JP6271032B2 - アンテナ諸元推定装置及びレーダ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、アレーアンテナの諸元を推定するアンテナ諸元推定装置、及びレーダの運用を行うレーダ装置に関する。
分散アレーアンテナを用いたレーダ装置では、複数配置されたサブアレーアンテナの出力に対してDBF(Digital Beam Forming)処理等を行いビーム形成することで、高い空間分解能を得ることができる。ここで、サブアレーアンテナは複数の素子アンテナから構成されるアレーアンテナであり、分散アレーアンテナはこのサブアレーアンテナを複数配置することにより位相制御が可能となるように構成される。分散アレーアンテナの等価的なアンテナ開口は複数のサブアレーアンテナの配置された領域となる。
この分散アレーアンテナを用いたレーダ装置では、DBFによる正確な方位へのビーム指向や正確な測角処理を行うために、その前段階でサブアレーアンテナの配置関係、サブアレーアンテナの開口面の指向方位、サブアレーアンテナ間の相対的な透過位相などのアンテナ諸元を表す情報を正確に把握する処理が必要となる。従来、このアンテナ諸元の推定は、位置情報が高精度に取得された基準電波送信源を配置し、その送信源からの送信電波を受信することで行われている（例えば、非特許文献１におけるセンサの位置推定）。具体的には、その位置が高精度に取得された送信源からの信号の振幅・位相を各サブアレーアンテナで測定し、その測定された振幅・位相と一致するステアリングベクトルを探索することにより、そのサブアレーアンテナの配置を把握する。
Hee Young-Park, etc," Generalization of the Subspace-Based Array Shape Estimations," IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING, VOL.29, NO.3, JULY 2004.
従来のレーダ装置におけるアンテナ諸元の推定では、位置が高精度に取得された基準電波送信源を設置することにより、サブアレーアンテナの配置関係を推定する。しかし、従来のレーダ装置では、運用の途中でサブアレーアンテナの移動や追加が生じた際に、そのサブアレーアンテナの位置を把握することが課題となる。運用の途中で基準電波の送信源を設置することは負荷が大きいため、運用の途中でサブアレーアンテナの配置に変更が生じた際にも柔軟にサブアレーアンテナの配置関係を推定できるアンテナ諸元推定装置、及びそのアンテナ諸元推定装置を備えたレーダ装置を得ることが課題となる。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、基準電波送信源を設置せずに、分散アレーアンテナを構成するサブアレーアンテナの配置関係や透過位相などのアンテナ諸元を推定できるアンテナ諸元推定装置、及びそのアンテナ諸元推定装置を備えたレーダ装置を得ることを目的としている。
この発明に係るアンテナ諸元推定装置は、自装置と無関係に存在する移動体へ信号を送信する送信サブアレーアンテナを備えた送信アレーアンテナと、前記移動目標からの反射信号を受信する複数の受信サブアレーアンテナを備えた受信アレーアンテナと、前記受信アレーアンテナで受信された信号の前記複数のサブアレーアンテナにおける振幅と位相を示す振幅位相情報を算出する算出部と、前記移動体の時間変化する位置情報を格納する情報格納部と、前記算出部で算出された振幅位相情報と、前記情報格納部に格納された位置情報を用いて、前記複数のサブアレーアンテナに含まれるサブアレーアンテナのパラメータを推定する情報推定部と、を備え、前記サブアレーアンテナのパラメータは、前記サブアレーアンテナの位置座標または、開口方位または、透過位相または、前記位置座標と前記開口方位と前記透過位相のいずれか２つの組み合わせまたは、前記位置座標と前記開口方位と前記透過位相の全てであり、前記情報推定部は、異なる目標方位の観測により得られた複数の前記位相情報と複数の前記位置情報との関係の整合性に基いて前記サブアレーアンテナのパラメータを推定することを特徴とする。
この発明のアンテナ諸元推定装置によれば、基準電波送信源を設置せずに、分散アレーアンテナを構成するサブアレーアンテナの配置関係や透過位相などのアンテナ諸元を推定することができる。
この発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成図。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の処理の流れを示すフローチャート。 この発明の実施の形態２に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成。 本発明の実施の形態２に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の処理の流れを示すフローチャート。 本発明の実施の形態３に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の処理の流れを示すフローチャート。 この発明の実施の形態４に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成。 この発明の実施の形態４に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２のフローチャート。 この発明の実施の形態５に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成図。 この発明の実施の形態５に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の処理を示すフローチャート。 この発明の実施の形態６に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成図。 この発明の実施の形態６に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の処理を示すフローチャート。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２について、図１及び図２を参照しながら説明を行う。図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成を示すものである。図１では、受信分散アレーアンテナを構成するN+1個の受信サブアレーアンテナ６のうち、N+1番目の受信サブアレーアンテナ６を校正対象とする場合を図示している。なお、サブアレーアンテナは通常複数の素子アンテナから構成されるが、１つのアンテナによって構成することも可能である。また、異なるサブアレーアンテナの間でサブアレーアンテナを構成する素子アンテナの数は異なっても構わない。アンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２において信号を受信する際には、１つのサブアレーアンテナに対して、１つの振幅・位相値が観測される。
図１において、本発明のアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２は受信アレーと送信アレーから構成されている。送信アレーは、M個のサブアレーアンテナである送信サブアレーアンテナ５、送信部１１、送信信号生成部１２を備えている。送信信号生成部１２で生成された送信信号に対して、送信部１１で必要に応じて周波数変換や増幅等が施され、各送信サブアレーアンテナ５から移動目標３に向けて照射される。移動体である移動目標３で反射された信号は、N+1個のサブアレーアンテナである受信サブアレーアンテナ６で構成された受信アレーで受信され、受信部２１で必要に応じて増幅や周波数変換が施された後、A/D部２２でA/D変換が施されデジタル信号となる。算出部２３では、各受信サブアレーアンテナ６の受信信号の相対的な振幅と位相の情報を算出する。情報推定部２４では、算出部２３で算出された複数観測分の相対振幅・位相情報と、情報格納部３１に含まれる前記複数観測分に対応した目標運動情報３０を用いて、校正対象のN+1番目の受信サブアレーアンテナ６のパラメータである校正情報が推定される。レーダ運用部３２では、情報推定部２４で推定された校正対象のN+1番目の受信サブアレーアンテナ２のパラメータである校正情報を用いて、レーダの運用を行う。なお、以降の各図中、同一符号は同一又は相当部分を表す。
次に、図１のアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の各構成部分について、図２のアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２での処理を示すフローチャートに沿って、より詳細な説明を行っていく。
図２はアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の処理の流れを示すフローチャートである。図２では、まず、ｋ＝１回目の観測に対して（ＳＴ２０１）、移動目標３へのレーダ送信が行われる（ＳＴ２０２）。これは前述のように送信信号生成部１２で生成した送信信号を、各送信サブアレーアンテナ５から移動目標３に照射する処理となる。送信信号としては、無変調パルスやＦＭチャープパルス、ＦＭ-ＣＷ等の一般的にレーダで使用されるあらゆる信号波形が想定される。この送信信号は送信サブアレーアンテナ５内の各素子アンテナから送信される。また、この信号送信に際して、アンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２は送信サブアレーアンテナ５内での各素子アンテナに対する位相制御を行っても構わない。この位相制御が行われる場合、各送信サブアレーアンテナ５内で送信ビームが形成される。また、送信部１１は送信サブアレーアンテナ５間の位相制御を行っても構わない。この場合、送信アレー全体で送信ビームが形成される。
次に、移動目標３からの反射波が各受信サブアレーアンテナ６で受信される（ＳＴ２０３）。このとき、送信サブアレーアンテナ５と同様に、各受信サブアレーアンテナ６でも、各素子アンテナに対する位相制御により、各受信サブアレーアンテナ６内で受信ビーム形成を行っても構わない。k回目の観測では、この受信処理により以下の時間サンプリングされた受信信号xk(t)を取得する。

