(57)【要約】  アンテナ系統処理部は、受信信号と送信符号との相関値を、所定回数コヒーレント積分する。相関行列生成部は、各コヒーレント積分値を基に相関行列を生成する。距離推定部は、ターゲットまでの距離を推定する。方向ベクトル記憶部は、ターゲットに対する方位角成分と、所定の方向を基準とした場合の送信アンテナからターゲットへの仰角成分とを含む方向ベクトルを記憶する。到来方向推定部は、相関行列とターゲットまでの距離を基に仰角成分範囲を限定した方向ベクトルを用いて、ターゲットの到来方向を推定する。
2013080570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面から所定の高さの位置に設置されたレーダ装置であって、
送信符号を高周波のレーダ送信信号に変換し、前記所定の高さの位置から前記地面に向かって所定の方向に傾けられた送信アンテナから前記レーダ送信信号を送信するレーダ送信部と、
ターゲットにて反射された前記レーダ送信信号である反射波信号を受信する複数のアンテナ系統処理部を用いて前記ターゲットの到来方向を推定するレーダ受信部と、を含み、
前記レーダ受信部は、
前記複数のアンテナ系統処理部からの各出力を基に、受信アンテナの配置に起因する位相差情報を含む相関行列を生成する相関行列生成部と、
前記複数のアンテナ系統処理部からの各出力を基に、前記ターゲットまでの距離を推定する距離推定部と、
前記距離推定部の出力を基に、前記ターゲットの仰角成分を決定し、方位角成分を可変した方向ベクトルと前記相関行列生成部の出力により、前記ターゲットの到来方向を推定する到来方向推定部と、を有するレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置であって、
前記方向ベクトルは、方位角方向及び仰角方向に依存し、且つ前記複数のアンテナ系統処理部間において生じる振幅及び位相の偏差情報を含むレーダ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーダ装置であって、
前記アンテナ系統処理部は、
受信信号と前記送信符号との相関値を算出する相関演算部と、
所定のコヒーレント積分数を用いてコヒーレント積分するコヒーレント積分部と、を有するレーダ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のレーダ装置であって、
前記複数のアンテナ系統処理部は、それぞれ、
前記反射波信号を受信する受信アンテナと、
前記受信された受信信号をベースバンドに変換する受信ＲＦ部と、
前記ベースバンドに変換された受信信号を、デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、を有するレーダ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記距離推定部は、
前記複数のアンテナ系統処理部からの各コヒーレント積分の各出力の自乗加算値を演算し、前記レーダ装置の周囲雑音レベルから所定値以上となる前記自乗加算値を基に、前記ターゲットまでの距離を演算するレーダ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記複数のアンテナ系統処理部の各受信アンテナは、前記所定の高さの位置から前記地面に向かって所定の方向に傾けられ、
前記到来方向推定部は、
前記ターゲットまでの距離と、前記所定の高さと、前記送信アンテナ及び複数の前記受信アンテナの傾角とを基に、前記所定の方向を基準とした場合の前記送信アンテナから前記ターゲットへの仰角成分を演算するレーダ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のレーダ装置であって、
前記到来方向推定部は、
前記演算された仰角成分を、前記方向ベクトルにおける前記仰角成分として用いて、前記到来方向の評価関数値を演算するレーダ装置。
【請求項８】
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記複数のアンテナ系統処理部の各受信アンテナは、前記所定の高さの位置から前記地面に向かって所定の方向に傾けられ、
前記到来方向推定部は、
前記ターゲットまでの距離と、前記所定の高さと、前記ターゲットの高さと、前記送信アンテナ及び複数の前記受信アンテナの傾角とを基に、前記所定の方向を基準とした場合の前記送信アンテナから前記ターゲットの頂部の仰角成分から前記送信アンテナから前記ターゲットの底部の仰角成分までの範囲を演算するレーダ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のレーダ装置であって、
前記到来方向推定部は、
前記演算された仰角方向の範囲を、前記方向ベクトルにおける前記仰角成分の範囲として用いて、前記到来方向の評価関数値を演算するレーダ装置。
【請求項１０】
請求項７又は９に記載のレーダ装置であって、
前記到来方向推定部は、
前記演算された前記評価関数値の最大値を演算し、前記最大値となる前記評価関数値における前記方向ベクトルの前記方位角成分を、前記到来方向として判定するレーダ装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記レーダ受信部は、
前記ターゲットの距離及び到来方向を推定する測定モードと、前記方向ベクトルを更新するキャリブレーションモードとのうちいずれかのモードへの切換信号を出力するモード制御部と、
前記キャリブレーションモードではキャリブレーション用の既知の位置に対する方向ベクトルを演算する方向ベクトル演算部と、
前記切換信号に応じて、前記複数のアンテナ系統処理部からの各コヒーレント積分の各出力の出力先を、前記相関行列生成部又は前記方向ベクトル演算部に切り換える切換部と、を更に有し、
前記方向ベクトル演算部は、
前記既知の位置に対応している方向ベクトルを、前記演算された前記方向ベクトルに更新するレーダ装置。
【請求項１２】
請求項７、９〜１１のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記レーダ送信部は、
複数の送信アンテナを用いて前記レーダ送信信号の指向性を可変させ、
前記到来方向推定部は、
前記方向ベクトルのうち所定の方位角成分又は仰角成分の範囲を基に、前記到来方向の評価関数値の最大値を演算し、前記最大値となる前記評価関数値における前記方向ベクトルの前記方位角成分を、前記到来方向として判定するレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ターゲットにて反射された反射波信号を受信アンテナにて受信し、ターゲットまでの距離又は到来方向を推定するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、測定地点から高周波のレーダ送信信号を空間に送信し、ターゲットにて反射された反射波信号を受信し、測定地点とターゲットとの距離及び方向のうち少なくとも１つを測定する。近年、マイクロ波又はミリ波を含む波長の短いレーダ送信信号を用いて高分解能に測定することにより、自動車及び歩行者を含むターゲットまでの距離又は到来方向を推定するレーダ装置の開発が進められている。【０００３】
レーダ装置は、近距離に存在するターゲットと遠距離に存在するターゲットとからの各反射波の混合信号を受信する。近距離に存在するターゲットからの反射波信号にはレンジサイドローブが生じ、レンジサイドローブと遠距離に存在するターゲットからの反射波信号のメインローブとが混在すると、遠距離に存在するターゲットの検出精度が劣化する。【０００４】
従って、複数のターゲットに対して高分解能な測定が要求されるレーダ装置には、低いレンジサイドローブレベルとなる自己相関特性（以下、「低レンジサイドローブ特性」という）を有する送信符号を用いたパルス波又はパルス変調波の送信が要求される。【０００５】
レーダ装置は、測定地点から同じ距離に自動車と歩行者とが存在すると、レーダ反射断面積（ＲＣＳ: Radar cross section）の異なる自動車と歩行者とからの各反射波の信号が混合された信号を受信する。歩行者のレーダ反射断面積は自動車のレーダ反射断面積に比べると低い。【０００６】
レーダ装置には、たとえ測定地点から同じ距離に自動車と歩行者とが存在していても、自動車及び歩行者からの各反射波信号を適正に受信することが要求される。ターゲットの距離又は種別により、反射波信号の信号レベルは変化する。このため、レーダ装置には、様々な信号レベルとなる反射波信号を受信可能な程度に、大きい受信ダイナミックレンジを有することが要求される。【０００７】
従来のレーダ装置の一例として、アンテナを機械的に走査し又は狭角の指向性ビームを電子的に走査させてパルス波又はパルス変調波を送信し、ターゲットにて反射された反射波信号を受信するレーダ装置が知られている。【０００８】
また、従来のレーダ装置の他の一例として、ターゲットから反射された反射波信号を複数のアンテナにて受信し、受信した各反射波信号における受信位相差を測定することにより、アンテナ毎のビームの指向性よりも高い分解能を用いて到来角を推定するレーダ装置が知られている。【０００９】
前者のレーダ装置では、単一のアンテナを用いて電波を送受信するため、ターゲットの検出におけるアンテナの走査時間がかかる。このため、高速移動しているターゲットを検出するには、高分解能な測定が要求される分、多くの走査が必要となり、ターゲットの移動に追従して検出することが困難となる。【００１０】
後者のレーダ装置は、単一のアンテナを用いるレーダ装置に比べて、走査間隔を間引いて信号処理することにより到来角の推定が可能となり、ターゲットの検出精度を向上できる。また、ターゲットが高速移動しても、ターゲットの移動に追従して到来角を推定できる。【００１１】
