JP2011158401A - Radar system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両等の方向(角度)を広角観測できるレーダ装置に関する。 The present invention relates to a radar apparatus that can observe the direction (angle) of a vehicle or the like at a wide angle.
道路を走行する車両をレーダ装置で観測する場合、小型のアンテナが用いられる。図13は、従来のレーダ装置の構成を示す系統図であり、図14は、このレーダ装置の動作を示すフローチャートである。このレーダ装置は、アンテナ10、送受信器20および信号処理器30を備えている。
When observing a vehicle traveling on a road with a radar device, a small antenna is used. FIG. 13 is a system diagram showing the configuration of a conventional radar apparatus, and FIG. 14 is a flowchart showing the operation of this radar apparatus. The radar apparatus includes an
送受信器20の内部の送信器21でスイープされた信号は、アンテナ送信素子11から送信される。一方、複数のアンテナ受信素子12で受信された信号は、複数のミキサ22によりそれぞれ周波数変換されて、信号処理器30に送られる。信号処理器30では、送受信器20からの信号が入力され(ステップS201)、AD変換器31においてデジタル信号に変換され、素子信号としてFFT部32に送られる。
The signal swept by the
FFT部32は、AD変換器31から送られてくる信号を高速フーリエ変換して周波数軸上の素子信号に変換し、DBF(Digital Beam Forming:デジタルビーム形成)部34に送る。DBF部33は、FFT部32から送られてくる周波数軸上の素子信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。このDBF部33で形成されたΣビームは検出部35に送られ、Δビームは測角部37に送られる。検出部35は、DBF部33から送られてくるΣビームに基づき目標を検出し、この検出結果を測距・測速部36に送る。
The
次いで、距離および速度が算出される(ステップS202)。すなわち、測距・測速部36は、検出部35からの検出結果に基づき目標までの距離および目標の速度を測定し、外部に送出するとともに、Σビームを測角部37に送る。
Next, the distance and speed are calculated (step S202). That is, the distance measurement /
次いで、角度が算出される(ステップS203)。すなわち、測角部37は、測距・測速部36から送られてくるΣビームとDBF部33から送られてくるΔビームとを用いて、図15に示すようなモノパルス方式により測角を行う。モノパルス方式については、非特許文献1に説明されている。この測角部37における測角により得られた角度は、外部に送出される。
Next, an angle is calculated (step S203). That is, the
次いで、相関追尾が行われる(ステップS204)。すなわち、外部の図示しない相関追尾部は、信号処理器30から送られてくる距離、速度および角度に基づき相関追尾処理を行って目標の位置および速度を算出する。その後、サイクルが終了したかどうかが調べられる(ステップS205)。ステップS205において、サイクルが終了していないことが判断されると、次のサイクルを処理対象とするための処理が行われる(ステップS206)。その後、ステップS201に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップS205において、サイクルが終了したことが判断されると、このレーダ装置の追尾処理は終了する。
Next, correlation tracking is performed (step S204). That is, an external correlation tracking unit (not shown) performs correlation tracking processing based on the distance, speed, and angle sent from the
しかしながら、道路を走行する車両をレーダにより観測する場合には、小型のアンテナを用いるため、広角ビームと狭ビームを同時に形成して、広角範囲を確保した上で、高精度に測角することは困難であった。 However, when observing a vehicle traveling on a road with a radar, a small antenna is used, so it is possible to form a wide-angle beam and a narrow beam at the same time to ensure a wide-angle range and measure the angle with high accuracy. It was difficult.
