JP2012168194A - レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】互いに隣り合う素子アンテナで受信した信号の位相差を用いてターゲット方位の計測を行なう場合、角度アンビギュイティが発生し、レーダ装置としての有効な測角範囲を狭めてしまう。
【解決手段】複数の素子アンテナにより１つの受信チャンネルを構成する場合、互いに隣り合わない位置関係に配置された複数の素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２を同一の受信チャンネルとして組み合わせて信号合成することにより、角度アンビギュイティが発生し始める角度をレーダの視野角よりも可能な限り広角へと追いやり、レーダとして有効な測角範囲を最大限確保することができる。しかも複数の素子アンテナは不等間隔で配置されている。
【選択図】図９
【解決手段】複数の素子アンテナにより１つの受信チャンネルを構成する場合、互いに隣り合わない位置関係に配置された複数の素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２を同一の受信チャンネルとして組み合わせて信号合成することにより、角度アンビギュイティが発生し始める角度をレーダの視野角よりも可能な限り広角へと追いやり、レーダとして有効な測角範囲を最大限確保することができる。しかも複数の素子アンテナは不等間隔で配置されている。
【選択図】図９
Description
この発明は、複数のアンテナを用いて電波を送受信して目標を検知するためのレーダ装置に関するものである。
一般的なレーダ装置においては、十分に絞ったアンテナビームパターンをスキャン面内で走査することによってターゲット方位の計測を実現するものであり、この走査方式としては、大きく機械走査方式と電子走査方式がある。
まず、前者の機械走査方式においては、隣接するアンテナのビームパターンが重なるラップ領域での検出を行い、各ラップ領域についてビート信号の受信強度に基づいて角度を計測する。しかしながら、ビート信号の受信強度は様々な要因の影響を受けやすく、このような受信強度を用いるよりも、位相を用いて角度を計測する後者の電子走査方式の方が分解能・精度を向上できることで知られている。
まず、前者の機械走査方式においては、隣接するアンテナのビームパターンが重なるラップ領域での検出を行い、各ラップ領域についてビート信号の受信強度に基づいて角度を計測する。しかしながら、ビート信号の受信強度は様々な要因の影響を受けやすく、このような受信強度を用いるよりも、位相を用いて角度を計測する後者の電子走査方式の方が分解能・精度を向上できることで知られている。
また後者の電子走査方式としては、フェーズドアレー方式がある。フェーズドアレー方式においては、機械走査方式のようにアンテナの角度を所望の方向に振るのではなく、アレーアンテナを構成する個々の素子アンテナに対し、その励振位相を位相器などの電子回路を用いて制御することによってビームスキャンを行うことにより、ターゲット方位の計測を実現する。
また、位相を用いてターゲット方位を計測する別の方式として、ディジタル・ビーム・フォーミング（以下、ＤＢＦ）がある。ＤＢＦでは、ターゲットからのエコーを複数の受信アンテナにより同時に受信し、その受信信号を信号処理段階で位相補正して積算することにより、様々なアンテナパターンをデジタル信号処理の段階で形成するものである。
また、位相を用いてターゲット方位を計測する別の方式として、ディジタル・ビーム・フォーミング（以下、ＤＢＦ）がある。ＤＢＦでは、ターゲットからのエコーを複数の受信アンテナにより同時に受信し、その受信信号を信号処理段階で位相補正して積算することにより、様々なアンテナパターンをデジタル信号処理の段階で形成するものである。
従来のフェーズドアレー方式のアンテナにおいて、各アンテナ毎に備えていた移相器の機能、及び移相器の出力を合成する機能を、ＤＢＦではデジタル信号処理により実現しているものと考えることができる。このＤＢＦでは、形成したビームにより特定されるレーダ波の到来方向毎に、受信強度と位相とが検出されることになるため、この位相を用いて角度を高精度に求めることが可能となる。したがって、ＤＢＦを用いれば、機械走査方式のようにアンテナを駆動させる必要がないため、駆動機構が不要となり、そのために振動に強く、小型・軽量化を図ることができる。また、移相器や電力合成回路などのハードウェアが不要となるため、前述したフェーズドアレー方式と比べて低コスト化を図ることができる。
またさらに、前記したＤＢＦで用いられるアンテナを用いて、複数のデジタル受信信号の相関関係を利用したより複雑な信号処理によって、同一周波数帯の複数電波の入射角度をそれぞれ高精度に推定できる方法として、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）アルゴリズムや、その派生アルゴリズムであるＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal
Parameters via Rotational Invariance Techniques）が適用されることがある。
これらの方法は、アンテナビームの解像限界である（波長／アンテナ開口径）よりも近接した角度の複数波を分離測角できることから、超分解能測角アルゴリズムと言われている。
Parameters via Rotational Invariance Techniques）が適用されることがある。
これらの方法は、アンテナビームの解像限界である（波長／アンテナ開口径）よりも近接した角度の複数波を分離測角できることから、超分解能測角アルゴリズムと言われている。
上述したように、超分解能測角は、複雑な信号処理を行うアルゴリズムであるが、基本的には２素子（或いは複数の素子対）間における受信信号（エコー）の位相差を用いて受信信号（エコー）の到来方向を導出する、いわゆる位相差方探の原理に基づいてターゲット方位の計測を実現する。（例えば、非特許文献１参照）
次に図１４を用いて位相差方探の原理を示す。
アンテナ素子ＲＸ１−１、ＲＸ２−１が２個で、素子間隔がｄのアレーアンテナにおいて、アンテナに対し方向θ１からの到来波ｓ１（ｔ）が入射され、それぞれのアンテナ素子に受信信号ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）が得られる場合を簡略化して考える。
受信信号ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）は到来波ｓ１（ｔ）に対し、それぞれ０、θ１の位相をもってアンテナ素子に入力されるとする（ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）の位相差がθ１）。このとき２個のアンテナ素子に入力される受信信号ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）はノイズを無視して次式となる。
ｒ１（ｔ）＝ｓ１（ｔ）
ｒ２（ｔ）＝ｅｊφ１ｓ１（ｔ） （１）
アンテナ素子ＲＸ１−１、ＲＸ２−１が２個で、素子間隔がｄのアレーアンテナにおいて、アンテナに対し方向θ１からの到来波ｓ１（ｔ）が入射され、それぞれのアンテナ素子に受信信号ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）が得られる場合を簡略化して考える。
受信信号ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）は到来波ｓ１（ｔ）に対し、それぞれ０、θ１の位相をもってアンテナ素子に入力されるとする（ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）の位相差がθ１）。このとき２個のアンテナ素子に入力される受信信号ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）はノイズを無視して次式となる。
ｒ１（ｔ）＝ｓ１（ｔ）
ｒ２（ｔ）＝ｅｊφ１ｓ１（ｔ） （１）
式（１）から受信信号ｒ１（ｔ）とｒ２（ｔ）の関係を導出すると以下となる。
ｒ２（ｔ）＝ｒ１（ｔ）ｅｊφ１ （２）
したがって計測した受信信号ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）の位相差φ１は、以下で求める事が出来る。
また、図１から位相差φ１は素子間隔ｄと以下の関係にある。λは波長である。
ｒ２（ｔ）＝ｒ１（ｔ）ｅｊφ１ （２）
したがって計測した受信信号ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）の位相差φ１は、以下で求める事が出来る。
この式（４）をθ１について解くと以下となる。
式（５）に式（３）を代入すると到来角θ１が求められる。つまり受信信号ｒ１（ｔ
）とｒ２（ｔ）との位相差φ１から到来角θ１を得る事が出来る。
ただし、式（４）或いは式（５）において、位相差φ１と、位相差φ１によって導出される到来角θ１との１対１関係は、位相差φ１が以下の範囲内にある場合においてのみ成立する。
−π≦φ１ ≦＋π （６）
）とｒ２（ｔ）との位相差φ１から到来角θ１を得る事が出来る。
ただし、式（４）或いは式（５）において、位相差φ１と、位相差φ１によって導出される到来角θ１との１対１関係は、位相差φ１が以下の範囲内にある場合においてのみ成立する。
−π≦φ１ ≦＋π （６）
すなわち、位相差φ１が式(６)の範囲を逸脱する場合においては、角度の折り返しが発生することとなり、計測した位相差φ１に対して唯１つ導出されるべき到来角θ１の値は一意に求められなくなり、誤測角を引き起こす要因となる。（以降、これを角度アンビギュイティと呼ぶ。）
したがって、上述した様な位相差方探の原理に基づきターゲット方位を計測するレーダ装置においては、角度アンビギュイティが発生しない測角範囲（以降、有効な測角範囲と呼ぶ。）を±θ１以上確保するために、式（４）および式（６）を同時に満足させる必要があり、素子間隔ｄとして以下を満足しなくてはならない。
また、式（７）より、より広い角度範囲を有効な測角範囲とするためには、より狭い素子間隔が要求されることがわかる。
また、受信チャンネルとしての放射パターン（振幅、および位相の方位特性）をチャンネル間で偏りなく、均一にすることにより、より高精度にターゲット方位を計測することが可能となる。
したがって、上述した様な位相差方探の原理に基づきターゲット方位を計測するレーダ装置においては、角度アンビギュイティが発生しない測角範囲（以降、有効な測角範囲と呼ぶ。）を±θ１以上確保するために、式（４）および式（６）を同時に満足させる必要があり、素子間隔ｄとして以下を満足しなくてはならない。
また、受信チャンネルとしての放射パターン（振幅、および位相の方位特性）をチャンネル間で偏りなく、均一にすることにより、より高精度にターゲット方位を計測することが可能となる。
M.I.Skolnik, Introduction to Radar Systems, Third Ed., pp.222-224, McGraw-Hill, 2001.
