WO2007083479A1

WO2007083479A1 - レーダ装置

Info

Publication number: WO2007083479A1
Application number: PCT/JP2006/325530
Authority: WO
Inventors: Tomohiro Nagai
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2007-07-26
Also published as: DE112006003644T5; US20080291088A1; JP4844566B2; US7525479B2; JPWO2007083479A1; DE112006003644B4

Abstract

アレイアンテナ(１０)は、間隔ｄで配置されたアンテナ（１１）(１２）からなる片端部と、間隔ｄで配置されたアンテナ(１３）(１４)からなる片端部とを備え、両端部の最も中央側のアンテナ(１２）(１３)との間隔が、両端部をそれぞれ構成するアンテナ数２と両端部におけるアンテナ間隔ｄとの積値である２ｄに設定される。そして、アンテナ(１１)～(１４)を、連続的に送信アンテナとして切り替えて選択し、連続的に送信信号を放射する。そして、各送信アンテナにおいて、各アンテナ(１１)～(１４)を順次受信アンテナとして切り替えて選択する。このようにアンテナ(１１)～(１４)の送受信を切り替えることにより、等間隔で９個の受信チャンネルＣＨ１～ＣＨ９が得られる。

Description

明細書

レーダ装置

技術分野

[0001] 本発明は、自動車の衝突防止用等に用いられる FM— CW方式のレーダ装置、特にアレイアンテナを用いたホログラフィックレーダ装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、 FM— CW方式等を用いた自動車搭載型のレーダ装置が各種考案されている。例えば、特許文献 1のレーダ装置は、 1つの送信アンテナと、等間隔で配置された複数の受信アンテナとを備え、送信波の変調周期中に順次受信アンテナを切り替えて反射波を受信する。そして、各受信アンテナで受信した反射波の位相差を算出して物体の方位を検知する。

[0003] 図 9 (A)は受信 9チャンネルを実現する場合の特許文献 1に対応する従来例 1のレーダ装置のブロック図であり、図 9 (B)はこの構成における受信チャンネル状態を示す図である。従来例 1のレーダ装置は、受信アンテナ 101〜109、送信アンテナ 110 、スィッチ回路 201〜204、 VCO301,分岐回路 302、 LNA303,ミキサ 304、 IFァンプ 305を備える。この際、受信アンテナ 101〜109は等間隔 dで配列される。そして、送信アンテナ 110からの送信波による反射波を等間隔 dで配置された各受信アンテナ 101〜109で受信して、図 9 (B)に示すように、位相差（2 π dsin θ ) / λの間隔力もなる各チャンネル CH1〜CH9に該当する各反射波を割り当てる。

[0004] また、特許文献 2のレーダ装置は、第 1の間隔で等間隔に配置された複数の送信ァンテナと、第 2の間隔で等間隔に配置された複数の受信アンテナとを備え、順次送信アンテナを切り替えながら送信波を送信し、各送信アンテナに対して順次受信アンテナを切り替えて反射波を受信する。

[0005] 図 10 (A)は受信 9チャンネルを実現する場合の特許文献 2に対応する従来例 2のレーダ装置のブロック図であり、図 10 (B)はこの構成における受信チャンネル状態を示す図である。従来例 2のレーダ装置は、受信アンテナ 101〜103、送信アンテナ 1 11〜113、スィッチ回路 205、 206、 VCO301、分岐回路 302、 LNA303、ミキサ 3 04、 IFアンプ 305を備える。この際、受信アンテナ 101〜103は等間隔 dで配列され、送信アンテナ 111〜113は等間隔 3dで配列される。そして、順次切り替えられる送信アンテナ 111、 112、 113からの送信波による反射波を各受信アンテナ 101〜103 で順次受信して、図 10 (B)に示すように、位相差（2 π dsin θ ) / λの間隔からなる各チャンネル CHI〜CH9に該当する各反射波を割り当てる。

[0006] また、特許文献 3のレーダ装置は複数の送受共用アンテナを備え、各送受共用ァンテナ間の間隔がそれぞれ特定値に設定されている。そして、送信波の変調周期に同期して送信アンテナを選択し、選択された送信アンテナに対応して変調周期よりも短い間隔で受信アンテナを選択する。

[0007] 図 11は受信 11チャンネルを実現する場合の特許文献 3に対応する従来例 3のレーダ装置のブロック図である。従来例 3のレーダ装置は、送受共用アンテナ 401〜4 04、スィッチ回路 501、 502、 VCO301、カプラ 302、 LNA303、ミキサ 304、 IFアンプ 305を備える。この際、送受共用アンテナ 401〜404は、順に d, 2d, 2dの間隔で配列される。そして、いずれか 1つの送受共用アンテナを送信アンテナに選択して送信波を送信し、送受共用アンテナを順次受信アンテナに選択して、順次反射波を受信することで、図 12に示すように、各受信チャンネルに対して各反射波が割り当てられる。なお、特許文献 3の図 4にはチャンネル数が 11チャンネル割り当てられた図が記載さているが、これらは、特許文献 3ではチャンネルの割り当てを時間的な差により設定しているからである。すなわち、時間的な差によってチャンネルを割り当てているので、送信アンテナで受信した信号が基準となり、時間的な差による 11チャンネルが形成される。これを空間的な位置差により設定すれば、端に配置されたアンテナ 401 が送受信信号の基準となり、本発明の図 12に示すようなチャンネル数およびチャンネル間隔となる。

