JP2016017843A

JP2016017843A - レーダ装置

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Publication number: JP2016017843A
Application number: JP2014140708A
Authority: JP
Inventors: 健太郎磯田; Kentaro Isoda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: JP6079709B2

Abstract

【課題】複数の送信アンテナの送信信号が目標物から反射した受信信号から、ビーム合成に用いる、各送信信号由来の成分を正しく求めるレーダ装置を得る
【解決手段】擬似直交信号により変調を行なった送信電波を送信する複数の送信アンテナと、前記送信電波が目標物から反射した反射電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナが受信した反射電波から受信信号を復調する受信部と、前記擬似直交信号のそれぞれと前記受信信号との相関計算を行ない、送信信号分離ベクトルを算出する信号分離処理部と、前記擬似直交信号の相関行列の逆行列を、前記送信信号分離ベクトルと乗算し、送受信伝搬ベクトルを算出する相互相関補償部と、前記送受信伝搬ベクトルをもとに合成ビームを算出するビーム合成処理部と、前記合成ビームの振幅と所定の基準に基づき前記目標物を検出する目標検出処理部とを備えるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の送信アンテナから目標を探査する領域に送信電波を送信し、探査する領域内の目標物から反射した反射電波を受信アンテナにより受信し、受信した電波をもとに目標物を探知するレーダ装置に関する。

レーダ装置は、目標物に向けて送信電波を送信し、送信電波が目標物から反射した反射電波を受信し分析することにより目標物を探知し、探知した目標物の位置の特定をする。レーダ装置により、微小な目標の探知や、目標物の位置の正確な特定を行なおうとすると、送信電波の送信及び反射電波の受信に、電力を集中させた細いビームを生成し、その細いビームを目標物に指向させることが必要になる。細いビームを生成する為には、電波の送信、受信に使用するアンテナを大型化させる必要がある。しかし、アンテナの大型化には限界が有る。このため、微小な目標の探知や、目標物の位置の正確な特定に関する性能向上は、アンテナの大型化の限界により制限されている。

そこで、送信アンテナや受信アンテナを大型化させずに微小な目標の探知や、目標物の位置の正確な特定を行なうため、送信アンテナや受信アンテナを、それぞれ、設置位置を広範囲に分散させた複数の分散アンテナにより構成する技術がある。この技術では、分散させて配置した複数の送信アンテナから、互いに直交する送信信号を送信し、目標からの反射信号を、分散させて配置した複数の受信アンテナで受信する。複数の受信アンテナで受信した受信信号とそれぞれの送信信号との相関を行なうことにより、受信信号から、各送信信号由来の成分を分離し、分離した成分を基に、信号処理により送信ビームや受信ビームを合成して、この送信ビームと受信ビームにより目標の探知を行なう。この様にして、アンテナの分散させた範囲に該当する細い送信ビームや受信ビームを合成し、分散配置させたアンテナの範囲に該当する広大なアンテナを使用した場合と同様の効果を得る（たとえば、特許文献１および非特許文献１参照）。

特開２０１２−１９４０４３号公報（図１）

平田他、「ＭＩＭＯレーダの基礎実験評価」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、２００９年４月、ＳＡＮＥ２００９−１

