WO2008053685A1

WO2008053685A1 - Procédé de détection de cible par radar et dispositif de radar utilisant le procédé de détection de cible

Info

Publication number: WO2008053685A1
Application number: PCT/JP2007/069954
Authority: WO
Inventors: Toru Ishii; Tetsu Nishimura
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2008-05-08
Also published as: US20090224960A1; EP2060929A4; JPWO2008053685A1; US7928897B2; EP2060929A1; JP4905457B2

Description

明細書

レーダの物標検知方法、およびこの物標検知方法を用いたレーダ装置技術分野

[0001] この発明は、レーダの物標検知方法、特に物標の相対速度検知方法と、当該検知方法を用いたレーダ装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、自動車の前方側等に備え付けられ、自動車前方を含む所定検知領域に送信波を送信し、検知領域内の物標の反射波を受信して、当該物標を検知するレーダ装置が各種考案されている。そして、このようなレーダ装置として、自動車分野では F MCW方式が多く用いられて!/、る。

[0003] FMCW方式のレーダ装置は、例えば、特許文献 1や特許文献 2に示すように、送信信号の周波数が徐々に高くなる上り変調区間と送信信号の周波数が徐々に低くなる下り変調区間とを交互に設けた三角波形状の送信信号を用いる。レーダ装置は、上り変調区間のビート周波数と下り変調区間のビート周波数とを算出する。ここで、ビート周波数とは、送信信号の周波数とこの送信信号に対する受信信号の周波数とをミキシングした周波数である。レーダ装置は、これら上り変調区間のビート周波数と下り変調区間のビート周波数との差分値力、ら物標の相対速度を算出する。

特許文献 1：特許第 3622565公報

特許文献 2：特許第 3575694公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しかしながら、特許文献 1 , 2の方法では、相対速度を算出するにあたり、必ずビート周波数およびドッブラ周波数を算出しなければならず、処理が複雑化してしまう。また、検知領域内に複数の物標が存在する場合には、ビート周波数のスペクトルピークが複数になり、対応するスペクトル同士をペアリングする必要がある力このペアリング処理では、ペアリングミスが発生することがある。そして、ペアリングミスが発生すると、相対速度を正確に算出できない。 [0005] したがって、本発明の目的は、目的とする物標に対するドッブラ周波数等の煩雑な演算処理を行うことなく高精度に物標の相対速度を検知することができるレーダの物標検知方法およびこの方法を用いて物標検知するレーダ装置を提供することにある

[0006] また、本発明の目的は、上述のように相対速度を検知するのと略同時に物標の方位をも検出することができるレーダの物標検知方法およびこの方法を用いて物標検知するレーダ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007] (A)この発明は、送信アンテナと受信アンテナの少なくとも一方を直線上に配置された複数のアンテナ素子により構成し、直線上に配置された複数のアンテナ素子を送信信号の変調周期に同期して切り替えるレーダの物標検知方法および当該物標検知方法を用いたレーダ装置に関するものである。この物標検知方法は、複数のァンテナ素子を予め設定した所定切替パターンに基づいて、第 1の時間間隔で切り替えて、物標の第 1方位を算出する第 1測定フェーズと、複数のアンテナ素子を所定切替パターンに基づいて、第 1の時間間隔とは異なる第 2の時間間隔で切り替えて、物標の第 2方位を算出する第 2測定フェーズと、を有する。さらに、この物標検知方法は、第 1方位、第 2方位、第 1の時間間隔、第 2の時間間隔、および複数のアンテナ素子の配置間隔に基づいて物標の相対速度を算出することを特徴としている。

[0008] このようなレーダの場合、送信アンテナか受信アンテナのいずれか一方もしくは両方が直線上に配置された複数のアンテナ素子からなり、送受信を行うアンテナ素子を切り替えながら物標検知が行われる。具体的に、一つのアンテナ素子からなる送信アンテナと複数のアンテナ素子が直線上に配置された受信アンテナとで送受信系が構成された場合、送信アンテナからの送信波に基づく反射波を、切り替え制御された受信アンテナの各アンテナ素子で順次受信して受信信号を生成する。また、複数のアンテナ素子が直線上に配置された送信アンテナと一つのアンテナ素子からなる受信アンテナとで送受信系が構成された場合、切り替え制御された送信アンテナの各アンテナ素子から順次送信波を送信して、各送信波に基づく反射波を受信アンテナで受信して受信信号を生成する。さらに、直線上に配置された複数のアンテナ素子力、ら送信アンテナと受信アンテナとの双方を構成することで送受信系が構成された場合、切り替え制御された送信アンテナの各アンテナ素子から順次送信波を送信して、別の切り替え制御された受信アンテナの各アンテナ素子で反射波を順次受信することで、送信アンテナのアンテナ素子と受信アンテナのアンテナ素子の組み合わせ毎に受信信号を生成する。

[0009] このような切り替え制御を行って受信信号を得る場合で、それぞれに異なる時間間隔で受信信号を得られる第 1測定フェーズと第 2測定フェーズとを有する場合、レーダに対して物標が相対速度を有すると、各フェーズで受信信号の位相変化量が得られる。このような位相変化量の違いにより、各フェーズではビームフォーミング法等で得られる方位が異なる。ここで、フェーズ間での時間間隔の差 (間隔時間差)と、各フエーズで算出される方位の差と、アンテナ素子と、相対速度とには特定の関係が成り立つので、これらの関係から相対速度が算出される。これにより、ドッブラ周波数を算出することなぐ相対速度を算出することができる。この際、各フェーズで算出される方位を用いることで、同時に物標の真の方位を算出することもできる。

[0010] (B)この発明のレーダの物標検知方法は、送信信号の放射方向側で複数のアンテナ素子の配列方向に垂直な方向を 0° 方向とし、当該 0° 方向から配列方向に広がる角度であって、 90° 〜+ 90° の範囲内にある、第 1方位および第 2方位をそれぞれ θ , Θ 、第 1の時間間隔と第 2の時間間隔との間隔時間差を A t、複数のアンテ

1 2

ナ素子の間隔を d、物標の相対速度候補を Vとして、 nを任意の整数として、

演算式

V=d- (sin e -sin e ) / (2 · A t) +η· λ / (2 - A t) - (1)

1 2

を用いて得られる候補の中から 1つを選択して物標の相対速度を算出することを特徴としている。

[0011] この方法およびこの方法を実現する構成では、具体的に式（1)に示すような簡素な式を用いることで、相対速度 Vが算出される。

[0012] (C)この発明のレーダの物標検知方法は、目的とする物標の取り得る相対速度の範囲を V 〜V とし、第 1の時間間隔と第 2の時間間隔との間隔時間差を A tとし、 mm max

送受信信号の波長を λとして、 A t< λ / (2 I V -V I ) - (2)

max min

となるように、第 1の時間間隔と第 2の時間間隔との差 A tを設定することを特徴としている。

[0013] この方法およびこの方法を実現する構成では、物標が取り得る相対速度の最小値および最大値を、予め V 〜V に設定しておき、式（2)を用いて、アンテナ素子の

mm max

切替間隔の時間差、すなわち、第 1測定フェーズの時間間隔と第 2測定フェーズの時間間隔との間隔時間差 A tが決定される。このように間隔時間差 A tを決定することで、式（1)で得られる相対速度の候補の中で、 V 〜V の範囲にあるものは唯一と

mm max

なるため、測定を行レ、た!/、相対速度が確実に測定される。

[0014] (D)この発明のレーダの物標検知方法は、送信信号の放射方向側で複数のアンテナ素子の配列方向に垂直な方向を 0° 方向とし、当該 0° 方向から配列方向に広がる角度範囲であって、 90° 〜+ 90° の範囲内に検知方位角範囲 Θ 〜 Θ を

mm max 設定し、複数のアンテナ素子の配置間隔を dとし、送受信信号の波長をえとして、 d< λ / I sin e -sin e | 一（3)

max min

となるように、複数のアンテナ素子の配置間隔を設定することを特徴としている。

[0015] この方法およびこの方法を実現する構成では、物標検知を行う方位角範囲を、予め θ 〜θ に設定しておき、式（3)を用いて複数のアンテナ素子の配置間隔 dが mm max

