JP3550280B2

JP3550280B2 - SRA antenna device

Info

Publication number: JP3550280B2
Application number: JP25731497A
Authority: JP
Inventors: 晋一竹谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2017-09-22
Also published as: JPH1197923A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばビーム幅内の近接した複数目標の方向を探知するためのスーパーレゾリューションアレイ（以下、ＳＲＡと記す）処理機能を有するＳＲＡアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、アレイアンテナ装置におけるスーパーレゾリューションアレイ（以下、ＳＲＡと記す）技術は、同一レンジ、同一速度を有するビーム幅内の複数目標を角度方向に分解する技術である。このような技術の代表的な手法としては、ＭＵＳＩＣ方式（文献：ＲａｌｐｈＯ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，”ＭｕｌｔｉｐｌｅＥｍｉｔｔｅｒＬｏｃａｔｉｏｎａｎｄＳｉｇｎａｌＰａｒａｍｅｔｅｒＥｓｔｉｍａｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ，Ｖｏｌ．ＡＰ−３４，Ｎｏ．３，（Ｍａｒｃｈ，１９８６）がある。
【０００３】
このようなＭＵＳＩＣ方式を用いたＳＲＡアンテナ装置は、例えば図３に示すようにアンテナ素子１〜Ｎが１次元的に配列されてリニアアレイが形成され、これらアンテナ素子１〜Ｎは、図示しない位相制御部からの位相制御信号に基づいて位相量が制御されて目標方向に対して所定の時間間隔でスキャン走査される。そして、これらアンテナ素子１〜Ｎの出力端には、周波数変換回路１１〜１Ｎ、Ａ／Ｄ変換回路２１〜２Ｎが順に接続される。このＡ／Ｄ変換回路２１〜２Ｎの出力端には、ＳＲＡ処理回路３が接続される。このＳＲＡ処理回路３は、相関行列演算回路３ａ及びＳＲＡスペクトル演算回路３ｂで構成される。
【０００４】
これにより、目標からの到来波がアンテナ素子１〜Ｎに入射されると、アンテナ素子１〜Ｎの各出力は、それぞれ周波数変換回路１１〜１Ｎで中間周波数帯に変換された後、Ａ／Ｄ変換回路２１〜２Ｎでデジタル信号に変換され、ＳＲＡ処理回路３に入力される。ＳＲＡ処理回路３は、入力したデジタル信号の複数波を分離する処理を実行して到来波の到来方向を検出する。
先ず、ＳＲＡ処理回路３は、入力したデジタル信号を相関行列演算回路３ａで、素子信号をｘｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）として、
【０００５】
【数１】

