JP2024055876A - Radar Equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、レーダ装置に関する。 This disclosure relates to a radar device.
近年、高分解能が得られるマイクロ波又はミリ波を含む波長の短いレーダ送信信号を用いたレーダ装置の検討が進められている。また、屋外での安全性を向上させるために、車両以外にも、歩行者を含む物体(ターゲット)を広角範囲で検知するレーダ装置の開発が求められている。 In recent years, radar devices that use short-wavelength radar transmission signals, including microwaves and millimeter waves, which provide high resolution, have been studied. In addition, to improve outdoor safety, there is a demand for the development of radar devices that can detect 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, a pulse radar device that repeatedly transmits pulse waves is known as a radar device. The received signal of a wide-angle pulse radar that detects vehicles/pedestrians in a wide-angle range is a signal that is a mixture of multiple reflected waves from nearby targets (e.g., vehicles) and distant targets (e.g., pedestrians). For this reason, (1) the radar transmitter is required to be configured to transmit pulse waves or pulse-modulated waves with autocorrelation characteristics that result in low range side lobes (hereinafter referred to as low range side lobe characteristics), and (2) the radar receiver is required to be configured to have 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。 There are two possible configurations for a wide-angle radar device:
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 a configuration in which pulse waves or modulated waves are mechanically or electronically scanned using a narrow-angle (beam width of a few degrees) directional beam to transmit radar waves, and the narrow-angle directional beam is used to receive the reflected waves. With this configuration, many scans are required to achieve high resolution, which results in poor tracking of fast-moving targets.
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 is a configuration that uses a method (Direction of Arrival (DOA) estimation) in which reflected waves are received by an array antenna consisting of multiple antennas (antenna elements) and the angle of arrival of the reflected waves is estimated by a signal processing algorithm based on the reception phase difference relative to the antenna spacing. In this configuration, even if the scanning interval of the transmission beam in the radar transmitting unit is thinned, the angle of arrival can be estimated in the radar receiving unit, so that the scanning time can be shortened and tracking performance is improved compared to the first configuration. For example, methods of estimating the direction of arrival include Fourier transform based on matrix operations, Capon method and LP (Linear Prediction) method based on inverse matrix operations, and MUSIC (Multiple Signal Classification) and ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) based on eigenvalue operations.
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)。 In addition, a radar device has been proposed that has multiple antennas (array antennas) in the radar transmitter as well as the radar receiver, and performs beam scanning by signal processing using the transmitting and receiving array antennas (sometimes called MIMO radar) (see, for example, Non-Patent Document 2).
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。 In order to increase the directional gain of an array antenna, a sub-array antenna may be used in which each of the antenna elements (hereafter referred to as array elements) that make up the array antenna is further composed of multiple 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 spacing between array antenna elements 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 the spacing between the subarray antennas must be increased, which can result in grating lobes appearing in the directional 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 device that can suppress the occurrence of unnecessary grating lobes and achieve a desired directivity pattern, even in the case of a sub-array 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 device according to one aspect of the present disclosure comprising a transmitting array antenna, a receiving array antenna, a radar transmitter that transmits a radar signal using the transmitting array antenna, and a radar receiver that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target using the receiving array antenna, wherein the transmitting array antenna includes a plurality of transmitting antennas, and 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, a distance between two adjacent transmitting antennas among the plurality of transmitting antennas is one wavelength or more in the first direction, a distance between two adjacent receiving antennas among the plurality of receiving antennas is one wavelength or more in the first direction, an absolute value of a difference between a distance between the two adjacent transmitting antennas and a distance between the two adjacent receiving antennas is 0.5 wavelengths or more and 0.75 wavelengths or less in the first direction, and at least one of the plurality of transmitting antennas and the plurality of receiving antennas includes a plurality of antenna elements arranged in the first direction.
A radar device according to another aspect of the present disclosure includes a first array antenna, a second array antenna, a radar transmitter configured to transmit a radar signal using one of the first array antenna and the second array antenna, and a radar receiver configured to receive a reflected wave signal resulting from the radar signal being reflected by a target using the other of the first array antenna and the second array antenna, wherein the first array antenna includes a plurality of first antennas, each of the plurality of first antennas being disposed at a different position in a first direction, the second array antenna includes a plurality of second antennas, and each of the plurality of second antennas is configured to receive a reflected wave signal from the first array antenna. each of the plurality of first antennas is disposed at a different position in the first direction, a distance between two adjacent first antennas among the plurality of first antennas is one wavelength or more in the first direction, a distance between two adjacent second antennas among the plurality of second antennas is one wavelength or more in the first direction, an absolute value of a difference between a distance between the two adjacent first antennas and a distance between the two adjacent second antennas is 0.5 wavelengths or more and 0.75 wavelengths or less in the first direction, and at least one of the plurality of first antennas and the plurality of second antennas includes a plurality of antenna elements disposed 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 comprehensive or specific aspects may be realized as a system, a method, an integrated circuit, a computer program, or a recording medium, or may be realized as any combination of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program, and a recording medium.
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, even in the case of a sub-array antenna configuration, it is possible to suppress the occurrence of unnecessary grating lobes and achieve a desired directivity pattern.
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 benefits of certain aspects of the present disclosure will become apparent from the specification and drawings. Such advantages and/or benefits may be provided by some of the embodiments and features described in the specification and drawings, respectively, but not necessarily all of them need be provided to obtain one or more identical features.
[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。
[How one aspect of the present disclosure was achieved]
Fig. 1A shows an example of an antenna element having a subarray configuration (hereinafter, sometimes referred to as a subarray element). The subarray element shown in Fig. 1A is composed of four antenna elements (2 x 2). In the example shown in Fig. 1A, the size of the subarray element 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。 Figure 1B shows an example of an array antenna consisting of four subarray elements, each of which is shown in Figure 1A, arranged in series. As shown in Figure 1B, the size of each subarray element is 0.8 wavelengths (see Figure 1A), so the spacing between the subarray elements must be at least one wavelength.
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 preventing grating lobes from occurring within ±90° of the main lobe is 0.5 wavelengths. In the array antenna shown in FIG. 1B, the element spacing of the subarray elements is approximately one wavelength or more, making it difficult to set the desired element spacing, and grating lobes will occur within ±90° of the main lobe.
