KR20210046794A - 각도 분해 레이더 센서 - Google Patents

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미햐엘 쇼어
마르셀 마이어
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 스캔 방향(y)으로 서로 오프셋된 N개의 안테나 요소(12)를 포함하는 안테나 어레이(10); 디지털 빔 포밍 장치(20); 및 빔 포밍 장치(20)의 신호에 기반한 각도 추정을 위해 형성된 각도 추정 장치(22);를 구비한 각도 분해 레이더 센서에 관한 것이며, 이러한 각도 분해 레이더 센서는, 파장(λ) 단위의 안테나 어레이(10)의 개구면(A)은 (N-1)/2보다 크고; 인접한 안테나 요소(12)들 간의 중심 간격들은 서로 상이하지만, 사전 결정된 크기의 값 A/(N-1)을 초과하지는 않는 정도로 상이한; 것을 특징으로 한다.

Description

각도 분해 레이더 센서
본 발명은, 스캔 방향으로 서로 오프셋된 N개의 안테나 요소를 포함하는 안테나 어레이; 디지털 빔 포밍 장치; 및 빔 포밍 장치의 신호에 기반한 각도 추정을 위해 형성된 각도 추정 장치;를 구비한 각도 분해 레이더 센서에 관한 것이다.
레이더 센서는 예를 들어 자신의 차량의 전방 영역에서 위치 확인되는 차량 또는 기타 대상물의 간격, 상대 속도 및 방위각을 측정하기 위하여 차량에 사용된다. 이때, 개별 안테나 요소들은 예를 들어 수평면 상에 서로 간격을 두고 배열되므로, 위치 확인되는 대상물들의 상이한 방위각들은, 대상물로부터 각각의 안테나 요소들에 이르기까지 레이더 신호들이 진행해야 하는 런 길이(run length)의 편차를 야기한다. 이러한 런 길이 편차는, 안테나 요소들에 의해 수신되고 관련 평가 채널들에서 평가되는 신호들의 위상의 상응하는 편차를 야기한다. 이때, 다양한 채널들에서 수신된 (복소) 진폭을 안테나 다이어그램 내의 상응하는 진폭과 비교함으로써, 레이더 신호의 입사각과, 이에 따라 위치 확인되는 대상물의 방위각이 결정될 수 있다.
유사한 방식으로, 대상물의 앙각도 측정될 수 있다. 이때, 안테나 요소들이 서로 오프셋되는 스캔 방향은 수평 방향이 아니라 수직 방향이다.
높은 각도 분해능이 달성되도록, 안테나의 개구면은 가능한 한 커야한다. 그러나, 인접한 안테나 요소들 간의 간격이 너무 크면, 파장(λ)의 정수배만큼 상이한 런 길이 편차들에 대하여, 수신된 신호들 간의 동일한 위상 관계가 얻어지기 때문에, 각도 측정에 모호성이 발생할 수 있다. 예를 들어, 안테나 요소들이 λ/2의 간격으로 배열되는 ULA 구조(Uniform Linear Array)에 의해 명확한 각도 측정이 달성될 수 있다.
디지털 빔 포밍으로 불리는 절차를 통해, 안테나 어레이의 주 감도 방향이 변화될 수 있으므로, 말하자면 레이더 센서의 메인 수신 로브(lobe)는 특정 방향으로 편향될 수 있지만, 메인 수신 로브의 양쪽으로 소정의 감도를 갖는 사이드 로브들도 발생한다. 디지털 빔 포밍 시에, 각각의 개별 안테나 요소에 의해 수신된 복소 진폭은 각도에 따른 복소 위상 계수로 가중되고, 이러한 복소 위상 계수는 주어진 각도에 대하여 레이더 빔의 런 길이 편차에 상응한다. 이러한 방식으로 상이한 방향각을 갖는 복수의 빔들이 형성되면, 각각의 빔에 대하여 이득 함수(gain function)가 얻어지고, 이러한 이득 함수는 위치 확인되는 대상물이 관련 각도에 위치할 때 발생하는 안테나 이득(antenna gain)을 각각의 각도에 대해 나타낸다. 이상적으로는, 특정 각도에 위치한 대상물에 대하여, 각각의 빔 내에서 이러한 빔에 대한 이론적 안테나 이득에 상응하는 신호 강도가 측정되어야 하고, 정확히 하나의 각도, 즉 대상물이 실제로 위치하는 각도에서만, 측정된 진폭들이 서로에 대해 올바른 관계를 가져야 한다.
