特許 6509675 アンテナ装置及びレーダ装置

(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】6509675

(24)【登録日】2019年4月12日

(45)【発行日】2019年5月8日

(54)【発明の名称】アンテナ装置及びレーダ装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/02 20060101AFI20190422BHJP

   G01S 3/46 20060101ALI20190422BHJP

   H01Q 3/26 20060101ALI20190422BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/02 216

   G01S3/46

   H01Q3/26 Z

【請求項の数】11

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2015-160509(P2015-160509)

(22)【出願日】2015年8月17日

(65)【公開番号】特開2017-40477(P2017-40477A)

(43)【公開日】2017年2月23日

【審査請求日】2018年2月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 晋一

(72)【発明者】

【氏名】安達 正一郎

【審査官】 ▲高▼場 正光

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５５９８２０６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３５３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００２０２１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２５６１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０２７２９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 再公表特許第２０１６／０２７４２２（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 能美 仁，“インフラモニタリングのための振動可視化レーダーの開発”，SIP（戦略的イノベーション創造プログラム）「インフラ維持管理・更新・マネジメント技術」第１回シンポジウム，２０１４年１１月 ５日，発表番号4-8，7 Pages

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ３／００ − Ｇ０１Ｓ ３／７４

Ｇ０１Ｓ ３／８０ − Ｇ０１Ｓ ３／８６

Ｇ０１Ｓ ７／００ − Ｇ０１Ｓ ７／４２

Ｇ０１Ｓ ７／５２ − Ｇ０１Ｓ ７／６４

Ｇ０１Ｓ １３／００ − Ｇ０１Ｓ １５／９６

Ｈ０１Ｑ ３／００ − Ｈ０１Ｑ ３／４６

Ｈ０１Ｑ ２１／００ − Ｈ０１Ｑ ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の軸に沿ってＮ（Ｎは２以上の自然数）個の素子を一次元に配列して素子毎に受信した素子信号Xan（ｎ＝１〜Ｎ）を得る第１の受信アレイと、
前記第１の軸と異なる第２の軸に沿ってＭ（Ｍは２以上の自然数）個の素子を一次元に配列して素子毎に受信した素子信号Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）を得る第２の受信アレイとを具備し、
前記第１の受信アレイのＮ個の素子信号Xanと前記第２の受信アレイのＭ個の素子信号Xbmとを乗算することでＮ×Ｍ素子による仮想平面アレイの素子信号Xan×Xbmを生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算し加算してアンテナビームを形成するアンテナ装置。

【請求項2】

第１の軸及び前記第１の軸と異なる第２の軸に沿ってＮ（Ｎは２以上の自然数）段Ｍ（Ｍは２以上の自然数）列に配列されるＮ×Ｍ素子の実平面アレイを備え、
前記第１の軸に沿った第１段乃至第Ｎ段それぞれにおいて、同一段の素子毎に受信した素子信号を得てそれぞれの位相を制御した後アナログ合成して第１の受信アレイの出力Xan（ｎ＝１〜Ｎ）とし、
前記第２の軸に沿った第１列乃至第Ｍ列それぞれにおいて、同一列の素子毎に受信した素子信号を得てそれぞれの位相を制御した後アナログ合成して第２の受信アレイの出力Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）とし、
前記第１段乃至第Ｎ段それぞれの第１の受信アレイの出力Xan（ｎ＝１〜Ｎ）と前記第１列乃至第Ｍ列それぞれの第２の受信アレイの出力Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）とを乗算することでＮ×Ｍ素子相当の仮想平面アレイの素子信号Xan×Xbmを生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算し加算してアンテナビームを形成するアンテナ装置。

【請求項3】

第１の軸及び前記第１の軸と異なる第２の軸に沿ってＮ（Ｎは２以上の自然数）段Ｍ（Ｍは２以上の自然数）列に配列されるＮ×Ｍ素子のうち一部の素子が間引きされた実平面アレイを備え、
前記第１の軸に沿った第１段乃至第Ｎ段それぞれにおいて、同一段の素子から受信信号を得てそれぞれの位相を制御した後アナログ合成して第１の受信アレイの出力Xan（ｎ＝１〜Ｎ）とし、
前記第２の軸に沿った第１列乃至第Ｍ列それぞれにおいて、同一列の素子から受信信号を得てそれぞれの位相を制御した後アナログ合成して第２の受信アレイの出力Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）とし、
前記第１段乃至第Ｎ段それぞれの第１の受信アレイの出力Xan（ｎ＝１〜Ｎ）と前記第１列乃至第Ｍ列それぞれの第２の受信アレイの出力Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）とを乗算することでＮ×Ｍ素子相当の仮想平面アレイの素子信号Xan×Xbmを生成し、その素子信号にそれぞれ所定のウェイトを乗算し加算してアンテナビームを形成するアンテナ装置。

【請求項4】

前記第１の受信アレイ、前記第２の受信アレイの少なくともいずれかにおいて、配列される素子毎に受信した素子信号を乗算して、間引きした素子の位置に、乗算する素子の素子信号の位相中心からの位置ベクトルの合成位置を重ねて、前記仮想平面アレイの素子信号を生成することにより、間引きした素子の位置での信号の補間を行う請求項３記載のアンテナ装置。

【請求項5】

第１の軸に沿ってＮ（Ｎは２以上の自然数）個の素子を一次元に配列して素子毎に受信した素子信号Xan（ｎ＝１〜Ｎ）を得る第１の受信アレイと、前記第１の軸と異なる第２の軸に沿ってＭ（Ｍは２以上の自然数）個の素子を一次元に配列して素子毎に受信した素子信号Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）を得る第２の受信アレイとを備え、前記第１の受信アレイのＮ個の素子信号Xanと前記第２の受信アレイのＭ個の素子信号Xbmとを乗算することでＮ×Ｍ素子による仮想平面アレイの素子信号Xan×Xbmを生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算し加算してアンテナビームを形成する受信アンテナと、
前記第１の受信アレイ及び前記第２の受信アレイの周囲に配置される送信アンテナと
を具備するレーダ装置。

【請求項6】

第１の軸及び前記第１の軸と異なる第２の軸に沿ってＮ（Ｎは２以上の自然数）段Ｍ（Ｍは２以上の自然数）列に配列され、送信アンテナと受信アンテナで共用されるＮ×Ｍ素子の実平面アレイによるアンテナ装置を備え、
前記受信アンテナは、前記第１の軸に沿った第１段乃至第Ｎ段それぞれにおいて、同一段の素子毎に受信した素子信号を得てそれぞれの位相を制御した後アナログ合成して第１の受信アレイの出力Xan（ｎ＝１〜Ｎ）とし、前記第２の軸に沿った第１列乃至第Ｍ列それぞれにおいて、同一列の素子毎に受信した素子信号を得てそれぞれの位相を制御した後アナログ合成して第２の受信アレイの出力Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）とし、前記第１段乃至第Ｎ段それぞれの第１の受信アレイの出力Xan（ｎ＝１〜Ｎ）と前記第１列乃至第Ｍ列それぞれの第２の受信アレイの出力Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）とを乗算することでＮ×Ｍ素子相当の仮想平面アレイの素子信号Xan×Xbmを生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算し加算してアンテナビームを形成するレーダ装置。

