(57)【要約】【課題】目標波電力が低い場合にも精度良くビーム形成することができる送受信ビーム形成装置を得る。【解決手段】送受信ビーム形成装置は、分配器の出力にそれぞれ送信ビーム荷重を乗算する送信用乗算器と、受信器の出力に受信ビーム形成荷重を乗じる受信用乗算器と、受信用乗算器の出力を合成する合成手段と、合成手段の出力のＳＮＲが最大化するような受信ビーム形成荷重を算出するとともに算出した受信ビーム形成荷重で受信用乗算器を制御する受信荷重制御手段と、受信荷重制御手段で算出された受信ビーム形成荷重を送信ビーム形成荷重とするとともに送信ビーム形成荷重で送信用乗算器を制御する送信荷重制御手段と、を備えた。【選択図】図１
2011158430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を生成する信号生成手段と、
上記信号を分配する分配器と、
上記分配器の出力にそれぞれ送信ビーム荷重を乗算する送信用乗算器と、
上記送信用乗算器の出力を送信する送信器と、
上記送信器に接続する複数の送信用アンテナと、
複数の受信用アンテナと、
上記受信用アンテナに接続する受信器と、
上記受信器の出力に受信ビーム形成荷重を乗じる受信用乗算器と、
上記受信用乗算器の出力を合成する合成手段と、
上記合成手段の出力のＳＮＲが最大化するような上記受信ビーム形成荷重を算出するとともに算出した上記受信ビーム形成荷重で上記受信用乗算器を制御する受信荷重制御手段と、
上記受信荷重制御手段で算出された上記受信ビーム形成荷重を送信ビーム形成荷重とするとともに上記送信ビーム形成荷重で上記送信用乗算器を制御する送信荷重制御手段と、
を備えたことを特徴とする送受信ビーム形成装置。
【請求項２】
信号を生成する信号生成手段と、
上記信号を分配する分配器と、
上記分配器の出力にそれぞれ送信ビーム荷重を乗算する送信用乗算器と、
上記送信用乗算器の出力を送信する送信器と、
送信時に上記送信器に接続されるとともに受信時に受信器に接続される複数のアンテナと、
送信時と受信時に上記アンテナをそれぞれ上記送信器または上記受信器に切り替えて接続する切り替え手段と、
上記アンテナに接続する上記受信器と、
上記受信器の出力に受信ビーム形成荷重を乗じる受信用乗算器と、
上記受信用乗算器の出力を合成する合成手段と、
上記合成手段の出力のＳＮＲが最大化するような上記受信ビーム形成荷重を算出するとともに算出した上記受信ビーム形成荷重で上記受信用乗算器を制御する受信荷重制御手段と、
上記受信荷重制御手段で算出された上記受信ビーム形成荷重を送信ビーム形成荷重として上記送信用乗算器を制御する送信荷重制御手段と、
を備えたことを特徴とする送受信ビーム形成装置。
【請求項３】
上記受信器に接続されるとともに、目標対不要波電力比を改善するレーダ信号処理手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の送受信ビーム形成装置。
【請求項４】
上記受信荷重制御手段は、初期送信ビーム形成に続くマルチ受信ビーム形成においてマルチビームの中で上記合成手段の出力が最大となるビームを選択して受信ビーム形成荷重を算出して上記受信用乗算器を制御し、送信ビーム形成において上記合成手段の出力のＳＮＲが最大化するような上記受信ビーム形成荷重を算出して上記受信用乗算器を制御し、
上記送信荷重制御手段は、上記受信荷重制御手段で得られた受信ビーム形成荷重を送信ビーム形成荷重として上記送信用乗算器を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の送受信ビーム形成装置。
【請求項５】
上記送信用アンテナで構成されるアレーアンテナと、上記受信用アンテナで構成されるアレーアンテナは、目標までの伝搬行列がほぼ等しくなるように配置することを特徴とする請求項１に記載の送受信ビーム形成装置。
【請求項６】
