JP2009526223A - 空間的に離れた少なくとも２つのアンテナユニットを備えるレーダシステム - Google Patents

Abstract

レーダシステム（１）は、空間的に離れた少なくとも２つのアンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９，Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８）を備え、各ユニットは１つのアンテナ（２，３，４，５，６，７，８，９，２１；３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，５６）を備える。アンテナ（２，３，４，５，６，７，８，９，５６）に接続された信号発生器（１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，５７）を備えたアンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ１８）それぞれは、送信アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８；Ｕ１８）を構成する。そして、アンテナ（２１，３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３）に接続された受信機（２２；４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４）を備えたアンテナユニット（Ｕ９；Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７）それぞれは、受信アンテナユニット（Ｕ９；Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７）を構成する。少なくとも１つの受信アンテナユニット（Ｕ９；Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７）は、少なくとも１つの送信アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８；Ｕ１８）から送信され少なくとも１つの対象物（２４）から反射された信号を含む、少なくとも１つの反射信号を受信するように構成される。ここで、アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９；Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８）の数は２を超える。処理ユニット（２３）は、少なくとも１つの受信信号を、数学的処理を行った複製信号のセットと比較して、相関計算を実行するように構成される。このセットから、各反射信号に対して、ただ１つの整合する複製信号がある。本発明はまた対応する方法にも関する。

Description

本発明は、空間的に離れた少なくとも２つのアンテナユニットを備えるレーダシステムに関する。ここで、それぞれのアンテナユニットは１つのアンテナを備え、アンテナユニットの内の少なくとも２つはそれぞれ、アンテナに接続された１つの信号発生器を備え、送信アンテナユニットを構成し、アンテナユニットの内の少なくとも１つは、アンテナに接続された受信機を備え、少なくとも１つの受信アンテナユニットを構成する。前記受信アンテナユニットは、前記信号発生器によって生成され送信アンテナユニットにより送信された信号を含み、少なくとも１つの対象物から反射された、少なくとも１つの反射信号を受信するように構成される。

本発明はまた、少なくとも２つのアンテナユニットを備える別のレーダシステムに関する。ここで、それぞれのアンテナユニットは１つのアンテナを備え、アンテナユニットの内の少なくとも２つは、アンテナに接続された受信機を備え、受信アンテナユニットを構成し、アンテナユニットの内の少なくとも１つは、アンテナに接続された信号発生器を備え、送信アンテナユニットを構成する。前記少なくとも２つの受信アンテナユニットは、前記信号発生器によって生成され前記送信アンテナユニットにより送信された少なくとも１つの信号を含み、少なくとも１つの対象物から反射された少なくとも１つの反射信号を受信するように構成される。

本発明はまた、レーダシステムを用いて、少なくとも１つの対象物への距離と動径方向の速度と方位角（azimuth bearing）との内の少なくとも１つを決定する２つの方法に関する。

レーダは観測者からの対象物の相対的な位置を測定するために広く用いられている。これらの対象物は、静止していてもよいし移動していてもよい。レーダは、前記対象物が位置する方向へマイクロ波を放射し、これらの対象物からの反射波を検出することにより動作する。言い換えれば、レーダは、最初にマイクロ波放射を送信し、種々の対象物によりそのマイクロ波が反射され、前記マイクロ波放射の反射を受信する。これらの反射を解析することにより、対象物の位置と動径方向の速度とを検出することができる。

広い方位角セクタ、望ましくは３６０°をカバーするために、送信アンテナを載せた回転するターンテーブルが用いられる。しかしながら、これらのターンテーブルは、きわめて重く、高価で、保守が必要である。さらに、これらのアンテナでは、利用可能な時間の一部が、ある角度方向をカバーするだけであろう。

別の手法では、複数のアンテナ要素を持つアレイアンテナを用いることである。アンテナ要素に一定の位相と振幅でフィードすることにより、アレイアンテナの放射ローブを電気的に制御することができる。これらのアレイアンテナは通常、フェーズドアレイアンテナと呼ばれる。しかしながら、フェーズドアレイアンテナは、高価で、多くの数の受信機が必要であり、構成によっては、多数の信号発生器が必要である。

従って、可動部分がなくて３６０°の方位角をカバーし、安価で、取り扱いの容易な部品を備える安価なレーダシステムに対する要望がある。

本発明によって解決する目標課題は、可動部分がなく、安価で、多用途に適したレーダシステムと方法を提供することである。

この目標課題は、導入部で述べたレーダシステムによって解決される。このレーダシステムは、送信アンテナユニットと受信アンテナユニットとが処理ユニットに接続され、その処理ユニットは、前記受信アンテナユニットからフィードされる少なくとも１つの受信信号を、信号発生器によって生成された信号の、遅延し、収縮または伸張した複製信号を重畳した合成信号のセットと比較して、相関計算を実行するように構成されることを特徴とする。ここで、ただ１つの合成信号だけが反射信号に対応し、前記処理ユニットは、前記信号発生器によって生成される信号を入力として用い、前記合成信号のセットを計算するように構成され、対象物に関する情報は、各反射信号に対する前記対応する合成信号を用いて計算される。

