JP7210178B2 - Receiving system, radar system and signal processing method - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、受信システム、レーダシステム及び信号処理方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to receiving systems, radar systems and signal processing methods.

アレイアンテナに備えられるすべてのアンテナ素子で送受信される信号に対するディジタル信号処理によって任意のマルチビームを形成するディジタルビームフォーミング(DBF:Digital Beam Forming)がある(非特許文献1、2)。アレイアンテナで受信する信号に対してDBFを適用する場合、各アンテナ素子で受信した信号すべてをディジタル信号に変換する必要があり、周波数変換器、AD(Analogue-Digital)変換器などのハードウェアをアンテナ素子ごとに設ける必要がある。 There is digital beam forming (DBF: Digital Beam Forming) in which arbitrary multi-beams are formed by digital signal processing of signals transmitted and received by all antenna elements provided in an array antenna (Non-Patent Documents 1 and 2). When applying DBF to signals received by an array antenna, it is necessary to convert all the signals received by each antenna element into digital signals. Must be provided for each antenna element.

レーダシステムにおいて観測性能を向上させるためにアレイアンテナのアンテナ素子数を増やすと、アンテナ素子数に応じてハードウェアが大規模になるとともに、信号処理の対象となるアナログ信号の数及びそのデータ量も増加する。ハードウェア規模の増加や、処理対象となるデータ量の増加に伴うソフトウェア規模の増加により、所望の観測性能を有するシステムの実装が困難になる場合があった。 Increasing the number of antenna elements in an array antenna to improve the observation performance of a radar system increases the scale of the hardware, and also increases the number of analog signals to be processed and their data volume. To increase. Due to an increase in the scale of hardware and an increase in the scale of software accompanying an increase in the amount of data to be processed, it has sometimes become difficult to implement a system with desired observation performance.

吉田、「改訂 レーダ技術」、電子情報通信学会、1996年、pp.289-291Yoshida, "Revised Radar Technology", The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1996, pp. 289-291 電子情報通信学会編、「アンテナ工学ハンドブック(第2版)」、オーム社、2008、pp.418-420Edited by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, "Antenna Engineering Handbook (2nd Edition)", Ohmsha, 2008, pp. 418-420 吉田、「改訂 レーダ技術」、電子情報通信学会、1996年、pp.134-135Yoshida, "Revised Radar Technology", The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1996, pp. 134-135

本発明が解決しようとする課題は、観測性能を向上させつつ、ハードウェア規模の増加を抑えて、システムの実装を容易にすることができる受信システム、レーダシステム及び信号処理方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a receiving system, a radar system, and a signal processing method that can facilitate system implementation while improving observation performance while suppressing an increase in hardware scale. be.

実施形態の受信システムは、ビーム形成部と、サンプリング部と、変換部と、ビーム合成部と、を持つ。ビーム形成部は、アレイアンテナの観測空間を分割した分割観測空間ごとに、アレイアンテナに備えられるアンテナ素子の数を分割観測空間の数で除した数の指向方向が異なる直交受信ビームを時分割でアレイアンテナにおいて形成する。サンプリング部は、検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を直交受信ビームの数で乗じた高サンプリング周波数で、直交受信ビームそれぞれで得られた受信信号をサンプリングする。変換部は、サンプリング部により得られたサンプリング値に対して逆フーリエ変換を行ってアンテナ素子の数の変換出力を得る。ビーム合成部は、観測空間における受信ビームを形成する位相を変換出力それぞれに加えた後に合成する。 The receiving system of the embodiment has a beamformer, a sampler, a transformer, and a beam combiner. The beam forming unit can time-divide orthogonal reception beams with different directivity directions obtained by dividing the number of antenna elements provided in the array antenna by the number of divided observation spaces for each divided observation space obtained by dividing the observation space of the array antenna. formed in an array antenna. The sampling unit samples the received signal obtained from each of the orthogonal receiving beams at a high sampling frequency obtained by multiplying the sampling frequency corresponding to the bandwidth of the signal to be detected by the number of orthogonal receiving beams. The transform unit performs an inverse Fourier transform on the sampled values obtained by the sampling unit to obtain a transform output corresponding to the number of antenna elements. The beam synthesizing unit synthesizes after adding a phase forming a reception beam in the observation space to each of the converted outputs.

第1の実施形態における受信システムの構成例を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration example of a reception system according to a first embodiment; FIG. 第1の実施形態におけるアレイアンテナでのサブアレイアンテナの配置例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an arrangement example of subarray antennas in the array antenna according to the first embodiment; 第1の実施形態におけるサブアレイアンテナの構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a subarray antenna according to the first embodiment; 第1の実施形態における受信モジュールの構成例を示す図。4 is a diagram showing a configuration example of a receiving module according to the first embodiment; FIG. 第1の実施形態における観測空間の分割例を示す図。4A and 4B are diagrams showing an example of division of an observation space in the first embodiment; FIG. 第1の実施形態におけるAD変換器のサンプリング周波数を示す図。4 is a diagram showing sampling frequencies of an AD converter in the first embodiment; FIG. 第1の実施形態における分割観測空間で形成される直交受信ビームの一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of orthogonal reception beams formed in divided observation spaces according to the first embodiment; 第1の実施形態におけるスペース変換部の処理を示す図。4A and 4B are diagrams showing processing of a space conversion unit in the first embodiment; FIG. 第2の実施形態におけるレーダシステムの構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the radar system in 2nd Embodiment. 第2の実施形態におけるサブアレイアンテナの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the subarray antenna in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における送受信モジュールの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the transmission/reception module in 2nd Embodiment. 第2の実施形態におけるサブアレイアンテナで形成される送信ビームと受信ビームとの一例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing an example of transmission beams and reception beams formed by a subarray antenna according to the second embodiment;