Figure 0006271032

Figure 0006271032
なお、a(θk,φk)、θk、φk、s(t)はそれぞれ受信アレーのステアリングベクトル、k回目の観測時の目標仰角、k回目の観測時の目標方位角、受信信号波形を表している。また、ｎ(t)は雑音成分、Tは転置を表している。
次に、受信サブアレーアンテナ６の各受信信号間の相対振幅・位相の情報の算出が行われる（ＳＴ２０４）。これは、図１における算出部２３のブロックに相当する処理である。この処理では式（１）の受信信号xk(t)の各要素の振幅位相情報y(k)を算出する。算出のやり方としてはいくつかの方法が考えられる。例えば、xk(t)の任意のタイミングt0を抽出し、y(k)とする方法がある。

Figure 0006271032
それ以外にも、例えば下記の式（４）のように任意のn0番目の受信サブアレーアンテナ６の受信信号xk,n0(t)との相関演算を行う手法も考えらえる。

Figure 0006271032
式（４）の*は複素共役を、E[ ]は期待値演算をそれぞれ表している。いずれにしても一般的に利用される信号間の相対振幅・位相を抽出する演算によって、受信サブアレーアンテナ６間の受信信号の相対振幅・位相が計算される。受信サブアレーアンテナ６間の受信信号の相対振幅・位相が把握できれば、式（３）または式（４）以外の算出法であっても構わない。
図２に記載されている様に、ＳＴ２０２〜ＳＴ２０４までの処理が全部でK回実行される（ＳＴ２０５）。その間に移動目標３は時々刻々と移動しているので、Ｋ回の観測では異なる目標方位について、前記のサブアレーアンテナ間の受信信号の相対振幅・位相の情報が観測されることになる。
次に、Ｋ回の観測が行われた各時間タイミングについて、情報格納部３１に格納された目標運動情報３０が取得される（ＳＴ２０６）。この情報格納部３１に格納された目標運動情報３０は各時刻における移動目標３の３次元位置情報ならびに速度情報である。移動目標３としては例えばGPS等が搭載された航空機や船舶、車両等が考えられ、それらのGPS情報をK回の観測中に対応する分だけ保存しておき、観測後にオフラインで情報推定部２４への入力とすることが考えられる。それ以外にも、移動目標３として民間航空機を用いれば、航空機自体が発しているADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)信号を受信・復号し、それを移動目標３の目標運動情報３０として用いることや、船舶に搭載されたAIS(Automatic Identification System)信号を受信・復調して移動目標３の目標運動情報３０として利用することも可能である。なお、ADS-B信号は本実施の形態のレーダ装置とは無関係に航空機から発せられる信号であり、航空機との事前の取り決めを行うことなく用いることができる。すなわち、本実施の形態では、アンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２と事前の取り決めを行わない移動体を移動目標３として用いる。この移動目標３は、アンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２と無関係に存在する移動体であり、本実施の形態ではこの無関係に存在する移動体の位置情報を用いることにより、従来技術で必要となる基準電波送信源を用いることなく、分散アレーアンテナを構成するサブアレーアンテナの配置関係や透過位相などのアンテナ諸元を推定することができる。
次に、これまでに取得したK回の観測値と、情報格納部３１に格納された移動目標３の目標運動情報３０を用いて、校正対象（N+1番目）の受信サブアレーアンテナ６のパラメータである校正情報の推定を行う（ＳＴ２０７）。ここでは推定処理として最尤推定を用いる場合について示す。すなわち、校正情報の推定は以下の式（５）に示す対数尤度に基づいた評価関数J(ξ)の最小化問題を解き、校正情報ξ’を推定する処理となる。

Figure 0006271032

Figure 0006271032
式（５）において、a’(θk,φk,ξ)はステアリングベクトルの計算値であり、ξは推定対象となる校正情報を要素とするベクトルである。式（５）では、受信信号xk(t)の各要素の振幅位相情報y(k)をステアリングベクトルa’(θk,φk,ξ)を除いた雑音空間に射影している。ステアリングベクトルa’(θk,φk,ξ)が正しい方向である時、J(ξ)は最小の値となる。従って、J(ξ)が最小となる校正情報ξ’を求めることで、校正対象（N+1番目）の受信サブアレーアンテナ６のパラメータである校正情報の推定を行うことができる。なお、式（５）以外に振幅位相情報y(k)とステアリングベクトルa’(θk,φk,ξ)の相関を最大化するξを求めることによって、校正情報の推定を行うことも可能である。ここで、推定対象をN+1番目の受信サブアレーアンテナの位置(xN+1,yN+1,zN+1)、開口方位(ΔθN+1,ΔφN+1)、透過位相ψN+1とした場合、ξは以下の様になる。

Figure 0006271032

ここで、透過位相とは受信サブアレーアンテナ６の開口面で信号が受信されてからレーダ装置内でその信号の位相が検出されるまでの回路で発生する位相成分を表す。
このとき、ステアリングベクトルa’(θk,φk,ξ)中のn番目のサブアレーアンテナに対応したサブアレーアンテナファクタa'n(θk,φk,ξ)は以下の式（８）の様になる。

Figure 0006271032
式（８）中のGn(θk,φk,Δθn,Δφn)は開口傾きがΔθn,Δφnのときに信号がθk,φkから到来した場合のサブアレーアンテナ利得である。dnは下記の式（９）のサブアレーアンテナ位置ベクトル、u(θk,φk)は式（１０）記載の到来方向ベクトルである。なお、一般的に座標系の取り方によって式（１０）の到来方向ベクトルの表現は変化する。

Figure 0006271032

Figure 0006271032
θk,φkは情報格納部３１に格納されたk回目の観測時の目標位置情報３０と分散アレーアンテナの位置情報から取得することができる。従って、式（８）を各観測ならびに各受信サブアレーアンテナ６について、ξを変化させながら計算し、式（５）のJ(ξ)の最小値探索を行うことで、校正情報の推定値ξ’を得ることができる。この探索にあたって、ξを変化させる方法はいかなる方法であっても構わない。
最後に、レーダ運用部３２は取得した校正情報の推定値ξ’を用いて、レーダの運用を行う。具体的には、サブアレーアンテナ出力に対してDBF処理等を行いビーム形成することで、高い空間分解能を得ることができる（ＳＴ２０８）。
本発明の推定手法において、サブアレーアンテナ開口面方位が推定できる原理は振幅モノパルスやコニカルスキャン等の従来のビームスペース測角処理と同様である。通常のビームスペース測角では、同じ位置にいる目標に対して異なる方位にビームを形成しメインビーム中の異なる方位に対応した複数の受信信号を生成し、その複数のビームの受信信号の振幅の相対関係で測角を行う。これに対して、本発明の推定手法では、移動目標３を複数回に渡って観測することで、N+1番目のサブアレーアンテナのメインビームの異なる方位に対応したK個の受信信号を生成している。このとき、移動目標３の到来方向は情報格納部３１に格納された目標運動情報３０から取得できるので、測角処理の推定対象は移動目標３の到来方向ではなく方向の基準であるサブアレーアンテナ開口方位となるのである。以上の様に本発明の推定手法では複数回の観測によりビームスペースと等価の状況を作り、かつ情報格納部３１に格納された目標運動情報３０を利用することでサブアレーアンテナ開口方位を推定できる状況を作る効果がある。
また、観測時の目標位置情報３０は航空機等から発せられる信号を用いて取得されるため、本実施の形態のレーダ装置は既知の目標を設定することなく、航空機等から発せられる信号を用いて受信サブアレーアンテナ６の校正を行うことができる。その結果、既知の目標を置かずに受信サブアレーアンテナ６の校正を行うことができ、サブアレーアンテナの移動や追加が生じた際にも柔軟にそのアレーアンテナの校正を行うことができる。
また、サブアレーアンテナの位置推定は三角測量と同様の原理を用いている。三角測量では、複数の観測点から測量対象への角度を求め、それらの複数の角度情報の整合がとれる位置を測量対象の位置としている。本発明の推定手法では、K回の観測による各目標方位が三角測量における複数の観測点から測量対象への角度と等価であり、それらの複数の目標方位の整合がとれるサブアレーアンテナ間の位相関係を探索し、それに対応したN+1番目の受信サブアレーアンテナ６の位置dN+1を位置推定の結果としている。
なお、ここでは最尤推定をベースとした手法を記述しているが、他の手法をベースに校正情報の推定を行ってもよい。例えば最小二乗法を用いて、最尤推定と同様に式（８）のステアリングベクトルの計算値を利用した評価関数を作成し、その最小化問題として校正情報の推定を行うこともできる。
また、分散アレーアンテナでは、サブアレーアンテナの配置関係が把握できればよいだけでなく、全サブアレーアンテナで同一方向を観測するために、各サブアレーアンテナのアンテナ開口面の指向方位も把握する必要がある。しかし、従来のレーダ装置では、各サブアレーアンテナの位置の推定処理とともにアンテナ開口面の指向方位を推定するアンテナ諸元の推定処理は行われていない。これに対して、本実施の形態の推定方法では、各サブアレーアンテナの位置の推定処理とともにアンテナ開口面の指向方位を推定するアンテナ諸元の推定処理を行うことが可能である。
また、ここでは例として式（７）のようにサブアレーアンテナの位置、開口面方位、透過位相の全てが未知の場合を想定していたが、これらの内１つないしは２つが未知の場合にも対応可能である。例えばサブアレーアンテナ位置、透過位相は既知で、開口面傾きのみを推定する場合には、ξを以下の様に設定し推定処理を行う。

