(57)【要約】【課題】前処理の影響を補償して、高精度な到来方向を得る。【解決手段】到来した信号を受信する受信アンテナ１と、受信アンテナ１により受信された信号をデジタル変換する受信部２と、受信部２により変換された信号に対して前処理を行い、当該前処理に相当する一つの前処理行列を算出する前処理部３と、前処理部３により前処理された信号に対し、対応する前処理行列を用いて当該前処理に対する補償処理を施す補償処理部４と、補償処理部４により補償処理が施された信号を用いて、受信アンテナ１により受信された信号の到来方向を推定する到来方向推定処理部５とを備えた。【選択図】図１
2016138829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数設けられてアレーアンテナを構成し、到来した信号を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナにより受信された信号をデジタル変換する受信部と、
前記受信部により変換された信号に対して前処理を行い、当該前処理に相当する一つの前処理行列を算出する前処理部と、
前記前処理部により前処理された信号に対し、対応する前記前処理行列を用いて当該前処理に対する補償処理を施す補償処理部と、
前記補償処理部により補償処理が施された信号を用いて、前記受信アンテナにより受信された信号の到来方向を推定する到来方向推定処理部と
を備えた到来方向推定装置。
【請求項２】
前記前処理部は、
前記受信部により変換された信号に対し、窓関数を乗算する窓関数乗算部と、
前記窓関数乗算部により処理された信号に対し、離散フーリエ変換を行う離散フーリエ変換部と、
前記離散フーリエ変換部により処理された信号に対し、中心周波数の信号又はピークを含む規定帯域内の信号を抽出する帯域制限部と、
前記窓関数乗算部、前記離散フーリエ変換部及び前記帯域制限部による各処理をまとめた前記前処理行列を算出する前処理行列算出部と
を有することを特徴とする請求項１記載の到来方向推定装置。
【請求項３】
前記前処理部は、
前記受信部により変換された信号に対し、当該信号の総数が２のべき乗になるように０を付加する０付加部と、
前記０付加部により処理された信号に対し、窓関数を乗算する窓関数乗算部と、
前記窓関数乗算部により処理された信号に対し、高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換部と、
前記高速フーリエ変換部により処理された信号に対し、中心周波数の信号又はピークを含む規定帯域内の信号を抽出する帯域制限部と、
前記０付加部、前記窓関数乗算部、前記高速フーリエ変換部及び前記帯域制限部による各処理をまとめた前記前処理行列を算出する前処理行列算出部と
を有することを特徴とする請求項１記載の到来方向推定装置。
【請求項４】
前記前処理部は、
前記受信部により変換された信号に対し、当該信号の総数が２のべき乗になるように０を付加する０付加部と、
前記０付加部により処理された信号に対し、窓関数を乗算する窓関数乗算部と、
前記窓関数乗算部により処理された信号に対し、高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換部と、
前記高速フーリエ変換部により処理された信号に対し、中心周波数の信号又はピークを含む規定帯域内の信号を抽出する帯域制限部と、
前記帯域制限部により抽出された信号に対し、当該信号の総数が２のべき乗になるように０を付加する第２の０付加部と、
前記第２の０付加部により処理された信号に対し、逆高速フーリエ変換を行う逆高速フーリエ変換部と、
前記０付加部、前記窓関数乗算部、前記高速フーリエ変換部、前記帯域制限部、前記第２の０付加部及び前記逆高速フーリエ変換部による各処理をまとめた前記前処理行列を算出する前処理行列算出部と
を有することを特徴とする請求項１記載の到来方向推定装置。
【請求項５】
前記受信アンテナにより受信された信号に対応する参照信号を取得する参照信号取得部とを備え、
前記前処理部は、前記参照信号取得部により取得された参照信号を用いて前記前処理を行う
ことを特徴とする請求項１記載の到来方向推定装置。
【請求項６】
前記前処理部は、
前記受信部により変換された信号及び前記参照信号取得部により取得された参照信号を用いて、相互相関処理を行う相互相関処理部と、
前記相互相関処理部により処理された信号に対し、ピークを含む規定帯域内の信号を抽出するピーク周辺抽出部と、
前記相互相関処理部及び前記ピーク周辺抽出部による各処理をまとめた前記前処理行列を算出する前処理行列算出部と
を有することを特徴とする請求項５記載の到来方向推定装置。
【請求項７】
前記前処理部は、
前記受信部により変換された信号を、パルスヒット毎に分割するヒット分割部と、
前記ヒット分割部により分割された信号及び前記参照信号取得部により取得された参照信号を用いて、相互相関処理を行う相互相関処理部と、
前記相互相関処理部により処理された信号に対し、パルスヒット間のフーリエ変換を行うヒット間フーリエ変換部と、
前記ヒット間フーリエ変換部により処理された信号に対し、絶対値又は二乗値におけるピークを含む規定帯域内のレンジビン及びドップラビンの信号を抽出するピーク周辺抽出部と、
前記ヒット分割部、前記相互相関処理部、前記ヒット間フーリエ変換部及び前記ピーク周辺抽出部による各処理をまとめた前記前処理行列を算出する前処理行列算出部と
を有することを特徴とする請求項５記載の到来方向推定装置。
【請求項８】
前記補償処理部は、前記前処理行列の疑似逆行列を補償行列とし、前記前処理部により前処理された信号に当該補償行列を乗算する
