雷达装置、雷达运用方法和雷达运用程序与流程

1.本发明涉及雷达装置、雷达运用方法和雷达运用程序。


背景技术：

2.雷达是如下装置：对对象物照射电波，计测来自对象物的反射波，由此计测雷达与对象物之间的相对距离或对象物的相对速度等。fmcw(frequency modulated continuous wave：调频连续波)方式是雷达的一种方式，低价且计测距离和速度的能力优异。特别地，快速fmcw方式具有比现有的慢速fmcw方式高的分辨率。快速fmcw方式是线性调频信号的扫描时间为数us这样比较短的方式。
3.采用mimo(multiple input multiple output：多入多出)方式的雷达能够进行测角，能够提高角度分辨率。mimo方式是使用多个发送天线和多个接收天线的方式。
4.此外，为了避免来自多个发送天线的发送波相互干扰，存在对相位进行调制的方法。以往公知有通过对m序列或gold序列这样的自相关性高的伪随机数序列的各元素分配给0、π而对相位进行调制的技术。
5.在运用雷达时，欺骗是一种威胁。欺骗是如下攻击：从外部对雷达插入装载了反射波的电波，由此使计测值错误。作为欺骗对策，非专利文献1公开有如下对策方式：使用比较简单的伪随机数对慢速fmcw雷达的线性调频进行调制，使用差拍信号的频率和振幅来检测攻击。慢速fmcw雷达是使用慢速fmcw方式的雷达。
6.现有技术文献
7.非专利文献
8.非专利文献1：铃木，梨本等、“fmcw雷达中的线性调频信号的随机化”、scis2018 2018 symposium on cryptograrhy and information security niigata,japan,jan.23-26,2018,the institute of electronics,information and communication engineers.


技术实现要素：

9.发明要解决的课题
10.在判定是否具有欺骗的情况下，慢速fmcw雷达需要使fmcw信号的斜率变化(调制)成up或down。
11.快速fmcw雷达需要集中处理多个波形，以计测对象物的位置或速度。快速fmcw雷达是使用快速fmcw方式的雷达。差拍信号的频率根据fmcw信号的斜率而变化，因此，在快速fmcw雷达与慢速fmcw雷达同样地判定是否具有欺骗时，对计测对象物的位置或速度等造成不良影响。
12.此外，公知以往用于mimo雷达对相位进行调制的m序列或gold序列等伪随机数序列的变化不多，因此，在观测到中途时，能够估计接下来出现的值。mimo雷达是使用mimo方式的雷达。
13.因此，比较简单的干扰对策不是针对估计用于对相位进行调制的序列这样的欺骗
攻击的对策。
14.本发明的目的在于，提供如下的雷达装置：能够减轻被估计用于对相位进行调制的序列的风险，并且，实现不对计测对象物的位置或速度等造成不良影响的对策。典型地讲，本发明的雷达装置是采用快速fmcw方式的雷达装置。
15.用于解决课题的手段
16.本发明的雷达装置具有：信号生成部，其生成信号作为源信号；至少1个伪随机数生成部，其生成由1比特以上的伪随机数构成的伪随机数序列；真随机数生成部，其生成由1比特以上的真随机数构成的真随机数序列；至少1个调制码合成部，其对所述伪随机数序列和所述真随机数序列进行合成，由此生成用于对信号的相位进行调制且包含来源于所述真随机数序列的成分的调制码序列；以及至少1个相位调制部，其使用所述调制码序列对所述源信号的相位进行调制，由此生成发送信号，所述调制码序列是对2个调制码序列进行合成而使来源于所述真随机数序列的成分消失的调制码序列。
17.发明效果
18.根据本发明的雷达装置，能够提供如下的雷达装置：能够减轻被估计用于对相位进行调制的序列的风险，并且，实现不对计测对象物的位置或速度等造成不良影响的对策。
附图说明
19.图1是实施方式1的雷达装置10的结构例。
20.图2是实施方式1的信号处理装置110的硬件结构例。
21.图3是示出实施方式1的雷达装置10的动作的序列图。
22.图4是说明实施方式1的生成发送信号s105的流程的图。
23.图5是说明实施方式1的解调部121的动作的图。
24.图6是实施方式1的变形例的雷达装置10的结构例。
25.图7是实施方式1的变形例的信号处理装置110的结构例。
26.图8是示出实施方式1的变形例的雷达装置10的动作的序列图。
27.图9是实施方式1的变形例的雷达装置20的结构例。
28.图10是实施方式1的变形例的计算机200的硬件结构例。
29.图11是说明实施方式1的变形例的真随机数生成部225生成随机数的处理的例子的图。
30.图12是示出实施方式1的变形例的真随机数生成部225的动作的流程图。
31.图13是实施方式1的变形例的信号处理装置110的结构例。
32.图14是实施方式2的雷达装置30的结构例。
33.图15是示出从实施方式2的雷达装置30的动作的序列图。
34.图16是实施方式2的变形例的雷达装置40的结构例。
35.图17是实施方式2的变形例的接收控制计算机410的硬件结构例。
36.图18是实施方式2的变形例的发送控制计算机400的硬件结构例。
具体实施方式
37.实施方式1
38.下面，参照附图对本实施方式进行详细说明。
39.***结构的说明***
40.典型地讲，本实施方式的雷达装置10采用快速fmcw(frequency modulated continuous wave：调频连续波)方式，并且采用mimo(multiple input multiple output：多入多出)方式。mimo方式是使用多个发送天线和多个接收天线的方式。
41.图1示出本实施方式的雷达装置10的结构例。本图的黑色圆点表示与黑色圆点相连的多条线相互连接。在多条线交叉的部位未描绘黑色圆点的情况下，该多条线未相互连接。
42.如本图所示，雷达装置10具有发送部15和接收部16。
43.发送部15具有信号生成部100、真随机数生成部101、多个伪随机数生成部102、多个调制码合成部103、多个相位调制部104和多个发送天线105。在本图中，为了识别各个发送天线105，记载为“105-1”和“105-2”。本说明书中记载的各雷达装置具有的多个其他要素也是同样的。
44.伪随机数生成部102的个数、调制码合成部103的个数和相位调制部104的个数分别与发送天线105的个数一致。
45.典型地讲，信号生成部100、真随机数生成部101、伪随机数生成部102、调制码合成部103和相位调制部104分别由电路构成。1个电路也可以实现雷达装置10的多个结构要素。此外，多个电路也可以实现雷达装置10的1个结构要素。设为由电路构成来说明的各要素也可以由计算机构成。本说明书中记载的各计算机也可以由多台计算机构成。计算机可以将数字信号适当转换成模拟信号，也可以将模拟信号适当转换成数字信号。
