(57)【要約】【課題】方位検知範囲内の走査時間を増大することなく、限られたアンテナ数にて距離分解能内の複数ターゲットの到来方向の推定精度を向上する。【解決手段】送信ビーム制御部８は、所定回数の送信周期毎に、レーダ送信ビームの主ビーム方向を切り替える。レーダ送信部Ｔｘは、主ビーム方向が切り替えられたレーダ送信ビームによりレーダ送信信号を送信する。レーダ受信部Ｒｘは、複数のアンテナ系統処理部を用いて、ターゲットにて反射された反射波信号を受信する推定範囲選択部２２は、レーダ送信ビームの送信ビーム幅及び送信ビーム制御部８からの出力を基に、反射波信号の到来方向の推定範囲を送信ビーム幅程度に限定して選択する。到来方向推定部２３は、推定範囲選択部２２において指示される選択範囲によって複数のアンテナ系統処理部による位相情報を基に反射波信号の到来方向を推定する。【選択図】図２
2013205399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定回数の送信周期毎に切り換える、レーダ送信ビームの主ビーム方向を示す制御信号を出力する送信ビーム制御部と、
前記制御信号に基づき前記主ビーム方向が切り替えられた前記レーダ送信ビームを用いてレーダ送信信号を送信するレーダ送信部と、
前記レーダ送信信号がターゲットにて反射された反射波信号を受信する複数のアンテナ系統処理部を用いて、前記ターゲットからの反射波信号の到来方向を推定するレーダ受信部と、を含み、
前記レーダ受信部は、
前記複数のアンテナ系統処理部からの各出力を基に、受信アンテナの配置に起因する位相差情報を生成するアンテナ間相関演算部と、
前記制御信号及び前記レーダ送信ビームの送信ビーム幅に基づき、前記反射波信号の到来方向の推定範囲を選択する推定範囲選択部と、
前記アンテナ間相関演算部及び前記推定範囲選択部の各出力を基に、前記ターゲットからの反射波信号の到来方向を推定する到来方向推定部と、を有するレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置であって、
前記レーダ受信部は、
前記到来方向の範囲毎に、前記複数のアンテナ系統処理部間において生じる振幅及び位相の偏差情報を含む方向ベクトルを記憶する方向ベクトル記憶部と、を更に含み、
前記到来方向推定部は、
前記選択された前記推定範囲の方位角方向を含む前記方向ベクトルを用いて、前記反射波信号の到来方向を推定するレーダ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーダ装置であって、
前記アンテナ系統処理部は、
受信アンテナと、
前記受信アンテナにおいて受信された前記反射波信号と前記レーダ送信信号に含まれる送信符号との相関値を算出する相関演算部と、
前記相関値を、所定回数加算する加算部と、を有するレーダ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記推定範囲選択部は、
前記送信ビーム制御部から出力された前記レーダ送信ビームの主ビーム方向を中心とした前記レーダ送信ビームの略送信ビーム幅の範囲を、前記反射波信号の到来方向の推定範囲として出力するレーダ装置。
【請求項５】
請求項２〜４のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記到来方向推定部は、
前記アンテナ間相関演算部から受信アンテナの配置に起因する位相差情報として出力された相関行列と前記推定方向選択部により選択された前記前記推定範囲の方位角方向を含む前記方向ベクトルとを基に、前記到来方向の評価関数を算出し、前記評価関数が極大値となる前記方位角方向を前記反射波信号の到来方向として推定するレーダ装置。
【請求項６】
請求項２〜４のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
前記方向ベクトル記憶部は、
前記レーダ送信ビームの送信ビーム幅内における前記ターゲット数に応じた方向行列を更に含み、
前記到来方向推定部は、
前記アンテナ間相関演算部から受信アンテナの配置に起因する位相差情報として出力された相関行列と前記推定方向選択部により選択された前記前記推定範囲の方位角方向を含む前記方向ベクトル及び前記方向行列を基に、前記到来方向の評価関数を算出し、前記評価関数が極小値となる前記方位角方向を前記反射波信号の到来方向として推定するレーダ装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のレーダ装置であって、
前記レーダ受信部は、
前記主ビーム方向毎に生じる前記レーダ送信ビームの利得差を補正するための補正係数を記憶する補正係数乗算部と、を更に含み、
前記到来方向推定部は、
前記補正係数をオフセット値として用いて前記評価関数を算出するレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットにて反射された反射波信号に基づき測位を行うレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、高周波のレーダ送信信号を測定地点から空間に送信し、ターゲットにて反射された反射波信号を受信し、測定地点とターゲットとの距離、及びターゲットが存在する方向（到来方向）のうち少なくとも１つを測定する。近年、マイクロ波又はミリ波を含む波長の短いレーダ送信信号を用いて高分解能に測定することで、自動車及び歩行者を含むターゲットまでの距離又は到来方向を推定するレーダ装置の開発が進められている。
【０００３】
レーダ装置は、近距離に存在するターゲットと遠距離に存在するターゲットとからの各反射波の混合信号を受信する。近距離に存在するターゲットからの反射波信号にレンジサイドローブが生じ、レンジサイドローブと遠距離に存在するターゲットからの反射波信号のメインローブとが混在すると、遠距離に存在するターゲットの検出精度が劣化する。
【０００４】
従って、複数のターゲットに対して高分解能な測定が要求されるレーダ装置には、低いレンジサイドローブレベルとなる自己相関特性（以下、「低レンジサイドローブ特性」という）を有する送信符号を用いたパルス波又はパルス変調波の送信が要求される。
【０００５】
レーダ装置は、測定地点から同じ距離に自動車と歩行者とが存在すると、レーダ反射断面積（ＲＣＳ: Radar cross section）の異なる自動車と歩行者とからの各反射波の信号が混合された信号を受信する。歩行者のレーダ反射断面積は自動車のレーダ反射断面積に比べると小さい。つまり、ターゲットの距離又は種別により、反射波信号の信号レベルは変化する。
【０００６】
これに対して、レーダ装置は、測定地点から同じ距離に自動車と歩行者とが存在していても、自動車及び歩行者からの各反射波信号を適正に受信することが要求される。このため、レーダ装置には、様々な信号レベルとなる反射波信号を受信可能な程度に、大きい受信ダイナミックレンジを有することが要求される。
【０００７】
従来のレーダ装置の一例として、送受信アンテナを機械的に走査、又は狭角（例えば１度又は２度程度のビーム幅）の指向性ビームを電子的に走査させてパルス波又はパルス変調波を送信し、ターゲットにて反射された反射波信号を基に、ターゲットまでの距離（測距）とターゲットからの反射波信号の到来方向とを推定し、ターゲットの存在する角度方向（測角）を検出するレーダ装置が知られている。
【０００８】
また、従来のレーダ装置の他の一例として、ターゲットから反射された反射波信号をアレーアンテナにて受信し、アレーアンテナ（複数のアンテナ）によって受信したターゲットからの反射波信号の受信位相差を測定することで、アンテナ毎のビームの指向性よりも高い分解能によって到来方向を推定し、ターゲットの存在する角度方向（測角）を検出するレーダ装置が知られている。
【０００９】
前者のレーダ装置では、狭角（例えば１度又は２度程度のビーム幅）の指向性ビームを用いて所定の検出範囲内を走査する必要があり、検出範囲が広いほど、ターゲット検出におけるアンテナの走査時間がかかる。このため、高速移動しているターゲットを検出するには、ターゲットの移動に追従して検出することが困難となる。また、狭角の指向性を実現するためにはアレーアンテナの開口長を大きくする必要があるため、アンテナサイズが増大する。
【００１０】
後者のレーダ装置は、複数のアンテナによって受信したターゲットからの反射波信号の受信位相差を用いて、ターゲットの存在する角度方向（測角）の高分解能推定が可能なため、走査間隔を間引いても、信号処理により高い分解能の到来方向の推定が可能となり、ターゲットが高速移動しても、ターゲットの移動に追従した到来角を推定できる。
【００１１】
また、アレーアンテナを構成するアンテナ指向性は、検出範囲をカバーできればよく、前者のレーダ装置よりも広角の指向性が必要とされるため、アレーアンテナの開口長は前者のレーダ装置よりも小さくでき、アンテナサイズが小型化される。よって、以下では後者のレーダ装置の構成に着目して扱う。
【００１２】
パルス幅Ｔｐのレーダ装置における距離分解能ΔＲについて説明する。距離分解能ΔＲは、数式（１）によって示される。距離分解能ΔＲ以上離れた複数のターゲットは、それぞれ分離して距離推定又は到来方向推定の処理が可能となる。ここでＣは光速である。
【００１３】
一方、距離分解能ΔＲ以内に、到来方向としての角度方向が異なるターゲットが複数存在し、レーダ装置の受信アレーアンテナ素子数以上の反射波信号が存在する場合、既知の高分解能推定手法（例えば、Ｃａｐｏｎ又はＭＵＳＩＣ）を用いると、アンテナ自由度を超えるヌル形成が必要となり、レーダ装置の推定精度が劣化する。
【００１４】
【数１】
2013205399.tif 000003
【００１５】
図１７（ａ）は、アンテナ素子数４の受信アレーアンテナを用いたレーダ装置とレーダ装置からの等距離Ｒの異なる角度の位置に存在する４つのターゲットＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３，ＴＲ４との配置関係を示す説明図である。図１７（ｂ）は、受信アレーアンテナ素子数４のレーダ装置における、等距離Ｒの異なる角度の位置に存在する４つのターゲットＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３，ＴＲ４の到来方向の推定シミュレーション結果を示すグラフである。図１７（ｂ）の横軸は到来方向を表し、縦軸は、横軸の到来方向に対する到来方向の評価関数値を表しており、評価関数値のピーク方向がターゲットの到来方向に対応する。なお、到来方向の推定には、既知の高分解能推定手法の一例としてフーリエ変換とＣａｐｏｎとを用いる。
【００１６】
