レーダ装置
【課題】アレーアンテナを用いた超分解能測距処理において、各素子受信信号より求めた相関行列を素子方向に平均化することで、目標信号間の相関を低減し測距精度等を改善したレーダ装置を提供する。
【解決手段】目標に向けて送信波を送信する送信手段１，２と、上記送信手段から送信された上記目標で反射した反射波を受信する複数の受信手段４，５と、上記複数の受信手段にそれぞれ設けられ、受信手段で得られた受信信号から測距処理を行うための相関信号の信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理手段６〜１０と、各上記相関行列算出処理手段から出力された相関行列を加算する加算手段１１と、上記加算手段で得られた相関行列に基づき超分解能測距処理を行う超分解能測距処理手段１２と、を備えた。
【解決手段】目標に向けて送信波を送信する送信手段１，２と、上記送信手段から送信された上記目標で反射した反射波を受信する複数の受信手段４，５と、上記複数の受信手段にそれぞれ設けられ、受信手段で得られた受信信号から測距処理を行うための相関信号の信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理手段６〜１０と、各上記相関行列算出処理手段から出力された相関行列を加算する加算手段１１と、上記加算手段で得られた相関行列に基づき超分解能測距処理を行う超分解能測距処理手段１２と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標の位置を検出するためのレーダ装置、特に目標検出精度の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のレーダ装置で使用される目標分離法を示したものとして、例えば下記非特許文献１に示すような、多周波ステップICWレーダによる目標分離法がある。
【０００３】
【非特許文献１】稲葉敏之，”多周波ステップICWレーダによる目標分離法”、電子情報通信学会論文誌Ｂ，vol.J89-B, no.3, pp373-383, 2006
【非特許文献２】菊間信良，”アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版，1998年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の方式では、測距精度を改善するのに必要な信号間の相関を低減する手段として、空間スムージング処理のみしか行われていなかった。また、Ｓ／Ｎ(信号対雑音電力比)が小さいときに、測距精度が劣化する問題点があった。
【０００５】
この発明は、アレーアンテナを用いた超分解能測距処理において、各素子受信信号より求めた相関行列を素子方向に平均化することで、目標信号間の相関を低減し測距精度や目標からの入射角度を求める精度を改善した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】
【０００６】
この発明は、目標に向けて送信波を送信する送信手段と、上記送信手段から送信された上記目標で反射した反射波を受信する複数の受信手段と、上記複数の受信手段にそれぞれ設けられ、受信手段で得られた受信信号から測距処理を行うための相関信号の信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理手段と、各上記相関行列算出処理手段から出力された相関行列を加算する加算手段と、上記加算手段で得られた相関行列に基づき超分解能測距処理を行う超分解能測距処理手段と、を備えたことを特徴とするレーダ装置にある。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、アレーアンテナを用いた超分解能測距処理において、各素子受信信号より求めた相関行列を素子方向に平均することで、目標信号間の相関を低減し測距精度等を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明によるレーダ装置を説明する前に、上述の非特許文献１の目標分離法に関連する多周波パルス方式における測距処理について説明する。図１１は多周波パルス方式の構成例を示している。この構成では、周波数の異なる複数のパルスを送信する多周波発信型送信機１、電波等の送信波を送信する送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃Kに反射した反射波を受信する受信アンテナ４、受信波に帯域制限や位相検波を施す受信機５、受信機５から出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６、目標のドップラー周波数を推定し目標信号を検出する目標検出処理部７、ドップラー効果により変動した目標信号の位相を補正するドップラー補正処理部８、周波数を換えて算出した測距処理を行うための相関信号を蓄えておくメモリ回路９、相関信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理部１０、相関行列にESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)を用いた超分解能処理を施すESPRIT処理部１２を備えている。
【０００９】
次に動作について説明する。多周波発信型送信機１と送信アンテナ２より周波数の異なるパルスを送信する。送信する周波数をf1〜fNとして、送信間隔TPRIにてパルスを送信する。図１２はパルス送受信の時間関係を示している。周波数fn(1≦n≦N)はΔfごとに増加する。送信パルスはＫ種類の目標３-＃1〜＃Kに反射して受信アンテナ４にて受信される。以上の送受信をNp回繰り返す。ｎp(1≦np≦Np)回目送受信において周波数fnに送信パルスが目標３-＃Kに反射して受信された目標信号をuk,np,n(t)(t：1回目送受信において周波数f1が送信された時刻を基準とする時間)とする。目標信号u1,np,n(t)〜uK,np,n(t)は受信機５にて帯域制限、位相検波が施されて受信信号が出力される。受信信号はＡ／Ｄ変換器６に伝達される。Ａ／Ｄ変換器６では、時間間隔Tsでサンプリングが行われる。送信パルスが送信された後、ng番目にサンプリングされた信号を時間ゲートngの受信信号と表記する。np回目送受信の送信周波数fnの時間ゲートngの受信信号は時刻Tnp,n,ngでサンプリングされた信号となる。
【００１０】
Tnp,n, ng＝(np-1)Tsouju+(n-1)TPRI+(ng-1)Ts (１)
【００１１】
K種類の目標は全て同一の時間ゲートng0に含まれるとする。時刻Tnp,n,ng0でサンプリングした受信信号に含まれる目標信号成分をsk,np,nと表記する。目標信号成分sk,np,nは目標信号uk,np,n(t)を用いて次式により表される。
【００１２】
sk,np,n = uk,np,n( Tnp,n,ng0 ) (２)
【００１３】
Ａ／Ｄ変換器６から各時間ゲートの信号が出力され目標検出処理部７に伝達される。周波数fnのパルスを送信したときの時間ゲートngのＡ／Ｄ変換器出力信号をynp,n,ngとする。特に、時間ゲートng0のＡ／Ｄ変換器出力信号ynp,n,ng0には目標信号が含まれており、次式のように表される。次式でw np,n,ng0はＡ／Ｄ変換器出力信号ynp,n,ng0に含まれている受信機雑音成分を表す。
【００１４】
【数１】
【００１５】
目標検出処理部７では、各時間ゲートngごとに送受信方向にコヒーレント積分を行い、目標信号成分を検出する。次式によりドップラービンndの成分znd,n,ngが算出される。
【００１６】
【数２】
【００１７】
K種類の目標は全てほぼ等しいラジアル速度vkで移動しており、次式の範囲に含まれているとする。
【００１８】
【数３】
【００１９】
このとき、FFT(Fast Fourier Transform)処理信号znd0,n,ng0にK種類の目標信号成分がコヒーレント積分されている。そのため、信号電力| znd0,n,ng0|2は大きい値となっており、固定スレッショルド、CFAR(Constant False Alarm Rate)等を用いたピーク検出によりFFT処理信号znd0,n,ng0が検出される。FFT処理信号znd0,n,ng0とそのドップラー周波数fdが目標検出処理部７から出力されドップラー補正処理部８に伝達する。ここで、ドップラー周波数fdは次式により算出する。
