JP7369852B2 - レーダシステム及び車両 - Google Patents

Description

本出願は、センサ技術の分野に関し、特に、レーダシステム及び車両に関する。

自動運転技術の発展につれて、車載センサのセンシング能力に対するより高い要求がある。車載レーダでは、ターゲット測定精度及びターゲット分解能を向上させるために、レーダ分解能は通常、距離分解能、速度分解能、及び角度分解能の３次元で改善される。角度分解能は、多入力多出力（multiple-input multiple-output、ＭＩＭＯ）仮想アレイを使用することにより仮想アパーチャを増加させることにより改善することがある。言い換えると、複数の送信チャネル及び複数の受信チャネルが、より高い角度分解能を得るためにアンテナ開口（antenna aperture）を増加させるように、より大きいアレイを仮想化するために使用される。

例えば、従来技術で使用されるアレイソリューション（array solution）は、図１に示され得る。このソリューションでは、送信アンテナアレイ１及び送信アンテナアレイ２は、各々、４８の送信チャネルを形成するために、３＊（×）８の送信アレイ素子を含み、受信アンテナアレイ１及び受信アンテナアレイ２は、各々、４８の受信チャネルを形成するために、１＊２４の受信アレイ素子を含む。図１に示すアンテナ配置方法では、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは、図２に示すように、４８＊４８の仮想チャネルを含む均一な平面アレイを仮想化するために、使用されることがある。図２に示す均一な平面アレイは、１４４＊１６の仮想チャネルを含む。水平方向には２４＊６＝１４４の仮想チャネルがあり、垂直方向には８＊２＝１６の仮想チャネルがある。

図１に示すソリューションによれば、仮想アンテナアレイは、均一な平面アレイであり、仮想アンテナアレイの水平方向の角度と垂直方向の角度とを一致させることは簡単である。従って、水平方向、垂直方向の高解像度を実現するために、大量の送信アレイ素子及び大量の受信アレイ素子が配置される必要がある。大量のアンテナが配置される場合、設計及び処理の困難さが増大し、コストも増大する。

結論として、高い角度分解能が得られるとき、送信アレイ素子の量及び受信アレイ素子の量が低減されるようなレーダシステムが、設計及び処理の困難性を低減するために必要とされる。

本出願の実施形態は、設計及び処理の困難性を低減するために、高い角度分解能が得られるとき、送信アレイ素子の量及び受信アレイ素子の量が低減されるような、レーダシステム及び車両を提供する。

第１の態様によれば、本出願の実施形態は、レーダシステムを提供する。レーダシステムは：レーダ信号を送信するように構成された送信機；及びレーダ信号がターゲットによって反射された後に得られるエコー信号を受信するように構成された受信機を含む。送信機の送信アンテナアレイ及び受信機の受信アンテナアレイは、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイを形成するために使用され、仮想リニアアレイは、第１の方向に均一なリニアアレイを含み、仮想平面アレイは、均一な平面アレイを含み、均一なリニアアレイ内の２つの隣接するアレイ素子間の第１の間隔は、均一な平面アレイ内の第１の方向における２つの隣接するアレイ素子間の第２の間隔より小さい。

レーダ信号は、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）、多重周波数シフトキーイング（multiple frequency-shift keying）（ＭＦＳＫ）、及び位相変調連続波（ＰＭＣＷ）のうちのいずれか１つである。エコー信号は、ターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定するために使用され得る。

第１の方向は、水平方向又は垂直方向であり得る。第１の方向が水平方向である場合、仮想リニアアレイは、ターゲットの水平方位角測定値を決定するために使用され、仮想平面アレイは、ターゲットの垂直方位角測定値及び水平方位角測定値を決定するために使用される；又は、第１の方向が垂直方向である場合、仮想リニアアレイは、ターゲットの垂直方位角測定値を決定するために使用され、仮想平面アレイは、ターゲットの垂直方位角測定値及び水平方位角測定値を決定するために使用される。本出願の添付の図面及び例では、第１の方向が水平方向である例が図示のために使用される。

第１の態様で提供されるレーダシステムでは、密度が均一な（dense uniform）リニアアレイが第１の方向において大きい視野（ＦＯＶ）を確保するために使用され得るため、第１の方向に対応する方位角（例えば、水平方位角）が均一なリニアアレイを使用して計算されるとき、より正確な計算結果があり得る（すなわち、ターゲットの方位角は、仮想アンテナアレイ内の各アレイ素子に基づいて得られた観測結果に基づいて計算される）。加えて、均一なリニアアレイは、第１の方向のＦＯＶ要件を満たし得、大きな間隔が、均一なリニアアレイのＦＯＶを使用することによって、第１の方向の正しい角度情報を得るために、第１の方向の均一な平面アレイのアレイ素子間に設定され得る（小さいＦＯＶがある場合、エイリアシングが、均一なリニアアレイのＦＯＶ範囲内の複数の角度の方向に存在し得る）。言い換えると、均一な平面アレイに対応して配置されたアンテナアレイは、送信アレイ素子の量及び受信アレイ素子の量を減らすために、少量のアレイ素子のみを含み得る。均一なリニアアレイ及び均一な平面アレイが第１方向に同じ開口を有するとき、第１方向の均一なリニアアレイ及び均一な平面アレイの得られる角度分解能は同じである。第１の方向の均一なリニアアレイの開口が、第１の方向の均一な平面アレイの開口より大きいとき、第１の方向の均一なリニアアレイの得られる角度分解能は高く、第１の方向の均一なリニアアレイの得られるより高い角度情報は、（例えば、垂直方向であり得る）計算によって第２の方向の角度情報を得るために、均一な平面アレイに置き換えられ（substituted into）得る。

従って、第１の態様で提供されるレーダシステムでは、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは、１つの仮想リニアアレイ及び１つの仮想平面アレイを仮想化するために使用され得る。仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイは、第１の方向においてで異なるアレイ素子密度を有する（第１の間隔が第２の間隔より小さい）。したがって、第１方向に対応する方位角が仮想リニアアレイと仮想平面アレイを用いることによって別々に計算されるとき、異なるＦＯＶが得られ得る：第１方向の仮想リニアアレイのＦＯＶは第１方向の仮想平面アレイのＦＯＶより大きく、仮想リニアアレイを用いて第１方向の方位角を計算した結果はより精度である。従って、ターゲットの方位角が仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイの２つのアレイに基づいて得られた観測結果に基づいて決定されるとき、マッチング（matching）が異なるＦＯＶ間で実行され得る。２つの仮想アレイ間のマッチング度合い（matching degree）は、従来の技術における仮想アンテナアレイ間のマッチング度合いよりも複雑であるため、少量のアンテナが、本出願において仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイを実装するために、送信機及び受信機内に配置され得る。加えて、仮想リニアアレイと仮想平面アレイとの間のマッチング度合いは複雑であるため、高い角度分解能が２つのアレイに基づく計算により得られ得る。言い換えれば、第１の態様で提供されるソリューションによれば、ターゲットの垂直方位角及び水平方位角の高い分解能が、少量の送信アンテナと少量の受信アンテナを用いることによる計算により得られ得、その結果、レーダシステムの角度分解能が増加するとき、アンテナアレイの設計及び処理の困難性が低減され、レーダシステムのコストが低減される。

１つの可能な設計では、第１の間隔はｄ_１、第２の間隔はｄ_２であり、ｄ_１及びｄ_２は以下の関係を満たす:

ここで、Ｍ及びＮそれぞれは正の整数であり、Ｍ＞Ｎである。このようにして、エンジニアリング計算はよりシンプルであり得る。

１つの可能な設計では、第１の間隔は、レーダ信号の搬送波波長の半分以下である。この場合、ターゲットの水平方位角測定値が仮想リニアアレイを使用することによって決定されるとき、角度の曖昧さは存在しない。従って、ターゲットの水平方位角を決定するより簡単な計算方法がある。

加えて、第１の態様で提供されるレーダシステムは、さらに、処理ユニットを含み得、この処理ユニットは、エコー信号に基づいてターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定するように構成される。処理ユニットは、システムがターゲットの位置を決定するのを助け、次いで、ターゲットの位置に基づいて対応する動作（例えば、自動運転のルートを計画する）を実行するために、ターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定し得る。

具体的には、処理ユニットが、ターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定する方法は：エコー信号に基づいて、レーダ信号のものであり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果及びレーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果を別々に決定することと；レーダ信号のものであり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果及びレーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果に基づいてターゲットの水平方位角及び前記垂直方位角を決定することであり得る。言い換えれば、受信アンテナアレイがエコー信号を受信した後、処理ユニット４０３は、受信アンテナアレイの各受信アンテナが受信した信号に基づく計算により、レーダ信号のものであり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果及びレーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果を得ることができる。２つの観測結果は、ターゲットの水平方位角と垂直方位角を計算するために使用され得る。

