WO2019146643A1 - レーダ装置 - Google Patents

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WO2019146643A1
WO2019146643A1 PCT/JP2019/002084 JP2019002084W WO2019146643A1 WO 2019146643 A1 WO2019146643 A1 WO 2019146643A1 JP 2019002084 W JP2019002084 W JP 2019002084W WO 2019146643 A1 WO2019146643 A1 WO 2019146643A1
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antennas
reception
signal
arrangement direction
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PCT/JP2019/002084
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尭之 北村
卓也 ▲高▼山
一浩 青木
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure relates to a radar device that detects an object by transmitting and receiving radio waves via a plurality of antennas.
  • Patent Document 1 discloses a transmitting antenna unit having a plurality of transmitting antennas arranged in a line along a preset arrangement direction, and a receiving antenna unit having a plurality of receiving antennas arranged in a line along the arrangement direction. And a radar apparatus having the
  • the arrangement interval of the two transmission antennas is 4d, and the arrangement interval of the four reception antennas is d.
  • a virtual array is formed in which eight virtual reception antennas are arranged at an arrangement interval d in a line along the arrangement direction.
  • the present disclosure improves the detection accuracy of the orientation of an object.
  • One aspect of the present disclosure is a radar device including a transmission antenna unit, an oscillation unit, a modulation unit, a reception antenna unit, and a processing unit.
  • the transmission antenna unit has a plurality of transmission antennas arranged in a line along a preset arrangement direction at a preset first interval.
  • the oscillating unit is configured to generate a continuous wave common signal.
  • the modulation unit is configured to rotate the phase of the branched signal for each preset repetition period with different phase rotation amounts for each of the plurality of branched signals obtained by branching the common signal into the same number as the plurality of transmitting antennas.
  • the shift keying is configured to generate a plurality of transmission signals to be input to the plurality of transmission antennas.
  • the receiving antenna unit has a plurality of receiving antennas arranged in a line along the arrangement direction at a second interval set to be different from the first interval.
  • the processing unit relates to an object on which the radiation wave from the transmission antenna unit is reflected based on a plurality of signal components corresponding to the plurality of transmission signals extracted from each of the plurality of reception signals received by the reception antenna unit. Configured to generate information.
  • a virtual array in which a plurality of virtual reception antennas are arranged in a line along the arrangement direction is formed by the plurality of transmission antennas and the plurality of reception antennas.
  • the first interval is equal to the product of the minimum interval which is the minimum value of the arrangement intervals of the plurality of virtual reception antennas and the first multiple which is an integer of 2 or more
  • the second interval is the minimum interval It is equal to the product of the above integer and a second multiple which is set to be different from the first multiple.
  • the first multiple and the second multiple are disjoint.
  • the physical reception channel interval can be expanded. It is possible to improve the isolation between them and to improve the detection accuracy of the orientation of the object.
  • FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of transmitting and receiving antennas and the arrangement of receiving antennas of a virtual array. It is a figure which shows the function of an oscillation part. It is a figure which shows the example of the amount of phase rotation used for phase shift keying in a modulation
  • FIG. 6 illustrates transmit and receive antennas disposed along the alignment direction and the vertical alignment direction.
  • the radar device 1 of the present embodiment is mounted on a vehicle, and detects various objects present around the vehicle.
  • the radar device 1 is a MIMO radar that simultaneously transmits and receives radio waves with a plurality of antennas.
  • MIMO is an abbreviation for Multi Input Multi Output.
  • the radar device 1 includes a transmitting unit 2, a transmitting antenna unit 3, a receiving antenna unit 4, a receiving unit 5, and a processing unit 6.
  • the transmitting antenna unit 3 has M transmitting antennas. M is an integer of 2 or more. Each transmit antenna is a first distance d T set in advance, are arranged in a row along a predetermined arrangement direction. In the present embodiment, the arrangement direction is the width direction of the vehicle.
  • the receiving antenna unit 4 has N receiving antennas. N is an integer of 2 or more. Each receiving antenna is disposed along the same direction as the arrangement direction of the transmitting antennas at a second interval d R different from the first interval d T.
  • Equation (1) the signal transmitted from the transmitting antenna TX1 and received by the receiving antenna RX1 is expressed by Equation (1).
  • a signal transmitted from the transmitting antenna TX1 and received by the receiving antenna RX2 is expressed by Equation (2).
  • a signal transmitted from the transmitting antenna TX2 and received by the receiving antenna RX1 is expressed by Equation (3).
  • a signal transmitted from the transmitting antenna TX2 and received by the receiving antenna RX2 is expressed by Equation (4).
  • FIG. 4 shows a virtual array in a case where two transmitting antennas TX1 and TX2 and N receiving antennas RX1, RX2,... RXN are arranged along the arrangement direction.
  • a virtual array is formed in which 2N virtual reception antennas VRX_1, VRX_2, VRX_3, VRX_4, ..., VRX_2N-3, VRX_2N-2, VRX_2N-1, VRX_2N are arranged along the arrangement direction.
  • the distance between the virtual reception antenna VRX_1 and the virtual reception antenna VRX_2 and the distance between the virtual reception antenna VRX_2N-1 and the virtual reception antenna VRX_2N are 2d.
  • the distance between the other adjacent virtual receive antennas is d.
  • the transmitter 2 includes an oscillator 21 and a modulator 22 as shown in FIG.
  • the oscillating unit 21 generates a common signal of continuous waves.
  • the oscillation unit 21 supplies the generated common signal to the modulation unit 22 and also supplies the generated common signal to the reception unit 5 as the local signal L.
  • the oscillation unit 21 sets the measurement cycle Tf (for example, 50 ms) as one frame, and continuously changes the frequency during the measurement period Tm (for example, 10 ms) at the beginning of each frame.
  • a signal is repeatedly generated every repetition cycle Tp (for example, 50 ⁇ s).
  • the oscillation unit 21 is configured to be able to appropriately change the measurement cycle Tf, the measurement period Tm, and the repetition cycle Tp in accordance with an instruction from the processing unit 6.
  • the frequency width of the chirp signal changed during the repetition period is constant regardless of the repetition period Tp. That is, by changing the repetition cycle Tp, the change rate ⁇ f of the frequency of the chirp signal is changed.
  • the allowable range of the repetition period Tp, and hence the allowable range of the change rate ⁇ f of the frequency of the chirp signal corresponds to the relative velocity with the object when the beat signal generated by mixing the transmit signal and the receive signal is analyzed.
  • the frequency shift that occurs is set to be negligibly small compared to the frequency shift that occurs depending on the distance to the object.
  • the modulation unit 22 branches the common signal generated by the oscillation unit 21 and generates M branched signals having the same number as the number of transmission antennas belonging to the transmission antenna unit 3.
  • the modulation unit 22 performs, for each of the M branch signals, phase shift keying to change the phase of the branch signal every repetition period Tp. This generates M transmit signals to be supplied to each of the transmit antennas.
  • phase shift keying a phase rotation amount ⁇ of a different magnitude is set for each of the M branch signals, and the phase of the branch signal is rotated by the phase rotation amount ⁇ for each repetition cycle.
  • P the number of phases used in phase shift keying.
  • P is an integer greater than M.
  • the phase difference is 0 ° at all repetitive cycles Tp.
