JP6400494B2 - レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。

従来のレーダ装置では、送信ビームを向けた方向に受信ビームを向ける際に、送信ペンシルビームを観測範囲に向け、その方向に受信ペンシルビームを向けることで、システム利得の向上を図っている。また、観測範囲を広げる場合には、所定の観測範囲内を覆うように順次送信ペンシルビームを走査し、受信ペンシルビームもそれに合わせて走査するようにしている。このため、観測範囲の拡大に伴いその分走査に要する時間がかかり、結果として長い観測時間を要するという問題があった。また、目標方向に送信ペンシルビームを向けるため、目標からレーダ送信を検知されやすく、レーダのＬＰＩ（Low Probability of Intercept）の面で問題があった。また、送信方向によっては電波干渉の影響を与える問題もあった。

ＭＩＭＯ処理、JIAN LI,PETER STOICA, ‘MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING’,WILEY,pp.1-5(2009) 位相モノパルス（位相比較モノパルス）方式、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.262-264（1996） テーラー分布、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.134-135(1996) パルス圧縮、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.278-280(1996) 振幅及び位相によるヌルビーム形成、菊間、アレーアンテナによる適応信号処理、科学技術出版、p.71(1999) 位相のみによるヌルビーム形成、Yasuo SUZUKI,‘Side Lobe Suppression with Phase Weight Only’,The Transactions of the IEICE, VOL.E73, No.2, Feb.(1990) ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)

以上述べたように、従来のレーダ装置では、観測範囲の拡大に伴い、観測範囲全体のビーム走査に時間がかかるようになり、目標の高精度／高分解能な観測に時間的な制約を受ける問題があった。また、目標にビームを指向させるため、ＬＰＩが損なわれ、電波干渉まで引き起こすおそれがあった。

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、広範囲の目標を高精度／高分解能に観測することができ、ＬＰＩを確保し、電波干渉を抑圧することのできるレーダ装置とそのレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本実施形態に係るレーダ装置は、送信レーダと受信レーダとを備える。前記送信レーダは、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信する。前記受信レーダは、アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、分割したＮ個の周波数帯の信号毎にビーム合成して同一の周波数帯に変換し、変換した周波数帯に対応する変調信号により前記同一周波数帯に変換されたビーム合成信号を圧縮処理した後、Ｎ系統分ビーム合成したＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビーム出力を用いて目標の位置を検出する。

第１の実施形態に係るレーダ装置の送信レーダの構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係るレーダ装置の受信レーダの構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係るレーダ装置の変調の様子を示す波形図。 第１の実施形態に係るレーダ装置の送信及び受信のアンテナ座標系を示す図。 第１の実施形態に係るレーダ装置の送信及び受信の他のアンテナ座標系を示す図。 第１の実施形態に係るレーダ装置のビ−ム形成手法を説明するための概念図。 第１の実施形態に係るレーダ装置の周波数選定の様子を示す波形図。 第１の実施形態に係るレーダ装置のＤＢＦ処理及びＰＣ処理の処理の流れを示す図。 第２の実施形態に係るレーダ装置の受信レーダの構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係るレーダ装置の周波数選定の様子を示す波形図。 第２の実施形態に係るレーダ装置のＤＢＦ処理及びＰＣ処理の処理の流れを示す図。 第３の実施形態に係るレーダ装置の受信レーダの構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係るレーダ装置の処理手順を説明するための図。 第３の実施形態に係るレーダ装置のＤＢＦ処理及びＰＣ処理の処理の流れを示す図。 第３の実施形態に係るレーダ装置の変形例を示すブロック図。 第４の実施形態に係るレーダ装置の送信疑似ランダム位相ビームを説明するための概念図。 第５の実施形態に係るレーダ装置の送信ヌルビームを説明するための概念図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るレーダ装置は、送信機能のみを搭載する送信レーダ及び受信機能のみを搭載する受信レーダが互いに連携するシステム構成とする。