ことを特徴とする請求項１記載の到来方向推定装置。
【請求項９】
前記補償処理部は、前記前処理行列から特異値分解により特異値及び特異ベクトルを算出し、当該特異値及び当該特異ベクトルから補償行列を算出し、前記前処理部により前処理された信号に当該補償行列を乗算する
ことを特徴とする請求項１記載の到来方向推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アレーアンテナを用いて受信した信号の到来方向を推定する到来方向推定装置であって、受信信号に対する前処理の影響を補償することで高精度な到来方向の推定を実現する到来方向推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電波、光波、音波等を受信するアレーアンテナを用いた到来方向推定では、アレーアンテナを構成する複数の受信アンテナで時間方向に複数の受信信号を取得した後に到来波数を推定し、到来方向の推定を行う。到来方向の推定では、受信信号間の相関行列を用いる方法が一般的である。この相関行列を用いた計算の前に、時間サンプル数（スナップショット数）の削減又はＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）の改善を目的として、受信信号に対して様々な前処理が施されることがある。
【０００３】
到来波数の推定法として、相関行列の固有値分布に基づく方法があるが、上記の前処理の影響によって、相関行列の固有値分布が影響を受ける。そのため、波数推定が困難であり、その結果、到来方向の推定精度が劣化するという課題がある。
【０００４】
以下に、この課題について説明する。
Ｍ素子のアレーアンテナで時間サンプル数Ｎの信号を受信した場合の受信信号行列Ｘ（Ｍ×Ｎ）は下式（１）のようにかける。
2016138829.tif 000003
ここで、ＡはＭ×１のステアリングベクトルＡ（θＫ）を到来波数Ｋ波分だけ並べたステアリング行列（Ｍ×Ｋ）であり、Ｓは信号行列（Ｋ×Ｎ）であり、Ｎは雑音行列（Ｍ×Ｎ）である。
【０００５】
そして、受信信号行列Ｘの相関行列Ｒｘｘは下式（２）のようにかける。
2016138829.tif 000004
ここで、ＲＳは下式（３）で表される信号相関行列であり、σＮは雑音電力であり、ＩＭはＭ×Ｍの単位行列である。また、信号と雑音は無相関であるとした。
2016138829.tif 000005
【０００６】
そして、上記の相関行列Ｒｘｘを固有値展開することにより、下式（４）を得ることができる。
2016138829.tif 000006
ここで、ＥＳは信号に対応する固有ベクトルを並べた行列であり、ΛＳは信号に対応する固有値を対角項に並べた対角行列であり、ＥＮは雑音に対応する固有ベクトルを並べた行列である。そして、この固有値の分布を用いることにより、到来波数を推定することが可能である。
【０００７】
ここで、受信信号に対して何らかの前処理（例えば線形変換）を施すことを考える。前処理を施した後の受信信号行列Ｘチルダ（Ｍ×Ｌ）は下（５）のようにかける。
2016138829.tif 000007
ここで、Ｂは前処理の行列（Ｎ×Ｌ）であり、Ｌは任意の整数である。
【０００８】
そして、前処理を施した場合の受信信号行列Ｘチルダの相関行列Ｒｘｘチルダは下式（６）のようにかける。
2016138829.tif 000008
【０００９】
この式（６）を見ても分かるように、Ｂにより、信号及び雑音に対応する固有値が影響を受けて到来波数の推定が困難となる。
【００１０】
このような課題に対し、従来から、雑音が相関をもつ場合に無相関化（白色化）する方法が知られている（例えば非特許文献１，２参照）。雑音の相関行列をＲＮとして、これをコレスキー分解等により、下式（７）のように分解する。
2016138829.tif 000009
【００１１】
そして、分解した雑音相関行列ＲＮを相関行列Ｒｘｘチルダに対して下式（８）のように乗算することにより、雑音相関行列を単位行列化することができる。
2016138829.tif 000010
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】山田、“高分解能到来波推定法の基礎と実際，”電子情報通信学会アンテナ・伝搬における設計・解析手法ワークショップ、アンテナ・伝搬における設計・解析手法、２００６．
【非特許文献２】Hamid KRIM and Mats VIBERG、“Two decades of array signal processing research，”IEEE Signal Processing Magazine、Volume 13, Issue 4、ｐｐ．６７−９４、July、１９９６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、非特許文献１，２に開示された方法では、信号のステアリングベクトルが変化してしまうという課題がある。また、信号相関行列が無相関化されないという課題がある。
【００１４】
