JP7306891B2 - レーダ装置およびレーダ装置の対象物検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置およびレーダ装置の対象物検出方法に関するものである。

特許文献１および特許文献２に開示された技術では、２チャンネルモノパルスレーダを用いて目標物の位置を特定するレーダ装置において、同一平面に配設された２つの送信アンテナおよび１つの受信アンテナを有し、送信アンテナの一方は、ボアサイト軸に対して角度θ１でスクイントし、送信アンテナの他方はボアサイト軸に対して角度θ２でスクイントし、これら２つの送信アンテナにより形成されるエレベーション振幅比パターンに基づいて、目標物のエレベーション角度を導き出すことを特徴とする。

特表２０１５－５２８１１１号公報 特開２０１６－１０２８０１号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された技術では、仰俯角（エレベーション角度）と、振幅比との関係が水平角度に応じて異なる場合があり、そのような場合には、仰俯角方向の位置を誤検知するという問題点がある。

本発明は、対象物の仰俯角方向の位置を精度良く検出することが可能なレーダ装置およびレーダ装置の対象物検出方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、対象物を検出するレーダ装置において、第１方向に列設された複数の受信アンテナと、前記第１方向と略直交する第２方向について、互いに異なる指向特性を有する少なくとも２つの送信アンテナと、前記第１方向について、前記対象物の存在する角度である第１角度を検出する第１角度検出手段と、前記送信アンテナのそれぞれから送信され、前記受信アンテナで受信した受信信号の強度比に基づいて、前記第２方向について、前記対象物の存在する角度である第２角度を検出する第２角度検出手段と、前記第１角度検出手段で検出されうる各前記第１角度に応じた、前記強度比と前記第２角度との関係を示す複数のテーブルを記憶する記憶手段と、を有し、前記第２角度検出手段は、前記第１角度検出手段で検出された前記第１角度に応じた前記テーブルを参照して前記第２角度を検出する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、対象物の仰俯角方向の位置を精度良く検出することが可能となる。

また、本発明は、前記第１角度検出手段は、フーリエ変換によって取得される前記受信信号の角度スペクトラムに基づいて前記対象物の前記第１角度を検出する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、第１角度を正確かつ簡易に求めることができる。

また、本発明は、前記第１角度検出手段は、各々の前記送信アンテナから順次送信され、前記受信アンテナで受信した全ての前記受信信号に基づいて前記第１角度を検出し、前記第２角度検出手段は、各々の前記送信アンテナから順次送信され、前記受信アンテナで受信した各々の前記受信信号に基づいて前記第２角度を検出する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、全ての送信アンテナに基づいて精度良く第１角度を検出し、各々の送信アンテナに基づいて第２角度を検出することで、構成を共用し、効率よく第１角度と第２角度の検出を実現できる。

また、本発明は、前記第１角度検出手段は、各々の前記送信アンテナから順次送信され、前記受信アンテナで受信した全ての前記受信信号に対して角度を求める処理を実行し、処理結果のピークとなる位置に基づいて前記第１角度を検出し、前記第２角度検出手段は、各々の前記送信アンテナから順次送信され、前記受信アンテナで受信した各々の前記受信信号に対して角度を求めるフーリエ変換処理を実行し、前記第１角度検出手段によって検出された前記ピークとなる位置に対応する前記第１角度における前記強度比を検出する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、全ての送信アンテナの受信信号による角度フーリエ変換結果に基づいて精度よく第１角度を検出し、精度良く検出された第１角度に基づいて第２角度を検出することで、処理を削減しつつ、第２角度の検出精度を向上できる。

また、本発明は、前記第１方向は略水平方向であり、前記レーダ装置は、車両に搭載されることを特徴とする。
このような構成によれば、車両の周辺に存在する対象物を水平方向において精度よく検出するとともに、その垂直方向の位置についても検出できる。

また、本発明は、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナは、複数の素子アンテナによりそれぞれ構成され、１つの前記送信アンテナを構成する前記素子アンテナの数は、１つの前記受信アンテナを構成する前記素子アンテナの数より少ない、ことを特徴とする。
このような構成によれば、送信側における仰俯角に係る電力低下を抑制し、検出可能距離が短くなることを抑制できる。

また、本発明は、前記受信アンテナは、前記送信アンテナに最も近接する素子アンテナを含む、互いに隣接する複数の素子アンテナを有し、前記送信アンテナに最も近接する前記素子アンテナに供給される電力は、他の前記複数の素子アンテナに供給される電力以下である、ことを特徴とする。
このような構成によれば、送信アンテナと受信アンテナのアイソレーション特性を改善することができる。

また、本発明は、第１方向に列設された複数の受信アンテナと、前記第１方向と略直交する第２方向について、互いに異なる指向特性を有する少なくとも２つの送信アンテナとを有するレーダ装置の対象物検出方法において、前記第１方向について、前記対象物の存在する角度である第１角度を検出する第１角度検出ステップと、前記送信アンテナのそれぞれから送信され、前記受信アンテナで受信した受信信号の強度比に基づいて、前記第２方向について、前記対象物の存在する角度である第２角度を検出する第２角度検出ステップと、前記第１角度検出ステップにおいて検出されうる各前記第１角度に応じた、前記強度比と前記第２角度との関係を示す複数のテーブルを記憶する記憶ステップと、を有し、前記第２角度検出ステップは、前記第１角度検出ステップで検出された前記第１角度に応じた前記テーブルを参照して前記第２角度を検出する、ことを特徴とする。
このような方法によれば、対象物の仰俯角方向の位置を精度良く検出することが可能となる。

本発明によれば、対象物の仰俯角方向の位置を精度良く検出することが可能なレーダ装置およびレーダ装置の対象物検出方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。 図１に示すレーダ装置の動作原理を説明するための図である。 従来のレーダ装置の送信信号の指向特性を示す図である。 図１に示す実施形態の送信信号の指向特性を示す図である。 ４アレイ角度ＦＦＴ処理および８アレイ角度ＦＦＴ処理の結果を示す図である。 角度インデックスと方位角との関係を示す曲線の一例である。 各方位角における利得差と仰俯角との関係を示す図である。 図７を近似する折れ線を示す図である。 図１に示す実施形態の送信信号の時間波形を示す図である。 図１に示す実施形態の仮想アレイアンテナの動作を説明するための図である。 図１に示す実施形態の仮想アレイアンテナの動作を説明するための図である。 図１に示す実施形態の仮想アレイアンテナの実測結果を示す図である。 図１に示す実施形態の送信アンテナおよび受信アンテナの配置例である。 図１に示す実施形態による仮想アレイアンテナとしての動作を示す図である。 図１に示す送信アンテナの詳細な構成例を示す図である。 送信アンテナから放射されるビームの幅と検出可能な距離の関係を説明するための模式図である。 受信アンテナによってサイドローブを抑圧した状態を示す図である。 図１に示す受信アンテナの詳細な構成例を示す図である。 図１に示す送信アンテナと受信アンテナの電力勾配を示す図である。 図１に示す実施形態の動作を示す図である。 図１に示す実施形態の動作を示す図である。 図１に示す実施形態の等価時間サンプリングの動作を説明するための図である。 図１に示す演算部において実行される処理を説明するための図である。 図１に示す実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示す実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示す実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示す実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示す実施形態の他の動作を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。この図に示すように、本発明の実施形態に係るレーダ装置１０は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車両の周囲に存在する他の車両、歩行者、障害物等の対象物を検出する。

ここで、レーダ装置１０は、制御部１１、発振部１２、パルス整形部１３、可変増幅部１４、選択部１５、送信アンテナ１６－１～１６－２、受信アンテナ１７－１～１７－４、選択部１８、増幅部１９、乗算部２０、ＩＦ（Intermediate Frequency）増幅部２１、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部２２、記憶部２３、および、演算部２４を主要な構成要素としている。

ここで、制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、および、ＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成され、装置の各部を制御する。なお、図中破線の矢印は、制御線を示している。

発振部１２は、制御部１１の制御に応じて所定の周波数の局発信号を生成して出力する。

パルス整形部１３は、制御部１１から供給される矩形波を、後述するパルス波形を有する信号に整形して出力する。

可変増幅部１４は、電圧制御増幅回路によって構成され、パルス整形部１３から供給されるパルス波形の電圧に応じて局発信号を増幅して出力する。

選択部１５は、制御部１１の制御に応じて、送信アンテナ１６－１～１６－２の一方を選択し、可変増幅部１４からの出力信号を供給する。

送信アンテナ１６－１～１６－２は、可変増幅部１４からの出力信号を電磁波として対象物に向けて送信する。

受信アンテナ１７－１～１７－４は、送信アンテナ１６－１～１６－２によって送信され、対象物によって反射された反射信号を受信し、ＲＦ（Radio Frequency）信号に変換して選択部１８に供給する。

選択部１８は、受信アンテナ１７－１～１７－４から供給されるＲＦ信号のいずれか一つを選択して増幅部１９に出力する。

増幅部１９は、選択部１８から出力されるＲＦ信号を所定のゲインで増幅して乗算部２０に供給する。

乗算部２０は、発振部１２から供給される局発信号と、増幅部１９から供給されるＲＦ信号とを乗算し、ＩＦ（Intermediate Frequency）信号を生成して出力する。