の演算を実行して相関行列を求める。
続いて、ＳＲＡスペクトル演算回路３ｂでは、（１）式の固有ベクトルを演算する。
【０００６】
【数２】

の式に基づいて算出する。ここで、（３）式のスーパーレゾリューションアレイ（ＳＲＡ）スペクトルのピークが信号の到来方向として複数の到来波を分離して、目標方向が測角される。
【０００７】
しかしながら、上記ＳＲＡアンテナ装置では、複数の到来波が互いに無相関である場合、高精度な観測が可能であるが、例えば図４に示すようなレーダ装置３０からのビームが航空機等の目標３１で反射した直接波と地面等で反射したマルチパス波の如く相関を持つ到来波、あるいは図５に示すような複数の目標３１からの直接波の如く相関を持つ到来波を高精度に分離することが困難であるために、目標信号の取得が困難となり、誤観測を起こすという問題を有する。即ち、ＳＲＡ処理回路３においては、相関列の成分において、複数目標３１間でクロスタームが生じるために、（１）式の固有ベクトルを算出しても、各到来波に対して独立な成分とならず、複数の到来波が分離できなくなり、目標信号の検出が困難となることによる。
【０００８】
なお、係る問題は、アンテナ素子１〜１Ｎを１次元に配列したリニアアレイ方式に限ることなく、複数のアンテナ素子を列及び行方向にそれぞれ分割した複数のサブアレイを形成した３次元アレイ方式、複数のサブアレイを形成した３次元、及び複数のアンテナ素子またはサブアレイを任意に配置した３次元方式においても同様である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来のＳＲＡアンテナ装置では、相関を持つ複数の到来波の高精度な分離が困難であり、誤観測を招く虞れを有する。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、相関を持つ複数の到来波の高精度な分離を実現し得るようにして、到来方向の高精度な観測を実現したＳＲＡアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数のアンテナ素子を直線状に配列したリニアアレイが形成され、目標に対して所定時間間隔でスキャンするアレイ手段と、このアレイ手段の複数のアンテナ素子の出力を周波数変換してデジタル変換し、デジタル信号を生成する信号処理手段と、この信号処理手段で生成したデジタル信号をスキャン毎に相関行列演算して相関行列値を算出し、複数回スキャンした平均相関行列値を求める第１の演算手段と、この第１の演算手段で算出した平均相関行列値に基づくＳＲＡスペクトルのピークを算出する第２の演算手段とを備えてＳＲＡアンテナ装置を構成した。
【００１１】
上記構成によれば、到来波が相関を持つ場合には、スキャン毎に相関行列値を求めて、その平均相関行列値を算出していることにより、複数の目標からの到来波、あるいは目標からの到来波と他の物体で反射したマルチパス波とを受信しても、複数の目標の位置関係が時間の変化に連動すると共に、マルチパス波が時間の変化に連動して、その位相関係が変化するため、到来波が無相関化される。従って、複数の到来波の高精度な分離が可能となり、確実な到来方向を観測することができる。
【００１２】
また、この発明は、複数のアンテナ素子を直交する列及び行方向にそれぞれ分割したサブアレイが形成され、目標に対して所定時間間隔でスキャンされるアレイ手段と、このアレイ手段の列及び行方向毎の複数のアンテナ素子の出力を周波数変換してデジタル変換し、デジタル信号を生成する信号処理手段と、この信号処理手段で生成した列方向及び行方向のデジタル信号をスキャン毎に相関行列演算して相関行列値を算出し、複数回スキャンした列及び行方向の平均相関行列値を求める第１の演算手段と、この第１の演算手段で算出した列及び行方向の平均相関行列値に基づく該列及び行方向のＳＲＡスペクトルのピークを算出する第２の演算手段とを備えてＳＲＡアンテナ装置を構成した。
【００１３】
上記構成によれば、到来波が相関を持つ場合には、２次元の到来波を列及び行方向に分離してスキャン毎に相関行列値を求めて、その列及び行方向の平均相関行列値を算出していることにより、複数の目標からの到来波、あるいは目標からの到来波と他の物体で反射したマルチパス波とを受信しても、複数の目標の位置関係が時間の変化に連動すると共に、マルチパス波が時間の変化に連動して、その位相関係が変化するため、各方向における到来波が無相関化される。従って、複数の到来波を列及び行方向の２次元に高精度な分離が可能となり、２次元の到来方向を確実に観測することができる。
【００１４】
さらに、この発明は、任意のアンテナ開口面上で、複数のアンテナ素子、またはサブアレイを配置した場合にも、同様の方式を用いて２次元の到来方向を確実に観測することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１はこの発明の一実施の形態に係るＳＲＡアンテナ装置を示すものである。ここで、図１においては、前記図３と略同様に構成されるアンテナ素子１〜Ｎ、周波数変換回路１１〜１Ｎ及びＡ／Ｄ変換回路２１〜２Ｎについては、同一符号を付して、その詳細な説明について省略する。
【００１６】
すなわち、この発明の特徴は、ＳＲＡ処理回路１０を相関行列演算回路１０ａ、メモリ回路１０ｂ及びＳＲＡスペクトル演算回路１０ｃで構成したことにある。そして、相関行列演算回路１０ａには、前記Ａ／Ｄ変換回路２１〜２Ｎで変換したスキャン毎のデジタル信号が素子データとして入力され、前述したように相関行列値が演算される。
【００１７】
この相関行列演算回路１０ａには、上記メモリ回路１０ｂが接続され、算出した相関行列値を、アンテナ素子１〜Ｎの素子信号ｘｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を１回目から予め設定される（Ｍ−１）回目のスキャンまでのＭ回繰返し算出して、各スキャン毎の相関行列値をメモリ回路１０ｂに出力して記憶する。そして、相関行列演算回路１０ａは、Ｍ回目のスキャンで該Ｍスキャン時の相関行列値を算出すると、１回目から（Ｍ−１）回目までの各スキャン毎に算出した相関行列値をメモリ回路１０ｂから呼び出して
【００１８】
【数３】