以下、実施形態の受信システム、レーダシステム及び信号処理方法を、図面を参照して説明する。以下の実施形態では、同一の符号を付した構成は同様の動作を行うものとして、重複する説明を適宜省略する。 Hereinafter, a receiving system, a radar system, and a signal processing method according to embodiments will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, it is assumed that components denoted by the same reference numerals perform similar operations, and duplicate descriptions are omitted as appropriate.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態における受信システムの構成例を示すブロック図である。受信システムは、例えば、物体において反射された信号又は物体から発せられる信号を受信する。受信システムは、アレイアンテナ10、周波数変換器12、AD変換器13(サンプリング部)、マルチビーム形成部14(ビーム形成部)、スペース変換部15(変換部)及びビーム合成部16を備える。アレイアンテナ10は、複数のアンテナ素子を備える。複数のアンテナ素子は、M個のグループに分けられ、グループごとにサブアレイアンテナ11を構成する。以下の説明では、アレイアンテナ10に備えられるアンテナ素子の数をNで表し、サブアレイアンテナ11を構成するアンテナ素子の数をNs(=N/M)で表す。なお、アレイアンテナ10を複数のサブアレイアンテナ11で構成せずに、1つのサブアレイアンテナ11で構成してもよい。すなわち、M=1としてもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a reception system according to the first embodiment. A receiving system receives, for example, a signal reflected at or emitted from an object. The receiving system includes an array antenna 10 , a frequency converter 12 , an AD converter 13 (sampling section), a multi-beam forming section 14 (beam forming section), a space converting section 15 (converting section) and a beam combining section 16 . The array antenna 10 has a plurality of antenna elements. A plurality of antenna elements are divided into M groups, and each group constitutes a subarray antenna 11 . In the following description, the number of antenna elements provided in array antenna 10 is represented by N, and the number of antenna elements forming subarray antenna 11 is represented by Ns (=N/M). The array antenna 10 may be configured with one subarray antenna 11 instead of multiple subarray antennas 11 . That is, M=1 may be set.

周波数変換器12、AD変換器13、マルチビーム形成部14及びスペース変換部15は、サブアレイアンテナ11ごとに設けられる。すなわち、受信システムは、サブアレイアンテナ11、周波数変換器12、AD変換器13、マルチビーム形成部14及びスペース変換部15で構成されるNs個の受信系統を備える。 A frequency converter 12 , an AD converter 13 , a multi-beam former 14 and a space converter 15 are provided for each subarray antenna 11 . That is, the receiving system includes Ns receiving systems each composed of a subarray antenna 11 , a frequency converter 12 , an AD converter 13 , a multi-beam former 14 and a space converter 15 .

周波数変換器12は、サブアレイアンテナ11で得られる受信信号をベースバンドの信号へ変換し、ベースバンドの信号をAD変換器13へ供給する。周波数変換器12における周波数変換に用いられるローカル信号(局部発振信号)の周波数は、検出対象の信号の周波数に応じて定められる。AD変換器13は、後述する所定のサンプリング周波数でベースバンドの信号をサンプリングし、ディジタル信号へ変換する。マルチビーム形成部14は、サブアレイアンテナ11の受信ビームを制御し、受信ビームごとのディジタル信号をスペース変換部15へ供給する。 The frequency converter 12 converts the received signal obtained by the subarray antenna 11 into a baseband signal and supplies the baseband signal to the AD converter 13 . The frequency of the local signal (local oscillation signal) used for frequency conversion in the frequency converter 12 is determined according to the frequency of the signal to be detected. The AD converter 13 samples the baseband signal at a predetermined sampling frequency, which will be described later, and converts it into a digital signal. The multi-beam forming unit 14 controls the reception beams of the subarray antenna 11 and supplies digital signals for each reception beam to the space conversion unit 15 .

スペース変換部15は、受信ビームごとのディジタル信号を、サブアレイアンテナ11に備えられる各アンテナ素子が受信した信号である素子信号に変換する。スペース変換部15は、変換により得られたNs個のアンテナ素子に対応するNs個の素子信号をビーム合成部16へ供給する。ビーム合成部16は、M個のスペース変換部15それぞれから供給されるNs個の素子信号を用いて、受信ビームの指向方向を制御して所望の受信データを生成する。すなわち、受信システムは、アレイアンテナ10の全アンテナ素子の素子信号を利用するフルDBF方式の受信ビームを形成し、受信ビームに応じた受信データを生成する。 The space converter 15 converts the digital signal for each reception beam into an element signal which is a signal received by each antenna element provided in the subarray antenna 11 . The space transform unit 15 supplies the Ns element signals corresponding to the Ns antenna elements obtained by the transform to the beam combining unit 16 . The beam synthesizing unit 16 uses the Ns element signals supplied from each of the M space transforming units 15 to control the directivity direction of the reception beam and generate desired reception data. That is, the reception system forms reception beams of the full DBF method using element signals of all antenna elements of the array antenna 10, and generates reception data corresponding to the reception beams.

図2は、第1の実施形態におけるアレイアンテナ10でのサブアレイアンテナ11の配置例を示す図である。アレイアンテナ10においてマトリックス状に配置されているアンテナ素子を行方向及び列方向に区分して、各サブアレイアンテナ11が形成されている。図2に示す例では、サブアレイアンテナ11が2次元の配列を有しているが、1次元の配列としてもよい。 FIG. 2 is a diagram showing an arrangement example of the subarray antenna 11 in the array antenna 10 according to the first embodiment. Each sub-array antenna 11 is formed by dividing the antenna elements arranged in a matrix in the array antenna 10 in the row direction and the column direction. Although the subarray antenna 11 has a two-dimensional array in the example shown in FIG. 2, it may be a one-dimensional array.

図3は、第1の実施形態におけるサブアレイアンテナ11の構成例を示す図である。サブアレイアンテナ11は、1つのアンテナ素子を含むNs個の受信モジュール100と、受信給電回路42とを備える。各受信モジュール100は、アンテナ素子で受信した信号を増幅し、増幅した信号に所定の位相を加えて出力する。受信給電回路42は、各受信モジュール100から出力される信号を合成し、合成結果を受信信号として周波数変換器12へ出力する。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the subarray antenna 11 in the first embodiment. The sub-array antenna 11 includes Ns reception modules 100 each including one antenna element, and a reception feeding circuit 42 . Each receiving module 100 amplifies a signal received by an antenna element, adds a predetermined phase to the amplified signal, and outputs the amplified signal. The receiving power supply circuit 42 synthesizes the signals output from the respective receiving modules 100 and outputs the synthesized result to the frequency converter 12 as a received signal.