この目標課題はまた、導入部で述べた別のレーダシステムによって解決される。このレーダシステムは、受信アンテナユニットと送信アンテナユニットとが処理ユニットに接続され、その処理ユニットは、前記受信アンテナユニットからフィードされる信号を、信号発生器によって生成される信号の、遅延し、収縮または伸張した複製信号のセットとを比較して、相関計算を実行するように構成されることを特徴とする。ここで、ただ１つの収縮または伸張した複製信号だけが反射信号に対応し、前記処理ユニットは、前記信号発生器によって生成された前記信号を入力として用いることにより、収縮または伸張した複製信号のセットを計算するように構成され、また、少なくとも１つの対象物に関する情報は、各反射信号に対する前記対応した収縮または伸張した複製信号を用いて算出される。

この目標課題は、導入部で述べた２つの方法によって解決される。

第１の方法は、一定の空間的間隔を持つ少なくとも２つの対応する送信アンテナを用いて、実質的に互いに相関のない、少なくとも２つの信号を生成し送信する工程と、前記生成された少なくとも２つの信号を処理ユニットにフィードする工程と、少なくとも１つの受信アンテナを用いて対象物から反射された少なくとも１つの信号を受信する工程と、前記受信信号を前記処理ユニットにフィードする工程と、前記処理ユニットにフィードされた、前記生成された信号と前記受信された信号に対して相関計算を実行する工程と、前記相関計算の結果を用いて、前記対象物への距離、動径方向の速度、および、方位角の内の少なくとも１つを決定する工程とを備えることを特徴とする。

第２の方法は、少なくとも１つの対応する送信アンテナを用いて、少なくとも１つの実質的に繰り返しのない信号を生成し送信する工程と、前記生成された信号を処理ユニットにフィードする工程と、一定の空間的間隔を有する少なくとも２つの受信アンテナを用いて、対象物から反射されて結果として２つの受信信号となる、少なくとも１つの信号を受信する工程と、前記受信信号を前記処理ユニットにフィードする工程と、前記処理ユニットにフィードされた、前記生成された信号と前記受信された信号に対して相関計算を実行する工程と、前記相関計算の結果を用いて、前記対象物への距離、動径方向の速度、および、方位角の内の少なくとも１つを決定する工程とを備えることを特徴とする。

好適な実施例は従属請求項の中で開示される。

本発明によっていくつかの利点が達成される。例えば、
−安価な部品
−少ないアンテナ数
−少ない受信機数
−少ない信号発生器数
−可動部のないこと
−無指向性のカバレッジ
−積分時間は目標物の運動によってのみ限定されること
−サイドローブは本質的に除去されること
−単純なアンテナ構成で、高密度実装のフェーズドアレイアンテナなどは必要でないこと
−測距の不確定さが低減される
ことである。

本発明を添付図面を参照してより詳細に説明する。

本発明に従うレーダシステム１の第１の実施例の上面図が図１に示される。第１の送信アンテナ２、第２の送信アンテナ３、第３の送信アンテナ４、第４の送信アンテナ５、第５の送信アンテナ６、第６の送信アンテナ７、第７の送信アンテナ８、および、第８の送信アンテナ９は本質的に、直径Ｄの円１０の円周縁に位置する。説明のために、第１のアンテナ２と第５のアンテナ６とを結ぶｘ軸１１、および、第３のアンテナ４と第７のアンテナ８とを結ぶｙ軸１２が図１の中に描かれている。

各送信アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９は、対応する信号発生器１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０に接続される。実質的に円１０の中央に受信アンテナ２１が位置し、受信アンテナ２１とそれぞれの送信アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９との距離は、実質的に（１／２）Ｄの距離、即ち、円１０の半径である。

送信アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９は実質的に互いに等距離に位置し、数波長分離れており、典型的には、０．７λ／所望のビーム幅（ラジアンで）の間隔を持つ。ここに、波長λは、用いる周波数帯域の中心周波数に対応している。

受信アンテナ２１は受信機２２に接続され、受信機２２は受信信号に関する計算を実行するコンピュータ２３に接続される。信号発生器１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０もまた、コンピュータ２３に接続される。

各アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９，２１、及び、それに対応する信号発生器１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０或は受信機２２は、アンテナユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９を構成する。特に、各送信アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９と、それに対応する信号発生器１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０とは、対応する送信アンテナユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８を構成し、受信アンテナ２１とその受信機２２とは、受信アンテナユニットＵ９を構成する。

第１の実施例に従えば、信号発生器１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０のそれぞれは、実質的に互いに相関のない信号を生成する。このような信号の１例として、信号発生器１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０は、理想的には全て白色雑音を生成する。相関のない信号の他の例は、所謂エルミート関数であり、これは全てが既知のウェーブレット基底といわれる正規直交関数である。