【００２０】
【数４】
【００２１】
ドップラー補正処理部８では、次式によりFFT処理信号znd0,n,ng0に含まれる目標信号成分のドップラー効果に起因する位相変動を補正する。
【００２２】
【数５】
【００２３】
ドップラー補正処理部８からは受信信号xnd0,n,ng0が出力され、メモリ回路９に伝達される。全ての周波数番号n(1 ≦ n ≦ N)に関して受信信号xnd0,n,ng0がメモリ回路９に伝達されたところでメモリ回路９から受信信号xnd0,1,ng0 ,…, xnd0,N,ng0が相関行列算出処理部１０に伝達される。この受信信号xnd0,1,ng0 ,…, xnd0,N,ng0をそれぞれx1 ,…, xN,と表記する。相関行列算出処理部１０では、ESPRIT処理を行うための相関行列Rを、上記非特許文献２に示された空間スムージング処理を用いて次式により算出する。空間スムージング処理では、N-M+1点の積分を行う過程で異なる目標信号成分間の相関が積分損失により小さくなり、超分解能測距精度が改善される。次式でMは空間スムージング処理後の相関行列の次元を表している。
【００２４】
【数６】
【００２５】
相関行列RはESPRIT処理部１２に伝達される。ESPRIT処理部１２では、まず、相関行列Rの固有値ν(1)…ν(M)( ν(1)＞ ν(2) ＞ … ＞ν(M) )と、固有値ν(i)(1≦ i ≦ M)に対応する固有ベクトルe(i)を求める。相関行列Rの値の大きい上位目標数K分の固有ベクトルe(1)…e(K)より次式の行列Eを算出する。
【００２６】
【数７】
【００２７】
次に、次式により行列Ψを算出する。次式で行列EHは行列Eのエルミート共役を表している。また、行列J1、行列J2はそれぞれM-1行M列の行列で、J1(i,k)は行列J1のi行k列の成分、J2(i,k)は行列J2のi行k列の成分をそれぞれ表している。
【００２８】
【数８】
【００２９】
そして、次式により各目標の測距値
【００３０】
【数９】
【００３１】
を求める。次式で
【００３２】
【数１０】
【００３３】
は行列Ψのk番目の固有値、
【００３４】
【数１１】
【００３５】
は固有値
【００３６】
【数１２】
【００３７】
の偏角をそれぞれ表している。また、cは光速を表している。
【００３８】
【数１３】
【００３９】
ドップラービンnd0、時間ゲートng0が複数存在する場合は、それぞれの受信信号xnd0,1,ng0 ,…, xnd0,N,ng0をESPRIT処理部１２に伝達して繰り返し測距処理を行う。
【００４０】
このような方式の場合、上述のように測距精度を改善するのに必要な信号間の相関を低減する手段が空間スムージング処理だけであり、また一方で、Ｓ／Ｎが小さいときに、測距精度が劣化する。
以下この発明によるレーダ装置を実施の形態に従って説明する。
【００４１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示している。図１において、多周波発信型送信機１、送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ(素子)４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、目標検出処理部７-＃1〜＃L、ドップラー補正処理部８-＃1〜＃L、メモリ回路９-＃1〜＃L、相関行列算出処理部１０-＃1〜＃L、ESPRIT処理部１２は、図１１でそれぞれ対応する符号が付されたものと同一もしくは相当部分であり、受信アンテナ４、受信機５、Ａ/Ｄ変換器６、目標検出処理部７、ドップラー補正処理部８、メモリ回路９、相関行列算出処理部１０からなる構成がL組分設けられている。加算処理部１１はL個の各受信アンテナでの受信信号より算出された相関行列を加算し、ESPRIT処理部１２がこれにESPRIT処理を施す。
【００４２】
次に、動作について説明する。多周波発信型送信機１と送信アンテナ２より送信波が送信される。以降、上述のものと同様に動作し、メモリ回路９-＃Lからx1,l , x2,l , … ,xN,lが出力される。k番目の目標からの反射波が図２に示す状況で受信されているとき、Ａ／Ｄ変換器６-＃lの出力信号xn,lに含まれる目標信号成分sk,np,n,l(式(３)参照)は、メモリ回路９-＃1の出力信号xn,1に含まれる目標信号成分sk,np,n,1を用いて次式のように表される。次式でdlは受信アンテナ４-＃1の位置を基準とするl番目の受信アンテナの位置、θkはk番目の目標の入射角度、λは送信波長を表している。送信周波数差Δfは送信周波数f1〜fNに比較して送信周波数に依らず送信波長λは一定としている。
【００４３】
【数１４】
【００４４】
以降は従来と同様に動作し、相関行列算出処理部１０-＃lから相関行列Rlが出力される。相関行列R1〜RLは加算処理部１１に伝達される。加算処理部１１では、次式により相関行列を算出する。
【００４５】
【数１５】
【００４６】
このとき、相関行列Rは次式のように表される。次式でRnoiseは雑音の共分散行列を表している。
【００４７】
【数１６】
【００４８】
２つの目標３-k1と３-k2の相関を表す行列Slの非対角項成分(k1行k2列の成分)は次式で表され、
【００４９】
【数１７】
【００５０】
入射角度θk1とθk2が互いに異なる場合、次式の関係がある。
【００５１】
【数１８】
【００５２】
そのため、積分損失が発生して２目標信号間の相関が低減される。上記非特許文献２に示された空間スムージング処理では、目標信号間の相関を低減することで超分解能推定精度が改善されることを述べており、実施の形態１の方法も上記の相関低減効果に起因して測距精度が改善される。さらに、素子方向に行われる積分のＳ／Ｎ改善効果により測距精度が改善される。
なお、ESPRIT処理に換えてMUSIC(Multiple Signal Classification)、最尤推定を用いる超分解能処理を行う処理構成とすることもできる。
【００５３】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成を示している。送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、相関行列算出処理部１０-＃1〜＃L、加算処理部１１、ESPRIT処理部１２は上述のものと同一もしくは相当部分である。送信機１３はランダムな２値符号変調の施されたパルスを送信し、相関信号生成処理部１４-＃1〜＃LはFFT-超分解能処理により測距を行うための相関信号を生成する。
【００５４】
次に動作について説明する。送信機１３と送信アンテナ２よりランダムな２値符号変調の施されたパルスが送信される。パルスのチップ幅をTchipとする。以降、上述のものと同様に動作し、Ａ／Ｄ変換器＃1から受信信号y1,l , y2,l ,… , yNdom,lが出力される。図４は距離rkに存在するk番目の目標に反射した目標信号が受信信号y1,l , y2,l ,… , yNdom,lに含まれる状況を表している。サンプリング周期Ts×サンプリング点数Ndomが目標の観測範囲となる。送信パルスもＡ／Ｄ変換器６でディジタル信号に変換されて送信信号h1, h2, … ,hNdomが出力される。受信信号y1,l , y2,l ,… , yNdom,lと送信信号h1, h2, … ,hNdomは相関信号生成処理部１４-＃1〜＃Lに伝達される。図５は同一構成を有する各相関信号生成処理部１４-＃1〜＃Lの内部構成の一例を示している。受信信号y1,l , y2,l ,… , yNdom,lにはドップラー補正処理部８でドップラー補正処理が施される。次式でfd2はドップラー補正値格納部１６から伝達された想定ドップラー周波数を表している。
【００５５】
【数１９】
【００５６】
ドップラー補正の施された受信信号y21,l (fd2), y22,l (fd2),… , y2Ndom,l(fd2)はＦＦＴ処理部１５に伝達され、受信信号スペクトルyf1,l (fd2), yf2,l (fd2),… , yfNdom,l(fd2)が出力される。また、送信信号h1, h2, … ,hNdomもＦＦＴ処理部１５に伝達され、送信信号スペクトルhf1, hf2, … ,hfNdomが出力される。
【００５７】
