JP2023115267A - Radar apparatus - Google Patents

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Abstract

To inhibit unwanted a grating lobe from generating and achieve a desired directivity pattern even for a sub-array antenna configuration.SOLUTION: A radar apparatus comprises a transmission array antenna including a plurality of transmission antennas, and a receiving array antenna including a plurality of receiving antennas. The plurality of transmission antennas are arranged in different positions in a first direction and the plurality of receiving antennas are arranged in different positions in the first direction. A gap between two adjacent transmission antennas of the plurality of transmission antennas is one wavelength or more in the first direction, and a gap between two adjacent receiving antennas of the plurality of receiving antennas is one wavelength or more in the first direction. An absolute value of a difference between the gap of the two adjacent transmission antennas and the gap of the two adjacent receiving antennas is 0.5 wavelength or more and 0.75 wavelength or less in the first direction. At least one of the plurality of transmission antennas and the plurality of receiving antennas includes a plurality of antenna elements arranged in the first direction.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

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

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の開発が求められている。 2. Description of the Related Art In recent years, studies have been made on radar devices using short-wavelength radar transmission signals including microwaves or millimeter waves that can provide high resolution. Further, in order to improve outdoor safety, there is a demand for the development of a radar device that detects objects (targets) including pedestrians in a wide-angle range in addition to vehicles.

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, as a radar device, a pulse radar device that repeatedly transmits pulse waves is known. The signal received by the wide-angle pulse radar that detects vehicles/pedestrians in a wide-angle range is a mixture of multiple reflected waves from a target (e.g. vehicle) at a short distance and a target (e.g. pedestrian) at a long distance. signal. Therefore, (1) the radar transmission unit is required to have a configuration for transmitting a pulse wave or a pulse-modulated wave having autocorrelation characteristics (hereinafter referred to as low-range sidelobe characteristics) with low range sidelobes, and (2) A radar receiver is required to have a configuration with 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。 As the configuration of the wide-angle radar device, there are the following two configurations.

一つ目は、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多くの走査が必要となるので、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 is to transmit a radar wave by mechanically or electronically scanning a pulsed or modulated wave with a narrow-angle (beam width of several degrees) directional beam, and generate a narrow-angle directional beam. is used to receive the reflected wave. In this configuration, since many scans are required to obtain high resolution, the followability to a target moving at high speed is degraded.

二つ目は、複数のアンテナ(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、レーダ送信部での送信ビームの走査間隔を間引いたとしても、レーダ受信部において到来角を推定できるので、走査時間の短縮化が図れ、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 method is to receive reflected waves by an array antenna consisting of multiple antennas (antenna elements) and estimate the arrival angle of the reflected waves using a signal processing algorithm based on the reception phase difference with respect to the antenna spacing (Direction of Arrival). (DOA) estimation). In this configuration, even if the scanning interval of the transmission beam in the radar transmission section is thinned out, the arrival angle can be estimated in the radar reception section. improves. For example, direction-of-arrival estimation methods include Fourier transform based on matrix operation, Capon method and LP (Linear Prediction) method based on inverse matrix operation, or MUSIC (Multiple Signal Classification) and ESPRIT (Estimation of Signal Parameters) based on eigenvalue operation. via Rotational Invariance Techniques).

また、レーダ装置として、レーダ受信部に加え、レーダ送信部にも複数のアンテナ(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レーダと呼ぶこともある)が提案されている(例えば、非特許文献2を参照)。 Further, as a radar device, in addition to the radar receiving unit, the radar transmitting unit also has a plurality of antennas (array antennas), and has a configuration in which beam scanning is performed by signal processing using the transmitting/receiving array antenna (sometimes called MIMO radar). has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2).

特表2011-526370号公報Japanese Patent Publication No. 2011-526370

Budisin, S.Z., "New complementary pairs of sequences," Electron. Lett., 1990, 26, (13), pp.881-883Budisin, S.Z., "New complementary pairs of sequences," Electron. Lett., 1990, 26, (13), pp.881-883 Jian Li, Stoica, Petre, "MIMO Radar with Colocated Antennas," Signal Processing Magazine, IEEE Vol. 24, Issue: 5, pp. 106-114, 2007Jian Li, Stoica, Petre, "MIMO Radar with Colocated Antennas," Signal Processing Magazine, IEEE Vol. 24, Issue: 5, pp. 106-114, 2007

ところで、アレーアンテナの指向性利得を高めるために、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を用いることがある。 By the way, in order to increase the directivity gain of an array antenna, a sub-array antenna may be used in which each of the antenna elements (hereinafter referred to as array elements) constituting the array antenna is further composed of a plurality of antenna elements.

アレーアンテナの素子間隔は、アレー素子のサイズよりも狭い間隔に配置困難である。しかしながら、サブアレーアンテナ構成を用いる場合、アレー素子のサイズが大きくなるので、サブアレーアンテナ間の間隔を広げる必要があり、アレーアンテナによる指向性パターン上に、グレーティングローブが発生する可能性がある。 It is difficult to arrange the elements of the array antenna at intervals narrower than the size of the array elements. However, when using a subarray antenna configuration, the size of the array elements increases, so it is necessary to widen the intervals between the subarray antennas, and grating lobes may occur on the directivity pattern of the array antenna.

本開示の一態様は、サブアレーアンテナ構成の場合でも、不要なグレーティングローブの発生を抑え、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を提供する。 One aspect of the present disclosure provides a radar apparatus capable of suppressing generation of unnecessary grating lobes and realizing a desired directivity pattern even in the case of a subarray antenna configuration.

本開示の一態様に係るレーダ装置は、送信アレーアンテナと、受信アレーアンテナと、レーダ信号を前記送信アレーアンテナを用いて送信するレーダ送信部と、前記レーダ信号がターゲットに反射された反射波信号を前記受信アレーアンテナを用いて受信するレーダ受信部と、を具備し、前記送信アレーアンテナは、複数の送信アンテナを含み、前記受信アレーアンテナは、複数の受信アンテナを含み、前記複数の送信アンテナは、第1の方向の異なる位置に配置され、前記複数の受信アンテナは、前記第1の方向の異なる位置に配置され、前記複数の送信アンテナのうち隣り合う2つの送信アンテナの間隔は、前記第1の方向にて、1波長以上であり、前記複数の受信アンテナのうち隣り合う2つの受信アンテナの間隔は、前記第1の方向にて、1波長以上であり、前記隣り合う2つの送信アンテナの間隔と前記隣り合う2つの受信アンテナの間隔との差の絶対値は、前記第1の方向において、0.5波長以上、0.75波長以下であり、前記複数の送信アンテナおよび前記複数の受信アンテナの少なくとも1つは、前記第1の方向に配置された複数のアンテナ素子を含む。
本開示の別の一態様に係るレーダ装置は、第1のアレーアンテナと、第2のアレーアンテナと、レーダ信号を前記第1のアレーアンテナおよび前記第2のアレーアンテナの一方を用いて送信するレーダ送信部と、前記レーダ信号がターゲットに反射された反射波信号を前記第1のアレーアンテナおよび前記第2のアレーアンテナの他方を用いて受信するレーダ受信部と、を具備し、前記第1のアレーアンテナは、複数の第1のアンテナを含み、前記複数の第1のアンテナのそれぞれは、第1の方向の異なる位置に配置され、前記第2のアレーアンテナは、複数の第2のアンテナを含み、前記複数の第2のアンテナのそれぞれは、前記第1の方向の異なる位置に配置され、前記複数の第1のアンテナうち隣り合う2つの第1のアンテナの間隔は、前記第1の方向にて、1波長以上であり、前記複数の第2のアンテナのうち隣り合う2つの第2のアンテナの間隔は、前記第1の方向にて、1波長以上であり、前記隣り合う2つの第1のアンテナの間隔と前記隣り合う2つの第2のアンテナの間隔との差の絶対値は、前記第1の方向において、0.5波長以上、0.75波長以下であるものを含み、前記複数の第1のアンテナおよび前記複数の第2のアンテナの少なくとも1つは、前記第1の方向に配置された複数のアンテナ素子を含む。
A radar apparatus according to an aspect of the present disclosure includes a transmission array antenna, a reception array antenna, a radar transmission unit that transmits a radar signal using the transmission array antenna, and a reflected wave signal obtained by reflecting the radar signal from a target. using the receiving array antenna, the transmitting array antenna including a plurality of transmitting antennas, the receiving array antenna including a plurality of receiving antennas, and the plurality of transmitting antennas are arranged at different positions in the first direction, the plurality of receiving antennas are arranged at different positions in the first direction, and the distance between two adjacent transmitting antennas among the plurality of transmitting antennas is the 1 wavelength or more in a first direction, the distance between two adjacent receiving antennas among the plurality of receiving antennas is 1 wavelength or more in the first direction, and the two adjacent transmission antennas The absolute value of the difference between the antenna spacing and the spacing between the two adjacent receiving antennas is 0.5 wavelength or more and 0.75 wavelength or less in the first direction, and the plurality of transmitting antennas and the plurality of includes a plurality of antenna elements arranged in the first direction.
A radar device according to another aspect of the present disclosure transmits a first array antenna, a second array antenna, and a radar signal using one of the first array antenna and the second array antenna. a radar transmission unit; and a radar reception unit that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target using the other of the first array antenna and the second array antenna, comprises a plurality of first antennas, each of said plurality of first antennas being arranged at different positions in a first direction, said second array antenna comprising a plurality of second antennas wherein each of the plurality of second antennas is arranged at a different position in the first direction, and the distance between two adjacent first antennas among the plurality of first antennas is the first the distance between two adjacent second antennas among the plurality of second antennas is one wavelength or more in the first direction, and the distance between the two adjacent second antennas is The absolute value of the difference between the spacing between the first antenna and the spacing between the two adjacent second antennas includes 0.5 wavelength or more and 0.75 wavelength or less in the first direction, At least one of the plurality of first antennas and the plurality of second antennas includes a plurality of antenna elements arranged in the first direction.

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。 These generic or specific aspects may be realized by systems, methods, integrated circuits, computer programs, or recording media, and any of the systems, devices, methods, integrated circuits, computer programs and recording media may be implemented in any combination.

本開示の一態様によれば、サブアレーアンテナ構成の場合でも、不要なグレーティングローブの発生を抑え、所望の指向性パターンを実現することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to suppress generation of unnecessary grating lobes and realize a desired directivity pattern even in the case of a subarray antenna configuration.

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 are apparent from the specification and drawings. Such advantages and/or advantages are provided by the several embodiments and features described in the specification and drawings, respectively, not necessarily all provided to obtain one or more of the same features. no.

サブアレー素子の構成例を示す図Diagram showing a configuration example of a subarray element サブアレー素子から成るアレーアンテナの構成例を示す図A diagram showing a configuration example of an array antenna composed of subarray elements 本開示の一実施の形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図1 is a block diagram showing the configuration of a radar device according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施の形態に係るレーダ送信信号の一例を示す図A diagram showing an example of a radar transmission signal according to an embodiment of the present disclosure 本開示の一実施の形態に係るレーダ送信信号生成部の他の構成を示すブロック図Block diagram showing another configuration of the radar transmission signal generator according to an embodiment of the present disclosure 本開示の一実施の形態に係る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A diagram showing an example of transmission timing and measurement range of a radar transmission signal according to an embodiment of the present disclosure 本開示の一実施の形態に係る送信アレー、受信アレー及び仮想受信アレーのアンテナ配置を示す図FIG. 4 is a diagram showing antenna arrangements of a transmission array, a reception array, and a virtual reception array according to an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施の形態に係る指向性パターンを示す図A diagram showing a directivity pattern according to an embodiment of the present disclosure 本開示の一実施の形態のバリエーション1に係る送信アレー、受信アレー及び仮想受信アレーのアンテナ配置を示す図FIG. 10 is a diagram showing antenna arrangements of a transmission array, a reception array, and a virtual reception array according to variation 1 of an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施の形態のバリエーション1に係る水平方向の指向性パターンを示す図FIG. 10 is a diagram showing a horizontal directivity pattern according to variation 1 of an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施の形態のバリエーション1に係る垂直方向の指向性パターンを示す図A diagram showing a vertical directivity pattern according to Variation 1 of an embodiment of the present disclosure 本開示の一実施の形態のバリエーション2に係る送信アレー、受信アレー及び仮想受信アレーのアンテナ配置を示す図FIG. 10 is a diagram showing antenna arrangements of a transmission array, a reception array, and a virtual reception array according to Variation 2 of an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施の形態のバリエーション2に係る水平方向の指向性パターンを示す図FIG. 11 shows a horizontal directivity pattern according to Variation 2 of an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施の形態のバリエーション2に係る垂直方向の指向性パターンを示す図A diagram showing a vertical directivity pattern according to Variation 2 of an embodiment of the present disclosure 本開示の一実施の形態のバリエーション3に係る送信アレー、受信アレー及び仮想受信アレーのアンテナ配置を示す図FIG. 10 is a diagram showing antenna arrangements of a transmission array, a reception array, and a virtual reception array according to Variation 3 of an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施の形態のバリエーション3に係る水平方向の指向性パターンを示す図FIG. 10 is a diagram showing a horizontal directivity pattern according to Variation 3 of an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施の形態のバリエーション3に係る垂直方向の指向性パターンを示す図例を示す図FIG. 11 is a diagram showing an example of a diagram showing a vertical directivity pattern according to Variation 3 of an embodiment of the present disclosure;

[本開示の一態様をするに至った経緯]
図1Aは、サブアレー構成のアンテナ素子(以下、サブアレー素子と呼ぶこともある)の一例を示す。図1Aに示すサブアレー素子は、2×2の4個のアンテナ素子から構成される。また、図1Aに示す一例では、サブアレー素子のサイズを水平方向及び垂直方向の双方とも0.8波長とする。
[Circumstances leading to one aspect of the present disclosure]
FIG. 1A shows an example of an antenna element having a subarray configuration (hereinafter sometimes referred to as a subarray element). The sub-array element shown in FIG. 1A is composed of 2×2=4 antenna elements. Also, in the example shown in FIG. 1A, the size of the subarray elements is 0.8 wavelengths in both the horizontal and vertical directions.