図4は、第1の実施形態における受信モジュール100の構成例を示す図である。受信モジュール100は、アンテナ素子54、低雑音増幅器55及び移相器56を備える。アンテナ素子54にて受信された信号は、低雑音増幅器55で増幅され、所定の位相を移相器56で加えられる。増幅及び移相を施された信号は、受信給電回路42へ供給される。移相器56が信号に加える位相は、サブアレイアンテナ11において所望の受信ビームを形成するための位相である。Ns個の受信モジュール100で受信された信号に対するアナログ信号処理により、所望の指向性を有する受信サブアレイビームがサブアレイアンテナ11ごとに形成される。なお、受信システムにおける検出対象の信号が広帯域の信号である場合、均一な周波数特性を得るために、時間遅延素子を用いて移相器56を構成してもよい。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the reception module 100 in the first embodiment. The receiver module 100 comprises an antenna element 54 , a low noise amplifier 55 and a phase shifter 56 . A signal received by the antenna element 54 is amplified by the low noise amplifier 55 and given a predetermined phase by the phase shifter 56 . The amplified and phase-shifted signal is supplied to the receiving/feeding circuit 42 . The phase that the phase shifter 56 adds to the signal is the phase for forming the desired reception beam in the subarray antenna 11 . Analog signal processing of the signals received by the Ns receiving modules 100 forms receiving subarray beams having desired directivity for each of the subarray antennas 11 . If the signal to be detected in the receiving system is a wideband signal, the phase shifter 56 may be configured using a time delay element in order to obtain uniform frequency characteristics.

受信システムでは、アレイアンテナ10で観測できる観測空間を分割した分割観測空間ごとに時分割で受信を行う。図5は、第1の実施形態における観測空間の分割例を示す図である。受信システムでは、図5に示すように、sinΘ軸で表される観測空間は、P個の分割観測空間に分割される。各分割観測空間内を空間周波数sinΘ(AZ,EL)で等間隔に分割した(Ns/P)個の直交ビーム方向が、受信サブアレイビームを向ける方向である。空間周波数sinΘで、方位角(Azimuth)軸と仰角(Elevation)軸との2次元を表す場合、方位角軸方向及び仰角軸方向それぞれを等間隔にメッシュ分割したPAZ×PELとなるが、説明を簡単にするためにP(=PAZ×PEL)分割と表現する。 In the receiving system, the observation space observable by the array antenna 10 is divided, and reception is performed by time division for each divided observation space. FIG. 5 is a diagram showing an example of dividing an observation space in the first embodiment. In the receiving system, the observation space represented by the sin Θ axis is divided into P sub-observation spaces, as shown in FIG. (Ns/P) orthogonal beam directions obtained by equally dividing each divided observation space with a spatial frequency sin Θ (AZ, EL) are the directions in which the receiving subarray beams are directed. When the spatial frequency sin Θ represents two dimensions of the azimuth axis and the elevation axis, PAZ×PEL is obtained by dividing the azimuth axis direction and the elevation axis direction into meshes at equal intervals. For simplicity, it is expressed as P (=PAZ×PEL) division.

図6は、第1の実施形態におけるAD変換器13のサンプリング周波数を説明する図である。通常は、サブアレイアンテナ11が受信サブアレイビームを形成した際、形成された受信サブアレイビームで受信された信号に対して、検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数でサンプリングが行われる。第1の実施形態におけるAD変換器13は、検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を(Ns/P)倍した周波数にて、サブアレイアンテナ11から供給される受信信号をサンプリングする。サブアレイアンテナ11は、観測空間を分割したP個の分割観測空間ごとに、分割観測空間において指向方向が異なる(Ns/P)本の直交受信ビームを受信サブアレイビームとして時分割で形成する。 FIG. 6 is a diagram explaining the sampling frequency of the AD converter 13 in the first embodiment. Normally, when the subarray antenna 11 forms the reception subarray beam, the signal received by the formed reception subarray beam is sampled at a sampling frequency corresponding to the bandwidth of the signal to be detected. The AD converter 13 in the first embodiment samples the received signal supplied from the sub-array antenna 11 at a frequency (Ns/P) times the sampling frequency corresponding to the bandwidth of the signal to be detected. The subarray antenna 11 time-divisionally forms (Ns/P) orthogonal reception beams with different directivity directions in the divided observation spaces as reception subarray beams for each of P divided observation spaces obtained by dividing the observation space.

図7は、第1の実施形態における分割観測空間で形成される直交受信ビームの一例を示す図である。分割観測空間で形成される直交受信ビームは、sinΘ軸において互いに直交する受信ビームである。分割観測空間の領域すべてを覆うように、直交受信ビームは時分割で形成される。各直交受信ビームで得られた受信信号は、AD変換器13において前述のサンプリング周波数でサンプリングされ、スペース変換部15における逆フーリエ変換により、サブアレイアンテナ11における全アンテナ素子54の素子信号に変換される。 FIG. 7 is a diagram showing an example of orthogonal reception beams formed in divided observation spaces according to the first embodiment. The orthogonal reception beams formed in the divided observation space are reception beams orthogonal to each other on the sin Θ axis. Orthogonal receive beams are formed in a time division manner so as to cover all regions of the divided observation space. Received signals obtained from each orthogonal receive beam are sampled at the aforementioned sampling frequency in the AD converter 13, and converted into element signals of all the antenna elements 54 in the subarray antenna 11 by inverse Fourier transform in the space transformer 15. .

マルチビーム形成部14は、時分割で直交受信ビームが形成されるように、各受信モジュール100に備えられる移相器56が加える位相を制御する。sinΘ軸における直交受信ビームは、式(1)で与えられる。 The multi-beam forming unit 14 controls the phases applied by the phase shifters 56 provided in each receiving module 100 so that orthogonal receiving beams are formed in a time division manner. Orthogonal receive beams in the sin Θ axis are given by equation (1).

Figure 0007210178000001
式(1)において、θpは受信サブアレイビームの指向方向を表し、p(=1,2,…,Ns/P)は分割観測空間において受信サブアレイビームで覆われる領域を表す。なお、sinΘ軸における2次元方向(AZp,ELp)をpにて表現している。Ωは方位角軸及び仰角軸の2次元での観測空間を表す。Pは、観測空間の分割数を表す。
Figure 0007210178000001
In equation (1), θp represents the pointing direction of the reception subarray beam, and p (=1, 2, . . . , Ns/P) represents the area covered by the reception subarray beam in the divided observation space. Note that the two-dimensional direction (AZp, ELp) on the sin Θ axis is expressed by p. Ω represents the observation space in two dimensions of the azimuth and elevation axes. P represents the number of divisions of the observation space.

