(57)【要約】  サブアレイ空間平均部（１０２）は、アレイアンテナ（１０１）の受信信号を複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、これら相関行列の空間平均を行う。固有値展開部（１０３）は、空間平均後の複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う。波数推定部（１０４）は、固有値展開部（１０３）で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する。
2019215790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子アンテナを有し、目標となる電波源から放射された信号を受信するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナの受信信号を複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、これら相関行列の空間平均を行うサブアレイ空間平均部と、
前記サブアレイ空間平均部で求めた空間平均後の複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う固有値展開部と、
前記固有値展開部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する波数推定部とを備えたことを特徴とする到来波数推定装置。
【請求項２】
前記波数推定部は、複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を重み付け平均した後の固有値分布から波数を推定することを特徴とする請求項１記載の到来波数推定装置。
【請求項３】
前記波数推定部は、複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値の素子アンテナ毎の比を求めた後に、それらの比をサブアレイ毎に比較し、最小または最大となる値を閾値と比較することにより波数を推定することを特徴とする請求項１記載の到来波数推定装置。
【請求項４】
複数の素子アンテナを有し、目標となる電波源から放射された信号を受信するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナの受信信号を複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、これら相関行列の空間平均を行う第一のサブアレイ空間平均部と、
前記第一のサブアレイ空間平均部で求めた空間平均後の複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う第一の固有値展開部と、
前記第一の固有値展開部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する第一の波数推定部と、
前記第一の波数推定部で推定された到来波数が設定された閾値を超えたか否かを判定する波数判定部と、
前記波数判定部で到来波数が前記閾値を超えた場合に、前記第一のサブアレイ空間平均部で分割したサブアレイより多い素子数のサブアレイに分割して相関行列の空間平均を行う第二のサブアレイ空間平均部と、
前記第二のサブアレイ空間平均部で求めた相関行列の固有値展開を行う第二の固有値展開部と、
前記第二の固有値展開部で求めた複数のサブアレイの固有値を統合して到来波数を推定する第二の波数推定部とを備え、
前記波数判定部における判定で到来波数が前記閾値以下であった場合は、前記第一の波数推定部で推定した到来波数を出力することを特徴とする到来波数推定装置。
【請求項５】
複数の素子アンテナを有し、目標となる電波源から放射された信号を受信するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナの受信信号を複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、これら相関行列の空間平均を行う第一のサブアレイ空間平均部と、
前記第一のサブアレイ空間平均部で求めた空間平均後の複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う第一の固有値展開部と、
前記第一の固有値展開部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する第一の波数推定部と、
前記第一の波数推定部で推定された到来波数が設定された閾値を超えたか否かを判定する波数判定部と、
前記波数判定部で到来波数が前記閾値以下であった場合、前記第一の波数推定部で求めた到来波数の推定値を用いて到来方向を推定する第一の到来方向推定部と、
前記波数判定部で到来波数が前記閾値を超えた場合に、前記第一のサブアレイ空間平均部で分割したサブアレイより多い素子数のサブアレイに分割して相関行列の空間平均を行う第二のサブアレイ空間平均部と、
前記第二のサブアレイ空間平均部で求めた相関行列の固有値展開を行う第二の固有値展開部と、
前記第二の固有値展開部で求めた複数のサブアレイの固有値を統合して到来波数を推定する第二の波数推定部と、
前記第二の波数推定部で求めた到来波数の推定値を基に、高分解能到来方向推定法により到来方向を推定する第二の到来方向推定部とを備えたことを特徴とする到来波数到来方向推定装置。
【請求項６】
前記第一の到来方向推定部は、前記第一の固有値展開部で求めた固有ベクトルに基づき到来方向を推定することを特徴とする請求項５記載の到来波数到来方向推定装置。
【請求項７】
前記第二の到来方向推定部は、前記第二の固有値展開部で求めた固有ベクトル及び前記第二の波数推定部で求めた固有ベクトルを用い、高分解能到来方向推定法を適用して到来方向を推定することを特徴とする請求項５記載の到来波数到来方向推定装置。
【請求項８】
前記第一の到来方向推定部は、前記第一の固有値展開部で求めた固有ベクトルに基づき、素子間隔の短いサブアレイから順に到来方向を推定し、推定された到来方向を用いて素子間隔の長いサブアレイの角度アンビギュイティを除去して最終的に到来方向を推定することを特徴とする請求項５記載の到来波数到来方向推定装置。
【請求項９】
前記第一の到来方向推定部は、前記第一の固有値展開部で求めた固有ベクトルに基づき、複数のサブアレイの固有ベクトルから到来方向を推定し、これらの到来方向推定値を空間平均回数及び素子間隔で重み付けをした後に平均して最終的な到来方向推定値を得ることを特徴とする請求項５に記載の到来波数到来方向推定装置。
【請求項１０】
線形周波数変調信号またはパルス信号を基準信号として生成する基準信号発生部と、
前記基準信号を空中に放射する送信アンテナと、
複数の素子アンテナを有し、前記送信アンテナから放射された基準信号が目標となる電波源に反射した信号を受信するアレイアンテナと、
前記基準信号と前記アレイアンテナで受信した信号をミキシングしてビート信号を得る周波数変換部と、
前記周波数変換部で得られたビート信号をフーリエ変換することによりビートスペクトルを得るビートスペクトル算出部と、
