目標検出方法及びレーダ装置並びにアレーアンテナ装置
【課題】 分散アレーレーダにおいて、比較的簡易な構成により送信及び受信信号を合成する分散アレーレーダ装置に適用可能である新規な目標検出方法及びレーダ装置並びにアレーアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 アレーアンテナ部が受信した受信信号及び／又は送信信号とに対して、周波数領域で、アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じた位相を複数のアンテナ素子ごとに乗じることにより、又は、アレーアンテナ部が受信した受信信号と送信信号の周波数を、それぞれ、アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じ、複数のアンテナ素子ごとにシフトさせることにより、複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償する。
【解決手段】 アレーアンテナ部が受信した受信信号及び／又は送信信号とに対して、周波数領域で、アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じた位相を複数のアンテナ素子ごとに乗じることにより、又は、アレーアンテナ部が受信した受信信号と送信信号の周波数を、それぞれ、アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じ、複数のアンテナ素子ごとにシフトさせることにより、複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標に対して送信波を送信し、その送信波が目標に反射した反射を受信して目標を検出する目標検出方法及びレーダ装置並びにアレーアンテナ装置に関し、例えば、送信アンテナ及び／又は受信アンテナが、送信波の送信信号帯域（受信波の受信信号帯域）の逆数より広い間隔で配置されるフェイズドアレーレーダ（以下、分散レーダと呼ぶ）に使用されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分散レーダなどのレーダ装置においては、位相器のみを用いて送信ビームを所望の方向に指向するために、送信アンテナ間隔が送信信号の帯域より十分に小さい式（１）のモデルに基づいている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【数１】
【０００４】
ここで、Ｂｓは送信信号帯域幅、ΔＴｍａｘは、ビーム指向方向によって二つのアンテナ間で生じる電波の最大遅延時間である。アレーにおいて、式（１）が成立する場合、一般に狭帯域信号と呼ばれる。またここでは、式（１）を満たさない場合を、広帯域信号と呼ぶことにする。したがって、送信信号帯域とアンテナ間隔が式（１）を満足しない広帯域信号の場合、位相器を用いるだけでは所望の方向にビームを指向することができない。その理由については非特許文献１に述べられているので詳細は省略する。
【０００５】
式(1)を満足しない場合、各アンテナから放射された信号の振幅（エンベロープ）がビーム指向方向に応じて相対的にシフトしてしまうことにより、信号の位相を変化させるだけでは信号が合成されないためである。高周波帯の広帯域フェイズドアレーアンテナや、送信／受信アンテナが広い間隔で配置される分散アレーレーダ（スパースアレーレーダと呼ばれることもあるが、ここでは分散アレーレーダと呼ぶ）では、式（１）を満足しない場合が多い。
【０００６】
上記の課題に対する方策として、信号を実時間で遅延させる実時間遅延器（以下、ＴＴＤ（Ｔｒｕｅ Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ）と呼ぶ）を設けることで、所望の方向にビームを指向させる広帯域フェーズドアレーアンテナが提案されている（例えば、非特許文献２）。また、非特許文献３では、信号を実時間で遅延させることにより信号を合成する分散アレーレーダに関して示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｈ．Ｌ．Ｖａｎ Ｔｒｅｅｓ，“Ｏｐｔｉｍｕｍ Ａｒｒａｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｐａｒｔ ＩＶ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ， Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，”Ｗｉｌｅｙ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ, ｐｐ．１７−３７， ２００２．
【非特許文献２】谷島，長谷川，“実時間遅延器数の削減により生じる広帯域フェイズドアレーアンテナのビーム指向誤差とその補正法，”信学論Ｂ，Ｖｏｌ． Ｊ８８−Ｂ， Ｎｏ．９， ｐｐ．１８６３−１８７４． ２００５．
【非特許文献３】Ａ．Ｓ．Ｆｌｅｔｃｈｅｒ，Ｆ．Ｃ．Ｒｏｂｅｙ，“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂｏｕｎｄｓ ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｐａｒｓｅ Ａｒｒａｙ Ｒａｄａｒ，”Ｐｒｏｃ．１１ｔｈ Ｃｏｎｆ．Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ Ａｒｒａｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｍａｒｃｈ ２００３．ＵＲＬ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｌ．ｍｉｔ．ｅｄｕ／ａｓａｐ／ａｓａｐ_０３／６−ｐａｇｅ_Ｐａｐｅｒｓ／ｆｌｅｔｃｈｅｒＡＳＡＰｐａｐｅｒ．ｐｄｆ
【非特許文献４】唐沢好男：ディジタル移動通信の電波伝搬基礎，コロナ社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、非特許文献２で示されているようにＴＴＤは一般に高価であり、またＴＴＤを用いてフェイズドアレーアンテナを構成する場合、ハードウェア規模が増大かつ複雑化するという課題がある。また、非特許文献３では、目標に放射して反射した受信信号から、目標に対してビームを指向するための信号の遅延量及び位相量を推定するため、目標が存在しない場合に信号を合成することはできない。また、信号を遅延させる具体的な手法については示されていないという課題がある。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、分散アレーレーダにおいて、比較的簡易な構成により送信及び受信信号を合成する分散アレーレーダ装置に適用可能である新規な目標検出方法及びレーダ装置並びにアレーアンテナ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】
【００１０】
請求項１の発明に係る目標検出方法は、複数のアンテナ素子により構成されたアレーアンテナ部のビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数のアンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信信号が前記目標から反射し、前記アレーアンテナ部が受信した受信信号と前記送信信号とに対して、それぞれ周波数領域で、前記アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに乗じることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明に係る目標検出方法は、複数の送信アンテナ素子により構成された送信アレーアンテナ部と複数の受信アンテナ素子により構成された受信アレーアンテナ部とのビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、前記複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、前記送信信号が前記目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信信号に対して、周波数領域で、前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに乗じ、前記受信信号に対して、周波数領域で、前記複数の受信アンテナの間隔による遅延時間差を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに乗じることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の発明に係る目標検出方法は、複数のアンテナ素子により構成されたアレーアンテナ部のビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数のアンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、信号送信源が線形周波数変調信号である前記送信信号が前記目標から反射し、前記アレーアンテナ部が受信した受信信号と前記送信信号の周波数を、それぞれ、前記アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の発明に係る目標検出方法は、複数の送信アンテナ素子により構成された送信アレーアンテナ部と複数の受信アンテナ素子により構成された受信アレーアンテナ部とのビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、前記複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、前記送信信号が前記目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号の周波数をシフトさせ、前記受信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号の周波数をシフトさせることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の発明に係るレーダ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数のアンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信するアレーアンテナ部と、このアレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給し、前記アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する送受信部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記送受信部群へ送り、前記送受信部群が受信処理した前記アレーアンテナ部が受信した反射波由来の受信信号を周波数領域で前記アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の発明に係るレーダ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する放射部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記放射部群へ送る第１の補償部群と、素子の素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、前記送信アレーアンテナ部から送信された送信波が目標に反射した反射波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この受信部群が受信処理した受信信号を周波数領域で前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる第２の補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の発明に係るレーダ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数のアンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信するアレーアンテナ部と、このアレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給し、前記アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する送受信部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせて前記送受信部群へ送り、前記送受信部群が受信処理した前記アレーアンテナ部が受信した反射波由来の受信信号の周波数を前記アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせる補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８の発明に係るレーダ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する放射部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記放射部群へ送る第１の周波数シフト部群と、素子の素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、前記送信アレーアンテナ部から送信された送信波が目標に反射した反射波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この送受信部群が受信処理した受信信号の周波数を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせる第２の周波数シフト部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９の発明に係るレーダ装置は、パルス信号、周波数変調信号、位相変調信号を生成する信号送信源と、この信号送信源で生成された信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、この第１のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１０の発明に係るレーダ装置は、周波数領域の送信信号を生成する変調信号生成部と、この変調信号生成部が生成した周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１１の発明に係るレーダ装置は、後記送信アンテナごとに無相関あるいは直交する符号信号を生成する符号化信号送信源と、この符号化信号送信源で生成された信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、この第１のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された周波数領域の信号に対して、各送信アンテナにおいて符号化信号送信源にて生成された信号のフーリエ変換の複素共役を乗算する復号部と、この復号部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された、各送信アンテナ、各受信アンテナの信号の相関行列を算出し、前記相関行列の固有ベクトルを算出してそれを重みとして、各送信アンテナ、受信アンテナの信号を合成する最大比合成処理部と、この最大比合成処理部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