JP7439577B2

JP7439577B2 - Radar device calibration device, calibration system, calibration method, and radar device

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Publication number: JP7439577B2
Application number: JP2020040131A
Authority: JP
Inventors: 義喜杉本
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2040-03-09
Also published as: JP2021139852A

Description

本開示は、レーダ装置を較正する較正装置、較正システム、較正方法、及びレーダ装置に関する。 The present disclosure relates to a calibration device, a calibration system, a calibration method, and a radar device that calibrate a radar device.

レーダ装置は、その主ビーム方向を変化させるために、例えば、複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナ装置を備える。アンテナ装置の指向特性には、アンテナ素子の製造誤差、アンテナ素子間の電磁的な相互結合、アンテナ素子の間隔のバラツキ、回路素子の性能バラツキ、などに起因して、設計値との誤差が生じることがある。従って、このような誤差を低減または解消するために、アンテナ装置を較正する必要がある。 A radar device includes, for example, an array antenna device including a plurality of antenna elements in order to change its main beam direction. Errors in the directional characteristics of an antenna device from design values occur due to manufacturing errors in antenna elements, electromagnetic mutual coupling between antenna elements, variations in spacing between antenna elements, variations in performance of circuit elements, etc. Sometimes. Therefore, it is necessary to calibrate the antenna device to reduce or eliminate such errors.

例えば、特許文献１は、レーダ装置から所定角度で特定の距離に置いた仮想物標からの反射波に基づいて実測値のモードベクトルを算出し、実測値のモードベクトルを使って受信信号の到来角を算出するレーダ装置を開示している。これにより、特許文献１のレーダ装置は、複数の受信アンテナの電力、位相特性の誤差の影響を軽減し、正確な反射波の到来方向を推定する。 For example, Patent Document 1 calculates the mode vector of the actual value based on the reflected wave from a virtual target placed at a specific distance at a predetermined angle from the radar device, and uses the mode vector of the actual value to detect the arrival of the received signal. A radar device that calculates angles is disclosed. Thereby, the radar device of Patent Document 1 reduces the influence of errors in power and phase characteristics of a plurality of receiving antennas, and accurately estimates the direction of arrival of reflected waves.

特許第５７０１１０６号公報Patent No. 5701106

レーダ装置を用いて、反射物の三次元的な位置を決定すること、すなわち、レーダ装置に対する反射物の方位角、仰角、及び距離を決定することが求められる場合がある。この場合、レーダ装置は、主ビームを二次元的に、すなわち方位角及び仰角について走査可能なアンテナ装置を備える。従って、アンテナ装置を少なくとも二次元的に較正する必要がある。 BACKGROUND OF THE INVENTION Using a radar device, it may be necessary to determine the three-dimensional position of a reflector, that is, to determine the azimuth, elevation, and distance of the reflector relative to the radar device. In this case, the radar device includes an antenna device that can scan the main beam two-dimensionally, that is, in azimuth and elevation. Therefore, it is necessary to calibrate the antenna device at least in two dimensions.

特許文献１は、レーダ装置の前方に仮想物標を所定角度の位置に所定距離だけ離して配置し、レーダ装置に対する仮想物標の方位角のみを一次元的に変更し、複数の角度におけるモードベクトルを実測することを開示している。従って、特許文献１の技術を、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置を備えたレーダ装置に適用することはできない。仮に、特許文献１の技術を、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置を備えたレーダ装置に適用しても、反射物を検出する精度及び分解能の観点で十分な性能を発揮することはできない。 In Patent Document 1, a virtual target is placed in front of a radar device at a predetermined angle position and separated by a predetermined distance, and only the azimuth angle of the virtual target with respect to the radar device is changed one-dimensionally, and modes at multiple angles are set. It discloses that the vector is actually measured. Therefore, the technique of Patent Document 1 cannot be applied to a radar device equipped with an antenna device that can scan the main beam direction two-dimensionally. Even if the technology of Patent Document 1 is applied to a radar device equipped with an antenna device that can two-dimensionally scan the main beam direction, sufficient performance will be exhibited in terms of accuracy and resolution for detecting reflective objects. It is not possible.

本開示の目的は、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置を備えたレーダ装置の較正装置、較正システム、及び較正方法を提供することにある。また、本開示の目的は、そのようなアンテナ装置を備え、当該アンテナ装置を較正することができるレーダ装置を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a calibration device, a calibration system, and a calibration method for a radar device equipped with an antenna device that can two-dimensionally scan a main beam direction. Further, an object of the present disclosure is to provide a radar device that includes such an antenna device and can calibrate the antenna device.

本開示の側面に係る較正装置によれば、
主ビームを二次元的に走査可能なアンテナ装置を備えたレーダ装置の較正装置であって、
前記アンテナ装置及び反射器のうちの少なくとも一方を移動させて前記アンテナ装置に対する前記反射器の複数の方位角及び複数の仰角を設定するように駆動装置を制御するコントローラと、
前記アンテナ装置の指向特性を設計値に近づけるように、前記アンテナ装置の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算する較正係数計算器と、
前記較正係数計算器によって計算された較正係数を格納する記憶装置とを備え、
前記較正係数計算器は、前記コントローラが異なる方位角及び異なる仰角を設定するごとに、前記アンテナ装置から放射され、前記反射器によって反射され、前記アンテナ装置によって受信された無線信号に基づいて前記較正係数を計算する。 According to a calibration device according to aspects of the present disclosure,
A calibration device for a radar device equipped with an antenna device capable of two-dimensionally scanning a main beam,
a controller that controls a drive device to move at least one of the antenna device and the reflector to set a plurality of azimuth angles and a plurality of elevation angles of the reflector with respect to the antenna device;
a calibration coefficient calculator that calculates a calibration coefficient for a signal processing circuit that changes and calibrates the directivity of the antenna device so that the directivity characteristic of the antenna device approaches a design value;
and a storage device for storing the calibration coefficient calculated by the calibration coefficient calculator,
The calibration factor calculator calculates the calibration based on radio signals radiated from the antenna device, reflected by the reflector, and received by the antenna device each time the controller sets a different azimuth angle and a different elevation angle. Calculate the coefficients.

これにより、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置を較正し、レーダ装置に対する反射物の三次元的な位置を正確に決定することができる。 Thereby, it is possible to calibrate the antenna device capable of two-dimensionally scanning the main beam direction and accurately determine the three-dimensional position of the reflecting object with respect to the radar device.

本開示の側面に係る較正装置によれば、
前記コントローラは、前記アンテナ装置及び反射器のうちの少なくとも一方を移動させて前記アンテナ装置に対する前記反射器の複数の距離を設定するように駆動装置を制御し、
前記較正係数計算器は、前記コントローラが異なる方位角、異なる仰角、及び異なる距離を設定するごとに、前記無線信号に基づいて前記較正係数を計算する。 According to a calibration device according to aspects of the present disclosure,
The controller controls a drive device to move at least one of the antenna device and the reflector to set a plurality of distances of the reflector with respect to the antenna device,
The calibration factor calculator calculates the calibration factor based on the wireless signal each time the controller sets a different azimuth angle, a different elevation angle, and a different distance.

これにより、アンテナ装置をより正確に較正し、レーダ装置に対する反射物の三次元的な位置をより正確に決定することができる。 Thereby, the antenna device can be calibrated more accurately, and the three-dimensional position of the reflecting object relative to the radar device can be determined more accurately.

本開示の側面に係る較正システムによれば、
レーダ装置の較正システムであって、
前記較正装置と、
反射器と、
前記レーダ装置のアンテナ装置と、前記反射器とのうちの少なくとも一方を移動させる駆動装置とを備える。 According to a calibration system according to aspects of the present disclosure:
A calibration system for a radar device, the system comprising:
the calibration device;
a reflector,
The radar device includes a drive device that moves at least one of the antenna device of the radar device and the reflector.

本開示の側面に係る較正システムによれば、
前記駆動装置は、前記アンテナ装置に対する前記反射器の方位角を変化させるように前記アンテナ装置を回転可能に支持するターンテーブルを備える。 According to a calibration system according to aspects of the present disclosure:
The drive device includes a turntable that rotatably supports the antenna device so as to change the azimuth of the reflector with respect to the antenna device.

本開示の側面に係る較正システムによれば、
前記駆動装置は、前記アンテナ装置に対する前記反射器の方位角を変化させるように前記反射器を回転移動可能に支持するアームを備える。 According to a calibration system according to aspects of the present disclosure:
The drive device includes an arm that rotatably supports the reflector so as to change the azimuth of the reflector with respect to the antenna device.

これにより、アンテナ装置に対する反射器の方位角を変化させることができる。Thereby, the azimuth angle of the reflector with respect to the antenna device can be changed.

本開示の側面に係る較正システムによれば、According to a calibration system according to aspects of the present disclosure:
前記駆動装置は、前記アンテナ装置に対する前記反射器の仰角を変化させるように前記反射器を並進可能に支持する機構を備える。The drive device includes a mechanism that supports the reflector in a translatable manner so as to change an elevation angle of the reflector with respect to the antenna device.

本開示の側面に係る較正システムによれば、
前記駆動装置は、前記アンテナ装置に対する前記反射器の仰角を変化させるように前記反射器を回転移動可能に支持するアームを備える。 According to a calibration system according to aspects of the present disclosure:
The drive device includes an arm that rotatably supports the reflector so as to change an elevation angle of the reflector with respect to the antenna device.

本開示の側面に係る較正システムによれば、
前記駆動装置は、前記アンテナ装置に対する前記反射器の仰角を変化させるように前記アンテナ装置を傾斜可能に支持する機構を備える。 According to a calibration system according to aspects of the present disclosure:
The drive device includes a mechanism that tiltably supports the antenna device so as to change an elevation angle of the reflector with respect to the antenna device.

これにより、アンテナ装置に対する反射器の仰角を変化させることができる。 Thereby, the elevation angle of the reflector with respect to the antenna device can be changed.

本開示の側面に係る較正システムによれば、
前記駆動装置は、前記アンテナ装置から前記反射器までの距離を変化させるように前記反射器を並進可能に支持する機構を備える。 According to a calibration system according to aspects of the present disclosure:
The drive device includes a mechanism that supports the reflector in translation so as to change the distance from the antenna device to the reflector.

これにより、アンテナ装置から反射器までの距離を変化させることができる。 Thereby, the distance from the antenna device to the reflector can be changed.

本開示の側面に係るレーダ装置によれば、
主ビームを二次元的に走査可能なアンテナ装置を備えたレーダ装置であって、
前記アンテナ装置及び反射器のうちの少なくとも一方を移動させて前記アンテナ装置に対する前記反射器の複数の方位角及び複数の仰角を設定するように駆動装置を制御するコントローラと、
前記アンテナ装置の指向特性を設計値に近づけるように、前記アンテナ装置の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算する較正係数計算器とを備え、
前記較正係数計算器は、前記コントローラが異なる方位角及び異なる仰角を設定するごとに、前記アンテナ装置から放射され、前記反射器によって反射され、前記アンテナ装置によって受信された無線信号に基づいて前記較正係数を計算する。 According to a radar device according to an aspect of the present disclosure,
A radar device equipped with an antenna device capable of two-dimensionally scanning a main beam,
a controller that controls a drive device to move at least one of the antenna device and the reflector to set a plurality of azimuth angles and a plurality of elevation angles of the reflector with respect to the antenna device;
a calibration coefficient calculator that calculates a calibration coefficient of a signal processing circuit that changes and calibrates the directivity of the antenna device so that the directivity characteristic of the antenna device approaches a design value,
The calibration factor calculator calculates the calibration based on radio signals radiated from the antenna device, reflected by the reflector, and received by the antenna device each time the controller sets a different azimuth angle and a different elevation angle. Calculate the coefficients.

