JP7152193B2 - レーダ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーダ装置に関する。
従来、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）レーダが知られている。ＭＩＭＯレーダにおいては、Ｍ個の素子のアレーアンテナで電波が送信され、Ｌ個の素子のアレーアンテナでターゲットによって反射された電波が受信されることにより、Ｌ×Ｍ素子の仮想アレーアンテナで受信されたデータが生成される（例えば特許文献１参照）。
特開２０１７－１９１０３３号公報
ところで、レーダ装置に対する検知エリアの要求は使用目的によって異なる。例えば、自車両が出庫する予定の進路上の左右から接近する他車両を検知して運転者等に注意喚起を促すシステム（例えばＲＣＴＡ：Rear Cross Traffic Alert System）にレーダ装置が利用される場合、当該レーダ装置は近距離広角エリアを検知できることが望まれる。また、隣接車線へと車両を自動で移動させるシステム（例えばＬＣＡ：Lane Change Assist）にレーダ装置が利用される場合、当該レーダ装置は遠距離狭角エリアを検知できることが望まれる。
送信アンテナから送信されるビームの形状は、要求される検知距離や検知角度範囲に応じて異ならせる必要がある。しかし、ＭＩＭＯレーダにおいては、受信用の仮想アレイアンテナを構成するために、複数用いる送信アンテナの特性を同じにする必要がある。このために、従来においては、要求される検知距離や検知角度範囲に応じた送信ビーム形状を得るために、要求に応じて個別にＭＩＭＯレーダを製作する必要があった。
本発明は、レーダ装置において、検知エリアの切替えと仮想アレイアンテナの生成とを両立することができる技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明のレーダ装置は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとにより生成した仮想アンテナを含む、受信アレイアンテナを有するレーダ装置であって、送信アンテナから送信する送信波を制御する送信制御部を備え、複数の前記送信アンテナは、所定の第１間隔をあけて配置される少なくとも２つの前記送信アンテナを備える第１送信アンテナ群と、前記第１送信アンテナ群を１つのアンテナとみなした合成アンテナに対して所定の第２間隔をあけて配置される少なくとも１つの前記送信アンテナを備える第２送信アンテナ群と、を含み、前記送信制御部は、前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナを独立して制御する第１モードと、前記合成アンテナと前記第２送信アンテナ群とを独立して制御する第２モードと、を切替え可能である構成（第１の構成）になっている。
上記第１の構成のレーダ装置において、前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナは互いに略同一のアンテナ特性を有し、前記合成アンテナと、一つのアンテナとみなした際の前記第２送信アンテナ群とは互いに略同一のアンテナ特性を有する構成（第２の構成）であることが好ましい。
上記第１又は第２の構成のレーダ装置において、前記第２送信アンテナ群は、当該第２送信アンテナ群を一つのアンテナとみなした際に、前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナの開口面積に前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナの数を乗じて得られる開口面積を有する構成（第３の構成）であることが好ましい。
上記第１から第３のいずれかの構成のレーダ装置において、前記送信制御部は、前記送信波を送信するための所定の送信パターンを複数種類有し、前記第１モードでは、前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナに対してそれぞれ、前記送信パターンから１つを割当てて制御し、前記第２モードでは、前記合成アンテナと前記第２送信アンテナ群に対してそれぞれ、前記送信パターンから１つを割り当てて制御する構成（第４の構成）であることが好ましい。
上記第４の構成のレーダ装置において、複数種類の前記所定の送信パターンは、送信のＯＮとＯＦＦのタイミングが互いにずれたパターンを含む構成（第５の構成）であってよい。
上記第４の構成のレーダ装置において、複数種類の前記所定の送信パターンは、送信時の位相変調のパターンが互いに異なるパターンを含む構成（第６の構成）であってよい。
上記第１から第６のいずれかの構成のレーダ装置において、前記第２送信アンテナ群は、前記送信制御部によって互いに独立して制御可能な複数の前記送信アンテナを１つのアンテナとみなした合成アンテナである構成（第７の構成）であってよい。
上記第１から第７のいずれかの構成のレーダ装置において、複数の前記仮想アンテナは、前記第１モードと前記第２モードとのいずれにおいても所定方向に等間隔に並ぶ構成（第８の構成）であることが好ましい。
本発明によると、レーダ装置において、検知エリアの切替えと仮想アレイアンテナの生成とを両立することができる。
レーダ装置の構成例を示すブロック図 レーダ装置が備えるアンテナの構成を示す模式図 第１モードにおける送信制御を説明するための図 第２モードにおける送信制御を説明するための図 第１モードにおける送信ビーム形状を説明するための図 第２モードにおける送信ビーム形状を説明するための図 第１仮想アレイアンテナの構成を示す図 第２仮想アレイアンテナの構成を示す図 物標データを導出するための信号処理を示すフローチャート レーダ装置が備える送信部の他の構成例を示す図 第１モードにおける送信制御の別例を説明するための図 第２モードにおける送信制御の別例を説明するための図 物標データを導出するための信号処理の別例を示すフローチャート レーダ装置が備えるアンテナの構成の別例を示す模式図
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜１．第１実施形態＞
＜１－１．レーダ装置の概要＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。レーダ装置１は、例えば車両、航空機、船舶等の移動体に搭載することができる。本実施形態では、レーダ装置１は、例えば自動車等の車両に搭載されている。以下、レーダ装置１が搭載されている車両のことを自車両と表現する。
レーダ装置１は、他の車両、標識、ガードレール、人等の、自車両の周囲に存在する物標を検知するために用いられる。物標の検知結果は、自車両の記憶装置や、自車両の挙動を制御する車両ＥＣＵ（Electrical Control Unit）５等に対して出力され、例えば、ＲＣＴＡ、ＬＣＡ、ＰＣＳ（Pre-crash Safety System）、ＡＥＢＳ（Advanced Emergency Braking System）などの車両制御に用いられる。
図１に示すように、レーダ装置１は、送信部２と、受信部３と、信号処理装置４と、を備える。なお、レーダ装置１は、いわゆるＭＩＭＯレーダ装置である。
送信部２は、信号生成部２１と、発振器２２と、送信アンテナ２３と、切替部ＳＷと、を備える。
信号生成部２１と発振器２２とは、送信処理部２０を構成する。発振器２２は、信号生成部２１で生成された信号を変調して送信信号を生成する。送信信号は、送信アンテナ２３に出力される。送信信号は、後述するミキサ３２１に対しても分配される。なお、送信信号は、例えば、時間に対して周波数が直線的に漸増と漸減を繰り返すか、又は、漸増および漸減のいずれか一方を繰り返すように変調されたミリ波帯の高周波信号である。前者の高周波信号はＦＭＣＷ（Frequency Modulation Continuous Wave）方式の信号であり、後者の高周波信号はＦＣＭ（First Chirp Modulation）方式の高周波信号である。
送信アンテナ２３は、発振器２２から出力された送信信号を送信波ＴＷに変換して出力する。本実施形態では、レーダ装置１は複数の送信アンテナ２３を備える。図１に示す例では、送信アンテナ２３の数は３つである。複数の送信アンテナ２３は、例えばマイクロストリップアンテナ等の平面アンテナとして構成できる。各送信アンテナ２３は、例えば、所定方向（本実施形態では鉛直方向）に複数並ぶ放射素子を直線状の伝送線路で接続した単位送信アンテナを少なくとも１つ有する構成にできる。送信アンテナ２３から自車両の前方や後方等の外部へ送信された送信波ＴＷは、他の車両等の物標で反射されて反射波ＲＷになる。
