JP7266234B2 - radar equipment - Google Patents

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JP7266234B2 JP2018185238A JP2018185238A JP7266234B2 JP 7266234 B2 JP7266234 B2 JP 7266234B2 JP 2018185238 A JP2018185238 A JP 2018185238A JP 2018185238 A JP2018185238 A JP 2018185238A JP 7266234 B2 JP7266234 B2 JP 7266234B2
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Description

本開示は、レーダ装置に関する。 The present disclosure relates to radar equipment.

近年、高分解能が得られるマイクロ波又はミリ波を含む波長の短いレーダ送信信号を用いたレーダ装置の検討が進められている。また、屋外での安全性を向上させるために、車両以外にも、歩行者を含む物体(ターゲット)を広角範囲で検知するレーダ装置(広角レーダ装置)の開発が求められている。 2. Description of the Related Art In recent years, studies have been made on radar devices using short-wavelength radar transmission signals including microwaves or millimeter waves that can provide high resolution. Further, in order to improve outdoor safety, there is a demand for the development of a radar device (wide-angle radar device) that detects objects (targets) including pedestrians in a wide-angle range in addition to vehicles.

また、レーダ装置として、受信ブランチに加え、送信ブランチにも複数のアンテナ素子(アレーアンテナ)を備え、送受信アレーアンテナを用いた信号処理によりビーム走査を行う構成(MIMO(Multiple Input Multiple Output)レーダと呼ぶこともある)が提案されている(例えば、非特許文献1を参照)。 In addition, as a radar device, in addition to the reception branch, the transmission branch also has a plurality of antenna elements (array antennas), and a configuration that performs beam scanning by signal processing using the transmission and reception array antennas (MIMO (Multiple Input Multiple Output) radar and is also called) has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).

MIMOレーダでは、送受信アレーアンテナにおけるアンテナ素子の配置を工夫することにより、最大で送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数との積に等しい仮想的な受信アレーアンテナ(以下、仮想受信アレーと呼ぶ)を構成できる。これにより、少ない素子数によってアレーアンテナの実効的な開口長を増大させる効果がある。 In MIMO radar, a virtual receiving array antenna (hereinafter referred to as a virtual receiving array) equal to the product of the number of transmitting antenna elements and the number of receiving antenna elements is created by devising the placement of antenna elements in the transmitting and receiving array antennas. Configurable. This has the effect of increasing the effective aperture length of the array antenna with a small number of elements.

また、垂直方向又は水平方向の一次元走査以外にも、垂直方向及び水平方向の二次元におけるビーム走査を行う場合にもMIMOレーダが適用可能である(例えば、特許文献1、非特許文献1を参照)。 In addition to vertical or horizontal one-dimensional scanning, MIMO radar can also be applied to vertical and horizontal two-dimensional beam scanning (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). reference).

特表2017-534881号公報Japanese Patent Publication No. 2017-534881

P. P. Vaidyanathan, P. Pal, Chun-Yang Chen, "MIMO radar with broadband waveforms: Smearing filter banks and 2D virtual arrays, "IEEE Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, pp.188 -192, 2008.P. P. Vaidyanathan, P. Pal, Chun-Yang Chen, "MIMO radar with broadband waveforms: Smearing filter banks and 2D virtual arrays," IEEE Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, pp.188 -192, 2008. Direction-of-arrival estimation using signal subspace modeling, Cadzow.J.A., Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on Volume: 28 , Issue: 1 Publication Year: 1992, Page(s): 64-79Direction-of-arrival estimation using signal subspace modeling, Cadzow.J.A., Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on Volume: 28 , Issue: 1 Publication Year: 1992, Page(s): 64-79

本開示の一態様は、アンテナ1素子あたりの開口長を大きくでき、仮想受信アレーの開口長を拡大できるレーダ装置の提供に資する。 One aspect of the present disclosure contributes to providing a radar apparatus capable of increasing the aperture length per antenna element and increasing the aperture length of a virtual reception array.

本開示の一態様に係るレーダ装置は、レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信回路と、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信回路と、を具備し、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、第1のアンテナ群と第2のアンテナ群とを含み、前記第1のアンテナ群は、各アンテナ素子の位相中心が第1軸方向に沿って第1の配置間隔毎に配置された1つ以上の第1のアンテナ素子と1つの共用アンテナ素子とを含み、前記第2のアンテナ群は、複数の第2のアンテナ素子と前記1つの共用アンテナ素子とを含み、各アンテナ素子の位相中心が前記第1軸方向とは異なる第2軸方向に沿って2列に第2の配置間隔毎に配置され、前記2列それぞれに含まれるアンテナ素子の位相中心は前記第2軸方向における位置が互いに異なり、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの他方は、位相中心が、前記第1軸方向に沿って、前記第1の配置間隔に基づいた第1の列数、前記第1の配置間隔よりも小さい第3の配置間隔毎に配置され、前記第2軸方向に沿って、前記第2の配置間隔よりも大きい第4の配置間隔毎に配置された、複数の第3のアンテナ素子を含む、構成を採る。 A radar apparatus according to an aspect of the present disclosure includes a radar transmission circuit that transmits a radar signal from a transmission array antenna, and a radar reception circuit that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target from a reception array antenna. one of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a first antenna group and a second antenna group, and the first antenna group has a phase center of each antenna element in a first axis direction. One or more first antenna elements and one shared antenna element arranged at first intervals along the line, and the second antenna group includes a plurality of second antenna elements and the one and the phase center of each antenna element is arranged in two rows at a second arrangement interval along a second axial direction different from the first axial direction, and included in each of the two rows. The phase centers of the antenna elements have different positions in the second axis direction, and the phase centers of the other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna are located at the first arrangement interval along the first axis direction. arranged at a third arrangement interval smaller than the first arrangement interval, and arranged at a fourth arrangement interval larger than the second arrangement interval along the second axial direction. It adopts a configuration including a plurality of third antenna elements arranged every.

本開示の一態様に係るレーダ装置は、レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信回路と、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信回路と、を具備し、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、第1のアンテナ群と第2のアンテナ群とを含み、前記第1のアンテナ群は、1つの共用アンテナ素子である、または、各アンテナ素子の位相中心が第1軸方向に沿って配置された1以上の第1のアンテナ素子と前記1つの共用アンテナ素子とを含み、前記第2のアンテナ群は、複数の第2のアンテナ素子と前記1つの共用アンテナ素子とを含み、前記第1軸方向とは異なる第2軸方向における各アンテナ素子の位相中心の位置が互いに異なり、前記複数の第2のアンテナ素子の少なくとも1つの位相中心と前記1つの共用アンテナ素子の位相中心とは、前記第1軸方向における位置が等しく、前記第2軸方向に第2の配置間隔毎に1列以上に配置される構成を採る。 A radar apparatus according to an aspect of the present disclosure includes a radar transmission circuit that transmits a radar signal from a transmission array antenna, and a radar reception circuit that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target from a reception array antenna. wherein one of the transmit array antenna and the receive array antenna includes a first antenna group and a second antenna group, the first antenna group being one shared antenna element, or each One or more first antenna elements having phase centers of the antenna elements arranged along a first axial direction and the one shared antenna element, and the second antenna group includes a plurality of second antenna elements. and the one shared antenna element, wherein the position of the phase center of each antenna element in a second axis direction different from the first axis direction is different from each other, and at least one phase center of the plurality of second antenna elements and the phase center of the one shared antenna element have the same position in the first axis direction, and are arranged in one or more rows in the second axis direction at every second arrangement interval.

なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 In addition, these generic or specific aspects may be realized by a system, method, integrated circuit, computer program, or recording medium, and any of the system, apparatus, method, integrated circuit, computer program and recording medium may be implemented. may be implemented in any combination.

本開示の一態様によれば、本開示の一態様は、アンテナ1素子あたりの開口長を大きくでき、仮想受信アレーの開口長を拡大できるレーダ装置を提供できる。 According to one aspect of the present disclosure, one aspect of the present disclosure can provide a radar apparatus that can increase the aperture length per antenna element and increase the aperture length of a virtual reception array.

本開示の一態様における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び/又は効果は、いくつかの実施の形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、1つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。 Further advantages and advantages of one aspect of the present disclosure will be apparent from the specification and drawings. Such advantages and/or advantages are provided by the several embodiments and features described in the specification and drawings, respectively, but not necessarily all to obtain one or more of the same features. No need.

実施の形態1に係るレーダ装置の構成の一例を示すブロック図1 is a block diagram showing an example of a configuration of a radar device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係るレーダ送信部の構成の一例を示すブロック図1 is a block diagram showing an example of a configuration of a radar transmission unit according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係るレーダ送信信号の一例を示す図A diagram showing an example of a radar transmission signal according to Embodiment 1 実施の形態1に係る制御部による送信アンテナの時分割切替動作の一例を示す図A diagram showing an example of a time-division switching operation of transmission antennas by the control unit according to Embodiment 1 実施の形態1に係るレーダ送信信号生成部の他の構成の一例を示すブロック図4 is a block diagram showing an example of another configuration of the radar transmission signal generator according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るレーダ受信部の構成の一例を示すブロック図1 is a block diagram showing an example of the configuration of a radar receiver according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係るレーダ装置のレーダ送信信号の送信タイミング、及び、測定範囲の一例を示す図A diagram showing an example of the transmission timing of the radar transmission signal and the measurement range of the radar device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る方向推定部の動作説明に用いる三次元座標系を示す図FIG. 4 is a diagram showing a three-dimensional coordinate system used for explaining the operation of the direction estimation unit according to Embodiment 1; 実施の形態1に係る送信アンテナの配置の一例を示す図Diagram showing an example of arrangement of transmitting antennas according to Embodiment 1 実施の形態1に係る受信アンテナの配置の一例を示す図A diagram showing an example of the arrangement of receiving antennas according to Embodiment 1 実施の形態1に係る仮想受信アンテナの配置の一例を示す図A diagram showing an example of arrangement of virtual receiving antennas according to Embodiment 1 実施の形態1のバリエーション1に係る送信アンテナの配置の一例を示す図A diagram showing an example of the arrangement of transmitting antennas according to Variation 1 of Embodiment 1 実施の形態1のバリエーション1に係る受信アンテナの配置の一例を示す図A diagram showing an example of arrangement of receiving antennas according to Variation 1 of Embodiment 1 実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アンテナの配置の一例を示す図A diagram showing an example of an arrangement of virtual receiving antennas according to Variation 1 of Embodiment 1 実施の形態1のバリエーション1に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す図FIG. 4 shows an example of the size of an antenna element according to Variation 1 of Embodiment 1; 実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーによる二次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a directivity pattern of two-dimensional beams by the virtual receiving array according to Variation 1 of Embodiment 1 and a cross-sectional view along the first axis direction; 実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーによる二次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view along the second axis direction, which is a directivity pattern of two-dimensional beams by the virtual receiving array according to Variation 1 of Embodiment 1; 比較例に係る送信アンテナの配置の一例を示す図A diagram showing an example of an arrangement of transmitting antennas according to a comparative example 比較例に係る仮想受信アンテナの配置の一例を示す図A diagram showing an example of an arrangement of virtual receiving antennas according to a comparative example 比較例に係る仮想受信アレーによる指向性パターンの第2軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view along the second axis direction of a directivity pattern by a virtual receiving array according to a comparative example; 実施の形態1のバリエーション2に係る送信アンテナの配置の一例を示す図A diagram showing an example of the arrangement of transmitting antennas according to Variation 2 of Embodiment 1 実施の形態1のバリエーション2に係る受信アンテナの配置の一例を示す図A diagram showing an example of arrangement of receiving antennas according to Variation 2 of Embodiment 1 実施の形態1のバリエーション2に係る仮想受信アンテナの配置の一例を示す図A diagram showing an example of the arrangement of virtual receiving antennas according to Variation 2 of Embodiment 1 実施の形態1のバリエーション2に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of the size of an antenna element according to Variation 2 of Embodiment 1; 実施の形態1のバリエーション2に係る仮想受信アレーによる二次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view along the first axis direction, which is a directivity pattern of two-dimensional beams by the virtual receiving array according to Variation 2 of Embodiment 1; 実施の形態1のバリエーション2に係る仮想受信アレーによる二次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view along the second axis direction, which is a directivity pattern of two-dimensional beams by the virtual receiving array according to Variation 2 of Embodiment 1; 実施の形態1のバリエーション2に係る仮想受信アレーによる指向性パターンの一例を示す図A diagram showing an example of a directivity pattern by a virtual reception array according to Variation 2 of Embodiment 1 実施の形態1のバリエーション2に係る仮想受信アレーによる指向性パターンの一例を示す図A diagram showing an example of a directivity pattern by a virtual reception array according to Variation 2 of Embodiment 1 実施の形態2に係る送信アレーアンテナのアンテナ素子の配置の一例を示す図A diagram showing an example of arrangement of antenna elements of a transmission array antenna according to Embodiment 2 実施の形態2に係る受信アレーアンテナのアンテナ素子の配置の一例を示す図A diagram showing an example of arrangement of antenna elements of a receiving array antenna according to Embodiment 2 実施の形態2に係る仮想受信アレーの配置の一例を示す図Diagram showing an example of arrangement of virtual reception arrays according to Embodiment 2 実施の形態2に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す図The figure which shows an example of the size of the antenna element which concerns on Embodiment 2. 実施の形態2のバリエーション1に係る送信アレーアンテナのアンテナ素子の配置の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of arrangement of antenna elements of a transmission array antenna according to Variation 1 of Embodiment 2 実施の形態2のバリエーション1に係る受信アレーアンテナのアンテナ素子の配置の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of arrangement of antenna elements of a receiving array antenna according to Variation 1 of Embodiment 2; 実施の形態2のバリエーション1に係る仮想受信アレーの配置の一例を示す図A diagram showing an example of the arrangement of virtual reception arrays according to Variation 1 of Embodiment 2 実施の形態2のバリエーション2に係る送信アレーアンテナのアンテナ素の配置の一例を示す図A diagram showing an example of arrangement of antenna elements of a transmission array antenna according to Variation 2 of Embodiment 2 実施の形態2のバリエーション2に係る受信アレーアンテナのアンテナ素子の配置の一例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an example of arrangement of antenna elements of a receiving array antenna according to Variation 2 of Embodiment 2; 実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレーの配置の一例を示す図A diagram showing an example of the arrangement of virtual reception arrays according to Variation 2 of Embodiment 2 実施の形態2のバリエーション2に係るアンテナ素子のサイズ113k、215kの一例を示す図FIG. 11 shows an example of antenna element sizes 113k and 215k according to Variation 2 of Embodiment 2 実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレーによる指向性パターンの第1軸方向に沿った断面図の一例を示す図A diagram showing an example of a cross-sectional view along the first axis direction of a directivity pattern by a virtual receiving array according to Variation 2 of Embodiment 2. 実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレーによる指向性パターンの第2軸方向に沿った断面図の一例を示す図A diagram showing an example of a cross-sectional view along the second axis direction of a directivity pattern by a virtual receiving array according to variation 2 of embodiment 2.

例えば、レーダ装置として、パルス波を繰り返し発信するパルスレーダ装置が知られている。広角範囲において車両/歩行者を検知する広角パルスレーダの受信信号は、近距離に存在するターゲット(例えば車両)と、遠距離に存在するターゲット(例えば歩行者)とからの複数の反射波が混合された信号となる。このため、(1)レーダ送信部では、低いレンジサイドローブとなる自己相関特性(以下、低レンジサイドローブ特性と呼ぶ)を有するパルス波又はパルス変調波を送信する構成が要求され、(2)レーダ受信部では、広い受信ダイナミックレンジを有する構成が要求される。 For example, as a radar device, a pulse radar device that repeatedly transmits pulse waves is known. The signal received by the wide-angle pulse radar that detects vehicles/pedestrians in a wide-angle range is a mixture of multiple reflected waves from a target (e.g. vehicle) at a short distance and a target (e.g. pedestrian) at a long distance. signal. Therefore, (1) the radar transmission unit is required to transmit a pulse wave or a pulse-modulated wave having autocorrelation characteristics (hereinafter referred to as low-range sidelobe characteristics) with low range sidelobes, and (2) A radar receiver is required to have a configuration with a wide reception dynamic range.

広角レーダ装置の構成として、以下の2つの構成が挙げられる。 As the configuration of the wide-angle radar device, there are the following two configurations.

一つ目の構成は、パルス波又は変調波を狭角(数度程度のビーム幅)の指向性ビームを用いて、機械的又は電子的に走査してレーダ波を送信し、狭角の指向性ビームを用いて反射波を受信する構成である。この構成では、高分解能を得るためには走査回数が増加するので、高速移動するターゲットに対する追従性が劣化する。 The first configuration uses a directional beam with a narrow angle (a beam width of about several degrees) to scan a pulsed wave or modulated wave mechanically or electronically to transmit a radar wave, thereby achieving a narrow-angle directional beam. In this configuration, a reflected wave is received using a polar beam. In this configuration, the number of scans is increased to obtain high resolution, so the followability to a target moving at high speed is degraded.

二つ目の構成は、受信ブランチにおいて、複数のアンテナ(複数のアンテナ素子)で構成されるアレーアンテナによって反射波を受信し、アンテナ素子間隔に対する受信位相差に基づく信号処理アルゴリズムによって反射波の到来角を推定する手法(Direction of Arrival (DOA) estimation)を用いる構成である。この構成では、送信ブランチでの送信ビームの走査間隔を間引いたとしても、受信ブランチにおいて到来角を推定できるので、走査時間の短縮化を図ることができ、1つ目の構成と比較して追従性が向上する。例えば、到来方向推定方法には、行列演算に基づくフーリエ変換、逆行列演算に基づくCapon法及びLP(Linear Prediction)法、又は、固有値演算に基づくMUSIC(Multiple Signal Classification)及びESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)が挙げられる。 In the second configuration, in the receiving branch, an array antenna consisting of multiple antennas (multiple antenna elements) receives the reflected waves, and the arrival of the reflected waves is detected by a signal processing algorithm based on the reception phase difference with respect to the antenna element spacing. This configuration uses a method of estimating angles (Direction of Arrival (DOA) estimation). In this configuration, even if the scanning interval of the transmission beam in the transmission branch is thinned out, the arrival angle can be estimated in the reception branch, so the scanning time can be shortened, and the tracking can be performed as compared with the first configuration. improve sexuality. For example, direction-of-arrival estimation methods include Fourier transform based on matrix operation, Capon method and LP (Linear Prediction) method based on inverse matrix operation, or MUSIC (Multiple Signal Classification) and ESPRIT (Estimation of Signal Parameters) based on eigenvalue operation. via Rotational Invariance Techniques).

また、受信ブランチに加え、送信ブランチでも複数のアンテナ素子を用いてビーム走査を行うMIMOレーダは、時分割、周波数分割又は符号分割を用いて多重した信号を複数の送信アンテナ素子から送信し、周辺物体で反射された信号を複数の受信アンテナ素子で受信し、受信信号の各々から、多重された送信信号を分離して受信する。 In addition, a MIMO radar that performs beam scanning using a plurality of antenna elements in a transmission branch in addition to a reception branch transmits signals multiplexed using time division, frequency division, or code division from a plurality of transmission antenna elements, The signals reflected by the object are received by a plurality of receiving antenna elements, and multiplexed transmission signals are separated and received from each of the received signals.

さらに、MIMOレーダでは、送受信アレーアンテナにおけるアンテナ素子の配置を工夫することにより、最大で送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数との積に等しい仮想的な受信アレーアンテナ(仮想受信アレー)を構成できる。これにより、送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数との積で示される伝搬路応答を得ることができ、送受信アンテナ素子間隔を適切に配置することで、少ない素子数によってアレーアンテナの実効的な開口長を仮想的に拡大し、角度分解能の向上を図ることができる。 Furthermore, in MIMO radar, by devising the layout of the antenna elements in the transmission and reception array antennas, it is possible to configure a virtual reception array antenna (virtual reception array) equal to the product of the number of transmission antenna elements and the number of reception antenna elements at maximum. . As a result, it is possible to obtain the channel response indicated by the product of the number of transmitting antenna elements and the number of receiving antenna elements. The angle resolution can be improved by virtually enlarging the length.

ここで、MIMOレーダにおけるアンテナ素子構成として、1つのアンテナ素子を用いる構成(以下、単体アンテナと呼ぶ)と、複数のアンテナ素子をサブアレー化した構成(以下、サブアレーと呼ぶ)とに大別される。 Here, the antenna element configuration in MIMO radar is roughly divided into a configuration using one antenna element (hereinafter referred to as a single antenna) and a configuration in which a plurality of antenna elements are sub-arrayed (hereinafter referred to as a sub-array). .

単体アンテナを用いた場合は、サブアレーを用いた場合と比較して、広い指向性を有する特性となるが、アンテナ利得は相対的に低くなる。そのため、反射波信号の受信SNR(Signal to Noise Ratio)を向上させるためには、受信信号処理において、例えば、より多くの加算処理を行うか、或いは、単体アンテナを複数用いてアンテナを構成することになる。 When a single antenna is used, compared with the case of using a sub-array, the antenna has a wider directivity, but the antenna gain is relatively low. Therefore, in order to improve the reception SNR (Signal to Noise Ratio) of the reflected wave signal, in the reception signal processing, for example, more addition processing is performed, or an antenna is configured using a plurality of single antennas. become.

一方、サブアレーを用いた場合は、単体アンテナを用いた場合と比較して、1つのサブアレーには、複数のアンテナ素子が含まれるため、アンテナとしての物理的なサイズが大きくなり、メインビーム方向のアンテナ利得を高めることができる。具体的には、サブアレーの物理的なサイズは、送信信号の無線周波数(キャリア周波数)における波長程度以上となる。 On the other hand, when a subarray is used, compared to the case of using a single antenna, one subarray includes a plurality of antenna elements, so the physical size of the antenna becomes larger, and the main beam direction becomes larger. Antenna gain can be increased. Specifically, the physical size of the subarray is equal to or larger than the wavelength of the radio frequency (carrier frequency) of the transmission signal.