図１Ａ及び図１Ｂは送信レーダと受信レーダによるシステム構成の場合の系統を示すブロック図で、図１Ａは送信レーダの構成、図１Ｂは受信レーダの構成を示している。

図１Ａに示す送信レーダでは、参照信号発生部１１において、所定の全帯域を用いた参照信号（チャープ、符号化コード等）を発生し、Ｎ系統のレンジ軸ＦＦＴ処理部１２１〜１２Ｎに分配供給する。次に周波数フィルタ１３１〜１３ＮでＮ系統の周波数帯に分割し、レンジ軸逆ＦＦＴ処理部１４１〜１４Ｎによりレンジ軸（時間軸）の信号に変換し、ＲＦ信号変調部１５１〜１５ＮでＲＦ（パルス）信号を変調し、移相器１６１〜１６Ｎにより所定の位相を設定した後、増幅器１７１〜１７Ｎにより増幅して、アンテナ１８１〜１８Ｎにより送信する。

変調の様子を図２に示す。図２（ａ）は参照信号発生部１１で発生される全帯域チャープで変調されたパルス波形の参照信号を示している。この参照信号を入力したＦＦＴ処理部１２１〜１２Ｎでは、参照信号をレンジ軸に沿ってＦＦＴ処理し、これによって図２（ｂ）に示すように周波数領域のチャープ帯域内にＮ系統の周波数バンクが形成された送信信号を得る。周波数フィルタ１３１〜１３Ｎでは、送信信号の全周波数帯域における個々の周波数バンクΔＢｎを取り出すために、図２（ｃ）に示すように隣接バンクの利得を低下させ、図２（ｄ）に示すように予め割り当てられた周波数バンクを選定する。レンジ軸逆ＦＦＴ処理部１４１〜１４Ｎでは、それぞれ対応する周波数フィルタ１３１〜１３Ｎで抽出された周波数帯域の送信信号を逆ＦＦＴ処理することで、図２（ｅ）に示すように特定の周波数チャープにより変調されたパルス波形の送信信号が得られる。

一方、図１Ｂに示す受信レーダでは、アンテナ素子２１１〜２１Ｍにおいて目標から反射した信号を受信すると、各系統（１〜Ｍch）の受信信号をそれぞれ増幅器２２１〜２２Ｍで低雑音増幅し、送信波形と同様のローカル信号により周波数変換器２３でベースバンドに周波数変換し、ＡＤ変換器２４により受信ディジタル信号に変換する。そして、各系統の受信信号をレンジ軸ＦＦＴ処理部２５１〜２５Ｍに振り分け、レンジ軸についてＦＦＴ処理することで周波数軸の信号に変換し、周波数抽出部２６１１〜２６１Ｎ，…，２６Ｍ１〜２６ＭＮでそれぞれＮ個の送信信号に対応した周波数帯を抽出した後に同じ周波数帯に変換し、全部でＮ×ＭｃｈのＭＩＭＯ信号に変換する。この際、抽出した周波数帯を、Ｎ分割のうちいずれか１つの同じ帯域に変換する点が本実施形態の特徴である。これによれば、ＭＩＭＯ合成後の出力の周波数帯域が狭くなり、レンジ分解能は低下するが、ＭＩＭＯ素子位置の広がりが最大（全ＭＩＭＯ素子を使用）になるため、角度分解能が向上する。

続いて、ＭＩＭＯΣ＆Δウェイト設定部（Ｍｃｈ）２７１〜２７Ｎにおいて、それぞれＭチャンネルのＭＩＭＯ信号にΣビーム及びΔビーム形成のための複素ウェイトを設定し、ＭＩＭＯΣ＆Δビーム形成部（Ｍｃｈ合成）２８１〜２８Ｎにおいて設定ウェイトに基づくモノパルス測角（非特許文献２参照）用のΣビーム及びΔビームを形成する。ここで、複数ヒットによるＰＲＩ（パルス繰り返し周期：Pulse Repetition Interval）信号を送受信する場合は、Σビームの出力をＰＲＩ−ＦＦＴ処理部２９１〜２９Ｎにてドップラー周波数軸の信号に変換する。

一方、参照信号発生部３０１〜３０Ｎで発生される参照信号をレンジ軸ＦＦＴ処理部３１１〜３１Ｎで周波数軸に変換した信号と乗算部３２１〜３２Ｎで乗算することで相関処理し、レンジ軸逆ＦＦＴ処理部３３１〜３３Ｎにより時間軸の信号に変換する。この処理はパルス圧縮処理（非特許文献４参照）と同様である。次に、ＤＢＦ処理部３４においてＭｃｈ分のＤＢＦ処理を行い、ＣＦＡＲ処理部３５においてＣＦＡＲ処理（非特許文献７参照）を施して、所定のスレショルドにより目標を検出する。同様の処理をΔ系にも実行し、Δ系セルのうちΣ系で検出したセルを抽出し、測角部３６においてΣとΔ信号により測角し、検出セルの時間から算出した距離と合わせて、目標の距離と角度を出力する。

