JP6896058B2 - レーダ装置およびレーダ装置の物標位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置およびレーダ装置の物標位置検出方法に関するものである。

レーダ装置は、物標が視野角内のどこに存在するかを解析する方法が一般的である。ところで、近年、視野角に直交する方向の物標の位置についても検出可能なレーダ装置が提案されている。

特許文献１に開示された技術では、地面に対して垂直方向における物標の方位である垂直方位として、送信アンテナから送信される送信波が物標で反射した反射波から地上にある実像の方位である実像垂直方位を算出するとともに、送信アンテナから送信される送信波が物標で反射し、さらに地面に反射した反射波から地下に存在する虚像の方位である虚像垂直方位を算出する。そして、算出された実像垂直方位と虚像垂直方位との角度差を算出し、算出された角度差を用いて、ターゲットの地面からの高さを算出する。

特開２０１４−５２１８７号公報

しかしながら、特許文献１に示す技術では、複数の送信アンテナを用いる必要があることから、装置の構成が複雑化するという問題点がある。

本発明は、装置を複雑化することなく、視野角に直交する方向の物標の位置を検出することが可能なレーダ装置およびレーダ装置の物標位置検出方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、電波により物標を検出するレーダ装置において、第１の方向に所定の長さを有する受信アンテナ素子が、前記第１の方向に略直交する第２の方向に複数並べて配置された受信アレーアンテナと、前記受信アレーアンテナの近傍に配置され、前記第１の方向に対して前記電波の分散特性が変化する分散部と、前記分散部によって反射された前記電波に基づいて、前記第１の方向における前記物標の位置を検出する検出部と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、装置を複雑化することなく、視野角に直交する方向の物標の位置を検出することができる。

また、本発明は、前記受信アレーアンテナは回路基板に配置され、前記分散部は、前記回路基板の前記受信アレーアンテナの近傍に配置されている、ことを特徴とする。
このような構成によれば、受信アレーアンテナと同じ回路基板に分散部を設けることで、構成を簡略化して、装置の製造コストの上昇を抑制できる。

また、本発明は、前記受信アレーアンテナは回路基板に配置され、前記分散部は、前記受信アレーアンテナが配置された前記回路基板を覆設するレドームに配置されている、ことを特徴とする。
このような構成によれば、レドームに分散部を設けることで、回路基板のサイズが大きくなることを防止できる。

また、本発明は、前記受信アレーアンテナを挟むように２つの前記分散部が配置され、２つの前記分散部は、前記第１の方向に同じ分散特性を有することを特徴とする。
このような構成によれば、分散部を増やすことで、第１の方向の検出感度を向上できる。

また、本発明は、前記受信アレーアンテナを挟むように２つの前記分散部が配置され、２つの前記分散部は、前記第１の方向の分散特性が相互に反転した特性を有することを。
このような構成によれば、第１方向の位置に応じて反転した出力を得ることができるので、第１の方向に対する検出感度を向上できる。

また、本発明は、前記受信アンテナ素子は、前記電波の波長をλとする場合に、前記第２の方向についてλ／２の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、視野角方向の角度を確実に検出することができる。

また、本発明は、前記受信アンテナ素子は、前記電波の波長をλとする場合に、前記第２の方向についてλ／２未満の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、第２方向において、分散部が設けられた位置に関する情報を得ることができる。

また、本発明は、前記分散部は、複数の共振素子によって構成され、前記第１の方向の中央には前記電波と略同じ周波数で共振する前記共振素子が配置され、下側には低い周波数で共振する前記共振素子が配置され、上側には高い周波数で共振する前記共振素子が配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、共振素子の周波数を設定することで、所望の分散特性を得ることができる。

また、本発明は、前記分散部に電力を供給する給電部を有し、前記検出部が前記第１の方向における前記物標の位置を検出する場合には前記給電部は前記分散部に対する電力の供給を停止し、検出しない場合には前記給電部は前記分散部に対して電力を供給することを特徴とする。
このような構成によれば、第１の方向における物標の位置の検出機能を必要に応じてオン／オフすることができる。

また、本発明は、前記検出部は、前記分散部によって反射された前記電波の信号レベルと所定の閾値とを比較することで、前記第１の方向における前記物標の位置を検出することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な処理によって物標の仰角方向の位置を検出することができる。

また、本発明は、前記検出部は、前記２つの分散部の一方によって反射された前記電波の信号レベルと、他方によって反射された前記電波の信号レベルと、を比較することで、前記第１の方向における前記物標の位置を検出することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な処理によって物標の仰角方向の位置を確実に検出することができる。

また、本発明は、前記検出部は、シグナルプロセッサによって構成されることを特徴とする。
このような構成によれば、簡易な構成によって物標の仰角方向の位置を確実に検出することができる。

また、本発明は、電波により物標を検出するレーダ装置の物標位置検出方法において、第１の方向に所定の長さを有する受信アンテナ素子が、前記第１の方向に略直交する第２の方向に複数並べて配置された受信アレーアンテナと、前記受信アレーアンテナの近傍に配置され、前記第１の方向に対して前記電波の分散特性が変化する分散部と、を有し、前記分散部によって反射された前記電波に基づいて、前記第１の方向における前記物標の位置を検出する、ことを特徴とする。
このような方法によれば、装置を複雑化することなく、視野角に直交する方向の物標の位置を検出することができる。

