JP2017191033A - Ｍｉｍｏレーダ装置及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせたことが可能な、ＭＩＭＯレーダ装置を提供する。
【解決手段】Ｌ個（Ｌ≧２）の複数のアンテナ素子が第１のルールにより一方向に配置される第１のアレーアンテナと、Ｍ個（Ｍ≧２）の複数のアンテナ素子が第２のルールにより前記第１のアレーアンテナと同一の方向に配置されるとともに当該複数のアンテナ素子の内、少なくとも２つのアンテナ素子が当該第１のアレーアンテナを挟んで設けられる第２のアレーアンテナと、を備える、ＭＩＭＯレーダ装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本開示は、ＭＩＭＯレーダ装置及び車両に関する。

近年、自動車に複数のレーダ装置を搭載することで周囲の状況をセンシングして自動車の安全な走行を支援するシステムが実用化されている。このようなレーダ装置は、方位分解能が高いことと同時に小型かつ低コストであることが要求される。

低コストのために、Ｎｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙ技術を利用して、少ない受信アンテナ素子を所定の配置に分散配置させ、これらのアンテナ素子で受信した信号に所定の信号処理を施すことで、素子数の大きな仮想アレーアンテナで受信されたデータを生成する技術がある（特許文献１参照）。

また小型化のために、Ｍ個の素子のアレーアンテナで電波を送信し、Ｌ個の素子のアレーアンテナで受信することにより、Ｌ×Ｍ素子の仮想アレーアンテナで受信されたデータを生成するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ―Ｏｕｔｐｕｔ）レーダの信号処理技術がある（特許文献２参照）。

特開２０１４−１７３９４０号公報 特開２０１２−６８２２４号公報

しかし、Ｎｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙ技術およびＭＩＭＯ技術を用いてアンテナ素子数を拡大した小型レーダ装置でも、自動車に搭載するために求められる小型かつ低コストの要求にはまだまだ不十分である。

そこで、本開示では、Ｎｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙ技術およびＭＩＭＯ技術の組み合わせよりも，さらに少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせたことが可能な、新規かつ改良されたＭＩＭＯレーダ装置及びＭＩＭＯレーダ装置を備えた車両を提案する。

本開示によれば、Ｌ個（Ｌ≧２）の複数のアンテナ素子が第１のルールにより一方向に配置される第１のアレーアンテナと、Ｍ個（Ｍ≧２）の複数のアンテナ素子が第２のルールにより前記第１のアレーアンテナと同一の方向に配置されるとともに当該複数のアンテナ素子の内、少なくとも２つのアンテナ素子が当該第１のアレーアンテナを挟んで設けられる第２のアレーアンテナと、を備える、ＭＩＭＯレーダ装置が提供される。

また本開示によれば、第１のアレーアンテナに含まれるＬ個（Ｌ≧２）の複数のアンテナ素子のアンテナ端子が一辺に設けられ、第２のアレーアンテナに含まれるＭ個（Ｍ≧２）の複数のアンテナ素子のアンテナ端子が、前記一辺に直交する両側の辺に設けられる信号処理装置を備える、ＭＩＭＯレーダ装置が提供される。

また本開示によれば、上記ＭＩＭＯレーダ装置を備える、車両が提供される。

以上説明したように本開示によれば、Ｎｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙ技術およびＭＩＭＯ技術の組み合わせよりも，さらに少ないアンテナ素子数で高い方位分解能を持たせたことが可能な、新規かつ改良されたレーダ装置及びレーダ装置を備えた車両を提供することが出来る。

なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の構成例を示す説明図である。 完全ゴロム定規を示す説明図である。 ２９個のアンテナ素子を有する等間隔線形アレーアンテナを有するレーダ装置を示す説明図である。 本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の動作例を説明する流れ図である 本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の別の構成例を示す説明図である。 本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の構成例を示す説明図である。 本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の別の構成例を示す説明図である。 本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の別の構成例を示す説明図である。 ２レベルＮｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙを説明するための説明図である。 本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の別の構成例を示す説明図である。 車両にＭＩＭＯレーダ装置が搭載されている例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の実施の形態
１．１．ＭＩＭＯレーダ装置の構成例
１．２．ＭＩＭＯレーダ装置の動作例
１．３．ＭＩＭＯレーダ装置の変形例
２．まとめ

