(57)【要約】【課題】  ハードウェア規模を増大を抑えつつ、偽目標を発生させることなく、拡張アレイ処理によって高い角度軸分解能を得る。【解決手段】  実施形態のレーダ装置は、異なる２軸（Ａ軸とＢ軸）信号の各々において、レンジ−ドップラ軸で目標反射点を分離した後、各々で拡張アレイ処理することにより、レーダ目標のように相関のある場合でも、偽目標を発生させずに、角度軸高分解化を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸に沿ってアンテナ素子を配置し、前記第１軸とは異なる第２軸に沿ってアンテナ素子を配置してなる平面アレイによるアンテナと、
前記第１軸、前記第２軸それぞれのアンテナ素子の出力をアナログ合成するアナログ合成手段と、
前記アナログ合成された前記第１軸、第２軸それぞれのアンテナ素子の出力を周波数変換してディジタル信号に変換し、少なくともいずれか一方の信号を、所定のウェイトを乗算して合成してビーム出力を得て、fast-time軸とslow-time軸の少なくともいずれか一方の軸で目標を検出し、その反射点のfast-time軸及びslow-time軸のレンジ−ドップラセルに対応するセルを抽出し、前記第１軸及び前記第２軸の各々において拡張アレイ処理を実施し、これによって得られた素子信号を用いて観測範囲を覆うようにビーム走査を含む所定の複素ウェイトを乗算して前記第１軸及び前記第２軸のマルチビームを形成し、または両者を乗算して観測範囲に狭ビーム幅のマルチビームを形成し、振幅加算して画像を得る信号処理手段と
を具備するレーダ装置。
【請求項２】
前記アンテナは、部分アンテナ開口を用いて前記第１軸と前記第２軸のアレイを形成する請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記信号処理手段は、前記拡張アレイ処理で、必要に応じて振幅規格化を含めて複数回実施する請求項１または２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記信号処理手段は、前記拡張アレイ処理で、連続スイープ信号またはパルス変調したステップ周波数信号を送受信して、ビート周波数で目標を観測する請求項１乃至３いずれか記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記信号処理手段は、前記ビート周波数観測時に、スイープ毎に受信する近距離目標と、所定時間遅延後のスイープ毎に受信する遠距離目標とを分離し、遠距離目標については、遅延時間分に相当するビ−ト周波数ずれを含めてビ−ト周波数を算出して、狭帯域受信器でも、遠距離目標を観測する請求項４記載のレーダ装置。
【請求項６】
第１軸に沿ってアンテナ素子を配置し、前記第１軸とは異なる第２軸に沿ってアンテナ素子を配置して平面アレイによるアンテナを形成し、
前記第１軸、前記第２軸それぞれのアンテナ素子の出力をアナログ合成し、
前記アナログ合成された前記第１軸、第２軸それぞれのアンテナ素子の出力を周波数変換してディジタル信号に変換し、
少なくともいずれか一方の信号を、所定のウェイトを乗算して合成してビーム出力を得て、fast-time軸とslow-time軸の少なくともいずれか一方の軸で目標を検出し、
その反射点のfast-time軸及びslow-time軸のレンジ−ドップラセルに対応するセルを抽出し、
前記第１軸及び前記第２軸の各々において拡張アレイ処理を実施し、
これによって得られた素子信号を用いて観測範囲を覆うようにビーム走査を含む所定の複素ウェイトを乗算して前記第１軸及び前記第２軸のマルチビームを形成し、または両者を乗算して観測範囲に狭ビーム幅のマルチビームを形成し、
振幅加算して画像を得るレーダ装置のレーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、拡張アレイ処理を適用したレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＲＦ（高周波数）のアナログ合成器を用いたアレイアンテナやＤＢＦ（Digital Beam Forming、非特許文献１参照）では、角度分解能は開口長で決まる。このため、角度分解能を向上させるためには、アンテナの開口を大きくするしかない。また、規模に制約がある場合に角度分解能を向上させる手法として、ＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）やＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational）（非特許文献５参照）があるが、これらの手法を用いると、信号処理規模が増大してしまう。また、相関のある目標を識別して検出する場合には、空間平均処理（非特許文献６参照）が必要であるが、この処理を適用するためにはＤＢＦの素子数を増やす必要がある。
