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(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】2023-08-21
(45)【発行日】2023-08-29
(54)【発明の名称】レーダ装置、および、信号処理方法
(51)【国際特許分類】
G01S 7/02 20060101AFI20230822BHJP
G01S 3/48 20060101ALI20230822BHJP
G01S 13/93 20200101ALI20230822BHJP
H01Q 21/06 20060101ALI20230822BHJP
【ＦＩ】
G01S7/02 218
G01S3/48
G01S13/93
H01Q21/06
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019090811
(22)【出願日】2019-05-13
(65)【公開番号】P2020186974
(43)【公開日】2020-11-19
【審査請求日】2021-12-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000237592
【氏名又は名称】株式会社デンソーテン
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】110001933
【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石川 弘貴
【審査官】石原 徹弥
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－０７１８６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８５１２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－００２０５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２３０９７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１６１２８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０４５１５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１１８６４４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２
Ｇ０１Ｓ ３／４８
Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電波を送信し、物標から反射してきた電波を複数のアンテナによって受信することで前記物標を検出するレーダ装置であって、前記複数のアンテナに含まれる３本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及び前記方位の位相折り返しを前記方位ごとに分離する分離部と、
前記複数のアンテナに含まれる２本以上のアンテナであって、前記分離部での分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも狭いアンテナの受信信号を、前記方位ごとの複素信号に分解する第２分解部と、
前記分離部にて分離された前記方位及び前記方位の位相折り返しに対応する受信信号の位相差を、前記第２分解部で用いられたアンテナにおけるアンテナ間隔分の位相差に変換し、前記方位ごとに、該変換後の位相差の中から、前記第２分解部にて得られた前記複素信号の位相差に最も近い位相差を選択する第２選択部と、
を備え、前記第２選択部にて選択された前記位相差に対応する前記方位を、前記位相折り返しではない方位として算出する方位算出部と、
前記複数のアンテナに含まれる２本以上のアンテナであって、前記分離部での分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広いアンテナの受信信号を、前記方位算出部にて算出された前記方位ごとの複素信号に分解する第１分解部と、
前記第１分解部によって分解された前記方位ごとの前記複素信号の位相差及び該位相差の折り返しを、前記第２分解部で用いられたアンテナにおけるアンテナ間隔分の位相差に変換し、該変換後の位相差の中から、前記方位算出部にて算出された前記方位に対応する位相差に最も近い位相差を選択する第１選択部と、
を備え、前記第１選択部にて選択された前記位相差に対応する方位を、前記物標が存在する方位として推定するよう構成されている、レーダ装置。
【請求項2】
前記第１分解部での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、前記複数のアンテナの最長アンテナ間隔である、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項3】
前記複数のアンテナは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成される複数の仮想アンテナであり、前記第２分解部にて用いられるアンテナのアンテナ間隔は、前記複数の仮想アンテナの最小の間隔である、請求項１又は請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項4】
電波を送信し、物標から反射してきた電波を複数のアンテナによって受信することで前記物標を検出するレーダ装置において、前記複数のアンテナの受信信号を処理する信号処理方法であって、前記複数のアンテナに含まれる３本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及び前記方位の位相折り返しを前記方位ごとに分離する分離工程と、
前記複数のアンテナに含まれる２本以上のアンテナであって、前記分離工程での分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも狭いアンテナの受信信号を、前記方位ごとの複素信号に分解する第２分解工程と、
前記分離工程にて分離された前記方位及び前記方位の位相折り返しに対応する受信信号の位相差を、前記第２分解工程で用いられたアンテナにおけるアンテナ間隔分の位相差に変換し、前記方位ごとに、該変換後の位相差の中から、前記第２分解工程にて得られた前記複素信号の位相差に最も近い位相差を選択する第２選択工程と、
を備え、前記第２選択工程にて選択された前記位相差に対応する前記方位を、前記位相折り返しではない方位として算出する方位算出工程と、
前記複数のアンテナに含まれる２本以上のアンテナであって、前記分離工程での分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広いアンテナの受信信号を、前記方位算出工程にて算出された前記方位ごとの複素信号に分解する第１分解工程と、
前記第１分解工程によって分解された前記方位ごとの前記複素信号の位相差及び該位相差の折り返しを、前記第２分解部で用いられたアンテナにおけるアンテナ間隔分の位相差に変換し、該変換後の位相差の中から、前記方位算出部にて算出された前記方位に対応する位相差に最も近い位相差を選択する第１選択工程と、