複数のアンテナにて受信された反射波信号のうち高い相関性を有する反射波信号を信号分離して到来方向を測角演算する先行技術として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１のスーパーレゾリューションアンテナは、複数の素子アンテナにて受信された受信信号をフーリエ変換し、フーリエ変換により生成されたドップラ周波数に応じたフィルタバンク毎の信号成分を重み付ける。同スーパーレゾリューションアンテナは、重み付けされた信号成分から所望のフィルタバンク成分を抽出し、抽出された素子アンテナの信号成分を基にしてターゲットの信号到来方向を推定する。【００１２】
これにより、距離分解能内に複数のターゲットが存在し、各ターゲットの相関性が高く、各ターゲットのドップラ周波数が十分に異なれば、各ターゲットからの受信信号を分離し、各ターゲットの到来方向を推定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】日本国特開２００３−１９４９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、上述した特許文献１では、例えばレーダ装置を地上から所定の高さの高所に設置した場合には、ターゲットの到来方向推定の演算量を低減し、到来方向の推定精度を向上することが困難である。【００１５】
本開示は、上述従来の事情に鑑みてなされたもので、ターゲットの到来方向推定の演算量を低減し、到来方向の推定精度を向上するレーダ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】
【００１６】
本開示は、地面から所定の高さの位置に設置されたレーダ装置であって、送信符号を高周波のレーダ送信信号に変換し、前記所定の高さの位置から前記地面に向かって所定の方向に傾けられた送信アンテナから前記レーダ送信信号を送信するレーダ送信部と、ターゲットにて反射された前記レーダ送信信号である反射波信号を受信する複数のアンテナ系統処理部を用いて前記ターゲットの到来方向を推定するレーダ受信部と、を含み、前記レーダ受信部は、前記複数のアンテナ系統処理部からの各出力を基に、受信アンテナの配置に起因する位相差情報を含む相関行列を生成する相関行列生成部と、前記複数のアンテナ系統処理部からの各出力を基に、前記ターゲットまでの距離を推定する距離推定部と、前記距離推定部の出力を基に、前記ターゲットの仰角成分を決定し、方位角成分を可変した方向ベクトルと前記相関行列生成部の出力により、前記ターゲットの到来方向を推定する到来方向推定部と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本開示によれば、ターゲットの到来方向推定の演算量を低減し、到来方向の推定精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態におけるレーダ装置のレーダアンテナの傾角（φ０）方向の直線と、ターゲットに対する仰角φ（ｋＲｘ）との説明図
【図２】第１の実施形態のレーダ装置の内部構成を簡略に示すブロック図
【図３】第１の実施形態のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図
【図４】レーダ送信信号の送信区間と送信周期との関係を示す図
【図５】送信信号生成部の変形例に係る送信信号生成部の内部構成を示すブロック図
【図６】レーダ送信信号、遅延時間τ１の受信信号及び遅延時間τ２の受信信号の関係を示す図
【図７】第１の実施形態の到来方向推定部の動作を説明するフローチャート
【図８】近距離に存在するターゲットの高さに応じて、方向ベクトルの仰角成分が異なり到来方向の推定精度が劣化する可能性を説明するための図
【図９】第２の実施形態におけるレーダ装置のレーダアンテナの傾角（φ０）方向の直線と、ターゲットに対する仰角φ（ｋＲｘ）との説明図
【図１０】第２の実施形態の到来方向推定部の動作を説明するフローチャート
【図１１】距離レンジに応じて決定される評価関数値の仰角成分の範囲の説明図、（ａ）近距離に存在するターゲット、（ｂ）遠距離に存在するターゲット
【図１２】第３の実施形態のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図
【図１３】従来のレーダ装置を地上５ｍの高所に設置した場合の測定エリアの一例を示した図
【図１４】アンテナの仰角方向の指向性の特性例を示す図
【図１５】第１の実施形態の変形例のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図
【図１６】第１の実施形態の変形例のレーダ装置におけるアンテナ毎のメインビーム方向の垂直面の俯角の説明図
【図１７】第３の実施形態の変形例のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示に係るレーダ装置の各実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
〔各実施形態の内容に至る経緯〕
先ず、本開示に係るレーダ装置の各実施形態を説明する前に、各実施形態の内容に至る経緯について、図面を参照して説明する。
【００２１】
従来のレーダ装置を例えば地上５ｍの高さの高所に設置し、近距離（例えば５ｍ）から遠距離（例えば４０ｍ）にわたる範囲を測定させる（図１３参照）。図１３は、従来のレーダ装置を地上５ｍの高所に配置した場合の測定エリアの一例を示した図である。
【００２２】
ターゲットの到来角θと複数のアンテナ間隔とにより決定されるアンテナ間の受信位相差情報に対応する方向ベクトルは、受信アンテナの垂直面の指向性パターンのアンテナ間偏差の影響を受ける（図１４参照）。即ち、方向ベクトルには、アンテナ素子の方位角方向に依存したアンテナ間偏差成分以外にも、仰角方向に依存したアンテナ間偏差成分が含まれる。図１４は、アンテナの仰角方向の指向性の特性例を示す図である。
【００２３】
具体的には、垂直方向の指向性ビーム幅が２５度程度に狭いビーム幅を用いる場合、従来のレーダ装置のアンテナを７度鉛直下方に傾けた場合、近距離（例えば５ｍ）から遠距離（例えば４０ｍ）の検知範囲に対する垂直方向は３８度の範囲を有する。図１３に示す５ｍ〜１０ｍの範囲では図１４の指向性（１）、図１３に示す１０ｍ〜２０ｍの範囲では図１４の指向性（２）、図１３に示す２０ｍ〜４０ｍの範囲では図１４の指向性（３）が用いられる。
【００２４】
従って、従来のレーダ装置では、ターゲットの存在する距離レンジに応じて、アンテナの指向性が主ビームではない部分が用いられることがあるため、受信アンテナ素子の垂直面の指向性パターン（例えば図１４参照）のアンテナ間偏差の影響を受け、方向ベクトルには、アンテナ素子の方位角方向以外にも仰角方向に依存したアンテナ間の偏差成分が含まれる。
【００２５】
このため、方向推定精度は、ターゲットの存在する距離によって異なり、レーダ装置の方向推定精度にばらつきが生じる要因となる。
【００２６】
上記の課題に対し、方位角方向θ及び仰角方向φに依存し且つ受信アンテナ素子間において生じる振幅及び位相の偏差情報を方向ベクトルに含めることにより、アンテナ間偏差成分を補正できるため、ターゲットからの反射波信号の到来方向を、仰角方向φに対する方向推定精度依存性を低減した後に推定できる。
【００２７】
しかし、従来のレーダ装置を高所に設置した場合では、方位角方向θ及び仰角方向φの２つの変数を用いるため、到来方向を推定するための評価関数値の演算量が増大する。例えば、方位角方向θの可変範囲をＮ分割し、仰角方向φの可変範囲をＭ分割した場合には、評価関数値の演算量は（Ｎ×Ｍ）回となり、評価関数値の演算量が増大する。
【００２８】
そこで、以下の各実施形態では、ターゲットの到来方向推定の演算量を低減し、到来方向の推定精度を向上するレーダ装置の例について説明する。
【００２９】
〔第１の実施形態〕
第１の実施形態のレーダ装置１を、図１〜図５を参照して説明する。図１は、第１の実施形態におけるレーダ装置１のレーダアンテナの傾角（φ０）方向の直線と、ターゲットに対する仰角φ（ｋＲｘ）との説明図である。以下の説明では、本実施形態のレーダ装置１の送信アンテナＴｘ−ａｎｔ及び複数の受信アンテナＲｘ−ａｎｔ１〜Ｒｘ−ａｎｔ４を総括してレーダアンテナＲＡといい、複数の受信アンテナＲｘ−ａｎｔ１〜Ｒｘ−ａｎｔ４はアレーアンテナを形成している。説明を簡単にするために、図１ではレーダ装置１のうちレーダアンテナＲＡを図示している。
【００３０】
図２は、第１の実施形態のレーダ装置１の内部構成を簡略に示すブロック図である。図３は、第１の実施形態のレーダ装置１の内部構成を詳細に示すブロック図である。図４は、レーダ送信信号の送信区間Ｔｗと送信周期Ｔｒとの関係を示す図である。図５は、送信信号生成部２の変形例に係る送信信号生成部２ｒの内部構成を示すブロック図である。
【００３１】
レーダ装置１は、地面ＧＮＤから所定の高さＨａｎｔの位置に設置されている。以下の説明では所定の高さＨａｎｔを設置高Ｈａｎｔという。レーダ装置１のレーダアンテナＲＡは、設置高Ｈａｎｔの位置から地面ＧＮＤに向かって傾角（φ０）の方向に傾けられている。レーダ装置１は、レーダ送信部Ｔｘにより生成されたレーダ送信信号を送信アンテナＴｘ−ａｎｔから送信し、送信されたレーダ送信信号がターゲットＴＡＲにより反射された反射波の信号をアレーアンテナにおいて受信する。レーダ装置１は、アレーアンテナにおいて受信された信号を信号処理することにより、レーダ装置１とターゲットＴＡＲとの距離及びターゲットの到来方向を推定する。
【００３２】
なお、ターゲットＴＡＲはレーダ装置１が検出する対象の物体であり、例えば自動車又は人を含み、以下の各実施形態においても同様である。
【００３３】
先ず、レーダ装置１の各部の構成について簡略に説明する。
【００３４】
図２に示すレーダ装置１は、基準信号発振器Ｌｏ、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘを含む構成である。レーダ送信部Ｔｘは、送信信号生成部２、及び、送信アンテナＴｘ−ａｎｔが接続された送信ＲＦ部３を有する構成である。基準信号発振器Ｌｏは、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘに接続され、基準信号発振器Ｌｏからの信号をレーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘに共通に供給することにより、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘの処理を同期させる。