の如くＭ回のスキャン毎の相関行列値の平均である平均相関行列値を算出し、ＳＲＡスペクトル演算回路１０ｃに出力する。
【００１９】
ＳＲＡスペクトル演算回路１０ｃは、入力したＭ回スキャン毎の相関行列値を平均した平均相関行列値に基づいて前記（３）式の演算を実行してＳＲＡスペクトルを算出し、ここに、そのピークが信号の到来方向として複数の到来波を分離し、目標方向が測角される。
【００２０】
また、（Ｍ＋１）回目のスキャンが開始されると、次の検出動作に移行して、２Ｍ回目までのスキャン毎の相関演算値に基づいて、同様に相関行列演算回路１０ａ及びメモリ回路１０ｂにより、協働して平均相関行列値が算出される。この２Ｍ回目の平均相関行列値に基づいて、同様にＳＲＡスペクトル演算回路１０ｃは、ＳＲＡスペクトルが算出される。以後、同様にＭスキャン毎に繰返しＳＲＡスペクトルが算出される。
【００２１】
このように、上記ＳＲＡアンテナ装置は、ＳＲＡ処理回路１０にメモリ回路１０ｂを備えて、アンテナ素子１〜Ｎの素子信号を所定のスキャン数取得して、この各スキャン毎に相関行列演算回路１０ａで相関行列値を算出し、これらスキャン毎の相関行列値の平均相関行列値を求めて、この平均相関行列値に基づくＳＲＡスペクトル演算回路１０ｃでＳＲＡスペクトルのピークを算出するように構成した。
【００２２】
これによれば、到来波が相関を持つ場合には、スキャン毎に相関行列値を求めて、その平均相関行列値を算出していることにより、複数の目標３１からの到来波（図５参照）、あるいは目標３１からの到来波と他の物体で反射したマルチパス波（図４参照）とを受信しても、複数の目標３１の位置関係が時間の変化に連動されると共に、マルチパス波が時間の変化に連動されることで、その位相関係がそれぞれ変化され、複数の到来波が無相関化される。
【００２３】
この結果、相関を持つ複数の到来波が同一ビーム内、同一レンジ、同一速度で存在する場合においても、目標信号に対応した高精度な分離が可能となり、到来方向の確実な観測が実現される。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、アンテナ素子１〜Ｎを直線状に配列したリニアアレイに適用した場合で説明したが、図２に示すように平面アレイと称する３次元アレイを用いて構成することも可能である。
【００２５】
即ち、アンテナ素子１１１１〜１１ｋｘｋｙが列及び行（仰角及び方位角）方向の２次元的に配列されて、１ｘ ×１ｙ素子毎にサブアレイが形成される。各アンテナ素子１１１１〜１１ｋｘｋｙには、移相器１２１１〜１２ｋｘｋｙを介してサブアレイ毎にアナログ合成回路１３１１〜１３ＮｘＮｙにそれぞれ接続され、各アンテナ素子１１１１〜１１ｋｘｋｙの素子信号が移相器１２１１〜１２ｋｘｋｙを介してサブアレイ毎にアナログ合成回路１３１１〜１３ＮｘＮｙに入力されてアナログ合成される。
【００２６】
上記移相器１２１１〜１２ｋｘｋｙには、ビーム演算回路２０がそれぞれ接続され、該ビーム演算回路２０からの位相制御信号に基づいて各サブアレイ毎にビームが所定の方向に指向されるように位相量が設定されて、所望の方向にスキャンさせる。
【００２７】
上記サブアレイの各アナログ合成回路１３１１〜１３ＮＸＮｙの出力ｘｓｉｊ（ｉ＝１，２，…，ＮＸ；Ｎｘ＝ｋｘ／ｌｘ；ｊ＝１，２，…，Ｎｙ；Ｎｙ＝ｋｙ／ｌｙ）は、それぞれ周波数変換回路１４ＮＸＮｙで周波数変換された後、Ａ／Ｄ変換回路１５ＮｘＮｙでデジタル信号に変換され、デジタル合成回路１６で列（ｙ軸）方向及び行（ｘ軸）方向にそれぞれ合成される。このサブアレイのアナログ合成回路１３１１〜１３ＮＸＮｙのｙ軸出力端には、ＳＲＡ処理回路２１が接続され、そのｘ軸出力端には、ＳＲＡ処理回路２２が接続される。これにより、アナログ合成回路１３１１〜１３ＮＸＮｙは、合成した列方向の信号をＳＲＡ信号回路２１に出力し、行方向の信号をＳＲＡ信号回路２２に出力する。
【００２８】
これらＳＲＡ処理回路２１，２２は、図２中では、図の都合上、図示していないが、前記図１のＳＲＡ信号処理回路１０と略同様に相関行列演算回路、メモリ回路及びＳＲＡスペクトル演算回路で構成される。そして、このＳＲＡ信号処理回路２１，２２は、同様にデジタル合成回路１６を介して合成した列方向の信号及び行方向の信号が入力されると、まず、その相関行列演算回路でそれぞれ相関行列値を算出してメモリ回路に記憶し、それを同様に所定のスキャン数（Ｍ回）だけ相関行列値を算出してメモリ回路に記憶して、このメモリ回路に記憶されたＭ回のスキャン毎の相関行列値の平均相関行列値を求める。
【００２９】
続いて、ＳＲＡ処理回路２１，２２は、それぞれ各相関行列演算回路で算出した平均相関行列値に基づいてＳＲＡスペクトル演算回路で列方向及び行方向の各ＳＲＡスペクトルのピークを算出する。ここで、ＳＲＡ処理回路２１で算出したＳＲＡスペクトルに基づいてｘ軸方向の到来波の方向が観測され、ＳＲＡ処理回路２２で算出したＳＲＡスペクトルに基づいてｙ軸方向の到来波の方向が観測される。
【００３０】
これにより、同様に２次元方向からの到来波が相関を持つ場合には、その列及び行方向毎に複数回スキャンした各スキャン時の相関行列値を求めて、その平均相関行列値を算出していることにより、複数の目標３１からの到来波（図５参照）、あるいは目標３１からの到来波と他の物体で反射したマルチパス波（図４参照）とを受信しても、複数の目標３１の位置関係が時間の変化に連動されると共に、マルチパス波が時間の変化に連動されることで、その位相関係がそれぞれ変化され、２次元の到来波がそれぞれ無相関化される。この結果、相関を持つ２次元の複数の到来波が同一ビーム内、同一レンジ、同一速度で存在する場合においても、目標信号に対応した高精度な分離が可能となり、２次元方向からの到来波の到来方向の確実な観測が実現される。
【００３１】
なお、図２においては、デジタル合成回路１６で列及び行方向に同時に合成処理するようにしたが、いずれか一方を合成処理した後、他方の合成処理を行うようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施の形態では、スキャン走査するのに位相を制御して電気的にスキャンさせるように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、機械的にスキャン走査するように構成することも可能である。
【００３３】
さらに、上記実施の形態では、アレイ手段として、アンテナ素子１〜Ｎ（１１１１〜１１ｋｘｋｙ）を配列して該アンテナ素子１〜Ｎ（１１１１〜１１ｋｘｋｙ）より直接的にビームを放射するアレイアンテナで構成した場合で説明したが、これに限ることなく、例えばリフレクタ及び１次放射器アレイで形成して、リフレクタを介してビームを放射するように構成してもよい。
【００３４】
