JP5176314B2 - Radar equipment - Google Patents

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Description

本発明は、レーダ波の到来角度を検出するレーダ装置に関し、特に、水平方向および仰角方向の二方向について到来角度を検出するレーダ装置に関する。   The present invention relates to a radar apparatus that detects an arrival angle of a radar wave, and more particularly, to a radar apparatus that detects an arrival angle in two directions of a horizontal direction and an elevation angle direction.

近年、自動車の安全確保、交通事故被害軽減が全世界的に重要であると認識されつつあり、日本のみならずEU各国政府は、交通事故死亡者の半減を目標とした取り組みが行われている。具体的には、自動車の衝突被害軽減のために、衝突を事前に検知し、運転者への注意喚起、介入制動などのプリクラッシュシステム(PCS)が盛んに研究されている。   In recent years, it has been recognized that securing automobile safety and reducing traffic accident damage is important all over the world, and governments not only in Japan but also in EU countries are making efforts to reduce traffic fatalities by half. . Specifically, pre-crash systems (PCS) such as detecting collisions in advance, alerting the driver, and intervening braking are being actively studied to reduce the collision damage of automobiles.

そして、衝突を事前に検知するためには、自動車と障害物との距離、方位、相対速度といった情報が必要であり、これらの情報を検出に適したミリ波レーダ(以下「レーダ装置」という)の開発が進められている。   In order to detect the collision in advance, information such as the distance, direction, and relative speed between the vehicle and the obstacle is necessary, and millimeter wave radar (hereinafter referred to as “radar device”) suitable for detecting such information. Development is underway.

ところで、この種のレーダ装置では、例えば、複数のアンテナ素子を仰角方向(車高方向)に沿って等間隔に一列に配置することでアンテナ列を形成し、このアンテナ列を水平方向(車幅方向)に等間隔に複数配置することでアレー化し、この2次元アレー状に配置されたアンテナ素子を一つのアンテナとして使用するものが知られている。   By the way, in this type of radar apparatus, for example, an antenna array is formed by arranging a plurality of antenna elements in a line at equal intervals along the elevation direction (vehicle height direction), and this antenna array is formed in the horizontal direction (vehicle width). It is known that a plurality of antenna elements are arranged at equal intervals in the direction) and the antenna elements arranged in a two-dimensional array are used as one antenna.

また、この種のレーダ装置において、方位検出を可能とするためには、上述のようなアンテナ(アレー化したアンテナ)を複数用意する必要がある。
そして、例えば、水平方向の方位を検出する必要がある場合には、水平方向に沿って複数のアンテナを並べて配置する必要があり、更に、水平方向および仰角方向の2方向について方位を検出する必要がある場合には、仰角方向にも複数のアンテナを並べる必要があった(例えば特許文献1参照)。
特開2006−201013号公報(図12)
In addition, in this type of radar apparatus, in order to enable azimuth detection, it is necessary to prepare a plurality of antennas (arrayed antennas) as described above.
For example, when it is necessary to detect the azimuth in the horizontal direction, it is necessary to arrange a plurality of antennas side by side along the horizontal direction, and it is also necessary to detect the azimuth in two directions, the horizontal direction and the elevation direction. When there is a plurality of antennas, it is necessary to arrange a plurality of antennas in the elevation direction (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laying-Open No. 2006-201013 (FIG. 12)

しかし、このように、2方向の方位を検出しようとすると、アンテナの設置に必要なスペースが、2次元的に広がり装置サイズが大きくなってしまうという問題があった。
特に車載レーダ装置のように、設置スペース(特に仰角方向)が制限される場合、上述の従来装置のようなレーダ装置を適用するのは困難であった。
However, in this way, when detecting the orientations in two directions, there is a problem that the space necessary for installing the antenna is two-dimensionally expanded and the apparatus size is increased.
In particular, when the installation space (particularly in the elevation angle direction) is limited as in the on-vehicle radar device, it is difficult to apply a radar device such as the above-described conventional device.

本発明は、上記問題点を解決するために、装置の大型化を抑制しつつ水平方向及び仰角方向のいずれの方位角度も検出可能なレーダ装置を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a radar apparatus capable of detecting both azimuth angles in the horizontal direction and the elevation angle direction while suppressing an increase in size of the apparatus.

上記目的を達成するためになされた本発明のレーダ装置では、アンテナ部が、予め設定された仰角方向に沿って一定間隔で配置された複数のアンテナ素子からなるアンテナ列を、仰角方向と直交する水平方向に沿って複数配置してなり、アンテナ列をグループ化することで、水平方向の位置が互いに異なる複数の単位アンテナを形成するように構成されている。
また、本発明のレーダ装置では、位相調整手段が、単位アンテナを構成するアンテナ列の仰角方向の指向性が単位アンテナ毎に異なるように、アンテナ列を構成する各アンテナ素子の受信信号の位相調整を行う。
In the radar apparatus of the present invention made to achieve the above object, the antenna section is orthogonal to the elevation direction, with an antenna array comprising a plurality of antenna elements arranged at predetermined intervals along a preset elevation angle direction. A plurality of unit antennas are arranged along the horizontal direction, and a plurality of unit antennas having different positions in the horizontal direction are formed by grouping antenna rows.
In the radar apparatus of the present invention, the phase adjustment means adjusts the phase of the received signal of each antenna element constituting the antenna array so that the directivity in the elevation angle direction of the antenna array constituting the unit antenna is different for each unit antenna. I do.

そして、信号成分抽出手段が、アンテナ部を構成する単位アンテナ毎に、レーダ波を反射した対象物からの反射波に基づく信号成分を抽出する。
すると、水平方向検出手段が、各単位アンテナで抽出される、同一対象物についての信号成分を用い、該信号成分間の位相差に基づき、該対象物からの反射波の水平方向の到来角度を検出し、仰角方向検出手段が、各単位アンテナで抽出される、同一対象物についての信号成分を用い、該信号成分間の強度差または強度比に基づき、該対象物からの反射波の仰角方向の到来角度を検出する。
And a signal component extraction means extracts the signal component based on the reflected wave from the target object which reflected the radar wave for every unit antenna which comprises an antenna part.
Then, the horizontal direction detection means uses the signal component for the same object extracted by each unit antenna, and based on the phase difference between the signal components, determines the angle of arrival of the reflected wave from the object in the horizontal direction. The elevation direction detection means detects the elevation angle direction of the reflected wave from the object based on the intensity difference or the intensity ratio between the signal components, using the signal component for the same object extracted by each unit antenna. The angle of arrival of is detected.

即ち、図10に示すように、間隔dで配置された一対のアンテナ素子AEからなるアンテナ列により、そのアンテナ列の正面に対して角度θ[rad]の方位から到来する波長λのレーダ波を受信した場合、両アンテナ素子AEで受信されるレーダ波の経路差ΔRは、(1)式で表され、この経路差ΔRに基づく両受信信号の位相差Δφ[rad]は(2)式で求められる。   That is, as shown in FIG. 10, a radar wave having a wavelength λ coming from an azimuth of an angle θ [rad] with respect to the front surface of the antenna array is generated by an antenna array including a pair of antenna elements AE arranged at a distance d. When received, the path difference ΔR between the radar waves received by both antenna elements AE is expressed by equation (1), and the phase difference Δφ [rad] of both received signals based on this path difference ΔR is expressed by equation (2). Desired.