【００３５】
レーダ受信部Ｒｘは、４個のアンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、相関行列生成部２０、距離推定部２１、方向ベクトル記憶部２２及び到来方向推定部２３を有する構成である。図２に示すレーダ受信部Ｒｘは４個のアンテナ系統処理部を有しているが、アンテナ系統処理部の個数は４個に限定されず２個以上であればよい。各アンテナ系統処理部は同様の構成を有するので、以下、アンテナ系統処理部１０を例示して説明する。
【００３６】
アンテナ系統処理部１０は、受信アンテナＲｘ−ａｎｔ１が接続された受信ＲＦ部１１、及び信号処理部１２を有する構成である。信号処理部１２は、相関値演算部１８及びコヒーレント積分部１９を少なくとも有する構成である。
【００３７】
次に、レーダ送信部Ｔｘの各部の構成を、図３を参照して詳細に説明する。
【００３８】
図３に示すレーダ送信部Ｔｘは、送信信号生成部２、及び、送信アンテナＴｘ−ａｎｔが接続された送信ＲＦ部３を含む構成である。
【００３９】
図３に示す送信信号生成部２は、符号生成部４、変調部５、ＬＰＦ（Low Pass Filter）６及びＤ／Ａ変換部７を含む構成である。図３では、ＬＰＦ６は、送信信号生成部２に含まれる様に構成されているが、送信信号生成部２の外部であって且つＤ／Ａ変換部７からの出力が入力される様にレーダ送信部Ｔｘの内部に構成されてもよい。
【００４０】
図３に示す送信ＲＦ部３は、周波数変換部８及び増幅器９を含む構成である。
【００４１】
次に、レーダ送信部Ｔｘの各部の動作を詳細に説明する。
【００４２】
送信信号生成部２は、基準信号発振器Ｌｏにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準クロック信号を生成する。送信信号生成部２の各部は、生成された送信基準クロック信号に基づいて動作する。
【００４３】
送信信号生成部２により生成される送信信号は、図４に示す様に、例えば送信周期Ｔｒの送信区間Ｔｗ［秒］では、符号長Ｌの符号系列Ｃｎの１つの符号あたり送信基準クロック信号のＮｏ［個］のサンプルを用いて変調されている。即ち、送信信号生成部２におけるサンプリングレートは（Ｎｏ×Ｌ）／Ｔｗとなる。従って、送信区間Ｔｗ［秒］では、Ｎｒ（＝Ｎｏ×Ｌ）［個］のサンプルを用いて変調されている。各送信周期Ｔｒの無信号区間（Ｔｒ−Ｔｗ）［秒］では、Ｎｕ［個］のサンプルを用いて変調されている。
【００４４】
送信信号生成部２は、符号長Ｌの符号系列Ｃｎの変調によって、数式（１）に示すベースバンドの送信信号ｒ（ｋＴｘ、Ｍ）を周期的に生成する。ｎは１〜Ｌであり、Ｌは符号系列Ｃｎの符号長を表す。ｊは、ｊ２＝−１を満たす虚数単位である。ｋＴｘはレーダ送信部Ｔｘにおける離散時刻を表し、ｋＴｘ＝１〜（Ｎｒ＋Ｎｕ）であり、送信信号の生成のための変調タイミングを表す離散時刻である。
【００４５】
Ｍはレーダ送信信号の送信周期Ｔｒの序数を表す。送信信号ｒ（ｋＴｘ、Ｍ）は、第Ｍ番目の送信周期Ｔｒの離散時刻ｋＴｘにおける送信信号を表し、同相信号成分Ｉ（ｋＴｘ、Ｍ）と、虚数単位ｊが乗算された直交信号成分Ｑ（ｋＴｘ、Ｍ）との加算結果となる（数式（１）参照）。
【００４６】
【数１】
2013080570.tif 000003
【００４７】
符号生成部４は、送信周期Ｔｒ毎に、符号長Ｌの符号系列Ｃｎの送信符号を生成する。符号系列Ｃｎの要素は、例えば、［−１，１］の２値、若しくは［１，−１，ｊ，−ｊ］の４値を用いて構成される。送信符号は、レーダ装置１が低レンジサイドローブ特性を有するために、例えば、相補符号のペアを構成する符号系列、Ｂａｒｋｅｒ符号系列、Ｇｏｌａｙ符号系列、Ｍ系列符号、及び、スパノ符号を構成する符号系列のうち少なくとも１つを含む符号であることが好ましい。符号生成部４は、生成された符号系列Ｃｎの送信符号を変調部５に出力する。以下、符号系列Ｃｎの送信符号を、便宜的に送信符号Ｃｎと記載する。
【００４８】
符号生成部４は、送信符号Ｃｎとして相補符号のペアを生成するには、２個の送信周期（２Ｔｒ）を用いて、送信周期毎に交互にペアとなる送信符号Ｐｎ，Ｑｎをそれぞれ生成する。即ち、符号生成部４は、第Ｍ番目の送信周期では相補符号のペアを構成する一方の送信符号Ｐｎを生成して変調部５に出力し、続く第（Ｍ＋１）番目の送信周期では相補符号のペアを構成する他方の送信符号Ｑｎを生成して変調部５に出力する。同様に、符号生成部４は、第（Ｍ＋２）番目以降の送信周期では、第Ｍ番目及び第（Ｍ＋１）番目の２個の送信周期を一つの単位として、送信符号Ｐｎ，Ｑｎを繰り返し生成して変調部５に出力する。
【００４９】
変調部５は、符号生成部４から出力された送信符号Ｃｎを入力する。変調部５は、入力された送信符号Ｃｎをパルス変調し、数式（２）のベースバンドの送信信号ｒ（ｋＴｘ，Ｍ）を生成する。パルス変調は、振幅変調、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying））又は位相変調（ＰＳＫ（Phase Shift Keying）であり、以下の各実施形態においても同様である。
【００５０】
例えば位相変調（ＰＳＫ）は、符号系列Ｃｎが例えば［−１，１］の２値の位相変調ではＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）となり、符号系列Ｃｎが例えば［１，−１，ｊ，−ｊ］の４値の位相変調ではＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）若しくは４相ＰＳＫとなる。即ち、位相変調（ＰＳＫ）では、ＩＱ平面上のコンスタレーションにおける所定の変調シンボルが割り当てられる。
【００５１】
変調部５は、生成された送信信号ｒ（ｋＴｘ，Ｍ）のうち予め設定された制限帯域以下の送信信号ｒ（ｋＴｘ，Ｍ）を、ＬＰＦ６を介してＤ／Ａ変換部７に出力する。なお、ＬＰＦ６は送信信号生成部２において省略されてもよく、以下の各実施形態でも同様である。
【００５２】
Ｄ／Ａ変換部７は、変調部５から出力されたデジタルの送信信号ｒ（ｋＴｘ，Ｍ）をアナログの送信信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部７は、アナログの送信信号を送信ＲＦ部３に出力する。
【００５３】
送信ＲＦ部３は、基準信号発振器Ｌｏにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍数に逓倍したキャリア周波数帯域の送信基準信号を生成する。送信ＲＦ部３の各部は、生成された送信基準信号に基づいて動作する。
【００５４】
周波数変換部８は、Ｄ／Ａ変換部７から出力されたアナログの送信信号を入力し、入力された送信信号と送信基準信号とを用いて、ベースバンドの送信信号をアップコンバートする。周波数変換部８は、高周波のレーダ送信信号を生成し、生成されたレーダ送信信号を増幅器９に出力する。
【００５５】
増幅器９は、周波数変換部８から出力されたレーダ送信信号を入力し、入力されたレーダ送信信号の信号レベルを所定の信号レベルに増幅し、送信アンテナＴｘ−ａｎｔに出力する。増幅されたレーダ送信信号は、送信アンテナＴｘ−ａｎｔを介して送信される。
【００５６】
送信アンテナＴｘ−ａｎｔは、送信ＲＦ部３から出力されたレーダ送信信号を送信する。図４に示すレーダ送信信号は、送信周期Ｔｒのうち送信区間Ｔｗの間に送信され、無信号区間（Ｔｒ−Ｔｗ）の間には送信されない。
【００５７】
なお、送信ＲＦ部３と、各アンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ、１０ｃの各受信ＲＦ部とには、基準信号発振器Ｌｏにより生成されたリファレンス信号が所定倍に逓倍された信号が共通に供給されている。これにより、送信ＲＦ部３及び複数の受信ＲＦ部の間の処理が同期できる。
【００５８】
なお、送信信号生成部２には、符号生成部４を設けず、送信信号生成部２により生成された送信符号Ｃｎを予め記憶する送信符号記憶部ＣＭを設けてもよい（図５参照）。送信符号記憶部ＣＭは、送信信号生成部４が相補符号のペアとなる送信符号を生成する場合に対応して、相補符号のペア、例えば、送信符号Ａｎ及びＢｎを記憶してもよい。送信符号記憶部ＣＭは、第１の実施形態に限らず、後述の各実施形態にも同様に適用できる。図５に示す送信信号生成部２ｒは、送信符号記憶部ＣＭ、送信符号制御部ＣＴ３、変調部５ｒ、ＬＰＦ６ｒ及びＤ／Ａ変換部７を含む構成である。
【００５９】
送信符号制御部ＣＴ３は、基準信号発振器Ｌｏから出力されたリファレンス信号を所定倍に逓倍した基準クロック信号に基づいて、送信周期Ｔｒ毎に、送信符号Ｃｎ（又は相補符号のペアを構成する送信符号Ａｎ，送信符号Ｂｎ）を、送信符号記憶部ＣＭから巡回的に読み出して変調部５ｒに出力する。変調部５ｒに出力された以降の動作は上述した変調部５及びＬＰＦ６と同様のため、動作の説明は省略する。
【００６０】
（レーダ受信部）
次に、レーダ受信部Ｒｘの各部の構成を、図３を参照して説明する。
【００６１】
図３に示すレーダ受信部Ｒｘは、アレーアンテナを構成する受信アンテナの本数に対応して設けられた例えば４個のアンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、相関行列生成部２０、距離推定部２１、方向ベクトル記憶部２２及び到来方向推定部２３を含む構成である。
【００６２】
アンテナ系統処理部１０は、受信アンテナＲｘ−ａｎｔ１が接続された受信ＲＦ部１１、及び信号処理部１２を有する構成である。受信ＲＦ部１１は、増幅器１３、周波数変換部１４及び直交検波部１５を有する構成である。信号処理部１２は、２個のＡ／Ｄ変換部１６，１７、相関値演算部１８及びコヒーレント積分部１９を有する構成である。レーダ受信部３は、各送信周期Ｔｒを、各アンテナ系統処理部の信号処理部における信号処理区間として周期的に演算する。
