CN112368591A - 雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的雷达装置具有多个接收天线(辐射重心RXANT1_R～RXANT4_R)，在由沿着预先设定的铅垂方向(Dir_E)的铅垂基准线(ELV1)和与铅垂基准线(ELV1)交叉的预先设定的水平基准线(AZM1)形成的、除铅垂基准线上和水平基准线上以外的4个象限(QAD1～QAD4)的各个象限中配置有至少一个接收天线；多个接收天线(辐射重心RXANT1_R～RXANT4_R)在沿着水平基准线的水平方向上配置在彼此不同的位置。

Description

雷达装置
技术领域
本发明涉及雷达装置，例如涉及能够检测对象的角度的毫米波雷达装置。
背景技术
例如，具备雷达装置的雷达系统在专利文献1和专利文献2中有记载。专利文献1中，公开了使接收天线水平和垂直地排列而配置的车载雷达系统。另外，专利文献2中，公开了将接收天线配置成等腰三角形的车载雷达系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-201013号公报
专利文献2：日本特开2010-117313号公报
发明内容
发明要解决的课题
无论水平、铅垂，在检测对象的角度的雷达装置中，一般使用由多个天线构成的接收天线阵列。在图26中，示出了在本发明之前、本发明人研究的雷达装置的电路结构。雷达装置具备K个接收天线RXANT1～RXANTK、与其分别连接的K个接收器RXC1～RXCK、与其分别连接的模拟/数字转换器(以下称为A/D转换器)ADC1～ADCK、信号生成器LO1、发射器TXC1、发射天线TXANT1和信号处理部CPU。
接收器RXC1～RXCK对于从对应的接收天线输入的信号进行降频转换，A/D转换器ADC1～ADCK将降频转换后的信号转换为数字的中间频率信号IF1～IFK并将其输出。在信号处理部CPU中，中间频率信号IF1～IFK被频率辨别部FCON通过FFT(快速傅立叶变换)等实施频率辨别，输出辨别后的FFT分析结果FFT1～FFTK。根据得到的FFT分析结果FFT1～FFTK，由角度检测处理部ANG_CAL检测水平方向的角度Azimuth。作为用角度检测处理部ANG_CAL实施的角度检测处理，使用数字波束成形处理和MUSIC(Multiple SIgnal Classification：多重信号分类)算法等。
在雷达装置中，为了检测与对象之间的距离和相对速度，一般使用对信号生成器LO1的输出信号施加频率调制的方式。作为主要的频率调制方式，有CW调制、FMCW调制、阶梯调制、2FCW调制等。此处，以最一般的使用FMCW调制的情况为例进行说明。图27表示FMCW调制后的信号的波形和信号的频率的经时变化。该图中，横轴表示时间，纵轴表示频率。图27中，实线Sew表示施加FMCW调制后的信号生成器的输出信号。对于输出信号，如图27所示地，以频率与时间成正比地升高的方式施加了调制。当然，也可以以其频率与时间成正比地降低的方式施加调制。考虑从雷达装置向对象(目标物)辐射施加这样的调制后的输出信号，雷达装置接收在对象上反射的反射信号的情况。
图27中，实线表示输出信号Sew，虚线Rew表示接收信号。接收信号Rew相对于输出信号Sew延迟相当于发射输出信号Sew后在对象上反射直到返回的时间Tdelay，如图27所示，成为延迟了Tdelay的信号。用接收器RXC1～RXCK实施的降频转换中，将其接收信号与输出信号相乘，从接收器输出接收信号与输出信号之间的差分频率的信号。差分频率是与时间Tdelay成正比的，所以通过得知差分频率，能够检测与对象间的距离。图26所示的雷达装置中，得到的差分频率的信号被A/D转换器ADC1～ADCK转换为数字信号，在信号处理部CPU中，对于数字信号进行FFT等处理，检测出达到峰值的峰值频率，根据峰值频率提取与对象间的距离。
另一方面，与对象的相对速度能够用多普勒频移检测，存在多种求出相对速度的方法，此处说明使用二次FFT的方法。与对象之间的距离信息如上所述，通过检测峰值频率而进行。如果与对象之间存在相对速度，则距离会逐渐地变化。在图26所示的多个波形中，分别检测峰值频率。距离变化的情况下，表示检测出的峰值频率的复数(FFT峰值)的相位会变化。通过检测该相位的变化，能够提取相对速度。
对象的角度(方位)能够通过分析用多个接收天线RXANT1～RXANTK接收到的信号的相位关系而检测。作为具体的分析，使用数字波束成形信号处理技术和MUSIC信号处理技术等方位检测信号处理技术。
在图26所示的雷达装置中，为了检测对象的水平和铅垂两者的方位，而如专利文献1所示地，考虑使接收天线在水平方向和垂直(铅垂)方向两者上配置。但是，该情况下，接收天线的个数增加，所以产生雷达装置大型化的课题。
雷达装置为了检测障碍物等而搭载在机动车等中，但考虑搭载其他装置和车重时，优选车载雷达装置占有的体积较小。
另外，车载雷达装置中，一般而言使检测铅垂方向的对象的范围较窄。这是因为沿着不与路面相接的机动车的轮胎面的铅垂方向上存在的对象是路面等，不要求广范围地检测铅垂方向。因此，车载雷达装置中，一般而言使铅垂方向的指向性较窄，构成接收天线的现有的贴片天线的情况下，相互连接的多个贴片在铅垂方向上排列。因此，接收天线在铅垂方向上较长。进而，构成接收天线阵列的多个接收天线的间隔、与接收天线的阵列的主瓣的指向性的关系，是如果接收天线间隔宽，则主瓣的波束宽度窄，难以与副瓣区分。从而，如专利文献1一般，在铅垂方向上配置接收天线时，不仅雷达装置大型化，也产生检测角度范围变窄的课题。
专利文献2中，记载了使水平方向上配置的3个接收天线的中央的接收天线在铅垂方向上错开，根据左右的接收天线的接收相位之间的相位、和中央的接收天线的接收相位求出铅垂方向的方位的方法。该方法等价于用3个接收天线生成水平方向上2个、铅垂方向上2个转换后天线。为了根据来自2个接收天线的接收信号求出角度，而使用相位单脉冲方式，但在相等距离上存在2个对象的情况下，难以将其分离地检测。为了分离地检测，需要3个以上接收天线，产生雷达装置大型化的课题。
用于解决课题的技术方案
对于本申请中公开的发明中、代表性的发明的概要简单进行说明，如下所述。
即，雷达装置具有多个接收天线，在由沿着预先设定的铅垂方向的铅垂基准线和与铅垂基准线交叉的预先设定的水平基准线形成的、除铅垂基准线上和水平基准线上以外的4个象限的各个象限中配置有至少一个接收天线；多个接收天线在沿着水平基准线的水平方向上配置在彼此不同的位置。
基于来自在4个象限配置的接收天线的接收信号，在铅垂基准线上形成转换后天线，进行对象的检测。因为并不沿着铅垂基准线上配置接收天线，所以能够抑制雷达装置大型化。另外，能够抑制检测角度范围变窄。
对于用本申请中公开的发明中、代表性的发明得到的效果简单进行说明，如下所述。
提供一种能够抑制大型化的雷达装置。
附图说明
图1是表示实施方式1的雷达装置的结构的框图。
图2是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。
图3是表示实施方式1的接收天线的辐射重心的配置的图。
图4是表示实施方式1的雷达装置的结构的框图。
图5是用于说明实施方式1的转换后天线的生成方法的说明图。
图6是用于说明实施方式1的转换后天线的生成方法的说明图。
图7是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。
图8是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。
图9是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。
图10是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。
图11是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。
图12是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。
图13是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。
图14是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。
图15是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。
图16是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。
图17是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。
图18是表示实施方式1的雷达装置的天线的配置的图。
图19是表示实施方式1的天线的辐射重心的配置的图。
图20是表示实施方式1的雷达装置进行的分析的结果的图。