また、MIMOレーダは垂直方向又は水平方向の一次元走査を行う場合以外に、垂直方向及び水平方向の二次元におけるビーム走査を行う場合にも適用可能である(例えば、特許文献1、非特許文献1を参照)。 In addition to vertical or horizontal one-dimensional scanning, the MIMO radar can also be applied to vertical and horizontal two-dimensional beam scanning (see, for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1).

しかしながら、非特許文献1のように送信アンテナ素子と受信アンテナ素子とのそれぞれにおいて、アンテナ素子を水平方向及び垂直方向に半波長程度で等間隔に配置する場合、アンテナ素子が隣接しているため物理的制約からアンテナ素子をサブアレー化してアンテナ利得を高利得化するのが困難である。 However, as in Non-Patent Document 1, in each of the transmitting antenna element and the receiving antenna element, when the antenna elements are arranged at equal intervals of about half a wavelength in the horizontal direction and the vertical direction, the antenna elements are adjacent to each other. Due to physical restrictions, it is difficult to increase the antenna gain by sub-arraying the antenna elements.

一方、アンテナ素子をサブアレー化するためにアンテナ間隔を1波長以上拡げるほど、角度方向のグレーティングローブ又はサイドローブ成分が発生し、誤検出の確率が増大する。 On the other hand, the more the antenna spacing is increased by one wavelength or more in order to sub-array the antenna elements, the more grating lobes or side lobe components are generated in the angular direction, increasing the probability of erroneous detection.

また、MIMOレーダに対して小型化かつ低コスト化を図るために送受信ブランチのアンテナ素子数の制約(例えば、送信4アンテナ素子程度/受信4アンテナ素子程度)がある場合、より多くのアンテナ素子を用いて反射波信号の受信SNRを向上させることが困難であり、また、MIMOレーダによる面的な仮想受信アレーにおいて垂直方向及び水平方向の開口長が制約される。 In addition, if there are restrictions on the number of antenna elements in the transmission/reception branch (for example, about 4 antenna elements for transmission/4 antenna elements for reception) in order to reduce the size and cost of MIMO radar, more antenna elements can be used. It is difficult to improve the reception SNR of the reflected wave signal by using the MIMO radar, and the vertical and horizontal aperture lengths are restricted in the planar virtual reception array of the MIMO radar.

以上より、垂直方向及び水平方向に半波長程度の素子間隔で等間隔に送信アンテナ素子及び受信アンテナ素子を配置した場合、アンテナ素子が隣接しているためアンテナ素子1素子あたりの開口長を大きくしてアンテナ素子を高利得化するのが困難である。一方、アンテナ素子間隔を拡げるほどグレーティングローブがメインローブの近くに発生し、誤検出の確率が増大する。 From the above, when the transmitting antenna elements and the receiving antenna elements are arranged at equal intervals of about half a wavelength in the vertical and horizontal directions, the aperture length per antenna element should be increased because the antenna elements are adjacent to each other. Therefore, it is difficult to increase the gain of the antenna element. On the other hand, the wider the antenna element spacing, the closer the grating lobe is to the main lobe, and the higher the probability of erroneous detection.

(実施の形態1)
本開示に係る一態様では、アンテナ素子をサブアレー化して反射波信号の受信SNRを向上させ、仮想受信アレーを半波長程度に等間隔に配置し、グレーティングローブ又はサイドローブ成分を抑圧する。本開示の一態様によれば、誤検出の確率を増大させず、アンテナ1素子あたりの開口長を大きくして高利得化しつつ、仮想受信アレーを等間隔に配置し、仮想受信アレーにおける開口長を拡大できるレーダ装置を提供できる。
(Embodiment 1)
In one aspect of the present disclosure, the antenna elements are sub-arrayed to improve the reception SNR of the reflected wave signal, and the virtual reception arrays are arranged at regular intervals of about half a wavelength to suppress the grating lobe or sidelobe components. According to one aspect of the present disclosure, while increasing the aperture length per antenna element to increase the gain without increasing the probability of false detection, the virtual reception array is arranged at equal intervals, and the aperture length in the virtual reception array can be provided.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the embodiments, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

複数の送信アンテナ(送信サブアレー)及び複数の受信アンテナ(受信サブアレー)の配置の説明に先立ち、レーダ装置の構成について説明する。具体的には、レーダ装置の送信ブランチにおいて、複数の送信アンテナを時分割で切り替えて、時分割多重された異なるレーダ送信信号を送出し、受信ブランチにおいて、各送信信号を分離して受信処理を行うMIMOレーダの構成について説明する。しかし、レーダ装置の構成は、これに限定されず、送信ブランチにおいて、複数の送信アンテナから周波数分割多重された異なる送信信号を送出し、受信ブランチにおいて、各送信信号を分離して受信処理を行う構成でもよい。また、同様に、レーダ装置の構成は、送信ブランチで複数の送信アンテナから符号分割多重された送信信号を送出し、受信ブランチで、受信処理を行う構成でもよい。 Before explaining the arrangement of a plurality of transmitting antennas (transmitting sub-arrays) and a plurality of receiving antennas (receiving sub-arrays), the configuration of the radar apparatus will be described. Specifically, in the transmission branch of the radar device, multiple transmission antennas are switched in a time division manner to transmit different time division multiplexed radar transmission signals, and in the reception branch, each transmission signal is separated and reception processing is performed. The configuration of the MIMO radar to be used will be described. However, the configuration of the radar device is not limited to this. In the transmission branch, different transmission signals that are frequency division multiplexed are transmitted from a plurality of transmission antennas, and in the reception branch, each transmission signal is separated and subjected to reception processing. may be configured. Similarly, the configuration of the radar apparatus may be such that a transmission branch transmits a code-division-multiplexed transmission signal from a plurality of transmission antennas, and a reception branch performs reception processing.

なお、以下に説明する実施の形態は一例であり、本開示は以下の実施の形態により限定されるものではない。 In addition, the embodiment described below is an example, and the present disclosure is not limited to the following embodiment.

[レーダ装置10の構成]
図1は、実施の形態1に係るレーダ装置10の構成の一例を示すブロック図である。レーダ装置10は、レーダ送信部(送信ブランチまたはレーダ送信回路とも称する)100と、レーダ受信部(受信ブランチまたはレーダ受信回路とも称する)200と、基準信号生成部(基準信号生成回路)300と、制御部(制御回路)400と、を有する。
[Configuration of radar device 10]
FIG. 1 is a block diagram showing an example configuration of a radar device 10 according to Embodiment 1. As shown in FIG. The radar apparatus 10 includes a radar transmission section (also referred to as transmission branch or radar transmission circuit) 100, a radar reception section (also referred to as reception branch or radar reception circuit) 200, a reference signal generation section (reference signal generation circuit) 300, and a control unit (control circuit) 400 .

レーダ送信部100は、基準信号生成部300から受け取る基準信号に基づいて高周波(無線周波数:Radio Frequency)のレーダ信号(レーダ送信信号)を生成する。そして、レーダ送信部100は、複数の送信アンテナ素子#1~#Ntを時分割で切り替えて、レーダ送信信号を送信する。 The radar transmission unit 100 generates a high-frequency (radio frequency) radar signal (radar transmission signal) based on the reference signal received from the reference signal generation unit 300 . Radar transmission section 100 then switches the plurality of transmission antenna elements #1 to #Nt in a time division manner to transmit radar transmission signals.

レーダ受信部200は、ターゲット(図示せず)において反射されたレーダ送信信号である反射波信号を、複数の受信アンテナ素子#1~#Naを用いて受信する。レーダ受信部200は、基準信号生成部300から受け取る基準信号を用いて、下記の処理動作を行うことで、レーダ送信部100と同期した処理を行う。レーダ受信部200は、各受信アンテナ素子202において受信した反射波信号を信号処理し、少なくともターゲットの有無検出又は方向推定を行う。なお、ターゲットは、レーダ装置10が検出する対象の物体であり、例えば、車両(2輪、3輪、及び4輪を含む)又は人を含む。 The radar receiver 200 receives a reflected wave signal, which is a radar transmission signal reflected by a target (not shown), using a plurality of receiving antenna elements #1 to #Na. The radar receiver 200 performs processing in synchronization with the radar transmitter 100 by performing the following processing operations using the reference signal received from the reference signal generator 300 . The radar receiver 200 performs signal processing on the reflected wave signal received by each receiving antenna element 202, and at least detects the presence or absence of a target or estimates its direction. A target is an object to be detected by the radar device 10, and includes, for example, a vehicle (including two-wheeled, three-wheeled, and four-wheeled vehicles) or a person.

基準信号生成部300は、レーダ送信部100及びレーダ受信部200のそれぞれに接続されている。基準信号生成部300は、基準信号をレーダ送信部100及びレーダ受信部200に供給し、レーダ送信部100及びレーダ受信部200の処理を同期させる。 The reference signal generator 300 is connected to each of the radar transmitter 100 and the radar receiver 200 . The reference signal generation section 300 supplies the reference signal to the radar transmission section 100 and the radar reception section 200 to synchronize the processing of the radar transmission section 100 and the radar reception section 200 .

制御部400は、レーダ送信部100が生成するパルス符号、レーダ送信部100による可変ビーム制御において設定する位相、及び、レーダ送信部100が信号を増幅するレベルを、レーダ送信周期Tr毎に設定する。そして、制御部400は、パルス符号を指示する制御信号(符号制御信号)、位相を指示する制御信号(位相制御信号)、及び、送信信号の増幅レベルを指示する制御信号(送信制御信号)を、レーダ送信部100に出力する。また、制御部400は、レーダ送信部100における送信サブアレー#1~#Nの切替(レーダ送信信号の出力切替)タイミングを指示する出力切替信号を、レーダ受信部200に出力する。 The control unit 400 sets the pulse code generated by the radar transmission unit 100, the phase set in the variable beam control by the radar transmission unit 100, and the level at which the radar transmission unit 100 amplifies the signal for each radar transmission cycle Tr. . The control unit 400 outputs a control signal (code control signal) that instructs the pulse code, a control signal (phase control signal) that instructs the phase, and a control signal (transmission control signal) that instructs the amplification level of the transmission signal. , to the radar transmitter 100 . Further, control section 400 outputs to radar receiving section 200 an output switching signal that instructs the switching timing of transmission sub-arrays #1 to #N in radar transmitting section 100 (radar transmission signal output switching).

[レーダ送信部100の構成]
図2は、実施の形態1に係るレーダ送信部100の構成の一例を示すブロック図である。レーダ送信部100は、レーダ送信信号生成部(レーダ送信信号生成回路)101と、送信周波数変換部(送信周波数変換回路)105と、電力分配器(電力分配回路)106と、送信増幅部(送信増幅回路)107と、送信アレーアンテナ108と、を有する。
[Configuration of radar transmission unit 100]
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of radar transmission section 100 according to Embodiment 1. As shown in FIG. The radar transmission unit 100 includes a radar transmission signal generation unit (radar transmission signal generation circuit) 101, a transmission frequency conversion unit (transmission frequency conversion circuit) 105, a power divider (power distribution circuit) 106, and a transmission amplification unit (transmission amplifier circuit) 107 and a transmission array antenna 108 .

なお、以下では、符号化パルスレーダを用いたレーダ送信部100の構成を一例として示すが、これに限定されず、例えば、FM-CW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダの周波数変調を用いたレーダ送信信号に対しても同様に適用可能である。 In the following, the configuration of the radar transmission unit 100 using a coded pulse radar is shown as an example, but is not limited to this. For example, radar transmission using frequency modulation of FM-CW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar It can be applied to signals as well.

レーダ送信信号生成部101は、基準信号生成部300から受け取る基準信号を所定数倍したタイミングクロック(クロック信号)を生成し、生成したタイミングクロックに基づいてレーダ送信信号を生成する。そして、レーダ送信信号生成部101は、制御部100からの所定のレーダ送信周期Tr毎の符号制御信号に基づいて、レーダ送信周期Trにてレーダ送信信号を繰り返し出力する。 The radar transmission signal generator 101 generates a timing clock (clock signal) by multiplying the reference signal received from the reference signal generator 300 by a predetermined number, and generates a radar transmission signal based on the generated timing clock. Then, the radar transmission signal generating section 101 repeatedly outputs the radar transmission signal at the radar transmission period Tr based on the code control signal from the control section 100 for each predetermined radar transmission period Tr.

レーダ送信信号は、y(kt,M)=I(kT,M)+jQ(kt,M)で表される。ここで、jは虚数単位を表し、kは離散時刻を表し、Mはレーダ送信周期の序数を表す。また、I(kT,M)及びQ(kT,M)は、第M番目のレーダ送信周期における離散時刻kTにおけるレーダ送信信号(kT,M)の同相成分(In-Phase成分)、及び直交成分(Quadrature成分)をそれぞれ表す。 A radar transmission signal is represented by y(k t ,M)=I(k T ,M)+jQ(k t ,M). Here, j represents the imaginary unit, k represents the discrete time, and M represents the ordinal number of the radar transmission period. Also, I(k T ,M) and Q(k T ,M) are in-phase components (In-Phase components) of the radar transmission signal (k T ,M) at discrete time k T in the M-th radar transmission cycle. , and quadrature components, respectively.

レーダ送信信号生成部101は、符号生成部(符号生成回路)102と、変調部(変調回路)103と、LPF(Low Pass Filter)104とを含む。 Radar transmission signal generation section 101 includes code generation section (code generation circuit) 102 , modulation section (modulation circuit) 103 , and LPF (Low Pass Filter) 104 .

符号生成部102は、レーダ送信周期Tr毎の符号制御信号に基づいて、第M番目のレーダ送信周期における符号長Lの符号系列の符号an(M)(n=1,…,L)(パルス符号)を生成する。符号生成部102において生成される符号an(M)には、低レンジサイドローブ特性が得られるパルス符号が用いられる。符号系列としては、例えば、Barer符号、M系列符号、Gold符号が挙げられる。なお、符号生成部102で生成される符号an(M)は、同一の符号であっても、異なる符号が含まれる符号であってもよい。 Based on the code control signal for each radar transmission cycle Tr, the code generation unit 102 generates a code a n (M) (n=1, . . . , L) ( pulse code). For the code a n (M) generated in the code generating section 102, a pulse code that provides low-range sidelobe characteristics is used. Examples of code sequences include Barer codes, M-sequence codes, and Gold codes. Note that the codes a n (M) generated by the code generation unit 102 may be the same code or codes containing different codes.

変調部103は、符号生成部102から出力される符号an(M)に対してパルス変調(振幅変調、ASK(Amplitude Shift Keying)、パルスシフトキーイング)又は位相変調(PSK:Phase Shift Keying)を行い、変調信号をLPF104へ出力する。 The modulation unit 103 performs pulse modulation (amplitude modulation, ASK (Amplitude Shift Keying), pulse shift keying) or phase modulation (PSK) on the code a n (M) output from the code generation unit 102. and outputs the modulated signal to the LPF 104 .

LPF104は、変調部103から出力される変調信号のうち、所定の制限帯域以下の信号成分を、ベースバンドのレーダ送信信号として送信周波数変換部105へ出力する。 LPF 104 outputs signal components below a predetermined band limit in the modulated signal output from modulation section 103 to transmission frequency conversion section 105 as a baseband radar transmission signal.

送信周波数変換部105は、LPF104から出力されるベースバンドのレーダ送信信号を,所定のキャリア周波数(RF:Radio Frequency)帯でのレーダ送信信号に周波数変換する。 The transmission frequency converter 105 frequency-converts the baseband radar transmission signal output from the LPF 104 into a radar transmission signal in a predetermined carrier frequency (RF: Radio Frequency) band.

電力分配器106は、送信周波数変換部105から出力される無線周波数帯のレーダ送信信号をNt個に分配し、各送信増幅部107へ出力する。 Power divider 106 divides the radio frequency band radar transmission signal output from transmission frequency conversion section 105 into Nt pieces and outputs the divided signals to respective transmission amplification sections 107 .

送信増幅部107(107-1~107-Nt)は、制御部400から指示されるレーダ送信周期Tr毎の送信制御信号に基づいて、出力されるレーダ送信信号を所定レベルに増幅して出力するか、或いは送信出力をオフとする。 The transmission amplifying section 107 (107-1 to 107-Nt) amplifies the output radar transmission signal to a predetermined level based on the transmission control signal for each radar transmission period Tr instructed by the control section 400, and outputs the signal. or turn off the transmission output.

送信アレーアンテナ108は、Nt個の送信アンテナ素子#1~#Nt(108-1~108-Nt)を有する。各送信アンテナ素子#1~#Ntは、それぞれ、個別の送信増幅部107-1~107-Ntに接続され、個別の送信増幅部107-1~107-Ntから出力されるレーダ送信信号を送信する。 The transmit array antenna 108 has Nt transmit antenna elements #1 to #Nt (108-1 to 108-Nt). Each transmission antenna element #1 to #Nt is connected to individual transmission amplifiers 107-1 to 107-Nt, and transmits radar transmission signals output from individual transmission amplifiers 107-1 to 107-Nt. do.

図3は、実施の形態1に係るレーダ送信信号の一例を示す図である。各レーダ送信周期Trのうち、符号送信区間Twの間にパルス符号系列が送信され、残りの区間(Tr-Tw)は無信号区間となる。符号送信区間Tw内には符号長Lパルス符号系列が含まれる。1つの符号には、L個のサブパルスが含まれる。また、1つのサブパルスあたり、No個のサンプルを用いたパルス変調が施されることにより、各符号送信区間Tw内には、Nr(=No×L)個のサンプルが含まれる。また、レーダ送信周期Trにおける無信号区間(Tr-Tw)には、Nu個のサンプルが含まれる。 3 is a diagram showing an example of a radar transmission signal according to Embodiment 1. FIG. In each radar transmission period Tr, a pulse code sequence is transmitted during the code transmission section Tw, and the remaining section (Tr-Tw) is a no-signal section. A code length L pulse code sequence is included in the code transmission section Tw. One code includes L sub-pulses. In addition, Nr (=No×L) samples are included in each code transmission interval Tw by performing pulse modulation using No samples per sub-pulse. Nu samples are included in a no-signal period (Tr-Tw) in the radar transmission cycle Tr.

図4は、制御部400による各送信アンテナ素子#1~#Ntの時分割切替動作の一例を示す。図4において、制御部400は、レーダ送信周期Tr毎に、送信アンテナ素子#1から送信アンテナ素子#Ntまで順に、各送信アンテナ素子からの出力を切り替える指示をする制御信号(符号制御信号、送信制御信号)をレーダ送信部100へ出力する。また、制御部400は、各送信サブアレーの送信出力期間を(Tr×Nb)とし、全ての送信サブアレーの送信出力期間(Tr×Np)=(Tr×Nb×Nt)の切替動作を、Nc回繰り返す制御を行う。また、後述するレーダ受信部200は、制御部400の切替動作に基づいて測位処理を行う。 FIG. 4 shows an example of the time division switching operation of each of the transmitting antenna elements #1 to #Nt by the control section 400. In FIG. In FIG. 4, the control unit 400 controls a control signal (code control signal, transmission control signal) to the radar transmission unit 100 . Further, the control unit 400 sets the transmission output period of each transmission sub-array to (Tr×Nb), and performs the switching operation of the transmission output period of all the transmission sub-arrays (Tr×Np)=(Tr×Nb×Nt) Nc times. Repeat control. Further, the radar receiving unit 200, which will be described later, performs positioning processing based on the switching operation of the control unit 400. FIG.

例えば、送信アンテナ素子#1からレーダ送信信号を送信する場合、制御部400は、送信アンテナ素子#1に接続された送信増幅部107-1に対して、入力信号を所定レベルに増幅するように指示する送信制御信号を出力し、送信アンテナ素子#1に接続されていない送信増幅部107-2~107-Ntに対して、送信出力をオフとするように指示する送信制御信号を出力する。 For example, when transmitting a radar transmission signal from transmission antenna element #1, control section 400 causes transmission amplification section 107-1 connected to transmission antenna element #1 to amplify the input signal to a predetermined level. It outputs a transmission control signal instructing to turn off the transmission output to the transmission amplifier sections 107-2 to 107-Nt not connected to the transmission antenna element #1.

同様に、送信アンテナ素子#2からレーダ送信信号を送信する場合、制御部400は、送信アンテナ素子#2に接続された送信増幅部107-2に対して、入力信号を所定レベルに増幅するように指示する送信制御信号を出力し、送信アンテナ素子#2に接続されていない送信増幅部107に対して、送信出力をオフとするように指示する送信制御信号を出力する。 Similarly, when transmitting a radar transmission signal from transmission antenna element #2, control section 400 instructs transmission amplification section 107-2 connected to transmission antenna element #2 to amplify the input signal to a predetermined level. , and outputs a transmission control signal instructing the transmission amplifier 107 not connected to the transmission antenna element #2 to turn off the transmission output.

以降、制御部400は、送信アンテナ素子#3~#Ntに対して同様の制御を順に行う。以上、制御部400によるレーダ送信信号の出力切替動作について説明した。 Thereafter, control section 400 sequentially performs similar control on transmitting antenna elements #3 to #Nt. The output switching operation of the radar transmission signal by the control unit 400 has been described above.

[レーダ送信部100の他の構成]
図5は、実施の形態1に係るレーダ送信信号生成部101の他の構成の一例を示すブロック図である。レーダ送信部100は、レーダ送信信号生成部101の代わりに、図5に示すレーダ送信信号生成部101aを備えてもよい。レーダ送信信号生成部101aは、図2に示される符号生成部102、変調部103及びLPF104を有さず、代わりに図5に示される符号記憶部(符号記憶回路)111及びDA変換部(DA変換回路)112を備える。
[Other Configurations of Radar Transmission Unit 100]
FIG. 5 is a block diagram showing an example of another configuration of radar transmission signal generation section 101 according to Embodiment 1. In FIG. The radar transmitter 100 may include a radar transmission signal generator 101a shown in FIG. 5 instead of the radar transmission signal generator 101. FIG. Radar transmission signal generation section 101a does not have code generation section 102, modulation section 103 and LPF 104 shown in FIG. conversion circuit) 112.

