JP2008134223A - レーダの物標検知方法、およびこの物標検知方法を用いたレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グレーティングローブが発生するような状況でも確実に且つ簡素な処理で物標の方位を検知できるレーダの物標検知方法を提供する。
【解決手段】方位検出部１３は、受信信号に基づく方位スペクトルを取得し、各スペクトルピークの方位およびピークレベルを検出する（Ｓ１０１→Ｓ１０２）。方位検出部１３は、各スペクトルピークの方位領域に対応する指向性パターンの指向性レベルを読み出し（Ｓ１０３）、指向性レベルが大幅に低い方位のスペクトルピークを除外する（Ｓ１０４）。方位検出部１３は、除外しなかったスペクトルピーク毎にピークレベルの軌跡を算出するとともに、対応する方位領域の指向性レベルの軌跡を読み出し、これらの相関度を算出する（Ｓ１０５→Ｓ１０６）。方位検出部１３は、最も高い相関度のスペクトルピークの方位の物標の方位として出力する（Ｓ１０７）。
【選択図】図３

Description

この発明は、レーダの物標検知方法、特に物標の方位検知方法と、当該検知方法を用いたレーダ装置に関するものである。

従来、自動車の前方側等に備え付けられ、自動車前方を含む所定検知領域に送信波を送信し、検知領域内の物標の反射波を受信して、当該物標を検知するレーダ装置が各種考案されている。そして、このようなレーダ装置として、送信アンテナ、受信アンテナの少なくとも一方を複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナで構成し、複数方位にビーム形成した信号から物標の方位を検知する装置が多く用いられている。

アレイアンテナを備えたレーダ装置では、アレイアンテナを構成するアンテナ素子の配置間隔により、それぞれ長所・短所が存在する。アンテナ素子間隔が送信信号の半波長以下の狭い場合には、グレーティングローブが発生しないので、確実に方位を検知することができる反面、方位分解能が低くなる。一方で、アンテナ素子間隔が送信信号の半波長よりも広い場合には、少ない素子数で広開口面が実現されるので、低コストで高い方位分解能を得ることができる反面、グレーティングローブが発生する。

このような問題を解決する方法として、従来では、例えば特許文献１〜特許文献３に示すようなレーダが提案されている。

特許文献１のレーダは、アレイアンテナの指向性パターンにおける指向性強度のＮＵＬＬとなる方位をグレーティングローブの発生する方位に一致させたものである。

特許文献２のレーダは、遠距離にある物標の検出にはグレーティングローブの発生間隔が狭いビームを形成できる第１のアンテナを用い、近距離にある物標の検出にはグレーティングローブの発生間隔が広いビームを形成できる第２のアンテナを用いるものである。

特許文献３のレーダ装置は、送信周波数に応じてグレーティングローブの発生方位が異なることを利用し、送信周波数を切り替えることで、グレーティングローブの発生方位を経時的に変化させるものである。
特開平１１−２３１０４０号公報 特開２０００−２５８５２４公報 特開２００５−１６４３７０公報

しかしながら、グレーティングローブが生じる角度は検知される物標の方位によって異なるため、特許文献１のレーダでは、指向性パターンを検知される物標毎に変化させなければならないが、指向性パターンを随時変化させることは容易ではない。このため、どのような方位に物標が存在する場合であっても、 一律にグレーティングローブを抑圧することはできない。

また、特許文献２のレーダでは、比較的多数のアンテナ素子をスイッチで切り替えることで複数のアンテナパターンを実現しているため、スイッチ数が多数になり、コストが高くなってしまう。

また、特許文献３のレーダでは、グレーティングローブの発生する方位を切り替えるために送信周波数を変化させるのであるが、電波法上およびコスト面で実現が難しい。

したがって、本発明の目的は、グレーティングローブが発生するような状況でも確実に且つ簡素な処理で物標の方位を検知できるレーダの物標検知方法を提供する。

この発明は、アレイアンテナの各アンテナ素子を介した電波の送受信により得た前記アンテナ素子毎の受信信号に基づいて、予め設定した検知領域内の任意の指定方位に対する受信信号強度を算出し、指定方位毎の受信信号強度から物標の方位を算出するレーダの物標検知方法に関するものである。そして、このレーダの物標検知方法は、（１）受信信号強度の方位スペクトルのスペクトルピークのレベル変化を取得し、（２）当該スペクトルピークのレベル変化と、該スペクトルピークに対応する方位領域でのアンテナアレイの指向性パターンとの相関度を検出し、（３）相関度の高いスペクトルピークに対応する方位を前記物標の方位と判定する、ことを特徴としている。