＜１．本開示の実施の形態＞
［１．１．ＭＩＭＯレーダ装置の構成例］
まず、図面を参照しながら本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置の構成例を説明する。

図１は、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の構成例を示す説明図である。以下、図１を用いて本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の構成例について説明する。

図１に示したように、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１は、受信アレーアンテナ１０と、送信アレーアンテナ２０と、信号処理装置１００と、を備えて構成される。

受信アレーアンテナ１０は、Ｌ個（Ｌ≧２）の受信アンテナ素子からなるアレーアンテナである。図１に示した受信アレーアンテナ１０は、最小間隔がｄで、素子数Ｌ＝４で、完全ゴロム定規の配列方法で線形に配置される。すなわち図１に示した受信アレーアンテナ１０は、一方向に配置される受信アンテナ素子１０−１〜１０−４の４本のアンテナ素子で構成される。また受信アレーアンテナ１０は、それぞれの受信アンテナ素子１０−１〜１０−４に対応した受信処理部３０−１〜３０−４を備える。

ゴロム定規とは、想像上の定規の上で一連の整数位置にマークを配置し、任意のマークの対の距離がどれをとっても等しくならないものをいう。そして完全ゴロム定規とは、この想像上の定規の全長までの距離を漏れなく全て測定できるようにマークが配置されたものをいう。

図２は、完全ゴロム定規を示す説明図である。完全ゴロム定規には、図２に示すように３種類の配列方法がある。次数が２の場合は［０，１］、次数が３の場合は［０，１，３］、次数が４の場合は［０，１，４，６］の目盛りがついている。次数が２の場合は、０及び１の位置にマークを配置することで、全長（＝１）までの距離を計測できることはいうまでも無い。次数が３の場合は、０、１及び３の位置にマークを配置することで、図２に示したように、１、２、３の距離、すなわち全長（＝３）までの距離を漏れなく計測できる。次数が４の場合は、０、１、４及び６の位置にマークを配置することで、図２に示したように、１〜６の距離、すなわち全長（＝６）までの距離を漏れなく計測できる。

本実施形態では、受信アンテナ素子１０−１、１０−２の間隔はｄ、受信アンテナ素子１０−２，１０−３の間隔は３ｄ、受信アンテナ素子１０−３、１０−４の間隔は２ｄとしている。すなわち、受信アンテナ素子１０−１〜１０−４は完全ゴロム定規の配列方法で線形に配置されていることになる。

送信アレーアンテナ２０は、Ｍ個（Ｍ≧２）送信アンテナ素子からなるアレーアンテナである。送信アレーアンテナ２０は最小間隔が受信アレーアンテナ１０の全幅よりも広いｋｄで、素子数Ｍ＝２で線形に配置される。すなわち図１に示した送信アレーアンテナ２０は、受信アレーアンテナ１０の受信アンテナ素子１０−１〜１０−４と同じ方向に配置される送信アンテナ素子２０−１、２０−２の２本のアンテナ素子で構成される。また送信アレーアンテナ２０は、それぞれの送信アンテナ素子２０−１、２０−２に対応した送信処理部４０−１、４０−２を備える。ここで，係数ｋの最大値は、受信アレーアンテナ１０の素子数Ｌと配列方法とに関連があり、後述するアレー拡張処理後にアンテナの素子間隔が均等に並ぶための条件として、下記の数式１に示す上限を定める。