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。 As such, when the size of the subarray elements is 0.5 wavelengths or more, it may be difficult to set the element spacing of the array antenna to 0.5 wavelengths. This causes unnecessary grating lobes to appear within a range of ±90° of the main lobe, resulting in a false image when measuring the angle, which can lead to 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。 Patent Document 1 discloses an array antenna configuration using subarray elements with a width of about d = 1 wavelength. In Patent Document 1, the element spacing of the transmitting antennas Tx0 and Tx1 is 6 wavelengths, and the element spacing of the receiving antennas RX0, RX1, RX2, and RX3 is 1.5 wavelengths ± (λ/8) (λ represents 1 wavelength). Patent Document 1 also provides a configuration in which the transmitting antennas Tx0 and Tx1 are switched in a time-division manner to transmit radar transmission signals, and the receiving antennas RX0, RX1, RX2, and RX3 acquire reception signals in response to the radar transmission signals transmitted from each of the transmitting antennas Tx0 and Tx1.
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 this configuration, the received signal acquired by the receiving array antenna is superimposed with a phase change caused by the change in the position of the transmitting antenna, which has the effect of virtually increasing the aperture length of the receiving antenna. Below, the virtual receiving array antenna whose effective aperture length is increased by the arrangement of antenna elements in the transmitting and receiving array antennas is 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, the element spacing of the receiving array antenna is 1.5 wavelengths ± λ/8, so grating lobes occur in a direction shifted by about 40° from the main beam direction.
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 the occurrence of unwanted grating lobes and achieves a desired directivity pattern, even when using array elements in a subarray configuration.
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。 Below, an embodiment of one aspect of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that in the embodiments, the same components are given the same reference numerals, and their descriptions will be omitted to avoid duplication.
[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。
[Radar device configuration]
FIG. 2 is a block diagram showing a 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. The radar transmitter 100 then transmits the radar transmission signal at a predetermined transmission period using a transmission array antenna composed of multiple 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 the reflected wave signal, which is a radar transmission signal reflected by a target (not shown), using a receiving array antenna consisting of multiple receiving antennas 202-1 to 202-Na. The radar receiver 200 processes the reflected wave signal received by each antenna 202 using a reference signal received from a reference signal generator 300, and detects the presence or absence of a target and estimates its direction. The target is an object that is 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 generating unit 300 is connected to each of the radar transmitting unit 100 and the radar receiving unit 200. The reference signal generating unit 300 supplies a reference signal as a reference signal to both the radar transmitting unit 100 and the radar receiving unit 200 in common, and synchronizes the processing of the radar transmitting unit 100 and the radar receiving 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 transmitter 100]
The radar transmitter 100 has radar transmission signal generators 101-1 to 101-Nt, radio transmission units 105-1 to 105-Nt, and transmission antennas 106-1 to 106-Nt. That is, the radar transmitter 100 has Nt transmission antennas 106, and each transmission antenna 106 is connected to an individual radar transmission signal generator 101 and radio transmission unit 105.
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、rz(k, M)=Iz(k, M)+jQz(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. The radar transmission signal generator 101 then repeatedly outputs the radar transmission signal at a predetermined radar transmission period (Tr). The radar transmission signal is expressed as rz (k,M)= Iz (k,M)+ jQz (k,M), where z represents a number corresponding to each transmitting antenna 106, and z=1,...,Nt. In addition, j represents an imaginary unit, k represents a discrete time, and M represents the ordinal number of the radar transmission period.
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 generator 101 is composed of a code generator 102, a modulator 103, and an LPF (Low Pass Filter) 104. Below, we will explain each component of the radar transmission signal generator 101-z corresponding to the zth (z=1, ..., Nt) transmitting antenna 106.
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 generation unit 102 generates a code a(z) n (n=1, ..., L) (pulse code) of a code sequence with a code length L for each radar transmission period Tr. The codes a(z) n (z=1, ..., Nt) generated in each of the code generation units 102-1 to 102-Nt are low-correlated or uncorrelated codes. Examples of the code sequence 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 and outputs the modulated signal 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。 The LPF 104 outputs the signal components of the modulated signal received from the modulation unit 103 that are below a predetermined limited band to the transmission radio unit 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 zth (z=1, ..., Nt)th transmission radio unit 105 performs frequency conversion on the baseband radar transmission signal output from the zth radar transmission signal generation unit 101 to generate a radar transmission signal in the carrier frequency (Radio Frequency: RF) band, amplifies the signal to a predetermined transmission power P [dB] using a transmission amplifier, and outputs the signal to the zth 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 zth (z=1, ..., Nt) transmitting antenna 106 radiates the radar transmission signal output from the zth radio transmission unit 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。 3 shows radar transmission signals transmitted from the Nt transmitting antennas 106 of the radar transmitter 100. A pulse code sequence with a 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. Pulse modulation using No samples is performed for one pulse code (a(z) n ), so that a signal of Nr (=No×L) samples is included in each code transmission interval Tw. That is, the sampling rate in the modulation unit 103 is (No×L)/Tw. It is also assumed that Nu samples are included in the no-signal interval (Tr-Tw).
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 transmitter 100 may include a radar transmission signal generator 101a shown in FIG. 4 instead of the radar transmission signal generator 101. The radar transmission signal generator 101a does not include the code generator 102, the modulator 103, and the LPF 104 shown in FIG. 2, but instead includes a code memory 111 and a DA converter 112. The code memory 111 pre-stores the code sequence generated by the code generator 102 (FIG. 2) and cyclically reads out the stored code sequences. The DA converter 112 converts the code sequence (digital signal) output from the code memory 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]
2, the radar receiving unit 200 includes Na receiving antennas 202 forming an array antenna. The radar receiving unit 200 also includes Na antenna system processing units 201-1 to 201-Na and a direction estimating unit 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 unit 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 unit 201 has a receiving radio unit 203 and a signal processing unit 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。 The receiving radio unit 203 has an amplifier 204, a frequency converter 205, and a quadrature detector 206. The receiving radio unit 203 generates a timing clock by multiplying the reference signal received from the reference signal generator 300 by a predetermined number, and operates based on the generated timing clock. Specifically, the amplifier 204 amplifies the receiving signal received from the receiving antenna 202 to a predetermined level, the frequency converter 205 frequency converts the high-frequency band receiving signal to the baseband band, and the quadrature detector 206 converts the baseband band receiving signal to a baseband band receiving signal including an I signal and a 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 unit 208, and the Q signal is input from the quadrature detector 206 to the AD conversion unit 209. The AD conversion unit 208 performs discrete time sampling on the baseband signal including the I signal to convert the I signal into digital data. The AD conversion unit 209 performs discrete time sampling on the baseband signal including the Q signal to convert the Q signal into digital data.