決定される。このようにアンテナ素子の配置間隔 dを決定することで、測定を行いたい物標検知方位角範囲内の物標の相対速度が確実に測定されるとともに、方位が一意に検出される。

[0016] (E)この発明のレーダの物標検知方法は、送信信号の放射方向側で複数のアンテナ素子の配列方向に垂直な方向を 0° 方向とし、当該 0° 方向を含んで算出方位角範囲を— θ とし、前記複数のアンテナ素子の配置間隔を dとし、送受信信

号の波長をえとして、

Θ =sin^_1 ( l / (2d) ) 一（4)

cal

で設定される算出方位角範囲で、物標の相対速度と方位とを算出することを特徴としている。

[0017] この方法およびこの方法を実現する構成では、算出方位角範囲 Θ cal〜+ Θ cal を式 (4)で限定することで、第 1測定フェーズと第 2測定フェーズのそれぞれ一つずつのスペクトルピークしか検出されない。これにより、相対速度の算出に用いる第 1方位と第 2方位とがー意に決定し、確実に相対速度が算出される。

[0018] (F)この発明のレーダの物標検知方法は、複数のアンテナ素子の配置間隔 dを送受信信号の波長 λに対して 0. 5 λ未満に設定した場合に、各方位の算出時にアンテナ素子の配置間隔 dを仮想的に 0. 5 λ以上に設定して仮方位を算出し、当該算出された方位を 0. 5 λ未満の設定状態に補正して方位を算出することを特徴としている。

[0019] アンテナ素子間隔 dが 0. 5 λ未満の場合、検知物標の真の方位により生じるアンテナ素子間の位相差が取り得る範囲は、一え /2〜+ λ /2よりも狭いため、物標の相対速度によっては到来角算出演算を行ってもいずれの方位にも本来現れるべき観測ピークが現れないという問題が起こりうる。すなわち、前述の各演算式は、アンテナ素子間隔 dが 0. 5 λ以上でなければ、現実的に正確な方位を算出することができない。

[0020] したがって、この方法およびこの方法を実現する構成では、検知方位の算出時には、仮想的にアンテナ素子の配置間隔 dが 0. 5 λ以上であると仮定して前述の方法で第 1方位および第 2方位を算出する。そして、検知方位算出時のアンテナ素子の配置間隔 dの設定値と、現実のアンテナ素子の配置間隔 dとの関係から、算出された第 1方位と第 2方位とを補正する。これにより、現実の第 1方位と第 2方位が算出され、これに伴い相対速度も算出される。

[0021] (G)この発明のレーダの物標検知方法は、複数のアンテナ素子を不等間隔に配置し、且つ当該不等間隔の最大公約数値を配置間隔 dに一致させることを特徴としてい

[0022] この方法およびこの方法を実現する構成では、アンテナ素子を不等間隔にすることで、配列されたアンテナ素子の両端の間隔が広がり、方位分解能が向上するので、スペクトルピークが急峻になり、より高精度に第 1方位、第 2方位が算出され、ひいてはより高精度に相対速度が算出される。

[0023] (H)この発明のレーダの物標検知方法は、第 1の時間間隔と第 2の時間間隔との間隔時間差 Δ tを可変に設定することを特徴として!、る。

[0024] この方法およびこの方法を実現する構成では、複数のスペクトルピークが存在しても、スペクトル強度に応じて、第 1方位と第 2方位とが関連付けされるので、複数の検知方位を同時に算出することができる。また、相対速度を検出する物標が決まった場合に、速度分解能を向上させることもできる。

発明の効果

[0025] この発明によれば、ドッブラ周波数等の複雑な演算処理を行うことなぐ簡素な演算処理だけで容易に相対速度を算出することができる。この際、同じ処理系で略同時に方位をも算出することができる。

[0026] また、この発明によれば、アンテナ間隔、検知方位角範囲を適宜設定することで、より高精度で確実に物標の相対速度を算出することができる。

[0027] また、この発明によれば、算出方位角範囲を適宜設定することで、相対速度演算負荷を軽減することができる。

[0028] また、この発明によれば、アンテナ間隔を不等間隔に設定することで、より高精度に物標の相対速度検知を行うことができる。

[0029] また、この発明によれば、複数の物標の相対速度検知を同時に行うことができる。

図面の簡単な説明

[0030] [図 1]第 1の実施形態の FMCW方式レーダ装置の概略構成を示すブロック図である

〇

[図 2]第 1の実施形態における送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図であ [図 3]相対速度による物標までの距離の変化を示す。

[図 4]第 1測定フェーズでの相対速度による物標までの距離の変化を示す図、および、第 2測定フェーズでの相対速度による物標までの距離の変化を示す図である。

[図 5]第 1測定フェーズでの物標までの距離の変化を示す図、および、第 2測定フエーズでの物標までの距離の変化を示す図である。

[図 6]前述の第 1測定フェーズでの受信信号による方位方向スペクトルと、第 2測定フエーズでの受信信号による方位方向スペクトルとを示した図である。 [図 7]アンテナ素子の切り替えモード別の切り替えパターンを表した図である。

[図 8]方位方向スペクトルを示す図である。

[図 9]方位方向スペクトルを示す図である。

[図 10]第 2の実施形態の構成および処理で得られる方位方向スペクトルの一例を示す図である。

[図 11]第 2の実施形態の送受信ビームパターンを示した図である。

[図 12]アンテナ素子間隔を示す図、および、送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。

[図 13]複数の物標が同距離で異なる方位に存在して異なる相対速度を有する場合の方位方向スペクトルを示す図である。

[図 14]その他の送信信号波形および送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。

[図 15]その他の送信信号波形および送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。

[図 16]その他の送信信号波形および送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。

[図 17]その他の送信信号波形および送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。

符号の説明

[0031] 1一信号処理部、 10—バッファメモリ、 11 フーリエ変換処理部、 111一時間軸フーリエ変換部、 112 ビームフォーミング部、 12 距離.相対速度検出部、 13 方位検出部、 2— RFモジュール、 21—VCO、 22 分配器、 23 出力切替器、 24— RF アンプ、 25 ミキサ、 26— IFアンプ、 3— A/Dコンバータ、 40 送信アンテナ、 50 受信アンテナ、 5；!〜 55—アンテナ素子

発明を実施するための最良の形態

[0032] 本発明の第 1の実施形態に係るレーダ装置およびレーダ装置の物標検知方法について、図を参照して説明する。なお、本実施形態では、 FMCW方式のレーダ装置で、一つのアンテナ素子からなる送信アンテナと、複数のアンテナ素子からなる受信アンテナとを備えたレーダ装置を例に説明する。また、以下の説明では、周波数が徐々に高くなる上り変調区間と周波数が徐々に低くなる下り変調区間とからなる三角波変調を行った送信信号を用いた FM— CW方式のレーダ装置を例に示す力上り変調のみや下り変調のみからなるレーダ装置対しても下記の構成および処理を適用すること力 Sでさる。

[0033] 図 1は本実施形態の FMCW方式レーダ装置の概略構成を示すブロック図である。

図 1に示すように、本実施形態のレーダ装置は、送信信号制御、切り替え制御、物体検知を行う信号処理部 1と、 RFモジュール 2と、送信アンテナ 40と受信アンテナ 50 とを備える。