可能な設計では、処理ユニットは、具体的には：レーダ信号のものであり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果に基づいて、ターゲットの第１の候補水平方位角を決定し；レーダ信号の物であり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果に基づいて、ターゲットの第２の候補水平方位角及び候補垂直方位角を決定し；第１の候補水平方位角、第２の候補水平方位角、及び候補垂直方位角に基づいて、ターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定する；ように構成される。前述のソリューションによれば、ターゲットの水平方位角及び垂直方位角は、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイに基づいて得られるエコー信号の観測結果を使用することによって決定され得る。

処理ユニットは、レーダ信号の物であり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果に基づいて、デジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）又は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）方法で第１の候補水平方位角を決定し得る。

同様に、処理ユニットは、レーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果に基づいてＤＢＦ又はＦＦＴ方法で第２の候補水平方位角及び候補垂直方位角を決定し得る。

ターゲットの水平方位角測定値が仮想リニアアレイを使用することによって決定されるとき、角度の曖昧さ（angle ambiguity）が存在することがある。言い換えれば、第１の候補水平方位角は、複数の方位角を含み得、いくつかの水平方位角のみが、ターゲットの実際の水平方位角である。加えて、水平方向の仮想平面アレイの仮想チャネル間に大きい間隔があるため、仮想平面アレイのみに基づいて得られる第２の候補水平方位角θ_２は曖昧である。仮想リニアアレイに基づく測定によって得られた第１の候補水平方位角θ_１が明確である（unambiguous（曖昧でない））場合、θ_１は、ターゲットの２次元角度情報（θ、φ）を直接得るために、仮想平面アレイの応答行列に代入され（substituted into）得る。リニアアレイに基づく測定によって得られた第１の候補水平方位角がθ_１曖昧である場合、第１の候補水平方位角θ_１及び第２の候補水平方位角θ_２の両方が、中国の剰余定理（Chinese remainder theorem）を使用することによってターゲットの実際の水平方位角θを決定するために使用される必要がある。次に、θは、ターゲットの２次元角度情報（θ、φ）を得るために、仮想平面アレイの応答行列に代入される。

可能な設計では、ターゲットの水平方位角は、第１の水平方位角及び第２の水平方位角を含み、ターゲットの垂直方位角は、第１の垂直方位角及び第２の垂直方位角を含み、処理ユニットは、さらに：第１の水平方位角に対応するレーダ断面積（radar cross-section）（ＲＣＳ）が、第２の水平方位角に対応するＲＣＳより大きいことを決定し；第１の垂直方位角に対応するＲＣＳが、第２の垂直方位角に対応するＲＣＳより大きいことを決定し；第１の水平方位角及び第１の垂直方位角が、ターゲット内の第１のサブターゲットの位置であり、第２の水平方位角及び第２の垂直方位角が、ターゲット内の第２のサブターゲットの位置であることを決定する；ように構成される。前述のソリューションによれば、レーダシステムの周囲に複数のターゲットがある場合、マッチングが各ターゲットの水平方位角及び垂直方位角に実行され：２つの水平方位角及び２つの垂直方位角が計算により得られる場合（言い換えると、２つのターゲットがある場合）、より大きいＲＣＳに対応する水平方位角及び垂直方位角は、グループであり、ターゲットのうちの１つの２次元角度情報を表し；より小さいＲＣＳに対応する水平方位角及び垂直方位角は、グループであり、他のターゲットの２次元角度情報を表す。

第１の態様で提供されるレーダシステムでは、送信アンテナアレイは、垂直送信アンテナアレイ及び水平送信アンテナアレイを含み得る。水平送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは仮想リニアアレイを形成し、垂直送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは仮想平面アレイを形成する。前述のソリューションによれば、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイを形成するアンテナアレイの実装が提供される。

実際のアプリケーションでは、送信アンテナアレイの位置及び受信アンテナアレイの位置が決定されるとき、仮想アンテナアレイの位置は、一意に（uniquely）決定され得る：Ｐｍは、Ｎｔｘ送信アンテナにおけるアンテナｍ（ｍ＝０，１，．．．，Ｎｔｘ－１）の座標であり、Ｑｎは、Ｎｒｘ受信アンテナにおけるアンテナｎ（ｎ＝０，１，．．．，Ｎｒｘ－１）の座標であると仮定される。この場合、形成された仮想アンテナアレイのアレイ素子の位置は、Ｐｍ＋Ｑｎに基づいて一意に決定され得る。Ｎｔｘ送信アンテナがｍに対してトラバースされ（traversed for m）、Ｎｒｘ受信アンテナがｎに対してトラバースされた後、仮想アンテナアレイの位置が決定され得る。

特定のアプリケーションにおいて、第１の態様で提供されるレーダシステムでは、水平送信アンテナアレイの送信アンテナ及び受信アンテナアレイの受信アンテナは、仮想リニアアレイの位置を一意に決定するためにトラバースされ；垂直送信アンテナアレイの送信アンテナ及び受信アンテナアレイの受信アンテナは、仮想平面アレイの位置を一意に決定するためにトラバースされる。従って、仮想リニアアレイの位置及び仮想平面アレイの位置に対する制限はまた、送信アンテナアレイの実際の位置及び受信アンテナアレイの実際の位置に対する制限としても考慮され得る。

実際の実装では、チップの異なるピン及び粒度のために、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは、異なる実装を有し得る。以下に、２つの実装を挙げる。

Ａ

受信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されるｋの受信アレイ素子を含み：
垂直送信アンテナアレイは、受信アンテナアレイの２つの側部（two sides）にそれぞれ配置される第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイを含み、第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイはそれぞれ、垂直方向に単一の線に配置されるｍの送信アレイ素子を含み；水平送信アンテナアレイは、第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイにそれぞれ隣接する第３の送信アンテナアレイ及び第４の送信アンテナアレイを含み、第３の送信アンテナアレイ及び第４の送信アンテナアレイは、それぞれ、水平方向に単一の線に配置されるｎの送信アレイ素子を含む。第１の実装では、仮想リニアアレイは、水平方向に単一の線に配置された２＊ｎ＊ｋの仮想チャネルを含み、仮想平面アレイは、２＊ｍ＊ｋ仮想チャネルを含む。水平方向に２＊ｋの仮想チャネルがあり、垂直方向にｍの仮想チャネルがある。

Ｂ

受信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｋの受信アレイ素子を含み；垂直送信アンテナアレイは、受信アレイの一側部に位置し、垂直送信アンテナアレイは、垂直方向に単一の線に配置されたｍの送信アレイ素子を含み；水平送信アンテナアレイは、垂直送信アンテナアレイに隣接し、水平送信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｎの送信アレイ素子を含む。第２の実装では、仮想リニアアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｎ＊ｋの仮想チャネルを含み、仮想平面アレイは、ｍ＊ｋの仮想チャネルを含む。水平方向にｋの仮想チャネルがあり、垂直方向にｍの仮想チャネルがある。

第２の態様によれば、本出願の実施形態は、車両を提供する。車両は、第１の態様及び第１の態様の可能な任意の設計で提供されるレーダシステム、及び電子制御ユニット（ＥＣＵ）を含む。レーダシステムは：レーダ信号を送信し、レーダ信号がターゲットによって反射された後に得られるエコー信号を受信し、エコー信号に基づいてターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定する；ように構成され；ＥＣＵは、ターゲットの水平方位角及び垂直方位角に基づいて車両の運転経路を決定するように構成される。

第２の態様で提供される車両は、運転経路を計画し、さらに自動運転を実行するために、レーダシステムを使用することによってターゲットの位置を測定し得る。

従来技術におけるレーダアンテナアレイスキームの概略図である。

従来技術の仮想アンテナアレイの概略図である。

本出願の一実施形態によるＭＩＭＯレーダの構造の概略図である。

本出願の一実施形態によるレーダシステムの構造の概略図である。

本出願の一実施形態による第１の仮想アンテナアレイの概略図である。

本出願の一実施形態によるレーダシステムのアンテナアレイの概略図である。

本出願の一実施形態による第２の仮想アンテナアレイの概略図である。

本出願の一実施形態による別のレーダシステムのアンテナアレイの概略図である。

本出願の一実施形態による第３の仮想アンテナアレイの概略図である。

本出願の一実施形態による別のレーダシステムの構造の概略図である。

本出願の一実施形態による第１の仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイの応答の概略図である。