ＩＦ増幅部２１は、乗算部２０から出力されるＩＦ信号を所定のゲインで増幅して出力する。

Ａ／Ｄ変換部２２は、ＩＦ増幅部２１から出力されるＩＦ信号をデジタルデータに変換して出力する。

記憶部２３は、例えば、ＲＡＭ等によって構成され、Ａ／Ｄ変換部２２から供給されるデジタルデータを記憶する。

演算部２４は、処理部２４１、水平方向検出部２４２、垂直方向検出部２４３、および、処理部２４４を有している。

処理部２４１は、記憶部２３に記憶されているデジタルデータに対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を施し、周波数および距離に関する２次元データを生成して出力する。

水平方向検出部２４２は、処理部２４１から供給される、アレイアンテナ８系統のデータを用いて、角度ＦＦＴ処理を施し、対象物の水平方向の角度を特定する。

垂直方向検出部２４３は、処理部２４１から供給されるデータから送信アンテナ１６－１，１６－２のそれぞれに係るアレイアンテナ４系統のデータを用いて角度ＦＦＴ処理を施す。また、垂直方向検出部２４３は、水平方向検出部２４２によって特定された対象物の水平方向の角度（方位角）における送信アンテナ１６－１，１６－２のそれぞれに係るアレイアンテナ４系統のデータの強度比を計算する。さらに、垂直方向検出部２４３は、水平方向検出部２４２によって特定された対象物の方位角に対応する、垂直方向の角度（仰俯角）と強度比との関係を示す情報をテーブル群２４３ａから取得し、この情報に基づいて対象物の仰俯角を特定する。

処理部２４４は、処理部２４１で取得した距離情報、ならびに、水平方向検出部２４２および垂直方向検出部２４３によって取得した方位角、仰俯角をもとに特定した対象物の位置および速度等に基づいて、自車両との衝突または接触の有無を判定し、判定結果を図示しない上位の装置（例えば、同レーダ装置１０内のアプリケーション処理部、または、レーダ装置１０外のＥＣＵ（Electric Control Unit）等）に供給する。あるいは、対象物の位置および速度情報をＥＣＵに供給し、自動車との衝突または接触の有無の判定はＥＣＵで実施する。

なお、図１では図面を簡略化するために図示を省略しているが、乗算部２０は増幅部１９から出力される信号を直交復調してＩＱ信号として出力する。このため、乗算部２０以降は、Ｉ，Ｑの２つの成分が伝達される。

（Ｂ）実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作を説明する。以下では、図２～図２３を参照して本発明の実施形態の動作について説明した後、図２４～図２７のフローチャートを参照して詳細な動作を説明する。

図２～図８は、本発明の動作原理を示す図である。一例として、図２に示す車両の後部バンパー内にレーダ装置を装備した場合を考える。この場合、従来のレーダ装置は、図３に示すような指向特性を有する送信信号を車両の後方に向けて送信する。図３において、横軸は利得［ｄＢ］を示し、縦軸は仰俯角を示す。図３の例では、送信信号は仰俯角０度の軸を中心として線対称の指向特性を有している。従来のレーダ装置は、仰俯角方向の角度を検出することができないため、図２（Ａ）に示す対象物Ｏ１（例えば、地面に設置されたポール）と、図２（Ｂ）に示す対象物Ｏ２（例えば、地面に設置された車止め）とを識別することができない。このため、従来のレーダ装置では、対象物Ｏ２に対しても警告を発したり、ブレーキを動作させて停車したりする場合があった。

本実施形態では、図４に示すような、垂直方向に異なる指向特性を有する送信信号を異なるタイミングで送信する。そして、対象物で反射されたこれらの反射信号の電力（例えば、強度、振幅等）の差異から、垂直方向の角度を求める。より詳細には、図４に示す例では、実線の曲線は第１指向特性を有する送信信号の指向特性を示し、破線の曲線は第２指向特性を有する送信信号の指向特性を示している。本発明の実施形態では、例えば、送信アンテナ１６－１から第１指向特性を有する実線の送信信号を送信し、対象物で反射された第１反射信号を受信する。また、送信アンテナ１６－２から第２指向特性を有する破線の送信信号を送信し、対象物で反射された第２反射信号を受信する。

水平方向検出部２４２は、処理部２４１から供給される距離および周波数で定義されるデータから全ての送信アンテナ１６－１、１６－２に係るアレイアンテナ８系統のデータを取得し、角度ＦＦＴ処理を実行することで、例えば図５に実線で示す処理結果を得る。なお、図５において、横軸はＦＦＴ処理後の角度インデックスを示し、縦軸は振幅を示す。

水平方向検出部２４２は、処理結果のデータのピークを検出することで、対象物の水平方向の位置を特定し、そのピーク位置である角度インデックスｉ１を特定する。水平方向検出部２４２は、図６に示す、角度インデックスと方位角との対応関係を示す情報を参照し、特定した角度インデックスを方位角に変換する。そして、角度インデックスと方位角とを垂直方向検出部２４３に出力する。なお、図６の横軸は方位角を示し、縦軸は角度インデックスを示す。図６では、複数の曲線が描画されているが、これらについはて後述する。

垂直方向検出部２４３は、処理部２４１から供給される距離および周波数で定義されるデータから送信アンテナ１６－１に係るアレイアンテナ４系統のデータに角度ＦＦＴ処理を施すことで、図５において間隔が長い破線で示す処理結果を得る。また、垂直方向検出部２４３は、同様に、送信アンテナ１６－２に係るアレイアンテナ４系統のデータに角度ＦＦＴ処理を施すことで、図５において間隔が短い破線で示す処理結果を得る。

垂直方向検出部２４３は、図５に間隔が長い破線で示す処理結果において水平方向検出部２４２から供給される角度インデックスに対応する振幅値ａ１を取得するとともに、図５に間隔が短い破線で示す処理結果において水平方向検出部２４２から供給される角度インデックスに対応する振幅値ａ２を取得する。そして、振幅値ａ１，ａ２の強度比（ａ１／ａ２）を求める。

垂直方向検出部２４３は、振幅値の比と仰俯角の対応関係に基づいて、仰俯角を特定する。例えば、図２（Ｂ）に示す対象物Ｏ２の場合、第２指向特性を有する送信信号に対する第２反射信号はある程度の強度（電力）を有するが、第１指向特性を有する送信信号に対する第１反射信号の強度は第２反射信号に比較して小さい（第２反射信号＞第１反射信号である）ため、この場合ａ１／ａ２＜１となる。

一方、図２（Ａ）に示す対象物Ｏ１の場合、第１指向特性を有する送信信号に対する第１反射信号も第２指向特性を有する送信信号に対する第２反射信号の強度も略ある程度の大きさを有することから、ａ１／ａ２は、図２（Ｂ）に比較して大きくなる。すなわち強度比において対象物のおおむねの区別が可能となる。

さらに、ａ１／ａ２と、対象物の仰俯角との関係性を対応付けしたテーブルを予め格納しておき、このテーブルを参照することで、ａ１／ａ２から対象物の仰俯角を求めることができる。

ところで、強度比と仰俯角との関係は、方位角によって必ずしも一定とはならない。図７は、利得差（Ｔｘ１－Ｔｘ２）と仰俯角の関係を示す図である。図７において、折れ線のそれぞれは、図７の左上に示す方位角における仰俯角と利得差の関係を示している。図７に示すように、実際のレーダ装置では、回路基板やレドーム等により、仰俯角特性は方位角に依存することがある。特に、車載のレーダ装置においては仰俯角範囲と比較して方位角範囲が広いことが一般的であるため、広い方位角を１つの仰俯角特性で定義することは困難である。

そこで、本実施形態では、垂直方向検出部２４３は、図７に示す利得差と仰俯角の関係を示す情報または図８に示すように図７に示す特性を直線近似した特性を、それぞれの方位角と対応付けられた複数のテーブルで構成されるテーブル群２４３ａとして予め格納しており、水平方向検出部２４２によって検出された方位角に対応するテーブルをテーブル群２４３ａから取得し、当該テーブルにおいて対応づけられた利得差（または強度比）と仰俯角との関係に基づいて、仰俯角を特定する。なお、図８では、１つのテーブルとして、切片情報と２種の傾き情報を有する折れ線を用い、当該折れ線を参照して利得差（または強度比）から仰俯角度を特定するようにしているが、仰俯角度の範囲が比較的狭いことから、記憶容量抑制の観点では、このように切片と２種の傾きの情報、あるいはさらに少ない情報（例えば、切片と１種の傾きの情報）を用いて近似的に仰俯角を特定するのが好ましい。なお、図８では、－６０度から＋６０度の範囲を１５度刻みの９本の折れ線としているが、これ以外の角度範囲を、これ以外の刻みの折れ線、例えば、３度刻みとしてもよい。また、折れ線ではなく、直線としたり、曲線としたり、あるいは、折れ線、直線、または、曲線を示す近似式を用いるようにしてもよい。また、該当する角度の折れ線が存在しない場合には、近い角度の折れ線から補間処理によって目的とする角度に対する値を求めるようにしてもよい。例えば、５５度の場合には、４５度と６０度の折れ線から補間処理によって求めるようにしてもよい。