符号記憶部111は、図2に示される符号生成部102において生成される符号系列を予め記憶し、記憶している符号系列を巡回的に順次読み出す。 The code storage unit 111 preliminarily stores code sequences generated by the code generation unit 102 shown in FIG. 2, and cyclically reads out the stored code sequences.

DA変換部112は、符号記憶部111から出力される符号系列(デジタル信号)をアナログのベースバンド信号に変換する。 The DA conversion unit 112 converts the code sequence (digital signal) output from the code storage unit 111 into an analog baseband signal.

[レーダ受信部200の構成]
図6は、実施の形態1に係るレーダ受信部200の構成の一例を示すブロック図である。レーダ受信部200は、受信アレーアンテナ202と、Na個のアンテナ素子系統処理部(アンテナ素子系統処理回路)201(201-1~201-Na)と、方向推定部(方向推定回路)214と、を有する。
[Configuration of radar receiver 200]
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of radar receiving section 200 according to Embodiment 1. As shown in FIG. The radar receiving unit 200 includes a receiving array antenna 202, Na antenna element system processing units (antenna element system processing circuits) 201 (201-1 to 201-Na), a direction estimation unit (direction estimation circuit) 214, have

受信アレーアンテナ202は、Na個の受信アンテナ素子#1~#Na(202-1~202-Na)を有する。Na個の受信アンテナ素子202-1~202-Naは、測定ターゲット(物体)を含む反射物体に反射したレーダ送信信号である反射波信号を受信し、受信した反射波信号を、それぞれ、対応するアンテナ素子系統処理部201-1~201-Naへ受信信号として出力する。 The receiving array antenna 202 has Na receiving antenna elements #1 to #Na (202-1 to 202-Na). The Na receiving antenna elements 202-1 to 202-Na receive reflected wave signals, which are radar transmission signals reflected by reflecting objects including measurement targets (objects), and respectively correspond to the received reflected wave signals. It is output as a received signal to the antenna element system processing units 201-1 to 201-Na.

各アンテナ素子系統処理部201(201-1~201-Na)は、受信無線部(受信無線回路)203と、信号処理部(信号処理回路)207とを有する。受信無線部203及び信号処理部207は、基準信号生成部300から受け取る基準信号を所定数倍したタイミングクロック(基準クロック信号)を生成し、生成したタイミングクロックに基づいて動作することにより、レーダ送信部100との同期を確保する。 Each antenna element system processing section 201 (201-1 to 201-Na) has a receiving radio section (receiving radio circuit) 203 and a signal processing section (signal processing circuit) 207. FIG. The reception radio unit 203 and the signal processing unit 207 generate a timing clock (reference clock signal) obtained by multiplying the reference signal received from the reference signal generation unit 300 by a predetermined number, and operate based on the generated timing clock to perform radar transmission. Synchronization with the unit 100 is ensured.

受信無線部203は、増幅器(増幅回路)204と、周波数変換器(周波数変換回路)205と、直交検波器(直交検波回路)206と、を有する。具体的には、第z番目の受信無線部203において、増幅器204は、第z番目の受信アンテナ素子#zから受け取る受信信号を所定レベルに増幅する。ここで、z=1,…,Nrである。次いで、周波数変換器205は、高周波帯域の受信信号をベースバンド帯域に周波数変換する。次いで、直交検波器206は、ベースバンド帯域の受信信号を、I信号及びQ信号を含むベースバンド帯域の受信信号に変換する。 The reception radio section 203 has an amplifier (amplification circuit) 204 , a frequency converter (frequency conversion circuit) 205 , and a quadrature detector (quadrature detection circuit) 206 . Specifically, in the z-th receiving radio section 203, the amplifier 204 amplifies the received signal received from the z-th receiving antenna element #z to a predetermined level. where z=1,...,Nr. Next, the frequency converter 205 frequency-converts the received signal in the high frequency band to the baseband band. The quadrature detector 206 then converts the baseband received signal into a baseband received signal including the I signal and the Q signal.

各信号処理部207は、第1のAD変換部(AD変換回路)208、第2のAD変換部(AD変換回路)209と、相関演算部(相関演算回路)210と、加算部(加算回路)211と、出力切替部(出力切替回路)212と、Nt個のドップラ解析部(ドップラ解析回路)213-1~213-Ntと、を有する。 Each signal processing unit 207 includes a first AD conversion unit (AD conversion circuit) 208, a second AD conversion unit (AD conversion circuit) 209, a correlation calculation unit (correlation calculation circuit) 210, and an addition unit (addition circuit ) 211, an output switching unit (output switching circuit) 212, and Nt Doppler analysis units (Doppler analysis circuits) 213-1 to 213-Nt.

第1のAD変換部208は、直交検波器206からI信号を入力する。第1のAD変換部208は、I信号を含むベースバンド信号に対して、離散時間でのサンプリングを行うことにより、I信号をデジタルデータに変換する。 First AD converter 208 receives the I signal from quadrature detector 206 . The first AD converter 208 converts the I signal into digital data by sampling the baseband signal including the I signal at discrete times.

第2のAD変換部209は、直交検波器206からQ信号を入力する。第2のAD変換部209は、Q信号を含むベースバンド信号に対して、離散時間でのサンプリングを行うことにより、Q信号をデジタルデータに変換する。 Second AD converter 209 receives the Q signal from quadrature detector 206 . The second AD converter 209 converts the Q signal into digital data by sampling the baseband signal including the Q signal at discrete times.

ここで、第1のAD変換部208及び第2のAD変換部209のサンプリングでは、レーダ送信信号における1つのサブパルスの時間Tp(=Tw/L)あたり、Ns個の離散サンプルが行われる。すなわち、1サブパルスあたりのオーバーサンプル数はNsとなる。 Here, in the sampling of the first AD converter 208 and the second AD converter 209, Ns discrete samples are performed per time Tp (=Tw/L) of one subpulse in the radar transmission signal. That is, the number of oversamples per subpulse is Ns.

図7は、実施の形態1に係るレーダ装置10のレーダ送信信号の送信タイミング、及び、測定範囲の一例を示す。以下の説明では、I信号Iz(k,M)及びQ信号Qz(k,M)を用いて、第1のAD変換部208及び第2のAD変換部209の出力としての第M番目のレーダ送信周期Tr[M]の離散時間kにおけるベースバンドの受信信号を複素数信号xz(k,M)=Iz(k,M)+jQz(k,M)と表す。また、以下では、離散時刻kは、レーダ送信周期(Tr)の開始するタイミングを基準(k=1)とし、信号処理部207は、レーダ送信周期Trが終了する前までのサンプル点であるk=(Nr+Nu)Ns/Noまで周期的に計測を行う。すなわち、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noとなる。ここでjは虚数単位である。 FIG. 7 shows an example of the transmission timing of the radar transmission signal and the measurement range of the radar device 10 according to Embodiment 1. FIG. In the following description, using the I signal I z (k, M) and the Q signal Q z (k, M), the M-th A baseband received signal at a discrete time k of a radar transmission period Tr[M] is expressed as a complex number signal x z (k, M)=I z (k, M)+jQ z (k, M). In the following description, the discrete time k is based on the start timing of the radar transmission cycle (Tr) (k=1), and the signal processing unit 207 uses k =(N r +N u )N s /N o are measured periodically. That is, k=1,...,(N r +N u )N s /N o . where j is the imaginary unit.

第z番目の信号処理部207において、相関演算部210は、レーダ送信周期Tr毎に、第1のAD変換部208及び第2のAD変換部209から受け取る離散サンプル値xz(k,M)と、レーダ送信部100において送信される符号長Lのパルス符号an(M)(ただし、z=1,…,Na、n=1,…,L)との相関演算を行う。例えば、相関演算部210は、離散サンプル値xz(k,M)と、パルス符号an(M)とのスライディング相関演算を行う。例えば、第M番目のレーダ送信周期Tr[M]における離散時刻kのスライディング相関演算の相関演算値ACz(k,M)は、式(1)に基づき算出される。

Figure 0007266234000001
式(1)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子を表す。 In the z-th signal processing unit 207, the correlation calculation unit 210 receives discrete sample values x z (k,M) from the first AD conversion unit 208 and the second AD conversion unit 209 for each radar transmission period Tr. and a pulse code a n (M) of code length L (where z=1, . . . , Na, n=1, . For example, the correlation calculator 210 performs a sliding correlation calculation between the discrete sample value x z (k,M) and the pulse code a n (M). For example, the correlation calculation value AC z (k,M) of the sliding correlation calculation at discrete time k in the M-th radar transmission cycle Tr[M] is calculated based on Equation (1).
Figure 0007266234000001
In equation (1), the asterisk (*) represents the complex conjugate operator.

相関演算部210は、例えば、式(1)に従って、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noの期間に亘って相関演算を行う。 Correlation calculation section 210 performs correlation calculation over a period of k=1, .

なお、相関演算部210は、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noに対して相関演算を行う場合に限定されず、レーダ装置10の測定対象となるターゲットの存在範囲に応じて、測定レンジ(すなわち、kの範囲)を限定してもよい。限定することにより、相関演算部210における演算処理量が低減される。例えば、相関演算部210は、k=Ns(L+1),…,(Nr+Nu)Ns/No-NsLに測定レンジを限定してもよい。この場合、図7に示されるように、レーダ装置10は、符号送信区間Twに相当する時間区間では測定を行わない。 Note that the correlation calculation unit 210 is not limited to performing the correlation calculation for k=1, . . . , (N r +N u )N s /N o . Depending on the range, the measurement range (ie the range of k) may be limited. By limiting, the amount of calculation processing in the correlation calculator 210 is reduced. For example, correlation calculator 210 may limit the measurement range to k=N s (L+1), . . . , (N r +N u )N s /N o −N s L. In this case, as shown in FIG. 7, the radar device 10 does not perform measurement during the time interval corresponding to the code transmission interval Tw.

上述の構成により、レーダ送信信号がレーダ受信部200に直接的に回り込むような場合でも、レーダ送信信号が回り込む期間(少なくともτ1未満の期間)では相関演算部210による処理が行われない。したがって、レーダ装置10は、回り込みの影響を排除して測定できる。また、測定レンジ(kの範囲)を限定する場合、以下で説明する加算部211、出力切替部212、ドップラ解析部213、及び方向推定部214の処理に対しても、同様に測定レンジ(kの範囲)を限定した処理を適用すればよい。これにより、各構成部での処理量を削減でき、レーダ受信部200における消費電力を低減できる。 With the above-described configuration, even when the radar transmission signal directly reaches the radar receiving section 200, the processing by the correlation calculation section 210 is not performed during the period (at least the period less than τ1) during which the radar transmission signal enters. Therefore, the radar device 10 can perform measurements while excluding the effects of wraparound. Further, when limiting the measurement range (k range) may be applied. As a result, the amount of processing in each component can be reduced, and the power consumption in the radar receiver 200 can be reduced.

第z番目の信号処理部207において、加算部211は、制御部400から出力される出力切替信号に基づいて、第ND番目の送信アンテナ素子#Nから連続的に送信されるレーダ送信周期Trの複数回Nbの期間(Tr×Nb)を単位として、離散時刻k毎に相関演算部210から受け取る相関演算値ACz(k,M)を用いて、加算(コヒーレント積分)処理を行う。ここで、ND=1,…,Nt、z=1,…,Naである。 In the z-th signal processing unit 207, the adding unit 211, based on the output switching signal output from the control unit 400, calculates the radar transmission cycle continuously transmitted from the ND- th transmitting antenna element #ND . Addition (coherent integration) processing is performed using the correlation calculation value AC z (k,M) received from the correlation calculation unit 210 at each discrete time k in units of Nb periods (Tr×Nb) of Tr. where N D =1,...,Nt and z=1,...,Na.

期間(Tr×Nb)に亘る加算(コヒーレント積分)処理は次の式(2)で表される。

Figure 0007266234000002
ここで、CIz (ND)(k,m)は相関演算値の加算値(以下、相関加算値と呼ぶ)を表し、mは加算部211における加算回数の序数を示す1以上の整数である。また、z=1,…,Naである。 Addition (coherent integration) processing over a period (Tr×Nb) is represented by the following equation (2).
Figure 0007266234000002
Here, CI z (ND) (k, m) represents the added value of the correlation calculation value (hereinafter referred to as the correlation added value), and m is an integer of 1 or more indicating the ordinal number of additions in the adder 211. . Also, z=1,...,Na.

なお、理想的な加算利得を得るためには、相関演算値の加算区間において、相関演算値の位相成分がある程度の範囲で揃うことが条件となる。つまり、加算回数は、測定対象となるターゲットの想定最大移動速度に基づいて設定されることが好ましい。これは、ターゲットの想定最大移動速度が大きいほど、ターゲットからの反射波に含まれるドップラ周波数の変動量が大きく、高い相関を有する時間期間が短くなるため、Np(=N×Nb)は小さい値となり、加算部211での加算による利得向上効果が小さくなるためである。 In order to obtain an ideal addition gain, it is a condition that the phase components of the correlation calculation values are uniform within a certain range in the addition interval of the correlation calculation values. In other words, the number of additions is preferably set based on the assumed maximum moving speed of the target to be measured. This is because the higher the assumed maximum moving speed of the target, the larger the amount of variation in the Doppler frequency contained in the reflected wave from the target, and the shorter the time period with high correlation, so Np (= N × Nb) is a small value. This is because the effect of improving the gain by the addition in the adder 211 becomes small.

第z番目の信号処理部207において、出力切替部212は、制御部400から出力される出力切替信号に基づいて、第NDの送信アンテナ素子から連続的に送信されるレーダ送信周期Trの複数回Nbの期間(Tr×Nb)を単位に加算した、離散時間k毎の加算結果CIz (ND)(k,m)を、第NDのドップラ解析部213-Nに択一的に切り替えて出力する。ここで、ND=1,…,Nt、z=1,…,Naである。 In the z-th signal processing unit 207, the output switching unit 212, based on the output switching signal output from the control unit 400, sets a plurality of radar transmission cycles Tr continuously transmitted from the ND transmission antenna element. Alternatively, the addition result CI z (ND) (k,m) for each discrete time k obtained by adding the period Nb times (Tr×Nb) to the ND -th Doppler analysis unit 213- ND Switch output. where N D =1,...,Nt and z=1,...,Na.

各信号処理部207は、送信アンテナ素子#1~#Ntと同数のNt個のドップラ解析部213-1~213-Ntを有する。ドップラ解析部213(213-1~213-Nt)は、離散時間k毎に得られた加算部211のNC個の出力であるCIz (ND)(k,NC(w-1)+1)~CIz (ND)(k,NC×w)を一単位として、離散時間kのタイミングを揃えてコヒーレント積分を行う。例えば、ドップラ解析部213は、以下の式(3)に示すように、2Nf個の異なるドップラ周波数fsΔΦに応じた位相変動Φ(fs)=2πfs(Tr×Nb)ΔΦを補正した後に、コヒーレント積分を行う。

Figure 0007266234000003
ここで、FT_CIz (ND)(k,fs,w)は、第z番目の信号処理部207における第ND番目のドップラ解析部213-Nにおける第w番目の出力であり、加算部211の第ND番目の出力に対する、離散時間kでのドップラ周波数fsΔΦのコヒーレント積分結果を示す。ただし、ND=1,…,Ntであり、fs=-Nf+1,…,0,Nfであり、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noであり、wは自然数であり、ΔΦは位相回転単位であり、jは虚数単位であり、z=1,…,Naである。 Each signal processing section 207 has Nt Doppler analysis sections 213-1 to 213-Nt, the same number as the transmission antenna elements #1 to #Nt. The Doppler analysis unit 213 (213-1 to 213-Nt) outputs CI z (ND) ( k, N C (w−1)+ 1) ∼ CI z (ND) (k, N C ×w) is used as one unit, and coherent integration is performed with discrete time k timing aligned. For example, the Doppler analysis unit 213 calculates phase variations Φ(f s )=2πf s (T r ×N b ) ΔΦ corresponding to 2Nf different Doppler frequencies f s ΔΦ as shown in the following equation (3): After correction, coherent integration is performed.
Figure 0007266234000003
Here, FT_CI z (ND) (k, f s , w) is the w-th output of the ND - th Doppler analysis unit 213- ND in the z-th signal processing unit 207, and the addition unit 21 shows coherent integration results of Doppler frequency f s ΔΦ at discrete time k for the N D -th output of 211 . where N D =1,…,Nt, f s =−Nf+1,…,0,Nf, k=1,…,(Nr+Nu)Ns/No, and w is a natural number. , where ΔΦ is the phase rotation unit, j is the imaginary unit, and z=1,...,Na.

これにより、各信号処理部207は、離散時間k毎の2Nf個のドップラ周波数成分に応じたコヒーレント積分結果であるFT_CIz (ND)(k,-Nf+1,w),…,FT_CIz (ND)(k,Nf-1,w)を、レーダ送信周期間Trの複数回Nb×Ncの期間(Tr×Nb×Nc)毎に得る。 , FT_CI z (ND) (k, -Nf + 1, w), . ND) (k, Nf−1, w) is obtained for each Nb×Nc period (Tr×Nb×Nc) of the radar transmission period Tr.

ΔΦ=1/Ncとした場合、上述したドップラ解析部213の処理は、サンプリング間隔Tm=(Tr×Np)、サンプリング周波数fm=1/Tmで加算部211の出力を離散フーリエ変換(DFT)処理していることと等価である。 When ΔΦ=1/N c , the above-described processing of the Doppler analysis unit 213 performs discrete Fourier processing on the output of the addition unit 211 at the sampling interval T m =(Tr×N p ) and the sampling frequency f m =1/T m . It is equivalent to transform (DFT) processing.

また、Nfを2のべき乗の数に設定することで、ドップラ解析部213は、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を適用でき、演算処理量を削減できる。なお、Nf>Ncでは、q>Ncとなる領域においてCIz (ND)(k,Nc(w-1)+1)=0とするゼロ埋め処理を行うことで、ドップラ解析部213は、同様にFFT処理を適用でき、演算処理量を削減できる。 Also, by setting Nf to a power of 2, the Doppler analysis unit 213 can apply Fast Fourier Transform (FFT) processing, and can reduce the amount of arithmetic processing. In addition, when Nf > Nc , the Doppler analysis unit 213 similarly performs FFT processing can be applied to , and the amount of arithmetic processing can be reduced.

また、ドップラ解析部213において、FFT処理の代わりに、上述の式(3)に示す積和演算を逐次的に演算する処理を行ってもよい。つまり、ドップラ解析部213は、離散時刻k毎に得られた加算部211のNc個の出力であるCIz (ND)(k,Nc(w-1)+q+1)に対して、fs=-Nf+1,…,0,Nf-に対応する係数exp[-j2πfsTrNbqΔΦ]を生成し、逐次的に積和演算処理してもよい。ここで、q=0,…,Nc-1である。 Further, in the Doppler analysis unit 213, instead of the FFT processing, a processing of sequentially calculating the sum of products shown in the above equation (3) may be performed. That is , the Doppler analysis unit 213 calculates f Coefficients exp[-j2πf s T r N b qΔΦ] corresponding to s =−Nf+1, . where q=0,...,N c -1.

なお、以下の説明では、第1番目のアンテナ素子系統処理部201-1の信号処理部207から第Na番目のアンテナ系統処理部201-Naの信号処理部207の各々において同様の処理を施して得られた第w番目の出力FT_CIz (1)(k,fs,w),…,FT_CIz (Na)(k,fs,w)を、次の式(4)(又は式(5))のように仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)として表記する。

Figure 0007266234000004
Figure 0007266234000005
In the following description, similar processing is performed in each of the signal processing unit 207 of the first antenna element system processing unit 201-1 to the signal processing unit 207 of the Na-th antenna system processing unit 201-Na. The obtained w-th output FT_CI z (1) (k, f s , w), …, FT_CI z (Na) (k, f s , w) is expressed by the following formula (4) (or formula (5 )) as a virtual received array correlation vector h(k,f s ,w).
Figure 0007266234000004
Figure 0007266234000005

仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)は、送信アンテナ素子#1~#Ntの数Ntと受信アンテナ素子#1~#Naの数Naとの積であるNt×Na個の要素を含む。仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)は、後述する、ターゲットからの反射波信号に対して受信アンテナ素子#1~#Na間の位相差に基づく方向推定を行う処理の説明に用いる。ここで、z=1,…,Naであり、ND=1,…,Ntである。 The virtual receive array correlation vector h(k, f s , w) has Nt×Na elements, which is the product of the number Nt of transmit antenna elements #1 to #Nt and the number Na of receive antenna elements #1 to #Na. including. The virtual receiving array correlation vector h(k, f s , w) is used in the explanation of the process of estimating the direction based on the phase difference between the receiving antenna elements #1 to #Na for the reflected wave signal from the target, which will be described later. use. where z=1,...,Na and N D =1,...,Nt.

また、上述の式(4)及び式(5)では、各送信サブアレーからの送信時間差に起因するドップラ周波数(fsΔΦ)毎の位相回転が補正されている。すなわち、第1の送信サブアレー(ND=1)を基準として、第NDの送信サブアレーからのドップラ周波数(fsΔΦ)成分の受信信号FT_CIz (Na)(k,fs,w)に対し、exp[-j2πfsΔΦ(ND-1)TrNb]が乗算されている。 In the above equations (4) and (5), the phase rotation for each Doppler frequency (f s ΔΦ) caused by the transmission time difference from each transmission sub-array is corrected. That is, with the first transmission sub-array (N D =1) as a reference, the received signal FT_CI z (Na) (k, f s , w) of the Doppler frequency (f s ΔΦ) component from the N D -th transmission sub-array is is multiplied by exp[-j2πf s ΔΦ(N D -1)T r N b ].

