JP2022536547A - 傾斜レードーム - Google Patents

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Abstract

例示的な実施形態は、レーダユニットを保護するための傾斜レードームに関する。例示的なレーダシステムは、放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含むレーダユニットを含み得る。レーダユニットは、放射パターンに基づいてレーダ信号を送信し、レーダ信号を受信するように構成されている。さらに、レーダシステムは、放射パターンの送信方向に位置するレードームをさらに含む。詳細には、レードームは、レードームによって引き起こされる送信されたレーダ信号の反射が、放射パターンの空白、および吸収構成要素のうちの少なくとも１つに方向付けられるように、少なくとも１つのアンテナの平面に対してある角度でアライメントされている。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年８月６日に出願された米国特許出願第１６／５３２，６５５号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書により組み込まれている。
無線検出および測距システム（「レーダシステム」）は、無線信号を放出し、戻ってくる反射信号を検出することにより、環境特徴物までの距離を能動的に推定するために使用され得る。電波反射性特徴物までの距離は、送信と受信との間の時間遅延に従って判定され得る。レーダシステムは、時変周波数ランプを有する信号など、時間とともに周波数が変化する信号を放出して、放出された信号と反射された信号との間の周波数の差を距離推定に関連付けることができる。一部のレーダシステムはまた、受信された反射された信号のドップラー周波数シフトに基づいて反射物体の相対運動を推定し得る。
指向性アンテナもまた、信号の送信および／または受信のために使用されて、各距離推定をベアリングに関連付けることができる。より一般的には、指向性アンテナを使用して、放射エネルギーを対象の与えられた視野に集中させることもできる。測定された距離と方向情報とを組み合わせると、周囲の環境特徴をマッピングすることが可能になる。
本開示は、概して、レーダシステム、およびレーダシステム内のレーダユニットを保護するように設計されたレードームの一定の態様に関する。
したがって、第１の実施形態は、レーダシステムを説明する。レーダシステムは、放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含むレーダユニットを備える。レーダユニットは、（ｉ）放射パターンに基づいてレーダ信号を送信することと、（ｉｉ）レーダ信号を受信することと、を行うように構成されている。レーダシステムは、放射パターンの送信方向に位置するレードームをさらに備える。レードームは、レードームによって引き起こされる送信されたレーダ信号の反射が、（ｉ）放射パターンの空白、および（ｉｉ）吸収構成要素のうちの少なくとも１つに方向付けられるように、少なくとも１つのアンテナの平面に対してある角度でアライメントされる。
第２の実施形態は、レーダユニットを説明する。レーダユニットは、放射パターンを有する複数のアンテナを備える。複数のアンテナは、（ｉ）放射パターンに基づいてレーダ信号を送信することと、（ｉｉ）レーダ信号を受信することと、を行うように構成されている。レーダユニットは、放射パターンの送信方向に位置するレードームをさらに含む。さらに、レードームは、レードームによって引き起こされる送信されたレーダ信号の反射が、（ｉ）放射パターンの空白、および（ｉｉ）吸収構成要素のうちの少なくとも１つに方向付けられように、複数のアンテナの平面に対してある角度でアライメントされる。
第３の実施形態は、レーダシステムを動作させる方法を説明する。方法は、放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含むレーダユニットを使用して、放射パターンに基づくレーダ信号を送信することを含む。レーダシステムは、放射パターンの送信方向に位置するレードームを含む。レードームは、レードームによって引き起こされる送信されたレーダ信号の反射が、（ｉ）放射パターンの空白、および（ｉｉ）吸収構成要素のうちの少なくとも１つに方向付けられるように、少なくとも１つのアンテナの平面に対してある角度でアライメントされる。方法は、レーダユニットを使用して、レーダシステムの環境内の１つ以上の表面によってレーダユニットに反射された１つ以上のレーダ信号を受信することをさらに含む。
第４の実施形態は、第１、第２、および第３の実施形態の動作の各々を実行するための様々な手段を含むシステムを含み得る。
これらのならびに他の実施形態、態様、利点、および代替物は、当業者には、添付の図面を適宜参照して、以下の詳細な説明を読み取ることにより明らかになるであろう。さらに、本明細書で提供されている本概要ならびに他の説明および図は、例としてのみ実施形態を説明することが意図されており、したがって、多数の変形が可能であることを理解されたい。例えば、構造要素およびプロセスステップは、特許請求される実施形態の範囲内に依然としてありながら、再配置、組み合わせ、分散、排除、または他の方法での変更がなされ得る。
１つ以上の例示的な実施形態による、車両を例解する機能ブロック図である。 １つ以上の例示的な実施形態による、車両の側面図を例解する。 １つ以上の例示的な実施形態による、車両の上面図を例解する。 １つ以上の例示的な実施形態による、車両の正面図を例解する。 １つ以上の例示的な実施形態による、車両の背面図を例解する。 １つ以上の例示的な実施形態による、車両の追加の図を例解する。 １つ以上の例示的な実施形態による、レーダセクタのレイアウト図を例解する。 １つ以上の例示的な実施形態による、レーダユニットの基本的なレードームを例解する。 １つ以上の例示的な実施形態による、レーダユニットの基本的なレードームの別の図を例解する。 １つ以上の例示的な実施形態による、レーダユニット用傾斜レードームを例解する。 １つ以上の例示的な実施形態による、レーダユニット用傾斜レードームの別の図を例解する。 １つ以上の例示的な実施形態による、レーダシステムを動作させる方法を例解する。
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する。図では、特に文脈で記載しない限り、同様の記号は、通常、同様の構成要素を識別する。詳細な説明、図、および特許請求の範囲に記載されている例示的な実施形態は、限定することを意味するものではない。本明細書において提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更も行うことができる。本明細書で概して説明され、かつ図に例解されている、本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置、置換、組み合わせ、分離、および設計することができ、そのすべてが、本明細書において明示的に想定されていることが容易に理解されよう。
レーダシステムは、１つ以上のアンテナを使用してレーダ信号を放射（すなわち、送信）して、環境の態様を測定する。環境内の表面に接触すると、放出されたレーダ信号は複数の方向に散乱し、一部は様々な表面に透過し、他は表面を離れレーダシステムの１つ以上の受信アンテナに戻る方向に反射する。１つ以上の受信アンテナによって受信されると、環境の二次元（２Ｄ）および／または三次元（３Ｄ）の測定値を生成するために、レーダ反射は処理され得る。具体的には、これらの測定値は、レーダシステムの近くの環境を占める近くの表面の位置、配向、および動きを伝達し得る。
レーダシステムは、近くの物体および他の表面の距離および動きを測定できるため、車両のナビゲーションおよび安全性を支援するためにますます使用されている。特に、車両レーダシステムからの測定は、車両ナビゲーション中の全体的なパフォーマンスおよび安全性を向上させることができる。車両レーダシステムは、近くの車両の位置、配向、および動きを検出および識別できる。レーダ測定は、道路の境界および道路状況（例えば、滑らかな路面またはでこぼこした路面）、気象条件（例えば、濡れているまたは雪の道路）、交通標識および信号、ならびに歩行者などの車両の周辺環境の他の特徴に関する情報も明らかにし得る。いくつかの例では、レーダ測定は、ドライバーの車両制御を支援するために使用される。例えば、レーダ測定は、車両が別の車両または物体に近すぎる場合、警告を生成するために使用され得る。レーダ測定は、車両の自律的または半自律的なナビゲーション用の制御方策を開発するためにも使用できる。
