JP2015190944A - レーダ装置、信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素子のデータが欠損した場合の影響を低減することができるレーダ装置を提供する。
【解決手段】レーダ装置１は、複数の送信アンテナを有する送信部１０と、複数の受信アンテナを有する受信部２０と、複数の送信アンテナの間隔及び複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、仮想アンテナの位置に応じて受信部が受信した受信信号を処理する信号処理装置３０であって、各送信アンテナに対応した信号送信結果又は各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて仮想アレーにおいて位置が同一である複数の仮想アンテナのそれぞれについて処理で使用するか否かを判断する信号処理装置３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ装置、信号処理装置及び信号処理方法に関する。

複数のレーダ送信装置で電波を送信し、複数のレーダ受信装置で電波を受信し、受信した電波を用いて対象物の位置を検出するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）レーダシステムと呼ばれるレーダ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、非特許文献１では、レーダ送信装置のアンテナを均一に配置したアレーと、レーダ受信装置のアンテナを均一に配置したアレーとによりＭＩＭＯレーダシステムを構成することが提案されている。この非特許文献１に記載の技術では、各アンテナは、送受信される波長の半波長間隔で配置される。また、非特許文献１の記載の技術では、レーダ受信装置は、各アンテナを介して、各レーダ送信装置のアンテナから送信された送信信号を受信する。また、非特許文献１の記載の技術では、レーダ送信装置のアンテナの素子数がＭ素子、レーダ受信装置のアンテナの素子数がＮ素子であるとすると、レーダ受信装置は、Ｍ×Ｎ素子の仮想的なアレーアンテナを有しているとみなすことができる。

特開２０１２−６８２２４号公報

Ｊｉａｎ Ｌｉ，Ｐｅｔｒｅ Ｓｔｏｉｃａ、ＭＩＭＯ ＲＡＤＡＲ ＳＩＧＮＡＬ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ、ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｃ，Ｉｎｃ、２００８、ｐｐ．７４−７７

ところで、ＭＩＭＯレーダシステムには、送信装置のアンテナと受信装置のアンテナのどちらかを間引いた形で配置し、間引き部分の素子を相対する素子で埋めるように指向性を掛け合わせることで、一定素子間隔でアレーを実現した場合と同等のレーダ映像を得るようにしたものがある。しかしながらこの方式では、現実に使用する素子数が少ないため、例えば１素子のデータが欠損した場合でもアレーアンテナの指向性が大きく崩れることがあるという課題がある。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、素子のデータが欠損した場合の影響を低減することができるレーダ装置、信号処理装置及び信号処理方法を提供する。

本発明の一態様は、複数の送信アンテナを有する送信部と、複数の受信アンテナを有する受信部と、前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する信号処理部であって、前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する信号処理部とを備えるレーダ装置である。

また、本発明の一態様は、前記複数の送信アンテナの間隔又は前記複数の受信アンテナの間隔が不等間隔に設定されているレーダ装置である。

また、本発明の一態様は、前記送信部が出力した送信信号を前記受信部へ前記受信アンテナを介さず入力する第１回路と、前記送信部が前記送信アンテナを介さず出力した送信信号を前記受信部へ入力する第２回路と、をさらに備え、前記信号処理部が、前記受信部が前記第１回路又は前記第２回路を介して入力した信号に基づき前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果を求めるレーダ装置である。

また、本発明の一態様は、複数の送信アンテナを有する送信部が送信した信号を複数の受信アンテナを有する受信部で受信した信号を入力し、前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する際に、前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する信号処理装置である。

また、本発明の一態様は、複数の送信アンテナを有する送信部が送信した信号を複数の受信アンテナを有する受信部で受信した信号を入力し、前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する際に、前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する信号処理方法である。

本発明によれば、位置が同一である複数の仮想アンテナのうち、信号の送信又は受信結果になんらかの問題がある送信又は受信アンテナによって構成される仮想アンテナを、信号処理において不使用とすることができる。また、仮想アンテナを不使用とした場合でも、位置が同一である他の仮想アンテナは使用することができる。よって、例えば仮想アレー全体では、指向性が大きく崩れないようにすることができる。

