JP7320635B2 - 補間された仮想開口レーダ追跡のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年1月30日に出願された米国特許出願第15/883,372号の継続出願である2018年7月11日に出願された米国特許出願第16/032,369号の一部継続出願であり、これら出願はすべて、この引用によりその全体が援用されるものとする。
ここで、Nはアレイ内の要素数、dはそれらを隔てる距離である。
背景技術のセクションで述べたように、従来のアレイベースのレーダシステムには限界がある。すなわち、角度分解能が、受信機アレイ内の要素数と、アレイとターゲットの間の角度の両方に依存する。
ここで、Nはアレイ内の要素数、dはそれらを隔てる距離である。
補間された仮想開口アレイ(IVAA)レーダ追跡のための方法100は、図6に示すように、プローブ信号のセットを送信するステップS110と、反射プローブ信号のセットを受信するステップS120と、反射プローブ信号のセットから初期追跡パラメータを計算するステップS130とを含む。この方法100は、さらに、初期追跡パラメータを精密化するステップS140および/またはプローブ信号特性を修正するステップS150を含むことができる。
となり、受信機で見られる位相差はほぼ同じである。
と表すことができ、一方、明示的な位相シフトの場合、
となり、dφは定数となる(よって、darrayはターゲット角度に依存する)。
から明示的に計算されるものであってもよい。
ここで、dは要素間の間隔である。なお、この式は規則的な要素間の間隔を想定しているが、要素が規則的な間隔で配置される必要はないことを理解されたい(また、規則的な要素間の間隔がなくても、FOVが第1の要素と第iの要素との間の距離の逆数であるという基本的な関係が成立する)。全体のシステムのFOV(すなわち、最も広いFOV)は、以下のように、最初の2つの要素のFOVである。
ここで、角度が中心角α=0から離れるにつれて、分解能が低下することに留意されたい。
これが、このようなアレイに対してビームフォーミングが頻繁に実行される理由であり、FOV全体にわたって中心角をステアリングすることによって、高い角度分解能を達成することができる(ただし、この場合、ビームステアリングを実行するには、時間の経過とともに位相を変調する必要がある)。
FOVのセットに対してターゲット検出を並行して実行することにより、検出された各ターゲットのFOV検出ベクトルを生成することができる。例えば、ターゲット1(角度θ1)は、{θ1,...,θ1,x,x}のようなFOV検出ベクトルに関連付けられる。最初の一連のθ1は、ターゲット1が要素のペアe12...e1(n-2)の各々によってθ1で検出されたことを示し、xは、{e1(n-1),e1n}で非検出であることを示している。同様に、ターゲット2は、{θ2,...,θ2,θ2,θ2}のようなFOV検出ベクトルに関連付けられる。
補間された仮想開口アレイ(IVAA)レーダ追跡のためのシステム200は、図15に示すように、送信機アレイ210、水平受信機アレイ220および信号プロセッサ240を含む。システム200は、さらに、鉛直受信機アレイ230および/または速度検知モジュール250を含むことができる。
Claims (21)
- 補間された仮想開口アレイレーダ追跡のための方法であって、
第1の位相関数を有する第1のプローブ信号を送信するステップと、
第2の位相関数を有する第2のプローブ信号を送信するステップと、
追跡ターゲットによる第1のプローブ信号の反射に応答して、レーダアレイで第1の反射プローブ信号に対応する信号インスタンスの第1のセットを受信するステップであって、前記追跡ターゲットとレーダアレイが、ターゲットベクトルによって接続され、前記レーダアレイが、第1のレーダ軸に沿って配置された第1の複数のレーダ要素を含む、ステップと、
前記追跡ターゲットによる第2のプローブ信号の反射に応答して、前記レーダアレイで第2の反射プローブ信号に対応する信号インスタンスの第2のセットを受信するステップと、
前記第1の反射プローブ信号および前記第2の反射プローブ信号の少なくとも一方からターゲット距離を計算するステップと、
信号インスタンスの第1のセットを前記レーダアレイの物理的な受信機要素に対応させるステップと、
信号インスタンスの第2のセットを前記レーダアレイの仮想要素の第1のセットに対応させるステップであって、前記レーダアレイの仮想要素が、要素平行移動関数によって前記レーダアレイの物理的な要素に対して表現される、ステップと、
前記第1の位相関数および前記第2の位相関数を用いて前記信号インスタンスの第1および第2のセットをともに処理し、前記信号インスタンスの第2のセットを前記物理的な受信機要素から離れた仮想の受信機要素によって受信できるようにするとともに、前記仮想の受信機要素から発生するエラーを制限できるようにすることにより、信号インスタンスの第3のセットを生成するステップと、
信号インスタンスの第3のセットを、前記レーダアレイの仮想要素の第2のセットに対応させるステップと、
第1の基準ベクトルと第1の投影ターゲットベクトルとの間の第1のターゲット角度を計算するステップであって、前記第1の投影ターゲットベクトルが、第1の基準面に投影されたターゲットベクトルであり、前記第1の基準面が、前記第1のレーダ軸と前記第1の基準ベクトルの両方を含む、ステップと、