[0034] 信号処理部 1は、送信系制御として、送信制御信号の生成と切替制御信号の生成とを行う。送信制御信号は、時系列で三角形状に周波数を変調させた送信信号 (以下、単に「三角波変調送信信号」と称する。）を生成するために、 RFモジュール 2の V C021に与える信号である。また、切替制御信号は、受信アンテナ 50のアンテナ素子 5；!〜 55を選択するために RFモジュール 2の出力切替回路 23に与える信号であ

[0035] 信号処理部 1は、第 1測定フェーズと第 2測定フェーズとで異なる送信周期で、送信信号が生成されるように送信制御信号を出力する。この際、生成される三角波変調送信信号は、三角波変調された三角波変調区間と三角波変調区間の間の非変調区間とからなる。そして、三角波変調区間の時間長は、第 1測定フェーズと第 2測定フエーズとで同じである力 S、非変調区間は、第 1測定フェーズよりも第 2測定フェーズが長くなるように設定されている。

[0036] 図 2は送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図であり、 (A)は切替時間 T

1 で切り替えた第 1測定フェーズの場合、（B)は切替時間 Tで切り替えた第 2測定フエーズの場合を示す。なお、第 2測定フェーズの切替時間 Tは、第 1測定フェーズの切替時間 Tに所定時間 A tを加算した時間である。すなわち、 T =T + A tの関係とな

1 2 1

[0037] このような送信制御処理と同時に、信号処理部 1は、各三角波変調区間に各アンテナ素子 5；!〜 55が順次対応するように、各三角波変調区間の立ち上がりタイミングと、アンテナ素子 5；!〜 55の切り替わりタイミングとを一致させる切替制御信号を出力する

〇

[0038] この際、アンテナ素子 5；!〜 55の切替パターンは、第 1測定フェーズ、第 2測定フエーズとで同じになる予め設定されたパターンからなる。例えば、図 2に示すように、時系列順に、アンテナ素子 51→アンテナ素子 52→アンテナ素子 53→アンテナ素子 5 4→アンテナ素子 55を繰り返す切替パターンを用いる。なお、送信信号の送信バターンおよびアンテナ素子の切替パターンは、これに限るものではなぐ当明細書の実施の形態の終わりに記載するような各種パターンを繰り返すものであっても良い。

[0039] RFモジュール 2は、送信系回路として VC〇21、分配器 22を備え、受信系回路として出力切替器 23、 RFアンプ 24、ミキサ 25、 IFアンプ 26を備える。

RFモジュール 2の送信系として、 VC021は、所謂、電圧制御発振器からなり、信号処理部 1からの送信制御信号を受けて三角波変調送信信号を生成し、分配器 22 に出力する。

[0040] 分配器 22は方向性結合器からなり、 VC021からの三角波変調送信信号を送信ァンテナ 40に与えるとともに、三角波変調送信信号を電力分配してなるローカル信号を生成し、ミキサ 25に与える。

[0041] 送信アンテナ 40は、単一のパッチアンテナ等からなり、三角波変調送信信号を電波に変換した送信波を、検知領域内に放射する。

[0042] 受信アンテナ 50はアンテナ素子 5；!〜 55を備える。アンテナ素子 5；!〜 55は、パッチアンテナ等からなり、例えば誘電体基板上に直線上に等間隔で配列形成された複数のパッチ電極からなる。アンテナ素子 5；!〜 55の配列方向は、当該レーダ装置の正面方向（当該レーダ装置が設置される自動車の正面方向）に対して垂直な方向で、且つ水平方向に沿う方向である。そして、本実施形態ではより具体的な位置関係として、レーダ装置正面から見て右端から左端に向けてアンテナ素子 51 , 52, 53, 54 , 55が順に並ぶものとする。

[0043] 受信アンテナ 50の各アンテナ素子 5；!〜 55は、送信波に基づく物標の反射波等を受信して受信信号を生成し、 RFモジュール 2の出力切替器 23に出力する。

[0044] RFモジュール 2の受信系として、出力切替器 23は、各アンテナ素子 5；!〜 55からの受信信号を受ける。出力切替器 23には前述の切替制御信号が与えられており、出力切替器 23は、この切替制御信号に基づいてアンテナ素子 5；!〜 55のいずれ力、と R Fアンプ 24との接続を切り替える。すなわち、切替制御信号により選択されたアンテナ素子の受信信号が RFアンプ 24に与えられる。この際、アンテナ素子の切り替えは、第 1測定フェーズでは送信周期 Tに準じて行われ、第 2測定フェーズでは送信周

1

期 τに準じて行われ、前述の三角波変調区間毎に出力選択されたアンテナ素子の受信信号が RFアンプ 24に与えられる。

[0045] RFアンプ 24は、与えられた受信信号のゲイン制御を行い、ゲイン制御後の RF信号をミキサ 25に出力する。

ミキサ 25は、 RF信号とローカル信号とを乗算して IFビート信号を生成し、 IFアンプ 26に与える。 IFアンプ 26は、 IFビート信号のゲイン制御を行い、 A/Dコンバータ 3 に出力する。

[0046] A/Dコンバータ 3は、所定のサンプリング周期で増幅（ゲインコントロール）後の IF ビート信号をサンプリングすることで、アナログの IFビート信号をディジタルの IFビート信号にコンバートして信号処理部 1に出力する。

[0047] 信号処理部 1の受信系であるバッファメモリ 10は、入力される IFビート信号を順次バッファリングしていく。この際、バッファメモリ 10には、測定フェーズ単位で IFビート信号がバッファリングされる。

[0048] フーリエ変換処理部 11は、時間軸フーリエ変換部 111、およびビームフォーミング部 112を備える。時間軸フーリエ変換部 111は、既知の FFT処理を用いて周波数スベクトルを生成して距離 '相対速度検出部 12に与える。ビームフォーミング部 112は、時間軸フーリエ変換部で生成された周波数スペクトルを用いて、既知のビームフォ一マ（Beamformer)法や Capon法を適用することで、方位方向スペクトルを生成して方位検出部 13に与える。この際、フーリエ変換処理部 11は、測定フェーズ単位で方位方向スペクトルを生成する。

[0049] 距離 ·相対速度検出部 12は、次に示す方法を用いて、自装置に対する検知物標の相対速度を算出する。

[0050] [相対速度検知原理の説明] 本実施形態のレーダ装置は、次に示す原理に基づ!/、て物標の相対速度を検知す図 3〜図 7は物標相対速度検知原理を説明するための図であり、図 3は相対速度による物標までの距離の変化を示す。図 3において、 dはアンテナ素子の配置間隔を表し、 rはアンテナ素子 51の受信信号を出力選択した時点での物標 900とアンテナ

0

素子 51との距離を表し、 rはアンテナ切替周期の応じた相対速度による距離変化量を表す。

[0051] 図 3に示すように、物標 900が自装置に対して「0」でない等速直線運動を行っている場合、一つの測定フェーズでは、アンテナ素子 51の選択時の距離を rとすると、ァ

0 ンテナ素子 52の選択時の距離は r +r、アンテナ素子 53の選択時の距離は r + 2r、 o o アンテナ素子 54の選択時の距離は r + 3r、アンテナ素子 55の選択時の距離は r +

0 0

4rとなる。したがって、受信アンテナ 50の正面方向を 0として相対速度による方位角を Θ とし、アンテナ素子間隔を dとすると、 Θ = sin— ^Zr/d)の方向に等位相面が

