JP6768618B2 - アレイアンテナ装置およびアレイアンテナ処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、アレイアンテナ装置およびアレイアンテナ処理方法に関する。

送信装置と複数の受信装置との間で同期を取る場合がある。例えば、基準クロックを持つ基準信号発生部に相当する局が、基準クロックに基づく時刻（基準信号）の情報を載せた同期フレームを各受信装置に送信することで、タイミング同期を実現することが行われる。

このようなタイミング同期が実現されないと、送信装置と複数の受信装置との間で品質の良い通信を行うことができない場合があった。
一例として、レーダー装置では、このようなタイミング同期が実現されないと、各受信装置においてレンジ（例えば、距離のレンジ）のずれが発生する場合があった。

このため、送信装置と複数の受信装置との間でタイミング補正を行ってタイミング同期を取る手法が使用されるが、複数の受信装置における群遅延量などの遅延量に差があるときにはタイミング補正を精度良く行うことができない場合があった。

特開２００６−１０９３５７号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数の受信装置における遅延量に差があるときにおいても、タイミング補正を精度良く行うことができるアレイアンテナ装置およびアレイアンテナ処理方法を提供することである。

実施形態のアレイアンテナ装置は、複数の受信装置と、検出部と、タイミング補正部とを持つ。前記受信装置は、複数のアンテナと、受信器と、Ａ／Ｄ変換器とを持つ。前記受信器は、複数の前記アンテナにより受信された信号を処理する。前記Ａ／Ｄ変換器は、前記受信器により処理された信号についてＡ／Ｄ変換を行う。前記検出部は、所定の校正信号が前記受信器により処理された後に前記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された結果の信号に基づいて、複数の前記受信装置における処理の遅延差に関する情報を検出する。前記タイミング補正部は、前記検出部により検出された前記情報に基づいて、前記受信装置に含まれる前記Ａ／Ｄ変換器により行われるＡ／Ｄ変換のタイミングを補正する。

実施形態のアレイアンテナ装置を示す図。 実施形態のアレイアンテナ装置の受信部を示す図。 実施形態のＡ／Ｄ変換器におけるＡ／Ｄ変換の補正後のタイミングを示す図。 変形例に係るアレイアンテナ装置を示す図。 他の変形例に係るアレイアンテナ装置を示す図。

以下、実施形態のアレイアンテナ装置およびアレイアンテナ処理方法を、図面を参照して説明する。

図１は、実施形態のアレイアンテナ装置１を示す図である。
アレイアンテナ装置１は、１個の送信装置１１と、ｎ（本実施形態では、ｎは２以上の整数を表す。）個の受信装置２１−１〜２１−ｎを備える。ここで、ｎは、様々な値であってもよい。
送信装置１１は、Ｍ（本実施形態では、Ｍは２以上の整数を表す。）個のアンテナ４１−１〜４１−Ｍを備える。なお、アンテナは、空中線と呼ばれてもよい。
受信装置２１−１は、Ｌ（本実施形態では、Ｌは２以上の整数を表す。）個のアンテナ５１−１〜５１−Ｌを備える。
ここで、ＭとＬは、それぞれ、様々な値であってもよい。また、ＭとＬは、同じ値であってもよく、あるいは、異なる値であってもよい。

受信装置２１−２〜２１−ｎは、それぞれ、複数のアンテナを備える。
また、受信装置２１−１および各受信装置２１−２〜２１−ｎは、例えば、同じ数のアンテナ（Ｌ個のアンテナ）を備えてもよく、あるいは、異なる数のアンテナを備えるものが含まれてもよい。

ここで、各受信装置２１−１〜２１−ｎは、複数のアンテナ（受信装置２１−１の場合にはアンテナ５１−１〜５１−Ｌ）からなるアレイアンテナを使用して無線信号を受信するアレイアンテナ受信装置である。これらｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎは、別々に備えられていたが、多数のアンテナを有するアレイアンテナ装置を実現するために、ひとまとめにされている。このような多数のアンテナを有するアレイアンテナ装置として、図１の例では、すべての受信装置２１−１〜２１−ｎが有するアンテナの数を総和した結果の数のアンテナを有するアレイアンテナ装置が実現される。
なお、このような多数のアンテナを有するアレイアンテナ装置を１個の装置で構成することも可能ではあるが、構成の自由度あるいは汎用性が低下する場合もある。このため、本実施形態では、複数（本実施形態では、ｎ個）の別個の受信装置２１−１〜２１−ｎを組み合わせることで、総じて、１個のアレイアンテナ受信装置として使用する。
また、本実施形態では、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎに対して、１個の送信装置１１が共用されている。