本開示の側面に係る較正方法によれば、
主ビームを二次元的に走査可能なアンテナ装置を備えたレーダ装置の較正方法であって、
駆動装置を用いて、前記アンテナ装置及び反射器のうちの少なくとも一方を移動させて前記アンテナ装置に対する前記反射器の複数の方位角及び複数の仰角を設定するステップと、
前記アンテナ装置の指向特性を設計値に近づけるように、前記アンテナ装置の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算するステップと、
前記計算された較正係数を記憶装置に格納するステップとを含み、
前記較正係数を計算するステップは、異なる方位角及び異なる仰角を設定するごとに、前記アンテナ装置から放射され、前記反射器によって反射され、前記アンテナ装置によって受信された無線信号に基づいて前記較正係数を計算することを含む。 According to a calibration method according to aspects of the present disclosure,
A method for calibrating a radar device equipped with an antenna device capable of two-dimensionally scanning a main beam, the method comprising:
using a drive device to move at least one of the antenna device and the reflector to set a plurality of azimuth angles and a plurality of elevation angles of the reflector with respect to the antenna device;
calculating a calibration coefficient for a signal processing circuit that changes and calibrates the directivity of the antenna device so that the directivity characteristic of the antenna device approaches a design value;
storing the calculated calibration coefficient in a storage device;
The step of calculating the calibration coefficient includes calculating the calibration coefficient based on a radio signal radiated from the antenna device, reflected by the reflector, and received by the antenna device each time a different azimuth angle and a different elevation angle are set. Including calculating.

これにより、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置を較正し、レーダ装置に対する反射物の三次元的な位置を正確に決定することができる。 Thereby, it is possible to calibrate the antenna device capable of scanning the main beam direction two-dimensionally, and to accurately determine the three-dimensional position of the reflecting object with respect to the radar device.

本開示の側面に係る較正装置、較正システム、較正方法、及びレーダ装置によれば、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置を較正し、レーダ装置に対する反射物の三次元的な位置を正確に決定することができる。 According to a calibration device, a calibration system, a calibration method, and a radar device according to aspects of the present disclosure, an antenna device capable of two-dimensionally scanning the main beam direction is calibrated, and a three-dimensional position of a reflecting object with respect to the radar device is calibrated. can be determined accurately.

第１の実施形態に係る較正システムの構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a calibration system according to a first embodiment. 図１の較正装置１及びレーダ装置１１の構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing the configuration of a calibration device 1 and a radar device 11 in FIG. 1. FIG. 図１のレーダ装置１１の詳細構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the radar device 11 in FIG. 1. FIG. 図３のアンテナ素子４１，４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの配置を示す斜視図である。4 is a perspective view showing the arrangement of antenna elements 41, 42-1-1 to 42-MN in FIG. 3. FIG. 図１の反射器１２の構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the reflector 12 in FIG. 1. FIG. 図１の較正装置１によって実行される較正処理を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a calibration process executed by the calibration device 1 of FIG. 1. FIG. 図３のアンテナ素子４２－１－１によって受信された時間領域の受信信号を示すグラフである。4 is a graph showing a time domain received signal received by antenna element 42-1-1 of FIG. 3. FIG. 図７の受信信号に対してＦＦＴを適用した周波数領域の受信信号を示すグラフである。8 is a graph showing a frequency domain received signal obtained by applying FFT to the received signal of FIG. 7. FIG. 図１のレーダ装置１１に対する反射器１２の方位角φ及び仰角θ関する角度スペクトルを示すグラフである。2 is a graph showing an angular spectrum regarding the azimuth angle φ and the elevation angle θ of the reflector 12 with respect to the radar device 11 of FIG. 1. FIG. 第１の実施形態の第１の変形例に係る較正システムの構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of a calibration system according to a first modification of the first embodiment. 第１の実施形態の第２の変形例に係る較正システムの構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing the composition of the calibration system concerning the 2nd modification of a 1st embodiment. 第１の実施形態の第３の変形例に係る較正システムの構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing the composition of the calibration system concerning the 3rd modification of a 1st embodiment. 第１の実施形態の第４の変形例に係る較正システムの構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing the composition of the calibration system concerning the 4th modification of a 1st embodiment. 第２の実施形態に係る較正システムの構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of a calibration system according to a second embodiment. 図１４の較正装置１Ｅによって実行される較正処理を示すフローチャートである。15 is a flowchart showing a calibration process executed by the calibration device 1E of FIG. 14. FIG. 第３の実施形態に係るレーダ装置１１Ｆの構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the composition of radar device 11F concerning a 3rd embodiment.

［適用例］
図１は、第１の実施形態に係る較正システムの構成を示す斜視図である。図２は、図１の較正装置１及びレーダ装置１１の構成を示すブロック図である。図１の較正システムは、レーダ装置１１のアンテナ装置３１であって、主ビームを二次元的に走査可能なアンテナ装置３１を較正する。図２の例では、レーダ装置１１は、アンテナ装置３１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路３３をさらに備える。従って、図１の較正システムは、アンテナ装置３１を較正するために、信号処理回路３３の較正係数を計算する。 [Application example]
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a calibration system according to a first embodiment. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the calibration device 1 and radar device 11 in FIG. 1. The calibration system in FIG. 1 calibrates the antenna device 31 of the radar device 11, which is capable of two-dimensionally scanning the main beam. In the example of FIG. 2, the radar device 11 further includes a signal processing circuit 33 that changes and calibrates the directivity of the antenna device 31. Therefore, the calibration system of FIG. 1 calculates calibration coefficients for the signal processing circuit 33 in order to calibrate the antenna device 31.

図１の較正システムは、較正装置１、駆動装置２，３、及び反射器１２を備える。 The calibration system of FIG. 1 comprises a calibration device 1, a drive device 2, 3, and a reflector 12.

反射器１２は、レーダ装置１１から放射された無線信号（レーダ波）を反射してレーダ装置１１に向けて再放射する。 The reflector 12 reflects a radio signal (radar wave) emitted from the radar device 11 and re-radiates it toward the radar device 11 .

駆動装置２，３は、アンテナ装置３１及び反射器１２のうちの少なくとも一方を移動させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ及び複数の仰角θを設定する。図１の例では、駆動装置２は、アンテナ装置３１に対する反射器１２の方位角φを変化させるようにアンテナ装置３１を回転可能に支持するターンテーブルを備える。また、駆動装置３は、アンテナ装置３１に対する反射器１２の仰角θを変化させるように反射器１２を並進可能に支持する機構を備える。 The drive devices 2 and 3 move at least one of the antenna device 31 and the reflector 12 to set a plurality of azimuth angles φ and a plurality of elevation angles θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. In the example of FIG. 1, the drive device 2 includes a turntable that rotatably supports the antenna device 31 so as to change the azimuth angle φ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. Further, the drive device 3 includes a mechanism that supports the reflector 12 in a translatable manner so as to change the elevation angle θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31.

較正装置１は、駆動装置２，３を制御し、また、アンテナ装置３１を較正するためにレーダ装置１１の信号処理回路３３の較正係数を計算する。 The calibration device 1 controls the drive devices 2 and 3 and also calculates a calibration coefficient for the signal processing circuit 33 of the radar device 11 in order to calibrate the antenna device 31.

図２を参照すると、較正装置１は、コントローラ２１、較正係数計算器２２、及び記憶装置２３を備える。 Referring to FIG. 2, the calibration device 1 includes a controller 21, a calibration coefficient calculator 22, and a storage device 23.

コントローラ２１は、アンテナ装置３１及び反射器１２のうちの少なくとも一方を移動させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ及び複数の仰角θを設定するように駆動装置２，３を制御する。図１の例では、コントローラ２１は、アンテナ装置３１を回転させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φを設定するように駆動装置２を制御する。また、コントローラ２１は、反射器１２の高さ方向（図１のＺ’方向）に並進移動させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の仰角θを設定するように駆動装置３を制御する。 The controller 21 controls the drive devices 2 and 3 to move at least one of the antenna device 31 and the reflector 12 to set a plurality of azimuth angles φ and a plurality of elevation angles θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. do. In the example of FIG. 1, the controller 21 controls the drive device 2 to rotate the antenna device 31 and set a plurality of azimuth angles φ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. Further, the controller 21 controls the drive device 3 to translate the reflector 12 in the height direction (Z' direction in FIG. 1) and set a plurality of elevation angles θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31.

較正係数計算器２２は、アンテナ装置３１の指向特性を設計値に近づけるように、アンテナ装置３１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路３３の較正係数を計算する。詳しくは、較正係数計算器２２は、コントローラ２１が異なる方位角φ及び異なる仰角θを設定するごとに、アンテナ装置３１から放射され、反射器１２によって反射され、アンテナ装置３１によって受信された無線信号に基づいて較正係数を計算する。 The calibration coefficient calculator 22 calculates a calibration coefficient for a signal processing circuit 33 that changes and calibrates the directivity of the antenna device 31 so that the directivity of the antenna device 31 approaches a design value. Specifically, the calibration coefficient calculator 22 calculates the radio signal radiated from the antenna device 31, reflected by the reflector 12, and received by the antenna device 31 each time the controller 21 sets a different azimuth angle φ and a different elevation angle θ. Calculate the calibration factor based on.

記憶装置２３は、較正係数計算器２２によって計算された較正係数を格納する。記憶装置２３に格納された較正係数は、着脱可能な記憶媒体又は通信回線を介して、レーダ装置１１（又は、較正対象のレーダ装置１１と同じ機種である他のレーダ装置）に送られ、そのアンテナ装置３１を較正するために使用される。 The storage device 23 stores the calibration coefficients calculated by the calibration coefficient calculator 22. The calibration coefficients stored in the storage device 23 are sent to the radar device 11 (or another radar device of the same model as the radar device 11 to be calibrated) via a removable storage medium or a communication line, and then It is used to calibrate the antenna device 31.

このように、本開示の実施形態に係る較正システムによれば、駆動装置２，３を用いてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ及び複数の仰角θを設定し、異なる方位角φ及び異なる仰角θを設定するごとに較正係数を計算する。これにより、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置３１を較正し、レーダ装置１１に対する任意の反射物の三次元的な位置を正確に決定することができる。 As described above, according to the calibration system according to the embodiment of the present disclosure, a plurality of azimuth angles φ and a plurality of elevation angles θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31 are set using the driving devices 2 and 3, and different azimuth angles θ are set. Calibration coefficients are calculated for each setting of φ and different elevation angles θ. Thereby, it is possible to calibrate the antenna device 31 capable of scanning the main beam direction two-dimensionally, and to accurately determine the three-dimensional position of any reflecting object with respect to the radar device 11.