Figure 0005176314
Figure 0005176314

逆に見れば、間隔dで配置された一対のアンテナ素子AEの受信信号を、一方だけ位相をΔφ遅延させてから合成した場合、この一対のアンテナ素子AEからなるアンテナ列は、(3)式から算出される角度θの方位から到来するレーダ波に対して感度が最大となるような指向性を有するものとなる。なお、(3)式は(2)式を変形した式である。   In other words, when the reception signals of the pair of antenna elements AE arranged at the interval d are combined after the phase is delayed by Δφ, the antenna array composed of the pair of antenna elements AE is expressed by equation (3). The directivity is such that the sensitivity becomes maximum with respect to the radar wave coming from the azimuth of the angle θ calculated from. Note that equation (3) is a variation of equation (2).

Figure 0005176314
Figure 0005176314

つまり、アンテナ列を構成する各アンテナ素子AEの受信信号の位相調整を行うことにより、アンテナ列を構成するアンテナ素子AEの配列方向(ひいては単位アンテナの仰角方向)の指向性を任意に設定することができる
即ち、単位アンテナ毎に仰角方向の指向性が異なっていれば、図4に示すように、同一の対象物についてこれら複数(図では2個)の単位アンテナで検出される信号成分の強度は、それぞれ異なったものとなるため、その強度差や強度比からレーダ波の到来方向を特定することができるのである。
That is, by adjusting the phase of the received signal of each antenna element AE constituting the antenna array, the directivity in the array direction of the antenna elements AE constituting the antenna array (and hence the elevation angle direction of the unit antennas) can be arbitrarily set. Can do .
That is, if the directivity in the elevation direction is different for each unit antenna, as shown in FIG. 4, the intensity of the signal component detected by these plural (two in the figure) unit antennas for the same object is Since they are different from each other, the arrival direction of the radar wave can be specified from the intensity difference and the intensity ratio.

このように本発明のレーダ装置では、各単位アンテナを、水平方向については従来装置と同様に互いの位置が異なるように配置する必要があるものの、仰角方向については位置が異なるように配置する必要がない。   As described above, in the radar apparatus of the present invention, the unit antennas need to be arranged so that the positions of the unit antennas are different from each other in the horizontal direction as in the conventional apparatus, but are different from each other in the elevation direction. There is no.

従って、本発明のレーダ装置によれば、1方向(水平方向)の到来角度のみを検出するレーダ装置と比較して、装置規模(特に仰角方向のサイズ)を増大させることなく、2方向(水平方向,仰角方向)の到来角度を検出することができる。   Therefore, according to the radar apparatus of the present invention, compared with a radar apparatus that detects only the arrival angle in one direction (horizontal direction), the apparatus scale (especially the size in the elevation angle direction) is not increased and the two directions (horizontal direction) are increased. Direction, elevation angle direction) can be detected.

換言すれば、1方向の到来角度のみを検出するレーダ装置で使用されているアンテナ部を利用して、2方向の到来角度の検出が可能なレーダ装置を簡単に構成することができる。   In other words, it is possible to simply configure a radar apparatus that can detect the arrival angle in two directions by using the antenna unit used in the radar apparatus that detects only the arrival angle in one direction.

また、本発明のレーダ装置は、仰角方向に広い範囲で対象物の検出が可能なため、当該レーダ装置を車両等に取り付ける際の仰角方向の位置決めに高い精度を必要とせず、取り付け作業を簡易に行うことができる。   Further, since the radar apparatus of the present invention can detect an object in a wide range in the elevation angle direction, high accuracy is not required for positioning in the elevation direction when the radar apparatus is attached to a vehicle or the like, and the installation work is simplified. Can be done.

ところで、位相調整手段は、例えば、アンテナ列を構成する各アンテナ素子に至る物理的な経路長が、仰角方向の配列順に従って、レーダ波の波長より短い一定長ずつ異なるように設定された給電線路で構成されていてもよい。   By the way, the phase adjusting means is, for example, a feed line in which the physical path length to each antenna element constituting the antenna array is set to be different by a certain length shorter than the wavelength of the radar wave according to the arrangement order in the elevation angle direction. It may be comprised.

この場合、各アンテナ素子の受信信号の位相を調整する方法としては、調整する位相の大きさをΔφ[rad]、受信信号の線路内波長をλgとして、経路長がΔR=λg×Δφ/2πずつ異なるように設定すればよい。   In this case, as a method of adjusting the phase of the received signal of each antenna element, the path length is ΔR = λg × Δφ / 2π, where Δφ [rad] is the magnitude of the phase to be adjusted, λg is the in-line wavelength of the received signal. It may be set differently.

また、位相調整手段は、例えば、アンテナ列を構成する各アンテナ素子に至る電気的な経路長が、仰角方向の配列順に従って、レーダ波の波長より短い一定長ずつ異なるように設定された給電線路であってもよい。   In addition, the phase adjusting unit is, for example, a feed line that is set such that the electrical path length to each antenna element constituting the antenna array is different by a certain length shorter than the wavelength of the radar wave according to the arrangement order in the elevation angle direction. It may be.

具体的には、給電線路を、アンテナ列を構成する各アンテナ素子に対して、物理的な経路長が一定となるように構成し、給電線路を形成する配線基板上に、他の部分とは誘電率の異なる調整部位を設けることで、給電線路の電気的な経路長を調整するように構成すればよい。   Specifically, the feed line is configured so that the physical path length is constant for each antenna element constituting the antenna array, and on the wiring board forming the feed line, the other parts What is necessary is just to comprise so that the electrical path length of a feeder line may be adjusted by providing the adjustment part from which a dielectric constant differs.

つまり、同じ周波数の信号であっても、その線路内波長は基板の誘電率によって異なったものとなるため、調整部位の誘電率の大きさや、調整部位に配線される長さを適宜設定することにより、電気的な経路長を任意に調整することができるのである。   In other words, even for signals of the same frequency, the in-line wavelength differs depending on the dielectric constant of the substrate, so the dielectric constant of the adjustment part and the length wired to the adjustment part should be set appropriately. Thus, the electrical path length can be arbitrarily adjusted.

そして特に、誘電率を制御可能な物質によって調整部位が構成されている場合、調整部位の誘電率を可変制御する制御手段を設けてもよい。
この場合、制御手段によって調整部位の誘電率を制御することにより、各単位アンテナの仰角方向の指向性(ビームの向き)を任意に変化させることができるため、より広い用途で用いることができる。
In particular, when the adjustment part is made of a substance capable of controlling the dielectric constant, a control unit that variably controls the dielectric constant of the adjustment part may be provided.
In this case, the directivity (beam direction) of each unit antenna can be arbitrarily changed by controlling the dielectric constant of the adjustment portion by the control means, and thus can be used in a wider range of applications.

ところで、本発明のレーダ装置が、アンテナ列を構成する各アンテナ素子からの受信信号を個別にA/D変換するA/D変換手段を備えている場合、位相調整手段は、A/D変換部にてA/D変換された受信データを演算処理によって補正することで、各アンテナ素子の受信信号の位相を調整するものであってもよい。   By the way, when the radar apparatus of the present invention includes A / D conversion means for individually A / D converting received signals from the respective antenna elements constituting the antenna array, the phase adjustment means includes an A / D conversion section. The phase of the received signal of each antenna element may be adjusted by correcting the received data that has been A / D converted in step 1 by arithmetic processing.

この場合、受信データの演算処理だけで受信信号の位相、ひいては各単位アンテナの仰角方向の指向性を任意に設定できるため、装置構成をより簡易なものとすることができる。   In this case, the phase of the received signal and thus the directivity in the elevation angle direction of each unit antenna can be arbitrarily set only by the received data calculation process, so that the device configuration can be simplified.