本発明の一実施形態としてのレーダ装置の構成例を示したブロック図である。 図１に示した送信アンテナ１１−０〜１１−１５と受信アンテナ２１−０〜２１−１３とによって構成する仮想アレーの構成例を説明するための模式図である。 図２に示した受信アンテナ２１−６が破損した場合の仮想アレー４０内のデータ欠損状況を説明するための模式図である。 図１に示した送信アンテナ１１−０〜１１−１５と受信アンテナ２１−０〜２１−１３とによって構成する仮想アレーの他の構成例を説明するための模式図である。 図４に示した受信アンテナ２１−６が破損した場合の仮想アレー４０内のデータ欠損状況を説明するための模式図である。 図１に示したレーダ装置１の動作例を説明するためのブロック図である。 図１に示したレーダ装置１の他の動作例を説明するためのブロック図である。 仮想アレーの他の構成例を説明するための模式図である。 図８に示した受信アンテナ２１−６が破損した場合の仮想アレー４０内のデータ欠損状況を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態であるレーダ装置１の構成例を示したブロック図である。図１に示したレーダ装置１は、送信部１０と、受信部２０と、信号処理装置（信号処理部）３０とを備えている。

送信部１０は、１６素子の送信アンテナ１１−０〜１１−１５と、アップコンバータ部１２と、ＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）１３と、結合器１４と、結合線路１５−０〜１５−１５とを備えている。ＤＡＣ１３は、信号処理装置３０から信号線７１を介して入力されたデジタルの送信信号をアナログの送信信号に変換する。アップコンバータ部１２は、送信アンテナ１１−０〜１１−１５にそれぞれ対応したアップコンバータ１２−０〜１２−１５と、送信アンテナ１１−０〜１１−１５に接続されていないアップコンバータ１２−Ａ１及び１２−Ａ２とを有している。アップコンバータ部１２は、アップコンバータ１２−０〜１２−１５によって、ＤＡＣ１３が出力したベースバンド帯域の直交性を持つ送信信号を、所定の無線周波数帯域の高周波信号に変換して出力する。送信アンテナ１１−０〜１１−１５は、対応するアップコンバータ１２−０〜１２−１５が出力した電気信号を電磁波に変換して送信する。各送信アンテナ１１−０〜１１−１５は、互いに直交性をもつ信号（直交信号）を送信する。アップコンバータ１２−Ａ１及び１２−Ａ２は、アップコンバータ１２−０〜１２−１５と同様、ＤＡＣ１３から入力された信号を高周波信号に変換して出力する。

また、結合線路１５−０〜１５−１５は、それぞれが対応する送信アンテナ１１−０〜１１−１５が送信する送信信号の電力の一部を送信アンテナ１１−０〜１１−１５の直前で分岐して取り出し、結合器１４へ入力する。結合器１４は、結合線路１５−０〜１５−１５の出力を１つの信号に合成し、線路７３を介して受信部２０へ出力する。

受信部２０は、１４素子の受信アンテナ２１−０〜２１−１３と、ダウンコンバータ部２２と、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）２３と、分配器２４と、結合線路２５−０〜２５−１３とを備えている。受信アンテナ２１−０〜２１−１３は、送信アンテナ１１−０〜１１−１５が送信し、図示していない対象物で反射、散乱等された電磁波を受信し、電気信号に変換して出力する。ダウンコンバータ部２２は、受信アンテナ２１−０〜２１−１３にそれぞれ対応したダウンコンバータ２２−０〜２２−１３と、受信アンテナ２１−０〜２１−１３に接続されていないダウンコンバータ２２−Ａ１及び２２−Ａ２とを有している。ダウンコンバータ部２２は、ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３によって、受信アンテナ２１−０〜２１−１３が出力した所定の無線周波数帯域の高周波電気信号を無線周波数帯域よりも低周波の信号に変換して出力する。ダウンコンバータ２２−Ａ１及び２２−Ａ２は、入力された信号を無線周波数帯域よりも低周波の信号に変換して出力する。なお、各ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３及び２２−Ａ１〜２２−Ａ２は、受信信号を出力するとともに、例えば受信信号の振幅のレベルを表す信号を出力できるようにしてもよい。ＡＤＣ２３は、ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３、２２−Ａ１及び２２−Ａ２が出力したベースバンド帯域のアナログ信号をデジタル信号に変換する。このＡＤＣ２３の出力が信号線７２を介して信号処理装置３０へ入力される。

また、分配器２４は、線路７４を介して送信部１０から入力された信号を、結合線路２５−０〜２５−１３へ分配して出力する。結合線路２５−０〜２５−１３は、分配器２４から入力された信号を、それぞれが対応する受信アンテナ２１−０〜２１−１３の出力と、受信アンテナ２１−０〜２１−１３直後で合成する。