図１７（ｂ）では、等距離Ｒの異なる角度の位置に存在する４つのターゲットＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３，ＴＲ４からの反射波信号のレベルがほぼ同程度であり、４つのターゲットからの反射波信号の到来方向の真値は、それぞれ、−１０°、０°、１０°及び２０°である。
【００１７】
到来方向の推定結果は、各々のターゲットの到来方向の真値から例えば３度程度ずれ、更には、明確なピークが形成されない推定値（例えば、ターゲットＴＲ３に対する到来角推定値）も存在する。このように、等距離Ｒの異なる位置に存在するターゲットがアンテナ素子数以上となる場合には、レーダ装置の推定精度が劣化している。
【００１８】
図１７（ａ）に示す複数のターゲットを、少ないアンテナ数によって、同時に且つ高い方位分解能にて検出する先行技術として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１の方位検出装置は、送信ビーム及び受信ビームの各指向性パターンとして１つのヌルを有し、送信ヌル方向及び受信ヌル方向を方位検知範囲内において独立して順次変化させて探査波を送受信することで、受信電力を測定する。方位検出装置は、受信電力が極小となる送信ヌル方向及び受信ヌル方向の組合せを抽出し、抽出された送信ヌル方向及び受信ヌル方向を、別個の物標が存在する方位として検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２０１０−１０１６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、特許文献１の方位検出装置は、方位検知範囲内を、送信ビーム及び受信ビームの各指向性パターンを独立に制御して物標の方位を検出する。このため、方位検出装置の方位検知範囲内の走査時間が、送信ヌル走査時間と受信ヌル走査時間との積に相当し、膨大な時間となってしまう。
【００２１】
受信ヌル走査はデジタル信号処理による並列処理の導入により時間短縮可能であるが、送信ヌル走査時間は、上述した狭角のビーム走査（例えば、１度又は２度程度）と同様な走査時間が必要となるため、ターゲットの検出時間が増大し、高速移動するターゲットの検出に対する追従性が劣化する。
【００２２】
本発明は、上述従来の事情に鑑みてなされたもので、方位検知範囲内の走査時間を増大することなく、限られたアンテナ数にて距離分解能内の複数ターゲットの到来方向の推定精度を向上するレーダ装置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】
【００２３】
本発明は、所定回数の送信周期毎に切り換える、レーダ送信ビームの主ビーム方向を示す制御信号を出力する送信ビーム制御部と、前記制御信号に基づき前記主ビーム方向が切り替えられた前記レーダ送信ビームを用いてレーダ送信信号を送信するレーダ送信部と、前記レーダ送信信号がターゲットにて反射された反射波信号を受信する複数のアンテナ系統処理部を用いて、前記ターゲットからの反射波信号の到来方向を推定するレーダ受信部と、を含み、前記レーダ受信部は、前記複数のアンテナ系統処理部からの各出力を基に、受信アンテナの配置に起因する位相差情報を生成するアンテナ間相関演算部と、前記制御信号及び前記レーダ送信ビームの送信ビーム幅に基づき、前記反射波信号の到来方向の推定範囲を選択する推定範囲選択部と、前記アンテナ間相関演算部及び前記推定範囲選択部の各出力を基に、前記ターゲットからの反射波信号の到来方向を推定する到来方向推定部と、を有する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、方位検知範囲内の走査時間を増大することなく、限られたアンテナ数にて距離分解能内の複数ターゲットの到来方向の推定精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）距離分解能以内に存在する複数のターゲットのうち、方位角θ１の方向に存在するターゲットに向けて放射されたレーダ送信ビームＢＭ１を示す図、（ｂ）距離分解能以内に存在する複数のターゲットのうち、方位角θ２の方向に存在するターゲットに向けて放射されたレーダ送信ビームＢＭ２を示す図
【図２】第１の実施形態のレーダ装置の内部構成を簡略に示すブロック図
【図３】第１の実施形態のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図
【図４】レーダ送信ビームの送信区間と送信周期との関係を示す図
【図５】変形例に係る送信信号生成部の内部構成を示すブロック図
【図６】（ａ）レーダ送信ビームの走査パターンの一例を示すグラフ、（ｂ）レーダ送信ビームの走査方向と推定範囲との関係の一例を示す図、（ｃ）レーダ送信ビームの走査方向と推定範囲との関係の他の一例を示す図
【図７】レーダ送信ビームと、遅延時間τ１の受信信号と、遅延時間τ２の受信信号との関係を示す図
【図８】送信ビーム制御部、送信ビーム形成部及び推定範囲選択部の各出力と送信周期との関係を示す図
【図９】第１の実施形態の到来方向推定部の動作を説明するフローチャート
【図１０】受信アレーアンテナ素子数４及び等距離の異なる角度の位置にターゲットが４つ存在する場合の到来方向の推定シミュレーション結果を示す図、（ａ）送信ビームの走査を行わない場合、（ｂ）レーダ送信ビームの走査は行うが、推定範囲がレーダ送信ビームの主ビーム方向に従って選択されない場合、（ｃ）レーダ送信ビームの走査があり、更にレーダ送信ビームの主ビーム方向に従って推定範囲が選択される場合
【図１１】第１の実施形態の変形例のレーダ装置のレーダ受信部の内部構成を詳細に示すブロック図
【図１２】第２の実施形態のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図
【図１３】１つの送信ビームの走査方向に対する到来方向の推定範囲を示す図
【図１４】第２の実施形態の到来方向推定部の動作を説明するフローチャート
【図１５】（ａ）、（ｂ）受信アレーアンテナ素子数４及び等距離の異なる位置にターゲットが２つ存在する場合の到来方向の推定シミュレーション結果を示す図
【図１６】第２の実施形態の変形例のレーダ装置のレーダ受信部の内部構成を詳細に示すブロック図
【図１７】（ａ）アンテナ素子数４の受信アレーアンテナを用いたレーダ装置とレーダ装置からの等距離Ｒの異なる位置に存在する４つのターゲットとの配置関係を示す説明図、（ｂ）受信アレーアンテナ素子数４のレーダ装置における、等距離Ｒの異なる角度の位置に存在する４つのターゲットの到来方向の推定シミュレーション結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係るレーダ装置の各実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
第１の実施形態のレーダ装置１の動作概要及び構成について、図１から図３を参照して説明する。図１（ａ）は、距離分解能以内に存在する複数のターゲットのうち、方位角θ１の方向に存在するターゲットに向けて放射されたレーダ送信ビームＢＭ１を示す図である。図１（ｂ）は、距離分解能以内に存在する複数のターゲットのうち、方位角θ２の方向に存在するターゲットに向けて放射されたレーダ送信ビームＢＭ２を示す図である。図２は、第１の実施形態のレーダ装置１の内部構成を簡略に示すブロック図である。図３は、第１の実施形態のレーダ装置１の内部構成を詳細に示すブロック図である。
【００２８】
レーダ装置１は、数式（１）に示すレーダ装置１の距離分解能ΔＲ以内に存在する複数（例えば２個）のターゲットＴＲ１，ＴＲ２に対し、レーダ送信ビームの主ビーム方向θを、規定の送信ビーム幅ＢＷの範囲内において所定間隔Δθ毎に切り替える。レーダ装置１は、レーダ送信ビームの主ビーム方向θを送信ビーム幅ＢＷの範囲内において順次走査して、主ビーム方向θのレーダ送信ビームを順次送信する。
【００２９】
図１（ａ）では、レーダ装置１は、主ビーム方向θ１のレーダ送信ビームＢＭ１を送信している。同様に、図１（ｂ）では、レーダ装置１は、主ビーム方向θ２のレーダ送信ビームＢＭ２を送信している。なお、説明を簡単にするために、図１（ａ）及び（ｂ）では、レーダ装置１の位置を原点とした場合のｙ軸方向からの方位角の絶対値をそれぞれθ１，θ２としている。
【００３０】
レーダ装置１は、Ｎ＿Ｔｘ個の送信ＲＦ部及び送信アンテナを含むレーダ送信部Ｔｘにより生成された送信信号を用いて所定方向θを主ビーム方向とするレーダ送信ビームを形成し、レーダ送信ビームがターゲット（例えばターゲットＴＲ１）により反射された反射波信号をアレーアンテナにおいて受信する。レーダ装置１は、アレーアンテナにおいて受信された信号を信号処理することで、反射波信号の到来方向、即ち、レーダ装置１を基準とした場合のターゲットＴＲ１の存在方向を推定する。Ｎ＿Ｔｘは所定自然数である。
【００３１】
なお、ターゲットＴＲ１，ＴＲ２はレーダ装置１が検出する対象の物体であり、例えば自動車又は人を含み、以下の各実施形態においても同様である。
【００３２】
先ず、レーダ装置１の各部の構成について簡略に説明する。
【００３３】
図２に示すレーダ装置１は、基準信号発振器Ｌｏ、送信ビーム制御部８、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘを含む。レーダ送信部Ｔｘは、送信信号生成部２、送信ビーム形成部９、及び、Ｎ＿Ｔｘ個の送信アンテナＴｘａｎｔ１〜ａｎｔＮ＿Ｔｘが、それぞれ接続された送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘを有する。
【００３４】
基準信号発振器Ｌｏは、送信ビーム制御部８、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘに接続されている。基準信号発振器Ｌｏは、送信ビーム制御部８、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘにリファレンス信号を共通に供給することで、送信ビーム制御部８、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘの処理を同期させる。
【００３５】
レーダ受信部Ｒｘは、例えば４個のアンテナ系統処理部１０１，１０２，１０３，１０４、アンテナ間相関演算部２０、方向ベクトル記憶部２１、推定範囲選択部２２及び到来方向推定部２３を有する。図２に示すレーダ受信部Ｒｘは４個のアンテナ系統処理部を有しているが、アンテナ系統処理部の個数は４個に限定されず２個以上であれば良い。各アンテナ系統処理部は同様の構成を有するため、以下の各実施形態においてアンテナ系統処理部１０１を例示して説明する。
【００３６】
アンテナ系統処理部１０１は、受信アンテナＲｘａｎｔ１が接続された受信ＲＦ部１１、及び信号処理部１２を有する。信号処理部１２は、相関演算部１８を少なくとも有する。