マルチビーム形成部14がサブアレイアンテナ11の各移相器56における位相を制御することにより、指向方向が異なる(Ns/P)本の直交受信ビームによる受信信号が分割観測領域ごとに得られる。受信信号は、AD変換器13によりディジタル信号に変換される。マルチビーム形成部14は、受信信号を得た際の直交受信ビームとディジタル信号とを対応付けてスペース変換部15へ供給する。 The multi-beam forming unit 14 controls the phase of each phase shifter 56 of the subarray antenna 11, so that received signals by (Ns/P) orthogonal receive beams with different pointing directions are obtained for each divided observation area. The received signal is converted into a digital signal by the AD converter 13 . The multi-beam forming unit 14 associates the orthogonal receiving beams obtained when the received signals are obtained with the digital signals and supplies them to the space converting unit 15 .

スペース変換部15は、直交受信ビームごとに得られたディジタル信号から、サブアレイアンテナ11における全アンテナ素子54の素子信号を逆フーリエ変換で得るために、式(2)で表されるゼロ埋め(zero padding)を行う。 The space transform unit 15 performs zero padding (zero padding).

Figure 0007210178000002
式(2)において、Y(AZp,ELp)は、p(=1,2,…,Ns/P)番目の直交受信ビームを用いた指向方向の受信に対応するディジタル信号が示すデータを表し、直交受信ビームの指向方向に対応する配列である。[・,・]はデータの連結を表す。zeros(n)は、nが示す数分のゼロを表す。
Figure 0007210178000002
In equation (2), Y(AZp, ELp) represents data indicated by a digital signal corresponding to reception in a pointing direction using the p (=1, 2, . . . , Ns/P)-th orthogonal reception beam, It is an array corresponding to the directivity directions of the orthogonal reception beams. [・,・] represents concatenation of data. zeros(n) represents the number of zeros indicated by n.

スペース変換部15は、式(2)のゼロ埋めで得られたデータY(AZp,ELp)を用いて、ポイント数Nsの逆フーリエ変換を行う。サブアレイアンテナ11におけるNs個のアンテナ素子54の素子信号が、逆フーリエ変換により得られる。Ns個の素子信号Xは、式(3)で表される。 The space transform unit 15 performs an inverse Fourier transform of the number of points Ns using the data Y(AZp, ELp) obtained by zero-filling in Equation (2). Element signals of Ns antenna elements 54 in the subarray antenna 11 are obtained by inverse Fourier transform. The Ns element signals X are represented by Equation (3).

Figure 0007210178000003
式(3)において、IFFT[・]は逆フーリエ変換を表す。Y(AZp,ELp)は、式(2)で得られたゼロ埋め後のデータを表す。Xは、アンテナ素子54ごとの素子信号を要素とする配列である。配列Xは、サブアレイアンテナ11におけるアンテナ素子54の配置に対応する。例えば、配列Xは、大きさ[Xaz,Yaz]の2次元配列である。Xazは方位角軸方向のアンテナ素子54の数であり、Yazは仰角軸方向のアンテナ素子54の数である。
Figure 0007210178000003
In Equation (3), IFFT[·] represents an inverse Fourier transform. Y(AZp, ELp) represents the data after zero padding obtained by the formula (2). X is an array whose elements are element signals for each antenna element 54 . Array X corresponds to the arrangement of antenna elements 54 in subarray antenna 11 . For example, array X is a two-dimensional array of size [Xaz, Yaz]. Xaz is the number of antenna elements 54 along the azimuth axis and Yaz is the number of antenna elements 54 along the elevation axis.

図8は、第1の実施形態におけるスペース変換部15の処理を示す図である。スペース変換部15は、上述のように、(Ns/P)本の直交受信ビーム(b1,b2,…bNs/P)ごとに得られたディジタル信号のデータに対してゼロ埋めをした後に逆フーリエ変換を行う。スペース変換部15は、逆フーリエ変換により、サブアレイアンテナ11における全アンテナ素子54の素子信号X=[X1,X2,…,XNs]を取得する。 FIG. 8 is a diagram showing processing of the space conversion unit 15 in the first embodiment. As described above, the space transform unit 15 zero-fills the digital signal data obtained for each of the (Ns/P) orthogonal receiving beams (b1, b2, . . . do the conversion. The space transform unit 15 acquires the element signals X=[X1, X2, .

スペース変換部15ごとに得られる式(3)の素子信号Xは、ビーム合成部16に供給される。すなわち、アレイアンテナ10に含まれる全アンテナ素子54の素子信号がビーム合成部16に供給される。ビーム合成部16は、供給される素子信号を用いたフルDBFにより、受信ビームの指向方向を制御して所望の受信データを生成する。ビーム合成部16は、サイドローブ低減用のウェイトとしてテーラーウェイト(非特許文献3)などを素子信号に乗算し、ビーム指向方向を制御する複素ウェイトを更に乗算した後に、加算による合成を行う。ビーム合成部16は、フルDBFにより所望の指向方向の受信ビームによる受信データを取得する。受信データY(AZp、ELp)は式(4)で表される。 The element signal X of Equation (3) obtained for each space transforming section 15 is supplied to the beam synthesizing section 16 . That is, the element signals of all the antenna elements 54 included in the array antenna 10 are supplied to the beam combiner 16 . The beam synthesizing unit 16 generates desired reception data by controlling the directivity direction of the reception beam by full DBF using the supplied element signals. The beam combiner 16 multiplies the element signals by Taylor weights (Non-Patent Document 3) as weights for sidelobe reduction, further multiplies the complex weights for controlling the beam pointing direction, and then performs combining by addition. The beam synthesizing unit 16 acquires reception data from a reception beam in a desired direction using full DBF. Received data Y(AZp, ELp) is represented by Equation (4).