Figure 0006271032
推定された校正情報はレーダ運用時に利用される。例えばサブアレーアンテナ位置情報や透過位相はビーム形成荷重やアダプティブアレー処理、測角処理等に活用されるし、サブアレーアンテナ方位情報はサブアレーアンテナビーム形成時の素子アンテナに対する位相制御量の決定に活用される。
なお、本実施の形態の式（５）では、信号の各要素の振幅位相情報y(k)を用いたが、式（３）または（４）の受信信号の振幅が一定の場合には、振幅位相情報y(k)は位相情報によって置き換えることもできる。従って、算出部２３が受信信号の複数の受信サブアレーアンテナ６における位相を示す位相情報を算出する構成も本実施の形態に含まれる。
以上のように、本発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１は、自装置と無関係に存在する移動体である移動目標３へ信号を送信する送信サブアレーアンテナ５を備えた送信アレーアンテナと、前記移動目標３からの反射信号を受信する複数の受信サブアレーアンテナ６を備えた受信アレーアンテナと、その受信アレーアンテナで受信された信号の受信サブアレーアンテナ６における振幅と位相を示す振幅位相情報を算出する算出部２３と、移動体である移動目標３の時間変化する位置情報を含む目標運動情報３０を格納する情報格納部３１と、算出部２３で算出された振幅位相情報と、情報格納部３１に格納された位置情報を用いて、複数の受信サブアレーアンテナ６に含まれるサブアレーアンテナのパラメータを推定する情報推定部２４と、を備えたことを特徴とする。この発明のアンテナ諸元推定装置１によれば、自装置と無関係に存在する移動体である移動目標３を用いることにより、基準電波送信源を設置せずに、分散アレーアンテナを構成するサブアレーアンテナの配置関係や透過位相などのパラメータであるアンテナ諸元を従来技術よりも低負荷で推定することができる。特に、分散アレーアンテナにサブアレーアンテナの追加や移動が起こった場合でも、基準信号送信源を高精度に配置せずに配置しなくても、移動体である移動目標３を用いて校正対象のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相を取得する効果を得る。
また、本発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１は、受信アレーアンテナは移動体である移動目標３に対する信号の送受信を複数回行い、算出部２３で算出される振幅位相情報は、受信アレーアンテナで複数回受信された信号のそれぞれに対する複数のサブアレーアンテナにおける振幅と位相を示す複数回分の振幅位相情報であり、情報格納部３１に格納される移動体３の時間変化する位置情報は、複数回受信された信号の受信時刻に対応する移動体３の複数回分の位置情報であり、情報推定部３１は、算出部２３で算出された振幅位相情報として複数回分の振幅位相情報を用い、情報格納部３１に格納された位置情報として複数回分の位置情報を用い、この複数回分の振幅位相情報とこの複数回分の位置情報との関係の整合性に基づき、複数のサブアレーアンテナに含まれるサブアレーアンテナのパラメータを推定することを特徴とする。このように、複数回の信号の受信結果を用いることにより、高精度にサブアレーアンテナの配置関係や透過位相などのパラメータであるアンテナ諸元を推定することができる。
また、本発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１において、サブアレーアンテナのパラメータは、受信サブアレーアンテナ６の位置座標または、開口方位または、透過位相または、前記位置座標と前記開口方位と前記透過位相のいずれか２つの組み合わせまたは、前記位置座標と前記開口方位と前記透過位相の全てであることを特徴とする。このような構成によって、レーダ装置２の運用に必要となる受信サブアレーアンテナ６の位置座標、開口方位、透過位相の情報を円滑に取得することができる。
また、本発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１において、情報格納部３１に格納された移動目標３の時間変化する位置情報は、GPS受信機搭載移動体のGPS情報または、航空機搭載のADS-Bの情報または、船舶搭載のAISの情報から取得されることを特徴とする。このような構成によって、アンテナ諸元推定装置１またはレーダ装置とは無関係に航空機などの移動体から発せられる信号を用いて、移動体との事前の取り決めを行うことなくアンテナ諸元を推定することができる。
また、本発明の実施の形態１に係るレーダ装置２は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１と、アンテナ諸元推定装置１の情報推定部２４で推定されたパラメータを用いてレーダを運用するレーダ運用部３２と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、本実施の形態１で取得されたサブアレーアンテナの配置関係や透過位相などのパラメータであるアンテナ諸元の推定結果をレーダ運用時に利用することができる。
実施の形態２．
実施の形態１では校正対象の受信サブアレーアンテナ６が１つであったのに対し、本実施の形態では校正対象の受信サブアレーアンテナ６が複数ある場合を扱う。
本発明の実施の形態２に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２について、図３から図４を参照しながら説明を行う。図３はこの発明の実施の形態２に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成を示すものである。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を表す。
図３において、本発明のアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２は受信アレーと送信アレーから構成されている。送信アレーの構成は図１のレーダ装置２と同じである。また、受信アレーは、図１のレーダ装置２では受信サブアレーアンテナ６は１〜N+1番目の受信サブアレーアンテナ６を備えていたのに対し、本実施の形態のレーダ装置では、受信サブアレーアンテナ６は１〜N+N’番目の受信サブアレーアンテナ６を備えている。本実施の形態では、送信サブアレーアンテナ５から送信され、移動目標３で反射された信号は、N+N’個の受信サブアレーアンテナ６で構成された受信アレーで受信され、受信部２１で必要に応じて増幅や周波数変換が施された後、A/D部２２でA/D変換が施されデジタル信号となる。算出部２３では、前記の各受信サブアレーアンテナ６の受信信号の相対的な振幅と位相の情報を算出する。情報推定部２４では、算出部２３で算出された複数観測分の相対振幅・位相情報と、情報格納部３１に格納された前記複数観測分に対応した目標運動情報３０を用いて、校正対象のN+1番目からN+N’番目の受信サブアレーアンテナ６のパラメータである校正情報が推定される。
図４は本発明の実施の形態２に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の処理の流れを示すフローチャートである。図３の構成および図４のフローチャートにおいて、本発明の実施の形態２が実施の形態１と異なる部分について説明を行っていく。
図３と図１を比較してわかるとおり、実施の形態１では校正対象はN+1番目の受信サブアレーアンテナ２の１つであったが、実施の形態２ではN+1〜N+N’の計N’個の受信サブアレーアンテナ６となっている。それ以外では情報推定部２４が複数サブアレーアンテナの校正に対応した情報推定部２４Aとなっている。
図４のフローチャートを見ると、ＳＴ２０７Bにおいて校正情報の推定部分がN’個の複数サブアレーアンテナを対象とした処理となっていることがわかる。例えば実施の形態１の説明と同様に最尤推定を用いた場合、同様に式（５）の評価関数の最小化問題として校正情報の推定を行う処理となる。ただし、校正対象が複数サブアレーアンテナとなったことにより、校正情報ベクトルξが拡張される。サブアレーアンテナ開口面方位のみを推定する場合を例にとると、ξは下記となる。

