特許 6279212 ＭＩＭＯレーダシステム、及び信号処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6279212

(24)【登録日】2018年1月26日

(45)【発行日】2018年2月14日

(54)【発明の名称】ＭＩＭＯレーダシステム、及び信号処理装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/03 20060101AFI20180205BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/03 230

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-22044(P2013-22044)

(22)【出願日】2013年2月7日

(65)【公開番号】特開2014-153142(P2014-153142A)

(43)【公開日】2014年8月25日

【審査請求日】2016年2月2日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２４年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発における委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）

(73)【特許権者】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】菅野 真行

【審査官】 請園 信博

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２７４４９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０３３４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１７０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５７１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９４０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５３７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５８９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０８３４７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−１４６１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１５４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００３３９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／００ − ７／４２

１３／００ − １３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信アンテナを有する複数の送信装置と、
受信アンテナを備える複数の受信装置と、
前記送信アンテナ間の間隔及び前記受信アンテナ間の間隔に基づいて複数の仮想アンテナによる仮想アレイを構成し、前記複数の受信装置により受信された受信信号を処理する信号処理装置と、を備え、
前記複数の送信装置の前記送信アンテナのうちの利用される前記送信アンテナの配置として、利用される前記送信アンテナ間の間隔が、全て異なっている配置と、利用される前記送信アンテナ間の間隔が、全て等しい間隔となっている配置と、が選択可能であり、
前記信号処理装置は、
前記構成した仮想アレイにおいて、長パルス波で観測できない近距離については、利用される前記送信アンテナ間の間隔が、全て等しい間隔となっている配置を用いて仮想アレイを構成し、それ以外の観測距離については、利用される前記送信アンテナ間の間隔が、全て異なっている配置を用いて仮想アレイを構成することを特徴とするＭＩＭＯレーダシステム。

【請求項2】

利用される前記送信アンテナの最大素子間隔は、前記複数の受信アンテナにより構成されるアレイ長以下であることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯレーダシステム。

【請求項3】

前記信号処理装置は、
前記構成した仮想アレイにおいて、同じ位置に配置される前記仮想アンテナがある場合、前記同じ位置に配置される複数の前記仮想アンテナによる前記受信信号を走査角度毎に統合することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＭＩＭＯレーダシステム。

【請求項4】

隣り合う前記複数の受信装置の受信アンテナ間の間隔は、
全て等間隔で配置される
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＭＩＭＯレーダシステム。

【請求項5】

前記信号処理装置は、
前記構成した仮想アレイにおいて、同じ位置に配置される前記仮想アンテナがある場合、同じ位置に配置される前記仮想アレイに対して重み付けを行った後、前記同じ位置に配置される複数の前記仮想アンテナによる前記受信信号を走査角度毎に統合する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＭＩＭＯレーダシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＭＩＭＯレーダシステム、及び信号処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のレーダ送信装置で電波を送信し、複数のレーダ受信装置で電波を受信し、受信した電波を用いて対象物の位置を検出するＭＩＭＯ（Multiple-Input
Multiple-Output）レーダシステムと呼ばれるレーダシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

非特許文献１の記載の技術では、レーダ送信装置のアンテナを均一に配置したアレイと、レーダ受信装置のアンテナを均一に配置したアレイとによりＭＩＭＯレーダシステムを構成することが提案されている。また、非特許文献１の記載の技術では、各アンテナは、送受信される波長の半波長間隔で配置する。非特許文献１の記載の技術では、レーダ受信装置は、各アンテナを介して、各レーダ送信装置のアンテナから送信された送信信号を受信する。非特許文献１の記載の技術では、レーダ送信装置のアンテナの素子数がＭ素子、レーダ受信装置のアンテナの素子数がＮ素子であるとすると、レーダ受信装置は、Ｍ×Ｎ素子の仮想的なアレイアンテナを有しているとみなせる。

【0004】

しかしながら、非特許文献１の記載の技術のようにアンテナを等間隔に配置したＭＩＭＯレーダシステムでは、送信アンテナ及び受信アンテナの単体毎に指向性のばらつきがある。指向性のばらつきとは、例えばアンテナ毎かつ走査角度毎に送信信号または受信信号の振幅が異なり、あるいは位相が異なることである。この指向性のばらつきにより、受信特性において周期的なローブが発生する。非特許文献１の技術では、受信アンテナにより受信された複数の受信信号が合成されると、この周期的なローブが加算されるため、サイドローブの信号レベルが増加し、ＣＮ（搬送波対雑音比）が悪化するという課題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−６８２２４号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Jian Li、Petre Stoica、MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING、wiley and Sonc、Inc、２００８、P74-P77