【００３７】
次に、レーダ送信部Ｔｘの各部の構成を、図３を参照して詳細に説明する。
【００３８】
図３に示すレーダ送信部Ｔｘは、送信信号生成部２、送信ビーム形成部９、送信アンテナＴｘａｎｔ１が接続された送信ＲＦ部３１、送信アンテナＴｘａｎｔ２が接続された送信ＲＦ部３２、〜、送信ＴｘａｎｔＮ＿Ｔｘが接続された送信ＲＦ部３Ｎ＿Ｔｘを有する。送信アンテナ及び送信ＲＦ部の個数はそれぞれＮ＿Ｔｘ個であり、それぞれ１対１に対応する。
【００３９】
送信信号生成部２は、符号生成部４、変調部５、ＬＰＦ（Low Pass Filter）６及びＤ／Ａ（Digital Analog）変換部７を有する。図３では、ＬＰＦ６は送信信号生成部２の外部に設けられても良く、ＬＰＦ６の出力はＤ／Ａ変換部７に入力される。
【００４０】
各々の送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘは、不図示の周波数変換部及び増幅器を含む。
【００４１】
次に、送信ビーム制御部８及びレーダ送信部Ｔｘの各部の動作を詳細に説明する。
【００４２】
送信信号生成部２は、基準信号発振器Ｌｏにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準クロック信号を生成する。送信信号生成部２の各部は、生成された送信基準クロック信号に基づいて動作する。
【００４３】
送信信号生成部２により生成された送信信号は、図４に示す例えば送信周期Ｔｒの送信区間Ｔｗ［秒］では、符号長Ｌの符号系列Ｃｎの１つの符号あたり送信基準クロック信号のＮｏ［個］のサンプルを用いて変調されている。ここで、ｎは１からＬである。図４は、レーダ送信信号の送信区間Ｔｗと送信周期Ｔｒとの関係を示す図である。送信信号生成部２におけるサンプリングレートは（Ｎｏ×Ｌ）／Ｔｗであり、送信区間Ｔｗ［秒］では、Ｎｒ（＝Ｎｏ×Ｌ）［個］のサンプルを用いて変調されている。各送信周期Ｔｒの無信号区間（Ｔｒ−Ｔｗ）［秒］では、Ｎｕ［個］のサンプルを用いて変調されている。
【００４４】
送信信号生成部２は、符号長Ｌの符号系列Ｃｎの変調によって、数式（２）に示すベースバンドの送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）を周期的に生成する。ｎは１からＬであり、Ｌは符号系列Ｃｎの符号長を表す。ｊは、ｊ２＝−１を満たす虚数単位である。なお、時刻ｋは、レーダ送信周期（Tｒ）の開始するタイミングを基準（ｋ＝１）とした離散時刻であり、ｋは１から（Ｎｒ＋Ｎｕ）までの値であり、送信信号の生成のための変調タイミングを表す離散時刻である。
【００４５】
Ｍはレーダ送信ビームの送信周期Ｔｒの序数を表す。送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）は、第Ｍ番目の送信周期Ｔｒの離散時刻ｋにおける送信信号を表し、同相信号成分Ｉ（ｋ、Ｍ）と、虚数単位ｊが乗算された直交信号成分Ｑ（ｋ、Ｍ）との加算結果となる（数式（２）参照）。
【００４６】
【数２】
2013205399.tif 000004
【００４７】
符号生成部４は、送信周期Ｔｒ毎に、符号長Ｌの符号系列Ｃｎの送信符号を生成する。符号系列Ｃｎの要素は、例えば、［−１，１］の２値、若しくは［１，−１，ｊ，−ｊ］の４値を用いて構成される。送信符号は、レーダ装置１が低レンジサイドローブ特性を有するために、例えば相補符号のペアを構成する符号系列、Ｂａｒｋｅｒ符号系列、Ｇｏｌａｙ符号系列、Ｍ系列符号、及びスパノ符号を構成する符号系列のうち少なくとも１つを含む符号であることが好ましい。符号生成部４は、生成された符号系列Ｃｎの送信符号を変調部５に出力する。以下、符号系列Ｃｎの送信符号を、便宜的に送信符号Ｃｎと記載する。
【００４８】
符号生成部４は、送信符号Ｃｎとして相補符号（例えば、ゴーレイ（Golay）符号系列、スパノ（Spano）符号系列）のペアを生成するには、２個の送信周期（２Ｔｒ）を用いて、送信周期毎に交互にペアとなる送信符号Ｐｎ，Ｑｎをそれぞれ生成する。即ち、符号生成部４は、第Ｍ番目の送信周期では相補符号のペアを構成する一方の送信符号Ｐｎを生成して変調部５に出力し、続く第（Ｍ＋１）番目の送信周期では相補符号のペアを構成する他方の送信符号Ｑｎを生成して変調部５に出力する。同様に、符号生成部４は、第（Ｍ＋２）番目以降の送信周期では、第Ｍ番目及び第（Ｍ＋１）番目の２個の送信周期を一つの単位として、送信符号Ｐｎ，Ｑｎを繰り返し生成して変調部５に出力する。
【００４９】
変調部５は、符号生成部６から出力された送信符号Ｃｎを入力する。変調部５は、入力された送信符号Ｃｎをパルス変調し、数式（２）のベースバンドの送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）を生成する。パルス変調は、振幅変調、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying））又は位相変調（ＰＳＫ（Phase Shift Keying）であり、以下の各実施形態においても同様である。
【００５０】
例えば位相変調（ＰＳＫ）は、符号系列Ｃｎが例えば［−１，１］の２値の位相変調ではＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）となり、符号系列Ｃｎが例えば［１，−１，ｊ，−ｊ］の４値の位相変調ではＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）若しくは４相ＰＳＫとなる。即ち、位相変調（ＰＳＫ）では、ＩＱ平面上のコンスタレーションにおける所定の変調シンボルが割り当てられる。
【００５１】
変調部５は、生成された送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）のうち予め設定された制限帯域以下の送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）を、ＬＰＦ６を介してＤ／Ａ変換部７に出力する。なお、ＬＰＦ６は送信信号生成部２において省略し、Ｄ／Ａ変換部７の後段においても良く、以下の各実施形態でも同様である。
【００５２】
Ｄ／Ａ変換部７は、変調部５から出力されたデジタルの送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）をアナログの送信信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部７は、アナログの送信信号を送信ビーム形成部９に出力する。
【００５３】
送信ビーム制御部８は、レーダ送信部Ｔｘから送信されるレーダ送信ビームの主ビーム方向θを制御する。具体的には、送信ビーム制御部８は、Ｎｆ（所定自然数）回の送信周期Ｔｒ毎に、レーダ送信ビームの主ビーム方向θを、予め定められた送信ビーム可変範囲（数式（３）参照）において所定間隔Δθ毎に切り替える（図８参照）。図８は、送信ビーム制御部８、送信ビーム形成部９及び推定範囲選択部２２の各出力と送信周期との関係を示す図である。Δθは例えば３〜１０度程度である。θｍｉｎは送信ビーム可変範囲の最小値であり、θｍａｘは送信ビーム可変範囲の最大値である。送信ビーム制御部８は、レーダ送信ビームの主ビーム方向をθとする旨の制御信号を、送信ビーム形成部９及び推定範囲選択部２２に指示（出力）する。
【００５４】
【数３】
2013205399.tif 000005
【００５５】
図８では、送信ビーム制御部８は、第１回目のＮｆ回の送信周期Ｔｒ（Ｎｆ×Ｔｒ）の間では、レーダ送信ビームの主ビーム方向をθ（１）とする旨を、送信ビーム形成部９及び推定範囲選択部２２に指示する。
【００５６】
また、送信ビーム制御部８は、第２回目のＮｆ回の送信周期Ｔｒ（Ｎｆ×Ｔｒ）の間では、レーダ送信ビームの主ビーム方向をθ（２）とする旨を、送信ビーム形成部９及び推定範囲選択部２２に指示する。
【００５７】
また、送信ビーム制御部８は、第１回目のＮｆ回の送信周期Ｔｒ（Ｎｆ×Ｔｒ）の間では、レーダ送信ビームの主ビーム方向をθ（３）とする旨を、送信ビーム形成部９及び推定範囲選択部２２に指示する。
【００５８】
送信ビーム形成部９は、Ｄ／Ａ変換部７から出力された送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）を基に、送信ビーム制御部８から出力された主ビーム方向θの送信ビームを形成する。具体的には、送信ビーム形成部９は、Ｄ／Ａ変換部７から出力された送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）に、１番目からＮ＿Ｔｘ番目の合計Ｎ＿Ｔｘ個の要素を有する重み付け係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ（ｑ））をそれぞれ乗算する。重み付け係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ（ｑ））は、各々の送信アンテナＴｘａｎｔ１〜ａｎｔＮ＿Ｔｘが等間隔に配置され、各々の素子間隔がｄである場合には、数式（４）により示される。λはレーダ送信ビームの波長である。なお、アンテナ配置は、例えば、直線状、円形、楕円が考えられる。
【００５９】
【数４】
2013205399.tif 000006
【００６０】
送信ビーム形成部９は、合計Ｎ＿Ｔｘ個の要素を有する重み付け係数がそれぞれ乗算された合計Ｎ＿Ｔｘ個の送信信号を、重み付け係数の要素の序数（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ）に一致する送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘにそれぞれ出力する。Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘは１からＮ＿Ｔｘまでの自然数である。
【００６１】
図８では、送信ビーム形成部９は、第１回目のＮｆ回の送信周期（Ｎｆ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部８からの指示に同期して、Ｄ／Ａ変換部７から出力された送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）に、重み係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ（１））を乗算する。
【００６２】