を備え、前記第１選択工程にて選択された前記位相差に対応する方位を、前記物標が存在する方位として推定する、信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーダ装置、および、信号処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
レーダ装置は、電波を照射し、物標から反射してきた電波（反射波）を受信することで、反射波の到来方向を推定する。到来方向の推定方法は、反射波を受信する複数の受信アンテナで得られた受信信号の位相差や振幅差の情報から到来方向（角度）を算出する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００６－３２９６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
到来方向（角度）を算出する上で、受信アンテナ間隔は非常に重要であり、角度精度及び位相折り返しに大きく影響する。角度精度と位相折り返しとはトレードオフの関係になる。具体的には、受信アンテナ間隔が広ければ物標の角度精度は良くなるものの位相折り返しが発生し易いのに対し、受信アンテナ間隔が狭ければ位相折り返しは発生し難くなるものの物標の角度精度は悪くなる。
【0005】
特許文献１で開示されている入射角度推定装置は、位相折り返しの問題解消と電波の到来方向を表す方位の精度向上との両立を図っている。しかしながら、特許文献１で開示されている入射角度推定装置は、電波の到来方向を表す方位が複数存在する場合に対応できないという問題を有している。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みて、位相折り返しの問題解消と電波の到来方向を表す方位の精度向上を両立させることができる技術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】
【0007】
本発明に係る信号処理装置は、複数のアンテナの受信信号を処理する信号処理装置であって、前記複数のアンテナに含まれる３本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位を前記方位ごとに分離して位相折り返しなく算出する方位算出部と、前記複数のアンテナに含まれる２本以上のアンテナの受信信号を前記方位ごとの複素信号に分解する第１分解部と、前記方位ごとに、前記方位算出部の算出結果に基づき、前記第１分解部によって分解された複数の前記複素信号の位相差及び前記位相差の位相折り返しの中から１つを選択する第１選択部と、を備え、前記第１分解部での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、前記方位算出部での算出に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広い構成（第１の構成）である。
【0008】
上記第１の構成の信号処理装置において、前記方位算出部は、前記複数のアンテナに含まれる３本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及び前記方位の位相折り返しを前記方位ごとに分離する分離部と、前記複数のアンテナに含まれる２本以上のアンテナの受信信号を前記方位ごとの複素信号に分解する第２分解部と、前記方位ごとに、前記第２分解部の分解結果に基づき、前記方位及び前記方位の位相折りの中から１つを選択する第２選択部と、を備え、前記分離部での分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、前記第２分解部での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広く、前記第１分解部での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも狭い構成（第２の構成）であってもよい。
【0009】
上記第１又は第２の構成の信号処理装置において、前記第１分解部での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、前記複数のアンテナの最長アンテナ間隔である構成（第３の構成）であってもよい。
【0010】
上記第１～第３いずれかの構成の信号処理装置において、前記複数のアンテナは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成される複数の仮想アンテナである構成（第４の構成）であってもよい。
【0011】
本発明に係るレーダ装置は、上記第１～第３いずれかの構成の信号処理装置と、前記複数のアンテナと、を備える構成（第５の構成）である。
【0012】
本発明に係る到来方向推定方法は、複数のアンテナの受信信号を処理する信号処理方法であって、前記複数のアンテナに含まれる３本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位を前記方位ごとに分離して位相折り返しなく算出する方位算出工程と、前記複数のアンテナに含まれる２本以上のアンテナの受信信号を前記方位ごとの複素信号に分解する分解工程と、前記方位ごとに、前記方位算出工程の算出結果に基づき、前記分解工程によって分解された複数の前記複素信号の位相差及び前記位相差の位相折り返しの中から１つを選択する選択工程と、を備え、前記分解工程での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、前記方位算出工程での算出に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広い構成（第６の構成）である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によると、位相折り返しの問題解消と電波の到来方向を表す方位の精度向上を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】レーダ装置の構成を示す図
【図2】レーダ装置が備えるアンテナについて説明するための図
【図3】各仮想アンテナを構成する送信アンテナと受信アンテナの組み合わせを示す図
【図4】方位演算部の第１例を示す機能ブロック図
【図5】レーダ装置の概略動作を示すフローチャート
【図6】方位算出部での方位算出におけるアンテナ間隔ｄ分の受信信号の位相差と方位との関係を示す図
【図7】第１分解部によって求まる複素信号の位相差と方位との関係を示す図
【図8】第１分解部によって求まる複素信号の位相差をアンテナ間隔ｄ分の位相差に変換したものと方位との関係を示す図
【図9】方位演算部の第２例を示す機能ブロック図
【図10】第２例における方位演算部が実行する方位算出の処理内容を示すフローチャート
【図11】分離部での方位分離におけるアンテナ間隔２ｄ分の受信信号の位相差と方位との関係を示す図
【図12】第２分解部によって求まる複素信号の位相差と方位との関係を示す図
【図13】分離部によって求まる受信信号の位相差をアンテナ間隔ｄ分の位相差に変換したものと方位との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0016】
＜１．レーダ装置の構成＞
図１は本発明の実施形態に係るレーダ装置１の構成を示す図である。レーダ装置１は、例えば車両、ロボット、航空機、船舶などの移動体に搭載することができる。本実施形態では、レーダ装置１は、例えば自動車などの車両に搭載される。以下、レーダ装置１が搭載されている車両のことを自車両と表現する。
