(57)【要約】  互いに直交している複数の送信信号のレプリカと受信アンテナ素子３−１（３−２，・・・，３−Ｎ）の受信信号との相互相関処理を実施して、複数の相互相関処理後の信号を出力する相関処理部５−１（５−２，・・・，５−Ｎ）と、送信アンテナ２−１〜２−３及び受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの配置とアンテナ指向性パターンにしたがって相関処理部５−１〜５−Ｎから出力された複数の相互相関処理後の信号に重み付けを行う重み付け部６とを設け、信号合成部１０が、重み付け部６により重み付けが行われた複数の相互相関処理後の信号を合成する。
2016199202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交している複数の送信信号を生成する送信信号生成部と、
複数の送信アンテナから前記送信信号生成部により生成された送信信号を空間に放射する送信アンテナ部と、
前記複数の送信アンテナから放射された後、観測対象に反射された前記送信信号の反射波を受信する１つ以上の受信アンテナ素子からなるアレイアンテナと、
前記複数の送信信号と前記受信アンテナ素子の受信信号との相互相関処理を実施して、複数の相互相関処理後の信号を出力する複数の相関処理部と、
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナ素子の配置とアンテナ指向性パターンにしたがって前記複数の相関処理部から出力された複数の相互相関処理後の信号に重み付けを行う重み付け部と、
前記重み付け部により重み付けが行われた複数の相互相関処理後の信号を合成する信号合成部と
を備えたセンサ装置。
【請求項２】
前記送信信号生成部により生成された複数の送信信号のレプリカを生成するレプリカ生成部を備え、
前記複数の相関処理部は、前記レプリカ生成部により生成された複数の送信信号のレプリカと前記受信アンテナ素子の受信信号との相互相関処理を実施して、複数の相互相関処理後の信号を出力することを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記重み付け部は、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナ素子の配置から、前記複数の相関処理部による相互相関処理後のアンテナ開口の長さを求め、前記アンテナ開口の長さと前記アンテナ指向性パターンにしたがって前記複数の相関処理部から出力された複数の相互相関処理後の信号に乗算する重み値を決定し、前記重み値を前記複数の相関処理部から出力された複数の相互相関処理後の信号に乗算することを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記重み付け部は、前記１つ以上の受信アンテナ素子の中に、並び方向の位置が前記複数の送信アンテナと同じ受信アンテナ素子が存在するために、前記複数の相関処理部から出力された複数の相互相関処理後の信号の中に、前記相互相関処理後のアンテナ開口における位置が他の相互相関処理後の信号と重複している相互相関処理後の信号が存在する場合、前記重複している相互相関処理後の信号に乗算する重み値については、他の相互相関処理後の信号と重複していない場合に決定する重み値より小さくすることを特徴とする請求項３記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記複数の送信アンテナの指向性を切り換える指向性切換部と、
前記指向性切換部による指向性の切り換えタイミングを制御するタイミング制御部と
を備えたことを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、移動体や静止物体などの観測対象の位置や速度などを観測するレーダ装置が、レーダ信号を送受信する際に用いるセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
センサ装置におけるアンテナの指向性パターンが、所望の指向性パターンとなるようにするために、従来より、アレイアンテナを構成している複数のアンテナ素子の受信信号に対する重み付けの方法や、複数のアンテナ素子を配置する方法などが広く検討されている。
例えば、以下の特許文献１には、アレイアンテナをサブアレイに分割し、サブアレイ単位で重み付けを行うことで、サイドローブを低減する方法が開示されている。
また、以下の特許文献２には、アレイアンテナを構成している複数のアンテナ素子の間隔をフィボナッチ数列にしたがって決定することで、サイドローブを低減する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１２９５０９号公報
【特許文献２】特表２０１３−５０９０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のセンサ装置は以上のように構成されているので、サイドローブを低減することが可能であるが、アンテナの指向性を高めるために、１つ以上の受信アンテナ素子からなるアレイアンテナの開口長を仮想的に広げることができないという課題があった。【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の受信アンテナ素子からなるアレイアンテナの開口長を仮想的に広げることができるセンサ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】
この発明に係るセンサ装置は、互いに直交している複数の送信信号を生成する送信信号生成部と、複数の送信アンテナから送信信号生成部により生成された送信信号を空間に放射する送信アンテナ部と、複数の送信アンテナから放射された後、観測対象に反射された送信信号の反射波を受信する１つ以上の受信アンテナ素子からなるアレイアンテナと、複数の送信信号と受信アンテナ素子の受信信号との相互相関処理を実施して、複数の相互相関処理後の信号を出力する複数の相関処理部と、送信アンテナ及び受信アンテナ素子の配置とアンテナ指向性パターンにしたがって複数の相関処理部から出力された複数の相互相関処理後の信号に重み付けを行う重み付け部とを設け、信号合成部が、重み付け部により重み付けが行われた複数の相互相関処理後の信号を合成するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、互いに直交している複数の送信信号と受信アンテナ素子の受信信号との相互相関処理を実施して、複数の相互相関処理後の信号を出力する複数の相関処理部と、送信アンテナ及び受信アンテナ素子の配置とアンテナ指向性パターンにしたがって複数の相関処理部から出力された複数の相互相関処理後の信号に重み付けを行う重み付け部とを設け、信号合成部が、重み付け部により重み付けが行われた複数の相互相関処理後の信号を合成するように構成したので、１つ以上の受信アンテナ素子からなるアレイアンテナの開口長を仮想的に広げることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１によるセンサ装置を示す構成図である。