前記ビートスペクトルを用い、前記アレイアンテナを複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、空間平均を行う第一のサブアレイ空間平均部と、
前記第一のサブアレイ空間平均部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う第一の固有値展開部と、
前記第一の固有値展開部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する第一の波数推定部と、
前記第一の波数推定部で推定された波数が設定された閾値を超えたか否かを判定する波数判定部と、
前記波数判定部で波数が前記閾値を超えていない場合に、到来方向を推定する第一の到来方向推定部と、
前記波数判定部で波数が前記閾値を超えた場合に、前記第一のサブアレイ空間平均部で分割したサブアレイより多い素子数のサブアレイに分割して相関行列の空間平均を行う第二のサブアレイ空間平均部と、
前記第二のサブアレイ空間平均部で求めた相関行列の固有値展開を行う第二の固有値展開部と、
前記第二の固有値展開部で求めた複数のサブアレイの固有値を統合して到来波数を推定する第二の波数推定部と、
前記第二の波数推定部で求めた到来波数を基に高分解能手法により到来方向を推定する第二の到来方向推定部とを備えたことを特徴とする到来波数到来方向推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の送信源から放射された電波、光、音波等の信号を受信し、送信源の数（到来波数）を推定する到来波数推定装置と、到来波数と到来方向を推定する到来波数到来方向推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
衝突防止または自動運転等を目的とした車載搭載型レーダでは、送信アンテナから放射された電波は、前方の車両、人、障害物等の目標物に当たり、それらから反射された電波が混在して複数の受信アンテナに到達する。【０００３】
車載搭載型レーダでは、送信信号として、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）方式、またはＦａｓｔ  Ｃｈｉｒｐ方式等を用いるのが一般的である。これらの方式では、到来波数到来方向推定装置として、受信アンテナに到達した受信信号を送信信号でミキシングした後に、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行い、ビートスペクトラムを得て、このスペクトラム上で検出処理を行い、ピークを検出し、複数アンテナのこれらのピークについて到来方向推定処理を行い、電波源の到来方向を推定する構成が一般的である。【０００４】
このような到来波数到来方向推定装置において、互いの電波源の相対距離及び相対速度がＦＦＴの分解能より大きければ、ビートスペクトラム上で分離して推定することができる。しかし、ＦＦＴの分解能より小さい場合には、これらの電波源の信号は一つのピークとして、到来方向推定処理に入力される。この場合、各電波源の信号は互いに高相関となる。【０００５】
高相関の信号を分離して到来方向を推定する手法として、相似形のサブアレイを複数組み合わせてアレイアンテナを構成し、これらのサブアレイ間で空間平均を行った後に、高分解能到来方向推定法（ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｖｉａ  Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）等の部分空間法）を適用する空間平均型の高分解能到来方法推定法が存在する（例えば、非特許文献１参照）。この手法では、空間平均を行ったサブアレイ相関行列を固有値展開し、その固有値の分布から到来波数を推定する。そして、推定された到来波の固有値に該当する固有ベクトルで構成される信号部分空間と、それ以外の固有値に該当する固有ベクトルで構成される雑音部分空間とに分離した後に高分解能到来方法推定法が適用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】山田  寛喜，“高分解能到来波推定法の基礎と実際，”第３３回アンテナ伝播における設計解析ワークショップ，２００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の到来波数到来方向推定装置は以上のように構成されており、空間平均を行うことにより、複数波の相関が抑圧され、理想的にはサブアレイ相関行列の固有値は到来波数の分だけ雑音電力に相当する雑音固有値より突出し、到来波数の推定が可能となる。しかしながら、この相関抑圧の効果は、相似形のサブアレイの取り出し方、到来方向等によって異なり、正確な到来波数の推定が困難であるという課題があった。【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高精度な到来波数の推定を行うことのできる到来波数推定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】
【０００９】
この発明に係る到来波数推定装置は、複数の素子アンテナを有し、目標となる電波源から放射された信号を受信するアレイアンテナと、アレイアンテナの受信信号を複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、これら相関行列の空間平均を行うサブアレイ空間平均部と、サブアレイ空間平均部で求めた空間平均後の複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う固有値展開部と、固有値展開部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する波数推定部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の到来波数推定装置は、固有値展開部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定するようにしたものである。