なお、A/D変換手段は、アンテナ素子毎に個別に設けてもよいが、アンテナ列を構成する各アンテナ素子のいずれか一つを順次選択してA/D変換手段に供給するスイッチング手段を設けることにより、アンテナ列毎にA/D変換手段設け、A/D変換手段は、アンテナ列を構成する各アンテナ素子からの受信信号を時分割動作でA/D変換するように構成してもよい。   The A / D conversion means may be provided individually for each antenna element, but switching means for sequentially selecting any one of the antenna elements constituting the antenna array and supplying it to the A / D conversion means. By providing, A / D conversion means is provided for each antenna array, and the A / D conversion means may be configured to A / D convert received signals from each antenna element constituting the antenna array by time division operation. Good.

この場合、A/D変換手段をアンテナ素子毎に設ける場合と比較して、A/D変換手段の規模を大幅に削減することができる In this case, the scale of the A / D conversion means can be greatly reduced as compared with the case where the A / D conversion means is provided for each antenna element .

また、本発明のレーダ装置において、アンテナ部が、単位アンテナとは別に送信アンテナを備えている場合、送信アンテナの水平方向のビーム幅は、全ての単位アンテナのビーム幅を合わせた幅より広くなるように設定されていることが望ましい。   In the radar apparatus of the present invention, when the antenna unit includes a transmission antenna in addition to the unit antenna, the horizontal beam width of the transmission antenna is wider than the combined width of all unit antennas. It is desirable to be set as follows.

この場合、各単位アンテナの受信信号の仰角方向の特性が、水平方向の到来角度に応じて大きく変動してしまうことがないため、受信信号の処理を簡易なものとすることができる。   In this case, the characteristics of the reception signal of each unit antenna in the elevation angle direction do not fluctuate greatly according to the arrival angle in the horizontal direction, so that the processing of the reception signal can be simplified.

また、本発明のレーダ装置において、アンテナ部は、複数の単位アンテナのアンテナ開口が互いに重なり合うように設定されていることが望ましい。
なお、このような設定は、例えば、偶数番目のアンテナ列と奇数番目のアンテナ列とで別々の単位アンテナを構成することで実現することができる。
In the radar apparatus of the present invention, it is desirable that the antenna unit is set so that the antenna openings of the plurality of unit antennas overlap each other.
Such a setting can be realized, for example, by configuring separate unit antennas for even-numbered antenna rows and odd-numbered antenna rows.

この場合、アンテナ部の水平方向のサイズを削減することができ、装置をより小型化することができる。また、限られた設置スペースで、アンテナ開口の大きい単位アンテナをより多く形成することができ、その結果、水平方向及び垂直方向の到来角度の検出精度をいずれも向上させることができる。   In this case, the size of the antenna unit in the horizontal direction can be reduced, and the device can be further downsized. Further, it is possible to form more unit antennas having a large antenna opening in a limited installation space, and as a result, it is possible to improve both the detection accuracy of the arrival angle in the horizontal direction and the vertical direction.

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
[第1実施形態]
<レーダ装置の全体構成>
図1は、本実施形態のレーダ装置1の全体構成を表すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
<Overall configuration of radar device>
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the radar apparatus 1 of the present embodiment.

なお、レーダ装置1は、車両に搭載され、車両の前方に存在する対象物(先行車両や障害物)の位置(相対距離,水平方向及び仰角方向の方位)や相対速度を検出するものである。   The radar device 1 is mounted on a vehicle and detects the position (relative distance, azimuth in the horizontal direction and elevation direction) and relative speed of an object (preceding vehicle or obstacle) existing in front of the vehicle. .

図1に示すように、レーダ装置1は、ミリ波帯の周波数で発振し、周波数が三角波状に変化するように周波数変調された信号を生成する発振器11と、発振器11の出力を電力分配して送信信号Ssおよびローカル信号Lを生成する電力分配器12と、電力分配器12からの送信信号Ssに従ってレーダ波を送信する送信アンテナ13と、送信アンテナ13から送信されたレーダ波を反射する物体からの反射波を受信して2系統の受信信号R1,R2を出力する受信アンテナ部14と、受信信号Ri(i=1,2)毎に設けられ、受信信号Ri及びローカル信号Lに基づいて受信データDiを生成する受信処理部15と、発振器11を起動し、発振器11の動作中に各受信処理部15から得られる受信データD1,D2に基づき、対象物の位置や相対速度を求める処理を実行するマイクロコンピュータ(以下「マイコン」という)17とを備えている。   As shown in FIG. 1, the radar apparatus 1 oscillates at a frequency in the millimeter wave band and generates a signal that is frequency-modulated so that the frequency changes in a triangular wave shape, and distributes power to the output of the oscillator 11. The power distributor 12 that generates the transmission signal Ss and the local signal L, the transmission antenna 13 that transmits the radar wave according to the transmission signal Ss from the power distributor 12, and the object that reflects the radar wave transmitted from the transmission antenna 13 Receiving antenna unit 14 that receives the reflected wave from and outputs two systems of received signals R1 and R2, and is provided for each received signal Ri (i = 1, 2), and based on received signal Ri and local signal L The reception processing unit 15 that generates the reception data Di and the oscillator 11 are activated, and the position of the object is determined based on the reception data D1 and D2 obtained from each reception processing unit 15 during the operation of the oscillator 11. Microcomputer that executes a process of obtaining a and the relative velocity and a (hereinafter referred to as "microcomputer") 17.

なお、受信処理部15は、受信信号Riにローカル信号Lを混合してビート信号を生成するミキサ21と、ミキサ21の出力から不要な信号成分の除去するフィルタやそのフィルタの出力を増幅する増幅器等からなるIF回路23と、IF回路23の出力をサンプリングすることで受信データDiを生成するAD変換器25とからなる。
<送信アンテナ及び受信アンテナ部の構成>
図2は、送信アンテナ13及び受信アンテナ部14の構成を模式的に示した説明図である。
The reception processing unit 15 includes a mixer 21 that generates a beat signal by mixing the local signal L with the reception signal Ri, a filter that removes unnecessary signal components from the output of the mixer 21, and an amplifier that amplifies the output of the filter. And an AD converter 25 that generates received data Di by sampling the output of the IF circuit 23.
<Configuration of transmitting antenna and receiving antenna section>
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the transmission antenna 13 and the reception antenna unit 14.

図2に示すように、送信アンテナ13は、仰角方向(図中縦方向)に沿って等間隔で1列に配置されたP個(図示はP=6)のアンテナ素子AEからなる。また、送信アンテナ13を構成する各アンテナ素子AEへの給電を行う給電線路は、物理的な経路長がいずれも同じ長さとなるように構成されている(図示せず)。   As shown in FIG. 2, the transmission antenna 13 includes P (P = 6 in the drawing) antenna elements AE arranged in a line at equal intervals along the elevation direction (vertical direction in the figure). In addition, the feed lines that feed power to the antenna elements AE constituting the transmission antenna 13 are configured such that the physical path lengths are all the same length (not shown).

一方、受信アンテナ部14は、仰角方向に沿って等間隔で1列に配置されたM個(図示はM=8)のアンテナ素子AEからなるアンテナ列ALを、仰角方向と直交する水平方向(図中横方向)に沿って等間隔にN個(図示はN=8)配置することで、2次元マトリクス状に配置されたM×N個のアンテナ素子AEからなる。   On the other hand, the receiving antenna unit 14 moves the antenna array AL composed of M (M = 8 in the drawing) antenna elements AE arranged in a line at equal intervals along the elevation direction in a horizontal direction ( By arranging N (N = 8 in the drawing) at equal intervals along the horizontal direction in the figure, the antenna element AE includes M × N antenna elements AE arranged in a two-dimensional matrix.

