CN104422929B - 天线、雷达设备和信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天线、雷达设备以及信号处理方法。该天线中，第三发射天线设置在第一发射天线的短方向上偏移的位置处，第二发射天线设置在第一发射天线与第三发射天线之间的位置处，使得第二发射天线在纵向方向上的一部分与第一发射天线和第三发射天线在纵向方向上的一部分重叠，第四发射天线关于第三发射天线的位置设置在相对于第二发射天线的位置点对称的位置处，多个接收天线被设置成使得每个接收天线在纵向方向上的一部分与第二发射天线在纵向方向上的一部分重叠。

Description

天线、雷达设备和信号处理方法

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2013年8月26日提交的日本专利申请第2013-174905号的优先权。

技术领域

本发明涉及能够输出发射波的天线。

背景技术

过去，车载式雷达设备推导目标的位置。目标的位置的推导被执行如下。从雷达设备的发射天线输出的发射波被从目标反射。雷达设备的接收天线接收从目标反射的反射波。

雷达设备基于在输出发射波之后直到接收到反射波为止的时间差来推导目标相对于雷达设备的距离(下文中，称其为垂直距离)。另外，雷达设备基于目标相对于雷达设备的角度来推导目标与雷达设备的车宽距离(下文中，称其为水平距离)。即，雷达设备根据目标的垂直距离和水平距离推导目标相对于道路表面的水平方向的位置。另外，雷达设备推导其他车辆相对于车辆的相对速度。

雷达设备推导的目标例如是在垂直于道路表面的方向上与车辆基本上相同的高度处存在的其他车辆(下文中，称其为其他车辆)。雷达设备将目标在水平方向上的位置和相对速度输出到车辆控制装置。因此，车辆控制装置基于目标在水平方向上的位置和相对速度执行各种车辆控制。

车辆控制装置执行多种类型的车辆控制。车辆控制的示例包括ACC(自适应巡航控制)控制和PCS(预防碰撞安全系统)控制。ACC控制是驱动车辆CR以在保持车辆与在前车辆之间的给定的车辆间距离的状态下跟随在车辆前面行驶的其他车辆(下文中，称其为在前车辆)的控制。PCS控制是当碰撞发生时保护车辆的乘员免受影响的控制。

由于车辆控制装置主要用于跟随在前车辆以便执行ACC控制，因此雷达设备优选地以相对窄的角度执行远程波束辐射(distant beam radiation)。例如，要求当水平距离在自身车道(self-lane)内(约±1.8m的水平距离内)时，在预定垂直距离内(约150m的垂直距离内)的发射范围内输出发射波。所述约±1.8m的水平距离是在车宽方向上的自身车道的距离。也就是说，其是将自身车道的宽度设置为约3.6m并且将雷达设备的位置设置为±0m的水平距离时的车宽方向的距离。

另外，由于需要检测与倾斜地位于车辆前方以及直接面向前方的对象碰撞的可能性以允许车辆控制装置执行对车辆的PCS控制，因此雷达设备优选地在相对宽的范围内执行近程波束辐射(close-range beam radiation)。例如，要求当水平距离为约±7.2m内时，在预定垂直距离内(约80m的垂直距离内)的发射范围内输出发射波。所述约±7.2m的水平距离是包括自身车道和与自身车道相邻的左行车道和右行车道中的任一个的车宽方向的距离。也就是说，其是将与自身车道相邻的行车道的每个宽度设置为约3.6m，并且将雷达设备的位置设置为±0m的水平距离时的车宽方向的距离。

此外，除了道路表面上的其他车辆外，雷达设备可推导在垂直于道路表面的方向上在道路之上的具有特定高度(例如，约4.5m)的物体(例如，指示牌)的垂直距离和水平距离。如果在道路之上的物体被推导，则雷达设备将水平方向的位置和相对速度输出至车辆控制装置。因此，在道路之上的物体相对于车辆的垂直距离等于或小于预定距离的情况下，车辆控制装置可执行例如PCS控制。然而，虽然相对于车辆的垂直距离较短，但是在道路之上的物体是与车辆碰撞的风险小的目标。出于该原因，在道路之上的物体是不需要车辆控制装置进行车辆控制的目标。因此，要求雷达设备推导目标在垂直于道路表面的方向上的角度以区分该目标和在垂直于道路表面的方向上具有特定高度的目标。

在车辆控制装置执行多种类型的车辆控制的情况下，需要适合于每种控制的发射范围。出于该原因，雷达设备的天线必须设置有具有不同发射范围的多个发射天线。另外，在雷达设备推导目标在水平方向和垂直方向上相对于道路表面的角度的情况下，考虑将接收天线相对于电介质基板的基板表面布置在水平方向和垂直方向上。在这种情况下，在专利文献1中公开了一种用于布置接收天线的技术。

专利文献1：第H11-287857A号日本专利申请公布。

然而，为推导目标在水平方向和垂直方向上相对于道路表面的角度，增加了设置在雷达设备的天线中的接收天线的数量，从而显著地增大了布置有发射天线和接收天线的天线的面积。另外，在增加发射天线的数量以允许车辆控制装置执行多种类型的车辆控制的情况下，进一步增大了天线的面积。

随着天线的面积的增大，包括天线的雷达设备自身的尺寸增大。如果雷达设备的尺寸变大，则难以将雷达设备安装于车辆的有限安装空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于减小雷达设备的尺寸的技术。

(1)根据本发明的实施例的第一方面，提供了一种包括多个发射天线和多个接收天线的天线，该天线包括：第一发射天线；第三发射天线，其设置在所述第一发射天线的短方向上偏移的位置处；第二发射天线，其设置在所述第一发射天线与所述第三发射天线之间的位置处，使得所述第二发射天线在纵向方向上的一部分与所述第一发射天线和所述第三发射天线在所述纵向方向上的一部分重叠；第四发射天线，其关于所述第三发射天线的位置设置在相对于所述第二发射天线的位置点对称的位置处；以及所述多个接收天线，其被设置成使得每个所述接收天线在所述纵向方向上的一部分与所述第二发射天线在所述纵向方向上的一部分重叠。

(2)所述第一发射天线和所述第三发射天线可输出第一范围的发射波，所述第二发射天线和所述第四发射天线可输出水平角度比所述第一范围的水平角度窄的第二范围的发射波。

(3)根据本发明的实施例的第二方面，提供了一种包括上述天线的雷达设备，所述雷达设备包括：第一推导单元，其被配置为基于从所述第一发射天线和所述第三发射天线输出的发射波的来自目标的反射波来推导所述目标相对于道路表面在水平方向上的位置；以及第二推导单元，其被配置为基于从所述第二发射天线、所述第三发射天线和所述第四发射天线输出的发射波的来自所述目标的反射波来推导所述目标相对于所述道路表面在垂直方向上的高度。

(4)第一周期和第二周期可被设置为推导所述目标在水平方向上的位置和所述目标在所述垂直方向上的高度的处理的一个循环，其中该第一周期包括按顺序从所述第一发射天线和所述第三发射天线输出发射波的周期，该第二周期包括按顺序从所述第一发射天线、所述第二发射天线、所述第三发射天线和所述第四发射天线输出发射波的周期，所述第一推导单元可基于在所述第一周期和所述第二周期期间来自所述目标的反射波来推导所述目标在所述水平方向上的位置，所述第二推导单元可基于在所述第二周期期间来自所述目标的反射波来推导所述目标在所述垂直方向上的高度。

(5)根据本发明的实施例的第三方面，提供了一种能够控制车辆的车辆控制系统，包括：上述雷达设备；以及车辆控制装置，其被配置为基于从所述雷达设备输出的目标信息来控制所述车辆。

(6)根据本发明的实施例的第四方面，提供了一种通过利用设置在电介质基板的基板表面上的多个接收天线接收到的反射波推导目标的位置的信号处理方法，该信号处理方法包括：利用包括多个发射天线和所述多个接收天线的天线输出发射波，其中使用第一发射天线、设置在所述第一发射天线的短方向上偏移的位置处的第三发射天线、设置在所述第一发射天线与第三发射天线之间的位置处以使得其在纵向方向上的一部分与所述第一发射天线和所述第三发射天线在纵向方向上的一部分重叠的第二发射天线、以及关于所述第三发射天线的位置设置在相对于所述第二发射天线的位置点对称的位置处的第四发射天线；通过使用多个接收天线来接收反射波，其中所述多个接收天线被设置成使得每个所述接收天线在纵向方向上的一部分与所述第二发射天线在纵向方向上的一部分重叠；基于从所述第一发射天线和所述第三发射天线输出的发射波的来自所述目标的反射波，推导所述目标相对于道路表面在水平方向上的位置；基于从所述第二发射天线、所述第三发射天线和所述第四发射天线输出的发射波的来自所述目标的反射波，推导所述目标在纵向方向上相对于所述道路表面的高度。

