JP6035165B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本開示は、ターゲットにより反射された反射波信号を基にしてターゲットを検出するレーダ装置に関する。

レーダ装置は、高周波のレーダ送信信号を測定地点から空間に送信し、ターゲットにより反射された反射波信号を受信し、測定地点とターゲットとの距離、方向のうち、少なくとも１つを測定する。近年、マイクロ波又はミリ波を含む波長の短いレーダ送信信号を用いて、自動車及び歩行者を含むターゲットまでの距離又は広角な到来方向を高分解能に推定するレーダ装置の要請が高い。

従来のレーダ装置の一例として、ターゲットにより反射された反射波信号をアレーアンテナにて受信し、各受信アンテナが受信した受信信号の位相差を測定することで、受信アンテナ毎のビームの指向性よりも高い分解能によって到来方向を推定するレーダ装置が知られている。

レーダ装置は、各受信アンテナが受信した受信信号の位相差を用いて、信号処理により高い分解能の到来方向の推定が可能となり、ターゲットが高速移動しても、ターゲットの移動に追従した到来角を推定できる。

従来のレーダ装置において、アレーアンテナが受信した受信信号の位相差を用いた既知の到来方向推定方法として、例えばフーリエ法又はＣａｐｏｎ法が知られている。フーリエ法では、レーダ装置は、各受信アンテナが受信した受信信号の相関行列を演算し、相関行列を用いた評価関数のピーク値を与える方位角を到来方向として推定する。また、Ｃａｐｏｎ法では、レーダ装置は、各受信アンテナが受信した受信信号の相関行列の逆行列を演算し、相関行列の逆行列を用いた評価関数のピーク値を与える方位角を到来方向として推定する。

フーリエ法では相関行列の逆行列演算が不要となるのでレーダ装置の演算量を低減できるが、クロスレンジ方向のサイドローブが大きくなり、受信レベルの異なる複数のターゲットが存在する場合との区別がつかず、方位角方向のターゲット検出性能が劣化する。クロスレンジ方向のサイドローブとは、測定位置からの距離毎に、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向（方位角）に応じた受信信号の評価関数分布（以下、「方位角プロファイル」という）に現れるサイドローブである。一方、Ｃａｐｏｎ法ではクロスレンジ方向のサイドローブを低減できるが、相関行列の逆行列演算が必要となるのでレーダ装置の演算量が増加する。

サイドローブを低減する先行技術として、例えば特許文献１及び２が知られている。特許文献１に示す分散開口アンテナ装置は、素子間隔が全て半波長以上であって不規則に配置された複数の受信アンテナにより受信された受信信号の共分散行列を演算し、共分散行列とステアリングベクトルとを用いて出力電力を最小化するためのＣａｐｏｎウェイトを演算する。また、分散開口アンテナ装置は、Ｃａｐｏｎウェイトを各受信信号に乗算し、更に、加算することで、受信アンテナの素子間隔が半波長以上であることに起因して生じるグレーティングローブ（サイドローブ）を抑圧する。

また、特許文献２に示すレーダ装置は、複数の受信アンテナにより受信された各受信信号に第１の係数群を乗算して第１の角度スペクトラムを演算し、また第２の係数群を乗算して第２の角度スペクトラムを演算する。第１の係数群はサイドローブの左側を低減するための係数であり（図１８（Ａ）参照）、第２の係数群はサイドローブの右側を低減するための係数である（図１８（Ｂ）参照）。

レーダ装置は、第１、第２の各角度スペクトラムに設定される閾値を超えた角度範囲に、物体が存在する判定する。図１８は、従来のレーダ装置における方位プロファイルの一例を示す図である。図１８（Ａ）は、方位角０を中心として左側のサイドローブが低減した方位プロファイルである。図１８（Ｂ）は、方位角０を中心として右側のサイドローブが低減した方位プロファイルである。

特開２００６−１２１５１３号公報 特開２００７−２６３５７４号公報

しかし、特許文献１では、サイドローブを低減するための演算量が増加する。また、特許文献２では、方位角プロファイルのサイドローブは受信信号に乗算される係数群に応じて部分的に低減するが、メインビームが広がるためレーダ装置における到来方向の推定性能が劣化する。

本開示は、上述した従来の課題を解決するために、到来方向推定の演算量増加を抑制し、クロスレンジ方向のサイドローブを一様に低減するレーダ装置を提供することを目的とする。

本開示は、送信信号を高周波のレーダ送信信号に変換し、前記レーダ送信信号を送信アンテナから送信するレーダ送信部と、前記レーダ送信信号がターゲットにより反射された前記レーダ送信信号である反射波信号を複数の受信アンテナにより受信し、前記各反射波信号と前記送信信号との相関ベクトルを含む信号を生成する複数のアンテナ系統処理部を用いて、前記反射波信号の到来方向を推定するレーダ受信部と、を含み、前記レーダ受信部は、前記相関ベクトルを含む信号を基に、相関ベクトル電力を演算する相関ベクトル電力演算部と、前記相関ベクトルを含む信号と、前記反射波信号の到来方向の方位角に応じて生じる振幅及び位相差情報を含む方向ベクトルとを基に、方向ベクトル相関電力を演算する方向ベクトル相関演算部と、前記相関ベクトル電力及び前記方向ベクトル相関電力を基に、前記反射波信号の到来方向の方位角を推定するターゲット検出部と、を有し、前記相関ベクトル電力に対する前記方向ベクトル相関電力の比を基に、前記反射波信号の到来方向の方位角を推定する評価関数を演算する評価関数演算部と、前記複数のアンテナ系統処理部により受信された受信信号を入力とした、前記評価関数の応答感度を調整する感度パラメータを設定する感度パラメータ設定部と、を有し、前記ターゲット検出部は、前記評価関数を基に前記反射波信号の到来方向の方位角として推定する、レーダ装置である。

本開示によれば、到来方向推定の演算量増加を抑制し、クロスレンジ方向のサイドローブを低減できる。

第１の実施形態のレーダ装置の内部構成を簡略に示すブロック図 第１の実施形態のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図 レーダ送信信号の送信区間と送信周期との関係を示す図 他の送信信号生成部の内部構成を示すブロック図 レーダ送信信号と、遅延時間τ１のレーダ受信信号と、遅延時間τ２のレーダ受信信号との関係を示す図 アレーアンテナを構成する各受信アンテナ素子の配置と方位角θとの関係を示す説明図 第１の実施形態のレーダ装置と従来のレーダ装置における各方位角プロファイルの一例を示す比較図 第１の実施形態のレーダ装置と従来のレーダ装置における各方位角プロファイルの他の一例を示す比較図、（Ａ）ターゲットが１つの場合、（Ｂ）ターゲットが２つの場合 第２の実施形態のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図 第３の実施形態のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図 送信ビーム制御部、送信ビーム形成部及び方向推定評価関数演算部の各出力と送信周期との関係を示す図 第４の実施形態のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図 送信ビーム制御部、送信ビーム形成部、直交ビーム乗算部及び方向推定評価関数演算部の各出力と送信周期との関係を示す図 第１の実施形態の変形例のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図 第２の実施形態の変形例のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図 第３の実施形態の変形例のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図 第４の実施形態の変形例のレーダ装置の内部構成を詳細に示すブロック図 従来のレーダ装置における方位プロファイルの一例を示す図、（Ａ）方位角０を中心として左側のサイドローブが低減した方位プロファイル、（Ｂ）方位角０を中心として右側のサイドローブが低減した方位プロファイル

（本開示に係るレーダ装置の各実施形態の内容に至る経緯）
先ず、本開示に係るレーダ装置の各実施形態の内容を説明する前に、本開示に係るレーダ装置の各実施形態の内容に至る経緯について説明する。

特許文献１では、分散開口アンテナ装置は、複数の受信アンテナにより受信された受信信号の共分散行列とステアリングベクトルとを用いてＣａｐｏｎウェイトを演算するが、Ｃａｐｏｎウェイトの演算において共分散行列の逆行列を演算する。このため、分散開口アンテナ装置の演算量が増加する。

特許文献２では、レーダ装置は、方位角０を中心とした左側又は右側のサイドローブを部分的に低減するが、方位角プロファイルのメインビームが広がっている（図１８（Ａ）及び図（１８）参照）。このため、レーダ装置は、方位角プロファイルにおいてメインビームであるのか、又は、サイドローブであるのかの判別が困難となることがあり、レーダ装置におけるターゲットの到来方向の方位角の推定性能が劣化する。

そこで、以下の各実施形態では、ターゲットの到来方向の方位角を推定するための演算量増加を抑制し、クロスレンジ方向のサイドローブを低減するレーダ装置の例を説明する。

以下、本開示に係るレーダ装置の各実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態のレーダ装置１の構成及び動作について、図１〜図６を参照して説明する。図１は、第１の実施形態のレーダ装置１の内部構成を簡略に示すブロック図である。図２は、第１の実施形態のレーダ装置１の内部構成を詳細に示すブロック図である。図３は、レーダ送信信号の送信区間と送信周期との関係を示す図である。

レーダ装置１は、レーダ送信部Ｔｘが生成した高周波のレーダ送信信号を送信アンテナＴｘ＿ａｎｔ１から送信（放射）する。レーダ装置１は、ターゲット（不図示）が反射したレーダ送信信号である反射波信号を、アレーアンテナ（例えば図１に示す４個の受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１〜Ｒｘ＿ａｎｔ４）において受信する。レーダ装置１は、４個の受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１〜Ｒｘ＿ａｎｔ４が受信した反射波信号を信号処理し、ターゲットの有無を検出する。

なお、ターゲットはレーダ装置１が検出する対象の物体であり、例えば自動車又は人を含み、以下の各実施形態においても同様である。なお、受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１〜Ｒｘ＿ａｎｔ４は受信アンテナ素子でも良い。

先ず、レーダ装置１の各部の構成について簡略に説明する。

図２に示すレーダ装置１は、基準信号生成部Ｌｏ、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘを含む。レーダ送信部Ｔｘは、送信信号生成部２、及び送信アンテナＴｘ＿ａｎｔ１が接続された送信ＲＦ部３を有する。

基準信号生成部Ｌｏは、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘに接続されている。基準信号生成部Ｌｏは、基準信号としてのリファレンス信号をレーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘに共通に供給し、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部Ｒｘの処理を同期させる。