このように、本実施形態では、複数の受信装置２１−１〜２１−ｎを集合させて使用することで、個別の受信装置（受信装置２１−１〜２１−ｎのそれぞれ）を使用する場合と比べて、アレイアンテナのアンテナ数を大きくすることができる。
それぞれの受信装置２１−１〜２１−ｎは、移動させることが可能な装置であってもよく、あるいは、固定的に設置される装置であってもよい。
一例として、移動させることが可能な複数の受信装置（例えば、レーダーを構成する装置）が別々に使用されていたが、これらを集合させて１個のアレイアンテナ装置（例えば、レーダー）として動作させる場合があり得る。
他の例として、既に地上などにアレイアンテナ装置（例えば、レーダー）が設けられているときに、当該アレイアンテナ装置の付近に新たに１個以上の受信装置を建設して、これらのすべてを合わせて、当該アレイアンテナ装置よりもアンテナ数が多い１個のアレイアンテナ装置（例えば、レーダー）として動作させることが必要な場合があり得る。

本実施形態では、アレイアンテナ装置１は、対象物を検知するレーダーに使用されている。この場合、アレイアンテナ装置１では、送信装置１１がアンテナ４１−１〜４１−Ｍを使用して信号を無線により送信し、当該信号が対象物によって反射された信号を複数の受信装置２１−１〜２１−ｎがアンテナ（アンテナ５１−１〜５１−Ｌなど）を使用して受信し、受信された信号に基づいて当該対象物を検知する。この検知では、例えば、対象物が存在する位置（距離あるいは角度など）が検出される。
なお、レーダーとしては、任意のレーダーが用いられてもよく、例えば、地上に設置されて、空中を飛行する飛行機などを対象物として検知するレーダーなどが用いられてもよい。

なお、本実施形態では、アレイアンテナ装置１は、送信装置１１と、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎを含むが、他の構成例として、送信装置１１を含まなくてもよい。
本実施形態では、アレイアンテナ装置１に含まれるｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎの部分を受信部１０１と呼んで説明する。受信部１０１には、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎ以外の構成部も含まれ得る。なお、アレイアンテナ装置１に送信装置１１が含まれない場合には、アレイアンテナ装置１と受信部１０１とは同じである。

図２は、実施形態のアレイアンテナ装置１の受信部１０１を示す図である。
受信部１０１は、基準信号生成部１１１と、分配回路１１２と、検出部１１３と、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎを備える。
検出部１１３は、カウンタ１３１と、タイミング補正値生成部１３２と、校正信号発生部１３３を備える。検出部１１３は、タイミングの計測（検出）などを行う。
なお、図２では、各受信装置２１−１〜２１−ｎに備えられた複数のアンテナ（アンテナ５１−１〜５１−Ｌなど）については、図示を省略してある。

本実施形態では、各受信装置２１−１〜２１−ｎは、同様な構成部を備える。
各受信装置２１−ｐ（ｐは１〜ｎの範囲の各整数を表す）は、タイミング補正部２１１−ｐと、サンプリングクロック生成部２１２−ｐと、受信器２１３−ｐと、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器２１４−ｐを備える。

また、図２には、基準トリガａ１、ａ２、ａ３、基準信号ｂ１、ｂ２，ｂ３、サンプリングクロックｃ１、タイミング信号ｄ１、タイミング補正値ｅ１、受信ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号ｆ１、校正信号ｇ１、受信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号ｈ１、校正ＩＦ信号ｉ１、デジタル信号ｊ１といった各信号を示してある。
なお、これら各信号の符号としては、説明の便宜上、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎにおいて共通の符号としてある。
また、基準トリガａ１、基準トリガａ２、基準トリガａ３については、同じ役割を持つ信号であるが、出力元の構成部ごとに、異なる符号を付してある。
また、基準信号ａ１、基準信号ａ２、基準信号ａ３については、同じ役割を持つ信号であるが、出力元の構成部ごとに、異なる符号を付してある。

ここで、基準信号生成部１１１と、分配回路１１２と、検出部１１３は、それぞれ、例えば、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎとは別体で備えられてもよく、あるいは、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎのうちのいずれか１個に備えられてもよく、あるいは、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎのうちのいずれか２個以上に備えられてもよい。

受信部１０１において行われる処理の一例を示す。
なお、本実施形態では、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎは、同様な処理を行うため、１個の受信装置２１−１により行われる処理を例として説明する。他の受信装置２１−２〜２１−ｎにより行われる処理についても同様である。

基準信号生成部１１１は、基準トリガａ１と基準信号ｂ１を生成して、生成された基準トリガａ１と基準信号ｂ１を分配回路１１２に出力する。
ここで、基準トリガａ１は、基準となるトリガの信号であり、例えば、所定の期間の周期を有するパルス波などの信号である。当該所定の期間としては、任意の期間が用いられてもよく、例えば、１秒などの期間が用いられてもよい。
また、基準信号ｂ１は、基準となる信号であり、例えば、所定の周波数を有する正弦波などの信号である。当該所定の周波数としては、任意の周波数が用いられてもよく、例えば、１０ＭＨｚあるいは１００ＭＨｚなどが用いられてもよい。基準信号生成部１１１は、例えば、水晶発振器を備えて、当該水晶発振器による発振信号を用いて基準信号ｂ１を生成してもよい。