１２の発明に係るレーダ装置は、周波数領域における符号信号を生成する符号生成部と、この符号生成部で生成された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された周波数領域の信号に対して、各送信アンテナにおいて符号化信号送信源にて生成された信号のフーリエ変換の複素共役を乗算する復号部と、この復号部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された、各送信アンテナ、各受信アンテナの信号の相関行列を算出し、前記相関行列の固有ベクトルを算出してそれを重みとして、各送信アンテナ、受信アンテナの信号を合成する最大比合成処理部と、この最大比合成処理部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１３の発明に係るレーダ装置は、チャープ信号送信源と、送信ビーム指向方向に応じて後記送信アンテナ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第１の周波数シフト部と、この第１の周波数シフト部からの信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタルデータに対して、受信ビーム指向方向に応じて各受信アンテナ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第２の周波数シフト部と、この第２の周波数シフト部からの信号の受信ビーム方向に応じて各受信アンテナ間で生じる位相差を補償する位相補償部と、この位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１４の発明に係るアレーアンテナ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する送信部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記送信部群へ送る補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１５の発明に係るアレーアンテナ装置は、素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、到来電波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した到来電波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この受信部群が受信処理した前記受信アレーアンテナ部が受信した到来電波由来の受信信号を周波数領域で前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１６の発明に係るアレーアンテナ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する送信部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記送信部群へ送る補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１７の発明に係るアレーアンテナ装置は、素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、到来電波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した到来電波をそれぞれ受信処理する受信部群と、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記受信部群へ送り、前記受信部群が受信処理した前記受信アレーアンテナ部が受信した到来電波由来の受信信号の周波数を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせる補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、この発明によれば、アレーアンテナ部が受信した受信信号と送信信号とに対して、それぞれ周波数領域で、アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じた位相を複数のアンテナ素子ごとに乗じることにより、又は、アレーアンテナ部が受信した受信信号と送信信号の周波数を、それぞれ、アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じ、複数のアンテナ素子ごとにシフトさせることにより、複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することで、広帯域信号を合成することが可能となり、簡易かつ安価に広帯域分散アレーレーダを構成することが可能な目標検出方法、レーダ装置、アレーアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置における送信アンテナとビーム指向方向との関係を示す関係図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係るレーダ装置に関するパルス幅説明図である。
【図８】この発明の実施の形態に係るレーダ装置の送受信アンテナ構成図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係るレーダ装置（アレーアンテナ装置）の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１及び２を用いて説明する。図１及び２において、１は目標に対して送信波を送信し、目標に反射した反射波を受信する送信アレーアンテナ部（以下、単に「送信アンテナ」と称する場合もある。）、１ａ，１ｂ，〜，１ｘは送信アレーアンテナ部１を構成する素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子、２は送信アレーアンテナ部１の各素子（送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ）が送信波として目標に送信するための送信信号をＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算などの送信処理して各素子（送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ）にそれぞれ供給する放射部群（送信部群）、２ａ，２ｂ，〜，２ｘは放射部群を構成する複数の放射部（送信部）、３は信号送信源群、３ａ，３ｂ，〜，３ｘは信号送信源群を構成する複数の信号送信源、４は信号送信源３で生成された信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部群、４ａ，４ｂ，〜，４ｘは第１のフーリエ変換部群４を構成する第１のフーリエ変換部、５は第１のフーリエ変換部群４で算出された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部群、５ａ，５ｂ，〜，５ｘは複数の遅延位相乗算部、６は遅延位相乗算部群５より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部群、６ａ，６ｂ，〜，６ｘは複数の第１の逆フーリエ変換部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号（例えば、送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ）を付し、複数の「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のもの（例えば、後述の第１の補償部群７）がある。
【００３０】
図１において、７は第１のフーリエ変換部群４，遅延位相乗算部群５，第１の逆フーリエ変換部群６から構成され、信号送信源群３からの送信信号を周波数領域で送信アレーアンテナ部１による送信信号のビーム指向方向の角度（θ）に応じた位相を複数の送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘごとに送信信号へ乗じて放射部群２へ送る第１の補償部群、７ａ，７ｂ，〜，７ｘは第１の補償部群を構成する複数の第１の補償部であり、例えば、第１の補償部７ａは、第１のフーリエ変換部４ａ，遅延位相乗算部群５ａ，第１の逆フーリエ変換部群６ａから構成されている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。
【００３１】
図１において、８は送信アレーアンテナ部１から送信された送信波が目標に反射した反射波を受信する受信アレーアンテナ部（以下、単に「受信アンテナ」と称する場合もある。）、８ａ，８ｂ，〜，８ｘは受信信アレーアンテナ部８を構成する素子の素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子、９は受信アレーアンテナ部８の各素子（受信アンテナ素子８ａ，８ｂ，〜，８ｘ）が受信した目標からの反射波をそれぞれ増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換などの受信処理する受信部群と、９ａ，９ｂ，〜，９ｘは受信部群９を構成する複数の受信部、１０は受信部群９で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部群、１０ａ，１０ｂ，〜，１０ｘは第２のフーリエ変換部群を構成する複数の第２のフーリエ変換部、１１は第２のフーリエ変換部群１０で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部群、１１ａ，１１ｂ，〜，１１ｘは遅延位相補償部群１１を構成する複数の遅延位相補償部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、複数の「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、複数の「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。
【００３２】
図１において、１２は第２のフーリエ変換部群１０及び遅延位相補償部群１１から構成され、受信部群９が受信処理した受信信号を周波数領域で受信アレーアンテナ部８による受信信号のビーム指向方向の角度（φ）に応じた位相を複数の受信アンテナ素子８ａ，８ｂ，〜，８ｘごとに受信信号へ乗じる第２の補償部群、１２ａ，１２ｂ，〜，１２ｘは第２の補償部群１２を構成する複数の第２の補償部であり、例えば、第２の補償部１２ａは、第２のフーリエ変換部群１０ａ及び遅延位相補償部群１１ａから構成されている。１３は遅延位相補償部群１１で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部、１４は信号合成部１３で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部、１５は第２の逆フーリエ変換部１４で算出された信号の絶対値を計算し、目標の信号のピークを検出する信号検出部である。信号合成部１３と第２の逆フーリエ変換部１４とは、第２の補償部群１２に含めてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。
【００３３】
次に動作を説明する。課題で説明したように、送信アンテナ１ａ，１ｂ，〜，１ｘの間隔が送信信号の帯域と大きい場合、位相のみの乗算するフェイズドアレーでは信号が合成されない。図２に送信アンテナとビーム指向方向との関係を示す。角度θ方向にビームを指向した場合の第ｍ送信アンテナから放射された信号ｘｍ（ｔ）は以下のような式（２）として記述できる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
式（２）の右辺第３項が、アンテナ間隔とビーム指向方向に起因して生じる位相差であり、位相器を用いたフェイズドアレーではこの式（２）の右辺第３項を位相器で設定することにより、ビームを所望の方向であるθに向けることができる。しかし、Δｔｍ（θ）が送信変調信号の帯域と比較して大きい場合、Δｔｍ（θ）を補償して信号放射する必要がある。従来フェイズドアレーでは、このΔｔｍ（θ）を補償するためにＴＴＤを用いてきた。しかし、前述したようにＴＴＤを用いて遅延時間差を補償する場合、装置規模が高価かつ拡大してしまう。
【００３６】
実施の形態１では、複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、送信信号が目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、送信信号に対して、周波数領域で、送信アレーアンテナ部による送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を複数の送信アンテナ素子ごとに乗じ、受信信号に対して、周波数領域で、複数の受信アンテナの間隔による遅延時間差を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を複数の受信アンテナ素子ごとに乗じることにより複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償する構成について示す。
【００３７】
まず、変調信号生成部である信号送信源群３では送信変調信号ｓ（ｔ）を生成する。これは例えば、パルス信号でも良く、線形周波数変調信号（チャープ信号）やＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ変調信号でも構わない。次に、第１のフーリエ変換部群４では上記変調信号ｓ（ｔ）をフーリエ変換することにより周波数領域に変換する。ｓ（ｔ）をフーリエ変換したものをＳ（ｆ）と記述する。例えば、フーリエ変換部４ａなどでは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が用いられる。遅延位相乗算部群５では、上記ｓ（ｔ）のフーリエ変換Ｓ（ｆ）に対して位相を乗算することにより、信号を遅延させる。遅延位相乗算部群６で乗算する位相は以下の式（３）である。
【００３８】
【数３】
【００３９】
なぜならば、ｓ（ｔ−Δｔｍ（θ））のフーリエ変換を考えると、フーリエ変換の時間推移の法則により、下記の式（４）が成り立つからである。
【００４０】
【数４】
【００４１】
フーリエ変換部群６では、上記の遅延位相乗算部群５にて算出された周波数領域の変調信号Ｓ（ｆ）を逆フーリエ変換することで、時間領域で遅延した変調信号を生成する。例えば、第１の逆フーリエ変換部群６では、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）が用いられる。放射部群２では、第１の逆フーリエ変換部群６で算出された時間領域の信号に対して、Ｄ／Ａ変換、キャリア周波数ｆｃのローカル信号の乗算、信号増幅、位相器による位相シフトを行う。位相器において設定する位相シフトは下記の式（５）である。これは式（２）の右辺第三項を示している。
【００４２】
【数５】
【００４３】
送信アレーアンテナ部１（送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ）では、前記放射部から生成された信号をアンテナより放射する。受信アレーアンテナ部８（受信アンテナ素子８ａ，８ｂ，〜，８ｘ）では、送信アレーアンテナ部１ナから放射された信号（送信波）が、目標に反射されて到達した反射信号（反射波）を受信する。受信部群９では、信号増幅、バンドパスフィルタ、ローカル信号のミキシングによるＩＦ信号への変換、Ａ／Ｄ変換を行い、ディジタルデータに変換する。ここで、ディジタルデータに変換されたＩＦ信号をベースバンド信号ｙn（ｔ）に変換しておく。ここで、ｎは受信アンテナ番号であり、ｎ＝１，２，〜，Ｎとする。次に、第２のフーリエ変換部群１０では、受信部群９にて変換されたベースバンド信号ｙn（ｔ）をフーリエ変換する。
