(57)【要約】【課題】誤差補正の精度が高い到来方向推定技術を提供する。【解決手段】到来方向推定装置は、取得部、算出部、補正部、及び推定部を備える。前記取得部は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成され、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である第１，２の仮想アンテナを備える仮想アレーアンテナの受信信号を取得する。前記算出部は、前記第１，２の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき前記受信信号の相関行列を算出し、前記受信信号の相関行列の固有値分解に基づき固有ベクトルを算出する。前記補正部は、前記第１，２の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素に基づき、前記固有ベクトルを補正する。前記推定部は、前記補正部によって補正された後の前記固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する。【選択図】図１
2020143918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成され、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である第１の仮想アンテナ及び第２の仮想アンテナを備える仮想アレーアンテナの受信信号を取得する取得部と、
前記第１の仮想アンテナと、前記第２の仮想アンテナとを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき前記受信信号の相関行列を算出し、前記受信信号の相関行列の固有値分解に基づき固有ベクトルを算出する算出部と、
前記第１の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素と、前記第２の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素とに基づき、前記固有ベクトルを補正する補正部と、
前記補正部によって補正された後の前記固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する推定部と、
を備える、到来方向推定装置。
【請求項２】
前記推定部は、
前記補正部によって補正された後の前記固有ベクトルにおいて、
前記第１の仮想アンテナに対応する要素と、前記第２の仮想アンテナに対応する要素と、をまとめた結合固有ベクトルを生成し、
前記結合固有ベクトルの相関行列を生成し、
前記結合固有ベクトルの相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する、
請求項１に記載の到来方向推定装置。
【請求項３】
前記算出部は、
複数の前記結合固有ベクトルを並べて得られる特徴行列と、前記特徴行列の複素共役転置行列とを掛けて、前記結合固有ベクトルの相関行列を生成する、
請求項２に記載の到来方向推定装置。
【請求項４】
前記算出部は、
前記第１の仮想アンテナと、前記第２の仮想アンテナとを共に含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき単一の前記受信信号の相関行列を算出し、
前記補正部は、前記第２の仮想アンテナと同一の前記送信アンテナ又は前記受信アンテナのいずれか一方を組合せて生成した仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素を補正する、
請求項１に記載の到来方向推定装置。
【請求項５】
前記算出部は、
前記第１の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第１の相関行列と、前記第２の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第２の相関行列と、をそれぞれ別々の前記受信信号の相関行列として算出し、
前記第１の相関行列の固有値分解に基づく第１の固有ベクトルと、
前記第２の相関行列の固有値分解に基づく第２の固有ベクトルと、を算出し、
前記補正部は、
前記第１の仮想アンテナに対応する前記第１の固有ベクトルの要素、及び前記第２の仮想アンテナに対応する前記第２の固有ベクトルの要素に基づき、前記第２の固有ベクトルを補正し、
前記推定部は、
前記第１の固有ベクトルと前記補正部によって補正された後の前記第２の固有ベクトルとに基づいて電波の到来方向を推定する、
請求項１に記載の到来方向推定装置。
【請求項６】
前記算出部は、
前記第１の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第１の相関行列と、前記第２の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第２の相関行列と、をそれぞれ別々の前記受信信号の相関行列として算出し、
前記第１の相関行列の固有値分解に基づく第１の固有ベクトルと、
前記第２の相関行列の固有値分解に基づく第２の固有ベクトルと、を算出し、
前記補正部は、
前記第１の仮想アンテナに対応する前記第１の固有ベクトルの要素、及び前記第２の仮想アンテナに対応する前記第２の固有ベクトルの要素に基づき、前記第２の固有ベクトルを補正し、
前記推定部は、
前記第１の固有ベクトルと前記補正部によって補正された後の前記第２の固有ベクトルとに基づいて電波の到来方向を推定する、
請求項２または請求項３に記載の到来方向推定装置。
【請求項７】
前記推定部は、