切替部ＳＷは、発振器２２と各送信アンテナ２３との間に配置される。切替部ＳＷは、各送信アンテナ２３に対して１つずつ設けられる。本実施形態では、切替部ＳＷの数は、送信アンテナ２３の数に合わせて３つである。切替部ＳＷは、各送信アンテナ２３に対して、送信信号が入力されるオン状態と、送信信号が入力されないオフ状態とを切り替える。切替部ＳＷの動作により、全ての送信アンテナ２３に送信信号を入力することと、一部の送信アンテナ２３に限定して送信信号を送信することとの両方を行うことができる。
受信部３は、受信アンテナ３１と受信処理部３２とを備える。本実施形態では、レーダ装置１は複数の受信アンテナ３１を備える。図１に示す例では、受信アンテナ３１の数は２つである。各受信アンテナ３１は、物標からの反射波ＲＷを受信して受信信号を受信処理部３２に出力する。複数の受信アンテナ３１は、例えばマイクロストリップアンテナ等の平面アンテナとして構成できる。各受信アンテナ３１は、例えば、所定方向（本実施形態では鉛直方向）に複数並ぶ受信素子を直線状の伝送線路で接続した単位受信アンテナを少なくとも１つ有する構成にできる。
受信処理部３２は、ミキサ３２１とＡ／Ｄ変換器３２２とを備える。受信処理部３２は、各受信アンテナ３１に対して１つずつ設けられる。受信アンテナ３１で得られた受信信号は、ローノイズアンプ（図示省略）で増幅された後にミキサ３２１に送られる。ミキサ３２１には発振器２２からの送信信号も併せて入力され、ミキサ３２１において送信信号と受信信号とがミキシングされる。これにより、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差となるビート周波数を有するビート信号が生成される。ミキサ３２１で生成されたビート信号は、図示略の同期部によってアンテナ同士でタイミングを合わせてＡ／Ｄ変換器３２２でデジタルの信号に変換された後に、信号処理装置４に出力される。
なお、相対速度や距離の異なる物標が複数存在する場合、各受信アンテナ３１にはフェーズシフト量やドップラシフト量の異なる反射波が複数受信され、ミキサ３２１から得られるビート信号には各物標に対応した様々な成分が含まれることになる。
信号処理装置４は、各Ａ／Ｄ変換器３２２を介して取り込んだ各ビート信号に基づいて各種の処理を実行する。各種の処理には、後述の仮想アレイアンテナで受信されたデータを生成する処理も含まれる。信号処理装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ４１などを含むマイクロコンピュータによって構成できる。信号処理装置４は、演算の対象とする各種のデータを、記憶装置であるメモリ４１に記憶する。メモリ４１は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などである。
信号処理装置４は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部４２、フーリエ変換部４３、及び、データ処理部４４を備える。換言すると、レーダ装置１は送信制御部４２を備える。
送信制御部４２は、送信アンテナ２３から送信する送信波ＴＷを制御する。本実施形態では、送信制御部４２は、送信波ＴＷを送信する複数の送信アンテナ２３を含む送信部２を制御する。詳細には、送信制御部４２は信号生成部２１を制御する。また、送信制御部４２は、切替部ＳＷにおけるオンオフの制御を行う。
フーリエ変換部４３は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transfer）処理を実行する。ＦＦＴ処理では、所定の周波数間隔で設定された周波数ポイント（周波数ビンという場合がある）ごとに受信レベルや位相情報が算出される。フーリエ変換部４３で算出された情報は、データ処理部４４に入力される。
データ処理部４４は、ピーク抽出部４４１および物標データ導出部４４２を備える。ピーク抽出部４４１は、フーリエ変換部４３によるＦＦＴ処理等の結果からピークを検出する。物標データ導出部４４２は、抽出したピークに基づいて自車両の前方や後方等に存在する物標の物標データを導出する。物標データには、物標までの距離、物標の相対速度、物標の存在する方位が含まれる。物標データ導出部４４２は、導出した物標データを車両ＥＣＵ５等に出力する。
＜１－２．アンテナ構成＞
図２は、本発明の第１実施形態に係るレーダ装置１が備えるアンテナ２３、３１の構成を示す模式図である。
図２に示すように、複数の送信アンテナ２３は、第１送信アンテナ群２３１と、第２送信アンテナ群２３２とを含む。第１送信アンテナ群２３１は、少なくとも２つの送信アンテナ２３を備える。本実施形態においては、第１送信アンテナ群２３１は、２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂを備える。第２送信アンテナ群２３２は、少なくとも１つの送信アンテナ２３を備える。本実施形態では、第２送信アンテナ群２３２は、１つの送信アンテナ２３２ａを備える。第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂと、第２送信アンテナ群２３２内の送信アンテナ２３２ａとは同一の平面上に配置される。第１送信アンテナ群２３１内の２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂは、互いに独立して送信波ＴＷを送信することができる。第２送信アンテナ群２３２は、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂとは独立して送信波ＴＷを送信することができる。
第１送信アンテナ群２３１内の少なくとも２つの送信アンテナ２３は、所定の第１間隔ｄ１をあけて配置される。本実施形態では、２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂは、水平方向に第１間隔ｄ１をあけて鉛直方向に平行な平面上に配置される。
第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂは互いに同一のアンテナ特性を有する。つまり、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂは、例えば等位相面、送信方向に対するゲインプロファイル・位相プロファイル、ゲインの絶対値などのアンテナに対して記述される種々の特性値や分布が、アンテナ間で互いに同じに構成される。また、アンテナ特性はすべてが一致する必要はなく、一致する項目は設計上適宜決定してよい。例えばゲインの絶対値が異なっていても、アンテナ前段の図示略の増幅器や、アッテネータを組み合わせて補正を行うことにより、同一の特性のアンテナとして使用できる。これにより、第１送信アンテナ群２３１内の複数の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂと、複数の受信アンテナ３１とを組み合わせて受信用の仮想アレイアンテナを適切に生成することができる。本実施形態では、第１送信アンテナ群２３１内の全ての送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂは互いに同一のアンテナ特性を有する。詳細には、２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂは、同一の構造を有し、同じアンテナ特性を有する。なお、同一とは、必ずしも厳密に一致する必要があるというわけではなく、設計などの制約で定められる所定の誤差を含んだうえで同一とみなすことが可能ということを言う。以降も、特に言及しない限りにおいては上述のような意味として用いる。
