JP2020056780A - Radar device - Google Patents

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Abstract

To provide an improved radar device capable of expanding an opening length per one antenna element and an opening length of a virtual reception array antenna.SOLUTION: A radar device includes a transmitting array antenna 108 and a receiving array antenna 202 one of which includes a first antenna element group in which a phase center of m antenna elements are arranged being equally spaced in a first axis direction with a first spacing D(m is an integer greater than or equal to 1), and the other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a second antenna element group in which a phase center of (n+1) antenna elements are arranged in the first axis direction with a second spacing D(n) (n is an integer greater than or equal to 1). A first interval Dsatisfies a desired relational expression (Equation (1)), and a second interval D(n) satisfies a specific relational expression.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本開示は、レーダ装置に関する。   The present disclosure relates to a radar device.

近年、高分解能が得られるマイクロ波又はミリ波を含む波長の短いレーダ送信信号を用いたレーダ装置の検討が進められている。また、屋外での安全性を向上させるために、車両以外にも、歩行者を含む物体(ターゲット)を広角範囲で検知するレーダ装置(広角レーダ装置)の開発が求められている。   In recent years, a radar device using a radar transmission signal having a short wavelength including a microwave or a millimeter wave capable of obtaining high resolution has been studied. Further, in order to improve outdoor safety, there is a demand for the development of a radar device (wide-angle radar device) that detects an object (target) including a pedestrian in a wide-angle range in addition to a vehicle.

また、レーダ装置として、受信ブランチに加え、送信ブランチにも複数のアンテナ素子(アレーアンテナ)を備え、送受信アレーアンテナを用いた信号処理によりビーム走査を行う構成(MIMO(Multiple Input Multiple Output)レーダと呼ぶこともある)が提案されている。   In addition, as a radar device, a configuration in which a plurality of antenna elements (array antennas) are provided in a transmission branch in addition to a reception branch and beam scanning is performed by signal processing using a transmission and reception array antenna (MIMO (Multiple Input Multiple Output) radar). (Sometimes called).

MIMOレーダでは、送受信アレーアンテナにおけるアンテナ素子の配置を工夫することにより、最大で送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数との積に等しい仮想的な受信アレーアンテナ(以下、仮想受信アレー、または仮想受信アレーアンテナと呼ぶ)を構成できる。これにより、少ない素子数によってアレーアンテナの実効的な開口長を増大させる効果がある。   In the MIMO radar, by arranging the antenna elements in the transmitting and receiving array antennas, a virtual receiving array antenna (hereinafter referred to as a virtual receiving array or a virtual receiving array) which is at most equal to the product of the number of transmitting antenna elements and the number of receiving antenna elements. Array antenna). This has the effect of increasing the effective aperture length of the array antenna with a small number of elements.

米国特許第9869762号明細書US Patent No. 9869762

本開示の一態様は、アンテナ1素子あたりの開口長および仮想受信アレーアンテナの開口長を拡大できる、改善されたレーダ装置の提供に資する。   One embodiment of the present disclosure contributes to providing an improved radar device that can increase the aperture length per antenna element and the aperture length of a virtual reception array antenna.

本開示の一態様に係るレーダ装置は、レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信回路と、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信回路と、を具備し、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、m個のアンテナ素子の位相中心が第1軸方向に沿って第1の間隔Dで等間隔に配置される第1のアンテナ素子群を含み(mは1以上の整数)、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの他方は、(n+1)個のアンテナ素子の位相中心が前記第1軸方向に沿って第2の間隔Dr(n)で配置される第2のアンテナ素子群を含む(nは1以上の整数)、前記第1の間隔Dは式(1a)を満たし、

Figure 2020056780
ここで、dは第1の基本間隔を示し、nは1以上の整数、
前記第2の間隔Dr(n)は、式(1b)を満たし、
Figure 2020056780
ここで、Nは、1≦n<Na-1を満たす整数であり、
は、式(1c)を満たす、
Figure 2020056780
構成を採る。 A radar device according to an aspect of the present disclosure includes a radar transmission circuit that transmits a radar signal from a transmission array antenna, and a radar reception circuit that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected from a target from a reception array antenna, comprising, the one is the transmission array antenna and the reception array antenna, a first antenna element phase center of the m antenna elements are arranged at equal intervals in the first interval D t along the first axis direction And the other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna has a phase center of (n + 1) antenna elements at a second interval along the first axial direction. Including a second antenna element group arranged by D r (n) (n is an integer of 1 or more), the first interval D t satisfies the formula (1a),
Figure 2020056780
Here, d H indicates a first basic interval, nt is an integer of 1 or more,
The second interval D r (n) satisfies equation (1b),
Figure 2020056780
Here, N a is an integer satisfying 1 ≦ n <N a -1,
n r satisfies equation (1c);
Figure 2020056780
Take the configuration.

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。   Note that these comprehensive or specific aspects may be realized by a system, a method, an integrated circuit, a computer program, or a recording medium, and any of the system, the device, the method, the integrated circuit, the computer program, and the recording medium It may be realized by any combination.

本開示の一態様によれば、アンテナ1素子あたりの開口長および仮想受信アレーアンテナの開口長を拡大できる、改善されたレーダ装置を提供できる。   According to an aspect of the present disclosure, it is possible to provide an improved radar device that can increase an aperture length per antenna element and an aperture length of a virtual reception array antenna.

本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および/または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、1つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。   Further advantages and advantages of one aspect of the present disclosure will be apparent from the description and drawings. Such advantages and / or advantages are each provided by some embodiments and by the features described in the description and drawings, but not necessarily all to achieve one or more identical features. There is no.

実施の形態1に係るレーダ装置の構成の一例を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a radar device according to Embodiment 1. 実施の形態1に係るレーダ送信部の構成の一例を示すブロック図FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a radar transmission unit according to Embodiment 1. 実施の形態1に係るレーダ送信信号の一例を示す図FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a radar transmission signal according to the first embodiment. 実施の形態1に係る制御部による送信アンテナの時分割切替動作の一例を示す図6 is a diagram showing an example of a time division switching operation of the transmitting antenna by the control unit according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るレーダ送信信号生成部の他の構成の一例を示すブロック図FIG. 9 is a block diagram showing another example of the configuration of the radar transmission signal generation unit according to the first embodiment. 実施の形態1に係るレーダ受信部の構成の一例を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a radar receiving unit according to Embodiment 1. 実施の形態1に係るレーダ装置のレーダ送信信号の送信タイミング、及び、測定範囲の一例を示す図FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a transmission timing of a radar transmission signal of the radar device according to Embodiment 1 and an example of a measurement range. 実施の形態1に係る方向推定部の動作説明に用いる三次元座標系を示す図FIG. 4 is a diagram showing a three-dimensional coordinate system used for describing the operation of the direction estimating unit according to the first embodiment. 実施の形態1に係るアンテナ配置の一例を示す図FIG. 4 is a diagram showing an example of an antenna arrangement according to the first embodiment. 実施の形態1に係るサブアレーアンテナ構成の一例を示す図FIG. 3 is a diagram showing an example of a sub-array antenna configuration according to the first embodiment. 実施の形態1のバリエーション1に係るアンテナ配置の一例を示す図FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to variation 1 of the first embodiment. 実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナによる1次元ビームによる指向性パターンの一例を示す図FIG. 7 is a diagram showing an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam by a virtual receiving array antenna according to variation 1 of the first embodiment. 実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナにウエイトをかけた場合の1次元ビームによる指向性パターンの一例を示す図FIG. 7 is a diagram showing an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam when a weight is applied to a virtual reception array antenna according to variation 1 of the first embodiment. 実施の形態1の比較例1に係るアンテナの配置の一例を示す図FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to a first comparative example of the first embodiment; 実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナによる1次元ビームによる指向性パターンの一例と比較例1に係る仮想受信アレーアンテナによる1次元ビームによる指向性パターンの一例との比較を示す図FIG. 7 is a diagram showing a comparison between an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam by a virtual reception array antenna according to Variation 1 of Embodiment 1 and an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam by a virtual reception array antenna according to Comparative Example 1; 実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナにウエイトをかけた場合の1次元ビームによる指向性パターンの一例と比較例1に係る仮想受信アレーアンテナによる1次元ビームによる指向性パターンの一例との比較を示す図An example of a directivity pattern by a one-dimensional beam when a weight is applied to the virtual reception array antenna according to Variation 1 of Embodiment 1 and an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam by the virtual reception array antenna according to Comparative Example 1 Diagram showing comparison of 実施の形態1のバリエーション2に係るアンテナ配置の一例を示す図FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to variation 2 of the first embodiment. 実施の形態1のバリエーション3に係るアンテナ配置の一例を示す図FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to variation 3 of the first embodiment. 実施の形態1のバリエーション4に係るアンテナ配置の一例を示す図FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to variation 4 of the first embodiment. 実施の形態1のバリエーション5に係るアンテナ配置の一例を示す図FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to variation 5 of the first embodiment. 実施の形態1のバリエーション5に係る仮想受信アレーアンテナによる1次元ビームによる指向性パターンの一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam by a virtual receiving array antenna according to Variation 5 of Embodiment 1; 実施の形態2に係るアンテナ配置の一例を示す図FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to the second embodiment. 実施の形態2に係る各アンテナ素子のサイズの一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of the size of each antenna element according to the second embodiment. 実施の形態2に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view along a first axial direction of a directivity pattern of a two-dimensional beam by a virtual receiving array antenna according to a second embodiment. 実施の形態2に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view along a second axial direction, showing a directivity pattern of a two-dimensional beam by the virtual receiving array antenna according to the second embodiment. 実施の形態2の比較例2に係るアンテナの配置の一例を示す図FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to a second comparative example of the second embodiment. 実施の形態2に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例と比較例2に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例との比較を示す図FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a directivity pattern of a two-dimensional beam by the virtual reception array antenna according to the second embodiment, which is an example of a cross-sectional view along the first axis direction and a directivity pattern of the two-dimensional beam by the virtual reception array antenna according to the second comparative example. FIG. 7 is a diagram showing a comparison with an example of a cross-sectional view along the first axial direction 実施の形態2に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例と比較例2に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例との比較を示す図FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a directivity pattern of a two-dimensional beam by the virtual reception array antenna according to the second embodiment, which is an example of a cross-sectional view along the second axial direction, and a directivity pattern of the two-dimensional beam by the virtual reception array antenna according to the second comparative example. FIG. 7 shows a comparison with an example of a cross-sectional view along the second axial direction. 実施の形態2のバリエーション1に係る送信アレーアンテナおよび受信アレーアンテナの配置の一例を示す図FIG. 14 is a diagram showing an example of the arrangement of a transmission array antenna and a reception array antenna according to variation 1 of the second embodiment. 実施の形態2のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナの配置の一例を示す図The figure which shows an example of arrangement | positioning of the virtual receiving array antenna which concerns on the variation 1 of Embodiment 2. 実施の形態2のバリエーション1に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of the size of an antenna element according to variation 1 of the second embodiment. 実施の形態2のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view along a first axis direction of a directivity pattern of a two-dimensional beam by a virtual reception array antenna according to variation 1 of the second embodiment. 実施の形態2のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view along a second axis direction, showing a directivity pattern of a two-dimensional beam by a virtual reception array antenna according to variation 1 of the second embodiment. 実施の形態2のバリエーション2に係る送信アレーアンテナおよび受信アレーアンテナの配置の一例を示す図FIG. 11 is a diagram showing an example of the arrangement of a transmission array antenna and a reception array antenna according to Variation 2 of Embodiment 2. 実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレーアンテナの配置の一例を示す図The figure which shows an example of arrangement | positioning of the virtual receiving array antenna which concerns on the variation 2 of Embodiment 2. 実施の形態2のバリエーション2に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of the size of an antenna element according to variation 2 of the second embodiment. 実施の形態2のバリエーション2に係るアンテナ素子のサイズがアンテナ素子毎に異なる場合の一例を示す図FIG. 14 is a diagram showing an example in which the size of the antenna element according to Variation 2 of Embodiment 2 is different for each antenna element. 実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view along a first axis direction of a directivity pattern of a two-dimensional beam by a virtual reception array antenna according to Variation 2 of Embodiment 2. 実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional view along a second axis direction, showing a directivity pattern of a two-dimensional beam by a virtual reception array antenna according to Variation 2 of Embodiment 2. 実施の形態2のバリエーション3に係る送信アレーアンテナおよび受信アレーアンテナの配置の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of the arrangement of a transmission array antenna and a reception array antenna according to variation 3 of the second embodiment. 実施の形態2のバリエーション3に係る仮想受信アレーアンテナの配置の一例を示す図The figure which shows an example of arrangement | positioning of the virtual receiving array antenna which concerns on the variation 3 of Embodiment 2. 実施の形態2のバリエーション3に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す図FIG. 14 is a diagram showing an example of the size of an antenna element according to variation 3 of the second embodiment. 実施の形態2のバリエーション3に係るアンテナ素子のサイズがアンテナ素子毎に異なる場合の一例を示す図The figure which shows an example when the size of the antenna element which concerns on the variation 3 of Embodiment 2 differs for every antenna element. 実施の形態2のバリエーション3に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional view along a first axis direction of a directivity pattern of a two-dimensional beam by a virtual reception array antenna according to Variation 3 of Embodiment 2. 実施の形態2のバリエーション3に係る仮想受信アレーアンテナによる2次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional view along a second axial direction, showing a directivity pattern of a two-dimensional beam by a virtual receiving array antenna according to Variation 3 of Embodiment 2. 実施の形態3に係る送受信アレーアンテナの配置及び仮想受信アレーアンテナの配置の一例を示す図FIG. 17 is a diagram showing an example of the arrangement of the transmitting and receiving array antennas and the arrangement of the virtual receiving array antenna according to the third embodiment. 実施の形態3に係る送受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図FIG. 14 is a diagram showing another example of the arrangement of the transmission / reception array antenna according to the third embodiment. 実施の形態3に係る仮想受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図FIG. 21 is a diagram showing another example of the arrangement of the virtual reception array antenna according to the third embodiment. 実施の形態3に係る送受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図FIG. 14 is a diagram showing another example of the arrangement of the transmission / reception array antenna according to the third embodiment. 実施の形態3に係る仮想受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図FIG. 21 is a diagram showing another example of the arrangement of the virtual reception array antenna according to the third embodiment. 実施の形態3に係る送受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図FIG. 14 is a diagram showing another example of the arrangement of the transmission / reception array antenna according to the third embodiment. 実施の形態3に係る仮想受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図FIG. 21 is a diagram showing another example of the arrangement of the virtual reception array antenna according to the third embodiment. 実施の形態4に係るレーダ装置の構成の一例を示すブロック図FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a radar device according to Embodiment 4. 実施の形態5に係るレーダ装置の構成の一例を示すブロック図Block diagram showing an example of the configuration of a radar device according to Embodiment 5. 実施の形態5に係るレーダ装置が用いるチャープパルスの一例を示す図FIG. 14 is a diagram showing an example of a chirp pulse used by the radar device according to the fifth embodiment.

例えば、レーダ装置として、パルス波を繰り返し発信するパルスレーダ装置が知られている。広角範囲において車両/歩行者を検知する広角パルスレーダの受信信号は、近距離に存在するターゲット(例えば車両)と、遠距離に存在するターゲット(例えば歩行者)とからの複数の反射波が混合された信号となる。このため、(1)レーダ送信部では、低いレンジサイドローブとなる自己相関特性(以下、低レンジサイドローブ特性と呼ぶ)を有するパルス波又はパルス変調波を送信する構成が要求され、(2)レーダ受信部では、広い受信ダイナミックレンジを有する構成が要求される。   For example, a pulse radar device that repeatedly transmits a pulse wave is known as a radar device. A received signal of a wide-angle pulse radar for detecting a vehicle / pedestrian in a wide-angle range is obtained by mixing a plurality of reflected waves from a target located at a short distance (eg, a vehicle) and a target located at a long distance (eg, a pedestrian). Signal. For this reason, (1) the radar transmitting unit is required to have a configuration for transmitting a pulse wave or a pulse-modulated wave having an autocorrelation characteristic (hereinafter, referred to as a low range sidelobe characteristic) serving as a low range sidelobe, and (2). The radar receiver is required to have a configuration having a wide reception dynamic range.

広角レーダ装置の構成として、以下の2つの構成が挙げられる。   The configuration of the wide-angle radar device includes the following two configurations.

一つ目の構成は、パルス波又は変調波を狭角(数度程度のビーム幅)の指向性ビームを用いて、機械的又は電子的に走査してレーダ波を送信し、狭角の指向性ビームを用いて反射波を受信する構成である。この構成では、高分解能を得るためには走査回数が増加するので、高速移動するターゲットに対する追従性が劣化する。   The first configuration is that a pulse wave or a modulated wave is mechanically or electronically scanned using a directional beam having a narrow angle (a beam width of several degrees) to transmit a radar wave, and a narrow angle directional beam is transmitted. This is a configuration for receiving a reflected wave using a neutral beam. In this configuration, the number of scans increases in order to obtain high resolution, so that the followability for a target moving at high speed is deteriorated.

二つ目の構成は、受信ブランチにおいて、複数のアンテナ(複数のアンテナ素子)で構成されるアレーアンテナによって反射波を受信し、アンテナ素子間隔に対する受信位相差に基づく信号処理アルゴリズムによって反射波の到来角を推定する手法(Direction of Arrival (DOA) estimation)を用いる構成である。この構成では、送信ブランチでの送信ビームの走査間隔を間引いたとしても、受信ブランチにおいて到来角を推定できるので、走査時間の短縮化を図ることができ、1つ目の構成と比較して追従性が向上する。例えば、到来方向推定方法には、行列演算に基づくフーリエ変換、逆行列演算に基づくCapon法及びLP(Linear Prediction)法、又は、固有値演算に基づくMUSIC(Multiple Signal Classification)及びESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)が挙げられる。   The second configuration is that, in the reception branch, a reflected wave is received by an array antenna composed of a plurality of antennas (a plurality of antenna elements), and the arrival of the reflected wave is performed by a signal processing algorithm based on a reception phase difference with respect to an antenna element interval. The configuration uses a method of estimating an angle (Direction of Arrival (DOA) estimation). In this configuration, even if the scanning interval of the transmission beam in the transmission branch is thinned, the angle of arrival can be estimated in the reception branch, so that the scanning time can be shortened and the tracking can be performed as compared with the first configuration. The performance is improved. For example, the direction-of-arrival estimation method includes Fourier transform based on matrix operation, Capon method and LP (Linear Prediction) method based on inverse matrix operation, or MUSIC (Multiple Signal Classification) based on eigenvalue operation and ESPRIT (Estimation of Signal Parameters). via Rotational Invariance Techniques).

また、受信ブランチに加え、送信ブランチでも複数のアンテナ素子を用いてビーム走査を行うMIMOレーダは、時分割、周波数分割又は符号分割を用いて多重した信号を複数の送信アンテナ素子から送信し、周辺物体で反射された信号を複数の受信アンテナ素子で受信し、受信信号の各々から、多重された送信信号を分離して受信する。   Also, in addition to the reception branch, the MIMO radar that performs beam scanning using a plurality of antenna elements in the transmission branch also transmits a signal multiplexed using time division, frequency division or code division from a plurality of transmission antenna elements, and A signal reflected by an object is received by a plurality of receiving antenna elements, and a multiplexed transmission signal is separated and received from each of the received signals.

さらに、MIMOレーダでは、送受信アレーアンテナにおけるアンテナ素子の配置を工夫することにより、最大で送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数との積に等しい仮想的な受信アレーアンテナ(仮想受信アレー、又は、仮想受信アレーアンテナ)を構成できる。これにより、送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数との積で示される伝搬路応答を得ることができ、送受信アンテナ素子間隔を適切に配置することで、少ない素子数によってアレーアンテナの実効的な開口長を仮想的に拡大し、角度分解能の向上を図ることができる。   Further, in the MIMO radar, by devising the arrangement of the antenna elements in the transmission / reception array antenna, a virtual reception array antenna (virtual reception array or virtual reception array) which is at most equal to the product of the number of transmission antenna elements and the number of reception antenna elements. Receiving array antenna). As a result, a propagation path response represented by the product of the number of transmitting antenna elements and the number of receiving antenna elements can be obtained. By appropriately arranging the transmitting and receiving antenna element intervals, the effective aperture of the array antenna can be reduced with a small number of elements. The length can be virtually enlarged to improve the angular resolution.

ここで、MIMOレーダにおけるアンテナ素子構成として、1つのアンテナ素子を用いる構成(以下、単体アンテナと呼ぶ)と、複数のアンテナ素子をサブアレー化した構成(以下、サブアレー、またはサブアレーアンテナ構成と呼ぶ)とに大別される。   Here, as the antenna element configuration in the MIMO radar, there are a configuration using one antenna element (hereinafter, referred to as a single antenna) and a configuration in which a plurality of antenna elements are formed into a sub-array (hereinafter, referred to as a sub-array or a sub-array antenna configuration). Are roughly divided into

単体アンテナを用いた場合は、サブアレーを用いた場合と比較して、広い指向性を有する特性となるが、アンテナ利得は相対的に低くなる。そのため、反射波信号の受信SNR(Signal to Noise Ratio)を向上させるためには、受信信号処理において、例えば、より多くの加算処理を行うか、或いは、単体アンテナを複数用いてアンテナを構成することになる。   When a single antenna is used, the characteristics have a wider directivity than when a subarray is used, but the antenna gain is relatively low. Therefore, in order to improve the reception SNR (Signal to Noise Ratio) of the reflected wave signal, in the reception signal processing, for example, more addition processing is performed, or an antenna is configured using a plurality of single antennas. become.

一方、サブアレーを用いた場合は、単体アンテナを用いた場合と比較して、1つのサブアレーには、複数のアンテナ素子が含まれるため、アンテナとしての物理的なサイズが大きくなり、メインビーム方向のアンテナ利得を向上させることができる。具体的には、サブアレーの物理的なサイズは、送信信号の無線周波数(キャリア周波数)における波長程度以上となる。   On the other hand, when a sub-array is used, a single sub-array includes a plurality of antenna elements as compared with a case where a single antenna is used. Antenna gain can be improved. Specifically, the physical size of the sub-array is equal to or larger than the wavelength at the radio frequency (carrier frequency) of the transmission signal.

また、MIMOレーダは垂直方向又は水平方向の1次元走査を行う場合以外に、垂直方向及び水平方向の2次元のビーム走査を行う場合にも適用可能である(例えば、特許文献1を参照)。   The MIMO radar can be applied not only to one-dimensional scanning in the vertical or horizontal direction but also to two-dimensional beam scanning in the vertical and horizontal directions (for example, see Patent Document 1).

2次元にビーム走査が行われるMIMOレーダとして、例えば、車載用途などに用いられる長距離用のMIMOレーダがある。長距離用のMIMOレーダにおいては、水平方向に1次元にビーム走査を行うMIMOレーダと同等の水平方向の高い分解能が求められるのに加え、垂直方向の角度推定能力も求められる。   As a MIMO radar that performs beam scanning in two dimensions, for example, there is a long-distance MIMO radar used for in-vehicle applications. In a long-distance MIMO radar, a high resolution in the horizontal direction equivalent to that of a MIMO radar that performs one-dimensional beam scanning in the horizontal direction is required, and a capability of estimating an angle in the vertical direction is also required.

例えば、低コスト化等の要請から、MIMOレーダに対して送受信ブランチのアンテナ数の制約(例えば、送信4アンテナ素子程度および/または受信4アンテナ素子程度)がある場合、より多くのアンテナ素子を用いて反射波信号の受信SNRを向上させることが困難である。さらに、2次元にビーム走査が行われるMIMOレーダは、1次元ビーム走査を行うMIMOレーダと比較して、MIMOレーダによる仮想受信アレーアンテナの開口長も制約され、水平方向の分解能が低下する。   For example, when there is a restriction on the number of transmitting and receiving antennas for a MIMO radar (for example, about 4 transmitting antenna elements and / or about 4 receiving antenna elements) due to a request for cost reduction or the like, more antenna elements are used. Therefore, it is difficult to improve the reception SNR of the reflected wave signal. Furthermore, the MIMO radar that performs two-dimensional beam scanning has a restriction on the aperture length of the virtual receiving array antenna by the MIMO radar as compared with the MIMO radar that performs one-dimensional beam scanning, and the horizontal resolution is reduced.

垂直方向の角度推定能力を向上させるために、例えば、アレーアンテナを構成するアンテナ素子(以下、アレー素子と呼ぶ)の各々が更に複数のアンテナ素子から構成されるサブアレーアンテナ構成を用いることにより。アレーアンテナの指向性利得を向上させることがある。しかしながら、送信アンテナ素子と受信アンテナ素子とのいずれについても、アンテナ素子を水平方向及び垂直方向に半波長程度で等間隔に配置する場合、隣接するアンテナ素子との間隔も半波長程度となる。したがって、隣接するアンテナ素子との物理的な干渉による物理的制約から、アンテナ素子のサイズを半波長程度よりも大きくすることが困難であり、アンテナ素子をサブアレー化するのが困難である。   In order to improve the capability of estimating the angle in the vertical direction, for example, by using a sub-array antenna configuration in which each of the antenna elements constituting the array antenna (hereinafter, referred to as an array element) further includes a plurality of antenna elements. The directional gain of the array antenna may be improved. However, when the antenna elements of both the transmitting antenna element and the receiving antenna element are arranged at equal intervals in the horizontal and vertical directions at about a half wavelength, the spacing between adjacent antenna elements is also about a half wavelength. Therefore, it is difficult to make the size of the antenna element larger than about half a wavelength, and it is difficult to make the antenna element into a sub-array due to physical restrictions due to physical interference with an adjacent antenna element.

一方、アンテナ素子をサブアレー化するためにアンテナを不等間隔に配置し、隣接するアンテナ間の間隔を1波長以上拡げることも可能である(特許文献1を参照)。しかしながら、隣接するアンテナ間の間隔を1波長以上拡げると、仮想受信アレーアンテナの間隔が1波長以上に拡がり、角度方向のグレーティングローブ又はサイドローブ成分が発生し、レーダ装置による誤検出の確率が増大する。   On the other hand, it is also possible to arrange antennas at irregular intervals in order to make the antenna elements into a sub-array, and to increase the interval between adjacent antennas by one or more wavelengths (see Patent Document 1). However, if the interval between adjacent antennas is extended by one wavelength or more, the interval between the virtual receiving array antennas is extended to one wavelength or more, and grating lobes or side lobe components are generated in the angular direction, and the probability of erroneous detection by the radar device increases. I do.

誤検出の少ないMIMOレーダを実現するためには、形成するビームのサイドローブが低くなるような仮想受信アレーアンテナの構成が求められる。サイドローブを低くするために、仮想受信アレーアンテナにおいてアンテナ素子を水平方向および垂直方向に半波長程度で等間隔に配置するのが望ましい。そこで、アンテナ素子を1波長以上の一定間隔で配置しつつ、仮想受信アレーアンテナを半波長の間隔で配置する構成も提案されている(特許文献1を参照)。しかしながら、仮想受信アレーアンテナを半波長の間隔で配置する以上、アンテナ数の制約によって仮想受信アレーアンテナの開口長が制限される。また、アンテナ素子間隔を拡げるほどグレーティングローブがメインローブの近くに発生し、誤検出の確率が増大する。   In order to realize a MIMO radar with few erroneous detections, a configuration of a virtual receiving array antenna in which the side lobe of a beam to be formed is low is required. In order to reduce the side lobes, it is desirable to arrange the antenna elements in the virtual receiving array antenna at equal intervals in the horizontal and vertical directions at about half a wavelength. Therefore, there has been proposed a configuration in which the antenna elements are arranged at regular intervals of one or more wavelengths, and the virtual receiving array antennas are arranged at half-wavelength intervals (see Patent Document 1). However, since the virtual receiving array antennas are arranged at half-wavelength intervals, the aperture length of the virtual receiving array antenna is limited by the restriction on the number of antennas. Also, as the antenna element interval is increased, a grating lobe is generated near the main lobe, and the probability of erroneous detection increases.

<実施の形態1>
本開示の一態様によれば、仮想受信アレーアンテナの開口長を拡げつつ、不要なグレーティングローブの発生を抑えることができるレーダ装置が提供される。また、アンテナ素子にサブアレーアンテナ構成を用いて、アンテナ素子の指向性利得を向上できるレーダ装置が提供される。
<First Embodiment>
According to an aspect of the present disclosure, a radar device that can suppress the generation of unnecessary grating lobes while increasing the aperture length of a virtual reception array antenna is provided. Further, there is provided a radar apparatus capable of improving the directivity gain of an antenna element by using a sub-array antenna configuration for the antenna element.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

なお、以下に説明する実施の形態は一例であり、本開示は以下の実施の形態により限定されるものではない。   The embodiments described below are examples, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.

[レーダ装置10の構成]
図1は、本実施の形態に係るレーダ装置10の構成の一例を示すブロック図である。レーダ装置10は、レーダ送信部(送信ブランチまたはレーダ送信回路とも称する)100と、レーダ受信部(受信ブランチまたはレーダ受信回路とも称する)200と、基準信号生成部(基準信号生成回路)300と、制御部(制御回路)400と、を有する。
[Configuration of the radar device 10]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a radar device 10 according to the present embodiment. The radar device 10 includes a radar transmission unit (also referred to as a transmission branch or a radar transmission circuit) 100, a radar reception unit (also referred to as a reception branch or a radar reception circuit) 200, a reference signal generation unit (reference signal generation circuit) 300, A control unit (control circuit) 400.

レーダ装置10は、例えば、時分割多重方式を用いたMIMOレーダである。即ち、レーダ装置10のレーダ送信部100において、複数の送信アンテナが時分割で切り替えられ、時分割多重された異なるレーダ送信信号が送出される。また、レーダ装置10のレーダ受信部200において、時分割多重された各送信信号を分離することにより受信処理が行われる。しかしながら、レーダ装置10の構成は、これに限定されない。例えば、レーダ装置10のレーダ送信部100において、複数の送信アンテナから周波数分割多重された異なる送信信号が送出され、レーダ受信部100において、周波数分割多重された各送信信号を分離することにより受信処理が行われる構成でもよい。また、同様に、例えば、レーダ装置10のレーダ送信部100において、複数の送信アンテナから符号分割多重された異なる送信信号が送出され、レーダ受信部100において、符号分割多重された各送信信号を分離することにより受信処理が行われる構成でもよい。以下においては、時分割多重方式を用いるレーダ装置10を例にとって説明する。   The radar device 10 is, for example, a MIMO radar using a time division multiplex method. That is, in the radar transmitting unit 100 of the radar device 10, a plurality of transmission antennas are switched in a time division manner, and different time division multiplexed radar transmission signals are transmitted. Further, in the radar receiving section 200 of the radar device 10, the reception processing is performed by separating each time-division multiplexed transmission signal. However, the configuration of the radar device 10 is not limited to this. For example, in the radar transmitting unit 100 of the radar device 10, different transmission signals subjected to frequency division multiplexing are transmitted from a plurality of transmission antennas, and the radar receiving unit 100 separates the frequency division multiplexed transmission signals to perform reception processing. May be performed. Similarly, for example, in the radar transmitting unit 100 of the radar device 10, different transmission signals multiplexed by code division are transmitted from a plurality of transmission antennas, and the radar reception unit 100 separates each transmission signal multiplexed by code division. In such a case, the receiving process may be performed. Hereinafter, the radar device 10 using the time division multiplexing method will be described as an example.