그러나 실제로는, 측정된 신호들에 다소 잡음이 있으므로, 위치각은, 다양한 빔들 내에서 측정된 진폭이 이론적 값과 가장 높은 상관 관계를 갖게되는 각도가 탐색됨으로써 추정될 수 있을 뿐이다. 예를 들어, 이러한 상관 관계는 소위 DML 함수(Deterministic Maximum Likelihood Function)를 통해 표현될 수 있으며, 이때 각도 추정은 DML 함수의 최대값을 찾는 것이다.
더 높은 각도 분해능을 달성하기 위해 안테나 어레이의 개구면이 확대되고, 그럼에도 불구하고 측정이 명확하게 유지되어야 한다면, 안테나 요소의 수가 증가되어야 한다. 그러나 이로 인해, 필요한 평가 채널의 수가 증가되므로, 필요한 연산 능력이 증가하고, 이에 따라 하드웨어 비용이 증가한다.
WO2013/056880 A1호에는 희소 안테나 어레이에 의해 작동되는 레이더 센서가 공지되어 있으며, 이러한 안테나 어레이에서는 인접한 안테나 요소 쌍들 중 적어도 몇몇 쌍들에 대하여 간격이 확대되므로, 주어진 수의 평가 채널에서 더 큰 개구면이 달성된다. 이때, 각도 측정의 명확성은, 다양한 조합의 안테나 요소들에 의해 측정이 교대로 실행됨으로 인해, 안테나 어레이 내의 간격들이 채워짐으로써 복구된다.
본 발명의 과제는, 신호 평가를 위한 연산 복잡도를 감소시키면서 고분해능의 명확한 각도 측정을 가능하게 하는 각도 분해 레이더 센서를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 이러한 과제는, 파장(λ) 단위의 안테나 어레이의 개구면(A)이 (N-1)/2보다 크고; 인접한 안테나 요소들 간의 중심 간격들이 서로 상이하지만, 사전 결정된 크기의 값 A/(N-1)을 초과하지는 않는 정도로 상이함으로써; 해결된다.
개구면이 (N-1)/2보다 크므로, 원칙적으로 각도 추정 시에 모호성이 발생할 수 있다. ULA에 대한 DML 함수에서, 이는 이러한 함수가 상이한 각도들에서 동일한 높이의 복수의 최대값들을 갖는 것으로 나타난다. 본 발명에 따라 안테나 요소들이 정확히 균일한 간격으로 배열되지 않고, 쌍으로부터 쌍으로의 간격들이 서로 약간 상이함으로써, DML 함수에서, 하나를 제외한 모든 최대값들의 높이가 감소하므로, 이러한 함수가 재차 하나의 명확한 절대 최대값을 갖고, 이에 따라 명확한 각도 추정이 가능하다. 그러나, ULA에서의 간격에 상응하는 값 A/(N-1)의, 안테나 간격들의 편차는, 디지털 빔 포밍을 위해 ULA에서와 동일한 기술이 여전히 사용될 수 있으며, 사이드 로브들이 충분히 감쇠되도록 제한된다. 특히, 디지털 빔 포밍은 고속 푸리에 변환(FFT)을 통해 특히 효율적인 방식으로 실행될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 레이더 센서는 ULA 대신에 준-규칙적인 어레이를 갖고, 이러한 어레이에서 완전한 ULA로부터의 편차는, 예상될 잡음 레벨을 고려하여 여전히 명확한 각도 추정이 가능할 정도의 크기를 갖는다. 이 경우, 안테나 요소들의 간격이 ULA 값 A/(N-1)으로부터 최대의 편차를 가질 수 있는 "사전 결정된 크기"는, 한편으로는 신호 잡음에 대해 충분한 강건성이 달성되지만, 다른 한편으로는 각도에 따른 이득 함수가 ULA에 비해 너무 심하게 왜곡되지는 않도록 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구범위들에 제시된다.
일 실시예에서, 값 A/(N-1)의, 안테나 요소들 간의 중심 간격들의 편차는 25% 미만, 즉 절대적으로 A/4(N-1) 미만이고, 바람직하게 이러한 편차는 15% 미만이다.