本開示の実施形態に係る較正システムによれば、特許文献１のように、レーダ装置に対する仮想物標の方位角のみを一次元的に変更する場合よりも、較正係数を正確に計算することができる。また、本開示の実施形態に係る較正システムによれば、レーダ装置に対する仮想物標の角度を互いに直交する２つの円周上で変化させて較正係数を計算し、その積によって球面の較正係数を近似する場合よりも、較正係数を正確に計算することができる。このように、本開示の実施形態に係る較正システムによれば、レーダ装置１１に対する任意の反射物の三次元的な位置を、従来よりも高い精度及び分解能で、正確に決定することができる。 According to the calibration system according to the embodiment of the present disclosure, it is possible to calculate the calibration coefficient more accurately than when only the azimuth angle of the virtual target with respect to the radar device is changed one-dimensionally as in Patent Document 1. can. Further, according to the calibration system according to the embodiment of the present disclosure, the calibration coefficient is calculated by changing the angle of the virtual target with respect to the radar device on two mutually perpendicular circumferences, and the spherical calibration coefficient is calculated by the product of the calibration coefficients. Calibration coefficients can be calculated more accurately than by approximation. In this way, according to the calibration system according to the embodiment of the present disclosure, the three-dimensional position of any reflective object relative to the radar device 11 can be accurately determined with higher precision and resolution than conventional methods.

［第１の実施形態］
［第１の実施形態の構成］
図１を参照すると、駆動装置２は、基部２ａ、ターンテーブル２ｂ、及びアーム２ｃを備える。基部２ａは、駆動装置２の全体を支持する。ターンテーブル２ｂは、基部２ａの上に設けられ、基部２ａに対して回転する。ターンテーブル２ｂの上にレーダ装置１１が配置される。これにより、ターンテーブル２ｂは、アンテナ装置３１に対する反射器１２の方位角φを変化させるようにアンテナ装置３１を回転可能に支持する。アーム２ｃは、駆動装置３を基部２ａに対して連結する。アーム２ｃは、例えば、レーダ装置１１から反射器１２までの距離が数十ｃｍ～十数ｍ程度になるような長さを有する。 [First embodiment]
[Configuration of first embodiment]
Referring to FIG. 1, the drive device 2 includes a base 2a, a turntable 2b, and an arm 2c. The base 2a supports the entire drive device 2. The turntable 2b is provided on the base 2a and rotates with respect to the base 2a. A radar device 11 is arranged on the turntable 2b. Thereby, the turntable 2b rotatably supports the antenna device 31 so as to change the azimuth angle φ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. Arm 2c connects drive device 3 to base 2a. The arm 2c has a length such that, for example, the distance from the radar device 11 to the reflector 12 is about several tens of cm to more than ten meters.

図１では、較正装置１が、駆動装置３のための制御信号を、駆動装置２を介して駆動装置３に送信する場合を示すが、較正装置１は、駆動装置３のための制御信号を駆動装置３に直接に送信してもよい。また、較正装置１は、駆動装置２，３のための制御信号を有線で送信してもよく、無線により送信してもよい。 In FIG. 1, a case is shown in which the calibration device 1 transmits a control signal for the drive device 3 to the drive device 3 via the drive device 2. It may also be sent directly to the drive device 3. Further, the calibration device 1 may transmit control signals for the drive devices 2 and 3 by wire or wirelessly.

較正システムの周辺には、反射器１２以外の反射物又は他の強力な電磁波源が存在しないことが望ましい。従って、駆動装置２，３、レーダ装置１１、及び反射器１２は、例えば電波暗室の内部に配置されてもよい。 Preferably, there are no reflective objects other than reflector 12 or other sources of strong electromagnetic radiation in the vicinity of the calibration system. Therefore, the driving devices 2 and 3, the radar device 11, and the reflector 12 may be placed inside an anechoic chamber, for example.

図２を参照すると、レーダ装置１１は、例えば、アンテナ装置３１、無線周波回路３２、信号処理回路３３、コントローラ３４、及び記憶装置３５を備える。 Referring to FIG. 2, the radar device 11 includes, for example, an antenna device 31, a radio frequency circuit 32, a signal processing circuit 33, a controller 34, and a storage device 35.

図３は、図１のレーダ装置１１の詳細構成を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing the detailed configuration of the radar device 11 of FIG. 1. As shown in FIG.

アンテナ装置３１は、アンテナ素子４１，４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎを備える。アンテナ素子４１は、無線周波回路３２から供給された無線周波信号をレーダ波として放射する送信アンテナとして動作する。アンテナ素子４１は、無指向性のアンテナとして動作してもよい。アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎは、アンテナ素子４１から放射されて何らかの反射物によって反射されたレーダ波を受信する受信アンテナとして動作する。アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎは、それらの受信信号を後段の信号処理回路３３によって処理することにより、可変な指向性を有する。 The antenna device 31 includes antenna elements 41, 42-1-1 to 42-MN. The antenna element 41 operates as a transmitting antenna that radiates the radio frequency signal supplied from the radio frequency circuit 32 as a radar wave. The antenna element 41 may operate as an omnidirectional antenna. The antenna elements 42-1-1 to 42-MN operate as receiving antennas that receive radar waves radiated from the antenna element 41 and reflected by some reflecting object. The antenna elements 42-1-1 to 42-MN have variable directivity by processing their received signals by the signal processing circuit 33 in the subsequent stage.

図４は、図３のアンテナ素子４１，４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの配置を示す斜視図である。受信アンテナとして動作するアンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎは、例えば、Ｘ方向の間隔ｄ_ｘ及びＺ方向の間隔ｄ_ｚを有して等間隔で二次元的に配置され、アレイアンテナ装置を構成する。送信アンテナとして動作するアンテナ素子４１は、アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎに近接して設けられる。送信アンテナは、受信アンテナとして動作するアンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎのうちの少なくとも１つを共用してもよい。 FIG. 4 is a perspective view showing the arrangement of antenna elements 41, 42-1-1 to 42-MN in FIG. 3. The antenna elements 42-1-1 to 42-MN, which operate as receiving antennas, are arranged two-dimensionally at equal intervals with, for example, an interval d _x in the X direction and an interval d _z in the Z direction, and are arranged in an array. Configure the antenna device. Antenna element 41 that operates as a transmitting antenna is provided close to antenna elements 42-1-1 to 42-MN. The transmitting antenna may share at least one of the antenna elements 42-1-1 to 42-MN that operate as the receiving antenna.

図４は、アンテナ装置３１の座標系ＸＹＺを示し、また、アンテナ装置３１に対する反射器１２（図示せず）の方位角φ及び仰角θを示す。一方、図１は、較正システムの座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’を示すが、駆動装置２，３によって設定される方位角φ及び仰角θは、図４の方位角φ及び仰角θと等価である。 FIG. 4 shows the coordinate system XYZ of the antenna device 31, and also shows the azimuth angle φ and the elevation angle θ of the reflector 12 (not shown) with respect to the antenna device 31. On the other hand, although FIG. 1 shows the coordinate system X'Y'Z' of the calibration system, the azimuth angle φ and the elevation angle θ set by the drives 2 and 3 are equivalent to the azimuth angle φ and the elevation angle θ in FIG. be.

アレイアンテナ装置の開口面積に対し、レーダ装置１１から反射器１２までの距離は十分に大きく設定される。例えば、７９ＧＨｚ帯のレーダ波を用いる場合、レーダ装置１１から反射器１２までの距離は、数十ｃｍ～数ｍに設定されてもよい。これにより、反射器１２からレーダ装置１１に入射するレーダ波は、平面波とみなすことができる。反射器１２がアレイアンテナ装置のブロードサイド方向、すなわちφ＝０，θ＝０の位置に配置されているとき、反射器１２から各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎまでの距離は互いに等しく、また、各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎには同相のレーダ波がそれぞれ入射する。反射器１２がφ≠０又はθ≠０の位置に配置されているとき、反射器１２から各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎまでの距離は互いに異なり、また、各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎには、各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの間隔と、方位角φ及び仰角θとに応じて異なる位相を有するレーダ波がそれぞれ入射する。 The distance from the radar device 11 to the reflector 12 is set to be sufficiently large with respect to the aperture area of the array antenna device. For example, when using radar waves in the 79 GHz band, the distance from the radar device 11 to the reflector 12 may be set to several tens of cm to several meters. Thereby, the radar wave that enters the radar device 11 from the reflector 12 can be regarded as a plane wave. When the reflector 12 is arranged in the broadside direction of the array antenna device, that is, in the position of φ=0, θ=0, the distance from the reflector 12 to each antenna element 42-1-1 to 42-MN are equal to each other, and radar waves of the same phase are incident on each antenna element 42-1-1 to 42-MN. When the reflector 12 is placed at a position where φ≠0 or θ≠0, the distances from the reflector 12 to each of the antenna elements 42-1-1 to 42-MN are different from each other, and each antenna element 42-1-1 to 42-MN have radar waves having different phases depending on the spacing of each antenna element 42-1-1 to 42-MN, azimuth angle φ, and elevation angle θ. incident.

再び図３を参照すると、無線周波回路３２は、アンテナ装置３１によって受信された無線信号をベースバンド信号又は中間周波信号に変換する。無線周波回路３２は、発振器５１、ミキサ５２－１－１～５２－Ｍ－Ｎ、増幅器５３－１－１～５３－Ｍ－Ｎ、フィルタ５４－１－１～５４－Ｍ－Ｎ、及びアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）５５－１－１～５５－Ｍ－Ｎを備える。 Referring again to FIG. 3, the radio frequency circuit 32 converts the radio signal received by the antenna device 31 into a baseband signal or an intermediate frequency signal. The radio frequency circuit 32 includes an oscillator 51, mixers 52-1-1 to 52-MN, amplifiers 53-1-1 to 53-MN, filters 54-1-1 to 54-MN, and analog /digital converters (ADC) 55-1-1 to 55-MN.

発振器５１は、レーダ装置１１のコントローラ３４（又は較正装置１のコントローラ２１）の制御下で、所定の周波数を有する無線周波信号を発生し、発生した無線周波信号をアンテナ素子４１に送る。発振器５１は、例えば、時間的に次第に増大又は減少する周波数を有するチャープ信号を発生する。発振器５１は、発生した無線周波信号をミキサ５２－１－１～５２－Ｍ－Ｎにも送る。 The oscillator 51 generates a radio frequency signal having a predetermined frequency under the control of the controller 34 of the radar device 11 (or the controller 21 of the calibration device 1), and sends the generated radio frequency signal to the antenna element 41. The oscillator 51 generates, for example, a chirp signal having a frequency that gradually increases or decreases over time. Oscillator 51 also sends the generated radio frequency signal to mixers 52-1-1 to 52-MN.

アンテナ素子４２－１で受信された無線周波信号は、ミキサ５２－１－１に入力される。ミキサ５２－１－１には、発振器５１によって発生された無線周波信号がさらに入力される。これにより、ミキサ５２－１－１はベースバンド信号を発生する。増幅器５３－１－１はベースバンド信号を増幅する。フィルタ５４－１－１は、ベースバンド信号の不要な周波数帯域を阻止する。アナログ／ディジタル変換器５５－１－１は、アナログのベースバンド信号をディジタル信号に変換する。これにより、アナログ／ディジタル変換器５５－１の出力信号は、アンテナ素子４２－１の受信信号として、信号処理回路３３に送られる。 The radio frequency signal received by antenna element 42-1 is input to mixer 52-1-1. The radio frequency signal generated by the oscillator 51 is further input to the mixer 52-1-1. As a result, mixer 52-1-1 generates a baseband signal. Amplifier 53-1-1 amplifies the baseband signal. Filter 54-1-1 blocks unnecessary frequency bands of the baseband signal. The analog/digital converter 55-1-1 converts an analog baseband signal into a digital signal. Thereby, the output signal of the analog/digital converter 55-1 is sent to the signal processing circuit 33 as a received signal of the antenna element 42-1.