本発明によれば、装置を複雑化することなく、視野角に直交する方向の物標の位置を検出することが可能なレーダ装置およびレーダ装置の物標位置検出方法を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。 図１に示す制御・処理部の詳細な構成例を示す図である。 図１に示すレーダ装置の受信アンテナアレイの構成例を示す図である。 図３に示す受信アンテナアレイの斜視図である。 図４に示す図を矢印Ａの方向から見た図である。 図３に示す受信アンテナアレイの斜視図である。 図３に示す受信アンテナアレイの斜視図である。 図３に示す分散部のシミュレーションを行う際の座標軸を示す図である。 図３に示す分散部に入射された電波の反射パターンのシミュレーション結果を示す図である。 図３に示す分散部に入射された電波の反射パターンのシミュレーション結果を示す図である。 図３に示す分散部に入射された電波の反射パターンのシミュレーション結果を示す図である。 第１実施形態における、電波の入射角度と受信信号の関係を示す図である。 第１実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態の構成例を示す図である。 第２実施形態における、電波の入射角度と受信信号の関係を示す図である。 第３実施形態の構成例を示す図である。 受信アンテナの配置間隔と受信信号の関係を示す図である。 受信アンテナの配置間隔と受信信号の関係を示す図である。 第３実施形態における、電波の入射角度と受信信号の関係を示す図である。 第４実施形態の構成例を説明するための図である。 本発明の変形実施形態の構成例を説明するための図である。 本発明の変形実施形態の構成例を説明するための図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。この図に示すように、本発明の第１実施形態に係るレーダ装置１は、局部発振部１０、送信部１１、制御・処理部１５、受信部１６、および、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部２１を主要な構成要素としている。

ここで、局部発振部１０は、所定の周波数のＣＷ（Continuous Wave）信号を生成して、送信部１１と受信部１６に供給する。

送信部１１は、変調部１２、および、送信アンテナ１３を有し、局部発振部１０から供給されるＣＷ信号を、変調部１２によってパルス変調し、送信アンテナ１３を介して物標に向けて送信する。

送信部１１の変調部１２は、制御・処理部１５によって制御され、局部発振部１０から供給されるＣＷ信号をパルス変調して出力する。送信アンテナ１３は、変調部１２から供給されるパルス信号を、物標に向けて送信する。

制御・処理部１５は、局部発振部１０、変調部１２、アンテナ切換部１８、および、利得可変増幅部１９を制御するとともに、Ａ／Ｄ変換部２１から供給される受信データに対して演算処理を実行することで、物標を検出する。

図２は、図１に示す制御・処理部１５の詳細な構成例を示すブロック図である。図２に示すように、制御・処理部１５は、制御部１５ａ、処理部１５ｂ、検出部１５ｃ、および、通信部１５ｄを有している。ここで、制御部１５ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成され、ＲＯＭおよびＲＡＭに記憶されているデータに基づいて装置の各部を制御する。処理部１５ｂは、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等によって構成され、Ａ／Ｄ変換部２１から供給されるデジタル信号に対する処理を実行する。検出部１５ｃは、例えば、ＤＳＰ等によって構成され物標を検出する処理を実行する。通信部１５ｄは、検出部１５ｃによる検出結果を、外部の装置に対して通知する。

図１に戻る。受信部１６は、第１受信アンテナ１７−１〜第Ｎ受信アンテナ１７−Ｎ（Ｎ≧２）、アンテナ切換部１８、利得可変増幅部１９、および、復調部２０を有し、送信アンテナ１３から送信され、物標によって散乱された信号を受信して復調処理を施した後、Ａ／Ｄ変換部２１に出力する。

受信部１６の第１受信アンテナ１７−１〜第Ｎ受信アンテナ１７−Ｎは、Ｎ個のアンテナ素子によって構成され、送信アンテナ１３から送信され、物標によって散乱された信号を受信し、アンテナ切換部１８に供給する。

アンテナ切換部１８は、制御・処理部１５の制御部１５ａによって制御され、第１受信アンテナ１７−１〜第Ｎ受信アンテナ１７−Ｎのいずれか１つを選択して、受信信号を利得可変増幅部１９に供給する。利得可変増幅部１９は、制御・処理部１５の制御部１５ａによって利得が制御され、アンテナ切換部１８から供給される受信信号を所定の利得で増幅して復調部２０に出力する。復調部２０は、利得可変増幅部１９から供給される受信信号を、局部発振部１０から供給されるＣＷ信号を用いて復調して出力する。

Ａ／Ｄ変換部２１は、復調部２０から供給される受信信号を所定の周期でサンプリングし、デジタル信号に変換して制御・処理部１５に供給する。

図３は、第１受信アンテナ１７−１〜第Ｎ受信アンテナ１７−Ｎのより詳細な構成例を示す図である。なお、図３の例では、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８が配置されており、Ｎ＝８の場合を例示している。なお、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８は受信アレーアンテナ１７を構成する。図３に示すように、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８は、それぞれが図３の上下方向に所定の長さＬを有し、左右方向に幅Ｗ（Ｗ＜Ｌ）を有している。第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８は、回路基板３０の板面上に、間隔Ｄをそれぞれ隔てて配置される。第８受信アンテナ１７−８の右隣には、分散部３１を構成する共振素子３１−１〜３１−３が配置されている。なお、共振素子３１−１〜３１−３のそれぞれの長さはＬ１〜Ｌ３（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３）とされ、また、幅はＷ１とされている。

（Ｂ）第１実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第１実施形態の動作を説明する。図４は、第１実施形態の動作を説明するための図である。なお、図４の下に示すように、回路基板３０の左右方向（図３の左右方向）をＹ軸とし、回路基板３０の上下方向（図３の上下方向）をＸ軸とし、回路基板３０の法線方向をＺ軸とする。このような図４において、図示しない物標からの散乱波がＺ軸の上方向から実線で示すように入射されたとする。より詳細には、図４において、矢印Ａの方向から回路基板３０を眺めた状態を図５に示す。図５において、細い実線で示す法線（回路基板３０の板面に対する法線）と同じ方向から入射される太い実線が図４における散乱波の入射方向を示している。