【００６３】
次に、レーダ受信部Ｒｘの各部の動作を詳細に説明する。
【００６４】
受信アンテナＲｘ−ａｎｔ１は、レーダ送信部Ｔｘから送信されたレーダ送信信号がターゲットＴＡＲにより反射された反射波信号を受信する。受信アンテナＲｘ−ａｎｔ１にて受信された受信信号は、受信ＲＦ部１１に入力される。
【００６５】
受信ＲＦ部１１は、送信ＲＦ部３と同様に、基準信号発振器Ｌｏにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍したキャリア周波数帯域の受信基準信号を生成する。受信ＲＦ部１１の各部は、生成された受信基準信号に基づいて動作する。
【００６６】
増幅器１３は、受信アンテナＲｘ−ａｎｔ１にて受信された高周波の受信信号を入力し、入力された受信信号の信号レベルを増幅して周波数変換部１４に出力する。
【００６７】
周波数変換部１４は、増幅器１３から出力された受信信号を入力し、入力された高周波の受信信号と受信基準信号とを用いて、高周波の受信信号をダウンコンバートする。周波数変換部１４は、ベースバンドの受信信号を生成し、生成された受信信号を直交検波部１５に出力する。
【００６８】
直交検波部１５は、周波数変換部１４から出力された受信信号を直交検波することにより、同相信号（In-phase signal）及び直交信号（Quadrate signal）を用いて構成される受信信号を生成する。直交検波部１５は、生成された受信信号のうち、同相信号をＡ／Ｄ変換部１６に出力し、直交信号をＡ／Ｄ変換部１７に出力する。
【００６９】
Ａ／Ｄ変換部１６は、直交検波部１５から出力されたベースバンドの同相信号を離散時刻ｋＲｘ毎にサンプリングし、アナログデータの同相信号をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換部１６は、変換されたデジタルデータの同相信号成分を、相関値演算部１８に出力する。
【００７０】
Ａ／Ｄ変換部１６は、レーダ送信部Ｔｘにより生成される送信信号ｒ（ｋＴｘ、Ｍ）の１つのパルス幅（パルス時間）Ｔｐ（＝Ｔｗ／Ｌ）あたりＮｓ［個］をサンプリングする。即ち、Ａ／Ｄ変換部１６のサンプリングレートは（Ｎｓ×Ｌ）／Ｔｗ＝Ｎｓ／Ｔｐとなる。
【００７１】
同様に、Ａ／Ｄ変換部１７は、直交検波部１５から出力されたベースバンドの直交信号を離散時刻ｋＲｘ毎にサンプリングし、アナログデータの直交信号をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換部１７は、変換されたデジタルデータの直交信号成分を、相関値演算部１８に出力する。
【００７２】
Ａ／Ｄ変換部１７は、レーダ送信部Ｔｘにより生成される送信信号ｒ（ｋＴｘ、Ｍ）の１つのパルス幅（パルス時間）Ｔｐ（＝Ｔｗ／Ｌ）あたりＮｓ［個］をサンプリングする。即ち、Ａ／Ｄ変換部１７のサンプリングレートはＮｓ／Ｔｐとなる。
【００７３】
以下、Ａ／Ｄ変換部１６，１７により変換された第Ｍ番目の送信周期Ｔｒの離散時刻ｋＲｘにおける受信信号を、受信信号の同相信号成分Ｉｒ（ｋＲｘ、Ｍ）及び受信信号の直交信号成分Ｑｒ（ｋＲｘ、Ｍ）を用いて、数式（２）の複素信号ｘ（ｋＲｘ、Ｍ）として表す。
【００７４】
【数２】
2013080570.tif 000004
【００７５】
なお、以下では離散時刻ｋＲｘは、各レーダ送信周期Ｔｒが開始するタイミングを基準（ｋＲｘ＝１）とし、信号処理部１２は、レーダ送信周期Ｔｒが終了する前までのサンプル点であるｋ＝（Ｎｒ＋Ｎｕ）×（Ｎｓ／Ｎｏ）までの動作を周期的におこなう。すなわち、信号処理部１２は、離散時刻ｋＲｘ＝１〜（Ｎｒ＋Ｎｕ）×（Ｎｓ／Ｎｏ）において周期的に動作する。離散時刻ｋＲｘ＝Ｎｒ×（Ｎｓ／Ｎｏ）は、各送信周期Ｔｒにおける送信区間Ｔｗの終了直前時点を示す。以下、Ａ／Ｄ変換部１６，１７から出力されたデジタルの受信信号ｘ（ｋＲｘ、Ｍ）を離散サンプル値ｘ（ｋＲｘ、Ｍ）という。
【００７６】
相関値演算部１８は、Ａ／Ｄ変換部１６，１７から出力された各離散サンプル値Ｉｒ（ｋＲｘ、Ｍ），Ｑｒ（ｋＲｘ、Ｍ）、即ち受信信号としての離散サンプル値ｘ（ｋＲｘ、Ｍ）を入力する。相関値演算部１８は、リファレンス信号を所定倍に逓倍された受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻ｋＲｘ毎に、図６の第１段に示す各送信周期Ｔｒにおいて送信される符号長Ｌの送信符号Ｃｎを周期的に生成する。ｎは１〜Ｌであり、Ｌは符号系列Ｃｎの符号長を表す。図６の第１段は、レーダ送信信号の送信タイミングを表す。
【００７７】
相関値演算部１８は、入力された離散サンプル値ｘ（ｋＲｘ、Ｍ）と、送信符号Ｃｎとのスライディング相関値ＡＣ（ｋＲｘ，Ｍ）を演算する。ＡＣ（ｋＲｘ，Ｍ）は、離散時刻ｋＲｘにおけるスライディング相関値を表す。
【００７８】
具体的には、相関値演算部１８は、図６の第２段に示す各送信周期Ｔｒ、即ち各離散時刻ｋＲｘ＝１〜（Ｎｒ＋Ｎｕ）×（Ｎｓ／Ｎｏ）に対して、数式（３）に従ってスライディング相関値ＡＣ（ｋＲｘ，Ｍ）を演算する。相関値演算部１８は、数式（３）に従って演算された離散時刻ｋＲｘ毎のスライディング相関値ＡＣ（ｋＲｘ，Ｍ）をコヒーレント積分部１９に出力する。
【００７９】
図６の第２段及び第３段は、レーダ送信信号に対する受信タイミングを表す。図６の第２段では、レーダ送信信号の送信開始時から遅延時間τ１の経過後にアレーアンテナにおいて受信信号が受信された場合の測定期間の範囲が示されている。図６の第３段では、レーダ送信信号の送信開始時から遅延時間τ２の経過後にアレーアンテナにおいて受信信号が受信される場合の測定期間の範囲が示されている。遅延時間τ１及びτ２は、それぞれ数式（４）及び（５）により示される。
【００８０】
【数３】
2013080570.tif 000005
【００８１】
【数４】
2013080570.tif 000006
【００８２】
【数５】
2013080570.tif 000007
【００８３】
相関値演算部１８は、本実施形態を含む各実施形態において、離散時刻ｋＲｘ＝１〜（Ｎｒ＋Ｎｕ）×（Ｎｓ／Ｎｏ）において演算する。なお、相関値演算部１８は、レーダ装置１の測定対象となるターゲットＴＡＲの存在範囲に応じて、測定レンジ、即ち離散時刻ｋＲｘの範囲を限定してもよい。これにより、レーダ装置１は、相関値演算部１８の演算量を更に低減できる。
【００８４】
即ち、レーダ装置１は、信号処理部１２における演算量の削減に基づく消費電力量を更に低減できる。
【００８５】
また、レーダ装置１は、相関値演算部１８が離散時刻ｋＲｘ＝Ｎｓ（Ｌ＋１）〜（Ｎｒ＋Ｎｕ）×（Ｎｓ／Ｎｏ）−ＮｓＬの範囲におけるスライディング相関値ＡＣｓ（ｋｓ，ｍｓ）を演算する場合には、レーダ送信信号の送信区間Ｔｗにおける反射波信号の測定を省略できる。
【００８６】
レーダ装置１は、レーダ送信信号がレーダ受信部Ｒｘに直接的に回り込んだとしても、回り込みによる影響を排除して測定できる。また、測定レンジ（離散時刻ｋＲｘの範囲）を限定する場合、コヒーレント積分部１９、相関行列生成部２０、距離推定部２１及び到来方向推定部２３も、同様の限定された測定レンジにおいて動作するため、各部の処理量を削減でき、レーダ装置１における消費電力を低減できる。
【００８７】
コヒーレント積分部１９は、相関値演算部１８から出力された離散時刻ｋＲｘ毎のスライディング相関値ＡＣ（ｋＲｘ，Ｍ）を入力する。コヒーレント積分部１９は、第Ｍ番目の送信周期Ｔｒにおいて離散時刻ｋＲｘ毎に演算されたスライディング相関値ＡＣ（ｋＲｘ，Ｍ）を基に、所定回数（Ｎｐ回）の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｐ×Ｔｒ）にわたってスライディング相関値ＡＣ（ｋＲｘ，Ｍ）を加算する。
【００８８】
具体的には、コヒーレント積分部１９は、所定回数（Ｎｐ回）の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｐ×Ｔｒ）にわたるスライディング相関値ＡＣ（ｋＲｘ，Ｍ）の離散時刻ｋＲｘ毎の加算により、第ｍ番目のコヒーレント積分値ＣＩ（ｋＲｘ，ｍ）を、離散時刻ｋＲｘ毎に数式（６）に従って演算する。Ｎｐは、コヒーレント積分部１９におけるコヒーレント積分回数を表す。ｍは、各アンテナ系統処理部のコヒーレント積分部のコヒーレント積分回数Ｎｐを１個の単位とした場合におけるコヒーレント積分回数の序数を表す。コヒーレント積分部１９は、演算されたコヒーレント積分値ＣＩ（ｋＲｘ，ｍ）を相関行列生成部２０に出力する。
【００８９】
【数６】
2013080570.tif 000008
【００９０】
コヒーレント積分部１９は、スライディング相関値ＡＣ（ｋＲｘ，Ｍ）のＮｐ回の加算によりターゲットＴＡＲからの反射波信号が高い相関を有する範囲において、反射波信号に含まれる雑音成分を抑圧し、反射波信号の受信品質（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）を改善できる。更に、コヒーレント積分部１９は、反射波信号の受信品質を改善できるので、ターゲットＴＡＲの到来方向の推定精度を向上できる。
【００９１】
相関行列生成部２０は、各アンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃのコヒーレント積分部から出力された各コヒーレント積分値ＣＩ１（ｋＲｘ，ｍ），…，ＣＩ４（ｋＲｘ，ｍ）を入力する。相関行列生成部２０は、入力された各コヒーレント積分値を基に、ターゲットＴＡＲからの反射波信号の受信アンテナ間の位相差を検出するために、離散時刻ｋＲｘ毎に相関行列Ｈ（ｋＲｘ，ｍ）を生成する。相関行列Ｈ（ｋＲｘ，ｍ）は数式（７）に従って生成される。数式（７）において、上付き添え字Ｈは、複素共役転置を表す演算子である。
【００９２】
【数７】
2013080570.tif 000009
【００９３】
更に、相関行列生成部２０は、Ｎｆ回の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｆ×Ｔｒ）にわたって、Ｄｐ個の相関行列を、数式（８）に従って加算平均した相関行列Ｂ（ｋＲｘ）を演算する。