図１は本発明の実施形態に係るレーダ装置１の構成を示す図である。レーダ装置１は、例えば車両、ロボット、航空機、船舶などの移動体に搭載することができる。本実施形態では、レーダ装置１は、例えば自動車などの車両に搭載される。以下、レーダ装置１が搭載されている車両のことを自車両と表現する。
【0017】
レーダ装置１は、他の車両、標識、ガードレール、人などの、自車両の周囲に存在する物標を検知するために用いられる。物標の検知結果は、自車両の記憶装置や、自車両の挙動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５などに対して出力される。物標の検知結果は、例えば、ＰＣＳ（Pre-crash Safety System）やＡＥＢＳ（Advanced Emergency Braking System）などの車両制御に用いられる。
【0018】
図１に示すように、レーダ装置１は、複数の送信部２と、複数の受信部３と、信号処理装置４とを備える。レーダ装置１は、複数の送信アンテナ２３と、複数の受信アンテナ３１とをさらに備える。
【0019】
なお、レーダ装置１は、いわゆるＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）レーダ装置である。ただし、本実施形態とは異なり、レーダ装置１を、単一の送信アンテナと、複数の受信アンテナとを備える構成に変更してもよい。また、レーダ装置１は、ＦＣＭ（Fast Chirp Modulation）方式のレーダ装置である。ただし、本実施形態とは異なり、レーダ装置１を、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式などのＦＣＭ方式以外のレーダ装置に変更してもよい。
【0020】
送信部２は、信号生成部２１と発信器２２とを備える。信号生成部２１は、ノコギリ波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発信器２２へ供給する。発信器２２は、信号生成部２１で生成された変調信号に基づいてチャープ信号である送信信号を生成して、送信アンテナ２３へ出力する。
【0021】
本実施形態では、送信アンテナ２３の本数は３本である。送信アンテナ２３の本数に合わせて送信部３の数も３個である。ただし、送信アンテナ２３の本数は３本以外であってよい。送信アンテナ２３の本数に応じて送信部３の数も変更されてよい。また、送信アンテナ２３の本数と送信部２の数は、必ずしも一致しなくてよい。例えば、３本の送信アンテナ２３に対して１個の送信部２が設けられ、各送信アンテナ２３と送信部２との接続がスイッチで切り替えられてもよい。
【0022】
３本の送信アンテナ２３は、それぞれ別々の送信部２から送信信号を受け取り、その送信信号を送信波ＴＷに変換して出力する。３個の送信部２それぞれから出力される送信信号は、互いに直交した信号（直交信号）である。直交とは、例えば時間、位相、周波数、符号等の違いによって互いに干渉しないことである。
【0023】
受信部３は、複数の受信アンテナ３１と、複数の個別受信部３２とを備える。各受信アンテナ３１に対して、個別受信部３２が１つずつ接続される。各受信アンテナ３１は、物標からの反射波ＲＷを受信して受信信号を取得し、各個別受信部３２に出力する。本実施形態では、受信部３は、２本の受信アンテナ３１と、２個の個別受信部３２とを備える。ただし、受信アンテナ３１の本数は２本以外であってよい。また、個別受信部３２の数は、スイッチを導入することにより、受信アンテナ３１の本数よりも少なくしてよい。
【0024】
各個別受信部３２は、対応する受信アンテナ３１で得られた受信信号を処理する。個別受信部３２は、ミキサ３３とＡ／Ｄ変換器３４とを備える。受信アンテナ３１で得られた受信信号は、ローノイズアンプ（図示省略）で増幅された後にミキサ３３に送られる。ミキサ３３には、各送信部２の各発信器２２からの送信信号が入力され、ミキサ３３において各送信信号と受信信号とがミキシングされる。これにより、各送信信号の周波数と受信信号の周波数との差となるビート周波数を有するビート信号が生成される。ミキサ３３で生成されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタルの信号に変換された後に、信号処理装置４に出力される。
【0025】
信号処理装置４は、各Ａ／Ｄ変換器３４を介して取り込んだ各ビート信号に基づいて各種の処理を実行する。信号処理装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ４１などを含むマイクロコンピュータを備える。信号処理装置４は、演算の対象とする各種のデータを、記憶装置であるメモリ４１に記憶する。メモリ４１は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などである。信号処理装置４は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部４２、変換部４３、および、データ処理部４４を備える。送信制御部４２は、各送信部２の信号生成部２１を制御する。
【0026】
変換部４３は、受信アンテナ３１において複数の物標からの反射波が重なり合った状態で受信されるために、受信信号に基づいて生成されたビート信号から、各物標の反射波に基づく周波数成分を分離する処理を行う。本実施形態では、変換部４３は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理により、周波数成分の分離を行う。ＦＦＴ処理では、所定の周波数間隔で設定された周波数ポイント（周波数ビンという場合がある）ごとに受信レベルや位相情報が算出される。変換部４３は、ＦＦＴ処理の結果をデータ処理部４４に出力する。
【0027】
変換部４３は、詳細には、各Ａ／Ｄ変換部３４から出力されるビート信号に対してそれぞれ２次元ＦＦＴ処理を行う。１回目のＦＦＴ処理を行うことで、物標との距離に対応する周波数ビン（以下、距離ビンと記載する場合がある）にピークが出現する周波数スペクトルが得られる。１回目のＦＦＴ処理により得られた周波数スペクトルを時系列に並べて２回目のＦＦＴ処理を行うことで、ドップラー周波数に対する周波数ビン（以下、速度ビンと記載することがある）にピークが出現する周波数スペクトルが得られる。変換部４３は、２次元ＦＦＴ処理により、距離ビンと速度ビンとを軸とする２次元パワースペクトルを得る。
【0028】
データ処理部４４は、ピーク抽出部４５、距離・相対速度演算部４６、および、方位演算部４７を備える。
【0029】
ピーク抽出部４５は、変換部４３におけるＦＦＴ処理等の結果からピークを検出する。本実施形態では、ピーク抽出部４５は、２次元ＦＦＴ処理によって得られた距離ビンと速度ビンとを軸とする２次元パワースペクトルに基づいて、所定以上のパワー値を示すピークを抽出する。また、本実施形態では、ピーク抽出部４５は、ピーク抽出の結果を仮想アンテナごとの結果に分類する。仮想アンテナについては後述する。
【0030】
距離・相対速度演算部４６は、ピーク抽出部４５によってピークが存在するとして特定された距離ビンおよび速度ビンの組み合わせに基づいて物標との距離および相対速度を導出する。
【0031】
