レーダ装置
【課題】レンジサイドローブを抑圧できるレーダ装置を提供する。
【解決手段】互いに異なる無線信号をＬ回空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段１０−１〜１０−Ｍと、前記無線信号が空間中に存在する物体により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段２０−１〜２０−Ｎと、受信手段２０−１〜２０−Ｎから出力される信号を合成する信号合成手段３０と、を具備し、信号合成手段３０は、受信手段２０−１〜２０−Ｎの信号分離部から出力される、ｌ（エル）番目のサブパルス位相変調信号に由来したＭ×Ｎ個のサブパルス位相変調信号成分の位相及び振幅を調整し、調整後の各サブパルス位相変調信号成分のＬ個の合成波形を出力する信号合成部３１と、信号合成部３１から出力されたＬ個の合成波形を積算する信号積算部３２と、を備える。
【解決手段】互いに異なる無線信号をＬ回空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段１０−１〜１０−Ｍと、前記無線信号が空間中に存在する物体により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段２０−１〜２０−Ｎと、受信手段２０−１〜２０−Ｎから出力される信号を合成する信号合成手段３０と、を具備し、信号合成手段３０は、受信手段２０−１〜２０−Ｎの信号分離部から出力される、ｌ（エル）番目のサブパルス位相変調信号に由来したＭ×Ｎ個のサブパルス位相変調信号成分の位相及び振幅を調整し、調整後の各サブパルス位相変調信号成分のＬ個の合成波形を出力する信号合成部３１と、信号合成部３１から出力されたＬ個の合成波形を積算する信号積算部３２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置に係り、特に、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）レーダ方式を用いたレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯレーダ方式を利用したフェーズドアレイレーダ（以下、ＭＩＭＯレーダと記す）が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＭＩＭＯレーダは、無指向性の複数の送信アンテナから互いに異なる信号を物体（ターゲット）に向けて送信し、ターゲットからの反射波を複数の受信アンテナで受信し、さらに、マッチドフィルタにより受信した信号から各送信信号を分離し、分離した信号の振幅、位相を調節してビーム整形することにより、物体の位置を検出するレーダシステムである。
【０００３】
図６は、ＭＩＭＯレーダ方式を利用した従来のレーダ装置１００の機能構成を示すブロック図である。従来のレーダ装置１００は、図６に示すように、互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段５０−１〜５０−Ｍと、送信手段５０−１〜５０−Ｍより空間に送信された無線信号が空間中に存在する物体（ターゲット）により反射された反射波の合成波（反射信号）を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段６０−１〜６０−Ｎと、受信手段６０−１〜６０−Ｎから出力される信号を合成する信号合成部７０と、を具備する。
【０００４】
各送信手段５０−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部５１−ｍと、パルス信号を空間に送信可能な無線信号に変換する信号送信部５２−ｍと、信号送信部５２−ｍにより無線信号に変換されたパルス信号を空間に送信する送信アンテナ５３−ｍと、を備える。
【０００５】
ここで、各信号保存部５１−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に保存されたパルス信号は、他の信号保存部５１−ｍ'（ｍ'≠ｍ）に保存されたパルス信号と互いに異なるものであり、一般的には、同一周波数帯域を有し、互いの直交性が高いものである。
【０００６】
図７（ａ）〜（ｄ）は、パルス信号の一例を示すグラフである。これらのパルス信号は、周波数ホッピング方式を用いたものであり、非特許文献１で述べられているアルゴリズムを元に作成されたものである。ここでは、４つの送信アンテナから、パルス長Ｔ、パルス長Ｔに含まれるサブパルス数が８、サブパルスの周波数の数が８のパルス信号が送信されるものとしている。
【０００７】
各受信手段６０−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、ターゲットにより反射された反射信号を受信する受信アンテナ６１−ｎと、受信アンテナ６１−ｎにより受信された反射信号に対して周波数変換、増幅などの受信処理を施す信号受信部６２−ｎと、信号受信部６２−ｎにより受信処理された反射信号を、Ｍ個の送信手段５０−１〜５０−Ｍの信号保存部５１−１〜５１−Ｍからそれぞれ出力されたＭ個のパルス信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、反射信号から各送信手段５０−１〜５０−Ｍに由来するＭ個のパルス信号成分を分離するマッチドフィルタとして機能する信号分離部６３−ｎと、を備える。
【０００８】
信号合成部７０は、Ｎ個の受信手段６０−１〜６０−Ｎから出力されるＭ×Ｎ個のパルス信号成分の位相及び振幅を調整し、調整後の各パルス信号成分の合成波形を出力する。
【０００９】
次に、図６に示した従来のレーダ装置１００の動作を説明する。
まず、各信号保存部５１−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）からパルス信号が、信号送信部５２−ｍに出力されるとともに、信号分離部６３−１〜６３−Ｎに基準信号として出力される。パルス信号は、信号送信部５２−ｍにおいて周波数変換、増幅などの処理が施された後に、送信アンテナ５３−ｍを介して空間に向けて送信される。
【００１０】
各送信アンテナ５３−１〜５３−Ｍから送信されたパルス信号が、空間中に存在するターゲットにより反射された場合には、その反射信号が各受信アンテナ６１−１〜６１−Ｎに受信される。各受信アンテナ６１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により受信された反射信号は、信号受信部６２−ｎによって受信処理を施された後に、信号分離部６３−ｎにおいて、信号保存部５１−１〜５１−Ｍから出力された基準信号を用いたパルス圧縮により、Ｍ×Ｎ個のパルス信号成分に分離される。
【００１１】
分離されたＭ×Ｎ個のパルス信号成分は、信号合成部７０において、位相、振幅が調整された後に全て合成されて出力される。
【００１２】
ここで、信号分離部６３−１〜６３−Ｎによって分離されるＭ×Ｎ個のパルス信号成分は、送信アンテナ５３−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）から出力されたパルス信号（以下、単に送信信号と記す）をｘT、受信アンテナ６１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により受信された反射信号（以下、単に受信信号と記す）をｘRとするとき、次式のように表される。
【００１３】
【数１】
ここで、Ｔはパルス長、ｔはパルス信号が送信アンテナ５３−１〜５３−Ｍから送信された時刻を基準（ｔ＝０）とした時刻を意味する。また、送信信号と受信信号はいずれも複素信号である。なお、［数１］及び以降の数式において、＊は複素共役を示す。
【００１４】
また、信号合成部７０が出力する合成信号ｙ（ｔ）は次式のように表される。
【数２】
ここで、［数２］中のベクトルｘ（ｔ）は、分離された全てのパルス信号成分からなり、次式のように表される。
【数３】
【００１５】
また、［数２］中のベクトルｗは、各パルス信号成分に対する振幅、位相の乗数（複素数）となるＭ×Ｎ個の値を要素に持つベクトルで、Ｍ×Ｎ個の複素数はそれぞれ形成したいビームの指向性に応じて適宜決定される。
【００１６】
なお、ターゲットまでの距離ｒは、［数２］の合成信号ｙ（ｔ）が所定値以上の値を持つ時刻ｔを用いて次式で表される。ここで、ｃは送信信号及び受信信号の速度である。
【数４】
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１０−２０３９６５号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Chun-Yang Chen and P. P. Vaidyanathan, "MIMO Radar Ambiguity Properties and Optimization Using Frequency-Hopping Waveforms", IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 56, no. 12, pp. 5926-5936, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上述のマッチドフィルタによるパルス圧縮を利用した信号分離では、自己相関及び相互相関の影響により、例えば図８に示す合成信号ｙ（ｔ）においてターゲットが存在する位置（時刻ｔT）前後にレンジサイドローブが検出されてしまうという問題がある。
【００２０】