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

各送信アンテナから独立した信号を送信するため長パルス波を使用するＭＩＭＯレーダシステムでは、通常のパルスレーダと同様に近距離の観測に短パルス波を使用し、長パルス波と短パルス波を併用することが必要となる。

【0008】

ＭＩＭＯレーダシステムでは、指向性のばらつきにより発生する、前記周期ローブによるサイドローブの信号レベルの増加に対して、送信アンテナを不等間隔に配置することが受信信号のＣＮ比を向上する有効な手法であった。

【0009】

しかしながら、送信アンテナを不等間隔に配置すると、短パルス波を使用し、各送信アンテナから独立でない信号を送信する場合には所望の指向性を実現できず、サイドローブ信号レベルが増加する。それによりＭＩＭＯレーダシステムに対して近距離を観測する場合の更なる改善が望まれていた。

【0010】

本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、受信信号のＣＮ比を向上することができるＭＩＭＯレーダシステム、及び信号処理装置を提供することを目標とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

（１）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るＭＩＭＯレーダシステムは、送信アンテナを有する複数の送信装置と、受信アンテナを備える複数の受信装置と、前記送信アンテナ間の間隔及び前記受信アンテナ間の間隔に基づいて複数の仮想アンテナによる仮想アレイを構成し、前記複数の受信装置により受信された受信信号を処理する信号処理装置と、を備え、隣り合う前記送信装置の全ての組み合わせにおいて前記送信アンテナ間の間隔が、全て異なっている配置と、前記送信アンテナ間の間隔が、全て等しい間隔となっている配置を併用しており、前記送信アンテナの最大素子間隔は、前記複数の受信アンテナにより構成されるアレイ長以下であることを特徴としている。
（２）また、本発明の一態様に係るＭＩＭＯレーダシステムにおいて、前記信号処理装置はレーダの観測距離により、長パルス波で観測できない近距離については前記送信アンテナ間の間隔が、全て等しい間隔となっている配置を用いて仮想アレイを構成し、それ以外の観測距離については前記送信アンテナ間の間隔が、全て異なっている配置を用いて仮想アレイを構成することを特徴としている。
（３）また、本発明の一態様に係るＭＩＭＯレーダシステムにおいて、前記信号処理装置は、前記構成した仮想アレイにおいて、同じ位置に配置される前記仮想アンテナがある場合、前記同じ位置に配置される複数の前記仮想アンテナによる前記受信信号を走査角度毎に統合するようにしてもよい。
（４）また、本発明の一態様に係るＭＩＭＯレーダシステムにおいて、隣り合う前記複数の受信装置の受信アンテナ間の間隔は、全て等間隔で配置されるようにしてもよい。
（５）また、本発明の一態様に係るＭＩＭＯレーダシステムにおいて、前記信号処理装置は、前記構成した仮想アレイにおいて、同じ位置に配置される前記仮想アンテナがある場合、同じ位置に配置される前記仮想アレイに対して重み付けを行った後、前記同じ位置に配置される複数の前記仮想アンテナによる前記受信信号を走査角度毎に統合するようにしてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ＭＩＭＯレーダシステムは、受信信号のＣＮ比を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】ＭＩＭＯレーダシステムの機能構成を示すブロック図である。

