JP6671312B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置に関し、特に、複数の送信アンテナあるいは送信サブアレイと複数の受信アンテナあるいは受信サブアレイからなる分散アレイアンテナで構成されるＭＩＭＯ（Multi-input Multi-output）レーダ装置の校正技術に関する。

分散アレイアンテナを有するレーダ装置では、ＤＢＦ(Digital Beam Forming)によって、高い空間分解能および高い捜索効率を得ることができるが、ＤＢＦを正常に動作させるためには、分散アレイを構成する複数の送信アンテナおよび受信アンテナのそれぞれの位置および透過位相を正確に把握する必要がある。各アンテナの位置および透過位相が時間変動する場合には、都度その値を取得し、校正する必要があり、簡易な校正手法が求められる。

この問題への解決策として、特許文献１では位置情報既知の移動目標に対するレーダ観測信号を利用する方法が記載されている。また、実施の形態の１つとして、ＭＩＭＯレーダと組み合わせることで、受信アンテナのみならず送信アンテナの位置および透過位相も校正する手法が記載されている。

ＭＩＭＯレーダは、各送信アンテナから互いに直交する複数の信号を送信し、受信アンテナで受信後にその信号を復調分離し、デジタル処理で荷重合成を行う技術である。この処理を行うことで、受信のみならず送信のＤＢＦ処理も可能となる。また、互いに直交する複数の信号を生成するには、送信信号に対する符号変調を用いる方式、送信アンテナ毎に周波数を変える方式、送信アンテナ毎に送信タイミングを変える（時分割）方式、レーダ送信のパルス毎に位相変調を与える（ドップラ周波数を変える）方式等が存在する。いずれにしても、互いに直交する複数の信号は、無限にあるわけではなく、送信信号として用いることのできる周波数帯域幅、および要求される信号間の相互相関（ＤＢＦ処理の損失量）、および目標の速度等によって、直交信号の数は制限される。

国際公開第２０１６−０６７３２１号

ＭＩＭＯレーダでは各送信アンテナから異なる直交信号を送信することが前提となるが、前述のように送信アンテナの数が多い場合には送信アンテナ数分の直交信号を生成できない問題が起こる。このような場合、送信信号の直交性が崩れたことによる相互相関成分の影響で、送信アンテナの校正処理に誤差が発生し、ひいてはその校正処理を実施した後のレーダ観測にも測定誤差が生じたり、探知距離が低減するなどの問題が発生する。

それゆえに、本発明の目的は、校正に使用する直交信号の個数が、送信アンテナの個数より少ない場合でも、送信アンテナを校正することができるレーダ装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の送信アンテナの相互のビーム形成に係る特性である相対位置および相対透過位相の少なくとも一方を校正するレーダ装置である。レーダ装置は、決められた信号数の互いに直交する直交信号のいずれかをそれぞれが送信する、複数の送信アンテナと、複数の送信アンテナから、互いの特性を校正する複数の校正対象アンテナを選択する選択部と、互いに校正されて無い校正対象アンテナ同士に異なる直交信号を割り当てる割当部と、割り当てられた直交信号をそれぞれの校正対象アンテナから送信して受信アンテナで受信した受信信号を、直交信号毎の成分に分離する分離部と、成分間の相対的な振幅比および位相差を基に特性を算出して、校正対象アンテナ同士の校正を行う校正部とを備える。選択部は、二以上の送信アンテナで構成された第１アンテナ群、および、一以上の送信アンテナで構成された第２アンテナ群の少なくとも一方から、一つ以上の送信アンテナを校正対象アンテナとして選択する。第１アンテナ群は、相互に校正が行われた送信アンテナのうち、少なくとも二以上のものを組み合わせて構成される。第２アンテナ群は、第１アンテナ群を構成する送信アンテナ以外の送信アンテナから構成される。

本発明によれば、校正に使用する直交信号の個数が、送信アンテナの個数より少ない場合でも、直交信号を効率的に利用して、相互相関成分の影響を回避しながら送信アンテナを校正することができる。

実施の形態１に係るレーダ装置２の構成を示す図である。 実施の形態１のレーダ装置２の送信アンテナの校正処理の手順を表わすフローチャートである。 実施の形態１における繰り返し処理による送信アレイアンテナ４の校正手順を説明するための図である。 実施の形態２のレーダ装置２の送信アンテナの校正処理の手順を表わすフローチャートである。 実施の形態２における繰り返し処理による送信アレイアンテナ４の校正手順を説明するための図である。 実施の形態３における繰り返し処理における送信アレイアンテナ４の校正手順を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。各図中、同一符号は同一又は相当部分を表す。以降の説明では本発明の主たる特徴である送信アンテナの構成を中心に説明する。ただし、実際には特許文献１と同様の手法によって受信アンテナを構成することも可能である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ装置２の構成を示す図である。
このレーダ装置２は、ＭＩＭＯレーダ方式のレーダ装置である。レーダ装置２は、分散アレイ校正装置１と、レーダ運用部６とを備える。
分散アレイ校正装置１は、送信信号生成部７と、割当部８と、送信部９（１）〜９（Ｎ）と、送信アレイアンテナ４とを備える。
分散アレイ校正装置１は、受信アレイアンテナ５と、受信部１０（１）〜１０(Ｎ）と、Ａ／Ｄ変換部１１（１）〜１１（Ｎ）と、分離部１２（１）〜１２（Ｎ）と、校正部１３と、校正部１３と、格納部１５と、選択部２５とを備える。

