(57)【要約】【課題】位相検出を可能にして、少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせることが可能な信号処理装置を提供する。【解決手段】複数の受信アンテナからなる受信アレーアンテナが受信した受信信号の受信信号ベクトルと、前記受信信号ベクトルの転置ベクトルとを乗じて行列を生成する行列生成部と、前記行列に基づいて前記受信信号の少なくとも位相を推定する推定部と、を備える、信号処理装置が提供される。【選択図】図１
2017227487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信アンテナからなる受信アレーアンテナが受信した受信信号の受信信号ベクトルと、前記受信信号ベクトルの転置ベクトルとを乗じて行列を生成する行列生成部と、
前記行列に基づいて前記受信信号の少なくとも位相を推定する推定部と、
を備える、信号処理装置。
【請求項２】
前記行列に対する演算を行って第１のベクトルを生成する第１ベクトル生成部と、
前記第１のベクトルの各要素に対して所定の演算を行って第２のベクトルを生成する第２ベクトル生成部と、
をさらに備え、
前記推定部は、前記第２のベクトルを用いて前記受信信号の少なくとも位相を推定する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記第１ベクトル生成部は、前記行列の要素を位相が対応する位置へ写像することによって前記第１のベクトルを生成する、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記第２ベクトル生成部は、前記第１のベクトルの各要素の振幅に対応する値を平方根に変換して前記第２のベクトルを生成する、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記推定部は、さらに、前記受信信号の到来方向及び強度を推定する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記受信アレーアンテナは、素子数がＬ（Ｌは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記受信アレーアンテナは、素子数がＬ（Ｌは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される第１の受信アレーアンテナと、前記第１の受信アレーアンテナの配置方向と同一の方向にＬ×ｄ以下の距離を隔てて、素子数がＭ（Ｍは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される第２の受信アレーアンテナと、を備える、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項８】
複数の受信アンテナからなる受信アレーアンテナが受信した受信信号の受信信号ベクトルと、前記受信信号ベクトルの転置ベクトルとを乗じて行列を生成することと、
前記行列に基づいて前記受信信号の少なくとも位相を推定することと、
を含む、信号処理方法。
【請求項９】
所定の間隔で配置された複数の受信アンテナからなる受信アレーアンテナと、
前記受信アレーアンテナが受信した受信信号の受信信号ベクトルと、前記受信信号ベクトルの転置ベクトルとを乗じて行列を生成する行列生成部と、
前記行列に基づいて前記受信信号の少なくとも位相を推定する推定部と、
を備える、信号受信装置。
【請求項１０】
前記受信アレーアンテナは、素子数がＬ（Ｌは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される、請求項７に記載の信号受信装置。
【請求項１１】
前記受信アレーアンテナは、素子数がＬ（Ｌは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される第１の受信アレーアンテナと、前記第１の受信アレーアンテナの配置方向と同一の方向にＬ×ｄ以下の距離を隔てて、素子数がＭ（Ｍは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される第２の受信アレーアンテナと、を備える、請求項７に記載の信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、信号処理装置、信号処理方法及び信号受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
見守りや介護のプライバシー保護のために、カメラの代わりにレーダを用いることや、ジェスチャー入力によるユーザインターフェースにレーダを用いることが検討されている。これらの目的に供するレーダ装置は、ターゲットの呼吸や心拍、指先などで生じる微小な動きを検知する必要があるため、レーダエコー信号の位相変化を用いている。また、これらの目的に供するレーダ装置は、設置のしやすさの観点から小型であることが望ましく、さらに複数のターゲットを分離するために方位分解能を有している必要がある。