46.信号生成部100生成信号作为源信号s101。
47.真随机数生成部101生成由1比特以上的真随机数构成的真随机数序列s102。
48.真随机数生成部101也可以将差拍信号s110的极值转换成二进制数，由此生成1比特的真随机数。真随机数生成部101也可以使用与多个lpf部108分别对应的差拍信号s110生成与多个lpf部108分别对应的随机数比特，并且使用所生成的随机数比特执行异或运算或异或非运算，由此生成1比特的真随机数。
49.伪随机数生成部102生成由1比特以上的伪随机数构成的伪随机数序列s103。
50.调制码合成部103对伪随机数序列s103和真随机数序列s102进行合成，由此生成用于对信号的相位进行调制并且包含来源于真随机数序列s102的成分的调制码序列s104。来源于真随机数序列s102的成分是元素中包含的真随机数序列s102的影响。调制码序列s104是对2个调制码序列s104进行合成而使来源于真随机数序列s102的成分消失的调制码序列s104。2个调制码序列s104可以相互相同，也可以相互不同。
51.另外，对伪随机数序列s103和真随机数序列s102进行合成的方法和对2个调制码序列s104进行合成的方法也可以不同。
52.调制码合成部103也可以执行异或运算或异或非运算，由此生成调制码序列。
53.序列的元素是构成序列的最小单位。作为具体例，序列由排列构成。在本例中，序列的元素是排列的元素。
54.相位调制部104使用调制码序列s104对源信号s101的相位进行调制，由此生成发送信号s105。
receiver transmitter：通用异步收发两用机)或i2c(inter-integrated circuit：内部集成电路)。数字信号接口112用于连接信号处理装置110和外部硬件。外部硬件包含调制码合成部103和adc部109。
72.存储器113由易失性存储装置和非易失性存储装置中的至少一方构成。作为具体例，易失性存储装置是ram(random access memory：随机存取存储器)。作为具体例，非易失性存储装置是rom(read only memory：只读存储器)、hdd(hard disk drive：硬盘驱动器)或闪存。
73.处理器111具有的高速缓存等也可以包含在存储器113中。
74.解调部121使用调制码序列s104对差拍信号s110进行解调。
75.解调部121和对象物测定部122的功能通过程序实现。程序存储于存储器113，由处理器111来执行。
76.本说明书中记载的各程序也可以以计算机能读取的方式记录于非易失性记录介质。作为具体例，非易失性记录介质是光盘或闪存。
77.雷达运用程序是运用本说明书中记载的各雷达装置时使用的程序的总称。雷达运用程序也可以作为程序产品来提供。
78.***动作的说明***
79.雷达装置10的动作顺序相当于雷达运用方法。此外，实现雷达装置10的动作的程序相当于雷达运用程序。
80.图3是示出雷达装置10的动作的一例的序列图。参照本图对雷达装置10的动作进行说明。
81.真随机数生成部101生成真随机数序列s102，向调制码合成部103发送真随机数序列s102。真随机数序列s102是由真随机数构成的序列。也可以在真随机数中包含复杂的疑随机数。复杂的疑随机数是不容易估计随机数值的伪随机数。作为具体例，复杂的疑随机数是使用梅森旋转算法或pcg(permuted congruential generator：置换同余发生器)生成的随机数。
82.真随机数生成部101例如是将奇数个振荡器连接成念珠上而成的环形振荡器。真随机数序列s102例如是“1,1,1,0,0,
…”
这样的序列。
83.伪随机数生成部102生成伪随机数序列s103，向调制码合成部103发送伪随机数序列s103。伪随机数序列s103是由伪随机数构成的序列。
84.伪随机数生成部102例如是m序列或gold序列的生成器。伪随机数序列s103例如是由“1,0,1,0,1,
…”
这样的比特构成的序列。
85.调制码合成部103使用真随机数序列s102和伪随机数序列s103生成调制码序列s104，向相位调制部104和解调部121发送调制码序列s104。真随机数序列s102、伪随机数序列s103和调制码序列s104的序列长度全部相同。序列长度是序列具有的元素的数量。调制码序列s104例如是由“0,1,0,0,1,
…”
这样的1比特的元素构成的序列。下面，设调制码序列s104的各元素为1比特的元素。
86.作为具体例，调制码合成部103使用xor运算或xnor运算对真随机数序列s102和伪随机数序列s103进行合成。xor运算也被称作异或运算。xnor运算也被称作异或非运算。
87.作为具体例，如图1所示，考虑存在2个伪随机数生成部102的情况。将真随机数序
列s102设为r。将伪随机数生成部102-1生成的伪随机数序列s103设为m1。将伪随机数生成部102-2生成的伪随机数序列s103设为m2。
88.在调制码合成部103使用xor运算对r和m1以及r和m2分别进行合成的情况下，调制码序列s104分别表示为xor(r,m1)和xor(r,m2)。该情况下，调制码序列s104的各元素受到真随机数序列s102的影响。即，调制码序列s104包含来源于真随机数序列s102的成分。
89.(式1)示出通过进行xor运算而对两者进行合成。在(式1)的最后的项中，r消失。即，m1和m2是对2个调制码序列s104进行合成而使来源于真随机数序列s102的成分消失的调制码序列s104。另外，(式1)对应于使用与在调制中使用的调制码序列s104不同的调制码序列s104进行解调的情况。
90.xor(xor(r,m1),xor(r,m2))＝xor(xor(m1,m2),xor(r,r))＝xor(m1,m2)
ꢀꢀ
(式1)
91.信号生成部100将源信号s101发送到相位调制部104和混频部107。
92.相位调制部104利用调制码序列s104对源信号s101进行相位调制，由此生成发送信号s105，向发送天线105发送发送信号s105。
93.作为具体例，相位调制部104在比特为0的情况下将相位调制量设为0，在比特为1的情况下将相位调制量设为π，由此将调制码序列s104转换成相位。下面，设相位调制部104如本例所示将调制码序列s104转换成相位来进行说明。
94.图4示出生成发送信号s105的流程的例子。
95.调制码合成部103使用异或对真随机数序列s102和伪随机数序列s103进行合成，生成调制码序列s104。