この方法では、取得した受信信号に基づいて受信信号強度の方位スペクトルを順次形成し、検出された複数のスペクトルピークのレベル変化を取得する。この方法では、各スペクトルピークに対応する方位の指向性パターンを参照して、各スペクトルピークのレベル変化と、対応する方位での指向性パターンとを比較して相関度を検出する。ここで、スペクトルピークのレベル変化は、物標の方位と指向性パターンとに依存するので、物標が実際に存在する方位のスペクトルピークのレベル変化は、対応する方位領域の指向性パターンのレベル変化に類似する。一方、物標が実際に存在しない、いわゆる、グレーティングローブの発生する方位のスペクトルピークのレベル変化は、対応する方位領域の指向性パターンのレベル変化と異なる。したがって、高い相関度が得られる方位を検出することで、物標の方位が得られる。

また、この発明のレーダの物標検知方法は、スペクトルピークに対応する方位が経時的に変化すると、当該変化に基づくスペクトルピークのレベル変化を検出し、当該レベル変化を所定の関数で近似して、指向性パターンとの相関度を検出することを特徴としている。

この方法では、レベル変化に基づく相関度の検出の具体的な例として、レベル変化を所定関数で近似して、指向性パターンと比較する。これにより、方位、指向性パターン以外の要因によるレベル変化のばらつきが、近似処理により抑圧される。

また、この発明のレーダの物標検知方法は、レベル変化を線形近似することを特徴としている。

この方法では、レベル変化を線形近似、言い換えれば一次関数で近似して指向性パターンと比較する。これにより、より簡素な演算処理で比較、相関度検出が行われる。

また、この発明のレーダの物標検知方法は、スペクトルピークのレベルを、受信信号強度に基づいて取得した距離により補正することを特徴としている。

この方法では、距離に応じて受信信号強度が変化することに基づいて、距離に応じた補正を行う。これにより、物標の距離が変化しても方位と受信信号強度との関係が一定になる。

また、この発明のレーダの物標検知方法は、指向性パターンを複数有し、該複数の指向性パターン間での切替による各方位での指向レベル推移と、切替による各スペクトルピークのレベル変化との相関度を検出することを特徴としている。

この方法では、指向性パターンを複数用意し、指向性パターンの切替の前後でのスペクトルピークのレベル変化を取得する。ここで、指向性パターンが変化すると、各方位の指向レベルが変化するので、物標が実際に存在する方位のスペクトルピークのレベル変化は、対応する方位領域の指向レベルの変化に類似する。一方、物標が実際に存在しない、いわゆる、グレーティングローブの発生する方位のスペクトルピークのレベル変化は、対応する方位領域の指向レベルの変化と異なる。したがって、指向性パターンの変化によるスペクトルピークのレベル変化と指向レベルの変化とに高い相関度が検出される方位を得ることで、物標の方位が得られる。この方法では、レーダに対する物標の方位に変化が無くても、指向性パターンの切替により、物標方位の指向レベルが変化するので、物標の方位検知が可能となる。

また、この発明のレーダ装置は、少なくともいずれか一方が、複数のアンテナ素子を一直線上に所定間隔で配置した複数のアンテナ素子により構成されるアレイアンテナである送信アンテナおよび受信アンテナと、該受信アンテナの受信信号に基づいて、前述の各記載の方位検出方法を行う物標検知手段と、を備えることを特徴としている。

この構成では、アレイアンテナと、上述の方位検出を行う物標検知手段とを備えることにより、簡素な処理で方位検知が行えるレーダ装置が実現される。

また、この発明のレーダ装置は、複数のアンテナ素子を送信信号の波長の１／２倍以上に配置することを特徴としている。

この構成では、アンテナ素子間隔が送信信号の波長の１／２倍以上であることから、グレーティングローブが発生するものの、方位分解能が高くなる。この際、上述の処理が行われるので、グレーティングローブによる方位が間違って選択されることなく、物標の真の方位が検知される。したがって、高精度で且つ簡素な処理で物標の方位が検知される。

