(57)【要約】【課題】本発明は、相互に直交する信号を利用することにより、スイープ積分処理やスキャン相関処理の性能を向上させることを目的とする。【解決手段】第１Ｍ系列符号生成部１１は、レーダの各スイープ毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる第１Ｍ系列符号を生成する。第２Ｍ系列符号生成部１２は、レーダの全周での単一スキャン期間は、線形帰還シフトレジスタの初期値を固定することにより、同一の第２Ｍ系列符号を生成し、レーダの全周でのスキャン毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる第２Ｍ系列符号を生成する。ＸＯＲ回路１３は、第１Ｍ系列符号及び第２Ｍ系列符号の排他的論理和を計算することにより、変調信号に用いるＧｏｌｄ符号を生成する。【選択図】図２
2014062779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物標検出の各スイープ毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる第１擬似雑音符号を生成する第１擬似雑音符号生成部と、
物標検出の全周での単一スキャン期間は、線形帰還シフトレジスタの初期値を固定することにより、同一の第２擬似雑音符号を生成する第２擬似雑音符号生成部と、
同一の周期を有する前記第１擬似雑音符号及び前記第２擬似雑音符号の排他的論理和を計算することにより、第３擬似雑音符号を生成する第３擬似雑音符号生成部と、
前記第３擬似雑音符号を用いて変調した送信信号を送信する送信部と、
送信信号の反射信号である受信信号を受信する受信部と、
受信信号及びレーダの各スイープ毎の送信信号の相関をとることにより、マッチトフィルタ信号を生成するマッチトフィルタ処理部と、
物標検出の複数のスイープについて、前記マッチトフィルタ信号の積分処理を実行するスイープ積分部と、
を備えることを特徴とする物標検出装置。
【請求項２】
前記第２擬似雑音符号生成部は、物標検出の全周でのスキャン毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる前記第２擬似雑音符号を生成し、
物標検出の複数のスキャンについて、前記スイープ積分部の積分結果の相関処理を実行するスキャン相関部、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の物標検出装置。
【請求項３】
複数の送信アンテナと、
前記マッチトフィルタ信号をアレー合成することにより、アレー合成信号を生成するアレー合成処理部と、をさらに備え、
前記送信部は、前記各送信アンテナについてレーダ送信信号が相互に直交するように、前記各送信アンテナについて相互に直交する擬似雑音信号を用いて変調を実行し、
前記スイープ積分部は、物標検出の複数のスイープについて、前記アレー合成信号の積分処理を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の物標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号対雑音比を向上させるレーダ装置又はソナー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式のレーダ装置又はソナー装置が知られている。ＭＩＭＯ方式は、送信機に複数のアンテナを配置し、受信機に複数のアンテナを配置し、各送受信データにより合成された仮想アレーのアンテナビームを高速に走査させるとともに、空間分解能を向上させる技術である。以下では、レーダ装置について説明するが、ソナー装置についても同様である。
【０００３】
送信機の各々のアンテナからのレーダ送信信号は、相互に干渉することがないように、相互に直交している必要がある。従来技術では、相互に直交する信号として、周波数をランダムに変化させた周波数ホッピング信号と、位相をランダムに変化させた位相変調信号と、が知られている。