方位検出装置
【課題】少ないアンテナ数で多くのターゲットを同時に且つ高い方位分解能で検出できる方位検出装置を提供する。
【解決手段】送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンがいずれも一つのヌルを有し、且つ、送信ヌル方向及び受信ヌル方向を方位検知範囲内で順次変化させながら探査波の送受信を行って受信電力を測定し（Ｓ１１０〜Ｓ１５０）、その受信電力が極小となる送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せを抽出し、その抽出した送信ヌル方向及び受信ヌル方向のそれぞれを別個の物標が存在する方位として検出する（Ｓ１６０〜Ｓ１７０）。このように、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンにおける送信ヌル方向及び受信ヌル方向を独立に制御しているため、送信ヌル数と受信ヌル数とを合計した数の物標を同時に且つ高い方位分解能にて検出することができる。
【解決手段】送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンがいずれも一つのヌルを有し、且つ、送信ヌル方向及び受信ヌル方向を方位検知範囲内で順次変化させながら探査波の送受信を行って受信電力を測定し（Ｓ１１０〜Ｓ１５０）、その受信電力が極小となる送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せを抽出し、その抽出した送信ヌル方向及び受信ヌル方向のそれぞれを別個の物標が存在する方位として検出する（Ｓ１６０〜Ｓ１７０）。このように、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンにおける送信ヌル方向及び受信ヌル方向を独立に制御しているため、送信ヌル数と受信ヌル数とを合計した数の物標を同時に且つ高い方位分解能にて検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレーアンテナを介して探査波を送受信することにより、探査波を反射した物体の方位を検出する方位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アレーアンテナを介して探査波を送受信することにより、探査波を反射した物体の方位を検出する手法として、指向性パターンが幅の狭いビームを持つように設定し、そのビームを走査（ビームスキャン）することにより、受信強度が大きくなる時のビームの指向方向を物体が存在する方位として検出する手法が知られている。
【０００３】
また、指向性パターンが１個のヌル（零点）を持つ、いわゆるカージオイド型の指向性（図１２参照）を有するように設定し、そのヌルを走査（ヌルスキャン）することにより、受信強度が小さくなる時のヌルの指向方向を、物体が存在する方位として検出する手法（例えば、特許文献１参照）等も知られている。
【特許文献１】特開２００４−３６４２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ビームスキャンを行う前者の手法では、方位分離能を向上させるためには、使用するビームの幅を狭くする必要があり、そのためには、アレーアンテナを構成するアンテナ素子数を増加させなければならず、アンテナ（ひいては装置全体）の規模が大型化してしまうという問題があった。
【０００５】
一方、ヌルスキャンを行う後者の手法では、高い方位分解能が得られるものの、複数の物標が存在する場合にこれを同時に検出することができないという問題があった。なお、アンテナの指向性パターンのヌルを増加させれば、そのヌルと同数の物標を同時に検出することが可能となる。但し、形成可能なヌル数Ｎはアンテナ素子数Ｍに依存する（Ｎ＝Ｍ−１）ため、同時検出可能な物標数を増加させようとすると、アンテナ（ひいては装置全体）の規模が大型化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するために、少ないアンテナ数で多くのターゲットを同時に且つ高い方位分解能で検出できる方位検出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】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた発明である請求項１に記載の方位検出装置は、複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナからなり、探査波の送受信に使用する送信ビーム及び受信ビームを形成するアンテナ部と、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンを独立に制御するためのビーム制御手段とを備えている。
【０００８】
そして、測定手段が、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンが少なくとも一つのヌルを有し、且つ、送信ビームのヌルが指向する送信ヌル方向及び受信ビームのヌルが指向する受信ヌル方向が、予め設定された方位検知範囲内で順次変化するようにビーム制御手段を制御すると共に、アンテナ部を介した探査波の送受信を行って受信電力を測定する。
【０００９】
すると、検出手段が、測定手段により測定された受信電力が極小となる送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せを抽出し、その抽出した送信ヌル方向及び受信ヌル方向のそれぞれを別個の物標が存在する方位として検出する。
【００１０】
このように、本発明の方位検出装置によれば、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターン、ひいてはヌルの指向方向を独立に制御しているため、送信側指向性パターンのヌル数と受信側指向性パターンのヌル数とを合計した数の物標を同時に且つ高い分解能にて検出することができる。
【００１１】
また、本発明の方位検出装置によれば、送信側又は受信側のいずれか一方のみ全てのヌルに対応する必要はなく、送信側及び受信側のそれぞれにて合計数の約半数のヌルに対応するように構成すれば、アンテナ（ひいては装置全体）の規模を必要最小限に抑えることができる。
【００１２】
ところで、アンテナ部を構成するアンテナ素子のうち送信に使用するものを送信アンテナ素子、受信に使用するものを受信アンテナ素子として、ビーム制御手段は、請求項２に記載のように、送信アンテナ素子のそれぞれに供給される送信信号の位相を個別に調整する送信側調整手段と、受信アンテナ素子のそれぞれから供給される受信信号の位相を個別に調整する受信側調整手段とで構成されていてもよい。
【００１３】
この場合、測定手段は、送信側調整手段及び受信側調整手段での調整量を制御することにより指向性パターンを変化させると共に、受信側調整手段により調整された受信信号を合成してなる合成信号の信号レベルを受信電力として用いればよい。
【００１４】
また、送信側調整手段及び受信側調整手段は、請求項３に記載のように、送信信号及び受信信号の位相に加えて振幅を個別に調整するように構成されていてもよい。この場合、同一ビーム内の複数のヌルの指向方向を個別且つ任意に設定することが可能となる。
【００１５】
即ち、スーパレゾリューション法の一つであるＭＵＳＩＣ（MUltiple Signal Classification）等では、受信信号の振幅及び位相を適宜調整して合成することによって、複数のヌルの指向方向を任意に調整したスペクトラムを生成するものであり、これと同様の手法を送信側調整手段や受信側調整手段に適用すればよい。
【００１６】
即ち、ＭＵＳＩＣは、受信電力の信号処理による到来方向推定に用いられるアルゴリズムであり、以下の手順により、ＭＵＳＩＣの手法を使って任意の数（但し、最大でアンテナ素子数−１）のヌルを持つ指向性パターンを実現するために必要なアンテナウェイト（アンテナに給電する信号の振幅と位相）を決定することができる。
