(57)【要約】【課題】ターゲットの検出性能の向上と、高分解能化とを両立させることができるマルチレーダシステムを提供する。【解決手段】第１の実施の形態のマルチレーダシステム１００では、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２が、送信タイミング及び周波数帯がほぼ同じとなるように、同期を行っている。このため、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２がバイスタティックレーダとして動作した場合、ターゲットＴの表面における、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の検出対象領域が重なっている場所からの反射波に関しては、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで同じ検出結果が得られる。従って、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２のそれぞれがバイスタティックレーダとして動作した場合のターゲット検出結果を合成することで、信号対雑音比を向上させることができ、ターゲットの検出性能が向上する。【選択図】図２
2018059895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１送信信号を送信する第１送信部と、モノスタティックレーダモード及びバイスタティックレーダモードにおいて、ターゲットに反射された反射波信号をそれぞれ受信する第１受信部と、前記それぞれ受信した反射波信号を用いて到来方向推定を行う第１推定部と、を含む第１レーダ装置と、
第２送信信号を送信する第２送信部と、前記モノスタティックレーダモード及び前記バイスタティックレーダモードにおいて、前記ターゲットに反射された前記反射波信号をそれぞれ受信する第２受信部と、前記それぞれ受信した反射波信号を用いて前記到来方向推定を行う第２推定部と、を含む第２レーダ装置と、
第１レーダ装置のバイスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果、第２レーダ装置のバイスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果、とを合成する合成部と、
第１レーダ装置のモノスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果と、第２レーダ装置のモノスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果と、前記合成部の出力と、を用いて、ターゲットの形状を推定する形状推定部を含む統合処理装置と、
を含むマルチレーダシステム。
【請求項２】
前記合成部は、
前記第１レーダ装置及び第２レーダ装置のバイスタティックレーダモードにおける前記到来方向推定結果のうち、ターゲットの相対速度情報及び反射波信号の強度情報をそれぞれ合成する、
請求項１記載のマルチレーダシステム。
【請求項３】
前記形状推定部は、
前記合成された反射波信号の強度情報が、第１の閾値以上である場合、ターゲットの形状推定に、前記第１レーダ装置及び第２レーダ装置のバイスタティックレーダモードにおける前記到来方向推定結果のうち、合成されたターゲットの相対速度情報及びターゲットの位置情報を用いる、
請求項２記載のマルチレーダシステム。
【請求項４】
前記形状推定部は、
前記第１レーダ装置のモノスタティックレーダモードにおける前記到来方向推定結果のうち、反射波信号の強度情報が第２の閾値以上の場合、ターゲットの形状推定に、ターゲットの相対速度情報及びターゲットの位置情報を用いる、
請求項１記載のマルチレーダシステム。
【請求項５】
前記形状推定部は、
前記第２レーダ装置のモノスタティックレーダモードにおける前記到来方向推定結果のうち、反射波信号の強度情報が第３の閾値以上の場合、ターゲットの形状推定に、ターゲットの相対速度情報及びターゲットの位置情報を用いる、
請求項１記載のマルチレーダシステム。
【請求項６】
前記統合処理装置は、
前記第１レーダ装置及び前記第２レーダ装置の前記モノスタティックレーダモード及び前記バイスタティックレーダモードのそれぞれにおける到来方向推定結果を、前記第１レーダ装置の視線方向と前記第２レーダ装置の視線方向との差と、前記第２レーダ装置の設置位置と、に基づいて、極座標表現を直交座標表現に変換する座標変換部をさらに有する、
請求項１に記載のマルチレーダシステム。
【請求項７】
前記統合処理装置は、
前記第１レーダ装置の検出領域と、前記第２レーダ装置の検出領域とが重複する領域に参照用ターゲットを設置した場合、前記第１レーダ装置が検出した前記参照用ターゲットまでの第１の距離と、第１の方位角と、第１の仰角と、前記第２レーダ装置が検出した前記参照用ターゲットまでの第２の距離と、第２の方位角と、第２の仰角と、に基づいて、前記第１レーダ装置の視線方向と前記第２レーダ装置の視線方向の差を算出する視線方向差算出部をさらに有する、
請求項２に記載のマルチレーダシステム。
【請求項８】
前記第１レーダ装置と前記第２レーダ装置は同一の周波数チャネルを使用し、
前記第１レーダ装置及び前記第２レーダ装置は、前記第１レーダ装置の第１の搬送波信号と前記第２レーダ装置の第２の搬送波信号とを同期させる同期部をそれぞれ有する、
請求項１から３のいずれか一項に記載のマルチレーダシステム。
【請求項９】
前記第１レーダ装置は、第１直交符号を重畳したパルス符号を生成する第１直交符号重畳部を有し、
前記第２レーダ装置は、前記第１直交符号と直交する第２直交符号を重畳したパルス符号を生成する第２直交符号重畳部を有し、
前記第１レーダ装置及び前記第２レーダ装置は、前記受信信号に対して前記第１及び第２直交符号を重畳する第３及び第４直交符号重畳部を有する、
請求項１から８のいずれか一項に記載のマルチレーダシステム。
【請求項１０】
前記第１レーダ装置及び前記第２レーダ装置は、デジタル／アナログ変換部と、アナログ／デジタル変換部と、前記デジタル／アナログ変換部と前記アナログ／デジタル変換部にサンプリングクロック信号を出力するサンプリングクロック発生部と、を有し、
前記第１レーダ装置と前記第２レーダ装置の前記サンプリングクロック発生部は、互いに同期される、
請求項１から９のいずれか一項に記載のマルチレーダシステム。
【請求項１１】
前記第２レーダ装置は、前記第１レーダ装置から直接波を受信した場合、前記直接波が検出されるタイミングの調整に用いる、前記サンプリングクロック信号の位相を、フィードバック制御する第１フィードバック制御部をさらに有する、
請求項１０に記載のマルチレーダシステム。
【請求項１２】
前記直接波の位相変動がゼロとなるように、前記第２送信信号の搬送波信号の位相を、フィードバック制御する第２フィードバック制御部をさらに有する、
請求項１１に記載のマルチレーダシステム。
【請求項１３】
前記第２レーダ装置は、前記直接波の位相変動がゼロとなるように制御する、位相回転部をさらに有する、
請求項１２に記載のマルチレーダシステム。
【請求項１４】
前記第１レーダ装置の第１送信部は、第１直交符号を重畳した複数系統の信号を生成して複数のアンテナから送信し、
前記第２レーダ装置の第２送信部は、前記第１直交符号と互いに直交する第２直交符号を重畳した複数系統の信号を生成して複数のアンテナから送信し、
前記第１レーダ装置の第１受信部及び前記第２レーダ装置の第２受信部は、前記受信信号に対して前記第１及び第２の直交符号を重畳し、複数系統の信号に分離して到来方向を算出する、
請求項１に記載のマルチレーダシステム。
【請求項１５】
前記第１レーダ装置は、水晶発振部と第１の位相同期ループ部とを含み、
前記第２レーダ装置は、第２の位相同期ループ部と位相回転部とを含み、
前記水晶発振部の出力信号を前記位相同期ループ部に入力することによって、前記第１の搬送波信号を生成し、
前記水晶発振部の前記出力信号を前記第２の位相同期ループ部に入力することによって、前記第２の搬送波信号を生成し、
前記第２レーダ装置は、前記第１レーダ装置から直接波を受信した場合、位相回転部は、前記直接波の位相変動がゼロとなるように制御する、
請求項８に記載のマルチレーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数台のレーダ装置を用いたマルチレーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のレーダ装置を用いて、隣接したレーダ装置間で電子ビーム走査及びフェーズドアレイアンテナの同期を行い、検知対象領域がバイスタティックレーダとして運用可能なタイミングではバイスタティックレーダとして運用し、バイスタティックレーダとして運用困難なタイミングでは単体のモノスタティックレーダとして運用するマルチレーダシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたマルチレーダシステムでは、例えば３台以上のレーダで構成する場合、隣接するレーダ同士を同期させることでビームの交差エリアを十分に確保できるため、検出領域を効果的に広げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４３８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された技術では、検出領域の広範化や検出性能の向上については考慮されているものの、高分解能化については考慮されていない。このため、ターゲットの検出性能の向上と、高分解能化とを両立させることができるマルチレーダシステムが要望されている。
【０００５】
本開示の非限定的な実施例は、ターゲットの検出性能の向上と、高分解能化とを両立させることができるマルチレーダシステム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】
【０００６】
本開示の一態様は、第１送信信号を送信する第１送信部と、モノスタティックレーダモード及びバイスタティックレーダモードにおいて、ターゲットに反射された反射波信号をそれぞれ受信する第１受信部と、前記それぞれ受信した反射波信号を用いて到来方向推定を行う第１推定部と、を含む第１レーダ装置と、第２送信信号を送信する第２送信部と、前記モノスタティックレーダモード及び前記バイスタティックレーダモードにおいて、前記ターゲットに反射された前記反射波信号をそれぞれ受信する第２受信部と、前記それぞれ受信した反射波信号を用いて前記到来方向推定を行う第２推定部と、を含む第２レーダ装置と、第１レーダ装置のバイスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果、第２レーダ装置のバイスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果、とを合成する合成部と、第１レーダ装置のモノスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果と、第２レーダ装置のモノスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果と、前記合成部の出力と、を用いて、ターゲットの形状を推定する形状推定部を含む統合処理装置と、を含む。
【０００７】
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、装置及び方法の任意の組み合わせにより実現してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様によれば、ターゲットの検出性能の向上と、高分解能化とを両立させることができるマルチレーダシステムを提供することができる。
【０００９】
本開示の一態様における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本第１の実施の形態に係るマルチレーダシステムとターゲットとの関係を模式的に示した図
【図２】第１の実施の形態のマルチレーダシステムのブロック構成を示す図
【図３】位相合成部の構成例を示す図
【図４】第２の実施の形態のマルチレーダシステムのブロック構成を示す図
【図５】第３の実施の形態のマルチレーダシステムのブロック構成を示す図
【図６】レーダＡの設置位置を原点とした直交座標系を例示した図
【図７】レーダＡとレーダＢの視線方向が不一致の場合における座標変換について説明するための図
【図８】レーダＡとレーダＢの視線方向が不一致の場合における座標変換について説明するための図
【図９】レーダ設置時の視線方向のずれの算出方法の概念図
【図１０】レーダＡ及びレーダＢの内部構成を示すブロック図
【図１１】レーダＡ及びレーダＢの内部構成の第２の構成例を示すブロック図
【図１２】レーダＡ及びレーダＢの内部構成の第３の構成例を示すブロック図
【図１３】位相回転部の構成例を示す図
【図１４】レーダＡ及びレーダＢの内部構成の第４の構成例を示すブロック図
【図１５】レーダ間多重用直交符号とストリーム間多重用直交符号の関係を示すタイミングチャートを例示した図
【図１６】レーダＡ及びレーダＢの内部構成の第５の構成例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の実施の形態について詳細な説明を行う前に、レーダ装置について説明する。
【００１２】
所定の分解能を有するレーダ装置において、ターゲットの大きさがレーダ装置の分解能と比較して十分に大きい場合、レーダ装置はそのターゲットを十分な精度で検知することができる。しかしながら、このようなレーダ装置では、分解能と比較して小さいターゲットについては、十分な精度で検知することは困難である。このため、レーダ装置の分解能に対して相対的に小さいターゲットも精度よく検知できるレーダ装置が要望されている。また、レーダ装置の分解能に対して相対的に大きなターゲットに関しても、より正確な位置、速度、形状等を検出すること（高分解能化）が要望されている。
【００１３】
なお、一般的なレーダ装置において、検出性能の向上と高分解能化とはトレードオフの関係にあり、両立は難しい。しかしながら、複数のレーダ装置を統合したマルチレーダシステムにおいて、検出性能の向上と高分解能化との両立が期待されている。
【００１４】
複数のレーダ装置を利用したマルチレーダシステムの例として、例えば下記の参考特許文献１に開示された技術がある。参考特許文献１には、各レーダ装置での受信信号が同一ターゲットから反射されたものであることを前提として、距離、方向、相対速度の成分毎に積分できるように、複数のレーダ間で直交座標系を共有し、データを統合することで信号対雑音比を向上させる技術が開示されている。
［参考特許文献１］特許第５６３１７６３号公報
【００１５】
また、マルチレーダシステムの他の例として、例えば下記の参考特許文献２には、測定対象が雨雲等であることを前提として、複数のレーダ装置で測定した風速データに対して、計測精度に応じた重み付けをした上で合成し、高精度な風速推定を実現する技術が開示されている。
［参考特許文献２］特許第３４６０５８６号公報
【００１６】
一方、下記の参考非特許文献１には、複数のモノスタティックレーダからの出力信号を統合し、平均位置や平均速度等を追尾フィルタで平滑化した上で、それぞれの出力信号の軌跡を補償して移動ターゲットに対する分解能を高める技術が開示されている。
［参考非特許文献１］Kenshi Saho, Masao Masugi, “Velocity / Shape Estimation Algorithm Using Tracking Filter and Data Fusion of Dual Doppler Radar Interferometers”, International Journal of Computer and Electrical Engineering, Vol.7, No.5, pp.283-295, Oct. 2015.