  • phase rotation amounts ⁇ of P types are used for phase shift keying, but some of them are used.
  • the modulation unit 22 sets the number of phases P, selects M types of phase rotation amounts to be used for phase shift modulation among the P types of phase rotation amounts ⁇ , and transmits the selected M types of phase rotation amounts and M
  • the configuration of the correspondence with the antenna can be changed as appropriate.
  • the change of the setting may be performed in accordance with an instruction from the processing unit 6 or may be performed automatically. When changing automatically, it may be performed according to a predetermined pattern, and may be performed at random.
  • the receiving unit 5 generates a beat signal which is a difference signal with the local signal L for each of N received signals outputted from each receiving antenna belonging to the receiving antenna unit 4
  • the sampled beat signal is sampled and supplied to the processing unit 6.
  • the configuration for generating each beat signal from the reception signal corresponding to each reception antenna for example, mixer, amplifier and AD converter provided corresponding to each reception antenna
  • the processing unit 6 is an electronic control unit mainly configured of a known microcomputer including a CPU 61, a memory 62, and the like.
  • the memory 62 is, for example, a ROM and a RAM.
  • the various functions of the microcomputer are realized by the CPU 61 executing a program stored in the non-transitional tangible recording medium.
  • the memory 62 corresponds to a non-transitional tangible storage medium storing a program. Also, by executing this program, a method corresponding to the program is executed. Note that part or all of the functions executed by the CPU 61 may be configured as hardware by one or more ICs or the like. Further, the number of microcomputers constituting the processing unit 6 may be one or more.
  • the object detection process is a process repeatedly executed after the processing unit 6 is activated.
  • the processing unit 6 first sets a repetition cycle Tp, which is a parameter related to the common signal to be generated by the oscillating unit 21 in S110, as shown in FIG.
  • the repetition cycle Tp may be a fixed value, or each time this processing is executed, the repetition cycle Tp is set according to a predetermined pattern or randomly selected from a plurality of types of values. You may Also, in S110, the measurement cycle Tf and the measurement period Tm may be variably set as appropriate.
  • the processing unit 6 sets the number of phases P used for phase shift keying in the modulation unit 22 at S120.
  • the phase number P may be a fixed value, or may be selected from among a plurality of types of values according to a predetermined pattern each time this processing is executed, or randomly. P may be set.
  • the processing unit 6 selects M types of phase rotation amounts to be used for phase shift keying in the modulation unit 22 out of P types of phase rotation amounts determined by the phase number P.
  • the M types of phase rotation amounts are selected such that each rotation amount is not evenly distributed within 360 °, that is, an uneven distribution.
  • the selection of the amount of phase rotation may be constant at all times, or may be switched at random according to a predetermined pattern among selectable combinations each time this processing is performed.
  • the processing unit 6 sets the correspondence between the M types of phase rotation amounts selected at S130 and the respective transmitting antennas.
  • This correspondence may be assigned, for example, according to a preset rule, or may be randomly assigned. Further, the association may be always constant, or may be switched according to a predetermined pattern or randomly each time this process is executed.
  • the processing unit 6 determines in S150 whether or not it is a measurement start timing. When it is not the measurement start timing, the processing unit 6 stands by by repeating the process of S150 until the measurement start timing is reached. When it is the measurement start timing, the processing unit 6 shifts to S160.
  • the measurement start timing is a timing at which a frame whose length is determined by the measurement cycle Tf is switched.
  • the processing unit 6 operates the transmission unit 2 in accordance with the setting result in S110 to S140, and implements radar measurement. Specifically, the transmission unit 2 repeatedly transmits the chirp signal for each repetition period Tp during the measurement period Tm, and acquires the sampling result of the beat signal generated from the reception signal.
  • the number of chirp signals repeatedly transmitted during the measurement period Tm is K.
  • the processing unit 6 analyzes the frequency of the sampling results of the beat signals obtained from the N receiving antennas at S170 for each receiving antenna and for each chirp signal to obtain K for each of the N receiving antennas. Calculate distance spectrum for each piece. In each distance spectrum, a peak appears at a frequency corresponding to the time (that is, the distance to the object) required to reciprocate the reflected object from the transmitting antenna.
  • step S180 the processing unit 6 calculates the velocity spectrum for each receiving antenna using the N ⁇ K distance spectra calculated in step S170. Specifically, signals of the same frequency bin are extracted from the K distance spectra related to the target receiving antenna, and frequency analysis processing in the time axis direction is performed on the extracted signals. This process is performed for all frequency bins (ie, distances).
  • the range in which the Doppler frequency is observed (hereinafter referred to as the Doppler observation range) is determined by the repetition period Tp. Further, as shown in FIG. 10, the Doppler frequency is detected at M points among the points obtained by dividing the Doppler observation range into P parts. In FIG. 10, the upper limit of the Doppler observation range is normalized to one.
  • reception spectrum a two-dimensional spectrum representing the distance and relative velocity with the object reflecting the radar wave is generated for each reception antenna.
  • the processing unit 6 calculates the distance and relative velocity with the object that reflected the radar wave, and the direction in which the object is present, using the reception spectrum for each reception antenna at S190.
  • the information generation process is performed, and the object detection process is ended.
  • the processing unit 6 first incoherently integrates the N reception spectra generated for each reception antenna in S180 in S310, as shown in FIG. Calculate one integrated spectrum g (r, v).
  • the integrated spectrum g (r, v) is calculated using equation (5), where the reception spectrum for each reception antenna is represented by s (r, v, Rch).
  • r is a distance
  • v is a normalized Doppler velocity where the velocity corresponding to the upper limit frequency of the Doppler observation range is 1
  • Rch is a number identifying a receiving antenna.
  • processing unit 6 sets a distance at which M or more peaks having intensities equal to or greater than a preset threshold are detected on the integrated spectrum as candidate distances, and the following S330 to S380 among candidate distances.
  • a distance not selected yet as the target of the processing of is selected as the target distance r.
  • the processing unit 6 sets a velocity corresponding to a peak not yet selected as a processing target in the following S340 to S370 among a plurality of peaks detected in the target distance r selected in S320 in S330. Select as v Here, the speed is selected in ascending order.
  • the processing unit 6 determines in S350 whether or not there is a peak (that is, a second maximum point) on the integrated spectrum for all of the corresponding points estimated in S340, and if a positive determination is made, S360. If no, the process moves to S390.
  • a peak that is, a second maximum point
  • the processing unit 6 determines whether the candidate peak group satisfies the power condition. If an affirmative determination is made, the process proceeds to S370, and if a negative determination is made, the process proceeds to S390.
  • the power condition it is used that the signal intensity difference of the peaks belonging to the candidate peak group is within the preset allowable range. This is based on the finding that the signal intensities of peaks based on the reflected waves from the same object should all be similar.
  • the processing unit 6 determines whether the candidate peak group satisfies the phase condition, and if a positive determination is made, the processing proceeds to S380, and if a negative determination is made, the processing proceeds to S390.
  • the phase difference between the reference reception channel and the other reception channels is calculated as the phase condition, and it is used that the difference of this phase difference between the candidate peaks is within the preset allowable range. This is based on the finding that the peaks based on the reflected waves from the same object should all come from the same direction, and the reception phase differences of the peaks coming from the same direction are all similar. Based on Hereinafter, candidate peak groups that are positively determined at 370 are referred to as identical object peak groups.