一部の車両レーダシステムは、車両の多様な外部位置にレーダユニットを取り付けることによって設置される。例えば、１つ以上のレーダユニットは、車両のドアミラー、バンパー、ルーフ、フロントグリル、ドア、トランク、またはサイドパネルなどの多様な位置で車両に結合され得る。レーダユニットを取り付け配置するために外部位置を使用することは、車両を再設計したり特別に製造したりすることを必要とせずに、標準的な車両へのレーダシステムの迅速な設置を可能にする。さらに、レーダユニットの配向および位置は、ユニットが車両の外部位置に結合されている場合、簡単に調整され得る。このことは、設置および較正プロセスを迅速化させ得る。車両の外部位置を使用することによって、レーダユニットは、車両の最適な位置および配向から測定値をキャプチャすることが可能であり得る。
しかしながら、車両のこれらの外部位置で結合される場合、レーダユニットは、レーダシステムの性能を損傷および劣化させ得る道路の破片からの接触に、あいにく遭遇する場合がある。例えば、車両が経路をナビゲーションしている場合、車両および他の近くの車両によって、破片（例えば、岩、道路の一部）が蹴り上げられ、レーダユニットに向けられる場合がある。この破片は、レーダユニットに損傷を与え、車両レーダシステム全体のその後の性能に影響を与え得る。そのため、損傷したレーダユニットを修理または交換することは、費用がかかる可能性がある。さらに、自律的に動作する車両が損傷したレーダユニットを使用して動作することを許すことは安全であり得ない。
さらに、気象条件が、車両の外部位置に結合された保護されていないレーダユニットに望ましくない影響を与える状況をもたらすこともある。雨、雹、みぞれ、雪、および他の気象条件が、あいにくレーダユニットと接触し、各ユニットの性能および状態に影響を与える可能性がある。さらに、道路に堆積した水たまりおよび雪は、近くの車両によって車両に向けられ、車両レーダシステムの性能を同様に劣化させ得る。したがって、気象要素への露出により、レーダユニットが劣化し、時間の経過とともに最適に動作しなくなる可能性がある。さらに、車両の外部位置に結合されたレーダユニットは、車両が駐車されて使用されていないときなど、歩行者からの望ましくない接触にもさらされる。
これらの潜在的な問題およびレーダユニットを車両の外部に配置する場合に発生し得る他の問題を克服するために、レードームが使用され得る。レードームは、レーダユニットの構成要素を保護および隠蔽するように設計されたレーダユニット用の保護カバーである。レーダユニットのレードームは、内部構成要素を含むレーダユニットの一部または全体を保護し得る。例えば、レードームは、レードームとレーダユニットのアンテナとの間に隙間が存在するように、レーダユニットに結合するように構成され得る。このように、レードームはレーダユニットのアンテナを囲み、破片および気象要素などの望ましくない環境要因からの保護を提供し得る。
理想的には、レードームは、レーダユニットによって送信および受信されるレーダ信号にいかなる影響も有さないであろう。しかしながら、実際には、レードームは、レーダユニットの性能に望ましくない影響を与える場合がある。
レードームは、レーダユニットを保護できる素材でできているため、レードームは、自由空間の特性インピーダンスとは異なる特性インピーダンスを有し得る。このインピーダンスの違いは、たとえ最小の場合でも、やはりレーダユニットの性能に望ましくない影響を与える可能性がある。特に、レードームと空気との間のインピーダンスの不一致は、レーダユニットが動作しているときに、１つ以上の送信アンテナに向かって返ってくる送信信号のエネルギーのある割合の反射をもたらし、送信信号のエネルギーのすべてを意図したとおりに環境内に伝播させることができない場合がある。その結果、エネルギーがレーダユニットのアンテナの近くに捕らえられて干渉をもたらし、レーダユニットの受信機によって受信され、他の同様の手段による全体的なパフォーマンスを劣化させ得る。いくつかの事例では、レードームは、信号が環境内へ横切っていく前に、一部の送信信号がレードームとレーダユニットとの間に作成された空間で１回以上反射する原因となり得る。「リンギング」とも呼ばれる、これらの反射するレーダ信号は、広い視野を有するアンテナアレイのチャネルの位相安定性をさらに制限し得る、位置依存位相誤差を引き起こし得る。いくつかの例では、レーダユニットのレードームによって引き起こされるリンギングは、レーダユニットから離れる方向に伝播し、アンテナの実際の位置とは異なる位置によって送信されたように見える「リンギング」信号によって、レーダユニットのサイドローブ性能をやはり制限し得る。本明細書で提示される例示的な実施形態は、レーダユニットを保護するためにレードームを使用する場合に生じ得る望ましくない影響を低減するように設計され配置された傾斜レードームを含む。基本的なレードームと同様に、傾斜レードームは、レーダユニットの放射パターンの送信方向に位置し、レーダユニットを保護するのに役立つ。しかしながら、基本的なレードームとは異なり、傾斜レードームは、傾斜レードームによって引き起こされる送信信号の反射が１つ以上の所望される方向に向けられるように（例えば、放射パターンおよび吸収構成要素の空白に向かって）、レーダユニットのアンテナの平面に対してある角度で（平行でなく）アライメントされ得る。例えば、傾斜レードームは、アンテナに対して６度の傾斜でアライメントされ得る。例の間で他の角度が、可能である。このように、傾斜レードームは、従来のレードームと比較して、レーダユニットの性能への少ない影響により、レーダユニット構成要素を保護および隠蔽し得る。
傾斜レードームは、レーダユニットの１つ以上のアンテナの放射パターンの空白に向かうような、特定の方向にレーダ信号を反射するように、レーダユニットに対してある角度に向け得る。空白は、レーダユニットが反射信号を十分に受信しないまたはまったく受信しない放射パターンの角度を表し得る。このように、傾斜レードームがレーダユニットのアンテナに対してアライメントされた角度の程度は、アンテナの放射パターンにおける空白の位置に依存し得る。レーダ信号をレーダユニットの空白に向けて反射することによって、反射エネルギーの影響が軽減され得る。いくつかの例では、アンテナアレイの放射パターンは、アンテナアレイのビームフォーマの結果であるので、消去または軽減の物理的兆候は、レーダシステムのビームフォーマ（例えば、処理ユニット）で発生し得る。
いくつかの例では、レードームは、電磁エネルギーを、空白ではなく、アンテナの放射パターンの比較的低いゲイン部分に反射し得る。機能上、エネルギーが放射パターンの低ゲイン部分に向かって反射される場合、反射によって生成される干渉は、環境内の目標物体から受信した信号の反射と比較して小さい場合がある。したがって、本開示において「空白」という用語が使用される場合、それは真の空白を表し得る。いくつかの実施形態では、「空白」は、低いゲインを有する放射パターンの部分を表し得る。例えば、低いゲインは、放射パターンのメインローブを－３０または－４０ｄＢ下回るゲインを意味し得る。
いくつかの例では、傾斜レードームは、レーダユニットから所望される性能を達成するために、アンテナの平面に対して異なる角度でアライメントされ得る。例えば、傾斜レードームは、傾斜レードームによって引き起こされるレーダ信号の反射を吸収構成要素に向かって横切る方向にすることを可能にする角度に向けられ得る。吸収構成要素は、破壊的干渉を引き起こすように構成された１つ以上の導波路を含み得る。いくつかの例では、吸収構成要素は、レーダユニットの放射パターンの空白に対して配置された高周波（ＲＦ）吸収材料を含み得る。このように、ＲＦ吸収材料は、傾斜レードームによって引き起こされる送信されたレーダ信号の反射を吸収し得る。傾斜レードームの追加構成が、以下で説明される。
以下の詳細な説明は、１つまたは複数のアンテナアレイを有する装置（例えば、レーダユニット）によって使用され得る。１つまたは複数のアンテナアレイは、単一入力単一出力単一入力、複数出力（ＳＩＭＯ）、複数入力単一出力（ＭＩＳＯ）、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）、および／または合成開口レーダ（ＳＡＲ）レーダアンテナアーキテクチャの形態を取り得る。
いくつかの実施形態では、例示のレーダアンテナアーキテクチャは、複数の「デュアルオープンエンド導波路」（ＤＯＥＷＧ）アンテナを含み得る。「ＤＯＥＷＧ」という用語は、本明細書では、水平導波路チャネルの短いセクションに加えて２つの部分に分離している垂直チャネルを指し得る。垂直チャネルの２つの部分の各々は、レーダユニットに入る電磁波の少なくとも一部を放射するように構成された出力ポートを含み得る。さらに、いくつかの例では、複数のＤＯＥＷＧアンテナは、１つ以上のアンテナアレイに配置され得る。
いくつかの例示のレーダシステムは、Ｗバンドの電磁波周波数（例えば、７７ギガヘルツ（ＧＨｚ））で動作するように構成され得る。Ｗバンドは、ミリメートルのオーダー（例えば、１ｍｍ、４ｍｍ）の電磁波に対応し得る。レーダシステムは、環境を高精度で測定するために、放射エネルギーをタイトなビームに集束させることができる１つ以上のアンテナを使用し得る。このようなアンテナは、コンパクト（典型的には、長方形のフォームファクタを備える）、効率的（すなわち、７７ＧＨｚエネルギーのほとんどがアンテナ内で熱に失われない、または送信機の電子機器に反射して戻らない）、低コスト、かつ製造が容易（すなわち、これらのアンテナを備えたレーダシステムは大量生産が可能）であり得る。