また、この発明のレーダ装置は、アレイアンテナの正面方向を機械的に切り替える切り替え手段を備えたことを特徴としている。

この構成では、指向性パターンが機械的に切り替えられる。

この発明によれば、スペクトルピークのレベル変化と指向性パターンとを比較して方位を検知することで、グレーティングローブが発生する状況下においても、確実に物標の方位を検知することができる。

また、この発明によれば、スペクトルピークのレベル変化を近似化することで、より高精度にスペクトルピークのレベル変化を取得でき、且つ、より高精度に物標の方位を検知することができる。

また、この発明によれば、スペクトルピークのレベル変化を線形近似することで、簡略な処理でレベル変化を取得でき、且つ物標の方位を高速に検知することができる。

また、この発明によれば、スペクトルピークのレベルを距離で補正することで、より正確にレベル変化を取得でき、且つ物標の方位を確実に検知することができる。

また、この発明によれば、指向性パターンの切り替えを用いることで、レーダに対する方位に変化がなくても、確実に物標の方位を検知することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置およびレーダ装置の物標検知方法について、図を参照して説明する。なお、本実施形態では、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置で、一つのアンテナ素子からなる送信アンテナと、複数のアンテナ素子からなる受信アンテナとを備えたレーダ装置を例に説明する。

図１は本実施形態のＦＭＣＷ方式レーダ装置の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態のレーダ装置は、送信信号制御、切り替え制御、物体検知を行う信号処理部１と、ＲＦモジュール２と、送信アンテナ４０と受信アンテナ５０とを備える。

信号処理部１は、送信系制御として、送信制御信号の生成と切替制御信号の生成とを行う。送信制御信号は、時系列で三角形状に周波数を変調させた送信信号（以下、単に「三角波変調送信信号」と称する。）を生成するために、ＲＦモジュール２のＶＣＯ２１に与える信号である。また、切替制御信号は、受信アンテナ５０のアンテナ素子５１〜５５を選択するためにＲＦモジュール２の出力切替回路２３に与える信号である。

信号処理部１は、三角波変調区間が所定の送信周期で生成されるように送信制御信号を出力する。同時に、信号処理部１は、各三角波変調区間に各アンテナ素子５１〜５５が順次対応するように、各三角波変調区間の立ち上がりタイミングと、アンテナ素子５１〜５５の切り替わりタイミングとを一致させる切替制御信号を出力する。この際、アンテナ素子５１〜５５の切替パターンは予め設定されており、例えば、時系列順に、アンテナ素子５１→アンテナ素子５２→アンテナ素子５３→アンテナ素子５４→アンテナ素子５５に切り替える測定フェーズを連続するものである。なお、アンテナ素子の切替パターンは、これに限るものではなく、装置仕様、検知仕様に応じて適宜設定すれば良い。

ＲＦモジュール２は、送信系回路としてＶＣＯ２１、分配器２２を備え、受信系回路として出力切替器２３、ＲＦアンプ２４、ミキサ２５、ＩＦアンプ２６を備える。

ＲＦモジュール２の送信系として、ＶＣＯ２１は、所謂、電圧制御発振器からなり、信号処理部１からの送信制御信号を受けて三角波変調送信信号を生成し、分配器２２に出力する。

分配器２２は方向性結合器からなり、ＶＣＯ２１からの三角波変調送信信号を送信アンテナ４０に与えるとともに、三角波変調送信信号を電力分配してなるローカル信号を生成し、ミキサ２５に与える。

送信アンテナ４０は、単一のパッチアンテナ等からなり、三角波変調送信信号を電波に変換した送信波を、検知領域内に放射する。

受信アンテナ５０はアンテナ素子５１〜５５を備える。アンテナ素子５１〜５５は、パッチアンテナ等からなり、例えば誘電体基板上に一直線上に等間隔で配列形成された複数のパッチ電極からなる。アンテナ素子５１〜５５の配列方向は、当該レーダ装置の正面方向（当該レーダ装置が設置される自動車の正面方向）に対して垂直な方向で、且つ水平方向に沿う方向である。そして、本実施形態ではより具体的な位置関係として、レーダ装置正面から見て右端から左端に向けてアンテナ素子５１，５２，５３，５４，５５が順に並ぶものとする。