図３に送信及び受信のアンテナ座標系を示す。送信アンテナと受信アンテナは一体型でもよいし、また図４に示すように、送信及び受信アレイが列形状の場合等でもよいのは言うまでもない。

ここで、ＭＩＭＯでは、送信レーダにおいて、Ｎ個のアンテナ素子(素子数１以上のＮ個のサブアレイの場合を含む）毎に異なる変調信号で変調して送信し、受信ではＭ個のアンテナ(素子数１以上のＭ個のサブアレイの場合を含む）で受信した信号を周波数変換後にＡＤ変換し、Ｎ通りの変調信号で復調してＮ×Ｍの信号を得る。本実施形態では、変調信号として全帯域のチャープ信号を用い、それを周波数分割してＮｃｈの信号を得ており、Ｎｃｈの変調信号を得る点はＭＩＭＯの基本処理と同じである。

以下にＭＩＭＯによるビーム形成手法について定式化する。送信アンテナと受信アンテナの複素ウェイトをそれぞれＡ，Ｂと表すと次式となる。

これより、各要素は次式となる。

次に、各送受信素子信号を行列の要素で表現すると、次式となる。

送受信ビーム出力は、（４）式の要素にサイドローブ低減用のウェイトと、サイドローブ低減用のテーラーウェイト（非特許文献３参照）等を乗算後に加算することになり、次式で表される。

以上のビ−ム形成手法により、図５に示すように、観測範囲全体をペンシルビームで順次捜索する場合に比べて、素子（サブアレイ）の広いビームを用いて捜索して、ＭＩＭＯビーム形成器でディジタル信号により形成（ＤＢＦ：Digital BeamForming）できるため、捜索時間を短縮化できる効果が得られる。

ＭＩＭＯビームでは、Ｎ×Ｍの全チャンネルを用いて、角度分解能の高いビーム形成を行うが、本実施形態では、周波数帯域により送信Ｎｃｈの分離度を高めている。ここで、ＭＩＭＯ素子全体の開口合成を行い、開口長の逆数に比例する角度分解能を高めるためには、周波数抽出部２６１１〜２６１Ｎ，２６Ｍ１〜２６ＭＮにおいて、図６に示すように受信帯域をＮｃｈのうち１ｃｈのみに周波数変換して合成する必要がある。図７にこの場合のＤＢＦ処理及びＰＣ処理の流れを示す。すなわち、送信全ch分の開口に相当するＮ系統のＭＩＭＯ素子（Ｔ×ｉ，ｉ＝１〜Ｎ）それぞれの出力を周波数フィルタ（ＰＣ）に通して送信１ch分の帯域を抽出し、同一周波数帯に変換した後、ＤＢＦ（Ｎch合成）で合成出力する。この場合は、周波数帯域がＮｃｈのうち１ｃｈ分になるため、周波数帯域の逆数に比例するレンジ分解能は低下することになるが、高い角度分解能が得られる効果がある。

以上のように、第１の実施形態に係るレーダ装置は、送信レーダと受信レーダを備える。送信レーダは、所定の全周波数帯域内で変調した信号をＮ個（２以上）の周波数帯に分割し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信素子（サブアレイ）に対応させて変調した信号を送信する。受信レーダは、アンテナ開口面をＭ個（１以上）に分割し、受信素子（サブアレイ）毎に、送信のＮ通りの周波数帯域に応じて分割し、分割したＮ個の周波数帯の信号毎にビーム合成（Ｍch）した後、同一の周波数帯に変換して、同じ周波数帯に対応する変調信号により圧縮処理した後、Ｎch分ビーム合成したＭＩＭＯビーム出力を用いて、ＣＦＡＲ等により目標を検出し、必要に応じて測角する。

上記構成によれば、ＭＩＭＯにおいて、全送信帯域内の変調信号をＮ個に周波数分割した変調信号を用いるので、送信帯域を狭帯域にすることができ、さらに送信信号の分離度を高めることができる。また、受信系統では、ＭＩＭＯ素子の送受信信号において、相互の影響が除かれるため、一部の帯域により、位置の異なる全ＭＩＭＯ素子の信号を用いて送受信ビームを形成することができる。このため、角度軸において高分解能なビームを形成することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、周波数抽出部において、Ｎchの周波数を同じ帯域に変換することで、角度の高分解能化を図る手法を採用している。これに対して、第２の本実施形態では、角度分解能が低いが、レンジの高分解能化を図る手法を提供する。