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、前処理の影響を補償して、高精度な到来方向を得る到来方向推定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明に係る到来方向推定装置は、複数設けられてアレーアンテナを構成し、到来した信号を受信する受信アンテナと、受信アンテナにより受信された信号をデジタル変換する受信部と、受信部により変換された信号に対して前処理を行い、当該前処理に相当する一つの前処理行列を算出する前処理部と、前処理部により前処理された信号に対し、対応する前処理行列を用いて当該前処理に対する補償処理を施す補償処理部と、補償処理部により補償処理が施された信号を用いて、受信アンテナにより受信された信号の到来方向を推定する到来方向推定処理部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、上記のように構成したので、前処理の影響を補償して、高精度な到来方向を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る到来方向推定装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における前処理部の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る到来方向推定装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る到来方向推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１における前処理部の動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１における前処理部の動作を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態２における前処理部の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２における前処理部の動作を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態３における前処理部の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３における前処理部の動作を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態４に係る到来方向推定装置の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態４における前処理部の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る到来方向推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態４における前処理部の動作を示すフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態５における前処理部の構成を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態５における前処理部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、電波、光波、音波等を利用したシステムに適用できるものであるが、以下の実施の形態では電波を利用したシステムを想定して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る到来方向推定装置の構成を示す図である。
到来方向推定装置は、図１に示すように、受信アンテナ１、受信部２、前処理部３、補償処理部４及び到来方向推定処理部５から構成されている。
【００１９】
受信アンテナ１は、放射源５０から放射された電波（信号）、又は他の電波源から送信されて目標で反射された電波（信号）を受信するものである。図１の例では、放射源５０から放射された電波を受信する場合を示している。この受信アンテナ１は複数設けられ、アレーアンテナを構成している。
【００２０】
受信部２は、受信アンテナ１毎に設けられ、対応する受信アンテナ１により受信された信号（ＲＦ信号）に対して、増幅処理、帯域通過フィルタ処理、周波数変換処理、Ａ／Ｄ変換処理等の処理を行ってデジタル変換するものである。なお、ここでは、デジタル変換された信号には、ベースバンド複素信号が得られているものとする。また、デジタル変換された信号がＩＦ実信号であった場合、ヒルベルト変換又はデジタル直交検波によりベースバンド複素信号を得る構成としてもよい。
【００２１】
前処理部３は、受信部２毎に設けられ、対応する受信部２により変換された時間領域の信号に対し前処理を行い、また、当該前処理に相当する一つの前処理行列を算出するものである。この前処理部３の構成については後述する。
【００２２】
補償処理部４は、前処理部３毎に設けられ、対応する前処理部３により前処理された信号に対し、当該前処理部３により算出された対応する前処理行列を用いて当該前処理に対する補償処理を施すものである。この際、補償処理部４では、前処理行列の疑似逆行列を補償行列とし、前処理された信号に当該補償行列を乗算することで補償処理を施す。又は、前処理行列から特異値分解により特異値及び特異ベクトルを算出し、当該特異値及び当該特異ベクトルから補償行列を算出し、前処理された信号に当該補償行列を乗算することで補償処理を施す。
【００２３】
到来方向推定処理部５は、各補償処理部４により補償処理が施された信号を用いて、受信アンテナ１により受信された信号の到来方向（図１の到来方向θ）を推定するものである。
【００２４】
次に、前処理部３の構成について、図２を参照しながら説明する。
前処理部３は、図２に示すように、窓関数乗算部３０１、離散フーリエ変換部３０２、帯域制限部３０３及び前処理行列算出部３０４を有している。
【００２５】
