JP6491254B2 - Antenna device and radar device - Google Patents

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Description

本発明は、アレイ型アンテナを備えたアンテナ装置、及びそれを用いて物体を検出するレーダ装置に関する。   The present invention relates to an antenna device including an array type antenna and a radar device that detects an object using the antenna device.

従来、検知対象領域に送信波を送信し、物体からの反射波を受信して、物体を検知するレーダ装置(レーダーセンサ)が各種考案されている。そして、このようなレーダ装置として、送信アンテナ、受信アンテナの少なくとも一方を一定間隔で複数配置し、異なる送信アンテナと受信アンテナの組み合わせにより得られた信号の相関関係から、物体の存在する方向の検知を行うものが知られている。   Conventionally, various radar devices (radar sensors) that transmit a transmission wave to a detection target region, receive a reflected wave from an object, and detect the object have been devised. As such a radar apparatus, a plurality of transmission antennas and reception antennas are arranged at regular intervals, and the direction in which an object exists is detected from the correlation of signals obtained by combining different transmission antennas and reception antennas. Is known to do.

当該レーダ装置では送信アンテナ又は受信アンテナの数が多い程、角度分解能が高くなることが知られている。下記特許文献1には等間隔にて受信アンテナを並べ、またその受信アンテナの間隔を送信波の半波長以上にすることで角度分解能を向上させる手法が示されている。   It is known that the angular resolution increases as the number of transmission antennas or reception antennas increases in the radar apparatus. Patent Document 1 below discloses a technique for improving angular resolution by arranging reception antennas at equal intervals and setting the intervals between the reception antennas to be equal to or greater than a half wavelength of a transmission wave.

特開2008−134223号公報JP 2008-134223 A

アンテナ数を多くすることで角度分解能を確保することができる一方、アンテナ数の増加に伴い、アンテナ装置が大きくなり、また送受信回路の数が増え消費電力が増えるという問題がある。   The angular resolution can be ensured by increasing the number of antennas. On the other hand, there is a problem that the antenna device becomes larger as the number of antennas increases, and the number of transmission / reception circuits increases to increase power consumption.

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、測角距離と角度分解能を確保しつつ、アンテナ数の減少を図ることで、サイズの小型化及び消費電力の低減が図られたアンテナ装置及びレーダ装置の提供を目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and by reducing the number of antennas while ensuring the angular distance and the angular resolution, the antenna can be reduced in size and reduced in power consumption. An object is to provide a device and a radar device.

(1)本発明に係るアンテナ装置は、測角方向に対応した測角方向軸と当該測角方向軸に直交する測角直交軸とを座標軸とする平面上に、送信アンテナと、前記送信アンテナに対する前記測角直交軸の方向の位置関係が一定であり、且つ測角方向座標が互いに異なる複数の受信アンテナとが配置され、前記測角方向軸を含む測角面内での受信方向の検出を可能とするアンテナ装置であって、前記複数の受信アンテナは、それぞれ複数の前記受信アンテナが前記測角方向に並び、且つ測角直交座標が互いに異なる複数の受信アンテナ列を形成し、前記送信アンテナは、前記位置関係を有して前記各受信アンテナ列に対して設けられ、当該受信アンテナ列とアンテナ対をなし、前記アンテナ対での前記送信アンテナに対する前記受信アンテナの測角方向座標の差を相対座標とすると、2個の前記受信アンテナの全ての組合せにおける前記受信アンテナ同士での前記相対座標の差の絶対値は、公差が送信波の半波長以下であり項数が前記受信アンテナの総数以上の所定数である等差数列の各項の値をとり、任意の2つの前記アンテナ対の前記測角方向の位置関係は、いずれか一方の前記アンテナ対における前記受信アンテナ列の前記測角方向の配置範囲が他方の前記アンテナ対における前記受信アンテナ列の前記測角方向の配置範囲を包含する関係である。   (1) An antenna device according to the present invention includes a transmission antenna and a transmission antenna on a plane having a coordinate axis that is an angle measurement direction axis corresponding to an angle measurement direction and an angle measurement orthogonal axis orthogonal to the angle measurement direction axis. A plurality of receiving antennas having a constant positional relationship in the direction of the angle-measuring orthogonal axis with respect to each other and having different angle-measuring direction coordinates, and detecting a receiving direction within a angle measuring plane including the angle measuring direction axis The plurality of receiving antennas are formed by forming a plurality of receiving antenna arrays in which the plurality of receiving antennas are arranged in the angle-measuring direction and the angle-orthogonal coordinates are different from each other. An antenna is provided for each receiving antenna array having the positional relationship, forms an antenna pair with the receiving antenna array, and measures the receiving antenna with respect to the transmitting antenna with the antenna pair. Assuming that the difference in direction coordinates is a relative coordinate, the absolute value of the relative coordinate difference between the receiving antennas in all combinations of the two receiving antennas is such that the tolerance is less than a half wavelength of the transmission wave and the number of terms is The value of each term of an arithmetic sequence that is a predetermined number equal to or greater than the total number of the receiving antennas is taken, and the positional relationship in the angle measurement direction between any two of the antenna pairs is the receiving antenna in any one of the antenna pairs. The arrangement range of the angle measurement direction of the row includes the arrangement range of the reception antenna row of the other antenna pair in the angle measurement direction.

(2)上記(1)に記載するアンテナ装置において、前記公差及び前記任意の2つのアンテナ対における前記送信アンテナの測角方向座標の差は、前記送信波の半波長とすることができる。   (2) In the antenna device described in (1) above, the difference between the tolerance and the angle measurement direction coordinate of the transmission antenna in the two arbitrary antenna pairs can be a half wavelength of the transmission wave.

(3)本発明に係る他のアンテナ装置は、測角方向に対応した測角方向軸と当該測角方向軸に直交する測角直交軸とを座標軸とする平面上に、受信アンテナと、前記受信アンテナに対する前記測角直交軸の方向の位置関係が一定であり、且つ測角方向座標が互いに異なる複数の送信アンテナとが配置され、前記測角方向軸を含む測角面内での受信方向の検出を可能とするアンテナ装置であって、前記複数の送信アンテナは、それぞれ複数の前記送信アンテナが前記測角方向に並び、且つ測角直交座標が互いに異なる複数の送信アンテナ列を形成し、前記受信アンテナは、前記位置関係を有して前記各送信アンテナ列に対して設けられ、当該送信アンテナ列とアンテナ対をなし、前記アンテナ対での前記受信アンテナに対する前記送信アンテナの測角方向座標の差を相対座標とすると、2個の前記送信アンテナの全ての組合せにおける前記送信アンテナ同士での前記相対座標の差の絶対値は、公差が送信波の半波長以下であり項数が前記送信アンテナの総数以上の所定数である等差数列の各項の値をとり、任意の2つの前記アンテナ対の前記測角方向の位置関係は、いずれか一方の前記アンテナ対における前記送信アンテナ列の前記測角方向の配置範囲が他方の前記アンテナ対における前記送信アンテナ列の前記測角方向の配置範囲を包含する関係である。   (3) Another antenna device according to the present invention includes a receiving antenna on a plane whose coordinate axis is an angle measuring direction axis corresponding to an angle measuring direction and an angle measuring orthogonal axis orthogonal to the angle measuring direction axis, A plurality of transmitting antennas having a constant positional relationship in the direction of the angle-measuring orthogonal axis with respect to the receiving antenna and having different angle-measuring direction coordinates are arranged, and the receiving direction in the angle measuring plane including the angle measuring direction axis The plurality of transmission antennas form a plurality of transmission antenna arrays in which the plurality of transmission antennas are arranged in the angle measuring direction and the angle measurement orthogonal coordinates are different from each other, The reception antenna is provided for each transmission antenna array having the positional relationship, forms an antenna pair with the transmission antenna array, and the transmission antenna for the reception antenna in the antenna pair Assuming that the difference in the angle measurement direction coordinates is a relative coordinate, the absolute value of the difference between the relative coordinates between the transmission antennas in all combinations of the two transmission antennas is such that the tolerance is equal to or less than a half wavelength of the transmission wave. The value of each term of an arithmetic progression that is a predetermined number equal to or greater than the total number of the transmission antennas is taken, and the positional relationship in the angle measurement direction between any two of the antenna pairs is the one in the antenna pair. The arrangement range of the transmission antenna array in the angle measurement direction includes the arrangement range of the transmission antenna array in the angle measurement direction in the other antenna pair.

(4)本発明に係るレーダ装置は、上記(1)から(3)に記載のいずれか1つのアンテナ装置を備え、対象物体を検出するレーダ装置であって、複数の前記アンテナ対を時分割で選択し、選択した前記アンテナ対により前記送信波を送信し受信結果を取得する送受信処理手段と、前記送受信処理手段により前記アンテナ対単位での時分割の送信処理で得られた複数の前記受信結果を、一回の仮想的な送信処理に係る仮想アンテナの受信結果として合成する合成手段と、前記合成手段により合成された前記受信結果に基づいて、前記対象物体の存在方向に対応する前記受信方向を検出する検出処理手段と、を有する。   (4) A radar apparatus according to the present invention includes any one of the antenna apparatuses described in (1) to (3) above, and is a radar apparatus that detects a target object. A transmission / reception processing unit that transmits the transmission wave by the selected antenna pair and obtains a reception result, and a plurality of the receptions obtained by the transmission / reception processing unit by the time-division transmission processing for each antenna pair Combining means for combining the result as a reception result of the virtual antenna related to one virtual transmission processing, and the reception corresponding to the direction in which the target object exists based on the reception result combined by the combining means Detection processing means for detecting a direction.

本発明によれば、測角距離と角度分解能を確保しつつ、アレイ型アンテナの数の減少が図られ、サイズの小型化及び消費電力の低減が図られたアンテナ装置及びレーダ装置が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain an antenna device and a radar device in which the number of array antennas is reduced while ensuring the angular distance and the angular resolution, and the size is reduced and the power consumption is reduced.

アレイ型アンテナの構成態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural aspect of an array type antenna. 本発明の実施形態に係るレーダ装置の概略のブロック構成図である。1 is a schematic block configuration diagram of a radar apparatus according to an embodiment of the present invention. アンテナ対を説明するためのアンテナ装置の模式的な正面図である。It is a typical front view of the antenna apparatus for demonstrating an antenna pair. 本発明の実施形態に係る第1のアンテナ配置例を説明するアンテナ装置の模式的な正面図である。It is a typical front view of the antenna device explaining the 1st example of antenna arrangement concerning the embodiment of the present invention. 図4(b)に示すアンテナ装置との比較例とするアンテナ装置の模式的な正面図である。It is a typical front view of the antenna apparatus made into a comparative example with the antenna apparatus shown in FIG.4 (b). 本発明の実施形態に係るレーダ装置における測角処理の概略のフロー図である。It is a schematic flowchart of the angle measurement process in the radar apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る第2のアンテナ配置例を説明するアンテナ装置の模式的な正面図である。It is a typical front view of the antenna device explaining the 2nd example of antenna arrangement concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る第3のアンテナ配置例を説明するアンテナ装置の模式的な正面図である。It is a typical front view of the antenna apparatus explaining the 3rd antenna arrangement example which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)であるレーダ装置10について、図面に基づいて説明する。本実施形態のレーダ装置10は、当該レーダ装置10が設置された空間に存在する物体を検出する監視装置を構成し、例えば、人を検出対象物体とする。レーダ装置10のアンテナ装置は、受信アンテナを複数並べて構成する。当該アンテナ装置は受信アンテナの配列方向に対応してビームの方向を走査でき、レーダ装置10は監視対象の空間における電波を反射する物体の方向を検出する。   Hereinafter, a radar apparatus 10 according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings. The radar apparatus 10 according to the present embodiment constitutes a monitoring apparatus that detects an object existing in a space in which the radar apparatus 10 is installed. For example, a person is a detection target object. The antenna device of the radar device 10 is configured by arranging a plurality of receiving antennas. The antenna device can scan the beam direction corresponding to the arrangement direction of the receiving antennas, and the radar device 10 detects the direction of the object that reflects the radio wave in the space to be monitored.

