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JP5496066B2 - Transceiver - Google Patents
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Description

この発明は、複数のアンテナから送信信号である電波を放射し、目標で反射された電波を受信して目標を検出するレーダに適用される送受信信号を信号処理する送受信装置に関するものである。   The present invention relates to a transmission / reception apparatus that radiates radio waves, which are transmission signals, from a plurality of antennas, receives a radio wave reflected by a target, and performs signal processing on transmission / reception signals applied to a radar that detects the target.

従来のこの種の送受信装置として、例えば「平田他、レーダ向け反復型MIMOビームフォーミング、2010電子情報通信学会総合大会、B-2-42。」に示されたものがある。従来の送受信装置では、低S/N(Signal-to-Noise ratio)において送受信のビーム形成精度が低下する課題に対し、受信で求めた受信ビーム形成荷重を反復して送信のビーム形成に用いることにより次第に送信ビーム電力を改善し精度のよいビーム形成荷重を算出するものがあった。しかし、最適なビーム形成荷重は一般に振幅値が素子アンテナ毎に異なるため、送信のビーム形成において振幅制御を施す必要があり、H/W(HardWare)の実現が困難であった。また、収束までに何回かの送信を繰り返す必要があった。
また、従来送信素子毎に変調し、受信信号を送信素子毎に復調分離するMIMO(Multi Input Multi Output)レーダ(F. C. Robey他,MIMO Radar Theory and Experimental Results, 2004 Asilomar Conference, vol.1, pp300-304.に記載)がある。MIMOレーダでは、送信時に異なる信号を送信することにより、他のビーム形成装置に比較して送信ビーム利得が得られず、より低S/N環境となるため受信信号からビーム形成荷重を算出する適応ビーム形成が困難であると共に、レーダ検出においては低S/Nであるため、多くの積分処理が必要となり演算量が多くなる課題があった。
As a conventional transmission / reception apparatus of this type, for example, there is one shown in “Hirata et al., Repetitive MIMO Beamforming for Radar, 2010 IEICE General Conference, B-2-42”. In the conventional transmitter / receiver, the received beamforming load obtained by reception is repeatedly used for the beamforming of transmission in response to the problem that the beamforming accuracy of transmission / reception decreases at low signal-to-noise ratio (S / N). As a result, the transmission beam power is gradually improved to calculate a beam forming load with high accuracy. However, since the optimum beam forming load generally has different amplitude values for each element antenna, it is necessary to perform amplitude control in the transmission beam forming, and it is difficult to realize H / W (HardWare). Moreover, it was necessary to repeat transmission several times before convergence.
Conventionally, MIMO (Multi Input Multi Output) radar (F. C. Robey et al., MIMO Radar Theory and Experimental Results, 2004 Asilomar Conference, vol. 1) that modulates each transmitting element and demodulates and separates the received signal for each transmitting element. , Pp300-304. In MIMO radar, by transmitting a different signal at the time of transmission, the transmission beam gain is not obtained compared to other beam forming devices, and it becomes a lower S / N environment, so it is adaptive to calculate the beam forming load from the received signal The beam formation is difficult and the radar detection has a low S / N. Therefore, many integration processes are required, and there is a problem that the amount of calculation increases.

平田他、“レーダ向け反復型MIMOビームフォーミング”、2010電子情報通信学会総合大会、B-2-42.Hirata et al., “Repetitive MIMO Beamforming for Radar”, 2010 IEICE General Conference, B-2-42. F. C. Robey他,“ MIMO Radar Theory and Experimental Results”, 2004 Asilomar Conference, vol.1, pp300-304.F. C. Robey et al., “MIMO Radar Theory and Experimental Results”, 2004 Asilomar Conference, vol. 1, pp300-304.

従来の送受信装置では、送信のビーム形成において振幅制御が必要となりH/Wの実現が困難であり、収束までに何回かの送信を繰り返す必要がある課題があった。また、従来のMIMOレーダでは、送信利得が得られずより低S/Nとなってビーム形成精度が低下するとともに、検出時に多くの積分処理を要するため演算量が膨大となる課題があった。   In the conventional transmission / reception apparatus, amplitude control is required in the beam forming of transmission, and it is difficult to realize H / W, and there is a problem that it is necessary to repeat transmission several times before convergence. Further, the conventional MIMO radar has a problem that the transmission gain cannot be obtained and the S / N becomes lower, the beam forming accuracy is lowered, and a large amount of calculation is required because many integration processes are required at the time of detection.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、送信素子アンテナ毎に異なる変調で送信し、受信側で送信素子アンテナ毎に復調分離することで、受信側で仮想的に送信および受信のビーム形成を行い、仮想的な受信ビーム形成と送信ビーム形成処理を反復して行うことにより低S/N時においても高精度なビーム形成を低演算量で行うことを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems. The transmission is performed with a different modulation for each transmission element antenna, and the transmission side is demodulated and separated for each transmission element antenna, thereby virtually transmitting on the reception side. It is also intended to perform high-precision beam forming with a small amount of calculation even at low S / N by performing reception beam forming and repeatedly performing virtual reception beam forming and transmission beam forming processing.

この発明に係る送受信装置は、
複数のアンテナからアンテナ毎に波形の異なる符号化された送信信号を放射する複数の送信器と、
複数の送信器にアンテナ毎に波形の異なる符号化された送信信号を生成し送信する波形生成手段と、
目標で反射された受信信号を複数のアンテナの各々から受信し入力する複数の受信器と、
各受信器に対応して設けられ、受信信号を送信時の異なる波形に分離する複数の分離手段と、
複数の分離手段で分離された信号をもとに伝搬行列を生成する伝搬行列生成手段と、
伝搬行列生成手段の伝搬行列を介して受信ステアリングベクトルから受信荷重ベクトルを算出する受信荷重計算手段と、
受信荷重計算手段から伝搬行列生成手段の伝搬行列を介して送信ステアリングベクトルから送信荷重ベクトルを算出する送信荷重計算手段と、
送信荷重ベクトルと伝搬行列から送信ビームを合成する送信ビーム合成手段と、
送信ビーム合成手段で得られる送信ビームの合成ベクトルと受信荷重計算手段からの受信荷重ベクトルから仮想的な受信ビーム合成処理を行い出力する受信ビーム合成手段とを備え、
上記送信ビーム合成手段は送信ビーム合成による新たな受信ステアリングベクトルを上記受信荷重計算手段に送り、受信荷重計算手段はこの新たな受信ステアリングベクトルから新たな受信荷重ベクトルを算出し、送信荷重計算手段は新たな受信荷重ベクトルから、新たな送信荷重ベクトルを算出し、送信ビーム合成手段は新たな送信荷重ベクトルから新たな送信ビームを合成する処理を送信荷重ベクトルのゲインが理想の値に収束する近くの所定値になるまで反復実行するものである。
The transmission / reception device according to the present invention provides:
A plurality of transmitters that radiate encoded transmission signals having different waveforms for each antenna from a plurality of antennas;
Waveform generating means for generating and transmitting encoded transmission signals having different waveforms for each antenna to a plurality of transmitters;
A plurality of receivers that receive and input received signals reflected by the target from each of the plurality of antennas;
A plurality of separation means provided corresponding to each receiver, and separating a received signal into different waveforms at the time of transmission;
Propagation matrix generation means for generating a propagation matrix based on signals separated by a plurality of separation means;
A received load calculating means for calculating a received load vector from the received steering vector via the propagation matrix of the propagation matrix generating means;
A transmission load calculation means for calculating a transmission load vector from a transmission steering vector via a propagation matrix of the propagation matrix generation means from the reception load calculation means;
Transmit beam combining means for combining a transmit beam from a transmit weight vector and a propagation matrix;
Receiving beam combining means for performing virtual reception beam combining processing from the combined vector of the transmission beam obtained by the transmission beam combining means and the received weight vector from the reception load calculating means,
The transmission beam combining means sends a new reception steering vector by transmission beam combining to the reception load calculation means, the reception load calculation means calculates a new reception load vector from the new reception steering vector, and the transmission load calculation means A new transmission weight vector is calculated from the new reception weight vector, and the transmission beam combining means performs a process of combining a new transmission beam from the new transmission weight vector. The gain of the transmission weight vector converges to an ideal value. It is repeatedly executed until a predetermined value is reached.