なお、図１に示した構成において、送信アンテナ１１−０〜１１−１５の素子数と受信アンテナ２１−０〜２１−１３の素子数とは上記のものに限定されない。また、上述した１４素子の受信アンテナ２１−０〜２１−１３と１６素子の送信アンテナ１１−０〜１１−１５とは、信号処理装置３０による所定の信号処理によって、例えば図２に示した仮想アレー４０を構成するように配列されている。ここで、受信アンテナ２１−０〜２１−１３と送信アンテナ１１−０〜１１−１５とは、それぞれがアレーアンテナを構成するものであり、各アンテナは素子アンテナとも呼ばれる。図２に示した構成例では、レーダ装置１において、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５から送信された送信信号を、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３で受信し、信号処理装置３０で処理を施すことで、広い間隔の送信アンテナ１１−０〜１１−１５間を狭い間隔の受信アンテナ２１−０〜２１−１３で補間するようにして、狭い間隔で並んだ複数の仮想の素子アンテナからなる仮想アレー４０を構成している。図２に示した構成例では、受信アンテナ２１−０〜２１−１３が例えば無線信号の半波長に等しい一定間隔ｄで一列に配列されている（ただし、ｄは半波長に限定されない）。一方、送信アンテナ１１−０〜１１−１５は、受信アンテナ２１−０〜２１−１３の配列長１３ｄ（すなわち１４素子の受信アンテナの配列の先頭から後尾までの長さ）の約半分の一定の間隔７ｄで一列に配列されている。この配置では、均一の間隔ｄで配列する合計２２４素子（２×１１２素子）の仮想アンテナ３１−０〜３１−１１１及び３２−０〜３２−１１１からなる仮想アレー４０が構成される。また、この場合、仮想アレー４０は、仮想アンテナ群４１−０〜４１−１５から構成されている。各仮想アンテナ群４１−０〜４１−１５は、送信アンテナ１１−０〜１１−１５の位置を基準として一定の間隔ｄで配列された各１４素子の仮想アンテナ３１−０〜３１−１３、３２−０〜３２−１３、…、３１−９８〜３１−１１１及び３２−９８〜３２−１１１を含んでいる。

なお、図２では、仮想アレー４０を構成する仮想アンテナ３１−０〜３１−１１１及び３２−０〜３２−１１１を、便宜上、上下２段に分けて図示している。しかし、仮想アンテナの基となる受信アンテナ２１−０〜２１−１３と送信アンテナ１１−０〜１１−１５とはともに一列に配列されているため、合計２２４素子の仮想アンテナ３１−０〜３１−１１１及び３２−０〜３２−１１１も一列に配列される。つまり、例えば上段に図示した仮想アンテナ３１−７と下段に図示した仮想アンテナ３２−０とは、同一の位置に重複して形成されたものである。同様に、例えば、仮想アンテナ３１−２１と仮想アンテナ３２−１４とは、同一の位置に重複して形成されている。また、例えば、仮想アンテナ３１−１１１と仮想アンテナ３２−１０４とは、同一の位置に重複して形成されている。

次に、図３を参照して、図２に示した受信アンテナ２１−０〜２１−１３と送信アンテナ１１−０〜１１−１５との配置例において１素子の受信アンテナに故障等の不具合が発生した場合の仮想アレー４０への影響について説明する。図３に示した例では、網掛けして示した受信アンテナ２１−６を用いて受信した受信信号に例えば受信レベル低下等の何らかの不具合が発生したこととしている。この場合、各仮想アンテナ群４１−０〜４１−１５において網掛けして示した各１素子の仮想アンテナ３１−６、３２−６、３１−２０、３２−２０、３１−３４、３２−３４、３１−４８、３２−４８、３１−６２、３２−６２、３１−７６、３２−７６、３１−９０ ３２−９０、３１−１０４及び３２−１０４に影響が生じることになる。