图21是表示实施方式2的雷达系统的结构的框图。
图22是表示实施方式2的天线的配置的图。
图23是用于说明实施方式2的模式切换的时序图。
图24是用于说明实施方式2的模式切换的时序图。
图25是表示实施方式2的天线和MMIC的配置的图。
图26是表示在本发明之前、本发明人研究的雷达装置的电路结构的图。
图27是表示FMCW调制后的信号的波形和信号的频率的经时变化的波形图。
图28是表示本发明人考虑的接收天线的配置的图。
具体实施方式
以下实施方式中，为了方便而在必要时分割为多个部分或实施方式进行说明，但除了特别指出的情况以外，它们并非互不相关，而是处于一方是另一方的部分或全部的变形例、详细说明、补充说明等的关系。另外，以下实施方式中，在提及要素的数量等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别指出的情况和原理上明确限定为特定数量等情况以外，都不限定于该特定数量，也可以是特定数量以上或以下。
进而，以下实施方式中，其构成要素(也包括要素步骤等)除了特别指出的情况和原理上明确认为必需等情况以外，都不是必需的。同样，以下实施方式中，在提及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别指出的情况和原理上明确认为并非如此等情况以外，都包括实质上与其形状等近似或类似的形状等。这一点对于上述数值和范围也是同样的。
以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。另外，在用于说明实施方式的全部图中，对于同一部件原则上附加同一附图标记，省略其反复的说明。
另外，以车载雷达装置为例，在以下进行说明，铅垂方向Dir_E指的是沿着不与路面相接触的机动车的轮胎面的上下方向，水平方向Dir_A指的是与铅垂方向Dir_E正交的左右方向。
(实施方式1)
本发明人考虑将专利文献2中记载的方法扩展至4个接收天线，得到了图28所示的接收天线的配置。即，图28是表示本发明人考虑的接收天线的配置的图。
图28中，用虚线包围的RXANT1～RXANT4表示接收天线。各接收天线由贴片天线构成。以接收天线RXANT1为例叙述，接收天线RXANT1由沿着铅垂方向Dir_E方向配置的4个贴片PT_1～PT_4构成。另外，RCG1表示接收天线RXANT1的辐射重心，PR1表示从接收天线RXANT1导出接收信号的端子。通过这样配置4个接收天线，能够在水平方向Dir_A上配置的接收天线RXANT1与RXANT3的中间生成转换后天线。另外，能够在铅垂方向Dir_E上配置的接收天线RXANT2与RXANT4的中间生成转换后天线。
结果，能够在水平方向Dir_A和铅垂方向Dir_E两者得到3个接收信号，在相等距离上存在2个对象的情况下，也能够将其分离地检测。但是，如图28所示，需要沿着铅垂方向Dir_E配置接收天线RXANT2和RXANT4，担心雷达装置大型化。
因此，本发明人进一步继续研究，考虑了以下所述的雷达装置的结构。
＜雷达装置的结构＞
图1是表示实施方式1的雷达装置的结构的框图。雷达装置1具备接收系统模块和发射系统模块。
接收系统模块具备构成接收天线阵列2的K个接收天线RXANT1～RXANTK、与接收天线对应的K个接收器RXC1～RXCK、与接收器对应的K个A/D转换器ADC1～ADCK和信号处理部CPU。发射系统模块具备L个发射天线TXANT1～TXANTL、与发射天线对应的L个发射器TXC1～TXCL和信号生成器LO1。由信号生成器LO1生成的信号，被供给至接收器RXC1～RXCK和发射器TXC1～TXCL两者，所以信号生成器LO1也能够视为具备在接收系统模块和发射系统模块两者中。
接收器RXC1～RXCK对从对应的接收天线RXANT1～RXANTK输入的信号进行降频转换，并输出至对应的A/D转换器ADC1～ADCK。该降频转换时，接收器实施从对应的接收天线输入的信号与来自信号生成器LO1的信号的相乘。相乘得到的差分频率的信号被从接收器输出至对应的A/D转换器。
A/D转换器ADC1～ADCK将与输入的信号对应的数字的中间频率信号IF1～IFK输出至信号处理部CPU。信号处理部CPU中，在频率辨别部FCON中，对于输入的中间频率信号IF1～IFK实施FFT等频率辨别。频率辨别部FCON将辨别得到的FFT分析结果FFT1～FFTK输出至XY转换处理部XYCON。XY转换处理部XYCON通过XY转换处理，将FFT分析结果FFT1～FFTK转换为水平方向的MA个(MA<K,L)信号FFT_AZM1～FFT_AZMMA、和铅垂方向的ME个(ME<K,L)信号FFT_ELV1～FFT_ELVME。
水平方向的信号FFT_AZM1～FFT_AZMMA被供给至角度检测处理部ANG_CAL(Azimuth)，铅垂方向的信号FFT_ELV1～FFT_ELVME被供给至角度检测处理部ANG_CAL(Elevation)。角度检测处理部ANG_CAL(Azimuth)通过实施角度检测处理，而根据水平方向的信号FFT_AZM1～FFT_AZMMA检测对象的水平方向的角度，作为检测信号Azimuth输出。另一方面，角度检测处理部ANG_CAL(Elevation)通过实施角度检测处理，而根据铅垂方向的信号FFT_ELV1～FFT_ELVME检测对象的铅垂方向的角度，作为检测信号Elevation输出。作为用角度检测处理部ANG_CAL(Azimuth)和ANG_CAL(Elevation)实施的角度检测处理，使用数字波束成形处理和MUSIC算法等。
另一方面，发射器TXC1～TXCL将来自信号生成器LO1的信号供给至对应的发射天线TXANT1～TXANTL，从发射天线发射无线信号。另外，该图中，RP1～RPK表示接收天线的端子，TP1～TPL表示发射天线的端子。
＜接收天线阵列的配置＞
图2是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。在图2中示出接收天线阵列2由4个接收天线RXANT1～RXANT4构成的例子。接收天线RXANT1～RXANT4分别由使用了串联连接的多个贴片(贴片天线)的串联馈电天线构成。
构成1个串联馈电天线的多个贴片，在雷达装置1设置在机动车等中时，沿着铅垂方向Dir_E排列。图2中，由在铅垂方向上沿着Dir_E排列的4个贴片PT_1～PT_4构成1个串联馈电天线。图2中，仅对于接收天线RXANT1，对构成它的4个贴片附加符号PT_1～PT_4，但其他接收天线RXANT2～RXANT4也是同样的。另外，在接收天线RXANT2～RXANT4上示出的点RCG1～RCG4表示接收天线的辐射重心。在本说明书中，串联连接的多个贴片(图2中是4个贴片PT1～PT4)中在天线的中心部分配置的2个贴片(图2中是PT_2和PT_3)之间的部分、即图2中用虚线表示外形形状的天线的中心部，是天线的辐射重心。
图2中，附加了符号AZM1的点划线表示沿着水平方向Dir_A延伸的任意的水平基准线，附加了符号ELV1的点划线表示沿着铅垂方向Dir_E延伸的任意的铅垂基准线。该图中，铅垂基准线ELV1被设定为在接收天线RXANT2与RXANT3之间延伸。水平基准线AZM1与铅垂基准线ELV1正交。如该图所示，接收天线RXANT1～RXANT4分别与铅垂基准线ELV1平行，以沿着水平基准线AZM1排列的方式配置。即，分别构成接收天线RXANT1～RXANT4的4个贴片与铅垂基准线ELV1平行地排列，配置在水平方向上不同的位置。另外，以接收天线RXANT1～RXANT4各自的辐射重心RCG1～RCG4在铅垂方向Dir_E上位于不同的位置的方式配置接收天线。
考虑由水平基准线AZM1和铅垂基准线ELV1生成的坐标系时，由水平基准线AZM1和铅垂基准线ELV1生成4个象限。在实施方式1中，在由水平基准线AZM1和铅垂基准线ELV1生成的4个象限的全部中，配置接收天线RXANT1～RXANT4。接着，使用图3，更详细地说明接收天线RXANT1～RXANT4的配置。辐射重心RCG1～RCG4位于接收天线RXANT1～RXANT4的中心部。因此，辐射重心RCG1～RCG4表示对应的接收天线RXANT1～RXANT4的位置。为了易于理解，以下使用辐射重心说明接收天线等的位置。
图3是表示实施方式1的接收天线的辐射重心的配置的图。为了使用辐射重心进行说明，图2所示的构成接收天线的4个贴片在图3中省略，在图3中仅描绘接收天线RXANT1～RXANT4的辐射重心RXANT1_R～RXANT4_R。另外，图3中，铅垂基准线ELV1上的点E1～E3和水平基准线AZM1上的点A1～A3表示后文中说明的转换后天线的辐射重心。该图和以下图中，用斜线填充的○表示接收天线的辐射重心，用●表示转换后天线的辐射重心。
如图2所示，通过配置接收天线RXANT1～RXANT4，而在图3中，在纸面的左下的第三象限QAD3中配置接收天线RXANT1的辐射重心RXANT1_R，在左上的第二象限QAD2中配置接收天线RXANT2的辐射重心RXANT_R。同样地，在纸面的右下的第四象限QAD4中配置接收天线RXANT3的辐射重心RXANT3_R，在右上的第一象限QAD1中配置接收天线RXANT4的辐射重心RXANT4_R。