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 conversion units 208 and 209, Ns discrete samples are taken per time Tp (=Tw/L) of one subpulse in the radar transmission signal. In other words, 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, the baseband received signal at discrete time k of the Mth radar transmission cycle Tr[M] as the output of the AD conversion units 208 and 209 is expressed as a complex signal x(k,M) = Ir(k,M) + jQr(k,M) using the I signal Ir(k,M) and the Q signal Qr(k,M). In the following description, the discrete time k is based (k=1) on the timing when the radar transmission cycle (Tr) starts, and the signal processing unit 207 operates periodically up to k=(Nr+Nu)Ns/No, which is the sample point before the radar transmission cycle Tr ends. In other words, k=1,...,(Nr+Nu)Ns/No. Here, 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。 The signal processing unit 207 includes Nt separators 210, the number of which is equal to the number of systems of the transmitting antennas 106. Each separator 210 has a correlation calculation unit 211, an adder 212, and a Doppler frequency analysis unit 213. The configuration of the zth (z=1, ..., Nt) separator 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。
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 formula, 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。 The correlation calculation unit 211 performs correlation calculations over a period of k = 1, ..., (Nr + Nu)Ns/No, for example, according to equation (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。 The correlation calculation unit 211 is not limited to performing correlation calculations for k = 1, ..., (Nr + Nu)Ns/No, and may limit the measurement range (i.e., the range of k) according to the range of the target to be measured by the radar device 10. This allows the radar device 10 to reduce the amount of calculation processing by the correlation calculation unit 211. For example, the correlation calculation unit 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 measurements in the time period corresponding to the code transmission period 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, even if the radar transmission signal directly passes through the radar receiving unit 200, the radar device 10 does not perform processing by the correlation calculation unit 211 during the period during which the radar transmission signal passes through (at least a period less than τ1), making it possible to perform measurements that eliminate the effects of pass-through. Furthermore, when limiting the measurement range (range of k), similar processing that limits the measurement range (range of k) can be applied to the processing of the addition unit 212, Doppler frequency analysis unit 213, and direction estimation unit 214 described below. This reduces the amount of processing in each component, and reduces power consumption in the radar receiving unit 200.
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。
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 an addition value of correlation calculation values (hereinafter, may be referred to as a correlation addition value), Np is an integer value of 1 or more, and m is an integer of 1 or more that indicates the ordinal number of the number of additions when the number of additions Np in the adder 212 is regarded as 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 calculation unit 211 obtained in units of the radar transmission period Tr as one unit. In other words, the adder 212 calculates the correlation value CI (z) (k,m) for each discrete time k by adding the correlation calculation values AC (z) (k,Np(m-1)+1) to AC (z )(k,Np×m) at the same timing for the discrete time k as one unit. As a result, the adder 212 can improve the SNR of the reflected wave signal in a range where the reflected wave signal from the target has a high correlation due to the effect of adding the correlation calculation values Np times. Therefore, the measurement performance for estimating the arrival distance of the target can be improved.
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 have a condition where the phase components of the correlation calculation value are aligned to a certain extent in the addition interval of the number of additions Np of the correlation calculation value. In other words, it is preferable to set the number of additions Np based on the assumed maximum moving speed of the target to be measured. This is because the greater the assumed maximum speed of the target, the greater the fluctuation in the Doppler frequency contained in the reflected wave from the target, and the shorter the time period with high correlation. In this case, the number of additions Np will be a small value, and the gain improvement effect due to addition in the adder 212 will be smaller.
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。
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 wth output of the Doppler frequency analysis unit 213 and indicates the coherent integration result of the Doppler frequency fsΔΦ at the Nantth discrete time k in the antenna system processing unit 201. Here, Nant=1 to Na, fs=-Nf+1,...,0,...,Nf, k=1,...,(Nr+Nu)Ns/No, w is an integer equal to or greater than 1, and ΔΦ is a 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。 As a result, each antenna system processor 201 obtains FT_CI (z) Nant (k,-Nf+1,w),..., FT_CI (z) Nant (k,Nf-1,w), which are coherent integration results corresponding to 2Nf Doppler frequency components at each discrete time k, for each Np×Nc period (Tr×Np×Nc) of the radar transmission cycle Tr. Note that j is the 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 processing of the Doppler frequency analysis unit 213 described above is equivalent to performing a discrete Fourier transform (DFT) on the output of the adder unit 212 with a sampling interval Tm = (Tr × Np) and a sampling frequency fm = 1/Tm.
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。 Furthermore, by setting Nf to a power of 2, the Doppler frequency analysis unit 213 can apply fast Fourier transform (FFT) processing, and the amount of calculation processing can be significantly reduced. In this case, if Nf>Nc, FFT processing can be similarly applied by performing zero-padding processing such that CI (z) (k, Nc(w-1)+q)=0 in the region where q>Nc, and the amount of calculation processing can be significantly 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。 Furthermore, the Doppler frequency analysis unit 213 may perform a process of sequentially calculating the product-sum operation shown in the above formula (3) without performing FFT processing. That is, the Doppler frequency analysis unit 213 may generate coefficients exp[-j2πf s T r N p qΔφ] corresponding to fs=-Nf+1,...,0,...,Nf-1 for CI (z) (k,Nc(w-1)+q+1), which are Nc outputs of the adder unit 212 obtained at each discrete time k, and perform sequential product-sum operation processing. Here, 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。
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 above describes the processing in each component of the signal processing unit 207.
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。
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 receiving array correlation vector h_after_cal (k,fs,w) to perform direction estimation processing in the horizontal and vertical directions based on the phase difference of the reflected wave signals between the receiving antennas 202. The direction 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, extracts a predetermined number of maximum peaks from the calculated spatial profile in descending order, and sets the azimuth direction and elevation angle direction of the maximum peaks as the arrival direction estimate value.