【００９４】
【数８】
2013080570.tif 000010
【００９５】
Ｄｐは、Ｎｆ回の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｆ×Ｔｒ）にわたって相関行列生成部２０により加算平均される相関行列の個数を表し、数式（９）を満たす。相関行列生成部２０は、加算平均された相関行列Ｂ（ｋＲｘ）を到来方向推定部２３に出力する。
【００９６】
【数９】
2013080570.tif 000011
【００９７】
なお、相関行列生成部２０は、数式（７）の代わりに数式（１０）を用いて、複数のアンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうちいずれかのアンテナ系統処理部の受信アンテナにて受信された信号の位相を基準位相として、相関ベクトルを演算してもよい。数式（１０）において、上付き添え字のアスタリスク（＊）は、複素共役演算子を表す。これにより、レーダ装置１は、相関行列生成部２０の演算量を低減し、ターゲットＴＡＲからの反射波信号の受信アンテナ間の位相差を簡易に演算できる。
【００９８】
【数１０】
2013080570.tif 000012
【００９９】
距離推定部２１は、各アンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃのコヒーレント積分部から出力された各コヒーレント積分値ＣＩ１（ｋＲｘ，ｍ），…，ＣＩ４（ｋＲｘ，ｍ）を入力する。距離推定部２１は、入力された各コヒーレント積分値を基に、複数のアンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃからの各コヒーレント積分値の自乗加算値ＲＰ（ｋＲｘ）を、数式（１１）に従って演算する。
【０１００】
【数１１】
2013080570.tif 000013
【０１０１】
数式（１１）において、自乗加算値ＲＰ（ｋＲｘ）は、離散時刻ｋＲｘ毎のターゲットＴＡＲからの反射波信号の信号レベルに相当する。距離推定部２１は、自乗加算値ＲＰ（ｋＲｘ）がレーダ装置１の周囲雑音レベルから所定値以上となる場合の離散時刻ｋＲｘを選択し、選択された離散時刻ｋＲｘを基に、ターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）を、数式（１２）に従って演算する。数式（１２）において、Ｃｏは光速度、ｆＲｘＢＢは受信基準クロック周波数を表す。距離推定部２１は、演算されたターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）を到来方向推定部２３に出力する。
【０１０２】
【数１２】
2013080570.tif 000014
【０１０３】
方向ベクトル記憶部２２は、設置高Ｈａｎｔの位置に設置されたレーダ装置１がターゲットＴＡＲの到来方向を推定する方位角及び仰角の範囲内を、それぞれ所定のＮＵ個及びＮＶ個の領域にて２次元的に分割した場合のアレーアンテナの複素応答を記憶する。本実施形態では、アレーアンテナの複素応答は、到来方向を推定する方位角及び仰角の範囲内を２次元的に分割した場合の方位角成分θｕと仰角成分φｖとを含む方向ベクトルＤ（θｕ，φｖ）である。ｕは１以上ＮＵ以下の整数であり、ｖは１以上ＮＶ以下の整数である。ＮＵ，ＮＶは、レーダ装置１の測定エリアに応じて決定された所定数である。
【０１０４】
アレーアンテナの複素応答は、例えば電波暗室において予め測定され、アレーアンテナ間のアンテナ素子間隔にて幾何学的に演算される位相差情報に加え、アレーアンテナ間のアンテナ素子間の結合、並びに振幅及び位相の各誤差を含む偏差情報を含む。
【０１０５】
到来方向推定部２３は、相関行列生成部２０から出力された相関行列Ｂ（ｋＲｘ）、距離推定部２１から出力されたターゲットまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）を入力する。到来方向推定部２３は、入力された相関行列Ｂ（ｋＲｘ）及びターゲットまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）並びに方向ベクトル記憶部２２に記憶されている方向ベクトルＤ（θｕ，φｖ）を基に、ターゲットＴＡＲの到来方向を推定する。
【０１０６】
到来方向推定部２３の動作を、図１及び図７を参照して説明する。図７は、第１の実施形態の到来方向推定部２３の動作を説明するフローチャートである。
【０１０７】
図７において、到来方向推定部２３は、離散時刻ｋＲｘを、レーダ装置１における測定期間の開始時とする（Ｓ１１）。到来方向推定部２３は、ターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）と、レーダアンテナＲＡの設置高Ｈａｎｔと、レーダアンテナＲＡの仰角方向の傾角φ０とを基に、ターゲットＴＡＲに対する仰角φ（ｋＲｘ）を演算する（Ｓ１２）。ターゲットＴＡＲに対する仰角φ（ｋＲｘ）は、数式（１３）により演算される。
【０１０８】
【数１３】
2013080570.tif 000015
【０１０９】
φ（ｋＲｘ）は、レーダアンテナＲＡの傾角（φ０）の方向を基準とした場合のレーダアンテナＲＡからターゲットＴＡＲの底部への仰角を表す。φｂは、ターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）と設置高Ｈａｎｔとにより幾何学的に定まるターゲットＴＡＲの底部とレーダアンテナＲＡとの角度を表し、数式（１４）により演算される。ここで、φｂ＞０、φ０≧０とする。
【０１１０】
【数１４】
2013080570.tif 000016
【０１１１】
到来方向推定部２３は、方向ベクトル記憶部２２に記憶されている方向ベクトルＤ（θｕ，φｖ）のうち仰角成分を、ステップＳ１２において演算されたターゲットＴＡＲに対する仰角φ（ｋＲｘ）に固定する。到来方向推定部２３は、方位角成分を可変とする方向ベクトルＤ（θｕ，φ（ｋＲｘ））を用いて、ターゲットＴＡＲの到来方向の評価関数値Ｐ［Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ）），ｋＲｘ］を、数式（１５）に従って演算する（Ｓ１３）。
【０１１２】
【数１５】
2013080570.tif 000017
【０１１３】
なお、評価関数値Ｐ［Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ）），ｋＲｘ］は、到来方向推定アルゴリズムによって種々知られており、本実施形態を含む各実施形態では、例えば下記参考非特許文献１において開示されているアレーアンテナを用いたビームフォーマ法の評価関数値を用いる。数式（１５）において、上付き添え字Ｈは、エルミート転置演算子である。他に、Ｃａｐｏｎ法又はＭＵＳＩＣ法を用いてもよい。
【０１１４】
（参考非特許文献１）ＪＡＭＥＳ  Ａ．  Ｃａｄｚｏｗ、「Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｕｂｓｐａｃｅ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ」、Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｖｏｌ.２８，  Ｉｓｓｕｅ：１、ｐｐ．６４−７９（１９９２）
【０１１５】
到来方向推定部２３は、ステップＳ１３において演算された評価関数値Ｐ［Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ）），ｋＲｘ］が最大値となる場合の方位角成分θｕを、数式（１６）に従って演算する。到来方向推定部２３は、評価関数値Ｐ［Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ）），ｋＲｘ］が最大値となる場合の方位角成分θｕを、ターゲットＴＡＲの到来方向ＤＯＡ（ｋＲｘ）と判定する（Ｓ１４）。数式（１６）において、ａｒｇ  ｍａｘ  Ｐ（ｘ）は、関数値Ｐ（ｘ）が最大となる定義域の値を出力値とする演算子である。
【０１１６】
【数１６】
2013080570.tif 000018
【０１１７】
到来方向推定部２３は、離散時刻ｋＲｘがレーダ装置１の測定期間の終了時である場合に動作を終了する（Ｓ１５、ＹＥＳ）。一方、到来方向推定部２３は、離散時刻ｋＲｘがレーダ装置１の測定期間の終了時でない場合には（Ｓ１５、ＮＯ）、離散時刻ｋＲｘをインクリメントし（Ｓ１６）、次の離散時刻ｋＲｘにおいてステップＳ１２〜Ｓ１４を繰り返す。
【０１１８】
以上により、本実施形態のレーダ装置１は、方位角成分の演算に比べ、比較的に正確に測定できるターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）を先ず演算し、方向ベクトルＤ（θｕ，φｖ）のうちの仰角成分を決定（固定）する。更に、レーダ装置１は、同仰角成分を固定とし、方位角成分を可変とする方向ベクトルＤ（θｕ，φ（ｋＲｘ））を用いて到来方向推定のための評価関数値Ｐ［Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ）），ｋＲｘ］を演算し、最大値となる評価関数値を与える場合の方位角成分を、ターゲットＴＡＲの到来方向と判定する。
【０１１９】
これにより、レーダ装置１は、ターゲットからの反射波信号の到来方向を推定するための演算量を低減し、方位角方向θ及び仰角方向φに依存し且つ受信アンテナ素子間において生じる振幅及び位相の偏差情報を用いて到来方向を推定するため、到来方向の推定精度を向上できる。
【０１２０】
なお、本実施形態ではレーダ送信部Ｔｘが１個の送信アンテナＴｘ−ａｎｔを有するとしたが、レーダ送信部Ｔｘがレーダ受信部Ｒｘと同様に複数の送信アンテナを含む構成であるアレーアンテナを有してもよい。レーダ送信部Ｔｘは、アレーアンテナを用いてレーダ送信信号の指向性を可変できる。
【０１２１】
