DE112021000933T5

DE112021000933T5 - Radarvorrichtung, und fahrzeug und positionserfassungsvorrichtung, die dieselbe umfassen

Info

Publication number: DE112021000933T5
Application number: DE112021000933.8T
Authority: DE
Inventors: Nobuya Arakawa
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2022-12-29
Also published as: US20230036918A1; JPWO2021205769A1; JP7306573B2; WO2021205769A1

Abstract

Eine Radarvorrichtung ist vorgesehen, bei der eine Winkelauflösung verbessert ist, ein Winkel in einer Ankunftsrichtung einer ankommenden Welle mit hoher Genauigkeit geschätzt werden kann und ein Dynamikbereich verbessert ist. Bezüglich einer Sendeantenne Tx sind Sendeantennenelemente Tx1, Tx2, Tx3 ..., deren Anzahl m zumindest drei darstellt, in einem gleichen Intervall der Wellenlänge λ einer Sendewelle auf einer geraden Linie angeordnet. Bezüglich einer Empfangsantenne Rx sind Empfangsantennenelemente Rx1, Rx2 ... in einem gleichen Intervall auf einer geraden Linie angeordnet, indem dieselben um einen Abstand (= λ/2 × m - 3) eines Werts beabstandet sind, der erhalten wird durch Multiplizieren mit einem Wert von λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist, eines Werts (2m - 3), der erhalten wird durch Subtrahieren von drei von zwei Mal m, was die Anzahl von Sendeantennenelementen darstellt. Eine DBF-Signalberechnungseinheit 32 steuert die Richtwirkung einer Funkwelle durch Einstellen der Phase eines Empfangssignals und führt zwischen jedem Paar von Sendeantennenelementen Strahlformung durch, um virtuelle Empfangsantennenelemente Rxa, Rxb, ... Rxq zwischen den Empfangsantennenelementen zu erzeugen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radarvorrichtung, und auf ein Fahrzeug und eine Positionserfassungsvorrichtung, die jeweils die Radarvorrichtung umfassen.
Hintergrundtechnik
Das Patentdokument 1 offenbart eine MIMO(Multiple-lnput Multiple-Output)-Radarvorrichtung.
Referenzliste
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2018-54327
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Mit einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik ist es möglich, eine virtuelle Empfangsarrayantenne zu konfigurieren, die gleich dem Produkt der Anzahl von Sendeantennenelementen und der Anzahl von Empfangsantennenelementen bei dem Maximum ist, durch Anordnen der Antennenelemente in der Sende- und Empfangsarrayantenne. Bei der Radarvorrichtung der verwandten Technik, die oben beschrieben ist, verwenden benachbarte Sendeteilarrays ein Sendeantennenelement gemeinsam, und eine Mehrzahl von Sendeantennenelementen, die ein Sendeteilarray bilden, führt Strahlformung durch, um ein Strahlsignal zu senden. Damit verringert sich die Anzahl von Sendeantennenelementen wesentlich relativ zu der Gesamtzahl von Sendeantennenelementen, die die beiden benachbarten Sendeteilarrays bilden. Die Anzahl von virtuellen Empfangsantennenelementen, die die virtuelle Empfangsarrayantenne bilden, wird durch das Produkt der Anzahl von Sendeantennenelementen und der Anzahl von Empfangsantennenelementen bestimmt und verringert sich daher mit der Verringerung der Anzahl von Sendeantennenelementen.
Es ist bekannt, dass eine Winkelauflösung eines Verfahrens zum Schätzen einer Ankunftsrichtung einer ankommenden Welle von der Anzahl von Empfangsantennenelementen abhängt. Wenn die Anzahl von virtuellen Empfangsantennenelementen, die eine virtuelle Empfangsarrayantenne bilden, sich verringert, wie bei der im Patentdokument 1 beschriebenen Radarvorrichtung, verringert sich entsprechend die Winkelauflösung der Radarvorrichtung.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um das oben beschriebene Problem wie folgt zu lösen. Eine Radarvorrichtung ist konfiguriert, um folgende Merkmale zu umfassen: eine Sendeantenne, die drei oder mehr Sendeantennenelemente umfasst, die auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen einer Wellenlänge einer Sendewelle angeordnet sind; eine Empfangsantenne, die ein ganzzahliges Mehrfaches von zwei Empfangsantennenelementen umfasst, die auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen angeordnet sind, getrennt durch einen Abstand, der erhalten wird durch Multiplizieren eines Werts, der bestimmt wird durch Subtrahieren von drei von zweimal einer Anzahl von Sendeantennenelementen, und eines Werts der halben Wellenlänge; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, zwischen den Empfangsantennenelementen virtuelle Empfangsantennenelemente zu erzeugen durch Einstellen einer Phase eines Sendesignals oder eines Empfangssignals, um eine Richtwirkung einer Funkwelle zu steuern, um zwischen den Sendeantennenelementen in jedem Paar Strahlformung durchzuführen.
Mit der Verwendung der vorliegenden Konfiguration wird durch Durchführen von Strahlformung zwischen den Sendeantennenelementen in jedem Paar ein virtuelles Sendeantennenelement an einer Mitte der Sendeantennenelemente in jedem Paar gebildet. Die virtuellen Sendeantennenelemente sind auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch einen Abstand von λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist. Die Anzahl von virtuellen Sendeantennenelementen ist gleich wie die Anzahl von Sendeantennenelementen, wenn die Anzahl von Sendeantennenelementen drei beträgt, und die Anzahl von virtuellen Sendeantennenelementen erhöht sich jedes Mal um zwei, wenn sich die Anzahl von Sendeantennenelementen um eins erhöht, wenn die Anzahl von Sendeantennenelementen vier oder mehr beträgt. Dann werden zwischen den Empfangsantennenelementen virtuelle Empfangsantennenarrays auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist. Die Anzahl von Elementen der virtuellen Empfangsantennenarrays ist gleich dem Produkt der Anzahl von virtuellen Sendeantennenelementen und der Anzahl von Empfangsantennenelementen. Entsprechend ist es möglich, ein virtuelles Empfangsantennenarray zu erhalten, das aus den virtuellen Empfangsantennenelementen der Anzahl besteht, die gleich wie oder größer als diejenige in einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik ist, die ein Sendeantennenelement als eine einzelne Antenne verwendet, durch Durchführen der Strahlformung, um einen Antennengewinn in einer Hauptstrahlrichtung zu erhöhen, um eine Strahlbreite zu verschmälern, ohne die Anzahl von virtuellen Empfangsantennenelementen zu verringern, wie bei der Radarvorrichtung der verwandten Technik, die in Patentdokument 1 beschrieben ist.
Damit wird die Winkelauflösung der Radarvorrichtung stärker erhöht als diejenige einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik, und die Winkelschätzung einer Ankunftsrichtung einer ankommenden Welle kann mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden als diejenige einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik. Ferner verbessert die Erhöhung der Winkelauflösung der Radarvorrichtung die Zielidentifikationsfähigkeit, und das Durchführen der Strahlformung ermöglicht eine Erfassung einer reflektierten Welle von einem Ziel mit geringem Funkwellenreflexionsvermögen, und somit erhöht sich der Dynamikbereich der Radarvorrichtung.