第２送信アンテナ群２３２は、第１送信アンテナ群２３１を１つのアンテナとみなした合成アンテナ２３３に対して所定の第２間隔ｄ２をあけて配置される。合成アンテナとは、複数のアンテナによって形成されるゲインプロファイルなどのアンテナの諸特性に対し、同等の特性を有する１つのアンテナを仮想的に考え、当該仮想的なアンテナと等価に扱われたアンテナのことである。つまり、第１送信アンテナ群２３１および第２送信アンテナ群２３２は、それぞれ等価的に合成アンテナＡと合成アンテナＢとして扱うこともできる。なお、本実施形態では、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂは、合成アンテナ２３３を構成する場合、同じタイミングで同位相の送信波ＴＷを送信する。本実施形態では、第２送信アンテナ群２３２は、第１送信アンテナ群２３１内の全ての送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂを１つのアンテナとみなした合成アンテナ２３３に対して所定の第２間隔ｄ２をあけて配置される。第２送信アンテナ群２３２は、第１送信アンテナ群２３１と同じ平面上に配置される。詳細には、第２送信アンテナ群２３２は、２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂを１つのアンテナとみなした合成アンテナ２３３に対して、水平方向に第２間隔ｄ２をあけて配置される。本実施形態では、第２間隔ｄ２は第１間隔ｄ１の４倍である。なお、本実施形態では、合成アンテナ２３３を構成する場合に、複数の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂが同相、同タイミングで励振される構成としているが、これは例示にすぎない。例えば、合成アンテナ２３３を構成するに際して、複数の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂが異相で励振されてもよい。
合成アンテナ２３３と、１つのアンテナとみなした際の第２送信アンテナ群２３２とは、互いに同一のアンテナ特性を有する。すなわち、合成アンテナ２３３は実質的に第２送信アンテナ群２３２と同じとみなすことができる。これにより、合成アンテナ２３３および第２送信アンテナ群２３２と、複数の受信アンテナ３１とを組み合わせて受信用の仮想アレイアンテナを適切に構成することができる。
本実施形態では、第２送信アンテナ群２３２は、第２送信アンテナ群２３２を１つアンテナとみなした際に、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂの開口面積に第１送信アンテナ群２３２内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂの数を乗じて得られる開口面積を有する。このように構成することより、第２送信アンテナ群２３２のアンテナ特性を、容易に合成アンテナ２３３のアンテナ特性に合わせることができる。本実施形態では、第２送信アンテナ群２３２は、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂの開口面積を２倍して得られた開口面積を有する。例えば、２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂのそれぞれが、上述した単位送信アンテナ１つによって構成されるとする。この場合、第２送信アンテナ群２３２を構成する１つの送信アンテナ２３２ａは、水平方向に第１間隔ｄ１をあけて配置された２つの単位送信アンテナを給電線で接続した構成とすればよい。
本実施形態では、上述のように受信アンテナ３１の数は２つである。２つの受信アンテナ３１ａ、３１ｂは、同一の構造を有し、同一のアンテナ特性を有する。２つの受信アンテナ３１ａ、３１ｂは、水平方向に所定の第３間隔ｄ３をあけて鉛直方向に平行な平面上に配置される。本実施形態では、送信アンテナ２３と受信アンテナ３１とは同一の平面上に配置される。第３間隔ｄ３は、第１間隔ｄ１の２倍である。なお、受信アンテナ３１は、例えば第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂ、又は、第２送信アンテナ群２３２内の送信アンテナ２３２ａと同一の特性でもよいが、異なる特性であってもよい。
＜１－３．送信制御＞
送信制御部４２は、第１モードと第２モードとを切替え可能に設けられる。なお、レーダ装置１がＦＣＭ方式である場合を例に、レーダ装置１の送信制御について説明する。
第１モードは、第１送信アンテナ群２３１についての制御を行う。つまり、第１モードは、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂを独立して制御するモードである。換言すれば、第１モードは、狭い開口面積の送信アンテナを形成し、その結果広い拡がりを持つ送信ビームを形成するモードであり、また第１送信アンテナ群２３１の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂを用いて仮想アレイアンテナを生成するモードである。本実施形態では、この際、第２送信アンテナ群２３２からの送信波ＴＷは送信を停止される。第１モードにおいては、第１送信アンテナ群２３１内の２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂの一方である一方側送信アンテナ２３１ａと、２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂの他方である他方側送信アンテナ２３１ｂとが独立したアンテナとして制御される。
図３は、第１実施形態のレーダ装置１の第１モードにおける送信制御を説明するための図である。図３の上段に示すように、送信部２においては、送信制御部４２の制御の下、時間の経過に従って周波数が増加するチャープ信号が所定期間（以下、「チャープ周期Ｔｃ」）で繰り返される送信信号が生成される。当該送信信号にしたがって送信波ＴＷが送信される。
図３の下段は、切替部ＳＷの切替え制御を示す。なお、第１切替部ＳＷ１は、一方側送信アンテナ２３１ａに繋がる切替部ＳＷである。第２切替部ＳＷ２は、他方側送信アンテナ２３１ｂに繋がる切替部ＳＷである。第３切替部ＳＷ３は、第２送信アンテナ群２３２を構成する送信アンテナ２３２ａに繋がる切替部ＳＷである。図３の下段に示すように、第１モードでは、第３切替部ＳＷ３は常時オフであり、第２送信アンテナ群２３２から送信波ＴＷは送信されない。
図３の下段に示すように、第１モードにおいては、第１切替部ＳＷ１と第２切替部ＳＷ２とは、いずれも、チャープ周期Ｔｃでオンとオフを切り替える動作を繰り返す。ただし、第１切替部ＳＷ１と第２切替部ＳＷ２との間で、オンとオフを切り替えるタイミングは１チャープ周期ずれている。換言すると、送信制御部４２は、第１モードにおいて、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂから送信波ＴＷを送信するタイミングを送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂ間で互いにずらす。詳細には、送信制御部４２は、一方側送信アンテナ２３１ａに繋がる第１切替部ＳＷ１がオンである場合、他方側送信アンテナ２３１ｂに繋がる第２切替部ＳＷ２をオフとする。送信制御部４２は、他方側送信アンテナ２３１ｂに繋がる第２切替部ＳＷ２がオンである場合、一方側送信アンテナ２３１ａに繋がる第１切替部ＳＷ１をオフとする。
第２モードは、第１送信アンテナ群２３１および第２送信アンテナ群２３２について制御を行う。詳細には、第２モードは、合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２を独立して制御するモードである。換言すると、第２モードは、広い開口面積の送信アンテナを形成し、その結果拡がりの狭い送信ビームを形成するモードであり、また、第１送信アンテナ群２３１および第２送信アンテナ群２３２の各合成アンテナを用いて仮想アレイアンテナを生成するモードである。図４は、第１実施形態のレーダ装置１の第２モードにおける送信制御を説明するための図である。図４の上段に示すように、送信部２においては、送信制御部４２の制御の下、時間の経過に従って周波数が増加するチャープ信号がチャープ周期Ｔｃで繰り返される送信信号が生成される。当該送信信号にしたがって送信波ＴＷが送信される。
図４の下段は、切替部ＳＷの切替え制御を示す。図４の下段に示すように、第２モードにおいては、第１切替部ＳＷ１、第２切替部ＳＷ２および第３切替部ＳＷ３は、いずれも、チャープ周期Ｔｃでオンとオフを切り替える動作を繰り返す。ただし、第１切替部ＳＷ１と第２切替部ＳＷ２とは同じタイミングでオンとオフを切り替え、第３切替部ＳＷ３は第１切替部ＳＷ１および第２切替部ＳＷ２と比較してオンとオフを切り替えるタイミングが１チャープ周期ずれる。換言すると、送信制御部４２は、第２モードにおいて、合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２とで送信波ＴＷを送信するタイミングを互いにずらす。詳細には、送信制御部４２は、合成アンテナ２３３に繋がる第１切替部ＳＷ１および第２切替部ＳＷ２がオンである場合、第２送信アンテナ群２３２をオフとする。送信制御部４２は、第２送信アンテナ群２３２に繋がる第３切替部ＳＷ３がオンである場合、合成アンテナ２３３に繋がる第１切替部ＳＷ１および第２切替部ＳＷ２をオフとする。