前記第１の固有ベクトルと前記補正部によって補正された後の前記第２の固有ベクトルとを結合して前記結合固有ベクトルを生成する、
請求項６に記載の到来方向推定装置。
【請求項８】
複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成され、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である第１の仮想アンテナ及び第２の仮想アンテナを備える仮想アレーアンテナの受信信号を取得する取得工程と、
前記第１の仮想アンテナと、前記第２の仮想アンテナとを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき前記受信信号の相関行列を算出し、前記受信信号の相関行列の固有値分解に基づき固有ベクトルを算出する算出工程と、
前記第１の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素と、前記第２の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素とに基づき、前記固有ベクトルを補正する補正工程と、
前記補正工程によって補正された後の前記固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する推定工程と、
を備える、到来方向推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波の到来方向を推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、電波を照射し、物標から反射してきた電波（反射波）を受信することで、反射波の到来方向を推定する。到来方向の推定方法は、反射波を受信する複数の受信アンテナで得られた受信信号の位相差や振幅差の情報から到来方向（角度）を算出する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３３４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
到来方向（角度）を算出する上で、アンテナ数は非常に重要であり、角度精度性能及び角度分離性能に大きく影響する。しかしながら、アンテナ数の増加は、レーダ装置のコストアップに繋がってしまう。このため、受信アンテナの数を超える数の仮想アンテナを備える仮想アレーアンテナを、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせによって生成する技術が近年注目されている。
【０００５】
仮想アレーアンテナでは、１つの送信アンテナに存在する誤差が複数の仮想アンテナの誤差に反映され、誤差の影響する範囲が広くなる。例えば、図７に示すアンテナ間隔が４ｄである２つの送信アンテナＴｘ１及びＴｘ２とアンテナ間隔がｄである４つの受信アンテナＲｘ１〜Ｒｘ４との組み合わせによって生成される仮想アレーアンテナＶＡｘ１では、送信アンテナＴｘ１に存在する誤差が４つの仮想アンテナＶＲｘ５〜ＶＲｘ８に影響を与えてしまう。
【０００６】
同様に、仮想アレーアンテナでは、１つの受信アンテナに存在する誤差が複数の仮想アンテナの誤差に反映され、誤差の影響する範囲が広くなる。例えば、図８に示すアンテナ間隔がｄである４つの送信アンテナＴｘ１〜Ｔｘ４とアンテナ間隔が４ｄである２つの受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２との組み合わせによって生成される仮想アレーアンテナＶＡｘ１では、受信アンテナＲｘ１に存在する誤差が４つの仮想アンテナＶＲｘ１、ＶＲｘ３、ＶＲｘ５、及びＶＲｘ７に影響を与えてしまう。
【０００７】
そこで、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である複数の仮想アンテナが得られるように、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを配置し、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である２つの仮想アンテナの受信信号間の差をキャンセルするように仮想アンテナの受信信号に補正をかける補正技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、熱雑音などのランダムな雑音が、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナそれぞれにおいて発生する。このため、各仮想アンテナの各受信信号に含まれる雑音はそれぞれ異なる。したがって、上記の補正技術では、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である２つの仮想アンテナの受信信号間の差を、２つの仮想アンテナの受信信号がそれぞれで異なる雑音を含んだままでキャンセルしており、正しい誤差補正が行えていない。特に、信号対雑音比（ＳＮＲ）が低い場合には、雑音の影響が大きくなるため、誤差補正の精度低下が顕著になる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて、誤差補正の精度が高い到来方向推定技術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】
