JP7446548B2 - 信号処理装置、信号処理方法及びレーダ装置 - Google Patents

Description

本開示は、信号処理装置、信号処理方法及びレーダ装置に関するものである。

例えば、セキュリティチェックが必要な場所に配置され、検査対象である被写体が所持している禁制品を検出するレーダ装置（以下「従来のレーダ装置」という）がある。
従来のレーダ装置の中には、例えば、ミリ波帯の電波を検査対象に向けて送信したのち、被写体による反射後の電波である反射波を受信し、反射波の受信信号に基づいて、被写体の３次元レーダ画像を生成するレーダ装置がある（例えば、非特許文献１を参照）。
非特許文献１に開示されているレーダ装置は、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを備えている。当該レーダ装置は、複数の送信アンテナのうち、電波を送信する送信アンテナを時分割で切り替えるＴＤＭ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式を採用している。また、当該レーダ装置は、複数の送信アンテナから送信された電波についての反射波の受信信号をコヒーレントに加算することで、３次元レーダ画像の分解能を高めている。

Ｒｏｎｇｑｉａｎｇ Ｚｈｕ，Ｊｉａｎｘｉｏｎｇ Ｚｈｏｕ，Ｌｅｉ Ｚｈａｏ，ａｎｄ Ｑｉａｎｇ Ｆｕ，"Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｄｏｍａｉｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｈｏｒｔ－ｒａｎｇｅ ＭＩＭＯ－ＳＡＲ ｉｍａｇｉｎｇ，" ｉｎ Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ’ｌ Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｒａｄａｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｂｅｌｆａｓｔ，ＵＫ，Ｏｃｔ．２０１７，ｐｐ．１－４．

非特許文献１に開示されているレーダ装置は、送信アンテナを切り替えている間に検査対象が移動してしまうと、反射波を受信した際のそれぞれの送信アンテナと検査対象とのアジマス方向の相対位置が互いに異なるため、反射波の受信信号をコヒーレントに加算することができない。反射波の受信信号をコヒーレントに加算することができなければ、当該レーダ装置により生成される３次元レーダ画像にぼけが発生することがある。したがって、当該レーダ装置は、送信アンテナを切り替えている間に移動してしまうものについては、検査対象とすることができないという課題があった。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、検査対象が移動している状態で、検査対象の３次元レーダ画像を生成することができる信号処理装置及び信号処理方法を得ることを目的とする。

本開示に係る信号処理装置は、レーダプラットフォーム上に一列に並んでいる複数の送信アンテナのそれぞれから、レーダプラットフォームと相対的に移動する検査対象に向けて電波が送信されたのち、レーダプラットフォーム上に、複数の送信アンテナの設置位置と異なる設置位置に一列に並んでいる複数の受信アンテナのそれぞれによって検査対象からの電波の反射波が受信され、反射波の受信信号から生成されたビート信号を取得するビート信号取得部を備えている。また、信号処理装置は、ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を４次元波数空間の信号に変換し、それぞれの４次元波数空間の信号を出力する信号変換部と、信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている、複数の送信アンテナの設置位置と複数の受信アンテナの設置位置との相違に係る位相誤差を解消する位相誤差解消部と、位相誤差解消部による位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号から、検査対象の３次元レーダ画像を生成する画像生成部とを備えている。
複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナのそれぞれは、検査対象のアジマス方向及びレーダプラットフォームにおけるアンテナ設置面の垂直方向のそれぞれと直交する方向に一列に並んでおり、かつ、複数の送信アンテナにおけるアジマス方向の設置位置と複数の受信アンテナにおけるアジマス方向の設置位置とが異なっており、信号変換部は、ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を、４次元波数空間の信号として、電波の波数の次元と、アジマス方向の空間波数の次元と、複数の送信アンテナが並んでいる方向の空間波数の次元と、複数の受信アンテナが並んでいる方向の空間波数の次元とを有する信号に変換する。
また、本開示に係る信号処理装置は、レーダプラットフォーム上に一列に並んでいる複数の送信アンテナのそれぞれから、レーダプラットフォームと相対的に移動する検査対象に向けて電波が送信されたのち、レーダプラットフォーム上に、複数の送信アンテナの設置位置と異なる設置位置に一列に並んでいる複数の受信アンテナのそれぞれによって検査対象からの電波の反射波が受信され、反射波の受信信号から生成されたビート信号を取得するビート信号取得部を備えている。また、信号処理装置は、ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を４次元波数空間の信号に変換し、それぞれの４次元波数空間の信号を出力する信号変換部と、信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている、複数の送信アンテナの設置位置と複数の受信アンテナの設置位置との相違に係る位相誤差を解消する位相誤差解消部と、位相誤差解消部による位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号から、検査対象の３次元レーダ画像を生成する画像生成部とを備え、位相誤差解消部は、信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている位相誤差をテーラー展開によって近似する。

本開示によれば、検査対象が移動している状態で、検査対象の３次元レーダ画像を生成することができる。

実施の形態１に係る信号処理装置１３を含むレーダ装置を示す構成図である。 実施の形態１に係る信号処理装置１３を示す構成図である。 実施の形態１に係る信号処理装置１３のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 信号処理装置１３が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。 位相制御部２２－ｍによる初期位相設定後の送信信号の一例を示す説明図である。 送信アンテナ３１－１～３１－Ｍの設置位置及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎの設置位置と、検査対象であるターゲットの位置との関係を示す説明図である。 アンテナの水平指向性とターゲットとの位置関係を示す模式図である。 ＤＤＭ－ＭＩＭＯ方式によって、波数領域で送信信号が分離される様子を示す模式図である。 送信信号分離前の仮想的な２次元アンテナ配置を示す模式図である。 送信信号分離後の仮想的な２次元アンテナ配置を示す模式図である。 ＴＤＭ－ＭＩＭＯ方式で変調された電波を示す説明図である。 ＴＤＭ－ＭＩＭＯ方式により生成される、仮想的な２次元アンテナ配置を示す模式図である。 実施の形態１に係る信号処理装置１３の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。 送信アンテナ３１－１～３１－４及び受信アンテナ４１－１～４１－１６と、ターゲッとの位置関係を示す模式図である。 送信アンテナ３１－１～３１－４及び受信アンテナ４１－１～４１－１６におけるそれぞれの配置を示すアンテナ配置図である。 ｚ座標の位置が０である点ターゲットのｘｙ平面における再生画像を示す説明図である。 実施の形態２に係る信号処理装置１３の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る信号処理装置１３の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。 複数の基板のそれぞれに実装されている、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍの設置位置及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎの設置位置と、検査対象であるターゲットの位置との関係を示す説明図である。 位相制御部２２－ｍによる初期位相設定後の送信信号の一例を示す説明図である。 実施の形態４に係る信号処理装置１３の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る信号処理装置１３を含むレーダ装置を示す構成図である。
図２は、実施の形態１に係る信号処理装置１３を示す構成図である。
図３は、実施の形態１に係る信号処理装置１３のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図１に示すレーダ装置は、レーダ信号処理器１、送信信号生成器２、送信機３、受信機４、ビート信号生成器５及びアナログデジタル（以下「Ａ／Ｄ」という）変換器６を備えている。

図１に示すレーダ装置は、送信電波の周波数を連続的に変調するＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式のレーダ装置であるものとして説明する。しかしながら、実施の形態１に係るレーダ装置は、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置に限るものではなく、例えば、送信電波がパルスであるレーダ装置であってもよいし、送信電波の周波数を段階的に変調するＳＦＣＷ（Ｓｔｅｐｐｄｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式のレーダ装置であってもよい。ＦＭＣＷ方式のレーダ装置、送信電波がパルスであるレーダ装置及びＳＦＣＷ方式のレーダ装置のいずれであっても、前処理によって、反射波の受信信号を後述する式（１６）の形に帰着することができる。

レーダ信号処理器１は、制御部１１、データ記憶部１２及び信号処理装置１３を備えている。
制御部１１は、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）制御信号、送信制御信号及び位相制御信号のそれぞれを送信信号生成器２に出力することで、送信信号生成器２の動作タイミング等を制御する。
制御部１１は、Ａ／Ｄ制御信号をＡ／Ｄ変換器６に出力することで、Ａ／Ｄ変換器６の動作タイミング等を制御する。
制御部１１は、信号処理制御信号を信号処理装置１３に出力することで、信号処理装置１３の動作タイミング等を制御する。

データ記憶部１２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、あるいは、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）によって実現される。
データ記憶部１２は、Ａ／Ｄ変換器６から出力されたデジタルデータを記憶する。