初期送信において異なる上記送信用アンテナから異なる信号を送信し、上記受信器の出力を上記各送信用アンテナから送信された信号毎に分離する分離手段と、分離手段の出力に荷重を乗じる乗算器と、上記乗算器の出力を合成する合成器と、合成器の出力のＳＮＲを最大化する荷重を算出する送受信荷重制御手段と、上記送受信荷重制御手段で算出される荷重のうち１つの受信器の出力を分離した信号に乗じる荷重を送信ビーム形成荷重として制御する送信荷重制御手段と、上記分配器の出力に上記送信ビーム形成荷重を乗算し、上記送信器から送信用アンテナを介して同一信号を送信し、上記受信荷重制御手段は上記合成手段の出力が最大化するような上記受信ビーム形成荷重を算出し制御することを特徴とする請求項１に記載の送受信ビーム形成装置。
【請求項７】
上記送信器は、初回の送信ビーム形成において異なる上記アンテナから異なる信号を送信し、
上記初回の送信ビーム形成において、上記受信器の出力を上記各アンテナから送信された信号毎に分離する分離手段と、上記分離手段の出力に荷重を乗じる乗算器と、上記乗算器の出力を合成する合成器と、上記合成器の出力のＳＮＲを最大化する荷重を算出する送受信荷重制御手段と、を備え、
上記送信荷重制御手段は、上記送受信荷重制御手段で算出される荷重のうち１つの上記受信器の出力を分離した信号に乗じる荷重を送信ビーム形成荷重として制御し、
上記送信ビーム形成に続いて繰り返される適応受信ビーム形成および送信ビーム形成において、上記受信荷重制御手段は上記合成手段の出力のＳＮＲが最大化するような上記受信ビーム形成荷重を算出し制御し、上記送信荷重制御手段は、上記受信荷重制御手段で得られた荷重を送信ビーム形成荷重として制御することを特徴とする請求項６に記載の送受信ビーム形成装置。
【請求項８】
上記受信ビーム形成荷重または上記送信ビーム形成荷重を記録するメモリを備え、
上記受信荷重制御手段は、上記メモリから読み出される過去の受信ビーム形成荷重に係数を乗じた値に最新の算出した受信ビーム形成荷重を加算して得る値を受信ビーム形成荷重として用い、
上記送信荷重制御手段は、上記受信荷重制御手段で得られた受信ビーム形成荷重を送信ビーム形成荷重として用いることを特徴とする請求項１または２に記載の送受信ビーム形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダに適用される送受信ビーム形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ  Ｏｕｔｐｕｔ）技術を利用した送受信ビーム形成装置では、複数の素子を有するアレーアンテナから送信し、目標からの反射波を複数の素子を有するアレーアンテナで受信する。そして、送信ビーム形成において、目標照射電力を最大化するために伝搬行列を推定し、この固有ベクトルから最適な荷重を推定する（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】平田和史、他６名「ＭＩＭＯレーダの基礎実験評価」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、２００９年４月、ＳＡＮＥ２００９−１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、レーダに適用される送受信ビーム形成装置では、一般にＳＮ比が低いため、素子毎に異なる波形を送信して伝搬行列を計測する場合、十分な精度の伝搬行列が得られないため、ビーム形成荷重の精度が劣化するという問題がある。
【０００５】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、送受信ビーム形成装置では受信最適ビーム形成荷重と送信最適ビーム形成荷重が一致することに着目し、受信で求めた受信最適ビーム形成荷重を送信ビーム形成荷重として用いることにより、受信と送信のビーム形成荷重の最適化を反復して行うことが可能となり、徐々に目標波電力を増幅し、目標波電力が低い場合にも精度良くビーム形成することができる送受信ビーム形成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る送受信ビーム形成装置は、信号を生成する信号生成手段と、上記信号を分配する分配器と、上記分配器の出力にそれぞれ送信ビーム荷重を乗算する送信用乗算器と、上記送信用乗算器の出力を送信する送信器と、上記送信器に接続する複数の送信用アンテナと、複数の受信用アンテナと、上記受信用アンテナに接続する受信器と、上記受信器の出力に受信ビーム形成荷重を乗じる受信用乗算器と、上記受信用乗算器の出力を合成する合成手段と、上記合成手段の出力のＳＮＲが最大化するような上記受信ビーム形成荷重を算出するとともに算出した上記受信ビーム形成荷重で上記受信用乗算器を制御する受信荷重制御手段と、上記受信荷重制御手段で算出された上記受信ビーム形成荷重を送信ビーム形成荷重とするとともに上記送信ビーム形成荷重で上記送信用乗算器を制御する送信荷重制御手段と、を備えた。