アンテナ素子４２－１で受信された無線周波信号と同様に、アンテナ素子４２－１－２～４２－Ｍ－Ｎで受信された無線周波信号は、ミキサ５２－１－２～５２－Ｍ－Ｎ、増幅器５３－１－２～５３－Ｍ－Ｎ、フィルタ５４－１－２～５４－Ｍ－Ｎ、及びアナログ／ディジタル変換器５５－１－２～５５－Ｍ－Ｎによって処理される。これにより、アナログ／ディジタル変換器５５－２～５５－Ｋの出力信号は、アンテナ素子４２－２～４２－Ｍ－Ｎの受信信号として、信号処理回路３３にそれぞれ送られる。 Similar to the radio frequency signals received by antenna element 42-1, the radio frequency signals received by antenna elements 42-1-2 to 42-MN are transmitted to mixers 52-1-2 to 52-MN. , amplifiers 53-1-2 to 53-MN, filters 54-1-2 to 54-MN, and analog/digital converters 55-1-2 to 55-MN. Thereby, the output signals of the analog/digital converters 55-2 to 55-K are sent to the signal processing circuit 33 as reception signals of the antenna elements 42-2 to 42-MN, respectively.

図３の例では、無線周波回路３２が無線周波信号をベースバンド信号に変換する場合を示すが、無線周波回路３２は、無線周波信号を中間周波信号に変換するように構成されてもよい。 Although the example of FIG. 3 shows a case where the radio frequency circuit 32 converts a radio frequency signal to a baseband signal, the radio frequency circuit 32 may be configured to convert a radio frequency signal to an intermediate frequency signal.

信号処理回路３３の較正係数を計算するとき、アナログ／ディジタル変換器５５－１－１～５５－Ｍ－Ｎの出力信号は、アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの受信信号として、較正装置１の較正係数計算器２２に送られる。 When calculating the calibration coefficient of the signal processing circuit 33, the output signals of the analog/digital converters 55-1-1 to 55-MN are used as the received signals of the antenna elements 42-1-1 to 42-MN. , is sent to the calibration coefficient calculator 22 of the calibration device 1.

信号処理回路３３は、無線周波回路３２から送られたアンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの受信信号に基づいて、反射物の距離及び方向を推定し、表示装置などの外部装置（図示せず）に出力する。このとき、信号処理回路３３は、アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎが可変な指向性を有するように、無線周波回路３２から送られたアンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの受信信号を処理する。 The signal processing circuit 33 estimates the distance and direction of the reflecting object based on the received signals of the antenna elements 42-1-1 to 42-MN sent from the radio frequency circuit 32, and estimates the distance and direction of the reflecting object, and displays the signal from an external device such as a display device. (not shown). At this time, the signal processing circuit 33 processes the antenna elements 42-1-1 to 42-N sent from the radio frequency circuit 32 so that the antenna elements 42-1-1 to 42-MN have variable directivity. Process the received signals of MN.

コントローラ３４は、レーダ装置１１の全体の動作を制御する。 The controller 34 controls the overall operation of the radar device 11.

記憶装置３５には、較正装置１によって計算された較正係数が格納される。コントローラ３４は、較正係数を記憶装置３５から読み出して信号処理回路３３に設定する。信号処理回路３３は、コントローラ３４により設定された較正係数を用いて、反射物の距離及び方向を推定する。 The storage device 35 stores calibration coefficients calculated by the calibration device 1. The controller 34 reads the calibration coefficients from the storage device 35 and sets them in the signal processing circuit 33 . The signal processing circuit 33 uses the calibration coefficient set by the controller 34 to estimate the distance and direction of the reflecting object.

図５は、図１の反射器１２の構成を示す斜視図である。反射器１２は、例えば、互いに直交する３つの反射板を含むように構成されてもよい。反射板は、電磁波をよく反射するように、金属からなる。これにより、レーダ装置１１から反射器１２にレーダ波が入射したとき、レーダ波を正確にレーダ装置１１に向けて反射することができる。反射器１２は、四角形の反射板に代えて三角形の反射板を含んでもよく、３つの反射板に代えて互いに直交する２つの反射板を含んでもよく、反射板に代えて球体又は他の任意の反射器を用いてもよい。 FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the reflector 12 in FIG. 1. For example, the reflector 12 may be configured to include three reflecting plates orthogonal to each other. The reflector is made of metal so that it reflects electromagnetic waves well. Thereby, when a radar wave is incident on the reflector 12 from the radar device 11, the radar wave can be accurately reflected toward the radar device 11. The reflector 12 may include a triangular reflector instead of a rectangular reflector, two reflectors perpendicular to each other instead of three reflectors, and a sphere or other arbitrary reflector instead of a reflector. reflectors may be used.

［第１の実施形態の動作］
図６は、図１の較正装置１によって実行される較正処理を示すフローチャートである。 [Operation of the first embodiment]
FIG. 6 is a flowchart showing the calibration process executed by the calibration device 1 of FIG.

ステップＳ１において、コントローラ２１は、駆動装置３を用いて、反射器１２の仰角θを初期値に設定する。ステップＳ２において、コントローラ２１は、駆動装置２を用いて、反射器１２の方位角φを初期値に設定する。 In step S1, the controller 21 uses the drive device 3 to set the elevation angle θ of the reflector 12 to an initial value. In step S2, the controller 21 uses the drive device 2 to set the azimuth angle φ of the reflector 12 to an initial value.

ステップＳ３において、コントローラ２１は、信号処理回路３３の較正係数を計算するためのテスト信号として、レーダ装置１１の発振器５１を用いて、レーダ装置１１から反射器１２にレーダ波を送信する。反射器１２によって反射されたレーダ波は、レーダ装置１１により受信される。また、ステップＳ３において、較正係数計算器２２は、レーダ装置１１の無線周波回路３２から各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの受信信号を取得する。 In step S3, the controller 21 uses the oscillator 51 of the radar device 11 to transmit a radar wave from the radar device 11 to the reflector 12 as a test signal for calculating the calibration coefficient of the signal processing circuit 33. The radar waves reflected by the reflector 12 are received by the radar device 11. Further, in step S3, the calibration coefficient calculator 22 obtains the received signals of each of the antenna elements 42-1-1 to 42-MN from the radio frequency circuit 32 of the radar device 11.

ステップＳ４において、較正係数計算器２２は、各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの受信信号に対してＦＦＴ（fast Fourier transform）をそれぞれ実行し、周波数領域の受信信号を取得する。周波数領域の受信信号は複素数値を有し、各周波数における各受信信号の振幅及び位相を表す。ステップＳ４において、較正係数計算器２２はさらに、各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの周波数領域の受信信号のピークをそれぞれ抽出する。 In step S4, the calibration coefficient calculator 22 performs FFT (fast Fourier transform) on the received signals of each of the antenna elements 42-1-1 to 42-MN to obtain received signals in the frequency domain. . The received signals in the frequency domain have complex values, representing the amplitude and phase of each received signal at each frequency. In step S4, the calibration coefficient calculator 22 further extracts the peaks of the received signals in the frequency domain of each of the antenna elements 42-1-1 to 42-MN.

図７は、図３のアンテナ素子４２－１－１によって受信された時間領域の受信信号を示すグラフである。図８は、図７の受信信号に対してＦＦＴを適用した周波数領域の受信信号を示すグラフである。図８のＸ_ｍｎは、アンテナ素子４２－ｍ－ｎ（１≦ｍ≦Ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の周波数領域の受信信号のピークを示し、次式により表される。 FIG. 7 is a graph showing a time domain received signal received by antenna element 42-1-1 of FIG. FIG. 8 is a graph showing a received signal in the frequency domain obtained by applying FFT to the received signal in FIG. X _mn in FIG. 8 indicates the peak of the received signal in the frequency domain of the antenna element 42-m−n (1≦m≦M, 1≦n≦N), and is expressed by the following equation.

ここで、ｐは受信信号の振幅を示し、λは動作波長を示す。 Here, p indicates the amplitude of the received signal, and λ indicates the operating wavelength.

図６のステップＳ５において、較正係数計算器２２は、周波数領域の受信信号に基づいて、次式を用いて相関行列Ｒ_ｘｘを計算する。 In step S5 of FIG. 6, the calibration coefficient calculator 22 calculates the correlation matrix _Rxx based on the received signal in the frequency domain using the following equation.

Ｘは、各受信信号Ｘ_ｍｎからなる受信信号ベクトルを示す。ここで、上付き文字Ｔはベクトル及び行列の転置を示し、上付き文字Ｈはベクトル及び行列の複素共役転置を示す。 X indicates a received signal vector consisting of each received signal X _mn . Here, the superscript T indicates the transpose of vectors and matrices, and the superscript H indicates the complex conjugate transpose of vectors and matrices.

反射物の三次元的な位置を決定するために、例えば、相関行列Ｒ_ｘｘを用いて、次式の角度スペクトルＰ（θ，φ）が計算される。 In order to determine the three-dimensional position of the reflecting object, the following angular spectrum P(θ, φ) is calculated using the correlation matrix _Rxx , for example.

a（φ，θ）は、方位角φ及び仰角θにおけるステアリングベクトル（「モードベクトル」とも呼ぶ）を示す。 a(φ, θ) indicates the steering vector (also called “mode vector”) at the azimuth angle φ and the elevation angle θ.

図９は、図１のレーダ装置１１に対する反射器１２の方位角φ及び仰角θに関する角度スペクトルを示すグラフである。式（５）の角度スペクトルＰ（θ，φ）を方位角φ及び仰角θに関して走査し、角度スペクトルＰ（θ，φ）が最大になるときの方位角φ及び仰角θに反射物が位置していると推定される。 FIG. 9 is a graph showing an angular spectrum regarding the azimuth angle φ and the elevation angle θ of the reflector 12 with respect to the radar device 11 of FIG. Scan the angular spectrum P (θ, φ) in equation (5) with respect to the azimuth angle φ and the elevation angle θ, and find the reflective object located at the azimuth angle φ and the elevation angle θ when the angular spectrum P (θ, φ) is maximum. It is estimated that

しかしながら、前述のように、アンテナ装置の指向特性には、設計値との誤差が生じることがある。誤差を含む受信信号Ｘ’_ｍｎは、例えば次式で表される。 However, as described above, the directivity characteristics of the antenna device may have an error from the design value. The received signal X' _mn containing an error is expressed, for example, by the following equation.

ｐ’は、誤差を含む受信信号の振幅を示し、αは位相誤差を示す。振幅及び位相の誤差は、アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｎ－Ｍごとに異なる可能性がある。 p' indicates the amplitude of the received signal including error, and α indicates the phase error. The amplitude and phase errors may differ for each antenna element 42-1-1 to 42-NM.