これら送信アンテナ４０と受信アンテナ５０との組み合わせにより設定される指向性パターンは図２に示すように予め設定されている。
図２はアンテナの指向性パターンの一例を示す図である。
本実施形態のレーダ装置では、図２に示すように所定のアンテナ指向を必ず有する。例えば、図１、図２の場合、送信アンテナ４０および受信アンテナ５０の正面方向（アンテナ送信面に垂直で、検知領域を向く方向）を０°（図１参照）として、当該０°方向の指向性強度レベル（以下、単に指向性レベルと称す。）が最大となるように設定されている。また、受信アンテナ５０において、アンテナ素子５３の正面方向（０°方向）から、アンテナ素子５１方向に開く向きを角度の−方向とし、アンテナ素子５３からアンテナ素子５１にむく方向を−９０°とし、徐々に−９０°方向に向かうほど指向性レベルが小さくなるように設定されている。また、受信アンテナ５０において、アンテナ素子５３の正面方向（０°方向）から、アンテナ素子５５方向に開く向きを角度の＋方向とし、アンテナ素子５３からアンテナ素子５５にむく方向を＋９０°とし、徐々に＋９０°方向に向かうほど指向性レベルが小さくなるように設定されている。さらに、正面方向（０°方向）を向く軸を対称基準として、＋領域と−領域とで、対称な指向性曲線が得られるように指向性レベルが設定されている。例えば、−４５°の指向性レベルと、＋４５°の指向性レベルとが同レベルに設定され、−３０°の指向性レベルと、＋３０°の指向性レベルとが同レベルに設定される。

このような指向性パターンは、アンテナ素子５１〜５５により構成される受信アンテナ５０および送信アンテナ４０の少なくとも一方に、同様の指向性を有する構造を備えることで、実現することができる。そして、実現される指向性パターンは、信号処理部１に予め記憶されている。

受信アンテナ５０の各アンテナ素子５１〜５５は、送信波の波長の１／２倍以上の間隔で設置される。これにより、後述するようなグレーティングローブは発生するものの、方位分解能が向上する。

受信アンテナ５０の各アンテナ素子５１〜５５は、送信波に基づく物標の反射波等を受信して受信信号を生成し、ＲＦモジュール２の出力切替器２３に出力する。

ＲＦモジュール２の受信系として、出力切替器２３は、各アンテナ素子５１〜５５からの受信信号を受ける。出力切替器２３には前述の切替制御信号が与えられており、出力切替器２３は、この切替制御信号に基づいてアンテナ素子５１〜５５のいずれかとＲＦアンプ２４との接続を切り替える。すなわち、切替制御信号により選択されたアンテナ素子の受信信号がＲＦアンプ２４に与えられる。

ＲＦアンプ２４は、与えられた受信信号のゲイン制御を行い、ゲイン制御後のＲＦ信号をミキサ２５に出力する。
ミキサ２５は、ＲＦ信号とローカル信号とを乗算してＩＦビート信号を生成し、ＩＦアンプ２６に与える。ＩＦアンプ２６は、ＩＦビート信号のゲイン制御を行い、Ａ／Ｄコンバータ３に出力する。

Ａ／Ｄコンバータ３は、所定のサンプリング周期で増幅（ゲインコントロール）後のＩＦビート信号をサンプリングすることで、アナログのＩＦビート信号をディジタルのＩＦビート信号にコンバートして信号処理部１に出力する。

信号処理部１の受信系であるバッファメモリ１０は、入力されるＩＦビート信号を順次バッファリングしていく。

フーリエ変換処理部１１は、時間軸フーリエ変換部１１１、およびビームフォーミング部１１２を備える。時間軸フーリエ変換部１１１は、既知のＦＦＴ処理を用いて周波数スペクトルを生成して距離・相対速度検出部１２に与える。ビームフォーミング部１１２は、時間軸フーリエ変換部で生成された周波数スペクトルを用いて、既知のビームフォーマ（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）法やＣａｐｏｎ法を適用することで、予め設定した検知領域内に含まれる任意の指定方位に対する受信信号強度に対応する方位スペクトルを算出する。そして、この方位スペクトルを方位検出部１３に与える。