特許文献 1：特許第 3622565号公報

特許文献 2：特許第 3368874号公報

特許文献 3：特開 2005— 3393公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0008] し力しながら、従来例 1では、 9個の受信チャンネルを形成する場合に 9個の受信ァンテナを必要とする。また、これらとは別に送信アンテナ 110を必要とし、さらには各受信アンテナ 101〜109から 1つの受信アンテナを選択する複数段のスィッチ回路 2 01〜204を必要とする。このため、レーダ装置が大規模なものとなり、且つ受信信号の損失が大きくなつてしまう。

[0009] また、従来例 2では、従来例 1と比較してアンテナ数は減るものの、送信アンテナ 11 1〜113の間隔を広く設定しなければならず、依然としてレーダ装置が大規模なものとなる。

[0010] また、従来例 3は、 9チャンネルを実現するという点では、従来例 1, 2と比較して小型化を実現することができる。し力しながら、送受共用アンテナが、 1 : 2 : 2で配置された従来例 3では、チャンネルが等間隔に設定されない。図 12の例では、 11チャンネル中のチャンネル CH8, CH10が欠落し、チャンネル CH7, CH9が位相差 4 π d (si η θ ) / λの間隔となり、チャンネル CH9, CHI 1が位相差 4 π d (sin 0 ) Ζ λの間隔となる。その他のチャンネル間は、位相差 2 π d (sin θ ) / λの間隔であるので、実質的に等間隔ではない 9チャンネルを利用しなければならない。このため、物体検知方位が部分的に欠落し、物体検知の方位検知性能が低いものとなってしまう。

[0011] したがって、本発明の目的は、小型化しても、物体検知方位の欠落を発生せず、高い方位検知性能を有するレーダ装置を実現することである。

課題を解決するための手段

[0012] この発明は、複数の送受共用アンテナを配列したアンテナアレイと、該複数の送受共用アンテナカゝら送信アンテナおよび受信アンテナを選択する選択手段と、を備え、該選択手段により選択された送信アンテナから周波数変調した送信波を送信し、選択手段により順次切り替えながら選択された各受信アンテナで送信波の反射波を受信し、各受信アンテナで受信した反射波の位相差を用いて物体の検知を行うレーダ装置において、アレイの両端部のそれぞれに間隔 dで N1個の送受共用アンテナを配置するとともに、アレイの両端部における最もアレイ中央側の送受共用アンテナ間の間隔を Nl X dとする力、アレイの両端部間に Nl X dの間隔で送受共用アンテナを配置することを特徴として、る。 [0013] この構成では、アンテナアレイを構成する送受共用アンテナにおいて、両端部を構成する送受共用アンテナの配置間隔が、両端部間の間隔、または両端部に挟まれる中央部の送受共用アンテナの配置間隔よりも狭くなる。すなわち、アンテナアレイの両端部は、中央部よりもアンテナの配置が密になる。この場合、各送信アンテナに対して、前記受信アンテナの配置間隔に応じてチャンネルが割り当てられるため、各送信アンテナ単位では、アンテナアレイの中央部に対応する部分では、両端部に対応する部分よりもチャネル間の位相差が広くなる。ここで、送信アンテナの切り替えが連続的に行われ、連続的に信号が放射されていることにより、送信アンテナが切り替えられても、基準となる送信アンテナは最初に送信アンテナとして選択された送受共用アンテナとなる。このため、切り替えられた送信アンテナに対応する受信アンテナにより設定されるチャンネルは、最初の送信アンテナと切り替えられた送信アンテナとの位置関係に応じてシフトされるので、全てのチャンネルが最初に選択された送信アンテナに対応する位置に設定される。

[0014] これにより、送信アンテナが切り替えられてシフトしていくことで、チャンネルの配置パターンもシフトし、単独の送信アンテナにおけるアンテナアレイの中央部に対応するチャンネル間の位相差が相対的に広い部分力他の送信アンテナにおけるアンテナアレイの両端部に対応するチャンネル間の位相差が相対的に狭い部分で補間される。この際、前述のように、両端部間または中央部のアンテナ間隔を、両端部を構成するアンテナ数と両端部でのアンテナ間隔との乗算値で設定することで、擬似的に等間隔受信アンテナが配置された状態が形成されて、図 1に示すように、全体としてチャンネル間の位相差が同じになる。

[0015] また、この発明のレーダ装置は、選択手段により、送信波の変調周期よりも短い間隔で送信アンテナの切り替え選択を行うことを特徴としている。

[0016] この構成では、送受信アンテナの切り替え速度が速くなることで、各受信アンテナによる受信信号 (反射波)の時間差が殆どなくなり、検知物体が移動していないものとして検知処理が行われる。

[0017] また、この発明のレーダ装置は、アンテナアレイを構成する送受共用アンテナの総数が 2以上の整数 Nであり、アレイ両端部に配列される送受共用アンテナ数 N1を、 ( N + 3) Z4に最も近、整数で設定することを特徴として、る。

[0018] この構成では、アレイ両端部の送受共用アンテナ数を (N + 3) Z4に最も近い整数で設定する。アンテナ総数が N個である場合、前述の送受共用アンテナの配置条件から、設定できるチャンネル数は、 2 (N— 2N1 + 3) ·Ν1— 3となる。したがって、 N1 = (Ν + 3) Ζ4の時にチャンネル数が最大になる。し力しながら、送受共用アンテナ数は当然ながら整数であるので、 N1 （Ν + 3) Ζ4を満たす最も近い整数 N1を両端部の送受共用アンテナ数に設定することで、設定された送受共用アンテナ総数に応じた最適なアンテナアレイが構成される。

[0019] また、この発明のレーダ装置は、アンテナアレイの複数の送受共用アンテナを、各送受共用アンテナの送受信面が同一方向を向くようにして一直線上に配置することを特徴としている。