根据(1)所述的配置，由于发射天线以阶梯形状设置在所述垂直方向上，并且所述接收天线设置在将与所述第二发射天线的一部分重叠的位置处，因此，用于沿与道路表面垂直的方向发射具有相位差的发射波的发射天线以及沿关于道路表面的水平方向接收具有相位差的反射波的接收天线被设置在一个天线中。因此，可以推导水平方向和垂直方向的角度而不增加雷达设备的天线的面积，从而减小雷达设备的尺寸。

根据(2)所述的配置，由于各个发射天线的发射范围的水平角度被设置为不同大小的角度，因此可以输出发射波以推导多种车辆控制分别所需的目标信息，从而进一步减小天线的大小。

根据(3)所述的配置，由于为了推导目标在关于道路表面的水平方向上的位置和目标在垂直方向上的高度这两者的处理而组合了多种发射天线，因此可以减少设置在天线中的发射天线的数量。因此，雷达设备可以利用相对紧凑的天线推导目标在关于道路表面的水平方向上的位置和目标在垂直方向上的高度。

根据(4)所述的配置，由于在第一周期和第二周期内推导目标在水平方向上的位置，而在第二周期内推导目标的高度，因此与目标在垂直方向上的高度的变化相比，可以更早地推导目标在水平方向上的位置的变化。

另外，根据(5)所述的配置，由于车辆控制装置基于从雷达设备输出的目标信息来控制车辆，因此在多种车辆控制中，可以根据目标信息来执行更适当的车辆控制。

附图说明

在附图中：

图1是整个车辆的示图；

图2是车辆控制系统的框图；

图3是示出天线的配置的示图；

图4是示出发射天线在关于道路表面的水平方向上的发射范围的示图；

图5是示出发射天线在关于道路表面的水平方向上的发射范围的示图；

图6是示出发射天线在关于道路表面的水平方向上的发射范围的示图；

图7是示出发射天线在关于道路表面的垂直方向上的发射范围的图；

图8是示出发射天线在关于道路表面的垂直方向上的发射范围的图；

图9是说明每个发射天线的发射波的输出时序的图；

图10是说明基于发射信号和接收天线对差拍信号的推导的图；

图11是说明ESPRIT的处理概况的图；

图12是说明来自目标的反射波的图；

图13是示出在第二周期内与每个发射天线和每个接收天线对应的接收信号的表格；

图14是示出在第一周期和第二周期内与每个发射天线和每个接收天线对应的接收信号的表格；

图15是雷达设备的流程图。

具体实施方式

下文中，现在将参照附图描述本发明的实施例。

<第一实施例>

<1.整个车辆的视图>

图1是整个车辆CR的视图。车辆CR通常包括雷达设备10和设置在以下描述的车辆控制系统1中的车辆控制装置20。车辆CR包括在车辆CR的前面的保险杠附近的雷达设备10。雷达设备10通过一次扫描来扫描关于道路表面的水平方向和关于道路表面的垂直方向的给定范围。因此，雷达设备10推导包括目标相对于道路表面的位置(垂直距离和水平距离)、目标相对于道路表面的高度和目标相对于CR的相对速度的信息(下文中，称为目标信息)。稍后将详细描述通过雷达设备10推导目标信息的处理。车辆控制装置20安装在车辆CR中。车辆控制装置20是用于控制车辆CR的每个装置的ECU(电子控制单元)。

<2.系统框图>

图2是车辆控制系统1的框图。车辆控制系统1是能够控制车辆CR的行为的系统。车辆控制系统1包括雷达设备10、车辆控制装置20、车速传感器21、转向传感器22、油门23和制动器24。雷达设备10和车辆控制装置20彼此电连接。车辆控制装置20电连接至车速传感器21、转向传感器22、油门23和制动器24。

车辆控制装置20根据车辆CR的行驶状况执行多种类型的车辆控制当中的至少一种车辆控制。车辆控制的示例包括ACC(自适应巡航控制)控制和PCS(预防碰撞安全系统)控制。车辆控制装置20控制车辆CR以跟随在车辆CR行驶的自身车道内的在前车辆。具体地，车辆控制装置20根据车辆CR的行驶控制油门23和制动器24中的至少一个。另外，车辆控制装置20驱动车辆CR以在保持车辆与在前车辆之间的给定的车辆间距离的状态下跟随在前车辆。ACC控制用以在保持车辆与在前车辆之间的给定的车辆间距离的状态下跟随在前车辆。

另外，车辆控制装置20保护车辆CR的乘员免受车辆CR与其他车辆之间的碰撞。具体地，例如，如果存在车辆CR与其他车辆碰撞的可能性，则如下控制车辆CR。车辆控制装置20使用报警装置(未示出)来向车辆CR的乘员给出防止碰撞的警告。车辆控制装置20借助于车舱内的安全带来将乘员固定于座位。因此，即使在车辆CR与其他车辆碰撞的情况下，也会减少对车辆CR的乘员的影响。以该方式，PCS控制用以保护车辆CR的乘员。

车速传感器21基于车辆CR的车轴的旋转速度将根据车辆CR的速度的信号输出到车辆控制装置20。车辆控制装置20基于来自车速传感器21的信号推导车辆CR的当前速度。

转向传感器22推导车辆CR的驾驶者操作的转向车轮的转向角度。因此，转向传感器22将与车辆CR的车体角度有关的信息输出到车辆控制装置20。基于从转向传感器22获取的信息,车辆控制装置20推导车辆CR行驶的自身车道的曲率半径的值。

油门23通过车辆CR的驾驶者的操作来加快车辆CR的速度。另外，油门23通过车辆控制装置20的控制来加快车辆CR的速度。例如，油门23加快车辆CR的速度以将车辆CR与在前车辆之间的车辆距离保持为恒定距离。

制动器24通过车辆CR的驾驶者的操作来减低车辆CR的速度。另外，制动器24通过车辆控制装置20的控制来减低车辆CR的速度。例如，制动器24减低车辆CR的速度以将车辆CR与在前车辆之间的车辆距离保持为恒定距离。

接下来，将描述雷达设备10。雷达设备10包括天线101、混合器13(13a至13d)、AD(模拟/数字)转换器14(14a至14d)、信号生成单元15、振荡器16、开关17和信号处理单元18。

天线101具有发射天线11和接收天线12。发射天线13由四个天线组成，即，发射天线11a、11b、11c和11d。在给定周期内通过切换开关17来切换发射天线11。因此，四个发射天线中的至少一个输出发射波。

接收天线12由四个天线组成，即，接收天线12a、12b、12c和12d。四个天线从目标接收反射波。

<2-1.天线配置>

现在将参照图3描述天线101的整体配置。图3是说明天线101的配置的图。图3使用X坐标轴和Y坐标轴来描述方向。X坐标轴和Y坐标轴相对地固定于发射天线11和接收天线12中的至少一个。安装在电介质基板102的基板表面上的发射天线11和接收天线12的短方向(下文中称其为短方向)对应于X轴方向。发射天线11和接收天线12的纵向方向(下文中称其为纵向方向)对应于Y轴方向。

天线101具有安装在电介质基板102的基板表面上的发射天线11和接收天线12。电介质基板102是在短方向(X轴方向)上具有宽度W0(例如，约6.0cm)和在纵向方向(Y轴方向)上具有长度L0(例如，约6.0cm)的大致方形的基板。

接下来，将描述发射天线11的各个发射天线11a至11d。各个发射天线11a至11d具有设置给多条传输线(未示出)的天线元件。发射天线11的传输线将发射信号传送到天线元件。天线元件基于发射信号输出发射波。

发射天线11a安装在短方向(X轴方向)上面向电介质基板102的基板表面的右侧(+X侧)的位置以及在纵向方向(Y轴方向)上基本上在电介质基板102的中央附近的位置。也就是说，发射天线11a设置在电介质基板102的右端部分的大致中央处。发射天线11a是在短方向(X轴方向)上具有宽度W11(例如，约0.6cm)以及在纵向方向(Y轴方向)上具有长度L1(例如，约1.8cm)的大致矩形的天线。

