JP2001091639A - Ｆｍ−ｃｗレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上下フェーズにおけるエコーの対応付けを確
実に行う。 【解決手段】 受信信号の自己相関行列について固有値
展開を行い（Ｓ１３）、固有値の大きさに基づいて固有
ベクトルを並べて上りフェーズの信号空間行列Ｅｕを作
成する（Ｓ１５）。また、自己相関行列からＭＵＳＩＣ
法によりエコーを分離・検出し（Ｓ１６）、モードベク
トルを成分とする行列Ａｕを作成し（Ｓ１７）、Ｅｕ＝
Ａｕ・Ｔとなる行列Ｔを計算する（Ｓ１８）。下りフェ
ーズについても同様にして信号空間行列Ｅｄを得（Ｓ２
１〜２４）、Ｓ１８のＴを用いてＡｄを計算する（Ｓ２
５）。ＡｕとＡｄの対応する列ベクトルは同一のターゲ
ットからのエコーとなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、送信信号の周波数
を増加または減少させる２種類のフェーズを有し、ター
ゲットからの反射波を受信してターゲットを検出するＦ
Ｍ−ＣＷレーダ装置、特に１つのフェーズにおいて検出
されたエコーと、他のフェーズにおいて検出されたエコ
ーの対応付けに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＦＭ−ＣＷレーダ装置が知ら
れている。このＦＭ−ＣＷレーダ装置では、例えば周波
数が増加するフェーズ（上りフェーズ）および周波数が
減少するフェーズ（下りフェーズ）を繰り返すことで送
信信号の周波数を連続的に変化させる。そして、ターゲ
ットによって反射された反射波を受信して、送信から受
信までの時間に基づいて距離を検出し、送信波と受信波
の周波数変化（ドプラシフト）から相対速度を検出す
る。これらの検出は、各フェーズにおいて、送信信号と
受信信号を混合して得た送信信号と受信信号の周波数差
を示すビート信号（エコー）についての各フェーズにお
ける周波数差等に基づいて行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ターゲットが
１つである場合には、上りフェーズおよび下りフェーズ
におけるエコーはともに１つであり、１つのターゲット
の距離、相対速度を検出することに何ら問題はない。

【０００４】ところが、ターゲットが複数ある場合、エ
コーが複数検出されるため、上りフェーズにおいて検出
されたエコーと、下りフェーズで検出したターゲットの
対応付けを誤ってしまう可能性がある。

【０００５】例えば、ターゲットが２つ存在する場合、
上りフェーズで２つのエコーＵ１，Ｕ２が検出され、下
りフェーズで２つのエコーＤ１，Ｄ２が検出される。そ
して、上りフェーズでエコーＵ１で生じたターゲット
が、下りフェーズのエコーＤ１に相当するのかＤ２に相
当するのかは必ずしも特定できない。このため、（ｉ）
（Ｕ１，Ｄ１），（Ｕ２，Ｄ２）、（ｉｉ）（Ｕ１，Ｄ
２），（Ｕ２，Ｄ１）という２通りの組み合わせが考え
られる。そして、この組み合わせを誤ると、距離、速度
の推定結果が誤ったものになる。ターゲットが２つであ
れば、２通りであるが、ターゲットが増えれば、それだ
け組み合わせも増加し、正確な推定が困難になる。

【０００６】また、フーリエ変換により、エコーを検出
した場合、各エコーについての振幅値が得られる。同一
のターゲットからのエコーの振幅値は基本的に同一であ
り、各エコーの振幅値を参照して対応付けを行うことも
できる。しかし、フーリエ変換を用いて周波数分析で
は、分解能が低く、２つのエコーの周波数が接近してい
る場合には、フーリエ変換ではこれらを分離検出するこ
とができない。

【０００７】一方、より分解能が高い周波数の分析法と
して、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）
法が知られており、ＭＵＳＩＣ法を利用して２つのエコ
ーを分離検出することが知られている（特開平１０−３
１０６５号公報参照）。このＭＵＳＩＣ法を利用するこ
とで、複数のエコーをより高精度で分離することができ
る。ところが、このＭＵＳＩＣ法では、各エコーについ
ての振幅値が得られない。そこで、近接する周波数の複
数のエコーが得られる場合には、その対応付けが困難で
あるという問題がある。