レーダ受信部Ｒｘは、例えば４個のアンテナ系統処理部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４、相関ベクトル電力演算部２０、方向ベクトル相関演算部２１及び距離／方位角検出部２４を有する。図１に示すレーダ受信部Ｒｘは例えば４個のアンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４を有するが、アンテナ系統処理部の個数は４個に限定されず２個以上であれば良い。なお、各アンテナ系統処理部は同様の構成を有するため、以下の各実施形態においてアンテナ系統処理部Ｄ１を例示して説明する。

アンテナ系統処理部Ｄ１は、受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１が接続された受信ＲＦ部１１、及び信号処理部１２を有する。

次に、レーダ送信部Ｔｘの各部の構成を、図２を参照して詳細に説明する。

図２に示すレーダ送信部Ｔｘは、送信信号生成部２、送信アンテナＴｘ＿ａｎｔ１が接続された送信ＲＦ部３を有する。

送信信号生成部２は、符号生成部４、変調部５、ＬＰＦ（Low Pass Filter）６及びＤ／Ａ（Digital Analog）変換部７を有する。図２では、ＬＰＦ６は送信信号生成部２の外部に設けられても良く、ＬＰＦ６の出力はＤ／Ａ変換部７に入力される。

送信ＲＦ部３は、周波数変換部８及び増幅器９を含む。

次に、レーダ送信部Ｔｘの各部の動作を詳細に説明する。

送信信号生成部２は、基準信号生成部Ｌｏが生成したリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準クロック信号を生成する。送信信号生成部２の各部は、送信基準クロック信号に基づいて動作する。

送信信号生成部２が生成したベースバンドの送信信号は、図３に示す例えば送信周期Ｔｒの送信区間Ｔｗ［秒］では、符号長Ｌの符号系列Ｃ_ｎの１つの符号あたり送信基準クロック信号のＮｏ［個］のサンプルを用いて変調される。ここで、ｎは１からＬ（＞０）である。Ｌ（整数）は符号系列Ｃ_ｎの符号長を表す。

送信信号生成部２におけるサンプリングレートは（Ｎｏ×Ｌ）／Ｔｗであり、送信区間Ｔｗ［秒］では、Ｎｒ（＝Ｎｏ×Ｌ）［個］のサンプルを用いて、送信信号生成部２は、変調する。送信信号生成部２は、各送信周期Ｔｒの無信号区間（Ｔｒ−Ｔｗ）［秒］では、Ｎｕ［個］のサンプルを用いて変調する。

送信信号生成部２は、符号長Ｌの符号系列Ｃ_ｎの変調によって、数式（１）に示すベースバンドの送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）を周期的に生成する。ｊは、ｊ^２＝−１を満たす虚数単位である。時刻ｋは、レーダ送信周期（Ｔｒ）の開始するタイミングを基準（ｋ＝１）としたサンプル時刻であり、ｋは１から（Ｎｒ＋Ｎｕ）までの値であり、送信信号の生成タイミングを表す時刻である。

Ｍはレーダ送信信号の送信周期Ｔｒの序数を表す。送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）は、第Ｍ番目の送信周期Ｔｒのサンプル時刻ｋにおける送信信号を表し、同相信号成分Ｉ（ｋ、Ｍ）と、虚数単位ｊが乗算された直交信号成分Ｑ（ｋ、Ｍ）との加算結果となる（数式（１）参照）。

符号生成部４は、送信周期Ｔｒ毎に、符号長Ｌの符号系列Ｃ_ｎの送信符号を生成する。符号系列Ｃ_ｎの要素は、例えば、［−１，１］の２値、若しくは［１，−１，ｊ，−ｊ］の４値を用いて構成される。送信符号は、レーダ受信部Ｒｘが低いサイドローブ特性を得るために、例えば相補符号のペアを構成する符号系列、Ｂａｒｋｅｒ符号系列、Ｇｏｌａｙ符号系列、Ｍ系列符号、及びスパノ符号を構成する符号系列のうち少なくとも１つを含む符号であることが好ましい。符号生成部４は、生成された符号系列Ｃ_ｎの送信符号を変調部５に出力する。以下、符号系列Ｃ_ｎの送信符号を、便宜的に送信符号Ｃ_ｎと記載する。

符号生成部４は、送信符号Ｃ_ｎとして相補符号（例えば、ゴーレイ（Golay）符号系列、スパノ（Spano）符号系列）のペアを生成するには、２個の送信周期（２Ｔｒ）を用いて、送信周期毎に交互にペアとなる送信符号Ｐ_ｎ，Ｑ_ｎをそれぞれ生成する。即ち、符号生成部４は、第Ｍ番目の送信周期では相補符号のペアを構成する一方の送信符号Ｐ_ｎを生成して変調部５に出力し、続く第（Ｍ＋１）番目の送信周期では相補符号のペアを構成する他方の送信符号Ｑ_ｎを生成して変調部５に出力する。同様に、符号生成部４は、第（Ｍ＋２）番目以降の送信周期では、第Ｍ番目及び第（Ｍ＋１）番目の２個の送信周期を一つの単位として、送信符号Ｐ_ｎ，Ｑ_ｎを繰り返し生成して変調部５に出力する。

変調部５は、符号生成部４が生成した送信符号Ｃ_ｎを入力する。変調部５は、送信符号Ｃ_ｎをパルス変調し、数式（１）に示すベースバンドの送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）を生成する。パルス変調は、振幅変調、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying））又は位相変調（ＰＳＫ（Phase Shift Keying）であり、以下の各実施形態においても同様である。

例えば位相変調（ＰＳＫ）は、符号系列Ｃ_ｎが例えば［−１，１］の２値の位相変調ではＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）となり、符号系列Ｃ_ｎが例えば［１，−１，ｊ，−ｊ］の４値の位相変調ではＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）若しくは４相ＰＳＫとなる。即ち、位相変調（ＰＳＫ）では、ＩＱ平面上のコンスタレーションにおける所定の変調シンボルが割り当てられる。

変調部５は、送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）のうち予め設定された制限帯域以下の送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）を、ＬＰＦ６を介してＤ／Ａ変換部７に出力する。なお、ＬＰＦ６は送信信号生成部２において省略し、Ｄ／Ａ変換部７の後段に設けられても良く、以下の各実施形態でも同様である。

Ｄ／Ａ変換部７は、変調部５が生成したデジタルの送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）をアナログの送信信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部７は、アナログの送信信号を送信ＲＦ３に出力する。

送信ＲＦ部３は、基準信号生成部Ｌｏが生成したリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍したキャリア周波数帯域の送信基準信号を生成する。なお、逓倍信号は、送信信号生成部２と送信ＲＦ部３とそれぞれ、異なる倍数に逓倍した信号でもよいし、同一の倍数に逓倍した信号でもよい。送信ＲＦ部３の各部は、送信基準信号に基づいて動作する。

周波数変換部８は、送信信号生成部２が生成した送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）をアップコンバートすることで、キャリア周波数帯域（高周波、例えばミリ波）のレーダ送信信号を生成する。周波数変換部８は、レーダ送信信号を増幅器９に出力する。

増幅器９は、周波数変換部８が生成したレーダ送信信号の信号レベルを所定の信号レベルに増幅して送信アンテナＡｎｔ−Ｔｘに出力する。増幅器９が増幅したレーダ送信信号は、送信アンテナＡｎｔ−Ｔｘを介した空間に放射される。

送信アンテナＡｎｔ−Ｔｘは、送信ＲＦ部３が生成したレーダ送信信号を空間に放射（送信）する。レーダ送信信号は、送信周期Ｔ_ｒのうち送信区間Ｔ_ｗの間に送信され、非送信区間（Ｔ_ｒ−Ｔ_ｗ）の間には送信されない（図３参照）。

なお、送信ＲＦ部３と、各アンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４の受信ＲＦ部とには、基準信号生成部Ｌｏが生成したリファレンス信号が共通に入力されている。送信ＲＦ部３はリファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準信号に基づいて動作し、各アンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４の受信ＲＦ部はリファレンス信号を送信ＲＦ部３と同一の所定倍に逓倍した受信基準信号に基づいて動作する。従って、送信ＲＦ部３と各アンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４の受信ＲＦ部との間の処理は同期する。

なお、送信信号生成部２は、符号生成部４、変調部５及びＬＰＦ６を有さず、送信信号生成部２が生成した送信符号Ｃ_ｎを予め記憶する送信符号記憶部ＣＭを有しても良い（図４参照）。図４は、他の送信信号生成部２ｒの内部構成を示すブロック図である。

送信符号記憶部ＣＭは、送信信号生成部２が相補符号のペアとなる送信符号を生成する場合に対応して、相補符号のペア、例えば、送信符号Ｐ_ｎ及びＱ_ｎを記憶しても良い。図４に示す送信信号生成部２ｒの構成は、本実施形態に限らず、後述の各実施形態にも同様に適用できる。送信信号生成部２ｒは、送信符号記憶部ＣＭ及びＤ／Ａ変換部７を有する。

送信符号記憶部ＣＭは、基準信号生成部Ｌｏが生成したリファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準クロック信号に基づいて、送信周期Ｔｒ毎に、送信符号Ｃ_ｎ又は相補符号のペアを構成する送信符号Ｐ_ｎ，送信符号Ｑ_ｎを、送信符号記憶部ＣＭから巡回的に読み出してＤ／Ａ変換部７に出力する。以降の動作は上述したＤ／Ａ変換部７の動作と同様であるため、説明は省略する。

（レーダ受信部）
次に、レーダ受信部Ｒｘの各部の構成を、図２を参照して説明する。

図２に示すレーダ受信部Ｒｘは、例えばアレーアンテナを構成する受信アンテナの本数に対応して設けられた４個のアンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４、相関ベクトル電力演算部２０、方向ベクトル相関演算部２１、感度パラメータ設定部２２、方向推定評価関数演算部２３及び距離／方位角検出部２４を有する。

アンテナ系統処理部Ｄ１は、受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１が接続された受信ＲＦ部１１、及び信号処理部１２を有する。受信ＲＦ部１１は、増幅器１３、周波数変換部１４及び直交検波部１５を有する。信号処理部１２は、２個のＡ／Ｄ変換部１６，１７、相関演算部１８及び加算部１９を有する。レーダ受信部Ｒｘは、レーダ送信信号の各送信周期Ｔｒを、各アンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４の信号処理部における信号処理区間として周期的に演算する。

次に、レーダ受信部Ｒｘの各部の動作を、図２、図５及び図６を参照して詳細に説明する。図５は、レーダ送信信号と、遅延時間τ１のレーダ受信信号と、遅延時間τ２のレーダ受信信号との関係を示す図である。図６は、アレーアンテナを構成する各受信アンテナ素子の配置と方位角θとの関係を示す説明図である。