次に、図４を参照して、受信アンテナ２１−０〜２１−１３と送信アンテナ１１−０〜１１−１５との他の配置例について説明する。図４に示した配置例では、受信アンテナ２１−０〜２１−１３が無線信号の半波長に等しい一定間隔ｄで一列に配列されている（ただし、ｄは半波長に限定されない）。一方、送信アンテナ１１−０〜１１−１５は、最小２ｄ、最大１４ｄの不等間隔で一列に配列されている。各送信アンテナ１１−０〜１１−１５間の間隔は、それぞれ、１４ｄ、１２ｄ、２ｄ、９ｄ、５ｄ、２ｄ、３ｄ、３ｄ、４ｄ、２ｄ、６ｄ、８ｄ、２ｄ、１２ｄ及び１４ｄである。この場合、仮想アレー４０は、仮想アンテナ群４１−０〜４１−１５から構成されている。各仮想アンテナ群４１−０〜４１−１５は、送信アンテナ１１−０〜１１−１５の位置を基準として一定の間隔ｄで配列された１４素子の仮想アンテナをそれぞれ含んでいる。例えば、仮想アンテナ群４１−０は、仮想アンテナ３１−０〜３１−１３を含んでいる。また、仮想アンテナ群４１−１は、仮想アンテナ３１−１４〜３１−２７を含んでいる。また、仮想アンテナ群４１−２は、送信アンテナ１１−２の位置を基準として間隔ｄで配列された１４素子の仮想アンテナを含むが、隣接する送信アンテナ１１−１の位置を基準として配列された１４素子の仮想アンテナのうちの２素子と位置が重なり合うことになる。そこで、図４では、送信アンテナ１１−２の位置を基準として形成される１４素子の仮想アンテナのうちの２素子を２段目にずらして示している。すなわち、仮想アンテナ群４１−２は、仮想アンテナ３２−２６及び２７と、仮想アンテナ３１−２８〜３９とを含んで構成されている。この場合、仮想アンテナ群４１−１が含む仮想アンテナ３１−２６及び２７と、仮想アンテナ群４１−２が含む仮想アンテナ３２−２６及び２７とは、互いに同一の位置に配置されている。

図４に示した配置例では、仮想アレー４０が、最上段に示した仮想アンテナ３１−０〜１１１と、２段目に示した仮想アンテナ３２−２６〜８５と、３段目に示した仮想アンテナ３３−３７〜３９、４４〜６７及び７２〜７５と、４段目に示した仮想アンテナ３４−４７〜６０及び６２〜６３と、５段目に示した仮想アンテナ３５−５０及び５４〜５７とを含んでいる。この場合、例えば、仮想アンテナ３５−５０及び５４〜５７が形成された位置では、５個の仮想アンテナが同じ位置に重複して形成されている。仮想アレー４０では、位置が同一となる仮想アンテナの個数が、１から５までのばらつきを有している。

次に、図５を参照して、図４に示した受信アンテナ２１−０〜２１−１３と送信アンテナ１１−０〜１１−１５との配置例において１素子の受信アンテナに故障等の不具合が発生した場合の仮想アレー４０への影響について説明する。図５に示した例では、網掛けして示した受信アンテナ２１−６を用いて受信した受信信号に例えば受信レベル低下等の何らかの不具合が発生したこととしている。この場合、各仮想アンテナ群４１−０〜４１−１５で網掛けして示した各１素子の仮想アンテナ３１−６、３１−２０、３１−３２、３２−３４、３１−４３、３２−４７、３３−５０、３３−５３、３３−５６、３３−６０、３３−６２、３２−６８、３１−７６、３２−７８、３１−９０及び３１−１０４に影響が生じることになる。この場合、仮想アンテナ３１−６、３１−２０、３１−９０及び３１−１０４は、位置が同一の仮想アンテナの個数が１である（つまり重複がない）。仮想アンテナ３１−３２、３１−３４、３１−４３、３１−６８、３１−７６及び３１−７８は、位置が同一の仮想アンテナの個数が２である。仮想アンテナ３２−４７、３３−５３、３３−６０及び３３−６２は、位置が同一の仮想アンテナの個数が４である。そして、仮想アンテナ３３−５０及び３３−５６は、位置が同一の仮想アンテナの個数が５である。

図２から図５を参照して示したように、本実施形態では、仮想アレー４０を構成する仮想アンテナに、他の１又は複数の仮想アンテナと位置が重複するものを複数存在させている。そこで、本実施形態では、仮に現実の送信アンテナ１１−０〜１１−１５、受信アンテナ２１−０〜２１−１３や、アップコンバータ１２−０〜１２−１５、ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３等に、なんらかの不具合が発生した場合でも、仮想アレー４０全体としての指向性等の特性に影響ができるだけ生じないように信号処理装置３０で次のような処理を行っている。すなわち、信号処理装置３０は、予め取得した送信アンテナ１１−０〜１１−１５と受信アンテナ２１−０〜２１−１３とを用いた信号送信結果及び信号受信結果に応じて、各仮想アンテナに影響が生じているか否かを判断する。そして、影響が生じた仮想アンテナの受信データを不使用とし、同一の位置にある他の仮想アンテナの受信データのみを使用する。この処理を行うことで、レーダ装置１では、仮想アレー４０全体としての指向性等の特性に影響ができるだけ生じないようにしている。