【図２】センサ装置の一部がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるセンサ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】送信アンテナ及び受信アンテナ素子の配置と、相互相関処理後のアンテナ開口とを示す説明図である。
【図５】相互相関処理後のアンテナ開口に適用する任意の関数がコサイン分布であるときのウェイトの振幅分布を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるセンサ装置により得られる指向性パターンの一例を示す説明図である。
【図７】送信アンテナ及び受信アンテナ素子の配置と、相互相関処理後のアンテナ開口とを示す説明図である。
【図８】相互相関処理後のアンテナ開口に適用する任意の関数がコサイン分布であるときのウェイトの振幅分布を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３によるセンサ装置を示す構成図である。
【図１０】送信アンテナ２−１〜２−３の指向性パターンの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるセンサ装置を示す構成図である。
図１において、送信信号生成部１は互いに直交している複数の送信信号を生成し、複数の送信信号を送信アンテナ部２に出力する。
図１の例では、送信信号生成部１が３つの送信信号生成処理部１−１〜１−３を備え、互いに直交している３つの送信信号を生成しているが、これは一例に過ぎず、互いに直交している２つ以上の送信信号を生成するものであればよい。
【００１１】
送信信号生成処理部１−１〜１−３は、互いに異なる時間、互いに異なる周波数及び互いに異なる符号のうち、いずれか１つ又は複数を用いて、互いに直交している送信信号（１）〜（３）を生成する。
例えば、互いに異なる符号を用いて、互いに直交している送信信号（１）〜（３）を生成する方法として、バーカーコード、Ｍ系列、コールド系列などの直交している複数の符号系列によって送信信号を変調することで、互いに直交している送信信号（１）〜（３）を生成するものが考えられる。
また、互いに異なる周波数を用いて、互いに直交している送信信号（１）〜（３）を生成する方法として、互い直交している搬送波であるサブキャリアで送信信号を変調することで、互いに直交している送信信号（１）〜（３）を生成するものが考えられる。
また、互いに異なる時間を用いて、互いに直交している送信信号（１）〜（３）を生成する方法として、送信信号（１）〜（３）の生成時刻を変えることで、送信信号（１）〜（３）の送信時刻を変えるものが考えられる。
【００１２】
送信アンテナ部２は送信アンテナ２−１〜２−３から構成されており、送信信号生成部１から出力された３つの送信信号（１）〜（３）を空間に放射する。
即ち、送信アンテナ２−１は送信信号生成処理部１−１により生成された送信信号（１）を空間に放射する。
送信アンテナ２−２は送信信号生成処理部１−２により生成された送信信号（２）を空間に放射する。
送信アンテナ２−３は送信信号生成処理部１−３により生成された送信信号（３）を空間に放射する。
【００１３】
アレイアンテナ３は受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎから構成されている。
受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎは送信アンテナ２−１〜２−３から放射された後、例えば、移動体や静止物体などの観測対象に反射されて戻ってきた送信信号（１）〜（３）の反射波を受信する。
図１では、アレイアンテナ３が、Ｎ本の受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎから構成されている例を示しているが、アレイアンテナ３は、１本以上の受信アンテナ素子を備えていればよい。
【００１４】
レプリカ生成部４は送信信号生成処理部１−１〜１−３により生成された送信信号（１）〜（３）のレプリカを生成し、その送信信号（１）〜（３）のレプリカを相関処理部５−１〜５−Ｎに出力する。
図１では、レプリカ生成部４が送信信号（１）〜（３）のレプリカを相関処理部５−１〜５−Ｎに出力する例を示しているが、送信信号生成処理部１−１〜１−３が送信信号（１）〜（３）を相関処理部５−１〜５−Ｎに出力するようにしてもよい。この場合、レプリカ生成部４を省略することができる。ただし、レプリカ生成部４を実装することで、送信信号生成部１と相関処理部５−１〜５−Ｎの設置位置が遠く離れている場合でも、送信アンテナ２−１〜２−３から放射される送信信号（１）〜（３）と同じ信号を相関処理部５−１〜５−Ｎに与えることができる。
【００１５】
相関処理部５−１は相互相関演算部５−１−１〜５−１−３から構成されている。
相互相関演算部５−１−１はレプリカ生成部４により生成された送信信号（１）のレプリカと受信アンテナ素子３−１の受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−１の受信信号の中から、送信信号（１）と同一波形の信号（送信信号（１）と相関がとれている信号）を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号として出力する。
相互相関演算部５−１−２はレプリカ生成部４により生成された送信信号（２）のレプリカと受信アンテナ素子３−１の受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−１の受信信号の中から、送信信号（２）と同一波形の信号（送信信号（２）と相関がとれている信号）を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号として出力する。
相互相関演算部５−１−３はレプリカ生成部４により生成された送信信号（３）のレプリカと受信アンテナ素子３−１の受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−１の受信信号の中から、送信信号（３）と同一波形の信号（送信信号（３）と相関がとれている信号）を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号として出力する。