レーダ装置10を設置し監視を行う空間は例えば建物の内部(部屋や廊下)、またはその周りの敷地内(庭や駐車場)などとされる。当該監視用途のためレーダ装置10は、近傍の物体から遠方の物体に至るまでその位置を検知できるよう、監視対象の空間において高所から見下ろすように斜め下方に向けて設置される。このように設置した場合、受信アンテナを上下方向に並べる(延在させる)ことで受信アンテナの上下方向の角度分解能、すなわち監視対象の空間の奥行方向および高さ方向の分解能を高めることができる。   The space in which the radar apparatus 10 is installed and monitored is, for example, the inside of a building (room or hallway) or the surrounding site (garden or parking lot). For the monitoring application, the radar device 10 is installed obliquely downward so as to look down from a high place in the space to be monitored so that its position can be detected from a nearby object to a distant object. When installed in this manner, by arranging (extending) the receiving antennas in the vertical direction, the vertical angular resolution of the receiving antennas, that is, the resolution in the depth direction and the height direction of the space to be monitored can be increased.

ここで、送信アンテナ及び受信アンテナとして、延在したアンテナを用いると、その延在方向に関するアンテナパターン(つまり延在方向に沿った平面上での電波の放射又は受信される範囲)の幅が狭くなる一方、ゲインが高まる。つまり、アンテナの放射特性に指向性を持たせることができる。そこで、本実施形態では上下方向に延在させたアレイ型アンテナを用いる。   Here, when extended antennas are used as the transmitting antenna and the receiving antenna, the width of the antenna pattern related to the extending direction (that is, the range of radiation or reception of radio waves on a plane along the extending direction) is narrow. On the other hand, the gain increases. That is, directivity can be given to the radiation characteristic of the antenna. Therefore, in this embodiment, an array type antenna extending in the vertical direction is used.

図1は、アレイ型アンテナの例を示す模式的な平面図である。図1(a)に示すアレイ型アンテナ500は、送受信する電波の波長を考慮した大きさの平面導体からなるパッチ素子501を直線上に並べ、それらの相互間を導体線路502で接続して直鎖状としたものであり、例えば、誘電体からなる基板表面に形成・配置される。なお、図においてアンテナ中心503の位置を“×”印で示しており、アレイ型アンテナの延在方向504を両矢印で示している。1つのアレイ型アンテナにおけるパッチ素子の大きさは相違してもよく、例えば、図1(b)に示すアレイ型アンテナ510では、3つのパッチ素子のうち両端の2つの面積が中央の1つより小さく設定されている。また、1つのアレイ型アンテナを構成するパッチ素子の数は3つには限られず、例えば、より多くのパッチ素子を用いてもよく、図1(c)に示すアレイ型アンテナ520では5つのパッチ素子が直鎖状に接続されている。   FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of an array type antenna. An array type antenna 500 shown in FIG. 1A has a patch element 501 made of planar conductors of a size that takes into account the wavelength of radio waves to be transmitted / received, arranged in a straight line, and connected by a conductor line 502 between them. For example, it is formed and arranged on the surface of a substrate made of a dielectric. In the figure, the position of the antenna center 503 is indicated by “x”, and the extending direction 504 of the array antenna is indicated by a double arrow. The size of the patch element in one array type antenna may be different. For example, in the array type antenna 510 shown in FIG. 1B, two areas at both ends of the three patch elements are larger than one in the center. It is set small. In addition, the number of patch elements constituting one array antenna is not limited to three. For example, more patch elements may be used, and the array antenna 520 shown in FIG. The elements are connected in a straight chain.

図2は実施形態に係るレーダ装置10の概略のブロック構成図である。レーダ装置10は本発明に係るアンテナ装置20を有する。アンテナ装置20は送信アンテナ21及び受信アンテナ22を有する。レーダ装置10はさらに、受信器23、切替器25、発信器30、アナログ−デジタル(A/D)変換器40、変調信号発生器50、切替信号発生器60、測距測角処理部70及び出力部80を備える。   FIG. 2 is a schematic block diagram of the radar apparatus 10 according to the embodiment. The radar apparatus 10 has an antenna apparatus 20 according to the present invention. The antenna device 20 includes a transmission antenna 21 and a reception antenna 22. The radar apparatus 10 further includes a receiver 23, a switch 25, a transmitter 30, an analog-digital (A / D) converter 40, a modulation signal generator 50, a switch signal generator 60, a distance measurement and angle processing unit 70, An output unit 80 is provided.

以下、レーダ装置10の各部について説明する。   Hereinafter, each part of the radar apparatus 10 will be described.

アンテナ装置20は、平面状の基板及び当該基板を保護する筐体などから構成される。送信アンテナ21及び受信アンテナ22は例えば、誘電体からなる基板表面に導体パターンを配置して形成される。送信アンテナ21及び受信アンテナ22はそれぞれ複数個形成される。図2の構成ではアンテナ装置20はn個の送信アンテナ21−1〜21−n、及びm個(m>n)の受信アンテナ22−1〜22−mを有する。各送信アンテナ21及び各受信アンテナ22は、直線上に並んだ複数のパッチ素子及びそれらの間を接続する導体線路からなる直鎖状の導体パターンを有したアレイ型アンテナである。   The antenna device 20 includes a planar substrate and a housing that protects the substrate. The transmitting antenna 21 and the receiving antenna 22 are formed by arranging a conductor pattern on a substrate surface made of a dielectric, for example. A plurality of transmission antennas 21 and reception antennas 22 are formed. In the configuration of FIG. 2, the antenna device 20 includes n transmission antennas 21-1 to 21-n and m (m> n) reception antennas 22-1 to 22-m. Each of the transmission antennas 21 and each of the reception antennas 22 is an array antenna having a linear conductor pattern including a plurality of patch elements arranged on a straight line and a conductor line connecting them.

送信アンテナ21は発信器30から送られてくる信号に従い、マイクロ波帯(例えば24GHzなど)の電波を放射する。受信アンテナ22は物体にて反射した電波を受信する。送信アンテナ21及び受信アンテナ22の具体的な配置については後述するが、受信アンテナ22はn列に配置され、送信アンテナ21は受信アンテナ22の各列に対応して1つずつ設けられ、当該受信アンテナ列とアンテナ対をなす。   The transmission antenna 21 radiates a radio wave in a microwave band (for example, 24 GHz) according to a signal transmitted from the transmitter 30. The receiving antenna 22 receives the radio wave reflected by the object. The specific arrangement of the transmission antenna 21 and the reception antenna 22 will be described later. The reception antennas 22 are arranged in n columns, and one transmission antenna 21 is provided corresponding to each column of the reception antennas 22. Make an antenna pair with the antenna array.

切替信号発生器60は、アンテナ装置20を構成する複数(本実施形態ではn組)のアンテナ対を時分割に切り替えて送受信するためのタイミングを表す切替信号を発生し、変調信号発生器50、切替器25及び測距測角処理部70に入力する。本実施形態では、切替信号発生器60は4kHzにてアンテナ対を順次、切り替える切替信号を発生するものとする。   The switching signal generator 60 generates a switching signal that represents a timing for transmitting and receiving a plurality of (n sets in the present embodiment) antenna pairs constituting the antenna device 20 in a time division manner, and the modulation signal generator 50, The data is input to the switch 25 and the distance measurement and angle processing unit 70. In the present embodiment, it is assumed that the switching signal generator 60 generates a switching signal for sequentially switching antenna pairs at 4 kHz.

変調信号発生器50はFMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式における変調信号を生成する。例えば、変調信号発生器50は変調信号として三角波信号を発生する。変調信号発生器50は切替信号発生器60から入力される切替信号に同期して対称三角波を生成し、アンテナ対ごとにFMCW方式における1サイクルの周波数掃引を実現する。なお、変調信号は対称三角波の代わりに鋸波としてもよい。   The modulation signal generator 50 generates a modulation signal in FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) system. For example, the modulation signal generator 50 generates a triangular wave signal as the modulation signal. The modulation signal generator 50 generates a symmetric triangular wave in synchronization with the switching signal input from the switching signal generator 60, and realizes one cycle frequency sweep in the FMCW method for each antenna pair. The modulation signal may be a sawtooth wave instead of a symmetric triangular wave.

発信器30は変調信号発生器50から入力された変調信号に応じて周波数が変化する電波を生成する。例えば、発信器30は変調信号として対称三角波を入力され、周波数のアップ/ダウン掃引を行い、周波数が時間に対し三角波状に変化するFMCW信号を生成する。周波数偏移幅は例えば、24.06〜24.24GHzとすることができる。   The transmitter 30 generates a radio wave whose frequency changes according to the modulation signal input from the modulation signal generator 50. For example, the transmitter 30 receives a symmetrical triangular wave as a modulation signal, performs frequency up / down sweep, and generates an FMCW signal whose frequency changes in a triangular wave shape with respect to time. The frequency shift width can be set to, for example, 24.06 to 24.24 GHz.

切替器25は、切替信号発生器60からの切替信号により送信アンテナ21のいずれか1つを選択して発信器30と接続する切替処理を行う。本実施形態では上述したように4kHzにて、送信アンテナ21を順次切り替えて、電波を送出する。   The switch 25 performs a switching process of selecting any one of the transmission antennas 21 according to the switching signal from the switching signal generator 60 and connecting to the transmitter 30. In this embodiment, as described above, the transmission antenna 21 is sequentially switched at 4 kHz to transmit radio waves.

受信器23は各受信アンテナ22に対応して設けられる。すなわち受信アンテナ22−1〜22−mそれぞれに対応して、受信器23−1〜23−mが設けられる。各受信器23は、対応する受信アンテナ22から入力される受信信号を検波・増幅し、増幅された検波信号をフィルタリング処理により波形整形してA/D変換器40へ出力する。   The receiver 23 is provided corresponding to each receiving antenna 22. That is, receivers 23-1 to 23-m are provided corresponding to the receiving antennas 22-1 to 22-m, respectively. Each receiver 23 detects and amplifies the reception signal input from the corresponding reception antenna 22, shapes the waveform of the amplified detection signal by filtering processing, and outputs the waveform to the A / D converter 40.

A/D変換器40は、各受信器23にて波形整形された結果をデジタル値に変換して測距測角処理部70に出力する。A/D変換器40は、m個の受信アンテナ22で同時に受信され受信器23から並列して出力される複数の信号をデジタル値に変換できるように、マルチチャンネルにて入力できるものとする。   The A / D converter 40 converts the result of waveform shaping by each receiver 23 into a digital value, and outputs the digital value to the distance measuring and angle processing unit 70. The A / D converter 40 is assumed to be able to input in multiple channels so that a plurality of signals simultaneously received by the m receiving antennas 22 and output in parallel from the receiver 23 can be converted into digital values.

測距測角処理部70は、A/D変換器40から入力された受信結果を用いて、レーダ装置10に対する物体(人)の距離及び角度を算出する。測距測角処理部70は、切替信号発生器60から入力される切替信号に同期して、電波を放射する送信アンテナ21とアンテナ対をなす受信アンテナ22の受信結果を取得し、測距測角処理に用いる。   The distance measurement and angle processing unit 70 calculates the distance and angle of the object (person) with respect to the radar apparatus 10 using the reception result input from the A / D converter 40. The distance measurement and angle processing unit 70 acquires the reception result of the transmission antenna 21 that radiates radio waves and the reception antenna 22 that forms an antenna pair in synchronization with the switching signal input from the switching signal generator 60, and performs distance measurement. Used for corner processing.