【０００３】
レーダ装置の小型化には、アレーアンテナの素子数を減らして開口長を短くすることが有効である。開口長と方位分解能は比例関係にあるため、従来は特許文献１のようにレーダエコー信号のコピーを位相が連続するように結合して仮想的にアンテナの素子数を拡張すること、または非特許文献１のように、レーダエコー信号の相関行列からKhatri-Rao積を用いた拡張アレー処理を行って仮想的にアンテナの素子数を拡張すること等で開口長を補うことが行われてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１７８８４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】W. K. Ma, T. H. Hsien, and C. Y. Chi,“DOA estimation of quasi-stationarysignals with less sensors than sources and unknown spatial noise covariance AKhatri-Rao subspace approach,”IEEE Trans. Signal Process., vol. 58, no. 4, pp.2168-2180, April 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記事情に鑑みれば、特に小型のレーダ装置においては、従来の拡張アレー処理では不可能な位相検出を可能にして、少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせることが望ましい。
【０００７】
そこで、本開示では、位相検出を可能にして、少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせることが可能な、新規かつ改良された信号処理装置、信号処理方法及び信号受信装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によれば、複数の受信アンテナからなる受信アレーアンテナが受信した受信信号の受信信号ベクトルと、前記受信信号ベクトルの転置ベクトルとを乗じて行列を生成する行列生成部と、前記行列に基づいて前記受信信号の少なくとも位相を推定する推定部と、を備える、信号処理装置が提供される。
【０００９】
また本開示によれば、複数の受信アンテナからなる受信アレーアンテナが受信した受信信号の受信信号ベクトルと、前記受信信号ベクトルの転置ベクトルとを乗じて行列を生成することと、前記行列に基づいて前記受信信号の少なくとも位相を推定することと、を含む、信号処理方法が提供される。
【００１０】
また本開示によれば、所定の間隔で配置された複数の受信アンテナからなる受信アレーアンテナと、前記受信アレーアンテナが受信した受信信号の受信信号ベクトルと、前記受信信号ベクトルの転置ベクトルとを乗じて行列を生成する行列生成部と、前記行列に基づいて前記受信信号の少なくとも位相を推定する推定部と、を備える、信号受信装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本開示によれば、位相検出を可能にして、少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせることが可能な、新規かつ改良された信号処理装置、信号処理方法及び信号受信装置を提供することが出来る。
【００１２】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置の構成例を示す説明図である。
【図２】レーダエコー信号ｓを複素平面上に示した説明図である。
【図３】同実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置１の動作例を示す流れ図である。
【図４】同実施の形態の第２の実施例に係るレーダ装置の構成例を示す説明図である。
【図５】レーダ装置の使用例を示す説明図である。
【図６】レーダ装置の使用例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の実施の形態
１．１．概要
１．２．第１の実施例
１．３．第２の実施例
２．まとめ
【００１６】
＜１．本開示の実施の形態＞
［１．１．概要］
本開示の実施の形態について詳細に説明する前に、本開示の実施の形態の概要について説明する。
【００１７】