发射天线11b设置在发射天线11a与稍后所述的发射天线11c之间。发射天线11b安装在短方向(X轴方向)上面向电介质基板102的基板表面的发射天线11a的左侧(-X侧)的位置处。也就是说，发射天线11b在短方向(X轴方向)上设置在发射天线11a附近的位置处。

另外，发射天线11b设置在纵向方向(Y轴方向)上面向电介质基板102的基板表面的高于发射天线11a的上侧(+y侧)位置处。也就是说，发射天线11b在纵向方向(Y轴方向)上设置在与发射天线11a的一部分重叠的位置处。

发射天线11b是在短方向(X轴方向)上具有宽度W12(例如，约1.0cm)以及在纵向方向(Y轴方向)上具有长度L1(例如，约1.8cm)的大致矩形的天线。发射天线11b设置在纵向方向(Y轴方向)上面向电介质基板102的基板表面的相对于发射天线11a高长度L2(例如，0.9cm)的上侧(+Y侧)位置处。

发射天线11c安装在短方向(X轴方向)上面向电介质基板102的基板表面的发射天线11b的左侧(-X侧)的位置处。也就是说，发射天线11c在短方向(X轴方向)上设置在发射天线11b附近的位置处。

另外，发射天线11c设置在纵向方向(Y轴方向)上面向电介质基板102的基板表面的低于发射天线11b的下侧(-Y侧)位置处。也就是说，发射天线11c在纵向方向(Y轴方向)上设置在与发射天线11b的一部分重叠的位置处。

发射天线11c是在短方向(X轴方向)上具有宽度W11(例如，约0.6cm)以及在纵向方向(Y轴方向)上具有长度L1(例如，约1.8cm)的大致矩形的天线。即，发射天线11c是形状与发射天线11a的形状基本上相同的天线。在该情况下，为了采取以下将描述的当推导水平角度时折叠相位的措施，发射天线11a和11c被布置成使得在水平方向上发射波的输出方向偏移到左侧和右侧。发射天线11c设置在纵向方向(Y轴方向)上面向电介质基板102的基板表面的相对于发射天线11b低长度L2(例如，约0.9cm)的下侧(-Y侧)位置处。长度L2是发射天线11b的长度L1的大致一半。

在这种情况下，发射天线11c设置在沿着短方向(X轴方向)从发射天线11a的位置向电介质基板102的基板表面移动的位置处。

发射天线11d在短方向(X轴方向)上安装在面向电介质基板102的基板表面的发射天线11c的左侧(-X侧)位置处。也就是说，发射天线11d在短方向(X轴方向)上设置在发射天线11c附近的位置处。

另外，发射天线11d在纵向方向(Y轴方向)上设置在面向电介质基板102的基板表面的低于发射天线11c的下侧(-Y侧)位置处。也就是说，发射天线11d在纵向方向(Y轴方向)上设置在与发射天线11c的一部分重叠的位置处。

发射天线11d是在短方向(X轴方向)上具有宽度W12(例如，约1.0cm)以及在纵向方向(Y轴方向)上具有长度L1(例如，约1.8cm)的大致矩形的天线。发射天线11d设置在纵向方向(Y轴方向)上面向电介质基板102的基板表面的相对于发射天线11c低长度L2(例如，约0.9cm)的下侧(-Y侧)位置处。长度L2是发射天线11c的长度L1的大致一半。

另外，鉴于发射天线11b与发射天线11d之间的旋转关系，发射天线11d安装在与发射天线11b对称的位置处，其中发射天线11c的位置是对称的中央位置。因此，雷达设备10可以包括纵向方向(Y轴方向)的多个发射天线，而没有增加天线101的面积。

四个发射天线11a至11d在纵向方向(Y轴方向)上以左侧3个梯级和右侧2个梯级的阶梯形状设置。也就是说，四个发射天线11a至11d以左侧和右侧反转的反转L字母设置。因此，在从发射天线11b输出的发射波、从发射天线11c输出的发射波和从发射天线11d输出的发射波当中产生与纵向方向(Y轴方向)的偏差相对应的相位差。因此，雷达设备10可以输出发射波以推导目标在垂直于道路表面的方向上的高度。

将描述接收天线12的接收天线12a至12d中的每一个。各个接收天线12a至12d具有设置给多条传输线(未示出)的天线元件。接收天线12的天线元件接收反射波以将接收信号输出到传输线。

接收天线12设置在电介质基板102的基板表面上。接收天线12包括四个天线，即，接收天线12a、12b、12c和12d。各个接收天线12a至12d是在短方向(X轴方向)上具有宽度W13(例如，约0.5cm)以及在纵向方向(Y轴方向)上具有长度L1(例如，约1.8cm)的大致矩形天线的天线。接收天线12在短方向(X轴方向)上安装在面向电介质基板102的左侧(-X侧)位置处。另外，接收天线12在纵向方向(Y轴方向)上安装在面向电介质基板102的上侧(+y侧)位置处。也就是说，接收天线12设置在电介质基板102的左上端处。

接收天线12的各个接收天线12a至12d在短方向(X轴方向)上安装在彼此相邻的位置处。另外，各个接收天线12a至12d在纵向方向(Y轴方向)上安装在相同位置处。各个接收天线12a至12d在纵向方向(Y轴方向)上安装在与接收天线11b的一部分重叠的位置处。也就是说，各个接收天线12a至12d布置在由三个发射天线11b至11d组成的的阶梯式确定空间内。因此，发射天线11和接收天线12可以安装在基板表面的相对窄的空间内。因此，雷达设备10的天线101的面积没有增大，所以可以减小雷达设备10的尺寸。由于可以以大致矩形的形状形成设置有发射天线11和接收天线12的天线101，因此可以减小安装有天线101的雷达设备10自身的尺寸。

<2-2.发射范围>

接下来，将参照图4至图8描述发射天线11的各个发射天线11a至11d的发射范围。图4至图8使用xyz坐标轴来说明方向。xyz坐标轴与车辆CR相对固定。车辆CR的车辆宽度方向对应于x轴方向。车辆CR的行驶方向对应于y轴方向。车辆CR的高度方向(车辆高度方向)对应于z轴方向。在该情况下，图4至图6是在车辆CR的高度方向上从上侧(+z侧)向下侧(-z侧)看到的视图。图7和图8是在车辆CR的车辆宽度方向(x轴方向)上从左侧(-x侧)向右侧(+x侧)看到的视图。

图4是示出发射天线11b和11d在与自身车道RC的道路表面(下文中称为道路表面)的水平方向上的发射范围的图。图4示出在自身车道RC上行驶的车辆CR的前方(+y侧)的发射范围Tr2。发射范围Tr2是从发射天线11b输出的发射波的范围。自身车道RC的宽度为约3.6cm。与自身车道RC相邻的行车道RR(下文中称为右车道RR)存在于自身车道RC的右侧。与自身车道RC相邻的行车道RL(下文中称为左侧车道RL)存在于自身车道RC的左侧。

第二参考轴Ce2是向车辆的行驶方向(+y侧)延伸的轴，并且位于发射范围Tr2的大致中央处。如果第二参考轴Ce2相对于道路表面的水平方向的角度为±0°，则发射范围Tr2具有在车辆CR的车辆宽度方向(x轴方向)的右侧(+x侧)的水平方向的角度为约+21°以及在左侧(-x侧)的水平方向的角度为约-21°的范围。下文中，将车辆CR的车辆宽度方向(x轴方向)的角度称为水平角度，其中各个参考轴的角度为±0°。水平角度也称为相对于道路表面的水平方向的角度。在这种情况下，第二参考轴Ce2的长度为约150m。即，发射范围Tr2变为在约150m的垂直距离内在约±21°的水平角度内的范围。如果车辆CR位于自身车道RC的大致中央处，则在约±21°的水平角度内的范围是包括自身车道RC的宽度(约3.6m)的范围。发射天线11b输出发射范围Tr2内的发射波。因此，接收天线12从存在于发射范围Tr2内的目标接收反射波。

发射范围Tr4是从发射天线11d输出的发射波的范围。类似于第二参考轴Ce2，第四参考轴Ce4位于发射范围(发射范围Tr4)的大致中央处。如果第四参考轴Ce4的水平角度为±0°，则发射范围Tr4具有在车辆CR的车辆宽度方向(x轴方向)的右侧(+x侧)水平角度为约+21°以及在左侧(-x侧)水平角度为约-21°的范围。在这种情况下，第四参考轴Ce4的长度为约150m。即，发射范围Tr4变为在约150m的垂直距离内在约±21°的水平角度内的范围。如果车辆CR位于自身车道RC的大致中央处，则在约±21°的水平角度内的范围是包括自身车道RC的宽度(约3.6m)的范围。发射天线11d输出在发射范围Tr4内的发射波。结果，接收天线12从存在于发射范围Tr4内的目标接收反射波。