96.相位调制部104使用调制码序列s104对源信号s101进行相位调制，由此生成发送信号s105。相位调制部104在调制码序列s104的比特为0的情况下将相位调制量设为0，在调制码序列s104的比特为1的情况下将相位调制量设为π。
97.发送天线105向外界发送发送波s106。发送波s106由对象物11反射。
98.接收天线106接收接收波s107。接收天线106将接收波s107转换成接收信号s108，并且将接收信号s108发送到混频部107。
99.混频部107使用接收信号s108和源信号s101进行混频，由此生成混频输出信号s109，并且向lpf部108发送混频输出信号s109。混频是指将信号相乘。混频如(式2)那样表示。
100.cosfst
·
cosfrt＝[cos{(f
s-fr)t}+cos{(fs+fr)t}]/2
ꢀꢀ
(式2)
[0101]fs
表示源信号s101的频率。fr表示接收信号s108的频率。cos表示余弦函数。t表示时间。典型地讲，fs和fr表示时间变化的频率。作为具体例，fs和fr是与线性调频信号对应的频率。下面，设fs和fr是与线性调频信号对应的频率。
[0102]
lpf部108提取混频输出信号s109的低频成分。lpf部108在频率为(f
s-fr)的情况下视为低频成分，并且在频率为(fs+fr)的情况下视为不是低频成分。
[0103]
差拍信号s110是lpf部108提取出的信号。根据(式2)，差拍信号s110表示为cos{(f
s-fr)t}/2。即，差拍信号s110是具有源信号s101与接收信号s108之间的频率差分信息的信号。lpf部108向adc部109发送差拍信号s110。
[0104]
adc部109将作为模拟信号的差拍信号s110转换成数字信号，由此生成数字信号s111，并且向解调部121发送数字信号s111。
[0105]
解调部121利用调制码序列s104对数字信号s111进行解调，由此生成解调信号。解调信号被发送到对象物测定部122。
[0106]
数字信号s111包含多个发送天线105发送的多个发送波s106的信息。解调部121从数字信号s111中提取1个发送天线105发送的发送波s106，由此对数字信号s111进行解调。在考虑在差拍信号s110中包含基于相位调制的相移时，数字信号s111如(式3)那样表示。(式3)的各项对应于1个单位量的线性调频信号。
[0107][0108]
表示相位调制部104-i进行了相位调制的量。f
bi
表示与发送天线105-i对应的差拍信号s110的频率。n表示发送天线105的总数。
[0109]
例如，如图1所示，设存在2个发送天线105。此时，在解调部121使用调制码序列s104-1进行解调时，解调后的信号如(式4)那样表示。
[0110][0111]
这里，因此，由此，
[0112]
调制和解调相当于使相位旋转。在使相位旋转2π时，相位旋转1圈。即，使相位旋转2π与不使相位旋转相同。因此，在的情况下，解调等同于对比特串执行xor运算。因此，可以认为(式4)的中的成分对应于对调制码序列s104-1的1个元素和调制码序列s104-2的1个元素执行xor运算而得到的结果。因此，虽然和分别均是根据真随机数序列s102生成的，但是，在解调部121对数字信号s111进行解调时，数字信号s111中包含的真随机数序列s102的成分相互低调。因此，也可以认为和分别是根据伪随机数序列s103生成的。即，在伪随机数生成部102生成自相关性高的序列作为伪随机数序列s103时，解调部121在伪随机数序列s103的1个周期单位(在fmcw雷达中称作1个扫描单位)的范围内对信号进行适当积分而得到的结果是，cos{f
b1
t}成分相互增强，成分相互减弱。作为具体例，自相关性高的序列是m序列或gold列。
[0113]
通过利用cos{f
b1
t}成分相互增强的性质，解调部121能够取出cos{f
b1
t}成分。
[0114]
图5是说明解调部121的动作的例子的图。
[0115]
考虑取解调部121以伪随机数序列s103的1个周期单位进行解调后的信号的总和。cos{f
b1
t}成分相当于使用正确的调制码序列进行解调后的信号。正确的调制码序列是在生成与数字信号s111对应的发送信号s105时由相位调制部104使用的调制码序列s104。成分相当于使用错误的调制码序列进行解调后的信号。在解调部121使用错误的调制码序列进行了解调的情况下，信号的相位大多不一致。因此，解调部121无法得到信号累积的结果，解调部121得到信号相互减弱的结果。
[0116]
对象物测定部122根据解调信号计算从雷达装置10到对象物11的距离、对象物11的速度以及雷达装置10和对象物11所成的角度。
[0117]
另外，如所述说明的那样，在解调信号中，真随机数序列s102被抵消。因此，使用真随机数序列s102进行调制不会对对象物测定部122计测距离、速度和角度造成影响。
[0118]
***实施方式1的效果的说明***
[0119]
如上所述，本实施方式的雷达装置10采用mimo方式和fmcw方式，并且研究用于调制的信号序列，由此实现以下的效果。
[0120]
调制码合成部103根据真随机数序列s102和伪随机数序列s103生成调制码序列s104。相位调制部104使用调制码序列s104对源信号s101的相位进行调制，由此生成发送信号s105。各个相位调制部104使用的伪随机数序列s103是由相互不同的伪随机数生成部102生成的。因此，各个相位调制部104通常生成相互不同的发送信号s105。由此，各个发送天线105发送的发送波s106通常相互不同。因此，雷达装置10通常能够防止多个发送波s106相互干扰。
[0121]
解调部121使用调制码序列s104进行解调。此时，基于真随机数序列s102的成分被抵消。因此，使用真随机数序列s102进行调制不会对对象物测定部122测定对象物11的位置或速度等造成影响。
[0122]
攻击者即使通过观测发送波s106而掌握了伪随机数序列s103，也无法估计真随机数序列s102。因此，攻击者无法估计调制码序列s104。由此，根据本实施方式的雷达装置10，能够减轻被进行欺骗攻击的风险。
[0123]
***其他结构***
[0124]
《变形例1》
[0125]
在雷达装置10中，发送天线105和接收天线106中的至少一方也可以仅具有1个。在发送天线105为1个的情况下，伪随机数生成部102的个数、调制码合成部103的个数和相位调制部104的个数也可以分别是1个。在接收天线106为1个的情况下，混频部107的个数、lpf部108的个数和adc部109的个数也可以分别是1个。
[0126]
