DE112018004001T5 - Radarvorrichtung und automobil mit derselben - Google Patents

Abstract

Bereitgestellt ist eine Radarvorrichtung und ein mit derselben versehenes Automobil, mit der es möglich ist, einen Erhebungs- oder Tiefenwinkel eines Zielobjekts genau und kostengünstig unter Verwendung einer einfachen Schaltung zu messen, ohne eine Erfassungsschaltung oder eine A/D-Umwandlungsschaltung mit hoher Zeitauflösung zu verwenden. Eine Sendesignalwelle Stx, die mittels Mehrpegel-FSK moduliert wird, wird von einer Sendeantenne Tx gesendet, und eine reflektierte Welle, die von einem Zielobjekt 7 zurückreflektiert wird, wird von den Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) als Empfangssignalwelle Sempfangen. Durch Einsatz von Mehrpegel-FSK als Modulierungsschema ist eine Schwebungsfrequenz zwischen der Empfangssignalwelle Svon dem Zielobjekt 7 und der Sendesignalwelle Stx die Dopplerfrequenz des Zielobjekts 7. Daher wird der Erhebungs- oder Tiefenwinkel φ des Zielobjekts 7 von einer Berechnungsvorrichtung 6 aus der Frequenz fder Sendesignalwelle Sberechnet, und nicht wie früher aus der Frequenz der Empfangssignalwelle.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radarvorrichtung mit der Funktion, den Erhebungs-/Neigungswinkel eines Ziels zu berechnen, und auf ein Automobil mit der Radarvorrichtung.
• Hintergrundtechnik
• In der verwandten Technik ist eine Radarvorrichtung dieses Typs zum Beispiel eine Radarvorrichtung für Schiffe, die in dem Patentdokument 1 offenbart ist. Diese Radarvorrichtung sendet einen Sendestrahl von einer Antenne. Somit wird ein Sendesignal durch eine Erhebungs-/Neigungswinkelrichtungsabtasteinheit, die einen Phasenschieber umfasst, gesendet. Die Antenne ist durch Aufeinanderstapeln einer großen Anzahl von Antennenvorrichtungen in der Höhenrichtung gebildet und dreht sich um die Drehwelle. Das Sendesignal, das ein Chirp ist, wird einer Lineare-Frequenz-Modulation unterzogen. Bei einem Puls des Sendestrahls wird die Strahlungsrichtung des Hauptstrahls in der Startpulsphase, die eine niedrige Frequenz aufweist, auf den am stärksten nach unten gerichteten Neigungswinkel gerichtet. Bei einer Erhöhung der Frequenz des Sendesignals verändert sich die Strahlungsrichtung nach oben. In der Schlusspulsphase, welche die höchste Frequenz aufweist, wird die Strahlungsrichtung auf den am stärksten nach oben gerichteten Erhebungswinkel gerichtet. Die Empfangssignalkomponenten des Reflexionsechos, die durch die Antenne empfangen werden, durchlaufen die Erhebungs-/Neigungswinkelrichtungsabtasteinheit und Komponenten, bei denen der Winkel der Erhebungs-/Neigungswinkelrichtung des Empfangsstrahls mit dem Winkel des Sendestrahls übereinstimmt, werden an eine Empfangseinheit gesendet.
• Die empfangende Einheit verwendet ein Analyseverfahren wie zum Beispiel die Fourier-Transformation, um zu jedem Zeitpunkt Frequenzkomponenten eines Empfangssignals zu erfassen. Unter den erfassten Frequenzkomponenten des Empfangssignals wird das Reflexionsecho für die entsprechenden Frequenzkomponenten des Sendesignals gefunden. Der Erhebungs-/Neigungswinkel, in dem der Hauptstrahl des Sendestrahls gerichtet ist, wird erhalten. Zusätzlich wird der Abstand, in dem elektromagnetische Wellen des Sendestrahls einen Umlauf machen, wird von dem Empfangszeitpunkt erhalten. Selbst wenn eine Radarvorrichtung, welche die Entfernung zu einem Ziel wie zum Beispiel einem Schiff in einer großen Entfernung misst, wie bei der in dem Patentdokument 1 offenbarten Radarvorrichtung für Schiffe, eine grobe Entfernungsauflösung aufweist, stellt dies aufgrund einer Berücksichtigung der Größe des Ziels kein Problem dar. Somit kann die Chirp-Periode lang gemacht werden.
• Demgemäß kann eine Messung der Zeitdifferenz in Übereinstimmung mit der Entfernung unter Verwendung einer einfachen Schaltungskonfiguration erreicht werden. Zusätzlich erhöht eine Leistungserhöhung pro Erhebungswinkelrichtungsperiode die Empfängerempfindlichkeit.
• In der verwandten Technik ist eine Radarvorrichtung in dem Patentdokument 2 offenbart. Die Radarvorrichtung weist die Konfiguration auf, bei der alle Sendeantennen Tx1 und Tx2 sowie die Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 derart angeordnet sind, dass die Längsrichtung der Öffnungen in die Vertikalrichtung gerichtet ist. Die zwei Empfangsantennen Rx1 und Rx2 sind in der Horizontalrichtung derart angeordnet, dass dieselben mit einem Vorrichtungsintervall von Lh beabstandet sind. Die zwei Sendeantennen Tx1 und Tx2 sind in der Horizontalrichtung angeordnet, wobei die zwei Empfangsantennen Rx1 und Rx2 dazwischen angeordnet sind. Die zwei Empfangsantennen Rx3 und Rx4 sind in der Vertikalrichtung derart angeordnet, dass dieselben mit einem Vorrichtungsintervall von Lv beabstandet sind, und sind in der Horizontalrichtung benachbart zu der Sendeantenne Tx2 angeordnet. Der Azimutwinkel eines Ziels wird von der Phasendifferenz zwischen den zwei Empfangsantennen Rx1 und Rx2 erhalten, die in der Horizontalrichtung angeordnet sind. Der Erhebungs-/Neigungswinkel des Ziels wird von der Phasendifferenz zwischen den zwei Empfangsantennen Rx3 und Rx4 erhalten, die in der Vertikalrichtung angeordnet sind.
• Referenzliste
• Patentdokumente
• Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2012-108075
• Patentdokument 2: japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2012-98107
• Kurzdarstellung der Erfindung
• Technische Problemstellung