【図2】本実施形態に係る送信アンテナ、受信アンテナの構成を説明する図である。

【図3】レーダにて近距離を観測する際に使用する送信アンテナを全て等間隔で配置した場合の仮想アレイを説明する図である。

【図4】レーダにて近距離以外の距離を観測する際に使用する送信アンテナを全て不等間隔で配置した場合の仮想アレイを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、ＭＩＭＯレーダシステム１の機能構成を示すブロック図である。図１に示すＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）レーダシステム１は、ｎ＋ｌ−１個の送信装置１０−１、１０−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、１０−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）（ｎ、ｋは１以上の整数）、ｍ個の受信装置２０−１〜２０−ｍ（ｍは１以上の整数）、及び信号処理装置３０を備える。
送信装置１０−１、１０−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、１０−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）は、各々、送信アンテナ１１−１、１１−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）を備える。送信装置１０−１、１０−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、１０−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）は、各々、送信アンテナ１１−１、１１−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）から、送信信号ｓ１−１、ｓ１−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、ｓ１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）を送信する。受信装置２０−ｊ（ｊは１〜ｍ）は、各々、受信アンテナ２１−ｊ（ｊは１〜ｍ）を備える。
受信装置２０−ｊ（ｊは１〜ｍ）は、各々、対象物４０に送信信号ｓ１−１、ｓ１−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、ｓ１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）が反射、散乱、または回折（以下、これら全てを含めて反射という）した信号である受信信号ｓ２−ｊ（ｊは１〜ｍ）を、受信アンテナ２１−ｊ（ｊは１〜ｍ）を介して受信する。各受信装置２０−ｊ（ｊは１〜ｍ）は、受信した受信信号を信号処理装置３０に出力する。

【0015】

信号処理装置３０は、各受信装置２０−ｊ（ｊは１〜ｍ）が受信した受信信号ｓ２−ｊ（ｊは１〜ｍ）を処理する。具体的には、信号処理装置３０は、受信信号ｓ２−ｊ（ｊは１〜ｍ）に対して、各送信アンテナ１１−１、１１−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）と受信アンテナ２１−ｊ（ｊは１〜ｍ）間の送信信号と受信信号を掛け合わせて、ＭＩＭＯレーダにおける仮想アレイを実現する。信号処理装置３０は、図４に示すように仮想アレイにおける個々のアンテナ（以下、仮想アンテナという）の位置が同一の位置と見なせる複数の信号に対して、例えばベクトル平均を算出する。なお、信号処理装置３０は、例えば、受信信号を振幅データと位相データとのベクトル値として、このベクトル値の平均を算出することでベクトル平均の算出を行う。なお、仮想アンテナの位置が同一の位置とは、各送信アンテナ１１−１、１１−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）間の間隔、及び受信アンテナ２１―ｊ（ｊは１〜ｍ）間の間隔に基づいて、公知の技術で仮想アレイを構成した場合、所定の間隔で配置される仮想アンテナにおいて、仮想アンテナの仮想的な位置が同じ位置である。また、信号処理装置３０は、後述するように仮想アレイに対して重み付けを行う。
対象物４０は、ＭＩＭＯレーダシステム１が測定する対象物である。

【0016】

次に、送信アンテナ１１−１、１１−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）、受信アンテナ２１−ｊ（ｊは１〜ｍ）の配置と、信号処理装置３０が行う信号処理について説明する。
図２は、本実施形態に係る送信アンテナ１１−１〜１１−３ａ、１１−１〜１１−４ｂ、受信アンテナ２１−１〜２１−４の構成と信号処理装置３０の信号処理を説明する図である。

【0017】

この素子構成では信号処理装置３０は、レーダの観測距離により、長パルス波で観測できない近距離については前記送信アンテナ間の間隔が、図３に示す送信アンテナ１１−１、１１−２ａ、１１−３ａ、受信アンテナ２１−１〜２１−４の構成のように全て等しい間隔となっている配置を用いて仮想アレイを構成し、それ以外の観測距離については図４に示す送信アンテナ１１−１、１１−２ｂ、１１−３ｂ、１１−４ｂ、受信アンテナ２１−１〜２１−４の構成のように前記送信アンテナ間の間隔が、全て異なっている配置を用いて仮想アレイを構成する。なお、ここでは１１−１はどちらの構成でも使用するとしている。