以上、信号処理部207の各構成部における処理について説明した。 The processing in each component of the signal processing unit 207 has been described above.

方向推定部214は、第1番目のアンテナ素子系統処理部201-1の信号処理部207ないし第Na番目のアンテナ素子系統処理部201-Naの信号処理部207から出力されるw番目のドップラ解析部213の仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)に対して、以下の式(6)で表されるように、送信アレーアンテナ108間及び受信アレーアンテナ202間の移相偏差及び振幅偏差を補正するアレー補正値hcal[b]を乗算することで、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)を算出する。なお、b=1,…,(Nt×Na)である。

Figure 0007266234000006
The direction estimation unit 214 performs the w-th Doppler analysis output from the signal processing unit 207 of the first antenna element system processing unit 201-1 to the signal processing unit 207 of the Na-th antenna element system processing unit 201-Na. For the virtual reception array correlation vector h(k,f s ,w) of the unit 213, the phase shift deviation between the transmission array antennas 108 and the reception array antenna 202 and By multiplying the array correction value h cal[b] for correcting the amplitude deviation, the virtual reception array correlation vector h _after_cal (k, f s , w) corrected for the inter-antenna deviation is calculated. Note that b=1,...,(Nt×Na).
Figure 0007266234000006

アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)は、Na×Nr個の要素からなる列ベクトルである。以下では、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)の各要素をh1(k,fs,w),…,hNa×Nr(k,fs,w)と表記して、方向推定処理の説明に用いる。 The virtual reception array correlation vector h_after_cal (k,f s ,w) corrected for the inter-antenna deviation is a column vector consisting of Na×Nr elements. Below, each element of the virtual received array correlation vector h_after_cal (k, fs ,w) is denoted by h1 (k,fs,w),...,hNa ×Nr (k,fs,w), It is used for explaining the direction estimation processing.

次いで、方向推定部214は、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)を用いて、受信アンテナ202間の反射波信号の位相差に基づいて反射波信号の到来方向の推定処理を行う。 Next, the direction estimation unit 214 uses the virtual reception array correlation vector h _after_cal (k, f s , w) to estimate the direction of arrival of the reflected wave signal based on the phase difference of the reflected wave signal between the receiving antennas 202. I do.

方向推定部214は、方向推定評価関数値PH(θ,k,fs,w)における方位方向θを所定の角度範囲内で可変として空間プロファイルを算出し、算出した空間プロファイルの極大ピークを大きい順に所定数抽出し、極大ピークの方位方向を到来方向の推定値とする。 The direction estimating unit 214 calculates a spatial profile by changing the azimuth direction θ in the direction estimation evaluation function value P H (θ, k, fs, w) within a predetermined angle range, and increases the maximum peak of the calculated spatial profile. A predetermined number of samples are sequentially extracted, and the azimuth direction of the maximum peak is used as an estimated value of the direction of arrival.

なお、評価関数値PH(θ,k,fs,w)は、到来方向推定アルゴリズムによって各種のものがある。例えば非特許文献2に開示されているアレーアンテナを用いた推定方法を用いてもよい。 Note that the evaluation function value P H (θ, k, fs, w) has various values depending on the direction-of-arrival estimation algorithm. For example, an estimation method using an array antenna disclosed in Non-Patent Document 2 may be used.

例えば、ビームフォーマ法は、以下の式(7)及び式(8)のように表すことができる。

Figure 0007266234000007
Figure 0007266234000008
For example, the beamformer method can be expressed as in Equations (7) and (8) below.
Figure 0007266234000007
Figure 0007266234000008

ここで、上付き添え字Hはエルミート転置演算子である。また、aHu)は、方位方向θuの到来波に対する仮想受信アレーの方向ベクトルを示すまた、θuは到来方向推定を行う方位範囲内を所定の方位間隔β1で変化させたものである。例えば、θuは以下のように設定される。

Figure 0007266234000009
ここでfloor(x)は、実数xを超えない最大の整数値を返す関数である。 where the superscript H is the Hermitian transpose operator. In addition, a Hu ) indicates the direction vector of the virtual receiving array for the incoming wave in the azimuth direction θ u . It is. For example, θ u is set as follows.
Figure 0007266234000009
where floor(x) is a function that returns the largest integer value that does not exceed the real number x.

なお、ビームフォーマ法に代えて、Capon、MUSICといった手法も同様に適用可能である。 It should be noted that methods such as Capon and MUSIC can also be applied in place of the beamformer method.

図8は、実施の形態1に係る方向推定部214の動作説明に用いる三次元座標系を示す。方向推定部214の処理を図8に示される三次元座標系に適応することにより二次元方向に推定処理を行う場合について、以下説明する。 FIG. 8 shows a three-dimensional coordinate system used for explaining the operation of direction estimation section 214 according to the first embodiment. A case in which estimation processing is performed in two-dimensional directions by applying the processing of the direction estimation unit 214 to the three-dimensional coordinate system shown in FIG. 8 will be described below.

図8において、原点Oを基準とした物標(ターゲット)PTの位置ベクトルをrPTと定義する。また、図8では、物標PTの位置ベクトルrPTをXZ平面に射影した射影点をPT’とする。この場合、方位角θは、直線O-PT’とZ軸とのなす角度と定義される(物標PTのX座標が正の場合、θ>0)。また、仰角φは、物標PT、原点O及び射影点PT’を含む平面内での、物標PT、原点O及び射影点PT’を結ぶ線の角度と定義される(物標PTのY座標が正の場合、φ>0)。なお、以下では、XY平面内に送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202を配置する場合を一例として説明を行う。 In FIG. 8, the position vector of the target PT with respect to the origin O is defined as rPT . In FIG. 8, the projection point obtained by projecting the position vector r PT of the target PT onto the XZ plane is PT '. In this case, the azimuth angle θ is defined as the angle between the straight line OP T ′ and the Z axis (θ>0 if the X coordinate of the target P T is positive). Also, the elevation angle φ is defined as the angle of a line connecting the target P T , the origin O and the projected point P T ' in the plane containing the target P T , the origin O and the projected point P T ' (object φ>0 if the Y coordinate of the target P T is positive). In the following description, an example of arranging the transmitting array antenna 108 and the receiving array antenna 202 in the XY plane will be described.

原点Oを基準とした、仮想受信アレーにおける第nva番目のアンテナ素子の位置ベクトルをSnvaと表記する。ここで、nva=1,…, Nt×Naである。 The position vector of the n va -th antenna element in the virtual reception array with reference to the origin O is denoted by Sn va . where n va =1,..., Nt×Na.

仮想受信アレーにおける第1番目(nva=1)のアンテナ素子の位置ベクトルSは、第1番目の受信アンテナ素子Rx#1の物理的な位置と原点Oとの位置関係に基づいて決定される。仮想受信アレーにおける他のアンテナ素子の位置ベクトルS,…,Snvaは、第1番目のアンテナ素子の位置ベクトルSを基準に、XY平面内に存在する送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202の素子間隔から決定される仮想受信アレーの相対的な配置を保持した状態で決定される。なお、原点Oを第1番目の受信アンテナ素子Rx#1の物理的な位置と一致させてもよい。 The position vector S1 of the first (n va =1) antenna element in the virtual reception array is determined based on the positional relationship between the physical position of the first reception antenna element Rx#1 and the origin O. be. Position vectors S 2 , . is determined while maintaining the relative arrangement of the virtual receiving array determined from the element spacing of . Note that the origin O may coincide with the physical position of the first receiving antenna element Rx#1.

レーダ受信部200が遠方界に存在する物標PTからの反射波を受信する場合、仮想受信アレーの第1番目のアンテナ素子での受信信号を基準とした、第2番目のアンテナ素子での受信信号の位相差d(rPT,2,1)は、以下の式(9)で示される。ここで、<x,y>はベクトルx及びベクトルyの内積演算子である。

Figure 0007266234000010
When the radar receiver 200 receives a reflected wave from a target PT existing in the far field, the received signal at the second antenna element is based on the received signal at the first antenna element of the virtual reception array. The phase difference d(r PT ,2,1) of the received signal is given by Equation (9) below. where <x,y> is the inner product operator of vector x and vector y.
Figure 0007266234000010

なお、仮想受信アレーの第1番目のアンテナ素子の位置ベクトルを基準とした、第2番目のアンテナ素子の位置ベクトルを、素子間ベクトルD(2,1)として次の式(10)で表す。

Figure 0007266234000011
The position vector of the second antenna element based on the position vector of the first antenna element of the virtual reception array is represented by the following equation (10) as an inter-element vector D(2,1).
Figure 0007266234000011

同様に、レーダ受信部200が遠方界に存在する物標PTからの反射波を受信する場合、仮想受信アレーの第nva (r)番目のアンテナ素子での受信信号を基準とした、第nva (t)番目のアンテナ素子での受信信号の位相差d(rPT, nva (t),nva (r))は、以下の式(11)で示される。ここで、nva (r)=1,…, Nt×Na、nva (t)=1,…, Nt×Naである。

Figure 0007266234000012
Similarly, when the radar receiving unit 200 receives a reflected wave from a target PT existing in the far field, the received signal at the n va (r) th antenna element of the virtual reception array is used as a reference, and the The phase difference d(r PT , n va (t) , n va (r) ) of the received signal at the n va (t)-th antenna element is given by Equation (11) below . where n va (r) = 1,..., Nt x Na and n va (t) = 1,..., Nt x Na.
Figure 0007266234000012

なお、仮想受信アレーの第nva (r)番目のアンテナ素子の位置ベクトルを基準とした、第nva (t)番目のアンテナ素子の位置ベクトルを、素子間ベクトルD(nva (t),nva (r))として次の式(12)に表す。

Figure 0007266234000013
Note that the position vector of the n va (t)-th antenna element based on the position vector of the n va (r ) -th antenna element of the virtual reception array is the inter-element vector D(n va (t) , n va (r) ) in the following equation (12).
Figure 0007266234000013

上述の式(11)及び式(12)に示すように、仮想受信アレーの第nva (r)番目のアンテナ素子での受信信号を基準とした、第nva (t)番目のアンテナ素子での受信信号の位相差d(rPT,nva (t), nva (r))は、遠方界に存在する物標PTの方向を示す単位ベクトル(rPT/|rPT|)及び素子間ベクトルD(nva (t),nva (r))に依存する。 As shown in the above equations (11) and (12), at the n va (t) -th antenna element with reference to the received signal at the n va (r) -th antenna element of the virtual reception array The phase difference d(r PT , n va (t) , n va (r) ) of the received signal is a unit vector (r PT /|r PT |) indicating the direction of the target P T existing in the far field and It depends on the inter-element vector D(n va (t) , n va (r) ).

また、仮想受信アレーが同一平面内に存在する場合、素子間ベクトルD(nva (t),nva (r))は同一平面上に存在する。方向推定部214は、このような素子間ベクトルの全て又は一部を用いて、素子間ベクトルが示す位置に仮想的にアンテナ素子が存在するものとして、仮想面配置アレーアンテナを構成し、二次元における方向推定処理を行う。すなわち、方向推定部214は、仮想受信アレーを構成するアンテナ素子に対する補間処理によって補間された複数の仮想的なアンテナを用いて到来方向推定処理を行う。 Also, when the virtual receiving array exists on the same plane, the inter-element vector D(n va (t) , n va (r) ) exists on the same plane. The direction estimating unit 214 uses all or part of such inter-element vectors to configure a virtual plane array antenna assuming that antenna elements are virtually present at the positions indicated by the inter-element vectors. Perform direction estimation processing in . That is, direction estimating section 214 performs direction-of-arrival estimation processing using a plurality of virtual antennas interpolated by interpolation processing for the antenna elements forming the virtual reception array.

なお、方向推定部214は、仮想的なアンテナ素子が重複する場合、重複するアンテナ素子のうちの一つのアンテナ素子を予め固定的に選択してもよい。又は、方向推定部214は、重複する全ての仮想的なアンテナ素子での受信信号を用いて加算平均処理を施してもよい。 In addition, when the virtual antenna elements overlap, the direction estimation unit 214 may preliminarily select one antenna element among the overlapping antenna elements. Alternatively, the direction estimator 214 may perform averaging processing using received signals from all overlapping virtual antenna elements.

以下、Nq個の素子間ベクトル群を用いて、仮想面配置アレーアンテナを構成した場合における、ビームフォーマ法を用いた二次元における方向推定処理について説明する。 Two-dimensional direction estimation processing using the beamformer method when a virtual plane array antenna is configured using N q inter-element vector groups will be described below.

ここで、仮想面配置アレーアンテナを構成する第nq番目の素子間ベクトルをD(nva(nq) (t),nva(nq) (r))と表す。ここで、nq=1,…,Nqである。 Here, the nq-th inter-element vector constituting the virtual plane array antenna is expressed as D(n va(nq) (t) , n va(nq) (r) ). where nq=1,..., Nq .

方向推定部214は、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k, fs, w)の各要素であるh1(k, fs, w),…,hNa×N(k, fs, w)を用いて、以下の式(13)に示す仮想面配置アレーアンテナ素子相関ベクトルhVA(k, fs, w)を生成する。

Figure 0007266234000014
The direction estimation unit 214 uses h 1 (k, fs, w), ..., h Na × N (k, fs, w), which are the elements of the virtual received array correlation vector h_after_cal (k, fs, w). Then, the virtual plane array antenna element correlation vector h VA (k, fs, w) shown in the following equation (13) is generated.
Figure 0007266234000014

仮想面配置アレー方向ベクトルaVA(θu, φv)を、次の式(14)に示す。

Figure 0007266234000015
The virtual surface arrangement array direction vector a VA (θu, φv) is given by the following equation (14).
Figure 0007266234000015

仮想受信アレーがXY平面内に存在する場合、物標PTの方向を示す単位ベクトル(rPT/|rPT|)と、方位角θ及び仰角φとの関係を次の式(15)に示す。

Figure 0007266234000016
When the virtual receiving array exists in the XY plane, the relationship between the unit vector (r PT /|r PT |) indicating the direction of the target P T and the azimuth angle θ and elevation angle φ is given by the following equation (15). show.
Figure 0007266234000016

方向推定部214は、垂直方向及び水平方向の二次元空間プロファイルを算出する各角度方向θu,φvに対して、上述の式(15)を用いて単位ベクトル(rPT/|rPT|)を算出する。 The direction estimating unit 214 uses the above equation (15) to determine the unit vector (r PT /|r PT |) for each of the angular directions θu and φv for calculating the vertical and horizontal two-dimensional spatial profiles. calculate.

さらに、方向推定部214は、仮想面配置アレーアンテナ素子相関ベクトルhVA(k,fs,w)、及び、仮想面配置アレー方向ベクトルaVA(θu,φv)を用いて、水平方向及び垂直方向の二次元方向推定処理を行う。 Further, the direction estimation unit 214 uses the virtual plane array antenna element correlation vector h VA (k, fs, w) and the virtual plane array antenna element correlation vector a VA (θu, φv) to calculate horizontal and vertical directions. performs two-dimensional direction estimation processing.

例えば、ビームフォーマ法を用いた二次元における方向推定処理では、仮想面配置アレーアンテナ相関ベクトルhVA(k,fs,w)及び仮想面配置アレー方向ベクトルaVA(θu,φv)を用いて、次の式(16)で示される二次元における方向推定評価関数を用いて垂直方向及び水平方向の二次元空間プロファイルを算出し、二次元空間プロファイルの最大値又は極大値となる方位角及び仰角方向を到来方向の推定値とする。

Figure 0007266234000017
For example, in two-dimensional direction estimation processing using the beamformer method, using the virtual plane array antenna correlation vector h VA (k, fs, w) and the virtual plane array antenna direction vector a VA (θu, φv), Calculate the two-dimensional spatial profile in the vertical and horizontal directions using the two-dimensional direction estimation evaluation function shown in the following equation (16), and the azimuth and elevation directions that give the maximum value or local maximum value of the two-dimensional spatial profile be the direction-of-arrival estimate.
Figure 0007266234000017

なお、方向推定部214は、ビームフォーマ法以外にも、仮想面配置アレーアンテナ相関ベクトルhVA(k, fs, w)及び仮想面配置アレー方向ベクトルaVA(θu, φv)を用いて、Capon法又はMUSIC法などの高分解能到来方向推定アルゴリズムを適用してもよい。これにより、演算量は増加するが、角度分解能を高めることができる。 Note that the direction estimator 214 uses the virtual plane array antenna correlation vector h VA (k, fs, w) and the virtual plane array antenna direction vector a VA (θu, φv) other than the beamformer method to obtain the Capon A high-resolution direction-of-arrival estimation algorithm such as the MUSIC method or the MUSIC method may be applied. As a result, although the amount of calculation increases, the angular resolution can be improved.

なお、上述した離散時間kは、距離情報に変換して出力されてもよい。離散時間kを距離情報R(k)に変換する際には次の式(17)を用いればよい。

Figure 0007266234000018
ここで、Twは符号送信区間を表し、Lはパルス符号長を表し、C0は光速度を表す。 Note that the discrete time k described above may be converted to distance information and output. When converting the discrete time k into the distance information R(k), the following equation (17) may be used.
Figure 0007266234000018
Here, Tw represents the code transmission period, L represents the pulse code length, and C0 represents the speed of light.

また、ドップラ周波数情報は、相対速度成分に変換して出力されてもよい。ドップラ周波数fsΔΦを相対速度成分vd(fs)に変換する際には次の式(18)を用いて変換できる。

Figure 0007266234000019
ここで、λは送信周波数変換部105から出力されるRF信号のキャリア周波数の波長である。 Also, the Doppler frequency information may be converted into a relative velocity component and output. When converting the Doppler frequency fsΔΦ into the relative velocity component v d (f s ), the following equation (18) can be used.
Figure 0007266234000019
Here, λ is the wavelength of the carrier frequency of the RF signal output from transmission frequency converter 105 .

[レーダ装置10におけるアンテナ素子配置]
以上の構成を有するレーダ装置10の送信アレーアンテナ108のNt個の送信アンテナ素子Tx#1~#Nt及び受信アレーアンテナ202のNa個の受信アンテナ素子Rx#1~#Naの配置について説明する。
[Antenna Element Arrangement in Radar Device 10]
Arrangement of Nt transmitting antenna elements Tx#1 to #Nt of transmitting array antenna 108 and Na receiving antenna elements Rx#1 to #Na of receiving array antenna 202 of radar apparatus 10 having the above configuration will be described.

Nt個の送信アンテナ素子#1~#Nt及びNa個の受信アンテナ素子Rx#1~#Naの各々は、水平方向及び垂直方向において一定の規則にしたがって配置される。なお、以下の送信アンテナの配置と受信アンテナの配置とは、それぞれ、送信アンテナと受信アンテナとに限定されるものではない。言い換えると、送信アンテナの配置と受信アンテナの配置とを入れ替えても、同様の仮想受信アレーが得られる。したがって、送信アンテナの配置と受信アンテナの配置とを入れ替えてもよい。また、送信アンテナの配置と受信アンテナの配置とを、左右反転、上下反転、又はともに回転させてもよい。 Each of the Nt transmitting antenna elements #1 to #Nt and the Na receiving antenna elements Rx#1 to #Na are arranged according to a certain rule in the horizontal and vertical directions. Note that the following arrangement of transmitting antennas and arrangement of receiving antennas are not limited to transmitting antennas and receiving antennas, respectively. In other words, even if the placement of the transmitting antennas and the placement of the receiving antennas are exchanged, a similar virtual receiving array can be obtained. Therefore, the placement of the transmitting antennas and the placement of the receiving antennas may be interchanged. Also, the arrangement of the transmitting antennas and the arrangement of the receiving antennas may be horizontally reversed, vertically reversed, or both may be rotated.

図9A及び図9Bは、それぞれ、実施の形態1に係る送信アンテナの配置及び受信アンテナの配置を示す。図9Cは実施の形態1に係る仮想受信アンテナの配置の一例を示す。ここで、図9の座標はアンテナ素子の位相中心を示す。 9A and 9B show the arrangement of transmitting antennas and the arrangement of receiving antennas according to Embodiment 1, respectively. 9C shows an example of the arrangement of virtual receiving antennas according to Embodiment 1. FIG. Here, the coordinates in FIG. 9 indicate the phase centers of the antenna elements.

第1軸は第1の間隔dHを基本の単位とし、第2軸は第2の間隔dVを基本の単位として、それぞれ基本の単位の整数倍で示される座標の位置にアンテナ素子を配置する。一例において、レーダ送信信号で用いられる波長を基準として、例えば、第1の間隔dH及び第2の間隔dVは、それぞれ、例えば、0.3波長以上2波長以下であり、半波長程度であり、又は半波長に等しい。ここで、第1軸及び第2軸は、図8に示されるXY平面上にあってもよく、また、互いに直交するように配置されてもよい。 The first axis uses the first spacing dH as a basic unit, and the second axis uses the second spacing dV as a basic unit, and the antenna elements are arranged at the positions of the coordinates indicated by integral multiples of the basic units. do. In one example, with reference to the wavelength used in the radar transmission signal, for example, the first interval d H and the second interval d V are, for example, 0.3 wavelength or more and 2 wavelengths or less, and about half a wavelength, or equal to half a wavelength. Here, the first axis and the second axis may be on the XY plane shown in FIG. 8, or may be arranged so as to be orthogonal to each other.

図9Aに示される送信アンテナ素子Tx#1~#Ntは、第1のアンテナ群G1と第2のアンテナ群G2とを含む。第1のアンテナ群G1は、pt1個のアンテナ素子(少なくとも1つの第1のアンテナ素子)を含む。第2のアンテナ群G2は、pt2個のアンテナ素子(複数の第2のアンテナ素子)を含む。 The transmitting antenna elements Tx#1 to #Nt shown in FIG. 9A include a first antenna group G1 and a second antenna group G2. The first antenna group G1 includes p t1 antenna elements (at least one first antenna element). The second antenna group G2 includes p t2 antenna elements (a plurality of second antenna elements).