方位演算部４７は、仮想アンテナごとにピーク抽出部４５で抽出された同一周波数ビンのピークに注目し、それらのピークの位相情報に基づいて物標が存在する方位（電波の到来方向を表す方位）を推定する。方位演算部４７は、周波数ビンが異なる複数のピークが存在する場合、ピークごとに方位推定を行う。方位推定には、ＭＵＳＩＣ（Mutiple Signal Classification）やＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）等の公知の手法が用いられる。方位演算部４７の処理の詳細については後述する。
【0032】
なお、距離・相対速度演算部４６および方位演算部４７により求められた、物標までの距離、物標の相対速度、物標の存在する方位を含む物標データは、車両ＥＣＵ５に出力される。
【0033】
＜２．仮想アンテナ＞
図２は、レーダ装置１が備えるアンテナについて説明するための図である。
図２は、レーダ装置１が備えるアンテナについて説明するための図である。
【0034】
本実施形態では、図２（ａ）に示すように、３本の送信アンテナ２３は、水平方向に沿って同一のアンテナ間隔２ｄで配置される。すなわち、隣り合う送信アンテナＴｘ１と送信アンテナＴｘ２とのアンテナ間隔、および、隣り合う送信アンテナＴｘ２と送信アンテナＴｘ２とのアンテナ間隔は、いずれも２ｄである。なお、隣り合う送信アンテナ２３のアンテナ間隔は、複数の組（３本の送信アンテナ２３では二組）の間で厳密に同一でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で複数の組の間で同一とみなすことができればよい。
【0035】
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、３２本の受信アンテナ３１は、水平方向に沿ってアンテナ間隔ｄで配置される。なお、隣り合う受信アンテナＲｘ１と受信アンテナＲｘ２とのアンテナ間隔は、隣り合う２本の送信アンテナ２３のアンテナ間隔の厳密に半分でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で隣り合う２本の送信アンテナ２３のアンテナ間隔の半分とみなすことができればよい。
【0036】
アンテナ間隔ｄは、送信波ＴＷおよび受信波ＲＷの半波長と同一である。なお、アンテナ間隔ｄは、送信波ＴＷおよび受信波ＲＷの半波長と厳密に同一でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で送信波ＴＷおよび受信波ＲＷの半波長と同一とみなすことができればよい。
【0037】
また、図２に示す複数の送信アンテナ２３のアンテナ間隔、および、複数の受信アンテナ３１のアンテナ間隔は、例示に過ぎず、アンテナ間隔は適宜変更されてよい。
【0038】
図２（ａ）に示す３本の送信アンテナ２３と、図２（ｂ）に示す２本の受信アンテナ３１との組み合わせにより、図２（ｃ）に示す仮想アレーアンテナが生成される。図２（ｃ）に示す仮想アレーアンテナは、仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６によって構成される。仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６は、水平方向に沿って同一のアンテナ間隔ｄで配置される。ＭＩＭＯ技術を適用することで、送信アンテナを２本増やすだけで受信アンテナの本数の３倍の仮想アンテナを得ることができる。
【0039】
図３は、各仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６を構成する送信アンテナ２３と受信アンテナ３１との組み合わせを示す図である。図３に示すように、仮想アンテナＶＲｘ１は、送信アンテナＴｘ１と受信アンテナＲｘ１とを組み合わせて生成される。仮想アンテナＶＲｘ２は、送信アンテナＴｘ１と受信アンテナＲｘ２とを組み合わせて生成される。仮想アンテナＶＲｘ３は、送信アンテナＴｘ２と受信アンテナＲｘ１とを組み合わせて生成される。仮想アンテナＶＲｘ４は、送信アンテナＴｘ２と受信アンテナＲｘ２とを組み合わせて生成される。仮想アンテナＶＲｘ５は、送信アンテナＴｘ３と受信アンテナＲｘ１とを組み合わせて生成される。仮想アンテナＶＲｘ６は、送信アンテナＴｘ３と受信アンテナＲｘ２とを組み合わせて生成される。
【0040】
すなわち、受信アンテナＲｘ１の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナＶＲｘ１の受信信号、仮想アンテナＶＲｘ３の受信信号、および、仮想アンテナＶＲｘ５の受信信号を含む。受信アンテナＲｘ２の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナＶＲｘ２の受信信号、仮想アンテナＶＲｘ４の受信信号、および、仮想アンテナＶＲｘ６の受信信号を含む。信号処理装置４は、複数の送信アンテナ２３と複数の受信アンテナ３１との組み合わせにより生成される複数の仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６の受信信号を処理する。
【0041】
＜３．方位演算部の第１例＞
図４は、方位演算部４７の第１例を示す機能ブロック図である。本例では、方位演算部４７は、方位算出部４７１と、第１分解部４７２と、第１選択部４７３とを備える。すなわち、信号処理装置４は、方位算出部４７１と、第１分解部４７２と、第１選択部４７３とを備える。
図４は、方位演算部４７の第１例を示す機能ブロック図である。本例では、方位演算部４７は、方位算出部４７１と、第１分解部４７２と、第１選択部４７３とを備える。すなわち、信号処理装置４は、方位算出部４７１と、第１分解部４７２と、第１選択部４７３とを備える。
【0042】
方位算出部４７１は、複数のアンテナに含まれる３本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位を方位ごとに分離して位相折り返しなく算出する。本例では、方位算出部４７１は、３本の仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ３の受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位を方位ごとに分離して位相折り返しなく算出する。方位算出部４７１の処理の詳細については後述する。
【0043】
第１分解部４７２は、複数のアンテナに含まれる２本以上のアンテナの受信信号を、方位算出部４７１によって算出された方位ごとの複素信号に分解する。本例では、第１分解部４７２は、仮想アンテナＶＲｘ１及びＶＲｘ６の受信信号を、方位算出部４７１によって算出された方位ごとの複素信号に分解する。複素信号は、位相情報と振幅情報とを含む。第１分解部４７２の処理の詳細については後述する。
【0044】
なお、第１分解部４７２での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、方位算出部４７１での算出に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔より広い。本例では、第１分解部４７２での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔はｄであるのに対して、第１分解部４７２での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は５ｄである。
【0045】