図1Bは、図1Aに示すサブアレー素子を直列に4個並べて構成されるアレーアンテナの一例を示す。図1Bに示すように、各サブアレー素子のサイズが0.8波長(図1Aを参照)であるので、サブアレー素子間の間隔として1波長程度以上の間隔を採る必要がある。 FIG. 1B shows an example of an array antenna configured by arranging four sub-array elements shown in FIG. 1A in series. As shown in FIG. 1B, since the size of each subarray element is 0.8 wavelength (see FIG. 1A), the interval between subarray elements must be approximately one wavelength or longer.

例えば、メインローブの±90°の範囲内にグレーティングローブを発生させないためのアレー素子間隔(所望の素子間隔)は0.5波長である。図1Bに示すアレーアンテナでは、サブアレー素子の素子間隔が1波長程度以上となるので、所望の素子間隔が設定困難であり、メインローブの±90°の範囲内にグレーティングローブが発生してしまうことになる。 For example, the array element spacing (desired element spacing) for not generating a grating lobe within ±90° of the main lobe is 0.5 wavelength. In the array antenna shown in FIG. 1B, since the element spacing of the subarray elements is about one wavelength or more, it is difficult to set the desired element spacing, and grating lobes occur within the range of ±90° of the main lobe. become.

このように、サブアレー素子のサイズが0.5波長以上の場合、アレーアンテナの素子間隔を0.5波長にすることが困難である可能性がある。よって、メインローブの±90°の範囲内に不要なグレーティングローブが発生し、測角時に虚像が発生することになり、誤検出の要因となる。 Thus, when the size of the subarray elements is 0.5 wavelength or more, it may be difficult to set the element interval of the array antenna to 0.5 wavelength. Therefore, an unnecessary grating lobe is generated within ±90° of the main lobe, and a virtual image is generated during angle measurement, which causes erroneous detection.

ここで、特許文献1には、幅d=1波長程度となるサブアレー素子を用いたアレーアンテナ構成が開示されている。特許文献1では、送信アンテナTx0, Tx1の素子間隔を6波長とし、受信アンテナRX0,RX1,RX2,RX3の素子間隔を1.5波長±(λ/8)としている(λは1波長を表す)。また、特許文献1では、送信アンテナTx0,Tx1を時分割で切り替えてレーダ送信信号が送信され、各送信アンテナTx0,Tx1から送信されたレーダ送信信号に対して、受信アンテナRX0,RX1,RX2,RX3で受信信号を取得する構成を備えている。 Here, Patent Document 1 discloses an array antenna configuration using sub-array elements having a width d of approximately one wavelength. In Patent Document 1, the element spacing of the transmitting antennas Tx0 and Tx1 is six wavelengths, and the element spacing of the receiving antennas RX0, RX1, RX2, and RX3 is 1.5 wavelengths ±(λ/8) (λ represents one wavelength. ). Further, in Patent Document 1, a radar transmission signal is transmitted by switching transmission antennas Tx0 and Tx1 in a time division manner, and the reception antennas RX0, RX1, RX2, It has a configuration that acquires the received signal with RX3.

このような構成により、受信アレーアンテナで取得される受信信号には、送信アンテナの位置が変わることによる位相変化が重畳されるため、仮想的に受信アンテナの開口長が増大する効果が得られる。以下では、送受信アレーアンテナにおけるアンテナ素子の配置によって実効的な開口長が増大する仮想的な受信アレーアンテナを「仮想受信アレー」と呼ぶ。 With such a configuration, a phase change due to a change in the position of the transmitting antenna is superimposed on the received signal acquired by the receiving array antenna, so the effect of virtually increasing the aperture length of the receiving antenna can be obtained. Hereinafter, a virtual receiving array antenna whose effective aperture length is increased by arranging antenna elements in the transmitting/receiving array antenna will be referred to as a "virtual receiving array".

しかしながら、特許文献1では、受信アレーアンテナの素子間隔は1.5波長±λ/8であるため、メインビーム方向から40°程度ずれた方向にグレーティングローブが発生してしまう。 However, in Patent Document 1, since the element spacing of the receiving array antenna is 1.5 wavelengths ±λ/8, a grating lobe is generated in a direction deviated from the main beam direction by about 40°.

本開示に係る一態様は、サブアレー構成のアレー素子を用いる場合でも、不要なグレーティングローブの発生を抑え、所望の指向性パターンを実現する。 One aspect of the present disclosure suppresses generation of unnecessary grating lobes and realizes a desired directivity pattern even when array elements having a sub-array configuration are used.

以下、本開示の一態様に係る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 according to one aspect of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the embodiments, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

[レーダ装置の構成]
図2は、本実施の形態に係るレーダ装置10の構成を示すブロック図である。
[Configuration of radar device]
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the radar device 10 according to this embodiment.

レーダ装置10は、レーダ送信部100と、レーダ受信部200と、基準信号生成部300と、を有する。 The radar device 10 has a radar transmitter 100 , a radar receiver 200 and a reference signal generator 300 .

レーダ送信部100は、基準信号生成部300から受け取るリファレンス信号に基づいて高周波のレーダ信号(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106-1~106-Ntによって構成される送信アレーアンテナを用いて、レーダ送信信号を所定の送信周期にて送信する。 The radar transmitter 100 generates a high-frequency radar signal (radar transmission signal) based on the reference signal received from the reference signal generator 300 . Radar transmission section 100 transmits a radar transmission signal at a predetermined transmission cycle using a transmission array antenna composed of a plurality of transmission antennas 106-1 to 106-Nt.

レーダ受信部200は、ターゲット(図示せず)により反射し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202-1~202-Naから成る受信アレーアンテナを用いて受信する。レーダ受信部200は、基準信号生成部300から受け取るリファレンス信号を用いて、各アンテナ202において受信した反射波信号を信号処理し、ターゲットの有無検出、方向推定などを行う。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、車両又は人を含む。 The radar receiver 200 receives a reflected wave signal, which is a radar transmission signal reflected by a target (not shown), using a reception array antenna composed of a plurality of reception antennas 202-1 to 202-Na. The radar receiver 200 uses the reference signal received from the reference signal generator 300 to perform signal processing on the reflected wave signal received by each antenna 202 to detect the presence or absence of a target, estimate its direction, and the like. A target is an object to be detected by the radar device 10, and includes, for example, a vehicle 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、基準信号としてのリファレンス信号をレーダ送信部100及びレーダ受信部200に共通に供給し、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 generation unit 300 commonly supplies a reference signal as a reference signal to the radar transmission unit 100 and the radar reception unit 200 to synchronize the processing of the radar transmission unit 100 and the radar reception unit 200 .

[レーダ送信部100の構成]
レーダ送信部100は、レーダ送信信号生成部101-1~101-Ntと、送信無線部105-1~105-Ntと、送信アンテナ106-1~106-Ntとを有する。すなわち、レーダ送信部100は、Nt個の送信アンテナ106を有し、各送信アンテナ106は、それぞれ個別のレーダ送信信号生成部101及び送信無線部105に接続されている。
[Configuration of radar transmission unit 100]
Radar transmission section 100 has radar transmission signal generation sections 101-1 to 101-Nt, transmission radio sections 105-1 to 105-Nt, and transmission antennas 106-1 to 106-Nt. That is, the radar transmission section 100 has Nt transmission antennas 106, and each transmission antenna 106 is connected to an individual radar transmission signal generation section 101 and transmission radio section 105, respectively.

レーダ送信信号生成部101は、基準信号生成部300から受け取るリファレンス信号を所定数倍したタイミングクロックを生成し、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、所定のレーダ送信周期(Tr)にてレーダ送信信号を繰り返し出力する。レーダ送信信号は、r(k, M)=I(k, M)+jQ(k, M)で表される。ここで、zは各送信アンテナ106に対応する番号を表し、z=1,…,Ntである。また、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。 The radar transmission signal generator 101 generates a timing clock 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 generator 101 repeatedly outputs the radar transmission signal at a predetermined radar transmission cycle (Tr). A radar transmission signal is represented by rz (k,M)= Iz (k,M)+ jQz (k,M). Here, z represents a number corresponding to each transmitting antenna 106, and z=1, . . . , Nt. Also, j represents an imaginary number unit, k represents a discrete time, and M represents an ordinal number of a radar transmission cycle.

各レーダ送信信号生成部101は、符号生成部102と、変調部103と、LPF(Low Pass Filter)104とから構成される。以下、第z番目(z=1,…,Nt)の送信アンテナ106に対応するレーダ送信信号生成部101-zにおける各構成部について説明する。 Each radar transmission signal generation section 101 is composed of a code generation section 102 , a modulation section 103 and an LPF (Low Pass Filter) 104 . Each component in the radar transmission signal generator 101-z corresponding to the z-th (z=1, . . . , Nt) transmission antenna 106 will be described below.

具体的には、符号生成部102は、レーダ送信周期Tr毎に、符号長Lの符号系列の符号a(z)n(n=1,…,L)(パルス符号)を生成する。各符号生成部102-1~102-Ntにおいて生成される符号a(z)n(z=1,…,Nt)には、互いに低相関又は無相関となる符号が用いられる。符号系列としては、例えば、Walsh-Hadamard符号、M系列符号、Gold符号などが挙げられる。 Specifically, the code generator 102 generates a code a(z) n (n=1, . The codes a(z) n (z=1, . Examples of code sequences include Walsh-Hadamard codes, M-sequence codes, and Gold codes.

変調部103は、符号生成部102から受け取る符号a(z)nに対してパルス変調(振幅変調、ASK(Amplitude Shift Keying)、パルスシフトキーイング)又は位相変調(Phase Shift Keying)を行い、変調信号をLPF104へ出力する。 The modulation unit 103 performs pulse modulation (amplitude modulation, ASK (Amplitude Shift Keying), pulse shift keying) or phase modulation (Phase Shift Keying) on the code a(z) n received from the code generation unit 102 to generate a modulated signal is output to the LPF 104 .

LPF104は、変調部103から受け取る変調信号のうち、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無線部105へ出力する。 LPF 104 outputs a signal component below a predetermined band limit in the modulated signal received from modulation section 103 to transmission radio section 105 as a baseband radar transmission signal.

第z(z=1,…,Nt)番目の送信無線部105は、第z番目のレーダ送信信号生成部101から出力されるベースバンドのレーダ送信信号に対して周波数変換を施してキャリア周波数(Radio Frequency:RF)帯のレーダ送信信号を生成し、送信増幅器により所定の送信電力P[dB]に増幅して第z番目の送信アンテナ106へ出力する。 The z-th (z=1, . A radio frequency (RF) band radar transmission signal is generated, amplified to a predetermined transmission power P [dB] by a transmission amplifier, and output to the z-th transmission antenna 106 .

第z(z=1,…,Nt)番目の送信アンテナ106は、第z番目の送信無線部105から出力されるレーダ送信信号を空間に放射する。 The z-th (z=1, . . . , Nt) transmitting antenna 106 radiates the radar transmission signal output from the z-th transmitting radio section 105 into space.

図3は、レーダ送信部100のNt個の送信アンテナ106から送信されるレーダ送信信号を示す。符号送信区間Tw内には符号長Lのパルス符号系列が含まれる。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。1つのパルス符号(a(z)n)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)個のサンプルの信号が含まれる。すなわち、変調部103におけるサンプリングレートは、(No×L)/Twである。また、無信号区間(Tr-Tw)には、Nu個のサンプルが含まれるものとする。 FIG. 3 shows radar transmission signals transmitted from Nt transmission antennas 106 of radar transmission section 100 . A pulse code sequence of code length L is included in the code transmission interval Tw. In each radar transmission period Tr, a pulse code sequence is transmitted during the code transmission interval Tw, and the remaining interval (Tr-Tw) is a no-signal interval. By performing pulse modulation using No samples per pulse code (a(z) n ), a signal of Nr (=No×L) samples is generated in each code transmission interval Tw. is included. That is, the sampling rate in modulation section 103 is (No×L)/Tw. It is also assumed that the no-signal interval (Tr-Tw) includes Nu samples.

なお、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4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に示す符号生成部102、変調部103及びLPF104を有さず、代わりに符号記憶部111及びDA変換部112を備える。符号記憶部111は、符号生成部102(図2)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。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)をアナログ信号に変換する。 The radar transmission section 100 may include a radar transmission signal generation section 101a shown in FIG. 4 instead of the radar transmission signal generation section 101. FIG. Radar transmission signal generation section 101a does not have code generation section 102, modulation section 103 and LPF 104 shown in FIG. The code storage unit 111 preliminarily stores code sequences generated by the code generation unit 102 (FIG. 2), and cyclically reads out the stored code sequences. The DA conversion section 112 converts the code series (digital signal) output from the code storage section 111 into an analog signal.

[レーダ受信部200の構成]
図2において、レーダ受信部200は、Na個の受信アンテナ202を備え、アレーアンテナを構成する。また、レーダ受信部200は、Na個のアンテナ系統処理部201-1~201-Naと、方向推定部214と、を有する。
[Configuration of radar receiver 200]
In FIG. 2, the radar receiver 200 includes Na receiving antennas 202 to form an array antenna. The radar receiver 200 also has Na antenna system processors 201 - 1 to 201 -Na and a direction estimator 214 .

