(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ開口面をＮ（Ｎ≧２）個の送信サブアレイに分割してＮ個の送信サブアレイ成形ビームを形成し、前記Ｎ個の送信サブアレイから互いに異なるＮ通りの変調信号をもつ連続波またはパルスの送信信号を送信する送信装置と、
アンテナ開口面をＭ（Ｍ≧２）個の受信サブアレイに分割してＭ個の受信サブアレイ成形ビームを形成し、前記Ｍ個の受信サブアレイ成形ビームの受信信号を前記送信装置の前記Ｎ通りの変調信号に基づいて復調し、前記Ｍ個の受信サブアレイそれぞれの出力としてＮ×Ｍ個の出力を得る受信装置と、
前記受信装置で得られるＮ×Ｍ個の出力に、目標の捜索範囲となる観測範囲を規定するＡＺ及びＥＬ角度の範囲をＮb（Ｎb≧１）本のビームで覆うためのＮb種類の送受信ＤＢＦ（Digital Beam Forming）ビーム形成用のウェイトを乗算してＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式の合成ビームを形成し、当該合成ビームから目標の位置を観測する信号処理装置と
を具備し、
前記送信装置は、前記Ｎ個の送信サブアレイのそれぞれに供給する送信信号の少なくとも位相を制御して、前記Ｎ個の送信サブアレイ成形ビームをそれぞれ前記観測範囲の分割単位毎に割り当てられた範囲に指向させて、前記観測範囲の全体を覆うように送信ビームを形成する送信ビーム制御手段を備え、
前記受信装置は、前記Ｍ個の受信サブアレイのそれぞれから出力される受信信号の少なくとも位相を制御して、前記Ｍ個の受信サブアレイ成形ビームをそれぞれ前記観測範囲の分割単位毎に割り当てられた範囲に指向させて、前記観測範囲の全体を覆うように受信ビームを形成する受信ビーム制御手段を備えるレーダシステム。
【請求項２】
前記信号処理装置は、前記ＭＩＭＯ方式の合成ビームにより目標を捜索し、前記捜索により目標が検出された場合に、前記Ｎ個の送信サブアレイ成形ビームを前記検出された目標の方向に向けてＳＩＭＯ（Single Input Multiple Output）方式により前記目標を観測する請求項１記載のレーダシステム。
【請求項３】
前記信号処理装置は、前記目標の捜索範囲を分割した各位置に対して位相焦点が合うように前記送受信ＤＢＦビームを形成する請求項１記載のレーダシステム。
【請求項４】
前記信号処理装置は、前記目標の捜索範囲を分割した各位置に対して位相焦点が合うように前記送受信ＤＢＦビームを形成し、さらに送受信波面を複数通り設定して、目標が最大振幅または最大ＳＮをもつ送受信波面を選択する請求項１記載のレーダシステム。
【請求項５】
アンテナ開口面をＮ（Ｎ≧２）個の送信サブアレイに分割してＮ個の送信サブアレイ成形ビームを形成し、前記Ｎ個の送信サブアレイから互いに異なるＮ通りの変調信号をもつ連続波またはパルスの送信信号を送信し、前記Ｎ個の送信サブアレイのそれぞれに供給する送信信号の位相を制御して、前記Ｎ個の送信サブアレイ成形ビームをそれぞれ目標の捜索範囲となる観測範囲の分割単位毎に割り当てられた範囲に指向させて、前記観測範囲の全体を覆うように送信ビームを形成し、
アンテナ開口面をＭ（Ｍ≧２）個の受信サブアレイに分割してＭ個の受信サブアレイ成形ビームを形成し、前記Ｍ個の受信サブアレイ成形ビームの受信信号を前記Ｎ通りの変調信号に基づいて復調し、前記Ｍ個の受信サブアレイそれぞれの出力としてＮ×Ｍ個の出力を取得し、前記Ｍ個の受信サブアレイのそれぞれから出力される受信信号の少なくとも位相を制御して、前記Ｍ個の受信サブアレイ成形ビームをそれぞれ前記観測範囲の分割単位毎に割り当てられた範囲に指向させて、前記観測範囲の全体を覆うように受信ビームを形成し、
前記Ｎ×Ｍ個の出力に、前記観測範囲を規定するＡＺ及びＥＬ角度の範囲をＮb（Ｎb≧２）本のビームで覆うためのＮb種類の送受信ＤＢＦ（Digital Beam Forming）ビーム形成用のウェイトを乗算してＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式の合成ビームを形成し、当該合成ビームから目標の位置を観測するレーダ信号処理方法。
【請求項６】
前記ＭＩＭＯ方式の合成ビームにより目標を捜索し、前記捜索により目標が検出された場合に、前記Ｎ個の送信サブアレイ成形ビームを前記検出された目標の方向に向けてＳＩＭＯ（Single Input Multiple Output）方式により前記目標を観測する請求項５記載のレーダ信号処理方法。