従来のレーダ装置は、上記のように構成されているため、信号処理により受信ビームと送信ビームの合成を行う為には、受信信号から、各送信信号由来の成分が正しく求められることが必要である。そのためには、送信信号は、互いに直交することが必要であり、レーダ装置は、互いに直交する送信信号のそれぞれと受信信号との相関を行なうことにより、受信信号から、各送信信号由来の成分を分離できることが必要である。互いの相互相関が０となる直交信号は、一般に、無限時間における相互相関を０にする。しかし、レーダの送信信号として使用される信号は、有限時間の信号でなければならない。このため、実際には、直交信号を有限時間で切り出した擬似直交信号が送信信号に使用される。この様な擬似直交関数相互の相互相関は、０に近い小さい値であるが、０ではない。このため、レーダ装置が受信信号から各送信信号との相関により分離した信号は、擬似直交関数の相互相関による、分離対象以外の擬似直交関数の成分が混入しており、正しく各送信信号由来の成分が抽出されたものではない。この擬似直交関数の相互相関による分離対象以外の擬似直交関数の成分の混入により、合成するビームの形状が変形し、レーダ装置の、微小な目標の探知や目標物の位置を正確に特定する性能が、劣化することがあるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数の送信アンテナの送信信号が目標物から反射した受信信号から、ビーム合成に用いる、各送信信号由来の成分を正しく求めることができるレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、互いに直交する複数の直交信号を有限時間で切り出した擬似直交信号のそれぞれに対応して設けられ、前記擬似直交信号により変調を行なった送信電波を送信する複数の送信アンテナと、前記複数の送信アンテナから送信された前記送信電波が前記目標探査領域に存在する目標物から反射した反射電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナが受信した反射電波から受信信号を復調する受信部と、前記擬似直交信号のそれぞれと前記受信信号との相関計算を行ない、算出された送信信号分離成分を順番に並べた、送信信号分離ベクトルを算出する信号分離処理部と、前記擬似直交信号を前記送信信号分離ベクトルと対応する順番に並べた擬似直交信号ベクトルの相関行列の逆行列を、前記送信信号分離ベクトルと乗算し、前記擬似直交信号に対応する送信アンテナからの送受信伝搬成分が前記送信信号分離ベクトルと対応する順番に並んだ、送受信伝搬ベクトルを算出する相互相関補償部と、前記目標探査領域を複数の分割探査領域に分割し、前記分割探査領域毎に、前記送受信伝搬ベクトルに含まれる複数の送受信伝搬成分をもとに合成ビームを算出するビーム合成処理部と、前記分割探査領域毎に、前記合成ビームの振幅と所定の基準に基づき前記目標物を検出する目標検出処理部とを備えるようにしたものである。

本発明によれば、レーダ装置は、送信信号を変調する擬似直交信号と受信信号との相関により受信信号に含まれるそれぞれの送信信号の成分を分離し送信信号分離成分を求め、さらに、擬似直交信号ベクトルどうしの相関関数からなる相関行列の逆行列を用い、送信信号分離成分から分離対象以外の送信信号由来の成分の混入を除くため、ビーム合成に用いる各送信信号由来の成分を、分離対象以外の送信信号由来の成分の混入なく求めることができる。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の相互相関補償部の構成例を示すブロック図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成例を表すブロック図である。図１において、レーダ装置は、送受信制御装置１、分散して配置された複数の送信ユニット２−１〜２−Ｍ、分散して配置された複数の受信ユニット３−１〜３−Ｎ、ビーム合成処理部４、目標検出処理部５を備える。送信ユニットの数Ｍは、２以上の自然数であり、受信ユニットの数Ｎは、１以上の自然数である。ＭとＮは、それぞれ同じである必要は無く、独立に決めて良い。

送受信制御装置１は、互いに直交する複数の直交信号を有限時間で切り出した擬似直交信号とそれぞれの送信ユニット２−１〜２−Ｍの対応付けを行う。複数の送信ユニット２−１〜２−Ｍは、送受信制御装置１が対応付けを行なった擬似直交信号により変調を行った送信電波を、探査領域６に送信する。複数の受信ユニット３−１〜３−Ｎは、複数の複数の送信ユニット２−１〜２−Ｍが送信した送信電波が、探査領域６に存在する目標から反射した反射波を受信する。複数の受信ユニット３−１〜３−Ｎは、受信した反射波から受信信号を復調し、受信信号をもとに、複数の送信ユニット２−１〜２−Ｍからそれぞれの受信ユニットまで伝搬する伝搬成分を算出する。ビーム合成処理部４は、探査領域６を分割した複数の分割探査領域８毎に、複数の受信ユニット３−１〜３−Ｎが算出した、複数の送信ユニット２−１〜２−Ｍと複数の受信ユニット３−１〜３−Ｎの全ての組み合わせについての伝搬成分を基に、合成ビームを算出する。目標検出処理部５は、分割探査領域８毎に、合成ビームの振幅と所定の基準に基づき目標物７を検出する。