前記ターゲット距離と前記第1のターゲット角度から、前記レーダアレイに対する前記追跡ターゲットの相対的な位置を計算するステップとを備えることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記第1のターゲット角度を計算することが、信号インスタンスの第1、第2および第3のセットを使用してビームフォーミングを実行することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記第1のターゲット角度を計算することが、信号インスタンスの第1、第2および第3のセットを使用してパラレル視野(FOV)検出を実行することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項3に記載の方法において、
パラレルFOV検出を実行することが、第1の要素と、受信機要素の上位セットの他の要素とのペアに対して、FOV検出ベクトルの第1のセットを生成することを含み、前記受信機要素の上位セットが、物理的な受信機要素と、仮想要素の第1および第2のセットとを含むことを特徴とする方法。 - 請求項4に記載の方法において、
パラレルFOV検出を実行することが、FOV検出ベクトルの第1のセットを使用して第1のターゲット角度を計算することをさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項5に記載の方法において、
パラレルFOV検出を実行することが、FOV検出ベクトルの第1のセットを同時に生成することをさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項5に記載の方法において、
前記第1のターゲット角度を計算することが、仰角および方位角のうちの一方を計算することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項5に記載の方法において、
前記第1のプローブ信号を送信することが、第1の送信機要素から前記第1のプローブ信号を送信することを含み、前記第2のプローブ信号を送信することが、第2の送信機要素から前記第2のプローブ信号を送信することを含み、前記第1の送信機要素と前記第2の送信機要素とが、非ゼロの距離で隔てられていることを特徴とする方法。 - 請求項8に記載の方法において、
前記第1の送信機要素を参照する第1の位相関数が、前記第2の送信機要素を参照する第2の位相関数と同一であることを特徴とする方法。 - 請求項9に記載の方法において、
前記要素平行移動関数が、前記第1のターゲット角度から独立していることを特徴とする方法。 - 請求項9に記載の方法において、
前記第1のプローブ信号が第1の期間中に送信され、前記第2のプローブ信号が第2の期間中に送信され、前記第2の期間が、前記第1の期間に続き、かつ前記第1の期間と重ならないことを特徴とする方法。 - 請求項9に記載の方法において、
前記第1のプローブ信号が第1の周波数帯域で送信され、前記第2のプローブ信号が前記第1の周波数帯域と重ならない第2の周波数帯域で送信されることを特徴とする方法。 - 請求項9に記載の方法において、
前記第1のプローブ信号が第1の振幅変調でエンコードされ、前記第2のプローブ信号が前記第1の振幅変調と非同一の第2の振幅変調でエンコードされることを特徴とする方法。 - 請求項8に記載の方法において、
前記第1の送信機要素を参照する第1の位相関数が、前記第2の送信機要素を参照する第2の位相関数と同一ではないことを特徴とする方法。 - 請求項14に記載の方法において、
前記第1の位相関数および前記第2の位相関数が一定の位相だけ異なることを特徴とする方法。 - 請求項14に記載の方法において、
前記第1の位相関数および前記第2の位相関数が、時間的に変化する位相だけ異なることを特徴とする方法。 - 請求項14に記載の方法において、
前記要素平行移動関数が前記第1のターゲット角度に依存することを特徴とする方法。 - 請求項5に記載の方法において、
計算した位置データに応答して、前記第1のプローブ信号および前記第2のプローブ信号のうちの少なくとも一方を修正するステップをさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項18に記載の方法において、
前記第1のプローブ信号および前記第2のプローブ信号のうちの少なくとも一方を修正することが、前記レーダアレイに仮想要素を追加して前記レーダアレイの仮想開口を広げるように、前記第1のプローブ信号および前記第2のプローブ信号のうちの少なくとも一方を修正することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項18に記載の方法において、
前記第1および第2のプローブ信号のうちの少なくとも一方を修正することが、パラレルFOV検出で使用される中心角を修正するために、前記第1のプローブ信号、前記第2のプローブ信号、前記第1の反射プローブ信号および前記第2の反射プローブ信号のうちの少なくとも1つの位相を変調することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項20に記載の方法において、
前記第1および第2のプローブ信号の位相が、前記第1および第2の反射プローブ信号の位相とは独立して変調され、それによりターゲットエイリアスの除去を可能にすることを特徴とする方法。
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