各受信アンテナ202は、ターゲット(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、対応するアンテナ系統処理部201へ受信信号として出力する。 Each receiving antenna 202 receives a reflected wave signal, which is a radar transmission signal reflected by a target (object), and outputs the received reflected wave signal to the corresponding antenna system processing section 201 as a received signal.

各アンテナ系統処理部201は、受信無線部203と、信号処理部207とを有する。 Each antenna system processing section 201 has a receiving radio section 203 and a signal processing section 207 .

受信無線部203は、増幅部204と、周波数変換器205と、直交検波器206と、を有する。受信無線部203は、基準信号生成部300から受け取るリファレンス信号を所定数倍したタイミングクロックを生成し、生成したタイミングクロックに基づいて動作する。具体的には、増幅器204は、受信アンテナ202から受け取る受信信号を所定レベルに増幅し、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し、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。 Reception radio section 203 has amplifier section 204 , frequency converter 205 , and quadrature detector 206 . The reception radio section 203 generates a timing clock by multiplying the reference signal received from the reference signal generation section 300 by a predetermined number, and operates based on the generated timing clock. Specifically, the amplifier 204 amplifies the received signal received from the receiving antenna 202 to a predetermined level, the frequency converter 205 frequency-converts the received signal in the high frequency band to the baseband band, and the quadrature detector 206 converts the frequency of the received signal to the baseband. The band received signal is converted into a baseband received signal including the I signal and the Q signal.

信号処理部207は、AD変換部208、209と、分離部210-1~210-Ntと、を有する。 The signal processing unit 207 has AD conversion units 208 and 209 and separation units 210-1 to 210-Nt.

AD変換部208には、直交検波器206からI信号が入力され、AD変換部209には、直交検波器206からQ信号が入力される。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。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 I signal is input from the quadrature detector 206 to the AD conversion section 208 , and the Q signal is input from the quadrature detector 206 to the AD conversion section 209 . The AD conversion unit 208 converts the I signal into digital data by sampling the baseband signal including the I signal at discrete times. The AD conversion unit 209 converts the Q signal into digital data by sampling the baseband signal including the Q signal at discrete times.

ここで、AD変換部208,209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 AD converters 208 and 209, Ns discrete samples are performed per time Tp (=Tw/L) of one subpulse in the radar transmission signal. That is, the number of oversamples per subpulse is Ns.

以下の説明では、I信号Ir(k, M)及びQ信号Qr(k, M)を用いて、AD変換部208,209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x(k, M)=Ir(k, M)+jQr(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まで周期的に動作する。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。 In the following description, using the I signal Ir(k, M) and the Q signal Qr(k, M), discrete time Denote the baseband received signal at k as the complex signal x(k,M)=Ir(k,M)+jQr(k,M). In the following description, the discrete time k is based on the start timing of the radar transmission cycle (Tr) (k=1), and the signal processing unit 207 uses k Operates periodically until = (Nr + Nu) Ns/No. That is, k=1, . . . , (Nr+Nu)Ns/No. where j is the imaginary unit.

信号処理部207は、送信アンテナ106の個数分の系統数に等しいNt個の分離部210を含む。各分離部210は、相関演算部211と、加算部212と、ドップラー周波数解析部213と、を有する。以下、第z(z=1,…,Nt)番目の分離部210の構成について説明する。 Signal processing section 207 includes Nt separation sections 210 equal to the number of systems corresponding to the number of transmission antennas 106 . Each separator 210 has a correlation calculator 211 , an adder 212 and a Doppler frequency analyzer 213 . The configuration of the z-th (z=1, . . . , Nt) separation unit 210 will be described below.

相関演算部211は、レーダ送信周期Tr毎に、AD変換部208,209から受け取る離散サンプル値Ir(k, M)及びQr(k, M)を含む離散サンプル値x(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a(z)n(ただし、z=1,…,Nt、n=1,…,L)との相関演算を行う。例えば、相関演算部211は、離散サンプル値x(k, M)と、パルス符号a(z)n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AC(z)(k, M)は、次式に基づき算出される。

Figure 2023115267000002
The correlation calculator 211 receives the discrete sample values Ir(k, M) and Qr(k, M) from the AD converters 208 and 209 for each radar transmission period Tr, and the discrete sample values x(k, M), A correlation calculation is performed with the pulse code a(z) n (where z=1, . . . , Nt, n=1, . For example, the correlation calculator 211 performs a sliding correlation calculation between the discrete sample value x(k, M) and the pulse code a(z) n . For example, the correlation calculation value AC (z) (k, M) of the sliding correlation calculation at the discrete time k in the M-th radar transmission cycle Tr[M] is calculated based on the following equation.
Figure 2023115267000002

上式において、アスタリスク(*)は複素共役演算子を表す。 In the above equation, the asterisk (*) represents the complex conjugate operator.

相関演算部211は、例えば、式(1)に従って、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noの期間に渡って相関演算を行う。 Correlation calculation section 211 performs correlation calculation over a period of k=1, .

なお、相関演算部211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。これにより、レーダ装置10では、相関演算部211の演算処理量の低減が可能となる。例えば、相関演算部211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5に示すように、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こととなる。 Note that the correlation calculation unit 211 is not limited to performing the correlation calculation for k=1, . . . , (Nr+Nu)Ns/No. The range (ie range of k) may be limited. As a result, in the radar device 10, it is possible to reduce the computation processing amount of the correlation computing section 211. FIG. For example, the correlation calculator 211 may limit the measurement range to k=Ns(L+1), . . . (Nr+Nu)Ns/No-NsL. In this case, as shown in FIG. 5, the radar device 10 does not perform measurement in the time interval corresponding to the code transmission interval Tw.

これにより、レーダ装置10は、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211による処理が行われないので、回り込みの影響を排除した測定が可能となる。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212、ドップラー周波数解析部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。 As a result, in the radar apparatus 10, even when the radar transmission signal directly enters the radar receiving section 200, the correlation calculation section 211 does not perform processing during the period during which the radar transmission signal enters (at least the period of less than τ1). Therefore, it is possible to measure without the influence of wraparound. Further, when the measurement range (range of k) is limited, the measurement range (range of k) is similarly limited to the processing of the addition unit 212, the Doppler frequency analysis unit 213, and the direction estimation unit 214 described below. It is necessary to apply the processing described above. Thereby, the amount of processing in each component can be reduced, and the power consumption in the radar receiver 200 can be reduced.

加算部212は、第M番目のレーダ送信周期Trの離散時刻k毎に相関演算部211から受け取る相関演算値AC(z)(k, M)を用いて、所定回数(Np回)のレーダ送信周期Trの期間(Tr×Np)に渡って、相関演算値AC(z)(k, M)を加算(コヒーレント積分)する。期間(Tr×Np)に渡る加算数Npの加算(コヒーレント積分)処理は次式で表される。

Figure 2023115267000003
The addition unit 212 uses the correlation calculation value AC (z) (k, M) received from the correlation calculation unit 211 at each discrete time k of the M-th radar transmission cycle Tr to perform radar transmission a predetermined number of times (Np times). The correlation calculation value AC (z) (k, M) is added (coherent integration) over a period of period Tr (Tr×Np). The addition (coherent integration) processing of the addition number Np over the period (Tr×Np) is represented by the following equation.
Figure 2023115267000003

ここで、CI(z)(k, m)は相関演算値の加算値(以下、相関加算値と呼ぶこともある)を表し、Npは1以上の整数値であり、mは加算部212における加算回数Npを1個の単位とした場合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,…,Ntである。 Here, CI (z) (k, m) represents the added value of the correlation calculation value (hereinafter also referred to as the correlation added value), Np is an integer value of 1 or more, and m is It is an integer of 1 or more indicating the ordinal number of the number of additions when the number of additions Np is one unit. Also, z=1,...,Nt.

加算部212は、レーダ送信周期Trを単位として得られた相関演算部211の出力を一つの単位として、Np回の加算を行う。つまり、加算部212は、相関演算値AC(z)(k, Np(m-1)+1)~AC(z)(k, Np×m)を一単位として、離散時刻kのタイミングをそろえて加算した相関値CI(z)(k, m)を離散時刻k毎に算出する。これにより、加算部212は、相関演算値のNp回に渡る加算の効果により、ターゲットからの反射波信号が高い相関を有する範囲において、反射波信号のSNRを向上させることができる。よって、ターゲットの到来距離の推定に関する測定性能を向上させることができる。 The adder 212 performs addition Np times with the output of the correlation calculator 211 obtained in units of the radar transmission period Tr as one unit. That is, the addition unit 212 aligns the timing of the discrete time k with the correlation calculation values AC (z) (k, Np(m−1)+1) to AC (z) (k, Np×m) as one unit. The correlation value CI (z) (k, m) added by the k is calculated at each discrete time k. As a result, the adder 212 can improve the SNR of the reflected wave signal in a range in which the reflected wave signal from the target has high correlation due to the effect of adding the correlation calculation values Np times. Therefore, it is possible to improve the measurement performance for estimating the arrival distance of the target.

なお、理想的な加算利得を得るためには、相関演算値の加算回数Np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条件が必要である。つまり、加算回数Np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ー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である。この場合、加算回数Npは小さい値となるため、加算部212での加算による利得向上効果が小さくなる。 In order to obtain an ideal addition gain, it is necessary to satisfy the condition that the phase components of the correlation calculation values are aligned within a certain range in the addition interval of the number of additions Np of the correlation calculation values. In other words, the number of additions Np is preferably set based on the assumed maximum moving speed of the target to be measured. This is because the larger the assumed maximum velocity of the target, the larger the amount of variation in the Doppler frequency contained in the reflected wave from the target, and the shorter the time period with high correlation. In this case, since the number of additions Np is a small value, the effect of increasing the gain by the addition in the addition section 212 becomes small.

ドップラー周波数解析部213は、離散時刻k毎に得られた加算部212のNc個の出力であるCI(z)(k, Nc(w-1)+1)~CI(z)(k,Nc×w)を一単位として、離散時刻kのタイミングをそろえてコヒーレント積分を行う。例えば、ドップラー周波数解析部213は、次式に示すように、2Nf個の異なるドップラー周波数fsΔΦに応じた位相変動Φ(fs)=2πfs(Tr×Np)ΔΦを補正した上で、コヒーレント積分を行う。

Figure 2023115267000004
The Doppler frequency analysis unit 213 calculates the Nc outputs of the addition unit 212 obtained at each discrete time k, CI (z) (k, Nc(w-1)+1) to CI (z) (k, Nc ×w) as one unit, coherent integration is performed with discrete times k aligned. For example, the Doppler frequency analysis unit 213 performs coherent integration after correcting the phase variation Φ(fs)=2πfs(Tr×Np)ΔΦ corresponding to 2Nf different Doppler frequencies fsΔΦ as shown in the following equation. .
Figure 2023115267000004

ここで、FT_CI(z) Nant(k, fs, w)は、ドップラー周波数解析部213における第w番目の出力であり、第Nant番目のアンテナ系統処理部201における離散時刻kでのドップラー周波数fsΔΦのコヒーレント積分結果を示す。ただし、Nant=1~Naであり、fs=-Nf+1,…,0,…,Nfであり、k=1,…, (Nr+Nu)Ns/Noであり、wは1以上の整数であり、ΔΦは位相回転単位である。 Here, FT_CI (z) Nant (k, fs, w) is the w-th output of the Doppler frequency analysis unit 213, and the Doppler frequency fsΔΦ at discrete time k in the Nant-th antenna system processing unit 201. Coherent integration results are shown. However, Nant = 1 to Na, fs = -Nf + 1, ..., 0, ..., Nf, k = 1, ..., (Nr + Nu) Ns/No, w is an integer of 1 or more , ΔΦ is the phase rotation unit.

これにより、各アンテナ系統処理部201は、離散時刻k毎の2Nf個のドップラー周波数成分に応じたコヒーレント積分結果であるFT_CI(z) Nant(k, -Nf+1,w),…, FT_CI(z) Nant(k, Nf-1, w)を、レーダ送信周期間Trの複数回Np×Ncの期間(Tr×Np×Nc)毎に得る。なお、jは虚数単位であり、z=1,…,Ntである。 , FT_CI ( z) Nant (k, Nf−1, w) is obtained every Np×Nc periods (Tr×Np×Nc) of the radar transmission period Tr. Note that j is an imaginary unit and z=1, . . . , Nt.

ΔΦ=1/Ncとした場合、上述したドップラー周波数解析部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212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。 When ΔΦ=1/Nc, the above-described processing of the Doppler frequency analysis unit 213 performs a discrete Fourier transform (DFT) on the output of the addition unit 212 at a sampling interval Tm=(Tr×Np) and a sampling frequency fm=1/Tm. It is equivalent to processing.

また、Nfを2のべき乗の数に設定することで、ドップラー周波数解析部213では、高速フーリエ変換(FFT)処理を適用でき、演算処理量を大きく削減できる。この際、Nf>Ncとなる場合には、q>Ncとなる領域においてCI(z)(k、Nc(w-1)+q)=0とするゼロ埋め処理を行うことで、同様にFFT処理を適用でき、演算処理量を大きく削減できる。 Also, by setting Nf to a number that is a power of 2, the Doppler frequency analysis unit 213 can apply fast Fourier transform (FFT) processing, and can greatly reduce the amount of arithmetic processing. At this time, when Nf>Nc, by performing zero-filling processing with CI (z) (k, Nc(w-1)+q)=0 in the region where q>Nc, FFT processing can be applied and the amount of computational processing can be greatly reduced.