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る送受信ビーム形成装置は、初期送信ビーム形成の後、適応受信ビーム形成を行い、このとき算出した受信ビーム形成荷重を次回の送信ビーム形成に適用し、その後も適応受信ビーム形成と直前の適応受信ビーム形成の際に算出した受信ビーム形成荷重を適用する送信ビーム形成を繰り返すので、低い目標波電力環境でも精度のよい送受信ビーム形成荷重を求めることができ、より高利得な送受信ビーム形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る送受信ビーム形成装置の構成を示す図である。
【図２】送信用アンテナと受信用アンテナ、目標の配置の様子を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る送受信ビーム形成装置での処理を示すフロー図である。
【図４】受信における最適ビーム形成荷重の計算と、受信ビーム形成荷重の送信への適用を繰り返したときの送信ビームゲインの理想送信ゲインへ収斂する様子を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る送受信ビーム形成装置の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る送受信ビーム形成装置での処理を示すフロー図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る送受信ビーム形成装置での処理を示すフロー図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る他の送受信ビーム形成装置での処理を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の送受信ビーム形成装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る送受信ビーム形成装置の構成を示す図である。
この発明の実施の形態１に係る送受信ビーム形成装置は、信号生成手段（ＳＧ）１、信号を分配する分配器２、送信器（ＴＸ）３、受信器（ＲＸ）４、送信または受信の複数のアンテナ５、振幅および位相を制御する荷重を乗算する乗算器（Ｗ）８、受信信号に荷重後の信号を合成する合成手段９、送信において送信ビーム形成荷重を算出し乗算器８による荷重制御を行う送信荷重制御手段６、合成手段９の出力電力を最大化する受信ビーム形成荷重を算出し乗算器８による荷重制御を行う受信荷重制御手段７を備える。
アンテナ５は、送信と受信共にアレーアンテナで構成される。
【００１０】
なお、上述のアンテナ５では送信用アンテナ５ａを送信器３に接続し、受信用アンテナ５ｂを受信器４に接続しているが、アンテナ５を送信時と受信時とで共用できるように、アンテナ５と送信器３または受信器４との接続を切替える切り替え手段を備えても良い。
【００１１】
次に、従来のＭＩＭＯ技術を用いたレーダの送信用アレーアンテナ５ａから電波を放射し、目標１１からの反射波を受信用アンテナ５ｂで受信する場合の、送受信の最適ビーム荷重制御方法について動作を説明する。なお、この説明は反射体１２を介さずに目標１１を指向する場合にも該当するが、反射体１２を介して目標照射電力を最大化する場合について説明する。この場合、非特許文献１に示されているようにマルチパス波を有効に合成することができる。
【００１２】
ｊ番目の送信用アンテナ５ａから送信される信号をｘｊ（ｔ）、ｉ番目の受信用アンテナ５ｂで受信される信号をｙｉ（ｔ）とし、送信信号または受信信号で構成される信号ベクトルＸ、Ｙをそれぞれ式（１）と式（２）のように定義する。