送信アレイアンテナ４は、Ｍ個の送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（Ｍ）によって構成される。受信アレイアンテナ５は、Ｎ個の受信アンテナＲｘ（１）〜Ｒｘ（Ｎ）によって構成される。
選択部２５は、Ｍ個の送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（Ｍ）の中から互いの特性を校正する複数の校正対象アンテナを選択する。
送信アレイアンテナ４を校正するときには、少なくとも１つの校正対象の送信アンテナを含む複数個の送信アンテナ（Ｍ個以下の送信アンテナ）から信号が送信される。

送信信号生成部７は、１個以上の送信信号を生成して、生成した１個以上の送信信号を割当部８へ出力する。送信信号生成部７は、送信アレイアンテナ４を校正するときには、互いに直交するＫ個の直交信号を１個以上の送信信号として生成する。ただし、Ｋは、２以上、かつＭ未満とする。Ｋ個の直交信号の中の任意の２つの信号間の相互相関は０となる。

符号変調を用いたＭＩＭＯレーダ方式の場合は、送信信号生成部７は、互いに直交する拡散符号を用いて符号変調されることによって互いに直交化されたＫ個の直交信号を生成する。あるいは、送信信号生成部７は、チャープ変調（線形チャープのアップチャープとダウンチャープによる変調など）を用いて互いに直交されたＫ個の直交信号を生成するものとしてもよい。

周波数分割によるＭＩＭＯレーダ方式の場合は、送信信号生成部７は、互いに直交するサブキャリアを用いて周波数変調することによって互いに直交化されたＫ個の直交信号を生成する。

時分割によるＭＩＭＯレーダ方式の場合は、送信信号生成部７は、互いに異なるタイミングで割当部８に出力することによって、互いに異なるタイミングで送信アンテナから送信される結果、互いに直交化されるＫ個の直交信号を生成する。

ドップラ変調によるＭＩＭＯレーダ方式の場合には、送信信号生成部７は、互いに異なるドップラ周波数変調を用いることによって、互いに直交化されたＫ個の直交信号を生成する。一般的に複数のパルスを送信するパルスレーダでは、目標が移動した結果、ドップラ周波数が生じる場合、パルス間で目標速度に応じて、受信信号の位相が変化する。位相の時間変化は周波数と同義のため、これはドップラ周波数として検出される。具体的には１つのパルスを信号の１つの時間サンプルとみなしてフーリエ変換（離散フーリエ変換、高速フーリエ変換等）を行う等によりドップラ周波数が検出される。ドップラ周波数変調は、これを利用したものである。送信側が、送信信号の複数パルス間で位相変化を与え、送信段階で信号にドップラ周波数を与えるものである。送信側が、複数の送信アンテナから出力される信号に異なるドップラ周波数を与え、受信側が、これらをドップラ周波数の検出処理で分離することができる。たとえば、送信信号生成部７は、パルス状の正弦波信号を符号長の異なる複数種の符号系列に対応してそれぞれの符号系列を用いてパルス毎に位相変調を与えた複数種のパルス波形データに基づく送信信号を生成するものとしてもよい。

選択部２５は、二以上の送信アンテナで構成された第１アンテナ群、および、一以上の送信アンテナで構成された第２アンテナ群の少なくとも一方から、一つ以上の送信アンテナを校正対象アンテナとして選択する。
ここで、第１アンテナ群は、相互に校正が行われた送信アンテナのうち、少なくとも二以上のものを組み合わせて構成される。第２アンテナ群は、第１アンテナ群を構成する送信アンテナ以外の送信アンテナから構成される。
割当部８は、送信信号生成部７から出力される各送信信号を送信部９（１）〜９（Ｍ）のうちのいずれかへ出力する。割当部８は、送信アレイアンテナ４を校正するときには、少なくとも１つの校正対象の送信アンテナを含む複数個の送信アンテナ（Ｍ個以下の送信アンテナ）にＫ個の直交信号のいずれかを割り当てて、対応する送信部へ出力する。割当部８は、互いに校正されて無い校正対象アンテナ同士に異なる直交信号を割り当てる。

送信部９（ｍ）は、割当部８からの送信信号を受けると、その送信信号に対して、必要に応じて周波数変換および増幅等を施して、送信アンテナＴｘ（ｍ）へ出力する。ｍ＝１〜Ｍである。
送信アンテナＴｘ（ｍ）は、送信部９（ｍ）から出力される送信信号を移動目標３に向けて照射する。ｍ＝１〜Ｍである。