処理部２４４は、垂直方向検出部２４３から供給される仰俯角に基づいて対象物の高さを検出する。そして、図２（Ａ）に示すように、車両に接触（または衝突）する高さである場合には警告または制御を行い、図２（Ｂ）に示すように、車両に接触しない高さである場合には警告または制御を行わないようにすることができる。

つぎに、図１～図２３を参照して、本発明の実施形態の詳細な動作について説明する。

レーダ装置１０が装備されている車両（不図示）のエンジンが始動されると、図１に示すレーダ装置１０の各部に対して電源電力の供給が開始され、動作が可能な状態になる。

電源電力の供給が開始されると、制御部１１は、発振部１２に対して局発信号の出力を開始させるとともに、パルス整形部１３に対して矩形波を供給し、パルス信号を生成させる。この結果、送信アンテナ１６－１～１６－２からは図９に示すパルス信号が出力される。

図９は、図１に示すレーダ装置１０から送信される送信信号の例を示す図である。図９（Ａ）に示すように、送信信号には繰り返し周期Ｔ０でパルスＰが含まれている。パルスＰは、図９（Ｂ）に拡大して示すように、振幅がＡとされている。

図９（Ｃ）は、制御部１１からパルス整形部１３に供給される信号の一例を示している。パルス整形部１３は、制御部１１から供給される図９（Ｃ）に示す矩形波を、図９（Ｂ）に示すように整形して出力する。可変増幅部１４は、パルス整形部１３から供給される信号の振幅に基づいて発振部１２から供給される局発信号を増幅して出力する。図９（Ｃ）に示すように、制御部１１から供給される信号は、可変増幅部１４から出力されるパルス信号の振幅が図９（Ｂ）に示すＡとなるように、パルス幅Ｗが調整されている。

送信アンテナ１６－１，１６－２のいずれか一方から送信されたパルスＰは、対象物によって反射され、反射信号として受信アンテナ１７－１～１７－４に受信され、ＲＦ信号に変換されて出力される。

選択部１８は、受信アンテナ１７－１～１７－４のいずれか１つを選択するので、選択部１８によって選択された受信アンテナ１７－１～１７－４によって受信された反射信号はＲＦ信号に変換されて増幅部１９に供給される。

増幅部１９は、選択部１８から供給されるＲＦ信号を所定のゲインで増幅して出力する。乗算部２０は、増幅部１９から供給される受信信号と、発振部１２から供給される局発信号とを乗算してＩＦ信号に変換（ダウンコンバート）して出力する。

ＩＦ増幅部２１は、乗算部２０から供給されるＩＦ信号を増幅して出力する。Ａ／Ｄ変換部２２は、ＩＦ増幅部２１から供給されるＩＦ信号をＡ／Ｄ変換して出力する。なお、Ａ／Ｄ変換部２２は、図２２を参照して後述するように、ＩＦ増幅部２１から供給される受信信号を、等価時間サンプリングして出力する。

記憶部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２から出力されるデジタルデータを記憶し、演算部２４の処理部２４１に供給する。

処理部２４１は、後述するように、記憶部２３から供給されるデジタルデータに対してＦＦＴ処理を施し、距離および周波数に係る２次元データを生成して、水平方向検出部２４２および垂直方向検出部２４３に供給する。

水平方向検出部２４２は、従来のレーダ装置と同様に、水平方向における対象物の位置および速度を検出する処理を実行する。なお、水平方向検出部２４２は、送信アンテナ１６－１～１６－２および受信アンテナ１７－１～１７－４を用いて、仮想アレイアンテナの原理を用いることで、水平方向の位置の分解能を高めることができる。

以下では、仮想アレイアンテナの原理について説明する。図１０に示すように、間隔ｄを隔てて、三角形で示す８つの受信アンテナＲｘ（０）～Ｒｘ（７）が配置され、受信アンテナＲｘ（７）から所定の距離を隔てて、同じく三角形で示す送信アンテナＴｘが配置されているとする。このとき、図１０に示すように、各アンテナの正面方向に対する電波の入射角度をθとするとき、受信アンテナＲｘ（０）に対する受信アンテナＲｘ（１）の行路差は、以下の式（１）で表される。なお、符号のプラスは行路差の距離が長いことを示し、マイナスは短いことを示す。

ΔＬ＝－ｄ・ｓｉｎ（θ） ・・・（１）

また、電波の波長をλとするとき、受信アンテナＲｘ（０）に対する受信アンテナＲｘ（１）の位相差Δφは、以下の式（２）で表される。

Δφ＝－２πｄ／λ・ｓｉｎ（θ） ・・・（２）

以上から、各受信アンテナＲｘ（ｍ）（ｍ＝０，１，・・・，７）の受信信号ｖ＿Ｒｘ（ｍ，Ｔｘ１）は、以下の式（３）で表される。なお、ｊは虚数である。

ｖ＿Ｒｘ（ｍ，Ｔｘ１）＝ｖ＿Ｒｘ（０，Ｔｘ１）・ｅｘｐ（ｊ・ｍ・Δφ）
・・・（３）

ここで以上の式（２），（３）より、各々受信アンテナにおける位相回転成分が電波の入射角に対応することがわかる。これら受信信号をフーリエ変換することで受信信号回転成分の抽出、すなわち電波の入射角を特定することが可能となる。またフーリエ変換に限らずそれ以外の高分解能処理により入射角の特定するようにしてもよい。

つぎに、図１１に示すように、送信アンテナＴｘ２を新たに設けるとともに、受信アンテナＲｘ（４）～Ｒｘ（７）を除外する場合を考える。このとき、Ｔｘ２から対象物までの距離はＴｘ１に比べてＮ／２・ｄ・ｓｉｎ（θ）だけ長く、また、受信アンテナＲｘ（４）に対し受信アンテナＲｘ（０）から対象物までの距離もＮ／２・ｄ・ｓｉｎ（θ）だけ長い。このとき、以下の式（４）および式（５）が成立する。但し、Ｎは受信アンテナの個数を示す（図１１の例ではＮ＝８）。

ｖ＿Ｒｘ（ｍ，Ｔｘ１）＝ｖ＿Ｒｘ（ｍ，Ｔｘ１） ・・・（４）
但し、ｍ≦Ｎ／２－１の場合

ｖ＿Ｒｘ（ｍ，Ｔｘ１）＝ｖ＿Ｒｘ（ｍ－Ｎ／２，Ｔｘ２）・ｅｘｐ（ｊ・Ｎ・Δφ）
・・・（５）
但し、ｍ＞Ｎ／２－１の場合

以上の式（４）および式（５）から、往路と復路の角度が同じである場合、１つの送信アンテナＴｘ１だけの系と、２つの送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２の系は等価であることが分かる。

ここで、式（５）の右辺にあるｅｘｐ（ｊ・Ｎ・Δφ）は、位相補正項であり、Ｎ分だけアンテナを移動させたのと等価になる項である。このため、図１２（Ａ）に示す１つのＴｘ１を有する系と、図１２（Ｂ）に示す２つのＴｘ１，Ｔｘ２を有する系とを等価にする場合、図１２（Ｃ）に示すように、受信アンテナＲｘ（－４）～Ｒｘ（３）が配置されていると想定して計算することで、以下の式（６）～式（１３）に示すように、位相補正項であるｅｘｐ（ｊ・Ｎ・Δφ）については考慮する必要がなくなる。

ｖ＿Ｒｘ（－４，Ｔｘ）＝ｖ＿Ｒｘ（０，Ｔｘ２） ・・・（６）
ｖ＿Ｒｘ（－３，Ｔｘ）＝ｖ＿Ｒｘ（１，Ｔｘ２） ・・・（７）
ｖ＿Ｒｘ（－２，Ｔｘ）＝ｖ＿Ｒｘ（２，Ｔｘ２） ・・・（８）
ｖ＿Ｒｘ（－１，Ｔｘ）＝ｖ＿Ｒｘ（３，Ｔｘ２） ・・・（９）
ｖ＿Ｒｘ（ ０，Ｔｘ）＝ｖ＿Ｒｘ（０，Ｔｘ１） ・・・（１０）
ｖ＿Ｒｘ（ １，Ｔｘ）＝ｖ＿Ｒｘ（１，Ｔｘ１） ・・・（１１）
ｖ＿Ｒｘ（ ２，Ｔｘ）＝ｖ＿Ｒｘ（２，Ｔｘ１） ・・・（１２）
ｖ＿Ｒｘ（ ３，Ｔｘ）＝ｖ＿Ｒｘ（３，Ｔｘ１） ・・・（１３）

すなわち、２つの送信アンテナを用いることで、４つの受信アンテナを仮想的に８つに拡張することができる。本実施形態では、このような仮想アレイアンテナの原理を利用している。