以上の説明の通り、送信制御部４２は、送信波ＴＷを送信するための所定の送信パターンを複数種類有する。本実施形態では、複数種類の所定の送信パターンは、送信のＯＮとＯＦＦのタイミングが互いにずれたパターンを含む。すなわち、第１切替部ＳＷ１、第２切替部ＳＷ２、および、第３切替部ＳＷ３の各切替えパターンが、送信パターンを構成する。送信制御部４２は、第１モードでは、第１送信アンテナ２３１群内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂに対してそれぞれ、複数種類の送信パターンから１つを割当てて制御を行う。上記の例では、送信アンテナ２３１ａには、送信パターンとして第１切替部ＳＷ１の切替えパターン（図３参照）が割り当てられる。送信アンテナ２３１ｂには、送信パターンとして第２切替部ＳＷ２の切替えパターン（図３参照）が割り当てられる。また、送信制御部４２は、第２モードでは、合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２に対してそれぞれ、複数種類の送信パターンから１つを割り当てて制御を行う。合成アンテナ２３３には、送信パターンとして、互いに同パターンとされる第１切替部ＳＷ１および第２切替部ＳＷ２の切替えパターン（図４参照）が割り当てられる。第２送信アンテナ群２３２には、送信パターンとして、第３切替部ＳＷ３の切替えパターン（図４参照）が割り当てられる。
以上に示すように、送信制御部４２は、第１モードおよび第２モードにおいて、時分割方式を採用して送信波ＴＷの送信を行う。第１モードでは、時分割方式によって、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂから互いに干渉しない送信波ＴＷを送信することができる。この結果、受信アンテナ３１で受信した受信信号を各送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂに由来する成分に分離することができ、２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂと２つの受信アンテナ３１との組合せによって仮想アレイアンテナを生成できる。また、第２モードでは、時分割方式によって、合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２とから互いに干渉しない送信波ＴＷを送信することができる。この結果、受信アンテナ３１で受信した受信信号を合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２とに由来する成分に分離することができ、合成アンテナ２３３および第２送信アンテナ群２３２と２つの受信アンテナ３１との組合せによって仮想アレイアンテナを生成できる。
図５は、第１モードにおける送信ビーム形状を説明するための図である。図６は、第２モードにおける送信ビーム形状を説明するための図である。図５および図６において、横軸は方位であり、縦軸はアンテナゲインである。送信アンテナ２３から送信される送信ビームの形状は、送信アンテナ２３の開口面積に応じて変動する。開口面積が大きくなるにつれて送信ビームの広がり幅は大きくなり、開口面積が小さくなるにつれて送信ビームの広がり幅は狭くなる傾向がある。
第１モードにおいては、送信アンテナの開口面積は、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂの開口面積に相当する。一方、第２モードでは、送信アンテナの開口面積は、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂの開口面積の２倍に相当する。すなわち、第１モードに比べて第２モードの方が送信アンテナの開口面積が大きい。このために、図５および図６に示すように、第１モードにおいては、水平方向の広い角度範囲でアンテナゲインが一定レベルで維持される送信ビームパターンになる。このようなビームパターンは、近距離広角用途で有用である。一方、第２モードにおいては、水平方向の狭い角度範囲でアンテナゲインが高くなる送信ビームパターンになる。このようなビームパターンは遠距離狭角用途で有用である。
以上からわかるように、本実施形態によれば、第１モードと第２モードとの切替えを行うことによって送信ビームの形状を変更することができる。第１モードと第２モードとの切替えにより、レーダ装置１の検知エリアを切り替えることができる。詳細には、第１モードを選択することによって、近距離広角用途に適したレーダ装置を実現できる。第２モードを選択することによって、遠距離狭角用途に適したレーダ装置を実現できる。
＜１－４．仮想アレイアンテナ＞
レーダ装置１は、複数の送信アンテナ２３と複数の受信アンテナ３１とにより生成した仮想アンテナを含む、受信アレイアンテナを有する。すなわち、本実施形態によれば、ビームバターンなどの送信ビーム特性の切り替えと、処理上好適なアンテナ配置となる仮想アレイアンテナの形成が両立できる。これにより、たとえば検知エリアの切替えと仮想アレイアンテナを用いた受信アレイアンテナの形成とを両立することができる。
第１モードでは、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂを用いて仮想アレイアンテナを生成する。２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂと、２つの受信アンテナ３１ａ、３１ｂとの組合せによって、第１仮想アレイアンテナＶＡＡ１が生成される。図７は、第１仮想アレイアンテナＶＡＡ１の構成を示す図である。図７に示すように、第１仮想アレイアンテナＶＡＡ１は、４つの仮想アンテナ３３ａ～３３ｄによって構成される。
第１仮想アンテナ３３ａは、一方側送信アンテナ２３１ａと、２つの受信アンテナ３１ａ、３１ｂの一方である一方側受信アンテナ３１ａとを組み合わせて得られる。第２仮想アンテナ３３ｂは、他方側送信アンテナ２３１ｂと、一方側受信アンテナ３１ａとを組み合わせて得られる。第３仮想アンテナ３３ｃは、一方側送信アンテナ２３１ａと、２つの受信アンテナ３１ａ、３１ｂの他方である他方側受信アンテナ３１ｂとを組み合わせて得られる。第４仮想アンテナ３３ｄは、他方側送信アンテナ２３１ｂと、他方側受信アンテナ３１ｂとを組み合わせて得られる。
４つの仮想アンテナ３３ａ～３３ｄは、水平方向に等間隔に並ぶ。本実施形態では、隣り合う仮想アンテナ間の距離は第１間隔ｄ１と同じである。隣り合う仮想アンテナ間の距離は、複数の第１送信アンテナ２３１間の距離設定と、複数の受信アンテナ３１間の距離設定とによって決まる。なお、隣り合う仮想アンテナ間の距離は等間隔となることが好ましい。最小間隔に対して整数倍の間隔、つまり等間隔のグリッド上に歯抜けで配置されるパターンでもよい。また完全に異なる間隔としてもよい。
第２モードでは、合成アンテナ２３３および第２送信アンテナ群２３２と、によって仮想アレイアンテナを生成する。合成アンテナ２３３および第２送信アンテナ群２３２と、２つの受信アンテナ３１ａ、３１ｂとの組合せによって、第２仮想アレイアンテナＶＡＡ２が生成される。図８は、第２仮想アレイアンテナＶＡＡ２の構成を示す図である。図８に示すように、第２仮想アレイアンテナＶＡＡ２は、４つの仮想アンテナ３３ｅ～３３ｈによって構成される。
第５仮想アンテナ３３ｅは、合成アンテナ２３３と一方側受信アンテナ３１ａとを組み合わせて得られる。第６仮想アンテナ３３ｆは、合成アンテナ２３３と他方側受信アンテナ３１ｂとを組み合わせて得られる。第７仮想アンテナ３３ｇは、第２送信アンテナ群２３２と一方側受信アンテナ３１ａとを組み合わせて得られる。第８仮想アンテナ３３ｈは、第２送信アンテナ群２３２と他方側受信アンテナ３１ｂとを組み合わせて得られる。
４つの仮想アンテナ３３ｅ～３３ｈは、水平方向に等間隔に並ぶ。本実施形態では、隣り合う仮想アンテナ間の距離は第３間隔ｄ３と同じである。隣り合う仮想アンテナ間の距離は、合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２との間の距離設定と、複数の受信アンテナ３１間の距離設定とによって決まる。なお、隣り合う仮想アンテナ間の距離は等間隔となることが好ましい。最小間隔に対して整数倍の間隔、つまり等間隔のグリッド上に歯抜けで配置されるパターンでもよい。また完全に異なる間隔としてもよい。