レーダ送信部100は、基準信号生成部300から受け取る基準信号に基づいて高周波(無線周波数:Radio Frequency)のレーダ信号(レーダ送信信号)を生成する。そして、レーダ送信部100は、複数の送信アンテナ素子#1〜#Nを時分割で切り替えて、レーダ送信信号を送信する。 The radar transmitter 100 generates a high-frequency (radio frequency) radar signal (radar transmission signal) based on the reference signal received from the reference signal generator 300. Then, radar transmitting section 100 switches the plurality of transmitting antenna elements # 1 to #Nt in a time-division manner and transmits a radar transmission signal.

レーダ受信部200は、ターゲット(図示せず)において反射されたレーダ送信信号である反射波信号を、複数の受信アンテナ素子#1〜#Nを用いて受信する。レーダ受信部200は、基準信号生成部300から受け取る基準信号を用いて、下記の処理動作を行うことで、レーダ送信部100と同期した処理を行う。レーダ受信部200は、各受信アンテナ素子202において受信した反射波信号を信号処理し、少なくともターゲットの有無検出又は方向推定を行う。なお、ターゲットは、レーダ装置10が検出する対象の物体であり、例えば、車両(2輪、3輪、及び4輪を含む)又は人を含む。 Radar receiver 200, a reflected wave signal is reflected radar transmission signal in the target (not shown), it receives using a plurality of receive antenna elements # 1~ # N a. The radar receiving unit 200 performs a process synchronized with the radar transmitting unit 100 by performing the following processing operation using the reference signal received from the reference signal generating unit 300. The radar receiver 200 performs signal processing on the reflected wave signal received by each of the receiving antenna elements 202, and performs at least detection of the presence or absence of a target or estimation of the direction. The target is an object to be detected by the radar device 10, and includes, for example, a vehicle (including two, three, and four wheels) or a person.

基準信号生成部300は、レーダ送信部100及びレーダ受信部200のそれぞれに接続されている。基準信号生成部300は、基準信号をレーダ送信部100及びレーダ受信部200に供給し、レーダ送信部100及びレーダ受信部200の処理を同期させる。   The reference signal generator 300 is connected to each of the radar transmitter 100 and the radar receiver 200. The reference signal generating unit 300 supplies the reference signal to the radar transmitting unit 100 and the radar receiving unit 200, and synchronizes the processes of the radar transmitting unit 100 and the radar receiving unit 200.

制御部400は、レーダ送信部100が生成するパルス符号、レーダ送信部100による可変ビーム制御において設定する位相、及び、レーダ送信部100が信号を増幅するレベルを、レーダ送信周期Tr毎に設定する。そして、制御部400は、パルス符号を指示する制御信号(符号制御信号)、位相を指示する制御信号(位相制御信号)、及び、送信信号の増幅レベルを指示する制御信号(送信制御信号)を、レーダ送信部100に出力する。また、制御部400は、レーダ送信部100における送信サブアレー#1〜#Nの切替(レーダ送信信号の出力切替)タイミングを指示する出力切替信号を、レーダ受信部200に出力する。 The control unit 400 sets a pulse code generated by the radar transmission unit 100, a phase set in the variable beam control by the radar transmission unit 100, and a level at which the radar transmission unit 100 amplifies a signal for each radar transmission cycle Tr. I do. Then, the control unit 400 transmits a control signal (code control signal) indicating a pulse code, a control signal (phase control signal) indicating a phase, and a control signal (transmission control signal) indicating an amplification level of a transmission signal. , To the radar transmitter 100. In addition, control section 400 outputs to radar receiving section 200 an output switching signal instructing switching timing of transmission sub-arrays # 1 to #N (output switching of radar transmission signals) in radar transmitting section 100.

[レーダ送信部100の構成]
図2は、本実施の形態に係るレーダ送信部100の構成の一例を示すブロック図である。レーダ送信部100は、レーダ送信信号生成部(レーダ送信信号生成回路)101と、送信周波数変換部(送信周波数変換回路)105と、電力分配器(電力分配回路)106と、送信増幅部(送信増幅回路)107と、送信アレーアンテナ108と、を有する。
[Configuration of Radar Transmitter 100]
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of radar transmitting section 100 according to the present embodiment. The radar transmission unit 100 includes a radar transmission signal generation unit (radar transmission signal generation circuit) 101, a transmission frequency conversion unit (transmission frequency conversion circuit) 105, a power divider (power distribution circuit) 106, and a transmission amplification unit (transmission). Amplifying circuit) 107 and a transmission array antenna 108.

なお、以下では、符号化パルスレーダを用いたレーダ送信部100の構成を一例として示すが、これに限定されず、例えば、FM−CW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダの周波数変調を用いたレーダ送信信号に対しても同様に適用可能である。   In the following, the configuration of the radar transmitting unit 100 using the coded pulse radar is shown as an example, but is not limited thereto. For example, radar transmission using frequency modulation of an FM-CW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar. The same can be applied to signals.

レーダ送信信号生成部101は、基準信号生成部300から受け取る基準信号を所定数倍したタイミングクロック(クロック信号)を生成し、生成したタイミングクロックに基づいてレーダ送信信号を生成する。そして、レーダ送信信号生成部101は、制御部400からの所定のレーダ送信周期Tr毎の符号制御信号に基づいて、レーダ送信周期Trにてレーダ送信信号を繰り返し出力する。 The radar transmission signal generator 101 generates a timing clock (clock signal) obtained by multiplying the reference signal received from the reference signal generator 300 by a predetermined number, and generates a radar transmission signal based on the generated timing clock. Then, the radar transmission signal generation unit 101 repeatedly outputs the radar transmission signal at the radar transmission period Tr based on the code control signal for each predetermined radar transmission period Tr from the control unit 400.

レーダ送信信号は、y(kt,M)=I(kT,M)+jQ(kt,M)で表される。ここで、jは虚数単位を表し、kは離散時刻を表し、Mはレーダ送信周期の序数を表す。また、I(kT,M)及びQ(kT,M)は、第M番目のレーダ送信周期における離散時刻kTにおけるレーダ送信信号(kT,M)の同相成分(In-Phase成分)、及び直交成分(Quadrature成分)をそれぞれ表す。 Radar transmission signal, y (k t, M) = I (k T, M) + jQ (k t, M) is represented by. Here, j represents an imaginary unit, k represents a discrete time, and M represents an ordinal of a radar transmission cycle. Further, I (k T , M) and Q (k T , M) are in-phase components (In-Phase components) of the radar transmission signal (k T , M) at the discrete time k T in the M-th radar transmission cycle. , And a quadrature component.

レーダ送信信号生成部101は、符号生成部(符号生成回路)102と、変調部(変調回路)103と、LPF(Low Pass Filter)104とを含む。   The radar transmission signal generation unit 101 includes a code generation unit (code generation circuit) 102, a modulation unit (modulation circuit) 103, and an LPF (Low Pass Filter) 104.

符号生成部102は、レーダ送信周期Tr毎の符号制御信号に基づいて、第M番目のレーダ送信周期における符号長Lの符号系列の符号an(M)(n=1,…,L)(パルス符号)を生成する。符号生成部102において生成される符号an(M)には、低レンジサイドローブ特性が得られるパルス符号が用いられる。符号系列としては、例えば、Barer符号、M系列符号、Gold符号が挙げられる。なお、符号生成部102で生成される符号an(M)は、同一の符号であっても、異なる符号が含まれる符号であってもよい。 The code generation unit 102 generates a code a n (M) (n = 1,..., L) of a code sequence having a code length L in the M-th radar transmission cycle based on a code control signal for each radar transmission cycle Tr. (Pulse code). As the code a n (M) generated by the code generation unit 102, a pulse code that provides a low range sidelobe characteristic is used. Examples of the code sequence include a Barer code, an M-sequence code, and a Gold code. The code a n (M) generated by the code generation unit 102 may be the same code or a code including a different code.

変調部103は、符号生成部102から出力される符号an(M)に対してパルス変調(振幅変調、ASK(Amplitude Shift Keying)、またはパルスシフトキーイング)又は位相変調(PSK:Phase Shift Keying)を行い、変調信号をLPF104へ出力する。 Modulator 103, a pulse modulation to the code a n (M) output from the code generation unit 102 (amplitude modulation, ASK (Amplitude Shift Keying), or pulse shift keying) or phase modulation (PSK: Phase Shift Keying) And outputs the modulated signal to the LPF 104.

LPF104は、変調部103から出力される変調信号のうち、所定の制限帯域以下の信号成分を、ベースバンドのレーダ送信信号として送信周波数変換部105へ出力する。   LPF 104 outputs, to the transmission frequency conversion section 105, a signal component having a frequency equal to or less than a predetermined limit band among the modulation signals output from the modulation section 103, as a baseband radar transmission signal.

送信周波数変換部105は、LPF104から出力されるベースバンドのレーダ送信信号を、所定のキャリア周波数(RF:Radio Frequency)帯でのレーダ送信信号に周波数変換する。   The transmission frequency conversion unit 105 frequency-converts a baseband radar transmission signal output from the LPF 104 into a radar transmission signal in a predetermined carrier frequency (RF: Radio Frequency) band.

電力分配器106は、送信周波数変換部105から出力される無線周波数帯のレーダ送信信号をN個に分配し、各送信増幅部107へ出力する。 Power divider 106, a radar transmission signal of a radio frequency band output from the transmission frequency converter 105 partitioned the N t, and outputs to the transmission amplification section 107.

送信増幅部107(107−1〜107−N)は、制御部400から指示されるレーダ送信周期Tr毎の送信制御信号に基づいて、出力されるレーダ送信信号を所定レベルに増幅して出力するか、或いは送信出力をオフとする。 Transmission amplification section 107 (107-1~107-N t) based on the transmission control signal of the radar transmission every period T r which is instructed by the control unit 400 amplifies the radar transmission signal outputted to a predetermined level Output or turn off the transmission output.

送信アレーアンテナ108は、N個の送信アンテナ素子#1〜#N(108−1〜108−N)を有する。各送信アンテナ素子#1〜#Nは、それぞれ、個別の送信増幅部107−1〜107−Nに接続され、個別の送信増幅部107−1〜107−Nから出力されるレーダ送信信号を送信する。 Transmission array antenna 108 has N t transmit antennas elements # 1~ # N t (108-1~108- N t). Each transmit antenna elements # 1~ # N t are each connected to a separate transmit amplifier section 107-1 to 107-N t, radar transmission output from a separate transmit amplifier section 107-1 to 107-N t Send a signal.

図3は、実施の形態1に係るレーダ送信信号の一例を示す図である。各レーダ送信周期Trのうち、符号送信区間Twの間にパルス符号系列が送信され、残りの区間(Tr−Tw)は無信号区間となる。符号送信区間Tw内には符号長Lパルス符号系列が含まれる。1つの符号には、L個のサブパルスが含まれる。また、1つのサブパルスあたり、No個のサンプルを用いたパルス変調が施されることにより、各符号送信区間Tw内には、Nr(=No×L)個のサンプルが含まれる。また、レーダ送信周期Trにおける無信号区間(Tr−Tw)には、Nu個のサンプルが含まれる。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a radar transmission signal according to the first embodiment. In each radar transmission period Tr , a pulse code sequence is transmitted during a code transmission section Tw , and the remaining section ( Tr - Tw ) is a non-signal section. The inner code transmission period T w includes code length L pulse code sequence. One code includes L sub-pulses. Further, per sub-pulses, by pulse modulation using N o samples is performed, within each code transmission period T w, include N r (= N o × L ) samples. Further, a non-signal section (T r −T w ) in the radar transmission cycle Tr includes Nu samples.

図4は、制御部400による各送信アンテナ素子#1〜#Nの時分割切替動作の一例を示す。図4において、制御部400は、レーダ送信周期Tr毎に、送信アンテナ素子#1から送信アンテナ素子#Nまで順に、各送信アンテナ素子からの出力を切り替える指示をする制御信号(符号制御信号、送信制御信号)をレーダ送信部100へ出力する。また、制御部400は、各送信サブアレーの送信出力期間を(Tr×Nb)とし、全ての送信サブアレーの送信出力期間(Tr×Np)=(Tr×Nb×Nt)の切替動作を、Nc回繰り返す制御を行う。また、後述するレーダ受信部200は、制御部400の切替動作に基づいて測位処理を行う。 Figure 4 shows an example of division switching operation time of each transmit antenna elements # 1~ # N t by the control unit 400. 4, the control unit 400, for each radar transmission cycle T r, in order from the transmit antenna elements # 1 to transmit antenna element #N t, the control signal (sign control signal for an instruction to switch the output from each transmit antenna elements , Transmission control signal) to the radar transmitting unit 100. Control section 400 sets the transmission output period of each transmission sub-array to (T r × N b ), and the transmission output period (T r × N p ) of all transmission sub-arrays = (T r × N b × N t ). Is repeated Nc times. Further, a radar receiving unit 200 described later performs a positioning process based on a switching operation of the control unit 400.

例えば、送信アンテナ素子#1からレーダ送信信号を送信する場合、制御部400は、送信アンテナ素子#1に接続された送信増幅部107−1に対して、入力信号を所定レベルに増幅するように指示する送信制御信号を出力し、送信アンテナ素子#1に接続されていない送信増幅部107−2〜107−Nに対して、送信出力をオフとするように指示する送信制御信号を出力する。 For example, when transmitting a radar transmission signal from transmission antenna element # 1, control section 400 causes transmission amplification section 107-1 connected to transmission antenna element # 1 to amplify the input signal to a predetermined level. outputs a transmission control signal for instructing, to the transmission antenna element # is not connected to a transmit amplifier section 107-2~107-N t, and outputs a transmission control signal that instructs to turn off the transmission output .

同様に、送信アンテナ素子#2からレーダ送信信号を送信する場合、制御部400は、送信アンテナ素子#2に接続された送信増幅部107−2に対して、入力信号を所定レベルに増幅するように指示する送信制御信号を出力し、送信アンテナ素子#2に接続されていない送信増幅部107に対して、送信出力をオフとするように指示する送信制御信号を出力する。   Similarly, when transmitting a radar transmission signal from transmission antenna element # 2, control section 400 causes transmission amplification section 107-2 connected to transmission antenna element # 2 to amplify the input signal to a predetermined level. , And outputs a transmission control signal instructing the transmission amplifier 107 not connected to the transmission antenna element # 2 to turn off the transmission output.

以降、制御部400は、送信アンテナ素子#3〜#Nに対して同様の制御を順に行う。以上、制御部400によるレーダ送信信号の出力切替動作について説明した。 Thereafter, the control unit 400 performs the order similar control to the transmission antenna elements # 3~ # N t. The output switching operation of the radar transmission signal by the control unit 400 has been described above.

[レーダ送信部100の他の構成]
図5は、実施の形態1に係るレーダ送信信号生成部101の他の構成の一例を示すブロック図である。レーダ送信部100は、レーダ送信信号生成部101の代わりに、図5に示すレーダ送信信号生成部101aを備えてもよい。レーダ送信信号生成部101aは、図2に示される符号生成部102、変調部103及びLPF104を有さず、代わりに図5に示される符号記憶部(符号記憶回路)111及びDA変換部(DA変換回路)112を備える。
[Other Configurations of Radar Transmitter 100]
FIG. 5 is a block diagram showing another example of the configuration of the radar transmission signal generation unit 101 according to Embodiment 1. The radar transmission section 100 may include a radar transmission signal generation section 101a shown in FIG. 5 instead of the radar transmission signal generation section 101. The radar transmission signal generation unit 101a does not include the code generation unit 102, the modulation unit 103, and the LPF 104 illustrated in FIG. 2, but instead includes the code storage unit (code storage circuit) 111 and the DA conversion unit (DA) illustrated in FIG. (Conversion circuit) 112.

符号記憶部111は、図2に示される符号生成部102において生成される符号系列を予め記憶し、記憶している符号系列を巡回的に順次読み出す。   The code storage unit 111 stores in advance the code sequence generated by the code generation unit 102 shown in FIG. 2, and sequentially reads out the stored code sequence cyclically.

DA変換部112は、符号記憶部111から出力される符号系列(デジタル信号)をアナログのベースバンド信号に変換する。   The DA converter 112 converts a code sequence (digital signal) output from the code storage 111 into an analog baseband signal.

[レーダ受信部200の構成]
図6は、本実施の形態に係るレーダ受信部200の構成の一例を示すブロック図である。レーダ受信部200は、受信アレーアンテナ202と、N個のアンテナ素子系統処理部(アンテナ素子系統処理回路)201(201−1〜201−N)と、方向推定部(方向推定回路)214と、を有する。
[Configuration of Radar Receiver 200]
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the radar receiving section 200 according to the present embodiment. Radar receiver 200 includes a receiving array antenna 202, N a number of antenna elements system processor (antenna element line processing circuit) 201 and (201-1 to 201-N a), the direction estimating section (direction estimation circuit) 214 And

受信アレーアンテナ202は、N個の受信アンテナ素子#1〜#N(202−1〜202−N)を有する。N個の受信アンテナ素子202−1〜202−Nは、測定ターゲット(物体)を含む反射物体に反射したレーダ送信信号である反射波信号を受信し、受信した反射波信号を、それぞれ、対応するアンテナ素子系統処理部201−1〜201−Nへ受信信号として出力する。 Receiving array antenna 202 has a N a number of receiving antenna elements # 1~ # N a (202-1~202- N a). N a number of receiving antenna elements 202-1 through 202-N a receives the reflected wave signal is a radar transmission signal reflected by the reflective object including the measurement target (object), a reflected wave signal received, respectively, and outputs as a received signal to a corresponding antenna element system processor 201-1 to 201-N a.

各アンテナ素子系統処理部201(201−1〜201−N)は、受信無線部(受信無線回路)203と、信号処理部(信号処理回路)207とを有する。受信無線部203及び信号処理部207は、基準信号生成部300から受け取る基準信号を所定数倍したタイミングクロック(基準クロック信号)を生成し、生成したタイミングクロックに基づいて動作することにより、レーダ送信部100との同期を確保する。 Each antenna element system processor 201 (201-1 to 201-N a) includes a reception radio section (reception radio circuit) 203, and a signal processing unit (signal processing circuit) 207. The reception radio unit 203 and the signal processing unit 207 generate a timing clock (reference clock signal) obtained by multiplying the reference signal received from the reference signal generation unit 300 by a predetermined number, and operate based on the generated timing clock to perform radar transmission. Synchronization with the unit 100 is ensured.

受信無線部203は、増幅器(増幅回路)204と、周波数変換器(周波数変換回路)205と、直交検波器(直交検波回路)206と、を有する。具体的には、第z番目の受信無線部203において、増幅器204は、第z番目の受信アンテナ素子#zから受け取る受信信号を所定レベルに増幅する。ここで、z=1,…,Nrである。次いで、周波数変換器205は、高周波帯域の受信信号をベースバンド帯域に周波数変換する。次いで、直交検波器206は、ベースバンド帯域の受信信号を、I信号及びQ信号を含むベースバンド帯域の受信信号に変換する。 The reception radio unit 203 includes an amplifier (amplification circuit) 204, a frequency converter (frequency conversion circuit) 205, and a quadrature detector (quadrature detection circuit) 206. Specifically, in z-th reception radio section 203, amplifier 204 amplifies a reception signal received from z-th reception antenna element #z to a predetermined level. Here, z = 1,..., Nr . Next, the frequency converter 205 converts the frequency of the received signal in the high-frequency band to the baseband. Next, the quadrature detector 206 converts the received signal in the baseband into a received signal in the baseband including the I signal and the Q signal.

各信号処理部207は、第1のAD変換部(AD変換回路)208、第2のAD変換部(AD変換回路)209と、相関演算部(相関演算回路)210と、加算部(加算回路)211と、出力切替部(出力切替回路)212と、N個のドップラ解析部(ドップラ解析回路)213−1〜213−Nと、を有する。 Each signal processing unit 207 includes a first AD conversion unit (AD conversion circuit) 208, a second AD conversion unit (AD conversion circuit) 209, a correlation operation unit (correlation operation circuit) 210, and an addition unit (addition circuit). ) it has a 211, an output switching section (output switching circuit) 212, and the N t Doppler analysis unit (Doppler analysis circuit) 213-1~213-N t, a.

第1のAD変換部208は、直交検波器206からI信号を入力する。第1のAD変換部208は、I信号を含むベースバンド信号に対して、離散時間でのサンプリングを行うことにより、I信号をデジタルデータに変換する。   The first AD converter 208 receives an I signal from the quadrature detector 206. The first AD converter 208 converts the I signal into digital data by sampling the baseband signal including the I signal in discrete time.

第2のAD変換部209は、直交検波器206からQ信号を入力する。第2のAD変換部209は、Q信号を含むベースバンド信号に対して、離散時間でのサンプリングを行うことにより、Q信号をデジタルデータに変換する。   The second AD converter 209 inputs the Q signal from the quadrature detector 206. The second AD converter 209 converts the Q signal into digital data by sampling the baseband signal including the Q signal in discrete time.

ここで、第1のAD変換部208及び第2のAD変換部209のサンプリングでは、レーダ送信信号における1つのサブパルスの時間Tp(=Tw/L)あたり、Ns個の離散サンプルが行われる。すなわち、1サブパルスあたりのオーバーサンプル数はNsとなる。 Here, in the sampling of the first AD converter 208 and the second AD converter 209, Ns discrete samples are performed per time T p (= T w / L) of one sub-pulse in the radar transmission signal. . That is, the number of oversamples per sub-pulse is Ns.

図7は、実施の形態1に係るレーダ装置10のレーダ送信信号の送信タイミング、及び、測定範囲の一例を示す。以下の説明では、I信号Iz(k,M)及びQ信号Qz(k,M)を用いて、第1のAD変換部208及び第2のAD変換部209の出力としての第M番目のレーダ送信周期Tr[M]の離散時間kにおけるベースバンドの受信信号を複素数信号xz(k,M)=Iz(k,M)+jQz(k,M)と表す。また、以下では、離散時刻kは、レーダ送信周期(Tr)の開始するタイミングを基準(k=1)とし、信号処理部207は、レーダ送信周期Trが終了する前までのサンプル点であるk=(Nr+Nu)Ns/Noまで周期的に計測を行う。すなわち、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noとなる。ここでjは虚数単位である。 FIG. 7 shows an example of a transmission timing of a radar transmission signal of the radar apparatus 10 according to Embodiment 1, and an example of a measurement range. In the following description, the I-th signal I z (k, M) and the Q signal Q z (k, M) are used to output the M-th signal as the output of the first AD converter 208 and the second AD converter 209. The received signal of the baseband at the discrete time k of the radar transmission cycle T r [M] is represented as a complex signal x z (k, M) = I z (k, M) + jQ z (k, M). In the following, the discrete time k is based on the timing at which the radar transmission cycle (T r ) starts (k = 1), and the signal processing unit 207 uses the sampling points before the end of the radar transmission cycle Tr. do periodically measured until a k = (N r + N u ) N s / N o. In other words, k = 1, ..., a (N r + N u) N s / N o. Here, j is an imaginary unit.

第z番目の信号処理部207において、相関演算部210は、レーダ送信周期Tr毎に、第1のAD変換部208及び第2のAD変換部209から受け取る離散サンプル値xz(k,M)と、レーダ送信部100において送信される符号長Lのパルス符号an(M)(ただし、z=1,…,Na、n=1,…,L)との相関演算を行う。例えば、相関演算部210は、離散サンプル値xz(k,M)と、パルス符号an(M)とのスライディング相関演算を行う。例えば、第M番目のレーダ送信周期Tr[M]における離散時刻kのスライディング相関演算の相関演算値ACz(k,M)は、式(1)に基づき算出される。 In the z-th signal processing unit 207, the correlation operation unit 210 performs the discrete sample value x z (k, M) received from the first AD conversion unit 208 and the second AD conversion unit 209 for each radar transmission cycle Tr. a), pulse code a n of the code length L to be transmitted in a radar transmitter 100 (M) (except, z = 1, ..., n a, n = 1, ..., performs correlation calculation between L). For example, the correlation operation unit 210 performs a sliding correlation operation between the discrete sample value x z (k, M) and the pulse code a n (M). For example, the correlation operation value AC z (k, M) of the sliding correlation operation at the discrete time k in the M-th radar transmission cycle T r [M] is calculated based on Expression (1).

Figure 2020056780
式(1)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子を表す。
Figure 2020056780
In equation (1), an asterisk (*) represents a complex conjugate operator.

相関演算部210は、例えば、式(1)に従って、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noの期間に亘って相関演算を行う。 Correlation calculation unit 210, for example, according to equation (1), k = 1, ..., performs correlation calculation for a period of (N r + N u) N s / N o.

なお、相関演算部210は、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noに対して相関演算を行う場合に限定されず、レーダ装置10の測定対象となるターゲットの存在範囲に応じて、測定レンジ(すなわち、kの範囲)を限定してもよい。限定することにより、相関演算部210における演算処理量が低減される。例えば、相関演算部210は、k=Ns(L+1),…,(Nr+Nu)Ns/No−NsLに測定レンジを限定してもよい。この場合、図7に示されるように、レーダ装置10は、符号送信区間Twに相当する時間区間では測定を行わない。 The correlation operation unit 210 is not limited to the case where the correlation operation is performed on k = 1,..., (N r + N u ) N s / N o , and the existence of the target to be measured by the radar device 10 The measurement range (that is, the range of k) may be limited according to the range. By limiting, the amount of calculation processing in the correlation calculation unit 210 is reduced. For example, correlation calculation section 210, k = N s (L + 1), ..., may be limited measurement range to (N r + N u) N s / N o -N s L. In this case, as shown in FIG. 7, the radar device 10 does not perform the measurement in the time interval corresponding to a code transmission period T w.

上述の構成により、レーダ送信信号がレーダ受信部200に直接的に回り込むような場合でも、レーダ送信信号が回り込む期間(少なくともτ1未満の期間)では相関演算部210による処理が行われない。したがって、レーダ装置10は、回り込みの影響を排除して測定できる。また、測定レンジ(kの範囲)を限定する場合、以下で説明する加算部211、出力切替部212、ドップラ解析部213、及び方向推定部214の処理に対しても、同様に測定レンジ(kの範囲)を限定した処理を適用すればよい。これにより、各構成部での処理量を削減でき、レーダ受信部200における消費電力を低減できる。   With the above-described configuration, even when the radar transmission signal goes directly to the radar receiving unit 200, the processing by the correlation calculation unit 210 is not performed during the period when the radar transmission signal goes around (at least a period of less than τ1). Therefore, the radar apparatus 10 can perform measurement without the influence of the wraparound. When the measurement range (the range of k) is limited, the processing of the addition unit 211, the output switching unit 212, the Doppler analysis unit 213, and the direction estimation unit 214 described below is similarly performed on the measurement range (k). ) May be applied. As a result, the amount of processing in each component can be reduced, and the power consumption in the radar receiver 200 can be reduced.

第z番目の信号処理部207において、加算部211は、制御部400から出力される出力切替信号に基づいて、第ND番目の送信アンテナ素子#Nから連続的に送信されるレーダ送信周期Trの複数回Nbの期間(Tr×Nb)を単位として、離散時刻k毎に相関演算部210から受け取る相関演算値ACz(k,M)を用いて、加算(コヒーレント積分)処理を行う。ここで、ND=1,…,Nt、z=1,…,Naである。 In the z-th signal processing unit 207, addition unit 211, based on the output switching signal outputted from the control unit 400, a radar transmission cycle which is continuously transmitted from the N D th transmit antenna element #N D units period (T r × N b) a plurality of times N b of T r, using the correlation operation value AC z (k, M) received from the correlation calculation unit 210 for each discrete time k, adds (coherent integration) Perform processing. Here, N D = 1, ..., N t, z = 1, ..., a N a.

期間(Tr×Nb)に亘る加算(コヒーレント積分)処理は次の式(2)で表される。 The addition (coherent integration) processing over the period (T r × N b ) is represented by the following equation (2).

Figure 2020056780
ここで、CIz (ND)(k,m)は相関演算値の加算値(以下、相関加算値と呼ぶ)を表し、mは加算部211における加算回数の序数を示す1以上の整数である。また、z=1,…, Naである。
Figure 2020056780
Here, CI z (ND) (k, m) represents an addition value of the correlation operation value (hereinafter, referred to as a correlation addition value), and m is an integer of 1 or more indicating an ordinal number of the number of additions in the addition unit 211. . In addition, z = 1, ..., a N a.

なお、理想的な加算利得を得るためには、相関演算値の加算区間において、相関演算値の位相成分がある程度の範囲で揃うことが条件となる。つまり、加算回数は、測定対象となるターゲットの想定最大移動速度に基づいて設定されることが好ましい。これは、ターゲットの想定最大移動速度が大きいほど、ターゲットからの反射波に含まれるドップラ周波数の変動量が大きく、高い相関を有する時間期間が短くなるため、Np(=N×Nb)は小さい値となり、加算部211での加算による利得向上効果が小さくなるためである。 Note that, in order to obtain an ideal addition gain, it is a condition that the phase components of the correlation operation value are aligned within a certain range in the addition section of the correlation operation value. That is, the number of additions is preferably set based on the assumed maximum moving speed of the target to be measured. This is because the larger the assumed maximum moving speed of the target is, the larger the fluctuation amount of the Doppler frequency included in the reflected wave from the target is, and the shorter the time period having a high correlation is, so that N p (= N × N b ) is This is because the value becomes small, and the gain improving effect by the addition in the adding unit 211 becomes small.

第z番目の信号処理部207において、出力切替部212は、制御部400から出力される出力切替信号に基づいて、第NDの送信アンテナ素子から連続的に送信されるレーダ送信周期Trの複数回Nbの期間(Tr×Nb)を単位に加算した、離散時間k毎の加算結果CIz (ND)(k,m)を、第NDのドップラ解析部213−Nに択一的に切り替えて出力する。ここで、ND=1,…,Nt、z=1,…,Naである。 In the z-th signal processing unit 207, output switching unit 212, based on the output switching signal outputted from the control unit 400, the radar transmission cycle T r which is continuously transmitted from the transmitting antenna elements of the N D period a plurality of times N b a (T r × N b) by adding to the unit, the addition result of each discrete time k CI z (ND) (k , m) and the Doppler analysis unit 213-N D of the N D Selectively switch and output. Here, N D = 1, ..., N t, z = 1, ..., a N a.