本出願の一実施形態による第２の仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイの応答の概略図である。

本出願の一実施形態による第３の仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイの応答の概略図である。

本出願の一実施形態による第１の仮想平面アレイの応答の概略図である。

本出願の一実施形態による第２の仮想平面アレイの応答の概略図である。

本出願の一実施形態による第４の仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイの応答の概略図である。

本出願の一実施形態による第３の仮想平面アレイの応答の概略図である。

本出願の一実施形態による第４の仮想平面アレイの応答の概略図である。

本出願の一実施形態による第５の仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイの応答の概略図である。

本出願の一実施形態による第５の仮想平面アレイの応答の概略図である。

本出願の一実施形態による車両の構造の概略図である。

通常、レーダシステムは、角度分解能を改善するために、ＭＩＭＯ仮想アレイを使用することによって仮想開口を増加させ得る。

具体的には、本出願の実施形態では、ＭＩＭＯレーダシステムは、アンテナアレイ、マイクロ波集積回路（モノリシックマイクロ波集積回路、ＭＭＩＣ）、及び処理ユニットを含み得る。アンテナアレイは、図３に示すように、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを含み得る。

マイクロ波集積回路は：レーダ信号を生成し、次いでアンテナアレイを使用することによってレーダ信号を送信するように構成される。レーダ信号が送信された後、レーダ信号はターゲットによって反射されてエコー信号を形成し、エコー信号は受信アンテナによって受信される。マイクロ波集積回路はさらに：アンテナアレイによって受信されたエコー信号に対する変換及びサンプリングなどの処理を実行し、処理されたエコー信号を処理ユニットに送信するように構成される。

処理ユニットは、エコー信号に対する高速フーリエ変換（fast Fourier transformation、ＦＦＴ）又は信号処理などの動作を実行し、受信されたエコー信号に基づいてターゲットの範囲、速度、又は方位角などの情報を決定するように構成される。具体的には、処理ユニットは、処理機能を有するデバイス、例えば、マイクロプロセッサ（マイクロコントローラユニット、ＭＣＵ）、中央処理ユニット（central processing unit、ＣＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（digital signal processor、ＤＳＰ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（field-programmable gate array、ＦＰＧＡ）であり得る。

アンテナアレイは、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを含む。送信アンテナは、レーダ信号を送信するように構成され、受信アンテナは、レーダ信号がターゲットによって反射された後に形成されるエコー信号を受信するように構成される。アンテナアレイは、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを含み、言い換えると、複数の送信チャネル及び複数の受信チャネルを含む。したがって、アンテナアレイは、複数の仮想送信及び受信チャネルを含む仮想アレイを仮想化するために使用され得、処理ユニットは、受信したエコー信号を仮想アレイに基づいて得られた観測結果に変換し、その結果、処理及び計算が、ターゲットの範囲、速度、方位角等の情報を得るために、仮想アレイに基づいて得られた観測結果に基づいて実行され得る。

本出願の実施形態のレーダシステムは、複数の分野に適用され得ることに留意されたい。例えば、本出願の実施形態のレーダシステムは、車載レーダ、路側交通レーダ、無人航空機レーダを含むが、これらに限定されない。

従来の技術では、図１に示すレーダアンテナアレイスキームは、通常、図２に示す仮想アンテナアレイ（virtual antenna array）を形成するために使用される。図２に示す仮想アンテナアレイは、１４４＊１６の一様な２次元アレイであり、水平方向に２４＊６＝１４４の仮想チャネルがあり、垂直方向に８＊２＝１６の仮想チャネルがある。

図２に示す仮想アンテナアレイは、均一な平面アレイであり、仮想アンテナアレイの水平方向の角度と垂直方向の角度とを一致させることは簡単である。従って、水平方向及び垂直方向の高い分解能を実現するために、大量の送信アレイ素子及び大量の受信アレイ素子が配置され、水平方向及び垂直方向の仮想チャネルの量を増やし、水平方位角及び垂直方位角の計算精度を向上させるために、必要である。

しかし、大量の送信アンテナ及び大量の受信アンテナがあるとき、アンテナアレイの設計及び処理の困難性が増大する（例えば、送信アンテナ間の間隔が小さいため、アンテナはビア（via）を介して給電される（fed）必要があり、高い設計及び処理要件が存在する）。加えて、アンテナアレイは、さらに、チップ上に大きい空間を占有する。従って、図１に示されたアンテナアレイスキームによれば、角度分解能はある程度まで増加し得るが、設計及び処理の困難性が大きく、コストが高い。

本出願の実施形態は、レーダシステム及び車両を提供し、高角度分解能が得られるとき、設計及び処理の困難性を低減するために、送信アレイ素子の量及び受信アレイ素子の量を低減する。

加えて、送信アレイ素子はチップ内の送信チャネルに接続され、受信アレイ素子はチップ内の受信チャネルに接続され、送信アレイ素子の量又は受信アレイ素子の量は減少する、言い換えれば、チップ内の送信チャネルの量及び受信チャネルの量が減少し、送信及び受信チャネルの量に対応する記憶及び処理の量が減少する。従って、本出願で提供されるソリューションによれば、チップ面積、チップコスト、及びチップ電力消費がさらに低減され得、それによって、レーダモジュールのサイズ、コスト、及び電力消費を低減する。

本出願の実施態様では、「複数の」は、２以上を意味することに留意されたい。加えて、本出願の説明において、「第１の」及び「第２の」のような用語は、単に区別及び説明のために使用されるに過ぎないが、相対的重要性の指標若しくは含意として、又は順番の指標若しくは含意として理解されるべきではない。本出願において「結合している」は、電気的接続をいい、特に、直接的接続又は間接的接続の２つの方法を含み得る。本出願の実施形態のアプリケーションシナリオは、以下に簡単に説明される。

以下は、添付の図面を参照して、本出願の実施形態をさらに詳細に記載する。

図４を参照されたい。本出願の実施形態において提供されるレーダシステム４００は、送信機４０１及び受信機４０２を含む。

送信機４０１は、レーダ信号を送信するように構成される。

受信機４０２は、レーダ信号がターゲットによって反射された後に得られるエコー信号を受信するように構成される。

エコー信号は、ターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定するために使用され得る。レーダ信号は、周波数変調連続波（frequency modulated continuous wave、ＦＭＣＷ）、多重周波数シフトキーイング（multiple frequency-shift keying、ＭＦＳＫ）、及び位相変調連続波（phase modulated continuous wave、ＰＭＣＷ）のうちのいずれか１つであり得る。確かに、レーダ信号は、代替的には、他の車両ミリ波レーダに使用される波形を有してもよい。これは、本出願において限定されない。

送信機４０１の送信アンテナアレイ及び受信機４０２の受信アンテナアレイは、仮想リニアアレイ（「一次元リニアアレイ」とも呼ばれる）及び仮想平面アレイ（「２次元平面アレイ」とも呼ばれる）を形成するために使用される。仮想リニアアレイは、第１の方向に均一なリニアアレイを含み、仮想平面アレイは、均一な平面アレイを含む。均一なリニアアレイにおける２つの隣接するアレイ素子（すなわち、仮想チャネル）間の第１の間隔ｄ_１は、第１の方向における均一な平面アレイにおける２つの隣接するアレイ素子（すなわち、仮想チャネル）間の第２の間隔ｄ_２より小さい。

具体的には、第１の方向は水平方向であり得る、又は垂直方向であり得る。第１の方向が水平方向である場合、仮想リニアアレイは、ターゲットの水平方位角測定値を決定するために使用され、仮想平面アレイは、ターゲットの垂直方位角測定値及び水平方位角測定値を決定するために使用される；又は、第１の方向が垂直方向である場合、仮想リニアアレイは、ターゲットの垂直方位角測定値を決定するために使用され、仮想平面アレイは、ターゲットの垂直方位角測定値及び水平方位角測定値を決定するために使用される。添付の図面及び本出願の例では、第１の方向が水平方向である例が説明のために使用される。

本出願のこの実施形態における水平方向及び垂直方向は、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイを含む仮想アンテナアレイ（仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイ）の位置に関連していることに留意されたい。第１の方向が水平方向であることが一例として使用される。水平方向は、仮想リニアアレイ内のアレイ素子が逐次的に配置される方向として理解することができ、垂直方向は、仮想アンテナアレイが配置される平面内にあり、水平方向に垂直な方向として理解され得る。例えば、この用途のこの実施形態では、水平方向及び垂直方向は、レーダシステム４００を装備した車両が走行する地面に対する。