【0018】

図３は、レーダの観測距離により、長パルス波で観測できない近距離について使用する仮想アレイの構成を示しており、
送信アンテナ１１−１と１１−２ａと１１−３ａとは、間隔が４ｄで配置されている。
このように、本発明では、隣り合う送信アンテナが全て等しい間隔となっている。すなわち、本発明では、各送信装置１０−ｉ（ｉは１〜ｎ）の隣り合う送信アンテナ１１−１、１１−ｉａ（ｉは１〜ｎ）間の間隔が、全て等しくなるように配置される。
なお、送信アンテナが５本以上配置されている場合、隣り合う送信アンテナ１１−１、１１−ｉａ（ｉは１〜ｎ）間の間隔が、全て等しくなるように配置されるようにしてもよい。図４は、レーダの観測距離により、長パルス波で観測できない近距離以外の観測距離について使用する仮想アレイの構成を示しており、送信アンテナ１１−１と１１−２ｂとは、間隔が２ｄで配置され、送信アンテナ１１−２ｂと１１−３ｂとは、間隔が３ｄで配置され、送信アンテナ１１−３ｂと１１−４ｂとは、間隔が４ｄで配置されている。
このように、本発明では、隣り合う送信アンテナ１１−１と１１−２ｂ間の間隔２ｄと、隣り合う送信アンテナ１１−２ｂと１１−３ｂ間の間隔３ｄと、隣り合う送信アンテナ１１−３ｂと１１−４ｂ間の間隔４ｄとが全て異なっている。すなわち、本発明では、各送信装置１１−１、１１−ｉｂ（ｉは１〜ｎ）の隣り合う送信アンテナ１１−１、１１−ｉｂ（ｉは１〜ｎ）間の間隔が、全て異なるように配置される。
なお、送信アンテナが５本以上配置されている場合、隣り合う送信アンテナ１１−１、１１−ｉｂ（ｉは１〜ｎ）間の間隔が、全て異なるように配置されるようにしてもよい。
また、図２に示すように、受信アンテナ２１−１と２１−２とは、間隔ｄで配置され、受信アンテナ２１−２と２１−３とは、間隔ｄで配置され、受信アンテナ２１−３と２１−４とは、間隔ｄで配置されている。すなわち、隣り合う受信アンテナ２１−１〜２１−４が、全て同じ間隔で配置されている。

【0019】

次に、信号処理装置３０における信号処理を、図３、図４を用いて説明する。なお、図２では、ＭＩＭＯレーダシステム１が、送信アンテナを６素子有し、レーダの観測距離により、長パルス波で観測できない近距離については送信アンテナ１１−１、１１−２ａ、１１−３ａの３素子、それ以外の観測距離については送信アンテナ１１−１、１１−２ｂ、１１−３ｂ、１１−４ｂの４素子を利用し、受信アンテナを４素子有する場合の例である。すなわち、仮想アンテナとしては、レーダの観測距離により、長パルス波で観測できない近距離については１２素子（＝３×４）、それ以外の観測距離については１６素子（＝４×４）存在することになる。

【0020】

図３について受信アンテナ２１−１は、送信アンテナ１１−１が送信した送信信号ｓ１−１、送信アンテナ１１−２ａが送信した送信信号ｓ１−２ａ、送信アンテナ１１−３ａが送信した送信信号ｓ１−３ａが、各々、対象物４０に反射した信号を受信信号ｓ２−１として受信する。受信アンテナ２１−２は、送信信号ｓ１−１、送信信号ｓ１−２ａ、送信信号ｓ１−３ａが、各々、対象物４０に反射した信号を受信信号ｓ２−２として受信する。受信アンテナ２１−３は、送信信号ｓ１−１、送信信号ｓ１−２ａ、送信信号ｓ１−３ａが、各々、対象物４０に反射した信号を受信信号ｓ２−３として受信する。受信アンテナ２１−４は、送信信号ｓ１−１、送信信号ｓ１−２ａ、送信信号ｓ１−３ａが、各々、対象物４０に反射した信号を受信信号ｓ２−４として受信する。

【0021】

図４について受信アンテナ２１−１は、送信アンテナ１１−１が送信した送信信号ｓ１−１、送信アンテナ１１−２ｂが送信した送信信号ｓ１−２ｂ、送信アンテナ１１−３ｂ送信した送信信号ｓ１−３ｂ、及び送信アンテナ１１−４ｂが送信した送信信号ｓ１−４ｂが、各々、対象物４０に反射した信号を受信信号ｓ２−１として受信する。受信アンテナ２１−２は、送信信号ｓ１−１、送信信号ｓ１−２ｂ、送信信号ｓ１−３ｂ、及び送信信号ｓ１−４ｂが、各々、対象物４０に反射した信号を受信信号ｓ２−２として受信する。受信アンテナ２１−３は、送信信号ｓ１−１、送信信号ｓ１−２ｂ、送信信号ｓ１−３ｂ、及び送信信号ｓ１−４ｂが、各々、対象物４０に反射した信号を受信信号ｓ２−３として受信する。受信アンテナ２１−４は、送信信号ｓ１−１、送信信号ｓ１−２ｂ、送信信号ｓ１−３ｂ、及び送信信号ｓ１−４ｂが、各々、対象物４０に反射した信号を受信信号ｓ２−４として受信する。