即，在雷达装置10中，本实施方式中设为具有多个进行说明的各要素也可以具有至少1个。
[0127]
《变形例2》
[0128]
下面，参照附图对与所述的实施方式不同之处进行说明。
[0129]
图6示出本变形例的雷达装置10的结构例。参照本图对本实施方式的雷达装置10与本变形例的雷达装置10之间的差异进行说明。
[0130]
另外，混频部107也可以对应于各相位调制部104。即，混频部107的个数也可以是使相位调制部104的个数和接收天线106的个数相乘而得到的值。
[0131]
图7示出本变形例的信号处理装置110的结构例。信号处理装置110不具有解调部121。
[0132]
图8是示出本变形例的雷达装置10的动作的一例的序列图。参照本图对本实施方式的雷达装置10的动作与本变形例的雷达装置10的动作之间的差异进行说明。
[0133]
信号生成部100不将源信号s101发送到混频部107。
[0134]
调制码合成部103不将调制码序列s104发送到信号处理装置110。
[0135]
相位调制部104将发送信号s105还发送到混频部107。
[0136]
混频部107代替源信号s101而接收发送信号s105，并且使用发送信号s105和接收信号s108进行混频，由此生成混频输出信号s109。混频输出信号s109是对接收信号s108进行解调后的信号。
[0137]
在混频部107接收到多个发送信号s105的情况下，混频部107对各发送信号s105和
接收信号s108进行混频。该情况下，混频部107生成的混频输出信号s109的个数与混频部107接收到的发送信号s105的个数一致。然后，lpf部108生成与各混频输出信号s109对应的差拍信号s110，adc部109生成与各差拍信号s110对应的数字信号s111。
[0138]
此外，该情况下，雷达装置10可以针对1个接收天线106具有1个混频部107，也可以针对1个接收天线106具有多个混频部107。在雷达装置10针对1个接收天线106具有1个混频部107的情况下，作为具体例，混频部107每隔一定时间切换用于进行混频的发送信号s105。在雷达装置10针对1个接收天线106具有多个混频部107的情况下，作为具体例，发送信号s105的个数和多个混频部107的个数相同，各混频部107分别对应于不同的发送信号s105。
[0139]
信号处理装置110不接收调制码序列s104。
[0140]
对象物测定部122代替解调信号而使用数字信号s111。
[0141]
如上所述，根据本变形例，混频部107使用发送信号s105进行解调。因此，混频部107在进行混频的同时进行解调。因此，信号处理装置110不需要具有解调部121。因此，雷达装置10不需要保持调制码序列s104。此外，本变形例的信号处理装置110也可以用于通常的雷达装置。
[0142]
《变形例3》
[0143]
图9示出雷达装置20的结构例。雷达装置20是与雷达装置10不同的结构，是通过使用计算机来实现雷达装置10的一部分功能的装置。
[0144]
雷达装置20由发送部25和接收部26构成。发送部25和接收部26共享使用计算机200。
[0145]
发送部25由信号生成部201、多个相位调制部202和多个发送天线203构成。
[0146]
信号生成部201与信号生成部100相同。相位调制部202与相位调制部104相同。发送天线203与发送天线105相同。
[0147]
相位调制部202的个数与发送天线203的个数一致。
[0148]
接收部26由多个接收天线204、多个混频部205、多个lpf部206和多个adc部207构成。
[0149]
接收天线204与接收天线106相同。混频部205与混频部107相同。lpf部206与lpf部108相同。adc部207与adc部109相同。
[0150]
混频部205的个数、lpf部206的个数和adc部207的个数分别与接收天线204的个数一致。
[0151]
源信号s201与源信号s101相同。调制码序列s204是由计算机200生成的信号构成的序列。调制码序列s204也可以是模拟信号的序列。发送信号s205与发送信号s105相同。
[0152]
发送波s206与发送波s106相同。接收波s207与接收波s107相同。
[0153]
接收信号s208与接收信号s108相同。混频输出信号s209与混频输出信号s109相同。差拍信号s210与差拍信号s110相同。数字信号s211与数字信号s111相同。
[0154]
图10示出计算机200的硬件结构例。计算机200是一般的计算机。
[0155]
作为硬件，计算机200具有处理器211、数字信号接口212和存储器213。
[0156]
作为功能要素，计算机200具有解调部221、对象物测定部222、伪随机数生成部223、调制码生成部224和真随机数生成部225。
[0157]
处理器211与处理器111相同。数字信号接口212与数字信号接口112相同。数字信
号接口212用于连接相位调制部202和adc部207与计算机200。存储器213与存储器113相同。
[0158]
解调部221、对象物测定部222、伪随机数生成部223、调制码生成部224和真随机数生成部225通过程序实现。程序存储于存储器213，由处理器211来执行。
[0159]
对雷达装置20的动作进行说明。
[0160]
雷达装置20的动作与雷达装置10的动作相同。雷达装置20的动作与在图3的序列图中将真随机数生成部101改写成真随机数生成部225，将伪随机数生成部102改写成伪随机数生成部223，将调制码合成部103改写成调制码生成部224，将信号生成部100改写成信号生成部201，将相位调制部104改写成相位调制部202，将发送天线105改写成发送天线203，将混频部107改写成混频部205，将接收天线106改写成接收天线204，将对象物11改写成对象物21，将lpf部108改写成lpf部206，将adc部109改写成adc部207，将解调部121改写成解调部221，将对象物测定部122改写成对象物测定部222而得到的动作相同。
[0161]
真随机数生成部225也可以使用adc部207的数字信号s211生成真随机数序列。
[0162]
图11是说明真随机数生成部225根据数字信号s211生成真随机数序列的处理的例子的图。本图的中段所示的数字信号s211是对差拍信号s210进行数字化而得到的，是由正弦波构成的信号(以下为正弦波信号)。
[0163]
作为具体例，考虑真随机数生成部225将正弦波信号的峰值用作随机数，由此，根据数字信号s211生成随机数。
[0164]
在图11的数字信号s211的曲线图中，对正弦波的峰值示出记号
▽