本発明の課題は、小型のアンテナでも、広角を覆い、かつ所定の方向には、狭ビームを形成して測角精度を向上することができるレーダ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a radar apparatus that can cover a wide angle and form a narrow beam in a predetermined direction to improve angle measurement accuracy even with a small antenna.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、複数の素子が順番に複数の第1素子と第2素子と第3素子と複数の第4素子とに分割されたアンテナと、観測角度範囲全体を第2素子と第3素子とで覆うビームを形成し、所定角度を中心とする所定範囲を複数の第1素子と複数の第4素子とで覆うビームを形成し、複数の素子全体で所定角度を中心とする所定範囲内の任意の方向にビームを形成するビーム成形部と、ビーム成形部で形成されたビームに基づきモノパルス測角を行う測角部とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention of
請求項2の発明は、複数の素子が順番に複数の第1素子と第2素子と第3素子と複数の第4素子とに分割され、複数の第1素子と複数の第4素子とが周波数スキャンするスネーク導波管で構成されたアンテナと、観測角度範囲全体を第2素子と第3素子とで覆うビームを形成し、所定角度を中心とする所定範囲を周波数スキャンするスネーク導波管で構成された複数の第1素子と前記複数の第4素子とで覆うビームを形成し、複数の素子全体で所定角度を中心とする所定範囲内の任意の方向にビームを形成するビーム成形部と、ビーム成形部で形成されたビームに基づきモノパルス測角を行う測角部とを備えることを特徴とする。 In the invention of claim 2, the plurality of elements are sequentially divided into a plurality of first elements, a second element, a third element, and a plurality of fourth elements, and the plurality of first elements and the plurality of fourth elements are An antenna composed of a snake waveguide that performs frequency scanning, and a snake waveguide that forms a beam that covers the entire observation angle range with the second element and the third element, and that scans the predetermined range centered on the predetermined angle. A beam shaping unit that forms a beam that is covered by the plurality of first elements and the plurality of fourth elements, and that forms the beam in any direction within a predetermined range centered on a predetermined angle with the plurality of elements as a whole. And an angle measuring unit that performs monopulse angle measurement based on the beam formed by the beam shaping unit.
請求項3の発明は、複数の素子が順番に1以上の第1素子と1以上の第2素子と1以上の第3素子と1以上の第4素子とに分割されたアンテナと、観測角度範囲全体を第2素子と第3素子とで覆い、第1所定角度を中心とする第1所定範囲及び第2所定角度を中心とする第2所定範囲を複数の第1素子と複数の第4素子とで覆うΣビームを形成し、第2素子と第3素子との差によりΔビームを形成するビーム成形部と、ビーム成形部で形成されたΔビームとΣビームとに基づき位相モノパルス測角を行う測角部とを備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an antenna in which a plurality of elements are sequentially divided into one or more first elements, one or more second elements, one or more third elements, and one or more fourth elements, and an observation angle The entire range is covered with the second element and the third element, and the first predetermined range centered on the first predetermined angle and the second predetermined range centered on the second predetermined angle are the plurality of first elements and the plurality of fourth elements. A Σ beam that is covered with the element is formed, a Δ beam is formed by the difference between the second element and the third element, and a phase monopulse angle measurement based on the Δ beam and the Σ beam formed by the beam shaping part And an angle measuring unit for performing.
請求項4の発明は、複数の素子が順番に1以上の第1素子と1以上の第2素子と1以上の第3素子と1以上の第4素子とに分割され、複数の第1素子と複数の第4素子とが周波数スキャンするスネーク導波管で構成されたアンテナと、観測角度範囲全体を第2素子と第3素子とで覆い、第1所定角度を中心とする第1所定範囲及び第2所定角度を中心とする第2所定範囲を周波数スキャンするスネーク導波管で構成された複数の第1素子と複数の第4素子とで覆うΣビームを形成するビーム成形部と、ビーム成形部で形成されたΔビームとΣビームとに基づき位相モノパルス測角を行う測角部とを備えることを特徴とする。
In the invention of
本発明によれば、車両搭載等の小型のアンテナでも、広角を覆い、かつ所定の方向には、狭ビームを形成して測角精度を向上することができるレーダ装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a radar apparatus that can improve the angle measurement accuracy by covering a wide angle and forming a narrow beam in a predetermined direction even with a small antenna mounted on a vehicle or the like.
請求項1の発明によれば、小型のアンテナでも、素子間隔が狭く、少ない素子数の第2素子及び第3素子により広角を覆い、多数の素子数を持つ複数の第1素子及び複数の第4素子のビーム幅を所定角度の角度範囲を覆うことによりその角度範囲において全体素子を用いて狭ビームを形成することにより、測角精度を向上できる。 According to the first aspect of the present invention, even in a small antenna, the element spacing is small, the wide angle is covered by the second element and the third element having a small number of elements, and the plurality of first elements and the plurality of first elements having a large number of elements are covered. By covering the beam width of the four elements over a predetermined angle range and forming a narrow beam using the entire element in the angle range, angle measurement accuracy can be improved.
請求項2の発明によれば、小型のアンテナでも、素子間隔が狭く、少ない素子数の第2素子及び第3素子により広角を覆い、多数の素子数を持つ複数の第1素子及び複数の第4素子のビーム幅を所定角度の角度範囲を覆い、さらに周波数スキャンすることにより、走査可能な角度範囲において全体素子を用いて狭ビームを形成することにより、幅広い範囲において測角精度を向上できる。 According to the invention of claim 2, even in a small antenna, the element spacing is narrow, the wide angle is covered by the second element and the third element having a small number of elements, and the plurality of first elements and the plurality of first elements having a large number of elements are covered. By covering the beam width of the four elements over an angle range of a predetermined angle and further performing frequency scanning, a narrow beam is formed using the entire elements in the scannable angle range, thereby improving the angle measurement accuracy in a wide range.