【００１３】
【数１】
2011158430.tif 000003
【００１４】
ここに、送信用アンテナ５ａの数をＮｔ、受信用アンテナ５ｂの数をＮｒとする。式（１）と式（２）の肩字のＴは転置を表す。ｊ番目の送信用アンテナ５ａの位相と振幅を制御する送信荷重ｗｔ，ｊで構成される送信荷重ベクトルＷｔと、ｉ番目の受信用アンテナ５ｂの位相と振幅を制御する受信荷重ｗｒ，ｉで構成される受信荷重ベクトルＷｒをそれぞれ式（３）と式（４）のように定義する。
【００１５】
【数２】
2011158430.tif 000004
【００１６】
ｊ番目の送信用アンテナ５ａから送信されて山などの反射体１２や目標１１を介してｉ番目の受信用アンテナ５ｂで受信されるまでの位相振幅の変化量ｈｉｊを要素とする伝搬行列Ｈを式（５）として定義する。
【００１７】
【数３】
2011158430.tif 000005
【００１８】
信号ｓ（ｔ）を信号生成手段１で生成し分配信号に送信荷重を乗じて送信するとき送信信号ベクトルＸは式（６）、送信信号が目標１１に反射して受信用アンテナ５ｂで受信されるとき受信信号ベクトルＹは式（７）で表され、受信信号を荷重合成した信号ｓｏ（ｔ）は式（８）で与えられる。
【００１９】
【数４】
2011158430.tif 000006
【００２０】
合成手段９の出力信号において荷重ベクトルのノルムが一定の条件で電力を最大化する、すなわち出力信号のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を最大化する受信最適荷重ベクトルＷｒは、式（８）より式（９）で与えられるので、式（８）に代入して信号ｓｏ（ｔ）は式（１０）のようになる。
【００２１】
【数５】
2011158430.tif 000007
【００２２】
ここに、肩字の＊は複素共役、Ｈは複素共役転置（エルミート転置）を表す。
式（１０）より、出力信号のＳＮＲを最大化する送信の最適荷重は、ＨＨＨの最大固有値に対応する固有ベクトルとすればよいこととなる。
伝搬行列は、アンテナ毎に異なる符号化を行って分離送信し受信側でマッチドフィルタを用いて送信用アンテナ５ａ毎の信号に分割して求める。レーダなどに適用する場合には、送信でビームフォーミングを行っても目標波電力は一般に小さく、さらに伝搬行列を推定する場合には上記のように利得の低い素子アンテナで電波を送信する必要があるため目標波電力は著しく小さくなる課題がある。このため、伝搬行列を正確に求めることは困難であり、得られた最適ビーム形成荷重の精度も劣化することとなる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態１に係る送受信ビーム形成装置での、伝搬行列に拠らない最適な送受信ビーム形成荷重を得るための方法を説明する。
ｊ番目の送信用アンテナ５ａから送信されて目標１１に到達するまでの位相振幅ａｔｊを要素として持つ送信ステアリングベクトルをａｔとし、目標１１からｉ番目の受信用アンテナ５ｂで受信されるまでの位相振幅ａｒｉを要素として持つ受信ステアリングベクトルをａｒとし、式（１１）と式（１２）のように定義する。このとき伝搬行列Ｈは式（１３）のように表せる。
【００２４】
【数６】
2011158430.tif 000008
【００２５】
式（１３）を式（９）に代入すると受信最適荷重ベクトルＷｒは式（１４）で与えられ、式（１５）で与えられる係数をｋｒとして受信ステアリングベクトルａｒの複素共役と平行なベクトルで与えられることが分かる。すなわち、送信のビーム形成荷重ベクトルには依存しない。
同様に、式（８）から送信最適荷重ベクトルＷｔは式（１６）で与えられ、式（１６）の伝搬行列Ｈに式（１３）を代入することで、送信最適荷重ベクトルＷｔは送信ステアリングベクトルａｔの複素共役と平行なベクトルで与えられることが分かる。ここに係数ｋｔは式（１７）で与えられる。
式（１６）から、送信最適荷重ベクトルＷｔも受信荷重ベクトルに依存しない。
【００２６】
【数７】
2011158430.tif 000009
【００２７】