式（７）のように誤差を含む受信信号Ｘ’_ｍｎからなる受信信号ベクトルＸ’を用いて相関行列Ｒ_ｘｘを計算し、角度スペクトルＰ（φ，θ）を計算すると、角度スペクトルＰ（φ，θ）が最大になる方位角φ及び仰角θが、反射物の真の方位角φ及び仰角θからずれる可能性がある。反射物の方位角φ及び仰角θを正しく推定するためには、角度スペクトルＰ（φ，θ）を補正する必要がある。 When the correlation matrix R _xx is calculated using the received signal vector X' consisting of the received signal X' _mn including errors as shown in Equation (7), and the angular spectrum P(φ, θ) is , θ) may deviate from the true azimuth angle φ and elevation angle θ of the reflecting object. In order to correctly estimate the azimuth angle φ and the elevation angle θ of the reflecting object, it is necessary to correct the angular spectrum P(φ, θ).

図６のステップＳ６において、較正係数計算器２２は、相関行列Ｒ_ｘｘの固有値分解を実行し、最大固有値に対応する第１固有ベクトルを抽出する。ステップＳ７において、較正係数計算器２２は、第１固有ベクトルに基づいて較正ベクトルを計算する。 In step S6 of FIG. 6, the calibration coefficient calculator 22 performs eigenvalue decomposition of the correlation matrix _Rxx and extracts the first eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue. In step S7, the calibration coefficient calculator 22 calculates a calibration vector based on the first eigenvector.

第１固有ベクトルの成分のうち、アンテナ素子４２－ｍ－ｎに対応する成分ｅ_ｍｎを用いて、アンテナ素子４２－ｍ－ｎに対応する補正係数Ｃ_ｍｎは次式により得られる。 Among the components of the first eigenvector, the correction coefficient C _mn corresponding to the antenna element 42-mn is obtained by the following equation using the component e _mn corresponding to the antenna element 42-mn.

受信信号ベクトルＸは、アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの個数に等しい個数の成分を含む。従って、特定の方位角φ及び仰角θについて、アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの個数に等しい個数の補正係数Ｃ_ｍｎが計算される。これらの補正係数Ｃ_ｍｎから、次式の較正ベクトルが得られる。 The received signal vector X includes a number of components equal to the number of antenna elements 42-1-1 to 42-MN. Therefore, for a specific azimuth angle φ and elevation angle θ, a number of correction coefficients C _mn equal to the number of antenna elements 42-1-1 to 42-MN are calculated. From these correction coefficients C _mn the following calibration vector is obtained.

前述のステアリングベクトルa（φ，θ）と、較正ベクトルＣ（φ，θ）とに基づいて、補正されたステアリングベクトルａ’（φ，θ）が次式のように計算される。 Based on the aforementioned steering vector a(φ, θ) and the calibration vector C(φ, θ), a corrected steering vector a'(φ, θ) is calculated as shown in the following equation.

式（１０）の右辺の演算子はアダマール積を示す。 The operator on the right side of equation (10) represents the Hadamard product.

補正された角度スペクトルＰ_Ｃ（φ，θ）は、次式により得られる。 The corrected angular spectrum P _C (φ, θ) is obtained by the following equation.

式（１１）は、方位角φ及び仰角θに依存する入射波の電力を示す。例えば、ビームフォーマ法と呼ばれる到来方向推定法によれば、式（１１）を評価関数として使用し、式（１１）の変数φ及びθを変化させ、角度スペクトルＰ_Ｃ（φ，θ）を最大化するときの変数φ及びθの値を、入射波の到来方向として推定することができる。 Equation (11) shows the power of the incident wave depending on the azimuth angle φ and the elevation angle θ. For example, according to a direction of arrival estimation method called the beamformer method, equation (11) is used as an evaluation function, variables φ and θ in equation (11) are changed, and the angular spectrum P _C (φ, θ) is maximized. The values of the variables φ and θ can be estimated as the direction of arrival of the incident wave.

ステップＳ８において、較正係数計算器２２は、現在の方位角φ及び仰角θに対応する較正ベクトルＣ（φ，θ）を記憶装置２３に格納する。 In step S8, the calibration coefficient calculator 22 stores the calibration vector C(φ, θ) corresponding to the current azimuth angle φ and elevation angle θ in the storage device 23.

ステップＳ９において、コントローラ２１は、方位角φの走査が終了したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１１に進み、ＮＯのときはステップＳ１０に進む。ステップＳ１０において、コントローラ２１は、駆動装置２を用いて、反射器１２の方位角φをΔφだけインクリメントした値に設定し、ステップＳ３に戻る。 In step S9, the controller 21 determines whether or not the scanning of the azimuth angle φ has been completed. If YES, the process proceeds to step S11; if NO, the process proceeds to step S10. In step S10, the controller 21 uses the drive device 2 to set the azimuth angle φ of the reflector 12 to a value incremented by Δφ, and returns to step S3.

ステップＳ１１において、コントローラ２１は、仰角θの走査が終了したか否かを判断し、ＹＥＳのときは処理を終了し、ＮＯのときはステップＳ１２に進む。ステップＳ１２において、コントローラ２１は、駆動装置３を用いて、反射器１２の仰角θをΔθだけインクリメントした値に設定し、ステップＳ２に戻る。 In step S11, the controller 21 determines whether or not the scanning of the elevation angle θ has been completed. If YES, the process ends; if NO, the process proceeds to step S12. In step S12, the controller 21 uses the drive device 3 to set the elevation angle θ of the reflector 12 to a value incremented by Δθ, and returns to step S2.

図６の較正処理を実行することにより、較正装置１は、異なる方位角φ及び異なる仰角θごとに較正ベクトルＣ（φ，θ）を計算することができる。 By executing the calibration process of FIG. 6, the calibration device 1 can calculate the calibration vector C(φ, θ) for each different azimuth angle φ and different elevation angle θ.

一般に、レーダ装置等による到来方向推定では、ある角度範囲にわたって走査しながら各角度における角度スペクトラムの値を計算し、角度スペクトラムの分布を得る。そのため、アンテナ素子の個数に等しい個数の成分を含むステアリングベクトルを、走査する角度範囲におけるサンプリング点の個数の分だけスタックして方向行列として取り扱うことが多い。同様に、実施形態に係る較正装置１は、較正ベクトルＣ（φ，θ）を、方位角φ及び仰角θにおけるサンプリング点の個数の分だけスタックして較正行列として取り扱ってもよい。この場合、記憶装置２３は較正行列を格納する。 Generally, when estimating the direction of arrival using a radar device or the like, the value of the angular spectrum at each angle is calculated while scanning over a certain angular range, and the distribution of the angular spectrum is obtained. Therefore, steering vectors containing the same number of components as the number of antenna elements are often stacked by the number of sampling points in the scanning angle range and treated as a direction matrix. Similarly, the calibration device 1 according to the embodiment may stack the calibration vectors C(φ, θ) by the number of sampling points at the azimuth angle φ and the elevation angle θ, and treat them as a calibration matrix. In this case, the storage device 23 stores the calibration matrix.

［レーダ探知処理］
実際にレーダ装置１１を用いて周囲の障害物などを検出しようとするとき、レーダ装置１１は例えば以下のように動作する。 [Radar detection processing]
When attempting to actually detect surrounding obstacles using the radar device 11, the radar device 11 operates as follows, for example.

まず、コントローラ３４は、較正ベクトルＣを記憶装置３５から読み出して信号処理回路３３に設定する。 First, the controller 34 reads the calibration vector C from the storage device 35 and sets it in the signal processing circuit 33.

レーダ装置１１は、レーダ波を送信し、反射物によって反射されたレーダ波を受信する。 The radar device 11 transmits radar waves and receives radar waves reflected by a reflecting object.

信号処理回路３３は、各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの受信信号に対してＦＦＴをそれぞれ実行し、さらに、各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの周波数領域の受信信号のピークをそれぞれ抽出する。 The signal processing circuit 33 performs FFT on the received signals of each antenna element 42-1-1 to 42-MN, and further calculates the frequency of each antenna element 42-1-1 to 42-MN. The peaks of the received signal in each region are extracted.

信号処理回路３３は、各アンテナ素子４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎの周波数領域の受信信号のピークに基づいて、式（３）を用いて相関行列Ｒを計算する。 The signal processing circuit 33 calculates the correlation matrix R using equation (3) based on the peaks of the received signals in the frequency domain of each antenna element 42-1-1 to 42-MN.

信号処理回路３３は、相関行列Ｒ、モードベクトルａ（φ，θ）、及び較正行列（φ，θ）に基づいて、式（１１）の補正された角度スペクトルＰ_Ｃ（φ，θ）を計算する。 The signal processing circuit 33 calculates the corrected angular spectrum P _C (φ, θ) of equation (11) based on the correlation matrix R, mode vector a (φ, θ), and calibration matrix (φ, θ). do.

信号処理回路３３は、補正された角度スペクトルＰ_Ｃ（φ，θ）を用いて、レーダ装置１１を基準とする反射物の方向を推定する（方向サーチ）。例えば、信号処理回路３３は、変数φ及びθを所定の初期値から予め決められたステップ幅でインクリメントし、式（１１）を最大化するときの変数φ及びθの値を、反射物の方向として推定する。 The signal processing circuit 33 estimates the direction of the reflecting object with respect to the radar device 11 using the corrected angle spectrum P _C (φ, θ) (direction search). For example, the signal processing circuit 33 increments the variables φ and θ by a predetermined step width from a predetermined initial value, and sets the values of the variables φ and θ when maximizing equation (11) in the direction of the reflecting object. Estimated as.

その後、信号処理回路３３は、推定された距離及び方向を、表示装置などの外部装置（図示せず）に出力する。 Thereafter, the signal processing circuit 33 outputs the estimated distance and direction to an external device (not shown) such as a display device.

［第１の実施形態の変形例］
図１０は、第１の実施形態の第１の変形例に係る較正システムの構成を示す斜視図である。図１０の較正システムは、図１の駆動装置２，３に代えて、駆動装置２Ａを備える。 [Modification of the first embodiment]
FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of a calibration system according to a first modification of the first embodiment. The calibration system in FIG. 10 includes a drive device 2A instead of the drive devices 2 and 3 in FIG.

駆動装置２Ａは、基部２ａ、ターンテーブル２ｂ、アーム２ｃ、及び仰角調整機構２ｄを備える。アーム２ｃの一端は反射器１２に直接に連結され、アーム２ｃの他端は、仰角調整機構２ｄの開口２ｄａを介して仰角調整機構２ｄの内部に連結される。アーム２ｃの仰角θは、仰角調整機構２ｄによって変化する。これにより、アーム２ｃ及び仰角調整機構２ｄは、アンテナ装置３１に対する反射器１２の仰角θを変化させるように反射器１２を回転移動可能に支持する。図１０の基部２ａ及びターンテーブル２ｂは、図１の対応する構成要素と同様に構成される。 The drive device 2A includes a base 2a, a turntable 2b, an arm 2c, and an elevation adjustment mechanism 2d. One end of the arm 2c is directly connected to the reflector 12, and the other end of the arm 2c is connected to the inside of the elevation adjustment mechanism 2d via an opening 2da of the elevation adjustment mechanism 2d. The elevation angle θ of the arm 2c is changed by the elevation adjustment mechanism 2d. Thereby, the arm 2c and the elevation adjustment mechanism 2d rotatably support the reflector 12 so as to change the elevation angle θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. The base 2a and turntable 2b in FIG. 10 are constructed similarly to the corresponding components in FIG.