【００１７】
上記参考特許文献１に開示された技術は、直交座標系を共有することによってデータ統合を図っており、ターゲットがレーダから十分遠方であって、等価的に一点から反射されることを仮定した統合方法を用いている。また、上記参考特許文献２に開示された技術では、雨雲等がターゲットであることが前提である。このため、参考特許文献１及び２に開示された技術では、例えばターゲットの大きさや形状を推定すること、すなわち高分解能化については考慮されていない。
【００１８】
また、上記参考非特許文献１に開示された技術は、ターゲットが一定の大きさを有しているものとみなせる場合において、ターゲットの形状を推定するということ（高分解能化）に主眼が置かれており、ターゲットの検知性能（信号対雑音比）の向上に関する検討は行われていない。
【００１９】
以下説明する本開示の各実施の形態に係るマルチレーダシステムは、ターゲットの検出感度向上と、レーダの高分解能化と、を両立させることを目的とするものである。
【００２０】
＜第１の実施の形態＞
［ターゲットとマルチレーダシステムとの関係］
図１は、本第１の実施の形態に係るマルチレーダシステム１００とターゲットＴとの関係を模式的に示した図である。図１において、マルチレーダシステム１００は、レーダＡ１０１、レーダＢ１０２、統合処理装置１０３を有する。
【００２１】
レーダＡ１０１、レーダＢ１０２は、それぞれ、送信アンテナ１０１ａ、１０２ａと受信アンテナ１０１ｂ、１０２ｂを有する。レーダ装置を小型化するために、送信アンテナ１０１ａ、１０２ａと受信アンテナ１０１ｂ、１０２ｂは近くに配置させることが望ましい。このため、本実施の形態では、送信アンテナ１０１ａ、１０２ａと受信アンテナ１０１ｂ、１０２ｂとの距離を、例えば、３０λ程度以内の距離とする。なお、λは、搬送波周波数で定まる波長である。レーダの搬送波周波数が８０ＧＨｚである場合、λは約３．７５ｍｍであるため、送受信アンテナ間隔は１０ｃｍ程度となる。なお、第１の実施の形態では、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の視線方向が一致しているものとする。
【００２２】
また、本実施の形態において、検出対象とするターゲットＴは、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の距離分解能に比べて、十分に大きな表面積を有すると想定する。具体的には、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の帯域幅（ピークから利得が３ｄＢ減衰する周波数の範囲）が１ＧＨｚの場合、理論的には約１５ｃｍの距離分解能が得られるため、ターゲットＴは、例えば１辺が数１０ｃｍ程度の物体であると想定する。
【００２３】
また、本実施の形態において、検出対象とするターゲットＴは、マルチレーダシステム１００に対して、移動しているものを想定する。
【００２４】
レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２各々が、モノスタティックレーダとして単体動作し、さらに、他方のレーダから送信された電磁波を受信してターゲットＴの距離や方向を推定するバイスタティックレーダとしても動作する。なお、このため、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２は、例えば、搬送波周波数、デジタル／アナログ変換器及びアナログ／デジタル変換器のサンプリングクロック周波数が同期して、動作している。
【００２５】
図１において、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２がモノスタティックレーダとして動作した場合、観測される電磁波の経路は、それぞれ、矢印Ａ１及び矢印Ｂ１である。矢印Ａ１及びＢ１にて示す経路は、ターゲットＴにて反射した電磁波のうち、後方散乱された電磁波の経路を含む。
【００２６】
一方、レーダＡ１０１から送信され、ターゲットＴで前方散乱してレーダＢ１０２にて受信される場合の電磁波の経路を、図１において矢印Ａ２で示す。レーダＢ１０２から送信され、ターゲットＴで前方散乱してレーダＡ１０１にて受信される経路を、矢印Ｂ２で示す。矢印Ａ２及びＢ２にて示される電磁波の経路は、レーダＡ１０１あるいはレーダＢ１０２がバイスタティックレーダとして動作した場合の電磁波の経路である。
【００２７】
上述したように、ターゲットＴはレーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の距離分解能に比べて十分に大きな表面積を有するため、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２は、ターゲットＴを点とはみなさない。このため、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２がモノスタティックレーダとして動作したときの電磁波経路Ａ１、Ｂ１は、ターゲットＴの表面上のそれぞれ異なる位置にて反射されたものである可能性が高い。
【００２８】
一方、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の送信タイミング及び周波数帯がほぼ同じである場合、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２がバイスタティックレーダとして動作した場合、電磁波経路Ａ２、Ｂ２は、進行方向は逆であるが、ターゲットＴのほぼ同じ位置が反射点となる。これは、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２に備わっている送信アンテナ１０１ａ、１０２ａと受信アンテナ１０１ｂ、１０２ｂとの間の距離が、ターゲットＴとレーダＡ１０１とレーダＢ１０２のそれぞれとの間の距離に比べて十分に小さく、経路Ａ２と経路Ｂ２とに双対性があるためである。
【００２９】
すなわち、ターゲットＴの表面における、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の検出対象領域が重なっている場所からの反射波に関しては、バイスタティックレーダとして動作したレーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで得られる検出結果が同じになると考えることができる。
【００３０】
以上のことから、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２のそれぞれがバイスタティックレーダとして動作することによって得られたターゲット検出結果を合成することによって、信号対雑音比を向上させることができる。従って、複数のモノスタティックレーダで構成したマルチレーダシステムよりも、さらに、バイスタティックレーダとして動作するレーダは、ターゲットの検出性能が向上する。また、ターゲットからの反射点数が増大するため、高精度化にも有利である。
【００３１】
レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２がバイスタティックレーダとして動作することによって得られた検出結果の合成処理は、統合処理装置１０３において行われる。以下では、本実施の形態に係るマルチレーダシステム１００を構成するレーダＡ１０１、レーダＢ１０２、及び統合処理装置１０３のそれぞれについて詳細に説明する。
【００３２】
なお、以下の説明において、レーダＡ１０１あるいはレーダＢ１０２がモノスタティックレーダとして動作した場合、レーダＡ１０１あるいはレーダＢ１０２はモノスタティックモードであると記載することがある。同様に、レーダＡ１０１あるいはレーダＢ１０２がバイスタティックレーダとして動作した場合、レーダＡ１０１あるいはレーダＢ１０２がバイスタティックモードであると記載することがある。
【００３３】
［統合処理装置を含むマルチレーダシステムのブロック構成］
図２は、第１の実施の形態のマルチレーダシステム１００のブロック構成を示す図である。図２では、レーダＡ１０１は、送信部２１１、受信部２１２、メモリ２１３、及びメモリ２１４を有する。また、受信部２１２は、モノスタティックレーダ処理部２１５及びバイスタティックレーダ処理部２１６を有する。
【００３４】
モノスタティックレーダ処理部２１５は、レーダＡ１０１がモノスタティックレーダとして動作した場合に受信した反射波に基づいて到来方向推定（ＤＯＡ：Direction Of Arrival）処理を行い、ＤＯＡ結果をメモリ２１３に出力する。また、バイスタティックレーダ処理部２１６は、レーダＡ１０１がバイスタティックモードで動作した場合に受信した反射波に基づいてＤＯＡ処理を行い、ＤＯＡ結果をメモリ２１４に出力する。
【００３５】
メモリ２１３には、例えば、レーダＡ１０１がモノスタティックモードで動作した場合のＤＯＡ結果が記憶される。ＤＯＡ結果とは、例えば検知対象範囲内のターゲットＴの検出点の位置情報、角度によって定まる各検出点の反射強度（強度ベクトル）、及びレーダ視線方向を基準にした検出点の相対速度（視線方向速度情報）等である。同様に、メモリ２１４には、例えば、レーダＡ１０１がバイスタティックモードで動作した場合のＤＯＡ結果が記憶される。メモリのアドレス数に関して、例えば、検知対象距離が１０ｍで、距離の刻み（精度）が１０ｃｍの場合、距離のサンプル数は１００であり、検知対象角度が±３０度で、角度の刻み（精度）が１度の場合、角度のサンプル数は６１となるため、１００×６１のアドレスが割り振られる。
【００３６】
また、図２に示すように、レーダＢ１０２は、送信部２２１、受信部２２２、メモリ２２３、及びメモリ２２４を有する。また、受信部２２２は、バイスタティックレーダ処理部２２５及びモノスタティックレーダ処理部２２６を有する。
【００３７】
バイスタティックレーダ処理部２２５は、レーダＢ１０２がバイスタティックモードで動作した場合に受信した反射波に基づいてＤＯＡ処理を行い、ＤＯＡ結果をメモリ２２３に出力する。また、モノスタティックレーダ処理部２２６は、レーダＢ１０２がモノスタティックモードで動作した場合に受信した反射波に基づいてＤＯＡ処理を行い、ＤＯＡ結果をメモリ２２４に出力する。
【００３８】
メモリ２２３には、レーダＢ１０２がバイスタティックレーダとして動作した場合に受信した反射波に基づくＤＯＡ結果が保存される。メモリ２２４には、レーダＢ１０２がモノスタティックモードで動作した場合に受信した反射波に基づくＤＯＡ結果が保存される。
【００３９】
具体的には、メモリ２２３及び２２４には、レーダＢ１０２の検知対象範囲内のターゲットＴの検出点の位置情報、角度によって定まる各検出点の強度ベクトル、及びレーダ視線方向を基準にした検出点の視線方向速度情報が書き込まれる。
【００４０】
そして、統合処理装置１０３は、フレーム同期部２３１、極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７、メモリ２３４、２３５、２３８、２３９、最大比合成部２４０、位相合成部２４１、閾値比較部２４２、２４３、２４４、位置平均化部２４５、速度平均化部２４６、形状推定部２４７を有する。
【００４１】
フレーム同期部２３１は、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の送信タイミングを同期させる信号を出力する。フレーム同期部２３１は、第１同期部の一例である。
【００４２】
極座標−直交座標変換部２３２は、レーダＡ１０１のメモリ２１３に極座標形式で保存されている位置情報及び視線方向速度情報を直交座標に変換する。メモリ２３４は、直交座標に変換されたレーダＡ１０１のモノスタティックレーダ処理により得られる位置情報及び速度ベクトルを保存する。
【００４３】
極座標−直交座標変換部２３３は、レーダＡ１０１のメモリ２１４の位置情報及び視線方向速度情報を直交座標に変換する。メモリ２３５は、直交座標に変換されたレーダＡ１０１のバイスタティックレーダ処理により得られる位置情報及び速度ベクトルを保存する。
【００４４】
極座標−直交座標変換部２３６は、レーダＢ１０２のメモリ２２３の位置情報及び視線方向速度情報を直交座標に変換する。メモリ２３８は、直交座標に変換されたレーダＢ１０２のバイスタティックレーダ処理により得られる位置情報及び速度ベクトルを保存する。
【００４５】
極座標−直交座標変換部２３７は、レーダＢ１０２のメモリ２２４の位置情報及び視線方向速度情報を直交座標に変換する。メモリ２３９は、直交座標に変換されたレーダＢ１０２のモノスタティックレーダ処理により得られる位置情報及び速度ベクトルを保存する。なお、極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７は、複数の座標変換部の一例である。
【００４６】