また、ドップラー周波数解析部213において、FFT処理を行わずに、上式(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、ドップラー周波数解析部213は、離散時刻k毎に得られた加算部212のNc個の出力であるCI(z)(k, Nc(w-1)+q+1)に対して、fs=-Nf+1,…,0,…,Nf-1に対応する係数exp[-j2πfsTrNpqΔφ]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, in the Doppler frequency analysis unit 213, the product-sum operation shown in the above equation (3) may be sequentially performed without performing the FFT processing. That is, the Doppler frequency analysis unit 213 calculates fs Coefficients exp[-j2πf s T r N p qΔφ] corresponding to =−Nf+1, . . . , 0, . where q=0 to Nc-1.

なお、以下の説明では、Na個のアンテナ系統処理部201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_CI(z) 1(k, fs, w), FT_CI(z) 2(k, fs, w),…, FT_CI(z) Na(k, fs, w)をまとめたものを、次式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。仮想受信アレー相関ベクトルh(k, fs, w)は、送信アンテナ数Ntと受信アンテナ数Na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202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,…,Ntであり、b=1, …, Naである。

Figure 2023115267000005
Figure 2023115267000006
In the following description, the w-th output FT_CI (z) 1 (k, fs, w), FT_CI (z) 2 obtained by performing the same processing in each of the Na antenna system processing units 201 (k, fs, w),..., FT_CI (z) Na (k, fs, w) is expressed as a virtual receive array correlation vector h(k, fs, w) as shown in the following equation. The virtual receive array correlation vector h(k, fs, w) includes Nt×Na elements, which is the product of the number of transmit antennas Nt and the number of receive antennas Na. The virtual receive array correlation vector h(k, fs, w) is used for explanation of the process of estimating the direction of the reflected wave signal from the target based on the phase difference between the receive antennas 202, which will be described later. where z=1,...,Nt and b=1,...,Na.
Figure 2023115267000005
Figure 2023115267000006

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、アンテナ系統処理部201-1~201-Naから出力されるw番目のドップラー周波数解析部213の仮想受信アレー相関ベクトルh(k, fs, w)に対してアレー補正値h_cal[y]を用いてアンテナ系統処理部201間の位相偏差及び振幅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。仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k, fs, w)は次式で表される。なお、y=1,…,(Nt×Na)である。

Figure 2023115267000007
Direction estimating section 214 applies array correction value h_cal [y] is used to calculate a virtual reception array correlation vector h_after_cal (k, fs, w) in which the phase deviation and amplitude deviation between the antenna system processing units 201 are corrected. A virtual receive array correlation vector h_after_cal (k, fs, w) is expressed by the following equation. Note that y = 1,..., (Nt x Na).
Figure 2023115267000007

そして、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、受信アンテナ202間の反射波信号の位相差に基づいて、水平方向及び垂直方向の方向推定処理を行う。方位推定部214は、方向推定評価関数値P(θ, φ,k, fs, w)における方位方向θ及び仰角方向Φ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及び仰角方向を到来方向推定値とする。 Then, the direction estimation unit 214 uses the virtual reception array correlation vector h _after_cal (k, fs, w), based on the phase difference of the reflected wave signal between the reception antennas 202, direction estimation processing in the horizontal direction and the vertical direction. I do. The azimuth estimation unit 214 calculates a spatial profile by varying the azimuth direction θ and the elevation angle direction Φ in the direction estimation evaluation function value P(θ, φ, k, fs, w) within a predetermined angle range, and calculates the spatial profile A predetermined number of maximal peaks are extracted in descending order, and the azimuth and elevation directions of the maximal peaks are used as direction-of-arrival estimation values.

なお、評価関数値P(θ, φ,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。例えば参考非特許文献1に開示されているアレーアンテナを用いた推定方法を用いてもよい。 There are various evaluation function values P(θ, φ, k, fs, w) depending on the direction-of-arrival estimation algorithm. For example, an estimation method using an array antenna disclosed in Reference Non-Patent Document 1 may be used.

(参考非特許文献1)Direction-of-arrival estimation using signal subspace modeling Cadzow, J.A.; Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on Volume: 28 , Issue: 1 Publication Year: 1992 , Page(s): 64 - 79 (Reference non-patent document 1) Direction-of-arrival estimation using signal subspace modeling Cadzow, J.A.; Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on Volume: 28, Issue: 1 Publication Year: 1992, Page(s): 64 - 79

例えばビームフォーマ法は次式のように表すことができる。他にも、Capon, MUSICといった手法も同様に適用可能である。

Figure 2023115267000008
For example, the beamformer method can be expressed as follows. Other techniques such as Capon and MUSIC are also applicable.
Figure 2023115267000008

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、a(θu, φv)は、方位方向θu、仰角方向φvの到来波に対する仮想受信アレーの方向ベクトルを示す。 where the superscript H is the Hermitian transpose operator. Also, a(θ u , φ v ) indicates the direction vector of the virtual receiving array for the incoming wave in the azimuth direction θ u and elevation direction φ v .

以上のように、方向推定部214は、算出された第w番目の到来方向推定値、離散時刻k、ドップラー周波数fsΔΦ及び角度θuを、レーダ測位結果として出力する。 As described above, the direction estimation unit 214 outputs the calculated w-th direction-of-arrival estimated value, the discrete time k, the Doppler frequency fsΔΦ, and the angle θu as the radar positioning result.

ここで、方向ベクトルa(θu, φv)は、方位θu方向及び仰角方向φvからレーダ送信信号に対する反射波が到来した場合の仮想受信アレーの複素応答を要素とした(Nt×Na)次の列ベクトルである。仮想受信アレーの複素応答a(θu, φv)は、アンテナ間の素子間隔によって幾何光学的に算出される位相差を表す。 Here, the directional vector a(θ u , φ v ) is the element of the complex response of the virtual receiving array when the reflected wave for the radar transmission signal arrives from the azimuth θ u direction and the elevation angle direction φ v (Nt×Na ) is the next column vector. The complex response a(θ u , φ v ) of the virtual receiving array represents the phase difference calculated geometrically based on the element spacing between antennas.

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。
θu=θmin + uβ1、u=0,…, NU
NU=floor[(θmax-θmin)/β1]+1
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。
Also, θ u is obtained by changing the azimuth range for estimating the direction of arrival at a predetermined azimuth interval β 1 . For example, θ u is set as follows.
θu = θmin + uβ1 , u=0,…,NU
NU=floor[(θmax−θmin)/ β1 ]+1
where floor(x) is a function that returns the largest integer value that does not exceed the real number x.

また、φvは到来方向推定を行う仰角範囲内を所定の仰角間隔β2で変化させたものである。例えば、φvは以下のように設定される。
φv=φmin + vβ2、v=0,…, NV
NV=floor[(φmax-φmin)/β2]+1
Also, φ v is obtained by changing the elevation angle range for estimating the direction of arrival at a predetermined elevation angle interval β 2 . For example, φ v is set as follows.
φv = φmin + vβ 2 , v=0,…, NV
NV=floor[(φmax-φmin)/ β2 ]+1

なお、本実施の形態では、後述する仮想受信アレー配置VA#1,…, VA#(Nt×Na)に基づいて仮想受信アレーの方向ベクトルが予め算出されているものとする。仮想受信アレーの方向ベクトルの要素は、後述する仮想受信アレー配置番号順VA#1,…, VA#(Nt×Na)にアンテナ間の素子間隔で幾何光学的に算出される位相差を表す。 In this embodiment, it is assumed that direction vectors of virtual reception arrays are calculated in advance based on virtual reception array arrangements VA#1, . . . , VA#(Nt×Na) described later. Elements of the directional vector of the virtual receiving array represent phase differences geometrically optically calculated at element intervals between antennas in VA#1, .

また、上述した時刻情報kは、距離情報に変換して出力されてもよい。時刻情報kを距離情報R(k)に変換する際には次式を用いればよい。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 2023115267000009
Also, the time information k described above may be converted into distance information and output. The following equation can be used to convert time information k into distance information R(k). Here, Tw represents the code transmission period, L represents the pulse code length, and C0 represents the speed of light.
Figure 2023115267000009

また、ドップラー周波数情報(fsΔΦ)は相対速度成分に変換して出力されてもよい。ドップラー周波数fsΔΦを相対速度成分vd(fs)に変換する際には次式を用いて変換することができる。ここで、λは送信無線部107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 2023115267000010
Also, the Doppler frequency information (fsΔΦ) may be converted into a relative velocity component and output. When converting the Doppler frequency fsΔΦ into the relative velocity component vd(fs), the following equation can be used. Here, λ is the wavelength of the carrier frequency of the RF signal output from radio transmission section 107 .
Figure 2023115267000010

[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Nt個の送信アンテナ106及びNa個の受信アンテナ202の配置について説明する。
[Antenna Arrangement in Radar Device 10]
The arrangement of the Nt transmitting antennas 106 and the Na receiving antennas 202 in the radar apparatus 10 having the above configuration will be described.

図6は、Nt=2個の送信アンテナ106(Tx#1、Tx#2)から構成される送信アレーのアンテナ配置、Na=3個の受信アンテナ202(Rx#1、Rx#2、Rx#3)から構成される受信アレーのアンテナ配置、及び、これらの送受信アレーアンテナに基づいて構成される仮想受信アレー(素子数:Nt×Na=6個)のアンテナ配置を示す。 FIG. 6 shows the antenna arrangement of a transmitting array composed of Nt=2 transmitting antennas 106 (Tx#1, Tx#2), Na=3 receiving antennas 202 (Rx#1, Rx#2, Rx# 3) and the antenna arrangement of a virtual reception array (number of elements: Nt×Na=6) constructed based on these transmission and reception array antennas.

送信アンテナ106及び受信アンテナ202の各々は、2個のアンテナ素子を含むサブアレー素子を用いて構成される。 Each of the transmit antenna 106 and the receive antenna 202 is constructed using a sub-array element containing two antenna elements.

また、サブアレー素子のサイズ(幅)をDsubarryとし、レーダ検知角範囲においてグレーティングローブが発生しない所望のアンテナ素子間隔をDeとする。図6では、サブアレー素子のサイズDsubarryは所望のアンテナ素子間隔Deよりも大きい(Dsubarry>De)。なお、所望のアンテナ素子間隔Deとしては、0.5波長以上0.75波長以下の値を用いる Also, let D subarry be the size (width) of the subarray element, and De be the desired antenna element interval at which no grating lobe occurs in the radar detection angle range. In FIG. 6, the subarray element size D subarry is larger than the desired antenna element spacing De (D subarry >De). As the desired antenna element spacing De, a value of 0.5 wavelength or more and 0.75 wavelength or less is used.

また、送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔をDtとし、受信アレーアンテナのサブアレー素子間隔をDrとする。例えば、図6では、送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Dtを1.5λ(1.5波長)とし、受信アンテナのサブアレー素子間隔Drを1λ(1波長)とする。つまり、サブアレー素子間隔Dt,Drは、1波長(λ)程度以上となる。 Let Dt be the sub-array element spacing of the transmitting array antenna, and Dr be the sub-array element spacing of the receiving array antenna. For example, in FIG. 6, the subarray element spacing Dt of the transmitting array antenna is 1.5λ (1.5 wavelengths), and the subarray element spacing Dr of the receiving antenna is 1λ (1 wavelength). That is, the subarray element intervals Dt and Dr are approximately one wavelength (λ) or longer.

本実施の形態では、レーダ検知角範囲においてグレーティングローブが発生しない所望のアンテナ素子間隔Deよりもサブアレー素子のサイズDsubarryが広い場合(Dsubarry>De)。この場合、送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Dtと受信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Drとの間で次式に示す関係を満たすように、送信アレー及び受信アレーを配置する。
|Dt - Dr | = De (10)
In this embodiment, the subarray element size D subarry is wider than the desired antenna element interval De at which no grating lobe occurs in the radar detection angle range (D subarry >De). In this case, the transmission array and the reception array are arranged so that the relationship shown in the following equation is satisfied between the subarray element spacing Dt of the transmission array antenna and the subarray element spacing Dr of the reception array antenna.
|Dt - Dr | = De (10)

すなわち、送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Dtと、受信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Drとの差の絶対値は、所望のアンテナ素子間隔Deと同一である。 That is, the absolute value of the difference between the subarray element spacing Dt of the transmitting array antenna and the subarray element spacing Dr of the receiving array antenna is the same as the desired antenna element spacing De.

図6は、一例として、De=λ/2とし、送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Dt=1.5λとし、受信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Dr=λとなる場合を示す。 As an example, FIG. 6 shows a case where De=λ/2, the subarray element spacing of the transmitting array antenna is Dt=1.5λ, and the subarray element spacing of the receiving array antenna is Dr=λ.

この場合、図6に示すように、仮想受信アレーの中心付近(端部以外)の素子間隔が、所望のアンテナ素子間隔De(=|Dt-Dr|=λ/2)となる。すなわち、仮想受信アレーでは、レーダ検知角範囲においてグレーティングローブが発生しないアレー配置が得られる。 In this case, as shown in FIG. 6, the element spacing near the center of the virtual receiving array (other than the ends) is the desired antenna element spacing De (=|Dt-Dr|=λ/2). That is, in the virtual receiving array, an array arrangement is obtained in which no grating lobe occurs in the radar detection angle range.