第1のアンテナ群G1について、第i番目のアンテナ素子の、図9Aの白丸で示される位相中心の座標をTx1iとすると、Tx1iは、次の式(19)で表される。

Figure 0007266234000020
ここで、iは1からpt1までの整数である。式(19)によって、第1のアンテナ群G1は、pr1間隔で、アンテナ素子が配置されることがわかる。 Assuming that the coordinates of the phase center indicated by the white circle in FIG. 9A of the i-th antenna element of the first antenna group G1 are Tx1i , Tx1i is expressed by the following equation (19).
Figure 0007266234000020
where i is an integer from 1 to p t1 . It can be seen from equation (19) that the antenna elements are arranged at intervals of p r1 in the first antenna group G1.

また、第2のアンテナ群G2について、第j番目のアンテナ素子の、図9Aの白丸で示される位相中心の座標をTx2jとすると、Tx2jは、次の式(20)で表される。

Figure 0007266234000021
ここで、jは1からpt2までの整数である。式(20)より、第2のアンテナ群G2は、第1軸方向にptHシフトして、第2軸方向にジグザグ(zigzag)状にアンテナ素子が配置されることがわかる。 As for the second antenna group G2, if the coordinates of the phase center indicated by the white circle in FIG. 9A of the j-th antenna element are Tx2 j , Tx2 j is expressed by the following equation (20).
Figure 0007266234000021
where j is an integer from 1 to p t2 . From equation (20), it can be seen that the second antenna group G2 is shifted p tH in the direction of the first axis, and the antenna elements are arranged in a zigzag pattern in the direction of the second axis.

なお、後述するが、x、yは第1のアンテナ群G1と第2のアンテナ群G2とが共用するアンテナ素子の番号を示す値である。例えば、図9Aでは、第1のアンテナ群G1の第1アンテナ素子と第2のアンテナ群G2の第1アンテナ素子とが共用されるので、x=1、y=1である。 As will be described later, xc and yc are values indicating the numbers of antenna elements shared by the first antenna group G1 and the second antenna group G2. For example, in FIG. 9A, x c =1 and y c =1 since the first antenna element of the first antenna group G1 and the first antenna element of the second antenna group G2 are shared.

第2のアンテナ群G2は第2軸方向に第2の間隔おきに第1軸方向にxsシフトして配置される。第2軸方向に密集していないため、アンテナ素子をサブアレー化して隣接するアンテナ素子に物理的に干渉しない程度に開口長を拡大し、アンテナ利得を高利得化することが可能である。 The second antenna group G2 is arranged with a second interval in the direction of the second axis and is shifted by x s in the direction of the first axis. Since the antenna elements are not concentrated in the second axis direction, it is possible to increase the antenna gain by increasing the aperture length to such an extent that the antenna elements are sub-arrayed so as not to physically interfere with adjacent antenna elements.

上述の式(19)及び式(20)から、xc及びycは、第1のアンテナ群G1と第2のアンテナ群G2とが共用するアンテナ素子の位置関係を表すことがわかる。具体的には、上述の式(19)及び式(20)から、次の式(21)が導かれる。

Figure 0007266234000022
即ち、送信アンテナ素子Tx#1~#Ntの第1のアンテナ群G1の第xc番目のアンテナ素子と第2のアンテナ群G2の第yc番目のアンテナ素子とは共通のアンテナ素子であり、Tx1xc=Tx2ycとなる。つまり、第1のアンテナ群G1の第xcのアンテナ素子(図9Aではxc=1)と第2のアンテナ群G2の第ycのアンテナ素子(図9Aではyc=1)とが共有される形で、第1のアンテナ群G1と第2のアンテナ群G2とが交差する。したがって、送信アンテナ素子#1~#Ntの総数Ntとpt1とpt2との間には、Nt=pt1+pt2-1の関係が成立する。 From equations (19) and (20) above, it can be seen that xc and yc represent the positional relationship of the antenna elements shared by the first antenna group G1 and the second antenna group G2. Specifically, the following equation (21) is derived from the above equations (19) and (20).
Figure 0007266234000022
That is, the x c -th antenna element of the first antenna group G1 of the transmitting antenna elements Tx#1 to #Nt and the y c-th antenna element of the second antenna group G2 are common antenna elements, Tx1 xc =Tx2 yc . That is, the x c -th antenna element (x c =1 in FIG. 9A) of the first antenna group G1 and the y c -th antenna element (y c =1 in FIG. 9A) of the second antenna group G2 share The first antenna group G1 and the second antenna group G2 intersect. Therefore, the relationship of Nt=p t1 +p t2 −1 is established between the total number Nt of transmitting antenna elements #1 to #Nt and p t1 and p t2 .

一例として、図9AのTx#1について説明する。第1のアンテナ群G1の第1番目のアンテナ素子の位相中心の座標Tx1i=1については、yc=1、i=1を上述の式(19)に代入することによって、次の式(19-1)が得られる。

Figure 0007266234000023
As an example, Tx#1 in FIG. 9A will be described. For the coordinate Tx1 i=1 of the phase center of the first antenna element of the first antenna group G1, the following equation ( 19-1) is obtained.
Figure 0007266234000023

次に、第2のアンテナ群G2の第1番目のアンテナ素子の位相中心の座標Tx2j=1については、xc=1、yc=1、j=1を上述の式(20)に代入することによって、次の式(20-1)が得られる。

Figure 0007266234000024
Next, for the coordinate Tx2 j=1 of the phase center of the first antenna element of the second antenna group G2, substitute x c =1, y c =1, j=1 into the above equation (20). By doing so, the following equation (20-1) is obtained.
Figure 0007266234000024

したがって、第1のアンテナ群G1の第1番目のアンテナ素子の位相中心の座標Tx1i=1と第2のアンテナ群G2の第1番目のアンテナ素子の位相中心の座標Tx2j=1とは、送信アンテナ素子Tx#1の位相中心の座標に等しい。 Therefore, the coordinate Tx1i =1 of the phase center of the first antenna element of the first antenna group G1 and the coordinate Tx2j=1 of the phase center of the first antenna element of the second antenna group G2 are: It is equal to the coordinate of the phase center of the transmitting antenna element Tx#1.

同様に、第2のアンテナ群の第2番目のアンテナ素子の位相中心の座標Tx2j=2は、
xc=1、yc=1、j=2を上述の式(20)に代入することによって、次の式(20-2)として示すことができる。

Figure 0007266234000025
Similarly, the coordinate Tx2 j=2 of the phase center of the second antenna element of the second antenna group is
By substituting x c =1, y c =1, j=2 into the above equation (20), the following equation (20-2) can be obtained.
Figure 0007266234000025

ここで、第2のアンテナ群G2の第1軸方向のシフト量xsが1である場合、次の式(20-3)としてあらわすことができる。

Figure 0007266234000026
Here, when the shift amount xs of the second antenna group G2 in the first axial direction is 1, it can be expressed as the following equation (20-3).
Figure 0007266234000026

図9Bに示される受信アンテナ素子Rx#1~#Na(複数の第3のアンテナ素子)の第j行目の第i列目のアンテナ素子の位相中心の座標をRx1ijとすると、Rx1ijは、次の式(22)で表される。

Figure 0007266234000027
ここで、iは1からpr1までの整数、jは1からpr2までの整数である。受信アンテナ素子#1~#Naの総数Naとpr1とpr2との間には、Na=pr1×pr2の関係が成立する。 Let Rx1 ij be the coordinates of the phase center of the j -th row and i-th column of the receiving antenna elements Rx#1 to #Na (a plurality of third antenna elements) shown in FIG. , is represented by the following equation (22).
Figure 0007266234000027
Here, i is an integer from 1 to p r1 and j is an integer from 1 to p r2 . The relationship Na=p r1 ×p r2 is established between the total number Na of the receiving antenna elements #1 to #Na and p r1 and p r2 .

上述の式(19)~式(22)中の定数は、それぞれ、(xt0,yt0)が送信アンテナ素子群の原点座標、(xr0,yr0)が受信アンテナ群の原点座標、pt1が送信アンテナ第1軸方向配置数(pt1≧1)、pt2が送信アンテナ第2軸方向配置数(pt2>1)、pr1が受信アンテナ第1軸方向配置数(第1の列数)(pr1>1)、pr2が受信アンテナ第2軸方向配置数(pr2≧1)、xcが送信アンテナ第2のアンテナ群の繰り返し点(共用のアンテナ素子の第1軸方向での位置)(1≦xc≦pt1)、ycが送信アンテナの第1のアンテナ群G1の繰り返し点(1≦yc≦pt2)、xsが送信アンテナ第2のアンテナ群G2の第1軸方向のシフト量(1≦xs<pr1)、を示し、全て整数である。なお、pr1は、送信アンテナの第1のアンテナ群G1のアンテナ素子間隔に等しい。 The constants in the above equations (19) to (22) are, respectively, (x t0 , y t0 ) the origin coordinates of the transmitting antenna element group, (x r0 , y r0 ) the origin coordinates of the receiving antenna group, p t1 is the number of transmitting antennas arranged in the first axial direction (p t1 ≧1), p t2 is the number of transmitting antennas arranged in the second axial direction (p t2 >1), and p r1 is the number of receiving antennas arranged in the first axial direction (first number of columns) (p r1 > 1), p r2 is the number of receiving antennas arranged in the second axis direction (p r2 ≥ 1), x c is the repeating point of the second antenna group of transmitting antennas (the first axis of the shared antenna element position in the direction) (1≦x c ≦ p t1 ), y c is the repeat point of the first antenna group G1 of the transmitting antennas (1≦y c ≦ p t2 ), x s is the transmitting antenna second antenna group The amount of shift of G2 in the direction of the first axis (1≦x s <p r1 ), all integers. Note that p r1 is equal to the antenna element spacing of the first antenna group G1 of the transmitting antennas.

図9A、図9Bに示される送受信アンテナによって形成される仮想受信アレーは図9Cに示されるように構成される。仮想受信アレーの仮想アンテナ素子は、全部でNt×Na個である。仮想アンテナ素子が第1軸方向に連続してpt1×pr1個配置された仮想受信アレーが、第2軸方向に等間隔にpr2列配置される。また、仮想アンテナ素子が第2軸方向に連続してpt2×pr2個配置された仮想受信アレーが、第1軸方向に等間隔にpr1-1列配置される。 A virtual receive array formed by the transmit and receive antennas shown in FIGS. 9A and 9B is configured as shown in FIG. 9C. The total number of virtual antenna elements in the virtual receiving array is Nt×Na. A virtual receiving array in which p t1 ×p r1 virtual antenna elements are continuously arranged in the direction of the first axis is arranged in p r2 rows at regular intervals in the direction of the second axis. In addition, virtual receiving arrays in which p t2 ×p r2 virtual antenna elements are continuously arranged in the direction of the second axis are arranged in p r1 −1 rows at regular intervals in the direction of the first axis.

図9Aに示される実施の形態1に係るアンテナ配置では、送信アレーアンテナ108aの第2のアンテナ群G2のアンテナ素子Tx#1及びTx#pt1+1~Tx#Ntは、位相中心の第1軸座標がxt0、xt0+ptHの2か所となるように、ジグザグ(zigzag)状に配置される。第2のアンテナ群G2のアンテナ素子Tx#1及びTx#pt1+1~Tx#Ntの位相中心は、第2の間隔dVで等間隔に配置されていない。しかしながら、仮想受信アレーにおいては、仮想アンテナ素子の位相中心を第2の間隔dVで等間隔に配置できる。このため、仮想受信アレーによって形成されるビーム幅、つまり分解能は仮想受信アレーの第1軸方向および第2軸方向における最大開口長に依存する。 In the antenna arrangement according to Embodiment 1 shown in FIG. 9A, the antenna elements Tx#1 and Tx#p t1 +1 to Tx#Nt of the second antenna group G2 of the transmitting array antenna 108a are arranged on the first axis of the phase center. They are arranged in a zigzag pattern so that the coordinates are x t0 and x t0 +p tH . The phase centers of the antenna elements Tx#1 and Tx#p t1 +1 to Tx#Nt of the second antenna group G2 are not evenly spaced at the second spacing dV . However, in the virtual receive array, the phase centers of the virtual antenna elements can be equally spaced by a second spacing dV . Therefore, the width of the beam formed by the virtual receiving array, that is, the resolution, depends on the maximum aperture length in the first and second axial directions of the virtual receiving array.

<実施の形態1のバリエーション1>
図10Aは、実施の形態1のバリエーション1に係る送信アンテナ素子Tx#1~#Ntの配置の一例を示す。図10Bは、実施の形態1のバリエーション1に係る受信アンテナ素子Rx#1~#Naの配置の一例を示す。図10Cは、実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アンテナの配置の一例を示す。
<Variation 1 of Embodiment 1>
FIG. 10A shows an example of arrangement of transmitting antenna elements Tx#1 to #Nt according to Variation 1 of Embodiment 1. FIG. FIG. 10B shows an example of arrangement of receiving antenna elements Rx#1 to #Na according to Variation 1 of Embodiment 1. FIG. 10C shows an example of the arrangement of virtual reception antennas according to Variation 1 of Embodiment 1. FIG.

図10A及び図10Bに示される一例において、上述の式(19)~式(22)中の各定数は、それぞれ、(xt0,yt0)=(1,1)、(xr0,yr0)=(1,1)、pt1=1、pt2=4、pr1=8、pr2=1、xc=1、yc=1、xs=1である。また、第1軸と第2軸は互いに直交する。 In the example shown in FIGS. 10A and 10B, the constants in the above equations (19) to (22) are respectively (x t0 ,y t0 )=(1,1), (x r0 ,y r0 )=(1,1), p t1 =1, p t2 =4, p r1 =8, p r2 =1, x c =1, y c =1, x s =1. Also, the first axis and the second axis are orthogonal to each other.

図10Aにおいて、送信アンテナ素子#1~#Ntの総数Ntは4であり、それぞれの送信アンテナ素子を、Tx#1~Tx#4で表す。第1のアンテナ群G1は、Tx#1(少なくとも1つの第1のアンテナ素子)を含む。第2のアンテナ群G2は、Tx#1~Tx#4(複数の第2のアンテナ素子)を含む。図10Bにおいて、受信アンテナ素子#1~#Na(複数の第3のアンテナ素子)の総数Naは8であり、それぞれの受信アンテナ素子を、Rx#1~Rx#8で表す。 In FIG. 10A, the total number Nt of transmitting antenna elements #1 to #Nt is 4, and the respective transmitting antenna elements are represented by Tx#1 to Tx#4. The first antenna group G1 includes Tx#1 (at least one first antenna element). The second antenna group G2 includes Tx#1 to Tx#4 (a plurality of second antenna elements). In FIG. 10B, the total number Na of receiving antenna elements #1 to #Na (a plurality of third antenna elements) is 8, and the respective receiving antenna elements are represented by Rx#1 to Rx#8.

以下、図10A及び図10Bに示されるアンテナ素子配置の特徴を説明する。 The features of the antenna element arrangement shown in FIGS. 10A and 10B will be described below.

(1)アンテナ素子の開口長
図11は、実施の形態1のバリエーション1に係るアンテナ素子のサイズの一例を示す。図10A及び図10Bに示されるアンテナ素子の配置の場合、アンテナ素子のサイズを、例えば、図11に示されるように規定できる。ここで、アンテナ素子のサイズ113c、215cは隣接するアンテナ素子に干渉しないサイズである。
(1) Aperture Length of Antenna Element FIG. 11 shows an example of the size of an antenna element according to variation 1 of the first embodiment. For the arrangement of antenna elements shown in FIGS. 10A and 10B, the size of the antenna elements can be defined as shown in FIG. 11, for example. Here, the antenna element sizes 113c and 215c are sizes that do not interfere with adjacent antenna elements.

図11に示されるように、送信アレーアンテナ108cのアンテナ素子は、第2軸方向において、ジグザグ(zigzag)状に配置されるため、第1軸方向にdH以下の開口長、第2軸方向に2×dV以下の開口長で形成される。受信アレーアンテナ202cのアンテナ素子は、第1軸方向に、直線状に配置されるため、第1軸方向にdH以下の開口長で形成され、第2軸方向には隣接するアンテナ素子がなく、任意の開口長(図11に示される一例においては、4×dV)で形成することができる。 As shown in FIG. 11, the antenna elements of the transmission array antenna 108c are arranged in a zigzag pattern in the direction of the second axis. is formed with an opening length of 2× dV or less. Since the antenna elements of the receiving array antenna 202c are arranged linearly in the direction of the first axis, they are formed with an aperture length of d H or less in the direction of the first axis, and there are no adjacent antenna elements in the direction of the second axis. , can be formed with an arbitrary opening length (4×d V in the example shown in FIG. 11).

送信アレーアンテナ108cのアンテナ素子を第1軸方向及び第2軸方向に、それぞれ、基本間隔dH、dVで直線状に等間隔配置した場合、送信アレーアンテナのアンテナ素子のサイズは、第2軸方向にdVである。これに対して、本開示の構成においては、例えば、図11に示されるように、送信アレーアンテナ108cは、第2軸方向に2列(ジグザグ状)に配置され、受信アレーアンテナ202cは、第1軸方向に1行(直線状)に配置される。当該構成により、送信アレーアンテナ108cのアンテナ素子のサイズ113cを第2軸方向に2dVまで拡大し、受信アレーアンテナ202cのアンテナ素子のサイズ215cを第2軸方向に4dVまで拡大できる。アンテナ素子のサイズの拡大によって、本開示の構成においては、高いアンテナ利得を得ることができる。 When the antenna elements of the transmission array antenna 108c are linearly arranged at equal intervals at the basic intervals d H and d V in the first axis direction and the second axis direction, respectively, the size of the antenna elements of the transmission array antenna is the second d V in the axial direction. In contrast, in the configuration of the present disclosure, for example, as shown in FIG. 11, the transmitting array antenna 108c is arranged in two rows (zigzag pattern) in the second axis direction, and the receiving array antenna 202c is arranged in the second They are arranged in one row (linearly) in one axial direction. With this configuration, the antenna element size 113c of the transmitting array antenna 108c can be increased to 2dV in the second axis direction, and the antenna element size 215c of the receiving array antenna 202c can be increased to 4dV in the second axis direction. Due to the increased size of the antenna elements, high antenna gain can be obtained in the configuration of the present disclosure.

アンテナ素子はサブアレーアンテナ素子を用いて構成し、サブアレーアンテナにアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。 Antenna elements may be configured using subarray antenna elements, and side lobes may be suppressed by applying array weights to the subarray antennas.

(2)仮想受信アレーが形成するビームパターン
図12Aは、実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーによる二次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す。図12Bは、実施の形態1のバリエーション1に係る仮想受信アレーによる二次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す。
(2) Beam Pattern Formed by Virtual Reception Array FIG. 12A shows an example of a two-dimensional beam directivity pattern of the virtual reception array according to Variation 1 of Embodiment 1, which is a cross-sectional view along the first axis direction. show. 12B shows an example of a cross-sectional view of a two-dimensional beam directivity pattern of the virtual receiving array according to Variation 1 of Embodiment 1 along the second axis direction. FIG.

具体的には、図10Cに示される仮想受信アレーを用いたビームフォーマ法によって形成される二次元のビームパターンにおいて、図12Aは、第2軸方向0度での第1軸方向に沿った断面図を示す。また、同ビームパターンにおいて、図12Bは、第1軸方向0度での第2軸方向に沿った断面図を示す。図12A及び図12Bには、dH=0.5波長、dV=0.6波長の場合が示されている。 Specifically, in the two-dimensional beam pattern formed by the beamformer method using the virtual receive array shown in FIG. 10C, FIG. Figure shows. In the same beam pattern, FIG. 12B shows a cross-sectional view along the second axis direction at 0 degree in the first axis direction. 12A and 12B show the case of d H =0.5 wavelength and d V =0.6 wavelength.

図10Cに示されるように、仮想受信アレーは、第1軸方向の開口長が8×dHであり、第2軸方向の開口長が3×dVであり、仮想アンテナ素子が等間隔に配置されている。これにより、図12A及び図12Bに示されるように、グレーティングの生じないビームを形成できる。 As shown in FIG. 10C, the virtual receive array has an aperture length of 8×d H in the first axis direction, an aperture length of 3×d V in the second axis direction, and evenly spaced virtual antenna elements. are placed. Thereby, a grating-free beam can be formed as shown in FIGS. 12A and 12B.

<比較例>
実施の形態1のバリエーション1との比較のために、比較例において、送信アンテナ4素子を第2軸方向に並べて配置する場合を説明する。図13は、比較例に係る送信アンテナ素子の配置の一例を示す。図14は、比較例に係る仮想アンテナ素子の配置の一例を示す。図15は、比較例に係る仮想受信アレーによる指向性パターンの第2軸方向に沿った断面図の一例を示す。
<Comparative example>
For comparison with Variation 1 of Embodiment 1, a case where four transmitting antenna elements are arranged side by side in the second axis direction in a comparative example will be described. FIG. 13 shows an example of arrangement of transmitting antenna elements according to a comparative example. FIG. 14 shows an example of arrangement of virtual antenna elements according to a comparative example. FIG. 15 shows an example of a cross-sectional view along the second axis direction of the directivity pattern of the virtual receiving array according to the comparative example.

例えば、送信アンテナのアンテナ素子のサイズを拡大した場合、図13に示されるように、隣接するアンテナ素子と干渉しないように、送信アンテナを、第2軸方向に2×dV以上の間隔を空けて配置する。 For example, when the size of the antenna element of the transmitting antenna is increased, as shown in FIG. 13, the transmitting antenna is spaced apart by 2×d V or more in the second axis direction so as not to interfere with adjacent antenna elements. placed.