图5是示出发射天线11a在关于道路表面的水平方向上的发射范围的图。图5示出在自身车道RC上行驶的车辆CR的右前方(+y侧和+x侧)的发射范围Tr1。发射范围Tr1是从发射天线11a输出的发射波的范围。第一参考轴Ce1是相对于车辆CR的行驶方向(+y侧)倾斜地向车辆宽度方向(x轴方向)延伸的轴，并且位于发射范围TR1的大致中央处。如果第二参考轴Ce2的水平角度为±0°，则第一参考轴Ce1位于约+7°水平角度处。另外，如果第一参考轴Ce1的水平角度为±0°，则发射范围Tr1的右端位于约±38°的水平角度处。也就是说，如果第二参考轴Ce2的水平角度为±0°，则发射范围Tr1的右端位于约±45°的水平角度处。

如果第一参考轴Ce1的水平角度为±0°，则发射范围Tr1的左端位于约-38°的水平角度处。在这种情况下，第一参考轴Ce1的长度为约80m。即，在垂直距离在约150m内且第一参考轴Ce1的水平角度为±0°的情况下，发射范围Tr1变为在约±38°的水平角度内的范围。在车辆CR位于自身车道RC的大致中央处的情况下，在约±38°的水平角度内的范围是包括自身车道RC的宽度(约3.6m)和右车道RR(约3.6m)的范围。也就是说，在车辆CR位于自身车道RC的大致中央处的情况下，在约±38°的水平角度内的范围对应于约-1.8m至+5.4m的水平距离。发射天线11a输出发射范围Tr1内的发射波。因此，接收天线12从存在于发射范围Tr1的目标接收反射波。

图6是示出发射天线11c在关于道路表面的水平方向上的发射范围的图。图6示出在自身车道RC上行驶的车辆CR的左前方(+y侧和x侧)的发射范围Tr3。发射范围Tr3是从发射天线11c输出的发射波的范围。第三参考轴Ce3是相对于车辆CR的行驶方向(+y侧)倾斜地向车辆宽度方向(x轴方向)的左侧(-x侧)延伸的轴，并且位于发射范围Tr3的大致中央处。如果第二参考轴Ce2的水平角度为±0°，则第三参考轴Ce3位于约-7°的水平角度处。另外，如果第三参考轴Ce3的水平角度为±0°，则发射范围Tr3的左端位于约-38°的水平角度处。也就是说，如果第二参考轴Ce2的水平角度为±0°，则发射范围Tr3的左端位于约-45°的水平角度处。

如果第三参考轴Ce3的水平角度为±0°，则发射范围Tr3的右端位于约+38°的水平角度处。在这种情况下，第三参考轴Ce3的长度为约80m。即，在垂直距离在约80m内且第三参考轴Ce3的水平角度为±0°的情况下，发射范围Tr3变为在约±38°的水平角度内的范围。在车辆CR位于自身车道RC的大致中央处的情况下，在约±38°的水平角度内的范围是包括自身车道的宽度(约3.6m)和左车道LR(约3.6m)的范围。也就是说，在车辆CR位于自身车道RC的大致中央处的情况下，在约±38°的水平角度内的范围对应于约-5.4m到约+1.8m的水平距离。发射天线11c输出发射范围Tr3内的发射波。因此，接收天线12从存在于发射范围Tr3内的目标接收反射波。

根据上述描述，当将发射范围Tr2和Tr4与发射范围Tr1和Tr3进行比较时，发射波的输出距离延长，并且水平角度具有窄范围。也就是说，当将发射范围Tr1和Tr3与发射范围Tr2和Tr4进行比较时，发射波的输出距离缩短，并且水平角度具有宽范围。

车辆控制装置20基于根据发射范围Tr1至Tr4的整个发射范围推导的目标信息来执行车辆CR所需的控制。车辆控制装置20对车辆CR执行ACC控制以跟随其他车辆的行驶。例如，其他车辆是在车辆CR行驶的行车道上在与车辆CR相同的方向上行驶、并且相对地远离(例如，100m)车辆存在的目标。其他车辆存在于发射范围Tr1至Tr4中的任一范围内。另外，车辆控制装置20对车辆CR执行PCS控制以防止车辆CR与其他车辆碰撞。其他车辆是以给定速度(例如，60km/h)以上接近车辆CR并且存在于车辆CR附近的位置处的目标。其他车辆存在于发射范围Tr1至Tr4的任一范围内。以该方式，雷达设备10可以使用在图3中所述的天线101的发射天线11和接收天线12的配置来输出发射波以推导车辆控制装置20的多种类型的车辆控制当中的至少一种车辆控制所需的目标信息。因此，车辆控制装置20可以在多种类型的车辆控制当中基于目标信息执行适当的车辆控制。

图7是示出发射天线11b和11d在与道路表面垂直的方向上的发射范围Tr2和Tr4的图。下文中，虽然将描述发射范围Tr2和Tr4的垂直发射范围，但是由于两个发射范围彼此基本上相同，因此将作为示例描述发射范围Tr2。图7示出在自身车道RC上行驶的车辆CR的前方(+y侧)的发射范围Tr2。如果第二参考轴Ce2相对于道路表面的垂直方向的角度为±0°，则发射范围Tr2具有在车辆CR的高度方向的上侧(+z侧)的垂直方向的角度为约+8.5°以及在下侧(-z侧)的垂直方向的角度为约-8.5°的范围。下文中，每个参考轴的角度被设置为±0°，车辆的高度方向(z轴方向)的角度被称为垂直角度。垂直角度也称为关于道路表面的垂直方向的角度。在这种情况下，第二参考轴Ce2与道路表面基本上平行，并且具有约150m的长度。即，发射范围Tr2变为在约150m的垂直距离内在约±8.5°的垂直角度内的范围。发射天线11b输出发射范围Tr2内的发射波。因此，接收天线12从存在于发射范围Tr2内的目标接收反射波。

图8是示出发射天线11c在垂直于道路表面的方向上的发射范围Tr3的图。图8示出在自身车道RC上行驶的车辆CR的前方(+y侧)的发射范围Tr3。如果第三参考轴Ce3的垂直角度为±0°，则发射范围Tr2具有在车辆CR的高度方向的上侧(+z)的垂直角度为约+8.5°以及在下侧(-z侧)的垂直角度为约-8.5°的范围。在这种情况下，第三参考轴Ce3与道路表面基本上平行，并且具有约80m的长度。即，发射范围Tr3变为在约80m的距离内在约±8.5°的垂直角度内的范围。发射天线11c输出发射范围Tr3内的发射波。因此，接收天线12从存在于发射范围Tr3内的目标接收反射波。

根据以上描述，当将发射范围Tr2和Tr4与发射范围Tr3进行比较时，垂直距离延长，并且垂直角度具有基本上相同的范围。也就是说，当将发射范围Tr3与发射范围Tr2和Tr4进行比较时，垂直距离缩短，并且垂直角度具有大致相同的范围。

返回参照图2，混合器13具有混合器13a至13d。对接收天线12a至12d中的每一个设置混合器13，并且混合与接收天线12接收到的反射波相对应的接收信号和与发射波相对应的发射信号。混合器13生成作为发射信号与接收信号之差的差拍信号，以将其输出到AD转换器14。

AD转换器14具有四个AC转换器14a至14d。对各个接收天线12a至12d设置AD转换器14。AD转换器14将从混合器13输入的模拟信号转换成数字信号。具体地，AD转换器14以给定周期对模拟信号的差拍信号进行采样。AD转换器14对已采样的差拍信号进行量化，并且将其转换成数字信号。AD转换器14将数字信号输出到信号处理单元18。

信号生成单元15生成用于调制的三角波信号以将其输出到振荡器16。振荡器16将三角波信号调制成毫米波带(例如，76.5GHz)的信号以将其输出到开关17。

开关17连接至各个发射天线11a至11d。开关17按每个给定的定时(例如，5毫秒)切换将要连接的天线。开关17将作为毫米波带的信号的发射信号输出到发射天线11a至11d中的任一个。

