JP7346095B2 - radar system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、レーダシステムに関する。 Embodiments of the present invention relate to radar systems.
送信装置と受信装置とが離隔した位置にあるマルチスタティック・レーダシステムにおいて、捜索対象としての目標の位置を同定するためには、送信装置から目標を経由した受信装置までの距離や、受信装置における受信角度が必要となる。前述の距離を測定するためには、送信装置と受信装置との時刻同期が必要となる。例えば、GPS(Global Positioning System)衛星から送信される信号を利用することで装置間の時刻同期が行われている。しかし、GPS衛星から信号を受信できない場所では時刻同期が行えず、目標の捜索が行えなかったり、行えたとしても精度が著しく劣化したりする場合があった。 In a multistatic radar system where the transmitting device and receiving device are located far apart, in order to identify the position of the target to be searched, it is necessary to determine the distance from the transmitting device to the receiving device via the target, and the distance between the transmitting device and the receiving device via the target. Reception angle is required. In order to measure the aforementioned distance, time synchronization between the transmitting device and the receiving device is required. For example, time synchronization between devices is performed by using signals transmitted from GPS (Global Positioning System) satellites. However, in places where signals cannot be received from GPS satellites, time synchronization cannot be performed, and the search for the target may not be possible, or even if it is possible, the accuracy may be significantly degraded.
本発明が解決しようとする課題は、送信装置と受信装置との時刻同期を行わずとも目標の位置を特定できるレーダシステムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a radar system that can specify the position of a target without performing time synchronization between a transmitting device and a receiving device.
実施形態のレーダシステムは、第1の送信装置と受信装置とを持つ。第1の送信装置は、送信アンテナと、信号合成部と、送信部とを持つ。信号合成部は、送信アンテナで形成され異なる方向に向けた複数の送信ビームそれぞれで送信される第1の送信信号であって、送信ビームごとに異なる符号系列を用いた第1の送信信号を生成する。送信部は、送信ビームごとの第1の送信信号を送信アンテナから送信する。受信装置は、アレイアンテナと、信号分離部と、受信ビーム形成部と、信号処理部とを持つ。アレイアンテナは、複数のアンテナ素子を有する。信号分離部は、複数のアンテナ素子それぞれで受信した第1の受信信号から異なる符号系列を用いて第1の送信信号を抽出する。受信ビーム形成部は、アレイアンテナで形成され、指向方向が異なる複数の受信ビームに応じた第1の受信ウェイトを用いて、異なる符号系列の送信ビームごとに、指向方向が異なる複数の受信ビームそれぞれの受信ビーム信号を生成する。信号処理部は、受信ビーム信号ごとに、CFAR処理によって物体を検出した受信ビームの指向方向を特定し、送信ビームの指向方向を符号系列から特定し、第1の送信装置及び受信装置の位置と、送信ビームの指向方向と、受信ビームの指向方向とに基づいて、第1の送信信号を反射した物体の位置を特定する。 The radar system of the embodiment includes a first transmitter and a receiver. The first transmitting device has a transmitting antenna, a signal combining section, and a transmitting section. The signal combining unit generates a first transmission signal that is transmitted by each of a plurality of transmission beams formed by a transmission antenna and directed in different directions, and that uses a different code sequence for each transmission beam. do. The transmitter transmits a first transmit signal for each transmit beam from the transmit antenna. The receiving device includes an array antenna, a signal separating section, a receiving beam forming section, and a signal processing section. An array antenna has multiple antenna elements. The signal separation unit extracts the first transmission signal from the first reception signal received by each of the plurality of antenna elements using different code sequences. The reception beam forming section is formed by an array antenna , and uses a first reception weight according to a plurality of reception beams having different directivity directions to form each of the plurality of reception beams having different directivity directions for each transmission beam of a different code sequence. generate a receive beam signal. The signal processing unit specifies, for each received beam signal, the pointing direction of the receiving beam that detected the object by CFAR processing, specifies the pointing direction of the transmitting beam from the code sequence, and determines the position of the first transmitting device and the receiving device. , the position of the object that reflected the first transmission signal is specified based on the directional direction of the transmitted beam and the directional direction of the received beam .
以下、実施形態のレーダシステムを、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要素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 radar system according to an embodiment will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, components with the same reference numerals perform similar operations, and redundant explanations will be omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態のレーダシステムが備える送信側の装置(TX)と受信側の装置(RX)との配置例を示す図である。第1の実施形態のレーダシステムは、送信側と受信側との装置が離隔して配置されるマルチスタティック・システムである。図1に示す例では、受信側の装置が1つの場合を示しているが、受信側の装置は2つ以上であってもよい。送信側の装置(TX)は、複数の送信ビーム(T1,T2,…,TNt)を含む送信マルチビームを形成して信号を観測空間に向けて送信する。受信側の装置(RX)は、複数の受信ビーム(R1,R2,…RNr)を含む受信マルチビームを形成する。送信マルチビームと受信マルチビームとを観測空間を覆うように形成する。図1に示す例は、平面空間において送信マルチビーム及び受信マルチビームを形成する場合を示している。しかし、送信側及び受信側のそれぞれにおいて、方位角方向及び仰角方向に指向方向が異なる複数のビームを3次元の観測空間を覆うように形成してもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the arrangement of a transmitting side device (TX) and a receiving side device (RX) included in the radar system of the first embodiment. The radar system of the first embodiment is a multistatic system in which transmitter and receiver devices are located separately. Although the example shown in FIG. 1 shows a case where there is one device on the receiving side, there may be two or more devices on the receiving side. A transmitting side device (TX) forms a transmitting multi-beam including a plurality of transmitting beams (T1, T2, . . . , TNt) and transmits a signal toward the observation space. The receiving side device (RX) forms a receiving multi-beam including a plurality of receiving beams (R1, R2,...RNr). A transmitting multi-beam and a receiving multi-beam are formed to cover the observation space. The example shown in FIG. 1 shows a case where transmitting multi-beams and receiving multi-beams are formed in a plane space. However, on each of the transmitting side and the receiving side, a plurality of beams having different pointing directions in the azimuth direction and the elevation direction may be formed so as to cover the three-dimensional observation space.
図2は、第1の実施形態のレーダシステムが目標を検出する処理の概要を示す図である。送信マルチビームと受信マルチビームとが重なり合って観測空間を覆うように形成されることで、送信ビームと受信ビームとの組み合わせにより観測空間のうち一部の空間を特定できる。観測空間は、図2に示すように、送信ビーム(T1,T2,…,TNt)を縦軸に、受信ビーム(R1,R2,…RNr)を横軸にとると、(Nt×Nr)個の部分空間に分割される。受信側の装置は、目標で反射された信号を検出した受信ビームと、目標で反射された信号を送信した送信ビームとの組み合わせを特定すれば、目標が位置する部分空間を特定できる。このように、送信側及び受信側の装置の位置と、送信ビームと受信ビームとのペアとに基づいて、目標の3次元位置が特定される。 FIG. 2 is a diagram illustrating an overview of the process by which the radar system of the first embodiment detects a target. By forming the transmitting multi-beam and the receiving multi-beam so as to overlap and cover the observation space, a part of the observation space can be specified by the combination of the transmitting beam and the receiving beam. As shown in Figure 2, the observation space consists of (Nt×Nr) beams (T1, T2, ..., TNt) on the vertical axis and reception beams (R1, R2, ...RNr) on the horizontal axis. is divided into subspaces. The receiving device can identify the subspace where the target is located by identifying the combination of the receiving beam that detected the signal reflected by the target and the transmitting beam that transmitted the signal reflected by the target. In this way, the three-dimensional position of the target is determined based on the positions of the transmitter and receiver devices and the pair of transmit and receive beams.
送信ビームと受信ビームとの組み合わせにより目標の位置を特定する場合、送信側の装置から目標を経由した受信側の装置までの距離を測定せずとも、目標の位置を特定することができる。すなわち、送信側と受信側との装置の間で時刻同期を行わずとも目標の位置を特定できる。第1の実施形態のレーダシステムでは、受信側の装置が複数の送信ビームを識別できるように、送信ビームごとに異なる符号系列を用いた送信信号を生成する。 When specifying the target position using a combination of a transmitting beam and a receiving beam, the target position can be specified without measuring the distance from the transmitting side device to the receiving side device via the target. That is, the target position can be specified without time synchronization between the transmitting and receiving devices. In the radar system of the first embodiment, a transmission signal is generated using a different code sequence for each transmission beam so that a receiving device can identify a plurality of transmission beams.