受信アンテナが図10Bに示されるように配置されている場合、仮想受信アレーは図14に示される配置となる。その結果、仮想受信アレーも第2軸方向に2×dV以上の間隔で配置されるため、図10Cと比較して、粗となる。なお、図10Cは、第2軸方向に1dVの間隔で配置される。図14に示される仮想受信アレーによって受信されるビームは図15の破線で示されるようにグレーティングローブを含み、誤検出の確率が高まる。 If the receive antennas are arranged as shown in FIG. 10B, the virtual receive array will be arranged as shown in FIG. As a result, the virtual receiving arrays are also arranged at intervals of 2× dV or more in the second axis direction, which is coarser than in FIG. 10C. In addition, FIG. 10C is arranged at intervals of 1 dV in the second axis direction. The beams received by the virtual receive array shown in FIG. 14 contain grating lobes, as indicated by the dashed lines in FIG. 15, increasing the probability of false positives.

<実施の形態1のバリエーション2>
実施の形態1のバリエーション2では、バリエーション1と同じ仮想受信アレーの素子数で、より高い分解能を得ることのできるアンテナ配置と、それを用いた到来方向推定手法とについて説明する。
<Variation 2 of Embodiment 1>
Variation 2 of Embodiment 1 describes an antenna arrangement that can obtain a higher resolution with the same number of elements in the virtual receiving array as Variation 1, and a direction-of-arrival estimation method using that antenna arrangement.

図16Aは、実施の形態1のバリエーション2に係る送信アンテナの素子Tx#1~#Ntの配置の一例を示す。図16Bは、実施の形態1のバリエーション2に係る受信アンテナの素子Rx#1~#Naの配置の一例を示す。図16Cは、実施の形態1のバリエーション2に係る仮想受信アンテナの配置の一例を示す。なお、仮想受信アンテナの素子数は32で、バリエーション1と同じである。 FIG. 16A shows an example of arrangement of elements Tx#1 to #Nt of the transmitting antenna according to Variation 2 of Embodiment 1. FIG. 16B shows an example of arrangement of elements Rx#1 to #Na of the receiving antenna according to Variation 2 of Embodiment 1. FIG. 16C shows an example of the arrangement of virtual reception antennas according to Variation 2 of Embodiment 1. FIG. Note that the number of elements of the virtual receiving antenna is 32, which is the same as variation 1.

図16A及び16Bに示される一例において、上述の式(19)~式(22)中の各定数は、それぞれ、(xt0,yt0)=(1,1)、(xr0,yr0)=(1,1)、pt1=4、pt2=5、pr1=2、pr2=2、xc=2、yc=2、xs=1である。第1軸と第2軸は互いに直交する。 In one example shown in FIGS. 16A and 16B, the constants in the above equations (19)-(22) are respectively (x t0 ,y t0 )=(1,1), (x r0 ,y r0 ) =(1,1), p t1 =4, p t2 =5, p r1 =2, p r2 =2, x c =2, y c =2, x s =1. The first axis and the second axis are orthogonal to each other.

図16Aにおいて、送信アレーアンテナ108eのアンテナ素子の総数Ntは8であり、送信アレーアンテナ108eのアンテナ素子をTx#1~Tx#8で表す。第1のアンテナ群G1は、Tx#1~Tx#4(少なくとも1つの第1のアンテナ素子)を含む。第2のアンテナ群G2は、Tx#5、Tx#2、及びTx#6~Tx#8(複数の第2のアンテナ素子)を含む。図16Bにおいて、受信アレーアンテナ202eのアンテナ素子(複数の第3のアンテナ素子)の総数Naは4であり、受信アレーアンテナ202eのアンテナ素子をRx#1~Rx#4で表す。 In FIG. 16A, the total number of antenna elements Nt of the transmission array antenna 108e is 8, and the antenna elements of the transmission array antenna 108e are denoted by Tx#1 to Tx#8. The first antenna group G1 includes Tx#1 to Tx#4 (at least one first antenna element). A second antenna group G2 includes Tx#5, Tx#2, and Tx#6 to Tx#8 (a plurality of second antenna elements). In FIG. 16B, the total number Na of antenna elements (a plurality of third antenna elements) of the receiving array antenna 202e is 4, and the antenna elements of the receiving array antenna 202e are represented by Rx#1 to Rx#4.

以下、図16A及び図16Bに示されるアンテナ配置を説明する。 The antenna arrangement shown in FIGS. 16A and 16B will be described below.

(1)アンテナ素子の開口長
図17は、実施の形態1のバリエーション2に係るアンテナ素子のサイズ113f、215fの一例を示す。図16Cに示す仮想受信アレーを得るために、つまり、図16Cにおいて、仮想受信アレーの第1軸方向及び第2軸方向のアンテナ素子間隔が、それぞれ、1×dV及び1×dHとなるように、図16A及び図16Bに示されるように、アンテナ素子を配置する。
(1) Aperture Length of Antenna Element FIG. 17 shows an example of sizes 113f and 215f of antenna elements according to variation 2 of the first embodiment. In order to obtain the virtual receive array shown in FIG. 16C, that is, in FIG . Thus, the antenna elements are arranged as shown in FIGS. 16A and 16B.

図16A及び図16Bに示されるアンテナ配置の場合、アンテナ素子のサイズ113、215を、例えば、図17に示すように規定できる。ここで、アンテナ素子のサイズ113f、215fは隣接するアンテナ素子に干渉しないサイズである。 For the antenna arrangements shown in FIGS. 16A and 16B, the antenna element sizes 113, 215 can be defined, for example, as shown in FIG. Here, the antenna element sizes 113f and 215f are sizes that do not interfere with adjacent antenna elements.

送信アレーアンテナ108fのアンテナ素子は、第1軸方向にdH以下の開口長、第2軸方向に2×dV以下の開口長で形成される。また、受信アレーアンテナ202fのアンテナ素子は第1軸方向にdH以下の開口長、第2軸方向には5×dV以下の開口長で形成される。 The antenna elements of the transmission array antenna 108f are formed with an aperture length of d H or less in the first axis direction and an aperture length of 2×d V or less in the second axis direction. The antenna elements of the receiving array antenna 202f are formed with an aperture length of d H or less in the first axis direction and an aperture length of 5×d V or less in the second axis direction.

送信アレーアンテナ108fのアンテナ素子を第1軸方向及び第2軸方向に、それぞれ、1×dH間隔及び1×dV間隔で、1列及び1行(直線状)に等間隔配置した場合、アンテナ素子のサイズを第1軸方向及び第2軸方向に、ぞれぞれ、dH及びdVより大きくできない。これに対して、図17に示すように、送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202fのアンテナ素子は、サイズを第1軸方向及び第2軸方向に、ぞれぞれ、dH及びdVよりも大きくなるように拡大できるため、高いアンテナ利得を得ることができる。 When the antenna elements of the transmitting array antenna 108f are arranged in the first axis direction and the second axis direction at 1×d H intervals and 1×d V intervals, respectively, in one column and one row (linearly), The size of the antenna element cannot be greater than d H and d V in the first and second axis directions, respectively. On the other hand, as shown in FIG. 17, the antenna elements of the transmitting array antenna 108 and the receiving array antenna 202f are sized from dH and dV in the first axis direction and the second axis direction, respectively. can be expanded to be large, a high antenna gain can be obtained.

なお、図17で示したアンテナ素子はサブアレーアンテナを用いて構成し、サブアレーアンテナにアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。つまり、図17のアンテナ素子をサブアレーアンテナに置き換え、サブアレーアンテナは、複数のアンテナ素子を用いて構成される。 The antenna elements shown in FIG. 17 may be configured using subarray antennas, and side lobes may be suppressed by applying array weights to the subarray antennas. That is, the antenna elements in FIG. 17 are replaced with subarray antennas, and the subarray antennas are configured using a plurality of antenna elements.

(2)仮想受信アレーが形成するビームパターン
図18Aは、実施の形態1のバリエーション2に係る仮想受信アレーによる二次元ビームの指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す。図18Bは、実施の形態1のバリエーション2に係る仮想受信アレーによる二次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す。
(2) Beam Pattern Formed by Virtual Receiving Array FIG. 18A shows an example of a cross-sectional view along the first axis direction of a two-dimensional beam directivity pattern by the virtual receiving array according to Variation 2 of Embodiment 1. show. 18B shows an example of a cross-sectional view along the second axis direction, which is a directivity pattern of two-dimensional beams by the virtual receiving array according to Variation 2 of Embodiment 1. FIG.

具体的には、図16Cに示される仮想受信アレーの全てのアンテナ素子を用いたビームフォーマ法によって形成される二次元のビームパターンにおいて、図18Aは、第2軸方向0度での第1軸方向に沿った断面図を示す。また、図18Bは、第1軸方向0度での第2軸方向に沿った断面図を示す。図18A及び図18Bには、dH=0.5波長、dV=0.68波長の場合が示されている。 Specifically, in the two-dimensional beam pattern formed by the beamformer method using all antenna elements of the virtual receive array shown in FIG. 16C, FIG. 1 shows a cross-sectional view along a direction. Also, FIG. 18B shows a cross-sectional view along the second axis direction at 0 degrees in the first axis direction. 18A and 18B show the case of d H =0.5 wavelength and d V =0.68 wavelength.

図16Cに示されるように、仮想受信アレーは、第1軸方向の開口長が7×dH(VA#1~VA#8、VA#17~VA#24)であり、第2軸方向の開口長が9×dV(VA#9、VA#4、VA#11、VA#14、VA#15、VA#25、VA#20、VA#27、VA#30、VA#31)である。仮想アンテナが1×dVまたは1×dHの間隔で等間隔に配置されている。これにより、図18A及び図18Bに示されるように、グレーティングの生じないビームを形成できる。 As shown in FIG. 16C, the virtual receiving array has an aperture length of 7×d H (VA#1 to VA#8, VA#17 to VA#24) in the first axis direction and Aperture length is 9× dV (VA#9, VA#4, VA#11, VA#14, VA#15, VA#25, VA#20, VA#27, VA#30, VA#31) . The virtual antennas are evenly spaced at intervals of 1×d V or 1×d H . Thereby, a grating-free beam can be formed as shown in FIGS. 18A and 18B.

図19Aは、実施の形態1のバリエーション2に係る仮想受信アレー(図16C)の第1軸方向に等間隔に配置された仮想受信アレー(VA#1~VA#8、VA#17~VA#24)による一次元ビームによる指向性パターンの一例を示す。 19A shows virtual reception arrays (VA#1 to VA#8, VA#17 to VA#) arranged at equal intervals in the first axis direction of the virtual reception array (FIG. 16C) according to variation 2 of Embodiment 1. FIG. 24) shows an example of a directivity pattern by a one-dimensional beam.

図16Cに示される仮想受信アレーVA#1~VA#32のうち、第1軸方向に等間隔に配置された仮想受信アレーVA#1~VA#8、もしくは仮想受信アレーVA#17~VA#24を用いる場合、7×dHの開口長として、例えば、図19Aに示される第1軸方向の一次元のビームパターンが形成される。 Of the virtual reception arrays VA#1 to VA#32 shown in FIG. 16C, the virtual reception arrays VA#1 to VA#8 or the virtual reception arrays VA#17 to VA# arranged at equal intervals in the first axis direction 24, an aperture length of 7×d H forms, for example, a one-dimensional beam pattern in the first axis direction shown in FIG. 19A.

図19Bは、実施の形態1のバリエーション2に係る仮想受信アレーの第2軸方向に等間隔に配置された仮想受信アレーによる一次元ビームによる指向性パターンの一例を示す。 FIG. 19B shows an example of a directivity pattern of a one-dimensional beam by a virtual reception array arranged at equal intervals in the second axis direction of the virtual reception array according to Variation 2 of Embodiment 1. FIG.

図16Cに示される仮想受信アレーVA#1~VA#32のうち、第1軸方向の場合と同様に、第2軸方向に等間隔に配置された仮想受信アレーVA#9、VA#4、VA#11、VA#14、VA#15、VA#25、VA#20、VA#27、VA#30、VA#31を用いると、9×dVの開口長として、例えば、図19Bに示される第2軸方向の一次元のビームパターンが形成される。 Among the virtual reception arrays VA#1 to VA#32 shown in FIG. 16C, virtual reception arrays VA#9, VA#4, Using VA#11, VA#14, VA#15, VA#25, VA#20, VA#27, VA#30, and VA#31, an aperture length of 9× dV is shown in FIG. 19B, for example. A one-dimensional beam pattern is formed in the direction of the second axis.

実施の形態1のバリエーション1に係る図12A及び図12Bと同バリエーション2に係る図19A及び図19Bとを比較することにより、次のことが判る。図10Cに示される同数の等間隔に密に仮想受信アレーが配置されている実施の形態1のバリエーション1に比べて、図16Cに示される同バリエーション2は、仮想受信アレーの形成するビーム幅が小さく、より高い角度分解能が得られる。 By comparing FIGS. 12A and 12B according to Variation 1 of Embodiment 1 with FIGS. 19A and 19B according to Variation 2, the following can be understood. Compared to variation 1 of Embodiment 1, in which virtual reception arrays are densely arranged at equal intervals of the same number shown in FIG. 10C, variation 2 shown in FIG. Smaller and higher angular resolution is obtained.

一方、図18A及び図18Bに示される実施の形態1のバリエーション2は、図12A及び図12Bに示される実施の形態1のバリエーション1よりも、二次元ビームのサイドローブレベルが高い。 On the other hand, Variation 2 of Embodiment 1 shown in FIGS. 18A and 18B has a higher side lobe level of the two-dimensional beam than Variation 1 of Embodiment 1 shown in FIGS. 12A and 12B.

そこで、まず、実施の形態1のバリエーション2のアンテナ配置において、図18A及び図18Bに示される二次元のビームを用いて粗く到来方向を推定する。次いで、推定された到来波のある角度付近で、同バリエーション2のアンテナ配置において、図19A及び図19Bに示される一次元のビームを形成する仮想受信アレーを用いて精密に到来方向を推定してもよい。 Therefore, first, in the antenna arrangement of Variation 2 of Embodiment 1, the directions of arrival are roughly estimated using the two-dimensional beams shown in FIGS. 18A and 18B. Next, in the vicinity of the estimated angle of arrival, the direction of arrival is precisely estimated using a virtual reception array that forms a one-dimensional beam shown in FIGS. 19A and 19B in the same variation 2 antenna arrangement. good too.

このような推定プロセスによって、図18A及び図18Bに示される二次元のビームに比べてサイドローブの低い図19A及び図19Bに示される一次元のビームによって誤検出の確率を減らし、より精密な角度推定が可能である。また、図19A及び図19Bに示される一次元のビームでは確定することが困難な2個以上のターゲットの位置を推定可能となり、さらに、計算量を削減できる。 Such an estimation process reduces the probability of false positives with the one-dimensional beam shown in FIGS. 19A and 19B, which has lower sidelobes than the two-dimensional beam shown in FIGS. can be estimated. In addition, it becomes possible to estimate the positions of two or more targets, which are difficult to determine with the one-dimensional beams shown in FIGS. 19A and 19B, and further reduce the amount of calculation.

以上、実施の形態1に係るアンテナ配置の例としてバリエーション1及びバリエーション,2について説明した。 Variation 1 and Variation 2 have been described above as examples of the antenna arrangement according to the first embodiment.

このように、実施の形態1では、レーダ装置10は、送信アレーアンテナ108の複数の送信アンテナ素子#1~#Ntを切り替えてレーダ送信信号を送信するレーダ送信部100と、レーダ送信信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を、送信アレーアンテナ202の複数の受信アンテナ素子#1~#Naを用いて受信するレーダ受信部200と、を具備する。また、実施の形態1では、送信アンテナ素子#1~#Nt及び受信アンテナ素子#1~#Naを上述の規則で配置する。 As described above, in the first embodiment, the radar apparatus 10 includes the radar transmission section 100 that transmits a radar transmission signal by switching the plurality of transmission antenna elements #1 to #Nt of the transmission array antenna 108, and the radar transmission section 100 that transmits the radar transmission signal as a target. and a radar receiver 200 that receives a reflected wave signal reflected at the transmission array antenna 202 using a plurality of reception antenna elements #1 to #Na of the transmission array antenna 202 . Also, in Embodiment 1, the transmitting antenna elements #1 to #Nt and the receiving antenna elements #1 to #Na are arranged according to the above rule.

これにより、送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202を、例えば、サブアレー化によって、アンテナ素子のサイズを拡大し、アンテナ利得を向上させることができる。また、アンテナ配置によって第1の間隔dH及び第2の間隔dVの等間隔に配置された仮想受信アレーを構成でき、角度サイドローブ又はグレーティングローブ成分を抑圧できる。 Thereby, the transmitting array antenna 108 and the receiving array antenna 202 can be formed into sub-arrays, for example, to increase the size of the antenna elements and improve the antenna gain. In addition, a virtual receiving array arranged at equal intervals of the first interval d H and the second interval d V can be constructed by arranging the antennas, and angular sidelobe or grating lobe components can be suppressed.

実施の形態1によれば、送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202のサイズを、例えば、サブアレー化によって拡大し、反射波信号の受信SNRを向上させ、仮想受信アレーの形成するビームパターンにおけるサイドローブ又はグレーティングローブを抑圧できるMIMOレーダを構成できる。 According to Embodiment 1, the sizes of the transmitting array antenna 108 and the receiving array antenna 202 are expanded by, for example, sub-arraying, the reception SNR of the reflected wave signal is improved, and the side lobe in the beam pattern formed by the virtual receiving array is reduced. Alternatively, a MIMO radar capable of suppressing grating lobes can be constructed.

(実施の形態2)
実施の形態1において、第2のアンテナ群として、例えば、図9Aの第2のアンテナ群G2のように、ジグザグ状に2列で配置されている構成を例示した。図9Aに示されるように、第1列のアンテナTx21と第2列のアンテナTx22とは、第2軸方向に第2の間隔を隔てて配置され、第1軸方向に第1の間隔のxs倍を隔てて配置されている。さらに、第1軸の座標において、アンテナTx21とアンテナTx11との間にアンテナTx22が配置されている。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the second antenna group is arranged in two rows in a zigzag pattern, for example, like the second antenna group G2 in FIG. 9A. As shown in FIG. 9A, the antenna Tx2 1 of the first row and the antenna Tx2 2 of the second row are spaced apart by a second spacing along the second axis and are spaced apart by a first spacing along the first axis. are spaced x s times apart. Further , the antenna Tx2-2 is arranged between the antenna Tx2-1 and the antenna Tx1-1 in the coordinates of the first axis.

これに代えて、第2のアンテナ群のアンテナ素子が、第1軸上における配置の範囲を広げた配置について説明する。つまり、第2のアンテナ群のアンテナ素子は、第2軸座標が全て異なる位置に配置される。さらに、第2のアンテナ群の少なくとも2個のアンテナ素子は、第1軸座標が同じ位置に配置される。これにより、実施の形態1と比較して、送信アレーアンテナを構成するアンテナ素子の開口長を第2軸方向に広げて配置でき、アンテナ素子の高利得化が可能となるといった効果を得ることができる。 Instead, an arrangement in which the antenna elements of the second antenna group expand the arrangement range on the first axis will be described. In other words, the antenna elements of the second antenna group are all arranged at different second axis coordinates. Furthermore, at least two antenna elements of the second antenna group are positioned at the same first axis coordinate. As a result, compared with the first embodiment, the opening length of the antenna elements constituting the transmission array antenna can be widened in the second axis direction, and the gain of the antenna elements can be increased. can.

なお、以下に説明する実施の形態2とそのバリエーション1および2において、アンテナ素子をサブアレー構成としてもよく、特にアンテナ素子のサイズが第2軸方向に2×dV以上の場合に効率よく仮想受信アレーを構成できる。 In Embodiment 2 and variations 1 and 2 thereof, which will be described below, the antenna elements may have a sub-array configuration. Arrays can be configured.

実施の形態2では、実施の形態1と比較して送信アンテナ素子のサイズを第2軸方向に大きくした場合に、誤検出の確率が低減され、効率のよい仮想受信アレーを構成するアンテナ配置と、それを用いた到来方向推定手法とについて説明する。 In Embodiment 2, when the size of the transmitting antenna element is increased in the second axis direction compared to Embodiment 1, the probability of false detection is reduced, and an antenna arrangement that configures an efficient virtual reception array. , and a direction-of-arrival estimation method using it.

図20Aは、実施の形態2に係る送信アレーアンテナ108gのアンテナ素子Tx#1~#Ntの配置の一例を示す。図20Bは、実施の形態2に係る受信アレーアンテナ202gのアンテナ素子Rx#1~#Naの配置の一例を示す。図20Cは、実施の形態2に係る仮想受信アレー500gの配置の一例を示す。 FIG. 20A shows an example of arrangement of antenna elements Tx#1 to #Nt of the transmitting array antenna 108g according to the second embodiment. FIG. 20B shows an example of arrangement of antenna elements Rx#1 to #Na of receiving array antenna 202g according to the second embodiment. FIG. 20C shows an example of arrangement of the virtual reception array 500g according to the second embodiment.

図20Aから図20Cにおいては、送信アレーアンテナ108gのアンテナ素子数Nt=6、受信アレーアンテナ202gのアンテナ素子数Na=8、仮想受信アレー500gの素子数は48である場合が、一例として示されている。図20Aおよび図20Bに示される第1軸と第2軸とは、互いに直交する。 20A to 20C show as an example a case where the number of antenna elements Nt of the transmitting array antenna 108g is 6, the number of antenna elements Na of the receiving array antenna 202g is 8, and the number of elements of the virtual receiving array 500g is 48. ing. A first axis and a second axis shown in FIGS. 20A and 20B are orthogonal to each other.

図20Aにおいて、送信アレーアンテナ108gのアンテナ素子をTx#1~Tx#6で表す。第1のアンテナ群G1は、Tx#1(少なくとも1つの第1のアンテナ素子)を含む。第2のアンテナ群G2は、Tx#1~Tx#6(複数の第2のアンテナ素子)を含む。 In FIG. 20A, the antenna elements of the transmission array antenna 108g are denoted by Tx#1 to Tx#6. The first antenna group G1 includes Tx#1 (at least one first antenna element). The second antenna group G2 includes Tx#1 to Tx#6 (a plurality of second antenna elements).