上述したレーダＡ１０１及びレーダＢ１０２のメモリ２１３、２１４、２２３、２２４に保存されているターゲットＴの検出点の位置情報は、それぞれのレーダの設置位置を原点とした極座標系において、原点からの相対的な距離及び角度で示されている。すなわち、各メモリ２１３、２１４、２２３、２２４に保存されている位置情報では、それぞれ原点の位置が異なっている。バイスタティックモードの検出結果を合成するために、これらの位置情報の原点の位置を合わせる必要がある。
【００４７】
位置情報が原点からの距離と角度によって示される極座標表現では、原点の位置を合わせるための計算が複雑であるため、本第１の実施の形態では、極座標−直交座標変換部２３２、２３３において、レーダＡ１０１の設置位置を原点とする直交座標に変換している。レーダＢ１０２の極座標−直交座標変換部２３６、２３７においても同様の処理が行われる。なお、極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７における直交座標系への変換方法の詳細に関しては後述する。
【００４８】
最大比合成部２４０は、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２のバイスタティックレーダ処理で得られる強度ベクトルの電力比率に応じて、速度ベクトルを合成する。なお、最大比合成部２４０は、本開示の第１合成部の一例である。
【００４９】
ここで、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２のバイスタティックモードにて検出された速度ベクトルは、直交座標に変換された場合、論理的には一致する。しかし、実際には雑音等の影響によって、一致しない場合がある。そこで、最大比合成部２４０は、ある位置における検出強度の比に応じて、最大比合成を行い、より正確な速度ベクトルを算出する。最大比合成部２４０における最大比合成の計算式に関しては後述する。
【００５０】
なお、本実施の形態では、速度ベクトルの合成方法として最大比合成を採用しているが、本開示はこれに限定されない。速度ベクトルの合成方法としては、例えば、速度ベクトルを単純に加算する等の利得合成を行ってもよい。もしくは、速度ベクトルを合成する代わりに、単純に強度ベクトルが大きい方の速度ベクトルを選択して出力する方法を採用してもよい。
【００５１】
位相合成部２４１は、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２のバイスタティックレーダ処理で得られる強度ベクトルの位相を合わせて合成する。位相合成部２４１は、第２合成部の一例である。
【００５２】
ここで、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２のバイスタティックモードのＤＯＡによって検出された強度ベクトルは複素信号であり、強度ベクトルの位相はレーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで必ずしも一致しない。このため、位相を一致させて合成することで、雑音等の影響を抑制することが望ましい。ただし、ターゲットＴの存在しない距離ビンについては、雑音の成分であるため、位相を一致させて合成する場合、雑音成分が増幅される。
【００５３】
そこで、本実施の形態のマルチレーダシステム１００では、位相合成部２４１において、合成対象とする前後の距離ビンを含めた強度ベクトル列が、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２で類似しているかどうかを判定し、類似している場合、位相を一致させて合成し、類似していない場合、位相調整を行わずに合成することで、平均化により雑音を低減する。
【００５４】
類似しているか、類似していないかの判定は、合成対象とする前後の距離ビンを含めた強度ベクトル列をレーダＡ１０１とレーダＢ１０２のそれぞれで算出し、相互相関演算を行うことで得られる複素信号の電力を求め、所定の閾値より大きいか、小さいかを判断することで行う。すなわち、ターゲットＴが存在する場合には該当距離ビン以外に、隣接する距離ビンも、ターゲットＴの存在によって、相応のレベルとなることを利用している。位相合成部２４１の詳細については後述する。
【００５５】
なお、本実施の形態では、強度ベクトルの合成方法として位相合成を採用しているが、本開示はこれに限定されない。強度ベクトルの合成方法としては、例えばベクトルの絶対値を加算する方法等を採用してもよい。あるいは、強度ベクトルを合成する代わりに、大きい方を選択して出力する方法等を採用してもよい。
【００５６】
閾値比較部２４２は、レーダＡ１０１で得られる強度ベクトルが所定の閾値よりも大きい場合、位置情報及び速度ベクトルを後段に出力する。閾値比較部２４３は、位相合成部２４１の出力ベクトルが所定の閾値よりも大きい場合、レーダＡ１０１のバイスタティックレーダ処理部２１６で得られた位置情報を後段に出力する。
【００５７】
閾値比較部２４４は、レーダＢ１０２で得られる強度ベクトルが所定の閾値よりも大きい場合、位置情報及び速度ベクトルを後段に出力する。
【００５８】
このように、閾値比較部２４２、２４３、２４４では、入力される強度ベクトルの大きさが所定の閾値より大きい場合、入力された位置情報や速度ベクトルを後段に出力している。
【００５９】
位置平均化部２４５は、閾値比較部２４２、２４３、２４４から出力された位置情報に基づいて、３つの反射点の平均位置を算出する。速度平均化部２４６は、閾値比較部２４２、２４３、２４４から出力された速度ベクトルに基づいて、３つの反射点から得られた速度ベクトルを平均化する。
【００６０】
形状推定部２４７は、位置平均化部２４５と速度平均化部２４６の出力に基づいて、位置の軌跡を速度ベクトルで補償してターゲットＴの形状を推定する。ここで、形状推定部２４７は、例えば上記した参考非特許文献１に記載されている、α−β−γフィルタ等によって平滑化された推定位置及び推定速度ベクトルを算出する追尾フィルタ機能有していてもよい。これにより、例えば、雑音等の影響による軌跡のずれを低減することができる。
【００６１】
＜位相合成部の構成例＞
図３は、位相合成部２４１の構成例を示す図である。図３に示すように、位相合成部２４１は、遅延部３０１、３０２、３０３、３１０、３１１、３１２、複素乗算部３０４、３０５、３０６、複素加算部３０７、３１６、電力算出部３０８、閾値比較部３０９、位相差検出部３１３、位相回転部３１４、切り替え部３１５、及び、複素共役算出部３１７、３１８を有する。
【００６２】
遅延部３０１、３０２、３０３は、入力されたレーダＡ１０１の強度ベクトル列を遅延させる。遅延部３１０、３１１、３１２は、複素共役算出部３１７により算出されたレーダＢ１０２の強度ベクトル列の複素共役を遅延させる。そして、遅延量毎に複素乗算部３０４、３０５、３０６が内積を算出する。
【００６３】
電力算出部３０８は、内積演算結果を複素加算部３０７が加算した値に基づいて電力を算出する。閾値比較部３０９は、算出した電力が所定の閾値より大きいか否かの判定を行い、大きい場合はターゲットＴが存在する距離ビンであると判断し、レーダＡ１０１の強度ベクトルと、レーダＢ１０２の位相回転部３１４の出力とを複素加算部３１６にて合成させる。ここで、位相差検出部３１３は、レーダＡ１０１の全ブランチの平均的な位相差を検出することで、各々のブランチ毎に独立して位相差を検出する場合と比較して、雑音の影響を低減できる。
【００６４】
なお、上述した位相合成部２４１の説明では、距離ビンを含めた強度ベクトル列を用いて位相合成を行っていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、位相合成部２４１は、後述する短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ：Short Time Fourier Transform）を用いて周波数領域解析された信号を利用して、２次元的な相互相関演算を行ってもよい。レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２を含むマルチレーダシステム１００とターゲットＴとが相対的に移動している場合、バイスタティックモードで検出されるターゲットＴのドップラ周波数シフトはレーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで一致するため、同じ周波数ビンの信号で相互相関演算を行うことで、ターゲットＴの存在によって相応のレベルの相関値を得ることができる。
【００６５】
＜作用効果＞
以上説明したように、第１の実施の形態のマルチレーダシステム１００では、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２が、送信タイミング及び周波数帯がほぼ同じとなるように、同期を行う。このため、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２がバイスタティックレーダとして動作した場合、ターゲットＴの表面における、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の検出対象領域が重なっている場所からの反射波に関しては、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで同じ検出結果が得られる。従って、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２のそれぞれがバイスタティックレーダとして動作した場合のターゲット検出結果を合成することで、信号対雑音比を向上させることができ、ターゲットの検出性能が向上する。そして、ターゲットからの反射点数が増大するため、高分解能化を図ることもできる。これにより、高分解能化と、検出精度の向上と、を両立したマルチレーダシステムを実現することができる。
【００６６】
＜第２の実施の形態＞
上述した第１の実施の形態では、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の視線方向が一致している場合について説明した。以下説明する第２の実施の形態では、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の視線方向が一致しない場合について説明する。
【００６７】
図４は、第２の実施の形態のマルチレーダシステム１００ａのブロック構成を示す図である。図４に示すように、第２の実施の形態のマルチレーダシステム１００ａは、図２に示す第１の実施の形態のマルチレーダシステム１００の構成に加えて、視線方向差算出部４０１、他方レーダ位置観測部４０２、レーダＢ設置座標設定部４０３をさらに有する。
【００６８】
視線方向差算出部４０１は、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の視線方向のずれ（以下、水平方向のずれをθ、垂直方向のずれをφとする）を算出する。視線方向のずれは、例えばレーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の設置時に、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の共通する検出領域に仮のターゲットを配置し、それぞれ仮のターゲットを検出することで算出した初期の視線方向のずれの値を記憶しておき、レーダ動作時にレーダＡ１０１及びレーダＢ１０２が検出した位置情報及び強度ベクトルを用いて、動作時の視線方向のずれを算出するようにすればよい。視線方向のずれの算出方法については後述する。
【００６９】
そして、極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７は、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２のメモリ２１３、２１４、２２３、２２４に極座標形式で保存されている位置情報及び視線方向相対速度情報を直交座標に変換する際に、視線方向差算出部４０１が算出した視線方向のずれを加味して、極座標表現による位置情報を直交座標表現に変換する。
【００７０】
同様に、極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７は、視線方向の相対速度を直交座標表現に変換し、直交する３次元の速度ベクトルに分解する。直交座標への変換の際には、レーダＢ１０２の設置位置座標に関する情報が必要であるため、極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７は、レーダＢ設置座標設定部４０３に予め記憶されているレーダＢ１０２の設置位置座標に関する情報を読み出して使用する。
【００７１】