各信号処理部207は、送信アンテナ素子#1〜#Nと同数のN個のドップラ解析部213−1〜213−Nを有する。ドップラ解析部213(213−1〜213−N)は、離散時間k毎に得られた加算部211のNc個の出力であるCIz (ND)(k,NC(w−1)+1)〜CIz (ND)(k,NC×w)を一単位として、離散時間kのタイミングを揃えてコヒーレント積分を行う。例えば、ドップラ解析部213は、以下の式(3)に示すように、2Nf個の異なるドップラ周波数fsΔΦに応じた位相変動Φ(fs)=2πfs(Tr×Nb)ΔΦを補正した後に、コヒーレント積分を行う。 Each of the signal processing unit 207 includes a transmission antenna element #. 1 to # N t as many N t pieces of the Doppler analysis unit 213-1~213-N t. The Doppler analyzer 213 (213-1 to 213 -N t ) outputs CI z (ND) (k, N C (w−1)), which are N c outputs of the adder 211 obtained for each discrete time k. +1) to CI z (ND) (k, N C × w) as one unit, and performs coherent integration by aligning the timing of the discrete time k. For example, the Doppler analysis unit 213, as shown in the following equation (3), the phase variations corresponding to 2N f-number different Doppler frequency f s ΔΦ Φ (f s) = 2πf s (T r × N b) ΔΦ Is corrected, coherent integration is performed.

Figure 2020056780
ここで、FT_CIz (ND)(k,fs,w)は、第z番目の信号処理部207における第ND番目のドップラ解析部213−Nにおける第w番目の出力であり、加算部211の第ND番目の出力に対する、離散時間kでのドップラ周波数fsΔΦのコヒーレント積分結果を示す。ただし、ND=1,…,Ntであり、fs=−Nf+1,…,0,Nfであり、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noであり、wは自然数であり、ΔΦは位相回転単位であり、jは虚数単位であり、z=1,…,Naである。
Figure 2020056780
Here, FT_CI z (ND) (k , f s, w) is the first w-th output in the N D th Doppler analysis unit 213-N D in the z-th signal processing unit 207, an adder for the first N D th output of 211, shows the coherent integration results of the Doppler frequency f s .DELTA..PHI at discrete time k. However, N D = 1, ..., a N t, f s = -N f + 1, ..., 0, is the N f, k = 1, ... , be an (N r + Nu) Ns / N o , w is a natural number, .DELTA..PHI is a phase rotating unit, j is an imaginary unit, z = 1, ..., a N a.

これにより、各信号処理部207は、離散時間k毎の2Nf個のドップラ周波数成分に応じたコヒーレント積分結果であるFT_CIz (ND)(k,−Nf+1,w),…,FT_CIz (ND)(k,Nf−1,w)を、レーダ送信周期間Trの複数回Nb×Ncの期間(Tr×Nb×Nc)毎に得る。 Accordingly, each signal processing unit 207 generates FT_CI z (ND) (k, −N f +1, w),..., FT_CI which is a coherent integration result corresponding to 2N f Doppler frequency components for each discrete time k. z (ND) (k, N f -1, w) obtaining, in a plurality of times N b × every period of N c (T r × N b × N c) of the radar transmission circumferential period T r.

ΔΦ=1/Ncとした場合、上述したドップラ解析部213の処理は、サンプリング間隔Tm=(Tr×Np)、サンプリング周波数fm=1/Tmで加算部211の出力を離散フーリエ変換(DFT)処理していることと等価である。 If a ΔΦ = 1 / N c, the processing of the Doppler analysis unit 213 described above, the sampling interval T m = (T r × N p), a discrete output of the adder 211 at the sampling frequency f m = 1 / T m This is equivalent to Fourier transform (DFT) processing.

また、Nfを2のべき乗の数に設定することで、ドップラ解析部213は、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を適用でき、演算処理量を削減できる。なお、Nf>Ncでは、q>Ncとなる領域においてCIz (ND)(k,Nc(w−1)+1)=0とするゼロ埋め処理を行うことで、ドップラ解析部213は、同様にFFT処理を適用でき、演算処理量を削減できる。 Further, by setting N f to a power of two, the Doppler analysis unit 213 can apply fast Fourier transform (FFT) processing, and can reduce the amount of calculation processing. Note that when N f > N c , in a region where q> N c , CI z (ND) (k, N c (w−1) +1) = 0 is performed to perform a zero padding process. 213 can similarly apply FFT processing and reduce the amount of arithmetic processing.

また、ドップラ解析部213において、FFT処理の代わりに、上述の式(3)に示す積和演算を逐次的に演算する処理を行ってもよい。つまり、ドップラ解析部213は、離散時刻k毎に得られた加算部211のNc個の出力であるCIz (ND)(k,Nc(w−1)+q+1)に対して、fs=−Nf+1,…,0,Nf−に対応する係数exp[−j2πfsTrNbqΔΦ]を生成し、逐次的に積和演算処理してもよい。ここで、q=0,…,Nc−1である。 Further, the Doppler analyzer 213 may perform a process of sequentially calculating the product-sum operation shown in the above equation (3) instead of the FFT process. That is, the Doppler analysis unit 213 outputs N c outputs CI z (ND) (k, N c (w−1) + q + 1) of the addition unit 211 obtained at each discrete time k. , F s = −N f +1,..., 0, N f −, and the coefficients exp [−j2πfs s Tr N b qΔΦ] may be generated, and the product-sum operation may be sequentially performed. Here, q = 0,..., N c −1.

なお、以下の説明では、第1番目のアンテナ素子系統処理部201−1の信号処理部207から第N番目のアンテナ系統処理部201−Nの信号処理部207の各々において同様の処理を施して得られた第w番目の出力FT_CIz (1)(k,fs,w),…,FT_CIz (Na)(k,fs,w)を、次の式(4)(又は式(5))のように仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)として表記する。 Note that the following description, the same processing at each of the first antenna element from the signal processing unit 207 of the system processor 201-1 of the N a-th antenna system processing unit 201-N a signal processing unit 207 subjecting the w-th output FT_CI z (1) obtained in (k, f s, w) , ..., FT_CI z (Na) (k, f s, w) to the following equation (4) (or formula (5)) is denoted as a virtual reception array correlation vector h (k, f s, w ) as.

Figure 2020056780
Figure 2020056780

Figure 2020056780
Figure 2020056780

仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)は、送信アンテナ素子#1〜#Nの数Ntと受信アンテナ素子#1〜#Nの数Nとの積であるNt×Na個の要素を含む。仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)は、後述する、ターゲットからの反射波信号に対して受信アンテナ素子#1〜#N間の位相差に基づく方向推定を行う処理の説明に用いる。ここで、z=1,…,Naであり、ND=1,…,Ntである。 Virtual reception array correlation vector h (k, f s, w ) is the product of the number N a number N t and the receiving antenna elements #. 1 to # N a transmit antenna elements #. 1 to # N t N t × N Contains a number of elements. Virtual reception array correlation vector h (k, f s, w ) will be described later, explanation of processing for direction estimation based on the phase difference between the receiving antenna elements # 1~ # N a the reflection wave signal from the target Used for Here, z = 1, ..., a N a, N D = 1, ..., a N t.

また、上述の式(4)及び式(5)では、各送信サブアレーからの送信時間差に起因するドップラ周波数(fsΔΦ)毎の位相回転が補正されている。すなわち、第1の送信サブアレー(ND=1)を基準として、第NDの送信サブアレーからのドップラ周波数(fsΔΦ)成分の受信信号FT_CIz (Na)(k,fs,w)に対し、exp[−j2πfsΔΦ(ND−1)TrNb]が乗算されている。 Further, in the above equation (4) and (5), the phase rotation for each Doppler frequency (f s .DELTA..PHI) due to the transmission time difference between the transmission sub-array is corrected. That is, the first transmission sub-arrays of (N D = 1) as a reference, the received signal FT_CI z (Na) of the Doppler frequency (f s ΔΦ) component from transmission subarray of the N D (k, f s, w) to against, exp [-j2πf s ΔΦ (N D -1) T r N b] is multiplied.

以上、信号処理部207の各構成部における処理について説明した。   The processing in each component of the signal processing unit 207 has been described above.

方向推定部214は、第1番目のアンテナ素子系統処理部201−1の信号処理部207ないし第N番目のアンテナ素子系統処理部201−Nの信号処理部207から出力されるw番目のドップラ解析部213の仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)に対して、以下の式(6)で表されるように、送信アレーアンテナ108間及び受信アレーアンテナ202間の移相偏差及び振幅偏差を補正するアレー補正値hcal[b]を乗算することで、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)を算出する。なお、b=1,…,(Nt×Na)である。 Direction estimation unit 214, w th output from the 1st antenna element system processor signal processing unit 207 of 201-1 to the N a th antenna element system processor 201-N a signal processing unit 207 virtual reception array correlation vector h of the Doppler analysis unit 213 (k, f s, w) with respect to, as represented by the following formula (6), the phase shift between the transmission array antenna 108 and between the receiving array antennas 202 by multiplying the deviation and the array correction value h cal for correcting the amplitude deviation [b], the virtual reception array correlation vector h _After_cal corrected for inter-antenna deviation (k, f s, w) is calculated. Note that b = 1,..., (N t × N a ).

Figure 2020056780
Figure 2020056780

アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)は、Na×Nr個の要素からなる列ベクトルである。以下では、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)の各要素をh1(k,fs,w),…,hNa×Nr(k,fs,w)と表記して、方向推定処理の説明に用いる。 Virtual reception array correlation corrected for inter-antenna deviation vector h _after_cal (k, f s, w) is a column vector of N a × N r number of elements. In the following, the virtual reception array correlation vector h _after_cal (k, f s, w) of each element of h 1 (k, f s, w), ..., denoted h Na × Nr (k, f s, w) and Thus, the direction estimation process will be described.

次いで、方向推定部214は、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)を用いて、受信アレーアンテナ202間の反射波信号の位相差に基づいて反射波信号の到来方向の推定処理を行う。 Then, the direction estimating unit 214, the virtual reception array correlation vector h _after_cal (k, f s, w) using the estimated direction of arrival of the reflected wave signal based on a phase difference between the reflected wave signals between the receiving array antennas 202 Perform processing.

方向推定部214は、方向推定評価関数値PH(θ,k,fs,w)における方位方向θを所定の角度範囲内で可変として空間プロファイルを算出し、算出した空間プロファイルの極大ピークを大きい順に所定数抽出し、極大ピークの方位方向を到来方向の推定値とする。 The direction estimating unit 214 calculates a spatial profile by changing the azimuth direction θ in the direction estimation evaluation function value P H (θ, k, f s , w) within a predetermined angle range, and calculates the maximum peak of the calculated spatial profile. A predetermined number is extracted in descending order, and the azimuth direction of the local maximum peak is used as the estimated value of the arrival direction.

なお、評価関数値PH(θ,k,fs,w)は、到来方向推定アルゴリズムによって各種のものがある。例えば、公知のアレーアンテナを用いた推定方法を用いてもよい。 Note that there are various evaluation function values P H (θ, k, f s , w) depending on the arrival direction estimation algorithm. For example, an estimation method using a known array antenna may be used.

例えば、ビームフォーマ法は、以下の式(7)及び式(8)のように表すことができる。   For example, the beamformer method can be represented by the following equations (7) and (8).

Figure 2020056780
Figure 2020056780

Figure 2020056780
Figure 2020056780

ここで、上付き添え字Hはエルミート転置演算子である。また、aHu)は、方位方向θuの到来波に対する仮想受信アレーアンテナの方向ベクトルを示すまた、θuは到来方向推定を行う方位範囲内を所定の方位間隔β1で変化させたものである。例えば、θuは以下のように設定される。 Here, the superscript H is a Hermitian transpose operator. A Hu ) indicates a direction vector of the virtual receiving array antenna with respect to the arriving wave in the azimuth direction θ u.In addition, θ u changes the azimuth range in which the arrival direction is estimated at a predetermined azimuth interval β 1. It is a thing. For example, θ u is set as follows.

Figure 2020056780
ここでfloor(x)は、実数xを超えない最大の整数値を返す関数である。
Figure 2020056780
Here, floor (x) is a function that returns the largest integer value that does not exceed the real number x.

なお、ビームフォーマ法に代えて、Capon、MUSICといった手法も同様に適用可能である。   Instead of the beamformer method, a method such as Capon or MUSIC can be similarly applied.

図8は、実施の形態1に係る方向推定部214の動作説明に用いる三次元座標系を示す。方向推定部214の処理を図8に示される三次元座標系に適応することにより2次元方向に推定処理を行う場合について、以下説明する。   FIG. 8 shows a three-dimensional coordinate system used for explaining the operation of the direction estimating unit 214 according to the first embodiment. A case in which the processing of the direction estimation unit 214 is adapted to the three-dimensional coordinate system shown in FIG. 8 to perform the estimation processing in the two-dimensional direction will be described below.

図8において、原点Oを基準とした物標(ターゲット)PTの位置ベクトルをrPTと定義する。また、図8では、物標PTの位置ベクトルrPTをXZ平面に射影した射影点をPT’とする。この場合、方位角θは、直線O-PT’とZ軸とのなす角度と定義される(物標PTのX座標が正の場合、θ>0)。また、仰角φは、物標PT、原点O及び射影点PT’を含む平面内での、物標PT、原点O及び射影点PT’を結ぶ線の角度と定義される(物標PTのY座標が正の場合、φ>0)。なお、以下では、XY平面内に送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202を配置する場合を一例として説明を行う。 8, the position vector of the target (target) P T those relative to the origin O is defined as r PT. Further, in FIG. 8, the projection points obtained by projecting the position vector r PT of the target P T to the XZ plane and P T '. In this case, the azimuth θ is defined as an angle between the straight line OP T ′ and the Z axis (θ> 0 when the X coordinate of the target PT is positive). The elevation angle φ is defined as an angle of a line connecting the target P T , the origin O, and the projection point P T ′ in a plane including the target P T , the origin O, and the projection point P T ′ (object If the Y coordinate of the target PT is positive, φ> 0). In the following, a case will be described as an example where transmission array antenna 108 and reception array antenna 202 are arranged in the XY plane.

原点Oを基準とした、仮想受信アレーアンテナにおける第nva番目のアンテナ素子の位置ベクトルをSnvaと表記する。ここで、nva=1,…, Nt×Naである。 The position vector of the n va th antenna element in the virtual receiving array antenna with reference to the origin O is denoted as Sn va . Here, n va = 1,..., N t × N a .

仮想受信アレーアンテナにおける第1番目(nva=1)のアンテナ素子の位置ベクトルSは、第1番目の受信アンテナ素子Rx#1の物理的な位置と原点Oとの位置関係に基づいて決定される。仮想受信アレーアンテナにおける他のアンテナ素子の位置ベクトルS,…,Snvaは、第1番目のアンテナ素子の位置ベクトルSを基準に、XY平面内に存在する送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202の素子間隔から決定される仮想受信アレーアンテナの相対的な配置を保持した状態で決定される。なお、原点Oを第1番目の受信アンテナ素子Rx#1の物理的な位置と一致させてもよい。 The position vector S 1 of the first (n va = 1) antenna element in the virtual receiving array antenna is determined based on the positional relationship between the physical position of the first receiving antenna element Rx # 1 and the origin O. Is done. Position vector S 2 of the other antenna elements in the virtual reception array antenna, ..., Sn va is based on the position vector S 1 of the first antenna element, the transmission present in the XY plane array antenna 108 and the receiving array antenna The determination is made in a state where the relative arrangement of the virtual receiving array antenna determined from the element spacing of 202 is maintained. Note that the origin O may be made to coincide with the physical position of the first receiving antenna element Rx # 1.

レーダ受信部200が遠方界に存在する物標PTからの反射波を受信する場合、仮想受信アレーアンテナの第1番目のアンテナ素子での受信信号を基準とした、第2番目のアンテナ素子での受信信号の位相差d(rPT,2,1)は、以下の式(9)で示される。ここで、<x,y>はベクトルx及びベクトルyの内積演算子である。 When the radar receiving unit 200 receives the reflected wave from the target PT existing in the far field, the second antenna element based on the reception signal at the first antenna element of the virtual reception array antenna The phase difference d (r PT , 2,1) of the received signal is expressed by the following equation (9). Here, <x, y> is an inner product operator of the vector x and the vector y.

Figure 2020056780
Figure 2020056780

なお、仮想受信アレーアンテナの第1番目のアンテナ素子の位置ベクトルを基準とした、第2番目のアンテナ素子の位置ベクトルを、素子間ベクトルD(2,1)として次の式(10)で表す。   The position vector of the second antenna element based on the position vector of the first antenna element of the virtual receiving array antenna is represented by the following equation (10) as an inter-element vector D (2,1). .

Figure 2020056780
Figure 2020056780

同様に、レーダ受信部200が遠方界に存在する物標PTからの反射波を受信する場合、仮想受信アレーアンテナの第nva (r)番目のアンテナ素子での受信信号を基準とした、第nva (t)番目のアンテナ素子での受信信号の位相差d(rPT, nva (t),nva (r))は、以下の式(11)で示される。ここで、nva (r)=1,…, Nt×Na、nva (t)=1,…, Nt×Naである。 Similarly, when the radar receiver 200 receives a reflected wave from the target PT existing in the far field, based on the reception signal at the n va (r) th antenna element of the virtual reception array antenna, The phase difference d (r PT , n va (t) , n va (r) ) of the received signal at the n va (t) -th antenna element is expressed by the following equation (11). Here, n va (r) = 1 , ..., N t × N a, n va (t) = 1, ..., a N t × N a.

Figure 2020056780
Figure 2020056780

なお、仮想受信アレーアンテナの第nva (r)番目のアンテナ素子の位置ベクトルを基準とした、第nva (t)番目のアンテナ素子の位置ベクトルを、素子間ベクトルD(nva (t),nva (r))として次の式(12)に表す。 The position vector of the nva (t) th antenna element based on the position vector of the nva (r) th antenna element of the virtual receiving array antenna is referred to as an inter-element vector D ( nva (t) , n va (r) ) in the following equation (12).

Figure 2020056780
Figure 2020056780

上述の式(11)及び式(12)に示すように、仮想受信アレーアンテナの第nva (r)番目のアンテナ素子での受信信号を基準とした、第nva (t)番目のアンテナ素子での受信信号の位相差d(rPT,nva (t), nva (r))は、遠方界に存在する物標PTの方向を示す単位ベクトル(rPT/|rPT|)及び素子間ベクトルD(nva (t),nva (r))に依存する。 As shown in the above equations (11) and (12), the nva (t) th antenna element based on the reception signal at the nva (r) th antenna element of the virtual receiving array antenna in the phase difference d of the received signal (r PT, n va (t ), n va (r)) is a unit vector indicating the direction of the target object P T present in the far field (r PT / | r PT | ) And the inter-element vector D (n va (t) , n va (r) ).

また、仮想受信アレーアンテナが同一平面内に存在する場合、素子間ベクトルD(nva (t),nva (r))は同一平面上に存在する。方向推定部214は、このような素子間ベクトルの全て又は一部を用いて、素子間ベクトルが示す位置に仮想的にアンテナ素子が存在するものとして、仮想面配置アレーアンテナを構成し、2次元における方向推定処理を行う。すなわち、方向推定部214は、仮想受信アレーアンテナを構成するアンテナ素子に対する補間処理によって補間された複数の仮想的なアンテナを用いて到来方向推定処理を行う。 When the virtual receiving array antenna exists on the same plane, the inter-element vector D (n va (t) , n va (r) ) exists on the same plane. The direction estimation unit 214 configures a virtual plane array antenna using all or a part of such inter-element vectors and assuming that an antenna element is virtually present at the position indicated by the inter-element vector, Is performed. That is, the direction estimating unit 214 performs the arrival direction estimating process using a plurality of virtual antennas interpolated by the interpolation process on the antenna elements forming the virtual receiving array antenna.

なお、方向推定部214は、仮想的なアンテナ素子が重複する場合、重複するアンテナ素子のうちの一つのアンテナ素子を予め固定的に選択してもよい。又は、方向推定部214は、重複する全ての仮想的なアンテナ素子での受信信号を用いて加算平均処理を施してもよい。   When virtual antenna elements overlap, the direction estimation unit 214 may fixedly select one of the overlapping antenna elements in advance. Alternatively, the direction estimating unit 214 may perform the averaging process using the reception signals of all the overlapping virtual antenna elements.

以下、Nq個の素子間ベクトル群を用いて、仮想面配置アレーアンテナを構成した場合における、ビームフォーマ法を用いた2次元における方向推定処理について説明する。 Hereinafter, using N q pieces of elements between vector group, in case where the virtual plane arranged array antennas, the direction estimation processing in two dimensions using the beam former method will be described.

ここで、仮想面配置アレーアンテナを構成する第nq番目の素子間ベクトルをD(nva(nq) (t),nva(nq) (r))と表す。ここで、nq=1,…,Nqである。 Here, it represents the first n q-th inter-element vector D that constitute the virtual plane disposed array antenna (n va (nq) (t ), n va (nq) (r)). Here, n q = 1,..., N q .

方向推定部214は、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)の各要素であるh1(k,fs,w),…,hNa×N(k,fs,w)を用いて、以下の式(13)に示す仮想面配置アレーアンテナ素子相関ベクトルhVA(k,fs,w)を生成する。 The direction estimating unit 214 calculates h 1 (k, f s , w),..., H Na × N (k, f s , w) which are each element of the virtual reception array correlation vector h_after_cal (k, f s , w). ) Is used to generate a virtual plane arrangement array antenna element correlation vector h VA (k, f s , w) shown in the following equation (13).

Figure 2020056780
Figure 2020056780

仮想面配置アレー方向ベクトルaVAuv)を、次の式(14)に示す。 The virtual plane arrangement array direction vector a VAu , φ v ) is shown in the following equation (14).

Figure 2020056780
Figure 2020056780

仮想受信アレーアンテナがXY平面内に存在する場合、物標PTの方向を示す単位ベクトル(rPT/|rPT|)と、方位角θ及び仰角φとの関係を次の式(15)に示す。 If the virtual reception array antenna is present in the XY plane, the target P T unit vector indicating the direction of (r PT / | r PT | ) and, in the following the relationship between the azimuth angle θ and elevation φ Equation (15) Shown in

Figure 2020056780
Figure 2020056780

方向推定部214は、垂直方向及び水平方向の2次元空間プロファイルを算出する各角度方向θuvに対して、上述の式(15)を用いて単位ベクトル(rPT/|rPT|)を算出する。 The direction estimating unit 214 calculates the unit vector (r PT / | r PT | for each of the angular directions θ u and φ v for calculating the two-dimensional spatial profiles in the vertical direction and the horizontal direction by using the above equation (15). ) Is calculated.

さらに、方向推定部214は、仮想面配置アレーアンテナ素子相関ベクトルhVA(k,fs,w)、及び、仮想面配置アレー方向ベクトルaVAuv)を用いて、水平方向及び垂直方向の2次元方向推定処理を行う。 Further, the direction estimating unit 214 uses the virtual plane arrangement array antenna element correlation vector h VA (k, f s , w) and the virtual plane arrangement array direction vector a VAu , φ v ) to calculate the horizontal direction. And two-dimensional direction estimation processing in the vertical direction.

例えば、ビームフォーマ法を用いた2次元における方向推定処理では、仮想面配置アレーアンテナ相関ベクトルhVA(k,fs,w)及び仮想面配置アレー方向ベクトルaVAuv)を用いて、次の式(16)で示される2次元における方向推定評価関数を用いて垂直方向及び水平方向の2次元空間プロファイルを算出し、2次元空間プロファイルの最大値又は極大値となる方位角及び仰角方向を到来方向の推定値とする。 For example, in the direction estimation process in the two-dimensional using a beamformer method, a virtual plane disposed array antenna correlation vector h VA (k, f s, w) and the virtual plane arranged array direction vector a VA (θ u, φ v ) a The two-dimensional spatial profile in the vertical direction and the horizontal direction is calculated using the direction estimation evaluation function in two dimensions expressed by the following equation (16), and the azimuth that becomes the maximum value or the maximum value of the two-dimensional spatial profile is calculated. And the elevation direction are used as estimated values of the arrival direction.

Figure 2020056780
Figure 2020056780

なお、方向推定部214は、ビームフォーマ法以外にも、仮想面配置アレーアンテナ相関ベクトルhVA(k,fs,w)及び仮想面配置アレー方向ベクトルaVAuv)を用いて、Capon法又はMUSIC法などの高分解能到来方向推定アルゴリズムを適用してもよい。これにより、演算量は増加するが、角度分解能を高めることができる。 The direction estimating section 214, other than the beam former method, using a virtual plane disposed array antenna correlation vector h VA (k, f s, w) and the virtual plane arranged array direction vector a VA (θ u, φ v ) Then, a high-resolution direction-of-arrival estimation algorithm such as the Capon method or the MUSIC method may be applied. Thereby, although the amount of calculation increases, the angular resolution can be increased.

なお、上述した離散時間kは、距離情報に変換して出力されてもよい。離散時間kを距離情報R(k)に変換する際には次の式(17)を用いればよい。   Note that the above-described discrete time k may be converted into distance information and output. When converting the discrete time k into distance information R (k), the following equation (17) may be used.

Figure 2020056780
ここで、Twは符号送信区間を表し、Lはパルス符号長を表し、C0は光速度を表す。
Figure 2020056780
Here, T w denotes the code transmission section, L is representative of a pulse code length, C 0 denotes the speed of light.

また、ドップラ周波数情報は、相対速度成分に変換して出力されてもよい。ドップラ周波数fsΔΦを相対速度成分vd(fs)に変換する際には次の式(18)を用いて変換できる。 The Doppler frequency information may be converted into a relative velocity component and output. When converting the Doppler frequency f s ΔΦ into the relative velocity component v d (f s ), the conversion can be performed using the following equation (18).

Figure 2020056780
ここで、λは送信周波数変換部105から出力されるRF信号のキャリア周波数の波長である。
Figure 2020056780
Here, λ is the wavelength of the carrier frequency of the RF signal output from the transmission frequency converter 105.

方向推定部214から得られた結果を、車両に搭載された車両制御部(図示せず)に出力する。車両制御部は、方向推定結果を用いて、車両の制御を行う。   The result obtained from direction estimating section 214 is output to a vehicle control section (not shown) mounted on the vehicle. The vehicle control unit controls the vehicle using the direction estimation result.

[レーダ装置10におけるアンテナ配置]
以上の構成を有するレーダ装置10における送信アレーアンテナ108および受信アレーアンテナ202の配置について説明する。
[Antenna Arrangement in Radar Apparatus 10]
The arrangement of the transmission array antenna 108 and the reception array antenna 202 in the radar apparatus 10 having the above configuration will be described.

図9は、実施の形態1に係るアンテナ配置の一例を示す図である。送信アレーアンテナ108を構成する送信アンテナ素子の総数Ntは3以上であり、受信アレーアンテナ202を構成する受信アンテナ素子の総数Nは4以上である。送信アレーアンテナ108および受信アレーアンテナ202のいずれも、第1軸方向に沿って配置される。図9において、例えば、第1軸方向および第2軸方向は、それぞれ水平方向および垂直方向である。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to the first embodiment. The total number N t of transmitting antenna elements that constitute the transmission array antenna 108 is 3 or more, the total number N a of the receiving antenna elements constituting the receiving array antenna 202 is 4 or more. Both transmitting array antenna 108 and receiving array antenna 202 are arranged along the first axis direction. In FIG. 9, for example, the first axis direction and the second axis direction are a horizontal direction and a vertical direction, respectively.

ここで、第1軸方向の基本間隔を、dH(半波長程度)とする。図9に示されるように、Nt個の送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#Ntは、第1軸に沿って第1の間隔Dtで等間隔に配置される。Dtは、基本間隔dHの正の整数倍である。即ち、ある正の整数ntにより、Dt=nt×dHと表される。なお、Nt個の送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#Ntを送信アンテナ素子群、送信アンテナ群と呼ぶ。 Here, the basic interval in the first axis direction is d H (about half a wavelength). As shown in FIG. 9, N t transmit antennas elements Tx # 1~Tx # N t are arranged at equal intervals in the first interval D t along the first axis. D t is a positive integer multiple of the basic spacing d H. That is, D t = n t × d H is represented by a certain positive integer n t . Incidentally, N t transmit antennas elements Tx # 1~Tx # N t transmit antenna element group, referred to as a transmission antenna group.

また、図9に示されるように、N個の受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#Naは、それぞれ、隣の受信アンテナ素子との間隔Dr(1)〜Dr(Na-1)で不等間隔に配置される。間隔Dr(n)(1≦n≦Na-1)は、受信アンテナ素子Rx#nの右隣の受信アンテナ素子Rx#n+1との間隔を表し、Dr(n)=(nr(n)×nt+1)dHと表される。ここで、nr=[nr(1),nr(2),…,nr(Na-1)]は、中央に位置する1つまたは2つの値を1とし、その両隣に0または1ずつ増加させた値の列が対称に並ぶ数列である。Na=4の場合、例えば、nr=[2,1,2]である。Na=5の場合、例えば、nr=[2,1,1,2]である。Na=6の場合、例えば、nr=[2,1,1,1,2]、nr=[2,2,1,2,2]、またはnr=[3,2,1,2,3]である。1≦n<Na-1を満たす正の整数nに対して、nr(n)=nr(Na-n)が成り立ち、Dr(n)についても、同様にDr(n)=Dr(Na-n)が成り立つ。つまり、図9の受信アレーアンテナ202の配置は、中央部分が狭い間隔であり、端部は広い間隔である。なお、N個の受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#Naを受信アンテナ素子群、または、受信アンテナ群と呼ぶ。 Further, as shown in FIG. 9, N a number of receiving antenna elements Rx # 1~Rx # N a, respectively, spacing D r (1) of the adjacent receiving antenna element ~D r (N a -1 ) Are arranged at irregular intervals. The interval D r (n) (1 ≦ n ≦ N a −1) represents the interval between the receiving antenna element Rx # n + 1 and the receiving antenna element Rx # n + 1 on the right side, and D r (n) = (n r (n) × n t +1 ) is represented as d H. Here, n r = [n r (1), n r (2),..., N r (N a -1)] is one or two values located at the center, and 0 on both sides thereof. Alternatively, it is a number sequence in which a sequence of values increased by one is arranged symmetrically. When N a = 4, for example, n r = [2,1,2]. When N a = 5, for example, n r = [2,1,1,2]. If N a = 6, for example, n r = [2,1,1,1,2], n r = [2,2,1,2,2], or n r = [3,2,1, 2,3]. For a positive integer n that satisfies 1 ≦ n <N a −1, n r (n) = n r (N a −n) holds, and for D r (n), similarly, D r (n) = D r (N a -n) holds. That is, the arrangement of the receiving array antenna 202 in FIG. 9 is such that the center portion has a narrow interval and the end portions have a wide interval. Incidentally, N a number of receiving antenna elements Rx # 1~Rx # N a receiving antenna element group, or, referred to as a reception antenna group.