ここで、比較のため、図８及び図９を参照して、他の仮想アレー４０の構成例について説明する。図８及び図９に示した仮想アレー４０は、１４素子の受信アンテナ２１−０〜２１−１３と、８素子の送信アンテナ１１−０〜１１−７とから構成している。また、受信アンテナ２１−０〜２１−１３は例えば無線信号の半波長に等しい一定間隔ｄで一列に配列されている（ただし、ｄは半波長に限定されない）。一方、送信アンテナ１１−０〜１１−７は、受信アンテナ２１−０〜２１−１３の配列長１３ｄ（すなわち１４素子の受信アンテナの配列の全長）より間隔ｄだけ長い一定の間隔１４ｄで一列に配列されている。すなわち、図８に示した例は、図２に示したものと比較して、送信アンテナ１１−０〜１１−７の素子数が半分であり、各送信アンテナ１１−０〜１１−７の間隔が２倍である。この配置では、均一の間隔ｄで配列する合計１１２素子の仮想アンテナ３１−０〜３１−１１１からなる仮想アレー４０が構成される。また、この場合、仮想アレー４０は、仮想アンテナ群４１−０〜４１−７から構成されている。各仮想アンテナ群４１−０〜４１−７は、送信アンテナ１１−０〜１１−７の位置を基準として一定の間隔ｄで配列された各１４素子の仮想アンテナ３１−０〜３１−１３、３１−１４〜３１−２７、…、３１−９８〜３１−１１１を含んでいる。

次に、図９を参照して、図８に示した受信アンテナ２１−０〜２１−１３と送信アンテナ１１−０〜１１−７との配置例において１素子の受信アンテナに故障等の不具合が発生した場合の仮想アレー４０への影響について説明する。図９に示した例では、網掛けして示した受信アンテナ２１−６を用いて受信した受信信号に例えば受信レベル低下等の何らかの不具合が発生したこととしている。この場合、各仮想アンテナ群４１−０〜４１−７において網掛けして示した各１素子の仮想アンテナ３１−６、３１−２０、３１−３４、３１−４８、３１−６２、３１−７６、３１−９０及び３１−１０４に影響が生じることになる。図８及び図９に示した仮想アレー４０では、仮想アンテナの各位置に１素子の仮想アンテナしか配置されていない。そのため、受信アンテナの１素子が破損等した場合、仮想アレーでは周期的に送信アンテナ素子数分の受信データに欠損等が生じることになる。このように周期的にデータが欠損した場合、アンテナの指向性が大きく崩れるなどの影響が懸念される。これに対し、図２や図４に示した構成では、仮想アレー４０内の複数の仮想アンテナの形成位置において、同一の位置に複数の仮想アンテナが形成されるようにしている。したがって、信号処理装置３０による各仮想アンテナの使用又は不使用の判断処理との組み合わせによって、仮想アレー４０全体としての指向性等の特性への影響を低減することができる。

次に、図１に戻り、信号処理装置３０について説明する。信号処理装置３０は、受信部２０から入力した受信信号をレーダ映像に変換する。信号処理装置３０では、例えば、受信部２０から入力した受信信号をマッチドフィルタで分離し、仮想アレーアンテナの信号を得る。そして、取得した信号を各仮想アンテナの位置に応じて空間方向に処理することで方位方向に変換する。この処理はディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）と呼ばれ、窓関数の乗算、およびフーリエ変換によって実現できる。信号の全レンジについてＤＢＦ処理をすることにより、レンジ−方位の二次元レーダ画像が得られる。

また、信号処理装置３０は、図２又は図４に示すように仮想アレー４０における個々の仮想アンテナの位置が同一の位置と見なせる複数の信号に対して、例えばベクトル平均あるいはベクトル合成を算出する。例えば、図２に示した仮想アレー４０では、互いに位置が同一である仮想アンテナ３１−７での受信信号と仮想アンテナ３２−０での受信信号とのベクトル平均あるいはベクトル合成を算出し、当該位置での受信信号の値とする。また、図４に示した仮想アレー４０では、互いに位置が同一である例えば仮想アンテナ３１−５０、３２−５０、３３−５０、３４−５０及び３５−５０での受信信号のベクトル平均あるいはベクトル合成を算出し、当該位置での受信信号の値とする。なお、信号処理装置３０は、例えば、受信信号を振幅データと位相データとのベクトル値として、このベクトル値の平均あるいは合成を算出することでベクトル平均あるいはベクトル合成の算出を行う。なお、仮想アンテナの位置が同一の位置とは、各送信アンテナ１１−０〜１５間の間隔、及び受信アンテナ２１―０〜１３間の間隔に基づいて、公知の技術で仮想アレーを構成した場合、所定の間隔で配置される仮想アンテナにおいて、仮想アンテナの仮想的な位置が同じ位置ということである。