分散部３１は、３つの共振素子３１−１〜３１−３によって構成される。ここで、共振素子３１−２は、レーダ装置１が送信する電波の周波数と略同じ周波数ｆ２を共振周波数とする素子である。共振素子３１−１は、レーダ装置１が送信する電波の周波数よりも高い周波数ｆ１を共振周波数とする素子である。共振素子３１−３は、レーダ装置１が送信する電波の周波数よりも低い周波数ｆ３を共振周波数とする素子である。すなわち、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３となるように設定されている。

分散部３１に対して、図５の実線で示すように、法線方向と同じ角度の散乱波が入射されると、入射波は分散部３１によって様々な方向に反射されるが、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８の方向に反射される電波に注目すると、これらの電波は図４において実線で示すように、法線に対して略直角に反射されて第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８に入射される。

このとき、分散部３１を構成する共振素子３１−１〜３１−３は、共振周波数が異なることから、分散特性、すなわち、周波数による伝搬速度が変化する。より詳細には、共振素子３１−１によって反射された電波は、共振素子３１−３によって反射された電波に比較して反射時に伝搬速度が速くなることから、共振素子３１−１によって反射された電波の方が共振素子３１−３によって反射された電波よりも位相が進んだ状態となる。この結果、図４に模式的に示すように、共振素子３１−１、共振素子３１−２、共振素子３１−３の順に位相が進んだ状態となる。なお、このとき、共振素子３１−１と共振素子３１−３の位相差をΔΦで表すものとする。

つぎに、図５に破線で示すように、散乱波の入射角を法線に対して角度θだけＸ軸のマイナス方向に設定した場合（−θに設定した場合）、共振素子３１−１に入射される散乱波と、共振素子３１−３に入射される散乱波の位相差をΔφとすると、Δφは以下の式（１）で表すことができる。なお、式（１）において、ｄは分散部３１のＸ軸方向の長さを示し、λは散乱波の波長を示すものとする。

Δφ＝２πｄ／λ・ｓｉｎθ ・・・（１）

この場合、分散部３１から出射される電波の位相差は、入射される際に生じる位相差Δφと、分散による位相差ΔΦを加算したものとなる。このため、分散部３１から出射される電波は、図６に破線で模式的に示すように、共振素子３１−１から出射される電波の位相が共振素子３１−３から出射される電波の位相よりもさらに進んだ状態となる。

つぎに、図５に一点鎖線で示すように、散乱波の入射角を法線に対して角度θだけＸ軸のプラス方向に設定した場合（＋θに設定した場合）、共振素子３１−１に入射される散乱波と、共振素子３１−３に入射される散乱波の位相差をΔφとすると、Δφは以下の式（２）で表すことができる。

Δφ＝−２πｄ／λ・ｓｉｎθ ・・・（２）

このとき、仮に、入射される際に生じる位相差Δφと、分散による位相差ΔΦが同じ位相差である場合（−Δφ＝ΔΦ）には、これらを加算した結果は０となることから、図７に一点鎖線で模式的に示すように、共振素子３１−１〜共振素子３１−３から出射される電波の位相は略同じ状態となる。

図９〜図１１は、図８に示すように、分散部３１に対してｘ軸およびｙ軸を設定した場合に、散乱波の入射角を−３０°、０°、３０°と変化させたときの分散部３１によって反射される電波の状態をシミュレーションした結果を示す図である。より詳細には、図８に示すように、分散部３１の共振素子３１−１〜３１−３の中央にｘ軸を設定し、共振素子３１−２の中央にｙ軸を設定している。また、共振素子３１−１〜３１−３の長さＬ１〜Ｌ３は、Ｌ１＝２ｍｍ、Ｌ２＝６ｍｍ、Ｌ３＝１０ｍｍに設定し、共振素子３１−１〜３１−３の素子間のギャップｇは１ｍｍに設定し、散乱波の周波数は２４ＧＨｚに設定している。

図９は、図５に破線で示す−θの入射角においてθ＝３０°とした場合（−３０°の入射角）における分散部３１によって反射される電波の状態を示す図である。また、図１０は、図５に太い実線で示す０°とした場合における分散部３１によって反射される電波の状態を示す図である。また、図１１は、図５に一点鎖線で示す＋θの入射角においてθ＝３０°とした場合（＋３０°の入射角）における分散部３１によって反射される電波の状態を示す図である。

図９〜図１１の比較から、図中に濃淡で示す電波の位相は、図９では共振素子３１−１に比較して共振素子３１−３で反射された電波の位相が遅れているが、図１１では共振素子３１−１と共振素子３１−３で反射された電波の位相はほぼ同じ状態になっている。

第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８は、図９〜図１１に示す反射波を入力する。ここで、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８は、Ｘ軸方向の長さがＬであり、これらから出力される電気信号は、長さＬ方向に電波を積分して得られる値となる。

分散部３１から出射される電波が図１１に示す状態である場合、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８のそれぞれにおける電波の位相は略同じであることから積分して得られる値はその時点における位相に応じた所定の値となる。一方、分散部３１から出射される電波が図９に示す状態である場合、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８のそれぞれにおける電波の位相がずれていることから積分して得られる値は、相殺されて図１１の場合よりも小さい値となる。

