戦略的情報通信研究開発推進事業（SCOPE） 電波有効利用促進型研究開発（先進的電波有効利用型）

ポスター番号

スパース周波数分割レーダの研究開発

P-013

稲葉 敬之（研究代表者），秋田学（研究分担者）

国立大学法人

電気通信大学１ 研究開発の概要
自動運転社会の実現にむけ、79GHz帯では4GHzという超広帯域に拡張（76GHz帯と繋がり合計5GHz）されるなど超広帯域ミリ波レーダの技術基盤確立が急務とされている。以上の背景のもと，本「スパース周波数分割レーダの研究開発」は，分解能と探知距離の両立という多周波ステップ方式の利点を最大限に活用し，観測時間一定の元、距離・速度の視野を維持するため周波数ステップのスパース化という制約のものレーダ性能（距離と速度の双方の分解能と視野）を堅持し、逆にレーダあたりの総帯域幅帯域幅の削減を図ることで，距離分解能を維持した上で複数の非同期レーダの多重化を実現する技術（課題ア）や、その各種環境への適応化技術（課題イ）の確立を目的とする。具体的には，「課題ア．スパース周波数不等間隔分割設計技術」と「課題イ．スパース周波数分割アダプティブ技術」に取り組む。

２ 期待される研究開発成果及びその社会的意義
本研究開発成果は，瞬時帯域は狭帯域（すなわち遠距離性および低ハードウェア負荷）でありながら分解能は総送信帯域幅が得られ，かつ多くの同一周波数帯に存在する非同期レーダの共存を可能とする技術であり，本研究開発の技術は上記システムを実現・普及する上で，重要な要素技術であり，実現・普及に貢献するものである。
本研究開発技術の基本概念

本研究開発の基盤技術となる多周波ステップ方式⚫ 従来レーダや通信における周波数アロケーションの概念⚫ 遠距離性と高距離分解能化を両立するレーダ変復調方式「多周波ステップ方式」
合成帯域法とパルス圧縮の二つの原理に基づく融合方式

各通信での瞬時帯域幅は比較的広い

複数周
波数

A/D

符号1

ドップラ
周波数推定

CPCパルス
符号2
圧縮

符号1

符号1

符号2

ドプラシフト
符号2
位相補償

1500

相補信号
加算

遠距離2目標合成帯域(DFT)

rMap0⚫ 提案するスパース不等間隔分割レーダの概念
瞬時帯域は狭い（すなわち遠距離性が得られる）が分解能は最大幅スパースになることでグレーティング等の問題が発生することを不等間隔設計で回避する

-

受信帯域幅

20-

40-

60-

電力 [dB]

・・・

200

送信帯域幅
・・
=分解能に相当
・

80
1015

20

25

30

速度 [km/h]

時間

距離差34cm（等速2目標）高い距離分解能 35cm

速度分解能 0.3km/h

狭帯域送信信号を時分割に切り替え送信電力 [dB]

周波数

1000-

20-

40-

60-

80-

100-

120-

140
80

100dB以上の低い
距離サイドローブ（遠近両用）

500

遠距離目標（150m）
90

100

110

120

近距離静止目標

0ミリ波レーダ

距離 [m]

多周波ステップ方式の信号処理ブロック図

多周波ステップ方式の送信周波数シーケンス

近距離静止目標（5m）

遠近両用高分解能の実験的検証
周波数ステップ設計（ア）スパース周波数分割設計技術の研究開発

周波数ステップ設計

周波数ステップ設計
課題（ア）研究開発成果（成果物）

周波数ステップ設計⚫ 分解能を維持しつつ低サイドローブを実現するスパース周波数設計法[1][3][4]⚫ スパース周波数設計法に基づく非同期多重化法[2]⚫ ABCアルゴリズムによるスパース周波数ステップ選択法⚫ 圧縮センシングによるスパース周波数ステップ選択法⚫ ABCアルゴリズムの改良による複数レーダの多重化法

課題（ア）の目標達成状況
受託時目標⚫ 等間隔で虚像が発生しない最小周波ステップ数に対し，同じ帯域幅内でグレーティングを発生させずにステップ数を 20%以上削減する。
⚫ 等間隔ステップではグレーティングが避けられない条件にて、同じ帯域幅内に、同時 2 台以上の非同期レーダを分解能を落とさず（劣化を最小限に抑制し）共存させる周波数ステップを実現する。
終了時達成状況⚫ 上記目標を達成

