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技術 レーダ装置、信号処理装置及び信号処理方法

出願人 日本無線株式会社
発明者 菅野真行時枝幸伸富木洋一
出願日 2014年3月28日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2014-070277
公開日 2015年11月2日 (4年8ヶ月経過) 公開番号 2015-190944
状態 特許登録済
技術分野 可変指向性アンテナ、アンテナ配列 レーダ方式及びその細部
主要キーワード 仮想素子 ベクトル平均 レーダ受信装置 受信レベル低下 高周波電気信号 データ欠損 ベクトル合成 DBF処理
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

素子のデータが欠損した場合の影響を低減することができるレーダ装置を提供する。

解決手段

レーダ装置1は、複数の送信アンテナを有する送信部10と、複数の受信アンテナを有する受信部20と、複数の送信アンテナの間隔及び複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、仮想アンテナの位置に応じて受信部が受信した受信信号を処理する信号処理装置30であって、各送信アンテナに対応した信号送信結果又は各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて仮想アレーにおいて位置が同一である複数の仮想アンテナのそれぞれについて処理で使用するか否かを判断する信号処理装置30とを備える。

概要

背景

複数のレーダ送信装置電波を送信し、複数のレーダ受信装置で電波を受信し、受信した電波を用いて対象物の位置を検出するMIMO(Multiple−Input Multiple−Output)レーダシステムと呼ばれるレーダ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

また、非特許文献1では、レーダ送信装置のアンテナを均一に配置したアレーと、レーダ受信装置のアンテナを均一に配置したアレーとによりMIMOレーダシステムを構成することが提案されている。この非特許文献1に記載の技術では、各アンテナは、送受信される波長半波長間隔で配置される。また、非特許文献1の記載の技術では、レーダ受信装置は、各アンテナを介して、各レーダ送信装置のアンテナから送信された送信信号を受信する。また、非特許文献1の記載の技術では、レーダ送信装置のアンテナの素子数がM素子、レーダ受信装置のアンテナの素子数がN素子であるとすると、レーダ受信装置は、M×N素子の仮想的なアレーアンテナを有しているとみなすことができる。

概要

素子のデータが欠損した場合の影響を低減することができるレーダ装置を提供する。レーダ装置1は、複数の送信アンテナを有する送信部10と、複数の受信アンテナを有する受信部20と、複数の送信アンテナの間隔及び複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、仮想アンテナの位置に応じて受信部が受信した受信信号を処理する信号処理装置30であって、各送信アンテナに対応した信号送信結果又は各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて仮想アレーにおいて位置が同一である複数の仮想アンテナのそれぞれについて処理で使用するか否かを判断する信号処理装置30とを備える。

目的

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、素子のデータが欠損した場合の影響を低減することができるレーダ装置、信号処理装置及び信号処理方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

複数の送信アンテナを有する送信部と、複数の受信アンテナを有する受信部と、前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する信号処理部であって、前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する信号処理部とを備えるレーダ装置

請求項2

前記複数の送信アンテナの間隔又は前記複数の受信アンテナの間隔が不等間隔に設定されている請求項1に記載のレーダ装置。

請求項3

前記送信部が出力した送信信号を前記受信部へ前記受信アンテナを介さず入力する第1回路と、前記送信部が前記送信アンテナを介さず出力した送信信号を前記受信部へ入力する第2回路と、をさらに備え、前記信号処理部が、前記受信部が前記第1回路又は前記第2回路を介して入力した信号に基づき前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果を求める請求項1又は2に記載のレーダ装置。

請求項4

複数の送信アンテナを有する送信部が送信した信号を複数の受信アンテナを有する受信部で受信した信号を入力し、前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する際に、前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する信号処理装置

請求項5

複数の送信アンテナを有する送信部が送信した信号を複数の受信アンテナを有する受信部で受信した信号を入力し、前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する際に、前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する信号処理方法

技術分野

0001

本発明は、レーダ装置信号処理装置及び信号処理方法に関する。

背景技術

0002

複数のレーダ送信装置電波を送信し、複数のレーダ受信装置で電波を受信し、受信した電波を用いて対象物の位置を検出するMIMO(Multiple−Input Multiple−Output)レーダシステムと呼ばれるレーダ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0003

また、非特許文献1では、レーダ送信装置のアンテナを均一に配置したアレーと、レーダ受信装置のアンテナを均一に配置したアレーとによりMIMOレーダシステムを構成することが提案されている。この非特許文献1に記載の技術では、各アンテナは、送受信される波長半波長間隔で配置される。また、非特許文献1の記載の技術では、レーダ受信装置は、各アンテナを介して、各レーダ送信装置のアンテナから送信された送信信号を受信する。また、非特許文献1の記載の技術では、レーダ送信装置のアンテナの素子数がM素子、レーダ受信装置のアンテナの素子数がN素子であるとすると、レーダ受信装置は、M×N素子の仮想的なアレーアンテナを有しているとみなすことができる。