送信ユニット２−１は、送信信号生成部２１−１、送信部２２−１、および送信アンテナ２３−１を有する。この構成は、全ての送信ユニットに共通であり、送信ユニット２−ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）はそれぞれ、送信信号生成部２１−ｍ、送信部２２−ｍ、および送信アンテナ２３−ｍを有する。送信信号生成部２１−ｍ、送信部２２−ｍ、および送信アンテナ２３−ｍは、それぞれの送信ユニットにおいて、同等の機能を実現する。

送信ユニット２−ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）において、送信信号生成部２１−ｍは、送受信制御装置１が当該の送信ユニットとの対応付けを行なった擬似直交信号を生成する。送信部２２−ｍは、送信信号生成部２１−ｍが生成した擬似直交信号で変調した送信電波を生成する。送信アンテナ２３−ｍは、送信部２２−ｍが生成した送信電波を探査領域６に送信する。

受信ユニット３−１は、受信アンテナ３１−１、受信部３２−１、信号分離処理部３３−１、および相互相関補償部３４−１を有する。この構成は、全ての受信ユニットに共通であり、受信ユニット３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）はそれぞれ、受信アンテナ３１−ｎ、受信部３２−ｎ、信号分離処理部３３−ｎおよび相互相関補償部３４−ｎを有する。

受信ユニット３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）において、受信アンテナ３１−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）は、探査領域６に存在する目標物７からの反射電波を受信する。受信部３２−ｎは、受信アンテナ３１−ｎが受信した反射電波から受信信号を復調する。信号分離処理部３３−ｎは、送受信制御装置１が複数の送信ユニット２−１〜２−Ｍとの対応付けを行なった擬似直交信号を並べた擬似直交信号ベクトルと、受信部３２−１が復調を行なった受信信号との相関を行ない、それぞれの擬似直交信号の成分である送信信号分離成分を算出し、送信信号分離成分を擬似直交信号ベクトルと対応する順に並べた送信信号分離ベクトルを算出する。相互相関補償部３４−ｎは、それぞれの送信信号分離ベクトルから、送受信伝搬ベクトルを算出する。

次に、動作について説明する。送受信制御装置１は、互いの相関が０となり直交する複数の直交信号を選択する。送受信制御装置１は、選択した複数の直交信号のそれぞれを有限な時間で切り出した擬似直交信号の一つ一つに対し、対応する送信ユニット２−１〜２−Ｍを選択し、擬似直交信号と送信ユニットとの間の対応付けを行なう。送受信制御装置１は、送信ユニット２−１〜２−Ｍに、それぞれ対応する擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍを指示する。また、送受信制御装置１は、受信ユニット３１−１〜３１−Ｎに、擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍと送信ユニット２−１〜２−Ｍの対応を通知する。

送受信制御装置１が擬似直交信号を選択する上で使用する直交信号は、２値または多値の直交符号を信号としたもの、直交関数系をアナログ信号とした信号、同一の信号に時間差をつけた信号や、異なる周波数の信号、これ等の２つ以上を組み合わせた信号など、何れでもよい。

直交信号は、無限の時間における互いの相互相関が０になる。レーダ装置の送信信号は有限の時間によるもので無ければならないため、送信信号ｓ_１〜ｓ_Ｍは、直交信号を有限時間で切り出した擬似直交信号を使用している。擬似直交信号は、有限時間で切り出した信号であるため、式（１）の様に、自己相関の値は、規格化された値ｓ_０となり、相互相関の値は、自己相関に比べて小さな、０に近い値ｓ_０・ρ_ｉ，ｊとなる。なお、式（１）中の＊は、複素共役を表す。

