2018 Fiscal Year Research-status Report
自動運転に向けた車載MIMOレーダにおける仮想センサアレーの多次元化
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18K04135
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
菊間 信良 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40195219)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | MIMO / レーダ / ターゲット方向推定 / 角度広がり推定 / 複合送信ダイバーシチ / 拡散符号 / マルチビーム / 積分型モードベクトル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，自動運転を支える車載MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) レーダの送信側に，空間領域，角度領域，符号領域のダイバーシチ技術を複合的に適用することにより，ターゲット推定性能を向上させることを目的としてきた．複合送信ダイバーシチ技術の導入により，受信側の仮想センサ（アンテナ）アレーの素子配置が多次元化され，目標物（ターゲット）の位置など様々な情報を得ることができる．2018年度（平成30年度）の具体的な成果を以下に述べる．
(1) 拡散符号を用いた送信ダイバーシチ平均手法（TCDS）を適用した場合，拡散利得と平均効果により，ターゲットからの受信角推定もターゲットの反射係数推定も推定精度の向上することが確認できた．
(2) マルチビームを用いた送信ビームダイバーシチ(TBD)を適用した場合，マルチビームを形成する方向次第では，角度分解能が変化しターゲット推定が困難になる場合があることが分かった．また，適切にビーム形成すると角度領域のダイバーシチと送信電力の有効活用の効果により，従来のMIMOレーダより受信角推定の推定精度が明らかに高くなることを確認した．
(3) TCDSとTBDを組み合わせた複合送信ダイバーシチ技術(TBCDS)をMIMOレーダに導入した場合は，受信角推定の更なる推定精度の向上が確認された．
(4) ターゲットの角度広がりの推定においても，積分型モードベクトルを用いた推定手法（例えばCapon法）に複合送信ダイバーシチ技術(TBCDS)を導入することにより，ターゲット推定（中心角度と角度広がり）の性能が向上することを示した．特に低SNRにおける改善効果が大きいことも確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
MIMOレーダにおいて，符号領域と角度領域の複合送信ダイバーシチの導入により，ターゲット方向の推定，ターゲットの角度広がり，およびターゲットの反射係数の大きさの推定精度が改善されることを示し，従来のMIMOレーダより大幅に性能向上することを確認できた．特に低SNR状況での性能向上が大きいことが示された．自動運転を支える車載MIMO レーダに要求される機能および性能としては重要なポイントである．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 車載MIMOレーダ用推定アルゴリズムの高性能化
MIMOレーダ用推定アルゴリズムとしてパラメータ探索型のCapon法を主に用いてきたが，今後はMUSIC法および非探索型のESPRIT法やDOA-Matrix法に基づく推定手法を提案し，その基本特性を明確にする．また，1スナップショット（1時間サンプル）で推定可能な圧縮センシング技術の適用可能性も探る．
(2) MIMOレーダの受信アレーの仮想多次元化
MIMOレーダの送信側で，空間領域，周波数領域，角度領域，符号領域など多次元にわたるダイバーシチ技術について検討してきたが，今後は多次元送信技術を用いて観測データ（仮想センサアレー）を多次元化し，より高い効率と精度で推定できる方式の実現を目指す．特に仮想アレーの2次元配列化を行うと，ターゲットの方位角と仰角の推定が可能となり，水平方向のみならず垂直方向においてもターゲット検知が出来るようになる．更には，送信側のマルチアンテナに適応ビーム形成機能をもたせることにより，個々のターゲットの大きさなどの特徴抽出をより精度良く行うことができる可能性が高くなるので，その実現可能性と有効性を探る．
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| Causes of Carryover |
（理由）
当初，電磁界シミュレータ（FEKO)を購入する予定であったが，レイトレーシング機能など，より自動車用のレーダ解析に適合した機能をもつ電磁界シミュレータの購入を次年度に行うこととした．
（使用計画）
レイトレーシング機能を有する電磁界シミュレータ（HFSS)を購入する予定である．この電磁界シミュレータにより，ターゲットへの放射電磁界およびターゲットからの反射電磁界を現実に近い形で得ることができ，MIMOレーダのより高い性能評価が出来る．
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