【００１７】
まず、アンテナの素子数をＮ、アンテナを識別する識別子をｎ（ｎ＝１，２，…Ｎ）、ヌルを形成したい方位（電波到来方位）をθｉ（ｉ＝１，２，…Ｍ、但しＭ≦Ｎ）として、θｉから電波が到来する場合に得られる受信信号Ｐｒを（１）式に従って作成する。
【００１８】
【数１】
なお、右辺の各項が、それぞれ別の方位θｉからの電波によって得られる個別の受信信号を表す。
【００１９】
次に、この受信信号Ｐｒに基づき、アンテナ素子毎の個別の受信信号を求め、その受信信号から受信ベクトルＸ(ｔ)、更には、アンテナ素子間の相関を表す相関行列Ｒxxを求める。以下、相関行列Ｒxxを使用し、ＭＵＳＩＣにおける周知の方法を用いて、全ての到来方位θｉにヌルを形成するアンテナパターンと、そのパターンを形成するためのアンテナウェイト（アンテナ素子毎の個別の受信信号の振幅，位相）とを求める。
【００２０】
即ち、相関行列Ｒxxの固有値ｕｉの固有ベクトルをｅｉ、第１波の振幅と到来方向を示すベクトルをＳ、雑音電力をσ２、単位行列をＩ、アレー応答ベクトルをＡとして、Ｈはエルミート行列を表すものとして、これらは（２）（３）式に示す関係を有する。
【００２１】
但し、到来波の数（ヌル数）をＬとすると、相関行列ＲxxのランクはＬとなり、アンテナ素子数がＮ個の場合、Ｎ−Ｌ個の熱雑音に等しい固有値ｕｉが得られる。
【００２２】
【数２】
この固有ベクトルｅｉを各アンテナ素子の振幅係数及び位相係数とすることにより、到来波を仮定した方位θｉにヌルが形成されることになる。つまり、振幅と位相の制御により任意の方向に、アンテナ素子数−１個までの任意のヌル数を形成することが可能となる。
【００２３】
なお、図１１は、ヌル数を３、ヌル方向を−３０°，−２０°，５°として、上記手法を用いて算出した指向性パターンを示すグラフである。
また、本発明の方位検出装置は、請求項４に記載のように、測定手段が、予め設定されたヌルスキャン角度毎に送信ヌル方向及び受信ヌル方向を変化させるように構成され、且つ送信ヌル方向及び受信ヌル方向のうち一方を固定し、他方を走査することによって得られる受信電力分布を、固定するヌルスキャン角度を順次変化させて求めるように構成されている場合、検出手段は、測定手段によって取得された複数の受信電力分布から求められる受信電力の最小値包絡線を用いて、受信電力の極小点を抽出すればよい。
【００２４】
また、本発明の方位検出装置は、請求項５に記載のように、第１事前測定手段が、方位検知範囲内をビームスキャンして受信電力を測定し、測定手段は、事前測定手段での測定結果から、探査波を反射した物標が存在する可能性の高い方位角度範囲を絞り込み、その絞り込んだ方位角度範囲について、受信電力の測定を行うように構成されていてもよい。
【００２５】
このように構成された本発明の方位検出装置によれば、測定手段での測定を効率よく行うことができ、検出の応答性を向上させることができる。
また、本発明の方位検出装置は、請求項６に記載のように、第２事前測定手段が、ビーム制御手段によるビーム制御を行うことなく、アンテナ素子毎の受信電力を測定し、測定手段は、事前測定手段での測定結果である受信ベクトルから生成した相関行列の固有値から推定した物標の数に従って、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンにて形成するヌルの数を決定するように構成されていてもよい。
【００２６】
このように構成された本発明の方位検出装置によれば、検出精度を向上させることができる。
なお、物標の数を推定する手法は、これに限らず、何等かの予備測定を行って推定する任意の手法を用いればよい。
【００２７】
ところで、アンテナ部は、請求項７に記載のように、送信用アンテナと受信アンテナとが別々に設けられていてもよいし、請求項８に記載のように、送受信兼用アンテナと、アンテナ部に供給する送信信号とアンテナ部から供給される受信信号とを分離するためのサーキュレータとで構成されていてもよい。
【００２８】
特に、後者の場合、アンテナの規模をより小さなものに抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１は、本発明が適用された方位検出装置１の全体構成を示すブロック図である。
【００３０】
図１に示すように、方位検出装置１は、複数のアンテナ素子を一列に配置したアレーアンテナからなるアンテナ部１０と、アンテナ部１０を構成するアンテナ素子毎に設けられたサーキュレータからなり、各アンテナ素子に供給する送信信号（以下、個別送信信号という）と各アンテナ素子から供給される受信信号（以下、個別受信信号という）とを分離する信号分離部１１と、個別送信信号の生成に用いる高周波信号（送信信号）を発生させる送信部１２と、送信部１２にて生成された送信信号を、アンテナ部１０を構成するアンテナ素子と同数に分配して個別送信信号を生成する分配器１３と、送信側ビーム調整指令に従って、分配器１３にて分配された個別送信信号の位相をそれぞれ個別に調整する複数の移相器からなる送信側調整部１４と、受信側ビーム調整指令に従って、信号分離部１１から供給される個別受信信号の位相をそれぞれ個別に調整する複数の移相器からなる受信側調整部１５と、受信側調整部１５にて調整された個別受信信号を合成する合成器１６と、合成器１６にて合成された受信信号（以下、合成受信信号という）に対して周波数変換，フィルタリング，増幅等を施す受信部１７と、当該方位検出装置１の各部を制御するための各種指令を出力すると共に、受信部１７からの出力に基づく各種処理を実行する信号処理部１８とを備えている。
【００３１】
つまり、方位検出装置１は、ビーム調整指令によって個別送信信号及び個別受信信号の位相を個別に調整することにより、送信ビームの指向性パターン及び受信ビームの指向性パターンを独立に制御できるように構成されている。
【００３２】
なお、送信部１２及び受信部１７は、一定周波数の探査波を使用するパルス方式又はＣＷ方式，周波数変調された探査波を使用するＦＭＣＷ方式のいずれを実現するものであってもよく、採用するレーダ方式に応じた周知のものである。
【００３３】
＜信号処理部＞
信号処理部１８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＡＤ変換器等を備えた周知のマイクロコンピュータからなり、送信側調整部１４及び受信側調整部１５に対して送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンを個別に制御するためのビーム調整指令を出力すると共に、送信部１２に高周波信号を生成させることで、アンテナ部１０を介した探査波の送受信を行わせるための起動指令を出力し、受信部１７にて処理された合成受信信号に基づいて、探査波を反射した物標からの反射波の到来方向（即ち、物標が存在する方位）を求めるための方位検出処理を実行する。
【００３４】
なお、以下では、当該装置１によって方位検出が可能な範囲を方位検知範囲、方位検知範囲内において測定のために予め設定された複数の方向を規定方向、送信ビームの指向性パターン（送信時におけるアンテナ部１０の放射パターン）のヌルを送信ヌル、その送信ヌルが指向する方向を送信ヌル方向、受信ビームの指向性パターン（受信時におけるアンテナ部１０の放射パターン）のヌルを受信ヌル、その受信ヌルが指向する方向を受信ヌル方向と呼ぶものとする。
【００３５】
ここでは図２に示すように、アンテナ部１０の正面方向を０°として、方位検知範囲を−３０°〜＋３０°とし、規定方向は０°を中心として５°ずつ異なった合計１３個設定されているものとする。なお、図２において（ａ）は各規定方向を送信ヌル方向とする送信ビームの指向性パターン、（ｂ）は各規定方向を受信ヌル方向とする受信ビームの指向性パターン（シミュレーション値）を計算によって求めたグラフである。
【００３６】
また、図３は、送信ヌル方向を−２０°に設定した送信ビームの指向性パターン、及び受信ヌル方向を１０°に設定した受信ビームの指向性パターン（シミュレーション値）を重ね合わせて示したグラフである。