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。 The evaluation function value P(θ, φ, k, fs, w) can vary depending on the direction-of-arrival estimation algorithm. For example, the 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。
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。 Here, the superscript H is the Hermitian transpose operator, and a(θ u , φ v ) represents the direction vector of a virtual receiving array with respect to an arriving wave with an azimuth direction of θ u and an elevation direction of 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 estimator 214 outputs the calculated wth arrival direction estimate, discrete time k, Doppler frequency fsΔΦ, and angle θu as radar positioning results.
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 direction vector a( θu , φv) is an (Nt× Na ) order column vector whose elements are the complex response of the virtual receiving array when a reflected wave from a radar transmission signal arrives from the azimuth direction θu and the elevation direction φv. The complex response a( θu , φv ) of the virtual receiving array represents the phase difference calculated geometrically optics based on the element spacing between the 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。
Moreover, θu is obtained by varying the azimuth range in which the direction of arrival estimation is performed at a predetermined azimuth interval β 1. For example, θu is set as follows.
θu =θmin + uβ1 , u=0,…,NU
NU=floor[(θmax-θmin)/β 1 ]+1
Here, floor(x) is a function that returns the maximum 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 varying 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.
φ v =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 the direction vector of the virtual receiving array is calculated in advance based on the virtual receiving array arrangements VA#1, ..., VA#(Nt x Na) described later. The elements of the direction vector of the virtual receiving array represent the phase difference calculated geometrically optically at the element spacing between the antennas in the order of the virtual receiving array arrangement numbers VA#1, ..., VA#(Nt x Na) described later.
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。
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。
[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 device 10 having the above configuration will be described below.
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。 Figure 6 shows the antenna arrangement of a transmitting array consisting of Nt = 2 transmitting antennas 106 (Tx#1, Tx#2), the antenna arrangement of a receiving array consisting of Na = 3 receiving antennas 202 (Rx#1, Rx#2, Rx#3), and the antenna arrangement of a virtual receiving array (number of elements: Nt × Na = 6) constructed based on these transmitting and receiving 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 transmitting antenna 106 and the receiving antenna 202 is configured using a sub-array element including 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, the size (width) of the subarray element is D subarry , and the desired antenna element spacing at which no grating lobes occur within the radar detection angle range is De. In Fig. 6, the subarray element size D subarry is larger than the desired antenna element spacing De (D subarry > De). Note that the desired antenna element spacing De is a value between 0.5 wavelengths and 0.75 wavelengths.
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。 Furthermore, the subarray element spacing of the transmitting array antenna is Dt, and the subarray element spacing of the receiving array antenna is Dr. 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). In other words, the subarray element spacings Dt and Dr are approximately 1 wavelength (λ) or more.
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, when the size D subarry of the subarray elements is wider than the desired antenna element spacing De at which no grating lobes occur within the radar detection angle range (D subarry > De), the transmitting array and receiving array are arranged so that the subarray element spacing Dt of the transmitting array antenna and the subarray element spacing Dr of the receiving array antenna satisfy the following relationship:
|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。 In other words, 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。 Figure 6 shows an example 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 Figure 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). In other words, the virtual receiving array provides an array arrangement in which no grating lobes occur within 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。 Figure 7 shows the directivity pattern (Fourier beam pattern; main beam: 0° direction) for the transmit/receive array antenna arrangement shown in Figure 6 (De=0.5λ, Dt=1.5λ, Dr=λ). As shown in Figure 7, it can be seen that no grating lobes occur within an angular 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。 In this way, in this embodiment, the transmitting antenna 106 and the receiving antenna 202 are arranged so that the difference (absolute value) between the element spacing of the transmitting array antenna composed of the transmitting antenna 106 and the element spacing of the receiving array antenna composed of the receiving antenna 202 is equal to the desired element spacing at which no grating lobes occur.
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。 In this way, the element spacing of the virtual receiving array configured according to the arrangement relationship between the transmitting antenna 106 and the receiving antenna 202 can be set to the desired element spacing that does not cause grating lobes. This makes it possible to eliminate the occurrence of 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 this embodiment, even when using array elements in a subarray configuration, it is possible to suppress the occurrence of unnecessary grating lobes and achieve a desired directivity pattern.
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 an example of a configuration in which the array antennas are arranged linearly in the horizontal direction to estimate the direction of arrival in the horizontal direction. However, in this embodiment, even when the array antennas are arranged linearly in the vertical direction to estimate the direction of arrival in the vertical direction, it is possible to similarly arrange a virtual receiving array with the desired element spacing in the vertical direction in such a way that no grating lobes occur.
(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 arrival direction estimation is performed in both the horizontal and vertical directions.
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。 The transmitting array elements or receiving array elements are arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions.
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。 Figure 8 shows the antenna arrangement of a transmitting array consisting of Nt = 6 transmitting antennas 106 (Tx#1 to Tx#6), the antenna arrangement of a receiving array consisting of Na = 3 receiving antennas 202 (Rx#1, Rx#2, Rx#3), and the antenna arrangement of a virtual receiving array (number of elements: Nt × Na = 18) constructed based on these transmitting and receiving 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 Figure 8, the transmitting array has subarray 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。 8, the size of the subarray element in the horizontal direction is denoted as D subarry , and the size of the subarray element in the vertical direction is equal to or less than De. In other words, the size of the antenna elements is greater 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 De = λ/2, the horizontal subarray element spacing Dt of the transmitting array antenna is 1.5λ, and the vertical element spacing of the transmitting array antenna is De. In addition, the horizontal subarray element spacing Dr of the receiving antenna is 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, the absolute value of the difference in the horizontal direction 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 transmitting 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 Figure 8, the element spacing in the horizontal direction near the center of the virtual receiving array (other than the ends) 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 receiving array is the desired antenna element spacing De, which is the same as the vertical element spacing of the transmitting 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。 In other words, the virtual receiving array provides an array arrangement in which no grating lobes occur within the radar detection angle range in either the horizontal or vertical direction.
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。
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。 Here, u = 1, ..., NU. Note that arg max P(x) is an operator whose output value is the value in the domain where the function value P(x) is maximum.