【０００８】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、エコーの正確な組み合わせを知ることができるＦ
Ｍ−ＣＷレーダ装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、送信信号の周
波数を増加または減少させる２種類のフェーズを有し、
ターゲットからの反射波を受信して得た受信信号を処理
してターゲットを検出するＦＭ−ＣＷレーダ装置におい
て、１つのフェーズにおける時系列の受信信号で受信信
号ベクトルを構成するとともに、この受信信号ベクトル
を同一フェーズにおいて１つ以上得て、これにより１つ
のフェーズにおける受信信号行列を得る手段と、得られ
た受信信号行列について自己相関行列を求める手段と、
他のフェーズにおける時系列の受信信号で受信信号ベク
トルを構成するとともに、この受信信号ベクトルを同一
フェーズにおいて１つ以上得て、これにより他のフェー
ズにおける受信信号行列を得る手段と、得られた他のフ
ェーズの受信信号行列について自己相関行列を求める手
段と、求められた１つのフェーズおよび他のフェーズの
自己相関行列についてそれぞれ固有値展開するととも
に、固有値の大きさに基づいて固有ベクトルを並び替え
信号空間行列を得る手段と、並び替えを行った各固有ベ
クトルと関連づけて各受信信号における周波数成分を検
出し、この検出結果に基づいて、１つのフェーズおよび
他のフェーズにおける周波数成分の対応付けを行う手段
と、を有することを特徴とする。

【００１０】このように、受信信号についての自己相関
行列を固有値展開し、固有値の大きさに基づいて処理す
ることで、２種類のフェーズにおける周波数成分の対応
付けを行うことができる。これによって、エコーの対応
付けを誤ることがなくなり、ターゲットとの相対距離、
相対速度の推定を正しく行うことができる。特に、高分
解能推定法によりエコーを分離検出することで、エコー
の分離自体も高精度であり、かつエコーの対応付けも正
確に行えるという効果が得られる。

【００１１】また、前記１つの受信信号行列をＸ１、自
己相関行列をＲ１、信号空間行列をＥ１、他の受信信号
行列をＸ２、自己相関行列をＲ２、信号空間行列をＥ２
とした場合に、前記対応付けを行う手段は、Ｘ１につい
ての受信信号を周波数分析し、得られた各周波数の反射
波について位相の時間変化量を成分とする列ベクトルを
構成するとともに、これらを並べた反射波位相行列Ａ１
を算出する手段と、信号空間行列Ｅ１と、反射波位相行
列Ａ１とから、Ｅ１＝Ａ１・Ｔなる関係を有する正則な
変換行列Ｔを求める手段と、信号空間行列Ｅ２と、変換
行列Ｔに基づいて、Ｅ２＝Ａ２・Ｔの関係に基づき、反
射波位相行列Ａ２を求める手段と、２つの反射波位相行
列Ａ１、Ａ２の並びに基づいて、各フェーズにおける周
波数成分を対応づける手段と、を有することが好適であ
り、この場合前記反射波位相行列Ａ１を算出する手段に
おいては、ＭＵＳＩＣ法を用いることが好適である。

【００１２】ＭＵＳＩＣ法を利用した高分解能推定法を
用いて、上下フェーズにおける各周波数成分の対応付け
を確実に行うことができる。

【００１３】また、前記対応付けを行う手段において、
ＥＳＰＲＩＴ法を用いることが好適である。ＥＳＰＲＩ
Ｔ法によれば、Ａ１、Ａ２を求めることなく、対応付け
を行うことができる。

【００１４】また、前記対応付けを行う手段において、
ＵｎｉｔａｒｙＥＳＰＲＩＴ法を用いることが好適であ
る。ＵｎｉｔａｒｙＥＳＰＲＩＴ法によれば、Ａ１、Ａ
２、Ｔを求めることなく、対応付けを行うことができ
る。

【００１５】また、前記受信信号行列を構成する受信信
号ベクトルは、同一種別のフェーズであって異なるタイ
ミングにおいて得た受信信号により複数構成されること
が好適である。複数のスナップショットによって受信信
号行列を構成することができる。