上述においては、測角に用いるチャンネルとしてＲＸ１、ＲＸ２の２個チャンネルが、各々１個ずつの素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ２−１から構成されている場合を例に位相差方探の原理を説明した。
また一方で、検知距離拡大などの要請から大規模アレーアンテナによりレーダ装置を構成する場合などにおいては、低コスト化の観点からより少ないチャンネル数により大規模アレーを構成するため、１個のチャンネルを複数の素子アンテナにより構成した所謂サブアレー構成により大規模アレーアンテナを実現することがある。これにより、レーダ装置は検知距離の拡大を実現することができる。
また一方で、検知距離拡大などの要請から大規模アレーアンテナによりレーダ装置を構成する場合などにおいては、低コスト化の観点からより少ないチャンネル数により大規模アレーを構成するため、１個のチャンネルを複数の素子アンテナにより構成した所謂サブアレー構成により大規模アレーアンテナを実現することがある。これにより、レーダ装置は検知距離の拡大を実現することができる。
しかしながら、１個の受信チャンネルを複数の素子アンテナから構成する場合においては、レーダ装置として検知距離の拡大を実現できることに引換え、前述した角度アンビギュイティの発生によって有効な測角範囲を狭めてしまうという課題が発生していた。
このような課題に関し、単純化した複数化の例として２素子のアンテナにより１個の受信チャンネルを構成する場合を例に図１５を用いて以下に説明する。
図１５において、２個の受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２は、各々２個の素子アンテナから構成されており、それぞれの素子アンテナを端からＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−１、ＲＸ２−２と定義する。また、素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２が受信した受信信号を合成することによりチャンネルＲＸ１の受信信号ｒ１（ｔ）が、素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２が受信した受信信号を合成することによりチャンネルＲＸ２の受信信号ｒ２（ｔ）がそれぞれ得られることとなる。
このような課題に関し、単純化した複数化の例として２素子のアンテナにより１個の受信チャンネルを構成する場合を例に図１５を用いて以下に説明する。
図１５において、２個の受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２は、各々２個の素子アンテナから構成されており、それぞれの素子アンテナを端からＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−１、ＲＸ２−２と定義する。また、素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２が受信した受信信号を合成することによりチャンネルＲＸ１の受信信号ｒ１（ｔ）が、素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２が受信した受信信号を合成することによりチャンネルＲＸ２の受信信号ｒ２（ｔ）がそれぞれ得られることとなる。
この際、それぞれのチャンネル内で合成する２個の素子アンテナの受信信号は、アンテナ効率の観点から等振幅・等位相で合成されるため、それぞれのチャンネルにおける所謂位相中心（機構的なアンテナ中心ではなく、実効的な波源の位置）は、それぞれのチャンネルを構成する２個の素子アンテナの丁度中心に位置することとなる。したがって、チャンネルＲＸ１、ＲＸ２の位相中心は、それぞれ素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２および素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２のアンテナ中心の丁度中央となる。
したがって、前述のように、隣接する素子アンテナを組み合わせて同一チャンネルとした場合には、有効な測角範囲を広く確保することを目的として全ての素子アンテナ間隔を機構的な最小間隔ｄ０で配置したとしても、実際の測角処理に用いるチャンネル間隔ｄは、機構的な最小間隔ｄ０の２倍を要してしまうこととなり、前述した角度アンビギュイティが発生し、レーダ装置としての有効な測角範囲を狭めてしまう結果となる。
したがって、前述のように、隣接する素子アンテナを組み合わせて同一チャンネルとした場合には、有効な測角範囲を広く確保することを目的として全ての素子アンテナ間隔を機構的な最小間隔ｄ０で配置したとしても、実際の測角処理に用いるチャンネル間隔ｄは、機構的な最小間隔ｄ０の２倍を要してしまうこととなり、前述した角度アンビギュイティが発生し、レーダ装置としての有効な測角範囲を狭めてしまう結果となる。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、検知距離の拡大を目的として複数の素子アンテナにより１チャンネルを構成する場合においても、角度アンビギュイティが発生し始める角度をレーダの視野角よりも可能な限り広角へと追いやり、レーダとして有効な測角範囲を最大限確保することを目的とするレーダ装置を提供することにある。
この発明のレーダ装置は、送信アンテナと、ｎ個（ｎは３以上）の素子アンテナを用いて複数の受信チャンネルを構成している受信アンテナとを有し、送信アンテナから電波を送信してターゲットからの反射波を受信アンテナによって受信し、同一の受信チャンネルとして見なした複数の素子アンテナの受信信号を合成して受信チャンネルとしての受信信号を求め、得られた受信信号から導出される受信チャンネル間の位相差を用いて、ターゲットの方位を計測するレーダ装置において、受信チャンネルのうち少なくとも１個の受信チャンネルが、互いに隣り合わない位置関係に配置された複数の素子アンテナから構成され、受信アンテナを構成するｎ個の素子アンテナが不等間隔で配置されているものである。
この発明によるレーダ装置では、検知距離の拡大を目的として複数の素子アンテナにより１チャンネルを構成する場合においても、角度アンビギュイティが発生し始める角度をレーダの視野角よりも可能な限り広角へと追いやり、レーダとして有効な測角範囲を最大限確保することができる。
また、複数の素子アンテナによりサブアレー化した受信アンテナを用いているため、チャンネル数を削減することができ、より低コストに検知距離を確保することができる。
また、複数の素子アンテナによりサブアレー化した受信アンテナを用いているため、チャンネル数を削減することができ、より低コストに検知距離を確保することができる。
発明の基本構成
この発明に係るレーダ装置において、発明の基本構成を図１を用いて説明する。また、図１においては、従来例と同様に簡単のため、ＲＸ１、ＲＸ２の全２チャンネルが、各々２個ずつの素子アンテナから構成されている場合を例にとり説明する。
図１に示すように、この発明は４つの素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−１、ＲＸ２−２が等間隔で配置されている構成は従来例と同じであるが、これら素子アンテナをチャンネル定義する際の組み合わせ方法が従来例とは異なる。
即ち、この発明に係るレーダ装置では、従来例のように隣り合う素子アンテナ同士を１個のチャンネルとして組み合わせるのではなく、１素子離れで（互いに隣り合わない位置関係）配置された素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２を一方の同一チャンネルＲＸ１として、また１素子離れで配置された素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２を他方の同一チャンネルＲＸ２として定義し、それぞれの素子アンテナが受信した受信信号を合成することにより構成される。
この発明に係るレーダ装置において、発明の基本構成を図１を用いて説明する。また、図１においては、従来例と同様に簡単のため、ＲＸ１、ＲＸ２の全２チャンネルが、各々２個ずつの素子アンテナから構成されている場合を例にとり説明する。
図１に示すように、この発明は４つの素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−１、ＲＸ２−２が等間隔で配置されている構成は従来例と同じであるが、これら素子アンテナをチャンネル定義する際の組み合わせ方法が従来例とは異なる。
即ち、この発明に係るレーダ装置では、従来例のように隣り合う素子アンテナ同士を１個のチャンネルとして組み合わせるのではなく、１素子離れで（互いに隣り合わない位置関係）配置された素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２を一方の同一チャンネルＲＸ１として、また１素子離れで配置された素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２を他方の同一チャンネルＲＸ２として定義し、それぞれの素子アンテナが受信した受信信号を合成することにより構成される。
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１におけるレーダ装置を図２〜図５に基づいて説明する。
図２はこの発明の実施の形態１におけるレーダ装置の構成図を示し、電圧制御発振器ＶＣＯ２０１からの信号はカプラ２０２に入力され、カプラ２０２からの一方の出力はアンプ２０３を介して送信アンテナ２０４に供給される。
