(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標によって反射された信号が、複数のアンテナによって繰り返し受信されて、
それぞれのアンテナから出力された複数の受信信号を取得するレーダ信号処理装置であって、
前記信号のうち、同一の積分期間内の信号同士をヒット間積分するヒット間積分部と、
前記ヒット間積分後の信号をチャープＺ変換し、前記目標によって反射された信号の前記複数のアンテナへの入射角度の変化を補償する信号変換部と、
前記信号変換部から出力された積分後の信号を用いて、ビームを形成するビーム形成部とを備えるレーダ信号処理装置。
【請求項２】
前記目標によって反射された信号がパルス信号であり、それぞれのアンテナから出力された複数の受信信号のそれぞれをパルス圧縮し、それぞれのアンテナに係る複数のパルス圧縮後の信号を出力するパルス圧縮部を備え、
前記ヒット間積分部は、前記パルス圧縮後の信号のうち、同一の積分期間内のパルス圧縮後の信号同士をヒット間積分することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項３】
目標によって反射されたＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）信号が、複数のアンテナから受信され、前記複数のアンテナから受信されたそれぞれのデジタル信号を取得し、取得した前記複数のデジタル信号から、前記ＭＩＭＯ信号に含まれているＮ（Ｎは、２以上の整数）個の信号を、第１から第ＮのＭＩＭＯ要素信号として復調する復調部と、
前記復調部から、複数の第ｎのＭＩＭＯ要素信号を取得し、前記複数の第ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）のＭＩＭＯ要素信号のうち、同一の積分期間内の前記第ｎのＭＩＭＯ要素信号同士をヒット間積分するヒット間積分部と、
前記第ｎのＭＩＭＯ要素信号に係る複数のヒット間積分後の信号をチャープＺ変換し、前記目標によって反射された信号の前記複数のアンテナへの入射角度の変化を補償する信号変換部と、
前記信号変換部から第１〜第ＮのＭＩＭＯ要素信号のそれぞれに係る積分後の信号を受け、複数の積分後の信号をデジタルビームフォーミングすることによって、１つ以上のビームを形成するビーム形成部と、を備えるレーダ信号処理装置。
【請求項４】
前記ビーム形成部は、前記信号変換部から出力された複数のアンテナに係る積分後の信号をデジタルビームフォーミングすることによって、ビームを形成することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項５】
目標によって反射された信号が、複数のアンテナによって繰り返し受信されて、それぞれのアンテナから出力された複数の受信信号を取得し、それぞれをパルス圧縮部がパルス圧縮し、
前記パルス圧縮された信号のうち、同一の積分期間内のパルス圧縮後の信号同士をヒット間積分部がヒット間積分し、
信号変換部が前記ヒット間積分後の信号をチャープＺ変換し、前記目標によって反射された信号の前記複数のアンテナへの入射角度の変化を補償し、
前記信号変換部から出力された積分後の信号を用いて、ビームをビーム形成部が形成するレーダ信号処理方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のレーダ信号処理装置を備えていることを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ビームを形成するレーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法と、レーダ信号処理装置を備えるレーダ装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アンテナの受信信号から目標を検出するレーダ装置の中には、受信信号のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を改善する方法として、パルスドップラ方式を採用しているレーダ装置がある。
パルスドップラ方式では、複数のパルスを含むビームが目標に照射される。当該複数のパルスは、目標によって反射されたのち、アンテナによって受信される。そして、アンテナからそれぞれのパルスの受信信号が出力されると、それぞれの受信信号を示すデジタルデータのうち、同じレンジビンのデジタルデータが積分される。
このようなパルスドップラ方式では、積分時間内の目標の移動距離が小さければ、ＳＮＲが改善される。しかし、積分時間内の目標の移動距離が大きければ、却ってＳＮＲが劣化することがある。
非特許文献１には、目標の移動に伴うレーダ装置と目標との距離の変化を補償する技術が開示されている。当該技術を用いれば、パルスドップラ方式において、積分時間内の目標の移動距離が大きくても、ＳＮＲを改善することができる。当該技術は、積分時間中、目標が、レーダ装置によって照射されたビームの範囲内に存在していることを前提としている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】J.Xu，他，“Space-time Radon-Fourier Transform and applications in radar target detection”，IET Radar，Sonar and Navigation，Vol.6，Iss.9，pp.846-857，2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