• Im Vergleich zu einer Radarvorrichtung, welche die Entfernung zu einem Ziel wie zum Beispiel einem Schiff in einer großen Entfernung misst, wie bei der in dem Patentdokument 1 offenbarten Radarvorrichtung, benötigt eine Radarvorrichtung wie zum Beispiel ein in einem Auto montiertes Radar, das ein kleines Ziel in einer relativ kurzen Entfernung erfasst, eine höhere Entfernungsauflösung und ein Empfängersystem mit einer höheren Zeitauflösung als eine Radarvorrichtung für ein Ziel wie zum Beispiel ein Schiff in einer großen Entfernung. Folglich wird die Chirp-Periode des Sendesignals kurz gemacht, und die Erfassungsempfindlichkeit für ein Ziel verschlechtert sich im Vergleich zu dem Fall, in dem das Sendesignal unter Verwendung kontinuierlicher Wellen wie zum Beispiel Frequenzumtastungswellen (Frequenzumtastung = frequency shift keying, FSK) gesendet wird. Zusätzlich ist die Entfernung zu einem Ziel kurz. Somit benötigt eine Erfassung der Zeitdifferenzen zwischen Sendesignalwellen und reflektierten Wellen eine Erfassungsschaltung mit einer hohen Zeitauflösung. Zum Beispiel wird die Zeitdifferenz Δt in dem Fall einer Entfernung R von 6 [m] zu einem Ziel folgendermaßen erhalten: Δt = 2R/c = 40 [nsec], wobei die Lichtgeschwindigkeit durch c dargestellt wird. Eine Messung der Zeitdifferenzen mit hoher Genauigkeit benötigt eine Vorrichtung, die eine Erfassungsschaltung und eine A/D-Umwandlungsschaltung (A/D = analog zu digital) mit einer hohen Abtastfrequenz umfasst. Zusätzlich sind Antennen in der Erhebungswinkelrichtung angeordnet, und ein Empfangssystem (LNA, MIXER, IFAMP, FILTER) wird hinzugefügt, was zu dem Problem einer komplizierten Schaltung und hoher Kosten führt.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Radarvorrichtung und ein Automobil mit der Radarvorrichtung zu schaffen. Die Radarvorrichtung kann unter Verwendung einer einfachen Schaltung den Erhebungs-/Neigungswinkel eines Ziels bei geringen Kosten mit hoher Genauigkeit messen, ohne eine Erfassungsschaltung und eine A/D-Umwandlungsschaltung mit hoher Zeitauflösung zu verwenden.
• Lösung der Problemstellung
• Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine Radarvorrichtung bereit, die einen Signalgenerator, eine Arrayantenne, einen Mischer und eine Berechnungseinheit umfasst. Der Signalgenerator erzeugt ein Sendesignal, das einer Umtastung auf mehrere Frequenzen unterzogen wird. Die Arrayantenne sendet eine Sendesignalwelle, deren Strahl um einen Erhebungs-/Neigungswinkel geneigt ist, der einer Frequenz des durch den Signalgenerator erzeugten Sendesignals entspricht, und empfängt als Empfangssignalwelle eine reflektierte Welle, die erhalten wird durch Reflektieren der zurückkehrenden gesendeten Sendesignalwelle von einem Ziel. Der Mischer wandelt die Frequenzen der Sendesignalwelle und der Empfangssignalwelle in Zwischenfrequenzen um. Die Berechnungseinheit berechnet den Erhebungs-/Neigungswinkel des Ziels aus den Frequenzen der Sendesignalwelle und erhält für jede der mehreren durch Umtastung erhaltenen Frequenzen ein multipliziertes Signal zwischen der Sendesignalwelle und der Empfangssignalwelle, deren Frequenzen in Zwischenfrequenzen umgewandelt werden, berechnet eine Entfernung zu dem Ziel aus einer Phasendifferenz zwischen den erhaltenen multiplizierten Signalen und berechnet eine relative Geschwindigkeit in Bezug auf das Ziel aus den Frequenzen der erhaltenen multiplizierten Signale.
• Gemäß der Konfiguration wird ein Sendesignal, das einer Umtastung auf mehrere Frequenzen unterzogen wurde, von einer Arrayantenne gesendet, und die Arrayantenne empfängt als Empfangssignalwellen reflektierte Wellen, die erhalten werden durch Reflektieren der zurückkehrenden Sendesignalwellen von einem Ziel. Somit wird der Erhebungs-/Neigungswinkel des Ziels durch die Berechnungseinheit berechnet; nicht aus den Frequenzen der Empfangssignalwellen wie in der verwandten Technik, sondern aus den Frequenzen der Sendesignalwellen. Zusätzlich wird von der Arrayantenne ein Sendesignal, das einer Umtastung auf mehrere Frequenzen unterzogen wurde, gesendet, und der Erhebungs-/Neigungswinkel des Ziels wird auf der Basis einer bekannten Mehrpegelsendefrequenz berechnet. Somit kann der Erhebungs-/Neigungswinkel des Ziels selbst in dem Fall einer kurzen Entfernung zu einem Ziel bei geringen Kosten mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer einfachen Schaltung gemessen werden, ohne eine Erfassungsschaltung und eine A/D-Umwandlungsschaltung mit hoher Zeitauflösung zu verwenden.
• Gemäß der Konfiguration wird für jede der durch Umtastung erhaltenen mehrfachen Frequenzen ein multipliziertes Signal zwischen einer Sendesignalwelle und einer Empfangssignalwelle, die in Zwischenfrequenzen umgewandelt werden, erhalten. Somit können zusätzlich zu dem Erhebungs-/Neigungswinkel eines Ziels die Entfernung zu dem Ziel und die relative Geschwindigkeit in Bezug auf das Ziel bei geringen Kosten mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer einfachen Schaltung gemessen werden.
• Die vorliegende Erfindung stellt ein Automobil mit der zuvor beschriebenen Radarvorrichtung bereit.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung kann eine Radarvorrichtung und ein Automobil mit der Radarvorrichtung bereitstellen. Selbst in dem Fall einer kurzen Entfernung zu einem Ziel kann die Radarvorrichtung den Erhebungs-/Neigungswinkel des Ziels bei geringen Kosten mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer einfachen Schaltung messen, ohne eine Erfassungsschaltung und eine A/D-Umwandlungsschaltung mit hoher Zeitauflösung zu verwenden.
• Figurenliste
• 1(a) ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration einer Radarvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 1(b) veranschaulicht die Koordinaten eines Ziels.
• 2 ist eine Draufsicht einer Arrayantenne, die in einer Radarvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel enthalten ist.
• 3(a) ist eine Draufsicht einer Einheitsantenne, die in der in 2 veranschaulichten Arrayantenne enthalten ist.
• 3(b) ist ein Diagramm zum Beschreiben des Erhebungs-/Neigungswinkels von Sendesignalwellen, die von einer Sendeantenne gesendet werden.
• 4(a) ist ein Graph, der Veränderungen der Richtwirkung bei der Erhebungs-/Neigungswinkelrichtung veranschaulicht, die erhalten werden, wenn die Frequenz der Sendesignalwellen, die von einer Sendeantenne gesendet werden, verändert wird.
• 4(b) ist ein Graph, der teilweise vergrößerte Charakteristika an oder nahe der Spitzenwerte der charakteristischen Linien in dem in 4(a) veranschaulichten Graphen veranschaulicht.
• 5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen den Erhebungs-/Neigungswinkeln an den Spitzenwerten der charakteristischen Linien in dem in 4 veranschaulichten Graphen und den Frequenzen der charakteristischen Linien veranschaulicht, die den Erhebungs-/Neigungswinkeln entsprechen.