Ferner ist bei der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug konfiguriert, das die oben beschriebene Radarvorrichtung umfasst.
Gemäß der vorliegenden Konfiguration ist es möglich, ein Fahrzeug bereitzustellen, das in der Lage ist, die Position eines Hindernisses um das Fahrzeug herum mit hoher Genauigkeit zu schätzen, durch die Verwendung der Radarvorrichtung mit der erhöhten Winkelauflösung und dem erhöhten Dynamikbereich.
Ferner ist bei der vorliegenden Erfindung eine Positionserfassungsvorrichtung konfiguriert, eine Zielposition zu erfassen, durch Durchführen von Strahlformung an der Funkwelle, die von der Sendeantenne der Radarvorrichtung emittiert wird, die oben beschrieben ist, um in alle Richtungen abzutasten, und durch Erfassen einer Richtung, in der sich eine Intensität des Empfangssignals, das durch die Empfangsantenne empfangen wird, erhöht.
Gemäß der vorliegenden Konfiguration ist es möglich, eine Positionserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Zielposition mit hoher Genauigkeit zu schätzen, durch die Verwendung der Radarvorrichtung mit der erhöhten Winkelauflösung und dem erhöhten Dynamikbereich.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Radarvorrichtung wie oben beschrieben, und ein Fahrzeug und eine Positionserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die jeweils die Radarvorrichtung umfassen. Die Radarvorrichtung kann ein virtuelles Empfangsantennenarray erhalten, das aus virtuellen Empfangsantennenelementen gebildet ist, deren Anzahl gleich wie oder größer als diejenige einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik ist, kann aufgrund der erhöhten Winkelauflösung eine Winkelschätzung einer Ankunftsrichtung einer ankommenden Welle mit hoher Genauigkeit durchführen und hat einen erhöhten Dynamikbereich.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration einer Radarvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Diagramm zum Erläutern eines typischen Prozesses, bei dem ein virtuelles Sendeantennenelement und ein virtuelles Empfangsantennenelement durch Radarvorrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel gebildet sind.
3 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Prozesses, bei dem ein virtuelles Sendeantennenelement und ein virtuelles Empfangsantennenelement aus drei Sendeantennenelementen und zwei Empfangsantennenelementen gebildet sind, durch die Radarvorrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
4 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Prozesses, bei dem ein virtuelles Sendeantennenelement und ein virtuelles Empfangsantennenelement aus vier Sendeantennenelementen und zwei Empfangsantennenelementen gebildet sind, durch die Radarvorrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
5 ist ein Diagramm zum Erläutern der Schätzung einer Zielposition in einem dreidimensionalen Raum, durchgeführt mit den Radarvorrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, durch Anordnen von Empfangsantennenarrays auf zwei parallelen geraden Linien, die in einer vertikalen Richtung getrennt sind.
6 ist ein Diagramm zum Erläutern der Schätzung einer Zielposition in einem dreidimensionalen Raum, durchgeführt mit den Radarvorrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, durch Anordnen von Sendeantennenarrays auf zwei parallelen geraden Linien, die in der vertikalen Richtung getrennt sind.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration der Radarvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Als Nächstes werden Ausführungsbeispiele einer Radarvorrichtung der vorliegenden Erfindung, und ein Fahrzeug und eine Positionserfassungsvorrichtung, die jeweils die Radarvorrichtung umfassen, beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration einer Frequenzmodulierten Dauerstrich(FMCW; FMCW = Frequency Modulated Continuous-Wave)-Radarvorrichtung 1A gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Radarvorrichtung 1A umfasst einen Sender 2 und einen Empfänger 3. Der Sender 2 umfasst eine Signalerzeugungseinheit 21 und eine Sendeantenne Tx. Der Empfänger 3 umfasst eine Empfangsantenne Rx, eine ZF(Zwischenfrequenz)-Signalberechnungseinheit 31, eine DBF-Signalberechnungseinheit 32, eine Abstandsschätzeinheit 33, eine Winkelschätzeinheit 34 und eine Positionsberechnungseinheit 35.
Die Signalerzeugungseinheit 21 erzeugt ein Chirp-Signal als ein Sendesignal. Das Sendesignal wird in eine Hochfrequenzfunkwelle, wie zum Beispiel eine Millimeterwelle, umgewandelt und wird von der Sendeantenne Tx emittiert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Sendeantenne Tx aus m Sendeantennenelementen Tx1, Tx2, Tx3 und dergleichen gebildet, wobei m 3 oder mehr beträgt (m ≥ 3). Die Empfangsantenne Rx empfängt eine reflektierte Welle, welche die Welle ist, die von der Sendeantenne Tx emittiert wird und durch ein Ziel (Zielobjekt) reflektiert wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Empfangsantenne Rx aus 2n Empfangsantennenelementen Rx1, Rx2 und dergleichen gebildet, wobei 2n ein ganzzahliges Mehrfaches von 2 ist (n ist eine natürliche Zahl).
Die Signalerzeugungseinheit 21 bewirkt, dass Sendesignale in Zeitteilung von jedem der Sendeantennenelemente Tx1, Tx2, Tx3 und dergleichen emittiert werden. Die ZF-Signalberechnungseinheit 31 mischt das Empfangssignal, das von einem der Sendeantennenelemente Tx1, Tx2, Tx3 und dergleichen emittiert wird und durch jedes der Empfangsantennenelemente Rx1, Rx2 und dergleichen empfangen wird, mit dem Sendesignal, das zu diesem Zeitpunkt emittiert wird. Somit berechnet die ZF-Signalberechnungseinheit 31 ein ZF-Signal zwischen einer Hochfrequenz und einer Basisbandfrequenz. Die DBF-Signalberechnungseinheit 32 (DBF = Digital Beam Forming = digitale Strahlformung) wandelt jedes ZF-Signal, das durch die ZF-Signalberechnungseinheit 31 berechnet wird, durch einen A/D-Wandler in ein Digitalsignal um. Dann wird eine Kombination in einem Paar von ZF-Signalen, die in Digitalsignale umgewandelt sind, zu einer Kombination von empfangenen Signalen von Sendeantennenelementen in jedem Paar geändert, und digitale Strahlformung wird durchgeführt, um eine Richtwirkung einer Funkwelle zu steuern, um ein DBF-Signal zu erhalten. Die Berechnung des DBF-Signals durch die digitale Strahlformung wird durchgeführt durch die Anzahl von Elementen eines virtuellen Empfangsantennenarrays, das nachfolgend beschrieben wird und die Phase des Empfangssignals wird durch die DBF-Signalberechnungseinheit 32 gesteuert.