受信アンテナＲｘ（ｎ）は、移動目標３で反射された信号を受信する。ｎ＝１〜Ｎである。
受信部１０（ｎ）は、受信アンテナＲｘ（ｎ）から出力される受信信号に対して必要に応じて増幅および周波数変換を施す。
Ａ／Ｄ変換部１１（ｎ）は、受信部１０（ｎ）から出力される信号をデジタル信号に変換する。

分離部１２（ｎ）は、Ａ／Ｄ変換部１１（ｎ）から出力される信号をＫ個の直交信号に対応するＫ個の信号成分に分離する。
校正部１３は、複数の観測時点において、分離部１２（１）〜１２（Ｎ）から出力されるＮ×Ｋ個の信号成分について、同一の直交信号に対応するＮ個の信号成分を合成することによってＫ個の合成信号を求める。校正部１３は、Ｋ個の合成信号の間の相対的な振幅および位相を表わす振幅位相情報を算出する。

格納部１５は、移動目標３の時間経過による時間ごとの複数の位置情報を格納する。
校正部１３は、複数の観測時点についての、校正部１３で算出された振幅位相情報と、格納部１５に格納されている移動目標３の位置情報とに基づいて、複数の送信アンテナの相互のビーム形成に係る特性を算出して、校正対象の送信アンテナ同士の校正を行う。
レーダ運用部６は、校正部１３で推定された校正対象の送信アンテナのパラメータである校正情報を用いて、レーダ運用を行う。

図２は、実施の形態１のレーダ装置２の送信アンテナの校正処理の手順を表わすフローチャートである。
図２では前提として、送信信号生成部７で生成され、送信信号として用いることのできる直交信号がＫ個存在する場合を想定している。なお、Ｋは２以上である。また、直交信号の個数Ｋは送信アンテナの個数Ｍより少ないものとする。

ステップＳＴ１００において、割当部８は、校正対象の送信アンテナの個数を指定する変数ｉを１に初期設定する。
ステップＳＴ１０１において、選択部２５は、送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（ｉ＋Ｋ−１）を校正対象に選択する。
ステップＳＴ１０２において、割当部８は、送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（ｉ）に１番目の直交信号Ｌ１を割り当て、送信アンテナＴｘ（ｉ＋１）〜Ｔｘ（ｉ＋Ｋ−１）にそれぞれ２番目〜Ｋ番目の直交信号Ｌ２〜ＬＫを割り当てる。たとえば、ｉ＝１の初期状態であれば、送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（Ｋ）に直交信号Ｌ１〜ＬＫがそれぞれ割り当てられた状態となる。

ステップＳＴ１０３において、送信アンテナＴｘ（ｍ）は、割り当てられた直交信号を位置情報が既知の移動目標３へ送信する。ｍ＝１〜（ｉ＋Ｋ−１）である。
受信アンテナＲｘ（ｎ）は、移動目標３からの反射信号を指定観測回数だけ受信する。ｎ＝１〜Ｎである。指定観測回数は、校正対象の送信アンテナのパラメータがアンテナの透過位相のみの場合は、少なくとも１回、校正対象の送信アンテナの位置の場合は少なくとも３回、その両方の場合は少なくとも４回とする。受信部１０（ｎ）は、受信アンテナＲｘ（ｎ）から出力される信号に対して必要に応じて増幅および周波数変換を施す。Ａ／Ｄ変換部１１（ｎ）は、受信部１０（ｎ）の出力をデジタル信号に変換する。

ステップＳＴ１０４において、分離部１２（ｎ）は、Ａ／Ｄ変換部１１（ｎ）から出力される信号をＫ個の直交信号Ｌ１〜ＬＫに対応するＫ個の信号成分ｆ１（ｎ）〜ｆＫ（ｎ）へ分離する。
具体的な分離手法は、用いているＭＩＭＯレーダ方式によって異なる。符号変調を用いたＭＩＭＯレーダ方式の場合は、各送信信号に対応したMatched Filterあるいはそれに相当する処理によって分離処理が実施される。周波数分割によるＭＩＭＯレーダ方式の場合は、各直交信号の周波数に対応したBand Pass Filterとして分離処理が実施される。時分割によるＭＩＭＯレーダの場合であれば、時間信号に対する窓関数の乗算により分離処理が実施される。ドップラ変調によるＭＩＭＯレーダの場合であれば、パルスドップラフィルタとして分離処理が実施される。いずれにしても、ＭＩＭＯレーダの変調方式に対応した形で分離処理（復調処理）が実施される。