[0020] この構成では、アンテナアレイを構成する各送受共用アンテナが略同一の検知領域に対して送信波を送信し、この検知領域からの反射波を受信し、送受共用アンテナが一次元方向に沿って配置されることで、各チャンネルの位置関係が単純になり、位相差演算処理が簡略化される。

[0021] また、この発明のレーダ装置は、アレイアンテナの両端に、一直線上に配置された複数の送受共用アンテナと異なる方向に送受信面が向く広角検知用アンテナを配置したことを特徴として、る。

[0022] この構成では、一直線上に配置された送受共用アンテナによる検知領域とは異なる方向の検知領域が広角検知用アンテナで検知される。

[0023] また、この発明のレーダ装置は、選択手段で、変調周期に同期して広角検知用ァンテナの送信切り替え選択を行うことを特徴として、る。

[0024] この構成では、広角検知用アンテナの送信切り替えが変調周期の同期するため、方位検知性能を高くすることはできないが物体の検知は確実に実行され、広角検知用アンテナに対応する領域での検知処理が簡素化される。

[0025] また、この発明のレーダ装置は、選択手段により変調周期よりも短い間隔で広角検知用アンテナの送信切り替え選択を行うとともに、広角検知用アンテナを受信アンテナとして選択せず、アンテナアレイにおける該当する広角検知用アンテナに近！ヽ片端部の送受共用アンテナを受信アンテナとして選択することを特徴としている。

[0026] この構成では、広角検知用アンテナから送信される送信波に基づく反射波を、アンテナアレイにおける該当する広角検知用アンテナに近い片端部の送受共用アンテナ (受信アンテナ）を切り替えながら受信する。これにより、広角検知用アンテナに対応する領域に対しても、 1つの広角検知用アンテナに対して複数のチャンネルが得られる。

[0027] また、この発明のレーダ装置は、反射波に基づき物体の検知を行う検知手段に温度センサを備え、該温度センサで検知した温度に基づき反射波を補正した後に、物体の検知を行うことを特徴として、る。

[0028] この構成では、温度補正を行うことで、温度特性が良好でなヽ素材により形成されるアレイアンテナを用いても、正確な送信波振幅および送信波位相、受信波振幅および受信波位相が得られる。

発明の効果

[0029] この発明によれば、設置アンテナ数が少なくても、アンテナ数と比較して多くの受信チャンネルを等間隔で形成できるので、方位検知性能が非常に高!、レーダ装置を小型且つ簡素な構造で実現することができる。

[0030] また、この発明によれば、送信波の送信周期よりも短い間隔で送信アンテナを切り替え、さらに各送信アンテナに対して受信アンテナを切り替えることで、物体が略停止した状態で複数の受信信号を取得することができ、検知物体の方位検知性能をさらに向上することができる。

[0031] また、この発明によれば、アレイアンテナの両端部を構成する送受共用アンテナ数 N1を、 Nl = (N + 3) Z4を満たす最も近い整数で設定することで、設定された送受共用アンテナ総数 Nに応じて最適なアンテナアレイを構成することができる。これにより、予め設定された送受共用アンテナ数に対して、最も高い方位検知性能を備えるレーダ装置を構成することができる。

[0032] また、この発明によれば、送受共用アンテナを一直線上に配置し、同じ検知領域に対応させることで、位相差演算処理を簡略ィ匕することができ、方位検出を高速化し、ひ!、ては物体検知処理を高速化することができる。 [0033] また、この発明によれば、アンテナアレイによる検知領域の両端に存在する領域を含み広角な検知領域に対して物体の検知を行うことができる。

[0034] また、この発明によれば、検知領域の両端側に存在する領域の検知処理が簡素化され、主とする検知領域であるアレイアンテナに対応する検知領域での方位検知精度を低下させることなぐ広角な領域全体での物体検知速度の低下を抑制することができる。

[0035] また、この発明によれば、アンテナアレイによる検知領域以外の両端に存在する領域に対しても所定の方位検知精度で物体の検知を行うことができる。

[0036] また、この発明によれば、比較的に安価で、温度特性が悪、素材でアレイアンテナを形成しても、方位検知精度を低下させることなぐ正確な物体検知を行うことができる。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]第 1の実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図、および、送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。

[図 2]第 2の実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図、および、送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。

[図 3]第 3の実施形態の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である

[図 4]本発明のレーダ装置のアンテナ配置パターンの概念を示したブロック図である

[図 5]アンテナ数が「5」の場合の配置、および、この場合の送信アンテナと受信チヤンネルとの関係を示す概念図である。

[図 6]アンテナ数が「6」の場合の配置、および、この場合の送信アンテナと受信チヤンネルとの関係を示す概念図である。

[図 7]アンテナ数が「8」の場合の配置、および、この場合の送信アンテナと受信チヤンネルとの関係を示す概念図である。

[図 8]本発明の他の送受信方法を用いたレーダ装置の構成を示すブロック図である。

[図 9]受信 9チャンネルを実現する場合の特許文献 1に対応する従来例 1のレーダ装置のブロック図、および、この構成における受信チャンネル状態を示す図である。

[図 10]受信 9チャンネルを実現する場合の特許文献 2に対応する従来例 2のレーダ装置のブロック図、および、この構成における受信チャンネル状態を示す図である。

[図 11]受信 11チャンネルを実現する場合の特許文献 1に対応する従来例 1のレーダ装置のブロック図である。

[図 12]図 11に示したレーダ装置における受信チャンネル状態を示す図である。符号の説明

[0038] 10, 50—アレイアンテナ、 11〜16, 51A, 51B, 51C—アンテナ、 20〜23—スィツチ回路、 25—スィッチアンプ、 26—サーキユレータ、 31— VCO、 32—分岐回路、 33— LNA、 34—ミキサ、 35— IFアンプ、 40—信号処理回路