分配回路１１２は、基準信号生成部１１１から入力された基準トリガａ１をｎ個の信号に分配して、分配されたそれぞれの基準トリガａ２をそれぞれの受信装置２１−１〜２１−ｎのタイミング補正部２１１−１〜２１１−ｎに出力する。ここで、基準トリガａ２は、基準トリガａ１が分配された信号であり、基準トリガａ１と実質的には同じである。
また、分配回路１１２は、基準信号生成部１１１から入力された基準信号ｂ１をｎ個の信号に分配して、分配されたそれぞれの基準信号ｂ２をそれぞれの受信装置２１−１〜２１−ｎのタイミング補正部２１１−１〜２１１−ｎに出力する。ここで、基準信号ｂ２は、基準信号ｂ１が分配された信号であり、基準信号ｂ１と実質的には同じである。

タイミング補正部２１１−１は、タイミング補正値生成部１３２から入力されたタイミング補正値ｅ１に基づいて、分配回路１１２から入力された基準トリガａ２のタイミングを補正して、補正後の基準トリガａ３をＡ／Ｄ変換器２１４−１に出力する。本実施形態では、タイミング補正部２１１−１は、タイミング補正値ｅ１に基づいて基準トリガａ２のタイミングをずらした信号を、補正後の基準トリガａ３とする。
また、タイミング補正部２１１−１は、分配回路１１２から入力された基準信号ｂ２を、基準信号ｂ３としてサンプリングクロック生成部２１２−１に出力する。なお、基準信号ｂ２と基準信号ｂ３とは、実質的に同じ信号であり、全く同じ信号であってもよい。

ここで、本実施形態では、タイミング補正値ｅ１は、０以上の遅延時間（あるいは、０以上の進み時間であってもよい）の情報である。タイミング補正部２１１−１は、タイミング補正値ｅ１により表される遅延時間（または、進み時間）の分、基準トリガａ２のタイミングをずらした信号を、補正後の基準トリガａ３とする。なお、遅延時間の場合には基準トリガａ２のタイミングを遅延させる処理が行われ、進み時間の場合には基準トリガａ２のタイミングを進ませる処理が行われる。

タイミング補正部２１１−１において複数の信号のタイミングを調整する手法としては、任意の手法が用いられてもよい。
一例として、タイミング補正部２１１−１は、ディレイラインを備え、遅延させることが必要な信号を、遅延させる時間に相当する長さのディレイラインを通過させることで、複数の信号のタイミングを調整する手法が用いられてもよい。
なお、ディレイラインが用いられる場合、所定の信号のタイミングを進ませるときには、他の信号のタイミングを遅延させることで、当該所定の信号のタイミングを進ませる。

サンプリングクロック生成部２１２−１は、タイミング補正部２１１−１から入力された基準信号ｂ３に基づいてサンプリングクロックｃ１を生成し、生成されたサンプリングクロックｃ１をＡ／Ｄ変換器２１４−１に出力する。
ここで、サンプリングクロック生成部２１２−１は、例えば、位相同期回路（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を備え、当該ＰＬＬによって基準信号ｂ３をサンプリングクロックｃ１へ変換することで、当該サンプリングクロックｃ１を生成する。

受信器２１３−１には、それぞれのアンテナ（ここでは、受信装置２１−１に備えられたＬ個のアンテナ５１−１〜５１−Ｌ）により受信された信号が、受信ＲＦ信号ｆ１として入力される。本実施形態では、受信ＲＦ信号ｆ１は、アンテナと同数（受信装置２１−１については、Ｌ個）のＲＦ信号を表わしている。

受信器２１３−１は、入力された受信ＲＦ信号ｆ１に基づいて、当該受信ＲＦ信号ｆ１をＲＦ信号からＩＦ信号へ周波数変換する処理を含む所定の受信処理を行い、受信ＩＦ信号ｈ１を生成し、生成された受信ＩＦ信号ｈ１をＡ／Ｄ変換器２１４−１に出力する。本実施形態では、受信ＩＦ信号ｈ１は、受信ＲＦ信号ｆ１から得られる信号であり、アンテナと同数（受信装置２１−１については、Ｌ個）の信号を表わしている。
また、受信器２１３−１は、入力された校正信号ｇ１に基づいて、当該校正信号ｇ１をＲＦ信号からＩＦ信号へ周波数変換する処理を含む所定の受信処理を行い、校正ＩＦ信号ｉ１を生成し、生成された校正ＩＦ信号ｉ１をＡ／Ｄ変換器２１４−１に出力する。

本実施形態では、受信ＲＦ信号ｆ１と校正信号ｇ１は、同じ周波数（あるいは、同程度の周波数）を有するＲＦ信号である。また、受信ＩＦ信号ｈ１と校正ＩＦ信号ｉ１は、同じ周波数（あるいは、同程度の周波数）を有するＩＦ信号である。
本実施形態では、受信器２１３−１において、受信ＲＦ信号ｆ１に対して行う所定の受信処理と、校正信号ｇ１に対して行う所定の受信処理とは、同じ処理である。
なお、所定の受信処理としては、任意の処理が用いられてもよい。