Figure 0006271032
すなわち、推定対象の変数を増加させ、１回の式（５）の評価関数の最小値探索で構成対象の複数サブアレーアンテナの構成情報の推定を行う処理となっている。
また、ここでは最尤推定を例に説明しているが、最小二乗法等を利用してももちろんよい。また、ξに位置情報（xN+1, yN+1, zN+1）を含めた構成とすることも可能である。
以上のように、本発明の実施の形態２に係るアンテナ諸元推定装置１の情報推定部２４は、複数のサブアレーアンテナである受信サブアレーアンテナ６に含まれる２以上のサブアレーアンテナのパラメータを同時に推定することを特徴とする。
この構成により、分散アレーアンテナにサブアレーアンテナの追加や移動が起こった場合でも、基準信号送信源を高精度に配置せずに、校正対象の複数のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相を取得する効果を得る。
また、本発明の実施の形態２に係るレーダ装置２は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１と、アンテナ諸元推定装置１の情報推定部２４で推定されたパラメータを用いてレーダを運用するレーダ運用部３２と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、各観測におけるサブアレーアンテナ間の相対振幅・位相情報を取得し、情報格納部３１に格納された前記レーダ観測に対応した目標運動情報３０も別途取得し、その両方を用いて複数の校正対象のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相を１回の推定処理で推定し、その推定結果をレーダ運用時に利用することが可能となる。
実施の形態３
実施の形態２は校正対象の複数のサブアレーアンテナのパラメータである校正情報を結合して同時に推定したのに対し、本実施の形態３では校正対象の複数のサブアレーアンテナのパラメータである校正情報をサブアレーアンテナごとに順次１つずつ推定する場合を扱う。
本発明の実施の形態３に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２について、図３および図５を参照しながら説明を行う。本実施の形態の分散アレーアンテナの校正を行うレーダ装置の構成は、実施の形態２のレーダ装置と同じであり、図３に示されるアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成を有する。ここで、実施の形態２と同様に、校正対象の受信サブアレーアンテナ６は複数となっている。
実施の形態３と実施の形態２の違いを、図５の本発明の実施の形態３に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の処理の流れを示すフローチャートにより説明する。実施の形態３でも実施の形態１および２と同様に目標反射波の観測と目標運動情報３０の取得までは行われる。その後、実施の形態２では、複数のサブアレーアンテナのパラメータである校正情報を結合して同時に推定していた。これに対し、実施の形態３では実施の形態２と異なり、ＳＴ２０７Ｃ−１〜N'において複数のサブアレーアンテナの校正を１つずつ行うことを特徴としている。
サブアレーアンテナの開口面方位のみを校正対象とする場合を例にとると、まず校正情報ベクトルξを以下のように設定する。

Figure 0006271032
さらにステアリングベクトルの計算値a'n(θk,φk,ξ)と振幅位相情報y(k)の、１〜N+1番目のサブアレーアンテナに該当する要素のみを用いて式（５）を計算し最小値探索を行うことで、N+1番目のサブアレーアンテナのパラメータである校正情報を推定する（ＳＴ２０７Ｃ−１）。次に校正情報ベクトルξを以下のように設定する。