【００１６】また、前記受信信号行列を構成する受信信
号ベクトルは、同一のフェーズであって異なる位置にお
いて得た受信信号により複数構成されることが好適であ
る。複数の受信アンテナを設けることで、受信信号行列
を１つのスナップショットの受信信号で構成できる。

【００１７】また、前記自己相関行列の固有値展開の前
に、行列を構成する複数の要素についての平均処理を行
うことが好適である。これによって、各受信信号ベクト
ル間の相関を減少することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１９】図１は、実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置
の全体構成を示す図である。三角波発生器１０は、電圧
が所定の範囲で繰り返し上下する三角波を発生する。こ
の三角波は、高周波発振器１２に供給される。高周波発
振器１２は、供給される三角波に基づいて、周波数が順
次変更される高周波の送信信号を発生する。すなわち、
三角波の電圧が上昇する時に周波数が直線的に上昇し
（これを上りフェーズと呼ぶ）、三角波の電圧が下降す
るときに周波数を直線的に下降する（これを下りフェー
ズと呼ぶ）の２種類の高周波信号が高周波発振器１２か
ら出力される。そして、この高周波発振器１２からの周
波数が連続的に変化する高周波が送信アンテナ１４から
放射される。例えば、車両に搭載され、前方に照射され
る。

【００２０】送信アンテナ１４から放射された送信波
は、例えば先行車両であるターゲット１６で反射され、
そのターゲット１６からの反射波（エコー）が戻ってく
る。受信アンテナ１８は、これを受信する。受信アンテ
ナ１８には、２つのミキサ２０，２２が接続されてお
り、これらミキサ２０，２２に反射波による受信信号が
供給される。ミキサ２０には、方向性結合器２４を介
し、高周波発振器１２から高周波信号（送信信号）が供
給され、ミキサ２２には方向性結合器２４、位相シフト
（π／２）回路２６を介し、位相がπ／２だけシフトさ
れた高周波発振器１２から高周波信号（送信信号）が供
給される。

【００２１】従って、これらミキサ２０，２２におい
て、直交検波された信号が得られる。ここで、この直交
検波された信号は受信信号に送信信号を混合して得たも
のであり、ターゲットの状態により変調されたビート信
号である。

【００２２】このミキサ２０，２２の出力は、ＬＰＦ
（ローパスフィルタ）およびＡ／Ｄ変換器２８，３０を
介し、複素受信信号形成部３２に供給される。すなわ
ち、直交検波された信号は、Ａ／Ｄ変換器２８，３０に
おいて一定のサンプリング周波数でデジタルデータに変
換され、これが複素受信信号形成部３２において、所定
の形式の複素受信信号データに変換される。

【００２３】この複素受信信号データは、信号処理部３
４に供給され、ここで演算処理され、複数のターゲット
のそれぞれについて、相対速度、相対距離が検出され
る。

【００２４】「信号処理」ここで、この信号処理部３４
における信号処理について、図２に基づいて説明する。

【００２５】まず、供給されてくる受信信号についての
データを上りフェーズと下りフェーズに分離して受信信
号バッファに記憶する（Ｓ１０）。

【００２６】「上りフェーズの受信信号に対する信号処
理」まず、上りフェーズの受信信号行列Ｘｕを作成す
る。この受信信号行列Ｘｕは、サンプリング数をｍ、ス
ナップショット数をｎとすると、次に示す行列になる。

【００２７】

【数１】 すなわち、１回の上りフェーズについての受信信号（第
１スナップショット）についてのデータがｘ１１〜ｘｍ
１であり、第２スナップショットについてのデータがｘ
１２〜ｘｍ２で、第ｎスナップショットのデータがｘ１
ｎ〜ｘｍｎである。そして、各スナップショットのデー
タを列ベクトルとすることで、受信信号行列はｍ行ｎ列
の行列になる。

【００２８】ここで、各エコー間の相関を下げるため、
スナップショット数ｎは、ある程度大きくすることが望
ましい。

【００２９】受信信号は、複数のターゲットがあった場
合には、複数のターゲットからのエコーが混合されたも
のである。本実施形態では、これら複数からのターゲッ
トからのエコーを分離するために、ＭＵＳＩＣ法を利用
する。また、上りフェーズと下りフェーズのエコーの対
応付けに固有値展開して得た固有値の大きさを利用す
る。これについて、以下に説明する。