目標は、積分時間内に常に同一のビーム内に存在しているとは限らず、積分時間内に他のビーム内に移動してしまうことがある。積分時間内に、目標が異なるビーム内に移動してしまうと、目標によって反射されたパルスのアンテナへの入射角度が大きく変化してしまうため、レーダ装置と目標との距離の変化を補償しても、ＳＮＲを改善できなくなってしまうという課題があった。【０００５】
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、積分時間内に、目標が異なるビーム内に移動しても、ＳＮＲを改善することができるレーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係るレーダ信号処理装置は、目標によって反射された信号が、複数のアンテナによって繰り返し受信されて、それぞれのアンテナから出力された複数の受信信号を取得するレーダ信号処理装置であって、前記信号のうち、同一の積分期間内のパルス圧縮後の信号同士をヒット間積分するヒット間積分部と、前記ヒット間積分後の信号をチャープＺ変換し、前記目標によって反射された信号の前記複数のアンテナへの入射角度の変化を補償する信号変換部と、前記信号変換部から出力された積分後の信号を用いて、ビームを形成するビーム形成部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、目標によって反射された信号が、複数のアンテナによって繰り返し受信されて、それぞれのアンテナから出力された複数の受信信号を取得し、複数の受信信号をチャープＺ変換することによって、複数の受信信号を積分し、積分後の信号を出力する信号変換部を備えるように、レーダ信号処理装置を構成した。したがって、本開示に係るレーダ信号処理装置は、積分時間内に、目標が異なるビーム内に移動しても、ＳＮＲを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５を含むレーダ装置１を示す構成図である。
【図２】実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
【図３】レーダ信号処理装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
【図４】受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍと目標との位置関係を示す説明図である。
【図５】実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２に係るレーダ信号処理装置５を含むレーダ装置１を示す構成図である。
【図７】実施の形態２に係るレーダ信号処理装置５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５を含むレーダ装置１を示す構成図である。
図２は、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
レーダ装置１は、信号生成部２、送受信部３、アンテナ部４及びレーダ信号処理装置５を備えている。
【００１１】
信号生成部２は、レーダ信号生成部１１を備えている。
送受信部３は、送信信号生成部１２及び信号受信部１５を備えている。
アンテナ部４は、送信アンテナ１３−１〜１３−Ｎ及び受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍを備えている。Ｎ，Ｍは、２以上の整数である。
レーダ信号処理装置５は、パルス圧縮部２１、ヒット間積分部２２、信号変換部２３、ビーム形成部２４及び目標検出部２５を備えている。
【００１２】
レーダ信号生成部１１は、レーダ信号としてパルス信号を繰り返し生成し、複数のパルス信号を送信信号生成部１２に出力する。
送信信号生成部１２は、レーダ信号生成部１１から出力された複数のパルス信号のそれぞれに局部発振信号を乗算することによって、複数のパルス信号におけるそれぞれの周波数を変換する。
送信信号生成部１２は、複数の周波数変換後のパルス信号のそれぞれを送信信号として、送信アンテナ１３−１〜１３−Ｎのそれぞれに出力し、局部発振信号を信号受信部１５に出力する。
【００１３】
送信アンテナ１３−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、例えば、素子アンテナによって実現される。
送信アンテナ１３−ｎは、送信信号生成部１２から出力された送信信号を目標に向けて繰り返し送信する。
図１に示すレーダ装置では、送信アンテナ１３−ｎが、素子アンテナによって実現されている。しかし、これは一例に過ぎず、送信アンテナ１３−ｎは、例えば、複数の素子アンテナを有するサブアレイアンテナによって実現されていてもよい。
【００１４】
受信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、例えば、素子アンテナによって実現される。