以下では白色雑音を用いると仮定する。実際には、そのようなランダム信号は、常に一定の帯域幅で制限を受ける。

生成された信号は、各アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９によって放射されるとともに、またコンピュータ２３にフィードバックされる。従って、コンピュータ２３は、どの信号が放射されたかに関する情報を受信する。送信アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９、及び、受信アンテナ２１は無指向性であることが望ましい。例えば、これらは、線状アンテナの形をしている。ここで、線状アンテナとは、円柱状のダイポールまたはモノポールを意味する。

そのようなランダム信号は、多くの数の周波数を含み、白色雑音である理想的な場合には、その信号は無限の数の周波数を含む。

送信信号は、放射された後に、異なる時間遅延で空間的に重畳される。空間におけるそれぞれの点は、時間遅延のユニークなセットに対応し、重畳によって各方向にユニークな信号が生ずる。第１の対象物２４が位置するある点Ｐでは、その点で信号を反射する。この点Ｐでは、信号は種々の異なる時間遅延を持つ放射信号の合成信号である。点Ｐから反射される反射信号もまた、この合成を有し、反射信号は受信アンテナ２１により受信され、コンピュータ２３にフィードされる。ドップラ効果によって、反射信号は、送信アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９に対して相対的に、対象物２４が近づいてくれば収縮し、対象物２４が遠のいて行けば伸張し、対象物が動いていなければ何の変化もない。

本発明に従えば、コンピュータ２３は、受信信号を、遅延し、収縮／伸張した送信信号の複製信号が重畳された合成信号のセットと比較して、相関処理を実行する。ここで、ただ１つのある信号合成だけが反射信号に対応する。全ての生成された信号を入力として用い、あり得る信号合成のセットが計算される。ここで、そのセットの中の、計算された可能な信号合成とそれぞれは、空間におけるある点Ｐに対応する。計算される可能な信号合成の数が多いほど、より大きな体積のカバレッジが達成される。

算出された相関は確率の尺度である。ある算出された相関が高い値を持つほど、ある信号構成が反射信号に対応する確率が高いことを示す。相対的に高い値を持つ相関は、相関ピークと呼ばれる形状を形成する。

図２に示される、本発明の最も好適な実際的な実施形は、相関表面Ｓの上の相関ピークの位置を用いる。この相関表面Ｓは、第１の軸Ａ１で遅延を表し、第２の軸Ａ２で収縮／伸張を表し、反射の距離と動径方向の速度が測定される。各反射に対する最大の相関ピークを与える、遅延した送信信号の合成は、アンテナ構成の配置の知識を用いて、簡単な計算により、その特定の反射の方向に変換することができる。無論のことながら、本発明に従うレーダシステム１は、複数の反射を介して、複数の対象物を検出するのに用いることもできる。しかし、図２には、１つだけの相関ピークＰ_cが示されている。

このタイプの受信機２２は通常、相関受信機と呼ばれる。

図１には、ある送信信号ｕ（ｔ，θ）が矢印で示されている。前記信号ｕ（ｔ，θ）は、時刻ｔと方位角θに依存する。方位角θは、ある方位角線（この例だとｘ軸）と信号の方向との角度である。

第１の実施例に対しては、送信信号ｕ（ｔ，θ）は理想的に以下のように書くことができる。

上記の式（１）の中で、送信アンテナの数は一般化してＮで示されている。図１を参照する我々の例では、送信アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９の数Ｎは、８に等しい。ｃ₀は真空における光の速度である。

次に、目標物の方位角（target bearing angle）θと仮定方位角（assumed bearing angle）θ₀が定義される。雑音がない条件では、相関結果Ｒ（θ，θ₀）は、θとθ₀とが等しいときに全体の最大値になる。このような相関結果Ｒ（θ，θ₀）は目標物の方位角θと仮定方位角θ₀の関数として、次式で表される。

式（２）では、Ｔは相関時間を表し、ｓ_nは要素ｎからの信号を表し、＊は複素共役を意味する。この式は、もし相関時間が無限大に増大し、全ての信号が相関なしなら、即ち、ｎ≠ｍであれば、ｒ_n,m（ｔ）≡０であり、単純化され、次式で表される。

