WO2020026916A1

WO2020026916A1 - レーダ装置

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Publication number: WO2020026916A1
Application number: PCT/JP2019/029015
Authority: WO
Inventors: 敦之湯浅; 克久柏木
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2020-02-06
Also published as: CN112513667A; DE112019003341T5; US20210149038A1

Abstract

レーダ装置（１）は、複数の送信アンテナ（２Ａ），（２Ｂ）と、複数の受信アンテナ（３Ａ），（３Ｂ）と、ローカル信号（ＳL）を発振するローカル発振器（５）と、ローカル信号（ＳL）に基づく送信信号（Ｓt）を送信アンテナ（２Ａ），（２Ｂ）から送信する送信処理部（６）と、受信アンテナ（３Ａ），（３Ｂ）が受信した、送信信号（Ｓt）の物標での反射によるエコー信号（Ｓe）と、ローカル信号（ＳL）とから、ビート信号（Ｓb）を出力する受信処理部（９）と、ビート信号（Ｓb）に対する信号処理を行う信号処理部（１１）と、を備えている。送信処理部（６）は、複数の送信アンテナ（２Ａ），（２Ｂ）から互いに異なるタイミングで送信信号（Ｓt）を送信するのに加え、複数の送信アンテナ（２Ａ），（２Ｂ）から互いに合成可能な送信信号（Ｓt）を同時に送信する。

Description

レーダ装置

　本発明は、例えば物標までの距離と方向を測定するレーダ装置に関する。

　複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを備えたＭＩＭＯ（Multiple-Input　Multiple-Output）レーダ装置が知られている（特許文献１）。送信アンテナから発射された電波は測定対象となる物標（ターゲット）で反射される。レーダ装置は、このときの反射波を複数の受信アンテナで同時に受信し、受信アンテナ毎の位相差を検出する。これにより、ＭＩＭＯレーダ装置は、ターゲットに対する向き（方向）を計算によって求めることができる。

　さらに、ＭＩＭＯレーダ装置は、位相中心の異なる送信アンテナを順次切替えて、電波を送信する。ＭＩＭＯレーダ装置は、異なる送信アンテナからの電波によって生じた反射波をそれぞれ受信する。このとき、受信信号は、送信アンテナの位相中心の位相差分ずれる。これらの受信信号を合成することにより、見かけのアンテナ数より多い、最大で送信回路数（送信アンテナ数）と受信回路数（受信アンテナ数）との積に応じた受信アンテナが存在するように仮想アレーアンテナを構成できる。その結果、角度分解能の向上が図られる。

特表２０１７－５３４８８１号公報

　ところで、特許文献１に記載されたレーダ装置では、仮想アレーアンテナの最大数は、送信アンテナ数と受信アンテナ数の積で決まる。このため、さらに角度分解能を高めるためには、送信アンテナまたは受信アンテナを増やす必要があり、回路構成の複雑化や製造コストが上昇するという問題がある。

　本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、簡易な構成で高い角度分解能を得ることができるレーダ装置を提供することにある。

　上述した課題を解決するために、本発明は、複数の送信アンテナと、少なくとも１つの受信アンテナと、ローカル信号を発振するローカル発振器と、前記ローカル信号に基づく送信信号を前記送信アンテナから送信する送信処理部と、前記受信アンテナが受信した、前記送信信号の物標での反射によるエコー信号と、前記ローカル信号とから、ビート信号を出力する受信処理部と、前記ビート信号に対する信号処理を行う信号処理部と、を備えたレーダ装置であって、前記送信処理部は、複数の前記送信アンテナから互いに分離可能な前記送信信号を送信するのに加え、複数の前記送信アンテナから互いに合成可能な前記送信信号を同時に送信することを特徴としている。

　本発明によれば、簡易な構成で高い角度分解能を得ることができる。

本発明の第１の実施形態によるレーダ装置を示すブロック図である。送信信号、エコー信号、ビート信号の時間変化を示す特性線図である。仮想アレーアンテナを示す説明図である。２つの送信アンテナから出力される送信信号の時間変化を示す特性線図である。図１中の信号処理部が実行する方位測定処理を示す流れ図である。本発明の第２の実施形態によるレーダ装置を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態によるレーダ装置を示すブロック図である。図７中の信号処理部が実行する方位測定処理を示す流れ図である。

　以下、本発明の実施形態によるレーダ装置を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

　図１は本発明の第１の実施形態によるレーダ装置１を示している。レーダ装置１は、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）　ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）　ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）レーダ装置である。