信号処理装置１３は、図２に示すように、ビート信号取得部７１、信号変換部７２、位相誤差解消部７３及び画像生成部７４を備えている。
信号処理装置１３は、データ記憶部１２に記憶されているデジタルデータに基づいて、検査対象の３次元レーダ画像を再生する。検査対象は、レーダプラットフォームと相対的に移動するものである。レーダプラットフォームは、送信機３及び受信機４のそれぞれを実装している。

送信信号生成器２は、ＶＣＯ２１、位相制御部２２－１～２２－Ｍ及びパワーアンプ２３－１～２３－Ｍを備えている。Ｍは、２以上の整数である。
ＶＣＯ２１は、制御部１１から出力されたＶＣＯ制御信号に基づいて、時間の経過に伴って周波数が変化する送信信号を生成する。
ＶＣＯ２１は、送信信号を位相制御部２２－１～２２－Ｍ及び後述する分配回路５２のそれぞれに出力する。

位相制御部２２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、制御部１１から出力された位相制御信号に基づいて、ＶＣＯ２１により生成された送信信号の初期位相を設定し、初期位相設定後の送信信号をパワーアンプ２３－ｍに出力する。
位相制御部２２－１～２２－Ｍのそれぞれにより設定される初期位相は、互いに異なっている。
パワーアンプ２３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、制御部１１から出力された送信制御信号が示す増幅率で、位相制御部２２－ｍから出力された初期位相設定後の送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を送信アンテナ３１－ｍに出力する。

送信機３は、Ｍ個の送信アンテナ３１－１～３１－Ｍを備えている。
送信アンテナ３１－１～３１－Ｍのそれぞれは、検査対象のアジマス方向及びレーダプラットフォームにおけるアンテナ設置面の垂直方向のそれぞれと直交する方向に一列に並んでいる。
ここでは、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍのそれぞれが、直交する方向に一直線上に並んでいるものを想定している。ただし、「直交する方向に一列に並んでいる」とは、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍのそれぞれが、一直線上に厳密に並んでいるものに限るものではなく、実用上問題のない範囲内で、一直線上にからずれて並んでいるものも含む概念である。
送信アンテナ３１－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、パワーアンプ２３－ｍから出力された増幅後の送信信号に係る電波を検査対象に向けて送信する。送信信号に係る電波は、例えば、ミリ波帯の電波である。ミリ波帯の電波は、人の服装を透過するという性質と、人に対する放射量が小さいという性質とを有している。レーダ装置がミリ波帯の電波を送信することで、金属製の禁制品及び非属製の禁制品のそれぞれを検出することが可能である。ただし、レーダ装置が送信する電波は、ミリ波帯の電波に限るものではなく、ミリ波帯以外の電波であってもよい。禁制品としては、例えば、ナイフ、又は、銃器がある。

受信機４は、Ｎ個の受信アンテナ４１－１～４１－Ｎを備えている。Ｎは、２以上の整数である。
受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれは、検査対象のアジマス方向及びレーダプラットフォームにおけるアンテナ設置面の垂直方向のそれぞれと直交する方向に一列に並んでいる。
ここでは、受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれが、直交する方向に一直線上に並んでいるものを想定している。ただし、「直交する方向に一列に並んでいる」とは、受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれが、一直線上に厳密に並んでいるものに限るものではなく、実用上問題のない範囲内で、一直線上にからずれて並んでいるものも含む概念である。
受信アンテナ４１－１～４１－Ｎにおけるそれぞれのアジマス方向の設置位置は、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍにおけるそれぞれのアジマス方向の設置位置と異なっている。
受信アンテナ４１－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、検査対象による反射後の電波である反射波を受信し、反射波の受信信号をビート信号生成器５の低雑音増幅器（以下「ＬＮＡ」という）５１－ｎに出力する。

ビート信号生成器５は、ＬＮＡ５１－１～５１－Ｎ、分配回路５２、ミキサ５３－１～５３－Ｎ及びフィルタリング回路５４を備えている。
ＬＮＡ５１－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、受信アンテナ４１－ｎから出力された反射波の受信信号を増幅し、増幅後の受信信号をミキサ５３－ｎに出力する。
分配回路５２は、ＶＣＯ２１により生成された送信信号をＮ個に分配し、分配後のそれぞれの送信信号をミキサ５３－ｎに出力する。

ミキサ５３－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、ＬＮＡ５１－ｎから出力された受信信号に、分配回路５２から出力された分配後の送信信号を乗算することで、ビート信号を生成し、ビート信号をフィルタリング回路５４に出力する。
フィルタリング回路５４は、例えば、帯域通過フィルタ（以下「ＢＰＦ」という）及びアンプによって実現される。
フィルタリング回路５４は、ミキサ５３－ｎから出力されたビート信号に対するフィルタリング処理を実施し、フィルタリング処理後のビート信号をＡ／Ｄ変換回路６１－ｎに出力する。ＢＰＦによって、ビート信号に対するフィルタリング処理が行われることで、ビート信号に含まれている、レーダの検知に不要な低い周波数成分と高い周波数成分とが抑圧される。

Ａ／Ｄ変換器６は、Ｎ個のＡ／Ｄ変換回路６１－１～６１－Ｎを備えている。
Ａ／Ｄ変換回路６１－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、制御部１１から出力されたＡ／Ｄ制御信号に従って、フィルタリング回路５４から出力されたフィルタリング処理後のそれぞれのビート信号の電圧値をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後の信号であるデジタルデータを信号処理装置１３のデータ記憶部１２に出力する。Ａ／Ｄ変換回路６１－ｎは、Ａ／Ｄ制御信号によって動作タイミングが制御されることで、所望のサンプリング周波数及び所望のサンプリング点数で、ビート信号の電圧値をＡ／Ｄ変換する。

ビート信号取得部７１は、例えば、図３に示すビート信号取得回路８１によって実現される。
ビート信号取得部７１は、反射波の受信信号から生成されたＮ個のビート信号として、データ記憶部１２に記憶されているＮ個のデジタルデータを取得する。
ビート信号取得部７１は、Ｎ個のデジタルデータを信号変換部７２に出力する。

信号変換部７２は、例えば、図３に示す信号変換回路８２によって実現される。
信号変換部７２は、ビート信号取得部７１により取得されたそれぞれのビート信号を４次元波数空間の信号に変換する。
即ち、信号変換部７２は、それぞれのビート信号を、４次元波数空間の信号として、電波の波数の次元と、アジマス方向の空間波数の次元と、Ｍ個の送信アンテナ３１－１～３１－Ｍが並んでいる方向の空間波数の次元と、Ｎ個の受信アンテナ４１－１～４１－Ｎが並んでいる方向の空間波数の次元とを有する信号に変換する。
信号変換部７２は、それぞれの４次元波数空間の信号を位相誤差解消部７３に出力する。

位相誤差解消部７３は、例えば、図３に示す位相誤差解消回路８３によって実現される。
位相誤差解消部７３は、信号変換部７２から、それぞれの４次元波数空間の信号を取得する。
位相誤差解消部７３は、それぞれの４次元波数空間の信号に含まれている、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍの設置位置と受信アンテナ４１－１～４１－Ｎの設置位置との相違に係る位相誤差を解消する。
位相誤差解消部７３は、位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号を画像生成部７４に出力する。

画像生成部７４は、例えば、図３に示す画像生成回路８４によって実現される。
画像生成部７４は、位相誤差解消部７３から、位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号を取得する。
画像生成部７４は、位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号から、検査対象の３次元レーダ画像を生成する。

図２では、信号処理装置１３の構成要素であるビート信号取得部７１、信号変換部７２、位相誤差解消部７３及び画像生成部７４のそれぞれが、図３に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、信号処理装置１３が、ビート信号取得回路８１、信号変換回路８２、位相誤差解消回路８３及び画像生成回路８４によって実現されるものを想定している。
ビート信号取得回路８１、信号変換回路８２、位相誤差解消回路８３及び画像生成回路８４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

信号処理装置１３の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、信号処理装置１３が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。

図４は、信号処理装置１３が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
信号処理装置１３が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、ビート信号取得部７１、信号変換部７２、位相誤差解消部７３及び画像生成部７４におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ９１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ９２がメモリ９１に格納されているプログラムを実行する。

また、図３では、信号処理装置１３の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図４では、信号処理装置１３がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、信号処理装置１３における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。

次に、図１に示すレーダ装置の動作について説明する。
送信信号生成器２のＶＣＯ２１は、制御部１１から出力されたＶＣＯ制御信号に基づいて、時間の経過に伴って周波数が変化する送信信号を生成する。時間の経過に伴って周波数が変化する送信信号は、時間の経過に伴って周波数が上昇するアップチャープ信号であってもよいし、時間の経過に伴って周波数が下降するダウンチャープ信号であってもよい。
ＶＣＯ２１は、送信信号を位相制御部２２－１～２２－Ｍ及び分配回路５２のそれぞれに出力する。