이 경우, 인접한 안테나 요소들의 다양한 쌍들 간의 간격들의 편차는 예를 들어 선형 함수, 즉 2차 함수에 따라 또는 마찬가지로 더 높은 차수의 다항식에 따라 또는 예를 들어 사인 함수에 따라 규칙적으로 변화할 수 있다. 어레이의 안테나 요소의 수(N)는 바람직하게는 2의 거듭 제곱, 즉 예를 들어 N=8 또는 N=16이므로, FFT에 의한 효율적인 디지털 빔 포밍이 구현된다.
하기에는, 실시예들이 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 준-규칙적인 안테나 어레이를 구비한, 본 발명에 따른 레이더 센서의 블록 회로도이고,
도 2는 종래의 레이더 센서의 규칙적인 안테나 어레이(ULA)의 도면이고,
도 3은 도 2에 따른 안테나 어레이에 의한 디지털 빔 포밍을 이용하여 형성된 다양한 빔들에 대한 이득 분배 함수의 도면이고,
도 4는 명확성을 위해 2개의 빔들에 대한 이득 함수들만이 도시된, 도 3과 유사한 단순화된 다이어그램이고,
도 5는 도 2에 따른 안테나 어레이에 대한 DML 함수의 도면이고,
도 6은 확대된 개구면을 갖는 예시적 ULA의 도면이고,
도 7은, 도 4와 유사하지만, 도 6에 따른 어레이에 대한 2개의 이득 함수의 다이어그램이고,
도 8은 도 6에 따른 어레이에 대한 DML 함수의 도면이고,
도 9는 도 4 및 도 7과 유사하지만, 도 1에 따른 본 발명에 따른 어레이에 대한 2개의 이득 함수의 다이어그램이고,
도 10은 도 1에 따른 어레이에 대한 DML 함수의 도면이다.
도 1에는 8개의 안테나 요소(12)를 갖는 준-규칙적인 안테나 어레이(10)를 구비한 레이더 센서가 다이어그램 형태로 도시되어 있다. 각각의 안테나 요소(12)는 직렬 전압이 공급되는 8개의 안테나 패치(14)로 이루어진 칼럼을 통해 형성되고, 이러한 칼럼은 수직 방향(z)으로 연장된다. 칼럼 형태의 안테나 요소(12)들은 스캔 방향(y)으로 일렬로 배열되고, 이러한 스캔 방향은 자동차용 레이더 센서에서 차량의 수평의 횡방향에 상응하므로, 레이더 센서는 방위각에 대한 각도 분해능을 갖는다. 안테나 요소(12)들 간의 간격 뿐만 아니라, 각각의 칼럼의 개별 안테나 패치(14)들 간의 간격도 레이더 빔의 파장(λ) 단위로 도시된다. 쌍을 이루어 인접하는 안테나 요소(12)들 간의 간격들은 도 1에 마찬가지로 정량적으로 도시되고, 각각 대략 2의 값을 갖지만, 평균값 2.00으로부터 7% 미만의 편차를 갖는다.
스캔 방향(y)으로의 안테나 어레이(10)의 폭은 대략 14λ이므로, 어레이는 방위각으로 개구면 A=14를 갖는다. 일반적으로, N이 어레이 내 안테나 요소(12)의 수인 경우, 안테나 요소(12)들 간의 간격들의 평균값(이러한 예시에서는 2.00)은 A/(N-1)이다.
도시된 예시에서, 안테나 요소(12) 쌍들 간의 간격은 1.87로부터 2.13으로 선형적으로 증가한다.
8개의 안테나 요소(12)는 각각의 신호 라인(16)을 통해 평가 회로(18)와 연결되고, 이러한 평가 회로에서는 분리된 수신 채널들 내의 수신된 신호들이 평가된다. 예를 들어, 여기에 도시된 레이더 센서는 FMCW 레이더(Frequency Modulated Continuous Wave)일 수 있다. 이때, 각각의 평가 채널은 혼합기를 포함하고, 이러한 혼합기 내에서는 안테나 요소에 의해 수신된 신호가 송신 레이더 신호의 일부와 혼합되므로, 한편으로는 레이더 센서로부터 대상물로 그리고 다시 레이더 센서로의 레이더 신호의 전파 시간에 좌우되고, 다른 한편으로는 대상물의 상대 속도에 좌우되는 주파수를 갖는 중간 주파수 신호가 포함된다. 중간 주파수 신호는 평가 회로(18) 내에서 디지털화되고, 각각 소정의 샘플링 기간에 걸쳐 기록되며, 이러한 샘플링 기간에서는 송신된 신호의 주파수가 램프 형태로 변조된다. 이때, 상이한 램프 기울기를 갖는 복수의 변조 램프들에서 얻어지는 중간 주파수 신호의 주파수로 인해, 위치 확인되는 대상물들의 간격 및 상대 속도가 공지된 방식으로 결정될 수 있다.