Die Abstandsschätzeinheit 33 führt FFT (FFT = Fast Fourier Transform = schnelle Fourier Transformation) an dem DBF-Signal durch, das durch die DBF-Signalberechnungseinheit 32 berechnet wird, um den Abstand zu einem Ziel (Zielobjekt) zu schätzen. Die Winkelschätzeinheit 34 schätzt den Winkel, in dem das Ziel vorliegt, unter Verwendung eines Ankunftsrichtungsschätzverfahrens einer reflektierten Welle, wie zum Beispiel eines FFT- oder MUSIC(Multiple Signal Classification)-Verfahrens, basierend auf dem DBF-Signal, das durch die DBF--Signalberechnungseinheit 32 berechnet wird. Die Positionsberechnungseinheit 35 berechnet die geschätzte Zielposition basierend auf dem Abstand zu dem Ziel, geschätzt durch die Abstandsschätzeinheit 33 und den Winkel, in dem das Ziel vorliegt, geschätzt durch die Winkelschätzeinheit 34.
2(a) ist ein Diagramm zum Erläutern einer Anordnung der Sendeantenne Tx und der Empfangsantenne Rx in der Radarvorrichtung 1A des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Sendeantenne Tx m, was drei oder mehr bedeutet, der Sendeantennenelemente Tx1, Tx2, Tx3 und dergleichen, die auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen einer Wellenlänge λ einer Sendewelle angeordnet sind. Ferner umfasst die Empfangsantenne Rx die Empfangsantennenelemente Rx1, Rx2 und dergleichen, die auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen angeordnet sind, getrennt durch einen Abstand von λ/2x (2m - 3). Der Abstand von λ/2x (2m - 3) wird erhalten durch Multiplizieren eines Werts (2m - 3), der zweimal die Anzahl m der Sendeantennenelemente Tx1, Tx2, Tx3 und dergleichen minus 3 ist, mit λ/2 der halben Wellenlänge λ der Sendewelle.
Die DBF-Signalberechnungseinheit 32 und die Winkelschätzeinheit 34 bilden eine Steuereinheit, die virtuelle Empfangsantennenelemente Rxa, ... Rxq zwischen den Empfangsantennenelementen Rx1, Rx2 und dergleichen erzeugt, wie es in 2(b) dargestellt ist, durch Einstellen der Phasen der Empfangssignale, um die Richtwirkung einer Funkwelle zu steuern, um Strahlformung in jedem Paar der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx2, Tx1 und Tx3, Tx2 und Tx3, Tx2 und Tx4, Tx3 und Tx4 und dergleichen durchzuführen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt die DBF-Signalberechnungseinheit 32 virtuelle Empfangsantennenelemente Rxa, ... Rxq zwischen den Empfangsantennenelementen Rx1, Rx2 und dergleichen: durch Umwandeln jedes Empfangssignals, das in Zeitteilung von jedem der Sendeantennenelemente Tx1, Tx2, Tx3 und dergleichen emittiert wird, und durch die Empfangsantennenelemente Rx1, Rx2 und dergleichen empfangen wird, in ein digitales Signal; und durch Ändern einer Kombination in einem Paar der umgewandelten Empfangssignale in eine Kombination von Signalen, die von jedem der Paare von Sendeantennenelementen Tx1 und Tx2, Tx1 und Tx3, Tx2 und Tx3, Tx2 und Tx4, Tx3 und Tx4 und dergleichen empfangen wird, um digitale Strahlformung durchzuführen, um die Richtwirkung einer Funkwelle zu steuern und um die Phase des Empfangssignals zu steuern. Die Winkelschätzeinheit 34 erkennt die Arrayanordnung der virtuellen Empfangsantennenelemente Rxa ... Rxq und schätzt den Winkel, in dem ein Ziel vorliegt.
Das heißt, die DBF-Signalberechnungseinheit 32 führt digitale Strahlformung in einem Paar eines Sendeantennenelements Tx (k) und eines Sendeantennenelements Tx (k + 1) durch, und in einem Paar des Sendeantennenelements Tx (k) und eines Sendeantennenelements Tx (k + 2), wenn ein k-tes Sendeantennenelement durch Tx (k) (k = 1, 2, ..., m-1) dargestellt ist. Wie oben beschrieben werden durch Durchführen der digitalen Strahlformung in dem Paar von Sendeantennenelementen Tx (k) und Tx (k + 1) und in dem Paar von Sendeantennenelementen Tx (k) und Tx (k + 2) an einer Mitte zwischen den Sendeantennenelementen Tx1, Tx2, Tx3 und dergleichen virtuelle Sendeantennenelemente gebildet.
Das heißt, wie bei dem virtuellen Sendeantennenarray, das in 2(b) dargestellt ist, sind virtuelle Sendeantennenelemente Tx12, Tx13, Tx23, Tx24, Tx34 und dergleichen auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch einen Abstand λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist. Das virtuelle Sendeantennenelement Tx12 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx2, das virtuelle Sendeantennenelement Tx13 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx3, das virtuelle Sendeantennenelement Tx23 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx2 und Tx3, das virtuelle Sendeantennenelement Tx24 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx2 und Tx4, das virtuelle Sendeantennenelement Tx34 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx3 und Tx4 und dergleichen.
Wie es in 3(a) dargestellt ist, wenn die Sendeantenne Tx aus drei Sendeantennenelementen von Tx1, Tx2 und Tx3 gebildet ist (die Anzahl von Tx = 3) und die Empfangsantenne Rx aus den zwei Empfangsantennenelementen von Rx1 und Rx2 gebildet ist (die Anzahl von Rx = 2n = 2), werden durch Durchführen digitaler Strahlformung in jedem Paar der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx2, Tx1 und Tx3 und Tx2 und Tx3, wie es in 3(b) dargestellt ist, virtuelle Sendeantennenelemente Tx12, Tx13 und Tx23 auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand von λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist. Das virtuelle Sendeantennenelement Tx12 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx2, das virtuelle Sendeantennenelement Tx13 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx3, und das virtuelle Sendeantennenelement Tx23 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx2 und Tx3.
In dem obigen Fall sind unter der Annahme, dass die Richtung eines Ziels θ beträgt, Phasendifferenzen zwischen den Sendeantennenelementen Tx1, Tx2 und Tx3 w und die Gewinne der Sendeantennenelemente sind gleich, das heißt in einem idealen Zustand sind die Empfangssignale x1, x2 und x3, die durch ein bestimmtes Empfangsantennenelement Rxp empfangen werden, durch die folgende Gleichung (1), Gleichung (2) und Gleichung (3) dargestellt für jedes der Sendeantennenelemente Tx1, Tx2 und Tx3, das ein Signal zu diesem Zeitpunkt gesendet hat.
Gleichung 1 $x_{1} = A e^{j α}$
$x_{2} = {Ae}^{j (α + w)}$
$x_{3} = {Ae}^{j (α + 2 w)}$
In den obigen Gleichungen ist A die Amplitude der Empfangssignale x1, x2 und x3, α ist die Phase des Empfangssignals x1, gesendet von dem Sendeantennenelement Tx1, und das Empfangssignal x1 ist dargestellt durch Gleichung (1) unter Verwendung der Amplitude A und der Phase α. Das Empfangssignal x2 ist das Signal, das von dem Sendeantennenelement Tx2 mit der Phasendifferenz w mit dem Sendeantennenelement Tx1 gesendet wird, und daher ist die Phase des Empfangssignals x2 α + w.