加えて、本出願のこの実施形態では、均一なリニアアレイ及び均一な平面アレイは、以下のように理解され得る：均一なリニアアレイは、第１の方向に単一の線に配置された複数のアレイ素子を含み、２つの隣接するアレイ素子の間には等しい間隔がある。均一な平面アレイは、第１の方向に垂直な第２の方向に複数の均一なリニアアレイを配置することによって形成され、各均一なリニアアレイは、第１の方向に単一の線に配置された複数のアレイ素子を含むと考えられ得る。均一な平面アレイでは、第１の方向の２つの隣接するアレイ素子の間に等しい間隔があり、第２の方向の２つの隣接するアレイ素子の間に等しい間隔がある。例えば、均一な平面アレイは、ｐ＊ｑのアレイ素子を含む。具体的には、均一な平面アレイは、ｑの均一なリニアアレイを第２の方向に等間隔に配置することによって形成され、各均一なリニアアレイは、第１の方向に単一の線に配置されたｐのアレイ素子を含む。各均一なリニアアレイでは、２つの隣接するアレイ素子の間に等しい間隔がある。

例えば、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイの可能な分布形態が図５に示され得る。第１の方向が水平方向であることが一例として使用される。図５から、仮想リニアアレイは、水平方向に単一の線に配置された均一なリニアアレイを含み、均一なリニアアレイは、４０のアレイ素子を含み；仮想平面アレイは、２つの均一なアレイを含み、各均一な平面アレイは、１６＊４のアレイ素子を含むことが分かる。水平方向では、均一なリニアアレイの２つのアレイ素子間の第１の間隔は、均一な平面アレイの２つのアレイ素子間の第２の間隔より大きい。

従来の技術とは異なり、本出願のこの実施形態では、送信機４０１の送信アンテナアレイ及び受信機４０２の受信アンテナアレイは、１つの仮想リニアアレイ及び１つの仮想平面アレイを仮想化するために使用され得る。仮想リニアアレイは、第１の方向に均一なリニアアレイを含み、仮想平面アレイは、均一な平面アレイを含む。仮想リニアアレイに含まれる１つ以上の均一なリニアアレイが存在してもよく、仮想平面アレイに含まれる１つ以上の均一な平面アレイが存在してもよい。

仮想リニアアレイが第１の方向に均一なリニアアレイを含むことは、特に、仮想リニアアレイが第１の方向に１つ以上の均一なリニアアレイを含むことを意味し得る。仮想リニアアレイが第１の方向に複数の均一なリニアアレイを含む場合、本出願では、均一なリニアアレイが、補間的に（interpolation manner）仮想リニアアレイ内に見出され得るという制限が存在するのみであり、仮想リニアアレイは、均一なリニアアレイに限定されない。

同様に、仮想平面アレイが均一な平面アレイを含むことは、仮想平面アレイが１つ以上の均一な平面アレイを含むことを特に意味し得る。仮想平面アレイが複数の均一な平面アレイを含む場合、本出願では、均一な平面アレイが、仮想平面アレイ内で補間的に見出され得るという制限のみが存在し、仮想平面アレイは、均一な平面アレイに限定されない。

特に、均一なリニアアレイは、均一な平面アレイより密に配置される。このように、密な均一なリニアアレイが、第１の方向に大きい視野（field of view、ＦＯＶ）を確保するために使用され得るので、第１の方向に対応する方位角（例えば、水平方位角）が均一なリニアアレイを使用することによって計算される（すなわち、ターゲットの方位角が、仮想アンテナアレイの各アレイ素子に基づいて得られた観測結果に基づいて算出される）とき、より正確な計算結果が得られ得る。加えて、均一なリニアアレイは、第１の方向のＦＯＶ要件を満たし得、均一なリニアアレイのＦＯＶを使用することによって、第１の方向の正しい角度情報を得るために、第１の方向の均一な平面アレイ内のアレイ素子間に大きい間隔が設定され得る（ＦＯＶが小さい場合、均一なリニアアレイのＦＯＶ範囲内の複数の角度の方向にエイリアシングが存在し得る）。言い換えれば、均一な平面アレイに対応して配置されたアンテナアレイは、送信アレイ素子の量及び受信アレイ素子の量を減らすために、少量のアレイ素子のみを含み得る。均一なリニアアレイ及び均一な平面アレイが第１方向に同じ開口を有するとき、第１方向の均一なリニアアレイ及び均一な平面アレイの得られる角度分解能は同じである。第１の方向の均一なリニアアレイの開口が第１の方向の均一な平面アレイの開口より大きいとき、第１の方向の均一なリニアアレイの得られる角度分解能は高く、第１の方向の均一なリニアアレイの得られる高い角度分解能の角度情報は、（例えば、垂直方向であり得る）計算によって第２の方向の角度情報を得るために、均一な平面アレイに置き換えられ得る。従って、従来技術と比較して、本出願のソリューションでは、第１の方向で同じ角度分解能が得られ得るが、少量のアレイ素子が必要とされる。

可能な例では、第１の間隔がｄ_１であり、第２の間隔がｄ_２である場合、ｄ_１及びｄ_２は次の関係を満たす：Ｍ＊ｄ_１＝Ｎ＊ｄ_２、ここでＭ及びＮはそれぞれ正の整数であり、Ｍ＞Ｎである。

第１の方向が水平方向であることが一例として使用される。ターゲットの水平方位角測定値は、送信機４０１及び受信機４０２を使用することによって仮想化された仮想リニアアレイを使用することによって決定され得、ターゲットの水平方位角測定値及び垂直方位角測定値は、送信機４０１及び受信機４０２を使用することによって仮想化された仮想平面アレイを使用することによって決定され得る。実際のアプリケーションでは、均一なリニアアレイ又は均一な平面アレイにおける水平方向のアレイ素子間の間隔が特定の範囲内にある場合に、水平方位角が仮想リニアアレイを使用することによって決定されるとき、角度の曖昧さが存在し得る（言い換えると、レーダシステムの視野範囲内の１つのターゲットの複数の測定値がある）。従って、ターゲットの水平方位角測定値が仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイを使用することによってそれぞれ得た後、中国の余剰定理を使用することによってターゲットの実際の水平方位角が決定され得る。

以下は曖昧さを説明する：通常、明確な（曖昧さのない）ＦＯＶはＦＯＶ＝２＊ａｒｃｓｉｎ（λ／２ｄ）として定義され、ここでｄはアレイ素子間の間隔である。より大きいｄの値はより小さい明確なＦＯＶの値を示すことを容易に知ることができる。均一なリニアアレイのＦＯＶはＦＯＶ１であり、第１方向の均一な平面アレイのＦＯＶはＦＯＶ２であると仮定する。ｄ１＜ｄ２のため、ＦＯＶ２＜ＦＯＶ１である。ＦＯＶ１内のターゲットに対応する角度をθ_１が均一な平面アレイにおいて第１の方向で測定されるとき、ＦＯＶ２内の角度θ_２しか得ることができない。第１方向のターゲットの実角度は、θ＝ｋ１＊ＦＯＶ１＋θ_１＝ｋ２＊ＦＯＶ２＋θ_２であり、ｋ１及びｋ２はそれぞれ、システムの設計されたＦＯＶにおけるＦＯＶ１及びＦＯＶ２のエイリアシング係数に対応する。ＦＯＶ１にエイリアシングが存在する場合、ｋ１が異なる値を有するときにθはそれに応じて異なる値を有し得、θのその異なる値は、１つのターゲットの複数の測定値とみなされ得る。ＦＯＶ１にエイリアシングがない場合、ｋ１は０である。同様に、均一な平面アレイに基づく計算によって得られるθ_２が曖昧であるとき、θ２は、ｋ２が異なる値を有するときに、それに応じて異なる値を有し得、θの異なる値は、１つのターゲットの複数の測定値としてみなされ得る。

具体的には、第１の間隔は、レーダ信号の搬送波波長の半分以下であり得る。第１の間隔がレーダ信号の搬送波波長の半分以下の場合、ターゲットの水平方位角測定値が仮想リニアアレイを使用することによって決定されるとき、角度の曖昧さは存在しない。従って、ターゲットの水平方位角を決定する簡単な計算方法がある。確かに、第１の間隔は、代替的には、レーダ信号の搬送波波長の半分より大きくてもよい。仮想リニアアレイを使用することによってターゲットの水平方位角測定値が決定されるとき、角度の曖昧さが存在する。従って、ターゲットの実際の水平方位角は、中国の余剰定理を使用することによってさらに決定される必要がある。