【００１６】
相関処理部５−２は相互相関演算部５−２−１〜５−２−３から構成されている。
相互相関演算部５−２−１はレプリカ生成部４により生成された送信信号（１）のレプリカと受信アンテナ素子３−２の受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−２の受信信号の中から、送信信号（１）と同一波形の信号を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号として出力する。
相互相関演算部５−２−２はレプリカ生成部４により生成された送信信号（２）のレプリカと受信アンテナ素子３−２の受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−２の受信信号の中から、送信信号（２）と同一波形の信号を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号として出力する。
相互相関演算部５−２−３はレプリカ生成部４により生成された送信信号（３）のレプリカと受信アンテナ素子３−２の受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−２の受信信号の中から、送信信号（３）と同一波形の信号を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号として出力する。
【００１７】
相関処理部５−Ｎは相互相関演算部５−Ｎ−１〜５−Ｎ−３から構成されている。
相互相関演算部５−Ｎ−１はレプリカ生成部４により生成された送信信号（１）のレプリカと受信アンテナ素子３−Ｎの受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−Ｎの受信信号の中から、送信信号（１）と同一波形の信号を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号として出力する。
相互相関演算部５−Ｎ−２はレプリカ生成部４により生成された送信信号（２）のレプリカと受信アンテナ素子３−Ｎの受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−Ｎの受信信号の中から、送信信号（２）と同一波形の信号を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号として出力する。
相互相関演算部５−Ｎ−３はレプリカ生成部４により生成された送信信号（３）のレプリカと受信アンテナ素子３−Ｎの受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−Ｎの受信信号の中から、送信信号（３）と同一波形の信号を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号として出力する。
【００１８】
重み付け部６は送受アンテナ情報保持部７、ウェイト決定部８及びウェイト適用部９−１−１〜９−１−３，９−２−１〜９−２−３，・・・，９−Ｎ−１〜９−Ｎ−３から構成されており、送信アンテナ２−１〜２−３及び受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの配置と事前に設定されたアンテナ指向性パターンにしたがって相互相関演算部５−１−１〜５−１−３，５−２−１〜５−２−３，・・・，５−Ｎ−１〜５−Ｎ−３から出力された相互相関処理後の信号に重み付けを行う。
【００１９】
送受アンテナ情報保持部７は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、送信アンテナ２−１〜２−３及び受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの配置を示す情報を保持するとともに、事前に設定された所望のアンテナ指向性パターンを保持している。
なお、送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ指向性パターンは、相互相関処理後のアンテナ開口のビーム幅やサイドローブレベルなどを示すものである。
ウェイト決定部８は送受アンテナ情報保持部７に保持されている送信アンテナ２−１〜２−３及び受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの配置を示す情報を参照して、相関処理部５−１〜５−Ｎによる相互相関処理後のアンテナ開口、即ち、仮想的に広げられた受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎのアンテナ開口の長さを求め、そのアンテナ開口の長さと送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ指向性パターンにしたがって相互相関演算部５−１−１〜５−１−３，５−２−１〜５−２−３，・・・，５−Ｎ−１〜５−Ｎ−３から出力された相互相関処理後の信号に乗算するウェイト（重み値）を決定する処理を実施する。
【００２０】
ウェイト適用部９−１−１〜９−１−３，９−２−１〜９−２−３，・・・，９−Ｎ−１〜９−Ｎ−３はウェイト決定部８により決定されたウェイトを相互相関演算部５−１−１〜５−１−３，５−２−１〜５−２−３，・・・，５−Ｎ−１〜５−Ｎ−３から出力された相互相関処理後の信号に乗算し、ウェイトを乗算した相互相関処理後の信号を信号合成部１０に出力する処理を実施する。
信号合成部１０はウェイト適用部９−１−１〜９−１−３，９−２−１〜９−２−３，・・・，９−Ｎ−１〜９−Ｎ−３から出力されたウェイトが乗算されている相互相関処理後の信号を合成し、その合成信号を出力する処理を実施する。
【００２１】
図１では、センサ装置の構成要素である送信信号生成部１、送信アンテナ部２、アレイアンテナ３、レプリカ生成部４、相関処理部５−１〜５−Ｎ、重み付け部６及び信号合成部１０のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。送信アンテナ部２及びアレイアンテナ３を除く構成要素は、例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどで構成されているものが考えられる。
ただし、送信アンテナ部２及びアレイアンテナ３を除く構成要素は、コンピュータで構成されているものであってもよい。
図２はセンサ装置の一部がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