図１の場合はＬ＝４であるからｋの最大値は１３になる．本実施形態では、ｋ＝８に設定して説明する．

送信アレーアンテナ２０は、送信処理部４０−１，４０−２で生成された、送信アンテナ素子毎に直交するレーダ信号を各送信アンテナ素子から送信する。受信アレーアンテナ１０は、送信アレーアンテナ２０から送信されたレーダ信号がターゲットで反射して戻ってきたレーダエコー信号を受信して、受信処理部３０−１，３０−２，３０−３，３０−４へ出力する。直交とは時間や周波数や符号の違いよって互いに干渉しないことである。この性質によって、レーダエコー信号を各送信アンテナ素子に由来する成分に分離できる。受信処理部３０−１，３０−２，３０−３，３０−４は、受信したレーダエコー信号に対して、増幅、周波数変換、周波数フィルタリング等の受信処理を行って、アナログデジタル変換したディジタル信号を信号処理装置１００に出力する。

信号処理装置１００は、ＭＩＭＯ展開部１１０と、相関行列生成部１２０と、拡張データ生成部１３０と、を備える。

ＭＩＭＯ展開部１１０は、受信処理部３０−１〜３０−４から入力したディジタル信号を、レーダ信号の直交性を利用して、送信アンテナ素子２０−１、２０−２に由来する成分に分離した後に、送信アンテナ素子２０−１、２０−２と受信アンテナ素子１０−１〜１０−４の組み合わせ毎に並べて、Ｌ×Ｍ個のＭＩＭＯ展開された受信信号ベクトルｘを生成する。ＭＩＭＯ展開部１１０は、具体的には、送信アンテナ素子２０−１から送信されて受信アンテナ素子１０−１〜１０−４で受信されたエコー信号と、送信アンテナ素子２０−２から送信されて受信アンテナ素子１０−１〜１０−４で受信されたエコー信号の順に並び替える。ＭＩＭＯ展開部１１０は、生成した受信信号ベクトルｘを相関行列生成部１２０に出力する。

送信アレーアンテナ２０のモードベクトルを数式２に、受信アレーアンテナ１０のモードベクトルを数式３に示す。以下の数式においてＴは転置を意味する．

数式２、３のφは数式４に示すように受信アレーアンテナ１０の最小間隔ｄと、レーダ信号の波長λと、レーダエコー信号の到来角θとで決まる値である。

通常、ｄはグレーティングローブの発生を抑圧するために、空間を１波長あたり２回サンプリングする０．５波長程度に設定される。

ＭＩＭＯ展開部１１０でＭＩＭＯ展開された受信信号ベクトルｘは、以下の数式５に示すように、レーダ信号がターゲットで反射して戻ってきた平面波のエコー信号ｓと、モードベクトルａ_ＭＩＭＯとの積になる。

ここで、モードベクトルａ_ＭＩＭＯは下記の数式６に示すように、送信アレーアンテナ２０と受信アレーアンテナ１０のモードベクトルのクロネッカー積になる。

相関行列生成部１２０は、ＭＩＭＯ展開部１１０で生成された受信信号ベクトルｘから、数式７で示す、サイズが（Ｌ×Ｍ）×（Ｌ×Ｍ）の相関行列Ｒ_XXを生成する。Ｈは共役転置を意味する。相関行列生成部１２０は、生成した相関行列Ｒ_XXを拡張データ生成部１３０に送る。

数式７に示した相関行列Ｒ_XXの位相は、ｅ^{−１４ｊφ}からｅ^{＋１４ｊφ}まで２９種類の全てが欠けることなく連続して含まれていることがわかる。この連続性は、数式１に示したｋの条件によって担保されている。繰り返しになるが、係数ｋの最大値は受信アレーアンテナ１０の素子数Ｌと配列方法で制限される。本実施形態の場合は、素子数４の完全ゴロム定規であるため、最大値が１３以下であれば相関行列の位相の連続性が確保できる。ちなみに、ｋ＝１３とすると相関行列の位相はｅ^{−１９ｊφ}からｅ^{＋１９ｊφ}までの３９種類の全てが欠けることなく連続して含まれるようになる。