Figure 0007210178000004
式(4)において、Xnは、n(=1,2,…,Ns)番目のアンテナ素子の素子信号を表す。Wnは、n番目のアンテナ素子の素子信号に対するサイドローブ低減用のウェイトを表す。Wpnは、n番目のアンテナ素子の素子信号に対するビーム指向方向を制御する複素ウェイトを表す。ビーム指向方向を制御する複素ウェイトWpnは、式(5)で表される。
Figure 0007210178000004
In Equation (4), Xn represents the element signal of the n (=1, 2,..., Ns)-th antenna element. Wn represents a side lobe reduction weight for the element signal of the n-th antenna element. Wpn represents a complex weight that controls the beam pointing direction for the element signal of the n-th antenna element. A complex weight Wpn that controls the beam pointing direction is represented by Equation (5).

Figure 0007210178000005
式(5)において、xn,yn、znは、サブアレイアンテナ11におけるアンテナ素子54の位置座標を表す。基準位置は、サブアレイアンテナ11の位相中心である。kpx,kpy,kpzは、式(6)で表される。
Figure 0007210178000005
In equation (5), xn, yn, and zn represent position coordinates of antenna element 54 in subarray antenna 11 . The reference position is the phase center of subarray antenna 11 . kpx, kpy, and kpz are represented by Equation (6).

Figure 0007210178000006
式(6)において、λは、検出対象の信号の波長である。AZp及びELpは、サブアレイアンテナ11の位相中心からみた方位角(Azimuth)軸及び仰角(Elevation)軸それぞれのビーム指向角である。
Figure 0007210178000006
In equation (6), λ is the wavelength of the signal to be detected. AZp and ELp are the beam directivity angles of the azimuth (Azimuth) axis and the elevation (Elevation) axis viewed from the phase center of the subarray antenna 11, respectively.

式(4)~(6)で表すビーム形成により、Ns個のアンテナ素子を有するサブアレイアンテナ11の間隔(サブアレイアンテナ11間の位相中心の間隔)に比べて狭い任意のビームを形成することができる。また、分割観測空間(Ω/P)に受信ビームを形成してもグレーティングローブの影響を抑圧した任意のビームを形成することができる。すなわち、受信システムは、フルDBFに利用できる素子信号を得ることができる。このように、受信システムは、フルDBFを用いた受信ビームの形成により、サイドローブレベルを低下させ、ビーム指向精度や不要波抑圧性能の高い高品質なアンテナビームを形成できる。受信システムは、低サイドローブで指向性の高い受信ビームを形成することができるので、電波環境の監視や、マルチスタティックレーダシステムにおける受信側の処理を精度よく行うことができる。 By beam forming represented by equations (4) to (6), an arbitrary beam narrower than the interval of the subarray antennas 11 having Ns antenna elements (the interval of the phase centers between the subarray antennas 11) can be formed. . Also, even if the reception beam is formed in the divided observation space (Ω/P), it is possible to form an arbitrary beam in which the influence of the grating lobe is suppressed. That is, the receiving system can obtain element signals that can be used for full DBF. In this way, the receiving system can reduce the sidelobe level and form a high-quality antenna beam with high beam pointing accuracy and unwanted wave suppression performance by forming a reception beam using the full DBF. Since the receiving system can form a receiving beam with low side lobes and high directivity, it is possible to monitor the radio wave environment and accurately perform processing on the receiving side in a multistatic radar system.

式(4)~(6)で表されるビーム形成はサブアレイアンテナ11ごとのビーム形成であるが、合成数Nsをアレイアンテナ10における全アンテナ素子の数Nに拡張し、xn,yn、znとAZp及びELpとをアレイアンテナ10の位相中心に応じた値に変更することで、アレイアンテナ10のビーム形成が得られる。 The beamforming expressed by equations (4) to (6) is beamforming for each subarray antenna 11, but the composite number Ns is expanded to the number N of all antenna elements in the array antenna 10, and xn, yn, zn and By changing AZp and ELp to values according to the phase center of the array antenna 10, beamforming of the array antenna 10 is obtained.

第1の実施形態における受信システムによれば、サブアレイアンテナ11からスペース変換部15までの信号処理において、全アンテナ素子54の信号を用いずとも、フルDBF方式を用いた受信ビームの形成を行うことができる。サブアレイアンテナ11からスペース変換部15までのアナログ及びディジタルの信号処理を全アンテナ素子54の信号それぞれに対して行わずともよいため、アンテナ素子54の数を増加させた場合においてもハードウェアの増加を抑えることができる。すなわち、第1の実施形態における受信システムは、フルDBFにより観測性能を向上させつつ、ハードウェア規模の増加を抑えることができ、システムの実装を容易にすることができる。 According to the receiving system of the first embodiment, in the signal processing from the subarray antenna 11 to the space transforming unit 15, the reception beam can be formed using the full DBF method without using the signals of all the antenna elements 54. can be done. Analog and digital signal processing from the subarray antenna 11 to the space conversion unit 15 need not be performed for each signal of all the antenna elements 54, so even if the number of the antenna elements 54 is increased, the hardware is not increased. can be suppressed. That is, the receiving system in the first embodiment can improve observation performance by full DBF, suppress an increase in hardware scale, and facilitate system implementation.

第1の実施形態における受信システムでは、サブアレイで直交する複数の受信ビーム(直交マルチビーム)を所定の方向に形成する動作例を示したが、直交マルチビームを形成できれば移相器又は時間遅延素子の制御以外の方法を用いてもよい。例えば、直交マルチビームを予め定めた形成しておき、それを切り替える構成をサブアレイが有してもよい。 In the receiving system of the first embodiment, an example of operation in which a plurality of orthogonal receiving beams (orthogonal multi-beams) are formed in a predetermined direction by subarrays was shown. A method other than the control of may be used. For example, the sub-array may have a configuration for forming orthogonal multi-beams in advance and switching between them.

[第2の実施形態]
第1の実施形態では、アレイアンテナ10で受信した信号から任意の受信ビームを形成する受信システムについて説明した。第2の実施形態では、受信システムをレーダシステムに使用する場合の構成について説明する。
[Second embodiment]
In the first embodiment, a reception system that forms arbitrary reception beams from signals received by the array antenna 10 has been described. In the second embodiment, a configuration in which the reception system is used for a radar system will be described.