いくつかのレーダアーキテクチャの例は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）で機械加工され、アライメントされて連結された複数の金属層（例えば、アルミニウムプレート）が含まれ得る。例えば、金属層は、入力導波路チャネルの前半を含み得、ここで第１の導波路チャネルの前半は、電磁波（例えば、Ｗバンド波）を第１の導波路チャネルに受信するように構成され得る入力ポートを含む。金属層はまた、複数の波分割チャネルの前半を含み得る。複数の波分割チャネルは、入力導波路チャネルから分岐し、入力導波路チャネルから電磁波を受け取り、電磁波を電磁波の複数の部分に分割し（すなわち、電力分割器）、電磁波のそれぞれの部分を複数の波放射チャネルのそれぞれの波放射チャネルに伝搬するように構成され得るチャネルのネットワークを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、導波路アンテナ要素および／または導波路出力ポートは、形状が長方形であってもよい。代替の実施形態では、導波路アンテナ要素および／または導波路出力ポートは、形状が円形であり得る。他の形状も可能である。
対応する偏波修正チャネルおよび導波路の形状および材料に基づいて、伝搬エネルギーの分布は、例えば、レーダユニット内の異なる場所で変化し得る。偏波修正チャネルおよび導波路の形状および材料は、電磁エネルギーの境界条件を画定し得る。境界条件は、偏波修正チャネルおよび導波路の端部での電磁エネルギーの既知の条件である。例えば、金属導波路では、偏波修正チャネルおよび導波路壁がほぼ完全に導電性である（つまり、導波路壁は完全な電気導体－ＰＥＣとして近似できる）と仮定すると、境界条件は、壁の側面のいずれにも、接線方向に（つまり、導波路壁の平面内に）向けられた電界はないことを規定する。境界条件が判明したら、マクスウェルの方程式を使用して、電磁エネルギーが偏波修正チャネルおよび導波路をどのように伝播するかを決定できる。
マクスウェルの方程式は、所与の偏波修正チャネルまたは導波路のいくつかの動作モードを画定することができる。各モードには、電磁エネルギーが偏波修正チャネルまたは導波路を介して伝播できる一つの特定の方法がある。さらに、各モードは、関連付けられたカットオフ周波数を有する。電磁エネルギーの周波数がカットオフ周波数より低い場合、偏波修正チャネルまたは導波路ではモードはサポートされない。（ｉ）寸法および（ｉｉ）動作周波数の両方を適切に選択することにより、電磁エネルギーは、特定のモードで偏波修正チャネルおよび導波路を介して伝播することができる。偏波修正チャネルおよび／または導波路は、設計周波数でサポートされる伝播モードが１つだけになるように設計できる。
導波路伝搬モードには、横電気（ＴＥ）モード、横磁気（ＴＭ）モード、横電磁（ＴＥＭ）モード、およびハイブリッドモードの４つの主なタイプがある。ＴＥモードでは、電磁エネルギーは、電磁エネルギーの伝搬の方向に電界を持たない。ＴＭモードでは、電磁エネルギーは電磁エネルギーの伝播方向に磁場を持たない。ＴＥＭモードでは、電磁エネルギーは、電磁エネルギーの伝播方向に電界も磁界も持たない。ハイブリッドモードでは、電磁エネルギーは、電磁エネルギーの伝播方向に電界および磁場の両方の一部を有する。
ＴＥ、ＴＭ、およびＴＥＭモードは、さらに、幅方向および高さ方向など、伝播方向に直交する２つの方向に対応する２つの接尾番号を使用して指定できる。ゼロ以外の接尾番号は、それぞれの偏波修正チャネルまたは導波路の幅および高さに等しい電磁エネルギーのそれぞれの半波長の数を示す（例えば、矩形導波路を想定している）。ただし、接尾番号がゼロの場合は、その方向に関してフィールドの変化がないことを示す。例えば、ＴＥ１０モードは、偏波修正チャネルまたは導波路の幅が半波長で、高さ方向に電界の変化がないことを示す。典型的には、接尾番号がゼロに等しい場合、それぞれの方向における導波路の寸法は、波長の半分未満である。別の例では、ＴＥ２１モードは、導波路の幅が１波長（すなわち、２つの半波長）であり、高さが１／２波長であることを示す。
導波路をＴＥモードで動作させる場合、接尾番号は、導波路のそれぞれの方向に沿った最大電界の数も示す。例えば、ＴＥ１０モードは、導波路が幅方向に最大で電界を１つ、高さ方向に最大ゼロの電界を持つことを示す。別の例では、ＴＥ２１モードは、導波路が幅方向に最大で２つの電界と、高さ方向に最大で１つの電界を持つことを示す。
追加または代替として、種々の偏波を使用する種々のレーダユニットは、レーダシステムの動作中の干渉を防ぎ得る。例えば、レーダシステムは、ＳＡＲ機能を介して自律車両の進行方向に垂直な方向に問い合わせる（すなわち、レーダ信号を送信および／または受信する）ように構成され得る。したがって、レーダシステムは、車両が通過する道端の物体に関する情報を決定できることもある。いくつかの例では、この情報は二次元でもよい（例えば、様々な物体の道端からの距離）。他の例では、この情報は三次元でもよい（例えば、検出された物体の様々な部分の点群）。したがって、車両は、例えば、道路を運転するときに道路の脇を「マッピング」できる場合がある。
いくつかの例示は、ＭＩＭＯアーキテクチャに構成されたアンテナアレイを有するレーダユニットを使用することを伴い得る。特に、フィルタは、ＭＩＭＯアーキテクチャに配置されたアンテナアレイを有するレーダユニットによって、近接場測定を調整するように決定され得る。送信アンテナによって発信されたレーダ信号は互いに直交しており、１つまたは複数の対応する受信アンテナによって受信することができる。そのようにして、レーダシステムまたは関連する信号プロセッサは、３Ｄ整合フィルタとともに２Ｄ ＳＡＲ画像形成を実施して、処理されたレーダ信号に基づいて形成された２Ｄ ＳＡＲマップのピクセルの高さを推定することができる。
２台の自律型車両が類似のレーダシステムを使用して環境について問い合わせる（例えば、上記のＳＡＲ手法を使用する）場合、それらの自律型車両が異なる偏波（例えば、直交偏波）を使用して問い合わせを行うことによって、干渉を避けるのに役立ち得る。さらに、単一の車両が、直交する偏波を有する２つのレーダユニットを動作させて、各レーダユニットが他のレーダユニットと干渉しないようにすることができる。
さらに、レーダシステムの構成は例の間で異なり得る。例えば、いくつかのレーダシステムは、それぞれが１つ以上のアンテナアレイで構成されたレーダユニットから構成され得る。アンテナアレイは、信号を送信または受信する単一のアンテナとして共に機能し得る複数の接続されたアンテナのセットを含み得る。複数の放射素子（すなわち、アンテナ）を組み合わせることによって、アンテナアレイは、非アレイアンテナを使用するレーダユニットと比較した場合、レーダユニットの性能を向上させ得る。特に、レーダユニットが、１つ以上のアンテナアレイが装備している場合、より高いゲインおよびより狭いビームが、実現され得る。結果として、レーダユニットは、レーダユニットが、レーダユニットから異なる範囲（距離）に配置された標的領域などの、環境の特定の領域を測定することを可能にする構成のアンテナアレイを伴い設計され得る。
アンテナアレイで構成されたレーダユニットは、全体的な構成が異なり得る。例えば、レーダユニット上のアレイの数、アレイの位置、アレイの配向、およびアンテナアレイのサイズは、例の間で変化し得る。さらに、レーダユニットのアレイ内の放射要素（アンテナ）の量、位置、アライメント、および配向も変化し得る。結果として、レーダユニットの構成は、多くの場合、レーダユニットに所望される性能に依存し得る。例えば、レーダユニットから遠い距離（例えば、レーダユニットの遠い範囲）を測定するように設計されたレーダユニットの構成は、レーダユニットの近くの領域を測定するために使用されるレーダユニットの構成（例えば、レーダユニットの近接場）と比較して異なり得る。
さらに説明するために、いくつかの例では、レーダユニットは、同じ数の送信アンテナアレイおよび受信アンテナアレイ（例えば、送信アンテナの４つのアレイおよび受信アンテナの４つのアレイ）を含み得る。他の例では、レーダユニットは、受信アンテナアレイの数とは異なるある数の送信アンテナアレイを含み得る（例えば、６つの送信アンテナアレイおよび３つの受信アンテナアレイ）。さらに、一部のレーダユニットは、レーダ送信を制御できる寄生アレイを用いて動作し得る。他の例示のレーダユニットは、寄生アレイと比較した場合、より少ない全体的エネルギー損失を有し得る、エネルギー源に接続された放射要素を有する１つまたは複数の駆動アレイを含み得る。
レーダユニット上のアンテナは、１つ以上の線形アンテナアレイに配置され得る（すなわち、アレイ内のアンテナは直線にアライメントされる）。例えば、レーダユニットは、特定の構成（例えば、レーダユニット上の平行配列）に配置された複数の線形アンテナアレイを含み得る。他の例では、アンテナはまた、平面アレイに配置され得る（すなわち、単一の平面上に複数の平行線で配置されたアンテナ）。さらに、一部のレーダユニットは、三次元アレイをもたらす複数の平面に配置されたアンテナを有し得る。