【０００３】
上記の対策のために、従来では、ＫＲ積アレイ（非特許文献７参照）等による拡張アレイ処理が適用されている。しかしながら、レーダ目標の場合には、反射点間で相関があるため、拡張アレイ処理の実行によって偽目標が発生することがあった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＤＢＦ（Digital Beam Forming）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.289-291(1996)
【非特許文献２】テーラー分布、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.134-135(1996)
【非特許文献３】マルチビ−ム、電子情報通信学会編、アンテナ工学ハンドブック第２版、Ohmsha、pp.419-424(2008)
【非特許文献４】位相によるパターン成形、Robert C.Voges,‘Phase Optimization of Antenna Array Gain with Constrained Amplitude Excitation’, IEEE Trans. Antennas & Propagation, AP-20, No.4, pp.432-436(1972)
【非特許文献５】ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ、菊間、アダプティブアンテナ技術、Ohmsha、pp.137-164(2003)
【非特許文献６】空間平均法、菊間、アレーアンテナによる適応信号処理、科学技術出版、pp.163-170(1999)
【非特許文献７】拡張アレイ（ＫＲ積アレイ）、Wing-Kin Ma, ‘DOA Estimation of Quasi-Stationary Signals With Less Sensors Than Sources and Unkown Spatial Noise Covariance: A Khatri-Rao Subspace Approach’,IEEE Trans. Signal Process., vol.58, no.4, pp.2168-2180, April(2010)
【非特許文献８】パルス圧縮、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.278-280(1996)
【非特許文献９】ＣＦＡＲ処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)
【非特許文献１０】ＦＭＣＷ方式（アップチャープとダウンチャープ）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.274-275(1996)
【非特許文献１１】ＦＭＩＣＷ, FRED E.Nathanson, 'RADAR DESIGN PRINCIPLES second edition', Scitech, pp452-454(1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上述べたように、従来のレーダ装置において、角度分解能を向上させるには、アンテナを大開口にする必要があり、ＤＢＦの場合でも空間平均処理を適用するために素子数を増やす必要があり、ハードウェア規模が増える問題があった。この対策のために拡張アレイ処理を適用すると、レーダ目標の場合には、反射点間で相関があるため、偽目標が発生する場合があった。
【０００６】