上述したように、見守りや介護のプライバシー保護のために、カメラの代わりにレーダを用いることや、ジェスチャー入力によるユーザインターフェースにレーダを用いることが検討されている。これらの目的に供するレーダ装置は、ターゲットの呼吸や心拍、指先などで生じる微小な動きを検知する必要があるため、レーダエコー信号の位相変化を用いている。また、これらの目的に供するレーダ装置は、設置のしやすさの観点から小型であることが望ましく、さらに複数のターゲットを分離するために方位分解能を有している必要がある。
【００１８】
レーダ装置の小型化には、アレーアンテナの素子数を減らして開口長を短くすることが有効である。開口長と方位分解能は比例関係にあるため、従来は特許文献１のようにレーダエコー信号のコピーを位相が連続するように結合して仮想的にアンテナの素子数を拡張すること、または非特許文献１のように、レーダエコー信号の相関行列からKhatri-Rao積を用いた拡張アレー処理を行って仮想的にアンテナの素子数を拡張すること等で開口長を補うことが行われてきた。
【００１９】
しかし、特許文献１で開示されているようなレーダエコー信号のコピーを結合する方法は、結合の際に２つのデータの位相が一致するように合わせる必要があった。また非特許文献１で開示されているような受信信号の相関行列から拡張アレー処理を行う方法は、レーダエコー信号に含まれていた位相情報が完全に失われる。そのため、レーダエコー信号の位相変化からターゲットの微小な動きを検知する必要がある場合、例えば人間や動物の見守りや介護を目的とするレーダ装置には使用できない。
【００２０】
従って、ターゲットの微小な動きを検知する必要がある、見守りや介護を目的とするレーダ装置については、位相検出を可能にしながらも、少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせられるようにすることが望ましい。
【００２１】
そこで本件開示者は、上述した点に鑑み、特に小型のレーダ装置において、従来の拡張アレー処理では不可能な位相検出を可能にして、少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせることが可能な技術について鋭意検討を行った。その結果、本件開示者は、以下で説明するように、位相検出を可能にして、少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせることが可能となる技術を考案するに至った。
【００２２】
以上、本開示の実施の形態の概要について説明した。続いて、本開示の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
［１．２．第１の実施例］
（レーダ装置の構成例）
まず、本開示の実施の形態の第１の実施形態について説明する。図１は、本開示の実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置の構成例を示す説明図である。以下、図１を用いて本開示の実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置の構成例について説明する。
【００２４】
図１に示したように、本開示の実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置１は、受信アレーアンテナ１０と、送信アンテナ２０と、受信処理部３０−１、３０−２、３０−３と、送信処理部４０と、信号処理装置１００と、を含んで構成される。
【００２５】
送信アンテナ２０は、送信処理部４０が生成したレーダ信号を送信する。受信アンテナ１０−１、１０−２、１０−３からなる受信アレーアンテナ１０は、送信アンテナ２０から送信されたレーダ信号がターゲットで反射して戻ってきたレーダエコー信号を受信する。受信アンテナ１０−１、１０−２、１０−３は、受信したレーダエコー信号を、それぞれ受信処理部３０−１、３０−２、３０−３へ出力する。本実施例では、受信アレーアンテナ１０は、素子数が３であり、素子間距離ｄの等間隔で線形に配置されている。
【００２６】
ここで、受信アレーアンテナ１０のモードベクトルａＲＸを数式１に示す。
【００２７】
【数１】
2017227487.tif 000003
【００２８】
数式１において、ψは、受信アレーアンテナ１０の素子間距離ｄと、レーダ信号の波長λと、レーダエコー信号の到来角θと、で決まる値であり、具体的には下記の数式２で示される。通常、受信アレーアンテナ１０の素子間距離ｄは、グレーティングローブの発生を抑圧するために、空間を１波長あたり２回サンプリングする０．５波長に設定される。
【００２９】
【数２】
2017227487.tif 000004
【００３０】