ここで、それぞれの受信器２１３−１〜２１３−ｎでは、信号を処理する回路（受信処理を行う回路）によって、群遅延が発生する。群遅延が発生する主な原因となる回路はフィルタであり、本実施形態では、それぞれの受信器２１３−１〜２１３−ｎにフィルタが備えられている。
本実施形態では、それぞれの受信器２１３−１〜２１３−ｎにおいて、受信処理によって受信ＩＦ信号ｈ１に発生する群遅延の量と、受信処理によって校正ＩＦ信号ｉ１に発生する群遅延の量とは、同じ（あるいは、同程度）であるとする。

また、それぞれの受信器２１３−１〜２１３−ｎでは、回路を構成する部品の種類が異なること、あるいは、回路を構成する部品の種類は同じであっても個体差があることなどによって、群遅延量が異なり得る。
特に、本実施形態では、別個な複数の受信装置２１−１〜２１−ｎを組み合わせる構成であるため、各受信装置２１−１〜２１−ｎにおける受信器２１３−１〜２１３−ｎの性能が異なる場合があり、各受信装置２１−１〜２１−ｎにおける遅延量（本実施形態では、群遅延量）が異なることが発生する場合がある。

また、本実施形態では、それぞれの受信器２１３−１〜２１３−ｎは、複数の信号の入出力に対応可能なように複数の入出力端（複数のチャネルの入出力端）を備えており、当該入出力端の数の方がアンテナの数（受信ＲＦ信号ｆ１に含まれる信号の数）よりも少ないとしている。そして、本実施形態では、これら複数の入出力端のうちで受信ＲＦ信号ｆ１の入出力に使用されていない入出力端（本実施形態では、１個の入出力端）が、校正信号ｇ１の入出力に使用されている。

Ａ／Ｄ変換器２１４−１は、タイミング補正部２１１−１から入力された基準トリガａ３と、サンプリングクロック生成部２１２−１から入力されたサンプリングクロックｃ１に基づいて、受信器２１３−１から入力された受信ＩＦ信号ｈ１についてＡ／Ｄ変換を行い、当該Ａ／Ｄ変換により得られたデジタル信号ｊ１を出力する。本実施形態では、デジタル信号ｊ１は、受信ＩＦ信号ｈ１から得られる信号であり、アンテナと同数（受信装置２１−１については、Ｌ個）の信号を表わしている。
また、Ａ／Ｄ変換器２１４−１は、タイミング補正部２１１−１から入力された基準トリガａ３と、サンプリングクロック生成部２１２−１から入力されたサンプリングクロックｃ１に基づいて、受信器２１３−１から入力された校正ＩＦ信号ｉ１についてＡ／Ｄ変換を行い、当該Ａ／Ｄ変換により得られたタイミング信号ｄ１をカウンタ１３１に出力する。

ここで、Ａ／Ｄ変換器２１４−１では、サンプリングクロックｃ１はサンプリングを行うタイミングとして用いられ、基準トリガａ３はサンプリングを行うタイミングを示す指標として用いられる。そして、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換器２１４−１は、受信ＩＦ信号ｈ１と校正ＩＦ信号ｉ１について、Ａ／Ｄ変換のタイミングとして同じタイミングを使用する。
なお、Ａ／Ｄ変換器２１４−１から出力されるデジタル信号ｊ１およびタイミング信号ｄ１は、それぞれ、同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）を有するデジタル信号である。

ここで、１個の受信装置２１−１における構成部（タイミング補正部２１１−１、サンプリングクロック生成部２１２−１、受信器２１３−１、Ａ／Ｄ変換器２１４−１）の処理について説明したが、他の受信装置２１−２〜２１−ｎにおける構成部（タイミング補正部２１１−２〜２１１−ｎ、サンプリングクロック生成部２１２−２〜２１２−ｎ、受信器２１３−２〜２１３−ｎ、Ａ／Ｄ変換器２１４−２〜２１４−ｎ）の処理についても同様である。

また、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎにより得られたデジタル信号ｊ１は、すべての受信装置２１−１〜２１−ｎに備えられたアンテナの総数分のデジタル信号を含んでおり、受信部１０１に備えられた所定の処理部（図示せず）によって処理される。当該所定の処理部は、例えば、すべての受信装置２１−１〜２１−ｎに備えられたアンテナの総数分のアンテナを有するアレイアンテナを使用しているとみなして、受信信号であるデジタル信号ｊ１の合成などを行うことができ、その結果に基づいてレーダー検知における様々な処理を行うことができる。
なお、当該所定の処理部は、任意のところに備えられてもよく、例えば、受信部１０１において、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎとは別体で備えられてもよく、あるいは、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎのうちのいずれか１個に備えられてもよく、あるいは、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎのうちのいずれか２個以上に備えられてもよい。

カウンタ１３１には、ｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎに備えられたＡ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎからタイミング信号ｄ１（つまり、ｎ個のタイミング信号ｄ１）が入力される。
カウンタ１３１は、複数の信号のタイミング差を検出する機能を有する。本実施形態では、カウンタ１３１は、入力されたｎ個のタイミング信号ｄ１のうちの１個のタイミング信号ｄ１を基準として、当該基準信以外の各タイミング信号ｄ１について当該基準に対する位相差を検出する。
一例として、受信装置２１−１におけるタイミング信号ｄ１を基準とする場合、カウンタ１３１は、他の各受信装置２１−２〜２１−ｎにおけるタイミング信号ｄ１について当該基準のタイミング信号ｄ１（受信装置２１−１におけるタイミング信号ｄ１）との位相差を検出する。

