JP4844566B2 - レーダ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車の衝突防止用等に用いられるＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置、特にアレイアンテナを用いたホログラフィックレーダ装置に関するものである。
従来、ＦＭ−ＣＷ方式等を用いた自動車搭載型のレーダ装置が各種考案されている。例えば、特許文献１のレーダ装置は、１つの送信アンテナと、等間隔で配置された複数の受信アンテナとを備え、送信波の変調周期中に順次受信アンテナを切り替えて反射波を受信する。そして、各受信アンテナで受信した反射波の位相差を算出して物体の方位を検知する。
図９（Ａ）は受信９チャンネルを実現する場合の特許文献１に対応する従来例１のレーダ装置のブロック図であり、図９（Ｂ）はこの構成における受信チャンネル状態を示す図である。従来例１のレーダ装置は、受信アンテナ１０１〜１０９、送信アンテナ１１０、スイッチ回路２０１〜２０４、ＶＣＯ３０１、分岐回路３０２、ＬＮＡ３０３、ミキサ３０４、ＩＦアンプ３０５を備える。この際、受信アンテナ１０１〜１０９は等間隔ｄで配列される。そして、送信アンテナ１１０からの送信波による反射波を等間隔ｄで配置された各受信アンテナ１０１〜１０９で受信して、図９（Ｂ）に示すように、位相差（２πｄｓｉｎθ）／λの間隔からなる各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ９に該当する各反射波を割り当てる。
また、特許文献２のレーダ装置は、第１の間隔で等間隔に配置された複数の送信アンテナと、第２の間隔で等間隔に配置された複数の受信アンテナとを備え、順次送信アンテナを切り替えながら送信波を送信し、各送信アンテナに対して順次受信アンテナを切り替えて反射波を受信する。
図１０（Ａ）は受信９チャンネルを実現する場合の特許文献２に対応する従来例２のレーダ装置のブロック図であり、図１０（Ｂ）はこの構成における受信チャンネル状態を示す図である。従来例２のレーダ装置は、受信アンテナ１０１〜１０３、送信アンテナ１１１〜１１３、スイッチ回路２０５、２０６、ＶＣＯ３０１、分岐回路３０２、ＬＮＡ３０３、ミキサ３０４、ＩＦアンプ３０５を備える。この際、受信アンテナ１０１〜１０３は等間隔ｄで配列され、送信アンテナ１１１〜１１３は等間隔３ｄで配列される。そして、順次切り替えられる送信アンテナ１１１、１１２、１１３からの送信波による反射波を各受信アンテナ１０１〜１０３で順次受信して、図１０（Ｂ）に示すように、位相差（２πｄｓｉｎθ）／λの間隔からなる各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ９に該当する各反射波を割り当てる。
また、特許文献３のレーダ装置は複数の送受共用アンテナを備え、各送受共用アンテナ間の間隔がそれぞれ特定値に設定されている。そして、送信波の変調周期に同期して送信アンテナを選択し、選択された送信アンテナに対応して変調周期よりも短い間隔で受信アンテナを選択する。
図１１は受信１１チャンネルを実現する場合の特許文献３に対応する従来例３のレーダ装置のブロック図である。従来例３のレーダ装置は、送受共用アンテナ４０１〜４０４、スイッチ回路５０１、５０２、ＶＣＯ３０１、カプラ３０２、ＬＮＡ３０３、ミキサ３０４、ＩＦアンプ３０５を備える。この際、送受共用アンテナ４０１〜４０４は、順にｄ，２ｄ，２ｄの間隔で配列される。そして、いずれか１つの送受共用アンテナを送信アンテナに選択して送信波を送信し、送受共用アンテナを順次受信アンテナに選択して、順次反射波を受信することで、図１２に示すように、各受信チャンネルに対して各反射波が割り当てられる。なお、特許文献３の図４にはチャンネル数が１１チャンネル割り当てられた図が記載さているが、これらは、特許文献３ではチャンネルの割り当てを時間的な差により設定しているからである。すなわち、時間的な差によってチャンネルを割り当てているので、送信アンテナで受信した信号が基準となり、時間的な差による１１チャンネルが形成される。これを空間的な位置差により設定すれば、端に配置されたアンテナ４０１が送受信信号の基準となり、本発明の図１２に示すようなチャンネル数およびチャンネル間隔となる。
特許第３６２２５６５号公報 特許第３３６８８７４号公報 特開２００５−３３９３公報
しかしながら、従来例１では、９個の受信チャンネルを形成する場合に９個の受信アンテナを必要とする。また、これらとは別に送信アンテナ１１０を必要とし、さらには各受信アンテナ１０１〜１０９から１つの受信アンテナを選択する複数段のスイッチ回路２０１〜２０４を必要とする。このため、レーダ装置が大規模なものとなり、且つ受信信号の損失が大きくなってしまう。
また、従来例２では、従来例１と比較してアンテナ数は減るものの、送信アンテナ１１１〜１１３の間隔を広く設定しなければならず、依然としてレーダ装置が大規模なものとなる。
また、従来例３は、９チャンネルを実現するという点では、従来例１，２と比較して小型化を実現することができる。しかしながら、送受共用アンテナが、１：２：２で配置された従来例３では、チャンネルが等間隔に設定されない。図１２の例では、１１チャンネル中のチャンネルＣＨ８，ＣＨ１０が欠落し、チャンネルＣＨ７，ＣＨ９が位相差４πｄ（ｓｉｎθ）／λの間隔となり、チャンネルＣＨ９，ＣＨ１１が位相差４πｄ（ｓｉｎθ）／λの間隔となる。その他のチャンネル間は、位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λの間隔であるので、実質的に等間隔ではない９チャンネルを利用しなければならない。このため、物体検知方位が部分的に欠落し、物体検知の方位検知性能が低いものとなってしまう。