【００３７】
<<方位検出処理>>
次に、信号処理部１８が実行する方位検出処理の詳細を、図４に示すフローチャートに沿って説明する。但し、ここでは、送信ヌル及び受信ヌルを常に１個ずつ形成する場合（例えば、送受兼用アンテナを構成するアンテナ素子の素子数が２である場合等）に限定した処理について説明する。
【００３８】
本処理が起動すると、まずＳ１１０では、方位検知範囲内の規定方向のいずれか一つを設定方向に初期設定し、続くＳ１２０では、その設定方向を送信ヌル方向とする指向性パターンを形成するための送信側ビーム調整指令を送信側調整部１４に出力する。
【００３９】
なお、アンテナ部１０を構成するアンテナ素子の配置間隔をｄ、送信信号（探査波）の波長をλ、ｎ（ｎ＝１，２）番目のアンテナ素子に給電される信号の位相をδｎとすると、方位θにおける指向性パターンＶ（θ）は、（４）式で表される。
【００４０】
【数３】
例えば、ｄ＝λ／２，δｎ＝１８０°とすると、視野角±９０°において唯一つのヌルを０°方向に持つ指向性が得られ、δｎを９０°〜２７０°の範囲で増減することにより±３０°の範囲でヌル方向が変化する。
【００４１】
つまり、送信側調整部１４（受信側調整部１５でも同様）では、各アンテナ素子に供給される送信信号間に、ビーム調整指令によって指定された設定方向に対応した位相差が加わるように、送信信号の位相を調整する。
【００４２】
Ｓ１３０では、方位検知範囲内の規定方向のいずれかを選択方向として順次選択し、その選択方向を受信ヌル方向とする指向性パターンが形成されるようにするための受信側ビーム調整指令を受信側調整部１５に出力する。これと共に、選択方向が選択される毎に送信部１２を起動することで探査波の送受信を行い、受信部１７を介して供給される合成受信信号の振幅をＡＤ変換することで受信電力を測定する。
【００４３】
なお、この測定した受信電力を方位検知角度方向順に並べたものが受信電力分布となる（図５参照）。
図５において、（ａ）は送信ヌル方向が物標が存在する方向と異なる送信ビームに固定して、送信ビーム及び受信ビームの合成指向性パターンを、受信ビーム毎（但し、受信ヌル方向が０°，±１５°，±３０°である場合のみ）に示したグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示す合成指向性パターンに基づいて、物標が１５°の方向に存在する場合に得られる受信電力分布を示したグラフである。
【００４４】
Ｓ１４０では、方位検出範囲内の全ての規定方向を設定方向として選択したか否かを判断する。
Ｓ１４０にて否定判断された場合、即ち、未選択の規定方向がある場合には、Ｓ１５０にて、未選択の規定方向の一つを設定方向として選択することにより設定方向を更新してＳ１２０に戻る。つまり、送信ヌル方向を変えて、受信電力分布の測定を繰り返す。
【００４５】
一方、Ｓ１４０にて肯定判断された場合、即ち、全ての規定方向が選択済みである場合には、必要な受信電力分布の測定が全て終了したものとして、Ｓ１６０に進む。
Ｓ１６０では、Ｓ１３０にて生成された受信電力分布に基づき、受信ヌル方向（規定方向）毎の最小値を抽出することで受信電力分布の最小値包絡線を求める（図６参照）。
【００４６】
図６において、（ａ）は送信ヌル方向が異なる送信ビーム毎に測定された受信電力分布を、全ての送信ビームについて重ね合わせて示したグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示したグラフのその最小値包絡線を示したグラフである。
【００４７】
Ｓ１７０では、最小包絡線が示す電力値が、予め設定された閾値（例えば−１５ｄＢ）以下である極小点を抽出し、その極小点に対応する規定方向（図６（ｂ）では−５°と＋５°）を、探査波を反射した物体が存在する方位であるとして、その方位情報を用いた処理を実行する外部装置（図示せず）に通知する等して、本処理を終了する。
【００４８】
＜効果＞
以上説明したように、方位検出装置１では、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンがいずれも一つのヌルを有し、且つ、送信ヌル方向及び受信ヌル方向を方位検知範囲内で順次変化させながら探査波の送受信を行って受信電力を測定し、その受信電力が極小となる送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せを抽出し、その抽出した送信ヌル方向及び受信ヌル方向のそれぞれを別個の物標が存在する方位として検出するようにされている。
【００４９】
このように、方位検出装置１によれば、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターン、ひいては送信ヌル方向及び受信ヌル方向を独立に制御しているため、送信ヌル数と受信ヌル数とを合計した数の物標を同時に且つ高い方位分解能にて検出することができる。
【００５０】
ここで図７に、非常に接近した角度範囲内（±１°）に存在する二つの物標の方位を方位検出装置１に適用した手法により検出した（但し、規定方向は１°間隔とする）場合のシミュレーション結果（図中太線）を、これと同等の検出が可能となるように設定したビームフォーマ法のシミュレーション結果（図中細線）と共に示す。但し、前者の結果は、後者の結果との比較を容易にするために、上述した最小値包絡線を反転して示したものである。
【００５１】
ビームフォーマ法では、図示した結果を得る（二つの物標を個別に検出可能とする）ために、アンテナ素子数を１２とする必要があるのに対し、方位検出装置１に適用した手法では、アンテナ素子数が２であっても正確な検出が可能となることがわかる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００５２】
なお、本実施形態では、送信側調整部１４及び受信側調整部１５の構成、及び信号処理部１８が実行する方位検出処理の内容が異なるだけであるため、以下では、これらの相違点を中心に説明する。但し、本実施形態では、アンテナ部１０を構成するアンテナ素子の素子数は３以上であるものとする。
【００５３】
＜送信側調整部及び受信側調整部＞
本実施形態において、送信側調整部１４及び受信側調整部１５は、送信信号又は受信信号の位相を調整する移相器だけでなく、送信信号又は受信信号の振幅を調整する可変増幅器又は可変減衰器を備えている。
【００５４】
つまり、送信信号や受信信号の位相だけでなく振幅も制御することによって、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンに形成されるヌル数（但し、最大でアンテナ素子数−１）およびヌル方向を任意に調整できるようにされている。
【００５５】
＜方位検出処理＞
信号処理部１８が実行する方位検出処理の内容を、図８に示すフローチャートに沿って説明する。
【００５６】
本処理では、まず、Ｓ２１０にて、送信ヌル数及び受信ヌル数を設定可能な最大値に設定する。
Ｓ２２０では、送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せを適宜選択し、選択した送信ヌル方向及び受信ヌル方向にヌルを有する送信ビーム及び受信ビームの指向性パターン（図９参照）が形成されるようにビーム調整指令を出力すると共に、起動指令を出力して受信電力の測定を行うことによって受信電力分布の作成を行い、全ての組合せが網羅されるように組合せを変更しながら同様の処理を繰り返す。なお、図９において（ａ）はヌル数が２の場合の指向性パターンの形成例、（ｂ）はヌル数が３の場合の指向性パターンの形成例を示す。
【００５７】
このとき、設定したヌル数と選択した送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せに従って、ＭＵＳＩＣの手法を用いて、送信側調整部１４及び受信側調整部１５での調整値（各信号の振幅，位相）を求める。なお、調整値は予め算出し記憶させておいたものを使用してもよい。