図7は、図6に示す送受信アレーアンテナ配置(De=0.5λ、Dt=1.5λ、Dr=λの場合)における指向性パターン(フーリエビームパターン。メインビーム:0°方向)を示す。図7に示すように、メインビーム方向から±90°の角度範囲においてグレーティングローブが発生していないことが分かる。 FIG. 7 shows a directivity pattern (Fourier beam pattern, main beam: 0° direction) in the transmitting/receiving array antenna arrangement (De=0.5λ, Dt=1.5λ, Dr=λ) shown in FIG. As shown in FIG. 7, it can be seen that no grating lobe is generated in the angle range of ±90° from the main beam direction.

このようにして、本実施の形態では、送信アンテナ106から構成される送信アレーアンテナの素子間隔と、受信アンテナ202から構成される受信アレーアンテナの素子間隔との差(絶対値)が、グレーティングローブが発生しない所望の素子間隔と等しくなるように、送信アンテナ106及び受信アンテナ202が配置される。 Thus, in the present embodiment, the difference (absolute value) between the element spacing of the transmitting array antenna composed of transmitting antenna 106 and the element spacing of the receiving array antenna composed of receiving antenna 202 is the grating lobe. Transmit antenna 106 and receive antenna 202 are positioned to equal the desired element spacing at which no .

こうすることで、送信アンテナ106及び受信アンテナ202の配置関係に従って構成される仮想受信アレーの素子間隔をグレーティングローブが発生しない所望の素子間隔に設定することができる。これにより、方向推定部214における方向推定処理を行う際に、グレーティングローブによる誤検出の発生を除去することができる。 By doing so, it is possible to set the element spacing of the virtual receiving array configured according to the arrangement relationship between the transmitting antenna 106 and the receiving antenna 202 to a desired element spacing that does not generate grating lobes. This makes it possible to eliminate erroneous detection due to grating lobes when performing direction estimation processing in the direction estimation unit 214 .

よって、本実施の形態によれば、サブアレー構成のアレー素子を用いる場合でも、不要なグレーティングローブの発生を抑え、所望の指向性パターンを実現することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress generation of unnecessary grating lobes and realize a desired directivity pattern even when array elements having a sub-array configuration are used.

なお、図6では、水平方向の到来方向推定を行うために、水平方向にアレーアンテナを直線状に配置する構成を一例として示した。しかし、本実施の形態は、垂直方向の到来方向推定を行うために、垂直方向にアレーアンテナを直線状に配置する場合でも、同様にして、垂直方向において、グレーティングローブが発生しない所望の素子間隔の仮想受信アレーを配置することができる。 Note that FIG. 6 shows, as an example, a configuration in which array antennas are arranged in a straight line in the horizontal direction in order to estimate the direction of arrival in the horizontal direction. However, in the present embodiment, in order to estimate the direction of arrival in the vertical direction, even when array antennas are arranged in a straight line in the vertical direction, the desired element spacing that does not generate grating lobes in the vertical direction is the same. virtual receive arrays can be deployed.

(バリエーション1)
バリエーション1では、水平方向及び垂直方向の双方の到来方向推定を行う場合について説明する。
(Variation 1)
In Variation 1, a case will be described in which direction-of-arrival estimation is performed in both the horizontal direction and the vertical direction.

送信アレー素子又は受信アレー素子が垂直方向及び水平方向の2次元に配置される。 Transmit array elements or receive array elements are arranged in two dimensions, vertical and horizontal.

図8は、Nt=6個の送信アンテナ106(Tx#1~Tx#6)から構成される送信アレーのアンテナ配置、Na=3個の受信アンテナ202(Rx#1、Rx#2、Rx#3)から構成される受信アレーのアンテナ配置、及び、これらの送受信アレーアンテナに基づいて構成される仮想受信アレー(素子数:Nt×Na=18個)のアンテナ配置を示す。 FIG. 8 shows the antenna arrangement of a transmitting array composed of Nt=6 transmitting antennas 106 (Tx#1 to Tx#6), Na=3 receiving antennas 202 (Rx#1, Rx#2, Rx# 3) and the antenna arrangement of a virtual reception array (number of elements: Nt×Na=18) constructed based on these transmission/reception array antennas.

図8では、送信アレーは、水平方向に2個、垂直方向に3個の2次元に各サブアレー素子が配置されている。 In FIG. 8, the transmission array has sub-array elements arranged two-dimensionally, two in the horizontal direction and three in the vertical direction.

また、図8においてサブアレー素子の水平方向におけるサイズをDsubarryとし、サブアレー素子の垂直方向におけるサイズをDe以下とする。つまり、アンテナ素子のサイズは、水平方向において所望のアンテナ素子間隔Deより大きく、垂直方向において所望のアンテナ素子間隔De以下である。 In FIG. 8, the size of the subarray element in the horizontal direction is Dsubarry , and the size of the subarray element in the vertical direction is De or less. That is, the size of the antenna elements is larger than the desired antenna element spacing De in the horizontal direction and equal to or less than the desired antenna element spacing De in the vertical direction.

図8では、一例として、所望のアンテナ素子間隔De=λ/2とし、送信アレーアンテナの水平方向のサブアレー素子間隔Dtを1.5λとし、送信アレーアンテナの垂直方向の素子間隔をDeとする。また、受信アンテナの水平方向のサブアレー素子間隔Dr=λとする。 In FIG. 8, as an example, the desired antenna element spacing is De=λ/2, the horizontal sub-array element spacing Dt of the transmission array antenna is 1.5λ, and the vertical transmission array antenna element spacing is De. In addition, it is assumed that the sub-array element spacing in the horizontal direction of the receiving antenna is Dr=λ.

この場合、図8に示すように、水平方向において、送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Dtと、受信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Drとの差の絶対値は、所望のアンテナ素子間隔Deと同一である。また、図8に示すように、垂直方向において、送信アレーアンテナの素子間隔は、所望のアンテナ素子間隔Deと同一である。 In this case, as shown in FIG. 8, in the horizontal direction, the absolute value of the difference between the subarray element spacing Dt of the transmitting array antenna and the subarray element spacing Dr of the receiving array antenna is the same as the desired antenna element spacing De. . Also, as shown in FIG. 8, in the vertical direction, the element spacing of the transmission array antenna is the same as the desired antenna element spacing De.

これにより、図8に示すように、水平方向において、仮想受信アレーの中心付近(端部以外)の素子間隔が、所望のアンテナ素子間隔De(=|Dt-Dr|=λ/2)となる。 As a result, as shown in FIG. 8, in the horizontal direction, the element spacing near the center (other than the ends) of the virtual receiving array becomes the desired antenna element spacing De (=|Dt−Dr|=λ/2). .

また、図8に示すように、垂直方向において、仮想受信アレーの素子間隔は、送信アレーの垂直方向の素子間隔と同様、所望のアンテナ素子間隔Deとなる。 Also, as shown in FIG. 8, in the vertical direction, the element spacing of the virtual reception array is the desired antenna element spacing De, like the vertical element spacing of the transmission array.

すなわち、仮想受信アレーでは、水平方向及び垂直方向の何れでも、レーダ検知角範囲においてグレーティングローブが発生しないアレー配置が得られる。 That is, in the virtual receiving array, an array arrangement is obtained in which no grating lobe occurs in the radar detection angle range in both the horizontal and vertical directions.

方向推定部214において水平方向及び垂直方向の到来方向推定を行う場合には、次式に示すように、方位方向θu及び仰角方向φvを可変にして、方向推定評価関数値P(θu、φv、k、fs、w)を算出し、その最大値が得られる方位方向、仰角方向を到来方向推定値DOA(k,fs,w)とする。

Figure 2023115267000011
When direction - of-arrival estimation in the horizontal and vertical directions is performed in the direction estimator 214, the direction estimation evaluation function value P( θ u , φ v , k, fs, w) are calculated, and the azimuth direction and elevation direction in which the maximum value is obtained are taken as the direction-of-arrival estimated value DOA(k, fs, w).
Figure 2023115267000011

ここで、u=1,…,NUである。なお、arg max P(x)は関数値P(x)が最大となる定義域の値を出力値とする演算子である。 where u=1,...,NU. Note that arg max P(x) is an operator whose output value is the value of the domain that maximizes the function value P(x).

なお、評価関数値P(θu、φv、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。例えば上述した参考非特許文献1に開示されているアレーアンテナを用いた推定方法を用いてもよい。例えばビームフォーマ法は次式のように表すことができる。他にも、Capon, MUSICといった手法も同様に適用可能である。

Figure 2023115267000012
Note that there are various evaluation function values P (θ u , φ v , k, fs, w) depending on the direction-of-arrival estimation algorithm. For example, the estimation method using an array antenna disclosed in Reference Non-Patent Document 1 mentioned above may be used. For example, the beamformer method can be expressed as follows. Other techniques such as Capon and MUSIC are also applicable.
Figure 2023115267000012

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、a(θuv)は、方位方向θu及び仰角方向φvの到来波に対する方向ベクトルを示す。 Here the superscript H is the Hermitian transpose operator. Also, a(θ u , φ v ) indicates a direction vector for incoming waves in the azimuth direction θ u and elevation angle direction φ v .

図9A及び図9Bは、図8に示す送受信アレーアンテナ配置(De=0.5λ、Dt=1.5λ、Dr=1λの場合)の水平方向及び垂直方向における指向性パターン(フーリエビームパターン。メインビーム:0°方向)をそれぞれ示す。 9A and 9B show directivity patterns in the horizontal and vertical directions (Fourier beam pattern. Main beam: 0° direction).

図9Aに示すように、水平方向において、メインビーム方向から±90°の角度範囲においてグレーティングローブが発生していないことが分かる。また、図9Bに示すように、垂直方向においてもグレーティングローブが発生しないビームパターンが形成されることが分かる。 As shown in FIG. 9A, in the horizontal direction, it can be seen that no grating lobes are generated in the angle range of ±90° from the main beam direction. Also, as shown in FIG. 9B, it can be seen that a beam pattern is formed in which no grating lobe is generated even in the vertical direction.

このような送受信アレーアンテナの配置を用いることで、方向推定部214における方向推定処理を行う際に、水平方向及び垂直方向の双方においてグレーティングローブによる誤検出の発生を除去することができる。 By using such a transmission/reception array antenna arrangement, it is possible to eliminate erroneous detection due to grating lobes in both the horizontal direction and the vertical direction when performing direction estimation processing in the direction estimation unit 214 .

よって、バリエーション1によれば、2次元に配置された、サブアレー構成のアレー素子を用いる場合でも、不要なグレーティングローブの発生を抑え、所望の指向性パターンを実現することができる。 Therefore, according to Variation 1, it is possible to suppress the generation of unnecessary grating lobes and realize a desired directivity pattern even when using two-dimensionally arranged array elements having a sub-array configuration.

なお、図8では、サブアレー素子の水平方向のサイズがDsubarry(>De)である場合について説明したが、バリエーション1は、サブアレー素子の垂直方向のサイズがDsubarry(>De)である場合にも同様に適用できる。この場合、送信アレーの垂直方向の配置において、送信アレーアンテナの素子間隔と、受信アレーアンテナの素子間隔との差(絶対値)が、グレーティングローブが発生しない所望の素子間隔と等しくなるように、送信アレーを配置すればよい。 In FIG. 8, the case in which the horizontal size of the subarray element is D subarry (>De) has been described. can be applied as well. In this case, in the vertical arrangement of the transmission array, the difference (absolute value) between the element spacing of the transmission array antenna and the element spacing of the reception array antenna is equal to the desired element spacing that does not generate grating lobes. All you have to do is place the transmit array.

(バリエーション2)
バリエーション2では、水平方向及び垂直方向の双方の到来方向推定を行う他の例について説明する。
(Variation 2)
Variation 2 describes another example in which direction-of-arrival estimation is performed in both the horizontal direction and the vertical direction.

具体的には、送信アレーアンテナにおいて、水平方向の素子間隔をDt(>De)とし、垂直方向の素子間隔を所望のアンテナ素子間隔Deとする場合、送信アレーアンテナにおいて、垂直方向で隣接し、水平方向に直線上に並べられた2つのサブアレー素子配列が、水平方向に所望のアンテナ素子間隔Deと同一の間隔分ずれて配置される。 Specifically, in the transmission array antenna, when the element spacing in the horizontal direction is Dt (>De) and the element spacing in the vertical direction is the desired antenna element spacing De, the transmission array antennas are adjacent in the vertical direction, Two subarray element arrays arranged in a straight line in the horizontal direction are arranged with a gap equal to the desired antenna element gap De in the horizontal direction.

図10は、Nt=6個の送信アンテナ106(Tx#1~Tx#6)から構成される送信アレーのアンテナ配置、Na=3個の受信アンテナ202(Rx#1、Rx#2、Rx#3)から構成される受信アレーのアンテナ配置、及び、これらの送受信アレーアンテナに基づいて構成される仮想受信アレー(素子数:Nt×Na=18個)のアンテナ配置を示す。 FIG. 10 shows the antenna arrangement of a transmitting array composed of Nt=6 transmitting antennas 106 (Tx#1 to Tx#6), Na=3 receiving antennas 202 (Rx#1, Rx#2, Rx# 3) and the antenna arrangement of a virtual reception array (number of elements: Nt×Na=18) constructed based on these transmission/reception array antennas.

図10では、送信アレーは、水平方向に2個、垂直方向に3個の2次元に各サブアレー素子が配置されている。 In FIG. 10, the transmission array has sub-array elements arranged two-dimensionally, two in the horizontal direction and three in the vertical direction.

また、図10においてサブアレー素子の水平方向におけるサイズをDsubarryとし、サブアレー素子の垂直方向におけるサイズをDe以下とする。つまり、アンテナ素子のサイズは、水平方向において所望のアンテナ素子間隔Deより大きく、垂直方向において所望のアンテナ素子間隔De以下である。 In FIG. 10, the size of the subarray element in the horizontal direction is Dsubarry , and the size of the subarray element in the vertical direction is De or less. That is, the size of the antenna elements is larger than the desired antenna element spacing De in the horizontal direction and equal to or less than the desired antenna element spacing De in the vertical direction.