また、信号処理装置３０は、上述したような仮想アンテナで取得した信号に基づく信号処理を行う際に、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５に対応した信号送信結果又は各受信アンテナ２１−０〜２１−１３に対応した信号受信結果に基づいて仮想アレー４０において位置が同一である複数の仮想アンテナのそれぞれについて上記の処理で使用するか否かを判断する処理を行う。例えば、図３に示した例では、信号処理装置３０は、送信アンテナ１１−０〜１１−１５を用いた信号の送信結果、又は、受信アンテナ２１−０〜２１−１３を用いた信号の受信結果に基づいて、位置が同一である複数の仮想アンテナ３１−７〜１１１及び３２−０〜３２−１０４（すなわち同一の位置に他の仮想アンテナが位置している仮想アンテナ３１−７〜１１１及び３２−０〜３２−１０４）に対して、上記の処理で使用するか否かを判断する処理を行う。図３に示した例では、信号処理装置３０が、例えば位置が同一である仮想アンテナ３１−１３と仮想アンテナ３２−６とのそれぞれについて、次の判断処理を行う。すなわち、信号処理装置３０は、一方の仮想アンテナ３１−１３の受信信号を算出する際に用いる送信アンテナ１１−０及び受信アンテナ２１−１３とについて、それぞれの信号送信結果又は信号受信結果に基づき、仮想アンテナ３１−１３を使用するか否かを判断する。さらに、信号処理装置３０は、他方の仮想アンテナ３２−６の受信信号を算出する際に用いる送信アンテナ１１−１と受信アンテナ２１−６とについて、それぞれの信号送信結果又は信号受信結果に基づいて、仮想アンテナ３２−６を使用するか否かを判断する。図３に示した例では、受信アンテナ２１−６で受信された信号にのみ問題が生じているとしていて、受信アンテナ２１−１３で受信された信号に問題が生じていないとしているので、この場合、信号処理装置３０は、仮想アンテナ３１−１３の受信信号を使用すると判断し、仮想アンテナ３２−６の受信信号を使用しないと判断する。この場合、信号処理装置３０は、当該位置での受信信号として、仮想アンテナ３１−１３の受信信号と仮想アンテナ３２−６の受信信号とをベクトル平均あるいはベクトル合成した値を用いずに、仮想アンテナ３１−１３の受信信号の値のみを用いるようにすることができる。

また、図５に示した例では、受信アンテナ２１−６で受信された信号に問題が生じているとしているので、信号処理装置３０は、互いに位置が同一の例えば仮想アンテナ３１−５０、３２−５０、３３−５０、３４−５０及び３５−５０について、仮想アンテナ３３−５０を不使用と判断し、他の仮想アンテナ３１−５０、３２−５０、３４−５０及び３５−５０を使用すると判断する。この場合、信号処理装置３０は、当該位置での受信信号として、使用すると判断した仮想アンテナ３１−５０、３２−５０、３４−５０及び３５−５０の各受信信号をベクトル平均あるいはベクトル合成した値を用いるようにすることができる。

また、信号処理装置３０は、上記の仮想アンテナの使用又は不使用の判断の際に使用するデータである、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５に対応した信号送信結果又は各受信アンテナ２１−０〜２１−１３に対応した信号受信結果を次のようにして取得することができる。各送信アンテナ１１−０〜１１−１５に対応した信号送信結果を取得する場合、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５から所定の送信信号を送信する。この送信信号の一部を、結合線路１５−０〜１５−１５、結合器１４及び線路７３からなる回路を用いて受信部２０のダウンコンバータ２２−Ａ２へ入力する。この際、信号処理装置３０は、ＤＡＣ１３へ所定の制御データを入力することで、アップコンバータ１２−０〜１２−１５を介して各送信アンテナ１１−０〜１１−１５から所定の送信信号を送信する。アップコンバータ１２−０〜１２−１５から各送信アンテナ１１−０〜１１−１５へ出力された送信信号の一部は、各結合線路１５−０〜１５−１５を介して結合器１４へ入力される。各結合線路１５−０〜１５−１５を介して入力された送信信号は、結合器１４で合成されて、線路７３へ出力される。結合器１４から線路７３へ出力された送信信号は、ダウンコンバータ２２−Ａ２へ入力される。ダウンコンバータ２２−Ａ２は、所定の周波数変換を行い、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５から送信された各送信信号に対応したアナログ信号を出力する。また、ダウンコンバータ２２−Ａ２は、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５から送信された各送信信号の振幅のレベルを表す信号を出力してもよい。ダウンコンバータ２２−Ａ２から出力されたアナログ信号は、ＡＤＣ２３で所定のデジタル信号に変換されて、信号処理装置３０へ出力される。信号処理装置３０は、ＡＤＣ２３から入力された各送信アンテナ１１−０〜１１−１５から送信された各送信信号に対応するデジタルの受信信号や各送信信号の振幅のレベルを表す信号に基づいて、各送信信号がダウンコンバータ２２−Ａ２で正常に受信されたか否かを判断する。信号処理装置３０は、例えば、ダウンコンバータ２２−Ａ２で受信した信号の誤り率、振幅のレベル等を、所定のしきい値と比較した結果を、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５に対応した信号送信結果を示すデータとして所定の記憶部に格納する。

