特許 7210178 受信システム、レーダシステム及び信号処理方法

(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】

(24)【登録日】2023-01-13

(45)【発行日】2023-01-23

(54)【発明の名称】受信システム、レーダシステム及び信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/02 20060101AFI20230116BHJP

   G01S 3/48 20060101ALI20230116BHJP

【ＦＩ】

G01S7/02 216

G01S3/48

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018137928

(22)【出願日】2018-07-23

(65)【公開番号】P2020016475

(43)【公開日】2020-01-30

【審査請求日】2021-06-15

(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】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 晋一

(72)【発明者】

【氏名】和田 泰明

(72)【発明者】

【氏名】藤田 浩司

【審査官】安井 英己

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１６１３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１１９４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３９５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２７９１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１１８４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００１８０８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ３／００－ ３／７４，

Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２，

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１以上のサブアレイアンテナを有するアレイアンテナの観測空間を空間的に分割した分割観測空間ごとに、方位角軸方向及び仰角軸方向それぞれを等間隔にメッシュ分割した、前記サブアレイアンテナに備えられる前記方位角軸方向及び前記仰角軸方向に配列されたアンテナ素子の数を前記分割観測空間の数で除した所定数の、指向方向が互いに直交する受信ビームを、時分割で前記サブアレイアンテナにおいて形成し、前記観測空間における任意の指向方向を有するビームを形成する位相を制御するビーム形成部と、
前記アンテナ素子で受信された信号に前記位相を加える位相器と、
検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を前記所定数で乗じた高サンプリング周波数で、前記アンテナ素子を含む複数の受信モジュールから出力され、前記位相が加えられた信号を合成し周波数変換した受信信号をサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部により得られたサンプリング値に対して、ゼロ埋めを行った後、空間に対する逆フーリエ変換を行って前記アンテナ素子の数の変換出力を得る変換部と、
前記変換出力に所定のウェイトを乗算した後、前記変換出力を合成するビーム合成部と、
を備える受信システム。

【請求項2】

前記観測空間に向けて送信信号を送信する送信装置と、
請求項１に記載の受信システムと、
を備え、
前記送信信号は、前記検出対象の信号に含まれ、
前記ビーム合成部は、前記送信信号が送信された方向を前記任意の指向方向とするビームを形成する、
レーダシステム。

【請求項3】

１以上のサブアレイアンテナを有するアレイアンテナの観測空間を空間的に分割した分割観測空間ごとに、方位角軸方向及び仰角軸方向それぞれを等間隔にメッシュ分割した、前記サブアレイアンテナに備えられる前記方位角軸方向及び前記仰角軸方向に配列されたアンテナ素子の数を前記分割観測空間の数で除した所定数の、指向方向が互いに直交する受信ビームを、時分割で前記サブアレイアンテナにおいて形成し、前記観測空間における任意の指向方向を有するビームを形成する位相を制御するビーム形成ステップと、
前記アンテナ素子で受信された信号に前記位相を加える位相加算ステップと、
検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を前記所定数で乗じた高サンプリング周波数で、前記アンテナ素子を含む複数の受信モジュールから出力され、前記位相が加えられた信号を合成し周波数変換した受信信号をサンプリングするサンプリングステップと、
前記サンプリングステップにより得られたサンプリング値に対して、ゼロ埋めを行った後、空間に対する逆フーリエ変換を行って前記アンテナ素子の数の変換出力を得る変換ステップと、
前記変換出力に所定のウェイトを乗算した後、前記変換出力を合成するビーム合成ステップと、
を有する信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、受信システム、レーダシステム及び信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アレイアンテナに備えられるすべてのアンテナ素子で送受信される信号に対するディジタル信号処理によって任意のマルチビームを形成するディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ：Digital Beam Forming）がある（非特許文献１、２）。アレイアンテナで受信する信号に対してＤＢＦを適用する場合、各アンテナ素子で受信した信号すべてをディジタル信号に変換する必要があり、周波数変換器、ＡＤ（Analogue-Digital）変換器などのハードウェアをアンテナ素子ごとに設ける必要がある。