図１３は、図１に示す送信アンテナ１６－１～１６－２および受信アンテナ１７－１～１７－４の詳細な構成例を示している。図１３に示す例では、送信アンテナ１６－１～１６－２は、それぞれ４つの素子アンテナ、具体的にはパッチアンテナを有するアレイアンテナによって構成されている。また、受信アンテナ１７－１～１７－４は、それぞれ８つの素子アンテナ、具体的にはパッチアンテナを有するアレイアンテナによって構成されている。受信アンテナ１７－１～１７－４は、例えば、誘電体基板等の表面に形成され、図１３に示すように、上下方向であるＹ方向に８つのパッチが所定の間隔を隔てて直線状に配置されて構成される。また、受信アンテナ１７－１～１７－４は、左右方向であるＸ方向に所定の間隔を隔てて配置され、受信アンテナ１７－１～１７－４を構成するパッチがマトリクス状に配置される。送信アンテナ１６－１は、受信アンテナ１７－１の右下方に配置され、送信アンテナ１６－２は、受信アンテナ１７－４の左下方に配置される。なお、受信アンテナ１７－１～１７－４のそれぞれの距離をｄとすると、送信アンテナ１６－１～１６－２の距離は４×ｄで表される。また、送信アンテナ１６－１と受信アンテナ１７－１とは、Ｘ方向に距離Ｄ離間して配置され、送信アンテナ１６－２と受信アンテナ１７－４とは、Ｘ方向に距離Ｄ離間して配置されている。

なお、図１３に示すアンテナの配置は、図１１とは異なっているが、図１４に示すように、仮想アレイアンテナとして動作することができる。すなわち、送信アンテナ１６－１～１６－２を用いることで、受信アンテナ１７－１～１７－４が、受信アンテナ１７－１～１７－８の８アレイのアンテナに仮想的に拡張される。

図１５は、図１３に示す送信アンテナ１６－１～１６－２の詳細な構成例を示している。なお、図１５では、図面を簡略化するために送信アンテナ１６－１～１６－２の距離を実際よりも狭めて描画している。図１５の例では、送信アンテナ１６－１は、４つのパッチアンテナ１６１１～１６１４を有している。また、パッチアンテナ１６１１～１６１４は、給電線Ｌ１１～Ｌ１３によって相互に接続され、給電点Ｆｐ１から送信信号が供給される。また、送信アンテナ１６－２も同様に、４つのパッチアンテナ１６２１～１６２４を有している。また、パッチアンテナ１６２１～１６２４は、給電線Ｌ２１～Ｌ２３によって相互に接続され、給電点Ｆｐ２から送信信号が供給される。

ここで、送信アンテナ１６－１を構成する給電線Ｌ１１～Ｌ１３の長さは、Ｌ１３＞Ｌ１２＞Ｌ１１となるように設定されている。送信アンテナ１６－２を構成する給電線Ｌ２１～Ｌ２３の長さは、Ｌ２３＞Ｌ２２＞Ｌ２１となるように設定されている。

このように設定することで、給電線の長さに応じた位相遅れが生じることから、送信アンテナ１６－１では、給電点Ｆｐ１に送信信号が供給されると、パッチアンテナ１６１１～１６１４の順に位相が進んだ電磁波が送信されることから、電磁波が下向きに放射される、送信アンテナ１６－２では、パッチアンテナ１６２４～１６２１の順に位相が進んだ電磁波が送信されることから、電磁波が上向きに放射される。これにより、図４に示す指向特性を実現することができる。

また、本実施形態では、図１３に示すように、送信アンテナ１６－１～１６－２を構成するパッチアンテナの数は４とされ、受信アンテナ１７－１～１７－４を構成するパッチアンテナの数は８とされ、送信アンテナ１６－１～１６－２を構成するパッチアンテナの数の方が少なく設定されている。これは、以下の理由による。すなわち、送信アンテナ１６－１～１６－２のビームの幅（例えば、半値幅）が広い場合には、ビームが重複する領域が広く、また、ビームの幅が狭い場合には、ビームが重複する領域が狭い。図１６は、ビームが広い場合と狭い場合による重複する領域を模式的に示す図である。より詳細には、図１６は垂直方向に上向きと下向きの２つのビームの重複する様子を示す模式図であり、図１６（Ａ）はビームの幅が広い場合を示し、図１６（Ｂ）はビームの幅が狭い場合を示している。なお、図１６（Ａ）と図１６（Ｂ）において、ビームの照射する角度（垂直方向の角度）は同じである。２つの送信アンテナ１６－１～１６－２を用いて対象物を検出する場合、対象物を検出可能な範囲は２つのビームが重複する範囲であることから、図１６（Ａ）では利得Ｇ１に対応する範囲であり、図１６（Ｂ）では利得Ｇ２に対応する範囲である。このため、ビーム幅が広い方が遠くまで対象物の検出が可能になる。

そこで、本実施形態では、送信アンテナ１６－１～１６－２をそれぞれ構成する素子の数を受信アンテナ１７－１～１７－４の８よりも少ない４とすることで、垂直方向のビーム幅を広くし、検出可能な距離の変動を、垂直方向のビーム幅が狭い場合に比較して小さくしている。具体的には同様のチルト角であっても仰俯角正面方向の利得低下が小さく、また、車両搭載時のピッチ角変動に対しても利得低下を小さくすることができる。また、送信される電波の他の機器に与える影響は、アンテナのピーク利得と供給電力との積に比例して増減する（例えば、電波法の規制は、アンテナのピーク利得と供給電力との積によって定められる）。このため、ビーム幅を広くすると、アンテナのピーク利得は減少するが、供給される電力をピーク利得の減少に応じて増加することで、仰俯角に係る電力低下を抑えることが可能となる。また、その際、他の機器に与える影響は、増加前と同じである。かつ当然ながら送信アンテナの素子数が少ない分のレーダ装置の小型化が図れる。

なお、以上は、送信アンテナ１６－１～１６－２の送信利得についての説明であるが、受信アンテナ１７－１～１７－４も受信利得を有しており、送信アンテナ１６－１～１６－２の送信利得と受信アンテナ１７－１～１７－４の受信利得の積によってトータルの利得が計算できる。図１７は、送信アンテナ１６－１～１６－２と受信アンテナ１７－１～１７－４の積によって得られるトータルの利得を示す図である。この図において、破線は図１８（Ａ）に示す受信アンテナを使用した場合の利得を示し、実線は図１８（Ｂ）に示す受信アンテナを使用した場合の利得を示している。

図１８（Ａ）に示す受信アンテナでは、パッチアンテナ１７１１～１７１８同士を接続する給電線Ｌ３１～Ｌ３６の幅は略一定とされている。一方、図１８（Ｂ）に示す受信アンテナでは、パッチアンテナ１７２１～１７２８同士を接続する給電線Ｌ４１～Ｌ４６の一部に隘路が整形されて幅が調整されており、この結果として、図１７に実線で示す曲線のように、破線で示す曲線に比較して、サイドローブが抑圧されている。より具体的には、例えば、図１８（Ｂ）のアンテナの上下方向中央からパッチアンテナ１７２１～１７２４を見た際の、各パッチアンテナのインピーダンスが互いに異なる値となるように、各パッチアンテナを接続する給電線の一部の幅が調整される。パッチアンテナ１７２５～１７２８についても同様である。サイドローブが存在する角度範囲は利得を有しているため、誤検知が発生する虞がある。破線で示す利得曲線の場合、実線の利得曲線に比較してサイドローブの利得が大きく、数も多いことから、メインローブ範囲外の対象物をサイドローブで誤って検出する可能性が高い。一方、実線の利得曲線では、サイドローブが抑圧されている（利得が小さく、数も少ない）ことで、対象物の誤検知を低減することができる。

なお、前述したように、送信アンテナ１６－１～１６－２と受信アンテナ１７－１～１７－４の積によってトータルの利得が得られるので、送信アンテナ１６－１～１６－２を調整することでもサイドローブを抑圧することは可能である。しかしながら、送信アンテナ１６－１～１６－２は、パッチアンテナの数が少ないことから、設計の自由度が低い。一方、受信アンテナ１７－１～１７－４は、パッチアンテナの数が多いことから、設計の自由度が高い。そこで、本実施形態では、受信アンテナ１７－１～１７－４において、サイドローブを抑圧するようにしている。

図１９は、送信アンテナ１６－１および受信アンテナ１７－１を構成する素子に供給される電力を示す図である。なお、送信アンテナ１６－２と受信アンテナ１７－２～１７－４も、図１９と同様の電力が供給されるが、図面の簡略化のために省略している。図１９に示すように、受信アンテナ１７－１は、両端に近づくにつれて素子の電力が低くなり、電力勾配を有するように設定されている。このようにして、送信アンテナ１６－１に最も近接する素子に供給される電力は、当該素子に隣接する素子、およびその素子に隣接する素子等、互いに隣接する複数の素子に供給される電力以下となっている。送信アンテナ１６－１から送信された電波の一部は、受信アンテナ１７－１に回り込んで受信される。特に、送信アンテナと受信アンテナの最も近接した箇所において回り込みの大きさが顕著となる。このため、例えば、図１９に示すように受信アンテナ１７－１の電力を設定することで、サイドローブを低減しつつ、送信アンテナ１６－１と近接した箇所における電力を抑えることでこのような回り込みを低減することができる。また、これとともにアンテナの偏波方向とアンテナのレイアウト方向を直交させることでも、回り込みを抑制する。これらにより、より近接した対象物の検出と仰俯角の検知が可能となる。また、送信アンテナと受信アンテナと距離を接近させることができるので、装置を小型化することができる。