レーダユニットはまた、複数のタイプのアレイ（例えば、ある部分に線形アレイおよび別の部分に平面アレイ）を含み得る。そのため、１つ以上のアンテナアレイで構成されたレーダユニットは、レーダシステムが周囲の環境を測定することを必要とし得る、レーダユニットの総数を減らすことができる。例えば、車両レーダシステムは、車両がナビゲートしている間、必要に応じて環境内の特定の領域を測定するために使用され得るアンテナアレイを備えたレーダユニットを含み得る。
一部のレーダユニットは、異なる機能および動作特性を有し得る。例えば、あるレーダユニットは、長距離動作用に構成され得、別のレーダユニットは、短距離動作用に構成され得る。レーダシステムは、環境の種々の領域を測定するために、種々のレーダユニットの組み合わせを使用し得る。したがって、短距離レーダユニットの信号処理は、レーダユニットの近接場でのレーダ反射に対して最適化されることが所望され得る。
ここで図を参照すると、図１は、例示的な車両１００を示す機能ブロック図である。車両１００は、自律モードで完全にまたは部分的に動作することができる車両を表し得る。より具体的には、車両１００は、コンピューティングシステム（例えば、車両制御システム）から制御命令を受信することを通して、人間の相互作用なしに（またはヒューマンインタラクションを低減して）自律モードで動作し得る。自律モードでの動作の一部として、車両１００は、安全なナビゲーションを可能にするために、センサ（例えば、センサシステム１０４）を使用して、周囲環境の物体を検出し、できる限り識別し得る。いくつかの実装形態では、車両１００はまた、ドライバー（または遠隔操作者）が車両１００の動作を制御することを可能にするサブシステムを含み得る。
図１に示すように、車両１００は、推進システム１０２、センサシステム１０４、制御システム１０６、１つ以上の周辺機器１０８、電源１１０、コンピュータシステム１１２、データストレージ１１４、およびユーザインターフェース１１６などの様々なサブシステムを含み得る。車両１００のサブシステムおよび構成要素は、様々な方法（例えば、有線または無線接続）で相互接続され得る。他の例では、車両１００は、より多いまたはより少ないサブシステムを含み得る。加えて、本明細書に記載の車両１００の機能は、実装形態範囲内で、さらなる機能的または物理的構成要素に分割するか、または組み合わせて、より少ない機能的もしくは物理的構成要素にすることができる。
推進システム１０２は、車両１００に動力付き運動を提供するように動作可能な１つ以上の構成要素を含み得、他の可能な構成要素の中でも特に、エンジン／モータ１１８、エネルギー源１１９、トランスミッション１２０、および車輪／タイヤ１２１を含み得る。例えば、エンジン／モータ１１８は、エネルギー源１１９を機械的エネルギーに変換するように構成され得、他の可能性のある選択肢の中でも、内燃エンジン、１つ以上の電気モータ、蒸気エンジン、またはスターリングエンジンのうちの１つまたは組み合わせに対応し得る。例えば、いくつかの実装形態では、推進システム１０２は、ガソリンエンジンおよび電気モータなどの複数のタイプのエンジンおよび／またはモータを含み得る。
エネルギー源１１９は、完全にまたは部分的に、車両１００の１つ以上のシステム（例えば、エンジン／モータ１１８）に動力を供給し得るエネルギー源を表す。例えば、エネルギー源１１９は、ガソリン、ディーゼル、他の石油ベースの燃料、プロパン、他の圧縮ガスベースの燃料、エタノール、ソーラパネル、電池、および／または他の電力源に対応することができる。いくつかの実装形態では、エネルギー源１１９は、燃料タンク、電池、コンデンサ、および／またはフライホイールの組み合わせを含み得る。
トランスミッション１２０は、エンジン／モータ１１８からの機械動力を、車輪／タイヤ１２１および／または車両１００の他の可能なシステムに伝達し得る。したがって、トランスミッション１２０は、他の可能な構成要素の中でも特に、ギアボックス、クラッチ、ディファレンシャル、および駆動シャフトを含み得る。駆動シャフトは、１つ以上の車輪／タイヤ１２１に接続する車軸を含み得る。
車両１００の車輪／タイヤ１２１は、例示的な実装形態内で様々な構成を有し得る。例えば、車両１００は、他の可能な構成の中でも、一輪車、自転車／オートバイ、三輪車、または自動車／トラックの四輪車の形式で存在し得る。したがって、車輪／タイヤ１２１は、様々な方法で車両１００に接続することができ、金属およびゴムなどの異なる材料で存在することができる。
センサシステム１０４は、他の可能性のあるセンサの中でも、全地球測位システム（ＧＰＳ）１２２、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１２４、１つ以上のレーダユニット１２６、レーザ距離計／ＬＩＤＡＲユニット１２８、カメラ１３０、ステアリングセンサ１２３、およびスロットル／ブレーキセンサ１２５などの様々なタイプのセンサを含み得る。いくつかの実装形態では、センサシステム１０４はまた、車両１００の内部システムを監視するように構成されたセンサ（例えば、Ｏ２モニタ、燃料計、エンジンオイル温度、ブレーキの状態）を含み得る。
ＧＰＳ１２２は、地球に対する車両１００の位置に関する情報を提供するように動作可能なトランシーバを含み得る。ＩＭＵ１２４は、１つ以上の加速度計および／またはジャイロスコープを使用する構成を有し得、慣性加速度に基づいて車両１００の位置および配向の変化を感知し得る。例えば、ＩＭＵ１２４は、車両１００が静止しているかまたは動いている間に車両１００のピッチおよび偏揺れを検出することができる。
レーダユニット１２６は、車両１００のローカル環境内の物体の速さおよび前部方位を含めて、物体を感知するために無線信号（例えば、レーダ信号）を使用するように構成された１つ以上のシステムに相当し得る。したがって、レーダユニット１２６は、上述のようにレーダ信号を送信および受信するように構成された１つ以上のアンテナを備えた１つ以上のレーダユニットを含み得る。いくつかの実装形態では、レーダユニット１２６は、車両１００の周囲環境の測定値を取得するように構成された搭載可能なレーダシステムに対応し得る。例えば、レーダユニット１２６は、車両の車体下部に結合するように構成された１つ以上のレーダユニットを含み得る。
レーザ距離計／ＬＩＤＡＲ１２８は、他のシステム構成要素の中でも特に、１つ以上のレーザ源、レーザスキャナ、および１つ以上の検出器を含み得、コヒーレントモード（例えば、ヘテロダイン検出を使用）または非コヒーレント検出モードで動作し得る。カメラ１３０は、車両１００の環境の画像をキャプチャするように構成された１つ以上のデバイス（例えば、スチルカメラまたはビデオカメラ）を含み得る。
ステアリングセンサ１２３は、車両１００のステアリング角度を感知し得、これは、ステアリングホイールの角度を測定すること、またはステアリングホイールの角度を表す電気信号を測定することを含み得る。いくつかの実装形態では、ステアリングセンサ１２３は、車両１００の前方軸に対する車輪の角度を検出するなど、車両１００の車輪の角度を測定し得る。ステアリングセンサ１２３はまた、ステアリングホイールの角度、ステアリングホイールの角度を表す電気信号、および車両１００の車輪の角度の組み合わせ（またはサブセット）を測定するように構成され得る。
スロットル／ブレーキセンサ１２５は、車両１００のスロットル位置またはブレーキ位置のいずれかの位置を検出し得る。例えば、スロットル／ブレーキセンサ１２５は、アクセルペダル（スロットル）およびブレーキペダルの両方の角度を測定し得、または、例えば、アクセルペダル（スロットル）の角度および／もしくはブレーキペダルの角度を表すことができる電気信号を測定し得る。スロットル／ブレーキセンサ１２５はまた、エンジン／モータ１１８（例えば、バタフライバルブまたはキャブレタ）にエネルギー源１１９の変調を提供する物理的機構の一部を含み得る、車両１００のスロットルボディの角度を測定し得る。加えて、スロットル／ブレーキセンサ１２５は、車両１００のロータにかかる１つ以上のブレーキパッドの圧力、またはアクセルペダル（スロットル）およびブレーキペダルの角度、アクセルペダル（スロットル）およびブレーキペダルの角度を表す電気信号、スロットルボディの角度、ならびに少なくとも１つのブレーキパッドが車両１００のロータに加える圧力の組み合わせ（またはサブセット）、を測定し得る。他の実施形態では、スロットル／ブレーキセンサ１２５は、スロットルまたはブレーキペダルなどの車両のペダルに加えられた圧力を測定するように構成され得る。
制御システム１０６は、ステアリングユニット１３２、スロットル１３４、ブレーキユニット１３６、センサフュージョンアルゴリズム１３８、コンピュータビジョンシステム１４０、ナビゲーション／経路探索システム１４２、および障害物回避システム１４４など、車両１００をナビゲートするのを助けるように構成された構成要素を含み得る。より具体的には、ステアリングユニット１３２は、車両１００の進行方向を調整するように動作可能であり得、スロットル１３４は、エンジン／モータ１１８の動作スピードを制御して、車両１００の加速を制御し得る。ブレーキユニット１３６は、車両１００を減速することができ、これは、摩擦を使用して車輪／タイヤ１２１を減速することを含み得る。実施態様によっては、ブレーキユニット１３６は、車両１００のシステムまたはシステム（複数可）によるその後の使用のために、車輪／タイヤ１２１の運動エネルギーを電流に変換し得る。