図８は第２の実施形態に係るレーダ装置の受信レーダの構成を示すブロック図である。尚、送信レーダについては、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を割愛する。また、受信レーダにおいて、図１Ｂに示す部分と同一部分については同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。

第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、周波数抽出部３７１１〜３７１Ｎ,…，３７Ｍ１〜３７ＭＮである。第１の実施形態では、周波数抽出部２６１１〜２６１Ｎ,…，２６Ｍ１〜２６ＭＮにおいて、Ｎ分割のうちいずれか１つの周波数帯域に変換している。これに対して、第２の本実施形態における周波数抽出部３７１１〜３７１Ｎ,…，３７Ｍ１〜３７ＭＮでは、Ｎ分割した周波数帯を図９に示すようにそのまま保持するように変換し、ＭＩＭＯΣウェイト設定部（Ｎ×Ｍch）３８にてΣウェイトを設定し、ＭＩＭＯΣビーム形成部（Ｎ×Ｍch合成)３９にてΣウェイト乗算によるΣビームを形成する。

Σビーム形成出力はＰＲＩ−ＦＦＴ処理部４０にてＰＲＩ軸に沿ってＦＦＴ処理されて周波数信号に変換される。一方、参照信号発生部４１にて発生される全帯域の参照信号はレンジ軸ＦＦＴ処理部４２にてレンジ軸に沿ってＦＦＴ処理されて周波数信号に変換され、参照信号乗算部４３にてＰＲＩ−ＦＦＴ処理部４０からのＭＩＭＯビーム合成信号の周波数信号と乗算される。その乗算出力はレンジ軸逆ＦＦＴ処理部４４にてレンジ軸に沿って逆ＦＦＴ処理されて時間軸信号に変換され、ＣＦＡＲ処理部４５にて目標検出が実行され、測角部４６にて角度検出が実行される。

図１０にこの場合のＤＢＦ処理及びＰＣ処理の流れを示す。すなわち、送信１ch分の開口に相当するＮ系統のＭＩＭＯ素子（Ｔ×ｉ，ｉ＝１〜Ｎ）それぞれの出力を周波数フィルタ（ＰＣ）に通して送信全ch分の帯域を抽出した後、ＤＢＦ（Ｎch合成）で合成出力する。この場合、ＭＩＭＯ素子位置の広がりが、各変調信号に対して、Ｍch分のみの広がりになるため、角度分解能が低下するが、ＭＩＭＯ出力における周波数帯域が広くなるため、レンジ分解能が向上する。

以上のように第２の実施形態に係るレーダ装置は、送信レーダと受信レーダを備え、送信レーダは、所定の全周波数帯域内で変調した信号をＮ個（２以上）の周波数帯に分割し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信素子（サブアレイ）に対応させて変調した信号を送信する。受信レーダはアンテナ開口面をＭ個（１以上）に分割し、受信素子（サブアレイ）毎に、送信のＮ通りの周波数帯域に応じて分割し、Ｎ×ＭｃｈのＭＩＭＯ信号を得て、ＭＩＭＯビーム合成（Ｎ×Ｍch）した後、全周波数帯域の変調信号を用いて圧縮処理しするか、もしくはＮchの各々についてＭＩＭＯビーム合成（Ｍch）した後、各周波数帯の変調信号を用いて圧縮処理し、その出力をＮch合成した出力を用いて、ＣＦＡＲ等により目標を検出し、必要に応じて測角する。

上記構成によれば、ＭＩＭＯにおいて、全送信帯域内の変調信号から中心周波数を変えた変調信号を用いるので、送信帯域を狭帯域にすることができ、さらに送信信号の分離度を高めることができる。また、受信系統では、ＭＩＭＯ素子の送受信信号において、相互の影響が除かれるため、一部の位置のＭＩＭＯ送受信信号を用いて全帯域を圧縮することにより、レンジ軸において高分解能なビームを形成することができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、角度高分解能・レンジ低分解能にする手法（以下、系統１と称する）について述べ、第２の実施形態では、角度低分解能・レンジ高分解能にする手法（以下、系統２と称する）について述べた。第３の実施形態では、角度−レンジ軸の両者を高分解能化する手法について述べる。