ステップＳＴ１０５において、校正部１３は、Ｎ個の分離部１２（１）〜１２（Ｎ）から出力されるＮ×Ｋ個の信号成分について、同一の直交信号に対応するＮ個の信号成分を合成することによってＫ個の合成信号を求める。すなわち、校正部１３は、直交信号Ｌｋに対応する分離部１２（１）〜１２（Ｎ）から出力される信号成分ｆｋ（１）〜ｆｋ（Ｎ）を荷重合成して、合成信号ｆｋを生成する。ｋ＝１〜Ｋである。直交信号の数がＫ個なので、荷重合成された合成信号がＫ個生成される。つまり、ＭＩＭＯレーダでは、分離部１２（１）〜１２（Ｎ）から出力される（Ｋ×Ｎ）個の信号成分の各々は、送信アレイアンテナ４に割り当てられるＫ個の直交信号のいずれかと、受信アレイアンテナ５に含まれるＮ個の受信アンテナのいずれかに対応する。同一の直交信号に対応したＮ個の信号成分を荷重合成することは、受信アンテナＲｘ（１）〜Ｒｘ（Ｎ）について信号合成を各直交信号に対して行っていることと等価である。荷重合成された後のＫ個の信号成分は、それぞれＫ個の直交信号に対応する。これは一般的なＭＩＭＯレーダの性質である。

校正部１３は、荷重合成後のＫ個の合成信号ｆ１〜ｆＫの間の相対的な振幅および位相を表わす振幅位相情報Ｈ（ｊ）を算出する。なお、変数ｊは、前述の複数の観測番号を表す変数である。ｔは時刻である。このとき、荷重合成されたＫ個の合成信号ｆ１（ｊ，ｔ）〜ｆＫ（ｊ，ｔ）を並べたベクトルを下式のＦj（ｔ）と表記する。ｆｋ（ｊ、ｔ）は、荷重合成後の合成信号ｆｋの観測番号ｊ、時刻ｔにおける値を表わす。

ここで、Ａ（θj,φj）、θj、φj、s（ｔ）は、それぞれＫ個の直交信号Ｌ１〜ＬＫに対応した複数個の送信アンテナのステアリングベクトル、ｊ回目の観測時の移動目標３への仰角、ｊ回目の観測時の移動目標３への方位角、受信信号波形、つまり、荷重合成されたＫ個の合成信号ｆ１（ｊ，ｔ）〜ｆＫ（ｊ，ｔ）の共通成分を表わす。また、添字のＴは転置を表わす。

１つの直交信号Ｌ１に複数の送信アンテナが対応している場合、１つの直交信号Ｌ１に対応した複数の送信アンテナで構成されるアレーアンテナの位相の平均から１つのエレメントファクタａ1(θj,φj)が計算されることになる。
θjは送信アンテナおよび受信アンテナの個数および違いによらず、不変であると仮定する。これはアレーアンテナの配置の広がりよりもレーダ装置２から移動目標３までの距離が十分に大きい場合に一般的に成り立つ仮定である（遠方界）。

振幅位相情報Ｈ(j）の算出方法としては複数の方法が考えられるが、一例としては、以下の式に示すように、任意のタイミングｔ０を抽出して、Ｆj（ｔ０）をＨ（ｊ）とする方法がある。

それ以外にも、例えば、以下の式のように、合成信号ｆ１（ｊ，ｔ）〜ｆＫ（j，ｔ）と任意のｓ番目の直交信号Ｌｓに対応する合成信号ｆｓ（ｊ，ｔ）との相関演算を行う手法もある。

式（５）の*は複素共役を、E[]は期待値演算をそれぞれ表す。いずれにしても一般的に利用される信号間の相対位相および相対振幅を抽出する演算によって、Ｋ個の合成信号間の相対位相および相対振幅を表わす振幅位相情報Ｈ（ｊ）が算出される。

校正部１３は、振幅位相情報Ｈ（ｊ）と、移動目標３の位置情報とを用いた最尤推定によって、校正パラメータξを推定する。具体的には下式の評価関数Ｊ(ξ)の最小化問題として実現される。

式（６）において、Ａ′(θj,φj,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。ここで、ｋ（＞１）番目の直交信号Ｌｋが割り当てられた送信アンテナをＴｘ（ｐ）とする。１番目の直交信号Ｌ１が割り当てられた送信アンテナの位置、透過位相に対する、ｋ（＞１）番目の直交信号Ｌｋが割り当てられた送信アンテナＴｘ（ｐ）の相対位置(xk,yk,zk)、相対透過位相ψkとした場合、ξは以下で表される。実施の形態１では、１番目の直交信号Ｌ１が割り当てられた送信アンテナが複数個ある場合には、相対位置(xk,yk,zk)および相対透過位相ψkは、１番目の直交信号Ｌ１が割り当てられた送信アンテナの位置の平均および透過位相の平均に対する相対位置および相対透過位相である。

このとき、ステアリングベクトルＡ′(θj,φj,ξ)中のＫ番目の要素であるＫ番目の直交信号Ｌｋが割り当てられた送信アンテナＴｘ（ｐ）に対応したエレメントファクタa′k(θj,φj,ξ)は以下の式で表される。

式（９）中のＧk（θj,φj）は、ｋ番目の直交信号Ｌｋが割り当てられた送信アンテナＴｘ（ｐ）単体の利得である。複数の送信アンテナに１番目の直交信号Ｌ１が割り当てられている場合には、Ｇ1(θk,φk)はそれら複数の送信アンテナで構成されるアレーアンテナの利得である。