但し、各アンテナ列ALは、水平方向の配列順に従って番号が付与されており、奇数番目のアンテナ列AL1,AL3,AL5,…が形成するアレイアンテナを第1単位アンテナAF1、偶数番目のアンテナ列AL2,AL4,AL6,…が形成するアレイアンテナを第2単位アンテナAF2と呼ぶ。   However, each antenna array AL is numbered according to the arrangement order in the horizontal direction, and the array antenna formed by the odd-numbered antenna arrays AL1, AL3, AL5,... Is the first unit antenna AF1, and the even-numbered antenna array. The array antenna formed by AL2, AL4, AL6,... Is called a second unit antenna AF2.

つまり、第1及び第2単位アンテナAF1,AF2は、互いに重なり合う同じ大きさのアンテナ開口を有し、そのアンテナ開口は、仰角方向の位置が同じ、且つ水平方向の位置が異なるように設定されている。   That is, the first and second unit antennas AF1 and AF2 have antenna openings of the same size that overlap each other, and the antenna openings are set so that the positions in the elevation direction are the same and the positions in the horizontal direction are different. Yes.

なお、受信アンテナ部14は、第1単位アンテナAF1の受信信号(即ち、第1単位アンテナAF1を構成する各アンテナ列AL1,AL3,AL5,…での受信信号を合成したもの)R1の出力する第1出力端子T1、第2単位アンテナAF2の受信信号(即ち、第2単位アンテナAF2を構成する各アンテナ列AL2,AL4,AL6,…での受信信号を合成したもの)R2を出力する第2出力端子T2を備えている。   The reception antenna unit 14 outputs a reception signal of the first unit antenna AF1 (that is, a combination of reception signals from the respective antenna arrays AL1, AL3, AL5,... Constituting the first unit antenna AF1) R1. A first output terminal T1 and a second reception signal of the second unit antenna AF2 (that is, a combination of reception signals at the respective antenna arrays AL2, AL4, AL6,... Constituting the second unit antenna AF2) R2 is output. An output terminal T2 is provided.

そして、第1単位アンテナAF1を構成する各アンテナ列AL(AL1,AL3,AL5,…)の出力端子TLo(TL1o,TL3o,TL5o,…)から第1出力端子T1に至る給電線路の物理的な経路長は、いずれも同じ長さとなるように構成され、同様に、第2単位アンテナAF2を構成する各アンテナ列AL(AL2,AL4,AL6,…)の出力端子TLo(TL2o,TL4o,TL6o,…)から第1出力端子T1に至る給電線路の物理的な経路長は、いずれも同じ長さとなるように構成されている。   And the physical of the feed line from the output terminal TLo (TL1o, TL3o, TL5o,...) Of each antenna array AL (AL1, AL3, AL5,...) Constituting the first unit antenna AF1 to the first output terminal T1. Each of the path lengths is configured to have the same length. Similarly, the output terminals TLo (TL2o, TL4o, TL6o, TL6o, TL6o) of the respective antenna arrays AL (AL2, AL4, AL6,...) Constituting the second unit antenna AF2 are configured. ...) to the first output terminal T1, the physical path length of the feed line is configured to be the same.

つまり、第1及び第2単位アンテナAF1,AF2の水平方向(アンテナ列ALの配列方向)の指向性は、正面方向でビーム強度が最大となり、且つその水平方向のビーム幅は、送信アンテナ13の水平方向のビーム幅より小さくなるように設定されている。但し、ここでは、送信アンテナ13の水平方向のビーム幅の方が、第1及び第2単位アンテナAF1,AF2のビームが占める領域の水平方向の幅より広くなるように設定されている。   That is, the directivity in the horizontal direction (arrangement direction of the antenna array AL) of the first and second unit antennas AF1 and AF2 has the maximum beam intensity in the front direction, and the horizontal beam width is the same as that of the transmitting antenna 13. It is set to be smaller than the beam width in the horizontal direction. However, here, the horizontal beam width of the transmission antenna 13 is set to be wider than the horizontal width of the region occupied by the beams of the first and second unit antennas AF1 and AF2.

また、送信アンテナ13を構成するアンテナ素子AEの数が受信アンテナ部14のアンテナ列ALを構成するアンテナ素子AEの数より少なく、仰角方向のアンテナ開口のサイズが送信アンテナ13の方が小さくなるよう、即ち、仰角方向の指向性についても、受信アンテナ部14のアンテナ列AL(ひいては第1及び第2単位アンテナAL1,AL2)より送信アンテナ13の方がビーム幅が広くなるようにされている。
<各アンテナ列における給電線路の構成>
ここで、図3(A)は、第1単位アンテナAF1を構成する各アンテナ列ALにおけるアンテナ素子AEからアンテナ列出力端子TLoに至る給電線路の構成を模式的に示す説明図であり、図3(B)は、第2単位アンテナAF2を構成するアンテナ列ALにおけるアンテナ素子AEからアンテナ列出力端子TLoに至る給電線路の構成を模式的に示す説明図である。
Further, the number of antenna elements AE constituting the transmission antenna 13 is smaller than the number of antenna elements AE constituting the antenna array AL of the reception antenna unit 14, and the size of the antenna opening in the elevation direction is smaller in the transmission antenna 13. That is, with respect to the directivity in the elevation angle direction, the beam width of the transmission antenna 13 is wider than the antenna array AL (and thus the first and second unit antennas AL1 and AL2) of the reception antenna unit 14.
<Configuration of feed line in each antenna array>
Here, FIG. 3A is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the feed line from the antenna element AE to the antenna array output terminal TLo in each antenna array AL constituting the first unit antenna AF1. (B) is an explanatory view schematically showing the configuration of the feed line from the antenna element AE to the antenna array output terminal TLo in the antenna array AL constituting the second unit antenna AF2.

図3(A)(B)に示すように、アンテナ列ALを構成する各アンテナ素子AEには、それぞれ位相調整部30(30a〜30h)が接続されていると共に、そのアンテナ列ALの出力端子TLoから各位相調整部30に至る給電線路の物理的な経路長はいずれも同じ長さとなるように設定されている。   As shown in FIGS. 3A and 3B, each antenna element AE constituting the antenna array AL is connected to a phase adjusting unit 30 (30a to 30h), and an output terminal of the antenna array AL. The physical path length of the feed line from TLo to each phase adjustment unit 30 is set to be the same length.

なお、位相調整部30a〜30hは、経路長がΔRずつ異なる給電線路からなり、位相調整部30aが最も短く、以下30b,30c,…30hの順番に長くなるように構成されている。   The phase adjustment units 30a to 30h are composed of feed lines having different path lengths by ΔR, and the phase adjustment unit 30a is the shortest, and is configured to be longer in the order of 30b, 30c,.

そして、第1単位アンテナAF1を構成するアンテナ列ALでは、図2(A)に示すように、仰角方向の最上方に位置するアンテナ素子AEに対して、経路長が最も短い位相調整部30aが接続され、仰角方向の最下方に位置するアンテナ素子AEに対して、経路長が最も長い位相調整部30hが接続され、両者の間のアンテナ素子AEに対しては下側に位置するものほど経路長の長い位相調整部30が接続されている。   In the antenna array AL constituting the first unit antenna AF1, as shown in FIG. 2A, the phase adjustment unit 30a having the shortest path length is provided with respect to the antenna element AE positioned at the uppermost position in the elevation angle direction. The phase adjustment unit 30h having the longest path length is connected to the antenna element AE that is connected and located at the lowest position in the elevation angle direction, and the path that is located on the lower side with respect to the antenna element AE between the two is connected to the antenna element AE. A long phase adjustment unit 30 is connected.