【００４４】
次に、遅延位相補償部群１１では、所望の方向φに受信ビームを形成するために、送信時と同様に、下記の位相を乗算することにより、変調信号の遅延時間を補正する。
【００４５】
【数６】
【００４６】
また、受信ビーム形成方向に依存する下記の位相差も同時に乗算する。
【００４７】
【数７】
【００４８】
信号合成部１３では、遅延位相補償部群１１で補償された各受信アンテナ８ａ，８ｂ，〜，８ｘの周波数領域の信号を、全て加算する。また、加算した信号に対して変調信号ｓ（ｔ）のフーリエ変換Ｓ（ｆ）の複素共役を乗算することにより、パルス圧縮（または相互相関演算とも言う）を行う構成としてもよい。上記パルス圧縮を行うことにより、受信信号の信号／雑音電力比は改善されることになる。第２の逆フーリエ変換部１４では、信号合成部１３にて算出された周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。この動作は、第２の逆フーリエ変換部１４と同様である。信号検出部１５では、第２の逆フーリエ変換部１４で算出された時間領域の信号に対して、従来レーダで用いられているＣＦＡＲ処理等を適用することにより、目標からの反射信号を検出することができる。
【００４９】
以上のように、実施の形態１に係るレーダ装置では、ＴＴＤを用いることなく、送信、受信の両方においてアンテナ間で生じる遅延時間差を周波数領域で補償する方法により、信号の合成を可能とし、比較的簡易な構成で、広帯域分散アレーレーダを実現するものである。また、この実施の形態１に係るレーダ装置や後述する他の実施の形態に係るレーダ装置においては、送信アンテナ素子間隔や受信アンテナ素子間隔は一定でなくてもよい。さらに、送信アレーアンテナ部と受信アレーアンテナ部とは、別の場所に設置してもよい。
【００５０】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３において、１６は周波数領域の送信信号を生成する変調信号生成部群、１６ａ，１６ｂ，〜，１６ｘは変調信号生成部群を構成する複数の変調信号生成部、１７は遅延位相乗算部群５，第１の逆フーリエ変換部群６から構成され、変調信号生成部群１６からの送信信号を周波数領域で送信アレーアンテナ部１による送信信号のビーム指向方向の角度（θ）に応じた位相を複数の送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘごとに送信信号へ乗じて放射部群２へ送る第１の補償部群、１７ａ，１７ｂ，〜，１７ｘは第１の補償部群を構成する複数の第１の補償部であり、例えば、第１の補償部７ａは、遅延位相乗算部群５ａ，第１の逆フーリエ変換部群６ａから構成されている。なお、変調信号生成部群１６を第１の補償部１７に加えてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。
【００５１】
実施の形態１では、送信信号源群３が生成した時間領域の変調信号ｓ（ｔ）をフーリエ変換することにより、周波数領域の信号Ｓ（ｆ）を得たが、実施の形態２では、上記に代わり、変調信号生成部群１６を設けることで、周波数領域において変調信号を生成し、装置の簡易化をはかる。周波数領域における変調信号生成は、例えばＯＦＤＭ送信装置等に用いられているものである。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。本実施の形態２では、周波数領域で変調信号を生成することにより更なる装置の簡易化が可能である。
【００５２】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３について図４を用いて説明する。図４において、１８は送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘごとに無相関あるいは直交する符号信号を生成する符号化信号送信源群、１８ａ，１８ｂ，〜，１８ｘは符号化信号送信源群１８を構成する複数の符号化信号送信源、１９は遅延位相補償部群１１で算出された周波数領域の信号に対して、各送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘにおいて符号化信号送信源群１８にて生成された信号のフーリエ変換の複素共役を乗算する復号部、２０は第２の逆フーリエ変換部１４で算出された、各送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ、各受信アンテナ素子８ａ，８ｂ，〜，８ｘの信号の相関行列を算出し、相関行列の固有ベクトルを算出してそれを重みとして、各送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ、各受信アンテナ素子８ａ，８ｂ，〜，８ｘの信号を合成する最大比合成処理部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。
【００５３】
実施の形態３では、各送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘから互いに無相関（あるいは直交する）信号を放射することにより、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）合成を可能とする。上記ＭＩＭＯ合成を実施することで、マルチパス環境下やフェージング環境下にロバストな信号検出が可能となる。実施の形態３は、実施の形態１の信号送信源群３に変わり、符号化信号送信源群１８を備え、信号合成部１３に代わり、復号部１９を備え、更に最大比合成処理部を追加することを特徴とする。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００５４】
符号化信号送信源群１８では、送信アンテナ１ａ，１ｂ，〜，１ｘごとに互いに無相関あるいは直交する信号を生成する。例えば、Ｍ系列、Ｇｏｌｄ符号や、ＯＦＤＭ信号等に用いられる直交周波数信号を用いて、アンテナごとに直交する周波数の信号でも構わない。復号部１９では、受信した信号を、送信信号ごとに復調する。具体的には、遅延位相補償部群１１で算出された周波数領域の受信信号に対して、各送信信号をフーリエ変換した信号の複素共役を乗算し、第２の逆フーリエ変換部１４に渡し、第２の逆フーリエ変換部１４では受信アンテナ（Ｎ個）、送信アンテナ（Ｍ個）の周波数領域の信号（ＮＭ個）に対して逆フーリエ変換を行う。
【００５５】
最大比合成処理部２０では、第２の逆フーリエ変換部１４で算出されたＮＭ個の時間領域の信号から、相関行列を計算し、この固有ベクトルを算出することで最大比合成処理を行い、信号を合成する。この処理は、従来のＭＩＭＯ通信でも用いられている処理（例えば、非特許文献４に記載の処理）であるのでここでは説明を省略する。実施の形態３により、ＭＩＭＯ通信で用いられている最大比合成処理を適用することにより、マルチパス、フェージング環境下においてもロバストな信号検出が可能となる。
【００５６】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４について図５を用いて説明する。図５において、２１は周波数領域における符号信号を生成する符号生成部群、２１ａ，２１ｂ，〜，２１ｘは符号生成部群を構成する符号生成部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。実施の形態４では、実施の形態３における、符号化信号送信源群１８と第１のフーリエ変換部４に代わり、周波数領域の符号を生成する符号生成部群２１を設けたものである。符号生成部群２１では、アンテナごとに互いに無相関（あるいは直交する）符号を周波数領域で生成する。このような構成とすることで、実施の形態３と比較し、装置規模の縮小が可能である。他の構成は実施の形態３と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５について図６及び７を用いて説明する。図６において、２２はチャープ信号送信源群、２２ａ，２２ｂ，〜，２２ｘはチャープ信号送信源群２２を構成する複数のチャープ信号送信源、２３はチャープ信号送信源群２２からの信号を送信ビーム指向方向に応じて送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第１の周波数シフト部群、２３ａ，２３ｂ，〜，２３ｘは第１の周波数シフト部群２３を構成する複数の第１の周波数シフト部、２４は受信部群９で算出されたディジタルデータに対して、受信ビーム指向方向に応じて各受信アンテナ８ａ，８ｂ，〜，８ｘ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第２の周波数シフト部、２４ａ，２４ｂ，〜，２４ｘは第２の周波数シフト部群２４を構成する複数の第２の周波数シフト部、２５は第２の周波数シフト部群２４からの信号に対して、受信ビーム指向方向に応じた位相を乗算する位相補償部群、２５ａ，２５ｂ，〜，２５ｘは位相補償部群２５を構成する複数の位相補償部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。これは、後述する図８においても同様である。
【００５８】
実施の形態５では、複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、送信信号が目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、送信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、複数の送信アンテナ素子ごとに送信信号の周波数をシフトさせ、受信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、複数の受信アンテナ素子ごとに受信信号の周波数をシフトさせることにより複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償する構成について示す。
【００５９】
送信信号源に線形周波数変調信号（以下、チャープ信号と呼ぶ）を用いることを前提として、簡易的に信号の実時間の遅延を実現するものである。チャープ信号の特徴として、時間と周波数にアンビギュイティがあることが知られている。すなわち、信号の時間シフト（遅延）が周波数シフトに対応し、その逆もまた成り立つ。この性質を利用し、各送信アンテナから放射された信号の周波数を、ビーム指向方向に応じて変化させることで、擬似的に信号の遅延を実現する。送信信号に、チャープ信号をパルス化したチャープパルス信号を用いる場合、そのパルス幅が送信アンテナまたは受信アンテナ間隔と比較して、大きい必要がある。その理由を図７に示す。周波数をシフトさせることにより実現する遅延は、パルスの振幅を遅延させるのではなく、パルス内において信号をシフトさせることになるためである。
【００６０】
実施の形態５の構成例について説明する。機能が同一であるブロックについては、他の実施の形態と同一の名前を付し、原則として説明は省略する。チャープ信号送信源群２２では、線形に周波数を変調させてチャープ信号を生成する。なお、チャープ信号送信源群２２ではチャープ信号をパルス化した、チャープパルスを送信しても良い。第１の周波数シフト部群２３では、ビーム指向方向に応じて、送信アレーアンテナ部１の送信アンテナ素子ごとに周波数をシフトさせる。放射部群２の各放射部では、第１の周波数シフト部で生成された信号の増幅、キャリア周波数ｆｃの信号乗算、位相器による位相乗算を行う。乗算する位相は式（５）と同じである。第２の周波数シフト部群２４では、受信部群９でそれぞれＡ／Ｄ変換された受信信号のディジタルデータに対して、第１の周波数シフト部群２３と同様に、受信ビーム指向方向φに応じて周波数をシフトさせる。
【００６１】
続いて、位相補償部群２５では、それぞれφに応じた位相を乗算することにより位相の補償を行う。乗算する位相は式（７）と同様である。信号合成部１３では、各位相補償部２５ａ，２５ｂ，〜，２５ｘにて位相を補償された信号の加算を行い、加算した信号に対して、送信信号とのパルス圧縮処理を行う。このパルス圧縮処理は時間領域で実行してもよいし、受信信号のＦＦＴと送信信号のＦＦＴをした後に複素共役を行った信号との積をＩＦＦＴすることにより、実行してもよい。このように、実施の形態５では、ビーム指向方向に応じて、各送信アンテナ素子から放射する信号の周波数をシフトすることにより簡易的に信号の実時間遅延が可能となる。また、各受信アンテナ側においても同様の構成とすることで、各受信アンテナ素子間で生じる遅延を補償することで信号の合成を実現する。したがって、実施の形態５に係るレーダ装置は、ＴＴＤを用いることなく、信号の実時間遅延が実現されるので、装置規模が縮小かつ安価にできるという利点を持つ。
【００６２】
実施の形態１〜５においては、送受信用のアレーアンテナを送信側と受信側とに分けたものを用いて、本願に係るレーダ装置や目標検出方法を説明してきたが、送受信用のアレーアンテナは、図８に示すような、送信側と受信側とを共用とする送受信アレーアンテナ部２６（２６ａ，２６ｂ，〜，２６ｘは送受信アレーアンテナ部２６を構成する素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送受信アンテナ素子）でもよい。なお、図８では、送信信号と受信信号と分離するための、各送受信アンテナ素子２６ａ，２６ｂ，〜，２６ｘにサーキュレータを有するものを図示しているが、送受信アレーアンテナ部はこの構造に制限する必要はない。また、アンテナ素子以外の構成は、実施の形態１と同様としているが、実施の形態２〜５と同様の構成としても構わない。さらに、実施の形態１〜５においては、信号送信源群３，変調信号生成部群１６，符号化信号送信源群１８，符号生成部群２１、チャープ信号送信源群２２などの信号源を、アンテナ素子ごとに形成されたものを図示及び説明してきたが、信号源はアンテナ素子ごとに形成する必要も必ずしもない。
【００６３】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６について図９を用いて説明する。図９は、実施の形態１における受信側の構成のみを抽出したものである。このように、実施の形態１〜５においては送信側や受信側のどちらから一方だけでも成立する。図９の構成は、例えば、広帯域信号（到来電波）を受信する際の電波方探装置、所望の方向φの電波（到来電波）のみ受信する携帯電話基地局等への応用が可能である。実施の形態１で説明したように、遅延位相乗算部群１１を変化させることで受信可能な方向φを変化させることができる。また、図９では、実施の形態１の受信側のみとした構成を示したが、送信側のみとしてもよく、さらに、実施の形態２〜５においても同様に、受信側、送信側それぞれ単独での動作が可能である。つまり、実施の形態１〜５に係るレーダ装置は、送信側や受信側のどちらから一方だけをアレーアンテナ装置として使用することできる。
【００６４】