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。
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, and a(θ u , φ v ) represents a direction vector for an arriving wave in the azimuth direction θ u and the elevation 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。 Figures 9A and 9B show the horizontal and vertical directivity patterns (Fourier beam pattern; main beam: 0° direction) of the transmitting and receiving array antenna arrangement shown in Figure 8 (when De=0.5λ, Dt=1.5λ, Dr=1λ).
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 Figure 9A, it can be seen that no grating lobes occur in the horizontal direction within an angular range of ±90° from the main beam direction. Also, as shown in Figure 9B, it can be seen that a beam pattern is formed in which no grating lobes occur in the vertical direction either.
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 an arrangement of the transmitting and receiving array antennas, it is possible to eliminate the occurrence of false detections due to grating lobes in both the horizontal and vertical directions 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, even when using array elements arranged in two dimensions in a subarray configuration, it is possible to suppress the occurrence of unnecessary grating lobes and achieve the desired directivity pattern.
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。 8 has been described for the case where the horizontal size of the subarray element is D subarry (> De), Variation 1 can also be applied to the case where the vertical size of the subarray element is D subarry (> De). In this case, the transmitting array should be arranged so that the difference (absolute value) between the element spacing of the transmitting array antenna and the element spacing of the receiving array antenna in the vertical direction is equal to the desired element spacing at which no grating lobes occur.
(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)
In Variation 2, another example will be described in which arrival direction estimation is performed in both the horizontal and vertical directions.
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 a transmitting array antenna, if the horizontal element spacing is Dt (> De) and the vertical element spacing is the desired antenna element spacing De, then in the transmitting array antenna, two subarray element arrays that are adjacent in the vertical direction and aligned in a straight line in the horizontal direction are shifted in the horizontal direction by the same spacing as the desired antenna element spacing De.
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。 Figure 10 shows the antenna arrangement of a transmitting array consisting of Nt = 6 transmitting antennas 106 (Tx#1 to Tx#6), the antenna arrangement of a receiving array consisting of Na = 3 receiving antennas 202 (Rx#1, Rx#2, Rx#3), and the antenna arrangement of a virtual receiving array (number of elements: Nt × Na = 18) constructed based on these transmitting and receiving 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 Figure 10, the transmitting array has subarray 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。 10, the size of the subarray element in the horizontal direction is denoted as D subarry , and the size of the subarray element in the vertical direction is equal to or less than De. In other words, 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, as in Fig. 8, the desired antenna element spacing De = λ/2, the horizontal subarray element spacing Dt of the transmitting array antenna is 1.5λ, and the vertical element spacing of the transmitting array antenna is De. In addition, the horizontal subarray element spacing Dr of the receiving array antenna is 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 with variation 1 (Figure 8), as shown in Figure 10, 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 in the horizontal direction is the same as the desired antenna element spacing De. Also, as shown in Figure 10, in the vertical direction, the element spacing of the transmitting 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, transmitting antennas 106 spaced apart by an antenna element spacing De in the vertical direction of the transmitting array antenna (transmitting antennas 106 adjacent in the vertical direction) are arranged offset in the horizontal direction by the same spacing as the antenna element spacing De. In other words, in the transmitting array antenna, two subarray element arrays that are adjacent in the vertical direction and aligned in a straight line in the horizontal direction are arranged offset in the horizontal direction by the same spacing as the desired element spacing.
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 array of transmitting antennas Tx#1, Tx#2 shown in FIG. 10 (i.e., subarray element array; the same applies below) and the array of transmitting antennas T#3, Tx#4 adjacent to said array in the vertical direction are arranged with a distance equal to the antenna element spacing De. Similarly, the array of transmitting antennas Tx#3, Tx#4 and the array of transmitting antennas T#5, T#6 adjacent to said array in the vertical direction are arranged with a distance equal to the antenna element spacing De in the horizontal direction.
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 Figure 10, in the horizontal direction, the element spacing near the center (other than the ends) of the virtual receiving array is the desired antenna element spacing De (= |Dt-Dr| = λ/2). Also, as shown in Figure 10, in the vertical direction, the element spacing of the virtual receiving array is the desired antenna element spacing De, just like the vertical element spacing of the transmitting array. In other words, with the virtual receiving array, an array arrangement can be obtained in which no grating lobes occur within 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 array elements in the center (second row) is shifted by De in the horizontal direction compared to the arrangement of the array elements in the other array elements (first and third rows). As a result, in FIG. 10, the spacing between the antenna elements in the two-dimensional plane in which the virtual receiving array is arranged is closer than in Variation 1 (FIG. 8). This makes it possible to reduce the side lobe level in the virtual receiving array.
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。 Figures 11A and 11B show the horizontal and vertical directivity patterns (Fourier beam pattern; main beam: 0° direction) of the transmitting and receiving array antenna arrangement shown in Figure 10 (when De=0.5λ, Dt=1.5λ, Dr=λ).
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 Figure 11A, it can be seen that no grating lobes occur in the horizontal direction within an angular range of ±90° from the main beam direction. Also, as shown in Figure 11B, it can be seen that a beam pattern is formed in which no grating lobes occur in the vertical direction either.
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 to variation 1 (Figure 9A), it can be seen that the side lobe level is reduced in the horizontal directivity pattern, as shown in Figure 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 and receiving array antennas, it is possible to eliminate the occurrence of false detections due to grating lobes and side lobes in both the horizontal and vertical directions when performing direction estimation processing in the direction estimation unit 214.
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 array elements arranged in a two-dimensional subarray configuration, it is possible to suppress the occurrence of unnecessary grating lobes and side lobe levels and achieve the desired directivity pattern.
(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)
In Variation 3, another example will be described in which arrival direction estimation is performed in both the horizontal and vertical directions.