ここで、ｒ_n,n（ｔ）は信号番号ｎの自己相関である。帯域幅Ｂで帯域制限された白色雑音と中心周波数ｆ_cを仮定すると、ｒ_n,n（ｔ）は次式のようになる。

帯域制限された白色雑音を持つ相関結果Ｒ（θ，θ₀）は、方位角θ₀に対応する相関チャネルにおいて、方位角θの関数として表すと、次式で書くことができる。

なお、上記の式（１）〜式（５）における計算は、例えば、図１に示されるように、全ての送信アンテナが円の円周上に配置されている実施例に言及したものである。

一般に、式（１）は、次式のように書ける。

ここで、関数τ_n（ｔ）は、アンテナの配置形状に依存する。第１の実施例のように、円形の配置形状が用いられるならば、関数τ_n（ｔ）は次式のようになる。

線形アンテナアレイが用いられる配置では、即ち、アンテナが線上に配置されている場合には、関数τ_n（ｔ）は次式のようになる。

従って、線形アンテナアレイが用いられるときには、式（１）は以下のようになる。

一般的な送信信号と受信信号は、いわゆるウェーブレット関数として定義することができることが望ましい。ウェーブレットは、ある所与の関数を空間とスケールの両方において局部化するのに用いる関数のクラスである。しばしば、マザーウェーブレットとして知られるある関数ｇ（ｔ）からウェーブレットのファミリを構築することが可能である。図３ａに示されるように、マザーウェーブレットｇ（ｔ）は水平軸上の時間の関数として表され振動している。即ち、正と負になりながら終局的にはゼロになる。所謂、ドータウェーブレットｇ_a,b（ｔ）は、平行移動ｂと収縮／伸張ａによって形成される。我々の場合では、平行移動ｂは時間（レンジ）の中で行われ、収縮／伸張ａは動径方向の速度である。

個々のドータウェーブレットは次式によって定義することができる。

ここで、１／√ａは電力正規化係数である。図３ａに示されるマザーウェーブレット２５に対して、図３ｂ〜図３ｍでは、ドータウェーブレット２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈ，２６ｉ，２６ｊ，２６ｋ，２６ｌがそれぞれ、ｘ軸上の時間の関数として示されている。図３ｂ〜図３ｍは、種々の異なる平行移動ｂおよび収縮／伸張ａを有する種々の異なるドータウェーブレットを示している。図３ｂ〜図３ｍは、図３ｂ〜図３ｄ、図３ｅ〜図３ｇ、図３ｈ〜図３ｊ、図３ｋ〜図３ｍの４セットの図を構成する。

それぞれのセットに関して、第１番目の図３ｂ、３ｅ、３ｈ、３ｋでは、平行移動ｂは負であり、第２番目の図３ｃ、３ｆ、３ｉ、３ｌではゼロであり、第３番目の図３ｄ、３ｇ、３ｊ、３ｍでは正である。第１のセットの図では、収縮／伸張ａは１．５の値を持ち、第２のセットの図では、収縮／伸張ａは１．０の値を持ち、第３のセットの図では、収縮／伸張ａは０．５の値を持ち、第４のセットの図では、収縮／伸張ａは−０．５の値を持つ。とりわけ、図３ｆにおけるドータウェーブレット２６ｅは、収縮／伸張ａは１．０に等しく平行移動ｂはゼロなので、マザーウェーブレット２５に等しいことがわかる。収縮／伸張ａ＜１のときには収縮があり、収縮／伸張ａ＞１のときには伸張がある。

本発明においてウェーブレット関数を用いるときには、生成され送信される信号は、実質的に直交したマザーウェーブレット２５から成り、受信信号は、時間において平行移動され、収縮または伸張された、ドータウェーブレット２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌから成る。時間における平行移動、即ち、遅延は、問題にする反射点までの距離に関する情報を提供し、伸張または収縮の形で表される収縮は、反射点が移動している方向と、動径方向の速度に関する情報を提供する。

ここに、動径方向の速度は、反射物体２４から見た受信アンテナと送信アンテナとの角度の２等分線の方向における速度を意味する。

伸張したドータウェーブレットは、反射信号が受信アンテナから遠ざかって移動する対象物からの反射であることを意味し、その伸張の大きさは対象物の動径方向の速度に対応する。そして、収縮したドータウェーブレットは、反射信号が受信アンテナに近づくように移動する対象物からの反射であることを意味し、その収縮の大きさは対象物の動径方向の速度に対応する。

上記のことは図４に図示されている。ここには、距離と時間が図示されている。水平軸２７の上に時間が表される。垂直軸２８の上に対象物までの距離Ｒが表され、その距離Ｒは光の速度で正規化されている。ここでは、送信信号２９は、送信信号２９が反射される対象物に依存して、第１の受信信号３０、第２の受信信号３１、または、第３の受信信号３２になる。

第１の受信信号３０は伸張され、遠のいて行く対象物３３に関連し、その方向を示す移動矢印で示されている。対象物３３は一定の動径方向の速度を有する。図４において、対象物３３の移動矢印と第１の受信信号３０とは細かい点線で示されている。第２の受信信号３１は圧縮され、近づいて来る対象物３４に関連し、その方向を示す移動矢印で示されている。対象物３４は一定の動径方向の速度を有する。図４において、対象物３４の移動矢印と第２の受信信号３１とは実線で示されている。第３の受信信号３２は一部が伸張され一部が圧縮され、最初は遠のいて行き次には近づいて来る対象物３５に関連し、その方向を示す移動矢印で示されている。対象物３５は変化する動径方向の速度を有する。図４において、対象物３５の移動矢印と第２の受信信号３２とは点線で示されている。