ここで、ａ番目の送信アンテナからの送信信号と、ｂ番目の送信アンテナからの送信信号との相関関数は、次式のように表される。
【数５】
【００２１】
自己相関（ａ＝ｂ）のときは、ターゲットが存在する距離（レンジ）に対応する時刻ｔTに関して［数６］が成り立つことが好ましいが、実際には［数７］のようになる点が存在する。
【数６】
【数７】
【００２２】
よって、マッチドフィルタにより送信信号と受信信号の相関をとった場合、ターゲットが存在するレンジ以外にも信号が現れてしまうことになる。即ち、ｌ（エル）番目の送信アンテナからの送信信号と、ｋ番目の送信アンテナからの送信信号の受信信号との相関に関して、相互相関ｌ（エル）≠ｋについても［数８］が成り立つことが好ましいが、実際には［数９］のようになる点が存在する。このことにより、ターゲットの検出精度が低下する恐れがある。
【数８】
【数９】
【００２３】
１つの解決法としては、送信信号のパルス長Ｔを長くし、直交度の高い信号を用いることが考えられ、これにより、異なるパルス信号間の相互干渉の影響を低減できる。さらに、受信信号に混入した干渉波に対する抑圧度が高くなるという効果も得ることができる。ただし、この場合でも相関関数は完全に０にはならない。また、一般に、送信アンテナと受信アンテナが同一である場合には、アンテナから信号を送信している時にはターゲットからの信号を受信できない。このため、送信信号のパルス長Ｔが長いと、レーダ装置としての最小探知距離も長くなってしまうという問題が発生する。
【００２４】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、レンジサイドローブを抑圧できるレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明のレーダ装置は、互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段と、前記無線信号が空間中に存在する物体により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段と、前記受信手段から出力される信号を合成する信号合成手段と、を具備するレーダ装置において、各前記送信手段は、複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部と、前記パルス信号のサブパルス毎に位相変調を施したサブパルス位相変調信号を、所定の時間間隔でＬ（Ｌは２以上の自然数）回出力する信号変調部と、前記サブパルス位相変調信号を空間に送信可能な前記無線信号に変換する信号送信部と、前記信号送信部により前記無線信号に変換されたサブパルス位相変調信号を空間に送信する送信アンテナと、を備え、各前記受信手段は、前記反射信号を受信する受信アンテナと、前記反射信号に受信処理を施す信号受信部と、前記信号受信部により受信処理された反射信号を、前記Ｍ個の送信手段の前記信号変調部から出力されたＬ個の前記サブパルス位相変調信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、前記反射信号から各前記送信手段に由来するＭ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分を分離する信号分離部と、を備え、前記信号合成手段は、前記Ｎ個の受信手段の前記信号分離部から出力される、ｌ（エル）（＝１，・・・，Ｌ）番目の前記サブパルス位相変調信号に由来したＭ×Ｎ個の前記サブパルス位相変調信号成分の位相及び振幅を調整し、調整後の各サブパルス位相変調信号成分のＬ個の合成波形を出力する信号合成部と、前記信号合成部から出力されたＬ個の前記合成波形を積算する信号積算部と、を備える構成を有している。
【００２６】
この構成により、本発明のレーダ装置は、レンジサイドローブを抑圧することができる。
【００２７】
また、本発明のレーダ装置は、互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段と、前記無線信号が空間中に存在する物体により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段と、前記受信手段から出力される信号を合成する信号合成手段と、を具備するレーダ装置において、各前記送信手段は、複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部と、前記パルス信号のサブパルス毎に位相変調を施したサブパルス位相変調信号を、所定の時間間隔でＬ（Ｌは２以上の自然数）回出力する信号変調部と、前記サブパルス位相変調信号を空間に送信可能な前記無線信号に変換する信号送信部と、前記信号送信部により前記無線信号に変換されたサブパルス位相変調信号を空間に送信する送信アンテナと、を備え、各前記受信手段は、前記反射信号を受信する受信アンテナと、前記反射信号に受信処理を施す信号受信部と、前記信号受信部により受信処理された反射信号を、前記Ｍ個の送信手段の前記信号変調部から出力されたＬ個の前記サブパルス位相変調信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、前記反射信号から各前記送信手段に由来するＭ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分を分離する信号分離部と、を備え、前記信号合成手段は、前記Ｎ個の受信手段の各前記信号分離部の後段に配置され、各前記送信手段に由来するＬ個のサブパルス位相変調信号成分の積算波形を出力するＭ×Ｎ個の信号積算部と、前記積算波形の位相及び振幅を調整し、調整後の各積算波形の合成波形を出力する信号合成部と、を備える構成を有している。
【００２８】
また、本発明のレーダ装置は、各前記信号変調部から前記サブパルス位相変調信号が出力される回数Ｌが、前記送信手段の個数Ｍと、各前記信号保存部が保存する１つの前記パルス信号に含まれる前記サブパルスの個数との積で与えられ、前記信号変調部が、ｍ（＝１，・・・，Ｍ）番目の前記信号保存部に保存された前記パルス信号の各サブパルスｓk(m)（ｔ）に対して、以下の式（１）で与えられる位相因子ｐαkm（αは１からＬまでの自然数）を乗じて位相変調を行うことにより、以下の式（２）で与えられるｌ（エル）番目の前記サブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)を生成するものであり、式（２）におけるαとｌ（エル）の組み合わせは任意であるが、該組み合わせにはＬ個のαの全てが用いられる構成を有している。
【数１０】
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、サブパルス毎に位相変調を施したパルス信号を複数回送信し、反射信号の複数のパルス信号成分に対して積算処理を行うことにより、レンジサイドローブを抑圧できるレーダ装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図
【図２】送信手段から送信されるサブパルス位相変調信号のタイミングチャート
【図３】送信手段が２つの場合のサブパルス位相変調信号の一例を示すグラフ
【図４】信号合成手段から出力される合成信号を模式的に示すグラフ
【図５】第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図
【図６】従来のレーダ装置の構成を示すブロック図
【図７】従来のレーダ装置が保存するパルス信号を模式的に示すグラフ
【図８】従来のレーダ装置から出力される合成信号を模式的に示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係るレーダ装置の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のレーダ装置１は、互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段１０−１〜１０−Ｍと、送信手段１０−１〜１０−Ｍより空間に送信された無線信号が空間中に存在する物体（ターゲット）により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段２０−１〜２０−Ｎと、受信手段２０−１〜２０−Ｎから出力される信号を合成する信号合成手段３０と、を具備する。
【００３３】
各送信手段１０−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部１１−ｍと、信号保存部１１−ｍに保存されているパルス信号のサブパルス毎に位相変調を施したサブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)（ｔ）を、所定の時間間隔でＬ（Ｌは２以上の自然数）回出力する信号変調部１２−ｍと、サブパルス位相変調信号を空間に送信可能な無線信号に変換する信号送信部１３−ｍと、信号送信部１３−ｍにより無線信号に変換されたサブパルス位相変調信号を空間に送信する送信アンテナ１４−ｍと、を備える。
【００３４】
ここで、各信号保存部１１−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に保存されたパルス信号は、他の信号保存部１１−ｍ'（ｍ'≠ｍ）に保存されたパルス信号と互いに異なるものであっても良く、例えば、同一周波数帯域を有し、互いに直交性が高いものであっても良い。また、パルス信号は、位相シフトキーイング信号であっても良く、周波数ホッピング方式を用いた信号であっても良い。例えば、周波数ホッピング方式のパルス信号は、図７に例示したように、従来技術（C.Y.Chen et al）のアルゴリズムに基づいて、サブパルス、及び、サブパルスの組み合わせの順序が決定されるものであっても良い。なお、信号保存部１１−１〜１１−Ｍは、パルス信号を生成し、生成したパルス信号を保存するものであっても良い。