図9は、第2の実施形態におけるレーダシステムの構成例を示すブロック図である。レーダシステムは、アレイアンテナ20、送信部30及び受信部40を備える。アレイアンテナ20は、複数のアンテナ素子を備える。複数のアンテナ素子は、M個のグループに分けられ、グループごとにサブアレイアンテナ11を構成する。以下の説明では、第1の実施形態と同様に、アレイアンテナ20に備えられるアンテナ素子の数をNで表し、サブアレイアンテナ21を構成するアンテナ素子の数をNs(=N/M)で表す。なお、アレイアンテナ20を複数のサブアレイアンテナ21で構成せずに、1つのサブアレイアンテナ21で構成してもよい。すなわち、M=1としてもよい。第2の実施形態におけるレーダシステムは、第1の実施形態における受信システムと、送信部30(送信装置)とを組み合わせた構成になっている。 FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of a radar system according to the second embodiment. The radar system comprises an array antenna 20 , a transmitter 30 and a receiver 40 . The array antenna 20 has a plurality of antenna elements. A plurality of antenna elements are divided into M groups, and each group constitutes a subarray antenna 11 . In the following description, as in the first embodiment, the number of antenna elements provided in the array antenna 20 is represented by N, and the number of antenna elements forming the subarray antenna 21 is represented by Ns (=N/M). Array antenna 20 may be configured with one subarray antenna 21 instead of multiple subarray antennas 21 . That is, M=1 may be set. The radar system according to the second embodiment has a configuration in which the receiving system according to the first embodiment and a transmitting section 30 (transmitting device) are combined.

送信部30は、信号生成器1、変調器2及び周波数変換器3を備える。信号生成器1は、所定のパルスを含む信号を生成し、生成した信号を変調器2へ供給する。変調器2は、供給される信号に含まれるパルスを、M系列などのランダム符号を用いて変調し、変調により得られた変調信号を周波数変換器3へ供給する。周波数変換器3は、変調信号を所定のキャリア周波数にて周波数変換し、変換により得られた送信信号を各サブアレイアンテナ21へ供給する。各サブアレイアンテナ21に供給される送信信号は、サブアレイアンテナ21において形成される送信ビームの指向方向へ送出される。 The transmitter 30 comprises a signal generator 1 , a modulator 2 and a frequency converter 3 . A signal generator 1 generates a signal containing predetermined pulses and supplies the generated signal to a modulator 2 . The modulator 2 modulates pulses included in the supplied signal using a random code such as an M sequence, and supplies the modulated signal obtained by modulation to the frequency converter 3 . The frequency converter 3 frequency-converts the modulated signal with a predetermined carrier frequency, and supplies the transmission signal obtained by the conversion to each sub-array antenna 21 . A transmission signal supplied to each subarray antenna 21 is transmitted in the direction of the transmission beam formed in the subarray antenna 21 .

受信部40は、周波数変換器12、AD変換器13、マルチビーム形成部14、スペース変換部15及びビーム合成部16を備える。周波数変換器12、AD変換器13、マルチビーム形成部14及びスペース変換部15は、第1の実施形態と同様に、サブアレイアンテナ21ごとに設けられる。すなわち、受信部40は、周波数変換器12、AD変換器13、マルチビーム形成部14及びスペース変換部15で構成されるNs個の受信系統を備える。各受信系統の周波数変換器12が、対応するサブアレイアンテナ21で得られる受信信号をベースバンドの信号へ変換する。受信部40における各部の動作は、第1の実施形態における動作と同様である。AD変換器13は、送信信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を(Ns/P)倍した周波数にてサンプリングを行う。 The receiver 40 includes a frequency converter 12 , an AD converter 13 , a multi-beam former 14 , a space converter 15 and a beam combiner 16 . The frequency converter 12, the AD converter 13, the multi-beam forming section 14, and the space converting section 15 are provided for each subarray antenna 21, as in the first embodiment. That is, the receiving section 40 has Ns receiving systems including the frequency converter 12 , the AD converter 13 , the multi-beam forming section 14 and the space converting section 15 . The frequency converter 12 of each receiving system converts the received signal obtained by the corresponding subarray antenna 21 into a baseband signal. The operation of each part in the receiving part 40 is the same as the operation in the first embodiment. The AD converter 13 performs sampling at a frequency (Ns/P) times the sampling frequency corresponding to the bandwidth of the transmission signal.

図10は、第2の実施形態におけるサブアレイアンテナ21の構成例を示す図である。サブアレイアンテナ21は、1つのアンテナ素子を含むNs個の送受信モジュール200と、送信給電回路41と、受信給電回路42とを備える。送信給電回路41は、送信部30から供給される送信信号を各送受信モジュール200へ分配する。受信給電回路42は、各送受信モジュール200から出力される信号を合成し、合成結果を受信信号として周波数変換器12へ出力する。 FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of the subarray antenna 21 in the second embodiment. The sub-array antenna 21 includes Ns transmission/reception modules 200 each including one antenna element, a transmission feed circuit 41 and a reception feed circuit 42 . The transmission power supply circuit 41 distributes the transmission signal supplied from the transmission section 30 to each transmission/reception module 200 . The reception power supply circuit 42 synthesizes the signals output from each transmission/reception module 200 and outputs the synthesis result to the frequency converter 12 as a received signal.

図11は、第2の実施形態における送受信モジュール200の構成例を示す図である。送受信モジュール200は、移相器51、高出力増幅器52、サーキュレータ53、アンテナ素子54、低雑音増幅器55及び移相器56を備える。移相器51は、供給される送信信号に所定の位相を加え、位相を加えた送信信号を高出力増幅器52へ供給する。高出力増幅器52は、所定の位相が加えられた送信信号を増幅し、増幅した送信信号をサーキュレータ53を介してアンテナ素子54へ供給する。アンテナ素子54に供給される送信信号は、アンテナ素子54から送出される。低雑音増幅器55は、サーキュレータ53を介して、アンテナ素子54にて受信された信号を増幅し、増幅した信号を移相器56へ供給する。移相器56は、増幅された信号に所定の位相を加え、所定の位相が加えられた信号を受信給電回路42へ供給する。 FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of the transmission/reception module 200 according to the second embodiment. The transceiver module 200 comprises a phase shifter 51 , a high power amplifier 52 , a circulator 53 , an antenna element 54 , a low noise amplifier 55 and a phase shifter 56 . The phase shifter 51 adds a predetermined phase to the supplied transmission signal and supplies the phase-added transmission signal to the high output amplifier 52 . The high-output amplifier 52 amplifies the transmission signal to which the predetermined phase has been added, and supplies the amplified transmission signal to the antenna element 54 via the circulator 53 . A transmission signal supplied to the antenna element 54 is transmitted from the antenna element 54 . Low noise amplifier 55 amplifies the signal received at antenna element 54 via circulator 53 and supplies the amplified signal to phase shifter 56 . The phase shifter 56 adds a predetermined phase to the amplified signal and supplies the signal to which the predetermined phase has been added to the receiving/feeding circuit 42 .