【請求項7】

第１の軸及び前記第１の軸と異なる第２の軸に沿ってＮ（Ｎは２以上の自然数）段Ｍ（Ｍは２以上の自然数）列に配列されるＮ×Ｍ素子のうち一部の素子が間引きされ、送信アンテナと受信アンテナで共用される実平面アレイによるアンテナ装置を備え、
前記受信アンテナは、前記第１の軸に沿った第１段乃至第Ｎ段それぞれにおいて、同一段の素子毎に受信した信号を得てそれぞれの位相を制御した後アナログ合成して第１の受信アレイの出力Xan（ｎ＝１〜Ｎ）とし、
前記第２の軸に沿った第１列乃至第Ｍ列それぞれにおいて、同一列の素子毎に受信した素子信号を得てそれぞれの位相を制御した後アナログ合成して第２の受信アレイの出力Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）とし、
前記第１段乃至第Ｎ段それぞれの第１の受信アレイの出力Xan（ｎ＝１〜Ｎ）と前記第１列乃至第Ｍ列それぞれの第２の受信アレイの出力Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）とを乗算することでＮ×Ｍ素子相当の仮想平面アレイの素子信号Xan×Xbmを生成し、その素子信号にそれぞれ所定のウェイトを乗算し加算してアンテナビームを形成するもので、グレーティングローブが発生する方向に前記仮想平面アレイによってヌルを形成するレーダ装置。

【請求項8】

パルス圧縮信号を用いるレーダ装置であって、前記第１の受信アレイ及び前記第２の受信アレイそれぞれの出力を周波数軸の信号に変換して、周波数フィルタをかけた後、時間軸の信号に変換し、素子間の乗算により前記仮想平面アレイの素子信号を生成する請求項５乃至７のいずれか記載のレーダ装置。

【請求項9】

パルスドップラを用いるレーダ装置であって、前記第１の受信アレイ及び前記第２の受信アレイそれぞれの出力をＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸で周波数軸の信号に変換してドップラ周波数軸を算出し、所定のドップラフィルタをかけた後、時間軸の信号に変換し、素子間の乗算により前記仮想平面アレイの素子信号を生成し、必要に応じて異なるドップラフィルタによるフィルタ処理を繰り返す請求項５乃至７のいずれか記載のレーダ装置。

【請求項10】

前記第１の受信アレイ、前記第２の受信アレイの少なくともいずれかにおいて、配列される素子毎に受信した素子信号を乗算して、間引きした素子の位置に、乗算する素子毎に受信した素子信号の位相中心からの位置ベクトルの合成位置を重ねて、前記仮想平面アレイの素子信号を生成することにより、間引きした素子の位置での信号の補間を行う請求項７記載のレーダ装置。

【請求項11】

パルス圧縮信号またはパルスドップラの少なくともいずれか一方を用いるレーダ装置であって、前記第１の受信アレイ、前記第２の受信アレイの少なくともいずれかにおいて、配列される素子毎に受信した素子信号を乗算して、間引きした素子の位置に、乗算する素子毎に受信した素子信号の位相中心からの位置ベクトルの合成位置を重ねて、前記仮想平面アレイの素子信号を生成することにより、間引きした素子の位置での信号の補間を行い、前記仮想平面アレイの素子信号においては、前記仮想平面アレイの素子信号の生成の前に、周波数軸で周波数フィルタまたはドップラフィルタによるフィルタ処理を施し、前記仮想平面アレイの素子信号以外の実平面アレイの素子信号では、前記ドップラフィルタと同等のフィルタ処理を施し、前記仮想平面アレイの素子信号と前記実平面アレイの素子信号で各々ビーム形成した後、必要に応じてパルス圧縮し、更に前記仮想平面アレイによるビームと前記実平面アレイによるビームを合成して全アレイのビーム信号を生成する請求項７記載のレーダ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、アンテナ装置及びレーダ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のレーダ装置のアンテナでは、許容されるアンテナ開口を有効に使うために、縦Ｎ段、横Ｍ列のＮ×Ｍの全素子について、送信及び受信機能をもつ送受信モジュールを配列して送受共用とする。このため、全Ｎ×Ｍ素子に対応する送受信モジュールの装備によって高コストになる問題があった。また、複数の周波数帯や偏波を共用する場合には、ハードウェア（ＨＷ）構成が複雑になり、更に高コストになる問題があった。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】ＤＢＦ（Digital Beam Forming）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.289-291(1996)

【非特許文献2】ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output），JIAN LI,PETER STOICA,‘MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING’, WILEY, pp. 1-5(2009)

【非特許文献3】テーラー分布、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.134-135(1996)

【非特許文献4】位相によるパターン成形、Robert C.Voges, ‘Phase Optimization of Antenna Array Gain with Constrained Amplitude Excitation’, IEEE Trans. Antennas & Propagation, AP-20, No.4, pp.432-436,(1972)

【非特許文献5】間引きアレイ、電子情報通信学会編、‘アンテナ工学ハンドブック第２版’、Ohmsha、pp.840-842（2008）

【非特許文献6】ヌル制御パターン、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.136-137(1996)

【非特許文献7】パルス圧縮、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.276-280(1996)

【非特許文献8】周波数軸のパルス圧縮、大内、“リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎”、東京電機大学出版局、pp.131-149(2003)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

以上述べたように、従来のレーダ装置のアンテナでは、許容されるアンテナ開口を有効に使うために、縦Ｎ段、横Ｍ列のＮ×Ｍの全素子について、送信及び受信機能をもつ送受信モジュールを配列するため、高コストになる問題があった。また、複数の周波数帯や偏波を共用する場合には、ハードウェア（ＨＷ）構成が複雑になり、更に高コストになる問題があった。

【0005】

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、アンテナ開口を低コストで有効活用可能なアンテナ装置と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】