【請求項７】
前記目標の捜索範囲を分割した各位置に対して位相焦点が合うように前記送受信ＤＢＦビームを形成する請求項５記載のレーダ信号処理方法。
【請求項８】
前記目標の捜索範囲を分割した各位置に対して位相焦点が合うように前記送受信ＤＢＦビームを形成し、さらに送受信波面を複数通り設定して、目標が最大振幅または最大SNをもつ送受信波面を選択する請求項５記載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、レーダシステム及びレーダ信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の送信レーダ装置及び複数の受信レーダ装置により目標の位置を検出する従来のＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）レ−ダシステム（例えば引用文献１参照）では、送信出力を増大させる、１素子あたりの送信出力を低減する等の目的で、送信サブアレイの開口を大きくする場合がある。ところが、送信サブアレイの開口を大きくすると、ＭＩＭＯによる仮想送受信アレイにより送受信ビームを同時に形成できる範囲が送信サブアレイビームの範囲に限定されるという問題があった。
【０００３】
また、従来のＭＩＭＯレーダシステムでは、送信アンテナ素子（またはサブアレイ）を受信アンテナ素子から離隔して配置し、ＳＩＭＯ（Single Input Multiple Output）に切り替えて運用する場合がある。しかしながら、ＳＩＭＯに切り替えた際に送信グレーティングローブが発生してしまい、ＳＩＭＯビームで運用すると誤検出が発生する場合があった。これは、送信と受信を離隔したマルチスタティック運用の場合も同様である。さらに、マルチスタティック運用の場合には、離隔距離が大きいと、目標付近の観測点に対して、焦点が合わず、システム利得が低下する問題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＭＩＭＯ処理、JIAN LI、PETER STOICA、‘MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING’、WILEY、pp.1-5 (2009)
【非特許文献２】符号コード（Ｍ系列）発生方式、M.I.Skolnik、‘Introduction to radar systems’、McGRAW-HILL、pp.429-430 (1980)
【非特許文献３】位相モノパルス（位相比較モノパルス）方式、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.262-264 (1996)
【非特許文献４】アンテナパターン成形、電子情報通信学会、アンテナ工学ハンドブック第２版、オーム社、pp.416-418 (2008)
【非特許文献５】グレーティングローブ条件、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.123 (1996)
【非特許文献６】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)
【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ＭＩＭＯレ−ダシステムでは、送信サブアレイの開口を大きくすると、ＭＩＭＯによる仮想送受信アレイにより送受信ビームを同時に形成できる範囲が送信サブアレイビームの範囲に限定されてしまう。また、送信アンテナ素子（またはサブアレイ）を離隔して配置する場合には、ＳＩＭＯに切り替えた際に送信グレーティングローブが発生し、ＳＩＭＯビームで運用すると、誤検出が発生する場合があった。これは、送信と受信を離隔したマルチスタティック運用の場合も同様である。さらに、マルチスタティック運用の場合には、離隔距離が大きいと、目標付近の観測点に対して、焦点が合わず、システム利得が低下する問題もあった。
【０００６】