本例では、第１分解部４７２での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６の最長アンテナ間隔５ｄである。第１分解部４７２での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔として、仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６の最長アンテナ間隔５ｄを採用することで、電波の到来方向を表す方位の精度を最大限向上させることができる。ただし、第１分解部４７２での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６の最長アンテナ間隔５ｄ以外のアンテナ間隔、例えば４ｄ等であってもよい。
【0046】
第１選択部４７３は、方位算出部４７１によって算出された方位ごとに、方位算出部４７１の算出結果に基づき、第１分解部４７２によって分解された複数の複素信号の位相差及びその位相差の位相折り返しの中から１つを選択する。第１選択部４７３の処理の詳細については後述する。方位演算部４７は、第１選択部４７３の選択結果を変換して得られる方位を、物標が存在する方位（電波の到来方向を表す方位）であると推定する。
【0047】
方位演算部４７は、第１選択部４７３の選択基準を「方位算出部４７１の算出結果」としている。これにより、方位演算部４７は、位相折り返しの問題を解消することができる。
【0048】
また、方位演算部４７は、第１分解部４７２での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔が方位算出部４７１での算出に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔より広いという条件の下、第１選択部４７３の選択対象を「第１分解部４７２によって分解された複数の複素信号の位相差及びその位相差の位相折り返し」としている。これにより、方位演算部４７は、方位算出部４７１の算出結果をそのまま電波の到来方向を表す方位として用いる場合よりも、電波の到来方向を表す方位の精度を向上させることができる。
【0049】
すなわち、信号処理装置４は、位相折り返しの問題解消と電波の到来方向を表す方位の精度向上を両立させることができる。
【0050】
図５は、レーダ装置１の概略動作を示すフローチャートである。図５は、方位演算部４７による処理を中心に示したものである。すなわち、図５においては、物標までの距離や相対速度を求める処理については省略されている。レーダ装置１は、図５に示す処理を一定時間ごとに周期的に繰り返す。
【0051】
まず、送信アンテナ２３が送信波ＴＷを出力する（ステップＳ１）。次に、受信アンテナ３１が物標で反射された反射波ＲＷを受信して受信信号を取得する（ステップＳ２）。次に、信号処理装置４が所定数のビート信号を取得する（ステップＳ３）。次に、変換部４３が取得したビート信号を対象にＦＦＴ処理を行う（ステップＳ４）。
【0052】
次に、ピーク抽出部４５が、ＦＦＴ処理の結果に基づきピーク抽出を行う（ステップＳ５）。ピーク抽出部４５は、ピーク抽出の結果を仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６ごとの結果に分類する。
【0053】
次に、方位算出部４７１が、仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ３の受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位を方位ごとに分離して位相折り返しなく算出する（ステップＳ６）。方位算出部４７１は、以下の式（１）で示す相関行列Ｒｘｘを算出する。
Ｒｘｘ＝Ｅ［Ｘ（ｔ）ＸＨ（ｔ）］ ・・・（１）
ここで、
Ｘ（ｔ）＝［ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ３（ｔ）］Ｔ ・・・（２）
である。
Ｒｘｘ＝Ｅ［Ｘ（ｔ）ＸＨ（ｔ）］ ・・・（１）
ここで、
Ｘ（ｔ）＝［ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ３（ｔ）］Ｔ ・・・（２）
である。
【0054】
なお、Ｘ（ｔ）は時刻ｔにおける仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ３の受信信号ベクトルである。Ｅ［・］は期待値を、Ｈは複素共役転置を、Ｔは転置行列をそれぞれ示している。ｘ１（ｔ）は仮想アンテナＶＲｘ１の受信信号、ｘ２（ｔ）は仮想アンテナＶＲｘ２の受信信号、ｘ３（ｔ）は仮想アンテナＶＲｘ３の受信信号である。
【0055】
方位算出部４７１は、相関行列Ｒｘｘを用いて、公知のＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴ等により方位を算出する。３本の仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ３の受信信号から相関行列Ｒｘｘを生成しているので、方位算出部４７１は、最大２個の方位を得る。なお、３本の仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ３のアンテナ間隔ｄが送信波ＴＷおよび受信波ＲＷの半波長と同一であるため、方位算出部４７１による方位算出では位相折り返しが生じていない。
【0056】
以下、方位算出部４７１が方位Ｄ１と方位Ｄ２とを算出した場合について説明する。図６は方位算出部４７１での方位算出におけるアンテナ間隔ｄ分の受信信号の位相差と方位との関係を示す図である。
【0057】
図５に戻って、方位算出部４７１によって方位が算出されると、第１分解部４７２は、仮想アンテナＶＲｘ１及びＶＲｘ６の受信信号を、以下の式（３）に基づき、方位Ｄ１、Ｄ２ごとの複素信号に分解する（ステップＳ７）。
Ｘ（ｔ）＝ＡＳ（ｔ） ・・・（３）
ここで、
Ａ＝［ａ（θ１），ａ（θ２）］ ・・・（４）
Ｓ（ｔ）＝［ｓ１（ｔ），ｓ２（ｔ）］Ｔ ・・・（５）
である。
Ｘ（ｔ）＝ＡＳ（ｔ） ・・・（３）
ここで、
Ａ＝［ａ（θ１），ａ（θ２）］ ・・・（４）
Ｓ（ｔ）＝［ｓ１（ｔ），ｓ２（ｔ）］Ｔ ・・・（５）
である。
【0058】
なお、ａ（θ１）は、方位Ｄ１のモードベクトルである。ａ（θ２）は、方位Ｄ２のモードベクトルである。θ１は方位Ｄ１を表す角度である。θ２は方位Ｄ２を表す角度である。方位を表す角度は、物標がレーダ装置１の真正面に位置する場合に０［deg］になり、物標がレーダ装置１から見て真正面から右側にずれにつれて０［deg］より大きくなり、物標がレーダ装置１から見て真正面から左側にずれにつれて０［deg］より小さくなる。Ｓ（ｔ）は、電波の位相振幅ベクトルである。ｓ１（ｔ）は方位Ｄ１の複素信号（位相振幅信号）である。ｓ２（ｔ）は方位Ｄ２の複素信号（位相振幅信号）である。
【0059】
方位算出部４７１によって方位Ｄ１と方位Ｄ２とが算出されたため、式（３）における行列Ａは既知である。また、式（３）における受信信号ベクトルＸ（ｔ）も既知である。したがって、第１分解部４７２は、式（３）に基づき、位相振幅ベクトルＳ（ｔ）を求めることができる。
【0060】
仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ１の複素信号（位相振幅信号）ｓ１ＶＲｘ１（ｔ）と、仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ２の複素信号（位相振幅信号）ｓ２ＶＲｘ１（ｔ）とを求める場合には、第１分解部４７２は、モードベクトルａ（θ１）、ａ（θ２）の基準アンテナを仮想アンテナＶＲｘ１にする。具体的には、第１分解部４７２は、受信信号ベクトルＸ（ｔ）およびモードベクトルａ（θｋ）に以下の値を代入する。