本発明に係る到来方向推定装置は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成され、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である第１の仮想アンテナ及び第２の仮想アンテナを備える仮想アレーアンテナの受信信号を取得する取得部と、前記第１の仮想アンテナと、前記第２の仮想アンテナとを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき前記受信信号の相関行列を算出し、前記受信信号の相関行列の固有値分解に基づき固有ベクトルを算出する算出部と、前記第１の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素と、前記第２の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素とに基づき、前記固有ベクトルを補正する補正部と、前記補正部によって補正された後の前記固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する推定部と、を備える構成（第１の構成）である。
【００１１】
上記第１の構成の到来方向推定装置において、前記推定部は、前記補正部によって補正された後の前記固有ベクトルにおいて、前記第１の仮想アンテナに対応する要素と、前記第２の仮想アンテナに対応する要素と、をまとめた結合固有ベクトルを生成し、前記結合固有ベクトルの相関行列を生成し、前記結合固有ベクトルの相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する構成（第２の構成）であってもよい。
【００１２】
上記第２の構成の到来方向推定装置において、前記算出部は、複数の前記結合固有ベクトルを並べて得られる特徴行列と、前記特徴行列の複素共役転置行列とを掛けて、前記結合固有ベクトルの相関行列を生成する構成（第３の構成）であってもよい。
【００１３】
上記第１の構成の到来方向推定装置において、前記算出部は、前記第１の仮想アンテナと、前記第２の仮想アンテナとを共に含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき単一の前記受信信号の相関行列を算出し、前記補正部は、前記第２の仮想アンテナと同一の前記送信アンテナ又は前記受信アンテナのいずれか一方を組合せて生成した仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素を補正する構成（第４の構成）であってもよい。
【００１４】
上記第１〜第３の構成の到来方向推定装置において、前記算出部は、前記第１の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第１の相関行列と、前記第２の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第２の相関行列と、をそれぞれ別々の前記受信信号の相関行列として算出し、前記第１の相関行列の固有値分解に基づく第１の固有ベクトルと、前記第２の相関行列の固有値分解に基づく第２の固有ベクトルと、を算出し、前記補正部は、前記第１の仮想アンテナに対応する前記第１の固有ベクトルの要素、及び前記第２の仮想アンテナに対応する前記第２の固有ベクトルの要素に基づき、前記第２の固有ベクトルを補正し、前記推定部は、前記第１の固有ベクトルと前記補正部によって補正された後の前記第２の固有ベクトルとに基づいて電波の到来方向を推定する構成（第５の構成）であってもよい。
【００１５】
上記第５の構成の到来方向推定装置において、前記推定部は、前記第１の固有ベクトルと前記補正部によって補正された後の前記第２の固有ベクトルとを結合して前記結合固有ベクトルを生成する構成（第６の構成）であってもよい。
【００１６】
本発明に係る到来方向推定方法は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成され、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である第１の仮想アンテナ及び第２の仮想アンテナを備える仮想アレーアンテナの受信信号を取得する取得工程と、前記第１の仮想アンテナと、前記第２の仮想アンテナとを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき前記受信信号の相関行列を算出し、前記受信信号の相関行列の固有値分解に基づき固有ベクトルを算出する算出工程と、前記第１の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素と、前記第２の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素とに基づき、前記固有ベクトルを補正する補正工程と、前記補正工程によって補正された後の前記固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する推定工程と、を備える構成（第７の構成）である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る到来方向推定技術によると、誤差補正の精度を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１および第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を示す図
【図２】第１および第２の実施形態におけるアンテナ配置を示す図
【図３Ａ】第１の実施形態に係るレーダ装置の概略動作を示すフローチャート
【図３Ｂ】第２の実施形態に係るレーダ装置の概略動作を示すフローチャート
【図４】アンテナ配置の変形例を示す図
【図５】アンテナ配置の他の変形例を示す図
【図６】アンテナ配置のさらに他の変形例を示す図