距離・相対速度検出部１２は、既知のＦＭＣＷ方式の距離、相対速度算出法を用いて、自装置から検知物標までの距離および、自装置に対する検知物標の相対速度を算出する。
方位検出部１３は、予め記憶されている指向性パターンと、ビームフォーミング部１１２から与えられた方位スペクトルとに基づいて、後述する方法で物標の方位を算出する。

［方位検知原理の説明］
このようなレーダ装置では、次に示す原理に基づいて物標方位を検知する。
図３は本実施形態に係る物標検知のフローチャートである。

方位検出部１３は、方位スペクトルを受信すると（Ｓ１０１）、予め設定した所定時間に亘って順次記憶していく。この際、方位検出部１３は、方位スペクトルの全体を必ずしも記憶する必要はなく、方位スペクトルに含まれるスペクトルピークを検出して、当該スペクトルピークのピークレベルおよび方位を順次記憶する（Ｓ１０２）。

方位検出部１３は、指向性パターンを読み出し、各スペクトルピークの方位に対応する指向性レベルを取得する（Ｓ１０３）。

方位検出部１３は、検出した各スペクトルピークのピークレベルと、これらピークレベルの方位に対応する指向性レベルとを比較し、指向性レベルが大幅に低い方位を検出する。方位検出部１３は、当該方位のスペクトルピークをグレーティングローブによるスペクトルピークであると判断して、取得対象方位からはずす（Ｓ１０４）。

方位検出部１３は、指向性レベルが比較的高い方位のスペクトルピークに対して方位とレベル変化とを観測する（Ｓ１０５）。
この際、方位検出部１３は、予め設定した近似処理により、時系列のレベル変化を近似して、方位に対するレベル変化の軌跡を取得する。近似処理としては、最小二乗法等を用いた線形近似や、２次関数による近似や、さらには、より高次関数による近似を用いればよい。線形近似を用いる場合は、演算処理が他の近似処理よりも簡略化されるので、高速にレベル変化の軌跡を取得することができる。一方、２次関数や高次関数を用いる場合には、演算処理が複雑化するものの、指向性パターンの形状をより精度良く近似できるので、より高精度にレベル変化の軌跡を取得することができる。

方位検出部１３は、スペクトルピークのレベル変化の軌跡に準じた方位領域を取得し、指向性パターンから当該方位領域の指向性レベルの軌跡を検出する。この際、軌跡は前述のピークレベルのレベル変化の軌跡の算出と同様の方法を用いても良く、予め所定の方位領域毎に軌跡を記憶しておき、対応する軌跡を読み出すようにしても良い。

方位検出部１３は、取得したピークレベルのレベル変化の軌跡と、対応する指向性パターンの指向性レベルの軌跡との相関度を算出する。具体的に、例えば、ピークレベルのレベル変化の軌跡を表す関数と、指向性レベルの軌跡を表す関数との相関関数を算出し、相関関数に基づいて既知の方法から相関度を算出する（Ｓ１０６）。

方位検出部１３は、各スペクトルピークに対する相関度を算出すると、これら相関度を比較して、最も相関度の高いスペクトルピークに対応する方位を抽出する。方位検出部１３は、この抽出した方位を、目的とする物標の方位として出力する（Ｓ１０７）。

次に、具体的に、図４に示すようなスペクトルピークが得られた場合の処理フローを、図４を参照しながら説明する。以下の説明では、軌跡の算出に線形近似を用いた場合を示す。

図４は物標方位検知原理を説明するための図であり、方位スペクトルのスペクトルピークの軌跡と指向性パターンとの相関度を説明するための図である。

例えば、図４に示すような場合、方位検出部１３は、スペクトルピークＰ１〜Ｐ４として、それぞれ−２７°，−８°，＋１０°，＋２９°を検出するとともに、それぞれのピークレベルが同じ−５ｄＢ程度であることを検出する。