Ｘ（ｔ）＝［ｘＶＲｘ１（ｔ），ｘＶＲｘ６（ｔ）］Ｔ ・・・（６）
ａ（θ１）＝［１，exp{-jΛ５ｄsin（θ１）}］Ｔ ・・・（７）
ａ（θ２）＝［１，exp{-jΛ５ｄsin（θ２）}］Ｔ ・・・（８）
Λ＝２π／λ ・・・（９）
Ｘ（ｔ）＝［ｘＶＲｘ１（ｔ），ｘＶＲｘ６（ｔ）］Ｔ ・・・（６）
ａ（θ１）＝［１，exp{-jΛ５ｄsin（θ１）}］Ｔ ・・・（７）
ａ（θ２）＝［１，exp{-jΛ５ｄsin（θ２）}］Ｔ ・・・（８）
Λ＝２π／λ ・・・（９）
【0061】
なお、ｘＶＲｘ１（ｔ）は仮想アンテナＶＲｘ１の時刻ｔにおける受信信号である。ｘＶＲｘ６（ｔ）は仮想アンテナＶＲｘ６の時刻ｔにおける受信信号である。λは送信波ＴＷ及び受信波ＲＷの波長である。
【0062】
上記代入により、仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ１の複素信号（位相振幅信号）ｓ１ＶＲｘ１（ｔ）と、仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ２の複素信号（位相振幅信号）ｓ２ＶＲｘ１（ｔ）とが求まる。
【0063】
また、仮想アンテナＶＲｘ６における方位Ｄ１の複素信号（位相振幅信号）ｓ１ＶＲｘ６（ｔ）と、仮想アンテナＶＲｘ６における方位Ｄ２の複素信号（位相振幅信号）ｓ２ＶＲｘ６（ｔ）とを求める場合には、第１分解部４７２は、モードベクトルａ（θ１）、ａ（θ２）の基準アンテナを仮想アンテナＶＲｘ６にする。具体的には、第１分解部４７２は、受信信号ベクトルＸ（ｔ）に上記の式（６）の値を代入し、モードベクトルａ（θｋ）に以下の値を代入する。
ａ（θ１）＝［exp{jΛ５ｄsin（θ１）}，１］Ｔ ・・・（１０）
ａ（θ２）＝［exp{jΛ５ｄsin（θ２）}，１］Ｔ ・・・（１１）
ａ（θ１）＝［exp{jΛ５ｄsin（θ１）}，１］Ｔ ・・・（１０）
ａ（θ２）＝［exp{jΛ５ｄsin（θ２）}，１］Ｔ ・・・（１１）
【0064】
上記代入により、仮想アンテナＶＲｘ６における方位Ｄ１の複素信号（位相振幅信号）ｓ１ＶＲｘ６（ｔ）と、仮想アンテナＶＲｘ６における方位Ｄ２の複素信号（位相振幅信号）ｓ２ＶＲｘ６（ｔ）とが求まる。
【0065】
図７は第１分解部４７２によって求まる複素信号の位相差と方位との関係を示す図である。図７において、仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ１の複素信号ｓ１ＶＲｘ１（ｔ）と仮想アンテナＶＲｘ６における方位Ｄ１の複素信号ｓ１ＶＲｘ６（ｔ）との位相差及びその位相差の位相折り返しを黒丸で示す。また、図７において、仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ２の複素信号ｓ２ＶＲｘ１（ｔ）と仮想アンテナＶＲｘ６における方位Ｄ２の複素信号ｓ２ＶＲｘ６（ｔ）との位相差及びその位相差の位相折り返しを黒四角で示す。仮想アンテナＶＲｘ１と仮想アンテナＶＲｘ６とのアンテナ間隔が５ｄであるため、図７における位相差はアンテナ間隔５ｄ分の位相差である。
【0066】
図５に戻って、第１分解部４７２によって方位Ｄ１、Ｄ２ごとの複素信号が求められると、第１選択部４７３は、方位Ｄ１、Ｄ２ごとに、方位算出部４７１の算出結果に基づき、第１分解部４７２によって分解された複数の複素信号の位相差及びその位相差の位相折り返しの中から１つを選択する（ステップＳ８）。
【0067】
第１選択部４７３は、方位算出部４７１の算出結果との比較を可能にするために、第１分解部４７２によって求まる複素信号の位相差をアンテナ間隔ｄ分の位相差に変換する。図８は、第１分解部４７２によって求まる複素信号の位相差をアンテナ間隔ｄ分の位相差に変換したものと方位との関係を示す図である。
【0068】
第１選択部４７３は、図６における位相差と図８に示す位相差とを比較し、図８に示す黒丸の中から、位相差が図６に示す黒丸の位相差に最も近いものを選択し、選択した黒丸の方位Ｄ１’を出力する。方位Ｄ１’は、方位Ｄ１の対応する方位であり、方位Ｄ１よりも誤差が小さい。
【0069】
また、第１選択部４７３は、図６における位相差と図８に示す位相差とを比較し、図８に示す黒四角の中から、位相差が図６に示す黒四角の位相差に最も近いものを選択し、選択した黒四角の方位Ｄ２’を出力する。方位Ｄ２’は、方位Ｄ２の対応する方位であり、方位Ｄ２よりも誤差が小さい。
【0070】
図５に戻って、第１選択部４７３による選択が終了すると、方位演算部４７は、第１選択部４７３から出力される方位Ｄ１’、Ｄ２’を、物標が存在する方位（電波の到来方向を表す方位）であると推定し、その推定結果を出力し（ステップＳ９）、フローを終了する。
【0071】
図６及び図８から明らかな通り、方位が広角になるほど（方位の絶対値が大きくなるほど）、方位の変化率に対する位相差の変化率が小さくなるため、位相差の誤差が方位の誤差に与える影響が大きくなる。したがって、信号処理装置４は、方位の広角域における方位の精度を大幅に向上させることができる。
【0072】
なお、方位算出部４７１において、アンテナ間隔ｄが送信波ＴＷおよび受信波ＲＷの半波長より広いアンテナの組を用いた場合、位相折り返しが発生する。例えばＶＲｘ１，ＶＲｘ３，ＶＲｘ５の組合せにより方位を算出した場合などである。このとき、方位Ｄ１は方位演算部４７で算出された方位ではなく、位相折り返しによる別の方位である可能性も残っている。方位Ｄ２についても同様である。この場合は、式（７）および式（８）においてモードベクトルを算出する前に、位相折り返しを解消して方位を確定させる必要がある。位相折り返しの解消は種々公知の位相折り返し判定法を用いるとよい。位相折り返しを解消して方位Ｄ１およびＤ２を確定したのち、θ１およびθ２を式（７）および式（８）に代入してモードベクトルを算出するとよい。
【0073】
＜４．方位演算部の第２例＞
図９は、方位演算部４７の第２例を示す機能ブロック図である。本例でも第１例と同様に、方位演算部４７は、方位算出部４７１と、第１分解部４７２と、第１選択部４７３とを備える。すなわち、信号処理装置４は、方位算出部４７１と、第１分解部４７２と、第１選択部４７３とを備える。
図９は、方位演算部４７の第２例を示す機能ブロック図である。本例でも第１例と同様に、方位演算部４７は、方位算出部４７１と、第１分解部４７２と、第１選択部４７３とを備える。すなわち、信号処理装置４は、方位算出部４７１と、第１分解部４７２と、第１選択部４７３とを備える。
【0074】
本例における方位算出部４７１は、分離部４７１ａと、第２分解部４７１ｂと、第２選択部４７１ｃとを備える点で、第１例における方位算出部４７１と異なる。
【0075】
分離部４７１ａは、前記複数のアンテナに含まれる３本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及びその方位の位相折り返しを方位ごとに分離する。本例では、分離部４７１ａは、３本の仮想アンテナＶＲｘ１、ＶＲｘ３、ＶＲｘ５の受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及びその方位の位相折り返しを方位ごとに分離する。分離部４７１ａの処理の詳細については後述する。
【0076】