【００５８】
Ｓ２３０では、第１実施形態におけるＳ１６０及びＳ１７０と同様の処理により方位を検出する。
Ｓ２４０では、Ｓ２３０にて検出した方位に、実際に物標が存在しているか否かを確認するための電力推定処理を実行する。
【００５９】
具体的には、Ｓ２３０で検出された全ての検出方位に送信ヌル及び受信ヌルを割り当てた時の受信電力、及びいずれか一つのヌルを省略した時の受信電力を測定し、その両者を比較することにより、ヌルを省略しても受信電力が大きく変化しない（電力差が予め設定された閾値より小である）場合は、その省略したヌル方向には、物標が存在しないものと判断する。
【００６０】
Ｓ２５０では、Ｓ２４０での電力推定処理の結果、全ての検出方位にて物標があると判断された場合は、Ｓ２３０での処理結果をそのまま正式な検出方位として本処理を終了し、物標が存在しないと判断された検出方位が一つでも存在する場合は、Ｓ２６０に進む。
【００６１】
Ｓ２６０では、ヌル数の設定を１減少させ、Ｓ２７０では、ヌル数の設定が０であるか否かを判断する。
そして、Ｓ２７０にて、否定判断された場合は、Ｓ２２０に戻って、上述のＳ２２０〜Ｓ２６０の処理を繰り返し実行し、肯定判断された場合は、物標は一つも存在しないものとして本処理を終了する。
【００６２】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、送受信共用のアンテナを用いているため、アンテナ素子数を一つ増やす毎に、同時検出可能な物標の数を２個増加させることができるため、小規模の構成追加によって、検出能力を大幅に向上させることができる。
【００６３】
＜変形例＞
なお、本実施形態では、方位検知範囲の全体に複数のヌルを割り当てているが、方位検知範囲を複数の領域に分割し、各領域に送信ヌル及び受信ヌルを一つずつ割り当て、領域毎に並行して受信電力の測定を行うように構成してもよい。この場合、受信電力の測定に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、検出方位に物標が存在するか否かを電力推定によって確認し、検出方位に物標が存在しない場合には、受信電力の測定時に形成するヌル数（送信ヌル数と受信ヌル数の合計）を順次減少させることで、検出する物標の数を確定させているが、何等かの予備測定を行って、形成すべきヌル数を確定してから測定を行うように構成してもよい。
【００６５】
具体的には、予備測定として通常のビームフォーミングを実行し、それによって検出した物標の数をヌル数としてもよいし、ＭＵＳＩＣの手法を応用して、受信ベクトルが得られるような予備測定を行い、その結果から相関行列を生成し、さらに相関行列の固有値を求め、雑音レベルに等しい固有値の数をヌル数としてもよい。
［他の実施形態］
以上本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００６６】
例えば、上記実施形態では、方位検出装置１は、送受信兼用のアンテナ部１０を用いて構成されているが、図１０に示す方位検出装置３のように、送信用と受信用とで別々アンテナ部１０ａ，１０ｂを設けると共に、信号分離部１１を省略した構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】方位検出装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】送信ビーム及び受信ビームの指向性パターン（理論値）を示すグラフ。
【図３】指向性パターン（シミュレーション値）の組合せ例を示すグラフ。
【図４】第１実施形態における方位検出処理の内容を示すフローチャート。
【図５】受信電力の測定、及び受信電力分布に関する説明図。
【図６】受信電力分布の最小値包絡線に関する説明図。
【図７】ビームフォーマ法との比較のための説明図。
【図８】第２実施形態における方位検出処理の内容を示すフローチャート。
【図９】指向性パターンの形成例を示すグラフ。
【図１０】方位検出装置の他の構成例を示すブロック図。
【図１１】ＭＵＳＩＣの手法を応用して算出した指向性パターンの例を示すグラフ。
【図１２】カージオイド型の指向性パターンを示すグラフ。
【符号の説明】
【００６８】
１，３…方位検出装置 １０，１０ａ，１０ｂ…アンテナ部 １１…信号分離部 １２…送信部 １３…分配器 １４…送信側調整部 １５…受信側調整部 １６…合成器 １７…受信部 １８…信号処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレーアンテナを介して探査波を送受信することにより、探査波を反射した物体の方位を検出する方位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アレーアンテナを介して探査波を送受信することにより、探査波を反射した物体の方位を検出する手法として、指向性パターンが幅の狭いビームを持つように設定し、そのビームを走査（ビームスキャン）することにより、受信強度が大きくなる時のビームの指向方向を物体が存在する方位として検出する手法が知られている。
【０００３】
また、指向性パターンが１個のヌル（零点）を持つ、いわゆるカージオイド型の指向性（図１２参照）を有するように設定し、そのヌルを走査（ヌルスキャン）することにより、受信強度が小さくなる時のヌルの指向方向を、物体が存在する方位として検出する手法（例えば、特許文献１参照）等も知られている。
【特許文献１】特開２００４−３６４２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ビームスキャンを行う前者の手法では、方位分離能を向上させるためには、使用するビームの幅を狭くする必要があり、そのためには、アレーアンテナを構成するアンテナ素子数を増加させなければならず、アンテナ（ひいては装置全体）の規模が大型化してしまうという問題があった。
【０００５】
一方、ヌルスキャンを行う後者の手法では、高い方位分解能が得られるものの、複数の物標が存在する場合にこれを同時に検出することができないという問題があった。なお、アンテナの指向性パターンのヌルを増加させれば、そのヌルと同数の物標を同時に検出することが可能となる。但し、形成可能なヌル数Ｎはアンテナ素子数Ｍに依存する（Ｎ＝Ｍ−１）ため、同時検出可能な物標数を増加させようとすると、アンテナ（ひいては装置全体）の規模が大型化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するために、少ないアンテナ数で多くのターゲットを同時に且つ高い方位分解能で検出できる方位検出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】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた発明である請求項１に記載の方位検出装置は、複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナからなり、探査波の送受信に使用する送信ビーム及び受信ビームを形成するアンテナ部と、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンを独立に制御するためのビーム制御手段とを備えている。
【０００８】
そして、測定手段が、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンが少なくとも一つのヌルを有し、且つ、送信ビームのヌルが指向する送信ヌル方向及び受信ビームのヌルが指向する受信ヌル方向が、予め設定された方位検知範囲内で順次変化するようにビーム制御手段を制御すると共に、アンテナ部を介した探査波の送受信を行って受信電力を測定する。
【０００９】
すると、検出手段が、測定手段により測定された受信電力が極小となる送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せを抽出し、その抽出した送信ヌル方向及び受信ヌル方向のそれぞれを別個の物標が存在する方位として検出する。