Figure 0006271032
今度はステアリングベクトルの計算値a'n(θk,φk,ξ)と振幅位相情報y(k)の、１〜N+２番目のサブアレーアンテナに該当する要素のみを用いて式（５）を計算し、N+２番目のサブアレーアンテナの構成情報を推定する（ＳＴ２０７Ｃ−２）。ただし、N+1番目のサブアレーアンテナのサブアレーアンテナファクタa'n+1(θk,φk,ξ)を計算する際は先ほど推定したN+1番目のサブアレーアンテナファクタの校正情報ξ’を使用する。
以後、N+3〜N+N’番目の受信サブアレーアンテナ６まで、推定が完了した受信サブアレーアンテナ６のパラメータである校正情報を利用しながら、順次校正情報の推定を行っていく（ＳＴ２０７Ｃ−３〜ＳＴ２０７Ｃ−N'）。このように複数の校正対象サブアレーアンテナを１つずつ校正していくのが本実施の形態３の特徴となる。
なお、情報推定部３Aは、複数のサブアレーアンテナに含まれる校正対象である複数のサブアレーアンテナのパラメータである校正情報の推定が完了した後に、推定が完了したサブアレーアンテナのパラメータである校正情報の再推定を行うこともできる。すなわち、N+N’番目の受信サブアレーアンテナ６まで一通り校正が終わった後に、さらにN+1番目の受信サブアレーアンテナ６の校正をやり直すこともできる。このときは最初と異なり、ステアリングベクトルの計算値a'n(θk,φk,ξ)（N+2〜N+N’番目のサブアレーアンテナは校正情報の推定結果を反映済み）と振幅位相情報y(k)のN+N’個の要素全てを用い、校正情報ベクトルは最初と同様に式（１２）に設定して推定を行う。最初の推定と異なり、より多くのサブアレーアンテナの情報を用いて推定を行うことが出来るので、校正情報の推定精度が向上する。このように巡回的に校正対象とするサブアレーアンテナを切り替えることも本実施の形態３では可能である。
以上のように、本発明の実施の形態３に係るアンテナ諸元推定装置１の情報推定部２４は、複数のサブアレーアンテナである受信サブアレーアンテナ６に含まれる２以上のサブアレーアンテナのパラメータを、サブアレーアンテナ単位で順次推定することを特徴とする。
この構成により、分散アレーアンテナにサブアレーアンテナの追加や移動が起こった場合でも、基準信号送信源を高精度に配置せずに、校正対象の複数のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相を円滑に取得する効果を得る。
また、本発明の実施の形態３に係るアンテナ諸元推定装置１の情報推定部２４、複数のサブアレーアンテナである受信サブアレーアンテナ６に含まれる２以上のサブアレーアンテナのパラメータの推定が完了した後に、該推定が完了した２以上のサブアレーアンテナのパラメータを再度推定することを特徴とする。
この構成により、推定が完了した信頼度の高いサブアレーアンテナの配置情報や透過位相などのパラメータを用いて、さらに信頼度の高いサブアレーアンテナの配置情報や透過位相などのパラメータを推定することが可能となる。
本発明の実施の形態３に係るレーダ装置２は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ諸元推定装置１と、アンテナ諸元推定装置１の情報推定部２４で推定されたパラメータを用いてレーダを運用するレーダ運用部３２と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、分散アレーアンテナにサブアレーアンテナの追加や移動が起こった場合でも、基準信号送信源を高精度に配置せずに、校正対象の複数のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相などのパラメータを取得する効果を得ることができ、円滑にレーダの運用を行うことができる。
実施の形態４．
実施の形態１〜３では受信サブアレーアンテナ６の校正を扱ったのに対し、本実施の形態では実施の形態１〜３にMIMO(Multi Input Multi Output)レーダ技術を応用することで、受信サブアレーアンテナ６のみならず送信サブアレーアンテナ５のパラメータである校正情報の推定も行うものである。
本発明の実施の形態４に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２について、図６および図７を参照しながら説明を行う。図６はこの発明の実施の形態４に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成を示すものである。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を表す。
図６において、本発明のアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２は受信アレーと送信アレーから構成されている。送信アレーはM＋１個の送信サブアレーアンテナ５から構成されている。送信信号生成部１２Ａで生成されたサブアレーアンテナ毎に異なる送信信号が生成され、送信部１１で必要に応じて周波数変換や増幅等が施された後に、各送信サブアレーアンテナ５から移動目標３に向けて照射される。移動目標３で反射された信号は、N個の受信サブアレーアンテナ６で構成された受信アレーで受信され、受信部２１で必要に応じて増幅や周波数変換が施された後、A/D部２２でA/D変換が施されデジタル信号となる。分離部４０では各受信サブアレーアンテナ６において、前述の送信サブアレーアンテナ５毎の送信信号の違いを利用して受信信号を各送信サブアレーアンテナ５に対応した信号成分に分離する。受信アレー合成部では、受信サブアレーアンテナ６間で同一の送信サブアレーアンテナ５に対応した信号成分の荷重合成を行う。算出部２３では、受信アレー合成後の各送信サブアレーアンテナ５に対応した信号成分間の相対的な振幅と位相の情報を算出する。情報推定部２４では、算出部２３で算出された複数観測分の相対振幅・位相情報と、情報格納部３１に格納された前記複数観測分に対応した目標運動情報３０を用いて、校正対象のM+1番目の送信サブアレーアンテナ５のパラメータである校正情報が推定される。
本実施の形態４は前述の各実施の形態にMIMOレーダ技術を応用することで、受信サブアレーアンテナ６のみならず送信サブアレーアンテナ５のパラメータである校正情報の推定も行うものである。図７のこの発明の実施の形態４に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２のフローチャートを用いて、説明を行っていく。
本実施の形態４でも図７に記載のとおり複数回の観測が実施されるが、この複数回の観測にMIMOレーダ技術が適用される。すなわち、図６の送信信号生成部１２Ａでは、受信後の信号処理で信号分離が可能なように、各送信サブアレーアンテナ５で異なる送信信号が生成される。
例えば符号化MIMOレーダと呼ばれる手法では、送信サブアレーアンテナ５毎にそれぞれ直交する符号を用いて送信信号を符号化する。まず、ｋ＝１回目の観測に対して（ＳＴ７０１）、送信サブアレーアンテナ５毎にそれぞれ直交する符号を用いて符号化された送信信号の移動目標３への送信が行われ（ＳＴ７０２）、移動目標３からの反射波が各受信サブアレーアンテナ６で受信される（ＳＴ７０３）。受信後にMF(Matched Filter)処理を行い符号毎に復調を行うことで、各送信サブアレーアンテナ５に対応した信号成分を分離抽出する（ＳＴ７０４）。
また、時分割MIMOレーダを適用する場合、各送信サブアレーアンテナ５は送信を行う時間タイミングをずらし、受信側で時間軸上での信号分離ができるようにする。周波数分割MIMOレーダの場合、各送信サブアレーアンテナ５で異なる搬送周波数を利用し、受信後に周波数軸上で信号分離を行う。
このような種々のMIMOレーダ方式のいずれかを本実施の形態４では利用し、その方式に対応した送信信号の生成が図６の送信信号生成部１２Ａで行われる。
観測毎に受信サブアレーアンテナ６毎に受信信号のAD変換後、各送信サブアレーアンテナ２に対応した信号分離処理が行われる（ＳＴ７０４）。これは前述のとおり、使用しているMIMOレーダ方式に応じた分離処理が実施される。
その後、受信サブアレーアンテナ６間で同一の送信サブアレーアンテナ５に対応した信号成分の荷重合成が行われる（ＳＴ７０５）。MIMOレーダでは信号分離後に出てくるN*(M+1)の信号成分はそれぞれ異なる送受サブアレーアンテナ信号の組合せの積となっている。このような信号に対して、同一の送信サブアレーアンテナ５に対応した信号成分の荷重合成を行うことは、受信アレーについて信号合成を行っていることと等価であり、結果的にその出力として出てくるM+1個の信号成分は各送信サブアレーアンテナ５に対応した信号成分となる。これは一般的なMIMOレーダの性質である。
その後、実施の形態１から３と同様に信号間の相対振幅・位相y(k)が算出される（ＳＴ７０６）。ただし、前述の実施の形態と異なるのは、算出結果として出てくる相対振幅・位相は送信サブアレーアンテナ５間のものとなっている点である。このＳＴ７０２〜ＳＴ７０７の観測処理をK回行う（ＳＴ７０７）。
その後、情報格納部３１に格納された移動目標３の各観測タイミングでの目標運動情報３０を取得し（ＳＴ７０８）、別途取得した目標運動情報３０と信号間の相対振幅・位相y(k)を利用して、実施の形態１〜３と同様のプロセスで校正対象のM+1番目の送信サブアレーアンテナ５のパラメータである校正情報が推定される（ＳＴ７０９）。ただし、ステアリングベクトルa'(θk,φk,ξ)は受信アレーではなく、送信アレーのものを用いる必要がある。
推定された送信サブアレーアンテナ５のパラメータである校正情報は他の実施の形態と同様にレーダ運用時に利用される（ＳＴ７１０）。送信サブアレーアンテナのビーム指向方位制御に用いるのはもちろんのこと、運用時もMIMOレーダ処理を行う場合にはMIMOの仮想アレーを用いたDBF処理の荷重計算等にも利用される。
