JP7417471B2

JP7417471B2 - レーダ装置

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Publication number: JP7417471B2
Application number: JP2020087330A
Authority: JP
Inventors: 美裕中尾; 幸徳赤峰; 堅一嶋田; 浩司黒田
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2040-05-19
Also published as: DE112021001476T5; JP2021181920A; WO2021234998A1

Description

本発明は複数アンテナを用いたレーダ装置に関する。

レーダを用いた物標検知では、周波数が連続的に変化するチャープ信号を送信し、物標による反射波による受信信号と送信信号を用いて物標の距離、速度、方位角度を検知することができる。しかし、レーダによる物標検知では、正しく検知できる速度の限界値があり、その速度を超えた物標を検知した場合、折返しとして誤った速度で検知する。また、物標の方位角度推定において、受信アンテナの素子間隔が波長の半分よりも大きい場合、正しく推定できる方位角度に限界値があり、誤った方位として検知する。そのため、物標の方位を正しく推定するためには受信アンテナの間隔を半波長以下にする必要がある。しかし、アンテナの大きさが半波長以上の場合、アンテナ間隔を半波長以下にすることが物理的に不可能である。また、角度分解能を上げる場合、開口長を広くとる必要があるため、半波長以下で設置可能なアンテナであっても、膨大なアンテナ数が必要となる。

速度折返しの対策技術として例えば特許文献１ではチャープ信号の空送時間を変えることで最大検知速度を異ならせている。最大検知速度の異なる複数のチャープ信号でそれぞれ検知した速度を比較し、検知速度が等しければ、折返しのない正しい速度を検知できていると判定できる。検知した速度が折返しだった場合、それぞれのチャープ信号の最大検知速度が異なることで速度の検知結果にずれが生じるため、検知した速度が折返しであると判定できる。

また、角度折返しの対策技術として、非特許文献１では受信アンテナを不等間隔に配置している。受信アンテナ配置を不等間隔にすることでアンテナ間隔が半波長以上であっても角度折返しを解消することができる。

特開２０１９－３９６８６号公報特開２０１９－１８４３７０号公報

中澤利之，高橋応明，安部實，"不等間隔アレーを用いた方位推定"電子情報通信学会論文誌ＢＶｏｌ．Ｊ８３－ＢＮｏ．６ｐｐ．８４５－８５１

特許文献１のように、速度折返し対策としてチャープ信号の空送時間を変える場合、速度折返しを確実に検知するために長いチャープ周期のチャープ信号の空送時間を短いチャープ周期のチャープ信号の空送時間よりも大幅に長くとる必要がある。すると、チャープ周期の長い方のチャープ信号では信号を送信しない時間が長くなり、全体の受信電力が低下する。

また、非特許文献１のように、角度折返し対策として受信アンテナ間隔を不等間隔にすることで角度折返しを抑圧することはできるが、アンテナ密度は疎な状態になり、エイリアス雑音が増大する。

本発明は、上記の課題を解決し、角度折返し及び速度折返しによる物標の誤検知を同時に抑圧するレーダ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、単一の送信アンテナから帯域幅が同一で中心周波数が異なる複数のチャープ波を時間的に交互に送信する送信部と、チャープ波による物標からの反射波を受信する複数の受信アンテナを備えた受信部と、中心周波数が異なる反射波からの受信信号それぞれに基づいて、物標の速度を検出し、速度の検出結果に基づき速度折返しを補正する速度算出部と、複数の受信アンテナで位相情報を取得し、取得した位相情報に基づき物標の方位角度を検出する方位推定部と、を備えるレーダ装置を提供する。

本発明により単一チャープの最大検知速度を超えた速度で移動する物標の正しい速度を検出でき、更に受信アンテナの素子間隔が半波長よりも長い場合に起こる角度折返しを抑圧することができる。

ＦＭ－ＣＷ型式のチャープ信号を示す図。本発明の実施形態に係るチャープ信号を示す図。本発明の実施形態に係るレーダ装置を示す図。本発明の実施形態に係るレーダ装置のアナログ部の構成を示す図。速度折返しの検知を示す図。方位推定部の構成を示す図。方位推定部の処理を説明するための図。位相情報結合部における位相補正を示す図。変形例における方位推定部の構成を示す図。変形例における方位推定の処理の一例を示す図。