ｄkは、ｋ番目の直交信号Ｌｋが割り当てられた送信アンテナＴｘ（ｐ）の相対位置ベクトル、u(θj,φj)は、ｊ回目の観測時の目標からの到来方向ベクトルである。複数の送信アンテナに１番目の直交信号Ｌ１が割り当てられている場合には、ｄ1は、それら複数の送信アンテナの位置ベクトルの平均である。なお、一般的に座標系の取り方によって式（１１）の到来方向ベクトルの表現は変化する。

θj,φjは、ｊ回目の観測時の移動目標３の位置情報と送信アレイアンテナ４および受信アレイアンテナ５の位置情報から得ることができるので、上記の式（９）をｊ（観測番号）ならびにｋ（送信アンテナ番号）について、ξを変化させながら計算して、式（６）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。

ここまでに記載した校正部１３ならびにＳＴ１０５における送信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。本実施の形態の推定手法では、Ｊ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送信アンテナ間の位相関係を探索し、それに対応したｋ番目の直交信号が対応した送信アンテナの位置ｄk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（９）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、校正部１３は、評価関数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。具体的には下式の評価関数Ｊ(ξ)の最小化問題として実現される。a′1(θj,φj,ξ)は、ステアリングベクトルＡ′(θj,φj,ξ)の第１成分である。

また、ここでは例として式（８）のように送信アンテナの相対位置、相対透過位相の両方を推定する場合を想定していたが、これらのどちらか１つが未知の場合にも対応可能である。例えば、相対透過位相は既知で、送信アンテナの相対位置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。

以上の処理によって、送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（ｉ）と送信アンテナＴｘ（ｉ＋１）〜Ｔｘ（ｉ＋Ｋ−１）の相対位置および相対透過位相（あるいはそのどちらか一方）の推定が行われる。
ステップＳ１０６において、推定された相対位置および相対透過位相の情報を補正値として、Ｔｘ（ｉ＋１）〜Ｔｘ（ｉ＋Ｋ−１）の送信アレイアンテナ４に適用する。

ステップＳ１０７において、校正対象の送信アンテナを指定する変数ｉを（Ｋ−１）だけ増加させる。
ステップＳ１０８において、全ての送信アンテナの校正が完了した場合には処理が終了し、未完了の場合は、処理がステップＳＴ１０２に戻って、ＳＴ１０２〜ＳＴ１０７の処理が繰り返される。この判定は具体的には、ｉ≧Ｍの場合には終了という判定式が用いられる。

図３は、実施の形態１における繰り返し処理による送信アレイアンテナ４の校正手順を説明するための図である。
実施の形態１では、選択部２５は、第１アンテナ群から複数の送信アンテナを校正対象アンテナとして選択する。
実施の形態１では、割当部８は、校正情報の推定が完了した送信アンテナが存在しないときには、Ｍ個の送信アンテナのうちのＫ個の送信アンテナにＫ個の直交信号をそれぞれ割当てる。割当部８は、校正情報の推定が完了した１個以上の送信アンテナが存在するときには、校正情報の推定が完了したすべての送信アンテナに１つの直交信号Ｌ１を割り当て、Ｍ個の送信アンテナのうちの校正情報の推定が完了していない１個以上の送信アンテナの中の（Ｋ−１）個の送信アンテナに、割り当てた１つの直交信号Ｌ１を除く（Ｋ−１）個の直交信号をそれぞれ割り当てる。

図３は、直交信号数Ｋ＝３、送信アンテナの数Ｍ＝７の場合を示している。Ｋ＝３であるので、校正対象の送信アンテナを指定する変数ｉは２ずつ増加している。
ｉ＝１のステップにおいて、Ｋ＝３より、送信アンテナＴｘ（１）に対する送信アンテナＴｘ（２）、Ｔｘ（３）の相対位置および相対透過位相が推定される。

次のステップのｉ＝３では、ｉ＝１において校正が完了した３つの送信アンテナＴｘ（（１）〜Ｔｘ（３）を１つの送信アンテナとして扱って、これに対する送信アンテナＴｘ（４）、Ｔｘ（５）の相対位置および相対透過位相が推定される。これは、図２のＳＴ１０２においてＴｘ（１）〜Ｔｘ（ｉ）の複数の送信アンテナに同じ直交信号Ｌ１を割り当てていることに相当する。

同様に、次のｉ＝５のステップでは校正が完了した５つの送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（５）を１つの送信アンテナとして扱って、これに対する送信アンテナＴｘ（６）、Ｔｘ（７）の相対位置および相対透過位相が推定され、全ての送信アンテナの校正が完了している。

以上のように、実施の形態１に係るレーダ装置によれば、直交信号数が送信アンテナの数より少ない状況下において、直交信号を一部の送信アンテナに割り当て、ＭＩＭＯレーダ処理を用いながら移動目標に対する複数回のレーダ観測を行なう。このレーダ装置は、各観測における送信アンテナ間の相対位相および相対振幅を表わす情報を取得するとともに、レーダ観測に対応した移動目標の位置情報も別途取得し、その両方を用いて校正対象の送信アンテナの相対位置および相対透過位相を推定する。レーダ装置は、さらに直交信号を割り当てる送信アンテナを切り替えて同様の処理を繰り返すことによって、全送信アンテナの相対位置および相対透過位相を推定し、その推定結果をレーダ運用時に利用する。
このような構成により、分散アレイに送信アンテナの追加した場合に、直交信号数が送信アンテナの数よりも少ない場合でも、高精度な基準信号送信源を高精度に別途配置せずに、校正対象の送信アンテナの校正情報を取得することができる。