図６および図７では１つの送信サブアレーアンテナ２を校正する場合を記述しているが、受信サブアレーアンテナ６校正における実施の形態２ならびに３と同様に複数の送信サブアレーアンテナ５を校正対象とし、それら校正情報を同時ないしは順次に推定することももちろん可能である。
以上のように、本発明の実施の形態４に係るアンテナ諸元推定装置１は、自装置と無関係に存在する移動体である移動目標３へそれぞれ異なる信号を送信する複数の送信サブアレーアンテナ５を備えた送信アレーアンテナと、移動目標３へ送信されたそれぞれ異なる信号の移動目標３からの反射信号を受信する受信アンテナと、受信アンテナで受信されたそれぞれ異なる信号を用いて、その複数の送信サブアレーアンテナ５における振幅と位相を示す振幅位相情報を算出する算出部２３と、移動目標３の時間変化する位置情報を含む目標運動情報３０を格納する情報格納部３１と、算出部２３で算出された振幅位相情報と、情報格納部３１に格納された移動目標３の時間変化する位置情報を用いて、複数のサブアレーアンテナである送信サブアレーアンテナ５に含まれるサブアレーアンテナのパラメータを推定する情報推定部２４と、を備えたことを特徴とする。この発明のアンテナ諸元推定装置１によれば、基準電波送信源を設置せずに、分散アレーアンテナを構成するサブアレーアンテナである送信サブアレーアンテナ５の配置関係や透過位相などのパラメータであるアンテナ諸元を従来技術よりも低負荷で推定することができる。特に、分散アレーアンテナにサブアレーアンテナである送信サブアレーアンテナ５の追加や移動が起こった場合でも、基準信号送信源を高精度に配置することなく、校正対象のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相を取得する効果を得る。
また、本発明の実施の形態４に係るアンテナ諸元推定装置１において、送信アレーアンテナに備えられた前記複数のサブアレーアンテナのそれぞれは、移動体３へ信号を複数回送信し、受信アンテナは移動体３へ複数回送信された信号に対する移動体３からの反射信号を複数回受信し、算出部２３で算出される振幅位相情報は、受信アンテナで複数回受信された信号それぞれに対する複数のサブアレーアンテナにおける振幅と位相を示す複数回分の振幅位相情報であり、情報格納部３１に格納される移動体３の時間変化する位置情報は、前記複数回受信された信号の受信時刻に対応する移動体３の複数回分の位置情報であり、情報推定部２４は、算出部２３で算出された振幅位相情報として複数回分の振幅位相情報を用い、情報格納部３１に格納された位置情報として複数回分の位置情報を用い、その複数回分の振幅位相情報とその複数回分の位置情報との関係の整合性に基づき、複数のサブアレーアンテナに含まれるサブアレーアンテナのパラメータを推定することを特徴とする。このように、複数回の信号の受信結果を用いることにより、移動体３の異動を考慮しつつ、高精度にサブアレーアンテナである送信サブアレーアンテナ５の配置関係や透過位相などのパラメータであるアンテナ諸元を推定することができる。
また、本発明の実施の形態４に係るアンテナ諸元推定装置１は、受信アレーアンテナに含まれる複数のサブアレーアンテナである受信サブアレーアンテナ６と、送信アレーアンテナに含まれる複数のサブアレーアンテナである送信サブアレーアンテナ５は、同一のサブアレーアンテナを含むことを特徴とする。すなわち、受信サブアレーアンテナ６と送信サブアレーアンテナ５は送受信共用のサブアレーアンテナを含む。このような構成により、
送信サブアレーアンテナ５と受信サブアレーアンテナ６を全て別々に配置する場合と比較して、小さな配置スペースに送信サブアレーアンテナ５と受信サブアレーアンテナ６を配置することができ、装置規模を小さくすることができる。
また、本発明の実施の形態４に係るレーダ装置２は、本発明の実施の形態４に係るアンテナ諸元推定装置１と、アンテナ諸元推定装置１の情報推定部２４で推定されたパラメータを用いてレーダを運用するレーダ運用部３２と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、従来技術よりも低負荷で取得されたサブアレーアンテナである送信サブアレーアンテナ５の配置関係や透過位相などのパラメータであるアンテナ諸元の推定結果をレーダ運用時に利用することができる。
また、本発明の実施の形態４に係るレーダ装置２によれば、MIMOレーダ処理を用いながら移動目標３に対する複数回のレーダ観測を行い、各観測における送信サブアレーアンテナ５間の相対振幅・位相情報を取得し、情報格納部３１に格納された前記レーダ観測に対応した目標運動情報３０も別途取得し、その両方を用いて校正対象の送信サブアレーアンテナ５の配置情報や透過位相を推定し、その推定結果をレーダ運用時に利用する。
この構成により、分散アレーアンテナにサブアレーアンテナの追加や移動が起こった場合でも、基準信号送信源を高精度に配置せずに、校正対象の送信サブアレーアンテナ５の配置情報や透過位相を取得する効果を得る。
実施の形態５．
実施の形態１〜４では受信サブアレーアンテナ６で受信された受信信号を用いて受信サブアレーアンテナ６の校正を行ったのに対し、本実施の形態では受信サブアレーアンテナ６で受信された受信信号に対してレーダ信号処理を用いた検出処理を行い、その検出結果を用いて受信サブアレーアンテナ６の校正を行う構成を示す。
本発明の実施の形態５に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２について、図８および図９を参照しながら説明を行う。図８はこの発明の実施の形態５に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成を示すものである。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を表す。
図８において、本発明のアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２は受信アレーと送信アレーから構成されている。送信アレーはM個の送信サブアレーアンテナ５から構成されている。送信信号生成部１２で生成された送信信号が、送信部１１で必要に応じて周波数変換や増幅等が施された後に、各送信サブアレーアンテナ５から移動目標３に向けて照射される。移動目標３で反射された信号は、N+1個の受信サブアレーアンテナ６で構成された受信アレーで受信され、受信部２１で必要に応じて増幅や周波数変換が施された後、A/D部２２でA/D変換が施されデジタル信号となる。レーダ信号処理・目標検出部５０では1〜N番目の受信サブアレーアンテナ６の受信信号に対して、受信アレー合成やパルス圧縮、ヒット間積分等のレーダ信号処理を施しRD(Range-Doppler)マップを生成する一般的なレーダ信号処理を施し、RDマップ上の移動目標３の検出を行う。レーダ信号処理部５１では同様の処理を各受信サブアレーアンテナ６で行い各受信サブアレーアンテナ６のRDマップを生成する。算出部２３Aでは、前記の各受信サブアレーアンテナ６のＲＤマップ上の前記レーダ信号処理・目標検出部５０で移動目標３が検出されたRDビンの振幅・位相情報をそれぞれ抽出する。情報推定部２４Bでは、算出部２３Aで算出された複数観測分の振幅・位相情報の内、情報格納部３１に格納された前記複数観測分に対応した目標運動情報３０と整合がとれる情報のみを抽出し、抽出された振幅・位相情報と情報格納部３１に格納された目標運動情報３０とを用いて、校正対象のN+1番目の受信サブアレーアンテナ６のパラメータである校正情報が推定される。
次に、図９のこの発明の実施の形態５に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の処理を示すフローチャートを用いながら本実施の形態５について説明を行う。図９では実施の形態１と同様に複数回のレーダ観測が実施される。異なるのは受信サブアレーアンテナ６で受信されデジタル信号に変換された受信信号にレーダ信号処理を用いた検出処理が適用される点である．
図９記載のとおり、本実施の形態５では1〜N番目の受信サブアレーアンテナ６の受信信号を用いたレーダ信号処理と目標検出が行われる（ＳＴ２０４B-1）。具体的には、パルス圧縮、ヒット間積分、1〜N番目の受信サブアレーアンテナ６の受信信号の受信アレー合成である。その結果、1〜N番目の受信サブアレーアンテナ６の受信信号から１枚のRDマップが作成され、そのRDマップに対して閾値処理が施され、移動目標３が存在するRDビン（Range軸とDoppler軸上の目標位置情報）が検出される。
次に、前記レーダ信号処理（パルス圧縮、ヒット間積分）を各受信サブアレーアンテナ６で実施し、各受信サブアレーアンテナ６のRDマップを生成する（ＳＴ２０４B-２）。ここではあくまで受信サブアレーアンテナ６間の信号合成は行わず、受信サブアレーアンテナ６単体でのRDマップの生成である。
前記各受信サブアレーアンテナ６のRDマップから、目標情報の抽出を行う（ＳＴ２０４B-３）。このとき、前段の1〜N番目の受信サブアレーアンテナ６の受信信号で移動目標３が検出されたRDビンの情報を使用し、各受信サブアレーアンテナ６のRDマップの目標検出RDビンの振幅・位相情報を抽出する。このように前処理として1〜N番目の受信サブアレーアンテナ６での目標検出を行うことで、目標検出をSNR(Signal to Noise Ratio)の良い状態で行うことができ、移動目標３の誤検出を防ぐという効果がある。
以上のプロセスを複数観測毎に繰り返し、各受信サブアレーアンテナ６の目標検出RDビンの振幅・位相情報を抽出していく。