図１２は、図９〜図１１において、レーダ装置１によって検出される信号の一例を示している。より詳細には、図１２（Ａ）は、図９に示す状態において検出される信号を示している。なお、図１２（Ａ）において、横軸はＹ軸方向の角度（法線方向を０°とし、Ｙ軸プラス側をマイナスとし、Ｙ軸マイナス側をプラスとする角度）を示し、縦軸は信号のレベルを示している。また、図１２において、−Θ〜Θの範囲は通常の検出範囲（例えば、−６０°〜＋６０°）を示し、９０°は分散部３１によって反射された信号を示している。図１２（Ａ）では、分散部３１によって反射された信号の位相が揃っていないことから検出される信号のレベルは低い状態になっている。一方、図１２（Ｃ）では、分散部３１によって反射された信号の位相が揃っていることから検出される信号のレベルは高い状態になっている。図１２（Ｂ）では検出される信号は、図１２（Ａ）および図１２（Ｃ）の中間となっている。なお、図１２（Ｃ）の場合のみ一定の出力を生じ、図１２（Ａ），（Ｂ）は殆ど出力を生じない設定としてもよい。

本発明の第１実施形態では、−Θ〜Θの範囲において、物標を検出した場合には、分散部３１から入射される信号、すなわち、９０°の角度から入射される信号のレベルを参照し、信号のレベルが所定の閾値Ｔｈ２よりも大きい場合には図５に示すプラス方向に物標が存在していると判定する。また、−Θ〜Θの範囲において、物標を検出した場合において、９０°の角度から入射される信号のレベルが所定の閾値Ｔｈ１よりも小さい場合には図５に示すマイナス方向に物標が存在していると判定する。さらに、−Θ〜Θの範囲において、物標を検出した場合において、９０°の角度から入射される信号のレベルが所定の閾値Ｔｈ１より大きく、閾値Ｔｈ２より小さい場合には、図５に示す０°の方向に物標が存在していると判定する。もちろん、図５に示す３つの場合を全て検出するのではなく、例えば、プラス方向だけを検出するようにしてもよい。

つぎに、本発明の第１実施形態の詳細な動作について説明する。なお、以下では、レーダ装置１が、例えば、自動車等の車両に取り付けられている場合を例に挙げて説明する。取り付け方法としては、図３に示す回路基板３０のＸ軸が車両の上下（垂直）方向となるようにするとともに、Ｙ軸が車両の左右（水平）方向になるように取り付ける。また、共振素子３１−３が車両の上方向に位置し、共振素子３１−１が車両の下方向に位置するように取り付ける。

車両が動作中において、制御・処理部１５は、変調部１２を制御して、送信アンテナ１３からパルス波を送信させる。送信アンテナ１３から送信されたパルス波は、物標によって散乱され、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８によって受信される。また、物標によって散乱されたパルス波は、図３に示す分散部３１によって分散された後、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８によって受信される。

制御・処理部１５は、アンテナ切換部１８を制御して、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８による受信信号を順次選択して利得可変増幅部１９に供給する。利得可変増幅部１９は、アンテナ切換部１８から供給された信号を増幅し、復調部２０に供給する。復調部２０は、利得可変増幅部１９から供給された信号を復調して、Ａ／Ｄ変換部２１に供給する。Ａ／Ｄ変換部２１は、復調部２０から供給されたアナログ信号をデジタル信号に変換して制御・処理部１５に供給する。

制御・処理部１５は、Ａ／Ｄ変換部２１から供給されるデジタル信号に対して解析処理を実行し、物標を検出する。例えば、物標が自車両の前方を走行する他の車両である場合（自車両と同じ高さの物標である場合）、物標からの反射波は図４に示す角度（図５に示す実線の角度）で入射される。この場合には、物標が図１２に示す−Θ〜Θの範囲に検出されるとともに、９０°の位置に図１２（Ｂ）のようなレベルの信号が検出される。制御・処理部１５は、−Θ〜Θの範囲に検出される物標に対応する信号に対してクラスタリング処理およびトラッキング処理を施すことで物標である他の車両を検出するとともに、９０°の位置の信号のレベルから物標が自車両と同じ高さに存在すると判定する。

また、例えば、道路の上方に橋が存在し、この橋が物標として検出される場合を想定する。この場合、物標からの散乱波は、図５に示す＋θ方向から入射するので、物標である橋は図１２に示す−Θ〜Θの範囲に検出されるとともに、９０°の位置に図１２（Ｃ）のようなレベルの信号が検出される。制御・処理部１５は、−Θ〜Θの範囲に検出される物標に対応する信号に対してクラスタリング処理およびトラッキング処理を施すことで物標である橋を検出するとともに、９０°の位置の信号のレベルから物標が自車両よりも高い位置に存在すると判定する。このような場合には、橋と車両が衝突することはないので、警告を発することはない。

さらに、例えば、下り坂にさしかかった場合おいて、前方の道路が物標として検出される場合を想定する。この場合、物標からの散乱波は、図５に示す−θ方向から入射するので、物標である道路は図１２に示す−Θ〜Θの範囲に検出されるとともに、９０°の位置に図１２（Ａ）のようなレベルの信号が検出される。制御・処理部１５は、−Θ〜Θの範囲に検出される物標に対応する信号に対してクラスタリング処理およびトラッキング処理を施すことで物標である道路を検出するとともに、９０°の位置の信号のレベルから物標が自車両よりも低い位置に存在すると判定する。このような場合には、道路と車両が衝突することはないので、警告を発することはない。

以上に説明したように、本発明の第１実施形態では、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８の近傍に分散部３１を設け、受信信号を解析した結果、９０°の位置に現れる信号のレベルを検出することで、物標の高さ方向の位置を検出することができる。これにより、自車両よりも高い位置に存在する橋や、低い位置に存在する坂道の道路を衝突対象から除外することができる。