0004

特開2012−68224号公報

先行技術

0005

Jian Li,Petre Stoica、MIMORADAR SIGNALPROCESSING、wiley and Sonc,Inc、2008、pp.74−77

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、MIMOレーダシステムには、送信装置のアンテナと受信装置のアンテナのどちらかを間引いた形で配置し、間引き部分の素子を相対する素子で埋めるように指向性掛け合わせることで、一定素子間隔でアレーを実現した場合と同等のレーダ映像を得るようにしたものがある。しかしながらこの方式では、現実に使用する素子数が少ないため、例えば1素子のデータが欠損した場合でもアレーアンテナの指向性が大きく崩れることがあるという課題がある。

0007

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、素子のデータが欠損した場合の影響を低減することができるレーダ装置、信号処理装置及び信号処理方法を提供する。

課題を解決するための手段

0008

本発明の一態様は、複数の送信アンテナを有する送信部と、複数の受信アンテナを有する受信部と、前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する信号処理部であって、前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する信号処理部とを備えるレーダ装置である。

0009

また、本発明の一態様は、前記複数の送信アンテナの間隔又は前記複数の受信アンテナの間隔が不等間隔に設定されているレーダ装置である。

0010

また、本発明の一態様は、前記送信部が出力した送信信号を前記受信部へ前記受信アンテナを介さず入力する第1回路と、前記送信部が前記送信アンテナを介さず出力した送信信号を前記受信部へ入力する第2回路と、をさらに備え、前記信号処理部が、前記受信部が前記第1回路又は前記第2回路を介して入力した信号に基づき前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果を求めるレーダ装置である。

0011

また、本発明の一態様は、複数の送信アンテナを有する送信部が送信した信号を複数の受信アンテナを有する受信部で受信した信号を入力し、前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する際に、前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する信号処理装置である。

0012

また、本発明の一態様は、複数の送信アンテナを有する送信部が送信した信号を複数の受信アンテナを有する受信部で受信した信号を入力し、前記複数の送信アンテナの間隔及び前記複数の受信アンテナの間隔に基づいて複数の仮想アンテナからなる仮想アレーを構成し、前記仮想アンテナの位置に応じて前記受信部が受信した受信信号を処理する際に、前記各送信アンテナに対応した信号送信結果又は前記各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて前記仮想アレーにおいて位置が同一である複数の前記仮想アンテナのそれぞれについて前記処理で使用するか否かを判断する信号処理方法である。

発明の効果

0013

本発明によれば、位置が同一である複数の仮想アンテナのうち、信号の送信又は受信結果になんらかの問題がある送信又は受信アンテナによって構成される仮想アンテナを、信号処理において不使用とすることができる。また、仮想アンテナを不使用とした場合でも、位置が同一である他の仮想アンテナは使用することができる。よって、例えば仮想アレー全体では、指向性が大きく崩れないようにすることができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の一実施形態としてのレーダ装置の構成例を示したブロック図である。
図1に示した送信アンテナ11−0〜11−15と受信アンテナ21−0〜21−13とによって構成する仮想アレーの構成例を説明するための模式図である。
図2に示した受信アンテナ21−6が破損した場合の仮想アレー40内のデータ欠損状況を説明するための模式図である。
図1に示した送信アンテナ11−0〜11−15と受信アンテナ21−0〜21−13とによって構成する仮想アレーの他の構成例を説明するための模式図である。
図4に示した受信アンテナ21−6が破損した場合の仮想アレー40内のデータ欠損状況を説明するための模式図である。
図1に示したレーダ装置1の動作例を説明するためのブロック図である。
図1に示したレーダ装置1の他の動作例を説明するためのブロック図である。
仮想アレーの他の構成例を説明するための模式図である。
図8に示した受信アンテナ21−6が破損した場合の仮想アレー40内のデータ欠損状況を説明するための模式図である。

実施例

0015

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態であるレーダ装置1の構成例を示したブロック図である。図1に示したレーダ装置1は、送信部10と、受信部20と、信号処理装置(信号処理部)30とを備えている。