受信アレーアンテナ108および受信アレーアンテナ202は、図9に示す点を位相中心として、アンテナ素子の開口長(図示なし)を第1軸方向および第2軸方向に拡げることができる。これにより、水平方向および垂直方向のビーム幅を絞り、高いアンテナ利得を得ることができる。各アンテナ素子には、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、さらに、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。   The reception array antenna 108 and the reception array antenna 202 can extend the aperture length (not shown) of the antenna element in the first axis direction and the second axis direction with the point shown in FIG. 9 as a phase center. Thereby, the beam width in the horizontal and vertical directions can be reduced, and a high antenna gain can be obtained. A sub-array antenna configuration may be used for each antenna element, and an array weight may be applied to the sub-array antenna element to suppress side lobes.

図10は、実施の形態1に係るサブアレーアンテナ構成の一例を示す図である。図10に示される第1軸方向および第2軸方向は、例えば、それぞれ、水平方向および垂直方向である。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a sub-array antenna configuration according to Embodiment 1. The first axis direction and the second axis direction shown in FIG. 10 are, for example, the horizontal direction and the vertical direction, respectively.

図10に示されるように、サブアレーアンテナ素子の間隔を半波長程度として、アンテナ素子には、様々なサブアレーアンテナ構成を用いることができる。例えば、(a)第1軸方向1素子、第2軸方向に4素子のサブアレーアンテナ構成を用いた場合、(b)第1軸方向1素子、第2軸方向10素子のサブアレーアンテナ構成を用いた場合、(c)第1軸方向2素子、第2軸方向4素子のサブアレーアンテナ構成を用いた場合、(d)第1軸方向2素子、第2軸方向10素子のサブアレーアンテナ構成を用いた場合などが考えられる。さらに、サブアレーアンテナ構成は、図10に示す構成に限らず、アンテナ素子のサイズが隣接するアンテナ素子に物理的に干渉しない程度に開口長を拡大してもよい。開口長を拡大することにより、アンテナ利得を向上させることが可能である。   As shown in FIG. 10, various sub-array antenna configurations can be used for the antenna elements by setting the interval between the sub-array antenna elements to about half a wavelength. For example, when (a) a sub-array antenna configuration of one element in the first axial direction and four elements in the second axial direction is used, (b) a sub-array antenna configuration of one element in the first axial direction and ten elements in the second axial direction is used. (C) When a sub-array antenna configuration of two elements in the first axial direction and four elements in the second axial direction is used, (d) a sub-array antenna configuration of two elements in the first axial direction and ten elements in the second axial direction is used. And so on. Furthermore, the configuration of the sub-array antenna is not limited to the configuration shown in FIG. The antenna gain can be improved by increasing the aperture length.

レーダ装置10における素子数がNt個の送信アレーアンテナ108及び素子数がN個の受信アレーアンテナ202が第1軸に沿って配置される場合について、以下に複数の例を示す。 For the case where the number of elements in the radar device 10 is the N t transmit array antenna 108 and the number of elements N a number of receiving array antenna 202 is disposed along the first axis, showing a plurality of examples are given below.

<実施の形態1のバリエーション1>
本実施の形態のバリエーション1では、送信アンテナ素子の数が4個、受信アンテナ素子の数が4個の場合のアンテナ配置と、それを用いた到来方向推定手法とについて説明する。
<Variation 1 of Embodiment 1>
In variation 1 of the present embodiment, an antenna arrangement in the case where the number of transmitting antenna elements is four and the number of receiving antenna elements is four, and a direction-of-arrival estimation method using the same will be described.

図11は、実施の形態1のバリエーション1に係るアンテナ配置の一例を示す図である。図11に示される第1軸方向および第2軸方向は、例えば、それぞれ、水平方向および垂直方向である。なお、第1軸方向に垂直な破線によって区切られた間隔は、第1軸方向の基本間隔dHを表す。以降の図においても、同様の破線によって第1軸方向の基本間隔dHが表される場合がある。送信アレーアンテナ108aの配置および受信アレーアンテナ202aの配置によって、仮想受信アレーアンテナVAA1の配置が構成される。 FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to variation 1 of the first embodiment. The first axis direction and the second axis direction shown in FIG. 11 are, for example, the horizontal direction and the vertical direction, respectively. Incidentally, the interval delimited by the dashed vertical line in a first axial direction, represents a fundamental spacing d H of the first axial direction. In the following figures as well, the basic interval d H in the first axis direction may be represented by a similar broken line. The arrangement of the transmission array antenna 108a and the arrangement of the reception array antenna 202a constitute the arrangement of the virtual reception array antenna VAA1.

図11において、送信アレーアンテナ108aを構成する送信アンテナ素子の総数Ntは4個であり、4個の送信アンテナ素子は、それぞれ、Tx#1〜Tx#4で示される。送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#4は、第1軸方向にDt=2×dHの間隔で等間隔に配置される。ここで、第1軸方向の基本間隔dHは、例えば、dH=0.5λである。受信アレーアンテナ202aを構成する受信アンテナ素子Rxの総数Nは4個であり、4個の受信アンテナ素子は、それぞれ、Rx#1〜Rx#4で示される。受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4は第1軸方向にDr=[5,3,5]×dHの間隔で配置される。図11に示される例においては、nr=[2,1,2]である。 11, the total number N t of transmitting antenna elements that constitute the transmission array antenna 108a is four, four transmission antenna elements, respectively, represented by Tx # 1 to TX # 4. Transmit antenna elements Tx # 1 to TX # 4 are arranged at equal intervals in a first axial direction D t = 2 × d H. Here, the basic interval d H in the first axial direction is, for example, d H = 0.5λ. The total number N a of the receiving antenna elements Rx constituting the reception array antenna 202a is four, four receive antenna elements, respectively, represented by Rx # 1~Rx # 4. Receive antenna elements Rx # 1~Rx # 4 are arranged at intervals of D r = [5,3,5] × d H in the first axial direction. In the example shown in FIG. 11, n r = [2,1,2].

図11に示される送信アレーアンテナ108aおよび受信アレーアンテナ202aのアンテナ素子に、図10に示されるサブアレーアンテナ構成を用いることにより、仮想受信アレーアンテナVAA1の広い開口長を確保してビーム幅を絞り、サブアレーアンテナによる高いアンテナ利得を得ることができる。   By using the sub-array antenna configuration shown in FIG. 10 for the antenna elements of the transmission array antenna 108a and the reception array antenna 202a shown in FIG. 11, a wide aperture length of the virtual reception array antenna VAA1 is secured, and the beam width is reduced. High antenna gain by the sub-array antenna can be obtained.

ここで、送信アレーアンテナ108aの開口長は、第1軸方向に2×dH以下、第2軸方向に任意の長さで構成してもよい。また、受信アレーアンテナ202aの開口長は、第1軸方向に3×dH以下、第2軸方向に任意の長さで構成してもよい。さらに、各アンテナ素子には、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。 Here, the aperture length of the transmission array antenna 108a is, 2 × d H below the first axis direction, may be formed of any length in the second axis direction. The aperture length of the receiving array antenna 202a is the first axis direction 3 × d H below, may be constituted of any length in the second axis direction. Furthermore, a sub-array antenna configuration may be used for each antenna element, and an array weight may be applied to the sub-array antenna element to suppress side lobes.

例えば、レーダ装置10に求められる視野角(FOV)が、水平方向に広角かつ垂直方向に狭角である場合、送信アレーアンテナ108aおよび受信アレーアンテナ202aの各アンテナ素子のビームパターンも同様に、水平方向に広角かつ垂直方向に狭角となることが望ましい。したがって、各アンテナ素子は、例えば、図10における(b)に示される垂直方向に並べたサブアレーアンテナ構成を用いることが考えられる。   For example, when the field of view (FOV) required for the radar device 10 is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction, the beam patterns of the antenna elements of the transmission array antenna 108a and the reception array antenna 202a are also horizontal. It is desirable that the angle be wide in the direction and narrow in the vertical direction. Therefore, it is conceivable that each antenna element uses, for example, a sub-array antenna configuration arranged in the vertical direction shown in FIG. 10B.

また、例えば、高速道路上などの遠距離検知に用いるレーダ装置10には、水平方向に狭角であるFOVが求められる。この場合、送信アレーアンテナ108aおよび受信アレーアンテナ202aの各アンテナ素子は、例えば、図10における(c)または(d)に示されるように、水平方向にサブアレーアンテナ素子を並べる構成を採ることが考えられる。   For example, a FOV having a narrow angle in the horizontal direction is required for the radar device 10 used for long-distance detection on an expressway or the like. In this case, it is conceivable that each antenna element of the transmission array antenna 108a and the reception array antenna 202a adopts a configuration in which sub-array antenna elements are arranged in a horizontal direction, for example, as shown in (c) or (d) in FIG. Can be

同様に、送信アレーアンテナ108aおよび受信アレーアンテナ202aの各アンテナ素子は、レーダ装置の視野角に適したビームパターンを形成するようなサブアレーアンテナ構成を用いることが望ましい。   Similarly, it is desirable that each antenna element of the transmission array antenna 108a and the reception array antenna 202a use a sub-array antenna configuration that forms a beam pattern suitable for the viewing angle of the radar device.

図12Aは、実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナVAA1による1次元ビームによる指向性パターンの一例を示す。図11に示される仮想受信アレーアンテナVAA1を用いたビームフォーマ法により、図12Aに示される指向性パターンが第1軸方向に形成される。図12Aに示される指向性パターンは、受信アレーアンテナ202aへの到来波が第1軸方向0度(天頂)から到来した場合のものである。   FIG. 12A shows an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam by virtual reception array antenna VAA1 according to Variation 1 of Embodiment 1. The directivity pattern shown in FIG. 12A is formed in the first axis direction by the beamformer method using the virtual receiving array antenna VAA1 shown in FIG. The directivity pattern shown in FIG. 12A is a case where the arriving wave to the receiving array antenna 202a arrives from 0 degree (zenith) in the first axial direction.

図12Bは、実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナVAA1にウエイトをかけた場合の1次元ビームによる指向性パターンの一例を示す。レーダ装置10は、仮想受信アレーアンテナVAA1で受信した信号にウエイトをかけてビーム形成してもよい。例えば、VA#1〜VA#16の受信信号に図12Bに示される仮想受信アレーウエイトをかけると、メインローブ幅は太くなるが、図12Bに示されるビームパターンにように、サイドローブレベルを下げたビームを形成できる。   FIG. 12B shows an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam when a weight is applied to virtual reception array antenna VAA1 according to variation 1 of the first embodiment. The radar device 10 may apply a weight to the signal received by the virtual receiving array antenna VAA1 to form a beam. For example, when the virtual reception array weights shown in FIG. 12B are applied to the received signals of VA # 1 to VA # 16, the main lobe width becomes large, but the side lobe level is lowered as shown in the beam pattern shown in FIG. 12B. Beam can be formed.

<比較例1>
実施の形態1のバリエーション1に関して、比較例1を検討する。
<Comparative Example 1>
Regarding Variation 1 of Embodiment 1, Comparative Example 1 will be considered.

図13は、実施の形態1の比較例1に係るアンテナの配置の一例を示す。図13に示される比較例1においては、送信アレーアンテナ108bの4つの送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#4は、dHの間隔で等間隔に配置される。また、受信アレーアンテナ202bの4つの受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4は、4×dHの間隔で等間隔に配置される。 FIG. 13 shows an example of an antenna arrangement according to Comparative Example 1 of the first embodiment. In Comparative Example 1 shown in FIG. 13, four transmit antenna elements Tx # 1 to TX # 4 of transmission array antenna 108b is disposed at equal intervals d H. Also, four receive antenna elements Rx # 1~Rx # 4 of receiving array antenna 202b are equally spaced apart at intervals of 4 × d H.

図13に示されるように、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#4および受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4によって構成される仮想受信アレーアンテナVAA2には、16個の仮想アンテナが、dHの間隔で等間隔に配置される。比較例1の仮想受信アレーアンテナVAA2の第1軸方向の開口長は、15×dHであり、実施の形態1のバリエーション1の仮想受信アレーアンテナVAA1の第1軸方向の開口長19×dHよりも小さい。このように、比較例1においては、実施の形態1のバリエーション1と比較すると、仮想受信アレーアンテナVAA2の第1軸方向の開口長を広げることが困難である。 As shown in FIG. 13, a virtual reception array antenna VAA2 including transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 4 and reception antenna elements Rx # 1 to Rx # 4 has 16 virtual antennas, d H Are arranged at equal intervals. Aperture length of the first axial direction of the virtual reception array antenna VAA2 of Comparative Example 1 is a 15 × d H, a first axial aperture length 19 × d virtual reception array antenna VAA1 variations 1 of the first embodiment Less than H. Thus, in Comparative Example 1, it is difficult to increase the opening length of the virtual receiving array antenna VAA2 in the first axial direction, as compared with Variation 1 of Embodiment 1.

図14Aは、実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナVAA1による1次元ビームによる指向性パターンの一例と比較例1に係る仮想受信アレーアンテナVAA2による1次元ビームによる指向性パターンの一例との比較を示す。バリエーション1と比較例1とは、いずれも同数の送信アンテナ素子および受信アンテナ素子を使用している。   FIG. 14A shows an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam by virtual reception array antenna VAA1 according to Variation 1 of Embodiment 1 and an example of a directivity pattern by one-dimensional beam by virtual reception array antenna VAA2 according to Comparative Example 1. The following shows a comparison. Variation 1 and Comparative Example 1 both use the same number of transmitting antenna elements and receiving antenna elements.

バリエーション1の指向性パターンにおいては、比較例1と比較して、より幅の狭いメインローブのビームが形成される。即ち、バリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナVAA1は、比較例1に係る仮想受信アレーアンテナVAA2よりも分解能の高い仮想受信アレー構成である。   In the directivity pattern of Variation 1, a beam of the main lobe having a smaller width than that of Comparative Example 1 is formed. That is, the virtual receiving array antenna VAA1 according to Variation 1 has a virtual receiving array configuration with higher resolution than the virtual receiving array antenna VAA2 according to Comparative Example 1.

なお、図14Aに示されるように、バリエーション1の指向性パターンにおける広角側のサイドローブは、比較例1のサイドローブと比較して高くなる。しかしながら、例えば、水平方向の視野角を絞っている場合、広角側は、視野角のより外側に位置するので、サイドローブの高さの影響は、小さくなり、無視してもよい。   As shown in FIG. 14A, the side lobe on the wide angle side in the directivity pattern of variation 1 is higher than the side lobe of comparative example 1. However, for example, when the horizontal viewing angle is narrowed, the wide-angle side is located outside the viewing angle, so the influence of the side lobe height is small and may be ignored.

図14Bは、実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナVAA1にウエイトをかけた場合の1次元ビームによる指向性パターンの一例と比較例1に係る仮想受信アレーアンテナVAA2による1次元ビームによる指向性パターンの一例との比較を示す。   FIG. 14B shows an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam when a weight is applied to virtual reception array antenna VAA1 according to Variation 1 of Embodiment 1 and a one-dimensional beam by virtual reception array antenna VAA2 according to Comparative Example 1. 7 shows a comparison with an example of a directivity pattern.

図14Bに示されるように、実施の形態1のバリエーション1は、仮想受信アレーアンテナVAA1にウエイトをかけることにより、比較例1と同等のメインローブ幅およびサイドローブレベルが確保できる。さらに、比較例1と比較して、実施の形態1のバリエーション1においては、送信アレーアンテナ108aおよび受信アレーアンテナ202aのアンテナ素子間の間隔が広い。   As shown in FIG. 14B, in variation 1 of the first embodiment, by applying weight to virtual reception array antenna VAA1, a main lobe width and a side lobe level equivalent to comparative example 1 can be secured. Further, as compared with Comparative Example 1, in Variation 1 of Embodiment 1, the distance between the antenna elements of transmission array antenna 108a and reception array antenna 202a is wider.

したがって、実施の形態1のバリエーション1においては、各アンテナ素子の開口長を水平方向により広げて送信アレーアンテナ108aおよび受信アレーアンテナ202aを構成することにより、より高いアンテナ利得を得ることができる。即ち、実施の形態1のバリエーション1においては、アンテナ利得を上げつつ比較例1と同等の指向性パターンを得ることができる。   Therefore, in variation 1 of the first embodiment, higher antenna gain can be obtained by configuring transmission array antenna 108a and reception array antenna 202a by extending the aperture length of each antenna element in the horizontal direction. That is, in variation 1 of the first embodiment, a directivity pattern equivalent to that of comparative example 1 can be obtained while increasing the antenna gain.

<実施の形態1のバリエーション2>
本実施の形態のバリエーション2のアンテナ配置は、本実施の形態のバリエーション1と類似のアンテナ配置である。送信アレーアンテナ108cのアンテナ素子の総数が3個、受信アレーアンテナ202cのアンテナ素子の総数が5個の場合のアンテナ配置について説明する。
<Variation 2 of Embodiment 1>
The antenna arrangement of the variation 2 of the present embodiment is similar to the antenna arrangement of the variation 1 of the embodiment. The antenna arrangement when the total number of antenna elements of the transmission array antenna 108c is three and the total number of antenna elements of the reception array antenna 202c is five will be described.

図15は、実施の形態1のバリエーション2に係るアンテナ配置の一例を示す。図15に示される第1軸方向および第2軸方向は、例えば、それぞれ、水平方向および垂直方向である。送信アレーアンテナ108cおよび受信アレーアンテナ202cの配置によって、仮想受信アレーアンテナVAA3の配置が構成される。   FIG. 15 shows an example of an antenna arrangement according to variation 2 of the first embodiment. The first axis direction and the second axis direction shown in FIG. 15 are, for example, the horizontal direction and the vertical direction, respectively. The arrangement of the transmission array antenna 108c and the reception array antenna 202c constitutes the arrangement of the virtual reception array antenna VAA3.

図15において、送信アンテナ素子の総数Ntは3個であり、それぞれ、Tx#1〜Tx#3で示される。送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3は、Dt=2×dHの間隔で第1軸方向に等間隔に配置される。ここで、第1軸方向の基本間隔dHは、例えば、dH=0.5λである。受信アンテナ素子の総数Nは5個であり、それぞれ、Rx#1〜Rx#5で示される。受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#5は、Dr=[5,3,3,5]×dHの間隔で第1軸方向に配置される。これは、nr=[2,1,1,2]の場合に相当する。 15, the total number N t of transmitting antenna elements is three, respectively, represented by Tx # 1 to TX # 3. Transmit antenna elements Tx # 1~Tx # 3 are equally spaced apart about the first axis direction at intervals D t = 2 × d H. Here, the basic interval d H in the first axial direction is, for example, d H = 0.5λ. The total number N a of the receiving antenna elements is five, respectively, represented by Rx # 1~Rx # 5. Receive antenna elements Rx # 1~Rx # 5 is arranged in the first axial direction at an interval of D r = [5,3,3,5] × d H. This corresponds to the case where n r = [2,1,1,2].

実施の形態1のバリエーション2においても、バリエーション1と同様に、図15に示される点を位相中心として、送信アレーアンテナ108cおよび受信アレーアンテナ202cの各アンテナ素子の開口長を第1軸方向および第2軸方向に拡げることができる。これにより、水平方向および垂直方向のビーム幅を絞りつつ、高いアンテナ利得を得ることができる。各アンテナ素子には、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、さらに、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。   Also in Variation 2 of Embodiment 1, similarly to Variation 1, the aperture lengths of the antenna elements of the transmission array antenna 108c and the reception array antenna 202c are set in the first axial direction and the third axis with the point shown in FIG. It can be extended in two axial directions. Thus, a high antenna gain can be obtained while narrowing the beam width in the horizontal direction and the vertical direction. A sub-array antenna configuration may be used for each antenna element, and an array weight may be applied to the sub-array antenna element to suppress side lobes.

<実施の形態1のバリエーション3>
本実施の形態のバリエーション3のアンテナ配置は、本実施の形態のバリエーション1と類似のアンテナ配置である。送信アレーアンテナ108dのアンテナ素子の総数が3個、受信アレーアンテナ202dのアンテナ素子の総数が4個の場合のアンテナ配置について説明する。
<Variation 3 of Embodiment 1>
The antenna arrangement of variation 3 of the present embodiment is similar to the antenna arrangement of variation 1 of the present embodiment. The antenna arrangement when the total number of antenna elements of the transmission array antenna 108d is three and the total number of antenna elements of the reception array antenna 202d is four will be described.

図16は、実施の形態1のバリエーション3に係るアンテナ配置の一例を示す。図16に示される第1軸方向および第2軸方向は、例えば、それぞれ、水平方向および垂直方向である。送信アレーアンテナ108dおよび受信アレーアンテナ202dの配置によって、仮想受信アレーアンテナVAA4の配置が構成される。   FIG. 16 shows an example of an antenna arrangement according to variation 3 of the first embodiment. The first axis direction and the second axis direction shown in FIG. 16 are, for example, the horizontal direction and the vertical direction, respectively. The arrangement of the transmission array antenna 108d and the reception array antenna 202d constitutes the arrangement of the virtual reception array antenna VAA4.

図16において、送信アンテナ素子の総数Ntは3個であり、それぞれ、Tx#1〜Tx#3で示される。送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3は、Dt=2×dHの間隔で第1軸方向に等間隔に配置される。ここで、第1軸方向の基本間隔dHは、例えば、dH=0.5λである。受信アンテナ素子の総数Nは4個であり、それぞれ、Rx#1〜Rx#4で示される。受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4は、Dr=[5,3,5]×dHの間隔で第1軸方向に配置される。これは、nr=[2,1,2]の場合に相当する。 16, the total number N t of transmitting antenna elements is three, respectively, represented by Tx # 1 to TX # 3. Transmit antenna elements Tx # 1~Tx # 3 are equally spaced apart about the first axis direction at intervals D t = 2 × d H. Here, the basic interval d H in the first axial direction is, for example, d H = 0.5λ. The total number N a of the receiving antenna elements is four, respectively, represented by Rx # 1~Rx # 4. Receive antenna elements Rx # 1~Rx # 4 is disposed in a first axial direction at an interval of D r = [5,3,5] × d H. This corresponds to the case where n r = [2,1,2].

実施の形態1のバリエーション3においても、バリエーション1と同様に、図16に示される点を位相中心として、送信アレーアンテナ108dおよび受信アレーアンテナ202dの各アンテナ素子の開口長を第1軸方向および第2軸方向に拡げることができる。これにより、水平方向および垂直方向のビーム幅を絞り、高いアンテナ利得を得ることができる。各アンテナ素子には、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、さらに、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。   Also in Variation 3 of Embodiment 1, similarly to Variation 1, the aperture lengths of the antenna elements of the transmission array antenna 108d and the reception array antenna 202d are set in the first axial direction and in the first axial direction with the point shown in FIG. It can be extended in two axial directions. Thereby, the beam width in the horizontal and vertical directions can be reduced, and a high antenna gain can be obtained. A sub-array antenna configuration may be used for each antenna element, and an array weight may be applied to the sub-array antenna element to suppress side lobes.

<実施の形態1のバリエーション4>
本実施の形態のバリエーション4のアンテナ配置は、本実施の形態のバリエーション3と類似のアンテナ配置である。送信アレーアンテナ108eおよび受信アレーアンテナ202eにおいて、アンテナ素子間の間隔が異なる場合のアンテナ配置について説明する。
<Variation 4 of Embodiment 1>
The antenna arrangement of variation 4 of the present embodiment is similar to the antenna arrangement of variation 3 of the present embodiment. A description will be given of an antenna arrangement in the case where the intervals between antenna elements are different between the transmission array antenna 108e and the reception array antenna 202e.

図17は、実施の形態1のバリエーション4に係るアンテナ配置の一例を示す。図17に示される第1軸方向および第2軸方向は、例えば、それぞれ、水平方向および垂直方向である。送信アレーアンテナ108eおよび受信アレーアンテナ202eの配置によって、仮想受信アレーアンテナVAA5の配置が構成される。   FIG. 17 shows an example of an antenna arrangement according to variation 4 of the first embodiment. The first axis direction and the second axis direction shown in FIG. 17 are, for example, the horizontal direction and the vertical direction, respectively. The arrangement of the transmission array antenna 108e and the reception array antenna 202e constitutes the arrangement of the virtual reception array antenna VAA5.

図17において、送信アンテナ素子の総数Ntは3個であり、それぞれ、Tx#1〜Tx#3で示される。送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3は、Dt=dHの間隔で第1軸方向に等間隔に配置される。ここで、第1軸方向の基本間隔dHは、例えば、dH=0.5λである。受信アンテナ素子の総数Nは4個であり、それぞれ、Rx#1〜Rx#4で示される。受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4は、Dr=[3,2,3]×dHの間隔で第1軸方向に配置される。これは、nr=[2,1,2]の場合に相当する。 17, the total number N t of transmitting antenna elements is three, respectively, represented by Tx # 1 to TX # 3. Transmit antenna elements Tx # 1~Tx # 3 are equally spaced apart about the first axis direction at intervals D t = d H. Here, the basic interval d H in the first axial direction is, for example, d H = 0.5λ. The total number N a of the receiving antenna elements is four, respectively, represented by Rx # 1~Rx # 4. Receive antenna elements Rx # 1~Rx # 4 is disposed in a first axial direction at an interval of D r = [3,2,3] × d H. This corresponds to the case where n r = [2,1,2].

実施の形態1のバリエーション4においても、バリエーション3と同様に、図17に示される点を位相中心として、送信アレーアンテナ108eおよび受信アレーアンテナ202eの各アンテナ素子の開口長を第1軸方向および第2軸方向に拡げることができる。これにより、水平方向および垂直方向のビーム幅を絞りつつ、高いアンテナ利得を得ることができる。各アンテナ素子には、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、さらに、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。   Also in Variation 4 of Embodiment 1, similarly to Variation 3, the aperture lengths of the antenna elements of the transmission array antenna 108e and the reception array antenna 202e are set in the first axial direction and the third axis with the point shown in FIG. It can be extended in two axial directions. As a result, a high antenna gain can be obtained while narrowing the beam width in the horizontal and vertical directions. A sub-array antenna configuration may be used for each antenna element, and an array weight may be applied to the sub-array antenna element to suppress side lobes.

図17に示されるように、仮想受信アレーアンテナVAA5において、仮想アンテナVA#6の位置には、送信アンテナ素子Tx#3と受信アンテナ素子Rx#2によって構成される仮想アンテナと、送信アンテナ素子Tx#1と受信アンテナ素子Rx#3によって構成される仮想アンテナとが重複して構成される。したがって、仮想アンテナVA#6の位置では、2つの受信信号が存在する。レーダ装置10は、到来方向推定においては、2つの受信信号のうち一方を用いてもよく、その平均値を用いてもよく、その和を用いてもよい。仮想受信アンテナの位置が重複することから、重複する2つの信号に到来角による位相差はないことに留意する。   As shown in FIG. 17, in the virtual receiving array antenna VAA5, a virtual antenna formed by a transmitting antenna element Tx # 3 and a receiving antenna element Rx # 2 and a transmitting antenna element Tx # 1 and the virtual antenna configured by the receiving antenna element Rx # 3 are configured to overlap. Therefore, at the position of virtual antenna VA # 6, there are two received signals. The radar apparatus 10 may use one of the two received signals in the DOA estimation, use an average value thereof, or use the sum thereof. Note that there is no phase difference due to the angle of arrival between the two overlapping signals because the positions of the virtual receiving antennas overlap.

このため、レーダ装置10が時分割多重MIMOレーダの場合、レーダ装置10は、重複する仮想アンテナが受信する2つの受信信号を用いてドップラ解析を行ってもよい。図6に示されるドップラ解析部213で解析する信号の送信周期を小さくすることにより、ドップラ解析部213が解析可能な最大速度を大きくすることができる。   Therefore, when the radar device 10 is a time-division multiplexed MIMO radar, the radar device 10 may perform Doppler analysis using two received signals received by overlapping virtual antennas. By reducing the transmission cycle of the signal analyzed by the Doppler analyzer 213 shown in FIG. 6, the maximum speed at which the Doppler analyzer 213 can analyze can be increased.

<実施の形態1のバリエーション5>
本実施の形態のバリエーション5のアンテナ配置は、本実施の形態のバリエーション3と類似のアンテナ配置である。送信アレーアンテナ108fおよび受信アレーアンテナ202fにおいて、アンテナ素子間の間隔が異なる場合のアンテナ配置について説明する。
<Variation 5 of Embodiment 1>
The antenna arrangement of variation 5 of the present embodiment is similar to the antenna arrangement of variation 3 of the present embodiment. The antenna arrangement in the case where the intervals between antenna elements are different between the transmission array antenna 108f and the reception array antenna 202f will be described.

図18は、実施の形態1のバリエーション5に係るアンテナ配置の一例を示す。図18に示される第1軸方向および第2軸方向は、例えば、それぞれ、水平方向および垂直方向である。送信アレーアンテナ108fおよび受信アレーアンテナ202fの配置によって、仮想受信アレーアンテナVAA6の配置が構成される。   FIG. 18 shows an example of an antenna arrangement according to variation 5 of the first embodiment. The first axis direction and the second axis direction shown in FIG. 18 are, for example, the horizontal direction and the vertical direction, respectively. The arrangement of the transmission array antenna 108f and the reception array antenna 202f constitutes the arrangement of the virtual reception array antenna VAA6.

図18において、送信アンテナ素子の総数Ntは3個であり、それぞれ、Tx#1〜Tx#3で示される。送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3は、Dt=3×dHの間隔で第1軸方向に等間隔に配置される。ここで、第1軸方向の基本間隔dHは、例えば、dH=0.5λである。受信アンテナ素子の総数Nは4個であり、それぞれ、Rx#1〜Rx#4で示される。受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4は、Dr=[7,4,7]×dHの間隔で第1軸方向に配置される。これは、nr=[2,1,2]の場合に相当する。 18, the total number N t of transmitting antenna elements is three, respectively, represented by Tx # 1 to TX # 3. Transmit antenna elements Tx # 1~Tx # 3 are equally spaced apart about the first axis direction at intervals D t = 3 × d H. Here, the basic interval d H in the first axial direction is, for example, d H = 0.5λ. The total number N a of the receiving antenna elements is four, respectively, represented by Rx # 1~Rx # 4. Receive antenna elements Rx # 1~Rx # 4 is disposed in a first axial direction at an interval of D r = [7,4,7] × d H. This corresponds to the case where n r = [2,1,2].