図3は、第1の実施形態のレーダシステムにおいて送信される信号の概要を示す図である。図3では、送信に用いるアレイアンテナのアンテナ素子番号と、送信ビームに用いる符号数と、時間とのそれぞれの軸を組み合わせた3次元空間において送信信号が示されている。ある時刻のパルスにおいてアンテナ素子#1~#Nそれぞれから送信される信号は、送信ビームごとに異なる符号系列(b1,b2,…,bNt)を用いて変調された変調信号が合成(多重化)された信号である。すなわち、レーダシステムでは、同一パルス内で複数の送信ビームの送信信号が同時に送信する。レーダシステムでは、このような送信信号が順次送信される。送信ビームそれぞれの送信信号には異なる符号系列が割り当てられ、送信ビーム間のアイソレーションが保たれる。このような符号系列として、非特許文献1に記載のBarker符号を用いてもよいし、他の符号を用いてもよい。
FIG. 3 is a diagram showing an overview of signals transmitted in the radar system of the first embodiment. In FIG. 3, a transmission signal is shown in a three-dimensional space in which the respective axes of the antenna element number of the array antenna used for transmission, the number of codes used for the transmission beam, and time are combined. The signals transmitted from each of
図4は、第1の実施形態における送信装置100の構成例を示す図である。送信装置100は、前述の送信側の装置(第1の送信装置)として用いられる。送信装置100は、信号生成部1、符号変調部2、送信ビーム制御部3、ウェイト制御部4、信号合成部5、DAC(Digital-Analog Converter;ディジタル-アナログ変換器)6(6-1,6-2,…,6-N)、周波数変換器7(7-1,7-2,…,7-N)、HPA(High Power Amplifier;大電力増幅器)8(8-1,8-2,…,8-N)、及びN個のアンテナ素子10(10-1,10-2,…,10-N)を有するアレイアンテナを備える。DAC6、周波数変換器7、HPA8、それぞれは、各アンテナ素子10に対応してN個ずつ備えられている。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the
信号生成部1は、入力する送信ビーム制御信号に応じて送信基準信号を生成し、生成した送信基準信号を符号変調部2へ供給する。送信基準信号は、例えば、送信ビーム制御信号で示される周波数、帯域幅、振幅を有する信号である。符号変調部2は、供給される送信基準信号に対してパルス変調を行い、更に、形成するNt個の送信ビームごとに割り当てられた符号系列を用いた変調を行い、Nt個の変調信号を生成する。符号変調部2は、生成したNt個の変調信号をウェイト制御部4へ供給する。符号変調部2は、パルス変調及び符号変調に加えて、送信基準信号に対して周波数変調を行ってもよい。周波数変調が行われる場合、変調信号はチャープ信号となる。
The
送信ビーム制御部3は、入力する送信ビーム制御信号で示されるNt個の送信ビームそれぞれのビーム指向方向に対応する各アンテナ素子10の複素ウェイトを送信ウェイトとして、ウェイト制御部4へ供給する。送信ビーム制御部3は、ビーム指向方向に対応する各アンテナ素子10の複素ウェイトを、各アンテナ素子10の複素ウェイトをビーム指向方向ごとに記憶するテーブルから読み出してもよい。各アンテナ素子10の複素ウェイトは、低サイドローブ化の振幅ウェイトと、ビーム走査のための位相ウェイトとの組み合わせで定まる。送信マルチビームを形成する送信ビームそれぞれの指向方向は、複数の送信ビームで観測空間を覆うように定められる。
The transmission
ウェイト制御部4は、符号変調部2から供給されるNt個の変調信号ごとに、変調信号を生成した際に用いた符号系列に対応する送信ビームの複素ウェイトを乗算して、アンテナ素子10それぞれで送信される信号を算出する。すなわち、ウェイト制御部4は、Nt個の送信ビームごとに、N個のアンテナ素子10に対応する信号を算出する。ウェイト制御部4は、算出した(N×Nt)個の信号を信号合成部5へ供給する。信号合成部5は、ウェイト制御部4から供給される(N×Nt)個の信号を、N個のアンテナ素子10ごとに対応する信号を合成し、N個の合成信号を生成する。信号合成部5は、N個のアンテナ素子それぞれに対応する合成信号を、各アンテナ素子に対応するDAC6へ供給する。
The
DAC6それぞれは、信号合成部5から供給される合成信号をディジタル信号からアナログ信号に変換し、変換により得られた中間周波信号を周波数変換器7へ供給する。周波数変換器7それぞれは、供給される中間周波信号を高周波信号に変換し、高周波信号をHPA8へ供給する。HPA8それぞれは、供給される高周波信号を高出力増幅する。HPA8により増幅された高周波信号それぞれは、HPA8に対応するアンテナ素子10に供給され、アンテナ素子10から送信信号として送出される。このように、DAC6、周波数変換器7及びHPA8は、高周波信号を送信する送信部として動作する。以上の動作により、送信装置100は、送信ビームごとに生成された高周波信号を送信アンテナとしてのアレイアンテナから同時に送出する。
Each of the
図5は、第1の実施形態における送受信装置200の構成例を示す図である。送受信装置200は、前述の受信側の装置として用いられる。送受信装置200は、信号生成部1、符号変調部2、送信ビーム制御部3、ウェイト制御部4、信号合成部5、DAC6(6-1,6-2,…,6-N)、周波数変換器7(7-1,7-2,…,7-N)、HPA8(8-1,8-2,…,8-N)、サーキュレータ9(9-1,9-2,…,9-N)、N個のアンテナ素子10(10-1,10-2,…,10-N)を有するアレイアンテナ、LNA(Low Noise Amplifier;低雑音増幅器)11(11-1,11-2,…,11-N)、周波数変換器12(12-1,12-2,…,12-N)、ADC(Analog-Digital Converter;アナログ-ディジタル変換器)13(13-1,13-2,…,13-N)、信号分離部14、受信ビーム制御部15、受信ビーム形成部16、及び信号処理部17を備える。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the transmitting/
DAC6、周波数変換器7、HPA8、サーキュレータ9、LNA11、周波数変換器12、及びADC13それぞれは、各アンテナ素子10に対応してN個ずつ備えられている。信号生成部1、符号変調部2、送信ビーム制御部3、ウェイト制御部4、信号合成部5、DAC6、周波数変換器7、及びHPA8は、前述の送信装置100に備えられるそれらと同じである。HPA8により増幅された高周波信号それぞれは、HPA8に対応するサーキュレータ9を経由してアンテナ素子10に供給され、アンテナ素子10から第2の送信信号として送出される。送受信装置200においても、送信ビームごとに生成された高周波信号がアレイアンテナから同時に送出される。
アンテナ素子10それぞれは、対応するLNA11へ受信した受信信号(第1の受信信号)を、サーキュレータ9を経由して供給する。観測空間に捜索対象の目標としての物体が位置する場合、受信信号は、高周波信号が目標にて反射された反射信号を含む。LNA11それぞれは、供給される受信信号を低雑音増幅し、増幅した受信信号を周波数変換器12へ供給する。周波数変換器12それぞれは、供給される受信信号の周波数を中間周波数へ変換し、変換により得られた中間周波数の信号をADC13へ供給する。ADC13それぞれは、中間周波数の信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、得られたディジタル信号を信号分離部14へ供給する。
Each of the
信号分離部14は、アンテナ素子10それぞれに対応するADC13から供給されるN個のディジタル信号それぞれに対して、Nt個の送信ビームそれぞれに対応する符号系列ごとに相関処理を行う。ディジタル信号に高周波信号の成分が含まれる場合、高周波信号を送信した際の送信ビームに割り当てられた符号系列との相関処理により、ディジタル信号に含まれる高周波信号の成分が抽出される。すなわち、ディジタル信号に含まれる高周波信号の成分が符号系列との相関処理により分離される。ディジタル信号に複数の送信ビームに対応する高周波信号の成分が含まれる場合においても、相関処理によりそれぞれの高周波成分が分離される。信号分離部14は、N個のアンテナ素子10それぞれに対応するディジタル信号に対するNt個の符号系列ごとの相関処理により得られる(N×Nt)個の分離信号を受信ビーム形成部16へ供給する。信号分離部14は、相関処理に用いるNt個の符号系列を予め記憶していてもよい。
The
受信ビーム制御部15は、受信ビーム制御信号で示されるNr個の受信ビームであって受信マルチビームを形成する受信ビームそれぞれの複素ウェイトを第1の受信ウェイトとして、受信ビーム形成部16へ供給する。各アンテナ素子10の複素ウェイトは、低サイドローブ化の振幅ウェイトと、ビーム走査のための位相ウェイトとの組み合わせで定まる。受信マルチビームを形成する受信ビームそれぞれの指向方向は、複数の受信ビームで観測空間を覆うように定められる。受信ビーム形成部16は、供給される各受信ビームの複素ウェイトを用いて、同一の符号系列で抽出されたN個の分離信号ごとに受信ビーム信号を形成する。すなわち、受信ビーム形成部16は、Nt個の送信ビームそれぞれで送信された高周波信号ごとに、Nr個の受信ビーム信号を形成する。受信ビーム形成部16は、形成した(Nt×Nr)個の受信ビーム信号を信号処理部17へ供給する。
