(57)【要約】 【課題】  Nested Array技術を利用して信号処理性能の向上を図りつつ、受信サンプル数を低減することが可能な分散開口レーダ装置を提供する。【解決手段】  分散開口レーダ装置は、複数の第１及び第２のアンテナ素子、第３のアンテナ素子、受信処理部及び信号処理装置を具備する。複数の第１のアンテナ素子はレベル１のＵＬＡであり複数の第２のアンテナ素子は、レベル２のＵＬＡである。第３のアンテナ素子は、前記複数の第１のアンテナ素子の他方の端部に位置する第１のアンテナ素子から、所定の距離を隔てて配置される。信号処理部は、共分散行列生成部、再配置部及び平均化処理部を備える。共分散行列生成部は、受信処理部で変換されたデジタル信号から、共分散行列を生成する。再配置部は、共分散行列のデータ成分を再配置することで再配置データ列と、サンプルデータ列とを生成する。平均化処理部は、再配置データ列とサンプルデータ列との平均を取る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の間隔を互いに隔てて線形に配置される複数の第１のアンテナ素子と、
前記第１の間隔と前記第１のアンテナ素子の本数とに基づいて設定される第２の間隔を互いに隔て、前記複数の第１のアンテナ素子の一方の端部に位置する第１のアンテナ素子から線形に配置される複数の第２のアンテナ素子と、
前記複数の第１のアンテナ素子の他方の端部に位置する第１のアンテナ素子から、前記第１の間隔を超え、かつ、前記第２の間隔以下の第３の間隔を隔てて配置される第３のアンテナ素子と、
前記複数の第１のアンテナ素子、前記複数の第２のアンテナ素子及び前記第３のアンテナ素子で受信されるレーダ信号をデジタル信号に変換する受信処理部と、
前記受信処理部で変換されたデジタル信号に対して信号処理を施す信号処理装置と
を具備し、
前記信号処理装置は、
前記受信処理部で変換されたデジタル信号から、共分散行列を生成する共分散行列生成部と、
前記共分散行列において、前記第１及び第２のアンテナ素子により受信されたレーダ信号に由来するデータ成分を再配置することで、再配置データ列を生成し、前記第３のアンテナ素子により受信されたレーダ信号に由来するデータ成分を再配置することで、サンプルデータ列を生成する再配置部と、
前記再配置データ列と前記サンプルデータ列との平均を取る平均化処理部と
を備える分散開口レーダ装置。
【請求項２】
前記第３のアンテナ素子から、線形方向に前記第３の間隔を隔てた位置に、サンプルデータ列を生成するための第４のアンテナ素子をさらに具備する請求項１記載の分散開口レーダ装置。
【請求項３】
第１の間隔を互いに隔てて線形に配置される複数の第１のアンテナ素子と、前記第１の間隔と前記第１のアンテナ素子の本数とに基づいて設定される第２の間隔を互いに隔て、前記複数の第１のアンテナ素子の一方の端部に位置する第１のアンテナ素子から線形に配置される複数の第２のアンテナ素子と、前記複数の第１のアンテナ素子の他方の端部に位置する第１のアンテナ素子から、前記第１の間隔を超え、かつ、前記第２の間隔以下の第３の間隔を隔てて配置される第３のアンテナ素子と、前記複数の第１のアンテナ素子、前記複数の第２のアンテナ素子及び前記第３のアンテナ素子で受信されるレーダ信号をデジタル信号に変換する受信処理部とを具備する分散開口レーダ装置で用いられるレーダ信号処理方法において、
前記受信処理部で変換されたデジタル信号から、共分散行列を生成し、
前記共分散行列において、前記第１及び第２のアンテナ素子により受信されたレーダ信号に由来するデータ成分を再配置することで、再配置データ列を生成し、
前記共分散行列において、前記第３のアンテナ素子により受信されたレーダ信号に由来するデータ成分を再配置することで、サンプルデータ列を生成し、
前記再配置データ列と前記サンプルデータ列との平均を取るレーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数のアンテナ素子により信号を受信する分散開口レーダ装置及びこの装置で用いられるレーダ信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分散開口レーダ技術としてNested Array技術が注目されている。Nested Array技術は、少ないアンテナ素子を所定の配置に分散配置させ、これらアンテナ素子により受信される受信データに対して、所定の信号処理を施すことで、大開口アンテナ（多くのアンテナ素子）で受信されるデータを擬似的に生成し、これにより信号処理性能の向上を図る技術である。
【０００３】
しかしながら、Nested Array技術を採用する場合、高い到来方向推定精度を得るためには、非常に多くの受信サンプル数が必要となるという問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】P. Pal and P. P. Vaidyanathan, “Nested arrays: A novel approach to array processing with enhanced degree of freedom,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 58, No. 10, pp. 4167~4181, Aug. 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、Nested Array技術をレーダ装置に採用しようとすると、高い到来方向推定精度を得るために、非常に多くの受信サンプルが必要になるという問題がある。