안테나 요소들을 평가 회로(18)와 연결하는 신호 라인(16)들은 모두 동일한 길이를 갖도록 구성되므로, 신호들 간의 위상 관계가 평가 회로(18)로 가는 도중에 왜곡되지 않는다. 이때, 8개의 수신 채널들에서 수신된 신호들의 진폭들 및 위상들(즉, 복소 진폭들)의 비교를 통하여, 특정 간격 및 특정 상대 속도에서 위치 확인되는 각각의 대상물에 대해, 대상물에 대한 레이더 센서의 방향을 나타내는 각도(방위각)가 결정될 수 있다. 이를 위해, 8개의 수신 채널들에서 수신된 신호들은 예를 들어 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해 빔 포머(20) 내에서 디지털 빔 포밍을 받는다. 빔 포밍의 결과는 각도 추정 장치(22)로 전송되며, 여기서는 위치 확인되는 대상물의 방위각(φ)이 최대 가능도 추정에 의해 결정된다.
본 발명의 운영 방식을 설명하기 위해, 종래의 레이더 센서에서 사용되는 것과 같은, 그리고 도 2에 다이어그램 형태로 도시된 것과 같은, 완전히 채워진 규칙적인 안테나 어레이(24)(ULA)가 우선 고려되어야 한다. 이러한 어레이에서, 인접한 안테나 요소(12)들 간의 간격은 통일적으로 λ/2이므로, 명확성 조건이 충족된다. 그러나, 이러한 어레이는 (8개의 수신 채널에서) 개구면 A=3.5만을 가지므로, 각도 분해능이 확연히 제한된다.
도 3의 다이어그램에는 도 2에 따른 안테나 어레이(24)에 대하여 빔 포밍 장치(20)의 안테나 이득이 방위각(φ)의 함수로서 도시되어 있다. 세부적으로, 이러한 다이어그램은 10개의 수신 빔들에 대한 표준화된 이득 함수들(28 내지 40)의 그래프를 보여주며, 이러한 수신 빔들의 감도 최대값은 0°, +/-15°, +/-30°, +/-45°에 위치하고, +/-60° 너머에 위치한다. 각각의 빔은 최대 이득을 갖는 메인 로브와, 약 13dB로 감쇠되는 복수의 사이드 로브들을 포함한다. 이러한 다이어그램은 구형 윈도우(rectangular window)를 갖는 FFT를 사용한 빔 포밍을 기반으로 한다.
명확성을 위해, 도 4에는 이득 함수(30 및 36)의 그래프가 분리된 상태로 다시 한번 도시되어 있다. 이득 함수(30)의 그래프는 굵은 선으로 그려지는 반면, 이득 함수(36)의 그래프는 점선으로 그려진다. 0°에서 최대값을 갖는 이득 함수(30)는 대칭적인 사이드 로브들을 갖는 반면, -45°에서 감도 최대값을 갖는 빔에 대한 이득 함수는 비대칭임을 알 수 있다.
디지털 빔 포밍 시에, 8개의 안테나 요소(12)에서 수신된 신호들의 복소 진폭들로부터는 안테나 요소로부터 안테나 요소로의 런 길이 편차를 반영하는 복소 가중 계수들에 의해 가중 합이 구해진다. 이러한 런 길이 편차가 방위각(φ)에 좌우되므로, (특정 방위각에서 감도 최대값을 갖는) 각각의 빔에 대해 다른 가중 계수 세트가 얻어진다. 주어진 방위각(φ) 하에 대상물이 위치 확인되면, 0°에서 감도 최대값을 갖는 빔 내에서는 이득 함수(28)에 비례하는 강도를 갖는 신호가 얻어지는 반면, 동일한 대상물에 대하여, -45°에서 감도 최대값을 갖는 빔 내에서는 이득 함수(36)에 비례하는 신호가 얻어진다. 이에 상응하게, 다른 빔들 각각에 대해서도, 관련 이득 함수를 통해 주어진 값이 얻어진다.