これにより、高精度な到来波数の推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による到来波数推定装置構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による到来波数推定装置のハードウェア構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による到来波数推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、この発明の実施の形態１による到来波数推定装置のサブアレイ分割手順の説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による到来波数推定装置の固有値の統合に関する説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２による到来波数推定装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２による到来波数推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、実施の形態２による到来波数推定装置の第二のサブアレイ空間平均部のサブアレイ分割例を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３による到来波数到来方向推定装置の構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による到来波数到来方向推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】アジマス角θとエレベーション角Φについて示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による到来波数到来方向推定装置の第一の到来方向推定部の動作を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態４による到来波数到来方向推定装置の構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態４による到来波数到来方向推定装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
なお、以下の実施の形態では、主に衝突防止または自動運転等を目的とした車載搭載型レーダへの適用を想定して到来波数推定装置と到来波数到来方向推定装置の説明を行うが、本発明は車載搭載型レーダだけでなく、航空機監視レーダ、気象レーダへの適用が可能である。また、妨害電波受信装置、衛星通信用装置等の受信装置にも適用が可能である。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態による到来波数推定装置の構成図である。
図１に示す到来波数推定装置は、アレイアンテナ１０１、サブアレイ空間平均部１０２、固有値展開部１０３、波数推定部１０４を備える。
アレイアンテナ１０１は、複数の素子アンテナを備えたアレイアンテナであり、電波源からの信号を受信する機能を有している。なお、アレイアンテナ１０１の受信信号は、実施の形態４で説明するように、信号増幅、周波数変換（または送信信号とのミキシング）、帯域制限、Ａ／Ｄ変換を行い、デジタル信号に変換される。車載搭載型レーダでは、受信信号は、送信信号とミキシングを行い、低いビート周波数を持つビート信号に変換された後に、帯域制限及びＡ／Ｄ変換を行う構成が一般的である。送信信号として、ここでは、周波数が時間に比例して増加する線形周波数変調（チャープ変調）波形を想定しているが、その他にも、例えば、パルス状の変調波形、位相が時間と一緒に変化する位相符号変調波形及び連続波であるＣＷ信号の周波数が時間と一緒に変化する周波数変調波形などがある。
【００１４】
サブアレイ空間平均部１０２は、アレイアンテナ１０１の受信信号を複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、これら相関行列の空間平均を行う機能部である。固有値展開部１０３は、サブアレイ空間平均部１０２で求めた空間平均後の複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う機能部である。波数推定部１０４は、固有値展開部１０３で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する機能部である。
【００１５】
図２は、到来波数推定装置におけるサブアレイ空間平均部１０２〜波数推定部１０４を構成するハードウェア構成図である。図示のハードウェアは、ＣＰＵ１、メモリ２、入出力Ｉ／Ｆ３、ストレージ４、バス５を備えている。ＣＰＵ１は、サブアレイ空間平均部１０２〜波数推定部１０４に対応したプログラムを実行し、これら機能部を実現する演算部である。メモリ２は、各種データを記憶すると共に、ＣＰＵ１の作業領域を構成するＲＡＭ等の記憶部である。入出力Ｉ／Ｆ３は、アレイアンテナ１０１からの受信信号を入力すると共に、波数推定部１０４で推定した波数を出力するためのインタフェースである。ストレージ４は、サブアレイ空間平均部１０２〜波数推定部１０４に対応するプログラムを格納するための記憶部である。バス５は、これらＣＰＵ１〜ストレージ４を相互に接続するための通信路である。
【００１６】
次に、実施の形態１の到来波数推定装置の動作について図３のフローチャートを用いて説明する。
アレイアンテナ１０１は、電波源からの信号を複数の素子アンテナで受信し、デジタル信号として出力する（ステップＳＴ１０１）。次いで、サブアレイ空間平均部１０２は、アレイアンテナ１０１の受信信号を複数の異なる形状のサブアレイ毎に分割し、受信信号相関行列の空間平均処理を行う（ステップＳＴ１０２）。図４は、サブアレイ分割手順の説明図である。図４では、アレイアンテナ１０１が４×４＝１６素子のアンテナで形成された２次元アレイであることを仮定している。
【００１７】
アレイアンテナ１０１から、２素子のアンテナで形成される複数のサブアレイを抽出することを考える。この場合、異なるサブアレイは図４Ａのｂ１〜ｂ１５に示したように合計Ｎ＝１５個を抽出することが可能となる。このうちの一つのサブアレイ、例えばｂ１に着目した場合、図４Ｂに示すようにＭ＝１２個の相似形のサブアレイが得られるため、ｂ１に関しては１２回の空間平均処理を行うことができる。ｎ番目のサブアレイにおける空間平均後の相関行列は以下の式（１）（２）に示すように表せる。なお、ｂ２に着目した場合は、図４Ｃに示すように、８回の空間平均処理を行うことができる。
2019215790.tif 000003
ここで、上添え字（ｎ）を複数の異なるサブアレイのインデックスを、上添え字（ｍ）を各サブアレイに関して相似形のサブアレイのインデックスを表し、ｘ＾（ｎ，ｍ）はｎ番目サブアレイにおけるｍ番目の相似形サブアレイの受信信号ベクトルを、ｋ＾（ｎ，ｍ）、ｌ＾（ｎ，ｍ）はサブアレイを構成する素子アンテナのインデックスを、Ｍ＾（ｎ）はｎ番目サブアレイにおける空間平均回数（相似形のサブアレイの数）を示す。ｘ＾Ｈはベクトルｘのエルミート転置を表す。
【００１８】
更なる相関抑圧を行うために、空間平均後相関行列に対して、以下の式（３）に示すように、例えば、非特許文献１に示すＦｏｒｗａｒｄ／Ｂａｃｋｗａｒｄ平均（Ｆ／Ｂ平均）を施した改良型空間平均後の相関行列を得ても良い。
2019215790.tif 000004
ここで、ｘ＾（＊）はｘの複素共役を表し、Ｊは以下の式（４）で表される交換行列である。
2019215790.tif 000005
また、演算量低減のために、以下の式（５）に示すようにユニタリ変換を施し、相関行列を実数化しても良い。
2019215790.tif 000006
ここで、Ｒｅ｛ｘ｝はｘの実部を、Ｑは以下の式（６）で表されるユニタリ変換行列を示す。
2019215790.tif 000007