送信アンテナ２０４から電波を送信してターゲットからの反射波を受信アンテナ２０５によって受信する。受信アンテナ２０５は、図１で説明したように、４つの素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−１、ＲＸ２−２が等間隔ｄで配置されて構成されている。互いに隣り合わない位置関係に配置された複数の素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２からのそれぞれの出力は合成回路２０６で合成され、１つの受信チャンネルＲＸ１を構成している。また互いに隣り合わない位置関係に配置された他の複数の素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２からのそれぞれの出力は合成回路２０７で合成され、もう１つの受信チャンネルＲＸ２を構成している。
以下、この発明の実施の形態１におけるレーダ装置を図２〜図５に基づいて説明する。
図２はこの発明の実施の形態１におけるレーダ装置の構成図を示し、電圧制御発振器ＶＣＯ２０１からの信号はカプラ２０２に入力され、カプラ２０２からの一方の出力はアンプ２０３を介して送信アンテナ２０４に供給される。
送信アンテナ２０４から電波を送信してターゲットからの反射波を受信アンテナ２０５によって受信する。受信アンテナ２０５は、図１で説明したように、４つの素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−１、ＲＸ２−２が等間隔ｄで配置されて構成されている。互いに隣り合わない位置関係に配置された複数の素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２からのそれぞれの出力は合成回路２０６で合成され、１つの受信チャンネルＲＸ１を構成している。また互いに隣り合わない位置関係に配置された他の複数の素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２からのそれぞれの出力は合成回路２０７で合成され、もう１つの受信チャンネルＲＸ２を構成している。
カプラ２０２からの他方の出力はアンプ２０８を介してローカル２分配器２０９に供給される。ローカル２分配器２０９からの一方の出力と、合成回路２０６からの出力はＲＸ１用ミキサ２１０でミキシングされ、ビート信号を出力する。また、ローカル２分配器２０９からの他方の出力と、合成回路２０７からの出力はＲＸ２用ミキサ２１１でミキシングされ、ビート信号を出力する。ＲＸ１用ミキサ２１０およびＲＸ２用ミキサ２１１で得られた２個のビート信号はチャンネルごとに設けられたＡ／Ｄ変換器２１２に入力されて、２個のデジタル信号に変換され、それぞれ信号処理回路２１３に入力される。信号処理回路２１３では、デジタル信号をＤＢＦ合成（位相回転後に積算）することによってレーダ装置としてのターゲット検知覆域を得ると共に、それぞれの受信チャンネル間の位相差を用いてターゲット方位を計測する。
次に図２を用いてレーダ装置の送信および受信動作について説明する。
最初に信号処理回路２１３は時間軸上で三角波状に変化する信号を生成し、これを電圧制御発振器（以下、ＶＣＯ）２０１に印加する。次に、ＶＣＯ２０１は印加された電圧に応じて、周波数が時間的に変化する周波数変調連続波（以下、ＦＭＣＷ波）を生成し、カプラ２０２へと出力する。
そして、カプラ２０２は入力されたＦＭＣＷ波の一部を送信信号として、アンプ２０３
を介して送信アンテナ２０４へと入力する一方で、カプラ２０２は残りの電力を受信用ローカル信号として、アンプ２０８を介してローカル２分配器２０９へと入力する。送信アンテナ２０４は、入力された送信信号を送信波として空間に放射する。
最初に信号処理回路２１３は時間軸上で三角波状に変化する信号を生成し、これを電圧制御発振器（以下、ＶＣＯ）２０１に印加する。次に、ＶＣＯ２０１は印加された電圧に応じて、周波数が時間的に変化する周波数変調連続波（以下、ＦＭＣＷ波）を生成し、カプラ２０２へと出力する。
そして、カプラ２０２は入力されたＦＭＣＷ波の一部を送信信号として、アンプ２０３
を介して送信アンテナ２０４へと入力する一方で、カプラ２０２は残りの電力を受信用ローカル信号として、アンプ２０８を介してローカル２分配器２０９へと入力する。送信アンテナ２０４は、入力された送信信号を送信波として空間に放射する。
送信アンテナ２０４から放射された電波は、ターゲットにより反射した後、ターゲットまでの距離に応じた遅延時間を経て、４個の素子アンテナにより構成された受信アンテナ２０５によりエコーとして受信される。
受信用の４個の素子アンテナは、端から順番にＲＸ１−１、ＲＸ２−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−２と定義されている。互いに隣り合わない位置関係の素子アンテナＲＸ１−１、素子アンテナＲＸ１−２により受信された受信信号は、合成回路２０６を用いて受信チャンネルＲＸ１として、また互いに隣り合わない位置関係の素子アンテナＲＸ２−１、素子アンテナＲＸ２−２により受信された受信信号は、合成回路２０７を用いて受信チャンネルＲＸ２としてそれぞれ合成され、各受信チャンネルにおいて１個ずつの信号として合計２個のチャンネルの受信信号が受信される。
受信用の４個の素子アンテナは、端から順番にＲＸ１−１、ＲＸ２−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−２と定義されている。互いに隣り合わない位置関係の素子アンテナＲＸ１−１、素子アンテナＲＸ１−２により受信された受信信号は、合成回路２０６を用いて受信チャンネルＲＸ１として、また互いに隣り合わない位置関係の素子アンテナＲＸ２−１、素子アンテナＲＸ２−２により受信された受信信号は、合成回路２０７を用いて受信チャンネルＲＸ２としてそれぞれ合成され、各受信チャンネルにおいて１個ずつの信号として合計２個のチャンネルの受信信号が受信される。
その後、２個のチャンネルＲＸ１、ＲＸ２の受信信号は、ＬＯ２分配器２０９から出力される受信用ローカル信号と、チャンネルごとに設けられた２個のミキサ（ＲＸ１用ミキサ２１０、ＲＸ２用ミキサ２１１）によってそれぞれミキシングされて、２個のチャンネルのビート信号を出力する。得られた２個のビート信号はチャンネルごとに設けられたＡ／Ｄ変換器２１２に入力されて、２個のデジタル信号に変換され、それぞれ信号処理回路２１３に入力される。
この発明においては、信号処理回路２１３は、得られた受信信号をＤＢＦ合成（位相回転後に積算）することによってレーダ装置としてのターゲット検知覆域を得る。また、ターゲット方位の計測は背景技術で述べた通り、それぞれの受信チャンネル間の位相差を用いて実現する。
この発明においては、信号処理回路２１３は、得られた受信信号をＤＢＦ合成（位相回転後に積算）することによってレーダ装置としてのターゲット検知覆域を得る。また、ターゲット方位の計測は背景技術で述べた通り、それぞれの受信チャンネル間の位相差を用いて実現する。
次にこの発明におけるターゲット方位の計測時の優位性について、図２を用いて詳細に説明する。
図２において、素子アンテナＲＸ１−１、素子アンテナＲＸ１−２を１個の受信チャンネルＲＸ１、素子アンテナＲＸ２−１、素子アンテナＲＸ２−２をもう１個の受信チャンネルＲＸ２として見なし、それぞれの受信チャンネルにおいて受信信号が合成される。
すなわち、従来例のように隣接する素子アンテナ同士を同一チャンネルとして組み合わせるのではなく、１素子離れで互いに隣り合わない素子アンテナ同士（図２の場合、素子アンテナＲＸ１−１とＲＸ１−２、素子アンテナＲＸ２−１とＲＸ２−２）をそれぞれ同一チャンネルと見なして合成することによってターゲット方位の計測を行う。
図２において、素子アンテナＲＸ１−１、素子アンテナＲＸ１−２を１個の受信チャンネルＲＸ１、素子アンテナＲＸ２−１、素子アンテナＲＸ２−２をもう１個の受信チャンネルＲＸ２として見なし、それぞれの受信チャンネルにおいて受信信号が合成される。
すなわち、従来例のように隣接する素子アンテナ同士を同一チャンネルとして組み合わせるのではなく、１素子離れで互いに隣り合わない素子アンテナ同士（図２の場合、素子アンテナＲＸ１−１とＲＸ１−２、素子アンテナＲＸ２−１とＲＸ２−２）をそれぞれ同一チャンネルと見なして合成することによってターゲット方位の計測を行う。
この際、それぞれの受信チャンネル内で合成する２個の素子アンテナの受信信号は、アンテナ効率の観点から等振幅・等位相で合成するため、それぞれの受信チャンネルにおける所謂位相中心（機構的なアンテナ中心ではなく、実効的な波源の位置）は、それぞれのチャンネルを構成する２個の素子アンテナの丁度中心に位置することとなる。さらに、各素子アンテナが等間隔で配置されているため、ＲＸ１チャンネル、ＲＸ２チャンネルにおける位相中心は、図２に示すように、それぞれ素子アンテナＲＸ２−１、素子アンテナＲＸ１−２の位置と等しくなる。
したがって、全ての素子アンテナ間隔を機構的な最小間隔ｄ０で配置している場合においては、測角処理において有効な測角範囲に影響するチャンネル間隔ｄを、機構的な最小間隔ｄ０まで狭めることが可能となる。
したがって、全ての素子アンテナ間隔を機構的な最小間隔ｄ０で配置している場合においては、測角処理において有効な測角範囲に影響するチャンネル間隔ｄを、機構的な最小間隔ｄ０まで狭めることが可能となる。
これにより、検知距離の拡大を目的として、複数の素子アンテナ（この実施形態では２素子の場合を説明）により１チャンネルを構成する場合においても、前述した角度アンビギュイティが発生し始める角度をレーダの視野角よりも可能な限り広角へと追いやり、レ
ーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できる。
また、複数の素子アンテナによりサブアレー化した受信アンテナを用いることができ、より少ないチャンネル数で大きなアンテナ開口を得ることができるため、より低コストに検知距離を確保することができる。