請求項3の発明によれば、小型のアンテナでも、素子間隔が狭く、少ない素子数の第2素子及び第3素子により広角を覆い、多数の素子数を持つ複数の第1素子及び複数の第4素子のビームを所定の2方向を覆うため、広角範囲の目標を検知するとともに、特定の2方向については、狭角ビーム幅のΣビームと広角ビームのΔビームによる位相モノパルスにより、測角精度を向上できる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、小型のアンテナでも、素子間隔が狭く、少ない素子数の第2素子及び第3素子により広角を覆い、多数の素子数を持つ複数の第1素子及び複数の第4素子のビームを所定の2方向を覆うため、広角範囲の目標を検知するとともに、特定の2方向については、狭ビーム幅のΣとΔの位相モノパルスビームにより、測角精度を向上できる。
According to the invention of
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係るレーダ装置の構成を示す系統図である。このレーダ装置は、アンテナ10、送受信器20および信号処理器30を備えている。
FIG. 1 is a system diagram showing a configuration of a radar apparatus according to
アンテナ10は、複数のサブアレイ素子(以下、複数の素子と称する。)から構成され、複数の素子は、順番に複数のアンテナ受信アレイ12aとアンテナ送受信アレイ11aとアンテナ送受信アレイ11a´と複数のアンテナ受信アレイ12a´とに分割されている。
The
アンテナ送受信アレイ11a,11a´は、送受信器20から電気信号として送られてくる送信信号を電波に変換して外部に送出する。複数のアンテナ受信アレイ12a,12a´は、外部からの電波を受信して電気信号に変換し、受信信号として送受信器20に送る。
The antenna transmission /
送受信器20は、送信器21と複数のミキサ22を備え、送信器21は、送信信号を生成し、アンテナ送受信アレイ11a,11a´および複数のミキサ22に送る。複数のミキサ22は、複数のアンテナ受信素子12a,12´からそれぞれ受け取った受信信号を、送信器21からの信号に応じて周波数変換し、信号処理器30に送る。
The
信号処理器30は、AD変換器31、FFT部32、DBF部33、ビーム成形部34、検出部35、測距・測速部36および測角部37を備えている。
The
AD変換器31は、送受信器20から送られてくるアナログ信号をデジタル信号に変換し、素子信号としてFFT部32に送る。FFT部32は、AD変換器31から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換により周波数軸上の素子信号に変換し、DBF部33に送る。
The
DBF部33は、FFT部32から送られてくる周波数軸上の素子信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。このDBF部33で形成されたΣビームはビーム成形部34に送られ、Δビームは測角部37に送られる。
The
ビーム成形部34は、DBF部33から送られてくるΣビームを合成し、検出部35に送る。検出部35は、ビーム成形部34から送られてくる合成されたΣビームに基づき目標を検出し、この検出結果を測距・測速部36に送る。
The
測距・測速部36は、検出部35から送られてくる検出結果に基づき測距および測速を行う。この測距・測速部36における測距および測速により得られた距離および速度は、外部に出力される。
The distance measurement /
測角部37は、DBF部33からビーム成形部34、検出部35および測距・測速部36を経由して送られてくるΣビームおよびDBF部33から送られてくるΔビームに基づき測角を行う。測角部37における測角により得られた角度は、外部に出力される。
The
次に、上記のように構成される本発明の実施例1に係るレーダ装置の動作を説明する。
Next, the operation of the radar apparatus according to
サイクルが開始されると、まず、高速フーリエ変換(FFT)が行われる。すなわち、周波数が連続的に変化する(FM変調された)スイープ信号がアンテナ送信素子11から送信され、送信された信号が複数のアンテナ受信素子12で受信される。受信された信号は、送受信器20で周波数変換されて信号処理器30のAD変換器31に送られる。
When the cycle is started, first, a fast Fourier transform (FFT) is performed. That is, a sweep signal whose frequency changes continuously (FM-modulated) is transmitted from the antenna transmission element 11, and the transmitted signals are received by the plurality of antenna reception elements 12. The received signal is frequency-converted by the transmitter /
AD変換器31は、送受信器20から送られてくるアナログ信号をデジタル信号に変換し、素子信号としてFFT部32に送る。FFT部32は、AD変換器31から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換する。これにより、周波数軸上の素子信号が得られる。FFT部32で得られた周波数軸上の素子信号は、DBF部33に送られる。
The
次いで、DBF処理が行われる。すなわち、DBF部33は、FFT部32から送られてくる周波数軸上の素子信号を用いて、ΣビームおよびΔビームを形成する。DBF部33で形成されたΣビームはビーム成形部34に送られ、Δビームは測角部37に送られる。
Next, DBF processing is performed. That is, the
次いで、Σ絶対値演算が行われる。すなわち、ビーム成形部34は、DBF部33から送られてくるΣビームの絶対値を算出する。次いで、スイープ終了であるかどうかが調べられる。すなわち、全てのスイープに対する処理が終了したかどうかが調べられる。スイープ終了でないことが判断されると、次のスイープ信号について、上述した処理が繰り返される。