本発明に係るレーダ装置10は、切替信号発生器60からの切替信号に従って複数のアンテナ対を切り替えてアンテナ対ごとに受信結果を取得する一方、複数のアンテナ対の受信アンテナ22を要素とする仮想アンテナを形成して測距測角処理を行う。つまり、レーダ装置10は、異なるアンテナ対ごとの受信結果を組み合わせて仮想アンテナの受信結果とし、これを用いて測距測角処理を行う。   The radar apparatus 10 according to the present invention switches a plurality of antenna pairs in accordance with a switching signal from the switching signal generator 60 and acquires a reception result for each antenna pair. An antenna is formed to perform distance measurement and angle measurement processing. That is, the radar apparatus 10 combines the reception results of different antenna pairs into a virtual antenna reception result, and uses this to perform ranging and angle measurement processing.

ここで、複数のアンテナ対は時分割で送受信するので、異なるアンテナ対の受信結果は異なるタイミングで得られる。そのため、測距測角処理部70はA/D変換器40から得られるアンテナ対ごとの受信結果をバッファメモリに一時記憶する。例えば、切替信号発生器60の連続するn回の切替信号に対応したn組のアンテナ対各1回ずつの送受信で得られる受信結果を1セットとして、測距測角処理部70はバッファメモリに蓄積された1セットの受信結果に基づいて1回の測距測角処理を行う。なお、バッファメモリは、処理済みの受信結果を順次、新たな受信結果で上書きする構成とすることができる。   Here, since a plurality of antenna pairs transmit and receive in a time division manner, reception results of different antenna pairs can be obtained at different timings. Therefore, the distance measurement and angle processing unit 70 temporarily stores the reception result for each antenna pair obtained from the A / D converter 40 in the buffer memory. For example, the distance measurement angle processing unit 70 stores the reception results obtained by transmission / reception for each of the n pairs of antennas corresponding to the n consecutive switching signals of the switching signal generator 60 as one set. One distance measurement and angle measurement process is performed based on the stored one set of reception results. Note that the buffer memory can be configured to overwrite the processed reception results sequentially with new reception results.

本実施形態では、測距処理はFMCW方式、測角処理はビームフォーミング法を用いるものとするが、これに限られず適宜置換可能な他の方式を採用しても良い。   In the present embodiment, the FMCW method is used for the distance measurement process, and the beam forming method is used for the angle measurement process. However, the present invention is not limited to this, and another method that can be appropriately replaced may be used.

出力部80は、測距測角処理部70が求めた距離及び角度を外部の機器に出力するための通信インターフェースである。適宜、Ethernet(登録商標)やRS232Cなどの規格に則って実現される。   The output unit 80 is a communication interface for outputting the distance and angle obtained by the distance measurement and angle processing unit 70 to an external device. As appropriate, it is realized according to standards such as Ethernet (registered trademark) and RS232C.

ちなみに、上述のレーダ装置10の構成のうち、切替信号発生器60、変調信号発生器50、発信器30、切替器25、受信器23、A/D変換器40が、複数のアンテナ対を時分割で選択し、選択したアンテナ対により送信波を送信し受信結果を取得する送受信処理手段を構成する。また、測距測角処理部70は、送受信処理手段によりアンテナ対単位での時分割の送信処理で得られた複数の受信結果を、一回の仮想的な送信処理に係る仮想アンテナの受信結果として合成する合成手段、及び合成手段により合成された受信結果に基づいて、対象物体の存在方向に対応する受信方向を検出する検出処理手段を構成する。   Incidentally, in the configuration of the radar apparatus 10 described above, the switching signal generator 60, the modulation signal generator 50, the transmitter 30, the switching unit 25, the receiver 23, and the A / D converter 40 each include a plurality of antenna pairs. A transmission / reception processing unit that selects by division, transmits a transmission wave by the selected antenna pair, and acquires a reception result is configured. Further, the distance measurement and angle processing unit 70 uses the transmission / reception processing means to obtain a plurality of reception results obtained by the time-division transmission processing in units of antenna pairs, and the virtual antenna reception results related to one virtual transmission processing. And a detection processing means for detecting the reception direction corresponding to the direction in which the target object exists based on the reception result synthesized by the synthesis means.

次に、アンテナ対についてさらに説明する。図3はアンテナ対を説明するための、アレイ型アンテナを配置したアンテナ装置の模式的な正面図である。当該アンテナ装置は平面上に形成された導体パターンからなる送信アンテナ及び受信アンテナを有する。   Next, the antenna pair will be further described. FIG. 3 is a schematic front view of an antenna device in which an array type antenna is arranged for explaining an antenna pair. The antenna device has a transmission antenna and a reception antenna made of a conductor pattern formed on a plane.

図3において、直交座標系xyzのy軸,z軸をそれぞれアンテナ装置の平面に沿った横方向、縦方向とし、x軸をアンテナ装置の平面の法線方向とする。なお、図3のアレイ型アンテナは、yz平面に沿う基板上において送信アンテナ21及び受信アンテナ22が配置されている様子を示している。なお、図3に示す配置は、アンテナ対を説明するためのものであり、本実施形態のレーダ装置10のアンテナ装置20における送信アンテナ21及び受信アンテナ22の配置そのものではない。   In FIG. 3, the y-axis and z-axis of the orthogonal coordinate system xyz are the horizontal and vertical directions along the plane of the antenna device, respectively, and the x-axis is the normal direction of the plane of the antenna device. 3 shows a state in which the transmission antenna 21 and the reception antenna 22 are arranged on the substrate along the yz plane. The arrangement shown in FIG. 3 is for explaining the antenna pair, and is not the arrangement itself of the transmission antenna 21 and the reception antenna 22 in the antenna apparatus 20 of the radar apparatus 10 of the present embodiment.

図3は、1つの送信アンテナから放射した電波を測角方向に並ぶ複数の受信アンテナで受信することで測角及び測距を行う構成を示しており、具体的には図3ではz軸方向が測角方向となる。すなわち、アンテナの基板面であるyz平面を定義する座標軸のうちz軸が測角方向軸であり、測角方向軸を含む測角面内での受信方向の検出が行われる。本実施形態では測角面は基板に直交する面、つまりxz平面とする。一方、y軸は測角方向に直交する軸であり、測角直交軸と呼ぶことにする。複数の受信アンテナの送信アンテナに対する測角直交軸方向の位置関係は一定とされ、これにより測距測角処理が不要に複雑化することを避けられる。   FIG. 3 shows a configuration in which angle measurement and distance measurement are performed by receiving radio waves radiated from one transmission antenna by a plurality of reception antennas arranged in the angle measurement direction. Specifically, in FIG. Is the direction of angle measurement. That is, among the coordinate axes that define the yz plane that is the substrate surface of the antenna, the z axis is the angle measurement direction axis, and the reception direction is detected within the angle measurement surface including the angle measurement direction axis. In this embodiment, the angle measuring surface is a surface orthogonal to the substrate, that is, the xz plane. On the other hand, the y-axis is an axis orthogonal to the direction of angle measurement and will be referred to as an angle measurement orthogonal axis. The positional relationship of the plurality of reception antennas with respect to the transmission antenna in the direction of the angle-measuring orthogonal axis is fixed, thereby avoiding unnecessarily complicated ranging and angle-measurement processing.

図3に示す2つの送信アンテナ21及び6つの受信アンテナ22−1〜22−6はそれぞれ図1を用いて説明したアレイ型アンテナであり、z軸方向に並ぶ3つのパッチ素子を有する例を示している。既に述べたように、測角方向(z軸方向)に延在したアレイ型アンテナを用いることで、xz平面内でのビーム幅を狭める(指向性を持たせる)ことができる。   Each of the two transmitting antennas 21 and the six receiving antennas 22-1 to 22-6 shown in FIG. 3 is an array antenna described with reference to FIG. 1, and shows an example having three patch elements arranged in the z-axis direction. ing. As already described, by using an array antenna extending in the angle measuring direction (z-axis direction), the beam width in the xz plane can be narrowed (having directivity).

受信アンテナ22−1〜22−3は測角方向であるz軸方向の直線上に一列に配置され、同様に受信アンテナ22−4〜22−6もz軸方向の直線上に一列に配置されている。この測角方向に並ぶ受信アンテナ22の列が受信アンテナ列である。すなわち、受信アンテナ22−1〜22−3が1つの受信アンテナ列220を構成し、受信アンテナ22−4〜22−6がもう1つの受信アンテナ列221を構成する。そして、受信アンテナ列220,221は測角直交座標であるy座標が互いに異なる位置、つまり測角直交軸の方向にずれた位置に配置される。   The receiving antennas 22-1 to 22-3 are arranged in a line on the straight line in the z-axis direction, which is the angle measuring direction, and similarly, the receiving antennas 22-4 to 22-6 are also arranged in a line on the straight line in the z-axis direction. ing. A row of the receiving antennas 22 arranged in the angle measuring direction is a receiving antenna row. That is, the receiving antennas 22-1 to 22-3 constitute one receiving antenna row 220, and the receiving antennas 22-4 to 22-6 constitute another receiving antenna row 221. The receiving antenna arrays 220 and 221 are arranged at positions where the y-coordinates that are angle-measuring orthogonal coordinates are different from each other, that is, at positions that are shifted in the direction of the angle-measuring orthogonal axis.

2つの受信アンテナ列に対応して送信アンテナ21は2つ配置され、送信アンテナ21−1と受信アンテナ列220とが1つのアンテナ対をなし、送信アンテナ21−2と受信アンテナ列221とがもう1つのアンテナ対をなす。各受信アンテナ列220,221に対応する送信アンテナ21の測角直交軸方向の位置関係は上述したように一定に設定される。つまり、受信アンテナ列220のy座標と送信アンテナ21−1のy座標との差と、受信アンテナ列221のy座標と送信アンテナ21−2のy座標との差とは同一である。また、アンテナ対同士は基板上にて互いに平行な位置関係に配置される。   Two transmitting antennas 21 are arranged corresponding to two receiving antenna arrays, the transmitting antenna 21-1 and the receiving antenna array 220 form one antenna pair, and the transmitting antenna 21-2 and the receiving antenna array 221 are already present. One antenna pair is formed. As described above, the positional relationship of the transmitting antennas 21 corresponding to the receiving antenna arrays 220 and 221 in the angle-measurement orthogonal axis direction is set to be constant. That is, the difference between the y coordinate of the receiving antenna array 220 and the y coordinate of the transmitting antenna 21-1 is the same as the difference between the y coordinate of the receiving antenna array 221 and the y coordinate of the transmitting antenna 21-2. In addition, the antenna pairs are arranged in parallel with each other on the substrate.

次に、アンテナ装置20における送信アンテナ21及び受信アンテナ22の本発明にかかる配置方法について述べる。実施形態に係るアンテナ装置20の測角方向軸及び測角直交軸は図3の説明で述べた定義と同じである。すなわち、z軸が測角方向軸であり、y軸が測角直交軸である。   Next, a method for arranging the transmitting antenna 21 and the receiving antenna 22 in the antenna device 20 according to the present invention will be described. The angle measuring direction axis and the angle measuring orthogonal axis of the antenna device 20 according to the embodiment are the same as those defined in the description of FIG. That is, the z axis is the angle measuring direction axis, and the y axis is the angle measuring orthogonal axis.