。在汇集1次扫描量的正弦波的峰值而生成直方图时，如图11的下段所示。在该直方图中，能够观察到值充分地分散，没有观察到显著的值的偏差。因此，真随机数生成部225在生成随机数时，能够活用本例这样的正弦波的峰值。
[0165]
图12是示出真随机数生成部225根据数字信号s211生成1比特的随机数的顺序的一例的流程图。
[0166]
(步骤s11：峰值检测处理)
[0167]
真随机数生成部225从数字信号s211中检测峰值。
[0168]
作为具体例，真随机数生成部225在如图11所示在数字信号s211中观测多个峰值的情况下，将多个峰值的最大值、多个峰值的最小值、多个峰值的平均值或多个峰值的中值设为峰值。极值是数字信号s211的极大值、极小值、最大值和最小值的总称。
[0169]
(步骤s12：序列生成处理)
[0170]
真随机数生成部225使用检测到的峰值的值生成1比特序列。1比特序列是由1比特的信号构成的序列。
[0171]
作为具体例，真随机数生成部225使用根据峰值是否是偶数来分配0或1的方法、将峰值的值作为伪随机函数的种子来生成1比特随机数的方法、或使用散列函数生成与峰值的值对应的散列值并采用所生成的散列值的某个比特的值的方法。
[0172]
(步骤s13：数据确认处理)
[0173]
在真随机数生成部225处理完与全部接收天线204分别对应的全部数字信号s211的情况下，真随机数生成部225返回步骤s11。在除此以外的情况下，真随机数生成部225进入步骤s14。
[0174]
(步骤s14：随机数选择处理)
[0175]
真随机数生成部225从在步骤s12中生成的1比特序列中选择1比特的随机数。
[0176]
作为具体例，真随机数生成部225使用循环参照i＝1,2,3,
…
,1,2,
…
和数字信号s211-i的方法或采用对全部随机数进行xor运算而得到的结果的方法。
[0177]
如上所述，真随机数生成部225能够根据1个线性调频的信号生成1比特的随机数。
[0178]
雷达装置20的效果与雷达装置10的效果相同。
[0179]
《变形例4》
[0180]
在本实施方式中，说明了通过软件实现信号处理装置110的各功能结构要素的情况。但是，作为变形例，各功能结构要素也可以通过硬件实现。
[0181]
图13示出本变形例的信号处理装置110的硬件结构例。
[0182]
在各功能结构要素通过硬件实现的情况下，如本图所示，信号处理装置110代替处理器111而具有电子电路114。或者，虽然没有图示，但是，信号处理装置110代替处理器111和存储器113而具有电子电路114。电子电路114是实现各功能结构要素(和存储器113)的功能的专用的电子电路。有时将电子电路称作处理电路。
[0183]
作为电子电路114，假设单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、逻辑ic、ga(gate array：门阵列)、asic(application specific integrated circuit：专用集成电路)、fpga(field-programmable gate array：现场可编程门阵列)。
[0184]
可以通过1个电子电路114实现各功能结构要素，也可以使多个电子电路114分散实现各功能结构要素。或者，也可以是，一部分的各功能结构要素通过硬件实现，其他的各功能结构要素通过软件实现。
[0185]
将所述的处理器111、存储器113和电子电路114统称作“处理线路”。即，信号处理装置110的各功能结构要素的功能通过处理线路实现。
[0186]
与信号处理装置110同样，计算机200也可以代替处理器211或代替处理器211和存储器213而具有电子电路。
[0187]
实施方式2
[0188]
下面，参照附图对与所述的实施方式不同之处进行说明。
[0189]
本实施方式的雷达装置30是采用快速fmcw方式并且采用mimo方式的雷达装置。雷达装置30具备具有发送信号的功能的硬件以及具有接收信号的功能的硬件。两个硬件是相互不同的硬件。
[0190]
***结构的说明***
[0191]
图14示出雷达装置30的结构例。
[0192]
如本图所示，雷达装置30具有发送模块31和接收模块32。
[0193]
发送模块31具有信号生成部300、加密处理部301、多个伪随机数生成部302、多个调制码合成部303、多个相位调制部304和多个发送天线305。
[0194]
信号生成部300与信号生成部100相同。典型地讲，加密处理部301由电路构成。伪随机数生成部302与伪随机数生成部102相同。调制码合成部303与调制码合成部103相同。相位调制部304与相位调制部104相同。发送天线305与发送天线105相同。
[0195]
伪随机数生成部302的个数、调制码合成部303的个数和相位调制部304的个数分别与发送天线305的个数一致。
[0196]
信号生成部300也被称作发送侧信号生成部。源信号s301也被称作发送侧源信号。
信号生成部300生成信号作为源信号s301。
[0197]
信号生成部300使用同步信号s313使源信号s301与源信号s312同步。作为具体例，信号生成部300在某个时点使源信号s301与源信号s312相同。
[0198]
加密处理部301也被称作发送侧加密处理部。加密序列s303也被称作发送侧加密序列。加密处理部301接收真随机数序列s316，并且使用真随机数序列s316生成与加密有关的信号的序列即加密序列s303。真随机数序列s316由1比特以上的真随机数构成。与加密有关的序列是与加密算法相关联的序列。与加密有关的序列也可以是对明文进行加密后的序列。
[0199]
伪随机数生成部302也被称作发送侧伪随机数生成部。伪随机数序列s302也被称作发送侧伪随机数序列。伪随机数生成部302生成由1比特以上的伪随机数构成的伪随机数序列s302。
[0200]
调制码合成部303也被称作发送侧调制码合成部。调制码序列s304也被称作发送侧调制码序列。调制码合成部303对伪随机数序列s302和加密序列s303进行合成，由此生成调制码序列s304。调制码序列s304与调制码序列s104相同。但是，调制码序列s304代替来源于真随机数序列s102的成分而包含来源于加密序列s303的成分。
[0201]
相位调制部304使用调制码序列s304对源信号s301的相位进行调制，由此生成发送信号s305。
[0202]
信号生成部300和加密处理部301分别具有用于与接收模块32进行通信的通信if(interface：接口)。作为具体例，通信if是wi-fi(注册商标)模块或ethernet(注册商标)模块。