  • the processing unit 6 registers a set of the target distance r and the target velocity v as object information. Furthermore, the processing unit 6 also adds the azimuth ⁇ calculated as follows to the object information. That is, each peak corresponding to M identical object peak groups is extracted from each of the N received spectrums calculated for each receiving antenna. Object azimuth ⁇ by performing azimuth detection processing such as MUSIC or beamforming while regarding the extracted M ⁇ N peaks as reception signals from M ⁇ N receiving antennas included in the virtual array. Calculate MUSIC is an abbreviation for Multiple signal classification.
  • Each M peaks extracted from the reception signals of the N reception antennas as the same object peak group correspond to M ⁇ N reception signals obtained from the virtual array.
  • the processing unit 6 determines whether all the peaks (ie, speeds) detected at the target distance r have been selected as the target velocity v, and if a positive determination is made, the processing proceeds to S400. If the determination is negative, the process proceeds to S330.
  • the processing unit 6 determines whether all candidate distances have been selected as the target distance r. If the determination is affirmative, the information generation process is ended, and if the determination is negative, S320. Migrate to
  • the radar apparatus 1 configured as described above includes a transmitting antenna unit 3, an oscillating unit 21, a modulating unit 22, a receiving antenna unit 4, and a processing unit 6.
  • the transmitting antenna unit 3 has M transmitting antennas arranged in a line along a preset arrangement direction at a preset first interval d T.
  • the oscillator 21 generates a continuous wave common signal.
  • the modulation unit 22 sets the phase of the branched signal at each preset repetition cycle Tp with different phase rotation amounts for each of the M branched signals obtained by branching the common signal into the same number as the M transmitting antennas. By performing phase shift keying to generate M transmit signals to be input to a plurality of transmit antennas.
  • the receiving antenna unit 4 has N receiving antennas arranged in a line along the arrangement direction at a second interval d R set to be different from the first interval d T.
  • the processing unit 6 generates a radiation wave from the transmission antenna unit 3 based on a plurality of signal components corresponding to the M transmission signals extracted from each of the N reception signals received by the reception antenna unit 4. Generate object information about the object that reflected
  • the radar device 1 a virtual array in which a plurality of virtual reception antennas are arranged in a line along the arrangement direction is formed by the M transmission antennas and the N reception antennas.
  • the first interval d T is equal to the product of the minimum interval d which is the minimum value of the arrangement intervals of the plurality of virtual reception antennas and the first multiple which is an integer of 2 or more. It is equal to the product of d and a second multiple that is an integer greater than one and is set to be different from the first multiple.
  • the 1st multiple is 3 and the 2nd multiple is 2, and the 1st multiple and the 2nd multiple are disjoint.
  • the radar device 1 since the radar device 1 has the arrangement interval of N reception antennas at least twice the arrangement interval of the virtual reception antennas, and it is possible to widen the physical reception channel interval, isolation between reception channels can be achieved. Can be improved, and the detection accuracy of the orientation of the object can be improved.
  • the radar device 1 of the present embodiment can improve the direction estimation accuracy of the target in a situation where the target signal and the mirror ghost signal overlap.
  • the direction scan is performed in a state in which the transmission steering vector indicating the direction of the transmission signal and the reception steering vector indicating the direction of the reception signal are aligned in the same direction.
  • the transmit steering vector and the receive steering vector are directed in the direction in which the true target exists.
  • target signal the signal reflected by the true target and directly received by the receiving antenna
  • the transmit steering vector points in the direction in which the true target is present and the receive steering vector is walled. It is facing the direction.
  • the azimuth spectrum of the mirror ghost signal obtained for each of the plurality of virtual reception antennas indicates the distribution of signal strength for each azimuth, with the horizontal axis as the azimuth and the vertical axis as the signal strength.
  • FIG. 12 is a diagram showing estimated trajectories of targets in the arrangements of MIMO antennas according to the related art and the present embodiment.
  • Graph G1 shows the estimated trajectory of the target in a conventional MIMO antenna arrangement.
  • the graph G2 shows the estimated trajectory of the target in the MIMO antenna arrangement of this embodiment.
  • the estimated locus of the target approaching the host vehicle MC is indicated by a plurality of circles as shown by the movement locus L1.
  • periodical errors of the mirror ghost signal become low frequency and concentrate around the azimuth of the mirror ghost signal because the distance between adjacent transmission antennas is wide.
  • the periodic errors of the mirror ghost signal are concentrated around the direction of the mirror ghost signal, so that the magnitude of the error increases around the direction of the mirror ghost signal.
  • the misorientation between the target signal and the mirror ghost signal is small. This makes it difficult to distinguish between the target signal and the mirror ghost signal.
  • the periodic error of the mirror ghost signal becomes a high frequency and dispersed in a wide azimuth range. For this reason, even if the difference in direction between the target signal and the mirror ghost signal is small, the influence of the error generated around the direction of the mirror ghost signal becomes small, and the separation between the target signal and the mirror ghost signal becomes easy.
  • the radar device 1 of the present embodiment can more accurately estimate the orientation of the target as compared with the conventional arrangement of MIMO antennas.
  • the radar apparatus 1 of this embodiment can improve the azimuth estimation accuracy of the target in the situation where a plurality of targets exist.
  • the radar apparatus 1 of the present embodiment is the azimuth of the target in a state in which the interference wave is superimposed on only the reception signal by one of the transmission antennas among the reception signals by the transmission antennas TX1 and TX2.
  • the estimation accuracy can be improved.
  • FIG. 14 shows an azimuth spectrum in the case where the target azimuth is estimated using the MUSIC method in the arrangement of MIMO antennas according to the related art and the present embodiment.
  • Graph G3 shows the azimuth spectrum in the conventional MIMO antenna arrangement.
  • the graph G4 shows the azimuth spectrum in the arrangement of the MIMO antenna of this embodiment.
  • the signal components of the interference wave signal are concentrated around the interference wave direction because the distance between adjacent transmission antennas is wide, and the interference wave peak is set to that direction as shown in graph G3. It will be detected.
  • the signal component of the interference wave azimuth spectrum is dispersed in a wide direction, and as shown in graph G4, the interference wave peak is It becomes difficult to detect.
  • the difference between the first distance d T and the second distance d R is equal to the minimum distance d.
  • the radar device 1 facilitates the work of the designer of the radar device 1 for determining the first interval d T and the second interval d R such that the first and second multiples are disjoint. be able to.
  • this indication is not limited to the said embodiment, It can deform
  • the first interval d T is equal to the product of the minimum interval d of the virtual array and the first multiple which is an integer greater than or equal to 2
  • the second interval d R is an integer greater than or equal to the minimum interval d.
  • the minimum distance between virtual arrays is d.
  • the transmission antenna and the reception antenna are arranged in a line along the width direction of the vehicle.
  • the transmitting antenna and the receiving antenna may be arranged in a line along the height direction DH of the vehicle.
  • the radar device 1 is a target in a situation where the target signal and the mirror ghost signal (that is, the signal received in the route of transmission antenna ⁇ target ⁇ road ⁇ reception antenna) due to the reflection on the road overlap. It is possible to improve the direction estimation accuracy of
  • the transmission antenna and the reception antenna are arranged in a line along the width direction of the vehicle.