図20Aに示されるように、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#6は、第2の方向に第2の間隔毎に配置される。換言すると、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#6は、それぞれが、異なる第2軸座標に配置される。さらに、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#4は、それぞれ、第1軸方向に第1の間隔を隔てて配置され、送信アンテナ素子Tx#1,Tx#2の第1軸座標が、それぞれ、Tx#5,Tx#6の第1軸座標に等しい。 As shown in FIG. 20A, the transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#6 are arranged at second intervals in the second direction. In other words, the transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#6 are arranged at different second axis coordinates. Furthermore, the transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#4 are respectively arranged at a first interval in the first axis direction, and the first axis coordinates of the transmitting antenna elements Tx#1 and Tx#2 are respectively Equal to the first axis coordinates of Tx#5 and Tx#6.

図20Bにおいて、受信アンテナ素子(複数の第3のアンテナ素子)を、Rx#1~Rx#8で表す。図20Bに示されるように、受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8は、第1軸方向に第1の間隔で等間隔に配置される。 In FIG. 20B, the receiving antenna elements (a plurality of third antenna elements) are represented by Rx#1 to Rx#8. As shown in FIG. 20B, the receiving antenna elements Rx#1 to Rx#8 are arranged at equal intervals in the first axial direction at first intervals.

図20Aおよび図20Bに示されるアンテナ素子の配置を用いた場合、図20Cに示される仮想受信アレー500gの構成、即ち、第1軸方向および第2軸方向のアンテナ素子間隔が、それぞれ、1×dV及び1×dHとなる領域を含む仮想受信アレー500gの構成が得られる。 When the arrangement of antenna elements shown in FIGS. 20A and 20B is used, the configuration of the virtual receiving array 500g shown in FIG. The construction of the virtual receive array 500g is obtained, including the regions with d V and 1×d H .

図21は、実施の形態2に係るアンテナ素子のサイズ113、215の一例を示す。 FIG. 21 shows an example of sizes 113 and 215 of antenna elements according to the second embodiment.

図20Aおよび図20Bに示されるアンテナ配置の場合、アンテナ素子のサイズ113、215を、例えば、図21に示されるように規定できる。ここで、アンテナ素子のサイズ113、215は隣接するアンテナ素子に干渉しないサイズである。 For the antenna arrangements shown in FIGS. 20A and 20B, the antenna element sizes 113, 215 can be defined as shown in FIG. 21, for example. Here, the sizes 113 and 215 of the antenna elements are sizes that do not interfere with adjacent antenna elements.

図21において、送信アレーアンテナ108hのアンテナ素子のサイズ113hは、第1軸方向にdH以下の開口長、第2軸方向に4×dV以下の開口長で形成される。また、受信アレーアンテナ202hのアンテナ素子のサイズ215h、は第1軸方向にdH以下の開口長、第2軸方向には任意の開口長で形成される。 In FIG. 21, the antenna element size 113h of the transmission array antenna 108h is formed with an aperture length of d H or less in the first axis direction and an aperture length of 4×d V or less in the second axis direction. Also, the antenna element size 215h of the receiving array antenna 202h is formed with an aperture length of d H or less in the first axis direction and an arbitrary aperture length in the second axis direction.

図21に示されるアンテナ素子は、それぞれ、複数のアンテナ素子を用いるサブアレーアンテナを用いて構成してもよい。さらに、サブアレーアンテナにアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。 Each of the antenna elements shown in FIG. 21 may be configured using a sub-array antenna using a plurality of antenna elements. Furthermore, the side lobe may be suppressed by applying an array weight to the subarray antenna.

なお、送信アレーアンテナ108hは、複数のアンテナ素子によってビーム形成してもよい。例えば、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#6に位相を制御して給電して、1送信アンテナ素子、8受信アンテナ素子によって8個の仮想受信アレー素子を構成する。 Note that the transmission array antenna 108h may be beamformed by a plurality of antenna elements. For example, power is supplied to the transmission antenna elements Tx#1 to Tx#6 while controlling the phase, and 8 virtual reception array elements are configured with 1 transmission antenna element and 8 reception antenna elements.

例えば、図21に示される送信アンテナ108hにおいて、開口長が第1軸方向にdH程度、第2軸方向に4×dV程度としたアンテナ素子を、それぞれ、サブアレーアンテナで構成する場合、サブアレーアンテナを密に構成することができるので、ビーム形成した場合にサイドローブレベルの低いビームを形成することが可能である。 For example, in the transmission antenna 108h shown in FIG . Since the antennas can be arranged densely, it is possible to form a beam with a low sidelobe level when forming the beam.

このように、本開示のアンテナ配置とアンテナ素子のサブアレー構成によって、送信アンテナ108をひとつの高利得アンテナとして用いることができる。また、時分割多重MIMOレーダの場合、多重数が少なくなることから送信周期が小さくなり、そのためドップラ解析部によって解析可能である最大ドップラ速度を大きくすることができる。したがって、上述の一例は送信アンテナ素子からそれぞれ独立に信号を送信した場合に比べて、長距離、高速物体の検知に適した構成となる。 In this manner, the antenna arrangement and antenna element sub-array configuration of the present disclosure allows the transmit antenna 108 to be used as a single high-gain antenna. In the case of time-division multiplexing MIMO radar, the number of multiplexing is reduced, so the transmission period is shortened, and therefore the maximum Doppler speed that can be analyzed by the Doppler analysis unit can be increased. Therefore, the above example is more suitable for detecting long-distance, high-speed objects than when signals are transmitted independently from the transmitting antenna elements.

<実施の形態2のバリエーション1>
実施の形態2のバリエーション1では、実施の形態2と比較して、受信アンテナの第1軸方向の間隔を広く配置することで仮想受信アレーの開口長を拡げ、高い分解能が得られるアンテナ配置について説明する。
<Variation 1 of Embodiment 2>
In Variation 1 of Embodiment 2, compared with Embodiment 2, the antenna arrangement in which the spacing in the first axis direction of the receiving antennas is widened to widen the aperture length of the virtual receiving array and high resolution is obtained. explain.

図22Aは、実施の形態2のバリエーション1に係る送信アレーアンテナ108iのアンテナ素子Tx#1~#Ntの配置の一例を示す。図22Bは、実施の形態2のバリエーション1に係る受信アレーアンテナ202iのアンテナ素子Rx#1~#Naの配置の一例を示す。図22Cは、実施の形態2のバリエーション1に係る仮想受信アレー500iの配置の一例を示す。 FIG. 22A shows an example of arrangement of antenna elements Tx#1 to #Nt of transmission array antenna 108i according to Variation 1 of Embodiment 2. FIG. FIG. 22B shows an example of arrangement of antenna elements Rx#1 to #Na of receiving array antenna 202i according to Variation 1 of Embodiment 2. In FIG. FIG. 22C shows an example of arrangement of virtual reception arrays 500i according to variation 1 of the second embodiment.

図22Aから図22Cにおいては、送信アレーアンテナ108iのアンテナ素子数Nt=5、受信アレーアンテナ202iのアンテナ素子数Na=6、仮想受信アレー500iの素子数は30である場合が、一例として示されている。図22Aおよび図22Bに示される第1軸と第2軸とは、互いに直交する。 FIGS. 22A to 22C show, as an example, the case where the number of antenna elements Nt of the transmitting array antenna 108i is 5, the number of antenna elements Na of the receiving array antenna 202i is 6, and the number of elements of the virtual receiving array 500i is 30. ing. The first and second axes shown in FIGS. 22A and 22B are orthogonal to each other.

図22Aにおいて、送信アレーアンテナ108iのアンテナ素子をTx#1~Tx#5で表す。第1のアンテナ群G1は、Tx#1(少なくとも1つの第1のアンテナ素子)を含む。第2のアンテナ群G2は、Tx#1~Tx#5(複数の第2のアンテナ素子)を含む。 In FIG. 22A, the antenna elements of the transmission array antenna 108i are denoted by Tx#1 to Tx#5. The first antenna group G1 includes Tx#1 (at least one first antenna element). The second antenna group G2 includes Tx#1 to Tx#5 (a plurality of second antenna elements).

図22Aに示されるように、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#5は、第2の方向に第2の間隔毎に配置される。換言すると、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#5は、それぞれが、異なる第2軸座標に配置される。さらに、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#4は、それぞれ、第1軸方向に第1の間隔を隔てて配置され、送信アンテナ素子Tx#1の第1軸座標が、Tx#5の第1軸座標に等しい。 As shown in FIG. 22A, the transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#5 are arranged at second intervals in the second direction. In other words, the transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#5 are arranged at different second axis coordinates. Furthermore, the transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#4 are arranged at a first interval in the first axis direction, and the first axis coordinate of the transmitting antenna element Tx#1 is the first axis coordinate of Tx#5. Equal to axis coordinates.

図22Bにおいて、受信アンテナ素子(複数の第3のアンテナ素子)を、Rx#1~Rx#6で表す。図22Bに示されるように、受信アンテナ素子Rx#1~Rx#6は、第1軸方向に2×dHの間隔で等間隔に配置され、第2軸方向に、5×dVの間隔で配置される。 In FIG. 22B, the receiving antenna elements (a plurality of third antenna elements) are represented by Rx#1 to Rx#6. As shown in FIG. 22B, the receiving antenna elements Rx#1 to Rx#6 are arranged at equal intervals of 2×d H in the first axis direction, and are arranged at intervals of 5×d V in the second axis direction. is placed in

図22Aおよび図22Bに示されるアンテナ素子の配置を用いる場合、図22Cに示される仮想受信アレー500iの構成、即ち、隣接する仮想アンテナ素子が式(23)に示す間隔interval以下の間隔で並ぶ仮想受信アレー500gの構成が得られる。

Figure 0007266234000028
When using the arrangement of antenna elements shown in FIGS. 22A and 22B, the configuration of the virtual receiving array 500i shown in FIG. 22C, that is, the virtual The configuration of receive array 500g is obtained.
Figure 0007266234000028

図22Aおよび図22Bに示されるアンテナ配置の場合、アンテナ素子のサイズを、例えば、図21に示される実施の形態2のアンテナ素子のサイズ113、215と同様に規定できる。 For the antenna arrangements shown in FIGS. 22A and 22B, the sizes of the antenna elements can be defined similarly to the antenna element sizes 113, 215 of Embodiment 2 shown in FIG. 21, for example.

例えば、図22Aに示される送信アレーアンテナ108iのアンテナ素子は、第1軸方向にdH以下の開口長、第2軸方向に4×dV以下の開口長で形成される。また、図22Bに示される受信アレーアンテナ202iのアンテナ素子は、第1軸方向に2×dH以下の開口長、第2軸方向には5×dHV以下の開口長で形成される。 For example, the antenna elements of the transmission array antenna 108i shown in FIG. 22A are formed with an aperture length of d H or less in the first axis direction and an aperture length of 4×d V or less in the second axis direction. Also, the antenna elements of the receiving array antenna 202i shown in FIG. 22B are formed with an aperture length of 2×d H or less in the first axis direction and an aperture length of 5×d HV or less in the second axis direction.

図22Aに示されるアンテナ素子は、それぞれ、複数のアンテナ素子を用いるサブアレーアンテナを用いて構成してもよい。さらに、サブアレーアンテナにアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。 Each of the antenna elements shown in FIG. 22A may be configured using a sub-array antenna using multiple antenna elements. Furthermore, the side lobe may be suppressed by applying an array weight to the subarray antenna.

実施の形態2のバリエーション1によれば、図22Aおよび図22Bに示される構成によって、図22Cに示される仮想受信アレー500iを構成する。これにより、送信アレーアンテナ素子の第2軸方向の開口長を大きくすることができ、さらに、受信アレーアンテナ素子の第1軸方向の開口長を実施の形態2よりも大きくすることができる。 According to variation 1 of the second embodiment, virtual reception array 500i shown in FIG. 22C is configured by the configurations shown in FIGS. 22A and 22B. As a result, the aperture length of the transmitting array antenna elements in the second axial direction can be increased, and the aperture length of the receiving array antenna elements in the first axial direction can be increased more than in the second embodiment.

<実施の形態2のバリエーション2>
実施の形態2のバリエーション2のアンテナ配置は、実施の形態のバリエーション1のアンテナ配置を一部含むようなアンテナ配置を採る。実施の形態2のバリエーション1で得られる効果に加えて、分解能の向上と、時分割MIMOの場合に、ドップラ解析部によって解析可能である最大ドップラ速度の向上の効果が得られる。
<Variation 2 of Embodiment 2>
The antenna arrangement of variation 2 of the second embodiment adopts an antenna arrangement that partially includes the antenna arrangement of variation 1 of the embodiment. In addition to the effect obtained in variation 1 of the second embodiment, the effect of improving the resolution and, in the case of time-division MIMO, the effect of improving the maximum Doppler velocity that can be analyzed by the Doppler analysis unit can be obtained.

図23Aは、実施の形態2のバリエーション2に係る送信アレーアンテナ108jのアンテナ素子Tx#1~#Ntの配置の一例を示す。図23Bは、実施の形態2のバリエーション2に係る受信アレーアンテナ202jのアンテナ素子Rx#1~#Naの配置の一例を示す。図23Cは、実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレー500jの配置の一例を示す。 FIG. 23A shows an example of arrangement of antenna elements Tx#1 to #Nt of transmission array antenna 108j according to variation 2 of embodiment 2. FIG. FIG. 23B shows an example of the arrangement of antenna elements Rx#1 to #Na of receiving array antenna 202j according to Variation 2 of Embodiment 2. In FIG. FIG. 23C shows an example of arrangement of virtual reception array 500j according to variation 2 of the second embodiment.

図23Aにおいて、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#5は、図22Aに示される実施の形態2のバリエーション1の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#5と同じ構成を採る。また、図23Aにおいて、第1のアンテナ群G1は、送信アンテナ素子Tx#4、Tx#6、Tx#7、Tx#8を含み、第2のアンテナ群G2は、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#5を含む。 In FIG. 23A, transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#5 have the same configuration as transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#5 of Variation 1 of Embodiment 2 shown in FIG. 22A. Also, in FIG. 23A, the first antenna group G1 includes transmitting antenna elements Tx#4, Tx#6, Tx#7, and Tx#8, and the second antenna group G2 includes transmitting antenna elements Tx#1 to Includes Tx#5.

図23Bにおいて、受信アンテナ素子Rx#1,Rx#2,Rx#4,Rx#5,Rx#6は、図22Bに示される実施の形態2のバリエーション1の受信アンテナ素子Rx#1,Rx#2,Rx#4,Rx#5,Rx#6と同じ構成を採る。また、図23Bにおいて、仮想受信アレーの仮想アンテナ素子が重複する位置に構成されるように、受信アンテナ素子Rx#3の第1軸座標および第2軸座標は、それぞれ、他の受信アンテナ素子Rx#1,Rx#2,Rx#4,Rx#5,Rx#6のいずれの第1軸座標および第2軸座標とも異なる。 23B, receiving antenna elements Rx#1, Rx#2, Rx#4, Rx#5, and Rx#6 are the receiving antenna elements Rx#1 and Rx# of Variation 1 of Embodiment 2 shown in FIG. 22B. 2, Rx#4, Rx#5, and Rx#6. Also, in FIG. 23B, the first axis coordinate and the second axis coordinate of the receiving antenna element Rx#3 correspond to the positions of the other receiving antenna elements Rx so that the virtual antenna elements of the virtual receiving array are configured at overlapping positions. It differs from any of the first and second axis coordinates of #1, Rx#2, Rx#4, Rx#5 and Rx#6.

図23Cに示す仮想受信アレーにおいて、仮想アンテナ素子VA#6の位置には、送信アンテナ素子Tx#2と受信アンテナ素子Rx#3とによって構成される仮想アンテナ素子と、送信アンテナ素子Tx#3と受信アンテナ素子Rx#2とによって構成される仮想アンテナ素子とが重複して構成される。したがって、仮想アンテナ素子VA#6の位置では、重複する仮想アンテナ素子に対応して、2つの受信信号が存在する。2つの受信信号の一方を用いて到来方向推定を行ってもよく、その平均値を用いてに到来方向推定を行ってもよく、また、その和を用いて到来方向推定を行ってもよい。仮想アンテナの位置が重複することから、重複する2つの受信信号に到来角による位相差はない。また、重複する2つの受信信号を用いてドップラ解析を行ってもよい。 In the virtual reception array shown in FIG. 23C, at the position of the virtual antenna element VA#6, a virtual antenna element configured by a transmission antenna element Tx#2 and a reception antenna element Rx#3, and a transmission antenna element Tx#3. A virtual antenna element configured by the receiving antenna element Rx#2 is overlapped. Therefore, at the position of virtual antenna element VA#6, there are two received signals corresponding to overlapping virtual antenna elements. One of the two received signals may be used to estimate the direction of arrival, the average value thereof may be used to estimate the direction of arrival, or the sum thereof may be used to estimate the direction of arrival. Since the positions of the virtual antennas overlap, there is no phase difference due to the arrival angles of the two overlapping received signals. Also, Doppler analysis may be performed using two overlapping received signals.

図24は、実施の形態2のバリエーション2に係るアンテナ素子のサイズ113k、215kの一例を示す。 FIG. 24 shows an example of antenna element sizes 113k and 215k according to variation 2 of the second embodiment.

図24に示されるように、アンテナサイズ113k、215kを、例えば、実施の形態2および実施の形態2のバリエーション1と同様に規定できる。ここで、アンテナ素子のサイズ113k、215kは隣接するアンテナ素子に干渉しないサイズである。 As shown in FIG. 24, antenna sizes 113k and 215k can be defined similarly to the second embodiment and variation 1 of the second embodiment, for example. Here, the antenna element sizes 113k and 215k are sizes that do not interfere with adjacent antenna elements.

なお、図24では送信アンテナ素子Tx#1~#8および受信アンテナ素子Rx#1~#6のサイズが、同一である。しかしながら、隣接するアンテナに干渉しないサイズであれば、送信アンテナ素子Tx#1~#8および受信アンテナ素子Rx#1~#6のサイズは、異なってもよい。また、送信アンテナ素子および受信アンテナ素子は、サブアレーアンテナを用いて構成してもよく、サブアレーアンテナにアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。 In FIG. 24, the sizes of the transmitting antenna elements Tx#1 to #8 and the receiving antenna elements Rx#1 to #6 are the same. However, the sizes of the transmitting antenna elements Tx#1-#8 and the receiving antenna elements Rx#1-#6 may differ as long as they are of a size that does not interfere with adjacent antennas. Also, the transmitting antenna elements and the receiving antenna elements may be configured using subarray antennas, and side lobes may be suppressed by applying array weights to the subarray antennas.

例えば、受信アンテナ素子Rx#1~#6は、それぞれ、第1軸方向に2素子、第2軸方向に4素子のサブアレーで構成してもよい。さらに、送信アンテナ素子Tx#6~#8は、第1軸方向に3×dH、第2軸方向に8×dVの開口長のサブアレーで構成してもよい。図23の構成と比較して、送信アンテナ108kのビームパターンが狭角になり、正面方向のアンテナ利得が上がることからSNRが向上する。 For example, each of the receiving antenna elements Rx#1 to Rx#6 may be composed of a sub-array of two elements in the first axis direction and four elements in the second axis direction. Furthermore, the transmitting antenna elements Tx#6 to Tx#8 may be configured by a subarray having an aperture length of 3×d H in the first axis direction and 8×d V in the second axis direction. Compared to the configuration of FIG. 23, the beam pattern of the transmitting antenna 108k becomes narrower, and the antenna gain in the front direction increases, thereby improving the SNR.

図25Aは、図23Cに示される実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレー500jによる二次元ビーム(メインビーム:水平0°、垂直0°方向)の指向性パターンであって第1軸方向に沿った断面図の一例を示す。図25Bは、実施の形態2のバリエーション2に係る仮想受信アレーによる二次元ビームの指向性パターンであって第2軸方向に沿った断面図の一例を示す。 FIG. 25A is a directivity pattern of a two-dimensional beam (main beam: horizontal 0°, vertical 0° direction) by virtual receiving array 500j according to variation 2 of Embodiment 2 shown in FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view along . FIG. 25B shows an example of a cross-sectional view along the second axis direction of a directivity pattern of two-dimensional beams by the virtual receiving array according to Variation 2 of Embodiment 2. FIG.

実施の形態2のバリエーション2では、実施の形態2のバリエーション1と比較して、仮想受信アレー500jが疎に配置されることから、サイドローブレベルが高い。そこで、実施の形態1のバリエーション2の説明において上述したように、第1軸方向および第2軸方向の到来方向推定を独立して行う手法と組み合わせることで、サイドローブレベルの高さによる誤検出の確率への影響を抑制してもよい。例えば、図23Cに示す仮想受信アレー500jによって、第1軸方向および第2軸方向に精密に到来方向推定を行い、ある閾値を超えた角度に対して2次元ビームを用いた精密な到来方向推定を行う。これにより、サイドローブレベルの高さによる誤検出の確率への影響を抑制でき、さらに、到来方向推定に求められる計算量を削減できる。 Compared to variation 1 of the second embodiment, variation 2 of the second embodiment has a higher side lobe level because virtual reception arrays 500j are arranged sparsely. Therefore, as described above in the description of variation 2 of Embodiment 1, by combining with the method of independently estimating the directions of arrival in the first axial direction and the second axial direction, erroneous detection due to the height of the side lobe level may suppress the effect on the probability of For example, the virtual reception array 500j shown in FIG. 23C performs precise direction-of-arrival estimation in the first and second axial directions, and performs precise direction-of-arrival estimation using a two-dimensional beam for angles exceeding a certain threshold. I do. As a result, it is possible to suppress the influence of the height of the sidelobe level on the probability of erroneous detection, and further reduce the amount of calculation required for direction-of-arrival estimation.