送信最適荷重および受信最適荷重はいずれも送信および受信のステアリングベクトルの複素共役ベクトルで与えられるので、例えば受信最適荷重ベクトルＷｒは受信信号の一つを参照受信信号ｙｒ（ｔ）として式（１８）にように簡単に求めることができる。ここに、Ｅ［］は時間平均を表す。なお、演算量は複素乗算回数で、ＮｒＮｓ（Ｎｓは時間平均のサンプル数）であり、相関行列（演算量Ｎｒ２Ｎｓ）を求めて固有値分解を行う方法よりもはるかに少ない。
【００２８】
【数８】
2011158430.tif 000010
【００２９】
さらに、送受信のアンテナを共用してサーキュレータなどの切替え装置を用いて送受信を切り替えるレーダにおける送受信ビーム形成装置や、図２に示すように水平面内を観測する送受信ビーム形成装置で、送信用アンテナ５ａと受信用アンテナ５ｂが同一配列で鉛直方向に異なっている場合など、送信と受信のステアリングベクトルが一致する送受信ビーム形成装置では、送信と受信の最適荷重ベクトルはそれぞれのステアリングベクトルに一致するので、式（８）を用いて求めた受信最適荷重は送信最適荷重でもあるので、次回の送信で用いることで最適な送信ビーム形成ができることになる。
【００３０】
そこで本発明では、図３に示すように、初期送信ビーム形成において適当なビーム形成荷重で初期の送信ビーム形成を行い、次に、適応受信ビーム形成（１）において電波環境に対して適応的に決定される式（８）の最適な適応受信ビーム形成荷重を求め受信ビーム形成を行う。目標波電力が小さい場合には受信器雑音の影響でＳＮＲが悪いので、ここで求められる受信ビーム形成荷重の精度はそれほど良くない。しかし、適当なビーム形成を行うよりもいくらか性能を改善できる。
【００３１】
次に、送信ビーム形成（１）において得られた適応受信ビーム形成荷重を次に行う送信時の送信ビーム形成荷重として用いる。初期の送信ビーム形成荷重よりも目標方向に対してビームを形成できるので、より大きな電力の電波を目標１１に照射することができる。
次に、適応受信ビーム形成（２）において電波環境に対して適応的に決定される式（８）の最適な適応受信ビーム形成荷重を求め受信ビーム形成を行う。このため、２回目の受信ＳＮＲは１回目の受信ＳＮＲよりも改善するので、式（８）により求められる適応受信ビーム形成荷重は１回目のものよりも精度よく計算できる。すなわち、より高利得なビームを目標方向に形成することができることとなる。
【００３２】
その後も送信ビーム形成（２）、適応受信ビーム形成（３）、・・・において、受信における最適ビーム形成荷重の計算と、受信ビーム形成荷重の送信への適用を繰り返す。
このように受信における最適ビーム形成荷重の計算と、受信ビーム形成荷重の送信への適用を繰り返すことで、低い目標波電力環境でも精度のよい送受信ビーム形成荷重を求めることができるので、より高利得な送受信ビーム形成装置を得ることができる。
【００３３】
なお、図４は横軸に反復回数（Ｉｔｅｒａｔｉｏｎ  ｎｕｍｂｅｒ）、縦軸に送信ビームゲイン（ＭＩＭＯ  Ｔｘ  Ｇａｉｎ）を示したものである。低ＳＮＲ時に算出される適応送信ビーム形成荷重は精度が悪く十分なゲインが得られないが、繰り返し回数が増えると適応送信ビーム形成荷重の精度が改善し、ほぼ理想的な送信ビームゲインに収束する。これより、低ＳＮＲ環境下であっても反復処理によって有効に適応送信ビーム形成荷重の精度を改善できることが分かる。
【００３４】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る送受信ビーム形成装置の構成を示す図である。
この発明の実施の形態２に係る送受信ビーム形成装置は、図５に示すように、この発明の実施の形態１に係る送受信ビーム形成装置にレーダ信号処理装置（ＲＳＰ）１０を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
【００３５】
この発明の実施の形態２に係る送受信ビーム形成装置では、目標反射波以外にもクラッタや干渉波など不要な信号が到来することを考慮して、目標対不要波電力比（ＳＮＲ）を改善するために、レーダなどで用いられるＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）などのクラッタ抑圧処理、ＳＬＣ（Ｓｉｄｅ  Ｌｏｂｅ  Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）などの干渉波抑圧処理、パルス圧縮処理による距離による分離処理などのレーダ信号処理装置（ＲＳＰ）１０を各受信用アンテナ５ｂの受信信号に対して施す。