以下、発明を実施するための形態を図面に従い順次説明する。

実施例１は、ＦＭ－ＣＷ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）方式を用いたレーダ装置の実施例である。

図１に示すように、ＦＭ－ＣＷ方式を用いたレーダ装置は、周波数が時間で連続的に変化するチャープ信号の送受信により、物標の距離、速度、方位角度を検知する。図１には中心周波数ｆ、チャープ周期ｔ、変調帯域幅Ｂのチャープ波を示している。

送信されたチャープ信号は物標で反射され、その反射波を受信アンテナで受信する。受信アンテナで受信した信号はミキサで送信信号とミキシングされ、ビート信号が形成される。ミキサから出力されたビート信号はＡ／Ｄ変換され信号処理部に伝送される。

受信チャープ波は物標までの距離の2倍の距離の経路を通り受信される。ここで送信チャープ波と受信チャープ波との間に距離に応じて周波数差が生じる。この周波数差に基づき、物標までの距離を求めることができる。

また、物標に相対速度がある場合、あるチャープと次のチャープの間にも物標との距離が変わるため、ある送受信チャープから得たビート信号と次の送受信チャープから得たビート信号の間に位相差が生じる。この位相差から物標の相対速度を求めることができる。具体的にはビート信号を各受信アンテナで時間・周波数ＦＦＴを行うことにより検知した物標の距離と相対速度が算出される。

物標の方位角度を求める場合、複数の受信アンテナを用いる。複数の受信アンテナを用いた場合、物標からの反射波の到来方向により各アンテナで受信信号の位相に差が生じる。この各受信アンテナの受信位相情報を用いてＤＢＦ（ＤｉｇｉｔａｌＢｅａｍＦｏｒｍｉｎｇ)やＣａｐｏｎなどの方位推定アルゴリズムを用いることにより物標の方位角度を求める。

ＦＭ－ＣＷ方式では正しく検知できる速度の限界値があり、その速度を超えた物標を検知した場合、折返しとして誤った速度で検知する。最大検知速度Ｖｍａｘは、Ｖｍａｘ＝λ／４ｔで示される。ここで、λは送信波の波長である。物標の相対速度がＶｍａｘを超えた場合、ビート信号の前後チャープの位相差がφ＋２ｎπとなる速度を、位相差がφとなる速度と誤って検知する。

また、物標の方位角度推定において、受信アンテナの素子間隔が波長の半分よりも大きい場合、隣り合うアンテナの受信位相差がψ＋２ｎπとなる方位角度と位相差がψとなる方位角度の区別がつかず誤った方位として検知するため、受信アンテナの間隔は半波長以下にする必要がある。

しかし、高利得で広帯域のアンテナは、大きさが半波長以上の場合があり、アンテナを半波長以下の間隔で設置することが物理的に不可能である。また、角度分解能を上げる場合、開口長を広くとる必要があるため、半波長以下で設置可能なアンテナであっても、膨大なアンテナ数が必要となる。

速度折返しの対策技術としてチャープ周期の異なる複数のチャープ信号を打ち分ける技術がある。チャープ周期の異なる複数のチャープ信号を用いることで最大検知速度を異ならせることができる。複数のチャープ信号でそれぞれ検知した速度を比較し、検知速度が等しければ、折返しのない正しい速度を検知できていると判定する。検知した速度が折返しだった場合、それぞれのチャープ信号の最大検知速度が異なることで速度の検知結果にずれが生じるため、検知した速度が折返しであると判定する。

周期の異なるチャープ信号の生成方法は２通りある。一つは特許文献１に示されているように空送時間を変えることでチャープ周期を変える方法である。しかし、速度折返しを確実に検知するために長いチャープ周期のチャープ信号の空送時間を短いチャープ周期のチャープ信号の空送時間よりも大幅に長くとる必要がある。すると、チャープ周期の長い方のチャープ信号では信号を送信しない時間が長くなり、全体の受信電力が低下する。受信電力の低下は検知精度の低下につながる。