以上説明したように、仮想アレイアンテナＶＡＡ１、ＶＡＡ２を構成する複数の仮想アンテナ３３は、第１モードと第２モードとのいずれにおいても所定方向に等間隔に並ぶことが好ましい。本実施形態では、所定方向は水平方向である。このように構成すると、仮想アレイアンテナＶＡＡ１、ＶＡＡ２を用いて物標情報を得るための信号処理が複雑になることを避けることができる。なお、仮想アレイアンテナＶＡＡ１、ＶＡＡ２のアンテナ配置は、第１送信アンテナ群２３１内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂ間の距離（ｄ１）、合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２間の距離（ｄ２）、および、受信アンテナ３１間の距離（ｄ３）を適宜設定することで設計することができる。第１モードと第２モードとで、仮想アレイアンテナＶＡＡ１、ＶＡＡ２のアンテナ配置が相似形であると処理上の都合が良く、好ましい。また、本実施形態のように、ｄ１：ｄ２：ｄ３＝１：２：４とすると、仮想アレイアンテナＶＡＡ１、ＶＡＡ２が、第１モードと第２モードとで相似形、かつ、仮想アンテナが等間隔配置となるのでより好ましい。
＜１－５．信号処理＞
＜１－５－１．第１モード＞
図９は、第１実施形態のレーダ装置１における、物標データを導出するための信号処理を示すフローチャートである。ここでは、レーダ装置１がＦＣＭ方式である場合を例に説明する。図９に示す信号処理は、レーダ装置１が備える各受信アンテナ３１ａ、３１ｂから得られる信号に対して実行される。
第１モードでは、一方側送信アンテナ２３１ａが使用される状態と、他方側送信アンテナ２３１ｂが使用される状態とがチャープ周期Ｔｃで切り替わる。信号処理装置４は、受信処理部３２から得られたビート信号がいずれの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂを使用して得られたかを確認する（ステップＳ１）。当該確認は、送信制御部４２から取得される情報に基づいて行うことができる。
なお、本例においては、第１回目のチャープ周期Ｔｃでは一方側送信アンテナ２３１ａが使用され、第２回目のチャープ周期Ｔｃでは他方側送信アンテナ２３１ｂが使用される。以後、この順番で２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂが切替えて使用される。
使用した送信アンテナの確認が行われると、確認した使用送信アンテナから所定期間（＝チャープ周期Ｔｃ）送信された送信波ＴＷに対応して得られたビート信号に対して、１回目のＦＦＴ処理が行われる（ステップＳ２）。１回目のＦＦＴ処理はフーリエ変換部４３で行われる。
１回目のＦＦＴ処理の結果は、ビート信号の周波数スペクトルである。ＦＦＴ処理により、周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごとに受信レベルや位相情報が抽出される。１回目のＦＦＴ処理の結果における周波数ビンは、物標の距離に対応するために、以下、「距離ビン」と記載する場合がある。ピークが存在する距離ビンを特定することで物標の距離を検出することができる。
なお、１回目のＦＦＴ処理は、各受信アンテナ３１ａ、３１ｂから得られる信号に対して行われる。このために、使用送信アンテナが一方側送信アンテナ２３１ａである場合、第１仮想アンテナ３３ａに対応する１回目のＦＦＴ処理の結果と、第３仮想アンテナ３３ｃに対応する１回目のＦＦＴ処理の結果とが得られる。使用送信アンテナが他方側送信アンテナ２３１ｂである場合、第２仮想アンテナ３３ｂに対応する１回目のＦＦＴ処理の結果と、第４仮想アンテナ３３ｄに対応する１回目のＦＦＴ処理の結果とが得られる。
１回目のＦＦＴ処理を行うと、ステップＳ１で確認した使用送信アンテナに関して、１回目のＦＦＴ処理を行った回数が所定数に到達したか否かを確認する（ステップＳ３）。所定数に到達していない場合（ステップＳ３でＮｏ）、ステップＳ１に戻る。
所定数に到達した場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、ステップＳ１で確認した使用送信アンテナについて、１回目のＦＦＴ処理により得られた周波数スペクトルを時系列に並べて２回目のＦＦＴ処理が行われる（ステップＳ４）。２回目のＦＦＴ処理により、ドップラー周波数に対する周波数ビン（以下、「速度ビン」と記載することがある）にピークが出現する周波数スペクトルが得られる。当該周波数スペクトルは、１回目のＦＦＴ処理の結果として得られた距離ビンごとに求められる。ピークが出現した速度ビンを特定することで、物標の相対速度を検出することができる。２回目のＦＦＴ処理もフーリエ変換部４３により行われる。
なお、２回目のＦＦＴ処理も、各受信アンテナ３１ａ、３１ｂから得られる信号に対して行われる。このために、使用送信アンテナが一方側送信アンテナ２３１ａである場合、第１仮想アンテナ３３ａに対応する２回目のＦＦＴ処理の結果と、第３仮想アンテナ３３ｃに対応する２回目のＦＦＴ処理の結果とが得られる。使用送信アンテナが他方側送信アンテナ２３１ｂである場合、第２仮想アンテナ３３ｂに対応する２回目のＦＦＴ処理の結果と、第４仮想アンテナ３３ｄに対応する２回目のＦＦＴ処理の結果とが得られる。
次に、信号処理装置４は、全ての送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂに関して、２回目のＦＦＴ処理まで完了したか否かの確認を行う（ステップＳ５）。全ての送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂに関して２回目のＦＦＴ処理まで完了していない場合（ステップＳ５でＮｏ）、ステップＳ１に戻る。全ての送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂに関して２回目のＦＦＴ処理まで完了している場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、全ての仮想アンテナ３３ａ～３３ｄに関して２回目のＦＦＴ処理の結果が得られたことになるために、物標データの導出が行われる（ステップＳ６）。
詳細には、ピーク抽出部４４１が、２回目のＦＦＴ処理によって得られた距離ビンと速度ビンとを軸とする２次元パワースペクトルに基づいて、所定値以上のパワー値を示すピークを抽出する。物標データ導出部４４２は、各仮想アンテナ３３ａ～３３ｄに対して取得されたピーク抽出の結果に基づいて物標が存在する方位を推定する。方位推定には、例えばＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）やＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques） 等の公知の手法が用いられる。また、物標データ導出部４４２は、ピークが存在するとして特定された距離ビン及び速度ビンの組み合わせに基づいて、物標の距離及び相対速度を導出する。
第１モードでは、上述のように、検知エリアが近距離広角エリアになる。このために、第１モードは、例えばレーダ装置１を用いてＲＣＴＡを実現したい場合等に使用することができる。
＜１－５－２．第２モード＞
第２モードでも、レーダ装置１は、第１モードと同様の信号処理を行って物標データを導出する。このために、図９を参照して、第２モードの信号処理について簡単に説明する。
第２モードでは、合成アンテナ２３３が使用される状態と、第２送信アンテナ群２３２が使用される状態とがチャープ周期Ｔｃで切り替わる。信号処理装置４は、受信処理部３２から得られたビート信号が合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２とのいずれを使用して得られたかを確認する（ステップＳ１）。
使用送信アンテナの確認が行われると、確認した使用送信アンテナから所定期間（＝チャープ周期Ｔｃ）送信された送信波ＴＷに対応して得られたビート信号に対して、１回目のＦＦＴ処理が行われる（ステップＳ２）。
なお、１回目のＦＦＴ処理は、各受信アンテナ３１ａ、３１ｂから得られる信号に対して行われる。このために、使用送信アンテナが合成アンテナ２３３である場合、第５仮想アンテナ３３ｅに対応する１回目のＦＦＴ処理の結果と、第６仮想アンテナ３３ｆに対応する１回目のＦＦＴ処理の結果とが得られる。使用送信アンテナが第２送信アンテナ群２３２である場合、第７仮想アンテナ３３ｇに対応する１回目のＦＦＴ処理の結果と、第８仮想アンテナ３３ｈに対応する１回目のＦＦＴ処理の結果とが得られる。