実施の形態1のバリエーション5においても、バリエーション3と同様に、図18に示される点を位相中心として、送信アレーアンテナ108fおよび受信アレーアンテナ202fの各アンテナ素子の開口長を第1軸方向および第2軸方向に拡げることができる。これにより、水平方向および垂直方向のビーム幅を絞りつつ、高いアンテナ利得を得ることができる。各アンテナ素子には、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、さらに、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。   Also in Variation 5 of Embodiment 1, similarly to Variation 3, the aperture lengths of the antenna elements of the transmission array antenna 108f and the reception array antenna 202f are set in the first axial direction and in the first axial direction with the point shown in FIG. It can be extended in two axial directions. Thus, a high antenna gain can be obtained while narrowing the beam width in the horizontal direction and the vertical direction. A sub-array antenna configuration may be used for each antenna element, and an array weight may be applied to the sub-array antenna element to suppress side lobes.

図19は、実施の形態1のバリエーション5に係る仮想受信アレーアンテナVAA6による1次元ビームによる指向性パターンの一例を示す。図19に示される指向性パターンは、受信アンテナへの到来波が第1軸方向0度(天頂)から到来した場合の、第1軸方向に形成される指向性パターンである。   FIG. 19 shows an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam by the virtual receiving array antenna VAA6 according to Variation 5 of the first embodiment. The directivity pattern shown in FIG. 19 is a directivity pattern formed in the first axis direction when the incoming wave to the receiving antenna arrives from the first axis direction at 0 degree (zenith).

実施の形態1のバリエーション5は、水平方向の視野角(FOV)が狭い場合に適している。実施の形態1のバリエーション5は、例えば、水平方向の視野角が30度程度の長距離用のレーダに使用できる。送信アレーアンテナ108fおよび受信アレーアンテナ202fの各アンテナ素子に対してサブアレーアンテナ構成を用いることで、水平方向及び垂直方向の指向性を絞ることができる。   Variation 5 of Embodiment 1 is suitable for a case where the horizontal viewing angle (FOV) is narrow. Variation 5 of Embodiment 1 can be used, for example, in a long-distance radar having a horizontal viewing angle of about 30 degrees. By using the sub-array antenna configuration for each antenna element of the transmission array antenna 108f and the reception array antenna 202f, the directivity in the horizontal and vertical directions can be reduced.

図19に示されるように、実施の形態1のバリエーション5においては、メインローブに比べて−3.4dB程度のサイドローブが生じる。しかしながら、各アンテナ素子にサブアレーアンテナ構成を用いて、第1軸方向の指向性を絞ることにより、サイドローブの影響を小さくすることができる。また、最尤推定法などの、サイドローブの影響の少ない到来方向推定手法を用いてもよい。   As shown in FIG. 19, in variation 5 of the first embodiment, side lobes of about -3.4 dB occur as compared with the main lobe. However, by using a sub-array antenna configuration for each antenna element and narrowing the directivity in the first axis direction, the influence of side lobes can be reduced. Further, a direction-of-arrival estimation method that is less affected by side lobes, such as a maximum likelihood estimation method, may be used.

以上、実施の形態1に係るアンテナ配置の例としてバリエーション1、バリエーション2、バリエーション3、バリエーション4、およびバリエーション5について説明した。   As described above, Variation 1, Variation 2, Variation 3, Variation 4, and Variation 5 have been described as examples of the antenna arrangement according to Embodiment 1.

このように、実施の形態1では、レーダ装置10は、送信アレーアンテナ108の複数の送信アンテナ素子#1〜#Ntからレーダ送信信号を多重して送信するレーダ送信部100と、レーダ送信信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を、送信アレーアンテナ202の複数の受信アンテナ素子#1〜#Naを用いて受信するレーダ受信部200と、を具備する。また、本実施の形態では、送信アンテナ素子#1〜#Ntおよび受信アンテナ素子#1〜#Naを上述のように配置する。 Thus, in the first embodiment, the radar device 10 includes a radar transmitter 100 which are multiplexed and transmitted radar transmission signals from a plurality of transmit antenna elements # 1~ # N t of the transmission array antenna 108, the radar transmission signal There comprises a reflected wave signal reflected at the target, the radar receiver 200 that receives using a plurality of receive antenna elements # 1~ # N a transmission array antenna 202, a. Further, in this embodiment, arranging the transmitting antenna element # 1~ # N t and receive antenna elements # 1~ # N a, as described above.

実施の形態1によれば、送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202のアンテナ素子の開口長を、例えば、サブアレー化によって拡大し、アンテナ利得を向上させ、反射波信号の受信SNRを向上させることができる。また、実施の形態1によれば、不要なグレーティングローブの発生が抑えられ、MIMOレーダによる誤検出リスクを低減することができる。さらに、実施の形態1によれば、仮想受信アレーアンテナの形成するビームパターンにおけるメインローブ幅の狭いMIMOレーダを構成できる。   According to the first embodiment, the aperture lengths of the antenna elements of the transmission array antenna 108 and the reception array antenna 202 can be expanded by, for example, sub-arrays, thereby improving the antenna gain and improving the reception SNR of the reflected wave signal. it can. Further, according to the first embodiment, the occurrence of unnecessary grating lobes is suppressed, and the risk of erroneous detection by the MIMO radar can be reduced. Further, according to the first embodiment, a MIMO radar having a narrow main lobe width in a beam pattern formed by a virtual receiving array antenna can be configured.

なお、送信アンテナおよび受信アンテナに対して、ダミーアンテナ素子を設置してもよい。ここで、ダミーアンテナ素子とは、構成するアンテナ素子が他のアンテナ素子と物理的に類似の構成をとり、レーダ信号の送受信に用いられないアンテナである。例えば、アンテナ素子間などやアンテナ素子の外側の領域にダミーアンテナ素子を設置してもよい。ダミーアンテナ素子を設置することによって、例えば、アンテナの放射、インピーダンス整合、アイソレーションといった電気的特性の影響を一様化する効果が得られる。   Note that a dummy antenna element may be provided for the transmitting antenna and the receiving antenna. Here, the dummy antenna element is an antenna that has a configuration physically similar to other antenna elements and is not used for transmitting and receiving radar signals. For example, a dummy antenna element may be provided between antenna elements or in a region outside the antenna element. The provision of the dummy antenna element has an effect of equalizing the influence of electrical characteristics such as radiation, impedance matching, and isolation of the antenna.

(実施の形態2−2次元配置)
本実施の形態に係るレーダ装置は、実施の形態1に係るレーダ装置10と基本構成が共通するので、図1を援用して説明する。
(Embodiment 2-2 dimensional arrangement)
The radar apparatus according to the present embodiment has the same basic configuration as radar apparatus 10 according to the first embodiment, and thus will be described with reference to FIG.

本実施の形態では、各アンテナ素子にサブアレーアンテナ構成を用いて、アンテナ素子の指向性利得を高め、2次元の方向に仮想受信アレーアンテナの開口長を拡げ、不要なグレーティングローブの発生を抑えることで誤検出リスクを低減し、所望の指向性パターンを実現することができる、レーダ装置10を提供する。   In the present embodiment, by using a sub-array antenna configuration for each antenna element, the directivity gain of the antenna element is increased, the aperture length of the virtual receiving array antenna is increased in the two-dimensional direction, and the generation of unnecessary grating lobes is suppressed. To reduce the risk of erroneous detection and achieve a desired directivity pattern.

[レーダ装置10におけるアンテナ配置]
実施の形態2においては、実施の形態1の送信アレーアンテナ108および受信アレーアンテナ202のアンテナ配置を含み、2次元の方向に配置されるアンテナ配置と、そのアンテナ配置を用いた到来方向推定手法について説明する。2次元の方向にアンテナ素子を配置することによって、2次元の到来方向推定が可能となる。
[Antenna Arrangement in Radar Apparatus 10]
In the second embodiment, the antenna arrangement in the two-dimensional direction, including the antenna arrangement of the transmission array antenna 108 and the reception array antenna 202 in the first embodiment, and the arrival direction estimation method using the antenna arrangement explain. By arranging the antenna elements in the two-dimensional direction, it is possible to estimate the two-dimensional direction of arrival.

図20は、実施の形態2に係るアンテナ配置の一例を示す図を示す。図20に示される第1軸方向および第2軸方向は、例えば、それぞれ、水平方向および垂直方向である。なお、第1軸方向に垂直な破線によって区切られた間隔は、第1軸方向の基本間隔dHを表す。また、第2軸方向に垂直な破線によって区切られた間隔は、第2軸方向の基本間隔dVを表す。以降の図においても、同様の破線によって、第1軸方向と第2軸方向のそれぞれの基本間隔が表される場合がある。図20において、送信アレーアンテナ108gを構成する送信アンテナ素子の総数Ntは6個である。受信アレーアンテナ202gを構成する受信アンテナ素子の総数Nは8個であり、8個の受信アンテナ素子は、それぞれ、Rx#1〜Rx#8で示される。送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6および受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8によって構成される仮想受信アレーアンテナVAA7の仮想アンテナの総数は48であり、それぞれ、VA#1〜VA#48で示される。ここで、第1軸方向と第2軸方向とは直交する。第1軸方向の基本間隔dHは、例えば、dH=0.5λである。また、第2軸方向の基本間隔dVは、例えば、dV=0.68λである。 FIG. 20 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to the second embodiment. The first axis direction and the second axis direction shown in FIG. 20 are, for example, the horizontal direction and the vertical direction, respectively. Incidentally, the interval delimited by the dashed vertical line in a first axial direction, represents a fundamental spacing d H of the first axial direction. Further, the interval delimited by vertical dashed lines in a second axial direction, represents a fundamental spacing d V in the second axial direction. In the following drawings, similar basic lines may sometimes indicate the basic intervals in the first axis direction and the second axis direction. In Figure 20, the total number N t of transmitting antenna elements that constitute the transmission array antenna 108g is six. The total number N a of the receiving antenna elements constituting the receiving array antenna 202g is eight, eight receiving antenna elements, respectively, represented by Rx # 1~Rx # 8. The total number of virtual antennas of the virtual receiving array antenna VAA7 composed of the transmitting antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 and the receiving antenna elements Rx # 1 to Rx # 8 is 48, and VA # 1 to VA # 48, respectively. Is shown. Here, the first axis direction is orthogonal to the second axis direction. The basic interval d H in the first axis direction is, for example, d H = 0.5λ. The basic interval d V in the second axis direction is, for example, d V = 0.68λ.

図20において、送信アンテナ素子Tx#1〜#3と受信アンテナ素子Rx#1〜#4の配置は、実施の形態1のバリエーション3と同じ配置である。即ち、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3は、Dt=dHの間隔で第1軸方向に等間隔に配置される。また、受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4は、Dr=[3,2,3]×dHの間隔で第1軸方向に配置される。これは、nr=[2,1,2]の場合に相当する。さらに、送信アンテナ素子Tx#4〜Tx#6は、送信アンテナ素子Tx#1〜#3と同様に配置される。また、受信アンテナ素子Rx#5〜Rx#8は、受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4と同様に配置される。 20, the arrangement of transmitting antenna elements Tx # 1 to # 3 and receiving antenna elements Rx # 1 to # 4 is the same as that of variation 3 of the first embodiment. That is, the transmission antenna elements Tx # 1~Tx # 3 are equally spaced apart about the first axis direction at intervals D t = d H. The receiving antenna element Rx # 1~Rx # 4 is disposed in a first axial direction at an interval of D r = [3,2,3] × d H. This corresponds to the case where n r = [2,1,2]. Further, transmission antenna elements Tx # 4 to Tx # 6 are arranged similarly to transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 3. Further, reception antenna elements Rx # 5 to Rx # 8 are arranged in the same manner as reception antenna elements Rx # 1 to Rx # 4.

送信アンテナ素子Tx#4〜Tx#6と受信アンテナ素子Rx#5〜Tx#8の配置は、それぞれ、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3と受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4に対して、第1軸方向および第2軸方向にずらして配置してもよい。例えば、図20に示されるように、送信アンテナ素子Tx#4〜Tx#6は、それぞれ、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3に対して、第1軸方向にdHの間隔、第2軸方向にdVの間隔ずらして配置される。また、受信アンテナ素子Rx#5〜Rx#8は、それぞれ、受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4に対して、第1軸方向にdHの間隔、第2軸方向に2dVの間隔ずらして配置される。 The arrangement of the transmitting antenna elements Tx # 4 to Tx # 6 and the receiving antenna elements Rx # 5 to Tx # 8 are respectively corresponding to the transmitting antenna elements Tx # 1 to Tx # 3 and the receiving antenna elements Rx # 1 to Rx # 4. Thus, they may be arranged shifted in the first axis direction and the second axis direction. For example, as shown in FIG. 20, the transmitting antenna elements Tx # 4~Tx # 6, respectively, transmit antenna element Tx # against 1 to TX # 3, distance d H in a first axial direction, the second axially are staggered spacing d V. The receiving antenna element Rx # 5~Rx # 8, respectively, relative to the receiving antenna elements Rx # 1~Rx # 4, distance d H in a first axial direction, staggered spacing 2d V in a second axial direction Placed.

送信アレーアンテナ108gおよび受信アレーアンテナ202gの各アンテナ素子は、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6および受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8の位置を中心として、隣接するアンテナ素子に物理的に干渉しない程度に開口長を拡大してもよい。開口長を拡大することにより、アンテナ利得を向上させることが可能である。   Each antenna element of the transmitting array antenna 108g and the receiving array antenna 202g is physically located at a position adjacent to the transmitting antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 and the receiving antenna elements Rx # 1 to Rx # 8. The opening length may be enlarged to such an extent as not to interfere. The antenna gain can be improved by increasing the aperture length.

また、実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、サブアレーアンテナ構成を用いて、送信アレーアンテナ108gおよび受信アレーアンテナ202gの各アンテナ素子を構成してもよい。   Also in Embodiment 2, similarly to Embodiment 1, each antenna element of transmitting array antenna 108g and receiving array antenna 202g may be configured using a sub-array antenna configuration.

図21は、実施の形態2に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す。例えば、図21に示されるように、各アンテナ素子には、第2軸方向に、4素子からなるサブアレーアンテナ構成を用いてもよい。レーダ装置10の視野角(FOV)が水平方向に広角、垂直方向に狭角である場合、送信アレーアンテナ108gおよび受信アレーアンテナ202gの各アンテナ素子のビームパターンも、同様に水平方向に広角、垂直方向に狭角となることが望ましい。したがって、図10における(b)に示されるように、サブアレーアンテナ素子を垂直方向に並べたサブアレーアンテナ構成が考えられる。このように、送信アレーアンテナ108gおよび受信アレーアンテナ202gの各アンテナ素子には、レーダ装置10の視野角に適したビームパターンを形成するようなサブアレーアンテナ構成を用いることが望ましい。   FIG. 21 shows an example of the size of the antenna element according to the second embodiment. For example, as shown in FIG. 21, each antenna element may have a sub-array antenna configuration including four elements in the second axis direction. When the field of view (FOV) of the radar device 10 is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction, the beam patterns of the antenna elements of the transmission array antenna 108g and the reception array antenna 202g are similarly wide and vertical in the horizontal direction. It is desirable that the direction be a narrow angle. Therefore, as shown in FIG. 10B, a sub-array antenna configuration in which sub-array antenna elements are arranged in the vertical direction is conceivable. As described above, it is desirable to use a sub-array antenna configuration that forms a beam pattern suitable for the viewing angle of the radar device 10 for each antenna element of the transmission array antenna 108g and the reception array antenna 202g.

各アンテナ素子には、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。   A sub-array antenna configuration may be used for each antenna element, and an array weight may be applied to the sub-array antenna element to suppress side lobes.

図22Aは、実施の形態2に係る仮想受信アレーアンテナVAA7による2次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す。   FIG. 22A is an example of a directional pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0 °, vertical 0 ° direction) by virtual receiving array antenna VAA7 according to Embodiment 2, and is an example of a cross-sectional view along the first axis direction. Is shown.

図22Bは、実施の形態2に係る仮想受信アレーアンテナVAA7による2次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す。   FIG. 22B is an example of a directional pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0 °, vertical 0 ° direction) by virtual reception array antenna VAA7 according to Embodiment 2, and is an example of a cross-sectional view along the second axis direction. Is shown.

これらの指向性パターンの特徴については、図24Aおよび図24Bを参照して後述する。   The characteristics of these directivity patterns will be described later with reference to FIGS. 24A and 24B.

なお、時分割多重MIMOレーダの場合、送信アレーアンテナ108gの全てのアンテナ素子を多重しなくてもよい。例えば、図20に示される送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3の3個の送信アンテナ素子に対して多重してもよい。これによって、仮想受信アレー数は少なくなり、第1軸方向(水平方向)の角度推定性能を維持し、アンテナ多重数を削減することができる。   In the case of a time division multiplexed MIMO radar, all the antenna elements of the transmission array antenna 108g need not be multiplexed. For example, multiplexing may be performed on three transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 3 shown in FIG. As a result, the number of virtual reception arrays decreases, the angle estimation performance in the first axis direction (horizontal direction) can be maintained, and the number of multiplexed antennas can be reduced.

時分割多重MIMOレーダの場合、アンテナ多重数が少なくなることがら送信周期を短くすることができ、そのため、ドップラ解析部213によって解析可能である最大ドップラ速度を大きくすることができる。したがって、全てのアンテナ素子を多重して送信アンテナ素子からそれぞれ独立に信号を送信する構成と比較して、高速物体の検知に適した構成とすることができる。   In the case of a time-division multiplexed MIMO radar, the transmission cycle can be shortened with a decrease in the number of multiplexed antennas. Therefore, the maximum Doppler speed that can be analyzed by the Doppler analysis unit 213 can be increased. Therefore, compared to a configuration in which all antenna elements are multiplexed and signals are transmitted independently from the transmission antenna elements, a configuration suitable for high-speed object detection can be achieved.

また、送信アレーアンテナ108gの複数のアンテナ素子を1素子のアンテナ素子として用いてビームを形成してもよい。例えば、送信アンテナ素子Tx#1,Tx#4に位相を制御して給電し、1つの送信アンテナ素子として用いる。送信アンテナ素子Tx#2,Tx#5と、送信アンテナ素子Tx#3,Tx#6も、それぞれ、同様に位相制御して給電し、1つの送信アンテナ素子として用いる。これにより、位相中心が2×dHの間隔で第1軸上に配置された、合計3つの送信アンテナ素子として扱うことができる。 Also, a beam may be formed using a plurality of antenna elements of the transmission array antenna 108g as one antenna element. For example, power is supplied to the transmission antenna elements Tx # 1 and Tx # 4 by controlling the phase, and the transmission antenna elements are used as one transmission antenna element. Similarly, the transmitting antenna elements Tx # 2 and Tx # 5 and the transmitting antenna elements Tx # 3 and Tx # 6 are controlled in phase and fed, and used as one transmitting antenna element. Thus, the phase center of which is arranged on the first axis at intervals of 2 × d H, it can be treated as the sum of three transmit antenna elements.

複数の送信アンテナ素子を1つのアンテナ素子として用いて送信ビームを形成することで、各送信アンテナ素子から独立に信号を送信する場合と比較して、第1軸方向(水平方向)の視野角が狭くなるが、正面方向の利得が向上する。さらに、上述の全てのアンテナ素子を多重しない場合と同様、送信アンテナ素子の多重数が3になる。例えば、時分割多重MIMOレーダの場合、多重数が少ない分、送信周期を小さくすることができ、ドップラ解析部213によって解析可能な最大ドップラ速度を大きくすることができる。したがって、上述の一例は送信アンテナ素子からそれぞれ独立に信号を送信する構成と比較して、レーダ装置10による検知距離を伸ばすことができ、また、高速移動物体のレーダ装置10による検知性能を向上させることができる。   By forming a transmission beam by using a plurality of transmission antenna elements as one antenna element, the viewing angle in the first axis direction (horizontal direction) is reduced as compared with a case where signals are transmitted independently from each transmission antenna element. Although narrower, the gain in the front direction is improved. Further, as in the case where all the antenna elements are not multiplexed, the number of multiplexed transmission antenna elements is three. For example, in the case of a time-division multiplexed MIMO radar, the transmission cycle can be shortened by the small number of multiplexes, and the maximum Doppler speed that can be analyzed by the Doppler analysis unit 213 can be increased. Therefore, in the above-described example, the detection distance of the radar device 10 can be increased, and the performance of detecting the high-speed moving object by the radar device 10 can be improved, as compared with a configuration in which signals are transmitted independently from the transmission antenna elements. be able to.

<比較例2>
図23は、実施の形態2の比較例2に係るアンテナ配置の一例を示す図である。
<Comparative Example 2>
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of an antenna arrangement according to a comparative example 2 of the second embodiment.

比較例2において、送信アレーアンテナ108hを構成する送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6は、第1軸方向にdHの間隔で、第2軸方向にdVの間隔で、等間隔に配置される。また、受信アレーアンテナ202hを構成する受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8は、第1軸方向に3×dHの間隔で、第2軸方向に2×dVの間隔で、等間隔に配置される。送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6および受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8によって構成される仮想受信アレーアンテナVAA8の仮想アンテナの総数は48であり、それぞれ、VA#1〜VA#48で示される。仮想受信アレーアンテナVAA8において、48個の仮想アンテナVA#1〜VA#48は、第1軸方向にdHの間隔で、第2軸方向にdVの間隔で、等間隔に配置される。 In Comparative Example 2, the transmitting antenna elements Tx # 1 to TX # 6 constituting the transmission array antenna 108h is the distance d H in a first axial direction, at an interval of d V in a second axial direction, arranged at regular intervals Is done. The receiving antenna element Rx # 1~Rx # 8 constituting the reception array antenna 202h at intervals of 3 × d H in a first axial direction, at an interval of 2 × d V in a second axial direction, at equal intervals Be placed. The total number of virtual antennas of the virtual receiving array antenna VAA8 constituted by the transmitting antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 and the receiving antenna elements Rx # 1 to Rx # 8 is 48, and VA # 1 to VA # 48, respectively. Is shown. In virtual reception array antenna VAA8, 48 pieces of virtual antennas VA # 1~VA # 48 at intervals of d H in a first axial direction, at an interval of d V in a second axial direction, are arranged at regular intervals.

比較例2において、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6は、それぞれ、隣接するアンテナに物理的に干渉しないように、第1軸方向および第2軸方向に、それぞれ、dH以下およびdV以下の開口長で構成することが求められる。したがって、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6は、いずれも、図21に示されるようなサブアレーアンテナ構成を用いることはできず、単一のアンテナ素子で構成することが求められる。即ち、実施の形態2において、送信アンテナ1素子にサブアレーアンテナ構成を用いたが、比較例2においては、送信アンテナ1素子にサブアレーアンテナ構成を用いることは困難である。 In Comparative Example 2, the transmitting antenna elements Tx # 1 to TX # 6, respectively, so as not to physically interfere with the adjacent antenna, the first axis direction and a second axial, respectively, d H below and d V It is required to have the following opening length. Therefore, transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 cannot all use the sub-array antenna configuration as shown in FIG. 21 and must be configured with a single antenna element. That is, in the second embodiment, a sub-array antenna configuration is used for one transmitting antenna element, but in Comparative Example 2, it is difficult to use a sub-array antenna configuration for one transmitting antenna element.

また、比較例2において、受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8は、それぞれ、第1軸方向および第2軸方向に、それぞれ、3×dH以下および2×dV以下の開口長で構成する場合、隣接するアンテナに物理的に干渉しないようにすることができる。したがって、受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8には、それぞれ、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、さらに、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。しかしながら、比較例2においては、実施の形態2と比較して、受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8の第2軸方向の開口長を広げられる範囲が狭い。 In Comparative Example 2, the receiving antenna elements Rx # 1~Rx # 8, respectively, in a first axial direction and second axial direction, respectively, consists of 3 × d H below and 2 × d V following aperture length In this case, it is possible to prevent physical interference with an adjacent antenna. Therefore, a sub-array antenna configuration may be used for each of reception antenna elements Rx # 1 to Rx # 8, and side lobes may be suppressed by applying an array weight to the sub-array antenna elements. However, in Comparative Example 2, the range in which the aperture length of the receiving antenna elements Rx # 1 to Rx # 8 in the second axial direction can be widened is smaller than in Embodiment 2.

図24Aは、実施の形態2に係る仮想受信アレーアンテナVAA7による2次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例と比較例2に係る仮想受信アレーアンテナVAA8による2次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例との比較を示す。図24Bは、実施の形態2に係る仮想受信アレーアンテナVAA7による2次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例と比較例2に係る仮想受信アレーアンテナVAA8による2次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例との比較を示す。   FIG. 24A is an example of a directional pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0 °, vertical 0 ° direction) by virtual reception array antenna VAA7 according to Embodiment 2, and is an example of a cross-sectional view along the first axis direction. 7 shows a comparison with an example of a cross-sectional view along a first axis direction, which is a directivity pattern of a two-dimensional beam by a virtual reception array antenna VAA8 according to Comparative Example 2. FIG. 24B is an example of a cross-sectional view along the second axial direction, showing a directivity pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0 °, vertical 0 ° direction) by virtual reception array antenna VAA7 according to Embodiment 2. 7 shows a comparison with an example of a cross-sectional view along the second axis direction, showing a directivity pattern of a two-dimensional beam by the virtual reception array antenna VAA8 according to Comparative Example 2.

実施の形態2では、比較例2と同数の送信アンテナ素子および受信アンテナ素子が用いられている。しかしながら、図24Aに示されるように、実施の形態2の構成によって、比較例2の構成と比較して、メインローブ幅の狭いビームを形成することができる。したがって、実施の形態2のアンテナ配置によって、比較例2と比較して、第1軸方向(水平方向)の分解能が高い仮想受信アレー構成が得られる。   In the second embodiment, the same number of transmitting antenna elements and receiving antenna elements as in Comparative Example 2 are used. However, as shown in FIG. 24A, a beam having a narrower main lobe width can be formed by the configuration of Embodiment 2 as compared with the configuration of Comparative Example 2. Therefore, with the antenna arrangement of the second embodiment, a virtual reception array configuration having a higher resolution in the first axial direction (horizontal direction) than that of the second comparative example can be obtained.

さらに、図24Bに示されるように、実施の形態2のビーム形状は、比較例2のビーム形状と比較して、略同様のビーム形状である。しかしながら、実施の形態2においては、比較例2と比較して、送信アンテナ素子および受信アンテナ素子の位相中心の水平方向の間隔が大きい分、送信アレーアンテナ108hおよび受信アレーアンテナ202hのアンテナ1素子の開口長を水平方向により広げて構成することが可能である。したがって、実施の形態2のアンテナ配置によって、比較例2と比較して、アンテナ利得を上げつつ、第2軸方向(垂直方向)に同等の性能を有する指向性パターンを得ることができる。   Further, as shown in FIG. 24B, the beam shape of the second embodiment is substantially the same as the beam shape of Comparative Example 2. However, in the second embodiment, compared to Comparative Example 2, the horizontal spacing between the phase centers of the transmitting antenna element and the receiving antenna element in the horizontal direction is larger, so that one antenna element of the transmitting array antenna 108h and the receiving array antenna 202h is used. The opening length can be configured to be wider in the horizontal direction. Therefore, with the antenna arrangement of the second embodiment, it is possible to obtain a directivity pattern having the same performance in the second axis direction (vertical direction) while increasing the antenna gain as compared with the comparative example 2.

<実施の形態2のバリエーション1>
実施の形態2のバリエーション1においては、実施の形態1の送信アレーアンテナ108および受信アレーアンテナ202のアンテナ配置を含み、2次元の方向に配置されるアンテナ配置と、そのアンテナ配置を用いた到来方向推定手法について説明する。実施の形態2のバリエーション1においても、実施の形態2と同様、2次元の方向にアンテナ素子を配置することによって、2次元の到来方向推定が可能となる。
<Variation 1 of Embodiment 2>
In variation 1 of the second embodiment, the antenna arrangement including the transmission array antenna 108 and the reception array antenna 202 of the first embodiment, the antenna arrangement arranged in a two-dimensional direction, and the arrival direction using the antenna arrangement The estimation method will be described. Also in the variation 1 of the second embodiment, as in the second embodiment, by arranging the antenna elements in the two-dimensional direction, it is possible to estimate the two-dimensional direction of arrival.

図25Aは、実施の形態2のバリエーション1に係る送信アレーアンテナ108iおよび受信アレーアンテナ202iの配置の一例を示す。   FIG. 25A shows an example of an arrangement of a transmission array antenna 108i and a reception array antenna 202i according to Variation 1 of Embodiment 2.

図25Aにおいて、送信アレーアンテナ108iを構成する送信アンテナ素子の総数Ntは6個であり、6個の送信アンテナ素子は、それぞれ、Tx#1〜Tx#6で示される。受信アレーアンテナ202iを構成する受信アンテナ素子の総数Nは8個であり、8個の受信アンテナ素子は、それぞれ、Rx#1〜Rx#8で示される。ここで、第1軸方向と第2軸方向とは直交する。第1軸方向の基本間隔dHは、例えば、dH=0.5λである。また、第2軸方向の基本間隔dVは、例えば、dV=0.68λである。 In FIG. 25A, the total number Nt of the transmission antenna elements constituting the transmission array antenna 108i is six, and the six transmission antenna elements are indicated by Tx # 1 to Tx # 6, respectively. The total number N a of the receiving antenna elements constituting the receiving array antenna 202i is eight, eight receiving antenna elements, respectively, represented by Rx # 1~Rx # 8. Here, the first axis direction is orthogonal to the second axis direction. The basic interval d H in the first axis direction is, for example, d H = 0.5λ. The basic interval d V in the second axis direction is, for example, d V = 0.68λ.

図25Aに示されるように、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6の配置は、実施の形態2の送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6の配置と同じ配置である。即ち、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3は、Dt=dHの間隔で第1軸方向に等間隔に配置される。さらに、送信アンテナ素子Tx#4〜Tx#6は、それぞれ、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3に対して、第1軸方向にdHの間隔、第2軸方向にdVの間隔ずらして、送信アンテナ素子Tx#1〜#3と同様に配置される。 As shown in FIG. 25A, the arrangement of transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 is the same as the arrangement of transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 of the second embodiment. That is, the transmission antenna elements Tx # 1~Tx # 3 are equally spaced apart about the first axis direction at intervals D t = d H. Further, the transmitting antenna elements Tx # 4~Tx # 6, respectively, to the transmission antenna elements Tx # 1 to TX # 3, distance d H in a first axial direction, staggered spacing d V in a second axial direction Therefore, they are arranged in the same manner as the transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 3.