周期の異なるチャープ信号の生成方法のもう一つは特許文献２に示されているようにチャープ信号の周波数変化の傾きを変えることでチャープ周期を異ならせる方法である。ここで、最大検知距離Ｒｍａｘがサンプリング周波数Ｆｓ、チャープ信号の周波数変化の傾きＳ、光の速度ｃを用いてＲｍａｘ＝Ｆｓ・ｃ／２Ｓで示されることと、距離分解能ＲｒｅｓがＲｒｅｓ＝ｃ／２Ｂで示されることから、チャープ信号の周波数変化の傾きに十分な差をとると、最大検知距離や距離分解能の差が生じる。最大検知距離や距離分解能に差があると、複数の変調波の検知結果から同一の物標を結び付けるための計算が複雑化する。

角度折返しの対策技術としてアンテナ間隔を不等間隔に配置する技術がある。非特許文献１のように受信アンテナ配置を不等間隔にすることでアンテナ間隔が半波長以上であっても角度折返しを解消することができるが、開口長を広くする場合にアンテナ密度が疎となるとエイリアスが増大し、方位角度推定精度が低下する。

そこで、本実施例にかかるレーダ装置では図２に示すような中心周波数の異なる複数のチャープ信号を用いることで速度折返しによる誤検知と角度折返しによる誤検知の両方を解消する。本実施例のレーダ装置は、単一の送信アンテナから帯域幅が略同一で中心周波数が異なる複数のチャープ波を時間的に交互に送信する送信部と、物標からの反射波を複数の受信アンテナで受信する受信部と、物標の距離・速度・方位角度を検出する信号処理部とを備える。信号処理部では中心周波数が異なる反射波からの受信信号それぞれに基づいて、物標の速度を検出し、速度の検出結果に基づき速度折返しを補正する。また、複数の受信アンテナの位相情報を取得し、中心周波数に基づき位相情報を補正し、補正した位相情報に基づき物標の方位角度を検出する。

［レーダ装置］
図３は本実施例にかかるレーダ装置の好適な構成を示している。レーダ装置１はアレーアンテナを含むアナログ部２とアナログ部に接続されたデジタル部３とを含む。アナログ部はアナログ回路であり、送信アンテナを含む送信部４と受信アンテナを含む受信部５を含む。デジタル部は周波数制御部６と信号処理部７と記憶部８とを含む。

周波数制御部６ではチャープ信号の中心周波数を制御する。信号処理部７は距離・速度検出部９と折返し補正速度算出部１０と方位推定部１１とを含む。距離・速度検出部９はアナログ部２から入力された受信信号からＦＦＴ処理を行う回路を含む。折返し補正速度算出部１０は複数の速度検知結果から速度折返しの有無を判定し、物標の正しい速度を計算する部分である。方位推定部１１は物標の方位を計算する部分であり、複数の受信信号の位相情報列から物標の方位角度を求める。

レーダ装置１は検知した距離情報、速度情報、方位角度情報を物標検知情報として出力する。

［アナログ部］
図４にアナログ部２の構成の詳細を示す。アナログ部２は送信部４と受信部５からなる。送信部４はシンセサイザ４１、アンプ４２、送信アンテナ４３を有する。シンセサイザ４１では後述する周波数制御部６で指定された中心周波数のチャープ信号が生成される。この信号はアンプ４２を通じて増幅され送信アンテナ４３から送信信号として送信される。送信信号は物標で反射され、反射波となる。

受信部５は複数の受信アンテナ５１、各アンテナのアンプ５２、ミキサ５３、フィルタ５４、およびＡ／Ｄ変換器５５を有する。受信アンテナ５１では送信信号が物標で反射された反射波を受信する。受信アンテナ５１で受信した信号はアンプ５２で増幅され、ミキサ５３へ出力する。ミキサ５３は送信部４から送信信号を受け取り、受信アンテナ５１から入力される受信信号をミキシングすることでビート信号を生成し、Ａ／Ｄ変換機５５へ出力する。物標までの距離に応じて送信信号の周波数と受信信号の周波数には差があり、ビート信号は送信信号の周波数と受信信号の周波数の差となる周波数を有する。

［デジタル部］
デジタル部３は周波数制御部６と信号処理部７と記憶部８とを有する。周波数制御部６は図２に示すような第一変調波と第二変調波を含むチャープ信号の変調帯域幅、中心周波数、チャープ周期を制御する。