他方レーダ位置観測部４０２は、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の位置を当初の設置位置を予め記憶しておき、レーダ動作時にレーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の位置を観測し、当初位置から変化があった場合には警告を発する。他方レーダ位置観測部４０２が設けられる理由は、以下のような事情による。
【００７２】
極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７における座標系の変換は、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２が設置された後、その位置や視線方向が変化せず、視線方向のずれθ及びφが変化しないことを前提として行われる。しかしながら、設置治具に機械的な力が加わったり、極端な温度変化があったりした場合、設置治具が変形し、視線方向が変化してしまう場合がある。
【００７３】
レーダＡ１０１とレーダＢ１０２は、上述したように、各々の検出対象領域が重複するように、互いに近接した場所に設置される。従って、レーダ動作時には、レーダＡ１０１からレーダＢ１０２、あるいはレーダＢ１０２からレーダＡ１０１には、互いのレーダ送信波が、ターゲットで反射されずに直接到達する。
【００７４】
ここで、レーダシステムの周囲に反射物がない場合には、バイスタティックレーダ処理によって得られる遅延プロファイルのうち、最も近接した位置のピークが他方のレーダが設置された距離に相当する。この距離ビンは、例えば、設置治具が変形して、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の設置位置や視線方向が変わらない限り不変である。また、この距離ビンの信号に対してＤＯＡを行った結果も同様に不変である。
【００７５】
すなわち、他方レーダ位置観測部４０２は、レーダ動作時に、レーダＡ１０１が観測したレーダＢ１０２の位置、及びレーダＢ１０２が観測したレーダＡ１０１の位置を取得し、設置時に記憶した位置と異なっている場合には警告を発することで、座標変換が正確に行われていないことを報知している。
【００７６】
以上説明したように、第２の実施の形態のマルチレーダシステム１００ａでは、視線方向差算出部４０１が、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の視線方向のずれを算出し、極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７が、算出された視線方向のずれを加味して座標変換を行う。これにより、第２の実施の形態のマルチレーダシステム１００ａは、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の視線方向のずれが生じた場合でも、ずれの影響を受けずに動作することができる。
【００７７】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態に係るマルチレーダシステム１００ｂは、第２の実施の形態のマルチレーダシステム１００ａのさらに好適な例として、平均位置算出部５０１を加えた構成である。図５は、第３の実施の形態のマルチレーダシステム１００ｂのブロック構成を示す図である。
【００７８】
平均位置算出部５０１は、レーダＡ１０１の直交座標の位置情報と、強度ベクトルと、レーダＢ１０２の直交座標の位置情報と、強度ベクトルと、に基づいて、強度を踏まえた平均位置を算出する。そして、閾値比較部２４３は、位相合成部２４１の出力（強度ベクトル）が所定の閾値よりも大きい場合に、平均位置算出部５０１の算出した平均位置を位置情報として位置平均化部２４５に出力する。これにより、バイスタティックモードで観測された位置と強度との関係が、直交変換後であっても、雑音等の影響により、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで異なる場合に、位置と強度との関係を補正することができる。
【００７９】
平均位置算出部５０１の平均位置算出方法は、例えば以下の通りである。レーダＡ１０１のバイスタティックモードでターゲットＴが検出される場合、メモリ２３５のアドレスｉに対応する、位置座標（３次元）を（ｘＡＢ（ｉ），ｙＡＢ（ｉ），ｚＡＢ（ｉ））、強度をＰＡＢ（ｉ）とし、同様に、レーダＢ１０２のバイスタティックモードでターゲットＴが検出される場合、メモリ２３８のアドレスｊに対応する、位置座標（３次元）を（ｘＢＡ（ｊ），ｙＢＡ（ｊ），ｚＢＡ（ｊ））、強度をＰＢＡ（ｊ）とし、検知領域内における反射点が１点であると仮定する。この場合、平均位置は以下の数式（１）によって算出できる。
【００８０】
【数１】
2018059895.tif 000003
【００８１】
なお、反射点が複数ある場合には、反射点が１点とみなせる領域に対応する、レーダＡ１０１のメモリのアドレスｉを限定し、レーダＢ１０２のメモリのアドレスｊを適切に設定する。
【００８２】
以上説明したように、第３の実施の形態に係るマルチレーダシステム１００ｂでは、平均位置算出部５０１が、レーダＡ１０１の直交座標の位置情報と、強度ベクトルと、レーダＢ１０２の直交座標の位置情報と、強度ベクトルと、に基づいて、強度を踏まえた平均位置を算出する。そして、閾値比較部２４３は、位相合成部２４１の出力（強度ベクトル）が所定の閾値よりも大きい場合に、平均位置算出部５０１の算出した平均位置を位置情報として位置平均化部２４５に出力する。これにより、バイスタティックモードで観測された位置と強度との関係が、直交変換後であっても、雑音等の影響により、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで異なる場合に、これを補正することができる。
【００８３】
＜極座標系から直交座標系への変換方法＞
次に、上述した第１から第３の実施の形態に係るマルチレーダシステム１００、１００ａ、１００ｂにおいて、極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７が行う極座標系から直交座標系への変換方法について説明する。
【００８４】
以下の説明では、座標変換の対象となるレーダＡ１０１及びレーダＢ１０２が水平方向の位置以外にも、垂直方向の位置を識別可能であることを前提とする。
【００８５】
上述した第１の実施の形態では、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の視線方向が一致している場合が想定されている。
【００８６】
図６は、レーダＡ１０１の設置位置を原点とした直交座標系を例示した図である。レーダＡ１０１により検出されたターゲットＴまでの距離ｒ１、レーダＡ１０１を基準にしたターゲットＴの方位角（水平方向の角度）αｙ、仰角（垂直方向の角度）αｚを用いて、レーダＡ１０１の直交座標系におけるターゲットＴの位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を以下の数式（２）のように表す（図６参照）。ここで、直交軸について、Ｘ軸を距離方向、Ｙ軸を方位角方向、Ｚ軸を仰角方向とする。
(x1, y1, z1) = (r1cos(αz) cos(αy), r1cos(αz) sin(αy), r1sin(αz))  （２）
【００８７】
図示は省略するが、同様に、レーダＢ１０２により検出されたターゲットＴまでの距離ｒ２、方位角（水平方向の角度）βｙ、仰角（垂直方向の角度）βｚを用いて、レーダＢ１０２の直交座標系におけるターゲットＴの位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を、以下の数式（３）のように表す。
(x2, y2, z2) = (r2cos(βz) cos(βy), r2cos(βz) sin(βy), r2sin(βz))  （３）
【００８８】
レーダＡ１０１の直交座標系における、レーダＢ１０２の設置位置が座標（ａ，ｂ，ｃ）であり、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の視線方向（正面方向）が一致している場合、レーダＡ１０１の直交座標系におけるレーダＢ１０２によるターゲットＴ検出位置は以下の数式（４）のように表される。
(x2+a, y2+b, z2+c)      （４）
【００８９】
一方、上述した第２の実施の形態のように、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の視線方向が不一致の場合には、視線方向のずれを反映した変換が必要となる。ここで、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２のいずれも、水平方向に傾きがないように設置されているとする。
【００９０】
図７及び図８は、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の視線方向が不一致の場合における座標変換について説明するための図である。図７において、レーダＢ１０２の設置位置を原点とし、レーダＡ１０１の３次元直交軸と平行な軸をそれぞれ、Ｘ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸と定めたとき、レーダＢ１０２の視線方向は、以下のように求めることができる。まず、Ｚ’軸を中心軸としてＸ’Ｙ’平面内でＸ’軸及びＹ’軸を水平方向に角度θ回転させる。ここで、θ回転後の直交軸をＸ２ｍ軸、Ｙ２軸とする。続いて、図８に示すように、Ｙ２軸を中心軸としてＸ２ｍＺ’平面内のＸ２ｍ軸及びＺ’軸を垂直方向に角度φ回転させることで得られる３次元直交軸で示されるＸ２軸がレーダＢ１０２の視線方向であると仮定する。
【００９１】
なお、レーダＡ１０１の直交座標に変換するには、上記と逆方向に回転させればよい。直交座標系を（−θ）回転させるということは、検出されたターゲットＴの位置を（＋θ）回転させることと等価である。すなわち、レーダＢ１０２で検出されたターゲットＴの直交座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を、以下の数式（５）のように回転行列によって（＋θ）回転→（＋φ）回転させることで、レーダＡ１０１の直交座標に変換した位置情報を算出することができる。
【数２】
2018059895.tif 000004
【００９２】
極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７は、このように算出したレーダＡの直交座標に変換した位置情報と、レーダＢ設置座標設定部４０３から取得したレーダＢ１０２の設置位置に関する情報とに基づいて、レーダＡ１０１の直交座標系におけるレーダＢ１０２で検出されたターゲットＴの位置（ｘ２ｒ，ｙ２ｒ，ｚ２ｒ）を以下の数式（６）を用いて算出する。
【数３】
2018059895.tif 000005
【００９３】
さらに、極座標−直交座標変換部２３２、２３３、２３６、２３７は、レーダＢ１０２で観測された速度ｖ２についても、同様にレーダＡ１０１の直交座標に変換する。レーダＢ１０２で観測された速度ｖ２は、視線方向に写像しておくことが望ましい。検出された方位角（水平方向）αｙ、仰角（垂直方向）αｚを用いて、視線方向速度ｖ２ｅを以下の数式（７）を用いて算出することができる。
【数４】
2018059895.tif 000006
【００９４】
速度の場合には、レーダの設置位置に起因する変換は不要である。レーダＡ１０１の直交座標系における、レーダＢ１０２で検出されたターゲットＴの速度は以下の数式（８）のように算出することができる。
【数５】
2018059895.tif 000007
【００９５】
＜最大比合成の算出方法＞
次に、最大比合成部２４０における最大比合成の方法について説明する。レーダＡ１０１のバイスタティックモードでターゲットＴが検出されるとき、メモリ２３５のアドレスｉにおいて、ターゲットＴの視線方向速度が直交座標変換された速度を（ｖｘ１（ｉ），ｖｙ１（ｉ），ｖｚ１（ｉ））、強度をＰＡＢ（ｉ）とし、同様に、レーダＢ１０２のバイスタティックモードでターゲットＴが検出されるとき、メモリのアドレスｊにおいて、ターゲットＴの視線方向速度が直交座標変換された速度を（ｖｘ２（ｊ），ｖｙ２（ｊ），ｖｚ２（ｊ））、強度をＰＢＡ（ｊ）とする。そして、検知領域内における反射点が１点であると仮定しとき、最大比合成後の直交座標系における速度は、以下の数式（９）のように算出することができる。
【数６】
2018059895.tif 000008
【００９６】