【0022】

図３において、一点鎖線２０１ａで囲んだ４素子の仮想アンテナ２０１ａ−１〜２０１ａ−４は、送信信号ｓ１−１を受信した受信アンテナ２１−１〜２１−４を表し、一点鎖線２０２ａで囲んだ４素子の仮想アンテナ２０２ａ−１〜２０２ａ−４は、送信信号ｓ１−２ａを受信した受信アンテナ２１−１〜２１−４を表している。また、一点鎖線２０３ａで囲んだ４素子の仮想アンテナ２０３ａ−１〜２０３ａ−４は、送信信号ｓ１−３ａを受信した受信アンテナ２１−１〜２１−４を表している。一点鎖線２０１ａ〜２０３ａの仮想アンテナの集まりを、以下、各々、仮想アンテナ群といもいう。

【0023】

具体的には、仮想アンテナ２０１ａ−１は、受信アンテナ２１−１により送信信号ｓ１−１が対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０１ａ−２は、受信アンテナ２１−２により送信信号ｓ１−１が対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０１ａ−３は、受信アンテナ２１−３により送信信号ｓ１−１が対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０１ａ−４は、受信アンテナ２１−４により送信信号ｓ１−１が対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。
同様に、仮想アンテナ２０２ａ−１は、受信アンテナ２１−１により送信信号ｓ１−２ａが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０２ａ−２は、受信アンテナ２１−２により送信信号ｓ１−２ａが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０２ａ−３は、受信アンテナ２１−３により送信信号ｓ１−２ａが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０２ａ−４は、受信アンテナ２１−４により送信信号ｓ１−２ａが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。
同様に、仮想アンテナ２０３ａ−１は、受信アンテナ２１−１により送信信号ｓ１−３ａが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０３ａ−２は、受信アンテナ２１−２により送信信号ｓ１−３ａが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０３ａ−３は、受信アンテナ２１−３により送信信号ｓ１−３ａが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０３ａ−４は、受信アンテナ２１−４により送信信号ｓ１−３ａが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。

【0024】

図４において、一点鎖線２０１ｂで囲んだ４素子の仮想アンテナ２０１ｂ−１〜２０１ｂ−４は、送信信号ｓ１−１を受信した受信アンテナ２１−１〜２１−４を表し、一点鎖線２０２ｂで囲んだ４素子の仮想アンテナ２０２ｂ−１〜２０２ｂ−４は、送信信号ｓ１−２ｂを受信した受信アンテナ２１−１〜２１−４を表している。また、一点鎖線２０３ｂで囲んだ４素子の仮想アンテナ２０３ｂ−１〜２０３ｂ−４は、送信信号ｓ１−３ｂを受信した受信アンテナ２１−１〜２１−４を表し、一点鎖線２０４ｂで囲んだ４素子の仮想アンテナ２０４ｂ−１〜２０４ｂ―４は、送信信号ｓ１−４ｂを受信した受信アンテナ２１−１〜２１−４を表している。一点鎖線２０１ｂ〜２０４ｂの仮想アンテナの集まりを、以下、各々、仮想アンテナ群ともいう。

【0025】

具体的には、仮想アンテナ２０１ｂ−１は、受信アンテナ２１−１により送信信号ｓ１−１が対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０１ｂ−２は、受信アンテナ２１−２により送信信号ｓ１−１が対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０１ｂ−３は、受信アンテナ２１−３により送信信号ｓ１−１が対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０１ｂ−４は、受信アンテナ２１−４により送信信号ｓ１−１が対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。
同様に、仮想アンテナ２０２ｂ−１は、受信アンテナ２１−１により送信信号ｓ１−２ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０２ｂ−２は、受信アンテナ２１−２により送信信号ｓ１−２ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０２ｂ−３は、受信アンテナ２１−３により送信信号ｓ１−２ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０２ｂ−４は、受信アンテナ２１−４により送信信号ｓ１−２ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。
同様に、仮想アンテナ２０３ｂ−１は、受信アンテナ２１−１により送信信号ｓ１−３ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０３ｂ−２は、受信アンテナ２１−２により送信信号ｓ１−３ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０３ｂ−３は、受信アンテナ２１−３により送信信号ｓ１−３ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０３ｂ−４は、受信アンテナ２１−４により送信信号ｓ１−３ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。
同様に、仮想アンテナ２０４ｂ−１は、受信アンテナ２１−１により送信信号ｓ１−４ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０４ｂ−２は、受信アンテナ２１−２により送信信号ｓ１−４ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０４ｂ−３は、受信アンテナ２１−３により送信信号ｓ１−４ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。仮想アンテナ２０４ｂ−４は、受信アンテナ２１−４により送信信号ｓ１−４ｂが対象物４０に反射した信号を受信したアンテナを表している。