Next, the Σ absolute value calculation is performed. That is, the
一方、スイープ終了であることが判断されると、ビーム合成が行われる。すなわち、ビーム成形部34は、算出されたΣビームの絶対値に所定の係数を乗算して加算することにより、ビームを形成(合成)し、検出部35に送る。
On the other hand, if it is determined that the sweep is completed, beam synthesis is performed. In other words, the
次いで、検出処理が行われる。すなわち、検出部35は、ビーム成形部34から送られてくる合成されたΣビームに基づき目標を検出し、検出結果を測距・測速部36に送る。測距・測速部36は、検出部35から送られてくる検出結果に基づき測距および測速を行い、これら測距および測速によって得られた距離および速度を外部に出力する。
Next, a detection process is performed. That is, the
次いで、モノパルス測角が行われる。すなわち、測角部37は、DBF部33からビーム成形部34、検出部35および測距・測速部36を経由して送られてくるΣビームおよびDBF部33から送られてくるΔビームに基づきモノパルス測角(振幅モノパルス測角、位相モノパルス測角またはスクイントモノパルス測角など)を行い、この測角により得られた角度を外部に出力する。
Next, monopulse angle measurement is performed. That is, the
上述したレーダ装置について、さらに、説明する。ここで、チャンネル数の少ないアンテナを考える。広角ビームを形成するには開口長が小さいアンテナが必要であり、一方狭ビーム幅により、測角精度を向上するには、アンテナ開口長が大きいアンテナが必要である。しかし、チャンネル数が少ないと、両者を満足するアンテナを構成するのは困難である。 The radar apparatus described above will be further described. Here, an antenna with a small number of channels is considered. In order to form a wide-angle beam, an antenna having a small aperture length is required. On the other hand, an antenna having a large antenna aperture length is necessary to improve the angle measurement accuracy due to the narrow beam width. However, if the number of channels is small, it is difficult to construct an antenna that satisfies both.
この対策として、本発明の実施例1に係るレーダ装置は、少ない素子数のサブアレイにより広角を覆い、多数の素子数を持つサブアレイのビーム幅を所定角度の角度範囲を覆うことによりその角度範囲において全体のサブアレイを用いて狭ビームを形成することにより、測角精度を向上するものである。 As a countermeasure, the radar apparatus according to the first embodiment of the present invention covers a wide angle by a sub-array having a small number of elements, and covers the beam width of a sub-array having a large number of elements in an angular range of a predetermined angle. The angle measurement accuracy is improved by forming a narrow beam using the entire sub-array.
図2に示すように、複数の素子(サブアレイ)のアンテナで構成されるフェーズドアレイにおいて、複数の素子を、順番に複数の第1素子12a(複数のアンテナ受信アレイ12aに対応)と第2素子11a(アンテナ送受信アレイ11aに対応)と第3素子11a´(アンテナ送受信アレイ11a´に対応)と複数の第1素子12a´(複数のアンテナ受信アレイ12a´に対応)とに分割する。
As shown in FIG. 2, in a phased array composed of antennas of a plurality of elements (subarrays), a plurality of elements are arranged in order, a plurality of
複数のアンテナ受信アレイ12aを給電回路で合成したサブアレイ出力をe1とし、アンテナ送受信アレイ11aを給電回路で合成したサブアレイ出力をe2とし、アンテナ送受信アレイ11a´を給電回路で合成したサブアレイ出力をe3とし、複数のアンテナ受信アレイ12a´を給電回路で合成したサブアレイ出力をe4とする。
A subarray output obtained by synthesizing a plurality of
まず、観測角度範囲をθst〜θedとして、観測角度範囲の全体角度範囲をサブアレイ出力e2とサブアレイ出力e3で覆うことを考える。観測角度範囲が広い場合には、サブアレイ出力e2とサブアレイ出力e3とに対応する素子数は1素子ずつとなる。 First, it is assumed that the observation angle range is θst to θed, and the entire angle range of the observation angle range is covered with the subarray output e2 and the subarray output e3. When the observation angle range is wide, the number of elements corresponding to the subarray output e2 and the subarray output e3 is one element at a time.