拡張データ生成部１３０は、相関行列生成部１２０が生成した相関行列Ｒ_XXの要素を、数式８に示す拡張データベクトルｙにマッピングするアレー拡張処理をおこなう。

拡張データベクトルのモードベクトルａ_ＥＸは、数式９に示すようにｅ^{−１４ｊφ}からｅ^{＋１４ｊφ}までの連続した要素が並ぶ、長さＬ（Ｌ−１）＋ｋＭ（Ｍ−１）＋１の列ベクトルである。

本実施形態の場合は、Ｌ＝４、Ｍ＝２、ｋ＝８であるため、２９素子の等間隔線形アレーアンテナのモードベクトルと同様になる。従って、本実施形態のＭＩＭＯレーダ装置１は図３に示すような素子数が２９と大きな、等間隔線形アレーアンテナを有するレーダ装置と等価になる。

拡張データ生成部１３０は、相関行列Ｒ_XXから拡張データベクトルｙへのマッピングを、位相が同じ要素を平均化して、数式１０に示すようなＲ_XXをベクトル化した後に左側から変換行列Ｕを掛ける操作で行う。ｖｅｃは行列の列ベクトルを縦に並べてベクトル化することを意味する。

本実施形態では、拡張データベクトルｙが２９行で，ｖｅｃ（Ｒ_XX）が６４行なので、変換行列Ｕは数式１１に示すサイズが２９×６４の行列になる。

ＭＩＭＯレーダ装置１の実装は、基材として、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）基板等の高周波特性の良好な基材が用いられうる。基材として例えばＰＴＦＥ基板が用いられることで、ＭＩＭＯレーダ装置１は、基板のサイズを小さく出来て、製造コストを抑えることができる。

本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１は、係る構成を有することで、少ないアンテナ素子数でありながら、多くのアンテナ素子を備えることと等価の構成を有する。従って、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１は、係る構成を有することで、少ないアンテナ素子数でありながら、高い方位分解能を持たせることが可能になる。

以上、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の構成例を説明した。続いて、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の動作例を説明する。

［１．２．ＭＩＭＯレーダ装置の動作例］
図４は、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の動作例を説明する流れ図である。図４に示したのは、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１が備えている信号処理装置１００の動作例である。以下、図４を用いて本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の動作例について説明する。

ＭＩＭＯレーダ装置１は、送信アレーアンテナ２０の送信アンテナ素子毎に直交するレーダ信号を送信アレーアンテナ２０の各送信アンテナ素子から送信する。そしてＭＩＭＯレーダ装置１は、送信アレーアンテナ２０から送信されたレーダ信号がターゲットで反射して戻ってきたレーダエコー信号を受信アレーアンテナ１０で受信する。

受信アレーアンテナ１０は、受信したレーダエコー信号を、受信処理部３０−１，３０−２，３０−３，３０−４へ出力する。受信処理部３０−１，３０−２，３０−３，３０−４は、受信したレーダエコー信号に対して、増幅、周波数変換、周波数フィルタリング等の受信処理を行って、アナログデジタル変換したディジタル信号を信号処理装置１００に出力する。信号処理装置１００は、受信処理部３０−１，３０−２，３０−３，３０−４から出力されたディジタル信号を受信する（ステップＳ１０１）。

続いて信号処理装置１００は、受信したディジタル信号に対して、上述したように、送信アンテナ素子２０−１，２０−２と受信アンテナ素子１０−１，１０−２，１０−３，１０−４の組み合わせ毎に並び替えるＭＩＭＯ展開を行い、受信信号ベクトルを生成する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の処理は、例えばＭＩＭＯ展開部１１０が実行する。

続いて信号処理装置１００は、受信信号ベクトルから、上述したように相関行列を生成する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３の処理は、例えば相関行列生成部１２０が実行する。

そして信号処理装置１００は、生成した相関行列から、上述したように拡張データベクトルを生成する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の処理は、例えば拡張データ生成部１３０が実行する。