【図７】一般的なＭＩＭＯアンテナ配置の一例を示す図
【図８】一般的なＭＩＭＯアンテナ配置の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
＜１．第１の実施形態＞
＜１−１．レーダ装置の構成＞
図１は本実施形態に係るレーダ装置１の構成を示す図である。レーダ装置１は、例えば自動車などの車両に搭載されている。レーダ装置１が自車両の前端に搭載されている場合、レーダ装置１は、送信波を用いて、自車両の前方に存在する物標に係る物標データを取得する。物標データは、物標までの距離、レーダ装置１に対する物標の相対速度等を含む。しかしながら、本実施形態に係るレーダ装置１を到来方向推定装置の一例として説明するため、以下の説明においては到来方向推定に関する部分についてのみ説明を行う。
【００２１】
図１に示すように、レーダ装置１は、２個の送信部２と、受信部３と、信号処理装置４と、を主に備えている。なお、レーダ装置１は、いわゆるＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）レーダ装置である。
【００２２】
送信部２は、信号生成部２１と発信器２２とを備えている。発信器２２は、信号生成部２１で生成された信号を変調して送信信号を生成する。２個の送信アンテナ２３はそれぞれ別々の送信部２から送信信号を受け取り、その送信信号を送信波ＴＷに変換して出力する。２個の送信部２それぞれから出力される２つの送信信号は、互いに直交した信号（直交信号）である。
【００２３】
受信部３は、複数の受信アンテナ３１と、その複数の受信アンテナ３１に接続された複数の個別受信部３２とを備えている。本実施形態では、受信部３は、例えば、４個の受信アンテナ３１と４個の個別受信部３２とを備えている。４個の個別受信部３２は、４個の受信アンテナ３１にそれぞれ対応している。４個の受信アンテナ３１はそれぞれ受信チャンネルｃｈ１〜ｃｈ４に対応している。各受信アンテナ３１は物体からの反射波ＲＷを受信して受信信号を取得し、各個別受信部３２は対応する受信アンテナ３１で得られた受信信号を処理する。
【００２４】
各個別受信部３２は、ミキサ３３とＡ／Ｄ変換器３４とを備えている。受信アンテナ３１で得られた受信信号は、ローノイズアンプ（図示省略）で増幅された後にミキサ３３に送られる。ミキサ３３には各送信部２の各発信器２２からの送信信号が入力され、ミキサ３３において各送信信号と受信信号とがミキシングされる。これにより、各送信信号の周波数と受信信号の周波数との差となるビート周波数を有するビート信号が生成される。ミキサ３３で生成されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタルの信号に変換された後に、信号処理装置４に出力される。
【００２５】
信号処理装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ４１などを含むマイクロコンピュータを備えている。信号処理装置４は、演算の対象とする各種のデータを、記憶装置であるメモリ４１に記憶する。メモリ４１は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などである。信号処理装置４は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部４２、フーリエ変換部４３、及び、データ処理部４４を備えている。送信制御部４２は、各送信部２の各信号生成部２１を制御する。データ処理部４４は、ピーク抽出部４５、取得部４６、算出部４７、補正部４８、及び推定部４９を備えている。
【００２６】
フーリエ変換部４３は、複数の物標からの反射波が重なり合った状態で受信アンテナ３１において受信されるため、受信信号に基づいて生成されたビート信号から、各物標の反射波に基づく周波数成分を分離する処理（例えば、ＦＦＴ（Fast Fourier Transfer）処理）を行う。ＦＦＴ処理では、所定の周波数間隔で設定された周波数ポイント（周波数ビンという場合がある）ごとに受信レベルや位相情報が算出される。
【００２７】
ピーク抽出部４５は、フーリエ変換部４３によるＦＦＴ処理等の結果からピークを検出する。
【００２８】
取得部４６は、ピーク抽出部４５で抽出されたピーク値に基づき、仮想アレーアンテナの受信信号を取得する。仮想アレーアンテナの詳細については後述する。
【００２９】
算出部４７は、仮想アレーアンテナの受信信号に基づき、第１の固有ベクトル及び第２の固有ベクトルを算出する。第１の固有ベクトル及び第２の固有ベクトルの詳細については後述する。
【００３０】
補正部４８は、第２の固有ベクトルを補正する。補正の具体例については後述する。
【００３１】
推定部４９は、第１の固有ベクトルと補正部４８によって補正された後の第２の固有ベクトルとに基づいて電波の到来方向を推定する。推定の具体例については後述する。
【００３２】
＜１−２．アンテナ配置＞
図２は、本実施形態におけるアンテナ配置を示す図である。図２（ａ）に示すように２個の送信アンテナ２３が水平方向に沿ってアンテナ間隔３ｄで配置され、図２（ｂ）に示すように４個の受信アンテナ３１が水平方向に沿って同一のアンテナ間隔ｄで配置される。なお、受信アンテナ３１における３つのアンテナ間隔は、厳密に同一でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で３つのアンテナ間隔が同一とみなすことができればよい。また、送信アンテナ２３におけるアンテナ間隔は、厳密に受信アンテナ３１におけるアンテナ間隔の３倍でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で受信アンテナ３１におけるアンテナ間隔の３倍とみなすことができればよい。