図１０の較正装置１は、駆動装置２Ａを用いて、図１の較正装置１と同様に、アンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ及び複数の仰角θを設定し、異なる方位角φ及び異なる仰角θを設定するごとに較正係数を計算することができる。 The calibration device 1 of FIG. 10 uses a drive device 2A to set a plurality of azimuth angles φ and a plurality of elevation angles θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31, similarly to the calibration device 1 of FIG. Calibration factors can be calculated for each setting of φ and different elevation angles θ.

図１１は、第１の実施形態の第２の変形例に係る較正システムの構成を示す斜視図である。図１１の較正システムは、図１の駆動装置２に代えて、駆動装置２Ｂを備える。 FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of a calibration system according to a second modification of the first embodiment. The calibration system in FIG. 11 includes a drive device 2B instead of the drive device 2 in FIG.

駆動装置２Ｂは、基部２ａ、アーム２ｃ、固定台２ｅ、及び回転機構２ｆを備える。固定台２ｅは基部２ａに対して固定され、固定台２ｅの上にレーダ装置１１が配置される。回転機構２ｆは、基部２ａ及び固定台２ｅの間に設けられ、基部２ａ及び固定台２ｅに対して回転する。従って、アーム２ｃ及び回転機構２ｆは、アンテナ装置３１に対する反射器１２の方位角φを変化させるように、駆動装置３及び反射器１２を回転移動可能に支持する。 The drive device 2B includes a base 2a, an arm 2c, a fixed base 2e, and a rotation mechanism 2f. The fixed base 2e is fixed to the base 2a, and the radar device 11 is placed on the fixed base 2e. The rotation mechanism 2f is provided between the base 2a and the fixed base 2e, and rotates with respect to the base 2a and the fixed base 2e. Therefore, the arm 2c and the rotation mechanism 2f rotatably support the drive device 3 and the reflector 12 so as to change the azimuth angle φ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31.

図１１の較正装置１は、駆動装置２Ｂ，３を用いて、図１の較正装置１と同様に、アンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ及び複数の仰角θを設定し、異なる方位角φ及び異なる仰角θを設定するごとに較正係数を計算することができる。 The calibration device 1 in FIG. 11 uses the drive devices 2B and 3 to set a plurality of azimuth angles φ and a plurality of elevation angles θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31, similarly to the calibration device 1 in FIG. A calibration factor can be calculated for each setting of azimuth angle φ and different elevation angle θ.

図１２は、第１の実施形態の第３の変形例に係る較正システムの構成を示す斜視図である。図１２の較正システムは、図１の駆動装置２，３に代えて、駆動装置２Ｃを備える。 FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of a calibration system according to a third modification of the first embodiment. The calibration system in FIG. 12 includes a drive device 2C in place of the drive devices 2 and 3 in FIG.

駆動装置２Ｃは、基部２ａ、アーム２ｃ、固定台２ｅ、ならびに、方位角及び仰角調整機構２ｇを備える。アーム２ｃの一端は反射器１２に直接に連結され、アーム２ｃの他端は、方位角及び仰角調整機構２ｇの開口２ｇａを介して方位角及び仰角調整機構２ｇの内部に連結される。アーム２ｃの方位角φ及び仰角θは、方位角及び仰角調整機構２ｇによって変化する。これにより、アーム２ｃと、方位角及び仰角調整機構２ｇは、アンテナ装置３１に対する反射器１２の方位角φ及び仰角θを変化させるように反射器１２を回転移動可能に支持する。図１０の基部２ａ及び固定台２ｅは、図１１の対応する構成要素と同様に構成される。 The drive device 2C includes a base 2a, an arm 2c, a fixed base 2e, and an azimuth and elevation adjustment mechanism 2g. One end of the arm 2c is directly connected to the reflector 12, and the other end of the arm 2c is connected to the inside of the azimuth and elevation adjustment mechanism 2g via an opening 2ga of the azimuth and elevation adjustment mechanism 2g. The azimuth angle φ and the elevation angle θ of the arm 2c are changed by the azimuth angle and elevation angle adjustment mechanism 2g. Thereby, the arm 2c and the azimuth angle and elevation angle adjustment mechanism 2g rotatably support the reflector 12 so as to change the azimuth angle φ and the elevation angle θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. The base 2a and fixing base 2e in FIG. 10 are configured similarly to the corresponding components in FIG. 11.

図１２の較正装置１は、駆動装置２Ｃを用いて、図１の較正装置１と同様に、アンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ及び複数の仰角θを設定し、異なる方位角φ及び異なる仰角θを設定するごとに較正係数を計算することができる。 The calibration device 1 in FIG. 12 uses a drive device 2C to set a plurality of azimuth angles φ and a plurality of elevation angles θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31, similarly to the calibration device 1 in FIG. Calibration factors can be calculated for each setting of φ and different elevation angles θ.

図１３は、第１の実施形態の第４の変形例に係る較正システムの構成を示す斜視図である。図１３の較正システムは、図１の駆動装置２，３に代えて、駆動装置２Ｄを備える。 FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of a calibration system according to a fourth modification of the first embodiment. The calibration system in FIG. 13 includes a drive device 2D instead of the drive devices 2 and 3 in FIG.

駆動装置２Ｄは、基部２ａ、ターンテーブル２ｂ、アーム２ｃ、及び傾斜角調整機構２ｈを備える。反射器１２は、アーム２ｃの先端に直接に連結されている。傾斜角調整機構２ｈはターンテーブル２ｂの上に配置され、傾斜角調整機構２ｈの上にレーダ装置１１が配置される。傾斜角調整機構２ｈは、アンテナ装置３１に対する反射器１２の仰角を変化させるようにアンテナ装置３１を傾斜可能に支持する。図１３の基部２ａ及びターンテーブル２ｂは、図１の対応する構成要素と同様に構成される。 The drive device 2D includes a base 2a, a turntable 2b, an arm 2c, and a tilt angle adjustment mechanism 2h. The reflector 12 is directly connected to the tip of the arm 2c. The tilt angle adjustment mechanism 2h is placed on the turntable 2b, and the radar device 11 is placed on the tilt angle adjustment mechanism 2h. The tilt angle adjustment mechanism 2h tiltably supports the antenna device 31 so as to change the elevation angle of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. The base 2a and turntable 2b in FIG. 13 are constructed similarly to the corresponding components in FIG.

図１３の較正装置１は、駆動装置２Ｄを用いて、図１の較正装置１と同様に、アンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ及び複数の仰角θを設定し、異なる方位角φ及び異なる仰角θを設定するごとに較正係数を計算することができる。 The calibration device 1 in FIG. 13 uses a drive device 2D to set a plurality of azimuth angles φ and a plurality of elevation angles θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31, similarly to the calibration device 1 in FIG. Calibration factors can be calculated for each setting of φ and different elevation angles θ.

［第１の実施形態の効果］
第１の実施形態に係る較正システムによれば、駆動装置２，３等を用いてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ及び複数の仰角θを設定し、異なる方位角φ及び異なる仰角θを設定するごとに較正係数を計算する。これにより、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置３１を較正し、レーダ装置１１に対する任意の反射物の三次元的な位置を正確に決定することができる。 [Effects of the first embodiment]
According to the calibration system according to the first embodiment, a plurality of azimuth angles φ and a plurality of elevation angles θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31 are set using the drive devices 2, 3, etc., and different azimuth angles φ and different A calibration coefficient is calculated each time the elevation angle θ is set. Thereby, it is possible to calibrate the antenna device 31 capable of scanning the main beam direction two-dimensionally, and to accurately determine the three-dimensional position of any reflecting object with respect to the radar device 11.

図１、図１０、及び図１３の較正システムによれば、ターンテーブル２ｂを備えた駆動装置２を用いたことにより、反射器１２をレーダ装置１１の周りで大きく動かすことなく、小さな空間においてレーダ装置１１を較正することができる。 According to the calibration systems shown in FIGS. 1, 10, and 13, by using the drive device 2 equipped with the turntable 2b, the reflector 12 can be used in a small space without moving the reflector 12 around the radar device 11. Device 11 can be calibrated.

［第２の実施形態］
［第１の実施形態の構成］
図１４は、第２の実施形態に係る較正システムの構成を示す斜視図である。図１４の較正システムは、図１の較正装置１及び駆動装置２に代えて、較正装置１Ｅ及び駆動装置２Ｅを備える。 [Second embodiment]
[Configuration of first embodiment]
FIG. 14 is a perspective view showing the configuration of a calibration system according to the second embodiment. The calibration system in FIG. 14 includes a calibration device 1E and a drive device 2E in place of the calibration device 1 and drive device 2 in FIG.

駆動装置２Ｅは、図１のアーム２ｃに代えて、アンテナ装置３１から反射器１２までの距離ｄを変化させるように反射器１２を並進可能に支持するスライダ機構２ｉを備える。スライダ機構２ｉは、例えば、レーダ装置１１から反射器１２までの距離ｄが数十ｃｍ～十数ｍ程度の範囲で変化するように反射器１２を駆動装置３及び反射器１２を支持する。 The drive device 2E includes, in place of the arm 2c in FIG. 1, a slider mechanism 2i that supports the reflector 12 in a translatable manner so as to change the distance d from the antenna device 31 to the reflector 12. The slider mechanism 2i supports the reflector 12, the drive device 3, and the reflector 12 such that the distance d from the radar device 11 to the reflector 12 varies in the range of several tens of cm to several tens of meters, for example.

較正装置１Ｅは、図１の較正装置１と同様に構成される。ただし、較正装置１Ｅのコントローラ２１は、アンテナ装置３１及び反射器１２のうちの少なくとも一方を移動させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の距離ｄを設定するように駆動装置２Ｅを制御する。また、コントローラ２１は、前述のように、アンテナ装置３１及び反射器１２のうちの少なくとも一方を移動させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ及び複数の仰角θを設定するように駆動装置２Ｅ，３を制御する。較正装置１Ｅの較正係数計算器２２は、コントローラ２１が異なる方位角、異なる仰角、及び異なる距離を設定するごとに、無線信号に基づいて較正係数を計算する。 The calibration device 1E is configured similarly to the calibration device 1 of FIG. However, the controller 21 of the calibration device 1E controls the drive device 2E to move at least one of the antenna device 31 and the reflector 12 to set a plurality of distances d of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. Further, as described above, the controller 21 moves at least one of the antenna device 31 and the reflector 12 to set the plurality of azimuth angles φ and the plurality of elevation angles θ of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. Controls the drive devices 2E and 3. The calibration coefficient calculator 22 of the calibration device 1E calculates a calibration coefficient based on the wireless signal each time the controller 21 sets a different azimuth angle, a different elevation angle, and a different distance.

［第２の実施形態の動作］
図１５は、図１４の較正装置１Ｅによって実行される較正処理を示すフローチャートである。図１５の較正処理は、図６の較正処理のステップＳ８に代えてステップＳ８Ａを含み、さらに、ステップＳ２１～Ｓ２３を含む。 [Operation of second embodiment]
FIG. 15 is a flowchart showing the calibration process executed by the calibration device 1E of FIG. 14. The calibration process in FIG. 15 includes step S8A instead of step S8 in the calibration process in FIG. 6, and further includes steps S21 to S23.