[0203]
接收模块32具有多个接收天线306、多个混频部307、多个lpf部308、多个adc部309、信号处理装置310、信号生成部311、同步信号生成部312、加密处理部313、多个调制码合成部314、多个伪随机数生成部315和真随机数生成部316。
[0204]
接收天线306与接收天线106相同。混频部307与混频部107相同。lpf部308与lpf部108相同。adc部309与adc部109相同。信号处理装置310与信号处理装置110相同。信号生成部311与信号生成部100相同。典型地讲，同步信号生成部312由电路构成。加密处理部313与加密处理部301相同。调制码合成部314与调制码合成部103相同。伪随机数生成部315与伪随机数生成部102相同。真随机数生成部316与真随机数生成部101相同。
[0205]
混频部307、lpf部308和adc部309各自的个数与接收天线306的个数一致。
[0206]
调制码合成部314的个数和伪随机数生成部315的个数分别与发送天线305的个数一致。
[0207]
混频部307接收信号作为接收信号s308，并且生成混合源信号s312和接收信号s308而成的混频输出信号s309。
[0208]
lpf部308提取混频输出信号s309的低频成分，由此生成差拍信号s310。
[0209]
信号生成部311也被称作接收侧信号生成部。源信号s312也被称作接收侧源信号。信号生成部311生成与源信号s301对应的信号作为源信号s312。
[0210]
信号生成部311使用同步信号s313使源信号s312与源信号s301同步。
[0211]
同步信号生成部312生成用于使信号同步的同步信号s313，并且向发送模块31发送同步信号s313。
[0212]
加密处理部313也被称作接收侧加密处理部。加密序列s317也被称作接收侧加密序列。加密处理部313接收真随机数序列s316，并且使用真随机数序列s316生成与加密有关的信号的序列即加密序列s317。
[0213]
调制码合成部314也被称作接收侧调制码合成部。调制码序列s315也被称作接收侧调制码序列。调制码合成部314对伪随机数序列s314和加密序列s317进行合成，由此生成调制码序列s315。调制码序列s315与调制码序列s304相同。
[0214]
伪随机数生成部315也被称作接收侧伪随机数生成部。伪随机数序列s314也被称作接收侧伪随机数序列。
[0215]
真随机数生成部316生成真随机数序列s316，并且将真随机数序列s316发送到发送模块31。
[0216]
同步信号生成部312和真随机数生成部316分别具有用于与发送模块31进行通信的通信if。
[0217]
源信号s301与源信号s101相同。伪随机数序列s302与伪随机数序列s103相同。加密序列s303是由加密处理部301生成的信号构成的序列。调制码序列s304是由调制码合成部303生成的信号构成的序列。发送信号s305是由相位调制部304生成的信号构成的序列。发送波s306与发送波s106相同。
[0218]
接收波s307与接收波s107相同。接收信号s308与接收信号s108相同。混频输出信号s309与混频输出信号s109相同。差拍信号s310与差拍信号s110相同。数字信号s311与数字信号s111相同。源信号s312是由信号生成部311生成的信号。同步信号s313是由同步信号生成部312生成的信号。同步信号s313用于使发送模块31和接收模块32同步。伪随机数序列s314是由伪随机数生成部315生成的信号构成的序列。调制码序列s315是由调制码合成部314生成的信号构成的序列。真随机数序列s316是由真随机数生成部316生成的信号构成的序列。加密序列s317是由加密处理部313生成的信号构成的序列。
[0219]
雷达装置10与雷达装置30的差异在于，发送模块31和接收模块32是不同的硬件。因此，发送模块31和接收模块32分别具有与信号生成部100、伪随机数生成部102和调制码合成部103分别对应的要素。此外，发送模块31和接收模块32共享真随机数序列s316。
[0220]
同步信号生成部312驱动信号生成部300和信号生成部311，使信号的发送定时一致，由此在发送模块31与接收模块32之间取得同步。
[0221]
发送模块31也可以代替接收模块32而具有真随机数生成部316和同步信号生成部312中的至少一方。
[0222]
信号处理装置310的内部结构与信号处理装置110的内部结构相同。因此，省略信号处理装置310的说明。
[0223]
雷达装置30也可以是具有发送模块31和接收模块32的1个雷达装置。此外，雷达装置30也可以如双基地雷达或多基地雷达那样由位于不同地域的多个雷达装置构成。
[0224]
***动作的说明***
[0225]
图15是示出雷达装置30的动作的一例的序列图。参照本图对雷达装置30的动作进行说明。
[0226]
真随机数生成部316生成真随机数序列s316，向加密处理部301和加密处理部313发送真随机数序列s316。其结果是，加密处理部301和加密处理部313能够共享真随机数序
列s316。
[0227]
真随机数生成部316可以在雷达装置30起动时仅执行1次本段落所示的动作，也可以在每1次扫描等规定的时间间隔重复执行本段落所示的动作。或者，也可以以解调部121解调失败为契机，真随机数生成部316执行本段落所示的动作。
[0228]
加密处理部301使用真随机数序列s316对明文m进行加密，由此生成加密序列s303，向调制码合成部303发送加密序列s303。加密处理部313使用真随机数序列s316对明文m进行加密，由此生成加密序列s317，向调制码合成部314发送加密序列s317。明文m可以是任意的明文，也可以是任意生成的。明文是未被加密的数据。加密序列s303和加密序列s317相同。加密处理部301和加密处理部313共享明文m。
[0229]
在初次生成加密序列s303和加密序列s317时，作为具体例，加密处理部301和加密处理部313使用预先共享的初始值。加密处理部301和加密处理部313也可以使用真随机数序列s316作为秘密密钥。
[0230]
加密处理部301和加密处理部313生成攻击者不容易估计的信号的序列。
[0231]
作为具体例，加密处理部301和加密处理部313分别利用块加密或流加密作为加密算法。作为具体例，块加密是aes(advanced encryption standard：高级加密算法)或camellia(注册商标)。作为具体例，流加密是kcipher(注册商标)-2。
[0232]