この発明に係る送受信装置によれば、アンテナから放射する送信信号を符号化して異なる波形にし、アンテナより受信した受信信号を異なる波形に分離し処理して、分離された受信信号により仮想的な送信と受信のビーム形成を反復して行うようにしたので、低S/Nにおいても正確な送信と受信のビーム形成を低い演算コストで求めることができる。また、受信側の信号処理として送信ビーム形成が行われるため、マルチパス環境のように最適な送信ビーム形成荷重の振幅が異なる場合にも、従来のH/Wによる振幅制御を行う必要がなく正確なビーム形成を行うことができる。さらに、反復処理は受信側の信号処理として行われるので、反復して送信波を送信する必要がなく正確なビーム形成を行うことができる。   According to the transmission / reception apparatus according to the present invention, the transmission signal radiated from the antenna is encoded into different waveforms, the reception signal received from the antenna is separated into different waveforms, processed, and the virtual transmission is performed by the separated reception signal. Therefore, it is possible to obtain accurate transmission and reception beam forming at low calculation cost even at low S / N. Also, because transmit beam forming is performed as signal processing on the receiving side, even when the amplitude of the optimal transmit beam forming load is different as in a multipath environment, it is not necessary to perform amplitude control by conventional H / W and accurate Beam forming can be performed. Furthermore, since iterative processing is performed as signal processing on the receiving side, it is not necessary to transmit transmission waves repeatedly, and accurate beam forming can be performed.

この発明の送受信装置の実施の形態1を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 1 of the transmission / reception apparatus of this invention. 実施の形態1の処理フロー図である。FIG. 3 is a process flowchart of the first embodiment. 8つのアンテナを用いる場合に図2の反復処理に従って荷重ベクトルを算出した場合のゲイン変動の特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram of gain fluctuation when a load vector is calculated according to the iterative process of FIG. 2 when eight antennas are used. マルチビーム形成処理を用いた他の実施の形態を示す処理フロー図である。It is a processing flow figure showing other embodiments using multi-beam formation processing. この発明の送受信装置の実施の形態3を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 3 of the transmission / reception apparatus of this invention. 地表に対し電波が水平伝搬するレーダでの送受信ステアリングベクトルを一致させる送受信アンテナの配置図である。FIG. 5 is a layout diagram of transmission / reception antennas for matching transmission / reception steering vectors in a radar in which radio waves propagate horizontally with respect to the ground surface. マルチパス環境で直接波とマルチパス波の合成ステアリングベクトルが送受信で変わらないアンテナ配置の条件説明図である。It is condition explanatory drawing of the antenna arrangement | positioning with which the synthetic | combination steering vector of a direct wave and a multipath wave does not change by transmission / reception in a multipath environment. 実施の形態4の処理フロー図である。FIG. 10 is a processing flowchart of the fourth embodiment.

実施の形態1.
図1はこの発明の送受信装置の実施の形態1を示す構成図である。図において、1は送信アンテナ毎に異なる信号波形を生成する波形生成手段、4は複数のアンテナ、2は複数のアンテナ4にそれぞれ対応して設けられた複数の送信器、5は同じく複数のアンテナ4にそれぞれ対応して設けられた複数の受信器、3はそれぞれのアンテナ4をそれぞれの送信器2またはそれぞれの受信器5に切り替えて接続するための複数の切替手段、6はそれぞれの受信器5からの受信信号を送信波形ごとに分離する複数の分離手段、7は分離手段6からの送信波形ごとに分離された信号の合成処理を行う信号処理手段である。8は分離手段6の結果得られる分離信号ベクトルを並べ替えて伝搬行列を生成する伝搬行列生成手段、9は伝搬行列を構成するベクトルの内積演算により仮想的な荷重合成のための受信荷重ベクトルを求める受信荷重計算手段、10は受信荷重計算手段9による受信荷重ベクトルから仮想的な送信荷重ベクトルを求める送信荷重計算手段、11は送信荷重ベクトルを用いて仮想的な送信ビーム合成処理を行う送信ビーム合成手段、12は、送信ビーム合成手段11で得られる仮想的な合成送信ビームの合成ベクトルと受信荷重計算手段9からの受信荷重ベクトルから仮想的な受信ビーム合成処理を行う受信ビーム合成手段である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing Embodiment 1 of the transmitting / receiving apparatus of the present invention. In the figure, 1 is a waveform generating means for generating a different signal waveform for each transmission antenna, 4 is a plurality of antennas, 2 is a plurality of transmitters provided corresponding to the plurality of antennas 4, and 5 is a plurality of antennas. 4 is a plurality of receivers provided corresponding to 4 respectively, 3 is a plurality of switching means for switching and connecting each antenna 4 to each transmitter 2 or each receiver 5, and 6 is each receiver. A plurality of separation means for separating the received signal from 5 for each transmission waveform, and 7 is a signal processing means for synthesizing the signals separated for each transmission waveform from the separation means 6. 8 is a propagation matrix generating means for rearranging the separated signal vectors obtained as a result of the separating means 6 to generate a propagation matrix, and 9 is a received weight vector for virtual load synthesis by an inner product operation of vectors constituting the propagation matrix. Received load calculation means to be obtained 10 is a transmission load calculation means for obtaining a virtual transmission load vector from a reception load vector by the reception load calculation means 9, and 11 is a transmission beam for performing a virtual transmission beam combining process using the transmission load vector. A combining unit 12 is a receiving beam combining unit that performs a virtual reception beam combining process from a combined vector of a virtual combined transmission beam obtained by the transmission beam combining unit 11 and a reception load vector from the reception load calculation unit 9. .

また、送信ビーム合成手段11で得られる合成ベクトルの結果から受信荷重計算手段9において反復して新たな仮想的な受信荷重ベクトルが算出されるようになっている。
なお、信号処理手段7は、伝搬行列生成手段8、受信荷重計算手段9、送信荷重計算手段10、送信ビーム合成手段11、受信ビーム合成手段12で構成される。
また、波形生成手段1は、符号または時間または周波数の何れかが異なることで異なる信号波形を生成し、分離手段6は波形生成手段の生成する異なる波形情報に基づいて信号を分離する構成とされる。
In addition, a new virtual received weight vector is repeatedly calculated in the received load calculating means 9 from the result of the combined vector obtained by the transmitted beam combining means 11.
The signal processing unit 7 includes a propagation matrix generation unit 8, a reception load calculation unit 9, a transmission load calculation unit 10, a transmission beam synthesis unit 11, and a reception beam synthesis unit 12.
Further, the waveform generating means 1 generates different signal waveforms by changing either the sign or time or frequency, and the separating means 6 is configured to separate the signals based on different waveform information generated by the waveform generating means. The

図2は、本実施の形態の処理フローを示すものであり、図1と図2を用いて本実施の形態1の動作について説明する。   FIG. 2 shows a processing flow of the present embodiment, and the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

波形生成手段1で生成され、j番目のアンテナ4から送信される送信信号波形をsj(t)とし、次式(1)に示すようにsj(t)で構成させる信号ベクトルをSとする。ここに、各信号波形sj(t)は互いに独立であるとする。 Generated by the waveform generating means 1, a transmission signal waveform to be transmitted from the j th antenna 4 and s j (t), a signal vector which is composed of s j (t) as shown in the following equation (1) and S To do. Here, it is assumed that the signal waveforms s j (t) are independent of each other.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