Ferner ist das Empfangssignal x3 das Signal, das von dem Sendeantennenelement Tx3 mit einer Phasendifferenz 2w mit dem Sendeantennenelement Tx1 gesendet wird, und daher ist die Phase des Empfangssignals x3 α + 2w.
An jedem der Empfangssignale x1, x2 und x3 ergibt das Durchführen der digitalen Strahlformung in einem Paar der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx2 das virtuelle Sendeantennenelement Tx12, das durch die folgende Gleichung (4) dargestellt ist, das Durchführen der digitalen Strahlformung in einem Paar der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx3 ergibt das virtuelle Sendeantennenelement Tx13, das durch die folgende Gleichung (5) dargestellt ist, und das Durchführen der digitalen Strahlformung in einem Paar der Sendeantennenelemente Tx2 und Tx3 ergibt das virtuelle Sendeantennenelement Tx23, das durch die folgende Gleichung (6) dargestellt ist.
Gleichung (2) $x_{1} + e^{j Δ φ} x_{2} = A e^{j α} (1 + e^{j (Δ φ + w)}) = A' e^{j (α + \frac{1}{2} Δ φ + \underline{\frac{1}{2} w})}$
$x_{1} + e^{j Δ φ} x_{3} = A e^{j α} (1 + e^{j (Δ φ + 2 w)}) = A' e^{j (α + \frac{1}{2} Δ φ + \underline{w})}$
$x_{2} + e^{j Δ φ} x_{3} = A e^{j (α + w)} (1 + e^{j (Δ φ + w)}) = A' e^{j (α + \frac{1}{2} Δ φ + \underline{\frac{3}{2} w})}$
In jeder der obigen Gleichungen ist Δφ eine Phasendifferenz, die zwischen jeweils zwei Sendeantennenelementen Tx eingestellt ist. Durch Einstellen der Phasendifferenz Δφ kann die Richtung des Strahls, der von dem Sender 2 emittiert wird, variiert werden. Einstellen oder Steuern der Phase eines Sendesignals oder eines Empfangssignals bei der Strahlformung bezieht sich auf das Einstellen der Phasendifferenz Δφ auf jeden Wert. Ferner stellt A' in jeder der obigen Gleichungen die Amplitude des Empfangssignals dar, das durch Addieren von jeweils zwei Empfangssignalen mit der Amplitude A erhalten wird.
Das virtuelle Sendeantennenelement Tx12, dargestellt durch Gleichung (4), wird erhalten durch Addieren des Empfangssignals x1, dargestellt durch Gleichung (1), und des Empfangssignals x2, dargestellt durch Gleichung (2), und Gleichung (4) ist modifiziert, um eine Phasendifferenz w/2 zu zeigen, wie es durch den Exponenten ganz rechts angezeigt ist, der unterstrichen ist. Ferner wird das virtuelle Sendeantennenelement Tx13, dargestellt durch Gleichung (5), erhalten durch Addieren des Empfangssignals x1, dargestellt durch Gleichung (1), und des Empfangssignals x3, dargestellt durch Gleichung (3), und Gleichung (5) ist modifiziert, um eine Phasendifferenz w zu zeigen, wie es durch den Exponenten ganz rechts angezeigt ist, der unterstrichen ist. Ferner wird das virtuelle Sendeantennenelement Tx23, dargestellt durch Gleichung (6), erhalten durch Addieren des Empfangssignals x2, dargestellt durch Gleichung (2), und des Empfangssignals x3, dargestellt durch Gleichung (3), und Gleichung (6) ist modifiziert, um eine Phasendifferenz 3w/2 zu zeigen, wie es durch den Exponenten ganz rechts angezeigt ist, der unterstrichen ist.
Entsprechend sind die Phasendifferenzen zwischen den virtuellen Sendeantennenelementen Tx12, Tx13 und Tx23 w/2. Das heißt, jedes der Empfangssignale x1, x2 und x3 kann als ein Signal angesehen werden, das von jedem der virtuellen Sendeantennenelementen Tx12, Tx13 und Tx23 mit Intervallen von λ/2 gesendet wird, wie es in 3(b) dargestellt ist. Wie es in 3(b) dargestellt ist, werden damit die virtuellen Empfangsantennenelemente Rxa und Rxb zwischen den Empfangsantennenelementen Rx1 und R12 gebildet, und virtuelle Empfangsantennenarrays mit sechs Elementen, was das Produkt von drei virtuellen Sendeantennenelementen und zwei Empfangsantennenelementen ist, sind auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand von λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist.
Wie es in 4(a) dargestellt ist, wenn die Sendeantenne Tx aus den vier Sendeantennenelementen Tx1, Tx2 und Tx4 (die Anzahl von Tx = 4) gebildet ist, und die Empfangsantenne Rx aus den zwei Empfangsantennenelemente Rx1 und Rx2 (die Anzahl von Rx = 2n = 2) gebildet ist, wird ferner digitales Strahlformen in jedem Paar der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx2, Tx1 und Tx3, Tx2 und Tx3, Tx2 und Tx4, und Tx3 und Tx4 durchgeführt, um virtuelle Sendeantennenelemente Tx12, Tx13, Tx23, Tx24 und Tx34 zu bilden, die in 4(b) dargestellt sind.
Das heißt, die virtuellen Sendeantennenelemente Tx12, Tx13, Tx23, Tx24 und Tx34 sind auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist. Das virtuelle Sendeantennenelement Tx12 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx2, das virtuelle Sendeantennenelement Tx13 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx3, das virtuelle Sendeantennenelement Tx23 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx2 und Tx3, das virtuelle Sendeantennenelement Tx24 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx2 und Tx4, und das virtuelle Sendeantennenelement Tx34 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx3 und Tx4.
Die Phasendifferenz zwischen den virtuellen Sendeantennenelementen Tx12, Tx13, Tx23, Tx24 und Tx34 ist w/2, wie in dem Fall, bei dem die Anzahl von Sendeantennenelementen Tx drei beträgt und die Empfangsantennenelemente Rx zwei sind. Damit werden zwischen den Empfangsantennenelementen Rx1 und Rx2, wie es in 4(b) dargestellt ist, virtuelle Empfangsantennenarrays von 10 Elementen, was das Produkt von fünf virtuellen Sendeantennenelementen und zwei Empfangsantennenelementen ist, auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand von λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist.
Das heißt, mit der Verwendung der Radarvorrichtung 1A des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wenn m Sendeantennenelemente den drei Sendeantennenelementen Tx1, Tx2 und Tx3 entsprechen, wie es in 3(a) dargestellt ist, wird die gleiche Anzahl von drei virtuellen Sendeantennenelementen Tx12, Tx13 und Tx23 gebildet, wie es in 3(b) dargestellt ist. Dann werden zwischen den Empfangsantennenelementen Rx1 und Rx2 virtuelle Empfangsantennenarrays von sechs der Elemente, was das Produkt von drei der virtuellen Sendeantennenelemente und zwei der Empfangsantennenelemente ist, auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist, wie es in 3(b) dargestellt ist.