0016

送信部10は、16素子の送信アンテナ11−0〜11−15と、アップコンバータ部12と、DAC(デジタルアナログ変換器)13と、結合器14と、結合線路15−0〜15−15とを備えている。DAC13は、信号処理装置30から信号線71を介して入力されたデジタルの送信信号をアナログの送信信号に変換する。アップコンバータ部12は、送信アンテナ11−0〜11−15にそれぞれ対応したアップコンバータ12−0〜12−15と、送信アンテナ11−0〜11−15に接続されていないアップコンバータ12−A1及び12−A2とを有している。アップコンバータ部12は、アップコンバータ12−0〜12−15によって、DAC13が出力したベースバンド帯域直交性を持つ送信信号を、所定の無線周波数帯域高周波信号に変換して出力する。送信アンテナ11−0〜11−15は、対応するアップコンバータ12−0〜12−15が出力した電気信号電磁波に変換して送信する。各送信アンテナ11−0〜11−15は、互いに直交性をもつ信号(直交信号)を送信する。アップコンバータ12−A1及び12−A2は、アップコンバータ12−0〜12−15と同様、DAC13から入力された信号を高周波信号に変換して出力する。

0017

また、結合線路15−0〜15−15は、それぞれが対応する送信アンテナ11−0〜11−15が送信する送信信号の電力の一部を送信アンテナ11−0〜11−15の直前分岐して取り出し、結合器14へ入力する。結合器14は、結合線路15−0〜15−15の出力を1つの信号に合成し、線路73を介して受信部20へ出力する。

0018

受信部20は、14素子の受信アンテナ21−0〜21−13と、ダウンコンバータ部22と、ADC(アナログ/デジタル変換器)23と、分配器24と、結合線路25−0〜25−13とを備えている。受信アンテナ21−0〜21−13は、送信アンテナ11−0〜11−15が送信し、図示していない対象物で反射散乱等された電磁波を受信し、電気信号に変換して出力する。ダウンコンバータ部22は、受信アンテナ21−0〜21−13にそれぞれ対応したダウンコンバータ22−0〜22−13と、受信アンテナ21−0〜21−13に接続されていないダウンコンバータ22−A1及び22−A2とを有している。ダウンコンバータ部22は、ダウンコンバータ22−0〜22−13によって、受信アンテナ21−0〜21−13が出力した所定の無線周波数帯域の高周波電気信号を無線周波数帯域よりも低周波の信号に変換して出力する。ダウンコンバータ22−A1及び22−A2は、入力された信号を無線周波数帯域よりも低周波の信号に変換して出力する。なお、各ダウンコンバータ22−0〜22−13及び22−A1〜22−A2は、受信信号を出力するとともに、例えば受信信号の振幅のレベルを表す信号を出力できるようにしてもよい。ADC23は、ダウンコンバータ22−0〜22−13、22−A1及び22−A2が出力したベースバンド帯域のアナログ信号デジタル信号に変換する。このADC23の出力が信号線72を介して信号処理装置30へ入力される。

0019

また、分配器24は、線路74を介して送信部10から入力された信号を、結合線路25−0〜25−13へ分配して出力する。結合線路25−0〜25−13は、分配器24から入力された信号を、それぞれが対応する受信アンテナ21−0〜21−13の出力と、受信アンテナ21−0〜21−13直後で合成する。

0020

なお、図1に示した構成において、送信アンテナ11−0〜11−15の素子数と受信アンテナ21−0〜21−13の素子数とは上記のものに限定されない。また、上述した14素子の受信アンテナ21−0〜21−13と16素子の送信アンテナ11−0〜11−15とは、信号処理装置30による所定の信号処理によって、例えば図2に示した仮想アレー40を構成するように配列されている。ここで、受信アンテナ21−0〜21−13と送信アンテナ11−0〜11−15とは、それぞれがアレーアンテナを構成するものであり、各アンテナは素子アンテナとも呼ばれる。図2に示した構成例では、レーダ装置1において、各送信アンテナ11−0〜11−15から送信された送信信号を、各受信アンテナ21−0〜21−13で受信し、信号処理装置30で処理を施すことで、広い間隔の送信アンテナ11−0〜11−15間を狭い間隔の受信アンテナ21−0〜21−13で補間するようにして、狭い間隔で並んだ複数の仮想の素子アンテナからなる仮想アレー40を構成している。図2に示した構成例では、受信アンテナ21−0〜21−13が例えば無線信号の半波長に等しい一定間隔dで一列に配列されている(ただし、dは半波長に限定されない)。一方、送信アンテナ11−0〜11−15は、受信アンテナ21−0〜21−13の配列長13d(すなわち14素子の受信アンテナの配列の先頭から後尾までの長さ)の約半分の一定の間隔7dで一列に配列されている。この配置では、均一の間隔dで配列する合計224素子(2×112素子)の仮想アンテナ31−0〜31−111及び32−0〜32−111からなる仮想アレー40が構成される。また、この場合、仮想アレー40は、仮想アンテナ群41−0〜41−15から構成されている。各仮想アンテナ群41−0〜41−15は、送信アンテナ11−0〜11−15の位置を基準として一定の間隔dで配列された各14素子の仮想アンテナ31−0〜31−13、32−0〜32−13、…、31−98〜31−111及び32−98〜32−111を含んでいる。