センサフュージョンアルゴリズム１３８は、カルマンフィルタ、ベイジアンネットワーク、またはセンサシステム１０４からのデータを処理することができる他のアルゴリズムを含み得る。いくつかの実装形態では、センサフュージョンアルゴリズム１３８は、個々の物体および／もしくは特徴の評価、特定の状況の評価、ならびに／または所与の状況内の潜在的な影響の評価など、入ってくるセンサデータに基づくアセスメントを提供し得る。
コンピュータビジョンシステム１４０は、物体、環境物体（例えば、停止信号、道路の境界など）、および障害物を判定しようとする際に画像を処理し、分析するように動作可能なハードウェアおよびソフトウェアを含み得る。したがって、コンピュータビジョンシステム１４０は、物体認識、Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｆｒｏｍ Ｍｏｔｉｏｎ（ＳＦＭ）、ビデオ追跡、および、例えば、物体を認識し、環境をマッピングし、物体を追跡し、物体のスピードを推定するためなどにコンピュータビジョンで使用される他のアルゴリズムを使用し得る。
ナビゲーション／経路探索システム１４２は、車両１００の運転経路を決定することができ、これは、動作中にナビゲーションを動的に調整することを含み得る。したがって、ナビゲーション／経路探索システム１４２は、他の情報源の中でもとりわけ、センサフュージョンアルゴリズム１３８、ＧＰＳ１２２、および地図からのデータを使用して、車両１００をナビゲートし得る。障害物回避システム１４４は、センサデータに基づいて障害となり得るものを評価し、車両１００のシステムに障害となり得るものを回避させるかまたは別の方法で切り抜けさせ得る。
図１に示されるように、車両１００はまた、無線通信システム１４６、タッチスクリーン１４８、マイクロフォン１５０、および／またはスピーカ１５２などの周辺機器１０８を含み得る。周辺機器１０８は、ユーザがユーザインターフェース１１６と相互作用するための制御装置または他の要素を提供し得る。例えば、タッチスクリーン１４８は、車両１００のユーザに情報を提供し得る。ユーザインターフェース１１６はまた、タッチスクリーン１４８を介してユーザからの入力を受け入れ得る。周辺機器１０８はまた、車両１００が、他の車両のデバイスなどのデバイスと通信することを可能にし得る。
無線通信システム１４６は、１つ以上のデバイスと直接または通信ネットワークを介して無線で通信し得る。例えば、無線通信システム１４６は、ＣＤＭＡ、ＥＶＤＯ、ＧＳＭ／ＧＰＲＳなどの３Ｇセルラ通信、またはＷｉＭＡＸもしくはＬＴＥなどの４Ｇセルラ通信を使用することができる。あるいは、無線通信システム１４６は、ＷｉＦｉまたは他の可能な接続を使用して無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と通信し得る。無線通信システム１４６はまた、例えば、赤外線リンク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、またはＺｉｇＢｅｅを使用してデバイスと直接通信し得る。様々な車両通信システムなどの他の無線プロトコルが、本開示の文脈内で可能である。例えば、無線通信システム１４６は、車両および／または道路沿いの給油所間の公共および／または私的データ通信を含み得る１つ以上の専用狭域通信（ＤＳＲＣ）デバイスを含み得る。
車両１００は、構成要素に電力を供給するための電源１１０を含み得る。電源１１０は、いくつかの実装形態では、再充電可能なリチウムイオン電池または鉛蓄電池を含み得る。例えば、電源１１０は、電力を提供するように構成された１つ以上の電池を含み得る。車両１００はまた、他のタイプの電源を使用してもよい。一実装形態例では、電源１１０およびエネルギー源１１９は、単一のエネルギー源に統合されてもよい。
車両１００は、本明細書に記載の動作などの動作を行うためのコンピュータシステム１１２も含み得る。したがって、コンピュータシステム１１２は、データストレージ１１４などの非一時的なコンピュータ可読媒体に格納された命令１１５を実行するように動作可能な少なくとも１つのプロセッサ１１３（少なくとも１つのマイクロプロセッサを含むことができる）を含み得る。いくつかの実装形態では、コンピュータシステム１１２は、車両１００の個々の構成要素またはサブシステムを分散して制御するように機能し得る複数のコンピューティングデバイスに相当し得る。
いくつかの実装形態では、データストレージ１１４は、図１に関連して上述したものを含めて、車両１００の様々な機能を実行するためにプロセッサ１１３によって実行可能な命令１１５（例えば、プログラム論理）を含み得る。データストレージ１１４は、推進システム１０２、センサシステム１０４、制御システム１０６、および周辺機器１０８のうちの１つ以上にデータを送信する、それからデータを受信する、それと相互作用する、かつ／またはそれを制御するための命令を含む追加の命令も含み得る。
命令１１５に加えて、データストレージ１１４は、他の情報の中でもとりわけ、道路地図、経路情報などのデータを格納し得る。そのような情報は、自律モード、半自律モード、および／または手動モードでの車両１００の動作中に、車両１００およびコンピュータシステム１１２によって使用され得る。
車両１００は、車両１００のユーザに情報を提供するか、または車両１００のユーザから入力を受信するためのユーザインターフェース１１６を含み得る。ユーザインターフェース１１６は、タッチスクリーン１４８上に表示され得るコンテンツおよび／もしくはインタラクティブ画像のレイアウトを制御することができるか、または制御を可能にし得る。さらに、ユーザインターフェース１１６は、無線通信システム１４６、タッチスクリーン１４８、マイクロフォン１５０、およびスピーカ１５２などの周辺機器１０８のセット内の１つ以上の入力／出力デバイスを含むことができる。
コンピュータシステム１１２は、様々なサブシステム（例えば、推進システム１０２、センサシステム１０４、および制御システム１０６）ならびにユーザインターフェース１１６から受信した入力に基づいて、車両１００の機能を制御し得る。例えば、コンピュータシステム１１２は、推進システム１０２および制御システム１０６によって生成された出力を推定するために、センサシステム１０４からの入力を利用し得る。実施形態に応じて、コンピュータシステム１１２は、車両１００およびそのサブシステムの多くの態様を監視するように動作可能であり得る。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム１１２は、センサシステム１０４から受信した信号に基づいて、車両１００の一部またはすべての機能を無効にし得る。
車両１００の構成要素は、それらのそれぞれのシステム内またはシステム外の他の構成要素と相互接続して機能するように構成され得る。例えば、例示的な実施形態では、カメラ１３０は、自律モードで動作している車両１００の環境の状態に関する情報を表すことができる複数の画像をキャプチャすることができる。環境の状態には、車両が動作している道路のパラメータが含まれ得る。例えば、コンピュータビジョンシステム１４０は、道路の複数の画像に基づいて、傾斜（勾配）または他の特徴を認識することができ得る。加えて、ＧＰＳ１２２とコンピュータビジョンシステム１４０によって認識された特徴との組み合わせは、特定の道路パラメータを判定するために、データストレージ１１４に格納された地図データとともに使用され得る。さらに、レーダユニット１２６はまた、車両の周囲についての情報を提供し得る。
言い換えると、様々なセンサ（入力指標センサおよび出力指標センサと呼ぶことができる）とコンピュータシステム１１２との組み合わせが相互作用して、車両を制御するために提供される入力の指標または車両の周囲の指標を提供することができる。
いくつかの実施形態では、コンピュータシステム１１２は、無線システム以外のシステムによって提供されるデータに基づいて、様々な物体に関する判定を行い得る。例えば、車両１００は、車両の視野内の物体を感知するように構成されたレーザまたは他の光学センサを有し得る。コンピュータシステム１１２は、様々なセンサからの出力を使用して、車両の視野内の物体に関する情報を判断し得、様々な物体までの距離および方向の情報を判断し得る。コンピュータシステム１１２はまた、様々なセンサからの出力に基づいて、物体が望ましいか望ましくないかを判定し得る。
図１は、車両１００の様々な構成要素、すなわち、無線通信システム１４６、コンピュータシステム１１２、データストレージ１１４、およびユーザインターフェース１１６を車両１００に統合されているものとして示しているが、これらの構成要素のうちの１つ以上は、車両１００とは別個に装着または関連付けることができる。例えば、データストレージ１１４は、部分的または完全に、車両１００とは別個に存在することができる。したがって、車両１００は、別個にまたはともに位置し得るデバイス要素の形態で提供され得る。車両１００を構成するデバイス要素は、有線および／または無線方式でともに通信可能に結合され得る。