等間隔周波数ステップと比較して20%以上の周波数を削減

研究開発技術の基本概念のイメージ図
アルゴリズム改良
非同期多重化

近距離レーダに対する社会的要求
自動運転
車載レーダ

技術的要求事項

電波法令的動向
79GHz帯3GHz法整備（78GHz～81GHz）
76GHz帯1GHzに変更する
法整備

79GHz帯4GHz拡大の見通し

スパース周波数分割レーダの研究開発
分解能は維持高分解能化

自動運転支援インフラレーダ

踏切監視レーダ

研究開発成果（論文）（ア）スパース周波数分割設計技術の研究開発スパース化の最適設計法
レーダ当たりの周波数帯域の削減

同一帯域における複数レーダの多重化

多様な環境に対するア
ダプティブに対応する能力
前方のレーダ画像化◼スパース化による超広帯域分解能◼スパース化による複数レーダ多重化

分解能を維持したうえでグレーティングを発生させず周波数ステップ数削減

左記性能を維持しつつ非同期複数レーダの多重化（図は4レーダ）（イ）スパース周波数アダプティブ技術の研究開発

1. 多周波ステップレーダにおけるスパース周波数選択法，稲葉，秋田，谷口，電子情報通信学会論文誌B（投稿中，条件付採録）
2. 多周波ステップ方式に基づく非同期スパース周波数分割多重化法におけるレーダ間干渉に関する一考察，秋田，稲葉，谷口，信学技報，vol.119，no.405，pp.16，2020
3. 多周波ステップ信号を用いた離隔周波数コヒーレント合成法，渡辺，稲葉，秋田，
電子情報通信学会論文誌B，vol.J104-B，no.6，2021
4. 多周波ステップレーダの人工蜂コロニー法を用いた周波数多重化の基礎検討，
稲葉，谷口，秋田，信学技報，vol.119，no.26，pp.29-34，2020
他 3件

課題（イ）の研究開発成果（成果物）⚫ スパース周波数不等間隔分割レーダの実現のための環境に適応した信号処理（干渉波／クラッタ／マルチパス，MIMO ドップライメージング）[1]-[4]⚫ 受信機アナログ系誤差にロバストな目標検知法⚫ 多周波ステップ方式における前側方二次元マップ画像化法⚫ マルチパスフェージング対処固有空間追尾アルゴリズム⚫ 干渉波環境におけるスパース周波数分割設計アルゴリズム

課題（イ）の目標達成状況（イ）スパース周波数アダプティブ技術の研究開発

環境に合わせた信号処理◼時空間環境に対するスパース化による前方二次元画像化◼目標環境に応じたスパース化によるマルチパス対策

社会的要求と電波法令的動向からレーダ求められる技術的要求事項

観測時間内のドップラ・レンジウォークによる精度劣化

スロータイム処理前（ファストタイム処理後）で減算処理

スパース多周波ステップ方式における目標自動検知の信号処理ブロック図

振幅の大きい目標のサイドローブに埋もれる微弱な目標の検知

ドップラ補正，レンウォーク，ドップラウォークを補償し合焦多周波ステップ方式に基づく前側方二次元マップ画像化
信号処理ブロック図

受託時目標⚫ 大規模アレーアンテナのアレー素子数に対し、ドップライメージングとスパース配列アレーのハイブリット方式の確立により、スパース配列アレーの素子数を同一
前方角度分解能の大規模アレーに対し，４分の１以下にする
終了時達成状況⚫ 上記目標を達成

研究開発成果（論文）
1. 超広帯域多周波ステップレーダにおける再帰的周波数推定法を用いた自動検知法，渡辺，稲葉，秋田，電子情報通信学会論文誌B，vol. J104-B，no.7，2021
2. 多周波ステップ方式における高精度ドップラーイメージング，渡辺，稲葉，秋田，
電気学会論文誌C，vol. 141，no.3， pp453-463，2021
3. 路面反射マルチパス環境における多周波ステップレーダの櫛形周波数分割配置と信号処理構成，稲葉，秋田，電子情報通信学会論文誌B，vol.J105-B，No.4，2022
4. 背景クラッタ中のcm級小物体検知における多周波ステップレーダのパラメータスタディと評価，稲葉，秋田，電気学会論文誌D，vol.142，no.1， pp453-463，
2022
他 6件

ICTイノベーションフォーラム2021
戦略的情報通信研究開発推進事業（SCOPE）