• 6 ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen einer Sendesignalfrequenz und einem Erhebungs-/Neigungswinkel bei einer Radarvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
• 7 ist ein Graph, der eine Zeitserienfrequenzveränderung eines Sendesignals veranschaulicht, das erhalten wird, wenn die Sendesignalfrequenz bei einer Radarvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel schrittweise erhöht wird.
• 8 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Azimutwinkels von Empfangssignalwellen, die durch eine Arrayantenne empfangen werden, die in einer Radarvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel enthalten ist.
• 9 ist ein Flussdiagramm, das den Fluss zum Erhalten des Erhebungs-/Neigungswinkels, des Azimutwinkels, der Entfernung und der relativen Geschwindigkeit eines Ziels bei einer Radarvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
• 10 ist eine Seitenansicht eines Automobils einer Radarvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
• 11 ist eine Seitenansicht eines Automobils, das sich in einer anderen Situation befindet und das eine Radarvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• Ein Ausführungsbeispiel für eine Radarvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
• 1(a) ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration einer Radarvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• Die Radarvorrichtung 1 umfasst einen HF-Signalgenerator 2 (HF = Hochfrequenz), eine Arrayantenne 3, Mischer 4, ADU 5 (ADU = Analog-zu-Digital-Wandler, Analog/Digitalwandler) und eine Berechnungseinheit 6. Der HF-Signalgenerator 2 ist ein Signalgenerator, der dazu in der Lage ist, mit der Zeit eine Signalfrequenz zu verändern, und erzeugt ein Sendesignal, das durch Umtastung auf mehrere Frequenzen erhalten wird, das heißt, durch Modulation unter Verwendung von Mehrpegel-FSK (FSK: frequency shift keying = Frequenzumtastung). Die Arrayantenne 3 umfasst eine Sendeantenne Tx und Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n). Die Sendeantenne Tx sendet Sendesignalwellen, deren Strahlen um den Erhebungs-/Neigungswinkel geneigt sind, welcher der Frequenz des von dem HF-Signalgenerator 2 erzeugten Sendesignals entspricht. Die Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) empfangen als Empfangssignalwellen reflektierte Wellen, die erhalten werden durch Reflektieren der zurückkehrenden Sendesignalwellen von einem Ziel. Die Sendesignalwellen werden von der Sendeantenne Tx gesendet. Die Mischer 4 wandeln die Frequenzen der Sendesignalwellen und der Empfangssignalwellen in Zwischenfrequenzen IF (IF: intermediate frequency = Zwischenfrequenz). Die ADU 5 wandeln analoge Eingangssignale in Digitalsignale zur Ausgabe um. Wie nachfolgend beschrieben berechnet die Berechnungseinheit 6 auf der Basis der Sendesignalwellen und der Empfangssignalwellen den Erhebungs-/Neigungswinkel eines Ziels, den Azimutwinkel des Ziels, die Entfernung zu dem Ziel und die relative Geschwindigkeit in Bezug auf das Ziel.
• 1(b) veranschaulicht die Koordinaten, in denen der Erhebungs-/Neigungswinkel φ eines Ziels 7, der Azimutwinkel θ des Ziels und die Entfernung R zu dem Ziel 7 veranschaulicht sind. Der Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 ist ein Winkel in der Z-AchsenRichtung zwischen dem Zielvektor, der unter Verwendung des Pfeils mit der durchgezogenen Linie angezeigt ist, und der xy-Ebene. Ein Winkel, der aus der xy-Ebene aufsteigt, ist ein Erhebungswinkel, und ein Winkel, der aus der xy-Ebene absteigt, ist ein Neigungswinkel. Der Azimutwinkel θ ist ein Winkel zwischen dem projizierten Vektor, der unter Verwendung einer gepunkteten Linie angezeigt ist und der durch Projizieren des Zielvektors auf die xy-Ebene erhalten wird, und der x-Achse. Die Entfernung R zu dem Ziel 7 ist eine Entfernung von der Mitte des Radars, das sich an dem Ursprung der Koordinaten befindet, zu dem Ziel 7.
• 2 ist eine Draufsicht der Konfiguration der Arrayantenne 3. Die Arrayantenne 3 ist auf einer identischen Ebene gebildet. Jede der einzelnen Sendeantenne Tx und der Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n), deren Anzahl n ist, bildet eine in 3(a) veranschaulichte Einheitsantenne 3(i) und umfasst vier Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4, die linear angebracht sind, und einen einzelnen Antennenleistungszuführpunkt Q.
• Die Sendeantenne Tx weist die Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4 auf, die in der Spaltenrichtung linear angebracht sind und die von dem Antennenleistungszuführpunkt Q mit einer Signalfrequenz versorgt werden, deren Phase unter den Patchantennenvorrichtungen verändert wird. Somit sendet die Sendeantenne Tx Funkwellen in der Erhebungs-/Neigungswinkelrichtung. Zusätzlich sind die Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) in der Reihenrichtung nebeneinander angebracht. Somit wird der Azimutwinkel θ des Ziels 7 wie nachfolgend beschrieben aus der Phasendifferenz der Signalwellen berechnet, die durch die Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) empfangen werden, die benachbart zueinander sind. Ferner wird der Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 wie nachfolgend beschrieben aus den bekannten Frequenzen eines Sendesignals berechnet, das der Sendeantenne Tx zugeführt wird.
• Die Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4, welche die Einheitsantenne 3(i) bilden, sind dahin gehend auf einem Substrat (nicht veranschaulicht) gebildet, mit Intervallen von d voneinander beabstandet zu sein. Die Phase η₁ (0 ≤ η₁ ≤ π) einer Signalwelle, die von einer entsprechenden der Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4 gesendet wird, wird unter Verwendung von Ausdruck (1) wie nachfolgend beschrieben ausgedrückt, wobei die Wellenlänge der Signalwelle in dem Substrat durch λ(f) dargestellt ist und die Antennenanzahl durch m dargestellt ist.
  [Gleichung 1] $${\eta }_{\text{I}}=\frac{2\pi d\cdot \left(\text{m}-1\right)}{\lambda \left(f\right)}-2\pi \left(m-1\right)=\frac{2\pi \left(\text{m}-1\right)\left(d-\lambda \left(f\right)\right)}{\lambda \left(f\right)}$$