本出願のこの実施態様のソリューションによれば、送信機４０１の送信アンテナアレイ及び受信機４０２の受信アンテナアレイは、１つの仮想リニアアレイ及び１つの仮想平面アレイを仮想化するために使用され得る。仮想リニアアレイのアレイ素子のみが密であり、仮想平面アレイのアレイ素子はまばら（sparse）である。従って、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイは、少量の送信アンテナ及び少量の受信アンテナを使用することによって実現され得る。第１方向の仮想リニアアレイのアレイ素子と仮想平面アレイのアレイ素子とは、異なる密度を有する（第１の間隔が第２の間隔より小さい）ため、第１方向に対応する方位角が仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイを使用することによってそれぞれ計算されるとき、異なるＦＯＶが得られ得る：第１方向の仮想リニアアレイのＦＯＶは第１方向の仮想平面アレイのＦＯＶより大きく、仮想リニアアレイを使用することによって計算により第１方向の方位角を得る結果はより精確である。従って、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイの２つのアレイに基づいて得られた観測結果に基づいてターゲットの方位角が決定されるとき、マッチングが異なるＦＯＶ間で実行され得る。

仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイを含む仮想アンテナアレイ間のマッチング度合いは、図２に示す仮想アンテナアレイ間のマッチング度合いよりも複雑であることを容易に知ることができる。したがって、本出願のこの実施形態では、高い角度分解能が、送信機４０１に過度の送信アンテナをまた受信機４０２に過度の受信アンテナを設定する必要なしに、２つの仮想アレイに基づいて計算することによって、得られ得る：アレイ素子が第１の方向に密に分布している仮想リニアアレイを使用することによって第１の方向に対応する方位角を計算し、第１の方向に垂直な第２の方向（例えば、垂直方向であり得る）に対応する角度情報を計算するために、仮想平面アレイの応答行列に、第１の方向に存在し、計算によって得られる角度情報を代入し、それにより計算により第１の方向及び第２の方向の方位角の高い分解能を得る。言い換えれば、本出願のこの実施形態のソリューションによれば、ターゲットの垂直方位角及び水平方位角は、少量の送信アンテナ及び少量の受信アンテナを使用することによって計算され、アンテナアレイの設計及び処理の困難さを低減し、レーダシステムのコストを低減し得る。

本出願のこの実施態様において、送信機４０１の送信アンテナアレイ及び受信機４０２の受信アンテナアレイは、１つの仮想リニアアレイ及び１つの仮想平面アレイを形成する。具体的には、送信アンテナアレイは、垂直送信アンテナアレイ及び水平送信アンテナアレイを含み得る。水平送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは仮想リニアアレイを形成し,垂直送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは仮想平面アレイを形成する。

具体的には、実際のアプリケーションにおいて、送信アンテナアレイの位置及び受信アンテナアレイの位置が決定されるとき、仮想アンテナアレイの位置は、一意に決定され得る：Ｐｍは、Ｎｔｘ送信アンテナにおけるアンテナｍ（ｍ＝０，１，．．．，Ｎｔｘ－１）の座標であり、Ｑｎは、Ｎｒｘ受信アンテナにおけるアンテナｎ（ｎ＝０，１，．．．，Ｎｒｘ－１）の座標であると仮定される。この場合、形成された仮想アンテナアレイのアレイ素子の位置は、Ｐｍ＋Ｑｎに基づいて一意に決定され得る。Ｎｔｘ送信アンテナがｍに対してトラバースされ、Ｎｒｘ受信アンテナがｎに対してトラバースされた後、仮想アンテナアレイの位置が決定され得る。

特定のアプリケーションでは、本出願のこの実施形態において、仮想リニアアレイの位置を一意に決定するために、水平送信アンテナアレイの送信アンテナ及び受信アンテナアレイの受信アンテナがトラバースされ；仮想平面アレイの位置を一意に決定するために、垂直送信アンテナアレイの送信アンテナ及び受信アンテナアレイの受信アンテナがトラバースされる。従って、本出願のこの実施形態における仮想リニアアレイの位置及び仮想平面アレイの位置に関する制限は、また、送信アンテナアレイの実際の位置及び受信アンテナアレイの実際の位置に関する制限として考えられ得る。

なお、送信機４０１は送信アンテナアレイ及び送信チャネルを含む装置であり得、受信機４０２は受信アンテナアレイ及び受信チャネルを含む装置であり得る。送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは、プリント回路基板（print circuit board、ＰＣＢ）上に配置され得、送信チャネル及び受信チャネルは、チップ、すなわち、ＡＯＢ（アンテナオンチップ（antenna on PCB））内に配置され得る。代替的には、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは、チップパッケージ内に配置され得、送信チャネル及び受信チャネルは、チップ、すなわち、ＡＩＰ（アンテナインパッケージ（antenna in package））内に配置され得る。組合せ形態は、本出願のこの実施態様において特に限定されない。

本出願のこの実施態様における送信機４０１及び受信機４０２は、主に送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイの配置方法において改良されていることを理解されたい。従って、送信チャネル及び受信チャネルは、以下の説明で詳細に説明されていない。

実際の実装では、チップの異なるピン及び粒度のために、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは、異なる実装を有し得る。以下に、２つの実装を挙げる。その他の方法は列挙されていない。

Ａ

第１の実装では、受信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されるｋの受信アレイ素子を含み；垂直送信アンテナアレイは、受信アンテナアレイの２つの側部にそれぞれ配置される第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイを含み、第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイは、それぞれ、垂直方向に単一の線に配置されるｍの送信アレイ素子を含み；水平送信アンテナアレイは、それぞれ、第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイに隣接する第３の送信アンテナアレイ及び第４の送信アンテナアレイを含み、第３の送信アンテナアレイ及び第４の送信アンテナアレイは、それぞれ、水平方向に単一の線に配置されるｎの送信アレイ素子を含む。

第１の実装では、第３の送信アンテナアレイ、第４の送信アンテナアレイ、及び受信アンテナアレイが仮想リニアアレイを形成することを容易に知ることができる。第３の送信アンテナアレイ及び第４の送信アンテナアレイは、それぞれ、水平方向に単一の線に配置されたｎの送信アレイ素子を含み、受信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｋの受信アレイ素子を含むため、仮想リニアアレイは、水平方向に単一のラインに配置された２＊ｎ＊ｋの仮想チャネルを含む。

第１の送信アンテナアレイ、第２の送信アンテナアレイ、及び受信アンテナアレイは、仮想平面アレイを形成する。第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイは、それぞれ垂直方向に単一の線に配置されたｍの送信アレイ素子を含み、受信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｋの受信アレイ素子を含むため、仮想平面アレイは、２＊ｍ＊ｋの仮想チャネルを含み、水平方向に２＊ｋの仮想チャネルがあり、垂直方向にｍの仮想チャネルがある。

例えば、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイの分配方法が図６に示され得る。図６の例では、ｋ＝３２、ｍ＝８、及びｎ＝４である例が説明のために使用される。実際のアプリケーションでは、ｋ、ｍ、及びｎの値は、図６に示す場合に限定されない。第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイにおける送信アレイ素子の間の間隔は３λであり（λはレーダ信号の搬送波波長である）、第３の送信アンテナアレイ及び第４の送信アンテナアレイにおける送信アレイ素子の間の間隔は、１．５λであり、受信アンテナアレイにおける受信アレイ素子の間の間隔は２λである。

なお、第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイにおける送信アレイ素子並びに受信アンテナアレイにおける受信アレイ素子は、仮想チャネルを形成する必要があるため、第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイは、通常、受信アンテナアレイの外側に分布し、その結果、各送信アレイ素子及び任意の受信アレイ素子は、ブロッキング（blocking）を回避するために仮想チャネルを形成し得る。

図６に示す送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイを含む仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイは、図７に示され得る。図７において、仮想リニアアレイは、２＊４＊３２＝２５６の仮想チャネルを含む。仮想平面アレイでは、水平方向に２＊３２＝６４の仮想チャネルがあり、垂直方向に８の仮想チャネルがある。

図７の例では、仮想リニアアレイの開口サイズは、水平方向の仮想平面アレイの開口サイズと同じであることを容易に知ることができる。仮想リニアアレイは、１つの均一なリニアアレイを含み、仮想平面アレイは、２つの均一な平面アレイを含む。均一なリニアアレイは、均一な平面アレイより密に配置される。