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、および２Ｅは、車両１００の物理的構成の種々の図を示している。様々な図が、車両１００上の例示のセンサ位置２０２、２０４、２０６、２０８、２１０を描写するために含まれている。他の例では、センサは、車両１００上で種々の位置を有し得る。車両１００は図２Ａ～２Ｅではバンとして示されているが、車両１００は、他の可能性のある例の中でも、トラック、乗用車、セミトレーラートラック、オートバイ、バス、シャトル、ゴルフカート、オフロード車両、ロボットデバイス、または農業用車両などの例内で他の構成を有し得る。
上記のように、車両１００は、センサ位置２０２～２１０などの様々な外部位置に結合されたセンサを含み得る。車両センサは、周囲の環境から情報をキャプチャしまたは他の操作（例えば、通信リンク、全体的なポジショニング情報の取得）を実行するように構成された各センサを含む、１つ以上のタイプのセンサを含む。例えば、センサ位置２０２～２１０は、他の可能性のあるタイプのセンサの中でも、１つ以上のカメラ、レーダ、ＬＩＤＡＲ、距離計、無線デバイス（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈおよび／または８０２．１１）、および音響センサの任意の組み合わせ用の場所としての役割を果たす。
図２Ａ～２Ｅに示されている例示的なセンサ位置２０２～２１０で結合される場合、永久的または非永久的ファスナーを含む、様々な機械的ファスナーが、使用され得る。例えば、ボルト、ねじ、クリップ、ラッチ、リベット、アンカー、および他のタイプのファスナーが使用され得る。いくつかの例では、センサは、接着剤を使用して車両に結合され得る。さらなる例では、センサは、車両構成要素（例えば、車両ミラーの部品）の一部として設計および構築され得る。
いくつかの実装形態では、１つ以上のセンサは、１つ以上のセンサの配向を調整するように動作可能な可動マウントを使用して、センサ位置２０２～２１０に配置され得る。可動マウントは、車両１００の周囲の複数の方向から情報を取得するように、センサを回転することができる回転プラットフォームを含み得る。例えば、センサ位置２０２に位置するセンサは、特定の範囲の角度および／または方位角内での回転および走査を可能にする可動マウントを使用し得る。したがって、車両１００は、１つ以上のセンサが車両１００の屋根の上に取り付けられることを可能にする機械的構造を含み得る。加えて、例の範囲内で他の装着場所も可能である。
図３は、１つ以上の実施形態による、レーダセクタの例示的なレイアウトを示している。示されているように、各レーダセクタは、レーダユニットの走査範囲にほぼ等しい角度幅を有し得る。例えば、セクタは、車両１００の周りの方位角平面を複数のセクタ（例えば、９０度セクタ、１２０度セクタ）に分割し得る様々な異なる例では、走査は、送信側、受信側、またはその両方で実行され得る。例えば、送信側での走査は、所定の方向にレーダ信号を繰り返し送信することと、セクタ全体にわたってレーダ信号を受信することとを含み得る。別の例では、受信側での走査は、全セクタにわたってレーダ信号を送信することと、全セクタにわたってレーダ信号を受信することと、受信信号に対してデジタルビームフォーミングを実行することとを含み得る。他の例では、異なる形式の走査が、同様に使用され得る。
例示的なレーダセクタは、車両１００に対して軸３０２、３０４を使用してアライメントし得る。いくつかの例では、各レーダユニットは、１つのセクタを走査するように構成され得る。さらに、図３の各例示的なレーダユニットは、約９０度の走査角を有するので、各レーダユニットは、他のレーダユニットの走査角と重ならない可能性がある領域を走査する。他の例では、セクタが重なり得る。
車両１００の中心点によって画定されるレーダセクタを実現するために、各レーダユニットは、車両１００の２つの軸に対して４５度の角度で取り付けられ得る。各レーダユニットを車両１００の２つの軸に対して４５度の角度で取り付けることによって、レーダユニットの９０度走査は、一方の車両軸からもう一方の車両軸まで走査し得る。例えば、センサ位置２０６の軸に４５度の角度で取り付けられたレーダユニットは、左前部および右前部セクタを走査することが可能となり得る（垂直軸３０２から車両１００の前部を通り、車両の側面を通る水平軸３０４まで）。右後方および左後方のセクタを走査するために、レーダユニットをセンサ位置２０４に取り付けることができる。図３に示されているレーダユニットの配置は、単に１つの可能な例を示すためのものである。
他の様々な例では、レーダユニットは、車両の上にまたは他の部分に沿って（または内部で）配置され得、かつ／または車両１００の車体下部に結合され得る。さらに、セクタはまた、様々な実施形態では、別の仕方で画定され得る。例えば、セクタは、車両に対して４５度の角度であってもよい。この例では、１つのレーダユニットが前方を向き、別のものが後方を向き、他の２つが車両の側面を向いている。
いくつかの例では、車両１００のすべてのレーダユニットは、同じ走査角度で構成され得る。車両の周りの方位角平面は、完全な３６０度に等しくてもよい。このため、各レーダユニットが同じ走査角度で構成されている場合、レーダユニットの走査角度は、約３６０を車両のレーダユニットの数で割った値に等しくなる。したがって、完全な方位角平面走査には、１つのレーダユニットを備えた車両１００は、そのレーダユニットが完全な３６０度にわたって走査できる必要があり得る。
車両１００が２つのレーダユニットを有する場合、各々が約１８０度走査し得る。３つのレーダユニットの場合、各々が１２０度を走査するように構成される。４つのレーダユニットの場合、図３に示すように、各々がおよそ９０度走査し得る。５つのレーダユニットが車両１００上に構成されてもよく、各々が７２度を走査することができてもよい。さらに、６つのレーダユニットが車両１００上に構成されてもよく、各々が約６０度を走査することができてもよい。他の例も可能である。
さらなる例では、レーダユニットの数は、レーダユニットの製造の容易さ、車両の配置、または他の基準など、多数の基準に基づいて選択され得る。例えば、いくつかのレーダユニットは、十分に小さい平面構造で構成されてもよい。平面レーダユニットは、車両の様々な位置に搭載可能であり得る。例えば、車両は、車両の頂部に取り付けられた専用のレーダハウジングを有し得る。レーダハウジングには、様々なレーダユニットが含まれている場合がある。他の実施形態では、レーダユニットを車両構造内に配置され得る。
いくつかの実施形態では、レーダユニットを覆う物体（すなわち、レードーム）がレーダに対して少なくとも部分的に透過的である位置にレーダユニットを配置することが所望され得る。例えば、様々なプラスチック、ポリマー、および他の材料は、レーダ信号を通過させながら、車両構造の一部を形成し、かつレーダユニットを覆い得る。
加えて、いくつかの実施形態では、レーダユニットは、異なるレーダユニットに対して異なる走査範囲で構成されてもよい。いくつかの実施形態では、広い走査角度を有する特定のレーダユニットは、車両の適切な場所に配置できない場合がある。このため、より小さな走査角度を有するより小さなレーダユニットがその場所に配置され得る。しかしながら、他のレーダユニットは、より大きな走査角度を有することができる場合がある。したがって、レーダユニットの合計走査角度は、合計で３６０度（またはそれ以上）になり、完全な３６０度の方位角走査を提供し得る。例えば、車両は、各々が１００度を超えて走査する３つのレーダユニット、および６０度を超えて走査する４番目のレーダユニットを有してもよい。これにより、レーダユニットは方位角平面全体を走査することができるかもしれないが、走査セクタの角度サイズは等しくない場合がある。
図４Ａおよび４Ｂは、例示的な実施形態による、レーダユニット用の基本的なレードーム４００を示している。基本的なレードーム４０２は、レーダユニット（すなわち、レーダユニット４０４）に保護を提供するが、レーダユニットの性能にも影響を与え得る例示のレードーム構成を表している。
図４Ａおよび４Ｂに示されるように、基本的なレードーム４０２は、基本的なレードーム４０２とレーダユニット４０４との間に隙間４０６が作成されるように、レーダユニット４０４に結合されている。より具体的には、基本的なレードーム４０２は、レーダユニット４０４のアンテナ５０８の平面と平行にアライメントされている。結果として、基本的なレードーム４０２は、レーダユニット４０４の性能に望ましくない影響を与え得る。特に、アンテナ５０８によって送信されるいくらかのレーダ信号（またはレーダ信号の一部）は、基本的なレードーム４０２で反射し、隙間４０６の内部に留まり得る。アンテナ５０８によって送信される他のレーダ信号（またはレーダ信号の一部）は、隙間４０６内でリンギングし得る（すなわち、レーダユニット４０４と基本的なレードーム４０２の内面との間で前後に跳ね返る）。そのため、隙間４０６に留まるレーダ信号およびリンギングするレーダ信号の反射からのエネルギーは、干渉を引き起こし、レーダユニット４０４の性能を劣化させ得る。したがって、基本的なレードーム４０２によって引き起こされるインピーダンスの差は、レーダユニット４０４の性能に悪影響を与え得る。