また、第2単位アンテナAF2を構成するアンテナ列ALでは、図2(B)に示すように、仰角方向の最下方に位置するアンテナ素子AEに対して、経路長が最も短い位相調整部30aが接続され、仰角方向の最上方に位置するアンテナ素子AEに対して、経路長が最も長い位相調整部30hが接続され、両者の間のアンテナ素子AEに対しては上側に位置するものほど経路長の長い位相調整部30が接続されている。   Further, in the antenna array AL constituting the second unit antenna AF2, as shown in FIG. 2B, the phase adjustment unit 30a having the shortest path length with respect to the antenna element AE positioned at the lowest position in the elevation angle direction is provided. The phase adjustment unit 30h having the longest path length is connected to the antenna element AE that is connected and located at the uppermost position in the elevation angle direction. A long phase adjustment unit 30 is connected.

つまり、第1単位アンテナAF1を構成するアンテナ列ALでは、仰角方向の最上方に位置するアンテナ素子AEの受信信号を基準として、各アンテナ素子AEの受信信号は、上方に隣接するアンテナ素子AEの受信信号より、経路差ΔRに対応する位相差Δφ((2)式参照)分だけ遅延させられた上で合成されることになる。同様に、第2単位アンテナAF2を構成するアンテナ列ALでは、仰角方向の最下方に位置するアンテナ素子AEの受信信号を基準として、各アンテナ素子AEの受信信号は、下方に隣接するアンテナ素子AEの受信信号より、経路差ΔRに対応する位相差Δφ((2)式参照)分だけ遅延させられた上で合成されることになる。   That is, in the antenna array AL constituting the first unit antenna AF1, the reception signal of each antenna element AE is received from the antenna element AE adjacent to the upper side with reference to the reception signal of the antenna element AE positioned at the uppermost position in the elevation angle direction. The received signal is synthesized after being delayed by a phase difference Δφ (see equation (2)) corresponding to the path difference ΔR. Similarly, in the antenna array AL constituting the second unit antenna AF2, the received signal of each antenna element AE is based on the received signal of the antenna element AE located at the lowermost position in the elevation angle direction, and the antenna element AE adjacent to the lower side thereof. The received signal is synthesized after being delayed by a phase difference Δφ (see equation (2)) corresponding to the path difference ΔR.

その結果、図4に示すように、第1単位アンテナAF1を構成する各アンテナ列AL、ひいては第1単位アンテナAF1の仰角方向の指向性は、正面方向より下向きの角度−θでビーム強度が最大となり、第2単位アンテナAF2を構成する各アンテナ列AL、ひいては第2単位アンテナAF2の仰角方向の指向性は、正面方向より上向きの角度+θでビーム強度が最大となる。   As a result, as shown in FIG. 4, the directivity in the elevation direction of each antenna array AL that constitutes the first unit antenna AF1, and thus the first unit antenna AF1, has a maximum beam intensity at an angle −θ downward from the front direction. Thus, the directivity in the elevation direction of each antenna array AL constituting the second unit antenna AF2 and thus the second unit antenna AF2 has a maximum beam intensity at an angle + θ upward from the front direction.

但し、角度θは、(3)式を用いて求められるものであり、例えば、λ=d=4[mm]の場合、Δφ=31[deg]であればθ=5[deg]、Δφ=12[deg]であればθ=2[deg]となる。   However, the angle θ is obtained using the equation (3). For example, when λ = d = 4 [mm], if Δφ = 31 [deg], θ = 5 [deg], Δφ = If it is 12 [deg], θ = 2 [deg].

なお、送信アンテナ13及び受信アンテナ部14は、単一の配線基板上にその給電線路と共に形成されている。但し、送信アンテナ13と受信アンテナ部14とは、別々の配線基板上に形成されていてもよい。
<マイコンでの処理>
マイコン17では、水平方向の位置が異なり且つ仰角方向の指向性が異なる第1及び第2単位アンテナAF1,AF2からの受信信号R1,R2から生成されたビート信号をサンプリングしてなる受信データD1,D2を、それぞれFFT処理する。
The transmitting antenna 13 and the receiving antenna unit 14 are formed on the single wiring board together with the feed line. However, the transmission antenna 13 and the reception antenna unit 14 may be formed on separate wiring boards.
<Processing by microcomputer>
In the microcomputer 17, the received data D1, which is obtained by sampling the beat signals generated from the received signals R1, R2 from the first and second unit antennas AF1, AF2 having different horizontal positions and different elevation directions. Each D2 is subjected to FFT processing.

そして、このFFT処理の結果から、レーダ波を反射した対象物からの反射波に基づく信号成分を抽出し、その信号成分から特定される対象物との距離及び相対速度を求める、いわゆるFMCWレーダとしての処理を実行する。   As a so-called FMCW radar, the signal component based on the reflected wave from the object that reflected the radar wave is extracted from the result of the FFT process, and the distance and relative velocity with the object specified from the signal component are obtained. Execute the process.

また、マイコン17では、受信データD1に基づくFFT結果と、受信データD2に基づくFFT結果とから、同じ対象物に基づく信号成分をそれぞれ抽出し、両信号成分の間の位相差等の情報を利用するビームフォーミングやMUSIC等の周知の高分解能アルゴリズムを用いて、反射波の水平方向の到来角度を算出する水平方向検出手段としての処理を実行する。   Further, the microcomputer 17 extracts signal components based on the same object from the FFT result based on the reception data D1 and the FFT result based on the reception data D2, and uses information such as a phase difference between the two signal components. Using a known high resolution algorithm such as beam forming or MUSIC, processing as horizontal direction detecting means for calculating the arrival angle of the reflected wave in the horizontal direction is executed.

更に、マイコン17では、受信データD1に基づくFFT結果と、受信データD2に基づくFFT結果とから抽出した同じ対象物に基づく信号成分の強度差または強度比を求め、図4に示すグラフに示された関係を利用して作成されるテーブル(強度差又は強度比と仰角方向の方位との対応関係を示すもの)に基づいて、その求めた強度差または強度比から仰角方向における到来角度を求める仰角方向検出手段としての処理を実行する。   Further, the microcomputer 17 obtains an intensity difference or intensity ratio of signal components based on the same object extracted from the FFT result based on the reception data D1 and the FFT result based on the reception data D2, and is shown in the graph shown in FIG. Based on a table created by using the relationship (indicating the correspondence between the intensity difference or intensity ratio and the direction of the elevation angle), and the elevation angle for determining the arrival angle in the elevation angle direction from the obtained intensity difference or intensity ratio Processing as direction detecting means is executed.

なお、送信アンテナ13の送信ビームが、第1及び第2単位アンテナAF1,AF2の受信ビーム全体を含むように構成されているため、第1及び第2単位アンテナAF1,AF2の仰角方向の指向性は、反射波の水平方向の到来角度によって大きく変化してしまうことがない。
<効果>
以上説明したように、レーダ装置1では、受信アンテナ部14が、仰角方向に沿って等間隔で一列に配置された複数のアンテナ素子AEからなるアンテナ列ALを、水平方向に沿って複数配置してなり、奇数番目のアンテナ列AL1,AL3,AL5,…で第1単位アンテナAF1、偶数番目のアンテナ列AL2,AL4,AL6,…で第2単位アンテナAF2を構成するようにされている。
Since the transmission beam of the transmission antenna 13 is configured to include the entire reception beam of the first and second unit antennas AF1 and AF2, the directivity in the elevation direction of the first and second unit antennas AF1 and AF2 is set. Does not change greatly depending on the horizontal arrival angle of the reflected wave.
<Effect>
As described above, in the radar apparatus 1, the receiving antenna unit 14 arranges a plurality of antenna arrays AL composed of a plurality of antenna elements AE arranged in a line at equal intervals along the elevation angle direction along the horizontal direction. The odd-numbered antenna arrays AL1, AL3, AL5,... Constitute the first unit antenna AF1, and the even-numbered antenna arrays AL2, AL4, AL6,.