非特許文献１では、初期値に敏感でありカオス的に振る舞うマッピング関数を用いて、相互に直交する信号を生成している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｓｈｅｎ  Ｄｏｎｇ，Ｚｈａｎｇ  Ｌｉｎ−ｒａｎｇ，Ｌｉｕ  Ｎａｎ，ａｎｄ  Ｌｉｕ  Ｘｉｎ，“Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｍａｉｎｌｏｂｅ−ｔｏ−ｓｉｄｅｌｏｂｅ  Ｒａｔｉｏ  ｏｆ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｏｕｔｐｕｔ  ｉｎ  ＭＩＭＯ  Ｒａｄａｒ  ｗｉｔｈ  Ｃｈａｏｔｉｃ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ”，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．１０，２０１１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術及び非特許文献１では、ＭＩＭＯ方式の測定を行うため、相互に直交する信号を生成しているが、各スイープについてのスイープ積分処理や全周でのスキャンについてのスキャン相関処理を行うため、相互に直交する信号を生成するわけではない。
【０００６】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、相互に直交する信号を利用することにより、スイープ積分処理やスキャン相関処理の性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、物標検出の各スイープ毎に生成する擬似雑音符号が相互に直交するようにすることにより、スイープ積分処理の性能を向上させることとした。
【０００８】
本発明は、物標検出の各スイープ毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる第１擬似雑音符号を生成する第１擬似雑音符号生成部と、物標検出の全周での単一スキャン期間は、線形帰還シフトレジスタの初期値を固定することにより、同一の第２擬似雑音符号を生成する第２擬似雑音符号生成部と、同一の周期を有する前記第１擬似雑音符号及び前記第２擬似雑音符号の排他的論理和を計算することにより、第３擬似雑音符号を生成する第３擬似雑音符号生成部と、前記第３擬似雑音符号を用いて変調した送信信号を送信する送信部と、送信信号の反射信号である受信信号を受信する受信部と、受信信号及びレーダの各スイープ毎の送信信号の相関をとることにより、マッチトフィルタ信号を生成するマッチトフィルタ処理部と、物標検出の複数のスイープについて、前記マッチトフィルタ信号の積分処理を実行するスイープ積分部と、を備えることを特徴とする物標検出装置である。
【０００９】
この構成によれば、相互に直交する信号を利用することにより、物標検出の各スイープについて、スイープ積分処理の性能を向上させることができる。
【００１０】
上記目的を達成するために、物標検出の各スイープ毎に生成する擬似雑音符号が相互に直交するようにすることにより、スイープ積分処理の性能を向上させるとともに、物標検出の全周でのスキャン毎に生成する擬似雑音符号のセットが相互に異なるようにすることにより、スキャン相関処理の性能を向上させることとした。
【００１１】
本発明は、前記第２擬似雑音符号生成部は、物標検出の全周でのスキャン毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる前記第２擬似雑音符号を生成し、物標検出の複数のスキャンについて、前記スイープ積分部の積分結果の相関処理を実行するスキャン相関部、をさらに備えることを特徴とする物標検出装置である。
【００１２】
この構成によれば、相互に直交する信号を利用することにより、物標検出の各スイープについて、スイープ積分処理の性能を向上させるとともに、物標検出の全周でのスキャンについて、スキャン相関処理の性能を向上させることができる。
【００１３】
本発明は、複数の送信アンテナと、前記マッチトフィルタ信号をアレー合成することにより、アレー合成信号を生成するアレー合成処理部と、をさらに備え、前記送信部は、前記各送信アンテナについてレーダ送信信号が相互に直交するように、前記各送信アンテナについて相互に直交する擬似雑音信号を用いて変調を実行し、前記スイープ積分部は、物標検出の複数のスイープについて、前記アレー合成信号の積分処理を実行することを特徴とする物標検出装置である。
【００１４】