移相器51において送信信号に加えられる位相は、送信信号を送出する際にサブアレイアンテナ21において送信ビームを形成するための位相である。また、移相器56において信号に加える位相は、サブアレイアンテナ21において所望の受信ビームを形成するための位相である。サブアレイアンテナ21は、送信信号を送出する際の送信ビームと、信号を受信する際の受信ビームとを形成できる。送信信号が広帯域の信号である場合、均一な周波数特性を得るために、時間遅延素子を用いて移相器51を構成してもよい。 The phase added to the transmission signal in phase shifter 51 is a phase for forming a transmission beam in subarray antenna 21 when transmitting the transmission signal. Also, the phase added to the signal in the phase shifter 56 is the phase for forming the desired reception beam in the subarray antenna 21 . The subarray antenna 21 can form a transmission beam for transmitting a transmission signal and a reception beam for receiving a signal. If the transmission signal is a wideband signal, the phase shifter 51 may be configured using a time delay element in order to obtain uniform frequency characteristics.

図12は、第2の実施形態におけるサブアレイアンテナ21で形成される送信ビームと受信ビームとの一例を示す図である。サブアレイアンテナ21で形成される受信ビーム(受信サブアレイビーム)は、送信ビームが向けられた指向方向の一部の方向としてもよいし、送信ビームが向けられた指向方向と同じ方向としてもよい。送受信モジュール200は、送信ビームを制御する移相器51と、受信ビームを制御する移相器56とを備えることにより、送信ビームと受信ビームとを独立して制御できる。 FIG. 12 is a diagram showing an example of transmission beams and reception beams formed by the subarray antenna 21 in the second embodiment. The receiving beam (receiving sub-array beam) formed by the subarray antenna 21 may be a part of the direction in which the transmission beam is directed, or may be in the same direction as the direction in which the transmission beam is directed. The transmission/reception module 200 can independently control the transmission beam and the reception beam by including the phase shifter 51 for controlling the transmission beam and the phase shifter 56 for controlling the reception beam.

第2の実施形態のレーダシステムは、観測空間において送信ビームを形成し、送信ビームを向けた指向方向に送信信号を送信する動作を行う。更に、レーダシステムは、第1の実施形態の受信システムと同様に、フルDBF方式を用いた受信ビームを観測空間において形成し、受信ビームを向けた指向方向の受信データを生成する。 The radar system of the second embodiment forms a transmission beam in an observation space and transmits a transmission signal in the direction of the transmission beam. Furthermore, the radar system, like the receiving system of the first embodiment, forms a receiving beam using the full DBF method in the observation space, and generates receiving data in the direction in which the receiving beam is directed.

第2の実施形態のレーダシステムによれば、所望の観測方向へ送信した送信信号の反射を、フルDBFで形成される低サイドローブで指向性の高い受信ビームを利用して検出することで、電波環境の監視だけでなく、物体の検知や観測を高精度に行うことができる。 According to the radar system of the second embodiment, the reflection of the transmission signal transmitted in the desired observation direction is detected using a reception beam with low sidelobe and high directivity formed by full DBF, In addition to monitoring the radio wave environment, it is possible to detect and observe objects with high accuracy.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、(Ns/P)本の直交受信ビームを用いて時分割に得られる受信信号を、検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を(Ns/P)倍したサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング部(AD変換器13)と、サンプリング値に対して逆フーリエ変換を行う変換部とを持つことにより、アンテナ素子ごとに周波数変換器やAD変換器を備えずとも、時分割に得られる受信信号からアレイアンテナが有する各アンテナ素子で受信した信号である素子信号を得ることができ、素子信号を用いたDBFにより観測性能を向上させるとともに、ハードウェア規模の増加を抑えて、システムの実装を容易にすることができる。 According to at least one embodiment described above, a received signal obtained in a time division manner using (Ns/P) orthogonal receiving beams is sampled at a sampling frequency corresponding to the bandwidth of the signal to be detected (Ns/ P) By having a sampling unit (AD converter 13) that performs sampling at a multiplied sampling frequency and a conversion unit that performs inverse Fourier transform on the sampled values, a frequency converter and an AD converter are provided for each antenna element. In addition, it is possible to obtain element signals, which are signals received by each antenna element of the array antenna, from the received signals obtained in time division, and DBF using element signals improves observation performance and reduces hardware scale. It is possible to suppress the increase and facilitate the implementation of the system.

上記の実施形態における受信システム及びレーダシステムは、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備え、CPUがプログラムを実行することにより、ディジタル信号に対する信号処理を行ってもよい。CPUは、補助記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、送信装置における一部又はすべての動作と、受信装置における一部又はすべての動作とを行ってもよい。また、受信システム及びレーダシステムにおける動作のすべて又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM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などの非一時的な記憶媒体である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。 The receiving system and the radar system in the above embodiments include a CPU (Central Processing Unit), a memory, an auxiliary storage device, etc., which are connected via a bus, and the CPU executes a program to perform signal processing on a digital signal. good too. The CPU may perform some or all of the operations in the transmitting device and some or all of the operations in the receiving device by executing programs stored in the auxiliary storage device. In addition, all or part of the operations in the receiving system and the radar system may be realized using hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Gate Array), etc. . The program may be recorded on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media are portable media such as flexible disks, magneto-optical disks, ROMs and CD-ROMs, and non-temporary storage media such as hard disks built into computer systems. The program may be transmitted over telecommunications lines.