なお、レーダ装置２において、受信アレイアンテナ５における受信アンテナの数Ｎは、１以上であれば構わない。Ｎが１の場合、受信部１０、Ａ／Ｄ変換部１１、および分離部１２の数はそれぞれ１つである。この場合、校正部１３は、直交信号Ｌｋに対応する分離部１２（１）〜１２（Ｎ）から出力される信号成分ｆｋ〜ｆｋの間の相対的な振幅および位相を表わす振幅位相情報Ｈ（ｊ）を算出する。その他については、Ｎが複数である場合と同じである。

また、上記説明では、受信アンテナＲｘは、移動目標３で反射された信号を受信するものとして説明したが、移動可能な受信アンテナＲｘまたはそれぞれが異なる位置に設けられた複数の受信アンテナＲｘが、送信アンテナＴｘから送信される送信信号を直接受信する構成としても良い。このようにして校正する場合、上述の式（１）〜式（３）において、Ａ（θj,φj）は、Ｋ個の直交信号Ｌ１〜ＬＫに対応した複数個の送信アンテナＴｘの受信アンテナＲｘに向かう方向のステアリングベクトル、θjは、ｊ回目の観測時の送信アンテナから受信アンテナへの仰角、φjは、ｊ回目の観測時の送信アンテナから受信アンテナへの方位角、s（ｔ）は、受信信号波形である。なお、校正対象の送信アンテナのパラメータが送信アンテナの位置を含む場合は、受信アンテナを移動させながら受信するかまたはそれぞれが異なる位置に設けられた複数の受信アンテナで受信する必要があるが、校正対象の送信アンテナのパラメータが送信アンテナの透過位相のみの場合は、１つの固定された受信アンテナで受信するのみでも良い。

また、上記説明では、送信アンテナは、送信部から出力される送信信号を移動目標３に向けて照射し、受信アンテナは、移動目標３で反射された信号を受信するものとしたが、これに限定するものではない。
格納部が、複数の位置情報を格納情報として格納し、受信アンテナが、格納情報における位置毎に存在する目標により反射された受信信号をそれぞれ受信し、分離部が、受信アンテナが目標の位置毎にそれぞれ受信した受信信号を成分に分離し、校正部が、分離された成分および格納情報を用いることとしてもよい。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２のレーダ装置２の送信アンテナの校正処理の手順を表わすフローチャートである。
図４でも実施の形態１と同様に、送信信号生成部７で生成され、送信信号として用いることのできる直交信号がＫ個存在する場合を想定している。Ｋは２以上である。また、直交信号数Ｋは送信アンテナ数Ｍより少ないものとする。

図４において、実施の形態１と異なる部分、すなわち、ＳＴ１０１Ｂと、ＳＴ１０２ＢとＳＴ１０５Ｂについて説明する。
ステップＳＴ１０１Ｂにおいて、選択部２５は、送信アンテナＴｘ（１）、Ｔｘ（ｉ）〜Ｔｘ（ｉ＋Ｋ−１）を校正対象に選択する。
ステップＳＴ１０２Ｂにおいて、実施の形態２では、実施の形態１と異なり、割当部８は、１番目の直交信号Ｌ１を割り当てる送信アンテナを常に同一の送信アンテナＴｘ（１）とする。

ステップＳＴ１０５Ｂにおいて、ステップＳＴ１０２Ｂでの直交信号の割当てに伴って、相対的な位置および透過位相の推定も、送信アンテナＴｘ（１）と、送信アンテナＴｘ（ｉ＋１）〜Ｔｘ（ｉ＋Ｋ−１）の間で実施される。
すなわち、１つの直交信号Ｌ１に１つの送信アンテナＴｘ（１）が常に対応しているので、送信アンテナＴｘ（１）の位相から１つのエレメントファクタａ1(θj,φj)が計算される。ｋ＞１について、相対位置(xk,yk,zk)および相対透過位相ψkは、１番目の直交信号Ｌ１が割り当てられた送信アンテナＴｘ（１）の位置および透過位相に対する相対位置および相対透過位相である。Ｇ1(θk,φk)は、送信アンテナＴｘ（１）の利得である。ｄ1は、送信アンテナＴｘ（１）の位置ベクトルである。