  
• Die Antennenanzahl m ist derart definiert, dass die Anzahl der Patchantennenvorrichtung p1 beträgt 1; die Anzahl der Patchantennenvorrichtung p2 beträgt 2; die Anzahl der Patchantennenvorrichtung p3 beträgt 3; und die Anzahl der Patchantennenvorrichtung p4 beträgt 4. Die Wellenlänge λ(f) einer Signalwelle in dem Substrat wird unter Verwendung von Ausdruck (2) wie nachfolgend beschrieben mit der dielektrischen Konstante ε_S des Substrats ausgedrückt und ist in einem freien Raum kürzer als die Wellenlänge λ₀(f).
  [Gleichung 2] $$\lambda \left(f\right)=\frac{{\lambda }_0\left(f\right)}{{\epsilon }_s{}^{1/2}}$$

  
• Die Phase η₂ einer Signalwelle, die von einer entsprechenden der Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4 gesendet wird, wird unter Verwendung eines Ausdrucks (3) wie nachfolgend beschrieben mit dem Erhebungs-/Neigungswinkel φ ausgedrückt, bei dem das Sendesignal gesendet wird.
  [Gleichung 3] $${\eta }_2=\frac{2\pi d\cdot \left(m-1\right)}{{\lambda }_0\left(f\right)}\cdot \text{sin}\phi$$

  

  3(b) ist ein Diagramm zum Beschreiben des Erhebungs-/Neigungswinkels φ. Jede der Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4 sendet eine entsprechende Signalwelle S_tx der Phase η₂ , die unter Verwendung von Ausdruck (3) ausgedrückt wird. Die Sendesignalwelle Stx wird in der Erhebungs-/Neigungswinkelrichtung in Bezug auf die Horizontalrichtung H in dem Winkel φ gesendet. Wie in 3(a) veranschaulicht ist, ist der Phase-Null-Punkt O der Sendesignalwellen S_tx an der Patchantennenvorrichtung p1 definiert. Die gerade Linie L, welche die Phase-Null-Punkte O der Sendesignalwellen S_tx miteinander verbindet, bildet den Winkel φ in Bezug auf die Richtung, in der die Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4 angebracht sind, und schneidet in rechten Winkeln in der Richtung, in der die Sendesignalwellen Stx gesendet werden. Die Phase η₂ wird geometrisch ausgedrückt unter Verwendung von Ausdruck (3) von sinφ eines rechtwinkligen Dreiecks, dessen schräge Seite eine Entfernung, d·(m-1), unter den Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4 aufweist.
• Die Phase η₁ jeder der Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4, die unter Verwendung von Ausdruck (1) ausgedrückt wird, sollte die gleiche sein wie die Phase η₂ der entsprechenden der Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4, die unter Verwendung von Ausdruck (2) ausgedrückt wird. Somit führt die nachfolgend beschriebene Transformation zu Ausdruck (4).
  [Gleichung 4] $$\begin{array}{l}{\eta }_2={\eta }_1\hfill \\ \frac{d\cdot \text{sin}\phi }{{\lambda }_0\left(f\right)}=\frac{d-\lambda \left(f\right)}{\lambda \left(f\right)}\hfill \\ \text{sin}\phi ={\epsilon }_s{}^{1/2}\left\{1-\frac{\lambda \left(f\right)}{d}\right\}\because \lambda \left(f\right)=\frac{{\lambda }_0\left(f\right)}{{\epsilon }_s{}^{1/2}}\hfill \\ \therefore \phi \left(f\right)=Si{n}^{-1}\left[{\epsilon }_s{}^{1/2}\left\{1-\frac{\lambda \left(f\right)}{d}\right\}\right]\hfill \end{array}$$

  