The reception
信号処理部17は、供給される(Nt×Nr)個の受信ビーム信号ごとに、ビーム信号に含まれる不要波の抑圧と目標抽出処理とを行う。例えば、信号処理部17は、受信ビーム信号ごとに、CFAR処理により目標の有無を判定する。信号処理部17は、目標を検出した受信ビーム信号を形成する際に用いた分離信号の抽出に用いた符号系列と、目標を検出した受信ビーム信号に対応する受信ビームとの組み合わせに基づいて、目標の位置を特定する。信号処理部17は、送信ビームの指向方向を符号系列から特定し、送信装置100及び自装置の位置と、送信ビームの指向方向と、受信ビームの指向方向とに基づいて、目標が位置する領域を特定する。信号処理部17は、検出した目標の数と、各目標の位置とを示す目標情報を出力する。
The
なお、信号処理部17は、送信装置100の位置及び符号系列ごとの送信ビームの指向方向を予め記憶していてもよい。あるいは、送信装置100は、送信装置100の位置と、各符号系列に対応する送信ビームの指向方向とを高周波信号に含めて送信して、送受信装置200に通知してもよい。送信装置100から位置及び指向方向が通知される場合、信号処理部17は、送信装置100の位置及び各符号系列に対応する送信ビームの指向方向を受信信号から取得してもよい。
Note that the
送受信装置200において、送信ビーム及び受信ビームの組み合わせにより目標の位置が特定されると、送信ビーム制御部3は、目標情報に基づいて、目標の位置に向けた送信ビームに対応する各アンテナ素子10の複素ウェイトを第2の送信ウェイトとしてウェイト制御部4へ供給する。送信ビーム制御部3は、目標の位置に向けた送信ビームに対応する複素ウェイトに加えて、目標の位置の近傍に向けた送信ビームに対応する複素ウェイトをウェイト制御部4へ供給してもよい。目標の位置の近傍に向けた送信ビームは、例えば、目標が検出された部分空間に隣接する部分空間に向けられた送信ビームなどである。目標の位置とその近傍とに向けた送信ビームに対応する複素ウェイトが送信ビーム制御部3からウェイト制御部4へ供給されることにより、送受信装置200から目標とその近傍に指向方向を向けた送信ビームにて高周波信号(第2の送信信号)が送信される。
In the transmitting/
送受信装置200から目標とその近傍に指向方向を向けた送信ビームにて高周波信号が送信されると、受信ビーム制御部15は、目標の位置とその近傍とに向けた受信ビームに対応する複素ウェイトを第2の受信ウェイトとして受信ビーム形成部16へ供給する。受信ビーム形成部16は、供給される複素ウェイトを用いて、各アンテナ素子10で受信された受信信号(第2の受信信号)から受信ビーム信号(第2の受信ビーム信号)を生成し、生成した受信ビーム信号を信号処理部17へ供給する。信号処理部17は、目標の位置とその近傍とに向けた受信ビームに対応する受信ビーム信号を用いたモノスタティック観測により、目標の位置をより高い精度で同定する。
When a high-frequency signal is transmitted from the transmitting/
目標とその近傍に指向方向を向けた送信ビームを用いた目標の観測では、既に目標が位置する領域が特定できているため、その領域におけるCFAR処理のしきい値を小さくすることで目標感度を高くできる。例えば、このとき用いるCFAR処理のしきい値として、送信装置100から送信された高周波信号(第1の送信信号)の反射信号を受信した場合に用いるしきい値より小さい値を用いることができる。また、符号変調部2は、既に特定されている目標の位置までの距離に応じて、送信する高周波信号(第2の送信信号)のパルス間隔(Pulse Repetition Interval)を決定してもよい。複数の目標が検出された場合、各目標に向けた送信に要する時間の割り当てを効率化でき、各目標の観測、探索及び追尾などの精度を改善できる。
When observing a target using a transmitting beam directed toward the target and its vicinity, the area where the target is located has already been identified, so the target sensitivity can be increased by lowering the CFAR processing threshold in that area. Can be made high. For example, as the threshold value of the CFAR processing used at this time, a value smaller than the threshold value used when the reflected signal of the high frequency signal (first transmission signal) transmitted from the transmitting
なお、検出される目標の位置に対する精度が、送信ビーム及び受信ビームの組み合わせにより特定される目標の位置で充分である場合、目標とその近傍に指向方向を向けた送信ビーム及び受信ビームを用いた処理を省いてもよい。この場合、第1の実施形態のレーダシステムにおける受信側の装置は、図5に示した送受信装置200が備える送信に係る機能を備えずともよい。すなわち、受信側の装置として、N個のアンテナ素子10(10-1,10-2,…,10-N)を有するアレイアンテナ、LNA11(11-1,11-2,…,11-N)、周波数変換器12(12-1,12-2,…,12-N)、ADC13(13-1,13-2,…,13-N)、信号分離部14、受信ビーム制御部15、受信ビーム形成部16、及び信号処理部17を備える受信装置を用いてもよい。
In addition, if the accuracy of the target position to be detected is sufficient for the target position specified by the combination of the transmitting beam and the receiving beam, the transmitting beam and the receiving beam directed toward the target and its vicinity are used. Processing may be omitted. In this case, the receiving side device in the radar system of the first embodiment does not need to have the transmission-related functions of the transmitting/
また、送受信装置200に代えて、前述の受信装置と、図4に示した送信装置100とを用いてもよい。2つの装置を送受信装置200に代えて用いる場合、受信装置と第2の送信装置としての送信装置100とを近くに配置して、送信ビーム及び受信ビームの組み合わせで特定した目標の位置に基づいて、より高い精度で目標の位置を同定してもよい。
Further, instead of the transmitting/
以下、送信装置100及び送受信装置200において行われる送信に係る処理を以下に定式化する。図6は、第1の実施形態におけるアレイアンテナに係る座標系の一例を示す図である。XYZ軸の3次元座標系がアレイアンテナの位相中心を原点として設定されている。図6に示す座標系において、アレイアンテナが有するアンテナ素子10それぞれから送信される信号Xen(アンテナ素子の番号:n=1,2,…,N)は式(1)で与えられる。
The processing related to transmission performed in the transmitting
式(2)において、Wanmは、m番目の送信ビームにおけるn番目のアンテナ素子に対するサイドローブ低減用のウェイトを示す。Wpnmは、m番目の送信ビームにおけるn番目のアンテナ素子に対するビーム指向方向を制御する複素ウェイトを示す。サイドローブ低減用のウェイトは、非特許文献2に記載のテイラー分布などがある。ビーム指向方向を制御する複素ウェイトWpnmは、式(4)で表現できる。
In Equation (2), Wanm represents the sidelobe reduction weight for the n-th antenna element in the m-th transmission beam. Wpnm indicates a complex weight that controls the beam pointing direction for the n-th antenna element in the m-th transmission beam. Weights for sidelobe reduction include the Taylor distribution described in
式(1)で示されるように、各アンテナ素子10では、送信ビームそれぞれの信号が重畳(合成)された信号となる。重畳された信号間のアイソレーションは、符号系列(変調符号)により保たれている。
As shown in equation (1), each
送信マルチビームで送出される送信ビーム信号(高周波信号)Ymは、式(1)で与えられる各アンテナ素子10の信号Xenを加算合成した、式(6)で示される。
A transmission beam signal (high frequency signal) Ym sent out as a transmission multi-beam is expressed by equation (6), which is obtained by adding and combining the signals Xen of each