前記ウェーブレットを用いることは、相関受信機２２はウェーブレット受信機のタイプであることを意味し、ここでは、コンピュータ２３は、各マザーウェーブレット、即ち、送信信号に基づく受信信号の線形的に時間シフトまたは遅延したウェーブレット変換の間の相互ウェーブレット変換を計算する。たいていの場合は、時間シフトのそれぞれの合成信号は、ユニークな方向に対応している。各方向に対する正しい時間シフトは、アンテナ構成の幾何学的な配置形状によって与えられる。

あるいは代替的に、受信信号は、各方向に対して正確に時間シフトされたマザーウェーブレット、即ち、送信信号の和であるマザーウェーブレットを用いて、ウェーブレット領域に変換することが可能である。

第１の方法は、計算上の労力が最も小さくて済み、また、第２の方法は、受信信号に雑音が加わる実際の場合において最も正確な結果を与えるであろう。どちらの方法も、遅延と収縮／伸張の軸を持つウェーブレット変換の表面が得られる結果となろう。結果として得られる表面において、相関ピークの遅延位置と収縮／伸張位置は、それぞれの反射の距離と動径方向の速度に対応するであろう。どちらの方法を用いても、その方向は、それぞれの相関ピークを最大にする線形時間シフトの合成によって与えられる。

本発明に従うレーダシステム１’の第２の実施例に従えば、図５を参照すると、第１の受信アンテナ３６、第２の受信アンテナ３７、第３の受信アンテナ３８、第４の受信アンテナ３９、第５の受信アンテナ４０、第６の受信アンテナ４１、第７の受信アンテナ４２、第８の受信アンテナ４３は実質的に、直径Ｄを有する円４４の円周縁に配置される。説明のために、第１のアンテナ３６と第５のアンテナ４０とを通るｘ軸４５と、第３のアンテナ３８と第７のアンテナ４２とを通るｙ軸４６とが図５に描かれている。

各受信アンテナ３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３は、対応する受信機４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４に接続される。各受信機４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４は、受信信号に関する計算を行うコンピュータ５５に接続される。

実質的に円の中央に送信アンテナ５６が配置され、送信アンテナ５６と受信アンテナ３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３のそれぞれの１つとの距離は、実質的に（１／２）Ｄ、即ち、円４４の半径である。受信アンテナ３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３は実質的に互いに等距離に位置し、数波長分離れており、典型的に、０．７λ／所望のビーム幅（ラジアンで）の間隔を持つ。ここに、波長λは、用いる周波数帯域の中心周波数に対応している。

送信アンテナ５６は信号発生器５７に接続され、信号発生器５７はまたコンピュータ５５に接続される。

各アンテナ３６，３７，３８，３９，４０，４２，４３，５６と、それに対応する受信機４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４或は信号発生器５７とは、アンテナユニットＵ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８を構成する。特に、各受信アンテナ３６，３７，３８，３９，４０，４２，４３と、それに対応する受信機４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４とは、対応する受信アンテナユニットＵ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７を構成し、送信アンテナ５６とその信号発生器５７とは、送信アンテナユニットＵ１８を構成する。

第１の実施例に対して述べたように、送信信号は白色雑音であってよい。一般に、ただ１つの信号発生器を用いる場合には、送信信号は、繰り返しを行わない種類であるべきである。ここで、その信号は、検出可能な対象物が存在する最大距離に対応する時間の間に繰り返されてはならない。理想的には、この場合の送信信号は、δ（ｔ）によって定義される自己相関関数を持つ信号である。δ（ｔ）はディラック関数であり、時刻がゼロのときには「１」であり、時刻がゼロでない他の時刻ではこの関数はゼロである。送信信号は、送信アンテナ５６によって放射されると同時にコンピュータ５５にフィードされる。

点Ｐ’には第２の対象物５８が位置し、点Ｐ’において信号が反射される。点Ｐ’において、ある時刻に、信号はある構成を有している。点Ｐ’からの反射信号は、このある構成を有し、受信アンテナ３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３によって受信される。受信アンテナ３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３が空間的に離れていることにより、受信信号は種々の異なる位置で受信されるので、受信信号は種々の異なる時間遅延を有する。

種々の異なる受信信号がコンピュータ５５にフィードされる。コンピュータ５５は、受信信号を、種々の異なる遅延と収縮／伸張した送信信号の複製信号を有する、あり得る信号コンステレーションのセットと比較して、相関処理を実行する。ここで、ただ１つのある信号遅延と、収縮または伸張だけが、反射信号に対応する。言い換えれば、ただ１つの遅延し、収縮または伸張した複製信号だけが反射信号に対応する。可能な信号構成のセットは、生成された信号を入力として用いることにより計算される。このタイプの受信機もまた相関受信機のタイプのものである。

図５において、ある送信信号ｕ'（ｔ，θ）は矢印によって示されている。前記信号ｕ'（ｔ，θ）は、時刻ｔと方位角θに依存する。方位角θは、ある方位角線（この例だとｘ軸）と信号の方向との角度である。