　レーダ装置１は、送信アンテナ２Ａ，２Ｂと、受信アンテナ３Ａ，３Ｂと、レーダ信号処理用ＩＣ４と、を備えている。送信アンテナ２Ａ，２Ｂと、受信アンテナ３Ａ，３Ｂと、レーダ信号処理用ＩＣ４と、は、例えばプリント基板（図示せず）に設けられている。

　送信アンテナ２Ａ，２Ｂは、それぞれ、送信処理部６から出力されたローカル信号ＳLを、送信信号Ｓtとして空中に放射する。図１は、レーダ装置１が２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂを備えた場合を例示している。送信アンテナ２Ａ，２Ｂは、Ｘ方向に対して予め決められた間隔寸法Ｌtをもって配置されている。間隔寸法Ｌtは、例えば送信信号Ｓtの波長λの２倍の値（２λ）に設定されている。送信処理部６のスイッチ７Ａ，７Ｂやパワーアンプ８Ａ，８Ｂの数は、この送信アンテナ２Ａ，２Ｂの数に対応している。送信アンテナ２Ａ，２Ｂの数は、２つに限らず、３つ以上でもよい。

　受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、物標が送信信号Ｓtを反射したときに、物標から反射して戻ってくるエコー信号Ｓeを受信する。図１は、レーダ装置１が２つの受信アンテナ３Ａ，３Ｂを備えた場合を例示している。受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、送信アンテナ２Ａ，２Ｂに対して、Ｘ方向の一側（図１中の右側）に位置ずれして配置されている。また、受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、Ｘ方向に対して予め決められた間隔寸法Ｌrをもって配置されている。間隔寸法Ｌrは、例えば送信信号Ｓtの波長λの半分の値（０．５λ）に設定されている。このとき、間隔寸法Ｌrは、例えば間隔寸法Ｌtの半分よりも小さい値に設定されている。受信アンテナ３Ａ，３Ｂの数は、２つに限らず、１つでもよく、３つ以上でもよい。

　また、図１には、送信アンテナ２Ａ，２Ｂおよび受信アンテナ３Ａ，３ＢがＸ方向に１列に並んだ状態で配置された場合を例示した。送信アンテナ２Ａ，２Ｂおよび受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、１列に並んで配置される必要はなく、例えばＸ方向と直交したＹ方向に位置ずれして配置されてもよい。

　レーダ信号処理用ＩＣ４は、ローカル発振器５と、送信処理部６と、受信処理部９と、信号処理部１１と、を備えている。

　ローカル発振器５は、ローカル信号ＳLを発振する。具体的には、ローカル発振器５は、信号処理部１１からのチャープ制御信号Ｓcに基づいて、時間と共に周波数が線形に増加または減少するチャープ波形となったローカル信号ＳLを出力する。ローカル発振器５は、生成したローカル信号ＳLを送信処理部６および受信処理部９に出力する。

　送信処理部６は、ローカル発振器５から出力されたローカル信号ＳLを、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから送信信号Ｓtとして送信する。送信処理部６は、スイッチ７Ａ，７Ｂと、パワーアンプ８Ａ，８Ｂと、を含んでいる。スイッチ７Ａ，７Ｂは、信号処理部１１からのスイッチング制御信号Ｓsに基づいて、オン、オフする。スイッチ７Ａ，７Ｂがオンされていると、ローカル信号ＳLはパワーアンプ８Ａ，８Ｂに送られる。パワーアンプ８Ａ，８Ｂは、ローカル発振器５から送られたローカル信号ＳLの電力を増幅し、送信アンテナ２Ａ，２Ｂに出力する。

　従って、スイッチ７Ａがオンし、スイッチ７Ｂがオフしたときには、送信アンテナ２Ａのみが送信信号Ｓtを送信する。スイッチ７Ｂがオンし、スイッチ７Ａがオフしたときには、送信アンテナ２Ｂのみが送信信号Ｓtを送信する。スイッチ７Ａ，７Ｂが両方ともオンしたときには、送信アンテナ２Ａ，２Ｂが同時に送信信号Ｓtを送信する。

　受信処理部９は、受信アンテナ３Ａ，３Ｂが受信した、送信信号Ｓtの物標での反射によるエコー信号Ｓeと、ローカル信号ＳLとから、ビート信号Ｓbを出力する。具体的には、受信処理部９は、受信アンテナ３Ａ，３Ｂが受信したエコー信号Ｓeと、ローカル発振器５が出力したローカル信号ＳLとを乗算してビート信号Ｓbを生成する。受信処理部９は、エコー信号Ｓeと、ローカル信号ＳLとを乗算するミキサ１０Ａ，１０Ｂを備えている。