また、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、例えば任意のアンテナ開口面上で、複数のアンテナ素子、またはサブアレイを配置したアレイ手段においても、適用可能であり、略同様の効果が期待される。
よって、この発明は上記実施の形態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、簡易な構成で、相関を持つ複数の到来波の高精度な分離を実現し得るようにして、到来方向の高精度な観測を実現したＳＲＡアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係るＳＲＡアンテナ装置の構成を示した図。
【図２】この発明の他の実施の形態を示した図。
【図３】従来のＳＲＡアンテナ装置の構成を示した図。
【図４】目標からの直接波とマルチパス波がレーダ装置に入射される状態を説明するために示した図。
【図５】複数の目標からの直接波がレーダ装置に入射される状態を説明するために示した図。
【符号の説明】
１〜Ｎ…アンテナ素子。
１１〜１Ｎ…周波数変換回路。
２１〜２Ｎ…Ａ／Ｄ変換回路。
１０…ＳＲＡ処理回路。
１０ａ…相関行列演算回路。
１０ｂ…メモリ回路。
１０ｃ…ＳＲＡスペクトル演算回路。
１１１１〜１１ｋｘｋｙ…アンテナ素子。
１２１１〜１２ｋｘｋｙ…移相器。
１３１１〜１３ＮｘＮｙ…アナログ合成回路。
１４１１〜１４ＮｘＮｙ…周波数変換回路。
１５１１〜１５ＮｘＮｙ…Ａ／Ｄ変換回路。
１６…デジタル合成回路。
２０…ビーム演算回路。
２１，２２…ＳＲＡ処理回路。
３０…レーダ装置。
３１…目標。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an SRA antenna device having a super-resolution array (hereinafter, referred to as SRA) processing function for detecting directions of a plurality of close targets within a beam width, for example.
[0002]
[Prior art]
As is well known, a super-resolution array (hereinafter, referred to as SRA) technique in an array antenna apparatus is a technique for decomposing a plurality of targets within a beam width having the same range and the same speed in an angular direction. As a typical technique of such a technique, a MUSIC method (document: Ralph O. Schmidt, "Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation", IEEE. Trans, Vol. AP-34, No. 3, (March, 1986) There is.
[0003]
In such an SRA antenna device using the MUSIC method, for example, as shown in FIG. 3, antenna elements 1 to N are arranged one-dimensionally to form a linear array, and these antenna elements 1 to N The amount of phase is controlled based on the phase control signal from the control unit, and scanning is performed at predetermined time intervals in the target direction. The output terminals of the antenna elements 1 to N are connected to the frequency conversion circuits 11 to 1N and the A / D conversion circuits 21 to 2N in order. The SRA processing circuit 3 is connected to the output terminals of the A / D conversion circuits 21 to 2N. The SRA processing circuit 3 includes a correlation matrix operation circuit 3a and an SRA spectrum operation circuit 3b.
[0004]
Thereby, when the arriving wave from the target enters the antenna elements 1 to N, the outputs of the antenna elements 1 to N are converted into intermediate frequency bands by the frequency conversion circuits 11 to 1N, respectively, and then A / D The signals are converted into digital signals by the conversion circuits 21 to 2N and input to the SRA processing circuit 3. The SRA processing circuit 3 detects a direction of arrival of an incoming wave by executing a process of separating a plurality of waves of the input digital signal.
First, the SRA processing circuit 3 sets the input digital signal to the correlation matrix operation circuit 3a and sets the element signal to xi (i = 1, 2,..., N).
[0005]
(Equation 1)