本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１は、係る動作を有することで、少ないアンテナ素子数でありながら、高い方位分解能を持たせることが可能になる。

本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１は、受信アレーアンテナ１０の各アンテナ素子を完全ゴロム定規の配列方法で配置し、送信アレーアンテナ２０のアンテナ素子間の最小間隔を受信アレーアンテナ１０の全幅よりも広く配置し、かつ、最小間隔の最大値を数式１で制限する。これにより、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１は、物理的サイズの肥大化を防ぎながら、素子数の大きな等間隔線形アレーアンテナを有するレーダ装置と等価な拡張データベクトルを生成できる。従って、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１は、小型化と高い方位分解能を両立することができる。

なお、本実施形態では受信アレーアンテナ１０の受信アンテナ素子数ＬがＬ＝４であり、受信アンテナ素子が完全ゴロム定規で配置され、送信アレーアンテナ２０の送信アンテナ素子数ＭがＭ＝２で、かつ線形に配置されるとして説明したが、本開示は係る例に限定されるものではない。例えば、送信アレーアンテナ２０の送信アンテナ素子の配置も完全ゴロム定規としてもよい。また、受信アンテナ素子数Ｌと送信アンテナ素子数とは２〜４の自然数のいずれの組み合わせでも可能であり、ＬがＭより多い場合に限らず、ＭがＬより多くてもよく、また等しくても良い。

図５は、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の別の構成例を示す説明図である。図５に示したのは、送信アレーアンテナ２０の送信アンテナ素子の数と、受信アレーアンテナ１０の受信アンテナ素子の数とが等しい（いずれも３である）場合の、ＭＩＭＯレーダ装置１の構成例である。

送信アレーアンテナ２０の送信アンテナ素子の配置と、受信アレーアンテナ１０の受信アンテナ素子の配置は、いずれも完全ゴロム定規の配列方法で配置している。送信アレーアンテナ２０の送信アンテナ素子の数と、受信アレーアンテナ１０の受信アンテナ素子の数とが等しい場合には、例えば図５に示したように受信アンテナ素子１０−１〜１０−３と、送信アンテナ素子２０−１〜２０−３とを配置することで、小型化と高い方位分解能を両立することができる。

本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１に使用されるＭＩＭＯレーダＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；大規模集積回路）は、送信アレーアンテナ２０の間に受信アレーアンテナ１０を配置しやすいように、一辺に受信アンテナ端子を配置して、その両側の辺に送信アンテナ端子を配置する端子配置を有していても良い。

図６は、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の構成例を示す説明図である。図６には、信号処理装置１００の内部にＭＩＭＯレーダＬＳＩ２００が搭載されている様子が示されている。

ＭＩＭＯレーダＬＳＩ２００は、図６に示したように、一辺に受信アンテナ端子ＲＸ１〜ＲＸ４を配置して、直交する両側の辺に送信アンテナ端子ＴＸ１、ＴＸ２を配置する端子配置を有していても良い。ＭＩＭＯレーダＬＳＩ２００がこのような端子配置を有することで、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１は、送信アレーアンテナ２０の間に受信アレーアンテナ１０が配置しやすくなる。

［１．３．ＭＩＭＯレーダ装置の変形例］
続いて、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の変形例を説明する。

上述した例では、内側のアレーアンテナを完全ゴロム定規の間隔で線形に配置されるとして説明したが、本開示は係る例に限定されるものではなく、内側のアレーアンテナは、例えば等間隔線形アレーの配置としてもよい。

図７は、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の別の構成例を示す説明図である。図７に示したのは、受信アレーアンテナ１０の受信アンテナ素子１０−１〜１０−４が等間隔ｄで線形に配置された場合の例である。

このように、内側が等間隔線形アレーの場合、外側のアレーアンテナ（図７の例では送信アレーアンテナ２０）の最小間隔を決める係数ｋは、以下の数式１２の条件となる。Ｌは、内側の等間隔線形アレーのアンテナ素子数である。