0021

なお、図2では、仮想アレー40を構成する仮想アンテナ31−0〜31−111及び32−0〜32−111を、便宜上、上下2段に分けて図示している。しかし、仮想アンテナの基となる受信アンテナ21−0〜21−13と送信アンテナ11−0〜11−15とはともに一列に配列されているため、合計224素子の仮想アンテナ31−0〜31−111及び32−0〜32−111も一列に配列される。つまり、例えば上段に図示した仮想アンテナ31−7と下段に図示した仮想アンテナ32−0とは、同一の位置に重複して形成されたものである。同様に、例えば、仮想アンテナ31−21と仮想アンテナ32−14とは、同一の位置に重複して形成されている。また、例えば、仮想アンテナ31−111と仮想アンテナ32−104とは、同一の位置に重複して形成されている。

0022

次に、図3を参照して、図2に示した受信アンテナ21−0〜21−13と送信アンテナ11−0〜11−15との配置例において1素子の受信アンテナに故障等の不具合が発生した場合の仮想アレー40への影響について説明する。図3に示した例では、網掛けして示した受信アンテナ21−6を用いて受信した受信信号に例えば受信レベル低下等の何らかの不具合が発生したこととしている。この場合、各仮想アンテナ群41−0〜41−15において網掛けして示した各1素子の仮想アンテナ31−6、32−6、31−20、32−20、31−34、32−34、31−48、32−48、31−62、32−62、31−76、32−76、31−90 32−90、31−104及び32−104に影響が生じることになる。

0023

次に、図4を参照して、受信アンテナ21−0〜21−13と送信アンテナ11−0〜11−15との他の配置例について説明する。図4に示した配置例では、受信アンテナ21−0〜21−13が無線信号の半波長に等しい一定間隔dで一列に配列されている(ただし、dは半波長に限定されない)。一方、送信アンテナ11−0〜11−15は、最小2d、最大14dの不等間隔で一列に配列されている。各送信アンテナ11−0〜11−15間の間隔は、それぞれ、14d、12d、2d、9d、5d、2d、3d、3d、4d、2d、6d、8d、2d、12d及び14dである。この場合、仮想アレー40は、仮想アンテナ群41−0〜41−15から構成されている。各仮想アンテナ群41−0〜41−15は、送信アンテナ11−0〜11−15の位置を基準として一定の間隔dで配列された14素子の仮想アンテナをそれぞれ含んでいる。例えば、仮想アンテナ群41−0は、仮想アンテナ31−0〜31−13を含んでいる。また、仮想アンテナ群41−1は、仮想アンテナ31−14〜31−27を含んでいる。また、仮想アンテナ群41−2は、送信アンテナ11−2の位置を基準として間隔dで配列された14素子の仮想アンテナを含むが、隣接する送信アンテナ11−1の位置を基準として配列された14素子の仮想アンテナのうちの2素子と位置が重なり合うことになる。そこで、図4では、送信アンテナ11−2の位置を基準として形成される14素子の仮想アンテナのうちの2素子を2段目にずらして示している。すなわち、仮想アンテナ群41−2は、仮想アンテナ32−26及び27と、仮想アンテナ31−28〜39とを含んで構成されている。この場合、仮想アンテナ群41−1が含む仮想アンテナ31−26及び27と、仮想アンテナ群41−2が含む仮想アンテナ32−26及び27とは、互いに同一の位置に配置されている。

0024

図4に示した配置例では、仮想アレー40が、最上段に示した仮想アンテナ31−0〜111と、2段目に示した仮想アンテナ32−26〜85と、3段目に示した仮想アンテナ33−37〜39、44〜67及び72〜75と、4段目に示した仮想アンテナ34−47〜60及び62〜63と、5段目に示した仮想アンテナ35−50及び54〜57とを含んでいる。この場合、例えば、仮想アンテナ35−50及び54〜57が形成された位置では、5個の仮想アンテナが同じ位置に重複して形成されている。仮想アレー40では、位置が同一となる仮想アンテナの個数が、1から5までのばらつきを有している。

0025

次に、図5を参照して、図4に示した受信アンテナ21−0〜21−13と送信アンテナ11−0〜11−15との配置例において1素子の受信アンテナに故障等の不具合が発生した場合の仮想アレー40への影響について説明する。図5に示した例では、網掛けして示した受信アンテナ21−6を用いて受信した受信信号に例えば受信レベル低下等の何らかの不具合が発生したこととしている。この場合、各仮想アンテナ群41−0〜41−15で網掛けして示した各1素子の仮想アンテナ31−6、31−20、31−32、32−34、31−43、32−47、33−50、33−53、33−56、33−60、33−62、32−68、31−76、32−78、31−90及び31−104に影響が生じることになる。この場合、仮想アンテナ31−6、31−20、31−90及び31−104は、位置が同一の仮想アンテナの個数が1である(つまり重複がない)。仮想アンテナ31−32、31−34、31−43、31−68、31−76及び31−78は、位置が同一の仮想アンテナの個数が2である。仮想アンテナ32−47、33−53、33−60及び33−62は、位置が同一の仮想アンテナの個数が4である。そして、仮想アンテナ33−50及び33−56は、位置が同一の仮想アンテナの個数が5である。