また、送信ビーム形成部９は、第２回目のＮｆ回の送信周期（Ｎｆ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部８からの指示に同期して、Ｄ／Ａ変換部７から出力された送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）に、重み係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ（２））を乗算する。
【００６３】
また、送信ビーム形成部９は、第３回目のＮｆ回の送信周期（Ｎｆ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部８からの指示に同期して、Ｄ／Ａ変換部７から出力された送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）に、重み係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ（３））を乗算する。
【００６４】
なお、送信ビーム形成部９は、振幅成分及び位相成分を含む重み付け係数を用いてレーダ送信ビームを形成することで、送信ビーム制御部８から出力された主ビーム方向θのレーダ送信ビームのサイドローブレベルを低減しても良い。サイドローブレベルを低減するビーム形成手法として、例えば、二項アレー（Binomial Array）、チェビシェフアレー（Chebyshev Array）、テイラーアレー（Taylor Array）が適用可能である。
【００６５】
図６（ａ）は、レーダ送信ビームの走査パターンの一例を示すグラフである。図６（ｂ）は、送信ビームの走査方向と推定範囲との関係の一例を示す図である。図６（ｃ）は、送信ビームの走査方向と推定範囲との関係の他の一例を示す図である。
【００６６】
図６（ａ）では、レーダ送信ビームの主ビーム方向θの走査間隔Δθが３度、レーダ送信ビームの走査範囲が−１８度から＋１８度までの範囲、送信アンテナの素子数が８、送信アンテナアレーが直線アレー配置でアンテナ間隔が送信周波数の波長の０．８倍である場合のレーダ送信ビームの走査パターンを重ね書きして示している。図６（ｂ）及び（ｃ）では、横軸は送信ビームの送信ビーム方向［度］を表し、縦軸はレーダ送信ビームの主ビーム方向θに対するレーダ受信部Ｒｘでのターゲットからの反射波信号の到来方位角の推定範囲［度］を表す。
【００６７】
図６（ｂ）では、一つの小さい四角の横軸方向の値はレーダ送信ビームの主ビーム方向θの送信ビーム幅を表し、レーダ送信ビームはレーダ装置１のレーダ送信ビームの走査範囲（例えば、−２０度から＋２０度）の範囲において合計８回形成され、走査回数は８回である。また、一つの小さい四角の縦軸方向の値は形成されたレーダ送信ビームに応じてレーダ受信部Ｒｘがターゲットの推定範囲に対して実行する到来方位角の推定範囲を表す。
【００６８】
図６（ｃ）では、一つの小さい四角の横軸方向の値はレーダ送信ビームの主ビーム方向θの送信ビーム幅を表すが、図６（ｂ）と異なり、レーダ送信ビームの送信ビーム幅が次走査のレーダ送信ビームの送信ビーム幅に一部重複している。従って、図６（ｃ）では、レーダ送信ビームはレーダ装置１の送信ビームの走査範囲（例えば、−２０度から＋２０度）の範囲において合計１５回形成され、走査回数は１５回である。同様に、一つの小さい四角の縦軸方向の値は形成されたレーダ送信ビームに応じてレーダ受信部Ｒｘがターゲットの推定範囲に対して実行する到来方位角の推定範囲を表す。
【００６９】
なお、送信ビーム形成部９は、図６（ｂ）或いは図６（ｃ）において示した送信ビームの走査を行う。レーダ送信ビームの送信ビーム幅を次走査のレーダ送信ビームの送信ビーム幅と一部重複するように、レーダ送信ビームを形成することで、走査回数は増加するが、レーダ装置１は、ターゲットの推定範囲内における方位角方向の送信電力を平滑化でき、方位角方向の推定精度を向上できる。
【００７０】
各々の送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘは、基準信号発振器Ｌｏにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍数に逓倍したキャリア周波数帯域の送信基準信号を生成する。各々の送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘは、生成された送信基準信号に基づいて動作する。
【００７１】
Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ番目の送信ＲＦ部は、重み付け係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ（ｑ））が乗算されたベースバンドの送信信号と送信基準信号とを用いて、ベースバンドの送信信号を高周波のレーダ送信信号にアップコンバートする。
【００７２】
Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ番目の送信ＲＦ部は、レーダ送信信号の信号レベルを所定の信号レベルに増幅し、Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ番目の送信ＲＦ部に接続された送信アンテナに出力する。増幅されたレーダ送信信号は、Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ番目の送信アンテナから空間に放射される。なお、合計Ｎ＿Ｔｘ個の送信アンテナから送信された合計Ｎ＿Ｔｘ個のレーダ送信信号により、主ビーム方向θのレーダ送信ビームが形成される。図４に示すレーダ送信ビームは、送信周期Ｔｒのうち送信区間Ｔｗの間に送信され、無信号区間（Ｔｒ−Ｔｗ）の間には送信されない。
【００７３】
なお、各々の送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘと、各アンテナ系統処理部１０１，１０２，１０３，１０４の各受信ＲＦ部とには、基準信号発振器Ｌｏにより生成されたリファレンス信号が共通に入力されている。各々の送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘはリファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準信号に基づいて動作し、各アンテナ系統処理部１０１，１０２，１０３，１０４の各受信ＲＦ部はリファレンス信号を同一の所定倍に逓倍した受信基準信号に基づいて動作する。従って、各々の送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘと各アンテナ系統処理部１０１，１０２，１０３，１０４の各受信ＲＦ部との間の処理は同期する。
【００７４】
なお、送信信号生成部２には、符号生成部４を設けず、送信信号生成部２により生成された送信符号Ｃｎを予め記憶する送信符号記憶部ＣＭを設けてもよい（図５参照）。図５は、変形例に係る送信信号生成部２ｒの内部構成を示すブロック図である。送信符号記憶部ＣＭは、送信信号生成部２が相補符号のペアとなる送信符号を生成する場合に対応して、相補符号のペア、例えば、送信符号Ｐｎ及びＱｎを記憶しても良い。送信符号記憶部ＣＭは、本実施形態に限らず、後述の各実施形態にも同様に適用できる。送信信号生成部２ｒは、送信符号記憶部ＣＭ、送信符号制御部ＣＴ３、変調部５ｒ、ＬＰＦ６ｒ及びＤ／Ａ変換部７を有する。
【００７５】
送信符号制御部ＣＴ３は、基準信号発振器Ｌｏから出力されたリファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準クロック信号に基づいて、送信周期Ｔｒ毎に、送信符号Ｃｎ又は相補符号のペアを構成する送信符号Ｐｎ，送信符号Ｑｎを、送信符号記憶部ＣＭから巡回的に読み出して変調部５ｒに出力する。変調部５ｒに出力された以降の動作は上述した変調部５及びＬＰＦ６と同様のため、動作の説明は省略する。
【００７６】
（レーダ受信部）
次に、レーダ受信部Ｒｘの各部の構成を、図３を参照して説明する。
【００７７】
図３に示すレーダ受信部Ｒｘは、アレーアンテナを構成する受信アンテナの本数に対応して設けられた例えば４個のアンテナ系統処理部１０１，１０２，１０３，１０４、アンテナ間相関演算部２０、推定範囲選択部２２、方向ベクトル記憶部２１及び到来方向推定部２３を有する。
【００７８】
アンテナ系統処理部１０１は、受信アンテナＲｘａｎｔ１が接続された受信ＲＦ部１１、及び信号処理部１２を有する。受信ＲＦ部１１は、増幅器１３、周波数変換部１４及び直交検波部１５を有する。信号処理部１２は、２個のＡ／Ｄ変換部１６，１７、相関演算部１８及び加算部１９を有する。レーダ受信部Ｒｘは、各送信周期Ｔｒを、各アンテナ系統処理部の信号処理部における信号処理区間として周期的に演算する。
【００７９】
次に、レーダ受信部Ｒｘの各部の動作を、図３、図６から図８を参照して詳細に説明する。
【００８０】
受信アンテナＲｘａｎｔ１は、レーダ送信部Ｔｘから送信されたレーダ送信ビームがターゲットにより反射された反射波信号を受信する。受信アンテナＲｘａｎｔ１にて受信された受信信号は、受信ＲＦ部１１に入力される。
【００８１】
受信ＲＦ部１１は、送信ＲＦ部３と同様に、基準信号発振器Ｌｏにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍したキャリア周波数帯域の受信基準信号を生成する。受信ＲＦ部１１の各部は、生成された受信基準信号に基づいて動作する。
【００８２】
増幅器１３は、受信アンテナＲｘａｎｔ１にて受信された高周波の受信信号を入力し、入力された受信信号の信号レベルを増幅して周波数変換部１４に出力する。
【００８３】
周波数変換部１４は、増幅器１３から出力された受信信号を入力し、入力された高周波の受信信号と受信基準信号とを用いて、高周波の受信信号をダウンコンバートする。周波数変換部１４は、ベースバンドの受信信号を生成し、生成された受信信号を直交検波部１５に出力する。
【００８４】
直交検波部１５は、周波数変換部１４から出力された受信信号を直交検波することで、同相信号（In-phase signal）及び直交信号（Quadrate signal）を用いて構成される受信信号を生成する。直交検波部１５は、生成された受信信号のうち、同相信号をＡ／Ｄ変換部１６に出力し、直交信号をＡ／Ｄ変換部１７に出力する。
【００８５】
Ａ／Ｄ変換部１６は、直交検波部１５から出力されたベースバンドの同相信号を離散時刻ｋ毎にサンプリングし、アナログデータの同相信号をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換部１６は、変換されたデジタルデータの同相信号成分を、相関演算部１８に出力する。
【００８６】