送信アンテナ部２及びアレイアンテナ３を除く構成要素がコンピュータで構成される場合、送受アンテナ情報保持部７をコンピュータのメモリ２１上に構成するとともに、送信信号生成部１、レプリカ生成部４、相関処理部５−１〜５−Ｎ、ウェイト決定部８、ウェイト適用部９−１−１〜９−１−３，９−２−１〜９−２−３，・・・，９−Ｎ−１〜９−Ｎ−３及び信号合成部１０の処理内容を記述しているプログラムをメモリ２１に格納し、コンピュータのプロセッサ２２がメモリ２１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図３はこの発明の実施の形態１によるセンサ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００２２】
図１では、説明の簡単化のため、一般的な無線装置が実装している構成部、例えば、アンプ、周波数変換器、フィルタ、アナログ／デジタル変換器、デジタル／アナログ変換器などを省略しているが、実際には、これらの構成部を備えている。
【００２３】
次に動作について説明する。
送信アンテナ２−１〜２−３及び受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの配置を示す情報は、送受アンテナ情報保持部７に事前に格納されるが、この実施の形態１では、説明の便宜上、送信アンテナ２−１と送信アンテナ２−２の間隔がｄＴＸ１、送信アンテナ２−２と送信アンテナ２−３の間隔がｄＴＸ２であるものとする。
また、受信アンテナ素子３−１と受信アンテナ素子３−２の間隔がｄＲＸ１、受信アンテナ素子３−２と受信アンテナ素子３−３の間隔がｄＲＸ２であるものとする。また、受信アンテナ素子３−（Ｎ−１）と受信アンテナ素子３−Ｎの間隔がｄＲＸ（Ｎ−１）であるものとする。
【００２４】
送信信号生成部１の送信信号生成処理部１−１〜１−３は、互いに直交している送信信号（１）〜（３）を生成し、その送信信号（１）〜（３）を送信アンテナ部２に出力する（図３のステップＳＴ１）。
互いに直交している送信信号（１）〜（３）の生成方法は特に問わないが、送信信号生成処理部１−１〜１−３が、例えば、同一の送信信号をバーカーコード、Ｍ系列、コールド系列などの直交している複数の符号系列によって変調することで、互いに直交している送信信号（１）〜（３）を生成することができる。
これにより、送信アンテナ部２の送信アンテナ２−１〜２−３から、互いに直交している３つの送信信号（１）〜（３）が空間に放射される（ステップＳＴ２）。
【００２５】
ここで、送信アンテナ２−１〜２−３から観測対象に至る行路の差は、下記の式（１）のように表される。
2016199202.tif 000003
式（１）において、θは送信アンテナ２−１〜２−３を１つのアレイアンテナとして考えた場合のアレイアンテナのボアサイト方向に対する観測対象の角度である。また、λは送信信号（１）〜（３）の波長である。
【００２６】
アレイアンテナ３の受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎは、送信アンテナ２−１〜２−３から放射された後、観測対象に反射されて戻ってきた送信信号（１）〜（３）の反射波を受信する（ステップＳＴ３）。
ここで、観測対象から受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎに至る行路の差は、下記の式（２）のように表される。
2016199202.tif 000004
式（２）において、θはアレイアンテナ３のボアサイト方向に対する観測対象の角度である。
式（１）（２）では、送信アンテナ２−１〜２−３を１つのアレイアンテナとして考えた場合のアレイアンテナのボアサイト方向と、アレイアンテナ３のボアサイト方向とが同じである例を示している。
【００２７】
したがって、送信アンテナ２−１から観測対象に至ったのち、その観測対象から受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎに至る行路の差は、下記の式（３）のように表される。
2016199202.tif 000005
【００２８】
また、送信アンテナ２−２から観測対象に至ったのち、その観測対象から受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎに至る行路の差は、下記の式（４）のように表される。
2016199202.tif 000006
【００２９】
さらに、送信アンテナ２−３から観測対象に至ったのち、その観測対象から受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎに至る行路の差は、下記の式（５）のように表される。
2016199202.tif 000007
式（３）〜（５）において、ｅ−ｊ（２π／λ）（Ａ）ｓｉｎθにおける（Ａ）は、送信アンテナ２−１〜２−３と受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの配置に関する部分である。
【００３０】
レプリカ生成部４は、送信信号生成処理部１−１〜１−３が送信信号（１）〜（３）を生成すると、その送信信号（１）〜（３）のレプリカを生成し、その送信信号（１）〜（３）のレプリカを相関処理部５−１〜５−Ｎに出力する。
相互相関演算部５−１−１は、受信アンテナ素子３−１が観測対象に反射されて戻ってきた送信信号（１）〜（３）の反射波を受信すると、レプリカ生成部４により生成された送信信号（１）のレプリカと受信アンテナ素子３−１の受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−１の受信信号の中から、送信信号（１）と同一波形の信号（送信信号（１）と相関がとれている信号）を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号としてウェイト適用部９−１−１に出力する（ステップＳＴ４）。
ここで、送信信号（１）のレプリカは、所定の長さを有する信号列であり、送信信号（１）のレプリカと受信信号との相互相関処理は、例えば、送信信号（１）のレプリカと受信信号を乗算することで、送信信号（１）のレプリカと受信信号の相関をとるマッチドフィルタなどを用いて実現することができる。
【００３１】
相互相関演算部５−１−２は、レプリカ生成部４により生成された送信信号（２）のレプリカと受信アンテナ素子３−１の受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−１の受信信号の中から、送信信号（２）と同一波形の信号を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号としてウェイト適用部９−１−２に出力する（ステップＳＴ４）。