Wenn m Sendeantennenelemente vier oder mehr entsprechen, sind ferner virtuelle Sendeantennenelemente in der Anzahl gebildet, die sich um zwei erhöht, jedes Mal, wenn sich m der Sendeantennenelemente um eins erhöhen. Dann sind zwischen den Empfangsantennenelementen virtuelle Empfangsantennenarrays auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist. Die Anzahl von Elementen der virtuellen Empfangsantennenarrays ist gleich dem Produkt der Anzahl von virtuellen Sendeantennenelementen und der Anzahl von Empfangsantennenelementen.
Wie es in 4(a) dargestellt ist, wenn m Sendeantennenelemente vier entsprechen, erhöht um eins von drei, um Sendeantennenelemente Tx1, Tx2, Tx3 und Tx4 zu sein, sind beispielsweise die fünf virtuellen Sendeantennenelemente Tx12, Tx13, Tx23, Tx24 und Tx34 erhöht um zwei von drei gebildet, wie es in 4(b) dargestellt ist. Dann sind virtuelle Empfangsantennenelemente Rxa, Rxb, Rxc und Rxd zwischen den Empfangsantennenelementen Rx1 und Rx2 gebildet, wie es in 4(b) dargestellt ist, und virtuelle Empfangsantennenarrays von 10 Elementen, was das Produkt von fünf virtuellen Sendeantennenelementen und zwei Empfangsantennenelementen ist, sind auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand λ/2, was die halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist.
Entsprechend ist es mit der Verwendung der Radarvorrichtung 1A des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, ein virtuelles Empfangsantennenarray zu erhalten, das aus den virtuellen Empfangsantennenelementen einer Anzahl gebildet ist, die gleich wie oder größer als diejenige in einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik ist, die ein Sendeantennenelement als eine einzelne Antenne verwendet, durch Durchführen der Strahlformung, um den Antennengewinn in der Hauptstrahlrichtung zu erhöhen, um die Strahlbreite zu verschmälern, ohne die Anzahl von virtuellen Empfangsantennenelementen zu verringern, wie bei der Radarvorrichtung der verwandten Technik, die in Patentdokument 1 beschrieben ist. Damit wird die Winkelauflösung der Radarvorrichtung 1A stärker erhöht als diejenige einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik, und die Winkelschätzung einer Ankunftsrichtung einer ankommenden Welle kann mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden als diejenige einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik. Ferner bewirkt die Erhöhung der Winkelauflösung der Radarvorrichtung 1A auch, dass sich die Zielidentifikationsfähigkeit verbessert, und das Durchführen der Strahlformung ermöglicht die Erfassung einer reflektierten Welle von einem Ziel mit geringem Funkwellenreflexionsvermögen, so dass sich der Dynamikbereich der Radarvorrichtung 1A erhöht.
Ferner wird mit der Verwendung der Radarvorrichtung 1A des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Phase einer reflektierten Welle, gesendet in Zeitteilung von jedem der SendeantennenelementeTx1, Tx2, Tx3 und dergleichen, und empfangen durch jedes der Empfangsantennenelemente Rx1 und Rx2, durch die Berechnung gesteuert, um eine digitale Strahlformung durchzuführen. Somit wird eine reflektierte Welle zu dem Zeitpunkt berechnet, wenn der Strahl, dessen Emissionsrichtung gesteuert wird, auf ein Ziel ausgestrahlt wird. Die Zielposition wird von der berechneten Richtung der reflektierten Welle geschätzt. Zu diesem Zeitpunkt sind die virtuellen Empfangsantennenelemente gebildet, deren Anzahl gleich wie oder größer als diejenige einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik ist, und daher wird die Zielposition mit hoher Genauigkeit geschätzt.
Ferner kann mit der Verwendung der Radarvorrichtung 1A des ersten Ausführungsbeispiels, die digitale Strahlformung durchführt, die Anzahl von Malen der Übertragung und des Empfangs von Signalen verringert werden im Vergleich zu einer Radarvorrichtung 1B eines zweiten Ausführungsbeispiels, die analoge Strahlformung durchführt, die nachfolgend beschrieben wird, und daher wird die Zeit verkürzt, die für eine Positionsschätzung eines Ziels erforderlich ist.
5(a) ist ein Diagramm, das eine Sendeantenne Tx und eine Empfangsantenne Rx darstellt, die in einer Radarvorrichtung 1A gemäß einer ersten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden. Die Radarvorrichtung 1A gemäß der ersten Modifikation unterscheidet sich von der Radarvorrichtung 1A des ersten Ausführungsbeispiels nur in der Konfiguration der Empfangsantenne Rx und andere Konfigurationen der ersten Modifikation sind die gleichen wie diejenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bei der Radarvorrichtung 1A gemäß der ersten Modifikation sind Empfangsantennenelemente Rx1, Rx2 und dergleichen auf einer geraden Linie L1 in gleichen Intervallen angeordnet, getrennt durch den Abstand von λ/2 × (2m - 3), und die gleiche Anzahl von Empfangsantennenelementen wie diejenigen, die auf der geraden Linie L1 angeordnet sind, sind auch auf einer geraden Linie L2 in gleichen Intervallen angeordnet, getrennt durch den Abstand von λ/2 × (2m - 3). Die gerade Linie L2 ist von der geraden Linie L1 in der vertikalen Richtung getrennt und ist parallel zu der geraden Linie L1.
Wie es in 5(a) dargestellt ist, sind beispielsweise bei der Empfangsantenne Rx die Empfangsantennenelemente Rx1 und Rx2 auf der geraden Linie L1 in gleichen Intervallen angeordnet, getrennt durch den Abstand von 3λ/2, und die Empfangsantennenelemente Rx3 und Rx4, deren Anzahl gleich ist wie die Anzahl von Rx1 und Rx2, sind auch auf der geraden Linie L2 in gleichen Intervallen angeordnet, getrennt durch den Abstand von 3λ/2. Die gerade Linie L2 ist von der geraden Linie L1 in der vertikalen Richtung getrennt und ist parallel zu der geraden Linie L1.
Gemäß der vorliegenden Konfiguration sind die virtuellen Empfangsantennenelemente Rxa und Rxb zwischen den Empfangsantennenelementen Rx1 und Rx2 erzeugt, die auf einer geraden Linie L1 angeordnet sind, und auch die virtuellen Empfangsantennenelemente Rxa und Rxb sind zwischen den Empfangsantennenelementen Rx3 und Rx4 erzeugt, die auf einer geraden Linie L2 angeordnet sind, die in 5(b) dargestellt ist, durch Umwandeln jedes Empfangssignals, das in Zeitteilung von jedem der Sendeantennenelemente Tx1, Tx2 und Tx3 emittiert wird und durch jedes der Empfangsantennenelemente Rx1 und Rx2 empfangen wird, in ein digitales Signal, und durch Ändern einer Kombination in einem Paar der umgewandelten Empfangssignale in eine Kombination, die von jedem Paar der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx2, Tx1 und Tx3, und Tx2 und Tx3 empfangen wird, um digitale Strahlformung durchzuführen, um die Richtwirkung einer Funkwelle zu steuern.