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、送信と受信が同一開口の場合でも、マルチスタティックの場合でも、ＭＩＭＯとＳＩＭＯを切り替えた場合にも、送信グレーティングローブの発生を抑圧して目標を確実に検出することができ、さらに、マルチスタティック運用の場合に離隔距離が大きい場合でも、目標付近の観測点に対して焦点を合わせて高いシステム利得で観測することのできるレーダシステム及び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システムは、送信装置と受信装置と信号処理装置を備える。送信装置は、アンテナ開口面をＮ（Ｎ≧２）個の送信サブアレイに分割してＮ個の送信サブアレイ成形ビームを形成し、前記Ｎ個の送信サブアレイから互いに異なるＮ通りの変調信号をもつ連続波またはパルスの送信信号を送信する。受信装置は、アンテナ開口面をＭ（Ｍ≧２）個の受信サブアレイに分割してＭ個の受信サブアレイ成形ビームを形成し、前記Ｍ個の受信サブアレイ成形ビームの受信信号を前記Ｎ通りの変調信号に基づいて復調し、前記Ｍ個の受信サブアレイそれぞれの出力としてＮ×Ｍ個の出力を取得する。信号処理装置は、前記受信装置で得られるＮ×Ｍ個の出力に、目標の捜索範囲となる観測範囲を規定するＡＺ及びＥＬ角度の範囲をＮb（Ｎb≧２）本のビームで覆うためのＮb種類の送受信ＤＢＦ（Digital Beam Forming）ビーム形成用のウェイトを乗算してＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式の合成ビームを形成し、当該合成ビームから目標の位置を観測する。前記送信装置は、前記Ｎ個の送信サブアレイのそれぞれに供給する送信信号の少なくとも位相を制御して、前記Ｎ個の送信サブアレイの成形ビームをそれぞれ前記観測範囲の分割単位毎に割り当てられた範囲に指向させて、前記観測範囲の全体を覆うように送信ビームを形成する送信ビーム制御手段を備え、前記受信装置は、前記Ｍ個の受信サブアレイのそれぞれから出力される受信信号の少なくとも位相を制御して、前記Ｍ個の受信サブアレイ成形ビームをそれぞれ前記観測範囲の分割単位毎に割り当てられた範囲に指向させて、前記観測範囲の全体を覆うように受信ビームを形成する受信ビーム制御手段を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図。
【図２】図１に示すレーダシステムにおいて、送信レーダの構成を示すブロック図。
【図３】図１に示すレーダシステムにおいて、受信レーダの構成を示すブロック図。
【図４】図１に示すレーダシステムにおいて、送受信素子それぞれの位置ベクトルと観測ベクトルを例示する図。
【図５】図１に示すレーダシステムにおいて、送受信素子それぞれの位置ベクトルと観測ベクトルを例示する図。
【図６】図１に示すレーダシステムにおいて、送信サブアレイ、受信サブアレイそれぞれのパターンと送受信仮想アレイによる送受信ペンシルビームのパターンを示す図。
【図７】図１に示すレーダシステムにおいて、チャープ帯域をＮ分割し、送信サブアレイ出力を周波数変調してＮ本の送信成形ビームを形成する処理を説明するための図。
【図８】図１に示すレーダシステムにおいて、観測範囲の理想パターンと実パターンを比較して示す図。
【図９】図１に示すレーダシステムにおいて、送信開口をサブアレイに分割し、送信素子をアンテナ面に離隔するように配置して所定の観測範囲に成形ビームを形成する場合の構成を示す図。
【図１０】図１０に示したアンテナ構成において、アンテナ面に離隔した送信素子を用いて送信サブアレイビームを形成する様子を示す図。
【図１１】図１０に示したアンテナ構成において、ペンシルビームを形成した場合にグレーティングローブが発生する様子を示す図。
【図１２】図１に示すレーダシステムにおいて、送信開口をサブアレイに分割し、送信素子をアンテナ面に離散するように配置して所定の観測範囲に成形ビームを形成する場合の構成を示す図。
【図１３】図１２に示したアンテナ構成において、アンテナ面に離隔した送信素子を用いて送信サブアレイビームを形成する様子を示す図。
【図１４】図１２に示したアンテナ構成において、ペンシルビームを形成した場合でもグレーティングローブが発生しない様子を示す図。
【図１５】第２の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図。
【図１６】第３の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図。
【図１７】図１６に示すレーダシステムにおいて、送受信仮想アレイによって送受信ペンシルビームが形成される様子を示す図。
【図１８】図１６に示すレーダシステムにおいて、送受信素子それぞれの位置ベクトルと観測ベクトルを例示する図。