【００１０】
このように、本発明の方位検出装置によれば、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターン、ひいてはヌルの指向方向を独立に制御しているため、送信側指向性パターンのヌル数と受信側指向性パターンのヌル数とを合計した数の物標を同時に且つ高い分解能にて検出することができる。
【００１１】
また、本発明の方位検出装置によれば、送信側又は受信側のいずれか一方のみ全てのヌルに対応する必要はなく、送信側及び受信側のそれぞれにて合計数の約半数のヌルに対応するように構成すれば、アンテナ（ひいては装置全体）の規模を必要最小限に抑えることができる。
【００１２】
ところで、アンテナ部を構成するアンテナ素子のうち送信に使用するものを送信アンテナ素子、受信に使用するものを受信アンテナ素子として、ビーム制御手段は、請求項２に記載のように、送信アンテナ素子のそれぞれに供給される送信信号の位相を個別に調整する送信側調整手段と、受信アンテナ素子のそれぞれから供給される受信信号の位相を個別に調整する受信側調整手段とで構成されていてもよい。
【００１３】
この場合、測定手段は、送信側調整手段及び受信側調整手段での調整量を制御することにより指向性パターンを変化させると共に、受信側調整手段により調整された受信信号を合成してなる合成信号の信号レベルを受信電力として用いればよい。
【００１４】
また、送信側調整手段及び受信側調整手段は、請求項３に記載のように、送信信号及び受信信号の位相に加えて振幅を個別に調整するように構成されていてもよい。この場合、同一ビーム内の複数のヌルの指向方向を個別且つ任意に設定することが可能となる。
【００１５】
即ち、スーパレゾリューション法の一つであるＭＵＳＩＣ（MUltiple Signal Classification）等では、受信信号の振幅及び位相を適宜調整して合成することによって、複数のヌルの指向方向を任意に調整したスペクトラムを生成するものであり、これと同様の手法を送信側調整手段や受信側調整手段に適用すればよい。
【００１６】
即ち、ＭＵＳＩＣは、受信電力の信号処理による到来方向推定に用いられるアルゴリズムであり、以下の手順により、ＭＵＳＩＣの手法を使って任意の数（但し、最大でアンテナ素子数−１）のヌルを持つ指向性パターンを実現するために必要なアンテナウェイト（アンテナに給電する信号の振幅と位相）を決定することができる。
【００１７】
まず、アンテナの素子数をＮ、アンテナを識別する識別子をｎ（ｎ＝１，２，…Ｎ）、ヌルを形成したい方位（電波到来方位）をθｉ（ｉ＝１，２，…Ｍ、但しＭ≦Ｎ）として、θｉから電波が到来する場合に得られる受信信号Ｐｒを（１）式に従って作成する。
【００１８】
【数１】
なお、右辺の各項が、それぞれ別の方位θｉからの電波によって得られる個別の受信信号を表す。
【００１９】
次に、この受信信号Ｐｒに基づき、アンテナ素子毎の個別の受信信号を求め、その受信信号から受信ベクトルＸ(ｔ)、更には、アンテナ素子間の相関を表す相関行列Ｒxxを求める。以下、相関行列Ｒxxを使用し、ＭＵＳＩＣにおける周知の方法を用いて、全ての到来方位θｉにヌルを形成するアンテナパターンと、そのパターンを形成するためのアンテナウェイト（アンテナ素子毎の個別の受信信号の振幅，位相）とを求める。
【００２０】
即ち、相関行列Ｒxxの固有値ｕｉの固有ベクトルをｅｉ、第１波の振幅と到来方向を示すベクトルをＳ、雑音電力をσ２、単位行列をＩ、アレー応答ベクトルをＡとして、Ｈはエルミート行列を表すものとして、これらは（２）（３）式に示す関係を有する。
【００２１】
但し、到来波の数（ヌル数）をＬとすると、相関行列ＲxxのランクはＬとなり、アンテナ素子数がＮ個の場合、Ｎ−Ｌ個の熱雑音に等しい固有値ｕｉが得られる。
【００２２】
【数２】
この固有ベクトルｅｉを各アンテナ素子の振幅係数及び位相係数とすることにより、到来波を仮定した方位θｉにヌルが形成されることになる。つまり、振幅と位相の制御により任意の方向に、アンテナ素子数−１個までの任意のヌル数を形成することが可能となる。
【００２３】
なお、図１１は、ヌル数を３、ヌル方向を−３０°，−２０°，５°として、上記手法を用いて算出した指向性パターンを示すグラフである。
また、本発明の方位検出装置は、請求項４に記載のように、測定手段が、予め設定されたヌルスキャン角度毎に送信ヌル方向及び受信ヌル方向を変化させるように構成され、且つ送信ヌル方向及び受信ヌル方向のうち一方を固定し、他方を走査することによって得られる受信電力分布を、固定するヌルスキャン角度を順次変化させて求めるように構成されている場合、検出手段は、測定手段によって取得された複数の受信電力分布から求められる受信電力の最小値包絡線を用いて、受信電力の極小点を抽出すればよい。
【００２４】
また、本発明の方位検出装置は、請求項５に記載のように、第１事前測定手段が、方位検知範囲内をビームスキャンして受信電力を測定し、測定手段は、事前測定手段での測定結果から、探査波を反射した物標が存在する可能性の高い方位角度範囲を絞り込み、その絞り込んだ方位角度範囲について、受信電力の測定を行うように構成されていてもよい。
【００２５】
このように構成された本発明の方位検出装置によれば、測定手段での測定を効率よく行うことができ、検出の応答性を向上させることができる。
また、本発明の方位検出装置は、請求項６に記載のように、第２事前測定手段が、ビーム制御手段によるビーム制御を行うことなく、アンテナ素子毎の受信電力を測定し、測定手段は、事前測定手段での測定結果である受信ベクトルから生成した相関行列の固有値から推定した物標の数に従って、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンにて形成するヌルの数を決定するように構成されていてもよい。
【００２６】
このように構成された本発明の方位検出装置によれば、検出精度を向上させることができる。
なお、物標の数を推定する手法は、これに限らず、何等かの予備測定を行って推定する任意の手法を用いればよい。
【００２７】
ところで、アンテナ部は、請求項７に記載のように、送信用アンテナと受信アンテナとが別々に設けられていてもよいし、請求項８に記載のように、送受信兼用アンテナと、アンテナ部に供給する送信信号とアンテナ部から供給される受信信号とを分離するためのサーキュレータとで構成されていてもよい。
【００２８】
特に、後者の場合、アンテナの規模をより小さなものに抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１は、本発明が適用された方位検出装置１の全体構成を示すブロック図である。
【００３０】
図１に示すように、方位検出装置１は、複数のアンテナ素子を一列に配置したアレーアンテナからなるアンテナ部１０と、アンテナ部１０を構成するアンテナ素子毎に設けられたサーキュレータからなり、各アンテナ素子に供給する送信信号（以下、個別送信信号という）と各アンテナ素子から供給される受信信号（以下、個別受信信号という）とを分離する信号分離部１１と、個別送信信号の生成に用いる高周波信号（送信信号）を発生させる送信部１２と、送信部１２にて生成された送信信号を、アンテナ部１０を構成するアンテナ素子と同数に分配して個別送信信号を生成する分配器１３と、送信側ビーム調整指令に従って、分配器１３にて分配された個別送信信号の位相をそれぞれ個別に調整する複数の移相器からなる送信側調整部１４と、受信側ビーム調整指令に従って、信号分離部１１から供給される個別受信信号の位相をそれぞれ個別に調整する複数の移相器からなる受信側調整部１５と、受信側調整部１５にて調整された個別受信信号を合成する合成器１６と、合成器１６にて合成された受信信号（以下、合成受信信号という）に対して周波数変換，フィルタリング，増幅等を施す受信部１７と、当該方位検出装置１の各部を制御するための各種指令を出力すると共に、受信部１７からの出力に基づく各種処理を実行する信号処理部１８とを備えている。