また、坂道でない場合に、９０°の位置に現れる信号のレベルを参照することで、物標の高さがどの程度であるかを推定するようにしてもよい。例えば、トラック等が前方を走行している場合には、自車両よりも高い位置からの反射波とともに、同じ位置および低い位置からの反射波も受信することから、高い位置からの反射波のみを受信する場合に比較して、９０°の位置に現れる信号のレベルが大きくなる。このため、９０°の位置に現れる信号のレベルと、閾値とを比較することで、高さ方向の大きさを判定するようにしてもよい。また、上方向のみから強い反射波を受信した場合には、標識等と判定することができる。また、同じ位置および低い位置からの反射波を受信した場合には中程度の大きさの物標（例えば、一般車両または歩行者）と判定することができる。また、同じ位置のみからの反射波を受信した場合には、例えば、ガードレールと判定することができる。さらに、低い位置のみからの反射波を受信した場合には、例えば、縁石または歩道と判定することができる。

つぎに、第１実施形態において実行される処理について説明する。図１３は、第１実施形態において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。図１３に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、制御・処理部１５の制御部１５ａは、変調部１２を制御して、送信アンテナ１３からパルス信号の送信を開始させる。この結果、送信アンテナ１３から送信されたパルス波は、物標によって散乱され、第１受信アンテナ１７−１〜第Ｎ受信アンテナ１７−Ｎに入射されるとともに、分散部３１によって反射された後に第１受信アンテナ１７−１〜第Ｎ受信アンテナ１７−Ｎに入射される。

ステップＳ１１では、制御・処理部１５の制御部１５ａは、アンテナ切換部１８を制御して、第１受信アンテナ１７−１〜第Ｎ受信アンテナ１７−Ｎのいずれかによって受信された信号を利得可変増幅部１９に供給する。

ステップＳ１２では、制御・処理部１５の制御部１５ａは、第１受信アンテナ１７−１〜第Ｎ受信アンテナ１７−Ｎの全てによる受信が終了したか否かを判定し、全てのアンテナによる受信が終了しておらず、繰り返し処理を実行すると判定する場合（ステップＳ１２：Ｙ）にはステップＳ１１に戻って同様の処理を繰り返し、それ以外の場合（ステップＳ１２：Ｎ）にはステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、制御・処理部１５の検出部１５ｃは、ステップＳ１０〜ステップＳ１２の繰り返し処理によって受信された受信信号に基づいて、物標の検出処理を実行する。具体的には、クラスタリング処理およびトラッキング処理によって物標を検出する。

ステップＳ１４では、制御・処理部１５の検出部１５ｃは、ステップＳ１３による検出処理の結果、物標を検出したと判定した場合（ステップＳ１４：Ｙ）にはステップＳ１５に進み、それ以外の場合（ステップＳ１４：Ｎ）にはステップＳ１７に進む。

ステップＳ１５では、制御・処理部１５の検出部１５ｃは、ステップＳ１３による検出処理の結果における９０°の信号を検出する。

ステップＳ１６では、制御・処理部１５の検出部１５ｃは、ステップＳ１５において検出した９０°の信号レベルに基づいて、物標の上下方向（垂直方向）の位置を検出する。より詳細には、９０°の信号レベルが所定の閾値Ｔｈ２よりも大きい場合には物標が自車両よりも上に存在すると判定し、９０°の信号レベルが所定の閾値Ｔｈ１（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）よりも大きい場合には物標が自車両よりも下に存在すると判定し、閾値Ｔｈ１以上かつ閾値Ｔｈ２以下の場合には物標が自車両と同じ高さに存在すると判定することができる。

ステップＳ１７では、制御・処理部１５の通信部１５ｄは、物標の検出結果を他の装置（例えば、ＥＣＵ（Electric Control Unit）等）に対して出力する。

ステップＳ１８では、制御・処理部１５の制御部１５ａは、処理を終了するか否かを判定し、処理を継続すると判定した場合（ステップＳ１８：Ｎ）にはステップＳ１０に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返し、それ以外の場合（ステップＳ１８：Ｙ）には処理を終了する。

以上に説明したように、図１３の処理によれば、物標の視野角方向の位置を検出するとともに、物標の上下方向の位置を検出することができる。

（Ｃ）第２実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態では、図１および図２に示す構成は、第１実施形態と同様であるが、図１４に示す分散部の構成が異なっている。図１４の例では、図３と比較すると、分散部３１に加えて、分散部３２が追加されている。これ以外の構成は、図３と同様である。

分散部３２は、第１受信アンテナ１７−１の近傍に設けられており、共振素子３２−１〜３２−３を有している。共振素子３２−１〜３２−３は、共振素子３１−１〜３１−３と同様の構成を有している。すなわち、共振素子３２−１は幅Ｗ１および長さＬ１の矩形構造を有し、共振素子３２−２は幅Ｗ１および長さＬ２の矩形構造を有し、共振素子３２−３は幅Ｗ１および長さＬ３の矩形構造を有している。また、共振素子３２−１〜３２−３は、ギャップｇを隔てて配置されている。

（Ｄ）第２実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第２実施形態の動作について説明する。図１５は、本発明の第２実施形態の動作を説明するための図である。図１５に示すように、本発明の第２実施形態では、第１実施形態と同様に９０°の位置に分散部３１による信号が現れているだけでなく、−９０°の位置にも分散部３２による信号が現れている。なお、−９０°の位置に現れる信号は、９０°の位置に現れる信号と同じで、図５に示す破線の位置に物標が存在する場合には、図１５（Ａ）に示すように信号はごくわずかで、図５に示す実線の位置に物標が存在する場合には、図１５（Ｂ）に示すように信号が増加し、図５に示す一点鎖線の位置に物標が存在する場合には、図１５（Ｃ）に示すように信号が最大となる。

なお、物標のＸ軸方向の位置を検出する場合には、９０°の位置および−９０°の位置の信号の平均値を求め、この平均値に基づいて物標のＸ軸方向の位置を検出するようにしてもよい。このような方法によれば、２つの分散部３１，３２からの反射波の平均値を用いることで、より正確に物標のＸ軸方向の位置を検出することができる。