次に、送受信装置200においてにおいて行われる受信に係る処理を定式化する。各アンテナ素子10で受信される信号Xrnmは、式(7)となる。
Next, processing related to reception performed in the transmitting/
説明を簡単にするために目標が1つの場合を示したが、目標が複数ある場合は式(7)で示される信号Xrnmを目標数分加算することになる。信号分離部14は、式(7)で与えられる受信信号Xrnmに対する、キャリア周波数と符号系列とを用いて反射信号の分離を行い、式(9)で表される分離信号Xrnm_divを得る。
In order to simplify the explanation, the case where there is one target is shown, but if there are multiple targets, the signal Xrnm shown by equation (7) is added for the number of targets. The
受信ビーム形成部16は、各受信ビームに対応する受信ビーム信号Yrmを式(10)のDBF(非特許文献3)による演算で形成する。
The reception
信号処理部17は、式(10)で得られる受信ビーム信号を用いた信号処理により、目標を検出する。受信ビーム信号に対する信号処理により目標が検出され、目標を検出した受信ビーム信号を形成する際に用いた分離信号の抽出に用いた符号系列が得られる。信号処理部17は、得られた符号系列に対応する送信ビーム(T1~TNt)と、受信ビーム信号に対応する受信ビーム(R1~RNr)とのペアにより、観測領域の一部の領域を目標が位置する領域として同定できる。目標の概略位置を取得する目的であれば、同定された領域を示す目標情報が出力される。また、精度の高い目標の位置を取得する場合、送受信装置200は、前述のモノスタティック観測を行うことにより、目標の位置を取得し、取得した目標の位置を示す目標情報を出力する。
The
第1の実施形態のレーダシステムによれば、受信信号から高周波信号の成分(第1の送信信号)が抽出された際に用いた符号系列で特定される送信ビームの指向方向と、受信ビームと指向方向の組み合わせにより目標が位置する領域を特定することができ、送信装置と受信装置との時刻同期を行わずとも目標の位置を特定できる。ところで、送信ファンビームと受信マルチビームとを組み合わせたマルチスタティック・レーダシステムでは、受信側から見た目標の方向が特定できるに過ぎない。一方、第1の実施形態のレーダシステムは、目標の位置を特定でき、更に精度の高い目標の位置の取得も可能である。 According to the radar system of the first embodiment, the directivity of the transmitting beam specified by the code sequence used when the high-frequency signal component (first transmitting signal) was extracted from the received signal, and the receiving beam. The area where the target is located can be specified by a combination of pointing directions, and the position of the target can be specified without time synchronization between the transmitting device and the receiving device. By the way, in a multistatic radar system that combines a transmitting fan beam and a receiving multibeam, the direction of the target as seen from the receiving side can only be specified. On the other hand, the radar system of the first embodiment can specify the target position and can also obtain the target position with higher accuracy.
第1の実施形態のレーダシステムは、送信マルチビームと受信マルチビームとを形成して、観測空間における目標検出を行う。送信マルチビームと受信マルチビームとを組み合わせた処理は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)の一形態と言える(非特許文献4)。一般に、MIMOの送信及び受信の処理は、アンテナ素子レベル(エレメントスペース;Element-Space(ES))で行われる。一方で、第1の実施形態におけるレーダシステムは、ビームレベル(ビームスペース;Beam-Space(BS))で送信及び受信の処理を行っていると言える。 The radar system of the first embodiment forms a transmission multi-beam and a reception multi-beam to detect a target in an observation space. Processing that combines transmitting multi-beams and receiving multi-beams can be said to be a form of MIMO (Multiple Input Multiple Output) (Non-Patent Document 4). Generally, MIMO transmission and reception processing is performed at the antenna element level (Element-Space (ES)). On the other hand, it can be said that the radar system in the first embodiment performs transmission and reception processing at the beam level (Beam-Space (BS)).
ビームスペース(BS)型MIMOでは、形成する送信ビームの数と送信信号を生成する際に用いる符号系列の数とが一致している。一方、エレメントスペース(ES)型MIMOでは、形成する送信ビームの数を減らして観測空間を限定しても、使用する符号系列の数を減らすことができない。BS型MIMOは、観測空間を限定して、送信ビーム数を減らすことで、送信信号を生成する際に必要となる符号系列を減らすことができ、送信処理における演算負荷を軽減できるメリットがある。 In beam space (BS) type MIMO, the number of transmission beams to be formed matches the number of code sequences used to generate transmission signals. On the other hand, in element space (ES) type MIMO, even if the observation space is limited by reducing the number of transmission beams to be formed, the number of code sequences used cannot be reduced. BS-type MIMO has the advantage that by limiting the observation space and reducing the number of transmission beams, the number of code sequences required to generate transmission signals can be reduced, and the calculation load in transmission processing can be reduced.
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、異なる符号系列を用いることで、送信ビーム間のアイソレーションを確保しているが、符号系列による符号変調では充分なアイソレーションを得られない場合がある。そこで、第2の実施形態では、送信ビームに異なる周波数を割り当てることで送信ビーム間のアイソレーションを確保するレーダシステムについて説明する。
(Second embodiment)
In the first embodiment, isolation between transmission beams is ensured by using different code sequences, but code modulation using code sequences may not provide sufficient isolation. Therefore, in the second embodiment, a radar system will be described in which isolation between transmission beams is ensured by assigning different frequencies to the transmission beams.