以上、実施の形態１〜６においては、複数の構成要素であるもの（例えば、送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ）を○ａ，○ｂ，〜，○ｘと表現しているが、これは、単に複数の構成要素があるということ意味しており、数を特定しているものではない。なお、添え字のａ，ｂ，ｘは、アンテナ素子ごとの系列を識別するために付しているものである。もちろん、信号送信源群３が単一、若しくは、アンテナ素子ごとの系列に対応しない個数の信号送信源である場合は、他の構成要素の添え字と一対一で対応しなくなる。また、送信信号の信号源である信号送信源群３（信号送信源３ａ，３ｂ，〜，３ｘ）、変調信号生成部群１６（変調信号生成部１６ａ，１６ｂ，〜，１６ｘ）、符号化信号送信源群１８（符号化信号送信源１８ａ，１８ｂ，〜，１８ｘ）、チャープ信号送信源群２２（チャープ信号送信源２２ａ，２２ｂ，〜，２２ｘ）を、それぞれ単に信号送信源と称してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１・・送信アレーアンテナ部（送信アンテナ）、１ａ，１ｂ，〜，１ｘ・・送信アンテナ素子、２・・放射部群（送信部群）、２ａ，２ｂ，〜，２ｘ・・放射部（送信部）、３・・信号送信源群、３ａ，３ｂ，〜，３ｘ・・信号送信源、４・・第１のフーリエ変換部群、４ａ，４ｂ，〜，４ｘ・・第１のフーリエ変換部、５・・遅延位相乗算部群、５ａ，５ｂ，〜，５ｘ・・遅延位相乗算部、６・・第１の逆フーリエ変換部群、６ａ，６ｂ，〜，６ｘ・・第１の逆フーリエ変換部、７・・第１の補償部群、７ａ，７ｂ，〜，７ｘ・・第１の補償部、８・・受信アレーアンテナ部（受信アンテナ）、８ａ，８ｂ，〜，８ｘ・・受信アンテナ素子、９・・受信部群、９ａ，９ｂ，〜，９ｘ・・受信部、１０・・第２のフーリエ変換部、１１・・遅延位相補償部群、１１ａ，１１ｂ，〜，１１ｘ・・遅延位相補償部、１２・・第２の補償部群、１２ａ，１２ｂ，〜，１２ｘ・・第２の補償部、１３・・信号合成部、１４・・第２の逆フーリエ変換部、１５・・信号検出部、１６・・変調信号生成部群、１６ａ，１６ｂ，〜，１６ｘ・・変調信号生成部、１７・・第１の補償部群、１７ａ，１７ｂ，〜，１７ｘ・・第１の補償部、１８・・符号化信号送信源群、１８ａ，１８ｂ，〜，１８ｘ・・符号化信号送信源、１９・・復号部、２０・・最大比合成処理部、２１・・符号生成部、２２・・チャープ信号送信源群、２２ａ，２２ｂ，〜，２２ｘ・・チャープ信号送信源、２３・・第１の周波数シフト部群、２３ａ，２３ｂ，〜，２３ｘ・・第１の周波数シフト部、２４・・第２の周波数シフト部、２４ａ，２４ｂ，〜，２４ｘ・・第２の周波数シフト部、２５・・位相補償部群、２５ａ，２５ｂ，〜，２５ｘ・・位相補償部、２６・・送受信アレーアンテナ部（サーキュレータ付き）、２６ａ，２６ｂ，〜，２６ｘ・・送受信アンテナ素子。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標に対して送信波を送信し、その送信波が目標に反射した反射を受信して目標を検出する目標検出方法及びレーダ装置並びにアレーアンテナ装置に関し、例えば、送信アンテナ及び／又は受信アンテナが、送信波の送信信号帯域（受信波の受信信号帯域）の逆数より広い間隔で配置されるフェイズドアレーレーダ（以下、分散レーダと呼ぶ）に使用されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分散レーダなどのレーダ装置においては、位相器のみを用いて送信ビームを所望の方向に指向するために、送信アンテナ間隔が送信信号の帯域より十分に小さい式（１）のモデルに基づいている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【数１】
【０００４】
ここで、Ｂｓは送信信号帯域幅、ΔＴｍａｘは、ビーム指向方向によって二つのアンテナ間で生じる電波の最大遅延時間である。アレーにおいて、式（１）が成立する場合、一般に狭帯域信号と呼ばれる。またここでは、式（１）を満たさない場合を、広帯域信号と呼ぶことにする。したがって、送信信号帯域とアンテナ間隔が式（１）を満足しない広帯域信号の場合、位相器を用いるだけでは所望の方向にビームを指向することができない。その理由については非特許文献１に述べられているので詳細は省略する。
【０００５】
式(1)を満足しない場合、各アンテナから放射された信号の振幅（エンベロープ）がビーム指向方向に応じて相対的にシフトしてしまうことにより、信号の位相を変化させるだけでは信号が合成されないためである。高周波帯の広帯域フェイズドアレーアンテナや、送信／受信アンテナが広い間隔で配置される分散アレーレーダ（スパースアレーレーダと呼ばれることもあるが、ここでは分散アレーレーダと呼ぶ）では、式（１）を満足しない場合が多い。
【０００６】
上記の課題に対する方策として、信号を実時間で遅延させる実時間遅延器（以下、ＴＴＤ（Ｔｒｕｅ Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ）と呼ぶ）を設けることで、所望の方向にビームを指向させる広帯域フェーズドアレーアンテナが提案されている（例えば、非特許文献２）。また、非特許文献３では、信号を実時間で遅延させることにより信号を合成する分散アレーレーダに関して示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｈ．Ｌ．Ｖａｎ Ｔｒｅｅｓ，“Ｏｐｔｉｍｕｍ Ａｒｒａｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｐａｒｔ ＩＶ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ， Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，”Ｗｉｌｅｙ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ, ｐｐ．１７−３７， ２００２．
【非特許文献２】谷島，長谷川，“実時間遅延器数の削減により生じる広帯域フェイズドアレーアンテナのビーム指向誤差とその補正法，”信学論Ｂ，Ｖｏｌ． Ｊ８８−Ｂ， Ｎｏ．９， ｐｐ．１８６３−１８７４． ２００５．
【非特許文献３】Ａ．Ｓ．Ｆｌｅｔｃｈｅｒ，Ｆ．Ｃ．Ｒｏｂｅｙ，“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂｏｕｎｄｓ ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｐａｒｓｅ Ａｒｒａｙ Ｒａｄａｒ，”Ｐｒｏｃ．１１ｔｈ Ｃｏｎｆ．Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ Ａｒｒａｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｍａｒｃｈ ２００３．ＵＲＬ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｌ．ｍｉｔ．ｅｄｕ／ａｓａｐ／ａｓａｐ_０３／６−ｐａｇｅ_Ｐａｐｅｒｓ／ｆｌｅｔｃｈｅｒＡＳＡＰｐａｐｅｒ．ｐｄｆ
【非特許文献４】唐沢好男：ディジタル移動通信の電波伝搬基礎，コロナ社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、非特許文献２で示されているようにＴＴＤは一般に高価であり、またＴＴＤを用いてフェイズドアレーアンテナを構成する場合、ハードウェア規模が増大かつ複雑化するという課題がある。また、非特許文献３では、目標に放射して反射した受信信号から、目標に対してビームを指向するための信号の遅延量及び位相量を推定するため、目標が存在しない場合に信号を合成することはできない。また、信号を遅延させる具体的な手法については示されていないという課題がある。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、分散アレーレーダにおいて、比較的簡易な構成により送信及び受信信号を合成する分散アレーレーダ装置に適用可能である新規な目標検出方法及びレーダ装置並びにアレーアンテナ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】
【００１０】
請求項１の発明に係る目標検出方法は、複数のアンテナ素子により構成されたアレーアンテナ部のビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数のアンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信信号が前記目標から反射し、前記アレーアンテナ部が受信した受信信号と前記送信信号とに対して、それぞれ周波数領域で、前記アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに乗じることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明に係る目標検出方法は、複数の送信アンテナ素子により構成された送信アレーアンテナ部と複数の受信アンテナ素子により構成された受信アレーアンテナ部とのビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、前記複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、前記送信信号が前記目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信信号に対して、周波数領域で、前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに乗じ、前記受信信号に対して、周波数領域で、前記複数の受信アンテナの間隔による遅延時間差を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに乗じることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の発明に係る目標検出方法は、複数のアンテナ素子により構成されたアレーアンテナ部のビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数のアンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、信号送信源が線形周波数変調信号である前記送信信号が前記目標から反射し、前記アレーアンテナ部が受信した受信信号と前記送信信号の周波数を、それぞれ、前記アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の発明に係る目標検出方法は、複数の送信アンテナ素子により構成された送信アレーアンテナ部と複数の受信アンテナ素子により構成された受信アレーアンテナ部とのビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、前記複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、前記送信信号が前記目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号の周波数をシフトさせ、前記受信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号の周波数をシフトさせることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の発明に係るレーダ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数のアンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信するアレーアンテナ部と、このアレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給し、前記アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する送受信部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記送受信部群へ送り、前記送受信部群が受信処理した前記アレーアンテナ部が受信した反射波由来の受信信号を周波数領域で前記アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の発明に係るレーダ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する放射部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記放射部群へ送る第１の補償部群と、素子の素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、前記送信アレーアンテナ部から送信された送信波が目標に反射した反射波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この受信部群が受信処理した受信信号を周波数領域で前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる第２の補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の発明に係るレーダ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数のアンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信するアレーアンテナ部と、このアレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給し、前記アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する送受信部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせて前記送受信部群へ送り、前記送受信部群が受信処理した前記アレーアンテナ部が受信した反射波由来の受信信号の周波数を前記アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせる補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８の発明に係るレーダ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する放射部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記放射部群へ送る第１の周波数シフト部群と、素子の素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、前記送信アレーアンテナ部から送信された送信波が目標に反射した反射波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この送受信部群が受信処理した受信信号の周波数を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせる第２の周波数シフト部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９の発明に係るレーダ装置は、パルス信号、周波数変調信号、位相変調信号を生成する信号送信源と、この信号送信源で生成された信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、この第１のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１０の発明に係るレーダ装置は、周波数領域の送信信号を生成する変調信号生成部と、この変調信号生成部が生成した周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１１の発明に係るレーダ装置は、後記送信アンテナごとに無相関あるいは直交する符号信号を生成する符号化信号送信源と、この符号化信号送信源で生成された信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、この第１のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