【0026】

図４に示す構成では、送信アンテナ１１−１、１１−２ｂ、１１−３ｂ、１１−４ｂの間隔に応じて、一点鎖線２０１ｂ〜２０４ｂで囲んだ４素子の仮想アンテナ群同士の間隔が異なっている。具体的には、仮想アンテナ２０１ｂ−１に対して仮想アンテナ２０２ｂ−１は、送信アンテナ１１−１と送信アンテナ１１−２ｂとの間隔２ｄと同じ間隔２ｄ離れている。仮想アンテナ２０２ｂ−１に対して仮想アンテナ２０３ｂ−１は、送信アンテナ１１−２ｂと送信アンテナ１１−３ｂとの間隔３ｄと同じ間隔３ｄ離れている。仮想アンテナ２０３ｂ−１に対して仮想アンテナ２０４ｂ−１は、送信アンテナ１１−３ｂと送信アンテナ１１−４ｂとの間隔４ｄと同じ間隔４ｄ離れている。
この結果、破線２１１で囲んだように、仮想アレイにおいて仮想アンテナ２０１ｂ−３と、仮想アンテナ２０２ｂ−１とが、同一の位置である。また、破線２１２で囲んだように、仮想アレイにおいて仮想アンテナ２０１ｂ−４と、仮想アンテナ２０２ｂ−２とが、同一の位置である。さらに、破線２１３で囲んだように、仮想アレイにおいて仮想アンテナ２０２ｂ−４と、仮想アンテナ２０３ｂ−１とが、同一の位置である。
本発明では、信号処理装置３０は、このような同一の位置に対応する複数の信号を統合する。統合は、例えばベクトル平均を算出することで行う。

【0027】

ここで、最大素子間隔とは、図４に示した例では、送信アンテナ１１−３ｂと１１−４ｂとの間隔であり４（×ｄ）である。複数の受信アンテナ２１−ｊ（ｊは１〜ｍ）により構成されるアレイ長とは、図４に示した例では、受信アンテナ２１−１〜２１−４により構成されるアレイの長さであり４である。このアレイ長より送信アンテナ１１−１、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）との最大素子間隔が長い場合、例えば、仮想アンテナ群２０３と仮想アンテナ群２０４との間隔がｄより長くなり、仮想アンテナ群間に隙間ができる。このため、本実施形態では、図４に示すように、送信アンテナ１１−１、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）との最大素子間隔は、複数の受信アンテナ２１−ｊ（ｊは１〜ｍ）により構成されるアレイ長以下に構成する。

【0028】

ここで、信号処理装置３０が行う仮想アレイに対して重み付けの例を説明する。
信号処理装置３０は、図３に示す構成では送信アンテナ１１−１、１１−ｋａ（ｋは２〜ｌ）×受信アンテナ２１−ｊ（ｊは１〜ｍ）に対応する仮想アンテナ分のデータを生成する。
また、図４に示す構成では送信アンテナ１１−１、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）×受信アンテナ２１−ｊ（ｊは１〜ｍ）に対応する仮想アンテナ分のデータを生成する。
次に、信号処理装置３０は、図４に示したように同じ位置に重複する仮想アンテナが存在する場合（例えば、仮想アンテナ２０１ｂ−３と２０２ｂ−１）、重複している仮想アンテナのデータに対してベクトル平均処理を行う。信号処理装置３０は、重複している仮想アンテナを１つのアンテナと見なし、このアンテナに対して平均処理したデータをアンテナデータとして割り当てる。このように、重複したアンテナを１つのアンテナとしてみなした場合、図４に示した仮想アレイは１３素子の仮想アンテナで構成され、この１３素子の仮想アンテナには、各々、信号処理装置３０が平均処理したアンテナデータが割り当てられる。
次に、信号処理装置３０は、仮想アレイの各仮想アンテナに対応する正面方向のアンテナデータに対して、振幅データ及び位相データを揃えるように各方位角度での振幅データ及び位相データを調整することで重み付けを行う。
あるいは、信号処理装置３０は、仮想アレイの各アンテナデータの振幅データ及び位相データに対して、テイラー分布を有する重み付けを行う。この重み付けにより、信号処理装置３０は、所望の指向性を得る。