为了检测对象的水平方向的角度和铅垂方向的角度，需要用在水平方向上排列地配置的多个接收天线和在铅垂方向上排列地配置的多个接收天线接收的多个信号。例如，为了检测对象的水平方向Dir_A的角度，需要用在同一水平基准线(AZM1)上配置的多个接收天线接收的多个信号。同样地，为了检测对象的铅垂方向Dir_E的角度，需要用在同一铅垂基准线(ELV1)上配置的多个接收天线接收的多个信号。
在实施方式1中，通过对于用在不同象限内配置的多个接收天线接收的多个信号进行运算，而在同一水平基准线(AZM1)上或/和同一铅垂线(ELV1)上生成假想的天线(以下将假想的天线称为转换后天线)，生成与用转换后天线接收的信号等价的信号。即，通过在除水平基准线(AZM1)上和铅垂基准线(ELV1)上以外的4个象限内配置接收天线，能够在水平基准线上和铅垂基准线上分别配置多个转换后天线，能够抑制接收天线阵列2在水平方向和铅垂方向上大型化。
特别是，实施方式1中，构成接收天线的多个贴片配置在铅垂方向上，所以接收天线的铅垂方向较长。因此，在同一铅垂基准线上配置多个接收天线时，接收天线阵列2的铅垂方向变长。根据实施方式1，通过在除铅垂基准线上和水平基准线上以外的4个象限内配置接收天线，能够在同一铅垂基准线上形成多个转换后天线，所以能够抑制接收天线阵列在铅垂方向上变长。即，无需在同一铅垂方向上配置多个实际的接收天线，就能够检测铅垂方向的角度，所以不仅能够使角度分辨能力与现有相比提高，也能够使铅垂方向的转换后天线的间隔与现有相比变窄，所以能够使雷达装置小型化，进而也能够使检测角度范围变宽。
具体进行说明，在图3中，在水平基准线AZM1上配置的点A1和A3、在铅垂基准线ELV1上配置的点E1和E3、和在水平基准线AZM1与铅垂基准线ELV1的交点配置的点A2、E2表示转换后天线的辐射重心。基于用被假想直线VL连接的多个接收天线接收的信号，在假想直线VL上生成转换后天线，详情后述。即，转换后天线A1是基于用在第二象限QAD2内配置的接收天线RXANT2和在第三象限QAD3内配置的接收天线RXANT1接收到的信号生成的，转换后天线A3是基于用在第一象限QAD1内配置的接收天线RXANT4和在第四象限QAD4内配置的接收天线RXANT3接收到的信号生成的。
另外，转换后天线E1是基于用在第三象限QAD3内配置的接收天线RXANT1和在第四象限QAD4内配置的接收天线RXANT3接收到的信号生成的，转换后天线E3是基于用在第一象限QAD1内配置的接收天线RXANT4和在第二象限QAD2内配置的接收天线RXANT2接收到的信号生成的。进而，转换后天线A2、E2是基于用在第二象限QAD2内配置的接收天线RXANT2和在第四象限QAD4内配置的接收天线RXANT3接收到的信号生成的。
＜转换后天线的生成方法＞
接着，使用图4～图6说明上述转换后天线的生成方法。
图4是表示实施方式1的雷达装置的结构的框图，图5和图6是用于说明实施方式1的转换后天线的生成方法的说明图。
图4是从图1所示的雷达装置1中取出说明所需的部分、作为雷达装置1描绘的框图。即，为了生成1个转换后天线，要求至少2个接收天线，所以在图4中描绘了具备2个接收天线RXANT1、RXANT2的雷达装置1。更具体地叙述，图4所示的雷达装置1具备2个接收天线RXANT1、RXANT2、2个接收器RXC1、RXC2、2个A/D转换器ADC1、ADC2、信号处理部CPU、1个发射天线TXANT1、发射器TXC1和信号生成器LO1。
信号生成器LO1生成FMCW方式的信号。用信号生成器LO1生成的信号被从发射器TXC1供给至发射天线TXANT1的端子TP1，从发射天线TXANT1辐射。
从发射天线TXANT1辐射的高频信号在对象上反射，反射后的信号被接收天线RXANT1和RXANT2接收，并输入至对应的接收器RXC1和RXC2。接收器RXC1和RXC2对输入的接收信号进行降频转换。该降频转换时，生成来自信号生成器LO1的信号与接收信号的差分频率的信号。用接收器RXC1和RXC2降频转换后的信号被输入至对应的A/D转换器ADC1和ADC2，从A/D转换器ADC1和ADC2输出数字的中间频率信号IF1和IF2。
用信号处理部CPU的频率辨别部FCON，实施对中间频率信号IF1和IF2的频率辨别，将FFT分析结果FFT1、FFT2输出至XY转换处理部XYCON。XY转换处理部XYCON输出转换后天线的信号VFFT1。该信号VFFT1作为图1所示的信号FFT_AZM1～FFT_AZMMA或信号FFT_ELV1～FFT_ELVME的一部分，被输出至角度检测处理部ANG_CAL(Azimuth)或ANG_CAL(Elevation)。
在图5中示出图4所示的接收天线RXANT1、RXANT2和转换后天线的辐射重心的配置。该图中，RXANT1_R表示图4所示的接收天线RXANT1的辐射重心，RXANT2_R表示接收天线RXANT2的辐射重心。另外，图5中，VL是将接收天线RXANT1、RXANT2的辐射重心RXANT1_R、RXANT2_R之间连接的假想的直线(假想直线)。假想直线VL上的、辐射重心RXANT1_R与RXANT2_R之间配置的点VRXANT1_R表示转换后天线VRXANT1的辐射重心。
FFT分析结果FFT1、FFT2是复数的数据。用矢量形式表示该FFT分析结果时，成为如图6所示。考虑在假想直线上VL的、辐射重心RXANT1_R与RXANT2_R之间的中央生成转换后天线VRXANT1的辐射重心VRXANT1_R的情况。在该情况下，基于来自转换后天线VRXANT1的接收信号得到的FFT分析结果VFFT1的谱，如图6所示夹在FFT分析结果FFT1、FFT2的谱之间，存在于中间。即，能够基于来自至少2个接收天线RXANT1、RXANT2的接收信号生成与来自转换后天线VRXANT1的接收信号等价的信号。换言之，能够基于来自实际配置的接收天线RXANT1、RXANT2的接收信号，等价地生成来自假想地配置的转换后天线VRXANT1的接收信号。
转换后天线能够形成在将接收天线之间连接的假想直线上。即，只要在将接收天线RXANT1、RXANT2的辐射重心连接的假想直线VL上，就能够如图5所示，在接收天线之间生成转换后天线VRXANT1的辐射重心，也能够在接收天线的外侧生成转换后天线VRXANT1_EX的辐射重心VRXANT1_EX_R。在接收天线之间生成转换后天线的情况下，通过使用基于来自接收天线的接收信号得到的FFT分析结果的内插法，能够计算出基于来自转换后天线的接收信号得到的FFT分析结果。另一方面，在接收天线的外侧生成转换后天线的情况下，通过使用基于来自接收天线的接收信号得到的FFT分析结果的外推法，能够计算出基于来自转换后天线的接收信号得到的FFT分析结果。
以下，具体地说明用内插法生成来自转换后天线的FFT分析结果的情况。此处，如图5所示，以接收天线RXANT1的辐射重心ANT1_R与转换后天线VRXANT1的辐射重心VRXANT1_R之间的距离是M、接收天线RXANT2的辐射重心ANT2_R与转换后天线VRXANT1的辐射重心VRXANT1_R之间的距离是N的情况为例进行说明。即，说明接收天线与转换后天线的距离的比是M：N的情况。
基于来自转换后天线VRXANT1的接收信号得到的FFT分析结果VFFT1的值，能够通过式(1)所示的复数运算生成。
VFFT1＝FFT1M/(N+M)·FFT2N/(N+M)…式(1)
通过按式(1)实施运算，只要在将任意2个接收天线连接的假想直线VL上，无论在何处都能够生成转换后天线。
接着，说明配置了多个接收天线时生成的转换后天线的多个具体例。
＜配置了4个接收天线的具体例1＞
图7是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。另外，图8是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。在图8中示出了与图7所示的接收天线阵列对应的辐射重心。
实际的接收天线阵列2中，如图7所示，配置了4个接收天线RXANT1～RXANT4。各接收天线由沿着铅垂基准线ELV1配置的4个贴片PT_1～PT_4构成。接收天线RXANT1～RXANT4沿着水平基准线AZM1排列。如图7所示，各接收天线在水平方向Dir_A上配置在彼此不同的位置，在铅垂方向Dir_E上，以各自的辐射重心RCG1～RCG4位于不同位置的方式配置。
通过如图7所示地配置接收天线RXANT1～RXANT4，接收天线RXANT1～RXANT4的辐射重心RXANT1_R～RXANT4_R如图8所示配置在由水平基准线AZM1和铅垂基准线ELV1形成的4个象限QAD1～QAD4内。即，接收天线RXANT1的辐射重心配置在第三象限QAD3内，接收天线RXANT2的辐射重心配置在第二象限QAD2内，接收天线RXANT3的辐射重心配置在第四象限QAD4内，接收天线RXANT4的辐射重心配置在第一象限QAD1内。