複数回の観測終了後、情報格納部３１に格納された各観測タイミングに対応した目標運動情報３０（目標位置・速度）が他の実施の形態と同様に取得される。この目標運動情報３０と前記複数観測分の目標検出RDビンの振幅・位相情報を用いて校正対象の受信サブアレーアンテナ６のパラメータである校正情報の推定を行うが、本実施の形態５では他の実施の形態とは異なり、全ての観測情報を利用するわけではない。図９記載のとおり、情報格納部３１に格納された目標運動情報３０と整合のとれる観測情報のみを利用する（ＳＴ２０７B）。具体的には、目標運動情報３０として目標位置と目標速度が取得できていれば、各観測タイミングでの移動目標３のレンジとドップラーの値をそこから算出可能である。その算出値と前記目標検出時のRDビンの情報を比較し、算出値がそのRDビンの範囲内に入っている観測値のみ、校正情報の推定処理に利用するという処理を行う。このように目標運動と整合のとれる観測値のみ抽出することで、目標反射信号ではない観測値を誤って校正情報の推定に使用し、校正情報の推定精度を劣化させてしまうことを防ぐ効果を得ることができる。
抽出後の複数観測値を利用した校正情報の推定ならびに校正情報のレーダ運用への適用は他の実施の形態と同様に行われる。
また、図８および図９では校正対象のサブアレーアンテナが１つの場合を図示しているが、当然実施の形態２および３と同様に複数のサブアレーアンテナを校正対象とした場合にも、本実施の形態５の構成は容易に適用可能であり、本発明の範囲内となる。
また、図８および図９ではでは受信サブアレーアンテナ６を校正対象とした場合を説明しているが、当然実施の形態４と同様に送信サブアレーアンテナ５を校正対象とする場合にも本実施の形態５は容易に適用可能であり、本発明の範囲内となる。
以上のように、本発明の実施の形態５に係るアンテナ諸元推定装置１は、受信アレーアンテナ又は前記受信アンテナに含まれる受信サブアレーアンテナ６で受信された信号を用いてレンジ・ドップラーマップを生成し、その生成されたレンジ・ドップラーマップを用いて移動体である移動目標３に対応する信号を抽出する信号処理部であるレーダ信号処理・目標検出部５０及びレーダ信号処理５１を備え、情報推定部２４Bはその信号処理部で抽出された信号を用いて、複数のサブアレーアンテナに含まれるサブアレーアンテナである送信サブアレーアンテナ５又は受信サブアレーアンテナ６のパラメータを推定することを備えたことを特徴とする。
この構成により、分散アレーアンテナにサブアレーアンテナの追加や移動が起こった場合でも、基準信号送信源を高精度に配置せずに、かつ誤って目標反射波でない信号を校正情報の推定に利用してしまうことを回避しつつ、校正対象のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相を取得する効果を得る。
また、本発明の実施の形態５に係るレーダ装置２によれば、移動目標３に対する複数回のレーダ観測を行い、校正対象ではない１〜N番目のサブアレーアンテナを利用したレーダ信号処理を行い生成されたRDマップ上で目標検出を行い、さらに各サブアレーアンテナでレーダ信号処理を行いサブアレーアンテナ毎のRDマップを生成し、前記目標検出情報を用いて各サブアレーアンテナのRDマップの目標検出RDビンから振幅・位相情報を取得し、情報格納部３１に格納された前記レーダ観測に対応した目標運動情報３０も別途取得し、目標運動情報３０と前記目標検出RDビンを比較し整合がとれる振幅・位相情報を抽出し、目標運動情報３０と抽出された振幅・位相情報を用いて校正対象のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相を推定し、その推定結果をレーダ運用時に利用するという特徴を有する。
この構成により、目標反射波でない信号を校正情報の推定に利用してしまうことを回避しつつ、取得した校正対象のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相などの高精度なパラメータを用いて、レーダを運用することができる。
実施の形態６．
実施の形態５ではレーダ信号処理により目標の検出を行ったのに対し、本実施の形態では情報格納部３１に格納された目標運動情報３０を用いて目標を検出し、校正処理を行う構成を開示する。
本発明の実施の形態６に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２について、図１０および図１１を参照しながら説明を行う。図１０はこの発明の実施の形態６に係るアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２の構成を示すものである。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を表す。
図１０において、本発明のアンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２は受信アレーと送信アレーから構成されている。送信アレーはM個の送信サブアレーアンテナ５から構成されている。送信信号生成部１２で生成された送信信号が、送信部１１で必要に応じて周波数変換や増幅等が施された後に、各送信サブアレーアンテナ５から移動目標３に向けて照射される。移動目標３で反射された信号は、N+1個の受信サブアレーアンテナ６で構成された受信アレーで受信され、受信部２１で必要に応じて増幅や周波数変換が施された後、A/D部２２でA/D変換が施されデジタル信号となる。レーダ信号処理部５１ではパルス圧縮、ヒット間積分等の処理を各受信サブアレーアンテナ６で行い各受信サブアレーアンテナ６のRDマップを生成する。算出部２３Ｂでは、リアルタイムに取得される目標運動情報３０Aから移動目標３のRDビンを算出し、算出RDビンの振幅・位相情報を抽出する。情報推定部２４では、算出部２３Ｂで算出された複数観測分の相対振幅・位相情報と、前記複数観測分に対応した目標運動情報３０Aを用いて、校正対象のM+1番目の送信サブアレーアンテナ５のパラメータである校正情報が推定される。
次に、図１１のこの発明の実施の形態６に係るアンテナ諸元推定装置１、及びアンテナ諸元推定装置１の処理を示すフローチャートを用いながら本実施の形態６について説明を行う。図１１記載のとおり、本実施の形態６では複数回のレーダ観測と同時に、ＳＴ２０４Ｃ−1で目標運動情報３０が取得する。他の実施の形態では複数回のレーダ観測後に目標運動情報３０を利用していたが、本実施の形態６では各レーダ観測を行う際に情報格納部３１に格納された目標運動情報３０を利用する（ＳＴ２０４Ｃ−1）。
本実施の形態６では実施の形態５と同様に各受信サブアレーアンテナ６でレーダ信号処理を行い（ＳＴ２０４Ｃ−２）、RDマップを生成し、移動目標３が存在する各サブアレーアンテナのRDビンの振幅・位相を抽出する（ＳＴ２０４Ｃ−３）。ただし、実施の形態５のように移動目標３の検出処理は行わず、情報格納部３１に格納された目標運動情報３０を利用するという構成となっている。具体的には、各受信サブアレーアンテナ６でRDマップを生成し、情報格納部３１に格納された目標運動情報３０から移動目標３が存在するRDビンを算出し、そのRDビンの振幅・位相を抽出するという処理をレーダ観測毎に行う。
以上のように抽出した振幅・位相情報と情報格納部３１に格納された目標運動情報３０を用いて、他の実施の形態と同様に観測値と目標運動情報３０を使用し、対象の送信サブアレーアンテナ５のパラメータである校正情報の推定を行う（ＳＴ２０７C）。その結果、目標反射信号ではない観測値を誤って校正情報の推定に使用し、校正情報の推定精度を劣化させてしまうことを防ぐことができる。
また、図１０および図１１では校正対象のサブアレーアンテナが１つの場合を図示しているが、当然実施の形態２および３と同様に複数のサブアレーアンテナを校正対象とした場合にも、本実施の形態５の構成は容易に適用可能であり、本発明の範囲内となる。
また、図１０および図１１では受信サブアレーアンテナ６を校正対象とした場合を説明しているが、当然実施の形態４と同様に送信サブアレーアンテナ５を校正対象とする場合にも本実施の形態５は容易に適用可能であり、本発明の範囲内となる。
以上のように、本発明の実施の形態６に係るレーダ装置２によれば、移動目標３に対する複数回のレーダ観測を行い、各サブアレーアンテナでレーダ信号処理を行いサブアレーアンテナ毎のRDマップを生成し、別途リアルタイムに取得した目標運動情報３０から算出した目標RDビンの振幅・位相情報を取得し、目標運動情報３０と抽出された振幅・位相情報を用いて校正対象のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相を推定し、その推定結果をレーダ運用時に利用するという特徴を有する。
この構成により、分散アレーアンテナにサブアレーアンテナの追加や移動が起こった場合でも、基準信号送信源を高精度に配置せずに、かつ誤って目標反射波でない信号を校正情報の推定に利用してしまうことを回避しつつ、校正対象のサブアレーアンテナの配置情報や透過位相を取得する効果を得る。
ところで、本発明の各実施の形態の説明において、例えば図１の送信サブアレーアンテナ５と受信サブアレーアンテナ６は別々、すなわち送受分離型のレーダとして構成していたが、全てのサブアレーアンテナあるいは一部が送受兼用という構成でも構わない。
また、各サブアレーアンテナは固定のアンテナの場合もあれば、それぞれが移動体に備えられたアンテナとして構成される場合もある。
さらに上記説明では、波動として電波を用いる場合について述べたが、それ以外の波動、例えば超音波を用いるシステムにも適用可能である。
実施の形態７．
実施の形態１〜６では、アンテナ諸元推定装置１及びレーダ装置２における処理を扱ったが、実施の形態１〜６と同じ処理は、レーダ信号以外に無線通信基地局などの無線装置に対しても適用できる。
１：アンテナ諸元推定装置、２：レーダ装置、３：移動目標３、５：送信サブアレーアンテナ５、６：受信サブアレーアンテナ、１１：送信部、１２：送信信号生成部、２１：受信部、２２：A/D部、２３、２３A：算出部、２４、２４A、２４B：情報推定部、３０、３０A：目標運動情報３０、３１：情報格納部、３２：レーダ運用部、４０：分離部、４１：受信アレー合成部、５０：レーダ信号処理・目標検出部、５１：レーダ信号処理部