された周波数領域の信号に対して、各送信アンテナにおいて符号化信号送信源にて生成された信号のフーリエ変換の複素共役を乗算する復号部と、この復号部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された、各送信アンテナ、各受信アンテナの信号の相関行列を算出し、前記相関行列の固有ベクトルを算出してそれを重みとして、各送信アンテナ、受信アンテナの信号を合成する最大比合成処理部と、この最大比合成処理部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１２の発明に係るレーダ装置は、周波数領域における符号信号を生成する符号生成部と、この符号生成部で生成された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された周波数領域の信号に対して、各送信アンテナにおいて符号化信号送信源にて生成された信号のフーリエ変換の複素共役を乗算する復号部と、この復号部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された、各送信アンテナ、各受信アンテナの信号の相関行列を算出し、前記相関行列の固有ベクトルを算出してそれを重みとして、各送信アンテナ、受信アンテナの信号を合成する最大比合成処理部と、この最大比合成処理部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１３の発明に係るレーダ装置は、チャープ信号送信源と、送信ビーム指向方向に応じて後記送信アンテナ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第１の周波数シフト部と、この第１の周波数シフト部からの信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタルデータに対して、受信ビーム指向方向に応じて各受信アンテナ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第２の周波数シフト部と、この第２の周波数シフト部からの信号の受信ビーム方向に応じて各受信アンテナ間で生じる位相差を補償する位相補償部と、この位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１４の発明に係るアレーアンテナ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する送信部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記送信部群へ送る補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１５の発明に係るアレーアンテナ装置は、素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、到来電波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した到来電波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この受信部群が受信処理した前記受信アレーアンテナ部が受信した到来電波由来の受信信号を周波数領域で前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１６の発明に係るアレーアンテナ装置は、素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する送信部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記送信部群へ送る補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１７の発明に係るアレーアンテナ装置は、素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、到来電波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した到来電波をそれぞれ受信処理する受信部群と、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記受信部群へ送り、前記受信部群が受信処理した前記受信アレーアンテナ部が受信した到来電波由来の受信信号の周波数を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせる補償部群とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、この発明によれば、アレーアンテナ部が受信した受信信号と送信信号とに対して、それぞれ周波数領域で、アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じた位相を複数のアンテナ素子ごとに乗じることにより、又は、アレーアンテナ部が受信した受信信号と送信信号の周波数を、それぞれ、アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じ、複数のアンテナ素子ごとにシフトさせることにより、複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することで、広帯域信号を合成することが可能となり、簡易かつ安価に広帯域分散アレーレーダを構成することが可能な目標検出方法、レーダ装置、アレーアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置における送信アンテナとビーム指向方向との関係を示す関係図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係るレーダ装置に関するパルス幅説明図である。
【図８】この発明の実施の形態に係るレーダ装置の送受信アンテナ構成図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係るレーダ装置（アレーアンテナ装置）の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１及び２を用いて説明する。図１及び２において、１は目標に対して送信波を送信し、目標に反射した反射波を受信する送信アレーアンテナ部（以下、単に「送信アンテナ」と称する場合もある。）、１ａ，１ｂ，〜，１ｘは送信アレーアンテナ部１を構成する素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子、２は送信アレーアンテナ部１の各素子（送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ）が送信波として目標に送信するための送信信号をＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算などの送信処理して各素子（送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ）にそれぞれ供給する放射部群（送信部群）、２ａ，２ｂ，〜，２ｘは放射部群を構成する複数の放射部（送信部）、３は信号送信源群、３ａ，３ｂ，〜，３ｘは信号送信源群を構成する複数の信号送信源、４は信号送信源３で生成された信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部群、４ａ，４ｂ，〜，４ｘは第１のフーリエ変換部群４を構成する第１のフーリエ変換部、５は第１のフーリエ変換部群４で算出された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部群、５ａ，５ｂ，〜，５ｘは複数の遅延位相乗算部、６は遅延位相乗算部群５より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部群、６ａ，６ｂ，〜，６ｘは複数の第１の逆フーリエ変換部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号（例えば、送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ）を付し、複数の「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のもの（例えば、後述の第１の補償部群７）がある。
【００３０】
図１において、７は第１のフーリエ変換部群４，遅延位相乗算部群５，第１の逆フーリエ変換部群６から構成され、信号送信源群３からの送信信号を周波数領域で送信アレーアンテナ部１による送信信号のビーム指向方向の角度（θ）に応じた位相を複数の送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘごとに送信信号へ乗じて放射部群２へ送る第１の補償部群、７ａ，７ｂ，〜，７ｘは第１の補償部群を構成する複数の第１の補償部であり、例えば、第１の補償部７ａは、第１のフーリエ変換部４ａ，遅延位相乗算部群５ａ，第１の逆フーリエ変換部群６ａから構成されている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。
【００３１】
図１において、８は送信アレーアンテナ部１から送信された送信波が目標に反射した反射波を受信する受信アレーアンテナ部（以下、単に「受信アンテナ」と称する場合もある。）、８ａ，８ｂ，〜，８ｘは受信信アレーアンテナ部８を構成する素子の素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子、９は受信アレーアンテナ部８の各素子（受信アンテナ素子８ａ，８ｂ，〜，８ｘ）が受信した目標からの反射波をそれぞれ増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換などの受信処理する受信部群と、９ａ，９ｂ，〜，９ｘは受信部群９を構成する複数の受信部、１０は受信部群９で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部群、１０ａ，１０ｂ，〜，１０ｘは第２のフーリエ変換部群を構成する複数の第２のフーリエ変換部、１１は第２のフーリエ変換部群１０で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部群、１１ａ，１１ｂ，〜，１１ｘは遅延位相補償部群１１を構成する複数の遅延位相補償部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、複数の「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、複数の「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。
【００３２】
図１において、１２は第２のフーリエ変換部群１０及び遅延位相補償部群１１から構成され、受信部群９が受信処理した受信信号を周波数領域で受信アレーアンテナ部８による受信信号のビーム指向方向の角度（φ）に応じた位相を複数の受信アンテナ素子８ａ，８ｂ，〜，８ｘごとに受信信号へ乗じる第２の補償部群、１２ａ，１２ｂ，〜，１２ｘは第２の補償部群１２を構成する複数の第２の補償部であり、例えば、第２の補償部１２ａは、第２のフーリエ変換部群１０ａ及び遅延位相補償部群１１ａから構成されている。１３は遅延位相補償部群１１で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部、１４は信号合成部１３で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部、１５は第２の逆フーリエ変換部１４で算出された信号の絶対値を計算し、目標の信号のピークを検出する信号検出部である。信号合成部１３と第２の逆フーリエ変換部１４とは、第２の補償部群１２に含めてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。
【００３３】
次に動作を説明する。課題で説明したように、送信アンテナ１ａ，１ｂ，〜，１ｘの間隔が送信信号の帯域と大きい場合、位相のみの乗算するフェイズドアレーでは信号が合成されない。図２に送信アンテナとビーム指向方向との関係を示す。角度θ方向にビームを指向した場合の第ｍ送信アンテナから放射された信号ｘｍ（ｔ）は以下のような式（２）として記述できる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
式（２）の右辺第３項が、アンテナ間隔とビーム指向方向に起因して生じる位相差であり、位相器を用いたフェイズドアレーではこの式（２）の右辺第３項を位相器で設定することにより、ビームを所望の方向であるθに向けることができる。しかし、Δｔｍ（θ）が送信変調信号の帯域と比較して大きい場合、Δｔｍ（θ）を補償して信号放射する必要がある。従来フェイズドアレーでは、このΔｔｍ（θ）を補償するためにＴＴＤを用いてきた。しかし、前述したようにＴＴＤを用いて遅延時間差を補償する場合、装置規模が高価かつ拡大してしまう。
【００３６】
実施の形態１では、複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、送信信号が目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、送信信号に対して、周波数領域で、送信アレーアンテナ部による送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を複数の送信アンテナ素子ごとに乗じ、受信信号に対して、周波数領域で、複数の受信アンテナの間隔による遅延時間差を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を複数の受信アンテナ素子ごとに乗じることにより複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償する構成について示す。
【００３７】
まず、変調信号生成部である信号送信源群３では送信変調信号ｓ（ｔ）を生成する。これは例えば、パルス信号でも良く、線形周波数変調信号（チャープ信号）やＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ変調信号でも構わない。次に、第１のフーリエ変換部群４では上記変調信号ｓ（ｔ）をフーリエ変換することにより周波数領域に変換する。ｓ（ｔ）をフーリエ変換したものをＳ（ｆ）と記述する。例えば、フーリエ変換部４ａなどでは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が用いられる。遅延位相乗算部群５では、上記ｓ（ｔ）のフーリエ変換Ｓ（ｆ）に対して位相を乗算することにより、信号を遅延させる。遅延位相乗算部群６で乗算する位相は以下の式（３）である。
【００３８】
【数３】
【００３９】
なぜならば、ｓ（ｔ−Δｔｍ（θ））のフーリエ変換を考えると、フーリエ変換の時間推移の法則により、下記の式（４）が成り立つからである。
【００４０】
【数４】
【００４１】
フーリエ変換部群６では、上記の遅延位相乗算部群５にて算出された周波数領域の変調信号Ｓ（ｆ）を逆フーリエ変換することで、時間領域で遅延した変調信号を生成する。例えば、第１の逆フーリエ変換部群６では、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）が用いられる。放射部群２では、第１の逆フーリエ変換部群６で算出された時間領域の信号に対して、Ｄ／Ａ変換、キャリア周波数ｆｃのローカル信号の乗算、信号増幅、位相器による位相シフトを行う。位相器において設定する位相シフトは下記の式（５）である。これは式（２）の右辺第三項を示している。