上記のようにユニタリ変換を行うことで相関抑圧効果は、Ｆ／Ｂ平均と同様であり、かつ、複素信号を実信号に変換することができるため、固有値展開の演算量が削減できるという利点を有する。なお、これらのＦ／Ｂ平均及びユニタリ変換を行うためには、サブアレイは点対称である必要がある。
【００１９】
固有値展開部１０３では、サブアレイ空間平均部１０２で得られた相関行列Ｒｘｘ＾（バー）＾（ｎ）の固有値展開を行う（ステップＳＴ１０３）。波数推定部１０４は、固有値展開部１０３で求めた固有値を統合して、波数推定を行い（ステップＳＴ１０４）、求めた波数を出力する（ステップＳＴ１０５）。
非特許文献１に記載されているように、２目標の場合の空間平均による相関抑圧効果は、空間平均回数Ｍ＾（ｎ）、サブアレイ内の素子間隔Δｄに依存し、２目標の角度差の増加に伴い、Ｓｉｎｃ関数的に振動しながら減少する。すなわち、サブアレイｎの形状、２目標の角度に依存して相関抑圧効果が異なり、その結果、計算される固有値は大きく変化する。目標角度は処理前には不明であるため、最適なサブアレイ形状は不明である。そこで、複数の異なるサブアレイＮ個の全ての固有値を求めて、これらを統合することで正確に到来波数を推定することを考える。この固有値の統合に関する説明図を図５に示す。
【００２０】
図５では、ｎ番目サブアレイの固有値をλｋ＾（ｎ）（ｋ＝１、２）と表す。サブアレイ内の素子数は、説明を簡単にするため２素子としているので、相関行列の固有値展開後の固有値は二つ求まる。波数推定部１０４における固有値の統合手段として、以下の式（７）に示すようにＮ個のサブアレイに関する固有値を全て平均することを考える。
2019215790.tif 000008
ここで、ｗ＾（ｎ）は重みであり、例えば、以下の式（８）のように設定可能である。
2019215790.tif 000009
素子アンテナ間で雑音が無相関であれば、雑音の低減効果は、空間平均回数Ｍ＾（ｎ）の平方根に比例するため、空間平均回数が大きいほど雑音低減効果が大きくなる。従って、空間平均回数Ｍ＾（ｎ）が大きいほどに大きい重みを付けて固有値を平均することにより、雑音低減効果が小さい固有値には小さい重みが適用され、この固有値の寄与を小さくすることができる。また、単純に空間平均回数の小さい固有値を取り除いて、平均することも可能である。
【００２１】
このようにして算出した固有値λｋ＾（チルダ）＾（ｎ）に対して、ある閾値を設けて閾値を超えた固有値を信号として、到来波数が決定できる。閾値は、最小固有値（第二固有値）に対して目標検出後のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）相当を設定することができる。１目標、サブアレイ素子数が２の場合、最小固有値は雑音電力に、目標の固有値は信号電力＋雑音電力に相当するためである。また、固有値の相加平均、相乗平均を行い、閾値を設定する構成としても良い。あるいは、ＡＩＣ（Ａｋａｉｋｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｃｒｉｔｅｒｉａ）、ＭＤＬ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ  Ｌｅｎｇｔｈ）等の情報量基準に従い、到来波数を決定することもできる。
【００２２】
上記例では、複数の異なるサブアレイの固有値を重み付け平均することを考えたが、平均操作をすることにより、相関抑圧効果の高いサブアレイの固有値が相関抑圧効果の低いサブアレイに影響され、十分な相関抑圧効果が発揮できない場合が生じる。そこで以下の式（９）に示すように全てのサブアレイｎについて、第一固有値と第二固有値の比を求めて、その比の最小値α＿（１，２）を計算する。
2019215790.tif 000010
【００２３】
ここで、ｍｉｎ＿（ｎ）はサブアレイｎに関して最小化することを表す。α＿（１，２）をある閾値α＿ｔｈ（１，２）と比較し、α＿（１，２）が閾値以下であれば到来波数は１であり、α＿（１，２）が閾値以上であれば２波以上と判定することができる。サブアレイの素子数が２の場合について説明したが、サブアレイ素子数が３以上の場合にも同様に以下の式（１０）に示すようにしてα＿（２，３）を計算し、閾値α＿ｔｈ（２，３）と比較することで、閾値以上であれば到来波数２波、閾値以下であれば到来波数３波と推定することができる。
2019215790.tif 000011
閾値α＿（１，２）、α＿ｔｈ（２，３）については、例えば、目標検出時のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）と同程度の値に設定することが考えられる。図５に示したように、到来波数が１の場合、固有値λ１は目標信号電力Ｐｓ１＋雑音電力σＮになり、固有値λ２は雑音電力σＮになるため、λ１とλ２の比は理想的にはＳＮＲに相当する。到来波数が２波の場合にも、理想的には第二固有値と第三固有値の比はＳＮＲ相当になるため、α＿ｔｈ（２，３）にもＳＮＲ相当の閾値を設定することが可能である。サブアレイ素子数が４以上の場合にも、同様に固有値の比の計算と閾値の設定が可能である。また、これらの閾値は数値シミュレーションまたは事前に実験等により設定してもかまわない。
【００２４】
なお、上記の式（９）及び式（１０）の比の分母と分子を入れ換えることにより、第一固有値と第二固有値の比の最大値が求められ、この最大値を閾値と比較するようにしてもよい。
【００２５】
以上説明したように、実施の形態１の到来波数推定装置によれば、複数の素子アンテナを有し、目標となる電波源から放射された信号を受信するアレイアンテナと、アレイアンテナの受信信号を複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、これら相関行列の空間平均を行うサブアレイ空間平均部と、サブアレイ空間平均部で求めた空間平均後の複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う固有値展開部と、固有値展開部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する波数推定部とを備えたので、目標となる電波源の角度、サブアレイの形状に依存することなく、高精度な到来波数の推定を行うことができる。
【００２６】
また、実施の形態１の到来波数推定装置によれば、波数推定部は、複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を重み付け平均した後の固有値分布から波数を推定するようにしたので、さらに高精度な到来波数の推定を行うことができる。
【００２７】
また、実施の形態１の到来波数推定装置によれば、波数推定部は、複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値の素子アンテナ毎の比を求めた後に、それらの比をサブアレイ毎に比較し、最小または最大となる値を閾値と比較することにより波数を推定するようにしたので、さらに高精度な到来波数の推定を行うことができる。
【００２８】
実施の形態２．