そして、カウンタ１３１は、位相差の検出結果として、（ｎ−１）個の位相差の検出結果の情報をタイミング補正値生成部１３２に出力する。
また、本実施形態では、カウンタ１３１は、基準となる受信装置については、位相差の検出結果として、ゼロ（０）の情報をタイミング補正値生成部１３２に出力する。
このように、本実施形態では、カウンタ１３１は、位相差の検出結果として、各受信装置２１−１〜２１−ｎに対応するｎ個の位相差の検出結果の情報をタイミング補正値生成部１３２に出力する。

ここで、基準以外の受信装置（一例として、受信装置２１−２〜２１−ｎ）について、受信器（一例として、受信器２１３−２〜２１３−ｎ）における群速度が同じものについては、検出される位相差が同じになる。
また、本実施形態では、群遅延を例として説明するが、群遅延以外の任意の遅延によっても影響される場合には、当該遅延も考慮されてもよい。
また、本実施形態では、受信器２１３−１〜２１３−ｎにおける信号の遅延（本実施形態では、群遅延）を例として説明するが、他の構成部における信号の遅延によっても影響される場合には、当該遅延も考慮されてもよい。

なお、タイミング信号ｄ１の基準とする受信装置（受信装置２１−１〜２１−ｎのうちのいずれか）としては、任意の受信装置に設定されてもよい。
また、タイミング信号ｄ１の基準とする受信装置（受信装置２１−１〜２１−ｎのうちのいずれか）は、例えば、あらかじめ定められた所定の条件に基づいて、カウンタ１３１などにおいて決定されてもよい。一例として、当該所定の条件として、Ａ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎからカウンタ１３１に出力されるタイミング信号ｄ１（同じ校正信号の部分から生成されたタイミング信号ｄ１）について、最も早くカウンタ１３１に到達したタイミング信号ｄ１（つまり、最も遅延が小さいタイミング信号ｄ１）を基準とする、という条件が用いられてもよい。

なお、本実施形態では、３６０度（＝２π）以上の位相差は発生しないとみなしているが、２π以上の位相差が発生する状況に適用されてもよい。

タイミング補正値生成部１３２は、カウンタ１３１から入力された位相差の検出結果（各受信装置２１−１〜２１−ｎに対応する位相差の検出結果）に基づいて、各受信装置２１−１〜２１−ｎにおけるタイミング補正値ｅ１を生成し、生成された各受信装置２１−１〜２１−ｎにおけるタイミング補正値ｅ１を当該各受信装置２１−１〜２１−ｎに出力する。
ここで、本実施形態では、各受信装置２１−１〜２１−ｎにおけるタイミング補正値ｅ１として、各受信装置２１−１〜２１−ｎについて検出された位相差の情報を時間差の情報へ変換した情報が用いられる。

例えば、基準となるタイミング信号ｄ１と比べて遅い他のタイミング信号ｄ１については、時間差の情報として、位相差の分だけ遅延させる遅延時間の情報がタイミング補正値ｅ１として用いられる。
また、基準となるタイミング信号ｄ１と比べて早い他のタイミング信号ｄ１については、時間差の情報として、位相差の分だけ進ませる進み時間の情報がタイミング補正値ｅ１として用いられる。

ここで、一例として、最も早いタイミング信号ｄ１を基準とする場合には、基準とするタイミング信号ｄ１については、位相差はゼロ（０）であり、タイミング補正値ｅ１はゼロ（０）である。また、基準以外のタイミング信号ｄ１については、基準とするタイミング信号ｄ１と比べて、位相差が０より大きく、タイミング補正値ｅ１は０より大きい遅延時間の情報となる。なお、この例では、１個のタイミング信号ｄ１が他のタイミング信号ｄ１よりも早くて基準とされる場合を示した。

校正信号発生部１３３は、所定の校正信号ｇ１を発生させ、発生された校正信号ｇ１をそれぞれの受信装置２１−１〜２１−ｎに備えられた受信器２１３−１〜２１３−ｎに出力する。
ここで、本実施形態では、校正信号ｇ１としては、受信ＲＦ信号ｆ１の周波数と同じ周波数を有する信号が用いられる。校正信号ｇ１の波形としては、任意の波形が用いられてもよく、例えば、正弦波のように連続波であってもよく、あるいは、パルス波のように不連続波であってもよい。なお、校正信号ｇ１の周波数と受信ＲＦ信号ｆ１の周波数とは、例えば、検出部１１３におけるタイミングのずれ（位相差）の計測（検出）の精度が実用上で有効であれば、多少異なってもよい。
また、他の例として、校正信号ｇ１として、送信装置１１から送信される信号あるいは当該信号が任意に処理された信号が用いられてもよい。