【0006】

上記の課題を解決するために、本実施形態に係るアンテナ装置は、第１の軸に沿ってＮ（Ｎは２以上の自然数）個の素子を一次元に配列して素子毎に受信した素子信号Xan（ｎ＝１〜Ｎ）を得る第１の受信アレイと、前記第１の軸と異なる第２の軸に沿ってＭ（Ｍは２以上の自然数）個の素子を一次元に配列して素子毎に受信した素子信号Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）を得る第２の受信アレイとを具備し、前記第１の受信アレイのＮ個の素子信号Xanと前記第２の受信アレイのＭ個の素子信号Xbmとを乗算することでＮ×Ｍ素子による仮想平面アレイの素子信号Xan×Xbmを生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算し加算してアンテナビームを形成する。

【0007】

また、本実施形態に係るレーダ装置は、第１の軸に沿ってＮ（Ｎは２以上の自然数）個の素子を一次元に配列して素子毎に受信した素子信号Xan（ｎ＝１〜Ｎ）を得る第１の受信アレイと、前記第１の軸と異なる第２の軸に沿ってＭ（Ｍは２以上の自然数）個の素子を一次元に配列して素子毎に受信した素子信号Xbm（ｍ＝１〜Ｍ）を得る第２の受信アレイとを備え、前記第１の受信アレイのＮ個の素子信号Xanと前記第２の受信アレイのＭ個の素子信号Xbmとを乗算することでＮ×Ｍ素子による仮想平面アレイの素子信号Xan×Xbmを生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算し加算してアンテナビームを形成する受信アンテナと、
前記第１の受信アレイ及び前記第２の受信アレイの周囲に配置される送信アンテナとを具備する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。

【図2】図１に示すアンテナ装置において、受信仮想アレイが形成される様子を示す概念図。

【図3】図１に示すアンテナ装置において、２軸配列のリニアアレイによる観測座標系を示す図。

【図4】第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。

【図5】図４に示すアンテナ装置において、受信仮想アレイが形成される様子を示す概念図。

【図6】第３の実施形態に係るアンテナ装置において、受信仮想アレイが形成される様子を示す概念図。

【図7】第４の実施形態に係るアンテナ装置において、２種類の種別を共用する場合のアレイアンテナの外観を示す図。

【図8】第４の実施形態に係るアンテナ装置において、さらに多数の種別の共用する場合のアレイアンテナの外観を示す図。

【図9A】第５の実施形態に係るレーダ装置において、受信アレイの構成を示すブロック図。

【図9B】第５の実施形態に係るレーダ装置において、送信アレイの構成を示すブロック図。

【図10】図９Ａ、図９Ｂに示すレーダ装置において、送受信アレイアンテナの外観を示す図。

【図11】第６の実施形態に係るレーダ装置において、送受信アレイアンテナの構成を示すブロック図。

【図12】図１１に示す送受信アレイアンテナの外観を示す図。

【図13】第７の実施形態に係るレーダ装置において、送受信アレイアンテナの間引きアレイの外観を示す図。

【図14】第８の実施形態に係るレーダ装置において、複数の周波数帯で共用する送受信アレイアンテナの外観を示す図。

【図15】第９の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。

【図16】図１５に示すレーダ装置の受信信号の処理を説明するための波形図。

【図17】第１０の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。

【図18】図１７に示すレーダ装置の受信信号の処理を説明するための波形図。

【図19】第１１の実施形態に係るレーダ装置の２次元アレイにおけるアレイ配列例を示す概念図。

【図20】第１１の実施形態に係るレーダ装置の１次元アレイにおけるアレイ配列例を示す概念図。

【図21】第１２の実施形態に係るレーダ装置の受信系統の構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。なお、以下の説明において、アンテナ装置の実施形態はレーダ装置に適用されるものとする。

【0010】

（第１の実施形態）（２軸の仮想受信アレイ素子によるビーム形成）
図１乃至図３を参照して、第１の実施形態に係るアンテナ装置について説明する。なお、ここではレーダ装置に適用されるものとする。

【0011】

図１は本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１において、１Ａ１〜１ＡＮはＡ軸（図中、縦方向の軸）に配列されるアンテナ素子、１Ｂ１〜１ＢＭはＡ軸とは異なるＢ軸（図中、横方向の軸）に配列されるアンテナ素子である。Ａ軸に配列されるアンテナ素子１Ａ１〜１ＡＮで捕捉された信号は増幅器２Ａ１〜２ＡＮで増幅されて周波数変換器３Ａに送られ、それぞれベースバンドの信号に変換された後、ＡＤ変換器４Ａでデジタル信号に変換されて１〜ＮｃｈのＡ軸受信信号＃Ａ１〜＃ＡＮとして仮想アレイ素子生成器５に送られる。一方、Ｂ軸に配列されるアンテナ素子１Ｂ１〜１ＢＭで捕捉された信号は増幅器２Ｂ１〜２ＢＭで増幅されて周波数変換器３Ｂに送られ、それぞれベースバンドの信号に変換された後、ＡＤ変換器４Ｂでデジタル信号に変換されて１〜ＮｃｈのＢ軸受信信号＃Ｂ１〜＃ＢＮとして仮想アレイ素子生成器５に送られる。

【0012】

上記仮想アレイ素子生成器５は、Ａ軸受信信号＃Ａ１〜＃ＡＮとＢ軸受信信号＃Ｂ１〜＃ＢＮを用いて、素子信号毎の乗算演算を行うことで、１〜Ｎ×Ｍｃｈの仮想アレイ信号＃１〜＃Ｎ×Ｍを生成する。ここで生成された仮想アレイ信号＃１〜＃Ｎ×Ｍはビーム形成器６に送られる。このビーム形成器６は仮想アレイ信号＃１〜＃Ｎ×Ｍから＃１〜＃Ｂのマルチビームを形成する。

【0013】

上記構成において、図２及び図３を参照して、異なる２軸のリニアアレイを用いた受信方式について述べる。図２は、図１に示すアンテナ装置において、受信仮想アレイが形成される様子を示す概念図で、（ａ）はＬ字型に配列される２軸のリニアアレイ、（ｂ）は受信素子信号の乗算により形成される仮想アレイを示している。また、図３は、図１に示すアンテナ装置において、２軸配列のリニアアレイによる観測座標系を示している。

【0014】

まず縦方向のＡ軸のリニアアレイについては、アンテナ素子１Ａ１〜１ＡＮの捕捉信号を周波数変換器３Ａでベースバンドに変換し、更にＡＤ変換器４Ｂでデジタル信号に変換する。同様に、横方向のＢ軸のリニアアレイについては、アンテナ素子１Ｂ１〜１ＢＭの捕捉信号を周波数変換器３Ｂでベースバンドに変換し、更にＡＤ変換器４Ｂでデジタル信号に変換する。

【0015】

Ａ，Ｂ両軸の信号を用いて、仮想アレイ素子生成器５にて素子信号毎の乗算演算により、Ｎ×Ｍの仮想アレイ信号を生成する。これを定式化する。まず、観測方向（AZ,EL）を含めた２軸の入力信号を、それぞれXa，Xbと表すと次式となる。