【００３０】まず、行列Ｘｕの第１スナップショットに
よる受信信号列ベクトルは、サンプリング間隔をΔｔ、
受信信号に含まれるエコーの数をＬとすると、次のよう
に表すことができる。

【００３１】

【数２】 ここで、Ａｕは、サンプリング時間に対する位相の時間
変化量を成分とする列ベクトル（以下モードベクトルと
呼ぶ）がエコー毎に並んだ反射波位相行列（ｍ行Ｌ
列）、ｓはエコーの複素振幅を成分とする列ベクトル
（Ｌ次元）、ｎｉは雑音の複素振幅を成分とする列ベク
トル（ｍ次元）、ｆｕ１〜ｆｕＬはエコーのビート周波
数である。

【００３２】すなわち、受信信号は、複数のターゲット
からの反射波を加算し、これにノイズを加えたものであ
り、ｘ１１〜ｘｎ１はサンプリング周期Δｔずつ時間が
異なったものであり、位相成分のみが変化したものと考
えられ、上記のように表される。

【００３３】このようにして得られた行列Ｘｕに対して
次に示すように、自己相関行列Ｒｕを計算する（Ｓ１
１）。

【００３４】

【数３】Ｒｕ＝Ｘｕ・Ｘｕ^H なお、Ｘｕ^Hは、Ｘｕの複素共役転置を示す。

【００３５】ここで、スナップショット数が十分でない
場合、上記処理だけでは各エコー間の相関が高いことが
ある。その場合、計算して得た自己相関行列Ｒｕに対し
前方後方平均または／および移動平均両方を施すことが
好適であり、この例においてはこの前方後方平均または
／および移動平均（平均処理）を施す（Ｓ１２）。そこ
で、この平均処理について説明する。

【００３６】まず、前方後方平均の計算方法を下に示
す。

【００３７】

【数４】 ここで、＊は共役複素数を示す。

【００３８】このように、中心対称となる成分の共役複
素数を加算することで、各成分を計算していく。平均処
理後の自己相関をＲｕｓで示している。

【００３９】一方、移動平均は、自己相関行列Ｒｕの対
角に沿って、複数のサブアレーを定義し、各サブアレー
の各成分を平均して、新しい行列を計算する。移動平均
の具体例を次に示す。なお、この例は、元の自己相関行
列Ｒｕが三次元、移動平均後の相関行列Ｒｕｓが二次元
の場合を示している。

【００４０】

【数５】 このようにして、平均処理を行うことによって、エコー
同士の相関の影響を減少することができる。

【００４１】なお、この平均処理は必ずしも行わなくて
もよいため、以下の説明においては、自己相関行列をＲ
ｕとして説明するが、このＲｕは平均処理したＲｕｓを
含む。

【００４２】ここで、自己相関行列Ｒｕは、上述のよう
に、Ｘｕ・Ｘｕ^Hで表され、エルミート行列である。

【００４３】そこで、自己相関行列Ｒｕを固有値展開
し、受信信号内に含まれる各エコーの電力に相当する実
数で表される固有値とそれに対応する固有ベクトルを得
る（Ｓ１３）。なお、エコーの数以上の固有値は雑音の
電力に相当する値になる。

【００４４】ここで、例えば２つのエコーが含まれる受
信信号（Ｌ＝２）を信号処理した場合を考える。仮に、
５次元（ｍ＝５）の自己相関行列を固有値展開した場
合、５つの固有値が得られるが、値の大きい順にｅ１，
ｅ２，ｅ３，ｅ４，ｅ５とすると、次のような関係にな
る。

【００４５】

【数６】ｅ１≧ｅ２＞ｅ３＝ｅ４＝ｅ５ すなわち、エコーが２つであるため、この２つのエコー
に対応する固有値ｅ１，ｅ２がその電力に応じた大きな
値となり、その他の３つの固有値ｅ３，ｅ４，ｅ５は、
エコーに比べかなり小さなものになる。そこで、固有値
の大きさに基づいて、エコーの数を決定する（Ｓ１
４）。