如图7所示地配置接收天线的情况下，如图8所示，在水平方向Dir_A上邻接的接收天线的辐射重心之间的间隔全部相等，是dA。即，辐射重心RXANT1_R与RXANT2_R之间的水平方向的距离、辐射重心RXANT2_R与RXANT3_R之间的水平方向的距离和辐射重心RXANT3_R与RXANT4_R之间的水平方向的距离是距离dA。另外，在铅垂方向Dir_E上邻接的接收天线的辐射重心之间的间隔也全部相等，是dE。即，辐射重心RXANT4_R与RXANT2_R之间的铅垂方向的距离、辐射重心RXANT2_R与RXANT3_R之间的铅垂方向的距离和辐射重心RXANT3_R与RXANT1_R之间的铅垂方向的距离是距离dE。
接收天线的辐射重心表示接收天线的位置，所以在实际的接收天线RXANT1～RXANT4中，水平方向上邻接的接收天线之间的间隔全部是间隔dA。同样地，在实际的接收天线RXANT1～RXANT4中，铅垂方向上邻接的接收天线之间的间隔全部是间隔dE。即，接收天线RXANT1～RXANT4在水平方向上等间隔地配置，在铅垂方向上也等间隔地配置。
转换后天线的辐射重心如图8所示，在水平基准线AZM1上和铅垂基准线ELV1上生成。即，在水平基准线AZM1上，生成转换后天线的辐射重心VRXANT_A1～A3，在铅垂基准线ELV1上，生成转换后天线的辐射重心VRXANT_E1～E3。该情况下，在水平基准线AZM1与铅垂基准线ELV1交叉的位置形成的转换后天线，发挥铅垂和水平双方的转换后天线的功能。即，在求出铅垂方向和水平方向两者的角度时共通地使用。
图8所示的例子中，来自转换后天线VRXANT1_A1的FFT分析结果，是基于来自在第二象限QAD2内配置的接收天线RXANT2(辐射重心RXAMT2_R)的FFT分析结果、和来自在第三象限QAD3内配置的接收天线RXANT1(辐射重心RXANT1_R)的FFT分析结果生成的。即，图8中，基于来自在假想直线VL上辐射重心相互连接的接收天线的FFT分析结果，生成假想直线VL上的转换后天线的FFT分析结果。
此后同样地，来自转换后天线VRXANT1_A3的FFT分析结果是基于来自在第一象限QAD1内配置的接收天线RXANT4(辐射重心RXANT4_R)的FFT分析结果、和来自在第四象限QAD4内配置的接收天线RXANT3(RXANT3_R)的FFT分析结果生成的。另外，来自转换后天线VRXANT1_E1的FFT分析结果，是基于来自在第三象限QAD3内配置的接收天线RXANT1(辐射重心RXANT1_R)的FFT分析结果、和来自在第四象限QAD4内配置的接收天线RXANT3(辐射重心RXANT3_R)的FFT分析结果生成的。进而，来自转换后天线VRXANT1_E3的FFT分析结果，是基于来自在第一象限QAD1内配置的接收天线RXANT4(辐射重心RXANT4_R)的FFT分析结果、和来自在第二象限QAD2内配置的接收天线RXANT2(辐射重心RXAMT2_R)的FFT分析结果生成的。
另外，来自转换后天线VRXANT_A2、E2的FFT分析结果，是基于来自在第二象限QAD2内配置的接收天线RXANT2(辐射重心RXANT2_R)的FFT分析结果、和来自在第四象限QAD4内配置的接收天线RXANT3(辐射重心RXANT3_R)的FFT分析结果生成的。
与基于来自沿着水平方向DIR_A形成的转换后天线VRXANT_A1～A3的接收信号得到的等价的FFT分析结果VFFT_A1～VFFT_A3的值，能够通过进行式(2)～式(4)的复数运算而生成。此处，FFT1～FFT4表示基于接收天线RXANT1～RXANT4(辐射重心RXANT1_R～RXANT4_R)的接收信号得到的TTF分析结果。
VFFT_A1＝FFT11/4·FFT23/4…式(2)
VFFT_A2＝FFT21/2·FFT31/2…式(3)
VFFT_A3＝FFT33/4·FFT41/4…式(4)
另一方面，与基于来自沿着铅垂方向DIR_E形成的转换后天线VRXANT_E1～E3的接收信号得到的等价的FFT分析结果VFFT_E1～VFFT_E3的值，能够通过进行式(5)～式(7)的复数运算而生成。
VFFT_E1＝FFT11/4·FFT33/4…式(5)
VFFT_E2＝FFT21/2·FFT31/2…式(6)
VFFT_E3＝FFT23/4·FFT41/4…式(7)
对象的水平方向Dir_A的角度使用生成的FFT分析结果VFFT_A1～VFFT_A3求出，对象的铅垂方向Dir_E的角度使用生成的FFT分析结果VFFT_E1～VFFT_E3求出。即，对图1所示的角度检测处理部ANG_CAL(Azimuth)供给FFT分析结果VFFT_A1～VFFT_A3，对角度检测处理部ANG_CAL(Elevation)供给FFT分析结果VFFT_E1～VFFT_E3，在各角度检测处理部中，使用数字波束成形处理和MUSIC算法等，求出对象的角度并将其输出。
根据图8所示的配置的接收天线阵列2，能够等间隔(间隔dA、间隔dE)地生成转换后天线，角度检测变得容易。另外，转换后天线的间隔能够比实际配置接收天线的间隔dA、dE更窄。即，转换后天线的间隔在水平方向上是4dA/5，在铅垂方向上也表现为4dE/5。与实际的接收天线的间隔相比，能够使转换后天线的间隔变窄，所以不仅检测的角度范围扩大，也能够使天线增益增大。
<配置了4个接收天线的具体例2>
接收天线阵列2具备4个接收天线RXANT1～RXANT4，这一点与使用图7和图8说明的具体例1相同，但象限QAD1～QAD4内的4个接收天线RXANT1～RXANT4的位置与具体例1不同。
图9是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。具体例2中，与具体例1同样地，接收天线RXANT1、RXANT2、RXANT3和RXANT4(辐射重心RXANT1_R～RXANT4_R)如图8所示地配置在第三象限QAD3内、第二象限QAD2内、第四象限QAD4内和第一象限QAD1内。但是，如图9所示，在各象限内，辐射重心的位置与图8不同地配置了接收天线RXANT1～RXANT4。
各象限内的辐射重心的位置与图8不同，所以在水平基准线AZM1和铅垂基准线ELV1上形成的转换后天线的辐射重心VRXANT_A1_R～A3_R和VRXANT_E1_R～E3_R的位置与图8不同。但是，实际的接收天线RXANT1～RXANT4中，水平方向上邻接的接收天线的间隔和铅垂方向上邻接的接收天线的间隔与图8相同，是间隔dA和dE。即，接收天线阵列2中，接收天线RXANT1～RXANT4在水平方向和铅垂方向上等间隔地配置。
如具体例2一般配置接收天线RXANT1～RXANT4的情况下，与基于来自沿着水平方向Dir_A生成的转换后天线VRXANT_A1～A3的接收信号得到的FFT分析结果等价的FFT分析结果VFFT_A1～VFFT_A3的值，能够通过式(8)～式(10)的复数运算生成。此处，FFT1～FFT4也表示基于接收天线RXANT1～RXANT4的接收信号得到的FFT分析结果。
VFFT_A1＝FFT13/4·FFT21/4…式(8)
VFFT_A2＝FFT21/2·FFT31/2…式(9)
VFFT_A3＝FFT31/4·FFT43/4…式(10)
另一方面，与基于来自沿着铅垂方向DIR_E生成的转换后天线VRXANT_E1～E3的接收信号得到的等价的FFT分析结果VFFT_E1～VFFT_E3的值，能够通过进行式(11)～式(13)的复数运算而生成。
VFFT_E1＝FFT11/4·FFT33/4…式(11)
VFFT_E2＝FFT21/2·FFT31/2…式(12)
VFFT_E3＝FFT23/4·FFT41/4…式(13)
例2中，也与例1同样地，对象的水平方向的角度能够根据FFT分析结果VFFT_A1～VFFT_A3求出，对象的铅垂方向的角度能够根据FFT分析结果VFFT_E1～VFFT_E3求出。求出对象角度的结构与具体例1相同，所以省略说明。
如具体例2一般配置有接收天线的情况下，转换后天线也等间隔地生成。因此，角度检测容易。另一方面，具体例2的情况下，水平方向上的转换后天线的间隔表现为4dA/3，铅垂方向上的转换后天线的间隔表现为4dE/3。因此，与实际的接收天线的间隔(间隔dA、间隔dE)相比，能够使转换后天线的间隔变宽。因此，能够以比必要的天线的间隔更窄的间隔配置实际的接收天线，能够实现接收天线阵列2的小型化。
即，根据实施方式1，能够在水平基准线上和铅垂基准线上的任意位置生成转换后天线，能够与需求相应地实现天线增益的增大或接收天线阵列2的小型化。
<配置了6个接收天线的具体例3>
图10是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。另外，图11是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。在图11中示出了如图10所示地构成接收天线阵列2的情况下的接收天线和转换后天线的辐射重心。