また、この実施形態における受信アンテナの配置のように、それぞれの受信チャンネルにおける素子アンテナの配置（間隔）および素子アンテナの素子数が２つの受信チャンネルにおいて等しいため、受信チャンネルとしての放射パターン（振幅、および位相の方位特性）を２つのチャンネル間で偏りなく均一にすることができる。このため、位相差方探の原理に基づく測角において、ターゲット方位の計測を高精度に行うことができる。
ーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できる。
また、複数の素子アンテナによりサブアレー化した受信アンテナを用いることができ、より少ないチャンネル数で大きなアンテナ開口を得ることができるため、より低コストに検知距離を確保することができる。
また、この実施形態における受信アンテナの配置のように、それぞれの受信チャンネルにおける素子アンテナの配置（間隔）および素子アンテナの素子数が２つの受信チャンネルにおいて等しいため、受信チャンネルとしての放射パターン（振幅、および位相の方位特性）を２つのチャンネル間で偏りなく均一にすることができる。このため、位相差方探の原理に基づく測角において、ターゲット方位の計測を高精度に行うことができる。
なお、車載レーダ用途などの先行車などの検知においては、検知性能の遠距離化、広角化が同時に要求されるため、この発明を適用する例としては好適である。例えば、先行車ターゲットを確実に検知することが要求される車載レーダにおいては、レーダの視野角内に存在するガードレールや並走車両などのクラッタを誤検知することは致命的であり、前述した角度アンビギュイティが発生し始める角度を、レーダの視野角よりも十分広角へと追いやることにより、システムの信頼性を向上させることができる。
ただし、それぞれのチャンネルを構成する素子アンテナの間隔については、２ｄとなり、機構的な最小間隔ｄ０まで狭めることができたとしても、１個の受信チャンネルにおいての放射パターンとしては誤検知の要因となり得るグレーティングローブが広角方向に発生してしまう場合があるが、この実施形態における素子アンテナ配置を用いれば、２チャンネルの放射パターンをＤＢＦ合成することによりグレーティングローブの発生を抑制することができる。
ただし、それぞれのチャンネルを構成する素子アンテナの間隔については、２ｄとなり、機構的な最小間隔ｄ０まで狭めることができたとしても、１個の受信チャンネルにおいての放射パターンとしては誤検知の要因となり得るグレーティングローブが広角方向に発生してしまう場合があるが、この実施形態における素子アンテナ配置を用いれば、２チャンネルの放射パターンをＤＢＦ合成することによりグレーティングローブの発生を抑制することができる。
上記したグレーティングローブの低減について、素子アンテナ間隔ｄ＝０．６λとした場合を例に図３を用いて説明する。図３は横軸にスキャン面角度［ｄｅｇ］、縦軸に放射強度［ｄＢ］を示した放射パターンを表しており、図３に示すように、受信チャンネルを構成する素子アンテナの間隔は、２ｄ＝１．２λとなるため、１チャンネル分の放射パターンとしては±５０ｄｅｇ方向付近にグレーティングローブが発生する。しかしながら、この発明においては、チャンネル間隔をｄに出来るため、チャンネル間隔ｄとした場合のアレーファクターとしては、各チャンネルにおけるグレーティングローブと同一の±５０ｄｅｇ方向において放射レベルが著しく低い方向（以下、ヌル点）の放射パターンを発生させることができる。したがって、２チャンネルの放射パターンを間隔ｄでＤＢＦ合成した結果の放射パターンとしては、グレーティングローブは放射のヌル点で打ち消され、受信アンテナ全体としては、グレーティングローブの発生を抑制することができる。
以上の説明においては、アレーアンテナを構成する素子アンテナの配置方向として、ターゲットをスキャンする面内に配置する素子アンテナに限定して述べてきたが、この実施形態の他の例として、２個の受信チャンネルのそれぞれにおいて、上記チャンネル方向とは直交する方向に複数個の素子アンテナを配置して、その方向のアンテナビームパターンを形成するための構成方法について図４を用いて説明する。
図４において、スキャン面内に配置させるべきチャンネル（以下、ＣＨと表記）方向の素子アンテナは紙面の横方向に配置されており、ＣＨ方向とは直交する方向に配置される複数個の素子アンテナは、紙面の奥行き方向に配置されている。
つまり、この実施形態のように各受信チャンネルにおいて、２個の素子アンテナをＣＨ方向に配置させる場合においては、１個のチャンネルについて、ＣＨ方向（紙面横方向）に２個、ＣＨ方向に直交する方向（紙面奥行き方向）にｋ個の素子アンテナ（＃１〜＃ｋ）によって構成される２×ｋ個の２次元アレーアンテナとなる。
したがって、それぞれのチャンネル内において、スキャン面とは直交する方向に配置されたｋ個の素子アンテナの合成回路と、スキャン面内に配置された素子アンテナの合成回路（２０６、２０７）の両方の合成手段が必要となる。
図４において、スキャン面内に配置させるべきチャンネル（以下、ＣＨと表記）方向の素子アンテナは紙面の横方向に配置されており、ＣＨ方向とは直交する方向に配置される複数個の素子アンテナは、紙面の奥行き方向に配置されている。
つまり、この実施形態のように各受信チャンネルにおいて、２個の素子アンテナをＣＨ方向に配置させる場合においては、１個のチャンネルについて、ＣＨ方向（紙面横方向）に２個、ＣＨ方向に直交する方向（紙面奥行き方向）にｋ個の素子アンテナ（＃１〜＃ｋ）によって構成される２×ｋ個の２次元アレーアンテナとなる。
したがって、それぞれのチャンネル内において、スキャン面とは直交する方向に配置されたｋ個の素子アンテナの合成回路と、スキャン面内に配置された素子アンテナの合成回路（２０６、２０７）の両方の合成手段が必要となる。
この発明を適用させるレーダ装置として、例えば車載レーダに適用する場合においては、先行車などのターゲットのスキャンを行う水平面方向に２個の受信チャンネルを配置し、直交する垂直方向においては、検知距離拡大、ならびにグランドクラッタ抑圧を目的として、より多くの素子アンテナを配置する。また、サイドローブ低減などの所望のビームパターンを形成するために、必要に応じて垂直方向に配置された各素子アンテナに対して任意の励振分布を与えてもよい。
次にこの実施形態において述べている、ＣＨ方向に配置した素子アンテナＲＸ１−１、素子アンテナＲＸ１−２が受信した受信信号をチャンネルＲＸ１の受信信号として合成するための合成回路２０６、素子アンテナＲＸ２−１、素子アンテナＲＸ２−２が受信した受信信号をチャンネルＲＸ２の受信信号として合成するための合成回路２０７について、実現するための具体的な構造例を説明する。
図４で説明したように、ＣＨ方向と直交する方向に配置された複数個の素子アンテナ（＃１〜＃ｋ）の受信信号については、各素子アンテナ（ＲＸ１−１〜ＲＸ２−２）ごとに個別に合成されており、この発明とは全く独立した事象であるため、具体的な構造などの詳しい内容については省略する。
図４で説明したように、ＣＨ方向と直交する方向に配置された複数個の素子アンテナ（＃１〜＃ｋ）の受信信号については、各素子アンテナ（ＲＸ１−１〜ＲＸ２−２）ごとに個別に合成されており、この発明とは全く独立した事象であるため、具体的な構造などの詳しい内容については省略する。
図５は合成回路２０６、２０７を実現するための、例えば導波管回路を用いた具体的構造例を示す。図５において、（ａ）は上面図、（ｂ）は斜視図である。
合成回路２０６、２０７は、図５（ｂ）に示すとおり、共に導波管のＴ分岐回路、及びベンド回路を組み合わせることにより構成されている。
素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２の受信信号はＲＸ１用合成回路２０６、素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２の受信信号はＲＸ２用合成回路２０７によって、それぞれＲＸ１チャンネル、ＲＸ２チャンネルの受信信号として合成される。
合成回路２０６、２０７は、図５（ｂ）に示すとおり、共に導波管のＴ分岐回路、及びベンド回路を組み合わせることにより構成されている。
素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２の受信信号はＲＸ１用合成回路２０６、素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２の受信信号はＲＸ２用合成回路２０７によって、それぞれＲＸ１チャンネル、ＲＸ２チャンネルの受信信号として合成される。
各素子アンテナ（ＲＸ１−１〜ＲＸ２−２）の受信信号は、図５（ｂ）で黒塗り矢印で示すように、それぞれアンテナ側から合成回路の層にまで伝送されて入力される。
ただし、図５（ｂ）に示すように、２個のチャンネルで互いに逆方向に屈曲され、互いに対抗する向きに配置された合成回路（分岐構造）によってそれぞれのチャンネルにおいて信号が合成される。
このため、２チャンネル分の合成回路として見ると、合成すべき２個の線路によって互いを挟み込むような交互配置を形成している。上記したような交互配置により、それぞれのチャンネルの合成回路が機構的に干渉することを避けることができる。そして、逆方向に伝送されたあと、合成された２チャンネル分の受信信号は、それぞれＲＸ１用ミキサ２１０、ＲＸ２用ミキサ２１１に出力され、レーダ装置のターゲットの測距および測角などの検知処理に用いられる。（図５（ｂ）で黒色矢印で示す）
ただし、図５（ｂ）に示すように、２個のチャンネルで互いに逆方向に屈曲され、互いに対抗する向きに配置された合成回路（分岐構造）によってそれぞれのチャンネルにおいて信号が合成される。
このため、２チャンネル分の合成回路として見ると、合成すべき２個の線路によって互いを挟み込むような交互配置を形成している。上記したような交互配置により、それぞれのチャンネルの合成回路が機構的に干渉することを避けることができる。そして、逆方向に伝送されたあと、合成された２チャンネル分の受信信号は、それぞれＲＸ１用ミキサ２１０、ＲＸ２用ミキサ２１１に出力され、レーダ装置のターゲットの測距および測角などの検知処理に用いられる。（図５（ｂ）で黒色矢印で示す）