受信アンテナ１４−ｍは、送信アンテナ１３−１〜１３−Ｎから送信されたのち、目標によって反射された送信信号である反射信号を繰り返し受信し、複数の反射信号のそれぞれを受信信号として信号受信部１５に出力する。
図１に示すレーダ装置では、受信アンテナ１４−ｍが、素子アンテナによって実現されている。しかし、これは一例に過ぎず、受信アンテナ１４−ｍは、例えば、複数の素子アンテナを有するサブアレイアンテナによって実現されていてもよい。
また、送信アンテナ１３−ｎ及び受信アンテナ１４−ｍが、１つの送受信アンテナによって実現されていてもよい。この場合、Ｎ＝Ｍである。
【００１５】
信号受信部１５は、受信アンテナ１４−ｍから出力された複数の受信信号のそれぞれに、送信信号生成部１２から出力された局部発振信号を乗算することによって、複数の受信信号におけるそれぞれの周波数を変換する。
信号受信部１５は、複数の周波数変換後の信号のそれぞれをアナログ信号からデジタル信号に変換し、受信アンテナ１４−ｍに係る複数のデジタル信号をパルス圧縮部２１に出力する。
【００１６】
パルス圧縮部２１は、例えば、図２に示すパルス圧縮回路３１によって実現される。
パルス圧縮部２１は、信号受信部１５から出力された受信アンテナ１４−ｍに係る複数のデジタル信号のそれぞれをパルス圧縮する。
パルス圧縮部２１は、受信アンテナ１４−ｍに係る複数のパルス圧縮後の信号をヒット間積分部２２に出力する。
【００１７】
ヒット間積分部２２は、例えば、図２に示すヒット間積分回路３２によって実現される。
ヒット間積分部２２は、パルス圧縮部２１から出力された受信アンテナ１４−ｍに係る複数のパルス圧縮後の信号のうち、同一の積分期間内のパルス圧縮後の信号同士をヒット間積分する。
ヒット間積分部２２は、受信アンテナ１４−ｍに係る複数の積分期間におけるそれぞれのヒット間積分後の信号を信号変換部２３に出力する。
【００１８】
信号変換部２３は、例えば、図２に示す信号変換回路３３によって実現される。
信号変換部２３は、受信アンテナ１４−ｍから出力された複数の受信信号として、ヒット間積分部２２から出力された受信アンテナ１４−ｍに係る複数のヒット間積分後の信号を取得する。
信号変換部２３は、受信アンテナ１４−ｍに係る複数のヒット間積分後の信号をチャープＺ変換することによって、複数のヒット間積分後の信号を積分する。
信号変換部２３は、受信アンテナ１４−ｍに係る積分後の信号をビーム形成部２４に出力する。
【００１９】
ビーム形成部２４は、例えば、図２に示すビーム形成回路３４によって実現される。
ビーム形成部２４は、信号変換部２３から出力された受信アンテナ１４−ｍに係る積分後の信号を用いて、１つ以上のビームを形成する。
即ち、ビーム形成部２４は、信号変換部２３から出力された受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍに係る複数の積分後の信号をデジタルビームフォーミングすることによって、１つ以上のビームを形成する。
ビーム形成部２４は、デジタルビームフォーミング後の信号を目標検出部２５に出力する。
【００２０】
目標検出部２５は、例えば、図２に示す目標検出回路３５によって実現される。
目標検出部２５は、ビーム形成部２４から出力されたデジタルビームフォーミング後の信号に対する目標検出処理を実施することによって、目標を検出する。
【００２１】
図１では、レーダ信号処理装置５の構成要素であるパルス圧縮部２１、ヒット間積分部２２、信号変換部２３、ビーム形成部２４及び目標検出部２５のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、レーダ信号処理装置５が、パルス圧縮回路３１、ヒット間積分回路３２、信号変換回路３３、ビーム形成回路３４及び目標検出回路３５によって実現されるものを想定している。
パルス圧縮回路３１、ヒット間積分回路３２、信号変換回路３３、ビーム形成回路３４及び目標検出回路３５のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【００２２】
レーダ信号処理装置５の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、レーダ信号処理装置５が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
【００２３】
図３は、レーダ信号処理装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
レーダ信号処理装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、パルス圧縮部２１、ヒット間積分部２２、信号変換部２３、ビーム形成部２４及び目標検出部２５におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ４１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ４２がメモリ４１に格納されているプログラムを実行する。
【００２４】
また、図２では、レーダ信号処理装置５の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図３では、レーダ信号処理装置５がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、レーダ信号処理装置５における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。