位相制御部２２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、ＶＣＯ２１から、送信信号を取得する。
位相制御部２２－ｍは、制御部１１から出力された位相制御信号に基づいて、送信信号の初期位相を設定する。
位相制御部２２－１～２２－Ｍのそれぞれにより設定される初期位相は、図５に示すように、互いに異なっている。
位相制御部２２－ｍは、初期位相設定後の送信信号をパワーアンプ２３－ｍに出力する。

図５は、位相制御部２２－ｍによる初期位相設定後の送信信号の一例を示す説明図である。
図５において、横軸は、時間を示し、縦軸は、周波数を示している。
図５の例では、Ｍ＝４である。位相制御部２２－１による送信信号の初期位相である初期位相回転率は、０［ｒａｄ］であり、位相制御部２２－２による送信信号の初期位相回転率は、π／２［ｒａｄ］である。
また、位相制御部２２－３による送信信号の初期位相回転率は、π［ｒａｄ］であり、位相制御部２２－４による送信信号の初期位相回転率は、－π／２［ｒａｄ］である。
位相制御部２２－１～２２－Ｍのそれぞれにより設定される初期位相が互いに異なっているため、図１に示すレーダ装置は、ＤＤＭ－ＭＩＭＯ（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ－ Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）方式を実現することができる。ＤＤＭ－ＭＩＭＯ方式は、Ｍ個の送信アンテナ３１－１～３１－Ｍからの電波の送信を同時に行い、Ｍ個の送信信号の分離をドップラー周波数領域で行う方式である。

パワーアンプ２３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、位相制御部２２－ｍから、初期位相設定後の送信信号を取得する。
パワーアンプ２３－ｍは、制御部１１から出力された送信制御信号が示す増幅率で、初期位相設定後の送信信号を増幅する。
パワーアンプ２３－ｍは、増幅後の送信信号を送信アンテナ３１－ｍに出力する。

送信アンテナ３１－１～３１－Ｍのそれぞれは、図６に示すように、検査対象のアジマス方向及びレーダプラットフォームにおけるアンテナ設置面の垂直方向のそれぞれと直交する方向に一列に並んでいる。
送信アンテナ３１－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、パワーアンプ２３－ｍから出力された増幅後の送信信号に係る電波を検査対象に向けて送信する。
図６は、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍの設置位置及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎの設置位置と、検査対象であるターゲットの位置との関係を示す説明図である。ターゲットは、被写体のことである。被写体としては、例えば、人、又は、手荷物がある。
図６において、矢印は、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍ及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれが設置されているレーダプラットフォームの移動方向を示している。レーダプラットフォームは、ターゲットに対して相対的に水平移動する。
図６の例では、ターゲットが３次元座標系の原点Ｏに位置しており、レーダプラットフォームは、ｘ軸正方向に向かって等速直線運動をしており、ターゲットは、ｘ軸負方向に向かって等速直線運動をしている。

Ｔｘ_ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、送信アンテナ３１－ｍを示しており、Ｔｘ_ｍの設置位置の座標は、（ｘ’＋Δｘ，ｙ_Ｔ＋ｙ_ｍハット，ｚ_０）である。
Ｒｘ_ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、受信アンテナ４１－ｎを示しており、Ｒｘ_ｎの設置位置の座標は、（ｘ’，ｙ_Ｒ＋ｙ_ｎ’，ｚ_０）である。
明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字“ｙ”の上に“＾”の記号を付することができないため、ｙ_ｍハットのように表記している。

Ｍ個の送信アンテナ３１－１～３１－Ｍ及びＮ個の受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれは、垂直リニアアレイを構成している。送信アンテナ３１－１～３１－Ｍ及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれが並んでいる方向は、ｙ軸と平行な方向である。
送信アンテナ３１－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）と受信アンテナ４１－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）とは、ｘ軸と平行な方向に、Δｘだけ離れている。
ｙ_Ｔは、Ｍ個の送信アンテナ３１－１～３１－Ｍを有する垂直リニアアレイにおけるｙ軸方向の中心座標である。ｙ_Ｒは、Ｎ個の受信アンテナ４１－１～４１－Ｎを有する垂直リニアアレイにおけるｙ軸方向の中心座標である。
ｙ_ｍハットは、ｙ軸方向の中心座標ｙ_Ｔから送信アンテナ３１－ｍが設置されている位置までのｙ軸方向オフセット距離である。ｙ_ｎ’は、ｙ軸方向の中心座標ｙ_Ｒから受信アンテナ４１－ｎが設置されている位置までのｙ軸方向オフセット距離である。
ｚ_０は、３次元座標系におけるレーダプラットフォームのｚ座標である。
ｘ’は、レーダプラットフォームがターゲットに対して相対的に水平移動していく際の受信アンテナ４１－ｎのｘ座標である。
ｌ（ｘ’，ｙ_ｎ’，ｙ_ｍハット｜ｘ，ｙ，ｚ）は、送信アンテナ３１－ｍから送信されたのち、ターゲット上の一点（ｘ，ｙ，ｚ）に反射された電波が受信アンテナ４１－ｎに戻ってくるまでの電波往復距離を表している。

図１に示す信号処理装置１３では、高速な画像再生処理をフーリエ変換によって実現できるようにするため、送信アンテナ３１－（ｍ－１）と送信アンテナ３１－ｍ（ｍ＝２，・・・，Ｍ）との間隔が、特定距離間隔ｄ_Ｔｘ（第１の長さ）の整数倍である。また、受信アンテナ４１－（ｎ－１）と受信アンテナ４１－ｎ（ｎ＝２，・・・，Ｎ）との間隔が、特定距離間隔ｄ_Ｒｘ（第２の長さ）の整数倍である。ただし、送信アンテナ３１－（ｍ－１）と送信アンテナ３１－ｍ（ｍ＝２，・・・，Ｍ）との間隔の全てが等間隔である必要はない。また、受信アンテナ４１－（ｎ－１）と受信アンテナ４１－ｎ（ｎ＝２，・・・，Ｎ）との間隔の全てが等間隔である必要はない。

送信アンテナ３１－１～３１－Ｍのそれぞれから送信された電波は、検査対象であるターゲットに反射される。
ターゲットによる反射後の電波である反射電波は、受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれに受信される。
受信アンテナ４１－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、反射波の受信信号をＬＮＡ５１－ｎに出力する。

ＬＮＡ５１－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、受信アンテナ４１－ｎから、反射波の受信信号を取得し、受信信号を増幅する。
ＬＮＡ５１－ｎは、増幅後の受信信号をミキサ５３－ｎに出力する。
分配回路５２は、ＶＣＯ２１から、送信信号を取得し、送信信号をＮ個に分配する。
分配回路５２は、分配後のそれぞれの送信信号をミキサ５３－ｎに出力する。

ミキサ５３－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、ＬＮＡ５１－ｎから受信信号を取得し、分配回路５２から分配後の送信信号を取得する。
ミキサ５３－ｎは、受信信号に対して分配後の送信信号を乗算することで、ビート信号を生成し、ビート信号をフィルタリング回路５４に出力する。
フィルタリング回路５４は、ミキサ５３－１～５３－Ｎのそれぞれから、ビート信号を取得する。
フィルタリング回路５４は、それぞれのビート信号に対するフィルタリング処理を実施することで、それぞれのビート信号に含まれている、レーダの検知に不要な低い周波数成分と高い周波数成分とを抑圧する。
フィルタリング回路５４は、フィルタリング処理後のそれぞれのビート信号をＡ／Ｄ変換回路６１－ｎに出力する。

Ａ／Ｄ変換回路６１－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、フィルタリング回路５４から、フィルタリング処理後のそれぞれのビート信号を取得する。
Ａ／Ｄ変換回路６１－ｎは、制御部１１から出力されたＡ／Ｄ制御信号に従って、それぞれのビート信号の電圧値をＡ／Ｄ変換する。
Ａ／Ｄ変換回路６１－ｎは、Ａ／Ｄ変換後のそれぞれの信号であるデジタルデータを信号処理装置１３のデータ記憶部１２に出力する。

データ記憶部１２は、それぞれのデジタルデータを記憶する。
信号処理装置１３は、データ記憶部１２に記憶されているそれぞれのデジタルデータに基づいて、検査対象の３次元レーダ画像を再生する。

次に、図１に示すレーダ装置における３次元レーダ画像の再生原理を説明する。
ＶＣＯ２１により生成される送信信号ｓ_ＴＸ（ｔ）は、図５に示すようなＦＭＣＷ変調が施されており、送信信号ｓ_ＴＸ（ｔ）は、以下の式（１）のように表される。