窓関数乗算部３０１は、受信部２により変換された時間領域の信号に対し、窓関数を乗算するものである。
離散フーリエ変換部３０２は、窓関数乗算部３０１により処理された時間領域の信号に対し、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行うものである。
【００２６】
帯域制限部３０３は、離散フーリエ変換部３０２により処理された周波数領域の信号に対し、中心周波数の信号又はピークを含む規定帯域内の信号を抽出するものである。実施の形態１では、この帯域制限部３０３から出力された信号が、前処理部３により前処理された信号に相当する。
前処理行列算出部３０４は、窓関数乗算部３０１、離散フーリエ変換部３０２及び帯域制限部３０３による各処理をまとめた前処理行列を算出するものである。
この帯域制限部３０３により処理された信号及び前処理行列算出部３０４により算出された前処理行列を示す信号は、対応する補償処理部４に出力される。
【００２７】
次に、上記のように構成された到来方向推定装置を実現するためのハードウェア構成の一例を、図３を参照しながら説明する。
到来方向推定装置のハードウェア構成は、例えば図３に示すように、受信アンテナ１、受信装置１１、プロセッサ１２及びメモリ１３から構成されている。
【００２８】
この図３において、図１に示す受信部２は受信装置１１で実現される。また、図１に示す前処理部３、補償処理部４及び到来方向推定処理部５は、メモリ１３に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ１２により実現される。また、複数のプロセッサ１２及び複数のメモリ１３が連携して上記機能を実行してもよい。
【００２９】
次に、実施の形態１に係る到来方向推定装置の動作について、図４を参照しながら説明する。なお以下では、各受信アンテナ１は、図１のように放射源５０からの電波を直接受信するものとする。
到来方向推定装置の動作では、図４に示すように、まず、各受信アンテナ１は、放射源５０から放射された電波を受信する（ステップＳＴ４０１）。
【００３０】
次いで、各受信部２は、対応する受信アンテナ１により受信された信号（ＲＦ信号）に対して、増幅処理、帯域通過フィルタ処理、周波数変換、Ａ／Ｄ変換等の処理を行ってデジタル変換する（ステップＳＴ４０２）。
【００３１】
次いで、各前処理部３は、対応する受信部２により変換された時間領域の信号に対し前処理を行い、また、当該前処理に相当する一つの前処理行列を算出する（ステップＳＴ４０３，４０４）。以下、前処理部３の動作について、図５，６を参照しながら説明する。
【００３２】
前処理部３の動作では、図５に示すように、まず、窓関数乗算部３０１は、受信部２により変換された時間領域の信号に対し、窓関数を乗算する（ステップＳＴ５０１）。すなわち、図６（ａ），（ｂ）に示すように、受信部２からの時間領域の信号６０１に対し、窓関数６０２を乗算する。
【００３３】
次いで、離散フーリエ変換部３０２は、窓関数乗算部３０１により処理された時間領域の信号に対し、離散フーリエ変換を行う（ステップＳＴ５０２）。これにより、図６（ｃ）に示すような周波数領域の信号６０３が得られる。
【００３４】
次いで、帯域制限部３０３は、離散フーリエ変換部３０２により処理された周波数領域の信号に対し、中心周波数の信号又はピークを含む規定帯域内の信号を抽出する（ステップＳＴ５０３）。図６（ｃ）の例では、周波数領域の信号６０３に対し、ピーク６０４を含む３点抽出６０５で帯域制限を行った場合を示している。
【００３５】
次いで、前処理行列算出部３０４は、窓関数乗算部３０１、離散フーリエ変換部３０２及び帯域制限部３０３による各処理をまとめた前処理行列を算出する（ステップＳＴ５０４）。以下、前処理行列算出部３０４での前処理行列の算出について説明する。
【００３６】
前処理において、信号のＳＮＲ改善の目的のために、離散フーリエ変換後に、高スペクトルの信号が存在する帯域だけを抽出する処理がよく用いられる。ここで、受信アンテナ１の総数をＭとし、時間サンプル数をＮとし、離散フーリエ変換後に帯域制限としてＬ点を抽出する場合、これらの処理を行った後の受信信号行列Ｘチルダ（Ｍ×Ｌ）は下式（９），（１０）のように定式化できる。
2016138829.tif 000011
2016138829.tif 000012
ここで、ｗＮはＮサンプル番目の窓関数の値を示す。ＦＬＮはＮ×ＮのＤＦＴ行列ＦＮ（下式（１１））から信号の中心周波数となる周波数ビンｐを中心としてＬ行を抽出した下式（１２）で表される行列である。ここで、２Ｌチルダ＋１＝Ｌである。
2016138829.tif 000013
2016138829.tif 000014
【００３７】
したがって、前処理行列算出部３０４では、上記の前処理（窓関数乗算処理、離散フーリエ変換処理及び帯域制限処理）を全てまとめて、下式（１３）の前処理行列Ｂで表すことができる。
2016138829.tif 000015
【００３８】
なお、前処理行列算出部３０４は、周波数ビンｐ及び抽出点数Ｌを想定して事前に前処理行列Ｂを計算しておく構成としても構わない。
【００３９】
再び図４の動作説明に戻り、次いで、各補償処理部４は、対応する前処理部３により前処理された信号に対し、当該前処理部３により算出された対応する前処理行列を用いて当該前処理に対する補償処理を施す（ステップＳＴ４０５）。以下に、補償処理部４の動作について説明する。
【００４０】
式（６）で示したように、前処理行列Ｂにより、信号及び雑音相関行列が影響を受ける。補償処理部４ではこの影響を補償するために前処理行列Ｂの補償行列Ｂ＋を計算し、乗算する。補償行列Ｂ＋は、前処理行列Ｂの擬似逆行列として例えば下式（１４）のように計算することができる。