送信ユニット２−ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）のそれぞれにおいて、送信信号生成部２１−ｍは、送信制御装置１から指示された、対応する擬似直交信号ｓ_ｍを送信信号として生成する。送信部２２−ｍは、擬似直交信号ｓ_ｍにより搬送波を変調、増幅して送信電波Ｓ_ｍを生成し、送信アンテナ２３−ｍは、送信電波Ｓ_ｍを空中に送信する。

それぞれの送信ユニット２−１〜２−Ｍの送信アンテナ２３−１〜２３−Ｍから送信された送信電波Ｓ_１〜Ｓ_Ｍは、レーダ装置が目標物を探査する範囲としている探査領域６にある目標物７まで伝搬し、反射する。送信ユニット２−ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の送信アンテナ２３−ｍから、目標物７までの距離をＤ_ｔ，ｍとすると、送信電波は、距離Ｄ_ｔ，ｍを伝搬する間に、その位相が２πＤ_ｔ，ｍ／λ（λは、送信電波の波長）遅れる。このため、送信アンテナ２３−ｍから目標物７に届く電波ｑ_ｍは、式（２）の様に表される。

目標物７には、全ての送信ユニット２−１〜２−Ｍから送信電波が届く。このため、全ての送信ユニット２−１〜２−Ｍから目標物７に届く電波Ｑは、式（３）の様に表される。

目標物７の反射断面積をσとすると、目標物７からの反射波は、式（４）の通りとなる。

目標物７からそれぞれの受信ユニット３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の受信アンテナ３１−ｎまでの距離をＤ_ｒ，ｎとすると、送信電波は、距離Ｄ_ｒ，ｎを伝搬する間に、その位相が２πＤ_ｒ，ｎ／λ（λは、送信電波の波長）遅れる。このため、目標物７から受信アンテナ３１−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）のそれぞれに届く反射電波Ｒ_ｎは、式（５）の様に表される。

それぞれの受信ユニット３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の受信部３２−ｎは、受信アンテナ３１−ｎで受信した、式（５）で表される反射電波Ｒ_ｎを増幅し、周波数変換、ＡＤ変換を行い、受信信号ｒ_ｎを復調する。このため、受信信号ｒ_ｎは、反射波Ｒ_ｎと同様に、擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍの成分を含み、（６）のとおりになる。

それぞれの受信ユニット３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の信号分離処理部３３−ｎは、式（６）で表される受信信号ｒ_ｎから、式（１）の関係を用いて、擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍの成分を分離する。いずれかの擬似直交信号ｓ_ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の成分を分離する場合、式（７）のように、受信信号ｒ_ｎと擬似直交信号ｓ_ｍとの相関計算を行い、送信信号分離成分ｙ_ｎ，ｍを算出する。信号分離処理部３３−ｎは、擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍの成分をそれぞれ分離し、複数の送信信号送信信号分離成分ｙ_ｎ，ｍを、擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍの順番に並べた、式（８）で示す送信信号分離ベクトルｙ_ｎを算出する。

また、信号分離処理部３３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）が出力する、式（８）で示す送信信号分離ベクトルｙ_ｎは、式（９）の様に行列の形式で表現することができる。行列Ｃは、擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍを並べた擬似直交信号ベクトル［ｓ_１，ｓ_２・・・，ｓ_Ｍ］^Ｔの相関行列である。擬似直交信号ベクトルの擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍの順番と、送信信号分離ベクトルｙ_ｎの送信信号分離成分ｙ_ｎ，１〜ｙ_ｎ，Ｍの順番は対応している。