Ｂ

第２の実装では、受信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｋの受信アレイ素子を含み；垂直送信アンテナアレイは、受信アレイの一方の側部に配置され、垂直送信アンテナアレイは、垂直方向に単一の線に配置されたｍの送信アレイ素子を含み；水平送信アンテナアレイは、垂直送信アンテナアレイに隣接し、水平送信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｎの送信アレイ素子を含む。

第２の実装では、水平送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは、仮想リニアアレイを形成することを容易に知ることができる。水平送信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｎの送信アレイ素子を含み、受信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｋの受信アレイ素子を含むため、仮想リニアアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｎ＊ｋの仮想チャネルを含む。

垂直送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイは仮想平面アレイを形成する。垂直送信アンテナアレイは、垂直方向に単一の線に配置されたｍの送信アレイ素子を含み、受信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置されたｋの受信アレイ素子を含むため、仮想平面アレイは、ｍ＊ｋの仮想チャネルを含み、水平方向にｋの仮想チャネルがあり、垂直方向にｍの仮想チャネルがある。

例えば、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイの分配方法が図８に示され得る。図８の例では、ｋ＝３２、ｍ＝８、及びｎ＝３である例が説明のために使用される。実際のアプリケーションでは、ｋ、ｍ、及びｎの値は、図８に示す場合に限定されない。水平送信アンテナアレイにおける送信アレイ素子の間の間隔は１λ（λはレーダ信号の搬送波波長）であり、垂直送信アンテナアレイにおける送信アレイ素子の間の間隔は３λであり、受信アンテナアレイにおける受信アレイ素子の間の間隔は１．５λである。

なお、垂直送信アンテナアレイにおける送信アレイ素子及び受信アンテナアレイにおける受信アレイ素子は、仮想チャネルを形成する必要があるため、垂直送信アンテナアレイは、通常、受信アンテナアレイの外側に分布しており、その結果、各送信アレイ素子及び任意の受信アレイ素子は、ブロッキングを回避するために仮想チャネルを形成し得る。

図８に示す送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイを含む仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイは、図９に示され得る。図９において、仮想リニアアレイは、３＊３２＝９６の仮想チャネルを含む。仮想平面アレイでは、水平方向に３２の仮想チャネルがあり、垂直方向に８の仮想チャネルがある。

図９において、仮想リニアアレイの開口サイズは、水平方向における仮想平面アレイの開口サイズと同じであることを容易に知ることができる。仮想リニアアレイは、１つの均一なリニアアレイを含み、仮想平面アレイは、１つの均一な平面アレイを含む。均一なリニアアレイは、均一な平面アレイより密に配置されている。

本出願のこの実施形態では、前述の２つの実装は単なる例であり、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイの配置方法は、図６又は図８に示す方法に限定されないことに留意されたい。

例えば、図６の例では、第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイは、それぞれ、垂直方向に単一の線に配置された８の送信アレイ素子の２つ又は３つの列を含み得る；又は第１の送信アンテナアレイ及び第２の送信アンテナアレイは、それぞれ、垂直方向に単一の線に配置された８つの送信アレイ素子の４つの列を含み得、水平方向の送信アレイ素子の間の間隔は１．５λ未満である。

例えば、図８の例では、受信アンテナアレイは、水平方向に単一の線に配置された３２の受信アンテナアレイ素子の２つの行を含み得る。

加えて、レーダシステム４００は、さらに、図１０に示すように、エコー信号に基づいてターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定するように構成された処理ユニット４０３を含み得る。

処理ユニット４０３は、図３の処理ユニットとみなされてもよいし、図３の処理ユニット及びマイクロ波集積回路のセットとみなされてもよい。処理ユニット４０３は、送信機４０１及び受信機４０２に結合される。

具体的には、処理ユニット４０３は、次の方法でターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定し得る：エコー信号に基づいて、レーダ信号のものであり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果及びレーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果を別々に決定することと；レーダ信号のものであり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果及びレーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果並びにレーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果に基づいてターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定すること。

受信アンテナアレイがエコー信号を受信した後、処理ユニット４０３は、受信アンテナアレイの各受信アンテナによって受信された信号に基づく計算により、レーダ信号のものであり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果と、レーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果とを得ることができる。

レーダ信号のものであり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果及びレーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果を得た後、処理ユニット４０３の処理プロセスは、３つのステップに分けられ得る：ステップ１：レーダ信号のものであり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果に基づいて、ターゲットの第１の候補水平方位角を決定する。ステップ２：レーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果に基づいてターゲットの第２の候補水平方位角候補及び候補垂直方位角を決定する。ステップ３：第１の候補水平方位角、第２の候補水平方位角、及び候補垂直方位角に基づいてターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定する。以下は、３つのステップを詳細に説明する。

ステップ１

水平方位角がθであるターゲットについて、仮想リニアアレイの位相応答ベクトルは、ａ_ｎ（θ）である：

ターゲット信号がｓ（ｔ）であると仮定すると、仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果ｘ_ｎ（ｔ）は、次のようになる：

ここでは、ｕ（ｔ）はノイズであり、

は仮想リニアアレイの各仮想チャネルのシーケンス番号であり、Ｎは仮想リニアアレイに含まれる仮想チャネルの量であり、θはターゲットの第１の候補水平方位角であり、ｄ_１は均一なリニアアレイの２つの隣接する仮想チャネル間の第１の間隔であり、λはレーダ信号の搬送波波長である。レーダ信号ものであり且つ仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果を決定した後、処理ユニット４０３は、デジタルビームフォーミング（digital beam forming、ＤＢＦ）又は高速フーリエ変換（fast Fourier transform、ＦＦＴ）などの一般的な角度推定アルゴリズムを使用することによって、ターゲットの第１の候補水平方位角を取得し得る。具体的な手順については、従来技術の説明を参照のこと。本明細書には、詳細は記載しない。

なお、上述のように、ターゲットの水平方位角測定値が仮想リニアアレイを使用することによって決定されるとき、角度の曖昧さが生じることがある。言い換えれば、第１の候補水平方位角は、複数の方位角を含むことがあり、いくつかの水平方位角のみが、ターゲットの実際の水平方位角である。

ステップ１では、ｄ_１＝λ／２の場合、角度の曖昧さは存在せず、１つのターゲットはシステムのＦＯＶ範囲内で１つの測定値しか持たない。言い換えれば、前記式によって決定される第１の候補水平方位角θ_１は、ターゲットの実際の水平方位角である。あるいは、ｄ_１＞λ／２の場合、角度の曖昧さが存在し得、１つのターゲットは、システムのＦＯＶ範囲内に複数の測定値を有し得る。言い換えれば、前述の式によって決定された第１の候補水平方位角θ_１は、複数の測定値を含むことがあり、測定値のいくつかは、ターゲットの実際の水平方位角である。この場合、ターゲットの実際の水平方位角はさらに、仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果を使用することによって決定される必要がある。

例えば、図１１は、仮想リニアアレイに基づいて得られた第１の候補水平方位角を示す。角度の曖昧さが存在しない場合、決定された第１の候補水平方位角は、図１１のθ_１であり得る。この場合、θ_１はターゲットの実際の水平方位角である。あるいは、角度の曖昧さが存在する場合、決定された第１の候補水平方位角は、図１１のθ_１，１、θ_１，２、θ_１，３、及びθ_１，４であり得、いくつかの水平方位角は、ターゲットの実際の水平方位角である。

ステップ２

垂直方位角がφであるターゲットについて、仮想平面アレイの位相応答ベクトルは、以下の通りである：

ここでは、ｍは垂直方向の仮想平面アレイにおける仮想チャネルの量であり、ｄ_３は垂直方向の仮想チャネル間の間隔であり、λはレーダ信号の搬送波波長である。

水平方向において仮想平面アレイにｋの仮想チャネルがある場合、ターゲットに対する仮想平面アレイの位相応答行列は以下のように得られる：

ここでは、

である。水平方位角がθであり垂直方位角がφであるターゲットについて、仮想平面アレイの測定結果

は次のようになる：

レーダ信号のものであり且つ仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果を決定した後、処理ユニット４０３は、２次元ＤＢＦ又は２次元ＦＦＴなどの一般的な角度推定アルゴリズムを使用することによって、第２の候補水平方位角θ_２及び候補垂直方位角φを取得し得る。具体的な手順については、従来技術の説明を参照のこと。本明細書には、詳細は記載しない。仮想平面アレイの仮想チャネル間には水平方向に大きな間隔があるので、仮想平面アレイのみに基づいて得られる第２の候補水平方位角θ_２は曖昧であることが理解されるべきである。