2016138829.tif 000016
【００４１】
また、補償行列Ｂ＋は、前処理行列Ｂの特異値分解を用いて以下のように計算することもできる。まず、前処理行列Ｂの特異値分解を下式（１５）のように行う。
2016138829.tif 000017
ここで、ＵはＮ×Ｎのユニタリ行列であり、ＶはＬ×Ｌのユニタリ行列であり、Σは下式（１６）で表されるＮ×Ｌ行列である。
2016138829.tif 000018
【００４２】
そして、上記の特異値分解の結果より、補償行列Ｂ＋は下式（１７），（１８）のように計算することができる。
2016138829.tif 000019
2016138829.tif 000020
【００４３】
メモリ節約のために、Σ＋及びＵＨは下式（１９），（２０）のようにおくことができる。
2016138829.tif 000021
2016138829.tif 000022
【００４４】
また、補償行列Ｂ＋は下式（２１）を満たすように設定すればよいため、下式（２２）としてもよい。
2016138829.tif 000023
2016138829.tif 000024
【００４５】
なお、補償処理部４は、周波数ビンｐ及び抽出点数Ｌを想定して事前に補償行列Ｂ＋を計算しておく構成としても構わない。
【００４６】
そして、補償処理部４は、算出した補償行列Ｂ＋を下式（２３）のように前処理部３により前処理された受信信号行列Ｘチルダに乗算することで、前処理の影響を補償する。
2016138829.tif 000025
【００４７】
次いで、到来方向推定処理部５は、各補償処理部４により補償処理が施された信号を用いて、受信アンテナ１により受信された信号の到来方向を推定する（ステップＳＴ４０６）。ここで、到来方向の推定方式としては、非特許文献１，２に挙げられている全ての方式が適用可能である。以下では、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法を適用した場合について説明する。
【００４８】
まず、下式（２４）から相関行列ＲＸハットを計算する。
2016138829.tif 000026
【００４９】
次に、下式（２５）のように相関行列ＲＸハットの固有値展開を行う。
2016138829.tif 000027
ここで、Ｅは固有ベクトルを並べたＬ×Ｌ行列であり、Λは対角項に固有値が並んだ対角行列である。
【００５０】
この固有値の分布から到来波数Ｋを推定し、Ｌ−Ｋ個の固有値に対応する固有ベクトルを抽出し、それらを並べた行列をＥＮとして、下式（２６）の方位評価関数Ｐｍｕ（θ）を計算する。
2016138829.tif 000028
【００５１】
そして、方位評価関数Ｐｍｕ（θ）のピークから到来方向を推定する。
また、非特許文献１，２には挙げられていないが、非特許文献３で挙げられているような高次統計量に基づく到来方向推定法も適用可能である。
【非特許文献３】Gonen, E. & Mendel, J.M. “Subspace-Based Direction Finding Methods”Digital Signal Processing Handbook、Ed. Vijay K. Madisetti and Douglas B. Williams、CRC Press  LLC、1999．
【００５２】
以上のように、この実施の形態１によれば、前処理部３にて、受信部２により変換された信号に対し前処理を行うとともに当該前処理に相当する一つの前処理行列を算出し、補償処理部４にて、前処理部３により前処理された信号に対して前処理行列を用いて補償処理を施すように構成したので、前処理の影響を補償して、高精度な到来方向を得ることができる。
【００５３】
実施の形態２．
実施の形態１では、前処理として、窓関数乗算処理、離散フーリエ変換処理及び帯域制限処理を想定した場合を示した。しかしながら、実際には演算高速化のために、離散フーリエ変換に代えて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が用いられる。この際、時間サンプル数Ｎが２のべき乗の場合には、直接、高速フーリエ変換を適用することができる。しかしながら、２のべき乗ではない場合には、受信部２により変換された信号に０をＮ０点付加して、Ｎチルダ＝Ｎ＋Ｎ０が２のべき乗になるようにした上で、高速フーリエ変換を行う必要がある。実施の形態２ではこれを考慮した構成について示す。
図７はこの発明の実施の形態２における前処理部３の構成を示す図である。この図７に示す実施の形態２における前処理部３は、図３に示す実施の形態１における前処理部３に０付加部３０５を追加し、離散フーリエ変換部３０２を高速フーリエ変換部３０６に変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
【００５４】
０付加部３０５は、対応する受信部２により変換された時間領域の信号に対し、当該信号の総数（時間サンプル数Ｎチルダ）が２のべき乗になるように０を付加するものである。
なお、実施の形態２の窓関数乗算部３０１では、０付加部３０５により処理された時間領域の信号に対し、窓関数を乗算する。
【００５５】
高速フーリエ変換部３０６は、窓関数乗算部３０１により処理された時間領域の信号に対し、高速フーリエ変換を行うものである。
なお、実施の形態２の帯域制限部３０３では、高速フーリエ変換部３０６により処理された周波数領域の信号に対し、中心周波数の信号又はピークを含む規定帯域の信号を抽出する。実施の形態２では、この帯域制限部３０３から出力された信号が、前処理部３により前処理された信号に相当する。