図10では、図8と同様、所望のアンテナ素子間隔De=λ/2とし、送信アレーアンテナの水平方向のサブアレー素子間隔Dtを1.5λとし、送信アレーアンテナの垂直方向の素子間隔をDeとする。また、受信アレーアンテナの水平方向のサブアレー素子間隔Dr=λとする。 In FIG. 10, similarly to FIG. 8, the desired antenna element spacing De is λ/2, the horizontal sub-array element spacing Dt of the transmission array antenna is 1.5λ, and the vertical transmission array antenna element spacing is De. . In addition, it is assumed that the sub-array element spacing in the horizontal direction of the receiving array antenna is Dr=λ.

バリエーション1(図8)と同様、図10に示すように、水平方向において、送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Dtと、受信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Drとの差の絶対値は、所望のアンテナ素子間隔Deと同一である。また、図10に示すように、垂直方向において、送信アレーアンテナの素子間隔は、所望のアンテナ素子間隔Deと同一である。 As in variation 1 (FIG. 8), as shown in FIG. 10, in the horizontal direction, the absolute value of the difference between the subarray element spacing Dt of the transmitting array antenna and the subarray element spacing Dr of the receiving array antenna is the desired antenna element Identical to interval De. Also, as shown in FIG. 10, in the vertical direction, the element spacing of the transmission array antenna is the same as the desired antenna element spacing De.

更に、図10では、送信アレーアンテナの垂直方向においてアンテナ素子間隔De離れた送信アンテナ106同士(垂直方向に隣接する送信アンテナ106同士)が、水平方向においてアンテナ素子間隔Deと同一間隔ずれて配置される。換言すると、送信アレーアンテナにおいて、垂直方向で隣接し、水平方向に直線上に並べられた2つのサブアレー素子配列が、水平方向に所望の素子間隔と同一間隔ずれて配置される。 Furthermore, in FIG. 10, the transmitting antennas 106 separated by the antenna element spacing De in the vertical direction of the transmitting array antenna (transmitting antennas 106 adjacent in the vertical direction) are arranged at the same spacing as the antenna element spacing De in the horizontal direction. be. In other words, in the transmission array antenna, two subarray element arrays that are adjacent in the vertical direction and linearly arranged in the horizontal direction are arranged with the same spacing as the desired element spacing in the horizontal direction.

例えば、図10に示す送信アンテナTx#1、Tx#2の配列(すなわち、サブアレー素子配列。以下同様)と、当該配列に垂直方向で隣接する送信アンテナT#3、Tx#4の配列とは、アンテナ素子間隔Deと同一間隔ずれて配置されている。同様に、送信アンテナTx#3、Tx#4の配列と、当該配列に垂直方向で隣接する送信アンテナT#5、T#6の配列とは、水平方向にアンテナ素子間隔Deと同一間隔ずれて配置されている。 For example, the arrangement of transmitting antennas Tx#1 and Tx#2 shown in FIG. 10 (that is, subarray element arrangement; the same shall apply hereinafter) and the arrangement of transmitting antennas T#3 and Tx#4 adjacent to the arrangement in the vertical direction are , are shifted at the same interval as the antenna element interval De. Similarly, the array of transmitting antennas Tx#3 and Tx#4 and the array of transmitting antennas T#5 and T#6 vertically adjacent to the array are shifted in the horizontal direction by the same interval as the antenna element interval De. are placed.

図10では、水平方向において、仮想受信アレーの中心付近(端部以外)の素子間隔が、所望のアンテナ素子間隔De(=|Dt-Dr|=λ/2)となる。また、図10に示すように、垂直方向において、仮想受信アレーの素子間隔は、送信アレーの垂直方向の素子間隔と同様、所望のアンテナ素子間隔Deとなる。すなわち、仮想受信アレーでは、レーダ検知角範囲においてグレーティングローブが発生しないアレー配置が得られる。 In FIG. 10, in the horizontal direction, the element spacing near the center of the virtual receiving array (other than the ends) is the desired antenna element spacing De (=|Dt-Dr|=λ/2). Also, as shown in FIG. 10, in the vertical direction, the element spacing of the virtual reception array is the desired antenna element spacing De, similar to the vertical element spacing of the transmission array. That is, in the virtual receiving array, an array arrangement is obtained in which no grating lobe occurs in the radar detection angle range.

更に、図10に示すように、仮想受信アレーの垂直方向において、中央(2段目)のアレー素子の配列が、他のアレー素子(1段目及び3段目)のアレー素子の配列と比較して、水平方向にDeずれて配置される。これにより、図10では、バリエーション1(図8)と比較して、仮想受信アレーが配置される2次元平面におけるアンテナ素子の間隔がより密接になる。これにより、仮想受信アレーでは、サイドローブレベルの低減が可能となる。 Furthermore, as shown in FIG. 10, in the vertical direction of the virtual receiving array, the arrangement of the central (second stage) array element is compared with the arrangements of the other array elements (first and third stages). are arranged with a horizontal shift of De. As a result, in FIG. 10, the antenna elements are more closely spaced in the two-dimensional plane in which the virtual receiving array is arranged compared to Variation 1 (FIG. 8). This allows the virtual receive array to reduce the side lobe level.

図11A及び図11Bは、図10に示す送受信アレーアンテナ配置(De=0.5λ、Dt=1.5λ、Dr=λの場合)の水平方向及び垂直方向における指向性パターン(フーリエビームパターン。メインビーム:0°方向)をそれぞれ示す。 11A and 11B show directivity patterns (Fourier beam patterns) in the horizontal and vertical directions of the transmission/reception array antenna arrangement (when De=0.5λ, Dt=1.5λ, and Dr=λ) shown in FIG. 0° direction).

図11Aに示すように、水平方向において、メインビーム方向から±90°の角度範囲においてグレーティングローブが発生していないことが分かる。また、図11Bに示すように、垂直方向においてもグレーティングローブが発生しないビームパターンが形成されることが分かる。 As shown in FIG. 11A, it can be seen that in the horizontal direction, no grating lobes are generated in the angular range of ±90° from the main beam direction. In addition, as shown in FIG. 11B, it can be seen that a beam pattern in which no grating lobe occurs also in the vertical direction is formed.

更に、バリエーション1(図9A)と比較すると、図11Aに示すように、水平方向の指向性パターンにおいてサイドローブレベルが低減されていることが分かる。 Furthermore, compared with Variation 1 (FIG. 9A), it can be seen that the sidelobe level is reduced in the horizontal directivity pattern, as shown in FIG. 11A.

このような送受信アレーアンテナの配置を用いることで、方向推定部214における方向推定処理を行う際に、水平方向及び垂直方向の双方において、グレーティングローブ及びサイドローブによる誤検出の発生を除去することができる。 By using such an arrangement of the transmitting/receiving array antennas, it is possible to eliminate erroneous detection due to grating lobes and side lobes in both the horizontal direction and the vertical direction when performing direction estimation processing in the direction estimation unit 214. can.

よって、バリエーション2によれば、2次元に配置された、サブアレー構成のアレー素子を用いる場合でも、不要なグレーティングローブの発生、及び、サイドローブレベルを抑え、所望の指向性パターンを実現することができる。 Therefore, according to Variation 2, even when using two-dimensionally arranged array elements having a sub-array configuration, generation of unnecessary grating lobes and side lobe levels can be suppressed, and a desired directivity pattern can be realized. can.

(バリエーション3)
バリエーション3では、水平方向及び垂直方向の双方の到来方向推定を行う他の例について説明する。
(Variation 3)
Variation 3 describes another example in which direction-of-arrival estimation is performed in both the horizontal direction and the vertical direction.

具体的には、送信アレーアンテナにおいて、垂直方向で隣接し、水平方向に直線上に並べられたサブアレー素子配列の間隔が所望のアンテナ素子間隔Deに定数αを乗算した間隔であり、かつ、垂直方向で隣接し、水平方向に直線上に並べられた2つのサブアレー素子配列が、水平方向に所望のアンテナ素子間隔Deに定数βを乗算した間隔ずれて配置される。 Specifically, in the transmission array antenna, the interval between the subarray element arrays adjacent in the vertical direction and linearly arranged in the horizontal direction is the interval obtained by multiplying the desired antenna element interval De by a constant α. Two sub-array element arrays adjacent to each other in the direction and linearly aligned in the horizontal direction are displaced in the horizontal direction by an interval obtained by multiplying a desired antenna element interval De by a constant β.

図12は、Nt=6個の送信アンテナ106(Tx#1~Tx#6)から構成される送信アレーのアンテナ配置、Na=3個の受信アンテナ202(Rx#1、Rx#2、Rx#3)から構成される受信アレーのアンテナ配置、及び、これらの送受信アレーアンテナに基づいて構成される仮想受信アレー(素子数:Nt×Na=18個)のアンテナ配置を示す。 FIG. 12 shows the antenna arrangement of a transmitting array composed of Nt=6 transmitting antennas 106 (Tx#1 to Tx#6), Na=3 receiving antennas 202 (Rx#1, Rx#2, Rx# 3) and the antenna arrangement of a virtual reception array (number of elements: Nt×Na=18) constructed based on these transmission/reception array antennas.

図12では、送信アレーは、水平方向に2個、垂直方向に3個の2次元に各サブアレー素子が配置されている。 In FIG. 12, the transmission array has sub-array elements arranged two-dimensionally, two in the horizontal direction and three in the vertical direction.

また、図12においてサブアレー素子の水平方向におけるサイズをDsubarryとし、サブアレー素子の垂直方向におけるサイズをDe以下とする。つまり、アンテナ素子のサイズは、水平方向において所望のアンテナ素子間隔Deより大きく、垂直方向において所望のアンテナ素子間隔De以下である。 In FIG. 12, the size of the subarray element in the horizontal direction is Dsubarry , and the size of the subarray element in the vertical direction is De or less. That is, the size of the antenna elements is larger than the desired antenna element spacing De in the horizontal direction and equal to or less than the desired antenna element spacing De in the vertical direction.

図12は、図8と同様、所望のアンテナ素子間隔De=λ/2とし、送信アレーアンテナの水平方向のサブアレー素子間隔Dt=1.5λとし、受信アレーアンテナの水平方向のサブアレー素子間隔Dr=λとする。また、受信アレーアンテナの水平方向のサブアレー素子間隔Dr=λとする。 In FIG. 12, as in FIG. 8, the desired antenna element spacing De=λ/2, the horizontal sub-array element spacing of the transmitting array antenna Dt=1.5λ, and the horizontal sub-array element spacing Dr=λ of the receiving array antenna. and In addition, it is assumed that the sub-array element spacing in the horizontal direction of the receiving array antenna is Dr=λ.

バリエーション1、2(図8、図10)と同様、図12に示すように、水平方向において、送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Dtと、受信アレーアンテナのサブアレー素子間隔Drとの差の絶対値は、所望のアンテナ素子間隔Deと同一である。 As in variations 1 and 2 (FIGS. 8 and 10), as shown in FIG. 12, in the horizontal direction, the absolute value of the difference between the subarray element spacing Dt of the transmitting array antenna and the subarray element spacing Dr of the receiving array antenna is , is the same as the desired antenna element spacing De.

一方、図12に示すように、垂直方向において、送信アレーアンテナの素子間隔は、所望のアンテナ素子間隔Deに定数αを乗算した間隔αDeとなる。 On the other hand, as shown in FIG. 12, in the vertical direction, the element spacing of the transmission array antenna is the spacing αDe obtained by multiplying the desired antenna element spacing De by a constant α.

また、図12では、送信アレーアンテナの垂直方向において素子間隔αDe離れた送信アンテナ106同士(垂直方向に隣接する送信アンテナ106同士)が、水平方向において所望のアンテナ素子間隔Deに定数βを乗算した間隔βDeずれて配置される。換言すると、送信アレーアンテナにおいて、垂直方向で隣接し、水平方向に直線上に並べられた2つのサブアレー素子配列が、水平方向に所望の素子間隔のβ倍の間隔ずれて配置される。 Also, in FIG. 12, the transmitting antennas 106 separated by the element spacing αDe in the vertical direction of the transmitting array antenna (transmitting antennas 106 adjacent in the vertical direction) are obtained by multiplying the desired antenna element spacing De in the horizontal direction by a constant β. They are arranged with an interval βDe. In other words, in the transmission array antenna, two sub-array element arrays that are adjacent in the vertical direction and linearly arranged in the horizontal direction are arranged with an interval of β times the desired element interval in the horizontal direction.

例えば、図12に示す送信アンテナTx#1、Tx#2の配列と、当該配列に垂直方向で隣接する送信アンテナT#3、Tx#4の配列とは、間隔βDeずれて配置されている。同様に、送信アンテナTx#3、Tx#4の配列と、当該配列に垂直方向で隣接する送信アンテナT#5、T#6の配列とは、水平方向に間隔βDeずれて配置されている。 For example, the array of transmitting antennas Tx#1 and Tx#2 shown in FIG. 12 and the array of transmitting antennas T#3 and Tx#4 adjacent to the array in the vertical direction are arranged with a gap of βDe. Similarly, the array of transmitting antennas Tx#3 and Tx#4 and the array of transmitting antennas T#5 and T#6 vertically adjacent to the array are arranged with an interval βDe in the horizontal direction.

例えば、α=(3)0.5/2≒0.866であり、β=0.5である。 For example, α=(3) 0.5 /2≈0.866 and β=0.5.