実施の形態１では、複数の異なる形状のサブアレイに関する相関行列の空間平均を行い、空間平均後の相関行列の固有値を全て統合することで、波数を推定する構成としたので、異なる形状のサブアレイが多数存在した場合には、その分の固有値展開が必要なため、演算量が大幅に増加する場合がある。そこで、実施の形態２では、第二のサブアレイ空間平均部と第二の波数推定部を設け、第一の波数推定部で推定された波数が閾値を超えた場合に、第一のサブアレイ空間平均部よりサブアレイ内素子数が多い別のサブアレイを用いて空間平均及び固有値展開を行い、再度波数推定を行うようにしたものである。
【００２９】
図６は、実施の形態２の到来波数推定装置の構成図である。実施の形態２の到来波数推定装置は、アレイアンテナ２０１、第一のサブアレイ空間平均部２０２、第一の固有値展開部２０３、第一の波数推定部２０４、波数判定部２０５、第二のサブアレイ空間平均部２０６、第二の固有値展開部２０７、第二の波数推定部２０８を備える。
アレイアンテナ２０１は、実施の形態１のアレイアンテナ１０１の構成と同様である。また、第一のサブアレイ空間平均部２０２〜第一の波数推定部２０４における基本的な構成は、実施の形態１のサブアレイ空間平均部１０２〜波数推定部１０４と同様であるが、１サブアレイ内の素子数が２または３に設定されている。波数判定部２０５は、第一の波数推定部２０４で推定された到来波数が設定された閾値を超えたか否かを判定する機能部である。第二のサブアレイ空間平均部２０６は、波数判定部２０５で到来波数が閾値を超えた場合に、第一のサブアレイ空間平均部２０２で分割したサブアレイより多い素子数のサブアレイに分割して相関行列の空間平均を行う機能部である。第二の固有値展開部２０７は、第二のサブアレイ空間平均部２０６で求めた相関行列の固有値展開を行う機能部である。第二の波数推定部２０８は、第二の固有値展開部２０７で求めた複数のサブアレイの固有値を統合して到来波数を推定する機能部である。
【００３０】
すなわち、実施の形態２の到来波数推定装置では、第一のサブアレイ空間平均部２０２では、演算量を低減するために、１サブアレイあたりの素子数を２あるいは３に設定する。この場合、到来波数が１サブアレイ内の素子数より増加していた場合に、正確な波数推定ができなくなる。そこで、第二のサブアレイ空間平均部２０６及び第二の波数推定部２０８を設けて、第一の波数推定部２０４により推定された波数が閾値を超えた場合に、第一のサブアレイ空間平均部２０２よりサブアレイ内素子数が多い別のサブアレイを用いて空間平均及び固有値展開を行い、再度波数推定を行うようにしたものである。このような構成とすることにより、波数が第一のサブアレイ空間平均部２０２のサブアレイ内の素子数より少ない場合には、第一の波数推定部２０４により正確な波数推定を行うことができ、また、サブアレイ内の素子数より多い場合には、第二の波数推定部２０８により波数推定を行うことができる。
【００３１】
波数推定を行う回数が多く、かつ実際の到来波数が２あるいは３以下である場合には実施の形態２の効果が大きくなる。例えば、１００回の波数推定を行う場合に、半分の５０回は到来波数が１のとき、５０回は第一の波数推定部２０４で波数推定を行い、残りの５０回は第二の波数推定部２０８で波数推定を行う。こうすることで、第二の波数推定部２０８で１００回全ての波数推定を行った場合と比較しても波数推定処理全体の演算量を低減することができる。これは、波数推定の際の演算量の中で、固有値展開の演算量が支配的であることによる。
【００３２】
以下、実施の形態２の到来波数推定装置の動作を図７のフローチャートを用いて説明する。
ステップＳＴ２０１はステップＳＴ１０１と同様に、アレイアンテナ２０１が電波源からの信号を受信する。次いで、第一のサブアレイ空間平均部２０２では、実施の形態１のサブアレイ空間平均部１０２の処理において、１サブアレイ内の素子数を２または３に設定した場合の処理を行う（ステップＳＴ２０２）。これにより、第一の固有値展開部２０３は、第一のサブアレイ空間平均部２０２で求めた空間平均後の複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行い（ステップＳＴ２０３）、第一の波数推定部２０４は、第一の固有値展開部２０３で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより波数推定を行う（ステップＳＴ２０４）。すなわち、第一の波数推定部２０４は、実施の形態１の波数推定部１０４において、１サブアレイ内の素子数が２または３の場合の処理を行う。
【００３３】
波数判定部２０５では、第一の波数推定部２０４により推定された波数を予め設定した閾値と比較し、閾値以下であれば（ステップＳＴ２０５−ＹＥＳ）、推定された波数をそのまま出力し（ステップＳＴ２０６）、閾値を超えていれば（ステップＳＴ２０５−ＮＯ）、第二のサブアレイ空間平均部２０６による処理（ステップＳＴ２０７）に移行する。この波数判定の閾値は、例えば、第一のサブアレイ空間平均部２０２におけるサブアレイ内素子数をＭ１として、Ｍ１を閾値として設定することが考えられる。前述したように、第一の波数推定部２０４で推定される波数は固有値の数が限界のため、Ｍ１を超えた到来波数は正確な推定ができないためである。
【００３４】
第二のサブアレイ空間平均部２０６では、第一のサブアレイ空間平均部２０２のサブアレイ内素子数より大きい素子数で形成されたサブアレイにより空間平均を行う（ステップＳＴ２０７）。第一のサブアレイ空間平均部２０２と同様に、複数の異なる形状のサブアレイの空間平均を行う構成としても良いし、一つの形状のサブアレイによる平均を行う構成としても良い。第二のサブアレイ空間平均部２０６におけるサブアレイ分割の例を図８Ａ及び図８Ｂに示す。この例では、４素子のサブアレイに関して空間平均を行う。図８Ａは図面横方向の４素子の例であり、図８Ｂは図面縦方向の４素子の例である。二つのサブアレイ形状が抽出でき、各々で６回の空間平均を行うことができる。また、実施の形態１のサブアレイ空間平均部１０２と同様に、Ｆｏｒｗａｒｄ／Ｂａｃｋｗａｒｄ平均、ユニタリ変換を行っても良い。
【００３５】
第二の固有値展開部２０７では、第二のサブアレイ空間平均部２０６で平均された相関行列の固有値展開を行う（ステップＳＴ２０８）。第二の波数推定部２０８では、第二の固有値展開部２０７で計算された固有値に基づき、波数推定を行う（ステップＳＴ２０９）。波数推定の方法は、実施の形態１の波数推定部１０４と同様であるため、ここでの説明は省略する。第二の波数推定部２０８で推定された波数を最終的に波数として出力する（ステップＳＴ２０６）。
【００３６】
このように、実施の形態２では、実際の到来波数が少ない場合には第一の波数推定部２０４により波数が推定され、到来波数が多い場合には第二の波数推定部２０８により波数が推定される構成とすることにより、波数推定の処理全体の演算量を低減することができる。
【００３７】