以上のような合成回路構造を用いることによって、１素子離れで配置された素子アンテナ同士を同一チャンネルとして合成することができる。
この実施形態においては、対向して配置する合成回路（分岐回路）として、同一平面上に逆方向に配置する場合について説明したが、同一平面上に限定するものではなく、角度をつけて対向させてもよい。
また、この実施形態では導波管回路を例にして述べたが、導波管回路以外にも、マイクロストリップ線路などの平面回路や、或いは同軸線路によって実現してもよい。また、この実施形態においては、分岐回路を用いた構成で実現することについて述べたが、ハイブリッド回路やカプラなどの他の手段を用いて信号合成を実現しても良い。
この実施形態においては、対向して配置する合成回路（分岐回路）として、同一平面上に逆方向に配置する場合について説明したが、同一平面上に限定するものではなく、角度をつけて対向させてもよい。
また、この実施形態では導波管回路を例にして述べたが、導波管回路以外にも、マイクロストリップ線路などの平面回路や、或いは同軸線路によって実現してもよい。また、この実施形態においては、分岐回路を用いた構成で実現することについて述べたが、ハイブリッド回路やカプラなどの他の手段を用いて信号合成を実現しても良い。
以上の実施の形態においては、２個の受信チャンネルを有した受信アンテナに関してのみ説明したが、送信アンテナも同様な構成にしてもよい。例えば、図４において、チャン
ネルＣＨ方向とは直交する方向に複数個の素子アンテナを配置して所望のアンテナビームパターンを形成するようにしてもよい。
なお、図４を用いて説明したようなチャンネル方向と直交する方向に配置された素子アンテナが受信した信号の合成方法については、一般的な手段によって実現するため、詳しい内容については説明しない。
ネルＣＨ方向とは直交する方向に複数個の素子アンテナを配置して所望のアンテナビームパターンを形成するようにしてもよい。
なお、図４を用いて説明したようなチャンネル方向と直交する方向に配置された素子アンテナが受信した信号の合成方法については、一般的な手段によって実現するため、詳しい内容については説明しない。
また、送信アンテナ２０４は、図２において受信アンテナ２０５から所定の距離を隔てて設置しているが、送信アンテナ２０４の構成および設置位置に関してこの発明においては全く限定するものではなく、送信アンテナ２０４が複数チャンネルで構成されていても良いし、複数の素子アンテナにより構成されていてもよい。また、送信アンテナ２０４の設置位置は、受信アンテナ２０５の両側端部に設置されていても良いし、受信アンテナ２０５の中に包含されていてもよい。また、送信アンテナ２０４が送受兼用のアンテナとして構成されていてもよく、受信アンテナ２０５とともに測角に用いられても良い。
また、アレーアンテナを構成するための素子アンテナとしては、スロットアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナのような平面アンテナでも良いし、ダイポールアンテナのような線状アンテナでも良いし、または、ホーンアンテナのような開口面アンテナを複数個配置する構成であっても良く、素子アンテナの種類によって適用範囲が限定されるものではない。
また、アレーアンテナを構成するための素子アンテナとしては、スロットアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナのような平面アンテナでも良いし、ダイポールアンテナのような線状アンテナでも良いし、または、ホーンアンテナのような開口面アンテナを複数個配置する構成であっても良く、素子アンテナの種類によって適用範囲が限定されるものではない。
以上説明した実施の形態１に記載の発明では、ｎ個（ｎは３以上）の素子アンテナを用いて複数の受信チャンネルを構成している受信アンテナを設け、受信チャンネルのうち少なくとも１個の受信チャンネルが、互いに隣り合わない位置関係に配置された複数の素子アンテナから構成されていることによって、検知距離の拡大を目的として複数の素子アンテナにより１チャンネルを構成する場合においても、角度アンビギュイティが発生し始める角度をレーダの視野角よりも可能な限り広角へと追いやり、レーダとして有効な測角範囲を最大限確保することができる。
また、受信アンテナを構成するｎ個の素子アンテナが等間隔で配置されていることによって、アンテナの放射効率を向上させることにより、より検知距離を拡大することができる。
また、受信アンテナを構成するｎ個の素子アンテナが等間隔で配置されていることによって、アンテナの放射効率を向上させることにより、より検知距離を拡大することができる。
また、同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナの数が全ての受信チャンネルにわたって同数のｍ個で構成され、なおかつ、１個の受信チャンネルを構成する素子アンテナの間隔を全受信チャンネルに亘って等間隔とすることによって、受信チャンネル毎の放射パターンを均一化することができるため、より高い精度にてターゲット方位を計測することができる。例えば、受信アンテナが４個の素子アンテナで構成され（ｎ＝４）、１素子離れで等間隔に配置された２個（ｍ＝２）の素子アンテナがそれぞれ同一の受信チャンネルとして構成し、位相差方探に必要な最小限のチャンネル構成、アンテナ構成とすることにより、低コスト化、および小型化を実現することができる。
さらに、同一の受信チャンネルとして見なした素子アンテナの受信信号をそれぞれ合成するために用いる合成回路は、その分岐構造が互いに対向する方向に配置されていることにより、それぞれのチャンネルの合成回路が機構的に干渉することを避けることができる。
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２におけるレーダ装置を図６、図７に基づいて説明する。
図６はこの発明の実施の形態２におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置と合成回路を示し、受信アンテナ２０５および合成回路２０６、２０７、２１４を備えている。これら受信アンテナおよび合成回路は図２における受信アンテナ２０５および合成回路２０６、２０７に相当するものである。
実施の形態１においては、単純化したモデルを用いて説明する為に、受信チャンネルはチャンネルＲＸ１、ＲＸ２の２個のチャンネルで構成する場合について説明してきたが、実施の形態２の発明は３チャンネル以上の複数の受信チャンネルにより構成したものである。
次に、この発明の実施の形態２におけるレーダ装置を図６、図７に基づいて説明する。
図６はこの発明の実施の形態２におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置と合成回路を示し、受信アンテナ２０５および合成回路２０６、２０７、２１４を備えている。これら受信アンテナおよび合成回路は図２における受信アンテナ２０５および合成回路２０６、２０７に相当するものである。
実施の形態１においては、単純化したモデルを用いて説明する為に、受信チャンネルはチャンネルＲＸ１、ＲＸ２の２個のチャンネルで構成する場合について説明してきたが、実施の形態２の発明は３チャンネル以上の複数の受信チャンネルにより構成したものである。
実施の形態２の発明として３チャンネルに適用する場合について図６を用いて説明する。図６に示すように、３個の受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３はそれぞれ２個の受信用素子アンテナから構成されており、合計６つの受信用素子アンテナより構成されている。６つの受信用素子アンテナは、素子アンテナ間隔ｄを全受信チャンネルに亘って等間隔とし、端からＲＸ１−１、ＲＸ２−１、ＲＸ３−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−２、ＲＸ３−２の順で定義する。そして２素子離れで互いに隣り合わない位置関係にある受信用の素子アンテナ群（素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２）、（素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２）、（素子アンテナＲＸ３−１、ＲＸ３−２）を同一受信チャンネル（それぞれ、ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３）として組み合わせることによってターゲット方位の計測を行う。
これにより、２チャンネルで構成した場合と同様、チャンネル間隔を機構的最小の素子間隔にまで狭めることが可能となり、レーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できるようになる。ただし、端から順番にチャンネルを定義するように述べたが、チャンネルの並びについては不問であり順番が入れ替わっていてもよい。例えば、受信チャンネルＲＸ２がＲＸ３と定義され、受信チャンネルＲＸ３がＲＸ１と定義されていてもよい。
したがって、ｉチャンネルの複数のチャンネルで構成した場合には、（ｉ−１）素子離れで配置された受信用の素子アンテナ同士を同一チャンネルとして組み合わせればよい。
したがって、ｉチャンネルの複数のチャンネルで構成した場合には、（ｉ−１）素子離れで配置された受信用の素子アンテナ同士を同一チャンネルとして組み合わせればよい。
また、図６で示した受信チャンネルを３チャンネルで構成する場合において、信号合成を実現するための合成回路の具体的構造例を図７に示す。図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は側面図、図７（ｃ）は斜視図を示す。