また、本発明の実施形態では、２つの送信アンテナから送信される電波をチルトさせ、受信信号の振幅の差に基づいて仰俯角を検出するようにしている。なお、位相差によって仰俯角を検出することも可能である。すなわち、２つの送信アンテナから送信される電波に位相差を持たせ、受信信号の位相の差に基づいて仰俯角を検出することもできる。位相差に基づいて仰俯角を検出する場合、送信アンテナ１６－１～１６－２を垂直方向（Ｙ）方向に位置をずらして配置する必要があるが、角度判別性能を高めるためには、このずれを大きくする必要がある。その場合、送信アンテナ１６－１～１６－２が占有するＹ方向の領域が大きくなるため、装置のサイズが大きくなる。一方、本発明の実施形態の場合、電波をチルトさせるためには、アンテナの位置を変更せず、各アンテナ素子への給電を調整することで達成できるので、チルト角度を大きくしても装置のサイズが大型化しないという特徴もある。

つぎに、等価時間サンプリングについて説明する。図２２は、パルスＰに関する等価時間サンプリング処理の一例を示す図である。図２２（Ａ）は、送信されるパルスＰを示している。また、図２２（Ｂ）～（Ｇ）は、等価時間サンプリングにおけるフィールドを示している。より詳細には、図２２（Ａ）に示すパルスＰが送信されると、図２２（Ｂ）に示すように、第１フィールドでは、パルスＰのピーク位置からＡ／Ｄ変換部２２が周期ｔ１でサンプリングを実行する。なお、図２２の例では、各フィールドでは、矢印で示すように５回のサンプリングが実行されている。図２２（Ｃ）に示すように、第２フィールドでは、第１フィールドに比較すると、時間τ１だけオフセットされてサンプリングが開始される。なお、サンプリング周期は、第１フィールドと同様にｔ１である。図２２（Ｄ）に示すように、第３フィールドでは、第２フィールドに比較して時間τ１だけオフセットされサンプリングが開始され、同様に、図２２（Ｅ）～（Ｇ）に示すように、第３～６フィールドでは直前のフィールドに比べて時間τ１だけオフセットされてサンプリングが開始される。

なお、図２２では、詳細は示していないが、各フィールドでは、送信アンテナ１６－１，１６－２および受信アンテナ１７－１～１７－４のそれぞれについて、例えば、１回の高周波パルス信号が送受信され、同じオフセットでサンプリングが実行される。すなわち、第１フィールドでは、例えば、送信アンテナ１６－１からパルスが送信され、受信アンテナ１７－１により図２２（Ｂ）に示す各タイミングで反射信号がサンプリングされる。つぎに、受信アンテナ１７－２に切り替えられ、図２２（Ｂ）に示す各タイミングで反射信号がサンプリングされる。つぎに、受信アンテナ１７－３～１７－４によって、同様に、図２２（Ｂ）に示す各タイミングで反射信号がサンプリングされる。つづいて、送信アンテナ１６－２に切り替えられ、受信アンテナ１７－１～１７－４によって、図２２（Ｂ）に示す各タイミングで反射信号がサンプリングされる。以上の動作を１サイクルとすると、このようなサイクルを、例えば、第１フィールドについて１回行い（高周波パルス信号を合計８（＝２×４×１）回送信し）、第１フィールドにおけるデータが取得される。第１フィールドのサンプリングが終了すると、続いて、第２～第６フィールドのサンプリングが実行される。そして全てのフィールドのサンプリングが完了すると、再度、第１フィールドのサンプリングに戻る。このような等価時間サンプリング処理を所定回数（例えば、２，０４８回）繰り返した後、対象物を検出する処理その他が実行される。なお、図２２では、各フィールドのサンプリング回数は５回とされているが、これ以外の回数としてもよい。また、各フィールドでは、１サイクルを１回行うようにしているが、これ以外の回数繰り返すようにしてもよい。

つぎに、演算部２４の処理について詳細に説明する。処理部２４１は、Ａ／Ｄ変換部２２によって等価時間サンプリングされ、記憶部２３において各距離情報を記憶する。また、これら各距離情報を一定時間において繰り返し複数回取得することによって、上記一定時間ごとの各距離情報を記憶部２３において記憶する。記憶部２３において記憶した各距離における時間ごとのデータを読み出してＦＦＴ処理を施すことで、対象物までの距離だけでなく、周波数に係る２次元データを生成する。これにより、送信アンテナ１６－１と受信アンテナ１７－１～１７－４による４系統の２次元データと、送信アンテナ１６－２と受信アンテナ１７－１～１７－４による４系統の２次元データ、合計８系統における距離と周波数の２次元データを得る。なお、複数のアンテナ系列、複数の距離系列、周波数成分取得のための繰り返し系列、これらの取得の順番は設計によって任意に決定づけることができる。また、以下の角度処理の前に、何等かしきいを用い、距離と周波数で定義される２次元データのうち、十分な振幅をもつデータを対象物の候補となる信号として絞るような検出処理を行うことも可能である。これにより、以下の角度処理の数量を低減することが可能である。

水平方向検出部２４２は、図２３の左側に破線で囲んだ処理Ｐ１を実行する。すなわち、水平方向検出部２４２は、前述した合計で８系統のデータを８ポイントのデータとし、ゼロパディングを行うことで、例えば、１２８ポイントまたは２５６ポイント（２のべき乗ポイント）等のデータを生成する。水平方向検出部２４２は、ゼロパディングを行って得たデータに対して、８アレイ角度ＦＦＴ処理（Ｐ１０）を実行することで、例えば、図５に実線で示すような処理結果、いわゆる角度スペクトラムを得る。

つぎに、水平方向検出部２４２は、８アレイ角度ＦＦＴ処理によって得られた結果、角度スペクトラムに対して、ピークインデックスサーチ処理（Ｐ１１）を実行する。この結果、図５の例では、実線で示す曲線におけるピーク位置の角度インデックスｉ１が取得される。取得したピーク振幅値と、なんらかのしきい値との比較により、対象物の候補となる信号の判定を行うことも可能である。この段階で得られたピーク振幅は、送信アンテナ受信アンテナ全チャンネル情報が積分された結果となっており、Ｓ／Ｎ（Signal Noise）比が高い結果に基づいて判定することで、精度良く対象物の信号を特定することができる。またこの段階でノイズ成分を対象物から除外することで、処理する回数低減をはかり、以降の処理負荷をさらに軽減することも可能である。また水平面方向における角度検出に全チャンネルの情報を用いることで、広い範囲に高い分解能が要求される水平面において分解能を向上させることが可能である。

つぎに、水平方向検出部２４２は、あらかじめ格納された角度インデックスと方位角との関係を示すテーブル（ＴＡ１）を参照し、対象物の方位角を特定する処理（Ｐ１２）を実行する。より詳細には、図６に示すような角度インデックスと方位角の関係を示すテーブルを参照して方位角を特定する。例えば、図５の例では、実線の曲線のピーク位置における角度インデックスは“６５”程度であり、図６に“６５”を適用すると、方位角として約－３０度を得る。

なお、送信アンテナ１６－１，１６－２は垂直方向の指向特性が図４に示すように異なっているため、送信アンテナ１６－１，１６－２のそれぞれについて角度インデックスと方位角との関係が異なることも想定される。しかしながら、図６に示すように、レーダ装置の取り付け角が水平方向に対して０度の場合（図６の実線で示す場合）と、水平方向に対して＋６度の場合（図６に間隔の長い破線で示す場合）と、水平方向に対して－６度の場合（図６に間隔の短い破線で示す場合）とで、ほとんど特性の変化がない。このため、取り付け角や異なる仰俯角に応じて、それぞれについてテーブルを設けるのではなく、１種類のテーブルを用いて判定することができる。もちろん、取り付け角や異なる仰俯角に応じて、それぞれに対してテーブルを有するようにしてもよい。

つぎに、垂直方向検出部２４３の動作について説明する。垂直方向検出部２４３は、図２３の右側に破線で囲んだ処理Ｐ２を実行する。すなわち、垂直方向検出部２４３は、前述した合計で８系統のデータから送信アンテナ１６－１に関する４ポイントのデータを取得し、ゼロパディングを行うことで、例えば、１２８ポイントまたは２５６ポイントのデータを生成し、このようなデータに対して４アレイ角度ＦＦＴ処理（Ｐ２０）を実行する。これにより、例えば、図５に間隔の長い破線で示す処理結果、４アレイによる角度スペクトラムを得る。

また、垂直方向検出部２４３は、送信アンテナ１６－２に関する４ポイントのデータに対して同様に４アレイ角度ＦＦＴ処理（Ｐ２１）を実行する。これにより、例えば、図５に間隔の短い破線で示す処理結果、４アレイによる角度スペクトラムを得る。