図7は、第2の実施形態のレーダシステムにおいて送信される信号の概要を示す図である。図7では、アレイアンテナのアンテナ素子番号と周波数と時間とのそれぞれの軸を組み合わせた3次元において送信信号が示されている。ある時刻のパルスにおいてアンテナ素子#1~#Nそれぞれから送信される信号は、送信ビームごとに割り当てられた異なる周波数帯域(f1,f2,…,fNt)の信号が合成された信号である。すなわち、第2の実施形態のレーダシステムでは、同一パルス内で周波数帯域が異なる複数の送信ビームを同時に送信する。第2の実施形態のレーダシステムでは、このような送信信号が順次送信される。
FIG. 7 is a diagram showing an overview of signals transmitted in the radar system of the second embodiment. In FIG. 7, the transmitted signal is shown in three dimensions, which is a combination of the antenna element number of the array antenna, frequency, and time axes. The signals transmitted from each of the
図8は、第2の実施形態における送信装置100Aの構成例を示す図である。送信装置100Aは、レーダシステムにおける送信側の装置として用いられる。送信装置100Aは、信号生成部1、周波数分割部2a、送信ビーム制御部3、ウェイト制御部4、信号合成部5、DAC6(6-1,6-2,…,6-N)、周波数変換器7(7-1,7-2,…,7-N)、HPA8(8-1,8-2,…,8-N)、及びN個のアンテナ素子10(10-1,10-2,…,10-N)を有するアレイアンテナを備える。第2の実施形態における送信装置100Aは、符号変調部2に代えて周波数分割部2aを備える点において、第1の実施形態における送信装置100と異なる。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a
周波数分割部2aは、送信ビーム間のアイソレーションを確保するために、送信ビームごとに割り当てられた異なる周波数帯域ごとに送信基準信号を分割して、Nt個の分割信号を生成する。図9は、第2の実施形態における周波数分割部2aが変調信号を生成する処理の一例を示す図である。周波数分割部2aは、信号生成部1から供給される送信基準信号に対してFFTを行い、送信基準信号を周波数軸の信号に変換する。周波数分割部2aは、Nt個の送信ビームそれぞれに割り当てられた分割帯域ごとに周波数軸の信号を帯域分割して、Nt個の分割帯域信号を生成する。周波数分割部2aは、分割帯域信号それぞれにおける分割帯域以外の帯域の成分を0埋めした後に逆FFTを行い、時間軸の信号を生成する。周波数分割部2aは、Nt個の時間軸の信号に対してパルス変調を行って変調信号を生成する。周波数分割部2aは、生成したNt個の変調信号をウェイト制御部4へ供給する。周波数分割部2aは、更に周波数変調を行い、変調信号としてチャープ信号を生成してもよい。
In order to ensure isolation between transmission beams, the
図10は、第2の実施形態における送受信装置200Aの構成例を示す図である。送受信装置200Aは、レーダシステムにおける受信側の装置として用いられる。送受信装置200Aは、信号生成部1、周波数分割部2a、送信ビーム制御部3、ウェイト制御部4、信号合成部5、DAC6(6-1,6-2,…,6-N)、周波数変換器7(7-1,7-2,…,7-N)、HPA8(8-1,8-2,…,8-N)、サーキュレータ9(9-1,9-2,…,9-N)、N個のアンテナ素子10(10-1,10-2,…,10-N)を有するアレイアンテナ、LNA11(11-1,11-2,…,11-N)、周波数変換器12(12-1,12-2,…,12-N)、ADC13(13-1,13-2,…,13-N)、周波数分割部14a、受信ビーム制御部15、受信ビーム形成部16、及び信号処理部17を備える。第2の実施形態における送受信装置200Aは、符号変調部2及び信号分離部14に代えて周波数分割部2a及び周波数分割部14aを備える点において、第1の実施形態における送受信装置200と異なる。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a transmitting/
周波数分割部14aは、各アンテナ素子10に対応するADC13から供給されるN個のディジタル信号それぞれを、各送信ビームに割り当てられた周波数帯域に周波数分離して(N×Nt)個の分割信号を生成する。周波数分割部14aは、生成した(N×Nt)個の分割信号を受信ビーム形成部16へ供給する。受信ビーム形成部16は、受信ビーム制御部15から供給される各受信ビームの複素ウェイトを用いて、送信ビームに割り当てられた周波数帯域ごとに受信ビーム信号を形成する。すなわち、受信ビーム形成部16は、送信ビームに割り当てられた周波数帯域ごとに、Nr個の受信ビーム信号を形成する。受信ビーム形成部16は、形成した(Nt×Nr)個の受信ビーム信号を信号処理部17へ供給する。
The frequency dividing unit 14a frequency-separates each of the N digital signals supplied from the
次に、送信装置100A及び送受信装置200Aにおいて行われる送信に係る処理を以下に定式化する。アレイアンテナが有するアンテナ素子10それぞれから送信される信号Xen(アンテナ素子の番号:n=1,2,…,N)は式(13)で与えられる。
Next, the processing related to transmission performed in the transmitting
式(14)における[kx,ky,kz]は、前述の式(3)で与えられる。また、式(14)において、Wanmは、m番目の送信ビームにおけるn番目のアンテナ素子に対するサイドローブ低減用のウェイトを示す。Wpnmは、m番目の送信ビームにおけるn番目のアンテナ素子に対するビーム指向方向を制御する複素ウェイトを示し、前述の式(4)で表現できる。 [kx, ky, kz] in equation (14) is given by equation (3) above. Furthermore, in Equation (14), Wanm represents a sidelobe reduction weight for the n-th antenna element in the m-th transmission beam. Wpnm indicates a complex weight that controls the beam pointing direction for the n-th antenna element in the m-th transmission beam, and can be expressed by the above equation (4).
式(14)におけるΔfm(m=1,2,…,Nt)は、各送信ビームに割り当てられる分割帯域の周波数に対応する。式(13)に示されるように、各アンテナ素子10では、送信ビームそれぞれに対応する信号が重畳(合成)された信号が送信される。第2の実施形態のレーダシステムでは、送信ビーム間のアイソレーションを周波数分割で確保していることになる。
Δfm (m=1, 2, . . . , Nt) in Equation (14) corresponds to the frequency of the divided band assigned to each transmission beam. As shown in equation (13), each
次に、送受信装置200においてにおいて行われる受信に係る処理を定式化する。各アンテナ素子10で受信される信号Xrnmは、式(15)となる。
Next, processing related to reception performed in the transmitting/
説明を簡単にするために目標が1つの場合を示したが、目標が複数ある場合は式(15)で示される信号Xrnmを目標数分加算することになる。周波数分割部14aは、式(15)で与えられる受信信号Xrnmに対する、キャリア周波数と各分割帯域Δfmとを用いて反射信号の周波数分離を行い、式(16)で表される分割信号Xrnm_divを得る。 To simplify the explanation, the case where there is one target is shown, but if there are multiple targets, the signal Xrnm shown by equation (15) is added for the number of targets. The frequency division unit 14a performs frequency separation of the reflected signal using the carrier frequency and each division band Δfm for the received signal Xrnm given by Equation (15), and obtains the divided signal Xrnm_div given by Equation (16). .
受信ビーム形成部16は、各受信ビームに対応する受信ビーム信号Yrmを式(17)のDBFによる演算で形成する。
The reception
信号処理部17は、式(17)で得られる受信ビーム信号を用いた信号処理により、目標を検出する。受信ビーム信号に対する信号処理により目標が検出され、目標を検出した受信ビーム信号の周波数が得られる。信号処理部17は、得られた周波数に対応する送信ビーム(T1~TNt)と、受信ビーム信号に対応する受信ビーム(R1~RNr)とのペアにより、観測領域の一部の領域を目標が位置する領域として同定できる。目標の概略位置を取得する目的であれば、同定された領域を示す目標情報が出力される。また、精度の高い目標の位置を取得する場合、送受信装置200Aは、第1の実施形態において説明したモノスタティック観測を行うことにより、目標の位置を取得し、取得した目標の位置を示す目標情報を出力する。
The
第2の実施形態のレーダシステムによれば、受信ビーム信号に含まれる高周波信号の成分(第1の送信信号)の周波数で特定される送信ビームの指向方向と、高周波信号の成分を含む受信ビームと指向方向の組み合わせにより目標が位置する領域を特定することができ、送信装置と受信装置との時刻同期を行わずとも目標の位置を特定できる。 According to the radar system of the second embodiment, the directivity of the transmission beam specified by the frequency of the high-frequency signal component (first transmission signal) included in the reception beam signal, and the reception beam containing the high-frequency signal component The area where the target is located can be specified by a combination of the pointing direction and the pointing direction, and the target position can be specified without time synchronization between the transmitting device and the receiving device.