【００３５】
信号変調部１２−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、サブパルス位相変調信号を、対応する信号送信部１３−ｍに出力するとともに、各受信手段２０−１〜２０−Ｎにも出力するようになっている。
【００３６】
信号送信部１３−ｍは、信号変調部１２−ｍから出力されたサブパルス位相変調信号に対して周波数変換、増幅などの処理を施して、信号送信部１３−ｍに接続された無指向性の送信アンテナ１４−ｍから電波として空間に出力できる信号に変換するようになっている。
【００３７】
図２は、送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから送信されるサブパルス位相変調信号のタイミングチャートである。各送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍは、時刻ｔ1に１番目のサブパルス位相変調信号を送信し、以降時刻ｔ2，・・・，ｔLに２番目からＬ番目のサブパルス位相変調信号を送信するようになっている。ここで、隣り合う２つのサブパルス位相変調信号が送信される時間間隔は一定であっても良い。
【００３８】
なお、サブパルス位相変調信号は、パルス長がＴ、パルス長Ｔに含まれるサブパルス数がＫ、チップ長ＴcがＴ／Ｋの信号である。ここで、Ｌは、サブパルス数Ｋに送信手段の数Ｍを乗じたものであるとする。また、１つのサブパルス位相変調信号に含まれるサブパルスの周波数は互いに異なっていても良い。
【００３９】
各受信手段２０−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、ターゲットにより反射された反射信号を受信する受信アンテナ２１−ｎと、受信アンテナ２１−ｎにより受信された反射信号に対して周波数変換、増幅などの受信処理を施す信号受信部２２−ｎと、信号受信部２２−ｎにより受信処理された反射信号を、送信手段１０−１〜１０−Ｍの信号変調部１２−１〜１２−Ｍからそれぞれ出力されたＬ個のサブパルス位相変調信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、反射信号から各送信手段１０−１〜１０−Ｍに由来するＭ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分を分離するマッチドフィルタとして機能する信号分離部２３−ｎと、を備える。
【００４０】
信号合成手段３０は、Ｎ個の受信手段２０−１〜２０−Ｎの信号分離部２３−１〜２３−Ｎから出力される、ｌ（エル）（＝１，・・・，Ｌ）番目のサブパルス位相変調信号に由来したＭ×Ｎ個のサブパルス位相変調信号成分の位相及び振幅を調整し、調整後の各サブパルス位相変調信号成分の合成波形を出力する信号合成部３１と、信号合成部３１から出力されたＬ個の合成波形を積算する信号積算部３２と、を備える。
【００４１】
以下、送信手段１０−１〜１０−Ｍの信号変調部１２−１〜１２−Ｍで生成されるサブパルス位相変調信号について詳しく述べる。
【００４２】
各信号保存部１１−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に保存されたパルス信号のサブパルスをｓk(m)（ｔ）（ｋ＝０，・・・，Ｋ−１）と記す。ここで、添え字ｋは１つのパルス信号に含まれるサブパルスの番号を表す。ｓk(m)（ｔ）は、ｋＴc≦ｔ＜（ｋ＋１）Ｔcで値を持つ信号である。
【００４３】
複数個のパルスのうち、信号変調部１２−ｍから出力されるｌ（エル）（＝１，・・・，Ｌ）番目のサブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)（ｔ）は、次式で表される。
【数１１】
ここで、ｔは、送信アンテナ１４−ｍからサブパルス位相変調信号の送信が開始される時刻ｔ1，ｔ2，・・・，ｔLをそれぞれ基準（ｔ＝０）とした時刻であり、ｘ'l T(m)は、０＜ｔ＜Ｔで値を持つ信号となる。なお、ｐαkmはサブパルスｓk(m)（ｔ）に掛け合わせられる位相因子であり、次式のように表される。
【００４４】
【数１２】
ここで、αは１からＬまでの自然数である。また、ｑはαをＫで割ったときの余り、ｓはαをＫで割ったときの商の整数値である。即ち、［数１２］は、位相因子がｐ1kmからｐLkmまでのＬ個のセットを構成し、各セットがＫ×Ｍ個の位相因子からなることを示している。
【００４５】
Ｌ個のサブパルス位相変調信号と位相因子のＬ個のセットとの組み合わせは任意で良いが、この組み合わせには位相因子のセットがＬ個全て用いられるものとする。言い換えれば、［数１１］におけるαとｌ（エル）の組み合わせは任意であるが、該組み合わせにはＬ個のαの全てが用いられる。一例としては、ｌ（エル）（＝１，・・・，Ｌ）番目のサブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)（ｔ）を構成するサブパルスに、ｌ（エル）番目のセットの位相因子ｐlkmが掛け合わせられても良い。
【００４６】
上記の位相因子により位相変調されたｌ（エル）番目のサブパルス位相変調信号に対する相関関数は、次式で表される。
【数１３】
ここで、添え字ａ、ｂは、送信アンテナ１４−ａ、１４−ｂに対応している。
【００４７】
さらに、各送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから出力されるＬ個（＝Ｋ×Ｍ）の変調パルスの全てについて、［数１３］の相関関数の和を取る。自己相関については［数１４］、相互相関については［数１５］のようになる。
【数１４】
【数１５】
【００４８】
ここで、［数１５］は次式に示すように変形される。
【数１６】
【００４９】
ここで、次式が成り立つ。
【数１７】
即ち、ａ≠ｂの場合には、［数１６］の左辺は零に等しくなるため、［数１５］が成り立つことが証明される。なお、［数１６］は、ａ＝ｂの場合にｋ＝ｋ'で値を持つが、既に述べたようにｓk(m)（ｔ）は、ｋＴc≦ｔ＜（ｋ＋１）Ｔcで値を持つ信号であるので、次式が成り立つ。
【００５０】
【数１８】
従って、ａ＝ｂかつｋ＝ｋ'の場合においては、［数１４］が成り立つことが証明される。
【００５１】
図３は、送信手段が２つ（Ｍ＝２）の場合に、信号変調部１２−１、１２−２で生成されるサブパルス位相変調信号の一例を示すグラフである。ここでは、サブパルス位相変調信号は、パルス長Ｔに含まれるサブパルス数Ｋが２で、チップ長Ｔc（＝Ｔ／２）の信号であるとしている。
【００５２】
ここで、サブパルスｓk(m)（ｔ）（ｋ＝０，１）は次式で表されるとしている。
【数１９】
【００５３】
また、上記のサブパルスに掛け合わせられる位相因子は［数１２］より、次式のようになる。
【数２０】
【００５４】
このようにして構成される各サブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)（ｔ）（［数１１］）は、［数１４］及び［数１５］の相関関係を満たすものとなる。
【００５５】
次に、図１に示した本実施形態のレーダ装置１の動作を説明する。
まず、信号保存部１１−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）により、パルス信号が、信号変調部１２−ｍに出力されるとともに、受信手段２０−１〜２０−Ｎの信号分離部２３−１〜２３−Ｎに基準信号として出力される。信号変調部１２−ｍに入力されたパルス信号は、［数１２］の位相因子でサブパルス毎に位相変調されて、サブパルス位相変調信号として信号送信部１３−ｍに出力される。
【００５６】
サブパルス位相変調信号は、信号送信部１３−ｍにおいて周波数変換、増幅などの処理が施された後に、送信アンテナ１４−ｍを介して空間に向けて送信される。
【００５７】
各送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから送信されたサブパルス位相変調信号が、空間中に存在するターゲットにより反射された場合には、その反射信号が各受信アンテナ２１−１〜２１−Ｎに受信される。各受信アンテナ２１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により受信された反射信号は、信号受信部２２−ｎによって周波数変換、増幅などの受信処理を施された後に、各信号分離部２３−ｎにおいて、送信手段１０−１〜１０−Ｍの各信号変調部１２−１〜１２−Ｍから出力されたＬ個の基準信号を用いたパルス圧縮により、Ｍ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分に分離される。
【００５８】
ここで、サブパルス位相変調信号成分は、送信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）から出力されたサブパルス位相変調信号をｘ'l T(m)（ｔ）とし、受信アンテナ２１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により受信された反射信号をｘ'l R(n)（ｔ）として次式のように表される。
【数２１】
ここで、Ｔはパルス長、ｔはサブパルス位相変調信号が送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから送信された時刻を基準（ｔ＝０）とした時刻を指している。なお、サブパルス位相変調信号（送信信号）と反射信号（受信信号）はいずれも複素信号である。