【００２５】
図４は、受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍと目標との位置関係を示す説明図である。
図４に示す座標系において、受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍは、ｘ軸と平行な方向に等間隔ｄで配置されている。図４に示す座標系では、受信アンテナ１４−１が座標系の原点に配置されている。
○は、時刻ｔ＝０のときに目標が存在している位置である。時刻ｔ＝０のときに、目標によって反射された送信信号である反射信号の受信アンテナ１４−１への入射角度がθである。
目標は、角速度αで回転しており、時刻ｔのとき、反射信号の受信アンテナ１４−１への入射角度がθ＋αｔである。
ここでは、説明の便宜上、目標の移動速度が、概ね一定の速度であり、目標が、１つの送信ビームの範囲内に存在している期間が概ね一定であるものとする。
【００２６】
次に、図１に示すレーダ装置１の動作について説明する。
レーダ信号生成部１１は、レーダ信号としてパルス信号を繰り返し生成する。
レーダ信号生成部１１は、パルス信号を生成する毎に、当該パルス信号を送信信号生成部１２に出力する。
【００２７】
送信信号生成部１２は、レーダ信号生成部１１からパルス信号を受ける毎に、当該パルス信号に局部発振信号を乗算することによって、当該パルス信号の周波数を例えば無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に変換する。
送信信号生成部１２は、パルス信号の周波数を変換する毎に、周波数変換後のパルス信号を送信信号として送信アンテナ１３−１〜１３−Ｎのそれぞれに出力する。
また、送信信号生成部１２は、局部発振信号を信号受信部１５に出力する。
【００２８】
送信アンテナ１３−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、送信信号生成部１２から送信信号を受ける毎に、当該送信信号を目標に向けて送信する。送信アンテナ１３−ｎからは、複数の送信信号が目標に向けて繰り返し送信され、それぞれの送信信号は、目標によって反射される。
目標が存在している方向は、例えば、目標検出部２５による前回の目標検出処理によって検出された目標の方向であり、送信信号生成部１２は、目標が存在している方向にビームが形成されるような送信信号を送信アンテナ１３−１〜１３−Ｎのそれぞれに出力している。また、送信信号生成部１２は、ヒット間積分部２２の積分期間中、ビームを形成している方向を維持し、ヒット間積分部２２が次の積分期間に移行する際、目標が移動している方向に、ビームの形成方向を変化させる。なお、送信信号生成部１２は、目標検出部２５の目標検出結果を参照することで、目標が移動している方向を知ることができる。
【００２９】
受信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、送信アンテナ１３−１〜１３−Ｎから送信されたのち、目標によって反射された送信信号である反射信号を繰り返し受信する。
受信アンテナ１４−ｍは、反射信号を受信する毎に、受信した反射信号を受信信号として、信号受信部１５に出力する。
【００３０】
信号受信部１５は、受信アンテナ１４−ｍから受信信号を受ける毎に、当該受信信号に、送信信号生成部１２から出力された局部発振信号を乗算することによって、当該受信信号の周波数をベースバンドの周波数に変換する。
信号受信部１５は、受信アンテナ１４−ｍに係る周波数変換後の信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号をレーダ信号処理装置５のパルス圧縮部２１に出力する。
信号受信部１５からパルス圧縮部２１には、受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍのそれぞれに係る複数のデジタル信号が出力される。
【００３１】
レーダ信号処理装置５は、受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍのそれぞれに係る複数のデジタル信号に対する信号処理を実施して、目標の検出処理を行う。
図５は、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５の処理手順を示すフローチャートである。
以下、図５を参照しながら、レーダ信号処理装置５の動作を説明する。
【００３２】
パルス圧縮部２１は、信号受信部１５から受信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に係るデジタル信号を受ける毎に、当該デジタル信号をパルス圧縮する（図５のステップＳＴ１）。パルス圧縮部２１が、デジタル信号をパルス圧縮することにより、ＳＮＲが向上する。パルス圧縮処理は、デジタル信号のパルス幅を狭める公知の処理である。
パルス圧縮部２１は、受信アンテナ１４−ｍに係るパルス圧縮後の信号をヒット間積分部２２に出力する。
【００３３】
ヒット間積分部２２は、パルス圧縮部２１から受信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に係る複数のパルス圧縮後の信号を取得する。