作为另一个具体例，加密处理部301通过所述方法等生成加密序列s303，对生成的加密序列s303和真随机数序列s316进行xor运算，使用xor运算的结果执行散列函数，将散列函数的执行结果设为加密序列s303。在本例中，加密处理部313执行与加密处理部301生成加密序列s303的处理相同的处理，由此生成加密序列s317。在本例中，加密处理部301和加密处理部313共享散列函数。
[0233]
伪随机数生成部302生成伪随机数序列s302，并且向调制码合成部303发送伪随机数序列s302。
[0234]
伪随机数生成部315生成伪随机数序列s314，并且向调制码合成部314发送伪随机数序列s314。
[0235]
调制码合成部303使用加密序列s303和伪随机数序列s302生成调制码序列s304，并且向相位调制部304发送调制码序列s304。
[0236]
调制码合成部314使用加密序列s317和伪随机数序列s314生成调制码序列s315，并且向解调部121发送调制码序列s315。
[0237]
与调制码合成部103同样，调制码合成部303和调制码合成部314分别对信号的序列进行合成。
[0238]
同步信号生成部312向信号生成部300和信号生成部311分别发送同步信号s313。同步信号生成部312发送同步信号s313的目的在于，对根据相互不同的振荡器进行动作的信号生成部300与信号生成部311之间的同步偏移进行修正。典型地讲，信号生成部300和信号生成部311生成的信号相同。
[0239]
另外，同步信号生成部312发送同步信号s313的定时可以是任意的。作为具体例，同步信号生成部312每隔1个线性调频或每隔1次扫描发送同步信号s313。
[0240]
信号生成部300生成源信号s301，并且向相位调制部304发送源信号s301。同样，信号生成部311生成源信号s312，并且向混频部307发送源信号s312。
[0241]
相位调制部304使用调制码序列s304对源信号s301进行相位调制，由此生成发送信号s305，并且向发送天线305发送发送信号s305。
[0242]
相位调制部304与相位调制部104同样地对源信号s301进行相位调制。
[0243]
发送天线305向外界发送发送波s306。发送波s306由对象物33反射。
[0244]
接收天线306接收接收波s307。接收天线306将接收波s307转换成接收信号s308，并且将接收信号s308发送到混频部307。
[0245]
混频部307使用接收信号s308和源信号s312进行混频，由此生成混频输出信号s309，并且向lpf部308发送混频输出信号s309。
[0246]
lpf部308提取混频输出信号s309的低频成分，由此生成差拍信号s310，并且向adc部309发送差拍信号s310。
[0247]
adc部309将作为模拟信号的差拍信号s310转换成数字信号，由此生成数字信号s311，并且向解调部121发送数字信号s311。
[0248]
解调部121使用调制码序列s315对数字信号s311进行解调，由此生成解调信号。解调信号被发送到对象物测定部122。
[0249]
雷达装置30的解调部121与雷达装置10的解调部121同样地对数字信号s311进行解调。
[0250]
***实施方式2的效果的说明***
[0251]
本实施方式的雷达装置30在与实施方式1的雷达装置10相同的效果的基础上，具有以下的效果。
[0252]
发送模块31具有加密处理部301，接收模块32具有加密处理部313。而且，加密处理部301和加密处理部313分别生成加密后的信号的序列。由此，雷达装置30能够减少共享真随机数序列s316所需要的通信次数。
[0253]
在快速fmcw方式中，1个单位的线性调频的扫描时间短。根据本实施方式，发送模块31和接收模块32能够分别进行处理。因此，由于用于共享真随机数序列s316的通信需要时间而使处理延迟的风险比较小。因此，在采用快速fmcw方式的雷达装置中，本实施方式特别有效。
[0254]
***其他结构***
[0255]
《变形例5》
[0256]
在初次生成加密序列s303和加密序列s317时，加密处理部301和加密处理部313也可以不使用预先共享的初始值。
[0257]
在本变形例中，作为具体例，加密处理部301和加密处理部313共享随机数生成算法，将真随机数序列s316作为随机数的种子来生成随机数的序列。加密处理部301将随机数的序列设为加密序列s303。加密处理部313将随机数的序列设为加密序列s317。
[0258]
《变形例6》
[0259]
真随机数生成部316也可以对真随机数序列s316进行加密。
[0260]
在本变形例中，作为具体例，加密处理部301和加密处理部313共享对真随机数生成部316进行解密的解密密钥，并且使用解密密钥对加密后的真随机数序列s316进行解密。在本例中，调制码合成部303代替加密序列s303而使用真随机数序列s316，调制码合成部314代替加密序列s317而使用真随机数序列s316。即，加密序列s303和加密序列s317也可以
分别包含真随机数序列s316。
[0261]
《变形例7》
[0262]
图16示出雷达装置40的结构例。雷达装置40是与雷达装置30不同的结构。
[0263]
雷达装置40相对于雷达装置30的关系与雷达装置20相对于雷达装置10的关系相同。即，雷达装置40是通过使用计算机来实现雷达装置30的一部分功能的装置。
[0264]
如本图所示，作为硬件，雷达装置40具有发送模块41和接收模块42。
[0265]
发送模块41具有发送控制计算机400、信号生成部401、多个相位调制部404和多个发送天线405。相位调制部404的个数与发送天线405的个数一致。
[0266]
信号生成部401与信号生成部100相同。相位调制部404与相位调制部104相同。发送天线405与发送天线105相同。
[0267]
接收模块42具有信号生成部402、多个接收天线406、多个混频部407、多个lpf部408、多个adc部409和接收控制计算机410。
[0268]
信号生成部402与信号生成部100相同。接收天线406与接收天线106相同。混频部407与混频部107相同。lpf部408与lpf部108相同。adc部409与adc部109相同。
[0269]
源信号s401与源信号s301相同。调制码序列s404是由发送控制计算机400生成的调制码构成的序列。发送信号s405与发送信号s305相同。发送波s406与发送波s306相同。发送波s406的个数与发送天线405的个数一致。
[0270]