したがって、本発明の目的は、小型化しても、物体検知方位の欠落を発生せず、高い方位検知性能を有するレーダ装置を実現することである。
この発明は、複数の送受共用アンテナを配列したアンテナアレイと、該複数の送受共用アンテナから送信アンテナおよび受信アンテナを選択する選択手段と、を備え、該選択手段により選択された送信アンテナから周波数変調した送信波を送信し、選択手段により順次切り替えながら選択された各受信アンテナで送信波の反射波を受信し、各受信アンテナで受信した反射波の位相差を用いて物体の検知を行うレーダ装置において、Ｎ１を２以上の整数として、アレイの両端部のそれぞれに間隔ｄでＮ１個の送受共用アンテナを配置するとともに、アレイの両端部における最もアレイ中央側の送受共用アンテナ間の間隔をＮ１×ｄとするか、アレイの両端部間にＮ１×ｄの間隔で送受共用アンテナを配置することを特徴としている。
この構成では、アンテナアレイを構成する送受共用アンテナにおいて、両端部を構成する送受共用アンテナの配置間隔が、両端部間の間隔、または両端部に挟まれる中央部の送受共用アンテナの配置間隔よりも狭くなる。すなわち、アンテナアレイの両端部は、中央部よりもアンテナの配置が密になる。この場合、各送信アンテナに対して、前記受信アンテナの配置間隔に応じてチャンネルが割り当てられるため、各送信アンテナ単位では、アンテナアレイの中央部に対応する部分では、両端部に対応する部分よりもチャネル間の位相差が広くなる。ここで、送信アンテナの切り替えが連続的に行われ、連続的に信号が放射されていることにより、送信アンテナが切り替えられても、基準となる送信アンテナは最初に送信アンテナとして選択された送受共用アンテナとなる。このため、切り替えられた送信アンテナに対応する受信アンテナにより設定されるチャンネルは、最初の送信アンテナと切り替えられた送信アンテナとの位置関係に応じてシフトされるので、全てのチャンネルが最初に選択された送信アンテナに対応する位置に設定される。
これにより、送信アンテナが切り替えられてシフトしていくことで、チャンネルの配置パターンもシフトし、単独の送信アンテナにおけるアンテナアレイの中央部に対応するチャンネル間の位相差が相対的に広い部分が、他の送信アンテナにおけるアンテナアレイの両端部に対応するチャンネル間の位相差が相対的に狭い部分で補間される。この際、前述のように、両端部間または中央部のアンテナ間隔を、両端部を構成するアンテナ数と両端部でのアンテナ間隔との乗算値で設定することで、擬似的に等間隔受信アンテナが配置された状態が形成されて、図１に示すように、全体としてチャンネル間の位相差が同じになる。
また、この発明のレーダ装置は、選択手段により、送信波の変調周期よりも短い間隔で送信アンテナの切り替え選択を行うことを特徴としている。
この構成では、送受信アンテナの切り替え速度が速くなることで、各受信アンテナによる受信信号（反射波）の時間差が殆どなくなり、検知物体が移動していないものとして検知処理が行われる。
また、この発明のレーダ装置は、アンテナアレイを構成する送受共用アンテナの総数が２以上の整数Ｎであり、アレイ両端部に配列される送受共用アンテナ数Ｎ１を、（Ｎ＋３）／４に最も近い整数で設定することを特徴としている。
この構成では、アレイ両端部の送受共用アンテナ数を（Ｎ＋３）／４に最も近い整数で設定する。アンテナ総数がＮ個である場合、前述の送受共用アンテナの配置条件から、設定できるチャンネル数は、２（Ｎ−２Ｎ１＋３）・Ｎ１−３となる。したがって、Ｎ１＝（Ｎ＋３）／４の時にチャンネル数が最大になる。しかしながら、送受共用アンテナ数は当然ながら整数であるので、Ｎ１≒（Ｎ＋３）／４を満たす最も近い整数Ｎ１を両端部の送受共用アンテナ数に設定することで、設定された送受共用アンテナ総数に応じた最適なアンテナアレイが構成される。
また、この発明のレーダ装置は、アンテナアレイの複数の送受共用アンテナを、各送受共用アンテナの送受信面が同一方向を向くようにして一直線上に配置することを特徴としている。
この構成では、アンテナアレイを構成する各送受共用アンテナが略同一の検知領域に対して送信波を送信し、この検知領域からの反射波を受信し、送受共用アンテナが一次元方向に沿って配置されることで、各チャンネルの位置関係が単純になり、位相差演算処理が簡略化される。
また、この発明のレーダ装置は、アレイアンテナの両端に、一直線上に配置された複数の送受共用アンテナと異なる方向に送受信面が向く広角検知用アンテナを配置したことを特徴としている。
この構成では、一直線上に配置された送受共用アンテナによる検知領域とは異なる方向の検知領域が広角検知用アンテナで検知される。
また、この発明のレーダ装置は、選択手段で、変調周期に同期して広角検知用アンテナの送信切り替え選択を行うことを特徴としている。
この構成では、広角検知用アンテナの送信切り替えが変調周期の同期するため、方位検知性能を高くすることはできないが物体の検知は確実に実行され、広角検知用アンテナに対応する領域での検知処理が簡素化される。
また、この発明のレーダ装置は、選択手段により変調周期よりも短い間隔で広角検知用アンテナの送信切り替え選択を行うとともに、広角検知用アンテナを受信アンテナとして選択せず、アンテナアレイにおける該当する広角検知用アンテナに近い片端部の送受共用アンテナを受信アンテナとして選択することを特徴としている。