ステップＳ２１において、コントローラ２１は、駆動装置２Ｅを用いて、反射器１２の距離ｄを初期値に設定し、ステップＳ１に進む。 In step S21, the controller 21 uses the drive device 2E to set the distance d of the reflector 12 to an initial value, and proceeds to step S1.

図１５のステップＳ１～Ｓ７は、図６の対応するステップと同様である。ただし、図１５のステップＳ７において、較正係数計算器２２は、現在の方位角φ、仰角θ、及び距離に対応する較正ベクトルＣ（φ，θ，ｄ）を計算する。ステップＳ８Ａにおいて、較正係数計算器２２は、現在の方位角φ、仰角θ、及び距離に対応する較正ベクトルＣ（φ，θ，ｄ）を記憶装置２３に格納する。図１５のステップＳ９～Ｓ１２は、図６の対応するステップと同様である。 Steps S1 to S7 in FIG. 15 are similar to the corresponding steps in FIG. However, in step S7 of FIG. 15, the calibration coefficient calculator 22 calculates a calibration vector C (φ, θ, d) corresponding to the current azimuth angle φ, elevation angle θ, and distance. In step S8A, the calibration coefficient calculator 22 stores the calibration vector C(φ, θ, d) corresponding to the current azimuth angle φ, elevation angle θ, and distance in the storage device 23. Steps S9 to S12 in FIG. 15 are similar to the corresponding steps in FIG. 6.

ステップＳ１１がＹＥＳのとき、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２において、コントローラ２１は、距離ｄの走査が終了したか否かを判断し、ＹＥＳのときは処理を終了し、ＮＯのときはステップＳ２３に進む。ステップＳ２３において、コントローラ２１は、駆動装置２Ｅを用いて、反射器１２の距離ｄをΔｄだけインクリメントした値に設定し、ステップＳ１に戻る。 When step S11 is YES, the process advances to step S22. In step S22, the controller 21 determines whether or not the scanning of the distance d has been completed. If YES, the process ends; if NO, the process proceeds to step S23. In step S23, the controller 21 uses the drive device 2E to set the distance d of the reflector 12 to a value incremented by Δd, and returns to step S1.

第１の実施形態のように、較正係数を計算するときにレーダ装置１１から反射器１２までの距離ｄが固定されている場合、レーダ装置１１に対する任意の反射物の距離が較正時の距離に一致しているときに反射物の位置を最も正確に決定することができる。レーダ装置１１に対する反射物の距離が較正時の距離とは異なる場合、誤差が生じる可能性がある。これに対して、第２の実施形態に係る較正システムによれば、駆動装置２Ｅ，３を用いてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ、複数の仰角θ、及び複数の距離ｄを設定し、異なる方位角φ、異なる仰角θ、及び異なる距離ｄを設定するごとに較正係数を計算する。これにより、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置３１を較正し、レーダ装置１１に対する任意の反射物の三次元的な位置をより正確に決定することができる。 As in the first embodiment, when the distance d from the radar device 11 to the reflector 12 is fixed when calculating the calibration coefficient, the distance of any reflecting object to the radar device 11 is the distance at the time of calibration. When they match, the position of the reflecting object can be determined most accurately. If the distance of the reflecting object to the radar device 11 is different from the distance at the time of calibration, an error may occur. On the other hand, according to the calibration system according to the second embodiment, a plurality of azimuth angles φ, a plurality of elevation angles θ, and a plurality of distances d of the reflector 12 with respect to the antenna device 31 are determined using the drive devices 2E and 3. is set, and a calibration coefficient is calculated each time a different azimuth angle φ, a different elevation angle θ, and a different distance d are set. Thereby, it is possible to calibrate the antenna device 31 capable of two-dimensionally scanning the main beam direction, and more accurately determine the three-dimensional position of any reflecting object relative to the radar device 11.

第２の実施形態では、較正ベクトルは、方位角φ、仰角θ、及び距離ｄの関数Ｃ（φ，θ，ｄ）である。第２の実施形態に係る較正装置１Ｅは、較正ベクトルＣ（φ，θ，ｄ）を方位角φ及び仰角θにおけるサンプリング点の個数の分だけスタックした較正行列を、距離ｄにおけるサンプリング点の個数の分だけ計算してもよい。 In a second embodiment, the calibration vector is a function C(φ, θ, d) of azimuth φ, elevation θ, and distance d. The calibration device 1E according to the second embodiment stacks the calibration vector C(φ, θ, d) by the number of sampling points at the azimuth angle φ and the elevation angle θ, and stacks the calibration vector C(φ, θ, d) by the number of sampling points at the azimuth angle φ and the elevation angle θ. You can calculate only the amount.

［第３の実施形態］
図１６は、第３の実施形態に係るレーダ装置１１Ｆの構成を示すブロック図である。レーダ装置１１Ｆに較正装置の機能が一体化されてもよい。レーダ装置１１Ｆは、図２のコントローラ３４及び記憶装置３５に代えて、コントローラ３４Ｆ及び較正係数計算器３６を備える。 [Third embodiment]
FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of a radar device 11F according to the third embodiment. The function of a calibration device may be integrated into the radar device 11F. The radar device 11F includes a controller 34F and a calibration coefficient calculator 36 in place of the controller 34 and storage device 35 in FIG.

コントローラ３４Ｆは、アンテナ装置３１及び反射器１２のうちの少なくとも一方を移動させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角及び複数の仰角を設定するように、例えば図１の駆動装置２，３を制御する。 The controller 34F moves at least one of the antenna device 31 and the reflector 12 to set a plurality of azimuth angles and a plurality of elevation angles of the reflector 12 with respect to the antenna device 31, for example, the drive device 2 of FIG. Control 3.

較正係数計算器３６は、アンテナ装置３１の指向特性を設計値に近づけるように、アンテナ装置３１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算する。較正係数計算器３６は、コントローラ３４Ｆが異なる方位角及び異なる仰角を設定するごとに、アンテナ装置３１から放射され、反射器１２によって反射され、アンテナ装置３１によって受信された無線信号に基づいて較正係数を計算する。較正係数計算器３６は、計算された較正係数を信号処理回路３３に直接に設定する。 The calibration coefficient calculator 36 calculates a calibration coefficient for a signal processing circuit that changes and calibrates the directivity of the antenna device 31 so that the directivity of the antenna device 31 approaches a design value. The calibration coefficient calculator 36 calculates a calibration coefficient based on the radio signal radiated from the antenna device 31, reflected by the reflector 12, and received by the antenna device 31 each time the controller 34F sets a different azimuth angle and a different elevation angle. Calculate. The calibration coefficient calculator 36 directly sets the calculated calibration coefficient to the signal processing circuit 33.

第３の実施形態に係るレーダ装置１１Ｆによれば、第１及び第２の実施形態に係る較正システムと同様に、駆動装置２，３を用いてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角φ及び複数の仰角θを設定し、異なる方位角φ及び異なる仰角θを設定するごとに較正係数を計算する。これにより、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置３１を較正し、レーダ装置１１Ｆに対する任意の反射物の三次元的な位置を正確に決定することができる。 According to the radar device 11F according to the third embodiment, similarly to the calibration systems according to the first and second embodiments, the plurality of azimuth angles of the reflector 12 with respect to the antenna device 31 are determined using the drive devices 2 and 3. φ and a plurality of elevation angles θ are set, and a calibration coefficient is calculated each time a different azimuth angle φ and a different elevation angle θ are set. Thereby, it is possible to calibrate the antenna device 31 capable of scanning the main beam direction two-dimensionally, and to accurately determine the three-dimensional position of any reflecting object with respect to the radar device 11F.

コントローラ３４Ｆは、図１の駆動装置２，３に代えて、図１０～図１４に示す他の駆動装置を制御してもよい。また、較正係数計算器３６は、計算された較正係数を信号処理回路３３に直接に設定することに代えて、いったん記憶装置に格納してもよい。また、信号処理回路３３及び較正係数計算器３６は、一体的に構成されてもよい。 The controller 34F may control other drive devices shown in FIGS. 10 to 14 instead of the drive devices 2 and 3 in FIG. 1. Further, the calibration coefficient calculator 36 may temporarily store the calculated calibration coefficients in a storage device instead of directly setting them in the signal processing circuit 33. Furthermore, the signal processing circuit 33 and the calibration coefficient calculator 36 may be configured integrally.

［変形例］
アンテナ装置３１は、図４に示すような平面上のアレイアンテナ装置に限らず、複数のアンテナ素子が三次元的に配置されたアレイアンテナ装置であってもよい。 [Modified example]
The antenna device 31 is not limited to a planar array antenna device as shown in FIG. 4, but may be an array antenna device in which a plurality of antenna elements are three-dimensionally arranged.

送信アンテナとして動作するアンテナ素子４１は、無指向性に代えて、主ビームを二次元的に走査可能であるように構成されてもよい。 The antenna element 41 that operates as a transmitting antenna may be configured to scan the main beam two-dimensionally instead of being omnidirectional.

［まとめ］
本開示の各側面に係る較正システム及び較正方法は、以下のように表現されてもよい。 [summary]
The calibration system and calibration method according to each aspect of the present disclosure may be expressed as follows.

本開示の一側面によれば、主ビームを二次元的に走査可能なアンテナ装置３１を備えたレーダ装置１１の較正装置１であって、較正装置１は、コントローラ２１、較正係数計算器２２、及び記憶装置２３を備える。コントローラ２１は、アンテナ装置３１及び反射器１２のうちの少なくとも一方を移動させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角及び複数の仰角を設定するように駆動装置２，３を制御する。較正係数計算器２２は、アンテナ装置３１の指向特性を設計値に近づけるように、アンテナ装置３１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算する。記憶装置２３は、較正係数計算器２２によって計算された較正係数を格納する。較正係数計算器２２は、コントローラ２１が異なる方位角及び異なる仰角を設定するごとに、アンテナ装置３１から放射され、反射器１２によって反射され、アンテナ装置３１によって受信された無線信号に基づいて較正係数を計算する。 According to one aspect of the present disclosure, there is a calibration device 1 for a radar device 11 including an antenna device 31 capable of two-dimensionally scanning a main beam, and the calibration device 1 includes a controller 21, a calibration coefficient calculator 22, and a storage device 23. The controller 21 controls the drive devices 2 and 3 to move at least one of the antenna device 31 and the reflector 12 to set a plurality of azimuth angles and a plurality of elevation angles of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. The calibration coefficient calculator 22 calculates a calibration coefficient for a signal processing circuit that changes and calibrates the directivity of the antenna device 31 so that the directivity of the antenna device 31 approaches a design value. The storage device 23 stores the calibration coefficients calculated by the calibration coefficient calculator 22. The calibration coefficient calculator 22 calculates a calibration coefficient based on the radio signal radiated from the antenna device 31, reflected by the reflector 12, and received by the antenna device 31 each time the controller 21 sets a different azimuth angle and a different elevation angle. Calculate.