１回目のＦＦＴ処理を行うと、ステップＳ１で確認した使用送信アンテナに関して、１回目のＦＦＴ処理を行った回数が所定数に到達したか否かを確認する（ステップＳ３）。所定数に到達していない場合（ステップＳ３でＮｏ）、ステップＳ１に戻る。
所定数に到達した場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、ステップＳ１で確認した使用送信アンテナについて、１回目のＦＦＴ処理により得られた周波数スペクトルを時系列に並べて２回目のＦＦＴ処理が行われる（ステップＳ４）。
なお、２回目のＦＦＴ処理も、各受信アンテナ３１ａ、３１ｂから得られる信号に対して行われる。このために、使用送信アンテナが合成アンテナ２３３である場合、第５仮想アンテナ３３ｅに対応する２回目のＦＦＴ処理の結果と、第６仮想アンテナ３３ｆに対応する２回目のＦＦＴ処理の結果とが得られる。使用送信アンテナが第２送信アンテナ群２３２である場合、第７仮想アンテナ３３ｇに対応する２回目のＦＦＴ処理の結果と、第８仮想アンテナ３３ｈに対応する２回目のＦＦＴ処理の結果とが得られる。
次に、信号処理装置４は、合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２との両方に関して、２回目のＦＦＴ処理まで完了したか否かの確認を行う（ステップＳ５）。合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２との両方に関して２回目のＦＦＴ処理まで完了していない場合（ステップＳ５でＮｏ）、ステップＳ１に戻る。合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２との両方に関して２回目のＦＦＴ処理まで完了している場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、全ての仮想アンテナ３３ａ～３３ｄに関して２回目のＦＦＴ処理の結果が得られたことになるために、物標データの導出が行われる（ステップＳ６）。
第２モードでは、上述のように、検知エリアが遠距離狭角エリアになる。このために、第２モードは、例えばレーダ装置１を用いてＬＣＡを実現したい場合等に使用することができる。
＜２．第２実施形態＞
第２実施形態のレーダ装置は、第１実施形態のレーダ装置１と概ね同じ構成である。このために、第１実施形態と重複する部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明を行う。説明に際して、第１実施形態と重複する部分については第１実施形態と同一の符号を用いる。第２実施形態のレーダ装置は、一例としてＦＣＭ方式のレーダ装置である。
＜２－１．送信部の構成＞
図１０は、第２実施形態のレーダ装置が備える送信部２Ａの構成を示す図である。図１０に示すように、送信部２Ａは、信号生成部２１と発振器２２とを有する送信処理部２０と、第１送信アンテナ群２３１を構成する２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂと、第２送信アンテナ群２３２を構成する１つの送信アンテナ２３２ａとを備える。第１送信アンテナ群２３１を構成する２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂは合成アンテナ２３３にもなり得る。これらは、第１実施形態と同様である。ただし、送信部２Ａは位相器ＰＳを備える。この点、第１実施形態と異なる。
位相器ＰＳは、送信処理部２０で生成された送信信号の位相を調整する。位相器ＰＳは、送信処理部２０と各送信アンテナ２３との間に配置される。位相器ＰＳは、各送信アンテナ２３に対して１つずつ設けられる。本実施形態では、位相器ＰＳの数は、送信アンテナ２３の数に合わせて３つである。なお、第２送信アンテナ群２３２を構成する送信アンテナ２３２ａに接続される位相器ＰＳと送信処理部２０との間には切替部ＳＷが配置される。切替部ＳＷにより、第２送信アンテナ群２３２に対して、送信信号が入力されるオン状態と、送信信号が入力されないオフ状態とを切り替えることができる。
＜２－２．送信制御＞
第１実施形態では、仮想アレイアンテナＶＡＡ１、ＶＡＡ２を実現するために、送信波ＴＷの送信時に時分割動作を採用した。しかし、これは例示にすぎず、時分割動作は採用されなくてもよい。第２実施形態では、仮想アレイアンテナＶＡＡ１、ＶＡＡ２を実現するために、時分割動作と異なる動作が行われる。詳細には、時分割方式に替えてＰＳＫ（Phase Shift Keying）方式が利用される。
図１１は、第２実施形態のレーダ装置の第１モードにおける送信制御を説明するための図である。図１１の上段に示すように、送信部２Ａにおいては、送信制御部４２の制御の下、時間の経過に従って周波数が増加するチャープ信号がチャープ周期Ｔｃで繰り返される送信信号が生成される。当該送信信号にしたがって送信波ＴＷが送信される。
図１１の下段は、位相器ＰＳの制御動作を示す。なお、第１位相器ＰＳ１は、一方側送信アンテナ２３１ａに繋がる位相器ＰＳである。第２位相器ＰＳ２は、他方側送信アンテナ２３１ｂに繋がる位相器ＰＳである。第３位相器ＰＳ３は、第２送信アンテナ群２３２を構成する送信アンテナ２３２ａに繋がる位相器ＰＳである。図１１の下段に示すように、第１モードでは、切替部ＳＷがオフとされ、第３位相器ＰＳ３は動作を行わない。換言すると、第１モードでは、第２送信アンテナ群２３２から送信波ＴＷは送信されない。
図１１の下段に示すように、第１モードにおいては、第１位相器ＰＳ１はチャープ周期Ｔｃで同位相の送信信号を一方側送信アンテナ２３１ａに供給する。第２位相器ＰＳ２は、チャープ周期で位相が１８０ｄｅｇ反転する送信信号を他方側送信アンテナ２３１ｂに供給する。なお、図１１に示す位相０ｄｅｇや位相１８０ｄｅｇは一例であり、例えば、位相０ｄｅｇに替えて位相９０ｄｅｇとし、位相１８０ｄｅｇに替えて位相２７０ｄｅｇとしてよい。
換言すると、送信制御部４２は、第１モードにおいて、複数の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂ間で送信波ＴＷを送信する際の位相変調パターンを異ならせる。これにより、一方側送信アンテナ２３１ａから送信される送信波ＴＷに由来する受信信号と、他方側送信アンテナ２３１ｂから送信される送信波ＴＷに由来する受信信号とを区別することが可能となる。すなわち、２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂと、２つの受信アンテナ３１ａ、３１ｂとの組合せによって仮想アレイアンテナを生成することが可能になる。詳細には、第１実施形態と同様に、２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂと２つの受信アンテナ３１ａ、３１ｂとによって、４つの仮想アンテナ３３ａ～３３ｄで構成される第１仮想アレイアンテナＶＡＡ１を生成することができる。
図１２は、第２実施形態のレーダ装置の第２モードにおける送信制御を説明するための図である。図１２の上段に示すように、送信部２においては、送信制御部４２の制御の下、時間の経過に従って周波数が増加するチャープ信号がチャープ周期Ｔｃで繰り返される送信信号が生成される。当該送信信号にしたがって送信波ＴＷが送信される。
図１２の下段は、位相器ＰＳの制御動作を示す。図１２の下段に示すように、第２モードにおいては、第１位相器ＰＳ１および第２位相器ＰＳ２はチャープ周期Ｔｃで同位相の送信信号を送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂに供給する。なお、２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂには、互いに同位相の送信信号が供給される。第３位相器ＰＳ３は、チャープ周期Ｔｃで位相が１８０ｄｅｇ反転する送信信号を第２送信アンテナ群２３２に供給する。