Mit der Verwendung der obigen Radarvorrichtung 1A gemäß der ersten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels sind die Empfangsantennenarrays auf den geraden Linien L1 und L2 in der vertikalen Richtung nebeneinander positioniert und daher können die Abstandsinformationen eines Ziels in der vertikalen Richtung erhalten werden, und eine Zielposition in einem dreidimensionalen Raum kann geschätzt werden.
6(a) ist ein Diagramm, das eine Sendeantenne Tx und eine Empfangsantenne Rx darstellt, die in einer Radarvorrichtung 1A gemäß einer zweiten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden. Die Radarvorrichtung 1A gemäß der zweiten Modifikation unterscheidet sich von der Radarvorrichtung 1A des ersten Ausführungsbeispiels nur in der Konfiguration der Sendeantenne Tx und andere Konfigurationen bei der zweiten Modifikation sind die gleichen wie diejenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bei der Radarvorrichtung 1A gemäß der zweiten Modifikation sind Sendeantennenelemente Tx1, Tx2, Tx3 und dergleichen auf einer geraden Linie L1 in gleichen Intervallen angeordnet, getrennt durch die Wellenlänge λ, und die gleiche Anzahl von Sendeantennenelementen wie diejenige, die auf der geraden Linie L1 angeordnet sind, ist auf einer geraden Linie L2 in gleichen Intervallen angeordnet, getrennt durch die Wellenlänge λ. Die gerade Linie L2 ist von der geraden Linie L1 in der vertikalen Richtung getrennt und ist parallel zu der geraden Linie L1.
Wie es in 6(a) dargestellt ist, beispielsweise in der Sendeantenne Tx, sind die Sendeantennenelemente Tx1, Tx2 und Tx3 auf der geraden Linie L1 in gleichen Intervallen angeordnet, getrennt durch die Wellenlänge λ, und die Sendeantennenelemente Tx4, Tx5 und Tx6, deren Anzahl gleich ist wie die Anzahl von Tx1, Tx2 und Tx3, sind auch auf der geraden Linie L2 in gleichen Intervallen angeordnet, getrennt durch die Wellenlänge λ. Die gerade Linie L2 ist von der geraden Linie L1 in der vertikalen Richtung getrennt und ist parallel zu der geraden Linie L1.
Gemäß der vorliegenden Konfiguration sind die virtuellen Sendeantennenelemente Tx12, Tx13 und Tx23, die auf der geraden Linie L1 angeordnet sind, die in 6(b) dargestellt ist, gebildet durch Umwandeln jedes Empfangssignals, das in Zeitteilung von jeder der Sendeantennenelemente Tx1, Tx2 und Tx3, angeordnet auf der geraden Linie L1 emittiert wird, und durch jedes der Empfangsantennenelemente Rx1 und Rx2 empfangen wird, in ein digitales Signal, und durch Ändern einer Kombination in einem Paar der umgewandelten Empfangssignale in eine Kombination, die von jedem Paar der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx2, Tx1 und Tx3 und Tx2 und Tx3 empfangen wird, um digitale Strahlformung durchzuführen, um die Richtwirkung einer Funkwelle zu steuern.
Ferner sind die virtuellen Sendeantennenelemente Tx45, Tx46 und Tx56, die auf einer geraden Linie L2 angeordnet sind, die in 6(b) dargestellt ist, gebildet durch Umwandeln jedes Empfangssignals, das in Zeitteilung von jedem der Sendeantennenelemente Tx4, Tx5 und Tx6, die auf der geraden Linie L2 angeordnet sind, emittiert wird, und durch jedes der Empfangsantennenelemente Rx1 und Rx2 empfangen wird, in ein digitales Signal, und durch Ändern einer Kombination in einem Paar der umgewandelten Empfangssignale in eine Kombination, die von jedem Paar der Sendeantennenelemente Tx4 und Tx5, Tx4 und Tx6 und Tx5 und Tx6 empfangen wird, um digitale Strahlformung durchzuführen, um die Richtwirkung einer Funkwelle zu steuern.
Entsprechend werden auf der Empfangsseite, wie es in 6(b) dargestellt ist, virtuelle Empfangsantennenelemente Rxa und Rxb zwischen den Empfangsantennenelementen Rx1 und Rx2 erzeugt, die auf einer geraden Linie L3 angeordnet sind, und virtuelle Empfangsantennenarrays sind auf der geraden Linie L3 in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand λ/2, was eine halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist. Das virtuelle Empfangsantennenarray besteht aus sechs der Elemente, was das Produkt von drei der virtuellen Sendeantennenelemente Tx12, Tx13 und Tx23 und zwei der Empfangsantennenelemente von Rx1 und Rx2 ist. Ferner sind auf einer geraden Linie L4, die von der geraden Linie L3 vertikal getrennt ist und parallel zu der geraden Linie L3 ist, virtuelle Empfangsantennenarrays in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand λ/2, was eine halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist. Das virtuelle Empfangsantennenarray besteht aus zwei Sätzen von virtuellen Empfangsantennenelementen Rxa, Rxb und Rxc und hat sechs der Elemente, was das Produkt von drei der virtuellen Sendeantennenelemente Tx45, Tx46 und Tx56 und zwei der Empfangsantennenelemente Rx1 und Rx2 ist.
Mit der Verwendung der obigen Radarvorrichtung 1A gemäß der zweiten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels, was dem entspricht, dass die virtuellen Sendeantennenarrays auf den geraden Linien L1 und L2 in der vertikalen Richtung nebeneinander positioniert sind, sind die virtuellen Empfangsantennenarrays auch in der vertikalen Richtung auf den geraden Linien L3 und L4 nebeneinander positioniert. Entsprechend können auch mit der Verwendung der obigen zweiten Modifikation die Abstandsinformationen in der vertikalen Richtung eines Ziels erhalten werden und eine Zielposition in einem dreidimensionalen Raum kann geschätzt werden.
Ferner wird eine Radarvorrichtung 1A gemäß einer dritten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels mit der folgenden Konfiguration erhalten. Wie es in 5(a) dargestellt ist, sind die Empfangsantennenelemente Rx auf der geraden Linie L1 in gleichen Intervallen angeordnet, und Empfangsantennenelemente der gleichen Anzahl wie die Empfangsantennenelemente, die auf der geraden Linie L1 angeordnet sind, sind in gleichen Intervallen auf der geraden Linie L2 angeordnet, die in der vertikalen Richtung von der geraden Linie L1 getrennt und parallel zu derselben ist. Wie es in 6(a) dargestellt ist, sind auch die Sendeantennenelemente Tx auf der geraden Linie L1 in gleichen Intervallen angeordnet, und die Sendeantennenelemente der gleichen Anzahl wie die Sendeantennenelemente, die auf der geraden Linie L1 angeordnet sind, sind in gleichen Intervallen auf der geraden Linie L2 angeordnet, die in der vertikalen Richtung von der geraden Linie L1 getrennt und parallel zu derselben ist. Außerdem sind mit der Verwendung der Radarvorrichtung 1A gemäß der dritten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels die virtuellen Empfangsantennenarrays in der vertikalen Richtung nebeneinander auf einer Mehrzahl von geraden Linien positioniert. Entsprechend können auch mit der Verwendung der dritten obigen Modifikation die Abstandsinformationen in der vertikalen Richtung eines Ziels erhalten werden und eine Zielposition in einem dreidimensionalen Raum kann geschätzt werden.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration einer FMCW-Radarvorrichtung 1B gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Hier ist anzumerken, dass in 7 die gleichen oder entsprechenden Komponenten wie diejenigen in 1 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und eine Beschreibung derselben ausgelassen wird.