【００５９】
上記のようにして得られた、ｌ（エル）番目のサブパルス位相変調信号に由来したＭ×Ｎ個のサブパルス位相変調信号成分は、信号合成手段３０の信号合成部３１に入力され、位相及び振幅が調整された後に合成される。ここで、信号合成部３１が出力する合成波形は次式のように表される。
【数２２】
【００６０】
ここで、［数２２］中のベクトルｘ'l（ｔ）は次式のように表される。
【数２３】
また、［数２２］中のベクトルｗは、各サブパルス位相変調信号成分に対する振幅、位相の乗数（複素数）となるＭ×Ｎ個の値を要素に持つベクトルで、Ｍ×Ｎ個の複素数は、形成したいビームの指向性に応じて適宜決定される。
【００６１】
このようにして得られたＬ個の合成波形ｙ'l（ｔ）（ｌ＝１，・・・，Ｌ）は、信号積算部３２に出力され、次式に従って積算される。なお、ここでは、各サブパルス位相変調信号が送信順ｌ（エル）に関わらず、全て同時刻ｔ＝０に送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから出力されたものと見なして積算処理を行っている。
【数２４】
【００６２】
図４は、［数２４］により積算された合成信号ｙ'（ｔ）を模式的に示すグラフである。なお、比較のために、図４では位相変調を行わない従来の方式で得られた合成信号を点線で示している。図４から、従来の方式と比較して、本実施形態の方式で得られた合成信号においてレンジサイドローブが抑圧されていることが分かる。
【００６３】
なお、ターゲットが動いている場合はドップラシフトにより、受信信号の位相が回転する。時間的に隣り合うサブパルス位相変調信号間の位相回転量がθである場合、合成波形ｙ'l（ｔ）は次式のように表される。
【数２５】
ここで、Ｙ（ｔ）はターゲットが静止している場合の合成波形である。
【００６４】
そこで、ターゲットが動いている場合には、信号積算部３２は、次式に従って、位相回転量θを補正してから積算処理を行う。
【数２６】
［数２６］の積算処理により、合成波形からドップラシフトの影響を取り除いて合成信号ｙ'（ｔ）を算出することが可能となる。
【００６５】
以上説明したように、本発明に係るレーダ装置は、サブパルス毎に位相変調を施したパルス信号を複数回送信し、それらの反射信号の複数の信号成分に対して積算処理を行うことにより、レンジサイドローブを抑圧することができる。
【００６６】
また、本発明においては、基本的な条件を満たしていれば、各信号保存部が保存するパルス信号は、どのような信号でも構わず、例えば、全て同一のパルス信号であっても良い。このため、本発明は、直交信号の生成に従来技術（C.Y.Chen et al）のような複雑なアルゴリズムを用いなくて良く、手間がかからなくて済むという利点を有する。さらに、本発明は、レーダシステム仕様や他のレーダ等への干渉等を考慮して、パルス信号を自由に設計できるという利点を有する。
【００６７】
（第２の実施形態）
本発明に係るレーダ装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。本実施形態のレーダ装置２の構成は、第１の実施形態と信号合成手段の構成が異なっている。図５は、第２の実施形態のレーダ装置２の構成を示すブロック図である。
【００６８】
本実施形態のレーダ装置２は、図５に示すように、互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ個の送信手段１０−１〜１０−Ｍと、送信手段１０−１〜１０−Ｍより空間に送信された無線信号が空間中に存在するターゲットにより反射された反射信号を受信するＮ個の受信手段２０−１〜２０−Ｎと、受信手段２０−１〜２０−Ｎから出力される信号を合成する信号合成手段４０と、を具備する。
【００６９】
信号合成手段４０は、Ｎ個の受信手段２０−１〜２０−Ｎの各前記信号分離部２３−１〜２３−Ｎから出力され、各送信手段１０−１〜１０−Ｍに由来するＬ個のサブパルス位相変調信号成分の積算波形をそれぞれ出力するＭ×Ｎ個の信号積算部４１−１−１〜４１−Ｎ−Ｍと、信号積算部４１−１−１〜４１−Ｎ−Ｍから出力されたＭ×Ｎ×Ｌ個の積算波形の位相及び振幅を調整し、調整後の各積算波形の合成信号ｙ'（ｔ）を出力する信号合成部４２と、を備える。
【００７０】
即ち、信号積算部４１−ｎ−１〜４１−ｎ−Ｍ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、受信手段２０−ｎの直後にＭ個ずつ配置される。例えば、信号積算部４１−ｎ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、次式に示すようにＬ個のサブパルス位相変調信号成分を積算する。
【数２７】
【００７１】
また、信号合成部４２が出力する合成信号ｙ'（ｔ）は次式のように表される。
【数２８】
【００７２】
ここで、［数２８］中のベクトルｘ'（ｔ）は次式のように表される。
【数２９】
【符号の説明】
【００７３】
１、２ レーダ装置
１０−１〜１０−Ｍ 送信手段
１１−１〜１１−Ｍ 信号保存部
１２−１〜１２−Ｍ 信号変調部
１３−１〜１３−Ｍ 信号送信部
１４−１〜１４−Ｍ 送信アンテナ
２０−１〜２０−Ｎ 受信手段
２１−１〜２１−Ｎ 受信アンテナ
２２−１〜２２−Ｎ 信号受信部
２３−１〜２３−Ｎ 信号分離部
３０、４０ 信号合成手段
３１、４２ 信号合成部
３２、４１−１−１〜４１−Ｎ−Ｍ 信号積算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置に係り、特に、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）レーダ方式を用いたレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯレーダ方式を利用したフェーズドアレイレーダ（以下、ＭＩＭＯレーダと記す）が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＭＩＭＯレーダは、無指向性の複数の送信アンテナから互いに異なる信号を物体（ターゲット）に向けて送信し、ターゲットからの反射波を複数の受信アンテナで受信し、さらに、マッチドフィルタにより受信した信号から各送信信号を分離し、分離した信号の振幅、位相を調節してビーム整形することにより、物体の位置を検出するレーダシステムである。
【０００３】
図６は、ＭＩＭＯレーダ方式を利用した従来のレーダ装置１００の機能構成を示すブロック図である。従来のレーダ装置１００は、図６に示すように、互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段５０−１〜５０−Ｍと、送信手段５０−１〜５０−Ｍより空間に送信された無線信号が空間中に存在する物体（ターゲット）により反射された反射波の合成波（反射信号）を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段６０−１〜６０−Ｎと、受信手段６０−１〜６０−Ｎから出力される信号を合成する信号合成部７０と、を具備する。
【０００４】
各送信手段５０−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部５１−ｍと、パルス信号を空間に送信可能な無線信号に変換する信号送信部５２−ｍと、信号送信部５２−ｍにより無線信号に変換されたパルス信号を空間に送信する送信アンテナ５３−ｍと、を備える。
【０００５】
ここで、各信号保存部５１−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に保存されたパルス信号は、他の信号保存部５１−ｍ'（ｍ'≠ｍ）に保存されたパルス信号と互いに異なるものであり、一般的には、同一周波数帯域を有し、互いの直交性が高いものである。
【０００６】
図７（ａ）〜（ｄ）は、パルス信号の一例を示すグラフである。これらのパルス信号は、周波数ホッピング方式を用いたものであり、非特許文献１で述べられているアルゴリズムを元に作成されたものである。ここでは、４つの送信アンテナから、パルス長Ｔ、パルス長Ｔに含まれるサブパルス数が８、サブパルスの周波数の数が８のパルス信号が送信されるものとしている。
【０００７】
各受信手段６０−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、ターゲットにより反射された反射信号を受信する受信アンテナ６１−ｎと、受信アンテナ６１−ｎにより受信された反射信号に対して周波数変換、増幅などの受信処理を施す信号受信部６２−ｎと、信号受信部６２−ｎにより受信処理された反射信号を、Ｍ個の送信手段５０−１〜５０−Ｍの信号保存部５１−１〜５１−Ｍからそれぞれ出力されたＭ個のパルス信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、反射信号から各送信手段５０−１〜５０−Ｍに由来するＭ個のパルス信号成分を分離するマッチドフィルタとして機能する信号分離部６３−ｎと、を備える。
【０００８】
信号合成部７０は、Ｎ個の受信手段６０−１〜６０−Ｎから出力されるＭ×Ｎ個のパルス信号成分の位相及び振幅を調整し、調整後の各パルス信号成分の合成波形を出力する。
【０００９】
次に、図６に示した従来のレーダ装置１００の動作を説明する。