【００４２】
【数５】
【００４３】
送信アレーアンテナ部１（送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ）では、前記放射部から生成された信号をアンテナより放射する。受信アレーアンテナ部８（受信アンテナ素子８ａ，８ｂ，〜，８ｘ）では、送信アレーアンテナ部１ナから放射された信号（送信波）が、目標に反射されて到達した反射信号（反射波）を受信する。受信部群９では、信号増幅、バンドパスフィルタ、ローカル信号のミキシングによるＩＦ信号への変換、Ａ／Ｄ変換を行い、ディジタルデータに変換する。ここで、ディジタルデータに変換されたＩＦ信号をベースバンド信号ｙn（ｔ）に変換しておく。ここで、ｎは受信アンテナ番号であり、ｎ＝１，２，〜，Ｎとする。次に、第２のフーリエ変換部群１０では、受信部群９にて変換されたベースバンド信号ｙn（ｔ）をフーリエ変換する。
【００４４】
次に、遅延位相補償部群１１では、所望の方向φに受信ビームを形成するために、送信時と同様に、下記の位相を乗算することにより、変調信号の遅延時間を補正する。
【００４５】
【数６】
【００４６】
また、受信ビーム形成方向に依存する下記の位相差も同時に乗算する。
【００４７】
【数７】
【００４８】
信号合成部１３では、遅延位相補償部群１１で補償された各受信アンテナ８ａ，８ｂ，〜，８ｘの周波数領域の信号を、全て加算する。また、加算した信号に対して変調信号ｓ（ｔ）のフーリエ変換Ｓ（ｆ）の複素共役を乗算することにより、パルス圧縮（または相互相関演算とも言う）を行う構成としてもよい。上記パルス圧縮を行うことにより、受信信号の信号／雑音電力比は改善されることになる。第２の逆フーリエ変換部１４では、信号合成部１３にて算出された周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。この動作は、第２の逆フーリエ変換部１４と同様である。信号検出部１５では、第２の逆フーリエ変換部１４で算出された時間領域の信号に対して、従来レーダで用いられているＣＦＡＲ処理等を適用することにより、目標からの反射信号を検出することができる。
【００４９】
以上のように、実施の形態１に係るレーダ装置では、ＴＴＤを用いることなく、送信、受信の両方においてアンテナ間で生じる遅延時間差を周波数領域で補償する方法により、信号の合成を可能とし、比較的簡易な構成で、広帯域分散アレーレーダを実現するものである。また、この実施の形態１に係るレーダ装置や後述する他の実施の形態に係るレーダ装置においては、送信アンテナ素子間隔や受信アンテナ素子間隔は一定でなくてもよい。さらに、送信アレーアンテナ部と受信アレーアンテナ部とは、別の場所に設置してもよい。
【００５０】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３において、１６は周波数領域の送信信号を生成する変調信号生成部群、１６ａ，１６ｂ，〜，１６ｘは変調信号生成部群を構成する複数の変調信号生成部、１７は遅延位相乗算部群５，第１の逆フーリエ変換部群６から構成され、変調信号生成部群１６からの送信信号を周波数領域で送信アレーアンテナ部１による送信信号のビーム指向方向の角度（θ）に応じた位相を複数の送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘごとに送信信号へ乗じて放射部群２へ送る第１の補償部群、１７ａ，１７ｂ，〜，１７ｘは第１の補償部群を構成する複数の第１の補償部であり、例えば、第１の補償部７ａは、遅延位相乗算部群５ａ，第１の逆フーリエ変換部群６ａから構成されている。なお、変調信号生成部群１６を第１の補償部１７に加えてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。
【００５１】
実施の形態１では、送信信号源群３が生成した時間領域の変調信号ｓ（ｔ）をフーリエ変換することにより、周波数領域の信号Ｓ（ｆ）を得たが、実施の形態２では、上記に代わり、変調信号生成部群１６を設けることで、周波数領域において変調信号を生成し、装置の簡易化をはかる。周波数領域における変調信号生成は、例えばＯＦＤＭ送信装置等に用いられているものである。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。本実施の形態２では、周波数領域で変調信号を生成することにより更なる装置の簡易化が可能である。
【００５２】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３について図４を用いて説明する。図４において、１８は送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘごとに無相関あるいは直交する符号信号を生成する符号化信号送信源群、１８ａ，１８ｂ，〜，１８ｘは符号化信号送信源群１８を構成する複数の符号化信号送信源、１９は遅延位相補償部群１１で算出された周波数領域の信号に対して、各送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘにおいて符号化信号送信源群１８にて生成された信号のフーリエ変換の複素共役を乗算する復号部、２０は第２の逆フーリエ変換部１４で算出された、各送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ、各受信アンテナ素子８ａ，８ｂ，〜，８ｘの信号の相関行列を算出し、相関行列の固有ベクトルを算出してそれを重みとして、各送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ、各受信アンテナ素子８ａ，８ｂ，〜，８ｘの信号を合成する最大比合成処理部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。
【００５３】
実施の形態３では、各送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘから互いに無相関（あるいは直交する）信号を放射することにより、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）合成を可能とする。上記ＭＩＭＯ合成を実施することで、マルチパス環境下やフェージング環境下にロバストな信号検出が可能となる。実施の形態３は、実施の形態１の信号送信源群３に変わり、符号化信号送信源群１８を備え、信号合成部１３に代わり、復号部１９を備え、更に最大比合成処理部を追加することを特徴とする。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００５４】
符号化信号送信源群１８では、送信アンテナ１ａ，１ｂ，〜，１ｘごとに互いに無相関あるいは直交する信号を生成する。例えば、Ｍ系列、Ｇｏｌｄ符号や、ＯＦＤＭ信号等に用いられる直交周波数信号を用いて、アンテナごとに直交する周波数の信号でも構わない。復号部１９では、受信した信号を、送信信号ごとに復調する。具体的には、遅延位相補償部群１１で算出された周波数領域の受信信号に対して、各送信信号をフーリエ変換した信号の複素共役を乗算し、第２の逆フーリエ変換部１４に渡し、第２の逆フーリエ変換部１４では受信アンテナ（Ｎ個）、送信アンテナ（Ｍ個）の周波数領域の信号（ＮＭ個）に対して逆フーリエ変換を行う。
【００５５】
最大比合成処理部２０では、第２の逆フーリエ変換部１４で算出されたＮＭ個の時間領域の信号から、相関行列を計算し、この固有ベクトルを算出することで最大比合成処理を行い、信号を合成する。この処理は、従来のＭＩＭＯ通信でも用いられている処理（例えば、非特許文献４に記載の処理）であるのでここでは説明を省略する。実施の形態３により、ＭＩＭＯ通信で用いられている最大比合成処理を適用することにより、マルチパス、フェージング環境下においてもロバストな信号検出が可能となる。
【００５６】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４について図５を用いて説明する。図５において、２１は周波数領域における符号信号を生成する符号生成部群、２１ａ，２１ｂ，〜，２１ｘは符号生成部群を構成する符号生成部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。実施の形態４では、実施の形態３における、符号化信号送信源群１８と第１のフーリエ変換部４に代わり、周波数領域の符号を生成する符号生成部群２１を設けたものである。符号生成部群２１では、アンテナごとに互いに無相関（あるいは直交する）符号を周波数領域で生成する。このような構成とすることで、実施の形態３と比較し、装置規模の縮小が可能である。他の構成は実施の形態３と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５について図６及び７を用いて説明する。図６において、２２はチャープ信号送信源群、２２ａ，２２ｂ，〜，２２ｘはチャープ信号送信源群２２を構成する複数のチャープ信号送信源、２３はチャープ信号送信源群２２からの信号を送信ビーム指向方向に応じて送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第１の周波数シフト部群、２３ａ，２３ｂ，〜，２３ｘは第１の周波数シフト部群２３を構成する複数の第１の周波数シフト部、２４は受信部群９で算出されたディジタルデータに対して、受信ビーム指向方向に応じて各受信アンテナ８ａ，８ｂ，〜，８ｘ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第２の周波数シフト部、２４ａ，２４ｂ，〜，２４ｘは第２の周波数シフト部群２４を構成する複数の第２の周波数シフト部、２５は第２の周波数シフト部群２４からの信号に対して、受信ビーム指向方向に応じた位相を乗算する位相補償部群、２５ａ，２５ｂ，〜，２５ｘは位相補償部群２５を構成する複数の位相補償部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略し、「群」や「アレー」として図示されている構成要素は、単体にのみ符号を付し、「群」や「アレー」としての符号は省略しているものや、その逆のものがある。これは、後述する図８においても同様である。
【００５８】
実施の形態５では、複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、送信信号が目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、送信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、複数の送信アンテナ素子ごとに送信信号の周波数をシフトさせ、受信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、複数の受信アンテナ素子ごとに受信信号の周波数をシフトさせることにより複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償する構成について示す。
【００５９】
送信信号源に線形周波数変調信号（以下、チャープ信号と呼ぶ）を用いることを前提として、簡易的に信号の実時間の遅延を実現するものである。チャープ信号の特徴として、時間と周波数にアンビギュイティがあることが知られている。すなわち、信号の時間シフト（遅延）が周波数シフトに対応し、その逆もまた成り立つ。この性質を利用し、各送信アンテナから放射された信号の周波数を、ビーム指向方向に応じて変化させることで、擬似的に信号の遅延を実現する。送信信号に、チャープ信号をパルス化したチャープパルス信号を用いる場合、そのパルス幅が送信アンテナまたは受信アンテナ間隔と比較して、大きい必要がある。その理由を図７に示す。周波数をシフトさせることにより実現する遅延は、パルスの振幅を遅延させるのではなく、パルス内において信号をシフトさせることになるためである。
【００６０】
実施の形態５の構成例について説明する。機能が同一であるブロックについては、他の実施の形態と同一の名前を付し、原則として説明は省略する。チャープ信号送信源群２２では、線形に周波数を変調させてチャープ信号を生成する。なお、チャープ信号送信源群２２ではチャープ信号をパルス化した、チャープパルスを送信しても良い。第１の周波数シフト部群２３では、ビーム指向方向に応じて、送信アレーアンテナ部１の送信アンテナ素子ごとに周波数をシフトさせる。放射部群２の各放射部では、第１の周波数シフト部で生成された信号の増幅、キャリア周波数ｆｃの信号乗算、位相器による位相乗算を行う。乗算する位相は式（５）と同じである。第２の周波数シフト部群２４では、受信部群９でそれぞれＡ／Ｄ変換された受信信号のディジタルデータに対して、第１の周波数シフト部群２３と同様に、受信ビーム指向方向φに応じて周波数をシフトさせる。
【００６１】
続いて、位相補償部群２５では、それぞれφに応じた位相を乗算することにより位相の補償を行う。乗算する位相は式（７）と同様である。信号合成部１３では、各位相補償部２５ａ，２５ｂ，〜，２５ｘにて位相を補償された信号の加算を行い、加算した信号に対して、送信信号とのパルス圧縮処理を行う。このパルス圧縮処理は時間領域で実行してもよいし、受信信号のＦＦＴと送信信号のＦＦＴをした後に複素共役を行った信号との積をＩＦＦＴすることにより、実行してもよい。このように、実施の形態５では、ビーム指向方向に応じて、各送信アンテナ素子から放射する信号の周波数をシフトすることにより簡易的に信号の実時間遅延が可能となる。また、各受信アンテナ側においても同様の構成とすることで、各受信アンテナ素子間で生じる遅延を補償することで信号の合成を実現する。したがって、実施の形態５に係るレーダ装置は、ＴＴＤを用いることなく、信号の実時間遅延が実現されるので、装置規模が縮小かつ安価にできるという利点を持つ。
【００６２】
実施の形態１〜５においては、送受信用のアレーアンテナを送信側と受信側とに分けたものを用いて、本願に係るレーダ装置や目標検出方法を説明してきたが、送受信用のアレーアンテナは、図８に示すような、送信側と受信側とを共用とする送受信アレーアンテナ部２６（２６ａ，２６ｂ，〜，２６ｘは送受信アレーアンテナ部２６を構成する素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送受信アンテナ素子）でもよい。なお、図８では、送信信号と受信信号と分離するための、各送受信アンテナ素子２６ａ，２６ｂ，〜，２６ｘにサーキュレータを有するものを図示しているが、送受信アレーアンテナ部はこの構造に制限する必要はない。また、アンテナ素子以外の構成は、実施の形態１と同様としているが、実施の形態２〜５と同様の構成としても構わない。さらに、実施の形態１〜５においては、信号送信源群３，変調信号生成部群１６，符号化信号送信源群１８，符号生成部群２１、チャープ信号送信源群２２などの信号源を、アンテナ素子ごとに形成されたものを図示及び説明してきたが、信号源はアンテナ素子ごとに形成する必要も必ずしもない。
【００６３】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６について図９を用いて説明する。図９は、実施の形態１における受信側の構成のみを抽出したものである。このように、実施の形態１〜５においては送信側や受信側のどちらから一方だけでも成立する。図９の構成は、例えば、広帯域信号（到来電波）を受信する際の電波方探装置、所望の方向φの電波（到来電波）のみ受信する携帯電話基地局等への応用が可能である。実施の形態１で説明したように、遅延位相乗算部群１１を変化させることで受信可能な方向φを変化させることができる。また、図９では、実施の形態１の受信側のみとした構成を示したが、送信側のみとしてもよく、さらに、実施の形態２〜５においても同様に、受信側、送信側それぞれ単独での動作が可能である。つまり、実施の形態１〜５に係るレーダ装置は、送信側や受信側のどちらから一方だけをアレーアンテナ装置として使用することできる。