(第3の実施形態)
第1及び第2の実施形態では、送信マルチビームを同時に形成して送信を行う送信装置100、100A及び送受信装置200、200Aを説明した。第3の実施形態では、送信ビームを形成する手法として、第1及び第2の実施形態と異なる手法を説明する。第3の実施形態では、観測空間を覆う複数の送信ビームを時分割に形成する。すなわち、送信ビーム間のアイソレーションは、符号系列又は周波数分割の一方と時分割との組み合わせにより確保される。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the transmitting
図11は、第3の実施形態のレーダシステムにおいて送信される信号の概要を示す図である。図11では、アレイアンテナのアンテナ素子番号と振幅と時間とのそれぞれの軸を組み合わせた3次元空間において送信信号が示されている。ある時刻のパルスにおいてアンテナ素子#1~#Nそれぞれから送信される信号は、パルスを時分割して送信ビーム(T1,T2,…,TNt)それぞれに対応するサブパルスを符号系列(b1,b2,…,bNt)で変調し、サブパルスごとに式(2)又は式(14)で用いられる送信ビーム形成用の複素ウェイトを用いて時分割に送信ビームを形成することで得られる。第3の実施形態のレーダシステムでは、このような送信信号が順次送信される。
FIG. 11 is a diagram showing an overview of signals transmitted in the radar system of the third embodiment. In FIG. 11, a transmission signal is shown in a three-dimensional space that combines the antenna element number of the array antenna, amplitude, and time axes. The signals transmitted from each of
図12は、第3の実施形態における送信装置100Bの構成例を示す図である。送信装置100Bは、レーダシステムにおける送信側の装置として用いられる。送信装置100Bは、信号生成部1、符号変調部2b、送信ビーム制御部3、ウェイト制御部4、信号合成部5、DAC6(6-1,6-2,…,6-N)、周波数変換器7(7-1,7-2,…,7-N)、HPA8(8-1,8-2,…,8-N)、及びN個のアンテナ素子10(10-1,10-2,…,10-N)を有するアレイアンテナを備える。第3の実施形態における送信装置100Bは、符号変調部2に代えて符号変調部2bを備える点において、第1の実施形態における送信装置100と異なる。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of a
符号変調部2bは、信号生成部1から供給される送信基準信号を送信ビームそれぞれに対応するサブパルスに分割し、サブパルスそれぞれに対してパルス変調を行う。符号変調部2bは、パルス変調したサブパルスに対し、形成するNt個の送信ビームごとに割り当てられた符号系列を用いた変調を行い、Nt個の変調信号を生成する。符号変調部2は、生成したNt個の変調信号を順にウェイト制御部4へ供給する。符号変調部2bは、パルス変調及び符号変調に加えて、サブパルスそれぞれに対して周波数変調を行ってもよい。周波数変調が行われる場合、変調信号はチャープ信号となる。符号変調部2bがNt個の変調信号を順にウェイト制御部4へ供給することにより、各送信ビームによる高周波信号の送信が時分割で順に行われる。
The
図13は、第3の実施形態における送受信装置200Bの構成例を示す図である。送受信装置200Bは、信号生成部1、符号変調部2b、送信ビーム制御部3、ウェイト制御部4、信号合成部5、DAC6(6-1,6-2,…,6-N)、周波数変換器7(7-1,7-2,…,7-N)、HPA8(8-1,8-2,…,8-N)、サーキュレータ9(9-1,9-2,…,9-N)、N個のアンテナ素子10(10-1,10-2,…,10-N)を有するアレイアンテナ、LNA11(11-1,11-2,…,11-N)、周波数変換器12(12-1,12-2,…,12-N)、ADC13(13-1,13-2,…,13-N)、信号分離部14、受信ビーム制御部15、受信ビーム形成部16、及び信号処理部17を備える。第3の実施形態における送受信装置200Bは、符号変調部2に代えて符号変調部2bを備える点において、第1の実施形態における送受信装置200と異なる。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a transmitting/
第3の実施形態における目標の検出及び3次元位置を同定する動作は、第1の実施形態における動作と同じであるので、その説明を省略する。第3の実施形態のレーダシステムによれば、1パルス幅を長くできる場合には、多数の送信ビームを時分割に形成でき、送信パルス間のアイソレーションを高く保つことができる。また、第3の実施形態のレーダシステムは、送信マルチビームの形成に要する回路を必要としないため、送信に係る回路の回路規模の増加を抑えつつ、送信側と受信側との装置の間で時刻同期を行わずに目標の位置を特定できる。 The operation of detecting a target and identifying the three-dimensional position in the third embodiment is the same as the operation in the first embodiment, so a description thereof will be omitted. According to the radar system of the third embodiment, if the width of one pulse can be made longer, a large number of transmission beams can be formed in a time-division manner, and isolation between transmission pulses can be kept high. In addition, since the radar system of the third embodiment does not require a circuit required for forming a transmission multi-beam, it is possible to suppress an increase in the circuit scale of the circuit related to transmission, and to maintain communication between the devices on the transmitting side and the receiving side. Target position can be determined without time synchronization.
図12及び図13において、送信ビームごとに異なる符号系列を用いて生成された高周波信号を時分割で送信する送信装置100B及び送受信装置200Bの構成例を示した。第2の実施形態におけるレーダシステムにおいても、送信ビームごとに異なる周波数を用いて生成された高周波信号を時分割で送信するように、送信装置100A及び送受信装置200Aを変更してもよい。送信ビームごとに時分割で送信を行う場合、周波数分割部2aが、送信基準信号から生成したNt個の変調信号を順にウェイト制御部4へ供給することにより、各送信ビームによる高周波信号の送信が時分割で順に行われる。
12 and 13 show configuration examples of a
図14は、第2の実施形態のレーダシステムにおいて送信を時分割に行う場合の概要を示す図である。図14では、アレイアンテナのアンテナ素子番号と振幅と時間とのそれぞれの軸を組み合わせた3次元空間において送信信号が示されている。ある時刻のパルスにおいてアンテナ素子#1~#Nそれぞれから送信される信号は、パルスを送信ビーム(T1,T2,…,TNt)それぞれに割り当てられた異なる周波数帯域(f1,f2,…,fNt)のサブパルスに周波数分割し、サブパルスそれぞれに対してパルス変調を行い、サブパルスごとに式(2)又は式(14)で用いられる送信ビーム形成用の複素ウェイトを用いて送信ビームを形成することで得られる。
FIG. 14 is a diagram illustrating an overview of time-division transmission in the radar system of the second embodiment. In FIG. 14, the transmitted signal is shown in a three-dimensional space that combines the antenna element number of the array antenna, amplitude, and time axes. Signals transmitted from each of
(変形例)
各実施形態におけるレーダシステムの構成を説明したが、以下のように変更を加えてもよい。第1及び第3の実施形態の送受信装置200、200Bでは、ADC13から供給されるN個のディジタル信号に対して、信号分離部14が高周波信号(送信信号)の成分を抽出した後に、受信ビーム形成部16が受信ビーム信号を形成する構成を説明した。しかし、信号分離部14と受信ビーム形成部16との動作順序を入れ替えてもよい。具体的には、受信ビーム形成部16が、ADC13から供給されるN個のディジタル信号から各受信ビームに対応する受信ビーム信号を生成し、信号分離部14が、各受信ビーム信号に対して符号系列との相関処理を行い、各受信ビーム信号に含まれる高周波信号(第1の送信信号)の成分を抽出してもよい。
(Modified example)
Although the configuration of the radar system in each embodiment has been described, the following changes may be made. In the transmitting/receiving
また、第2の実施形態の送受信装置200Aにおいても、周波数分割部14aと受信ビーム形成部16との動作順序を入れ替えてもよい。具体的には、受信ビーム形成部16が、ADC13から供給されるN個のディジタル信号から各受信ビームに対応する受信ビーム信号を生成し、周波数分割部14aが、各受信ビーム信号に対して分割帯域ごとの分割信号に分割することで、各受信ビーム信号に含まれる高周波信号(第1の送信信号)の成分を抽出してもよい。
Further, in the transmitting/
また、第1~第3の実施形態のレーダシステムにおいて、送信側の装置として送信装置100、100A、100Bを用いる構成例を説明したが、送受信装置200、200A、200Bを送信側の装置として用いてもよい。
Furthermore, in the radar systems of the first to third embodiments, the configuration example in which the transmitting
また、第1~第3の実施形態のレーダシステムにおける送信装置100、100A、100Bがアレイアンテナを送信アンテナとして備える構成について説明したが、送信装置100、100A、100Bは、送信ビームを形成できる他のアンテナをアレイアンテナに代えて送信アンテナとして備えてもよい。例えば、誘導体レンズを用いたレンズアンテナや、ホーンアンテナ、パラボラアンテナを送信ビーム数分備えたり、ルーネベルクレンズ、フォスタースキャナ、イーグルスキャナ式のアンテナなどの機械式ビーム走査アンテナを備えたりしてもよい。
Further, although the configuration has been described in which the transmitting
上記の実施形態における送信装置及び送受信装置は、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、送信基準信号の生成、送信基準信号から合成信号を生成する処理、ADC13から供給されるディジタル信号から受信ビーム信号を生成する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、送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、送信装置及び送受信装置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 transmitting device and the transmitting/receiving device in the above embodiments include a CPU (Central Processing Unit), a memory, an auxiliary storage device, etc. connected via a bus, and the CPU executes a program to generate a transmission reference signal and to generate a transmission reference signal. Processing to generate a composite signal from the signals and processing to generate a reception beam signal from the digital signal supplied from the
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、高周波信号の成分(第1の送信信号)が抽出された際に用いた符号系列と、高周波信号の成分が抽出された受信ビーム信号に対応する受信ビームとの組み合わせに基づいて、高周波信号を反射した物体の位置を特定する信号処理部を持つことにより、符号系列で特定される送信ビームの指向方向と、受信ビームと指向方向との組み合わせにより目標が位置する領域を特定することができ、送信装置と受信装置との時刻同期を行わずとも目標の位置を特定できる。 According to at least one embodiment described above, the code sequence used when the high-frequency signal component (first transmission signal) is extracted and the received beam signal corresponding to the received beam signal from which the high-frequency signal component is extracted. By having a signal processing unit that identifies the position of the object that reflected the high-frequency signal based on the combination with the beam, the target can be determined based on the combination of the transmitting beam direction specified by the code sequence and the receiving beam and the pointing direction. It is possible to specify the area where the target is located, and the position of the target can be specified without time synchronization between the transmitting device and the receiving device.