V V

生成されるのと同等となる。これが、測位フェーズにおける相対速度による方位角のズレに相当する。

[0052] このような状況において、第 1測定フェーズ (送信周期 T )と第 2測定フェーズ (送信

1

周期 τ )とで送信周期 (切替周期）を異ならせると、各アンテナ素子選択時の距離は

2

図 4に示すような位相関係となる。

[0053] 図 4 (A)は、第 1測定フェーズでの相対速度による物標までの距離の変化を示す図であり、図 4 (B)は、第 2測定フェーズでの相対速度による物標までの距離の変化を示す図である。

[0054] 図 4 (A)に示すように、第 1測定フェーズでは、送信周期 Tに準じ、距離力 S_r毎に変化する。具体的には、アンテナ素子 51の選択時の距離を rとすると、アンテナ素子 5

0

2の選択時の距離は r +r、アンテナ素子 53の選択時の距離は r + 2r、アンテナ素

0 1 0 1

子 54の選択時の距離は r + 3r、アンテナ素子 55の選択時の距離は r + 4rとなる。

0 1 0 1

[0055] 一方、図 4 (B)に示すように、第 2測定フェーズでは、送信周期 Tに準じ、距離が r

2 2 毎に変化する。具体的には、アンテナ素子 51の選択時の距離を rとすると、アンテナ

0

素子 52の選択時の距離は r +r、アンテナ素子 53の選択時の距離は r + 2r、アンテナ素子 54の選択時の距離は r +3r、アンテナ素子 55の選択時の距離は r +4r

0 2 0 2 となる。ここで、 r =r + であり、 ΔΓは、送信周期 Τと Τとの時間長の差 Atに準じ

2 1 1 2

た距離差である。

[0056] このようにアンテナ素子間で物標の速度による距離変化が観測されると、レーダ装置に対する物標の方位による距離変化とともに、レーダ装置と物標との距離の変化は、図 5に示す関係となる。

図 5(A)は、第 1測定フェーズでの物標までのレーダ装置からの往復距離の変化を示す図であり、図 5(B)は、第 2測定フェーズでの物標までのレーダ装置からの往復距離の変化を示す図である。

[0057] 第 1測定フェーズでは、具体的に図 5(A)に示すように、アンテナ素子 51から仮想的な位相基準面までの距離を「0」とすると、各アンテナ素子 52, 53, 54, 55から仮想的な位相基準面までの距離は、それぞれ L + 2r , 2L + 4r , 3L + 6r , 4L + 8rと

1 1 1 1 なる。ここで、 Lは物標の方位 Θによる距離変化分、 2rは物標の速度 Vによる距離変

1

化分である。

[0058] また、第 1測定フェーズに引き続く第 2測定フェーズでは、具体的に図 5(B)に示すように、アンテナ素子 51から仮想的な位相基準面までの距離を「0」とすると、各アンテナ素子 52, 53, 54, 55から仮想的な位相基準面までの距離は、それぞれ L + 2r , 2L + 4r , 3L + 6r , 4L + 8rとなる。ここで、 Lは物標の方位 Θによる距離変化分、 2rは物標の速度 Vによる距離変化分である。

[0059] このような関係から、第 1測定フェーズで算出される第 1方位を Θ とし、第 2測定フエ

1

ーズで算出される第 2方位を Θ とし、相対速度の影響を受けない真の方位を Θとし、真の方位 Θに対する第 1測定フェーズの方位のズレを Θ とし、真の方位 Θに対する

rl

第 2測定フェーズの方位のズレを Θ とした場合に、次に二式が得られる。

r2

[0060] L+2r =-d(sin0 +sin0 ) = -d-sin0 一（5)

1 rl 1

L+2r =-d(sin0 +sin0 ) = -d-sin0 一（6)

2 r2 2

なお、方位の符号は、図 5に示す θ , Θ の向きを負と定義している。

1 2

[0061] ここで、 r rと定義すると、

2 1

[0062] [数 1] — =— (sinft -sin Θ_Ί) - ( 7)

At 2At ¹ ノ

[0063] となる。この式（7)はすなわち、前述の相対速度候補 Vを表す式（1)の右辺第一項そのものであるので、この演算処理を行うことで、物標の相対速度候補 Vを算出することができる。

[0064] 信号処理部 1は次の処理フローにより、上記相対速度候補 Vを算出する。

[0065] まず、信号処理部 1は、第 1測定フェーズの受信信号群から方位方向スペクトルを算出し、方位角 Θ の正弦値 sine を算出する。次に、信号処理部 1は、第 1測定フエ

1 1

ーズに続く第 2測定フェーズの受信信号群から方位方向スペクトルを算出し、方位角 Θ の正弦値 sine を算出する。そして、信号処理部 1は、算出した sine , sine を式（1)に適用して、相対速度候補 Vを算出する。

[0066] 具体例として、受信アンテナ素子数を 5とし、アンテナ間隔を 1.4&λ (λは 76GHz 送信信号の波長）、第 1測定フェーズのアンテナ切替周期 Tを lmsec.とし、第 2測

1

定フェーズのアンテナ切替周期 Tを 1· 05msec.とし、物標方位が 5° 、物標の相対速度が 30km/hであった場合で、 Capon法を用いてシミュレーションを行った場合の方位方向スペクトルを図 6に示す。図 6は、前述の第 1測定フェーズでの受信信号による方位方向スペクトルと、第 2測定フェーズでの受信信号による方位方向スぺタトルとを示した図である。なお、図 6以降の図で、図中の T周期スキャンが第 1測定フエ

1

ーズの場合を示し、 T周期スキャンが第 2測定フェーズの場合を示す。

[0067] 図 6に示すように、アンテナ素子 51, 52, 53, 54, 55を切替周期 Tで順に切り替

1

える第 1測定フェーズでの方位 Θ は 5. 00° となり、切替周期 Tで順に切り替える

1 2

第 2測定フェーズでの方位 Θ は一 13. 47° となる。したがって、算出される相対速度候ネ甫は、式（1)より、 30· 0±141. l Xn km/hとなり、 n = 0の日寺のィ直カンミュレーシヨンの仮定と一致する。今、仮に物標の取り得る速度が 40km/h〜； 100km /hであれば、真の相対速度は、 30km/hであると特定できる。

[0068] このように、本実施形態の構成および処理を用いることにより、本実施形態のレーダ装置は、物標のドッブラ周波数の算出等の煩雑な処理を行うことなぐ物標の相対速度を確実に精度良く検知することができる。また、処理演算が簡素であるので、高精度な検知を高速に行うことができる。 [0069] なお、前述の説明では、受信アンテナを構成する全てのアンテナ素子 5；!〜 55を用いて、第 1測定フェーズおよび第 2測定フェーズを構成したが、必ずしもアンテナ配列の一方端から他方端までの全てのアンテナ素子に切り替える必要はなぐ図 7に示すように、一部のアンテナ素子を切り替えるパターンであってもよい。図 7は、アンテナ素子の切り替えモード別の切り替えパターンを表した図であり、（A) , (B)が高速検知モードを示し、（C) , (D)が通常検知モードを示す。

[0070] 信号処理部 1には、モード切替機能が備えられており、例えば、ユーザからの操作入力等によりモードを切り替える。ここで、モードは、例えば、高速で相対速度を検出する高速検知モードと、通常の検知時間で相対速度を検出する通常検知モードとを備える。信号処理部 1は、高速検知モードの選択を受け付けると、図 7 (A)に示す第 1測定フェーズと、図 7 (B)に示す第 2測定フェーズから相対速度を検知する。すなわち、まず、第 1測定フェーズとして、アンテナ素子 5；!〜 53の三つのアンテナ素子を切替周期 Tで切り替えて第 1方位 Θ を算出する。その後、第 2測定フェーズとして、ァ

1 1

ンテナ素子 5；!〜 53の三つのアンテナ素子を切替周期 Tで切り替えて第 2方位 Θ を算出する。そして、これら第 1方位 Θ と第 2方位 Θ とを用いて相対速度 Vを算出する