以上に説明したように、本発明の第２実施形態では、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８の両側に分散部３１，３２を配置するようにしたので、−９０°と９０°の角度位置に、物標の上下方向の位置を示す信号を発生させることができる。これにより、分散部３１を１つだけ設ける場合に比較して、上下方向の位置を示す信号を２倍にして、検出精度を向上させることができる。

（Ｅ）第３実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態では、図１および図２に示す構成は、第１実施形態と同様であるが、図１６に示す分散部の構成が異なっている。図１６の例では、図３と比較すると、分散部３１に加えて、分散部３３が追加されている。また、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８は、λ／２よりも短い間隔で配置されている。これ以外の構成は、図３と同様である。

分散部３３は、第１受信アンテナ１７−１の近傍に設けられており、共振素子３３−１〜３３−３を有している。共振素子３３−１〜３３−３は、共振素子３１−１〜３１−３と同様の構成を有しているが、配置される方向が分散部３１と逆になっている。すなわち、共振素子３３−１は幅Ｗ１および長さＬ１の矩形構造を有し、共振素子３３−２は幅Ｗ１および長さＬ２の矩形構造を有し、共振素子３３−３は幅Ｗ１および長さＬ３の矩形構造を有している。また、共振素子３３−１〜３３−３は、ギャップｇを隔てて配置されている。

（Ｆ）第３実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第３実施形態の動作について説明する。第３実施形態では、前述したように、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８は、λ／２よりも短い間隔で配置されている。すなわち、図１６において、Ｄ＜λ／２に設定されている。図１７は、Ｄ＝λ／２に設定した場合における視野角と受信信号の電力（｜ｖ｜^２）の関係を示す図である。図１７（Ａ）は、視野角１０°の方向から２４ＧＨｚの信号を入射した場合の受信信号の特性を示している。また、図１７（Ｂ）は分散部３１によって反射された信号による受信信号の特性を示している。図１７（Ｃ）は、視野角１０°の方向から２４ＧＨｚの信号を入射するとともに、分散部３１からの反射信号を物標の反射係数を０．３として受信した場合に実際に検出される信号の一例を示している。

一方、図１８は、Ｄ＝λ／２．５に設定した場合における視野角と受信信号の電力（｜ｖ｜^２）の関係を示す図である。図１８（Ａ）は、視野角１０°の方向から２４ＧＨｚの信号を入射した場合の受信信号の特性を示している。また、図１８（Ｂ）は分散部３１によって反射された信号による受信信号の特性を示している。図１８（Ｃ）は、視野角１０°の方向から２４ＧＨｚの信号を入射するとともに、分散部３１からの反射信号を物標の反射係数を０．３として受信した場合に実際に検出される信号の一例を示している。図１７（Ｂ）と図１８（Ｂ）の比較から、Ｄ＝λ／２の場合（図１７の場合）では、分散部３１による反射信号が−９０°と＋９０°の双方に現れていることからいずれの方向からの入射信号か分からない。しかし、Ｄ＝λ／２．５の場合（図１８の場合）では、分散部３１による反射信号が＋９０°のみに現れていることからいずれの方向からの入射信号かが識別できる。なお、第１実施形態および第２実施形態では、いずれの方向からの入射信号かが分からなくても支障はないため、第１実施形態および第２実施形態では、Ｄ≦λ／２に設定している。

また、図１９に示すように、本発明の第３実施形態では、第１実施形態と同様に９０°の位置に分散部３１による信号が現れているだけでなく、−９０°の位置にも分散部３３による信号が現れている。なお、−９０°の位置に現れる信号は、９０°の位置に現れる信号と逆で、図５に示す一点鎖線の位置に物標が存在する場合には、図１９（Ｃ）に示すように信号はごくわずかで、図５に示す実線の位置に物標が存在する場合には、図１９（Ｂ）に示すように信号が増加し、図５に示す破線の位置に物標が存在する場合には、図１９（Ａ）に示すように信号が最大となる。

なお、９０°の信号と−９０°の信号の差分値（９０°の信号―（―９０°の信号））を計算し、差分値がプラスの場合にはＸ軸のプラス方向に物標が存在すると判定し、差分値がマイナスの場合にはＸ軸のマイナス方向に物標が存在すると判定し、０に近い値の場合にはＸ軸方向に物標が存在すると判定するようにしてもよい。

以上に説明したように、本発明の第３実施形態では、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８の両側に分散部３１，３３を配置するとともに、分散部３３を構成する共振素子３３−１〜３３−３を分散部３１とは逆方向に配列するようにした。また、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８は、λ／２よりも短い間隔で配置している。このため、−９０°と９０°の角度位置に、物標の上下方向の位置を示す信号を発生させることができるとともに、これらを物標の上下方向の位置に応じて反転した信号とすることができる。これにより、分散部３１を１つだけ設ける場合に比較して、上下方向の位置を示す信号を２倍にして、検出精度を向上させることができる。また、一方の信号が小さい場合には他方が大きくなるので、誤検出の発生を低減できる。

（Ｇ）第４実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態では、図１および図２に示す構成は、第１実施形態と同様であるが、図２０に示す分散部の構成が異なっている。図２０の例では、図３と比較すると、分散部３１が分散部３４に置換されている。これ以外の構成は、図３と同様である。