Die Radarvorrichtung 1B umfasst auch einen Sender 2 und einen Empfänger 3, aber der Sender 2 umfasst zusätzlich zu einer Signalerzeugungseinheit 21 einen Phasenschieber 22. Der Empfänger 3 umfasst keine DFB-Signalberechnungseinheit 32. Die Radarvorrichtung 1B unterscheidet sich von der Radarvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur darin, dass anstatt digitaler Strahlformung analoge Strahlformung durchgeführt wird.
Ein Chirp-Signal, das durch die Signalerzeugungseinheit 21 erzeugt wird, wird in seiner Phase durch den Phasenschieber 22 unter der Steuerung der Signalerzeugungseinheit 21 gesteuert und wird als ein Sendesignal für eine Sendeantenne Tx emittiert. Die Empfangsantenne Rx empfängt eine reflektierte Welle, die von der Sendeantenne Tx emittiert wird und durch ein Ziel reflektiert wird. Die ZF-Signalberechnungseinheit 31 mischt das Empfangssignal, das durch eine Empfangsantenne Rx empfangen wird, und das Sendesignal, das durch die Signalerzeugungseinheit 21 erzeugt wird, um ein ZF-Signal zu berechnen.
Die Signalerzeugungseinheit 21 und die Winkelschätzeinheit 34 bilden eine Steuereinheit, die die Richtwirkung einer Funkwelle steuert durch Einstellen der Phase der Sendesignale mit den Phasenschiebern 22, um analoge Strahlformung in jedem Paar von Sendeantennenelementen Tx1 und Tx2, Tx1 und Tx3, Tx2 und Tx3, Tx2 und Tx4, Tx3 und Tx4 und dergleichen durchzuführen, und erzeugt dann virtuelle Empfangsantennenelemente Rxa, Rxb, ... und Rxq zwischen Empfangsantennenelementen Rx, Rx1, Rx2 und dergleichen. Das heißt, die Signalerzeugungseinheit 21 als die DBF-Signalberechnungseinheit 32 führt Strahlformung in einem Paar von einem Sendeantennenelement Tx (k) und einem Sendeantennenelement Tx (k + 1) durch, und in einem Paar von dem Sendeantennenelement Tx (k) und einem Sendeantennenelement Tx (k + 2), wenn das k-te Sendeantennenelement durch Tx (k) (k = 1, 2, ..., m-1) dargestellt ist.
Die Abstandsschätzeinheit 33 führt an dem ZF-Signal, das durch die ZF-Signalberechnungseinheit 31 berechnet wird, FFT durch, um einen Abstand zu einem Ziel zu schätzen. Die Winkelschätzeinheit 34 schätzt einen Winkel, in dem ein Ziel vorliegt unter Verwendung einer Schätztechnik für eine Ankunftsrichtung einer reflektierten Welle, wie zum Beispiel einem FFT oder MUSIC-Verfahren basierend auf dem ZF-Signal, das durch die ZF-Signalberechnungseinheit 31 berechnet wird. Zu diesem Zeitpunkt erkennt die Winkelschätzeinheit 34 die Arrayanordnung der virtuellen Empfangsantennenelemente Rxa, ..., Rxq und schätzt den Winkel, in dem das Ziel vorliegt. Die Positionsberechnungseinheit 35 berechnet die geschätzte Zielposition basierend auf dem Abstand zu dem Ziel, geschätzt durch die Abstandsschätzeinheit 33, und dem Winkel, in dem das Ziel vorliegt, geschätzt durch die Winkelschätzeinheit 34.
Auch mit der Verwendung der Radarvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verursacht Durchführen analoger Strahlformung in einem Paar von Sendeantennenelementen Tx (k) und Tx (k + 1) und in einem Paar von Sendeantennenelementen Tx (k) und Tx (k + 2), dass virtuelle Sendeantennenelemente geformt werden in einer Mitte in jedem Paar der Sendeantennenelemente Tx1, Tx2, Tx3 und dergleichen. Das heißt, wie bei der in 2(b) dargestellten virtuellen Sendeantenne Tx werden virtuelle Sendeantennenelemente Tx12, Tx13, Tx23, Tx24, Tx34 und dergleichen auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen gebildet, getrennt durch den Abstand λ/2, was eine halbe Wellenlänge λ der Sendewelle ist. Das virtuelle Sendeantennenelement Tx12 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx2, das virtuelle Sendeantennenelement Tx13 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx1 und Tx3, das virtuelle Sendeantennenelement Tx23 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx2 und Tx3, das virtuelle Sendeantennenelement Tx24 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx2 und Tx4, das virtuelle Sendeantennenelement Tx34 ist in einer Phasenmitte in einer Mitte eines Paars der Sendeantennenelemente Tx3 und Tx4 und dergleichen.
Entsprechend ist es auch mit der Verwendung der Radarvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel möglich, ein virtuelles Empfangsantennenarray zu erhalten, das aus den virtuellen Empfangsantennenelementen von der Anzahl besteht, die gleich wie oder größer als diejenige in einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik ist, durch Durchführen der Strahlformung, um den Antennengewinn in der Hauptstrahlrichtung zu erhöhen, um die Strahlbreite zu verschmälern. Damit wird die Winkelauflösung in der Radarvorrichtung 1B auch stärker erhöht als diejenige einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik, und die Winkelschätzung einer Ankunftsrichtung einer ankommenden Welle kann mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden als diejenige einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik. Ferner bewirkt die Erhöhung der Winkelauflösung der Radarvorrichtung 1B, dass die Zielidentifikationsfähigkeit sich ebenfalls verbessert, und das Durchführen der Strahlformung ermöglicht eine Erfassung einer reflektierten Welle von einem Ziel mit geringem Funkwellenreflexionsvermögen, so dass sich der Dynamikbereich der Radarvorrichtung 1B erhöht.
Ferner wird mit der Verwendung der Radarvorrichtung 1B des zweiten Ausführungsbeispiels die Phase eines Strahls, der von jedem Paar der Sendeantennenelemente emittiert wird, gesteuert, um analoge Strahlformung durchzuführen und der Strahl, dessen Emissionsrichtung gesteuert wird, wird auf ein Ziel ausgestrahlt. Die Zielposition wird mit hoher Genauigkeit geschätzt von einer Richtung einer reflektierten Welle, die durch die virtuellen Empfangsantennenelemente empfangen wird, deren Anzahl gleich wie oder größer als diejenige einer MIMO-Radarvorrichtung der verwandten Technik ist.