相互相関演算部５−１−３は、レプリカ生成部４により生成された送信信号（３）のレプリカと受信アンテナ素子３−１の受信信号との相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−１の受信信号の中から、送信信号（３）と同一波形の信号を抽出し、その信号を相互相関処理後の信号としてウェイト適用部９−１−３に出力する（ステップＳＴ４）。
【００３２】
相関処理部５−２の相互相関演算部５−２−１〜５−２−３についても、相関処理部５−１の相互相関演算部５−１−１〜５−１−３と同様の相互相関処理を実施して、相互相関処理後の信号をウェイト適用部９−２−１〜９−２−３に出力する（ステップＳＴ４）。
ただし、相互相関演算部５−２−１〜５−２−３は、受信アンテナ素子３−２の受信信号について相互相関処理を実施する点で、相互相関演算部５−１−１〜５−１−３と相違している。
【００３３】
相関処理部５−Ｎの相互相関演算部５−Ｎ−１〜５−Ｎ−３についても、相関処理部５−１の相互相関演算部５−１−１〜５−１−３と同様の相互相関処理を実施して、相互相関処理後の信号をウェイト適用部９−Ｎ−１〜９−Ｎ−３に出力する（ステップＳＴ４）。
ただし、相互相関演算部５−Ｎ−１〜５−Ｎ−３は、受信アンテナ素子３−Ｎの受信信号について相互相関処理を実施する点で、相互相関演算部５−１−１〜５−１−３と相違している。
【００３４】
相関処理部５−１〜５−Ｎが相互相関処理を実施することで、受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎのアンテナ開口が仮想的に広げられる。
相関処理部５−１〜５−Ｎによる相互相関処理後のアンテナ開口の長さは、上記の式（３）〜（５）からも明らかなように、受信アンテナ素子３−１を基準とすると、下記の式（６）のようになる。
相互相関処理後のアンテナ開口の長さ：
2016199202.tif 000008
つまり、相互相関処理後のアンテナ開口の長さは、送信アンテナ２−１と送信アンテナ２−３との間隔（ｄＴＸ１＋ｄＴＸ２）と、受信アンテナ素子３−１と受信アンテナ素子３−Ｎとの間隔（ｄＲＸ１＋ｄＲＸ２＋・・・＋ｄＲＸ（Ｎ−１））との和に等しくなる。
【００３５】
図４は送信アンテナ及び受信アンテナ素子の配置と、相互相関処理後のアンテナ開口とを示す説明図である。
ただし、図４は、説明の簡単化のため、２本の送信アンテナ２−１，２−２と、５本の受信アンテナ素子３−１〜３−５とが実装されている場合を示している。
また、図４は、送信アンテナ２−１と送信アンテナ２−２の間隔ｄＴＸ１がｄＴＸ１＝５ｄ、受信アンテナ素子３−ｐと受信アンテナ素子３−（ｐ＋１）の間隔ｄＲＸｐがｄＲＸｐ＝ｄである例を示している（ｐ＝１，２，３，４）。即ち、受信アンテナ素子３−１と受信アンテナ素子３−５の間隔が４ｄである。
また、送信アンテナ２−１と受信アンテナ素子３−１の間隔がｄ／２であり、送信アンテナ２−２と受信アンテナ素子３−５の間隔がｄ／２である。
【００３６】
３−１−１〜３−５−１は、送信アンテナ２−１から放射された送信信号（１）のレプリカと受信アンテナ素子３−１〜３−５の受信信号との相関処理に基づく、受信アンテナ素子３−１〜３−５の素子配置である。
また、３−１−２〜３−５−２は、送信アンテナ２−２から放射された送信信号（２）のレプリカと受信アンテナ素子３−１〜３−５の受信信号との相関処理に基づく、受信アンテナ素子３−１〜３−５の素子配置である。
したがって、相関処理部５−１〜５−５による相互相関処理が実施されていなければ、アレイアンテナ３の開口長が４ｄであるが、相関処理部５−１〜５−５による相互相関処理が実施されることで、上記の式（６）より、アレイアンテナ３の開口長が９ｄに広がっている。
【００３７】
重み付け部６のウェイト決定部８は、送受アンテナ情報保持部７に保持されている送信アンテナ２−１〜２−３及び受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの配置を示す情報を参照して、送信アンテナ２−１と送信アンテナ２−３との間隔（ｄＴＸ１＋ｄＴＸ２）と、受信アンテナ素子３−１と受信アンテナ素子３−Ｎとの間隔（ｄＲＸ１＋ｄＲＸ２＋・・・＋ｄＲＸ（Ｎ−１））を特定し、上記の式（６）より、相関処理部５−１〜５−Ｎによる相互相関処理後のアンテナ開口、即ち、仮想的に広げられた受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎのアンテナ開口の長さを求める（ステップＳＴ５）。
ここでは、ウェイト決定部８が相関処理部５−１〜５−Ｎによる相互相関処理後のアンテナ開口の長さを求めるようにしているが、相互相関処理後のアンテナ開口の長さが事前に特定されて、そのアンテナ開口の長さが送受アンテナ情報保持部７に保持されるように構成されていれば、ウェイト決定部８が、送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ開口の長さを読み出すようにしてもよい。
【００３８】
ウェイト決定部８は、受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎのアンテナ開口の長さを求めると、そのアンテナ開口の長さに対応する振幅分布が、送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ指向性パターンと一致するように、相互相関演算部５−１−１〜５−１−３，５−２−１〜５−２−３，・・・，５−Ｎ−１〜５−Ｎ−３から出力された相互相関処理後の信号に乗算するウェイトを決定する（ステップＳＴ６）。
【００３９】
ここでは、送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ指向性パターンが振幅分布のパターンに係るものであるものとして、アンテナ開口の長さに対応する振幅分布が送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ指向性パターンと一致するように、ウェイトを決定する例を示しているが、送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ指向性パターンが位相分布に係るものである場合には、アンテナ開口の長さに対応する位相分布が送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ指向性パターンと一致するように、ウェイトを決定するようにする。