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 transmitting array antenna, the spacing between subarray element arrays that are adjacent in the vertical direction and aligned in a straight line in the horizontal direction is the desired antenna element spacing De multiplied by a constant α, and two subarray element arrays that are adjacent in the vertical direction and aligned in a straight line in the horizontal direction are shifted in the horizontal direction by a spacing that is the desired antenna element spacing De multiplied 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。 Figure 12 shows the antenna arrangement of a transmitting array consisting of Nt = 6 transmitting antennas 106 (Tx#1 to Tx#6), the antenna arrangement of a receiving array consisting of Na = 3 receiving antennas 202 (Rx#1, Rx#2, Rx#3), and the antenna arrangement of a virtual receiving array (number of elements: Nt × Na = 18) constructed based on these transmitting and receiving 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 Figure 12, the transmitting array has subarray 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。 12 , the size of the subarray element in the horizontal direction is denoted as D subarry , and the size of the subarray element in the vertical direction is equal to or less than De. In other words, 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 subarray element spacing Dt = 1.5λ of the transmitting array antenna, and the horizontal subarray element spacing Dr = λ of the receiving array antenna. Also, the horizontal subarray element spacing Dr = λ of the receiving array antenna.
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 with variations 1 and 2 (Figures 8 and 10), as shown in Figure 12, the absolute value of the difference in the horizontal direction 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.
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 transmitting array antenna is αDe, which is the desired antenna element spacing De multiplied 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。 In addition, in FIG. 12, transmitting antennas 106 separated by an element spacing αDe in the vertical direction of the transmitting array antenna (transmitting antennas 106 adjacent in the vertical direction) are arranged with a horizontal spacing βDe offset, which is the desired antenna element spacing De multiplied by a constant β. In other words, in the transmitting array antenna, two subarray element arrays that are adjacent in the vertical direction and aligned in a straight line in the horizontal direction are arranged with a horizontal spacing offset β times the desired element spacing.
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 is offset by a distance βDe from the array of transmitting antennas T#3 and Tx#4 that are adjacent to the array in the vertical direction. Similarly, the array of transmitting antennas Tx#3 and Tx#4 is offset by a distance βDe in the horizontal direction from the array of transmitting antennas T#5 and T#6 that are adjacent to the array in the vertical 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 Figure 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。 As shown in FIG. 12, the element spacing in the vertical direction of the virtual receiving array is αDe (=(3) 0.5De ), which is the same as the element spacing in the vertical direction of the transmitting 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。 In other words, the virtual receiving array provides an array arrangement in which no grating lobes occur within 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 array elements in the center (second row) is shifted horizontally by βDe (= 0.5De) compared to the arrangement of the array elements in the other array elements (first and third rows).
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), the spacing between antenna elements in the two-dimensional plane in which the virtual receiving array is arranged is closer than in variation 1 (FIG. 8). This allows the virtual receiving 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。 As shown in FIG. 12, near the center of the virtual receiving array, the spacing between three adjacent antenna elements in the two-dimensional plane on which the virtual receiving array is arranged is the desired antenna element spacing De. In other words, the straight lines connecting three adjacent array elements in the two-dimensional plane on which the virtual receiving array is arranged form an equilateral triangle with one side equal to the antenna element spacing De. Since an equilateral triangular lattice arrangement has higher grating lobe suppression performance than a rectangular lattice arrangement with the same aperture length, it is possible to further reduce the levels of grating lobes and side lobes compared to variation 2.
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。 In other words, the constants α and β should be set so that the element spacing between three adjacent array elements in the vertical and horizontal directions is the desired antenna element spacing De (an equilateral triangle with one side De).
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 directivity patterns (Fourier beam pattern; main beam: 0° direction) of the transmitting and receiving array antenna arrangement shown in FIG. 12 (De=0.5λ, Dt=1.5λ, Dr=1λ, α=(3) 0.5 /2, β=0.5), respectively.
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 Figure 13A, it can be seen that no grating lobes occur in the horizontal direction within an angular range of ±90° from the main beam direction. Also, as shown in Figure 13B, it can be seen that a beam pattern is formed in which no grating lobes occur in the vertical direction either.
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, compared to variation 1 (Figure 9A), it can be seen that the side lobe level is reduced in the horizontal directivity pattern, as shown in Figure 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。 In addition, compared to variation 2 (Figure 11A), as shown in Figure 13A, it can be seen that the side lobe level that appears in the direction closest to the main lobe (±30° direction in Figure 13A) in the horizontal directivity pattern has been 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 and receiving array antennas, it is possible to eliminate the occurrence of false detections due to grating lobes and side lobes in both the horizontal and vertical directions when performing direction estimation processing in the direction estimation unit 214.
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 array elements arranged in a two-dimensional subarray configuration, it is possible to suppress the occurrence of unnecessary grating lobes and side lobe levels and achieve the desired directivity pattern.
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 above describes one embodiment of the present disclosure.
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。 The operations of the above embodiment and each of the modified examples may be combined as appropriate.
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。 In addition, in the above embodiment, the number of transmitting antennas 106, Nt, is 2 or 3, and the number of receiving antennas 202, Na, is 3. However, the number of transmitting antennas 106, Nt, and the number of receiving antennas 202, Na, 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。 In addition, in the above embodiment, the case where the transmitting antenna 106 and the receiving antenna 202 are sub-array elements each consisting of two antenna elements has been described, but the antenna elements constituting each of the transmitting antenna 106 and the receiving antenna 202 may be composed of three or more elements.
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。 In addition, in the above embodiment variations 1 to 3, the case has been described where the transmitting array antenna is arranged two-dimensionally in the horizontal and vertical directions, and the receiving array antenna is arranged one-dimensionally in the horizontal direction. However, in the present disclosure, the receiving array antenna may be arranged two-dimensionally and the transmitting array antenna may be arranged one-dimensionally. In this case, the arrangement of the sub-array elements in the transmitting array antenna described above may be applied to the arrangement of the sub-array elements in the receiving 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。 In addition, in the above embodiment, a case has been described in which the size of the antenna elements is larger than the desired antenna element spacing De in the horizontal direction and is equal to or smaller than the desired antenna element spacing De in the vertical direction. However, the size of the antenna elements may be larger than the desired antenna element spacing De in the vertical direction and is equal to or smaller than the desired antenna element spacing De in the horizontal direction. In this case, the arrangement of the subarray elements in the above-mentioned transmitting and receiving array antenna may be switched between the horizontal and vertical directions.