また、受信アンテナ素子Rx#3〜Rx#6の配置は、実施の形態1のバリエーション3の受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4の配置と同じ配置である。即ち、受信アンテナ素子Rx#3〜Rx#6は、Dr=[5,3,5]×dHの間隔で第1軸方向に配置される。これは、nr=[2,1,2]の場合に相当する。 The arrangement of receiving antenna elements Rx # 3 to Rx # 6 is the same as the arrangement of receiving antenna elements Rx # 1 to Rx # 4 of Variation 3 of the first embodiment. That is, the reception antenna elements Rx # 3~Rx # 6 is disposed in a first axial direction at an interval of D r = [5,3,5] × d H. This corresponds to the case where n r = [2,1,2].

また、受信アンテナ素子Rx#1,Rx#2およびRx#7,Rx#8は、それぞれ、受信アンテナ素子Rx#4,Rx#5と同様の間隔、即ち、3×dHの間隔で第1軸方向に配置される。さらに、受信アンテナ素子Rx#1,Rx#2およびRx#7,Rx#8の配置は、受信アンテナ素子Rx#4,Rx#5に対して第1軸方向、および第2軸方向にずらして配置してもよい。例えば、図25Aに示すように、受信アンテナ素子Rx#1,Rx#2は、受信アンテナ素子Rx#4, Rx#5に対して、第1軸方向にdHの間隔、第2軸方向に-2dVの間隔ずらして配置される。一方、受信アンテナ素子Rx#7, Rx#8は、受信アンテナ素子Rx#4, Rx#5に対して、第1軸方向に-dHの間隔、第2軸方向に2dVの間隔ずらして配置される。 The receiving antenna element Rx # 1, Rx # 2 and Rx # 7, Rx # 8, respectively, receive antenna element Rx # 4, Rx # 5 the same interval, i.e., first at intervals of 3 × d H It is arranged in the axial direction. Further, the arrangement of the receiving antenna elements Rx # 1, Rx # 2 and Rx # 7, Rx # 8 is shifted in the first axis direction and the second axis direction with respect to the receiving antenna elements Rx # 4, Rx # 5. It may be arranged. For example, as shown in FIG. 25A, the receiving antenna elements Rx # 1, Rx # 2, to the receiving antenna elements Rx # 4, Rx # 5, the first axial spacing d H, the second axis direction -2d V are offset from each other. On the other hand, the receiving antenna elements Rx # 7, Rx # 8, to the receiving antenna elements Rx # 4, Rx # 5, distance -d H in a first axial direction, staggered spacing 2d V in a second axial direction Be placed.

送信アレーアンテナ108iおよび受信アレーアンテナ202iの各アンテナ素子は、図25Aに示される送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6および受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8の位置を位相中心として、隣接するアンテナに物理的に干渉しない程度に開口長を拡大してもよい。開口長を拡大することにより、アンテナ利得を向上させることが可能である。   The antenna elements of the transmission array antenna 108i and the reception array antenna 202i are adjacent to each other with the positions of the transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 and the reception antenna elements Rx # 1 to Rx # 8 shown in FIG. The aperture length may be increased to such an extent that it does not physically interfere with the antenna. The antenna gain can be improved by increasing the aperture length.

図25Bは、実施の形態2のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナVAA9の配置の一例を示す。図25Bに示される仮想受信アレーアンテナVAA9は、図25Aに示される送信アレーアンテナ108iおよび受信アレーアンテナ202iに基づく仮想受信アレーアンテナである。送信アレーアンテナ108iの送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6および受信アレーアンテナ202iの受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8によって構成される仮想受信アレーアンテナVAA9の仮想アンテナの総数は48であり、48個の仮想アンテナは、それぞれ、VA#1〜VA#48で示される。   FIG. 25B shows an example of the arrangement of the virtual reception array antenna VAA9 according to Variation 1 of Embodiment 2. The virtual reception array antenna VAA9 shown in FIG. 25B is a virtual reception array antenna based on the transmission array antenna 108i and the reception array antenna 202i shown in FIG. 25A. The total number of virtual antennas of the virtual reception array antenna VAA9 configured by the transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 of the transmission array antenna 108i and the reception antenna elements Rx # 1 to Rx # 8 of the reception array antenna 202i is 48, The 48 virtual antennas are indicated by VA # 1 to VA # 48, respectively.

図26は、実施の形態2のバリエーション1に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す。例えば、図26に示されるように、各アンテナ素子には、第2軸方向に4素子からなるサブアレーアンテナ構成を用いてもよい。レーダ装置10の視野角(FOV)が水平方向に広角、垂直方向に狭角である場合、送信アレーアンテナ108iおよび受信アレーアンテナ202iの各アンテナ素子のビームパターンも、同様に水平方向に広角、垂直方向に狭角となることが望ましい。したがって、図10における(b)に示されるように、アンテナ素子を垂直方向に並べたサブアレーアンテナ構成が考えられる。このように、送信アレーアンテナ108iおよび受信アレーアンテナ202iの各アンテナ素子には、レーダ装置10の視野角に適したビームパターンを形成するようなサブアレーアンテナ構成を用いることが望ましい。   FIG. 26 shows an example of the size of the antenna element according to Variation 1 of the second embodiment. For example, as shown in FIG. 26, a sub-array antenna configuration including four elements in the second axis direction may be used for each antenna element. When the field of view (FOV) of the radar device 10 is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction, the beam patterns of the antenna elements of the transmission array antenna 108i and the reception array antenna 202i are similarly wide and vertical in the horizontal direction. It is desirable that the direction be a narrow angle. Therefore, as shown in FIG. 10B, a sub-array antenna configuration in which the antenna elements are arranged in the vertical direction is conceivable. As described above, it is desirable to use a sub-array antenna configuration that forms a beam pattern suitable for the viewing angle of the radar device 10 for each antenna element of the transmission array antenna 108i and the reception array antenna 202i.

各アンテナ素子には、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。   A sub-array antenna configuration may be used for each antenna element, and an array weight may be applied to the sub-array antenna element to suppress side lobes.

図27Aは、図25Bに示す実施の形態2のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナVAA9による2次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す。図27Bは、実施の形態2のバリエーション1に係る仮想受信アレーアンテナVAA9による2次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す。   FIG. 27A is a directional pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0 °, vertical 0 ° direction) by virtual reception array antenna VAA9 according to variation 1 of Embodiment 2 shown in FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view along the line. FIG. 27B is a directional pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0 °, vertical 0 ° direction) by virtual reception array antenna VAA9 according to Variation 1 of Embodiment 2, and is a cross section along the second axial direction. FIG.

図27Aに示されるように、実施の形態2のバリエーション1の指向性パターンは、図22Aに示される実施の形態2と比較して、第1軸方向(水平方向)のメインローブ幅が広い。したがって、水平方向の角度推定の性能は、実施の形態2の方が実施の形態2のバリエーション1よりも優れている。一方、図27Bに示されるように、実施の形態2のバリエーション1の指向性パターンは、図22Bに示される実施の形態2と比較して、第2軸方向(垂直方向)のメインローブ幅が広い。したがって、垂直方向の角度推定の性能は、実施の形態2のバリエーション1の方が実施の形態2よりも優れている。   As shown in FIG. 27A, the directivity pattern of Variation 1 of Embodiment 2 has a wider main lobe width in the first axial direction (horizontal direction) than that of Embodiment 2 shown in FIG. 22A. Therefore, the performance of the angle estimation in the horizontal direction is better in the second embodiment than in the variation 1 of the second embodiment. On the other hand, as shown in FIG. 27B, the directivity pattern of Variation 1 of Embodiment 2 has a main lobe width in the second axial direction (vertical direction) different from that of Embodiment 2 shown in FIG. 22B. wide. Therefore, the performance of the angle estimation in the vertical direction is better in the variation 1 of the second embodiment than in the second embodiment.

なお、時分割多重MIMOレーダの場合、実施の形態2と同様、送信アレーアンテナ108の全てのアンテナ素子を多重しなくてもよい。例えば、図25Aに示される送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3の3個の送信アンテナ素子を多重してもよい。また、実施の形態2と同様、送信アレーアンテナ108の複数のアンテナ素子を1つのアンテナ素子として用いてビームを形成してもよい。   In the case of a time-division multiplexed MIMO radar, all the antenna elements of transmission array antenna 108 do not need to be multiplexed, as in the second embodiment. For example, three transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 3 shown in FIG. 25A may be multiplexed. Further, similarly to Embodiment 2, a beam may be formed using a plurality of antenna elements of transmission array antenna 108 as one antenna element.

例えば、送信アンテナ素子Tx#1, Tx#4に位相を制御して給電し、1つの送信アンテナとして用いる。送信アンテナ素子Tx#2, Tx#5と、送信アンテナ素子Tx#3, Tx#6も、それぞれ、同様に位相制御して給電し、1つの送信アンテナとして用いる。これにより、位相中心が2×dHの間隔で第1軸上に配置された、合計3つからなる送信アンテナとして扱うことができる。これらの構成により、実施の形態2のバリエーション1においても、実施の形態2と同様の効果が得られる。 For example, power is supplied to the transmitting antenna elements Tx # 1 and Tx # 4 by controlling the phase, and the transmitting antenna elements are used as one transmitting antenna. Similarly, the transmitting antenna elements Tx # 2 and Tx # 5 and the transmitting antenna elements Tx # 3 and Tx # 6 are controlled in phase and fed, and used as one transmitting antenna. Thus, the phase center of which is arranged on the first axis at intervals of 2 × d H, it can be treated as a transmission antenna consisting of a total of three. With these configurations, the same effects as those of the second embodiment can be obtained in the variation 1 of the second embodiment.

<実施の形態2のバリエーション2>
実施の形態2のバリエーション2においては、実施の形態1の送信アレーアンテナ108および受信アレーアンテナ202のアンテナ配置を含み、2次元の方向に配置されるアンテナ配置と、そのアンテナ配置を用いた到来方向推定手法について説明する。実施の形態2のバリエーション2においても、実施の形態2と同様、2次元の方向にアンテナ素子を配置することによって、2次元の到来方向推定が可能となる。実施の形態2のバリエーション2は、実施の形態2および実施の形態2のバリエーション1と比較して、アンテナ素子数は同一で、アンテナ配置が異なる。
<Variation 2 of Embodiment 2>
In the variation 2 of the second embodiment, the antenna arrangement including the transmission array antenna 108 and the reception array antenna 202 of the first embodiment, the antenna arrangement arranged in a two-dimensional direction, and the arrival direction using the antenna arrangement The estimation method will be described. Also in the variation 2 of the second embodiment, as in the second embodiment, by arranging the antenna elements in the two-dimensional direction, the two-dimensional direction of arrival can be estimated. Variation 2 of Embodiment 2 has the same number of antenna elements and a different antenna arrangement than Embodiment 2 and Variation 1 of Embodiment 2.

上述のように、実施の形態2のバリエーション2においては、実施の形態2のバリエーション1のアンテナ構成を一部含むようなアンテナ構成を有するので、実施の形態2のバリエーション1の効果と同等の効果が得られる。さらに、実施の形態2のバリエーション2においては、分解能の向上の効果も得られる。   As described above, since the variation 2 of the second embodiment has an antenna configuration that partially includes the antenna configuration of the variation 1 of the second embodiment, the same effect as that of the variation 1 of the second embodiment is obtained. Is obtained. Further, in the variation 2 of the second embodiment, the effect of improving the resolution can be obtained.

図28Aは、実施の形態2のバリエーション2に係る送信アレーアンテナ108jおよび受信アレーアンテナ202jの配置の一例を示す。   FIG. 28A shows an example of the arrangement of transmission array antenna 108j and reception array antenna 202j according to Variation 2 of Embodiment 2.

図28Aにおいて、送信アレーアンテナ108jを構成する送信アンテナ素子の総数Ntは6個であり、6個の送信アンテナ素子は、それぞれ、Tx#1〜Tx#6で示される。受信アレーアンテナ202jを構成する受信アンテナ素子の総数Nは8個であり、8個の受信アンテナ素子は、それぞれ、Rx#1〜Rx#8で示される。ここで、第1軸方向と第2軸方向とは直交する。第1軸方向の基本間隔dHは、例えば、dH=0.5λである。また、第2軸方向の基本間隔dVは、例えば、dV=0.68λである。 In Figure 28A, the total number N t of transmitting antenna elements that constitute the transmission array antenna 108j is six, six transmit antenna elements, respectively, represented by Tx # 1 to TX # 6. The total number N a of the receiving antenna elements constituting the receiving array antenna 202j is eight, eight receiving antenna elements, respectively, represented by Rx # 1~Rx # 8. Here, the first axis direction is orthogonal to the second axis direction. The basic interval d H in the first axis direction is, for example, d H = 0.5λ. The basic interval d V in the second axis direction is, for example, d V = 0.68λ.

図28Aに示されるように、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3の配置と、送信アンテナ素子Tx#4〜Tx#6の配置とは、それぞれ、実施の形態1のバリエーション3の送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3の配置と同じ配置である。即ち、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3と、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3とは、それぞれ、Dt=2×dHの間隔で第1軸方向に等間隔に配置される。さらに、送信アンテナ素子Tx#4〜Tx#6は、それぞれ、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#3に対して、第1軸方向にdHの間隔、第2軸方向にdVの間隔ずらして配置される。 As shown in FIG. 28A, the arrangement of transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 3 and the arrangement of transmission antenna elements Tx # 4 to Tx # 6 are respectively the same as those of variation 3 of the first embodiment. This is the same arrangement as the arrangement of Tx # 1 to Tx # 3. That is, the transmitting antenna element Tx # 1 to TX # 3, the transmitting antenna element Tx # 1 to TX # 3, respectively, are arranged at equal intervals in a first axial direction at an interval of D t = 2 × d H . Further, the transmitting antenna elements Tx # 4~Tx # 6, respectively, to the transmission antenna elements Tx # 1 to TX # 3, distance d H in a first axial direction, staggered spacing d V in a second axial direction Placed.

また、図28Aに示されるように、受信アンテナ素子Rx#4〜Rx#7の配置は、それぞれ、実施の形態1のバリエーション3の受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#4の配置と同じ配置である。即ち、受信アンテナ素子Rx#4〜Rx#7は、Dr=[5,3,5]×dHの間隔で第1軸方向に配置される。これは、nr=[2,1,2]の場合に相当する。さらに、受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#3およびRx#8は、受信アンテナ素子Rx#4〜Rx#7が配置される第2軸座標と異なる第2軸座標上にdVの間隔で配置される。受信アンテナ素子Rx#1とRx#8は、同じ第1軸座標上に配置され、Rx#2とRx#3とRx#5とRx#1とRx#8とは、それぞれ異なる第1軸座標上に、dHの間隔で配置される。 As shown in FIG. 28A, the arrangement of receiving antenna elements Rx # 4 to Rx # 7 is the same as the arrangement of receiving antenna elements Rx # 1 to Rx # 4 of Variation 3 of the first embodiment. is there. That is, the reception antenna elements Rx # 4~Rx # 7 is arranged in the first axial direction at an interval of D r = [5,3,5] × d H. This corresponds to the case where n r = [2,1,2]. Further, the receiving antenna elements Rx # 1 to Rx # 3 and Rx # 8 are arranged at intervals of d V on the second axis coordinates different from the second axis coordinates where the receiving antenna elements Rx # 4 to Rx # 7 are arranged. Is done. The receiving antenna elements Rx # 1 and Rx # 8 are arranged on the same first axis coordinate, and Rx # 2, Rx # 3, Rx # 5, Rx # 1 and Rx # 8 have different first axis coordinates, respectively. above, it is arranged at intervals of d H.

送信アレーアンテナ108jおよび受信アレーアンテナ202jのアンテナ素子は、図28Aに示される送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6および受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8の位置を位相中心として、隣接するアンテナに物理的に干渉しない程度に開口長を拡大してもよい。開口長を拡大することにより、アンテナ利得を向上させることが可能である。さらに、各アンテナ素子には、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。   The antenna elements of the transmission array antenna 108j and the reception array antenna 202j are adjacent antennas with the positions of the transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 and the reception antenna elements Rx # 1 to Rx # 8 shown in FIG. The opening length may be increased to such an extent that physical interference does not occur. The antenna gain can be improved by increasing the aperture length. Furthermore, a sub-array antenna configuration may be used for each antenna element, and an array weight may be applied to the sub-array antenna element to suppress side lobes.

図28Bは、実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレーアンテナVAA10の配置の一例を示す。図28Bに示される仮想受信アレーアンテナVAA10は、図28Aに示される送信アレーアンテナ108jおよび受信アレーアンテナ202jに基づく仮想受信アレーアンテナである。送信アレーアンテナ108jの送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6および受信アレーアンテナ202jの受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8によって構成される仮想受信アレーアンテナVAA10の仮想アンテナの総数は48であり、48個の仮想アンテナは、それぞれ、VA#1〜VA#48で示される。   FIG. 28B shows an example of the arrangement of the virtual receiving array antenna VAA10 according to Variation 2 of Embodiment 2. The virtual receiving array antenna VAA10 shown in FIG. 28B is a virtual receiving array antenna based on the transmitting array antenna 108j and the receiving array antenna 202j shown in FIG. 28A. The total number of virtual antennas of the virtual reception array antenna VAA10 configured by the transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 of the transmission array antenna 108j and the reception antenna elements Rx # 1 to Rx # 8 of the reception array antenna 202j is 48, The 48 virtual antennas are indicated by VA # 1 to VA # 48, respectively.

図29Aは、実施の形態2のバリエーション2に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す。図29Bは、実施の形態2のバリエーション2に係るアンテナ素子のサイズがアンテナ素子毎に異なる場合の一例を示す。   FIG. 29A shows an example of the size of the antenna element according to Variation 2 of Embodiment 2. FIG. 29B illustrates an example in which the size of the antenna element according to Variation 2 of Embodiment 2 is different for each antenna element.

例えば、図29Aに示されるように、各アンテナ素子には、第2軸方向に4素子からなるサブアレーアンテナ構成を用いてもよい。レーダ装置10の視野角(FOV)が水平方向に広角、垂直方向に狭角である場合、送信アレーアンテナ108jおよび受信アレーアンテナ202jの各アンテナ素子のビームパターンも、同様に水平方向に広角、垂直方向に狭角となることが望ましい。したがって、図10における(b)に示されるように、アンテナ素子を垂直方向に並べたサブアレーアンテナ構成が考えられる。このように、送信アレーアンテナ108jおよび受信アレーアンテナ202jの各アンテナ素子には、レーダ装置10の視野角に適したビームパターンを形成するようなサブアレーアンテナ構成が用いられることが望ましい。   For example, as shown in FIG. 29A, a sub-array antenna configuration including four elements in the second axis direction may be used for each antenna element. When the field of view (FOV) of the radar device 10 is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction, the beam patterns of the antenna elements of the transmission array antenna 108j and the reception array antenna 202j are similarly wide and vertical in the horizontal direction. It is desirable that the direction be a narrow angle. Therefore, as shown in FIG. 10B, a sub-array antenna configuration in which the antenna elements are arranged in the vertical direction is conceivable. As described above, it is desirable that each antenna element of the transmission array antenna 108j and the reception array antenna 202j has a sub-array antenna configuration that forms a beam pattern suitable for the viewing angle of the radar device 10.

図29Aにおいて、全てのアンテナ素子は、同様のサブアレーアンテナ構成を用いている。さらに、アンテナ素子毎に、隣接するアンテナに干渉しない範囲で構成を変えてもよい。例えば、図29Bに示すように、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6は、第1軸方向に2素子、第2軸方向に4素子のサブアレーで構成してもよく、受信アンテナ素子Rx#4、#6、#7は、第1軸方向に3素子、第2軸方向に8素子のサブアレーで構成してもよい。図29Aに示される構成と図29Bに示される構成とを比較すると、図29Aに示される構成においては、各アンテナ素子のビームパターンが広角であることから、広い視野角(FOV)を確保でき、図29Bに示される構成においては、正面方向のアンテナ利得が向上し、SNRが向上する。   In FIG. 29A, all the antenna elements use the same sub-array antenna configuration. Further, the configuration may be changed for each antenna element within a range that does not interfere with an adjacent antenna. For example, as shown in FIG. 29B, the transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 may be configured by a sub-array of two elements in the first axis direction and four elements in the second axis direction, and the reception antenna element Rx # Each of # 4, # 6, and # 7 may be configured with a sub-array of three elements in the first axis direction and eight elements in the second axis direction. Comparing the configuration shown in FIG. 29A with the configuration shown in FIG. 29B, in the configuration shown in FIG. 29A, since the beam pattern of each antenna element is wide, a wide viewing angle (FOV) can be secured, In the configuration shown in FIG. 29B, the antenna gain in the front direction is improved, and the SNR is improved.

図30Aは、図28Bに示す実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレーアンテナVAA10による2次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す。図30Bは、実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレーアンテナVAA10による2次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す。   FIG. 30A is a directivity pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0 °, vertical 0 ° direction) by virtual reception array antenna VAA10 according to Variation 2 of Embodiment 2 shown in FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view along the line. FIG. 30B is a directional pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0 °, vertical 0 ° direction) by virtual reception array antenna VAA10 according to Variation 2 of Embodiment 2, and is a cross section along the second axis direction. FIG.

図30Aに示される指向性パターンは、図27Aに示される実施の形態2のバリエーション1と比較して、第1軸方向(水平方向)のメインローブ幅が同等である。また、図30Bに示される指向性パターンは、図27Bに示される実施の形態2のバリエーション1と比較して、第2軸方向(垂直方向)のメインローブ幅が狭い。したがって、実施の形態2のバリエーション2の構成を用いると、実施の形態1のバリエーション1の構成と比較して、レーダ装置10の垂直方向の角度推定の性能を向上させることができる。   The directivity pattern shown in FIG. 30A has the same main lobe width in the first axial direction (horizontal direction) as compared to Variation 1 of Embodiment 2 shown in FIG. 27A. Further, the directivity pattern shown in FIG. 30B has a narrower main lobe width in the second axis direction (vertical direction) than the variation 1 of the second embodiment shown in FIG. 27B. Therefore, when the configuration of the variation 2 of the second embodiment is used, the performance of the vertical angle estimation of the radar device 10 can be improved as compared with the configuration of the variation 1 of the first embodiment.

実施の形態2のバリエーション2に係る構成と第1軸方向および第2軸方向の到来方向推定を独立して行う手法と組み合わせることによって、実施の形態2のバリエーション1に比べて高いサイドローブレベルがもたらしうる誤検出の確率を低減し、到来方向推定の精度を向上できる。例えば、図28Bに示す仮想受信アレーアンテナVAA10によって、第1軸方向および第2軸方向に精密に到来方向推定を行い、ある閾値を超えた角度に対して2次元ビームを用いた、より精密な到来方向推定を行う。これによって、レーダ装置10による誤検出の確率を低減し、到来方向推定の精度を向上できる。また、到来方向推定の計算量も削減できる。   By combining the configuration according to Variation 2 of Embodiment 2 with a method of independently estimating the directions of arrival in the first axis direction and the second axis direction, a higher side lobe level as compared with Variation 1 of Embodiment 2 is achieved. The probability of erroneous detection that can be caused can be reduced, and the accuracy of arrival direction estimation can be improved. For example, the virtual receiving array antenna VAA10 shown in FIG. 28B accurately estimates the direction of arrival in the first axis direction and the second axis direction, and uses a two-dimensional beam for an angle exceeding a certain threshold. Estimate the direction of arrival. As a result, the probability of erroneous detection by the radar device 10 can be reduced, and the accuracy of arrival direction estimation can be improved. Further, the amount of calculation for arrival direction estimation can be reduced.

なお、時分割多重MIMOレーダの場合、実施の形態2のバリエーション1と同様、送信アレーアンテナ108jの全ての素子アンテナを多重しなくてもよい。例えば、図28Aに示される送信アンテナ素子Tx#4〜Tx#6の3個の送信アンテナ素子を多重してもよい。また、実施の形態2と同様、送信アレーアンテナ108jの複数のアンテナ素子を1つのアンテナ素子として用いてビームを形成してもよい。これらの構成により、実施の形態2のバリエーション2においても、実施の形態2と同様の効果が得られる。   In the case of a time-division multiplexed MIMO radar, all element antennas of the transmission array antenna 108j do not have to be multiplexed, similarly to the first variation of the second embodiment. For example, three transmission antenna elements Tx # 4 to Tx # 6 shown in FIG. 28A may be multiplexed. Further, as in Embodiment 2, a beam may be formed using a plurality of antenna elements of transmission array antenna 108j as one antenna element. With these configurations, the same effects as in the second embodiment can be obtained in the variation 2 of the second embodiment.

<実施の形態2のバリエーション3>
実施の形態2のバリエーション3においては、実施の形態1の送信アレーアンテナ108および受信アレーアンテナ202のアンテナ配置を含み、2次元の方向に配置されるアンテナ配置と、そのアンテナ配置を用いた到来方向推定手法について説明する。実施の形態2のバリエーション3においても、実施の形態2と同様、2次元の方向にアンテナ素子を配置することによって、2次元の到来方向推定が可能となる。
<Variation 3 of Embodiment 2>
Variation 3 of the second embodiment includes the antenna arrangement of the transmission array antenna 108 and the reception array antenna 202 of the first embodiment, the antenna arrangement arranged in a two-dimensional direction, and the arrival direction using the antenna arrangement. The estimation method will be described. Also in the variation 3 of the second embodiment, as in the second embodiment, by arranging the antenna elements in the two-dimensional direction, it is possible to estimate the two-dimensional direction of arrival.

本実施の形態のバリエーション3のアンテナ配置は、実施の形態2のバリエーション2のアンテナ配置を一部変更させたアンテナ配置である。実施の形態2のバリエーション2の効果に加えて、時分割MIMOの場合にドップラ解析部213によって解析可能である最大ドップラ速度の向上の効果が得られる。   The antenna arrangement of Variation 3 of the present embodiment is an antenna arrangement in which the antenna arrangement of Variation 2 of Embodiment 2 is partially changed. In addition to the effect of Variation 2 of Embodiment 2, the effect of improving the maximum Doppler speed that can be analyzed by Doppler analyzer 213 in the case of time-division MIMO is obtained.

図31Aは、実施の形態2のバリエーション3に係る送信アレーアンテナ108kおよび受信アレーアンテナ202kの配置の一例を示す。   FIG. 31A shows an example of the arrangement of transmission array antenna 108k and reception array antenna 202k according to variation 3 of the second embodiment.

図31Aにおいて、送信アレーアンテナ108kを構成する送信アンテナ素子の総数Ntは6個であり、6個の送信アンテナ素子は、それぞれ、Tx#1〜Tx#6で示される。受信アレーアンテナ202kを構成する受信アンテナ素子の総数Nは8個であり、8個の受信アンテナ素子は、それぞれ、Rx#1〜Rx#8で示される。ここで、第1軸方向と第2軸方向とは直交する。第1軸方向の基本間隔dHは、例えば、dH=0.5λである。また、第2軸方向の基本間隔dVは、例えば、dV=0.68λである。 In Figure 31A, the total number N t of transmitting antenna elements that constitute the transmission array antenna 108k is six, six transmit antenna elements, respectively, represented by Tx # 1 to TX # 6. The total number N a of the receiving antenna elements constituting the receiving array antenna 202k is eight, eight receiving antenna elements, respectively, represented by Rx # 1~Rx # 8. Here, the first axis direction is orthogonal to the second axis direction. The basic interval d H in the first axis direction is, for example, d H = 0.5λ. The basic interval d V in the second axis direction is, for example, d V = 0.68λ.

図31Aに示されるアンテナ配置は、送信アンテナ素子Tx#3の配置を除いて、図28Aに示される実施の形態2のバリエーション2のアンテナ配置と同様である。換言すると、実施の形態2のバリエーション3においては、実施の形態2のバリエーション2を基準として、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6のうち送信アンテナ素子Tx#3が、第1軸方向および第2軸方向に、変則的にそれぞれdH、dVずつずらして配置される。 The antenna arrangement shown in FIG. 31A is the same as the antenna arrangement of variation 2 of the second embodiment shown in FIG. 28A except for the arrangement of transmitting antenna element Tx # 3. In other words, in the third variation of the second embodiment, the transmission antenna element Tx # 3 of the transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 is shifted in the first axial direction and the second axial direction based on the variation 2 of the second embodiment. biaxially, anomalously each d H, are staggered by d V.

ここで、送信アレーアンテナ108kおよび受信アレーアンテナ202kの各アンテナ素子は、図31Aに示されるアンテナ素子の位置を位相中心として、図10に示されるように開口長を拡げることにより、ビーム幅を絞り、高いアンテナ利得を得ることができる。また、各アンテナ素子のサイズを隣接するアンテナに物理的に干渉しない程度に拡げることにより、各アンテナ素子の開口長を拡げてもよい。さらに、各アンテナ素子には、サブアレーアンテナ構成を用いてもよく、サブアレーアンテナ素子にアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。   Here, each of the antenna elements of the transmission array antenna 108k and the reception array antenna 202k has a beam width narrowed by expanding the aperture length as shown in FIG. 10 around the position of the antenna element shown in FIG. 31A as a phase center. , A high antenna gain can be obtained. The aperture length of each antenna element may be increased by increasing the size of each antenna element so as not to physically interfere with an adjacent antenna. Furthermore, a sub-array antenna configuration may be used for each antenna element, and an array weight may be applied to the sub-array antenna element to suppress side lobes.

図31Bは、実施の形態2のバリエーション3に係る仮想受信アレーアンテナの配置の一例を示す。図31Bに示される仮想受信アレーアンテナVAA11は、図31Aに示される送信アレーアンテナ108kおよび受信アレーアンテナ202kに基づく仮想受信アレーアンテナである。送信アレーアンテナ108kの送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6および受信アレーアンテナ202kの受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#8によって構成される仮想受信アレーアンテナVAA11の仮想アンテナの総数は47であり、47個の仮想アンテナは、それぞれ、VA#1〜VA#47で示される。   FIG. 31B shows an example of an arrangement of a virtual receiving array antenna according to variation 3 of the second embodiment. The virtual receiving array antenna VAA11 shown in FIG. 31B is a virtual receiving array antenna based on the transmitting array antenna 108k and the receiving array antenna 202k shown in FIG. 31A. The total number of virtual antennas of the virtual receiving array antenna VAA11 configured by the transmitting antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 of the transmitting array antenna 108k and the receiving antenna elements Rx # 1 to Rx # 8 of the receiving array antenna 202k is 47, The 47 virtual antennas are indicated by VA # 1 to VA # 47, respectively.