方位検出部１３は、これらＰ１〜Ｐ４のスペクトルピークの方位に対応する指向性パターンの指向性レベルを取得する。具体的に、方位検出部１３は、スペクトルピークＰ１に対応する指向性レベルが−４０ｄＢ未満であり、スペクトルピークＰ２に対応する指向性レベルが約−３ｄＢであり、スペクトルピークＰ３に対応する指向性レベルが−４ｄＢであり、スペクトルピークＰ４に対応する指向性レベルが−４０ｄＢ未満であることを検出する。方位検出部１３は、指向性レベルが大幅に低い方位のスペクトルピークＰ１，Ｐ４をグレーティングローブのピークとして検出して、方位候補から除外する。

次に、方位検出部１３は、これらスペクトルピークＰ２，Ｐ３のピークレベルと方位とを所定タイミング毎に順次取得し、これらの変化を時系列で記憶する。方位検出部１３は、所定時間に亘りスペクトルピークのピークレベルの変化と方位の変化とを記憶すると、線形近似により、スペクトルピークＰ２，Ｐ３のピークレベルの軌跡を示す一次関数ｆ（Ｐ２），ｆ（Ｐ３）を取得する。

次に、方位検出部１３は、スペクトルピークＰ２，Ｐ３の方位領域にそれぞれ対応する指向性パターンの指向性レベルの軌跡を関数Ｆ（Ｐ２）、Ｆ（Ｐ３）として読み出す。方位検出部１３は、スペクトルピークＰ２のピークレベル変化に関する一次関数ｆ（Ｐ２）と、対応する指向性レベルの変化に関する関数Ｆ（Ｐ２）との相関度を算出するとともに、スペクトルピークＰ３のピークレベル変化に関する一次関数ｆ（Ｐ３）と、対応する指向性レベルの変化に関する関数Ｆ（Ｐ３）との相関度を算出する。ここで、図４に示すように、スペクトルピークＰ２のピークレベルのレベル変化に関する一次関数ｆ（Ｐ２）と指向性レベルの変化に関する関数Ｆ（Ｐ２）とは軌跡が類似し、スペクトルピークＰ３のピークレベルのレベル変化に関する一次関数ｆ（Ｐ３）と指向性レベルの変化に関する関数Ｆ（Ｐ３）とは傾きが逆であり軌跡が類似しない。したがって、相関度は、スペクトルピークＰ２の方が、スペクトルピークＰ３よりも高くなる。これを利用し、方位検出部１３は、スペクトルピークＰ２に関する相関度が、スペクトルピークＰ３に関する相関度よりも高いことを検出して、スペクトルピークＰ２が、目的とする物標の方位に対するスペクトルピークであると判断する。方位検出部１３は、抽出したスペクトルピークＰ２に対応する方位−８°を物標の真の方位として出力する。

このような構成および処理方法を用いることで、簡素な構造で且つ複雑な演算処理を行うことなく物標の方位を正確に算出することができる。この際、グレーティングローブが発生しても確実に方位を検出することができるので、アレイアンテナのアンテナ素子間隔の設計自由度が向上する。より具体的には、アンテナ素子間隔を送受信信号の半波長よりも比較的に長く設定することができる。これにより、少ないアンテナ素子数で大きな開口面を実現でき、低コストで高い方位分解能を有するレーダ装置を実現することができる。

なお、本実施形態では、物標の距離に関係なくスペクトルピークの軌跡と指向性パターンとの相関度を算出する方法を示したが、距離・相対速度検出部１２で算出される距離に応じて、スペクトルピークのピークレベルを補正しても良い。

図５はレーダから物標までの距離と、物標に反射して到来する受信波の信号レベルとの関係を示す図である。
図５に示すように、物標の距離と受信する信号レベル（受信信号強度）との関係は、予め一意に分かっているので、方位検出部１３は、この関係に基づいて、距離に応じた信号レベルの補正係数を予め記憶しておく。方位検出部１３は、スペクトルピークが得られた場合に、同時に取得された物標の距離から補正係数を読み出し、当該補正係数でスペクトルピークのピークレベルを補正して、前述の方位算出に用いる。これにより、方位検出部１３は、物標までの距離に影響されることなく、ピークレベルを取得することができるので、より正確に方位を検出することができる。