ビーム成形部34は、サブアレイ出力e2とサブアレイ出力e3とを用いて、図3(a)に示すように、観測角度範囲全体を覆うビームb1とビームb2とを形成する。位相モノパルス測角の場合のビームは次式で表現できる。位相モノパルス方式については、電子情報通信学会、改訂レーダ技術、pp.262−264(1996)に説明されている。
ここで、
bm(θ) ;Σビーム出力(m=1〜2)
e(θ) ;素子パターン(n=1〜4)
W(n) ;複素ウェイト(n=1〜4)
n ;素子番号(n=1〜4)
λ ;波長
また、位相モノパルス測角の場合には、次式のΔビームを用いて測角することができる。
bm (θ); Σ beam output (m = 1 to 2)
e (θ); element pattern (n = 1 to 4)
W (n): complex weight (n = 1 to 4)
n: Element number (n = 1 to 4)
λ; wavelength In the case of phase monopulse angle measurement, the angle can be measured using the Δ beam of the following equation.
ここで、
Δm(θ) ; Δビーム出力(m=1〜2)
en(θ) ; 素子パターン
W(n) ; 複素ウェイト(n=1〜N)
n ; 素子番号(n=1〜N)
λ ; 波長
bmとΔmを用いて、誤差電圧は、次式で表すことができる。
Δm (θ); Δ beam output (m = 1 to 2)
en (θ); element pattern W (n); complex weight (n = 1 to N)
n: Element number (n = 1 to N)
λ; wavelength
Using bm and Δm, the error voltage can be expressed by the following equation.
ここで、
* : 複素共役
このεとあらかじめ保存してある誤差電圧εとθの対応テーブル(または、多項式近似値)を用いて、測角値θを算出できる。
here,
*: Complex conjugate
The angle measurement value θ can be calculated by using a correspondence table (or polynomial approximation value) of ε and the error voltage ε and θ stored in advance.
次に、狭ビームを形成する手法を考える。まず、ビーム成形部34は、複数の第1素子12aと複数の第4素子12a´によるサブアレイの給電回路の線路長を制御し、所定の方向θ0±ΔθにΣビームを形成する。次に、ビーム成形部34は、図3(b)に示すように、複数第1素子12aと第2素子11aと第3素子11a´と複数の第4素子12a´との全体素子を用いて、θ0±Δθの方向に、DBFにより次式によりビームb3を形成する。
また、位相モノパルス測角の場合には、次式のΔビームを用いて測角することができる。
ここで、
bm(θ) ; Σビーム出力(m=3)
Δm(θ) ; Δビーム出力(m=3)
en(θ) ; サブアレイパターン
d(n) ; サブアレイの位相中心の位置
W(n) ; 複素ウェイト(n=1〜4)
n ; 素子番号(n=1〜4)
λ ; 波長
これにより、全体開口を用いて、狭ビーム幅のビームを形成でき、測角精度を向上することができる。図3において、実線がΣビーム、破線がΔビームを示している。なお、簡単のため、実施例1では、複数の第1素子12aの素子数と複数の第4素子12a´の素子数のそれぞれを4個としたが、素子数は4個に限定されず、その他の数であっても良い。また、実施例1では、位相モノパルス測角を説明したが、モノパルス測角方式としては、振幅モノパルス方式等、他の方式を用いてもよい。
here,
bm (θ); Σ beam output (m = 3)
Δm (θ); Δ beam output (m = 3)
en (θ); subarray pattern d (n); position of phase center of subarray
W (n); complex weight (n = 1 to 4)
n: Element number (n = 1 to 4)
λ; wavelength By this, a beam with a narrow beam width can be formed using the entire aperture, and the angle measurement accuracy can be improved. In FIG. 3, the solid line indicates the Σ beam, and the broken line indicates the Δ beam. For simplicity, in Example 1, the number of elements of the plurality of
以上説明したように、実施例1に係るレーダ装置によれば、小型のアンテナでも、素子間隔が狭く、少ない素子数の第2素子11a及び第3素子11a´により広角を覆い、多数の素子数を持つ複数の第1素子12a及び複数の第4素子12a´のビーム幅を所定角度の角度範囲を覆うことによりその角度範囲において全体素子を用いて狭ビームを形成することにより、測角精度を向上できる。
As described above, according to the radar apparatus according to the first embodiment, even with a small antenna, the element spacing is narrow and the wide angle is covered by the
実施例1のレーダ装置では、複数の第1素子と複数の第4素子とのサブアレイビームの指向方向は、給電回路により制御している。このため、全体開口のアンテナで形成できるビーム指向方向は、θ0±Δθの範囲に限られる。 In the radar apparatus according to the first embodiment, the directivity directions of the subarray beams of the plurality of first elements and the plurality of fourth elements are controlled by the power feeding circuit. For this reason, the beam directing direction that can be formed by the antenna with the entire aperture is limited to the range of θ0 ± Δθ.