【数1】

【0016】

（１）式において、an，bmは次式で定義される。

【数2】

【0017】

また、（２）式において、ka，kb，dan，dbmは次式で定義される。

【数3】

【0018】

なお、上式では、Ａ軸アレイとＢ軸アレイの離隔距離が大きい場合を考えて、ＡＺ角とＥＬ角を添え字のａ,ｂをつけて区分けしているが、離隔距離が小さい場合には、Ａ軸アレイとＢ軸アレイからみたＡＺ角とＥＬ角は等しくなる。

【0019】

以上より、仮想平面アレイの位相中心に入力される信号Xinとすると、２軸の信号XaとXbは次式となる。

【数4】

【0020】

この信号を用いて、本実施形態の要点である両ベクトルの乗算を行うと、次式となる。

【数5】

【0021】

各要素は次式となる。

【数6】

【0022】

ここで、Ａ軸アレイとＢ軸アレイの離隔距離が小さい場合を考えて、ka＝kbとすると、次式となる。

【数7】

【0023】

これは、乗算演算により、anとbmの位置ベクトルの加算の位置に仮想素子信号が生成されることを示している。

【0024】

受信ビーム出力は、ビーム形成器６において、（５）式の要素にサイドローブ低減用のウェイトとして、サイドローブ低減用のテーラーウェイト（非特許文献３）等を乗算し、ビーム指向方向制御用の複素ウェイトを乗算した後、ＤＢＦ（Digital Beam Forming、非特許文献１）による加算を行い、次式となる。

【数8】

【0025】

（８）式において、ビーム指向方向制御用の複素ウェイトWpnmは次式で表現できる。

【数9】

【0026】

（９）式において、kpは次式で定義される。

【数10】

【0027】

この仮想アレイ信号Ｘを用いて、マルチビームを形成するには、（８）式のAZp，ELpを複数設定すればよい。

【0028】

以上のように、本実施形態は、Ａ軸とＢ軸の２軸の受信信号を用いて、乗算演算により仮想アレイ素子信号を生成している。この方式は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output,非特許文献２）において、Ｎｃｈの送信信号とＭｃｈの受信信号より、Ｎ×Ｍの仮想アレイ信号を得る方式に相当するが、ＭＩＭＯが送信し受信する信号が自動的に乗算演算を実施しているのに対して、本実施形態の方式では受信×受信の乗算演算を行っていることに特徴がある。

【0029】

なお、乗算信号を用いることにより、各仮想アレイ素子信号間の熱雑音に相関成分が発生するため、無相関の場合に比べて、ビーム出力におけるＳＮ比（信号対熱雑音電力比）が変動する場合もある。これによって所要の利得が不足する場合には、Ａ軸のアンテナ素子１Ａ１〜１ＡＮまたはＢ軸アンテナ素子１Ｂ１〜１ＢＭを、必要な利得を補償できるようにサブアレイ化してもよい。この場合、サブアレイビームを電子走査する必要がある場合には、アンテナ素子の各々に移相器を配備して、それぞれ位相制御することにより走査すればよい。また、ハードウェア規模が許容できるのであれば、アナログ合成のサブアレイではなく、Ａ軸またはＢ軸の列数を必要な利得分増やし、周波数変換器やＡＤ変換器も増やして、ＤＢＦ合成するようにしてもよい。

【0030】

すなわち、本実施形態に係るアンテナ装置では、Ａ軸に沿って一次元に配列したＮ素子受信アレイ（Xan、ｎ＝１〜Ｎ）と、それと異なるＢ軸に沿って一次元に配列したＭ素子受信アレイ(Xbm、ｍ＝１〜Ｍ)において、両軸の素子信号の乗算Xan×Xbm（ｎ＝１〜Ｎ、ｍ＝１〜Ｍ）によりＮ×Ｍ素子の仮想アレイ信号を生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算して加算することにより、アンテナビームを形成するようにしている。このため、異なる２軸のＮ段とＭ列のリニアアレイ信号を用いて、仮想的な面アレイのＮ×Ｍの受信素子信号を生成することができ、これによって任意のマルチビームを形成することができ、アンテナ開口を低コストで有効活用することができる。

【0031】

（第２の実施形態）（平面アレイによる受信仮想アレイ）
次に、第２の実施形態に係るアンテナ装置について、図４及び図５を参照して説明する。第１の実施形態では、２軸のリニアアレイを用いる方式について述べた。これに対して、第２の実施形態では、受信平面アレイを用いる場合について述べる。これは、通常の平面アレイのビーム形成用のアレイに対して、本実施形態の手法を切り替え適用する場合のためである。

【0032】

図４は、第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図、図５は図４に示すアンテナ装置において受信仮想アレイが形成される様子を示す概念図である。
図４において、１１１〜１ＮＭはＮ段、Ｍ列に配列されるアンテナ素子である。各アンテナ素子１１１〜１ＮＭの捕捉信号はそれぞれ受信増幅器２１１〜２ＮＭで増幅された後、２系統に分配される。一方の系統には縦段（Ａ軸）用の受信移相器７Ａ１１〜７ＡＮＭが設けられ、他方の系統には横列（Ｂ軸）用の受信移相器７Ｂ１１〜７ＢＮＭが設けられる。

【0033】

縦段（Ａ軸）の系統の受信信号は、受信移相器７Ａ１１〜７ＡＮＭで位相制御が施され、給電回路構成の縦段（Ａ軸）用の受信合成器８Ａ１〜８ＡＭにより縦段毎に合成されてＭ列の合成信号Ｘｂ１〜ＸｂＭが生成され、図示しない周波数変換器でベースバンドに変換され、ＡＤ変換器でデジタル信号に変換されてＤＢＦ信号として出力される。

【0034】

同様に、横列（Ｂ軸）の系統の受信信号は、受信移相器７Ｂ１１〜７ＢＮＭで位相制御が施され、給電回路構成の横列（Ｂ軸）用の受信合成器８Ｂ１〜８ＢＮにより横列毎に合成されてＮ段の合成信号Ｘａ１〜ＸａＮが生成され、図示しない周波数変換器でベースバンドに変換され、ＡＤ変換器でデジタル信号に変換されてＤＢＦ信号として出力される。

【0035】

上記構成において、本実施形態の平面アレイによる受信仮想アレイについて、図５を参照して説明する。

【0036】

図５（ａ）は、Ｎ段受信信号Ｘａ１〜ＸａＮ、Ｍ列受信信号Ｘｂ１〜ＸｂＭのＮ×Ｍ受信アレイを示している。この受信アレイを仮想的に形成するため、図５（ｂ）に示すように各段、各列毎に観測範囲を覆うビームを形成する。ここで、受信素子信号の乗算演算により、図５（ｃ）に示すＮ×Ｍ素子による仮想アレイが形成される。