図12では、水平方向において、仮想受信アレーの中心付近(端部以外)の素子間隔が、所望のアンテナ素子間隔De(=|Dt-Dr|=λ/2)となる。 In FIG. 12, in the horizontal direction, the element spacing near the center of the virtual receiving array (other than the ends) is the desired antenna element spacing De (=|Dt-Dr|=λ/2).

また、図12に示すように、垂直方向において、仮想受信アレーの素子間隔は、送信アレーの垂直方向の素子間隔と同様、αDe(=(3)0.5De)となる。 Also, as shown in FIG. 12, in the vertical direction, the element spacing of the virtual reception array is αDe (=(3) 0.5 De), similar to the vertical element spacing of the transmission array.

すなわち、仮想受信アレーでは、レーダ検知角範囲においてグレーティングローブが発生しないアレー配置が得られる。 That is, in the virtual receiving array, an array arrangement is obtained in which no grating lobe occurs in the radar detection angle range.

更に、図12に示すように、仮想受信アレーの垂直方向において、中央(2段目)のアレー素子の配列が、他のアレー素子(1段目及び3段目)のアレー素子の配列と比較して、水平方向にβDe(=0.5De)ずれて配置される。 Furthermore, as shown in FIG. 12, in the vertical direction of the virtual receiving array, the arrangement of the central (second stage) array element is compared with the arrangements of the other array elements (first and third stages). are arranged with a horizontal shift of βDe (=0.5De).

これにより、図12では、バリエーション2(図10)と同様、バリエーション1(図8)と比較して、仮想受信アレーが配置される2次元平面におけるアンテナ素子の間隔がより密接になる。これにより、仮想受信アレーでは、サイドローブレベルの低減が可能となる。 As a result, in FIG. 12, similar to Variation 2 (FIG. 10), compared to Variation 1 (FIG. 8), the spacing between the antenna elements in the two-dimensional plane on which the virtual receiving array is arranged becomes closer. This allows the virtual receive array to reduce the side lobe level.

ここで、図12に示すように、仮想受信アレーの中心付近では、仮想受信アレーが配置される2次元平面において隣接する3個のアンテナ素子のそれぞれの間隔が所望のアンテナ素子間隔Deとなる。換言すると、仮想受信アレーが配置される2次元平面において隣接する3個のアレー素子を結ぶ直線は、1辺をアンテナ素子間隔Deとする正三角形を形成する。正三角形格子配置は、同じ開口長の方形格子配置に比べ、グレーティングローブ抑圧性能が高いため、バリエーション2と比較して、グレーティングローブ、サイドローブのレベルをより低減させることができる。 Here, as shown in FIG. 12, near the center of the virtual receiving array, the distance between three adjacent antenna elements on the two-dimensional plane on which the virtual receiving array is arranged is the desired antenna element distance De. In other words, a straight line connecting three adjacent array elements on the two-dimensional plane on which the virtual receiving array is arranged forms an equilateral triangle whose one side is the antenna element interval De. The equilateral triangular lattice arrangement has higher grating lobe suppression performance than the rectangular lattice arrangement with the same aperture length.

つまり、定数α、βは、垂直方向及び水平方向の2次元において隣接する3個のアレー素子の互いの素子間隔が所望のアンテナ素子間隔De(1辺をDeとする正三角形状)となるように設定されればよい。 That is, the constants α and β are set so that the element spacing between three adjacent array elements in two dimensions in the vertical and horizontal directions is the desired antenna element spacing De (an equilateral triangle with one side De). should be set to

図13A及び図13Bは、図12に示す送受信アレーアンテナ配置(De=0.5λ、Dt=1.5λ、Dr=1λ、α=(3)0.5/2、β=0.5)の水平方向及び垂直方向における指向性パターン(フーリエビームパターン。メインビーム:0°方向)をそれぞれ示す。 13A and 13B show the horizontal and vertical directions of the transmission/reception array antenna arrangement (De=0.5λ, Dt=1.5λ, Dr=1λ, α=(3) 0.5 /2, β=0.5) shown in FIG. A directivity pattern (Fourier beam pattern, main beam: 0° direction) is shown.

図13Aに示すように、水平方向において、メインビーム方向から±90°の角度範囲においてグレーティングローブが発生していないことが分かる。また、図13Bに示すように、垂直方向においてもグレーティングローブが発生しないビームパターンが形成されることが分かる。 As shown in FIG. 13A, in the horizontal direction, no grating lobes are generated in the angle range of ±90° from the main beam direction. In addition, as shown in FIG. 13B, it can be seen that a beam pattern in which no grating lobe occurs also in the vertical direction is formed.

更に、バリエーション1(図9A)と比較すると、図13Aに示すように、水平方向の指向性パターンにおいてサイドローブレベルが低減されていることが分かる。 Furthermore, when compared with Variation 1 (FIG. 9A), it can be seen that the side lobe level is reduced in the horizontal directivity pattern as shown in FIG. 13A.

また、バリエーション2(図11A)と比較すると、図13Aに示すように、水平方向の指向性パターンのうち、メインローブに最も近接した方向(図13Aでは±30°方向)に現れるサイドローブレベルが低減されていることが分かる。 Also, when compared with Variation 2 (FIG. 11A), as shown in FIG. It turns out that it is reduced.

このような送受信アレーアンテナの配置を用いることで、方向推定部214における方向推定処理を行う際に、水平方向及び垂直方向の双方において、グレーティングローブ及びサイドローブによる誤検出の発生を除去することができる。 By using such an arrangement of the transmitting/receiving array antennas, it is possible to eliminate erroneous detection due to grating lobes and side lobes in both the horizontal direction and the vertical direction when performing direction estimation processing in the direction estimation unit 214. can.

よって、バリエーション3によれば、2次元に配置された、サブアレー構成のアレー素子を用いる場合でも、不要なグレーティングローブの発生、及び、サイドローブレベルを抑え、所望の指向性パターンを実現することができる。 Therefore, according to Variation 3, even when using two-dimensionally arranged array elements having a sub-array configuration, generation of unnecessary grating lobes and side lobe levels can be suppressed, and a desired directivity pattern can be realized. can.

以上、本開示の一態様に係る実施の形態について説明した。 The embodiment according to one aspect of the present disclosure has been described above.

なお、上記実施の形態、及び、各変形例に係る動作を適宜組み合わせて実施してもよい。 Note that the operations according to the above-described embodiment and each modification may be appropriately combined and implemented.

また、上記実施の形態では、送信アンテナ106の個数Nt=2又は3、及び、受信アンテナ202の個数Na=3の場合について例示した。しかし、送信アンテナ106の個数Nt及び受信アンテナ202の個数Naは、これらの個数に限定されるものではない。 Further, in the above embodiment, the case where the number of transmitting antennas 106 Nt=2 or 3 and the number of receiving antennas 202 Na=3 has been exemplified. However, the number Nt of transmitting antennas 106 and the number Na of receiving antennas 202 are not limited to these numbers.

また、上記実施の形態では、送信アンテナ106及び受信アンテナ202が2個のアンテナ素子から成るサブアレー素子である場合について説明したが、送信アンテナ106及び受信アンテナ202の各々を構成するアンテナ素子は、3個以上の素子から構成されてもよい。 Further, in the above embodiment, a case has been described in which the transmitting antenna 106 and the receiving antenna 202 are sub-array elements composed of two antenna elements. It may be composed of more than one element.

また、上記実施の形態のバリエーション1~3において、送信アレーアンテナが水平方向及び垂直方向の2次元に配置され、受信アレーアンテナが水平方向の1次元に配置される場合について説明した。しかし、本開示は、受信アレーアンテナが2次元に配置され、送信アレーアンテナが1次元に配置されてもよい。この場合、上述した送信アレーアンテナにおけるサブアレー素子の配置を、受信アレーアンテナにおけるサブアレー素子の配置に適用すればよい。 Also, in variations 1 to 3 of the above embodiment, the case where the transmission array antennas are arranged two-dimensionally in the horizontal direction and the vertical direction, and the reception array antennas are arranged in the one-dimensional direction in the horizontal direction has been described. However, the present disclosure may have the receive array antennas arranged in two dimensions and the transmit array antennas arranged in one dimension. In this case, the arrangement of the subarray elements in the transmission array antenna described above may be applied to the arrangement of the subarray elements in the reception array antenna.

また、上記実施の形態では、アンテナ素子のサイズが、水平方向において所望のアンテナ素子間隔Deより大きく、垂直方向において所望のアンテナ素子間隔De以下である場合について説明したが、アンテナ素子のサイズは、垂直方向において所望のアンテナ素子間隔Deより大きく、水平方向において所望のアンテナ素子間隔De以下であってもよい。この場合、上述した送受信アレーアンテナにおけるサブアレー素子の配置について、水平方向と垂直方向とを入れ替えればよい。 Further, in the above embodiment, the case where the size of the antenna elements is larger than the desired antenna element spacing De in the horizontal direction and equal to or less than the desired antenna element spacing De in the vertical direction has been described. It may be larger than the desired antenna element spacing De in the vertical direction and less than or equal to the desired antenna element spacing De in the horizontal direction. In this case, the arrangement of the subarray elements in the transmission/reception array antenna described above may be switched between the horizontal direction and the vertical direction.

また、上記実施の形態では、符号化パルスレーダを用いる場合について説明したが、本開示は、チャープ(Chirp)パルスレーダ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。 Also, in the above embodiment, the case of using a coded pulse radar has been described, but the present disclosure is also applicable to a radar system using a frequency-modulated pulse wave, such as a chirp pulse radar.

また、図2に示すレーダ装置10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。 In addition, in the radar device 10 shown in FIG. 2, the radar transmission section 100 and the radar reception section 200 may be individually arranged at physically separated locations.

なお、レーダ装置において、レーダ送信部で、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を送出し、レーダ受信部で、各送信信号を分離して受信処理を行う構成を示したが、レーダ装置の構成は、これに限定されず、レーダ送信部で、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を送出し、レーダ受信部で、各送信信号を分離して受信処理を行う構成でもよい。また、同様に、レーダ装置の構成は、レーダ送信部で複数の送信アンテナから時分割多重された送信信号を送出し、レーダ受信部で、受信処理を行う構成でもよく、上記実施の形態と同様な効果が得られる。 In addition, in the radar device, the radar transmission unit transmits different transmission signals that are code division multiplexed from a plurality of transmission antennas, and the radar reception unit separates each transmission signal and performs reception processing. The configuration of the radar device is not limited to this, and the radar transmission unit transmits different transmission signals that are frequency division multiplexed from a plurality of transmission antennas, and the radar reception unit separates each transmission signal and performs reception processing. may be configured. Similarly, the configuration of the radar apparatus may be a configuration in which the radar transmission section transmits time-division multiplexed transmission signals from a plurality of transmission antennas, and the radar reception section performs reception processing, as in the above embodiment. effect is obtained.

また、レーダ装置10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)等の記憶媒体、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。 Although not shown, the radar device 10 has, for example, a CPU (Central Processing Unit), a storage medium such as a ROM (Read Only Memory) storing a control program, and a working memory such as a RAM (Random Access Memory). . In this case, the functions of the respective units described above are realized by the CPU executing the control program. However, the hardware configuration of the radar device 10 is not limited to this example. For example, each functional unit of the radar device 10 may be realized as an IC (Integrated Circuit), which is an integrated circuit. Each functional unit may be individually integrated into one chip, or may be integrated into one chip so as to include part or all of it.

<本開示のまとめ>
本開示のレーダ装置は、所定の送信周期にてレーダ信号を送信アレーアンテナを用いて送信するレーダ送信部と、前記レーダ信号がターゲットに反射された反射波信号を受信アレーアンテナを用いて受信するレーダ受信部と、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は、それぞれ、複数のサブアレー素子を含み、前記複数のサブアレー素子は、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナにおいて、第1の方向の直線上に配置され、前記各サブアレー素子は、複数のアンテナ素子を含み、前記サブアレー素子のサイズは、前記第1の方向において、所望のアンテナ素子間隔より大きく、前記送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔と、前記受信アレーアンテナのサブアレー素子間隔との差の絶対値は、前記所望のアンテナ素子間隔と同一である。
<Summary of this disclosure>
A radar apparatus according to the present disclosure includes a radar transmitter that transmits a radar signal at a predetermined transmission cycle using a transmission array antenna, and a reception array antenna that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target. and a radar receiver, wherein the transmission array antenna and the reception array antenna each include a plurality of subarray elements, and the plurality of subarray elements in the transmission array antenna and the reception array antenna have a first arranged on a straight line in a direction, each of said sub-array elements comprising a plurality of antenna elements, the size of said sub-array elements being larger than a desired antenna element spacing in said first direction, and sub-array elements of said transmitting array antenna The absolute value of the difference between the spacing and the sub-array element spacing of the receiving array antenna is the same as the desired antenna element spacing.

また、本開示のレーダ装置において、前記所望のアンテナ素子間隔は、0.5波長以上、0.75波長以下である。 Further, in the radar device of the present disclosure, the desired antenna element spacing is 0.5 wavelength or more and 0.75 wavelength or less.