受信処理部３０−１、３０−２、３０−３は、受信アレーアンテナ１０に到来したレーダエコー信号ｓに対して、所定の処理、例えば、増幅、周波数変換、周波数フィルタリングを行う。そして、受信処理部３０−１、３０−２、３０−３は、受信アレーアンテナ１０に到来したレーダエコー信号ｓをアナログデジタル変換したディジタル信号ｘ１、ｘ２、ｘ３を要素とする受信信号ベクトルＸを信号処理装置１００に出力する。受信信号ベクトルＸは、以下の数式３に示すようにレーダエコー信号ｓとモードベクトルａＲＸとの積で表すことができる。
【００３１】
【数３】
2017227487.tif 000005
【００３２】
信号処理装置１００は、二乗行列生成部１１０と、拡張アレー処理部１２０と、拡張データ生成部１３０と、方位検出部１４０と、を備える。
【００３３】
（二乗行列生成部１１０）
二乗行列生成部１１０は、受信処理部３０−１、３０−２、３０−３によって出力される受信信号ベクトルＸに対する演算を行って所定の行列を生成する。本実施形態では、二乗行列生成部１１０は、受信信号ベクトルＸと、Ｘの転置ベクトルとを乗算し、二乗行列ＳＸＸを生成する。二乗行列生成部１１０は、生成した二乗行列ＳＸＸを拡張アレー処理部１２０に出力する。
【００３４】
二乗行列生成部１１０が生成する二乗行列ＳＸＸは、以下の数式４で示すような、レーダエコー信号ｓの二乗と、モードベクトルａＲＸと、モードベクトルａＲＸの転置との積になる。
【００３５】
【数４】
2017227487.tif 000006
【００３６】
上記数式４のＴは転置を意味する。この二乗行列ＳＸＸに含まれているモードベクトルａＲＸと、モードベクトルａＲＸの転置との積を、下記の数式５に示す。
【００３７】
【数５】
2017227487.tif 000007
【００３８】
上記の数式５に示した二乗行列ＳＸＸに含まれている位相はｅ−２ｊφからｅ＋２ｊφまで５種類の全てが欠けることなく連続して含まれていることがわかる。
【００３９】
ここで既存の拡張アレー処理について説明する。既存の拡張アレー処理は、下記の数式６に示すように、受信信号ベクトルＸと、Ｘの共役転置ベクトルとを乗算した相関行列ＲＸＸを使用していた。下記の数式６のＨは共役転置を意味する．
【００４０】
【数６】
2017227487.tif 000008
【００４１】
一方本実施形態では、二乗行列生成部１１０は、受信信号ベクトルＸと、Ｘの転置ベクトルとを乗算し、二乗行列ＳＸＸを生成している。二乗行列ＳＸＸを生成する理由は以下の通りである。
【００４２】
レーダエコー信号ｓを、下記の数式７および図２に示すように複素平面上で表す。
【００４３】
【数７】
2017227487.tif 000009
【００４４】
二乗行列ＳＸＸに含まれる信号成分ｓ２は、下記の数式８および図２に示すように、元のレーダエコー信号ｓの倍角の位相を含むことがわかる。
【００４５】
【数８】
2017227487.tif 000010
【００４６】
一方、上記数式６で示した、相関行列ＲＸＸに含まれる信号成分｜ｓ｜２は、下記の数式９および図２に示すように、Ｉ２＋Ｑ２となる。すなわち、相関行列ＲＸＸに含まれる信号成分｜ｓ｜２は、位相情報が失われている。
【００４７】
【数９】
2017227487.tif 000011
【００４８】
これが、本実施形態において二乗行列ＳＸＸを生成する理由である。すなわち、本実施形態に係る信号処理装置１００は、既存の拡張アレー処理では失われてしまった位相情報を含んだ信号成分ｓ２を有する二乗行列ＳＸＸを生成することで、位相検出を可能とする。
【００４９】
（拡張アレー処理部１２０）
拡張アレー処理部１２０は、二乗行列生成部１１０が生成した二乗行列ＳＸＸの要素を下記の数式１０に示す拡張モードベクトルａＥＸと位相が一致する位置に写像して拡張ベクトルＶＫＲを生成する。拡張アレー処理部１２０は、生成した拡張ベクトルＶＫＲを拡張データ生成部１３０に出力する。
【００５０】
【数１０】
2017227487.tif 000012
【００５１】
二乗行列ＳＸＸの各要素は電力の次元であるので、位相が重複する要素を平均化して全ての要素を拡張ベクトルＶＫＲに写像することができ。下記の数式１１に二乗行列ＳＸＸの全ての要素を平均化して写像した拡張ベクトルＶＫＲを示す。
【００５２】
【数１１】
2017227487.tif 000013
【００５３】
二乗行列ＳＸＸの全ての要素を平均化して拡張ベクトルＶＫＲに写像する処理は、下記の数式１２の行列演算に集約できる。数式１２において、Ｕは変換行列であり、ｖｅｃは行列の列ベクトルを縦に並べてベクトル化する関数である。
【００５４】
【数１２】
2017227487.tif 000014
【００５５】
（拡張データ生成部１３０）
拡張データ生成部１３０は、拡張アレー処理部１２０が生成した拡張ベクトルＶＫＲの要素毎に振幅の平方根をとった拡張データベクトルＸＥＸを生成する。拡張データ生成部１３０は、生成した拡張データベクトルＸＥＸを方位検出部１４０に出力する。拡張データベクトルＸＥＸは、下記の数式１３により生成することが出来る。