　信号処理部１１は、ビート信号Ｓbに対する信号処理を行う。信号処理部１１は、例えばＡＤコンバータ、ＦＦＴ、マイクロコンピュータ等を備えている。これに加え、信号処理部１１は、記憶部１１Ａを備えている。記憶部１１Ａには、図５に示す方位測定処理のプログラムが記憶されている。信号処理部１１は、記憶部１１Ａに記憶された方位測定処理のプログラムを実行する。記憶部１１Ａは、送信アンテナ２Ａから送信信号Ｓtを送信した場合と、送信アンテナ２Ｂから送信信号Ｓtを送信した場合と、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから送信信号Ｓtを同時に送信した場合とについて、これらのビート信号Ｓbを記憶する。

　信号処理部１１は、ローカル発振器５に対してチャープ制御信号Ｓcを出力する。信号処理部１１は、送信処理部６に対して送信信号Ｓtの出力を制御するスイッチング制御信号Ｓsを出力する。また、信号処理部１１は、受信処理部９から出力されるビート信号Ｓbを用いて物標までの距離測定（測距）と方位測定を行う。

　信号処理部１１による物標の距離測定について図２を参照して説明する。図２に示すように、送信信号Ｓtの周波数は、ｆ0からｆ0＋Ｂまで時間と共に線形に増加する。エコー信号Ｓeは、送信信号Ｓtが物標で反射して戻ってくるまでの往復時間τだけ遅れる。ビート信号Ｓbの周波数ｆbは、送信信号Ｓtが物標で反射して戻ってくるまでの往復時間τに比例する。従って、信号処理部１１は、ビート信号Ｓbの周波数ｆbを検出することによって、物標までの距離を検知する。

　次に、信号処理部１１による物標の方位測定について図３を参照して説明する。図３は、物標が、Ｘ方向と直交したＹ方向に対して角度θの方位に存在する場合を例示している。この場合、角度θは、エコー信号Ｓeの到来方向に対応している。また、図３には、仮想的な送信アンテナＴx1，Ｔx2，Ｔx3と、仮想的な受信アンテナＲx1，Ｒx2，Ｒx3，Ｒx4，Ｒx5，Ｒx6と、が記載されている。

　仮想的な送信アンテナＴx1と、仮想的な受信アンテナＲx1，Ｒx2とは、送信アンテナ２Ａから送信信号Ｓtを送信した場合の送信アンテナ２Ａと受信アンテナ３Ａ，３Ｂに対応している。仮想的な送信アンテナＴx2と、仮想的な受信アンテナＲx3，Ｒx4とは、送信アンテナ２Ｂから送信信号Ｓtを送信した場合の送信アンテナ２Ｂと受信アンテナ３Ａ，３Ｂに対応している。仮想的な送信アンテナＴx3と、仮想的な受信アンテナＲx5，Ｒx6とは、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから同相の送信信号Ｓtを同時に送信した場合の送信アンテナ２Ａ，２Ｂと受信アンテナ３Ａ，３Ｂに対応している。

　図３では、説明の便宜上、送信アンテナＴx1，Ｔx2，Ｔx3、受信アンテナＲx1，Ｒx2，Ｒx3，Ｒx4，Ｒx5，Ｒx6の近くに物標を記載しているが、実際は、ローカル信号ＳLが使用する帯域（例えばＧＨｚ帯）の波長λに対して十分に遠方（例えば波長λの１００倍以上の遠方）に物標が位置している。従って、送信アンテナＴx1，Ｔx2，Ｔx3、受信アンテナＲx1，Ｒx2，Ｒx3，Ｒx4，Ｒx5，Ｒx6と物標との間の電磁波の伝搬は、平面波で近似することができる。

　まず、送信アンテナ２Ａから送信信号Ｓtを送信した場合、送信信号Ｓtの位相中心は、送信アンテナ２Ａの位置になる。従って、送信アンテナ２Ａの位置に、仮想的な送信アンテナＴx1を配置したことと等価になる。この場合、送信信号Ｓtは、仮想的な送信アンテナＴx1に応じた波面１から物標まで伝搬する。物標からのエコー信号Ｓeは、受信アンテナ３Ａ，３Ｂまで伝搬する。

　次に、送信アンテナ２Ｂから送信信号Ｓtを送信した場合、送信信号Ｓtの位相中心は、送信アンテナ２Ｂの位置になる。従って、送信アンテナ２Ｂの位置に、仮想的な送信アンテナＴx2を配置したことと等価になる。この場合、送信信号Ｓtは、送信アンテナＴx2に応じた波面２から物標まで伝搬する。物標からのエコー信号Ｓeは、受信アンテナ３Ａ，３Ｂまで伝搬する。送信アンテナ２Ｂから送信した場合は、送信アンテナ２Ａから送信した場合に比べて、物標までの伝搬距離が、波面１と波面２との距離だけ短くなる。