  Das heißt, der Erhebungs-/Neigungswinkel φ der Sendesignalwellen Stx wird als Funktion φ(f) der Frequenz f ausgedrückt.
• 4(a) ist ein Graph, der Veränderungen der Richtwirkung bei der Erhebungs-/Neigungswinkelrichtung veranschaulicht, die erhalten werden, wenn die Frequenz f der Sendesignalwellen Stx, die von der Sendeantenne Tx gesendet werden, verändert wird. Die Horizontalachse des Graphen stellt den Erhebungs-/Neigungswinkel φ (Grad) dar, und die Vertikalachse stellt eine Signalstärke dB (willk. Einh.) dar. Die 21 charakteristischen Linien zeigen Veränderungen der Richtwirkung bei der Sendeantenne Tx an, die erhalten werden, wenn die Frequenz f der Sendesignalwellen S_tx für jedes 1 GHz von 70 GHz auf 90 GHz verändert wird. 4(b) ist ein Graph, der teilweise vergrößerte Charakteristika an oder nahe der der Spitzenwerte der charakteristischen Linien in dem in 4(a) veranschaulichten Graphen veranschaulicht. Die Horizontal- und Vertikalachsen des Graphen sind die gleichen wie in dem Graphen in 4(a).
• Der Graph in 5 veranschaulicht die Beziehung zwischen den Erhebungs-/Neigungswinkeln φ für die Spitzenwerte der charakteristischen Linien in dem Graphen in 4 und den Frequenzen f der charakteristischen Linien, die den Erhebungs-/Neigungswinkeln φ entsprechen. Der Graph in 5 wird durch Auftragen der Erhebungs-/Neigungswinkel φ in Bezug auf die Sendefrequenzen f erhalten. Die Horizontalachse in dem Graphen stellt die Frequenz f (GHz) dar, und die Vertikalachse stellt den Erhebungs-/Neigungswinkel φ (Grad) dar. Aus dem Graphen und dem Ausdruck (4) ist klar, dass die Frequenz feines Sendesignals, das an die Sendeantenne Tx angelegt ist, aus dem Graphen und dem Ausdruck (4) verwendet werden kann, um eine derartige Ausgestaltung herzustellen, dass die Strahlen in der Erhebungs-/Neigungswinkelrichtung geneigt sind.
• Verschiedene Verfahren sind als Verfahren zum Modulieren eines Sendesignals in einer Radarvorrichtung bekannt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Mehrpegel-FSK-Verfahren verwendet, um ein Sendesignal zu modulieren. Bei dem Mehrpegel-FSK wie in dem Graphen in 6 veranschaulicht wird die Frequenz f eines Sendesignals diskret wie in f(1), f(2), ..., f(n-1), f(n) verändert. Somit wird der Erhebungs-/Neigungswinkel φ, der unter Verwendung von Ausdruck (4) aus der Frequenz f berechnet wird, wie in φ(1), φ(2), ..., φ(n-1), φ(n) verändert. Die Horizontalachse des Graphen stellt die Frequenz f (Hz) eines Sendesignals dar, und die Vertikalachse stellt den Erhebungs-/Neigungswinkel φ (Grad) dar. Die typische FSK verwendet ein Verfahren zum Schalten zwischen zwei Werten (f1, f2). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel schaltet die Frequenz f zwischen mehreren Werten.
• Der Graph in 7 veranschaulicht eine Zeitserienveränderung der Frequenz eines Sendesignals, die erhalten wird, wenn die Frequenz f des Sendesignals in einer Messung schrittweise n-mal von f(1) auf f(n) erhöht wird. Die Horizontalachse des Graphen stellt die Zeit (Sek.) dar, und die Vertikalachse stellt die Frequenz f (Hz) eines Sendesignals dar. Signale werden auf die folgende Weise diskret gesendet: in Abschnitt (1) wird ein Signal einer Frequenz f(1) gesendet; in Abschnitt (2) Frequenz f(2), in Abschnitt (n-1) Frequenz f(n-1); in Abschnitt (n) Frequenz f(n). In jedem Abschnitt multipliziert die Berechnungseinheit 6 die Sendesignalwellenspannung V_tx , die unter Verwendung von Ausdruck (5) wie nachfolgend beschrieben angezeigt ist und die von der Sendeantenne Tx durch die Empfangssignalwellenspannung V_rx gesendet wird, die unter Verwendung von Ausdruck (6) wie nachfolgend beschrieben angezeigt wird und die durch eine Empfangsantenne Rx empfangen wird.
• Bei den Ausdrücken (5) und (6) stellt A_tx die Amplitude der Sendesignalwellenspannung V_tx dar, Arx stellt die Amplitude der Empfangssignalwellenspannung V_rx dar, φ1 stellt die Phase der Sendesignalwellenspannung V_tx dar, ω1 (= 2πf1) stellt die Winkelfrequenz der Sendesignalwellenspannung V_tx dar, R stellt die Entfernung zu dem Ziel 7 dar, v stellt die relative Geschwindigkeit in Bezug auf das Ziel 7 dar und c stellt die Lichtgeschwindigkeit dar.
  [Gleichung 5] $$\begin{array}{ll}{V}_{tx}=A_{tx}\text{cos}\left({\omega }_{1}t+{\varphi }_1\right)\hfill & \left(5\right)\hfill \\ V_{rx}=A_{rx}\text{cos}\left[{\omega }_1\left\{t-\frac{2\left(R-vt\right)}{c}\right\}\right]+{\varphi }_1\hfill & \left(6\right)\hfill \end{array}$$

  

  Ausdruck (7), der nachfolgend beschrieben ist, zeigt die multiplizierten Signale V_tx × V_rx an, die auf folgende Weise erhalten werden: Die Mischer 4 führen eine Umwandlung zu Zwischenfrequenzen if (Zwischenfrequenz = intermediate frequency, if) durch, die einem Filtern unter Verwendung eines Tiefpassfilters (Tiefpassfilter = low pass filter, LPF) (nicht veranschaulicht) unterzogen werden; anschließend multipliziert die Berechnungseinheit 6 in jedem Abschnitt die Sendesignalwellenspannung V_tx mit der Empfangssignalwellenspannung V_rx . In Ausdruck (7) stellt c die Lichtgeschwindigkeit dar.
  [Gleichung 6] $$\begin{array}{l}\text{if}\left(1\right):\frac{A_{tx}\cdot A_{rx}}{2}\text{cos 2}\pi \left[\frac{2f_{1}v}{c}t-\frac{2R_1{f}_1}{c}\right]\hfill \\ \begin{array}{l}\text{if}\left(2\right):\frac{A_{tx}\cdot A_{rx}}{2}\text{cos 2}\pi \left[\frac{2f_{2}v}{c}t-\frac{2R_1{f}_2}{c}\right]\\ ⋮\end{array}\hfill \\ \text{if}\left(\text{n}-1\right):\frac{A_{tx}\cdot A_{rx}}{2}\text{cos 2}\pi \left[\frac{2f_{n-1}v}{c}t-\frac{2R_{n/2}{f}_{n-1}}{c}\right]\hfill \\ \text{if}\left(\text{n}\right):\frac{A_{tx}\cdot A_{rx}}{2}\text{cos 2}\pi \left[\frac{2f_{n}v}{c}t-\frac{2R_{n/2}{f}_n}{c}\right]\hfill \end{array}\}$$

  
• Der zuvor beschriebene Ausdruck (7) zeigt die n Sätze aus dem if(1)-Signal bis zu dem if(n)-Signal zu dem Zeitpunkt T_CPI (siehe 7) an. Der erste Term zeigt die Dopplerfrequenz aufgrund der relativen Geschwindigkeit v in Bezug auf das Ziel 7 an, und der zweite Term zeigt die Phase aufgrund der Entfernung R an. Zusätzlich zeigt der erste Term, (2f_lv/c), in dem i-ten if(i)-Signal die Frequenz f_if,i des if(i)-Signals an, und der zweite Term, (2R_i/2f_i/c), zeigt die Phase φ_if,i des if(i)-Signals an. Durch Verwendung des Satzes der if-Signale und der bekannten Frequenzen f (f(1), f(2), ..., f(n-1), f(n)) kann die relative Geschwindigkeit v in Bezug auf das Ziel 7 aus dem ersten Term unter Verwendung von Ausdruck (8) wie nachfolgend beschrieben erhalten werden, und die Entfernung R kann aus dem zweiten Term unter Verwendung von Ausdruck (9) wie nachfolgend beschrieben erhalten werden.
  [Gleichung 7] $$f_{if,i}=\frac{4\pi f_{i}v}{c}$$