一方、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３に対応した信号受信結果を取得する場合、アップコンバータ１２−Ａ２から所定の送信信号を送信し、この送信信号を、線路７４を介して受信部２０の分配器２４へ入力する。分配器２４は、入力された送信信号を各結合線路２５−０〜２５−１３へ分配して出力する。各結合線路２５−０〜２５−１３は、分配器２４が出力した送信信号を対応する各受信アンテナ２１−０〜２１−１３の出力に、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３の直後で合成する。各受信アンテナ２１−０〜２１−１３の直後で合成された各信号は、各ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３へ入力される。各ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３は、所定の周波数変換を行い、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３の直後で合成された各信号に対応したアナログ信号を出力する。また、各ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３は、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３の直後で合成された各信号の振幅のレベルを表す信号を出力してもよい。各ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３の出力信号は、ＡＤＣ２３を介して所定のデジタル信号として信号処理装置３０へ入力される。信号処理装置３０は、例えば、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３が受信した信号の誤り率、振幅のレベル等を、所定のしきい値と比較した結果を、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３に対応した信号受信結果を示すデータとして所定の記憶部に格納する。

以上のような構成及び処理によって、信号処理装置３０は、送信部１０が出力した送信信号を受信部２０へ受信アンテナ２１−０〜２１−１３を介さず入力する回路と、送信部１０が送信アンテナ１１−０〜１１−１５を介さず出力した送信信号を受信部２０へ入力する回路とを用いて、各送信アンテナに対応した信号送信結果又は各受信アンテナに対応した信号受信結果を求めることができる。なお、信号処理装置３０は、例えばレーダ装置１の運用中に所定の時間間隔であるいは任意のタイミングで、繰り返し各送信アンテナに対応した信号送信結果又は各受信アンテナに対応した信号受信結果を求め、各結果を表すデータを更新することができる。

次に、図６及び図７を参照して、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５に対応した信号送信結果又は各受信アンテナ２１−０〜２１−１３に対応した信号受信結果を取得するための他の構成及び処理例について説明する。図６は、図１に示したものと同一のレーダ装置１を示したブロック図である。ただし、図６では、図１に示した一部の構成の図示を省略している。すなわち、図６では、図１に示した結合器１４と、結合線路１５−０〜１５−１５と、分配器２４と、結合線路２５−０〜２５−１３と、線路７３と、線路７４との図示を省略している。

図６は、信号処理装置３０が、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５に対応した信号送信結果を取得するための構成を示している。図６に示したレーダ装置１では、受信アンテナ８１を新たに設け、受信部２０内のダウンコンバータ２２−Ａ１の入力に接続している。受信アンテナ８１は、送信アンテナ１１−０〜１１−１５が送信した各送信信号を受信するためのアンテナであり、送信アンテナ１１−０〜１１−１５に対向する位置に設置される。受信アンテナ８１が受信した信号は、ダウンコンバータ２２−Ａ１へ入力される。ダウンコンバータ２２−Ａ１は、受信した各送信信号を所定のアナログ信号に変換して出力したり、各送信信号の振幅のレベルを表す信号を生成して出力したりする。ダウンコンバータ２２−Ａ１が出力した信号は、ＡＤＣ２３で所定のデジタル信号に変換され、信号処理装置３０へ入力される。信号処理装置３０は、例えば、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５が送信した各信号をダウンコンバータ２２−Ａ１で変換した各信号における誤り率、振幅のレベル等を、所定のしきい値と比較する。そして、信号処理装置３０は、その比較結果を、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５に対応した信号送信結果を示すデータとして所定の記憶部に格納する。