【００４６】そして、エコーに対応するある程度の大き
さを持っている固有値を取り出して並べるとともに、対
応する固有ベクトルを取り出して固有値と同一の順に並
べることで信号空間行列Ｅｕを作成する（Ｓ１５）。こ
の例の場合エコーは２つであり、そのエコーに対応する
固有値としてｅ１，ｅ２が得られ、ｅ１，ｅ２に対応す
る固有ベクトルからなる信号空間行列Ｅｕが得られる。

【００４７】一方、自己相関行列Ｒｕに基づいて、ＭＵ
ＳＩＣ法などの高分解能推定法によりエコーを分離・検
出することができる。そこで、高分解能推定法によっ
て、エコーを分離検出する（Ｓ１６）。この例では、Ｍ
ＵＳＩＣ法を利用する。ここで、このＭＵＳＩＣ法につ
いては、例えば「R.O.Schmidt:"Multiple Emitter Loca
tion and Signal Parameter Estimation," IEEE Tran
s.,vol.AP-34,No.3,pp.276-280(Mar,1986)」等に示され
ており、この説明は省略する。また、ＭＵＳＩＣに限ら
ず、他のエコーの分離・検出方法を利用することもでき
る。例えば、ｒｏｏｔＭＵＳＩＣ法なども利用できる。
さらに、ＥＳＰＲＩＴ法や、ＵｎｉｔａｒｙＥＳＰＲＩ
Ｔ法なども利用できるが、これについては後述する。

【００４８】そして、ＭＵＳＩＣ法などにより、エコー
のビート周波数（ｆｕ１〜ｆｕＬ）が得られると、これ
からモードベクトルを成分とする行列Ａｕを得る（Ｓ１
７）。

【００４９】このようにして、信号空間行列Ｅｕと、各
エコーの位相情報を含む反射波位相行列Ａｕが求まる。
そこで、求まった信号空間行列Ｅｕと反射波位相行列Ａ
ｕに対しＥｕ＝Ａｕ・Ｔの関係を持つ唯一の正則な行列
Ｔを計算する（Ｓ１８）。この例では、Ｅｕ、Ａｕは５
行２列の行列であり、従って行列Ｔは２行２列の正方行
列である。本実施形態においては、この行列Ｔが下りフ
ェーズのモードベクトルを成分とする反射波位相行列Ａ
ｄと信号空間行列Ｅｄに対しても同様に適用できること
を利用して、周波数成分の対応付けを行う。

【００５０】「下りフェーズの受信信号に対する信号処
理」下りフェーズにおいても信号空間行列Ｅｄを作成す
るまでの処理は上りフェーズの処理と同様である。

【００５１】すなわち、受信信号バッファに記憶されて
いる下りフェーズのデータに基づいて受信信号行列Ｘｄ
を作成し、これから自己相関行列Ｒｄを計算する（Ｓ２
１）。さらに、平均処理を行い平均処理後の自己相関行
列Ｒｄｓを求め（Ｓ２２）、エコー間の相関の影響を減
少させた後、固有値展開する（Ｓ２３）。ここで、上り
フェーズと下りフェーズは時間的に十分近いため、ター
ゲットの数や位置などに変化はない。従って、エコー数
Ｌとして、上りフェーズと同一の数（この例では２つ）
が得られる。そこで、上りフェーズと同様に、エコー数
に応じて固有値を取り出し、その固有値に対応する固有
ベクトルを固有値の大きさに基づいて上りフェーズと同
様のルールで並べることによって下りフェーズにおける
信号空間行列Ｅｄを得る（Ｓ２４）。この信号空間行列
Ｅｄは、Ｅｕと同じ次元数の行列である。

【００５２】ここで、上りフェーズの信号処理におい
て、高分解能推定法により分離・検出された結果から求
められた正則な行列Ｔによって、

【数７】Ｅｄ＝Ａｄ・Ｔ という関係式が成り立つ。

【００５３】そして、Ｅｄは、上述のようにして求まっ
ているため、Ｅｄ・Ｔ^-1を計算してＡｄを求める（Ｓ２
５）。このＡｄは、上述のＡｕと同様に次のような行列
である。