しかも、アンテナ列出力端子TLoから各アンテナ素子AEに至る給電線路の経路中に位相調整部30a〜30hを設けて経路長を調整することによって、第1単位アンテナAF1を構成するアンテナ列ALと、第2単位アンテナAF2を構成するアンテナ列ALとでは、仰角方向の指向性が異なるようにされている。   Moreover, by providing the phase adjustment units 30a to 30h in the path of the feed line from the antenna array output terminal TLo to each antenna element AE and adjusting the path length, the antenna array AL constituting the first unit antenna AF1; The antenna array AL that constitutes the second unit antenna AF2 has different elevation directivity.

つまり、レーダ装置1では、各単位アンテナAF1,AF2を、水平方向については従来装置と同様に互いの位置が異なるように配置する必要があるものの、仰角方向については位置が異なるように配置する必要がない。   That is, in the radar apparatus 1, the unit antennas AF1 and AF2 need to be arranged so that the positions in the horizontal direction are different from each other as in the conventional apparatus, but the positions are different in the elevation direction. There is no.

従って、レーダ装置1によれば、1方向(水平方向)の到来角度のみを検出するレーダ装置と比較して、装置規模を増大させることなく、2方向(水平方向,仰角方向)の到来角度を検出することができる。   Therefore, according to the radar device 1, the arrival angle in two directions (horizontal direction and elevation direction) can be increased without increasing the device scale as compared with a radar device that detects only the arrival angle in one direction (horizontal direction). Can be detected.

換言すれば、1方向の到来角度のみを検出するレーダ装置で使用されているアンテナ部を利用して、2方向の到来角度の検出が可能なレーダ装置を簡単に構成することができる。   In other words, it is possible to simply configure a radar apparatus that can detect the arrival angle in two directions by using the antenna unit used in the radar apparatus that detects only the arrival angle in one direction.

また、レーダ装置1によれば、水平方向だけでなく、仰角方向についても広い範囲で対象物の検出が可能なため、当該レーダ装置1を車両等に取り付ける際の仰角方向の位置決めに高い精度を必要とせず、取り付け作業を簡易に行うことができる。   Further, according to the radar device 1, since the object can be detected in a wide range not only in the horizontal direction but also in the elevation angle direction, the positioning in the elevation angle direction when attaching the radar device 1 to a vehicle or the like has high accuracy. It is not necessary and can be easily attached.

この場合、レーダ装置1が取り付けられた車両の車軸に対して、送信アンテナ13及び第1及び第2単位アンテナAF1,AF2の開口面の法線方向がどれだけずれているかを取付誤差(仰角方向にα°,水平方向にβ°)として予め測定してマイコン17に記憶させておき、マイコン17では、その取付誤差により方位の検出結果を補正するように構成すればよい。なお、仰角方向の取付誤差α°の測定には、例えば、電子水準器を用いてもよいし、路面に対する車両の姿勢を検出するセンサ等を用いてもよい。
<変形例>
本実施形態では、位相調整部30をアンテナ素子AE毎に設けたが、例えば、図5に示すように、給電線路が分岐する毎に、その一方の側に設けるようにしてもよい。但し、この場合、各位相調整部30で調整される経路長は、前段の位相調整部30で調整される経路長の1/2となるように設定する必要がある。なお、図5では、アンテナ列出力端子TLoに近い1段目の分岐部には位相調整部30d(調整経路長:4×ΔR)が使用され、2段目の分岐部には位相調整部30b(調整経路長:2×ΔR)が使用され、3段目の分岐部には位相調整部30a(調整経路長:ΔR)が使用されている場合を示す。
In this case, how much the normal direction of the opening surfaces of the transmission antenna 13 and the first and second unit antennas AF1 and AF2 is deviated with respect to the axle of the vehicle to which the radar apparatus 1 is attached is determined as an attachment error (elevation angle direction). ([Alpha] [deg.], [Beta] [deg.] In the horizontal direction) is measured in advance and stored in the microcomputer 17, and the microcomputer 17 may be configured to correct the orientation detection result based on the mounting error. For example, an electronic level may be used for measuring the mounting error α ° in the elevation angle direction, or a sensor that detects the posture of the vehicle with respect to the road surface may be used.
<Modification>
In the present embodiment, the phase adjustment unit 30 is provided for each antenna element AE. However, for example, as illustrated in FIG. 5, the phase adjustment unit 30 may be provided on one side every time the feed line branches. However, in this case, the path length adjusted by each phase adjusting unit 30 needs to be set to be ½ of the path length adjusted by the preceding phase adjusting unit 30. In FIG. 5, the phase adjustment unit 30 d (adjustment path length: 4 × ΔR) is used for the first stage branch near the antenna array output terminal TLo, and the phase adjustment unit 30 b is used for the second stage branch. (Adjustment path length: 2 × ΔR) is used, and the phase adjustment unit 30a (Adjustment path length: ΔR) is used in the third branch.

本実施形態では、受信信号Ri毎に受信処理部15が一つずつ設けられているが、受信処理部15を一つだけ設けると共に、その単一の受信処理部15に、受信信号Riのいずれかを、交互に供給するスイッチを設けることにより、受信処理部15が、スイッチにて時分割多重された受信信号Riを処理するように構成してもよい。
[第2実施形態]
次に第2実施形態について説明する。
In this embodiment, one reception processing unit 15 is provided for each reception signal Ri. However, only one reception processing unit 15 is provided, and any one of the reception signals Ri is provided to the single reception processing unit 15. Alternatively, the reception processing unit 15 may be configured to process the reception signal Ri that is time-division multiplexed by the switch by providing a switch that alternately supplies the switch.
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.

本実施形態では、アンテナ列ALを構成する各アンテナ素子AEから、そのアンテナ列ALの出力端子TLoに至る給電経路の構成が第1実施形態のものとは異なるだけであるため、その異なる部分を中心に説明する。   In the present embodiment, since the configuration of the feeding path from each antenna element AE constituting the antenna array AL to the output terminal TLo of the antenna array AL is different from that of the first embodiment, the different parts are The explanation is centered.

即ち、本実施形態では、図6に示すように、単位アンテナAF(AF1,AF2)を構成するアンテナ列ALでは、仰角方向の最上方に位置するアンテナ素子AE以外の各アンテナ素子AEへの給電線路に、配線基板の誘電率が他の部分とは異なる位相調整部31b〜31hが設けられている。   That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, in the antenna array AL constituting the unit antenna AF (AF1, AF2), power is supplied to each antenna element AE other than the antenna element AE located at the uppermost position in the elevation angle direction. Phase adjusting portions 31b to 31h having a dielectric constant of the wiring board different from those of other portions are provided on the line.

なお、位相調整部31b〜31hは、電気的な経路長がΔRずつ異なるように、その長さが調整されており、位相調整部30bが最も短く、以下30c,30d,…30hの順番に長くなるように構成されている。   The phase adjusters 31b to 31h are adjusted in length so that the electrical path lengths are different by ΔR, the phase adjuster 30b is the shortest, and the lengths are 30c, 30d,. It is comprised so that it may become.