除算部Ｄにより次式によって除算信号α1,l, α2,l, … ,αNdom,lを算出する。
【００５８】
【数２０】
【００５９】
除算信号α1,l (fd2), α2,l (fd2), … ,αNdom,l (fd2)にIFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理をＩＦＦＴ処理部１７で施しパルス圧縮信号β1,l (fd2), β2,l (fd2), … ,βNdom,l (fd2)を生成する。除算信号α1,l (fd2), α2,l (fd2), … ,αNdom,l (fd2)とパルス圧縮信号β1,l (fd2), β2,l (fd2), … ,βNdom,l (fd2)の組をメモリ２回路１８に伝達する。想定する全てのドップラー周波数fd2に関して受信信号α1,l (fd2), α2,l (fd2), … ,αNdom,l (fd2)とパルス圧縮信号β1,l (fd2), β2,l (fd2), … ,βNdom,l (fd2)の組を求めた後、メモリ２回路１８からそれらの組が出力され、ピーク検出処理部１９に伝達される。ピーク検出処理部１９では、パルス圧縮信号振幅値|β1,l (fd2)|, |β2,l (fd2)|, … ,|βNdom,l (fd2)|を算出する。全ての想定ドップラー周波数fd2に関してパルス圧縮信号振幅値|β1,l (fd2)|, |β2,l (fd2)|, … ,|βNdom,l (fd2)|を算出した後、想定ドップラー周波数fd2を換えたときの最大値|βn,l(fd2,n)|(fd2,n：パルス圧縮信号振幅値|β1,l (fd2)|を最大とする信号成分の想定ドップラー周波数)を算出する。
【００６０】
パルス圧縮信号振幅値の最大値|βn,l(fd2,n)|を予め設定されているスレッショルドと比較して、目標信号成分を含むパルス圧縮信号βmax(fd2,n0)を検出する。除算信号α1,l (fd2,n0), α2,l (fd2,n0), … ,αNdom,l (fd2,n0)から送信パルスの変調帯域1/Tchipに相当する成分のみを抽出する。これを相関信号x1,l , x2,l , … ,xN,l とする。相関信号生成処理部１４-＃1〜＃Lからは相関信号x1,l , x2,l , … ,xN,lが出力され、加算処理部１１で加算された後にESPRIT処理部１２に伝達される。以降は実施の形態１と同様に動作し測距値
【００６１】
【数２１】
【００６２】
が求まる。
【００６３】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置の構成を示している。送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、相関行列算出処理部１０-＃1〜＃L、加算処理部１１は上記のものと同一もしくは相当部分である。FMCW用送信機２０はFMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)方式により変調の施された送信波を生成する。FMCW用相関信号生成処理部２１-＃1〜＃Lは送信信号と受信信号の相関をとり生成したビート信号を切り出して相関信号を生成する。FMCW用ESPRIT処理部２２はFMCW方式による送受信で生成した相関信号から測距値を算出する。
【００６４】
次に動作について説明する。FMCW用送信機２０から時刻に比例して送信周波数の増加するチャープ変調の施された信号が生成され、送信アンテナ２より送信される。k番目の目標３-＃kに反射して時間遅延τkにて受信アンテナで受信される。図７は送信周波数の時間的変化と受信波の周波数の時間的変化の関係を示している。上述のものと同様に動作しＡ／Ｄ変換器６-＃lから受信信号y1,l , y2,l ,… , yNdom,lが出力されFMCW用相関信号生成処理部２１-＃1〜＃Lに伝達される。また、送信波h1, h2, … ,hNdomも伝達されており、次式によりビート信号b1,l , b2,l ,… , bNdom,lを生成する
【００６５】
【数２２】
【００６６】
図７に示す送信周波数の周波数変化(図中の実線)とk番目の目標に反射した受信波の周波数変化(図中の点線)の関係から、ビート信号に含まれるk番目の目標の信号成分は、時間遅延τk(＝2rk/c)より定まるビート周波数fbkで位相回転している。ビート信号b1,l , b2,l ,… , bNdom,lは図７に示すビート信号生成範囲で生成されており、ここから、ビート信号の一部を切り出して相関信号x1,l , x2,l , … ,xN,lを生成する。以降は実施の形態１と同様に動作し、加算処理部１１から相関行列Rが出力される。相関行列はFMCW用ESPRIT処理部２２に伝達される。以降は上記と同様に動作し、固有値
【００６７】
【数２３】
【００６８】
を算出する。次式により測距値
【００６９】
【数２４】
【００７０】
を算出する。次式でTFMCWは変調波の送信時間である。
【００７１】
【数２５】
【００７２】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４によるレーダ装置の構成を示している。多周波発信型送信機１、送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、目標検出処理部７-＃1〜＃L、ドップラー補正処理部８-＃1〜＃L、メモリ回路９-＃1〜＃L、加算処理部１１は上記のものと同じである。素子方向相関行列算出処理部２３は受信信号の素子方向での相関行列を算出する。測角用ESPRIT処理部２４は各目標からの反射波の入射角度を推定するものである。
【００７３】
次に動作について説明する。多周波発信型送信機１と送信アンテナ２より周波数の異なるパルスを送信する。以降は実施の形態１と同様に動作し、メモリ回路９-＃lからＡ／Ｄ変換器出力信号x,n,l(1≦n≦N, 1≦l≦L)が素子方向相関行列算出処理部２３に伝達される。素子方向相関行列算出処理部２３では、次式により相関行列Rnを算出する。
【００７４】
【数２６】
【００７５】
以降は実施の形態１と同様に動作し、測角度用ESPRIT処理部２４に相関行列Rが伝達される。実施の形態１と同様にして行列Ψのk番目の固有値
【００７６】
【数２７】
【００７７】
が求まる。次式によりk番目の目標の入射角度(ハット)θkを求める。
【００７８】
【数２８】
【００７９】
なお、ESPRIT処理に換えてMUSIC(Multiple Signal Classification)、最尤推定を用いる超分解能処理を行う処理構成とすることもできる。
【００８０】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５によるレーダ装置の構成を示している。送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、素子方向相関行列算出処理部２３、加算処理部１１、測定角用ESPRIT処理部２４は実施の形態４と同じである。送信機１３、Ａ/Ｄ変換器６、相関信号生成処理部１４-＃1〜＃Lは実施の形態２と同じである。
【００８１】
次に動作について説明する。送信機１３と送信アンテナ２よりランダムな２値符号変調の施されたパルスが送信される。以降は実施の形態２と同様に動作し相関信号生成処理部１４から相関信号x1,l , x2,l , … ,xN,lが出力される。以降は実施の形態４と同様に動作し、目標反射波の入射角度を求める。
【００８２】
実施の形態６．
図１０はこの発明の実施の形態６によるレーダ装置の構成を示している。送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、素子方向相関行列算出処理部２３、加算処理部１１、測角用ESPRIT処理部２４は実施の形態４と同じである。FMCW用送信機２０、Ａ/Ｄ変換器６、FMCW用相関信号生成処理部２１-＃1〜＃Lは実施の形態３と同じである。
【００８３】