さらに、広い範囲にビームを形成することを考えると、サブアレイビームを走査する必要がある。このため、図4に示すように、本発明の実施例2に係るレーダ装置のアンテナは、複数の第1素子14aと複数の第4素子14a´とをスネーク導波管で構成し、このスネーク導波管を用いて、周波数スキャンしたことを特徴とする。なお、実施例2に係るレーダ装置のその他の構成は、実施例1に係るレーダ装置の構成と同一である。
Further, considering that the beam is formed in a wide range, it is necessary to scan the subarray beam. For this reason, as shown in FIG. 4, the antenna of the radar apparatus according to the second embodiment of the present invention includes a plurality of
スネーク導波管は、縦方向が給電線路がスネーク線路で構成され、横方向が図6に示すように、スロット導波管16で構成され、周波数を変化させることにより各アンテナ素子14aの位相を変化させてビームを走査することができる。
The snake waveguide is composed of a snake line as a feed line in the vertical direction and a
スネーク導波管によるビーム走査は次式で表すことができる。
ここで、
λg ; 管内波長
λ ; 波長
λc ; 中心周波数の波長
ε ; 誘電率
d ; 素子間隔
L ; スネーク導波管の長さ
Θp ; 指向方向
ビーム成形部34は、スネーク導波管による周波数スキャンにより、図5(b)に示すように、サブアレイパターンの指向方向を制御でき、そのサブアレイのビーム範囲において、全体素子を用いて任意の狭ビームを形成できる。
here,
λg; In-tube wavelength λ; Wavelength λc; Center frequency wavelength ε; Dielectric constant d; Element spacing L; Snake waveguide length
Θp; Direction Direction The
以上説明したように、実施例2に係るレーダ装置によれば、小型のアンテナでも、素子間隔が狭く、少ない素子数の第2素子11a及び第3素子11a´により広角を覆い、多数の素子数を持つ複数の第1素子14a及び複数の第4素子14a´のビーム幅を所定角度の角度範囲を覆い、さらにスネーク導波管を構成する複数の第1素子14a及び複数の第4素子14a´を周波数スキャンすることにより、走査可能な角度範囲において全体素子を用いて狭ビームを形成することにより、幅広い範囲において測角精度を向上できる。
As described above, according to the radar apparatus according to the second embodiment, even with a small antenna, the element spacing is narrow, the wide angle is covered by the
実施例1及び実施例2に係るレーダ装置は、複数の第1素子及び複数の第4素子とのサブアレイにより同一方向(1方向)にビームを形成した。実施例3に係るレーダ装置は、所定の角度θp1とθp2方向との2方向にΣビームを形成し、Δビームは第2素子と第3素子とのサブアレイの差により形成することを特徴とする。図7は本発明の実施例3に係るレーダ装置のアンテナを示す図である。図8は本発明の実施例3のアンテナにより形成される広角ビームと狭角ビームとを示す図である。
In the radar apparatus according to the first and second embodiments, a beam is formed in the same direction (one direction) by a subarray of a plurality of first elements and a plurality of fourth elements. The radar apparatus according to the third embodiment forms a Σ beam in two directions of a predetermined angle θp1 and θp2, and a Δ beam is formed by a subarray difference between the second element and the third element. . FIG. 7 is a diagram illustrating an antenna of a radar apparatus according to
図8に示す複数の素子17a,17a´のそれぞれの素子数は8個である。実施例1では、1方向で素子数を4個必要としたが、実施例3では、2方向で素子数が8個必要である。
The number of
ビーム成形部34は、観測角度範囲全体を第2素子11aと第3素子11a´とで覆い、第1所定角度θp1方向を中心とする第1所定範囲と第2所定角度θp2方向を中心とする第2所定範囲とを複数の第1素子17と複数の第4素子17a´とで覆うΣビームb3,b4を形成し(図8(b))、第2素子11aと第3素子11a´との差によりΔビームΔ1,Δ2(図8(b))を形成する。
The
測角部37は、ビーム成形部34で形成されたΔビームとΣビームとに基づき位相モノパルス測角を行う。
The
以上説明したように、実施例3に係るレーダ装置によれば、小型のアンテナでも、素子間隔が狭く、少ない素子数の第2素子11aと第3素子11a´により広角を覆い、多数の素子数を持つ複数の第1素子17と複数の第4素子17a´とのビームを所定の2方向を覆うため、広角範囲の目標を検知するとともに、特定の2方向については、狭角ビーム幅のΣビームと広角ビームのΔビームによる位相モノパルスにより、測角精度を向上できる。