Ferner kann auch mit der Verwendung der Radarvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entweder die Empfangsantenne Rx oder die Sendeantenne Tx auf zwei parallelen geraden Linien angeordnet sein, die in der vertikalen Richtung voneinander getrennt sind, wie es in 5 und 6 dargestellt ist, oder sowohl die Empfangsantenne Rx als auch die Sendeantenne Tx können auf zwei parallelen geraden Linien angeordnet sein, die in der vertikalen Richtung voneinander getrennt sind. Somit können die Abstandsinformationen in der vertikalen Richtung eines Ziels erhalten werden, wie bei der Radarvorrichtung 1A gemäß der ersten, zweiten und dritten Modifikation und eine Zielposition in einem dreidimensionalen Raum kann geschätzt werden.
8 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs 41 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Radarvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder die Radarvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auf einem Schweller unter einer Tür oder dergleichen enthalten ist.
Mit der Verwendung des Fahrzeugs 41 der vorliegenden Konfiguration können die Radarvorrichtung 1A oder 1B mit erhöhter Winkelauflösung und erhöhtem Dynamikbereich die Position von Hindernissen 42 und 43 um das Fahrzeug 41 herum, wie zum Beispiel an einer Seite des Fahrzeugs 41, genau schätzen und können die Hindernisse getrennt erkennen.
Obwohl 8 ein Beispiel der Erfassung der Hindernisse 42 und 43 an der Seite des Fahrzeugs 41 darstellt, ist anzumerken, dass ein Hindernis vor oder hinter dem Fahrzeug 41 ebenfalls mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
9 ist ein Diagramm, das eine Positionserfassungsvorrichtung 51 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, das konfiguriert ist, die Radarvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder die Radarvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zu umfassen.
Die Positionserfassungsvorrichtung 51 erfasst die Position des Ziels 52 durch Durchführen von Strahlformung an einem Strahl 51a, der von der Sendeantenne Tx der Radarvorrichtung 1A oder 1B emittiert wird, um in alle Richtungen abzutasten, und durch Erfassen einer Richtung, in der sich eine Intensität eines Empfangssignals einer reflektierten Welle 52a von einem Ziel 52, das durch die Empfangsantenne Rx empfangen wird, erhöht.
Mit der Verwendung der Positionserfassungsvorrichtung 51 der vorliegenden Konfiguration ist es möglich, die Zielposition mit hoher Genauigkeit durch die Radarvorrichtung 1A oder 1B zu erfassen, die eine erhöhte Winkelauflösung und einen erhöhten Dynamikbereich aufweist.
Hier ist anzumerken, dass bei den Radarvorrichtungen 1A und 1B, dem Fahrzeug 41 und der Positionserfassungsvorrichtung 51 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen Fälle beschrieben wurden, bei denen die Radarvorrichtungen 1A und 1B ein FMCW-Radar sind, aber die Radarvorrichtungen 1A und 1B sind nicht auf einen FMCW-Radar beschränkt und können Radare sein, die Winkelinformationen eines Ziels von einer Phasendifferenz zwischen reflektierten Wellen erhalten.
Bezugszeichenliste

1A, 1B: Radarvorrichtung
2: Sender
21: Signalerzeugungseinheit
22: Phasenschieber
3: Empfänger
31: ZF-Signalberechnungseinheit
32: DBF-Signalberechnungseinheit
33: Abstandsschätzeinheit
34: Winkelschätzeinheit
35: Positionsberechnungseinheit
41: Fahrzeug
42, 43: Hindernis
51: Positionserfassungsvorrichtung
52: Ziel
Tx: Sendeantenne
Tx1, Tx2, Tx3, Tx4: Sendeantennenelement
Rx: Empfangsantenne
Rx1, Rx2: Empfangsantennenelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201854327 [0003]

Claims

Eine Radarvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: eine Sendeantenne, die drei oder mehr Sendeantennenelemente umfasst, die auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen einer Wellenlänge einer Sendewelle angeordnet sind; eine Empfangsantenne, die ein ganzzahliges Mehrfaches von zwei Empfangsantennen umfasst, die auf einer geraden Linie in gleichen Intervallen angeordnet sind, getrennt durch einen Abstand, der erhalten wird durch Multiplizieren eines Werts, der bestimmt wird durch Subtrahieren von drei von zweimal einer Anzahl von Sendeantennenelementen, und eines Werts der halben Wellenlänge; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, zwischen den Empfangsantennenelementen virtuelle Empfangsantennenelemente zu erzeugen durch Einstellen einer Phase eines Sendesignals oder eines Empfangssignals, um eine Richtwirkung einer Funkwelle zu steuern, um zwischen den Sendeantennenelementen in jedem Paar Strahlformung durchzuführen.
Die Radarvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der auf einer geraden Linie, die in einer vertikalen Richtung von der geraden Linie, auf der die Empfangsantennenelemente in gleichen Intervallen, getrennt durch den Abstand, angeordnet sind, getrennt und parallel zu derselben ist, Empfangsantennenelemente einer gleichen Anzahl wie eine Anzahl von Empfangsantennenelementen ferner in gleichen Intervallen, getrennt durch den Abstand, angeordnet sind.
Die Radarvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der auf einer geraden Linie, die in einer vertikalen Richtung von der geraden Linie, auf der die Sendeantennenelemente in gleichen Intervallen, getrennt durch die Wellenlänge, angeordnet sind, getrennt und parallel zu derselben ist, Sendeantennenelementen einer gleichen Anzahl wie die Anzahl von Sendeantennenelementen ferner in gleichen Intervallen, getrennt durch die Wellenlänge, angeordnet sind.
Die Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Steuereinheit die virtuellen Empfangsantennenelemente zwischen den Empfangsantennenelementen erzeugt, durch Umwandeln jedes Empfangssignals, das in Zeitteilung von jedem Sendeantennenelement emittiert wird und durch jedes Empfangsantennenelement empfangen wird, in ein digitales Signal, und durch Ändern einer Kombination in einem Paar der umgewandelten Empfangssignale in eine Kombination, die von jedem Paar der Sendeantennenelemente empfangen wird, um digitale Strahlformung durchzuführen, um die Richtwirkung der Funkwelle zu steuern und um die Phase des Empfangssignals zu steuern.
Die Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Steuereinheit die virtuellen Empfangsantennenelemente zwischen den Empfangsantennenelementen erzeugt durch Ändern der Richtwirkung der Funkwelle, die von jedem Paar der Sendeantennenelemente emittiert wird, um analoge Strahlformung durchzuführen und um die Phase des Sendesignals zu steuern.
Ein Fahrzeug, das folgende Merkmale aufweist: die Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
Eine Positionserfassungsvorrichtung, die konfiguriert ist, eine Zielposition zu erfassen durch Durchführen von Strahlformung an der Funkwelle, die von der Sendeantenne der Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 emittiert wird, um in alle Richtungen abzutasten, und durch Erfassen einer Richtung, in sich der eine Intensität des Empfangssignals, das durch die Empfangsantenne empfangen wird, erhöht.