【図１９】第４の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
（第１の実施形態）（ＭＩＭＯ成形ビーム）
以下、図１乃至図１４を参照して、第１の実施形態に係るレーダシステムについて説明する。
【００１１】
図１は第１の実施形態に係るレーダシステムの全体構成を示すブロック図である。図１に示すレーダシステムは、アンテナ装置１００と信号処理装置２００とを備える。  
アンテナ装置１００は、アンテナ開口面をＮ（Ｎ≧２）分割したＮ個のサブアレイ１１〜１Ｎを備える。ここで、サブアレイ１１を代表して内部構成を説明する。  
サブアレイ１１において、送信系統では、信号処理装置２００の変調信号生成器２１で生成されるサブアレイ毎に異なるＭ系列（非特許文献２参照）等の変調信号を入力して変調器１１１で連続波信号またはパルス信号による送信信号を位相変調する。この位相変調された送信信号を周波数変換器１１２でローカル信号発生器１１３からのローカル信号と混合してＲＦ信号に変換し、電力分配器１１４でＬ系統に分配する。ｉ（ｉは１〜Ｌ）番目の系統では、分配されたＲＦ信号を送信移相器１１５ｉにより位相制御器１１Ｄからの制御信号に基づいて位相制御してビーム形成し、送信増幅器１１６ｉにより増幅して、サーキュレータ１１７ｉを経由してアンテナ素子１１８ｉから送出する。
【００１２】
受信系統では、第ｉの系統において、目標によって反射された信号をアンテナ素子１１８ｉで受信し、サーキュレータ１１７ｉを経由して受信増幅器１１９ｉで低雑音増幅して周波数変換器１１Ａに入力する。この周波数変換器１１Ａは、Ｌ系統それぞれの受信信号を入力し、ローカル信号発生器１１３からのローカル信号と混合してベースバンドに周波数変換する。このようにベースバンドに変換された各系統の受信信号をＡＤ変換器１１Ｂでデジタル信号に変換し、サブアレイＤＢＦ処理器１１Ｃによりサブアレイ１１における受信ビームの合成信号を得て、信号処理装置２００に送る。
【００１３】
信号処理装置２００では、上記サブアレイ１１〜１Ｎで得られた受信ビームの合成信号をそれぞれ復調器２２１〜２２Ｎに入力し、変調信号生成器２１よりサブアレイ毎に付与されたＮ通りの符号等を参照信号として復調器２２１〜２２Ｎの各々で復調し、Ｎ×Ｎの送受信信号を得る。これらの送受信信号をＭＩＭＯビーム形成器２３により合成して、ＭＩＭＯビーム出力を得る。
【００１４】
尚、上記実施形態のアンテナ装置１００では、各サブアレイを送受共用として構成する場合を説明したが、サブアレイを送信用と受信用に分けて構成するようにしてもよい。送信用サブアレイ（以下、送信サブアレイ）の個数と受信用サブアレイ（以下、受信サブアレイ）の個数は同数であってもよいが、互いに異なる個数であってもよい。ここで、図２はアンテナ開口面をＮ（Ｎ≧２）分割したＮ個の送信サブアレイ１１（Ｔ）〜１Ｎ（Ｔ）を有する送信レーダ装置の構成を示しており、図３はアンテナ開口面をＭ（Ｍ≧２）分割したＭ個の受信サブアレイ１１（Ｒ）〜１Ｍ（Ｒ）を有する受信レーダ装置の構成を示している。図２及び図３において、図１と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。マルチスタティック運用の場合には、送信機能と受信機能が分離することになり、図２に示す送信レーダ装置と図３に示す受信レーダ装置を離隔して設置し、互いに同期をとって信号処理を行う。
【００１５】
次に、図４乃至図１４を参照して、Ｎ個の送信サブアレイとＭ個の受信サブアレイを備え、Ｎ×Ｍの仮想送受信アレイを形成可能なレーダシステムにおいて、信号処理装置２００におけるＭＩＭＯの処理について説明する（非特許文献１参照）。
【００１６】
まず、送信サブアレイと受信サブアレイを共用または併設した場合の座標系を図４に示し、送信サブアレイと受信サブアレイが離隔した場合の座標系を図５に示す。図４において、送信素子位置ベクトルは（x1n,y1n,z1n）で表され、受信素子位置ベクトルは（x2m,y2m,z2m）で表され、観測ベクトルＫは（cosEL*cosAZ, cosEL*sinAZ, sinEL）で表される。また、図５において、送信レーダ装置ＲＤＲ１のアンテナ素子位置ベクトルは（x1n,y1n,z1n）で表され、受信レーダ装置ＲＤＲ２のアンテナ素子位置ベクトルは（x2m,y2m,z2m）で表され、観測ベクトルＫは（cosEL*cosAZ, cosEL*sinAZ, sinEL）で表される。