まず、各信号保存部５１−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）からパルス信号が、信号送信部５２−ｍに出力されるとともに、信号分離部６３−１〜６３−Ｎに基準信号として出力される。パルス信号は、信号送信部５２−ｍにおいて周波数変換、増幅などの処理が施された後に、送信アンテナ５３−ｍを介して空間に向けて送信される。
【００１０】
各送信アンテナ５３−１〜５３−Ｍから送信されたパルス信号が、空間中に存在するターゲットにより反射された場合には、その反射信号が各受信アンテナ６１−１〜６１−Ｎに受信される。各受信アンテナ６１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により受信された反射信号は、信号受信部６２−ｎによって受信処理を施された後に、信号分離部６３−ｎにおいて、信号保存部５１−１〜５１−Ｍから出力された基準信号を用いたパルス圧縮により、Ｍ×Ｎ個のパルス信号成分に分離される。
【００１１】
分離されたＭ×Ｎ個のパルス信号成分は、信号合成部７０において、位相、振幅が調整された後に全て合成されて出力される。
【００１２】
ここで、信号分離部６３−１〜６３−Ｎによって分離されるＭ×Ｎ個のパルス信号成分は、送信アンテナ５３−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）から出力されたパルス信号（以下、単に送信信号と記す）をｘT、受信アンテナ６１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により受信された反射信号（以下、単に受信信号と記す）をｘRとするとき、次式のように表される。
【００１３】
【数１】
ここで、Ｔはパルス長、ｔはパルス信号が送信アンテナ５３−１〜５３−Ｍから送信された時刻を基準（ｔ＝０）とした時刻を意味する。また、送信信号と受信信号はいずれも複素信号である。なお、［数１］及び以降の数式において、＊は複素共役を示す。
【００１４】
また、信号合成部７０が出力する合成信号ｙ（ｔ）は次式のように表される。
【数２】
ここで、［数２］中のベクトルｘ（ｔ）は、分離された全てのパルス信号成分からなり、次式のように表される。
【数３】
【００１５】
また、［数２］中のベクトルｗは、各パルス信号成分に対する振幅、位相の乗数（複素数）となるＭ×Ｎ個の値を要素に持つベクトルで、Ｍ×Ｎ個の複素数はそれぞれ形成したいビームの指向性に応じて適宜決定される。
【００１６】
なお、ターゲットまでの距離ｒは、［数２］の合成信号ｙ（ｔ）が所定値以上の値を持つ時刻ｔを用いて次式で表される。ここで、ｃは送信信号及び受信信号の速度である。
【数４】
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１０−２０３９６５号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Chun-Yang Chen and P. P. Vaidyanathan, "MIMO Radar Ambiguity Properties and Optimization Using Frequency-Hopping Waveforms", IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 56, no. 12, pp. 5926-5936, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上述のマッチドフィルタによるパルス圧縮を利用した信号分離では、自己相関及び相互相関の影響により、例えば図８に示す合成信号ｙ（ｔ）においてターゲットが存在する位置（時刻ｔT）前後にレンジサイドローブが検出されてしまうという問題がある。
【００２０】
ここで、ａ番目の送信アンテナからの送信信号と、ｂ番目の送信アンテナからの送信信号との相関関数は、次式のように表される。
【数５】
【００２１】
自己相関（ａ＝ｂ）のときは、ターゲットが存在する距離（レンジ）に対応する時刻ｔTに関して［数６］が成り立つことが好ましいが、実際には［数７］のようになる点が存在する。
【数６】
【数７】
【００２２】
よって、マッチドフィルタにより送信信号と受信信号の相関をとった場合、ターゲットが存在するレンジ以外にも信号が現れてしまうことになる。即ち、ｌ（エル）番目の送信アンテナからの送信信号と、ｋ番目の送信アンテナからの送信信号の受信信号との相関に関して、相互相関ｌ（エル）≠ｋについても［数８］が成り立つことが好ましいが、実際には［数９］のようになる点が存在する。このことにより、ターゲットの検出精度が低下する恐れがある。
【数８】
【数９】
【００２３】
１つの解決法としては、送信信号のパルス長Ｔを長くし、直交度の高い信号を用いることが考えられ、これにより、異なるパルス信号間の相互干渉の影響を低減できる。さらに、受信信号に混入した干渉波に対する抑圧度が高くなるという効果も得ることができる。ただし、この場合でも相関関数は完全に０にはならない。また、一般に、送信アンテナと受信アンテナが同一である場合には、アンテナから信号を送信している時にはターゲットからの信号を受信できない。このため、送信信号のパルス長Ｔが長いと、レーダ装置としての最小探知距離も長くなってしまうという問題が発生する。
【００２４】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、レンジサイドローブを抑圧できるレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明のレーダ装置は、互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段と、前記無線信号が空間中に存在する物体により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段と、前記受信手段から出力される信号を合成する信号合成手段と、を具備するレーダ装置において、各前記送信手段は、複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部と、前記パルス信号のサブパルス毎に位相変調を施したサブパルス位相変調信号を、所定の時間間隔でＬ（Ｌは２以上の自然数）回出力する信号変調部と、前記サブパルス位相変調信号を空間に送信可能な前記無線信号に変換する信号送信部と、前記信号送信部により前記無線信号に変換されたサブパルス位相変調信号を空間に送信する送信アンテナと、を備え、各前記受信手段は、前記反射信号を受信する受信アンテナと、前記反射信号に受信処理を施す信号受信部と、前記信号受信部により受信処理された反射信号を、前記Ｍ個の送信手段の前記信号変調部から出力されたＬ個の前記サブパルス位相変調信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、前記反射信号から各前記送信手段に由来するＭ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分を分離する信号分離部と、を備え、前記信号合成手段は、前記Ｎ個の受信手段の前記信号分離部から出力される、ｌ（エル）（＝１，・・・，Ｌ）番目の前記サブパルス位相変調信号に由来したＭ×Ｎ個の前記サブパルス位相変調信号成分の位相及び振幅を調整し、調整後の各サブパルス位相変調信号成分のＬ個の合成波形を出力する信号合成部と、前記信号合成部から出力されたＬ個の前記合成波形を積算する信号積算部と、を備える構成を有している。
【００２６】
この構成により、本発明のレーダ装置は、レンジサイドローブを抑圧することができる。
【００２７】
また、本発明のレーダ装置は、互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段と、前記無線信号が空間中に存在する物体により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段と、前記受信手段から出力される信号を合成する信号合成手段と、を具備するレーダ装置において、各前記送信手段は、複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部と、前記パルス信号のサブパルス毎に位相変調を施したサブパルス位相変調信号を、所定の時間間隔でＬ（Ｌは２以上の自然数）回出力する信号変調部と、前記サブパルス位相変調信号を空間に送信可能な前記無線信号に変換する信号送信部と、前記信号送信部により前記無線信号に変換されたサブパルス位相変調信号を空間に送信する送信アンテナと、を備え、各前記受信手段は、前記反射信号を受信する受信アンテナと、前記反射信号に受信処理を施す信号受信部と、前記信号受信部により受信処理された反射信号を、前記Ｍ個の送信手段の前記信号変調部から出力されたＬ個の前記サブパルス位相変調信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、前記反射信号から各前記送信手段に由来するＭ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分を分離する信号分離部と、を備え、前記信号合成手段は、前記Ｎ個の受信手段の各前記信号分離部の後段に配置され、各前記送信手段に由来するＬ個のサブパルス位相変調信号成分の積算波形を出力するＭ×Ｎ個の信号積算部と、前記積算波形の位相及び振幅を調整し、調整後の各積算波形の合成波形を出力する信号合成部と、を備える構成を有している。
【００２８】