また、送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ指向性パターンが振幅分布及び位相分布の双方に係るものであれば、アンテナ開口の長さに対応する振幅分布及び位相分布が送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ指向性パターンと一致するように、ウェイトを決定する。
【００４０】
一般的に所望の指向性パターンを得るには、任意の関数にしたがってアンテナ開口に対して振幅特性や位相特性を与える必要がある。
任意の関数に従う特性として、一様分布、コサイン分布、コサイン２乗分布、テイラー分布、チェビシェフ分布などが知られている。
図５は相互相関処理後のアンテナ開口に適用する任意の関数がコサイン分布であるときのウェイトの振幅分布を示す説明図である。
【００４１】
図５は、２本の送信アンテナ２−１，２−２と、５本の受信アンテナ素子３−１〜３−５とが図４のように配置されている場合を示しており、相互相関処理後のアンテナ開口における受信アンテナ素子３−１〜３−５の仮想的な素子配置３−１−１〜３−５−１，３−１−２１〜３−５−２に対してコサイン分布が適用されている。
図５の例では、相互相関処理後のアンテナ開口における受信アンテナ素子３−１〜３−５の仮想的な素子配置３−１−１，３−５−２のウェイトは約０．０、素子配置３−２−１，３−４−２のウェイトは約０．３４、素子配置３−３−１，３−３−２のウェイトは約０．６４、素子配置３−４−１，３−２−２のウェイトは約０．８７、素子配置３−５−１，３−１−２のウェイトは約０．９８に決定されている。ただし、このウェイトは、あくまでも一例である。
【００４２】
重み付け部６のウェイト適用部９−１−１〜９−１−３，９−２−１〜９−２−３，・・・，９−Ｎ−１〜９−Ｎ−３は、ウェイト決定部８がウェイトを決定すると、そのウェイトを相互相関演算部５−１−１〜５−１−３，５−２−１〜５−２−３，・・・，５−Ｎ−１〜５−Ｎ−３から出力された相互相関処理後の信号に乗算し、ウェイトを乗算した相互相関処理後の信号を信号合成部１０に出力する（ステップＳＴ７）。
例えば、各々の相互相関演算部から出力される相互相関処理後の信号が複素信号ａｒｅｊφｒ（振幅ａｒ、位相φｒの複素信号）であるとすれば、ウェイト決定部８により振幅ａｗ、位相φｗの複素信号ａｗｅｊφｗで表されるウェイトが決定されるため、各々のウェイト適用部では、ａｒｅｊφｒ×ａｗｅｊφｗの乗算が行われる。
【００４３】
信号合成部１０は、ウェイト適用部９−１−１〜９−１−３，９−２−１〜９−２−３，・・・，９−Ｎ−１〜９−Ｎ−３が相互相関処理後の信号にウェイトを乗算すると、ウェイトが乗算されている相互相関処理後の信号を合成し、その合成信号を出力する（ステップＳＴ８）。
【００４４】
図６はこの発明の実施の形態１によるセンサ装置により得られる指向性パターンの一例を示す説明図である。
ただし、図６では、送信アンテナの本数が２、受信アンテナ素子の本数が１０、受信アンテナ素子の間隔が半波長、送信アンテナの間隔が５波長の場合を示している。
また、図６では、送信アンテナ及び受信アンテナ素子が直線状に配置されており、送信アンテナと最も近い受信アンテナ素子の間隔が波長／４で、振幅特性を与える任意の関数がコサイン分布である場合を示している。
【００４５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、互いに直交している複数の送信信号（１）〜（３）のレプリカと受信アンテナ素子３−１（３−２，・・・，３−Ｎ）の受信信号との相互相関処理を実施して、複数の相互相関処理後の信号を出力する相関処理部５−１（５−２，・・・，５−Ｎ）と、送信アンテナ２−１〜２−３及び受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの配置とアンテナ指向性パターンにしたがって相関処理部５−１〜５−Ｎから出力された複数の相互相関処理後の信号に重み付けを行う重み付け部６とを設け、信号合成部１０が、重み付け部６により重み付けが行われた複数の相互相関処理後の信号を合成するように構成したので、受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎからなるアレイアンテナ３の開口長を仮想的に広げることができる効果を奏する。
これにより、アンテナの指向性を高めて、所望の指向性パターンを得ることが可能になる。
【００４６】
この実施の形態１では、送信アンテナ２−１〜２−３及び受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎが１次元配置である例を示しているが、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナ素子を２次元に配置するものであってもよい。
この実施の形態１では、１つの指向性パターンを得る例を示しているが、異なる複数の指向性パターンを得るようにしてもよい。この場合、ウェイト適用部９−１−１〜９−１−３，９−２−１〜９−２−３，９−Ｎ−１〜９−Ｎ−３及び信号合成部１０を各々の指向性パターン毎に実装するようにすればよい。
【００４７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、２本の送信アンテナ２−１，２−２と、５本の受信アンテナ素子３−１〜３−５とが実装されている場合の例を図４に示している。
図４の例では、受信アンテナ素子３−１〜３−５の中に、送信アンテナ２−１，２−２の位置と重なる位置に配置されている受信アンテナ素子は存在していないが、受信アンテナ素子３−１〜３−５の中に、送信アンテナ２−１，２−２の位置と重なる位置に配置されている受信アンテナ素子が存在するものであってもよい。
この実施の形態２でも、センサ装置の構成は、上記実施の形態１における図１の構成と同様である。
【００４８】
図７は送信アンテナ及び受信アンテナ素子の配置と、相互相関処理後のアンテナ開口とを示す説明図である。
図７は、説明の簡単化のため、２本の送信アンテナ２−１，２−２と、５本の受信アンテナ素子３−１〜３−５とが実装されている場合を示している。
また、図７は、送信アンテナ２−１と送信アンテナ２−２の間隔ｄＴＸ１がｄＴＸ１＝３ｄ、受信アンテナ素子３−ｐと受信アンテナ素子３−（ｐ＋１）の間隔ｄＲＸｐがｄＲＸｐ＝ｄである例を示している（ｐ＝１，２，３，４）。即ち、受信アンテナ素子３−１と受信アンテナ素子３−５の間隔が４ｄである。
また、送信アンテナ２−１と受信アンテナ素子３−１の並び方向の位置が同じであり、送信アンテナ２−２と受信アンテナ素子３−３の並び方向の位置が同じである。
【００４９】