【００１７】
また、アンテナ装置１００において、送信アンテナの送信サブアレイによる送信パターンと、受信アンテナの受信サブアレイによる受信パターンと、ＭＩＭＯ送受信仮想アレイによる送受信ペンシルビームパターンを形成する様子を図６に示す。ここでは、送信変調信号を複数のチャープ帯域に分割して送信する手法の場合について述べるが、Ｍ系列等の他の変調方式でもよい。
【００１８】
上記周波数分割型において、送信時には、例えば図７（ａ）に示す全帯域チャープのＭ系列変調信号を生成して図７（ｂ）に示すＮ個のチャープ帯域＃１〜＃Ｎに周波数分割し、これによって得たＮ個のチャープ帯域＃１〜＃ＮのＲＦ信号をそれぞれ図７（ｃ）に示すＮ個の送信サブアレイに供給し、送出させる。受信時には、受信サブアレイ毎（サブアレイ数Ｍ）で受信した信号を周波数変換した後、ＡＤ変換し、Ｎ通りのＭ系列で復調して図７（ｄ）に示すＮ×Ｍの仮想送受信アレイによる信号を得る。これを以下に定式化する。送信アンテナと受信アンテナの複素ウェイトをそれぞれＡ，Ｂと表すと次式となる。
【数１】
0006546003.tif 000002
【００１９】
【数２】
0006546003.tif 000003
【００２０】
これより、各要素は次式となる。
【数３】
0006546003.tif 000004
【００２１】
次に、各送受信素子信号を行列の要素で表現すると、次式となる。
【数４】
0006546003.tif 000005
【００２２】
送受信ビーム出力は、（１）式の要素にサイドローブ低減用のウェイトと、サイドローブ低減用のウェイトを乗算後加算となり、次式となる。  
【数５】
0006546003.tif 000006
【００２３】
以上の関係を踏まえて、送信側では、送信レーダから見て所定の観測範囲をAZa1〜AZa2，ELa1〜ELa2に分割し、分割単位毎に、送信サブアレイ内のアンテナ素子の位相を（１）式のビーム方向（AZa0，ELa0）に制御して送信する。この際、図７に示すように送信開口を分割し、図８に示すように分割単位毎に、所望の送信アンテナパターンをもとに、実パターンを成形する。このために、送信において、出力の振幅と位相を制御できる場合は、振幅及び位相のパターン成形手法（非特許文献４参照）を用いる。位相のみの場合は、例えば開口面で２次位相等を設定して、ビーム幅の広がったスポイルビームを形成することにより実現できる。また、位相のみの制御によって任意のパターン形状を得るには、非特許文献６による方法等もある。
【００２４】
一方、受信側では、受信サブアレイ内のアンテナ素子の位相を（１）式により制御して、受信レーダから見て送信レーダが送信した範囲にビーム（AZb0，ELb0）を指向させて受信する。次に、サブアレイで送受信した信号をそのまま用いて、ビーム形成器２３により、サブアレイが送受信した空間内で、（１）式のAZap、ELap、AZbp、ELbp（ｐ＝１〜Ｐ：Ｐはサブアレイ内に形成するビーム番号）を順次制御して、複素ウェイトとして設定し、（５）式の演算により送受信ビームを形成する。これにより、サブアレイが指向したビーム方向を覆うことができ、さらに、サブアレイビームの指向方向を変えて送受信することにより、観測範囲全体を覆って捜索することができる。
【００２５】
以上のＭＩＭＯによるビ−ム形成手法により、観測範囲全体をペンシルビームで順次捜索する場合に比べて、サブアレイで形成できる幅の広いビームを用いて捜索することができる。また、サブアレイビームの範囲内はビーム形成器２３でデジタル信号により形成（ＤＢＦ：Digital Beam Forming）することができるため、捜索時間を短縮化できる効果が得られる。
【００２６】
以上のように、第１の実施形態に係るレーダシステムでは、送信装置において、アンテナ開口面をＮ個のサブアレイに分割して、所定の範囲を覆う送信サブアレイ成形ビームを形成するために各送信サブアレイで送信移相器の移相量を設定し、送信サブアレイ毎に異なる変調信号をもつ連続波またはパルス信号を送信する。また、受信装置において、アンテナ開口面をＭ個のサブアレイに分割し、所定の範囲を覆うための受信サブアレイ成形ビームを形成するために各受信サブアレイで受信移相器の移相量を設定し、受信サブアレイ毎に、送信のＭ通りの変調信号に対応した復調信号により復調し、各々の受信サブアレイの出力としてＮ×Ｍ個の出力を得る。そして、上記受信装置において、受信サブアレイのＮ×Ｍ個の出力に対して、所定のＡＺ及びＥＬ角度の範囲をＮb（Ｎb≧１）本のビームで覆うためのＮb種類の送受信ＤＢＦビーム形成用のウェイトを乗算し、各ビームの合成ビームを用いて目標位置を観測する。