【0003】

レーダシステムにおいて観測性能を向上させるためにアレイアンテナのアンテナ素子数を増やすと、アンテナ素子数に応じてハードウェアが大規模になるとともに、信号処理の対象となるアナログ信号の数及びそのデータ量も増加する。ハードウェア規模の増加や、処理対象となるデータ量の増加に伴うソフトウェア規模の増加により、所望の観測性能を有するシステムの実装が困難になる場合があった。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】吉田、「改訂 レーダ技術」、電子情報通信学会、１９９６年、ｐｐ．２８９－２９１

【文献】電子情報通信学会編、「アンテナ工学ハンドブック（第２版）」、オーム社、２００８、ｐｐ．４１８－４２０

【文献】吉田、「改訂 レーダ技術」、電子情報通信学会、１９９６年、ｐｐ．１３４－１３５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、観測性能を向上させつつ、ハードウェア規模の増加を抑えて、システムの実装を容易にすることができる受信システム、レーダシステム及び信号処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の受信システムは、ビーム形成部と、サンプリング部と、変換部と、ビーム合成部と、を持つ。ビーム形成部は、アレイアンテナの観測空間を分割した分割観測空間ごとに、アレイアンテナに備えられるアンテナ素子の数を分割観測空間の数で除した数の指向方向が異なる直交受信ビームを時分割でアレイアンテナにおいて形成する。サンプリング部は、検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を直交受信ビームの数で乗じた高サンプリング周波数で、直交受信ビームそれぞれで得られた受信信号をサンプリングする。変換部は、サンプリング部により得られたサンプリング値に対して逆フーリエ変換を行ってアンテナ素子の数の変換出力を得る。ビーム合成部は、観測空間における受信ビームを形成する位相を変換出力それぞれに加えた後に合成する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態における受信システムの構成例を示すブロック図。

【図2】第１の実施形態におけるアレイアンテナでのサブアレイアンテナの配置例を示す図。

【図3】第１の実施形態におけるサブアレイアンテナの構成例を示す図。

【図4】第１の実施形態における受信モジュールの構成例を示す図。

【図5】第１の実施形態における観測空間の分割例を示す図。

【図6】第１の実施形態におけるＡＤ変換器のサンプリング周波数を示す図。

【図7】第１の実施形態における分割観測空間で形成される直交受信ビームの一例を示す図。

【図8】第１の実施形態におけるスペース変換部の処理を示す図。

【図9】第２の実施形態におけるレーダシステムの構成例を示すブロック図。

【図10】第２の実施形態におけるサブアレイアンテナの構成例を示す図。

【図11】第２の実施形態における送受信モジュールの構成例を示す図。

【図12】第２の実施形態におけるサブアレイアンテナで形成される送信ビームと受信ビームとの一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態の受信システム、レーダシステム及び信号処理方法を、図面を参照して説明する。以下の実施形態では、同一の符号を付した構成は同様の動作を行うものとして、重複する説明を適宜省略する。

【0009】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態における受信システムの構成例を示すブロック図である。受信システムは、例えば、物体において反射された信号又は物体から発せられる信号を受信する。受信システムは、アレイアンテナ１０、周波数変換器１２、ＡＤ変換器１３（サンプリング部）、マルチビーム形成部１４（ビーム形成部）、スペース変換部１５（変換部）及びビーム合成部１６を備える。アレイアンテナ１０は、複数のアンテナ素子を備える。複数のアンテナ素子は、Ｍ個のグループに分けられ、グループごとにサブアレイアンテナ１１を構成する。以下の説明では、アレイアンテナ１０に備えられるアンテナ素子の数をＮで表し、サブアレイアンテナ１１を構成するアンテナ素子の数をＮｓ（＝Ｎ／Ｍ）で表す。なお、アレイアンテナ１０を複数のサブアレイアンテナ１１で構成せずに、１つのサブアレイアンテナ１１で構成してもよい。すなわち、Ｍ＝１としてもよい。

【0010】

周波数変換器１２、ＡＤ変換器１３、マルチビーム形成部１４及びスペース変換部１５は、サブアレイアンテナ１１ごとに設けられる。すなわち、受信システムは、サブアレイアンテナ１１、周波数変換器１２、ＡＤ変換器１３、マルチビーム形成部１４及びスペース変換部１５で構成されるＮｓ個の受信系統を備える。