  

  $$R_{i/2}=\frac{c\left({\varphi }_{if,i}-{\varphi }_{if,i-1}\right)}{4\pi \left(f_i-f_{i-1}\right)}$$

  

  Das heißt, die Berechnungseinheit 6 erhält ein multipliziertes Signal V_tx × V_rx zwischen der Sendesignalwellenspannung V_tx und der Empfangssignalwellenspannung V_rx , die für jede der mehreren Frequenzen f(1), f(2), ..., f(n-1), f(n), die durch Umtastung erhalten werden, in Zwischenfrequenzen if umgewandelt werden. Anschließend berechnet die Berechnungseinheit 6 die Entfernung R zu dem Ziel 7 unter Verwendung von Ausdruck (9) aus der Differenz der Phase φ_if,i zwischen den erhaltenen multiplizierten Signalen if(1), if(2), ..., if(n-1), if(n). Zusätzlich berechnet die Berechnungseinheit 6 die relative Geschwindigkeit v in Bezug auf das Ziel 7 unter Verwendung von Ausdruck (8) aus den Frequenzen f_if,i der erhaltenen multiplizierten Signale if(1), if(2), ..., if(n-1), if(n).
• Ähnlich wie bei dem Erhebungs-/Neigungswinkel φ, der in 3(b) veranschaulicht ist, veranschaulicht 8 den Azimutwinkel θ des Ziels 7. Jede der Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) empfängt eine Signalwelle S_rx der Phase ξ_n , die unter Verwendung eines nachfolgend beschriebenen Ausdrucks (10) ausgedrückt ist. In Ausdruck (10) stellt d die Entfernung zwischen den Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) dar und n stellt die Blockanzahl einer entsprechenden der Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) dar.
  [Gleichung 8] $${\xi }_n=\frac{2\pi d\cdot \left(n-1\right)}{\lambda }\cdot \text{sin}\theta$$

  

  Die Empfangssignalwellen S_rx kommen in Bezug auf die Horizontalrichtung H in der Azimutwinkelrichtung in einem Winkel θ an. Der Phase-Null-Punkt O der Empfangssignalwellen S_rx ist an der Empfangsantenne Rx(1) definiert. In diesem Fall bildet die gerade Linie L, die die Phase-Null-Punkte O der Empfangssignalwellen S_rx verbindet, in Bezug auf die Richtung, in der die Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) angebracht sind, den Winkel θ und schneidet in rechten Winkeln in der Richtung, in der die Empfangssignalwellen S_rx ankommen. Die Phase ξ_n wird geometrisch unter Verwendung von Ausdruck (10) von sinθ eines rechtwinkligen Dreiecks ausgedrückt, dessen schräge Seite eine Entfernung, d·(n-1), unter den Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) aufweist. Die Berechnungseinheit 6 berechnet den Azimutwinkel θ des Ziels 7 unter Verwendung von Ausdruck (11) wie nachfolgend beschrieben aus der Differenz der Phase ξ_n zwischen den Empfangssignalwellen S_rx , die durch die Empfangssignalantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) empfangen werden, die in der Arrayantenne 3 enthalten sind. In Ausdruck (11) stellen ξ_l und ξ_i-1 die Phasen der Empfangssignalwellen S_rx an den Empfangsantennen Rx(i) und Rx(i+1) der Blockanzahlen i und i+1 dar.
  [Gleichung 9] $$\theta =Si{n}^{-1}\left[\frac{\lambda }{2\pi d}\left({\xi }_{i+1}-{\xi }_i\right)\right]$$

  

  Wie in Ausdruck (4) veranschaulicht ist, entsprechen die FSK-Frequenzen (f(1), f(2), ..., f(n-1), f(n)) den Erhebungs-/Neigungswinkeln φ der Sendesignalwellen S_tx . Somit wird der Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 unter Verwendung von Ausdruck (12) wie nachfolgend beschrieben ausgedrückt, wobei die Sendefrequenz der Sendesignalwellen Stx, die der Sendeantenne Tx der Blockanzahl i zugeführt wird, durch f_i dargestellt ist.
  [Gleichung 10] $${\phi }_i=Si{n}^{-1}\left[{\epsilon }_s{}^{1/2}\left\{1-\frac{c}{f_i\cdot d}\right\}\right]$$

  