つぎに、垂直方向検出部２４３は、水平方向検出部２４２のＰ１１の処理によって特定された角度インデックスに基づいて、４アレイ角度ＦＦＴ処理（Ｐ２０，Ｐ２１）で得られた処理結果からピーク値を特定し、それぞれのピーク値を第１振幅ａ１および第２振幅ａ２とする。より詳細には、垂直方向検出部２４３は、Ｐ１１の処理によって特定された角度インデックスが、図５に示すようにｉ１である場合、４アレイ角度ＦＦＴ処理（Ｐ２０）で得られた間隔が長い破線において角度インデックスがｉ１である場合の第１振幅値ａ１を取得する処理（Ｐ２２）を実行し、４アレイ角度ＦＦＴ処理（Ｐ２１）で得られた間隔が短い破線において角度インデックスがｉ１である場合の第１振幅値ａ２を取得する処理（Ｐ２３）を実行する。このように、水平方向検出部２４２で特定されたピーク位置を用いて垂直方向検出部２４３において４アレイによる角度スペクトラムの振幅値を特定することにより、ピークサーチ処理回数を低減することができる。

つぎに、垂直方向検出部２４３は、Ｐ２２，Ｐ２３の処理によって得られた第１振幅ａ１および第２振幅ａ２の比を求める。例えば、ａ１／ａ２によってこれらの比を求めることができる。なお、比ではなく、差分値としてもよい。また、複素ＦＦＴが実行され、Ｉ成分とＱ成分が得られる場合には、これらの振幅ＡＩ，ＡＱに基づいてＡＩ^２＋ＡＱ^２を送信アンテナ１６－１および送信アンテナ１６－２の受信信号について計算し、垂直方向検出部２４３は、送信アンテナ１６－１に関するＡＩ^２＋ＡＱ^２を、送信アンテナ１６－２に関するＡＩ^２＋ＡＱ^２で除して、これらの比を計算するようにしてもよい。要は、第１振幅および第２振幅の大小関係を求めるようにすることができる。

つぎに、垂直方向検出部２４３は、あらかじめ格納されたテーブルＴＡ２（テーブル群２４３ａを構成する１つのテーブルに対応）を参照し、仰俯角を特定する処理（Ｐ２５）を実行する。より詳細には、垂直方向検出部２４３は、水平方向検出部２４２がＰ１２の処理によって特定した方位角に対応する線分を、例えば、図８に示すテーブル群から選択して取得する。例えば、図５および図６の例では、角度インデックスｉ１に対する方位角は約－３０度であるので、図８に細線の間隔が短い破線で示す折れ線（方位角－３０度と対応付けられた、ａ１／ａ２の値に対して仰俯角を特定するテーブル）を取得する。そして、垂直方向検出部２４３は、取得した折れ線に対して、Ｐ２４の処理で求めた強度比を適用し、仰俯角を特定する。例えば、利得差が－６ｄＢである場合には、仰俯角として約－７度を得ることができる。

なお、以上では、８アレイ角度ＦＦＴ処理と４アレイ角度ＦＦＴ処理の結果に対して、ゼロパディングを行って例として１２８ポイントまたは２５６ポイントのデータとなるようにしたが、４アレイ角度ＦＦＴ処理については８アレイ角度ＦＦＴ処理よりも少ないポイントとなるようにゼロパディングを行うようにしてもよい。なお、少ないポイントによるゼロパディングを行う場合には、角度インデックスの対応関係において割り算および四捨五入等によって、ポイント数を合わせることができる。また、ポイント数増加させることなく、特に８アレイ角度ＦＦＴ処理結果に対して、ラグランジュ補間等によって補間するようにしてもよい。これらは、８アレイ角度ＦＦＴにおいては角度インデックスの特定が方位角の精度に寄与し、４アレイ角度ＦＦＴにおいては振幅値の特定が仰俯角の精度に寄与する状況で、それぞれの角度算出精度を担保した上で処理軽減する手段である。

処理部２４４は、処理部２４１による距離情報と水平方向検出部２４２と、垂直方向検出部２４３との検出結果を統合する処理を実行する。より詳細には、車両が後退している際に、水平方向検出部２４２によって車両の後方に対象物候補となる信号が検出されたとする。この場合、処理部２４４は、処理部２４１において定義づけられた距離情報、垂直方向検出部２４３の処理結果を参照し、存在する対象物の候補となる信号の位置を特定する。そして、信号の位置情報をもとにクラスタリング処理やトラッキング処理等を実施し、対象物としての位置や速度の特定を行う。対象物が、車両に接触する高さでない場合には警告ないし制御を行わない。また、接触する高さである場合には警告ないし制御を行うことが可能となる。

以上に説明したように、本発明の実施形態では、垂直方向に指向性が異なる送信信号を送信し、対象物によって反射された反射信号の強度比に基づいて、垂直方向（仰俯角方向）の対象物の位置を検出するようにしたので、簡易な構成によって、垂直方向の対象物の位置を検出することができる。

また、本実施形態では、対象物の水平方向の位置を検出した後に、垂直方向の位置を特定するようにしたので、水平方向に応じた校正を垂直方向の位置の検出において実施することで垂直方向の位置精度を担保することが可能である。また、水平方向における角度を先に検出し、垂直方向における検出処理の際に、水平方向での検出角度を参照することで、検出に係る計算負荷を軽減することができる。

また、本実施形態では、図１３に示すように、受信アンテナ１７－１～１７－４と送信アンテナ１６－１～１６－２を水平方向に並べて配置するようにしたので、水平方向に高い分解能を要求される車両に好適なレーダ装置１０を構築することができる。

つぎに、図２４～図２７を参照して、図１に示す実施形態において実行される処理の一例について説明する。

図２４は、図１に示す実施形態において実行されるメインの処理の流れを説明するためのフローチャートの例である。図２４に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、制御部１１は、処理回数をカウントするための変数ｋに初期値１を代入する。

ステップＳ１１では、制御部１１は、処理回数をカウントするための変数ｊに初期値１を代入する。

ステップＳ１２では、制御部１１は、処理回数をカウントするための変数ｉに初期値１を代入する。

ステップＳ１３では、制御部１１は、選択部１５を制御して、第ｊ送信アンテナを選択させる。なお、送信アンテナ１６－１および送信アンテナ１６－２のそれぞれを第１送信アンテナおよび第２送信アンテナと定義する。そして、ｊ＝１の場合には送信アンテナ１６－１が選択され、ｊ＝２の場合には送信アンテナ１６－２が選択される。

ステップＳ１４では、制御部１１は、選択部１８を制御して、第ｉ受信アンテナを選択させる。なお、受信アンテナ１７－１～受信アンテナ１７－４のそれぞれを第１受信アンテナ～第４受信アンテナと定義する。そして、ｉ＝１の場合には受信アンテナ１７－１が、ｉ＝２の場合には受信アンテナ１７－２が、ｉ＝３の場合には受信アンテナ１７－３が、ｉ＝４の場合には受信アンテナ１７－４が選択される。

ステップＳ１５では、制御部１１は、パルスを送信させる。より詳細には、制御部１１は、発振部１２を制御して局発信号を出力させるとともに、パルス整形部１３に対して図９（Ｃ）に示す幅がＷの矩形波を供給する。この結果、発振部１２から供給される局発信号は、可変増幅部１４において、パルス整形部１３から供給されるパルスＰの波形を有する信号によって変調され、図９（Ｂ）に示す振幅がＡのパルスＰが生成される。このようなパルスＰは、ステップＳ１３で選択部１５によって選択されている送信アンテナから送信される。

ステップＳ１６では、パルス受信処理が実行される。なお、パルス受信処理の詳細は、図２５を参照して後述する。

ステップＳ１７では、制御部１１は、処理回数をカウントする変数ｉを１インクリメントする。

ステップＳ１８では、制御部１１は、変数ｉの値が４よりも大きいか否かを判定し、４よりも大きいと判定した場合（ステップＳ１８：Ｙ）にはステップＳ１９に進み、それ以外の場合にはステップＳ１４に戻って同様の処理を繰り返す。ステップＳ１４～ステップＳ１８の処理を繰り返すことで、受信アンテナ１７－１～１７－４が順次選択されて受信処理が実行される。

ステップＳ１９では、制御部１１は、処理回数をカウントする変数ｊを１インクリメントする。

ステップＳ２０では、制御部１１は、変数ｊの値が２よりも大きいか否かを判定し、２よりも大きいと判定した場合（ステップＳ２０：Ｙ）にはステップＳ２１に進み、それ以外の場合にはステップＳ１２に戻って同様の処理を繰り返す。ステップＳ１２～ステップＳ２０の処理を繰り返すことで、送信アンテナ１６－１～１６－２が順次選択されて送信処理が実行される。

ステップＳ２１では、制御部１１は、処理回数をカウントする変数ｋを１インクリメントする。

ステップＳ２２では、制御部１１は、変数ｋの値がｎよりも大きいか否かを判定し、ｎよりも大きいと判定した場合（ステップＳ２２：Ｙ）には処理を終了し、それ以外の場合にはステップＳ１１に戻って同様の処理を繰り返す。ステップＳ１１～ステップＳ２２の処理を繰り返すことで、図２２に示す等価時間サンプリングが実行される。なお、ｎは、繰り返し回数であり、本実施形態では、１２，２８８とされる。すなわち、サイクルおよびフィールドの数は、２，０４８回×６フィールドが繰り返し回数であることから、これらの積は１２，２８８となるからである。