換言すると、送信制御部４２は、第２モードにおいて、合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２との間で送信波ＴＷを送信する際の位相変調パターンを異ならせる。これにより、合成アンテナ２３３から送信される送信波ＴＷに由来する受信信号と、第２送信アンテナ群２３２から送信される送信波ＴＷに由来する受信信号とを区別することが可能となる。すなわち、合成アンテナ２３３および第２送信アンテナ群２３２と、２つの受信アンテナ３１ａ、３１ｂとの組合せによって仮想アレイアンテナを生成することが可能になる。詳細には、第１実施形態と同様に、合成アンテナ２３３および第２送信アンテナ群２３２と、２つの受信アンテナ３１とによって、４つの仮想アンテナ３３ｅ～３３ｈで構成される第２仮想アレイアンテナＶＡＡ２を生成することができる。
以上の説明の通り、送信制御部４２は、送信波ＴＷを送信するための所定の送信パターンを複数種類有する。本実施形態では、複数種類の所定の送信パターンは、送信時の位相変調のパターンが互いに異なるパターンを含む。すなわち、第１位相器ＰＳ１、第２位相器ＰＳ２、および、第３位相器ＰＳ３で生成される位相変調パターンが、送信パターンを構成する。送信制御部４２は、第１モードでは、第１送信アンテナ２３１群内の送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂに対してそれぞれ、複数種類の送信パターンから１つを割当てて制御を行う。上記の例では、送信アンテナ２３１ａには、送信パターンとして第１位相器ＰＳ１で生成される位相変調パターン（図１１参照）が割り当てられる。送信アンテナ２３１ｂには、送信パターンとして第２位相器ＰＳ２で生成される位相変調パターン（図１１参照）が割り当てられる。また、送信制御部４２は、第２モードでは、合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２に対してそれぞれ、複数種類の送信パターンから１つを割り当てて制御を行う。合成アンテナ２３３には、送信パターンとして、互いに同パターンとされる第１位相器ＰＳ１および第２位相器ＰＳ２で生成される位相変調パターン（図１２参照）が割り当てられる。第２送信アンテナ群２３２には、送信パターンとして、第３位相器ＰＳ３で生成される位相変調パターン（図１２参照））が割り当てられる。
＜２－３．信号処理＞
＜２－３－１．第１モード＞
図１３は、第２実施形態のレーダ装置における、物標データを導出するための信号処理を示すフローチャートである。図１３に示す信号処理は、レーダ装置が備える各受信アンテナ３１ａ、３１ｂから得られる信号に対して実行される。
２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂから送信波ＴＷが送信されることによって得られるチャープ周期毎のビート信号に対して、１回目のＦＦＴ処理が行われる（ステップＳ１１）。
各ビート信号の１回目のＦＦＴ処理により得られた周波数スペクトルを時系列に並べて２回目のＦＦＴ処理が行われる（ステップＳ１２）。２回目のＦＦＴ処理により、距離ビンと速度ビンとを軸とする２次元パワースペクトルが得られる。所定値以上のパワー値を示すピークが存在する距離ビンおよび速度ビンの組み合わせが、ピークが存在する距離ビンおよび速度ビンの組み合わせとして特定される。
ところで、第１モードでは、一方側送信アンテナ２３１ａと他方側送信アンテナ２３１ｂとで、位相変調パターンを異ならせて送信波ＴＷの送信が行われる。このために、２次元パワースペクトルにおいては、同一の物標に由来するピークが位相変調パターンの違いに応じた形式で２つ現れる。すなわち、一方側受信アンテナ３１ａで受信された信号を処理して得られた２次元パワースペクトルから、第１仮想アンテナ３３ａに対応するピークと、第２仮想アンテナ３３ｂに対応するピークとを分離することができる。また、他方側受信アンテナ３１ｂで受信された信号を処理して得られた２次元パワースペクトルから、第３仮想アンテナ３３ｃに対応するピークと、第４仮想アンテナ３３ｄに対応するピークとを分離することができる。このために、ピーク抽出部４４１は、各受信アンテナ３１ａ、３１ｂから得られた信号の２回目のＦＦＴ処理の結果に基づいて、仮想アンテナ３３ａ～３３ｄごとに分類されたピーク抽出結果を取得する（ステップＳ１３）。
次に、物標データ導出部４４２が、各仮想アンテナ３３ａ～３３ｄに対して取得されたピーク抽出の結果に基づいて物標データの導出を行う（ステップＳ１４）。詳細には、物標データ導出部４４２は、例えばＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴ等の公知の手法を用いて、物標の方位を推定する。また、物標データ導出部４４２は、ピークが存在するとして特定された距離ビン及び速度ビンの組み合わせに基づいて、物標の距離及び相対速度を導出する。第１モードでは、上述のように、検知エリアが近距離広角エリアになる。このために、第１モードは、例えばレーダ装置１を用いてＲＣＴＡを実現したい場合等に使用することができる。
＜２－３－２．第２モード＞
第２モードでも、レーダ装置は、第１モードと同様の信号処理を行って物標データを導出する。このために、図１３を参照して、第２モードの信号処理について簡単に説明する。
合成アンテナ２３３および第２送信アンテナ群２３２から送信波ＴＷが送信されることによって得られるチャープ周期毎のビート信号に対して、１回目のＦＦＴ処理が行われる（ステップＳ１１）。
各ビート信号の１回目のＦＦＴ処理により得られた周波数スペクトルを時系列に並べて２回目のＦＦＴ処理が行われる（ステップＳ１２）。２回目のＦＦＴ処理により、距離ビンと速度ビンとを軸とする２次元パワースペクトルが得られる。所定値以上のパワー値を示すピークが存在する距離ビンおよび速度ビンの組み合わせが、ピークが存在する距離ビンおよび速度ビンの組み合わせとして特定される。
ところで、第２モードでは、合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２とで、位相変調パターンを異ならせて送信波ＴＷの送信が行われる。このために、一方側受信アンテナ３１ａで受信された信号を処理して得られた２次元パワースペクトルから、第５仮想アンテナ３３ｅに対応するピークと、第７仮想アンテナ３３ｇに対応するピークとを分離することができる。また、他方側受信アンテナ３１ｂで受信された信号を処理して得られた２次元パワースペクトルから、第６仮想アンテナ３３ｆに対応するピークと、第８仮想アンテナ３３ｈに対応するピークとを分離することができる。このために、ピーク抽出部４４１は、各受信アンテナ３１ａ、３１ｂから得られた信号の２回目のＦＦＴ処理の結果に基づいて、仮想アンテナ３３ｅ～３３ｈごとに分類されたピーク抽出結果を取得する（ステップＳ１３）
次に、物標データ導出部４４２が、各仮想アンテナ３３ｅ～３３ｈに対して取得されたピーク抽出の結果に基づいて物標データの導出を行う（ステップＳ１４）。詳細には、物標データ導出部４４２は、例えばＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴ等の公知の手法を用いて、物標の方位を推定する。また、物標データ導出部４４２は、ピークが存在するとして特定された距離ビン及び速度ビンの組み合わせに基づいて、物標の距離及び相対速度を導出する。第２モードでは、上述のように、検知エリアが遠距離狭角エリアになる。このために、第２モードは、例えばレーダ装置を用いてＬＣＡを実現したい場合等に使用することができる。
＜３．第３実施形態＞
第３実施形態のレーダ装置は、第１実施形態のレーダ装置１と概ね同じ構成である。このために、第１実施形態と重複する部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明を行う。説明に際して、第１実施形態と重複する部分については第１実施形態と同一の符号を用いる。
図１４は、第３実施形態に係るレーダ装置が備えるアンテナ２３、３１の構成を示す模式図である。受信アンテナ３１の構成は、第１実施形態の構成と同様である。複数の送信アンテナ２３は、所定の第１間隔ｄ１をあけて配置される２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂを備える第１送信アンテナ群２３１を含む。２つの送信アンテナ２３１ａ、２３１ｂを同期動作で動作させることによって合成アンテナ２３３が構成される。これらの点も第１実施形態と同様である。
複数の送信アンテナ２３は、第１送信アンテナ群２３１の他に第２送信アンテナ群２３２Ａを含む。第２送信アンテナ群２３２Ａの構成が第１実施形態と異なる。第２送信アンテナ群２３２Ａは、複数の送信アンテナ２３２ｂ、２３２ｃを備える。複数の送信アンテナ２３２ｂ、２３２ｃは、送信制御部４２によって互いに独立して制御可能である。第２送信アンテナ群２３２Ａは、複数の送信アンテナ２３２ｂ、２３２ｃを１つのアンテナとみなした合成アンテナである。