Is performed to obtain a correlation matrix.
Subsequently, the SRA spectrum calculation circuit 3b calculates the eigenvector of Expression (1).
[0006]
(Equation 2)

It is calculated based on the following equation. Here, the peak of the super resolution array (SRA) spectrum of equation (3) separates a plurality of arriving waves as the arriving direction of the signal, and the target direction is measured.
[0007]
However, in the SRA antenna apparatus, when a plurality of arriving waves are uncorrelated with each other, high-precision observation is possible. For example, a beam from the radar apparatus 30 as shown in FIG. Highly accurate separation of an incoming wave having a correlation such as a reflected direct wave and a multipath wave reflected on the ground, or an incoming wave having a correlation such as direct waves from a plurality of targets 31 as shown in FIG. , It is difficult to obtain a target signal, which causes erroneous observation. That is, in the SRA processing circuit 3, since a cross-term occurs between the plurality of targets 31 in the components of the correlation sequence, even if the eigenvector of the equation (1) is calculated, if the eigenvector is an independent component for each arriving wave, However, it is difficult to separate a plurality of incoming waves, and it becomes difficult to detect a target signal.
[0008]
The problem is not limited to the linear array system in which the antenna elements 1 to 1N are arranged one-dimensionally, but may be a three-dimensional array system in which a plurality of sub-arrays are formed by dividing a plurality of antenna elements in a column and a row direction. The same applies to a three-dimensional system in which a sub-array is formed and a three-dimensional system in which a plurality of antenna elements or sub-arrays are arbitrarily arranged.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional SRA antenna device, it is difficult to separate a plurality of correlated incoming waves with high accuracy, and there is a possibility that erroneous observation may be caused.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an SRA that realizes highly accurate separation of a plurality of correlated incoming waves with a simple configuration and realizes highly accurate observation of the direction of arrival. It is an object to provide an antenna device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a linear array in which a plurality of antenna elements are linearly arranged is formed, and an array means for scanning at a predetermined time interval with respect to a target; A signal processing means for converting and generating a digital signal; a first processing for calculating a correlation matrix value by calculating a correlation matrix for each scan of the digital signal generated by the signal processing means, and obtaining an average correlation matrix value obtained by scanning a plurality of times; And the second calculating means for calculating the peak of the SRA spectrum based on the average correlation matrix value calculated by the first calculating means, to constitute the SRA antenna apparatus.
[0011]
According to the above configuration, when the arriving wave has a correlation, the correlation matrix value is obtained for each scan, and the average correlation matrix value is calculated, thereby arriving waves from a plurality of targets or from the targets. And the multipath wave reflected by other objects, the positional relationship between multiple targets is linked to changes in time, and the multipath wave is linked to changes in time to Changes, the incoming wave is decorrelated. Therefore, a plurality of incoming waves can be separated with high accuracy, and the direction of arrival can be observed reliably.
[0012]
Also, the present invention provides an array means in which a plurality of antenna elements are respectively divided in a column and a row direction orthogonal to each other, and which is scanned at a predetermined time interval with respect to a target. The frequency conversion of the outputs of the plurality of antenna elements to digital conversion, a signal processing means for generating a digital signal, and a correlation matrix operation for the column direction and the row direction digital signal generated by the signal processing means for each scan A first calculating means for calculating a correlation matrix value and calculating an average correlation matrix value in the column and row directions scanned a plurality of times; and a calculating means based on the average correlation matrix value in the column and row directions calculated by the first calculating means. The SRA antenna device is provided with second calculating means for calculating the peak of the SRA spectrum in the column and row directions.
[0013]
According to the above configuration, when the incoming wave has a correlation, the two-dimensional arriving wave is separated in the column and row directions to obtain a correlation matrix value for each scan, and the average correlation matrix value in the column and row directions is obtained. Is calculated, even if an incoming wave from a plurality of targets or an incoming wave from the target and a multipath wave reflected by another object are received, the positional relationship between the plurality of targets may change with time. In addition to the interlocking, the phase relationship of the multipath wave changes according to the change of time, so that the incoming waves in each direction are decorrelated. Therefore, a plurality of incoming waves can be separated in two dimensions in the column and row directions with high accuracy, and the two-dimensional arrival directions can be reliably observed.
[0014]
Further, according to the present invention, even when a plurality of antenna elements or sub-arrays are arranged on an arbitrary antenna aperture surface, it is possible to reliably observe the two-dimensional direction of arrival using the same method.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an SRA antenna device according to an embodiment of the present invention. Here, in FIG. 1, the same reference numerals are given to the antenna elements 1 to N, the frequency conversion circuits 11 to 1N, and the A / D conversion circuits 21 to 2N which are configured substantially similarly to FIG. Detailed description is omitted.
[0016]
That is, the feature of the present invention resides in that the SRA processing circuit 10 is constituted by a correlation matrix operation circuit 10a, a memory circuit 10b, and an SRA spectrum operation circuit 10c. The digital signal for each scan converted by the A / D conversion circuits 21 to 2N is input to the correlation matrix calculation circuit 10a as element data, and the correlation matrix value is calculated as described above.
[0017]
The memory circuit 10b is connected to the correlation matrix operation circuit 10a, and the calculated correlation matrix values are set in advance for the element signals xi (i = 1, 2,..., N) of the antenna elements 1 to N from the first time. The calculation is repeated M times up to the (M-1) th scan, and the correlation matrix value for each scan is output to the memory circuit 10b and stored. When the correlation matrix calculation circuit 10a calculates the correlation matrix value at the M-th scan in the M-th scan, the correlation matrix calculation circuit 10a stores the correlation matrix value calculated for each of the first to (M-1) -th scans in the memory circuit 10b. Call from [0018]
(Equation 3)