つぎに、図２５を参照して、図２４に示すパルス受信処理の詳細について説明する。図２５に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ３０では、制御部１１は、処理回数をカウントする変数ｍに初期値１を代入する。

ステップＳ３１では、反射信号を受信する。より詳細には、選択部１８によって選択された受信アンテナによって受信されたＲＦ信号は、増幅部１９によって増幅され、乗算部２０によって局発信号と乗算されてＩＦ信号とされ、Ａ／Ｄ変換部２２に供給される。

ステップＳ３２では、制御部１１は、Ａ／Ｄ変換部２２を制御し、反射信号（ＩＦ信号）をＡ／Ｄ変換により、デジタルデータに変換させる。

ステップＳ３３では、制御部１１は、Ａ／Ｄ変換部２２から出力されるデータを記憶部２３に記憶させる。

ステップＳ３４では、制御部１１は、処理回数をカウントする変数ｍを１インクリメントする。

ステップＳ３５では、制御部１１は、変数ｍの値が５よりも大きいか否かを判定し、ｍ＞５を満たす場合（ステップＳ３５：Ｙ）にはステップＳ３６に進み、それ以外の場合（ステップＳ３５：Ｎ）にはステップＳ３２に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。なお、ステップＳ３２～ステップＳ３５の処理により、図２２に示すように、５回のサンプリングが実行される。

ステップＳ３６では、制御部１１は、（ｋ ｍｏｄ ６）の結果が０か否かを判定し、０である場合（ステップＳ３６：Ｙ）にはステップＳ３７に進み、それ以外の場合（ステップＳ３６：Ｎ）にはステップＳ３８に進む。なお、ｍｏｄは、ｋを６で割った余りを求める演算子である。ここで、ｋは、図１８に示す１サイクル（送信アンテナ１６－１～１６－２の双方による送信処理および受信アンテナ１７－１～１７－４の全てによる受信処理が１サイクル）が実行されると値が１インクリメントされる変数である。パルス受信処理では、１フィールドでは、１サイクルが１回実行されてつぎのフィールドに進み、第６フィールドまで進むと第１フィールドに戻って同じ処理を繰り返す。このため、（ｋ ｍｏｄ ６）が０になる場合には、第１フィールドに戻り、それ以外の場合にはつぎのフィールドに進む。

ステップＳ３７では、制御部１１は、第１フィールドに復帰する。例えば、現在、図２２の第６フィールドの処理が完了した場合には、第１フィールドに復帰する。

ステップＳ３８では、制御部１１は、つぎのフィールドの処理に移行する。例えば、現在、図２２の第１フィールドの処理が完了した場合には、第２フィールドに移行する。

つぎに、図２６を参照して、図１に示す処理部２４１、水平方向検出部２４２、および、垂直方向検出部２４３において実行される処理について説明する。図２６に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ５０では、処理部２４１は、８つのアンテナ系統によって得られた距離と時間に係るデータに対して、ＦＦＴ処理を施すことで、対象物までの距離と周波数に係る２次元データを得る。

ステップＳ５１では、水平方向検出部２４２は、ステップＳ５０のＦＦＴ処理によって得られたデータから対象物が存在する領域について８ポイント分のデータを取得し、８アレイ角度ＦＦＴ処理を施す。より詳細には、８ポイント分のデータに対して、ゼロパディングを実施し、１２８または２５６ポイントのデータとし、これらのデータに対して角度ＦＦＴ処理を実行する。

ステップＳ５２では、水平方向検出部２４２は、ステップＳ５１の処理によって得られた結果に対して、ピークインデックス検出処理を実行する。例えば、図５の実線の場合では、実線のピーク値に対応する角度インデックスとしてｉ１（約“６５”）が特定される。

ステップＳ５３では、水平方向検出部２４２は、水平方向のテーブルを参照し、ステップＳ５２で特定した角度インデックスに対応する方位角を特定する。例えば、いまの例では、角度インデックスである“６５”に対応する方位角として約“－３０度”が特定される。

ステップＳ５４では、垂直方向検出部２４３は、ステップＳ５０の処理によって得られたデータのうち、送信アンテナ１６－１に対応する４ポイント分のデータに対して角度ＦＦＴ処理を実行する。より詳細には、４ポイント分のデータに対して、ゼロパディングを実施し、１２８または２５６ポイントのデータとし、これらのデータに対して角度ＦＦＴ処理を実行する。

ステップＳ５５では、垂直方向検出部２４３は、ステップＳ５０の処理によって得られたデータのうち、送信アンテナ１６－２に対応する４ポイント分のデータに対して角度ＦＦＴ処理を実行する。より詳細には、４ポイント分のデータに対して、ゼロパディングを実施し、１２８または２５６ポイントのデータとし、これらのデータに対して角度ＦＦＴ処理を実行する。

ステップＳ５６では、垂直方向検出部２４３は、ステップＳ５２で特定されたピーク値に対応する角度インデックスにおける、送信アンテナ１６－１に対応するＦＦＴ処理結果の振幅値と、送信アンテナ１６－２に対応するＦＦＴ処理結果の強度比を算出する。例えば、図５の例では、送信アンテナ１６－１に対応するＦＦＴ処理結果の角度インデックスｉ１における振幅値と、送信アンテナ１６－２に対応するＦＦＴ処理結果の角度インデックスｉ１における振幅値との比を算出する。この結果、振幅比として約“－６”ｄＢが特定される。

ステップＳ５７では、垂直方向検出部２４３は、ステップＳ５３において取得された角度における強度比と仰俯角との関係を示す情報をテーブル群２４３ａから取得する。例えば、いまの例では、ステップＳ５３で特定された角度は－３０度であるので、図８の細線の間隔が短い破線で示す折れ線が取得される。

ステップＳ５８では、垂直方向検出部２４３は、ステップＳ５７で取得した強度比と仰俯角との関係を示す情報に基づいて、仰俯角を特定する。例えば、いまの例では、図８の細線の間隔が短い破線で示す折れ線において、ステップＳ５６で特定された振幅比“－６”ｄＢに対応する仰俯角として約“－７”度が特定される。

ステップＳ５９では、垂直方向検出部２４３は、ステップＳ５８で特定した仰俯角を、処理部２４４に出力する。

つぎに、図２７を参照して図１に示す処理部２４４において実行される処理の一例について説明する。図２７に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ９０では、処理部２４１は、距離と周波数で定義づけられる信号情報を取得する。振幅情報によって対象物の１次的な検出を行う。

ステップＳ９１では、処理部２４４は、水平方向検出部２４２の処理結果を取得する。より詳細には、処理部２４４は、水平方向検出部２４２から対象物の水平方向の角度を示す情報（方位角）を取得する。また、振幅情報によって対象物の２次的な検出を行う。

ステップＳ９２では、処理部２４４は、垂直方向検出部２４３から処理結果を取得する。より詳細には、処理部２４４は、垂直方向検出部２４３から対象物の垂直方向の角度を示す情報（仰俯角）を取得する。

ステップＳ９３では、処理部２４４は、処理部２４１における距離情報、水平方向検出部２４２からの方位角情報、垂直方向検出部２４３からの仰俯角情報から、センサないし自車から検出された信号の位置を特定する。

ステップＳ９４では、処理部２４４は、ステップＳ９３で検出された信号の位置情報をもとにクラスタリング処理やトラッキング処理等を実施し、対象物の位置や速度の特定を行う。

ステップＳ９５では、処理部２４４は、ステップＳ９４で特定した対象物の位置や速度が所定の時間内に衝突の可能性がない安全な対象物か否かを判定し、安全と判定した場合（ステップＳ９５：Ｙ）には処理を終了し、それ以外の衝突の可能性がある場合（ステップＳ９５：Ｎ）にはステップＳ９６に進む。

ステップＳ９６では、処理部２４４は、対象物に衝突（または接触）する危険があることから、運転者に対して警告を発する処理を実行する。あるいは、処理部２４４における対象物の位置や速度情報を元に、上位装置であるＥＣＵにおいて上記処理、ないし、車両制御を行う。この結果、ＥＣＵは、警告音等によって衝突の可能性があることを通知したり、ＥＣＵがブレーキを動作させて停車させたりするようにしてもよい。

以上の処理によれば、前述した動作を実現することができる。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、パルスＰは、図２２に示すように、６フィールドを有するとともに、各フィールドが５回のサンプリングを行うようにしたが、これ以外の数のフィールドを有するとともに、これ以外のサンプリング回数としてもよい。

さらに、図２の例では、対象物Ｏ１，Ｏ２はともに地面に接地された状態としたが、例えば、図２８に示すように、地面に接地されない対象物Ｏ３（例えば、中空に配置されたポール等）を検出対象とすることもできる。このような対象物Ｏ３の場合、第１指向特性を有する送信信号に対する第１反射信号は、第２指向特性を有する送信信号に対する第２反射信号の強度よりもおおむね同等ないし大きい（第１反射信号≧第２反射信号）。このような対象物Ｏ３の場合、仰俯角検出の結果、対象物が所定の高さ範囲と想定される場合には衝突の可能性があると判定すれば、図２８に示す対象物Ｏ３への衝突も回避できる。またＯ４（例えば、上方に存在する橋桁等）を非検出対象とすることもできる。このような対象物Ｏ４の場合、第１指向特性を有する送信信号に対する第１反射信号は、第２指向特性を有する送信信号に対する第２反射信号の強度よりも大きい（第１反射信号＞第２反射信号）。このような場合、仰俯角検出の結果、対象物が所定の高さ範囲以上と想定される場合には衝突の可能性がないため、警報や制御に反映する必要がない。このようにして、誤検出の虞を低減することができる。