受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１は、レーダ送信部Ｔｘが送信したレーダ送信信号がターゲットにより反射された反射波信号を受信する。受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１が受信した高周波のレーダ受信信号は、受信ＲＦ部１１に入力される。

受信ＲＦ部１１は、送信ＲＦ部３と同様に、基準信号生成部Ｌｏが生成したリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍したキャリア周波数帯域の受信基準信号を生成する。受信ＲＦ部１１の各部は、受信基準信号に基づいて動作する。

増幅器１３は、受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１が受信したレーダ受信信号を入力し、レーダ受信信号の信号レベルを所定の信号レベルに増幅して周波数変換部１４に出力する。

周波数変換部１４は、増幅器１３が増幅したレーダ受信信号を入力し、レーダ受信信号と受信基準信号とを用いて、高周波のレーダ受信信号をベースバンドにダウンコンバートすることで、ベースバンドの受信信号を生成する。周波数変換部１４は、ベースバンドの受信信号を直交検波部１５に出力する。

直交検波部１５は、周波数変換部１４が生成したベースバンドの受信信号を直交検波することで、同相信号（In-phase signal）及び直交信号（Quadrate signal）を用いて構成される受信信号を生成する。直交検波部１５は、ベースバンドの受信信号のうち、同相信号をＡ／Ｄ変換部１６に出力し、直交信号をＡ／Ｄ変換部１７に出力する。

Ａ／Ｄ変換部１６は、直交検波部１５が生成したベースバンドの同相信号をサンプル時刻ｋ毎にサンプリングし、アナログデータの同相信号をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換部１６は、デジタルデータの同相信号成分を相関演算部１８に出力する。

Ａ／Ｄ変換部１６は、レーダ送信部Ｔｘが生成する送信信号ｒ（ｋ、Ｍ）の１つのパルス幅（パルス時間）Ｔｐ（＝Ｔｗ／Ｌ）あたりＮｓ［個］をサンプリングする。即ち、Ａ／Ｄ変換部１６のサンプリングレートは（Ｎｓ×Ｌ）／Ｔｗ＝Ｎｓ／Ｔｐとなり、１パルスあたりのオーバーサンプル数はＮｓとなる。

Ａ／Ｄ変換部１７は、直交検波部１５が生成したベースバンドの直交信号に対して、Ａ／Ｄ変換部１６と同様に動作し、デジタルデータの直交信号成分を相関演算部１８に出力する。また、Ａ／Ｄ変換部１７のサンプリングレートはＮｓ／Ｔｐとなり、１パルスあたりのオーバーサンプル数はＮｓである。

以下、Ａ／Ｄ変換部１６，１７の出力としての第Ｍ番目の送信周期Ｔｒのサンプル時刻ｋにおけるベースバンドの受信信号を、同相信号成分Ｉｒ（ｋ、Ｍ）及び直交信号成分Ｑｒ（ｋ、Ｍ）を用いて、数式（２）の複素信号ｘ（ｋ、Ｍ）として表す。

図５の第１段は、レーダ送信信号の送信タイミングを表す。図５の第１段では、サンプル時刻ｋは、各送信周期Ｔｒが開始するタイミングを基準（ｋ＝１）とし、信号処理部１２は、送信周期Ｔｒが終了する前までのサンプル点であるｋ＝Ｎｓ（Ｎｒ＋Ｎｕ）／Ｎｏまで周期的に動作する。

即ち、信号処理部１２は、サンプル時刻ｋ＝１〜Ｎｓ（Ｎｒ＋Ｎｕ）／Ｎｏにおいて周期的に動作する（図５の第２段参照）。図５の第２段は、遅延時間τ_１のレーダ受信信号の受信タイミングを示す図である。図５の第３段は、遅延時間τ_２のレーダ受信信号の受信タイミングを示す図である。サンプル時刻ｋ＝Ｎｒ×（Ｎｓ／Ｎｏ）は、各送信周期Ｔｒにおける送信区間Ｔｗの終了直前時点を示す。以下、Ａ／Ｄ変換部１６，１７の出力としてのデジタルの受信信号ｘ（ｋ、Ｍ）を離散サンプル値ｘ（ｋ、Ｍ）という。

相関演算部１８は、Ａ／Ｄ変換部１６，１７の出力としての各離散サンプル値Ｉｒ（ｋ、Ｍ），Ｑｒ（ｋ、Ｍ）、即ち、受信信号としての離散サンプル値ｘ（ｋ、Ｍ）を入力する。相関演算部１８は、基準信号生成部Ｌｏが生成したリファレンス信号を所定倍に逓倍した受信基準クロック信号に基づいて、サンプル時刻ｋ毎に、符号長Ｌの送信符号Ｃ_ｎを周期的に生成する。ｎは１からＬであり、Ｌは符号系列Ｃ_ｎの符号長を表す。

相関演算部１８は、離散サンプル値ｘ（ｋ、Ｍ）と、送信符号Ｃ_ｎとのスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を演算する。ＡＣ（ｋ，Ｍ）は、第Ｍ番目の送信周期のサンプル時刻ｋにおけるスライディング相関値を表す。

具体的には、相関演算部１８は、図５の第２段に示す各送信周期Ｔｒ、即ち、各サンプル時刻ｋ＝１〜Ｎｓ（Ｎｒ＋Ｎｕ）／Ｎｏに対して、数式（３）に従ってスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を演算する。相関演算部１８は、数式（３）に従って演算したサンプル時刻ｋ毎のスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を加算部１９に出力する。数式（３）における＊（アスタリスク）は、複素共役演算子である。

図５の第２段では、レーダ送信信号の送信開始時から遅延時間τ_１の経過後にレーダ受信信号が受信された場合のレーダ受信部Ｒｘにおける測定期間の範囲が示されている。図５の第３段では、レーダ送信信号の送信開始時から遅延時間τ_２の経過後にレーダ受信信号が受信された場合のレーダ受信部Ｒｘにおける測定期間の範囲が示されている。遅延時間τ１及びτ２は、それぞれ数式（４）及び（５）により示される。

相関演算部１８は、本実施形態を含む各実施形態において、サンプル時刻ｋ＝１〜Ｎｓ（Ｎｒ＋Ｎｕ）／Ｎｏにおいてスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を演算する。なお、相関演算部１８は、レーダ装置１の測定対象となるターゲットの存在範囲に応じて、測定レンジ、即ちサンプル時刻ｋの範囲を限定しても良い。これにより、レーダ装置１は、相関演算部１８の演算量を更に低減できる。即ち、レーダ装置１は、信号処理部１２における演算量を削減することで、レーダ受信部Ｒｘにおける消費電力量を更に低減できる。

なお、レーダ装置１は、相関演算部１８がサンプル時刻ｋ＝Ｎｓ（Ｌ＋１）〜Ｎｓ（Ｎｒ＋Ｎｕ）／Ｎｏ−ＮｓＬの範囲におけるスライディング相関値ＡＣ（ｋ，ｍ）を演算する場合には、レーダ送信信号の送信周期Ｔｒのうち送信区間Ｔｗを測定期間から除外しても良い。

この場合、レーダ装置１は、レーダ送信信号がレーダ受信部Ｒｘに直接的に回り込んだとしても、回り込みによる影響を排除して測定できる。また、測定レンジ（サンプル時刻ｋの範囲）を限定する場合、加算部１９、相関ベクトル電力演算部２０、方向ベクトル相関演算部２１、方向推定評価関数演算部２３及び距離／方位角検出部２４も同様の限定された測定レンジにおいて動作するため、各部の処理量を削減でき、レーダ受信部Ｒｘにおける消費電力を低減できる。

加算部１９は、第Ｍ番目の送信周期Ｔｒのサンプル時刻ｋ毎に相関演算部１８が演算したスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を基に、所定回数（Ｎｐ回）の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｐ×Ｔｒ）にわたってスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を加算する。

具体的には、加算部１９は、所定回数（Ｎｐ回）の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｐ×Ｔｒ）にわたるスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）をサンプル時刻ｋ毎に加算することで、第ｍ番目のＮｐ回の送信周期Ｔｒにおけるサンプル時刻ｋ毎の加算値ＣＩ（ｋ，ｍ）を、数式（６）に従って演算する。Ｎｐは、加算部１９における加算回数を表す所定値である。ｍは、各アンテナ系統処理部の加算部１９の加算回数Ｎｐを１個の単位とした場合における加算回数の序数を表す。加算部１９は、加算値ＣＩ（ｋ，ｍ）を相関ベクトル電力演算部２０及び方向ベクトル相関演算部２１に出力する。

加算部１９は、スライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）のＮｐ回の加算によりターゲットからの反射波信号が高い相関を有する範囲において、反射波信号に含まれる雑音成分を抑圧でき、反射波信号の受信品質（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）を改善できる。更に、加算部１９は、反射波信号の受信品質を改善できるので、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向の推定精度を向上できる。

なお、理想的な加算利得を得るためには、スライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）の加算回数Ｎｐの加算区間においてスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）の位相成分がある程度の範囲に揃う必要がある。つまり、ターゲットが移動する場合には、移動に伴う位相変動が生じるため、加算回数Ｎｐは、ターゲットの想定最大移動速度を基に設定されることが好ましい。ターゲットの想定最大移動速度が大きいほど、ターゲットにより反射された反射波信号に含まれるドップラ周波数の変動量が大きく、高い相関値を有する離散時間間隔が短くなる。このため、加算回数Ｎｐが小さくなり、加算部１８の加算による利得向上効果が小さくなる。

相関ベクトル電力演算部２０は、ターゲットにより反射された反射波信号の各受信アンテナ間における位相差を検出するため、各アンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４の加算部の出力としての各加算値ＣＩ^１（ｋ，ｍ），ＣＩ^２（ｋ，ｍ），ＣＩ^３（ｋ，ｍ），ＣＩ^４（ｋ，ｍ）をまとめた相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）（数式（７）参照）を生成する。

相関ベクトル電力演算部２０は、相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）を基に、数式（８）に従って、相関ベクトル電力Ｐ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ）を演算する。数式（７）において、Ｎａは受信アンテナ数を表し、図２に示すレーダ受信部Ｒｘでは４である。数式（８）において、上付き添え字Ｈは、複素共役転置を表す演算子である。相関ベクトル電力演算部２０は、相関ベクトル電力Ｐ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ）を方向推定評価関数演算部２３に出力する。