  • the transmitting antenna and the receiving antenna may be formed in a matrix. That is, in the transmitting antenna unit 3, a plurality of transmitting antennas are arranged at the first interval d T along the arrangement direction, and arranged at the first interval d T along the vertical arrangement direction perpendicular to the arrangement direction Be done.
  • the radar device 1 can detect the position of the object not in two dimensions but in three dimensions. For example, in the case where the arrangement direction is the width direction of the vehicle and the vertical arrangement direction is the height direction of the vehicle, the object along the width direction of the vehicle and the position along the height direction of the vehicle The position of can be detected in three dimensions.
  • the function possessed by one component in the above embodiment may be shared by a plurality of components, or the function possessed by a plurality of components may be exhibited by one component.
  • part of the configuration of the above embodiment may be omitted.
  • at least a part of the configuration of the above-described embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other above-described embodiment.
  • the present disclosure can be realized in various forms, such as a system including the radar device 1 as a component other than the radar device 1 described above.

Abstract

送信アンテナ部（３）は、予め設定された第１間隔で、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される複数の送信アンテナを有する。受信アンテナ部（４）は、第１間隔とは異なるように設定された第２間隔で、配列方向に沿って一列に配置される複数の受信アンテナを有する。レーダ装置（１）では、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。第１間隔は、複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔と、２以上の整数である第１倍数との乗算値に等しく、第２間隔は、最小間隔と、２以上の整数であり且つ第１倍数と異なるように設定された第２倍数との乗算値に等しい。第１倍数および第２倍数は互いに素である。

Description

レーダ装置 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１８年１月２４日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１８－９６６６号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１８－９６６６号の全内容を参照により本国際出願に援用する。
　本開示は、複数のアンテナを介して電波を送受信することで物体を検出するレーダ装置に関する。
　特許文献１には、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される複数の送信アンテナを有する送信アンテナ部と、配列方向に沿って一列に配置される複数の受信アンテナを有する受信アンテナ部とを備えたレーダ装置が記載されている。
　特許文献１に記載のレーダ装置では、２個の送信アンテナの配置間隔が４ｄであり、４個の受信アンテナの配置間隔がｄである。このため、特許文献１に記載のレーダ装置では、８個の仮想受信アンテナが配置間隔ｄで配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。
特表２０１１－５２６３７０号公報
　しかし、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載のレーダ装置では、受信アンテナの配置間隔が仮想受信アンテナの配置間隔と一致しており、受信アンテナの配置間隔が狭いために、受信チャネルのアイソレーションが悪く、物体の方位の検出精度が低下してしまうという課題が見出された。
　本開示は、物体の方位の検出精度を向上させる。
　本開示の一態様は、送信アンテナ部と、発振部と、変調部と、受信アンテナ部と、処理部とを備えるレーダ装置である。
　送信アンテナ部は、予め設定された第１間隔で、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される複数の送信アンテナを有する。発振部は、連続波の共通信号を発生させるように構成される。変調部は、共通信号を複数の送信アンテナと同数に分岐させた複数の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期毎に分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、複数の送信アンテナに入力される複数の送信信号を生成するように構成される。受信アンテナ部は、第１間隔とは異なるように設定された第２間隔で、配列方向に沿って一列に配置される複数の受信アンテナを有する。処理部は、受信アンテナ部にて受信された複数の受信信号のそれぞれから抽出される、複数の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、送信アンテナ部からの放射波を反射した物体に関する情報を生成するように構成される。
　そして、本開示のレーダ装置では、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。また、第１間隔は、複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔と、２以上の整数である第１倍数との乗算値に等しく、第２間隔は、最小間隔と、２以上の整数であり且つ第１倍数と異なるように設定された第２倍数との乗算値に等しい。そして、第１倍数および第２倍数は互いに素である。
　このように構成された本開示のレーダ装置は、複数の受信アンテナの配置間隔が仮想受信アンテナの配置間隔の２倍以上であり、物理的な受信チャネル間隔を広げることができるために、受信チャネル間のアイソレーションを向上させることができ、物体の方位の検出精度を向上させることができる。