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。 In addition, while the above embodiment describes the use of coded pulse radar, the present disclosure can also be applied to radar systems that use frequency-modulated pulse waves, such as 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 transmitter 100 and the radar receiver 200 may be individually arranged in physically separate 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 the above description, the radar device is configured such that the radar transmitter transmits different code-division multiplexed transmission signals from multiple transmission antennas, and the radar receiver separates each transmission signal and performs reception processing. However, the configuration of the radar device is not limited to this, and the radar transmitter may transmit different frequency-division multiplexed transmission signals from multiple transmission antennas, and the radar receiver separates each transmission signal and performs reception processing. Similarly, the radar device may be configured such that the radar transmitter transmits time-division multiplexed transmission signals from multiple transmission antennas, and the radar receiver performs reception processing, and the same effects as those of the above embodiment can be 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) that stores a control program, and a working memory such as a RAM (Random Access Memory). In this case, the functions of each of the above-mentioned parts 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 part of the radar device 10 may be realized as an IC (Integrated Circuit), which is an integrated circuit. Each functional part may be individually implemented as a single chip, or may be implemented as a single chip that includes some or all of the functional parts.
<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 device according to the present disclosure includes a radar transmitter that transmits radar signals at a predetermined transmission period using a transmitting array antenna, and a radar receiver that receives, using a receiving array antenna, reflected wave signals resulting from the radar signals being reflected by a target, wherein the transmitting array antenna and the receiving array antenna each include a plurality of subarray elements, the plurality of subarray elements are arranged on a straight line in a first direction in the transmitting array antenna and the receiving array antenna, each of the subarray elements includes a plurality of antenna elements, a size of the subarray elements is larger than a desired antenna element spacing in the first direction, and an absolute value of a difference between the subarray element spacing of the transmitting array antenna and the subarray element spacing of the receiving array antenna is equal to 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。 In addition, in the radar device disclosed herein, the desired antenna element spacing is greater than or equal to 0.5 wavelengths and less than or equal to 0.75 wavelengths.
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。 Furthermore, in the radar device disclosed herein, in either the transmitting array antenna or the receiving array antenna, the multiple subarray elements are further arranged in a second direction perpendicular 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 is equal to or smaller than the desired antenna element spacing in the second direction, the absolute value of the difference between the subarray element spacing of the transmitting array antenna and the subarray element spacing of the receiving array antenna in the first direction is the same as the desired antenna element spacing, and the spacing of the subarray elements in the second direction 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。 In addition, in the radar device disclosed herein, the subarray elements arranged in the second direction are arranged in the first direction with a shifted distance equal to the desired antenna element spacing.
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。 In addition, in the radar device disclosed herein, in either the transmitting array antenna or the receiving array antenna, the multiple subarray elements are further arranged in a second direction perpendicular 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 is equal to or smaller than the desired antenna element spacing in the second direction, the absolute value of the difference between the subarray element spacing of the transmitting array antenna and the subarray element spacing of the receiving array antenna in the first direction is the same as the desired element spacing, the spacing of the subarray elements in the second direction is ((√3)/2) times the desired antenna element spacing, and the multiple subarray elements arranged in the second direction are arranged with a spacing shifted by (1/2) times the desired antenna element spacing in the first direction.
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。 Although various embodiments (variations) have been described above with reference to the drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to such examples. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present disclosure. Furthermore, the components in the above embodiments (variations) may be combined in any manner as long as it does not deviate from the spirit 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 embodiments, the present disclosure has been described as being configured using hardware, but the present disclosure can also be realized using software in conjunction 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。 Furthermore, each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically realized as an LSI, which is an integrated circuit. The integrated circuit may control each functional block used in the description of the above embodiments and may have inputs and outputs. These may be individually integrated into a single chip, or may be integrated into a single chip that includes some or all of them. Here, we refer to it as an LSI, but depending on the level of integration, it may also be called an IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI.
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。 In addition, the method of integration is not limited to LSI, but may be realized using a dedicated circuit or a general-purpose processor. It is also possible to use a field programmable gate array (FPGA) that can be programmed after LSI manufacturing, or a reconfigurable processor that can reconfigure the connections or settings of circuit cells inside the LSI.
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 integrated circuit technology that can replace LSI emerges due to advances in semiconductor technology or other derived technologies, it is possible to integrate functional blocks using that technology. The application of biotechnology, etc. is also a possibility.
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。 This disclosure is suitable for use 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 Control unit 101, 101a Radar transmission signal generator 102 Code generator 103 Modulator 104 LPF
REFERENCE SIGNS LIST 105 Transmitting radio section 106 Transmitting antenna 111 Code storage section 112 DA conversion section 201 Antenna system processing section 202 Receiving antenna 203 Receiving radio section 204 Amplifier 205 Frequency converter 206 Quadrature detector 207 Signal processing section 208, 209 AD conversion section 210 Separation section 211 Correlation calculation section 212 Addition section 213 Doppler frequency analysis section 214 Direction estimation section
Claims (18)
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のそれぞれは、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、
前記第1の方向において、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は、前記隣り合う2つの受信アンテナの間隔に等しい間隔と、0.5波長以上、0.75波長以下である間隔と、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 transmitting array antenna;
a radar receiving unit that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target using the receiving array antenna;
Equipped with
the transmitting array antenna includes a plurality of transmitting antennas,
the receiving array antenna includes a plurality of receiving antennas,
each of the plurality of transmitting antennas is disposed at a different position in a first direction;
each of the plurality of receiving antennas is disposed at a different position in the first direction;
a distance between two adjacent transmitting antennas among the plurality of transmitting antennas is equal to or greater than one wavelength in the first direction;
a distance between two adjacent receiving antennas among the plurality of receiving antennas is equal to or greater than one wavelength in the first direction;
a virtual receiving array antenna formed by the transmitting array antenna and the receiving array antenna has a plurality of virtual receiving antennas,
In the first direction, the spacing between two adjacent virtual receiving antennas of the plurality of virtual receiving antennas includes a spacing equal to the spacing between the two adjacent receiving antennas and a spacing that is equal to or greater than 0.5 wavelengths and equal to or less than 0.75 wavelengths.
Radar equipment.
請求項1記載のレーダ装置。 an absolute value of a difference between a distance between the two adjacent transmitting antennas and a distance between the two adjacent receiving antennas is equal to or greater than 0.5 wavelengths and equal to or less than 0.75 wavelengths in the first direction;
2. The radar device according to claim 1.
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 includes a plurality of antenna elements arranged in the first direction.