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、ハードウェア規模を増大を抑えつつ、偽目標を発生させることなく、拡張アレイ処理によって高い角度軸分解能が得られるレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本実施形態に係るレーダ装置は、第１軸に沿ってアンテナ素子を配置し、前記第１軸とは異なる第２軸に沿ってアンテナ素子を配置してなる平面アレイによるアンテナと、前記第１軸、前記第２軸それぞれのアンテナ素子の出力をアナログ合成するアナログ合成手段と、前記アナログ合成された前記第１軸、第２軸それぞれのアンテナ素子の出力を周波数変換してディジタル信号に変換し、少なくともいずれか一方の信号を、所定のウェイトを乗算して合成してビーム出力を得て、fast-time軸とslow-time軸の少なくともいずれか一方の軸で目標を検出し、その反射点のfast-time軸及びslow-time軸のレンジ−ドップラセルに対応するセルを抽出し、前記第１軸及び前記第２軸の各々において拡張アレイ処理を実施し、これによって得られた素子信号を用いて観測範囲を覆うようにビーム走査を含む所定の複素ウェイトを乗算して前記第１軸及び前記第２軸のマルチビームを形成し、または両者を乗算して観測範囲に狭ビーム幅のマルチビームを形成し、振幅加算して画像を得る信号処理手段とを具備する。
【０００８】
すなわち、異なる２軸信号の各々において、レンジ−ドップラ軸で目標反射点を分離した後、各々で拡張アレイ処理することにより、レーダ目標のように相関のある場合でも、偽目標を発生させずに、角度軸高分解化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態において、アンテナの細部系統を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態において、仮想アレイ処理の処理系統を示すブロック図。
【図４】第１の実施形態において、複数反射点を分離する処理の流れを示す概念図。
【図５】第１の実施形態において、ビーム形成を説明するための座標系を示す概念図。
【図６】第１の実施形態において、拡張アレイが形成される様子を示す概念図。
【図７】第１の実施形態において、拡張アレイによるビーム形成を説明するための概念図。
【図８】第１の実施形態において、高分解能マルチビームが形成される様子を示す概念図。
【図９】第２の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。
【図１０】第２の実施形態において、アンテナの細部系統を示すブロック図。
【図１１】第２の実施形態において、仮想アレイの概略構成を示す概念図。
【図１２】第３の実施形態に係るレーダ装置において、仮想アレイ処理の処理系統を示すブロック図。
【図１３】第４の実施形態に係るレーダ装置のアンテナの細部系統を示すブロック図。
【図１４】第４の実施形態において、仮想アレイ処理の処理系統を示すブロック図。
【図１５】第４の実施形態において、送信信号に用いる連続波スイープ信号を示す波形図。
【図１６】第４の実施形態において、複数反射点を分離する処理の流れを示す概念図。
【図１７】第５の実施形態に係るレーダ装置の仮想アレイ処理の処理系統を示すブロック図。
【図１８】第５の実施形態において、近距離〜遠距離まで目標を観測する場合の分割処理を説明するためのタイミング波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）ＲＤ軸分離後、拡張アレイ処理
図１乃至図８を参照して、第１の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
【００１２】
図１は本実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図、図２はアンテナの細部系統を示すブロック図、図３は仮想アレイ処理器の具体的な処理系統を示すブロック図、図４は複数反射点を分離する処理の流れを示す概念図である。
【００１３】
本実施形態に係るレーダ装置は、図１に示すように、アンテナ１００の出力のＡ軸（Ｎach）とＢ軸（Ｎbch）の信号を用いて、それぞれ仮想アレイ処理器２００で仮想アレイ処理（２００ａ，２００ｂ）を実行してマルチビームを形成し、Ａ軸とＢ軸のマルチビームを乗算器３００で乗算することで、ペンシルビームによる全体マルチビームを形成し、出力処理器４００で高分解能角度軸データを生成し出力する。
【００１４】
上記アンテナ１００において、送信系では、図２に示すように、送信信号生成器１１でパルス変調した信号を生成し、送信分配器１２でＮb系統の送信分配器１３１〜１３Ｎbに分配し、各送信分配器１３１〜１３ＮbでＮa系統の送信移相器１４１１〜１４ＮaＮbに分配して、ビ−ム制御器１５でビーム指向方向に対応する移相量を設定した後、送信増幅器１６１１〜１６ＮaＮbで電力増幅し、サーキュレータ１７１１〜１７ＮaＮbを経由して、アンテナ素子１８１１〜１８ＮaＮbから送信する。また、受信系では、目標からの反射信号をアンテナ素子１８１１〜１８ＮaＮbで捕捉し、サーキュレータ１７１１〜１７ＮaＮbを経由して、受信増幅器１９１１〜１９ＮaＮbで低雑音増幅し、受信移相器１Ａ１１〜１ＡＮaＮbで受信ビームに対応する移相量を与え、Ａ軸用の受信合成器１Ｂ１〜１ＢＮbで縦合成、Ｂ軸用の受信合成器１Ｃ１〜１ＣＮaで横合成して、仮想アレイ処理器２００（Ａ軸は２００ａ、Ｂ軸は２００ｂ）に送る。