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。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

1…信号生成器、2…変調器、3…周波数変換器、10,20…アレイアンテナ、11,21…サブアレイアンテナ、12…周波数変換器、13…AD変換器、14…マルチビーム形成部、15…スペース変換部、16…ビーム合成部、30…送信部、40…受信部、41…送信給電回路、42…受信給電回路、51…移相器、52…高出力増幅器、53…サーキュレータ、54…アンテナ素子、55…低雑音増幅器、56…移相器、100…受信モジュール、200…送受信モジュール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Signal generator, 2... Modulator, 3... Frequency converter, 10, 20... Array antenna, 11, 21... Sub array antenna, 12... Frequency converter, 13... AD converter, 14... Multi-beam former, DESCRIPTION OF SYMBOLS 15... Space conversion part 16... Beam combining part 30... Transmission part 40... Reception part 41... Transmission feed circuit 42... Reception feed circuit 51... Phase shifter 52... High output amplifier 53... Circulator, 54... Antenna element, 55... Low noise amplifier, 56... Phase shifter, 100... Receiving module, 200... Transmitting/receiving module

Claims (3)

1以上のサブアレイアンテナを有するアレイアンテナの観測空間を空間的に分割した分割観測空間ごとに、方位角軸方向及び仰角軸方向それぞれを等間隔にメッシュ分割した、前記サブアレイアンテナに備えられる前記方位角軸方向及び前記仰角軸方向に配列されたアンテナ素子の数を前記分割観測空間の数で除した所定数の、指向方向が互いに直交する受信ビームを、時分割で前記サブアレイアンテナにおいて形成し、前記観測空間における任意の指向方向を有するビームを形成する位相を制御するビーム形成部と、
前記アンテナ素子で受信された信号に前記位相を加える位相器と、
検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を前記所定数で乗じた高サンプリング周波数で、前記アンテナ素子を含む複数の受信モジュールから出力され、前記位相が加えられた信号を合成し周波数変換した受信信号をサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部により得られたサンプリング値に対して、ゼロ埋めを行った後、空間に対する逆フーリエ変換を行って前記アンテナ素子の数の変換出力を得る変換部と、
前記変換出力に所定のウェイトを乗算した後、前記変換出力を合成するビーム合成部と、
を備える受信システム。
The azimuth angles provided in the subarray antennas obtained by spatially dividing the observation space of an array antenna having one or more subarray antennas and dividing the azimuth axis direction and the elevation axis direction into meshes at equal intervals for each divided observation space. Forming a predetermined number of reception beams with directivity directions orthogonal to each other in the subarray antenna in a time division manner, which is obtained by dividing the number of antenna elements arranged in the axial direction and the elevation axis direction by the number of the divided observation spaces , a beam forming unit that controls a phase for forming a beam having an arbitrary pointing direction in an observation space;
a phaser that adds the phase to a signal received at the antenna element;
At a high sampling frequency obtained by multiplying the sampling frequency according to the bandwidth of the signal to be detected by the predetermined number, the signals output from the plurality of receiving modules including the antenna element and to which the phase has been added are combined and frequency-converted. a sampling unit that samples a received signal;
a transformation unit that performs zero padding on the sampled values obtained by the sampling unit and then performs an inverse Fourier transform on the space to obtain a transformation output of the number of the antenna elements;
a beam synthesizing unit that synthesizes the transformed outputs after multiplying the transformed outputs by a predetermined weight ;
A receiving system comprising:
前記観測空間に向けて送信信号を送信する送信装置と、
請求項1に記載の受信システムと、
を備え、
前記送信信号は、前記検出対象の信号に含まれ、
前記ビーム合成部は、前記送信信号が送信された方向を前記任意の指向方向とするビームを形成する、
レーダシステム。
a transmission device that transmits a transmission signal toward the observation space;
a receiving system according to claim 1;
with
The transmission signal is included in the signal to be detected,
The beam synthesizing unit forms a beam in which the direction in which the transmission signal is transmitted is the arbitrary directional direction.
radar system.
1以上のサブアレイアンテナを有するアレイアンテナの観測空間を空間的に分割した分割観測空間ごとに、方位角軸方向及び仰角軸方向それぞれを等間隔にメッシュ分割した、前記サブアレイアンテナに備えられる前記方位角軸方向及び前記仰角軸方向に配列されたアンテナ素子の数を前記分割観測空間の数で除した所定数の、指向方向が互いに直交する受信ビームを、時分割で前記サブアレイアンテナにおいて形成し、前記観測空間における任意の指向方向を有するビームを形成する位相を制御するビーム形成ステップと、
前記アンテナ素子で受信された信号に前記位相を加える位相加算ステップと、
検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を前記所定数で乗じた高サンプリング周波数で、前記アンテナ素子を含む複数の受信モジュールから出力され、前記位相が加えられた信号を合成し周波数変換した受信信号をサンプリングするサンプリングステップと、
前記サンプリングステップにより得られたサンプリング値に対して、ゼロ埋めを行った後、空間に対する逆フーリエ変換を行って前記アンテナ素子の数の変換出力を得る変換ステップと、
前記変換出力に所定のウェイトを乗算した後、前記変換出力を合成するビーム合成ステップと、
を有する信号処理方法。
The azimuth angles provided in the subarray antennas obtained by spatially dividing the observation space of an array antenna having one or more subarray antennas and dividing the azimuth axis direction and the elevation axis direction into meshes at equal intervals for each divided observation space. Forming a predetermined number of reception beams with directivity directions orthogonal to each other in the subarray antenna in a time division manner, which is obtained by dividing the number of antenna elements arranged in the axial direction and the elevation axis direction by the number of the divided observation spaces , a beam forming step of controlling a phase for forming a beam having an arbitrary pointing direction in an observation space;
a phase addition step of adding the phase to a signal received at the antenna element;
At a high sampling frequency obtained by multiplying the sampling frequency according to the bandwidth of the signal to be detected by the predetermined number, the signals output from the plurality of receiving modules including the antenna element and to which the phase has been added are combined and frequency-converted. a sampling step for sampling the received signal;
a transformation step of obtaining a transformation output of the number of antenna elements by zero-filling the sampled values obtained by the sampling step and then performing an inverse Fourier transformation on the space;
a beam synthesizing step of synthesizing the transformed outputs after multiplying the transformed outputs by a predetermined weight ;
A signal processing method comprising:
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