レーダ装置の構成を示すブロック図である。 送信アンテナおよび受信アンテナと物体との関係を示す図である。 仮想アレーにおける受信アンテナの配置を示す図である。 送信アンテナおよび受信アンテナの配置と、仮想アレーの受信アンテナの配置とを示す図である。 発振部の機能を示す図である。 変調部での位相偏移変調に使用する位相回転量の例を示す図である。 物体検出処理を示すフローチャートである。 選択可および選択不可な位相回転量の組み合わせパターンを示す図である。 位相回転量の選択例を示す図である。 速度スペクトラムに出現する同一物体ピーク群の例を示す図である。 情報生成処理を示すフローチャートである。 ターゲットの推定軌跡を示す図である。 受信スペクトラムを示す図である。 ＭＵＳＩＣ法を用いてターゲット方位を推定した場合の方位スペクトラムを示す図である。 ｄＴ＝２ｄ且つｄＲ＝３ｄである場合における仮想アレーの受信アンテナの配置を示す図である。 ｄＴ＝３ｄ且つｄＲ＝４ｄである場合における仮想アレーの受信アンテナの配置を示す図である。 ｄＴ＝３ｄ且つｄＲ＝５ｄである場合における仮想アレーの受信アンテナの配置を示す図である。 車両の高さ方向に沿って一列に配置された送信アンテナおよび受信アンテナを示す図である。 配列方向および垂直配列方向に沿って配置された送信アンテナおよび受信アンテナを示す図である。
　以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
　本実施形態のレーダ装置１は、車両に搭載され、車両の周囲に存在する様々な物体を検出する。レーダ装置１は、複数のアンテナで同時に電波を送受信するＭＩＭＯレーダである。ＭＩＭＯは、Multi Input Multi Outputの略である。
　レーダ装置１は、図１に示すように、送信部２と、送信アンテナ部３と、受信アンテナ部４と、受信部５と、処理部６とを備える。
　送信アンテナ部３は、Ｍ個の送信アンテナを有する。Ｍは２以上の整数である。各送信アンテナは、予め設定された第１間隔ｄＴで、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される。本実施形態では、配列方向は、車両の幅方向である。
　受信アンテナ部４は、Ｎ個の受信アンテナを有する。Ｎは２以上の整数である。各受信アンテナは、第１間隔ｄＴとは異なる第２間隔ｄＲで、送信アンテナの配列方向と同じ方向に沿って配置される。
　ここで、Ｍ＝２、Ｎ＝２の場合に各受信アンテナで受信される信号について説明する。図２に示すように、検出対象となる物体が、送信アンテナ部３および受信アンテナ部４の正面方向に対して角度θだけ傾いた方向に存在すると仮定する。また、物体での反射係数をＤ、送信アンテナＴＸ１から物体に至る経路での信号の位相変化をαＴで表し、物体から受信アンテナＲＸ１に至る経路での信号の位相変化をαＲで表す。なお、αＴおよびαＲは複素数で表現される。
　この場合、送信アンテナＴＸ１から送信され受信アンテナＲＸ１で受信される信号は式（１）で表される。送信アンテナＴＸ１から送信され受信アンテナＲＸ２で受信される信号は式（２）で表される。送信アンテナＴＸ２から送信され受信アンテナＲＸ１で受信される信号は式（３）で表される。送信アンテナＴＸ２から送信され受信アンテナＲＸ２で受信される信号は式（４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　これらの式は、図３に示すように、４つの受信アンテナを、基準となる一つの受信アンテナからの距離が、それぞれｄＲ，ｄＴ，ｄＴ＋ｄＲとなる位置に並べた場合と等価である。図３では、最も左に位置する受信アンテナを基準としている。このように並んだ仮想的な受信アンテナ（以下、仮想受信アンテナ）を仮想アレーという。
　ＭＩＭＯレーダでは、仮想アレーを用いることで、１個の送信アンテナとＭ×Ｎ個の受信アンテナとを備える場合と同等の角度分解能が、Ｍ＋Ｎ個の送信アンテナおよび受信アンテナによって実現される。
　本実施形態では、図４に示すように、ｄＴ＝３ｄであり、ｄＲ＝２ｄである。ｄは、仮想アレーの最小間隔である。なお、図４では、図示の簡略化のためにＭ＝２としている。すなわち、図４は、２個の送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２と、Ｎ個の受信アンテナＲＸ１，ＲＸ２，・・・ＲＸＮが配列方向に沿って配置されている場合における仮想アレーを示している。
　これにより、２Ｎ個の仮想受信アンテナＶＲＸ＿１，ＶＲＸ＿２，ＶＲＸ＿３，ＶＲＸ＿４，・・・，ＶＲＸ＿２Ｎ－３，ＶＲＸ＿２Ｎ－２，ＶＲＸ＿２Ｎ－１，ＶＲＸ＿２Ｎが配列方向に沿って配置される仮想アレーが形成される。仮想受信アンテナＶＲＸ＿１と仮想受信アンテナＶＲＸ＿２との間の距離と、仮想受信アンテナＶＲＸ＿２Ｎ－１と仮想受信アンテナＶＲＸ＿２Ｎとの間の距離とが２ｄである。その他の隣接する仮想受信アンテナ間の距離はｄである。
　送信部２は、図１に示すように、発振部２１と、変調部２２とを備える。発振部２１は、連続波の共通信号を生成する。発振部２１は、生成した共通信号を、変調部２２に供給するとともに、ローカル信号Ｌとして受信部５にも供給する。また発振部２１は、図５に示すように、測定周期Ｔｆ（例えば、５０ｍｓ）を１フレームとして、各フレームの先頭の測定期間Ｔｍ（例えば、１０ｍｓ）の間、連続的に周波数が変化するチャープ信号を、繰返周期Ｔｐ（例えば、５０μｓ）毎に繰り返し生成する。
　発振部２１は、測定周期Ｔｆ、測定期間Ｔｍおよび繰返周期Ｔｐを、処理部６からの指示に従って適宜変更できるように構成されている。なお、繰返周期の間に変化させるチャープ信号の周波数幅は、繰返周期Ｔｐによらず一定である。つまり、繰返周期Ｔｐを変化させることで、チャープ信号の周波数の変化率Δｆが変化するように構成されている。
　また、繰返周期Ｔｐの許容範囲、ひいてはチャープ信号の周波数の変化率Δｆの許容範囲は、送信信号と受信信号とを混合して生成するビート信号を解析した時に、物体との相対速度に応じて生じる周波数偏移が、物体との距離に応じて生じる周波数偏移と比較して無視できる程度に小さくなるように設定される。
　変調部２２は、発振部２１が生成した共通信号を分岐させ、送信アンテナ部３に属する送信アンテナと同数であるＭ個の分岐信号を生成する。変調部２２は、Ｍ個の分岐信号のそれぞれについて、繰返周期Ｔｐ毎に分岐信号の位相を変化させる位相偏移変調を行う。これにより、送信アンテナのそれぞれに供給するＭ個の送信信号を生成する。位相偏移変調では、Ｍ個の分岐信号のそれぞれに対して互いに異なる大きさの位相回転量Δφを設定し、繰返周期毎に、その位相回転量Δφだけ分岐信号の位相を回転させる。
　ここで、位相偏移変調で使用する位相の数をＰとする。ＰはＭより大きい整数である。変調部２２では、ｐ＝０，１，２，…Ｐ－１として、Δφ＝ｐ×３６０°／Ｐで表されるＰ種類の位相回転量を用いる。例えば、Ｐ＝４の場合、図６に示すように、ｐ＝０ではΔφ＝０°となり、変調前の信号である分岐信号（すなわち、共通信号）に対する変調後の信号である送信信号の位相差は、全ての繰返周期Ｔｐで０°となる。ｐ＝１ではΔφ＝９０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期Ｔｐ毎に切り替わり、０°→９０°→１８０°→２７０°→０°（以下同様）の順に変化する。ｐ＝２ではΔφ＝１８０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期毎に切り替わり、０°→１８０°→０°→１８０°→０°（以下同様）の順に変化する。ｐ＝３ではΔφ＝２７０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期毎に切り替わり、０°→２７０°→１８０°→９０°→０°（以下同様）の順に変化する。
　上述したようにＰ＞Ｍに設定されるため、位相偏移変調には、Ｐ種類の位相回転量Δφの全種類が使用されることはなく、その一部が使用される。
　変調部２２は、位相数Ｐの設定、Ｐ種類の位相回転量Δφのうち位相偏移変調に使用するＭ種類の位相回転量の選択、選択されたＭ種類の位相回転量とＭ個の送信アンテナとの対応関係の設定を適宜変更できるように構成されている。設定の変更は、処理部６からの指示に従ってもよいし、自動的に行ってもよい。自動的に変更する場合は、予め決められたパターンに従って行ってもよいし、ランダムに行ってもよい。
　受信部５は、図１に示すように、受信アンテナ部４に属する各受信アンテナから出力されるＮ個の受信信号のそれぞれについて、ローカル信号Ｌとの差信号であるビート信号を生成し、生成されたビート信号をサンプリングして処理部６に供給する。以下、各受信アンテナに対応して受信信号から各ビート信号を生成するための構成（例えば、各受信アンテナに対応して設けられているミキサ、増幅器およびＡＤ変換器）を、一括して受信チャネルと呼ぶ。