<2-3.发射波的输出定时>

现在将参照图9描述来自发射天线11a至11d的发射波的输出定时。图9是说明来自各个发射天线11a至11d的发射波的输出定时的图。在图9中，纵轴表示频率(GHz)，横轴表示时间(毫秒)。在附图中，发射信号TS是在200MHz之间重复恒定改变的信号，例如，其上升达到第一预定频率(例如，76.6GHz)，然后下降至第二预定频率(例如，76.4GHz)，其中，中心频率为76.5GHz。

发射信号TS的发射周期Tx1是从发射天线11a输出反射波的周期。也就是说，发射天线11在时间t0至时间t1之间的第一发射周期Tx1期间输出发射波。开关17在时间t1到时间t1a之间将输出发射波的天线从发射天线11a切换到发射天线11c。

第三发射周期Tx3是从发射天线11c输出发射波的周期。也就是说，发射天线11c在时间t1a与时间t2之间的第三发射周期Tx3期间输出发射波。

第一处理周期Tx5是信号处理单元18基于来自目标的反射波来推导目标在关于道路表面的水平方向上的位置。

包括第一发射周期Tx1、第三发射周期Tx3和第一处理周期Tx5等的周期变为第一周期Tx10。第一周期Tx10是时间t0至时间t3的时段。在第一周期Tx10期间，按顺序从发射天线11a和发射天线11c输出发射波。另外，在第一周期Tx10期间，信号处理单元18基于来自目标的发射波的反射波来推导目标在关于道路表面的水平方向上的位置。

开关17在时间t3与时间3a之间将输出发射波的天线从发射天线11c切换到发射天线11a。

第一发射周期Tx1a是从发射天线11a输出发射波的周期。也就是说，发射天线11a在时间t3a与时间t4之间的第一发射周期Tx1a期间输出发射波。开关17在时间t4与时间t4a之间将输出发射波的天线从发射天线11a切换到发射天线11b。

第二发射周期Tx2a是从发射天线11b输出发射波的周期。也就是说，发射天线11b在时间t4a与时间t5之间的第二发射周期Tx2a期间输出发射波。开关17在时间t5与时间t5a之间将输出发射波的天线从发射天线11b切换到发射天线11c。

第三发射周期Tx3a是从发射天线11c输出发射波的周期。也就是说，发射天线11c在时间t5a与时间t6之间的第三发射周期Tx3a期间输出发射波。开关17在时间t6与时间t6a之间将输出发射波的天线从发射天线11c切换到发射天线11d。

第四发射周期Tx4a是从发射天线11d输出发射波的周期。也就是说，发射天线11d在时间t6a与时间t7之间的第四发射周期Tx4a期间输出发射波。

第二处理周期Tx5a是信号处理单元18基于来自目标的反射波来推导相对于道路表面目标在水平方向上的位置和目标在垂直方向上的高度。

包括第一发射周期Tx1a、第二发射周期Tx2a、第三发射周期Tx3a、第四发射周期Tx4a和第二处理周期Tx5a的周期变成第二周期Tx11。第二周期Tx11是时间t3a至时间t8的时段。在第二周期Tx11期间，按顺序从传输天线11a至11d输出发射波。另外，在第二周期Tx11期间，信号处理单元18基于来自目标的发射波的反射波来推导相对于道路表面目标在水平方向上的位置和目标在垂直方向上的高度。

即，在第一发射周期Tx1a和第三发射周期Tx3a期间基于接收信号推导水平方向的位置，并且在第一发射周期Tx1a、第二发射周期Tx2a、第三发射周期Tx3a和第四发射周期Tx4a期间基于接收信号推导垂直方向的高度。推导相对于道路表面目标在水平方向上的位置和目标在垂直方向上的高度的处理都采用多个发射天线，例如，发射天线11b、11c和11d，从而减少发射天线11的数量。结果，雷达设备10可以通过相对紧凑的天线101推导相对于道路表面目标在水平方向上的位置和目标在垂直方向上的高度。

开关17在时间t8与时间t8a之间将输出发射波的天线从发射天线11d切换到发射天线11a。

在这种情况下，包括第一周期Tx10和第二周期Tx11的循环周期Tx100变为目标推导处理的一个循环。也就是说，目标推导处理的下一循环从时间t8a开始。在下一循环中，类似于前一循环，在第一周期期间按顺序从发射天线11a和11c输出发射波，然后执行目标推导处理。在第二周期期间按顺序从发射天线11a至11d输出发射波，然后执行目标推导处理。在这种情况下，循环周期Tx100的时间例如为100毫秒。第一周期Tx10的时间例如为50毫秒，第二周期Tx11的时间例如为60毫秒。另外，来自发射天线11中的一个发射天线的发射波的输出时间例如为5毫秒。

另外，如上所述，在一个循环的第二周期Tx11期间从四个发射天线11a至11d输出发射波以推导目标在水平方向上的位置和目标在垂直方向上的高度。然而，在一个循环的第一周期Tx10期间从两个发射天线11a和11c输出发射波以仅推导目标在水平方向上的位置的原因如下。即，原因在于由于雷达设备10的内部电路由于发射波的输出而发热，因此上述配置防止雷达设备10的损坏。

对于目标在水平方向上的位置，需要相对高的推导频率以应对突然插到车辆CR的前方的其他车辆。然而，由于在道路之上的物体(诸如，道路交通指示牌)没有突然插到车辆CR前面，因此对于目标在垂直方向上的高度而言推导频率可相对地低。因此，由于防止了雷达设备10的发热，所以可以防止对目标推导处理的不良影响。另外，雷达设备10可以在一个循环期间推导目标在水平方向上的位置至少两次，并且可以推导目标在垂直方向上的高度一次。即，相对于目标在垂直方向上的高度的改变，雷达设备10可以较早地推导目标在水平方向上的位置的改变。因此，从雷达设备10接收目标信息车辆控制装置20可以用ACC控制和PCS控制中的至少一个适当地控制车辆控制所需的目标。

<2-4.差拍信号的推导>

下面的描述将说明例如在第一周期Tx10期间基于发射信号TS和接收信号RS对差拍信号BS的推导。图10是说明基于发射信号TS和接收信号RS对差拍信号的推导的图。

图10中的每个符号和下面描述的表达式中的每个符号如下：fr是距离频率，fd是速度频率，Fo是发射波的中心频率，DF是频率偏差宽度，fm是调制波的重复频率，c是光速(波速)，T是波在车辆CR与目标之间的来回时间，fs是发射/接收频率，R是垂直距离，以及V是相对速度。

图10中是上部图是示出发射信号TS与接收信号RS的信号波形的图。图10中的中部图是示出由于发射信号TS与接收信号RS之间的差频产生的差拍频率BF的图。图10中的下部图是示出与差拍频率BF相对应的差拍信号BS。

在图10的上部图中，纵轴表示频率(GHz)，横轴表示时间(毫秒)。在该图中，发射信号TS在200MHz之间重复恒定变化，例如，其上升达到预定频率(例如，76.6GHz)、然后下降到预定频率(例如，76.4GHz)，其中，中心频率是76.5GHz。

发射信号TS具有频率上升达到预定频率的周期(下文中，称为上升周期)。上升周期对应于周期U1(时间t0至时间t11)和周期U3(时间t1a至时间t12)。发射信号TS具有在上升至预定频率之后频率下降至预定频率的周期(下文中，称为下降周期)。下降周期对应于周期D1(时间t11至时间t1)和周期D3(时间t12至时间t2)。第一发射周期Tx1具有周期U1和周期D1。第三发射周期Tx3具有周期U3和周期D3。

在第一发射周期Tx1内，从发射天线11a输出发射波。发射波被接收天线12作为来自目标的反射波接收。结果，接收信号RS通过接收天线12输出到混合器13。在这种情况下，类似于发射信号TS，接收信号RS具有频率上升达到预定频率的上升周期和频率下降到预定频率的下降周期。另外，在第三发射周期Tx3内，从发射天线11c输出发射波，并且通过接收天线12将基于反射波的接收信号RS输出到混合器13。

在这种情况下，取决于目标相对于车辆CR的垂直距离，与发射信号TS相比，接收信号RS具有时间延迟。另外，如果车辆CR的速度与目标的速度之间存在速度差，则相对于发射信号，在接收信号RS中由于多普勒偏移而出现差异。