다양한 빔들에 대한 빔 포밍에 따라 얻어진 상이한 진폭 값들로부터, 위치 확인되는 대상물이 실제로 위치하는 방위각이 추론될 수 있다. 이를 위해, 측정된 값이 이득 함수를 통해 주어진 값과 가장 높은 상관 관계를 갖게되는 각도가 탐색된다.
예시로서, 도 5에는 방위각(φ=0°)에 위치한 타겟에 대해, 각도 스펙트럼이라고도 하는 DML 함수(Deterministic Maximum Likelihood Function)(42)가 도시되어 있다. DML 함수(42)는 각각의 방위각(φ)에 대하여, 다양한 빔들에 대한 이득 함수와 측정된 값 간의 상관 관계를 나타낸다. 이러한 함수는 최대값이 1의 값을 갖도록 표준화된다. DML 함수(42)는 위치 확인되는 대상물이 위치하는 각도(φ=0°)에서, 확실히 나타나는 단 하나의 최대값만을 갖는 것을 알 수 있다. 그 대신, 각도(φ=20°)에 위치한 대상물로부터 신호가 수신된다면, DML 함수는 최대값이 20°에 위치하도록 변위될 것이다.
각도 분해능을 개선하기 위해, 도 2에 따른 ULA(24)에서 안테나 요소(12)들 간의 간격들은 이제 2λ로 확대되지만, 안테나 요소의 수가 증가하지는 않는다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 개구면 A=14를 갖는 ULA(44)가 얻어진다.
도 7에는 이러한 변화가 이득 함수들(28 내지 40)에 어떤 영향을 미치는지가 도시되어 있다. 도 4에서와 유사하게, 도 7에도 이득 함수(28 및 36)에 대한 그래프만이 도시되어 있다. 이러한 이득 함수는 각각 대략 동일한 높이의 복수의 최대값들을 갖는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 이득 함수(28)는 (도 4에서와 같이) 0°에서 최대값을 갖지만, +/-30°에서 동일한 높이의 다른 최대값들도 갖는다. 그들 사이에는 더 강하게 감쇠되는 더 많은 수의 사이드 로브들이 각각 위치한다. 이에 상응하게, 이는 이득 함수(36) 및 (도 7에 도시되지 않은) 다른 각각의 이득 함수에도 동일하게 적용된다.
도 6에 따른 ULA에 대한 DML 함수(42)는 도 8에 도시되어 있다. 이제, 이러한 함수도 동일한 높이의 복수의 메인 최대값들을 가지므로, 명확한 각도 추정이 더 이상 불가능하다.
반면, 도 1에 따른 준-규칙적인 안테나 어레이(10)가 사용된다면, 명확한 각도 추정이 재차 가능하다. 이러한 어레이에 대한 이득 함수(28 및 36)는 도 9에 도시되어 있다. 도 7과 유사하게, 각각의 이득 함수는 -50° 내지 +50°의 각도 범위에서 3개의 뚜렷한 메인 최대값들을 갖지만, 여기서 사이드 로브들은 더 강하게 "견부 형태를 갖고", 즉 사이드 로브들은 상승하고, 메인 최대값들의 양 측면에 더 가까이 다가간다.
도 10에는 관련 DML 함수(42)가 도시되어 있다. 빔 포밍 장치(20) 내의 빔 포밍은 동일한 가중 계수에 의해, 도 2 및 도 6에 따른 ULA에서와 동일한 방식으로 실행되지만, 인접한 안테나 요소(12)들 간의 간격은 약간 불균일하기 때문에, (타겟이 0°에 위치한 경우에) φ=0°에서의 메인 최대값(46)만이 완전한 높이로 지속되는 반면, +/-30°에서의 양 측면의 최대값(48)들은 더 강하게 억제된다. 이는, 각도 추정 시에 명확한 최대값이 발견되고, 이에 따라 명확한 각도 추정이 가능함을 의미한다.