【００３１】
つまり、方位検出装置１は、ビーム調整指令によって個別送信信号及び個別受信信号の位相を個別に調整することにより、送信ビームの指向性パターン及び受信ビームの指向性パターンを独立に制御できるように構成されている。
【００３２】
なお、送信部１２及び受信部１７は、一定周波数の探査波を使用するパルス方式又はＣＷ方式，周波数変調された探査波を使用するＦＭＣＷ方式のいずれを実現するものであってもよく、採用するレーダ方式に応じた周知のものである。
【００３３】
＜信号処理部＞
信号処理部１８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＡＤ変換器等を備えた周知のマイクロコンピュータからなり、送信側調整部１４及び受信側調整部１５に対して送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンを個別に制御するためのビーム調整指令を出力すると共に、送信部１２に高周波信号を生成させることで、アンテナ部１０を介した探査波の送受信を行わせるための起動指令を出力し、受信部１７にて処理された合成受信信号に基づいて、探査波を反射した物標からの反射波の到来方向（即ち、物標が存在する方位）を求めるための方位検出処理を実行する。
【００３４】
なお、以下では、当該装置１によって方位検出が可能な範囲を方位検知範囲、方位検知範囲内において測定のために予め設定された複数の方向を規定方向、送信ビームの指向性パターン（送信時におけるアンテナ部１０の放射パターン）のヌルを送信ヌル、その送信ヌルが指向する方向を送信ヌル方向、受信ビームの指向性パターン（受信時におけるアンテナ部１０の放射パターン）のヌルを受信ヌル、その受信ヌルが指向する方向を受信ヌル方向と呼ぶものとする。
【００３５】
ここでは図２に示すように、アンテナ部１０の正面方向を０°として、方位検知範囲を−３０°〜＋３０°とし、規定方向は０°を中心として５°ずつ異なった合計１３個設定されているものとする。なお、図２において（ａ）は各規定方向を送信ヌル方向とする送信ビームの指向性パターン、（ｂ）は各規定方向を受信ヌル方向とする受信ビームの指向性パターン（シミュレーション値）を計算によって求めたグラフである。
【００３６】
また、図３は、送信ヌル方向を−２０°に設定した送信ビームの指向性パターン、及び受信ヌル方向を１０°に設定した受信ビームの指向性パターン（シミュレーション値）を重ね合わせて示したグラフである。
【００３７】
<<方位検出処理>>
次に、信号処理部１８が実行する方位検出処理の詳細を、図４に示すフローチャートに沿って説明する。但し、ここでは、送信ヌル及び受信ヌルを常に１個ずつ形成する場合（例えば、送受兼用アンテナを構成するアンテナ素子の素子数が２である場合等）に限定した処理について説明する。
【００３８】
本処理が起動すると、まずＳ１１０では、方位検知範囲内の規定方向のいずれか一つを設定方向に初期設定し、続くＳ１２０では、その設定方向を送信ヌル方向とする指向性パターンを形成するための送信側ビーム調整指令を送信側調整部１４に出力する。
【００３９】
なお、アンテナ部１０を構成するアンテナ素子の配置間隔をｄ、送信信号（探査波）の波長をλ、ｎ（ｎ＝１，２）番目のアンテナ素子に給電される信号の位相をδｎとすると、方位θにおける指向性パターンＶ（θ）は、（４）式で表される。
【００４０】
【数３】
例えば、ｄ＝λ／２，δｎ＝１８０°とすると、視野角±９０°において唯一つのヌルを０°方向に持つ指向性が得られ、δｎを９０°〜２７０°の範囲で増減することにより±３０°の範囲でヌル方向が変化する。
【００４１】
つまり、送信側調整部１４（受信側調整部１５でも同様）では、各アンテナ素子に供給される送信信号間に、ビーム調整指令によって指定された設定方向に対応した位相差が加わるように、送信信号の位相を調整する。
【００４２】
Ｓ１３０では、方位検知範囲内の規定方向のいずれかを選択方向として順次選択し、その選択方向を受信ヌル方向とする指向性パターンが形成されるようにするための受信側ビーム調整指令を受信側調整部１５に出力する。これと共に、選択方向が選択される毎に送信部１２を起動することで探査波の送受信を行い、受信部１７を介して供給される合成受信信号の振幅をＡＤ変換することで受信電力を測定する。
【００４３】
なお、この測定した受信電力を方位検知角度方向順に並べたものが受信電力分布となる（図５参照）。
図５において、（ａ）は送信ヌル方向が物標が存在する方向と異なる送信ビームに固定して、送信ビーム及び受信ビームの合成指向性パターンを、受信ビーム毎（但し、受信ヌル方向が０°，±１５°，±３０°である場合のみ）に示したグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示す合成指向性パターンに基づいて、物標が１５°の方向に存在する場合に得られる受信電力分布を示したグラフである。
【００４４】
Ｓ１４０では、方位検出範囲内の全ての規定方向を設定方向として選択したか否かを判断する。
Ｓ１４０にて否定判断された場合、即ち、未選択の規定方向がある場合には、Ｓ１５０にて、未選択の規定方向の一つを設定方向として選択することにより設定方向を更新してＳ１２０に戻る。つまり、送信ヌル方向を変えて、受信電力分布の測定を繰り返す。
【００４５】
一方、Ｓ１４０にて肯定判断された場合、即ち、全ての規定方向が選択済みである場合には、必要な受信電力分布の測定が全て終了したものとして、Ｓ１６０に進む。
Ｓ１６０では、Ｓ１３０にて生成された受信電力分布に基づき、受信ヌル方向（規定方向）毎の最小値を抽出することで受信電力分布の最小値包絡線を求める（図６参照）。
【００４６】
図６において、（ａ）は送信ヌル方向が異なる送信ビーム毎に測定された受信電力分布を、全ての送信ビームについて重ね合わせて示したグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示したグラフのその最小値包絡線を示したグラフである。
【００４７】
Ｓ１７０では、最小包絡線が示す電力値が、予め設定された閾値（例えば−１５ｄＢ）以下である極小点を抽出し、その極小点に対応する規定方向（図６（ｂ）では−５°と＋５°）を、探査波を反射した物体が存在する方位であるとして、その方位情報を用いた処理を実行する外部装置（図示せず）に通知する等して、本処理を終了する。
【００４８】
＜効果＞
以上説明したように、方位検出装置１では、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンがいずれも一つのヌルを有し、且つ、送信ヌル方向及び受信ヌル方向を方位検知範囲内で順次変化させながら探査波の送受信を行って受信電力を測定し、その受信電力が極小となる送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せを抽出し、その抽出した送信ヌル方向及び受信ヌル方向のそれぞれを別個の物標が存在する方位として検出するようにされている。
【００４９】
このように、方位検出装置１によれば、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターン、ひいては送信ヌル方向及び受信ヌル方向を独立に制御しているため、送信ヌル数と受信ヌル数とを合計した数の物標を同時に且つ高い方位分解能にて検出することができる。
【００５０】
ここで図７に、非常に接近した角度範囲内（±１°）に存在する二つの物標の方位を方位検出装置１に適用した手法により検出した（但し、規定方向は１°間隔とする）場合のシミュレーション結果（図中太線）を、これと同等の検出が可能となるように設定したビームフォーマ法のシミュレーション結果（図中細線）と共に示す。但し、前者の結果は、後者の結果との比較を容易にするために、上述した最小値包絡線を反転して示したものである。
【００５１】