【００５４】

【数８】 このＡｄは、モードベクトルがエコー毎に並んだ行列で
あり、各成分を調べれば、各エコーのビート周波数ｆｄ
１〜ｆｄＬを知ることができる。そして、ＡｕとＡｄの
成分は、正則な行列Ｔによって対応づけられているた
め、これに基づいてＡｄより各エコーをＡｕと関連づけ
て検出する（Ｓ２６）。すなわち、ｆｕｉとｆｄｉ（ｉ
＝１，２，・・・，Ｌ）は、それぞれ同じｉ番目のター
ゲットで生じた上りフェーズのエコーの周波数と下りフ
ェーズのエコーのビート周波数を表している。従って、
すべてのターゲットで生じた上りフェーズおよび下りフ
ェーズのエコーをターゲット毎に分離、検出することが
でき、これによってエコーの対応付けが行える。

【００５５】そして、このような対応付けに基づいて、
上りフェーズと下りフェーズにおけるエコーを対応づけ
て、相対距離、相対速度を推定する。これによって、エ
コーの対応付けを誤ることがなくなり、ターゲットとの
相対距離、相対速度の推定を正しく行うことができる。
特に、高分解能推定法によりエコーを分離検出している
ため、エコーの分離自体も高精度であり、かつエコーの
対応付けも正確に行えるという効果が得られる。

【００５６】なお、上りフェーズと下りフェーズの信号
処理は、下りフェーズについて実施してＴを求めた後、
上りフェーズについて処理を行ってもよい。

【００５７】「ＥＳＰＲＩＴ法を利用した例」上述の例
では、高分解能推定法としてＭＵＳＩＣ法を用いた。し
かし、これに代えてＥＳＰＲＩＴ法を用いることもでき
る。このＥＳＰＲＩＴ法の信号処理については、論文
（R.Roy and T.Kailath : "ESPRIT - Estimation of Si
gnal Parameters via Rotational Invariance Techniqu
es", IEEE Trans.,vol.ASSP-37,pp,984-995(July 198
9))にＭＵＳＩＣ法と比較して詳しく述べられているた
め省略する。

【００５８】このＥＳＰＲＩＴ法を用いる場合には、上
述の場合と同様にして、自己相関行列を固有値展開し、
固有値の大きさに基づいて固有ベクトルを並べて信号空
間行列Ｅｕ、Ｅｄを計算する。

【００５９】そして、ＥＳＰＲＩＴ法では、このＥｕ、
Ｅｄからエコーのビート周波数の情報を含む行列γｕ，
γｄが得られる。このγｕ，γｄは、上述した正則行列
Ｔによって、次のように表される行列である。

【００６０】

【数９】 γｕ＝Ｔ^-1・Φｕ・Ｔ， γｄ＝Ｔ^-1・Φｄ・Ｔ ここで、Φｕ、Φｄは、

【数１０】 である。

【００６１】従って、γｕをさらに固有値展開すること
により、固有値から行列Φｕ、固有ベクトルから行列Ｔ
を得ることができ、γｄおよびＴよりΦｄを計算する。
このとき、ΦｕとΦｄの対角成分には、自己相関行列を
固有値展開して得られた固有値の大きさに基づいて、エ
コーのビート周波数の情報を含む値が並んでいる。そこ
で、ΦｕとΦｄの各成分を調べることにより、ＭＵＳＩ
Ｃの場合と同様に、すべてのターゲットで生じた上りフ
ェーズおよび下りフェーズのエコーをターゲット毎に分
離、検出することができ、これによってエコーの対応付
けが行える。なお、ここで示したように、ＥＳＰＲＩＴ
法を用いた場合には、Ａｕ、Ａｄを計算する必要がな
い。

【００６２】「ＵｎｉｔａｒｙＥＳＰＲＩＴ法を利用し
た例」さらに、高分解能推定法としてＵｎｉｔａｒｙＥ
ＳＰＲＩＴ法を用いることもできる。このＵｎｉｔａｒ
ｙＥＳＰＲＩＴ法の信号処理については、論文（M.Haar
dt and J.A.Nossek : "Ｕｎｉｔａｒｙ ESPRIT: How to
Obtain Increased Estimation Accuracy with a Reduc
ed Computational Burden",IEEE Trans.SignalProcessi
ng,vol.43, No.5,pp.1232-1242(May 1995))にＥＳＰＲ
ＩＴ法と比較して詳しく述べられているため省略する。