【００１５】
上記仮想アレイ処理器２００では、図３に示すように、受信合成器１Ｂ１〜１ＢＮb，１Ｃ１〜１ＣＮaからの受信合成信号をタイミング制御器２０８によるタイミング制御に従って周波数変換器２０１に取り込んでＩＦ帯に周波数変換し、ＡＤ変換器２０２でディジタル信号に変換し、レンジ圧縮器２０３によるレンジ圧縮とＦＦＴ処理器２０４によるslow-time軸（ＰＲＩ間）のＦＦＴ処理を実施して、レンジ−ドップラデータ（ＲＤデータ）としてデータ保存器２０５に保存する。ここで、ＦＦＴ処理結果からビーム形成器２０９でビーム形成を行い、セル抽出器２１０で抽出されるセルのＲＤデータをデータ保存器２０５から出力させる。続いて、データ保存器２０５から出力されるデータについて、拡張アレイ処理器２０６で拡張アレイ処理を行い、その処理結果についてビーム形成器２０７でビーム形成を行ってマルチビーム出力を得る。
【００１６】
以下に定式化する。まずレンジ圧縮（２０３）について述べる（非特許文献９参照）。レンジ圧縮は、入力信号とレンジ圧縮用信号の相関処理であり、これを周波数領域で行う場合について定式化すると次の通りである。
【数１】
2018100887.tif 000003
【００１７】
【数２】
2018100887.tif 000004
【００１８】
【数３】
2018100887.tif 000005
【００１９】
また、参照信号sref（線形チャープ信号）は次式で表現できる。
【数４】
2018100887.tif 000006
【００２０】
この参照信号sref(t)を、そのサンプル長を入力信号に合わせて０埋めした信号に置き換える。
【数５】
2018100887.tif 000007
【００２１】
時間軸上にするには、このsを逆フーリエ変換すればよい。
【数６】
2018100887.tif 000008
【００２２】
次にクロスレンジ圧縮を行うために、ＦＦＴ処理（２０４）でslow-time軸のフーリエ変換を行う。
【数７】
2018100887.tif 000009
【００２３】
このレンジ−ドップラ軸のデータ（ＲＤデータ）には、図４（ａ）に示すように、複数の目標反射点がある場合がある。このまま、以下に述べる拡張アレイ処理を実行すると、複数反射点間における相関のため、偽目標が発生する。その対策のために、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、複数反射点を分離する処理を行う。
【００２４】
具体的には、まずＲＤデータにおいて、ＳＮ（信号対雑音電力）を向上するために、図５に示すように、ビーム形成器２０９で所定のビーム方向に指向するビームを生成して、ビーム出力におけるＲＤデータを得る。次に、ＣＦＡＲ等（非特許文献１０参照）による所定の振幅スレショルドを超えるセル（Ｐ個）をセル抽出（２１０）し、抽出セルに対応したセルのデータをデータ保存器２０５から抽出する。このデータを用いて拡張アレイ処理（２０６）した素子データを用いてビーム形成（２０７）することにより、角度軸で高分解能化したデータが得られる。この処理をＡ軸及びＢ軸に適用すれば、図６に示すように仮想の拡張アレイを形成し、Ｎａ（Ｎｂ）素子（サブアレイ）列を２Ｎａ−１（２Ｎｂ−１）列に拡張することができる。
【００２５】
Ｐ個の信号の各々について、Ａ軸とＢ軸のアレイ信号（ＸaとＸb）を抽出し、拡張アレイ処理を行う部分を定式化する。まず、観測方向（AZ,EL）を含めた２軸の入力信号を、それぞれＸa、Ｘbと表すと、図５の座標系により次式となる。なお、位相中心は、Ａ軸とＢ軸で一致する。  
【数８】
2018100887.tif 000010
【００２６】
【数９】
2018100887.tif 000011
【００２７】
【数１０】
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【００２８】
以上より、仮想平面アレイの位相中心に入力される信号をＸinとすると、２軸の信号ＸaとＸbは次式となる。
【数１１】
2018100887.tif 000013