ここで、アレイ型アンテナの配置周期が、送受信される電波の半波長より大きくなると、受信波の到来角度の推定処理にて虚像が生じる。つまり、虚像の影響を排除するためには配置周期を半波長以下とする必要がある。しかし、図3に示すようにアレイ型アンテナの長手方向と配列方向とが同じ場合には、半波長以下の周期で同一直線上にアレイ型アンテナを配列しようとすると、隣り合うアレイ型アンテナの導体パターンの干渉が起こり易くなる。つまり、測角方向(z軸方向)に延在したアレイ型アンテナである受信アンテナを測角方向に一列に並べる場合には、物理的に受信アンテナが重なり易くなり、受信アンテナの測角方向の配列周期を小さくすることが制約され、その結果、虚像の抑制が難しくなる、またはz軸方向の好適な測角分解能が得られる測角範囲が狭くなるという問題があった。   Here, when the arrangement period of the array antenna becomes larger than the half wavelength of the transmitted / received radio wave, a virtual image is generated in the process of estimating the arrival angle of the received wave. That is, in order to eliminate the influence of the virtual image, it is necessary to set the arrangement period to a half wavelength or less. However, as shown in FIG. 3, when the array antenna is in the same longitudinal direction and array direction, if the array antenna is arranged on the same straight line with a period of less than half wavelength, the conductors of adjacent array antennas Pattern interference is likely to occur. In other words, when the receiving antennas that are array antennas extending in the angle measuring direction (z-axis direction) are arranged in a line in the angle measuring direction, the receiving antennas tend to physically overlap, and the angle of the receiving antenna in the angle measuring direction is increased. As a result, it is difficult to suppress the virtual image, or there is a problem that the angle measurement range in which a suitable angle measurement resolution in the z-axis direction is obtained becomes narrow.

このように一列に並べたときに受信アンテナ同士に干渉が生じる場合に、本発明では干渉する受信アンテナのいずれかを測角直交軸(y軸)の方向にずらした配置として干渉を回避する。これにより測角直交軸方向の位置が異なる受信アンテナが生じることになるが、これに対応して、送信アンテナを増設し、測角直交軸方向の座標が異なる受信アンテナごとに上述したアンテナ対を形成する。以下、具体例を説明する。   When interference occurs between the receiving antennas when they are arranged in a line in this way, the present invention avoids the interference by disposing one of the interfering receiving antennas in the direction of the angle-measurement orthogonal axis (y-axis). As a result, a receiving antenna with a different position in the angle-measurement orthogonal axis direction is generated. Form. Specific examples will be described below.

なお、当該具体例のアンテナ装置20の送信アンテナ21及び受信アンテナ22はそれぞれ、図3の送信アンテナ及び受信アンテナと同じく3つのパッチ素子を測角方向(z軸方向)に並べたアレイ型アンテナとし、形状及びサイズは互いに共通とする。下記の例では、各アンテナの測角方向のサイズは3λ/2より大きく2λよりは小さい。また下記の例で用いる測角直交軸(y軸)の方向の距離wは各アンテナの測角直交軸の方向のサイズより大きい値とする。   The transmitting antenna 21 and the receiving antenna 22 of the antenna device 20 of the specific example are array antennas in which three patch elements are arranged in the angle measuring direction (z-axis direction), similarly to the transmitting antenna and the receiving antenna of FIG. The shape and size are common to each other. In the following example, the size of each antenna in the angle measuring direction is larger than 3λ / 2 and smaller than 2λ. Further, the distance w in the direction of the angle-measurement orthogonal axis (y-axis) used in the following example is set to a value larger than the size of each antenna in the direction of the angle-measurement orthogonal axis.

なお、パッチ素子は送受信する電波の波長を考慮した大きさであり、アンテナとしての感度を確保しつつ、そのパッチ素子を測角方向に複数個直鎖状に接続することで測角方向の指向性を持たせることが可能となる。   The patch element is a size that takes into account the wavelength of radio waves to be transmitted and received. While securing the sensitivity as an antenna, the patch element is connected in the direction of angle by connecting a plurality of patch elements in the direction of angle. It becomes possible to have sex.

また送信アンテナおよび受信アンテナは、図1(b)のように大きさの異なるパッチ素子を含んでも良いし、図1(c)のように3つ以外の複数のパッチ素子で構成されても良い。   Further, the transmission antenna and the reception antenna may include patch elements having different sizes as shown in FIG. 1B, or may be configured by a plurality of patch elements other than three as shown in FIG. 1C. .

本実施形態のレーダ装置10はz軸方向に延在した受信アンテナを異なる複数のz座標に配置してz軸方向の測角を行う機能を有する点に一つの特徴がある。そこで、以下の説明ではレーダ装置10におけるz軸方向の測角に関する側面を主に述べる。   One feature of the radar apparatus 10 of this embodiment is that it has a function of measuring angles in the z-axis direction by arranging receiving antennas extending in the z-axis direction at a plurality of different z coordinates. Therefore, in the following description, the aspect regarding the angle measurement in the z-axis direction in the radar apparatus 10 will be mainly described.

[第1のアンテナ配置例]
ここで説明する第1の例のアンテナ装置20には2つの送信アンテナ(Tx1,Tx2)、及び4つの受信アンテナ(Rx1〜Rx4)が配置される。第1の例のアンテナ装置20は、測角手法としてビームフォーミング法に対応した構成であり、アンテナ同士の間隔について、測角方向に送信電波の波長λの半分(λ/2)の1〜6倍までの各整数倍の間隔が形成されるように受信アンテナ22が配置される。
[First antenna arrangement example]
In the antenna device 20 of the first example described here, two transmission antennas (Tx1, Tx2) and four reception antennas (Rx1 to Rx4) are arranged. The antenna device 20 of the first example has a configuration corresponding to the beam forming method as the angle measurement method, and the interval between the antennas is 1 to 6 that is half the wavelength λ of the transmission radio wave (λ / 2) in the angle measurement direction. The receiving antennas 22 are arranged so that intervals of each integral multiple up to double are formed.

図4は実施形態に係るアンテナ装置20の第1の例を説明するアンテナ装置の模式的な正面図、すなわち送信アンテナ及び受信アンテナが配置される基板をその法線方向から見た図である。図4(a)は実施形態の第1の例であるアンテナ装置20に関連するアンテナ装置の正面図であり、図4(b)が実施形態の第1の例であるアンテナ装置20の正面図である。   FIG. 4 is a schematic front view of an antenna device for explaining a first example of the antenna device 20 according to the embodiment, that is, a view of a substrate on which a transmission antenna and a reception antenna are arranged viewed from the normal direction. FIG. 4A is a front view of an antenna device related to the antenna device 20 which is the first example of the embodiment, and FIG. 4B is a front view of the antenna device 20 which is the first example of the embodiment. It is.

図において“×”印は各アンテナの中心を表し、アンテナの位置はこの“×”印の位置とし、またアンテナ同士の距離又は間隔はこの“×”印を基準点として測る。特に、z座標の差、つまり測角方向であるz軸方向の距離を測角方向距離と呼ぶことにする。   In the figure, the “x” mark represents the center of each antenna, the position of the antenna is the position of this “x” mark, and the distance or distance between the antennas is measured using this “x” mark as a reference point. In particular, the difference between the z coordinates, that is, the distance in the z-axis direction, which is the angle measuring direction, will be referred to as the angle measuring direction distance.

図4(a)のアンテナ装置では、受信アンテナRx1を基準にして、受信アンテナRx2〜Rx4のz座標はそれぞれ−λ/2,−2λ,−3λである。この配置では、受信アンテナRx1とRx2との測角方向距離が半波長の1倍、受信アンテナRx3とRx4との測角方向距離が半波長の2倍、受信アンテナRx2とRx3との測角方向距離が半波長の3倍、受信アンテナRx1とRx3との測角方向距離が半波長の4倍、受信アンテナRx2とRx4との測角方向距離が半波長の5倍、受信アンテナRx1とRx4との測角方向距離が半波長の6倍となっており、半波長の1〜6倍の測角方向距離を含む。   In the antenna device of FIG. 4A, the z coordinates of the receiving antennas Rx2 to Rx4 are −λ / 2, −2λ, and −3λ, respectively, with the receiving antenna Rx1 as a reference. In this arrangement, the angular direction distance between the receiving antennas Rx1 and Rx2 is one half wavelength, the angular direction distance between the receiving antennas Rx3 and Rx4 is twice the half wavelength, and the angular direction between the receiving antennas Rx2 and Rx3. The distance is three times the half wavelength, the angular direction distance between the receiving antennas Rx1 and Rx3 is four times the half wavelength, the angular direction distance between the receiving antennas Rx2 and Rx4 is five times the half wavelength, and the receiving antennas Rx1 and Rx4 Is 6 times the half wavelength, and includes a distance in the angle measuring direction that is 1 to 6 times the half wavelength.

一方、上述の受信アンテナRx1〜Rx4のz座標ではそれら4つの受信アンテナをz軸方向に一列に配置しようとすると干渉が生じる。この点、受信アンテナRx1〜Rx4を複数の受信アンテナ列に分けることで、互いに重なりを生じずに上述のz座標に配置でき、測角方向距離について半波長の1〜6倍を得ることができる。   On the other hand, in the z coordinate of the receiving antennas Rx1 to Rx4, interference occurs when the four receiving antennas are arranged in a line in the z-axis direction. In this regard, by dividing the receiving antennas Rx1 to Rx4 into a plurality of receiving antenna arrays, they can be arranged at the above z-coordinates without overlapping each other, and 1 to 6 times a half wavelength can be obtained with respect to the angular direction distance. .

具体的には、受信アンテナRx1との測角方向距離がλ/2である受信アンテナRx2はRx1から測角直交軸の方向、すなわちy軸方向に距離wだけずらして配置する。例えば、Rx2をRx1に対してy軸の正の向きにずらして配置する。このようにRx1,Rx2をy軸方向にずらして配置することで両者の干渉を防ぐことができる。   Specifically, the receiving antenna Rx2 having a distance in the angle measurement direction with respect to the receiving antenna Rx1 is λ / 2 and is shifted from the distance Rx1 by the distance w in the direction of the angle orthogonal axis, that is, the y-axis direction. For example, Rx2 is shifted from Rx1 in the positive direction of the y axis. Thus, by arranging Rx1 and Rx2 so as to be shifted in the y-axis direction, interference between the two can be prevented.

受信アンテナRx1から測角方向距離が2λである受信アンテナRx3は受信アンテナRx1との重なり無しに受信アンテナRx1と同じy座標に配置できる。   A receiving antenna Rx3 having a distance of 2λ from the receiving antenna Rx1 can be arranged at the same y coordinate as the receiving antenna Rx1 without overlapping with the receiving antenna Rx1.

受信アンテナRx3との測角方向距離がλである受信アンテナRx4は、Rx3との干渉を避けるために測角直交軸の方向、すなわちy軸方向にずらして配置する。ここで、Rx4とRx2との測角方向距離は5λ/2であるので、Rx4はRx2と同じy座標に配置しても干渉を生じない。よって、Rx4をRx3に対してy軸の正の向きに距離wだけずらして配置する。   The receiving antenna Rx4 whose distance in the angle measurement direction with respect to the reception antenna Rx3 is λ is arranged so as to be shifted in the direction of the angle measurement orthogonal axis, that is, the y-axis direction in order to avoid interference with Rx3. Here, since the angular distance between Rx4 and Rx2 is 5λ / 2, even if Rx4 is arranged at the same y coordinate as Rx2, no interference occurs. Therefore, Rx4 is arranged by being shifted by a distance w in the positive direction of the y-axis with respect to Rx3.

このように受信アンテナRx1〜Rx4は測角直交軸(y軸)の方向に距離wだけ離れた2つの受信アンテナ列に振り分けて配置することで、受信アンテナ相互の干渉が生じない配置が得られる。   As described above, the receiving antennas Rx1 to Rx4 are distributed and arranged in two receiving antenna arrays separated by a distance w in the direction of the angle-measurement orthogonal axis (y-axis), thereby obtaining an arrangement in which no interference occurs between the receiving antennas. .