【００６３】ＵｎｉｔａｒｙＥＳＰＲＩＴ法では、正則
行列Ｔによって、

【数１１】 γｕ＝Ｔ^-1・Ωｕ・Ｔ， γｄ＝Ｔ^-1・Ωｄ・Ｔ と表されるエコーのビート周波数の情報を含む行列γ
ｕ、γｄが得られる。ＵｎｉｔａｒｙＥＳＰＲＩＴ法で
は、ＥＳＰＲＩＴ法と異なり、受信信号から成分を実数
化した自己相関行列Ｚｉを作成し、これを固有値展開し
て、信号空間行列Ｅｕ，Ｅｄを求め、さらにγｕ、γｄ
を求める。ここで、γｕ、γｄの成分はすべて実数であ
る。また、行列Ωｕ、Ωｄは、ＥＳＰＲＩＴを用いた処
理で求められた行列Φｕ、Φｄと同様にエコーのビート
周波数情報を含む対角行列であるが、その成分はすべて
実数である。行列Ω、Φの各成分をω、φと表した場
合、両者にはφ＝−（ω−ｊ）／（ω＋ｊ）（但し、ｊ
は虚数単位）の関係がある。

【００６４】なお、Ｅｕ、Ｅｄを求めるにあたり、自己
相関行列を固有値展開して得られた固有値の大きさに基
づいて構成する方法は上述のＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩ
Ｔ法を用いた場合と同様である。

【００６５】ここで、γｕ、γｄ、Ωｕ、Ωｄがすべて
実数であることを利用して、

【数１２】 γｕ＋ｊγｄ＝Ｔ^-1・（Ωｕ＋ｊΩｄ）・Ｔ の計算を行う。

【００６６】すなわち、γｕ＋ｊγｄの計算結果を固有
値展開することで、すべてのターゲットで生じた、上り
フェーズおよび下りフェーズのエコーをターゲット毎に
複素数の形式で同時に分離検出することができ、これに
よってエコーの対応付けが行える。なお、ここで示した
ように、ＵｎｉｔａｒｙＥＳＰＲＩＴ法の場合、Ａｕ、
Ａｄ、Ｔを計算する必要がない。

【００６７】「構成例２」上述の例では、受信信号行列
Ｘｕにおけるｎ個の列ベクトル（ｘ１ｉ，ｘ２ｉ、・・
・，ｘｍｉ：ｉ＝１〜ｎ）には、それぞれスナップショ
ットの異なるものを用いた。すなわち、ｉがスナップシ
ョットの番号を示していた。

【００６８】構成例２の装置においては、図３に示すよ
うに、１つの送信アンテナ１４に対し、設置位置の異な
るｎ個の受信アンテナ１８−１〜１８−ｎを設けてい
る。そして、受信信号行列ＸｕおよびＸｄの各受信ベク
トルとしてｎ個の受信アンテナ１８−１〜１８−ｎから
の受信信号を採用する。すなわち、１つの送信アンテナ
１４から送られた送信波がターゲットによって反射され
た反射波をｎ個の受信アンテナで受信し、それぞれの受
信アンテナ１８−１〜１８−ｎで受信した受信信号の時
系列データにより、受信信号行列Ｘｕ，Ｘｄを構成す
る。

【００６９】各ターゲットから到来する反射波の方向が
異なれば、受信地点の変化により各受信アンテナ１８−
１〜１８−ｎで得た受信信号の位相変化量が異なる。こ
の効果により、各エコー間の相関を下げることができ
る。また、この構成であれば、１つのスナップショット
で、受信信号行列Ｘｕ，Ｘｄを得ることができる。

【００７０】このようにして、受信信号行列Ｘｕ，Ｘｄ
を得た後の処理は、上述の場合と全く同様にして、ター
ゲットの分離検出が行える。すなわち、ミキサ２０−１
〜２０−ｎ、２２−１〜２２−ｎ、ＬＰＦ、Ａ／Ｄ変換
器２８−１〜２８−ｎ、３０−１〜３０−ｎを介し、各
受信アンテナ１８−１〜１８−ｎからの受信信号を直交
検波した信号を複素受信信号形成部３２を介し信号処理
部３４に供給され、ここで上述と同様の信号処理がなさ
れる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
受信信号についての自己相関行列を固有値展開し、固有
値の大きさに基づいて処理することで、上下フェーズに
おける周波数成分の対応付けを行うことができる。従っ
て、高分解能推定法などを用いて、エコーの処理を効果
的に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】 実施形態に係るレーダ装置の信号処理を示す
フローチャートである。