本実施例にかかるレーダ装置の周波数制御部は第一変調方式で変調したチャープ波と第二変調方式で変調したチャープ波を交互に送信する。第一変調方式は変調帯域幅Ｂ１、中心周波数ｆ１、チャープ周期ｔ１のチャープ波であり、第二変調方式は変調帯域幅Ｂ２、中心周波数ｆ２、チャープ周期ｔ２のチャープ波である。チャープ周期ｔ１とチャープ周期ｔ２は略同一である。第一変調方式と第二変調方式の帯域幅Ｂ１、Ｂ２は等しいことが望ましいが、Ｂ１とＢ２の差が帯域幅／（チャープ内サンプル数×２）以下であればよく、装置等に起因する多少の誤差を含んでも良いことは言うまでもない。

詳細は後に説明するが、距離、速度を算出するために、ＦＦＴ後に第一変調波による検知距離、速度と第二変調波による検知距離、速度の結び付けを行う。ここで、第一変調波の最大検知距離Ｒ１ｍａｘと第二変調波の最大検知距離Ｒ２ｍａｘの差が距離分解能の１／２以上の場合、二つの結果を結び付けることが難しくなる。そのため、Ｂ１とＢ２の差は帯域幅／（チャープ内サンプル数×２）以下が良い。

例えば、チャープ内サンプル数が１０２４、変調帯域が１５００ＭＨｚの場合、１５００／（１０２４・２）＝０．７３ＭＨｚの帯域誤差があると、最大検知距離の誤差が距離分解能の１／２となり、第一変調波による検知結果と第二変調波による検知結果の結び付けが難しくなる。したがってこの場合は０．７３ＭＨｚ以下の帯域誤差であることが望ましい。

また、第一変調波と第二変調波の使用帯域が重なると、変調帯域内で速度折返しと角度折返しの不確定性が生じる場合がある。そのため、第一変調波の中心周波数ｆ１と第二変調波の中心周波数ｆ２は少なくとも変調帯域幅Ｂだけ離した方が良い。第一変調波の中心周波数ｆ１と第二変調波の中心周波数ｆ２の差、すなわち中心周波数の偏差を変調帯域幅以上にすることにより、第一変調波と第二変調波の使用周波数帯域が独立する。

チャープ周期ｔ１、ｔ２は第一変調波と第二変調波で最大検知速度Ｖ１ｍａｘ、Ｖ２ｍａｘが等しくならないような値である必要がある。第一変調波の最大検知速度Ｖ１ｍａｘは第一変調波の波長λ１と第一変調波のチャープ周期ｔ１を用いてＶ１ｍａｘ＝λ１／（４・ｔ１）と示され、第二変調波の最大検知速度Ｖ２ｍａｘは第二変調波の波長λ２と第二変調波のチャープ周期ｔ２を用いてＶ２ｍａｘ＝λ２／（４・ｔ２）と示されるため、ｔ１／ｔ２≠λ１／λ２でなければならない。

また、チャープ周期ｔ１、ｔ２と第一変調波と第二変調波のチャープ数Ｎ１、Ｎ２は第一変調波の速度分解能Ｖ１ｒｅｓ＝λ１／（２・Ｎ１・ｔ１）と第二変調波の速度分解能Ｖ２ｒｅｓ＝λ２／（２・Ｎ２・ｔ２）が等しくなるような値であることが望ましいが、速度折返し処理可能な最大検知速度に近い速度において、第一変調波による検知速度ｂｉｎと第二変調波による検知速度ｂｉｎの差が速度分解能の半分未満となればよく、チャープ周期ｔ１、ｔ２において装置等に起因する多少の誤差を含んでも良い。

信号処理部７は距離速度検出部９と折返し補正速度算出部１０と方位推定部１１とを有する。距離速度検出部９には、受信部５から第一変調波の受信信号が入力される。距離速度検出部９では第一位変調波の受信信号に対して時間周波数ＦＦＴを行い、ＦＦＴ処理後の信号を得る。ＦＦＴ処理により距離・速度のパワースペクトルが得られる。ここで得られる距離・速度のパワースペクトルに基づいて、距離ｂｉｎおよび速度ｂｉｎから距離Ｒ１および速度Ｖ１を選択し、距離Ｒ１および速度Ｖ１をメモリ部８に伝送する。この処理を各受信アンテナの受信信号に対し同様に行う。

また、ＦＦＴ処理により距離・速度スペクトルを求める際、各受信アンテナの受信信号の位相を表す複素情報が得られる。距離速度検出部９では第一変調波の受信信号の位相情報列ａ１もメモリ部に伝送する。