【００２７】
尚、上記の説明では、Σビームについて述べたが、位相モノパルス測角（非特許文献３参照）等の演算をする場合には、測角用のΔビーム等も同様の手法で形成するとよい。また、ＭＩＭＯにより変復調した送受信素子の信号を用いることで、サブアレイが覆う範囲内において、一度送受信した信号を用いて送受信ビームによるペンシルビームを任意に形成することができる。さらに、サブアレイ素子の移相器の移相量を制御することで、サブアレイが覆う範囲を広げることができる。これによって、パルスまたは連続波のレーダにより広範囲の目標観測を行うことができる。
【００２８】
（第２の実施形態）（ＭＩＭＯ／ＳＩＭＯ切り替え）
第１の実施形態では、ＭＩＭＯによるビーム形成において、送信サブアレイの位相に中心をグレーティングローブが発生しない間隔でサブアレイを構成する手法について述べた。第２の実施形態では、第１の実施形態の構成を利用して、ＭＩＭＯとＳＩＭＯを切り替える方式について述べる。
【００２９】
まず、第１の実施形態のＭＩＭＯビーム形成手法は、捜索や追跡の観測範囲が広い場合に有効である。これに対して、捜索や追跡の観測範囲が比較的狭い範囲に限定された場合には、処理負荷が軽い等の理由で、送信も受信もペンシルビ−ムが望ましい場合があるが、このためにはＭＩＭＯ動作をＳＩＭＯ動作に切り替える必要がある。
【００３０】
この際に、図９に示すように、送信開口をＮチャンネルの送信サブアレイに分割して所定の観測範囲に送信成形ビームを形成し、受信開口をＭチャンネルの受信サブアレイに分割して観測範囲に受信成形ビームを形成する場合に、送信サブアレイが受信サブアレイから離隔していると、図１０に示すように、ＭＩＭＯ動作において、グレーティングローブのない送受信ペンシルビームを形成することができる。
【００３１】
上記構成において、ＭＩＭＯ動作をＳＩＭＯ動作に切り替えたとする。この場合、ＭＩＭＯ動作では図１０に示すようにグレーティングローブのない送受信ペンシルビームを形成できるが、ＳＩＭＯ動作では、送信サブアレイが離隔しているため、図１１に示すようにグレーティングローブが発生してしまう。これを避けるためには、図１２に示すように、送信を全体開口として、ＭＩＭＯ動作の場合には、図１３に示すように、送信サブアレイの位相中心がグレーティングローブが発生しないような離隔になるようにサブアレイを選定し、パターン成形により送信ビームを形成する（図７、図８）。このように、送信アレイとして全体開口を使うことにより、グレーティングローブの発生を抑圧するだけでなく、送信出力の増大や１素子あたりの送信出力が低くて済むという長所もある。
【００３２】
尚、グレーティングローブが発生しない条件としては、次式となる（非特許文献５参照）。
【数６】
0006546003.tif 000007
【００３３】
次にＳＩＭＯ動作の場合には、図１４に示すように、アンテナ面全体にある送信素子による全体開口を用いて送信ペンシルビームを形成し、受信も全体開口を使って受信ペンシルビームを形成する。このようにすれば、グレーティングローブのない、送受信ペンシルビームを形成することができる。
【００３４】
図１５に第２の実施形態に係るレーダシステムの構成を示す。但し、図１５において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。
【００３５】
第２の実施形態の構成では、第１の実施形態の構成と比べて、ＭＩＭＯ／ＳＩＭＯの切替器２４１〜２４Ｎを追加している。この切替器２４１〜２４Ｎにより、例えば広角範囲の捜索や追跡の場合にはＭＩＭＯビーム形成器２３によるビーム形成を行い、比較的限定された範囲の捜索や追跡の場合にはＳＩＭＯビーム形成器２５によるビーム形成を行うように、観測範囲に基づく所定の切り替えテーブルに従って切り替える運用とする。
【００３６】
すなわち、第２の実施形態に係るレーダシステムでは、第１の実施形態のＭＩＭＯ方式により目標を捜索し、目標検出方向に対して、送信／受信装置または、離隔した位置にある送信レーダ装置と受信レーダ装置をＳＩＭＯ方式による運用に切り替えて目標を観測し追跡する。
【００３７】