以上説明したように、実施の形態２の到来波数推定装置によれば、複数の素子アンテナを有し、目標となる電波源から放射された信号を受信するアレイアンテナと、アレイアンテナの受信信号を複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、これら相関行列の空間平均を行う第一のサブアレイ空間平均部と、第一のサブアレイ空間平均部で求めた空間平均後の複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う第一の固有値展開部と、第一の固有値展開部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する第一の波数推定部と、第一の波数推定部で推定された到来波数が設定された閾値を超えたか否かを判定する波数判定部と、波数判定部で到来波数が閾値を超えた場合に、第一のサブアレイ空間平均部で分割したサブアレイより多い素子数のサブアレイに分割して相関行列の空間平均を行う第二のサブアレイ空間平均部と、第二のサブアレイ空間平均部で求めた相関行列の固有値展開を行う第二の固有値展開部と、第二の固有値展開部で求めた複数のサブアレイの固有値を統合して到来波数を推定する第二の波数推定部とを備え、波数判定部における判定で到来波数が閾値以下であった場合は、第一の波数推定部で推定した到来波数を出力するようにしたので、波数推定の処理全体の演算量を低減することができる。
【００３８】
実施の形態３．
実施の形態３は、到来波数に加えて到来方向を推定する到来波数到来方向推定装置の例である。
図９は、実施の形態３の到来波数到来方向推定装置を示す構成図である。
図示の到来波数到来方向推定装置は、アレイアンテナ３０１、第一のサブアレイ空間平均部３０２、第一の固有値展開部３０３、第一の波数推定部３０４、波数判定部３０５、第一の到来方向推定部３０６、第二のサブアレイ空間平均部３０７、第二の固有値展開部３０８、第二の波数推定部３０９、第二の到来方向推定部３１０を備える。
【００３９】
ここで、アレイアンテナ３０１〜波数判定部３０５は、実施の形態２のアレイアンテナ２０１〜波数判定部２０５と同様である。また、第二のサブアレイ空間平均部３０７〜第二の波数推定部３０９は、実施の形態２の第二のサブアレイ空間平均部２０６〜第二の波数推定部２０８と同様である。従って、これらの構成についてはここでの説明は省略する。
第一の到来方向推定部３０６は、第一の波数推定部３０４の波数推定結果を用いて到来方向を推定する機能部である。また、第二の到来方向推定部３１０は、第二の波数推定部３０９の波数推定結果を用いて到来方向を推定する機能部である。
【００４０】
以下、実施の形態３の到来波数到来方向推定装置の動作を図１０のフローチャートを用いて説明する。ここで、ステップＳＴ３０１〜ステップＳＴ３０５は、実施の形態２のステップＳＴ２０１〜ステップＳＴ２０５と同様であるため、ここでの説明は省略する。ステップＳＴ３０５において、波数判定部３０５が閾値以下と判定した場合（ステップＳＴ３０５−ＹＥＳ）、第一の到来方向推定部３０６は、第一の波数推定部３０４で得られた波数推定結果を用いて到来方向を推定する（ステップＳＴ３０６）。また、第一の到来方向推定部３０６で到来方向が推定されると、この到来方向推定値と第一の波数推定部３０４で得られた波数推定値が共に出力される（ステップＳＴ３０７）。
【００４１】
第一の到来方向推定部３０６の動作として、まず、ｘ軸方向に並んだサブアレイを用いてアジマス角θを推定することを考える。図１１にアジマス角θとエレベーション角Φについて示す。また、図１２は、第一の到来方向推定部３０６の動作を示すフローチャートである。
第一の波数推定部３０４で推定された波数が１の場合、第一の到来方向推定部３０６は、第一の固有値展開部３０３で得られた固有ベクトルより以下の式（１１）及び式（１２）に示すように到来方向を推定することができる。ｎ番目のサブアレイの最大固有値に相当する固有ベクトルの要素をｅ１＾（ｎ）、ｅ２＾（ｎ）とすると、以下のようにｎ番目サブアレイに対応する到来方向θ＾（ｎ）を推定することができる。
2019215790.tif 000012
ここで、
2019215790.tif 000013
であり、λは送信信号の波長、ｄｘ＾（ｎ）は、ｎ番目サブアレイの素子間隔、ａｒｇ（ｘ）は、ｘの位相角を算出することを、ｘ＾Ｔは行列及びベクトルの転置を表す。
【００４２】
よく知られているように、素子間隔ｄ＾（ｎ）がλ／２以下の場合には、推定されたθ＾（ｎ）には±９０°の範囲でアンビギュイティが無く、正しく到来方向が推定されることになる。しかし、ｄ＾（ｎ）がλ／２以上の場合には、角度アンビギュイティと呼ばれる不確定性を有することになる。一方、素子間隔ｄ＾（ｎ）が長いほうが到来方向の推定精度は向上する。そこで、図１２のステップＳＴ３２１に示すように、最も素子間隔の短いｎ＝１番目のサブアレイの固有ベクトルより求めた到来方向推定値θ＾（１）から始まり、徐々に角度アンビギュイティを解消することで、アンビギュイティ無く、高精度に到来方向を推定することを考える。ここで、ｄ＾（１）がλ／２以下とする。次に２番目のサブアレイの素子間隔ｄ＾（２）はλ／２以上とする。この場合、固有ベクトルから求めた位相角Φ＾（ｎ）には２πの整数倍の不確定が生じている。従って、以下の式（１３）に示すように２πの不確定性を考慮して、複数の到来方向推定値を用意する。
2019215790.tif 000014
上式中のＫは、例えば、ｄ＾（２）／ｄ＾（１）以上の整数として定めることができる。このようにして求めたθ＾（２、ｋ）の中で、θ＾（１）に最も近い値を求めることで、アンビギュイティを除去して、精度良く求めた到来方向推定値θ＾（２）を得ることができる。以上の処理を複数のサブアレイについて繰り返し行うことで、高精度な到来方向の推定が実現できる。
【００４３】
エレベーション角Φについても、ｙ方向のアレイを用いて以下の式（１４）に示すように求めることができる。
2019215790.tif 000015
このように構成することで、エレベーション角Φについてもアジマス角θの操作と同様に角度アンビギュイティを除去することができる。
【００４４】
第一の到来方向推定部３０６は、サブアレイｎ＝１，・・・Ｎのアレイに関して、上記の処理を行い、到来方向推定値を得たとする。得られた到来方向推定θ＾（ｎ）を以下の式（１５）に示すように平均する（図１２のステップＳＴ３２２）ことでさらに精度を向上させることができる。
2019215790.tif 000016
ここで、ａ＾（ｎ）は重みであり、例えば以下の式（１６）に示すように定めることができる。
2019215790.tif 000017
到来方向推定精度は、素子間隔ｄ＾（ｎ）に反比例し、相関行列の空間平均回数Ｍ＾（ｎ）の平方根に反比例することが知られている（例えば非特許文献１参照）ためである。
【００４５】
以上のような構成としたことにより、第一の到来方向推定部３０６は、角度アンビギュイティなく精度良く到来方向推定値を求めることができる。
【００４６】