신호들에 최대값들(46 및 48) 간의 편차가 희미해질 정도로 심한 잡음이 있고, 최대값들 중 하나의 최대값(48)이 가장 높은 값을 갖고, 방위각의 결정을 위해 잘못 선택되는 경우에만 각도 추정의 에러가 발생할 수 있다. 인접한 안테나 요소(12)들 간의 간격이 더 불균일할수록, 최대값(48)들은 더 강하게 억제되고, 각도 추정은 신호 잡음에 대해 더 강건하다. 그러나, 반면에 어레이의 불균일성이 증가함에 따라 사이드 로브들은 점점 더 두드러진다. 그러나, 안테나 요소(12)들 간의 간격의 불균일성을 적절히 선택할 때는, 일반적으로 존재하는 신호 잡음에서 명확한 각도 추정이 가능하고, 확대된 개구면으로 인하여, 추가의 평가 채널들이 필요하지 않으면서 더 높은 각도 분해능이 달성되는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. 스캔 방향(y)으로 서로 오프셋된 N개의 안테나 요소(12)를 포함하는 안테나 어레이(10); 디지털 빔 포밍 장치(20); 및 빔 포밍 장치(20)의 신호에 기반한 각도 추정을 위해 형성된 각도 추정 장치(22);를 구비한 각도 분해 레이더 센서에 있어서,
    파장(λ) 단위의 안테나 어레이(10)의 개구면(A)은 (N-1)/2보다 크고; 인접한 안테나 요소(12)들 간의 중심 간격들은 서로 상이하지만, 사전 결정된 크기의 값 A/(N-1)을 초과하지는 않는 정도로 상이한; 것을 특징으로 하는, 각도 분해 레이더 센서.
  2. 제1항에 있어서, 인접한 안테나 요소들에 대한 간격들은 값 A/(N-1)의 25%를 초과하지 않는 정도로, 바람직하게는 15%를 초과하지 않는 정도로 상이한, 각도 분해 레이더 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 안테나 요소(10)들 간의 간격들은 규칙적인 패턴에 따라 변화하는, 각도 분해 레이더 센서.
  4. 제3항에 있어서, 안테나 요소(12)들 간의 간격들은 다항식 함수에 따라 변화하는, 각도 분해 레이더 센서.
  5. 제4항에 있어서, 안테나 요소(12)들 간의 간격들은 선형 함수에 따라 변화하는, 각도 분해 레이더 센서.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, N은 2의 거듭 제곱인, 각도 분해 레이더 센서.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, A≥1, 바람직하게는 A≥2인, 각도 분해 레이더 센서.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4545460B2 (ja) * 2004-03-10 2010-09-15 三菱電機株式会社 レーダ装置およびアンテナ装置
DE102004044120A1 (de) * 2004-09-13 2006-03-16 Robert Bosch Gmbh Antennenstruktur für seriengespeiste planare Antennenelemente
DE102005063417B4 (de) * 2005-12-23 2021-01-07 Airbus Defence and Space GmbH Antenne für eine hochauflösende Synthetik-Apertur-Radarvorrichtung
CN100523865C (zh) * 2005-12-28 2009-08-05 中国科学院电子学研究所 确定距离向多孔径接收宽测绘带合成孔径雷达子天线间距的方法
JP2008170193A (ja) * 2007-01-09 2008-07-24 Mitsubishi Electric Corp レーダ装置
JP5029060B2 (ja) * 2007-02-23 2012-09-19 日本電気株式会社 合成開口レーダおよび合成開口レーダ画像再生処理方法
JP2008278034A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Mitsubishi Electric Corp アレーアンテナ装置
JP5025564B2 (ja) * 2008-05-27 2012-09-12 三菱電機株式会社 アレーアンテナ、アレーアンテナの配置方法、アダプティブアンテナ、電波方向探知装置
JP5289111B2 (ja) * 2009-03-09 2013-09-11 三菱電機株式会社 アレーアンテナならびにそれを用いたサイドローブキャンセラおよびアダプティブアンテナ
DE102009029503A1 (de) * 2009-09-16 2011-03-24 Robert Bosch Gmbh Radarsensorvorrichtung mit wenigstens einer planaren Antenneneinrichtung
US20110074646A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Snow Jeffrey M Antenna array
DE102011084610A1 (de) 2011-10-17 2013-04-18 Robert Bosch Gmbh Winkelauflösender Radarsensor
DE102013212090A1 (de) * 2013-06-25 2015-01-08 Robert Bosch Gmbh Winkelauflösender FMCW-Radarsensor
DE102015222884A1 (de) * 2015-11-19 2017-05-24 Conti Temic Microelectronic Gmbh Radarsystem mit verschachtelt seriellem Senden und parallelem Empfangen
US10446938B1 (en) * 2015-12-23 2019-10-15 Apple Inc. Radar system including dual receive array
DE102016108756A1 (de) * 2016-05-12 2017-11-16 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Radarsensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug, Fahrerassistenzsystem, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Erfassen eines Objekts

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