ステップ３

ターゲットの２次元角度情報（θ、φ）が、ステップ１で得られた第１の候補水平方位角と、ステップ２で得られた第２の候補水平方位角及び候補垂直方位角とを使用することによって、得られ得る。

ケース１

仮想リニアアレイに基づく測定によって得られる第１の候補水平方位角θ_１が明確である場合、θ_１は、ターゲットの２次元角度情報（θ、φ）を直接得るために、仮想平面アレイの応答行列に代入され得る。

ケース２

リニアアレイに基づく測定によって得られた第１の候補水平方位角θ_１が曖昧である場合、第１の候補水平方位角θ_１及び第２の候補水平方位角θ_２の両方が、中国の余剰定理を使用することによってターゲットの実際の水平方位角θを決定するために使用される必要がある。次いで、θは、ターゲットの２次元角度情報（θ、φ）を得るために、仮想平面アレイの応答行列に代入される。

例えば、図１２に示されるように、仮想リニアアレイに基づいて決定される第１の候補水平方位角は、θ_１，１、θ_１，２、θ_１，３、及びθ_１，４であり得、仮想平面アレイに基づいて決定される第２の候補水平方位角は、θ_２，１、θ_２，２、θ_２，３、及びθ_２，４であり得、θ_１，２、及びθ_２，２は一致する。したがって、ターゲットのものであり且つ中国の余剰定理を使用することによって決定される実際の水平方位角θは、θ_１，２、（すなわち、θ_２，２）である。次いで、θは、φを得るために、仮想平面アレイの応答行列に代入される。このようにして、ターゲットの２次元角度情報（θ、φ）を得ることができる。

なお、ステップ１及びステップ２の実行シーケンスは交換されてもよく、又は、ステップ１及びステップ２は並列に処理されてもよい。ステップ３は、ステップ１及び２が実行された後に実行される必要がある。加えて、水平方位角及び垂直方位角を計算する前述のステップは、独立して実行されても良く、又は、ターゲットの範囲及び速度が計算されるときに存在するＲＤ－ＣＥＬＬ（範囲－速度セル）上にターゲットが存在し得るＲＤ－ＭＡＰ（範囲－速度マップ）に基づいて実行されても良い。水平方位角及び垂直方位角がＲＤ－ＣＥＬＬで計算されるとき、複数のターゲットが存在する場合、角度エイリアシングにより複数のターゲットがオーバーラップする確率が低くなり、その結果、ＲＤ－ＭＡＰに基づく水平方位角及び垂直方位角の計算効果が向上する。

レーダシステム４００の周囲に複数のターゲットがある場合、エイリアシングのために２つのターゲットの方位角が区別できないとき、マッチングがレーダ断面積（radar cross-section、ＲＣＳ）又は他の情報を使用することによって実行され得る。

具体的には、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイに基づく計算により、ターゲットの得られた水平方位角が第１の水平方位角及び第２の水平方位角を含み、かつ、ターゲットの垂直方位角が第１の垂直方位角及び第２の垂直方位角を含む場合、処理ユニット４０３は、さらに：第１の水平方位角に対応するＲＣＳが第２の水平方位角に対応するＲＣＳより大きいことを決定し；第１の垂直方位角に対応するＲＣＳが第２の垂直方位角に対応するＲＣＳより大きいことを決定し；第１の水平方位角及び第１の垂直方位角がターゲット内の第１のサブターゲットの位置であり、第２の水平方位角及び第２の垂直方位角がターゲット内の第２のサブターゲットの位置であることを決定する；ように構成される。

第１のサブターゲット及び第２のサブターゲットは、レーダシステムの周囲に存在する２つのターゲットである。

言い換えれば、２つの水平方位角及び２つの垂直方位角が計算により得られる場合（つまり、２つのターゲットがある場合）、大きいＲＣＳに対応する水平方位角及び垂直方位角がグループであり、ターゲットのうちの１つの２次元角度情報を表し；小さいＲＣＳに対応する水平方位角及び垂直方位角がグループであり、他方のターゲットの２次元角度情報を表す。確かに、２つ以上のターゲットがある場合、マッチングは同様の方法で実行されてもよい。代替的には、マッチングは、ＲＣＳ以外のパラメータに基づいて代替的に実行されてもよい。これは、本出願のこの実施態様において特に限定されない。

例えば、レーダシステムの周囲に２つのターゲットが存在すると仮定すると、レーダシステムのアンテナアレイは、図６に示す配置方法で配置され、仮想リニアアレイに基づいて得られる第１の候補水平方位角（すなわち、ターゲットの水平方位角推定結果）と、仮想平面アレイに基づいて得られた第２の候補水平方位角（すなわち、ターゲットの水平方位角推定結果）とが図１３に示され得る。図１３から、水平方位角が３°及び４°である位置のそれぞれに１つのターゲットがあり、これらのターゲットは、それぞれ、Ａ及びＢと称されることを知ることができる。

仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイの開口は、水平方向において同じサイズを有するので、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイは、同じ水平角度分解能を有する。従って、仮想リニアアレイに基づいて得られた第１の候補水平方位角は、各ターゲットに対応する水平方位角と垂直方位角を得るために、垂直角度推定のための仮想平面アレイの応答行列に代入される。図１４に示されるように、仮想平面アレイの応答が２次元角度を計算するために使用されるとき、２つのターゲットＡ及びＢは、それぞれ、４つの異なるピーク値（図１３の仮想平面アレイのスペクトル線における４つの異なるピーク値に対応する）を有する。ターゲットの２次元角度推定は、図１５に示すように、仮想リニアアレイの応答を使用することによって完了され得る。

加えて、水平方向の２つのターゲットの間の角度差が、水平方向の仮想平面アレイにおける繰り返し間隔と正確に等しいとき（図１６に示すように、２つのターゲットの水平方位角はそれぞれ－２６．６°と３°である）、仮想リニアアレイに基づく計算により得られた２つの角度が、垂直方位角推定のための仮想平面アレイの応答行列に代入する場合、２つの角度が垂直方向に得られる（図１７に示すように、２°と６°にスペクトルピークがある）。この場合、水平方位角と垂直方位角との間の対応は区別できない。

この場合、ターゲットのＲＣＳは、水平方位角及び垂直方位角とをマッチングさせるために使用され得る。例えば、３°のターゲット情報を持つターゲットのＲＣＳは、－２６．６°のターゲット情報を持つターゲットのＲＣＳより大きく、２°のターゲット情報を持つターゲットのＲＣＳは、６°のターゲット情報を持つターゲットのＲＣＳより大きい。したがって、図１８に示すように、水平方位角が３°であるターゲットＡの垂直方位角は２°であり、水平方位角が－２６．６°であるターゲットＢの垂直方位角は６°である。

例えば、レーダシステムの周囲に２つのターゲットＡ及びＢが存在し、レーダシステムのアンテナアレイが図８に示す配置方法で配置されていると仮定すると、仮想リニアアレイに基づいて得られる第１の候補水平方位角（すなわち、ターゲットの水平方位角推定結果）及び仮想平面アレイに基づいて得られる第２の候補水平方位角（すなわち、ターゲットの水平方位角推定結果）が図１９に示され得る。

仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイの開口は、水平方向において同じサイズを有するので、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイは、同じ水平角度分解能を有する。従って、仮想リニアアレイに基づいて得られた第１の候補水平方位角は、各ターゲットに対応する水平方位角及び垂直方位角を得るために、垂直角度推定のための仮想平面アレイの応答行列に代入される。ターゲットの２次元角度推定は、図２０に示されるように、仮想リニアアレイの応答及び仮想平面アレイの応答を使用することによって完了され得る。

結論として、本出願のこの実施形態で提供されるレーダシステム４００では、送信機４０１の送信アンテナアレイ及び受信機４０２の受信アンテナアレイは、１つの仮想リニアアレイ及び１つの仮想平面アレイを仮想化するために使用され得る。２つの仮想アレイ間のマッチング度合いは、従来の技術における仮想アンテナアレイ間のマッチング度合いよりも複雑であるため、少量のアンテナが送信機４０１及び受信機４０２に配置されて、本出願における仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイを実装し得る。加えて、仮想リニアアレイと仮想平面アレイとの間のマッチング度合いは複雑であるため、高い角度分解能が２つのアレイに基づく計算により得られ得る。言い換えれば、本出願のこの実施形態に提供されるソリューションによれば、垂直方位角及び水平方位角の高い分解能が、少量の送信アンテナと少量の受信アンテナを使用することによる計算により得られ得、その結果、レーダシステムの角度分解能が増加するとき、アンテナアレイの設計及び処理の困難性が軽減され、レーダシステムのコストが低減される。