図１１は第３の実施形態に係るレーダ装置の受信レーダの構成を示すブロック図である。尚、送信レーダについては、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を割愛する。また、受信レーダにおいて、図１Ｂ及び図８に示す部分と同一部分については同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。

図１１に示すレーダ装置にあっては、レンジ軸ＦＦＴ処理部２５１〜２５Ｍから出力されるＮchの受信信号を系統１（第１の実施形態に相当）と系統２（第２の実施形態に相当）に分配し、第１の系統において周波数毎合成及びレンジ低／角度高分解能処理を施し、第２の系統において全周波数合成及びレンジ高／角度低分解能処理を施し、レンジ−角度相関処理部４７において両系統の相関を演算することで目標の距離と角度を算出する。

すなわち、上記構成によるレーダ装置は、処理系統を、系統１と系統２の２系統とし、系統１では図１２（ａ）に示すように送信ch毎にパルス圧縮した後、同一周波数に変換してＤＢＦを実行し、系統２では図１２（ｂ）に示すように送信ch全体でパルス圧縮及びＤＢＦを実行する。

ここで、系統１では図１３（ａ）に示すようにＭＩＭＯ素子（Ｔ×ｉ，ｉ＝１〜Ｎ、送信全ch分の開口に相当）それぞれの出力を周波数フィルタ（ＰＣ）に通して送信１ch分の帯域を抽出し、同一周波数帯に変換した後、ＤＢＦ（Ｎch合成）で合成出力する。この場合、図１２（ｃ）に示すように、レンジは低分解能、角度は高分解能である。

一方、系統２では図１３（ｂ）に示すように送信１ch分の開口に相当するＮ系統のＭＩＭＯ素子（Ｔ×ｉ，ｉ＝１〜Ｎ）それぞれの出力を周波数フィルタ（ＰＣ）に通して送信全ch分の帯域を抽出した後、ＤＢＦ（Ｎch合成）で合成出力する。この場合、図１２（ｄ）に示すようにレンジは高分解能であるのに対して、送信chに対する間引きアンテナになるため、角度軸グレーティングが生じて角度は低分解能となる。

そこで第３の実施形態では、図１２（ｅ）に示すように、系統１及び系統２の出力結果のレンジ−角度軸で、所定のゲート幅内にある目標を同じ目標とする相関処理を行い、検出目標を高角度分解能・高レンジ分解能で観測する。

具体的には、例えば、系統１のレンジ−角度軸の観測値の周囲に所定のゲート幅を設定し、系統２のレンジ−角度軸の観測値がそのゲート幅内にあれば、系統１の角度と系統２のレンジを目標出力とすれば、角度軸及びレンジ軸ともに精度の高い目標位置を得ることができる。

本実施形態は、系統１と系統２の観測値の結果を用いて相関処理し、精度の高い結果を得る手法であるのが主旨であるので、系統２の観測値を中心に所定のゲートを設定する手法や、相関の際に振幅値を用いて、同等の振幅値の場合のみに相関処理をして誤相関を防ぐ等、他の相関処理手法でもよいのは言うまでもない。

系統１と系統２の差は、周波数抽出であり、系統１では、周波数分割した後同じ周波数帯に変換するのに対し、系統２では周波数分割した帯域のままの周波数とする。他には、系統１は角度軸高分解能であるため、測角のためのΣとΔ系を有するが、系統２ではΣ系のみとする。ただし、回路共通化のために、系統２にもΣとΔ系としてもよいのは言うまでもない。

図１４は、第３の実施形態の変形例であり、系統２の構成に代わって系統１の構成を適用して系統３（系統１の参照符号にＡを付加し、系統３の参照符号にＢを付加する）とし、系統３において、系統１とは異なる周波数帯を観測周波数とする構成となっている。この変形例の構成は、系統１と系統３を極力共通化するためになされたもので、図１１の構成と同等の処理が可能である。

また、図１１及び図１４の構成では、系統２、系統３に測角処理を含めているが、処理規模削減のために割愛し、例えばレンジのみによりゲート設定し、相関処理を行うようにしてもよい。

以上のように、第３の実施形態に係るレーダ装置は、送信レーダと受信レーダを備える。送信レーダは、所定の全周波数帯域内で変調した信号をＮ個（２以上）の周波数帯に分割し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信素子（サブアレイ）に対応させて変調した信号を送信し、受信は、第１の実施形態の受信処理と第２の実施形態の受信処理を各々実施し、両者の目標出力の距離、角度等による相関処理をして、高精度／高分解能な目標距離及び角度を出力する。