【００２９】
次にこの信号（Xa,Xb）を用いて、拡張アレイ処理としてＫＲ積アレイ処理を行う。
【数１２】
2018100887.tif 000014
【００３０】
【数１３】
2018100887.tif 000015
【００３１】
この左端と上端の要素をベクトル化すると、次式となる。
【数１４】
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【００３２】
このＸkra，Ｘkrbを新しい拡張アレイの素子信号（Ｘa，Ｘb）として、受信ビームを形成すればよい。この拡張アレイのデータの様子を図７に示す。ここで、図７（ａ）はＡ軸仮想アレイ（EL-DBF）、図７（ｂ）はＢ軸仮想アレイ（AZ-DBF）を示し、図７（ｃ）は高分解能マルチビーム（乗算による）を示している。
【００３３】
受信ビーム出力は、ビーム形成器（２０９）において、（１４）式の要素にサイドローブ低減用のウェイトとして、テーラーウェイト（非特許文献２参照）等を乗算し、ビーム指向方向制御用の複素ウェイトを乗算した後、ＤＢＦ（Digital Beam Forming、非特許文献１参照）による加算を行う。この結果、次式となる。  
【数１５】
2018100887.tif 000017
【００３４】
ビーム指向方向制御用のウェイトＷapnm,Ｗbpnmは次式で表現できる。
【数１６】
2018100887.tif 000018
【００３５】
【数１７】
2018100887.tif 000019
【００３６】
Ａ軸及びＢ軸の仮想アレイによるビームは、それぞれ図７（ａ），（ｂ）に示すようになり、図８の座標系に示すように、高分解能マルチビーム（非特許文献３参照）が形成される。このＡ軸とＢ軸のマルチビームを乗算することにより、図７（ｃ）に示すようなペンシルビームが得られる。この際、Ａ軸とＢ軸の乗算前のビーム幅を広げる必要がある場合には、移相器により、位相成形ビーム（非特許文献４参照）を形成するための移相量を設定すればよい。
【００３７】
本手法は、ビーム出力Ya（Yb）は、ＡＺ面（ＥＬ面）はアナログ合成で、ＥＬ面（ＡＺ面）は自由度が高いＤＢＦである。本実施形態では、アナログ合成とＤＢＦによる２軸（Ａ軸とＢ軸）のビーム形成を組み合わせることで、２次元のフルＤＢＦ相当の機能性能を発揮することに特徴がある。
【００３８】
なお、本実施形態では２軸の仮想アレイによるマルチビームを乗算する構成について述べたが、乗算せずにそのまま出力する場合でもよい。乗算しない場合は、例えば図７（ａ），（ｂ）に示すビームがそのまま出力されることになる。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、所定の１軸（Ａ軸）はＮa素子（Ｎa段）、それと異なる１軸（Ｂ軸）におけるＮb素子（Ｎb列）のＮa×Ｎb素子の平面アレイにおいて、Ａ軸の各々の段において、必要に応じて移相器Ｐam（ｍ＝１〜Ｎb）により位相を制御した後、アナログ合成（合成数≧１）し、Ｂ軸の各々の列において、必要に応じてＡ軸と同じか、異なる移相器Ｐbn（ｎ＝１〜Ｎa）により位相を制御した後、アナログ合成（合成数≧１）した出力を、それぞれＡ軸のＮ素子受信アレイＸA（Ｘan、ｎ＝１〜Ｎa）と、Ｂ軸の一次元に配列したＭ素子受信アレイＸB（Ｘbm、ｍ＝１〜Ｎb）とする。そして、周波数変換及びＡＤ変換によりアレイディジタル信号に変換し、ＸAとＸBの少なくともいずれか一方の信号を、所定のウェイトを乗算した後合成してビーム出力を得る。続いて、fast-time軸とslow-time軸の少なくともいずれか一方の軸で目標を検出し、その反射点Tp（p=1〜Np）のfast-time軸及びslow-time軸のレンジ−ドップラセル（Np点）に対応するＸAとＸBのセルを抽出し、Ａ軸及びＢ軸の各々において拡張アレイ処理をして得た（２Ｎa−１）と（２Ｎb−１）の素子信号を用いて、観測範囲を覆うようにビーム走査を含む所定の複素ウェイトを乗算して得たＡ軸及びＢ軸のマルチビームをそのまま出力するか、必要に応じて乗算して、観測範囲に狭ビーム幅のマルチビームを形成し、Ｎp点分、振幅加算して画像を得る。
【００４０】
すなわち、異なる２軸（Ａ軸とＢ軸）信号の各々において、レンジ−ドップラ軸で目標反射点を分離した後、各々で拡張アレイ処理することにより、レーダ目標のように相関のある場合でも、偽目標を発生させずに、角度軸高分解化を図ることができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図９乃至図１１を参照して、第２の実施形態に係るレーダ装置を説明する。  