次に距離速度検出部９には受信部５から第二変調波の受信信号が入力される。距離速度検出部９では第一変調波に対する処理と同様に時間周波数ＦＦＴを行うことで距離Ｒ２および速度Ｖ２を算出し、距離Ｒ２および速度Ｖ２と対応する位相情報列ａ２をメモリ部に伝送するＦＦＴの結果により物標までの距離Ｒを確定する。第一変調波と第二変調波のそれぞれの反射波から速度を求める際に必要な最大検知速度は、周波数制御部から中心周波数ｆ１、ｆ２を受け取ることで確定する。

折返し補正速度算出部１０では、メモリ部８に保存されている第一変調波から算出した速度Ｖ１と第二変調波から算出した速度Ｖ２を読み込む。Ｖ１とＶ２が一致している場合、物標の相対速度ＶはＶ１（またはＶ２）と確定することができる。検知速度Ｖ１、Ｖ２が一致しない場合、最大検知速度に基づきＶ１、Ｖ２が何回折返した速度で一致するか計算する。具体的にはＶ１＋２・ｎ１・Ｖ１ｍａｘ＝Ｖ２＋２・ｎ２・Ｖ２ｍａｘを満たす整数ｎ１、ｎ２を求める。これを満たすｎ１、ｎ２の時の速度を物標の相対速度Ｖとして確定し、出力する。

図５は第一変調波と第二変調波で最大検知速度Ｖ１ｍａｘ、Ｖ２ｍａｘを超える速度で移動する同一の物標を検知した場合に距離速度検出部９で算出された距離、速度の一例を示している。第一変調波による物標検知において、検知した物標の正しい速度ｂｉｎはＶ１ａｃｔである。しかし、第一変調波の最大検知速度Ｖ１ｍａｘを超えているため距離速度検出部９で算出された速度ｂｉｎはＶ１ｅｓｔとなる。第二変調波による物標見地において、検知した物標の正しい速度ｂｉｎはＶ２ａｃtである。しかし、第二変調波の最大検知速度Ｖ２ｍａｘを超えているため距離速度検出部９で産出された速度ｂｉｎはＶ２ｅｓｔとなる。二つの速度Ｖ１ｅｓｔとＶ２ｅｓｔを比較すると検知速度が異なるため、速度検知結果が誤りであることがわかる。速度方向に１回折返したｂｉｎで二つの速度ｂｉｎが一致することから正しい速度ｂｉｎがＶ１ａｃｔ、Ｖ２ａｃｔであることがわかる。

図６Ａは方位推定部１１の処理、すなわち中心周波数の異なる受信信号から得られる位相情報列を中心周波数に基づき補正、結合する処理の詳細を示している。

方位推定部１１は位相情報結合部１２と方位計算処理部１３からなる。位相情報結合部１２では、周波数制御部から第一変調波の中心周波数ｆ２と第二変調波の中心周波数ｆ２を読み込む。また、メモリ部８から第一変調波と第二変調波の各受信アンテナで受信した信号の位相情報列ａ１、ａ２を読み込む。中心周波数ｆ１、ｆ２に基づきアンテナ座標ｄを算出し、また、２つの位相情報列ａ１、ａ２を結合した位相情報列ａを算出し、アンテナ座標ｄおよび位相情報列ａを方位計算処理部１３に出力する。

図６Ｂのフローチャートを参照して位相情報結合部１２の処理について説明する。位相情報結合部は、特定の受信アンテナでの受信信号で振幅、位相を規格化する。また、位相情報結合部は、中心周波数の異なる位相情報から、それぞれ方位角度を算出し、方位角度で生じる虚像を補正する。

Ｓ１２１，Ｓ１２３では，周波数制御部から取得した中心周波数ｆ１、ｆ２に基づき、第一変調波の波長λ１、第二変調波の波長λ２を求める。

Ｓ１２２，Ｓ１２４では、第一変調波の波長λ１に対するアンテナ配置ｄ１と、第二変調波の波長λ２に対するアンテナ座標ｄ２を求める。具体的には、レーダ装置のアンテナ座標をλ１、λ２で除算することで求める。