The average correlation matrix value, which is the average of the correlation matrix values for each of the M scans, is calculated and output to the SRA spectrum calculation circuit 10c.
[0019]
The SRA spectrum calculation circuit 10c calculates the SRA spectrum by executing the calculation of the above equation (3) based on the averaged correlation matrix value obtained by averaging the input correlation matrix values for each of M scans. A plurality of incoming waves are separated as signal arrival directions, and a target direction is measured.
[0020]
When the (M + 1) -th scan is started, the operation shifts to the next detection operation, and based on the correlation calculation value for each scan up to the 2M-th scan, the correlation matrix calculation circuit 10a and the memory circuit 10b similarly perform The average correlation matrix value is calculated in cooperation. Similarly, the SRA spectrum calculation circuit 10c calculates the SRA spectrum based on the 2M-th average correlation matrix value. Thereafter, the SRA spectrum is repeatedly calculated for each of the M scans.
[0021]
As described above, the SRA antenna device includes the memory circuit 10b in the SRA processing circuit 10, acquires a predetermined number of scans of the element signals of the antenna elements 1 to N, and performs the correlation matrix operation circuit 10a for each scan. The correlation matrix values are calculated, the average correlation matrix value of the correlation matrix values for each scan is obtained, and the SRA spectrum calculation circuit 10c based on this average correlation matrix value calculates the peak of the SRA spectrum.
[0022]
According to this, when an incoming wave has a correlation, a correlation matrix value is obtained for each scan, and an average correlation matrix value is calculated, thereby arriving from a plurality of targets 31 (see FIG. 5). ) Or a multipath wave reflected by another object (see FIG. 4), the positional relationship between the plurality of targets 31 is linked to the change in time, and the multipath When the waves are linked to changes in time, their phase relationships are respectively changed, and a plurality of arriving waves are decorrelated.
[0023]
As a result, even when a plurality of arriving waves having a correlation are present in the same beam, in the same range, and at the same speed, high-precision separation corresponding to the target signal becomes possible, and reliable observation of the arrival direction is realized. .
[0024]
In the above-described embodiment, a case has been described where the antenna elements 1 to N are applied to a linear array in which the antenna elements 1 to N are linearly arranged. However, as shown in FIG. 2, a configuration using a three-dimensional array called a planar array may be used. It is possible.
[0025]
That is, the antenna elements 1111 to 11kxky are two-dimensionally arranged in the column and row (elevation and azimuth) directions, and a subarray is formed for each 1x × 1y element. Each of the antenna elements 1111 to 11kxky is connected to an analog synthesizing circuit 1311 to 13NxNy for each sub-array via a phase shifter 1211 to 12kxky. Then, the signals are input to the analog synthesizing circuits 1311 to 13NxNy for each sub-array and are analog-combined.
[0026]
A beam operation circuit 20 is connected to each of the phase shifters 1211 to 12kxky. Based on a phase control signal from the beam operation circuit 20, a phase amount is set so that a beam is directed in a predetermined direction for each sub-array. Once set, scanning is performed in the desired direction.
[0027]
The outputs xsij (i = 1, 2,..., NX; Nx = kx / lx; j = 1, 2,..., Ny; Ny = ky / ly) of the analog synthesizing circuits 1311 to 13NXNy of the sub-array are frequency After the frequency conversion by the conversion circuit 14NXNy, the signal is converted into a digital signal by the A / D conversion circuit 15NxNy, and the digital signal is synthesized by the digital synthesis circuit 16 in the column (y-axis) direction and the row (x-axis) direction. The SRA processing circuit 21 is connected to the y-axis output terminals of the analog synthesis circuits 1311 to 13NXNy of this sub-array, and the SRA processing circuit 22 is connected to the x-axis output terminals. As a result, the analog synthesis circuits 1311 to 13NXNy output the synthesized signal in the column direction to the SRA signal circuit 21 and output the signal in the row direction to the SRA signal circuit 22.
[0028]
The