  Das heißt, die Berechnungseinheit 6 berechnet den Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 unter Verwendung von Ausdruck (12) aus der Frequenz f_i der Sendesignalwellen Stx.
• 9 ist ein Flussdiagramm, das den Fluss eines Erhaltens des Erhebungs-/Neigungswinkels φ, des Azimuthwinkels θ, der Entfernung R und der relativen Geschwindigkeit v des Ziels 7 wie zuvor beschrieben darstellt. Der Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 wird unter Verwendung von Ausdruck (12) aus den bekannten Sendefrequenzen f_i der Sendesignalwellen S_tx erhalten. Die Entfernung R zu dem Ziel 7 wird unter Verwendung von Ausdruck (9) aus der Phasendifferenz ∠IF(f) zwischen den Zwischenfrequenzsignalen IF(f) erhalten, die als Funktion einer Frequenz durch Durchführen einer Fourier-Transformation (FFT) an den Zwischensignalen if(1, 2, ..., n-1, n)(t) erhalten werden, die Zeitfunktionen sind. Der Azimutwinkel θ des Ziels 7 wird unter Verwendung von Ausdruck (11) aus der Differenz der Phase ξ_n zwischen den Empfangssignalwellen S_rx erhalten, die durch die Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) empfangen werden. Die relative Geschwindigkeit v in Bezug auf das Ziel 7 wird unter Verwendung von Ausdruck (8) aus dem Spitzenwert |IF(f)| des Zwischenfrequenzsignals IF(f) erhalten.
• Bei der Radarvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Sendesignalwellen S_tx , die unter Verwendung der Mehrpegel-FSK moduliert werden, von der Sendeantenne Tx gesendet, und reflektierte Wellen, die erhalten werden durch Reflektieren der zurückkehrenden Sendesignalwellen Stx von dem Ziel 7, werden durch die Empfangsantennen Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n) als Empfangssignalwellen S_rx empfangen. Somit wird die Mehrpegel-FSK derart als Modulierungsverfahren verwendet, dass die Schwebungsfrequenz zwischen den Empfangssignalwellen S_rx von dem Ziel 7 und die Sendesignalwellen S_tx als Dopplerfrequenz des Ziels 7 dienen. Somit wird der Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 berechnet; nicht aus den Frequenzen von Sendesignalwellen wie in der verwandten Technik, sondern durch die Berechnungseinheit 6 aus den Frequenzen f_i der Sendesignalwellen S_tx wie zuvor beschrieben.
• Die Sendesignalwellen S_tx , die einer Umtastung auf mehrere Frequenzen f(1), f(2), ..., f(n-1), f(n) unterzogen werden, werden von der Arrayantenne 3 gesendet, und der Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 wird auf der Basis der mehreren bekannten Sendefrequenzen f(1), f(2), ..., f(n-1), f(n) berechnet. Daher werden selbst in dem Fall einer kurzen Entfernung R zu dem Ziel 7 eine Erfassungsschaltung und eine A/D-Umwandlungsschaltung mit hoher Zeitauflösung von Nanosekundenordnung nicht verwendet. Stattdessen kann der Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 mit hoher Genauigkeit bei geringen Kosten unter Verwendung einer einfachen Schaltung gemessen werden. Zum Beispiel liegt die Dopplerfrequenz des Ziels 7 dann, wenn sich das Ziel 7 mit einer Geschwindigkeit 10 m/s bewegt, bei 1,6 KHz für eine Sendefrequenz von 24 GHz. Daher ist die Berechnungseinheit 6 unter Verwendung von Berechnungsergebnissen aus den ADU 5 mit niedriger Geschwindigkeit dazu in der Lage, den Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 sowie den Azimutwinkel θ, die Entfernung R und die relative Geschwindigkeit v ohne Weiteres zu erhalten.
• Die Frequenz eines Signals, das auf die Sendeantenne Tx angewendet wird, wird verwendet, um den Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Sendestrahls auf jeden beliebigen Bereich zu begrenzen. Somit kann eine Beeinflussung durch einen Störfleck von dem Boden oder dergleichen unterdrückt werden. Im Vergleich zu einem FMCW-Radar (FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave = frequenzmodulierte kontinuierliche Welle) unter Verwendung kontinuierlicher Wellen, die einer Frequenzmodulation unterzogen werden, kann die Radarvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Ziel 7 mit hoher Auflösung erfassen, da ein Signal mit diskreten Frequenzen gesendet wird, die durch Mehrpegel-FSK-Modulation erhalten werden.
• Bei der Radarvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird für jede der mehreren Frequenzen f, mit denen eine Umtastung durchgeführt wird, ein multipliziertes Signal V_tx × V_rx zwischen der Sendesignalwellenspannung V_tx und der Empfangssignalwellenspannung V_rx erhalten, die in Zwischenfrequenzen umgewandelt werden. Somit können zusätzlich zu dem Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 die Entfernung R zu dem Ziel 7 und die relative Geschwindigkeit v in Bezug auf das Ziel 7 mit hoher Genauigkeit und bei geringen Kosten unter Verwendung einer einfachen Schaltung gemessen werden.
• Der Azimutwinkel θ des Ziels 7 kann auch unter Verwendung des Monopuls-Phase-Systems, des Strahlformers (engl.: beam former), des Capon-Verfahrens, MUSIC oder dergleichen mit hoher Genauigkeit berechnet werden. Jedoch berechnet die Radarvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Azimutwinkel θ des Ziels 7 aus der Differenz der Phase ξ_n zwischen den Empfangssignalwellen S_rx , wodurch ermöglicht wird, dass der Azimutwinkel θ des Ziels 7 auf einfache Weise und bei geringen Kosten mit einem einfachen Algorithmus berechnet werden kann, ohne die Schaltungsgröße zu erhöhen.
• Bei der Radarvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Frequenz f eines Sendesignals, das auf die Arrayantenne 3 angewendet wird, die auf einer identischen Ebene gebildet ist, variabel gemacht, was ermöglicht, dass das Sendesignal mit dem Strahl gesendet wird, der in der Erhebungs-/Neigungswinkelrichtung geneigt ist. Daher kann die Arrayantenne 3, die auf einer identischen Ebene gebildet ist, verwendet werden, um den Strahl in der Erhebungs-/Neigungswinkelrichtung zu neigen, ohne einen zusätzlichen Phasenschieber oder dergleichen wie bei der in dem Patentdokument 1 beschriebenen Radarvorrichtung, der eine von der Arrayantenne 3 verschiedene Einheit ist und der verwendet wird, um den Strahl in der Erhebungs-/Neigungswinkelrichtung zu neigen.
• Bei der Radarvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 aus der Frequenz f_i der Sendesignalwellen Stx erfasst werden, die von der Arrayantenne 3 gesendet werden, die auf einer identischen Ebene gebildet ist. Daher ist es nicht notwendig, Empfangsantennen Rx3 und Rx4 bereitzustellen, die in der Vertikalrichtung angeordnet sind, um den Erhebungs-/Neigungswinkel φ des Ziels 7 wie bei der in dem Patentdokument 2 beschriebenen Radarvorrichtung zu erfassen, wodurch eine Reduktion der Größe der Arrayantenne 3 erreicht wird. Folglich tritt der folgende Nachteil nicht auf: Damit die Standfläche der Antenne gleich bleibt, wird der Antennenbereich zum Erfassen des Azimutwinkels θ in der Horizontalrichtung reduziert und der Antennenbereich zum Erfassen des Erhebungs-/Neigungswinkels φ wird zugeordnet; somit tritt eine Verschlechterung der Winkelauflösung in der Horizontalrichtung auf, die den verminderten Antennen für die Horizontalrichtung entspricht. Zusätzlich tritt der folgende Nachteil nicht auf: Der Antennenbereich zum Erfassen des Erhebungs-/Neigungswinkels φ wird neu hinzugefügt; Empfangssysteme wie ein Niedrigrauschverstärker (LNA), ein Multiplizierer (MIXER), ein Zwischenfrequenzverstärker (IFAMP) und ein Filter werden auch für die zusätzlichen Antennen hinzugefügt; somit wird der Belegungsbereich der Vorrichtung erhöht, was dazu führt, dass eine Reduktion der Größe und eine Reduktion des Leistungsverbrauchs der Radarvorrichtung 1 gehemmt wird.
• Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Fall beschrieben, in dem die Einheitsantenne 3(i) in der Arrayantenne 3 die vier Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4 umfasst. Jedoch kann die Anzahl von Patchantennenvorrichtungen erhöht werden, die in der Einheitsantenne 3(i) enthalten sind. In diesem Fall wird die Strahlbreite der Sendesignalwellen Stx schmal gemacht, was zu einer Erhöhung der Erfassungsauflösung des Ziels 7 führt. Zusätzlich wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall beschrieben, in dem die Arrayantenne 3 die Patchantennenvorrichtungen p1, p2, p3 und p4 umfasst. Jedoch können Hornantennen oder dergleichen in einem Array angebracht sein. Diese Konfigurationen üben ähnliche Auswirkungen aus wie diejenigen der Radarvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
• Industrielle Anwendbarkeit
• Die Radarvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung wird wünschenswerterweise als im Auto montiertes Radar oder dergleichen verwendet, das ein Ziel in einer relativ kurzen Entfernung erfasst.
• 10 ist eine Seitenansicht eines Automobils 11 mit der zuvor beschriebenen Radarvorrichtung 1 als ein im Auto montiertes Radar. Die Radarvorrichtung 1 ist beispielsweise an der Vorderseite des Fahrzeugkörpers des Automobils 11 befestigt und sendet die Sendesignalwellen Stx von der Sendeantenne Tx in der Bewegungsrichtung des Automobils 11 nach vorne. Die Empfangsantennen Rx empfangen als Empfangssignalwellen S_rx reflektierte Wellen, die erhalten werden durch Reflektieren der von der Sendeantenne Tx gesendeten und zurückkehrenden Sendesignalwellen von einem Ziel, zum Beispiel einem Auto 12, das sich davor bewegt. Die Berechnungseinheit 6 berechnet den Erhebungs-/Neigungswinkel des Ziels, den Azimutwinkel des Ziels, die Entfernung zu dem Ziel und die relative Geschwindigkeit in Bezug auf das Ziel auf der Basis der Sendesignalwellen S_tx und der Empfangssignalwellen S_rx .
• 11 ist eine Seitenansicht des Automobils 11, das sich in einem anderen Zustand befindet und das die zuvor beschriebene Radarvorrichtung 1 als im Auto montiertes Radar umfasst. In diesem Zustand steht ein Kanaldeckel anormal auf einer Straßenoberfläche 13 hervor. Die Sendesignalwellen S_tx , die von der Radarvorrichtung 1 in der Bewegungsrichtung des Automobils 11 nach vorne gesendet werden, werden von dem Kanaldeckel 14 reflektiert, und die Sendeantennen Rx empfangen die reflektierten Wellen als Empfangssignalwellen S_rx . Die Berechnungseinheit 6 berechnet den Erhebungs-/Neigungswinkel und dergleichen unter Verwendung des Kanaldeckels 14 als Ziel, auf der Basis der Sendesignalwellen Stx und der Empfangssignalwellen S_rx .
• Selbst in dem Fall einer kurzen Entfernung zu einem Ziel kann die Konfiguration auch das Automobil 12 mit der Radarvorrichtung 1 bereitstellen, die dazu in der Lage ist, den Erhebungs-/Neigungswinkel und dergleichen des Ziels bei geringen Kosten mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer einfachen Schaltung zu messen, ohne eine Erfassungsschaltung und eine A/D-Umwandlungsschaltung mit hoher Zeitauflösung zu verwenden. Daher kann zum Beispiel das Automobil 12, das sich unmittelbar vor dem Automobil 11 bewegt, oder der Kanaldeckel 14, der in einem vorderen Bereich des Automobils 11 auf der Straßenoberfläche 13 anormal hervorsteht, schnell erfasst werden, was es ermöglicht, Gefahren vorab zu vermeiden.
• Bezugszeichenliste