本開示の一側面によれば、コントローラ２１は、アンテナ装置３１及び反射器１２のうちの少なくとも一方を移動させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の距離を設定するように駆動装置２Ｅを制御する。較正係数計算器２２は、コントローラ２１が異なる方位角、異なる仰角、及び異なる距離を設定するごとに、無線信号に基づいて較正係数を計算する。 According to one aspect of the present disclosure, the controller 21 controls the drive device 2E to move at least one of the antenna device 31 and the reflector 12 to set a plurality of distances of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. do. The calibration coefficient calculator 22 calculates a calibration coefficient based on the wireless signal each time the controller 21 sets a different azimuth angle, a different elevation angle, and a different distance.

本開示の一側面によれば、レーダ装置１１の較正システムは、請求項１又は２記載の較正装置１と、反射器１２と、レーダ装置１１のアンテナ装置３１と、反射器１２とのうちの少なくとも一方を移動させる駆動装置２，３とを備える。 According to one aspect of the present disclosure, a calibration system for a radar device 11 includes the calibration device 1 according to claim 1 or 2, a reflector 12, an antenna device 31 of the radar device 11, and a reflector 12. and drive devices 2 and 3 for moving at least one of them.

本開示の一側面によれば、駆動装置２，２Ａ，２Ｄ，２Ｅは、アンテナ装置３１に対する反射器１２の方位角を変化させるようにアンテナ装置３１を回転可能に支持するターンテーブルを備える。 According to one aspect of the present disclosure, the drive devices 2, 2A, 2D, and 2E include a turntable that rotatably supports the antenna device 31 so as to change the azimuth of the reflector 12 with respect to the antenna device 31.

本開示の一側面によれば、駆動装置２Ｂ，２Ｃは、アンテナ装置３１に対する反射器１２の方位角を変化させるように反射器１２を回転移動可能に支持するアームを備える。 According to one aspect of the present disclosure, the drive devices 2B and 2C include arms that rotatably support the reflector 12 so as to change the azimuth of the reflector 12 with respect to the antenna device 31.

本開示の一側面によれば、駆動装置３は、アンテナ装置３１に対する反射器１２の仰角を変化させるように反射器１２を並進可能に支持する機構を備える。 According to one aspect of the present disclosure, the drive device 3 includes a mechanism that supports the reflector 12 in a translatable manner so as to change the elevation angle of the reflector 12 with respect to the antenna device 31.

本開示の一側面によれば、駆動装置２Ａ，２Ｃは、アンテナ装置３１に対する反射器１２の仰角を変化させるように反射器１２を回転移動可能に支持するアームを備える。 According to one aspect of the present disclosure, the drive devices 2A and 2C include an arm that rotatably supports the reflector 12 so as to change the elevation angle of the reflector 12 with respect to the antenna device 31.

本開示の一側面によれば、駆動装置２Ｄは、アンテナ装置３１に対する反射器１２の仰角を変化させるようにアンテナ装置３１を傾斜可能に支持する機構を備える。 According to one aspect of the present disclosure, the drive device 2D includes a mechanism that tiltably supports the antenna device 31 so as to change the elevation angle of the reflector 12 with respect to the antenna device 31.

本開示の一側面によれば、駆動装置２Ｅは、アンテナ装置３１から反射器１２までの距離を変化させるように反射器１２を並進可能に支持する機構を備える。 According to one aspect of the present disclosure, the drive device 2E includes a mechanism that supports the reflector 12 in a translatable manner so as to change the distance from the antenna device 31 to the reflector 12.

本開示の一側面によれば、主ビームを二次元的に走査可能なアンテナ装置３１を備えたレーダ装置１１であって、レーダ装置１１は、コントローラ３４Ｆ及び較正係数計算器３６を備える。コントローラ３４Ｆは、アンテナ装置３１及び反射器１２のうちの少なくとも一方を移動させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角及び複数の仰角を設定するように駆動装置２，３を制御する。較正係数計算器３６は、アンテナ装置３１の指向特性を設計値に近づけるように、アンテナ装置３１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算する。較正係数計算器３６は、コントローラ３４Ｆが異なる方位角及び異なる仰角を設定するごとに、アンテナ装置３１から放射され、反射器１２によって反射され、アンテナ装置３１によって受信された無線信号に基づいて較正係数を計算する。 According to one aspect of the present disclosure, the radar device 11 includes the antenna device 31 that can scan a main beam two-dimensionally, and the radar device 11 includes a controller 34F and a calibration coefficient calculator 36. The controller 34F controls the drive devices 2 and 3 to move at least one of the antenna device 31 and the reflector 12 to set a plurality of azimuth angles and a plurality of elevation angles of the reflector 12 with respect to the antenna device 31. The calibration coefficient calculator 36 calculates a calibration coefficient for a signal processing circuit that changes and calibrates the directivity of the antenna device 31 so that the directivity of the antenna device 31 approaches a design value. The calibration coefficient calculator 36 calculates a calibration coefficient based on the radio signal radiated from the antenna device 31, reflected by the reflector 12, and received by the antenna device 31 each time the controller 34F sets a different azimuth angle and a different elevation angle. Calculate.

本開示の一側面によれば、主ビームを二次元的に走査可能なアンテナ装置３１を備えたレーダ装置１１の較正方法であって、駆動装置２，３を用いて、アンテナ装置３１及び反射器１２のうちの少なくとも一方を移動させてアンテナ装置３１に対する反射器１２の複数の方位角及び複数の仰角を設定するステップと、アンテナ装置３１の指向特性を設計値に近づけるように、アンテナ装置３１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算するステップと、計算された較正係数を記憶装置２３に格納するステップとを含む。較正係数を計算するステップは、異なる方位角及び異なる仰角を設定するごとに、アンテナ装置３１から放射され、反射器１２によって反射され、アンテナ装置３１によって受信された無線信号に基づいて較正係数を計算することを含む。 According to one aspect of the present disclosure, there is provided a method for calibrating a radar device 11 including an antenna device 31 capable of scanning a main beam two-dimensionally, the antenna device 31 and a reflector being calibrated using the driving devices 2 and 3. 12 to set a plurality of azimuth angles and a plurality of elevation angles of the reflector 12 with respect to the antenna device 31; The method includes the steps of calculating a calibration coefficient for a signal processing circuit that changes and calibrates the directivity, and storing the calculated calibration coefficient in the storage device 23. The step of calculating a calibration coefficient includes calculating a calibration coefficient based on a radio signal radiated from the antenna device 31, reflected by the reflector 12, and received by the antenna device 31 each time a different azimuth angle and a different elevation angle are set. including doing.

本開示の較正システムは、主ビーム方向を二次元的に走査可能なアンテナ装置を備えたレーダ装置を例えば出荷時に検査するとき、レーダ装置を従来よりも正確に較正することができる。 The calibration system of the present disclosure can calibrate a radar device more accurately than before when inspecting a radar device equipped with an antenna device that can two-dimensionally scan the main beam direction, for example, at the time of shipment.

１，１Ｅ較正装置
２，２Ａ～２Ｅ，３駆動装置
１１，１１Ｆレーダ装置
１２反射器
２１コントローラ
２２較正係数計算器
２３記憶装置
３１アンテナ装置
３２無線周波回路
３３信号処理回路
３４，３４Ｆコントローラ
３５記憶装置
３６較正係数計算器
４１，４２－１－１～４２－Ｍ－Ｎアンテナ素子
５１発振器
５２－１－１～５２－Ｍ－Ｎミキサ
５３－１－１～５３－Ｍ－Ｎ増幅器
５４－１－１～５４－Ｍ－Ｎフィルタ
５５－１－１～５５－Ｍ－Ｎアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ） 1, 1E Calibration device 2, 2A to 2E, 3 Drive device 11, 11F Radar device 12 Reflector 21 Controller 22 Calibration coefficient calculator 23 Storage device 31 Antenna device 32 Radio frequency circuit 33 Signal processing circuit 34, 34F Controller 35 Storage device 36 Calibration coefficient calculator 41, 42-1-1 to 42-MN Antenna element 51 Oscillator 52-1-1 to 52-MN Mixer 53-1-1 to 53-MN Amplifier 54-1- 1 to 54-MN Filter 55-1-1 to 55-MN Analog/digital converter (ADC)

Claims

A calibration device for a radar device equipped with an antenna device capable of two-dimensionally scanning a main beam,
a controller that controls a drive device to move at least one of the antenna device and the reflector to set a plurality of azimuth angles , a plurality of elevation angles , and a plurality of distances of the reflector with respect to the antenna device;
a calibration coefficient calculator that calculates a calibration coefficient for a signal processing circuit that changes and calibrates the directivity of the antenna device so that the directivity characteristic of the antenna device approaches a design value;
and a storage device for storing the calibration coefficient calculated by the calibration coefficient calculator,
The calibration factor calculator calculates the difference between the radio signals radiated from the antenna device , reflected by the reflector, and received by the antenna device, each time the controller sets a different azimuth angle , a different elevation angle, and a different distance. calculating the calibration factor based on;
Calibration device for radar equipment.

A calibration system for a radar device, the system comprising:
A calibration device according to claim 1 ;
a reflector,
comprising a drive device for moving at least one of the antenna device of the radar device and the reflector;
Calibration system for radar equipment.

The drive device includes a turntable that rotatably supports the antenna device so as to change the azimuth of the reflector with respect to the antenna device.
A calibration system according to claim 2 .

The drive device includes an arm that rotatably supports the reflector so as to change the azimuth of the reflector with respect to the antenna device.
A calibration system according to claim 2 .

The drive device includes a mechanism that supports the reflector in a translatable manner so as to change an elevation angle of the reflector with respect to the antenna device.
Calibration system according to one of claims 2 to 4 .

The drive device includes an arm that rotatably supports the reflector so as to change an elevation angle of the reflector with respect to the antenna device.
Calibration system according to one of claims 2 to 4 .

The drive device includes a mechanism that tiltably supports the antenna device so as to change an elevation angle of the reflector with respect to the antenna device.
Calibration system according to one of claims 2 to 4 .

The drive device includes a mechanism that supports the reflector in a translatable manner so as to change the distance from the antenna device to the reflector.
Calibration system according to one of claims 2 to 7 .

A radar device equipped with an antenna device capable of two-dimensionally scanning a main beam,
a controller that controls a drive device to move at least one of the antenna device and the reflector to set a plurality of azimuth angles , a plurality of elevation angles , and a plurality of distances of the reflector with respect to the antenna device;
a calibration coefficient calculator that calculates a calibration coefficient of a signal processing circuit that changes and calibrates the directivity of the antenna device so that the directivity characteristic of the antenna device approaches a design value,
The calibration factor calculator calculates the difference between the radio signals radiated from the antenna device , reflected by the reflector, and received by the antenna device, each time the controller sets a different azimuth angle , a different elevation angle, and a different distance. calculating the calibration factor based on;
radar equipment.

A method for calibrating a radar device equipped with an antenna device capable of two-dimensionally scanning a main beam, the method comprising:
using a drive device to move at least one of the antenna device and the reflector to set a plurality of azimuth angles , a plurality of elevation angles , and a plurality of distances of the reflector with respect to the antenna device;
calculating a calibration coefficient for a signal processing circuit that changes and calibrates the directivity of the antenna device so that the directivity characteristic of the antenna device approaches a design value;
storing the calculated calibration coefficient in a storage device;
The step of calculating the calibration coefficient is based on a radio signal radiated from the antenna device, reflected by the reflector, and received by the antenna device for each setting of a different azimuth angle , a different elevation angle , and a different distance. calculating the calibration factor using
How to calibrate radar equipment.