图10中，由6个接收天线RXANT1～RXANT6构成了接收天线阵列2。图10中，各接收天线也与用图2说明的接收天线同样地，由沿着铅垂方向Dir_E排列的多个贴片(PT_1～PT_4)构成。与图2同样地，接收天线RXANT1～RXANT6在水平方向Dir_A上排列，配置在水平方向上完全不同的位置。另外，铅垂方向Dir_E上的接收天线RXANT1～RXANT6的位置也相互不同。
接收天线RXANT1～RXANT6中，水平方向Dir_A上邻接的接收天线的间隔相同，铅垂方向Dir_E上邻接的接收天线的间隔也相同。
如图10所示地配置接收天线RXANT1～RXANT6的情况下，接收天线RXANT1～RXANT6的辐射重心RXANT1_R～RXANT6_R如图11所示地配置。即，在第一象限QAD1内配置接收天线RXANT4和RXANT6的辐射重心RXANT4_R和RXANT6_R，在第二象限QAD2内配置接收天线RXANT2的辐射重心RXANT2_R。另外，在第三象限QAD3内配置接收天线RXANT1和RXANT3的辐射重心RXANT1_R和RXANT3_R，在第四象限QAD4内配置接收天线RXANT5的辐射重心RXANT5_R。
基于来自接收天线RXANT1～RXANT6的接收信号，在水平基准线AZM1上和铅垂基准线ELV1上，生成转换后天线VRXANT_A1～A5和VRXANT_E1～E5。由此，转换后天线VRXANT_A1～A5的辐射重心VRXANT_A1_R～A5_R形成在水平基准线AZM1上，转换后天线VRXANT_E1～E5的辐射重心VRXANT_E1_R～E5_R形成在铅垂基准线ELV1上。
来自转换后天线的FFT分析结果与上述同样地，是基于被假想直线VL连接的接收天线的FFT分析结果生成的。另外，为了避免附图变得复杂，在图11中仅对于将接收天线RXANT4与RXANT5的辐射重心之间连接的假想直线附加了附图标记VL。
图11中，也是附图标记dA表示水平方向上邻接的接收天线的间隔，附图标记dE表示铅垂方向上邻接的接收天线的间隔。图10和图11中，也是在接收天线阵列2中，在水平方向和铅垂方向上等间隔(间隔dA、dE)地配置接收天线。
基于用6个接收天线RXANT1～RXANT6接收、并进行频率分析得到的FFT分析结果FFT1～FFT6，进行式(14)～式(23)的复数运算。通过该运算，能够得到与对来自沿着水平方向Dir_A生成的转换后天线VRXANT_A1～A5和沿着铅垂方向Dir_E生成的转换后天线辐射重心VRXANT_E1～E5的接收信号进行频率分析得到的FFT分析结果等价的结果。
VFFT_A1＝FFT13/4·FFT21/4…式(14)
VFFT_A2＝FFT25/8·FFT33/8…式(15)
VFFT_A3＝FFT31/2·FFT41/2…式(16)
VFFT_A4＝FFT43/8·FFT55/8…式(17)
VFFT_A5＝FFT51/4·FFT63/4…式(18)
VFFT_E1＝FFT33/4·FFT51/4…式(19)
VFFT_E2＝FFT55/8·FFT13/8…式(20)
VFFT_E3＝FFT31/2·FFT41/2…式(21)
VFFT_E4＝FFT63/8·FFT25/8…式(22)
VFFT_E5＝FFT21/4·FFT43/4…式(23)
对象的水平方向Dir_A的角度使用生成的FFT分析结果VFFT_A1～VFFT_A5求出，对象的铅垂方向Dir_E的角度使用生成的FFT分析结果VFFT_E1～VFFT_E5求出。求出对象的角度的结构与具体例1相同，所以省略说明。
根据图10所示的配置的接收天线阵列2，转换后天线也能够在水平方向Dir_A和铅垂方向Dir_E上分别等间隔地生成，角度检测容易。另外，转换后天线的间隔能够比实际配置接收天线的间隔dA、dE更宽。即，转换后天线的间隔在水平方向上表现为9dA/8，铅垂方向也表现为9dE/8。与实际的接收天线的间隔相比，能够使转换后天线的间隔更宽。因此能够以比必要的天线的间隔更窄的间隔配置实际的接收天线，能够实现接收天线阵列的小型化。
另外，根据具体例3，能够在水平方向Dir_A和铅垂方向Dir_E两者都生成5个转换后天线，所以能够分别地识别比具体例1和2更多的对象、即比3个更多的对象。
<配置了6个接收天线的具体例4>
图12是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。另外，图13是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。图13表示如图12所示地配置接收天线RXANT1～RXANT6的情况下的接收天线和转换后天线的辐射重心。
使用图10和图11说明的具体例3中，在接收天线2中设定的水平基准线AZM1和铅垂基准线ELV1、与形成4个象限的水平基准线AZM1和铅垂基准线ELV1分别是同一方向。即，在接收天线阵列2中设定的水平基准线AZM1与形成4个象限的水平基准线AZM1一致，沿着水平方向Dir_A延伸。同样地，在接收天线阵列2中设定的铅垂基准线ELV1与形成4个象限的铅垂基准线ELV1一致，沿着铅垂方向Dir_E延伸。
与此相对，使用图12和图13说明的具体例4中，形成4个象限的2个基准线(以下称为水平基准线AZM11和铅垂基准线EVL11、或第二假想基准线和第一假想基准线)，与在接收天线阵列2中设定的水平基准线AZM1和铅垂基准线EVL1不同，在水平方向Dir_A和铅垂方向Dir_E之间以规定角度延伸。另外，水平基准线AZM11与铅垂基准线EVL11交叉，但并不正交，水平基准线AZM11与铅垂基准线EVL11之间以规定角度交叉。即，具体例4示出了形成4个象限的水平基准线AZM11和铅垂基准线ELV11可以与在接收天线阵列2中设定的水平基准线AZM1和铅垂基准线ELV1不同。另外，示出了形成4个象限的水平基准线AZM11和铅垂基准线ELV11并不需要正交。
图12与图10类似，所以主要说明不同点。图12中，在接收天线阵列2中配置的6个接收天线RXANT1～RXANT6的位置与图10不同。但是，在水平方向Dir_A上邻接的接收天线之间的间隔是相同的间隔dA，在铅垂方向Dir_E上邻接的接收天线之间的间隔也是相同的间隔dE。
通过如图12所示地配置接收天线RXANT1～RXANT6，接收天线RXANT1～RXANT6的辐射重心RXANT1_R～RXANT6_R如图13所示地配置。
形成4个象限的水平基准线AZM11和铅垂基准线ELV11如图13所示，相对于水平方向Dir_A和铅垂方向Dir_E倾斜规定角度。即，水平基准线AZM11的倾斜角度相对于水平方向Dir_A是反正切(2dE/7dA)“Atan(2dE/7dA)”，铅垂基准线ELV11的倾斜角度相对于铅垂方向Dir_E是反正切(2dA/7dE)“Atan(2dA/7dE)”。另外，水平基准线AZM11与铅垂基准线ELV11并不正交。
由该倾斜的水平基准线AZM11和铅垂基准线ELV11形成4个象限。基于来自在形成的4个象限QAD1～QAD4内配置的接收天线的接收信号，在倾斜的水平基准线AZM11上和铅垂基准线ELV11上生成转换后天线VRXANT_A1～A5和VRXANT_E1～E5。图13中，将生成的转换后天线VRXANT_A1～A5和VRXANT_E1～E5的辐射重心表示为VRXANT_A1_R～A5_R和VRXANT_E1_R～E5_R。
水平基准线AZM11和铅垂基准线ELV11两者倾斜，由此能够使邻接的转换后天线的距离成为等间隔的。即，在水平基准线AZM11上生成的转换后天线VRXANT_A1～A5的辐射重心VRXANT_A1_R～A5_R如图13所示是等间隔的，在铅垂基准线ELV11上生成的转换后天线VRXANT_E1～E5的辐射重心VRXANT_E1_R～E5_R也如图13所示是等间隔的。
该具体例4中，也以基于来自接收天线RXANT1～RXANT6的接收信号得到的FFT分析结果FFT1～FFT6为基础，通过进行式(24)～式(33)的复数运算，能够生成与基于来自转换后天线VRXANT_A1～A5和VRXANT_E1～E5的接收信号得到的FFT分析结果等价的结果。
VFFT_A1＝FFT11/4·FFT23/4…式(24)
VFFT_A2＝FFT23/8·FFT35/8…式(25)
VFFT_A3＝FFT31/2·FFT41/2…式(26)
VFFT_A4＝FFT45/8·FFT53/8…式(27)
VFFT_A5＝FFT53/4·FFT61/4…式(28)
VFFT_E1＝FFT53/4·FFT11/4…式(29)
VFFT_E2＝FFT35/8·FFT53/8…式(30)
VFFT_E3＝FFT41/2·FFT31/2…式(31)
VFFT_E4＝FFT23/8·FFT45/8…式(32)
VFFT_E5＝FFT61/4·FFT23/4…式(33)