上記の数学的な式（１）〜（９）に対応する数学的表現は、第２の実施例にも当てはまるが、ここではより詳細な説明は行わない。

第１の実施例に対して説明したのと同じ型のウェーブレット関数が、同様に第２の実施例で用いられることが望ましい。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、添付した請求の範囲の中で、自由に変更が可能である。例えば、何らかの他のアンテナ構成も本発明の範囲の中で考えることができる。

第１の実施例に対して、送信アンテナの数はいくつであってもよいが、少なくとも２つの空間的に離れた送信アンテナが必要である。２つの送信アンテナだけが用いられる場合には、これらの２つの送信アンテナを通る直線のどちらの側から反射が来ているかは求めることができない。任意の数の送信アンテナが直線上に配置され、線形アレイを形成する場合にも、式（８）と式（９）を参照して上述したように、同じことが当てはまる。しかし、壁や外殻上にマウントされた場合には、この壁や外殻が片側をブロックするので、可能な唯一の側がある。

しかしながら、もし、壁、外殻などにマウントされない場合には、送信アンテナは、２つより多ければ、不確定さを回避するために、直線上に配置すべきではない。そしてさらに、送信アンテナは、数波長分離して、典型的には、その波長よりずっと長い距離を離して配置すべきである。ここで、この波長とは、用いる周波数帯域の中心周波数に対応する波長である。

第２の実施例に対して、受信アンテナの数はいくつであってもよいが、少なくとも２つの空間的に離れた受信アンテナが必要である。２つの受信アンテナだけが用いられる場合には、これらの２つの受信アンテナを通る直線のどちらの側から反射が来ているかは求めることができない。しかしながら、壁上にまたは外殻上にマウントされた場合には、この壁または外殻が片側をブロックするので、可能な唯一の側がある。さらに、受信アンテナが２つより多い場合には、不確定さを回避するために、直線上に配置すべきではない。そして、数波長分離して典型的には、その波長よりずっと長い距離を離して配置すべきである。ここに、この波長とは、用いる周波数帯域の中心周波数に対応する波長である。

本発明に従う一般的なシステムでは、アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９，２１；３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，５６の内の少なくとも１つに対して、１つの受信機と１つの信号発生器を同じアンテナに接続しても良く、このアンテナは従って、送信アンテナとしても受信アンテナとしても機能する。言い換えれば、アンテナユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９；Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８の内の少なくとも１つは、信号発生器１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０；５７と、アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９，２１；３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，５６に接続された受信機２２；４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４の両方を含むことができ、従って、アンテナユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９；Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８は、送信アンテナユニットと受信アンテナユニットとの両方を構成する。送信信号と受信信号とを分離するために、前記信号発生器１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０；５７と、前記受信機２２；４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４は、例えば、サーキュレータ等のデュープレックス装置（不図示）またはスイッチを介して、前記アンテナ２，３，４，５，６，７，８，９，２１；３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，５６に接続される。パルス信号が用いられる場合にはスイッチが用いられる。

従って、本発明に従う一般的なシステムに対して必要なアンテナ数の最小値は２であり、そのアンテナのうちの１つが送信機能と受信機能の両方を有し、従って、送信アンテナと受信アンテナの両方を構成する。

Ｎ個の受信機とＭ個の信号発生器を持つ、第１の実施例と第２の実施例の任意の組み合わせも無論可能であり、この場合は、Ｎ≧１、Ｍ≧１、かつ、Ｎ＋Ｍ≧３である。

すべての実施例に対して線状アンテナが提案された。無論のことながら、例えば、スロットアンテナ、ホーンアンテナ、および、パッチアンテナのような他の任意の型のアンテナであっても、それらの内の少なくとも２つが、注目体積それぞれにおいて無視できない利得がある限り、それらのアンテナもありえることである。さらに、この明細書の中で言及したアンテナは実際には、２つ以上のアンテナ要素を含んでもよいし、従って、アレイアンテナを構成してもよい。

本発明に従うレーダシステム１、１’に用いられるアンテナは、実施例における例のような２次元に配置するのではなく、３次元に配置することもできる。

さらに、ここに示された受信機および信号発生器は、１つ以上のユニットに内蔵されてもよいし、また、コンピュータは、そのようなユニットに内蔵されてもよいし、または分離されてもよい。

無論のことながら、本発明に従うレーダシステム１、１’は、複数の反射を介して複数の対象物を検出するのに用いることもできる。

たとえ使用する周波数帯域を十分に利用することにはならないとしても、使用する周波数帯域にわたって電力密度が等しくない有色雑音もまた可能である。特定の周波数に対する放射が許されない場合には、使用周波数帯域の中にゼロ電力密度であるゼロ点を有することさえあり得る。

雑音が議論される場合には、雑音は実際には理想的ではないが、一定の帯域を持つことと仮定される。雑音に対する波長が議論される場合には、その波長は、実際に使用する周波数帯域の中心周波数に対応している。