1 2

。この方法では、切替アンテナ素子数が少ないので、通常検知モードよりも高速で相対速度を検知することができる。

[0071] 一方、信号処理部 1は、通常検知モードの選択を受け付けると、図 7 (C)に示す第 1測定フェーズと、図 7 (D)に示す第 2測定フェーズから相対速度を検知する。すなわち、まず、第 1測定フェーズとして、アンテナ素子 5；!〜 55の全てのアンテナ素子を切替周期 Tで切り替えて第 1方位 Θ を算出する。その後、第 2測定フェーズとして、

1 1

アンテナ素子 5；!〜 55の全てのアンテナ素子を切替周期 Tで切り替えて第 2方位 Θ を算出する。そして、これら第 1方位 Θ と第 2方位 Θ とを用いて相対速度 Vを算出す

1 2

る。この方法では、高速検知モードよりも切替アンテナ素子数が多いので、高速検知モードよりも高精度に相対速度を検知することができる。

[0072] ところで、前述の説明では、アンテナ素子の切替間隔差 A tについて、時間範囲を指定しなかった。し力もながら、次に示す方法により切替間隔差 A tを設定することで、物標が取り得る相対速度の範囲内に現れる相対速度候補 Vが唯一となり、あいまいさを排除して相対速度を算出することができる。

物標の相対速度が大きくなると、第 1測定フェーズの切替周期 Tと第 2測定フエ

1 一ズの切替周期 Tとの時間差 (切替間隔差） Atに対する距離差 ΔΓも大きくなる。この往復の距離差 2 ΔΓに応じた位相差が第 1測定フェーズと第 2測定フェーズとの間で発生する。この際、送信信号の波長をえとして、この距離差 2 ΔΓに応じた位相差が、一え /2〜+ λ/2内に存在すれば、アンビギュイティは生じず、確実に相対速度 V を算出すること力できる。すなわち、 2 ΔΓによる位相差の絶対値力 λ/2以下であればよい。ここで、相対速度 Vの候補は、 λ/ (2 At)の間隔で現れる。したがって、相対速度 Vの候補範囲における最大相対速度候補を V 、最小相対速度候補を V

max mi とすると、相対速度候補が一意に決定するのは、

n

[0073] [数 2] i max- minl < — ( 8)

I I 2At

[0074] の条件を満たす場合である。このため、

[0075] 園

At < r - ( 9)

2|i^/max- ^min|

[0076] と、切替間隔差 Atを設定することで、一意に且つより確実に相対速度を算出すること力 Sできる。また、一度物標を検出すると、相対速度の概算値を取得することができる。前回の測定にて得られた物標の相対速度を V 、物標の運動の性質上あり得る最大

prv

の加速度を α、同じく減速度を β、前回測定と今回測定路の時間差を、とすると、今回の測定時にて物標が取り得る速度の最大値 V および最小値 V は、それぞ

max mm

れ、 V + α τ、ν — β τと表せるので、

prv prv

I V -V

x min I =(V + α τ ) - (V - β τ ) = (α + β) τ 一（9，）

ma prv prv

と表すことができる。

[0077] ここで、具体的な Atの設定方法について説明する。まず、物標が未検知の状態では、例えば、物標が自動車であったとして、 V = + 200km/h

max 、 V =- 200km

mm

/h、最大の加速度分 a =5m/s²とし、最大の減速度分 /3 =10m/s²とし、時間差 τ =0. lsec.とし、式（9)および式（9' )より、切替間隔差 Δ t= lmsec.とすればよい。

[0078] このように切替間隔差 A tを設定することで、より確実に相対速度 Vを算出することができる。

[0079] さらに、アンテナ素子間隔 dを 0. 5 λ以上とすると確実に物標の相対速度および方位の検知を行うことができる。

[0080] 図 8は、アンテナ間隔 d = 0. 4 λで、物標の真の方位が 5° の時の方位方向スぺクトルを示す図であり、（Α)は物標の相対速度が 2· Okm/hである場合を示し、（B)は物標の相対速度が 4. Okm/hの場合を示す。

アンテナ素子間隔力の場合、隣り合うアンテナ素子間で生じる距離差の検知範囲は、 d + nえ〜 + d + n (nは整数）となる。すなわち、アンテナ素子と物標との位置関係による距離差と相対速度により生じる距離差とを加算した距離差は、 - d + n え〜 + d + n の範囲に入らなければ、前述の図 6に示すような方位方向スペクトルのスペクトルピークが得られな!/、。

[0081] ここで、例えばアンテナ素子間隔 dが 0. 5 λ未満（d = 0. 4 λ )の場合、距離差検知範囲は 0. 4 λ +ηえ〜 0. 4 λ +η λとなる。第 1測定フェーズの切替周期 Τ力 S im

1 sec.で、第 2測定フェーズの切替周期 Tが 1. 05msec.で、物標の相対速度が 2k m/hである場合、隣り合うアンテナ素子間での距離差は 0. 32えとなる。この場合、前述の条件 0. λ +η λ〜0· λ +η λを満たすので、スペクトルピークが得られ (図 8 (A)参照）、相対速度の検知が可能となる。

[0082] ところ力物標の相対速度が 4km/hである場合、隣り合うアンテナ素子間での相対速度による距離変化は 0. 60 λとなる。この場合、前述の条件 0. 4 λ +ηえ〜 0 . 4 λ +η λを満たさないので、スペクトルピークが得られず（図 8 (Β)参照）、正確に相対速度の検知を行うことができなレ、。

[0083] 一方、アンテナ素子間隔 dが 0. 5 λ以上の場合、例えば d = 0. 8 λとすると、隣り合うアンテナ素子間の距離差の検知範囲は、（ 0· 8 + η)え〜（0. 8 + η)えとなる。この場合、 n = mの時の範囲と、 n = m+ lの時の範囲とはオーバラップするので、全ての距離差が検知可能となる。つまり、アンテナ素子と物標との位置関係による距離差と相対速度により生じる距離差とを加算した距離差は、—d + nえ〜 + d + n の範囲に確実に存在する。この結果、アンテナ素子間隔 dを 0. 5 λ以上とすることで、方位方向のスペクトルピークを確実に得られ、物標の相対速度を検知することができる。

[0084] また、前述の説明では、アンテナ素子間隔 dを 0. 5 λ以上にすることで、確実且つ容易にスペクトルピークを得られることを示した力アンテナ素子間隔 dが 0. 5 λ未満であっても、 Capon法や Beamformer法の算術上、仮想的にアンテナ素子間隔 dを 0. δ λ以上に設定することで、スペクトルピークを得ることもできる。

[0085] Capon法や Beamformer法等では、到来方向推定演算に、次式に示すモードべタトルを用いる。

[0086] [数 4]

2π . 2π , .