この送信信号波形sj(t)は送信器2から切替手段3を介してアンテナ4から送信される。切替手段3は送信時にはアンテナ4と送信器2が接続され、受信時にはアンテナ4と受信器5が接続されるように動作し、例えばレーダで用いられるサーキュレータに相当するものである。送受信装置として、例えばレーダでは、送信信号が目標に当接し反射してその反射波が再度アンテナ4で受信される。図1では切替手段3を用いた送受信アンテナ共用の例を示しており、送受信アンテナが異なる場合については別の実施の形態で説明する。
j番目のアンテナから送信された信号波形は目標に到達するまでにそれぞれ距離やマルチパスの影響で位相と振幅が変動する。この変動量をatjとする。また、目標に当接し反射してからi番目のアンテナに到達する受信信号の位相と振幅の変動量を同様にariとする。これらの変動量atjおよびariを要素として持つベクトルを送信ステアリングベクトルおよび受信ステアリングベクトルとよび、次式(2)、(3)に示すようにそれぞれat、arとして定義する。
This transmission signal waveform s j (t) is transmitted from the antenna 2 via the switching means 3 from the transmitter 2. The switching means 3 operates so that the antenna 4 and the transmitter 2 are connected at the time of transmission and the antenna 4 and the receiver 5 are connected at the time of reception, and corresponds to, for example, a circulator used in a radar. For example, in a radar as a transmission / reception device, a transmission signal comes into contact with a target and is reflected, and the reflected wave is received by the antenna 4 again. FIG. 1 shows an example of shared transmission / reception antennas using the switching means 3, and the case where the transmission / reception antennas are different will be described in another embodiment.
The phase and amplitude of the signal waveform transmitted from the j-th antenna fluctuate due to the influence of distance and multipath before reaching the target. Let this fluctuation amount be atj . Similarly, the amount of variation in the phase and amplitude of the received signal that reaches the i-th antenna after being in contact with the target and reflected is assumed to be ari . The vectors having these fluctuation amounts a tj and a ri as elements are called a transmission steering vector and a reception steering vector, and are defined as a t and a r respectively as shown in the following equations (2) and (3).

Figure 0005496066
Figure 0005496066

送受信の対称性から、送受信のアンテナが同一であれば、送信ステアリングベクトルat と受信ステアリングベクトルar は一致すると考えることができる。
次にj番目のアンテナから送信されて目標に当接し反射してi番目のアンテナで受信されるまでの位相振幅の変化量hyを要素とする伝搬行列Hを次の式(4)のように定義する。このとき伝搬行列は送信ステアリングベクトルおよび受信ステアリングベクトルat、arを用いて式(5)のように表すことができる。
From the symmetry of the transmission and reception, if reception of the antenna are the same, the received steering vector a r a transmit steering vector a t can be considered to match.
Next, a propagation matrix H whose element is a phase amplitude change amount h y transmitted from the j-th antenna and reflected by contact with the target and reflected by the i-th antenna is expressed by the following equation (4). Defined in At this time, the propagation matrix can be expressed as Equation (5) using the transmission steering vector and the reception steering vectors a t and a r .

Figure 0005496066
Figure 0005496066

i番目のアンテナで受信される信号をyi(t)とし、受信信号で構成される信号ベクトルYを次式(6)のように定義する。このときこの信号ベクトルYは、送受信ステアリングベクトルおよび伝搬行列を用いて式(7)のように表すことができる。なお、ここでは目標波以外からの反射波であるクラッタは、レーダの信号処理であるMTI(Moving Target Indicator)で十分抑圧できるものとして無視する。また、受信器雑音については説明の簡単化のため省略した。 A signal received by the i-th antenna is defined as y i (t), and a signal vector Y composed of the received signal is defined as the following equation (6). At this time, the signal vector Y can be expressed as in Expression (7) using the transmission / reception steering vector and the propagation matrix. Here, the clutter, which is a reflected wave other than the target wave, is ignored because it can be sufficiently suppressed by MTI (Moving Target Indicator) which is the signal processing of the radar. The receiver noise is omitted for the sake of simplicity.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

次に分離手段6では、受信器5からの受信信号を入力して受信信号を波形生成手段1で生成した信号毎に分離する。i番目の受信信号から、j番目のアンテナの送信信号の成分rijを得るには、例えば、式(8)に示すような相関処理を行い、時間差τに対して最大となる値を相関値とする。ここにE[]は時間平均を表す。また、肩字の*は複素共役を表す。i番目の受信信号yi(t)を式(9)のように表すとき、信号波形sj(t)は互いに直交する。説明の簡単のため電力は全て1とすると、受信信号内の送信波形成分とアンテナ4からの送信信号の送信波形のタイミングが一致したときに相関が最大となる。このことを考慮すると式(10)に示すように相関値は伝搬行列の要素と一致する。 Next, the separation means 6 receives the reception signal from the receiver 5 and separates the reception signal for each signal generated by the waveform generation means 1. In order to obtain the component r ij of the transmission signal of the j-th antenna from the i-th received signal, for example, correlation processing as shown in Equation (8) is performed, and the maximum value for the time difference τ is set as the correlation value. And Here, E [] represents a time average. The superscript * indicates the complex conjugate. When the i-th received signal y i (t) is expressed as in Expression (9), the signal waveforms s j (t) are orthogonal to each other. Assuming that the power is all 1 for simplicity of explanation, the correlation becomes maximum when the timing of the transmission waveform component in the received signal matches the timing of the transmission waveform of the transmission signal from the antenna 4. Considering this, the correlation value matches the element of the propagation matrix as shown in equation (10).

Figure 0005496066
Figure 0005496066

以上のように、分離手段6により伝搬行列の要素は全て求められるので、伝搬行列生成手段8により図2のステップS1で分離手段6の出力を入力し伝播行列を求めることができることがわかる。   As described above, since all the elements of the propagation matrix are obtained by the separating means 6, it can be seen that the propagation matrix can be obtained by inputting the output of the separating means 6 in step S1 of FIG.

次に、伝搬行列から受信および送信のビーム形成を行う方法について図2を用いて説明する。ただし、この発明における送信ビーム形成は受信側の信号処理として行う仮想的なものであり、従来のレーダのように実際に送信ビームを形成するものではない。
例えば、従来の構成で全てのアンテナから同一の信号波形s(t)を式(11)で定義される送信ビーム形成荷重ベクトルWtでビーム形成して送信し、式(12)に示す受信ビーム形成荷重ベクトルWrで受信信号の受信ビーム形成を行う場合の出力信号so(t)は、式(13)で与えられる。
Next, a method of performing reception and transmission beam forming from the propagation matrix will be described with reference to FIG. However, the transmission beam formation in the present invention is a virtual one that is performed as signal processing on the reception side, and does not actually form a transmission beam like conventional radar.
For example, in the conventional configuration, the same signal waveform s (t) is transmitted from all antennas by forming a beam with the transmission beam forming load vector W t defined by Equation (11), and the received beam shown in Equation (12) the output signal s o when the formation load vector W r performs receive beamforming of the received signal (t) is given by equation (13).