すなわち、第１の実施形態の受信処理の結果と第２の実施形態の受信処理の結果について相関処理をすることにより、角度軸及びレンジ軸の両者で高分解能なビームを形成することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、ＭＩＭＯが送信位相を任意に制御できることを利用して、図１５に示すように図１（ａ）の送信移相器１６１〜１６Ｎによる送信位相を疑似ランダムとし、特定の方向に送信ビームを形成しない方式について述べる。

送信位相をΦとすると、受信レーダにおいてＭＩＭＯビームを形成する際の複素ウェイトＷnmcalは次式とすればよい。

送信位相を疑似ランダムとすることで、全方位に対して指向性を持たないため、目標に検知されにくい。したがって、例えば、ＲＣＳ（Radar Cross-Section：レーダ反射断面積）の小さい目標に対して、相手に検知されにくい状態で長時間送受信することで、積分効果により高いＳＮ（信号対雑音電力）で目標を検知しやすくできることになる。また、電波干渉方向に対して、送信出力を低下させることで、電波干渉を抑圧することができる。

以上のように、第４の実施形態では、送信位相を既知の擬似ランダム位相に設定し、ＭＩＭＯビームを形成する際、その送信位相を補正して、ビーム形成するようにしている。すなわち、送信位相を既知の擬似ランダム位相に設定することにより、所定の方向（目標方向や電波干渉方向）に対する送信出力を弱めることができ、これによってＬＰＩ（Low Probability of Intercept）を確保することができ、電波干渉を抑圧することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、ＭＩＭＯが送信位相を任意に制御できることを利用して、図１６に示すように送信ビームを目標方向等の所定の方向にヌルを向ける方式について述べる。

ヌルを向ける方向としては、目標に対してレーダ送信をしていることを検知できないようにする場合には目標方向であり、他には電波干渉を抑圧したい方向等が考えられる。

送信出力と位相を制御できる場合には、例えば次式の最適ウェイトWoptを用いる(非特許文献５参照)。

ステアリング方向（ビーム方向）は、ＭＩＭＯビーム形成においては、送信ビーム方向に関わらず、任意の方向にビームを指向させることができるため、所定の方向にヌルを形成できれば、送信ビーム方向は任意に設定すればよい。

設定した振幅及び位相は、受信処理時に送信側の振幅及び位相分として補正する。ＭＩＭＯ素子信号に対するウェイトは（５）式におけるWnmとして、次式の補正ウェイトWnmcalとなる。

以上は振幅及び位相を制御する場合について述べたが、送信ビームの制御は、実現性の高い方式として移相器１６１〜１６Ｎのみの場合を考えると、例えば、次式の位相を設定すればよい（非特許文献６参照）。

設定した位相は、制御器（図示せず）により、受信処理時に送信側の位相として補正する。

以上のように第５の実施形態では、送信位相を観測方向にヌルになるように設定し、ＭＩＭＯビームを形成する際、その送信の位相を補正して、ビームを形成する。このように、送信位相を観測方向にヌルになるように設定することにより、所定の方向（目標方向や電波干渉方向）に対する送信出力を弱めることができ、ＬＰＩ性の確保や電波干渉の抑圧ができる。

上述したように第１乃至第５の実施形態のレーダ装置は、広範囲の目標を高精度／高分解能に観測し、さらに送信位相を擬似ランダム化及び目標方向にヌルを形成することで、ＬＰＩ性確保や電波干渉を抑圧するレーダ装置を実現できる。

尚、各実施形態では、送信レーダと受信レーダが近接している場合について述べたが、マルチスタティックの場合として、送信レーダと受信レーダが大きく離隔した場合についても同様に実施可能であることは言うまでもない。