この構成では、広角検知用アンテナから送信される送信波に基づく反射波を、アンテナアレイにおける該当する広角検知用アンテナに近い片端部の送受共用アンテナ（受信アンテナ）を切り替えながら受信する。これにより、広角検知用アンテナに対応する領域に対しても、１つの広角検知用アンテナに対して複数のチャンネルが得られる。
また、この発明のレーダ装置は、反射波に基づき物体の検知を行う検知手段に温度センサを備え、該温度センサで検知した温度に基づき反射波を補正した後に、物体の検知を行うことを特徴としている。
この構成では、温度補正を行うことで、温度特性が良好でない素材により形成されるアレイアンテナを用いても、正確な送信波振幅および送信波位相、受信波振幅および受信波位相が得られる。
この発明によれば、設置アンテナ数が少なくても、アンテナ数と比較して多くの受信チャンネルを等間隔で形成できるので、方位検知性能が非常に高いレーダ装置を小型且つ簡素な構造で実現することができる。
また、この発明によれば、送信波の送信周期よりも短い間隔で送信アンテナを切り替え、さらに各送信アンテナに対して受信アンテナを切り替えることで、物体が略停止した状態で複数の受信信号を取得することができ、検知物体の方位検知性能をさらに向上することができる。
また、この発明によれば、送受共用アンテナを一直線上に配置し、同じ検知領域に対応させることで、位相差演算処理を簡略化することができ、方位検出を高速化し、ひいては物体検知処理を高速化することができる。
また、この発明によれば、アンテナアレイによる検知領域の両端に存在する領域を含み広角な検知領域に対して物体の検知を行うことができる。
また、この発明によれば、検知領域の両端側に存在する領域の検知処理が簡素化され、主とする検知領域であるアレイアンテナに対応する検知領域での方位検知精度を低下させることなく、広角な領域全体での物体検知速度の低下を抑制することができる。
また、この発明によれば、アンテナアレイによる検知領域以外の両端に存在する領域に対しても所定の方位検知精度で物体の検知を行うことができる。
また、この発明によれば、比較的に安価で、温度特性が悪い素材でアレイアンテナを形成しても、方位検知精度を低下させることなく、正確な物体検知を行うことができる。
第１の実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図、および、送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。 第２の実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図、および、送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。 第３の実施形態の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。 本発明のレーダ装置のアンテナ配置パターンの概念を示したブロック図である。 アンテナ数が「５」の場合の配置、および、この場合の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。 アンテナ数が「６」の場合の配置、および、この場合の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。 アンテナ数が「８」の場合の配置、および、この場合の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。 本発明の他の送受信方法を用いたレーダ装置の構成を示すブロック図である。 受信９チャンネルを実現する場合の特許文献１に対応する従来例１のレーダ装置のブロック図、および、この構成における受信チャンネル状態を示す図である。 受信９チャンネルを実現する場合の特許文献２に対応する従来例２のレーダ装置のブロック図、および、この構成における受信チャンネル状態を示す図である。 受信１１チャンネルを実現する場合の特許文献１に対応する従来例１のレーダ装置のブロック図である。 図１１に示したレーダ装置における受信チャンネル状態を示す図である。
本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置について、図を参照して説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。
本実施形態のレーダ装置は、アレイアンテナ１０、スイッチ回路２１，２２、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３１、分岐回路３２、ＬＮＡ３３、ミキサ３４、ＩＦアンプ３５、信号処理回路４０を備える。
アレイアンテナ１０は、送受共用のアンテナ１１〜１４を一直線上に配列したアンテナアレイを備え、全てのアンテナ１１〜１４は、アンテナの正面方向を一致させて配置されている。この際、アンテナアレイの一方端に配置されたアンテナ１１と、これに隣り合う位置に配置されたアンテナ１２との間隔はｄとし、他方端に配置されたアンテナ１４とこれに隣り合う位置に配置されたアンテナ１３との間隔もｄとする。そして、これらアンテナ１１，１２からなる片端部と、アンテナ１３，１４からなる片端部とにより両端部が構成される。
ここで、両端部に配置されるアンテナ数「Ｎ１」は、次の方法により導き出すことができる。アレイアンテナ１０に設置するアンテナの総数を「Ｎ」とし、両端部のそれぞれに配置するアンテナ数を「Ｎ１」とすると、このアンテナアレイで実現することができる等価な受信チャンネルアレイの受信チャンネル数は、２（Ｎ−２Ｎ１＋３）・Ｎ１−３チャンネルとなる。これは、Ｎ１における２次式であり、設定可能な最大チャンネル数は、この２次式の極大値に相当する。このため、設定可能な最大値のチャンネル数を得るには、