【００６４】
以上、実施の形態１〜６においては、複数の構成要素であるもの（例えば、送信アンテナ素子１ａ，１ｂ，〜，１ｘ）を○ａ，○ｂ，〜，○ｘと表現しているが、これは、単に複数の構成要素があるということ意味しており、数を特定しているものではない。なお、添え字のａ，ｂ，ｘは、アンテナ素子ごとの系列を識別するために付しているものである。もちろん、信号送信源群３が単一、若しくは、アンテナ素子ごとの系列に対応しない個数の信号送信源である場合は、他の構成要素の添え字と一対一で対応しなくなる。また、送信信号の信号源である信号送信源群３（信号送信源３ａ，３ｂ，〜，３ｘ）、変調信号生成部群１６（変調信号生成部１６ａ，１６ｂ，〜，１６ｘ）、符号化信号送信源群１８（符号化信号送信源１８ａ，１８ｂ，〜，１８ｘ）、チャープ信号送信源群２２（チャープ信号送信源２２ａ，２２ｂ，〜，２２ｘ）を、それぞれ単に信号送信源と称してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１・・送信アレーアンテナ部（送信アンテナ）、１ａ，１ｂ，〜，１ｘ・・送信アンテナ素子、２・・放射部群（送信部群）、２ａ，２ｂ，〜，２ｘ・・放射部（送信部）、３・・信号送信源群、３ａ，３ｂ，〜，３ｘ・・信号送信源、４・・第１のフーリエ変換部群、４ａ，４ｂ，〜，４ｘ・・第１のフーリエ変換部、５・・遅延位相乗算部群、５ａ，５ｂ，〜，５ｘ・・遅延位相乗算部、６・・第１の逆フーリエ変換部群、６ａ，６ｂ，〜，６ｘ・・第１の逆フーリエ変換部、７・・第１の補償部群、７ａ，７ｂ，〜，７ｘ・・第１の補償部、８・・受信アレーアンテナ部（受信アンテナ）、８ａ，８ｂ，〜，８ｘ・・受信アンテナ素子、９・・受信部群、９ａ，９ｂ，〜，９ｘ・・受信部、１０・・第２のフーリエ変換部、１１・・遅延位相補償部群、１１ａ，１１ｂ，〜，１１ｘ・・遅延位相補償部、１２・・第２の補償部群、１２ａ，１２ｂ，〜，１２ｘ・・第２の補償部、１３・・信号合成部、１４・・第２の逆フーリエ変換部、１５・・信号検出部、１６・・変調信号生成部群、１６ａ，１６ｂ，〜，１６ｘ・・変調信号生成部、１７・・第１の補償部群、１７ａ，１７ｂ，〜，１７ｘ・・第１の補償部、１８・・符号化信号送信源群、１８ａ，１８ｂ，〜，１８ｘ・・符号化信号送信源、１９・・復号部、２０・・最大比合成処理部、２１・・符号生成部、２２・・チャープ信号送信源群、２２ａ，２２ｂ，〜，２２ｘ・・チャープ信号送信源、２３・・第１の周波数シフト部群、２３ａ，２３ｂ，〜，２３ｘ・・第１の周波数シフト部、２４・・第２の周波数シフト部、２４ａ，２４ｂ，〜，２４ｘ・・第２の周波数シフト部、２５・・位相補償部群、２５ａ，２５ｂ，〜，２５ｘ・・位相補償部、２６・・送受信アレーアンテナ部（サーキュレータ付き）、２６ａ，２６ｂ，〜，２６ｘ・・送受信アンテナ素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子により構成されたアレーアンテナ部のビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数のアンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信信号が前記目標から反射し、前記アレーアンテナ部が受信した受信信号と前記送信信号とに対して、それぞれ周波数領域で、前記アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに乗じることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とする目標検出方法。
【請求項２】
複数の送信アンテナ素子により構成された送信アレーアンテナ部と複数の受信アンテナ素子により構成された受信アレーアンテナ部とのビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、前記複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、前記送信信号が前記目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信信号に対して、周波数領域で、前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに乗じ、前記受信信号に対して、周波数領域で、前記複数の受信アンテナの間隔による遅延時間差を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに乗じることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とする目標検出方法。
【請求項３】
複数のアンテナ素子により構成されたアレーアンテナ部のビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数のアンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、信号送信源が線形周波数変調信号である前記送信信号が前記目標から反射し、前記アレーアンテナ部が受信した受信信号と前記送信信号の周波数を、それぞれ、前記アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とする目標検出方法。
【請求項４】
複数の送信アンテナ素子により構成された送信アレーアンテナ部と複数の受信アンテナ素子により構成された受信アレーアンテナ部とのビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、前記複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、前記送信信号が前記目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号の周波数をシフトさせ、前記受信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号の周波数をシフトさせることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とする目標検出方法。
【請求項５】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数のアンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信するアレーアンテナ部と、このアレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給し、前記アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する送受信部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記送受信部群へ送り、前記送受信部群が受信処理した前記アレーアンテナ部が受信した反射波由来の受信信号を周波数領域で前記アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる補償部群とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項６】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する放射部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記放射部群へ送る第１の補償部群と、素子の素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、前記送信アレーアンテナ部から送信された送信波が目標に反射した反射波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この受信部群が受信処理した受信信号を周波数領域で前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる第２の補償部群とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項７】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数のアンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信するアレーアンテナ部と、このアレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給し、前記アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する送受信部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせて前記送受信部群へ送り、前記送受信部群が受信処理した前記アレーアンテナ部が受信した反射波由来の受信信号の周波数を前記アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせる補償部群とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項８】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する放射部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記放射部群へ送る第１の周波数シフト部群と、素子の素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、前記送信アレーアンテナ部から送信された送信波が目標に反射した反射波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この送受信部群が受信処理した受信信号の周波数を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせる第２の周波数シフト部群とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項９】
パルス信号、周波数変調信号、位相変調信号を生成する信号送信源と、この信号送信源で生成された信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、この第１のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１０】
周波数領域の送信信号を生成する変調信号生成部と、この変調信号生成部が生成した周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１１】
後記送信アンテナごとに無相関あるいは直交する符号信号を生成する符号化信号送信源と、この符号化信号送信源で生成された信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、この第１のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された周波数領域の信号に対して、各送信アンテナにおいて符号化信号送信源にて生成された信号のフーリエ変換の複素共役を乗算する復号部と、この復号部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された、各送信アンテナ、各受信アンテナの信号の相関行列を算出し、前記相関行列の固有ベクトルを算出してそれを重みとして、各送信アンテナ、受信アンテナの信号を合成する最大比合成処理部と、この最大比合成処理部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１２】
周波数領域における符号信号を生成する符号生成部と、この符号生成部で生成された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された周波数領域の信号に対して、各送信アンテナにおいて符号化信号送信源にて生成された信号のフーリエ変換の複素共役を乗算する復号部と、この復号部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された、各送信アンテナ、各受信アンテナの信号の相関行列を算出し、前記相関行列の固有ベクトルを算出してそれを重みとして、各送信アンテナ、受信アンテナの信号を合成する最大比合成処理部と、この最大比合成処理部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１３】
チャープ信号送信源と、送信ビーム指向方向に応じて後記送信アンテナ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第１の周波数シフト部と、この第１の周波数シフト部からの信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタルデータに対して、受信ビーム指向方向に応じて各受信アンテナ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第２の周波数シフト部と、この第２の周波数シフト部からの信号の受信ビーム方向に応じて各受信アンテナ間で生じる位相差を補償する位相補償部と、この位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１４】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する送信部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記送信部群へ送る補償部群とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項１５】
素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、到来電波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した到来電波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この受信部群が受信処理した前記受信アレーアンテナ部が受信した到来電波由来の受信信号を周波数領域で前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる補償部群とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項１６】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する送信部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記送信部群へ送る補償部群とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項１７】
素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、到来電波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した到来電波をそれぞれ受信処理する受信部群と、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記受信部群へ送り、前記受信部群が受信処理した前記受信アレーアンテナ部が受信した到来電波由来の受信信号の周波数を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせる補償部群とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項１】