Claims (11)

  1. 自装置と無関係に存在する移動体へ信号を送信する送信アンテナと、
    前記移動目標からの反射信号を受信する複数のサブアレーアンテナを備えた受信アレーアンテナと、
    前記受信アレーアンテナで受信された信号の前記複数のサブアレーアンテナにおける振幅と位相を示す振幅位相情報を算出する算出部と、
    前記移動体の時間変化する位置情報を格納する情報格納部と、
    前記算出部で算出された位相情報と、前記情報格納部に格納された位置情報を用いて、前記複数のサブアレーアンテナに含まれるサブアレーアンテナのパラメータを推定する情報推定部と、
    を備え、
    前記サブアレーアンテナのパラメータは、前記サブアレーアンテナの位置座標または、開口方位または、透過位相または、前記位置座標と前記開口方位と前記透過位相のいずれか２つの組み合わせまたは、前記位置座標と前記開口方位と前記透過位相の全てであり、
    前記情報推定部は、異なる目標方位の観測により得られた複数の前記位相情報と複数の前記位置情報との関係の整合性に基いて前記サブアレーアンテナのパラメータを推定するアンテナ諸元推定装置。
  2. 前記受信アレーアンテナは前記移動体からの反射信号を複数回受信し、
    前記算出部で算出される位相情報は、前記受信アレーアンテナで複数回受信された信号のそれぞれに対する前記複数のサブアレーアンテナにおける振幅と位相を示す複数回分の振幅位相情報であり、
    前記情報格納部に格納される前記移動体の時間変化する位置情報は、前記複数回受信された信号の受信時刻に対応する前記移動体の複数回分の位置情報であり、
    前記情報推定部は、前記算出部で算出された位相情報として前記複数回分の位相情報を用い、前記情報格納部に格納された位置情報として前記複数回分の位置情報を用い、前記複数回分の位相情報と前記複数回分の位置情報との関係の整合性に基づき、前記複数のサブアレーアンテナに含まれるサブアレーアンテナのパラメータを推定する
    ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ諸元推定装置。
  3. 自装置と無関係に存在する移動体へそれぞれ異なる信号を送信する複数のサブアレーアンテナを備えた送信アレーアンテナと、
    前記移動体へ送信されたそれぞれ異なる信号の前記移動体からの反射信号を受信する受信アンテナと、
    前記受信アンテナで受信されたそれぞれ異なる信号を用いて、前記複数のサブアレーアンテナにおける振幅と位相を示す振幅位相情報を算出する算出部と、
    前記移動体の時間変化する位置情報を格納する情報格納部と、
    前記算出部で算出された位相情報と、前記情報格納部に格納された前記移動体の時間変化する位置情報を用いて、前記複数のサブアレーアンテナに含まれるサブアレーアンテナのパラメータを推定する情報推定部と、
    を備え、
    前記サブアレーアンテナのパラメータは、前記サブアレーアンテナの位置座標または、開口方位または、透過位相または、前記位置座標と前記開口方位と前記透過位相のいずれか２つの組み合わせまたは、前記位置座標と前記開口方位と前記透過位相の全てであり、
    前記情報推定部は、異なる目標方位の観測により得られた複数の前記位相情報と複数の前記位置情報との関係の整合性に基いて前記サブアレーアンテナのパラメータを推定するアンテナ諸元推定装置。
  4. 前記送信アレーアンテナに備えられた前記複数のサブアレーアンテナのそれぞれは、前記移動体へ信号を複数回送信し、
    前記受信アンテナは前記移動体へ複数回送信された信号に対する前記移動体からの反射信号を複数回受信し、
    前記算出部で算出される振幅位相情報は、前記受信アンテナで複数回受信された信号それぞれに対する前記複数のサブアレーアンテナにおける振幅と位相を示す複数回分の振幅位相情報であり、
    前記情報格納部に格納される前記移動体の時間変化する位置情報は、前記複数回受信された信号の受信時刻に対応する前記移動体の複数回分の位置情報であり、
    前記情報推定部は、前記算出部で算出された振幅位相情報として前記複数回分の振幅位相情報を用い、前記情報格納部に格納された位置情報として前記複数回分の位置情報を用い、前記複数回分の振幅位相情報と前記複数回分の位置情報との関係の整合性に基づき、前記複数のサブアレーアンテナに含まれるサブアレーアンテナのパラメータを推定する
    ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ諸元推定装置。
  5. 請求項１または請求項２に記載のアンテナ諸元推定装置と、
    請求項３または請求項４に記載のアンテナ諸元推定装置をともに備え、
    前記受信アレーアンテナに含まれる複数のサブアレーアンテナと、前記送信アレーアンテナに含まれる複数のサブアレーアンテナは、同一のサブアレーアンテナを含む
    ことを特徴とするアンテナ諸元推定装置。
  6. 前記情報推定部は、
    前記複数のサブアレーアンテナに含まれる２以上のサブアレーアンテナのパラメータを同時に推定する
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ諸元推定装置。
  7. 前記情報推定部は、前記複数のサブアレーアンテナに含まれる２以上のサブアレーアンテナのパラメータを、サブアレーアンテナ単位で順次推定する
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ諸元推定装置。
  8. 前記情報推定部は、前記複数のサブアレーアンテナに含まれる２以上のサブアレーアンテナのパラメータの推定が完了した後に、該推定が完了した２以上のサブアレーアンテナのパラメータを再度推定する
    ことを特徴とする請求項７に記載のアンテナ諸元推定装置。
  9. 前記情報格納部に格納される前記移動体の時間変化する位置情報は、GPS受信機搭載移動体のGPS情報または、航空機搭載のADS-Bの情報または、船舶搭載のAISの情報から取得されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアンテナ諸元推定装置。
  10. 前記受信アレーアンテナ又は前記受信アンテナで受信された信号を用いてレンジ・ドップラーマップを生成し、該生成されたレンジ・ドップラーマップを用いて前記移動体に対応する信号を抽出する信号処理部を備え、
    前記情報推定部は、前記信号処理部で抽出された信号を用いて、前記複数のサブアレーアンテナに含まれるサブアレーアンテナのパラメータを推定することを備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のアンテナ諸元推定装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナ諸元推定装置と、
    前記アンテナ諸元推定装置の前記情報推定部で推定されたパラメータを用いてレーダを運用するレーダ運用部と、
    を備えたことを特徴とするレーダ装置。
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