3. A radar device according to claim 1 or 2.
前記隣り合う2つの送信アンテナの間隔は、前記隣り合う2つの受信アンテナの間隔よりも広い、
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。 the number of the plurality of transmitting antennas is less than the number of the plurality of receiving antennas,
The distance between the two adjacent transmitting antennas is wider than the distance between the two adjacent receiving antennas.
A radar device according to any one of claims 1 to 3.
前記複数の送信アンテナのアンテナ数と前記複数の受信アンテナのアンテナ数とを乗算した数に等しい、
請求項1から4までのいずれか1つに記載のレーダ装置。 The number of antennas of the plurality of virtual receiving antennas is:
equal to the number of the plurality of transmitting antennas multiplied by the number of the plurality of receiving antennas,
A radar device according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から5までのいずれか1つに記載のレーダ装置。 Among the intervals between two adjacent virtual receiving antennas of the plurality of virtual receiving antennas, an interval equal to the interval between the two adjacent receiving antennas is an interval between two antennas at each end of the plurality of virtual receiving antennas.
A radar device according to any one of claims 1 to 5.
仮想受信アンテナの数が偶数の場合は、前記複数の仮想受信アンテナのうち中央2つのアンテナによる間隔であり、
仮想受信アンテナの数が奇数の場合は、前記複数の仮想受信アンテナのうち中央の3つのアンテナによる各間隔である、
請求項1から6までのいずれか1つに記載のレーダ装置。 Among the intervals between two adjacent virtual receiving antennas of the plurality of virtual receiving antennas, the interval that is equal to or greater than 0.5 wavelengths and equal to or less than 0.75 wavelengths is
When the number of virtual receiving antennas is even, the distance is between the two central antennas among the plurality of virtual receiving antennas,
When the number of virtual receiving antennas is odd, the spacing is between the central three antennas among the plurality of virtual receiving antennas.
A radar device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から7までのいずれか1つに記載のレーダ装置。 an absolute value of a difference between a distance between the two adjacent transmitting antennas and an aperture length of the receiving array antenna is equal to or greater than 0.5 wavelengths and equal to or less than 0.75 wavelengths;
A radar device according to any one of claims 1 to 7.
請求項1から8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.
A radar device according to any one of claims 1 to 8.
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、
前記第1の方向において、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は、前記隣り合う2つの受信アンテナの間隔に等しい間隔と、0.5波長以上、0.75波長以下である間隔と、を含む、
レーダ装置。 A first array antenna;
A second array antenna; and
a radar transmitter that transmits a radar signal using one of the first array antenna and the second array antenna;
a radar receiving unit that receives a reflected wave signal, which is the radar signal reflected by a target, by using the other of the first array antenna and the second array antenna;
Equipped with
the first array antenna includes a plurality of first antennas;
each of the plurality of first antennas is disposed 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 disposed at a different position in the first direction;
a distance between two adjacent first antennas among the plurality of first antennas is equal to or greater than one wavelength in the first direction;
a distance between two adjacent second antennas among the plurality of second antennas is equal to or greater than one wavelength in the first direction;
a virtual receiving array antenna formed by the first array antenna and the second array antenna has a plurality of virtual receiving antennas,
In the first direction, the spacing between two adjacent virtual receiving antennas of the plurality of virtual receiving antennas includes a spacing equal to the spacing between the two adjacent receiving antennas and a spacing that is equal to or greater than 0.5 wavelengths and equal to or less than 0.75 wavelengths.
Radar equipment.
請求項10記載のレーダ装置。 an absolute value of a difference between a distance between two adjacent first antennas and a distance between two adjacent second antennas is 0.5 wavelengths or more and 0.75 wavelengths or less in the first direction;
The radar device according to claim 10.
請求項10または11に記載のレーダ装置。 At least one of the first and second antennas includes a plurality of antenna elements arranged in the first direction.
The radar device according to claim 10 or 11.
前記隣り合う2つの第1のアンテナの間隔は、前記隣り合う2つの第2のアンテナの間隔よりも広い、
請求項10から12までのいずれか1つに記載のレーダ装置。 the number of antennas of the plurality of first antennas is less than the number of antennas of the plurality of second antennas;
a distance between the two adjacent first antennas is greater than a distance between the two adjacent second antennas;
A radar device according to any one of claims 10 to 12.
前記複数の第1のアンテナのアンテナ数と前記複数の第2のアンテナのアンテナ数とを乗算した数に等しい、
請求項10から13までのいずれか1つに記載のレーダ装置。 The number of antennas of the plurality of virtual receiving antennas is:
equal to the number of antennas of the first plurality of antennas multiplied by the number of antennas of the second plurality of antennas;
A radar device according to any one of claims 10 to 13.
請求項10から14までのいずれか1つに記載のレーダ装置。 Among the intervals between two adjacent virtual receiving antennas of the plurality of virtual receiving antennas, an interval equal to the interval between the two adjacent second antennas is an interval between two antennas at each end of the plurality of virtual receiving antennas.
A radar device according to any one of claims 10 to 14.
仮想受信アンテナの数が偶数の場合は、前記複数の仮想受信アンテナのうち中央2つのアンテナによる間隔であり、
仮想受信アンテナの数が奇数の場合は、前記複数の仮想受信アンテナのうち中央の3つのアンテナによる各間隔である、
請求項10から15までのいずれか1つに記載のレーダ装置。 Among the intervals between two adjacent virtual receiving antennas of the plurality of virtual receiving antennas, the interval that is equal to or greater than 0.5 wavelengths and equal to or less than 0.75 wavelengths is
When the number of virtual receiving antennas is even, the distance is between the two central antennas among the plurality of virtual receiving antennas,
When the number of virtual receiving antennas is odd, the spacing is between the central three antennas among the plurality of virtual receiving antennas.
A radar device according to any one of claims 10 to 15.
請求項10から16までのいずれか1つに記載のレーダ装置。 an absolute value of a difference between a distance between the two adjacent first antennas and an aperture length of the second array antenna is equal to or greater than 0.5 wavelengths and equal to or less than 0.75 wavelengths;
A radar device according to any one of claims 10 to 16.
請求項10から17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.
A radar device according to any one of claims 10 to 17.
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