つまり、位相調整部31(31b〜31h)の誘電率が他の部分の誘電率より低ければ、位相調整部31を通過した受信信号は、位相調整部31を通過しない受信信号と比較して、その長さに応じた分だけ遅延する(位相が遅れる)ことになり、その結果、単位アンテナAFの仰角方向の指向性は、正面方向より下向きの角度でビーム強度が最大となる。   That is, if the dielectric constant of the phase adjustment unit 31 (31b to 31h) is lower than the dielectric constant of other parts, the reception signal that has passed through the phase adjustment unit 31 is compared with the reception signal that does not pass through the phase adjustment unit 31. As a result, the directivity in the elevation angle direction of the unit antenna AF is maximized at an angle downward from the front direction.

逆に、位相調整部31の誘電率が他の部分の誘電率より高ければ、位相調整部31を通過した受信信号は、位相調整部31を通過しない受信信号と比較して、その長さに応じた分だけ位相が進むことになり、その結果、単位アンテナAFの仰角方向の指向性は、正面方向より上向きの角度でビーム強度が最大となる。   On the contrary, if the dielectric constant of the phase adjustment unit 31 is higher than the dielectric constant of the other part, the reception signal that has passed through the phase adjustment unit 31 has the length compared to the reception signal that does not pass through the phase adjustment unit 31. As a result, the phase advances by the corresponding amount, and as a result, the directivity in the elevation angle direction of the unit antenna AF is maximized at an angle upward from the front direction.

そして、位相調整部31の誘電率、挿入位置、挿入サイズを適宜選択することにより、第1及び第2単位アンテナAF1,AF2の仰角方向の指向性が、一方では、正面方向より下向きの角度でビーム強度が最大となり、他方では、正面方向より上向きの角度でビーム強度が最大となるように設定する。   Then, by appropriately selecting the dielectric constant, insertion position, and insertion size of the phase adjustment unit 31, the directivity in the elevation direction of the first and second unit antennas AF1 and AF2 is on the one hand at an angle downward from the front direction. The beam intensity is maximized, and on the other hand, the beam intensity is maximized at an angle upward from the front direction.

このように構成された本実施形態のレーダ装置1では、第1実施形態のものと同様の効果を得ることができる。
<変形例>
本実施形態では、位相調整部31のサイズによって位相を調整しているが、図7に示すように、位相調整部31(31b〜31h)の代わりに、印加電圧によって誘電率を制御可能な物質からなる可変位相調整部32(32b〜32h)を設けると共に、各位相調整部32への印加電圧を発生させる誘電率制御回路33を設けて、この印加電圧を制御することによって、各アンテナ素子AEからの受信信号の位相を制御するように構成してもよい。
The radar apparatus 1 of the present embodiment configured as described above can obtain the same effects as those of the first embodiment.
<Modification>
In the present embodiment, the phase is adjusted according to the size of the phase adjustment unit 31, but as shown in FIG. 7, a substance whose dielectric constant can be controlled by an applied voltage instead of the phase adjustment unit 31 (31 b to 31 h). And a dielectric constant control circuit 33 for generating an applied voltage to each phase adjusting unit 32 and controlling the applied voltage, thereby providing each antenna element AE by providing a variable phase adjusting unit 32 (32b to 32h). You may comprise so that the phase of the received signal from may be controlled.

この場合、各単位アンテナAF1,AF2の仰角方向の指向性を任意に設定することができる。
[第3実施形態]
次に第3実施形態について説明する。
In this case, the directivity in the elevation direction of each unit antenna AF1, AF2 can be arbitrarily set.
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described.

なお、本実施形態のレーダ装置3は、第1実施形態のレーダ装置1とは、構成の一部、及びマイコンでの処理が一部異なるだけであるため、同一の構成については同一符号を付して説明を省略し、構成の相違する部分を中心に説明する。
<全体構成>
第1実施形態では、受信アンテナ部14が単位アンテナAF1,AF2毎に受信信号R1,R2を出力し、その受信信号R1,R2毎に受信処理部15が設けられているが、本実施形態では、図8に示すように、受信アンテナ部14がアンテナ列AL毎に受信信号R1〜R8を出力し、その受信信号R1〜R8毎に受信処理部15が設けられ、各受信処理部15から得られるアンテナ列毎の受信データD1〜D8に基づいて、マイコン17は、単位アンテナAF1,AF2のビーム形成を演算処理にて実行するように構成されている。
<受信アンテナ部の構成>
ここで、図9は、各アンテナ列ALにおけるアンテナ素子AEから、そのアンテナ列ALの出力端子TLoに至る給電線路の構成を模式的に示す説明図である。
Note that the radar apparatus 3 of the present embodiment differs from the radar apparatus 1 of the first embodiment only in a part of the configuration and a part of the processing in the microcomputer. Therefore, the description will be omitted, and the description will be focused on the different parts.
<Overall configuration>
In the first embodiment, the reception antenna unit 14 outputs the reception signals R1 and R2 for each of the unit antennas AF1 and AF2, and the reception processing unit 15 is provided for each of the reception signals R1 and R2. In the present embodiment, 8, the reception antenna unit 14 outputs reception signals R1 to R8 for each antenna array AL, and a reception processing unit 15 is provided for each of the reception signals R1 to R8, and is obtained from each reception processing unit 15. Based on the received data D1 to D8 for each antenna array, the microcomputer 17 is configured to execute beam formation of the unit antennas AF1 and AF2 by arithmetic processing.
<Configuration of receiving antenna section>
Here, FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the feed line from the antenna element AE in each antenna array AL to the output terminal TLo of the antenna array AL.

図3に示すように、アンテナ列ALを構成する各アンテナ素子AEには、それぞれスイッチ34(34aから34h)が接続されていると共に、そのアンテナ列出力端子TLoから各スイッチ30に至る給電線路の経路長はいずれも同じ長さとなるように設定されている。   As shown in FIG. 3, each antenna element AE constituting the antenna array AL is connected to a switch 34 (34a to 34h), and a feed line extending from the antenna array output terminal TLo to each switch 30 is connected. The route lengths are set to be the same length.

また、アンテナ素子AEにそれぞれに設けられたスイッチ34a〜34hを、順番にいずれか一つだけ導通状態とすることにより、出力端子TLoから、各アンテナ素子AEの受信信号を時分割多重した多重受信信号が出力されるように制御するスイッチ切替制御部35を備えている。
<マイコンでの処理>
時分割多重された多重受信信号に基づいて、受信処理部15で生成された受信データDj(j=1,2,…8)のそれぞれについて以下の処理を実行する。
In addition, multiple switches 34a to 34h provided in each antenna element AE are turned on in turn so that the received signals of the antenna elements AE are time-division multiplexed from the output terminal TLo. A switch switching control unit 35 is provided to control so that a signal is output.
<Processing by microcomputer>
The following processing is executed for each of the reception data Dj (j = 1, 2,..., 8) generated by the reception processing unit 15 based on the multiplexed reception signal that is time-division multiplexed.

まず、受信データDjをアンテナ素子AE毎の受信データに分離し、更に、分離された各受信データ(以下「素子受信データ」という)が表すアンテナ素子AE毎の受信信号の位相がΔφずつずれたものとなるように、素子受信データを補正して加算することにより、アンテナ列AL毎の受信データ(以下「列受信データ」という)を生成する。   First, the reception data Dj is separated into reception data for each antenna element AE, and the phase of the reception signal for each antenna element AE represented by each separated reception data (hereinafter referred to as “element reception data”) is shifted by Δφ. The reception data for each antenna array AL (hereinafter referred to as “column reception data”) is generated by correcting and adding the element reception data so as to be the same.

なお、第1単位アンテナAF1を構成するアンテナ列ALと第2単位アンテナAF2を構成するアンテナ列ALとでは、素子受信データを補正する際に使用する位相Δφは異なった値を用いる。   It should be noted that the phase Δφ used for correcting the element reception data is different between the antenna array AL constituting the first unit antenna AF1 and the antenna array AL constituting the second unit antenna AF2.