なお、反射点が複数ある場合には、反射点が１点とみなせる領域に対応する、レーダＡ１０１のメモリのアドレスｉを限定し、レーダＢ１０２のメモリのアドレスｊを適切に設定して、最大比合成を算出すればよい。限定したアドレスｉに対応する位置の直交座標はレーダＢ１０２の視線方向及び設置位置を踏まえて、レーダＢ１０２の極座標系に再び戻す変換をすることで、レーダＢ１０２のメモリのアドレスｊが定まる。なお、アドレスｉとアドレスｊの対応関係はレーダ設置時に一意に定まるため、事前に求めておき、参照テーブル化しておくことも好適である。
【００９７】
＜視線方向のずれの算出方法＞
上述した第２の実施の形態において、視線方向差算出部４０１は、レーダ動作時にレーダＡ１０１及びレーダＢ１０２が検出した位置情報及び強度ベクトルを用いて、レーダＡ１０１の視線方向とレーダＢ１０２の視線方向のずれ（角度θ及びφ）を算出する。視線方向のずれの算出方法としては、例えば電子コンパス等の地磁気センサを活用する方法があるが、磁極が周囲にある場合には活用することは困難であり、また周囲に電子機器がある場合には電子機器の動作に影響を及ぼす可能性があり、十分な精度で視線方向のずれを得ることが困難である。
【００９８】
そこで、本実施の形態では、視線方向差算出部４０１は、以下のような方法で視線方向のずれを算出する。まず、レーダ設置時に、レーダＡ１０１の検出対象領域とレーダＢ１０２の検出対象領域とが重なっている領域内にリファレンスとなるターゲットＲを配置し、視線方向差算出部４０１は、それぞれのレーダによるターゲットＲの検出結果から視線方向のずれを求める。このとき、ターゲットＲとしては、例えば、コーナーリフレクタや球体リフレクタのように、反射点が一箇所とみなせるものを用いるのが好適である。
【００９９】
図９は、レーダ設置時の視線方向のずれの算出方法の概念図である。図９に示すように、レーダＡ１０１の直交座標系におけるレーダＢ１０２の設置位置を仮想的に（−ａ，−ｂ，−ｃ）シフトさせ、レーダＢ１０２の設置位置とレーダＡ１０１の設置位置が仮想的に重複するモデルについて説明する。仮想的な設置位置シフト後のターゲットＲの位置（ｘ２’，ｙ２’，ｚ２’）は、以下の数式（１０）のように表すことができる。ここで、レーダＢ１０２で検出されるターゲットＲまでの距離ｒ３、方位角（水平方向の角度）γｙ、仰角（垂直方向の角度）γｚを用いて、
(x2’, y2’, z2’) = (r3cos(γz) cos(γy)+a, r3cos(γz) sin(γy) +b, r3sin(γz) +c)  (１０）
【０１００】
この仮想的なターゲットＲの位置（ｘ２’，ｙ２’，ｚ２’）は、レーダＡ１０１によって検出された、レーダＡ１０１の直交座標系における、ターゲットＲ位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を、レーダＢ１０２の視線方向に回転させた位置である。すなわち、Ｚ’軸を中心軸としてＸＹ平面上のＸ軸及びＹ軸を角度θ回転し、さらに、回転後のＹ軸（Ｙ２軸）を中心軸として回転後のＸＺ平面上のＸ軸及びＺ軸を角度φ回転した位置である。この回転を行列式で表すと、以下の数式（１１）のようになる。
【数７】
2018059895.tif 000009
【０１０１】
数式（１１）において、ｙ２’に着目し、三角関数の合成公式を適用すれば、以下の数式（１２）のようになる。
【数８】
2018059895.tif 000010
ただし、
【数９】
2018059895.tif 000011
【数１０】
2018059895.tif 000012
【０１０２】
以上から、Ｚ’軸を中心軸としてＸＹ平面上のＸ軸及びＹ軸を回転するときの回転量θは、以下の数式（１３）で与えられる。
【数１１】
2018059895.tif 000013
【０１０３】
続いて、数式（１１）において、ｘ２’に着目し、三角関数の合成公式を適用すれば、以下の数式（１４）のようになる。
【数１２】
2018059895.tif 000014
ただし、
【数１３】
2018059895.tif 000015
【数１４】
2018059895.tif 000016
【０１０４】
以上から、θ回転後のＹ軸（Ｙ２軸）を中心軸として回転後のＸＺ平面上のＸ軸及びＺ軸を回転するときの回転量φは、以下の数式（１５）で与えられる。
【数１５】
2018059895.tif 000017
【０１０５】
視線方向差算出部４０１では、レーダＡ１０１の検出した位置情報及び強度ベクトル、並びに、レーダＢ１０２の検出した位置情報及び強度ベクトルを用いて、上記回転量θ及び回転量φを算出して記憶する。
【０１０６】
＜レーダＡ及びレーダＢの説明＞
以下では、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の構成について説明する。上述した第１から第３の実施の形態において、単体のレーダ装置としてのレーダＡ１０１及びレーダＢ１０２は、それぞれ、同一周波数チャネルで符号分割多重され、相補符号を用いるパルス圧縮方式や、周波数分割多重方式や時間分割多重方式とチャープ方式とを組み合わせる方式等を利用することができる。以下では、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の具体的な構成例について説明する。
【０１０７】
［第１の構成例］
第１の構成例では、同一周波数チャネルで符号分割多重され、相補符号を用いるパルス圧縮方式を採用した例について説明する。図１０は、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の内部構成を示すブロック図である。図１０では、レーダＡ１０１は、送信部８０１−１、受信部８０２−１、サンプリングクロック発生部８０３−１、ローカル信号発生部８０４−１を有する。同様に、レーダＢ１０２は、送信部８０１−２、受信部８０２−２、サンプリングクロック発生部８０３−２、ローカル信号発生部８０４−２を有する。また、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とを同期するために、統合処理装置１０３は上記説明したフレーム同期部２３１を有する。
【０１０８】
なお、図１０に示す送信部８０１−１は、例えば、図２、４、５の送信部２１１に対応しており、受信部８０２−１は、例えば、図２、４、５の受信部２１２に対応しており、送信部８０１−２は、例えば、図２、４、５の送信部２２１に対応しており、受信部８０２−２は、例えば、図２、４、５の受信部２２２に対応している。また、図１０では、例えば図２、４、５に示した統合処理装置１０３のフレーム同期部２３１以外の構成については図示を省略する。
【０１０９】
図１０では、送信部８０１−１は、相補符号発生部８０５−１、直交符号Ａ重畳部８０６、ＤＡＣ（デジタル／アナログ変換）部８０７−１、送信高周波部（送信無線部）８０８−１、送信アンテナ（１ブランチ）８０９−１を有する。また、受信部８０２−１は、受信アンテナ（４ブランチ）８１０−１、受信高周波部（受信無線部）８１１−１、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換）部８１２−１、相補符号相関演算部８１３−１、直交符号重畳部８１６−１、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ：Short Time Fourier Transform）部８１９−１、到来方向推定（ＤＯＡ：Direction Of Arrival）部８２０−１及び８２１−１、及び、上述したメモリ２１３、メモリ２１４を有する。
【０１１０】
また、送信部８０１−２は、相補符号発生部８０５−２、直交符号Ｂ重畳部８２２、ＤＡＣ部８０７−２、送信高周波部８０８−２、送信アンテナ（１ブランチ）８０９−２を有する。また、受信部８０２−２は、受信アンテナ（４ブランチ）８１０−２、受信高周波部８１１−２、ＡＤＣ部８１２−２、相補符号相関演算部８１３−２、直交符号重畳部８１６−２、ＳＴＦＴ部８１９−２、ＤＯＡ部８２０−２及び８２１−２、及び、上述したメモリ２２３、メモリ２２４を有する。
【０１１１】
直交符号Ａ重畳部８０６は、レーダＡ１０１における相補符号発生部８０５−１からの出力に対して、直交符号Ａを重畳する。一方、レーダＢ１０２における相補符号発生部８０５−２からの出力に対して、直交符号Ｂ重畳部８２２は、直交符号Ｂを重畳する。ここで、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで同一の相補符号を用いることで、受信部８０２の相関演算回路を１種類として回路を簡略化することができる。また、直交符号Ａと直交符号Ｂは互いに直交しており、受信部８０２でも同じ符号が重畳された後に積分されることで、互いの干渉成分が抑圧される。なお、直交符号Ａは第１直交符号の一例であり、直交符号Ｂは第２直交符号の一例であり、直交符号Ａ重畳部８０６は、第１直交符号重畳部の一例である。
【０１１２】
直交符号Ａ重畳部８０６からの出力信号は、ＤＡＣ部８０７−１にてアナログベースバンド信号に変換された後に、送信高周波部８０８−１に入力され、直交変調によってミリ波帯等の高周波帯の信号に周波数変換された後に、送信アンテナ８０９−１から空中に放射される。
【０１１３】
空中に放射された電磁波はターゲットＴによって反射され、例えば、４ブランチの受信アンテナ８１０−１によって受信される。受信アンテナ８１０−１のブランチは、互いに半波長以上１波長以下程度離れた位置に配置されており、それぞれのブランチで取得される信号間の位相差を求めることで、到来方向を推定することができる。４ブランチ分の受信アンテナ８１０−１の出力は、それぞれ受信高周波部８１１−１に入力され、直交復調によって、ベースバンド帯の複素信号に周波数変換される。なお、送受信でローカル信号が同期しているため、静止したターゲットＴからの反射波の場合、雑音以外の影響では信号は変動しない。
【０１１４】
受信高周波部８１１−１が出力したベースバンド帯の複素信号は、ＡＤＣ部８１２−１にてデジタル信号に変換される。このとき、送受信でサンプリングクロックが同期しているため、静止したターゲットＴからの反射波の場合、雑音以外の影響では信号は変動しない。相補符号相関演算部８１３−１は、ＡＤＣ部８１２−１にてデジタル信号に変換された信号を用いて相関演算を行う。これにより、符号化利得により信号対雑音比が増大する。
【０１１５】
直交符号重畳部８１６−１は、直交符号Ａ重畳部８１４−１及び直交符号Ｂ重畳部８１５−１を有する。モノスタティックレーダ処理の場合には、直交符号Ａ重畳部８１４−１は、レーダＡ１０１の送信部８０１−１と同じ符号Ａを重畳する。一方、バイスタティックレーダ処理の場合には、直交符号Ｂ重畳部８１５−１は、他方のレーダＢ１０２の符号Ｂを重畳する。なお、直交符号Ａ重畳部８１４−１及び直交符号Ｂ重畳部８１５−１は、第３及び第４直交符号重畳部の一例である。
【０１１６】
ＳＴＦＴ部８１７−１及び８１８−１は、直交符号Ａ重畳部８１４−１及び直交符号Ｂ重畳部８１５−１の出力をフーリエ変換する。ＳＴＦＴ部８１７−１及び８１８−１では、離散フーリエ変換のポイント数に対応するスロット数分の測定データを蓄積した上で、異なるタイミングで取得した同一距離ビン成分を抽出して離散フーリエ変換を行う。
【０１１７】
ＳＴＦＴ部８１７−１及び８１８−１は、４ブランチ合計で最大電力となる周波数の成分の積分結果をＤＯＡ部８２０−１及び８２１−１に出力する。モノスタティックモードについてはＤＯＡ部８２０−１に、バイスタティックモードについてはＤＯＡ部８２１−１にそれぞれ入力される。なお、複数のターゲットＴが存在する場合には、それぞれのターゲットＴが異なる相対速度を有していることを利用して分離度を高めることができるので、最大となる周波数成分に加えて、例えば、電力が２番目や３番目となる周波数成分の積分結果も、ＤＯＡ部８２０−１及び８２１−１に出力してもよい。また、ＤＯＡ部８２０−１及び８２１−１では、ブランチ間の位相差に応じて、到来方向を推定し、推定結果をメモリ２１３及び２１４に書き込む。
【０１１８】
なお、上記説明した構成のうち、直交符号Ａ重畳部８１４−１、ＳＴＦＴ部８１７−１、及びＤＯＡ部８２０−１が、図２、４、５に示すレーダＡ１０１のモノスタティックレーダ処理部２１５に対応する。同様に、直交符号Ｂ重畳部８１５−１、ＳＴＦＴ部８１８−１、及びＤＯＡ部８２１−１が、図２、４、５に示すレーダＡ１０１のバイスタティックレーダ処理部２１６に対応する。
【０１１９】
以上レーダＡ１０１の構成について説明したが、レーダＢ１０２の各構成の動作も直交符号Ｂ重畳部８２２を除いて上述したレーダＡ１０１の各構成の動作とほぼ同様であるため、説明を省略する。なお、直交符号Ｂ重畳部８２２は、レーダＢ１０２における相補符号発生部８０５−２からの出力に対して、直交符号Ｂを重畳する。ここで、レーダＢ１０２の直交符号Ａ重畳部８１４−２及び直交符号Ｂ重畳部８１５−２は、第３及び第４直交符号重畳部の一例であり、直交符号Ｂ重畳部８２２は、第２直交符号重畳部の一例である。
【０１２０】