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。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are 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, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1…信号生成部、2,2b…符号変調部、2a…周波数分割部、3…送信ビーム制御部、4…ウェイト制御部、5…信号合成部、6…DAC、7…周波数変換器、8…HAP、9…サーキュレータ、10…アンテナ素子、11…LNA、12…周波数変換器、13…ADC、14…信号分離部、14a…周波数分割部、15…受信ビーム制御部、16…受信ビーム形成部、17…信号処理部、100,100A,100B…送信装置、200,200A,200B…送受信装置
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1の送信装置は、
送信アンテナと、
前記送信アンテナで形成され異なる方向に向けた複数の送信ビームそれぞれで送信される第1の送信信号であって、前記送信ビームごとに異なる符号系列を用いた第1の送信信号を生成する信号合成部と、
前記送信ビームごとの第1の送信信号を前記送信アンテナから送信する送信部と、を備え、
前記受信装置は、
複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナと、
前記複数のアンテナ素子それぞれで受信した第1の受信信号から前記異なる符号系列を用いて前記第1の送信信号を抽出する信号分離部と、
前記アレイアンテナで形成され、指向方向が異なる複数の受信ビームに応じた第1の受信ウェイトを用いて、異なる符号系列の送信ビームごとに、前記指向方向が異なる複数の受信ビームそれぞれの受信ビーム信号を生成する受信ビーム形成部と、
前記第1の送信信号を含む前記受信ビーム信号ごとに、CFAR処理によって物体を検出した前記受信ビームの指向方向を特定し、前記送信ビームの指向方向を前記符号系列から特定し、前記第1の送信装置及び前記受信装置の位置と、前記送信ビームの指向方向と、前記受信ビームの指向方向とに基づいて、前記第1の送信信号を反射した物体の位置を特定する信号処理部と、を備える、
レーダシステム。 A radar system comprising a first transmitting device and a receiving device,
The first transmitting device includes:
a transmitting antenna;
signal synthesis for generating a first transmission signal that is transmitted by each of a plurality of transmission beams formed by the transmission antenna and directed in different directions, the first transmission signal using a different code sequence for each transmission beam; Department and
a transmitter that transmits a first transmission signal for each of the transmission beams from the transmission antenna,
The receiving device includes:
an array antenna having a plurality of antenna elements;
a signal separation unit that extracts the first transmission signal from the first reception signal received by each of the plurality of antenna elements using the different code sequence;
Using a first reception weight corresponding to a plurality of reception beams formed by the array antenna and having different pointing directions , receive beam signals of the plurality of reception beams having different pointing directions are generated for each transmission beam of a different code sequence. a receive beamformer that generates
For each of the reception beam signals including the first transmission signal, specify the pointing direction of the reception beam in which an object has been detected by CFAR processing, specify the pointing direction of the transmission beam from the code sequence, a signal processing unit that identifies the position of the object that reflected the first transmission signal based on the positions of the transmitting device and the receiving device, the pointing direction of the transmitting beam, and the pointing direction of the receiving beam; prepare,
radar system.
前記第1の送信装置は、
送信アンテナと、
前記送信アンテナで形成され異なる方向に向けた複数の送信ビームそれぞれで送信される第1の送信信号であって、前記送信ビームごとに異なる符号系列を用いた第1の送信信号を生成する信号合成部と、
前記送信ビームごとの第1の送信信号を前記送信アンテナから送信する送信部と、を備え、
前記受信装置は、
複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナで形成され、指向方向が異なる複数の受信ビームに応じた第1の受信ウェイトを用いて、異なる符号系列の送信ビームごとに、前記指向方向が異なる複数の受信ビームそれぞれの受信ビーム信号を生成する受信ビーム形成部と、
前記受信ビーム信号それぞれから前記異なる符号系列を用いて前記第1の送信信号を抽出する信号分離部と、
前記第1の送信信号を含む前記受信ビーム信号ごとに、CFAR処理によって物体を検出した前記受信ビームの指向方向を特定し、前記送信ビームの指向方向を前記符号系列から特定し、前記第1の送信装置及び前記受信装置の位置と、前記送信ビームの指向方向と、前記受信ビームの指向方向とに基づいて、前記第1の送信信号を反射した物体の位置を特定する信号処理部と、を備える、
レーダシステム。 A radar system comprising a first transmitting device and a receiving device,
The first transmitting device includes:
a transmitting antenna;
signal synthesis for generating a first transmission signal that is transmitted by each of a plurality of transmission beams formed by the transmission antenna and directed in different directions, the first transmission signal using a different code sequence for each transmission beam; Department and
a transmitter that transmits a first transmission signal for each of the transmission beams from the transmission antenna,
The receiving device includes:
an array antenna having a plurality of antenna elements;
Using a first reception weight corresponding to a plurality of reception beams formed by the array antenna and having different pointing directions, receive beam signals of the plurality of reception beams having different pointing directions are generated for each transmission beam of a different code sequence. a receive beamformer that generates
a signal separation unit that extracts the first transmission signal from each of the received beam signals using the different code sequences;
For each of the reception beam signals including the first transmission signal, specify the pointing direction of the reception beam in which an object has been detected by CFAR processing, specify the pointing direction of the transmission beam from the code sequence, a signal processing unit that identifies the position of the object that reflected the first transmission signal based on the positions of the transmitting device and the receiving device, the pointing direction of the transmitting beam, and the pointing direction of the receiving beam; prepare,
radar system.
前記第1の送信装置は、
送信アンテナと、
前記送信アンテナで形成され異なる方向に向けた複数の送信ビームそれぞれで送信される第1の送信信号であって、前記送信ビームごとに異なる周波数を用いた第1の送信信号を生成する信号合成部と、
前記送信ビームごとの第1の送信信号を前記送信アンテナから送信する送信部と、を備え、
前記受信装置は、
複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナと、
前記複数のアンテナ素子それぞれで受信した第1の受信信号を前記異なる周波数ごとの分割信号に分割する周波数分割部と、
前記アレイアンテナで形成され、指向方向が異なる複数の受信ビームに応じた第1の受信ウェイトを用いて、異なる周波数の送信ビームごとに、前記指向方向が異なる複数の受信ビームそれぞれの受信ビーム信号を生成する受信ビーム形成部と、
前記第1の送信信号を含む前記受信ビーム信号ごとに、CFAR処理によって物体を検出した前記受信ビームの指向方向を特定し、前記送信ビームの指向方向を前記周波数から特定し、前記第1の送信装置及び前記受信装置の位置と、前記送信ビームの指向方向と、前記受信ビームの指向方向とに基づいて、前記第1の送信信号を反射した物体の位置を特定する信号処理部と、を備える、
レーダシステム。 A radar system comprising a first transmitting device and a receiving device,
The first transmitting device includes:
a transmitting antenna;
a signal combining unit that generates a first transmission signal that is transmitted by each of a plurality of transmission beams formed by the transmission antenna and directed in different directions, the first transmission signal using a different frequency for each transmission beam; and,
a transmitter that transmits a first transmission signal for each of the transmission beams from the transmission antenna,
The receiving device includes:
an array antenna having a plurality of antenna elements;
a frequency division unit that divides the first received signal received by each of the plurality of antenna elements into divided signals for each of the different frequencies;
Using a first reception weight corresponding to a plurality of reception beams formed by the array antenna and having different directivity directions , receive beam signals of the plurality of reception beams having different directivity directions are determined for each transmission beam of a different frequency. a receiving beam forming unit that generates a beam;
For each of the reception beam signals including the first transmission signal, specify the pointing direction of the reception beam in which an object has been detected by CFAR processing, specify the pointing direction of the transmission beam from the frequency, and perform the first transmission. a signal processing unit that identifies the position of the object that reflected the first transmission signal based on the positions of the device and the receiving device, the pointing direction of the transmitting beam, and the pointing direction of the receiving beam. ,
radar system.