Ｎ１＝（Ｎ＋３）／４ −（１）
の関係式に最も近い整数Ｎ１を用いればよい。
例えば、本実施形態のように、総本数「Ｎ」が「４」の場合には、（Ｎ＋３）／４＝１．７５となり、アンテナ数「Ｎ１」は「２」となる。この場合の受信チャンネル数は「９」となる。そして、アンテナ総本数が「４」であり、両端部のアンテナ数がそれぞれ「２」であることから、本実施形態では、これら両端部間に配置するアンテナは必要としない。
そして、アンテナ１２とアンテナ１３との間隔、すなわち両端部間の間隔は、両端部をそれぞれ構成するアンテナ数（Ｎ１）「２」とアンテナ間隔「ｄ」とを乗算した値
Ｎ１・ｄ −（２）
で設定され、本実施形態の場合には２ｄとなる。なお、本実施形態では、両端部間にアンテナを配置しない例を示しているが、両端部間に挟まれる中央部にアンテナを配置する場合は、式（２）で表される「Ｎ１・ｄ」を中央部でのアンテナの配置間隔とすればよい。
アンテナ１１〜１４は、スイッチ回路２１により選択され、送信時に選択されたアンテナ（以下、このような状態のアンテナを「送信アンテナ」と称する。）は、送信信号を外部の検知領域に放射（送信）する。また、受信時に選択されたアンテナ（以下、このような状態のアンテナを「受信アンテナ」と称する。）は、前記送信信号が検知領域内の物体に反射して得られる反射波を受信して、この反射波に基づく受信信号をスイッチ回路２１に出力する。
このような構成のアレイアンテナ１０は、例えば、誘電体基板の一面に前記間隔で一直線上に形成されたパッチアンテナを電極パターンにより並列接続してなるマイクロストリップアレイアンテナや、方形導波管の一面に前記間隔でスロット開口部を形成した導波管スロットアンテナ等により実現する。
ＶＣＯ３１は、信号処理回路４０から与えられる変調電圧に応じて、例えば、７６ＧＨｚ帯の送信信号を発生する。この際、ＶＣＯ３１には、所定周期で電圧値が変動する変調電圧、例えば、所定周期で三角波状に変動する変調電圧が与えられる。ＶＣＯ３１は、この変調電圧に応じて、前記所定周期にて、所定周波数範囲内で周波数変調する送信信号、例えば、三角波状に周波数変調する送信信号を発生する。
分岐回路３２は、ＶＣＯ３１から出力された送信信号を、スイッチ回路２２に与えるとともに、その一部をローカル信号として、ミキサ３４に与える。
スイッチ回路２２は、信号処理回路４０からの送信選択信号に応じてＶＣＯ３１とスイッチ回路２１とを接続し、ＶＣＯ３１から出力された送信信号をスイッチ回路２１に与える。また、スイッチ回路２２は、信号処理回路４０からの受信選択信号に応じてスイッチ回路２１とＬＮＡ３３とを接続し、スイッチ回路２１からの受信信号をＬＮＡ３３に与える。
スイッチ回路２１は、信号処理回路４０からのアンテナ選択信号に応じて、選択された送信アンテナまたは受信アンテナとスイッチ回路２２とを接続し、送信時には、スイッチ回路２２を介して入力された送信信号を選択された送信アンテナに出力し、受信時には、選択された受信アンテナから出力される受信信号をスイッチ回路２２に出力する。なお、スイッチ回路２１，２２は、機械的スイッチであってもスイッチとして利用可能な電子部品であっても、ソフトスイッチであってもよい。
ＬＮＡ３３は、入力された受信信号を増幅してミキサ３４に出力し、ミキサ３４は、ＬＮＡ３３からの受信信号と分岐回路３２からのローカル信号とをミキシングして、ＩＦビート信号を生成する。ＩＦアンプ３５は、ＩＦビート信号を増幅して信号処理回路４０に出力する。
信号処理回路４０は、前述のようにＶＣＯ３１に変調電圧を与え、スイッチ回路２１にアンテナ選択信号を与え、スイッチ回路２２に送信選択信号または受信選択信号を与える。この際、信号処理回路４０は、送信選択信号による送信アンテナ切り替えの間隔を、前記変調電圧による変調周期よりも短い間隔に設定する。例えば、信号処理回路４０は、前記周波数が三角波状に変調される送信信号の場合、周波数変調の周期、すなわち、１つの三角波期間内で全てのチャンネルが受信するように設定する。
また、信号処理回路４０は、入力したＩＦビート信号を用いて、既知のＦＭ−ＣＷ方式の演算を用いて、検知した物体の速度、距離等を算出する。また、信号処理回路４０は、後述する各アンテナ１１〜１４により形成されるチャンネルＣＨ１〜ＣＨ９の受信信号から、ホログラフィックレーダの原理を用いて検知物体の方位を検出する。
次に、本実施形態のレーダ装置による検知動作について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、アンテナ１１、アンテナ１２、アンテナ１３、アンテナ１４の順で送信アンテナ、および受信アンテナを切り替える場合について説明するが、アンテナの切り替え順はこれに限るものではなく、適宜設定することができる。
（１）検知動作が開始されると、信号処理回路４０は、ＶＣＯ３１に変調電圧を与える。この後の検知動作中においては、信号処理回路４０は、連続してＶＣＯ３１に変調電圧を与え、ＶＣＯ３１は、連続的に周波数変調された送信信号を生成する。
また、信号処理回路４０は、スイッチ回路２２に送信選択信号を与えるとともに、スイッチ回路２１にアンテナ１１を選択するアンテナ選択信号を与える。送信アンテナ１１は、ＶＣＯ３１で生成される送信信号を検知領域に送信する。
（２）信号処理回路４０は、スイッチ回路２２に受信選択信号を与えるとともに、スイッチ回路２１にアンテナ選択信号を与える。この受信時のアンテナ選択信号は、アンテナ１１、アンテナ１２、アンテナ１３、アンテナ１４の順に所定間隔で受信アンテナを選択する信号である。これにより、アンテナ１１〜１４は、順次、受信アンテナとして機能し、送信アンテナ１１からの送信信号に基づく反射波を受信する。そして、受信アンテナ１１〜１４は、受信信号を順次スイッチ回路２１、スイッチ回路２２を介して、ＬＮＡ３３に出力する。