その他、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…参照信号発生部、
１２１〜１２Ｎ…レンジ軸ＦＦＴ処理部、
１３１〜１３Ｎ…周波数フィルタ、
１４１〜１４Ｎ…レンジ軸逆ＦＦＴ処理部、
１５１〜１５Ｎ…ＲＦ信号変調部、
１６１〜１６Ｎ…移相器、
１７１〜１７Ｎ…増幅器、
１８１〜１８Ｎ…アンテナ、
２１１〜２１Ｍ…アンテナ素子、
２２１〜２２Ｍ…増幅器、
２３…周波数変換器、
２４…ＡＤ変換器、
２５１〜２５Ｍ…レンジ軸ＦＦＴ処理部、
２６１１〜２６１Ｎ，…，２６Ｍ１〜２６ＭＮ…周波数抽出部、
２７１〜２７Ｎ…ＭＩＭＯΣ＆Δウェイト設定部（Mch)、
２８１〜２８Ｎ…ＭＩＭＯΣ＆Δビーム形成部（M合成)、
２９１〜２９Ｎ…ＰＲＩ−ＦＦＴ処理部、
３０１〜３０Ｎ…参照信号発生部、
３１１〜３１Ｎ…レンジ軸ＦＦＴ処理部、
３２１〜３２Ｎ…乗算部、
３３１〜３３Ｎ…レンジ軸逆ＦＦＴ処理部、
３４…ＤＢＦ処理部、
３５…ＣＦＡＲ処理部、
３６…測角部、
３７１１〜３７１Ｎ,…，３７Ｍ１〜３７ＭＮ…周波数抽出部、
３８…ＭＩＭＯΣウェイト設定部（Ｎ×Ｍch）、
３９…ＭＩＭＯΣビーム形成部（Ｎ×Ｍ合成)、
４０…ＰＲＩ−ＦＦＴ処理部、
４１…参照信号発生部、
４２…レンジ軸ＦＦＴ処理部、
４３…乗算部、
４４…レンジ軸逆ＦＦＴ処理部、
４５…ＣＦＡＲ処理部、
４６…測角部、
４７…レンジ−角度相関処理部。

Claims (16)

1. 送信レーダと受信レーダとを備え、
   前記送信レーダは、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信し、
   前記受信レーダは、アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、分割したＮ個の周波数帯の信号毎にビーム合成して同一の周波数帯に変換し、変換した周波数帯に対応する変調信号により前記同一周波数帯に変換されたビーム合成信号を圧縮処理した後、Ｎ系統分ビーム合成したＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビーム出力を用いて目標の位置を検出するレーダ装置。
2. 送信レーダと受信レーダとを備え、
   前記送信レーダは、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信し、
   前記受信レーダは、アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、分割されたＮ×Ｍ系統のＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビームを合成した後、前記全送信周波数帯域の変調信号を用いて圧縮処理した出力を用いて目標の位置を検出するレーダ装置。
3. 送信レーダと受信レーダとを備え、
   前記送信レーダは、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信し、
   前記受信レーダは、アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、Ｎ個の周波数帯域それぞれについてＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビームを合成した後、各周波数帯の変調信号を用いて圧縮処理し、その出力をＮ系統分合成した出力を用いて目標の位置を検出するレーダ装置。
4. 送信レーダと受信レーダとを備え、
   前記送信レーダは、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信し、
   前記受信レーダは、
   アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、
   前記分割されたＮ個の周波数帯の信号毎にビーム合成して同一の周波数帯に変換し、変換した周波数帯に対応する変調信号により前記同一周波数帯に変換されたビーム合成信号を圧縮処理した後、Ｎ系統分ビーム合成したＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビーム出力による第１の受信処理を用いて目標の位置を検出し、
   前記分割により形成されるＮ×Ｍ系統のＭＩＭＯビームを合成した後、前記全送信周波数帯域の変調信号を用いて圧縮処理した出力による第２の受信処理を用いて目標の位置を検出し、
   前記第１の受信処理の検出結果と前記第２の受信処理の検出結果との相関をとって目標検出出力とするレーダ装置。
5. 送信レーダと受信レーダとを備え、
   前記送信レーダは、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信し、
   前記受信レーダは、
   アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、
   前記分割されたＮ個の周波数帯の信号毎にビーム合成して同一の周波数帯に変換し、変換した周波数帯に対応する変調信号により前記同一周波数帯に変換されたビーム合成信号を圧縮処理した後、Ｎ系統分ビーム合成したＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビーム出力による第１の受信処理を用いて目標の位置を検出し、
   前記Ｎ個の周波数帯域それぞれについてＭＩＭＯビームを合成した後、各周波数帯の変調信号を用いて圧縮処理し、その出力をＮ系統分合成した出力による第３の受信処理を用いて目標の位置を検出し、
   前記第１の受信処理の検出結果と前記第３の受信処理の検出結果との相関をとって目標検出出力とするレーダ装置。
6. 前記受信レーダは、前記目標の位置検出結果から目標の角度を測角する請求項１乃至５のいずれか記載のレーダ装置。
7. 前記送信位相を既知の擬似ランダム位相に設定し、前記ＭＩＭＯビームを形成する際、その送信位相を補正してビーム形成する請求項１乃至５のいずれか記載のレーダ装置。
8. 前記送信位相を観測方向にヌルになるように設定し、前記ＭＩＭＯビームを形成する際、その送信の位相を補正してビーム形成する請求項１乃至５のいずれか記載のレーダ装置。
9. 送信レーダで、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信し、
   受信レーダで、アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、分割したＮ個の周波数帯の信号毎にビーム合成して同一の周波数帯に変換し、変換した周波数帯に対応する変調信号により前記同一周波数帯に変換されたビーム合成信号を圧縮処理した後、Ｎ系統分ビーム合成したＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビーム出力を用いて目標の位置を検出するレーダ装置のレーダ信号処理方法。
10. 前記送信レーダで、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信し、
    受信レーダで、アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、分割されたＮ×Ｍ系統のＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビームを合成した後、前記全送信周波数帯域の変調信号を用いて圧縮処理した出力を用いて目標の位置を検出するレーダ装置のレーダ信号処理方法。
11. 送信レーダで、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信し、
    受信レーダで、アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、Ｎ個の周波数帯域それぞれについてＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビームを合成した後、各周波数帯の変調信号を用いて圧縮処理し、その出力をＮ系統分合成した出力を用いて目標の位置を検出するレーダ装置のレーダ信号処理方法。
12. 送信レーダで、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信し、
    受信レーダで、
    アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、
    前記分割されたＮ個の周波数帯の信号毎にビーム合成して同一の周波数帯に変換し、変換した周波数帯に対応する変調信号により前記同一周波数帯に変換されたビーム合成信号を圧縮処理しＮ系統分ビーム合成したＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビーム出力による第１の受信処理を用いて目標の位置を検出し、
    前記分割により形成されるＮ×Ｍ系統のＭＩＭＯビームを合成した後、前記全送信周波数帯域の変調信号を用いて圧縮処理した出力による第２の受信処理を用いて目標の位置を検出し、
    前記第１の受信処理の検出結果と前記第２の受信処理の検出結果との相関をとって目標検出出力とするレーダ装置のレーダ信号処理方法。
    