このように、捜索においてはＭＩＭＯによる送受信ＤＢＦビームを用いて目標方向を限定し、その範囲にＳＩＭＯによる送受信ビームを形成して捜索または追跡することにより、ＭＩＭＯのままではレンジまたは角度分解能の劣化が生じる場合に、ＳＩＭＯによる観測に切り替えてレンジまたは角度分解能が劣化しない送受信ビ−ムで観測することができる。
【００３８】
（第３の実施形態）（観測位置焦点方式）
本実施形態は、送信装置と受信装置が離隔している場合の、ＭＩＭＯビームの形成手法である。図１６に第３の実施形態に係るレーダシステムの構成を示す。但し、図１６において、図１５と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。また、送信装置側の構成についても省略する。
【００３９】
第３の実施形態では、ＭＩＭＯビーム形成器２３１〜２３Ｍにおいて送受信ビームを形成する際に、目標捜索範囲の位置に対して位相焦点が合うウェイトをウェイト演算器２６で演算し、そのウェイト演算結果を対応するＭＩＭＯビーム形成器２３１〜２３Ｍに送って送受信ＤＢＦビームを形成する。
【００４０】
すなわち、離隔距離Ｌが大きい場合には、観測位置により、送信〜受信の位相を変える必要がある。位相は、図１７に示すように、観測点方向に対して、送信波面と受信波面を揃える必要がある。これを一般的な３次元座標で表現すると次式となり、図１８に示すようなベクトル表示となる。
【数７】
0006546003.tif 000008
【００４１】
この送信＋受信の位相Φtrをウェイト演算器２６により算出し、仮想送受信アレイの位相として設定する。この設定位相は、観測点に対して送受信ビームを向ける位相であり、観測範囲が幅を持つ場合には、その観測範囲をメッシュに分割し、各々のメッシュ方向に設定する。これにより、広い観測範囲を送受信のペンシルビームにより観測することができる。
【００４２】
（第４の実施形態）（観測位置の焦点補正方式）
第３の実施形態では、観測点に対して利得の高い送受信ペンシルビームを形成する手法について述べた。この場合、送信アンテナの開口面位置、向きの情報にずれがある場合には、送信波面（位相）がずれて利得が低下する可能性がある。第４の実施形態ではこの対策のための手法について述べる。図１９は本実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図である。但し、図１９において、図１５及び図１６と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。
【００４３】
本実施形態では、観測位置のキャリブレーション信号をウェイト演算器２６に送り、各サブアレイで形成されるビームの位相ずれを補正する。すなわち、送信アンテナの開口面位置、向きの情報に誤差があり、送信波面に誤差が生じる場合には、（７）式の位相ベクトルΦtr（Ｍ×Ｎ次元）を中心に、±ΔΦ（ｐ）（ｐ＝１〜Ｐ）の範囲で変化させた位相ベクトルを順次設定し、ビーム出力振幅またはＳＮ（信号対雑音電力）が最大となる位相ベクトルを抽出して設定する。
【００４４】
その他、本実施形態は上記実施形態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。更に、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】
【００４５】
１００…アンテナ装置、１１〜１Ｎ…サブアレイ、１１１…変調器、１１２…周波数変換器、１１３…ローカル信号発生器、１１４…電力分配器、１１５ｉ…送信移相器、１１６ｉ…送信増幅器、１１７ｉ…サーキュレータ、１１８ｉ…アンテナ素子、１１９ｉ…受信増幅器、１１Ａ…周波数変換器、１１Ｂ…ＡＤ変換器、１１Ｃ…サブアレイＤＢＦ処理器、２００…信号処理装置、２１…変調信号生成器、２２１〜２２Ｎ（Ｍ）…復調器、２３…ＭＩＭＯビーム形成器、２４１〜２４Ｎ（Ｍ）…ＭＩＭＯ／ＳＩＭＯ切替器、２５…ＭＩＭＯビーム形成器、２６…ウェイト演算器。
【図１】
0006546003.tif 000009
【図２】
0006546003.tif 000010
【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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【図１９】
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