２チャンネルの場合の具体的構造例（図５）と構造上異なるのは、１チャンネルだけ他の２チャンネルとは合成を行う平面が異なることである。
図７において、チャンネルＲＸ１、ＲＸ３については、図７（ａ）に示すように同一平面内で逆方向に信号を合成しているが、残りのチャンネルＲＸ２については、図７（ｂ）に示すように他の２チャンネルＲＸ１、ＲＸ３とは異なる直交する面内で信号の合成を行っており、それぞれのチャンネルの合成回路が互いに干渉することを避けることが可能となる。
２チャンネルの場合の具体的構造例（図５）と構造上異なるのは、１チャンネルだけ他の２チャンネルとは合成を行う平面が異なることである。
図７において、チャンネルＲＸ１、ＲＸ３については、図７（ａ）に示すように同一平面内で逆方向に信号を合成しているが、残りのチャンネルＲＸ２については、図７（ｂ）に示すように他の２チャンネルＲＸ１、ＲＸ３とは異なる直交する面内で信号の合成を行っており、それぞれのチャンネルの合成回路が互いに干渉することを避けることが可能となる。
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３におけるレーダ装置を図８に基づいて説明する。
図８はこの発明の実施の形態３におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置と合成回路を示している。
実施の形態１〜２においては、説明の単純化のため１個の受信チャンネルを２個の素子アンテナにより構成する場合に限定して説明してきたが、実施の形態３の発明は１個の受信チャンネルを３個以上の複数の素子アンテナにより構成したものである。
実施の形態３の発明として、４個の素子アンテナにより１個の受信チャンネルを構成する場合について説明する。
次に、この発明の実施の形態３におけるレーダ装置を図８に基づいて説明する。
図８はこの発明の実施の形態３におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置と合成回路を示している。
実施の形態１〜２においては、説明の単純化のため１個の受信チャンネルを２個の素子アンテナにより構成する場合に限定して説明してきたが、実施の形態３の発明は１個の受信チャンネルを３個以上の複数の素子アンテナにより構成したものである。
実施の形態３の発明として、４個の素子アンテナにより１個の受信チャンネルを構成する場合について説明する。
図８に示すように、各々の受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２を４個の素子アンテナで構成する場合には、８つの素子アンテナを端からＲＸ１−１、ＲＸ２−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−２、ＲＸ１−３、ＲＸ２−３、ＲＸ１−４、ＲＸ２−４の順で定義し、８つの素子アンテナ間隔ｄを全受信チャンネルに亘って等間隔とする。そして１素子離れで互いに隣り合わない位置関係にある受信用の素子アンテナ群（素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２
、ＲＸ１−３、ＲＸ１−４）、（素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２、ＲＸ２−３、ＲＸ２−４）を同一チャンネル（それぞれ、ＲＸ１、ＲＸ２）と見なしてターゲット方位の計測を行う。
このように構成することにより、２個の素子アンテナにより構成した場合と同様、チャンネル間隔を機構的最小の素子間隔にまで狭めることが可能となり、レーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できる。参考までに、図８に受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２における位相中心位置を示す。
、ＲＸ１−３、ＲＸ１−４）、（素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２、ＲＸ２−３、ＲＸ２−４）を同一チャンネル（それぞれ、ＲＸ１、ＲＸ２）と見なしてターゲット方位の計測を行う。
このように構成することにより、２個の素子アンテナにより構成した場合と同様、チャンネル間隔を機構的最小の素子間隔にまで狭めることが可能となり、レーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できる。参考までに、図８に受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２における位相中心位置を示す。
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４におけるレーダ装置を図９に基づいて説明する。
図９はこの発明の実施の形態４におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置（この図９以降の図では合成回路の箇所は省略して示す）を示している。
実施の形態１〜３においては、受信用の全ての素子アンテナが等間隔で配置されている場合について述べてきたが、実施の形態４の発明は全ての素子アンテナが等間隔で配置されていなくても、この発明が適用できるようにしたものである。
次に、この発明の実施の形態４におけるレーダ装置を図９に基づいて説明する。
図９はこの発明の実施の形態４におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置（この図９以降の図では合成回路の箇所は省略して示す）を示している。
実施の形態１〜３においては、受信用の全ての素子アンテナが等間隔で配置されている場合について述べてきたが、実施の形態４の発明は全ての素子アンテナが等間隔で配置されていなくても、この発明が適用できるようにしたものである。
図９に示すように、全６個の素子アンテナで構成される場合において、素子アンテナの間隔として、間隔ｄと間隔ｄ’の異なる距離の間隔が混在しているため、受信用の全ての素子アンテナは等間隔に配置されていないことになる。
しかしながら、素子アンテナは、端からＲＸ１−１、ＲＸ２−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−２、ＲＸ１−３、ＲＸ２−３の順で定義し、１素子離れで互いに隣り合わないように配置された受信用の素子アンテナ群（素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ１−３）、（素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２、ＲＸ２−３）をそれぞれ同一の受信チャンネル（それぞれ、ＲＸ１、ＲＸ２）と見なしてターゲット方位の計測を行う。
このように構成することにより、受信用の全ての素子アンテナが等間隔に配置されていない場合においても、チャンネル間隔を機構的最小の素子間隔にまで狭めることが可能となり、レーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できる。参考までに、図９に受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２における位相中心位置を示す。
しかしながら、素子アンテナは、端からＲＸ１−１、ＲＸ２−１、ＲＸ１−２、ＲＸ２−２、ＲＸ１−３、ＲＸ２−３の順で定義し、１素子離れで互いに隣り合わないように配置された受信用の素子アンテナ群（素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ１−３）、（素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２、ＲＸ２−３）をそれぞれ同一の受信チャンネル（それぞれ、ＲＸ１、ＲＸ２）と見なしてターゲット方位の計測を行う。
このように構成することにより、受信用の全ての素子アンテナが等間隔に配置されていない場合においても、チャンネル間隔を機構的最小の素子間隔にまで狭めることが可能となり、レーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できる。参考までに、図９に受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２における位相中心位置を示す。
なお、図９に示す実施形態４において、受信用の全ての素子アンテナが等間隔に配置されていなくても、同一の受信チャンネルＲＸ１（ＲＸ２）の素子アンテナの数が全ての受信チャンネルに亘って同数のｍで構成され、素子アンテナ間隔が間隔ｄと間隔ｄ’の２つの異なる距離の場合は、同一の受信チャンネルＲＸ１（ＲＸ２）の素子アンテナ間隔は（ｄ＋ｄ’）となって、素子アンテナ間隔が等間隔となる。
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５におけるレーダ装置を図１０に基づいて説明する。
図１０はこの発明の実施の形態５におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置を示している。
実施の形態１〜４においては、同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナが、等間隔で配置されており、なおかつ、同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナの数が同一数で構成されている場合について述べてきたが、実施の形態５の発明は同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナが等間隔に配置されておらず、なおかつ同一数で構成されていない場合においても、この発明が適用できるようにしたものである。