Ａ／Ｄ変換部１６は、レーダ送信部Ｔｘにより生成される送信信号ｒ（ｋ、Ｍ）の１つのパルス幅（パルス時間）Ｔｐ（＝Ｔｗ／Ｌ）あたりＮｓ［個］をサンプリングする。即ち、Ａ／Ｄ変換部１６のサンプリングレートは（Ｎｓ×Ｌ）／Ｔｗ＝Ｎｓ／Ｔｐとなり、１パルスあたりのオーバーサンプル数はＮｓとなる。
【００８７】
Ａ／Ｄ変換部１７は、直交検波部１５から出力されたベースバンドの直交信号に対して、Ａ／Ｄ変換部１６と同様に動作し、変換されたデジタルデータの直交信号成分を、相関演算部１８に出力する。また、Ａ／Ｄ変換部１７のサンプリングレートはＮｓ／Ｔｐとなり、１パルスあたりのオーバーサンプル数はＮｓである。
【００８８】
以下、Ａ／Ｄ変換部１６，１７により変換された第Ｍ番目の送信周期Ｔｒの離散時刻ｋにおける受信信号を、受信信号の同相信号成分Ｉｒ（ｋ、Ｍ）及び受信信号の直交信号成分Ｑｒ（ｋ、Ｍ）を用いて、数式（５）の複素信号ｘ（ｋ、Ｍ）として表す。
【００８９】
【数５】
2013205399.tif 000007
【００９０】
図７は、レーダ送信ビームと、遅延時間τ１の受信信号と、遅延時間τ２の受信信号との関係を示す図である。図７の第１段は、レーダ送信信号の送信タイミングを表す。図７の第１段では、離散時刻ｋは、各送信周期Ｔｒが開始するタイミングを基準（ｋ＝１）とし、信号処理部１２は、送信周期Ｔｒが終了する前までのサンプル点であるｋ＝Ｎｓ（Ｎｒ＋Ｎｕ）／Ｎｏまで周期的に動作する。
【００９１】
即ち、信号処理部１２は、離散時刻ｋ＝１〜Ｎｓ（Ｎｒ＋Ｎｕ）／Ｎｏにおいて周期的に動作する（図７の第２段参照）。図７の第２段は、遅延時間τ１の受信信号の受信タイミングを示す図である。図７の第３段は、遅延時間τ２の受信信号の受信タイミングを示す図である。離散時刻ｋ＝Ｎｒ×（Ｎｓ／Ｎｏ）は、各送信周期Ｔｒにおける送信区間Ｔｗの終了直前時点を示す。以下、Ａ／Ｄ変換部１６，１７から出力されたデジタルの受信信号ｘ（ｋ、Ｍ）を離散サンプル値ｘ（ｋ、Ｍ）という。
【００９２】
相関演算部１８は、Ａ／Ｄ変換部１６，１７から出力された各離散サンプル値Ｉｒ（ｋ、Ｍ），Ｑｒ（ｋ、Ｍ）、即ち、受信信号としての離散サンプル値ｘ（ｋ、Ｍ）を入力する。相関演算部１８は、リファレンス信号を所定倍に逓倍した受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻ｋ毎に、図７の第１段に示す各送信周期Ｔｒにおいて送信される符号長Ｌの送信符号Ｃｎを周期的に生成する。ｎは１からＬであり、Ｌは符号系列Ｃｎの符号長を表す。
【００９３】
相関演算部１８は、入力された離散サンプル値ｘ（ｋ、Ｍ）と、送信符号Ｃｎとのスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を演算する。ＡＣ（ｋ，Ｍ）は、離散時刻ｋにおけるスライディング相関値を表す。
【００９４】
具体的には、相関演算部１８は、図７の第２段に示す各送信周期Ｔｒ、即ち、各離散時刻ｋ＝１〜Ｎｓ（Ｎｒ＋Ｎｕ）／Ｎｏに対して、数式（６）に従ってスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を演算する。相関演算部１８は、数式（６）に従って演算された離散時刻ｋ毎のスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を加算部１９に出力する。＊（アスタリスク）は、複素共役演算子である。
【００９５】
【数６】
2013205399.tif 000008
【００９６】
図７の第２段では、レーダ送信ビームの送信開始時から遅延時間τ１の経過後にアレーアンテナにおいて受信信号が受信された場合の測定期間の範囲が示されている。図７の第３段では、レーダ送信ビームの送信開始時から遅延時間τ２の経過後にアレーアンテナにおいて受信信号が受信される場合の測定期間の範囲が示されている。遅延時間τ１及びτ２は、それぞれ数式（７）及び（８）により示される。
【００９７】
【数７】
2013205399.tif 000009
【００９８】
【数８】
2013205399.tif 000010
【００９９】
相関演算部１８は、本実施形態を含む各実施形態において、離散時刻ｋ＝１〜Ｎｓ（Ｎｒ＋Ｎｕ）／Ｎｏにおいて演算する。なお、相関演算部１８は、レーダ装置１の測定対象となるターゲットの存在範囲に応じて、測定レンジ、即ち離散時刻ｋの範囲を限定しても良い。これにより、レーダ装置１は、相関演算部１８の演算量を更に低減できる。即ち、レーダ装置１は、信号処理部１２における演算量を削減することで、レーダ受信部Ｒｘにおける消費電力量を更に低減できる。
【０１００】
なお、レーダ装置１は、相関演算部１８が離散時刻ｋ＝Ｎｓ（Ｌ＋１）〜Ｎｓ（Ｎｒ＋Ｎｕ）／Ｎｏ−ＮｓＬの範囲におけるスライディング相関値ＡＣ（ｋ，ｍ）を演算する場合には、レーダ送信ビームの送信区間Ｔｗにおける反射波信号の測定を省略してもよい。
【０１０１】
この場合、レーダ装置１は、レーダ送信ビームがレーダ受信部Ｒｘに直接的に回り込んだとしても、回り込みによる影響を排除して測定できる。また、測定レンジ（離散時刻ｋの範囲）を限定する場合、加算部１９、アンテナ間相関演算部２０及び到来方向推定部２３も同様の限定された測定レンジにおいて動作するため、各部の処理量を削減でき、レーダ受信部Ｒｘにおける消費電力を低減できる。
【０１０２】
加算部１９は、相関演算部１８から出力された離散時刻ｋ毎のスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を入力する。加算部１９は、第Ｍ番目の送信周期Ｔｒにおいて離散時刻ｋ毎に演算されたスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を基に、所定回数（Ｎｐ回）の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｐ×Ｔｒ）にわたってスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を加算する。
【０１０３】
具体的には、加算部１９は、所定回数（Ｎｐ回）の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｐ×Ｔｒ）にわたるスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）の離散時刻ｋ毎の加算により、第ｍ番目のコヒーレント積分値ＣＩ（ｋ，ｍ）を、離散時刻ｋ毎に数式（９）に従って演算する。Ｎｐは、加算部１９における加算回数を表す。ｍは、各アンテナ系統処理部の加算部１９の加算回数Ｎｐを１個の単位とした場合における加算回数の序数を表す。加算部１９は、演算された加算値ＣＩ（ｋ，ｍ）をアンテナ間相関演算部２０に出力する。
【０１０４】
【数９】
2013205399.tif 000011
【０１０５】
加算部１９は、スライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）のＮｐ回の加算によりターゲットからの反射波信号が高い相関を有する範囲において、反射波信号に含まれる雑音成分を抑圧し、反射波信号の受信品質（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）を改善できる。更に、加算部１９は、反射波信号の受信品質を改善できるので、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向の推定精度を向上できる。
【０１０６】
なお、理想的な加算利得を得るためには、スライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）の加算回数Ｎｐの加算区間においてスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）の位相成分がある程度の範囲に揃う必要がある。つまり、ターゲットが移動している場合には、移動に伴う位相成分の変動が生じるため、加算回数Ｎｐは、ターゲットの想定最大移動速度を基に設定されることが好ましい。ターゲットの想定最大移動速度が大きいほど、ターゲットにより反射された反射波信号に含まれるドップラ周波数の変動量が大きく、高い相関値を有する離散時間間隔が短くなる。このため、加算回数Ｎｐが小さくなり、加算部１８の加算による利得向上効果が小さくなる。
【０１０７】
アンテナ間相関演算部２０は、各アンテナ系統処理部１０１，１０２，１０３，１０４の加算部から出力された各コヒーレント積分値ＣＩ１（ｋ，ｍ），ＣＩ２（ｋ，ｍ），ＣＩ３（ｋ，ｍ），ＣＩ４（ｋ，ｍ）を入力する。アンテナ間相関演算部２０は、各コヒーレント積分値ＣＩ１（ｋ，ｍ），ＣＩ２（ｋ，ｍ），ＣＩ３（ｋ，ｍ），ＣＩ４（ｋ，ｍ）を基に、ターゲットからの反射波信号の各々の受信アンテナ間の位相差を検出するために、離散時刻ｋ毎に相関行列Ｈ（ｋ，ｍ）を生成する。相関行列Ｈ（ｋ，ｍ）は数式（１０）に従って生成される。数式（１０）において、上付き添え字Ｈは、複素共役転置を表す演算子である。
【０１０８】
【数１０】
2013205399.tif 000012
【０１０９】
更に、アンテナ間相関演算部２０は、Ｎｆ（＞Ｎｐ）回の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｆ×Ｔｒ）にわたって、Ｄｐ個の相関行列Ｈ（ｋ，ｍ）を、数式（１１）に従って加算平均した相関行列Ｂ（ｋ）を演算する。
【０１１０】
【数１１】
2013205399.tif 000013
【０１１１】
Ｄｐは、Ｎｆ回の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｆ×Ｔｒ）にわたってアンテナ間相関演算部２０により加算平均される相関行列の個数を表し、数式（１２）を満たす。Ｎｆは、Ｎｐの最小公倍数若しくは最小公倍数の整数倍であることが好ましい。アンテナ間相関演算部２０は、加算平均された相関行列Ｂ（ｋ）を到来方向推定部２３に出力する。
【０１１２】
【数１２】
2013205399.tif 000014
【０１１３】
なお、アンテナ間相関演算部２０は、数式（１０）の代わりに数式（１３）を用いて、複数のアンテナ系統処理部１０１，１０２，１０３，１０４のうちいずれかのアンテナ系統処理部の受信アンテナにて受信された信号の位相を基準位相とした相関ベクトルを演算しても良い。数式（１３）において、上付き添え字のアスタリスク（＊）は、複素共役演算子を表す。これにより、レーダ装置１は、アンテナ間相関演算部２０の演算量を低減し、ターゲットからの反射波信号の各受信アンテナ間の位相差を簡易に演算できる。
【０１１４】
【数１３】
2013205399.tif 000015
【０１１５】