【００３３】
図２（ａ）に示す２個の送信アンテナ２３と図２（ｂ）に示す４個の受信アンテナ３１との組み合わせにより、図２（ｃ）に示す仮想アレーアンテナが生成される。図２（ｃ）に示す仮想アレーアンテナは、８個の仮想アンテナＶＲｘ１〜ＶＲｘ８によって構成される。
【００３４】
ＭＩＭＯ技術を適用することで、受信アンテナの数を超える数の仮想アンテナを得ることができる。仮想アンテナＶＲｘ１〜ＶＲｘ４は水平方向に沿ってアンテナ間隔ｄで配置され、仮想アンテナＶＲｘ５〜ＶＲｘ８は水平方向に沿ってアンテナ間隔ｄで配置される。そして、仮想アンテナＶＲｘ４の位置と仮想アンテナＶＲｘ５の位置とが重なっている。なお、位置が重なっている仮想アンテナＶＲｘ４と仮想アンテナＶＲｘ５とでは、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である。
【００３５】
１ｃｈの受信アンテナ３１の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナＶＲｘ１の受信信号及び仮想アンテナＶＲｘ５の受信信号を含む。同様に、２ｃｈの受信アンテナ３１の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナＶＲｘ２の受信信号及び仮想アンテナＶＲｘ６の受信信号を含む。同様に、３ｃｈの受信アンテナ３１の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナＶＲｘ３の受信信号及び仮想アンテナＶＲｘ７の受信信号を含む。同様に、４ｃｈの受信アンテナ３１の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナＶＲｘ４の受信信号及び仮想アンテナＶＲｘ８の受信信号を含む。
【００３６】
＜１−３．レーダ装置の概略動作＞
図３Ａは、レーダ装置１の概略動作を示すフローチャートである。レーダ装置１は図３Ａに示す処理を一定時間ごとに周期的に繰り返す。
【００３７】
まず送信アンテナ２３が送信波ＴＷを出力する（ステップＳ１０）。次に、受信アンテナ３１が受信波ＲＷを受信して受信信号を取得する（ステップＳ２０）。次に、信号処理装置４が所定数のビート信号を取得する（ステップＳ３０）。次に、フーリエ変換部４３は、ビート信号を対象にＦＦＴ演算を実行する（ステップＳ４０）。
【００３８】
そして、ピーク抽出部４５は、ＦＦＴ演算の結果からピークを抽出する（ステップＳ５０）。
【００３９】
ステップＳ５０に続くステップＳ６０において、取得部４６は、ピーク抽出部４５で抽出されたピーク値に基づき、図２（ｃ）に示す仮想アレーアンテナの受信信号を取得する。すなわち、取得部４６は、仮想アンテナＶＲｘ１〜ＶＲｘ８の受信信号ｘ１〜ｘ８を取得する。
【００４０】
ステップＳ６０に続くステップＳ７０において、算出部４７は、仮想アンテナＶＲｘ１〜ＶＲｘ８の受信信号ｘ１〜ｘ８に基づき、第１の固有ベクトル及び第２の固有ベクトルを算出する。
【００４１】
算出部４７は、仮想アンテナＶＲｘ１〜ＶＲｘ４の受信信号ｘ１〜ｘ４に基づく第１の相関行列Ｒ１と、仮想アンテナＶＲｘ５〜ＶＲｘ８の受信信号ｘ５〜ｘ８に基づく第２の相関行列Ｒ２と、を算出する。第１の相関行列Ｒ１は下記の（１）式により算出することができ、第２の相関行列Ｒ２は下記の（２）式により算出することができる。ここで、Ｘ１＝ [ｘ１,ｘ２,ｘ３,ｘ４]Ｔであり、Ｘ２＝ [ｘ５,ｘ６,ｘ７,ｘ８]Ｔであり、Ｅ［・］は時間平均処理を表しており、［・］Ｈは複素共役転置を表している。
Ｒ１＝Ｅ[Ｘ１Ｘ１Ｈ]    ・・・（１）
Ｒ２＝Ｅ[Ｘ２Ｘ２Ｈ]    ・・・（２）
【００４２】
算出部４７は、第１の相関行列Ｒ１及び第２の相関行列Ｒ２をそれぞれ固有値分解する。固有値分解により、信号と雑音を分離することができる。第１の相関行列Ｒ１及び第２の相関行列Ｒ２はそれぞれ４行４列の行列であるため、第１の相関行列Ｒ１の固有値は４つ求まり、第２の相関行列Ｒ２の固有値も４つ求まる。
【００４３】
本実施形態では、算出部４７は、第１の相関行列Ｒ１の特定の固有値それぞれに対応する第１の固有ベクトルを算出し、第２の相関行列Ｒ２の特定の固有値それぞれに対応する第２の固有ベクトルを算出する。特定の固有値とは、絶対値が所定値以上である固有値を意味する。
【００４４】
以下、第１の相関行列Ｒ１の固有値のうち、最も絶対値が大きい固有値Φ１１及び２番目に絶対値が大きい固有値Φ１２のみが特定の固有値に該当し、第２の相関行列Ｒ２の固有値のうち、最も絶対値が大きい固有値Φ２１及び２番目に絶対値が大きい固有値Φ２２のみが特定の固有値に該当する場合を例に挙げて説明を行う。
【００４５】
算出部４７は、固有値Φ１１に対応する第１の固有ベクトルｅ１１、固有値Φ１２に対応する第１の固有ベクトルｅ１２、固有値Φ２１に対応する第２の固有ベクトルｅ２１、及び固有値Φ２２に対応する第２の固有ベクトルｅ２２を算出する。算出部４７によって算出される第１の固有ベクトルｅ１１及びｅ１２並びに第２の固有ベクトルｅ２１及びｅ２２は、雑音の影響を受けない。算出部４７によって算出される第１の固有ベクトルｅ１１及びｅ１２並びに第２の固有ベクトルｅ２１及びｅ２２は、下記の（３）〜（６）式で表される。
ｅ１１＝[ｅ１１１, ｅ１１２, ｅ１１３, ｅ１１４]Ｔ    ・・・（３）
ｅ１２＝[ｅ１２１, ｅ１２２, ｅ１２３, ｅ１２４]Ｔ    ・・・（４）
ｅ２１＝[ｅ２１１, ｅ２１２, ｅ２１３, ｅ２１４]Ｔ    ・・・（５）
ｅ２２＝[ｅ２２１, ｅ２２２, ｅ２２３, ｅ２２４]Ｔ    ・・・（６）
【００４６】