在图10的中间图中，纵轴表示频率(GHz)，横轴表示时间(毫秒)。该图示出表示在上升周期和下降周期内发射信号与接收信号之差的差拍信号。例如，在周期U1内推导差拍频率BF1，在周期D1内推导差拍频率BF2。以该方式，在每个周期内推导差拍频率BF。

在图10的下部图中，纵轴表示振幅(V)，横轴表示时间(毫秒)。该图示出与差拍频率BF相对应的模拟信号的差拍信号。通过AD转换器14将差拍信号BS从模拟信号转换成数字信号。

在图10中，在接收天线12从目标的一个反射点接收反射波的情况下示出差拍信号BS。与之相比，在接收天线12从目标的多个反射点接收多个反射波的情况下，推导根据多个反射波的差拍信号BS。

返回到图2，信号处理单元18包括傅里叶变换部18a、峰值提取部18b、水平角度推导部18c、垂直距离/相对速度推导部18d和垂直角度推导部18e。

傅里叶变换部18a利用DSP(数字信号处理器)电路(未示出)来分析经AD转换器转换的数字信号的频率。具体地，傅里叶变换部18a通过FFT(快速傅里叶变换)来生成数字信号针对每个频率被分解的FFT数据。

峰值提取部18b提取FFT数据中的针对每个频率的信号当中信号水平超过给定阈值的信号作为峰值信号。

水平角度推导部18c利用特定的角度估计方法来推导目标在关于道路表面的水平方向上的角度。具体地，水平角度推导部18c基于接收天线12a至12d接收到的接收信号，根据峰值信号推导目标在关于道路表面的水平方向上的角度。水平角度推导部18c将目标在关于道路表面的水平方向上的角度输出到垂直距离/相对速度推导部18d。

<2-5.水平角度的推导>

将参照图11描述水平角度推导部18c采用ESPRIT作为角度估计方法的示例的情况。在雷达设备10采用ESPRIT作为角度估计方法的情况下，可以通过四个接收天线推导位于基本上相同的垂直距离处的三个目标的各自水平角度。即，雷达设备10可以推导在位于基本上相同的垂直距离处的多个目标当中数量与将天线12的总数量减1而获得的数量相同的目标的水平角度。图11是说明ESPRIT的处理概况的图。

ESPRIT是通过两个位置偏离的子阵列将接收天线12a至12d划分并根据两个子阵列的相位差来估计入射波(反射波)的入射方向的技术。

如图11所示，存在由K个元件构成的线性阵列。入射波的数量被设置为L，第i个入射波的角度被设置为θi(i＝1,2,…,K)。

ESPRIT是基于旋转不变性“J₁AΦ＝J₂A”来估计通过全部阵列的平行平移而生成的每个入射波的相位旋转的技术。矩阵J1和矩阵J2是(K-1)×K的变换矩阵。K是接收天线12的数量。A是由具有变量θ1至θL的阵列响应向量构成的方向矩阵。Φ是L项的对角矩阵。

如图11所示，在由K个元件构成的线性阵列中，从第一个元件起的第(K-1)个元件变为子阵列#1，从第二元件起的第K个元件变为子阵列#2。以该方式，旋转不变性的J₁A意味着提取矩阵A的第一至第(K-1)列，旋转不变形的J₂A意味着提取矩阵A的第二至第K列。即，J₁A表示子阵列#1的方向矩阵。J₂A表示子阵列#2的方向矩阵。

如果A是已知的，则求出Φ来估计路径的入射角度。然而，由于应该估计A，因此不能直接对Φ的求解。因此，求出K维接收信号向量的K×K协方差矩阵Rxx。对Rxx进行特征值扩展，并且根据从其获得的特征值、通过使用与高于热噪声乘方σ²的特征值相对应的特征向量来生成信号子空间矩阵Es。

所生成的信号子空间矩阵Es和矩阵A通过使用存在于其间的L项的正规矩阵T，可表示为A＝EsT^-1。本文中，Es是K×L矩阵。T是L×L的正规矩阵。如果旋转不变性由等式A＝EsT^-1替代，则获得(J₁Es)(TΦT^-1)＝J₂Es。如果在根据该等式求出TΦT^-1之后进行特征值扩展，则特征值变为Φ的对角元素。因此，入射波的角度根据特征值估计。

返回到图2，垂直距离/相对速度推导部18d推导垂直距离和相对速度。具体地，垂直距离/相对速度推导部18d通过对上升周期的峰值信号和下降周期的峰值信号进行配对来推导配对数据。垂直距离/相对速度推导部18d通过使用以下的等式1来推导与配对数据相对应的目标的垂直距离。另外，垂直距离/相对速度推导部18d通过使用以下的等式2来推导与配对数据相对应的目标的相对速度。在这种情况下，根据与垂直距离和由水平角度推导部18c推导出的水平角度有关的信息，通过使用三角函数计算，来推导与配对数据相对应的目标的水平距离。

[等式1]

[等式2]

在这种情况下，垂直距离/相对速度推导部18d基于每个发射天线的发射波、根据接收信号推导目标的距离和相对速度。例如，在图9所描述的第二周期Tx11内，傅里叶变换部18a在第二处理周期Tx5a内生成针对四个发射天线的三个FFT数据。针对四个发射天线存在三个FFT数据的原因是发射天线11b和11d的发射范围(Tr2和Tr4)基本上彼此相等。傅里叶变换部18a通过四个发射天线和四个接收天线来生成3×4＝12的FFT数据。针对一个发射天线的四个接收天线的FFT数据的峰值信号在信号水平和频率方面展现了基本上相同的特性。出于该原因，例如，通过对信号水平进行平均来使用四个FFT数据的峰值信号。下文中，为了简化说明，将针对一个发射天线的四个接收天线的FFT数据的峰值信号用作平均值，并且将描述用于四个发射天线的三个FFT数据。

傅里叶变换部18a生成发射天线11a的第一发射周期Tx1a的FFT数据。另外，傅里叶变换部18a基于发射天线11b的第二发射周期Tx2a和发射天线11d的第四发射周期Tx4a来生成FFT数据。第二发射周期Tx2a和第四发射周期Tx4a的FFT数据是通过将与这两个周期相对应的差拍信号进行平均而推导的FFT数据。另外，傅里叶变换部18a生成发射天线11c的第三发射周期Tx3a的FFT数据。

峰值提取部18b从三个FFT数据提取峰值信号。如果在与多个FFT数据相同的频率处存在峰值信号，则以具有高信号水平的峰值信号为目标来提取峰值。结果，峰值提取部18b可以在与发射天线11a至11d相对应的发射范围Tr1至Tr4的整个发射范围内提取与目标相对应的峰值信号。出于该原因，垂直距离/相对速度推导部18d可以推导存在于发射天线11a至11d的整个发射范围内的目标的距离和相对速度。另外，水平角度推导部18c可以根据存在于发射天线11a至11d的整个发射范围内的目标的角度来推导水平距离。

车辆控制装置20基于通过上述方式推导的目标信息来执行ACC控制和PCS控制中的至少一种控制。即，通过使用设置给一个天线101的各个发射天线11a至11d，雷达设备10可以以相对窄的角度执行远程波束辐射，以相对宽的范围执行近程波束辐射。因此，基于在各个传输天线11a至11d的整个发射范围内在任意一个位置处推导的目标信息，车辆控制设备20可以对车辆CR执行ACC控制和PCS控制中的任一个。

垂直角度推导部18e推导目标在与道路表面垂直的方向上的高度。垂直角度推导部18e推导目标相对于道路表面的角度。具体地，垂直角度推导部18e基于从发射天线11b、11c和11d输出的发射波的从目标反射的反射波来推导目标相对于道路表面的垂直角度。基于发射天线11b、11c和11d在垂直基板表面的方向上的相位差、通过使用上述ESPRIT的角度估计方法来推导目标相对于道路表面的垂直角度。另外，通过使用根据与垂直角度和垂直距离有关的信息的三角函数的计算来推导目标在垂直于道路表面的方向上的高度。

<2-6.垂直角度的推导>

现在将参照图12至图15详细描述垂直角度的推导。图12是说明来自目标的反射波的图。图12是说明来自目标的反射波的图。类似于图7等，图12使用xyz坐标轴来说明方向。图12示出雷达设备10的发射天线11b的发射范围Tr2。在发射范围Tr2内，道路之上的物体TA在位于道路表面上的车辆CR的前方(+y方向)上存在于关于道路表面的垂直方向(z轴方向)上的上侧(+z侧)。道路之上的物体TA例如是诸如道路交通指示牌的指示牌，并且在道路表面的高度为0m的情况下存在于约4.5m的位置处。另外，道路之上的物体TA距车辆CR的垂直距离为约70m。