なお、実施の形態2および実施の形態2のバリエーション1と同様に、送信アレーアンテナ108jに含まれる複数の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#8の一部を多重して使用してもよい。例えば、送信アレーアンテナ108jに含まれる複数の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#8のうち、送信アンテナTx#1~Tx#5の5個の送信アンテナを多重して使用してもよい。これにより、第2軸方向(垂直方向)の角度推定性能を維持し、アンテナの多重数を削減できる。また、例えば、送信アレーアンテナ108jに含まれる複数の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#8のうち、送信アンテナTx#4,Tx#6,Tx#7,Tx#8の4個の送信アンテナを多重して使用してもよい。これにより、第1軸方向(水平方向)の角度推定性能を維持しつつ、アンテナの多重数を削減できる。時分割多重MIMOレーダの場合、アンテナの多重数が少ない程、送信周期がより小さい信号をドップラ解析部213で解析でき、ドップラ解析部213で解析可能である最大速度をより大きくすることができる。 As in Embodiment 2 and Variation 1 of Embodiment 2, some of the plurality of transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#8 included in transmitting array antenna 108j may be multiplexed and used. For example, among the plurality of transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#8 included in the transmitting array antenna 108j, five transmitting antennas Tx#1 to Tx#5 may be multiplexed and used. As a result, the angle estimation performance in the second axis direction (vertical direction) can be maintained, and the number of multiplexed antennas can be reduced. Further, for example, among the plurality of transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#8 included in the transmitting array antenna 108j, the four transmitting antennas Tx#4, Tx#6, Tx#7, and Tx#8 are May be used multiplexed. As a result, the number of multiplexed antennas can be reduced while maintaining the angle estimation performance in the direction of the first axis (horizontal direction). In the case of time-division multiplexing MIMO radar, the smaller the number of multiplexed antennas, the more signals with shorter transmission cycles can be analyzed by Doppler analysis section 213, and the maximum speed that can be analyzed by Doppler analysis section 213 can be increased.

また、複数の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#8に含まれる複数のアンテナ素子によってビーム形成してもよい。 Also, beam formation may be performed by a plurality of antenna elements included in a plurality of transmitting antenna elements Tx#1 to Tx#8.

(他の実施の形態)
実施の形態1において、第2のアンテナ群として、第2軸方向に第2の間隔毎に配置され、アンテナ素子毎に第1軸方向に前記第1の間隔のxs倍を隔てて配置された構成を例示した。これに代えて、第2のアンテナ群として、第2軸方向に第2の間隔毎に配置され、N個周期で第1軸方向に第1の間隔のxs,j倍を隔てて配置された構成も考えられる。
(Other embodiments)
In Embodiment 1, as the second antenna group, the antenna elements are arranged at intervals of a second interval in the direction of the second axis, and are arranged at intervals of x s times the first interval in the direction of the first axis for each antenna element. configuration. Alternatively, as a second group of antennas, the antennas are arranged at intervals of a second interval in the direction of the second axis, and are arranged at intervals of x s,j times the first interval in the direction of the first axis in N cycles. Other configurations are also conceivable.

具体的には、実施の形態1の説明に記載の式(20)において、ptHに代えて、1からpt2までの整数jに対して、次の式(24)で規定されるp'tHを用いる構成も考えられる。

Figure 0007266234000029
ここで、Nは2よりも大きくpr1以下の整数であり、j=0,1,…,N-1に対して、xs,jは、それぞれ、0以上pr1未満の整数である。 Specifically, in the formula (20) described in the description of the first embodiment , instead of p tH , p' A configuration using tH is also conceivable.
Figure 0007266234000029
Here, N is an integer greater than 2 and less than p r1 , and x s,j is an integer greater than or equal to 0 and less than p r1 for j=0, 1, . . . , N−1.

例えば、N=pr1であり、xs,j=jである場合、送信アレーアンテナ108のアンテナ素子は、第2軸方向にN×dVの開口長を有する。したがって、送信アレーアンテナ108のアンテナ素子を基本間隔dH、dVで直線的に等間隔配置した場合に比べて、送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202のアンテナ素子のサイズを拡大でき、高いアンテナ利得を得ることができる。また、仮想受信アレーを半波長程度に等間隔に配置することにより、グレーティングローブ又はサイドローブ成分を抑圧できる。 For example, if N=p r1 and x s,j =j, then the antenna element of the transmit array antenna 108 has an aperture length of N×d V in the second axis direction. Therefore, compared to the case where the antenna elements of the transmission array antenna 108 are arranged linearly at equal intervals at the basic intervals d H and d V , the size of the antenna elements of the transmission array antenna 108 and the reception array antenna 202 can be increased and the antenna height can be increased. gain can be obtained. Also, by arranging the virtual receiving arrays at regular intervals of about half a wavelength, the grating lobe or sidelobe components can be suppressed.

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 Various embodiments have been described above with reference to the drawings, but it goes without saying that the present disclosure is not limited to such examples. It is obvious that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope described in the claims, and these also belong to the technical scope of the present disclosure. Understood. Also, the components in the above embodiments may be combined arbitrarily without departing from the gist of the disclosure.

上記各実施の形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。 In each of the above-described embodiments, the present disclosure has been described as an example configured using hardware, but the present disclosure can also be realized by software in cooperation with hardware.

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。 Each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically implemented as an LSI, which is an integrated circuit. The integrated circuit may control each functional block used in the description of the above embodiments and may have inputs and outputs. These may be made into one chip individually, or may be made into one chip so as to include part or all of them. Although LSI is used here, it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.

また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサを用いて実現してもよい。LSI製造後に、プログラム可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、LSI内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル プロセッサ(Reconfigurable Processor)を利用してもよい。 Also, the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be implemented using a dedicated circuit or a general-purpose processor. After the LSI is manufactured, a programmable FPGA (Field Programmable Gate Array) and a reconfigurable processor capable of reconfiguring connection or setting of circuit cells inside the LSI may be used.

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により、LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。例えば、バイオ技術の適用が可能性としてありえる。 Furthermore, if an integration technology that replaces the LSI appears due to advances in semiconductor technology or another derived technology, the technology may naturally be used to integrate the functional blocks. For example, the application of biotechnology is a possibility.

本開示のレーダ装置は、レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信回路と、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信回路と、を具備し、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、第1のアンテナ群と第2のアンテナ群とを含み、前記第1のアンテナ群は、各アンテナ素子の位相中心が第1軸方向に沿って第1の配置間隔毎に配置された1つ以上の第1のアンテナ素子と1つの共用アンテナ素子とを含み、前記第2のアンテナ群は、複数の第2のアンテナ素子と前記1つの共用アンテナ素子とを含み、各アンテナ素子の位相中心が前記第1軸方向とは異なる第2軸方向に沿って2列に第2の配置間隔毎に配置され、前記2列それぞれに含まれるアンテナ素子の位相中心は前記第2軸方向における位置が互いに異なり、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの他方は、位相中心が、前記第1軸方向に沿って、前記第1の配置間隔に基づいた第1の列数、前記第1の配置間隔よりも小さい第3の配置間隔毎に配置され、前記第2軸方向に沿って、前記第2の配置間隔よりも大きい第4の配置間隔毎に配置された、複数の第3のアンテナ素子を含む。 A radar apparatus according to the present disclosure includes a radar transmission circuit that transmits a radar signal from a transmission array antenna, and a radar reception circuit that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target from a reception array antenna, One of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a first antenna group and a second antenna group, and the first antenna group has a phase center of each antenna element aligned along a first axis direction. The second antenna group includes one or more first antenna elements and one shared antenna element arranged at intervals of one, and the second antenna group includes a plurality of second antenna elements and the one shared antenna element. wherein the phase center of each antenna element is arranged in two rows along a second axis direction different from the first axis direction at a second arrangement interval, and the phase of the antenna elements included in each of the two rows The center positions in the second axis direction are different from each other, and the phase center of the other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna is located along the first axis direction in the first position based on the first arrangement interval. arranged at a third arrangement interval that is smaller than the first arrangement interval, and arranged at a fourth arrangement interval that is larger than the second arrangement interval along the second axial direction. Also includes a plurality of third antenna elements.

本開示のレーダ装置において、前記第1の配置間隔は、第1の間隔のpr1倍に等しく、前記第2の配置間隔は、第2の間隔に等しく、前記第1の列数は、前記pr1に等しく、前記第3の配置間隔は、前記第1の間隔に等しく、前記第4の配置間隔は、前記第2の間隔のpt2倍に等しく、前記第2のアンテナ群の前記2列は互いに、前記第1軸上で、前記第1の間隔のxs倍、異なる位置に配置され、前記pr1は、1よりも大きい整数であり、前記pt2は、1よりも大きい整数であり、前記xsは、0よりも大きく前記pr1よりも小さい整数である。 In the radar device of the present disclosure, the first arrangement interval is equal to p r1 times the first interval, the second arrangement interval is equal to the second interval, and the first row number is equal to the p r1 , the third spacing is equal to the first spacing, the fourth spacing is equal to p t2 times the second spacing, and the two antennas of the second antenna group columns are positioned on the first axis that differ from each other by x s times the first spacing, wherein p r1 is an integer greater than 1, and p t2 is an integer greater than 1; and the x s is an integer greater than 0 and less than the p r1 .

本開示のレーダ装置において、前記xsが1に等しい。 In the radar device of the present disclosure, said xs is equal to one.

本開示のレーダ装置において、前記1つ以上の第1のアンテナ素子の素子数が1に等しい。 In the radar apparatus of the present disclosure, the number of elements of the one or more first antenna elements is equal to one.

本開示のレーダ装置において、前記複数の第3のアンテナ素子の素子数が前記第1の列数に等しい。 In the radar device of the present disclosure, the number of elements of the plurality of third antenna elements is equal to the number of the first columns.

本開示のレーダ装置において、前記複数の第3のアンテナ素子の素子数が前記第1の列数よりも大きい。 In the radar device of the present disclosure, the number of elements of the plurality of third antenna elements is greater than the number of the first columns.

本開示のレーダ装置において、前記第1の間隔及び前記第2の間隔は、前記レーダ信号の波長を基準として、0.3波長以上2波長以下である。 In the radar device of the present disclosure, the first interval and the second interval are 0.3 wavelengths or more and 2 wavelengths or less with respect to the wavelength of the radar signal.

本開示のレーダ装置において、前記第1のアンテナ群と前記第2のアンテナ群とがT字もしくは十字型に配置される。 In the radar device of the present disclosure, the first antenna group and the second antenna group are arranged in a T shape or a cross shape.

本開示のレーダ装置において、前記第1軸方向と前記第2軸方向とは互いに直交する。 In the radar device of the present disclosure, the first axial direction and the second axial direction are orthogonal to each other.

本開示のレーダ装置は、レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信回路と、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信回路と、を具備し、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、第1のアンテナ群と第2のアンテナ群とを含み、前記第1のアンテナ群は、1つの共用アンテナ素子である、または、各アンテナ素子の位相中心が第1軸方向に沿って配置された1以上の第1のアンテナ素子と前記1つの共用アンテナ素子とを含み、前記第2のアンテナ群は、複数の第2のアンテナ素子と前記1つの共用アンテナ素子とを含み、前記第1軸方向とは異なる第2軸方向における各アンテナ素子の位相中心の位置が互いに異なり、前記複数の第2のアンテナ素子の少なくとも1つの位相中心と前記1つの共用アンテナ素子の位相中心とは、前記第1軸方向における位置が等しく、前記第2軸方向に第2の配置間隔毎に1列以上に配置される。 A radar apparatus according to the present disclosure includes a radar transmission circuit that transmits a radar signal from a transmission array antenna, and a radar reception circuit that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target from a reception array antenna, one of the transmit array antenna and the receive array antenna includes a first antenna group and a second antenna group, the first antenna group being one shared antenna element or the phase of each antenna element One or more first antenna elements centered along the first axial direction and the one shared antenna element, and the second antenna group includes a plurality of second antenna elements and the one antenna element. and a shared antenna element, wherein the position of the phase center of each antenna element in a second axis direction different from the first axis direction is different from each other, and at least one phase center of the plurality of second antenna elements and the one The phase centers of the shared antenna elements have the same position in the first axis direction, and are arranged in one or more rows at the second arrangement interval in the second axis direction.

本開示は、広角範囲を検知するレーダ装置に好適であり、例えば、車両に搭載することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure is suitable for radar devices that detect a wide angle range, and can be mounted on vehicles, for example.

10 レーダ装置
100 レーダ送信部
101,101a レーダ送信信号生成部
102 符号生成部
103 変調部
104 LPF
105 送信周波数変換部
106 電力分配器
107 送信増幅部
108 送信アレーアンテナ
108-1,…,108-Nt 送信アンテナ素子
111 符号記憶部
112 DA変換部
113 送信アンテナ素子のサイズ
200 レーダ受信部
201-1,…,201-Na アンテナ素子系統処理部
202 受信アレーアンテナ
202-1,…,202-Na 受信アンテナ素子
203 受信無線部
204 増幅器
205 周波数変換器
206 直交検波器
207 信号処理部
208 第1のAD変換部
209 第2のAD変換部
210 相関演算部
211 加算部
212 出力切替部
213-1,…,213-Nt ドップラ解析部
214 方向推定部
215 受信アンテナ素子のサイズ
300 基準信号生成部
400 制御部
500 仮想受信アレー
REFERENCE SIGNS LIST 10 radar device 100 radar transmitter 101, 101a radar transmission signal generator 102 code generator 103 modulator 104 LPF
105 transmission frequency conversion unit 106 power divider 107 transmission amplification unit 108 transmission array antenna 108-1, . , . . . , 201-Na antenna element system processing unit 202 receiving array antenna 202-1, . Conversion unit 209 Second AD conversion unit 210 Correlation calculation unit 211 Addition unit 212 Output switching unit 213-1, ..., 213-Nt Doppler analysis unit 214 Direction estimation unit 215 Size of receiving antenna element 300 Reference signal generation unit 400 Control unit 500 Virtual Receive Array

Claims (10)

レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信回路と、
前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信回路と、
を具備し、
前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、第1のアンテナ群と第2のアンテナ群とを含み、
前記第1のアンテナ群は、1つ以上の第1のアンテナ素子と1つの共用アンテナ素子とを含み、
前記第1のアンテナ群の各アンテナ素子の位相中心が、第1軸に平行に第1の間隔のpr1倍の間隔毎に配置され、
前記第2のアンテナ群は、複数の第2のアンテナ素子と前記1つの共用アンテナ素子とを含み、
前記第2のアンテナ群の各アンテナ素子の位相中心が、第2軸に平行に第1の列と第2の列とに配置され、
前記第2軸と前記第1軸とは互いに直交し、
前記第1の列内のアンテナ素子は、前記第2軸に平行に第2の間隔の2倍の間隔毎に配置され、
前記第2の列内のアンテナ素子は、前記第2軸に平行に前記第2の間隔の2倍の間隔毎に配置され、
前記第1の列は、前記第2の列に対して、前記第1軸に平行に前記第1の間隔のxs倍の間隔でシフトし、前記第2軸に平行に前記第2の間隔でシフトした位置に配置され、
前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの他方は、pr1列pr2行の第3のアンテナ素子を含み、
前記第3のアンテナ素子の位相中心が、前記第1軸に平行に、前記第1の間隔毎に配置され、
前記第2軸に平行に、前記第2の間隔よりも大きい第4の間隔毎に配置され、
前記pr1は1よりも大きい整数であり、前記pr2は1以上の整数であり、前記xsは0よりも大きく前記pr1よりも小さい整数である、
レーダ装置。
a radar transmission circuit for transmitting a radar signal from a transmission array antenna;
a radar receiver circuit for receiving a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target from a receiving array antenna;
and
one of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a first antenna group and a second antenna group;
The first antenna group includes one or more first antenna elements and one shared antenna element,
the phase center of each antenna element of the first antenna group is arranged parallel to the first axis at intervals of pr1 times the first interval,
The second antenna group includes a plurality of second antenna elements and the one shared antenna element,
the phase center of each antenna element of the second antenna group is arranged in a first row and a second row parallel to the second axis;
the second axis and the first axis are orthogonal to each other;
the antenna elements in the first row are spaced parallel to the second axis by twice a second spacing;
the antenna elements in the second row are spaced parallel to the second axis every two times the second spacing;
The first row is shifted relative to the second row parallel to the first axis by xs times the first distance and parallel to the second axis by the second distance. placed in a shifted position,
the other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a third antenna element of column pr1 and row pr2;
phase centers of the third antenna elements are arranged parallel to the first axis and spaced apart by the first spacing;
arranged parallel to the second axis every fourth spacing greater than the second spacing;
said pr1 is an integer greater than 1, said pr2 is an integer greater than or equal to 1, and said xs is an integer greater than 0 and less than said pr1;
radar equipment.
前記第4の間隔は、前記第2の間隔のpt2倍に等しく、
前記pt2は、1よりも大きい整数である、
請求項1に記載のレーダ装置。
said fourth interval is equal to pt2 times said second interval;
said pt2 is an integer greater than 1;
The radar device according to claim 1.
前記xsが1に等しい、
請求項1又は2に記載のレーダ装置。
said xs is equal to 1,
The radar device according to claim 1 or 2.
前記1つ以上の第1のアンテナ素子の素子数が1に等しい、
請求項1から3のいずれか一項に記載のレーダ装置。
the number of elements of the one or more first antenna elements is equal to one;
The radar device according to any one of claims 1 to 3.
前記pr2が1に等しい、
請求項1から4のいずれか一項に記載のレーダ装置。
said pr2 is equal to 1;
The radar device according to any one of claims 1 to 4.
前記pr2が1よりも大きい、
請求項1から4のいずれか一項に記載のレーダ装置。
said pr2 is greater than 1;
The radar device according to any one of claims 1 to 4.
前記第1の間隔及び前記第2の間隔は、前記レーダ信号の波長を基準として、0.3波長以上2波長以下である、
請求項1から6のいずれか一項に記載のレーダ装置。
The first interval and the second interval are 0.3 wavelength or more and 2 wavelengths or less with respect to the wavelength of the radar signal,
Radar device according to any one of claims 1 to 6.
レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信回路と、
前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信回路と、
を具備し、
前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、第1のアンテナ群と第2のアンテナ群とを含み、
前記第1のアンテナ群は、1つの共用アンテナ素子である、または、各アンテナ素子の位相中心が第1軸に平行に配置された1以上の第1のアンテナ素子と前記1つの共用アンテナ素子とを含み、
前記第2のアンテナ群は、複数の第2のアンテナ素子と前記1つの共用アンテナ素子とを含み、
前記第2のアンテナ群の各アンテナ素子の位相中心のそれぞれは、重複しない位置に配置され、
前記複数の第2のアンテナ素子および前記1つの共用アンテナ素子のうち、少なくとも2つのアンテナ素子は、第2軸上で第2の間隔の4倍離れた異なる位置に配置され、かつ、前記第1軸上で同じ位置に配置され、
前記複数の第2のアンテナ素子および前記1つの共用アンテナ素子のうち、残りのアンテナ素子は、前記第2軸上で異なる位置に配置され、かつ、前記第1軸上で異なる位置に配置され、
前記残りのアンテナ素子うち、前記少なくとも2つのアンテナ素子に隣接する少なくとも1つのアンテナ素子は、前記第1軸上で第1の間隔のxs倍の位置に配置され、
前記第1軸と前記第2軸とは、互いに直交し、
前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの他方は、pr1列pr2行の第3のアンテナ素子を含み、
前記第3のアンテナ素子の位相中心が、前記第1軸に平行に、前記pr2行で、第1の間隔の整数倍毎に配置され、
前記pr1は1よりも大きい整数であり、前記pr2は1以上の整数であり、前記xsは0よりも大きく前記pr1よりも小さい整数である、レーダ装置。
a radar transmission circuit for transmitting a radar signal from a transmission array antenna;
a radar receiver circuit for receiving a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target from a receiving array antenna;
and
one of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a first antenna group and a second antenna group;
The first antenna group is one shared antenna element, or one or more first antenna elements in which the phase center of each antenna element is arranged parallel to the first axis and the one shared antenna element. including
The second antenna group includes a plurality of second antenna elements and the one shared antenna element,
each of the phase centers of each antenna element of the second antenna group is arranged at a non-overlapping position;
At least two antenna elements among the plurality of second antenna elements and the one shared antenna element are arranged at different positions separated by four times the second spacing on the second axis, and placed at the same position on the axis,
Among the plurality of second antenna elements and the one shared antenna element, the remaining antenna elements are arranged at different positions on the second axis and arranged at different positions on the first axis,
At least one antenna element adjacent to the at least two antenna elements among the remaining antenna elements is arranged at a position xs times the first distance on the first axis,
the first axis and the second axis are orthogonal to each other,
the other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a third antenna element of column pr1 and row pr2;
the phase centers of the third antenna elements are arranged parallel to the first axis, in the pr2 rows, at every integer multiple of the first interval;
The radar device, wherein the pr1 is an integer greater than 1, the pr2 is an integer equal to or greater than 1, and the xs is an integer greater than 0 and smaller than the pr1.
前記pr1列pr2行の第3のアンテナ素子の位相中心は、さらに、前記第2軸に平行に、前記pr1列で、前記第2の間隔の整数倍毎に、配置される、
請求項8に記載のレーダ装置。
The phase centers of the third antenna elements in the pr1 column and the pr2 row are further arranged parallel to the second axis, in the pr1 column, at every integer multiple of the second interval,
The radar device according to claim 8 .
前記pr1列pr2行の第3のアンテナ素子の位相中心のうち1つは、
更に、前記第1軸に平行に、前記第1の間隔でシフトした位置、かつ、前記第2軸に平行に、前記第2の間隔でシフトした位置に配置される、
請求項9に記載のレーダ装置。
One of the phase centers of the third antenna element of the pr1 column and pr2 row is
further arranged parallel to the first axis at a position shifted by the first spacing and parallel to the second axis at a position shifted by the second spacing;
A radar device according to claim 9 .
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