Figure 0005496066
Figure 0005496066

従って、送信ビーム形成荷重ベクトルWtと受信ビーム形成荷重ベクトルWrのノルムを一定、例えば1とした場合、Wr THWtの絶対値を最大化することで受信のS/Nを最大化することができる。ノルムを一定とする制約を与えるのは荷重ベクトルのノルムの分だけ雑音電力も増幅されるので、S/Nには影響を及ぼさないからである。このようにS/Nを最大化する荷重ベクトルを最適荷重ベクトルと呼ぶこととする。式(13)から明らかなように、送信および受信の最適荷重ベクトルはそれぞれ送信と受信のステアリングの複素共役ベクトルであり、次式(14)、(15)のように与えられる。ktとkrは荷重ベクトルのノルムを1に正規化するための係数であり、先ほど説明したように出力S/Nには影響を与えない。 Accordingly, when the norm of the transmission beam forming weight vector W t and the receiving beam forming weight vector W r is constant, for example, 1, the reception S / N is maximized by maximizing the absolute value of W r T HW t . can do. The reason for making the norm constant is that the noise power is also amplified by the norm of the load vector, so that the S / N is not affected. The load vector that maximizes the S / N is called an optimum load vector. As is clear from the equation (13), the optimal weight vectors for transmission and reception are complex conjugate vectors for transmission and reception, respectively, and are given by the following equations (14) and (15). k t and k r are coefficients for normalizing the norm of the load vector to 1, and do not affect the output S / N as described above.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

この発明においては、送信を異なる変調で送信し、受信側でこれを分離することで伝搬行列の要素に対応したNtr個の信号Yrを得る。復調後の信号をs(t)とするとYrは次式(16)で与えられる。これを荷重合成して出力信号so(t)を得るには、式(17)に示すように適当な荷重ベクトルWtおよびWrを伝搬行列の前後から乗算すればよい。これは従来のビーム形成の式(13)と等価な式であることが分かる。このことから、以降の説明では、仮想的な送信と受信のビーム形成ベクトルWt、Wrをそれぞれ送信荷重ベクトル、受信荷重ベクトルと呼ぶこととする。 In the present invention, N t N r signals Y r corresponding to the elements of the propagation matrix are obtained by transmitting the transmissions with different modulations and separating them on the receiving side. If the demodulated signal is s (t), Yr is given by the following equation (16). To which was load synthesized to obtain an output signal s o (t), may be multiplied from the front and back of a suitable weight vector W t and W r the propagation matrix as shown in equation (17). It can be seen that this is an equation equivalent to the conventional beam forming equation (13). Therefore, in the following description, the virtual transmission and reception beam forming vectors W t and W r will be referred to as a transmission weight vector and a reception weight vector, respectively.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

以上から、出力信号のS/Nを最大化する最適荷重ベクトルもそれぞれのノルム一定のもとでWr THWtの絶対値を最大化するものを選べばよく、従来レーダと同様に式(14)と式(15)で与えられる。 From the above, the optimum load vector that maximizes the S / N of the output signal can be selected to maximize the absolute value of W r T HW t under the constant norm, and the equation ( 14) and (15).

図2の受信荷重の計算処理ステップS2では、ステップS1で算出された伝搬行列Hを用いて、受信荷重計算手段9で受信荷重ベクトルを算出する。まず、伝搬行列Hは、式(5)を式(18)のように表すことができる。この式(18)を見ると全ての要素が送信ステアリングベクトルatに係数を乗じたものとなっていることが分かる。そこで、式(19)に示すように、一つの受信アンテナに対応するベクトルを参照ベクトルとして、その複素共役ベクトルを伝搬行列に乗じることで式に示すように受信ステアリングベクトルarのスカラー倍のベクトルを得ることができる。 In the received load calculation processing step S2 in FIG. 2, the received load vector is calculated by the received load calculating means 9 using the propagation matrix H calculated in step S1. First, the propagation matrix H can express the equation (5) as the equation (18). It can be seen that all of the elements has become multiplied by the coefficient to the transmit steering vector a t see this equation (18). Therefore, as shown in Equation (19), a vector corresponding to one receiving antenna is used as a reference vector, and the complex conjugate vector is multiplied by the propagation matrix to obtain a vector that is a scalar multiple of the reception steering vector a r as shown in the equation. Can be obtained.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

受信の最適荷重ベクトルWrは、式(15)で示したように受信ステアリングベクトルarの複素共役ベクトルとして求める。なお、後述の反復処理による発散を避けるため、以降の荷重ベクトル算出においては必ずそのノルムを1となるように正規化する。 The reception optimum load vector W r is obtained as a complex conjugate vector of the reception steering vector a r as shown in the equation (15). In order to avoid divergence due to an iterative process described later, the norm is always normalized to 1 in the subsequent load vector calculation.

ところで、伝搬行列は実際には雑音を含むので、低S/Nにおいては精度が悪いという問題がある。そこで、この発明では、反復処理により次第に荷重ベクトルの精度を改善する。
また、ここでは、参照ベクトルを伝搬行列に乗じる場合を示したが、第1回目の処理として乗じるベクトルは任意であり、例えば要素が全て1となるようなベクトルを用いてもよい。
なお、受信の荷重ベクトルの算出は、HHHの最大固有値に対応する固有ベクトルから求めても良いが、ここで説明した方法がより簡易である。ここに肩文字のHは複素共役転置を示す。
By the way, since the propagation matrix actually includes noise, there is a problem that accuracy is low at low S / N. Therefore, in the present invention, the accuracy of the load vector is gradually improved by iterative processing.
Although the case where the propagation vector is multiplied by the reference vector is shown here, the vector to be multiplied as the first processing is arbitrary, and for example, a vector in which all the elements are 1 may be used.
The received load vector may be calculated from the eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue of H H H, but the method described here is simpler. Here, the superscript H indicates complex conjugate transpose.

図2の送信荷重計算手段10による送信荷重の計算処理ステップS3における送信の最適荷重ベクトルは、送受信のアンテナが同一である場合には送受信のステアリングベクトルが同一なので、受信の最適荷重ベクトルと一致する。したがって、受信荷重計算手段9により受信荷重の計算処理ステップS2で求めた受信の最適荷重ベクトルを反復して送信の最適荷重ベクトルとして用いる。
送信ビーム合成手段11における送信合成処理ステップS4は、次式(20)に示すように送信の最適荷重ベクトルWtを伝搬行列Hに乗じることで、送信のビーム合成と等価な処理がなされる。この結果、新たに受信のステアリングベクトルを得るので、受信荷重計算手段9での受信荷重の計算処理ステップS2ではこの複素共役ベクトルを受信の最適荷重ベクトルとして反復して用い、以降受信の最適荷重ベクトルを送信の最適荷重ベクトルとして仮想的な送信のビーム合成処理という一連の処理を反復して行う。
受信荷重計算手段9での受信荷重の計算処理ステップS2の処理と、送信ビーム合成手段11における送信合成処理ステップS4の処理では同様に受信の荷重ベクトルを算出するがこれらは独立な処理であるので、次第に荷重ベクトルの精度を改善することができる。
受信合成処理ステップS5では、受信ビーム合成手段12により、さらに式(20)で得られる受信のステアリングベクトルと受信荷重計算手段9における受信荷重の計算処理ステップS2で得られる受信の荷重ベクトルの内積演算を行って出力信号を得る。
The transmission optimal load vector in the transmission load calculation processing step S3 by the transmission load calculation means 10 in FIG. 2 matches the reception optimal load vector because the transmission and reception steering vectors are the same when the transmission and reception antennas are the same. . Therefore, the reception optimum load vector obtained in the reception load calculation processing step S2 by the reception load calculation means 9 is repeatedly used as the transmission optimum load vector.
Sending synthesis process step S4 in the transmission beam combining means 11, by multiplying the optimal weight vector W t of the transmission as shown in the following equation (20) in the propagation matrix H, beam combining processing equivalent of the transmission is performed. As a result, a new reception steering vector is obtained. In the reception load calculation processing step S2 in the reception load calculation means 9, this complex conjugate vector is repeatedly used as the reception optimal load vector. Are repeatedly performed as a series of processes called a virtual beam synthesis process.
The received load vector is calculated in the same manner in the received load calculation processing step S2 in the received load calculation means 9 and in the transmission synthesis processing step S4 in the transmission beam combining means 11, but these are independent processes. The accuracy of the load vector can be gradually improved.
In the reception synthesis processing step S5, the reception beam synthesis means 12 further calculates the inner product of the reception steering vector obtained by the equation (20) and the reception weight vector obtained in the reception load calculation processing step S2 in the reception weight calculation means 9. To obtain an output signal.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