接收波s407与接收波s307相同。接收波s407的个数的最大值与将发送天线405的个数和接收天线406的个数相乘而得到的数量一致。接收信号s408与接收信号s308相同。混频输出信号s409与混频输出信号s309相同。差拍信号s410与差拍信号s310相同。数字信号s411与数字信号s311相同。源信号s412与源信号s312相同。同步信号s413是由接收控制计算机410生成的信号。真随机数序列s416是由接收控制计算机410生成的信号构成的序列。
[0271]
图17示出接收控制计算机410的硬件结构例。接收控制计算机410是一般的计算机。
[0272]
如本图所示，作为硬件，接收控制计算机410具有处理器411、数字信号接口412、模拟信号接口413和存储器414。
[0273]
此外，作为功能要素，接收控制计算机410具有解调部421、对象物测定部422、伪随机数生成部423、调制码生成部424、加密处理部425、同步信号生成部426和真随机数生成部427。
[0274]
处理器411与处理器111相同。存储器414与存储器113相同。
[0275]
数字信号接口412与数字信号接口112相同。数字信号接口412用于连接adc部409和接收控制计算机410。
[0276]
模拟信号接口413例如是digital-to-analog converter(dac：数字模拟转换器)。模拟信号接口413用于连接接收控制计算机410和外部硬件。假设同步信号s413被输入到信号生成部401和信号生成部402。因此，外部硬件包含信号生成部401和信号生成部402。作为具体例，同步信号s413是复位信号、使能信号或触发信号。
[0277]
与信号处理装置110同样，接收控制计算机410也可以代替处理器411或代替处理器411和存储器414而具有电子电路。
[0278]
解调部421、对象物测定部422、伪随机数生成部423、调制码生成部424、加密处理
部425、同步信号生成部426和真随机数生成部427通过程序实现。程序存储于存储器414，由处理器411来执行。
[0279]
图18示出发送控制计算机400的硬件结构例。发送控制计算机400是一般的计算机。
[0280]
如本图所示，作为硬件，发送控制计算机400具有处理器431、数字信号接口432和存储器433。
[0281]
此外，作为功能要素，发送控制计算机400具有伪随机数生成部441、调制码生成部442和加密处理部443。
[0282]
处理器431与处理器111相同。存储器433与存储器113相同。
[0283]
数字信号接口432与数字信号接口112相同。数字信号接口432用于连接发送控制计算机400和相位调制部404。
[0284]
与信号处理装置110同样，发送控制计算机400也可以代替处理器431或代替处理器431和存储器433而具有电子电路。
[0285]
伪随机数生成部441、调制码生成部442和加密处理部443通过程序实现。程序存储于存储器433，由处理器431来执行。
[0286]
对雷达装置40的动作进行说明。雷达装置40的动作与雷达装置30的动作相同。雷达装置40的动作与在图15的序列图中将真随机数生成部316改写成真随机数生成部427，将加密处理部301改写成加密处理部443，将加密处理部313改写成加密处理部425，将伪随机数生成部302改写成伪随机数生成部441，将伪随机数生成部315改写成伪随机数生成部423，将调制码合成部303改写成调制码生成部442，将调制码合成部314改写成调制码生成部424，将同步信号生成部312改写成同步信号生成部426，将信号生成部300改写成信号生成部401，将信号生成部311改写成信号生成部402，将相位调制部304改写成相位调制部404，将发送天线305改写成发送天线405，将对象物33改写成对象物43，将接收天线306改写成接收天线406，将混频部307改写成混频部407，将lpf部308改写成lpf部308，将adc部309改写成adc部409，将解调部121改写成解调部421，将对象物测定部122改写成对象物测定部422而得到的动作相同。
[0287]
真随机数生成部427也可以执行与真随机数生成部225相同的处理，由此使用数字信号s411生成真随机数序列s416。
[0288]
***其他实施方式***
[0289]
能够进行所述各实施方式的自由组合、或各实施方式的任意结构要素的变形或各实施方式中的任意结构要素的省略。
[0290]
另外，所述实施方式是本质上优选的例示，并不意图限制本发明、其应用物及其用途的范围。
[0291]
此外，实施方式不限于实施方式1～2所示的内容，能够根据需要进行各种变更。
[0292]
标号说明
[0293]
10、20、30、40：雷达装置；11、21、33、43：对象物；31、41：发送模块；32、42：接收模块；15、25：发送部；16、26：接收部；100、201、300、311、401、402：信号生成部；101、316：真随机数生成部；102、302、315：伪随机数生成部；103、303、314：调制码合成部；104、202、304、404：相位调制部；105、203、305、405：发送天线；106、204、306、406：接收天线；107、205、307、
407：混频部；108、206、308、408：lpf部；109、207、309、409：adc部；110、310：信号处理装置；200：计算机；301、313：加密处理部；312：同步信号生成部；400：发送控制计算机；410：接收控制计算机；111、211、411、431：处理器；112、212、412、432：数字信号接口；113、213、414、433：存储器；114：电子电路；413：模拟信号接口；121、221、421：解调部；122、222、422：对象物测定部；223、423、441：伪随机数生成部；224、424、442：调制码生成部；225、427：真随机数生成部；425、443：加密处理部；426：同步信号生成部；s101、s201、s301、s312、s401、s412：源信号；s102、s316、s416：真随机数序列；s103、s302、s314：伪随机数序列；s104、s204、s304、s315、s404：调制码序列；s105、s205、s305、s405：发送信号；s106、s206、s306、s406：发送波；s107、s207、s307、s407：接收波；s108、s208、s308、s408：接收信号；s109、s209、s309、s409：混频输出信号；s110、s210、s310、s410：差拍信号；s111、s211、s311、s411：数字信号；s303、s317：加密序列；s313、s413：同步信号。