【００５６】
【数１３】
2017227487.tif 000015
【００５７】
要素毎に振幅の平方根をとる理由は、二乗行列ＳＸＸの生成により、電圧の要素が電力となっており、拡張データベクトルＸＥＸの次元を電力から電圧に変更するためである。また、位相はそのままにする理由は、拡張ベクトルＶＫＲの要素が、レーダエコー信号の倍角の位相と、拡張モードベクトルの位相の両方を含むためである。
【００５８】
（方位検出部１４０）
方位検出部１４０は、拡張データ生成部１３０が生成した拡張データベクトルＸＥＸと、拡張モードベクトルａＥＸとを用いて、所定の方位推定アルゴリズムによりレーダエコー信号ｓの到来方向を推定する。方位推定アルゴリズムには、例えばビームフォーマー法、多重信号分離法（MUSIC、Multiple  Signal  Classification）等があるが、特定の方法に限定されるものではない。例えばビームフォーマー法を用いる場合、レーダエコー信号ｓの電圧スペクトルを評価する関数は下記の数式１４で現される。
【００５９】
【数１４】
2017227487.tif 000016
【００６０】
式１４のψは、数式２に示したように受信アレーアンテナ１０の素子間距離ｄと、レーダ信号の波長λと、レーダエコー信号の到来角θと、で決まる値であるから、θを掃引して得られる波形のピーク値がレーダエコー信号ｓの電圧になる。この電圧は複素数であり、振幅からレーダエコー信号ｓの強度を、偏角からレーダエコー信号ｓの倍角の位相情報を得ることができる。
【００６１】
本開示の実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置１は、図１に示したような構成を有することで、従来の拡張アレー処理では不可能な位相検出を可能にして、少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせることが可能となる。
【００６２】
以上、本開示の実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置の構成例について説明した。続いて、本開示の実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置の動作例を説明する。
【００６３】
（レーダ装置の動作例）
図３は、本開示の実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置１の動作例を示す流れ図である。以下、図３を用いて本開示の実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置１の動作例について説明する。
【００６４】
レーダ装置１は、受信アレーアンテナ１０でレーダエコー信号ｓを受信すると、受信処理部３０−１、３０−２、３０−３で、受信アレーアンテナ１０に到来したレーダエコー信号ｓに対して、所定の処理、例えば、増幅、周波数変換、周波数フィルタリングを行う。信号処理装置１００は、受信処理部３０−１、３０−２、３０−３からディジタル信号を受信する（ステップＳ１０１）。
【００６５】
続いて信号処理装置１００は、ディジタル信号からなる受信信号ベクトルから、二乗行列を生成する（ステップＳ１０２）。二乗行列の生成は、例えば二乗行列生成部１１０が実行しうる。
【００６６】
二乗行列を生成すると、続いて信号処理装置１００は、二乗行列から拡張ベクトルを生成する拡張アレー処理を実行する（ステップＳ１０３）。拡張ベクトルの生成は、例えば拡張アレー処理部１２０が実行しうる。
【００６７】
拡張アレー処理を実行すると、続いて信号処理装置１００は、拡張ベクトルの各要素の振幅の平方根をとり、拡張データベクトルを生成する（ステップＳ１０４）。拡張データベクトルの生成は、例えば拡張データ生成部１３０が実行しうる。
【００６８】
拡張データベクトルを生成すると、続いて信号処理装置１００は、拡張データベクトルを用いてレーダエコー信号の到来方向推定を行って位相と強度の情報を得る方位検出処理を行う（ステップＳ１０５）。方位検出処理は、例えば方位検出部１４０が実行しうる。
【００６９】
本開示の実施の形態の第１の実施例に係るレーダ装置１は、図３に示したような一連の動作を実行することで、従来の拡張アレー処理では不可能な位相検出を可能にして、少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせることが可能となる。
【００７０】
すなわち、本開示の実施の形態の第１の実施例によれば、レーダエコー信号を二乗した行列に拡張アレー処理を行ってアンテナの素子数を拡張することにより，レーダエコー信号の位相検出が可能であり、かつ高い方位分解能を持つレーダ装置１およびレーダ信号の処理方法を提供することが可能になる。