発明を実施するための最良の形態

[0039] 本発明の第 1の実施形態に係るレーダ装置について、図を参照して説明する。

図 1 (A)は、本実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図であり、 (B

)は送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。

[0040] 本実施形態のレーダ装置は、アレイアンテナ 10、スィッチ回路 21, 22、電圧制御発振器 (VCO) 31、分岐回路 32、 LNA33、ミキサ 34、 IFアンプ 35、信号処理回路

40を備える。

[0041] アレイアンテナ 10は、送受共用のアンテナ 11〜14を一直線上に配列したアンテナアレイを備え、全てのアンテナ 11〜14は、アンテナの正面方向を一致させて配置されている。この際、アンテナアレイの一方端に配置されたアンテナ 11と、これに隣り合う位置に配置されたアンテナ 12との間隔は dとし、他方端に配置されたアンテナ 14とこれに隣り合う位置に配置されたアンテナ 13との間隔も dとする。そして、これらアンテナ 11, 12からなる片端部と、アンテナ 13, 14からなる片端部とにより両端部が構成される。

[0042] ここで、両端部に配置されるアンテナ数「N1」は、次の方法により導き出すことができる。アレイアンテナ 10に設置するアンテナの総数を「N」とし、両端部のそれぞれに配置するアンテナ数を「N1」とすると、このアンテナアレイで実現することができる等価な受信チャンネルアレイの受信チャンネル数は、 2 (Ν—Ν1 + 3) ·Ν1— 3チャンネルとなる。これは、 N1における 2次式であり、設定可能な最大チャンネル数は、この 2 次式の極大値に相当する。このため、設定可能な最大値のチャンネル数を得るには

Ν1 = (Ν + 3) /4 一（1)

の関係式に最も近、整数 N 1を用いればよ!/、。

[0043] 例えば、本実施形態のように、総本数「N」が「4」の場合には、（N + 3) Z4= 1. 75 となり、アンテナ数「N1」は「2」となる。この場合の受信チャンネル数は「9」となる。そして、アンテナ総本数が「4」であり、両端部のアンテナ数がそれぞれ「2」であることから、本実施形態では、これら両端部間に配置するアンテナは必要としない。

[0044] そして、アンテナ 12とアンテナ 13との間隔、すなわち両端部間の間隔は、両端部をそれぞれ構成するアンテナ数 (N1)「2」とアンテナ間隔「d」とを乗算した値

Nl -d 一（2)

で設定され、本実施形態の場合には 2dとなる。なお、本実施形態では、両端部間にアンテナを配置しな、例を示して、るが、両端部間に挟まれる中央部にアンテナを配置する場合は、式（2)で表される「N1 ·(!」を中央部でのアンテナの配置間隔とすればよい。

[0045] アンテナ 11〜14は、スィッチ回路 21により選択され、送信時に選択されたアンテナ

(以下、このような状態のアンテナを「送信アンテナ」と称する。）は、送信信号を外部の検知領域に放射 (送信)する。また、受信時に選択されたアンテナ（以下、このような状態のアンテナを「受信アンテナ」と称する。）は、前記送信信号が検知領域内の物体に反射して得られる反射波を受信して、この反射波に基づく受信信号をスィッチ回路 21に出力する。

[0046] このような構成のアレイアンテナ 10は、例えば、誘電体基板の一面に前記間隔で一直線上に形成されたパッチアンテナを電極パターンにより並列接続してなるマイクロストリップアレイアンテナや、方形導波管の一面に前記間隔でスロット開口部を形成した導波管スロットアンテナ等により実現する。

[0047] VC031は、信号処理回路 40から与えられる変調電圧に応じて、例えば、 76GHz 帯の送信信号を発生する。この際、 VC031には、所定周期で電圧値が変動する変調電圧、例えば、所定周期で三角波状に変動する変調電圧が与えられる。 VC031 は、この変調電圧に応じて、前記所定周期にて、所定周波数範囲内で周波数変調する送信信号、例えば、三角波状に周波数変調する送信信号を発生する。

[0048] 分岐回路 32は、 VC031から出力された送信信号を、スィッチ回路 22に与えるとともに、その一部をローカル信号として、ミキサ 34に与える。

[0049] スィッチ回路 22は、信号処理回路 40からの送信選択信号に応じて VC031とスィツチ回路 21とを接続し、 VC031から出力された送信信号をスィッチ回路 21に与える。また、スィッチ回路 22は、信号処理回路 40からの受信選択信号に応じてスィッチ回路 21と LNA33とを接続し、スィッチ回路 21からの受信信号を LNA33に与える。

[0050] スィッチ回路 21は、信号処理回路 40からのアンテナ選択信号に応じて、選択された送信アンテナまたは受信アンテナとスィッチ回路 22とを接続し、送信時には、スィツチ回路 22を介して入力された送信信号を選択された送信アンテナに出力し、受信時には、選択された受信アンテナ力出力される受信信号をスィッチ回路 22に出力する。なお、スィッチ回路 21, 22は、機械的スィッチであってもスィッチとして利用可會な電子部品であっても、ソフトスィッチであってもよ!/、。

[0051] LNA33は、入力された受信信号を増幅してミキサ 34に出力し、ミキサ 34は、 LNA 33からの受信信号と分岐回路 32からのローカル信号とをミキシングして、 IFビート信号を生成する。 IFアンプ 35は、 IFビート信号を増幅して信号処理回路 40に出力する