　処理部６は、ＣＰＵ６１およびメモリ６２等を備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成された電子制御装置である。メモリ６２は、例えばＲＯＭおよびＲＡＭ等である。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵ６１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ６２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、ＣＰＵ６１が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。また、処理部６を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。
　次に、処理部６が実行する物体検出処理の手順を説明する。物体検出処理は、処理部６が起動した後に繰り返し実行される処理である。
　この物体検出処理が実行されると、処理部６は、図７に示すように、まずＳ１１０にて、発振部２１に生成させる共通信号に関するパラメータである繰返周期Ｔｐを設定する。上述したように、繰返周期を変化させると、チャープ信号の周波数の変化率Δｆが変化する。なお、繰返周期Ｔｐは固定値であってもよいし、本処理が実行される毎に予め決められたパターンに従って或いはランダムに複数種類の値の中から選択して繰返周期Ｔｐが設定されるようにしてもよい。また、Ｓ１１０において、測定周期Ｔｆおよび測定期間Ｔｍが適宜可変設定されるようにしてもよい。
　処理部６は、Ｓ１２０にて、変調部２２での位相偏移変調に用いる位相数Ｐを設定する。位相数Ｐは、少なくとも送信アンテナ数Ｍより大きな値が用いられる。例えば、Ｐ＝Ｍ＋１に設定してもよい。繰返周期Ｔｐと同様に、位相数Ｐは固定値であってもよいし、本処理が実行される毎に予め決められたパターンに従って或いはランダムに複数種類の値の中から選択して位相数Ｐが設定されるようにしてもよい。
　処理部６は、Ｓ１３０にて、位相数Ｐによって決まるＰ種類の位相回転量のうち、変調部２２での位相偏移変調に用いるＭ種類の位相回転量を選択する。Ｍ種類の位相回転量は、３６０°の中で各回転量が均等に配置されることがないように、すなわち、不均一な配置となるように選択される。
　具体的には、ＰとＭとが公約数を持たない場合は、任意に位相回転量を選択することができる。ＰとＭとが公約数を有する場合は、配置間隔が同一パターンの繰り返しとなることがないように注意して選択する必要がある。
　例えば、図８に示すように、Ｐ＝４且つＭ＝２である場合、位相回転量の組み合わせとして、（０°，９０°）、（９０°，１８０°）、（１８０°，２７０°）、（２７０°，０°）は選択可であるが、（０°，１８０°）、（９０°，２７０°）は選択不可である。また、Ｐ＝４且つＭ＝３である場合、位相回転量の組み合わせとして、（０°，９０°，１８０°）、（９０°，１８０°，２７０°）、（１８０°，２７０°，０°）、（２７０°，０°，９０°）の全てが選択可である。但し、本実施形態では、必ずΔφ＝０°を含んだ組み合わせを選択する。
　なお、位相回転量の選択は、常に一定でもよいし、本処理が実行される毎に、選択可能な組み合わせの中で、予め決められたパターンに従って又はランダムに切り替えられるようにしてもよい。
　処理部６は、Ｓ１４０にて、Ｓ１３０で選択されたＭ種類の位相回転量と、各送信アンテナとの対応関係を設定する。この対応づけは、例えば、予め設定された規則に従って割り当てられてもよいし、ランダムに割り当てられてもよい。また、対応付けは、常に一定でもよいし、本処理が実行される毎に、予め決められたパターンに従って或いはランダムに切り替えられてもよい。
　図９は、Ｐ＝４且つＭ＝２であり、位相回転量の組み合わせとして（０°，９０°）が選択され、送信アンテナＴＸ１にΔφ＝０°、送信アンテナＴＸ２にΔφ＝９０°を割り当てた場合に、送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２のそれぞれに供給される送信信号の位相が変化する様子を表現している。
　処理部６は、Ｓ１５０にて、測定開始タイミングであるか否かを判断する。処理部６は、測定開始タイミングでない場合には、測定開始タイミングになるまで、Ｓ１５０の処理を繰り返すことで待機する。処理部６は、測定開始タイミングである場合には、Ｓ１６０に移行する。測定開始タイミングとは、測定周期Ｔｆによって長さが決まるフレームが切り替わるタイミングである。
　Ｓ１６０に移行すると、処理部６は、Ｓ１１０～Ｓ１４０での設定結果に従って送信部２を作動させ、レーダ測定を実施する。具体的には、送信部２に、測定期間Ｔｍの間、繰返周期Ｔｐ毎にチャープ信号を繰り返し送信させ、その受信信号から生成されるビート信号のサンプリング結果を取得する。以下、測定期間Ｔｍ中に繰り返し送信されるチャープ信号の数をＫ個とする。
　処理部６は、Ｓ１７０にて、Ｎ個の受信アンテナから得られるビート信号のサンプリング結果を、受信アンテナ毎に、且つ、チャープ信号毎に周波数解析することによって、Ｎ個の受信アンテナのそれぞれについてＫ個ずつの距離スペクトラムを算出する。各距離スペクトラムでは、送信アンテナから送信された放射波を反射した物体を往復するのに要した時間（すなわち、物体までの距離）に応じた周波数にピークが出現する。
　処理部６は、Ｓ１８０にて、Ｓ１７０にて算出されたＮ×Ｋ個の距離スペクトラムを用いて、受信アンテナ毎に速度スペクトラムを算出する。具体的には、着目する受信アンテナに関するＫ個の距離スペクトラムから、同一周波数ｂｉｎの信号を抽出し、抽出した信号に対して時間軸方向への周波数解析処理を実行する。この処理を全ての周波数ｂｉｎ（すなわち、距離）について実行する。
　速度スペクトラムでは、送信アンテナ部３からの放射波を反射した物体との相対速度がゼロである場合は、各送信アンテナに割り当てられた位相回転量に応じた周波数が、ドップラ周波数として抽出される。つまり、Δφ＝０°に対応する信号成分の周波数は０Ｈｚである。
　なお、ドップラ周波数が観測される範囲（以下、ドップラ観測範囲）は、繰返周期Ｔｐによって決まる。また、ドップラ周波数は、図１０に示すように、ドップラ観測範囲をＰ分割した地点のうち、Ｍ個の地点にて検出される。図１０では、ドップラ観測範囲の上限が１に正規化されている。
　また、速度スペクトラムでは、物体との間に相対速度がある場合は、これらＭ個のドップラ周波数は、相対速度に応じた大きさだけシフトし、相対速度の大きさによっては、周波数の折り返しが発生する。
　これらＳ１７０およびＳ１８０の算出結果から、レーダ波を反射した物体との距離および相対速度を表す二次元スペクトラム（以下、受信スペクトラム）が、受信アンテナ毎に生成される。
　図７に示すように、処理部６は、Ｓ１９０にて、受信アンテナ毎に、受信スペクトラムを用いて、レーダ波を反射した物体との距離および相対速度と、物体が存在する方位とを算出する情報生成処理を実行し、物体検出処理を終了する。
　次に、Ｓ１９０で実行される情報生成処理の手順を説明する。
　情報生成処理が実行されると、処理部６は、図１１に示すように、まずＳ３１０にて、Ｓ１８０にて受信アンテナ毎に生成されたＮ個の受信スペクトラムを、インコヒーレント積分して、一つの統合スペクトラムｇ（ｒ，ｖ）を算出する。受信アンテナ毎の受信スペクトラムをｓ（ｒ，ｖ，Ｒｃｈ）で表すものとして、統合スペクトラムｇ（ｒ，ｖ）は、式（５）を用いて算出される。ｒは距離であり、ｖは、ドップラ観測範囲の上限周波数に対応する速度を１とする正規化ドップラ速度であり、Ｒｃｈは、受信アンテナを識別する番号である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　処理部６は、Ｓ３２０にて、統合スペクトラム上で、予め設定された閾値以上の強度を有するピークがＭ個以上検出されている距離を候補距離として、候補距離のうち、以下のＳ３３０からＳ３８０での処理の対象として未だ選択されていない距離を、対象距離ｒとして選択する。
　処理部６は、Ｓ３３０にて、Ｓ３２０で選択された対象距離ｒで検出される複数のピークのうち、以下のＳ３４０からＳ３７０での処理対象として未だ選択されていないピークに対応する速度を対象速度ｖとして選択する。ここでは、速度が小さいものから順番に選択する。