到来方向推定部２３は、方向ベクトルＤ（θｕ，φｖ）のうち、レーダ送信信号の指向性に応じて決定された所定の方位角成分又は仰角成分の範囲を基に、評価関数値Ｐ［Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ）），ｋＲｘ］の最大値を演算し、最大値となる評価関数値における方向ベクトルの方位角成分を、到来方向として判定する。これにより、レーダ装置１のレーダ受信部３における演算量を更に低減できる。なお、レーダ送信部Ｔｘがレーダ受信部Ｒｘと同様に複数の送信アンテナを含む構成であるアレーアンテナを有してもよいことは、以下の各実施形態においても同様に適用できる。
【０１２２】
（第１の実施形態の変形例）
なお、第１の実施形態ではレーダ送信部Ｔｘが１個の送信アンテナＴｘ−ａｎｔを有するとしたが、レーダ送信部Ｔｘが複数の送信アンテナを有し、いずれかのアンテナに切り換えても良い。図１５は、第１の実施形態の変形例のレーダ装置１ｍの内部構成を詳細に示すブロック図である。
【０１２３】
図１５に示すレーダ装置１ｍは、図３に示すレーダ送信部Ｔｘの構成において、２つの送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１，Ｔｘ−ａｎｔ２、アンテナ切換部Ａｎｃｇ、及びアンテナ切換制御部Ａｎｃｔを更に付加した構成を有する。アンテナ切換制御部Ａｎｃｔは、複数の送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１，Ｔｘ−ａｎｔ２のどちらかを択一的に選択するための切換制御信号を出力する。
【０１２４】
アンテナ切換部Ａｎｃｇは、アンテナ切換制御部Ａｎｃｔからの切換制御信号を基に、レーダ送信信号を送信するアンテナを切り換える。ここで、送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１及びＴｘ−ａｎｔ２は、図１６に示すレーダ送信信号のメインビーム方向の垂直面の俯角が異なり、送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１及びＴｘ−ａｎｔ２において異なる距離範囲を検知範囲とする。ここで、送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１及びＴｘ−ａｎｔ２は、異なる垂直面のビーム幅を持たせても良い。
【０１２５】
到来方向推定部２３は、方向ベクトルＤ（θｕ，φｖ）のうち、アンテナ切換制御部Ａｎｃｔからの切換制御信号を基に、レーダ送信信号を送信する送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１，Ｔｘ−ａｎｔ２に応じた異なる距離範囲の仰角成分の範囲を基に、評価関数値Ｐ［Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ）），ｋＲｘ］の最大値を演算し、最大値となる評価関数値における方向ベクトルの方位角成分を、到来方向として判定する。これにより、レーダ装置１ｍのレーダ受信部Ｒｘｍにおける演算量を更に低減できる。
【０１２６】
なお、レーダ送信部Ｔｘがレーダ受信部Ｒｘｍと同様に複数の送信アンテナを含む構成であるアレーアンテナを有しても良いことは、以下の各実施形態においても同様に適用できる。
【０１２７】
（第２の実施形態）
図８は、近距離に存在するターゲットＴＡＲの高さに応じて、方向ベクトルの仰角成分が異なり到来方向の推定精度が劣化する可能性を説明するための図である。レーダ装置から比較的近距離に存在するターゲットＴＡＲの高さ（地上高）が高いと、ターゲットＴＡＲの頂部からの反射波信号とターゲットＴＡＲの底部からの反射波信号とによりそれぞれ演算されたターゲットＴＡＲまでの距離の差異を考慮する必要がある。
【０１２８】
従って、レーダ装置の距離推定誤差が発生し易くなり、仰角方向φに依存し且つ受信アンテナ素子間において生じる振幅及び位相の偏差情報を正しく用いることなく到来方向を推定するため、ターゲットＴＡＲの到来方向の推定精度も劣化する。
【０１２９】
本実施形態では、到来方向推定部は、距離推定部により演算されたターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）を用いて、ターゲットＴＡＲの地上高Ｈｔａｒｇｅｔを考慮してターゲットＴＡＲに対する仰角成分φ（ｋＲｘ）の範囲を演算する（図９参照）。図９は、第２の実施形態におけるレーダ装置のレーダアンテナの傾角（φ０）方向の直線と、ターゲットに対する仰角φ（ｋＲｘ）との説明図である。
【０１３０】
本実施形態のレーダ装置の構成は第１の実施形態のレーダ装置１と同様であるため、本実施形態のレーダ装置の構成の説明は省略し、第１の実施形態のレーダ装置１と異なる動作に関して説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態のレーダ装置１の各部の参照符号を便宜的に用いる。
【０１３１】
本実施形態の到来方向推定部２３の動作を、図９及び図１０を参照して説明する。図１０は、第２の実施形態の到来方向推定部２３の動作を説明するフローチャートである。
【０１３２】
図１０において、到来方向推定部２３は、離散時刻ｋＲｘを、レーダ装置１における測定期間の開始時とする（Ｓ２１）。到来方向推定部２３は、ターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）と、レーダアンテナＲＡの設置高Ｈａｎｔと、想定されるターゲットＴＡＲの地上高Ｈｔａｒｇｅｔと、レーダアンテナＲＡの仰角方向の傾角φ０とを基に、ターゲットＴＡＲに対する仰角φ（ｋＲｘ）を演算する（Ｓ２２）。ターゲットＴＡＲに対する仰角φ（ｋＲｘ）は、数式（１７）に示す範囲となる。
【０１３３】
【数１７】
2013080570.tif 000019
【０１３４】
φ（ｋＲｘ）は、レーダアンテナＲＡの傾角（φ０）の方向を基準とした場合のレーダアンテナＲＡからターゲットＴＡＲの底部への仰角から、レーダアンテナＲＡの傾角（φ０）の方向を基準とした場合のレーダアンテナＲＡからターゲットＴＡＲの頂部への仰角までの範囲を表す。φｂは、ターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）と設置高Ｈａｎｔとにより幾何学的に定まり、ターゲットＴＡＲの底部とレーダアンテナＲＡとの仰角を表し、数式（１４）により演算される。
【０１３５】
φｂｔは、ターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）と設置高ＨａｎｔとターゲットＴＡＲの地上高Ｈｔａｒｇｅｔとにより幾何学的に定まり、ターゲットＴＡＲの底部とレーダアンテナＲＡとの仰角を表し、数式（１４）により演算される。
【０１３６】
【数１８】
2013080570.tif 000020
【０１３７】
到来方向推定部２３は、方向ベクトル記憶部２２に記憶されている方向ベクトルＤ（θｕ，φｖ）のうち仰角成分を、ステップＳ２２において演算されたターゲットＴＡＲに対する仰角φ（ｋＲｘ）の範囲において可変する。到来方向推定部２３は、設定された仰角成分範囲と、方位角成分範囲を可変とする方向ベクトルＤ（θｕ，φ（ｋＲｘ））を用いて、ターゲットＴＡＲの到来方向の評価関数値Ｐ（Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ），ｋＲｘ）を、数式（１５）に従って演算する（Ｓ２３）。評価関数値Ｐ（Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ），ｋＲｘ）は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１３８】
到来方向推定部２３は、ステップＳ２３において演算された評価関数値Ｐ（Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ），ｋＲｘ）が最大値となる場合の方位角成分θｕを、数式（１６）に従って演算する。到来方向推定部２３は、評価関数値Ｐ（Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ），ｋＲｘ）が最大値となる場合の方位角成分θｕを、ターゲットＴＡＲの到来方向ＤＯＡ（ｋＲｘ）と判定する（Ｓ２４）。
【０１３９】
到来方向推定部２３は、離散時刻ｋＲｘがレーダ装置１の測定期間の終了時である場合に動作を終了する（Ｓ２５、ＹＥＳ）。一方、到来方向推定部２３は、離散時刻ｋＲｘがレーダ装置１の測定期間の終了時でない場合には（Ｓ２５、ＮＯ）、離散時刻ｋＲｘをインクリメントし（Ｓ２６）、次の離散時刻ｋＲｘにおいてステップＳ２２〜Ｓ２４を繰り返す。
【０１４０】
以上により、本実施形態のレーダ装置１は、距離推定部により演算されたターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）を用いて、想定されるターゲットＴＡＲの地上高Ｈｔａｒｇｅｔを考慮してターゲットＴＡＲに対する仰角成分φ（ｋＲｘ）の範囲を演算する。レーダ装置１は、ターゲットＴＡＲに対する仰角成分φ（ｋＲｘ）の範囲を用いて、第１の実施形態と同様にターゲットＴＡＲの到来方向を推定する。
【０１４１】
これにより、本実施形態のレーダ装置１は、第１の実施形態の効果に加え、ターゲットＴＡＲの地上高Ｈｔａｒｇｅｔを考慮してターゲットＴＡＲの到来方向を推定できる。即ち、本実施形態のレーダ装置１は、第１の実施形態のレーダ装置１に比べて、近距離にターゲットＴＡＲが存在する場合でも、仰角方向φに依存し且つ受信アンテナ素子間において生じる振幅及び位相の偏差情報を正しく用いて到来方向を推定するため、ターゲットＴＡＲの到来方向の推定精度を向上できる。
【０１４２】
また、到来方向推定部２３は、予め想定されるターゲットＴＡＲの地上高Ｈｔａｒｇｅｔの最大値を基に、評価関数値の仰角成分、即ちターゲットＴＡＲに対する仰角φ（ｋＲｘ）の範囲を可変させて評価関数値の最大値を演算してもよい。これにより、到来方向推定部２３は、ターゲットＴＡＲの地上高Ｈｔａｒｇｅｔを予め想定された範囲を用いることができ、評価関数値の演算量を更に低減できる。