【0037】

具体的には、まず、形成ビームが目的の捜索範囲を覆うように、受信移相器７Ａ１１〜７ＡＮＭ，７Ｂ１１〜７ＢＮＭの位相を設定する。広角範囲にビ−ム形成するには、例えば、開口中央部を中心として、開口端で２次位相を設定する方式がある。Ａ軸及びＢ軸のアレイに対して、ビーム走査角も含めて定式化すると次の通りである。

【数11】

【0038】

なお、リニアアレイであるため、Ａ軸はＥＬ角走査、Ｂ軸はＡＺ角走査のみとなる。

【0039】

上記の処理により、Ａ軸とＢ軸のリニアアレイの信号が得られるため、第１の実施形態と同様の手法で仮想面アレイの信号を生成し、任意のビームを形成することができる。

【0040】

以上の説明では、Ａ軸とＢ軸の２次位相を設定し、合成回路によりアナログビームを形成した後、仮想アレイ素子信号を得る方式について述べたが、アナログ合成の際に、不要波の方向にヌルを形成する手法等を含む、任意の位相制御を行う方式（非特許文献４）を採用してもよい。

【0041】

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置は、所定の１軸（Ａ軸）はＮ素子（Ｎ段）、それと異なる１軸（Ｂ軸）におけるＭ素子（Ｍ列）のＮ×Ｍ素子の平面アレイにおいて、Ａ軸の各々の段において移相器Pam（ｍ＝１〜Ｍ）により位相を制御した後にアナログ合成し、Ｂ軸の各々の列において、移相器Pbn（ｎ＝１〜Ｎ）により位相を制御した後にアナログ合成した出力を、それぞれＡ軸のＮ素子受信アレイ（Xan、ｎ＝１〜Ｎ）と、Ｂ軸の一次元に配列したＭ素子受信アレイ(Xbm、ｍ＝１〜Ｍ)として、両軸の素子信号の乗算Xan×Xbm（ｎ＝１〜Ｎ、ｍ＝１〜Ｍ）によりＮ×Ｍ素子の仮想アレイ信号を生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算して加算することにより、アンテナビームを形成する。すなわち、面アレイの場合に、異なる２軸のＮ段とＭ列の合成後のリニアアレイ信号を用いて、仮想的な平面アレイのＮ×Ｍの受信素子信号を生成して、任意のマルチビームを形成することができる。

【0042】

（第３の実施形態）（間引きを用いた平面アレイによる受信仮想アレイ）
第２の実施形態では、面アレイの信号を用いて、仮想アレイによってビーム形成する手法について述べた。この際に、コスト低減等のために間引きアレイ（非特許文献５）にする方式がある。

【0043】

図６は第３の実施形態に係るアンテナ装置として、間引きアレイ構成を適用した場合の素子配列例を示す概念図である。図６において、（ａ）は間引きアレイの素子配列、（ｂ）は縦列及び横段のリニアアレイ合成による素子配列、（ｃ）は（ｂ）の受信素子信号の乗算により形成される仮想アレイを示している。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、各段、各列において素子の間引き位置が異なっている。

【0044】

間引きアレイでは、一般にグレーティングローブが発生する。しかしながら、本実施形態では、第２の実施形態で説明した手法でＡ軸及びＢ軸給電回路による受信合成器により合成してＡ軸及びＢ軸の信号を得るとき、Ａ軸の各段、Ｂ軸の各列のリニアアレイで間引きの位置が異なるため、その後、仮想アレイ素子信号を生成すると、各素子信号に対するグレーティングローブの影響は軽減されている。このため、その仮想アレイ素子信号を用いてビーム形成しても、間引きアレイの影響は軽減されている。したがって、間引きアレイ構成であっても、第２の実施形態と同様の方式で、グレーティングローブの影響の小さい任意のビームを形成することができる。

【0045】

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置は、面配列の受信アレイ素子を間引いてコスト低減を図る。このとき、間引きアンテナの面アレイをアナログ合成する際に、間引きによるグレーティングロ−ブ発生の影響を軽減することができる。また、影響が残存する場合でも、仮想アレイ素子により、グレーティングローブ発生の方向のサイドローブを低減することができる。

【0046】

（第４の実施形態）（複数種アンテナの共用）
図７及び図８を参照して第４の実施形態に係るアンテナ装置について説明する。ここでは、複数の周波数帯、複数の偏波、複数の受信帯域等において互い共用する場合の例について述べる。

【0047】

図７に、第４の実施形態に係るアンテナ装置として、互いに異なる種別１と種別２の受信リニアアレイをＬ字型に配置した場合の構成を示す。このＬ字型のリニアアレイを増やせば、２種別以上の場合にも対応できる。例えば、受信帯域を変える場合には、周波数変換器のローカル信号、ＡＤ変換器のサンプリング速度等を変えたものをＬ字型に配列することになる。以上の方式は異なる２軸であればよい。例えば図８に示すように、種別Ｔ１〜Ｔｐそれぞれを受け持つ受信Ｎ段と種別Ｒ１〜Ｒｐを受け持つＮ×Ｍ素子の受信仮想アレイを配列するようにしてもよい。これらの配置により、同一開口面に複数の種別の仮想アレイを構成することができる。

【0048】

具体的には、本実施形態では、偏波、周波数、受信帯域等を変えたＰセットのアンテナ装置を、同一アンテナ開口面に共用配列する場合を想定している。

【0049】

すなわち、２軸のリニアアレイでは、２軸のアンテナに平行に偏波、周波数等を変えたＰセットのアンテナを付加することで、同一開口面に偏波または周波数共用アンテナを構成することができる。

【0050】

（第５の実施形態）（送信及び２軸の仮想受信アレイ素子によるビーム形成）
第１の実施形態では、受信のみの場合について述べた。本実施形態は、レーダ装置のように送信を付加する場合について述べる。

【0051】

図９Ａ、図９Ｂは第５の実施形態に係るレーダ装置において、それぞれ受信アレイ、送信アレイの構成を示すブロック図で、図９Ａは受信系統、図９Ｂは送信系統を示している。このときの送受信アレイの外観を図１０に示す。

【0052】

本実施形態の受信系統は、図９Ａに示すように、図１に示した第１の実施形態と同様の構成である。また、本実施形態の送信系統は、図９Ｂに示すように、送信信号を送信分配器１０によってＭ分配してＭ列の送信分配器１１１〜１１Ｍに供給し、各列の送信分配器１１１〜１１ＭによってＮ分配してＮ×Ｍ系統の送信信号を生成し、各系統の送信移相器１２１１〜１２ＮＭで位相を制御し、送信増幅器１３１１〜１３ＮＭで電力増幅した後、アンテナ素子１４１１〜１４ＮＭから送出する。