図５Ａおよび５Ｂは、１つ以上の例示的な実施形態による、レーダユニット用傾斜レードームを示している。図４Ａおよび４Ｂに示される基本的なレードーム４０２とは異なり、傾斜レードーム５０２は、レーダユニット５００の性能に対する傾斜レードーム５０２による影響を低減し得る角度のある構成を備えた例示的なレードームを表している。レーダユニット５００に対する配向（例えば、角度の程度）、および傾斜レードーム５０２の全体的な構成は、例の間で変化し得る。追加の構成は、以下で説明される。
傾斜レードーム５０２は、レーダユニット５００に保護を提供するために使用され得る。レーダユニット５００は、近くの環境の態様を測定することができる任意のタイプのレーダユニットに相当し得る。例えば、レーダユニット５００は、車両レーダシステムの一部であり得、導波路５０４およびアンテナ５０８を使用して、環境内へのレーダ信号を送信および受信し得る。そのため、傾斜レードーム５０２は、レーダユニット５００のアンテナ５０８に関連付けられた放射パターンの送信方向に位置し得る。例の間で、傾斜レードーム５０２は、ガラス繊維、ＰＴＦＥコーティングされた布、プラスチック、および他などの様々なタイプの材料から作製され得る。いくつかの例では、材料は、融合に依存し得る。例えば、誘電値が低く、熱膨張が低く、環境堅牢性が高い（例えば、車両が運転中に遭遇し得る環境条件でうまく機能する）非金属材料が使用され得る。
傾斜レードーム５０２は、傾斜レードーム５０２によって引き起こされる送信されたレーダ信号の反射が、アンテナ５０８に関連付けられた放射パターンの空白および／または１つ以上の吸収構成要素（例えば、吸収構成要素５１０、５１２）に向けられるように、レーダユニット５００のアンテナ５０８の平面に対してある角度（例えば、６度）にアライメントされていることが示されている。表面を平行な表面（すなわち、レーダユニット４０４に対して基本的なレードーム４０２）ではなくアンテナ５０８に対してある角度にすることによって、傾斜レードーム５０２は、アンテナ５０８の性能への任意の影響を低減するように、レーダユニット５００の構成要素の保護および隠蔽を提供し得る。いくつかの実施形態では、傾斜レードーム５０２の角度は、アンテナパターンに依存し、したがって、アンテナの設計に依存する。角度はまた、導波路５０４の構造的配置および／または特性に依存し得る。
いくつかの例では、傾斜レードーム５０２は、レーダ信号を１つ以上の特定の方向に反射するために、レーダユニット５００に対して傾斜され得る（例えば、アンテナ５０８の放射パターンの空白および吸収構成要素５１０、５１２に向かって）。空白は、レーダユニット５００が反射信号を十分に受信しないか、またはまったく受信しない放射パターンの角度を表し得る。そのため、傾斜レードーム５０２によって反射されたレーダ信号をレーダユニット５００の１つ以上の空白に向けることによって、傾斜レードーム５０２は、空間５０６でリンギングするレーダ信号から生じ得る任意の望ましくないエネルギーを低減または排除さえし得る。追加の例では、レーダユニット５００に関連付けられたビームフォーマはまた、望ましくないエネルギーを消去し得るか、または消去に寄与し得る。別の例では、傾斜レードーム５０２は、レーダ信号がアンテナ５０８に戻るのではなく、むしろ吸収構成要素に反射されるように、アンテナ５０８の平面に対してさらに傾けられ得る。
図５Ａおよび５Ｂに示されているように、傾斜レードーム５０２は、エネルギーを、吸収構成要素５１０および吸収構成要素５１２などの１つ以上の吸収構成要素の方に向けるように構成され得る。吸収構成要素５１０は、レーダユニット５００の表面に配置されて示されている。吸収構成要素５１２は、導波路５１４の一部として示されている。導波路５１４は、導波路５０４の一部または物理的に別個の導波路であり得る。いくつかの例では、傾斜レードーム５０２は、吸収構成要素５１０および５１２の一方または両方を含み得る。他の例では、傾斜レードーム５０２は、吸収構成要素の１つを含むか、または含まない場合がある。さらに、他の吸収構成要素が使用され得る。
図６は、１つ以上の実施形態による、レーダシステムを動作させるための例示的な方法６００のフローチャートである。方法６００は、ブロック６０２および６０４のうちの１つ以上によって示されているような、１つ以上の動作、機能、またはアクションを含み得、その各々は、他の可能なシステムの中でも、上記の図に示されたシステムのいずれかによって実行され得る。
当業者は、本明細書で説明されているフローチャートが、本開示の一定の実装形態の機能および動作を説明することを理解するであろう。これに関して、フローチャートの各ブロックは、プロセス内の特定の論理機能またはステップを実施するための１つ以上のプロセッサによって実行可能な１つ以上の命令を含む、プログラムコードのモジュール、セグメント、または一部を表すことができる。プログラムコードは、例えば、ディスクまたはハードドライブを含むストレージデバイスのような任意のタイプのコンピュータ可読媒体に記憶され得る。
加えて、各ブロックは、プロセス内の具体的な論理機能を行うために配線された回路を表す場合がある。当業者であれば分かるように、関与する機能に応じて、機能が、ほぼ同時または逆の順序を含めて、図示したまたは説明したものとは異なる順序で実行され得る、代替の実装形態が、本出願の実装形態例の範囲内に含まれる。
ブロック６０２は、放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含むレーダユニットを使用して、放射パターンに基づくレーダ信号を送信することを含む。レーダシステムは、放射パターンの送信方向に位置するレードームを含む。さらに、レードームは、レードームによって引き起こされる送信されたレーダ信号の反射が、放射パターンの空白および／または吸収構成要素に向けられるように、少なくとも１つのアンテナの平面に対してある角度でアライメントされ得る。
レードームは、レードームと少なくとも１つのアンテナとの間に隙間が存在するように、レーダユニットに結合され得る。そのため、レードームは少なくとも１つのアンテナを囲み得る。さらに、角度の程度は、放射パターンの空白の位置に依存し得る。このように、レードームは、レードームによって引き起こされた反射を、放射パターンの空白および／または吸収構成要素に向け得る。例えば、レーダユニットは、吸収構成要素がレーダユニットの上面に配置されるように構成され得る。
いくつかの例では、吸収構成要素は導波路に結合されている。吸収構成要素は、破壊的干渉をもたらすように構成された１つ以上の導波路を含み得る。いくつかの例では、吸収構成要素は、導波路または別個の導波路に結合され得る。さらに、吸収構成要素は、放射パターンの空白に対して配置された高周波（ＲＦ）吸収材料を含む。ＲＦ吸収材料は、送信されたレーダ信号の反射を吸収するように構成され得る。
いくつかの例では、レーダユニットは、線形アレイに配置された複数のアンテナを含み得る。例えば、アンテナは、合成開口レーダ（ＳＡＲ）アレイ、多入力多出力（ＭＩＭＯ）送信アレイ、および受信機アレイのうちの１つ以上を含み得る。レーダユニットはまた、他の構成で配置されたアンテナを含み得る。
ブロック６０４は、レーダユニットを使用して、レーダシステムの環境内の１つ以上の表面によってレーダユニットに反射された１つ以上のレーダ信号を受信することを含む。これらの反射は、レーダシステムが、レーダシステムに対する物体の位置および動きなどの、環境の態様を決定することを可能にし得る。いくつかの例では、レーダユニットは、車両の環境から反射されたレーダ信号を受信するように構成された受信アレイを含み得る。
ブロック６００のいくつかの例は、第２の放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含む第２のレーダユニットを使用して、第２の放射パターンに基づく第２のレーダ信号を送信することをさらに含み得る。レーダシステムは、第２の放射パターンの送信方向に位置する第２のレードームを含み得る。詳細には、第２のレードームは、第２のレードームによって引き起こされる送信された第２のレーダ信号の反射が、第２の放射パターンの空白および第２の吸収構成要素のうちの少なくとも１つに向けられるように、少なくとも１つのアンテナの平面に対して第２の角度でアライメントされる。方法は、第２のレーダユニットを使用して、レーダシステムの環境内の１つ以上の表面によってレーダユニットに反射された１つ以上のレーダ信号を受信することをさらに含み得る。
いくつかの例では、レーダシステムは、吸収構成要素が送信されたレーダ信号の反射を吸収するように、レーダユニットに結合された吸収構成要素をさらに含み得る。例えば、吸収構成要素は、破壊的干渉を引き起こすように構成された１つ以上の導波路を含み得る。１つ以上の導波路は、レーダユニットの一部であり得る。他の例では、吸収構成要素は、放射パターンの空白に対して配置された高周波（ＲＦ）吸収材料を含み得る。ＲＦ吸収材料は、送信されたレーダ信号の反射を吸収するように構成され得る。