コンピュータ２３、５５は、１つの物理的なコンピュータ、または、互いに多かれ少なかれ接続されたいくつかのコンピュータを含んでいてもよい。１つまたは複数のコンピュータは、マイクロコンピュータの形をしていてもよい。コンピュータ２３、５５は、一般的に任意の処理ユニットであってもよい。処理ユニット２３、５５はさらに、例えば、光学技術、または、アナログおよびディジタル信号処理ユニットの組み合わせを用いて実現することもできる。処理ユニット２３、５５のためにどの技術が用いられるかに関らず、処理ユニット２３、５５から得られる結果を達成する手段は一般的に計算として言及される。

第１の実施例の上面図である。 相関表面を示す図である。 マザーウェーブレットを示す図である。 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ドータウェーブレットを示す図である。 距離と時刻のグラフを示す図である。 第２の実施例の上面図である。

Claims (24)

1. 空間的に離れた少なくとも２つのアンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９）を備えるレーダシステム（１）であって、
   各アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９）は、１つのアンテナ（２，３，４，５，６，７，８，９，２１）を有し、
   前記アンテナユニットの少なくとも２つ（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８）は夫々、アンテナ（２，３，４，５，６，７，８，９）に接続された信号発生器（１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０）を有して送信アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８）を構成し、
   前記アンテナユニットの少なくとも１つ（Ｕ９）はアンテナ（２１）に接続された受信機（２２）を有して少なくとも１つの受信アンテナユニット（Ｕ９）を構成し、
   前記受信アンテナユニット（Ｕ９）は、前記信号発生器（１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０）により生成され、前記送信アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８）により送信された信号を含み、少なくとも１つの対象物（２４）から反射された少なくとも１つの反射信号を受信するように構成され、
   前記送信アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８）と前記受信アンテナユニット（Ｕ９）とは、前記受信アンテナユニット（Ｕ９）からフィードされた少なくとも１つの受信信号を、前記信号発生器（１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０）によって生成された信号の、遅延され、収縮または伸張した複製信号を重畳した合成信号のセットと比較して、相関計算を実行するように構成された処理ユニット（２３）に接続され、
   ただ１つの合成信号だけが前記反射信号に対応し、
   前記処理ユニット（２３）は、前記信号発生器（１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０）によって生成される前記信号を入力として用い、前記合成信号のセットを計算するように構成され、
   前記対象物（２４）についての情報は、各反射信号に対する前記対応する合成信号を用いて計算されることを特徴とするレーダシステム。
2. 少なくとも１つのアンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９）は、信号発生器（１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０）と、デュープレックス装置を介してアンテナ（２，３，４，５，６，７，８，９，２１）に接続される受信機（２２）との両方を有し、
   これにより、前記アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９）は送信アンテナユニットと受信アンテナユニットの両方を構成することを特徴とする請求項１に記載のレーダシステム。
3. 前記システムは、少なくとも２つの送信アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８）と、前記少なくとも２つの送信アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８）からは分離された少なくとも１つの受信アンテナユニット（Ｕ９）とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーダシステム。
4. 前記送信アンテナユニット（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８）に含まれるアンテナ（２，３，４，５，６，７，８，９）は実質的に円（１０）の周縁部に設置されることを特徴とする請求項３に記載のレーダシステム。
5. 前記信号発生器（１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０）は実質的に相互に相関のない信号を発生することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーダシステム。
6. 少なくとも２つのアンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８）を備えるレーダシステム（１’）であって、
   各アンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８）は、１つのアンテナ（３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，５６）を有し、
   前記アンテナユニットの少なくとも２つ（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８）は夫々、アンテナ（３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３）に接続された受信機（４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４）を有して受信アンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７）を構成し、
   前記アンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８）の少なくとも１つはアンテナ（５６）に接続された信号発生器（５７）を有して送信アンテナユニット（Ｕ１８）を構成し、
   前記少なくとも２つの受信アンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７）は、前記信号発生器（５７）により生成され、前記送信アンテナユニット（Ｕ１８）により送信された少なくとも１つの信号を含み、少なくとも１つの対象物（５８）から反射された少なくとも１つの反射信号を受信するように構成され、
   前記受信アンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７）と前記送信アンテナユニット（Ｕ１８）とは、前記受信アンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７）からフィードされた信号を、前記信号発生器（５７）によって生成された信号の、遅延され、収縮または伸張した複製信号のセットと比較して、相関計算を実行するように構成された処理ユニット（５５）に接続され、
   ただ１つの収縮または伸張した複製信号だけが前記反射信号に対応し、
   前記処理ユニット（５５）は、前記信号発生器（５７）によって生成された前記信号を入力として用い、前記遅延され、収縮または伸張した複製信号のセットを計算するように構成され、
   前記少なくとも１つの対象物（５８）についての情報は、各反射信号に対する前記対応した遅延し、収縮または伸張した複製信号を用いて計算されることを特徴とするレーダシステム。