式（７）ないし式（９）において、擬似直交信号の自己相関ｓ_０に対して、相互相関ｓ_０・ρ_ｉ，ｊの値は小さい。このため、信号分離処理部３３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）が算出する送信信号分離成分ｙ_ｎ，ｍにおいては、受信部３２−ｎが復調した受信信号から、擬似直交信号ｓ_ｍの成分であるσａ_ｒ，ｎ・ａ_ｔ，ｍ・ｓ_０が抽出され、ほぼ分離される。

しかし、式（１）で示したように、擬似直交信号は、直交信号を有限の時間で切り出した信号であるため、直交信号ではない。式（７）ないし式（９）における相互相関ρ_ｉ，ｊは、値が小さくはあるが、０ではない。このため、ビーム合成処理部４で信号処理により合成ビームを算出する際に、信号分離処理部３３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）が算出する送信信号分離成分ｙ_ｎ，ｍに基づき合成ビームを生成する場合、分離されずに残ったρ_ｉ，ｊの項が、ビーム形成を行なう上で誤差として影響し、ビームが形成される位置のずれ、ビーム幅の広がり、ビーム尖頭での利得の低下といったビーム形状の変形の原因となる。

それぞれの受信ユニット３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の相互相関補償部３４−ｎは、信号分離処理部３３−ｎの出力である、送信信号分離ベクトルｙ_ｎを構成する送信信号分離成分ｙ_ｎ，ｍから、各要素から相互相関ｓ_０・ρ_ｉ，ｊの影響を除き、送受信伝搬成分ｚ_ｎ，ｍで構成される、送受信伝搬ベクトルｚ_ｎを算出する。送受信伝搬ベクトルｚ_ｎは、送受信伝搬成分ｚ_ｎ，ｍが、送信信号分離ベクトルｙ_ｎに対応する順に並んだベクトルである。ビーム合成処理部４は、相互相関ｓ_０・ρ_ｉ，ｊの影響により分離対象以外の擬似直交関数の成分が混入している送信信号分離成分ｙ_ｎ，ｍではなく、相互相関補償部３４−ｎが算出する、相互相関ｓ_０・ρ_ｉ，ｊの影響を除いた送受信伝搬成分ｚ_ｎ，ｍを基にビーム合成を行なうことにより、正確なビーム合成を行なうことができる。

相互相関補償部３４−ｎでは、送受信制御装置１により通知された、擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍと送信ユニット２−１〜２−Ｍとの対応を基に、式（９）で示される擬似直交信号の相関行列Ｃを算出する。さらに、相互相関補償部３４−ｎでは、相関行列Ｃの逆行列Ｃ^−１を算出する。

相互相関補償部３４−ｎは、算出した逆行列Ｃ^−１と送信信号分離ベクトルｙ_ｎとの積を計算し、式（１０）の様に、送受信伝搬成分ｚ_ｎ，ｍで構成される、送受信伝搬ベクトルｚ_ｎを算出する。

さらに、式（１０）は、式（１）および式（９）により式（１１）のように変形される。

また、式（１１）の送受信伝搬ベクトルｚ_ｎを構成するそれぞれの送受信伝搬成分ｚ_ｎ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）は、式（１２）の様に表される。式（１２）のａ_ｔ，ｍ、σ、ａ_ｒ，ｎは、それぞれ、送信アンテナ２３−ｍから目標物７までの距離による位相変化、目標物７の反射断面積、目標物７から受信アンテナ３１−ｎまでの距離による位相変化であることから、ｚ_ｎ，ｍは、送信ユニット２−ｍから送信され、目標物７で反射し、受信ユニット３−ｎに到達する信号成分であることがわかる。