方向ベクトル記憶部２１は、レーダ装置１がターゲットにより反射された反射波信号の到来方向を示す方位角方向、即ち、レーダ装置１の送信ビーム幅程度に相当する範囲ＢＷの範囲内を、所定のＮＵ個の領域に分割した場合のアレーアンテナの複素応答を記憶する。本実施形態では、アレーアンテナの複素応答は、到来方向を示す方位角方向の範囲内を分割した場合の方位角成分θｕを含む方向ベクトルＤ（θｕ）である。ｕは１以上ＮＵ以下の整数である。ＮＵは、レーダ装置１の測定エリア及び送信ビーム幅ＢＷに応じて決定された所定数である。
【０１１６】
アレーアンテナの複素応答は、例えば電波暗室において予め測定され、アレーアンテナ間のアンテナ素子間隔にて幾何学的に演算される位相差情報に加え、アレーアンテナ間のアンテナ素子間の結合、並びに振幅及び位相の各誤差を含む偏差情報を含み、後述の実施形態においても同様である。
【０１１７】
推定範囲選択部２２は、送信ビーム制御部８からの指示、即ち、送信ビーム形成部９により形成される送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）を入力する。推定範囲選択部２２は、送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）及びレーダ送信ビームの送信ビーム幅程度に相当する範囲ＢＷを基に、反射波信号の到来方向の推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））を、数式（１４）に従って選択する。ここで、ｑは自然数であり、主ビーム方向の走査回数を表す序数である。
【０１１８】
【数１４】
2013205399.tif 000016
【０１１９】
推定範囲選択部２２は、Ｎｆ回の送信周期Ｔｒ毎に（Ｎｆ×Ｔｒ）、反射波信号の到来方向の推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））を切り替える（図８参照）。推定範囲選択部２２は、推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））を到来方向推定部２３に出力する。
【０１２０】
具体的には、推定範囲選択部２２は、第１回目のＮｆ回の送信周期（Ｎｆ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部８からの指示に同期して、反射波信号の到来方向の推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（１））を、「θ（１）−ＢＷ／２」から「θ（１）＋ＢＷ／２」までの範囲に選択する。
【０１２１】
また、推定範囲選択部２２は、第２回目のＮｆ回の送信周期（Ｎｆ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部８からの指示に同期して、反射波信号の到来方向の推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（２））を、「θ（２）−ＢＷ／２」から「θ（２）＋ＢＷ／２」までの範囲に選択する。
【０１２２】
また、推定範囲選択部２２は、第３回目のＮｆ回の送信周期（Ｎｆ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部８からの指示に同期して、反射波信号の到来方向の推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（３））を、「θ（３）−ＢＷ／２」から「θ（３）＋ＢＷ／２」までの範囲に選択する。
【０１２３】
なお、推定範囲選択部２２は、推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））に応じた方向ベクトルＤ（θｓｅｌｅｃｔ）を方向ベクトル記憶部２１から読み出して到来方向推定部２３に出力しても良い。
【０１２４】
到来方向推定部２３は、アンテナ間相関演算部２０から出力された相関行列Ｂ（ｋ）、推定範囲選択部２２から出力された推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））を入力する。到来方向推定部２３は、推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））に応じた方向ベクトルＤ（θｓｅｌｅｃｔ）を方向ベクトル記憶部２１から読み出す。
【０１２５】
到来方向推定部２３は、相関行列Ｂ（ｋ）、及び推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））に応じた方向ベクトルＤ（θｓｅｌｅｃｔ）を基に、離散時刻ｋ毎に、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向の評価関数値を算出する。
【０１２６】
到来方向推定部２３の動作を、図９を参照して説明する。図９は、第１の実施形態の到来方向推定部２３の動作を説明するフローチャートである。
【０１２７】
図９において、到来方向推定部２３は、レーダ送信ビームの走査の開始時であるｑ＝１を、レーダ装置１における方向推定処理の開始時とする（Ｓ１１）。到来方向推定部２３は、推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））に応じた方向ベクトルＤ（θｓｅｌｅｃｔ）を方向ベクトル記憶部２１から読み出す（Ｓ１２）。
【０１２８】
到来方向推定部２３は、方向ベクトルＤ（θｓｅｌｅｃｔ）と相関行列Ｂ（ｋ）とを用いて、反射波信号の到来方向の評価関数値Ｐ［Ｄ（θｓｅｌｅｃｔ），ｋ］を、数式（１５）に従って演算する（Ｓ１３）。
【０１２９】
【数１５】
2013205399.tif 000017
【０１３０】
なお、評価関数値Ｐ［Ｄ（θｓｅｌｅｃｔ），ｋ］は、到来方向推定アルゴリズムによって種々知られており、本実施形態を含む各実施形態では、例えば下記参考非特許文献１において開示されているアレーアンテナを用いたビームフォーマ法の評価関数値を用いる。数式（１５）において、上付き添え字Ｈは、エルミート転置演算子である。他に、Ｃａｐｏｎ法又はＭＵＳＩＣ法を用いても良く、この場合、演算処理量は増大するが、角度分解能を高めた推定値が得られる。
【０１３１】
（参考非特許文献１）ＪＡＭＥＳ  Ａ．  Ｃａｄｚｏｗ、「Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｕｂｓｐａｃｅ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ」、Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｖｏｌ.２８，  Ｉｓｓｕｅ：１、ｐｐ．６４−７９（１９９２）
【０１３２】
到来方向推定部２３は、レーダ送信ビームの走査回数ｑが、所定の走査範囲の走査が完了したかどうかにより異なる動作を行う（Ｓ１４）。すなわち、ビーム走査回数ｑが所定ビーム走査回数ｑ＝Ｎｑｅｎｄよりも小さい場合（Ｓ１４、ＮＯ）、ｑ＝ｑ＋１としてレーダ送信ビームの走査を継続し（Ｓ１６）、ステップＳ１２〜Ｓ１３を繰り返す。
【０１３３】
一方、ビーム走査回数ｑが所定のレーダ送信ビームの走査回数Ｎｑｅｎｄと等しくなる場合、レーダ装置１の検出範囲のビーム走査が完了したものとみなし（Ｓ１４，ＹＥＳ）、到来方向推定部２３は、ステップＳ１３において演算された離散時刻ｋ毎の到来方向の評価関数値Ｐ［Ｄ（θ），ｋ）］が極大値となる方位角成分ＤＯＡ（ｋ）を到来方向推定値とする（Ｓ１５）。
【０１３４】
以上の動作終了後に、到来方向推定部２３が、レーダ送信ビームの走査範囲内のターゲットの検出を繰り返し継続する場合、θ（１），θ（２），〜，θ（Ｎｑｅｎｄ−１），θ（Ｎｑｅｎｄ）の順に、送信ビームの走査を１番目の主ビーム方向（θ（１））から順次開始する（図９の点線参照）。ここで、θ（Ｎｑｅｎｄ）は、レーダ装置１のレーダ送信ビームの走査範囲内において終了時に送信されるレーダ送信ビームの主ビーム方向を表す。
【０１３５】
なお、到来方向推定部２３が、レーダ送信ビームの走査範囲内のターゲットの検出を繰り返し継続する場合、レーダ送信ビームの走査方向の順序を変えても良い。例えば、送信ビーム走査をθ（Ｎｑｅｎｄ），θ（Ｎｑｅｎｄ−１），〜，θ（２），θ（１）の順に、レーダ送信ビームの走査を、前回のレーダ送信ビームの走査方向に対して逆順に行っても良い。
【０１３６】
図１０は、受信アレーアンテナ素子数４及び等距離の異なる角度の位置にターゲットが４つ存在する場合の到来方向の推定シミュレーション結果を示す図である。４つのターゲットからの反射波信号の到来方向の真値は、それぞれ、−１０°、０°、１０°及び２０°である。
【０１３７】
図１０（ａ）は、送信ビームの走査を行わない場合（なお、送信アンテナの指向性は±３０°範囲に一様であり、レーダ送信ビームの走査時の主ビーム方向の利得と一致している）の推定シミュレーション結果を示す図である。図１０（ｂ）は、レーダ送信ビームの走査は行うが、推定範囲がレーダ送信ビームの主ビーム方向に従って推定範囲が選択されない場合の推定シミュレーション結果を示す図である。図１０（ｃ）は、レーダ送信ビームの走査があり、更にレーダ送信ビームの主ビーム方向に従って推定範囲が選択される場合の推定シミュレーション結果を示す図である。
【０１３８】
図１０（ａ）から図１０（ｃ）では、横軸は角度方向［度］を表し、縦軸は、横軸の到来方向に対する評価関数値［ｄＢ］を表す。図１０（ａ）に示す推定シミュレーション結果では、図１７（ｂ）に示す推定シミュレーション結果と同様に、レーダ送信部Ｔｘはレーダ送信ビームの走査を行わないため、４つのターゲットからの反射波信号を同時に受信することとなり、アンテナ素子数と同数程度のターゲットからの反射波信号を分離する必要があるため、到来方向の推定精度が劣化している。
【０１３９】
次に、図１０（ｂ）では、レーダ送信ビーム毎に、レーダ送信ビームの走査範囲において、全ての反射波信号を基に到来方向の評価関数値を算出する。このため、到来方向の評価関数値の加算値は、主ビーム方向に含まれない範囲では反射波信号の受信ＳＮＲが低いため、ノイズ成分が強調されて誤差が生じるので、到来方向の推定精度が劣化する。
【０１４０】
一方、本実施形態のレーダ装置１は、レーダ装置１のレーダ送信ビームの走査範囲内においてレーダ送信ビームの主ビーム方向を順次切り替え、レーダ送信ビームの主ビーム方向及びレーダ装置１の送信ビーム幅程度の範囲内において、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向を推定する。
【０１４１】
即ち、レーダ装置１は、レーダ送信ビームの主ビーム方向θに応じた推定範囲を選択して、反射波信号の受信ＳＮＲが最も良好となる角度の範囲を用いて、選択された推定範囲内における反射波信号の到来方向の推定値を算出する。これにより、図１０（ｃ）では、レーダ装置１は、ターゲットからの反射波信号の到来方向の推定精度を向上でき、到来方向の推定誤差を低減できる。