前記第1の送信装置は、
送信アンテナと、
前記送信アンテナで形成され異なる方向に向けた複数の送信ビームそれぞれで送信される第1の送信信号であって、前記送信ビームごとに異なる周波数を用いた第1の送信信号を生成する信号合成部と、
前記送信ビームごとの第1の送信信号を前記送信アンテナから送信する送信部と、を備え、
前記受信装置は、
複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナで形成され、指向方向が異なる複数の受信ビームに応じた第1の受信ウェイトを用いて、異なる周波数の送信ビームごとに、前記指向方向が異なる複数の受信ビームそれぞれの受信ビーム信号を生成する受信ビーム形成部と、
前記受信ビーム信号それぞれを前記異なる周波数ごとの分割信号に分割する周波数分割部と、
前記第1の送信信号を含む分割信号に対応する前記受信ビーム信号ごとに、CFAR処理によって物体を検出した前記受信ビームの指向方向を特定し、前記送信ビームの指向方向を前記周波数から特定し、前記第1の送信装置及び前記受信装置の位置と、前記送信ビームの指向方向と、前記受信ビームの指向方向とに基づいて、前記第1の送信信号を反射した物体の位置を特定する信号処理部と、を備える、
レーダシステム。 A radar system comprising a first transmitting device and a receiving device,
The first transmitting device includes:
a transmitting antenna;
a signal combining unit that generates a first transmission signal that is transmitted by each of a plurality of transmission beams formed by the transmission antenna and directed in different directions, the first transmission signal using a different frequency for each transmission beam; and,
a transmitter that transmits a first transmission signal for each of the transmission beams from the transmission antenna,
The receiving device includes:
an array antenna having a plurality of antenna elements;
Using a first reception weight corresponding to a plurality of reception beams formed by the array antenna and having different directivity directions , receive beam signals of the plurality of reception beams having different directivity directions are determined for each transmission beam of a different frequency. a receiving beam forming unit that generates a beam;
a frequency dividing unit that divides each of the received beam signals into divided signals for each of the different frequencies;
For each of the receiving beam signals corresponding to the divided signals including the first transmitting signal, specifying the pointing direction of the receiving beam in which an object has been detected by CFAR processing, specifying the pointing direction of the transmitting beam from the frequency, signal processing for identifying the position of an object that reflected the first transmission signal based on the positions of the first transmitting device and the receiving device, the pointing direction of the transmitting beam, and the pointing direction of the receiving beam; comprising a section and a
radar system.
前記受信ビーム形成部は、前記信号処理部により特定された物体の位置に向けた、指向方向が異なる複数の第2の受信ビームに応じた第2の受信ウェイトを用いて、異なる符号系列の第2の送信ビームごとに、前記指向方向が異なる複数の第2の受信ビームそれぞれの第2の受信ビーム信号を生成し、
前記信号処理部は、前記受信ビーム信号に対して前記CFAR処理に用いたしきい値より小さいしきい値を用いて、前記第2の受信ビーム信号ごとに、前記CFAR処理によって前記物体を検出し、前記物体を検出した前記第2の受信ビームの指向方向を特定し、前記第2の送信ビームの指向方向を前記符号系列から特定し、前記第2の送信装置及び前記受信装置の位置と、前記第2の送信ビームの指向方向と、前記第2の受信ビームの指向方向とに基づいて、前記第2の送信信号を反射した前記物体の位置を特定する、
請求項1又は請求項2のレーダシステム。 comprising a second transmitting device that transmits a second transmission signal with a second transmission beam directed toward the position of the object specified by the signal processing unit,
The reception beam forming unit is configured to generate a second reception beam of a different code sequence using a second reception weight according to a plurality of second reception beams having different pointing directions and directed toward the position of the object specified by the signal processing unit. generating second reception beam signals for each of the plurality of second reception beams having different pointing directions for each of the two transmission beams;
The signal processing unit detects the object by the CFAR processing for each of the second receiving beam signals using a threshold smaller than the threshold used for the CFAR processing for the receiving beam signal, specifying the pointing direction of the second receiving beam that has detected the object; specifying the pointing direction of the second transmitting beam from the code sequence; and determining the positions of the second transmitting device and the receiving device; identifying the position of the object that reflected the second transmission signal based on the directional direction of the second transmission beam and the directional direction of the second reception beam;
The radar system according to claim 1 or claim 2 .
前記受信ビーム形成部は、前記信号処理部により特定された物体の位置に向けた、指向方向が異なる複数の第2の受信ビームに応じた第2の受信ウェイトを用いて、異なる周波数の第2の送信ビームごとに、前記指向方向が異なる複数の第2の受信ビームそれぞれの第2の受信ビーム信号を生成し、
前記信号処理部は、前記受信ビーム信号に対して前記CFAR処理に用いたしきい値より小さいしきい値を用いて、前記第2の受信ビーム信号ごとに、前記CFAR処理によって前記物体を検出し、前記物体を検出した前記第2の受信ビームの指向方向を特定し、前記第2の送信ビームの指向方向を前記周波数から特定し、前記第2の送信装置及び前記受信装置の位置と、前記第2の送信ビームの指向方向と、前記第2の受信ビームの指向方向とに基づいて、前記第2の送信信号を反射した前記物体の位置を特定する、
請求項3又は請求項4のレーダシステム。 comprising a second transmitting device that transmits a second transmission signal with a second transmission beam directed toward the position of the object specified by the signal processing unit,
The reception beam forming unit generates second reception beams of different frequencies using a second reception weight according to a plurality of second reception beams having different pointing directions and directed to the position of the object specified by the signal processing unit. generating a second receiving beam signal for each of the plurality of second receiving beams having different pointing directions for each transmitting beam;
The signal processing unit detects the object by the CFAR processing for each of the second receiving beam signals using a threshold smaller than the threshold used for the CFAR processing for the receiving beam signal, The pointing direction of the second receiving beam that detected the object is specified, the pointing direction of the second transmitting beam is specified from the frequency, and the positions of the second transmitting device and the receiving device are determined. identifying the position of the object that reflected the second transmission signal based on the directional direction of the second transmission beam and the directional direction of the second reception beam;
The radar system according to claim 3 or claim 4 .
請求項5又は請求項6のレーダシステム。 The second transmitting device determines an interval for transmitting the second transmission signal according to a distance to a position of the object specified by the signal processing unit.
The radar system according to claim 5 or claim 6 .
請求項5から請求項7のいずれか一項のレーダシステム。 The second transmitting device and the receiving device are formed as one device,
The radar system according to any one of claims 5 to 7 .
請求項1から請求項8のいずれか一項のレーダシステム。 The transmitter transmits a first transmit signal for each transmit beam from the transmit antenna in a time-division manner.
The radar system according to any one of claims 1 to 8 .
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US20120299773A1 (en) | 2011-05-23 | 2012-11-29 | Sony Coropration | Beam forming device and method |
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Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02162283A (en) * | 1988-12-16 | 1990-06-21 | Mitsubishi Electric Corp | Digital beam forming radar |
JPH0926474A (en) * | 1995-07-13 | 1997-01-28 | Toshiba Corp | Radar system |
JP3325219B2 (en) * | 1998-02-20 | 2002-09-17 | 三菱電機株式会社 | Multi-static radar device |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120299773A1 (en) | 2011-05-23 | 2012-11-29 | Sony Coropration | Beam forming device and method |
JP2016090431A (en) | 2014-11-06 | 2016-05-23 | 株式会社東芝 | Radar system and radar signal processing method |
JP2020150353A (en) | 2019-03-12 | 2020-09-17 | 株式会社東芝 | Antenna system |
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