2つの受信アンテナ列に対応して2つの送信アンテナTx1,Tx2が配置される。具体的には、受信アンテナRx1,Rx3からなる第1の受信アンテナ列とアンテナ対をなす送信アンテナTx1は、第1の受信アンテナ列からy軸の正の向きにずれた位置に配置される。また、受信アンテナRx2,Rx4からなる第2の受信アンテナ列とアンテナ対をなす送信アンテナTx2は第2の受信アンテナ列からy軸の正の向きにずれた位置に配置される。なお、送信アンテナTx1,Tx2はz軸方向に関し、各受信アンテナ列のz軸方向の配置範囲内に配置される。   Two transmission antennas Tx1 and Tx2 are arranged corresponding to the two reception antenna arrays. Specifically, the transmission antenna Tx1 that forms an antenna pair with the first reception antenna array including the reception antennas Rx1 and Rx3 is arranged at a position shifted in the positive direction of the y axis from the first reception antenna array. In addition, the transmission antenna Tx2 that forms an antenna pair with the second reception antenna array including the reception antennas Rx2 and Rx4 is disposed at a position shifted in the positive direction of the y axis from the second reception antenna array. Note that the transmission antennas Tx1 and Tx2 are arranged within the arrangement range of each reception antenna array in the z-axis direction with respect to the z-axis direction.

ここで、既に述べたように、アンテナ対をなす受信アンテナ列と送信アンテナとの測角直交軸方向の位置関係は、アンテナ対によらず一定とされる。よって、第2の受信アンテナ列が第1の受信アンテナ列に対してy軸の正の方向に距離wだけずれて配置されるのに対応して、送信アンテナTx2は送信アンテナTx1に対してy軸の正の方向に距離wだけずれて配置される。   Here, as already described, the positional relationship in the direction orthogonal to the angle-measurement axis between the receiving antenna array and the transmitting antenna forming the antenna pair is constant regardless of the antenna pair. Therefore, in response to the second receiving antenna array being displaced from the first receiving antenna array by a distance w in the positive y-axis direction, the transmitting antenna Tx2 is y with respect to the transmitting antenna Tx1. They are displaced by a distance w in the positive direction of the axis.

図4(b)に示す実施形態の第1の例に係るアンテナ装置20は、図4(a)における第1の受信アンテナ列(Rx1,Rx3)と送信アンテナTx1とからなる第1のアンテナ対に対し、第2の受信アンテナ列(Rx2,Rx4)と送信アンテナTx2とからなる第2のアンテナ対を測角方向軸(z軸)の正の向きに距離λ/2だけずらした配置を有する。このようにアンテナ対の測角方向の位置を定めることで、第2の受信アンテナ列の測角方向の配置範囲が第1の受信アンテナ列の測角方向の配置範囲を包含し、アンテナ素子が配置される測角方向のサイズが図4(a)の配置より小さくなる。   The antenna device 20 according to the first example of the embodiment shown in FIG. 4B includes a first antenna pair including the first reception antenna array (Rx1, Rx3) and the transmission antenna Tx1 in FIG. On the other hand, the second antenna pair consisting of the second receiving antenna array (Rx2, Rx4) and the transmitting antenna Tx2 is arranged so as to be shifted by the distance λ / 2 in the positive direction of the angle measuring direction axis (z axis). . By determining the position of the antenna pair in the angle measuring direction in this way, the range of the second receiving antenna array in the angle measuring direction includes the area of the first receiving antenna array in the angle measuring direction, and the antenna element is The size in the angle measuring direction is smaller than the arrangement in FIG.

ちなみに、図4(b)のアンテナ装置20では、受信アンテナの配置では、受信アンテナRx1を基準にして、受信アンテナRx2〜Rx4のz座標はそれぞれ0,−2λ,−5λ/2となり、その結果、2つの受信アンテナの測角方向距離は受信アンテナの全ての組み合わせに対して、半波長の1、4、5倍のみとなる。つまり、受信アンテナだけに着目すると、測角方向距離が半波長の2倍、3倍、6倍となる受信アンテナの組は存在していない点で図4(a)と相違するように見える。   Incidentally, in the antenna device 20 of FIG. 4B, in the arrangement of the receiving antennas, the z coordinates of the receiving antennas Rx2 to Rx4 are 0, −2λ, and −5λ / 2, respectively, with the receiving antenna Rx1 as a reference. The angular distance between the two receiving antennas is only 1, 4, and 5 times the half wavelength for all combinations of receiving antennas. That is, when attention is paid only to the receiving antenna, it seems to be different from FIG. 4A in that there is no set of receiving antennas in which the angular distance is 2 times, 3 times, and 6 times the half wavelength.

しかし、上述したように電波の送受信はアンテナ対を単位として行われ、測距測角処理には、アンテナ対をなす送信アンテナと受信アンテナとの測角方向距離が影響を与える。そこで、アンテナ対での送信アンテナに対する受信アンテナの測角方向座標の差を相対座標と呼ぶことにする。   However, as described above, transmission / reception of radio waves is performed in units of antenna pairs, and distance measurement and angle measurement processing is affected by the distance in the angle measurement direction between the transmission antenna and the reception antenna forming the antenna pair. Therefore, the difference in the angle measurement direction coordinate of the reception antenna with respect to the transmission antenna in the antenna pair is referred to as a relative coordinate.

測角方向での受信方向の検知を可能とするためには、アンテナ装置20における送信アンテナ21及び受信アンテナ22の配置は、2個の受信アンテナの全ての組合せにおける受信アンテナ同士での相対座標の差の絶対値(記号Δで表す。)が複数種類存在するように設定される。また、当該種類の数が多く大きなΔまで存在するほど高い測角分解能が得られる。この点に関し、図4(b)のアンテナ装置20は以下に説明するように6通りのΔを得ることができ、図4(a)と等価である。 In order to enable detection of the receiving direction in the angle measuring direction, the arrangement of the transmitting antenna 21 and the receiving antenna 22 in the antenna device 20 is relative coordinates between the receiving antennas in all combinations of the two receiving antennas. the absolute value of the difference (represented by the symbol delta S.) is set to a plurality of types exists. Furthermore, high measuring angular resolution as the number of the types is present from greater large delta S is obtained. In this regard, FIG. 4 antenna device 20 of (b) can be obtained delta S of six as described below, it is equivalent to FIG. 4 (a).

まず、送信アンテナに対する受信アンテナの測角方向座標の差で定義する相対座標は、受信アンテナRx1における当該相対座標を基準すると、Rx1と同じく送信アンテナTx1とアンテナ対をなす受信アンテナについては、Rx1に対するz座標の相違のみが相対座標の相違を生じ、一方、送信アンテナTx2とアンテナ対をなす受信アンテナについては、当該受信アンテナのRx1に対するz座標の相違と共に、Tx2のTx1に対するz座標の相違が相対座標の相違に寄与する。具体的には、受信アンテナRx1の相対座標を基準値αと置くと、受信アンテナRx2〜Rx4それぞれの相対座標はα−λ/2,α−2λ,α−3λとなる。   First, the relative coordinate defined by the difference in the angular direction coordinate of the receiving antenna with respect to the transmitting antenna is based on the relative coordinate in the receiving antenna Rx1, and the receiving antenna that forms an antenna pair with the transmitting antenna Tx1 is the same as Rx1 with respect to Rx1. Only the difference in the z coordinate causes a difference in the relative coordinate. On the other hand, for the receiving antenna that forms an antenna pair with the transmitting antenna Tx2, the difference in the z coordinate of Tx2 with respect to Tx1 is relative to the difference in the z coordinate with respect to Rx1 of the receiving antenna. Contributes to the difference in coordinates. Specifically, when the relative coordinates of the receiving antenna Rx1 are set as the reference value α, the relative coordinates of the receiving antennas Rx2 to Rx4 are α−λ / 2, α−2λ, and α−3λ.

よって、相対座標の差の絶対値Δは、受信アンテナの組(Rx1,Rx2)について半波長の1倍、組(Rx3,Rx4)について半波長の2倍、組(Rx2,Rx3)について半波長の3倍、組(Rx1,Rx3)について半波長の4倍、組(Rx2,Rx4)について半波長の5倍、組(Rx1,Rx4)について半波長の6倍となり、上述したように6通り存在する。 Therefore, the absolute value delta S of difference in the relative coordinates, 1 times a half wavelength for receive antenna pairs (Rx1, Rx2), set 2 times the half-wavelength for (Rx3, Rx4), pairs (Rx2, Rx3) About half 3 times the wavelength, 4 times the half wavelength for the set (Rx1, Rx3), 5 times the half wavelength for the set (Rx2, Rx4), and 6 times the half wavelength for the set (Rx1, Rx4). Exist.

ちなみに、図4(b)に示すアンテナ装置20は、2個の受信アンテナの全ての組合せにおける受信アンテナ同士での相対座標の差の絶対値Δが、公差が送信波の半波長以下であり項数が受信アンテナの総数m以上の所定数である等差数列の各項の値をとる構成の一例となっている。具体的には、m=4に対して、Δは、公差及び初項がλ/2、項数が6である等差数列をなす。このようにレーダ装置10における所要数のΔの種類を、それより少ない数の受信アンテナで実現できる。つまり測角距離と角度分解能を確保しつつ、アンテナ数の減少が図られ、サイズの小型化及び消費電力の低減が図られる。 Incidentally, the antenna device 20 shown in FIG. 4 (b), the absolute value delta S of difference in the relative coordinates of the receiving antenna to each other in all combinations of the two receive antennas, the tolerance is located below half the wavelength of the transmitted wave This is an example of a configuration that takes the value of each term of an equidistant sequence in which the number of terms is a predetermined number equal to or greater than the total number m of receiving antennas. Specifically, with respect to m = 4, delta S is the tolerance and the initial term forming the arithmetic sequence is a lambda / 2, the number of terms is 6. Thus the type of required number of delta S in the radar device 10 can be realized from a small number of receive antennas it. That is, the number of antennas can be reduced while ensuring the angular distance and the angular resolution, and the size can be reduced and the power consumption can be reduced.

図5は図4(b)に示す実施形態に係るアンテナ装置20との比較例とするアンテナ装置の模式的な正面図である。図5は、z座標を等間隔(λ/2)に設定された複数の受信アンテナにより、図4(b)のアンテナ装置20と同数のΔを実現するアンテナ装置の構成を示している。具体的には、当該構成では7個の受信アンテナRx1〜Rx7を4つの受信アンテナ列に分けて配置し、また4個の送信アンテナを必要とする。これに対して図4(b)の構成は上述したように受信アンテナの個数は4個であり、また受信アンテナ列は2列で済み、送信アンテナも2個で済む。 FIG. 5 is a schematic front view of an antenna device as a comparative example to the antenna device 20 according to the embodiment shown in FIG. 5, a plurality of receiving antennas that is set to z coordinates at regular intervals (lambda / 2), shows a configuration of an antenna device for realizing the antenna device 20 and the same number of delta S in Figure 4 (b). Specifically, in this configuration, seven reception antennas Rx1 to Rx7 are divided into four reception antenna arrays, and four transmission antennas are required. On the other hand, in the configuration of FIG. 4B, as described above, the number of reception antennas is four, the number of reception antenna columns is two, and the number of transmission antennas is two.

さらに、図4(b)のアンテナ装置20は、任意の2つのアンテナ対の測角方向の位置関係が、いずれか一方のアンテナ対における受信アンテナ列の測角方向の配置範囲が他方のアンテナ対における受信アンテナ列の測角方向の配置範囲を包含する関係である構成の一例となっており、これにより、既に述べたようにz軸方向のサイズを図4(a)の配置より小さくすることができる。なお、図5の構成ではz座標が最も離れたRx1とRx7との測角方向距離は3λであるのに対し、図4(b)の構成ではz座標が最も離れたRx1とRx4との測角方向距離は5λ/2である。つまり図4(b)の構成は図5の構成と比較しても測角方向(z軸方向)のサイズが小さい。   Furthermore, in the antenna device 20 of FIG. 4B, the positional relationship between any two antenna pairs in the angle measurement direction is such that the arrangement range in the angle measurement direction of the reception antenna array in either one of the antenna pairs is the other antenna pair. This is an example of a configuration that includes the arrangement range of the receiving antenna array in the angle measurement direction, and as described above, the size in the z-axis direction is made smaller than the arrangement of FIG. Can do. In the configuration of FIG. 5, the angular distance between Rx1 and Rx7 whose z coordinates are farthest apart is 3λ, whereas in the configuration of FIG. 4B, the measurement of Rx1 and Rx4 whose z coordinates are farthest away is performed. The angular distance is 5λ / 2. That is, the configuration in FIG. 4B is smaller in the angle measuring direction (z-axis direction) than the configuration in FIG.