【0053】

アレイの配置としては、図１０に示すように、送信面アレイの周囲にＬ字型に受信アレイを配置するのが開口を有効に活用していることになる。ビ−ム形成手法としては、図１０に示すように、送信ビームを所定の観測範囲に形成し、その範囲内に受信マルチビームを形成することにより、同時に広角範囲を観測することができる。

【0054】

なお、送信は受信アレイと独立に設定できるため、送信アレイは任意の形状でよく、極端には固体化送信機や電子管の送信機を用いて、アンテナはパラボラアンテナにすることもできる。

【0055】

以上のように、第５の実施形態では、送信装置の周囲に、受信アレイを配置する。すなわち、送信装置の周囲に異なる２軸のＮ段とＭ列のリニアアレイ信号を用いて、仮想的な平面アレイのＮ×Ｍの受信素子信号を生成することにより、レーダ装置を構成することができる。

【0056】

（第６の実施形態）（面アレイによる送信及び受信仮想アレイ）
第２の実施形態では、受信面アレイの場合について述べた。本実施形態では、送信と受信を共用にした面アレイの場合について述べる。

【0057】

図１１は、第６の実施形態に係るレーダ装置において、送受信アレイアンテナの構成を示すブロック図、図１２は、図１１に示す送受信アレイアンテナの外観を示す図である。図１１において、送信系は図９Ｂに示す構成と同構成であり、受信系は図４に示す構成と同構成であり、両者はサーキュレータ１５１１〜１５ＮＭによって共用される。

【0058】

受信のＡ軸及びＢ軸における受信合成器８１〜８Ｎ、９１〜９Ｍにおいて、受信マルチビームを形成するためには、所定の観測範囲の覆うビームを形成する必要がある。このため、図１２に示すように、Ａ軸用及びＢ軸用の２系統の受信移相器７１１〜７ＮＭが必要となる。送信については、所定の観測範囲を覆うように、面アレイとして送信移相器１１１１〜１１ＮＭを設定する。

【0059】

以上のように、第６の実施形態では、送信アレイと受信アレイを共用するレーダ装置であり、開口面に送信及び受信アレイを共用して、受信は第２の実施形態の方法でビーム形成し、送信は独立にビーム形成することで、レーダ装置を構成することができる。

【0060】

（第７の実施形態）（間引きを用いた平面アレイによる送信及び受信仮想アレイ）
第６の実施形態では、面アレイの信号を用いて、仮想アレイによるビーム形成する手法について述べた。この際に、コスト低減等のために間引きアレイにする方式がある。図１３は第７の実施形態に係るレーダ装置のアンテナ装置として、間引きを用いた平面アレイによる送信及び受信仮想アレイの外観を示している。

【0061】

受信素子の間引きアレイにしても、第６の実施形態の手法でＡ軸及びＢ軸それぞれの素子出力を合成して、Ａ軸及びＢ軸の信号を得ると、第３の実施形態と同様の効果により、間引きによるグレーティングローブの影響を軽減することができる。

【0062】

また、送信素子の間引きアレイの場合については、送信間引きによるグレーティングローブ発生の方向に、受信仮想アレイ素子を用いたヌル制御ビーム（非特許文献６）を形成して、グレーティングローブの影響を抑圧することができる。

【0063】

以上のように、第７の実施形態では、少なくとも送信アレイか受信アレイを間引きし、グレーティングローブが発生する方向に、受信仮想アレイによるヌルを形成するレーダ装置を構成しているので、少なくとも送信アレイか受信アレイを間引きし、間引きアンテナを構成した場合でも、間引きによるグレーティングロ−ブの発生の影響を軽減することができ、影響が残存する場合でも、グレーティングローブが発生する方向に、受信仮想アレイによるヌルを形成することにより、間引きした場合でもサイドローブの低いレーダ装置を構成することができる。

【0064】

（第８の実施形態）（複数種の送信及び受信アンテナの共用）
次に、複数の周波数帯、複数の偏波、複数の受信帯域等の共用の場合の例について述べる。図１４は、第８の実施形態に係るレーダ装置として、異なる種別１（Ｆ１帯）と種別２（Ｆ２帯）の場合のＬ字型の構成の受信アレイを採用した場合である。本実施形態では、Ｆ１帯受信にＬ字型に配列したＭ１列とＮ１列を用い、Ｆ２帯受信にＬ字型に配列したＭ２列とＮ２列を用いている。このＬ字型の受信アレイを増やせば、２種別以上にも対応できる。送信については、開口共用でもよいが、実装を容易にするために分割する場合は、図１４に示すように、送信開口をＦ１送信（Ｎ１段毎送信）とＦ２帯送信（Ｎ２段毎送信）に分割すればよい。この構成において、送信出力、送信利得が不足する場合は、送信出力の増大、受信雑音指数の低減、開口面積の増加等で対応する。これらの配置により、同一開口面に複数の種別の仮想アレイを構成することができる。

【0065】

以上のように、第８の実施形態では、偏波、周波数、受信帯域等を変えたＰセットのレーダ装置を、同一アンテナ開口面に共用配列する。すなわち、第４の実施形態と同様に、送信装置を加え、アンテナに平行に偏波、周波数等を変えたＰセットのアンテナを付加することで、同一開口面に偏波または周波数共用のレーダ装置を構成することができる。

【0066】

（第９の実施形態）（パルス圧縮レーダ装置）
チャープ変調を行うパルス圧縮レーダ（非特許文献７）の場合に、素子信号の乗算を行い仮想アレイ信号を生成すると、位相回転が２倍になるため、周波数帯域が２倍に広がる。このため、チャープ帯域の逆数で決まるサンプリング速度でサンプリングすると、レンジ軸でグレーティングロ−ブが生じることになる。これを避けるためには、サンプリング速度を２倍にすればよいが、処理規模が増える。第９の実施形態は、その処理規模を削減する手法を提供する。

【0067】

図１５は第９の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１５において、図１に示した受信系統の構成と異なる点は、仮想アレイ素子生成器５の前に、帯域フィルタ１４を配置し、ビーム形成器６の後段にパルス圧縮器１５を配置したことにある。