式（１２）の結果から明らかなように、送受信伝搬ベクトルｚ_ｎを構成するそれぞれの送受信伝搬成分ｚ_ｎ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）は、式（７）で表される送信信号分離成分ｙ_ｎ，ｍから相互相関ｓ_０・ρ_ｉ，ｊの項を除去し、擬似直交信号ｓ_ｍの自己相関＜ｓ_ｍ，ｓ_ｍ＞の成分のみとしたものに他ならない。このように、相互相関補償部３４−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）は、擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍの相関行列Ｃの逆行列Ｃ^−１と送信信号分離ベクトルｙ_ｎとの積を計算し、受信信号ｒ_ｎから、それぞれの擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍの成分のみを分離した、送受信伝搬成分ｚ_ｎ，１〜ｚ_ｎ，Ｍで構成される、送受信伝搬ベクトルｚ_ｎを算出する。

図２は、相互相関補償部３４−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の構成例を表す図である。図２（ａ）で示すように、相互相関補償部３４−ｎは、相関逆行列算出処理部３４１−ｎ、メモリ３４２−ｎ、および行列演算処理部３４３−ｎにより構成することができる。相関逆行列算出処理部３４１−ｎは、送受信制御装置１が受信ユニットに通知した擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍを基に、相関行列Ｃの逆行列Ｃ^−１を算出し、メモリ３４２−ｎに記憶させる。行列演算処理部３４３−ｎは、信号分離処理部３３−ｎが算出した送信信号分離成分ｙ_ｎ，１〜ｙ_ｎ，Ｍを取得すると、取得した送信信号分離成分ｙ_ｎ，１〜ｙ_ｎ，Ｍとメモリ３４２−ｎが記憶する逆行列Ｃ^−１との乗算を行い、送受信伝搬成分ｚ_ｎ，１〜ｚ_ｎ，Ｍで構成される、送受信伝搬ベクトルｚ_ｎを算出する。このように、予め算出した逆行列Ｃ^−１を記憶しておき、記憶した逆行列を利用して行列乗算処理を行うことで、相互相関補償部３４−ｎは、送受信伝搬ベクトルｚ_ｎを効率的に算出することができる。

また、相互相関補償部３４−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）は、図２（ｂ）に示すように、相関行列算出処理部３４４−ｎ、メモリ３４５−ｎ、逆行列算出部３４６−ｎ、および行列演算処理部３４３−ｎにより構成しても良い。図２（ｂ）の構成では、相関行列算出処理部３４４−ｎは、送受信制御装置１が受信ユニットに通知した擬似直交信号ｓ_１〜ｓ_Ｍを基に相関行列Ｃを算出し、メモリ３４５−ｎに記憶させる。行列演算処理部３４３−ｎは、信号分離処理部３３−ｎが算出した送信信号分離成分ｙ_ｎ，１〜ｙ_ｎ，Ｍを取得すると、メモリ３４５−ｎが記憶する相関行列Ｃを基に逆行列算出部３４６−ｎが算出した逆行列Ｃ^−１と送信信号分離ベクトルｙ_ｎとの積を計算し、送受信伝搬成分ｚ_ｎ，１〜ｚ_ｎ，Ｍで構成される、送受信伝搬ベクトルｚ_ｎを算出する。このように、予め算出した相関行列Ｃを記憶しておき、記憶した相関行列Ｃを基に算出した逆行列Ｃ^−１を利用して行列乗算処理を行うことで、相互相関補償部３４−ｎは、毎回相関行列Ｃを算出する場合に比べて、送受信伝搬ベクトルｚ_ｎを効率的に算出することができる。

ビーム合成部処理部４は、探査領域６を分割した複数の分割探査領域８毎に、複数の受信ユニット３−１〜３−Ｎが算出した、複数の送信ユニット２−１〜２−Ｍと複数の受信ユニット３−１〜３−Ｎの全ての組み合わせについての送受信伝搬成分ｚ_ｎ，ｍを基に、合成ビームにおける目標からの反射信号を算出する。