ここで、アンテナ１１〜１４が、前述の間隔で配置されていることにより、各アンテナ１１〜１４の受信信号は、図１（Ｂ）に示すような、位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λの間隔で設定される受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ９のいずれかの受信信号に設定される。なお、λは受信信号の波長であり、θは受信信号の入射角、すなわち、アンテナの正面方向に対して成す角である。
具体的には、アンテナ１１の送信信号に対するアンテナ１１の受信信号を基準となる受信チャンネルＣＨ１の受信信号とすると、アンテナ１２の受信信号が、受信チャンネルＣＨ１に対して位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ２の受信信号に設定される。また、アンテナ１３の受信信号は、受信チャンネルＣＨ２に対して位相差４πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ４の受信信号に設定される。さらに、アンテナ１４の受信信号は、受信チャンネルＣＨ４に対して位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ５の受信信号に設定される。
（３）信号処理回路４０は、スイッチ回路２２に送信選択信号を与えるとともに、スイッチ回路２１にアンテナ１２を選択するアンテナ選択信号を与える。送信アンテナ１２は、ＶＣＯ３１で生成される送信信号を検知領域に送信する。
（４）信号処理回路４０は、スイッチ回路２２に受信選択信号を与えるとともに、スイッチ回路２１にアンテナ選択信号を与える。この受信時のアンテナ選択信号は、（２）に示したアンテナ選択信号と同じであり、アンテナ１１〜１４は、順次、受信アンテナとして機能し、送信アンテナ１２からの送信信号に基づく反射波を受信する。そして、受信アンテナ１１〜１４は、受信信号を順次スイッチ回路２１、スイッチ回路２２を介して、ＬＮＡ３３に出力する。この際、送信アンテナの切り替えが連続的に行われ、連続的に信号が放射されていることにより、送信アンテナがアンテナ１１からアンテナ１２に切り替わっても、基準となる受信チャンネルＣＨ１は変わらない。このため、送信アンテナ１２に対する各受信アンテナ１１〜１４に与えられる受信チャンネルは、送信アンテナ１１と送信アンテナ１２との間隔ｄに対応する位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λ分だけ、送信アンテナ１１に対応する受信チャンネルからシフトした受信チャンネルが設定される。具体的には、アンテナ１１の受信信号が、受信チャンネルＣＨ１の受信信号に対して位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ２の受信信号に設定される。アンテナ１２の受信信号が、受信チャンネルＣＨ２に対して位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ３の受信信号に設定される。また、アンテナ１３の受信信号は、受信チャンネルＣＨ３に対して位相差４πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ５の受信信号に設定される。さらに、アンテナ１４の受信信号は、受信チャンネルＣＨ５に対して位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ６の受信信号に設定される。
（５）信号処理回路４０は、スイッチ回路２２に送信選択信号を与えるとともに、スイッチ回路２１にアンテナ１３を選択するアンテナ選択信号を与える。送信アンテナ１３は、ＶＣＯ３１で生成される送信信号を検知領域に送信する。
（６）信号処理回路４０は、スイッチ回路２２に受信選択信号を与えるとともに、スイッチ回路２１にアンテナ選択信号を与える。この受信時のアンテナ選択信号は、（２）、（４）に示したアンテナ選択信号と同じであり、アンテナ１１〜１４は、順次、受信アンテナとして機能し、送信アンテナ１３からの送信信号に基づく反射波を受信する。そして、受信アンテナ１１〜１４は、受信信号を順次スイッチ回路２１、スイッチ回路２２を介して、ＬＮＡ３３に出力する。この際、送信アンテナ１３に対する各受信アンテナ１１〜１４に与えられる受信チャンネルは、送信アンテナ１１と送信アンテナ１３との間隔３ｄに対応する位相差６πｄ（ｓｉｎθ）／λ分だけ、送信アンテナ１１に対応する受信チャンネルからシフトした受信チャンネルが設定される。具体的には、アンテナ１１の受信信号が、受信チャンネルＣＨ１の受信信号に対して位相差６πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ４の受信信号に設定される。アンテナ１２の受信信号が、受信チャンネルＣＨ４に対して位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ５の受信信号に設定される。また、アンテナ１３の受信信号は、受信チャンネルＣＨ５に対して位相差４πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ７の受信信号に設定される。さらに、アンテナ１４の受信信号は、受信チャンネルＣＨ７に対して位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ８の受信信号に設定される。