(θ) exp - j—— a₁ sin Θ L exp - j—— d₂ sin Θ '•'•, exp| -ゾ—— d_k sin Θ

λ , λ ¹ I

一（式 A)

[0087] ここで、 a ( θ )は、推定方位 Θに対するモードベクトル、 dl〜dkはアンテナ素子数 k + 1個において、一つのアンテナ素子位置を基準位置とした場合の各アンテナ間隔を示す。

アンテナ素子間隔 dが 0. 5 λ未満である場合に、（式 Α)の dl〜dkに現実のアンテナ素子間隔 dを用いるのではなぐ仮想設定したアンテナ素子間隔 d'を用いる。

[0088] この演算処理により、図 9 (B)に示すような方位方向スペクトルが得られる。

図 9は方位方向スペクトルを示す図であり、 (A)は現実のアンテナ素子間隔 d = 0. 4 λを用いた場合を示し、（Β)仮想設定したアンテナ素子間隔 d' = 2d = 0. 8 λを用いた場合を示す。

なお、図 9に示す方位方向スペクトルは、図 8 (B)に示した方位方向スペクトルと同じ条件により得られたものである。すなわち、図 9 (A)と図 8 (B)とは同じ結果を示す。

[0089] 図 9 (B)に示すように、アンテナ素子間隔 d'を 0. 5 λ以上に仮想設定した場合、急峻なスペクトルピークが得られる。

[0090] このようにアンテナ素子間隔を仮想的に 0. 5 λ以上に設定することで、現実のアンテナ素子間隔 dが 0. 5 λ未満であっても相対速度に影響されることなぐスペクトルピークを得ること力 Sできる。

[0091] このように得られたスペクトルピークによる第 1測定フェーズでの方位 Θ ，と、第 2測定フェーズでの方位 θ ₂'とは、現実の方位 Θとは異なる。しかしながら、現実の方位 Θと算出方位 Θ 'とは、等位相面までの距離を Lとして、

L = d'sin Θ =d 'sin θ

の関係が成り立つので、

現実の方位 Θは、

Θ =sin^_1((d'/d) -sine ') （式 B)

力、ら得ること力 Sでさる。

[0092] このように、現実には、アンテナ素子間隔 dが 0.5 λ未満であっても、算術演算上、仮想的にアンテナ素子間隔 d'を 0.5 λ以上とすることで、処理演算数は増加するが、方位 Θを得ること力 Sできる。この結果、算出された各測定フェーズの方位 Θ 1、 Θ 2 を用いて相対速度 Vを算出することができる。

[0093] 次に、第 2の実施形態に係るレーダ装置およびレーダ装置の物標検知方法について図を参照して説明する。

本実施形態のレーダ装置は、アンテナ間隔 dのみが異なり、他の構成は、第 1の実施形態のレーダ装置と同じである。

本実施形態では、物標の相対速度 Vとともに、物標の真の方位 Θをも算出するものであり、以下は真の方位 Θの算出方法について具体的に説明する。

[0094] ターゲットの相対速度が大きくなると、隣り合うアンテナ素子間の相対速度により生じる距離差 rも大きくなる。通常、相対速度により生じる距離差 rがーえ /2〜+ λ/2 の範囲に入るように設計すれば、アンビギュイティは発生しない。し力もながら、相対速度による距離差 rがーえ /2〜+ λ/2の範囲に入らない場合、 rと r + ηλ (nは整数）との判別ができなくなる。

[0095] この場合、第 1測定フェーズの第 1方位を Θ とすると、

1

L+2r +nl=-d-sin0 一（10)

1 1

となる。ただし、 nは任意の整数である。

[0096] このような組み合わせを持つ方位の候補が複数になる。ここで、物標の相対速度を V、真の方位 Θは、

r =V-T -(11-1) L=-d-sin0 -(11-2)

であるので、式（10)、 (11— 1)、 (11 2)より、

[0097] [数 5]

sin 6* = sin 十—— + n— — ( 1 2)

d d

[0098] となる。したがって、式（12)より、真の方位 Θの正弦値 sin Θは、 λ/dの間隔で候補が発生する。

[0099] このように、正弦値 sin Θはえ /dの間隔で発生するので、 sin Θを特定するには、

Θの取りうる値を、レーダの正面方向すなわち複数のアンテナ素子の配列方向に垂直で且つ送信信号の送信方向を 0° 方向とした場合に、 90° 〜+ 90° の範囲内において最小値で Θ 、最大値で Θ として、

mm max

[0100] [数 6]

ス

sin |< 13 )

d

[0101] に限定すればよい。これにより、候補は一意に決定し、真の方位が特定できる。

[0102] したがって、

[0103] [数 7] d< -. ~ - ~ - ~― - ( 14)

- sin |

[0104] となるように、アンテナ素子間隔 dを設定することで、確実且つ容易に真の方位 Θを算出すること力 Sできる。この際、相対速度 Vは、真の方位 Θの算出時に利用する sin Θ と sine とを用いて、前述の実施形態の演算を行うことで得られる。

1 2

[0105] 図 10は本実施形態の構成および処理で得られる方位方向スペクトルの一例を示す図である。図 10に示す方位方向スペクトルは、送信信号の周波数を 76GHz、波長えを 3· 9mmとし、第 1測定フェーズの切替周期 Tを lmsec.とし、第 2測定フエ

1 一ズの切替周期 Tを 1· 05msec.とし、物標方位 Θを 5° とし、物標の相対速度を 70k m/hとした時のシミュレーション結果である。

[0106] アンテナ素子間隔 dは、 Θ を +20° を 20

max 、 θ ° に設定することで、式（14) mm

から 1.46えに決定される力 S、ここでは境界値として d=l.46 λを設定している。 Θ = 20° , θ = - 20° を実現するため、本実施形態のレーダ装置では、例えば、 min

図 11に示すような指向特性を有する送受信ビームパターンを形成する。図 11は本実施形態の送受信ビームパターンを示した図である。このような送受信ビームパターンは、送信アンテナおよび受信アンテナの構成および送受信制御により設定可能である。

[0107] 図 10に示すように、本実施形態のアンテナ素子の配置間隔 dを用いることで、第 1 測定フェーズの第 1方位 Θ を式（12)に代入して得られる Θのうち、 Θ 〜 Θ の範

1 max mm 囲にあるものは 1つだけ存在する。第 2測定フェーズの第 2方位 Θ を式（12)の θ 1の代わりに用いて得られる Θも同様に θ 〜 θ の範囲にあるものは 1つだけである。 s max mm

ίη θ と sin e とから、前述の実施形態の式（1)を用いることで相対速度候補 Vを算出

1 2

することができる。具体的に、図 10の例では、 Θ = 7. 96° 、 Θ = - 11. 62° であ

1 2

るので、申目対速度候ネ甫 Vは 70. 0 ± 141. l X n km/hとなり、 n = 0の日寺のィ直カ仮定と一致する。今、仮に物標の取り得る速度が 40km/l！〜 + 100km/hであれば、真の相対速度は 70km/hであると特定できる。

[0108] 次に、真の方位 Θの正弦値 sin Sは、式（12)に示すように、 λ /d毎に現れるので、 Θ = 7. 96° から、真の方位 Θの候補は、現実的に送信信号により検知し得るで

1

あろう範囲である 90° 〜+ 90° の範囲内で、 36. 7° ， + 5. 0° ， + 50. 5° となる。し力、しながら、送信ビーム範囲を一 20° 〜+ 20° に設定しているので、真の方位 Θは一意に 5. 0° に決定される。そして、この結果は仮定と一致する。

[0109] 以上のように、本実施形態の構成および処理を行うことで、物標の相対速度と方位とを確実に且つ正確に検知することができる。

[0110] なお、本実施形態では、検知範囲を Θ 〜 Θ に設定したが、前述の 0° 方向を

mm max

中心にして角度の正方向、負方向ともに同じ角度範囲内に設定する場合は、式（14 )に代わり、

[0111] [数 8コ dく—— ²， -—— - ( 1 5 )

[0112] を用いてもよい。 [0113] 次に、第 3の実施形態に係るレーダ装置およびレーダ装置の物標検知方法について図を参照して説明する。

本実施形態のレーダ装置は、アンテナ素子間隔が不等間隔であり、他の構成は第 1、第 2の実施形態のレーダ装置と同じである。

図 12 (A)はアンテナ素子間隔を示す図であり、 (B)は送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。