次に、この発明の実施の形態５におけるレーダ装置を図１０に基づいて説明する。
図１０はこの発明の実施の形態５におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置を示している。
実施の形態１〜４においては、同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナが、等間隔で配置されており、なおかつ、同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナの数が同一数で構成されている場合について述べてきたが、実施の形態５の発明は同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナが等間隔に配置されておらず、なおかつ同一数で構成されていない場合においても、この発明が適用できるようにしたものである。
図１０において、全４個の受信用素子アンテナは等間隔に配置されているが、中央左側の素子アンテナについては、いずれの受信チャンネルとしても見なされない所謂ダミーの素子アンテナとして扱う。図１０のように、素子アンテナは端からＲＸ１−１、ダミー素子、ＲＸ２−１、ＲＸ１−２の順で定義し、互いに隣り合わないように配置された受信用
の素子アンテナ群（素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２）、（素子アンテナＲＸ２−１）をそれぞれ同一の受信チャンネル（それぞれ、ＲＸ１、ＲＸ２）と見なしてターゲット方位の計測を行う。
すなわち、受信チャンネルＲＸ１は素子間隔が３ｄの２個の素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２で構成され、受信チャンネルＲＸ２は素子アンテナＲＸ１−１から間隔２ｄ、素子アンテＲＸ１−２から間隔ｄ離れた１個の素子アンテナＲＸ２−１で構成されている。
の素子アンテナ群（素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２）、（素子アンテナＲＸ２−１）をそれぞれ同一の受信チャンネル（それぞれ、ＲＸ１、ＲＸ２）と見なしてターゲット方位の計測を行う。
すなわち、受信チャンネルＲＸ１は素子間隔が３ｄの２個の素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２で構成され、受信チャンネルＲＸ２は素子アンテナＲＸ１−１から間隔２ｄ、素子アンテＲＸ１−２から間隔ｄ離れた１個の素子アンテナＲＸ２−１で構成されている。
このように構成することにより、ダミーの素子アンテナが混在するなどして、同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナを同数かつ等間隔に割り振ることができない場合においても、互いに隣り合わないように配置された素子アンテナを同一チャンネルとして見なすことにより、チャンネル間隔を機構的最小の素子間隔にまで狭めることが可能となり、レーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できる。
また、ダミー素子の代わりにＲＸ１、ＲＸ２とは別の受信チャンネル（ＲＸ３）として見なしても同様の効果を得ることができる。また、この実施形態からも分かるように、単数の素子アンテナを１個の受信チャンネルとして見なす場合においても、同様の効果が得られることを示している。
また、ダミー素子の代わりにＲＸ１、ＲＸ２とは別の受信チャンネル（ＲＸ３）として見なしても同様の効果を得ることができる。また、この実施形態からも分かるように、単数の素子アンテナを１個の受信チャンネルとして見なす場合においても、同様の効果が得られることを示している。
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６におけるレーダ装置を図１１に基づいて説明する。
図１１はこの発明の実施の形態６におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置を示している。
この実施の形態６では、全ての素子アンテナの間隔が等間隔でなくて、なおかつ同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナが等間隔に配置されておらず、なおかつ同一数で構成されていない場合においても、この発明が適用できるようにしたものである。
次に、この発明の実施の形態６におけるレーダ装置を図１１に基づいて説明する。
図１１はこの発明の実施の形態６におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置を示している。
この実施の形態６では、全ての素子アンテナの間隔が等間隔でなくて、なおかつ同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナが等間隔に配置されておらず、なおかつ同一数で構成されていない場合においても、この発明が適用できるようにしたものである。
図１１に示すように、素子アンテナの間隔として、間隔ｄと間隔２ｄの異なる距離の間隔が混在しているため、受信用の全ての素子アンテナは等間隔に配置されていないことになる。さらに、同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナが等間隔に配置されておらず、なおかつ同一数で構成されていない。
すなわち、受信チャンネルＲＸ１は３つの素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ１−３が間隔３ｄで配置され、受信チャンネルＲＸ２は２つの素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２が間隔６ｄで配置され、受信チャンネルＲＸ３は２つの素子アンテナＲＸ３−１、ＲＸ３−２が間隔３ｄで配置されている。
すなわち、受信チャンネルＲＸ１は３つの素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ１−３が間隔３ｄで配置され、受信チャンネルＲＸ２は２つの素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２が間隔６ｄで配置され、受信チャンネルＲＸ３は２つの素子アンテナＲＸ３−１、ＲＸ３−２が間隔３ｄで配置されている。
しかしながら、互いに隣り合わないように配置された受信用の素子アンテナ群（素子アンテナＲＸ１−１、ＲＸ１−２、ＲＸ１−３）、（素子アンテナＲＸ２−１、ＲＸ２−２）、（素子アンテナＲＸ３−１、ＲＸ３−２）をそれぞれ同一の受信チャンネル（それぞれ、ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３）と見なしてターゲット方位の計測を行うことにより、この実施形態の場合においても、チャンネル間隔を機構的最小の素子間隔にまで狭めることが可能となり、レーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できる。参考までに、図１１に受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３における位相中心位置を示す。
実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７におけるレーダ装置を図１２に基づいて説明する。
図１２はこの発明の実施の形態７におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置を示している。
この実施の形態７では、受信用の全ての素子アンテナが等間隔で配置されていなくてもこの発明が適用できる、実施の形態５とは別の例について説明する。
図１２に示すアンテナ配置は、実施の形態１で示した４個の素子アンテナから構成され
るアンテナ群が、実施の形態１における素子アンテナ間隔ｄとは異なる間隔ｄ’の距離をを離して２個設置されている。このため、素子アンテナの間隔として、間隔ｄと間隔ｄ’の異なる距離の間隔が混在しているため、受信用の全ての素子アンテナは等間隔に配置されていない。
次に、この発明の実施の形態７におけるレーダ装置を図１２に基づいて説明する。
図１２はこの発明の実施の形態７におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置を示している。
この実施の形態７では、受信用の全ての素子アンテナが等間隔で配置されていなくてもこの発明が適用できる、実施の形態５とは別の例について説明する。
図１２に示すアンテナ配置は、実施の形態１で示した４個の素子アンテナから構成され
るアンテナ群が、実施の形態１における素子アンテナ間隔ｄとは異なる間隔ｄ’の距離をを離して２個設置されている。このため、素子アンテナの間隔として、間隔ｄと間隔ｄ’の異なる距離の間隔が混在しているため、受信用の全ての素子アンテナは等間隔に配置されていない。
しかしながら、実施の形態１と同様、それぞれのアンテナ群において１素子離れで互いに隣り合わない素子アンテナ同士、図１２に示す例の場合は、素子アンテナＲＸ１−１とＲＸ１−２、素子アンテナＲＸ２−１とＲＸ２−２、素子アンテナＲＸ３−１とＲＸ３−２、素子アンテナＲＸ４−１とＲＸ４−２をそれぞれ同一チャンネル（それぞれ、ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４）と見なして合成し、４つの受信チャンネルでターゲット方位の計測を行なうことによって、それぞれのアンテナ群においてのチャンネル間隔を機構的最小の素子間隔にまで狭めることが可能となり、レーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できるようになる。参考までに、図１２に受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４における位相中心位置を示す。