来自道路之上的物体TA的反射波是通过接收天线12直接接收到的反射波D21。垂直角度推导部18e根据接收天线12接收到的反射波D21来推导位于车辆CR的高度方向(z轴方向)上的上侧(+z侧)的在道路之上的物体TA的垂直角度。

与发射天线11b一样，在道路之上的物体TA存在于发射天线11c和11d的发射范围Tr3和Tr4的范围内的情况下，接收天线12接收到来自道路之上的物体TA的反射波。垂直角度推导部18e根据接收天线12接收到的反射波来推导在车辆CR的高度方向(z轴方向)的上侧(+z侧)的在道路之上的物体TA的垂直角度。

接下来，将描述当推导垂直角度时使用的发射天线11和接收天线12的组合以及接收信号RS。

图13是示出在第二周期Tx11内与发射天线11的各个发射天线11a至11d和接收天线12的各个接收天线12a至12d相对应的各个接收信号RS1至RS16的表格。在图13中，纵轴表示发射天线11a至11d，以及横轴表示接收天线12a至12d。图13示出与各个发射天线11a至11d和各个接收天线12a至12d相对应的各个接收信号RS1至RS16。即，图13示出接收信号RS是基于任意天线接收到的反射信号的信号。也就是说，其示出了接收信号RS是基于从任意发射天线输出的发射波的接收信号。例如，接收信号RS1是基于接收天线12a接收到的反射波的接收信号。接收信号RS1是基于从目标反射的、从发射天线11a输出的发射波的反射信号的信号。另外，接收信号RS2是基于接收天线12b接收到的反射波的接收信号。接收信号RS5是基于从目标反射的、从发射天线11b输出的发射波的反射信号的信号。

图13示出了与四个发射天线11a至11d和四个接收天线12a至12d相对应的16个接收信号RS1至RS16。即，示出了在第二周期Tx11期间接收到的接收信号。垂直角度推导部18e将接收信号RS5、RS9和RS13设置为一个集合，并且生成其他的三个集合。即，垂直角度推导部18e生成“RS6、RS10和RS14”、“RS7、RS11和RS15”和“RS8、RS12和RS16”这三个集合。垂直角度推导部18e使用给定的角度估计方法来根据一个集合的三个接收信号RS的相位差推导位于基本上相同的垂直距离处的两个目标的垂直角度。

例如，垂直角度推导部18e使用作为角度估计方法的ESPRIT来根据“RS5、RS9和RS13”的相位差推导道路之上的物体TA的垂直角度。在这种情况下，从相应的四个集合分别推导垂直角度。出于该原因，垂直角度推导部18e推导通过对四组垂直角度进行平均而获得的值来作为道路之上的物体TA的垂直角度Φ。另外，通过使用三角函数的计算、根据与道路之上的物体TA的垂直角度Φ和道路之上的物体TA的垂直距离有关的信息来推导道路之上的物体TA在与道路表面垂直的方向上的高度。雷达设备10输出目标信息，其包括道路之上的物体TA在水平方向上的位置、道路之上的物体TA在垂直方向上的高度以及其相对于车辆控制装置20的相对速度。

类似于上述的垂直角度，也根据多个接收信号RS之间的相位差来推导水平角度。图14是示出在第一周期Tx10内与发射天线11的各个发射天线11a至11d和接收天线12的各个接收天线12a至12d相对应的各个接收信号RS1至RS16的表格。具体地，在图14的上部图中，纵轴表示发射天线11a和11c，横轴表示接收天线12a至12d。在图14的下部表格中示出了各个接收信号R1至R8。在图14的下部图中，纵轴表示发射天线11a至11d，横轴表示接收天线12a至12d。在图14的下部表中示出了各个接收信号R1至R16。

图14的上部图中的各个接收信号R1至R8是在第一周期Tx10期间接收到的信号。垂直角度推导部18e生成两个不同的集合，一个集合为“RS1、RS2、RS3和RS4”以及一个集合为“RS5、RS6、RS7和RS8”。水平角度推导部18c使用给定的角度估计方法、根据一个集合的四个接收信号的相位差来推导例如道路之上的物体TA的水平角度。

水平角度推导部18c使用作为角度估计方法的ESPRIT来根据“RS1、RS2、RS3和RS4”的相位差推导道路之上的物体TA的水平角度。结果，道路之上的物体TA存在于发射天线11a的发射范围的角度内。

根据道路之上的物体TA的位置，存在道路之上的物体TA仅包含在发射天线11a的发射范围Tr1内的情况以及道路之上的物体TA包含在发射天线11c的发射范围Tr1的情况。例如，道路之上的物体TA仅包含在发射天线11a的发射范围Tr1内的情况如下。车辆CR与道路之上的物体TA之间的距离为相对近的距离(例如，30m)，并且目标位于车辆CR的倾斜右侧(第二参考轴Ce的35度的水平角度)。另外，道路之上的物体TA包含在发射天线11c的发射范围Tr1内的情况的示例如下。车辆CR与道路之上的物体TA之间的距离为相对近的距离(例如，30m)，并且目标位于车辆CR的正前方(第二参考轴Ce的±0度的水平角度)。

另外，基于接收天线12的各个天线12a至12d接收到的接收信号的相位差来推导道路之上的物体TA的水平角度。例如，如果接收天线12a被设置为参考天线12a，则基于接收天线12a和12b的相位差来推导道路之上的物体TA的水平角度。在道路之上的物体TA仅包含在发射范围Tr1内的情况下接收天线12a和12b的相位差被设置为0度。另外，在道路之上的物体TA包含在发射范围Tr1和Tr3内的情况下接收天线12a和12b的相位差被设置为360度。在这种情况下，因为相位折叠后，360度的相位差等于0度的相位差。因此，可以判断道路之上的物体TA是否存在于车辆CR的正前方(±0的水平角度)或者道路之上的物体TA是否位于车辆CR的倾斜右侧(35度的水平角度)。

为了防止由于相位的折叠而对水平角度的错误检测，使用其发射波的输出方向在水平方向上左右偏离的发射天线11a至11c来推导目标的正确角度。例如，以特定频率(例如，100kHz)推导发射天线11a的FFT数据的峰值信号。峰值信号的相位差为0度。相比之下，以特定频率(例如，100kHz)推导发射天线11c的FFT数据的峰值信号。然而，如果峰值信号的相位差不是0度，则道路之上的物体TA仅存在于发射范围Tr1内。即，在仅在发射天线11a的发射范围Tr1内推导在道路之上的物体TA的情况下，道路之上的物体TA以+35度的水平角度存在。

以特定频率(例如，100kHz)推导发射天线11a的FFT数据的峰值信号。峰值信号的相位差为0度。而且，以特定频率(例如，100kHz)推导发射天线11c的FFT数据的峰值信号。峰值信号的相位差为0度。在这种情况下，道路之上的物体TA存在于发射范围Tr1和发射范围Tr3内。即，在仅在发射天线11a的发射范围Tr1和发射天线11c的发射范围Tr3内推导道路之上的物体TA的情况下，道路之上的物体TA以0度的水平角度存在。以该方式，雷达设备10通过使用具有不同发射范围的多个发射天线来防止由于相位的折叠而对目标的水平角度的错误检测。

图14的下部图中的各个接收信号R1至R16是在第二周期Tx11期间接收到的信号。水平角度推导部18c将“RS1、RS2、RS3和RS4”设置为一个集合，并且生成其他的三个集合。即，水平角度推导部18c生成“RS5、RS6、RS7和RS8”、“RS9、RS10、RS11和RS12”和“RS13、RS14、RS15和RS16”这三个集合。水平角度推导部18c使用给定的角度估计方法、根据一个集合的四个接收信号的相位差来推导道路之上的物体TA的水平角度。例如，水平角度推导部18c使用作为角度估计方法的ESPRIT、根据“RS1、RS2、RS3和RS4”的相位差来推导道路之上的物体TA的水平角度。根据四集合中的每个集合来推导水平角度。出于该原因，水平角度推导部18c推导通过对这四个集合的水平角度进行平均而获得的值作为道路之上的物体TA的水平角度。