この構成によれば、本発明のレーダ装置を、ＭＩＭＯ方式やＭＩＳＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式に適用することができる。ここで、ＭＩＳＯ方式は、送信機に複数のアンテナを配置し、受信機に単一のアンテナを配置し、各送受信データにより合成された仮想アレーのアンテナビームを高速に走査させるとともに、空間分解能を向上させる技術である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、相互に直交する信号を利用することにより、スイープ積分処理やスキャン相関処理の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の擬似雑音信号生成部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。
【００１８】
本発明のレーダ装置の構成を図１に示す。レーダ装置Ｒは、擬似雑音信号生成部１、レーダ送信部２、レーダ送信アンテナ３、レーダ受信アンテナ４、レーダ受信部５、マッチトフィルタ処理部６、アレー合成処理部７、スイープ積分部８及びスキャン相関部９から構成される。以下では、電磁波を利用するレーダ装置について説明するが、超音波を利用するソナー装置についても同様である。
【００１９】
擬似雑音信号生成部１は、図２を用いて詳述するように、擬似雑音信号を生成する。レーダ送信部２は、擬似雑音符号を用いて変調したレーダ送信信号を送信する。
【００２０】
レーダ送信アンテナ３は、複数（図１では４個）のアンテナから構成される。レーダ受信アンテナ４は、複数（図１では４個）のアンテナから構成される。レーダ送信アンテナ３から送信された信号は、物標Ｔで反射し、レーダ受信アンテナ４で受信される。
【００２１】
レーダ受信部５は、レーダ送信信号の反射信号であるレーダ受信信号を受信する。マッチトフィルタ処理部６は、レーダ受信信号及びレーダの各スイープ毎のレーダ送信信号の相関をとることにより、マッチトフィルタ信号を生成する。アレー合成処理部７は、マッチトフィルタ信号をアレー合成することにより、仮想アレーのビームを走査し観測方向の信号を生成する。スイープ積分部８は、レーダの複数のスイープについて、アレー合成信号の積分処理を実行する。スキャン相関部９は、レーダの複数のスキャンについて、スイープ積分部８の積分結果の相関処理を実行する。
【００２２】
本発明の擬似雑音信号生成部の構成を図２に示す。擬似雑音信号生成部１は、第１Ｍ系列符号生成部１１、第２Ｍ系列符号生成部１２、ＸＯＲ（ｅＸｃｌｕｓｉｖｅ  ＯＲ）回路１３及びＸＯＲセレクタ１４から構成される。
【００２３】
第１Ｍ系列符号生成部１１は、第１擬似雑音符号生成部に対応し、線形帰還シフトレジスタである。そして、レーダの各スイープ毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる第１Ｍ系列符号を生成する。
【００２４】
第２Ｍ系列符号生成部１２は、第２擬似雑音符号生成部に対応し、線形帰還シフトレジスタである。そして、レーダの全周での単一スキャン期間は、線形帰還シフトレジスタの初期値を固定することにより、同一の第２Ｍ系列符号を生成する。つまり、レーダの各スイープ毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させるのではなく、異なる第２Ｍ系列符号を生成するのではない。しかし、レーダの全周でのスキャン毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる第２Ｍ系列符号を生成する。
【００２５】
ここで、第１Ｍ系列符号及び第２Ｍ系列符号は、同一の周期を有しているならば、同一の符号であってもよく、異なる符号であってもよい。そして、当該周期は、１スキャンあたりのスイープ数に等しい。つまり、１スキャンの全スイープが完了したとき、第１Ｍ系列符号は一巡する。図２では、当該周期は、２８−１＝２５５である。
【００２６】
ＸＯＲ回路１３は、第３擬似雑音符号生成部に対応し、第１Ｍ系列符号及び第２Ｍ系列符号の排他的論理和を計算することにより、Ｇｏｌｄ符号を生成する。レーダ送信部２は、Ｇｏｌｄ符号を用いて変調したレーダ送信信号を送信する。
【００２７】
ＸＯＲセレクタ１４は、第２Ｍ系列符号を第２Ｍ系列符号生成部１２から入力され、入力された第２Ｍ系列符号に基づいて、複数（図２では４個）の相互に直交するＭ系列符号を生成し、生成した相互に直交する各Ｍ系列信号を各ＸＯＲ回路１３（図２では４個）に出力する。これにより、レーダ装置Ｒを、レーダ送信アンテナ３が複数のアンテナから構成される、ＭＩＭＯ方式やＭＩＳＯ方式に適用することができる。
【００２８】