図７に示したＭＩＭＯレーダ装置１は、受信アレーアンテナ１０の受信アンテナ素子の数が４なので、ｋが７以下であれば、拡張データベクトルのモードベクトルａ_EXが連続になることを担保できる。

図７に示したＭＩＭＯレーダ装置１の送信アレーアンテナ２０のモードベクトルは、以下の数式１３である。また受信アレーアンテナ１０のモードベクトルは、以下の数式１４である。また、ＭＩＭＯ展開された受信信号ベクトルｘのモードベクトルは、以下の数式１５である。また、拡張データベクトルｙを生成するための相関行列は、以下の数式１６である。また、拡張データベクトルのモードベクトルａ_EXは、以下の数式１７である。そして、変換行列Ｕは数式１８に示すサイズが２１×６４の行列になる。

図７に示したＭＩＭＯレーダ装置１も、物理的サイズの肥大化を防ぎながら、素子数の大きな等間隔線形アレーアンテナを有するレーダ装置と等価な拡張データベクトルを生成できる。従って、図７に示したＭＩＭＯレーダ装置１は、小型化と高い方位分解能を両立することができる。

また、図１に示したＭＩＭＯレーダ装置１は、内側のアレーアンテナを完全ゴロム定規の間隔で線形に配置されるとして説明したが、本開示は係る例に限定されるものではない。内側のアレーアンテナは、２レベルＮｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙの配置としてもよい

図８は、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の別の構成例を示す説明図である。図８に示したのは、受信アレーアンテナ１０の受信アンテナ素子１０−１〜１０−４が２レベルＮｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙの配置である場合の例である。

２レベルＮｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙについて図９を用いて説明する。２レベルＮｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙとは、図９に示すように、素子間隔がｄで、素子数がＮ１であるレベル１等間隔線形アレーと、素子間隔が（Ｎ１＋１）ｄで、素子数がＮ２であるレベル２等間隔線形アレーと、を隣り合わせに並べて配置したアレーアンテナである。

内側のアレーアンテナが２レベルＮｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙの配置の場合、外側のアレーアンテナの最小間隔を決める係数ｋは、以下の数式１９の条件になる。

図８に示したＭＩＭＯレーダ装置１の場合、内側のアレーアンテナである受信アレーアンテナ１０の、２レベルＮｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙの素子数がＬ＝４であるので、ｋは１１以下であれば拡張データベクトルのモードベクトルａ_EXが連続になることを担保できる。以下、ｋ＝８の場合のモードベクトル等について説明する。

図８に示したＭＩＭＯレーダ装置１の送信アレーアンテナ２０のモードベクトルは、以下の数式２０である。また受信アレーアンテナ１０のモードベクトルは、以下の数式２１である。また、ＭＩＭＯ展開された受信信号ベクトルｘのモードベクトルは、以下の数式２２である。また、拡張データベクトルｙを生成するための相関行列は、以下の数式２３である。また、拡張データベクトルのモードベクトルａ_EXは、以下の数式２４である。そして、変換行列Ｕは数式２５に示すサイズが２７×６４の行列になる。

図８に示したＭＩＭＯレーダ装置１も、物理的サイズの肥大化を防ぎながら、素子数の大きな等間隔線形アレーアンテナを有するレーダ装置と等価な拡張データベクトルを生成できる。従って、図８に示したＭＩＭＯレーダ装置１は、小型化と高い方位分解能を両立することができる。

上述したＭＩＭＯレーダ装置１は、いずれも受信アレーアンテナ１０の外側に送信アレーアンテナ２０を配置した構成となっていたが、本開示は係る例に限定されるものではない。ＭＩＭＯレーダ装置１は、受信アレーアンテナ１０の内側に送信アレーアンテナ２０を配置した構成となってもよい。