式（１）において、ｆ_０は、掃引開始周波数、μは、変調傾きである。ｔは、時刻であり、送信信号ｓ_ＴＸ（ｔ）の変調時間がＴであれば、０≦ｔ≦Ｔのように表される。

レーダプラットフォームに実装されている受信アンテナ４１－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）の位置のｘ座標がｘ’であるときに、パワーアンプ２３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）から送信アンテナ３１－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に与えられる送信信号ｓ_ＴＸｍ（ｘ’，ｔ）は、以下の式（２）のように表される。送信信号ｓ_ＴＸｍ（ｘ’，ｔ）は、送信信号ｓ_ＴＸ（ｔ）の初期位相だけが変更された信号である。

式（２）において、ω_ｍは、初期位相回転率である。

送信アンテナ３１－ｍから送信されたのち、ターゲット上の一点（ｘ，ｙ，ｚ）に反射された電波である反射波が受信アンテナ４１－ｎによって受信される。このとき、受信アンテナ４１－ｎから出力される反射波の受信信号ｓ_{ＲＸｎ，ＴＸｍ}（ｘ’，ｔ）は、以下の式（３）のように表される。

式（３）において、ｃは、光速である。

ミキサ５３－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）において、反射波の受信信号ｓ_{ＲＸｎ，ＴＸｍ}（ｘ’，ｔ）と送信信号ｓ_ＴＸｍ（ｔ）とがミキシングされると、式（４）に示すようなビート信号ｓ_{ＩＦｎ，ｍ}（ｘ’，ｔ）が生成される。

式（４）において、ＬＰＦ［］は、フィルタリング回路５４におけるローパスフィルタ処理を表し、ｊは、虚数単位である。ｓ_{ＴＸ＋９０ｄｅｇ}（ｔ）は、ＶＣＯ２１により生成された送信信号ｓ_ＴＸｍ（ｔ）の位相を９０ｄｅｇ進めた信号である。
ここでは、ＩＱ検波を仮定して説明するが、非ＩＱ検波においても、ヒルベルト変換によって同様のビート信号ｓ_{ＩＦｎ，ｍ}（ｘ’，ｔ）を生成することができる。

ビート信号ｓ_{ＩＦｎ，ｍ}（ｘ’，ｔ）が高速フーリエ変換されると、以下の式（５）で表される、パルスレーダの受信信号のような疑似時間信号ｓ_{ｑｕａｓｉｎ，ｍ}（ｘ’，τ）が得られる。

式（５）において、ｓｉｎｃ関数は、ｓｉｎｃ（ｘ）＝（ｓｉｎ（πｘ））／πｘのように定義される。疑似時間τの範囲は、Ｆ_ｓをｓ_{ＲＸｎ，ＴＸｍ}（ｘ’，ｔ）のサンプリング周波数とすれば、－Ｆ_ｓ／２≦τ≦Ｆ_ｓ／２のように表される。

疑似時間信号ｓ_{ｑｕａｓｉｎ，ｍ}（ｘ’，ｔ）には、距離に関する余分な位相項ｅｘｐ（－ｊ２π（ｌ^２μ／２ｃ^２））が存在している。このため、疑似時間信号ｓ_{ｑｕａｓｉｎ，ｍ}（ｘ’，τ）にｅｘｐ（ｊ２π（ｌμＴ／２ｃ））を乗算して、余分な位相項ｅｘｐ（－ｊ２π（ｌ^２μ／２ｃ^２））をキャンセルする位相補正が行われることで、以下の式（６）に示すような位相補正済疑似時間信号ｓ_{ｑｕａｓｉ－ｃｏｍｐｎ，ｍ}（ｘ’，τ）が生成される。

位相補正済疑似時間信号ｓ_{ｑｕａｓｉ－ｃｏｍｐ ｎ，ｍ}（ｘ’，τ）に対する高速逆フーリエ変換を実施することで、以下の式（７）に示すような波数領域に変換された信号ｓ_ｎ，ｍ（ｘ’，ｋ）が得られる。このとき、周波数ｆの範囲Ｎは、受信信号ｓ_{ＲＸｎ，ＴＸｍ}（ｘ’，ｔ）のサンプリング数として、－Ｎ／２Ｆ_ｓ≦Ｎ≦Ｎ／２Ｆ_ｓのように表される。

ここまでは、検査対象が点ターゲットであると仮定しているが、実際には、空間的に広がりのあるターゲットｇ（ｘ，ｙ，ｚ）が検査対象である。ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）は、座標（ｘ，ｙ，ｚ）での反射強度を表す関数である。
図６において、空間的に広がりのあるターゲットｇ（ｘ，ｙ，ｚ）が存在する場合、反射波の受信信号ｓ_ｎ，ｍ（ｘ’，ｋ）は、以下の式（８）のように表される。

ＤＤＭ－ＭＩＭＯ方式では、全ての送信アンテナ３１－１～３１－Ｍが、電波を同時に送信するため、受信アンテナ４１－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により受信される反射波は、全ての送信アンテナ３１－１～３１－Ｍからの電波に係る反射波の重ね合わせである。したがって、受信アンテナ４１－ｎから出力される受信信号ｓ（ｘ’，ｙ_ｎ’，ｋ）は、以下の式（９）のように表される。

次に、受信信号ｓ（ｘ’，ｙ_ｎ’，ｋ）に重畳されている複数の送信信号を分離するため、受信信号ｓ（ｘ’，ｙ_ｎ’，ｋ）をｘ’方向に高速フーリエ変換することで、以下の式（１０）に示すようなスペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｙ_ｎ’，ｋ）が生成される。図６の例では、ｘ’方向は、水平方向である。

式（１０）において、ｋ_ｘは、ｘ’に対応する波数である。スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｙ_ｎ’，ｋ）は、受信アンテナ４１－ｎから出力された受信信号ｓ（ｘ’，ｙ_ｎ’，ｋ）のうち、送信アンテナ３１－ｍから送信された電波のスペクトル成分を表している。

送信アンテナ３１－ｍ及び受信アンテナ４１－ｎにおけるそれぞれの水平指向性３ｄＢ片側半値幅がθ_３ｄＢ（ｒａｄ）であるとすれば、ターゲットに対してレーダプラットフォームが相対的にｘ軸正方向にＰ１からＰ２へ移動する間の送信電波とターゲットの位置関係とは図７のように描かれる。
図７は、アンテナの水平指向性とターゲットとの位置関係を示す模式図である。

送信アンテナ３１－ｍから送信された電波のスペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｙ_ｎ’，ｋ）のスペクトルサポートは、図８に示すように、波数ｋ_ｘ軸上で、［ω_ｍ－２ｋ_ｍａｘｓｉｎθ_３ｄＢ，ω_ｍ＋２ｋ_ｍａｘｓｉｎθ_３ｄＢ］の範囲に制限されることが分かる．
図８は、ＤＤＭ－ＭＩＭＯ方式によって、波数領域で送信信号が分離される様子を示す模式図である。
図８において、横軸は波数ｋ_ｘ、縦軸は波数ｋである。ｋ_ｍａｘは、送信電波の最大の波数であり、ｋ_ｍｉｎは、送信電波の最小の波数である。
送信アンテナ３１－ｍからのスペクトルサポート幅が十分に小さければ、図８に示すように、隣り合う送信アンテナ同士のスペクトルサポート幅がオーバーラップすることなく、波数ｋ_ｘ軸上で、送信信号を完全に分離することが可能である。
波数ｋ_ｘ軸上で、送信信号を分離するには、Ｍ個の送信アンテナ３１－１～３１－Ｍにおいて、以下の式（１１）に示す不等号が成立している必要がある。

式（１１）に示す不等号が成立していると仮定して、送信アンテナ３１－ｍから送信された電波のスペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｙ_ｎ’，ｋ）を切り出して逆高速フーリエ変換することで、以下の式（１２）に示すように、送信アンテナ３１－ｍから送信されて、受信アンテナ４１－ｎにより受信された反射波の受信信号ｓ（ｘ’，ｙ_ｎ’，ｙ_ｍハット，ｋ）が得られる。