レーダのスイープ及びスキャンについて、処理の流れを説明する。１スキャンの第ｎ（図２では、ｎ＝１〜２５５）のスイープにおいて、第１Ｍ系列符号生成部１１は、第ｎの初期値を入力され、第ｎの第１Ｍ系列符号を出力する一方で、第２Ｍ系列符号生成部１２は、固定の初期値を入力され、固定の第２Ｍ系列符号を出力する。
【００２９】
１スキャンの第ｎのスイープにおいて、ＸＯＲ回路１３は、第ｎの第１Ｍ系列符号及び固定の第２Ｍ系列符号の排他的論理和を計算することにより、Ｇｏｌｄ符号を生成する。レーダ送信部２及びレーダ受信部５は、レーダ送信アンテナ３、レーダ受信アンテナ４及び物標Ｔでのレーダ反射を介して、ＭＩＭＯ方式の測定を行う。
【００３０】
以上の処理を、各スキャンについて実行する。ただし、異なるスキャンにおいて、第２Ｍ系列符号生成部１２は、異なる初期値を入力され、異なる第２Ｍ系列符号を出力する。
【００３１】
マッチトフィルタ処理部６は、レーダ受信信号及びレーダの各スイープ毎のレーダ送信信号の相関をとることにより、マッチトフィルタ信号を生成する。アレー合成処理部７は、マッチトフィルタ信号をアレー合成することにより、仮想アレーのビームを走査し観測方向の信号を生成する。
【００３２】
スイープ積分部８は、レーダの複数のスイープについて、アレー合成信号の積分処理を実行する。スイープ積分を実行することにより、異なるスイープの間で相関のないサイドローブを小さくすることができる。異なるスイープの間で異なるＧｏｌｄ符号を利用することにより、異なるスイープの間で相関のないサイドローブをより小さくすることができる。
【００３３】
スキャン相関部９は、レーダの複数のスキャンについて、スイープ積分部８の積分結果の相関処理を実行する。スキャン相関を実行することにより、異なるスキャンの間で相関のないサイドローブの波形が異なるため、物標Ｔ及びサイドローブを容易に識別することができる。異なるスキャンの間で異なるＧｏｌｄ符号のセットを利用することにより、異なるスキャンの間で相関のないサイドローブの波形がより異なるため、物標Ｔ及びサイドローブをより容易に識別することができる。
【００３４】
実施形態では、スイープ積分及びスキャン相関をともに実行している。変形例として、スイープ積分のみを実行してもよい。この変形例では、スキャン相関部９は不要であり、第２Ｍ系列符号生成部１２は固定の初期値を入力されるのみでよい。
【００３５】
実施形態では、ＸＯＲセレクタ１４を、第２Ｍ系列符号生成部１２の出力側に配置している。変形例として、ＸＯＲセレクタ１４を、第１Ｍ系列符号生成部１１の出力側に配置してもよい。いずれの場合でも、ＭＩＭＯ方式やＭＩＳＯ方式に対応することができる。
【００３６】
実施形態では、レーダ装置Ｒを、レーダ送信アンテナ３が複数のアンテナから構成される、ＭＩＭＯ方式やＭＩＳＯ方式に適用している。変形例として、レーダ装置Ｒを、レーダ送信アンテナ３が単一のアンテナから構成される、ＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式やＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式に適用してもよい。
【００３７】
ここで、ＳＩＭＯ方式は、送信機に単一のアンテナを配置し、受信機に複数のアンテナを配置し、受信アレーのビームを高速に走査させる技術である。そして、ＳＩＳＯ方式は、送信機に単一のアンテナを配置し、受信機に単一のアンテナを配置する、通常の方式の技術である。この変形例では、ＸＯＲセレクタ１４は不要であり、レーダ送信アンテナ３及びＸＯＲ回路１３はそれぞれ１個のみでよい。
【００３８】
また、ＳＩＳＯ方式の変形例では、アレー合成処理部７は不要であり、スイープ積分部８は、レーダの複数のスイープについて、マッチトフィルタ信号の積分処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る物標検出装置は、ＭＩＭＯ方式やＭＩＳＯ方式やＳＩＭＯ方式やＳＩＳＯ方式に適用することができ、船舶や航空のレーダやソナー等に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
Ｒ：レーダ装置
Ｔ：物標
１：擬似雑音信号生成部
２：レーダ送信部
３：レーダ送信アンテナ
４：レーダ受信アンテナ
５：レーダ受信部
６：マッチトフィルタ処理部
７：アレー合成処理部
８：スイープ積分部
９：スキャン相関部
１１：第１Ｍ系列符号生成部
１２：第２Ｍ系列符号生成部
１３：ＸＯＲ回路
１４：ＸＯＲセレクタ
【図１】
2014062779.tif 000003
【図２】
2014062779.tif 000004