図１０は、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１の別の構成例を示す説明図である。図１０に示したのは、図１に示した構成から受信アレーアンテナ１０と送信アレーアンテナ２０との位置を入れ替えて、受信アレーアンテナ１０の内側に送信アレーアンテナ２０を配置した構成の例である。送信アレーアンテナ２０は、４次の完全ゴロム定規の位置に送信アンテナ素子２０−１〜２０−４を配置したものとなっている。

図１０に示したＭＩＭＯレーダ装置１は、このように受信アレーアンテナ１０と送信アレーアンテナ２０との位置を入れ替えた場合であっても、物理的サイズの肥大化を防ぎながら、素子数の大きな等間隔線形アレーアンテナを有するレーダ装置と等価な拡張データベクトルを生成できる。従って、図１０に示したＭＩＭＯレーダ装置１は、小型化と高い方位分解能を両立することができる。

本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１は、小型化と高い方位分解能を両立することができるため、これらの要求が高いレベルで求められる、自動車の安全な走行を支援するシステムのレーダ装置に好適に適用することが可能である。

図１１は、車両２にＭＩＭＯレーダ装置１ａ〜１ｆが搭載されている例を示す説明図である。図１１に示したＭＩＭＯレーダ装置１ａ〜１ｆは、上述した本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１のいずれかであるとする。ＭＩＭＯレーダ装置１ａ〜１ｆは、短距離、中距離、長距離用のいずれかのレーダ装置であり、車両２の周囲の物体などの検知に用いられる。

このような、自動車の安全な走行を支援するシステムのレーダ装置として、本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置１を適用することで、上記システムの小型化及び高性能化に寄与することができる。

＜２．まとめ＞
以上説明したように、本開示の実施の形態によれば、複数のアンテナ素子からなり、完全ゴロム定規、等間隔、２レベルＮｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙなどの所定のルールによって当該アンテナ素子が配置される第１のアレーアンテナと、複数のアンテナ素子からなり、当該複数のアンテナ素子の内、少なくとも２つのアンテナ素子が当該第１のアレーアンテナを挟んで設けられる第２のアレーアンテナと、を備える、ＭＩＭＯレーダ装置が提供される。

本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置は、上述の２つのアレーアンテナを備えることにより、物理的サイズの肥大化を防ぎながら、素子数の大きな等間隔線形アレーアンテナを有するレーダ装置と等価な拡張データベクトルを生成できる。従って本開示の実施の形態に係るＭＩＭＯレーダ装置は、小型化と高い方位分解能を両立することができる。

本明細書の各装置が実行する処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図またはフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、各装置が実行する処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。

また、各装置に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した各装置の構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供されることが可能である。また、機能ブロック図で示したそれぞれの機能ブロックをハードウェアまたはハードウェア回路で構成することで、一連の処理をハードウェアまたはハードウェア回路で実現することもできる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
Ｌ個（Ｌ≧２）の複数のアンテナ素子が第１のルールにより一方向に配置される第１のアレーアンテナと、
Ｍ個（Ｍ≧２）の複数のアンテナ素子が第２のルールにより前記第１のアレーアンテナと同一の方向に配置されるとともに当該複数のアンテナ素子の内、少なくとも２つのアンテナ素子が当該第１のアレーアンテナを挟んで設けられる第２のアレーアンテナと、
を備える、ＭＩＭＯレーダ装置。
（２）
前記第１のルールは、完全ゴロム定規の位置に従って配置されることである、前記（１）に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
（３）
前記第１のルールは、２レベルＮｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙに従って配置されることである、前記（１）に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
（４）
前記第１のルールは、等間隔に配置されることである、前記（１）に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
（５）
前記第２のルールは、前記第１のアレーアンテナを挟むアンテナ素子の間隔に上限が設けられることである、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＭＩＭＯレーダ装置。
（６）
前記上限は、前記第１のアレーアンテナまたは前記第２のアレーアンテナが等間隔にアンテナ素子を設けた場合と等価となるための上限である、前記（５）に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
（７）
前記第１のアレーアンテナまたは前記第２のアレーアンテナのいずれかがレーダ信号を送信し、他方がレーダエコー信号を受信する、前記（１）〜（６）のいずれかに記載のＭＩＭＯレーダ装置。
（８）
受信した前記レーダエコー信号に対する信号処理を行う信号処理部をさらに備える、前記（７）に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
（９）
前記信号処理部は、前記レーダエコー信号からＬ×Ｍ個のＭＩＭＯ展開された受信信号ベクトルを生成する展開部と、
前記展開部が生成した受信信号ベクトルから、Ｌ×Ｍ行、Ｌ×Ｍ列の相関行列を生成する相関行列生成部と、
前記相関行列の要素を拡張データベクトルにマッピングする拡張データ生成部と、
を含む、前記（８）に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
（１０）
第１のアレーアンテナに含まれるＬ個（Ｌ≧２）の複数のアンテナ素子のアンテナ端子が一辺に設けられ、第２のアレーアンテナに含まれるＭ個（Ｍ≧２）の複数のアンテナ素子のアンテナ端子が、前記一辺に直交する両側の辺に設けられる信号処理装置を備える、ＭＩＭＯレーダ装置。
（１１）
前記（１）〜（１０）のいずれかに記載のＭＩＭＯレーダ装置を備える、車両。