【0011】

周波数変換器１２は、サブアレイアンテナ１１で得られる受信信号をベースバンドの信号へ変換し、ベースバンドの信号をＡＤ変換器１３へ供給する。周波数変換器１２における周波数変換に用いられるローカル信号（局部発振信号）の周波数は、検出対象の信号の周波数に応じて定められる。ＡＤ変換器１３は、後述する所定のサンプリング周波数でベースバンドの信号をサンプリングし、ディジタル信号へ変換する。マルチビーム形成部１４は、サブアレイアンテナ１１の受信ビームを制御し、受信ビームごとのディジタル信号をスペース変換部１５へ供給する。

【0012】

スペース変換部１５は、受信ビームごとのディジタル信号を、サブアレイアンテナ１１に備えられる各アンテナ素子が受信した信号である素子信号に変換する。スペース変換部１５は、変換により得られたＮｓ個のアンテナ素子に対応するＮｓ個の素子信号をビーム合成部１６へ供給する。ビーム合成部１６は、Ｍ個のスペース変換部１５それぞれから供給されるＮｓ個の素子信号を用いて、受信ビームの指向方向を制御して所望の受信データを生成する。すなわち、受信システムは、アレイアンテナ１０の全アンテナ素子の素子信号を利用するフルＤＢＦ方式の受信ビームを形成し、受信ビームに応じた受信データを生成する。

【0013】

図２は、第１の実施形態におけるアレイアンテナ１０でのサブアレイアンテナ１１の配置例を示す図である。アレイアンテナ１０においてマトリックス状に配置されているアンテナ素子を行方向及び列方向に区分して、各サブアレイアンテナ１１が形成されている。図２に示す例では、サブアレイアンテナ１１が２次元の配列を有しているが、１次元の配列としてもよい。

【0014】

図３は、第１の実施形態におけるサブアレイアンテナ１１の構成例を示す図である。サブアレイアンテナ１１は、１つのアンテナ素子を含むＮｓ個の受信モジュール１００と、受信給電回路４２とを備える。各受信モジュール１００は、アンテナ素子で受信した信号を増幅し、増幅した信号に所定の位相を加えて出力する。受信給電回路４２は、各受信モジュール１００から出力される信号を合成し、合成結果を受信信号として周波数変換器１２へ出力する。

【0015】

図４は、第１の実施形態における受信モジュール１００の構成例を示す図である。受信モジュール１００は、アンテナ素子５４、低雑音増幅器５５及び移相器５６を備える。アンテナ素子５４にて受信された信号は、低雑音増幅器５５で増幅され、所定の位相を移相器５６で加えられる。増幅及び移相を施された信号は、受信給電回路４２へ供給される。移相器５６が信号に加える位相は、サブアレイアンテナ１１において所望の受信ビームを形成するための位相である。Ｎｓ個の受信モジュール１００で受信された信号に対するアナログ信号処理により、所望の指向性を有する受信サブアレイビームがサブアレイアンテナ１１ごとに形成される。なお、受信システムにおける検出対象の信号が広帯域の信号である場合、均一な周波数特性を得るために、時間遅延素子を用いて移相器５６を構成してもよい。

【0016】

受信システムでは、アレイアンテナ１０で観測できる観測空間を分割した分割観測空間ごとに時分割で受信を行う。図５は、第１の実施形態における観測空間の分割例を示す図である。受信システムでは、図５に示すように、ｓｉｎΘ軸で表される観測空間は、Ｐ個の分割観測空間に分割される。各分割観測空間内を空間周波数ｓｉｎΘ（ＡＺ，ＥＬ）で等間隔に分割した（Ｎｓ／Ｐ）個の直交ビーム方向が、受信サブアレイビームを向ける方向である。空間周波数ｓｉｎΘで、方位角（Azimuth）軸と仰角（Elevation）軸との２次元を表す場合、方位角軸方向及び仰角軸方向それぞれを等間隔にメッシュ分割したＰＡＺ×ＰＥＬとなるが、説明を簡単にするためにＰ（＝ＰＡＺ×ＰＥＬ）分割と表現する。