【００７１】
［１．３．第２の実施例］
（レーダ装置の構成例）
続いて、本開示の実施の形態の第２の実施例に係るレーダ装置の構成例を説明する。図４は、本開示の実施の形態の第２の実施例に係るレーダ装置１の構成例を示す説明図である。以下、図４を用いて本開示の実施の形態の第２の実施例に係るレーダ装置１の構成例について説明する。
【００７２】
図４に示したレーダ装置１は、受信アレーアンテナが送信アンテナを挟んで構成されている。図４に示したレーダ装置１は、受信アレーアンテナ１０Ａ、１０Ｂと、送信アンテナ２０と、信号処理装置１００と、を含んで構成される。また信号処理装置１００は、二乗行列生成部１１０と、拡張アレー処理部１２０と、拡張データ生成部１３０と、方位検出部１４０と、を備える。信号処理装置１００は、図１に示したものと同じ構成を有するので詳細な説明は割愛する。
【００７３】
受信アレーアンテナ１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ素子数がＬ（Ｌは２以上の自然数）、素子間距離がｄの等間隔線形アレーアンテナである。図４に示したレーダ装置１において、受信アレーアンテナ１０Ａは受信アンテナ１０−１、１０−２を備え、受信アレーアンテナ１０Ｂは受信アンテナ１０−３、１０−４を備える。すなわち素子数Ｌはいずれも２である。そして受信アレーアンテナ１０Ａ、１０Ｂの間隔はＬ×ｄ以下とする。なお、受信アレーアンテナ１０Ａ、１０Ｂの素子数は同じでもよく、異なっていても良い。
【００７４】
図４に示したレーダ装置１において、モードベクトルａＲＸを求めると以下の数式１５の通りとなる。
【００７５】
【数１５】
2017227487.tif 000017
【００７６】
二乗行列ＳＸＸは数式１６になり、二乗行列ＳＸＸに含まれているモードベクトルａＲＸとモードベクトルａＲＸの転置との積は、数式１７になる。
【００７７】
【数１６】
2017227487.tif 000018
【００７８】
【数１７】
2017227487.tif 000019
【００７９】
数式１７を見ると、ｅ−４ｊψからｅ＋４ｊψまで９種類の位相の全てが欠けることなく連続して含まれており、受信アレーアンテナ１０Ａの右端と、受信アレーアンテナ１０Ｂの左端の間隔をＬ×ｄ以下に限定したことにより、数式１７が、以下で示す数式１８の拡張モードベクトルａＥＸの要素を全て含むことが担保されている。
【００８０】
【数１８】
2017227487.tif 000020
【００８１】
数式１６に示した二乗行列ＳＸＸの全ての要素を平均化して写像した拡張ベクトルＶＫＲを数式１９に示す。
【００８２】
【数１９】
2017227487.tif 000021
【００８３】
また、数式１６の二乗行列ＳＸＸから拡張ベクトルＶＫＲに写像する処理を数式２０に示す。
【００８４】
【数２０】
2017227487.tif 000022
【００８５】
信号処理装置１００は、以下、拡張ベクトルＶＫＲの要素毎に振幅の平方根をとった拡張データベクトルＸＥＸを生成し、拡張データベクトルＸＥＸと、拡張モードベクトルａＥＸとを用いて、所定の方位推定アルゴリズムによりレーダエコー信号ｓの到来方向を推定することが出来る。
【００８６】
＜２．まとめ＞
以上説明したように、本開示の実施の形態によれば、特に小型のレーダ装置に用いられる信号処理装置１００であって、従来の拡張アレー処理では不可能な位相検出を可能にして、少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせることが可能な信号処理装置１００が提供される。また本開示の実施の形態によれば、アンテナ素子数で高い方位分解能を持たせることが可能な信号処理装置１００を用いたレーダ装置１が提供される。
【００８７】
本開示の実施の形態に係るレーダ装置１は、小型でありながら高い方位分解能と微小な動きを検知できるため、例えば見守りや、介護、ジェスチャー入力によるユーザインターフェースを目的とした小型レーダに使用することができる。例えば、図５に示したように、レーダ装置１は、人間ｈ１や動物ａ１の見守りを目的とした使用が可能になる。また例えば、図６に示したように、レーダ装置１は、ユーザの指ｆ１を用いたジェスチャー入力を検出することを目的とした使用が可能になる。
【００８８】
もちろん、上述した使用形態は、本開示の実施の形態に係るレーダ装置１の使用形態の一例にすぎないことは言うまでも無く、
【００８９】
本明細書の各装置が実行する処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図またはフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、各装置が実行する処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