図３は、実施形態のＡ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎにおけるＡ／Ｄ変換の補正後のタイミングを示す図である。
図３に示されたグラフでは、横軸に時間ｔ０〜ｔ１１を表わしており、縦軸にｎ個の受信装置２１−１〜２１−ｎのそれぞれについてタイミング信号３１１−１〜３１１−ｎ（校正信号ｇ１に基づくタイミング信号ｄ１）の時間範囲および基準トリガａ３に応じたタイミングＴ１〜Ｔｎを示してある。なお、図３では、３個の受信装置（受信装置２１−１、受信装置２１−２、受信装置２１−ｎ）について例示してあり、他の受信装置については図示を省略してある。

タイミング信号３１１−１〜３１１−ｎの時間範囲は、当該タイミング信号３１１−１〜３１１−ｎに対応するデジタル信号ｊ１についてＡ／Ｄ変換を行う時間範囲を表す。これらの時間範囲は、必ずしも、タイミング信号ｄ１あるいはデジタル信号ｊ１の区切りの時間範囲を表すものではなく、説明の便宜上のものであり、各受信装置２１−１〜２１−ｎにおけるタイミングのずれを説明するためのものである。つまり、図３において、タイミング信号３１１−１〜３１１−ｎの時間範囲のずれは、各受信装置２１−１〜２１−ｎにおけるデジタル信号ｊ１の時間のずれを表わしている。

ここで、時間ｔ０〜ｔ１１は、一定の間隔を有する時間を表わしている。当該時間ｔ０〜ｔ１１は、各Ａ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎに入力されるサンプリングクロックｃ１に基づくタイミングであり、基準信号ｂ３に基づくタイミングである。当該タイミングは、すべての受信装置２１−１〜２１−ｎについて共通のタイミングである。
また、基準トリガａ３に応じたタイミングＴ１〜Ｔｎは、各Ａ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎに入力される基準トリガａ１に応じたタイミングである。当該タイミングは、各受信装置２１−１〜２１−ｎごとに異なり得るタイミングである。

本実施形態では、各Ａ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎは、入力された基準トリガａ３に応じたタイミングＴ１〜Ｔｎで、Ａ／Ｄ変換におけるサンプリングを開始する。基準トリガａ３に応じたタイミングＴ１〜Ｔｎとしては、例えば、サンプリングクロックｃ１に基づく時間ｔ０〜ｔ１１のなかで、タイミング信号３１１−１〜３１１−ｎの時間範囲が開始した後に最初に発生するサンプリングクロックｃ１に基づく時間ｔ０〜ｔ１１のタイミングが用いられている。
本実施形態では、このような補正後の基準トリガａ３のタイミングが実現されるように、タイミング補正値生成部１３２によるタイミング補正値の生成と、タイミング補正部２１１−１〜２１１−ｎによるタイミング補正が行われる。例えば、タイミング補正部２１１−１〜２１１−ｎは、入力された基準信号ｂ２に基づいて、当該基準信号ｂ２のタイミングに合った補正後の基準トリガａ３を生成してもよい。

図３の例では、受信装置２１−１におけるタイミング信号３１１−１が基準となっている。受信装置２１−１については、タイミング信号３１１−１の時間範囲は、時間ｔ１と時間ｔ２との間の時間に開始して、時間ｔ７と時間ｔ８との間の時間に終了している。そして、時間ｔ２のタイミングが基準トリガａ３に応じたタイミングＴ１となっている。
図３の例では、受信装置２１−２におけるタイミング信号３１１−２は、基準のタイミング信号３１１−１と比べて、遅延している。受信装置２１−２については、タイミング信号３１１−２の時間範囲は、時間ｔ４と時間ｔ５との間の時間に開始して、時間ｔ１０と時間ｔ１１との間の時間に終了している。そして、時間ｔ５のタイミングが基準トリガａ３に応じたタイミングＴ２となっている。
図３の例では、受信装置２１−ｎにおけるタイミング信号３１１−ｎは、基準のタイミング信号３１１−１と比べて、遅延している。受信装置２１−ｎについては、タイミング信号３１１−ｎの時間範囲は、時間ｔ３と時間ｔ４との間の時間に開始して、時間ｔ９と時間ｔ１０との間の時間に終了している。そして、時間ｔ４のタイミングが基準トリガａ３に応じたタイミングＴｎとなっている。

上記実施形態によれば、アレイアンテナ装置１において、複数の受信装置２１−１〜２１−ｎを備えた。それぞれの受信装置２１−１〜２１−ｎは、複数のアンテナと、複数のアンテナにより受信された信号を処理する受信器２１３−１〜２１３−ｎと、受信器２１３−１〜２１３−ｎにより処理された信号についてＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎと、を含む。また、アレイアンテナ装置１において、複数の受信装置２１−１〜２１−ｎにおける処理の遅延差に関する情報を検出する検出部１１３と、検出部１１３により検出された情報に基づいて、受信装置２１−１〜２１−ｎに含まれるＡ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎにより行われるＡ／Ｄ変換のタイミングを補正するタイミング補正部２１１−１〜２１１−ｎと、を備えた。
これにより、アレイアンテナ装置１では、複数の受信装置２１−１〜２１−ｎを組み合わせて、これら複数の受信装置２１−１〜２１−ｎに備えられたすべてのアンテナをアレイアンテナとして使用する場合に、それぞれの受信装置２１−１〜２１−ｎにおける遅延量の差を補正して、タイミングの同期を取ることができ、タイミングのずれによって生じるアンテナ性能の劣化を防止することができる。