ここで、送信信号が分離された後の、送信アンテナ３１－ｍ及び受信アンテナ４１－ｎにおけるそれぞれの仮想的な位置を想定する。例えば、Ｍ＝４であって、４つの送信アンテナ３１－１～３１－４が、図５に示すＤＤＭ－ＭＩＭＯ方式で電波を送信するものとする。
図９は、送信信号分離前の仮想的な２次元アンテナ配置を示す模式図である。図９では、４つの送信アンテナ３１－１～３１－４における電波の送信周期の数が８周期である例を示している。
この段階では、受信信号において、複数の送信信号が分離されていない。送信信号の分離処理が実施されることで、送信アンテナ３１－ｍ及び受信アンテナ４１－ｎにおけるそれぞれの仮想的な位置は、図１０のようになる。
図１０は、送信信号分離後の仮想的な２次元アンテナ配置を示す模式図である。
図１０では、送信信号分離後の仮想的な２次元アンテナ配置のほかに、送信信号分離前の仮想的な２次元アンテナ配置も表記している。送信信号分離前の仮想的な２次元アンテナ配置は、送信信号分離後の仮想的な２次元アンテナ配置よりも薄いグレーで表記している。
送信信号の分離処理が実施されることで、仮想的に２周期の送受信動作が行われたことになる。また、その１周期内では、レーダプラットフォームがターゲットに対して相対的に静止していたことと等価となる。このことは、送信信号分離後の送信アンテナ３１－１～３１－４と受信アンテナ４１－１～４１－Ｎとが、互いに異なる垂直アレイを構成することを意味し、高速な画像再生処理を実現することが可能になる。

非特許文献１に開示されているレーダ装置は、ＴＤＭ－ＭＩＭＯ方式を採用している。例えば、Ｍ＝４であって、４つの送信アンテナ３１－１～３１－４が、図１１に示すように、ＴＤＭ－ＭＩＭＯ方式で電波を送信するものとする。
図１１は、ＴＤＭ－ＭＩＭＯ方式で変調された電波を示す説明図である。
ＴＤＭ－ＭＩＭＯ方式では、送信信号が時間方向に分離されている。そのため、送信アンテナ３１－１～３１－４及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎと、ターゲッとの位置関係は、図１２のようになる。したがって、受信アンテナ４１－１～４１－Ｎは、垂直アレイを構成するが、送信アンテナ３１－１～３１－４は、垂直アレイを構成しない。
図１２は、ＴＤＭ－ＭＩＭＯ方式により生成される、仮想的な２次元アンテナ配置を示す模式図である。

図１に示すレーダ装置は、ＤＤＭ－ＭＩＭＯ方式を採用しているため、送信信号分離後の送信アンテナ３１－１～３１－４と受信アンテナ４１－１～４１－Ｎとが、互いに異なる垂直アレイを構成している。このため、図１に示すレーダ装置は、以下に示す高速な画像再生処理を実現することができる。
反射波の受信信号ｓ（ｘ’，ｙ_ｎ’，ｙ_ｍハット，ｋ）に含まれている電波往復距離ｌ（ｘ’，ｙ_ｎ’，ｙ_ｍハット｜ｘ，ｙ，ｚ）は、以下の式（１３）に示すように、往路距離ｌ_Ｔ（ｘ’，ｙハット｜ｘ，ｙ，ｚ）と、復路距離ｌ_Ｒ（ｘ’，ｙ’｜ｘ，ｙ，ｚ）とに分けることができる。
往路距離ｌ_Ｔ（ｘ’，ｙハット｜ｘ，ｙ，ｚ）は、送信アンテナ３１－ｍの位置からターゲットの位置（ｘ，ｙ，ｚ）までの距離であり、以下の式（１４）のように表される。
復路距離ｌ_Ｒ（ｘ’，ｙ’｜ｘ，ｙ，ｚ）は、ターゲットの位置（ｘ，ｙ，ｚ）から受信アンテナ４１－ｎの位置までの距離であり、以下の式（１５）のように表される。

反射波の受信信号ｓ（ｘ’，ｙ_ｎ’，ｙ_ｍハット，ｋ）は、以下の式（１６）のように、ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）で表すことができる。

信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）を、ｘ’方向とｙ’方向とに２次元フーリエ変換した３次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｙハット，ｋ）は、以下の式（１７）のように表される。図６において、ｘ’方向は、水平方向であり、ｙ’方向は、受信アンテナ４１－１～４１－Ｎが一列に並んでいる垂直方向である。ｋ_ｘは、ｘ’に対応する波数、ｋ_ｙは、ｙ’に対応する波数である。

ｙ’方向のフーリエ変換は、停留位相法を適用することで、以下の式（１８）のように近似される。
式（１８）に示す近似式を用いることで、３次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｙハット，ｋ）は、以下の式（１９）のように近似される。

３次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｙハット，ｋ）を更にｙハット方向にフーリエ変換することで、以下の式（２０）に示すように、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）が得られる。図６において、ｙハット方向は、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍが一列に並んでいる垂直方向である。ｋ_ｙハットは、ｙハットに対応する波数である。

ｙハット方向のフーリエ変換は、停留位相法を適用することで、以下の式（２１）のように近似される。
式（２１）に示す近似式を用いることで、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）は、以下の式（２２）のように近似される。

４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を解析的に解くには、ｘ’方向のフーリエ変換の解析解を得る必要がある。しかし、フーリエ変換の位相項の中には、２つの平方根の和の形が含まれているため、停留位相法では解くことができない。そこで、以下に示す近似計算を行う。
まず、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）のｘ’方向のフーリエ変換における位相項の一部φ（ｘ’）を以下の式（２３）にように定義する。

位相項の一部φ（ｘ’）は、以下の式（２４）に示すように、送信側位相φ_Ｔ（ｘ’）と受信側位相φ_Ｒ（ｘ’）との２つの項に分割することができる。
送信側位相φ_Ｔ（ｘ’）は、以下の式（２５）のように表される。受信側位相φ_Ｒ（ｘ’）は、以下の式（２６）のように表される。

送信側位相φ_Ｔ（ｘ’）は、２次の項までのテーラー展開を適用すると、以下の式（２７）のように近似される。
受信側位相φ_Ｒ（ｘ’）は、２次の項までのテーラー展開を適用すると、以下の式（２８）のように近似される。

式（２７）～（２８）において、変数ｋ_Ｚハットは、以下の式（２９）のように表され、変数ｋ_Ｚは、以下の式（３０）のように表される。
変数ｋ_Ｔ’は、以下の式（３１）のように表され、変数ｋ_Ｒ’は、以下の式（３２）のように表される。

位相項の一部φ（ｘ’）は、式（２７）に示す送信側位相φ_Ｔ（ｘ’）と、式（２８）に示す受信側位相φ_Ｒ（ｘ’）とを用いることで、以下の式（３３）に示すように近似される。

最後に、式（３３）の右辺の第４項と第５項との和を更に１次のテーラー展開で近似することで、以下の式（３４）に示す近似式が導出される。

以上より、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）は、以下の式（３５）によって、解析的に近似表現される。

式（３５）は、ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）をｘ，ｙ，ｚの３次元方向にフーリエ変換した後、式（３５）の右辺最初の５つの複素定数を掛けることで、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）が得られることを意味する。
つまり、逆を辿ることで、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）から、ターゲット再生画像として、ターゲットの反射率分布であるｇ（ｘ，ｙ，ｚ）が得られることを意味する。
要するに、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）に対して、式（３５）の右辺最初の５つの複素定数の複素共役を掛けた後、ｋ_ｘ，ｋ_ｙ＋ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハットの３次元方向に逆フーリエ変換すれば、ターゲット再生画像ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）が得られることを意味する。４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）に対して、５つの複素定数の複素共役を掛ける処理は、“バルク圧縮処理”、又は、“Ｈｕｙｇｅｎｓ－Ｆｒｅｎｅｌ変換処理”と呼ばれる。
これを数式で表現すると、以下の式（３６）のようになる。式（３６）は、バイスタティックなアンテナ構成での高速な画像再生式である。

信号処理装置１３が、式（３６）に示す処理を実装するには注意するべき点がある。入力である４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）は、４次元であるのに対して、出力であるｇ（ｘ，ｙ，ｚ）は、３次元であることが注意点である。
信号処理装置１３は、４次元から３次元への変換処理として、Ｓｔｏｌｔ変換と呼ばれる変数変換処理を行う。
信号処理装置１３は、Ｓｔｏｌｔ変換として、ｋ_ｘ，ｋ_ｙを固定した状態で変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ｝から変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハット｝への変数変換を行う。Ｓｔｏｌｔ変換を示す具体的な定式化は、以下に示す式（３７）である。

式（３７）において、ＩＦＦＴ［］は、｛｝内に示した変数による３次元逆フーリエ変換を表している。Ｓｔｏｌｔ｛｝は、｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ｝から｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハット｝へのＳｔｏｌｔ変換を表している。

次に、図１に示す信号処理装置１３の動作について説明する。
図１３は、実施の形態１に係る信号処理装置１３の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。
ビート信号取得部７１は、反射波の受信信号から生成されたＮ個のビート信号として、データ記憶部１２に記憶されているＮ個のデジタルデータを取得する。デジタルデータは、式（１６）に示す受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）である。
ビート信号取得部７１は、受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）を信号変換部７２に出力する。