As described above, according to the radar apparatus according to the third embodiment, even with a small antenna, the element spacing is narrow and the wide angle is covered by the
図9は本発明の実施例4に係るレーダ装置のアンテナを示す図である。図10は本発明の実施例4のアンテナにより形成される広角ビームと狭角ビームとを示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an antenna of a radar apparatus according to
実施例4に係るレーダ装置は、実施例3に係るレーダ装置の構成に対して、図9に示すように、複数の第1素子18aと複数の第4素子18a´とをスネーク導波管で構成し、このスネーク導波管を用いて、周波数スキャンしたことを特徴とする。なお、実施例4に係るレーダ装置のその他の構成は、実施例3に係るレーダ装置の構成と同一である。
As shown in FIG. 9, the radar apparatus according to the fourth embodiment includes a plurality of
ビーム成形部34は、スネーク導波管を用いて周波数スイープすることにより、図10(b)に示すように、Σビームb3,b4の指向方向を変化できるため、狭いビーム幅のΔビームΔ3,Δ4を形成できる。これにより、高精度な測角を実施できる。
The
図9に示すスネーク導波管を用いたアンテナでは、周波数を変えることで、アンテナ面の位相(波面の傾き)が変化するため、図11(b)、図11(c)に示すように、ビームの指向方向が変化する。 In the antenna using the snake waveguide shown in FIG. 9, the phase of the antenna surface (wavefront inclination) changes by changing the frequency, so as shown in FIGS. 11B and 11C, The beam direction changes.
ここで、中心周波数を変化させる方法について述べる。FMCW方式の場合には、図12に示すように、周波数を高い(低い)方から低い(高い)方に直線状に変化させるダウンスイープ信号又はアップスイープ信号を用いる。ダウンスイープ信号又はアップスイープは送受信器20によって送受信される。FFT部32は、送受信器20からの受信信号に対してFFTを実施してビート周波数Σに変換する。
Here, a method for changing the center frequency will be described. In the case of the FMCW system, as shown in FIG. 12, a down sweep signal or an up sweep signal that linearly changes the frequency from a higher (lower) side to a lower (higher) side is used. The down sweep signal or the up sweep is transmitted and received by the
さらに、図12(a)に示すように、ダウンスイープ信号又はアップスイープ信号を前半と後半に分け、前半と後半とを符号を反転させて、FFT部32はFFTを実施することにより図12(b)に示すΔビームを得る。このΣビームとΔビームとは、スネーク導波管の場合には、角度軸のΣビームとΔビームとに対応するため、位相モノパルス測角を実施することができる。
Further, as shown in FIG. 12A, the down sweep signal or the up sweep signal is divided into the first half and the second half, the signs of the first half and the second half are inverted, and the
以上説明したように、実施例4に係るレーダ装置によれば、実施例に係るレーダ装置の効果が得られるとともに、特定の2方向については、狭ビーム幅のΣビームとΔビームとの位相モノパルスビームにより、測角精度を向上できる。 As described above, according to the radar apparatus according to the fourth embodiment, the effects of the radar apparatus according to the embodiment can be obtained, and the phase monopulse of the Σ beam and the Δ beam having a narrow beam width can be obtained in two specific directions. The angle measurement accuracy can be improved by the beam.
本発明は、車両などの方向を高精度で計測するレーダ装置に利用することができる。 The present invention can be used in a radar apparatus that measures the direction of a vehicle or the like with high accuracy.