【０１４２】
更に、レーダ装置１は、レーダ送信ビームの主ビーム方向θに応じた推定範囲を選択して、反射波信号の受信ＳＮＲが最も良好となる角度の範囲において、反射波信号の到来方向を推定するので、１個のレーダ送信ビームあたりの演算処理時間を低減でき、回路構成を簡易化できる。
【０１４３】
また、レーダ装置１は、距離分解能ΔＲ以内にアンテナ素子数以上のターゲットが存在しても、レーダ送信ビームの主ビーム方向及び送信ビーム幅の範囲以外の方向に存在するターゲットからの反射波信号を空間的に抑圧できる。
【０１４４】
これにより、レーダ装置１は、距離分解能ΔＲ以内であって、レーダ送信ビームの主ビーム方向及び送信ビーム幅の範囲内に存在する各ターゲットからの反射波信号の数を、受信アレーアンテナの素子数よりも少なく、受信できる確率が増えるため、ビーム幅ＢＷの範囲内において、距離分解能ΔＲ以内に存在する複数個のターゲットからの反射波信号を高精度に分解及び検出できる。
【０１４５】
更に、レーダ装置１は、レーダ受信部において信号処理により到来角の推定を行うため、例えば３度から１０度前後程度の比較的送信ビーム幅の広い、レーダ送信ビームを使用でき、レーダ装置１のビーム走査範囲内におけるレーダ送信ビームの走査時間を短縮できる。例えば、レーダ装置１は、ビーム走査範囲が１００度である場合に、１０度の送信ビーム幅のレーダ送信ビームを用いる場合には、上述した従来のレーダ装置にける狭角（例えば１度）の送信ビームの走査に比べて、レーダ送信ビームの走査回数を１０分の１に削減できる。
【０１４６】
更に、レーダ装置１は、レーダ送信ビームの送信ビーム幅内の範囲を高分解能方向推定するため、レーダ送信ビームは５〜１０度前後程度の送信ビーム幅を用いても高分解能方向推定が可能であり、数度程度の狭ビーム幅のレーダ送信ビームでの走査を用いる構成に比べ、アンテナ開口長を小さくできるため、アンテナサイズを小型化でき、レーダ装置１を小型化できる。
【０１４７】
（第１の実施形態の変形例）
図１１は、第１の実施形態の変形例のレーダ装置１ｘのレーダ受信部Ｒｘｘの内部構成を詳細に示すブロック図である。なお、レーダ装置１ｘのレーダ送信部の構成は図３に示すレーダ送信部Ｔｘと同様であるため、図１１において図示を省略している。レーダ受信部Ｒｘｘは、図３に示すレーダ受信部Ｒｘに、更に補正係数乗算部２５を有する。図１１の説明において、図３に示すレーダ受信部Ｒｘの各部の符号と同様の構成には同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１４８】
第１の実施形態では、各々の送信アンテナ若しくは送信ＲＦ部の送信系統間の偏差により、レーダ送信ビームの主ビーム方向θに応じて、レーダ送信ビームの信号レベル間に利得差が生じる場合がある。
【０１４９】
本変形例では、送信系統間又は受信系統間に生じる偏差によってレーダ送信ビーム間の信号レベルの利得差が無視できない場合に、レーダ装置１ｘは、レーダ送信ビームの信号レベルの利得差を補正する。
【０１５０】
補正係数乗算部２５は、レーダ送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）に応じた送信ビームの信号レベルの利得毎に、偏差によって生じる利得差を補正するためのビーム間利得補正係数のテーブルを保持している。テーブルのビーム間利得補正係数は、予めシミュレーション又は実測によって算出されている。
【０１５１】
補正係数乗算部２５は、送信ビーム制御部８からの指示を入力し、レーダ送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）を基に、主ビーム方向θ（ｑ）に応じたビーム間利得補正係数ΔＧ（θ（ｑ））をテーブルから読み出して到来方向推定部２３ｘに出力する。
【０１５２】
到来方向推定部２３ｘは、方向ベクトルＤ（θｓｅｌｅｃｔ）と相関行列Ｂ（ｋ）と更にオフセット値としてのビーム間利得補正係数ΔＧ（θ（ｑ））とを用いて、反射波信号の到来方向の評価関数値Ｐ［Ｄ（θｓｅｌｅｃｔ），ｋ］を、数式（１６）に従って演算する。以降の説明は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。βは所定係数である。
【０１５３】
【数１６】
2013205399.tif 000018
【０１５４】
これにより、レーダ装置１ｘは、レーダ送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）に応じて送信系統間又は受信系統間に生じる偏差によるレーダ送信ビームの信号レベルの利得差を補正でき、反射波信号の到来方向の評価関数値を適切に算出できる。従って、レーダ装置１ｘは、ターゲットからの反射波信号の到来方向の推定精度を一層向上でき、到来方向の推定誤差を一層低減できる。
【０１５５】
（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態のレーダ装置１ｙの内部構成を詳細に示すブロック図である。本実施形態では、第１の実施形態と同様のレーダ送信ビームの送信ビーム幅ＢＷ程度（数式（１４）参照）の範囲にＮ波の反射波信号を含むと想定し、ターゲットからの反射波信号の到来方向の推定に最尤推定（ＭＬＥ：Maximum Likelihood Estimation）を用いる。Ｎは一度に送信されたレーダ送信ビームの送信ビーム幅内の方向に存在するターゲット数である。以下、説明を簡単にするために、Ｎ＝２として説明するが、本実施形態はＮ＝２に限定されない。
【０１５６】
レーダ装置１ｙは、基準信号発振器Ｌｏ、送信ビーム制御部８、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘｙを含む。レーダ受信部Ｒｘｙは、例えば４個のアンテナ系統処理部１０１，１０２，１０３，１０４、アンテナ間相関演算部２０、ＭＬＥ用方向ベクトル記憶部２７、推定範囲選択部２２ｙ及び到来方向推定部２３ｙを有する。図１２に示すレーダ受信部Ｒｘｙは４個のアンテナ系統処理部を有しているが、アンテナ系統処理部の個数は４個に限定されず２個以上であれば良い。
【０１５７】
以下、本実施形態のレーダ装置１ｙと第１の実施形態のレーダ装置１とにおいて同様の構成及び動作については説明を省略し、レーダ装置１と異なる内容について説明する。
【０１５８】
ＭＬＥ用方向ベクトル記憶部２７は、レーダ装置１ｙがターゲットにより反射された反射波信号の到来方向を示す方位角、即ち、レーダ装置１ｙの送信ビーム幅ＢＷの範囲内を、所定のＮＵ個の領域に分割した場合のアレーアンテナの複素応答を記憶する。本実施形態では、アレーアンテナの複素応答は、到来方向を示す方位角の範囲内を分割した場合の方位角成分θｕを含む方向ベクトルＤ（θｕ）である。ｕは１以上ＮＵ以下の整数である。ＮＵは、レーダ装置１の測定エリア及び送信ビーム幅ＢＷに応じて決定された所定数である。
【０１５９】
ＭＬＥ用方向ベクトル記憶部２７は、更に、数式（１７）により示される方向行列Ｚ（ψ０，ψ１）を記憶する。数式（１７）において、ψ０，ψ１は推定範囲選択部２２ｙにより選択される範囲内の値である（数式（１８）参照）。
【０１６０】
【数１７】
2013205399.tif 000019
【０１６１】
【数１８】
2013205399.tif 000020
【０１６２】
推定範囲選択部２２ｙは、送信ビーム制御部８からの指示、即ち、送信ビーム形成部９により形成された送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）を入力する。推定範囲選択部２２ｙは、送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）及びレーダ送信ビームの送信ビーム幅程度に相当する範囲ＢＷを基に、反射波信号の到来方向の推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））を、数式（１４）に従って選択する。
【０１６３】
推定範囲選択部２２ｙは、Ｎｆ回の送信周期Ｔｒ毎に（Ｎｆ×Ｔｒ）、反射波信号の到来方向の推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））を切り替える（図８参照）。推定範囲選択部２２は、推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））を到来方向推定部２３に出力する。
【０１６４】
図１３は、１つの送信ビームの走査方向に対する到来方向の推定範囲を示す図である。図１３では、横軸及び縦軸は、レーダ送信ビームの主ビーム方向［度］に対応する方位角方向の推定範囲ψ０，ψ１［度］を表す。
【０１６５】
図１３では、一つの小さい四角はそれぞれ形成されるレーダ送信ビームの主ビーム方向を表し、−２０度から＋２０度までが示されている。また、図１３では、レーダ送信ビームはレーダ装置１ｙのビーム幅（例えば、−２０度から＋２０度）の範囲において合計８回形成され、レーダ送信ビームの走査回数は８回である。また、一つの小さい四角の面積は形成されるレーダ送信ビームに応じてレーダ受信部Ｒｘｙがターゲットの推定範囲に対して実行する到来角の推定を行う演算範囲を表す。
【０１６６】
図１３の横軸及び縦軸がそれぞれ−２０度から＋２０度までの範囲の面積の値が従来のレーダ装置におけるターゲットの推定範囲に対して実行する推定演算量を示すため、本実施形態のレーダ装置１ｙは、従来のレーダ装置に比べて、ターゲットの推定演算量を一層低減できる。
【０１６７】
なお、推定範囲選択部２２ｙは、推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））に応じた方向ベクトルＤ（θｓｅｌｅｃｔ）及び方向行列Ｚ（ψ０，ψ１）をＭＬＥ用方向ベクトル記憶部２７から読み出して到来方向推定部２３に出力しても良い。
【０１６８】
到来方向推定部２３ｙは、アンテナ間相関演算部２０から出力された相関行列Ｂ（ｋ）、推定範囲選択部２２ｙから出力された推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））又はＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））及び方向行列Ｚ（ψ０，ψ１）を入力する。到来方向推定部２３ｙは、推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））に応じた方向ベクトルＤ（ψ０），Ｄ（ψ１）をＭＬＥ用方向ベクトル記憶部２７から読み出す。
【０１６９】