Ｓ１２５では、ｄ１の要素の一つの座標とそれに対応するｄ２の要素を一致させる。第一変調波と第二変調波の中心周波数を変えることによりアンテナ利得の偏差が生じる。ここで生じるアンテナ利得を補正するために1つのアンテナで規格化する必要がある。そのため、ｄ１の一要素とｄ２の一要素を共通化する。

Ｓ１２６では、アンテナ座標ｄ１とアンテナ座標ｄ１にあわせて規格化したアンテナ座標ｄ２を結合し、一つの座標列としたアンテナ配置ｄを生成する。

Ｓ１２７では、第二変調波の受信位相情報列ａ２を第一変調波の受信位相情報列ａ１にあわせて規格化する。このとき、位相情報列ａ１、ａ２のうち、Ｓ１２５で共通化したアンテナ座標に対応する要素に基づいて規格化を行う。

Ｓ１２８では、位相情報列ａ１とａ２を結合し、一つの位相情報列としたａを生成する。

図７は第一変調波の受信信号と第二変調波の受信信号のアンテナの座標を一番左のアンテナの座標を共通化した場合の受信アンテナ座標を示している。アンテナ座標６０１は上記アンテナ座標ｄ１を示し、アンテナ座標６０２は上記アンテナ座標ｄ２を示している。

第一変調波による位相情報列ａ１は図７の第一変調波に対応するアンテナ座標６０１で受信したとみなされ、第二変調波による位相情報列ａ２は図７の第二変調波に対応するアンテナ座標６０２で受信したとみなされる。位相情報列ａ１の一番左のアンテナに対応する一要素と位相情報列ａ２の一番左のアンテナに対応する一要素が等しくなるように、位相情報列ａ２を規格化する。この処理により第一変調波の受信信号と第二変調波の受信信号を結合した座標列ｄと位相情報列ａを生成する。方位計算処理部１３では結合された座標列ｄと位相情報列ａを用いてＤＢＦやＣａｐｏｎなどの方位推定アルゴリズムにより物標の方位角度を算出する。算出した方位角度は物標検知情報としてレーダ装置から出力される。

図７の例において送信するチャープ信号が第一変調波のみの場合には、方位推定に利用できる位相情報の要素数が１２個であるのに対し、本実施形態にかかるレーダ装置のように送信するチャープ信号が中心周波数の異なる第一変調波と第二変調をもつチャープ信号の場合には、方位推定に利用できる位相情報の要素数は２３個まで増加する。

［効果］
以上説明した本実施例１によれば、以下の効果が得られる。

（１）第一変調波のみでは最大検知速度がＶ１ｍａｘ、第二変調波のみでは最大検知速度がＶ２ｍａｘであるが、中心周波数の異なる第一変調波と第二編調波を用いることにより最大検知速度をＶ１ｍａｘとＶ２ｍａｘの最小公倍数まで拡大することができる。
また、従来技術であるチャープ周期の異なるチャープ波を送信することにより最大検知速度を延ばす手法では空送時間を多くとる必要があるが、本実施例では中心周波数を異ならせることで最大検知速度を異ならせているため、チャープ空送時間を短くすることができ、受信電力の減少を防ぐことが可能である。したがって、より遠方まで物標検知可能になる。

（２）波長の異なるチャープ波を用いることで物標の方位角度推定に使用できる位相情報を増やすことができる。受信アンテナ数がｋ本で周波数の異なる二つの変調波を使用した場合、方位推定に使用できる位相情報は２ｋ－１個となる。

（３）波長の異なるチャープ波を用いることで、第一変調波の波長に対応するアンテナ/波長座標列ｄ１及び位相情報列ａ１と第二変調波の波長に対応するアンテナ/波長座標列ｄ２および位相情報列ａ２から結合したアンテナ/波長座標列ｄと位相情報列ａを正成することで、アンテナ素子の大きさよりも狭く物理的に配置不可能なアンテナ間隔の位相情報を得ることができる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。

［変形例１］
第一変調波の受信信号による方位推定と第二変調波の受信信号による方位推定を分けて二度の方位推定を行ってもよい。二度の方位推定を行う場合の処理を図８に示す。

第一変調波による方位推定を行う第一方位角度推定部１０１と第二変調波による第二方位推定部１０２と虚像除去部１０３とを有する。第一方位推定部１０１および第二方位推定部１０２では受信位相列を用いてＣａｐｏｎ等の高分解能方位角度推定処理を行う。