次に動作について説明する。FMCW用送信機２０から送信周波数が送信時刻に比例して増加するチャープ変調の施された信号が生成され、送信アンテナ２より送信される。以降は実施の形態３と同様に動作しFMCW用相関信号生成処理部２１-＃1〜＃Lから相関信号x1,l , x2,l , … ,xN,lが出力される。以降は実施の形態４と同様に動作し、目標反射波の入射角度を求める。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】図１のレーダ装置の動作を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図４】図３のレーダ装置の動作を説明するための図である。
【図５】図３のレーダ装置の相関信号生成処理部の構成の一例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図７】図６のレーダ装置の動作を説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態４によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態５によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態６によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図１１】多周波ステップICWレーダによる目標分離法における多周波パルス方式の構成例を示す図である。
【図１２】図１１の多周波パルス方式におけるパルス送受信の時間関係を示した図である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 多周波発信型送信機、２ 送信アンテナ、３ 目標、４ 受信アンテナ、５ 受信機、６ Ａ／Ｄ変換器、７ 目標検出処理部、８ ドップラー補正処理部、９ メモリ回路、１０ 相関行列算出処理部、１１ 加算処理部、１２ ESPRIT処理部、１３ 送信機、１４ 相関信号生成処理部、１５ FFT処理部、１６ ドップラー補正値格納部、１７ IFFT処理部、１８ メモリ２回路、１９ ピーク検出処理部、２０ FMCW用送信機、２１ FMCW用相関信号生成処理部、２２ FMCW用ESPRIT処理部、２３ 素子方向相関行列算出処理部、２４ 測角用ESPRIT処理部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標の位置を検出するためのレーダ装置、特に目標検出精度の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のレーダ装置で使用される目標分離法を示したものとして、例えば下記非特許文献１に示すような、多周波ステップICWレーダによる目標分離法がある。
【０００３】
【非特許文献１】稲葉敏之，”多周波ステップICWレーダによる目標分離法”、電子情報通信学会論文誌Ｂ，vol.J89-B, no.3, pp373-383, 2006
【非特許文献２】菊間信良，”アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版，1998年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の方式では、測距精度を改善するのに必要な信号間の相関を低減する手段として、空間スムージング処理のみしか行われていなかった。また、Ｓ／Ｎ(信号対雑音電力比)が小さいときに、測距精度が劣化する問題点があった。
【０００５】
この発明は、アレーアンテナを用いた超分解能測距処理において、各素子受信信号より求めた相関行列を素子方向に平均化することで、目標信号間の相関を低減し測距精度や目標からの入射角度を求める精度を改善した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】
【０００６】
この発明は、目標に向けて送信波を送信する送信手段と、上記送信手段から送信された上記目標で反射した反射波を受信する複数の受信手段と、上記複数の受信手段にそれぞれ設けられ、受信手段で得られた受信信号から測距処理を行うための相関信号の信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理手段と、各上記相関行列算出処理手段から出力された相関行列を加算する加算手段と、上記加算手段で得られた相関行列に基づき超分解能測距処理を行う超分解能測距処理手段と、を備えたことを特徴とするレーダ装置にある。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、アレーアンテナを用いた超分解能測距処理において、各素子受信信号より求めた相関行列を素子方向に平均することで、目標信号間の相関を低減し測距精度等を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明によるレーダ装置を説明する前に、上述の非特許文献１の目標分離法に関連する多周波パルス方式における測距処理について説明する。図１１は多周波パルス方式の構成例を示している。この構成では、周波数の異なる複数のパルスを送信する多周波発信型送信機１、電波等の送信波を送信する送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃Kに反射した反射波を受信する受信アンテナ４、受信波に帯域制限や位相検波を施す受信機５、受信機５から出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６、目標のドップラー周波数を推定し目標信号を検出する目標検出処理部７、ドップラー効果により変動した目標信号の位相を補正するドップラー補正処理部８、周波数を換えて算出した測距処理を行うための相関信号を蓄えておくメモリ回路９、相関信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理部１０、相関行列にESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)を用いた超分解能処理を施すESPRIT処理部１２を備えている。
【０００９】
次に動作について説明する。多周波発信型送信機１と送信アンテナ２より周波数の異なるパルスを送信する。送信する周波数をf1〜fNとして、送信間隔TPRIにてパルスを送信する。図１２はパルス送受信の時間関係を示している。周波数fn(1≦n≦N)はΔfごとに増加する。送信パルスはＫ種類の目標３-＃1〜＃Kに反射して受信アンテナ４にて受信される。以上の送受信をNp回繰り返す。ｎp(1≦np≦Np)回目送受信において周波数fnに送信パルスが目標３-＃Kに反射して受信された目標信号をuk,np,n(t)(t：1回目送受信において周波数f1が送信された時刻を基準とする時間)とする。目標信号u1,np,n(t)〜uK,np,n(t)は受信機５にて帯域制限、位相検波が施されて受信信号が出力される。受信信号はＡ／Ｄ変換器６に伝達される。Ａ／Ｄ変換器６では、時間間隔Tsでサンプリングが行われる。送信パルスが送信された後、ng番目にサンプリングされた信号を時間ゲートngの受信信号と表記する。np回目送受信の送信周波数fnの時間ゲートngの受信信号は時刻Tnp,n,ngでサンプリングされた信号となる。
【００１０】
Tnp,n, ng＝(np-1)Tsouju+(n-1)TPRI+(ng-1)Ts (１)
【００１１】
K種類の目標は全て同一の時間ゲートng0に含まれるとする。時刻Tnp,n,ng0でサンプリングした受信信号に含まれる目標信号成分をsk,np,nと表記する。目標信号成分sk,np,nは目標信号uk,np,n(t)を用いて次式により表される。
【００１２】
sk,np,n = uk,np,n( Tnp,n,ng0 ) (２)
【００１３】
Ａ／Ｄ変換器６から各時間ゲートの信号が出力され目標検出処理部７に伝達される。周波数fnのパルスを送信したときの時間ゲートngのＡ／Ｄ変換器出力信号をynp,n,ngとする。特に、時間ゲートng0のＡ／Ｄ変換器出力信号ynp,n,ng0には目標信号が含まれており、次式のように表される。次式でw np,n,ng0はＡ／Ｄ変換器出力信号ynp,n,ng0に含まれている受信機雑音成分を表す。
【００１４】
【数１】
【００１５】
目標検出処理部７では、各時間ゲートngごとに送受信方向にコヒーレント積分を行い、目標信号成分を検出する。次式によりドップラービンndの成分znd,n,ngが算出される。
【００１６】
【数２】
【００１７】