13. 送信レーダで、全送信周波数帯域内で変調した信号をＮ（Ｎは２以上の自然数）個の周波数帯に分割してＮ系統の変調信号を生成し、アンテナ開口面をＮ個に分割した送信アンテナ（１素子以上）により、前記Ｎ系統の変調信号で変調した信号をそれぞれ送信し、
    受信レーダで、
    アンテナ開口面をＭ（Ｍは１以上の自然数）個に分割した受信アンテナで前記送信レーダから送信される信号の反射波を受信し、前記Ｍ個の受信アンテナ毎に受信した信号を前記送信レーダのＮ個の周波数帯域に応じて分割し、
    前記分割されたＮ個の周波数帯の信号毎にビーム合成して同一の周波数帯に変換し、変換した周波数帯に対応する変調信号により前記同一周波数帯に変換されたビーム合成信号を圧縮処理した後、Ｎ系統分ビーム合成したＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビーム出力による第１の受信処理を用いて目標の位置を検出し、
    前記Ｎ個の周波数帯域それぞれについてＭＩＭＯビームを合成した後、各周波数帯の変調信号を用いて圧縮処理し、その出力をＮ系統分合成した出力による第３の受信処理を用いて目標の位置を検出し、
    前記第１の受信処理の検出結果と前記第３の受信処理の検出結果との相関をとって目標検出出力とするレーダ装置のレーダ信号処理方法。
14. 前記受信レーダで、前記目標の位置検出結果から目標の角度を測角する請求項９乃至１３のいずれか記載のレーダ装置のレーダ信号処理方法。
15. 前記送信位相を既知の擬似ランダム位相に設定し、前記ＭＩＭＯビームを形成する際、その送信位相を補正してビーム形成する請求項９乃至１３のいずれか記載のレーダ装置のレーダ信号処理方法。
16. 前記送信位相を観測方向にヌルになるように設定し、前記ＭＩＭＯビームを形成する際、その送信の位相を補正してビーム形成する請求項９乃至１３のいずれか記載のレーダ装置のレーダ信号処理方法。

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