虚像除去部１０３では第一方位推定部１０１で推定した物標方位と第二方位推定部１０２で推定した物標方位から物標の真の方位を推定する。角度折返しがない場合、第一変調波による方位角度推定結果と第二変調波による方位角度推定結果は一致する。第一方位推定部で推定した方位と第二方位推定部で推定した方位が一致している場合、第一方位推定部と第二方位推定部で検知した方位を真の物標方位として決定する。一方、角度折返しがある場合第一変調波による角度推定方位と第二変調波による角度推定方位が一致しない。したがって第一方位推定部と第二方位推定部で異なる方位角度を算出した場合にはその物標を虚像として削除する。

図９は角度折返しによる虚像を検知した場合の方位推定の一例を示している。図９は真の物標方位が４５度の例である。すなわち図９の第一方位角度推定部で推定した物標方位のうち右のピークは正しい方位であり左のピークは角度折返しによる虚像を示している。また、第二方位角度推定部で推定した物標方位のうち右のピークは正しい方位であり左のピークは角度折返しによる虚像を示している。

第一方位角度推定部と第二方位角度推定部の一方のみでは正しい物標方位のピークと虚像を判別することができない。しかし、虚像補正部で第一方位角度推定部と第二方位角度推定部の結果を比較することで右のピークが一致し、左のピークはずれが生じる。この結果より右のピークのみが正しい物標方位であると判定する。

［変形例２］
受信部において受信アンテナの間隔は不等間隔であってもよい。受信アンテナの間隔が不等間隔であっても上記で説明した処理と同様に距離、速度を求める。方位推定において、位相情報列ｄ１、ｄ２の要素が不等間隔になるが、方位推定の計算は同様である。

［変形例３］
送信するチャープ信号のチャープ周期ｔ１、ｔ２は一定でなく、不等間隔であってもよい。チャープ周期ｔ１、ｔ２を変化させながらチャープ信号を送信することで、より正確な速度折返し補正が可能になる。

１レーダ装置
２アナログ部
３デジタル部
４送信部
５受信部
６周波数制御部
７信号処理部
８メモリ部
９距離・速度検出部
１０折返し補正速度算出部
１１方位推定部
１２位相情報結合部
１３方位計算処理部
１０１第一方位推定部
１０２第二方位推定部
１０３虚像除去部
６０１第一変調波アンテナ座標列
６０２第二変調波アンテナ座標列

Claims

レーダ装置であって、
単一の送信アンテナから帯域幅が同一で中心周波数が異なる複数のチャープ波を時間的に交互に送信する送信部と、前記チャープ波による物標からの反射波を受信する複数の受信アンテナを備えた受信部と、中心周波数が異なる前記反射波からの受信信号それぞれに基づいて、前記物標の速度を検出し、前記速度の検出結果に基づき速度折返しを補正する速度算出部と、複数の前記受信アンテナで位相情報を取得し、取得した前記位相情報に基づき前記物標の方位角度を検出する方位推定部と、を備え、
前記方位推定部は、中心周波数の異なる前記受信信号から得られる位相情報列を中心周波数に基づき補正、結合する位相情報結合部と、結合した前記位相情報列を用いて方位計算を行う方位計算処理部を有する、
ことを特徴とするレーダ装置。
請求項１に記載のレーダ装置であって、
前記位相情報結合部は、特定の前記受信アンテナでの受信信号で振幅、位相を規格化する、
ことを特徴とするレーダ装置。
請求項１に記載のレーダ装置であって、
前記位相情報結合部は、前記中心周波数の異なる位相情報列から、それぞれ方位角度を算出し、前記方位角度で生じる虚像を補正する、
ことを特徴とするレーダ装置。
請求項１に記載のレーダ装置であって、
前記中心周波数の偏差が前記帯域幅より大きい、
ことを特徴とするレーダ装置。
請求項１に記載のレーダ装置であって、
複数の前記受信アンテナのアンテナ間隔が不等間隔である、
ことを特徴とするレーダ装置。
請求項１に記載のレーダ装置であって、
複数の前記チャープ波のチャープ周期が略同一である、
ことを特徴とするレーダ装置。
請求項６に記載のレーダ装置であって、
前記チャープ波の時間周期が不等間隔である、
ことを特徴とするレーダ装置。