実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８におけるレーダ装置を図１３に基づいて説明する。
図１３はこの発明の実施の形態８におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置を示している。
この実施の形態８では、受信用の素子アンテナにおいて同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナが連続的に配置されている場合においても、この発明が適用できるようにしたものである。
次に、この発明の実施の形態８におけるレーダ装置を図１３に基づいて説明する。
図１３はこの発明の実施の形態８におけるレーダ装置の受信アンテナを構成する素子アンテナの配置を示している。
この実施の形態８では、受信用の素子アンテナにおいて同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナが連続的に配置されている場合においても、この発明が適用できるようにしたものである。
図１３に示すアンテナ配置は、実施の形態１で示した４個の素子アンテナから構成されるアンテナ群において、それぞれの素子アンテナが同一の受信チャンネルと見なされ連続的に２個配置された素子アンテナにより構成されたアンテナ群に置き換えられている。
すなわち、受信チャンネルＲＸ１は連続的に２個配置された素子アンテナ（ＲＸ１−１とＲＸ１−２）と連続的に２個配置された素子アンテナ（ＲＸ１−３とＲＸ１−４）とが隣り合わない位置関係の素子アンテナで構成されている。またもう一方の受信チャンネルＲＸ２は連続的に２個配置された素子アンテナ（ＲＸ２−１とＲＸ２−２）と連続的に２個配置された素子アンテナ（ＲＸ２−３とＲＸ２−４）とが隣り合わない位置関係の素子アンテナで構成されている。
また、この実施形態においては、全ての素子アンテナがアンテナ群に置き換えるとしたが、一部の素子アンテナを置き換えるようにしてもよいし、置き換える箇所ごとに素子アンテナの個数が異なっていても良い。
すなわち、受信チャンネルＲＸ１は連続的に２個配置された素子アンテナ（ＲＸ１−１とＲＸ１−２）と連続的に２個配置された素子アンテナ（ＲＸ１−３とＲＸ１−４）とが隣り合わない位置関係の素子アンテナで構成されている。またもう一方の受信チャンネルＲＸ２は連続的に２個配置された素子アンテナ（ＲＸ２−１とＲＸ２−２）と連続的に２個配置された素子アンテナ（ＲＸ２−３とＲＸ２−４）とが隣り合わない位置関係の素子アンテナで構成されている。
また、この実施形態においては、全ての素子アンテナがアンテナ群に置き換えるとしたが、一部の素子アンテナを置き換えるようにしてもよいし、置き換える箇所ごとに素子アンテナの個数が異なっていても良い。
このように、互いに隣り合わない位置関係に配置された複数の素子アンテナで構成された同一受信チャンネルの素子アンテナのうち、少なくとも一方の素子アンテナが互いに隣接して連続配置された２個以上の素子アンテナ群で構成することにより、アンテナ群同士は互いに隣り合わない位置関係にあるため、チャンネル間隔を極力狭めることが出来るとともに、レーダとして有効な測角範囲を最大限広く確保できるようになる。
また、受信アンテナを構成する一部または全ての素子アンテナが、同一受信チャンネルの素子アンテナが連続的に配置された素子アンテナ群に置き換えられたことにより、アンテナ開口を更に増大させることができるため、さらに検知距離を拡大することができる。
参考までに、図１３に２つの受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２における位相中心位置を示す。
また、受信アンテナを構成する一部または全ての素子アンテナが、同一受信チャンネルの素子アンテナが連続的に配置された素子アンテナ群に置き換えられたことにより、アンテナ開口を更に増大させることができるため、さらに検知距離を拡大することができる。
参考までに、図１３に２つの受信チャンネルＲＸ１、ＲＸ２における位相中心位置を示す。
この発明は、車載用レーダ装置における先行車ターゲットの位置、速度を計測するためのレーダ装置に利用できる。車載用レーダ装置に利用した場合、遠距離の測距性能を保持
しつつ、ガードレールや並走車両などのクラッタの誤検知を抑制した信頼性の高いレーダ装置を得ることができる。
しつつ、ガードレールや並走車両などのクラッタの誤検知を抑制した信頼性の高いレーダ装置を得ることができる。
２０１… 電圧制御発振器（VCO：Voltage Controlled Oscillator）
２０２… カプラ
２０３… アンプ
２０４… 送信アンテナ
２０５… 受信アンテナ（ＲＸ１−１〜ＲＸ１−４、ＲＸ２−１〜ＲＸ２−４）
２０６… ＲＸ１用合成回路
２０７… ＲＸ２用合成回路
２０８… アンプ
２０９… ＬＯ２分配器
２１０… ＲＸ１用ミキサ
２１１… ＲＸ２用ミキサ
２１２… アナログデジタル（Ａ／Ｄ：Analog to Digital）変換器
２１３… 信号処理回路
ＲＸ１〜ＲＸ４… 受信チャンネル
ＲＸ１−１〜ＲＸ１−４、ＲＸ２−１〜ＲＸ２−４、ＲＸ３−１〜ＲＸ３−２
ＲＸ４−１〜ＲＸ４−２ … 素子アンテナ
２０２… カプラ
２０３… アンプ
２０４… 送信アンテナ
２０５… 受信アンテナ（ＲＸ１−１〜ＲＸ１−４、ＲＸ２−１〜ＲＸ２−４）
２０６… ＲＸ１用合成回路
２０７… ＲＸ２用合成回路
２０８… アンプ
２０９… ＬＯ２分配器
２１０… ＲＸ１用ミキサ
２１１… ＲＸ２用ミキサ
２１２… アナログデジタル（Ａ／Ｄ：Analog to Digital）変換器
２１３… 信号処理回路
ＲＸ１〜ＲＸ４… 受信チャンネル
ＲＸ１−１〜ＲＸ１−４、ＲＸ２−１〜ＲＸ２−４、ＲＸ３−１〜ＲＸ３−２
ＲＸ４−１〜ＲＸ４−２ … 素子アンテナ
Claims (7)
- 送信アンテナと、ｎ個（ｎは３以上）の素子アンテナを用いて複数の受信チャンネルを構成している受信アンテナとを有し、前記送信アンテナから電波を送信してターゲットからの反射波を前記受信アンテナによって受信し、同一の受信チャンネルとして見なした前記複数の素子アンテナの受信信号を合成して前記受信チャンネルとしての受信信号を求め、得られた受信信号から導出される受信チャンネル間の位相差を用いて、前記ターゲットの方位を計測するレーダ装置において、前記受信チャンネルのうち少なくとも１個の受信チャンネルが、互いに隣り合わない位置関係に配置された複数の素子アンテナから構成され、前記受信アンテナを構成する前記ｎ個の素子アンテナが不等間隔で配置されていることを特徴とするレーダ装置。
- 請求項１に記載のレーダ装置において、同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナが等間隔で配置されておらず、且つ、同一数で構成されていないことを特徴とするレーダ装置。
- 請求項１に記載のレーダ装置において、同一の受信チャンネルとして見なされる素子アンテナの数が全ての受信チャンネルに亘って同数で構成され、且つ、１個の受信チャンネルを構成する素子アンテナの間隔を全受信チャンネルに亘って等間隔とすることを特徴とするレーダ装置。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーダ装置において、互いに隣り合わない位置関係に配置された複数の素子アンテナで構成された同一受信チャンネルの素子アンテナのうち、少なくとも一方の素子アンテナが互いに隣接して連続配置された２個以上の素子アンテナ群で構成されたことを特徴とするレーダ装置。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーダ装置において、前記受信アンテナが２個の受信チャンネルにより構成されており、同一の受信チャンネルとして見なした素子アンテナの受信信号をそれぞれ合成するために用いる合成回路の分岐構造が互いに対向する方向に配置されていることを特徴とするレーダ装置。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーダ装置において、前記受信アンテナが３個の受信チャンネルにより構成されており、同一の受信チャンネルとして見なした素子アンテナの受信信号をそれぞれ合成するために用いる合成回路の分岐構造が、互いに直交する方向に配置されていることを特徴とするレーダ装置。
- 請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーダ装置を、車載用レーダ装置に適用したことを特徴とするレーダ装置。
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|---|---|---|---|---|
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| CN108140956A (zh) * | 2015-10-07 | 2018-06-08 | 株式会社电装 | 天线装置以及物标检测装置 |
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-
2012
- 2012-05-10 JP JP2012108145A patent/JP2012168194A/ja active Pending
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| WO2024095335A1 (ja) * | 2022-10-31 | 2024-05-10 | マグナ エレクトロニクス スウェーデン エービー | コンピュータプログラム、物体検出装置及び物体検出方法 |
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