ヒット間積分部２２は、複数のパルス圧縮後の信号のうち、同一の積分期間内のパルス圧縮後の信号同士をヒット間積分する（図５のステップＳＴ２）。
ヒット間積分部２２におけるそれぞれの積分期間は、目標が１つの送信ビーム内に存在している期間と概ね同じ期間である。
ヒット間積分部２２において、送信アンテナ１３−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）から送信信号が送信される時間間隔が既値であり、目標が１つの送信ビーム内に存在している期間が既値である。このため、ヒット間積分部２２は、複数のパルス圧縮後の信号の中で、同一の積分期間内のパルス圧縮後の信号と、他の積分期間内のパルス圧縮後の信号とを区別することができる。
受信アンテナ１４−ｍに係る複数のパルス圧縮後の信号の信号数が、例えば、１００であり、同一の積分期間内のパルス圧縮後の信号の信号数が、例えば、２０であるとする。この場合、ヒット間積分部２２は、５つの積分期間のそれぞれにおいて、２０個のパルス圧縮後の信号同士をヒット間積分する。
ヒット間積分部２２が、同一の積分期間内のパルス圧縮後の信号同士をヒット間積分することにより、ＳＮＲが向上する。
ヒット間積分部２２は、受信アンテナ１４−ｍに係る複数の積分期間におけるそれぞれのヒット間積分後の信号を信号変換部２３に出力する。
【００３４】
信号変換部２３は、受信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に係る複数のヒット間積分後の信号を取得する。
信号変換部２３は、受信アンテナ１４−ｍに係る複数のヒット間積分後の信号をチャープＺ変換することによって、複数のヒット間積分後の信号を積分する（図５のステップＳＴ３）。
信号変換部２３が、複数のヒット間積分後の信号をチャープＺ変換しており、チャープＺ変換対象のヒット間積分後の信号の数が多いほど、ＳＮＲが向上する。しかし、チャープＺ変換対象のヒット間積分後の信号の数が多いほど、目標検出部２５が目標を検出するまでに要する時間が長くなる。そのため、チャープＺ変換対象のヒット間積分後の信号の数は、ＳＮＲと目標検出時間とを考慮して事前に決定されており、信号変換部２３は、事前に決定されている数だけ、ヒット間積分後の信号をチャープＺ変換する。なお、チャープＺ変換対象のヒット間積分後の信号の数は、信号変換部２３の内部メモリに格納されていてもよいし、レーダ信号処理装置５の外部から与えられるものであってもよい。
以下、信号変換部２３によるチャープＺ変換処理を具体的に説明する。
【００３５】
図４に示す座標系の原点と目標とにおける時刻ｔのときの空間位相差γは、以下の式（１）のように表される。ただし、式（１）の表記を簡単化するため、ｍ＝０，・・・，Ｍ−１としている。このため、例えば、受信アンテナ１４−１は、ｍ＝０で表され、受信アンテナ１４−２は、ｍ＝１で表され、受信アンテナ１４−Ｍは、ｍ＝Ｍ−１で表される。
0006793897.tif 000002
式（１）において、ｋは波数であり、ｋ＝２π／λで表される。λは波長である。
【００３６】
式（１）は、以下の式（２）のように変形することが可能である。
0006793897.tif 000003
αｔが大きくなく、αｔ≒０であるとすると、式（２）は、以下の式（３）のように近似することが可能である。
0006793897.tif 000004
式（３）において、ｕ＝ｓｉｎθ、ｗ＝αｃｏｓθである。
【００３７】
したがって、受信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝０，・・・，Ｍ−１）の受信信号ｘ［ｍ，ｌ］は、以下の式（４）のように表される。
0006793897.tif 000005
式（４）では、説明の簡単化のため、受信信号ｘ［ｍ，ｌ］の振幅が１であるとしている。Ｔは、受信信号のサンプリング間隔であり、ｔ＝ｌ×Ｔである。ｌは、時間に関するインデックスである。
【００３８】
複数の受信信号ｘ［ｍ，ｌ］を、以下の式（５）に示すように、チャープＺ変換することにより、複数の受信信号ｘ［ｍ，ｌ］をｌ方向にコヒーレントに積分することができる。
0006793897.tif 000006
ｗｓｒｔは、チャープＺ変換する際の最初のｗ、δｗは、ｗの刻み幅である。
【００３９】
チャープＺ変換は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）のアルゴリズムを用いて、高速に変換することができる。したがって、式（５）は、以下の式（７）のように表される。
0006793897.tif 000007
式（７）において、ｗ＝ｗｓｒｔ＋δｗ・ｈとなるｈを、ｈハットとすると、式（７）は、以下の式（８）のように表される。明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字の上に“＾”の記号を付することができないため、ｈハットのように表記している。ｈは、ｗのインデックスである。
0006793897.tif 000008
式（８）の左辺は、チャープＺ変換によって、複数の受信信号ｘ［ｍ，ｌ］が積分された信号を示している。チャープＺ変換によって、複数の反射信号の受信アンテナ１４−ｍへの入射角度の変化が補償されている。
【００４０】