第１の実施形態では、Ａ軸とＢ軸アレイを用いた拡張アレイ処理について述べた。本実施形態では、部分開口を使った場合の２軸のリニアアレイを用いた受信による方式について述べる。本実施形態において、全体の概略系統を図９に示し、アンテナの細部系統を図１０に示し、仮想アレイの概略構成を図１１に示す。
【００４２】
本実施形態のレーダ装置は、第１の実施形態と異なり、図9に示すようにアンテナ１００の開口は部分開口を用いている。
【００４３】
図１０に示すアンテナ１００の系統では、Ａ軸の信号ＸA1〜ＸANaとＢ軸の信号ＸB1〜ＸBNbが出力され、これらは、Ａ軸とＢ軸のそれぞれ、図３の系統に入力され、それ以降は第１の実施形態と同様である。なお、図１０では、Ａ軸アレイは横１列、Ｂ軸アレイは縦１列の場合で、受信移相器が不要な場合について述べた。ＳＮを向上させるために、Ａ軸は横Ｍa列、Ｂ軸は縦Ｍb列のサブアレイの場合は、受信移相器を用いてサブアレイ合成してもよい。拡張アレイによる仮想アレイの様子を図１１に示す。 
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、アンテナ部分開口を用いて、Ａ軸とＢ軸のアレイを形成する。すなわち、異なる２軸（Ａ軸とＢ軸）のアナログ合成後のＳＮ（信号対雑音電力比）の高いアレイディジタル信号を用いて、２軸の拡張アレイ処理により、角度軸高分解能化を図ることができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
図１２を参照して、第３の実施形態に係るレーダ装置を説明する。  
第１及び第２の実施形態の拡張アレイ処理では、１回ＫＲ積処理を実施している。ＫＲ積アレイでは、（１２）、（１３）式に示すように、１回の処理で波源信号Ｘinが実数（振幅）になるため、複数回繰り返しても波源信号は実数のままであり、ＳＮ以外の影響はない。このため、所定のＳＮ以上であれば、ＫＲ積アレイ処理を複数回繰り返すと、さらに角度軸高分解能化を図ることができる。この仮想アレイ処理の処理系統を図１２に示す。拡張アレイ処理の部分の回数が増えるための変更である。初期アレイ長をＮとすると、１回のＫＲ積アレイ処理により、アレイ長（素子数）は２Ｎ−１になるため、例えば、３回繰り返すと、アレイ長（素子数）は、次のようになる。
【数１８】
2018100887.tif 000020
【００４５】
素子数が増えると角度軸の高分解能化が図られるのと等価である。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置では、拡張アレイ処理を、必要に応じて振幅規格化を含めてＮkr回実施する。すなわち、拡張アレイ処理を複数繰り返すことにより、角度軸分解能をさらに向上させることができる。
【００４７】
（第４の実施形態）
図１３乃至図１６を参照して、第４の実施形態に係るレーダ装置を説明する。  
図１３は第４の実施形態に係るレーダ装置のアンテナの細部系統を示すブロック図、図１４は仮想アレイの概略構成を示すブロック図、図１５は送信信号に用いる連続波スイープ信号を示す波形図、図１６は、複数反射点を分離する処理の流れを示す概念図である。
【００４８】
複数反射点による拡張アレイ処理では、複数反射点の相関を極力低減することが重要となる。このための手法には、広帯域信号を送受信して、レンジ分解能を向上させる手法がある。ただし、広帯域信号に対応するには、レンジサンプリング速度を高くする必要があり、処理規模が増える。
【００４９】
この対策のために、図１５に示す連続波スイープ信号（非特許文献１０参照）か、パルス変調したステップ周波数（非特許文献１１参照）を送信し、受信はローカル信号をスイープして、ビート周波数による観測にする手法がある。送信信号生成器１１ａにおいてスイープ信号を生成する。ビート周波数ｆbは、次式で与えられる。
【数１９】
2018100887.tif 000021
【００５０】
ビート周波数は、目標距離成分と目標速度成分から決まる。受信ロ−カル信号もスイープすることにより、受信信号の周波数は差分となる。このことから、目標距離や目標速度が所定の値以下であれば、スイープ周波数帯域よりもビート周波数の方が小さくなるため、受信器は小型になる。
【００５１】