0026

図2から図5を参照して示したように、本実施形態では、仮想アレー40を構成する仮想アンテナに、他の1又は複数の仮想アンテナと位置が重複するものを複数存在させている。そこで、本実施形態では、仮に現実の送信アンテナ11−0〜11−15、受信アンテナ21−0〜21−13や、アップコンバータ12−0〜12−15、ダウンコンバータ22−0〜22−13等に、なんらかの不具合が発生した場合でも、仮想アレー40全体としての指向性等の特性に影響ができるだけ生じないように信号処理装置30で次のような処理を行っている。すなわち、信号処理装置30は、予め取得した送信アンテナ11−0〜11−15と受信アンテナ21−0〜21−13とを用いた信号送信結果及び信号受信結果に応じて、各仮想アンテナに影響が生じているか否かを判断する。そして、影響が生じた仮想アンテナの受信データを不使用とし、同一の位置にある他の仮想アンテナの受信データのみを使用する。この処理を行うことで、レーダ装置1では、仮想アレー40全体としての指向性等の特性に影響ができるだけ生じないようにしている。

0027

ここで、比較のため、図8及び図9を参照して、他の仮想アレー40の構成例について説明する。図8及び図9に示した仮想アレー40は、14素子の受信アンテナ21−0〜21−13と、8素子の送信アンテナ11−0〜11−7とから構成している。また、受信アンテナ21−0〜21−13は例えば無線信号の半波長に等しい一定間隔dで一列に配列されている(ただし、dは半波長に限定されない)。一方、送信アンテナ11−0〜11−7は、受信アンテナ21−0〜21−13の配列長13d(すなわち14素子の受信アンテナの配列の全長)より間隔dだけ長い一定の間隔14dで一列に配列されている。すなわち、図8に示した例は、図2に示したものと比較して、送信アンテナ11−0〜11−7の素子数が半分であり、各送信アンテナ11−0〜11−7の間隔が2倍である。この配置では、均一の間隔dで配列する合計112素子の仮想アンテナ31−0〜31−111からなる仮想アレー40が構成される。また、この場合、仮想アレー40は、仮想アンテナ群41−0〜41−7から構成されている。各仮想アンテナ群41−0〜41−7は、送信アンテナ11−0〜11−7の位置を基準として一定の間隔dで配列された各14素子の仮想アンテナ31−0〜31−13、31−14〜31−27、…、31−98〜31−111を含んでいる。

0028

次に、図9を参照して、図8に示した受信アンテナ21−0〜21−13と送信アンテナ11−0〜11−7との配置例において1素子の受信アンテナに故障等の不具合が発生した場合の仮想アレー40への影響について説明する。図9に示した例では、網掛けして示した受信アンテナ21−6を用いて受信した受信信号に例えば受信レベル低下等の何らかの不具合が発生したこととしている。この場合、各仮想アンテナ群41−0〜41−7において網掛けして示した各1素子の仮想アンテナ31−6、31−20、31−34、31−48、31−62、31−76、31−90及び31−104に影響が生じることになる。図8及び図9に示した仮想アレー40では、仮想アンテナの各位置に1素子の仮想アンテナしか配置されていない。そのため、受信アンテナの1素子が破損等した場合、仮想アレーでは周期的に送信アンテナ素子数分の受信データに欠損等が生じることになる。このように周期的にデータが欠損した場合、アンテナの指向性が大きく崩れるなどの影響が懸念される。これに対し、図2図4に示した構成では、仮想アレー40内の複数の仮想アンテナの形成位置において、同一の位置に複数の仮想アンテナが形成されるようにしている。したがって、信号処理装置30による各仮想アンテナの使用又は不使用の判断処理との組み合わせによって、仮想アレー40全体としての指向性等の特性への影響を低減することができる。

0029

次に、図1戻り、信号処理装置30について説明する。信号処理装置30は、受信部20から入力した受信信号をレーダ映像に変換する。信号処理装置30では、例えば、受信部20から入力した受信信号をマッチドフィルタで分離し、仮想アレーアンテナの信号を得る。そして、取得した信号を各仮想アンテナの位置に応じて空間方向に処理することで方位方向に変換する。この処理はディジタルビームフォーミング(DBF)と呼ばれ、窓関数乗算、およびフーリエ変換によって実現できる。信号の全レンジについてDBF処理をすることにより、レンジ−方位二次元レーダ画像が得られる。