また、本発明のレーダ装置は、各前記信号変調部から前記サブパルス位相変調信号が出力される回数Ｌが、前記送信手段の個数Ｍと、各前記信号保存部が保存する１つの前記パルス信号に含まれる前記サブパルスの個数との積で与えられ、前記信号変調部が、ｍ（＝１，・・・，Ｍ）番目の前記信号保存部に保存された前記パルス信号の各サブパルスｓk(m)（ｔ）に対して、以下の式（１）で与えられる位相因子ｐαkm（αは１からＬまでの自然数）を乗じて位相変調を行うことにより、以下の式（２）で与えられるｌ（エル）番目の前記サブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)を生成するものであり、式（２）におけるαとｌ（エル）の組み合わせは任意であるが、該組み合わせにはＬ個のαの全てが用いられる構成を有している。
【数１０】
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、サブパルス毎に位相変調を施したパルス信号を複数回送信し、反射信号の複数のパルス信号成分に対して積算処理を行うことにより、レンジサイドローブを抑圧できるレーダ装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図
【図２】送信手段から送信されるサブパルス位相変調信号のタイミングチャート
【図３】送信手段が２つの場合のサブパルス位相変調信号の一例を示すグラフ
【図４】信号合成手段から出力される合成信号を模式的に示すグラフ
【図５】第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図
【図６】従来のレーダ装置の構成を示すブロック図
【図７】従来のレーダ装置が保存するパルス信号を模式的に示すグラフ
【図８】従来のレーダ装置から出力される合成信号を模式的に示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係るレーダ装置の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のレーダ装置１は、互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段１０−１〜１０−Ｍと、送信手段１０−１〜１０−Ｍより空間に送信された無線信号が空間中に存在する物体（ターゲット）により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段２０−１〜２０−Ｎと、受信手段２０−１〜２０−Ｎから出力される信号を合成する信号合成手段３０と、を具備する。
【００３３】
各送信手段１０−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部１１−ｍと、信号保存部１１−ｍに保存されているパルス信号のサブパルス毎に位相変調を施したサブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)（ｔ）を、所定の時間間隔でＬ（Ｌは２以上の自然数）回出力する信号変調部１２−ｍと、サブパルス位相変調信号を空間に送信可能な無線信号に変換する信号送信部１３−ｍと、信号送信部１３−ｍにより無線信号に変換されたサブパルス位相変調信号を空間に送信する送信アンテナ１４−ｍと、を備える。
【００３４】
ここで、各信号保存部１１−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に保存されたパルス信号は、他の信号保存部１１−ｍ'（ｍ'≠ｍ）に保存されたパルス信号と互いに異なるものであっても良く、例えば、同一周波数帯域を有し、互いに直交性が高いものであっても良い。また、パルス信号は、位相シフトキーイング信号であっても良く、周波数ホッピング方式を用いた信号であっても良い。例えば、周波数ホッピング方式のパルス信号は、図７に例示したように、従来技術（C.Y.Chen et al）のアルゴリズムに基づいて、サブパルス、及び、サブパルスの組み合わせの順序が決定されるものであっても良い。なお、信号保存部１１−１〜１１−Ｍは、パルス信号を生成し、生成したパルス信号を保存するものであっても良い。
【００３５】
信号変調部１２−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、サブパルス位相変調信号を、対応する信号送信部１３−ｍに出力するとともに、各受信手段２０−１〜２０−Ｎにも出力するようになっている。
【００３６】
信号送信部１３−ｍは、信号変調部１２−ｍから出力されたサブパルス位相変調信号に対して周波数変換、増幅などの処理を施して、信号送信部１３−ｍに接続された無指向性の送信アンテナ１４−ｍから電波として空間に出力できる信号に変換するようになっている。
【００３７】
図２は、送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから送信されるサブパルス位相変調信号のタイミングチャートである。各送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍは、時刻ｔ1に１番目のサブパルス位相変調信号を送信し、以降時刻ｔ2，・・・，ｔLに２番目からＬ番目のサブパルス位相変調信号を送信するようになっている。ここで、隣り合う２つのサブパルス位相変調信号が送信される時間間隔は一定であっても良い。
【００３８】
なお、サブパルス位相変調信号は、パルス長がＴ、パルス長Ｔに含まれるサブパルス数がＫ、チップ長ＴcがＴ／Ｋの信号である。ここで、Ｌは、サブパルス数Ｋに送信手段の数Ｍを乗じたものであるとする。また、１つのサブパルス位相変調信号に含まれるサブパルスの周波数は互いに異なっていても良い。
【００３９】
各受信手段２０−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、ターゲットにより反射された反射信号を受信する受信アンテナ２１−ｎと、受信アンテナ２１−ｎにより受信された反射信号に対して周波数変換、増幅などの受信処理を施す信号受信部２２−ｎと、信号受信部２２−ｎにより受信処理された反射信号を、送信手段１０−１〜１０−Ｍの信号変調部１２−１〜１２−Ｍからそれぞれ出力されたＬ個のサブパルス位相変調信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、反射信号から各送信手段１０−１〜１０−Ｍに由来するＭ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分を分離するマッチドフィルタとして機能する信号分離部２３−ｎと、を備える。
【００４０】
信号合成手段３０は、Ｎ個の受信手段２０−１〜２０−Ｎの信号分離部２３−１〜２３−Ｎから出力される、ｌ（エル）（＝１，・・・，Ｌ）番目のサブパルス位相変調信号に由来したＭ×Ｎ個のサブパルス位相変調信号成分の位相及び振幅を調整し、調整後の各サブパルス位相変調信号成分の合成波形を出力する信号合成部３１と、信号合成部３１から出力されたＬ個の合成波形を積算する信号積算部３２と、を備える。
【００４１】
以下、送信手段１０−１〜１０−Ｍの信号変調部１２−１〜１２−Ｍで生成されるサブパルス位相変調信号について詳しく述べる。
【００４２】
各信号保存部１１−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に保存されたパルス信号のサブパルスをｓk(m)（ｔ）（ｋ＝０，・・・，Ｋ−１）と記す。ここで、添え字ｋは１つのパルス信号に含まれるサブパルスの番号を表す。ｓk(m)（ｔ）は、ｋＴc≦ｔ＜（ｋ＋１）Ｔcで値を持つ信号である。
【００４３】
複数個のパルスのうち、信号変調部１２−ｍから出力されるｌ（エル）（＝１，・・・，Ｌ）番目のサブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)（ｔ）は、次式で表される。
【数１１】
ここで、ｔは、送信アンテナ１４−ｍからサブパルス位相変調信号の送信が開始される時刻ｔ1，ｔ2，・・・，ｔLをそれぞれ基準（ｔ＝０）とした時刻であり、ｘ'l T(m)は、０＜ｔ＜Ｔで値を持つ信号となる。なお、ｐαkmはサブパルスｓk(m)（ｔ）に掛け合わせられる位相因子であり、次式のように表される。
【００４４】
【数１２】
ここで、αは１からＬまでの自然数である。また、ｑはαをＫで割ったときの余り、ｓはαをＫで割ったときの商の整数値である。即ち、［数１２］は、位相因子がｐ1kmからｐLkmまでのＬ個のセットを構成し、各セットがＫ×Ｍ個の位相因子からなることを示している。
【００４５】
Ｌ個のサブパルス位相変調信号と位相因子のＬ個のセットとの組み合わせは任意で良いが、この組み合わせには位相因子のセットがＬ個全て用いられるものとする。言い換えれば、［数１１］におけるαとｌ（エル）の組み合わせは任意であるが、該組み合わせにはＬ個のαの全てが用いられる。一例としては、ｌ（エル）（＝１，・・・，Ｌ）番目のサブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)（ｔ）を構成するサブパルスに、ｌ（エル）番目のセットの位相因子ｐlkmが掛け合わせられても良い。
【００４６】
上記の位相因子により位相変調されたｌ（エル）番目のサブパルス位相変調信号に対する相関関数は、次式で表される。
【数１３】
ここで、添え字ａ、ｂは、送信アンテナ１４−ａ、１４−ｂに対応している。
【００４７】
さらに、各送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから出力されるＬ個（＝Ｋ×Ｍ）の変調パルスの全てについて、［数１３］の相関関数の和を取る。自己相関については［数１４］、相互相関については［数１５］のようになる。