K種類の目標は全てほぼ等しいラジアル速度vkで移動しており、次式の範囲に含まれているとする。
【００１８】
【数３】
【００１９】
このとき、FFT(Fast Fourier Transform)処理信号znd0,n,ng0にK種類の目標信号成分がコヒーレント積分されている。そのため、信号電力| znd0,n,ng0|2は大きい値となっており、固定スレッショルド、CFAR(Constant False Alarm Rate)等を用いたピーク検出によりFFT処理信号znd0,n,ng0が検出される。FFT処理信号znd0,n,ng0とそのドップラー周波数fdが目標検出処理部７から出力されドップラー補正処理部８に伝達する。ここで、ドップラー周波数fdは次式により算出する。
【００２０】
【数４】
【００２１】
ドップラー補正処理部８では、次式によりFFT処理信号znd0,n,ng0に含まれる目標信号成分のドップラー効果に起因する位相変動を補正する。
【００２２】
【数５】
【００２３】
ドップラー補正処理部８からは受信信号xnd0,n,ng0が出力され、メモリ回路９に伝達される。全ての周波数番号n(1 ≦ n ≦ N)に関して受信信号xnd0,n,ng0がメモリ回路９に伝達されたところでメモリ回路９から受信信号xnd0,1,ng0 ,…, xnd0,N,ng0が相関行列算出処理部１０に伝達される。この受信信号xnd0,1,ng0 ,…, xnd0,N,ng0をそれぞれx1 ,…, xN,と表記する。相関行列算出処理部１０では、ESPRIT処理を行うための相関行列Rを、上記非特許文献２に示された空間スムージング処理を用いて次式により算出する。空間スムージング処理では、N-M+1点の積分を行う過程で異なる目標信号成分間の相関が積分損失により小さくなり、超分解能測距精度が改善される。次式でMは空間スムージング処理後の相関行列の次元を表している。
【００２４】
【数６】
【００２５】
相関行列RはESPRIT処理部１２に伝達される。ESPRIT処理部１２では、まず、相関行列Rの固有値ν(1)…ν(M)( ν(1)＞ ν(2) ＞ … ＞ν(M) )と、固有値ν(i)(1≦ i ≦ M)に対応する固有ベクトルe(i)を求める。相関行列Rの値の大きい上位目標数K分の固有ベクトルe(1)…e(K)より次式の行列Eを算出する。
【００２６】
【数７】
【００２７】
次に、次式により行列Ψを算出する。次式で行列EHは行列Eのエルミート共役を表している。また、行列J1、行列J2はそれぞれM-1行M列の行列で、J1(i,k)は行列J1のi行k列の成分、J2(i,k)は行列J2のi行k列の成分をそれぞれ表している。
【００２８】
【数８】
【００２９】
そして、次式により各目標の測距値
【００３０】
【数９】
【００３１】
を求める。次式で
【００３２】
【数１０】
【００３３】
は行列Ψのk番目の固有値、
【００３４】
【数１１】
【００３５】
は固有値
【００３６】
【数１２】
【００３７】
の偏角をそれぞれ表している。また、cは光速を表している。
【００３８】
【数１３】
【００３９】
ドップラービンnd0、時間ゲートng0が複数存在する場合は、それぞれの受信信号xnd0,1,ng0 ,…, xnd0,N,ng0をESPRIT処理部１２に伝達して繰り返し測距処理を行う。
【００４０】
このような方式の場合、上述のように測距精度を改善するのに必要な信号間の相関を低減する手段が空間スムージング処理だけであり、また一方で、Ｓ／Ｎが小さいときに、測距精度が劣化する。
以下この発明によるレーダ装置を実施の形態に従って説明する。
【００４１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示している。図１において、多周波発信型送信機１、送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ(素子)４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、目標検出処理部７-＃1〜＃L、ドップラー補正処理部８-＃1〜＃L、メモリ回路９-＃1〜＃L、相関行列算出処理部１０-＃1〜＃L、ESPRIT処理部１２は、図１１でそれぞれ対応する符号が付されたものと同一もしくは相当部分であり、受信アンテナ４、受信機５、Ａ/Ｄ変換器６、目標検出処理部７、ドップラー補正処理部８、メモリ回路９、相関行列算出処理部１０からなる構成がL組分設けられている。加算処理部１１はL個の各受信アンテナでの受信信号より算出された相関行列を加算し、ESPRIT処理部１２がこれにESPRIT処理を施す。
【００４２】
次に、動作について説明する。多周波発信型送信機１と送信アンテナ２より送信波が送信される。以降、上述のものと同様に動作し、メモリ回路９-＃Lからx1,l , x2,l , … ,xN,lが出力される。k番目の目標からの反射波が図２に示す状況で受信されているとき、Ａ／Ｄ変換器６-＃lの出力信号xn,lに含まれる目標信号成分sk,np,n,l(式(３)参照)は、メモリ回路９-＃1の出力信号xn,1に含まれる目標信号成分sk,np,n,1を用いて次式のように表される。次式でdlは受信アンテナ４-＃1の位置を基準とするl番目の受信アンテナの位置、θkはk番目の目標の入射角度、λは送信波長を表している。送信周波数差Δfは送信周波数f1〜fNに比較して送信周波数に依らず送信波長λは一定としている。
【００４３】
【数１４】
【００４４】
以降は従来と同様に動作し、相関行列算出処理部１０-＃lから相関行列Rlが出力される。相関行列R1〜RLは加算処理部１１に伝達される。加算処理部１１では、次式により相関行列を算出する。
【００４５】
【数１５】
【００４６】
このとき、相関行列Rは次式のように表される。次式でRnoiseは雑音の共分散行列を表している。
【００４７】
【数１６】
【００４８】
２つの目標３-k1と３-k2の相関を表す行列Slの非対角項成分(k1行k2列の成分)は次式で表され、
【００４９】
【数１７】
【００５０】
入射角度θk1とθk2が互いに異なる場合、次式の関係がある。
【００５１】
【数１８】
【００５２】
そのため、積分損失が発生して２目標信号間の相関が低減される。上記非特許文献２に示された空間スムージング処理では、目標信号間の相関を低減することで超分解能推定精度が改善されることを述べており、実施の形態１の方法も上記の相関低減効果に起因して測距精度が改善される。さらに、素子方向に行われる積分のＳ／Ｎ改善効果により測距精度が改善される。
なお、ESPRIT処理に換えてMUSIC(Multiple Signal Classification)、最尤推定を用いる超分解能処理を行う処理構成とすることもできる。
【００５３】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成を示している。送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、相関行列算出処理部１０-＃1〜＃L、加算処理部１１、ESPRIT処理部１２は上述のものと同一もしくは相当部分である。送信機１３はランダムな２値符号変調の施されたパルスを送信し、相関信号生成処理部１４-＃1〜＃LはFFT-超分解能処理により測距を行うための相関信号を生成する。
【００５４】
次に動作について説明する。送信機１３と送信アンテナ２よりランダムな２値符号変調の施されたパルスが送信される。パルスのチップ幅をTchipとする。以降、上述のものと同様に動作し、Ａ／Ｄ変換器＃1から受信信号y1,l , y2,l ,… , yNdom,lが出力される。図４は距離rkに存在するk番目の目標に反射した目標信号が受信信号y1,l , y2,l ,… , yNdom,lに含まれる状況を表している。サンプリング周期Ts×サンプリング点数Ndomが目標の観測範囲となる。送信パルスもＡ／Ｄ変換器６でディジタル信号に変換されて送信信号h1, h2, … ,hNdomが出力される。受信信号y1,l , y2,l ,… , yNdom,lと送信信号h1, h2, … ,hNdomは相関信号生成処理部１４-＃1〜＃Lに伝達される。図５は同一構成を有する各相関信号生成処理部１４-＃1〜＃Lの内部構成の一例を示している。受信信号y1,l , y2,l ,… , yNdom,lにはドップラー補正処理部８でドップラー補正処理が施される。次式でfd2はドップラー補正値格納部１６から伝達された想定ドップラー周波数を表している。