なお、レーダＢ１０２の構成のうち、直交符号Ａ重畳部８１４−２、ＳＴＦＴ部８１７−２、及びＤＯＡ部８２０−２が、図２、４、５に示すレーダＢ１０２のバイスタティックレーダ処理部２２５に対応する。同様に、直交符号Ｂ重畳部８１５−２、ＳＴＦＴ部８１８−２、及びＤＯＡ部８２１−２が、図２、４、５に示すレーダＢ１０２のモノスタティックレーダ処理部２２６に対応する。
【０１２１】
次に、サンプリングクロック発生部８０３−１は、送信部８０１−１のＤＡＣ部８０７−１と、受信部８０２−１のＡＤＣ部８１２−１に出力するサンプリングクロックを生成する。また、ローカル信号発生部８０４−１は、送信部８０１−１の送信高周波部８０８−１と、受信部８０２−１の受信高周波部８１１−１にて搬送波信号として用いられるローカル信号を生成する。これにより、送信部８０１−１と受信部８０２−１とが同期される。なお、ローカル信号発生部８０４−１、８０４−２は、第２の同期部の一例である。
【０１２２】
さらに、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とを同期させるため、レーダＡ１０１のサンプリングクロック発生部８０３−１とレーダＢ１０２のサンプリングクロック発生部８０３−２との間を接続し、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで同じサンプリングクロックを用いる。また、レーダＡ１０１のローカル信号発生部８０４−１とレーダＢ１０２のローカル信号発生部８０４−２との間を接続し、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで同じローカル信号を用いる。なお、本実施の形態においては、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とは符号分割多重させるため、同一の搬送波周波数を用いる。
【０１２３】
なお、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とを周波数分割多重あるいは時分割多重してもよい。しかしながら、周波数分割多重の場合には、受信高周波部８１１がモノスタティック用とバイスタティック用の２個必要となる。そして、ターゲットＴとそれぞれのレーダ装置との相対速度がゼロでない場合、相対速度が同じであっても、ドップラオフセット周波数が搬送波周波数に依存するため、これを補正する処理を行えばよい。なお、この補正処理については、本実施の形態では説明を省略する。時分割多重の場合には、モノスタティックレーダとバイスタティックレーダで得られるタイミングが完全には同一とならず、位置や速度に誤差が生じてしまう。
【０１２４】
ところで、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の動作開始タイミングを同期させるために、レーダＡ１０１の相補符号発生部８０５−１とレーダＢ１０２の相補符号発生部８０５−２は、フレーム同期部２３１からのフレームタイミング信号に基づいて、同じタイミングかつ一定の周期で繰返し相補符号を発生させる。
【０１２５】
これにより、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２に対して相対的に移動しているターゲットＴについても、積分による利得を得ることができ、信号対雑音比が改善される。さらに、ＳＴＦＴ部８１７−１、８１８−１、８１７−２、８１８−２によるＳＴＦＴ後に最大となる周波数が相対的に移動しているターゲットＴによるドップラ周波数シフトに対応するため、相対速度を算出することができる。ＳＴＦＴ部８１７−１、８１８−１、８１７−２、８１８−２が算出した相対速度は、ＤＯＡ結果（検出位置）とともに関連付けて保存され、メモリ２１３、２１４、２２３、２２４に書き込まれる。
【０１２６】
また、ＳＴＦＴ部８１７−１、８１８−１、８１７−２、８１８−２は、直交符号Ａ及び直交符号Ｂの周期の整数倍となるように離散フーリエ変換のポイント数を設定してもよい。レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２における互いの干渉成分が抑圧され、モノスタティックモード、バイスタティックモードそれぞれの観測結果の精度を向上させることができる。
【０１２７】
本実施の形態では、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とを同期させた上で、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とで異なる直交符号を重畳して生成したレーダ送信波をそれぞれ送信することで、複数のチャネルを占有せずに済み、送信周波数の有効利用を図ることができる。また、回路規模が大型化する傾向にある高周波部については、従来のレーダ装置と同様の構成とすればよいため、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の構成が複雑化することを回避できる。すなわち、本実施の形態のレーダＡ１０１とレーダＢ１０２は、デジタル信号を処理するＡＤＣ部８１２からＤＯＡ部８２０までを複数の直交符号に対応した回路構成とすればよい。
【０１２８】
［第２の構成例］
次に、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の第２の構成例について説明する。本第２の構成例では、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２との同期信号接続を行わず、システム設置の柔軟性を確保することについて説明する。
【０１２９】
図１１は、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の内部構成の第２の構成例を示すブロック図である。図１１に示すレーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の第２の構成例と、図１０に示す第１の構成例との差異は、以下の通りである。すなわち、第２の構成例では、レーダＢ１０２が、位相回転量検出部９０１及びピーク重心位置検出部９０２を有し、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の間を接続するローカル同期信号線と、サンプリングクロック同期信号線とが削除されている。
【０１３０】
なお、図１１に示す送信部８０１−１は、例えば、図２、４、５の送信部２１１に対応しており、受信部８０２−１は、例えば、図２、４、５の受信部２１２に対応しており、送信部８０１−２は、例えば、図２、４、５の送信部２２１に対応しており、受信部８０２−２は、例えば、図２、４、５の受信部２２２に対応している。また、図１１では、例えば、図２、４、５等に示した統合処理装置１０３のフレーム同期部２３１以外の構成については図示を省略する。
【０１３１】
ところで、レーダＡ１０１のレーダ送信波が、ターゲットＴで反射せずにレーダＢ１０２で直接受信され得る。マルチレーダシステム１００の起動時において、レーダＢ１０２は、送信部８０１−２を起動させず、受信部８０２−２を起動させる。受信した信号に基づいて、受信アンテナ８１０−２から直交符号Ａ重畳部８１４−２までは上述した第１の構成例と同様の処理を行い、ピーク重心位置検出部９０２は、直交符号Ａ重畳部８１４−２の出力信号を観測する。
【０１３２】
ここで、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２のフレームタイミングはフレーム同期部２３１により一致しているため、直交符号Ａ重畳部８１４−２の出力で得られる遅延プロファイルにおいて、レーダＡ１０１から直接受信した受信波（直接波）が存在した場合、その受信波は最短時間でのピークとして表れる。レーダＡ１０１とレーダＢ１０２のサンプリングクロックが同期していれば、このピーク位置はレーダＡ１０１とレーダＢ１０２の距離に相当する距離ビンから不変であるが、本第２の構成例ではサンプリングクロックが非同期のため、ピーク位置が時間の経過に応じてシフトする。
【０１３３】
ピーク重心位置検出部９０２は、ピーク位置のシフト方向が、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２との距離が遠方となる方向に移動する場合、レーダＢ１０２のサンプリングクロックの周波数がレーダＡ１０１よりも高いと判定する。一方、ピーク重心位置検出部９０２は、ピーク位置のシフト方向が、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２との距離が近傍となる方向に移動する場合、レーダＢ１０２のサンプリングクロックの周波数がレーダＡ１０１よりも低いと判定する。そこで、ピーク重心位置検出部９０２は、距離ビンの位置が一定となるように、ピーク位置のシフト量に応じてサンプリングクロック発生部８０３−２に含まれるＰＬＬ（Phase Locked Loop）（図示せず）の位相をフィードバック制御する。なお、ピーク重心位置検出部９０２は、第１フィードバック制御部の一例である。
【０１３４】
ピーク重心位置検出部９０２は、より高精度に同期させるために、ピーク位置前後の電力も含めた重心位置を算出し、このピーク重心位置が不変となるように、サンプリングクロック発生部８０３−２内部のＰＬＬの位相を制御すればよい。
【０１３５】
ピーク重心位置が安定した後、位相回転量検出部９０１は、ピーク位置となる距離ビンの複素信号を、例えばスロット周期の一定時間間隔で観測し、位相回転量を算出する。そして、位相回転量検出部９０１は、算出した位相回転量がゼロとなるように、ローカル信号発生部８０４−２に含まれるＰＬＬの位相をフィードバック制御する。これにより、ローカル信号発生部８０４−２は、レーダＡ１０１のローカル信号と同期したローカル信号を得ることができる。位相回転量検出部９０１は、第２フィードバック制御部の一例である。
【０１３６】
なお、マルチレーダシステム１００が移動する場合、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２は一体的に移動し、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２との間の相対速度はゼロである。ここで、レーダＡ１０１からターゲットＴに反射されずに、直接レーダＢ１０２で受信した受信波（直接波）は、ドップラ周波数シフトは生じないため、位相回転量はゼロとなる。
【０１３７】
ここで、マルチレーダシステム１００が旋回運動のような運動をする場合、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２との間で相対速度が生じる。なお、相対速度が生じないようにレーダＢ１０２のローカル周波数をレーダＡ１０１のローカル周波数に合わせることにより、レーダＢ１０２から統合処理装置１０３に入力される速度情報もレーダＡ１０１を基準とした速度に自動的に補正される。このため、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２の相対速度によって生じる誤差が補償され、好適である。
【０１３８】
［第３の構成例］
レーダ送信波としてミリ波帯を使用する場合、ローカル信号は、例えば８０ＧＨｚといった高周波帯となるため、高精度に位相制御することが困難になる。すなわち、ローカル信号発生部８０４をフィードバック制御しても、残留位相誤差が生じてしまうことが想定される。
【０１３９】
そこで、第３の構成例では、図１２に示すように、第２の構成例に位相回転部１００１を追加し、フィードフォワード制御を行うことで残留位相誤差を低減する。図１２は、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の内部構成の第３の構成例を示すブロック図である。
【０１４０】
図１２に示すように、位相回転部１００１は、位相回転部１００２と位相回転部１００３とを有する。直交符号Ａ重畳部８１４−２の出力は、位相回転部１００２に入力され、直交符号Ｂ重畳部８１５−２の出力は、位相回転部１００３に入力される。位相回転部１００２及び１００３は、残留位相誤差によって生じる位相回転量の検出結果を補償するように、直交符号Ａ重畳部８１４−２及び直交符号Ｂ重畳部８１５−２の出力に対して位相回転を与える。
【０１４１】
なお、図１２に示す送信部８０１−１は、例えば、図２、４、５の送信部２１１に対応しており、受信部８０２−１は、例えば、図２、４、５の受信部２１２に対応しており、送信部８０１−２は、例えば、図２、４、５の送信部２２１に対応しており、受信部８０２−２は、例えば、図２、４、５の受信部２２２に対応している。また、図１０では、例えば、図２、４、５等に示した統合処理装置１０３のフレーム同期部２３１以外の構成については図示を省略する。
【０１４２】