次に、各単位アンテナAF(AF1,AF2)毎に、その単位アンテナAFに属する各アンテナ列ALの列受信データを加算することにより、単位アンテナAF毎の受信データを生成する。   Next, for each unit antenna AF (AF1, AF2), the reception data for each unit antenna AF is generated by adding the column reception data of each antenna column AL belonging to that unit antenna AF.

以下の処理は、この生成された単位アンテナAF毎の受信データを用いて、第1実施形態の場合と全く同様の処理を実行する。
<効果>
このように構成されたレーダ装置3では、単位アンテナAFの仰角方向の指向性が、受信信号の位相を調整することで、単位アンテナAF毎に異なったものとなるようにされているため、第1実施形態のレーダ装置1と同様の効果を得ることができる。
In the following processing, the same processing as in the first embodiment is executed using the generated reception data for each unit antenna AF.
<Effect>
In the radar apparatus 3 configured as described above, the directivity in the elevation angle direction of the unit antenna AF is made different for each unit antenna AF by adjusting the phase of the received signal. The same effect as that of the radar apparatus 1 of the embodiment can be obtained.

しかも、レーダ装置3では、アンテナ列AL、ひいては単位アンテナAFの仰角方向の指向性の設定(ビーム形成)を、素子受信データから列受信データを生成する際に用いる位相差Δφを適宜調整することで演算処理により行っているため、仰角方向のビームの指向性(ビームの向き)を任意に設定することができ、また、その指向性を簡単に変更することができる。
<変形例>
本実施形態では、アンテナ列ALを構成する各アンテナ素子AEにスイッチ34を設け、アンテナ列AL毎に、各アンテナ素子AEの受信信号を時分割多重した信号を、受信処理部15にて処理するように構成されているが、スイッチ34を省略すると共に、アンテナ素子毎に受信処理部15を設けて、各受信処理部15から得られるアンテナ素子AE毎の受信信号をサンプリングしてなる受信データに基づいて、上述の処理を実行するように構成してもよい。
[他の実施形態]
上記実施形態では、単位アンテナの数が2個である場合について説明したが、単位アンテナの数は3個以上であってもよい。
Moreover, in the radar apparatus 3, the setting of the directivity in the elevation angle direction (beam formation) of the antenna array AL, and hence the unit antenna AF, is appropriately adjusted to the phase difference Δφ used when generating the column reception data from the element reception data. Therefore, the beam directivity (beam direction) in the elevation angle direction can be arbitrarily set, and the directivity can be easily changed.
<Modification>
In the present embodiment, a switch 34 is provided for each antenna element AE constituting the antenna array AL, and a signal obtained by time-division multiplexing the received signal of each antenna element AE is processed by the reception processing unit 15 for each antenna array AL. In this configuration, the switch 34 is omitted, and a reception processing unit 15 is provided for each antenna element, and the reception data obtained by sampling the reception signal for each antenna element AE obtained from each reception processing unit 15 is obtained. Based on this, the above-described processing may be executed.
[Other Embodiments]
In the above embodiment, the case where the number of unit antennas is two has been described, but the number of unit antennas may be three or more.

第1実施形態のレーダ装置の全体構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing an overall configuration of a radar apparatus according to a first embodiment. 送信アンテナ及び受信アンテナ部の構成(アンテナ素子の配置)を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure (arrangement | positioning of an antenna element) of a transmission antenna and a receiving antenna part. アンテナ列における給電線路の構成を模式的に示した説明図。Explanatory drawing which showed typically the structure of the feed line in an antenna row | line | column. 受信アンテナ部を構成する第1及び第2単位アンテナの指向性を示すグラフ。The graph which shows the directivity of the 1st and 2nd unit antenna which comprises a receiving antenna part. アンテナ列における給電線路の構成の変形例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the modification of the structure of the feed line in an antenna row | line | column. 第2実施形態のアンテナ列における給電線路の構成を模式的に示した説明図。Explanatory drawing which showed typically the structure of the feed line in the antenna row | line | column of 2nd Embodiment. 第2実施形態の変形例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the modification of 2nd Embodiment. 第3実施形態のレーダ装置の全体構成を示すブロック図。The block diagram which shows the whole structure of the radar apparatus of 3rd Embodiment. 第3実施形態のアンテナ列における給電線路の構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the feed line in the antenna row | line | column of 3rd Embodiment. 受信信号の遅延と指向性との関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the delay of a received signal, and directivity.

符号の説明Explanation of symbols

1,3…レーダ装置 11…発振器 12…電力分配器 13…送信アンテナ 14…受信アンテナ部 15…受信処理部 17…マイクロコンピュータ(マイコン) 21…ミキサ 23…IF回路 25…AD変換器 30,31,…位相調整部 32…可変位相調整部 33…誘電率制御回路 34…スイッチ 35…スイッチ切替制御部 AE…アンテナ素子 AF…単位アンテナ AL…アンテナ列   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,3 ... Radar apparatus 11 ... Oscillator 12 ... Power divider 13 ... Transmission antenna 14 ... Reception antenna part 15 ... Reception processing part 17 ... Microcomputer (microcomputer) 21 ... Mixer 23 ... IF circuit 25 ... AD converter 30,31 , ... Phase adjustment section 32 ... Variable phase adjustment section 33 ... Dielectric constant control circuit 34 ... Switch 35 ... Switch switching control section AE ... Antenna element AF ... Unit antenna AL ... Antenna array

Claims (1)

予め設定された仰角方向に沿って一定間隔で配置された複数のアンテナ素子からなるアンテナ列を、前記仰角方向と直交する水平方向に沿って複数配置してなり、前記アンテナ列をグループ化することで、前記水平方向の位置が互いに異なる複数の単位アンテナを形成するアンテナ部と、
前記単位アンテナを構成するアンテナ列の仰角方向の指向性が前記単位アンテナ毎に異なるように、前記アンテナ列を構成する各アンテナ素子の受信信号の位相調整を行う位相調整手段と、
前記アンテナ部を構成する単位アンテナ毎に、レーダ波を反射した対象物からの反射波に基づく信号成分を抽出する信号成分抽出手段と、
各単位アンテナで抽出される、同一対象物についての信号成分を用い、該信号成分間の位相差に基づき、該対象物からの反射波の水平方向の到来角度を検出する水平方向検出手段と
各単位アンテナで抽出される、同一対象物についての信号成分を用い、該信号成分間の強度差または強度比に基づき、該対象物からの反射波の仰角方向の到来角度を検出する仰角方向検出手段と、
を設けたことを特徴とするレーダ装置。
A plurality of antenna arrays composed of a plurality of antenna elements arranged at regular intervals along a preset elevation angle direction are arranged along a horizontal direction orthogonal to the elevation angle direction, and the antenna arrays are grouped. And an antenna unit that forms a plurality of unit antennas whose horizontal positions are different from each other;
Phase adjustment means for adjusting the phase of the received signal of each antenna element constituting the antenna row so that the directivity in the elevation angle direction of the antenna row constituting the unit antenna differs for each unit antenna;
For each unit antenna constituting the antenna unit, a signal component extraction means for extracting a signal component based on a reflected wave from an object reflecting a radar wave;
Horizontal direction detection means for detecting the arrival angle in the horizontal direction of the reflected wave from the object based on the phase difference between the signal components, using the signal component for the same object extracted by each unit antenna ;
Elevation direction detection that detects the arrival angle in the elevation direction of the reflected wave from the target object based on the intensity difference or intensity ratio between the signal components using the signal component extracted from each unit antenna. Means,
A radar apparatus comprising:
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