図１０のフローチャートにおいて、波数判定部３０５による判定で到来波数が閾値を超えていた場合（ステップＳＴ３０５−ＮＯ）は、ステップＳＴ３０８〜ステップＳＴ３１１の処理を行う。ここで、ステップＳＴ３０８〜ステップＳＴ３１０は、実施の形態２のステップＳＴ２０７〜ステップＳＴ２０９と同様であるため、その説明を省略する。次に、第二の到来方向推定部３１０は、第二の固有値展開部３０８及び第二の波数推定部３０９で求めた固有ベクトルを用いてＭＵＳＩＣ，ＥＳＰＲＩＴ等の部分空間法（高分解能到来方向推定法）により到来方向を推定する（ステップＳＴ３１１）。この処理については、例えば、文献：Ｈ．Ｋｒｉｍ，Ｍ．Ｖｉｂｅｒｇ、“Ｔｗｏ  Ｄｅｃａｄｅｓ  ｏｆ  Ａｒｒａｙ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ”、ＩＥＥＥ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｍａｇａｚｉｎｅ、ｖｏｌ．１３，  ｎｏ．４，  ｐｐ．６７-９４，  Ｊｕｌｙ  １９９６．にも記載されているため、ここでの説明は省略する。
【００４７】
ステップＳＴ３１１で第二の到来方向推定部３１０による到来方向推定値が得られると、ステップＳＴ３１０で得られた第二の波数推定部３０９による波数推定値と共に出力される（ステップＳＴ３０７）。
【００４８】
なお、上記例では、実施の形態２の到来波数推定装置の到来数推定結果を用いて到来方向を推定するよう構成したが、実施の形態１の到来波数推定装置の到来数推定結果を用いて推定するよう構成しても良い。
【００４９】
以上説明したように、実施の形態３の到来波数到来方向推定装置によれば、複数の素子アンテナを有し、目標となる電波源から放射された信号を受信するアレイアンテナと、アレイアンテナの受信信号を複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、これら相関行列の空間平均を行う第一のサブアレイ空間平均部と、第一のサブアレイ空間平均部で求めた空間平均後の複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う第一の固有値展開部と、第一の固有値展開部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する第一の波数推定部と、第一の波数推定部で推定された到来波数が設定された閾値を超えたか否かを判定する波数判定部と、波数判定部で到来波数が閾値以下であった場合、第一の波数推定部で求めた到来波数の推定値を用いて到来方向を推定する第一の到来方向推定部と、波数判定部で到来波数が閾値を超えた場合に、第一のサブアレイ空間平均部で分割したサブアレイより多い素子数のサブアレイに分割して相関行列の空間平均を行う第二のサブアレイ空間平均部と、第二のサブアレイ空間平均部で求めた相関行列の固有値展開を行う第二の固有値展開部と、第二の固有値展開部で求めた複数のサブアレイの固有値を統合して到来波数を推定する第二の波数推定部と、第二の波数推定部で求めた到来波数の推定値を基に、高分解能到来方向推定法により到来方向を推定する第二の到来方向推定部とを備えたので、高精度な到来波数及び到来方向の推定を行うことができ、かつ、到来波数及び到来方向推定の処理全体の演算量を低減することができる。
【００５０】
また、実施の形態３の到来波数到来方向推定装置によれば、第一の到来方向推定部は、第一の固有値展開部で求めた固有ベクトルに基づき到来方向を推定するようにしたので、高精度な到来方向の推定を行うことができる。
【００５１】
また、実施の形態３の到来波数到来方向推定装置によれば、第二の到来方向推定部は、第二の固有値展開部で求めた固有ベクトル及び第二の波数推定部で求めた固有ベクトルを用い、高分解能到来方向推定法を適用して到来方向を推定するようにしたので、さらに高精度な到来方向の推定を行うことができる。
【００５２】
また、実施の形態３の到来波数到来方向推定装置によれば、第一の到来方向推定部は、第一の固有値展開部で求めた固有ベクトルに基づき、素子間隔の短いサブアレイから順に到来方向を推定し、推定された到来方向を用いて素子間隔の長いサブアレイの角度アンビギュイティを除去して最終的に到来方向を推定するようにしたので、角度アンビギュイティなく高精度な到来方向の推定を行うことができる。
【００５３】
また、実施の形態３の到来波数到来方向推定装置によれば、第一の到来方向推定部は、第一の固有値展開部で求めた固有ベクトルに基づき、複数のサブアレイの固有ベクトルから到来方向を推定し、これらの到来方向推定値を空間平均回数及び素子間隔で重み付けをした後に平均して最終的な到来方向推定値を得るようにしたので、角度アンビギュイティなく高精度な到来方向の推定を行うことができる。
【００５４】
実施の形態４．
実施の形態４は、レーダとして動作する場合の到来波数到来方向推定装置の例である。ここでは、車載搭載型レーダを例として説明するが、その他のレーダにも適用可能である。実施の形態４の到来波数到来方向推定装置の構成を図１３に示す。
図１３に示す到来波数到来方向推定装置は、アレイアンテナ４０１、周波数変換部４０２、ビートスペクトル算出部４０３、第一のサブアレイ空間平均部４０４、第一の固有値展開部４０５、第一の波数推定部４０６、波数判定部４０７、第一の到来方向推定部４０８、第二のサブアレイ空間平均部４０９、第二の固有値展開部４１０、第二の波数推定部４１１、第二の到来方向推定部４１２、送信アンテナ４１３、基準信号発生部４１４を備える。ここで、第一のサブアレイ空間平均部４０４〜第二の到来方向推定部４１２は、実施の形態３の第一のサブアレイ空間平均部３０２〜第二の到来方向推定部３１０の構成と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００５５】
基準信号発生部４１４は、線形周波数変調信号またはパルス信号を基準信号として生成する機能部である。送信アンテナ４１３は、基準信号発生部４１４で発生した基準信号を空中に放射するアンテナである。周波数変換部４０２は、基準信号発生部４１４で発生した基準信号とアレイアンテナ４０１で受信した信号をミキシングしてビート信号を得る機能部である。ビートスペクトル算出部４０３は、周波数変換部４０２で得られたビート信号をフーリエ変換することによりビートスペクトルを得る機能部である。
【００５６】
次に、実施の形態４の到来波数到来方向推定装置の動作を図１４のフローチャートを用いて説明する。
基準信号発生部４１４では、チャープ（線形周波数変調）信号またはパルス化したチャープ信号を基準信号として生成し、図示しないフィルタ及び増幅器を通した後に送信アンテナへ４１３と送られる（ステップＳＴ４０１）。送信アンテナ４１３は、基準信号発生部４１４から送られた基準信号を電波として目標方向に放射する（ステップＳＴ４０２）。アレイアンテナ４０１は、目標に当たって反射した基準信号を受信し、増幅及び帯域制限等の処理を行う（ステップＳＴ４０３）。周波数変換部４０２では、基準信号発生部４１４で発生させた基準信号とアレイアンテナ４０１から送られてきた受信信号とをミキシングすることによりビート信号を得る（ステップＳＴ４０４）。ビートスペクトル算出部４０３では、ビート信号のフーリエ変換を行い、ビートスペクトルを得る（ステップＳＴ４０５）。
【００５７】