　処理部６は、Ｓ３４０にて、対象速度ｖのピークが、位相回転量Δφ＝０°に対応したピークであると仮定し、式（６）に従って、他の位相回転量に対応したピークが存在すると推定されるＭ－１個の対応点（ｒ，ｖｊ）、但し、ｊ＝２～Ｍを算出する。ｘ（ｊ）は、Ｓ１３０で選択されたΔφ＝０°以外の位相回転量である。ｖ，ｖｊは正規化されたドップラ周波数であり、０～１の値をとる。ｍｏｄ（ａ，ｍ）は、ａをｍで割った後の余りを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　処理部６は、Ｓ３５０にて、Ｓ３４０で推定された対応点の全てについて、統合スペクトラム上でピーク（すなわち、二次極大点）が存在するか否かを判断し、肯定判断された場合はＳ３６０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３９０に移行する。以下では、対応点に対応するＭ個のピークを候補ピーク群という。
　Ｓ３６０に移行すると、処理部６は、候補ピーク群が電力条件を満たすか否かを判断し、肯定判断された場合は、Ｓ３７０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３９０に移行する。ここでは、電力条件として、候補ピーク群に属するピークの信号強度差が、予め設定された許容範囲内にあることを用いる。これは、同一物体からの反射波に基づくピークの信号強度は、いずれも類似しているはずであるとの知見に基づく。
　Ｓ３７０に移行すると、処理部６は、候補ピーク群が位相条件を満たすか否かを判断し、肯定判断された場合は、Ｓ３８０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３９０に移行する。ここでは、位相条件として、基準受信チャンネルとそれ以外の受信チャンネル位相差を算出し、候補ピーク間でこの位相差の差異が予め設定された許容範囲にあることを用いる。これは、同一物体からの反射波に基づくピークは、いずれも同じ方向から到来するはずであるとの知見に基づき、同じ方向から到来するピークの受信間位相差は、いずれも似たような大きさになることに基づく。以下では、３７０にて肯定判断された候補ピーク群を、同一物体ピーク群という。
　Ｓ３８０に移行すると、処理部６は、対象距離ｒと対象速度ｖとの組を、物体情報として登録する。更に、処理部６は、以下のようにして算出した方位θも物体情報に追加する。すなわち、受信アンテナ毎に算出されたＮ個の受信スペクトラムのそれぞれから、Ｍ個の同一物体ピーク群に対応する各ピークを抽出する。抽出されたＭ×Ｎ個のピークを、仮想アレーに含まれるＭ×Ｎ個の受信アンテナからの受信信号とみなして、ＭＵＳＩＣまたはビームフォーミング等の方位検出処理を実行することで、物体の方位θを算出する。ＭＵＳＩＣは、Multiple signal classificationの略である。
　なお、Ｎ個の受信アンテナの受信信号それぞれから、同一物体ピーク群として抽出される、各Ｍ個のピークは、仮想アレーから得られるＭ×Ｎ個の受信信号に相当する。
　Ｓ３９０に移行すると、処理部６は、対象距離ｒで検出される全てのピーク（すなわち、速度）が、対象速度ｖとして選択された否かを判断し、肯定判断された場合はＳ４００に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３３０に移行する。
　Ｓ４００に移行すると、処理部６は、全ての候補距離が対象距離ｒとして選択されたか否かを判断し、肯定判断された場合は、情報生成処理を終了し、否定判断された場合は、Ｓ３２０に移行する。
　このように構成されたレーダ装置１は、送信アンテナ部３と、発振部２１と、変調部２２と、受信アンテナ部４と、処理部６とを備える。
　送信アンテナ部３は、予め設定された第１間隔ｄＴで、予め設定された配列方向に沿って一列に配置されるＭ個の送信アンテナを有する。発振部２１は、連続波の共通信号を発生させる。変調部２２は、共通信号をＭ個の送信アンテナと同数に分岐させたＭ個の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期Ｔｐ毎に分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、複数の送信アンテナに入力されるＭ個の送信信号を生成する。受信アンテナ部４は、第１間隔ｄＴとは異なるように設定された第２間隔ｄＲで、配列方向に沿って一列に配置されるＮ個の受信アンテナを有する。処理部６は、受信アンテナ部４にて受信されたＮ個の受信信号のそれぞれから抽出される、Ｍ個の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、送信アンテナ部３からの放射波を反射した物体に関する物体情報を生成する。
　そしてレーダ装置１では、Ｍ個の送信アンテナとＮ個の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。また、第１間隔ｄＴは、複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔ｄと、２以上の整数である第１倍数との乗算値に等しく、第２間隔は、最小間隔ｄと、２以上の整数であり且つ第１倍数と異なるように設定された第２倍数との乗算値に等しい。そして本実施形態では、第１倍数は３、第２倍数は２であり、第１倍数および第２倍数は互いに素である。
　このようにレーダ装置１は、Ｎ個の受信アンテナの配置間隔が仮想受信アンテナの配置間隔の２倍以上であり、物理的な受信チャネル間隔を広げることができるために、受信チャネル間のアイソレーションを向上させることができ、物体の方位の検出精度を向上させることができる。
　また、本実施形態のレーダ装置１は、ターゲット信号とミラーゴースト信号とが重畳する状況において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。
　ＭＩＭＯを用いて方位を推定する場合には、送信信号の方位を示す送信ステアリングベクトルと、受信信号の方位を示す受信ステアリングベクトルとを同一方向に揃えた状態で方位スキャンを行う。
　真のターゲットで反射して受信アンテナで直接受信された信号（以下、ターゲット信号）では、送信ステアリングベクトルと、受信ステアリングベクトルとが、真のターゲットが存在する方位を向く。一方、ミラーゴースト信号(例えば、送信アンテナ→ターゲット→壁→受信アンテナの経路で受信される信号)では、送信ステアリングベクトルは、真のターゲットが存在する方位を向き、受信ステアリングベクトルは壁が存在する方位を向いている。
　このため、複数の仮想受信アンテナ毎に得られるミラーゴースト信号の方位スペクトラムには、送信アンテナの間隔に対応する角度毎に周期的な誤差が乗ってしまう。この周期的な誤差は、送信ステアリングベクトルの方位と受信ステアリングベクトルの方位との不一致に起因して発生する。なお、上記の方位スペクトラムは、横軸を方位、縦軸を信号強度として、各方位に対する信号強度の分布を示す。
　図１２は、従来および本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置におけるターゲットの推定軌跡を示す図である。グラフＧ１は、従来のＭＩＭＯアンテナの配置におけるターゲットの推定軌跡を示す。グラフＧ２は、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置におけるターゲットの推定軌跡を示す。
　グラフＧ１，Ｇ２では、（ｘ，ｙ）＝（０［ｍ］，０［ｍ］）の位置に、レーダ装置１を搭載した自車両ＭＣが配置され、（ｘ，ｙ）＝（２［ｍ］，０～２００［ｍ］）の位置に壁ＷＬが配置されている状態で、移動軌跡Ｌ１に示すように自車両ＭＣに接近するターゲットの推定軌跡を複数の丸印で示している。
　グラフＧ１では、従来のＭＩＭＯアンテナの配置として、Ｍ＝２，Ｎ＝６，ｄＴ＝６ｄ，ｄＲ＝ｄとしている。グラフＧ２では、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置として、Ｍ＝２，Ｎ＝６，ｄＴ＝３ｄ，ｄＲ＝ｄ２としている。
　従来のＭＩＭＯアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が広いために、ミラーゴースト信号の周期的な誤差が、低周波となり、ミラーゴースト信号の方位の周辺に集中する。ミラーゴースト信号の周期的な誤差がミラーゴースト信号の方位の周辺に集中することにより、ミラーゴースト信号の方位の周辺において誤差の強度が大きくなる。そして、ターゲット信号とミラーゴースト信号との方位差は小さい。このため、ターゲット信号とミラーゴースト信号との分別が困難となってしまう。
　一方、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が狭いために、ミラーゴースト信号の周期的な誤差が、高周波となり、広い方位範囲に分散される。このため、ターゲット信号とミラーゴースト信号との方位差は小さくても、ミラーゴースト信号の方位の周辺で発生する誤差の影響が小さくなり、ターゲット信号とミラーゴースト信号との分別が容易となる。