　これに加え、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから同相の送信信号Ｓtを同時に送信した場合、送信信号Ｓtの位相中心は、送信アンテナ２Ａ，２Ｂの中央に位置する。従って、送信アンテナ２Ａ，２Ｂの中央に、仮想的な送信アンテナＴx3を配置したことと等価になる。このため、送信信号Ｓtは、送信アンテナＴx3に応じた波面３から物標まで伝搬する。物標からのエコー信号Ｓeは、受信アンテナ３Ａ，３Ｂまで伝搬する。仮想的な送信アンテナＴx3から送信した場合は、送信アンテナ２Ａから送信した場合に比べて、物標までの伝搬距離が、波面１と波面３との距離だけ短くなる。

　図３は、仮想アレーアンテナを示す説明図であり、この波面１と波面２との距離は、図３に示す仮想的な受信アンテナＲx1と仮想的な受信アンテナＲx3の伝搬距離の差と同じである。つまり、送信アンテナ２Ｂから送信した場合は、送信アンテナ２Ａから送信して仮想的な受信アンテナＲx3，Ｒx4で受信したことに等価になる。これに加え、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから同時に送信した場合は、送信アンテナ２Ａから送信して仮想的な受信アンテナＲx5，Ｒx6で受信したことに等価になる。従って、送信アンテナ２Ａ，２Ｂからの送信で、受信アンテナＲx1，Ｒx2，Ｒx3，Ｒx4，Ｒx5，Ｒx6からなる仮想アレーアンテナが構成される。このとき、受信アンテナＲx5，Ｒx6は、受信アンテナＲx1，Ｒx2と受信アンテナＲx3，Ｒx4との間に配置される。

　次に、信号処理部１１による物標の方位測定処理について、図３ないし図５を参照して説明する。

　図５中のステップＳ１では、送信アンテナ２Ａから送信信号Ｓtを送信する（図４参照）。このとき、送信アンテナ２Ａは、仮想的な送信アンテナＴx1に対応する（図３参照）。送信アンテナＴx1からの送信信号Ｓtは、物標によって反射され、エコー信号Ｓe（反射波）が発生する。ステップＳ２では、物標からのエコー信号Ｓeを、受信アンテナ３Ａ，３Ｂによって受信する。このとき、受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、仮想的な受信アンテナＲx1，Ｒx2に対応する。このため、信号処理部１１は、受信アンテナＲx1，Ｒx2が受信したエコー信号Ｓeに基づいて、ビート信号Ｓbを生成し、記憶部１１Ａに記憶する。

　続くステップＳ３では、送信アンテナ２Ｂから送信信号Ｓtを送信する（図４参照）。このとき、送信アンテナ２Ｂは、仮想的な送信アンテナＴx2に対応する（図３参照）。送信アンテナＴx2からの送信信号Ｓtは、物標によって反射され、エコー信号Ｓeが発生する。ステップＳ４では、物標からのエコー信号Ｓeを、受信アンテナ３Ａ，３Ｂによって受信する。このとき、受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、仮想的な受信アンテナＲx3，Ｒx4に対応する。このため、信号処理部１１は、受信アンテナＲx3，Ｒx4が受信したエコー信号Ｓeに基づいて、ビート信号Ｓbを生成し、記憶部１１Ａに記憶する。

　続くステップＳ５では、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから同相の送信信号Ｓtを同時に送信する（図４参照）。このとき、送信アンテナ２Ａ，２Ｂは、仮想的な送信アンテナＴx3に対応する（図３参照）。送信アンテナＴx3からの送信信号Ｓtは、物標によって反射され、エコー信号Ｓeが発生する。ステップＳ６では、物標からのエコー信号Ｓeを、受信アンテナ３Ａ，３Ｂによって受信する。このとき、受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、仮想的な受信アンテナＲx5，Ｒx6に対応する。このため、信号処理部１１は、受信アンテナＲx5，Ｒx6が受信したエコー信号Ｓeに基づいて、ビート信号Ｓbを生成し、記憶部１１Ａに記憶する。

　ステップＳ７では、信号処理部１１は、記憶部１１Ａに記憶されたビート信号Ｓbに基づいて、物標が存在する方向（Ｙ方向に対して角度θ）を算出する。このとき、記憶部１１Ａには、受信アンテナＲx1～Ｒx6が受信したエコー信号Ｓeに基づくビート信号Ｓbが記憶されている。このため、信号処理部１１は、例えばこれら６つのビート信号Ｓb間に生じる位相差に基づいて、角度θを推定する。ステップＳ７が終了すると、ステップＳ１以降を繰り返す。