上記実施形態によれば、アレイアンテナ装置１において、検出部１１３は、所定の校正信号ｇ１が受信器２１３−１〜２１３−ｎにより処理された後にＡ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎによりＡ／Ｄ変換された結果の信号に基づいて、信号の位相差に関する情報を検出する。
これにより、アレイアンテナ装置１では、信号の位相差に関する情報に基づいて、それぞれの受信装置２１−１〜２１−ｎにおける遅延量の差を補正して、タイミングの同期を取ることができる。

上記実施形態によれば、アレイアンテナ装置１において、遅延差は、群遅延量の差を含む。
これにより、アレイアンテナ装置１では、それぞれの受信装置２１−１〜２１−ｎにおける群遅延量の差を補正して、タイミングの同期を取ることができる。
また、上記実施形態によれば、アレイアンテナ装置１において行われる処理の方法（アレイアンテナ処理方法）を実現することができる。

図４は、変形例に係るアレイアンテナ装置４０１を示す図である。
図４に示される構成が、図１に示される構成の代わりに用いられてもよい。
アレイアンテナ装置４０１は、ｎ個の送信装置４１１−１〜４１１−ｎと、ｎ個の受信装置４２１−１〜４２１−ｎと、ｎ個のアレイアンテナ部４３１−１〜４３１−ｎを備える。
図４の例では、１個の送信装置４１１−ｐ（ｐは１〜ｎの範囲の各整数を表す）と、１個の受信装置４２１−ｐと、１個のアレイアンテナ部４３１−ｐとが組み合わされ、このような組み合わせがｎ個ある。そして、それぞれの組み合わせにおいて、送信装置４１１−ｐおよび受信装置４２１−ｐは、アレイアンテナ部４３１−ｐを共用する。それぞれの組み合わせにおいて、送信装置４１１−ｐはアレイアンテナ部４３１−ｐを使用して信号を無線により送信し、当該信号が対象物によって反射された信号を受信装置４２１−ｐはアレイアンテナ部４３１−ｐを使用して受信する。そして、アレイアンテナ装置４０１において、例えば、ｎ個の受信装置４２１−１〜４２１−ｎにより取得された受信信号（例えば、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号）をすべてのアンテナについて合成することで、当該対象物の検知を行う。

なお、各送信装置４１１−１〜４１１−ｎの構成および動作としては、同じであってもよく、あるいは、異なるものがあってもよい。
また、各受信装置４２１−１〜４２１−ｎの構成および動作としては、同じであってもよく、あるいは、異なるものがあってもよい。
また、各アレイアンテナ部４３１−１〜４３１−ｎの構成および動作としては、同じであってもよく、あるいは、異なるものがあってもよい。例えば、各アレイアンテナ部４３１−１〜４３１−ｎが有するアンテナの数としては、同じであってもよく、あるいは、異なるものがあってもよい。
なお、本変形例では、アレイアンテナ装置４０１は、ｎ個の送信装置４１１−１〜４１１−ｎと、ｎ個の受信装置４２１−１〜４２１−ｎを含むが、他の構成例として、ｎ個の送信装置４１１−１〜４１１−ｎのうちの１個以上を含まなくてもよい。

図５は、他の変形例に係るアレイアンテナ装置５０１を示す図である。
図５に示される構成が、図１に示される構成の代わりに用いられてもよい。
アレイアンテナ装置５０１は、１個の送信装置５１１と、ｎ個の受信装置５２１−１〜５２１−ｎと、ｎ個のアレイアンテナ部５３１−１〜５３１−ｎを備える。
図５の例では、１個の受信装置５２１−ｐ（ｐは１〜ｎの範囲の各整数を表す）と、１個のアレイアンテナ部５３１−ｐとが組み合わされ、このような組み合わせがｎ個ある。
また、送信装置５１１は、すべてのアレイアンテナ部５３１−１〜５３１−ｎを受信装置５２１−１〜５２１−ｎと共用する。
そして、送信装置５１１は、ｎ個のアレイアンテナ部５３１−１〜５３１−ｎを使用して信号を無線により送信する。それぞれの組み合わせにおいて、当該信号が対象物によって反射された信号を受信装置５２１−ｐはアレイアンテナ部５３１−ｐを使用して受信する。そして、アレイアンテナ装置５０１において、例えば、ｎ個の受信装置５２１−１〜５２１−ｎにより取得された受信信号（例えば、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号）をすべてのアンテナについて合成することで、当該対象物の検知を行う。

なお、各受信装置５２１−１〜５２１−ｎの構成および動作としては、同じであってもよく、あるいは、異なるものがあってもよい。
また、各アレイアンテナ部５３１−１〜５３１−ｎの構成および動作としては、同じであってもよく、あるいは、異なるものがあってもよい。例えば、各アレイアンテナ部５３１−１〜５３１−ｎが有するアンテナの数としては、同じであってもよく、あるいは、異なるものがあってもよい。
なお、本変形例では、アレイアンテナ装置５０１は、送信装置５１１と、ｎ個の受信装置５２１−１〜５２１−ｎを含むが、他の構成例として、送信装置５１１を含まなくてもよい。