ステップＳ７０に続くステップＳ８０において、補正部４８は、第２の固有ベクトルｅ２１及びｅ２２を補正する。
【００４７】
仮に２つの送信アンテナ２３間で誤差がなければ、仮想アンテナＶＲｘ４に対応する第１の固有ベクトルｅ１１の要素ｅ１１４と仮想アンテナＶＲｘ５に対応する第２の固有ベクトルｅ２１の要素ｅ２１１とは一致するはずである。したがって、補正部４８は、仮想アンテナＶＲｘ４に対応する第１の固有ベクトルｅ１１の要素ｅ１１４と仮想アンテナＶＲｘ５に対応する補正後の第２の固有ベクトルｅ’２１の要素とが一致するように、第２の固有ベクトルｅ２１を補正する。
【００４８】
同様に、仮に２つの送信アンテナ２３間で誤差がなければ、仮想アンテナＶＲｘ４に対応する第１の固有ベクトルｅ１２の要素ｅ１２４と仮想アンテナＶＲｘ５に対応する第２の固有ベクトルｅ２２の要素ｅ２２１とは一致するはずである。したがって、補正部４８は、仮想アンテナＶＲｘ４に対応する第１の固有ベクトルｅ１２の要素ｅ１２４と仮想アンテナＶＲｘ５に対応する補正後の第２の固有ベクトルｅ’２２の要素とが一致するように、第２の固有ベクトルｅ２２を補正する。
【００４９】
補正後の第２の固有ベクトルｅ’２１及びｅ’２２は、下記の（７）〜（８）式で表される。
ｅ’２１＝(ｅ１１４/ｅ２１１)×[ｅ２１１, ｅ２１２, ｅ２１３, ｅ２１４]Ｔ    ・・・（７）
ｅ’２２＝(ｅ１２４/ｅ２２１)×[ｅ２２１, ｅ２２２, ｅ２２３, ｅ２２４]Ｔ    ・・・（８）
【００５０】
ステップＳ８０に続くステップＳ９０において、推定部４９は、第１の固有ベクトルｅ１１と補正後の第２の固有ベクトルｅ’２１とを結合した結合固有ベクトルｅＣ１を生成し、第１の固有ベクトルｅ１２と補正後の第２の固有ベクトルｅ’２２とを結合した結合固有ベクトルｅＣ２を生成する。なお、上記の結合において、一致する要素同士は一つの要素にまとめている。
【００５１】
結合固有ベクトルｅＣ１及びｅＣ２は、下記の（９）〜（１０）式で表される。
ｅＣ１＝[ｅ１１１, ｅ１１２, ｅ１１３, ｅ１１４,  (ｅ１１４/ｅ２１１)×ｅ２１２,  (ｅ１１４/ｅ２１１)×ｅ２１３, (ｅ１１４/ｅ２１１)×ｅ２１４]Ｔ    ・・・（９）
ｅＣ２＝[ｅ１２１, ｅ１２２, ｅ１２３, ｅ１２４,  (ｅ１２４/ｅ２２１)×ｅ２２２,  (ｅ１２４/ｅ２２１)×ｅ２２３, (ｅ１２４/ｅ２２１)×ｅ２２４]Ｔ    ・・・（１０）
【００５２】
さらに、推定部４９は、結合固有ベクトルｅＣ１と結合固有ベクトルｅＣ２とを順に並べて得られる特徴行列Ａと、特徴行列Ａの複素共役転置行列とを掛けて、結合固有ベクトルの相関行列Ｒｅｖを生成する。相関行列Ｒｅｖは下記の（１１）式で表される。
Ｒｅｖ＝ＡＡＨ
Ｒｅｖ＝[ｅＣ１  ｅＣ２]×[ｅＣ１Ｈ  ｅＣ２Ｈ]     ・・・（１１）
【００５３】
最後に、推定部４９は、MUSIC（Multiple Signal Classification）、ESPRIT（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）などの公知の到来方向推定手法を用いて、相関行列Ｒｅｖに基づいて角度スペクトラムを算出し、算出した角度スペクトラムに基づいて電波の到来方向（物標の角度）を推定する。
【００５４】
上述した図３Ａのフローチャートに示す動作を実行することで、信号と雑音を分離することができ、雑音の影響を受けずに誤差補正を行うことができる。したがって、誤差補正の精度を高くすることができる。
【００５５】
＜２．第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明を行う。なお、第１の実施形態と重畳する部分については説明を省略する。第２の実施形態では、算出部４７、補正部４８、及び推定部４９の処理が異なる。
【００５６】
算出部４７は、仮想アレーアンテナの受信信号に基づき、相関行列を１つ算出し、該相関行列から固有ベクトルを算出する。
【００５７】
補正部４８は、固有ベクトルを補正する。
【００５８】
推定部４９は、補正部４８によって補正された後の固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する。
【００５９】
以下、第２の実施形態に係るレーダ装置１の概略動作について図３Ｂを参照して説明する。第２の実施形態は、ステップＳ７０〜Ｓ８０の代わりにステップＳ７０’〜Ｓ８０’の処理が実行される点で第１の実施形態と異なる。
【００６０】
ステップＳ６０に続くステップＳ７０’において、算出部４７は、仮想アンテナＶＲｘ１〜ＶＲｘ８の受信信号ｘ１〜ｘ８に基づき、固有ベクトルを算出する。
【００６１】
算出部４７は、仮想アンテナＶＲｘ１〜ＶＲｘ８の受信信号ｘ１〜ｘ８に基づく単一の相関行列Ｒを算出する。相関行列Ｒは下記の（１２）式により算出することができる。ここで、Ｘ＝ [ｘ１,ｘ２,ｘ３,ｘ４，ｘ５,ｘ６,ｘ７,ｘ８]Ｔである。
Ｒ＝Ｅ[ＸＸＨ]    ・・・（１２）
【００６２】
算出部４７は、相関行列Ｒを固有値分解する。固有値分解により、信号と雑音を分離することができる。相関行列Ｒは８行８列の行列であるため、相関行列Ｒの固有値は８つ求まる。
【００６３】
本実施形態では、算出部４７は、相関行列Ｒの特定の固有値それぞれに対応する固有ベクトルを算出する。特定の固有値とは、絶対値が所定値以上である固有値を意味する。
【００６４】
以下、相関行列Ｒの固有値のうち、最も絶対値が大きい固有値Φ１及び２番目に絶対値が大きい固有値Φ２のみが特定の固有値に該当する場合を例に挙げて説明を行う。
【００６５】
算出部４７は、固有値Φ１に対応する固有ベクトルｅ１、固有値Φ２に対応する固有ベクトルｅ２を算出する。算出部４７によって算出される固有ベクトルｅ１及びｅ２は、雑音の影響を受けない。算出部４７によって算出される固有ベクトルｅ１及びｅ２は、下記の（１３）〜（１４）式で表される。