図3は、8つのアンテナを用いる場合に図2の反復処理に従って荷重ベクトルを算出した場合のゲインの変動を示したものである。横軸は反復回数であり、縦軸は受信の荷重ベクトルによるゲインを示している。荷重ベクトルがステアリングベクトルと一致する理想的な場合には9dBの利得が得られる。これを見ると反復回数1回では低S/Nのため、荷重ベクトルの精度が悪くゲインが低下しているが、反復回数が2回以上ではほぼ理想的なゲインに収束していることが分かる。
このように、低SNR環境であっても反復処理によって正確な荷重ベクトルが得られることがわかる。
FIG. 3 shows a change in gain when a load vector is calculated according to the iterative process of FIG. 2 when eight antennas are used. The horizontal axis represents the number of iterations, and the vertical axis represents the gain based on the received load vector. In the ideal case where the load vector matches the steering vector, a gain of 9 dB is obtained. From this, it can be seen that the load vector is inaccurate and the gain is low because the S / N is low at the number of iterations of 1, but converges to an ideal gain when the number of iterations is 2 or more. .
Thus, it can be seen that an accurate load vector can be obtained by iterative processing even in a low SNR environment.

以上説明したように、この発明の送受信装置では、送信信号を符号化し、受信信号を分離して処理し、仮想的な送信と受信のビーム形成を反復して行うようにしたので、低S/Nにおいても正確な送信と受信のビーム形成を低い演算コストで求めることができる。また、受信側の信号処理として送信ビーム形成が行われるため、マルチパス環境のように最適な送信ビーム形成荷重の振幅が異なる場合にも、従来のH/Wによる振幅制御を行う必要がなく正確なビーム形成を行うことができる。また、反復処理は受信側の信号処理として行われるので、反復して送信波を送信する必要がなく正確なビーム形成を行うことができる。   As described above, in the transmission / reception apparatus of the present invention, the transmission signal is encoded, the reception signal is separated and processed, and virtual transmission and reception beam forming are repeatedly performed. Even in N, accurate transmission and reception beam forming can be obtained at a low calculation cost. Also, because transmit beam forming is performed as signal processing on the receiving side, even when the amplitude of the optimal transmit beam forming load is different as in a multipath environment, it is not necessary to perform amplitude control by conventional H / W and accurate Beam forming can be performed. In addition, since iterative processing is performed as signal processing on the receiving side, it is not necessary to transmit transmission waves repeatedly, and accurate beam forming can be performed.

なお、ここでは、伝搬行列の行ベクトルに着目して受信荷重ベクトルを先に求め、それを送信荷重ベクトルとして送信合成処理を行い、新たな受信荷重ベクトルを求める方法を説明したが、逆に伝搬行列の列ベクトルに着目し、送信荷重ベクトルを先に求め、それを受信荷重ベクトルとして受信合成処理を行い、新たな送信荷重ベクトルを求めるようにしても同様な効果を得る。   In this example, the method of obtaining the received weight vector first by paying attention to the row vector of the propagation matrix and performing transmission composition processing using it as the transmitted weight vector to obtain a new received weight vector has been explained. Focusing on the column vector of the matrix, the same effect can be obtained by obtaining the transmission weight vector first, performing reception synthesis processing using this as the reception weight vector, and obtaining a new transmission weight vector.

実施の形態2.
図4は、マルチビーム形成処理を用いた別の実施の形態を示した処理フロー図である。全体の構成は図1と同じであり、信号処理の部分だけが異なっている。
図4において、S6は伝搬行列生成手段6で分離手段6の出力をベクトルの要素として並べて式(21)に示すような分離ベクトルavを生成する処理ステップである。式(21)は受信ステアリングベクトルを送信素子数分並べたものとなっており、MIMOレーダにおける仮想的なアレーのステアリングベクトルを表すものである。S7は受信荷重計算手段9で分離ベクトルavに対して固定の複数のビーム形成荷重ベクトルWvとの内積処理によりマルチビーム形成処理を行う処理ステップである。この処理はMIMOレーダにおける仮想的なアレーが等間隔アレーとなっている場合にはフーリエ変換により処理することができる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a process flow diagram showing another embodiment using the multi-beam forming process. The overall configuration is the same as in FIG. 1, and only the signal processing portion is different.
In FIG. 4, S6 is a processing step of generating a separate vector a v as shown in equation (21) side by side output of the separating means 6 in the propagation matrix generation unit 6 as an element of the vector. Equation (21) is obtained by arranging the reception steering vectors by the number of transmission elements, and represents a virtual array steering vector in the MIMO radar. S7 is a processing step in which the reception load calculation means 9 performs multi-beam forming processing by inner product processing with a plurality of fixed beam forming load vectors W v with respect to the separation vector a v . This processing can be performed by Fourier transform when the virtual array in the MIMO radar is an equally spaced array.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

S7におけるマルチビーム形成処理により最も受信電力の大きなビーム形成荷重ベクトルを選択することで、最適なビーム形成荷重ベクトルに近い固定のビーム形成荷重ベクトルWvを得ることができる。固定ビーム形成荷重ベクトルWvの複素共役ベクトルは、仮想的なステアリングベクトルav対応しているから、固定ビーム形成荷重ベクトルWvは受信の荷重ベクトルWrと送信の荷重ベクトルWtの要素wt1・・・wtNtを用いて次式(22)のように表されるので、反復における第1回目の受信および送信の荷重ベクトルWr、Wtを得ることができる。 By selecting a beam forming load vector having the largest received power by the multi-beam forming process in S7, it is possible to obtain a fixed beam forming load vector W v close to the optimum beam forming load vector. Complex conjugate vector of the fixed beamforming weight vector W v is virtual because steering vector a v correspond, fixed beamforming weight vector W v elements of the reception of the load vector W r and the transmission of the load vector W t w Since t1 ... wtNt is used to express the following equation (22), it is possible to obtain the first reception and transmission weight vectors W r and W t in the iteration.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

以降の処理は、実施の形態1と同様に式(20)を用いて送信の荷重ベクトルWtと伝搬行列Hの積から受信の最適荷重ベクトルWrを求め、これを送信の荷重ベクトルWtとして用いて反復して伝搬行列Hに乗じて受信の最適荷重ベクトルWrを得る処理を繰り返す。 In the subsequent processing, the reception optimum load vector W r is obtained from the product of the transmission load vector W t and the propagation matrix H using the equation (20) as in the first embodiment, and this is obtained as the transmission load vector W t. the process is repeated to obtain the optimal weight vector W r of reception by multiplying the propagation matrix H repeatedly used as.

本実施の形態では、以上説明したように仮想的な送信ビーム形成と受信ビーム形成を反復して行うことにより、低S/Nにおいても正確な送信と受信のビーム形成を低い演算コストで求めることができる。
さらに、実施の形態1の効果に加え、マルチビーム形成処理を行うことにより、少ない反復回数で最適な荷重ベクトルを得ることができる効果がある。
In the present embodiment, as described above, it is possible to obtain accurate transmission and reception beam forming at low calculation cost even at low S / N by repeatedly performing virtual transmission beam forming and reception beam forming. Can do.
Furthermore, in addition to the effects of the first embodiment, there is an effect that an optimum load vector can be obtained with a small number of iterations by performing the multi-beam forming process.