[0052] 信号処理回路 40は、前述のように VC031に変調電圧を与え、スィッチ回路 21にアンテナ選択信号を与え、スィッチ回路 22に送信選択信号または受信選択信号を与える。この際、信号処理回路 40は、送信選択信号による送信アンテナ切り替えの間隔を、前記変調電圧による変調周期よりも短い間隔に設定する。例えば、信号処理回路 40は、前記周波数が三角波状に変調される送信信号の場合、周波数変調の周期、すなわち、 1つの三角波期間内で全てのチャンネルが受信するように設定する

[0053] また、信号処理回路 40は、入力した IFビート信号を用いて、既知の FM— CW方式の演算を用いて、検知した物体の速度、距離等を算出する。また、信号処理回路 40 は、後述する各アンテナ 11〜14により形成されるチャンネル CH1〜CH9の受信信号から、ホログラフィックレーダの原理を用いて検知物体の方位を検出する。

[0054] 次に、本実施形態のレーダ装置による検知動作について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、アンテナ 11、アンテナ 12、アンテナ 13、アンテナ 14の順で送信アンテナ、および受信アンテナを切り替える場合について説明する力アンテナの切り替え順はこれに限るものではなぐ適宜設定することができる。

[0055] ( 1)検知動作が開始されると、信号処理回路 40は、 VC031に変調電圧を与える。

この後の検知動作中においては、信号処理回路 40は、連続して VC031に変調電圧を与え、 VC031は、連続的に周波数変調された送信信号を生成する。

また、信号処理回路 40は、スィッチ回路 22に送信選択信号を与えるとともに、スィツチ回路 21にアンテナ 11を選択するアンテナ選択信号を与える。送信アンテナ 11 は、 VC031で生成される送信信号を検知領域に送信する。

[0056] (2)信号処理回路 40は、スィッチ回路 22に受信選択信号を与えるとともに、スイツチ回路 21にアンテナ選択信号を与える。この受信時のアンテナ選択信号は、アンテナ 11、アンテナ 12、アンテナ 13、アンテナ 14の順に所定間隔で受信アンテナを選択する信号である。これにより、アンテナ 1 1〜14は、順次、受信アンテナとして機能し、送信アンテナ 11からの送信信号に基づく反射波を受信する。そして、受信アンテナ 11〜14は、受信信号を順次スィッチ回路 21、スィッチ回路 22を介して、 LNA33 に出力する。

[0057] ここで、アンテナ 11〜14力前述の間隔で配置されていることにより、各アンテナ 1 1〜14の受信信号は、図 1 (B)に示すような、位相差 2 π d (sin θ ) / λの間隔で設定される受信チャンネル CH1〜CH9のいずれかの受信信号に設定される。なお、 λは受信信号の波長であり、 Θは受信信号の入射角、すなわち、アンテナの正面方向に対して成す角である。

[0058] 具体的には、アンテナ 11の送信信号に対するアンテナ 11の受信信号を基準となる受信チャンネル CH1の受信信号とすると、アンテナ 12の受信信号力受信チャンネル CH1に対して位相差 2 π d (sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH2の受信信号に設定される。また、アンテナ 13の受信信号は、受信チャンネル CH2に対して位相差 4 π d (sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH4の受信信号に設定される。さらに、アンテナ 14の受信信号は、受信チャンネル CH4に対して位相差 2 π (1 (sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH5の受信信号に設定される。

[0059] (3)信号処理回路 40は、スィッチ回路 22に送信選択信号を与えるとともに、スイツチ回路 21にアンテナ 12を選択するアンテナ選択信号を与える。送信アンテナ 12は、 VC031で生成される送信信号を検知領域に送信する。

[0060] (4)信号処理回路 40は、スィッチ回路 22に受信選択信号を与えるとともに、スイツチ回路 21にアンテナ選択信号を与える。この受信時のアンテナ選択信号は、（2)に示したアンテナ選択信号と同じであり、アンテナ 11〜14は、順次、受信アンテナとして機能し、送信アンテナ 12からの送信信号に基づく反射波を受信する。そして、受信アンテナ 11〜14は、受信信号を順次スィッチ回路 21、スィッチ回路 22を介して、 LNA33に出力する。この際、送信アンテナの切り替えが連続的に行われ、連続的に信号が放射されていることにより、送信アンテナがアンテナ 11からアンテナ 12に切り替わっても、基準となる受信チャンネル CH1は変わらない。このため、送信アンテナ 12に対する各受信アンテナ 11〜 14に与えられる受信チャンネルは、送信アンテナ 1 1と送信アンテナ 12との間隔 dに対応する位相差 2 π d(sin θ ) / λ分だけ、送信ァンテナ 11に対応する受信チャンネル力シフトした受信チャンネルが設定される。具体的には、アンテナ 11の受信信号が、受信チャンネル CH1の受信信号に対して位相差 2 π d (sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH2の受信信号に設定される。アンテナ 12の受信信号力受信チャンネル CH2に対して位相差 2 π d(sin θ ) / λ で離間する受信チャンネル CH3の受信信号に設定される。また、アンテナ 13の受信信号は、受信チャンネル CH3に対して位相差 4 π d(sin θ ) / λで離間する受信チヤンネル CH5の受信信号に設定される。さらに、アンテナ 14の受信信号は、受信チヤンネル CH5に対して位相差 2 π d(sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH6の受信信号に設定される。