図５は、実施の形態２における繰り返し処理による送信アレイアンテナ４の校正手順を説明するための図である。
実施の形態２では、割当部８は、校正情報の推定が完了した送信アンテナが存在しないときには、Ｍ個の送信アンテナのうちのＫ個の送信アンテナにＫ個の直交信号をそれぞれ割当てる。割当部８は、校正情報の推定が完了した１個以上の送信アンテナが存在するときには、校正情報の推定が完了した１個以上の送信アンテナの中の１つのアンテナに１つの直交信号Ｌ１を割り当て、Ｍ個の送信アンテナのうちの校正情報の推定が完了していない１個以上の送信アンテナの中の（Ｋ−１）個の送信アンテナに、割り当てた１つの直交信号Ｌ１を除く（Ｋ−１）個の直交信号をそれぞれ割り当てる。

図５の処理の大まかな流れは、実施の形態１の図３と同様であるが、相対位置および透過位相の推定対象が常に１番目の送信アンテナＴｘ（１）に対して行われていることがわかる。
実施の形態２では、選択部２５は、第１アンテナ群から１個の送信アンテナを校正対象アンテナとして選択する。
ｉ＝１のステップにおいて、Ｋ＝３より、送信アンテナＴｘ（１）に対する送信アンテナＴｘ（２）、Ｔｘ（３）の相対位置および相対透過位相が推定される。

次のステップのｉ＝３では、ｉ＝１において校正が完了した３つの送信アンテナＴｘ（（１）〜Ｔｘ（３）の中の１つの送信アンテナＴｘ（１）に対する送信アンテナＴｘ（４）、Ｔｘ（５）の相対位置および相対透過位相が推定される。これは、図２のＳＴ１０２においてＴｘ（１）のみに直交信号Ｌ１を割り当てていることに相当する。

同様に、次のｉ＝５のステップでは校正が完了した５つの送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（５）の中の１つの送信アンテナＴｘ（１）に対する送信アンテナＴｘ（６）、Ｔｘ（７）の相対位置および相対透過位相が推定され、全ての送信アンテナの校正が完了している。

以上のように、実施の形態２に係るレーダ装置によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、実施の形態１の場合、複数の送信アンテナに同一の信号（１番目の直交信号Ｌ１）を割り当てるためビームパターンが形成される。その場合、移動目標３の方位によっては、ビームパターンの影響で却って目標の観測ＳＮ比が劣化する場合がある。そのような場合は、実施の形態２のように直交信号を割り当てる送信アンテナは常に１つとしたほうがよい。

実施の形態３．
実施の形態１および２では、校正を完了した送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（ｉ）に対して、校正が行われていない送信アンテナＴｘ（ｉ＋１）〜Ｔｘ（ｉ＋Ｋ−１）を校正する。これを順次繰り返すことにより、Ｋ個の直交信号Ｌ１〜ＬＫにより、Ｋ個より多いＭ個の以上の送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（Ｍ）の校正を行っている。しかし、校正を完了した送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（ｉ）に対して、送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（ｉ）以外の送信アンテナとの間で校正を行った送信アンテナの校正を行うようにしても良い。
実施の形態３では、第１アンテン群は、相互に校正が行われた送信アンテナのうち、全てのものを組み合わせて構成される。

図６は、実施の形態３における繰り返し処理における送信アレイアンテナ４の校正手順を説明するための図である。送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（３）の校正については、図３および図５におけるｉ＝１のステップと同様である。図６では、Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（７）の校正として、校正を完了した送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（３）に対して、送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（３）以外の送信アンテナの校正を行う。この際、校正を行っていない送信アンテナＴｘ（７）の他、別に校正を行った送信アンテナＴｘ（４）〜Ｔｘ（６）が送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（３）に対して校正を行う送信アンテナとなる。図６では、送信アンテナＴｘ（２）およびＴｘ（３）は送信アンテナＴｘ（１）に対して校正され、送信アンテナＴｘ（５）およびＴｘ（６）は送信アンテナＴｘ（４）に対して校正されている。このため、送信アンテナＴｘ（１）に対して、送信アンテナＴｘ（４）およびＴｘ（７）の校正を行うことで、Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（７）の校正が完了する。

なお、図６においては、送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（３）と送信アンテナＴｘ（４）〜Ｔｘ（６）、送信アンテナＴｘ（１）とＴｘ（４）とＴｘ（７）のように、校正を行う送信アンテナＴｘ同士を２段階で校正する構造にしている。しかし、送信アンテナＴｘの数Ｍと直交信号の数Ｋとに応じて３段階以上で校正する構造にしても良い。また、一回の校正で比較する送信アンテナＴＸについても、直交信号Ｌ１〜ＬＫが割り当て可能である限り、送信アンテナや互いに校正が行われた送信アンテナの組をどの様に組み合わせたものであっても良い。

以上のように、実施の形態３に係るレーダ装置によれば、実施の形態１や実施の形態２と同様の効果が得られる。

実施の形態４．
実施の形態１および２では、例えば図１の送信アレイアンテナ４と受信アレイアンテナ５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。
実施の形態４のレーダ装置は、受信アンテナが、送信アンテナから送信される送信信号を直接受信する場合を除いて、送信アンテナおよび受信アンテナの全部があるいは一部が送受兼用という構成とすることができる。