信号変換部７２は、ビート信号取得部７１から、受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）を取得する。
信号変換部７２は、式（１７）～（２０）によって、受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）を、ｘ’，ｙ’，ｙハットの３次元方向に高速フーリエ変換する（図１３のステップＳＴ１）。図１３では、高速フーリエ変換をＦＦＴのように表記している。受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）が３次元方向に高速フーリエ変換されることで、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）が得られる。
信号変換部７２は、４次元波数空間の信号として、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を位相誤差解消部７３に出力する。

位相誤差解消部７３は、信号変換部７２から、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を取得する。
位相誤差解消部７３は、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）に含まれている位相誤差を解消するため、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）に対して、５つの複素定数の複素共役を掛けるバルク圧縮処理を行う（図１３のステップＳＴ２）。位相誤差は、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍの設置位置と受信アンテナ４１－１～４１－Ｎの設置位置との相違に基づくものである。
位相誤差解消部７３は、バルク圧縮処理後の４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を画像生成部７４に出力する。

画像生成部７４は、位相誤差解消部７３から、バルク圧縮処理後の４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を取得する。
画像生成部７４は、式（３７）によって、それぞれのｋ_ｙについて、変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ｝から変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハット｝へのＳｔｏｌｔ変換を行う（図１３のステップＳＴ３）。
次に、画像生成部７４は、Ｓｔｏｌｔ変換後の４次元スペクトルを、ｋ_ｘ，ｋ_ｙ＋ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハットの３次元方向に逆高速フーリエ変換する（図１３のステップＳＴ４）。図１３では、逆高速フーリエ変換をＩＦＦＴのように表記している。Ｓｔｏｌｔ変換後の４次元スペクトルが３次元方向に逆高速フーリエ変換することで、それぞれのｋ_ｙについて、粗い再生画像が得られる。
次に、画像生成部７４は、式（３７）に示すように、それぞれのｋ_ｙについての粗い再生画像に対して、ｅ^ｊｋｙｙを乗算することによる位相補正を行う（図１３のステップＳＴ５）。
最後に、画像生成部７４は、位相補正後の全てのｋ_ｙについての粗い再生画像を加算することで（図１３のステップＳＴ６）、ターゲット再生画像ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成する。
因みに、それぞれのｋ_ｙについての処理は、互いに独立に処理することが可能であるため、マルチコアＣＰＵ、又は、マルチコアＧＰＵを用いて、並列に処理することが可能である。

以下、ターゲット再生画像ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）の再生例について説明する。
図１４は、送信アンテナ３１－１～３１－４及び受信アンテナ４１－１～４１－１６と、ターゲッとの位置関係を示す模式図である。図１４の例では、Ｍ＝４、Ｎ＝１６である。
図１５は、送信アンテナ３１－１～３１－４及び受信アンテナ４１－１～４１－１６におけるそれぞれの配置を示すアンテナ配置図である。
検査対象は、３次元座標の原点Ｏに位置している点ターゲットである
レーダプラットフォームの点ターゲットに対する相対的な動きは、図６と同様に、ｘ軸正方向への等速直線運動であり、相対速度は、０．２５ｍ／ｓである。
アンテナ面と点ターゲットまでの距離は、ｚ軸方向に｜ｚ_０｜＝１．５ｍである。４つの送信アンテナ３１－１～３１－４は、垂直リニアアレイを構成しており、隣り合う送信アンテナの間隔ｄ_ＴＸは、全て８．５５ｍｍの整数倍となっている。具体的には、送信アンテナ３１－１と送信アンテナ３１－２との間隔ｄ_ＴＸは、８．５５ｍｍであり、送信アンテナ３１－３と送信アンテナ３１－４との間隔ｄ_ＴＸは、８．５５ｍｍである。また、送信アンテナ３１－２と送信アンテナ３１－３との間隔ｄ_ＴＸは、６８．４（＝８．５５×８）ｍｍである。
１６個の受信アンテナ４１－１～４１－１６は、垂直リニアアレイを構成しており、隣り合う受信アンテナの間隔ｄ_ＲＸは、全て５．７ｍｍとなっている。

送信電波の変調方式はＦＭＣＷであり、周波数帯域は７７～８１ＧＨｚである。送信アンテナ３１－１～３１－４及び受信アンテナ４１－１～４１－１６におけるそれぞれの水平指向性幅は、±６０度であり、受信アンテナ４１－１～４１－１６のそれぞれは、±６０度よりも広角の範囲からの電波は、受信しないものとする。
送信アンテナ３１－１～３１－４におけるそれぞれの初期位相の変化パターンは、図５と同様であり、１周期は、０．５ｍｓである。画像再生に用いる受信信号の周期の数は、１４０００周期分である。
図１６は、ｚ座標の位置が０である点ターゲットのｘｙ平面における再生画像を示す説明図である。
図１６では、点ターゲットの位置である座標原点において、正しく点像が再生されている。

以上の実施の形態１では、レーダプラットフォーム上に一列に並んでいる複数の送信アンテナ３１－１～３１－Ｍのそれぞれから、レーダプラットフォームと相対的に移動する検査対象に向けて電波が送信されたのち、レーダプラットフォーム上に、複数の送信アンテナ３１－１～３１－Ｍの設置位置と異なる設置位置に一列に並んでいる複数の受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれによって検査対象からの電波の反射波が受信され、反射波の受信信号から生成されたビート信号を取得するビート信号取得部７１を備えるように、信号処理装置１３を構成した。また、信号処理装置１３は、ビート信号取得部７１により取得されたそれぞれのビート信号を４次元波数空間の信号に変換し、それぞれの４次元波数空間の信号を出力する信号変換部７２と、信号変換部７２から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている、複数の送信アンテナ３１－１～３１－Ｍの設置位置と複数の受信アンテナ４１－１～４１－Ｎの設置位置との相違に係る位相誤差を解消する位相誤差解消部７３と、位相誤差解消部７３による位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号から、検査対象の３次元レーダ画像を生成する画像生成部７４とを備えている。したがって、信号処理装置１３は、検査対象が移動している状態で、検査対象の３次元レーダ画像を生成することができる。つまり、複数の送信アンテナ３１－１～３１－Ｍと複数の受信アンテナ４１－１～４１－Ｎとを備えるレーダ装置から、ビート信号を取得する信号処理装置１３においては、検査対象が移動している状態で、検査対象の３次元レーダ画像を生成することができる。

実施の形態２．
実施の形態１に係る信号処理装置１３は、Ｓｔｏｌｔ変換として、ｋ_ｘ，ｋ_ｙを固定した状態で変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ｝から変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハット｝への変数変換を行っている。
実施の形態２に係る信号処理装置１３は、Ｓｔｏｌｔ変換として、ｋ_ｘのみを固定した状態で変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ｝から変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ＋ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハット｝への変数変換を行う点で、実施の形態１に係る信号処理装置１３と相違している。
実施の形態２に係る信号処理装置１３での、Ｓｔｏｌｔ変換を示す具体的な定式化は、以下に示す式（３８）である。

図１７は、実施の形態２に係る信号処理装置１３の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。
実施の形態２に係る信号処理装置１３の構成は、実施の形態１に係る信号処理装置１３の構成と同様であり、実施の形態２に係る信号処理装置１３を示す構成図は、図２である。

信号変換部７２は、ビート信号取得部７１から、受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）を取得する。
信号変換部７２は、式（１７）～（２０）によって、受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）を、ｘ’，ｙ’，ｙハットの３次元方向に高速フーリエ変換する（図１７のステップＳＴ１）。受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）が３次元方向に高速フーリエ変換されることで、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）が得られる。
信号変換部７２は、４次元波数空間の信号として、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を位相誤差解消部７３に出力する。

位相誤差解消部７３は、信号変換部７２から、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を取得する。
位相誤差解消部７３は、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）に含まれている位相誤差を解消するため、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）に対して、５つの複素定数の複素共役を掛けるバルク圧縮処理を行う（図１７のステップＳＴ２）。
位相誤差解消部７３は、バルク圧縮処理後の４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を画像生成部７４に出力する。

画像生成部７４は、位相誤差解消部７３から、バルク圧縮処理後の４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を取得する。
画像生成部７４は、式（３８）によって、変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ｝から変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ＋ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハット｝へのＳｔｏｌｔ変換を行う（図１７のステップＳＴ７）。
次に、画像生成部７４は、Ｓｔｏｌｔ変換後の４次元スペクトルを、ｋ_ｘ，ｋ_ｙ＋ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハットの３次元方向に逆高速フーリエ変換する（図１７のステップＳＴ８）。Ｓｔｏｌｔ変換後の４次元スペクトルが３次元方向に逆高速フーリエ変換されることで、ターゲット再生画像ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）が生成される。