[0061] (5)信号処理回路 40は、スィッチ回路 22に送信選択信号を与えるとともに、スイツチ回路 21にアンテナ 13を選択するアンテナ選択信号を与える。送信アンテナ 13は、 VC031で生成される送信信号を検知領域に送信する。 [0062] (6)信号処理回路 40は、スィッチ回路 22に受信選択信号を与えるとともに、スイツチ回路 21にアンテナ選択信号を与える。この受信時のアンテナ選択信号は、（2)、 ( 4)に示したアンテナ選択信号と同じであり、アンテナ 11〜14は、順次、受信アンテナとして機能し、送信アンテナ 13からの送信信号に基づく反射波を受信する。そして、受信アンテナ 11〜14は、受信信号を順次スィッチ回路 21、スィッチ回路 22を介して、 LNA33に出力する。この際、送信アンテナ 13に対する各受信アンテナ 11〜 14 に与えられる受信チャンネルは、送信アンテナ 11と送信アンテナ 13との間隔 3dに対応する位相差 6 π d (sin θ ) / λ分だけ、送信アンテナ 11に対応する受信チャンネルカシフトした受信チャンネルが設定される。具体的には、アンテナ 11の受信信号力受信チャンネル CH1の受信信号に対して位相差 6 π d (sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH4の受信信号に設定される。アンテナ 12の受信信号力受信チヤンネル CH4に対して位相差 2 π d(sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH5の受信信号に設定される。また、アンテナ 13の受信信号は、受信チャンネル CH5に対して位相差 4 π d (sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH7の受信信号に設定される。さらに、アンテナ 14の受信信号は、受信チャンネル CH7に対して位相差 2 π (1 (sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH8の受信信号に設定される。

[0063] (7)信号処理回路 40は、スィッチ回路 22に送信選択信号を与えるとともに、スイツチ回路 21にアンテナ 14を選択するアンテナ選択信号を与える。送信アンテナ 14は、 VC031で生成される送信信号を検知領域に送信する。

[0064] (8)信号処理回路 40は、スィッチ回路 22に受信選択信号を与えるとともに、スイツチ回路 21にアンテナ選択信号を与える。この受信時のアンテナ選択信号は、（2)、 ( 4)、 (6)に示したアンテナ選択信号と同じであり、アンテナ 11〜14は、順次、受信ァンテナとして機能し、送信アンテナ 14からの送信信号に基づく反射波を受信する。そして、受信アンテナ 11〜14は、受信信号を順次スィッチ回路 21、スィッチ回路 22を介して、 LNA33に出力する。

[0065] この際、送信アンテナ 14に対する各受信アンテナ 11〜 14に与えられる受信チャンネルは、送信アンテナ 11と送信アンテナ 14との間隔 4dに対応する位相差 8 π d (sin 0 )Ζ λ分だけ、送信アンテナ 11に対応する受信チャンネルからシフトした受信チヤンネルが設定される。具体的には、アンテナ 11の受信信号力受信チャンネル CH1 の受信信号に対して位相差 8 π d (sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH5の受信信号に設定される。アンテナ 12の受信信号が、受信チャンネル CH5に対して位相差 2 π d (sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH6の受信信号に設定される。また、アンテナ 13の受信信号は、受信チャンネル CH6に対して位相差 4 π (1 (sin 0 )Ζ えで離間する受信チャンネル CH8の受信信号に設定される。さらに、アンテナ 14の受信信号は、受信チャンネル CH8に対して位相差 2 π d(sin θ ) / λで離間する受信チャンネル CH9の受信信号に設定される。

[0066] このように、 4本の送受共用アンテナの間隔を、それぞれ d, 2d, dと配列し、送信ァンテナを切り替えて、各送信アンテナに対して全ての受信アンテナで受信信号を生成することで、 4本の送受共用アンテナを用いて等間隔に配置された 9チャンネルの受信チャンネルを形成できる。これにより、中飛びのない方位 (角度)検出性能に優れる小型のレーダ装置を構成することができる。また、前述の構成では、 4本のアンテナ間隔がそれぞれ、 d、 2d、 dであり、アンテナアレイの配列長さが 4dとなるので、特許文献 3に示したレーダ装置 (アンテナアレイの配列長さは 5d)に対して、方位検知性能が優れるとともにより小型化することができる。

[0067] 次に、第 2の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。

図 2 (A)は、本実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図であり、 (B )は送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。

[0068] 本実施形態のレーダ装置は、第 1の実施形態に示したレーダ装置（図 1 (A) )に対して、アンテナ 15、 16を追加で備え、スィッチ回路 21に替えてスィッチ回路 23を備えたものであり、その他の構成は同じである。なお、スィッチ回路 23についても、スィツチ回路 21, 22と同様にいかなるスィッチであってもよい。

[0069] アンテナ 15、 16は、送受共用アンテナであり、アンテナ 11〜14が備えられたアレイアンテナ 10とは異なる方向を検知領域とするように配置されている。例えば、アンテナ 15は、アンテナ 11〜14の正面方向に対して正面方向が +45° 回転した状態で配置されており、アンテナ 16は、アンテナ 11〜14の正面方向に対して正面方向が —45° 回転した状態で配置されている。 [0070] スィッチ回路 23は、信号処理回路 40からのアンテナ選択信号に応じて、アンテナ 1 1〜16のいずれかを選択してスィッチ回路 22に接続する。

[0071] 信号処理回路 40は、アンテナ 11〜14に対しては第 1の実施形態と同様の送受信切り替え処理およびアンテナ選択処理を行うが、アンテナ 15、 16に対しては、変調周期毎に送信アンテナの切り替え処理を行う。