なお、本実施の形態においても受信と送信の最適荷重を求める順番は逆にして処理しても同等な効果を得ることができる。   In the present embodiment, the same effect can be obtained even if the order of obtaining the optimum load for reception and transmission is reversed.

実施の形態3.
図5は、実施の形態3を示す構成図である。図1に示した実施の形態1と異なる点は、送信と受信にそれぞれ別のアンテナを持つように構成したもので、それ以外は図1と同じ構成である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating the third embodiment. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the transmission and reception have different antennas, and the other configuration is the same as that of FIG.

実施の形態1では、送信アンテナと受信アンテナが同一であったから、送信と受信のステアリングベクトルは一致するので、受信の最適荷重ベクトルを送信の最適荷重ベクトルとして反復して用いることができた。しかし、実施の形態3では、送信アンテナと受信アンテナが異なるので、一般にはステアリングベクトルが一致しないという問題がある。そこで、本実施の形態では、送信アンテナと受信アンテナが異なる場合においても送信と受信のステアリングベクトルが一致するようにアンテナを配置したことを特徴とする。   In the first embodiment, since the transmission antenna and the reception antenna are the same, the transmission and reception steering vectors coincide with each other. Therefore, the reception optimum load vector can be used repeatedly as the transmission optimum load vector. However, since the transmission antenna and the reception antenna are different in the third embodiment, there is a problem that the steering vectors generally do not match. Therefore, the present embodiment is characterized in that the antennas are arranged so that the transmission and reception steering vectors match even when the transmission antenna and the reception antenna are different.

例えば、レーダで遠方を観測する場合のように地表に対して電波が水平に伝搬することが想定される場合においては、図6に示すように送信のアンテナと受信のアンテナを同じ配列で鉛直方向にずらして配置すれば送信と受信のステアリングベクトルを一致させることができる。これにより、実施の形態1と同様に受信の最適荷重ベクトルを送信の最適荷重ベクトルとして反復して用いることができ、実施の形態1と同様な効果を得ることができる。   For example, in the case where radio waves are assumed to propagate horizontally with respect to the ground surface, such as when observing a distant place with a radar, the transmitting antenna and the receiving antenna are arranged in the vertical direction with the same arrangement as shown in FIG. If they are shifted to each other, the transmission and reception steering vectors can be matched. As a result, the received optimum load vector can be repeatedly used as the optimum load vector for transmission as in the first embodiment, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

次に、図7に、地表面などからのマルチパス環境が想定される場合に直接波とマルチパス波の合成ステアリングベクトルが送信と受信で変えないようにするためのアンテナ配置条件を示す。
まず、アレー配置が同じアンテナAとアンテナA’が変位ベクトルδで配置されている場合を考える。これらアンテナに直接波とマルチパス波が到来するものとし、波源からアンテナAまでの直接波のベクトルをb1、図7の反射面に対する波源の鏡像からアンテナAまでのマルチパス波のベクトルをb2とする。また、波源からアンテナA’までの直接波のベクトルをb1’、図7の反射面に対する波源の鏡像からアンテナA’までのマルチパス波ベクトルをb2’とする。アンテナAとアンテナA’はアレー配置が等しいことから、波源が十分遠方にあるとすると、同一波に対するステアリングベクトルは等しいと考えられる。そこで、直接波のステアリングベクトルをad、マルチパス波のステアリングベクトルをamとする。このときアンテナAの直接波とマルチパス波の合成ステアリングベクトルをas、アンテナA’の直接波とマルチパス波の合成ステアリングベクトルをas’とするとアンテナAの合成ステアリングベクトルasと、アンテナA’の合成ステアリングベクトルas’は波源を基準として次式(23)、(24)で与えられる。
Next, FIG. 7 shows antenna arrangement conditions for preventing the combined steering vector of direct waves and multipath waves from changing between transmission and reception when a multipath environment from the ground surface or the like is assumed.
First, consider a case where antenna A and antenna A ′ having the same array arrangement are arranged with a displacement vector δ. Assume that direct waves and multipath waves arrive at these antennas, b 1 is the direct wave vector from the wave source to antenna A, and b is the multipath wave vector from the mirror image of the wave source to the antenna A in FIG. 2 Also, let b 1 'be the direct wave vector from the wave source to the antenna A', and b 2 'be the multipath wave vector from the mirror image of the wave source to the antenna A' on the reflecting surface in FIG. Since the antenna A and the antenna A ′ have the same array arrangement, if the wave source is sufficiently far away, the steering vectors for the same wave are considered to be equal. Therefore, the direct wave steering vector is a d , and the multipath wave steering vector is a m . At this time, if the combined steering vector of the direct wave and the multipath wave of the antenna A is a s , and the combined steering vector of the direct wave and the multipath wave of the antenna A ′ is a s ′, the combined steering vector a s of the antenna A and the antenna The combined steering vector a s ′ of A ′ is given by the following equations (23) and (24) with reference to the wave source.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

アンテナを変位させた場合にステアリングベクトルの変動を小さくするには、asとas’の差が小さければよい。ただし、ベクトルに掛かる係数は全体の位相を変化させるだけなのでビーム形成に影響を及ぼさないので無視することができる。 In order to reduce the fluctuation of the steering vector when the antenna is displaced, the difference between a s and a s ′ should be small. However, since the coefficient applied to the vector only changes the entire phase, it does not affect the beam formation and can be ignored.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

この差をDとすると、次式(25)のようになる。ここでDは、直接波のアンテナAとアンテナA’の距離差と、マルチパス波のアンテナAとアンテナA’の距離差の差と読みかえることができる。   When this difference is D, the following equation (25) is obtained. Here, D can be read as a difference in distance between the direct wave antenna A and the antenna A 'and a difference in distance between the antenna A and the antenna A' in the multipath wave.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

Figure 0005496066
Figure 0005496066

Figure 0005496066
Figure 0005496066

式(28)の結果から、想定される直接波の単位方向ベクトルとマルチパス波の単位方向ベクトルの差分ベクトルと直交する方向にアンテナをずらして配置すれば、両者のステアリングベクトルの差を小さくできる。
本実施の形態では、以上の性質を利用して、想定される直接波とマルチパス波の方向単位ベクトルの差分ベクトルと直交する方向に送信と受信のアンテナをずらして配置したことを特徴とする。このように配置したことにより、実施の形態1と同様に受信の最適荷重ベクトルを送信の最適荷重ベクトルとして反復して求めることができ、マルチパス環境で、低S/Nにおいても正確な送信と受信のビーム形成を低い演算コストで求めることができる効果がある。
From the result of Equation (28), if the antenna is shifted in the direction orthogonal to the difference vector between the assumed unit direction vector of the direct wave and the unit direction vector of the multipath wave, the difference between the steering vectors of both can be reduced. .
In the present embodiment, using the above properties, the transmitting and receiving antennas are shifted in the direction orthogonal to the difference vector of the direction unit vector of the assumed direct wave and multipath wave. . By arranging in this way, it is possible to repeatedly obtain the optimal load vector for reception as the optimal load vector for transmission as in the first embodiment, and to perform accurate transmission even in low S / N in a multipath environment. There is an effect that beam forming for reception can be obtained at low calculation cost.

なお、本実施の形態においても受信と送信の最適荷重を求める順番は逆にして処理しても同等な効果を得ることができる。   In the present embodiment, the same effect can be obtained even if the order of obtaining the optimum load for reception and transmission is reversed.

実施の形態4.
図8は、実施の形態4の処理フローを示したものである。実施の形態4は、送信と受信のアンテナのステアリングベクトルが異なる場合においても有効な反復処理の方法であり、全体の構成は図5と同じである。なお、本実施の形態では、送信の素子アンテナ数と受信の素子アンテナ数が異なってもよい。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 shows a processing flow of the fourth embodiment. The fourth embodiment is an effective iterative processing method even when the transmission and reception antenna steering vectors are different, and the overall configuration is the same as in FIG. In the present embodiment, the number of transmitting element antennas may be different from the number of receiving element antennas.