図6は図4(b)に示すアンテナ装置20の第1の例を用いたレーダ装置10における測角処理の概略のフロー図である。以下、図6を参照しつつレーダ装置10の測角処理にかかる動作について説明する。   FIG. 6 is a schematic flowchart of angle measurement processing in the radar apparatus 10 using the first example of the antenna apparatus 20 shown in FIG. Hereinafter, an operation related to the angle measurement process of the radar apparatus 10 will be described with reference to FIG.

図6に示す一連の処理を1回行うごとに、或る1つのタイミングでの測角結果が得られ、レーダ装置10は当該処理を繰り返すことで、例えば、移動する物体が存在する方向の変化を検出することができる。   Each time the series of processes shown in FIG. 6 is performed once, an angle measurement result at a certain timing is obtained, and the radar apparatus 10 repeats the process, for example, to change the direction in which the moving object exists. Can be detected.

上述したようにレーダ装置10は、切替信号発生器60の発生する切替信号に同期してアンテナ対を順次切り替え、送受信処理を行う。また、レーダ装置10はMIMO(多入力多出力)アンテナの分野では周知な技術である仮想アンテナの考えを用いて受信信号を処理し受信波の到来方向の測角等を行う。仮想アンテナに基づく信号処理では、アンテナ対ごとに異なるタイミングで得られる受信結果を合成するため、アンテナ対ごとの受信結果のうち先に得られたものを一時記憶する。そして、例えば全ての受信アンテナについての受信結果が揃ったら、それを1回の受信結果と見なして測角処理を行う。   As described above, the radar apparatus 10 performs transmission / reception processing by sequentially switching the antenna pair in synchronization with the switching signal generated by the switching signal generator 60. In addition, the radar apparatus 10 processes a received signal using the concept of a virtual antenna, which is a well-known technique in the field of a MIMO (multiple input multiple output) antenna, and performs angle measurement of the arrival direction of the received wave. In the signal processing based on the virtual antenna, reception results obtained at different timings for each antenna pair are combined, and thus the reception results obtained earlier among the reception results for each antenna pair are temporarily stored. For example, when reception results for all reception antennas are obtained, the angle measurement processing is performed by regarding the reception results as one reception result.

そこで、レーダ装置10は切替信号発生器60によりアンテナ対を順次選択して、選択されたアンテナ対について送受信処理(ステップS100)と、それにより得られる受信結果をバッファメモリに記憶する処理(ステップS110)とを行う。ここで説明するアンテナ装置20の第1の例ではアンテナ対は2つあるので、ステップS100,S110は2回実行される。   Therefore, the radar apparatus 10 sequentially selects antenna pairs by the switching signal generator 60, performs transmission / reception processing for the selected antenna pairs (step S100), and stores reception results obtained thereby in the buffer memory (step S110). ) And do. In the first example of the antenna device 20 described here, there are two antenna pairs, so steps S100 and S110 are executed twice.

例えば、切替信号発生器60の切替信号に従い、切替器25が送信アンテナTx1を選択した場合、発信器30により生成された電磁波は送信アンテナTx1から例えば、物体検知を行う対象空間へ放射される。受信アンテナRx1〜Rx4は当該空間に存在する物体で反射された電波を受信する。受信信号は受信器23により検波、増幅された後、A/D変換器40によりデジタル信号化され、測距測角処理部70に出力される。測距測角処理部70はA/D変換器40から入力されるRx1〜Rx4の受信結果のうち、送信アンテナTx1とアンテナ対をなす受信アンテナ列を構成する受信アンテナRx1,Rx3の受信結果を一時記憶する。   For example, when the switch 25 selects the transmission antenna Tx1 in accordance with the switching signal of the switching signal generator 60, the electromagnetic wave generated by the transmitter 30 is radiated from the transmission antenna Tx1 to, for example, a target space where object detection is performed. The receiving antennas Rx1 to Rx4 receive radio waves reflected by an object existing in the space. The received signal is detected and amplified by the receiver 23, converted to a digital signal by the A / D converter 40, and output to the distance measuring and angle processing unit 70. Ranging and measuring unit 70 receives reception results of reception antennas Rx1 and Rx3 that constitute a reception antenna array that forms an antenna pair with transmission antenna Tx1 among reception results of Rx1 to Rx4 input from A / D converter 40. Memorize temporarily.

同様に、送信アンテナTx2から送信した場合には、受信アンテナRx2,Rx4の受信結果が一時記憶される。   Similarly, when transmission is performed from the transmission antenna Tx2, reception results of the reception antennas Rx2 and Rx4 are temporarily stored.

なお、切替信号発生器60からの切替信号を受信器23又はA/D変換器40に入力し、電波を送信する送信アンテナとアンテナ対をなす受信アンテナの受信信号のみを検波・増幅処理したり、A/D変換したりして、当該受信アンテナの受信結果のみを測距測角処理部70に入力してもよい。   The switching signal from the switching signal generator 60 is input to the receiver 23 or the A / D converter 40, and only the received signal of the receiving antenna that forms an antenna pair with the transmitting antenna that transmits radio waves is detected and amplified. , A / D conversion may be performed, and only the reception result of the reception antenna may be input to the distance measurement and angle processing unit 70.

測距測角処理部70は、バッファメモリに記憶されている各受信アンテナ22の受信結果を高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT)する(ステップS120)。具体的には、アンテナ対に対応した2回の送受信で得られた受信アンテナRx1〜Rx4の受信結果がFFTにより時間領域から周波数領域に変換される。   The distance measurement and angle processing unit 70 performs a fast Fourier transform (FFT) on the reception result of each reception antenna 22 stored in the buffer memory (step S120). Specifically, the reception results of the reception antennas Rx1 to Rx4 obtained by two transmissions / receptions corresponding to the antenna pair are converted from the time domain to the frequency domain by FFT.

測距測角処理部70は、FFTした結果を基に相互相関行列R(ω)を算出する(ステップS130)。なお、ωは角周波数であり、R(ω)はωの関数である。受信アンテナRxk(kは1〜4の自然数である。)の受信結果をFFTした結果をX(ω)と表すと相互相関行列R(ω)は次式で与えられる。なお、X(ω)はX(ω)の複素共役を意味する。また、物体で反射し受信アンテナに入射する電波は平面波としており、各受信アンテナに同じ振幅で入射する。A(ω)はその電波の周波数ωでの振幅を表す。Δtは隣接する受信アンテナ間での電波到達の遅延時間を表す。 The distance measurement and angle processing unit 70 calculates a cross-correlation matrix R (ω) based on the result of the FFT (step S130). Note that ω is an angular frequency, and R (ω) is a function of ω. When the result of FFT of the reception result of the reception antenna Rxk (k is a natural number of 1 to 4) is expressed as X k (ω), the cross-correlation matrix R (ω) is given by the following equation. X k (ω) * means a complex conjugate of X k (ω). The radio wave reflected by the object and incident on the receiving antenna is a plane wave and is incident on each receiving antenna with the same amplitude. A (ω) represents the amplitude of the radio wave at the frequency ω. Δt represents the delay time of radio wave arrival between adjacent receiving antennas.

Figure 0006491254
Figure 0006491254

(1)式の右辺に現れる行列に着目すると、その対角成分より下の成分に、exp(−jωΔt)からexp(−j6ωΔt)までの6種類の位相成分が含まれている。これは、図5に示した7個の受信アンテナを等間隔のz座標に配置したアンテナ装置と同様の測角処理を行うことができ、本アンテナ装置20は図6のアンテナ装置と同様の測角性能を有することを示している。なお、当該行列は自己随伴行列であり、対角成分より上の成分は上述した対角成分より下の成分とは位相の符号が異なるだけで、両者は本質的には同じものである。   When attention is paid to the matrix appearing on the right side of the equation (1), six types of phase components from exp (−jωΔt) to exp (−j6ωΔt) are included in the components below the diagonal component. This can perform angle measurement processing similar to that of the antenna device in which the seven receiving antennas shown in FIG. 5 are arranged at equally-spaced z coordinates, and this antenna device 20 can perform measurement similar to the antenna device of FIG. It shows that it has angular performance. Note that the matrix is a self-adjoint matrix, and components above the diagonal component are essentially the same as the components below the diagonal component except for the phase sign.

測距測角処理部70はステップS130で算出された、(1)式に示す相互相関行列R(ω)の左下半分から行列成分を抜き出して、次式に示す仮想的な受信データを作成する(ステップS140)。   The distance measurement and angle processing unit 70 extracts the matrix component from the lower left half of the cross-correlation matrix R (ω) shown in equation (1) calculated in step S130, and creates virtual reception data shown in the following equation. (Step S140).

Figure 0006491254
Figure 0006491254

そして、測距測角処理部70は、ステップS140で作成した仮想的な受信データを用いて、次式で定義する相互相関行列を算出する(ステップS150)。   Then, the distance measurement and angle processing unit 70 calculates a cross-correlation matrix defined by the following equation using the virtual reception data created in step S140 (step S150).

Figure 0006491254
Figure 0006491254

測距測角処理部70は、測角方向軸を含む測角面内での反射電波の到来方向を表す角度をθとし、次式で表すステアリングベクトルV(ω,θ)を算出する(ステップS160)。当該ステアリングベクトルV(ω,θ)の次数(成分の個数)は(2)式に示した仮想的な受信データの成分の個数に対応している。また、本実施形態では測角面はxz平面であり、θはレーダ装置10の真正面方向、つまりx軸の正の向きを0度として定義する。   The distance measurement and angle processing unit 70 calculates the steering vector V (ω, θ) represented by the following equation, where θ is the angle representing the arrival direction of the reflected radio wave in the angle measurement plane including the angle measurement direction axis (step) S160). The order (number of components) of the steering vector V (ω, θ) corresponds to the number of components of virtual received data shown in equation (2). In the present embodiment, the angle measurement surface is the xz plane, and θ defines the direction directly in front of the radar apparatus 10, that is, the positive direction of the x axis as 0 degrees.

Figure 0006491254
Figure 0006491254

ここでI(ω,θ)はアンテナの指向特性、cは光速である。また、d(kは1〜6の自然数である。)は測角方向距離が異なる6通りの受信アンテナの組それぞれでの電波の伝搬経路長の差を表す。 Here, I (ω, θ) is the directivity characteristic of the antenna, and c is the speed of light. Further, d k (k is a natural number of 1 to 6) represents a difference in propagation path length of radio waves in each of six sets of receiving antennas having different angular distances.

測距測角処理部70は、(4)式にて求めたステアリングベクトルV(ω,θ)を用い、次式で定義される重みベクトルW(ω,θ)を算出し、この重みベクトルW(ω,θ)と(3)式の相互相関行列とを用い、次式で定義される方位スペクトルP(ω,θ)を求める(ステップS160)。なお、記号[・]′は[・]の複素共役転置を意味する。   The distance measurement and angle processing unit 70 uses the steering vector V (ω, θ) obtained by the equation (4) to calculate a weight vector W (ω, θ) defined by the following equation, and this weight vector W Using (ω, θ) and the cross-correlation matrix of equation (3), an azimuth spectrum P (ω, θ) defined by the following equation is obtained (step S160). Note that the symbol [•] ′ means the complex conjugate transpose of [•].