类似于以上描述，雷达设备10使用具有不同的发射范围的多个发射天线来防止由于相位的折叠而对目标的水平角度的错误检测。

水平角度推导部18c根据图13和图14中的所示的接收信号来推导目标在水平方向上的角度。例如，水平角度推导部18c推导在水平方向上在前车辆和道路之上的物体TA的角度。垂直角度推导部18e推导目标在垂直方向上的角度。例如，垂直角度推导部18e推导在垂直方向上在前车辆和道路之上的物体TA的角度。

<3.处理流程图>

接下来，将参照图15描述雷达设备10的处理。图15是雷达设备10的处理流程图。雷达设备10的傅里叶变换部18a通过对从AD转换器14输出的数字信号进行FFT处理来分解针对每个频率的信号(步骤S101)。

水平角度推导部18c使用给定的角度估计方法来推导水平角度(步骤S102)。垂直距离/相对速度推导部18d对峰值信号进行配对以推导与配对数据相对应的目标的相对速度的垂直距离(步骤S103)。

垂直角度推导部18e推导目标在与道路表面垂直的方向上的角度(步骤S104)。信号处理单元18将目标信息输出到车辆控制装置20(步骤S105)。在步骤S102和步骤S103中推导的目标当中，从ACC控制和PCS控制中排除在步骤S104中根据垂直方向的角度被判断为道路之上的物体TA的目标。出于该原因，雷达设备10将除了道路之上的物体TA外的目标信息输出到车辆控制装置20。因此，雷达设备10可以推导目标在关于道路表面的水平方向上的位置以及目标在与道路表面垂直的方向上的高度。

<变型示例>

在上文中，已描述本发明的实施例。然而，本发明不限于那些实施例，并且可做出各种变型示例。下文中，将描述这样的变型示例。另一方面，可以适当地组合包括上述实施例中所述的形式和下文中要描述的形式的所有形式。

在上述实施例中，天线101的电介质基板102、发射天线11和接收天线12的长度值和宽度值为一个示例，其他值是可利用的。

在上述实时例中，虽然描述了发射天线11和接收天线12的数量分别为4，但是发射天线11的数量和接收天线12的数量不限于4。

在上述实施例中，描述了在第一周期Tx10内按顺序从发射天线11a和发射天线11c输出发射波。另外，描述了在第二周期Tx11内按顺序从发射天线11a、发射天线11b、发射天线11c和发射天线11d输出发射波。发射波在第一周期Tx10和第二周期Tx11内的输出顺序是一个示例。作为其他示例，在第一周期Tx10内，例如，可按顺序从发射天线11c和发射天线11a输出发射波。在第二周期Tx11内，可按顺序从发射天线11a、发射天线11d、发射天线11c和发射天线11b输出发射波。即，只要顺序可以推导目标在水平方向上的位置和目标在垂直方向上的高度，从发射天线11输出发射波的任何顺序都是可利用的。

在上述实施例中，描述在时间t3到时间t3a期间在作为在第一周期Tx10之后的周期的第二周期Tx11内执行从发射天线11c到发射天线11a的转换。也就是说，描述了在第一周期Tx10的目标推导处理完成之后执行从发射天线11c到发射天线11a的转换。相比之下，可以在距时间t2的给定时间内执行从发射天线11c到发射天线11a的转换。即，可以在第一处理周期Tx5的处理开始之前执行从发射天线11c到发射天线11a的转换。描述了在时间t8到时间t8a期间在作为在第二周期Tx11之后的周期的第一周期Tx10内执行从发射天线11d到发射天线11a的转换。也就是说，描述了在第二周期Tx11的目标推导处理结束之后执行从发射天线11d到发射天线11a的转换。相比之下，可以在距时间t7的给定时间内执行从发射天线11d到发射天线11a的转换。即，可以在第二处理周期Tx5a的处理开始之前执行从发射天线11d到发射天线11a的转换。另外，作为示例，描述了雷达设备10采样的角度估计方法为ESPRIT。然而，可以使用诸如DBF(数字波束形成)、PRISM(基于改进的空间平滑矩阵的传播方法)和MUSIC(多信号分类)之类的任一角度估计方法。

另外，在上述实施例中，除了车辆CR外，雷达设备还可应用于其他器具。雷达设备10例如可应用于飞行的飞机和航行的船中的任一个。

Claims (6)

1.一种天线，包括多个发射天线和多个接收天线，该天线包括：

第一发射天线；

第三发射天线，其设置在所述第一发射天线的短方向上偏移的位置处；

第二发射天线，其设置在所述第一发射天线与所述第三发射天线之间的位置处，以使得所述第二发射天线在纵向方向上的一部分与所述第一发射天线和所述第三发射天线在所述纵向方向上的一部分重叠；

第四发射天线，其关于所述第三发射天线的位置设置在相对于所述第二发射天线的位置点对称的位置处；以及

所述多个接收天线，其被设置成使得每个所述接收天线在所述纵向方向上的一部分与所述第二发射天线在所述纵向方向上的一部分重叠，并且至少一个所述接收天线与所述第四发射天线的在短方向上的一部分重叠；

其中所述第二发射天线设置成在所述纵向方向上相对所述第一发射天线和所述第三发射天线突出；

其中所述第四发射天线设置成在与所述第二发射天线相反的方向上相对所述第一发射天线和所述第三发射天线突出，并且

其中所述多个接收天线布置在通过第二至第四发射天线形成的阶梯式确定空间内。

2.根据权利要求1所述的天线，

其中，所述第一发射天线和所述第三发射天线输出第一范围的发射波，以及

其中，所述第二发射天线和所述第四发射天线输出水平角度比所述第一范围的水平角度窄的第二范围的发射波。

3.一种包括根据权利要求1或2所述的天线的雷达设备，所述雷达设备包括：

第一推导单元，其被配置为基于从所述第一发射天线和所述第三发射天线输出的发射波的来自目标的反射波来推导所述目标相对于道路表面在水平方向上的位置；以及

第二推导单元，其被配置为基于从所述第二发射天线、所述第三发射天线和所述第四发射天线输出的发射波的来自所述目标的反射波来推导所述目标相对于所述道路表面在垂直方向上的高度。

4.根据权利要求3所述的雷达设备，

其中，第一周期和第二周期被设置为推导所述目标在所述水平方向上的位置和所述目标在所述垂直方向上的高度的处理的一个循环，其中所述第一周期包括按顺序从所述第一发射天线和所述第三发射天线输出发射波的周期，所述第二周期包括按顺序从所述第一发射天线、所述第二发射天线、所述第三发射天线和所述第四发射天线输出发射波的周期，

其中，所述第一推导单元基于在所述第一周期和所述第二周期期间来自所述目标的反射波来推导所述目标在所述水平方向上的位置，以及

其中，所述第二推导单元基于在所述第二周期期间来自所述目标的反射波来推导所述目标在所述垂直方向上的高度。

5.一种能够控制车辆的车辆控制系统，包括：

根据权利要求3所述的雷达设备；以及

车辆控制装置，其被配置为基于从所述雷达设备输出的目标信息来控制所述车辆。

6.一种信号处理方法，其通过利用设置在电介质基板的基板表面上的多个接收天线接收到的反射波来推导目标的位置，所述信号处理方法包括：

通过包括多个发射天线和所述多个接收天线的天线输出发射波，其中使用第一发射天线、设置在所述第一发射天线的短方向上偏移的位置处的第三发射天线、设置在所述第一发射天线与所述第三发射天线之间的位置处以使得其在纵向方向上的一部分与所述第一发射天线和所述第三发射天线在纵向方向上的一部分重叠的第二发射天线、以及关于所述第三发射天线的位置设置在相对于所述第二发射天线的位置点对称的位置处的第四发射天线；

通过使用所述多个接收天线来接收反射波，其中所述多个接收天线被设置成使得每个所述接收天线在纵向方向上的一部分与所述第二发射天线在纵向方向上的一部分重叠，并且至少一个所述接收天线与所述第四发射天线的在短方向上的一部分重叠；

基于从所述第一发射天线和所述第三发射天线输出的发射波的来自所述目标的反射波来推导所述目标相对于道路表面在水平方向上的位置；以及

基于从所述第二发射天线、所述第三发射天线和所述第四发射天线输出的发射波的来自所述目标的反射波来推导所述目标相对于所述道路表面在纵向方向上的高度；

其中所述第二发射天线设置成在所述纵向方向上相对所述第一发射天线和所述第三发射天线突出；

其中所述第四发射天线设置成在与所述第二发射天线相反的方向上相对所述第一发射天线和所述第三发射天线突出，并且

其中所述多个接收天线布置在通过第二至第四发射天线形成的阶梯式确定空间内。