第２分解部４７１ｂは、複数のアンテナに含まれる２本以上のアンテナの受信信号を、分離部４７１ａによって分離された方位ごとの複素信号に分解する。本例では、第２分解部４７１ｂは、仮想アンテナＶＲｘ１及びＶＲｘ２の受信信号を、分離部４７１ａによって分離された方位ごとの複素信号に分解する。第２分解部４７１ｂの処理の詳細については後述する。
【0077】
本例では、分離部４７１ａでの分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、第２分解部４７１ｂでの分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広く、第１分解部４７２での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも狭い。本例では、分離部４７１ａでの分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は２ｄであるのに対して、第２分解部４７１ｂでの分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔はｄである。また、本例では、分離部４７１ａでの分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は２ｄであるのに対して、第１分解部４７２での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は５ｄである。
【0078】
第２選択部４７１ｃは、分離部４７１ａによって分離された方位ごとに、第２分解部４７１ｂの分解結果に基づき、分離部４７１ａによって分離された方位及びその方位の位相折り返しの中から１つを選択する。第２選択部４７１ｃの処理の詳細については後述する。
【0079】
本例における方位演算部４７を用いた場合も、第１例における方位演算部４７を用いた場合と同様に、レーダ装置１の概略動作を示すフローチャートは図５となる。ただし、本例における方位演算部４７を用いた場合、方位算出（図５のステップＳ６）の処理内容が第１例における方位演算部４７を用いた場合とは異なる。
【0080】
図１０は、本例における方位演算部４７が実行する方位算出の処理内容を示すフローチャートである。
【0081】
まず分離部４７１ａが、仮想アンテナＶＲｘ１、ＶＲｘ３、ＶＲｘ５の受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及びその方位の位相折り返しを方位ごとに分離する（ステップＳ６１）。分離部４７１ａは、以下の式（１２）で示す相関行列Ｒｘｘ’を算出する。
Ｒｘｘ’＝Ｅ［Ｘ（ｔ）ＸＨ（ｔ）］ ・・・（１２）
ここで、
Ｘ（ｔ）＝［ｘ１（ｔ），ｘ３（ｔ），ｘ５（ｔ）］Ｔ ・・・（１３）
である。
Ｒｘｘ’＝Ｅ［Ｘ（ｔ）ＸＨ（ｔ）］ ・・・（１２）
ここで、
Ｘ（ｔ）＝［ｘ１（ｔ），ｘ３（ｔ），ｘ５（ｔ）］Ｔ ・・・（１３）
である。
【0082】
ｘ１（ｔ）は仮想アンテナＶＲｘ１の受信信号、ｘ３（ｔ）は仮想アンテナＶＲｘ３の受信信号、ｘ５（ｔ）は仮想アンテナＶＲｘ５の受信信号である。
【0083】
分離部４７１ａは、相関行列Ｒｘｘ’を用いて、公知のＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴ等により方位を分離する。３本の仮想アンテナＶＲｘ１、ＶＲｘ３、ＶＲｘ５の受信信号から相関行列Ｒｘｘ’を生成しているので、分離部４７１ａは、最大２個の方位を得る。なお、３本の仮想アンテナＶＲｘ１、ＶＲｘ３、ＶＲｘ５のアンテナ間隔２ｄが送信波ＴＷおよび受信波ＲＷの半波長より長いため、分離部４７１ａによって分離された方位には位相折り返しが生じる。
【0084】
以下、分離部４７１ａが電波の到来方位を方位Ｄ１と方位Ｄ２とに分離した場合について説明する。上記のように第２例では位相折り返しが生じているため、第１例のときとは異なり、方位Ｄ１は１つの方位として確定していない。方位Ｄ２も同様である。図１１は分離部４７１ａでの方位分離におけるアンテナ間隔２ｄ分の受信信号の位相差と方位との関係を示す図である。図のように同一の位相差に対応する方位が複数存在し、分離部４７１ａでは位相差に対応する複数の方位のうちいずれか一つの方位が算出される。
【0085】
図１０に戻って、分離部４７１ａによって方位が分離されると、第２分解部４７１ｂは、仮想アンテナＶＲｘ１及びＶＲｘ２の受信信号を、以下の式（１４）に基づき、方位Ｄ１、Ｄ２ごとの複素信号に分解する（ステップＳ６２）。なお、以下の式（１４）～（１６）は、上述した式（３）～（５）と同一である。
Ｘ（ｔ）＝ＡＳ（ｔ） ・・・（１４）
ここで、
Ａ＝［ａ（θ１），ａ（θ２）］ ・・・（１５）
Ｓ（ｔ）＝［ｓ１（ｔ），ｓ２（ｔ）］Ｔ ・・・（１６）
である。
Ｘ（ｔ）＝ＡＳ（ｔ） ・・・（１４）
ここで、
Ａ＝［ａ（θ１），ａ（θ２）］ ・・・（１５）
Ｓ（ｔ）＝［ｓ１（ｔ），ｓ２（ｔ）］Ｔ ・・・（１６）
である。
【0086】
なお、ａ（θ１）は、方位Ｄ１のモードベクトルである。ａ（θ２）は、方位Ｄ２のモードベクトルである。θ１は方位Ｄ１を表す角度である。θ２は方位Ｄ２を表す角度である。方位を表す角度は、物標がレーダ装置１の真正面に位置する場合に０［deg］になり、物標がレーダ装置１から見て真正面から右側にずれにつれて０［deg］より大きくなり、物標がレーダ装置１から見て真正面から左側にずれにつれて０［deg］より小さくなる。Ｓ（ｔ）は、電波の位相振幅ベクトルである。ｓ１（ｔ）は方位Ｄ１の複素信号（位相振幅信号）である。ｓ２（ｔ）は方位Ｄ２の複素信号（位相振幅信号）である。
【0087】
分離部４７１ａによって方位Ｄ１と方位Ｄ２とが得られているため、式（１４）における行列Ａは既知である。また、式（１４）における受信信号ベクトルＸ（ｔ）も既知である。したがって、第２分解部４７１ｂは、式（１４）に基づき、位相振幅ベクトルＳ（ｔ）を求めることができる。
【0088】
仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ１の複素信号（位相振幅信号）ｓ１ＶＲｘ１（ｔ）と、仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ２の複素信号（位相振幅信号）ｓ２ＶＲｘ１（ｔ）とを求める場合には、第１分解部４７２は、モードベクトルａ（θ１）、ａ（θ２）の基準アンテナを仮想アンテナＶＲｘ１にする。具体的には、第２分解部４７１ｂは、受信信号ベクトルＸ（ｔ）およびモードベクトルａ（θｋ）に以下の値を代入する。
Ｘ（ｔ）＝［ｘＶＲｘ１（ｔ），ｘＶＲｘ３（ｔ）］Ｔ ・・・（１７）
ａ（θ１）＝［１，exp{-2jΛｄsin（θ１）}］Ｔ ・・・（１８）
ａ（θ２）＝［１，exp{-2jΛｄsin（θ２）}］Ｔ ・・・（１９）
Λ＝２π／λ ・・・（２０）
Ｘ（ｔ）＝［ｘＶＲｘ１（ｔ），ｘＶＲｘ３（ｔ）］Ｔ ・・・（１７）
ａ（θ１）＝［１，exp{-2jΛｄsin（θ１）}］Ｔ ・・・（１８）
ａ（θ２）＝［１，exp{-2jΛｄsin（θ２）}］Ｔ ・・・（１９）
Λ＝２π／λ ・・・（２０）
【0089】
なお、ｘＶＲｘ１（ｔ）は仮想アンテナＶＲｘ１の時刻ｔにおける受信信号である。ｘＶＲｘ３（ｔ）は仮想アンテナＶＲｘ３の時刻ｔにおける受信信号である。λは送信波ＴＷ及び受信波ＲＷの波長である。前述の第１例ではモードベクトルを算出する前に位相折り返しを解消して方位を１つに確定させたが、第２例ではその必要は無い。そのため、信号ベクトルＸ（ｔ）およびモードベクトルａ（θｋ）を生成するときは、分離部４７１ａで用いたアンテナ間隔に合わせて仮想アンテナを選択する。例えば上記の場合、分離部４７１ａで用いたアンテナ間隔２ｄに合わせ、複素信号を求めたい仮想アンテナＶＲｘ１に対して仮想アンテナＶＲｘ３を選択する。