Figure 0006491254
Figure 0006491254

測距測角処理部70は、(5)式の方位スペクトルP(ω,θ)にてピークを与える角度θを電波の到来角度と推定し、出力部80に出力する(ステップS170)。   The distance measurement and angle processing unit 70 estimates the angle θ that gives a peak in the azimuth spectrum P (ω, θ) of the equation (5) as the arrival angle of the radio wave, and outputs it to the output unit 80 (step S170).

一方、測距処理は本実施形態では周知のFMCW方式により行うが、ドップラー方式(2周波CW)など他の周知の方式を用いてもよい。   On the other hand, the distance measurement processing is performed by the well-known FMCW method in this embodiment, but other well-known methods such as a Doppler method (two-frequency CW) may be used.

[第2のアンテナ配置例]
上述した第1のアンテナ配置例では、2つの送信アンテナ(Tx1,Tx2)及び4つの受信アンテナ(Rx1〜Rx4)を有するアンテナ装置20を示したが、アンテナ装置20における各アンテナの配置はこのようなものに限られない。
[Second antenna arrangement example]
In the first antenna arrangement example described above, the antenna apparatus 20 having two transmission antennas (Tx1, Tx2) and four reception antennas (Rx1 to Rx4) is shown. However, the arrangement of each antenna in the antenna apparatus 20 is as described above. Not limited to anything.

全く同じ手順で配置を行うことで同様に、送信アンテナと受信アンテナの数を減らし、それに伴う消費電力の削減を狙うとともに、サイズの小型化を図ることができる。   Similarly, by arranging in exactly the same procedure, it is possible to reduce the number of transmission antennas and reception antennas, thereby reducing the power consumption associated therewith, and to reduce the size.

例えば送信アンテナを2つ、受信アンテナを5つ用意すると、半波長の9倍までを有するアンテナ装置を実現できる。   For example, if two transmission antennas and five reception antennas are prepared, an antenna device having up to nine times the half wavelength can be realized.

あるいは図7に示すように、送信アンテナを2つ、受信アンテナを6つ用意すると、半波長の13倍までを有するアンテナ装置を実現できる。   Alternatively, as shown in FIG. 7, when two transmission antennas and six reception antennas are prepared, an antenna device having up to 13 times the half wavelength can be realized.

図7は実施形態に係るアンテナ装置20の第2の例を説明するアンテナ装置の模式的な正面図、すなわち送信アンテナ及び受信アンテナが配置される基板をその法線方向から見た図である。   FIG. 7 is a schematic front view of an antenna device for explaining a second example of the antenna device 20 according to the embodiment, that is, a view of a substrate on which a transmission antenna and a reception antenna are arranged as viewed from the normal direction.

第1のアンテナ配置例の場合と同様に考えると、図7のアンテナ装置20における相対座標の差の絶対値Δは、受信アンテナの組(Rx1,Rx2)について半波長の1倍、組(Rx4,Rx5),(Rx5,Rx6)について半波長の2倍、組(Rx3,Rx4)について半波長の3倍、組(Rx4,Rx6)について半波長の4倍、組(Rx2,Rx3),(Rx3,Rx5)について半波長の5倍、組(Rx1,Rx3)について半波長の6倍、組(Rx3,Rx6)について半波長の7倍、組(Rx2,Rx4)について半波長の8倍、組(Rx1,Rx4)について半波長の9倍、組(Rx2,Rx5)について半波長の10倍、組(Rx1,Rx5)について半波長の11倍、組(Rx2,Rx6)について半波長の12倍、組(Rx1,Rx6)について半波長の13倍となり、13通りのΔを得ることができる。 Considering the same as in the case of the first antenna arrangement example, the absolute value Δ S of the difference between the relative coordinates in the antenna device 20 of FIG. 7 is set to 1 × a half wavelength for the set of receive antennas (Rx1, Rx2) ( Rx4, Rx5), (Rx5, Rx6) twice the half wavelength, the pair (Rx3, Rx4) three times the half wavelength, the pair (Rx4, Rx6) four times the half wavelength, the pair (Rx2, Rx3), (Rx3, Rx5) is 5 times the half wavelength, the pair (Rx1, Rx3) is 6 times the half wavelength, the set (Rx3, Rx6) is 7 times the half wavelength, and the set (Rx2, Rx4) is 8 times the half wavelength. , 9 times the half wavelength for the set (Rx1, Rx4), 10 times the half wavelength for the set (Rx2, Rx5), 11 times the half wavelength for the set (Rx1, Rx5), and half the wavelength for the set (Rx2, Rx6) 12 times (Rx1, Rx6) for becomes 13 times the half wavelength, it is possible to obtain the thirteen delta S.

なお、図7に示すアンテナ装置20は、図5(b)に示したアンテナ装置20と同様、2個の受信アンテナの全ての組合せにおける受信アンテナ同士での相対座標の差の絶対値Δが、公差が送信波の半波長以下であり項数が受信アンテナの総数m以上の所定数である等差数列の各項の値をとる構成の一例となっている。具体的には、m=6に対して、Δは、公差及び初項がλ/2、項数が13である等差数列をなす。このようにレーダ装置10にて必要とされる数のΔの種類を、それより少ない数の受信アンテナで実現できる。つまりアレイアンテナにおけるアンテナ素子数の減少が図られ、サイズの小型化及び消費電力の低減が図られる。 The antenna device 20 shown in FIG. 7, similarly to the antenna device 20 shown in FIG. 5 (b), the absolute value delta S of difference in the relative coordinates of the receiving antenna to each other in all combinations of the two receive antennas This is an example of a configuration that takes the value of each term of the differential number sequence in which the tolerance is equal to or less than a half wavelength of the transmission wave and the number of terms is a predetermined number greater than or equal to the total number m of the receiving antennas. Specifically, with respect to m = 6, delta S is the tolerance and the initial term forming the arithmetic sequence is a lambda / 2, the number of terms 13. Thus the kinds of the number of delta S required by the radar device 10 can be realized from a small number of receive antennas it. That is, the number of antenna elements in the array antenna can be reduced, and the size can be reduced and the power consumption can be reduced.

[第3のアンテナ配置例]
これまでに示してきた例では、送信アンテナの個数nより受信アンテナの個数mが多く、受信アンテナの並びについて半波長の整数倍を実現することとしていたが、送信アンテナと受信アンテナを入れ替えたアンテナ配置を有するアンテナ装置20を用いても上述した各アンテナ装置20と同様の測距測角処理を実現できる。
[Third antenna arrangement example]
In the examples shown so far, the number m of receiving antennas is larger than the number n of transmitting antennas, and an integer multiple of a half wavelength is realized for the arrangement of receiving antennas. Ranging and angle measurement processing similar to that of each antenna device 20 described above can be realized even when the antenna device 20 having the arrangement is used.

すなわち、図2のレーダ装置10において、アンテナ装置20は、受信アンテナ22の個数mより送信アンテナ21の個数nが多く、それぞれ複数の送信アンテナ21が測角方向軸の方向に並び、且つ測角直交座標が互いに異なる複数の送信アンテナ列を有する構成とすることができる。当該アンテナ装置20におけるアンテナ配置では、測角方向座標の差が送信アンテナ21の測角方向の長さ未満である任意の2つの送信アンテナ21は、互いに異なる送信アンテナ列に配置され、受信アンテナ22は各送信アンテナ列に対して設けられ、当該送信アンテナ列の各送信アンテナ21とアンテナ対をなす。アンテナ対をなす送信アンテナ21と受信アンテナ22との測角直交軸の方向の位置関係は一定とされる。また、2個の送信アンテナの全ての組合せにおける送信アンテナ同士での相対座標の差の絶対値Δは、公差が送信波の半波長以下であり項数がn以上の所定数である等差数列の各項の値をとるようにアンテナ配置が定められる。任意の2つのアンテナ対の測角方向の位置関係は、いずれか一方のアンテナ対における送信アンテナ列の測角方向の配置範囲が他方のアンテナ対における送信アンテナ列の測角方向の配置範囲を包含する関係とされる。 That is, in the radar apparatus 10 of FIG. 2, the antenna apparatus 20 has a larger number n of transmission antennas 21 than the number m of reception antennas 22, and each of the plurality of transmission antennas 21 is aligned in the direction of the angle measuring direction axis. It can be set as the structure which has several transmission antenna row | line | columns from which orthogonal coordinates mutually differ. In the antenna arrangement in the antenna device 20, any two transmission antennas 21 whose difference in angle measurement direction coordinates is less than the length of the transmission antenna 21 in the angle measurement direction are arranged in different transmission antenna arrays, and receive antennas 22. Is provided for each transmission antenna array and forms an antenna pair with each transmission antenna 21 of the transmission antenna array. The positional relationship in the direction of the angle orthogonal axis between the transmitting antenna 21 and the receiving antenna 22 forming the antenna pair is fixed. Further, the absolute value delta S of difference in the relative coordinates of the transmitting antenna to each other in all combinations of two transmission antennas, the tolerance is the predetermined number of the number of terms or less half wavelength or n of the transmitted wave arithmetically The antenna arrangement is determined so as to take the value of each term in the sequence. The positional relationship in the angle measurement direction of any two antenna pairs includes the range in the angle measurement direction of the transmission antenna array in any one antenna pair includes the range in the angle measurement direction of the transmission antenna array in the other antenna pair. It is considered to be a relationship.

図8は実施形態に係るアンテナ装置20の第3の例を説明するアンテナ装置の模式的な正面図、すなわち送信アンテナ及び受信アンテナが配置される基板をその法線方向から見た図である。図8(a)は実施形態の第3の例であるアンテナ装置20に関連するアンテナ装置の正面図であり、図8(b)が実施形態の第3の例であるアンテナ装置20の正面図である。図8は送信アンテナ21と受信アンテナ22とを入れ替えたアンテナ配置の例を示すものであり、具体的には、当該例は、図4に示したアンテナ配置において送信アンテナと受信アンテナとを入れ替えたアンテナ装置20に対応しており、図8(a)が図4(a)にて送信アンテナ21と受信アンテナ22とを入れ替えた配置を示しており、図8(b)が図4(b)にて送信アンテナ21と受信アンテナ22とを入れ替えた配置を示しており、それぞれ送信アンテナ21が4個(Tx1〜Tx4)、受信アンテナが2個(Rx1,Rx2)配置されている。   FIG. 8 is a schematic front view of an antenna apparatus for explaining a third example of the antenna apparatus 20 according to the embodiment, that is, a view of a substrate on which a transmission antenna and a reception antenna are arranged as viewed from the normal direction. FIG. 8A is a front view of an antenna apparatus related to the antenna apparatus 20 which is the third example of the embodiment, and FIG. 8B is a front view of the antenna apparatus 20 which is the third example of the embodiment. It is. FIG. 8 shows an example of an antenna arrangement in which the transmitting antenna 21 and the receiving antenna 22 are interchanged. Specifically, in this example, the transmitting antenna and the receiving antenna are interchanged in the antenna arrangement shown in FIG. FIG. 8A shows an arrangement in which the transmission antenna 21 and the reception antenna 22 are interchanged in FIG. 4A, and FIG. 8B shows the arrangement corresponding to the antenna device 20. FIG. 1 shows an arrangement in which the transmitting antenna 21 and the receiving antenna 22 are interchanged, each having four transmitting antennas 21 (Tx1 to Tx4) and two receiving antennas (Rx1, Rx2).

図8(b)では、図5(b)と同様に送信アンテナ(Tx2,Tx4)と、受信アンテナRx2からなるアンテナ対が、z軸の正の向きに距離λ/2だけずらした配置を有する。   8B, similarly to FIG. 5B, the antenna pair composed of the transmission antennas (Tx2, Tx4) and the reception antenna Rx2 has an arrangement shifted by a distance λ / 2 in the positive z-axis direction. .