【０００６】
そこで、目的は、Nested Array技術を利用して信号処理性能の向上を図りつつ、受信サンプル数を低減することが可能な分散開口レーダ装置、及び、この装置で用いられるレーダ信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、分散開口レーダ装置は、複数の第１及び第２のアンテナ素子、第３のアンテナ素子、受信処理部及び信号処理装置を具備する。複数の第１のアンテナ素子は、第１の間隔を互いに隔てて線形に配置される。複数の第２のアンテナ素子は、前記第１の間隔と前記第１のアンテナ素子の本数とに基づいて設定される第２の間隔を互いに隔て、前記複数の第１のアンテナ素子の一方の端部に位置する第１のアンテナ素子から線形に配置される。第３のアンテナ素子は、前記複数の第１のアンテナ素子の他方の端部に位置する第１のアンテナ素子から、前記第１の間隔を超え、かつ、前記第２の間隔以下の第３の間隔を隔てて配置される。受信処理部は、前記複数の第１のアンテナ素子、前記複数の第２のアンテナ素子及び前記第３のアンテナ素子で受信されるレーダ信号をデジタル信号に変換する。信号処理部は、前記受信処理部で変換されたデジタル信号に対して信号処理を施し、共分散行列生成部、再配置部及び平均化処理部を備える。共分散行列生成部は、前記受信処理部で変換されたデジタル信号から、共分散行列を生成する。再配置部は、前記共分散行列において、前記第１及び第２のアンテナ素子により受信されたレーダ信号に由来するデータ成分を再配置することで、再配置データ列を生成し、前記第３のアンテナ素子により受信されたレーダ信号に由来するデータ成分を再配置することで、サンプルデータ列を生成する。平均化処理部は、前記再配置データ列と前記サンプルデータ列との平均を取る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る分散開口レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す分散開口レーダ装置が第２のデータベクトルを生成する際の、信号処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す分散開口レーダ装置により擬似的に想定されるレーダ装置を示すブロック図である。
【図４】本実施形態に係る分散開口レーダ装置の機能構成のその他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る分散開口レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示す分散開口レーダ装置は、アンテナ素子１１−１〜１１−５、受信処理部１２−１〜１２−５及び信号処理装置２０を具備する。
【００１１】
アンテナ素子１１−１〜１１−４は、Nested Array技術を利用して線形に配列される。なお、本実施形態では、アンテナ素子の間隔が異なる２つのUniformed Linear Array（以下では、ＵＬＡと称する。）からなるTwo-Level Nested Array（以下では、ＴＬＮＡと称する。）について説明する。
【００１２】
アンテナ素子１１−１，１１−２は、アンテナ素子１１−１と、アンテナ素子１１−２との間隔がｄ１に設定されたレベル１のＵＬＡである。
【００１３】
アンテナ素子１１−３，１１−４は、アンテナ素子１１−３と、アンテナ素子１１−４との間隔がｄ２に設定されたレベル２のＵＬＡである。ここで、ｄ２は、レベル１のＵＬＡの素子数をＭｒ１とすると、
ｄ２＝（Ｍｒ１＋１）ｄ１
と表される。アンテナ素子１１−１〜１１−４は、レーダ信号を受信し、受信したレーダ信号を受信処理部１２−１〜１２−４へそれぞれ出力する。
【００１４】
アンテナ素子１１−５は、アンテナ素子１１−１〜１１−４に対し、アンテナ素子１１−１側に線形に配列される。アンテナ素子１１−５と、アンテナ素子１１−１との間隔は、ｄ３である。ｄ３は、ｄ１＜ｄ３≦ｄ２を満たす。アンテナ素子１１−５は、レーダ信号を受信し、受信したレーダ信号を受信処理部１２−５へ出力する。
【００１５】
受信処理部１２−１は、アンテナ素子１１−１から供給されるレーダ信号に対し、増幅処理、周波数変換処理及びアナログ−デジタル変換処理を施し、受信データとして、信号処理装置２０へ出力する。受信処理部１２−２〜１２−５の処理は、受信処理部１２−１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００１６】