１ ＭＩＭＯレーダ装置
１０ 受信アレーアンテナ
２０ 送信アレーアンテナ

Claims (11)

1. Ｌ個（Ｌ≧２）の複数のアンテナ素子が第１のルールにより一方向に配置される第１のアレーアンテナと、
   Ｍ個（Ｍ≧２）の複数のアンテナ素子が第２のルールにより前記第１のアレーアンテナと同一の方向に配置されるとともに当該複数のアンテナ素子の内、少なくとも２つのアンテナ素子が当該第１のアレーアンテナを挟んで設けられる第２のアレーアンテナと、
   を備える、ＭＩＭＯレーダ装置。
2. 前記第１のルールは、完全ゴロム定規の位置に従って配置されることである、請求項１に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
3. 前記第１のルールは、２レベルＮｅｓｔｅｄ Ａｒｒａｙに従って配置されることである、請求項１に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
4. 前記第１のルールは、等間隔に配置されることである、請求項１に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
5. 前記第２のルールは、前記第１のアレーアンテナを挟むアンテナ素子の間隔に上限が設けられることである、請求項１に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
6. 前記上限は、前記第１のアレーアンテナまたは前記第２のアレーアンテナが等間隔にアンテナ素子を設けた場合と等価となるための上限である、請求項５に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
7. 前記第１のアレーアンテナまたは前記第２のアレーアンテナのいずれかがレーダ信号を送信し、他方がレーダエコー信号を受信する、請求項１に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
8. 受信した前記レーダエコー信号に対する信号処理を行う信号処理部をさらに備える、請求項７に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
9. 前記信号処理部は、前記レーダエコー信号からＬ×Ｍ個のＭＩＭＯ展開された受信信号ベクトルを生成する展開部と、
   前記展開部が生成した受信信号ベクトルから、Ｌ×Ｍ行、Ｌ×Ｍ列の相関行列を生成する相関行列生成部と、
   前記相関行列の要素を拡張データベクトルにマッピングする拡張データ生成部と、
   を含む、請求項８に記載のＭＩＭＯレーダ装置。
10. 第１のアレーアンテナに含まれるＬ個（Ｌ≧２）の複数のアンテナ素子のアンテナ端子が一辺に設けられ、第２のアレーアンテナに含まれるＭ（Ｍ≧２）個の複数のアンテナ素子のアンテナ端子が、前記一辺に直交する両側の辺に設けられる信号処理装置を備える、ＭＩＭＯレーダ装置。
11. 請求項１に記載のＭＩＭＯレーダ装置を備える、車両。
    

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