SRA processing circuits

21 and 22 are not shown in FIG. 2 for the sake of illustration, but are substantially similar to the SRA signal processing circuit 10 of FIG. It consists of. When the signal in the column direction and the signal in the row direction similarly input through the digital synthesizing circuit 16 are input to the SRA

signal processing circuits

21 and 22, first, the correlation matrix operation circuits respectively output the correlation matrix values. Is calculated and stored in the memory circuit. Similarly, the correlation matrix value is calculated for a predetermined number of scans (M times) and stored in the memory circuit. Find the average correlation matrix value of the correlation matrix values.
[0029]
Subsequently, the

SRA processing circuits

21 and 22 calculate the peaks of each SRA spectrum in the column direction and the row direction by the SRA spectrum calculation circuit based on the average correlation matrix value calculated by each correlation matrix calculation circuit. Here, the direction of the incoming wave in the x-axis direction is observed based on the SRA spectrum calculated by the SRA processing circuit 21, and the direction of the incoming wave in the y-axis direction is observed based on the SRA spectrum calculated by the SRA processing circuit 22. You.
[0030]
Accordingly, similarly, when the incoming waves from the two-dimensional direction have a correlation, the correlation matrix value at each scan performed a plurality of times in each of the column and row directions is obtained, and the average correlation matrix value is calculated. Therefore, even if an incoming wave from a plurality of targets 31 (see FIG. 5) or an incoming wave from the target 31 and a multipath wave reflected by another object (see FIG. 4) are received, a plurality of When the positional relationship of the target 31 is linked to a change in time, and the multipath wave is linked to a change in time, the phase relationship is changed, and the two-dimensional incoming waves are decorrelated. As a result, even when a plurality of two-dimensional arriving waves having a correlation exist within the same beam, at the same range, and at the same speed, highly accurate separation corresponding to the target signal can be performed, and the arriving waves from the two-dimensional direction can be obtained. A reliable observation of the direction of arrival is realized.
[0031]
In FIG. 2, the digital synthesizing circuit 16 simultaneously performs the synthesizing process in the column and row directions. However, after performing one of the synthesizing processes, the other synthesizing process may be performed.
[0032]
Further, in the above-described embodiment, the case has been described in which the phase is controlled and the electrical scan is performed for the scan scan. However, the present invention is not limited thereto, and the mechanical scan may be configured to perform the scan scan. Is also possible.
[0033]
Further, in the above embodiment, the array means is constituted by an array antenna which arranges the antenna elements 1 to N (1111 to 11kxky) and radiates a beam directly from the antenna elements 1 to N (1111 to 11kxky). Although described in the case, the present invention is not limited to this, and may be formed by, for example, a reflector and a primary radiator array so as to emit a beam via the reflector.
[0034]
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to, for example, array means in which a plurality of antenna elements or sub-arrays are arranged on an arbitrary antenna opening surface, and substantially the same effects are expected. Is done.
Therefore, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiment, and that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0035]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, an SRA antenna that realizes high-precision observation of the direction of arrival by realizing high-precision separation of a plurality of correlated incoming waves with a simple configuration An apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an SRA antenna device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional SRA antenna device.
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a direct wave and a multipath wave from a target are incident on a radar device.
FIG. 5 is a diagram illustrating a state where direct waves from a plurality of targets are incident on a radar device.
[Explanation of symbols]
1 to N: antenna elements.
11-1N ... frequency conversion circuit.
21-2N... A / D conversion circuit.
10. SRA processing circuit.
10a: Correlation matrix operation circuit.
10b: memory circuit.
10c SRA spectrum calculation circuit.
1111 to 11 kxky antenna elements.
1211 to 12 kxky ... phase shifters.
1311-13NxNy ... Analog synthesis circuit.
1411 to 14NxNy: frequency conversion circuit.
1511-15NxNy ... A / D conversion circuit.
16 Digital synthesis circuit.
20: Beam operation circuit.
21, 22,... SRA processing circuits.
30 ... Radar device.
31… Goal.

Claims

複数のアンテナ素子を直線状に配列したリニアアレイが形成され、目標に対して所定時間間隔でスキャンするアレイ手段と、
このアレイ手段の複数のアンテナ素子の出力を周波数変換してデジタル変換し、デジタル信号を生成する信号処理手段と、
この信号処理手段で生成したデジタル信号をスキャン毎に相関行列演算して相関行列値を算出し、複数回のスキャンにわたる相関行列値の平均値である平均相関行列値を求める第１の演算手段と、
この第１の演算手段で算出した平均相関行列値に基づくＳＲＡスペクトルのピークを算出する第２の演算手段とを具備したＳＲＡアンテナ装置。An array means in which a linear array in which a plurality of antenna elements are linearly arranged is formed, and scans a target at predetermined time intervals,
Signal processing means for frequency-converting the output of the plurality of antenna elements of the array means to digital conversion and generating a digital signal;
A first calculating means for calculating a correlation matrix value by performing a correlation matrix operation on the digital signal generated by the signal processing means for each scan and calculating an average correlation matrix value which is an average value of the correlation matrix values over a plurality of scans ; ,
A second calculating means for calculating a peak of the SRA spectrum based on the average correlation matrix value calculated by the first calculating means.