ビートスペクトル算出部４０３によるステップＳＴ４０５の処理について説明する。ＦＭＣＷレーダの場合、周波数変換部４０２で得られた受信アンテナ毎あるいはサブアレイ毎のビート信号に対してＦＦＴを行い、予め設定した雑音閾値と比較する。あるいはＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｆａｌｓｅ  Ａｌａｒｍ  Ｒａｔｅ）処理を行い、目標信号ピークを検出する。アンテナ毎あるいはサブアレイ毎に検出された複数のピークの複素信号を第一のサブアレイ空間平均部４０４に送る。この際に、目標候補のピークの電力とピーク周辺の電力を比較した値を検出時のＳＮＲとして計算する構成としても良い。
【００５８】
基準信号がパルス化されたチャープ信号（Ｆａｓｔ  Ｃｈｉｒｐとも呼ばれる）の場合、ビート信号をパルス繰り返し周期内（Ｆａｓｔ  ｔｉｍｅ）及びパルス繰り返し周期間（Ｓｌｏｗ  ｔｉｍｅ）の２次元配列を構築し、Ｆａｓｔ  ｔｉｍｅ方向及びＳｌｏｗ  ｔｉｍｅ方向に各々ＦＦＴを行うことで、２次元（相対速度と距離）のビートスペクトルが得られる。得られたビートスペクトルに対して、ＦＭＣＷと同様の処理を２次元に拡張して行うことにより、複数の目標信号のピークを得る。その後の処理は、上記のＦＭＣＷの場合と同様である。
【００５９】
第一のサブアレイ空間平均部４０４は、ビートスペクトル算出部４０３で得られたビートスペクトルを用い、アレイアンテナ４０１を複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、空間平均を行う（ステップＳＴ４０６）。第一の固有値展開部４０５は固有値展開を行い（ステップＳＴ４０７）、第一の波数推定部４０６は、求めた固有値を統合して波数推定を行う（ステップＳＴ４０８）。ここで、第一の波数推定部４０６は、ビートスペクトル算出部４０３で求めた検出ＳＮＲに基づき、実施の形態１に示した波数推定部１０４における閾値α＿ｔｈを設定する構成とすることができる。例えば、検出時のＳＮＲの値をそのままα＿ｔｈとすることが可能である。その後のステップＳＴ４０９〜ステップＳＴ４１５は、実施の形態３におけるステップＳＴ３０５〜ステップＳＴ３１１と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００６０】
以上説明したように、実施の形態４の到来波数到来方向推定装置によれば、線形周波数変調信号またはパルス信号を基準信号として生成する基準信号発生部と、基準信号を空中に放射する送信アンテナと、複数の素子アンテナを有し、送信アンテナから放射された基準信号が目標となる電波源に反射した信号を受信するアレイアンテナと、基準信号とアレイアンテナで受信した信号をミキシングしてビート信号を得る周波数変換部と、周波数変換部で得られたビート信号をフーリエ変換することによりビートスペクトルを得るビートスペクトル算出部と、ビートスペクトルを用い、アレイアンテナを複数の異なる形状のサブアレイに分割し、異なる形状のサブアレイ毎に相関行列を算出し、空間平均を行う第一のサブアレイ空間平均部と、第一のサブアレイ空間平均部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の相関行列の固有値展開を行う第一の固有値展開部と、第一の固有値展開部で求めた複数の異なる形状のサブアレイ毎の固有値を統合することにより到来波数を推定する第一の波数推定部と、第一の波数推定部で推定された波数が設定された閾値を超えたか否かを判定する波数判定部と、波数判定部で波数が閾値を超えていない場合に、到来方向を推定する第一の到来方向推定部と、波数判定部で波数が前記閾値を超えた場合に、第一のサブアレイ空間平均部で分割したサブアレイより多い素子数のサブアレイに分割して相関行列の空間平均を行う第二のサブアレイ空間平均部と、第二のサブアレイ空間平均部で求めた相関行列の固有値展開を行う第二の固有値展開部と、第二の固有値展開部で求めた複数のサブアレイの固有値を統合して到来波数を推定する第二の波数推定部と、第二の波数推定部で求めた到来波数を基に高分解能手法により到来方向を推定する第二の到来方向推定部とを備えたので、レーダとして動作する場合でも、高精度な到来波数及び到来方向の推定を行うことができる。
【００６１】
なお、上記各実施の形態では、衝突防止または自動運転等を目的とした車載搭載型レーダへ適用する例を説明したが、車載搭載型レーダだけでなく、航空機監視レーダ、気象レーダへの適用が可能である。また、妨害電波受信装置、衛星通信用装置等の受信装置にも適用が可能である。
【００６２】
本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意な構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意な構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、この発明に係る到来波数推定装置は、複数の異なる形状のサブアレイについて、空間平均した後に固有値展開を行い、求めた各サブアレイの固有値を統合することにより到来波数を推定する構成に関するものであり、車載搭載型レーダ、航空機監視レーダ、気象レーダに用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６４】
１０１，２０１，３０１，４０１  アレイアンテナ、１０２  サブアレイ空間平均部、１０３  固有値展開部、１０４  波数推定部、２０２，３０２，４０４  第一のサブアレイ空間平均部、２０３，３０３，４０５  第一の固有値展開部、２０４，３０４，４０６  第一の波数推定部、２０５，３０５，４０７  波数判定部、２０６，３０７，４０９  第二のサブアレイ空間平均部、２０７，３０８，４１０  第二の固有値展開部、２０８，３０９，４１１  第二の波数推定部、３０６，４０８  第一の到来方向推定部、３１０，４１２  第二の到来方向推定部、４０２  周波数変換部、４０３  ビートスペクトル算出部、４１３  送信アンテナ、４１４  基準信号発生部。
【図１】
2019215790.tif 000018
【図２】
2019215790.tif 000019
【図３】
2019215790.tif 000020
【図４】
2019215790.tif 000021
【図５】
2019215790.tif 000022
【図６】
2019215790.tif 000023
【図７】
2019215790.tif 000024
【図８】
2019215790.tif 000025
【図９】
2019215790.tif 000026
【図１０】
2019215790.tif 000027
【図１１】
2019215790.tif 000028
【図１２】
2019215790.tif 000029
【図１３】
2019215790.tif 000030
【図１４】
2019215790.tif 000031
【国際調査報告】
2019215790.tif 000032
2019215790.tif 000033
2019215790.tif 000034
2019215790.tif 000035