0030

また、信号処理装置30は、図2又は図4に示すように仮想アレー40における個々の仮想アンテナの位置が同一の位置と見なせる複数の信号に対して、例えばベクトル平均あるいはベクトル合成を算出する。例えば、図2に示した仮想アレー40では、互いに位置が同一である仮想アンテナ31−7での受信信号と仮想アンテナ32−0での受信信号とのベクトル平均あるいはベクトル合成を算出し、当該位置での受信信号の値とする。また、図4に示した仮想アレー40では、互いに位置が同一である例えば仮想アンテナ31−50、32−50、33−50、34−50及び35−50での受信信号のベクトル平均あるいはベクトル合成を算出し、当該位置での受信信号の値とする。なお、信号処理装置30は、例えば、受信信号を振幅データ位相データとのベクトル値として、このベクトル値の平均あるいは合成を算出することでベクトル平均あるいはベクトル合成の算出を行う。なお、仮想アンテナの位置が同一の位置とは、各送信アンテナ11−0〜15間の間隔、及び受信アンテナ21—0〜13間の間隔に基づいて、公知の技術で仮想アレーを構成した場合、所定の間隔で配置される仮想アンテナにおいて、仮想アンテナの仮想的な位置が同じ位置ということである。

0031

また、信号処理装置30は、上述したような仮想アンテナで取得した信号に基づく信号処理を行う際に、各送信アンテナ11−0〜11−15に対応した信号送信結果又は各受信アンテナ21−0〜21−13に対応した信号受信結果に基づいて仮想アレー40において位置が同一である複数の仮想アンテナのそれぞれについて上記の処理で使用するか否かを判断する処理を行う。例えば、図3に示した例では、信号処理装置30は、送信アンテナ11−0〜11−15を用いた信号の送信結果、又は、受信アンテナ21−0〜21−13を用いた信号の受信結果に基づいて、位置が同一である複数の仮想アンテナ31−7〜111及び32−0〜32−104(すなわち同一の位置に他の仮想アンテナが位置している仮想アンテナ31−7〜111及び32−0〜32−104)に対して、上記の処理で使用するか否かを判断する処理を行う。図3に示した例では、信号処理装置30が、例えば位置が同一である仮想アンテナ31−13と仮想アンテナ32−6とのそれぞれについて、次の判断処理を行う。すなわち、信号処理装置30は、一方の仮想アンテナ31−13の受信信号を算出する際に用いる送信アンテナ11−0及び受信アンテナ21−13とについて、それぞれの信号送信結果又は信号受信結果に基づき、仮想アンテナ31−13を使用するか否かを判断する。さらに、信号処理装置30は、他方の仮想アンテナ32−6の受信信号を算出する際に用いる送信アンテナ11−1と受信アンテナ21−6とについて、それぞれの信号送信結果又は信号受信結果に基づいて、仮想アンテナ32−6を使用するか否かを判断する。図3に示した例では、受信アンテナ21−6で受信された信号にのみ問題が生じているとしていて、受信アンテナ21−13で受信された信号に問題が生じていないとしているので、この場合、信号処理装置30は、仮想アンテナ31−13の受信信号を使用すると判断し、仮想アンテナ32−6の受信信号を使用しないと判断する。この場合、信号処理装置30は、当該位置での受信信号として、仮想アンテナ31−13の受信信号と仮想アンテナ32−6の受信信号とをベクトル平均あるいはベクトル合成した値を用いずに、仮想アンテナ31−13の受信信号の値のみを用いるようにすることができる。

0032

また、図5に示した例では、受信アンテナ21−6で受信された信号に問題が生じているとしているので、信号処理装置30は、互いに位置が同一の例えば仮想アンテナ31−50、32−50、33−50、34−50及び35−50について、仮想アンテナ33−50を不使用と判断し、他の仮想アンテナ31−50、32−50、34−50及び35−50を使用すると判断する。この場合、信号処理装置30は、当該位置での受信信号として、使用すると判断した仮想アンテナ31−50、32−50、34−50及び35−50の各受信信号をベクトル平均あるいはベクトル合成した値を用いるようにすることができる。