なお、相関ベクトル電力演算部２０は、数式（７）の代わりに数式（９）を用いて、複数のアンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４のうちいずれかのアンテナ系統処理部（例えばアンテナ系統処理部Ｄ１）の受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１が受信したレーダ受信信号の位相を基準位相とした相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）を演算しても良く、以下の各実施形態においても同様である。数式（９）において、上付き添え字のアスタリスク（＊）は、複素共役演算子を表す。これにより、レーダ装置１は、相関ベクトル電力演算部２０の演算量を低減し、ターゲットにより反射された反射波信号の各受信アンテナ間における位相差を簡易に演算できる。

方向ベクトル相関演算部２１は、ターゲットにより反射された反射波信号の各受信アンテナ間における位相差を検出するため、各アンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４の加算部の出力としての各加算値ＣＩ^１（ｋ，ｍ），ＣＩ^２（ｋ，ｍ），ＣＩ^３（ｋ，ｍ），ＣＩ^４（ｋ，ｍ）をまとめた相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）（数式（７）参照）を生成する。

方向ベクトル相関演算部２１は、ターゲットにより反射された反射波信号が方位角θ_ｕの方向から到来した場合の各受信アンテナの複素応答を表す方向ベクトルａ（θ_ｕ）を予め記憶している。各受信アンテナの複素応答は、例えば電波暗室において予め測定され、各受信アンテナ間の間隔に応じて幾何学的に演算される位相差情報に加え、各受信アンテナ間のアンテナ素子間の結合、並びに振幅誤差及び位相誤差の各偏差情報を含み、後述の各実施形態においても同様である。

例えば、アレーアンテナを構成する各受信アンテナの素子間隔が直線上に等間隔ｄにて配置されている場合（図６参照）、受信アンテナ間の位相偏差及び振幅偏差が無い理想的な方向ベクトルａ（θ_ｕ）は数式（１０）により示される。図６は、アレーアンテナを構成する各受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１〜Ｒｘ＿ａｎｔＮａの配置と方位角θ_ｕとの関係を示す説明図である。

方向ベクトル相関演算部２１は、方向ベクトルａ（θ_ｕ）と相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）とを基に、方向ベクトルａ（θ_ｕ）と相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）との内積演算の結果を二乗することで、方向ベクトル相関電力Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を演算する（数式（１１）参照）。方向ベクトル相関演算部２１は、方向ベクトル相関電力Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を方向推定評価関数演算部２３に出力する。

以下の各実施形態において、方位角θ_ｕは、レーダ装置１における反射波信号の到来方向の推定範囲［θ_ｍｉｎ，θ_ｍａｘ］において、所定の間隔Δθ毎に変化させた変数であり、例えば数式（１２）により示される。ｕは、０からＮＵまでの整数である。ＮＵは数式（１３）により示される。数式（１３）において、ｆｌｏｏｒ（ｘ）は実数ｘを超えない最大の整数値を出力する関数である。

感度パラメータ設定部２２は、複数のアンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４、即ち複数の受信アンテナＲｘ＿ａｎｔ１〜Ｒｘ＿ａｎｔ４が受信した受信信号の位相差を入力とした、後述する方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）の応答感度（出力精度）を調整するための感度パラメータＰｎを方向推定評価関数演算部２３に出力する。感度パラメータＰｎは、レーダ装置１が設置されるシステムに応じて異なる。

評価関数演算部としての方向推定評価関数演算部２３は、相関ベクトル電力演算部２０、方向ベクトル相関演算部２１及び感度パラメータ設定部２２の各出力を基に、加算部１９の第ｍ番目の出力毎に、方位角θ_ｕを可変させ、反射波信号の到来方向を推定するための方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を、数式（１４）に従って演算する。

なお、数式（１４）におけるａ（θ_ｕ）^Ｈａ（θ_ｕ）は、例えば方向ベクトル相関演算部２１が予め算出できるので、方向推定評価関数演算部２３の演算量の増加は無い。方向推定評価関数演算部２３は、方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を距離／方位角検出部２４に出力する。

ターゲット検出部としての距離／方位角検出部２４は、方位角θ_ｕの［θ_ｍｉｎ，θ_ｍａｘ］の範囲内において、サンプル時刻ｋ毎に方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）の極大値（ピーク値）を検出する。距離／方位角検出部２４は、サンプル時刻ｋ毎の極大値が所定閾値以上である場合に、サンプル時刻ｋ毎の極大値を与える方位角θ_ｕを、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向と推定する。

更に、距離／方位角検出部２４は、方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）の極大値を与えるサンプル時刻ｋを基に、数式（１５）に従って、レーダ装置１の測定地点からターゲットまでの距離Ｄ（ｋ）を推定する。Ｃ_０は、光速である。

図７は、第１の実施形態のレーダ装置１と従来のレーダ装置における各方位角プロファイルの一例を示す比較図である。図７では、あるサンプル時刻ｋ_０に、例えば方位角０（θ_ｕ＝０）の方向から反射波信号が到来した場合に、方位角θ_ｕが［θ_ｍｉｎ＝−４５度，θ_ｍａｘ＝＋４５度］の範囲における方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）の値が方位角プロファイルとして示されている。方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）は、数式（１４）により示される。比較のために、従来のフーリエ法及び従来のＣａｐｏｎ法における方位角プロファイルも示す。

従来のフーリエ法ではターゲットにより反射された反射波信号が存在するサンプル時刻ｋ_０において、反射波信号の到来方向を示す方位角θ_ｕ（＝０）のメインビームに鋭いピークが得られず、反射波信号の到来方向以外の方位角θ_ｕにおいても高いサイドローブが現れる。このため、従来のレーダ装置では、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向のメインビームとサイドローブとを区別することが困難となり、反射波信号の到来方向の推定精度が劣化する。

一方、本実施形態では従来のフーリエ法に比べて、ターゲットにより反射された反射波信号が存在するサンプル時刻ｋ_０において、反射波信号の到来方向を示す方位角θ_ｕ（＝０）のメインビームに鋭いピークが得られ、更に、反射波信号の到来方向以外の方位角θ_ｕではサイドローブが抑圧され、従来のＣａｐｏｎ法と同程度の方位角プロファイルが得られる。これにより、本実施形態のレーダ装置１は、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向のメインビームとサイドローブとを区別できるので、反射波信号の到来方向の推定精度を向上できる。

また、本実施形態のレーダ装置１における１つの方位角θ_ｕに対する方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）の演算量（乗算回数）は２Ｎａ＋１と表すことができる。Ｎａは受信アンテナの数である。

一方、従来のＣａｐｏｎ法では方向推定評価関数の演算において逆行列演算が必要となるので、演算量のオーダは｛Ｏ（Ｎａ^３）＋Ｎａ（Ｎａ＋１）｝と表すことができる。Ｏ（Ｎａ^３）は、Ｎａの３乗オーダの演算量を表す。

以上により、本実施形態のレーダ装置１は、従来のＣａｐｏｎ法に比べて、例えばＮａ＝４では方向推定評価関数の演算量を約１／９（約１０パーセント）に低減でき、例えばＮａ＝８では方向推定評価関数の演算量を約１／３４（約３パーセント）に低減でき、高分解能な角度スペクトラムを得られる。

更に、レーダ装置１は、従来のフーリエ法に比べて、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向を示す方位角θ_ｕにおける方向推定評価関数の値（メインビーム）に鋭いピークが得られ、更に、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向を示す方位角θ_ｕ以外の方位角における方向推定評価関数のサイドローブを抑圧できる。

これにより、レーダ装置１は、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向を推定するための演算量増加を抑制し、クロスレンジ方向のサイドローブを一様に低減でき、ターゲットの方向推定性能を向上できる。

なお、本実施形態では、方向推定評価関数演算部２３は、数式（１４）に示す方向推定評価関数以外に、例えば数式（１６）に示す方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を演算しても良い。

レーダ装置１は、方向推定評価関数演算部２３が数式（１６）に示す方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を演算した場合でも、同様にターゲットにより反射された反射波信号の到来方向を推定するための演算量増加を抑制し、クロスレンジ方向のサイドローブを一様に低減でき、ターゲットの方向推定性能を向上できる。

更に、レーダ装置１は、方向推定評価関数演算部２３が数式（１６）に示す方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を演算すると、同一のサンプル時刻ｋに複数の反射波信号が到来した場合でも、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向を示す方位角θ_ｕ以外の方位角における方向推定評価関数のサイドローブを抑圧できる（図８（Ｂ）参照）。

図８は、第１の実施形態のレーダ装置と従来のレーダ装置における各方位角プロファイルの他の一例を示す比較図である。図８（Ａ）は、ターゲットが１つの場合の方位角プロファイルである。図８（Ｂ）は、ターゲットが２つの場合の方位角プロファイルである。

図８（Ａ）では、サンプル時刻ｋ_０に、例えば方位角０（θ_ｕ＝０）の方向から反射波信号が到来した場合に、方位角θ_ｕが［θ_ｍｉｎ＝−４０度，θ_ｍａｘ＝＋４０度］の範囲における方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）の値が方位角プロファイルとして示されている。方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）は、数式（１６）により示される。比較のために、従来のフーリエ法及び従来のＣａｐｏｎ法における方位角プロファイルも示す。

従来のフーリエ法ではターゲットにより反射された反射波信号が存在するサンプル時刻ｋ_０において、図７と同様に、反射波信号の到来方向を示す方位角θ_ｕ（＝０）のメインビームに鋭いピークが得られず、反射波信号の到来方向以外の方位角θ_ｕにおいても高いサイドローブが現れる。このため、従来のレーダ装置では、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向のメインビームとサイドローブとの区別が困難となり、反射波信号の到来方向の推定精度が劣化する。

一方、本実施形態では従来のフーリエ法に比べて、ターゲットにより反射された反射波信号が存在するサンプル時刻ｋ_０において、反射波信号の到来方向を示す方位角θ_ｕ（＝０）のメインビームに鋭いピークが得られ、更に、反射波信号の到来方向以外の方位角θ_ｕではサイドローブが抑圧され、従来のＣａｐｏｎ法と同程度の方位角プロファイルが得られる。これにより、本実施形態のレーダ装置１は、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向のメインビームとサイドローブとの区別が容易となり、反射波信号の到来方向の推定精度を向上できる。

次に、図８（Ｂ）では、あるサンプル時刻ｋ_０に、例えば方位角０（θ_ｕ＝０、２０）の方向から複数の反射波信号が到来した場合に、方位角θ_ｕが［θ_ｍｉｎ＝−４０度，θ_ｍａｘ＝＋４０度］の範囲における方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）の値が方位角プロファイルとして示されている。方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）は、数式（１６）により示される。比較のために、従来のフーリエ法及び従来のＣａｐｏｎ法における方位角プロファイルも示す。