信号処理装置２０は、例えば、マイクロプロセッサからなるＣＰＵ（Central Processing Unit）、並びに、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のＣＰＵが処理を実行するためのプログラムやデータの格納領域等を含む。信号処理装置２０は、ＣＰＵにプログラムを実行させることで、共分散行列生成部２１、データベクトル再配置部２２及び平均化処理部２３を備える。なお、以下では、ｄ３＝ｄ２である場合を例に、信号処理装置２０の動作を説明する。
【００１７】
共分散行列生成部２１は、受信処理部１２−１〜１２−５から供給される受信データを、
【数１】
2014173940.tif 000003
【００１８】
のデータベクトルとして扱う。ただし、データベクトルは、
【数２】
2014173940.tif 000004
【００１９】
のように表せる。共分散行列生成部２１は、データベクトルを用い、以下のように、共分散行列を生成する。
【数３】
2014173940.tif 000005
【００２０】
データベクトル再配置部２２は、共分散行列における、アンテナ素子１１−１〜１１−４により受信される受信レーダの成分を再配置し、再配置データ列を生成する。再配置データ列は、［ｅ−５ｊ  ｅ−４ｊ  ｅ−３ｊ  ｅ−２ｊ  ｅ−１ｊ  １  ｅ＋１ｊ  ｅ＋２ｊ  ｅ＋３ｊ  ｅ＋４ｊ  ｅ＋５ｊ］と表される。また、データベクトル再配置部２２は、共分散行列における、アンテナ素子１１−５により受信される受信レーダの成分を再配置し、サンプルデータ列を生成する。サンプルデータ列は、［ｅｓ−４ｊ  ｅｓ−３ｊ  ｅｓ−２ｊ  １  ｅｓ＋２ｊ  ｅｓ＋３ｊ  ｅｓ＋４ｊ］と表される。データベクトル再配置部２２は、生成した再配置データ列及びサンプルデータ列を平均化処理部２３へ出力する。
【００２１】
平均化処理部２３は、再配置データ列とサンプルデータ列とにおける行列成分に対して平均化処理を行い、第２のデータベクトルを生成する。第２のデータベクトルは、
【数４】
2014173940.tif 000006
【００２２】
と表される。
【００２３】
次に、以上のように構成された分散開口レーダ装置による信号処理動作を、信号処理装置２０の処理手順に従い説明する。図２は、本実施形態に係る分散開口レーダ装置が第２のデータベクトルを生成する際の、信号処理装置２０の動作を示すフローチャートである。
【００２４】
まず、信号処理装置２０は、受信処理部１２−１〜１２−５から受信データを受け取り、受け取った受信データをデータベクトルとする（ステップＳ２１）。信号処理装置２０は、データベクトルを用い、共分散行列を生成する（ステップＳ２２）。
【００２５】
信号処理装置２０は、生成した共分散行列を再配置することで、再配置データ列と、サンプルデータ列とを生成する（ステップＳ２３）。信号処理装置２０は、生成した再配置データ列と、サンプルデータ列とに対して平均化処理を施し、第２のデータベクトルを生成する（ステップＳ２４）。
【００２６】
以上のように、本実施形態では、ＴＬＮＡを構成するアンテナ素子１１−１の隣に、サンプルデータを生成するためのアンテナ素子１１−５を、ｄ３だけ離して配置するようにしている。そして、信号処理装置２０は、アンテナ素子１１−１〜１１−４から取得される再配置データ列と、アンテナ素子１１−５から取得されるサンプルデータ列とを平均することで、第２のデータベクトルを取得するようにしている。これにより、図３に示すような１１本のアンテナ素子を有するレーダ装置で生成されるデータベクトルと同等のデータベクトルを、図１に示す分散開口レーダ装置により生成することが可能となる。また、再配置データ列における熱雑音成分が平均化されることとなり、信号処理に必要となる所望信号成分の抽出精度の向上を図ることが可能となる。
【００２７】
したがって、本実施形態に係る分散開口レーダ装置によれば、Nested Array技術を利用して信号処理性能の向上を図りつつ、受信サンプル数を低減することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、レベル１のＵＬＡに属するアンテナ素子が２本である場合を例に説明したが、２本以上であっても構わない。また、レベル２のＵＬＡに属するアンテナ素子が２本である場合を例に説明したが、２本以上であっても構わない。
【００２９】
また、本実施形態では、サンプルデータを生成するためのアンテナ素子１１−５が１本である場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、図４に示すように、アンテナ素子１１−５のさらに隣にｄ３だけ離してサンプルデータを生成するためのアンテナ素子１１−６を配置するようにしても良い。
【００３０】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１１−１〜１１−６…アンテナ素子、１２−２〜１２−５…受信処理部、２０…信号処理装置、２１…共分散行列生成部、２２…データベクトル再配置部、２３…平均化処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014173940.tif 000009
【図４】
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