分散部３４は、第１受信アンテナ１７−１の近傍に設けられており、共振素子３４−１〜３４−３を有している。共振素子３４−１〜３４−３のそれぞれは、矩形形状の中央部に突起部を有しており、これらの突起部を介して給電することが可能とされている。共振素子３４−１は幅Ｗ１および長さＬ１の矩形構造で中央部に突起部を有し、共振素子３４−２は幅Ｗ１および長さＬ２の矩形構造で中央部に突起部を有し、共振素子３４−３は幅Ｗ１および長さＬ３の矩形構造で中央部に突起部を有している。また、共振素子３４−１〜３４−３は、ギャップｇを隔てて配置されている。

（Ｈ）第４実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第４実施形態の動作について説明する。第４実施形態では、共振素子３４−１〜３４−３のそれぞれへの給電を停止することで分散部として機能させ、給電することで（例えば、共振素子３４−１〜３４−３をグランドレベルとすることで）分散部としての機能を停止させることができる。これにより、上下方向の位置を検出する必要が生じた場合にのみ、共振素子３４−１〜３４−３のそれぞれへの給電を停止して分散部として機能させることができる。これにより、分散部としての機能が不要な場合には、共振素子３４−１〜３４−３に給電することで、共振素子３４−１〜３４−３からの反射を抑制し、ノイズの発生を低減することができる。

なお、給電する場合と、給電しない場合における９０°の信号の差分値を計算し、差分値に基づいて物標のＸ軸方向の位置を検出するようにしてもよい。そのような構成によれば、ノイズの影響を低減することができる。

（Ｉ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、第１〜第４実施形態では、矩形形状を有する共振素子を用いるようにしたが、反射素子はこのような形状にのみ限定されるものではなく、例えば、図２１に示すような様々な形状の反射素子を用いることができる。より詳細には、一般には、図８におけるＸ軸方向に長さを有し、Ｙ軸に対して非線対称となるような形状を有する分散部を適宜設計することで本発明を実施することが可能であるが、例えば、図２１（Ａ）では、分散部は２つの共振素子が直線上に配置されて構成されている。図２１（Ｂ）では、分散部は３つの分散素子が平行に配置されて構成されている。図２１（Ｃ）では、分散部は２つの分散素子が平行に配置されて構成されている。図２１（Ｄ）では、数字の「２」に類似した形状の共振素子と、アルファベットの「Ｚ」に類似した共振素子と、矩形形状の共振素子とによって構成されている。図２１（Ｅ）では、矩形の下部にＴ字状の切り欠きが形成された共振素子と、矩形の切り欠きが形成された共振素子と、切り欠きを有しない共振素子とによって構成されている。図２１（Ｆ）では、左右方向に伸びた矩形の両端が上下方向に伸出して内側に湾曲した共振素子と、左右方向に伸びた矩形の両端が上下方向に伸出した共振素子と、左右方向に伸びた矩形のみの共振素子とによって構成されている。図２１（Ａ）〜（Ｆ）に示すような分散部を用いても前述の場合と同様の効果を得ることができる。図２１（Ａ）〜（Ｆ）を構成する分散部を構成するそれぞれの共振素子は、前述したように異なる周波数で共振するように設定すればよい。すなわち、図２１の上下方向の上側に存在する共振素子の周波数を低く設定し、下側に存在する共振素子の周波数を高く設定するようにすればよい。

また、図２１の例では、分散部は、複数の部材によって構成されるようにしたが、例えば、図２２（Ａ）に示すように、三角形状を有する単一部材によって構成されるようにしてもよい。もちろん、図２２（Ａ）に示す分散部は一例であって、電波の分散特性が変化すれば三角形状以外の形状を有するようにしてもよい。また、図２２（Ｂ）に示すように、回路基板３０の端部を斜めにカットすることで、分散部を形成するようにしてもよい。また、回路基板３０の端部を斜めにカットするのではなく、図２２（Ｃ）に示すように、回路基板３０の端部に複数の穴を形成することで、分散部を形成するようにしてもよい。回路基板３０の裏面には、グランド用の導体が一面に形成されているので、図２２（Ｃ）に示すように、導体に複数の穴を形成することで、スロットアンテナとして機能させるようにしてもよい。

なお、導体によって分散素子を構成するのではなく、例えば、電波の吸収体または反射対によって前述した分散素子を構成するようにしてもよい。また、誘電体の厚みを変化させることで、分散部を構成するようにしてもよい。

なお、図２１（Ａ）〜（Ｆ）および図２２（Ａ）〜（Ｃ）に示す分散部を、例えば、第１実施形態に示すように第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８の片側に設けるようにしたり、第２実施形態に示すように両側に同様の配列で設けるようにしたり、第３実施形態に示すように両側に逆方向の配列で設けるようにしたり、第４実施形態に示すように給電部を設けて給電するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、中央部に配置される共振素子が電波の周波数と同じ周波数で共振するようにしたが、もちろん、電波とは異なる周波数で共振するようにしてもよい。要は、入射角度が変化した場合に、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８の長さ方向に分散特性が変化するようにできれば共振周波数は電波の周波数とは異なっていてもよい。

また、以上の各実施形態では、分散部は、回路基板３０上に設けるようにしたが、例えば、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８が形成された回路基板３０を覆うレドームに分散部を形成するようにしてもよい。また、回路基板３０の第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８が形成された同じ層に設けるのではなく、異なる層（例えば、中間層や裏側面）に設けるようにしてもよい。また、レドームについても、レドームの表面に設けるのではなく、レドームを構成する樹脂の内部に配置するようにしてもよい。

また、図３に示す構成では、送信アンテナ１３からはパルス信号を送信するようにしたが、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）を用いるようにしてもよい。