　グラフＧ１に示すように、従来のＭＩＭＯアンテナの配置では、（ｘ，ｙ）＝（０［ｍ］，０～２０［ｍ］）の位置において、ターゲットの移動軌跡と推定軌跡とがほぼ一致している。一方、グラフＧ２に示すように、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置では、（ｘ，ｙ）＝（０［ｍ］，０～７０［ｍ］）の位置において、ターゲットの移動軌跡と推定軌跡とがほぼ一致している。このように、本実施形態のレーダ装置１は、従来のＭＩＭＯアンテナの配置と比較して、ターゲットの方位をより正確に推定することができる。
　また、本実施形態のレーダ装置１は、複数のターゲットが存在している状況において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。本実施形態のレーダ装置１は、例えば図１３に示すように、送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２による各受信信号のうち、一方の送信アンテナによる受信信号のみに、干渉波が重畳する状態において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。
　図１４は、従来および本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置においてＭＵＳＩＣ法を用いてターゲット方位を推定した場合の方位スペクトラムを示す。グラフＧ３は、従来のＭＩＭＯアンテナの配置における方位スペクトラムを示す。グラフＧ４は、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置における方位スペクトラムを示す。
　従来のＭＩＭＯアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が広いために、干渉波信号の信号成分が干渉波方位周辺に集中し、グラフＧ３に示すように、干渉波ピークをその方位に検出してしまう。
　一方、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が狭いために、干渉波方位スペクトルの信号成分が広い方位に分散され、グラフＧ４に示すように、干渉波ピークを検出し難くなる。
　またレーダ装置１では、第１間隔ｄＴと第２間隔ｄＲとの差は、最小間隔ｄに等しい。これにより、レーダ装置１は、第１倍数および第２倍数が互いに素であるように第１間隔ｄＴおよび第２間隔ｄＲを決定するためのレーダ装置１の設計者の作業を容易にすることができる。
　以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
　［変形例１］
　例えば上記実施形態では、ｄＴ＝３ｄ且つｄＲ＝２ｄである形態を示した。しかし、第１間隔ｄＴは、仮想アレーの最小間隔ｄと、２以上の整数である第１倍数との乗算値に等しく、第２間隔ｄＲは、最小間隔ｄと、２以上の整数であり且つ第１倍数と異なるように設定された第２倍数との乗算値に等しく、第１倍数および第２倍数は互いに素であればよい。例えば、図１５に示すようにｄＴ＝２ｄ且つｄＲ＝３ｄであってもよいし、図１６に示すようにｄＴ＝３ｄ且つｄＲ＝４ｄであってもよいし、図１７に示すようにｄＴ＝３ｄ且つｄＲ＝５ｄであってもよい。図１５～図１７に示すように、上記の何れの場合であっても、仮想アレーの最小間隔はｄである。
　［変形例２］
　上記実施形態では、送信アンテナおよび受信アンテナが車両の幅方向に沿って一列に配置される形態を示した。しかし、図１８に示すように、送信アンテナおよび受信アンテナが車両の高さ方向ＤＨに沿って一列に配置されるようにしてもよい。これにより、レーダ装置１は、ターゲット信号と、道路での反射に起因したミラーゴースト信号(すなわち、送信アンテナ→ターゲット→道路→受信アンテナの経路で受信される信号)とが重畳する状況において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。
　［変形例３］
　上記実施形態では、送信アンテナおよび受信アンテナが車両の幅方向に沿って一列に配置される形態を示した。しかし、図１９に示すように、送信アンテナおよび受信アンテナが行列状に形成されるようにしてもよい。すなわち、送信アンテナ部３は、複数の送信アンテナが、配列方向に沿って第１間隔ｄＴで配置されるとともに、配列方向に対して垂直な垂直配列方向に沿って第１間隔ｄＴで配置される。また受信アンテナ部４は、複数の受信アンテナが、配列方向に沿って第２間隔ｄＲで配置されるとともに、垂直配列方向に沿って第２間隔ｄＲで配置される。これにより、レーダ装置１は、物体の位置を、二次元ではなく、３次元で検出することができる。例えば、配列方向が車両の幅方向であり、垂直配列方向が車両の高さ方向である場合には、車両の幅方向に沿った位置と、車両の高さ方向に沿った位置とにより、物体の位置を３次元で検出することができる。
　また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。
　上述したレーダ装置１の他、当該レーダ装置１を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims (4)

  1. 　予め設定された第１間隔で、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される複数の送信アンテナを有する送信アンテナ部（３）と、
    　連続波の共通信号を発生させるように構成された発振部（２１）と、
    　前記共通信号を前記複数の送信アンテナと同数に分岐させた複数の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期毎に前記分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、前記複数の送信アンテナに入力される複数の送信信号を生成するように構成された変調部（２２）と、
    　前記第１間隔とは異なるように設定された第２間隔で、前記配列方向に沿って一列に配置される複数の受信アンテナを有する受信アンテナ部（４）と、
    　前記受信アンテナ部にて受信された複数の受信信号のそれぞれから抽出される、前記複数の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、前記送信アンテナ部からの放射波を反射した物体に関する情報を生成するように構成された処理部（６）と
    　を備え、
    　前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが前記配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成され、
    　前記第１間隔は、前記複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔と、２以上の整数である第１倍数との乗算値に等しく、
    　前記第２間隔は、前記最小間隔と、２以上の整数であり且つ前記第１倍数と異なるように設定された第２倍数との乗算値に等しく、
    　前記第１倍数および前記第２倍数は互いに素であるレーダ装置（１）。
  2. 　請求項１に記載のレーダ装置であって、
    　前記第１間隔と前記第２間隔との差は、前記最小間隔に等しいレーダ装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のレーダ装置であって、
    　前記レーダ装置は車両に搭載され、
    　前記配列方向は、前記車両の高さ方向であるレーダ装置。
  4. 　請求項１～請求項３の何れか１項に記載のレーダ装置であって、
    　前記送信アンテナ部は、前記複数の送信アンテナが、前記配列方向に沿って前記第１間隔で配置されるとともに、前記配列方向に対して垂直な垂直配列方向に沿って前記第１間隔で配置されることにより、行列状に形成され、
    　前記受信アンテナ部は、前記複数の受信アンテナが、前記配列方向に沿って前記第２間隔で配置されるとともに、前記垂直配列方向に沿って前記第２間隔で配置されることにより、行列状に形成されるレーダ装置。
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