実施の形態３．
実施の形態１に係る信号処理装置１３は、Ｓｔｏｌｔ変換として、ｋ_ｘ，ｋ_ｙを固定した状態で変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ｝から変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハット｝への変数変換を行っている。
実施の形態３に係る信号処理装置１３は、Ｓｔｏｌｔ変換として、ｋ_ｘ，ｋ_ｙハットを固定した状態で変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ｝から変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハット｝への変数変換を行う点で、実施の形態１に係る信号処理装置１３と相違している。
実施の形態３に係る信号処理装置１３での、Ｓｔｏｌｔ変換を示す具体的な定式化は、以下に示す式（３９）である。

図１８は、実施の形態３に係る信号処理装置１３の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。
実施の形態３に係る信号処理装置１３の構成は、実施の形態１に係る信号処理装置１３の構成と同様であり、実施の形態３に係る信号処理装置１３を示す構成図は、図２である。

信号変換部７２は、ビート信号取得部７１から、受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）を取得する。
信号変換部７２は、式（１７）～（２０）によって、受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）を、ｘ’，ｙ’，ｙハットの３次元方向に高速フーリエ変換する（図１８のステップＳＴ１）。受信信号ｓ（ｘ’，ｙ’，ｙハット，ｋ）が３次元方向に高速フーリエ変換されることで、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）が得られる。
信号変換部７２は、４次元波数空間の信号として、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を位相誤差解消部７３に出力する。

位相誤差解消部７３は、信号変換部７２から、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を取得する。
位相誤差解消部７３は、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）に含まれている位相誤差を解消するため、４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）に対して、５つの複素定数の複素共役を掛けるバルク圧縮処理を行う（図１８のステップＳＴ２）。
位相誤差解消部７３は、バルク圧縮処理後の４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を画像生成部７４に出力する。

画像生成部７４は、位相誤差解消部７３から、バルク圧縮処理後の４次元スペクトルＳ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ）を取得する。
画像生成部７４は、式（３９）によって、それぞれのｋ_ｙハットについて、変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ｝から変数組｛ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｙハット，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハット｝へのＳｔｏｌｔ変換を行う（図１８のステップＳＴ９）。
次に、画像生成部７４は、Ｓｔｏｌｔ変換後の４次元スペクトルを、ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ＋ｋ_ｚハットの３次元方向に逆高速フーリエ変換する（図１８のステップＳＴ１０）。Ｓｔｏｌｔ変換後の４次元スペクトルが３次元方向に逆高速フーリエ変換することで、それぞれのｋ_ｙハットについて、粗い再生画像が得られる。
次に、画像生成部７４は、式（３９）に示すように、それぞれのｋ_ｙハットについての粗い再生画像に対して、ｅ^{ｊｋｙハットｙ}を乗算することによる位相補正を行う（図１８のステップＳＴ１１）。
最後に、画像生成部７４は、位相補正後の全てのｋ_ｙハットについての粗い再生画像を加算することで（図１８のステップＳＴ１２）、ターゲット再生画像ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成する。

実施の形態４．
実施の形態１～３に係るレーダ装置では、レーダプラットフォームが１つの基板を有し、１つの基板上に送信アンテナ３１－１～３１－Ｍ及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれが実装されている。
実施の形態４に係るレーダ装置では、レーダプラットフォームが複数の基板を有し、それぞれの基板上に送信アンテナ３１－１～３１－Ｍ及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれが実装されている点で、実施の形態１～３に係るレーダ装置と相違している。
実施の形態４に係る信号処理装置１３の構成は、実施の形態１に係る信号処理装置１３の構成と同様であり、実施の形態４に係る信号処理装置１３を示す構成図は、図２である。

図１９は、複数の基板のそれぞれに実装されている、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍの設置位置及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎの設置位置と、検査対象であるターゲットの位置との関係を示す説明図である。
図１９の例では、レーダプラットフォームが３つの基板（１）～（３）を有し、基板（１）～（３）上のそれぞれに、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍ及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれが実装されている。
３つの基板（１）～（３）のそれぞれに送信アンテナ３１－１～３１－Ｍ及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれが実装されることで、実施の形態１～３に係るレーダ装置よりも、垂直方向のＭＩＭＯ仮想開口長が大きくなり、その結果、禁制品検知の垂直分解能が向上する。

図２０は、位相制御部２２－ｍによる初期位相設定後の送信信号の一例を示す説明図である。
図２０では、３つの基板（１）～（３）のそれぞれに４つの送信アンテナ３１－１～３１－４が実装されている例を示している。
図２０において、横軸は、時間を示し、縦軸は、周波数を示している。
図２０の例では、基板（１）～（４）のそれぞれに実装されている送信アンテナ３１－１に与える送信信号の初期位相である初期位相回転率は、０［ｒａｄ］であり、送信アンテナ３１－２に与える送信信号の初期位相回転率は、π／２［ｒａｄ］である。
また、基板（１）～（４）のそれぞれに実装されている送信アンテナ３１－３に与える送信信号の初期位相回転率は、π［ｒａｄ］であり、送信アンテナ３１－４に与える送信信号の初期位相回転率は、－π／２［ｒａｄ］である。
ただし、基板（１）に実装されている送信アンテナ３１－１－１～３１－４の送信時刻と、基板（２）に実装されている送信アンテナ３１－１－１～３１－４の送信時刻と、基板（３）に実装されている送信アンテナ３１－１－１～３１－４の送信時刻と、基板（４）に実装されている送信アンテナ３１－１－１～３１－４の送信時刻とが互いに異なっている。

図２１は、実施の形態４に係る信号処理装置１３の処理手順である信号処理方法を示すフローチャートである。
画像生成部７４は、複数の基板のそれぞれについて、ターゲット再生画像ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成する（図２１のステップＳＴ２１）。図２１のステップＳＴ２１では、基板毎の画像再生処理と表記している。
画像生成部７４は、複数のターゲット再生画像ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）を加算することで（図２１のステップＳＴ２２）、最終的にターゲット再生画像ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成する。

実施の形態１～４に係るレーダ装置は、例えば、エスカレータ、又は、動く歩道に乗っている人を検査対象とすることができる。即ち、エスカレータ、又は、動く歩道の両サイドに、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍ及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれを設置することで、エスカレータ、又は、動く歩道に乗っている人が禁制品を保持しているか否かをモニタリングすることができる。

実施の形態１～４に係るレーダ装置は、例えば、空港、鉄道駅、又は、港において、ベルトコンベア等の移動体の上に置かれている手荷物を検査対象とすることができる。即ち、移動体の両サイドに、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍ及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれを設置することで、移動体の上に置かれている手荷物に禁制品が含まれているか否かをモニタリングすることができる。

実施の形態１～４に係るレーダ装置は、例えば、道路を通行する車、自転車、又は、人等を検査対象とすることができる。即ち、道路の両サイドに、送信アンテナ３１－１～３１－Ｍ及び受信アンテナ４１－１～４１－Ｎのそれぞれを設置することで、道路を通行する車等が禁制品を保持しているか否かをモニタリングすることができる。

なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本開示は、信号処理装置、信号処理方法及びレーダ装置に適している。

１ レーダ信号処理器、２ 送信信号生成器、３ 送信機、４ 受信機、５ ビート信号生成器、６ Ａ／Ｄ変換器、１１ 制御部、１２ データ記憶部、１３ 信号処理装置、２１ ＶＣＯ、２２－１～２２－Ｍ 位相制御部、２３－１～２３－Ｍ パワーアンプ、３１－１～３１－Ｍ 送信アンテナ、４１－１～４１－Ｎ 受信アンテナ、５１－１～５１－Ｎ ＬＮＡ、５２ 分配回路、５３－１～５３－Ｎ ミキサ、５４ フィルタリング回路、６１－１～６１－Ｎ Ａ／Ｄ変換回路、７１ ビート信号取得部、７２ 信号変換部、７３ 位相誤差解消部、７４ 画像生成部、８１ ビート信号取得回路、８２ 信号変換回路、８３ 位相誤差解消回路、８４ 画像生成回路、９１ メモリ、９２ プロセッサ。

Claims (8)