（７）信号処理回路４０は、スイッチ回路２２に送信選択信号を与えるとともに、スイッチ回路２１にアンテナ１４を選択するアンテナ選択信号を与える。送信アンテナ１４は、ＶＣＯ３１で生成される送信信号を検知領域に送信する。
（８）信号処理回路４０は、スイッチ回路２２に受信選択信号を与えるとともに、スイッチ回路２１にアンテナ選択信号を与える。この受信時のアンテナ選択信号は、（２）、（４）、（６）に示したアンテナ選択信号と同じであり、アンテナ１１〜１４は、順次、受信アンテナとして機能し、送信アンテナ１４からの送信信号に基づく反射波を受信する。そして、受信アンテナ１１〜１４は、受信信号を順次スイッチ回路２１、スイッチ回路２２を介して、ＬＮＡ３３に出力する。
この際、送信アンテナ１４に対する各受信アンテナ１１〜１４に与えられる受信チャンネルは、送信アンテナ１１と送信アンテナ１４との間隔４ｄに対応する位相差８πｄ（ｓｉｎθ）／λ分だけ、送信アンテナ１１に対応する受信チャンネルからシフトした受信チャンネルが設定される。具体的には、アンテナ１１の受信信号が、受信チャンネルＣＨ１の受信信号に対して位相差８πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ５の受信信号に設定される。アンテナ１２の受信信号が、受信チャンネルＣＨ５に対して位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ６の受信信号に設定される。また、アンテナ１３の受信信号は、受信チャンネルＣＨ６に対して位相差４πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ８の受信信号に設定される。さらに、アンテナ１４の受信信号は、受信チャンネルＣＨ８に対して位相差２πｄ（ｓｉｎθ）／λで離間する受信チャンネルＣＨ９の受信信号に設定される。
このように、４本の送受共用アンテナの間隔を、それぞれｄ，２ｄ，ｄと配列し、送信アンテナを切り替えて、各送信アンテナに対して全ての受信アンテナで受信信号を生成することで、４本の送受共用アンテナを用いて等間隔に配置された９チャンネルの受信チャンネルを形成できる。これにより、中飛びのない方位（角度）検出性能に優れる小型のレーダ装置を構成することができる。また、前述の構成では、４本のアンテナ間隔がそれぞれ、ｄ、２ｄ、ｄであり、アンテナアレイの配列長さが４ｄとなるので、特許文献３に示したレーダ装置（アンテナアレイの配列長さは５ｄ）に対して、方位検知性能が優れるとともにより小型化することができる。
次に、第２の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。
図２（Ａ）は、本実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。
本実施形態のレーダ装置は、第１の実施形態に示したレーダ装置（図１（Ａ））に対して、アンテナ１５、１６を追加で備え、スイッチ回路２１に替えてスイッチ回路２３を備えたものであり、その他の構成は同じである。なお、スイッチ回路２３についても、スイッチ回路２１，２２と同様にいかなるスイッチであってもよい。
アンテナ１５、１６は、送受共用アンテナであり、アンテナ１１〜１４が備えられたアレイアンテナ１０とは異なる方向を検知領域とするように配置されている。例えば、アンテナ１５は、アンテナ１１〜１４の正面方向に対して正面方向が＋４５°回転した状態で配置されており、アンテナ１６は、アンテナ１１〜１４の正面方向に対して正面方向が−４５°回転した状態で配置されている。
スイッチ回路２３は、信号処理回路４０からのアンテナ選択信号に応じて、アンテナ１１〜１６のいずれかを選択してスイッチ回路２２に接続する。
信号処理回路４０は、アンテナ１１〜１４に対しては第１の実施形態と同様の送受信切り替え処理およびアンテナ選択処理を行うが、アンテナ１５、１６に対しては、変調周期毎に送信アンテナの切り替え処理を行う。
このようなレーダ装置では、第１の実施形態に示したように、アンテナ１１〜１４を用いて受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ９を用いた処理を行うと、新たな変調周期の開始に同期してアンテナ１５を送信アンテナに選択して、対応する検知領域に送信信号を送信する。そして、アンテナ１５を受信アンテナに選択して、自身からの送信信号に対応する反射波を受信して受信信号を生成し、スイッチ回路２３，２２を介してＬＮＡ３３に出力する。この送受信切り替え処理は、少なくとも１変調周期に亘り継続して行われる。これにより、アンテナ１５に１：１で対応する独立受信チャンネルＣＨ３１（図２における○印）が設定される。次に、新たな変調周期の開始に同期してアンテナ１６を送信アンテナに選択して、対応する検知領域に送信信号を送信する。そして、アンテナ１６を受信アンテナに選択して、自身からの送信信号に対応する反射波を受信して受信信号を生成し、スイッチ回路２３，２２を介してＬＮＡ３３に出力する。この送受信切り替え処理も、少なくとも１変調周期に亘り継続して行われる。これにより、アンテナ１６に１：１で対応する独立受信チャンネルＣＨ３２（図２における○印）が設定される。