このアンテナ装置20を用いたレーダ装置10は、送信アンテナTx1〜Tx4から時分割で電磁波を送信し、送信を行う送信アンテナとアンテナ対を構成する受信アンテナで受信し、受信結果を一時記憶する。そして、全ての送信アンテナ21に対応する受信結果が得られると、測距測角処理部70が測角処理を実施する。   The radar device 10 using the antenna device 20 transmits electromagnetic waves from the transmission antennas Tx1 to Tx4 in a time division manner, receives the transmission antennas that perform transmission and the reception antennas that constitute the antenna pair, and temporarily stores the reception results. When the reception results corresponding to all the transmission antennas 21 are obtained, the distance measurement and angle processing unit 70 performs angle measurement processing.

図8(b)のアンテナ装置20におけるアンテナ対は(Tx1,Rx1)、(Tx2,Rx2)、(Tx3,Rx1)、(Tx4,Rx2)の4個であるが、これらによる電波の送受信に基づいて、図4(b)の構成と同様、6通りのΔが得られ、アンテナ装置20の小型化、低消費電力化が図れる。異なる送信アンテナ列について上述の包含関係が実現するようにz座標を設定することでもアンテナ装置20の小型化が図れる。 There are four antenna pairs (Tx1, Rx1), (Tx2, Rx2), (Tx3, Rx1), and (Tx4, Rx2) in the antenna device 20 of FIG. 8B. Te, similar to the configuration of FIG. 4 (b), obtained delta S of six, downsizing of the antenna device 20, power consumption can be reduced. The antenna device 20 can also be reduced in size by setting the z-coordinate so that the above-described inclusion relationship is realized for different transmission antenna arrays.

なお、図8(b)のアンテナ装置20を備えたレーダ装置10は、Txk(kは1〜4の自然数である。)から送信した際の受信データをFFTした結果をX(ω)として扱う以外は図4(b)のアンテナ装置20を備えたレーダ装置10と基本的に同様の処理で測距測角を行うことが可能である。 Incidentally, the radar device 10 having an antenna device 20 of FIG. 8 (b), as Txk (k is a natural number of 1-4.) The results of the FFT of the received data when sent from X k (omega) Except for handling, ranging angle measurement can be performed by basically the same processing as the radar apparatus 10 having the antenna apparatus 20 of FIG. 4B.

また、図7に示したアンテナ装置20において送信アンテナと受信アンテナとを入れ替えたアンテナ配置とすることもできる。   Further, the antenna arrangement 20 shown in FIG. 7 may be an antenna arrangement in which the transmitting antenna and the receiving antenna are interchanged.

このように、送信アンテナと受信アンテナを入れ替えた配置によれば受信器23の数を削減できるので、アンテナ装置20全体を小型化できる。   Thus, according to the arrangement in which the transmitting antenna and the receiving antenna are switched, the number of the receivers 23 can be reduced, so that the entire antenna device 20 can be reduced in size.

なお、上述の実施形態において、水平方向の測角を行うために、レーダ装置10は上述のアンテナ装置20を複数水平方向に並べた構成とするか、上述のアンテナ装置20を構成するアンテナ対を増設して水平方向に並べたアンテナ装置を備えた構成とすることができる。   In the above-described embodiment, in order to perform horizontal angle measurement, the radar apparatus 10 has a configuration in which a plurality of the above-described antenna apparatuses 20 are arranged in the horizontal direction, or an antenna pair that configures the above-described antenna apparatus 20. It can be set as the structure provided with the antenna apparatus extended and arranged in the horizontal direction.

また、上述の実施形態では、受信アンテナ列での2つの受信アンテナ同士(、又は送信アンテナ列での2つの送信アンテナ同士)の相対座標の差の絶対値Δの最小値が半波長である例を説明したが、当該値は半波長より小さくすることもでき、半波長以下であれば虚像の発生を避けることができる。 Further, in the embodiment described above, the two receiving antennas to each other at the receiving antenna array (or two transmission antennas among at transmit antenna array) the minimum value of the absolute values delta S of difference in the relative coordinate is a half wavelength Although an example has been described, the value can be made smaller than a half wavelength, and generation of a virtual image can be avoided if it is less than a half wavelength.

10 レーダ装置、20 アンテナ装置、21 送信アンテナ、22 受信アンテナ、23 受信器、25 切替器、30 発信器、40 A/D変換器、50 変調信号発生器、60 切替信号発生器、70 測距測角処理部、80 出力部。   10 radar device, 20 antenna device, 21 transmitting antenna, 22 receiving antenna, 23 receiver, 25 switch, 30 transmitter, 40 A / D converter, 50 modulation signal generator, 60 switching signal generator, 70 ranging Angle measurement processing unit, 80 output unit.

Claims (4)

測角方向に対応した測角方向軸と当該測角方向軸に直交する測角直交軸とを座標軸とする平面上に、送信アンテナと、前記送信アンテナに対する前記測角直交軸の方向の位置関係が一定であり、且つ測角方向座標が互いに異なる複数の受信アンテナとが配置され、前記測角方向軸を含む測角面内での受信方向の検出を可能とするアンテナ装置であって、
前記複数の受信アンテナは、それぞれ複数の前記受信アンテナが前記測角方向に並び、且つ測角直交座標が互いに異なる複数の受信アンテナ列を形成し、
前記送信アンテナは、前記位置関係を有して前記各受信アンテナ列に対して設けられ、当該受信アンテナ列とアンテナ対をなし、
前記アンテナ対での前記送信アンテナに対する前記受信アンテナの測角方向座標の差を相対座標とすると、2個の前記受信アンテナの全ての組合せにおける前記受信アンテナ同士での前記相対座標の差の絶対値は、公差が送信波の半波長以下であり項数が前記受信アンテナの総数以上の所定数である等差数列の各項の値をとり、
任意の2つの前記アンテナ対の前記測角方向の位置関係は、いずれか一方の前記アンテナ対における前記受信アンテナ列の前記測角方向の配置範囲が他方の前記アンテナ対における前記受信アンテナ列の前記測角方向の配置範囲を包含する関係であること、
を特徴とするアンテナ装置。
A positional relationship between the transmission antenna and the direction of the angle orthogonal axis relative to the transmission antenna on a plane whose coordinate axis is the angle measurement direction axis corresponding to the angle measurement direction and the angle measurement orthogonal axis orthogonal to the angle measurement direction axis A plurality of receiving antennas having a constant angle measurement direction coordinate and different from each other, and an antenna device capable of detecting a reception direction within a measurement surface including the angle measurement direction axis,
The plurality of receiving antennas form a plurality of receiving antenna arrays in which the plurality of receiving antennas are arranged in the angle measuring direction and the angle measurement orthogonal coordinates are different from each other,
The transmitting antenna is provided for each receiving antenna array having the positional relationship, and forms an antenna pair with the receiving antenna array,
Assuming that the difference in the angular direction coordinate of the reception antenna with respect to the transmission antenna in the antenna pair is a relative coordinate, the absolute value of the difference in the relative coordinate between the reception antennas in all combinations of the two reception antennas Takes the value of each term in the differential number sequence where the tolerance is less than a half wavelength of the transmitted wave and the number of terms is a predetermined number greater than or equal to the total number of the receiving antennas,
The positional relationship between any two of the antenna pairs in the angle measurement direction is such that the arrangement range of the angle measurement direction of the reception antenna array in any one of the antenna pairs is equal to the position of the reception antenna array in the other antenna pair. The relationship includes the arrangement range in the direction of angle measurement,
An antenna device characterized by the above.
前記公差及び前記任意の2つのアンテナ対における前記送信アンテナの測角方向座標の差は、前記送信波の半波長であること、を特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。   The antenna apparatus according to claim 1, wherein the difference between the tolerance and the angle measurement direction coordinate of the transmission antenna in the two arbitrary antenna pairs is a half wavelength of the transmission wave. 測角方向に対応した測角方向軸と当該測角方向軸に直交する測角直交軸とを座標軸とする平面上に、受信アンテナと、前記受信アンテナに対する前記測角直交軸の方向の位置関係が一定であり、且つ測角方向座標が互いに異なる複数の送信アンテナとが配置され、前記測角方向軸を含む測角面内での受信方向の検出を可能とするアンテナ装置であって、
前記複数の送信アンテナは、それぞれ複数の前記送信アンテナが前記測角方向に並び、且つ測角直交座標が互いに異なる複数の送信アンテナ列を形成し、
前記受信アンテナは、前記位置関係を有して前記各送信アンテナ列に対して設けられ、当該送信アンテナ列とアンテナ対をなし、
前記アンテナ対での前記受信アンテナに対する前記送信アンテナの測角方向座標の差を相対座標とすると、2個の前記送信アンテナの全ての組合せにおける前記送信アンテナ同士での前記相対座標の差の絶対値は、公差が送信波の半波長以下であり項数が前記送信アンテナの総数以上の所定数である等差数列の各項の値をとり、
任意の2つの前記アンテナ対の前記測角方向の位置関係は、いずれか一方の前記アンテナ対における前記送信アンテナ列の前記測角方向の配置範囲が他方の前記アンテナ対における前記送信アンテナ列の前記測角方向の配置範囲を包含する関係であること、
を特徴とするアンテナ装置。
The positional relationship between the receiving antenna and the direction of the angle orthogonal axis relative to the receiving antenna on a plane having the angle measuring direction axis corresponding to the angle measuring direction and the angle measuring orthogonal axis orthogonal to the angle measuring direction axis as a coordinate axis A plurality of transmission antennas having different angle measurement direction coordinates, and an antenna device capable of detecting a reception direction in an angle measurement plane including the angle measurement direction axis,
The plurality of transmission antennas form a plurality of transmission antenna arrays in which the plurality of transmission antennas are arranged in the angle measurement direction and the angle measurement orthogonal coordinates are different from each other,
The receiving antenna is provided for each transmitting antenna array having the positional relationship, and forms an antenna pair with the transmitting antenna array,
Assuming that the difference in the angular direction coordinate of the transmitting antenna with respect to the receiving antenna in the antenna pair is a relative coordinate, the absolute value of the relative coordinate difference between the transmitting antennas in all combinations of the two transmitting antennas Takes the value of each term in the differential number sequence where the tolerance is less than half the wavelength of the transmitted wave and the number of terms is a predetermined number greater than or equal to the total number of the transmitting antennas,
The positional relationship between any two of the antenna pairs in the angle measurement direction is such that the range of arrangement of the transmission antenna arrays in any one of the antenna pairs in the angle measurement direction corresponds to the transmission antenna array in the other antenna pair. The relationship includes the arrangement range in the direction of angle measurement,
An antenna device characterized by the above.
請求項1から請求項3に記載のいずれか1つのアンテナ装置を備え、対象物体を検出するレーダ装置であって、
複数の前記アンテナ対を時分割で選択し、選択した前記アンテナ対により前記送信波を送信し受信結果を取得する送受信処理手段と、
前記送受信処理手段により前記アンテナ対単位での時分割の送信処理で得られた複数の前記受信結果を、一回の仮想的な送信処理に係る仮想アンテナの受信結果として合成する合成手段と、
前記合成手段により合成された前記受信結果に基づいて、前記対象物体の存在方向に対応する前記受信方向を検出する検出処理手段と、
を有することを特徴とするレーダ装置。
A radar device comprising any one of the antenna devices according to claim 1 to detect a target object,
A transmission / reception processing means for selecting a plurality of antenna pairs in a time-sharing manner, transmitting the transmission wave by the selected antenna pairs, and obtaining a reception result;
Combining means for combining a plurality of reception results obtained by the time-division transmission processing in units of antenna pairs by the transmission / reception processing means as virtual antenna reception results for one virtual transmission processing;
Detection processing means for detecting the reception direction corresponding to the presence direction of the target object based on the reception result synthesized by the synthesis means;
A radar apparatus comprising:
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