[0072] このようなレーダ装置では、第 1の実施形態に示したように、アンテナ 11〜14を用いて受信チャンネル CH1〜CH9を用いた処理を行うと、新たな変調周期の開始に同期してアンテナ 15を送信アンテナに選択して、対応する検知領域に送信信号を送信する。そして、アンテナ 15を受信アンテナに選択して、自身からの送信信号に対応する反射波を受信して受信信号を生成し、スィッチ回路 23, 22を介して LNA33 に出力する。この送受信切り替え処理は、少なくとも 1変調周期に亘り継続して行われる。これにより、アンテナ 15に 1 : 1で対応する独立受信チャンネル CH31 (図 2における〇印）が設定される。次に、新たな変調周期の開始に同期してアンテナ 16を送信アンテナに選択して、対応する検知領域に送信信号を送信する。そして、アンテナ 16を受信アンテナに選択して、自身からの送信信号に対応する反射波を受信して受信信号を生成し、スィッチ回路 23, 22を介して LNA33に出力する。この送受信切り替え処理も、少なくとも 1変調周期に亘り継続して行われる。これにより、アンテナ 16 に 1： 1で対応する独立受信チャンネル CH32 (図 2における〇印）が設定される。

[0073] このような検知処理を行うことで、アレイアンテナ 10のアンテナ 11〜14を用いた、位相差による受信チャンネルの両端に、それぞれ単独のアンテナ 15, 16の送受信で得られる独立チャンネルによる検知領域が追加される。これにより、アンテナ 11〜1 4により検知される領域よりもさらに広範囲の検知領域について、物体検知を行うことができる。この際、アンテナ 15, 16で検知する領域に対しては、アンテナ 11〜14での検知で用いるホログラフィック方式を用いな、ので、検知処理を高速化することができる。また、アンテナ 15, 16に対して、高速なスィッチ回路 23の切り替えを必要としないので、

この場合、正面方向とは異なるアンテナ 15, 16に対応する周辺部での方位検知精度を高くすることはできないが、メインとなる正面方向での検知精度を高く維持し、且つサブとなる周辺部での物体検知を略同時に行い続けるような前方 ·周囲共用レーダ装置等の場合に有効となる。

[0074] 次に、第 3の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。

図 3は本実施形態の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。本実施形態のレーダ装置は、第 2の実施形態のレーダ装置と構成が同じであり、ァンテナ 15, 16を送信アンテナに設定した時の受信処理のみが異なるものである。

[0075] 本実施形態のレーダ装置は、アンテナ 15, 16についても、アンテナ 11〜14と同様に、変調周期よりも短い間隔で送信を切り替える。すなわち、アンテナ 11〜16を変調周期よりも短い間隔で切り替える。そして、アンテナ 15を送信アンテナとした場合は、アレイアンテナ 10のアンテナ 15側の端部に配置されたアンテナ 11, 12を受信アンテナに設定し、アンテナ 15から送信された送信信号の反射波を受信する。これにより、受信チャンネル CH1〜CH9とは別の新たな受信チャンネル CH33, CH34を得る。また、アンテナ 16を送信アンテナとした場合は、アレイアンテナ 10のアンテナ 16側の端部に配置されたアンテナ 13, 14を受信アンテナに設定し、アンテナ 16から送信された送信信号の反射波を受信する。これにより、受信チャンネル CH1〜CH9, C H33, CH34とは別の新たな受信チャンネル CH35, CH36を得る。

[0076] このような構成とすることで、アンテナ 15, 16に対応する周辺部に対してもホロダラフィック方式を適用することができ、アレイアンテナ 10のアンテナ 11〜14による検知領域と、アンテナ 15 +アンテナ 11, 12による検知領域と、アンテナ 16 +アンテナ 13 , 14による検知領域とからなる広範囲に亘り、所定の方位検知精度で物体を検出することがでさる。

[0077] なお、第 2、第 3の実施形態では、周辺部検知用アンテナの正面方向を、アレイァンテナの正面方向に対して ±45° に設置する例を示した力他の角度で有っても良ぐさら〖こは、それぞれに複数のアンテナを設置してもよい。

[0078] 前述の各実施形態は、アレイアンテナを構成するアンテナ数 (総本数）が 4つの場合について示したが、アンテナ本数が異なる場合にも式（1)、式（2)を用いて、両端部のアンテナ本数およびアンテナ間隔を設定することができる。

[0079] 図 4は、本発明のレーダ装置のアンテナ配置パターンの概念を示したブロック図である。

アレイアンテナ 50は、一方端に間隔「d」で「N1」個配列された複数個のアンテナ 5 1Aと、他方端に間隔「d」で「N1」個配列された複数個のアンテナ 51Bと、アンテナ 5 1 A群とアンテナ 51B群との間に間隔「N1 · d」で「N2」個配列されたアンテナ 51Cとを備える。ここで、アンテナ 51A, 51B, 51Cは一直線上に配列され、且つ全てのァンテナ 51A, 51B, 51Cの正面方向は同じ方向である。また、アンテナ 51Cは「0」または正の整数値である。スィッチ回路 20は、信号処理回路 40からのアンテナ選択信号に応じて、これらアンテナ 51A, 51B, 51Cから 1つのアンテナを選択して、スイツチ回路 22に接続する。なお、スィッチ回路 20についても、スィッチ回路 21, 22, 23 と同様に、かなるスィッチであってもよ!/、。

[0080] 例えば、図 5 (A)はアンテナ数が「5」の場合の配置を示し、図 5 (B)は図 5 (A)の場合の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。

[0081] 図 5 (A)に示すように、アンテナ数が「5」の場合には、両端部のアンテナ数が各 2本となり、中央部のアンテナ数が 1本となる。そして、両端部のアンテナの間隔を「d」を設定した場合に、両端部の最も中央部側のアンテナと中央部のアンテナとの間隔を「 2d」と設定する。これにより、図 5 (B)に示すように、等間隔に配置された 13個の受信チャンネル CHI〜CH 13を得ることができる。

[0082] また、図 6 (A)はアンテナ数が「6」の場合の配置を示し、図 6 (B)は図 6 (A)の場合の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。