複数のアンテナ素子により構成されたアレーアンテナ部のビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数のアンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信信号が前記目標から反射し、前記アレーアンテナ部が受信した受信信号と前記送信信号とに対して、それぞれ周波数領域で、前記アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに乗じることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とする目標検出方法。
【請求項２】
複数の送信アンテナ素子により構成された送信アレーアンテナ部と複数の受信アンテナ素子により構成された受信アレーアンテナ部とのビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、前記複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、前記送信信号が前記目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信信号に対して、周波数領域で、前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに乗じ、前記受信信号に対して、周波数領域で、前記複数の受信アンテナの間隔による遅延時間差を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに乗じることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とする目標検出方法。
【請求項３】
複数のアンテナ素子により構成されたアレーアンテナ部のビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数のアンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、信号送信源が線形周波数変調信号である前記送信信号が前記目標から反射し、前記アレーアンテナ部が受信した受信信号と前記送信信号の周波数を、それぞれ、前記アレーアンテナ部のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とする目標検出方法。
【請求項４】
複数の送信アンテナ素子により構成された送信アレーアンテナ部と複数の受信アンテナ素子により構成された受信アレーアンテナ部とのビーム走査により目標の検出を行う目標検出方法において、前記複数の送信アンテナ素子の素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い場合、及び、前記複数の受信アンテナ素子の素子間隔が、前記送信信号が前記目標から反射した受信信号帯域の逆数よりも広い場合であって、前記送信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号の周波数をシフトさせ、前記受信アレーアンテナ部によるビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号の周波数をシフトさせることにより前記複数のアンテナの間隔による遅延時間差を補償することを特徴とする目標検出方法。
【請求項５】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数のアンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信するアレーアンテナ部と、このアレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給し、前記アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する送受信部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記送受信部群へ送り、前記送受信部群が受信処理した前記アレーアンテナ部が受信した反射波由来の受信信号を周波数領域で前記アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数のアンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる補償部群とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項６】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する放射部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記放射部群へ送る第１の補償部群と、素子の素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、前記送信アレーアンテナ部から送信された送信波が目標に反射した反射波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この受信部群が受信処理した受信信号を周波数領域で前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる第２の補償部群とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項７】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数のアンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信するアレーアンテナ部と、このアレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給し、前記アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する送受信部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせて前記送受信部群へ送り、前記送受信部群が受信処理した前記アレーアンテナ部が受信した反射波由来の受信信号の周波数を前記アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数のアンテナ素子ごとにシフトさせる補償部群とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項８】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信し、前記目標に反射した反射波を受信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する放射部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記放射部群へ送る第１の周波数シフト部群と、素子の素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、前記送信アレーアンテナ部から送信された送信波が目標に反射した反射波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した前記目標からの反射波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この送受信部群が受信処理した受信信号の周波数を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせる第２の周波数シフト部群とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項９】
パルス信号、周波数変調信号、位相変調信号を生成する信号送信源と、この信号送信源で生成された信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、この第１のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１０】
周波数領域の送信信号を生成する変調信号生成部と、この変調信号生成部が生成した周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１１】
後記送信アンテナごとに無相関あるいは直交する符号信号を生成する符号化信号送信源と、この符号化信号送信源で生成された信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、この第１のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された周波数領域の信号に対して、各送信アンテナにおいて符号化信号送信源にて生成された信号のフーリエ変換の複素共役を乗算する復号部と、この復号部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された、各送信アンテナ、各受信アンテナの信号の相関行列を算出し、前記相関行列の固有ベクトルを算出してそれを重みとして、各送信アンテナ、受信アンテナの信号を合成する最大比合成処理部と、この最大比合成処理部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１２】
周波数領域における符号信号を生成する符号生成部と、この符号生成部で生成された周波数領域の信号に対して送信ビーム指向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相乗算部と、この遅延位相乗算部より算出された周波数領域の信号を逆フーリエ変換することで時間領域の信号に変換する第１の逆フーリエ変換部と、この第１の逆フーリエ変換部より算出された信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、この第２のフーリエ変換部で算出された周波数領域の信号に対して、受信ビーム指向方向に応じて生じる遅延を補償するための位相を乗算する遅延位相補償部と、この遅延位相補償部で算出された周波数領域の信号に対して、各送信アンテナにおいて符号化信号送信源にて生成された信号のフーリエ変換の複素共役を乗算する復号部と、この復号部で算出された周波数領域の信号を、逆フーリエ変換する第２の逆フーリエ変換部と、この第２の逆フーリエ変換部で算出された、各送信アンテナ、各受信アンテナの信号の相関行列を算出し、前記相関行列の固有ベクトルを算出してそれを重みとして、各送信アンテナ、受信アンテナの信号を合成する最大比合成処理部と、この最大比合成処理部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１３】
チャープ信号送信源と、送信ビーム指向方向に応じて後記送信アンテナ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第１の周波数シフト部と、この第１の周波数シフト部からの信号のＤ／Ａ変換、増幅、キャリア周波数の乗算を行う放射部と、この放射部より生成された信号を放射する送信アンテナと、この送信アンテナから放射され、目標に反射した信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号の増幅及びバンドパスフィルタ処理及びＩＦ信号へのダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換を行う受信部と、この受信部で算出されたディジタルデータに対して、受信ビーム指向方向に応じて各受信アンテナ間で生じる遅延を補償するために信号の周波数をシフトさせる第２の周波数シフト部と、この第２の周波数シフト部からの信号の受信ビーム方向に応じて各受信アンテナ間で生じる位相差を補償する位相補償部と、この位相補償部で算出された信号を加算あるいはパルス圧縮処理を行う信号合成部と、この信号合成部で算出された信号の絶対値を計算し、前記目標の信号のピークを検出する信号検出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１４】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する送信部群と、信号送信源からの前記送信信号を周波数領域で前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の送信アンテナ素子ごとに前記送信信号へ乗じて前記送信部群へ送る補償部群とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項１５】
素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、到来電波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した到来電波をそれぞれ受信処理する受信部群と、この受信部群が受信処理した前記受信アレーアンテナ部が受信した到来電波由来の受信信号を周波数領域で前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じた位相を前記複数の受信アンテナ素子ごとに前記受信信号へ乗じる補償部群とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項１６】
素子間隔が送信信号帯域の逆数よりも広い複数の送信アンテナ素子により構成され、目標に対して送信波を送信する送信アレーアンテナ部と、この送信アレーアンテナ部の各素子が送信波として前記目標に送信するための送信信号を送信処理して前記送信アレーアンテナ部の各素子にそれぞれ供給する送信部群と、信号送信源からの前記送信信号の周波数を前記送信アレーアンテナ部による前記送信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の送信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記送信部群へ送る補償部群とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項１７】
素子間隔が受信信号帯域の逆数よりも広い複数の受信アンテナ素子により構成され、到来電波を受信する受信アレーアンテナ部と、この受信アレーアンテナ部の各素子が受信した到来電波をそれぞれ受信処理する受信部群と、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせて前記受信部群へ送り、前記受信部群が受信処理した前記受信アレーアンテナ部が受信した到来電波由来の受信信号の周波数を前記受信アレーアンテナ部による前記受信信号のビーム指向方向の角度に応じ、前記複数の受信アンテナ素子ごとにシフトさせる補償部群とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２４３２３７（Ｐ２０１０−２４３２３７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９００３４（Ｐ２００９−９００３４）
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【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２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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