【００３６】
これにより目標信号だけを抽出することができ、前述のように合成手段９の出力を最大化するように受信ビーム荷重を求めれば、目標信号を最大化することができる。図５の構成で適応受信ビーム形成と、受信ビーム形成荷重を用いた送信ビーム形成を繰り返すことで、不要信号が存在する環境下で目標波電力が小さい場合にも精度よく送受信ビーム形成を行える送受信ビーム形成装置を得ることができる。
【００３７】
また、上記の送受信ビーム形成装置において、求められた適応ビーム形成荷重を記録するメモリを有し、繰り返しの次回に算出される荷重と過去の荷重に忘却係数を乗じたものを加算して受信ビーム形成荷重として用いるように構成してもよい。例えば、忘却係数をｋとし、ｎ回目の荷重Ｗｒｎとするとき式（１９）のように算出するとよい。ｋ＝０では、過去の影響は反映されず、ｋを大きくするほど過去の影響が増大する。このように算出すると伝搬環境の変動が大きい場合に得られる荷重ベクトルを安定させる効果がある。
【００３８】
【数９】
2011158430.tif 000011
【００３９】
以上説明したように、本発明の送受信ビーム形成装置は、適応受信ビーム形成荷重の計算と、受信ビーム形成荷重の送信への適用を繰り返すことにより、低い目標波電力環境でも精度のよい送受信ビーム形成荷重を求めることができ、より高利得な信号の送受信を行える送受信ビーム形成装置を得ることができる。
【００４０】
また、受信信号に対してレーダ信号処理を施すことにより、不要信号環境下においても目標信号に対して最適な送受信ビーム形成装置を得ることができる。
また、受信ビーム形成荷重を記憶するメモリを備え、過去のビーム形成荷重に忘却係数を乗じて受信ビーム形成荷重を算出することで、電波環境の変動が激しい場合にも安定したビーム形成が可能な送受信ビーム形成装置を得ることができる。
【００４１】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係る送受信ビーム形成装置での処理を示すフロー図である。
この発明の実施の形態１に係る送受信ビーム形成装置での処理は、初期送信ビーム形成の後、適応受信ビーム形成を行い、このとき算出した受信ビーム形成荷重を次回の送信ビーム形成に適用し、その後も適応受信ビーム形成と直前の適応受信ビーム形成の際に算出した受信ビーム形成荷重を適用する送信ビーム形成を繰り返すが、この発明の実施の形態３に係る送受信ビーム形成装置での処理は、図６に示すように、初期送信ビーム形成の後、まずマルチビーム受信ビーム形成を行い、マルチビームのうちで受信電力が最大となるビームを選択し、このビーム形成荷重を次回の送信ビーム形成（１）の送信ビーム形成荷重として用いる。
次回からの適応受信ビーム形成（１）、適応受信ビーム形成（２）、・・・において合成手段９の出力を最大化する適応受信ビーム形成荷重を算出し、送信ビーム形成（２）、・・・において適応受信ビーム形成荷重を送信ビーム形成荷重として適用する。
【００４２】
このように初回の受信ビーム形成でマルチビーム受信ビーム形成を行うことにより、上述の実施の形態１に係る送受信ビーム形成装置の効果に加え、少ない繰り返し回数で精度のよい送信ビーム形成荷重および受信ビーム形成荷重が得られる。
【００４３】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４に係る送受信ビーム形成装置での処理を示すフロー図である。
上述のこの発明の実施の形態１および３に係る送受信ビーム形成装置では、各送信用アンテナ５ａから同一の信号を送信することで送信ビームを形成しているが、この発明の実施の形態４に係る送受信ビーム形成装置では、各素子アンテナから異なる符号で送信し、受信信号をマッチドフィルタにより分離する。
【００４４】
送信用アンテナ５ａの数をＮｔ、受信用アンテナ５ｂの数をＮｒとすると、受信信号をマッチドフィルタにより分離した信号の数はＮｔＮｒとなり、ＮｔＮｒ個の素子の仮想的なアレーアンテナとして扱うことができる。