[0083] 図 6 (A)に示すように、アンテナ数が「6」の場合には、両端部のアンテナ数が各 3本となり、中央部のアンテナ数力^本 (無し）となる。そして、両端部のアンテナの間隔を「d」を設定した場合に、両端部の最も中央部側のアンテナ同士の間隔を「3d」と設定する。これにより、図 6 (B)に示すように、等間隔に配置された 15個の受信チャンネル CHI〜CH 15を得ることができる。

[0084] また、図 7 (A)はアンテナ数が「8」の場合の配置を示し、図 7 (B)は図 7 (A)の場合の送信アンテナと受信チャンネルとの関係を示す概念図である。

[0085] 07 (A)に示すように、アンテナ数が「8」の場合には、両端部のアンテナ数が各 4本となり、中央部のアンテナ数力^本 (無し）となる。そして、両端部のアンテナの間隔を「d」を設定した場合に、両端部の最も中央部側のアンテナ同士の間隔を「4d」と設定する。これにより、図 7 (B)に示すように、等間隔に配置された 21個の受信チャンネル

CH1〜CH21を得ることができる。

[0086] このようにアンテナ本数が与えられれば、この本数に応じて最適な受信チャンネル数を設定でき、各受信チャンネルを等間隔に配置することができる。

[0087] なお、前述の処理は、温度補正を行わな、場合にっ、て示したが、パッチアンテナを榭脂基板上に配置してなるマイクロストリップアンテナでは、温度により受信特性が大幅に変化するので、次式に示す補正を行う。

[0088] a (T) -EXP{j δ (Τ) }

ここで、 ηはアレイアンテナの番号であり、 Τは温度である。そして、 an (T)は温度に対する振幅補正係数を表し、 δ η (Τ)は温度に対する位相補正係数を表す。

[0089] 信号処理回路 40は、このような補正情報を予めメモリ等に記憶しておくとともに、温度センサを備え、 IFビート信号を入力する毎に温度を検知して上記補正を行う。これにより、温度による特性の変化を抑圧することができ、温度特性の悪いアンテナを用いても、物体の方位、速度、距離等を正確に検出することができる。

[0090] また、前述の説明では、送受信の切り替えにスィッチ回路 22を用いた例を示したが

、図 8に示すような構造で送受信を切り替えても良い。

[0091] 図 8は本発明の他の送受信方法を用、たレーダ装置の構成を示すブロック図である。

図 8に示すレーダ装置は、第 1の実施形態のレーダ装置に対して、スィッチ回路 22 をスィッチアンプ 25とサーキユレータ 26とに置き換えたものであり、他の構成は同じである。

[0092] スィッチアンプ 25は、信号処理回路 40からの送信選択信号に基づいてオン動作し、 VC031で生成された送信信号を増幅して、サーキユレータ 26に与える。また、スィツチアンプ 25は、信号処理回路 40からの受信選択信号に基づいてオフ状態になり、動作しない。

[0093] サーキユレータ 26は、スィッチアンプ 25からの送信信号をスィッチ回路 21に出力し、スィッチ回路 21から入力される受信信号を LNA33に出力する。このような構成でも、本発明の効果を奏することができる。そして、受信回路系に挿入されるスィッチ回路を削減することにより、受信信号による損失を低減し、より確実に物体の検知を行うことができる。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の送受共用アンテナを配列したアンテナアレイと、

該複数の送受共用アンテナから送信アンテナおよび受信アンテナを選択する選択手段と、を備え、

該選択手段により選択された送信アンテナから周波数変調した送信波を送信し、前記選択手段により順次切り替えながら選択された各受信アンテナで前記送信波の反射波を受信し、各受信アンテナで受信した反射波の位相差を用いて物体の方位検知を行うレーダ装置において、

前記アンテナアレイは、アレイの両端部のそれぞれに間隔 dで N1個の送受共用ァンテナが配置されるとともに、前記アレイの両端部における最もアレイ中央側の送受共用アンテナ間の間隔が Nl X dであるか、前記アレイの両端部間に Nl X dの間隔で送受共用アンテナが配置されることを特徴とするレーダ装置。

[2] 前記選択手段は、前記送信波の変調周期よりも短い間隔で送信アンテナの切り替え選択を行う、請求項 1に記載のレーダ装置。

[3] 前記アンテナアレイを構成する送受共用アンテナの総数が 2以上の整数 Nであり、前記アレイ両端部に配列される送受共用アンテナ数 N1は、（N+ 3) Z4に最も近い整数である請求項 1または請求項 2に記載のレーダ装置。

[4] 前記アンテナアレイの複数の送受共用アンテナは、各送受共用アンテナの送受信面が同一方向を向くようにして一直線上に配置されて、る請求項 1〜請求項 3の、ずれかに記載のレーダ装置。

[5] 前記アレイアンテナの両端に、前記一直線上に配置された複数の送受共用アンテナと異なる方向に送受信面が向く広角検知用アンテナを配置した請求項 4に記載のレーダ装置。

[6] 前記選択手段は、前記変調周期に同期して前記広角検知用アンテナの送信切り替え選択を行う請求項 5に記載のレーダ装置。

[7] 前記選択手段は、前記変調周期よりも短い間隔で前記広角検知用アンテナの送信切り替え選択を行うとともに、前記広角検知用アンテナを受信アンテナとして選択せず、前記アンテナアレイにおける該当する広角検知用アンテナに近い片端部の送受共用アンテナを受信アンテナとして選択する請求項 5に記載のレーダ装置。

前記反射波に基づき物体の検知を行う検知手段は、温度センサを備え、該温度センサで検知した温度に基づき前記反射波を補正した後に、物体の検知を行う請求項 1〜7のいずれかに記載のレーダ装置。