【0017】

図６は、第１の実施形態におけるＡＤ変換器１３のサンプリング周波数を説明する図である。通常は、サブアレイアンテナ１１が受信サブアレイビームを形成した際、形成された受信サブアレイビームで受信された信号に対して、検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数でサンプリングが行われる。第１の実施形態におけるＡＤ変換器１３は、検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を（Ｎｓ／Ｐ）倍した周波数にて、サブアレイアンテナ１１から供給される受信信号をサンプリングする。サブアレイアンテナ１１は、観測空間を分割したＰ個の分割観測空間ごとに、分割観測空間において指向方向が異なる（Ｎｓ／Ｐ）本の直交受信ビームを受信サブアレイビームとして時分割で形成する。

【0018】

図７は、第１の実施形態における分割観測空間で形成される直交受信ビームの一例を示す図である。分割観測空間で形成される直交受信ビームは、ｓｉｎΘ軸において互いに直交する受信ビームである。分割観測空間の領域すべてを覆うように、直交受信ビームは時分割で形成される。各直交受信ビームで得られた受信信号は、ＡＤ変換器１３において前述のサンプリング周波数でサンプリングされ、スペース変換部１５における逆フーリエ変換により、サブアレイアンテナ１１における全アンテナ素子５４の素子信号に変換される。

【0019】

マルチビーム形成部１４は、時分割で直交受信ビームが形成されるように、各受信モジュール１００に備えられる移相器５６が加える位相を制御する。ｓｉｎΘ軸における直交受信ビームは、式（１）で与えられる。

【0020】

【数1】

式（１）において、θｐは受信サブアレイビームの指向方向を表し、ｐ（＝１，２，…，Ｎｓ／Ｐ）は分割観測空間において受信サブアレイビームで覆われる領域を表す。なお、ｓｉｎΘ軸における２次元方向（ＡＺｐ，ＥＬｐ）をｐにて表現している。Ωは方位角軸及び仰角軸の２次元での観測空間を表す。Ｐは、観測空間の分割数を表す。

【0021】

マルチビーム形成部１４がサブアレイアンテナ１１の各移相器５６における位相を制御することにより、指向方向が異なる（Ｎｓ／Ｐ）本の直交受信ビームによる受信信号が分割観測領域ごとに得られる。受信信号は、ＡＤ変換器１３によりディジタル信号に変換される。マルチビーム形成部１４は、受信信号を得た際の直交受信ビームとディジタル信号とを対応付けてスペース変換部１５へ供給する。

【0022】

スペース変換部１５は、直交受信ビームごとに得られたディジタル信号から、サブアレイアンテナ１１における全アンテナ素子５４の素子信号を逆フーリエ変換で得るために、式（２）で表されるゼロ埋め（zero padding）を行う。

【0023】

【数2】

式（２）において、Ｙ（ＡＺｐ，ＥＬｐ）は、ｐ（＝１，２，…，Ｎｓ／Ｐ）番目の直交受信ビームを用いた指向方向の受信に対応するディジタル信号が示すデータを表し、直交受信ビームの指向方向に対応する配列である。［・，・］はデータの連結を表す。ｚｅｒｏｓ（ｎ）は、ｎが示す数分のゼロを表す。

【0024】

スペース変換部１５は、式（２）のゼロ埋めで得られたデータＹ（ＡＺｐ，ＥＬｐ）を用いて、ポイント数Ｎｓの逆フーリエ変換を行う。サブアレイアンテナ１１におけるＮｓ個のアンテナ素子５４の素子信号が、逆フーリエ変換により得られる。Ｎｓ個の素子信号Ｘは、式（３）で表される。

【0025】

【数3】

式（３）において、ＩＦＦＴ［・］は逆フーリエ変換を表す。Ｙ（ＡＺｐ，ＥＬｐ）は、式（２）で得られたゼロ埋め後のデータを表す。Ｘは、アンテナ素子５４ごとの素子信号を要素とする配列である。配列Ｘは、サブアレイアンテナ１１におけるアンテナ素子５４の配置に対応する。例えば、配列Ｘは、大きさ［Ｘａｚ，Ｙａｚ］の２次元配列である。Ｘａｚは方位角軸方向のアンテナ素子５４の数であり、Ｙａｚは仰角軸方向のアンテナ素子５４の数である。