ここで、探査領域６を分割した複数の分割探査領域８の、ｐ番目の領域を、分割探査領域８ｐとする。また、それぞれの送信ユニット２−ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の送信アンテナ２３−ｍからの分割探査領域８ｐまでの距離をＬ_ｐｔ，ｍ、分割探査領域８ｐから、それぞれの受信ユニット３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の受信アンテナ３１−ｎまでの距離をＬ_ｐｒ，ｎとする。

ビーム合成処理部４は、それぞれの受信ユニット３−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）で受信した受信信号から算出した送受信伝搬成分ｚ_ｎ，ｍを基に分割探査領域８のｐ番目の領域の方向に指向する受信ビームＢ_ｐｒ，ｍを合成し、受信ビームにおける目標物からの反射信号を算出する。具体的には、式（１３）で示すとおり、ある同一の送信ユニット２−ｍと全ての受信ユニット３−１〜３−Ｎとの間の送受信伝搬成分ｚ_１，ｍ〜ｚ_Ｎ，ｍを、分割探査領域８のｐ番目の領域と受信ユニット３−ｎとの距離Ｌ_ｐｒ，ｎに伴う電波の位相ずれを補償しながら合成する。

また、さらに、ビーム合成部４は、送信ビームＢ_ｐｔ，ｍを合成し、送信ビームを指向させたときの分割探査領域８のｐ番目の領域からの反射信号を算出する。具体的には、式（１４）で示すとおり、全ての送信ユニット２−１〜２−Ｍに関する受信ビームＢ_ｐｒ，ｍを、分割探査領域８のｐ番目の領域と送信ユニット２−ｍとの間の距離をＬ_ｐｔ，ｍに伴う電波の位相ずれを補償しながら合成する。

式（１３）および（１４）は、送受信伝搬成分ｚ_ｎ，ｍが式（６）の様に、擬似直交信号ｓ_ｍの自己相関の成分のみに分離されているとき、式（１５）の様に変形される。

式（１５）は、アレイアンテナにおけるビーム合成と同等であり、ｍについての総和の部分の絶対値（信号の振幅）は、Ｄ_ｔ，ｍ−Ｌ_ｐｔ，ｍがそれぞれのｍに関して同じ値のとき、すなわち、合成した送信ビームが目標物７の方向に指向したときに最大値Ｍとなる。同様にｎについての総和の部分の絶対値は、Ｄ_ｒ，ｎ−Ｌ_ｐｒ，ｎがそれぞれのｎに関して同じ値のとき、すなわち、合成した受信ビームが目標物７の方向に指向したときに最大値Ｎとなる。このため、式（１５）の絶対値は、合成された送信ビームおよび受信ビームが目標物７に指向したとき、最大値σ・ｓ_０・Ｍ・Ｎとなる。なお、受信ユニットの数Ｎは、１であっても上記の議論は成立し、このことは、受信ユニットが１であっても、送信ビームを目標物７に指向する効果は得られることを示す。

なお、式（１３）および、（１４）から式（１５）が導出される為には、送受信伝搬成分ｚ_ｎ，ｍが式（６）の様に、擬似直交信号ｓ_ｍの自己相関の成分のみに分離されていることが必要であり、式（９）のように、相互相関ｓ_０・ρ_ｉ，ｊの項が残っている送信信号分離成分ｙ_ｎ，ｍを基に式（１６）のように、ビーム合成（Ｂ１_ｐｔ、Ｂ１_ｐｒ、ｍ）を行なった場合、ρ_ｉ，ｊの値によっては、相互相関ｓ_０・ρ_ｉ，ｊの項が干渉するため、正確にビーム合成を行なうことはできないことがある。

目標検出処理部５は、式（１５）で得られる目標からの反射信号の振幅（絶対値）を予め定めた閾値と比較し、目標物７を検出する。閾値については、それぞれの受信ユニット３−１〜３−Ｎで受信する空間雑音や、受信ユニット３−１〜３−Ｎの内部雑音を式（１３）および式（１４）で合成して得られる合成雑音を算出し、合成雑音による目標の誤検出確率がレーダ装置の要求を満足するよう設定する。