また、本開示のレーダ装置において、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何れか一方において、前記複数のサブアレー素子は、さらに、前記第1の方向に直交する第2の方向に配置され、前記サブアレー素子のサイズは、前記第1の方向において前記所望のアンテナ素子間隔より大きく、前記第2の方向において前記所望のアンテナ素子間隔以下である場合、前記第1の方向において、前記送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔と、前記受信アレーアンテナのサブアレー素子間隔との差の絶対値は前記所望のアンテナ素子間隔と同一であり、前記第2の方向において、前記サブアレー素子の間隔は、前記所望のアンテナ素子間隔と同一である。 Further, in the radar apparatus of the present disclosure, in either one of the transmission array antenna and the reception array antenna, the plurality of subarray elements are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and If the subarray element size is larger than the desired antenna element spacing in the first direction and is equal to or smaller than the desired antenna element spacing in the second direction, An absolute value of a difference between a subarray element spacing and a subarray element spacing of the receiving array antenna is the same as the desired antenna element spacing, and in the second direction, the subarray element spacing is equal to the desired antenna element spacing. Identical to interval.

また、本開示のレーダ装置において、前記第2の方向に配置された前記複数のサブアレー素子は、前記第1の方向に前記所望のアンテナ素子間隔と同一の間隔がシフトされて配置される。 Also, in the radar apparatus of the present disclosure, the plurality of subarray elements arranged in the second direction are arranged with the same spacing as the desired antenna element spacing shifted in the first direction.

また、本開示のレーダ装置において、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何れか一方において、前記複数のサブアレー素子は、さらに、前記第1の方向に直交する第2の方向に配置され、前記サブアレー素子のサイズは、前記第1の方向において前記所望のアンテナ素子間隔より大きく、前記第2の方向において前記所望のアンテナ素子間隔以下である場合、前記第1の方向において、前記送信アレーアンテナのサブアレー素子間隔と、前記受信アレーアンテナのサブアレー素子間隔との差の絶対値は前記所望の素子間隔と同一であり、前記第2の方向において、前記サブアレー素子の間隔は、前記所望のアンテナ素子間隔の((√3)/2)倍の長さであり、前記第2の方向に配置された前記複数のサブアレー素子は、前記第1の方向に前記所望のアンテナ素子間隔の(1/2)倍の間隔がシフトされて配置される。 Further, in the radar apparatus of the present disclosure, in either one of the transmission array antenna and the reception array antenna, the plurality of subarray elements are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and When the size of the subarray elements is larger than the desired antenna element spacing in the first direction and equal to or less than the desired antenna element spacing in the second direction, The absolute value of the difference between the subarray element spacing and the subarray element spacing of the receiving array antenna is the same as the desired element spacing, and in the second direction, the subarray element spacing is equal to the desired antenna element spacing. ((√3)/2) times the length of the plurality of sub-array elements arranged in the second direction is (1/2) the desired antenna element spacing in the first direction. Double spacing is shifted and arranged.

以上、図面を参照しながら各種の実施形態(各バリエーション)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、各種の変更例また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、上記実施形態(各バリエーション)における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 Various embodiments (variations) have been described above with reference to the drawings, but it goes without saying that the present disclosure is not limited to such examples. It is obvious that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope described in the claims, and these also belong to the technical scope of the present disclosure. Understood. Also, the constituent elements in the above-described embodiments (variations) may be combined arbitrarily within the scope of the disclosure.

上記各実施形態では、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-described embodiments, the present disclosure has been described as an example configured using hardware, but the present disclosure can also be realized by software in cooperation with hardware.

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。 Also, each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically implemented as an LSI, which is an integrated circuit. The integrated circuit may control each functional block used in the description of the above embodiments and may have inputs and outputs. These may be made into one chip individually, or may be made into one chip so as to include part or all of them. Although LSI is used here, it may also be called IC, system LSI, super LSI, or 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、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能な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。 Also, the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be implemented using a dedicated circuit or a general-purpose processor. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after LSI manufacturing, and a reconfigurable processor (Reconfigurable Processor) that can reconfigure connections or settings 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。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。 Furthermore, if an integration technology that replaces the LSI appears due to advances in semiconductor technology or another derived technology, the technology may naturally be used to integrate the functional blocks. Application of biotechnology, etc. is possible.

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 レーダ装置
100 レーダ送信部
200 レーダ受信部
300 基準信号生成部
400 制御部
101,101a レーダ送信信号生成部
102 符号生成部
103 変調部
104 LPF
105 送信無線部
106 送信アンテナ
111 符号記憶部
112 DA変換部
201 アンテナ系統処理部
202 受信アンテナ
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 分離部
211 相関演算部
212 加算部
213 ドップラー周波数解析部
214 方向推定部
REFERENCE SIGNS LIST 10 radar device 100 radar transmitter 200 radar receiver 300 reference signal generator 400 controller 101, 101a radar transmission signal generator 102 code generator 103 modulator 104 LPF
105 Transmission radio section 106 Transmission antenna 111 Code storage section 112 DA conversion section 201 Antenna system processing section 202 Reception antenna 203 Reception radio section 204 Amplifier 205 Frequency converter 206 Quadrature detector 207 Signal processing section 208, 209 AD conversion section 210 Separation section 211 Correlation calculator 212 Adder 213 Doppler frequency analyzer 214 Direction estimator

Claims (10)

送信アレーアンテナと、
受信アレーアンテナと、
レーダ信号を前記送信アレーアンテナを用いて送信するレーダ送信部と、
前記レーダ信号がターゲットに反射された反射波信号を前記受信アレーアンテナを用いて受信するレーダ受信部と、
を具備し、
前記送信アレーアンテナは、複数の送信アンテナを含み、
前記受信アレーアンテナは、複数の受信アンテナを含み、
前記複数の送信アンテナは、第1の方向の異なる位置に配置され、
前記複数の受信アンテナは、前記第1の方向の異なる位置に配置され、
前記複数の送信アンテナのうち隣り合う2つの送信アンテナの間隔は、前記第1の方向にて、1波長以上であり、
前記複数の受信アンテナのうち隣り合う2つの受信アンテナの間隔は、前記第1の方向にて、1波長以上であり、
前記隣り合う2つの送信アンテナの間隔と前記隣り合う2つの受信アンテナの間隔との差の絶対値は、前記第1の方向において、0.5波長以上、0.75波長以下であり、
前記複数の送信アンテナおよび前記複数の受信アンテナの少なくとも1つは、前記第1の方向に配置された複数のアンテナ素子を含む、
レーダ装置。
a transmitting array antenna;
a receiving array antenna;
a radar transmitter that transmits a radar signal using the transmission array antenna;
a radar receiver that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target using the reception array antenna;
and
the transmit array antenna includes a plurality of transmit antennas;
the receiving array antenna includes a plurality of receiving antennas;
The plurality of transmitting antennas are arranged at different positions in a first direction,
The plurality of receiving antennas are arranged at different positions in the first direction,
An interval between two adjacent transmitting antennas among the plurality of transmitting antennas is one wavelength or more in the first direction,
An interval between two adjacent receiving antennas among the plurality of receiving antennas is one wavelength or more in the first direction,
the absolute value of the difference between the interval between the two adjacent transmitting antennas and the interval between the two adjacent receiving antennas is 0.5 wavelength or more and 0.75 wavelength or less in the first direction;
at least one of the plurality of transmit antennas and the plurality of receive antennas includes a plurality of antenna elements arranged in the first direction;
radar equipment.
前記第1の方向に配置された複数のアンテナ素子を含む、前記複数の送信アンテナおよび前記複数の受信アンテナの少なくとも1つは、第1方向のサイズが、前記隣り合う2つの送信アンテナの間隔と前記隣り合う2つの受信アンテナの間隔との差の絶対値よりも、大きい、
請求項1記載のレーダ装置。
At least one of the plurality of transmitting antennas and the plurality of receiving antennas, including the plurality of antenna elements arranged in the first direction, has a size in the first direction equal to the spacing between the two adjacent transmitting antennas. greater than the absolute value of the difference between the distances between the two adjacent receiving antennas;
The radar system according to claim 1.
前記第1の方向に配置された複数のアンテナ素子を含む、前記複数の送信アンテナおよび前記複数の受信アンテナの少なくとも1つは、第1方向のサイズが、前記隣り合う2つの送信アンテナの間隔と前記隣り合う2つの受信アンテナの間隔とのうち最も狭い間隔よりも、小さい、
請求項1または2に記載のレーダ装置。
At least one of the plurality of transmitting antennas and the plurality of receiving antennas, including the plurality of antenna elements arranged in the first direction, has a size in the first direction equal to the spacing between the two adjacent transmitting antennas. smaller than the narrowest interval between the two adjacent receiving antennas;
3. The radar device according to claim 1 or 2.
前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナとによる仮想受信アレーアンテナは、複数の仮想受信アンテナを有し、
前記複数の仮想受信アンテナのうち隣り合う2つの仮想受信アンテナ間隔の少なくとも1つは、前記第1の方向にて、0.5波長以上0.75波長以下である、
請求項1から3までのいずれか1つに記載のレーダ装置。
A virtual receiving array antenna formed by the transmitting array antenna and the receiving array antenna has a plurality of virtual receiving antennas,
At least one of two adjacent virtual reception antenna intervals among the plurality of virtual reception antennas is 0.5 wavelength or more and 0.75 wavelength or less in the first direction.
Radar device according to any one of claims 1 to 3.
前記波長は、前記レーダ信号の周波数によって定まる、
請求項1から4までのいずれか1項に記載のレーダ装置。
the wavelength is determined by the frequency of the radar signal;
Radar device according to any one of claims 1 to 4.
第1のアレーアンテナと、
第2のアレーアンテナと、
レーダ信号を前記第1のアレーアンテナおよび前記第2のアレーアンテナの一方を用いて送信するレーダ送信部と、
前記レーダ信号がターゲットに反射された反射波信号を前記第1のアレーアンテナおよび前記第2のアレーアンテナの他方を用いて受信するレーダ受信部と、
を具備し、
前記第1のアレーアンテナは、複数の第1のアンテナを含み、
前記複数の第1のアンテナのそれぞれは、第1の方向の異なる位置に配置され、
前記第2のアレーアンテナは、複数の第2のアンテナを含み、
前記複数の第2のアンテナのそれぞれは、前記第1の方向の異なる位置に配置され、
前記複数の第1のアンテナうち隣り合う2つの第1のアンテナの間隔は、前記第1の方向にて、1波長以上であり、
前記複数の第2のアンテナのうち隣り合う2つの第2のアンテナの間隔は、前記第1の方向にて、1波長以上であり、
前記隣り合う2つの第1のアンテナの間隔と前記隣り合う2つの第2のアンテナの間隔との差の絶対値は、前記第1の方向において、0.5波長以上、0.75波長以下であるものを含み、
前記複数の第1のアンテナおよび前記複数の第2のアンテナの少なくとも1つは、前記第1の方向に配置された複数のアンテナ素子を含む、
レーダ装置。
a first array antenna;
a second array antenna;
a radar transmitter that transmits a radar signal using one of the first array antenna and the second array antenna;
a radar receiver that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target using the other of the first array antenna and the second array antenna;
and
The first array antenna includes a plurality of first antennas,
Each of the plurality of first antennas is arranged at a different position in a first direction,
the second array antenna includes a plurality of second antennas,
Each of the plurality of second antennas is arranged at a different position in the first direction,
The distance between two adjacent first antennas among the plurality of first antennas is one wavelength or more in the first direction,
an interval between two adjacent second antennas among the plurality of second antennas is one wavelength or more in the first direction;
The absolute value of the difference between the interval between the two adjacent first antennas and the interval between the two adjacent second antennas is 0.5 wavelength or more and 0.75 wavelength or less in the first direction. including something
at least one of the plurality of first antennas and the plurality of second antennas includes a plurality of antenna elements arranged in the first direction;
radar equipment.
前記第1の方向に配置された複数のアンテナ素子を含む、前記複数の第1のアンテナおよび前記複数の第2のアンテナの少なくとも1つは、第1方向のサイズが、前記隣り合う2つの第1のアンテナの間隔と前記隣り合う2つの第2のアンテナの間隔との差の絶対値よりも、大きい、
請求項6に記載のレーダ装置。
At least one of the plurality of first antennas and the plurality of second antennas, which includes a plurality of antenna elements arranged in the first direction, has a size in the first direction equal to that of the two adjacent second antennas. larger than the absolute value of the difference between the spacing of one antenna and the spacing of the two adjacent second antennas;
The radar device according to claim 6.
前記第1の方向に配置された複数のアンテナ素子を含む、前記複数の第1のアンテナおよび前記複数の第2のアンテナの少なくとも1つは、第1方向のサイズが、前記隣り合う2つの第1のアンテナの間隔と前記隣り合う2つの第2のアンテナの間隔とのうち最も狭い間隔よりも、小さい、
請求項6または7に記載のレーダ装置。
At least one of the plurality of first antennas and the plurality of second antennas, which includes a plurality of antenna elements arranged in the first direction, has a size in the first direction equal to that of the two adjacent second antennas. smaller than the narrowest interval between the interval between one antenna and the interval between the two adjacent second antennas;
The radar device according to claim 6 or 7.
前記第1のアレーアンテナと前記第2のアレーアンテナとによる仮想受信アレーアンテナは、複数の仮想受信アンテナを有し、
前記複数の仮想受信アンテナの隣り合う2つの仮想受信アンテナ間隔の少なくとも1つは、前記第1の方向にて、0.5波長以上0.75波長以下である、
請求項6ないし8のいずれか一項に記載のレーダ装置。
a virtual reception array antenna composed of the first array antenna and the second array antenna has a plurality of virtual reception antennas;
At least one of two adjacent virtual reception antenna intervals of the plurality of virtual reception antennas is 0.5 wavelength or more and 0.75 wavelength or less in the first direction.
The radar device according to any one of claims 6 to 8.
前記波長は、前記レーダ信号の周波数によって定まる、
請求項6から9までのいずれか一項に記載のレーダ装置。
the wavelength is determined by the frequency of the radar signal;
Radar installation according to any one of claims 6 to 9.
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