【数１４】
【数１５】
【００４８】
ここで、［数１５］は次式に示すように変形される。
【数１６】
【００４９】
ここで、次式が成り立つ。
【数１７】
即ち、ａ≠ｂの場合には、［数１６］の左辺は零に等しくなるため、［数１５］が成り立つことが証明される。なお、［数１６］は、ａ＝ｂの場合にｋ＝ｋ'で値を持つが、既に述べたようにｓk(m)（ｔ）は、ｋＴc≦ｔ＜（ｋ＋１）Ｔcで値を持つ信号であるので、次式が成り立つ。
【００５０】
【数１８】
従って、ａ＝ｂかつｋ＝ｋ'の場合においては、［数１４］が成り立つことが証明される。
【００５１】
図３は、送信手段が２つ（Ｍ＝２）の場合に、信号変調部１２−１、１２−２で生成されるサブパルス位相変調信号の一例を示すグラフである。ここでは、サブパルス位相変調信号は、パルス長Ｔに含まれるサブパルス数Ｋが２で、チップ長Ｔc（＝Ｔ／２）の信号であるとしている。
【００５２】
ここで、サブパルスｓk(m)（ｔ）（ｋ＝０，１）は次式で表されるとしている。
【数１９】
【００５３】
また、上記のサブパルスに掛け合わせられる位相因子は［数１２］より、次式のようになる。
【数２０】
【００５４】
このようにして構成される各サブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)（ｔ）（［数１１］）は、［数１４］及び［数１５］の相関関係を満たすものとなる。
【００５５】
次に、図１に示した本実施形態のレーダ装置１の動作を説明する。
まず、信号保存部１１−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）により、パルス信号が、信号変調部１２−ｍに出力されるとともに、受信手段２０−１〜２０−Ｎの信号分離部２３−１〜２３−Ｎに基準信号として出力される。信号変調部１２−ｍに入力されたパルス信号は、［数１２］の位相因子でサブパルス毎に位相変調されて、サブパルス位相変調信号として信号送信部１３−ｍに出力される。
【００５６】
サブパルス位相変調信号は、信号送信部１３−ｍにおいて周波数変換、増幅などの処理が施された後に、送信アンテナ１４−ｍを介して空間に向けて送信される。
【００５７】
各送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから送信されたサブパルス位相変調信号が、空間中に存在するターゲットにより反射された場合には、その反射信号が各受信アンテナ２１−１〜２１−Ｎに受信される。各受信アンテナ２１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により受信された反射信号は、信号受信部２２−ｎによって周波数変換、増幅などの受信処理を施された後に、各信号分離部２３−ｎにおいて、送信手段１０−１〜１０−Ｍの各信号変調部１２−１〜１２−Ｍから出力されたＬ個の基準信号を用いたパルス圧縮により、Ｍ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分に分離される。
【００５８】
ここで、サブパルス位相変調信号成分は、送信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）から出力されたサブパルス位相変調信号をｘ'l T(m)（ｔ）とし、受信アンテナ２１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により受信された反射信号をｘ'l R(n)（ｔ）として次式のように表される。
【数２１】
ここで、Ｔはパルス長、ｔはサブパルス位相変調信号が送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから送信された時刻を基準（ｔ＝０）とした時刻を指している。なお、サブパルス位相変調信号（送信信号）と反射信号（受信信号）はいずれも複素信号である。
【００５９】
上記のようにして得られた、ｌ（エル）番目のサブパルス位相変調信号に由来したＭ×Ｎ個のサブパルス位相変調信号成分は、信号合成手段３０の信号合成部３１に入力され、位相及び振幅が調整された後に合成される。ここで、信号合成部３１が出力する合成波形は次式のように表される。
【数２２】
【００６０】
ここで、［数２２］中のベクトルｘ'l（ｔ）は次式のように表される。
【数２３】
また、［数２２］中のベクトルｗは、各サブパルス位相変調信号成分に対する振幅、位相の乗数（複素数）となるＭ×Ｎ個の値を要素に持つベクトルで、Ｍ×Ｎ個の複素数は、形成したいビームの指向性に応じて適宜決定される。
【００６１】
このようにして得られたＬ個の合成波形ｙ'l（ｔ）（ｌ＝１，・・・，Ｌ）は、信号積算部３２に出力され、次式に従って積算される。なお、ここでは、各サブパルス位相変調信号が送信順ｌ（エル）に関わらず、全て同時刻ｔ＝０に送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから出力されたものと見なして積算処理を行っている。
【数２４】
【００６２】
図４は、［数２４］により積算された合成信号ｙ'（ｔ）を模式的に示すグラフである。なお、比較のために、図４では位相変調を行わない従来の方式で得られた合成信号を点線で示している。図４から、従来の方式と比較して、本実施形態の方式で得られた合成信号においてレンジサイドローブが抑圧されていることが分かる。
【００６３】
なお、ターゲットが動いている場合はドップラシフトにより、受信信号の位相が回転する。時間的に隣り合うサブパルス位相変調信号間の位相回転量がθである場合、合成波形ｙ'l（ｔ）は次式のように表される。
【数２５】
ここで、Ｙ（ｔ）はターゲットが静止している場合の合成波形である。
【００６４】
そこで、ターゲットが動いている場合には、信号積算部３２は、次式に従って、位相回転量θを補正してから積算処理を行う。
【数２６】
［数２６］の積算処理により、合成波形からドップラシフトの影響を取り除いて合成信号ｙ'（ｔ）を算出することが可能となる。
【００６５】
以上説明したように、本発明に係るレーダ装置は、サブパルス毎に位相変調を施したパルス信号を複数回送信し、それらの反射信号の複数の信号成分に対して積算処理を行うことにより、レンジサイドローブを抑圧することができる。
【００６６】
また、本発明においては、基本的な条件を満たしていれば、各信号保存部が保存するパルス信号は、どのような信号でも構わず、例えば、全て同一のパルス信号であっても良い。このため、本発明は、直交信号の生成に従来技術（C.Y.Chen et al）のような複雑なアルゴリズムを用いなくて良く、手間がかからなくて済むという利点を有する。さらに、本発明は、レーダシステム仕様や他のレーダ等への干渉等を考慮して、パルス信号を自由に設計できるという利点を有する。
【００６７】
（第２の実施形態）
本発明に係るレーダ装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。本実施形態のレーダ装置２の構成は、第１の実施形態と信号合成手段の構成が異なっている。図５は、第２の実施形態のレーダ装置２の構成を示すブロック図である。
【００６８】
本実施形態のレーダ装置２は、図５に示すように、互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ個の送信手段１０−１〜１０−Ｍと、送信手段１０−１〜１０−Ｍより空間に送信された無線信号が空間中に存在するターゲットにより反射された反射信号を受信するＮ個の受信手段２０−１〜２０−Ｎと、受信手段２０−１〜２０−Ｎから出力される信号を合成する信号合成手段４０と、を具備する。
【００６９】
信号合成手段４０は、Ｎ個の受信手段２０−１〜２０−Ｎの各前記信号分離部２３−１〜２３−Ｎから出力され、各送信手段１０−１〜１０−Ｍに由来するＬ個のサブパルス位相変調信号成分の積算波形をそれぞれ出力するＭ×Ｎ個の信号積算部４１−１−１〜４１−Ｎ−Ｍと、信号積算部４１−１−１〜４１−Ｎ−Ｍから出力されたＭ×Ｎ×Ｌ個の積算波形の位相及び振幅を調整し、調整後の各積算波形の合成信号ｙ'（ｔ）を出力する信号合成部４２と、を備える。
【００７０】
即ち、信号積算部４１−ｎ−１〜４１−ｎ−Ｍ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、受信手段２０−ｎの直後にＭ個ずつ配置される。例えば、信号積算部４１−ｎ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、次式に示すようにＬ個のサブパルス位相変調信号成分を積算する。
【数２７】
【００７１】
また、信号合成部４２が出力する合成信号ｙ'（ｔ）は次式のように表される。
【数２８】
【００７２】
ここで、［数２８］中のベクトルｘ'（ｔ）は次式のように表される。
【数２９】
【符号の説明】
【００７３】
１、２ レーダ装置
１０−１〜１０−Ｍ 送信手段
１１−１〜１１−Ｍ 信号保存部
１２−１〜１２−Ｍ 信号変調部
１３−１〜１３−Ｍ 信号送信部
１４−１〜１４−Ｍ 送信アンテナ
２０−１〜２０−Ｎ 受信手段
２１−１〜２１−Ｎ 受信アンテナ
２２−１〜２２−Ｎ 信号受信部
２３−１〜２３−Ｎ 信号分離部
３０、４０ 信号合成手段
３１、４２ 信号合成部
３２、４１−１−１〜４１−Ｎ−Ｍ 信号積算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段と、前記無線信号が空間中に存在する物体により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段と、前記受信手段から出力される信号を合成する信号合成手段と、を具備するレーダ装置において、