いくつかの例では、レードームは、１つ以上の偏光フィルタを含み得る。１つ以上の偏光フィルタは、レードームの一部として構築され得、レーダ信号の偏光を操作するように構成され得る。
いくつかの例では、レーダシステムは、第２の放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含む第２のレーダユニットをさらに含み得、第２のレーダユニットは、（ｉ）第２の放射パターンに基づいて第２のレーダ信号を送信することと、（ｉｉ）レーダ信号を受信することと、を行うように構成される。レーダシステムはまた、第２の放射パターンの送信方向に位置する第２のレードームを含み得る。第２のレードームは、第２のレードームによって引き起こされる送信された第２のレーダ信号の反射が、第２の放射パターンの空白に向けられるように、少なくとも１つのアンテナの平面に対して第２の角度でアライメントされる。そのため、レーダユニットは、車両の第１の位置に結合され得、第２のレーダユニットは、車両の第２の位置に結合され得る。
いくつかの例では、レーダシステムはまた、処理ユニットを含み得る。処理ユニットは、１つ以上のレーダユニットを使用してビームフォーミングプロセスを実行するように構成され得る。処理ユニットはまた、ビームステアリングを実行するように構成され得る。そのため、処理ユニットは、レードームによって引き起こされる送信されたレーダ信号の反射を軽減するように構成され得る。
上記の詳細な説明は、添付の図を参照して、開示されたシステム、デバイス、および方法の様々な特徴および機能を説明している。本明細書では様々な態様および実施形態が開示されてきたが、他の態様および実施形態は明らかであろう。本明細書に開示される様々な態様および実施形態は、例解を目的とするものであり、限定することを意図するものではなく、真の範囲は、以下の特許請求の範囲によって示される。
本明細書において説明される配置は、例示のみを目的としていることを理解されたい。したがって、当業者であれば、他の配置および他の要素（例えば、機械、装置、インターフェース、機能、順序、および機能のグループ化、など）を代わりに使用することができ、いくつかの要素が所望の結果に応じて一括して省略され得ることを理解するであろう。さらに、説明される要素の多くは、個別のまたは分散した構成要素として、あるいは他の構成要素と併せて、任意の適切な組み合わせおよび場所で実装され得る機能エンティティである。

Claims (20)

  1. レーダシステムであって、
    放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含むレーダユニットであって、前記レーダユニットが、（ｉ）前記放射パターンに基づいてレーダ信号を送信することと、（ｉｉ）レーダ信号を受信することと、を行うように構成されている、レーダユニットと、
    前記放射パターンの送信方向に位置するレードームであって、前記レードームが、前記レードームによって引き起こされる前記送信されたレーダ信号の反射が、（ｉ）前記放射パターンの空白、および（ｉｉ）吸収構成要素のうちの少なくとも１つに方向付けられるように、少なくとも１つのアンテナの平面に対してある角度でアライメントされている、レードームと、を備える、レーダシステム。
  2. 前記レードームが、前記レードームと前記少なくとも１つのアンテナとの間に隙間が存在するように、前記レーダユニットに結合されている、請求項１に記載のレーダシステム。
  3. 前記レードームが、前記少なくとも１つのアンテナを囲む、請求項２に記載のレーダシステム。
  4. 前記角度の程度が、前記放射パターンの前記空白の位置に依存する、請求項１に記載のレーダシステム。
  5. 前記放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含む前記レーダユニットが、
    線形アレイに配置された複数のアンテナを備える、請求項１に記載のレーダシステム。
  6. 前記レーダシステムの環境から反射されたレーダ信号を受信するように構成された受信アレイをさらに備える、請求項１に記載のレーダシステム。
  7. 前記吸収構成要素が、前記レーダユニットの上面に配置されている、請求項１に記載のレーダシステム。
  8. 前記吸収構成要素が、破壊的干渉を引き起こすように構成された１つ以上の導波路を含む、請求項７に記載のレーダシステム。
  9. 前記吸収成分は、放射パターンのヌルに対して配置された無線周波数（ＲＦ）吸収材料を含み、前記ＲＦ吸収材料は、送信されたレーダー信号の反射を吸収するように構成される、請求項７に記載のレーダーシステム。
  10. 第２の放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含む第２のレーダユニットであって、前記第２のレーダユニットが、（ｉ）前記第２の放射パターンに基づいて第２のレーダ信号を送信することと、（ｉｉ）レーダ信号を受信することと、を行うように構成されている、第２のレーダユニットと、
    前記第２の放射パターンの送信方向に位置する第２のレードームであって、前記第２のレードームが、前記第２のレードームによって引き起こされる前記送信された第２のレーダ信号の反射が、（ｉ）前記第２の放射パターンの空白、および（ｉｉ）第２の吸収構成要素のうちの少なくとも１つに方向付けられるように、前記少なくとも１つのアンテナの平面に対して第２の角度でアライメントされている、第２のレードームと、をさらに備える、請求項１に記載のレーダシステム。
  11. 前記レーダユニットが、車両の第１の位置に結合され、前記第２のレーダユニットが、前記車両の第２の位置に結合されている。請求項１０に記載のレーダシステム。
  12. 処理ユニットであって、前記処理ユニットが、前記レーダユニットおよび前記第２のレーダユニットを使用して、ビームフォーミングプロセスを実行するように構成されている、処理ユニットをさらに含む、請求項１１に記載のレーダシステム。
  13. 前記処理ユニットが、前記レードームによって引き起こされる前記送信されたレーダ信号の反射を軽減するようにさらに構成されている、請求項１２に記載のレーダシステム。
  14. レーダユニットであって、
    放射パターンを有する複数のアンテナであって、前記複数のアンテナが、（ｉ）前記放射パターンに基づいてレーダ信号を送信することと、（ｉｉ）レーダ信号を受信することと、を行うように構成されている、複数のアンテナと、
    前記放射パターンの送信方向に位置するレードームであって、前記レードームが、前記レードームによって引き起こされる前記送信されたレーダ信号の反射が、（ｉ）前記放射パターンの空白、および（ｉｉ）吸収構成要素のうちの少なくとも１つに方向付けられるように、複数のアンテナの平面に対してある角度でアライメントされている、レードームと、を備える、レーダユニット。
  15. 前記レードームが、１つ以上の偏光フィルタを含む、請求項１４に記載のレーダユニット。
  16. 前記角度の程度が、前記放射パターンの前記空白の位置に依存する、請求項１４に記載のレーダユニット。
  17. 前記吸収構成要素が、前記レーダユニットの上面に配置されている、請求項１４に記載のレーダユニット。
  18. 前記吸収構成要素が、導波路に結合されている、請求項１４に記載のレーダユニット。
  19. レーダシステムを動作させる方法であって、
    放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含むレーダーユニットを使用して、放射パターンに基づくレーダー信号を送信し、レーダーシステムは、放射パターンの送信方向に配置されたレドームを含み、レドームは整列されている。レドームによって引き起こされる送信レーダー信号の反射が、（ｉ）放射パターンのヌルおよび（ｉｉ）吸収成分の少なくとも１つに向けられるように、少なくとも１つのアンテナの平面に対してある角度で、
    前記レーダユニットを使用して、前記レーダシステムの環境内の１つ以上の表面によって前記レーダユニットに反射された１つ以上のレーダ信号を受信することと、を含む、レーダシステムを動作させる方法。
  20. 第２の放射パターンを有する少なくとも１つのアンテナを含む第２のレーダーユニットを使用して、第２の放射パターンに基づく第２のレーダー信号を送信し、レーダーシステムは、第２の放射パターンの送信方向に配置された第２のレドームを含む。第２のレドームは、第２のレドームによって引き起こされる送信された第２のレーダー信号の反射が（ｉ）第２のヌルの少なくとも１つに向けられるように、少なくとも１つのアンテナの平面に対して第２の角度で整列される。放射パターンおよび（ｉｉ）第２の吸収成分。
    前記第２のレーダユニットを使用して、前記レーダシステムの前記環境内の１つ以上の表面によって前記レーダユニットに反射された１つ以上のレーダ信号を受信することと、を含む、請求項１９に記載の前記レーダシステムを動作させる方法。
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