３−１−１〜３−５−１は、送信アンテナ２−１から放射された送信信号（１）のレプリカと受信アンテナ素子３−１〜３−５の受信信号との相関処理に基づく、受信アンテナ素子３−１〜３−５の素子配置である。
また、３−１−２〜３−５−２は、送信アンテナ２−２から放射された送信信号（２）のレプリカと受信アンテナ素子３−１〜３−５の受信信号との相関処理に基づく、受信アンテナ素子３−１〜３−５の素子配置である。
したがって、相関処理部５−１〜５−Ｎによる相互相関処理が実施されていなければ、アレイアンテナ３の開口長が４ｄであるが、相関処理部５−１〜５−Ｎによる相互相関処理が実施されることで、上記の式（６）より、アレイアンテナ３の開口長が７ｄに広がっている。
ただし、この実施の形態２では、送信アンテナ２−１と受信アンテナ素子３−１の並び方向の位置が同じであり、また、送信アンテナ２−２と受信アンテナ素子３−３の並び方向の位置が同じである。このため、素子配置３−４−１と素子配置３−１−２が重なり、また、素子配置３−５−１と素子配置３−２−２が重なっている。
【００５０】
図８は相互相関処理後のアンテナ開口に適用する任意の関数がコサイン分布であるときのウェイトの振幅分布を示す説明図である。
重み付け部６のウェイト決定部８は、上記実施の形態１と同様に、相互相関処理後のアンテナ開口の長さを求め、そのアンテナ開口の長さに対応する振幅分布が、送受アンテナ情報保持部７に保持されているアンテナ指向性パターンと一致するように、相互相関処理後の信号に乗算するウェイトを決定する。
ただし、図７のように、素子配置３−４−１，３−５−１と素子配置３−１−２，３−２−２が重なっている場合、上記実施の形態１と同様にウェイトを決定すると、図８（ａ）に示すように、重なっている素子配置において、２つの相互相関処理後の信号が重なるため、信号合成部１０への重なった位置の入力信号が所望の振幅の２倍になってしまう。
【００５１】
そこで、この実施の形態２では、重み付け部６のウェイト決定部８は、素子配置３−４−１，３−５−１と素子配置３−１−２，３−２−２が重なる場合、素子配置３−４−１，３−５−１，３−１−２，３−２−２に対応する相互相関演算部及びウェイト適用部が、それぞれ相互相関演算部５−４−１，５−５−１，５−１−２，５−２−２、ウェイト適用部９−４−１，９−５−１，９−１−２，９−２−２であるとすると、相互相関演算部５−１−１〜５−３−１，５−３−２〜５−５−２から出力される信号に乗算するウェイトについては、上記実施の形態１と同様に決定する。
一方、相互相関演算部５−４−１，５−５−１，５−１−２，５−２−２から出力される信号に乗算するウェイトについては、上記実施の形態１と同様に決定したウェイトの２分の１に決定する。
【００５２】
重み付け部６のウェイト適用部９−１−１〜９−５−１，９−１−２〜９−５−２は、ウェイト決定部８がウェイトを決定すると、そのウェイトを相互相関演算部５−１−１〜５−５−１，５−１−２〜５−５−２から出力された相互相関処理後の信号に乗算し、ウェイトを乗算した相互相関処理後の信号を信号合成部１０に出力する。
信号合成部１０は、ウェイト適用部９−１−１〜９−５−１，９−１−２〜９−５−２が相互相関処理後の信号にウェイトを乗算すると、ウェイトが乗算されている相互相関処理後の信号を合成し、その合成信号を出力する。
【００５３】
このとき、相互相関演算部５−４−１，５−５−１，５−１−２，５−２−２から出力される信号に乗算するウェイトが２分の１に決定されているため、重なり合っている素子配置３−４−１と素子配置３−１−２では、上記実施の形態１と比べて、ウェイト適用部９−４−１，９−１−２から出力される相互相関処理後の信号が２分の１になる。
また、重なり合っている素子配置３−５−１と素子配置３−２−２では、上記実施の形態１と比べて、ウェイト適用部９−５−１，９−２−２から出力される相互相関処理後の信号が２分の１になる。
これにより、重なっている素子配置においても、図８（ｂ）に示すように、送受アンテナ情報保持部７に保持されている所望のアンテナ指向性パターンと振幅分布が一致するようになる。
【００５４】
この実施の形態２では、素子配置が重なっている位置のウェイトを、上記実施の形態１と同様に決定したウェイトの２分の１に決定するものを示したが、例えば、素子配置が重なっている位置のウェイトについては上記実施の形態１と同様に決定するとともに、素子配置が重なっていない位置のウェイトを、上記実施の形態１と同様に決定したウェイトの２倍に決定したのち、全体の利得が１になるように各素子配置の振幅を調整するようにしてもよい。
なお、この実施の形態２では、素子配置が重なっている位置の個数が２個であるため、ウェイトの２分の１に決定しているが、素子配置が重なっている位置の個数がＭ個であれば、ウェイトのＭ分の１に決定すればよい。
【００５５】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、受信アンテナ素子３−１〜３−５の中に、送信アンテナ２−１，２−２の位置と重なる位置に配置されている受信アンテナ素子が存在する場合であっても、上記実施の形態１と同様に、受信アンテナ素子３−１〜３−５からなるアレイアンテナ３の開口長を仮想的に広げることができる効果を奏する。
これにより、アンテナの指向性を高めて、所望の指向性パターンを得ることが可能になる。
【００５６】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３によるセンサ装置を示す構成図であり、図９において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
指向性切換部３１はタイミング制御部３２の制御によって送信アンテナ２−１〜２−３の指向性を切り換える装置である。
なお、指向性切換部３１は、送信アンテナ２−１〜２−３の向きを物理的に切り換えるモータなどの駆動装置で構成されていてもよいし、送信アンテナ２−１〜２−３から放射される送信信号（１）〜（３）の向きを光学的に切り換える光学素子で構成されていてもよいし、送信アンテナ２−１〜２−３が複数の素子からなり、送信アンテナ部２が送信アンテナ２−１〜２−３をサブアレイとする場合には電気的に切り換えてもよい。
タイミング制御部３２は指向性切換部３１による指向性の切り換えタイミングを制御する制御回路である。
【００５７】
次に動作について説明する。
指向性切換部３１及びタイミング制御部３２を実装している点以外は、上記実施の形態１，２と同様であるため、ここでは指向性切換部３１及びタイミング制御部３２の動作についてだけ説明する。
【００５８】