信号変換部２３には、式（４）に示す受信信号ｘ［ｍ，ｌ］ではなく、ヒット間積分部２２から出力されたヒット間積分後の信号が与えられている。
式（４）に示すｘ［ｍ，ｌ］が、ヒット間積分後の信号であるとすれば、信号変換部２３によって、受信アンテナ１４−ｍに係る複数のヒット間積分後の信号が取得されたのち、信号変換部２３によって、複数のヒット間積分後の信号がチャープＺ変換される。複数のヒット間積分後の信号がチャープＺ変換されることによって、複数のヒット間積分後の信号がｌ方向にコヒーレントに積分される。
ヒット間積分部２２から、例えば、５つの積分期間におけるそれぞれのヒット間積分後の信号が信号変換部２３に出力されている場合、信号変換部２３によって、５つのヒット間積分後の信号が取得されたのち、信号変換部２３によって、５つのヒット間積分後の信号がチャープＺ変換される。５つのヒット間積分後の信号が、チャープＺ変換されることによって、５つのヒット間積分後の信号がコヒーレントに積分される。
信号変換部２３は、受信アンテナ１４−ｍに係る積分後の信号をビーム形成部２４に出力する。
【００４１】
図１に示すレーダ信号処理装置５は、パルス圧縮部２１及びヒット間積分部２２を備えている。しかし、パルス圧縮部２１及びヒット間積分部２２のそれぞれは、レーダ信号処理装置５において、必須の構成要素ではない。図１に示すレーダ信号処理装置５が、パルス圧縮部２１及びヒット間積分部２２を備えていない場合、信号変換部２３は、式（４）に示す複数の受信信号ｘ［ｍ，ｌ］に相当する信号をチャープＺ変換することになる。受信信号ｘ［ｍ，ｌ］に相当する信号とは、信号受信部１５によって、受信信号ｘ［ｍ，ｌ］の周波数が変換された後の信号である。
図１に示すレーダ信号処理装置５が、パルス圧縮部２１を備えていて、ヒット間積分部２２を備えていない場合、信号変換部２３は、パルス圧縮部２１から出力された受信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に係る複数のパルス圧縮後の信号をチャープＺ変換することになる。
【００４２】
ビーム形成部２４は、信号変換部２３から受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍのそれぞれに係る積分後の信号を受けると、複数の積分後の信号をデジタルビームフォーミングすることによって、１つ以上のビームを形成する（図５のステップＳＴ４）。
複数の積分後の信号をデジタルビームフォーミングすることによって、ビームを形成する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
ビーム形成部２４は、デジタルビームフォーミング後の信号を目標検出部２５に出力する。
【００４３】
目標検出部２５は、ビーム形成部２４からデジタルビームフォーミング後の信号を受けると、デジタルビームフォーミング後の信号に対する目標検出処理を実施することによって、目標を検出する（図５のステップＳＴ５）。目標検出処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【００４４】
以上の実施の形態１では、目標によって反射された信号が、受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍによって繰り返し受信されて、それぞれの受信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）から出力された複数の受信信号を取得し、複数の受信信号をチャープＺ変換することによって、複数の受信信号を積分し、積分後の信号を出力する信号変換部２３と、信号変換部２３から出力された積分後の信号を用いて、ビームを形成するビーム形成部２４とを備えるように、レーダ信号処理装置５を構成した。したがって、レーダ信号処理装置５は、積分時間内に、目標が異なるビーム内に移動しても、ＳＮＲを改善することができる。
【００４５】
実施の形態２．
実施の形態２では、パルス圧縮部２１の代わりに、復調部２６を備えるレーダ信号処理装置５について説明する。
【００４６】
図６は、実施の形態２に係るレーダ信号処理装置５を含むレーダ装置１を示す構成図である。図６において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図７は、実施の形態２に係るレーダ信号処理装置５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。図７において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
信号生成部２は、レーダ信号生成部１１の代わりに、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）レーダ信号生成部１６を備えている。
ＭＩＭＯレーダ信号生成部１６は、ＭＩＭＯ信号を繰り返し生成し、複数のＭＩＭＯ信号を送信信号生成部１２に出力する。
ＭＩＭＯ信号は、互いに直交しているＮ個の信号を含んでいる。
互いに直交しているＮ個の信号を生成する方式は、どのような方式であってもよい。ＭＩＭＯレーダ信号生成部１６は、例えば、時間分割方式、周波数分割方式、符号変調方式、又は、スロータイム変調方式を用いて、互いに直交しているＮ個の信号を生成する。