【００５６】
また、実施の形態２の前処理行列算出部３０４では、０付加部３０５、窓関数乗算部３０１、高速フーリエ変換部３０６及び帯域制限部３０３による各処理をまとめた前処理行列を算出する。
この帯域制限部３０３により処理された信号及び前処理行列算出部３０４により算出された前処理行列を示す信号は、対応する補償処理部４に出力される。
【００５７】
次に、実施の形態２における前処理部３の動作について、図８を参照しながら説明する。
実施の形態２における前処理部３の動作では、図８に示すように、まず、０付加部３０５は、対応する受信部２により変換された時間領域の信号に対し、当該信号の総数（時間サンプル数Ｎチルダ）が２のべき乗になるように０を付加する（ステップＳＴ８０１）。
次いで、窓関数乗算部３０１は、０付加部３０５により処理された時間領域の信号に対し、窓関数を乗算する（ステップＳＴ８０２）。
【００５８】
次いで、高速フーリエ変換部３０６は、窓関数乗算部３０１により処理された時間領域の信号に対し、高速フーリエ変換を行う（ステップＳＴ８０３）。
次いで、帯域制限部３０３は、高速フーリエ変換部３０６により処理された周波数領域の信号に対し、中心周波数の信号又はピークを含む規定帯域内の信号を抽出する（ステップＳＴ８０４）。
【００５９】
次いで、前処理行列算出部３０４は、０付加部３０５、窓関数乗算部３０１、高速フーリエ変換部３０６及び帯域制限部３０３による各処理をまとめた前処理行列を算出する（ステップＳＴ８０５）。この場合、前処理行列Ｂは下式（２７）のようになる。
2016138829.tif 000029
【００６０】
以上のように、この実施の形態２によれば、受信部２により受信された信号に対して０を付加してＦＦＴを行う場合においても補償処理を行うことができ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
実施の形態３．
実施の形態２では、受信部２により受信された信号に対して０を付加してＦＦＴを行う場合について示した。それに対し、帯域制限後の周波数領域の信号に対して０を付加して逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ  ＦＦＴ）を行う場合も考えられる。実施の形態３ではこれを考慮した構成について示す。
図９はこの発明の実施の形態３における前処理部３の構成を示す図である。この図９に示す実施の形態３における前処理部３は、図７に示す実施の形態２における前処理部３に、第２の０付加部３０７及び逆高速フーリエ変換部３０８を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
【００６２】
第２の０付加部３０７は、帯域制限部３０３により抽出された周波数領域の信号に対し、当該信号の総数（全サンプル数）が２のべき乗になるように０を付加するものである。  逆高速フーリエ変換部３０８は、第２の０付加部３０７により処理された周波数領域の信号に対し、逆高速フーリエ変換を行うものである。実施の形態３では、この逆高速フーリエ変換部３０８から出力された信号が、前処理部３により前処理された信号に相当する。
【００６３】
なお、実施の形態３の前処理行列算出部３０４では、０付加部３０５、窓関数乗算部３０１、高速フーリエ変換部３０６、帯域制限部３０３、第２の０付加部３０７及び逆高速フーリエ変換部３０８による各処理をまとめた前処理行列を算出する。
この逆高速フーリエ変換部３０８により処理された信号及び前処理行列算出部３０４により算出された前処理行列を示す信号は、対応する補償処理部４に出力される。
【００６４】
次に、実施の形態３における前処理部３の動作について、図１０を参照しながら説明する。この図１０において、ステップＳＴ１００１〜１００４までの処理は、図８に示すステップＳＴ８０１〜８０４までの処理と同様であり、その説明を省略する。
【００６５】
実施の形態３における前処理部３の動作では、図１０に示すように、ステップＳＴ１００４の帯域制限処理後、第２の０付加部３０７は、帯域制限部３０３により抽出された周波数領域の信号に対し、当該信号の総数（全サンプル数）が２のべき乗になるように０を付加する（ステップＳＴ１００５）。すなわち、帯域制限後の信号に対し、０をＬ０点付加して、Ｌチルダ＝Ｌ＋Ｌ０が２のべき乗になるようにする。
【００６６】
次いで、逆高速フーリエ変換部３０８は、第２の０付加部３０７により処理された周波数領域の信号に対し、逆高速フーリエ変換を行う（ステップＳＴ１００６）。
【００６７】
次いで、前処理行列算出部３０４は、０付加部３０５、窓関数乗算部３０１、高速フーリエ変換部３０６、帯域制限部３０３、第２の０付加部３０７及び逆高速フーリエ変換部３０８による各処理をまとめた前処理行列を算出する（ステップＳＴ１００７）。この場合、前処理行列Ｂは下式（２８）のようになる。ここで、ＦＬチルダはＬチルダ×ＬチルダのＤＦＴ行列であり、Ｘ＊は行列あるいはベクトルＸの複素共役を示す。
2016138829.tif 000030
【００６８】
以上のように、この実施の形態３によれば、帯域制限後の信号に対して０を付加してＩＦＦＴを行う場合においても補償処理を行うことができ、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
実施の形態４．