従来のフーリエ法ではターゲットにより反射された反射波信号が存在するサンプル時刻ｋ_０において、図７と同様に、反射波信号の到来方向を示す方位角θ_ｕ（＝０）のメインビームに鋭いピークが得られず、反射波信号の到来方向以外の方位角θ_ｕにおいても高いサイドローブが現れる。このため、従来のレーダ装置では、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向のメインビームとサイドローブとの区別が困難となり、反射波信号の到来方向の推定精度が劣化する。

一方、本実施形態では従来のフーリエ法に比べて、ターゲットにより反射された反射波信号が存在するサンプル時刻ｋ_０において、反射波信号の到来方向を示す方位角θ_ｕ（＝０、２０）のメインビームに鋭いピークが得られており、更に、反射波信号の到来方向以外の方位角θ_ｕではサイドローブが抑圧され、従来のＣａｐｏｎ法と同程度の方位角プロファイルが得られている。これにより、本実施形態のレーダ装置１は、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向のメインビームとサイドローブとの区別が容易となり、反射波信号の到来方向の推定精度を向上できる。

なお、方向推定評価関数演算部２３が数式（１６）に示す方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を演算した場合においても、本実施形態のレーダ装置１は、従来のＣａｐｏｎ法に比べて、例えばＮａ＝４では方向推定評価関数の演算量を約１／９（約１０パーセント）に低減でき、例えばＮａ＝８では方向推定評価関数の演算量を約１／３４（約３パーセント）に低減でき、高分解能な角度スペクトラムを得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態のレーダ装置１Ａについて、図９を参照して説明する。図９は、第２の実施形態のレーダ装置１Ａの内部構成を詳細に示すブロック図である。レーダ装置１Ａは、基準信号生成部Ｌｏ、レーダ送信部Ｔｘ及びレーダ受信部ＲｘＡを含む。

レーダ受信部ＲｘＡは、例えば４個のアンテナ系統処理部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４、直交ビーム乗算部２５、ビーム選択部２６、相関ベクトル電力演算部２０Ａ、方向ベクトル相関演算部２１Ａ、感度パラメータ設定部２２、方向推定評価関数演算部２３Ａ及び距離／方位角検出部２４を有する。

以下、本実施形態のレーダ装置１Ａと第１の実施形態のレーダ装置１とにおいて同様の構成及び動作については同一の符号を用いて説明を省略又は簡略化し、レーダ装置１と異なる内容について説明する。

直交ビーム乗算部２５は、ターゲットにより反射された反射波信号の各受信アンテナ間における位相差を検出するため、各アンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４の加算部の出力としての各加算値ＣＩ^１（ｋ，ｍ），ＣＩ^２（ｋ，ｍ），ＣＩ^３（ｋ，ｍ），ＣＩ^４（ｋ，ｍ）をまとめた相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）（数式（７）参照）を生成する。

直交ビーム乗算部２５は、相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）と数式（１７）により示される直交ビームウェイト行列Ｗ_ＯＢとを基に、数式（１８）に従って、直交ビーム乗算相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）を演算する。直交ビーム乗算部２５は、直交ビーム乗算相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）をビーム選択部２６に出力する。

直交ビームウェイト行列Ｗ_ＯＢは、数式（１９）を満たす性質を有するＮａ次の行列であり、数式（１７）では例えば離散フーリエ変換処理が行列形式にて表現されている。数式（１９）においてＩは単位行列である。

ビーム選択部２６は、直交ビーム乗算部２５が演算した直交ビーム乗算相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）の要素値の絶対値若しくは二乗値を演算し、最大となる要素値と最大の要素値に隣接するＮ_ＯＢ個の要素値を絶対値若しくは二乗値の大きい順（降順）に選択する。

以下、ビーム選択部２６が降順に選択した要素値を含む行列を要素選択行列Ｗ_ｓｅｌと記載する。要素選択行列Ｗ_ｓｅｌは、対角要素以外は０であり、対角要素のうちビーム選択部２６が直交ビーム乗算相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）から選択した要素が１であって、その他の要素は０となる行列である。

更に、ビーム選択部２６は、要素選択行列Ｗ_ｓｅｌと直交ビーム乗算部２５が演算した直交ビーム乗算相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）とを基に、数式（２０）に従って、ビーム選択相関ベクトルｈ_ＢＳ（ｋ，ｍ）を演算する。ビーム選択部２６は、ビーム選択相関ベクトルｈ_ＢＳ（ｋ，ｍ）を相関ベクトル電力演算部２０Ａ及び方向ベクトル相関演算部２１Ａに出力する。また、ビーム選択部２６は、要素選択行列Ｗ_ｓｅｌを方向ベクトル相関演算部２１Ａに出力する。

相関ベクトル電力演算部２０Ａは、ビーム選択部２６が演算したビーム選択相関ベクトルｈ_ＢＳ（ｋ，ｍ）を基に、数式（２１）に従って、相関ベクトル電力Ｐ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ）を演算する。相関ベクトル電力演算部２０Ａは、相関ベクトル電力Ｐ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ）を方向推定評価関数演算部２３Ａに出力する。

方向ベクトル相関演算部２１Ａは、ターゲットにより反射された反射波信号が方位角θ_ｕの方向から到来した場合の各受信アンテナの複素応答を表す方向ベクトルａ（θ_ｕ）を予め記憶している。方向ベクトル相関演算部２１Ａは、ビーム選択部２６が生成した要素選択行列Ｗ_ｓｅｌと直交ビームウェイト行列Ｗ_ＯＢとの積であるＷ_ｓｅｌＷ_ＯＢ ^Ｈと方向ベクトルａ（θ_ｕ）とを基に、方向ベクトルＷ_ｓｅｌＷ_ＯＢ ^Ｈａ（θ_ｕ）を演算する。

方向ベクトル相関演算部２１Ａは、方向ベクトルＷ_ｓｅｌＷ_ＯＢ ^Ｈａ（θ_ｕ）とビーム選択部２６が演算したビーム選択相関ベクトルｈ_ＢＳ（ｋ，ｍ）とを基に、方向ベクトルＷ_ｓｅｌＷ_ＯＢ ^Ｈａ（θ_ｕ）とビーム選択相関ベクトルｈ_ＢＳ（ｋ，ｍ）との内積演算の結果を二乗することで、方向ベクトル相関電力Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ）を演算する（数式（２２）参照）。方向ベクトル相関演算部２１Ａは、方向ベクトル相関電力Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ）を方向推定評価関数演算部２３Ａに出力する。

評価関数演算部としての方向推定評価関数演算部２３Ａは、相関ベクトル電力演算部２０Ａ、方向ベクトル相関演算部２１Ａ及び感度パラメータ設定部２２の各出力を基に、加算部１９の第ｍ番目の出力毎に、方位角θ_ｕを可変させ、反射波信号の到来方向を推定するための方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を、数式（２３）に従って演算する。

なお、数式（２３）における［Ｗ_ｓｅｌＷ_ＯＢ ^Ｈａ（θ_ｕ）］^Ｈ Ｗ_ｓｅｌＷ_ＯＢ ^Ｈａ（θ_ｕ）は、方向ベクトル相関演算部２１Ａが予め算出できるので、方向推定評価関数演算部２３Ａの演算量の増加は無い。方向推定評価関数演算部２３Ａは、方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を距離／方位角検出部２４に出力する。

以上により、本実施形態のレーダ装置１Ａは、第１の実施形態のレーダ装置１の効果に加え、直交ビーム乗算部２５及びビーム選択部２６を用いることで、相関ベクトル電力演算部２０Ａ及び方向ベクトル相関演算部２１Ａの各演算における相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）（数式（７）参照）の要素値を、ビーム選択部２６が演算したビーム選択相関ベクトルｈ_ＢＳ（ｋ，ｍ）（数式（２０）参照）の要素値に低減できる。

これにより、レーダ装置１Ａは、方向推定評価関数演算部２３Ａにおける方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）の演算量を低減できる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態のレーダ装置１Ｂについて、図１０を参照して説明する。図９は、第３の実施形態のレーダ装置１Ｂの内部構成を詳細に示すブロック図である。レーダ装置１Ｂは、基準信号生成部Ｌｏ、送信ビーム制御部Ｂｅ、レーダ送信部ＴｘＢ及びレーダ受信部ＲｘＢを含む。

レーダ送信部ＴｘＢは、送信信号生成部２、送信ビーム形成部２７、及び合計Ｎ＿Ｔｘ個の送信ＲＦ部３１，３２，…，３Ｎ＿Ｔｘを有する。各送信ＲＦ部３１，３２，…，３Ｎ＿Ｔｘには、送信アンテナＴｘ＿ａｎｔ１，Ｔｘ＿ａｎｔ２，…，Ｔｘ＿ａｎｔＮ＿Ｔｘが対応して接続されている。

レーダ受信部ＲｘＢは、例えば４個のアンテナ系統処理部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４、相関ベクトル電力演算部２０、方向ベクトル相関演算部２１Ｂ、感度パラメータ設定部２２、方向推定評価関数演算部２３Ｂ及び距離／方位角検出部２４Ｂを有する。

以下、本実施形態のレーダ装置１Ｂと第１の実施形態のレーダ装置１とにおいて同様の構成及び動作については同一の符号を用いて説明を省略又は簡略化し、レーダ装置１と異なる内容について説明する。

送信ビーム制御部Ｂｅは、レーダ送信部ＴｘＢが送信するレーダ送信信号の主ビーム方向θ_Ｔｘを制御する。具体的には、送信ビーム制御部Ｂｅは、Ｎｐ回の送信周期Ｔｒ毎に、レーダ送信信号の主ビーム方向θ_Ｔｘを、反射波信号の到来方向の推定範囲と同じ範囲内において所定間隔Δθ_Ｔｘ毎に切り換える（図１１参照）。

図１１は、送信ビーム制御部Ｂｅ、送信ビーム形成部２７及び方向推定評価関数演算部２３Ｂの各出力と送信周期との関係を示す図である。送信ビーム制御部Ｂｅは、第ｍ回目のＮｐ回の送信周期Ｔｒ（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、レーダ送信信号の主ビーム方向をθ_Ｔｘ（ｍ）とするための制御信号を、送信ビーム形成部２７、方向ベクトル相関演算部２１Ｂ及び方向推定評価関数演算部２３Ｂに出力する。