ビート周波数による観測の場合、図１５に示すように、スイープ時間軸をfast-time、スイープ間の軸をslow-timeとすると、図１４の系統で示すように、Fast-time FFT処理器２０３ａでFast-time FFT処理し、さらにSlow-time FFT処理器２０４ａでSlow-time FFT処理して、ビーム形成器２０９、セル抽出器２１０によりレンジ（Fast-time）軸−ドップラ（Slow-time）軸でＮ点の反射点を抽出することができる（図１６（ａ），（ｂ））。この抽出した反射点の各々について、拡張アレイ処理器２０６で拡張アレイ処理し、ビーム形成器２０７で高分解能のビーム形成をすることができる（図１６（ｃ））。
【００５２】
以上のように、第４の実施形態に係るレーダ装置は、連続波スイープ信号、またはパルス変調したステップ周波数信号を送受信して、ビート周波数を観測する。すなわち、連続スイープ信号を用いてビート周波数を観測にするようにしているので、レンジ分解能を向上させるために広帯域信号を用いる場合でも、ビ−ト周波数は低いため、ＨＷ規模を増やさずに、拡張アレイ処理による角度軸高分解能化を図ることができる。
【００５３】
（第５の実施形態）
図１７及び図１８を参照して、第５の実施形態に係るレーダ装置を説明する。  
図１７は第５の実施形態に係るレーダ装置の仮想アレイ処理の処理系統を示すブロック図、図１８は第５の実施形態において、近距離〜遠距離まで目標を観測する場合の分割処理を説明するためのタイミング波形図である。
【００５４】
第４の実施形態では、ビート周波数による観測手法について述べた。この場合、目標距離による遅延時間により、遠距離の場合には、ビート周波数が高くなり、連続波を使うことによる受信周波数帯域の低減の効果が小さくなる。
【００５５】
この対策のため、本実施形態では、図１７に示すように、タイミング制御器２０８ａにおいて、ローカル周波数の開始時間を時間方向にずらす。ずらす時間Ｔdとしては、目標観測距離範囲を決めて、ビート周波数幅が所定値以下になるようにすればよい。目標距離の算出の際には、時間Ｔd分の距離を補正して目標周波数を算出する。
【００５６】
図１８は、近距離〜遠距離まで目標を観測する場合である。目標の観測距離範囲が広い場合には、観測ビート周波数幅が所定の値以下になるように、目標の観測距離範囲を分割し、受信系を分割数分用意して、ローカル周波数の時間遅延を設定すればよい。分割したローカル信号の重複期間については、重複したローカル信号の各々で処理した目標受信振幅のうち、最も大きい振幅について目標の距離を算出すればよい。
【００５７】
また、目標距離が遠距離のみ等に限定できる場合は、時間Ｔdを調整してその観測時間範囲のみにローカル信号を設定してもよい。
【００５８】
以上のように、第５の実施形態に係るレーダ装置では、ビート周波数の観測時に、スイープ毎に受信する近距離目標と、時間遅延（Ｔd）後の各スイープ毎に受信する遠距離目標を分離し、遠距離目標については、Ｔd分に相当するビ−ト周波数ずれを含めてビ−ト周波数を算出して、狭帯域受信器でも、遠距離目標を観測する。すなわち、遠距離目標の場合には、距離に対する時間遅延後のスイープにおいて受信されるが、スイープ毎に受信される近距離目標と分離して、時間遅延分ビート周波数を補正する。これにより、遠距離目標のビート周波数を正しく算出できるため、ビート周波数を低くして狭帯域受信器を用いる場合でも、ＨＷ規模を増やさずに、拡張アレイ処理による角度軸高分解能化を図ることができる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１００…アンテナ、２００（２００ａ，２００ｂ）…仮想アレイ処理器、３００…乗算器、４００…出力処理器、
１１，１１ａ…送信信号生成器、１２，１３１〜１３Ｎb…送信分配器、１４１１〜１４ＮaＮb…送信移相器、１５…ビ−ム制御器、１６１１〜１６ＮaＮb…送信増幅器、１７１１〜１７ＮaＮb…サーキュレータ、１８１１〜１８ＮaＮb…アンテナ素子、１９１１〜１９ＮaＮb…受信増幅器、１Ａ１１〜１ＡＮaＮb…受信移相器、１Ｂ１〜１ＢＮb，１Ｃ１〜１ＣＮa…受信合成器、
２０１…周波数変換器、２０２…ＡＤ変換器、２０３…レンジ圧縮器、２０３ａ…Fast-time FFT処理器、２０４…ＦＦＴ処理器、２０４ａ…Slow-time FFT処理器、２０５…データ保存器、２０６…拡張アレイ処理器、２０７…ビーム形成器、２０８，２０８ａ…タイミング制御器、２０９…ビーム形成器、２１０…セル抽出器、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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