一方、図７は、信号処理装置３０が、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３に対応した信号受信結果を取得するための構成を示している。図７に示したレーダ装置１では、送信アンテナ８２を新たに設け、送信部１０内のアップコンバータ１２−Ａ１の出力に接続している。送信アンテナ８２は、アップコンバータ１２−Ａ１が出力した信号を送信し、その送信信号を各受信アンテナ２１−０〜２１−１３に受信させるためのアンテナであり、受信アンテナ２１−０〜２１−１３に対向する位置に設置される。送信アンテナ８２が送信した信号は、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３で受信され、各ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３へ入力される。ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３は、入力された各受信信号を所定のアナログ信号に変換して出力したり、各受信信号の振幅のレベルを表す信号を生成して出力したりする。ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３が出力した信号は、ＡＤＣ２３で所定のデジタル信号に変換され、信号処理装置３０へ入力される。信号処理装置３０は、例えば、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３が受信した各信号を各ダウンコンバータ２２−０〜２２−１３で変換した各信号における誤り率、振幅のレベル等を、所定のしきい値と比較する。そして、信号処理装置３０は、その比較結果を、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３に対応した信号受信結果を示すデータとして所定の記憶部に格納する。

以上のように本実施形態では、仮想アレーを構成する仮想アンテナ（すなわち仮想素子）を同一の位置に複数重複して配置するとともに、各送信アンテナに対応した信号送信結果又は各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて仮想アレーにおいて位置が同一である複数の仮想アンテナのそれぞれについて信号処理で使用するか否かを判断する。これによれば、位置が同一である複数の仮想アンテナのうち、信号の送信又は受信結果になんらかの問題がある送信又は受信アンテナによって構成される仮想アンテナを、信号処理において不使用とすることができる。また、仮想アンテナを不使用とした場合でも、位置が同一である他の仮想アンテナは使用することができる。よって、仮想アレー全体では、例えば指向性が大きく崩れないようにする等、欠損等による特性への影響を低減することができる。

なお、本実施形態では、各送信アンテナ１１−０〜１１−１５を、受信アンテナ２１−０〜２１−１３の配列長より短い一定の間隔（図２）あるいは配列長より短い間隔を含む不等間隔（図４）を有するように配列させることで、同一の位置に複数の仮想アンテナを重複して配置している。ただし、送信アンテナと受信アンテナとの配置は逆の関係とすることもできる。すなわち、各受信アンテナ２１−０〜２１−１３を、送信アンテナ１１−０〜１１−１５の配列長より短い一定の間隔あるいは配列長より短い間隔を含む不等間隔を有するように配列させることで、同一の位置に複数の仮想アンテナを重複して配置することもできる。

なお、本発明の実施の形態は上記のものに限定されない。例えば、各送信アンテナと各受信アンテナとの配列（すなわち現実の各素子アンテナの配列）や構成は任意である。また、送信部１０と受信部２０と信号処理装置３０とを個別の構成として示しているが、一体に形成することもできる。また、信号処理装置３０は、コンピュータとそのコンピュータが実行するプログラムとを用いて構成することができ、そのプログラムはコンピュータ読み取り可能な記録媒体や通信回線を介して頒布することができる。

１…レーダ装置、１０…送信部、１１−０〜１１−１５…送信アンテナ、１２−０〜１２−１５、１２−Ａ１、１２−Ａ２…アップコンバータ、１４…結合器、２０…受信部、２１−０〜２１−１３…受信アンテナ、２２−０〜２２−１３、２２−Ａ１、２２−Ａ２…ダウンコンバータ、２４…分配器、３０…信号処理装置、４０…仮想アレー、３１−０〜１１１、３２−０〜３２−１１１…仮想アンテナ

Claims (5)

1. 複数の送信アンテナを有する送信部と、
   複数の受信アンテナを有する受信部と、
   前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する信号処理部であって、前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する信号処理部と
   を備えるレーダ装置。
2. 前記複数の送信アンテナの間隔又は前記複数の受信アンテナの間隔が不等間隔に設定されている
   請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記送信部が出力した送信信号を前記受信部へ前記受信アンテナを介さず入力する第１回路と、
   前記送信部が前記送信アンテナを介さず出力した送信信号を前記受信部へ入力する第２回路と、
   をさらに備え、
   前記信号処理部が、前記受信部が前記第１回路又は前記第２回路を介して入力した信号に基づき前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果を求める
   請求項１又は２に記載のレーダ装置。
4. 複数の送信アンテナを有する送信部が送信した信号を複数の受信アンテナを有する受信部で受信した信号を入力し、
   前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する際に、
   前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する
   信号処理装置。
5. 複数の送信アンテナを有する送信部が送信した信号を複数の受信アンテナを有する受信部で受信した信号を入力し、
   前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する際に、
   前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する
   信号処理方法。

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