上記実施の形態１，２では、送信アンテナ２−１〜２−３が互いに直交している送信信号（１）〜（３）を空間に放射するものを示しているが、例えば、図１のセンサ装置を搭載している衛星等が移動している場合や、観測対象が移動している場合、それらの移動に伴うドップラーシフトが生じるため、送信アンテナ２−１〜２−３から観測対象に至る行路差等の影響で、受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの受信信号の直交性が若干崩れる場合がある。
この実施の形態３では、受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの受信信号の直交性を維持するため、指向性切換部３１及びタイミング制御部３２を実装している。
【００５９】
タイミング制御部３２は、指向性切換部３１による指向性の切り換えタイミングを制御する。
即ち、タイミング制御部３２は、送信アンテナ２−１〜２−３の指向性を切り換えるタイミングになると、指向性の切換指令を指向性切換部３１及び送信信号生成処理部１−１〜１−３に出力する。
指向性切換部３１は、タイミング制御部３２から指向性の切換指令を受けると、送信アンテナ２−１〜２−３の指向性を切り換える動作を行う。
【００６０】
送信信号生成処理部１−１〜１−３は、上記実施の形態１，２と同様に、互いに直交している送信信号（１）〜（３）を生成して、その送信信号（１）〜（３）を送信アンテナ２−１〜２−３に出力するが、指向性切換部３１により送信アンテナ２−１〜２−３の指向性が切り換えられているタイミングでは、送信信号（１）〜（３）を送信アンテナ２−１〜２−３に出力しないようにするため、タイミング制御部３２から指向性の切換指令を受けると、所定の時間中、送信アンテナ２−１〜２−３に対する送信信号（１）〜（３）の出力を停止する。
【００６１】
ここで、図１０は送信アンテナ２−１〜２−３の指向性パターンの一例を示す説明図である。
この実施の形態３では、図１０に示すように、３つの指向性パターン（１）〜（３）が用意され、送信アンテナ２−１〜２−３に対する指向性パターン（１）〜（３）の割り当てが順番に切り換えられる例を説明する。
指向性パターン（１）〜（３）は、最も利得が高いメインローブ同士が互いに重ならない指向性パターンであるものとする。
以下、指向性切換部３１による指向性パターン（１）〜（３）の切り換え例を具体的に説明する。
ただし、この実施の形態３は、指向性パターン（１）〜（３）が示す方向のうち、いずれか１つの方向にだけ観測対象が存在している場合に適用されるものとする。
【００６２】
指向性切換部３１は、タイミング制御部３２から出力された最初の切換指令を受けると、送信アンテナ２−１〜２−３に対して、指向性パターン（１）〜（３）を下記のように割り当てる。
指向性パターン（１）→送信アンテナ２−１
指向性パターン（２）→送信アンテナ２−２
指向性パターン（３）→送信アンテナ２−３
【００６３】
指向性切換部３１は、タイミング制御部３２から出力された次の切換指令を受けると、送信アンテナ２−１〜２−３に対して、指向性パターン（１）〜（３）を下記のように割り当てる。
指向性パターン（２）→送信アンテナ２−１
指向性パターン（３）→送信アンテナ２−２
指向性パターン（１）→送信アンテナ２−３
【００６４】
指向性切換部３１は、タイミング制御部３２から出力された次の切換指令を受けると、送信アンテナ２−１〜２−３に対して、指向性パターン（１）〜（３）を下記のように割り当てる。
指向性パターン（３）→送信アンテナ２−１
指向性パターン（１）→送信アンテナ２−２
指向性パターン（２）→送信アンテナ２−３
【００６５】
これにより、送信アンテナ２−１〜２−３から３つの送信信号（１）〜（３）が同時に放射されても、例えば、指向性パターン（１）が示す方向にだけ観測対象が存在していれば、指向性パターン（２）（３）が示す方向に放射された送信信号の反射波は受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎで受信されない。
このため、図１のセンサ装置を搭載している衛星等の移動や観測対象の移動に伴うドップラーシフトが生じても、受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの受信信号の直交性を維持することができる。
【００６６】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、指向性切換部３１がタイミング制御部３２の制御によって送信アンテナ２−１〜２−３の指向性を切り換えるように構成したので、例えば、センサ装置を搭載している衛星等が移動している場合や、観測対象が移動している場合でも、受信アンテナ素子３−１〜３−Ｎの受信信号の直交性を維持することができる。このため、所望の指向性パターンを高精度に得ることが可能になる。
【００６７】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
この発明に係るセンサ装置は、複数の受信アンテナ素子からなるアレイアンテナの開口長を仮想的に広げて、アンテナの指向性を高める必要があるものに適している。
【符号の説明】
【００６９】
１  送信信号生成部、１−１〜１−３  送信信号生成処理部、２  送信アンテナ部、２−１〜２−３  送信アンテナ、３  アレイアンテナ、３−１〜３−Ｎ  受信アンテナ素子、３−１−１〜３−５−１，３−１−２〜３−５−２  相関処理に基づく受信アンテナ素子の素子配置、４  レプリカ生成部、５−１〜５−Ｎ  相関処理部、５−１−１〜５−１−３，５−２−１〜５−２−３，５−Ｎ−１〜５−Ｎ−３  相互相関演算部、６  重み付け部、７  送受アンテナ情報保持部、８  ウェイト決定部、９−１−１〜９−１−３，９−２−１〜９−２−３，９−Ｎ−１〜９−Ｎ−３  ウェイト適用部、１０  信号合成部、２１  メモリ、２２  プロセッサ、３１  指向性切換部、３２  タイミング制御部。
【図１】
2016199202.tif 000009
【図２】
2016199202.tif 000010
【図３】
2016199202.tif 000011
【図４】
2016199202.tif 000012
【図５】
2016199202.tif 000013
【図６】
2016199202.tif 000014
【図７】
2016199202.tif 000015
【図８】
2016199202.tif 000016
【図９】
2016199202.tif 000017
【図１０】
2016199202.tif 000018
【国際調査報告】
2016199202.tif 000019
2016199202.tif 000020
2016199202.tif 000021