位相回転部１００２及び１００３が位相回転を与える方法としては、例えば、図１３に示すような、ＮＣＯ（Numerically Controlled Oscillator：数値制御発振器）を用いた方法を採用すればよい。図１３は、位相回転部１００２の構成例を示す図である。
【０１４３】
図１３では、位相回転部１００２は、位相回転量検出部９０１で検出された位相回転量をモジュロ２πで累積し、累積結果をアドレスとする複素正弦波テーブルから複素振幅を読出し、読み出した複素振幅を位相回転部１００１からの出力に乗ずる。位相回転部１００２は、加算部１１０１、遅延部１１０２、複素正弦波テーブル１１０３、複素乗算部１１０４を有する。
【０１４４】
位相回転量検出部９０１で検出された位相回転量は、加算部１１０１において遅延部１１０１が生成した１周期前の累積値に加えられて累積される。加算結果をアドレスとした複素正弦波の振幅が複素正弦波テーブル１１０３から読み出され、複素乗算部１１０４は、読み出された複素振幅を直交符号Ａ重畳部８１４−２からの信号に乗算する。複素乗算部１１０４の出力は、後段のＳＴＦＴ部８１８−２に出力される。複素乗算部１１０４の複素乗算によって、残留した位相誤差成分が補償される。
【０１４５】
［第４の構成例］
レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の第４の構成例について説明する。第４の構成例では、高周波部の回路規模を増大させることなく、実質的にアンテナ開口長を広げることができるＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）レーダ方式を適用した構成とする。第４の構成例では、一例として、送信部１２０１が２アンテナ、受信部１２０２が４アンテナを有する場合について説明する。
【０１４６】
図１４は、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の内部構成の第４の構成例を示すブロック図である。第４の構成例において、レーダＡ１０１は、送信部１２０１−１、受信部１２０２−１、サンプリングクロック発生部８０３−１、ローカル信号発生部８０４−１を有する。
【０１４７】
送信部１２０１−１は、相補符号発生部８０５−１、符号重畳部１２０３−１、ＤＡＣ部１２０４−１、送信高周波部１２０５−１、送信アンテナ（２ブランチ）１２０６−１を有する。また、受信部１２０２−１は、受信アンテナ（４ブランチ）８１０−１、受信高周波部８１１−１、ＡＤＣ部８１２−１、相補符号相関演算部８１３−１、符号重畳部１２０７−１及び１２０８−１、ＳＴＦＴ部１２０９−１及び１２１０−１、ＤＯＡ部１２１１−１及び１２１２−１、メモリ２１３及びメモリ２１４を有する。なお、送信部１２０１−１は、２ブランチの送信アンテナに対応する２系統の符号重畳部１２０３−１、ＤＡＣ部１２０４−１、送信高周波部１２０５−１を有する。
【０１４８】
一方、第４の構成例において、レーダＢ１０２は、送信部１２０１−２、受信部１２０２−２、サンプリングクロック発生部８０３−２、ローカル信号発生部８０４−２を有する。
【０１４９】
なお、送信部１２０１−２は、相補符号発生部８０５−２、符号重畳部１２０３−２、ＤＡＣ部１２０４−２、送信高周波部１２０５−２、送信アンテナ（２ブランチ）１２０６−２を有する。また、受信部１２０２−２は、受信アンテナ（４ブランチ）８１０−２、受信高周波部８１１−２、ＡＤＣ部８１２−２、相補符号相関演算部８１３−２、符号重畳部１２０７−２及び１２０８−２、ＳＴＦＴ部１２０９−２及び１２１０−２、ＤＯＡ部１２１１−２及び１２１２−２、メモリ２２３及びメモリ２２４を有する。
【０１５０】
ＭＩＭＯ方式を適用するため、２系統の符号重畳部１２０３−１は、相補符号発生部８０５−１からの出力に対して、レーダＡ１０１からの送信信号であるか、レーダＢ１０２からの送信信号であるかを区別するためのレーダ間多重用直交符号Ａと、ストリーム間多重用直交符号Ｗ１及びＷ２とを重複して重畳する。レーダ間多重用直交符号Ａとストリーム間多重用直交符号Ｗ１及びＷ２の符号周期や、１符号当たりの長さを異なる長さとするため、例えば、符号Ａ、Ｗ１の重畳符号ＡＷ１、ＡＷ２を図１５のような関係とすると、直交性が保たれて好適である。
【０１５１】
図１５は、レーダ間多重用直交符号とストリーム間多重用直交符号の関係を示すタイミングチャートを例示した図である。相補符号Ｘ及びＹが相補符号発生部８０５−１から繰返し発生される。まず、相補符号のペアを１周期とするレーダ間多重用直交符号Ａが重畳され、さらに、レーダ間多重用直交符号Ａの４符号分を１符号分とするストリーム間多重用直交符号Ｗ１がさらに重畳される。さらに、符号重畳部１２０３−１は、もう一方のＭＩＭＯストリーム多重信号用に符号ＡとＷ２とが重畳される。ストリーム多重用直交符号Ｗ２の系列を“全て１”とした場合、図１５の“重畳符号ＡＷ２”に示されるような符号が重畳される。
【０１５２】
一方、レーダＢ１０２の符号重畳部１２０３−２は、相補符号発生部８０５−２からの出力に対して、符号Ｂと符号Ｗ１及びＷ２とを重複して重畳する。レーダ間多重用直交符号Ｂの系列が“全て１”である場合、図１５の“重畳符号ＢＷ１”及び“重畳符号ＢＷ２”が重畳される。なお、符号ＢＷ２は“全て１”同士の重畳のため、“全て１”となる。
【０１５３】
２系統のＤＡＣ部１２０４−１は、符号ＡＷ１及び符号ＡＷ２が重畳された信号のそれぞれをアナログベースバンド信号に変換する。２系統の送信高周波部１２０５−１は、アナログベースバンド信号を直交変調によってミリ波帯等の高周波帯の信号に周波数変換する。送信高周波部１２０５−１が生成した高周波帯信号は、２ブランチの送信アンテナ１２０６−１から空中に放射される。
【０１５４】
空中に放射された電磁波はターゲットＴによって反射され、４ブランチの受信アンテナ８１０−１によって受信される。受信アンテナの各ブランチは、互いに半波長以上１波長以下程度離れた位置に配置されており、それぞれのブランチで取得される信号間の位相差を求めることで、到来方向を推定することができる。本第４の構成では、ＭＩＭＯレーダ方式を適用しているため、実アンテナアレイに加え仮想アンテナアレイも構成され、ＤＯＡ部１２１１−１及び１２１２−１における到来方向推定処理において、仮想アレイの信号も用いられる。
【０１５５】
４ブランチ分の受信アンテナ８１０−１の出力は、それぞれ４系統の受信高周波部８１１−１のいずれかに入力される。４系統の受信高周波部８１１−１は、受信した信号を、直交復調によってベースバンド帯の複素信号に周波数変換する。ベースバンド帯の複素信号は、ＡＤＣ部８１２−１にてデジタル信号に変換され、４系統の相補符号相関演算部８１３−２によって相関演算処理が行われる。これにより、符号化利得による信号対雑音比が増大する。符号重畳部１２０７−１、１２０８−１は、ストリーム毎に、相関演算結果に符号ＡＷ１及び符号ＡＷ２を重畳してモノスタティックレーダとしての処理を行う。同様に、符号重畳部１２０８−１は、ストリーム毎に、相関演算結果に符号ＢＷ１及び符号ＢＷ２を重畳してバイスタティックレーダとしての処理を行う。従って、符号重畳部１２０７−１、１２０８−１は、２ストリーム×４ブランチ＝８系統が必要となる。
【０１５６】
ＳＴＦＴ部１２０９−１、１２１０−１は、各系統の重畳結果に対してフーリエ変換を行う。符号重畳部１２０７−１、１２０８−１と同様に、ＳＴＦＴ部１２０９−１、１２１０−１は、２ストリーム×４ブランチ＝８系統が必要となる。ＳＴＦＴ部１２０９−１、１２１０−１は、離散フーリエ変換のポイント数をレーダ間多重用及びストリーム間多重用それぞれの直交符号の１周期に必要なスロット数を乗じた数の倍数に設定することで、レーダ間多重用及びストリーム間多重用の両方の直交関係が満たされるため、これらの干渉を十分に抑制することができる。
【０１５７】
８系統のＳＴＦＴ部からは、８系統の合計で最大電力となる周波数の成分の積分結果がＤＯＡ部１２１１−１、１２１２−１に入力される。モノスタティックモードの積分結果についてはＤＯＡ部１２１１−１に、バイスタティックモードの積分結果についてはＤＯＡ部１２１２−１にそれぞれ入力される。なお、複数のターゲットＴの分離度を高めるため、第１の構成例と同様に、最大となる周波数成分に加えて、電力が２番目や３番目となる周波数成分の積分結果等もＤＯＡ部１２１１−１、１２１２−１に出力するようにしてもよい。ＤＯＡ部１２１１−１、１２１２−１は、仮想アレイも含めた全８系統の位相差に対して到来方向を推定し、推定結果をメモリ２１３、２１４に書き込む。
【０１５８】
このように、ＭＩＭＯレーダ方式を適用した場合、例えば、複数の送信アンテナを垂直方向に配置すれば、受信アンテナが水平方向の配置であっても、受信高周波部の回路規模を増大させることなく、垂直方向の到来方向も推定できる。
【０１５９】
［第５の構成例］
図１０に示された第１の構成例は、レーダＡ１０１とレーダＢ１０２とを同期させるため、サンプリングクロックとローカル信号の両方を直接接続していた。これに対して、第５の構成例は、ローカル信号については周波数発振源となる水晶発振デバイス出力を接続させ、比較的周波数の低い信号を共通化する構成である。
【０１６０】
図１６は、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の内部構成の第５の構成例を示すブロック図である。なお、図１６に示すレーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の第５の構成例と、図１０に示す第１の構成例との差異は、以下の通りである。例えば、第５の構成例では、レーダＡ１０１のローカル信号発生部８０４−１がＴＣＸＯ部１３０１とＰＬＬ部１３０２−１とで構成され、レーダＡ１０１のＴＣＸＯ部１３０１出力がレーダＢ１０２のＰＬＬ部１３０２−２の入力部に接続されており、さらに、レーダＢ１０２のサンプリングクロック発生部８０３−２がレーダＡ１０１のサンプリングクロック発生部８０３−１と同期する。
【０１６１】
位相雑音特性に優れた高周波信号を生成する一般的な構成として、周波数安定度に優れた水晶発振デバイスからの信号と、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）からの高周波信号（無線周波数信号）を分周した信号との位相比較を行い、この位相差がゼロになるようにＶＣＯへの入力電圧を制御するフィードバックループ（ＰＬＬ）が用いられる。水晶発振デバイスとして発振周波数が数十ＭＨｚ程度の温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature compensated crystal Oscillator）が用いられることが多く、ミリ波周波数帯に比べれば、低周波であり、例えば、レーダ間を接続するためのケーブルも安価なものを用いることができる。
【０１６２】
ただし、ＴＣＸＯの後段に構成されるＰＬＬは、複数のレーダ間で個別のものとなるため、複数レーダ間で周波数同期は確立していても、位相同期までは確立することは困難である。このため、ミリ波周波数帯では、近接位置に設置されたレーダＡからの直接波のように、十分にＳＮＲが大きい距離ビンの信号であっても、直交符号重畳後の位相が変化する場合がある。そこで、第５の構成例では、位相回転量検出部９０１と位相回転部１００１とを追加し、残留位相誤差を補償する。なお、残留位相誤差の処理方法は、他の構成例と同じであるため、ここでの説明は省略する。
【０１６３】
このような構成をとることで、レーダ間を同期させるためのコストが低減され、十分な同期性能も確保できるため、好適である。
【０１６４】
以上、図面を参照しながら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。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【０１６５】
上述した第１から第３の実施の形態に係るマルチレーダシステム１００、１００ａ、１００ｂでは、レーダＡ１０１及びレーダＢ１０２の２台のレーダを有する例について説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されず、例えば、３台以上のレーダ装置を有する構成としてもよい。
【０１６６】
上記各実施形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。
【０１６７】
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には、入力端子及び出力端子を有する集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ（Integrated Circuit）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１６８】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＬＳＩ内部の回路セルの接続または設定を再構成可能なリコンフィギュラブル  プロセッサ（Reconfigurable Processor）を利用してもよい。