ビームフォーマ法では、図示した結果を得る（二つの物標を個別に検出可能とする）ために、アンテナ素子数を１２とする必要があるのに対し、方位検出装置１に適用した手法では、アンテナ素子数が２であっても正確な検出が可能となることがわかる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００５２】
なお、本実施形態では、送信側調整部１４及び受信側調整部１５の構成、及び信号処理部１８が実行する方位検出処理の内容が異なるだけであるため、以下では、これらの相違点を中心に説明する。但し、本実施形態では、アンテナ部１０を構成するアンテナ素子の素子数は３以上であるものとする。
【００５３】
＜送信側調整部及び受信側調整部＞
本実施形態において、送信側調整部１４及び受信側調整部１５は、送信信号又は受信信号の位相を調整する移相器だけでなく、送信信号又は受信信号の振幅を調整する可変増幅器又は可変減衰器を備えている。
【００５４】
つまり、送信信号や受信信号の位相だけでなく振幅も制御することによって、送信ビーム及び受信ビームの指向性パターンに形成されるヌル数（但し、最大でアンテナ素子数−１）およびヌル方向を任意に調整できるようにされている。
【００５５】
＜方位検出処理＞
信号処理部１８が実行する方位検出処理の内容を、図８に示すフローチャートに沿って説明する。
【００５６】
本処理では、まず、Ｓ２１０にて、送信ヌル数及び受信ヌル数を設定可能な最大値に設定する。
Ｓ２２０では、送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せを適宜選択し、選択した送信ヌル方向及び受信ヌル方向にヌルを有する送信ビーム及び受信ビームの指向性パターン（図９参照）が形成されるようにビーム調整指令を出力すると共に、起動指令を出力して受信電力の測定を行うことによって受信電力分布の作成を行い、全ての組合せが網羅されるように組合せを変更しながら同様の処理を繰り返す。なお、図９において（ａ）はヌル数が２の場合の指向性パターンの形成例、（ｂ）はヌル数が３の場合の指向性パターンの形成例を示す。
【００５７】
このとき、設定したヌル数と選択した送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せに従って、ＭＵＳＩＣの手法を用いて、送信側調整部１４及び受信側調整部１５での調整値（各信号の振幅，位相）を求める。なお、調整値は予め算出し記憶させておいたものを使用してもよい。
【００５８】
Ｓ２３０では、第１実施形態におけるＳ１６０及びＳ１７０と同様の処理により方位を検出する。
Ｓ２４０では、Ｓ２３０にて検出した方位に、実際に物標が存在しているか否かを確認するための電力推定処理を実行する。
【００５９】
具体的には、Ｓ２３０で検出された全ての検出方位に送信ヌル及び受信ヌルを割り当てた時の受信電力、及びいずれか一つのヌルを省略した時の受信電力を測定し、その両者を比較することにより、ヌルを省略しても受信電力が大きく変化しない（電力差が予め設定された閾値より小である）場合は、その省略したヌル方向には、物標が存在しないものと判断する。
【００６０】
Ｓ２５０では、Ｓ２４０での電力推定処理の結果、全ての検出方位にて物標があると判断された場合は、Ｓ２３０での処理結果をそのまま正式な検出方位として本処理を終了し、物標が存在しないと判断された検出方位が一つでも存在する場合は、Ｓ２６０に進む。
【００６１】
Ｓ２６０では、ヌル数の設定を１減少させ、Ｓ２７０では、ヌル数の設定が０であるか否かを判断する。
そして、Ｓ２７０にて、否定判断された場合は、Ｓ２２０に戻って、上述のＳ２２０〜Ｓ２６０の処理を繰り返し実行し、肯定判断された場合は、物標は一つも存在しないものとして本処理を終了する。
【００６２】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、送受信共用のアンテナを用いているため、アンテナ素子数を一つ増やす毎に、同時検出可能な物標の数を２個増加させることができるため、小規模の構成追加によって、検出能力を大幅に向上させることができる。
【００６３】
＜変形例＞
なお、本実施形態では、方位検知範囲の全体に複数のヌルを割り当てているが、方位検知範囲を複数の領域に分割し、各領域に送信ヌル及び受信ヌルを一つずつ割り当て、領域毎に並行して受信電力の測定を行うように構成してもよい。この場合、受信電力の測定に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、検出方位に物標が存在するか否かを電力推定によって確認し、検出方位に物標が存在しない場合には、受信電力の測定時に形成するヌル数（送信ヌル数と受信ヌル数の合計）を順次減少させることで、検出する物標の数を確定させているが、何等かの予備測定を行って、形成すべきヌル数を確定してから測定を行うように構成してもよい。
【００６５】
具体的には、予備測定として通常のビームフォーミングを実行し、それによって検出した物標の数をヌル数としてもよいし、ＭＵＳＩＣの手法を応用して、受信ベクトルが得られるような予備測定を行い、その結果から相関行列を生成し、さらに相関行列の固有値を求め、雑音レベルに等しい固有値の数をヌル数としてもよい。
［他の実施形態］
以上本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００６６】
例えば、上記実施形態では、方位検出装置１は、送受信兼用のアンテナ部１０を用いて構成されているが、図１０に示す方位検出装置３のように、送信用と受信用とで別々アンテナ部１０ａ，１０ｂを設けると共に、信号分離部１１を省略した構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】方位検出装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】送信ビーム及び受信ビームの指向性パターン（理論値）を示すグラフ。
【図３】指向性パターン（シミュレーション値）の組合せ例を示すグラフ。
【図４】第１実施形態における方位検出処理の内容を示すフローチャート。
【図５】受信電力の測定、及び受信電力分布に関する説明図。
【図６】受信電力分布の最小値包絡線に関する説明図。
【図７】ビームフォーマ法との比較のための説明図。
【図８】第２実施形態における方位検出処理の内容を示すフローチャート。
【図９】指向性パターンの形成例を示すグラフ。
【図１０】方位検出装置の他の構成例を示すブロック図。
【図１１】ＭＵＳＩＣの手法を応用して算出した指向性パターンの例を示すグラフ。
【図１２】カージオイド型の指向性パターンを示すグラフ。
【符号の説明】
【００６８】
１，３…方位検出装置 １０，１０ａ，１０ｂ…アンテナ部 １１…信号分離部 １２…送信部 １３…分配器 １４…送信側調整部 １５…受信側調整部 １６…合成器 １７…受信部 １８…信号処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナからなり、探査波の送受信に使用する送信ビーム及び受信ビームを形成するアンテナ部と、
前記送信ビーム及び前記受信ビームの指向性パターンを独立に制御するためのビーム制御手段と、
前記送信ビーム及び前記受信ビームの指向性パターンが少なくとも一つのヌルを有し、且つ、前記送信ビームのヌルが指向する送信ヌル方向及び前記受信ビームのヌルが指向する受信ヌル方向が、予め設定された方位検知範囲内で順次変化するように前記ビーム制御手段を制御すると共に、前記アンテナ部を介した前記探査波の送受信を行って受信電力を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された受信電力が極小となる前記送信ヌル方向及び前記受信ヌル方向の組合せを抽出し、その抽出した前記送信ヌル方向及び受信ヌル方向のそれぞれを別個の物標が存在する方位として検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする方位検出装置。
【請求項２】
前記アンテナ部を構成するアンテナ素子のうち送信に使用するものを送信アンテナ素子、受信に使用するものを受信アンテナ素子として、