1. レーダプラットフォーム上に一列に並んでいる複数の送信アンテナのそれぞれから、前記レーダプラットフォームと相対的に移動する検査対象に向けて電波が送信されたのち、前記レーダプラットフォーム上に、前記複数の送信アンテナの設置位置と異なる設置位置に一列に並んでいる複数の受信アンテナのそれぞれによって前記検査対象からの前記電波の反射波が受信され、それぞれの反射波の受信信号から生成されたビート信号を取得するビート信号取得部と、
   前記ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を４次元波数空間の信号に変換し、それぞれの４次元波数空間の信号を出力する信号変換部と、
   前記信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている、前記複数の送信アンテナの設置位置と前記複数の受信アンテナの設置位置との相違に係る位相誤差を解消する位相誤差解消部と、
   前記位相誤差解消部による位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号から、前記検査対象の３次元レーダ画像を生成する画像生成部と
   を備え、
   前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナのそれぞれは、前記検査対象のアジマス方向及び前記レーダプラットフォームにおけるアンテナ設置面の垂直方向のそれぞれと直交する方向に一列に並んでおり、かつ、前記複数の送信アンテナにおけるアジマス方向の設置位置と前記複数の受信アンテナにおけるアジマス方向の設置位置とが異なっており、
   前記信号変換部は、
   前記ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を、４次元波数空間の信号として、前記電波の波数の次元と、前記アジマス方向の空間波数の次元と、前記複数の送信アンテナが並んでいる方向の空間波数の次元と、前記複数の受信アンテナが並んでいる方向の空間波数の次元とを有する信号に変換する信号処理装置。
2. レーダプラットフォーム上に一列に並んでいる複数の送信アンテナのそれぞれから、前記レーダプラットフォームと相対的に移動する検査対象に向けて電波が送信されたのち、前記レーダプラットフォーム上に、前記複数の送信アンテナの設置位置と異なる設置位置に一列に並んでいる複数の受信アンテナのそれぞれによって前記検査対象からの前記電波の反射波が受信され、それぞれの反射波の受信信号から生成されたビート信号を取得するビート信号取得部と、
   前記ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を４次元波数空間の信号に変換し、それぞれの４次元波数空間の信号を出力する信号変換部と、
   前記信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている、前記複数の送信アンテナの設置位置と前記複数の受信アンテナの設置位置との相違に係る位相誤差を解消する位相誤差解消部と、
   前記位相誤差解消部による位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号から、前記検査対象の３次元レーダ画像を生成する画像生成部と
   を備え、
   前記位相誤差解消部は、
   前記信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている位相誤差をテーラー展開によって近似する信号処理装置。
3. ビート信号取得部、信号変換部、位相誤差解消部、及び画像生成部を含む信号処理装置を備えたレーダ信号処理器の信号処理方法であって、
   レーダプラットフォーム上に一列に並んでいる複数の送信アンテナのそれぞれから、前記レーダプラットフォームと相対的に移動する検査対象に向けて電波が送信されたのち、前記レーダプラットフォーム上に、前記複数の送信アンテナの設置位置と異なる設置位置に一列に並んでいる複数の受信アンテナのそれぞれによって前記検査対象からの前記電波の反射波が受信され、
   前記ビート信号取得部が、前記反射波の受信信号から生成されたビート信号を取得し、
   前記信号変換部が、前記ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を４次元波数空間の信号に変換し、それぞれの４次元波数空間の信号を出力し、
   前記位相誤差解消部が、前記信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている、前記複数の送信アンテナの設置位置と前記複数の受信アンテナの設置位置との相違に係る位相誤差を解消し、
   前記画像生成部が、前記位相誤差解消部による位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号から、前記検査対象の３次元レーダ画像を生成し、
   前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナのそれぞれは、前記検査対象のアジマス方向及び前記レーダプラットフォームにおけるアンテナ設置面の垂直方向のそれぞれと直交する方向に一列に並んでおり、かつ、前記複数の送信アンテナにおけるアジマス方向の設置位置と前記複数の受信アンテナにおけるアジマス方向の設置位置とが異なっており、
   前記信号変換部は、
   前記ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を、４次元波数空間の信号として、前記電波の波数の次元と、前記アジマス方向の空間波数の次元と、前記複数の送信アンテナが並んでいる方向の空間波数の次元と、前記複数の受信アンテナが並んでいる方向の空間波数の次元とを有する信号に変換する信号処理方法。
4. ビート信号取得部、信号変換部、位相誤差解消部、及び画像生成部を含む信号処理装置を備えたレーダ信号処理器の信号処理方法であって、
   レーダプラットフォーム上に一列に並んでいる複数の送信アンテナのそれぞれから、前記レーダプラットフォームと相対的に移動する検査対象に向けて電波が送信されたのち、前記レーダプラットフォーム上に、前記複数の送信アンテナの設置位置と異なる設置位置に一列に並んでいる複数の受信アンテナのそれぞれによって前記検査対象からの前記電波の反射波が受信され、
   前記ビート信号取得部が、前記反射波の受信信号から生成されたビート信号を取得し、
   前記信号変換部が、前記ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を４次元波数空間の信号に変換し、それぞれの４次元波数空間の信号を出力し、
   前記位相誤差解消部が、前記信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている、前記複数の送信アンテナの設置位置と前記複数の受信アンテナの設置位置との相違に係る位相誤差を解消し、
   前記画像生成部が、前記位相誤差解消部による位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号から、前記検査対象の３次元レーダ画像を生成し、
   前記位相誤差解消部は、
   前記信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている位相誤差をテーラー展開によって近似する信号処理方法。
5. 初期位相回転率が互いに異なる複数の送信信号を生成する送信信号生成器と、
   レーダプラットフォーム上に一列に並んでおり、前記レーダプラットフォームと相対的に移動する検査対象に向けて、それぞれの送信信号に係る電波を送信する複数の送信アンテナと、
   前記レーダプラットフォーム上に、前記複数の送信アンテナの設置位置と異なる設置位置に一列に並んでおり、前記検査対象からの前記電波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
   それぞれの受信アンテナにより受信された反射波の受信信号からビート信号を生成するビート信号生成器と、
   前記ビート信号生成器により生成されたそれぞれのビート信号を取得するビート信号取得部と、
   前記ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を４次元波数空間の信号に変換し、それぞれの４次元波数空間の信号を出力する信号変換部と、
   前記信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている、前記複数の送信アンテナの設置位置と前記複数の受信アンテナの設置位置との相違に係る位相誤差を解消する位相誤差解消部と、
   前記位相誤差解消部による位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号から、前記検査対象の３次元レーダ画像を生成する画像生成部と
   を備え、
   前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナのそれぞれは、前記検査対象のアジマス方向及び前記レーダプラットフォームにおけるアンテナ設置面の垂直方向のそれぞれと直交する方向に一列に並んでおり、かつ、前記複数の送信アンテナにおけるアジマス方向の設置位置と前記複数の受信アンテナにおけるアジマス方向の設置位置とが異なっており、
   前記信号変換部は、
   前記ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を、４次元波数空間の信号として、前記電波の波数の次元と、前記アジマス方向の空間波数の次元と、前記複数の送信アンテナが並んでいる方向の空間波数の次元と、前記複数の受信アンテナが並んでいる方向の空間波数の次元とを有する信号に変換するレーダ装置。
6. 初期位相回転率が互いに異なる複数の送信信号を生成する送信信号生成器と、
   レーダプラットフォーム上に一列に並んでおり、前記レーダプラットフォームと相対的に移動する検査対象に向けて、それぞれの送信信号に係る電波を送信する複数の送信アンテナと、
   前記レーダプラットフォーム上に、前記複数の送信アンテナの設置位置と異なる設置位置に一列に並んでおり、前記検査対象からの前記電波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
   それぞれの受信アンテナにより受信された反射波の受信信号からビート信号を生成するビート信号生成器と、
   前記ビート信号生成器により生成されたそれぞれのビート信号を取得するビート信号取得部と、
   前記ビート信号取得部により取得されたそれぞれのビート信号を４次元波数空間の信号に変換し、それぞれの４次元波数空間の信号を出力する信号変換部と、
   前記信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている、前記複数の送信アンテナの設置位置と前記複数の受信アンテナの設置位置との相違に係る位相誤差を解消する位相誤差解消部と、
   前記位相誤差解消部による位相誤差解消後のそれぞれの４次元波数空間の信号から、前記検査対象の３次元レーダ画像を生成する画像生成部と
   を備え、
   前記位相誤差解消部は、
   前記信号変換部から出力されたそれぞれの４次元波数空間の信号に含まれている位相誤差をテーラー展開によって近似するレーダ装置。
7. 前記複数の送信アンテナは、それぞれの送信信号に係る電波を同時に送信し、
   前記信号変換部は、それぞれのビート信号に重畳されている複数の送信信号を波数領域で分離することを特徴とする請求項５又は６記載のレーダ装置。
8. それぞれの送信アンテナの間隔は、第１の長さの整数倍であり、
   それぞれの受信アンテナの間隔は、第２の長さの整数倍であることを特徴とする請求項７記載のレーダ装置。

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