【0090】
このとき、受信信号ベクトルＸ（ｔ）は、選択した仮想アンテナの受信信号を要素として生成する。またモードベクトルａ（θ）は、基準とするアンテナ（上記では仮想アンテナＶＲｘ１）に対応する要素を１とし、他要素は、対応する別の仮想アンテナの位置における理想的な位相差を代入して生成する。
【0091】
上記代入により、仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ１の複素信号（位相振幅信号）ｓ１ＶＲｘ１（ｔ）と、仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ２の複素信号（位相振幅信号）ｓ２ＶＲｘ１（ｔ）とが求まる。
【0092】
また、仮想アンテナＶＲｘ２における方位Ｄ１の複素信号（位相振幅信号）ｓ１ＶＲｘ２（ｔ）と、仮想アンテナＶＲｘ２における方位Ｄ２の複素信号（位相振幅信号）ｓ２ＶＲｘ２（ｔ）とを求める場合には、第２分解部４７１ｂは、モードベクトルａ（θ１）、ａ（θ２）の基準アンテナを仮想アンテナＶＲｘ２にする。具体的には、第２分解部４７１ｂは、受信信号ベクトルＸ（ｔ）、モードベクトルａ（θｋ）に以下の値を代入する。なお、前述のように、仮想アンテナＶＲｘ２に対しては、アンテナ間隔が２ｄとなる仮想アンテナＶＲｘ４を選択する。
Ｘ（ｔ）＝［ｘＶＲｘ2（ｔ），ｘＶＲｘ4（ｔ）］Ｔ ・・・（２１）
ａ（θ１）＝［１，exp{-2jΛｄsin（θ１）}］Ｔ ・・・（２２）
ａ（θ２）＝［１，exp{-2jΛｄsin（θ２）}］Ｔ ・・・（２３）
Ｘ（ｔ）＝［ｘＶＲｘ2（ｔ），ｘＶＲｘ4（ｔ）］Ｔ ・・・（２１）
ａ（θ１）＝［１，exp{-2jΛｄsin（θ１）}］Ｔ ・・・（２２）
ａ（θ２）＝［１，exp{-2jΛｄsin（θ２）}］Ｔ ・・・（２３）
【0093】
上記代入により、仮想アンテナＶＲｘ２における方位Ｄ１の複素信号（位相振幅信号）ｓ１ＶＲｘ２（ｔ）と、仮想アンテナＶＲｘ２における方位Ｄ２の複素信号（位相振幅信号）ｓ２ＶＲｘ２（ｔ）とが求まる。
【0094】
図１２は第２分解部４７１ｂによって求まる複素信号の位相差と方位との関係を示す図である。図１２において、仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ１の複素信号ｓ１ＶＲｘ１（ｔ）と仮想アンテナＶＲｘ２における方位Ｄ１の複素信号ｓ１ＶＲｘ２（ｔ）との位相差及びその位相差の位相折り返しを黒丸で示す。また、図１２において、仮想アンテナＶＲｘ１における方位Ｄ２の複素信号ｓ２ＶＲｘ１（ｔ）と仮想アンテナＶＲｘ２における方位Ｄ２の複素信号ｓ２ＶＲｘ２（ｔ）との位相差及びその位相差の位相折り返しを黒四角で示す。仮想アンテナＶＲｘ１と仮想アンテナＶＲｘ２とのアンテナ間隔がｄであるため、図１２における位相差はアンテナ間隔ｄ分の位相差である。
【0095】
図１０に戻って、第２分解部４７１ｂによって方位Ｄ１、Ｄ２ごとの複素信号が求められると、第２選択部４７１ｃは、方位Ｄ１、Ｄ２ごとに、第２分解部４７１ｂの分解結果に基づき、分離部４７１ａによって分離された方位及びその方位の位相折り返しの中から１つを選択する（ステップＳ６３）。
【0096】
第２選択部４７１ｃは、第２分解部４７１ｂの分解結果との比較を可能にするために、分離部４７１ａによって求まる受信信号の位相差をアンテナ間隔ｄ分の位相差に変換する。図１３は、分離部４７１ａによって求まる受信信号の位相差をアンテナ間隔ｄ分の位相差に変換したものと方位との関係を示す図である。
【0097】
【0098】
また、第２選択部４７１ｃは、図１１における位相差と図１３に示す位相差とを比較し、図１３に示す黒四角の中から、位相差が図１２に示す黒四角の位相差に最も近いものを選択し、選択した黒四角の方位Ｄ２を出力する。
【0099】
図１０に戻って、第２選択部４７１ｃによる選択が終了すると、方位算出部４７１は、第２選択部４７１ｃから出力される方位Ｄ１、Ｄ２を、方位の算出結果として出力し（ステップＳ６４）、フローを終了する。
【0100】
本例における方位演算部４７を用いた場合、第１例における方位演算部４７を用いた場合よりも、図５中のステップＳ６において算出される方位の精度が高いので、図５中のステップＳ８における選択に誤りが生じる可能性を低くすることができる。
【0101】
なお、式（１７）～式（１９）では、仮想アンテナ２つで複素信号を算出したが、３つの仮想アンテナを用いて以下の値を代入して算出してもよい。
上記の式を用いることで、算出精度を向上することができる。
【数1】
【0102】
また、同様に式（２１）～式（２３）も以下のように値を代入して算出してもよい。
上記の式を用いることで、算出精度を向上することができる。また、上記では３つとしたが、仮想アンテナの構成に応じ、３つ以上の仮想アンテナを用いて複素信号を算出してもよい。
【数2】
【0103】
＜５．留意事項＞
本明細書における実施形態や実施例の構成は、本発明の例示にすぎない。実施形態や変形例の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、複数の実施形態及び変形例は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。
本明細書における実施形態や実施例の構成は、本発明の例示にすぎない。実施形態や変形例の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、複数の実施形態及び変形例は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。
【0104】
以上においては、車載レーダ装置について説明したが、本発明は、道路などに設置されるインフラレーダ装置、船舶監視レーダ装置、航空機監視レーダ装置等にも適用されてよい。
【0105】
以上においてプログラムの実行によってソフトウェア的に実現されると説明した機能の全部又は一部は電気的なハードウェア回路により実現されてもよい。また、ハードウェア回路によって実現されると説明した機能の全部又は一部はソフトウェア的に実現されてもよい。また、１つのブロックとして説明した機能が、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されてもよい。また、各機能ブロックは概念的な構成要素である。各機能ブロックが実行する機能を複数の機能ブロックに分散させたり、複数の機能ブロックが有する機能を１つの機能ブロックに結合したりしてよい。
【符号の説明】
【0106】
１ レーダ装置
４ 信号処理装置
２３ 送信アンテナ
３１ 受信アンテナ
４７１ 方位算出部
４７１ａ 分離部
４７１ｂ 第２分解部
４７１ｃ 第２選択部
４７２ 第１分解部
４７３ 第１選択部
ＶＲｘ１～ＶＲｘ６ 仮想アンテナ
４ 信号処理装置
２３ 送信アンテナ
３１ 受信アンテナ
４７１ 方位算出部
４７１ａ 分離部
４７１ｂ 第２分解部
４７１ｃ 第２選択部
４７２ 第１分解部
４７３ 第１選択部
ＶＲｘ１～ＶＲｘ６ 仮想アンテナ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】