0033

また、信号処理装置30は、上記の仮想アンテナの使用又は不使用の判断の際に使用するデータである、各送信アンテナ11−0〜11−15に対応した信号送信結果又は各受信アンテナ21−0〜21−13に対応した信号受信結果を次のようにして取得することができる。各送信アンテナ11−0〜11−15に対応した信号送信結果を取得する場合、各送信アンテナ11−0〜11−15から所定の送信信号を送信する。この送信信号の一部を、結合線路15−0〜15−15、結合器14及び線路73からなる回路を用いて受信部20のダウンコンバータ22−A2へ入力する。この際、信号処理装置30は、DAC13へ所定の制御データを入力することで、アップコンバータ12−0〜12−15を介して各送信アンテナ11−0〜11−15から所定の送信信号を送信する。アップコンバータ12−0〜12−15から各送信アンテナ11−0〜11−15へ出力された送信信号の一部は、各結合線路15−0〜15−15を介して結合器14へ入力される。各結合線路15−0〜15−15を介して入力された送信信号は、結合器14で合成されて、線路73へ出力される。結合器14から線路73へ出力された送信信号は、ダウンコンバータ22−A2へ入力される。ダウンコンバータ22−A2は、所定の周波数変換を行い、各送信アンテナ11−0〜11−15から送信された各送信信号に対応したアナログ信号を出力する。また、ダウンコンバータ22−A2は、各送信アンテナ11−0〜11−15から送信された各送信信号の振幅のレベルを表す信号を出力してもよい。ダウンコンバータ22−A2から出力されたアナログ信号は、ADC23で所定のデジタル信号に変換されて、信号処理装置30へ出力される。信号処理装置30は、ADC23から入力された各送信アンテナ11−0〜11−15から送信された各送信信号に対応するデジタルの受信信号や各送信信号の振幅のレベルを表す信号に基づいて、各送信信号がダウンコンバータ22−A2で正常に受信されたか否かを判断する。信号処理装置30は、例えば、ダウンコンバータ22−A2で受信した信号の誤り率、振幅のレベル等を、所定のしきい値と比較した結果を、各送信アンテナ11−0〜11−15に対応した信号送信結果を示すデータとして所定の記憶部に格納する。

0034

一方、各受信アンテナ21−0〜21−13に対応した信号受信結果を取得する場合、アップコンバータ12−A2から所定の送信信号を送信し、この送信信号を、線路74を介して受信部20の分配器24へ入力する。分配器24は、入力された送信信号を各結合線路25−0〜25−13へ分配して出力する。各結合線路25−0〜25−13は、分配器24が出力した送信信号を対応する各受信アンテナ21−0〜21−13の出力に、各受信アンテナ21−0〜21−13の直後で合成する。各受信アンテナ21−0〜21−13の直後で合成された各信号は、各ダウンコンバータ22−0〜22−13へ入力される。各ダウンコンバータ22−0〜22−13は、所定の周波数変換を行い、各受信アンテナ21−0〜21−13の直後で合成された各信号に対応したアナログ信号を出力する。また、各ダウンコンバータ22−0〜22−13は、各受信アンテナ21−0〜21−13の直後で合成された各信号の振幅のレベルを表す信号を出力してもよい。各ダウンコンバータ22−0〜22−13の出力信号は、ADC23を介して所定のデジタル信号として信号処理装置30へ入力される。信号処理装置30は、例えば、各受信アンテナ21−0〜21−13が受信した信号の誤り率、振幅のレベル等を、所定のしきい値と比較した結果を、各受信アンテナ21−0〜21−13に対応した信号受信結果を示すデータとして所定の記憶部に格納する。

0035

以上のような構成及び処理によって、信号処理装置30は、送信部10が出力した送信信号を受信部20へ受信アンテナ21−0〜21−13を介さず入力する回路と、送信部10が送信アンテナ11−0〜11−15を介さず出力した送信信号を受信部20へ入力する回路とを用いて、各送信アンテナに対応した信号送信結果又は各受信アンテナに対応した信号受信結果を求めることができる。なお、信号処理装置30は、例えばレーダ装置1の運用中に所定の時間間隔であるいは任意のタイミングで、繰り返し各送信アンテナに対応した信号送信結果又は各受信アンテナに対応した信号受信結果を求め、各結果を表すデータを更新することができる。

0036

次に、図6及び図7を参照して、各送信アンテナ11−0〜11−15に対応した信号送信結果又は各受信アンテナ21−0〜21−13に対応した信号受信結果を取得するための他の構成及び処理例について説明する。図6は、図1に示したものと同一のレーダ装置1を示したブロック図である。ただし、図6では、図1に示した一部の構成の図示を省略している。すなわち、図6では、図1に示した結合器14と、結合線路15−0〜15−15と、分配器24と、結合線路25−0〜25−13と、線路73と、線路74との図示を省略している。