このような検知処理を行うことで、アレイアンテナ１０のアンテナ１１〜１４を用いた、位相差による受信チャンネルの両端に、それぞれ単独のアンテナ１５，１６の送受信で得られる独立チャンネルによる検知領域が追加される。これにより、アンテナ１１〜１４により検知される領域よりもさらに広範囲の検知領域について、物体検知を行うことができる。この際、アンテナ１５，１６で検知する領域に対しては、アンテナ１１〜１４での検知で用いるホログラフィック方式を用いないので、検知処理を高速化することができる。また、アンテナ１５，１６に対して、高速なスイッチ回路２３の切り替えを必要としないので、この場合、正面方向とは異なるアンテナ１５，１６に対応する周辺部での方位検知精度を高くすることはできないが、メインとなる正面方向での検知精度を高く維持し、且つサブとなる周辺部での物体検知を略同時に行い続けるような前方・周囲共用レーダ装置等の場合に有効となる。
次に、第３の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。
図３は本実施形態の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。
本実施形態のレーダ装置は、第２の実施形態のレーダ装置と構成が同じであり、アンテナ１５，１６を送信アンテナに設定した時の受信処理のみが異なるものである。
本実施形態のレーダ装置は、アンテナ１５，１６についても、アンテナ１１〜１４と同様に、変調周期よりも短い間隔で送信を切り替える。すなわち、アンテナ１１〜１６を変調周期よりも短い間隔で切り替える。そして、アンテナ１５を送信アンテナとした場合は、アレイアンテナ１０のアンテナ１５側の端部に配置されたアンテナ１１，１２を受信アンテナに設定し、アンテナ１５から送信された送信信号の反射波を受信する。これにより、受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ９とは別の新たな受信チャンネルＣＨ３３，ＣＨ３４を得る。また、アンテナ１６を送信アンテナとした場合は、アレイアンテナ１０のアンテナ１６側の端部に配置されたアンテナ１３，１４を受信アンテナに設定し、アンテナ１６から送信された送信信号の反射波を受信する。これにより、受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ９，ＣＨ３３，ＣＨ３４とは別の新たな受信チャンネルＣＨ３５，ＣＨ３６を得る。
このような構成とすることで、アンテナ１５，１６に対応する周辺部に対してもホログラフィック方式を適用することができ、アレイアンテナ１０のアンテナ１１〜１４による検知領域と、アンテナ１５＋アンテナ１１，１２による検知領域と、アンテナ１６＋アンテナ１３，１４による検知領域とからなる広範囲に亘り、所定の方位検知精度で物体を検出することができる。
なお、第２、第３の実施形態では、周辺部検知用アンテナの正面方向を、アレイアンテナの正面方向に対して±４５°に設置する例を示したが、他の角度で有っても良く、さらには、それぞれに複数のアンテナを設置してもよい。
図４は、本発明のレーダ装置のアンテナ配置パターンの概念を示したブロック図である。
アレイアンテナ５０は、一方端に間隔「ｄ」で「Ｎ１」個配列された複数個のアンテナ５１Ａと、他方端に間隔「ｄ」で「Ｎ１」個配列された複数個のアンテナ５１Ｂと、アンテナ５１Ａ群とアンテナ５１Ｂ群との間に間隔「Ｎ１・ｄ」で「Ｎ２」個配列されたアンテナ５１Ｃとを備える。ここで、アンテナ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは一直線上に配列され、且つ全てのアンテナ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの正面方向は同じ方向である。また、アンテナ５１Ｃは「０」または正の整数値である。スイッチ回路２０は、信号処理回路４０からのアンテナ選択信号に応じて、これらアンテナ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃから１つのアンテナを選択して、スイッチ回路２２に接続する。なお、スイッチ回路２０についても、スイッチ回路２１，２２，２３と同様にいかなるスイッチであってもよい。
例えば、図５（Ａ）はアンテナ数が「５」の場合の配置を示し、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の場合の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。
図５（Ａ）に示すように、アンテナ数が「５」の場合には、両端部のアンテナ数が各２本となり、中央部のアンテナ数が１本となる。そして、両端部のアンテナの間隔を「ｄ」を設定した場合に、両端部の最も中央部側のアンテナと中央部のアンテナとの間隔を「２ｄ」と設定する。これにより、図５（Ｂ）に示すように、等間隔に配置された１３個の受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ１３を得ることができる。
また、図６（Ａ）はアンテナ数が「６」の場合の配置を示し、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の場合の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。
図６（Ａ）に示すように、アンテナ数が「６」の場合には、両端部のアンテナ数が各３本となり、中央部のアンテナ数が０本（無し）となる。そして、両端部のアンテナの間隔を「ｄ」を設定した場合に、両端部の最も中央部側のアンテナ同士の間隔を「３ｄ」と設定する。これにより、図６（Ｂ）に示すように、等間隔に配置された１５個の受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ１５を得ることができる。