到来方向推定部２３ｙは、相関行列Ｂ（ｋ）、推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））に応じた方向ベクトルＤ（ψ０），Ｄ（ψ１）及び方向行列Ｚ（ψ０，ψ１）を基に、離散時刻ｋ毎に、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向を推定する。
【０１７０】
到来方向推定部２３ｙの動作を、図１４を参照して説明する。図１４は、第２の実施形態の到来方向推定部２３ｙの動作を説明するフローチャートである。
【０１７１】
図１４において、到来方向推定部２３は、ビーム走査の開始時であるｑ＝１を、レーダ装置１ｙにおける方向推定処理の開始時とする（Ｓ２１）。到来方向推定部２３ｙは、推定範囲ＲａｎｇｅＤＯＡ（θ（ｑ））に応じた方向ベクトルＤ（ψ０），Ｄ（ψ１）及び方向行列Ｚ（ψ０，ψ１）をＭＬＥ用方向ベクトル記憶部２７から読み出す（Ｓ２２）。
【０１７２】
到来方向推定部２３ｙは、方向ベクトルＤ（ψ０），Ｄ（ψ１）と方向行列Ｚ（ψ０，ψ１）と相関行列Ｂ（ｋ）とを用いて、反射波信号の到来方向の評価関数値Ｐ［ψ０，ψ１，ｋ］を、数式（１９）に従って演算する（Ｓ２３）。数式（２０）において、なお、Ｂｎｃ（ｋ）は、アンテナ間相関演算部２０から出力される相関行列Ｂ（ｋ）のｎｃ番目の列ベクトルを示す。なお、相関行列Ｂ（ｋ）の複数の列ベクトルを用いた評価関数値をそれぞれ加算した値を評価関数値としても良い。
【０１７３】
【数１９】
2013205399.tif 000021
【０１７４】
到来方向推定部２３ｙは、レーダ送信ビームの走査回数ｑが、所定の走査範囲の走査が完了したかどうかにより、異なる動作を行う（Ｓ２４）。すなわち、走査回数ｑが所定のレーダ送信ビームの走査回数ｑ＝Ｎｑｅｎｄよりも小さい場合（Ｓ２４、ＮＯ）、ｑ＝ｑ＋１としてレーダ送信ビームの走査を継続し（Ｓ２６）、ステップＳ２２〜Ｓ２３を繰り返す。
【０１７５】
一方、ビーム走査回数ｑが所定のレーダ送信ビームの走査回数Ｎｑｅｎｄと等しくなる場合、レーダ装置１ｙの検出範囲のビーム走査が完了したものとみなす（Ｓ２４、ＹＥＳ）。到来方向推定部２３ｙは、ステップＳ２３において演算された主ビーム方向θ（ｑ）毎に得られた離散時刻ｋ毎の到来方向の評価関数値Ｐ［ψ０，ψ１，ｋ］を用いて、レーダ装置１ｙの検出範囲内での離散時刻ｋ毎の到来方向の評価関数値Ｐ［ψ０，ψ１，ｋ］が極大値となる方位角成分ＤＯＡ（ｋ）を到来方向推定値とする（Ｓ２５）。ここで、θｍｉｎ＜ψ０，ψ１＜θｍａｘである。
【０１７６】
以上の動作終了後に、到来方向推定部２３ｙが、レーダ送信ビームの走査範囲内のターゲットの検出を繰り返し継続する場合、θ（１），θ（２），〜，θ（Ｎｑｅｎｄ−１），θ（Ｎｑｅｎｄ）の順に、送信ビームの走査を１番目の主ビーム方向（θ（１））から順次開始する（図１４の点線参照）。ここで、θ（Ｎｑｅｎｄ）は、レーダ装置１のレーダ送信ビームの走査範囲内において終了時に送信されるレーダ送信ビームの主ビーム方向を表す。
【０１７７】
なお、到来方向推定部２３ｙが、レーダ送信ビームの走査範囲内のターゲットの検出を繰り返し継続する場合、レーダ送信ビームの走査方向の順序を変えても良い。例えば、送信ビーム走査をθ（Ｎｑｅｎｄ），θ（Ｎｑｅｎｄ−１），〜，θ（２），θ（１）の順に、レーダ送信ビームの走査を、前回のレーダ送信ビームの走査方向に対して逆順に行っても良い。
【０１７８】
以上により、本実施形態のレーダ装置１ｙは、第１の実施形態と同様のレーダ送信ビームの送信ビーム幅（数式（１４）参照）の範囲にＮ波の反射波信号を含むと想定し、ターゲットからの反射波信号の到来方向の推定に最尤推定（ＭＬＥ：Maximum Likelihood Estimation）を用いる。
【０１７９】
図１５（ａ）及び（ｂ）は、受信アレーアンテナ素子数４及び等距離の異なる角度の位置にターゲットが２つ存在する場合の到来方向の推定シミュレーション結果を示す図である。２つのターゲットからの反射波信号の到来方向の真値は、図１５（ａ）において、それぞれ、０°、５°、図１５（ｂ）において、それぞれ２０°及び２５°である。
【０１８０】
図１５（ａ）及び（ｂ）では、図１０（ｃ）に示す第１の実施形態のレーダ装置１の推定シミュレーション結果に対し、本実施形態における最尤推定（ＭＬＥ）の推定シミュレーション結果が更に示されている。
【０１８１】
本実施形態では、ターゲットからの反射波信号の到来方向の推定に最尤推定を用いることで、レーダ装置１ｙの距離分解能ΔＲ以内に存在し、且つ、レーダ装置１ｙからの方位角が近い２個のターゲット（例えば、０度，５度）からの反射波信号を高精度に分解でき、各々のターゲットからの反射波信号の到来方向の推定精度を向上できる。これにより、レーダ装置１ｙは、第１の実施形態のレーダ装置１より、ターゲットからの反射波信号の到来方向の推定精度を一層向上でき、到来方向の推定誤差を一層低減できる。
【０１８２】
また、到来方向推定部２３ｙは、レーダ送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）に対し、θ（ｑ）−BW/2からθ（ｑ）＋BW/2の限定した選択範囲に対し、到来方向の評価関数値の算出を行うため、ＭＬＥによる１度刻みにおける２波の到来方向の評価関数値の演算回数は、［ＢＷ×（ＢＷ＋１）／２］×Ｎｑｅｎｄとなる。
【０１８３】
一方、従来の技術では、全ての検出範囲θｍｉｎ＜θ＜θｍａｘを用いてＭＬＥによる１度刻みにおける２波の到来方向の評価関数値の演算回数は、（θｍａｘ−θｍｉｎ）×（θｍａｘ−θｍｉｎ＋１）／２となる。
【０１８４】
（θｍａｘ−θｍｉｎ）はＢＷ×Ｎｑｅｎｄ程度の値とすることにより、（θｍａｘ−θｍｉｎ＋１）／（ＢＷ＋１）程度の評価関数値の演算回数の低減が可能となる。例えば、（θｍａｘ−θｍｉｎ）＝６１、ＢＷ＝６では、１／９程度に演算量を低減でき、大幅な処理量削減が可能となる。
【０１８５】
（第２の実施形態の変形例）
図１６は、第２の実施形態の変形例のレーダ装置１ｚのレーダ受信部Ｒｘｚの内部構成を詳細に示すブロック図である。なお、レーダ装置１ｚのレーダ送信部の構成は図２に示すレーダ送信部Ｔｘと同様であるため、図１６において図示を省略している。レーダ受信部Ｒｘｚは、図１２に示すレーダ受信部Ｒｘｙに、更に補正係数乗算部２５ｚを有する。図１６の説明において、図１２に示すレーダ受信部Ｒｘｙの各部の符号と同様の構成には同一の符号を用いて説明を省略する。
【０１８６】
第２の実施形態では、各々の送信アンテナ若しくは送信ＲＦ部の送信系統間の偏差により、レーダ送信ビームの主ビーム方向θに応じて、レーダ送信ビームの信号レベル間に利得差が生じる場合がある。
【０１８７】
本変形例では、送信系統間又は受信系統間に生じる偏差によってレーダ送信ビーム間の信号レベルの利得差が無視できない場合に、レーダ装置１ｚは、レーダ送信ビームの信号レベルの利得差を補正する。
【０１８８】
補正係数乗算部２５ｚは、レーダ送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）に応じた送信ビームの信号レベルの利得毎に、偏差によって生じる利得差を補正するためのビーム間利得補正係数のテーブルを保持している。テーブルのビーム間利得補正係数は、予めシミュレーション又は実測によって算出されている。
【０１８９】
補正係数乗算部２５ｚは、送信ビーム制御部８からの指示を入力し、レーダ送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）を基に、主ビーム方向θ（ｑ）に応じたビーム間利得補正係数ΔＧ（θ（ｑ））をテーブルから読み出して到来方向推定部２３ｚに出力する。
【０１９０】
到来方向推定部２３ｚは、方向ベクトルＤ（ψ０），Ｄ（ψ１）と方向行列Ｚ（ψ０，ψ１）と相関行列Ｂ（ｋ）と更にオフセット値としてのビーム間利得補正係数ΔＧ（θ（ｑ））とを用いて、反射波信号の到来方向の評価関数値Ｐ［ψ０，ψ１，ｋ］を、数式（２０）に従って演算する。βは所定係数である。以降の説明は第２の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１９１】
【数２０】
2013205399.tif 000022
【０１９２】
これにより、レーダ装置１ｚは、レーダ送信ビームの主ビーム方向θ（ｑ）に応じて送信系統間又は受信系統間に生じる偏差によるレーダ送信ビームの信号レベルの利得差を補正でき、反射波信号の到来方向の評価関数値を適切に算出できる。従って、レーダ装置１ｚは、ターゲットからの反射波信号の到来方向の推定精度を一層向上でき、到来方向の推定誤差を一層低減できる。
【０１９３】
以上、図面を参照して各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【０１９４】
本発明は、方位検知範囲内の走査時間の増大を抑制し、限られたアンテナ数にて距離分解能以内の複数ターゲットの到来方向の推定精度を向上できるレーダ装置として有用である。
【符号の説明】
【０１９５】
１、１ｘ、１ｙ、１ｚ  レーダ装置
２  送信信号生成部
３１、３２、３Ｎ＿Ｔｘ  送信ＲＦ部
４  符号生成部
５  変調部
６  ＬＰＦ
７  Ｄ／Ａ変調部
１１  受信ＲＦ部
１２  信号処理部
１３  増幅器
１４  周波数変換部
１５  直交変調部
１６、１７  Ａ／Ｄ変換部
１８  相関演算部
１９  加算部
２０  アンテナ間相関演算部
２１  方向ベクトル記憶部
２２、２２ｙ  推定範囲選択部
２３、２３ｘ、２３ｙ、２３ｚ  到来方向推定部
２５、２５ｚ  補正係数乗算部
２７  ＭＬＥ用方向ベクトル記憶部
１０１、１０２、１０３、１０４  アンテナ系統処理部
Ｒｘ、Ｒｘｘ、Ｒｘｙ、Ｒｘｚ  レーダ受信部
Ｔｘ  レーダ送信部
【図１】
2013205399.tif 000023
【図２】
2013205399.tif 000024
【図３】
2013205399.tif 000025
【図４】
2013205399.tif 000026
【図５】
2013205399.tif 000027
【図６】
2013205399.tif 000028
【図７】
2013205399.tif 000029
【図８】
2013205399.tif 000030
【図９】
2013205399.tif 000031
【図１０】
2013205399.tif 000032
【図１１】
2013205399.tif 000033
【図１２】
2013205399.tif 000034
【図１３】
2013205399.tif 000035
【図１４】
2013205399.tif 000036
【図１５】
2013205399.tif 000037
【図１６】
2013205399.tif 000038
【図１７】
2013205399.tif 000039