[0114] 図 12 (A)に示すように、本実施形態のレーダ装置では、アンテナ素子 5；!〜 55の間隔を、アンテナ素子 51側から順に、 2d, 2d, 3d, 3dとする。そして、図 12 (B)に示すように、信号処理部 1は、アンテナ素子 51 , 52, 53, 54, 55の順でアンテナ素子を切り替える場合、第 1測定フェーズでは、 τ =Τすなわち 2Τ , 2Τ , 3Τ , 3Τの時

1 1 1 1 1 間間隔で切り替え、第 2測定フェーズでは、 τ =Τすなわち 2Τ , 2Τ , 3Τ , 3Τの時間間隔で切り替える。

[0115] 不等間隔アレーアンテナの場合、アンテナ素子間隔の最大公約数によりグレーティングローブの発生間隔が決定する。このため、アンテナ素子間隔の最大公約数を dとすると、前述の第 1実施形態および第 2実施形態の条件から、

[0116] [数 9]

0.51く dく -. r — ( 1 6 )

腿 - sin ^J

[0117] を満たすように、 dを決定すれば、相対速度 Vおよび真の方位 Θを一意に決定すること力 Sできる。あるいは、 d < 0. 5えの時も、前述の仮想的な間隔 d ' (d '〉0. 5 λ )を用い、全く同様に式 (Β)から Θを算出し、続いて相対速度 Vを一意に決定できる。

[0118] このような構成および処理を用いることで、不等間隔アレイによって方位分解能を向上させ、且つ確実に相対速度 Vと真の方位 Θとを検知すること力 Sできる。すなわち、高精度で確実に相対速度 Vと真の方位 Θとを検知すること力 Sできる。

[0119] 次に、第 4の実施形態に係るレーダ装置およびレーダ装置の物標検知方法について説明する。

本実施形態では、推定演算する方位角範囲 (推定演算方位角範囲）を設定するものであり、他の構成は第 3の実施形態に示したレーダ装置と同じである。 [0120] 推定演算方位角範囲を θ 〜+ θ に設定した場合、最大演算方位角 Θ を、

Θ =sin^_1 ( l / (2d) ) 一（17)

とする。

[0121] この関係式は、前述の原理から導かれるものであり、式（17)に示す設定を行うことで、第 1測定フェーズの第 1方位 Θ 、第 2測定フェーズの第 2方位 Θ ともに、スぺタトルピークは一個になる。これにより、確実且つ容易に相対速度 Vと真の方位 Θとを算出すること力 Sできる。さらに、本実施形態では、推定演算方位角範囲を、前述の実施形態よりも実質的に狭くすることができるので、相対速度および方位算出の演算負荷を軽減すること力 Sできる。

[0122] 次に、第 5の実施形態に係るレーダ装置およびレーダ装置の物標検知方法について図を参照して説明する。

[0123] 本実施形態は、前述の各実施形態のような物標がーつの場合の処理に関するものではなぐ検知領域内で、自装置から略等距離に、複数の物標が存在する場合の処理に関するものである。

図 13は複数の物標が同距離で異なる方位に存在して異なる相対速度を有する場合の方位方向スペクトルを示す図である。

第 1測定フェーズでの受信信号によるスペクトルピークのレベルと、第 2測定フエ一ズでの受信信号によるスペクトルピークのレベルとは、対象となる物標が同じ（単一）であれば、略同じとなる。したがって、物標毎にスペクトルピークレベルが相違し、同じ物標に対する第 1測定フェーズのスペクトルピークレベルと第 2測定フェーズのスぺタトルピークレベルとは略同じになる。

[0124] これを利用し、信号処理部 1は、得られたスペクトルピークから、ピークレベルに基づレ、て、第 1測定フェーズのスペクトルピークと第 2測定フェーズのスペクトルピークとをペアリングする。そして、信号処理部 1は、ペアリングした第 1測定フェーズのスぺクトルピークと第 2測定フェーズのスペクトルピークとを用いて、前述の各種方法を用いて各物標の相対速度と真の方位とを検知する。このような処理方法を用いることにより、自装置力も同距離で異なる相対速度および方位の物標が複数存在しても、それぞれの相対速度および方位を確実且つ高精度に検知することができる。 [0125] なお、このペアリングの際に、スペクトルピークのピークレベルのみでなぐスぺタトルピークの形状をも参照してペアリングを行っても良い。

[0126] さらに、第 1測定フェーズと第 2測定フェーズとの位相差が 2V A t/ λであることを利用し、以下の方法で、間隔時間差 A tを短くしていき、ペアとなるスペクトルピークを決定しても良い。

[0127] 物標の取り得る相対速度の上限および下限をそれぞれ、 V , V とする。ここで、 max mm

第 1の実施形態に示した条件下で間隔時間差 A tを設定することで、位相差が 2 πを超えることはないので、式（1)から、第 1方位 Θ に対して、第 2方位の制限値 sin Θ を

1 2

[0128] [数 10]

[0129] の範囲内に納めるように、 Θ を検出すればよい。この際、式（18)の範囲内に複数の

2

Θ 候補が存在する場合には、徐々に間隔時間差 A tを短く設定していき、 Θ 候補を一つまで絞り込むことで、確実にペアリングを行うことができる。

[0130] これにより、確実に相対速度 Vを算出することができる。そして、一度相対速度 Vを算出すれば、これ以降は、間隔時間差 A tを長くして相対速度の分解能を上げるようにすればよい。この結果、確実に物標の相対速度を算出することができるとともに、徐々に高精度に相対速度を算出することができる。

[0131] なお、前述の実施形態では、送信信号波形およびアンテナ素子の切替の一例として、三角波変調信号で第 1測定フェーズとしてアンテナ素子を 51→52→53→54→

55の順に切替周期 T1で切り替え、第 2測定フェーズとしてアンテナ素子を 51→52

→53→54→55の順に切替周期 T2で切り替える例を示した。

[0132] しかしな力、図 14〜図 17に示すような送信信号波形およびアンテナ素子の切替を用いても、前述の構成、処理を実現でき、前述の効果を奏することができる。

[0133] 図 14〜図 17は、その他の送信信号波形および送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。

[0134] 図 14は、上り変調区間のみを有する、所謂鋸波変調信号を用いており、変調区間の波形は同じで非変調区間の長さが第 1測定フェーズと第 2測定フェーズとで異なるものである。

図 15は、三角波変調信号を用いており、第 1測定フェーズでは非変調区間が無ぐ第 2測定フェーズでは非変調区間を設けたものである。

図 16は、鋸波変調信号を用いており、一つの送信周期内に二つの変調区間を有するものである。そして、一つの送信周期内の二つの変調区間の間隔が各送信周期で異なる。この際、各アンテナ素子 5；!〜 55は、送信周期により切替制御される。そして、各アンテナ素子 5；!〜 55が受信する送信周期の最初の（第 1の）変調区間に対応する鋸波変調信号にて第 1測定フェーズを構成し、各アンテナ素子 5；!〜 55が受信する送信周期の第 2の変調区間に対応する鋸波変調信号にて第 2測定フェーズを構成する。

[0135] 図 17は、上り変調区間と下り変調区間とが存在する三角波変調信号を用いるが、上り変調区間と下り変調区間との間に無変調区間を有する三角波変調信号を用いる。この無変調区間は各三角波変調信号により異なる。

[0136] そして、各アンテナ素子 5；!〜 55が受信する三角波変調信号の上り変調区間の信号にて第 1測定フェーズを構成し、各アンテナ素子 5；!〜 55が受信する三角波変調信号の下り変調区間の信号にて第 2測定フェーズを構成する。

[0137] また、前述の実施形態では、受信アンテナを複数のアンテナ素子を配列してなるァナおよび受信アンテナの双方をアレイアンテナにしても、前述の効果を同様に奏すること力 Sでさる。