1

Radarvorrichtung

2

HF-Signalgenerator

3

Arrayantenne

Tx

Sendeantenne

Rx(1), ..., Rx(n-1), Rx(n)

Empfangsantenne

3(i)

Einheitsantenne

p1, p2, p3, p4

Patchantennenvorrichtung

4

Mischer

5

ADU

6

Berechnungseinheit

7

Ziel

11, 12

Automobil

13

Straßenoberfläche

14

Kanaldeckel

Claims (4)

1. Eine Radarvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen Signalgenerator, der ein Sendesignal erzeugt, das einer Umtastung auf mehrere Frequenzen unterzogen wird; eine Arrayantenne, die eine Sendesignalwelle sendet, deren Strahl um einen Erhebungs-/Neigungswinkel geneigt ist, der einer Frequenz des Sendesignals entspricht, das durch den Signalgenerator erzeugt wird, und die als Empfangssignalwelle eine reflektierte Welle empfängt, die erhalten wird durch Reflektieren der zurückkehrenden gesendeten Sendesignalwelle von einem Ziel; einen Mischer, der die Frequenzen der Sendesignalwelle und der Empfangssignalwelle in Zwischenfrequenzen umwandelt; und eine Berechnungseinheit, die den Erhebungs-/Neigungswinkel des Ziels aus den Frequenzen der Sendesignalwelle berechnet und die für jede der mehreren Frequenzen, die durch Umtastung erhalten werden, ein multipliziertes Signal zwischen der Sendesignalwelle und der Empfangssignalwelle erhält, deren Frequenzen in Zwischenfrequenzen umgewandelt werden, die aus einer Phasendifferenz zwischen den erhaltenen multiplizierten Signalen eine Entfernung zu dem Ziel berechnet und die aus den Frequenzen der erhaltenen multiplizierten Signale eine relative Geschwindigkeit in Bezug auf das Ziel berechnet.
2. Die Radarvorrichtung gemäß Anspruch 1, die folgendes Merkmal aufweist: eine Berechnungseinheit, die einen Azimutwinkel des Ziels aus einer Phasendifferenz zwischen Empfangssignalwellen berechnet, die durch Antennen empfangen werden, die in der Arrayantenne enthalten sind.
3. Die Radarvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Arrayantenne derart ausgebildet ist, dass Antennen auf einer identischen Ebene gebildet sind.
4. Ein Automobil, das die Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.

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