前記ビーム制御手段は、
前記送信アンテナ素子のそれぞれに供給される送信信号の位相を個別に調整する送信側調整手段と、
前記受信アンテナ素子のそれぞれから供給される受信信号の位相を個別に調整する受信側調整手段と、
を備え、
前記測定手段は、前記送信側調整手段及び前記受信側調整手段での調整量を制御することにより前記指向性パターンを変化させると共に、前記受信側調整手段により調整された受信信号を合成してなる合成信号の信号レベルを前記受信電力として用いることを特徴とする請求項１に記載の方位検出装置。
【請求項３】
前記送信側調整手段及び前記受信側調整手段は、前記送信信号及び受信信号の位相に加えて振幅を個別に調整することを特徴とする請求項２に記載の方位検出装置。
【請求項４】
前記測定手段は、予め設定されたヌルスキャン角度毎に前記送信ヌル方向及び前記受信ヌル方向を変化させるように構成され、且つ前記送信ヌル方向及び前記受信ヌル方向のうち一方を固定し、他方を走査することによって得られる受信電力分布を、固定する前記ヌルスキャン角度を順次変化させて求め、
前記検出手段は、前記測定手段によって取得された複数の受信電力分布から求められる受信電力の最小値包絡線を用いて、前記受信電力の極小点を抽出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方位検出装置。
【請求項５】
前記方位検知範囲内をビームスキャンして受信電力を測定する第１事前測定手段を備え、
前記測定手段は、前記事前測定手段での測定結果から、前記探査波を反射した物標が存在する可能性の高い方位角度範囲を絞り込み、その絞り込んだ方位角度範囲について、受信電力の測定を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方位検出装置。
【請求項６】
前記ビーム制御手段によるビーム制御を行うことなく、前記アンテナ素子毎の受信電力を測定する第２事前測定手段を備え、
前記測定手段は、前記事前測定手段での測定結果である受信ベクトルから生成した相関行列の固有値から推定した物標の数に従って、前記送信ビーム及び前記受信ビームの指向性パターンにて形成するヌルの数を決定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の方位検出装置。
【請求項７】
前記アンテナ部は、送信用アンテナと受信アンテナとが別々に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方位検出装置。
【請求項８】
前記アンテナ部は、
送受信兼用アンテナと、
前記アンテナ部に供給する送信信号と前記アンテナ部から供給される受信信号とを分離するためのサーキュレータと、
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方位検出装置。
【請求項１】
複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナからなり、探査波の送受信に使用する送信ビーム及び受信ビームを形成するアンテナ部と、
前記送信ビーム及び前記受信ビームの指向性パターンを独立に制御するためのビーム制御手段と、
前記送信ビーム及び前記受信ビームの指向性パターンが少なくとも一つのヌルを有し、且つ、前記送信ビームのヌルが指向する送信ヌル方向及び前記受信ビームのヌルが指向する受信ヌル方向が、予め設定された方位検知範囲内で順次変化するように前記ビーム制御手段を制御すると共に、前記アンテナ部を介した前記探査波の送受信を行って受信電力を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された受信電力が極小となる前記送信ヌル方向及び前記受信ヌル方向の組合せを抽出し、その抽出した前記送信ヌル方向及び受信ヌル方向のそれぞれを別個の物標が存在する方位として検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする方位検出装置。
【請求項２】
前記アンテナ部を構成するアンテナ素子のうち送信に使用するものを送信アンテナ素子、受信に使用するものを受信アンテナ素子として、
前記ビーム制御手段は、
前記送信アンテナ素子のそれぞれに供給される送信信号の位相を個別に調整する送信側調整手段と、
前記受信アンテナ素子のそれぞれから供給される受信信号の位相を個別に調整する受信側調整手段と、
を備え、
前記測定手段は、前記送信側調整手段及び前記受信側調整手段での調整量を制御することにより前記指向性パターンを変化させると共に、前記受信側調整手段により調整された受信信号を合成してなる合成信号の信号レベルを前記受信電力として用いることを特徴とする請求項１に記載の方位検出装置。
【請求項３】
前記送信側調整手段及び前記受信側調整手段は、前記送信信号及び受信信号の位相に加えて振幅を個別に調整することを特徴とする請求項２に記載の方位検出装置。
【請求項４】
前記測定手段は、予め設定されたヌルスキャン角度毎に前記送信ヌル方向及び前記受信ヌル方向を変化させるように構成され、且つ前記送信ヌル方向及び前記受信ヌル方向のうち一方を固定し、他方を走査することによって得られる受信電力分布を、固定する前記ヌルスキャン角度を順次変化させて求め、
前記検出手段は、前記測定手段によって取得された複数の受信電力分布から求められる受信電力の最小値包絡線を用いて、前記受信電力の極小点を抽出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方位検出装置。
【請求項５】
前記方位検知範囲内をビームスキャンして受信電力を測定する第１事前測定手段を備え、
前記測定手段は、前記事前測定手段での測定結果から、前記探査波を反射した物標が存在する可能性の高い方位角度範囲を絞り込み、その絞り込んだ方位角度範囲について、受信電力の測定を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方位検出装置。
【請求項６】
前記ビーム制御手段によるビーム制御を行うことなく、前記アンテナ素子毎の受信電力を測定する第２事前測定手段を備え、
前記測定手段は、前記事前測定手段での測定結果である受信ベクトルから生成した相関行列の固有値から推定した物標の数に従って、前記送信ビーム及び前記受信ビームの指向性パターンにて形成するヌルの数を決定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の方位検出装置。
【請求項７】
前記アンテナ部は、送信用アンテナと受信アンテナとが別々に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方位検出装置。
【請求項８】
前記アンテナ部は、
送受信兼用アンテナと、
前記アンテナ部に供給する送信信号と前記アンテナ部から供給される受信信号とを分離するためのサーキュレータと、
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方位検出装置。
【図４】
【図８】
【図１２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図８】
【図１２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１０１６９４（Ｐ２０１０−１０１６９４Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７２１０９（Ｐ２００８−２７２１０９）
【出願日】平成２０年１０月２２日（２００８．１０．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２２日（２００８．１０．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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