【0068】

上記構成において、その処理の流れを図１６を参照して説明する。まず、受信アンテナ系で得られた図１６（ａ）に示す受信チャープ信号が帯域フィルタ１４に入力されると、帯域フィルタ１４では、ＦＦＴ処理を行って図１６（ｂ）に示す周波数軸の信号に変換し、チャープ帯域の下半分に帯域フィルタをかけて、図１６（ｃ）に示す帯域の信号を取り出し、逆ＦＦＴ処理することで時間軸の受信チャープ信号を抽出する。このように、素子信号毎に受信信号をＦＦＴ処理して周波数軸の信号に変換して、帯域フィルタをかけた後に、逆ＦＦＴして時間軸の信号に変換し、この信号を用いて、仮想アレイ素子生成を行う。また、パルス圧縮の際には、パルス圧縮のための参照信号についても、同じ周波数フィルタをかけた後に、２乗演算した参照信号を生成して、パルス圧縮処理を行う。

【0069】

以上のパルス圧縮の処理の流れを定式化する。まず、仮想アレイの各素子信号を代表してsig(t)（Ｎ×Ｍ素子の１素子）をＦＦＴする。

【数12】

【0070】

このSin(ω)に対して、周波数フィルタをかけて、逆ＦＦＴする。

【数13】

【0071】

この信号を用いて、仮想アレイ素子生成（２乗演算）を実施する。

【0072】

次に参照信号（線形チャープ信号の場合）を表現すると、次式となる。

【数14】

【0073】

この参照信号としては、非線形チャープ信号、符号変調等、他の変調方式でもよい（非特許文献７）。この参照信号Sref(t)のサンプル長を入力信号に合わせて０埋めした信号に置き換える。

【数15】

【0074】

これをＦＦＴして、参照信号の周波数軸の信号を得る。

【数16】

【0075】

このSref(ω)に対して、周波数フィルタをかけて、逆ＦＦＴする。

【数17】

【0076】

パルス圧縮で用いる参照信号は、この２乗であるため、次式となる。

【数18】

【0077】

この参照信号を用いて、仮想アレイ素子信号（素子信号の２乗演算後）によるビーム形成信号の周波数軸におけるパルス圧縮(非特許文献８)１５を行うには、次式となる。

【数19】

【0078】

以上の説明では、送信信号のチャープ帯域が変化しない場合について述べたが、送信信号の帯域を変化させることができる場合には、必要なレンジ分解能に対するチャープ帯域の半分の帯域の信号を送信し、受信は上述の周波数フィルタをかけずに、サンプリング速度を送信帯域の２倍にして、パルス圧縮するようにしてもよい。この場合のパルス圧縮用の参照信号は、（１８）式のように、２乗演算の結果を用いる。

【0079】

以上のように、第９の実施形態に係るレーダ装置では、パルス圧縮信号を用いる場合に、アレイアンテナの各受信素子信号（またはサブアレイ、以下同様）をＦＦＴ（高速フーリエ変換）して周波数軸に変換し、周波数フィルタをかけた後、逆ＦＦＴした時間軸の信号を用いて、素子間の乗算により仮想アレイ素子信号を生成する。すなわち、素子信号の乗算により仮想アレイ信号を生成すると、位相回転が倍になり、パルス圧縮信号の位相も倍に回転して帯域が２倍に広がる。そこで、本実施形態では、周波数フィルタで半分にした後に、乗算演算を行い、仮想アレイ素子信号を生成するるこれにより、レンジ軸のグレーティングローブを低減することができる。

【0080】

（第１０の実施形態）（ドップラレーダ装置）
複数のＰＲＩをもつ信号を送受信するドップラレーダの場合において、素子信号の乗算を行って仮想アレイ信号を生成すると、位相回転が２倍になってドップラ帯域が２倍に広がる。このため、ドップラアンビギュイティが生じることになる。ＬＰＲＦ（Low Pulse Repetition Frequency）の場合には、もともとドップラアンビギュイティがあるため、影響は無いが、ドップラアンビギュイティの無いＨＰＲＦ（High PRF）の場合には、正しく速度を観測できないことになる。これを避けるためには、ＰＲＦを２倍にすればよいが、送信デューティが倍になる等の問題が生じる。そこで、第１０の実施形態では、ＰＲＦは変えないで正しく速度を観測する手法を提供する。

【0081】

図１７は第１０の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１７において、図１５の受信系統と異なる点は、仮想アレイ素子生成部５の前にドップラフィルタ１６を配置し、パルス圧縮器１５の後段にＰＲＩ軸ＦＦＴ処理器１７を配置したことにある。

【0082】

上記構成において、図１８を参照してその処理動作を説明する。本実施形態では、ドップラフィルタ１６において、図１８（ａ）に示す素子信号毎にＰＲＩ軸についてＦＦＴ処理することでドップラ軸を求め、図１８（ｂ）に示すように、処理するドップラ周波数以外を抑圧するようにフィルタをかけて図１８（ｃ）に示す帯域の信号を抽出し、逆ＦＦＴして図１８（ｄ）に示すＰＲＩ軸の信号に変換する。この信号を用いて、仮想アレイ素子生成を行えばよい。

【0083】

このドップラフィルタ１６としては、もともとのＰＲＦ内の全ての観測をするには、ＰＲＦを低い周波数Ｌと高い周波数Ｈの２分割にして、各々のドップラ帯域毎に処理をする。この構成によれば、全ＰＲＦについてアンビギュイティの無い観測が可能となる。

【0084】

なお、図１７の系統では、第９の実施形態のパルス圧縮処理の後、ＰＲＩ軸ＦＦＴをする場合について記述したが、線形演算であるため、順番を逆にしてもよい。また、パルス圧縮をしない場合には、パルス圧縮を除いてもよい。

【0085】

以上のように、第１０の実施形態は、パルスドップラを用いるレーダ装置において、アレイアンテナの各受信素子信号（またはサブアレイ、以下同様）をＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸ＦＦＴ（高速フーリエ変換）してドップラ周波数軸に変換し、所定のドップラフィルタをかけた後、逆ＦＦＴした信号を用いて、素子間の乗算により仮想アレイ素子信号を生成し、必要に応じて、異なるドップラフィルタにおいて処理を繰り返す。すなわち、素子信号の乗算により仮想アレイ信号を生成すると、位相回転が倍になり、ドップラバンクの帯域が２倍に広がる。そこで、本実施形態では、ドップラフィルタで制限した後に、乗算演算を行い仮想アレイ素子信号を生成する。これにより、ドップラアンビギュイティを低減することができる。

【0086】

（第１１の実施形態）（位置ベクトルの合成による間引きアレイ補間）
第１乃至第１０の実施形態においては、主体となる受信素子信号の乗算を用いて位置ベクトルの合成位置に仮想アレイ素子信号を生成する手法を用いる場合について述べた。ここで、第１１の実施形態では間引きアレイアンテナに適用する場合について述べる。