【0029】

次に、図４に示す構成での設計者が行う送信アンテナ１１−１、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）の配置を決定する手順の一例を説明する。なお、以下の説明では、図２に示したように、一例として各送信アンテナ１１−１、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）が、全て直線方向に配置されているとする。
設計者は、例えば、まず送信アンテナの中から任意の２素子の送信アンテナ１１−１と１１−２ｂとを選択し（手順１）、選択した送信アンテナ１１−１と１１−２ｂ間の間隔を２ｄに決定する（手順２）。次に、設計者は、送信アンテナ１１−１及び１１−２ｂ以外の送信アンテナとして、送信アンテナ１１−３ｂを選択する（手順３）。次に、設計者は、１１−２ｂと、手順３で選択した送信アンテナ１１−３ｂとの間隔を３ｄに決定する（手順４）。次に、設計者は、手順１〜手順３で選択した以外の送信アンテナとして、送信アンテナ１１−４ｂを選択する（手順５）。次に、設計者は、送信アンテナ１１−３ｂと、手順５で選択した送信アンテナ１１−４ｂとの間隔を４ｄに決定する（手順６）。以下同様に、ＭＩＭＯレーダシステム１の設計者は、各送信アンテナ間の間隔が、互いに異なるように配置を決定していく（手順７）。なお、このような送信アンテナの選択と、送信アンテナ間の決定は、例えば、信号処理装置３０が備える不図示の演算部が行うようにしてもよい。
なお、上記では、送信アンテナ間の間隔を、順次、２ｄ、３ｄ、４ｄ・・と決定する例を説明したが、間隔を決定する順番はこれに限られない。例えば、２ｄ、ｄ、３ｄ・・・等であってもよく、ランダムであってもよい。
また、上述した例では、送信アンテナ１１−１、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）のうち、左側に配置されるアンテナを基準にして、アンテナ間隔を決定する例を説明したが、これに限られない。例えば、紙面の中央に配置されている送信アンテナ１１−３ｂ、または右端に配置されている送信アンテナ１１−４ｂを基準に、他の送信アンテナ１１−１、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）の間隔を決定するようにしてもよい。

【0030】

以上のように、本発明に係るＭＩＭＯレーダシステム１は、送信アンテナ１１−１、１１−ｋａ（ｉは２〜ｌ）、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）を有する複数の送信装置と、受信アンテナ２１−ｊ（ｊは１〜ｍ）を備える複数の受信装置と、送信アンテナ間の間隔及び受信アンテナ間の間隔に基づいて複数の仮想アンテナによる仮想アレイを構成し、複数の受信装置により受信された受信信号を処理する信号処理装置３０と、を備え、隣り合う送信装置の全ての組み合わせにおいて送信アンテナ間の間隔が、全て異なるように配置され、送信アンテナの最大素子間隔は、複数の受信アンテナにより構成されるアレイ長以下である。
この構成により、本発明に係るＭＩＭＯレーダシステムは、近距離以外の観測距離を測定する際にサイドローブの信号レベルを低減でき、受信信号のＣＮ比を向上することができる送信アンテナの素子を不等間隔に配置した場合に、近距離の観測時に所望の指向性を実現できずサイドローブ信号レベルが増加する課題を改善することができ、結果的に観測する全領域でサイドローブの信号レベルを低減でき、受信信号のＣＮ比を向上することができる。

【0031】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
例えば、各実施形態における図１に示した機能のうち、機能の全て、もしくは機能の一部を、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）に接続されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に保存されているプログラムにより実行することも可能である。

【符号の説明】

【0032】

１…ＭＩＭＯレーダシステム、１０−ｉ＋ｋ−１（ｉは２〜ｎ、ｋは２〜ｌ）…送信装置、１１−１、１１−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、１１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）…送信アンテナ、２０−ｊ（ｊは１〜ｍ）…受信装置、２１−ｊ（ｊは１〜ｍ）…受信アンテナ、３０…信号処理装置、４０…対象物、ｄ…アンテナの間隔、ｓ１−１、ｓ１−ｋａ（ｋは２〜ｌ）、ｓ１−ｉｂ（ｉは２〜ｎ）…送信信号、ｓ２−ｊ（ｊは１〜ｍ）…受信信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】