また、図３に示す実施形態では、アンテナ切換部１８によって第１受信アンテナ１７−１〜第Ｎ受信アンテナ１７−Ｎからの出力を択一的に選択するようにしたが、第１受信アンテナ１７−１〜第Ｎ受信アンテナ１７−Ｎのそれぞれに対して利得可変増幅部１９、復調部２０、および、Ａ／Ｄ変換部２１を設け、Ａ／Ｄ変換部２１の出力を選択部によって選択して制御・処理部１５に供給するようにしてもよい。もちろん、利得可変増幅部１９または復調部２０の後段に選択部を設け、選択部によって利得可変増幅部１９または復調部２０の出力を選択するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８を用いる場合（すなわち、Ｎ＝８）の場合を例に挙げて説明したが、これ以外の本数であってもよい。なお、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を施す都合から、２のべき乗の本数を用いることが望ましい。

また、図３等に示す第１受信アンテナ１７−１〜第８受信アンテナ１７−８の形状は一例であって、本発明が図３に示す形状のみに限定されないことはいうまでもない。

また、以上の実施形態では、車両として自動四輪車を例に挙げて説明したが、これ以外にも自動二輪車や自転車等を検出するようにしてもよい。すなわち、本明細書中において、車両とは自動四輪車には限定されない。

また、図１３に示すフローチャートの処理は一例であって、本発明がこれらフローチャートの処理に限定されるものではないことはいうまでもない。

また、以上の実施形態では、レーダ装置が車両等の移動体に取り付けられる場合を例に挙げて説明したが、固定的に配置されるレーダ装置に本願発明を適用するようにしてもよい。

また、分散部３１，３２，３３，３４を構成する共振素子３１−１〜３１−３，３２−１〜３２−３，３３−１〜３３−３，３４−１〜３４−３は、電波を分散する特性を有するものであればどのような素材でも用いることができる。例えば、銅、アルミニウム、金等の導電体や導電性樹脂等の導電体を用いることができる。また、導電体だけでなく、分散特性を有する誘電体を用いることもできる。

１ レーダシステム
１０ 局部発振部
１１ 送信部
１２ 変調部
１３ 送信アンテナ
１５ 制御・処理部
１５ａ 制御部
１５ｂ 処理部
１５ｃ 検出部
１５ｄ 通信部
１６ 受信部
１７ 受信アレーアンテナ
１７−１〜１７−８ 第１受信アンテナ〜第８受信アンテナ
１８ アンテナ切換部
１９ 利得可変増幅部
２０ 復調部
２１ Ａ／Ｄ変換部
３０ 回路基板
３１，３２，３３，３４ 分散部
３１−１〜３１−３，３２−１〜３２−３，３３−１〜３３−３，３４−１〜３４−３ 共振素子

Claims (13)

1. 電波により物標を検出するレーダ装置において、
   第１の方向に所定の長さを有する受信アンテナ素子が、前記第１の方向に略直交する第２の方向に複数並べて配置された受信アレーアンテナと、
   前記受信アレーアンテナの近傍に配置され、前記第２の方向に前記電波を反射させるとともに、反射された前記電波の位相を、反射される前の前記電波の位相と異ならせる分散部と、
   前記分散部によって反射された前記電波を前記受信アレーアンテナで受信することで、前記第１の方向における前記物標の位置を検出する検出部と、
   を有することを特徴とするレーダ装置。
2. 前記受信アレーアンテナは回路基板に配置され、
   前記分散部は、前記回路基板の前記受信アレーアンテナの近傍に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記受信アレーアンテナは回路基板に配置され、
   前記分散部は、前記受信アレーアンテナが配置された前記回路基板を覆設するレドームに配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
4. 前記受信アレーアンテナを挟むように２つの前記分散部が配置され、
   一方の前記分散部は、前記第１の方向において異なる位相の前記電波を反射するように構成され、
   他方の前記分散部は、一方の前記分散部と同じ構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
5. 前記受信アレーアンテナを挟むように２つの前記分散部が配置され、
   一方の前記分散部は、前記第１の方向において異なる位相の前記電波を反射するように構成され、
   他方の前記分散部は、一方の前記分散部と逆の構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
6. 前記受信アンテナ素子は、前記電波の波長をλとする場合に、前記第２の方向についてλ／２の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
7. 前記受信アンテナ素子は、前記電波の波長をλとする場合に、前記第２の方向についてλ／２未満の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
8. 前記分散部は、複数の共振素子によって構成され、前記第１の方向の中央には前記電波と略同じ周波数で共振する前記共振素子が配置され、下側には低い周波数で共振する前記共振素子が配置され、上側には高い周波数で共振する前記共振素子が配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーダ装置。
9. 前記分散部に電力を供給する給電部を有し、
   前記検出部が前記第１の方向における前記物標の位置を検出する場合には前記給電部は前記分散部に対する電力の供給を停止し、検出しない場合には前記給電部は前記分散部に対して電力を供給することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレーダ装置。
10. 前記検出部は、前記分散部によって反射された前記電波の信号レベルと所定の閾値とを比較することで、前記第１の方向における前記物標の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のレーダ装置。
11. 前記検出部は、前記２つの分散部の一方によって反射された前記電波の信号レベルと、他方によって反射された前記電波の信号レベルと、を比較することで、前記第１の方向における前記物標の位置を検出することを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
12. 前記検出部は、シグナルプロセッサによって構成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のレーダ装置。
13. 電波により物標を検出するレーダ装置の物標位置検出方法において、
    第１の方向に所定の長さを有する受信アンテナ素子が、前記第１の方向に略直交する第２の方向に複数並べて配置された受信アレーアンテナと、前記受信アレーアンテナの近傍に配置され、前記第２の方向に前記電波を反射させるとともに、反射された前記電波の位相を、反射される前の前記電波の位相と異ならせる分散部と、を有し、
    前記分散部によって反射された前記電波を前記受信アレーアンテナで受信することで、前記第１の方向における前記物標の位置を検出する、
    ことを特徴とするレーダ装置の物標位置検出方法。

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