沿着水平基准线AZM11的对象的角度使用生成的FFT分析结果VFFT_A1～VFFT_A5求出，沿着铅垂基准线ELV11的对象的角度使用生成的FFT分析结果VFFT_E1～VFFT_E5求出。求出对象的角度的结构与具体例1相同，所以省略说明。
该具体例4中，与具体例1～3不同，对于对象的角度，能够检测出与水平方向Dir_A之间倾斜了规定角度的水平基准线AZM11上的角度。另外，关于铅垂方向也同样地，根据具体例4，能够检测出与铅垂方向Dir_E之间倾斜了规定角度的铅垂基准线ELV11上的角度。
另外，与具体例3同样地，根据具体例4，能够沿着水平基准线AZM11和铅垂基准线ELV11分别生成5个转换后天线，所以能够识别3个以上对象。
如图13所示，在水平基准线AZM11和铅垂基准线ELV11两者上，能够等间隔地生成转换后天线，能够使角度检测变得容易。该情况下，在水平基准线AZM11上生成的转换后天线的间隔用式(34)表达，在铅垂基准线ELV11上生成的变化后天线的间隔用式(35)表达。
Figure BDA0002854209430000221
Figure BDA0002854209430000222
对于水平基准线AZM11与铅垂基准线ELV11不正交的例子进行了说明，但并不限定于此。水平基准线AZM11和铅垂基准线ELV11能够分别独立地在水平方向Dir_A和铅垂方向Dir_E之间设定为任意角度。从而，也可以正交地设定水平基准线AZM11和铅垂基准线ELV11。另外，根据该具体例4，在接收天线阵列2中，即使与水平基准线AZM1和铅垂基准线ELV1一致地配置实际的接收天线RXANT1～RXANT5，也能够检测出与水平基准线AZM1和铅垂基准线ELV1不同的水平基准线AZM11和铅垂基准线ELV11上的对象的角度。
<配置了8个接收天线的具体例5>
图14是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。另外，图15是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。在图15中示出如图14所示地构成接收天线阵列2的情况下的接收天线和转换后天线的辐射重心。
具体例5中，在接收天线阵列2中配置了8个接收天线RXANT1～RXANT8。接收天线RXANT1～RXANT8各自的结构与具体例1中说明的接收天线相同。与具体例1同样地，在图14中，接收天线RXANT1～RXANT8也沿着水平基准线AZM1排列。
具体例5中，8个接收天线RXANT1～RXANT8被分为分别具备4个接收天线的2个组。即，分为具备接收天线RXANT1～RXANT4的第一组和具备接收天线RXANT5～RXANT8的第二组。各组中包括的接收天线中，铅垂方向Dir_E上的接收天线的位置全部不同。
该具体例5中，铅垂基准线ELV1被设定为不是在第一组与第二组之间、而是在第一组中包括的接收天线RXANT2与RXANT3之间延伸。即，铅垂基准线ELV1被设定为偏离接收天线阵列2的中心。
因此，在图15所示的第三象限QAD3配置接收天线RXANT1的辐射重心RXANT1_R，在第二象限QAD2中配置接收天线RXANT2的辐射重心RXANT2_R。另外，在第一象限QAD1中配置接收天线RXANT4、RXANT6和RXANT8的辐射重心RXANT4_R、RXANT6_R和RXANT8_R。进而，在第四象限QAD4中配置接收天线RXANT3、RXANT5和RXANT7的辐射重心RXANT3_R、RXANT5_R和RXANT7_R。
各组中包括的接收天线中，在水平方向Dir_A上邻接的接收天线在水平方向上等间隔地配置。该间隔是dA。另外，各组中包括的接收天线中，在铅垂方向Dir_E上邻接的接收天线在铅垂方向上等间隔地配置。该间隔是dE。具体例5中，在水平方向Dir_A上，邻接的第一组内的接收天线RXANT4与第二组内的接收天线RXANT5之间的水平方向的间隔不是间隔dA，而是2倍的间隔(2dA)。即，在水平方向上，第一组与第二组之间是间隔2dA。
如图15所示，使用被假想直线VL连接的2个接收天线，在水平基准线AZM1和铅垂基准线EVL1上，生成转换后天线VXANT_A1～A7(辐射重心VXANT_A1_R～A7_R)和VRXANT_E1～E3(辐射重心VXANT_E1_R～E3_R)。即，使用基于来自接收天线RXANT1～RXANT8的接收信号得到的FFT分析结果FF1～FFT8，进行式(36)～式(45)的复数运算。由此，生成与基于来自转换后天线VXANT_A1～A7和VXANT_E1～E3的接收信号得到的TTF分析结果等价的TTF分析结果VFFT_A1～A7和VFFT_E1～E3。
VFFT_A1＝FFT13/4·FFT21/4…式(36)
VFFT_A2＝FFT21/2·FFT31/2…式(37)
VFFT_A3＝FFT31/4·FFT43/4…式(38)
VFFT_A4＝FFT41/2·FFT51/2…式(39)
VFFT_A5＝FFT53/4·FFT61/4…式(40)
VFFT_A6＝FFT61/2·FFT71/2…式(41)
VFFT_A7＝FFT71/4·FFT83/4…式(42)
VFFT_E1＝FFT33/4·FFT11/4…式(43)
VFFT_E2＝FFT21/2·FFT31/2…式(44)
VFFT_E3＝FFT41/4·FFT23/4…式(45)
对象的水平方向Dir_A的角度使用生成的FFT分析结果VFFT_A1～VFFT_A7求出，对象的铅垂方向Dir_E的角度使用生成的FFT分析结果VFFT_E1～VFFT_E3求出。求出对象的角度的结构与具体例1相同，所以省略说明。
根据具体例5，能够使用第一组中包括的接收天线RXANT4和第二组中包括的接收天线RXANT5，在第一组与第二组之间生成转换后天线VRXANT_A4(辐射重心VRXANT_A4_R)。因此，能够使在水平方向Dir_A上生成的转换后天线VRXANT_A1～A7等间隔地配置。另外，与具体例3等同样地，也能够使在铅垂方向Dir_E上生成的转换后天线VRXANT_E1～E3等间隔地配置。因此，角度检测容易。具体例5中，在水平方向上生成的转换后天线的间隔是4dA/3，在铅垂方向上生成的转换后天线的间隔是4dE/3。根据具体例5，能够使转换后天线的间隔比实际的接收天线的间隔更宽。因此，能够使在接收天线阵列2中配置的接收天线的间隔比要求的接收天线的间隔更窄，能够实现小型化。
<配置了8个接收天线的具体例6>
图16是表示实施方式1的接收天线阵列的配置的图。另外，图17是表示实施方式1的接收天线和转换后天线的辐射重心的配置的图。在图17中示出如图16所示地构成接收天线阵列2的情况下的接收天线和转换后天线的辐射重心。
具体例6中，在接收天线阵列2中配置了8个接收天线RXANT1～RXANT8。接收天线RXANT1～RXANT8各自的结构与具体例1中说明的接收天线相同。与具体例1同样地，在图16中，接收天线RXANT1～RXANT8也沿着水平基准线AZM1排列。
沿着水平基准线AZM1排列的8个接收天线RXANT1～RXANT8在铅垂方向DIr_E上配置在彼此不同的位置。在水平方向Dir_A上，邻接的接收天线的水平方向的间隔是等间隔的。水平方向的间隔是dA。另一方面，在铅垂方向上，邻接的接收天线的铅垂方向的间隔除了在接收天线阵列2的外周侧配置的接收天线RXANT1和RXANT8以外是等间隔的。铅垂方向的等间隔的间隔是dE。
如图16所示地配置接收天线时，接收天线RXANT1～RXANT8的辐射重心RXANT1_R～RXANT8_R如图17所示地配置。具体例6中，铅垂基准线ELV1被设定为在接收天线RXANT4与RXANT5之间延伸。
由此，由设定的铅垂基准线ELV1和水平基准线AZM1形成的4个象限中，在第一象限QAD1中如图17所示地配置接收天线RXANT5、RXANT7(辐射重心RXANT5_R、RXANT7_R)，在第二象限QAD2中配置接收天线RXANT1、RXANT3(辐射重心RXANT1_R、RXANT3_R)。另外，如图17所示，在第三象限QAD3中配置接收天线RXANT4(辐射重心RXANT4_R)，在第四象限QAD4中配置接收天线RXANT6、RXANT8(辐射重心RXANT6_R、RXANT8_R)。
以在水平基准线AZM1上和铅垂基准线ELV1上生成转换后天线VRXANT_A1～A7(辐射重心VRXANT_A1_R～A7_R)和VRXANT_E1～E5(辐射重心VRXANT_E1_R～E5_R)的方式，使用被假想直线VL连接的相互不同的象限内的接收天线的FFT分析结果FFT1～FFT8，进行式(46)～式(57)的复数运算。通过进行该运算，能够生成与基于来自转换后天线VRXANT_A1～A7和VRXANT_E1～E5的接收信号得到的FFT分析结果等价的FFT分析结果VFFT_A1～A7和VFFT_E1～E5。
VFFT_A1＝FFT17/8·FFT21/8…式(46)
VFFT_A2＝FFT23/4·FFT31/4…式(47)
VFFT_A3＝FFT35/8·FFT43/8…式(48)