ｅ１＝[ｅ１１, ｅ１２, ｅ１３, ｅ１４, ｅ１５, ｅ１６, ｅ１７, ｅ１８]Ｔ・・・（１３）
ｅ２＝[ｅ２１, ｅ２２, ｅ２３, ｅ２４, ｅ２５, ｅ２６, ｅ２７, ｅ２８]Ｔ・・・（１４）
【００６６】
ステップＳ７０’に続くステップＳ８０’において、補正部４８は、固有ベクトルｅ１及びｅ２を補正する。
【００６７】
仮に２つの送信アンテナ２３間で誤差がなければ、仮想アンテナＶＲｘ４に対応する固有ベクトルｅ１の要素ｅ１４と仮想アンテナＶＲｘ５に対応する固有ベクトルｅ１の要素ｅ１５とは一致するはずである。換言すると、仮想アンテナＶＲｘ５と同じ送信アンテナを用いて生成された仮想アンテナである仮想アンテナＶＲｘ５〜ＶＲｘ８に対応する固有ベクトルｅ１の各要素ｅ１５〜ｅ１８は、ｅ１４とｅ１５との差異に対応する誤差を有している。したがって、補正部４８は、仮想アンテナＶＲｘ４に対応する固有ベクトルｅ１の要素ｅ１４と仮想アンテナＶＲｘ５に対応する補正後の固有ベクトルｅ’１の要素とが一致するように、固有ベクトルｅ１を補正する。特に仮想アンテナＶＲｘ５〜ＶＲｘ８に対応する固有ベクトルｅ１の各要素ｅ１５〜ｅ１８を補正する。
【００６８】
同様に、仮に２つの送信アンテナ２３間で誤差がなければ、仮想アンテナＶＲｘ４に対応する固有ベクトルｅ２の要素ｅ２４と仮想アンテナＶＲｘ５に対応する固有ベクトルｅ２の要素ｅ２５とは一致するはずである。したがって、補正部４８は、仮想アンテナＶＲｘ４に対応する固有ベクトルｅ２の要素ｅ２４と仮想アンテナＶＲｘ５に対応する補正後の固有ベクトルｅ’２の要素とが一致するように、固有ベクトルｅ２を補正する。
【００６９】
補正後の固有ベクトルｅ’１及びｅ’２は、下記の（１４）〜（１７）式で表される。
ｋ１＝(ｅ１４/ｅ１５)     ・・・（１４）
ｋ２＝(ｅ２４/ｅ２５)     ・・・（１５）
ｅ’１＝ｅ１Ｔ×[１, １, １, １, ｋ１, ｋ１, ｋ１, ｋ１]    ・・・（１６）
ｅ’２＝ｅ２Ｔ×[１, １, １, １, ｋ２, ｋ２, ｋ２, ｋ２]    ・・・（１７）
【００７０】
ステップＳ８０’に続くステップＳ９０において、推定部４９は、結合固有ベクトルｅＣ１を生成する。結合固有ベクトルｅＣ１は、補正後の固有ベクトルｅ’１において、仮想アンテナＶＲｘ４と仮想アンテナＶＲｘ５とに対応する要素を１つにまとめたベクトルである。補正部４８において、両者の要素が一致するように補正を行ったためである。また同様に、推定部４９は、結合固有ベクトルｅＣ２も生成する。結合固有ベクトルｅＣ２は、補正後の固有ベクトルｅ’２において、仮想アンテナＶＲｘ４と仮想アンテナＶＲｘ５とに対応する要素を１つにまとめたベクトルである。
【００７１】
結合固有ベクトルｅＣ１及びｅＣ２は、下記の（１８）〜（１９）式で表される。
ｅＣ１＝[ｅ１１, ｅ１２, ｅ１３, ｅ１４, ｋ１×ｅ１６, ｋ１×ｅ１７, ｋ１×ｅ１８]Ｔ    ・・・（１８）
ｅＣ２＝[ｅ２１, ｅ２２, ｅ２３, ｅ２４, ｋ２×ｅ２６, ｋ２×ｅ２７, ｋ２×ｅ２８]Ｔ    ・・・（１９）
【００７２】
さらに、推定部４９は、結合固有ベクトルｅＣ１と結合固有ベクトルｅＣ２とを順に並べて得られる特徴行列Ａと、特徴行列Ａの複素共役転置行列とを掛けて、結合固有ベクトルの相関行列Ｒｅｖを生成する。相関行列Ｒｅｖは下記の（２０）式で表される。
Ｒｅｖ＝ＡＡＨ
Ｒｅｖ＝[ｅＣ１  ｅＣ２]×[ｅＣ１Ｈ  ｅＣ２Ｈ]     ・・・（２０）
【００７３】
最後に、推定部４９は、MUSIC（Multiple Signal Classification）、ESPRIT（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）などの公知の到来方向推定手法を用いて、相関行列Ｒｅｖに基づいて角度スペクトラムを算出し、算出した角度スペクトラムに基づいて電波の到来方向（物標の角度）を推定する。
【００７４】
本実施形態に係るレーダ装置１は、第１の実施形態に係るレーダ装置１では達成できない特有の効果を奏する。
【００７５】
第１の実施形態に係るレーダ装置では、同程度の大きさの固有値となった場合に組み合わせの不確定性が生じるおそれがある。例えば、Φ１１≒Φ１２およびΦ２１≒Φ２２という状況の場合を考える。この時、Φ１１とΦ２１に対応する固有ベクトル同士、また、Φ１２とΦ２２に対応する固有ベクトル同士が正しい組合せとする。しかし、ノイズなどの影響で、Φ１１とΦ２２に対応する固有ベクトル同士を、また、Φ１２とΦ２１に対応する固有ベクトル同士を誤って組み合わせてしまう可能性がある。このように固有ベクトル同士の組合せを誤ってしまうと、推定部４９において正しい角度を算出することができない。
【００７６】
このような状態は、例えば同一距離および速度で角度の異なる似た物標が存在する場合に生じうる。例えば両隣の車線を同じ車種の車が同じ位置を並走する場合などである。
【００７７】
一方、本実施形態に係るレーダ装置１では、すべての仮想アンテナの受信信号を用いて単一の相関行列を生成するため、組合せの不確実性が生じるおそれが原理的に無い。したがって、本実施形態に係るレーダ装置１は、上記のような状態においても正しい角度を安定して推定することが可能である。
【００７８】
＜３．その他＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。
【００７９】
上述した実施形態では、送信アンテナ間の誤差を補正したが、レーダ装置が送信アンテナ間では誤差が発生し難く、受信アンテナ間で誤差が発生し易いハードウェア構成である場合には、受信アンテナ間の誤差を補正するようにしてもよい。