【0026】

図８は、第１の実施形態におけるスペース変換部１５の処理を示す図である。スペース変換部１５は、上述のように、（Ｎｓ／Ｐ）本の直交受信ビーム（ｂ１，ｂ２，…ｂＮｓ／Ｐ）ごとに得られたディジタル信号のデータに対してゼロ埋めをした後に逆フーリエ変換を行う。スペース変換部１５は、逆フーリエ変換により、サブアレイアンテナ１１における全アンテナ素子５４の素子信号Ｘ＝［Ｘ１，Ｘ２，…，ＸＮｓ］を取得する。

【0027】

スペース変換部１５ごとに得られる式（３）の素子信号Ｘは、ビーム合成部１６に供給される。すなわち、アレイアンテナ１０に含まれる全アンテナ素子５４の素子信号がビーム合成部１６に供給される。ビーム合成部１６は、供給される素子信号を用いたフルＤＢＦにより、受信ビームの指向方向を制御して所望の受信データを生成する。ビーム合成部１６は、サイドローブ低減用のウェイトとしてテーラーウェイト（非特許文献３）などを素子信号に乗算し、ビーム指向方向を制御する複素ウェイトを更に乗算した後に、加算による合成を行う。ビーム合成部１６は、フルＤＢＦにより所望の指向方向の受信ビームによる受信データを取得する。受信データＹ（ＡＺｐ、ＥＬｐ）は式（４）で表される。

【0028】

【数4】

式（４）において、Ｘｎは、ｎ（＝１，２，…，Ｎｓ）番目のアンテナ素子の素子信号を表す。Ｗｎは、ｎ番目のアンテナ素子の素子信号に対するサイドローブ低減用のウェイトを表す。Ｗｐｎは、ｎ番目のアンテナ素子の素子信号に対するビーム指向方向を制御する複素ウェイトを表す。ビーム指向方向を制御する複素ウェイトＷｐｎは、式（５）で表される。

【0029】

【数5】

式（５）において、ｘｎ，ｙｎ、ｚｎは、サブアレイアンテナ１１におけるアンテナ素子５４の位置座標を表す。基準位置は、サブアレイアンテナ１１の位相中心である。ｋｐｘ，ｋｐｙ，ｋｐｚは、式（６）で表される。

【0030】

【数6】

式（６）において、λは、検出対象の信号の波長である。ＡＺｐ及びＥＬｐは、サブアレイアンテナ１１の位相中心からみた方位角（Azimuth）軸及び仰角（Elevation）軸それぞれのビーム指向角である。

【0031】

式（４）～（６）で表すビーム形成により、Ｎｓ個のアンテナ素子を有するサブアレイアンテナ１１の間隔（サブアレイアンテナ１１間の位相中心の間隔）に比べて狭い任意のビームを形成することができる。また、分割観測空間（Ω／Ｐ）に受信ビームを形成してもグレーティングローブの影響を抑圧した任意のビームを形成することができる。すなわち、受信システムは、フルＤＢＦに利用できる素子信号を得ることができる。このように、受信システムは、フルＤＢＦを用いた受信ビームの形成により、サイドローブレベルを低下させ、ビーム指向精度や不要波抑圧性能の高い高品質なアンテナビームを形成できる。受信システムは、低サイドローブで指向性の高い受信ビームを形成することができるので、電波環境の監視や、マルチスタティックレーダシステムにおける受信側の処理を精度よく行うことができる。

【0032】

式（４）～（６）で表されるビーム形成はサブアレイアンテナ１１ごとのビーム形成であるが、合成数Ｎｓをアレイアンテナ１０における全アンテナ素子の数Ｎに拡張し、ｘｎ，ｙｎ、ｚｎとＡＺｐ及びＥＬｐとをアレイアンテナ１０の位相中心に応じた値に変更することで、アレイアンテナ１０のビーム形成が得られる。