実施の形態１−３では、前処理として、ＤＦＴ後又はＦＦＴ後に帯域制限を行う場合について示した。それに対し、レーザ信号におけるレプリカ又は通信信号におけるトレーニングシンボル等、受信信号に関して参照信号が得られている場合がある。その場合には、パルス圧縮処理（相互相関処理）によりＳＮＲを改善することが行われる。実施の形態４では、パルス圧縮処理によりＳＮＲを改善した後に、圧縮後のピーク周辺のデータのみを用いて到来方向の推定を行う構成について示す。
図１１はこの発明の実施の形態４に係る到来方向推定装置の構成を示す図である。この図１１に示す実施の形態４に係る到来方向推定装置は、図１に示す実施の形態１に係る到来方向推定装置に参照信号取得部６を追加し、前処理部３を前処理部７に変更したものである。また、その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
【００７０】
参照信号取得部６は、受信アンテナ１により受信される信号に対応する参照信号を取得するものである。
前処理部７は、受信部２毎に設けられ、参照信号取得部６により取得された参照信号を用いて、対応する受信部２により変換された時間領域の信号に対し前処理を行い、また、当該前処理に相当する一つの前処理行列を算出するものである。
なお、参照信号取得部６及び前処理部７は、図３に示すプロセッサ１２により実現される。
【００７１】
また、実施の形態４における補償処理部４は、対応する前処理部７により前処理された信号に対し、当該前処理部７により算出された対応する前処理行列を用いて当該前処理に対する補償処理を施す。
【００７２】
次に、実施の形態４における前処理部７の構成について、図１２を参照しながら説明する。
前処理部７は、図１２に示すように、パルス圧縮部（相互相関処理部）７０１、ピーク周辺抽出部７０２及び前処理行列算出部７０３を有している。
【００７３】
パルス圧縮部７０１は、受信部２により変換された時間領域の信号及び参照信号取得部６により取得された参照信号を用いて、パルス圧縮処理（相互相関処理）を行うものである。
ピーク周辺抽出部７０２は、パルス圧縮部７０１により処理された信号に対し、ピークを含む規定帯域内の信号を抽出するものである。実施の形態４では、このピーク周辺抽出部７０２から出力された信号が、前処理部７により前処理された信号に相当する。
【００７４】
前処理行列算出部７０３は、パルス圧縮部７０１及びピーク周辺抽出部７０２による各処理をまとめた前処理行列を算出するものである。
このピーク周辺抽出部７０２により処理された信号及び前処理行列算出部７０３により算出された前処理行列を示す信号は、対応する補償処理部４に出力される。
【００７５】
次に、実施の形態４に係る到来方向推定装置の動作について、図１３を参照しながら説明する。この図１３において、ステップＳＴ１３０１，１３０２，１３０６，１３０７の処理は、図４に示すステップＳＴ４０１，４０２，４０５，４０６の処理と同様であり、その説明を省略する。
【００７６】
実施の形態４に係る到来方向推定装置の動作では、図１３に示すように、参照信号取得部６は、受信アンテナ１により受信される信号に対応する参照信号を取得する（ステップＳＴ１３０３）。ここで、参照信号は、アクティブレーダの場合には送信信号の波形（例えばチャープ信号の波形、符号変調の波形）を意味する。また、パッシブレーダの場合には、他の受信アンテナで受信された信号の波形をそのまま参照信号として用いることができる。さらに、通信信号等の場合には、予め既知のトレーニングシンボル等を意味する。参照信号ベクトルｙを下式（２９）のように表す。
2016138829.tif 000031
【００７７】
次いで、各前処理部７は、参照信号取得部６により取得された参照信号を用いて、対応する受信部２により変換された時間領域の信号に対し前処理を行い、また、当該前処理に対応する一つの前処理行列を算出する（ステップＳＴ１３０４，１３０５）。以下、前処理部７の動作について、図１４を参照しながら説明する。
【００７８】
前処理部７の動作では、図１４に示すように、まず、パルス圧縮部７０１は、受信部２により変換された時間領域の信号及び参照信号取得部６により取得された参照信号を用いて、パルス圧縮処理を行う（ステップＳＴ１４０１）。
【００７９】
次いで、ピーク周辺抽出部７０２は、パルス圧縮部７０１により処理された信号に対し、ピークを含む規定帯域内の信号を抽出する（ステップＳＴ１４０２）。
【００８０】
次いで、前処理行列算出部７０３は、パルス圧縮部７０１及びピーク周辺抽出部７０２による各処理をまとめた前処理行列を算出する（ステップＳＴ１４０３）。以下、前処理行列算出部７０３での前処理行列の算出について説明する。
【００８１】
ここで、パルス圧縮処理（相互相関処理）後、ピークとなるレンジビンｐの周辺からＬ点を抽出する場合を考える。このとき、前処理行列Ｂは下式（３０），（３１）のように書ける。
2016138829.tif 000032
2016138829.tif 000033
【００８２】
以上のように、この実施の形態４によれば、パルス圧縮処理（相互相関処理）によりＳＮＲを改善した後に、ピーク周辺の信号を抽出して到来方向推定処理を行う場合においても、実施の形態１−３と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
実施の形態５．
レーダにおいては、複数のパルスを放射して、それらの目標反射からのデータを処理することが一般的であり、時間サンプル数Ｎは、ＮＲ×Ｈとなる。ここで、ＮＲは１パルス内サンプルであり、Ｈはパルスヒット数である。受信処理では、パルス圧縮処理及びパルスヒット間のフーリエ変換（ＤＦＴ又はＦＦＴ）により、レンジドップラマップを得ることでＳＮＲ改善を行った後、検出されたピークに対して到来方向を推定する場合がある。実施の形態５ではこれを考慮した構成について示す。