図31Bに示されるように、仮想受信アレーアンテナVA#6において、仮想アンテナVA#6の位置には、送信アンテナ素子Tx#3と受信アンテナ素子Rx#2によって構成される仮想アンテナと、送信アンテナ素子Tx#2と受信アンテナ素子Rx#3によって構成される仮想アンテナとが重複して構成される。したがって、仮想アンテナVA#6の位置では、2つの受信信号が存在する。レーダ装置10は、到来方向推定においては、2つの受信信号のうち一方を用いてもよく、その平均値を用いてもよく、その和を用いてもよい。仮想受信アンテナの位置が重複することから、重複する2つの信号に到来角による位相差はないことに留意する。   As shown in FIG. 31B, in the virtual receiving array antenna VA # 6, at the position of the virtual antenna VA # 6, a virtual antenna constituted by the transmitting antenna element Tx # 3 and the receiving antenna element Rx # 2, and the transmitting antenna The element Tx # 2 and the virtual antenna configured by the receiving antenna element Rx # 3 are configured to overlap. Therefore, at the position of virtual antenna VA # 6, there are two received signals. The radar apparatus 10 may use one of the two received signals in the DOA estimation, use an average value thereof, or use the sum thereof. Note that there is no phase difference due to the angle of arrival between the two overlapping signals because the positions of the virtual receiving antennas overlap.

実施の形態1のバリエーション4に示されるように、これらの重複する仮想受信アレーアンテナの信号を用いることで、ドップラ解析部213が解析可能な最大速度を大きくすることができる。   As shown in Variation 4 of Embodiment 1, the maximum speed at which Doppler analysis section 213 can analyze can be increased by using the signals of these overlapping virtual reception array antennas.

図32Aは、実施の形態2のバリエーション3に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す。図32Bは、実施の形態2のバリエーション3に係るアンテナ素子のサイズがアンテナ素子毎に異なる場合の一例を示す。   FIG. 32A shows an example of the size of the antenna element according to Variation 3 of Embodiment 2. FIG. 32B illustrates an example in which the size of the antenna element according to Variation 3 of Embodiment 2 is different for each antenna element.

例えば、図32Aに示されるように、各アンテナ素子には、第2軸方向に4素子からなるサブアレーアンテナ構成を用いてもよい。レーダ装置10の視野角(FOV)が水平方向に広角、垂直方向に狭角である場合、送信アレーアンテナ108kおよび受信アレーアンテナ202kの各アンテナ素子のビームパターンも、同様に水平方向に広角、垂直方向に狭角となることが望ましい。したがって、図10における(b)に示されるように、アンテナ素子を垂直方向に並べたサブアレーアンテナ構成が考えられる。このように、送信アレーアンテナ108および受信アレーアンテナ202の各アンテナ素子には、レーダ装置10の視野角に適したビームパターンを形成するようなサブアレーアンテナ構成を用いることが望ましい。   For example, as shown in FIG. 32A, a sub-array antenna configuration including four elements in the second axis direction may be used for each antenna element. When the field of view (FOV) of the radar device 10 is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction, the beam patterns of the antenna elements of the transmission array antenna 108k and the reception array antenna 202k are similarly wide-angle and vertical in the horizontal direction. It is desirable that the direction be a narrow angle. Therefore, as shown in FIG. 10B, a sub-array antenna configuration in which the antenna elements are arranged in the vertical direction is conceivable. As described above, it is desirable to use a sub-array antenna configuration that forms a beam pattern suitable for the viewing angle of the radar device 10 for each antenna element of the transmission array antenna 108 and the reception array antenna 202.

図32Aにおいて、全てのアンテナ素子には、同様のサブアレーアンテナ構成を用いている。しかしながら、アンテナ素子毎に、隣接するアンテナに干渉しない範囲で構成を変えてもよい。例えば、図32Bに示すように、送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#6は、第1軸方向に2素子、第2軸方向に4素子のサブアレーで構成してもよく、受信アンテナ素子Rx#4、#6、#7は、第1軸方向に3素子、第2軸方向に8素子のサブアレーで構成してもよい。図32Aに示される構成と図32Bに示される構成とを比較すると、図32Aに示される構成においては、各アンテナ素子のビームパターンが広角であることから、広い視野角(FOV)を確保でき、図32Bに示される構成においては、正面方向のアンテナ利得が向上し、SNRが向上する。   In FIG. 32A, the same sub-array antenna configuration is used for all antenna elements. However, the configuration may be changed for each antenna element within a range that does not interfere with an adjacent antenna. For example, as shown in FIG. 32B, the transmission antenna elements Tx # 1 to Tx # 6 may be configured by a sub-array of two elements in the first axis direction and four elements in the second axis direction, and the reception antenna element Rx # Each of # 4, # 6, and # 7 may be configured with a sub-array of three elements in the first axis direction and eight elements in the second axis direction. Comparing the configuration shown in FIG. 32A with the configuration shown in FIG. 32B, in the configuration shown in FIG. 32A, since the beam pattern of each antenna element is wide, a wide viewing angle (FOV) can be secured. In the configuration shown in FIG. 32B, the antenna gain in the front direction is improved, and the SNR is improved.

図33Aは、図31Bに示す実施の形態2のバリエーション3に係る仮想受信アレーアンテナVAA11による2次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す。図33Bは、図31Bに示す実施の形態2のバリエーション3に係る仮想受信アレーアンテナVAA11による2次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す。   FIG. 33A shows a directivity pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0 °, vertical 0 ° direction) by virtual reception array antenna VAA11 according to variation 3 of Embodiment 2 shown in FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view along the line. FIG. 33B shows a directivity pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0 °, vertical 0 ° direction) by virtual reception array antenna VAA11 according to variation 3 of Embodiment 2 shown in FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view along the line.

図33Aおよび図33Bに示されるように、実施の形態2のバリエーション3の指向性パターンは、それぞれ、図30Aおよび図30Bに示される実施の形態2のバリエーション2と指向性パターンに類似する。実施の形態2のバリエーション3の指向性パターンは、実施の形態2のバリエーション2の指向性パターンと比較して、メインローブ幅が第1軸方向に0.5度程度小さく、第2軸方向に0.4度程度大きい。また、実施の形態2のバリエーション3の指向性パターンは、実施の形態2のバリエーション2の指向性パターンと比較して、最大サイドローブレベルが約1.3dB低い。したがって、実施の形態2のバリエーション3の構成を用いると、実施の形態2のバリエーション2と比較して、誤検出の確率を小さくすることができる。   As shown in FIGS. 33A and 33B, the directivity pattern of variation 3 of the second embodiment is similar to the variation 2 and directivity pattern of the second embodiment shown in FIGS. 30A and 30B, respectively. The directivity pattern of Variation 3 of Embodiment 2 has a main lobe width smaller than the directivity pattern of Variation 2 of Embodiment 2 by about 0.5 degrees in the first axis direction and in the second axis direction. It is about 0.4 degrees larger. In addition, the directivity pattern of Variation 3 of Embodiment 2 has a maximum sidelobe level lower by about 1.3 dB than the directivity pattern of Variation 2 of Embodiment 2. Therefore, using the configuration of Variation 3 of Embodiment 2 can reduce the probability of erroneous detection as compared to Variation 2 of Embodiment 2.

実施の形態2のバリエーション2の説明で上述したように、実施の形態2のバリエーション3に係る構成と第1軸方向および第2軸方向の到来方向推定を独立して行う手法と組み合わせることによって、誤検出の確率を低減し、到来方向推定の精度を向上できる。例えば、図31Bに示す仮想受信アレーアンテナVAA11によって、第1軸方向および第2軸方向に精密に到来方向推定を行い、ある閾値を超えた角度に対して2次元ビームを用いたより精密な到来方向推定を行う。これによって、レーダ装置10による誤検出の確率を低減し、到来方向推定の精度を向上できる。また、到来方向推定に必要な計算量も削減できる。   As described above in the description of the variation 2 of the second embodiment, by combining the configuration according to the variation 3 of the second embodiment with the method of independently performing the arrival direction estimation in the first axis direction and the second axis direction, The probability of erroneous detection can be reduced, and the accuracy of arrival direction estimation can be improved. For example, by using the virtual receiving array antenna VAA11 shown in FIG. 31B, the direction of arrival is precisely estimated in the first axis direction and the second axis direction, and a more accurate arrival direction using a two-dimensional beam for an angle exceeding a certain threshold value. Make an estimate. As a result, the probability of erroneous detection by the radar device 10 can be reduced, and the accuracy of arrival direction estimation can be improved. In addition, the amount of calculation required for DOA estimation can be reduced.

なお、時分割多重MIMOレーダの場合、実施の形態2のバリエーション1およびバリエーション2と同様、送信アレーアンテナ108kの全てのアンテナ素子を多重しなくてもよい。例えば、図31Aに示される送信アンテナ素子Tx#4〜Tx#6の3個の送信アンテナ素子を多重してもよい。また、実施の形態2と同様、送信アレーアンテナ108kの複数のアンテナ素子を1つのアンテナ素子として用いてビームを形成してもよい。これらの構成により、実施の形態2のバリエーション3においても、実施の形態2と同様の効果が得られる。   In the case of a time-division multiplexed MIMO radar, all the antenna elements of the transmission array antenna 108k do not need to be multiplexed, similarly to Variation 1 and Variation 2 of the second embodiment. For example, three transmission antenna elements Tx # 4 to Tx # 6 shown in FIG. 31A may be multiplexed. Further, similarly to Embodiment 2, a beam may be formed using a plurality of antenna elements of transmission array antenna 108k as one antenna element. With these configurations, the same effects as in the second embodiment can be obtained in the variation 3 of the second embodiment.

図31Bに示されるように、仮想受信アレーアンテナVAA11において、仮想アンテナVA#6の位置には、送信アンテナ素子Tx#3と受信アンテナ素子Rx#2によって構成される仮想アンテナと、送信アンテナ素子Tx#2と受信アンテナ素子Rx#3によって構成される仮想アンテナとが重複して構成される。したがって、仮想アンテナVA#6の位置では、2つの受信信号が存在する。レーダ装置10は、到来方向推定においては、2つの受信信号のうち一方を用いてもよく、その平均値を用いてもよく、その和を用いてもよい。仮想受信アンテナの位置が重複することから、重複する2つの信号に到来角による位相差はないことに留意する。   As shown in FIG. 31B, in the virtual receiving array antenna VAA11, at the position of the virtual antenna VA # 6, the virtual antenna formed by the transmitting antenna element Tx # 3 and the receiving antenna element Rx # 2, and the transmitting antenna element Tx # 2 and a virtual antenna configured by the receiving antenna element Rx # 3 are configured to overlap. Therefore, at the position of virtual antenna VA # 6, there are two received signals. The radar apparatus 10 may use one of the two received signals in the DOA estimation, use an average value thereof, or use the sum thereof. Note that there is no phase difference due to the angle of arrival between the two overlapping signals because the positions of the virtual receiving antennas overlap.

時分割多重MIMOレーダの場合、この重複する2つの信号を用いてドップラ解析を行っても良い。ドップラ解析部213で解析する信号の送信周期を小さくすることにより、図6に示されるドップラ解析部213で解析可能な最大速度を大きくすることができる。   In the case of a time division multiplexed MIMO radar, Doppler analysis may be performed using these two overlapping signals. By reducing the transmission cycle of the signal analyzed by the Doppler analyzer 213, the maximum speed that can be analyzed by the Doppler analyzer 213 shown in FIG. 6 can be increased.

以上、実施の形態2に係るアンテナ配置の例として、実施の形態2に加えて、バリエーション1、バリエーション2、およびバリエーション3について説明した。   As described above, as an example of the antenna arrangement according to Embodiment 2, in addition to Embodiment 2, Variation 1, Variation 2, and Variation 3 have been described.

このように、実施の形態2では、レーダ装置10は、送信アレーアンテナ108の複数の送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#Ntからレーダ送信信号を多重して送信するレーダ送信部100と、レーダ送信信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を、送信アレーアンテナ202の複数の受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#Naを用いて受信するレーダ受信部200と、を具備する。また、実施の形態2においては、実施の形態1の送信アレーアンテナおよび受信アレーアンテナの構成を含む送信アンテナ素子Tx#1〜Tx#Ntおよび受信アンテナ素子Rx#1〜Rx#Naを2次元の方向に配置する。 Thus, in the second embodiment, the radar device 10 includes a plurality of transmit antenna elements Tx # 1~Tx # N t radar transmitter 100 which are multiplexed and transmitted radar signal transmitted from the transmitting array antenna 108, radar the reflected wave signal reflected in the transmission signal is the target comprises a, a radar receiver 200 that receives using a plurality of receive antenna elements Rx # 1~Rx # N a transmission array antenna 202. Further, in the second embodiment, the transmitting antenna element Tx # 1~Tx # N t and receive antenna elements Rx # 1~Rx # N a containing structure of transmission array antenna and the reception array antenna of the first embodiment 2 Place in the dimension direction.

これにより、送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202を、例えば、サブアレー化によって、各アンテナ素子のサイズを拡大させ、アンテナ利得を向上させることができる。   This makes it possible to increase the size of each antenna element and improve the antenna gain of the transmission array antenna 108 and the reception array antenna 202 by, for example, forming a sub-array.

実施の形態2によれば、実施の形態1の効果を奏し、2次元の到来方向推定が可能であるMIMOレーダを構成できる。   According to the second embodiment, the effect of the first embodiment is exerted, and a MIMO radar capable of two-dimensional direction-of-arrival estimation can be configured.

なお、送信アンテナおよび受信アンテナに加えて、レーダ装置10にダミーアンテナ素子を設置してもよい。ここで、ダミーアンテナ素子とは、構成するアンテナ素子が他のアンテナ素子と物理的に類似の構成をとり、レーダ装置10によるレーダ信号の送受信には用いられないアンテナである。例えば、アンテナ素子間などやアンテナ素子の外側の領域にダミーアンテナ素子を設置してもよい。ダミーアンテナ素子を設置することによって、例えば、アンテナの放射、インピーダンス整合、アイソレーションといった電気的特性の影響を一様化する効果が得られる。   In addition, a dummy antenna element may be provided in the radar device 10 in addition to the transmission antenna and the reception antenna. Here, the dummy antenna element is an antenna whose constituent antenna element has a configuration physically similar to other antenna elements and is not used for transmission and reception of radar signals by the radar device 10. For example, a dummy antenna element may be provided between antenna elements or in a region outside the antenna element. The provision of the dummy antenna element has an effect of equalizing the influence of electrical characteristics such as radiation, impedance matching, and isolation of the antenna.

<実施の形態3>
本実施の形態3に係るレーダ装置は、実施の形態1に係るレーダ装置10と基本構成が共通するので、図1を援用して説明する。
<Embodiment 3>
The radar device according to the third embodiment has the same basic configuration as the radar device 10 according to the first embodiment, and thus will be described with reference to FIG.

本実施の形態3では、各アンテナ素子にサブアレーアンテナ構成を用いて、アンテナ素子の指向性利得を高め、2次元の方向に仮想受信アレーアンテナの開口長を拡げ、不要なグレーティングローブの発生を抑えることで誤検出リスクを低減し、所望の指向性パターンを実現することができる、レーダ装置10を提供する。   In the third embodiment, by using a sub-array antenna configuration for each antenna element, the directivity gain of the antenna element is increased, the aperture length of the virtual receiving array antenna is increased in the two-dimensional direction, and the generation of unnecessary grating lobes is suppressed. Accordingly, the radar device 10 that can reduce the risk of erroneous detection and realize a desired directivity pattern is provided.

[レーダ装置10におけるアンテナ配置]
本実施の形態3においては、実施の形態1および実施の形態2に係る送信アレーアンテナ108を1つの「送信アンテナ群」とし、実施の形態1および実施の形態2に係る受信アレーアンテナ202を1つの「受信アンテナ群」とする。また、以下の説明では、送信アレーアンテナと、受信アレーアンテナとは、まとめて、「送受信アレーアンテナ」と記載される場合がある。
[Antenna Arrangement in Radar Apparatus 10]
In Embodiment 3, transmission array antennas 108 according to Embodiments 1 and 2 are referred to as one “transmission antenna group”, and reception array antenna 202 according to Embodiments 1 and 2 is referred to as one. One “receiving antenna group”. In the following description, the transmission array antenna and the reception array antenna may be collectively described as a “transmission / reception array antenna”.

本実施の形態3においては、他の実施の形態と同様に、各アンテナを物理的に干渉しないサイズに拡大し、アンテナ利得を向上し、多数の送信アンテナ群又は受信アンテナ群を用いることで、仮想受信アレーアンテナの開口長を拡大し、分解能を向上できる。   In the third embodiment, as in the other embodiments, each antenna is enlarged to a size that does not physically interfere, the antenna gain is improved, and a large number of transmission antenna groups or reception antenna groups are used. The aperture length of the virtual receiving array antenna can be enlarged, and the resolution can be improved.

図34は、本実施の形態3に係る送受信アレーアンテナの配置及び仮想受信アレーアンテナの配置の一例を示す図である。図34は、一例として、図11の送信アレーアンテナ108aを1つの送信アンテナ群とし、第1軸方向に2つの群を配置した送信アレーアンテナ108Lとすることで、拡張した仮想受信アレーアンテナVAA12を得る。   FIG. 34 is a diagram showing an example of the arrangement of the transmitting and receiving array antennas and the arrangement of the virtual receiving array antenna according to the third embodiment. FIG. 34 shows an example in which the transmission array antenna 108a in FIG. 11 is used as one transmission antenna group, and the transmission array antenna 108L in which two groups are arranged in the first axis direction is used as the extended virtual reception array antenna VAA12. obtain.

送信アンテナ群の開口長を、第1軸方向にDT1とし、受信アンテナ群の開口長を、第1軸方向にDR1とし、各送信アンテナ群の間隔を、第1軸上にDR1+dとする。これによって、仮想受信アレーアンテナVAA12は、図34に示すように、図11に示す仮想受信アレーアンテナVAA1を1つの群とした仮想受信アレーアンテナ群を、第1軸方向に2つ連接した構成である。 The aperture length of the transmission antenna group is D T1 in the first axis direction, the aperture length of the reception antenna group is D R1 in the first axis direction, and the interval between the transmission antenna groups is D R1 + d on the first axis. H. As a result, as shown in FIG. 34, the virtual receiving array antenna VAA12 has a configuration in which two virtual receiving array antenna groups each including the virtual receiving array antenna VAA1 shown in FIG. is there.

図35Aは、本実施の形態3に係る送受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図である。図35Bは、本実施の形態3に係る仮想受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図である。2次元配置の一例として、図35A、図35Bは、図20に示したアンテナ配置の構成に基づいて、複数の送信アンテナ群および複数の受信アンテナ群が配置される例を示す。図35Aにおいて、4つの送信アンテナ群が、第1軸方向に2列、第2軸方向に2列配置され、4つの受信アンテナ群が第1軸方向に2列、第2軸方向に2列配置される。各アンテナ群の第1軸方向の開口長、第2軸方向の開口長、アンテナ群の間隔を考慮して、送信アレーアンテナ108m、受信アレーアンテナ202mとすることで、図35Bの仮想受信アレーアンテナVAA13を得ることができる。   FIG. 35A is a diagram showing another example of the arrangement of the transmission / reception array antenna according to the third embodiment. FIG. 35B is a diagram showing another example of the arrangement of the virtual receiving array antenna according to the third embodiment. As an example of the two-dimensional arrangement, FIGS. 35A and 35B show an example in which a plurality of transmission antenna groups and a plurality of reception antenna groups are arranged based on the configuration of the antenna arrangement shown in FIG. In FIG. 35A, four transmission antenna groups are arranged in two rows in the first axis direction and two rows in the second axis direction, and four reception antenna groups are arranged in two rows in the first axis direction and two rows in the second axis direction. Be placed. Considering the opening length of each antenna group in the first axis direction, the opening length in the second axis direction, and the interval between the antenna groups, the transmission array antenna 108m and the reception array antenna 202m are used, so that the virtual reception array antenna of FIG. VAA13 can be obtained.

ここで、送信アンテナ群の開口長を、第1軸方向にDT1、第2軸方向にDT2とし、受信アンテナ群の開口長を、第1軸方向にDR1、第2軸方向にDR2とし、各送信アンテナ群の間隔を、第1軸上にDR1+d、第2軸方向に2×DR2とし、各受信アンテナ群の間隔を、第1軸方向にDT1+DR1-d、第2軸方向に2×DR2とする。これによって、仮想受信アレーアンテナVAA13は、図35Bに示すように、図20に示した仮想受信アレーアンテナVAA7を1つの群とした仮想受信アレーアンテナ群を、第1軸方向に4列、第2軸方向に4列配置した構成である。 Here, the aperture length of the transmitting antenna group is D T1 in the first axis direction and D T2 in the second axis direction, and the aperture length of the receiving antenna group is D R1 in the first axis direction and D T1 in the second axis direction. R2 , the interval between the transmitting antenna groups is D R1 + d H on the first axis, 2 × DR 2 in the second axis direction, and the interval between the receiving antenna groups is D T1 + D R1 in the first axis direction. -d H, and 2 × D R2 in the second axial direction. As a result, as shown in FIG. 35B, the virtual receiving array antenna VAA13 includes four virtual receiving array antenna groups each including the virtual receiving array antenna VAA7 shown in FIG. This is a configuration in which four rows are arranged in the axial direction.

図36Aは、本実施の形態3に係る送受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図である。図36Bは、本実施の形態3に係る仮想受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図である。2次元配置の別の一例である図36Aは、図25Aに示した実施の形態2のバリエーション1のアンテナ配置において、送信アレーアンテナ108iを1つの送信アンテナ群、受信アレーアンテナ202iを1つの受信アンテナ群として、複数の送信アンテナ群および複数の受信アンテナ群が配置される例を示す。送信アレーアンテナ108nは、送信アンテナ群が第1軸方向に2列、第2軸方向に2列の計4組配置された構成であり、受信アレーアンテナ202nは、受信アンテナ群が1組配置された構成である。   FIG. 36A is a diagram showing another example of the arrangement of the transmission / reception array antenna according to the third embodiment. FIG. 36B is a diagram showing another example of the arrangement of the virtual reception array antenna according to the third embodiment. FIG. 36A, which is another example of the two-dimensional arrangement, shows a case where the transmission array antenna 108i is one transmission antenna group and the reception array antenna 202i is one reception antenna in the antenna arrangement of variation 1 of the second embodiment shown in FIG. 25A. An example in which a plurality of transmission antenna groups and a plurality of reception antenna groups are arranged as a group will be described. The transmission array antenna 108n has a configuration in which a total of four sets of transmission antenna groups are arranged in two rows in the first axis direction and two rows in the second axis direction. The reception array antenna 202n has one set of reception antenna groups. Configuration.

ここで、受信アンテナ群の開口長は、第1軸方向にDR1とし、第2軸方向にDR2とし、送信アンテナ群は、第1軸上にDR1+dの間隔、第2軸方向にDR2の間隔で配置される。これによって、図36Bに示す仮想受信アレーアンテナVAA14は、図25Bに示した仮想受信アレーアンテナVAA9を1つの群とした仮想受信アレーアンテナ群を、4組配置した構成となる。 Here, aperture length of the receiving antenna groups, and D R1 in a first axial direction, and D R2 in the second axial direction transmission antenna group, the distance D R1 + d H to the first axis, the second axis Are arranged at intervals of DR2. Thus, virtual reception array antenna VAA14 shown in FIG. 36B has a configuration in which four virtual reception array antenna groups each including virtual reception array antenna VAA9 shown in FIG. 25B as one group are arranged.

図37Aは、本実施の形態3に係る送受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図である。図37Bは、本実施の形態3に係る仮想受信アレーアンテナの配置の他の一例を示す図である。2次元配置の別の一例である図37Aは、図25Aに示したバリエーション1のアンテナ配置において、送信アレーアンテナ108iを1つの送信アンテナ群、受信アレーアンテナ202iを1つの受信アンテナ群として、4つの送信アンテナ群および2つの受信アンテナ群が配置される例を示す。送信アレーアンテナ108pでは、送信アンテナ群が第1軸方向に2列、第2軸方向に2列の計4組配置される。受信アレーアンテナ202pでは、受信アンテナ群が2組配置される。   FIG. 37A is a diagram showing another example of the arrangement of the transmission / reception array antenna according to the third embodiment. FIG. 37B is a diagram showing another example of the arrangement of the virtual receiving array antenna according to the third embodiment. FIG. 37A, which is another example of the two-dimensional arrangement, shows that, in the antenna arrangement of variation 1 shown in FIG. 25A, the transmission array antenna 108i is one transmission antenna group, and the reception array antenna 202i is one reception antenna group. An example in which a transmitting antenna group and two receiving antenna groups are arranged is shown. In the transmission array antenna 108p, a total of four sets of transmission antenna groups are arranged in two rows in the first axis direction and two rows in the second axis direction. In the receiving array antenna 202p, two sets of receiving antenna groups are arranged.

ここで、各受信アンテナ群の開口長を、第1軸方向にDR1、第2軸方向にDR2とし、各送信アンテナ群を第1軸上にDR1+dの間隔、第2軸方向に2×DR2の間隔で配置する。また、第2の受信アンテナ群は第1軸方向に6dオフセットして配置し、第2軸方向にDR2の間隔で配置される。このため、第1の受信アンテナ群の受信アンテナ素子Rx#3と、第2の受信アンテナ群の受信アンテナ素子Rx#3とは、第1軸方向に6dオフセットして配置され、第1の受信アンテナ群の受信アンテナ素子Rx#7、Rx#8と、第2の受信アンテナ群の受信アンテナ素子Rx#1、Rx#2とは、第2軸上において、同じ位置に配置される。これによって、仮想受信アレーアンテナVAA15は、図37Bに示す構成となる。仮想受信アレーアンテナVAA15は、図25Bに示した仮想受信アレーアンテナVAA9を1つの群とした仮想受信アレーアンテナ群を、8組配置した構成となる。 Here, the aperture length of each reception antenna group, D R1 in a first axial direction, and D R2 in the second axial direction, the distance D R1 + d H each transmit antenna group to the first axis, the second axis Are arranged at intervals of 2 × DR2 . The second reception antenna group is arranged to 6d H offset in a first axial direction, are arranged at intervals D R2 in the second axial direction. Therefore, a receiving antenna element Rx # 3 of the first receiving antenna group, and the second reception antenna group of receive antenna elements Rx # 3, disposed 6d H offset in a first axial direction, the first The receiving antenna elements Rx # 7 and Rx # 8 of the receiving antenna group and the receiving antenna elements Rx # 1 and Rx # 2 of the second receiving antenna group are arranged at the same position on the second axis. As a result, the virtual receiving array antenna VAA15 has the configuration shown in FIG. 37B. The virtual reception array antenna VAA15 has a configuration in which eight virtual reception array antenna groups each including the virtual reception array antenna VAA9 illustrated in FIG. 25B as one group are arranged.

なお、ここでは、実施の形態1および実施の形態2で示したアレーアンテナの配置に基づいて、送信アンテナ群および受信アンテナ群を複数備える場合について説明したが、これに限定されず本開示のアレーアンテナ配置以外のアレーアンテナ配置に基づいて送信アンテナ群又は受信アンテナ群を複数備える場合についても同様の効果が得られる。また、送信アンテナ群及び受信アンテナ群の間隔についても上述した例に限定されない。   Here, a case has been described where a plurality of transmission antenna groups and a plurality of reception antenna groups are provided based on the arrangement of the array antennas described in Embodiment 1 and Embodiment 2. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited thereto. Similar effects can be obtained when a plurality of transmitting antenna groups or receiving antenna groups are provided based on an array antenna arrangement other than the antenna arrangement. Further, the interval between the transmitting antenna group and the receiving antenna group is not limited to the above-described example.

<実施の形態4>
図38は、本実施の形態4に係るレーダ装置10aの構成の一例を示すブロック図である。本開示のレーダ装置10の構成は、図1に示した構成に限定されない。例えば、図38に示すレーダ装置10aの構成を用いてもよい。なお、図38において、図1及び図2と同様の構成については、同一の符番を付し、説明を省略する。また、図38において、レーダ受信部200の構成は、図6と同様であるので詳細な構成を省略している。
<Embodiment 4>
FIG. 38 is a block diagram showing an example of a configuration of a radar device 10a according to the fourth embodiment. The configuration of the radar device 10 according to the present disclosure is not limited to the configuration illustrated in FIG. For example, the configuration of the radar device 10a shown in FIG. 38 may be used. 38, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 38, the configuration of the radar receiving unit 200 is the same as that of FIG. 6, and thus the detailed configuration is omitted.

図1に示したレーダ装置10では、例えば、図2のレーダ送信部100において、制御部400が、送信制御信号によって、複数の送信増幅部107の出力レベルを調整することによって、レーダ送信信号を出力する送信増幅部107が選択的に切り替えられる。レーダ送信信号生成部101は、制御部400からの所定のレーダ送信周期Tr毎の符号制御信号に基づいて、レーダ送信周期Trにてレーダ送信信号を繰り返し出力する。これに対して、図38に示すレーダ装置10aでは、レーダ送信部100aにおいて、レーダ送信信号生成部101からの出力(レーダ送信信号)は、送信無線部107aによって送信無線処理を施され、切替制御部410からの切替制御信号に従い、送信切替部109によって、送信無線部107aの出力を複数の送信アンテナ108の何れか一つに選択的に切り替える。なお、レーダ送信信号生成部101は、図2の制御部400とは異なり、切替制御部410から切替制御信号は入力されていない。 In the radar apparatus 10 shown in FIG. 1, for example, in the radar transmitting section 100 of FIG. 2, the control section 400 adjusts the output levels of the plurality of transmission amplifying sections 107 by the transmission control signal, thereby transmitting the radar transmission signal. The output transmission amplifier 107 is selectively switched. The radar transmission signal generation unit 101 repeatedly outputs a radar transmission signal in the radar transmission cycle Tr based on the code control signal from the control unit 400 for each predetermined radar transmission cycle Tr . On the other hand, in the radar apparatus 10a shown in FIG. 38, in the radar transmission section 100a, the output (radar transmission signal) from the radar transmission signal generation section 101 is subjected to transmission radio processing by the transmission radio section 107a, and switching control is performed. In accordance with the switching control signal from unit 410, transmission switching unit 109 selectively switches the output of transmission radio unit 107a to any one of transmission antennas 108. Note that, unlike the control unit 400 in FIG. 2, the radar transmission signal generation unit 101 does not receive a switching control signal from the switching control unit 410.

図38に示すレーダ装置10aの構成でも、他の実施の形態と同様の効果が得られる。   With the configuration of the radar device 10a shown in FIG. 38, the same effect as in the other embodiments can be obtained.