【００８０】
受信アンテナ間の誤差を補正する場合には、例えば、図４（ａ）に示すように４個の送信アンテナ２３を水平方向に沿って同一のアンテナ間隔ｄで配置し、図４（ｂ）に示すように２個の受信アンテナ３１を水平方向に沿ってアンテナ間隔３ｄで配置すればよい。そして、算出部４７が、仮想アンテナＶＲｘ１、ＶＲｘ３、ＶＲｘ５、及びＶＲｘ７の受信信号ｘ１、ｘ３、ｘ５、及びｘ７に基づく第１の相関行列Ｒ１と、仮想アンテナＶＲｘ２、ＶＲｘ４、ＶＲｘ６、及びＶＲｘ８の受信信号ｘ２、ｘ４、ｘ６、及びｘ８に基づく第２の相関行列Ｒ２と、を算出すればよい。
【００８１】
この場合、１ｃｈの受信アンテナ３１の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナＶＲｘ１の受信信号、仮想アンテナＶＲｘ３、仮想アンテナＶＲｘ５、及び仮想アンテナＶＲｘ７の受信信号を含む。同様に、２ｃｈの受信アンテナ３１の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナＶＲｘ２の受信信号、仮想アンテナＶＲｘ４、仮想アンテナＶＲｘ６、及び仮想アンテナＶＲｘ８の受信信号を含む。
【００８２】
また、上述した実施形態では仮想アンテナＶＲｘ４の位置と仮想アンテナＶＲｘ５の位置とが重なっているだけであるが、位置が重なる仮想アンテナの組を複数にしてもよい。例えば、図５に示すアンテナ配置にした場合、仮想アンテナＶＲｘ３の位置と仮想アンテナＶＲｘ５の位置とが重なり、仮想アンテナＶＲｘ４の位置と仮想アンテナＶＲｘ６の位置とが重なる。この場合、例えば、仮想アンテナＶＲｘ３に対応する第１の固有ベクトルｅ１１の要素ｅ１１３と仮想アンテナＶＲｘ５に対応する補正後の第２の固有ベクトルｅ’２１の要素とが一致するような第１の補正量を求め、仮想アンテナＶＲｘ４に対応する第１の固有ベクトルｅ１１の要素ｅ１１４と仮想アンテナＶＲｘ６に対応する補正後の第２の固有ベクトルｅ’２１の要素とが一致するような第２の補正量を求め、第１の補正量及び第２の補正量に基づき、第２の固有ベクトルｅ２１の最終的な補正量を決定することができる。例えば、第１の補正量及び第２の補正量の単純平均を最終的な補正量としてもよく、各受信アンテナの特性などを考慮した第１の補正量及び第２の補正量の重み付け平均を最終的な補正量としてもよい。第２の固有ベクトルｅ２２の最終的な補正量についても同様である。
【００８３】
また、送信アンテナを３つ以上設けることで、位置が重なる仮想アンテナの組を複数にしてもよい。例えば、図６に示すアンテナ配置にした場合、仮想アンテナＶＲｘ４の位置と仮想アンテナＶＲｘ５の位置とが重なり、仮想アンテナＶＲｘ８の位置と仮想アンテナＶＲｘ９の位置とが重なる。この場合、例えば、算出部４７は、仮想アンテナＶＲｘ９〜ＶＲｘ１２の受信信号ｘ９〜ｘ１２に基づく第３の相関行列Ｒ３も算出し、第３の相関行列Ｒ３を固有値分解して第３の固有ベクトルｅ３１及びｅ３２も算出する。そして、仮想アンテナＶＲｘ４に対応する第１の固有ベクトルｅ１１の要素ｅ１１４と仮想アンテナＶＲｘ５に対応する補正後の第２の固有ベクトルｅ’２１の要素とが一致するような第１の補正量を求め、仮想アンテナＶＲｘ８に対応する第１の固有ベクトルｅ１１の要素ｅ１１８と仮想アンテナＶＲｘ９に対応する補正後の第３の固有ベクトルｅ’３１の要素とが一致するような第２の補正量を求め、第１の補正量と第２の補正量を掛けた補正量で第３の固有ベクトルｅ３１を補正することができる。第３の固有ベクトルｅ３２の補正についても同様である。
【００８４】
また、上述した実施形態では車載レーダ装置について説明したが、本発明は、道路等に設置されるインフラレーダ装置、船舶監視レーダ装置、航空機監視レーダ装置等にも適用可能である。
【００８５】
また、上述した実施形態では、推定部４９が、結合固有ベクトルｅＣ１と結合固有ベクトルｅＣ２とを順に並べて得られる特徴行列Ａと、特徴行列Ａの複素共役転置行列とを掛けて、結合固有ベクトルの相関行列Ｒｅｖを生成した。これにより、２つの物標が非常に似通った角度に存在する場合でも、物標の角度推定の精度を高めることができる。
【００８６】
例えば、船舶監視レーダ装置のように、２つの物標が非常に似通った角度に存在するシーンが想定されないレーダ装置の場合などには、推定部４９が、結合固有ベクトルｅＣ１と結合固有ベクトルｅＣ１の複素共役転置ベクトルとを掛けて結合固有ベクトルｅＣ１の相関行列Ｒｅｖ１を生成し、結合固有ベクトルｅＣ２と結合固有ベクトルｅＣ２の複素共役転置ベクトルとを掛けて結合固有ベクトルｅＣ２の相関行列Ｒｅｖ２を生成し、相関行列Ｒｅｖ１及びＲｅｖ２それぞれに基づいて角度スペクトラムを算出し、算出した角度スペクトラムに基づいて電波の到来方向（物標の角度）を推定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１  レーダ装置
２  送信部
２３  送信アンテナ
３  受信部
３１  受信アンテナ
４  信号処理装置
４６  取得部
４７  算出部
４８  補正部
４９  推定部
ＶＲｘ１〜ＶＲｘ１２  仮想アンテナ
【図１】
2020143918.tif 000003
【図２】
2020143918.tif 000004
【図３Ａ】
2020143918.tif 000005
【図３Ｂ】
2020143918.tif 000006
【図４】
2020143918.tif 000007
【図５】
2020143918.tif 000008
【図６】
2020143918.tif 000009
【図７】
2020143918.tif 000010
【図８】
2020143918.tif 000011