図１５はこの発明の実施の形態５における前処理部７の構成を示す図である。この図１５に示す実施の形態５における前処理部７は、図１２に示す実施の形態４における前処理部７に、ヒット分割部７０４及びヒット間フーリエ変換部７０５を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
【００８４】
ヒット分割部７０４は、受信部２により変換された時間領域の信号を、パルスヒット毎に分割するものである。
なお、実施の形態５のパルス圧縮部７０１では、ヒット分割部７０４により分割された信号及び参照信号取得部６により取得された参照信号を用いて、パルス圧縮処理（相互相関処理）を行う。
【００８５】
ヒット間フーリエ変換部７０５は、パルス圧縮部７０１により処理された信号に対し、パルスヒット間のフーリエ変換（ＤＦＴ又はＦＦＴ）を行うものである。
なお、実施の形態５のピーク周辺抽出部７０２は、ヒット間フーリエ変換部７０５により処理された信号に対し、絶対値又は二乗値におけるピークを含む規定帯域内のレンジビン及びドップラビンの信号を抽出する。実施の形態５では、このピーク周辺抽出部７０２から出力された信号が、前処理部７により前処理された信号に相当する。
【００８６】
また、実施の形態５の前処理行列算出部７０３は、ヒット分割部７０４、パルス圧縮部７０１、ヒット間フーリエ変換部７０５及びピーク周辺抽出部７０２による各処理をまとめた前処理行列を算出する。
このピーク周辺抽出部７０２により処理された信号及び前処理行列算出部７０３により算出された前処理行列を示す信号は、対応する補償処理部４に出力される。
【００８７】
次に、実施の形態５における前処理部７の動作について、図１６を参照しながら説明する。
前処理部７の動作では、図１６に示すように、まず、ヒット分割部７０４は、受信部２により変換された時間領域の信号を、パルスヒット毎に分割する（ステップＳＴ１６０１）。
【００８８】
次いで、パルス圧縮部７０１は、ヒット分割部７０４により分割された信号及び参照信号取得部６により取得された参照信号に対し、パルス圧縮処理を行う（ステップＳＴ１６０２）。
【００８９】
次いで、ヒット間フーリエ変換部７０５は、パルス圧縮部７０１により処理された信号に対し、パルスヒット間のフーリエ変換（ＤＦＴ又はＦＦＴ）を行う（ステップＳＴ１６０３）。
【００９０】
次いで、ピーク周辺抽出部７０２は、ヒット間フーリエ変換部７０５により処理された信号に対し、絶対値又は二乗値におけるピークを含む規定帯域内のレンジビン及びドップラビンの信号を抽出する（ステップＳＴ１６０４）。
【００９１】
次いで、前処理行列算出部７０３は、ヒット分割部７０４、パルス圧縮部７０１、ヒット間フーリエ変換部７０５及びピーク周辺抽出部７０２による各処理をまとめた前処理行列を算出する（ステップＳＴ１６０５）。以下、前処理行列算出部７０３での前処理行列の算出について説明する。
【００９２】
アンテナ毎の受信データをパルスヒット毎に分割した後に、各パルスヒットに対してパルス圧縮処理、パルスヒット間のフーリエ変換を行う。その後、ピークとなるレンジビンｐの周辺Ｌ点（＝２ｌｄチルダ＋１）、ドップラビンｈｐの周辺Ｌチルダ点の合計ＬＬチルダ点を抽出することを考える。その場合、前処理行列Ｂ（Ｎ×ＬＬチルダ）は下式（３２）のように書ける。
2016138829.tif 000034
ここで、ｚは下式（３３）で表される。
2016138829.tif 000035
【００９３】
以上のように、この実施の形態５によれば、パルス圧縮、パルスヒット間のフーリエ変換及びピーク周辺抽出を行うように構成しても、実施の形態１−４と同様の効果を得ることができる。
【００９４】
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。
【符号の説明】
【００９５】
１  受信アンテナ、２  受信部、３  前処理部、４  補償処理部、５  到来方向推定処理部、６  参照信号取得部、７  前処理部、１１  受信装置、１２  プロセッサ、１３  メモリ、５０  放射源、３０１  窓関数乗算部、３０２  離散フーリエ変換部、３０３  帯域制限部、３０４  前処理行列算出部、３０５  ０付加部、３０６  高速フーリエ変換部、３０７  第２の０付加部、３０８  逆高速フーリエ変換部、７０１  パルス圧縮部（相互相関処理部）、７０２  ピーク周辺抽出部、７０３  前処理行列算出部、７０４  ヒット分割部、７０５  ヒット間フーリエ変換部。
【図１】
2016138829.tif 000036
【図２】
2016138829.tif 000037
【図３】
2016138829.tif 000038
【図４】
2016138829.tif 000039
【図５】
2016138829.tif 000040
【図６】
2016138829.tif 000041
【図７】
2016138829.tif 000042
【図８】
2016138829.tif 000043
【図９】
2016138829.tif 000044
【図１０】
2016138829.tif 000045
【図１１】
2016138829.tif 000046
【図１２】
2016138829.tif 000047
【図１３】
2016138829.tif 000048
【図１４】
2016138829.tif 000049
【図１５】
2016138829.tif 000050
【図１６】
2016138829.tif 000051