【００５５】
【数１９】
【００５６】
ドップラー補正の施された受信信号y21,l (fd2), y22,l (fd2),… , y2Ndom,l(fd2)はＦＦＴ処理部１５に伝達され、受信信号スペクトルyf1,l (fd2), yf2,l (fd2),… , yfNdom,l(fd2)が出力される。また、送信信号h1, h2, … ,hNdomもＦＦＴ処理部１５に伝達され、送信信号スペクトルhf1, hf2, … ,hfNdomが出力される。
【００５７】
除算部Ｄにより次式によって除算信号α1,l, α2,l, … ,αNdom,lを算出する。
【００５８】
【数２０】
【００５９】
除算信号α1,l (fd2), α2,l (fd2), … ,αNdom,l (fd2)にIFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理をＩＦＦＴ処理部１７で施しパルス圧縮信号β1,l (fd2), β2,l (fd2), … ,βNdom,l (fd2)を生成する。除算信号α1,l (fd2), α2,l (fd2), … ,αNdom,l (fd2)とパルス圧縮信号β1,l (fd2), β2,l (fd2), … ,βNdom,l (fd2)の組をメモリ２回路１８に伝達する。想定する全てのドップラー周波数fd2に関して受信信号α1,l (fd2), α2,l (fd2), … ,αNdom,l (fd2)とパルス圧縮信号β1,l (fd2), β2,l (fd2), … ,βNdom,l (fd2)の組を求めた後、メモリ２回路１８からそれらの組が出力され、ピーク検出処理部１９に伝達される。ピーク検出処理部１９では、パルス圧縮信号振幅値|β1,l (fd2)|, |β2,l (fd2)|, … ,|βNdom,l (fd2)|を算出する。全ての想定ドップラー周波数fd2に関してパルス圧縮信号振幅値|β1,l (fd2)|, |β2,l (fd2)|, … ,|βNdom,l (fd2)|を算出した後、想定ドップラー周波数fd2を換えたときの最大値|βn,l(fd2,n)|(fd2,n：パルス圧縮信号振幅値|β1,l (fd2)|を最大とする信号成分の想定ドップラー周波数)を算出する。
【００６０】
パルス圧縮信号振幅値の最大値|βn,l(fd2,n)|を予め設定されているスレッショルドと比較して、目標信号成分を含むパルス圧縮信号βmax(fd2,n0)を検出する。除算信号α1,l (fd2,n0), α2,l (fd2,n0), … ,αNdom,l (fd2,n0)から送信パルスの変調帯域1/Tchipに相当する成分のみを抽出する。これを相関信号x1,l , x2,l , … ,xN,l とする。相関信号生成処理部１４-＃1〜＃Lからは相関信号x1,l , x2,l , … ,xN,lが出力され、加算処理部１１で加算された後にESPRIT処理部１２に伝達される。以降は実施の形態１と同様に動作し測距値
【００６１】
【数２１】
【００６２】
が求まる。
【００６３】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置の構成を示している。送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、相関行列算出処理部１０-＃1〜＃L、加算処理部１１は上記のものと同一もしくは相当部分である。FMCW用送信機２０はFMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)方式により変調の施された送信波を生成する。FMCW用相関信号生成処理部２１-＃1〜＃Lは送信信号と受信信号の相関をとり生成したビート信号を切り出して相関信号を生成する。FMCW用ESPRIT処理部２２はFMCW方式による送受信で生成した相関信号から測距値を算出する。
【００６４】
次に動作について説明する。FMCW用送信機２０から時刻に比例して送信周波数の増加するチャープ変調の施された信号が生成され、送信アンテナ２より送信される。k番目の目標３-＃kに反射して時間遅延τkにて受信アンテナで受信される。図７は送信周波数の時間的変化と受信波の周波数の時間的変化の関係を示している。上述のものと同様に動作しＡ／Ｄ変換器６-＃lから受信信号y1,l , y2,l ,… , yNdom,lが出力されFMCW用相関信号生成処理部２１-＃1〜＃Lに伝達される。また、送信波h1, h2, … ,hNdomも伝達されており、次式によりビート信号b1,l , b2,l ,… , bNdom,lを生成する
【００６５】
【数２２】
【００６６】
図７に示す送信周波数の周波数変化(図中の実線)とk番目の目標に反射した受信波の周波数変化(図中の点線)の関係から、ビート信号に含まれるk番目の目標の信号成分は、時間遅延τk(＝2rk/c)より定まるビート周波数fbkで位相回転している。ビート信号b1,l , b2,l ,… , bNdom,lは図７に示すビート信号生成範囲で生成されており、ここから、ビート信号の一部を切り出して相関信号x1,l , x2,l , … ,xN,lを生成する。以降は実施の形態１と同様に動作し、加算処理部１１から相関行列Rが出力される。相関行列はFMCW用ESPRIT処理部２２に伝達される。以降は上記と同様に動作し、固有値
【００６７】
【数２３】
【００６８】
を算出する。次式により測距値
【００６９】
【数２４】
【００７０】
を算出する。次式でTFMCWは変調波の送信時間である。
【００７１】
【数２５】
【００７２】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４によるレーダ装置の構成を示している。多周波発信型送信機１、送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、目標検出処理部７-＃1〜＃L、ドップラー補正処理部８-＃1〜＃L、メモリ回路９-＃1〜＃L、加算処理部１１は上記のものと同じである。素子方向相関行列算出処理部２３は受信信号の素子方向での相関行列を算出する。測角用ESPRIT処理部２４は各目標からの反射波の入射角度を推定するものである。
【００７３】
次に動作について説明する。多周波発信型送信機１と送信アンテナ２より周波数の異なるパルスを送信する。以降は実施の形態１と同様に動作し、メモリ回路９-＃lからＡ／Ｄ変換器出力信号x,n,l(1≦n≦N, 1≦l≦L)が素子方向相関行列算出処理部２３に伝達される。素子方向相関行列算出処理部２３では、次式により相関行列Rnを算出する。
【００７４】
【数２６】
【００７５】
以降は実施の形態１と同様に動作し、測角度用ESPRIT処理部２４に相関行列Rが伝達される。実施の形態１と同様にして行列Ψのk番目の固有値
【００７６】
【数２７】
【００７７】
が求まる。次式によりk番目の目標の入射角度(ハット)θkを求める。
【００７８】
【数２８】
【００７９】
なお、ESPRIT処理に換えてMUSIC(Multiple Signal Classification)、最尤推定を用いる超分解能処理を行う処理構成とすることもできる。
【００８０】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５によるレーダ装置の構成を示している。送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、素子方向相関行列算出処理部２３、加算処理部１１、測定角用ESPRIT処理部２４は実施の形態４と同じである。送信機１３、Ａ/Ｄ変換器６、相関信号生成処理部１４-＃1〜＃Lは実施の形態２と同じである。
【００８１】
次に動作について説明する。送信機１３と送信アンテナ２よりランダムな２値符号変調の施されたパルスが送信される。以降は実施の形態２と同様に動作し相関信号生成処理部１４から相関信号x1,l , x2,l , … ,xN,lが出力される。以降は実施の形態４と同様に動作し、目標反射波の入射角度を求める。
【００８２】
実施の形態６．