ここで、図１に示される送信装置１１、図４に示される送信装置４１１−１〜４１１−ｎ、あるいは、図５に示される送信装置５１１では、例えば、アレイアンテナの代わりに、単数のアンテナ（１個のアンテナ）を使用して信号を無線により送信してもよい。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、アレイアンテナ装置１において、複数の受信装置２１−１〜２１−ｎを備え、それぞれの受信装置２１−１〜２１−ｎは、複数のアンテナと、複数のアンテナにより受信された信号を処理する受信器２１３−１〜２１３−ｎと、受信器２１３−１〜２１３−ｎにより処理された信号についてＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎと、を含み、そして、アレイアンテナ装置１において、複数の受信装置２１−１〜２１−ｎにおける処理の遅延差に関する情報を検出する検出部１１３と、検出部１１３により検出された情報に基づいて、受信装置２１−１〜２１−ｎに含まれるＡ／Ｄ変換器２１４−１〜２１４−ｎにより行われるＡ／Ｄ変換のタイミングを補正するタイミング補正部２１１−１〜２１１−ｎと、を備えたことにより、複数の受信装置２１−１〜２１−ｎにおける遅延量に差があるときにおいても、タイミング補正を精度良く行うことができる。

以上に示した実施形態に係る各装置（例えば、アレイアンテナ装置１、４０１、５０１を構成する送信装置１１、４１１−１〜４１１−ｎ、５１１あるいは受信装置２１−１〜２１−ｎ、４２１−１〜４２１−ｎ、５２１−１〜５２１−ｎなど）の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、処理を行うことができる。
なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、オペレーティングシステム（ＯＳ）あるいは周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークあるいは電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバあるいはクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）あるいは電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
このように、各機能部は、ソフトウェア機能部であってもよく、または、ＬＳＩ等のハードウェア機能部であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１、４０１、５０１…アレイアンテナ装置、１１、４１１−１〜４１１−ｎ、５１１…送信装置、２１−１〜２１−ｎ、４２１−１〜４２１−ｎ、５２１−１〜５２１−ｎ…受信装置、４１−１〜４１−Ｍ、５１−１〜５１−Ｌ…アンテナ、１０１…受信部、１１１…基準信号生成部、１１２…分配回路、１１３…検出部、１３１…カウンタ、１３２…タイミング補正値生成部、１３３…校正信号発生部、２１１−１〜２１１−ｎ…タイミング補正部、２１２−１〜２１２−ｎ…サンプリングクロック生成部、２１３−１〜２１３−ｎ…受信器、２１４−１〜２１４−ｎ…Ａ／Ｄ変換器、３１１−１〜３１１−ｎ、ｄ１…タイミング信号、４３１−１〜４３１−ｎ、５３１−１〜５３１−ｎ…アレイアンテナ部、Ｔ１〜Ｔｎ…基準トリガに応じたタイミング、ｔ０〜ｔ１１…時間、ａ１〜ａ３…基準トリガ、ｂ１〜ｂ３…基準信号、ｃ１…サンプリングクロック、ｅ１…タイミング補正値、ｆ１…受信ＲＦ信号、ｇ１…校正信号、ｈ１…受信ＩＦ信号、ｉ１…校正ＩＦ信号、ｊ１…デジタル信号

Claims (5)

1. 複数のアンテナと、複数の前記アンテナにより受信された信号を処理する受信器と、前記受信器により処理された信号についてＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換器と、を含む複数の受信装置と、
   所定の校正信号が前記受信器により処理された後に前記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された結果の信号に基づいて、複数の前記受信装置における処理の遅延差に関する情報を検出する検出部と、
   前記検出部により検出された前記情報に基づいて、前記受信装置に含まれる前記Ａ／Ｄ変換器により行われるＡ／Ｄ変換のタイミングを補正するタイミング補正部と、
   を備えるアレイアンテナ装置。
2. 前記検出部は、前記情報として、前記信号の位相差に関する情報を検出する、
   請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
3. 前記遅延差は、群遅延量の差を含む、
   請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のアレイアンテナ装置。
4. 複数のアンテナと、複数の前記アンテナにより受信された信号を処理する受信器と、前記受信器により処理された信号についてＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換器と、を含む複数の受信装置について、
   検出部が、所定の校正信号が前記受信器により処理された後に前記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された結果の信号に基づいて、複数の前記受信装置における処理の遅延差に関する情報を検出し、
   タイミング補正部が、前記検出部により検出された前記情報に基づいて、前記受信装置に含まれる前記Ａ／Ｄ変換器により行われるＡ／Ｄ変換のタイミングを補正する、
   アレイアンテナ処理方法。
5. 前記検出部が、前記情報として、前記信号の位相差に関する情報を検出する、
   請求項４に記載のアレイアンテナ処理方法。

Images