図１１では、送信ビーム制御部Ｂｅは、第１回目のＮｐ回の送信周期Ｔｒ（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、レーダ送信信号の主ビーム方向をθ_Ｔｘ（１）とするための制御信号を、送信ビーム形成部２７、方向ベクトル相関演算部２１Ｂ及び方向推定評価関数演算部２３Ｂに出力する。

また、送信ビーム制御部Ｂｅは、第２回目のＮｐ回の送信周期Ｔｒ（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、レーダ送信信号の主ビーム方向をθ_Ｔｘ（２）とするための制御信号を、送信ビーム形成部２７、方向ベクトル相関演算部２１Ｂ及び方向推定評価関数演算部２３Ｂに出力する。

また、送信ビーム制御部Ｂｅは、第３回目のＮｐ回の送信周期Ｔｒ（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、レーダ送信信号の主ビーム方向をθ_Ｔｘ（３）とするための制御信号を、送信ビーム形成部２７、方向ベクトル相関演算部２１Ｂ及び方向推定評価関数演算部２３Ｂに出力する。

送信ビーム形成部２７は、Ｄ／Ａ変換部７の出力としての送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）を基に、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じた主ビーム方向θ_Ｔｘの送信ビームを形成する。

具体的には、送信ビーム形成部２７は、Ｄ／Ａ変換部７の出力としての送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）に、１番目からＮ＿Ｔｘ番目の合計Ｎ＿Ｔｘ個の要素を有する重み付け係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ_Ｔｘ（ｍ））をそれぞれ乗算する。重み付け係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ（ｍ））は、各々の送信アンテナＴｘ＿ａｎｔ１〜Ｔｘ＿ａｎｔＮ＿Ｔｘが等間隔に配置され、各々の素子間隔がｄである場合には（図６参照）、数式（２４）により示される。λはレーダ送信信号の波長である。なお、アンテナ配置は、上記では、直線状の配置について説明したが、これに限定されず、円形、楕円のアンテナ配置の形状でも重み付け係数をアンテナ配置に応じた値にすることで、同様に適用できる。。

送信ビーム形成部２７は、合計Ｎ＿Ｔｘ個の要素を有する重み付け係数がそれぞれ乗算された合計Ｎ＿Ｔｘ個の送信信号を、重み付け係数の要素の序数（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ）に一致する送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘにそれぞれ出力する。Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘは１からＮ＿Ｔｘまでの１以上の整数である。

図１１では、送信ビーム形成部２７は、第１回目のＮｐ回の送信周期（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて、Ｄ／Ａ変換部７の出力としての送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）に、重み付け係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ（１））を乗算する。

また、送信ビーム形成部２７は、第２回目のＮｐ回の送信周期（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて、Ｄ／Ａ変換部７の出力としての送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）に、重み付け係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ（２））を乗算する。

また、送信ビーム形成部２７は、第３回目のＮｐ回の送信周期（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて、Ｄ／Ａ変換部７の出力としての送信信号ｒ（ｋ，Ｍ）に、重み付け係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ（３））を乗算する。

なお、送信ビーム形成部２７は、振幅成分及び位相成分を含む重み付け係数を用いて主ビーム方向をθ_Ｔｘとするレーダ送信信号を形成することで、レーダ送信信号のサイドローブを低減しても良い。サイドローブを低減するビーム形成手法として、例えば、二項アレー（Binomial Array）、チェビシェフアレー（Chebyshev Array）、テイラーアレー（Taylor Array）が適用可能である。

各々の送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘは、基準信号生成部Ｌｏが生成したリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍したキャリア周波数帯域の送信基準信号を生成する。各々の送信ＲＦ部３１〜３Ｎ＿Ｔｘは、送信基準信号に基づいて動作する。

Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ番目の送信ＲＦ部は、重み付け係数ＷＴｘ（Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ，θ_Ｔｘ（ｍ））が乗算された送信信号と送信基準信号とを用いて、ベースバンドの送信信号を高周波のレーダ送信信号にアップコンバートする。

Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ番目の送信ＲＦ部は、レーダ送信信号の信号レベルを所定の信号レベルに増幅し、Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ番目の送信ＲＦ部に接続された送信アンテナに出力する。レーダ送信信号は、Ｉｎｄｅｘ＿Ｔｘ番目の送信アンテナから空間に放射される。なお、合計Ｎ＿Ｔｘ個の送信アンテナから送信された合計Ｎ＿Ｔｘ個のレーダ送信信号が空間的に合成されることで、主ビーム方向θ_Ｔｘのレーダ送信信号が形成される。

方向ベクトル相関演算部２１Ｂは、Ｎｐ回の送信周期Ｔｒ毎に（Ｎｐ×Ｔｒ）、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じた主ビーム方向θ_Ｔｘ（ｍ）と送信ビーム幅程度に相当する範囲ＢＷとを基に、反射波信号の到来方向の方位角の推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］を選択する（数式（２５）参照）。

例えば、方向ベクトル相関演算部２１Ｂは、Ｎｐ回の送信周期Ｔｒ毎に、予め記憶した方向ベクトルａ（θ_ｕ）のうち、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて選択した方位角の推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］に対応した方向ベクトルａ（θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）を選択する。

方向ベクトル相関演算部２１Ｂは、方向ベクトルａ（θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）と相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）とを基に、方向ベクトルａ（θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）とビーム選択相関ベクトルｈ_ＢＳ（ｋ，ｍ）との内積演算の結果を二乗することで、方向ベクトル相関電力Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ，θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）を演算する（数式（２６）参照）。方向ベクトル相関演算部２１Ｂは、方向ベクトル相関電力Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ，θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）を方向推定評価関数演算部２３Ｂに出力する。

評価関数演算部としての方向推定評価関数演算部２３Ｂは、Ｎｐ回の送信周期Ｔｒ毎に（Ｎｐ×Ｔｒ）、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じた主ビーム方向θ_Ｔｘ（ｍ）と送信ビーム幅程度に相当する範囲ＢＷとを基に、反射波信号の到来方向の方位角の推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］を選択する（図１１及び数式（２５）参照）。

例えば、方向推定評価関数演算部２３Ｂは、第１回目のＮｐ回の送信周期（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて、反射波信号の到来方向の推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（１）］を、「θ（１）−ＢＷ／２」から「θ（１）＋ＢＷ／２」までの範囲に選択する。

また、方向推定評価関数演算部２３Ｂは、第２回目のＮｐ回の送信周期（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて、反射波信号の到来方向の推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（２）］を、「θ（２）−ＢＷ／２」から「θ（２）＋ＢＷ／２」までの範囲に選択する。

また、方向推定評価関数演算部２３Ｂは、第３回目のＮｐ回の送信周期（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて、反射波信号の到来方向の推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（３）］を、「θ（３）−ＢＷ／２」から「θ（３）＋ＢＷ／２」までの範囲に選択する。

方向推定評価関数演算部２３Ｂは、相関ベクトル電力演算部２０、方向ベクトル相関演算部２１Ｂ及び感度パラメータ設定部２２の各出力を基に、加算部１９の第ｍ番目の出力毎に、数式（２５）によって選択した反射波信号の到来方向の方位角の推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］を可変して方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）を、数式（２７）に従って演算する。方向推定評価関数演算部２３Ｂは、方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を距離／方位角検出部２４Ｂに出力する。

なお、数式（２７）におけるａ（θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）^Ｈａ（θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］））は、例えば方向ベクトル相関演算部２１Ｂが予め算出できるので、方向推定評価関数演算部２３Ｂの演算量の増加は無い。

ターゲット検出部としての距離／方位角検出部２４Ｂは、レーダ送信部ＴｘＢが送信するレーダ送信信号の主ビーム方向θ_Ｔｘのθ_ｍｉｎからθ_ｍａｘまでの切り換えが完了した場合に、サンプル時刻ｋ毎に、数式（２７）に示す方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）の極大値（ピーク値）を検出する。距離／方位角検出部２４Ｂは、サンプル時刻ｋ毎の極大値が所定閾値以上である場合に、サンプル時刻ｋ毎の極大値を与える方位角θ_ｕを、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向と推定する。

更に、距離／方位角検出部２４Ｂは、方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）の極大値におけるサンプル時刻ｋを基に、数式（１５）に従って、レーダ装置１Ｂの測定地点からターゲットまでの距離Ｄ（ｋ）を推定する。

なお、送信ビーム制御部Ｂｅは、レーダ送信部ＴｘＢが送信するレーダ送信信号の主ビーム方向θ_Ｔｘ（θ_ｍｉｎ≦θ_Ｔｘ≦θ_ｍａｘ）のθ_ｍｉｎからθ_ｍａｘまでの切り換えを繰り返す場合には、主ビーム方向θ_Ｔｘをθ_ｍｉｎからθ_ｍａｘまで又はθ_ｍａｘからθ_ｍｉｎまで切り換える制御信号を、送信ビーム形成部２７、方向ベクトル相関演算部２１Ｂ及び方向推定評価関数演算部２３Ｂに出力し、以下の各実施形態においても同様である。

以上により、本実施形態のレーダ装置１Ｂは、第１の実施形態のレーダ装置１の効果を有し、更に、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて送信ビーム形成部２７がレーダ送信信号の主ビーム方向θ_Ｔｘと送信ビーム幅程度に相当する範囲ＢＷ内とに応じた範囲（数式（２５）参照）において、反射波信号の到来方向を推定する。

これにより、レーダ装置１Ｂは、ターゲットにより反射された反射波信号の受信ＳＮＲが最も良好となる範囲を用いて反射波信号の到来方向の推定範囲を選択でき、反射波信号の方向推定における誤差を低減できる。

また、レーダ装置１Ｂは、レーダ装置１Ｂの距離分解能以内に、受信アンテナ数以上の複数のターゲットが存在しても、Ｎｐ回の送信周期Ｔｒ毎にレーダ送信信号の主ビーム方向θ_Ｔｘを切り換えるので、レーダ送信信号の主ビーム方向θ_Ｔｘと送信ビーム幅ＢＷとに応じた推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］以外に存在するターゲットにより反射された反射波信号を空間的に抑圧できる。

これにより、レーダ装置１Ｂは、レーダ送信信号の主ビーム方向θ_Ｔｘと送信ビーム幅ＢＷとに応じた推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］内の方向に含まれる距離分解能以内に存在する複数のターゲットにより反射される反射波信号が、受信アンテナ数より少ないターゲットとなる確率を増加でき、送信ビーム幅内に存在する１つ又は複数のターゲットを高分解能且つ高精度に検出できる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態のレーダ装置１Ｃについて、図１２を参照して説明する。図１２は、第４の実施形態のレーダ装置１Ｃの内部構成を詳細に示すブロック図である。レーダ装置１Ｃは、基準信号生成部Ｌｏ、送信ビーム制御部Ｂｅ、レーダ送信部ＴｘＢ及びレーダ受信部ＲｘＣを含む。