同じ発明概念に基づいて、本出願の実施形態は、さらに、車両を提供する。図２１に示すように、車両は、レーダシステム４００及び電子制御ユニット（electronic control unit、ＥＣＵ）２１０１を含む。レーダシステム４００は：レーダ信号を送信し、レーダ信号がターゲットによって反射された後に得られたエコー信号を受信し、エコー信号に基づいてターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定するように構成され；ＥＣＵ２１０１は、ターゲットの水平方位角及び垂直方位角に基づいて車両の運転ルートを決定するように構成される。

当業者は、本出願の範囲から逸脱することなく、本出願の実施形態に対して種々の修正及び変更を行うことができることは明らかである。本出願は、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等な技術によって規定される保護の範囲内にあることを条件として、本出願の実施形態のこれらの修正及び変形をカバーすることを意図している。

Claims (14)

1. アンテナであって：
   レーダ信号を送信するように構成された送信アンテナアレイ；及び
   前記レーダ信号がターゲットによって反射された後にエコー信号を受信するように構成された受信アンテナアレイ；を有し、
   前記送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイは、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイを形成するために使用され、
   第１の方向において、前記仮想リニアアレイの仮想アレイ素子は、前記仮想平面アレイの仮想アレイ素子より密であり、
   前記送信アンテナアレイは、第１の送信アンテナアレイ及び第３の送信アンテナアレイを含み；
   前記第１の送信アンテナアレイは、第２の方向に配置された複数のアレイ素子を含み；
   前記第３の送信アンテナアレイは、前記第１の方向に配置された複数のアレイ素子を含み；
   前記第３の送信アンテナアレイの前記第１の方向に配置された前記アレイ素子の数は、前記第１の送信アンテナアレイの前記第１の方向に配置された前記アレイ素子の数より多く；前記第２の方向は前記第１の方向に垂直であり、
   前記送信アンテナアレイは、第２の送信アンテナアレイ及び第４の送信アンテナアレイを含み；
   前記第２の送信アンテナアレイは、前記第２の方向に配置された複数のアレイ素子を含み；
   前記第４の送信アンテナアレイは、前記第１の方向に配置された複数のアレイ素子を含み；
   前記第４の送信アンテナアレイの前記第１の方向に配置された前記アレイ素子の数は、前記第２の送信アンテナアレイの前記第１の方向に配置された前記アレイ素子の数より多い、
   アンテナ。
2. アンテナであって：
   レーダ信号を送信するように構成された送信アンテナアレイ；及び
   前記レーダ信号がターゲットによって反射された後にエコー信号を受信するように構成された受信アンテナアレイ；を有し、
   前記送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイは、仮想リニアアレイ及び仮想平面アレイを形成するために使用され、
   第１の方向において、前記仮想リニアアレイの仮想アレイ素子は、前記仮想平面アレイの仮想アレイ素子より密であり、
   前記送信アンテナアレイは、垂直送信アンテナアレイ及び水平送信アンテナアレイを含み、
   前記第１の方向は水平方向であり、
   前記垂直送信アンテナアレイは、前記受信アンテナアレイの第１の側部に配置された第１の送信アンテナアレイを含み、前記第１の送信アンテナアレイは、垂直方向に配置された複数のアンテナ素子を含み、
   前記水平送信アンテナアレイは、前記第１の送信アンテナアレイに隣接した第３の送信アンテナアレイを含み、前記第３の送信アンテナアレイは、前記水平方向に配置された複数の送信アンテナアレイ素子を含み、
   前記垂直送信アンテナアレイは、さらに、前記受信アンテナアレイの第２の側部に配置された第２の送信アンテナアレイを含み、前記第２の送信アンテナアレイは、前記垂直方向に配置された複数のアンテナ素子を含み、
   前記水平送信アンテナアレイは、さらに、前記第２の送信アンテナアレイに隣接した第４の送信アンテナアレイを含み、前記第４の送信アンテナアレイは、前記水平方向に配置された複数の送信アンテナアレイ素子を含む、
   アンテナ。
3. 前記水平送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイは、前記仮想リニアアレイを形成するために使用され；
   前記垂直送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイは、前記仮想平面アレイを形成するために使用される、
   請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記第１の方向は、水平方向又は垂直方向である、
   請求項１に記載のアンテナ。
5. 前記第１の送信アンテナアレイは、前記第１の方向において前記受信アンテナアレイの外側に配置され、前記第２の送信アンテナアレイは、前記第１の方向における前記第１の側部の反対側の前記第２の側部において前記受信アンテナアレイの外側に配置される、
   請求項２に記載のアンテナ。
6. 前記仮想リニアアレイの開口サイズは、前記第１の方向において前記仮想平面アレイの開口サイズと同じである、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ。
7. レーダシステムであって：
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ；前記送信アンテナアレイに接続された送信器；前記受信アンテナアレイに接続された受信機；及び処理ユニットを有し、前記処理ユニットは、前記エコー信号に基づいて前記ターゲットの水平方位角及び垂直方位角を決定するように構成される、
   レーダシステム。
8. 前記処理ユニットは：
   前記エコー信号に基づいて、前記レーダ信号のものであり且つ前記仮想リニアアレイに基づいて得られた観測結果及び前記レーダ信号のものであり且つ前記仮想平面アレイに基づいて得られた観測結果を別々に決定し；
   前記レーダ信号のものであり且つ前記仮想リニアアレイに基づいて得られた前記観測結果及び前記レーダ信号のものであり且つ前記仮想平面アレイに基づいて得られた前記観測結果に基づいて前記ターゲットの前記水平方位角及び前記垂直方位角を決定する；ように構成される、
   請求項７に記載のレーダシステム。
9. 前記処理ユニットは：
   前記レーダ信号のものであり且つ前記仮想リニアアレイに基づいて得られた前記観測結果に基づいて前記ターゲットの第１の候補水平方位角を決定し；
   前記レーダ信号のものであり且つ前記仮想平面アレイに基づいて得られた前記観測結果に基づいて前記ターゲットの第２の候補水平方位角及び候補垂直方位角を決定し；
   前記第１の候補水平方位角、前記第２の候補水平方位角、及び前記候補垂直方位角に基づいて、前記ターゲットの前記水平方位角及び前記垂直方位角を決定する；
   ように構成される、
   請求項８に記載のレーダシステム。
10. 前記レーダ信号のものであり且つ前記仮想リニアアレイに基づいて得られた前記観測結果に基づいて前記ターゲットの前記第１の候補水平方位角を決定するとき、前記処理ユニットは：
    前記レーダ信号のものであり且つ前記仮想リニアアレイに基づいて得られた前記観測結果に基づいてデジタルビーム形成（ＤＢＦ）又は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）法で前記第１の候補水平方位角を決定するように構成される、
    請求項９に記載のレーダシステム。
11. 前記レーダ信号のものであり且つ前記仮想平面アレイに基づいて得られた前記観測結果に基づいて前記ターゲットの前記第２の候補水平方位角及び前記候補垂直方位角を決定するとき、前記処理ユニットは：
    前記レーダ信号のものであり且つ前記仮想平面アレイに基づいて得られた前記観測結果に基づいて、前記ＤＢＦ又は前記ＦＦＴ法で前記第２の候補水平方位角及び前記候補垂直方位角を決定するように構成される、
    請求項１０に記載のレーダシステム。
12. 前記ターゲットの前記水平方位角は、第１の水平方位角及び第２の水平方位角を含み、前記ターゲットの前記垂直方位角は、第１の垂直方位角及び第２の垂直方位角を含み、前記処理ユニットは、さらに：
    前記第１の水平方位角に対応するレーダ断面積（ＲＣＳ）が前記第２の水平方位角に対応するＲＣＳより大きいことを決定し；
    前記第１の垂直方位角に対応するＲＣＳが前記第２の垂直方位角に対応するＲＣＳより大きいことを決定し；
    前記第１の水平方位角及び前記第１の垂直方位角が前記ターゲット内の第１のサブターゲットの位置であり、前記第２の水平方位角及び前記第２の垂直方位角が前記ターゲット内の第２のサブターゲットの位置であることを決定する；ように構成される、
    請求項７に記載のレーダシステム。
13. 前記レーダ信号は、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）、多重周波数シフトキーイング（ＭＦＳＫ）、及び位相変調連続波（ＰＭＣＷ）のうちのいずれか１つである、
    請求項７乃至１２のいずれか１項に記載のレーダシステム。
14. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ、及び／又は請求項７乃至１３のいずれか１項に記載のレーダシステムを有する、車両。

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