7. 少なくとも１つのアンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８）は、信号発生器（５７）と、デュープレックス装置を介してアンテナ（３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，５６）に接続される受信機（４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４）との両方を有し、
   これにより、前記アンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７，Ｕ１８）は送信アンテナユニットと受信アンテナユニットの両方を構成することを特徴とする請求項６に記載のレーダシステム。
8. 前記システム（１’）は、少なくとも２つの受信アンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７）と、前記少なくとも２つの受信アンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７）からは分離された少なくとも１つの送信アンテナユニット（Ｕ１８）とを有することを特徴とする請求項６に記載のレーダシステム。
9. 前記受信アンテナユニット（Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５，Ｕ１６，Ｕ１７）に含まれるアンテナ（３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３）は実質的に円（４４）の周縁部に設置されることを特徴とする請求項８に記載のレーダシステム。
10. 前記信号発生器（５７）は実質的に繰返しのない信号を発生することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のレーダシステム。
11. 前記対象物（２４，５８）についての前記計算された情報は、距離と動径方向の速度と方位角との内の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のレーダシステム。
12. 前記アンテナ（２，３，４，５，６，７，８，９，２１；３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，５６）は実質的に無指向性であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のレーダシステム。
13. 生成され送信される信号各々はウェーブレット関数の形式をしており、
    生成され送信される信号各々はマザーウェーブレット（２５）からなることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のレーダシステム。
14. 各受信機（２２；４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４）はウェーブレット受信機のタイプであり、
    前記処理ユニット（２３，５７）はウェーブレット変換の間の相関を計算するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のレーダシステム。
15. レーダシステム（１）を用いて、少なくとも１つの対象物（２４）への距離と動径方向の速度と方位角との内、少なくとも１つを決定する方法であって、
    一定の空間的間隔を持つ少なくとも２つの対応する送信アンテナ（２，３，４，５，６，７，８，９）を用いて、実質的に互いに相関のない、少なくとも２つの信号を生成し送信する工程と、
    前記生成された少なくとも２つの信号を処理ユニット（２３）にフィードする工程と、
    少なくとも１つの受信アンテナ（２１）を用いて前記対象物（２４）から反射された少なくとも１つの反射信号を受信する工程と、
    前記受信した信号を前記処理ユニット（２３）にフィードする工程と、
    前記処理ユニット（２３）にフィードされた、前記生成された信号と前記受信した信号についての相関計算を実行する工程と、
    前記相関計算の結果を用いて、前記対象物（２４）への距離と動径方向の速度と方位角との内の少なくとも１つを決定する工程とを有することを特徴とする方法。
16. 前記受信信号を、前記生成された信号の、遅延され、収縮または伸張した複製信号を重畳した合成信号のセットと比較して、相関計算を実行する工程と、
    前記生成される信号を入力として用い、前記合成信号の可能なセットを計算する工程とをさらに有し、
    ただ１つの合成信号だけが前記反射信号に対応することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記送信アンテナ（２，３，４，５，６，７，８，９）は実質的に円（１０）の周縁部に設置されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の方法。
18. レーダシステム（１’）を用いて、少なくとも１つの対象物（５８）への距離と動径方向の速度と方位角との内、少なくとも１つを決定する方法であって、
    少なくとも１つの対応する送信アンテナ（５６）を用いて、少なくとも１つの実質的に繰り返しのない信号を生成し送信する工程と、
    前記生成された信号を処理ユニット（５５）にフィードする工程と、
    一定の空間的間隔を有する少なくとも２つの受信アンテナ（３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３）を用いて、前記対象物（５８）から反射されて結果として２つの受信信号となる、少なくとも１つの反射信号を受信する工程と、
    前記受信した信号を前記処理ユニット（５５）にフィードする工程と、
    前記処理ユニット（５５）にフィードされた、前記生成された信号と前記受信した信号に関して相関計算を実行する工程と、
    前記相関計算の結果を用いて、前記対象物（５８）への距離と動径方向の速度と方位角との内の少なくとも１つを決定する工程とを有することを特徴とする方法。
19. 前記受信した信号を、前記生成された信号の、遅延され、収縮または伸張した複製信号のセットと比較して、相関計算を実行する工程と、
    前記生成された信号を入力として用い、前記複製信号のセットを計算する工程とをさらに有し、
    ただ１つの複製信号だけが前記反射信号に対応することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記受信アンテナ（３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３）は実質的に円（４４）の周縁部に設置されることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の方法。
21. 生成され送信される信号各々はウェーブレット関数の形式をしており、
    生成され送信される信号各々はマザーウェーブレット（２５）からなることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記遅延は、一定の反射に前記距離に関する情報を提供するために用いられ、
    前記収縮または伸長は前記反射が移動する方向と動径方向の速度に関する情報を提供するために用いられることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記受信した信号の遅延したウェーブレット変換の間の相互ウェーブレット変換は、各マザーウェーブレット（２５）に基づいて計算され、
    遅延の合成各々はユニークな方向に対応しており、
    各方向に関する正しい遅延は前記アンテナ構成の配置形状により与えられることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記受信した信号は、正しく遅延したマザーウェーブレットの合計であるマザーウェーブレットにより、各方向に関しウェーブレット領域へと変換されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。

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