【０１４３】
また、到来方向推定部２３は、ターゲットＴＡＲの距離レンジ、即ちレーダアンテナＲＡからの距離に応じて、ターゲットＴＡＲに対する仰角成分φ（ｋＲｘ）を可変させて評価関数値の最大値を演算してもよい（図１１参照）。図１１は、距離レンジに応じて決定される評価関数値の仰角成分の範囲の説明図であり、図１１（ａ）は近距離に存在するターゲットであり、図１１（ｂ）は遠距離に存在するターゲットである。
【０１４４】
図１１（ａ）に示す例では、到来方向推定部２３は、ターゲットＴＡＲがレーダアンテナＲＡから近距離に存在するので、ターゲットＴＡＲがレーダアンテナＲＡから遠距離に存在する場合に比べて、ターゲットＴＡＲに対する仰角成分φ（ｋＲｘ）の範囲を比較的広めにとる。図１１（ｂ）に示す例では、到来方向推定部２３は、ターゲットＴＡＲがレーダアンテナＲＡから遠距離に存在するので、ターゲットＴＡＲがレーダアンテナＲＡから近距離に存在する場合に比べて、ターゲットＴＡＲに対する仰角成分φ（ｋＲｘ）の範囲を比較的狭めにとる。
【０１４５】
これにより、到来方向推定部２３は、レーダアンテナＲＡからターゲットＴＡＲまでの距離Ｒａｎｇｅ（ｋＲｘ）に応じて、ターゲットＴＡＲに対する仰角成分φ（ｋＲｘ）の範囲を可変でき、評価関数値の演算量を更に低減できる。なお、到来方向推定部２３は、レーダアンテナＲＡからターゲットＴＡＲまでの距離が所定の閾値を超えている場合には、ターゲットＴＡＲは遠距離に存在すると判定し、所定の閾値未満である場合にはターゲットＴＡＲは近距離に存在すると判定してもよい。
【０１４６】
（第３の実施形態）
第１又は第２の実施形態では、方向ベクトル記憶部２２に記憶されている方向ベクトルＤ（θｕ，φｖ）は予め電波暗室において測定及び演算されており固定値であった。本実施形態では、第１又は第２の実施形態の距離及び到来方向を推定する動作状態を測定モードとし、方向ベクトルを測定して更新する動作状態をキャリブレーションモードとし、いずれかのモードに切り換える。
【０１４７】
図１２は、第３の実施形態のレーダ装置１ｓの内部構成を詳細に示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置１ｓの構成のうち第１の実施形態のレーダ装置１と同一の部分には同一の参照符号を付し、同一の部分の説明は省略し、第１の実施形態のレーダ装置１と異なる動作に関して説明する。
【０１４８】
レーダ装置１ｓは、第１又は第２の実施形態のレーダ装置１と同様に、地面ＧＮＤから所定の高さＨａｎｔの位置に設置されている。図１２に示すレーダ装置１ｓは、基準信号発振器Ｌｏ、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘｓを含む構成である。レーダ送信部Ｔｘの構成は第１又は第２の実施形態のレーダ送信部Ｔｘと同一のため、説明を省略する。基準信号発振器Ｌｏは、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘｓに接続され、基準信号発振器Ｌｏからの信号をレーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘｓに共通に供給することにより、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘｓの処理を同期させる。
【０１４９】
レーダ受信部Ｒｘｓは、４個のアンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、モード制御部２４、切換部２５、方向ベクトル演算部２６、相関行列生成部２０ｓ、距離推定部２１ｓ、方向ベクトル記憶部２２ｓ及び到来方向推定部２３ｓを有する構成である。図１２に示すレーダ受信部Ｒｘｓは４個のアンテナ系統処理部を有しているが、アンテナ系統処理部の個数は４個に限定されず２個以上であればよい。
【０１５０】
モード制御部２４は、ターゲットＴＡＲの距離及び到来方向を推定する測定モードと、方向ベクトルを測定して更新するキャリブレーションモードとのうちいずれかのモードへの切換信号を切換部２５に出力する。キャリブレーションモードでは、キャリブレーション用のターゲットＴＡＲが既知の位置の点Ｚ（距離Ｒｃａｌ）に配置され、点Ｚの方位角成分θｃａｌ及び仰角成分φｃａｌにおける方向ベクトルＤｃａｌ（θｃａｌ，φｃａｌ）が測定される。更に、キャリブレーションモードでは、既に方向ベクトル記憶部２２に記憶されている点Ｚの方位角成分θｃａｌ及び仰角成分φｃａｌにおける方向ベクトルＤ（θｕ，φｖ）が、測定された方向ベクトルＤｃａｌ（θｃａｌ，φｃａｌ）に更新される。
【０１５１】
キャリブレーションモードでは、モード制御部２４は、既知の位置の点Ｚ（距離Ｒｃａｌ）に配置されたキャリブレーション用のターゲットＴＡＲに対して、点Ｚの方位角成分θｃａｌ及び仰角成分φｃａｌにおける方向ベクトルＤｃａｌ（θｃａｌ，φｃａｌ）を測定させる制御信号を方向ベクトル演算部２６に出力する。方向ベクトルＤｃａｌ（θｃａｌ，φｃａｌ）を測定させる制御信号には、離散時刻ｋｃａｌ、方位角成分θｃａｌ及び仰角φｃａｌの各情報が含まれている。モード制御部２４は、既知の位置の点Ｚ（距離Ｒｃａｌ）において測定された方向ベクトルＤｃａｌ（θｃａｌ，φｃａｌ）を方向ベクトル記憶部２２ｓに更新させる制御信号を方向ベクトル演算部２６に出力する。
【０１５２】
切換部２５は、モード制御部２４から出力された切換信号に応じて、複数のアンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃからの各コヒーレント積分値の出力先を、相関行列生成部２０ｓ又は方向ベクトル演算部２６ｓに切り換える。具体的には、切換部２５は、測定モードでは複数のアンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃからの各コヒーレント積分値を相関行列生成部２０ｓに出力する。切換部２５は、キャリブレーションモードでは複数のアンテナ系統処理部１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃからの各コヒーレント積分値を方向ベクトル演算部２６に出力する。
【０１５３】
方向ベクトル演算部２６は、点Ｚ（距離Ｒｃａｌ）に配置されたキャリブレーション用のターゲットＴＡＲにおいて、モード制御部２４から出力された制御信号を基に、離散時刻ｋｃａｌ、方位角成分θｃａｌ及び仰角φｃａｌにおける基準アンテナに対する位相差情報である方向ベクトルＤｃａｌ（θｃａｌ，φｃａｌ）を、数式（１９）に従って演算する。なお、方向ベクトル演算部２６は、測定モードでは動作を停止する。
【０１５４】
【数１９】
2013080570.tif 000021
【０１５５】
数式（１９）において、Ｒａは、基準アンテナの番号を表し、複数の受信アンテナＲｘ−ａｎｔ１〜Ｒｘ−ａｎｔ４のうちいずれかである。Ｎｃａｌは、キャリブレーションモードが行われる送信周期（Ｎｃａｌ×Ｔｒ）の個数を表す。更に、数式（１９）の上付き添え字のアスタリスク（＊）は、複素共役演算子を表す。
【０１５６】
方向ベクトル演算部２６は、モード制御部２４から出力された制御信号を基に、方向ベクトル記憶部２２ｓに記憶されている方位角成分θｃａｌ及び仰角成分φｃａｌにおける方向ベクトルＤ（θｃａｌ，φｃａｌ）を、離散時刻ｋｃａｌに演算された方向ベクトルＤｃａｌ（θｃａｌ，φｃａｌ）に更新する。モード制御部２４は、既知の位置の点Ｚ（距離Ｒｃａｌ）に配置されたキャリブレーション用のターゲットＴＡＲに対して、点Ｚの方位角成分θｃａｌ及び仰角成分φｃａｌを所定間隔毎に可変させて、レーダ装置１ｓの測定エリアにおいてキャリブレーション、即ち方向ベクトルの更新を切換部２５及び方向ベクトル演算部２６に行わせる。
【０１５７】
以上により、本実施形態のレーダ装置１ｓは、測定モードでは第１又は第２の実施形態のレーダ装置１と同様に動作する。レーダ装置１ｓは、キャリブレーションモードでは既知の位置の点Ｚ（距離Ｒｃａｌ）に配置されたキャリブレーション用のターゲットＴＡＲに対して、点Ｚの方位角成分θｃａｌ及び仰角成分φｃａｌを所定間隔毎に可変させて、レーダ装置１ｓの測定エリアにおいてキャリブレーションする。
【０１５８】
これにより、レーダ装置１ｓは、第１又は第２の実施形態の効果に加え、レーダ装置１ｓが設置されている環境下において、測定モードとキャリブレーションモードとを簡単に切り換えることができる。更に、レーダ装置１ｓは、キャリブレーションモードでは方向ベクトル記憶部２２ｓに記憶されている方位角成分及び仰角成分に対応した方向ベクトルを更新できる。従って、レーダ装置１ｓは、アレーアンテナ（複数の受信アンテナ）間の偏差（振幅、位相の偏差）が経時変化によって生じた場合でも方向ベクトルを補正でき、レーダ装置１ｓの到来方向の推定精度の経時劣化を防ぐことができる。
【０１５９】
（第３の実施形態の変形例）
なお、第３の実施形態ではレーダ送信部Ｔｘが１個の送信アンテナＴｘ−ａｎｔを有するとしたが、レーダ送信部Ｔｘが複数の送信アンテナを有し、いずれかのアンテナに切り換えても良い。図１７は、第３の実施形態の変形例のレーダ装置１ｎの内部構成を詳細に示すブロック図である。
【０１６０】
図１７に示すレーダ装置１ｎは、図１２に示すレーダ送信部Ｔｘの構成において、２つの送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１，Ｔｘ−ａｎｔ２、アンテナ切換部Ａｎｃｇ、及びアンテナ切換制御部Ａｎｃｔを更に付加した構成を有する。アンテナ切換制御部Ａｎｃｔは、複数の送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１，Ｔｘ−ａｎｔ２のどちらかを択一的に選択するための切換制御信号を出力する。
【０１６１】