また、図７（Ａ）はアンテナ数が「８」の場合の配置を示し、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の場合の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。
図７（Ａ）に示すように、アンテナ数が「８」の場合には、両端部のアンテナ数が各４本となり、中央部のアンテナ数が０本（無し）となる。そして、両端部のアンテナの間隔を「ｄ」を設定した場合に、両端部の最も中央部側のアンテナ同士の間隔を「４ｄ」と設定する。これにより、図７（Ｂ）に示すように、等間隔に配置された２１個の受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ２１を得ることができる。
このようにアンテナ本数が与えられれば、この本数に応じて最適な受信チャンネル数を設定でき、各受信チャンネルを等間隔に配置することができる。
なお、前述の処理は、温度補正を行わない場合について示したが、パッチアンテナを樹脂基板上に配置してなるマイクロストリップアンテナでは、温度により受信特性が大幅に変化するので、次式に示す補正を行う。
ａn（Ｔ）・ＥＸＰ｛ｊδn（Ｔ）｝
ここで、ｎはアレイアンテナの番号であり、Ｔは温度である。そして、ａｎ（Ｔ）は温度に対する振幅補正係数を表し、δｎ（Ｔ）は温度に対する位相補正係数を表す。
信号処理回路４０は、このような補正情報を予めメモリ等に記憶しておくとともに、温度センサを備え、ＩＦビート信号を入力する毎に温度を検知して上記補正を行う。これにより、温度による特性の変化を抑圧することができ、温度特性の悪いアンテナを用いても、物体の方位、速度、距離等を正確に検出することができる。
また、前述の説明では、送受信の切り替えにスイッチ回路２２を用いた例を示したが、図８に示すような構造で送受信を切り替えても良い。
図８は本発明の他の送受信方法を用いたレーダ装置の構成を示すブロック図である。
図８に示すレーダ装置は、第１の実施形態のレーダ装置に対して、スイッチ回路２２をスイッチアンプ２５とサーキュレータ２６とに置き換えたものであり、他の構成は同じである。
スイッチアンプ２５は、信号処理回路４０からの送信選択信号に基づいてオン動作し、ＶＣＯ３１で生成された送信信号を増幅して、サーキュレータ２６に与える。また、スイッチアンプ２５は、信号処理回路４０からの受信選択信号に基づいてオフ状態になり、動作しない。
サーキュレータ２６は、スイッチアンプ２５からの送信信号をスイッチ回路２１に出力し、スイッチ回路２１から入力される受信信号をＬＮＡ３３に出力する。
このような構成でも、本発明の効果を奏することができる。そして、受信回路系に挿入されるスイッチ回路を削減することにより、受信信号による損失を低減し、より確実に物体の検知を行うことができる。
１０，５０−アレイアンテナ、１１〜１６，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ−アンテナ、２０〜２３−スイッチ回路、２５−スイッチアンプ、２６−サーキュレータ、３１−ＶＣＯ、３２−分岐回路、３３−ＬＮＡ、３４−ミキサ、３５−ＩＦアンプ、４０−信号処理回路

Claims (7)

  1. 複数の送受共用アンテナを配列したアンテナアレイと、
    該複数の送受共用アンテナから送信アンテナおよび受信アンテナを選択する選択手段と、を備え、
    該選択手段により選択された送信アンテナから周波数変調した送信波を送信し、前記選択手段により順次切り替えながら選択された各受信アンテナで前記送信波の反射波を受信し、各受信アンテナで受信した反射波の位相差を用いて物体の方位検知を行うレーダ装置において、
    Ｎ１を２以上の整数として、
    前記アンテナアレイは、アレイの両端部のそれぞれに間隔ｄでＮ１個の送受共用アンテナが配置されるとともに、前記アレイの両端部における最もアレイ中央側の送受共用アンテナ間の間隔がＮ１×ｄであるか、前記アレイの両端部間にＮ１×ｄの間隔で送受共用アンテナが配置されることを特徴とするレーダ装置。
  2. 前記選択手段は、前記送信波の変調周期よりも短い間隔で送信アンテナの切り替え選択を行う、請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 前記アンテナアレイの複数の送受共用アンテナは、各送受共用アンテナの送受信面が同一方向を向くようにして一直線上に配置されている請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
  4. 前記アレイアンテナの両端に、前記一直線上に配置された複数の送受共用アンテナと異なる方向に送受信面が向く広角検知用アンテナを配置した請求項３に記載のレーダ装置。
  5. 前記選択手段は、前記変調周期に同期して前記広角検知用アンテナの送信切り替え選択を行う請求項４に記載のレーダ装置。
  6. 前記選択手段は、前記変調周期よりも短い間隔で前記広角検知用アンテナの送信切り替え選択を行うとともに、前記広角検知用アンテナを受信アンテナとして選択せず、前記アンテナアレイにおける該当する広角検知用アンテナに近い片端部の送受共用アンテナを受信アンテナとして選択する請求項４に記載のレーダ装置。
  7. 前記反射波に基づき物体の検知を行う検知手段は、温度センサを備え、該温度センサで検知した温度に基づき前記反射波を補正した後に、物体の検知を行う請求項１〜６のいずれかに記載のレーダ装置。
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