【０１６９】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１７０】
＜本開示のまとめ＞
本開示のマルチレーダシステムは、第１送信信号を送信する第１送信部と、モノスタティックレーダモード及びバイスタティックレーダモードにおいて、ターゲットに反射された反射波信号をそれぞれ受信する第１受信部と、前記それぞれ受信した反射波信号を用いて到来方向推定を行う第１推定部と、を含む第１レーダ装置と、第２送信信号を送信する第２送信部と、前記モノスタティックレーダモード及び前記バイスタティックレーダモードにおいて、前記ターゲットに反射された前記反射波信号をそれぞれ受信する第２受信部と、前記それぞれ受信した反射波信号を用いて前記到来方向推定を行う第２推定部と、を含む第２レーダ装置と、第１レーダ装置のバイスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果、第２レーダ装置のバイスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果、とを合成する合成部と、第１レーダ装置のモノスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果と、第２レーダ装置のモノスタティックレーダモードにおける到来方向推定結果と、前記合成部の出力と、を用いて、ターゲットの形状を推定する形状推定部を含む統合処理装置と、を含む。
【０１７１】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記合成部は、前記第１レーダ装置及び第２レーダ装置のバイスタティックレーダモードにおける前記到来方向推定結果のうち、ターゲットの相対速度情報及び反射波信号の強度情報をそれぞれ合成する。
【０１７２】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記形状推定部は、前記合成された反射波信号の強度情報が、第１の閾値以上である場合、ターゲットの形状推定に、前記第１レーダ装置及び第２レーダ装置のバイスタティックレーダモードにおける前記到来方向推定結果のうち、合成されたターゲットの相対速度情報及びターゲットの位置情報を用いる。
【０１７３】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記形状推定部は、前記第１レーダ装置のモノスタティックレーダモードにおける前記到来方向推定結果のうち、反射波信号の強度情報が第２の閾値以上の場合、ターゲットの形状推定に、ターゲットの相対速度情報及びターゲットの位置情報を用いる。
【０１７４】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記形状推定部は、前記第２レーダ装置のモノスタティックレーダモードにおける前記到来方向推定結果のうち、反射波信号の強度情報が第３の閾値以上の場合、ターゲットの形状推定に、ターゲットの相対速度情報及びターゲットの位置情報を用いる。
【０１７５】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記統合処理装置は、前記第１レーダ装置及び前記第２レーダ装置の前記モノスタティックレーダモード及び前記バイスタティックレーダモードのそれぞれにおける到来方向推定結果を、前記第１レーダ装置の視線方向と前記第２レーダ装置の視線方向との差と、前記第２レーダ装置の設置位置と、に基づいて、極座標表現を直交座標表現に変換する座標変換部をさらに有する。
【０１７６】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記統合処理装置は、前記第１レーダ装置の検出領域と、前記第２レーダ装置の検出領域とが重複する領域に参照用ターゲットを設置した場合、前記第１レーダ装置が検出した前記参照用ターゲットまでの第１の距離と、第１の方位角と、第１の仰角と、前記第２レーダ装置が検出した前記参照用ターゲットまでの第２の距離と、第２の方位角と、第２の仰角と、に基づいて、前記第１レーダ装置の視線方向と前記第２レーダ装置の視線方向の差を算出する視線方向差算出部をさらに有する。
【０１７７】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記第１レーダ装置と前記第２レーダ装置は同一の周波数チャネルを使用し、前記第１レーダ装置及び前記第２レーダ装置は、前記第１レーダ装置の搬送波信号と前記第２レーダ装置の搬送波信号とを同期させる同期部をそれぞれ有する。
【０１７８】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記第１レーダ装置は、第１直交符号を重畳したパルス符号を生成する第１直交符号重畳部を有し、前記第２レーダ装置は、前記第１直交符号と直交する第２直交符号を重畳したパルス符号を生成する第２直交符号重畳部を有し、前記第１レーダ装置及び前記第２レーダ装置は、前記受信信号に対して前記第１及び第２直交符号を重畳する第３及び第４直交符号重畳部を有する。
【０１７９】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記第１レーダ装置及び前記第２レーダ装置は、デジタル／アナログ変換部と、アナログ／デジタル変換部と、前記デジタル／アナログ変換部と前記アナログ／デジタル変換部にサンプリングクロック信号を出力するサンプリングクロック発生部と、を有し、前記第１レーダ装置と前記第２レーダ装置の前記サンプリングクロック発生部は、互いに同期される。
【０１８０】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記第２レーダ装置は、前記第１レーダ装置から直接波を受信した場合、前記直接波が検出されるタイミングの調整に用いる、前記サンプリングクロック信号の位相を、フィードバック制御する第１フィードバック制御部をさらに有する。
【０１８１】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記直接波の位相変動がゼロとなるように、前記第２送信信号の搬送波信号の位相を、フィードバック制御する第２フィードバック制御部をさらに有する。
【０１８２】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記第２レーダ装置は、前記直接波の位相変動がゼロとなるように制御する、位相回転部をさらに有する。
【０１８３】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記第１レーダ装置の第１送信部は、第１直交符号を重畳した複数系統の信号を生成して複数のアンテナから送信し、前記第２レーダ装置の第２送信部は、前記第１直交符号と互いに直交する第２直交符号を重畳した複数系統の信号を生成して複数のアンテナから送信し、前記第１レーダ装置の第１受信部及び前記第２レーダ装置の第２受信部は、前記受信信号に対して前記第１及び第２の直交符号を重畳し、複数系統の信号に分離して到来方向を算出する。
【０１８４】
本開示のマルチレーダシステムにおいて、前記第１レーダ装置は、水晶発振部と第１の位相同期ループ部とを含み、前記第２レーダ装置は、第２の位相同期ループ部と位相回転部とを含み、前記水晶発振部の出力信号を前記位相同期ループ部に入力することによって、前記第１の搬送波信号を生成し、前記水晶発振部の前記出力信号を前記第２の位相同期ループ部に入力することによって、前記第２の搬送波信号を生成し、前記第２レーダ装置は、前記第１レーダ装置から直接波を受信した場合、前記位相回転部は、前記直接波の位相変動がゼロとなるように制御する。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
本開示は、複数台のレーダ装置を用いたマルチレーダシステムとして好適である。
【符号の説明】
【０１８６】
１００，１００ａ，１００ｂ  マルチレーダシステム
１０１  レーダＡ
１０１ａ  送信アンテナ
１０１ｂ  受信アンテナ
１０２  レーダＢ
１０３  統合処理装置
２１１  送信部
２１２  受信部
２１３，２１４，２２３，２２４  メモリ
２１５  モノスタティックレーダ処理部
２１６  バイスタティックレーダ処理部
２２１  送信部
２２２  受信部
２２５  バイスタティックレーダ処理部
２２６  モノスタティックレーダ処理部
２３１  フレーム同期部
２３２，２３３，２３６，２３７  極座標−直交座標変換部
２３４，２３５，２３８，２３９  メモリ
２４０  最大比合成部
２４１  位相合成部
２４２，２４３，２４４  閾値比較部
２４５  位置平均化部
２４６  速度平均化部
２４７  形状推定部
３０１，３０２，３０３，３１０，３１１，３１２  遅延部
３０４，３０５，３０６  複素乗算部
３０７  複素加算部
３０８  電力算出部
３０９  閾値比較部
３１３  位相差検出部
３１４  位相回転部
３１５  切り替え部
３１６  複素加算部
３１７，３１８  複素共役算出部
４０１  視線方向差算出部
４０２  他方レーダ位置観測部
４０３  レーダＢ設置座標設定部
５０１  平均位置算出部
８０１−１，８０１−２  送信部
８０２−１，８０２−２  受信部
８０３−１，８０３−２  サンプリングクロック発生部
８０４−１，８０４−２  ローカル信号発生部
８０５−１，８０５−２  相補符号発生部
８０６  直交符号Ａ重畳部
８０７−１，８０７−２  デジタル／アナログ変換（ＤＡＣ）部
８０８−１，８０８−２  送信高周波部
８０９−１，８０９−２  送信アンテナ
８１０−１，８１０−２  受信アンテナ
８１１−１，８１１−２  受信高周波部
８１２−１，８１２−２  アナログ／デジタル変換（ＡＤＣ）部
８１３−１，８１３−２  相補符号相関演算部
８１４−１，８１４−２  直交符号Ａ重畳部
８１５−１，８１５−２  直交符号Ｂ重畳部
８１６−１，８１６−２  直交符号重畳部
８１７−１，８１７−２、８１８−１，８１８−２、８１９−１，８１９−２  短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）部
８２０−１，８２０−２、８２１−１，８２１−２  到来方向推定（ＤＯＡ）部
８２２  直交符号Ｂ重畳部
９０１  位相回転量検出部
９０２  ピーク重心位置検出部
１００１、１００２、１００３  位相回転部
１１０１  加算部
１１０１、１１０２  遅延部
１１０３  複素正弦波テーブル
１１０４  複素乗算部
１２０１−１，１２０１−２  送信部
１２０２−１，１２０２−２  受信部
１２０３−１，１２０３−２  符号重畳部
１２０４−１，１２０４−２  デジタル／アナログ変換（ＤＡＣ）部
１２０５−１，１２０５−２  送信高周波部
１２０６−１，１２０６−２  送信アンテナ
１２０７−１，１２０７−２  符号重畳部
１２０８−１，１２０８−２  符号重畳部
１２０９−１，１２０９−２  短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）部
１２１０−１，１２１０−２  短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）部
１２１１−１，１２１１−２  到来方向推定（ＤＯＡ）部
１２１２−１，１２１２−２  到来方向推定（ＤＯＡ）部
１３０１  ＴＣＸＯ部
１３０２−１，１３０２−１  ＰＬＬ部
【図１】
2018059895.tif 000018
【図２】
2018059895.tif 000019
【図３】
2018059895.tif 000020
【図４】
2018059895.tif 000021
【図５】
2018059895.tif 000022
【図６】
2018059895.tif 000023
【図７】
2018059895.tif 000024
【図８】
2018059895.tif 000025
【図９】
2018059895.tif 000026
【図１０】
2018059895.tif 000027
【図１１】
2018059895.tif 000028
【図１２】
2018059895.tif 000029
【図１３】
2018059895.tif 000030
【図１４】
2018059895.tif 000031
【図１５】
2018059895.tif 000032
【図１６】
2018059895.tif 000033