以下、図5の構成図を元に動作の説明をする。まず、実施の形態1と同様に分離手段6の出力から、伝播行列生成手段8により式(4)で示した伝播行列Hを得る。図8のステップS2では、受信荷重計算手段9により式(19)で示したように一つの受信アンテナに対応するベクトルを参照ベクトルとして、その複素共役ベクトルを伝搬行列に乗じることで受信のステアリングベクトルを得る。この受信ステアリングベクトルの複素共役ベクトルから受信の最適荷重ベクトルを求める。なお、参照ベクトルではなく、適当な初期値として送信荷重ベクトルを定め、これを伝搬行列に乗じて第1回目の受信の最適荷重ベクトルを求めてもよい。同じく受信荷重計算手段9によりステップS2で得られた受信の荷重ベクトルWrをステップS5において式(29)に示すように伝播行列に乗じて、仮想的な受信合成を行い、この結果は送信荷重計算手段10によりステップS3において送信の最適荷重ベクトルとして算出される。ステップS3で得られた送信の最適荷重ベクトルWtを用いて、送信ビーム合成手段11によりステップS4において式(30)に示すように仮想的な送信合成を行う。この仮想的な送信合成処理により新たな受信ステアリングベクトルを得る。受信荷重計算手段9により、この新たな受信ステアリングベクトルからステップS2において反復して新たな受信の最適荷重ベクトルを得る。以後、式(29)と式(30)に基づいて反復して最適な荷重ベクトルの計算を行うことで低S/Nにおいても次第に正確な荷重ベクトルを得ることができる。
ステップS4において、送信ビーム合成手段11は送信荷重ベクトルのゲインが理想の値に収束する近くの所定値になると反復処理を終了し、受信のステアリングベクトルを受信ビーム合成手段12に出力する。
ステップS8では、受信ビーム合成手段12によりステップS4で得られる受信のステアリングベクトルとステップS2で得られる受信の最適荷重ベクトルの内積から出力値を得る。
The operation will be described below based on the configuration diagram of FIG. First, similarly to the first embodiment, the propagation matrix H shown by the equation (4) is obtained from the output of the separating means 6 by the propagation matrix generating means 8. In step S2 of FIG. 8, the reception weight calculation means 9 uses the vector corresponding to one reception antenna as a reference vector as shown by the equation (19), and multiplies the complex conjugate vector to the propagation matrix, thereby receiving the steering vector. Get. A reception optimum load vector is obtained from the complex conjugate vector of the reception steering vector. Note that the transmission load vector may be determined as an appropriate initial value instead of the reference vector, and this may be multiplied by the propagation matrix to obtain the optimal load vector for the first reception. Also the load vector W r of reception obtained at the step S2 the reception load calculation means 9 multiplied by the propagation matrix as shown in Equation (29) in step S5, performs a virtual receive synthetic, this result is transmitted load The calculation means 10 calculates the optimum load vector for transmission in step S3. Using the optimal weight vector W t of the transmission obtained in step S3, performing a virtual send synthesized as shown in equation (30) in the step S4 by the transmission beam combining means 11. A new reception steering vector is obtained by this virtual transmission synthesis process. The received load calculation means 9 repeats in step S2 from this new received steering vector to obtain a new received optimum load vector. Thereafter, by calculating the optimum load vector repeatedly based on the equations (29) and (30), an accurate load vector can be obtained gradually even at low S / N.
In step S4, the transmission beam combining unit 11 ends the iterative process when the gain of the transmission weight vector reaches a predetermined value close to the ideal value, and outputs the received steering vector to the reception beam combining unit 12.
In step S8, an output value is obtained from the inner product of the reception steering vector obtained in step S4 and the reception optimum load vector obtained in step S2 by the reception beam combining means 12.

Figure 0005496066
Figure 0005496066

以上説明したように本実施の形態では、実施の形態1の効果に加え、送信アンテナと受信アンテナが異なり、送信と受信のステアリングベクトルが異なる場合においても反復処理により正確なビーム形成荷重ベクトルを得ることができる効果がある。   As described above, in this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, an accurate beam forming load vector is obtained by iterative processing even when the transmission antenna and the reception antenna are different and the transmission and reception steering vectors are different. There is an effect that can.

なお、本実施の形態においても受信と送信の最適荷重を求める順番は逆にして処理しても同等な効果を得ることができる。
さらに、波形生成手段1は所定の間隔で波形を生成し、分離手段6は波形生成手段の生成する波形情報に基づいて信号を分離する構成としてもよい。
In the present embodiment, the same effect can be obtained even if the order of obtaining the optimum load for reception and transmission is reversed.
Further, the waveform generating unit 1 may generate a waveform at a predetermined interval, and the separating unit 6 may be configured to separate the signal based on the waveform information generated by the waveform generating unit.

この発明は、複数のアンテナから電波を放射し、目標で反射された電波を受信して受信信号を処理し、目標を検出するレーダの送受信装置として利用される可能性がある。   The present invention may be used as a radar transmission / reception device that detects a target by radiating radio waves from a plurality of antennas, receiving radio waves reflected by a target, processing a received signal, and detecting the target.

1;波形生成手段、2;送信器、3;切替手段、4;アンテナ、5;受信器、6;分離手段、7;信号処理手段、8;伝搬行列生成手段、9;受信荷重計算手段、10;送信荷重計算手段、11;送信ビーム合成手段、12;受信ビーム合成手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Waveform generation means, 2; Transmitter, 3; Switching means, 4; Antenna, 5; Receiver, 6; Separation means, 7: Signal processing means, 8; Propagation matrix generation means, 9; 10; transmission load calculation means; 11; transmission beam combining means; 12; reception beam combining means.

Claims (7)