この仮想アレーは開口径が大きいことから、分解能に優れる利点がある。これをＭＩＭＯレーダと呼ぶ。この仮想的なアレーアンテナのパターンは送信パターンと受信パターンの積と等価なので、ここで得られる情報には送信のステアリングベクトルも含まれている。
【００４５】
仮想アレーアンテナのステアリングベクトルａｖは、式（２０）に示すように式（５）の伝搬行列Ｈの要素を並べてベクトルとしたものに対応している。また、式（１３）から伝搬行列Ｈは、送信のステアリングベクトルａｔと受信のステアリングベクトルａｒの積で与えられるので、式（１１）と式（１２）を用いて仮想アレーアンテナのステアリングベクトルａｖは式（２１）のように表すことができる。すなわち、式（２１）のＮｔの要素ごとに送信のステアリングベクトルａｔが係数を変えてＮｒ個並んでいる。
【００４６】
【数１０】
2011158430.tif 000012
【００４７】
目標方向への利得を最大化する最適送信荷重ベクトルは送信のステアリングベクトルの複素共役ベクトル、受信信号のＳＮＲを最大化する受信最適荷重ベクトルＷｒは受信のステアリングベクトルａｒの複素共役ベクトルで与えられる。また、送受信におけるＳＮＲを最大化するためには、上記の仮想アレーアンテナのステアリングベクトルａｖの複素共役ベクトルを用いてマッチドフィルタ処理で分離後の信号を荷重合成すればよい。
以上から、送信の最適荷重ベクトルＷｔを得るには、送信のステアリングベクトルの複素共役ベクトルを得ればよいから、送信用アンテナ５ａ毎に異なる符号化を行い、１つの受信用アンテナ５ｂ、例えばi番目の受信信号をマッチドフィルタ処理で分離した信号ベクトルＹｍiを式（２２）のように定義するとき、送信の最適荷重ベクトルＷｔは上記の信号ベクトルの一つの信号を参照信号としてｙｍiｒ（ｔ）として式（２３）で与えられる。
【００４８】
【数１１】
2011158430.tif 000013
【００４９】
そこで、図７に示すように初期送信の後、ＭＩＭＯレーダ処理におけるマッチドフィルタ処理後の信号から、式（２２）に示す信号ベクトルを抽出し、式（２３）に示す処理により送信の最適ビーム形成荷重を得るので、これを用いて各送信用アンテナ５ａから同一の信号をビーム形成して送信する。次に目標反射波を、受信アレーアンテナにおいて例えば式（１８）により求められる受信荷重合成後の信号のＳＮＲを最大化する適応最適荷重ベクトルで荷重合成して受信する。
【００５０】
以上のような処理フローにより高分解能なＭＩＭＯレーダ処理においても利得を改善し精度よく送受信ビーム形成が可能な送受信ビーム形成装置を得ることができる。
【００５１】
なお、図７の処理フローは送信用アンテナ５ａと受信用アンテナ５ｂが異なるケースを示したものであるが、実施の形態１や３で示したように送信用アンテナ５ａと受信用アンテナ５ｂが同一または、同じステアリングベクトルを持つように構成されている場合には、図８に示すように、引き続き適応受信ビーム形成とその適応受信ビーム形成荷重を用いた送信ビーム形成を繰り返すことが可能であり、より低ＳＮＲの環境にも対応して精度よく送受信ビーム形成を行うことができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  信号生成手段（ＳＧ）、２  分配器、３  送信器（ＴＸ）、４  受信器（ＲＸ）、５  アンテナ、５ａ  送信用アンテナ、５ｂ  受信用アンテナ、６  送信荷重制御手段、７  受信荷重制御手段、８  乗算器（Ｗ）、９  合成手段、１０  レーダ信号処理装置（ＲＳＰ）、１１  目標、１２  反射体。
【図１】
2011158430.tif 000014
【図２】
2011158430.tif 000015
【図３】
2011158430.tif 000016
【図４】
2011158430.tif 000017
【図５】
2011158430.tif 000018
【図６】
2011158430.tif 000019
【図７】
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【図８】
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