（変形例）
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例も含む。
（１）図１では、送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（Ｍ）の各々は、単一のアンテナとして記載されているが、送信アンテナＴｘ（１）〜Ｔｘ（Ｍ）の各々自体がアレイアンテナとして構成される（よって、送信アンテナＴｘ（ｍ）がサブアアレイとして構成される）ものとしてもよい。
（２）各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てもよい。
（３）実施の形態の説明では、波動として電波を用いるレーダ装置について述べたが、それ以外の波動、例えば超音波を用いるレーダ装置にも適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 分散アレイ校正装置、２ レーダ装置、３ 移動目標、４ 送信アレイアンテナ、５ 受信アレイアンテナ、６ レーダ運用部、７ 送信信号生成部、８ 割当部、９（１）〜９（Ｍ） 送信部、１０（１）〜１０（Ｎ） 受信部、１１（１）〜１１（Ｎ） Ａ／Ｄ変換部、１２（１）〜１２（Ｎ） 分離部、１３ 校正部、１５ 格納部、２５ 選択部、Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（Ｍ） 送信アンテナ、Ｒｘ（１）〜Ｒｘ（Ｎ） 受信アンテナ。

Claims (7)

1. 複数の送信アンテナの相互のビーム形成に係る特性である相対位置および相対透過位相の少なくとも一方を校正するレーダ装置であって、
   決められた信号数の互いに直交する直交信号のいずれかをそれぞれが送信する、複数の前記送信アンテナと、複数の前記送信アンテナから、互いの特性を校正する複数の校正対象アンテナを選択する選択部と、互いに校正されて無い前記校正対象アンテナ同士に異なる前記直交信号を割り当てる割当部と、割り当てられた前記直交信号をそれぞれの前記校正対象アンテナから送信して受信アンテナで受信した受信信号を、前記直交信号毎の成分に分離する分離部と、前記成分間の相対的な振幅比および位相差を基に前記特性を算出して、前記校正対象アンテナ同士の校正を行う校正部とを備え、
   前記選択部は、二以上の前記送信アンテナで構成された第１アンテナ群、および、一以上の前記送信アンテナで構成された第２アンテナ群のそれぞれから、一つ以上の前記送信アンテナを前記校正対象アンテナとして選択し、
   前記第１アンテナ群は、相互に校正が行われた前記送信アンテナの全てによって構成され、
   前記第２アンテナ群は、前記第１アンテナ群を構成する前記送信アンテナ以外の前記送信アンテナから構成された、
   ことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記選択部は、前記第１アンテナ群から複数の前記送信アンテナを前記校正対象アンテナに選択することを特徴とする、請求項１に記載のレーダ装置。
3. 複数の送信アンテナの相互のビーム形成に係る特性である相対位置および相対透過位相の少なくとも一方を校正するレーダ装置であって、
   決められた信号数の互いに直交する直交信号のいずれかをそれぞれが送信する、複数の前記送信アンテナと、複数の前記送信アンテナから、互いの特性を校正する複数の校正対象アンテナを選択する選択部と、互いに校正されて無い前記校正対象アンテナ同士に異なる前記直交信号を割り当てる割当部と、割り当てられた前記直交信号をそれぞれの前記校正対象アンテナから送信して受信アンテナで受信した受信信号を、前記直交信号毎の成分に分離する分離部と、前記成分間の相対的な振幅比および位相差を基に前記特性を算出して、前記校正対象アンテナ同士の校正を行う校正部とを備え、
   前記選択部は、二以上の前記送信アンテナで構成された第１アンテナ群、および、一以上の前記送信アンテナで構成された第２アンテナ群の少なくとも一方から、一つ以上の前記送信アンテナを前記校正対象アンテナとして選択し、
   前記第１アンテナ群は、相互に校正が行われた前記送信アンテナの全てによって構成され、
   前記第２アンテナ群は、前記第１アンテナ群を構成する前記送信アンテナ以外の前記送信アンテナから構成され、
   前記選択部は、前記第１アンテナ群から一つの前記送信アンテナを前記校正対象アンテナに選択することを特徴とする、レーダ装置。
4. 前記校正対象アンテナから送信された前記直交信号を反射する決められた目標の位置情報を格納情報として格納した格納部を備え、前記受信アンテナは、前記目標により反射された前記受信信号を受信し、前記校正部は、前記特性の算出に、さらに前記格納情報を用いることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
5. 前記格納部は、複数の前記位置情報を前記格納情報として格納し、前記受信アンテナは、前記格納情報における位置毎に存在する前記目標により反射された前記受信信号をそれぞれ受信し、前記分離部は、前記受信アンテナが前記目標の位置毎にそれぞれ受信した前記受信信号を前記成分に分離することを特徴とする、請求項４に記載のレーダ装置。
6. 前記格納部は、移動目標である前記目標の時間経過による時間毎の複数の前記位置情報を前記格納情報として格納することを特徴とする、請求項５に記載のレーダ装置。
7. 前記受信アンテナを複数備え、前記受信アンテナそれぞれに対応した前記分離部を備え、前記校正部は、それぞれの前記分離部で分離された同一の前記直交信号に対する各成分を合成した合成成分を前記成分とすることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーダ装置。

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