各前記送信手段は、
複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部と、
前記パルス信号のサブパルス毎に位相変調を施したサブパルス位相変調信号を、所定の時間間隔でＬ（Ｌは２以上の自然数）回出力する信号変調部と、
前記サブパルス位相変調信号を空間に送信可能な前記無線信号に変換する信号送信部と、
前記信号送信部により前記無線信号に変換されたサブパルス位相変調信号を空間に送信する送信アンテナと、を備え、
各前記受信手段は、
前記反射信号を受信する受信アンテナと、
前記反射信号に受信処理を施す信号受信部と、
前記信号受信部により受信処理された反射信号を、前記Ｍ個の送信手段の前記信号変調部から出力されたＬ個の前記サブパルス位相変調信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、前記反射信号から各前記送信手段に由来するＭ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分を分離する信号分離部と、を備え、
前記信号合成手段は、
前記Ｎ個の受信手段の前記信号分離部から出力される、ｌ（エル）（＝１，・・・，Ｌ）番目の前記サブパルス位相変調信号に由来したＭ×Ｎ個の前記サブパルス位相変調信号成分の位相及び振幅を調整し、調整後の各サブパルス位相変調信号成分のＬ個の合成波形を出力する信号合成部と、
前記信号合成部から出力されたＬ個の前記合成波形を積算する信号積算部と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段と、前記無線信号が空間中に存在する物体により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段と、前記受信手段から出力される信号を合成する信号合成手段と、を具備するレーダ装置において、
各前記送信手段は、
複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部と、
前記パルス信号のサブパルス毎に位相変調を施したサブパルス位相変調信号を、所定の時間間隔でＬ（Ｌは２以上の自然数）回出力する信号変調部と、
前記サブパルス位相変調信号を空間に送信可能な前記無線信号に変換する信号送信部と、
前記信号送信部により前記無線信号に変換されたサブパルス位相変調信号を空間に送信する送信アンテナと、を備え、
各前記受信手段は、
前記反射信号を受信する受信アンテナと、
前記反射信号に受信処理を施す信号受信部と、
前記信号受信部により受信処理された反射信号を、前記Ｍ個の送信手段の前記信号変調部から出力されたＬ個の前記サブパルス位相変調信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、前記反射信号から各前記送信手段に由来するＭ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分を分離する信号分離部と、を備え、
前記信号合成手段は、
前記Ｎ個の受信手段の各前記信号分離部の後段に配置され、各前記送信手段に由来するＬ個のサブパルス位相変調信号成分の積算波形を出力するＭ×Ｎ個の信号積算部と、
前記積算波形の位相及び振幅を調整し、調整後の各積算波形の合成波形を出力する信号合成部と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
各前記信号変調部から前記サブパルス位相変調信号が出力される回数Ｌが、前記送信手段の個数Ｍと、各前記信号保存部が保存する１つの前記パルス信号に含まれる前記サブパルスの個数との積で与えられ、
前記信号変調部は、ｍ（＝１，・・・，Ｍ）番目の前記信号保存部に保存された前記パルス信号の各サブパルスｓk(m)（ｔ）に対して、以下の式（１）で与えられる位相因子ｐαkm（αは１からＬまでの自然数）を乗じて位相変調を行うことにより、以下の式（２）で与えられるｌ（エル）番目の前記サブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)を生成するものであり、
式（２）におけるαとｌ（エル）の組み合わせは任意であるが、該組み合わせにはＬ個のαの全てが用いられる請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【数３０】
【請求項１】
互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段と、前記無線信号が空間中に存在する物体により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段と、前記受信手段から出力される信号を合成する信号合成手段と、を具備するレーダ装置において、
各前記送信手段は、
複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部と、
前記パルス信号のサブパルス毎に位相変調を施したサブパルス位相変調信号を、所定の時間間隔でＬ（Ｌは２以上の自然数）回出力する信号変調部と、
前記サブパルス位相変調信号を空間に送信可能な前記無線信号に変換する信号送信部と、
前記信号送信部により前記無線信号に変換されたサブパルス位相変調信号を空間に送信する送信アンテナと、を備え、
各前記受信手段は、
前記反射信号を受信する受信アンテナと、
前記反射信号に受信処理を施す信号受信部と、
前記信号受信部により受信処理された反射信号を、前記Ｍ個の送信手段の前記信号変調部から出力されたＬ個の前記サブパルス位相変調信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、前記反射信号から各前記送信手段に由来するＭ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分を分離する信号分離部と、を備え、
前記信号合成手段は、
前記Ｎ個の受信手段の前記信号分離部から出力される、ｌ（エル）（＝１，・・・，Ｌ）番目の前記サブパルス位相変調信号に由来したＭ×Ｎ個の前記サブパルス位相変調信号成分の位相及び振幅を調整し、調整後の各サブパルス位相変調信号成分のＬ個の合成波形を出力する信号合成部と、
前記信号合成部から出力されたＬ個の前記合成波形を積算する信号積算部と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
互いに異なる無線信号を空間に送信するＭ（Ｍは２以上の自然数）個の送信手段と、前記無線信号が空間中に存在する物体により反射された反射信号を受信するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の受信手段と、前記受信手段から出力される信号を合成する信号合成手段と、を具備するレーダ装置において、
各前記送信手段は、
複数のサブパルスからなるパルス信号を保存する信号保存部と、
前記パルス信号のサブパルス毎に位相変調を施したサブパルス位相変調信号を、所定の時間間隔でＬ（Ｌは２以上の自然数）回出力する信号変調部と、
前記サブパルス位相変調信号を空間に送信可能な前記無線信号に変換する信号送信部と、
前記信号送信部により前記無線信号に変換されたサブパルス位相変調信号を空間に送信する送信アンテナと、を備え、
各前記受信手段は、
前記反射信号を受信する受信アンテナと、
前記反射信号に受信処理を施す信号受信部と、
前記信号受信部により受信処理された反射信号を、前記Ｍ個の送信手段の前記信号変調部から出力されたＬ個の前記サブパルス位相変調信号を基準信号としてパルス圧縮することにより、前記反射信号から各前記送信手段に由来するＭ×Ｌ個のサブパルス位相変調信号成分を分離する信号分離部と、を備え、
前記信号合成手段は、
前記Ｎ個の受信手段の各前記信号分離部の後段に配置され、各前記送信手段に由来するＬ個のサブパルス位相変調信号成分の積算波形を出力するＭ×Ｎ個の信号積算部と、
前記積算波形の位相及び振幅を調整し、調整後の各積算波形の合成波形を出力する信号合成部と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
各前記信号変調部から前記サブパルス位相変調信号が出力される回数Ｌが、前記送信手段の個数Ｍと、各前記信号保存部が保存する１つの前記パルス信号に含まれる前記サブパルスの個数との積で与えられ、
前記信号変調部は、ｍ（＝１，・・・，Ｍ）番目の前記信号保存部に保存された前記パルス信号の各サブパルスｓk(m)（ｔ）に対して、以下の式（１）で与えられる位相因子ｐαkm（αは１からＬまでの自然数）を乗じて位相変調を行うことにより、以下の式（２）で与えられるｌ（エル）番目の前記サブパルス位相変調信号ｘ'l T(m)を生成するものであり、
式（２）におけるαとｌ（エル）の組み合わせは任意であるが、該組み合わせにはＬ個のαの全てが用いられる請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【数３０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８８３１３（Ｐ２０１３−８８３１３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９８４４（Ｐ２０１１−２２９８４４）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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