図１０はこの発明の実施の形態６によるレーダ装置の構成を示している。送信アンテナ２、目標３-＃1〜＃K、受信アンテナ４-＃1〜＃L、受信機５-＃1〜＃L、Ａ/Ｄ変換器６-＃1〜＃L、素子方向相関行列算出処理部２３、加算処理部１１、測角用ESPRIT処理部２４は実施の形態４と同じである。FMCW用送信機２０、Ａ/Ｄ変換器６、FMCW用相関信号生成処理部２１-＃1〜＃Lは実施の形態３と同じである。
【００８３】
次に動作について説明する。FMCW用送信機２０から送信周波数が送信時刻に比例して増加するチャープ変調の施された信号が生成され、送信アンテナ２より送信される。以降は実施の形態３と同様に動作しFMCW用相関信号生成処理部２１-＃1〜＃Lから相関信号x1,l , x2,l , … ,xN,lが出力される。以降は実施の形態４と同様に動作し、目標反射波の入射角度を求める。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】図１のレーダ装置の動作を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図４】図３のレーダ装置の動作を説明するための図である。
【図５】図３のレーダ装置の相関信号生成処理部の構成の一例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図７】図６のレーダ装置の動作を説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態４によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態５によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態６によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図１１】多周波ステップICWレーダによる目標分離法における多周波パルス方式の構成例を示す図である。
【図１２】図１１の多周波パルス方式におけるパルス送受信の時間関係を示した図である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 多周波発信型送信機、２ 送信アンテナ、３ 目標、４ 受信アンテナ、５ 受信機、６ Ａ／Ｄ変換器、７ 目標検出処理部、８ ドップラー補正処理部、９ メモリ回路、１０ 相関行列算出処理部、１１ 加算処理部、１２ ESPRIT処理部、１３ 送信機、１４ 相関信号生成処理部、１５ FFT処理部、１６ ドップラー補正値格納部、１７ IFFT処理部、１８ メモリ２回路、１９ ピーク検出処理部、２０ FMCW用送信機、２１ FMCW用相関信号生成処理部、２２ FMCW用ESPRIT処理部、２３ 素子方向相関行列算出処理部、２４ 測角用ESPRIT処理部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標に向けて送信波を送信する送信手段と、
上記送信手段から送信された上記目標で反射した反射波を受信する複数の受信手段と、
上記複数の受信手段にそれぞれ設けられ、受信手段で得られた受信信号から測距処理を行うための相関信号の信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理手段と、
各上記相関行列算出処理手段から出力された相関行列を加算する加算手段と、
上記加算手段で得られた相関行列に基づき超分解能測距処理を行う超分解能測距処理手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
上記送信手段は、周波数の異なる複数の送信パルスを発生する多周波発信型送信機と、送信パルスを送信する送信アンテナから構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル信号の受信信号に基づき目標のドップラー周波数を推定し目標信号を検出する目標検出処理部と、ドップラー効果により変動した目標信号の位相を補正するドップラー補正処理部と、測距処理を行うための相関信号を蓄えておくメモリ回路と、相関信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
上記送信手段は、ランダムな２値符号変調の施された送信パルスを発生する送信機と、送信パルスを送信する送信アンテナと、アナログ信号の送信パルスをディジタル信号に変換する送信側Ａ／Ｄ変換器から構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル信号の送信パルスと受信信号に基づきFFT-超分解能処理により測距を行うための相関信号を生成する相関信号生成処理部と、相関信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
上記超分解能測距処理手段は、相関行列にESPRITを用いて超分解能処理を行うESPRIT処理部からなることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
上記送信手段は、FMCW方式により変調の施された送信波を生成するFMCW用送信機と、上記送信波を送信する送信アンテナと、アナログ信号の送信波をディジタル信号に変換する送信側Ａ／Ｄ変換器とから構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル信号の送信波および受信信号からFMCW方式により測距を行うための相関信号を生成するFMCW用相関信号生成処理部と、相関信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項６】
上記超分解能測距処理手段は、相関行列にFMCW用ESPRITを用いて超分解能処理を行うFMCW用ESPRIT処理部からなることを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
目標に向けて送信波を送信する送信手段と、
上記送信手段から送信された上記目標で反射した反射波を受信する複数の受信手段と、
上記複数の受信手段の受信信号間の相関行列を生成する相関行列算出処理手段と、
上記受信手段毎に生成された相関行列を加算する加算処理手段と、
上記加算処理手段から出力された相関行列を用いて超分解能測角処理を行う超分解能測角処理手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項８】
上記送信手段は、周波数の異なる複数の送信パルスを発生する多周波発信型送信機と、送信パルスを送信する送信アンテナから構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段毎に設けられた、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、ディジタル信号の受信信号に基づき目標のドップラー周波数を推定し目標信号を検出する目標検出処理部、ドップラー効果により変動した目標信号の位相を補正するドップラー補正処理部、測距処理を行うための相関信号を蓄えておくメモリ回路と、上記各メモリ回路の相関信号間の素子方向での相関行列を算出する素子方向相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
【請求項９】
上記送信手段は、ランダムな２値符号変調の施された送信パルスを発生する送信機と、送信パルスを送信する送信アンテナと、アナログ信号の送信パルスをディジタル信号に変換する送信側Ａ／Ｄ変換器から構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段毎に設けられた、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、ディジタル信号の送信パルスと受信信号に基づきFFT-超分解能処理により測距を行うための相関信号を生成する相関信号生成処理部と、上記各相関信号生成処理部の相関信号間の素子方向での相関行列を算出する素子方向相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