【0087】

第１１の実施形態に係るレーダ装置において、図１９に２次元アレイに間引き処置を施した場合の素子配置例を示し、図２０に１次元アレイに間引き処置を施した場合の素子配置例を示している。間引きアレイアンテナの場合には、角度軸のサイドローブにグレーティングロ−ブが生じる。本実施形態では、この影響を抑圧するために、仮想アレイ素子信号を生成する手法を適用し、素子信号の乗算演算を行って、間引きした素子の位置に、素子位置ベクトルを加算した位置の仮想素子を生成する。これにより、間引きした素子の位置を補間することができ、角度軸のサイドローブを低減することができる。

【0088】

なお、この素子位置ベクトルの乗算に用いる素子信号は、もともとの間引きされたアレイの素子信号の中から選択してもよいし、他の受信アレイ素子信号を用いてもよい。

【0089】

以上のように、第１１の実施形態は、アレイアンテナにおいて、素子（またはサブアレイ、以下同様）の間引きを行う場合に、アレイアンテナの素子信号を用いて、各素子信号を乗算し、乗算素子の位相中心からの位置ベクトルの合成位置にある仮想アレイ素子信号を生成することにより、間引きした素子の補間を行う。すなわち、間引きアレイアンテナの場合に、素子信号の乗算演算を行って素子位置ベクトルを加算した位置の素子を生成する。これにより、間引きの影響を軽減して角度軸のサイドローブを低減することができる。

【0090】

（第１２の実施形態）（位置ベクトルの合成による間引きアレイ補間＋フィルタ）
第１１の実施形態においては、間引きアレイアンテナに適用する場合について述べた。第１２の実施形態では、パルス圧縮やドップラ処理を用いる間引きアレイのレーダ装置に適用する手法について述べる。

【0091】

図２１に第１２の実施形態に係るレーダ装置の構成を示す。間引きアレイの場合に、間引きを補間するための仮想アレイ素子信号と実アレイ素子信号が混在する場合には、両者において、別処理が必要となる。仮想アレイ素子信号（＃Ａ１〜＃ＡＭ）では、第９の実施形態や第１０の実施形態で述べたように、素子信号の２乗演算のために位相回転が２倍になるため、パルス圧縮やドップラ処理を行うレーダの場合には、仮想アレイ素子信号を生成する前に、第９の実施形態の周波数フィルタ１４や第１０の実施形態のドップラフィルタ１６を適用する。すなわち、仮想アレイ系は、帯域フィルタ１４、ドップラフィルタ１６、仮想アレイ素子生成器５、ビーム形成器６及びパルス圧縮器１５で構成される。

【0092】

一方、実アレイ素子信号（＃ＡＭ＋１〜＃ＡＮ）では、単独の場合はドップラフィルタは不要であるが、仮想アレイ素子信号を処理するドップラ領域を合わせるために、ドップラフィルタ１８を適用する。すなわち、実アレイ系は、ドップラフィルタ１６’、ビーム形成器６’及びパルス圧縮器１５’で構成される。

【0093】

仮想アレイ素子信号と実アレイ素子信号では、各々部分アレイによるビーム形成した後に、仮想アレイ素子信号は第９の実施形態の（１８）式の参照信号によりパルス圧縮し、実アレイ素子信号では（１７）式の参照信号によりパルス圧縮し、部分アレイによるビーム出力を更にビーム形成器１８でビーム合成する。ドップラレーダの場合はＰＲＩ軸でＦＦＴしてマルチビーム出力を得る。ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）信号全体に渡る処理をするためには、例えば、ＰＲＦ内をＦ１とＦ２に２分割して、１回目は周波数フィルタ１４でＦ１を抽出した処理し、２回目に周波数フィルタ１４でＦ２を抽出して処理すればよい。

【0094】

なお、間引きアレイの場合で、全素子に対して２乗処理をして仮想アレイ素子信号とする場合には、別処理は必要なく、図２１の仮想アレイ素子に対する処理のみでよいのは言うまでもない。

【0095】

以上のように、第１２の実施形態は、パルス圧縮信号またはパルスドップラの少なくともいずれか一方を用いるレーダ装置において、アレイアンテナの素子（またはサブアレイ、以下同様）の間引きを行う場合に、アレイアンテナの素子信号を用いて、各素子信号を乗算し、乗算素子の位相中心からの位置ベクトルの合成位置にある仮想アレイ素子信号を生成することにより、間引きした素子の補間を行う。仮想アレイ素子信号においては、仮想アレイ素子信号生成の前に、第９の実施形態の周波数フィルタまたは第１０の実施形態のドップラフィルタを適用し、仮想アレイ素子信号以外（実アレイ素子信号）では、第１０の実施形態のドップラフィルタを適用し、仮想アレイ素子信号と実アレイ素子信号で各々ビーム形成した後、必要に応じてパルス圧縮し、更に仮想アレイビームと実アレイビームを合成して全アレイのビーム信号を得る。

【0096】

すなわち、間引きアレイアンテナの場合に、素子信号の乗算演算を行って素子位置ベクトルを加算した位置の素子を生成する。したがって、パルス圧縮やドップラレーダの場合でも、間引きの影響を軽減して角度軸のサイドローブを低減することができる。

【0097】

上述したように本実施形態によれば、異なる２軸のリニアアレイにより、仮想的な平面アレイを生成して、アンテナ配列の間引きや、周波数／偏波共用アンテナを組み合わせることにより、低コストなアンテナ装置を提供することができる。さらに、送信装置と組み合わせることで、低コストなレーダ装置を提供することができる。

【0098】

その他、本実施形態は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0099】

１Ａ１〜１ＡＮ，１Ｂ１〜１ＢＭ…アンテナ素子、２Ａ１〜２ＡＮ，２Ｂ１〜２ＢＭ…増幅器、３Ａ，３Ｂ…周波数変換器、４Ａ，４Ｂ…ＡＤ変換器、５…仮想アレイ素子生成器、６，６’…ビーム形成器、１１１〜１ＮＭ…アンテナ素子、２１１〜２ＮＭ…受信増幅器、７Ａ１１〜７ＡＮＭ，７Ｂ１１〜７ＢＮＭ…受信移相器、８Ａ１〜８ＡＭ，８Ｂ１〜８ＢＮ…受信合成器、１０…送信分配器、１１１〜１１Ｍ…送信分配器、１２１１〜１２ＮＭ…送信移相器、１３１１〜１３ＮＭ…送信増幅器、１４１１〜１４ＮＭ…アンテナ素子、１５１１〜１５ＮＭ…サーキュレータ、１６…帯域フィルタ、１７，１７’…パルス圧縮器、１８，１８’…ドップラフィルタ、２０…ビーム形成器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】