次に、第２の実施形態に係るレーダ装置およびレーダ装置の物標検知方法について、図を参照して説明する。

図６は、本実施形態のＦＭＣＷ方式レーダ装置の主要構成を示すブロック図である。
図７は方位スペクトルのスペクトルピークの軌跡と指向性パターンとを示す図であり、（Ａ）は送信アンテナ４０Ａによるスペクトルピークの軌跡と指向性パターンとを示す図であり、（Ｂ）は送信アンテナ４０Ｂによるスペクトルピークの軌跡と指向性パターンとを示す図である。

本実施形態のレーダ装置は、二つの送信アンテナ４０Ａ，４０Ｂと、各送信アンテナ４０Ａ，４０Ｂを切り替えるスイッチ回路４１と、を備えるものである。本実施形態のレーダ装置は、送信アンテナの構造および切り替え制御と、方位検出部１３の方位検出処理が、第１の実施形態と異なり、他の構成および処理は同じである。したがって、以下の説明では、第１の実施形態と異なる箇所のみを説明し、他の箇所の説明は省略する。

送信アンテナ４０Ａ，４０Ｂは、第１の実施形態で示した送信アンテナ４０と同じ構造からなるが、各送信アンテナ４０Ａ，４０Ｂの正面方向の方位が、それぞれ異なる方位となるように設置されている。例えば、レーダ装置の正面方向を０°方向として、送信アンテナ４０Ａは、図７（Ａ）に示すような−５°方向に最大の指向性レベルが得られる指向性パターンを有する構造からなる。送信アンテナ４０Ｂは、図７（Ｂ）に示すような＋５°方向に最大の指向性レベルが得られる指向性パターンを有する構造からなる。各送信アンテナ４０Ａ，４０Ｂによる指向性パターンの形状は最大レベルの方位が異なるだけで、この最大レベルの方位を中心とした形状においては、第１の実施形態に示した指向性パターンの形状も併せて、略同じ形状からなる。

スイッチ回路４１は、信号処理部１からの切り替え制御信号に従って、送信アンテナ４０Ａ，４０Ｂのいずれか一方を選択して分配器２２に接続する。この切り替えタイミングは、例えば、第１の実施形態に示した測定フェーズ毎に発生する。すなわち、送信アンテナ４０Ａと受信アンテナ５０のアンテナ素子５１〜５５とによる送受信と、送信アンテナ４０Ｂと受信アンテナ５０のアンテナ素子５１〜５５とによる送受信とが繰り返されるように、スイッチ回路４１が送信アンテナ４０Ａ，４０Ｂを切り替える。

信号処理部１の方位検出部１３は、送信アンテナ４０Ａ，４０Ｂ毎にスペクトルピークを検出し、各スペクトルピークのピークレベルを取得する。ここで、スペクトルピークのピークレベルは、当該スペクトルピークの方位に対する送受信信号レベルすなわち指向性レベルに比例する。したがって、指向性レベルが高い方位に現れるスペクトルピークでは、ピークレベルが高くなり、指向性レベルが低い方位に現れるスペクトルピークでは、ピークレベルが低くなる。

本実施形態では、この原理を利用し、方位検出部１３は、送信アンテナ４０Ａ，４０Ｂの切替による各スペクトルピークのピークレベルの変化を取得する。方位検出部１３は、この切替に応じてピークベルが低くなれば、切替前の指向性パターンにおける指向性レベルの高い方位で、且つ切替後の指向性パターンにおける指向性レベルの低い方位に、物標が存在すると判断する。図７の例であれば、図７（Ａ）に示すような−５°方向に最大の指向性レベルを有する状態で高いピークレベルを示し、図７（Ｂ）に示すような＋５°方向に最大の指向性レベルを有する状態で低いピークレベルを示す。これにより、切替前の最大指向性レベルを示す−５°方向に近く、切替後の最大の指向性レベルを示す＋５°方向から遠いスペクトルピークの方位が、物標の方位であると判断できる。

したがって、方位検出部１３は、指向性レベルが低すぎる方位のスペクトルピークＰ１，Ｐ４を除く、スペクトルピークＰ２＝−８°、Ｐ＝３＋１０°から、−５°に近く＋５°から遠い、−８°のスペクトルピークＰ２を選択して、当該方位（−８°）を物標の方位として出力する。
このような構成および処理を行うことで、レーダに対する物標の方位に変化がなくても、物標の方位を確実に検出することができる。