VFFT_A4＝FFT41/2·FFT51/2…式(49)
VFFT_A5＝FFT53/8·FFT65/8…式(50)
VFFT_A6＝FFT61/4·FFT73/4…式(51)
VFFT_A7＝FFT71/8·FFT87/8…式(52)
VFFT_E1＝FFT43/4·FFT61/4…式(53)
VFFT_E2＝FFT65/8·FFT23/8…式(54)
VFFT_E3＝FFT41/2·FFT51/2…式(55)
VFFT_E4＝FFT73/8·FFT35/8…式(56)
VFFT_E5＝FFT31/4·FFT53/4…式(57)
对象的水平方向Dir_A的角度使用生成的FFT分析结果VFFT_A1～VFFT_A7求出，对象的铅垂方向Dir_E的角度使用生成的FFT分析结果VFFT_E1～VFFT_E5求出。求出对象的角度的结构与具体例1相同，所以省略说明。
根据具体例6，能够使在水平方向Dir_A上生成的转换后天线VRXANT_A1～A7等间隔地配置，也能够使在铅垂方向Dir_E上生成的转换后天线VRXANT_E1～E3等间隔地配置。因此，角度检测容易。具体例6中，在水平方向上生成的转换后天线的间隔是9dA/8，在铅垂方向上生成的转换后天线的间隔是9dE/8。具体例6中，也能够使转换后天线的间隔比实际的接收天线的间隔更宽。因此，能够使在接收天线阵列2中配置的接收天线的间隔比要求的接收天线的间隔更窄，能够实现小型化。
<MIMO(Multiple-Input and Multiple Output)雷达装置>
图18是表示实施方式1的雷达装置的天线的配置的图。另外，图19是表示实施方式1的天线的辐射重心的配置的图。
在图18中示出包括接收天线阵列和发射天线的天线的结构。作为接收天线阵列2的例子，在图18中示出了图2所示的接收天线阵列。该图中，在接收天线阵列2之外，以在水平方向Dir_A上夹着接收天线阵列2的方式追加了2个发射天线TXANT1、TXANT2。
对于构成接收天线阵列2的接收天线，从发射天线TXANT1和TXANT2输入时间分割的发射信号和相位调制后的发射信号。由此能够构成MIMO雷达装置。
通过在接收天线阵列2中如图18所示地配置接收天线RXANT1～RXANT4，而如图2和图3所说明地，在4个象限QAD1～QAD4内配置接收天线，在水平基准线AZM1上和铅垂基准线ELV1上形成转换后天线。即，如图19所示，在第二象限QAD2内配置接收天线RXANT2(辐射重心RXANT2_R)，在第三象限QAD3内配置接收天线RXANT1(辐射重心RXANT2_R)，在第四象限QAD4内配置接收天线RXANT3(辐射重心RXANT3_R)，在第一象限QAD1内配置接收天线RXANT4(辐射重心RXANT4_R)。
用这些接收天线RXANT1～RXANT4，如图2和图3所说明地，在水平基准线AZM1上生成转换后天线VRXANT_A1～A3(辐射重心VRXANT_A1_R～A3_R：图3中是A1～A3)。另外，在铅垂基准线ELV1上生成转换后天线VRXANT_E1～E3(辐射重心VRXANT_E1_R～AE_R：图3中是E1～E3)。
为了构成MIMO雷达装置而追加了发射天线RXANT1和TXANT2，所以产生假想天线RXANT1’～RXANT4’。假想天线RXANT1’～RXANT4’(辐射重心RXANT1’_R～RXANT4’_R)以与接收天线RXANT1～RXANT4(辐射重心RXANT1_R～RXANT4_R)同样的配置模式，配置在第一象限QAD1和第四象限QAD4内。基于该假想天线RXANT1’～RXANT4’，在水平基准线AZM1上生成转换后天线RXANT_A5～RXANT_A7(辐射重心RXANT_A5_R～RXANT_A7_R)。即，通过对基于来自被假想直线VL连接的、在不同象限内配置的假想天线的接收信号得到的FFT分析结果进行复数运算，而生成与基于来自在水平基准线AZM1上生成的转换后天线的接收信号得到的FFT分析结果等价的FFT分析结果。
另外，接收天线RXANT4(辐射重心RXANT4_R)和假想天线RXANT1’(辐射重心RXANT1’_R)配置在不同象限内，能够用假想直线VL连接，所以使用实际的接收天线RXANT4和假想天线RXANT1’，在水平基准线AZM1上生成转换后天线VRXANT_A4(辐射重心VRXANT_A4_R)。即，通过对接收天线RXANT4和假想天线RXANT1’的FFT分析结果进行复数运算，而生成与转换后天线VRXANT_A4的FFT分析结果等价的FFT分析结果。
由此，如图19所示，在水平基准线AZM1上生成7个转换后天线VRXANT_A1～A7(辐射重心VRXANT_A1_R～A7_R)。该情况下，如图19所示，转换后天线等间隔地配置。
现有的MIMO雷达装置中，设邻接的接收天线之间的间隔为dA、接收天线的数量为N、2个发射天线之间的距离为dtrx的情况下，dtrx＝dA×N的关系需要成立。从而，要使发射天线与接收天线邻接而紧凑地配置天线时，存在发射天线与接收天线的距离变短、发射接收之间的干涉增大或天线增益降低的问题。
与此相对，图18和图19所示的结构中，如图19所示，使用接收天线和假想天线，配置转换后天线VRXANT_A4(辐射重心VRXANT_A4_R)。因此，发射天线之间的距离成为dtrx＝dA×(N+1)，与现有相比能够相当于接收天线间隔地变宽。另外，如图18所示，能够等间隔地配置接收天线，所以也能够效率良好地配置接收天线而实现小型化。
图20是表示实施方式1的雷达装置进行的分析的结果的图。该图中，横轴表示水平和铅垂(Azimuth、Elevation)的角度，纵轴表示数字波束成形的功率。图20中，虚线是表示用现有的雷达装置求出目标(对象)的角度的数字波束成形的分析例的波形。目标配置在从雷达装置起的距离是3m、水平角度是30度、铅垂角度是15度处。现有的雷达装置中，配置了水平3个、铅垂也3个合计6个接收天线。因此，能够求出水平角度和铅垂角度，但因为存在6个接收天线，所以雷达装置大型化。
图20中，实线表示图1所示的雷达装置1中的、使接收天线的结构如图2所示时的分析波形。目标与现有的雷达装置相同。该情况下，也用数字波束成形分析目标的角度。由图20可以理解，虽然与现有相比接收天线数从6个削减至4个，但得到了同等的分析结果。即，能够用较少的接收天线数检测出水平和铅垂两者的角度，能够使雷达装置小型化，进而也能够减少雷达装置所需的MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)的数量，所以也能够降低成本。
另外，图20中，Azimuth的波形在30度附近达到峰值，Elevation的波形在15度附近达到峰值，所以可知正确地检测了目标的水平角度和铅垂角度。
(实施方式2)
＜雷达系统＞
图21是表示实施方式2的雷达系统的结构的框图。雷达系统3具备雷达装置1和处理装置4。处理装置4由雷达装置1供给检测信号Azimuth、Elevation，对供给的检测信号进行处理。雷达装置1与图1中说明的雷达装置类似，所以主要说明不同点。实施方式2的雷达装置1对于图1所示的雷达装置追加了模式切换控制器MRR/SRR_CON、和MIMO控制器MIMO_CON。另外，雷达装置1中，发射天线是TXANT1～TXANT3共3个，与发射天线对应的发射器也是TXC1～TXC3共3个。
模式切换控制器MRR/SRR_CON是切换检测极近距离的近距离检测(SRR：ShortRange Radar)模式(以下称为SRR模式)、和检测中距离的中距离检测(MRR：Middle RangeRadar)模式(以下称为MRR模式)的控制器。模式切换控制器MRR/SRR_CON与发射器RXC1～RXC3和信号生成器LO1连接。MIMO控制器MIMO_CON与发射器TXC1、TXC2、和XY转换处理部XYCON连接。
实施方式2的雷达装置1中，发射由2个频道构成。即，雷达装置1具备使用发射天线TXANT1、TXANT2和发射器TXC1、TXC2的发射频道，和使用发射天线TXANT3和发射器TXC3的发射频道。指定SRR模式时，模式切换控制器MRR/SRR_CON将发射器TXC1和TXC2设为ON状态，将发射器TXC3设为OFF状态。另一方面，指定MRR模式时，模式切换控制器MRR/SRR_CON将发射器TXC3设为ON状态，将发射器TXC1和TXC2设为OFF状态。即，与检测距离相应地，切换由发射天线TXANT1和TXANT3构成的第一发射天线和由发射天线TXANT3构成的第二发射天线。另外，模式切换控制器MRR/SRR_CON在SRR模式和MRR模式下，变更信号生成器LO1生成的信号。在MRR模式和SRR模式下，对天线要求的指向性和发射输出的大小不同，但通过这样由2个发射频道构成，能够在一个雷达系统3中实现2个模式。
在SRR模式下，使用设为ON状态的2个发射器TXC1、TXC2构成MIMO雷达装置。通过构成MIMO雷达装置，能够提高角度检测精度。为了实现MIMO雷达装置，发射器TXC1和TXC2时序地ON/OFF，或者用来自信号生成器LO1的信号，对从发射器TXC1和TXC2输出的信号施加相位调制。