前記第１の演算手段は、メモリ回路を有し、該メモリ回路にスキャン毎に算出した相関行列値を記憶して、複数スキャン後に前記メモリ回路から記憶した複数回スキャンした平均相関行列値を算出することを特徴とする請求項１記載のＳＲＡアンテナ装置。The first arithmetic means has a memory circuit, stores a correlation matrix value calculated for each scan in the memory circuit, and calculates an average correlation matrix value of a plurality of scans stored from the memory circuit after a plurality of scans The SRA antenna device according to claim 1, wherein

複数のアンテナ素子を直交する列及び行方向にそれぞれ分割したサブアレイが形成され、目標に対して所定時間間隔でスキャンされるアレイ手段と、
このアレイ手段の列及び行方向毎の複数のアンテナ素子の出力を周波数変換してデジタル変換し、デジタル信号を生成する信号処理手段と、
この信号処理手段で生成した列方向及び行方向のデジタル信号をスキャン毎に相関行列演算して相関行列値を算出し、複数回のスキャンにわたる列及び行方向の相関行列値の平均値である平均相関行列値を求める第１の演算手段と、
この第１の演算手段で算出した列及び行方向の平均相関行列値に基づく該列及び行方向のＳＲＡスペクトルのピークを算出する第２の演算手段とを具備したＳＲＡアンテナ装置。An array means in which a plurality of antenna elements are formed in a sub-array divided in orthogonal column and row directions, and scanned at predetermined time intervals with respect to a target,
Signal processing means for frequency-converting and digitally converting the outputs of the plurality of antenna elements for each of the column and row directions of the array means, and generating a digital signal;
A correlation matrix operation is performed on the digital signals in the column direction and the row direction generated by the signal processing means for each scan to calculate a correlation matrix value, and the average value is an average value of the correlation matrix values in the column and row directions over a plurality of scans. First calculating means for calculating a correlation matrix value ;
An SRA antenna device comprising: a second calculating means for calculating the peak of the SRA spectrum in the column and row direction based on the average correlation matrix value in the column and row direction calculated by the first calculating means.

前記第１の演算手段は、メモリ回路を有し、該メモリ回路にスキャン毎に算出した列及び行方向の相関行列値を記憶して、複数スキャン後に前記メモリ回路から記憶した複数回スキャンした列方向及び段方向の平均相関行列値を算出することを特徴とする請求項３記載のＳＲＡアンテナ装置。The first arithmetic unit includes a memory circuit, and stores the column and row-direction correlation matrix values calculated for each scan in the memory circuit, and stores a plurality of scanned columns stored from the memory circuit after a plurality of scans. 4. The SRA antenna apparatus according to claim 3, wherein an average correlation matrix value in the direction and the step direction is calculated.

任意のアンテナ開口面内にアンテナ素子毎、またはサブアレイが形成され、目標に対して所定時間間隔でスキャンされるアレイ手段と、
このアレイ手段のアンテナ素子またはサブアレイの出力を周波数変換してデジタル変換し、デジタル信号を生成する信号処理手段と、
この信号処理手段で生成したデジタル信号をスキャン毎に相関行列演算して相関行列値を算出し、複数回のスキャンにわたる列及び行方向の相関行列値の平均値である平均相関行列値を求める第１の演算手段と、
この第１の演算手段で算出した平均相関行列値に基づくＳＲＡスペクトルのピークを算出する第２の演算手段とを具備したＳＲＡアンテナ装置。Array means in which each antenna element or a sub-array is formed in an arbitrary antenna aperture plane and scanned at predetermined time intervals with respect to a target;
Signal processing means for frequency-converting the output of the antenna element or sub-array of the array means and converting the output to digital to generate a digital signal;
A correlation matrix operation is performed on the digital signal generated by the signal processing means for each scan to calculate a correlation matrix value, and an average correlation matrix value that is an average value of the correlation matrix values in the column and row directions over a plurality of scans is calculated. 1 arithmetic means;
A second calculating means for calculating a peak of the SRA spectrum based on the average correlation matrix value calculated by the first calculating means.

前記第１の演算手段は、メモリ回路を有し、該メモリ回路にスキャン毎に算出した相関行列値を記憶して、複数スキャン後に前記メモリ回路から記憶した複数回スキャンした平均相関行列値を算出することを特徴とする請求項５記載のＳＲＡアンテナ装置。The first arithmetic means has a memory circuit, stores a correlation matrix value calculated for each scan in the memory circuit, and calculates an average correlation matrix value of a plurality of scans stored from the memory circuit after a plurality of scans The SRA antenna device according to claim 5, wherein

前記アレイ手段は、リフレクタ及び１次放射器アレイで形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載のＳＲＡアンテナ装置。7. The SRA antenna device according to claim 1, wherein said array means is formed by a reflector and a primary radiator array.