【0033】

第１の実施形態における受信システムによれば、サブアレイアンテナ１１からスペース変換部１５までの信号処理において、全アンテナ素子５４の信号を用いずとも、フルＤＢＦ方式を用いた受信ビームの形成を行うことができる。サブアレイアンテナ１１からスペース変換部１５までのアナログ及びディジタルの信号処理を全アンテナ素子５４の信号それぞれに対して行わずともよいため、アンテナ素子５４の数を増加させた場合においてもハードウェアの増加を抑えることができる。すなわち、第１の実施形態における受信システムは、フルＤＢＦにより観測性能を向上させつつ、ハードウェア規模の増加を抑えることができ、システムの実装を容易にすることができる。

【0034】

第１の実施形態における受信システムでは、サブアレイで直交する複数の受信ビーム（直交マルチビーム）を所定の方向に形成する動作例を示したが、直交マルチビームを形成できれば移相器又は時間遅延素子の制御以外の方法を用いてもよい。例えば、直交マルチビームを予め定めた形成しておき、それを切り替える構成をサブアレイが有してもよい。

【0035】

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、アレイアンテナ１０で受信した信号から任意の受信ビームを形成する受信システムについて説明した。第２の実施形態では、受信システムをレーダシステムに使用する場合の構成について説明する。

【0036】

図９は、第２の実施形態におけるレーダシステムの構成例を示すブロック図である。レーダシステムは、アレイアンテナ２０、送信部３０及び受信部４０を備える。アレイアンテナ２０は、複数のアンテナ素子を備える。複数のアンテナ素子は、Ｍ個のグループに分けられ、グループごとにサブアレイアンテナ１１を構成する。以下の説明では、第１の実施形態と同様に、アレイアンテナ２０に備えられるアンテナ素子の数をＮで表し、サブアレイアンテナ２１を構成するアンテナ素子の数をＮｓ（＝Ｎ／Ｍ）で表す。なお、アレイアンテナ２０を複数のサブアレイアンテナ２１で構成せずに、１つのサブアレイアンテナ２１で構成してもよい。すなわち、Ｍ＝１としてもよい。第２の実施形態におけるレーダシステムは、第１の実施形態における受信システムと、送信部３０（送信装置）とを組み合わせた構成になっている。

【0037】

送信部３０は、信号生成器１、変調器２及び周波数変換器３を備える。信号生成器１は、所定のパルスを含む信号を生成し、生成した信号を変調器２へ供給する。変調器２は、供給される信号に含まれるパルスを、Ｍ系列などのランダム符号を用いて変調し、変調により得られた変調信号を周波数変換器３へ供給する。周波数変換器３は、変調信号を所定のキャリア周波数にて周波数変換し、変換により得られた送信信号を各サブアレイアンテナ２１へ供給する。各サブアレイアンテナ２１に供給される送信信号は、サブアレイアンテナ２１において形成される送信ビームの指向方向へ送出される。

【0038】

受信部４０は、周波数変換器１２、ＡＤ変換器１３、マルチビーム形成部１４、スペース変換部１５及びビーム合成部１６を備える。周波数変換器１２、ＡＤ変換器１３、マルチビーム形成部１４及びスペース変換部１５は、第１の実施形態と同様に、サブアレイアンテナ２１ごとに設けられる。すなわち、受信部４０は、周波数変換器１２、ＡＤ変換器１３、マルチビーム形成部１４及びスペース変換部１５で構成されるＮｓ個の受信系統を備える。各受信系統の周波数変換器１２が、対応するサブアレイアンテナ２１で得られる受信信号をベースバンドの信号へ変換する。受信部４０における各部の動作は、第１の実施形態における動作と同様である。ＡＤ変換器１３は、送信信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を（Ｎｓ／Ｐ）倍した周波数にてサンプリングを行う。

【0039】

図１０は、第２の実施形態におけるサブアレイアンテナ２１の構成例を示す図である。サブアレイアンテナ２１は、１つのアンテナ素子を含むＮｓ個の送受信モジュール２００と、送信給電回路４１と、受信給電回路４２とを備える。送信給電回路４１は、送信部３０から供給される送信信号を各送受信モジュール２００へ分配する。受信給電回路４２は、各送受信モジュール２００から出力される信号を合成し、合成結果を受信信号として周波数変換器１２へ出力する。