接着，使用图22说明图21所示的接收天线RXANT1～RXANTK和发射天线TXANT1～TXANT3的结构。此处，说明设置了4个接收天线RXANT1～RXANT4作为接收天线的例子。
图22是表示实施方式2的天线的配置的图。图22与图18类似。主要的不同点是在图18所示的发射天线TXANT2的外侧追加了发射天线TXANT3。发射天线TXANT3与发射天线TXANT1、TXANT2相比更大。即，发射天线TXANT3具备沿着铅垂方向Dir_E排列的2个贴片列，各贴片列由相互连接的6个贴片PT_1～PT_6构成。通过增大发射天线，能够增大增益。因此，在MRR模式时，通过使用发射天线TXANT3能够增大天线的增益。图22中，NDR1～NDR4表示接收天线的输出节点，NDT1～NDT3表示发射天线TXANT1～TXANT3的输入节点。关于该输出节点NDR1～NDR4和输入节点NDT1～NDT3，之后使用图25进行说明。
虽然未图示，但通过设置更多的发射频道，不仅能够应对近距离和中距离，也能够应对使用天线增益高的天线的远距离和使辐射波束变窄的窄角照射模式等。通过这样与模式相应地切换调制频率波形和输出的发射频道，能够用一个雷达系统检测极近距离到中距离、进而直到远距离，能够提供廉价的雷达系统。
关于SRR模式与MRR模式的切换，有与预先决定的顺序相应地切换的方法、和如果是车载用雷达系统则与机动车的速度(以下称为本车速度)相应地切换的方法等。接着，使用附图说明应用各方法的情况。
图23是用于说明实施方式2的模式切换的时序图。图23中，交替地切换MRR模式与SRR模式。图21所示的雷达系统3中，模式切换控制器MRR/SRR_CON按照图23所示的时序图进行模式的切换。另外，在SRR模式与MRR模式之间设置转移期间SW，在该转移期间SW中，使调制的设定和发射的设定与切换目标的模式一致。通过按这样的时序图切换，能够随时检测极近距离到中距离。
图24是用于说明实施方式2的模式切换的时序图。图24中，以搭载雷达系统3的机动车速度(Vehicle Speed)为基准，切换MRR模式与SRR模式。即，与本车速度是否超过阈值相应地切换MRR模式与SRR模式。本车速度在阈值附近变化的情况下，会频繁地发生模式切换。因此，图24的例子中，对于阈值设置迟滞。
本车速度在第一阈值Sp-TH1以上时，设定为MRR模式。此后本车速度降至低于第二阈值Sp-TH2的情况下，从MRR模式切换为SPP模式。反之，本车速度从第二阈值Sp-TH2以下升至高于第一阈值Sp-TH1的情况下，切换为SPP模式。通过这样与本车速度相应地切换模式，能够按此时的本车速度可靠地检测行驶时应当检测的对象。图24的情况下，也在模式切换的期间中设置转移期间SW，在转移期间SW中，与切换目标的模式相应地切换调制的设定和发射的设定。
图25是表示实施方式2的天线和MMIC的配置的图。该图左右倒转地示出了图22所示的天线的配置。即，以夹着接收天线RXANT1～RXANT4的方式，配置发射天线TXANT1和TXANT2，进而在发射天线TXANT2的外侧配置较大的发射天线TXANT3。该图中，5表示具备与接收天线和发射天线连接的接收器RXC1～RXC4和发射器TXC1～TXC3的MMIC。
图25中，RXC1_T～RXC4_T表示接收器RXC1～RXC4的输入端子，TXC1_T～TXC3_T表示发射器TXC1～TXC3的输出端子。接收天线RXANT1～RXANT4的输出节点NDR1～NDR4经由配线Nr1～Nr4与对应的接收器的输出端子RXC1_T～RXC4_T电连接，发射天线TXANT1～TXANT3的输出节点NDT1～NDT3经由配线Nx1～Nx3与对应的发射器的输出端子TXC1_T～TXC3_T电连接。
图25中，接收天线RXANT1～RXANT4的输出节点与对应的输出端子RXC1_T～RXC4_T之间的直线距离相互不同。图25中，以在接收天线与对应的输出端子之间传递的信号的延迟相互相等的方式设定配线Nr1～Nr4的长度。例如，接收天线RXANT3与接收天线RXANT4相比，与对应的输出端子之间的直线距离更短。因此，配线Nr3以较大地弯曲的方式形成。通过这样，接收器与接收天线之间的信号的传递延迟变得相互相等。
发射天线TXANT1、TXANT2与对应的输出端子TXC1_T、TXC2_T之间的直线距离也相互不同。以在发射天线TXANT1、TXANT2与对应的发射器的输出端子之间传递的信号的延迟相互相等的方式设定配线Nx1、Nx2的长度。另外，发射天线TXANT3与发射天线TXANT1、TXANT2相比更大，所以发射天线TXANT3的输入节点NDT3附带的电容更大。考虑该电容，以在发射天线TXANT3与对应的发射器之间传递的信号的延迟、与发射天线TXANT1、TXANT2与对应的发射器之间的信号延迟相等的方式，设定配线Nx3的长度。
实施方式1和2中，说明了在除铅垂基准线和水平基准线之外的、4个象限内的各象限中分别配置至少1个接收天线的例子。但是，通过在不同的2个象限内的各象限中分别配置至少1个接收天线，能够在将2个接收天线连接的假想直线上形成转换后天线。通过上述复数运算，生成与来自转换后天线的FFT分析结果等价的结果，但因为运算是内插法(或外推法)的运算，所以能够抑制运算量增加。
以上基于实施方式具体地说明了本发明人得出的发明，但本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
附图标记说明
1 雷达装置
2 接收天线阵列
3 雷达系统
4 处理装置
5 MMIC
ADC1～ADCK A/D转换器
ANG_CAL(Azimuth)、ANG_CAL(Elevation) 角度检测处理部
AZM1 水平基准线
A1～A3、E1～E3、VRXANT_A1_R～VRXANT_A7_R、VRXANT_E1_R～VRXANT_E5_R 转换后天线的辐射重心
CPU 信号处理部
Dir_A 水平方向
Dir_E 铅垂方向
ELV1 铅垂基准线
FCON 频率辨别部
LO1 信号生成器
QAD1～QAD4 第一象限～第四象限
RXANT1～RXANTK 接收天线
RXANT1_R～RXANT8_R 接收天线的辐射重心
RXC1～RXCK 接收器
TXANT1～TXANTL 发射天线
TXC1～TXCL 发射器
XYCON XY转换处理部。

Claims (12)

1.一种雷达装置，其特征在于：
具有多个接收天线，在由沿着预先设定的铅垂方向的铅垂基准线和与所述铅垂基准线交叉的预先设定的水平基准线所形成的、除铅垂基准线上和水平基准线上之外的4个象限的各个象限中配置有至少一个所述接收天线，
所述多个接收天线在沿着所述水平基准线的水平方向上配置在彼此不同的位置。
2.如权利要求1所述的雷达装置，其特征在于：
还具有转换部，其与所述多个接收天线结合，通过对来自所述多个接收天线的信号进行处理，而在所述铅垂基准线上和所述水平基准线上生成多个转换后天线。
3.如权利要求1所述的雷达装置，其特征在于：
所述多个接收天线在所述水平方向上等间隔地配置。
4.如权利要求3所述的雷达装置，其特征在于：
所述多个接收天线在沿着所述铅垂基准线的铅垂方向上等间隔地配置。
5.如权利要求2所述的雷达装置，其特征在于：
所述多个转换后天线包括在所述水平基准线上等间隔地配置的多个转换后天线。
6.如权利要求2所述的雷达装置，其特征在于：
所述多个转换后天线包括在所述铅垂基准上等间隔地配置的多个变化后天线。
7.如权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，还包括：
第一发射天线和第二发射天线；以及
切换部，其切换自所述第一发射天线的输出和自所述第二发射天线的输出。
8.如权利要求7所述的雷达装置，其特征在于：
通过切换自所述第一发射天线的输出和自所述第二发射天线的输出来切换检测距离。
9.如权利要求2所述的雷达装置，其特征在于：
所述转换部基于来自配置于所述4个象限中的彼此不同的象限的多个接收天线的信号，来形成转换后天线。
10.一种雷达装置，其特征在于，包括：
多个接收天线，在由第一假想基准线和与所述第一假想基准线交叉的第二假想基准线所形成的4个象限的各个象限中配置有至少一个所述接收天线；和
转换部，其通过对来自所述多个接收天线的信号进行处理而在第一假想基准线上和第二假想基准线上分别形成多个转换后天线。
11.如权利要求10所述的雷达装置，其特征在于：
形成在所述第一假想基准线上的多个转换后天线用于检测沿着所述第一假想基准线的方向上的角度，形成在所述第二假想基准线上的多个转换后天线用于检测沿着所述第二假想基准线的方向上的角度。
12.如权利要求11所述的雷达装置，其特征在于：
所述第一假想基准线和所述第二假想基准线，在沿着铅垂方向的垂直线和与所述垂直线正交的水平线之间具有规定的角度。
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