本実施形態では、第２送信アンテナ群２３２Ａは、互いに独立して制御可能な２つの送信アンテナ２３２ｂ、２３２ｃによって構成される。第２送信アンテナ群２３２Ａは、２つの送信アンテナ２３２ｂ、２３２ｃを同期同相で動作させることによって合成アンテナとして機能する。詳細には、第２送信アンテナ群２３２Ａを構成する２つの送信アンテナ２３２ｂ、２３２ｃは、第１送信アンテナ２３１と同一のアンテナ特性を有する。２つの送信アンテナ２３２ｂ、２３２ｃは、水平方向の第１間隔ｄ１をあけて配置される。なお、第２送信アンテナ群２３２Ａを構成する送信アンテナの数は、例えば、第１送信アンテナ群２３１を構成する送信アンテナの数に応じて適宜変更されてよい。合成アンテナ２３３と第２送信アンテナ群２３２Ａとの水平方向の間隔は、第１実施形態と同様に第２間隔ｄ２である。
本実施形態の構成とした場合でも、第１実施形態と同様に、第１仮想アレイアンテナＶＡＡ１および第２仮想アレイアンテナＶＡＡ２を生成することができる。また、送信ビームの形状を変更させるべく、第１モードと第２モードとの切替えを行うことができる。本実施形態のように構成すると、第１実施形態の場合に比べて独立して制御することができる送信アンテナの数が増えるために、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを組み合わせて生成する仮想アンテナの数を増やすことができる。
＜４．留意事項＞
本明細書における実施形態や変形例の構成は、本発明の例示にすぎない。実施形態や変形例の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、複数の実施形態及び変形例は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。
１・・・レーダ装置
２３、２３１ａ、２３１ｂ、２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ・・・送信アンテナ
３１・・・受信アンテナ
３３・・・仮想アンテナ
４２・・・送信制御部
２３１・・・第１送信アンテナ群
２３２、２３２Ａ・・・第２送信アンテナ群
２３３・・・合成アンテナ
ｄ１・・・第１間隔
ｄ２・・・第２間隔
ＴＷ・・・送信波
ＶＡＡ１・・・第１仮想アレイアンテナ
ＶＡＡ２・・・第２仮想アレイアンテナ

Claims (9)

  1. 複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとにより生成した仮想アンテナを含む、受信
    アレイアンテナを有するレーダ装置であって、
    送信アンテナから送信する送信波を制御する送信制御部を備え、
    複数の前記送信アンテナは、
    所定の第１間隔をあけて配置される少なくとも２つの前記送信アンテナを備える第１送信アンテナ群と、
    前記第１送信アンテナ群を１つのアンテナとみなした合成アンテナに対して所定の第２間隔をあけて配置される少なくとも１つの前記送信アンテナを備える第２送信アンテナ群と、
    を含み、
    前記送信制御部は、
    前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナを独立して制御する第１モードと、
    前記合成アンテナと前記第２送信アンテナ群とを独立して制御する第２モードと、
    を切替え可能であり、
    前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナは互いに略同一のアンテナ特性を有し、
    前記合成アンテナと、一つのアンテナとみなした際の前記第２送信アンテナ群とは互いに略同一のアンテナ特性を有する、レーダ装置。
  2. 前記第２送信アンテナ群は、当該第２送信アンテナ群を一つのアンテナとみなした際に、前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナの開口面積に前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナの数を乗じて得られる開口面積を有する、請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとにより生成した仮想アンテナを含む、受信
    アレイアンテナを有するレーダ装置であって、
    送信アンテナから送信する送信波を制御する送信制御部を備え、
    複数の前記送信アンテナは、
    所定の第１間隔をあけて配置される少なくとも２つの前記送信アンテナを備える第１送信アンテナ群と、
    前記第１送信アンテナ群を１つのアンテナとみなした合成アンテナに対して所定の第２間隔をあけて配置される少なくとも１つの前記送信アンテナを備える第２送信アンテナ群と、
    を含み、
    前記送信制御部は、
    前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナを独立して制御する第１モードと、
    前記合成アンテナと前記第２送信アンテナ群とを独立して制御する第２モードと、
    を切替え可能であり、
    前記第２送信アンテナ群は、当該第２送信アンテナ群を一つのアンテナとみなした際に、前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナの開口面積に前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナの数を乗じて得られる開口面積を有する、レーダ装置。
  4. 前記送信制御部は、
    前記送信波を送信するための所定の送信パターンを複数種類有し、
    前記第１モードでは、前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナに対してそれぞれ、前記送信パターンから１つを割当てて制御し、
    前記第２モードでは、前記合成アンテナと前記第２送信アンテナ群に対してそれぞれ、前記送信パターンから１つを割り当てて制御する、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
  5. 複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとにより生成した仮想アンテナを含む、受信
    アレイアンテナを有するレーダ装置であって、
    送信アンテナから送信する送信波を制御する送信制御部を備え、
    複数の前記送信アンテナは、
    所定の第１間隔をあけて配置される少なくとも２つの前記送信アンテナを備える第１送信アンテナ群と、
    前記第１送信アンテナ群を１つのアンテナとみなした合成アンテナに対して所定の第２間隔をあけて配置される少なくとも１つの前記送信アンテナを備える第２送信アンテナ群と、
    を含み、
    前記送信制御部は、
    前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナを独立して制御する第１モードと、
    前記合成アンテナと前記第２送信アンテナ群とを独立して制御する第２モードと、
    を切替え可能であり、
    さらに、前記送信制御部は、
    前記送信波を送信するための所定の送信パターンを複数種類有し、
    前記第１モードでは、前記第１送信アンテナ群内の前記送信アンテナに対してそれぞれ、前記送信パターンから１つを割当てて制御し、
    前記第２モードでは、前記合成アンテナと前記第２送信アンテナ群に対してそれぞれ、前記送信パターンから１つを割り当てて制御する、レーダ装置。
  6. 複数種類の前記所定の送信パターンは、送信のＯＮとＯＦＦのタイミングが互いにずれたパターンを含む、請求項４または５に記載のレーダ装置。
  7. 複数種類の前記所定の送信パターンは、送信時の位相変調のパターンが互いに異なるパターンを含む、請求項４または５に記載のレーダ装置。
  8. 前記第２送信アンテナ群は、前記送信制御部によって互いに独立して制御可能な複数の前記送信アンテナを１つのアンテナとみなした合成アンテナである、請求項１から７のいずれか１項に記載のレーダ装置。
  9. 複数の前記仮想アンテナは、前記第１モードと前記第２モードとのいずれにおいても所定方向に等間隔に並ぶ、請求項１から８のいずれか１項に記載のレーダ装置。
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