Claims

請求の範囲

[1] 送信アンテナと受信アンテナの少なくとも一方を直線上に配置された複数のアンテナ素子により構成し、前記直線上に配置された複数のアンテナ素子を送信信号の変調周期に同期して切り替えるレーダの物標検知方法であって、

前記複数のアンテナ素子を予め設定した所定切替パターンに基づいて、第 1の時間間隔で切り替えて、物標の第 1方位を算出する第 1測定フェーズと、

前記複数のアンテナ素子を前記所定切替パターンに基づいて、前記第 1の時間間隔とは異なる第 2の時間間隔で切り替えて、前記物標の第 2方位を算出する第 2測定フェーズと、を有し、

前記第 1方位、前記第 2方位、前記第 1の時間間隔、前記第 2の時間間隔、および前記複数のアンテナ素子の配置間隔に基づいて前記物標の相対速度を算出するレ一ダの物標検知方法。

[2] 前記送信信号の放射方向側で前記複数のアンテナ素子の配列方向に垂直な方向を 0° 方向とし、当該 0° 方向から前記配列方向に広がる角度であって、 90° 〜 + 90° の範囲内にある、前記第 1方位および前記第 2方位をそれぞれ θ , Θ 、前

1 2 記第 1の時間間隔と前記第 2の時間間隔との間隔時間差を A t、前記複数のアンテナ素子の間隔を d、前記物標の相対速度候補を Vとし、 nを任意の整数として、演算式

V=d- (sin e -sin e ) / (2 · A t) +n- λ / (2 · A t)

1 2

を用いて得られる候補の中から 1つを選択して前記物標の相対速度を算出する請求項 1に記載のレーダの物標検知方法。

[3] 目的とする物標の取り得る相対速度を V 〜V とし、前記第 1の時間間隔と前記

mm max

第 2の時間間隔との間隔時間差を A tとし、送受信信号の波長をえとして、

A t< λ / (2 I V -V

max min I )

となるように、前記第 1の時間間隔と前記第 2の時間間隔との差 A tを設定する請求項 1または請求項 2に記載のレーダの物標検知方法。

[4] 前記送信信号の放射方向側で前記複数のアンテナ素子の配列方向に垂直な方向を 0° 方向とし、当該 0° 方向から前記配列方向に広がる角度範囲であって、 90 。〜 + 90° の範囲内に検知方位角範囲 Θ 〜 Θ を設定し、前記複数のアンテナ

mm max

素子の配置間隔を dとし、送受信信号の波長をえとして、

d < λ / I sin Θ —sin θ |

max min

となるように、前記複数のアンテナ素子の配置間隔を設定する請求項 1〜3のいずれかに記載のレーダの物標検知方法。

[5] 前記送信信号の放射方向側で前記複数のアンテナ素子の配列方向に垂直な方向を 0° 方向とし、当該 0° 方向を含んで算出方位角範囲を θ 〜+ θ とし、前記

cal cal

複数のアンテナ素子の配置間隔を dとし、送受信信号の波長をえとして、

Θ = sin^_1 ( l / (2d) )

cal

で設定される算出方位角範囲で、前記物標の相対速度と方位とを算出する請求項 1

〜4の!/、ずれかに記載のレーダの物標検知方法。

[6] 前記複数のアンテナ素子の配置間隔 dを送受信信号の波長 λに対して 0. 5 λ未満に設定した場合に、

各方位の算出時にアンテナ素子の配置間隔 dを仮想的に 0. 5 λ以上に設定して仮方位を算出し、当該算出された方位を前記 0. 5 λ未満の設定状態に補正して前記方位を算出する請求項 1〜5のいずれかに記載のレーダの物標検知方法。

[7] 前記複数のアンテナ素子を不等間隔に配置し、且つ当該不等間隔の最大公約数値を前記配置間隔 dに一致させる請求項 4〜6のいずれかに記載のレーダの物標検知方法。

[8] 前記第 1の時間間隔と前記第 2の時間間隔との間隔時間差 A tを可変に設定する請求項 1〜7のいずれかに記載のレーダの物標検知方法。

[9] 送信アンテナと受信アンテナの少なくとも一方を直線上に配置された複数のアンテナ素子と、

前記直線上に配置された複数のアンテナ素子を送信信号の変調周期に同期して切り替える切替手段と、

得られた受信信号から物標を検知する物標検知手段と、を備えたレーダ装置において、

前記物標検知手段は、前記複数のアンテナ素子を予め設定した所定切替パターンに基づいて、第 1の時間間隔で切り替える第 1測定フェーズで物標の第 1方位を算出し、

前記複数のアンテナ素子を前記所定切替パターンに基づいて、前記第 1の時間間隔とは異なる第 2の時間間隔で切り替える第 2測定フェーズで、前記物標の第 2方位を算出し、

前記第 1方位、前記第 2方位、前記第 1の時間間隔、前記第 2の時間間隔、および前記複数のアンテナ素子の配置間隔に基づいて前記物標の相対速度を算出する、レーダ装置。

[10] 前記物標検知手段は、

前記送信信号の放射方向側で前記複数のアンテナ素子の配列方向に垂直な方向を 0° 方向とし、当該 0° 方向から前記配列方向に広がる角度であって、 90° 〜 + 90° の範囲内にある、前記第 1方位および前記第 2方位をそれぞれ θ , Θ 、前

V=d- (sin e -sin e ) / (2 · A t) +n- λ / (2 · A t)

1 2

を用いて得られる候補の中から 1つを選択して前記物標の相対速度を算出する請求項 9に記載のレーダ装置。

[11] 前記切替手段は、

目的とする物標の取り得る相対速度を V 〜V とし、前記第 1の時間間隔と前記

mm max

A t< λ / (2 I V -V

max min I )

となるように、前記第 1の時間間隔と前記第 2の時間間隔との差 A tを設定して、アンテナ素子を切り替える請求項 9または請求項 10に記載のレーダ装置。

[12] 前記複数のアンテナ素子の配置間隔は、

前記送信信号の放射方向側で前記複数のアンテナ素子の配列方向に垂直な方向を 0° 方向とし、当該 0° 方向から前記配列方向に広がる角度範囲であって、 90 。〜+ 90° の範囲内に検知方位角範囲 θ 〜θ を設定し、前記複数のアンテナ素子の配置間隔を dとし、送受信信号の波長をえとして、

d< λ / I sin Θ —sin θ |

max min

である、請求項 9〜 11の!/、ずれかに記載のレーダ装置。

[13] 前記物標検知手段は、

前記送信信号の放射方向側で前記複数のアンテナ素子の配列方向に垂直な方向を 0° 方向とし、当該 0° 方向を含んで算出方位角範囲を θ 〜+ θ とし、前記

cal cal

Θ = sin^_1 ( l / (2d) )

cal

で設定される算出方位角範囲で、前記物標の相対速度と方位とを算出する請求項 9 〜； 12の!/、ずれかに記載のレーダ装置。

[14] 前記複数のアンテナ素子の配置間隔 dは、送受信信号の波長 λに対して 0. 5 λ未満であり、

前記物標検知手段は、各方位の算出時にアンテナ素子の配置間隔 dを仮想的に 0 . 5 λ以上に設定して仮方位を算出し、当該算出された方位を前記 0. 5 λ未満の設定状態に補正して前記方位を算出する請求項 9〜； 13のいずれかに記載のレーダ装置。

[15] 前記複数のアンテナ素子は、不等間隔に配置され、且つ当該不等間隔の最大公約数値を前記配置間隔 dに一致させてなる請求項 12〜； 14のいずれかに記載のレーダ装置。

[16] 前記物標検知手段は、前記第 1の時間間隔と前記第 2の時間間隔との間隔時間差

Δ tを可変とする制御を前記切替手段に行う請求項 9〜； 15のいずれかに記載のレーダ装置。