上記送信手段は、FMCW方式により変調の施された送信波を生成するFMCW用送信機と、上記送信波を送信する送信アンテナと、アナログ信号の送信波をディジタル信号に変換する送信側Ａ／Ｄ変換器とから構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段毎に設けられた、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、ディジタル信号の送信波および受信信号からFMCW方式により測距を行うための相関信号を生成するFMCW用相関信号生成処理部と、上記各FMCW用相関信号生成処理部の相関信号間の素子方向での相関行列を算出する素子方向相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
上記超分解能測角処理手段は、相関行列に測角用ESPRITを用いて超分解能処理を行う測角用ESPRIT処理部からなることを特徴とする請求項７から１０までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
各上記受信手段は、複数でアレーアンテナを構成する１つの受信アンテナ素子と、受信アンテナ素子毎に設けられ受信信号の帯域制限、位相検波を行う受信機から構成されていることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１】
目標に向けて送信波を送信する送信手段と、
上記送信手段から送信された上記目標で反射した反射波を受信する複数の受信手段と、
上記複数の受信手段にそれぞれ設けられ、受信手段で得られた受信信号から測距処理を行うための相関信号の信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理手段と、
各上記相関行列算出処理手段から出力された相関行列を加算する加算手段と、
上記加算手段で得られた相関行列に基づき超分解能測距処理を行う超分解能測距処理手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
上記送信手段は、周波数の異なる複数の送信パルスを発生する多周波発信型送信機と、送信パルスを送信する送信アンテナから構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル信号の受信信号に基づき目標のドップラー周波数を推定し目標信号を検出する目標検出処理部と、ドップラー効果により変動した目標信号の位相を補正するドップラー補正処理部と、測距処理を行うための相関信号を蓄えておくメモリ回路と、相関信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
上記送信手段は、ランダムな２値符号変調の施された送信パルスを発生する送信機と、送信パルスを送信する送信アンテナと、アナログ信号の送信パルスをディジタル信号に変換する送信側Ａ／Ｄ変換器から構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル信号の送信パルスと受信信号に基づきFFT-超分解能処理により測距を行うための相関信号を生成する相関信号生成処理部と、相関信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
上記超分解能測距処理手段は、相関行列にESPRITを用いて超分解能処理を行うESPRIT処理部からなることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
上記送信手段は、FMCW方式により変調の施された送信波を生成するFMCW用送信機と、上記送信波を送信する送信アンテナと、アナログ信号の送信波をディジタル信号に変換する送信側Ａ／Ｄ変換器とから構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル信号の送信波および受信信号からFMCW方式により測距を行うための相関信号を生成するFMCW用相関信号生成処理部と、相関信号間の相関行列を算出する相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項６】
上記超分解能測距処理手段は、相関行列にFMCW用ESPRITを用いて超分解能処理を行うFMCW用ESPRIT処理部からなることを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
目標に向けて送信波を送信する送信手段と、
上記送信手段から送信された上記目標で反射した反射波を受信する複数の受信手段と、
上記複数の受信手段の受信信号間の相関行列を生成する相関行列算出処理手段と、
上記受信手段毎に生成された相関行列を加算する加算処理手段と、
上記加算処理手段から出力された相関行列を用いて超分解能測角処理を行う超分解能測角処理手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項８】
上記送信手段は、周波数の異なる複数の送信パルスを発生する多周波発信型送信機と、送信パルスを送信する送信アンテナから構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段毎に設けられた、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、ディジタル信号の受信信号に基づき目標のドップラー周波数を推定し目標信号を検出する目標検出処理部、ドップラー効果により変動した目標信号の位相を補正するドップラー補正処理部、測距処理を行うための相関信号を蓄えておくメモリ回路と、上記各メモリ回路の相関信号間の素子方向での相関行列を算出する素子方向相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
【請求項９】
上記送信手段は、ランダムな２値符号変調の施された送信パルスを発生する送信機と、送信パルスを送信する送信アンテナと、アナログ信号の送信パルスをディジタル信号に変換する送信側Ａ／Ｄ変換器から構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段毎に設けられた、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、ディジタル信号の送信パルスと受信信号に基づきFFT-超分解能処理により測距を行うための相関信号を生成する相関信号生成処理部と、上記各相関信号生成処理部の相関信号間の素子方向での相関行列を算出する素子方向相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
上記送信手段は、FMCW方式により変調の施された送信波を生成するFMCW用送信機と、上記送信波を送信する送信アンテナと、アナログ信号の送信波をディジタル信号に変換する送信側Ａ／Ｄ変換器とから構成され、
上記相関行列算出処理手段は、受信手段毎に設けられた、受信手段で得られたアナログ信号の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、ディジタル信号の送信波および受信信号からFMCW方式により測距を行うための相関信号を生成するFMCW用相関信号生成処理部と、上記各FMCW用相関信号生成処理部の相関信号間の素子方向での相関行列を算出する素子方向相関行列算出処理部から構成されることを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
上記超分解能測角処理手段は、相関行列に測角用ESPRITを用いて超分解能処理を行う測角用ESPRIT処理部からなることを特徴とする請求項７から１０までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
各上記受信手段は、複数でアレーアンテナを構成する１つの受信アンテナ素子と、受信アンテナ素子毎に設けられ受信信号の帯域制限、位相検波を行う受信機から構成されていることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１８０５３８（Ｐ２００９−１８０５３８Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７７４２（Ｐ２００８−１７７４２）
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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