アンテナ切換部Ａｎｃｇは、アンテナ切換制御部Ａｎｃｔからの切換制御信号を基に、レーダ送信信号を送信するアンテナを切り換える。ここで、送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１及びＴｘ−ａｎｔ２は、図１６に示すレーダ送信信号のメインビーム方向の垂直面の俯角が異なり、送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１及びＴｘ−ａｎｔ２において異なる距離範囲を検知範囲とする。ここで、送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１及びＴｘ−ａｎｔ２は、異なる垂直面のビーム幅を持たせても良い。
【０１６２】
到来方向推定部２３ｓは、方向ベクトルＤ（θｕ，φｖ）のうち、アンテナ切換制御部Ａｎｃｔからの切換制御信号を基に、レーダ送信信号を送信する送信アンテナＴｘ−ａｎｔ１，Ｔｘ−ａｎｔ２に応じた異なる距離範囲の仰角成分の範囲を基に、評価関数値Ｐ［Ｄ（θｕ，φ（ｋＲｘ）），ｋＲｘ］の最大値を演算し、最大値となる評価関数値における方向ベクトルの方位角成分を、到来方向として判定する。これにより、レーダ装置１ｎのレーダ受信部Ｒｘｎにおける演算量を更に低減できる。
【０１６３】
以上、図面を参照して各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１６４】
なお、本出願は、２０１１年１２月２日出願の日本特許出願（特願２０１１−２６５０２０）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本開示は、距離分解能以内に複数のターゲットが存在すると、各ターゲットからの各反射波の信号のドップラ周波数が同程度でも、各ターゲットの方向推定精度を向上するレーダ装置として有用である。
【符号の説明】
【０１６６】
１、１ｓ  レーダ装置
２、２ｒ  送信信号生成部
３  送信ＲＦ部
４  符号生成部
５、５ｒ  変調部
６、６ｒ  ＬＰＦ
７  Ｄ／Ａ変調部
８、１４  周波数変換部
９、１３  増幅器
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  アンテナ系統処理部
１１  受信ＲＦ部
１２  信号処理部
１５  直交検波部
１６、１７  Ａ／Ｄ変換部
１８  相関値演算部
１９  コヒーレント積分部
２０、２０ｓ  相関行列生成部
２１、２１ｓ  距離推定部
２２、２２ｓ  方向ベクトル記憶部
２３、２３ｓ  到来方向推定部
２４  モード制御部
２５  切換部
２６  方向ベクトル演算部
ＣＭ  送信符号記憶部
ＣＴ３  送信符号制御部
Ｒｘ、Ｒｘｓ  レーダ受信部
Ｔｘ  レーダ送信部
【図１】
2013080570.tif 000022
【図２】
2013080570.tif 000023
【図３】
2013080570.tif 000024
【図４】
2013080570.tif 000025
【図５】
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【図６】
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【図７】
2013080570.tif 000028
【図８】
2013080570.tif 000029
【図９】
2013080570.tif 000030
【図１０】
2013080570.tif 000031
【図１１】
2013080570.tif 000032
【図１２】
2013080570.tif 000033
【図１３】
2013080570.tif 000034
【図１４】
2013080570.tif 000035
【図１５】
2013080570.tif 000036
【図１６】
2013080570.tif 000037
【図１７】
2013080570.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月1日(2013.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面から所定の高さの位置に設置されたレーダ装置であって、
送信符号を高周波のレーダ送信信号に変換し、前記所定の高さの位置から前記地面に向かって所定の方向に傾けられた送信アンテナから前記レーダ送信信号を送信するレーダ送信部と、
ターゲットにて反射された前記レーダ送信信号である反射波信号を受信する複数のアンテナ系統処理部からの各出力を基に算出した前記ターゲットの到来方向ベクトルであって、仰角成分を固定とし、方位角成分を可変としたベクトルを用いて、前記ターゲットの到来方向を推定するレーダ受信部と、
を有するレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置であって、
前記レーダ受信部は、
前記複数のアンテナ系統処理部からの各出力を基に、受信アンテナの配置に起因する位相差情報を含む相関行列を生成する相関行列生成部と、
前記複数のアンテナ系統処理部からの各出力を基に、前記ターゲットまでの距離を推定する距離推定部と、
前記距離推定部の出力を基に算出した前記到来方向ベクトルと、前記相関行列生成部の出力とを用いて、前記ターゲットの到来方向を推定する到来方向推定部と、を含むレーダ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーダ装置であって、
前記方向ベクトルは、方位角方向及び仰角方向に依存し、且つ前記複数のアンテナ系統処理部間において生じる振幅及び位相の偏差情報を含むレーダ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記アンテナ系統処理部は、
受信信号と前記送信符号との相関値を算出する相関演算部と、
所定のコヒーレント積分数を用いてコヒーレント積分するコヒーレント積分部と、を有するレーダ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーダ装置であって、
前記複数のアンテナ系統処理部は、それぞれ、
前記反射波信号を受信する受信アンテナと、
前記受信された受信信号をベースバンドに変換する受信ＲＦ部と、
前記ベースバンドに変換された受信信号を、デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、を有するレーダ装置
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記距離推定部は、
前記複数のアンテナ系統処理部からの各コヒーレント積分の各出力の自乗加算値を演算し、前記レーダ装置の周囲雑音レベルから所定値以上となる前記自乗加算値を基に、前記ターゲットまでの距離を演算するレーダ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記複数のアンテナ系統処理部の各受信アンテナは、前記所定の高さの位置から前記地面に向かって所定の方向に傾けられ、
前記到来方向推定部は、
前記ターゲットまでの距離と、前記所定の高さと、前記送信アンテナ及び複数の前記受信アンテナの傾角とを基に、前記所定の方向を基準とした場合の前記送信アンテナから前記ターゲットへの仰角成分を演算するレーダ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のレーダ装置であって、
前記到来方向推定部は、
前記演算された仰角成分を、前記方向ベクトルにおける前記仰角成分として用いて、前記到来方向の評価関数値を演算するレーダ装置。
【請求項９】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記複数のアンテナ系統処理部の各受信アンテナは、前記所定の高さの位置から前記地面に向かって所定の方向に傾けられ、
前記到来方向推定部は、
前記ターゲットまでの距離と、前記所定の高さと、前記ターゲットの高さと、前記送信アンテナ及び複数の前記受信アンテナの傾角とを基に、前記所定の方向を基準とした場合の前記送信アンテナから前記ターゲットの頂部の仰角成分から前記送信アンテナから前記ターゲットの底部の仰角成分までの範囲を演算するレーダ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーダ装置であって、
前記到来方向推定部は、
前記演算された仰角方向の範囲を、前記方向ベクトルにおける前記仰角成分の範囲として用いて、前記到来方向の評価関数値を演算するレーダ装置。
【請求項１１】
請求項８又は１０に記載のレーダ装置であって、
前記到来方向推定部は、
前記演算された前記評価関数値の最大値を演算し、前記最大値となる前記評価関数値における前記方向ベクトルの前記方位角成分を、前記到来方向として判定するレーダ装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記レーダ受信部は、
前記ターゲットの距離及び到来方向を推定する測定モードと、前記方向ベクトルを更新するキャリブレーションモードとのうちいずれかのモードへの切換信号を出力するモード制御部と、
前記キャリブレーションモードではキャリブレーション用の既知の位置に対する方向ベクトルを演算する方向ベクトル演算部と、
前記切換信号に応じて、前記複数のアンテナ系統処理部からの各コヒーレント積分の各出力の出力先を、前記相関行列生成部又は前記方向ベクトル演算部に切り換える切換部と、を更に有し、
前記方向ベクトル演算部は、
前記既知の位置に対応している方向ベクトルを、前記演算された前記方向ベクトルに更新するレーダ装置。
【請求項１３】
請求項８、１０〜１２のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記レーダ送信部は、
複数の送信アンテナを用いて前記レーダ送信信号の指向性を可変させ、
前記到来方向推定部は、
前記方向ベクトルのうち所定の方位角成分又は仰角成分の範囲を基に、前記評価関数値の最大値を演算し、前記最大値となる前記評価関数値における前記方向ベクトルの前記方位角成分を、前記到来方向として判定するレーダ装置。
【国際調査報告】
2013080570.tif 000039
2013080570.tif 000040