【図３】 他のレーダ装置の構成例を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１０ 三角波発生器、１２ 高周波発振器、１４ 送信
アンテナ、１６ ターゲット、１８ 受信アンテナ、２
０，２２ ミキサ、２４ 方向性結合器、２６位相シフ
ト（π／２）回路、２８，３０ Ａ／Ｄ変換器、３２
複素受信信号形成部、３４ 信号処理部。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信信号の周波数を増加または減少させ
   る２種類のフェーズを有し、ターゲットからの反射波を
   受信して得た受信信号を処理してターゲットを検出する
   ＦＭ−ＣＷレーダ装置において、 １つのフェーズにおける時系列の受信信号で受信信号ベ
   クトルを構成するとともに、この受信信号ベクトルを同
   一フェーズにおいて１つ以上得て、これにより１つのフ
   ェーズにおける受信信号行列を得る手段と、 得られた受信信号行列について自己相関行列を求める手
   段と、 他のフェーズにおける時系列の受信信号で受信信号ベク
   トルを構成するとともに、この受信信号ベクトルを同一
   フェーズにおいて１つ以上得て、これにより他のフェー
   ズにおける受信信号行列を得る手段と、 得られた他のフェーズの受信信号行列について自己相関
   行列を求める手段と、 求められた１つのフェーズおよび他のフェーズの自己相
   関行列についてそれぞれ固有値展開するとともに、固有
   値の大きさに基づいて固有ベクトルを並び替え信号空間
   行列を得る手段と、 並び替えを行った各固有ベクトルと関連づけて各受信信
   号における周波数成分を検出し、この検出結果に基づい
   て、１つのフェーズおよび他のフェーズにおける周波数
   成分の対応付けを行う手段と、 を有することを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、 前記１つの受信信号行列をＸ１、自己相関行列をＲ１、
   信号空間行列をＥ１、他の受信信号行列をＸ２、自己相
   関行列をＲ２、信号空間行列をＥ２とした場合に、 前記対応付けを行う手段は、 Ｘ１についての受信信号を周波数分析し、得られた各周
   波数の反射波について位相の時間変化量を成分とする列
   ベクトルを構成するとともに、これらを並べた反射波位
   相行列Ａ１を算出する手段と、 信号空間行列Ｅ１と、反射波位相行列Ａ１とから、Ｅ１
   ＝Ａ１・Ｔなる関係を有する正則な変換行列Ｔを求める
   手段と、 信号空間行列Ｅ２と、変換行列Ｔに基づいて、Ｅ２＝Ａ
   ２・Ｔの関係に基づき、反射波位相行列Ａ２を求める手
   段と、 求められた２つの反射波位相行列Ａ１、Ａ２の並びに基
   づいて、各フェーズにおける周波数成分を対応づける手
   段と、 を有することを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の装置において、 前記反射波位相行列Ａ１を算出する手段には、ＭＵＳＩ
   Ｃ法を用いることを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置において、 前記対応付けを行う手段には、 ＥＳＰＲＩＴ法を用いることを特徴とするＦＭ−ＣＷレ
   ーダ装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の装置において、 前記対応付けを行う手段には、 ＵｎｉｔａｒｙＥＳＰＲＩＴ法を用いることを特徴とす
   るＦＭ−ＣＷレーダ装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１つに記載の装
   置において、 前記受信信号行列を構成する受信信号ベクトルは、同一
   種別のフェーズであって異なるタイミングにおいて得た
   受信信号により複数構成されることを特徴とするＦＭ−
   ＣＷレーダ装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか１つに記載の装
   置において、 前記受信信号行列を構成する受信信号ベクトルは、同一
   のフェーズであって異なる位置において得た受信信号に
   より複数構成されることを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ
   装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１つに記載の装
   置において、 前記自己相関行列の固有値展開の前に、行列を構成する
   複数の要素についての平均処理を行うことを特徴とする
   ＦＭ−ＣＷレーダ装置。