以下、ＭＩＭＯ信号に含まれているＮ個の信号のそれぞれを、第１〜第ＮのＭＩＭＯ要素信号と称する。
【００４７】
復調部２６は、例えば、図７に示す復調回路３６によって実現される。
復調部２６は、信号受信部１５から出力された受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍに係るそれぞれのデジタル信号を取得する。
復調部２６は、取得した複数のデジタル信号から、ＭＩＭＯ信号に含まれている第ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）のＭＩＭＯ要素信号を復調する。
図６に示すレーダ信号処理装置５では、信号変換部２３が、受信アンテナ１４−ｍから出力された複数の受信信号の代わりに、復調部２６により復調された複数の第ｎのＭＩＭＯ要素信号を取得し、複数の第ｎのＭＩＭＯ要素信号をチャープＺ変換することによって、複数の第ｎのＭＩＭＯ要素信号を積分する。
【００４８】
図６では、レーダ信号処理装置５の構成要素である復調部２６、ヒット間積分部２２、信号変換部２３、ビーム形成部２４及び目標検出部２５のそれぞれが、図７に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、レーダ信号処理装置５が、復調回路３６、ヒット間積分回路３２、信号変換回路３３、ビーム形成回路３４及び目標検出回路３５によって実現されるものを想定している。
復調回路３６、ヒット間積分回路３２、信号変換回路３３、ビーム形成回路３４及び目標検出回路３５のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【００４９】
レーダ信号処理装置５の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、レーダ信号処理装置５が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
レーダ信号処理装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、復調部２６、ヒット間積分部２２、信号変換部２３、ビーム形成部２４及び目標検出部２５におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが、図３に示すメモリ４１に格納される。そして、図３に示すプロセッサ４２がメモリ４１に格納されているプログラムを実行する。
【００５０】
また、図７では、レーダ信号処理装置５の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図３では、レーダ信号処理装置５がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、レーダ信号処理装置５における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。
【００５１】
次に、図６に示すレーダ装置１の動作について説明する。
ＭＩＭＯレーダ信号生成部１６は、ＭＩＭＯ信号を繰り返し生成する。
ＭＩＭＯレーダ信号生成部１６は、ＭＩＭＯ信号を生成する毎に、当該ＭＩＭＯ信号を送信信号生成部１２に出力する。
ＭＩＭＯ信号は、第１のＭＩＭＯ要素信号、第２のＭＩＭＯ要素信号、・・・、第ＮのＭＩＭＯ要素信号を含んでいる。
【００５２】
送信信号生成部１２は、ＭＩＭＯレーダ信号生成部１６からＭＩＭＯ信号を受ける毎に、当該ＭＩＭＯ信号に含まれている第ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）のＭＩＭＯ要素信号に局部発振信号を乗算することによって、第ｎのＭＩＭＯ要素信号の周波数を例えばＲＦに変換する。
送信信号生成部１２は、第ｎのＭＩＭＯ要素信号の周波数を変換する毎に、周波数変換後の第ｎのＭＩＭＯ要素信号を送信信号として送信アンテナ１３−ｎに出力する。
また、送信信号生成部１２は、局部発振信号を信号受信部１５に出力する。
【００５３】
送信アンテナ１３−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、送信信号生成部１２から送信信号を受ける毎に、当該送信信号を目標に向けて送信する。送信アンテナ１３−ｎからは、複数の送信信号が目標に向けて繰り返し送信され、それぞれの送信信号は、目標によって反射される。
【００５４】
受信アンテナ１４−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、送信アンテナ１３−１〜１３−Ｎから送信されたのち、目標によって反射された送信信号である反射信号を繰り返し受信する。
受信アンテナ１４−ｍは、反射信号を受信する毎に、当該反射信号を受信信号として信号受信部１５に出力する。
【００５５】
信号受信部１５は、受信アンテナ１４−ｍから受信信号を受ける毎に、当該受信信号に、送信信号生成部１２から出力された局部発振信号を乗算することによって、当該受信信号の周波数をベースバンドの周波数に変換する。
信号受信部１５は、受信アンテナ１４−ｍに係る周波数変換後の信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号をレーダ信号処理装置５の復調部２６に出力する。
【００５６】