レーダ受信部ＲｘＣは、例えば４個のアンテナ系統処理部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４、直交ビーム乗算部２５Ｃ、相関ベクトル電力演算部２０Ｃ、方向ベクトル相関演算部２１Ｃ、感度パラメータ設定部２２、方向推定評価関数演算部２３Ｃ及び距離／方位角検出部２４Ｃを有する。

以下、本実施形態のレーダ装置１Ｃと第３の実施形態のレーダ装置１Ｂとにおいて同様の構成及び動作については同一の符号を用いて説明を省略又は簡略化し、レーダ装置１Ｂと異なる内容について説明する。

本実施形態では、送信ビーム制御部Ｂｅは、Ｎｐ回の送信周期Ｔｒ（Ｎｐ×Ｔｒ）毎に、レーダ送信信号の主ビーム方向をθ_Ｔｘ（ｍ）とするための制御信号を、送信ビーム形成部２７、直交ビーム乗算部２５Ｃ、方向ベクトル相関演算部２１Ｃ及び方向推定評価関数演算部２３Ｃに出力する。

直交ビーム乗算部２５Ｃは、Ｎｐ回の送信周期Ｔｒ毎に（Ｎｐ×Ｔｒ）、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて、数式（２８）により示される直交ビームウェイト行列Ｗ_ＯＢ［θ_Ｔｘ（ｍ）］を生成する（図１３参照）。図１３は、送信ビーム制御部Ｂｅ、送信ビーム形成部２７、直交ビーム乗算部２５Ｃ及び方向推定評価関数演算部２３Ｃの各出力と送信周期との関係を示す図である。

図１３では、直交ビーム乗算部２５Ｃは、第１回目のＮｐ回の送信周期（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて、直交ビームウェイト行列Ｗ_ＯＢ［θ_Ｔｘ（１）］を生成する。

また、直交ビーム乗算部２５Ｃは、第２回目のＮｐ回の送信周期（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて、直交ビームウェイト行列Ｗ_ＯＢ［θ_Ｔｘ（２）］を生成する。

また、直交ビーム乗算部２５Ｃは、第３回目のＮｐ回の送信周期（Ｎｐ×Ｔｒ）の間では、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて、直交ビームウェイト行列Ｗ_ＯＢ［θ_Ｔｘ（３）］を生成する。

直交ビーム乗算部２５Ｃは、第ｍ回目のＮｐ回の送信周期（Ｎｐ×Ｔｒ）の間において生成した直交ビームウェイト行列Ｗ_ＯＢ［θ_Ｔｘ（ｍ）］と相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）とを基に、数式（２９）に従って、直交ビーム乗算相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）を演算する。直交ビーム乗算部２５Ｃは、直交ビーム乗算相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）を相関ベクトル電力演算部２０Ｃ及び方向ベクトル相関演算部２１Ｃに出力する。

直交ビームウェイト行列Ｗ_ＯＢ［θ_Ｔｘ（ｍ）］は、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じた主ビーム方向θ_Ｔｘ（ｍ）と一致する送信ビームと送信ビームに隣接する直交ビームを形成するために用いられる。直交ビームウェイトとして例えば３方向を用いる場合には、直交ビームウェイト行列Ｗ_ＯＢ［θ_Ｔｘ（ｍ）］は、数式（２８）により示される。

相関ベクトル電力演算部２０Ｃは、直交ビーム乗算部２５Ｃが演算した直交ビーム乗算相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）を基に、数式（３０）に従って、相関ベクトル電力Ｐ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ）を演算する。相関ベクトル電力演算部２０Ｃは、相関ベクトル電力Ｐ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ）を方向推定評価関数演算部２３Ｃに出力する。

方向ベクトル相関演算部２１Ｃは、予め記憶した方向ベクトルａ（θ_ｕ）のうち、Ｎｐ回の送信周期Ｔｒ毎に、送信ビーム制御部Ｂｅが出力した制御信号に応じて選択した方位角の推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］に対応した方向ベクトルＷ_ＯＢ［θ_Ｔｘ（ｍ）］^Ｈａ（θ_ｕ）を生成する。

方向ベクトル相関演算部２１Ｃは、方向ベクトルＷ_ＯＢ［θ_Ｔｘ（ｍ）］^Ｈａ（θ_ｕ）と相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）とを基に、方向ベクトルＷ_ＯＢ［θ_Ｔｘ（ｍ）］^Ｈａ（θ_ｕ）とビーム選択相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）との内積演算の結果を二乗することで、方向ベクトル相関電力Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ，θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）を演算する（数式（３１）参照）。方向ベクトル相関演算部２１Ｃは、方向ベクトル相関電力Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｍ，θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）を方向推定評価関数演算部２３Ｃに出力する。

評価関数演算部としての方向推定評価関数演算部２３Ｃは、相関ベクトル電力演算部２０Ｃ、方向ベクトル相関演算部２１Ｃ及び感度パラメータ設定部２２の各出力を基に、加算部１９の第ｍ番目の出力毎に、数式（２５）によって選択した反射波信号の到来方向の方位角の推定範囲θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］を可変して方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）を、数式（３２）に従って演算する。方向推定評価関数演算部２３Ｃは、方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）を距離／方位角検出部２４Ｃに出力する。

なお、数式（３２）における［Ｗ_ｓｅｌＷ_ＯＢ ^Ｈａ（θ_ｕ）］^ＨＷ_ｓｅｌＷ_ＯＢ ^Ｈａ（θ_ｕ）は、例えば方向ベクトル相関演算部２１Ｃが予め算出できるので、方向推定評価関数演算部２３Ｃの演算量の増加は無い。

ターゲット検出部としての距離／方位角検出部２４Ｃは、レーダ送信部ＴｘＢが送信するレーダ送信信号の主ビーム方向θ_Ｔｘのθ_ｍｉｎからθ_ｍａｘまでの切り換えが完了した場合に、サンプル時刻ｋ毎に、数式（３２）に示す方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）の極大値（ピーク値）を検出する。距離／方位角検出部２４Ｃは、サンプル時刻ｋ毎の極大値が所定閾値以上である場合に、サンプル時刻ｋ毎の極大値を与える方位角θ_ｕを、ターゲットにより反射された反射波信号の到来方向と推定する。

更に、距離／方位角検出部２４Ｃは、方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ［θ_Ｔｘ（ｍ）］）の極大値におけるサンプル時刻ｋを基に、数式（１５）に従って、レーダ装置１Ｃの測定地点からターゲットまでの距離Ｄ（ｋ）を推定する。

以上により、本実施形態のレーダ装置１Ｃは、第３の実施形態のレーダ装置１Ｂの効果を有し、更に、直交ビーム乗算部２５Ｃを用いることで、相関ベクトル電力演算部２０Ｃ及び方向ベクトル相関演算部２１Ｃの各演算における相関ベクトルｈ（ｋ，ｍ）（数式（７）参照）の要素値を、直交ビーム乗算部２５Ｃが演算した直交ビーム乗算相関ベクトルｈ_Ｂ（ｋ，ｍ）（数式（２９）参照）の要素値に低減できる。

これにより、レーダ装置１Ｃは、方向推定評価関数演算部２３Ｃにおける方向推定評価関数Ｐ_ＤＯＡ（ｋ，ｍ，θ_ｕ）の演算量を低減できる。

（各実施形態の変形例）
上述した各実施形態では、各アンテナ系統処理部Ｄ１〜Ｄ４の信号処理部は、加算部を有するが、加算部の代わりにフーリエ変換部及びピーク周波数選択部を有しても良い（図１４〜図１７参照）。以下、各実施形態の変形例を、図１４に示すレーダ装置１Ｄを例示して説明する。なお、図１５，図１６，図１７に示す各レーダ装置１Ｅ，１Ｆ，１Ｇについても同様である。

図１４は、第１の実施形態の変形例のレーダ装置１Ｄの内部構成を詳細に示すブロック図である。図１５は、第２の実施形態の変形例のレーダ装置１Ｅの内部構成を詳細に示すブロック図である。図１６は、第３の実施形態の変形例のレーダ装置１Ｆの内部構成を詳細に示すブロック図である。図１７は、第４の実施形態の変形例のレーダ装置１Ｇの内部構成を詳細に示すブロック図である。

図１４に示すレーダ装置１Ｄでは、例えばアンテナ系統処理部Ｄ１の信号処理部１２Ｄは、２個のＡ／Ｄ変換部１６，１７、相関演算部１８、フーリエ変換部２８及びピーク周波数選択部２９を有する。第１の実施形態の変形例のレーダ装置１Ｄと第１の実施形態のレーダ装置１とにおいて同様の構成及び動作について同一の符号を用いて説明を省略又は簡略化し、レーダ装置１と異なる内容について説明する。

フーリエ変換部２８は、Ｎｐ回の送信周期Ｔｒにわたって、各送信周期Ｔｒのサンプル時刻ｋ毎に相関演算部１８が演算した合計Ｎｐ個のスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｍ）を基に、サンプル時刻ｋ毎に、窓関数処理を施して離散フーリエ変換処理又は高速フーリエ変換処理する。

即ち、フーリエ変換部２８は、所定回数（Ｎｐ回）の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｐ×Ｔｒ）にわたるスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｎｐ（ｍ−１）＋１）〜ＡＣ（ｋ，Ｎｐ×ｍ）を単位として、窓関数処理を施して離散フーリエ変換処理又は高速フーリエ変換処理することで、合計Ｎｐ個のスライディング相関値のドップラ周波数成分を演算する。フーリエ変換部２８は、所定回数（Ｎｐ回）の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｐ×Ｔｒ）にわたるスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｎｐ（ｍ−１）＋１）〜ＡＣ（ｋ，Ｎｐ×ｍ）のドップラ周波数成分をピーク周波数選択部２９に出力する。

ピーク周波数選択部２９は、フーリエ変換部２８が演算したドップラ周波数成分のうち、ピーク値となるドップラ周波数に対応するスライディング相関値（複素数成分）を、加算部１９の出力としてのＣＩ（ｋ，ｍ）として、相関ベクトル電力演算部２０及び方向ベクトル相関演算部２１に出力する。以降の動作は、第１の実施形態のレーダ装置１の動作と同様のため、説明を省略する。