なお、本実施形態でも、前述の距離によるピークレベルの補正を行うことで、より確実に物標の方位を検出することができる。
また、本実施形態では、送信アンテナ数を２個としたが、異なる方位に指向性レベルの最大方位を有する送信アンテナ数を３個以上に設定しても良い。

また、本実施形態では、送信アンテナ切替前後のピークレベルの変化に基づいて物標の方位を検出する方法を示したが、本実施形態の方法に加えて、第１の実施形態に示した方法を用いても良い。これにより、二種のピークレベルの変化に基づいて、より確実に物標の方位を検出することができる。

また、前述の実施形態の処理原理を利用して、複数のアンテナ指向性パターンを切り替えた時に生じるスペクトルピークに対応する方位のレベル変化を経時的に取得して、所定関数で近似し、相関度を算出するようにしてもよい。

第１の実施形態のＦＭＣＷ方式レーダ装置の概略構成を示すブロック図である。 アンテナの指向性パターンの一例を示す図である。 第１の実施形態の物標検知のフローチャートである。 物標方位検知原理を説明するための図である。 レーダから物標までの距離と、物標に反射して到来する受信波の信号レベルとの関係を示す図である。 第２の実施形態のＦＭＣＷ方式レーダ装置の概略構成を示すブロック図である。 方位スペクトルのスペクトルピークの軌跡と指向性パターンとを示す図である。

符号の説明

１−信号処理部、１０−バッファメモリ、１１−フーリエ変換処理部、１１１−時間軸フーリエ変換部、１１２−ビームフォーミング部、１２−距離・相対速度検出部、１３−方位検出部、２−ＲＦモジュール、２１−ＶＣＯ、２２−分配器、２３−出力切替器、２４−ＲＦアンプ、２５−ミキサ、２６−ＩＦアンプ、３−Ａ／Ｄコンバータ、４０，４０Ａ，４０Ｂ−送信アンテナ、４１−スイッチ回路、５０−受信アンテナ、５１〜５５−アンテナ素子

Claims (8)

1. アレイアンテナの各アンテナ素子を介した電波の送受信により得た前記アンテナ素子毎の受信信号に基づいて、予め設定した検知領域内の任意の指定方位に対する受信信号強度を算出し、前記指定方位毎の受信信号強度から物標の方位を算出するレーダの物標検知方法であって、
   前記受信信号強度の方位スペクトルのスペクトルピークのレベル変化を取得し、
   当該スペクトルピークのレベル変化と、該スペクトルピークに対応する方位領域での前記アンテナアレイの指向性パターンとの相関度を検出し、
   相関度の高いスペクトルピークに対応する方位を前記物標の方位と判定する、
   レーダの物標検知方法。
2. 前記スペクトルピークに対応する方位が経時的に変化すると、当該変化に基づくスペクトルピークのレベル変化を検出し、当該レベル変化を所定の関数で近似して、前記指向性パターンとの相関度を検出する請求項１に記載のレーダの物標検知方法。
3. 前記レベル変化を線形近似する請求項２に記載のレーダの物標検知方法。
4. 前記スペクトルピークのレベルを、前記受信信号強度に基づいて取得した距離により補正する請求項１〜３のいずれかに記載のレーダの物標検知方法。
5. 前記指向性パターンを複数有し、
   該複数の指向性パターン間での切替による各方位での指向レベル推移と、前記切替による各スペクトルピークのレベル変化との相関度を検出する、
   請求項１〜４のいずれかに記載のレーダの物標検知方法。
6. 少なくともいずれか一方が、複数のアンテナ素子を一直線上に所定間隔で配置した複数のアンテナ素子により構成されるアレイアンテナである送信アンテナおよび受信アンテナと、
   該受信アンテナの受信信号に基づいて、請求項１〜５に記載の方位検出方法を行う物標検知手段と、を備えるレーダ装置。
7. 前記複数のアンテナ素子を送信信号の波長の１／２倍以上に配置する請求項６に記載のレーダ装置。
8. 前記アレイアンテナの正面方向を機械的に切り替える切り替え手段を備えた請求項６または請求項７に記載のレーダ装置。

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