復調部２６は、信号受信部１５が受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍに係るそれぞれのデジタル信号を出力する毎に、信号受信部１５から出力された受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍに係るそれぞれのデジタル信号を取得する。
復調部２６は、取得した複数のデジタル信号から、ＭＩＭＯ信号に含まれている第１〜第ＮのＭＩＭＯ要素信号を復調する。
即ち、復調部２６は、取得した複数のデジタル信号から、第１のＭＩＭＯ要素信号、第２のＭＩＭＯ要素信号、・・・、第ＮのＭＩＭＯ要素信号のそれぞれを復調する。
復調部２６は、第１のＭＩＭＯ要素信号、第２のＭＩＭＯ要素信号、・・・、第ＮのＭＩＭＯ要素信号のそれぞれをヒット間積分部２２に出力する。
【００５７】
ヒット間積分部２２は、復調部２６から、複数の第ｎのＭＩＭＯ要素信号を取得する。
ヒット間積分部２２は、複数の第ｎのＭＩＭＯ要素信号のうち、同一の積分期間内の第ｎのＭＩＭＯ要素信号同士をヒット間積分する。
ヒット間積分部２２は、複数の積分期間におけるそれぞれのヒット間積分後の信号を信号変換部２３に出力する。
【００５８】
信号変換部２３は、ヒット間積分部２２から、第ｎのＭＩＭＯ要素信号に係る複数のヒット間積分後の信号を取得する。
信号変換部２３は、第ｎのＭＩＭＯ要素信号に係る複数のヒット間積分後の信号をチャープＺ変換することによって、複数のヒット間積分後の信号を積分する。信号変換部２３によるチャープＺ変換処理自体は、実施の形態１に記載のチャープＺ変換処理と同様である。
信号変換部２３は、第ｎのＭＩＭＯ要素信号に係る積分後の信号をビーム形成部２４に出力する。
【００５９】
ビーム形成部２４は、信号変換部２３から第１〜第ＮのＭＩＭＯ要素信号のそれぞれに係る積分後の信号を受けると、実施の形態１と同様に、複数の積分後の信号をデジタルビームフォーミングすることによって、１つ以上のビームを形成する。
ビーム形成部２４は、デジタルビームフォーミング後の信号を目標検出部２５に出力する。
目標検出部２５は、ビーム形成部２４からデジタルビームフォーミング後の信号を受けると、実施の形態１と同様に、デジタルビームフォーミング後の信号に対する目標検出処理を実施することによって、目標を検出する。
【００６０】
以上の実施の形態２では、受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから受信信号が出力される毎に、受信アンテナ１４−１〜１４−Ｍから出力された受信信号から、ＭＩＭＯ信号に含まれているＮ個の信号を、第１から第ＮのＭＩＭＯ要素信号として復調する復調部２６を備え、信号変換部２３が、受信アンテナ１４−ｍから出力された複数の受信信号の代わりに、復調部２６により復調された複数の第ｎのＭＩＭＯ要素信号を取得し、複数の第ｎのＭＩＭＯ要素信号をチャープＺ変換することによって、複数の第ｎのＭＩＭＯ要素信号を積分し、積分後の信号をビーム形成部２４に出力するように、図６に示すレーダ信号処理装置５を構成した。したがって、図６に示すレーダ信号処理装置５は、図１に示すレーダ信号処理装置５と同様に、積分時間内に、目標が異なるビーム内に移動しても、ＳＮＲを改善することができる。
【００６１】
なお、本開示は、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】
【００６２】
本開示は、ビームを形成するレーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法に適している。
本開示は、レーダ信号処理装置を備えるレーダ装置に適している。
【符号の説明】
【００６３】
１  レーダ装置、２  信号生成部、３  送受信部、４  アンテナ部、５  レーダ信号処理装置、１１  レーダ信号生成部、１２  送信信号生成部、１３−１〜１３−Ｎ  送信アンテナ、１４−１〜１４−Ｍ  受信アンテナ、１５  信号受信部、１６  ＭＩＭＯレーダ信号生成部、２１  パルス圧縮部、２２  ヒット間積分部、２３  信号変換部、２４  ビーム形成部、２５  目標検出部、２６  復調部、３１  パルス圧縮回路、３２  ヒット間積分回路、３３  信号変換回路、３４  ビーム形成回路、３５  目標検出回路、３６  復調回路、４１  メモリ、４２  プロセッサ。
【要約】
目標によって反射された信号が、受信アンテナ（１４−１）〜（１４−Ｍ）によって繰り返し受信されて、それぞれの受信アンテナ（１４−ｍ）（ｍ＝１，・・・，Ｍ）から出力された複数の受信信号を取得し、複数の受信信号をチャープＺ変換することによって、複数の受信信号を積分し、積分後の信号を出力する信号変換部（２３）と、信号変換部（２３）から出力された積分後の信号を用いて、ビームを形成するビーム形成部（２４）とを備えるように、レーダ信号処理装置（５）を構成した。【図１】
0006793897.tif 000009
【図２】
0006793897.tif 000010
【図３】
0006793897.tif 000011
【図４】
0006793897.tif 000012
【図５】
0006793897.tif 000013
【図６】
0006793897.tif 000014
【図７】
0006793897.tif 000015