【0040】

図１１は、第２の実施形態における送受信モジュール２００の構成例を示す図である。送受信モジュール２００は、移相器５１、高出力増幅器５２、サーキュレータ５３、アンテナ素子５４、低雑音増幅器５５及び移相器５６を備える。移相器５１は、供給される送信信号に所定の位相を加え、位相を加えた送信信号を高出力増幅器５２へ供給する。高出力増幅器５２は、所定の位相が加えられた送信信号を増幅し、増幅した送信信号をサーキュレータ５３を介してアンテナ素子５４へ供給する。アンテナ素子５４に供給される送信信号は、アンテナ素子５４から送出される。低雑音増幅器５５は、サーキュレータ５３を介して、アンテナ素子５４にて受信された信号を増幅し、増幅した信号を移相器５６へ供給する。移相器５６は、増幅された信号に所定の位相を加え、所定の位相が加えられた信号を受信給電回路４２へ供給する。

【0041】

移相器５１において送信信号に加えられる位相は、送信信号を送出する際にサブアレイアンテナ２１において送信ビームを形成するための位相である。また、移相器５６において信号に加える位相は、サブアレイアンテナ２１において所望の受信ビームを形成するための位相である。サブアレイアンテナ２１は、送信信号を送出する際の送信ビームと、信号を受信する際の受信ビームとを形成できる。送信信号が広帯域の信号である場合、均一な周波数特性を得るために、時間遅延素子を用いて移相器５１を構成してもよい。

【0042】

図１２は、第２の実施形態におけるサブアレイアンテナ２１で形成される送信ビームと受信ビームとの一例を示す図である。サブアレイアンテナ２１で形成される受信ビーム（受信サブアレイビーム）は、送信ビームが向けられた指向方向の一部の方向としてもよいし、送信ビームが向けられた指向方向と同じ方向としてもよい。送受信モジュール２００は、送信ビームを制御する移相器５１と、受信ビームを制御する移相器５６とを備えることにより、送信ビームと受信ビームとを独立して制御できる。

【0043】

第２の実施形態のレーダシステムは、観測空間において送信ビームを形成し、送信ビームを向けた指向方向に送信信号を送信する動作を行う。更に、レーダシステムは、第１の実施形態の受信システムと同様に、フルＤＢＦ方式を用いた受信ビームを観測空間において形成し、受信ビームを向けた指向方向の受信データを生成する。

【0044】

第２の実施形態のレーダシステムによれば、所望の観測方向へ送信した送信信号の反射を、フルＤＢＦで形成される低サイドローブで指向性の高い受信ビームを利用して検出することで、電波環境の監視だけでなく、物体の検知や観測を高精度に行うことができる。

【0045】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、（Ｎｓ／Ｐ）本の直交受信ビームを用いて時分割に得られる受信信号を、検出対象の信号の帯域幅に応じたサンプリング周波数を（Ｎｓ／Ｐ）倍したサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング部（ＡＤ変換器１３）と、サンプリング値に対して逆フーリエ変換を行う変換部とを持つことにより、アンテナ素子ごとに周波数変換器やＡＤ変換器を備えずとも、時分割に得られる受信信号からアレイアンテナが有する各アンテナ素子で受信した信号である素子信号を得ることができ、素子信号を用いたＤＢＦにより観測性能を向上させるとともに、ハードウェア規模の増加を抑えて、システムの実装を容易にすることができる。

【0046】

上記の実施形態における受信システム及びレーダシステムは、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、ディジタル信号に対する信号処理を行ってもよい。ＣＰＵは、補助記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、送信装置における一部又はすべての動作と、受信装置における一部又はすべての動作とを行ってもよい。また、受信システム及びレーダシステムにおける動作のすべて又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置などの非一時的な記憶媒体である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

【0047】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0048】

１…信号生成器、２…変調器、３…周波数変換器、１０，２０…アレイアンテナ、１１，２１…サブアレイアンテナ、１２…周波数変換器、１３…ＡＤ変換器、１４…マルチビーム形成部、１５…スペース変換部、１６…ビーム合成部、３０…送信部、４０…受信部、４１…送信給電回路、４２…受信給電回路、５１…移相器、５２…高出力増幅器、５３…サーキュレータ、５４…アンテナ素子、５５…低雑音増幅器、５６…移相器、１００…受信モジュール、２００…送受信モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】