【００９０】
また、各装置に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した各装置の構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供されることが可能である。また、機能ブロック図で示したそれぞれの機能ブロックをハードウェアまたはハードウェア回路で構成することで、一連の処理をハードウェアまたはハードウェア回路で実現することもできる。
【００９１】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９２】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【００９３】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
複数の受信アンテナからなる受信アレーアンテナが受信した受信信号の受信信号ベクトルと、前記受信信号ベクトルの転置ベクトルとを乗じて行列を生成する行列生成部と、
前記行列に基づいて前記受信信号の少なくとも位相を推定する推定部と、
を備える、信号処理装置。
（２）
前記行列に対する演算を行って第１のベクトルを生成する第１ベクトル生成部と、
前記第１のベクトルの各要素に対して所定の演算を行って第２のベクトルを生成する第２ベクトル生成部と、
をさらに備え、
前記推定部は、前記第２のベクトルを用いて前記受信信号の少なくとも位相を推定する、請求項１に記載の信号処理装置。
（３）
前記第１ベクトル生成部は、前記行列の要素を位相が対応する位置へ写像することによって前記第１のベクトルを生成する、請求項２に記載の信号処理装置。
（４）
前記第２ベクトル生成部は、前記第１のベクトルの各要素の振幅に対応する値を平方根に変換して前記第２のベクトルを生成する、請求項２に記載の信号処理装置。
（５）
前記推定部は、さらに、前記受信信号の到来方向及び強度を推定する、請求項１に記載の信号処理装置。
（６）
前記受信アレーアンテナは、素子数がＬ（Ｌは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される、請求項１に記載の信号処理装置。
（７）
前記受信アレーアンテナは、素子数がＬ（Ｌは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される第１の受信アレーアンテナと、前記第１の受信アレーアンテナの配置方向と同一の方向にＬ×ｄ以下の距離を隔てて、素子数がＭ（Ｍは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される第２の受信アレーアンテナと、を備える、請求項１に記載の信号処理装置。
（８）
複数の受信アンテナからなる受信アレーアンテナが受信した受信信号の受信信号ベクトルと、前記受信信号ベクトルの転置ベクトルとを乗じて行列を生成することと、
前記行列に基づいて前記受信信号の少なくとも位相を推定することと、
を含む、信号処理方法。
（９）
所定の間隔で配置された複数の受信アンテナからなる受信アレーアンテナと、
前記受信アレーアンテナが受信した受信信号の受信信号ベクトルと、前記受信信号ベクトルの転置ベクトルとを乗じて行列を生成する行列生成部と、
前記行列に基づいて前記受信信号の少なくとも位相を推定する推定部と、
を備える、信号受信装置。
（１０）
前記受信アレーアンテナは、素子数がＬ（Ｌは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される、請求項７に記載の信号受信装置。
（１１）
前記受信アレーアンテナは、素子数がＬ（Ｌは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される第１の受信アレーアンテナと、前記第１の受信アレーアンテナの配置方向と同一の方向にＬ×ｄ以下の距離を隔てて、素子数がＭ（Ｍは２以上の整数）で、素子間距離ｄで線形状に配置される第２の受信アレーアンテナと、を備える、請求項７に記載の信号受信装置。
【符号の説明】
【００９４】
１        ：レーダ装置
１０      ：受信アレーアンテナ
１０−１  ：受信アンテナ
１０−２  ：受信アンテナ
１０−３  ：受信アレーアンテナ
１０−４  ：受信アレーアンテナ
１０Ａ    ：受信アレーアンテナ
１０Ｂ    ：受信アレーアンテナ
２０      ：送信アンテナ
ａ１      ：動物
ｆ１      ：指
ｈ１      ：人間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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