複数のアンテナからアンテナ毎に波形の異なる符号化された送信信号を放射する複数の送信器と、
複数の送信器にアンテナ毎に波形の異なる符号化された送信信号を生成し送信する波形生成手段と、
目標で反射された受信信号を複数のアンテナの各々から受信し入力する複数の受信器と、
各受信器に対応して設けられ、受信信号を送信時の異なる波形に分離する複数の分離手段と、
複数の分離手段で分離された信号をもとに伝搬行列を生成する伝搬行列生成手段と、
伝搬行列生成手段の伝搬行列を介して受信ステアリングベクトルから受信荷重ベクトルを算出する受信荷重計算手段と、
受信荷重計算手段から伝搬行列生成手段の伝搬行列を介して送信ステアリングベクトルから送信荷重ベクトルを算出する送信荷重計算手段と、
送信荷重ベクトルと伝搬行列から送信ビームを合成する送信ビーム合成手段と、
送信ビーム合成手段で得られる送信ビームの合成ベクトルと受信荷重計算手段からの受信荷重ベクトルから仮想的な受信ビーム合成処理を行い出力する受信ビーム合成手段とを備え、
上記送信ビーム合成手段は送信ビーム合成による新たな受信ステアリングベクトルを上記受信荷重計算手段に送り、受信荷重計算手段はこの新たな受信ステアリングベクトルから新たな受信荷重ベクトルを算出し、送信荷重計算手段は新たな受信荷重ベクトルから、新たな送信荷重ベクトルを算出し、送信ビーム合成手段は新たな送信荷重ベクトルから新たな送信ビームを合成する処理を送信荷重ベクトルのゲインが理想の値に収束する近くの所定値になるまで反復実行することを特徴とする送受信装置。
A plurality of transmitters that radiate encoded transmission signals having different waveforms for each antenna from a plurality of antennas;
Waveform generating means for generating and transmitting encoded transmission signals having different waveforms for each antenna to a plurality of transmitters;
A plurality of receivers that receive and input received signals reflected by the target from each of the plurality of antennas;
A plurality of separation means provided corresponding to each receiver, and separating a received signal into different waveforms at the time of transmission;
Propagation matrix generation means for generating a propagation matrix based on signals separated by a plurality of separation means;
A received load calculating means for calculating a received load vector from the received steering vector via the propagation matrix of the propagation matrix generating means;
A transmission load calculation means for calculating a transmission load vector from a transmission steering vector via a propagation matrix of the propagation matrix generation means from the reception load calculation means;
Transmit beam combining means for combining a transmit beam from a transmit weight vector and a propagation matrix;
Receiving beam combining means for performing virtual reception beam combining processing from the combined vector of the transmission beam obtained by the transmission beam combining means and the received weight vector from the reception load calculating means,
The transmission beam combining means sends a new reception steering vector by transmission beam combining to the reception load calculation means, the reception load calculation means calculates a new reception load vector from the new reception steering vector, and the transmission load calculation means A new transmission weight vector is calculated from the new reception weight vector, and the transmission beam combining means performs a process of combining a new transmission beam from the new transmission weight vector. The gain of the transmission weight vector converges to an ideal value. A transmission / reception device that repeatedly executes until a predetermined value is reached.
送信アンテナと受信アンテナを同一のアンテナとし、アンテナと送信器または受信器との切り替え接続を行う切り替え手段を備え、
送信荷重計算手段は算出する送信荷重ベクトルに受信荷重計算手段からの受信荷重ベクトルをそのまま用いることを特徴とする請求項1記載の送受信装置。
The transmission antenna and the reception antenna are the same antenna, and includes switching means for performing switching connection between the antenna and the transmitter or receiver,
The transmission / reception apparatus according to claim 1, wherein the transmission load calculation means uses the reception load vector from the reception load calculation means as it is as the transmission load vector to be calculated.
送信アンテナと受信アンテナは同数であり、かつ、想定される目標からの到来方向に対して送信アンテナと受信アンテナのステアリングベクトルが一致するように、目標からの直接波とマルチパス波の方向単位ベクトルの差分ベクトルと直交する方向に送信と受信のアンテナがずらして配置されたことを特徴とする請求項1記載の送受信装置。   The number of transmit antennas and receive antennas is the same, and the direction unit vectors of the direct wave and multipath wave from the target are such that the steering vectors of the transmit antenna and the receive antenna match the expected direction of arrival from the target. The transmission / reception apparatus according to claim 1, wherein the transmission and reception antennas are shifted in a direction orthogonal to the difference vector. 複数のアンテナからアンテナ毎に波形の異なる符号化された送信信号を放射する複数の送信器と、
複数の送信器にアンテナ毎に波形の異なる符号化された送信信号を生成し送信する波形生成手段と、
目標で反射された受信信号を複数のアンテナの各々から受信し入力する複数の受信器と、
各受信器に対応して設けられ、受信信号を送信時の異なる波形に分離する複数の分離手段と、
複数の分離手段で分離された信号をもとに伝搬行列を生成する伝搬行列生成手段と、
伝搬行列生成手段の伝搬行列を介して受信ステアリングベクトルから受信最適荷重ベクトルを求め、さらに受信最適荷重ベクトルを伝播行列に乗じて、仮想的な受信合成を行う受信荷重計算手段と、
仮想的な受信合成結果から送信の最適荷重ベクトルを算出する送信荷重計算手段と、
送信の最適荷重ベクトルを用いて、仮想的な送信合成を行い、この仮想的な送信合成処理により新たな受信ステアリングベクトルを得る送信ビーム合成手段と、
受信荷重計算手段により、この新たな受信ステアリングベクトルから新たな受信の最適荷重ベクトルを得、以後、送信荷重計算手段と送信ビーム合成手段および受信荷重計算手段により、送信ビーム合成手段における送信荷重ベクトルのゲインが理想の値に収束する近くの所定値になるまで、反復して最適な荷重ベクトルの計算を行い、反復処理が終了したら、受信のステアリングベクトルを出力し、
送信ビーム合成手段で得られる送信ビームの合成ベクトルと受信荷重計算手段からの受信荷重ベクトルから仮想的な受信ビーム合成処理を行い出力する受信ビーム合成手段とを備えることを特徴とする送受信装置。
A plurality of transmitters that radiate encoded transmission signals having different waveforms for each antenna from a plurality of antennas;
Waveform generating means for generating and transmitting encoded transmission signals having different waveforms for each antenna to a plurality of transmitters;
A plurality of receivers that receive and input received signals reflected by the target from each of the plurality of antennas;
A plurality of separation means provided corresponding to each receiver, and separating a received signal into different waveforms at the time of transmission;
Propagation matrix generation means for generating a propagation matrix based on signals separated by a plurality of separation means;
A reception weight calculation means for obtaining a reception optimum load vector from the reception steering vector via the propagation matrix of the propagation matrix generation means, further multiplying the reception optimum load vector by the propagation matrix, and performing virtual reception synthesis;
A transmission load calculation means for calculating an optimal transmission load vector from a virtual reception synthesis result;
Transmit beam combining means for performing virtual transmission combining using the optimal load vector for transmission and obtaining a new reception steering vector by this virtual transmission combining processing;
The reception load calculation means obtains a new reception optimum load vector from the new reception steering vector. Thereafter, the transmission load calculation means, the transmission beam synthesis means, and the reception load calculation means determine the transmission load vector in the transmission beam synthesis means. Iterates until the gain reaches a certain value close to the ideal value, iteratively calculates the optimal load vector, and when the iteration process is complete, outputs the received steering vector,
A transmission / reception apparatus comprising: a reception beam combining unit that performs a virtual reception beam combining process from a transmission beam combined vector obtained by a transmission beam combining unit and a reception load vector from a reception load calculation unit, and outputs the result.
波形生成手段は、符号または時間または周波数の何れかが異なることで異なる信号波形を生成し、分離手段は波形生成手段の生成する異なる波形情報に基づいて信号を分離することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の送受信装置。   The waveform generation unit generates a different signal waveform by different sign or time or frequency, and the separation unit separates the signal based on different waveform information generated by the waveform generation unit. The transmission / reception apparatus according to any one of 1 to 4. 伝搬行列生成手段は、伝搬行列を生成するとともに、分離手段の出力をベクトルの要素として並べ分離ベクトルを生成する構成にされ、
受信荷重計算手段は初回の受信荷重ベクトルに伝搬行列生成手段の分離ベクトルに対して固定の複数のビーム形成荷重ベクトルによりマルチビームを形成し、このマルチビームから最も受信電力の大きなビーム形成荷重ベクトルを選択して、固定のビーム形成荷重ベクトルを得て、得られる受信荷重ベクトルを用いる構成にされたことを
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の送受信装置。
The propagation matrix generation means is configured to generate a propagation matrix, arrange the output of the separation means as a vector element, and generate a separation vector.
The reception load calculation means forms a multi-beam by using a plurality of beam forming load vectors fixed to the separation vector of the propagation matrix generation means as the initial reception load vector, and the beam forming load vector having the largest reception power is generated from the multi-beam. The transmission / reception apparatus according to claim 1, wherein the transmission / reception apparatus is configured to select, obtain a fixed beamforming load vector, and use the obtained reception load vector.
波形生成手段は所定の間隔で波形を生成し、分離手段は波形生成手段の生成する波形情報に基づいて信号を分離することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の送受信装置。   The transmission / reception according to claim 1, wherein the waveform generation unit generates a waveform at a predetermined interval, and the separation unit separates the signal based on waveform information generated by the waveform generation unit. apparatus.
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