以上のように、本実施の形態に係るレーダ装置によれば、送信信号と受信信号との相関により受信信号に含まれるそれぞれの送信信号の成分を分離し送信信号分離成分を求め、さらに、送信信号どうしの相関関数からなる相関行列の逆行列を用い、送信信号分離成分から分離対象以外の送信信号由来の成分の混入を除くため、送信信号どうしが完全に直交しない場合であっても、ビーム合成に用いる各送信信号由来の成分を、分離対象以外の送信信号由来の成分の混入なく求めることができる。

１送受信制御装置
２−１〜２−Ｍ送信ユニット
２１−１〜２１−Ｍ送信信号生成部
２２−１〜２２−Ｍ送信部
２３−１〜２３−Ｍ送信アンテナ
３−１〜３−Ｎ受信ユニット
３１−１〜３１−Ｎ受信アンテナ
３２−１〜３２−Ｎ受信部
３３−１〜３３−Ｎ信号分離処理部
３４−１〜３４−Ｎ相互相関補償部
４ビーム合成処理部
５目標検出処理部
６探査領域
７目標物
８分割探査領域

Claims

互いに直交する複数の直交信号を有限時間で切り出した擬似直交信号のそれぞれに対応して設けられ、前記擬似直交信号により変調を行なった送信電波を送信する複数の送信アンテナと、前記複数の送信アンテナから送信された前記送信電波が前記目標探査領域に存在する目標物から反射した反射電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナが受信した反射電波から受信信号を復調する受信部と、前記擬似直交信号のそれぞれと前記受信信号との相関計算を行ない、算出された送信信号分離成分を順番に並べた、送信信号分離ベクトルを算出する信号分離処理部と、前記擬似直交信号を前記送信信号分離ベクトルと対応する順番に並べた擬似直交信号ベクトルの相関行列の逆行列を、前記送信信号分離ベクトルと乗算し、前記擬似直交信号に対応する送信アンテナからの送受信伝搬成分が前記送信信号分離ベクトルと対応する順番に並んだ、送受信伝搬ベクトルを算出する相互相関補償部と、前記目標探査領域を複数の分割探査領域に分割し、前記分割探査領域毎に、前記送受信伝搬ベクトルに含まれる複数の送受信伝搬成分をもとに合成ビームを算出するビーム合成処理部と、前記分割探査領域毎に、前記合成ビームの振幅と所定の基準に基づき前記目標物を検出する目標検出処理部とを備えたレーダ装置。
互いに直交する複数の直交信号を有限時間で切り出した擬似直交信号のそれぞれに対応して設けられ、前記擬似直交信号により変調を行なった送信電波を送信する複数の送信アンテナと、前記複数の送信アンテナから送信された前記送信電波が前記目標探査領域に存在する目標物から反射した反射電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナが受信した反射電波から受信信号を復調する受信部、前記擬似直交信号のそれぞれと前記受信信号との相関計算を行ない、算出された送信信号分離成分を順番に並べた、送信信号分離ベクトルを算出する信号分離処理部、前記擬似直交信号を前記送信信号分離ベクトルと対応する順番に並べた擬似直交信号ベクトルの相関行列の逆行列を、前記送信信号分離ベクトルと乗算し、前記擬似直交信号に対応する送信アンテナからの送受信伝搬成分が前記送信信号分離ベクトルと対応する順番に並んだ、送受信伝搬ベクトルを算出する相互相関補償部を有する複数の受信ユニットと、前記目標探査領域を複数の分割探査領域に分割し、前記分割探査領域毎に、前記送受信伝搬ベクトルに含まれる複数の送受信伝搬成分をもとに合成ビームを算出するビーム合成処理部と、前記分割探査領域毎に、前記合成ビームの振幅と所定の基準に基づき前記目標物を検出する目標検出処理部とを備えたレーダ装置。