また、以上の実施形態では、２つの送信アンテナ１６－１～１６－２から垂直方向の指向特性が異なる２種類の電磁波を送信するようにしたが、３つ以上の送信アンテナから垂直方向の指向特性が異なる３種類以上の電磁波を送信するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、２つの特性が異なる送信アンテナ１６－１～１６－２によって垂直方向の指向特性が異なる電磁波を送信するようにしたが、例えば、特性が変更できる送信アンテナを用いて、送信のたびに特性を変化させることで、垂直方向の指向特性が異なる複数の電磁波を送信するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、送信アンテナ１６－１～１６－２は２個とし、受信アンテナ１７－１～１７－４を４個の２×４の構成としたが、これ以外のｎ×ｍ（ｎ，ｍ＞１）の構成としてもよい。

また、以上の実施形態では、図９に示すパルスの繰り返し周期Ｔ０は固定としたが、例えば、繰り返し周期Ｔ０をサンプリング毎に変化させることで、その直前の繰り返し周期において送信されるパルスに対する反射信号による誤検出を防止するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、パルス方式に基づいて対象物を検出するようにしたが、例えば、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式のレーダ装置に本発明を適用するようにしてもよい。また、複素信号ではなく実信号であってもよい。

また、以上の実施形態では、給電線の長さを調整することで送信アンテナ１６－１～１６－２の指向性を変更するようにしたが、これ以外にも、パッチアンテナの形状を変更したりするようにしてもよい。また素子アンテナは図示したようなパッチ形状に限るものではない。また、送信アンテナ、受信アンテナとも例示しているような中央から分岐した給電に限るものではなく、端から素子アンテナに対して直列に給電するもので構わない。また、図１５、図１８のように１列状の給電構成に限るものではない。

また、以上の実施形態では、対象物からの反射信号の電力の比に基づいて高さを特定するようにしたが、例えば、反射信号の電力の差に基づいて高さを特定するようにしてもよい。また、電力次元でなく振幅次元であったり、厳密値でなく近似的な値であったりしても構わない。

また、図１の例では、水平方向検出部２４２と垂直方向検出部２４３を直列に接続するようにしたが、図２９に示すように、水平方向検出部２４２と垂直方向検出部２４３を並列に接続するようにしてもよい。このような構成によれば、例えば、図２３における８アレイ角度ＦＦＴ処理（Ｐ１０）と、４アレイ角度ＦＦＴ処理（Ｐ２０，Ｐ２１）と、を並列に処理することで、処理に要する時間を短縮することができる。なお、フーリエ変換として簡易で高速なＦＦＴ処理を例示したが、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）処理等や、高分解能処理であっても構わない。

また、以上の実施形態では、何らかのしきい値をもちい比較し、すべての信号のうち十分な振幅をもつデータのみに対して、対象物の候補となる信号として、好適な段階で絞る検出処理を例示したが、対象物の判定処理はこれらに限らず、任意の段階で入れることも可能である。

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

また、以上の実施形態では、車両の後方にレーダ装置を搭載する場合を例に挙げて説明したが、前方に搭載するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、垂直方向に指向性が異なる複数の送信信号を異なるタイミングで送信し、受信電力の差異に基づいて対象物の垂直方向の位置を検出するようにしたが、垂直方向以外の所定の方向（例えば、水平方向等）に指向性が異なる複数の送信信号を異なるタイミングで送信し、受信電力の差異に基づいて対象物の所定の方向の位置を検出するようにしてもよい。

また、図２４～図２７に示すフローチャートの処理は一例であって、本発明がこれらフローチャートの処理に限定されるものではないことはいうまでもない。

１０ レーダ装置
１１ 制御部
１２ 発振部
１３ パルス整形部
１４ 可変増幅部
１５ 選択部
１６－１～１６－２ 送信アンテナ
１７－１～１７－４ 受信アンテナ
１８ 選択部
１９ 増幅部
２０ 乗算部
２１ ＩＦ増幅部
２２ Ａ／Ｄ変換部
２３ 記憶部
２４ 演算部
２４１ 処理部
２４２ 水平方向検出部
２４３ 垂直方向検出部
２４３ａ テーブル
２４４ 処理部

Claims (5)

1. 対象物を検出するレーダ装置において、
   第１方向に列設された複数の受信アンテナと、
   前記第１方向と略直交する第２方向について、互いに異なる指向特性を有する少なくとも２つの送信アンテナと、
   前記第１方向について、前記対象物の存在する角度である第１角度を検出する第１角度検出手段と、
   前記送信アンテナのそれぞれから送信され、前記受信アンテナで受信した受信信号の強度比に基づいて、前記第２方向について、前記対象物の存在する角度である第２角度を検出する第２角度検出手段と、
   前記第１角度検出手段で検出されうる各前記第１角度に応じた、前記強度比と前記第２角度との関係を示す複数のテーブルを記憶する記憶手段と、を有し、
   前記第２角度検出手段は、前記第１角度検出手段で検出された前記第１角度に応じた前記テーブルを参照して前記第２角度を検出し、
   前記第１角度検出手段は、各々の前記送信アンテナから順次送信され、前記受信アンテナで受信した全ての前記受信信号に基づいて前記第１角度を検出し、
   前記第２角度検出手段は、各々の前記送信アンテナから順次送信され、前記受信アンテナで受信した各々の前記受信信号に基づいて前記第２角度を検出し、
   前記第１角度検出手段は、各々の前記送信アンテナから順次送信され、前記受信アンテナで受信した、全ての前記受信信号に対して、前記第２方向に互いに異なる指向特性を有する送信アンテナの信号を用いて前記第１方向にて構成した仮想アレイアンテナを用いて、角度を求める処理を実行し、処理結果のピークとなる位置に基づいて前記第１角度を検出し、
   前記第２角度検出手段は、前記第１角度検出手段で使用した全ての前記受信信号に対して、前記第２方向について互いに異なる指向特性を有する送信アンテナに分割し、分割した前記受信信号に対して角度を求めるフーリエ変換処理を実行し、前記第１角度検出手段によって検出された前記ピークとなる位置に対応する前記第１角度における前記分割して取得した各々の信号の強度比を検出する、
   ことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記第１角度検出手段は、フーリエ変換によって取得される前記受信信号の角度スペクトラムに基づいて前記対象物の前記第１角度を検出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記第１方向は略水平方向であり、
   前記レーダ装置は、車両に搭載されることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーダ装置。
4. 前記送信アンテナおよび前記受信アンテナは、複数の素子アンテナによりそれぞれ構成され、１つの前記送信アンテナを構成する前記素子アンテナの数は、１つの前記受信アンテナを構成する前記素子アンテナの数より少ない、
   ことを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
5. 第１方向に列設された複数の受信アンテナと、前記第１方向と略直交する第２方向について、互いに異なる指向特性を有する少なくとも２つの送信アンテナとを有するレーダ装置の対象物検出方法において、
   前記第１方向について、前記対象物の存在する角度である第１角度を検出する第１角度検出ステップと、
   前記送信アンテナのそれぞれから送信され、前記受信アンテナで受信した受信信号の強度比に基づいて、前記第２方向について、前記対象物の存在する角度である第２角度を検出する第２角度検出ステップと、
   前記第１角度検出ステップにおいて検出されうる各前記第１角度に応じた、前記強度比と前記第２角度との関係を示す複数のテーブルを記憶する記憶ステップと、を有し、
   前記第２角度検出ステップは、前記第１角度検出ステップで検出された前記第１角度に応じた前記テーブルを参照して前記第２角度を検出し、
   前記第１角度検出ステップでは、各々の前記送信アンテナから順次送信され、前記受信アンテナで受信した全ての前記受信信号に基づいて前記第１角度を検出し、
   前記第２角度検出ステップでは、各々の前記送信アンテナから順次送信され、前記受信アンテナで受信した各々の前記受信信号に基づいて前記第２角度を検出し、
   前記第１角度検出ステップでは、各々の前記送信アンテナから順次送信され、前記受信アンテナで受信した、全ての前記受信信号に対して、前記第２方向に互いに異なる指向特性を有する送信アンテナの信号を用いて前記第１方向にて構成した仮想アレイアンテナを用いて、角度を求める処理を実行し、処理結果のピークとなる位置に基づいて前記第１角度を検出し、
   前記第２角度検出ステップでは、前記第１角度検出ステップで使用した全ての前記受信信号に対して、前記第２方向について互いに異なる指向特性を有する送信アンテナに分割し、分割した前記受信信号に対して角度を求めるフーリエ変換処理を実行し、前記第１角度検出ステップにおいて検出された前記ピークとなる位置に対応する前記第１角度における前記分割して取得した各々の信号の強度比を検出する、
   ことを特徴とするレーダ装置の対象物検出方法。

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