以上により、レーダ装置１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇは、所定回数（Ｎｐ回）の送信周期Ｔｒの期間（Ｎｐ×Ｔｒ）にわたるスライディング相関値ＡＣ（ｋ，Ｎｐ（ｍ−１）＋１）〜ＡＣ（ｋ，Ｎｐ×ｍ）のドップラ周波数成分に複数のピーク値が存在する場合には、フーリエ変換部２８の出力からドップラ周波数に対応するスライディング相関値をＣＩ（ｋ，ｍ）として扱える。

これにより、レーダ装置１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇは、レーダ装置１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇの距離分解能以内に複数のターゲットが異なる速度にて移動する場合、スライディング相関値のドップラ周波数成分からピーク値を与えるドップラ周波数を分離検出できるので、複数のターゲットの距離及び方位の推定精度を向上できる。

以上、図面を参照して各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上述した各実施形態のレーダ装置が送信する高周波のレーダ送信信号は、パルス圧縮レーダ装置におけるパルス波に限定されず、例えばＦＭ−ＣＷレーダ装置における連続波を用いても良い。

本開示は、到来方向推定の演算量増加を抑制して、クロスレンジ方向のサイドローブを低減できるレーダ装置として有用である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ レーダ装置
２ 送信信号生成部
３、３１、３２ 送信ＲＦ部
４ 符号生成部
５ 変調部
６ ＬＰＦ
７ Ｄ／Ａ変換部
８、１４ 周波数変換部
９、１３ 増幅器
１１ 受信ＲＦ部
１２、１２Ｄ 信号処理部
１５ 直交検波部
１６、１７ Ａ／Ｄ変換部
１８ 相関演算部
１９ 加算部
２０ 相関ベクトル電力演算部
２１、２１Ｂ 方向ベクトル相関演算部
２２ 感度パラメータ設定部
２３ 方向推定評価関数演算部
２４ 距離／方位角検出部
２５、２５Ｃ 直交ビーム乗算部
２６ ビーム選択部
２７ 送信ビーム形成部
２８ フーリエ変換部
２９ ピーク周波数選択部
Ｂｅ 送信ビーム制御部
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ アンテナ系統処理部
Ｌｏ 基準信号生成部
Ｒｘ、ＲｘＡ、ＲｘＢ、ＲｘＣ、ＲｘＤ、ＲｘＥ、ＲｘＦ、ＲｘＧ レーダ受信部
Ｔｘ、ＴｘＢ レーダ送信部

Claims (11)

1. 送信信号を高周波のレーダ送信信号に変換し、前記レーダ送信信号を送信アンテナから送信するレーダ送信部と、
   前記レーダ送信信号がターゲットにより反射された前記レーダ送信信号である反射波信号を複数の受信アンテナにより受信し、前記各反射波信号と前記送信信号との相関ベクトルを含む信号を生成する複数のアンテナ系統処理部を用いて、前記反射波信号の到来方向を推定するレーダ受信部と、を含み、
   前記レーダ受信部は、
   前記相関ベクトルを含む信号を基に、相関ベクトル電力を演算する相関ベクトル電力演算部と、
   前記相関ベクトルを含む信号と、前記反射波信号の到来方向の方位角に応じて生じる振幅及び位相差情報を含む方向ベクトルとを基に、方向ベクトル相関電力を演算する方向ベクトル相関演算部と、
   前記相関ベクトル電力及び前記方向ベクトル相関電力を基に、前記反射波信号の到来方向の方位角を推定するターゲット検出部と、
   前記相関ベクトル電力に対する前記方向ベクトル相関電力の比を基に、前記反射波信号の到来方向の方位角を推定する評価関数を演算する評価関数演算部と、
   前記複数のアンテナ系統処理部により受信された受信信号を入力とした、前記評価関数の応答感度を調整する感度パラメータを設定する感度パラメータ設定部と、を有し、
   前記ターゲット検出部は、
   前記評価関数を基に前記反射波信号の到来方向の方位角として推定する、
   レーダ装置。
2. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
   前記ターゲット検出部は更に、
   前記レーダ装置から前記ターゲットまでの距離を推定する、
   レーダ装置。
3. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
   前記評価関数演算部は、
   前記相関ベクトル電力に対する前記方向ベクトル相関電力の比が、所定値に近いほど大きな評価関数値を出力する、
   レーダ装置。
4. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
   前記評価関数演算部は、
   前記評価関数に前記方向ベクトル相関電力を乗算した第２評価関数を演算する、
   レーダ装置。
5. 送信信号を高周波のレーダ送信信号に変換し、前記レーダ送信信号を送信アンテナから送信するレーダ送信部と、
   前記レーダ送信信号がターゲットにより反射された前記レーダ送信信号である反射波信号を複数の受信アンテナにより受信し、前記各反射波信号と前記送信信号との相関ベクトルを含む信号を生成する複数のアンテナ系統処理部を用いて、前記反射波信号の到来方向を推定するレーダ受信部と、を含み、
   前記レーダ受信部は、
   前記相関ベクトルを含む信号を基に、相関ベクトル電力を演算する相関ベクトル電力演算部と、
   前記相関ベクトルを含む信号と、前記反射波信号の到来方向の方位角に応じて生じる振幅及び位相差情報を含む方向ベクトルとを基に、方向ベクトル相関電力を演算する方向ベクトル相関演算部と、
   前記相関ベクトル電力及び前記方向ベクトル相関電力を基に、前記反射波信号の到来方向の方位角を推定するターゲット検出部と、
   前記相関ベクトル電力に対する前記方向ベクトル相関電力の比を基に、前記反射波信号の到来方向の方位角を推定する評価関数を演算する評価関数演算部と、
   前記相関ベクトルを含む信号と所定の直交ビームウェイト行列とを基に、直交ビーム乗算相関ベクトルを演算する直交ビーム乗算部と、
   前記直交ビーム乗算相関ベクトルのうち最大の要素値と前記最大の要素値に隣接する所定数の要素値を選択するビーム選択部と、を有し、
   前記ターゲット検出部は、
   前記評価関数を基に前記反射波信号の到来方向の方位角として推定する、
   レーダ装置。
6. 送信信号を高周波のレーダ送信信号に変換し、前記レーダ送信信号を送信アンテナから送信するレーダ送信部と、
   前記レーダ送信信号がターゲットにより反射された前記レーダ送信信号である反射波信号を複数の受信アンテナにより受信し、前記各反射波信号と前記送信信号との相関ベクトルを含む信号を生成する複数のアンテナ系統処理部を用いて、前記反射波信号の到来方向を推定するレーダ受信部と、
   所定回数の送信周期毎に、前記レーダ送信信号の主ビーム方向を切り換える制御信号を出力する送信ビーム制御部と、を含み、
   前記レーダ送信部は、
   前記制御信号を基に、前記主ビーム方向が切り換えられた前記レーダ送信信号を送信し、
   前記レーダ受信部は、
   前記相関ベクトルを含む信号を基に、相関ベクトル電力を演算する相関ベクトル電力演算部と、
   前記相関ベクトルを含む信号と、前記反射波信号の到来方向の方位角に応じて生じる振幅及び位相差情報を含む方向ベクトルとを基に、方向ベクトル相関電力を演算する方向ベクトル相関演算部と、
   前記相関ベクトル電力及び前記方向ベクトル相関電力を基に、前記反射波信号の到来方向の方位角を推定するターゲット検出部と、
   前記相関ベクトル電力に対する前記方向ベクトル相関電力の比を基に、前記反射波信号の到来方向の方位角を推定する評価関数を演算する評価関数演算部と、を有し、
   前記方向ベクトル相関演算部は、
   前記送信ビーム制御部が出力した前記制御信号に応じた前記レーダ送信信号の主ビーム方向を中心とした前記レーダ送信信号の略送信ビーム幅の範囲を、前記方向ベクトル相関電力の演算範囲として選択し、
   前記ターゲット検出部は、
   前記評価関数を基に前記反射波信号の到来方向の方位角として推定し、
   前記評価関数演算部は、
   前記送信ビーム制御部が出力した前記制御信号に応じた前記レーダ送信信号の主ビーム方向を中心とした前記レーダ送信信号の略送信ビーム幅の範囲を、前記評価関数の演算範囲として選択する、
   レーダ装置。
7. 請求項６に記載のレーダ装置であって、
   前記レーダ受信部は、
   前記相関ベクトルを含む信号と、前記送信ビーム制御部が出力した前記制御信号に応じた前記レーダ送信信号の主ビーム方向に応じた直交ビームウェイト行列とを基に、直交ビーム乗算相関ベクトルを演算する直交ビーム乗算部と、を更に有する、
   レーダ装置。
8. 請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
   前記アンテナ系統処理部は、
   受信アンテナと、
   前記レーダ送信信号の送信周期毎に、前記受信アンテナにより受信された前記反射波信号と前記送信信号との相関値を算出する相関演算部と、
   所定回数の前記送信周期にわたって前記相関演算部が出力した前記相関値を加算する加算部と、を有する、
   レーダ装置。
9. 請求項５〜７のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
   前記アンテナ系統処理部は、
   受信アンテナと、
   前記レーダ送信信号の送信周期毎に、前記受信アンテナにより受信された前記反射波信号と前記送信信号との相関値を算出する相関演算部と、
   所定回数の前記送信周期にわたって前記相関演算部が出力した前記相関値を加算する加算部と、を有する、
   レーダ装置。
10. 請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
    前記アンテナ系統処理部は、
    受信アンテナと、
    前記レーダ送信信号の送信周期毎に、前記受信アンテナにより受信された前記反射波信号と前記送信信号との相関値を演算する相関演算部と、
    所定回数の前記送信周期にわたって前記相関演算部が出力した前記相関値をドップラ周波数成分に周波数変換するフーリエ変換部と、
    前記ドップラ周波数成分のうちピークを与える周波数成分を選択するピーク周波数選択部と、を有する、
    レーダ装置。
11. 請求項８に記載のレーダ装置であって、
    前記評価関数演算部は、前記評価関数を下記式（１）によって演算する、
    レーダ装置。
    

    

    
    ここで、Ｐ _ＤＯＡ は、時刻ｋ、加算部における所定の加算回数の序数ｍ、方位角θ _ｕ に対する評価関数であり、Ｆ _ｏｕｔ は方向ベクトル相関電力であり、Ｐ _ｏｕｔ は相関ベクトル電力であり、Ｐｎは感度パラメータであり、ａ（θ _ｕ ）は方向ベクトルである。
    

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