<実施の形態5>
実施の形態1〜3の各々では、レーダ送信部100又は100aにおいて、パルス列を位相変調又は振幅変調して送信するパルス圧縮レーダを用いる場合について説明したが、変調方式はこれに限定されない。例えば、本開示は、チャープ(chirp)パルスのような周波数変調したパルス波を用いたレーダ方式についても適用可能である。
<Embodiment 5>
In each of the first to third embodiments, a case has been described in which the radar transmitting unit 100 or 100a uses a pulse compression radar that transmits a pulse train by performing phase modulation or amplitude modulation, but the modulation method is not limited to this. For example, the present disclosure is also applicable to a radar system using a frequency-modulated pulse wave such as a chirp pulse.

図39は、本実施の形態5に係るレーダ装置10bの構成の一例を示すブロック図である。図40は、本実施の形態5に係るレーダ装置10bが用いるチャープパルスの一例を示す図である。図39は、チャープパルス(例えば、fast chirp modulation)を用いたレーダ方式を適用した場合のレーダ装置10bの構成図の一例を示す。なお、図39において、図1、図2、図6、図38と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 39 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a radar device 10b according to the fifth embodiment. FIG. 40 is a diagram showing an example of a chirp pulse used by the radar device 10b according to the fifth embodiment. FIG. 39 shows an example of a configuration diagram of a radar device 10b when a radar system using chirp pulses (for example, fast chirp modulation) is applied. 39, the same components as those in FIGS. 1, 2, 6, and 38 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

まず、レーダ送信部100bにおける送信処理について説明する。レーダ送信部100bにおいて、レーダ送信信号生成部401は、変調信号発生部402及びVCO(Voltage Controlled Oscillator)403を有する。   First, transmission processing in the radar transmission unit 100b will be described. In the radar transmission unit 100b, the radar transmission signal generation unit 401 has a modulation signal generation unit 402 and a VCO (Voltage Controlled Oscillator) 403.

変調信号発生部402は、例えば、図40に示すように、のこぎり歯形状の変調信号を周期的に発生させる。ここで、レーダ送信周期をTrとする。 The modulation signal generator 402 periodically generates a sawtooth-shaped modulation signal, for example, as shown in FIG. Here, let the radar transmission period be Tr .

VCO403は、変調信号発生部402から出力されるレーダ送信信号に基づいて、周波数変調信号(換言すると、周波数チャープ信号)を送信無線部107aへ出力する。周波数変調信号は、送信無線部107aにおいて増幅され、切替制御部410が出力する切替制御信号に従い、送信切替部109において切り替えられた送信アンテナ108から空間に放射される。例えば、第1の送信アンテナ108から第Ntの送信アンテナ108の各々において、レーダ送信信号は、Np(= Nt×Tr)周期の送信間隔で送信される。 VCO 403 outputs a frequency modulation signal (in other words, a frequency chirp signal) to transmission radio section 107a based on the radar transmission signal output from modulation signal generation section 402. The frequency modulation signal is amplified in transmission radio section 107a, and radiated into space from transmission antenna 108 switched in transmission switching section 109 in accordance with the switching control signal output from switching control section 410. For example, in each of the transmit antennas 108 of the N t from the first transmitting antenna 108, the radar transmission signal is transmitted at a transmission interval of N p (= N t × T r) cycle.

方向性結合部404は、周波数変調信号の一部の信号を取り出して、レーダ受信部200bのアンテナ素子系統処理部201−1〜Nの各受信無線部501(ミキサ部502)に出力する。 Directional coupling unit 404 takes out a part of the signal of the frequency-modulated signal, and outputs the respective reception radio section 501 of the antenna element system processor 201-1~N a radar receiver 200b (mixer 502).

次に、レーダ受信部200bにおける受信処理について説明する。レーダ受信部200bのアンテナ素子系統処理部201−1〜Nのそれぞれにおいて、受信無線部501に含まれるミキサ部502が、受信した反射波信号に対して、送信信号である周波数変調信号(方向性結合部404から入力される信号)をミキシングし、ミキシングされた信号が、受信無線部501に含まれるLPF503を通過する。これにより、反射波信号の遅延時間に応じたビート周波数を有するビート信号がLPF503の出力として取り出される。例えば、図40に示すように、送信信号(送信周波数変調波)の周波数と、受信信号(受信周波数変調波)の周波数との差分周波数がビート周波数として得られる。 Next, a reception process in the radar receiver 200b will be described. In each antenna element system processor 201-1~N a radar receiving section 200b, a mixer unit 502 included in the reception radio section 501, on the received reflected wave signal, a frequency modulated signal (direction a transmission signal The signal input from the sexual coupling unit 404) is mixed, and the mixed signal passes through the LPF 503 included in the reception radio unit 501. Thereby, a beat signal having a beat frequency corresponding to the delay time of the reflected wave signal is extracted as an output of the LPF 503. For example, as shown in FIG. 40, the difference frequency between the frequency of the transmission signal (transmission frequency modulation wave) and the frequency of the reception signal (reception frequency modulation wave) is obtained as the beat frequency.

LPF503から出力された信号は、信号処理部207bのA/D変換部208bによって離散サンプルデータに変換される。   The signal output from LPF 503 is converted into discrete sample data by A / D conversion section 208b of signal processing section 207b.

R−FFT(Range - Fast Fourier Transform)部504は、送信周期Tr毎に、所定の時間範囲(レンジゲート)において得られたNdata個の離散サンプルデータをFFT処理する。これにより、信号処理部207bでは、反射波信号(レーダ反射波)の遅延時間に応じたビート周波数にピークが現れる周波数スペクトラムが出力される。これにより、ターゲットまでの距離を算出することができる。なお、FFT処理において、R−FFT部504は、例えば、Han窓又はHamming窓等の窓関数係数を乗算してもよい。窓関数係数を用いることにより、周波数スペクトラムにおいて、ビート周波数に現れるピークの周辺に発生するサイドローブを抑圧できる。 An R-FFT (Range-Fast Fourier Transform) unit 504 performs an FFT process on N data discrete sample data obtained in a predetermined time range (range gate) for each transmission cycle Tr . Thus, the signal processing unit 207b outputs a frequency spectrum in which a peak appears at a beat frequency corresponding to the delay time of the reflected wave signal (radar reflected wave). Thereby, the distance to the target can be calculated. In the FFT processing, the R-FFT unit 504 may multiply, for example, a window function coefficient such as a Han window or a Hamming window. By using the window function coefficient, it is possible to suppress a side lobe occurring around a peak appearing in the beat frequency in the frequency spectrum.

ここで、第M番目のチャープパルス送信によって得られる、第z番目の信号処理部207bのR−FFT部504から出力されるビート周波数スペクトラム応答をAC_RFT(fb, M)で表す。ここで、fbはFFTのインデックス番号(ビン番号)であり、fb=0,…, Ndata/2である。周波数インデックスfbが小さいほど、反射波信号の遅延時間が小さい(換言すると、物標との距離が近い)ビート周波数を示す。 Here, the beat frequency spectrum response output from the R-FFT unit 504 of the z-th signal processing unit 207b and obtained by transmitting the M-th chirp pulse is represented by AC_RFT z (f b , M). Here, f b is an index number (bin number) of the FFT, and f b = 0,..., N data / 2. As the frequency index f b is small, the delay time of the reflected wave signal is small (in other words, the short distance between the target) shows the beat frequency.

第z番目の信号処理部207bにおける出力切替部212は、例えば、図38に示したレーダ装置10aと同様に、切替制御部410から入力される切替制御信号に基づいて、レーダ送信周期Tr毎のR−FFT部504の出力を、Nt個のドップラ解析部213のうちの一つに選択的に切り替えて出力する。 The output switching unit 212 in the z-th signal processing unit 207b is, for example, based on the switching control signal input from the switching control unit 410, for each radar transmission cycle Tr , similarly to the radar device 10a illustrated in FIG. The output of the R-FFT unit 504 is selectively switched to one of the N t Doppler analyzers 213 and output.

以下、一例として、第M番目のレーダ送信周期Tr[M]における切替制御信号をNtビットの情報[bit1(M), bit2(M), … ,bitNt(M)]で表す。例えば、第M番目のレーダ送信周期Tr[M]の切替制御信号において、第ND番目のビットbitND(M)(ただし、ND=1〜Ntの何れか)が‘1’である場合、出力切替部212は、第ND番目のドップラ解析部213を選択(換言するとON)する。一方、第M番目のレーダ送信周期Tr [M]の切替制御信号において、第ND番目のビットbitND(M)が‘0’である場合、出力切替部212は、第ND番目のドップラ解析部213を非選択(換言するとOFF)とする。出力切替部212は、選択したドップラ解析部213に対して、R−FFT部504から入力される信号を出力する。 Hereinafter, as an example, the switching control signal in the M-th radar transmission cycle Tr [M] is represented by information of N t bits [bit 1 (M), bit 2 (M), ..., bit Nt (M)]. . For example, in the switching control signal of the M-th radar transmission cycle T r [M], at the N D-th bit bit ND (M) (where either N D = 1 to N t) is '1' some cases, the output switching unit 212 selects the first N D th Doppler analysis unit 213 (other words when ON). On the other hand, in the switching control signal of the M-th radar transmission cycle T r [M], if the N D-th bit bit ND (M) is "0", the output switching unit 212, the N D th The Doppler analyzer 213 is not selected (in other words, OFF). Output switching section 212 outputs a signal input from R-FFT section 504 to selected Doppler analysis section 213.

上記のように、各ドップラ解析部213の選択は、Np(= Nt×Tr)周期で順次ONとなる。切替制御信号は、上記内容をNc回繰り返す。 As described above, the selection of each Doppler analyzer 213 is sequentially turned ON at N p (= N t × T r ) cycles. The switching control signal repeats the above content Nc times.

なお、各送信無線部107aにおける送信信号の送信開始時刻は、周期Trに同期させなくてもよい。例えば、各送信無線部107aでは、送信開始時刻に異なる送信遅延Δ1, Δ2,…,ΔNtを設けて、レーダ送信信号の送信を開始してもよい。 Note that the transmission start time of the transmission signal in each transmission radio section 107a does not have to be synchronized with the cycle Tr . For example, in each transmission radio section 107a, a transmission delay delta 1 which different transmission start time, delta 2, ..., provided delta Nt, may start the transmission of the radar transmission signal.

第z(z=1,…, N)番目の信号処理部207bは、Nt個のドップラ解析部213を有する。 The z-th (z = 1,..., N a ) -th signal processing unit 207b includes N t Doppler analysis units 213.

ドップラ解析部213は、出力切替部212からの出力に対して、ビート周波数インデックスfb毎にドップラ解析を行う。   The Doppler analysis unit 213 performs Doppler analysis on the output from the output switching unit 212 for each beat frequency index fb.

例えば、Ncが2のべき乗値である場合、ドップラ解析において高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を適用できる。 For example, when Nc is a power of 2, fast Fourier transform (FFT) processing can be applied in Doppler analysis.

第z番目の信号処理部207bの第ND番目のドップラ解析部213における第w番目の出力は、式(19)に示すように、ビート周波数インデックスfbにおけるドップラ周波数インデックスfuのドップラ周波数応答FT_CIz (ND)(fb, fu, w)を示す。なお、ND=1〜Ntであり、ND=1〜Ntであり、wは1以上の整数である。また、jは虚数単位であり、z=1〜Nである。 The w-th output in the N D th Doppler analysis unit 213 of the z-th signal processing unit 207b, as shown in equation (19), the Doppler frequency response of the Doppler frequency index f u in the beat frequency index f b FT_CI z (ND) (f b , f u , w). It is to be N D = 1 to N t, a ND = 1 to N t, w is an integer of 1 or more. Further, j is an imaginary unit, and z = 1 to N a.

Figure 2020056780
Figure 2020056780

信号処理部207b以降の方向推定部214の処理は、例えば、実施の形態1で説明した離散時刻kをビート周波数インデックスfbで置き換えた動作となるので、詳細な説明を省略する。   The processing of the direction estimating unit 214 after the signal processing unit 207b is, for example, an operation in which the discrete time k described in the first embodiment is replaced with the beat frequency index fb, and thus detailed description is omitted.

以上の構成及び動作により、本実施の形態5でも、実施の形態1〜3の各々と同様の効果が得られる。   With the above configuration and operation, the same effects as those of the first to third embodiments can also be obtained in the fifth embodiment.

また、上述したビート周波数インデックスfbは、距離情報に変換して出力されてもよい。ビート周波数インデックスfbを距離情報R(fb)に変換するには式(20)を用いればよい。ここで、Bwは周波数変調して生成される周波数チャープ信号の周波数変調帯域幅を表し、C0は光速度を表す。 The above-mentioned beat frequency index fb may be converted into distance information and output. Expression (20) may be used to convert the beat frequency index fb into distance information R (f b ). Here, B w represents the frequency modulation band width of the frequency chirp signals generated by frequency modulation, C 0 denotes the speed of light.

Figure 2020056780
Figure 2020056780

以上、本開示の一実施例に係る実施の形態について説明した。なお、上記実施の形態、及び、各バリエーションに係る動作を適宜組み合わせて実施してもよい。   The embodiment according to the example of the present disclosure has been described above. In addition, you may implement combining the said embodiment and the operation | movement concerning each variation suitably.

また、上記実施の形態では、一例として、基本間隔dH=0.5λ、dV=0.5λの場合について説明したが、これらの値に限定されない。例えば、基本間隔dH及びdVは、0.5波長以上、かつ、1波長以下の値でもよい。また、上記の実施の形態において、「アンテナ群」という表記は、例えば、「アンテナ素子群」等の別の表記に置き換えられてよい。 Further, in the above embodiment, the case where the basic intervals d H = 0.5λ and d V = 0.5λ has been described as an example, but the present invention is not limited to these values. For example, base distance d H and d V is 0.5 wavelength or more and may be the following values one wavelength. Further, in the above embodiment, the notation “antenna group” may be replaced with another notation such as “antenna element group”.

また、レーダ装置10,10a,10b(例えば、図1、図38、図39を参照)において、レーダ送信部100及びレーダ受信部200は、物理的に離れた場所に個別に配置されてもよい。また、レーダ受信部200(例えば、図1、図38、図39を参照)において、方向推定部214と、他の構成部とは、物理的に離れた場所に個別に配置されてもよい。   In the radar devices 10, 10a, and 10b (see, for example, FIGS. 1, 38, and 39), the radar transmitting unit 100 and the radar receiving unit 200 may be individually arranged at physically separated locations. . In the radar receiving unit 200 (see, for example, FIGS. 1, 38, and 39), the direction estimating unit 214 and other components may be individually arranged at physically separated locations.

レーダ装置10,10a,10bは、図示しないが、例えば、CPU(Central Processing Unit)、制御プログラムを格納したROM(Read Only Memory)等の記録媒体、およびRAM(Random Access Memory)等の作業用メモリを有する。この場合、上記した各部の機能は、CPUが制御プログラムを実行することにより実現される。但し、レーダ装置10,10a,10bのハードウェア構成は、かかる例に限定されない。例えば、レーダ装置10,10a,10bの各機能部は、集積回路であるIC(Integrated Circuit)として実現されてもよい。各機能部は、個別に1チップ化されてもよいし、その一部または全部を含むように1チップ化されてもよい。また、レーダ装置10,10a,10bは、図示しないが、例えば、車両(自動車、自動2輪、自転車、工事車両、フォークリフト)、電車、船舶といった、移動物体に搭載することができ、例えば、信号機、路側装置(Road Side Unit)といった静止物体に搭載することができる。   Although not shown, the radar devices 10, 10a, and 10b include, for example, a CPU (Central Processing Unit), a recording medium such as a ROM (Read Only Memory) storing a control program, and a working memory such as a RAM (Random Access Memory). Having. In this case, the function of each unit described above is realized by the CPU executing the control program. However, the hardware configuration of the radar devices 10, 10a, 10b is not limited to such an example. For example, each functional unit of the radar devices 10, 10a, and 10b may be realized as an integrated circuit (IC). Each functional unit may be individually formed into one chip, or may be formed into one chip so as to include a part or the whole thereof. Although not shown, the radar devices 10, 10a, and 10b can be mounted on moving objects such as vehicles (automobiles, motorcycles, bicycles, construction vehicles, forklifts), trains, and ships. , A roadside device (Road Side Unit).

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、そ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、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。   Although various embodiments have been described with reference to the drawings, it is needless to say that the present disclosure is not limited to such examples. It is clear that those skilled in the art can conceive various changes or modifications within the scope of the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present disclosure. I understand. Further, each component in the above embodiment may be arbitrarily combined without departing from the spirit of the disclosure.

上記各実施の形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。   In each of the above embodiments, the present disclosure has been described with respect to an example in which the present disclosure is configured using hardware, but the present disclosure can also be realized by software in cooperation with hardware.

以上の説明において、各構成要素に用いる「・・・部」という表記は、「・・・回路(circuitry)」、「・・・デバイス」、「・・・ユニット」、又は、「・・・モジュール」といった他の表記に置換されてもよい。   In the above description, the notation “...” Used for each component is “... Circuit”, “... Device”, “... Unit”, or “. It may be replaced with another notation such as "module".

また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。   Each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically realized as an LSI which is an integrated circuit. The integrated circuit may control each functional block used in the description of the above embodiment, and may have an input and an output. These may be individually integrated into one chip, or may be integrated into one chip so as to include some or all of them. Here, the LSI is used, but it may be called an IC, a system LSI, a super LSI, or an ultra LSI depending on the degree of integration.

また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサを用いて実現してもよい。LSI製造後に、プログラム可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、LSI内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル プロセッサ(Reconfigurable Processor)を利用してもよい。   Further, the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized using a dedicated circuit or a general-purpose processor. After the LSI is manufactured, a programmable FPGA (Field Programmable Gate Array) or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection or setting of circuit cells inside the LSI may be used.

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により、LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。例えば、バイオ技術の適用が可能性としてありえる。   Furthermore, if an integrated circuit technology that replaces the LSI appears due to the advancement of the semiconductor technology or another technology derived therefrom, the functional blocks may be integrated using the technology. For example, the application of biotechnology is possible.

本開示のレーダ装置は、レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信回路と、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信回路と、を具備し、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、m個のアンテナ素子の位相中心が第1軸方向に沿って第1の間隔Dで等間隔に配置される第1のアンテナ素子群を含み(mは1以上の整数)、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの他方は、(n+1)個のアンテナ素子の位相中心が前記第1軸方向に沿って第2の間隔Dr(n)で配置される第2のアンテナ素子群を含む(nは1以上の整数)、前記第1の間隔Dは式(1a)を満たし、

Figure 2020056780
ここで、dは第1の基本間隔を示し、nは1以上の整数、
前記第2の間隔Dr(n)は、式(1b)を満たし、
Figure 2020056780
ここで、Nは、1≦n<N-1を満たす整数であり、
nrは、式(1c)を満たす。
Figure 2020056780
The radar device of the present disclosure includes a radar transmission circuit that transmits a radar signal from a transmission array antenna, and a radar reception circuit that receives a reflected wave signal from the reception array antenna, the radar signal being reflected at a target, one transmission array antenna and the reception array antenna includes a first antenna element group phase center of the m antenna elements are arranged at equal intervals in the first interval D t along the first axis direction ( m is an integer of 1 or more), the other of the transmission array antenna and the receiving array antenna, (n + 1) pieces of phase center of the antenna element is along said first axial second distance D r (n ) a second group of antenna elements which are arranged in (n is an integer of 1 or more), the first distance D t satisfies the formula (1a),
Figure 2020056780
Here, d H indicates a first basic interval, nt is an integer of 1 or more,
The second interval D r (n) satisfies equation (1b),
Figure 2020056780
Here, N a is an integer satisfying 1 ≦ n <N a -1,
n r satisfies equation (1c).
Figure 2020056780

本開示のレーダ装置において、前記第1の基本間隔は、0.5波長以上0.8波長以下である。   In the radar device according to an embodiment of the present disclosure, the first basic interval is equal to or greater than 0.5 wavelength and equal to or less than 0.8 wavelength.

本開示のレーダ装置において、前記送信アレーアンテナおよび受信アレーアンテナの少なくとも1つは、複数のサブアレー素子を含む。   In the radar device according to the present disclosure, at least one of the transmission array antenna and the reception array antenna includes a plurality of sub-array elements.

本開示のレーダ装置において、前記送信アレーアンテナおよび前記受信アレーアンテナの一方は、前記第1軸方向と直交する第2軸方向に沿って第3の間隔で、前記第1のアンテナ素子群を複製配置した、第3のアンテナ素子群を含み、前記第3の間隔は、第2の基本間隔の整数倍であり、前記第2の基本間隔は、0.5波長以上0.8波長以下であり、前記送信アレーアンテナおよび前記受信アレーアンテナの他方は、前記第2軸方向に沿って第4の間隔で、前記第2のアンテナ素子群を複製配置した、第4のアンテナ素子群を含み、前記第4の間隔は、前記第2の基本間隔の整数倍である。   In the radar device according to the present disclosure, one of the transmission array antenna and the reception array antenna duplicates the first antenna element group at a third interval along a second axis direction orthogonal to the first axis direction. A third antenna element group disposed, wherein the third interval is an integral multiple of a second basic interval, and the second basic interval is 0.5 wavelength or more and 0.8 wavelength or less. The other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a fourth antenna element group in which the second antenna element group is duplicately arranged at a fourth interval along the second axis direction, The fourth interval is an integral multiple of the second basic interval.

本開示のレーダ装置において、前記送信アレーアンテナおよび前記受信アレーアンテナの一方は、前記第1軸方向に沿って第5の間隔で、前記第1のアンテナ素子群及び前記第3のアンテナ素子群を複製配置した、第5のアンテナ素子群を含み、前記第1のアンテナ素子群の開口長がDT1、前記第2のアンテナ素子群の開口長がDR1である場合、前記第5の間隔は、前記第2のアンテナ素子群の開口長DR1に基本間隔dを加算した値であり、前記送信アレーアンテナおよび前記受信アレーアンテナの他方は、前記第1軸方向に沿って第6の間隔で、前記第2のアンテナ素子群及び前記第4のアンテナ素子群を複製配置した、第6のアンテナ素子群を含み、前記第6の間隔は、前記第1のアンテナ素子群の開口長DT1と前記第1のアンテナ素子群の開口長DR1との合算から基本間隔dを減算した値である。 In the radar device according to an embodiment of the present disclosure, one of the transmission array antenna and the reception array antenna connects the first antenna element group and the third antenna element group at a fifth interval along the first axis direction. When the fifth antenna element group includes a fifth antenna element group that is duplicated and arranged, and the opening length of the first antenna element group is D T1 and the opening length of the second antenna element group is D R1 , the fifth interval is , A value obtained by adding a basic interval d H to the aperture length D R1 of the second antenna element group, and the other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna has a sixth interval along the first axial direction. The sixth antenna element group includes the sixth antenna element group in which the second antenna element group and the fourth antenna element group are duplicated and arranged, and the sixth interval is the opening length D T1 of the first antenna element group. And the first Is a value obtained by subtracting the base distance d H from the sum of the aperture length D R1 of the antenna element group.

本開示の移動物体は、本開示のレーダ装置を搭載する。   A moving object according to the present disclosure includes the radar device according to the present disclosure.

本開示の静止物体は、本開示のレーダ装置を搭載する。   A stationary object according to the present disclosure includes the radar device according to the present disclosure.

本開示は、広角範囲を検知するレーダ装置として好適である。   The present disclosure is suitable as a radar device that detects a wide angle range.

10,10a,10b レーダ装置
100,100a,100b レーダ送信部
101,101a,401 レーダ送信信号生成部
102 符号生成部
103 変調部
104 LPF
105 送信周波数変換部
106 電力分配器
107 送信増幅部
107a 送信無線部
108 送信アレーアンテナ
109 送信切替部
111 符号記憶部
112 DA変換部
200 レーダ受信部
201 アンテナ素子系統処理部
202 受信アレーアンテナ
203 受信無線部
204 増幅器
205 周波数変換器
206 直交検波器
207 信号処理部
208,209 AD変換部
210 相関演算部
211 加算部
212 出力切替部
213 ドップラ解析部
214 方向推定部
300 基準信号生成部
400 制御部
402 変調信号発生部
403 VCO
404 方向性結合部
410 切替制御部
501 受信無線部
502 ミキサ部
503 LPF
504 R−FFT部
10, 10a, 10b Radar devices 100, 100a, 100b Radar transmitters 101, 101a, 401 Radar transmission signal generator 102 Code generator 103 Modulator 104 LPF
105 Transmission frequency conversion unit 106 Power divider 107 Transmission amplification unit 107a Transmission radio unit 108 Transmission array antenna 109 Transmission switching unit 111 Code storage unit 112 DA conversion unit 200 Radar reception unit 201 Antenna element system processing unit 202 Reception array antenna 203 Reception radio Unit 204 amplifier 205 frequency converter 206 quadrature detector 207 signal processing unit 208, 209 AD conversion unit 210 correlation operation unit 211 addition unit 212 output switching unit 213 Doppler analysis unit 214 direction estimation unit 300 reference signal generation unit 400 control unit 402 modulation Signal generator 403 VCO
404 Directional coupling unit 410 Switching control unit 501 Wireless reception unit 502 Mixer unit 503 LPF
504 R-FFT section

Claims (7)

レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信回路と、
前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信回路と、
を具備し、
前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、m個のアンテナ素子の位相中心が第1軸方向に沿って第1の間隔Dで等間隔に配置される第1のアンテナ素子群を含み(mは1以上の整数)、
前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの他方は、(n+1)個のアンテナ素子の位相中心が前記第1軸方向に沿って第2の間隔Dr(n)で配置される第2のアンテナ素子群を含む(nは1以上の整数)、
前記第1の間隔Dは式(1)を満たし、
Figure 2020056780
ここで、dは第1の基本間隔を示し、nは1以上の整数、
前記第2の間隔Dr(n)は、式(2)を満たし、
Figure 2020056780
ここで、Naは、1≦n<Na-1を満たす整数であり、
nrは、式(3)を満たす、
Figure 2020056780
レーダ装置。
A radar transmission circuit for transmitting a radar signal from a transmission array antenna,
A radar receiving circuit that receives a reflected wave signal from the receiving array antenna, wherein the radar signal is reflected by a target;
With
Wherein one of the transmission array antenna and the reception array antenna includes a first antenna element group phase center of the m antenna elements are arranged at equal intervals in the first interval D t along the first axis direction (M is an integer of 1 or more),
The other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna is a second array in which phase centers of (n + 1) antenna elements are arranged at a second interval Dr (n) along the first axis direction. Including an antenna element group (n is an integer of 1 or more),
The first distance D t satisfies the formula (1),
Figure 2020056780
Here, d H indicates a first basic interval, nt is an integer of 1 or more,
The second interval D r (n) satisfies equation (2),
Figure 2020056780
Here, N a is an integer satisfying 1 ≦ n <N a -1,
n r satisfies equation (3),
Figure 2020056780
Radar equipment.
前記第1の基本間隔は、0.5波長以上0.8波長以下である、
請求項1に記載のレーダ装置。
The first basic interval is 0.5 wavelength or more and 0.8 wavelength or less,
The radar device according to claim 1.
前記送信アレーアンテナおよび受信アレーアンテナの少なくとも1つは、複数のサブアレー素子を含む、
請求項1に記載のレーダ装置。
At least one of the transmission array antenna and the reception array antenna includes a plurality of sub-array elements,
The radar device according to claim 1.
前記送信アレーアンテナおよび前記受信アレーアンテナの一方は、前記第1軸方向と直交する第2軸方向に沿って第3の間隔で、前記第1のアンテナ素子群を複製配置した、第3のアンテナ素子群を含み、
前記第3の間隔は、第2の基本間隔の整数倍であり、
前記第2の基本間隔は、0.5波長以上0.8波長以下であり、
前記送信アレーアンテナおよび前記受信アレーアンテナの他方は、前記第2軸方向に沿って第4の間隔で、前記第2のアンテナ素子群を複製配置した、第4のアンテナ素子群を含み、
前記第4の間隔は、前記第2の基本間隔の整数倍である、
請求項1から3のいずれか一項に記載のレーダ装置。
One of the transmitting array antenna and the receiving array antenna is a third antenna in which the first antenna element group is duplicately arranged at a third interval along a second axis direction orthogonal to the first axis direction. Including element group,
The third interval is an integral multiple of the second basic interval,
The second basic interval is not less than 0.5 wavelength and not more than 0.8 wavelength,
The other of the transmission array antenna and the reception array antenna includes a fourth antenna element group in which the second antenna element group is duplicately arranged at a fourth interval along the second axis direction,
The fourth interval is an integer multiple of the second basic interval.
The radar device according to claim 1.
前記送信アレーアンテナおよび前記受信アレーアンテナの一方は、前記第1軸方向に沿って第5の間隔で、前記第1のアンテナ素子群及び前記第3のアンテナ素子群を複製配置した、第5のアンテナ素子群を含み、
前記第1のアンテナ素子群の開口長がDT1、前記第2のアンテナ素子群の開口長がDR1である場合、
前記第5の間隔は、前記第2のアンテナ素子群の開口長DR1に基本間隔dを加算した値であり、
前記送信アレーアンテナおよび前記受信アレーアンテナの他方は、前記第1軸方向に沿って第6の間隔で、前記第2のアンテナ素子群及び前記第4のアンテナ素子群を複製配置した、第6のアンテナ素子群を含み、
前記第6の間隔は、前記第1のアンテナ素子群の開口長DT1と前記第1のアンテナ素子群の開口長DR1との合算から基本間隔dを減算した値である、
請求項4に記載のレーダ装置。
One of the transmission array antenna and the reception array antenna has a fifth interval along the first axis direction, and the first antenna element group and the third antenna element group are duplicately arranged. Including an antenna element group,
When the opening length of the first antenna element group is D T1 and the opening length of the second antenna element group is D R1 ,
The fifth interval is the second value obtained by adding the base distance d H in aperture length D R1 of the antenna element group,
The other of the transmission array antenna and the reception array antenna has the sixth antenna element group and the fourth antenna element group duplicately arranged at a sixth interval along the first axis direction. Including an antenna element group,
The distance between the sixth is the first value obtained by subtracting the base distance d H from the sum of the aperture length D R1 of the first group of antenna elements and aperture length D T1 of the antenna element group,
The radar device according to claim 4.
請求項1から5のいずれか一項に記載のレーダ装置を搭載した、移動物体。   A moving object equipped with the radar device according to claim 1. 請求項1から5のいずれか一項に記載のレーダ装置を搭載した、静止物体。   A stationary object equipped with the radar device according to claim 1.
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