0037

図6は、信号処理装置30が、各送信アンテナ11−0〜11−15に対応した信号送信結果を取得するための構成を示している。図6に示したレーダ装置1では、受信アンテナ81を新たに設け、受信部20内のダウンコンバータ22−A1の入力に接続している。受信アンテナ81は、送信アンテナ11−0〜11−15が送信した各送信信号を受信するためのアンテナであり、送信アンテナ11−0〜11−15に対向する位置に設置される。受信アンテナ81が受信した信号は、ダウンコンバータ22−A1へ入力される。ダウンコンバータ22−A1は、受信した各送信信号を所定のアナログ信号に変換して出力したり、各送信信号の振幅のレベルを表す信号を生成して出力したりする。ダウンコンバータ22−A1が出力した信号は、ADC23で所定のデジタル信号に変換され、信号処理装置30へ入力される。信号処理装置30は、例えば、各送信アンテナ11−0〜11−15が送信した各信号をダウンコンバータ22−A1で変換した各信号における誤り率、振幅のレベル等を、所定のしきい値と比較する。そして、信号処理装置30は、その比較結果を、各送信アンテナ11−0〜11−15に対応した信号送信結果を示すデータとして所定の記憶部に格納する。

0038

一方、図7は、信号処理装置30が、各受信アンテナ21−0〜21−13に対応した信号受信結果を取得するための構成を示している。図7に示したレーダ装置1では、送信アンテナ82を新たに設け、送信部10内のアップコンバータ12−A1の出力に接続している。送信アンテナ82は、アップコンバータ12−A1が出力した信号を送信し、その送信信号を各受信アンテナ21−0〜21−13に受信させるためのアンテナであり、受信アンテナ21−0〜21−13に対向する位置に設置される。送信アンテナ82が送信した信号は、各受信アンテナ21−0〜21−13で受信され、各ダウンコンバータ22−0〜22−13へ入力される。ダウンコンバータ22−0〜22−13は、入力された各受信信号を所定のアナログ信号に変換して出力したり、各受信信号の振幅のレベルを表す信号を生成して出力したりする。ダウンコンバータ22−0〜22−13が出力した信号は、ADC23で所定のデジタル信号に変換され、信号処理装置30へ入力される。信号処理装置30は、例えば、各受信アンテナ21−0〜21−13が受信した各信号を各ダウンコンバータ22−0〜22−13で変換した各信号における誤り率、振幅のレベル等を、所定のしきい値と比較する。そして、信号処理装置30は、その比較結果を、各受信アンテナ21−0〜21−13に対応した信号受信結果を示すデータとして所定の記憶部に格納する。

0039

以上のように本実施形態では、仮想アレーを構成する仮想アンテナ(すなわち仮想素子)を同一の位置に複数重複して配置するとともに、各送信アンテナに対応した信号送信結果又は各受信アンテナに対応した信号受信結果に基づいて仮想アレーにおいて位置が同一である複数の仮想アンテナのそれぞれについて信号処理で使用するか否かを判断する。これによれば、位置が同一である複数の仮想アンテナのうち、信号の送信又は受信結果になんらかの問題がある送信又は受信アンテナによって構成される仮想アンテナを、信号処理において不使用とすることができる。また、仮想アンテナを不使用とした場合でも、位置が同一である他の仮想アンテナは使用することができる。よって、仮想アレー全体では、例えば指向性が大きく崩れないようにする等、欠損等による特性への影響を低減することができる。

0040

なお、本実施形態では、各送信アンテナ11−0〜11−15を、受信アンテナ21−0〜21−13の配列長より短い一定の間隔(図2)あるいは配列長より短い間隔を含む不等間隔(図4)を有するように配列させることで、同一の位置に複数の仮想アンテナを重複して配置している。ただし、送信アンテナと受信アンテナとの配置は逆の関係とすることもできる。すなわち、各受信アンテナ21−0〜21−13を、送信アンテナ11−0〜11−15の配列長より短い一定の間隔あるいは配列長より短い間隔を含む不等間隔を有するように配列させることで、同一の位置に複数の仮想アンテナを重複して配置することもできる。

0041

なお、本発明の実施の形態は上記のものに限定されない。例えば、各送信アンテナと各受信アンテナとの配列(すなわち現実の各素子アンテナの配列)や構成は任意である。また、送信部10と受信部20と信号処理装置30とを個別の構成として示しているが、一体に形成することもできる。また、信号処理装置30は、コンピュータとそのコンピュータが実行するプログラムとを用いて構成することができ、そのプログラムはコンピュータ読み取り可能な記録媒体通信回線を介して頒布することができる。

0042

1…レーダ装置、10…送信部、11−0〜11−15…送信アンテナ、12−0〜12−15、12−A1、12−A2…アップコンバータ、14…結合器、20…受信部、21−0〜21−13…受信アンテナ、22−0〜22−13、22−A1、22−A2…ダウンコンバータ、24…分配器、30…信号処理装置、40…仮想アレー、31−0〜111、32−0〜32−111…仮想アンテナ

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