10 アンテナ
11a,11a´ アンテナ送受信アレイ
12a,12a´ アンテナ受信アレイ
20 送受信器
21 送信器
22 ミキサ
30 信号処理器
31 AD変換器
32 FFT部
33 DBF部
34 ビーム成形部
35 検出部
36 測距・測速部
37 測角部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
観測角度範囲全体を前記第2素子と前記第3素子とで覆うビームを形成し、所定角度を中心とする所定範囲を前記複数の第1素子と前記複数の第4素子とで覆うビームを形成し、前記複数の素子全体で前記所定角度を中心とする前記所定範囲内の任意の方向にビームを形成するビーム成形部と、
前記ビーム成形部で形成されたビームに基づきモノパルス測角を行う測角部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。 An antenna in which a plurality of elements are sequentially divided into a plurality of first elements, a second element, a third element, and a plurality of fourth elements;
A beam that covers the entire observation angle range with the second element and the third element is formed, and a beam that covers a predetermined range around the predetermined angle with the plurality of first elements and the plurality of fourth elements is formed. And a beam shaping unit that forms a beam in an arbitrary direction within the predetermined range centered on the predetermined angle over the plurality of elements,
An angle measuring unit that performs monopulse angle measurement based on the beam formed by the beam shaping unit;
A radar apparatus comprising:
観測角度範囲全体を前記第2素子と前記第3素子とで覆うビームを形成し、所定角度を中心とする所定範囲を周波数スキャンする前記スネーク導波管で構成された前記複数の第1素子と前記複数の第4素子とで覆うビームを形成し、前記複数の素子全体で前記所定角度を中心とする前記所定範囲内の任意の方向にビームを形成するビーム成形部と、
前記ビーム成形部で形成されたビームに基づきモノパルス測角を行う測角部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。 A plurality of elements are sequentially divided into a plurality of first elements, a second element, a third element, and a plurality of fourth elements, and the plurality of first elements and the plurality of fourth elements perform frequency scanning. An antenna composed of a wave tube;
A plurality of first elements formed of the snake waveguide, which forms a beam covering the entire observation angle range with the second element and the third element, and scans a predetermined range centered on a predetermined angle; Forming a beam covered with the plurality of fourth elements, and forming a beam in an arbitrary direction within the predetermined range centered on the predetermined angle with the plurality of elements as a whole; and
An angle measuring unit that performs monopulse angle measurement based on the beam formed by the beam shaping unit;
A radar apparatus comprising:
観測角度範囲全体を前記第2素子と前記第3素子とで覆い、第1所定角度を中心とする第1所定範囲及び第2所定角度を中心とする第2所定範囲を前記複数の第1素子と前記複数の第4素子とで覆うΣビームを形成し、前記第2素子と前記第3素子との差によりΔビームを形成するビーム成形部と、
前記ビーム成形部で形成されたΔビームとΣビームとに基づき位相モノパルス測角を行う測角部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。 An antenna in which a plurality of elements are sequentially divided into one or more first elements, one or more second elements, one or more third elements, and one or more fourth elements;
The entire observation angle range is covered with the second element and the third element, and the first predetermined range centered on the first predetermined angle and the second predetermined range centered on the second predetermined angle are the first elements. Forming a Σ beam that is covered with the plurality of fourth elements, and forming a Δ beam by the difference between the second element and the third element,
An angle measuring unit that performs phase monopulse angle measurement based on the Δ beam and the Σ beam formed by the beam shaping unit;
A radar apparatus comprising:
観測角度範囲全体を前記第2素子と前記第3素子とで覆い、第1所定角度を中心とする第1所定範囲及び第2所定角度を中心とする第2所定範囲を周波数スキャンする前記スネーク導波管で構成された前記複数の第1素子と前記複数の第4素子とで覆うΣビームを形成するビーム成形部と、
前記ビーム成形部で形成されたΔビームとΣビームとに基づき位相モノパルス測角を行う測角部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。 A plurality of elements are sequentially divided into one or more first elements, one or more second elements, one or more third elements, and one or more fourth elements, and the plurality of first elements and the plurality of fourth elements. An antenna composed of a snake waveguide whose elements are frequency scanned;
The snake guide that covers the entire observation angle range with the second element and the third element, and performs frequency scanning of the first predetermined range centered on the first predetermined angle and the second predetermined range centered on the second predetermined angle. A beam shaping unit that forms a Σ beam that is covered with the plurality of first elements and the plurality of fourth elements each formed of a wave tube;
An angle measuring unit that performs phase monopulse angle measurement based on the Δ beam and the Σ beam formed by the beam shaping unit;
A radar apparatus comprising:
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JPH02111109A (en) * | 1988-10-20 | 1990-04-24 | Mitsubishi Electric Corp | Array antenna system |
JPH08508573A (en) * | 1994-01-25 | 1996-09-10 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ | FMCW radar system |
JP2003248055A (en) * | 2001-12-18 | 2003-09-05 | Hitachi Ltd | Monopulse radar system |
JP2009204420A (en) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Toshiba Corp | Angle-measuring device |
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