　なお、送信アンテナＴx1～Ｔx3は、送信信号Ｓtを時分割して送信する。このとき、送信アンテナＴx1～Ｔx3が送信信号Ｓtを送信する順序は、上述したものに限らない。例えば１番目に送信アンテナＴx2，Ｔx3のいずれかが送信信号Ｓtを送信してもよく、２番目に送信アンテナＴx1，Ｔx3のいずれかが送信信号Ｓtを送信してもよい。また、送信アンテナＴx1～Ｔx3から送信信号Ｓtの送信を繰り返す毎に、送信アンテナＴx1～Ｔx3が送信信号Ｓtを送信する順序を変更してもよい。

　上述した信号処理部１１による物標の方位測定処理を実行した場合、送信アンテナＴx1～Ｔx3から送信信号Ｓtがそれぞれ放射された後、物標（ターゲット）からの反射波（エコー信号Ｓe）を受信アンテナＲx1～Ｒx6で受信する。エコー信号Ｓeは、送信波（ローカル信号ＳL）と混合され、これらの差の周波数を持つビート信号Ｓbが取り出される。送信アンテナＴx1～Ｔx3毎にビート信号ＳbはＡ／Ｄ変換される。信号処理部１１は、ＦＦＴ等によってビート信号Ｓbを信号処理し、ビート信号Ｓbに基づいて、物標までの距離と角度θの推定を行う。このとき、角度推定は、３つの送信アンテナＴx1～Ｔx3に応じたビート信号Ｓb、即ち３組のビート信号Ｓbを用いて実行される。本発明はこれに限らず、角度推定は、３つの送信アンテナＴx1～Ｔx3から送信信号Ｓtを複数回送信することによって、複数回繰り返し実行してもよい。

　図１では、送信アンテナ２Ａ，２Ｂは波長λの２倍（２λ）の間隔だけ離間した場合を例示している。送信アンテナ２Ａ，２Ｂから同時に送信信号Ｓtを送信した場合は、これらの合成波の位相中心は２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂの中央に位置する。このため、図３に示すように、仮想的な送信アンテナＴx1～Ｔx3が波長λの間隔をもって配置されたことと等価になる。

　受信アンテナ３Ａ，３Ｂで受信された信号は、送信アンテナＴx1～Ｔx3、受信アンテナ３Ａ，３Ｂそれぞれに対応する位相差がクロネッカ積される。これにより、図３に示すように、仮想的な受信アンテナＲx1～Ｒx6を配置したことと等価になる。このとき、受信アンテナＲx1～Ｒx6は、０．５λ間隔で均一に配置される。

　０．５λ間隔で均一に受信アンテナＲx1～Ｒx6を配置した場合、到来波の角度分解能は、受信アンテナＲx1～Ｒx6の素子数Ｎに対して２／Ｎ［rad］で計算される。従来技術では、送信アンテナ２Ａ，２Ｂからの同時送信を行わず、送信アンテナ２Ａからの送信と、送信アンテナ２Ｂからの送信とを行う。このため、送信アンテナ２Ａ，２Ｂ、受信アンテナ３Ａ，３Ｂを用いた場合には、仮想的な受信アンテナＲx1～Ｒx4の素子数Ｎは４素子になる。

　これに対し、本実施形態では、送信アンテナ２Ａからの送信と、送信アンテナ２Ｂからの送信とに加え、送信アンテナ２Ａ，２Ｂからの同時送信を行う。このため、仮想的な受信アンテナＲx1～Ｒx6の素子数Ｎは６素子になる。従って、従来技術に比べて、実際の送信アンテナ２Ａ，２Ｂ、受信アンテナ３Ａ，３Ｂ等を増加させることなく、１．５倍の角度分解能を得ることができる。

　かくして、本実施形態によるレーダ装置１では、送信処理部６は、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから互いに分離可能な送信信号Ｓtを送信するのに加え、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから互いに合成可能な送信信号Ｓtを同時に送信する。

　具体的には、送信処理部６は、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから互いに分離可能な送信信号Ｓtを送信する場合に、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから互いに異なるタイミングで送信信号Ｓtを送信する。

　これにより、レーダ装置１は、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂは順次切り替わって送信信号Ｓtを送信するのに加え、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂは同時に送信信号Ｓtを送信する。２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから同時に送信され、空間で合成された電波（合成波）の位相中心は、送信信号Ｓtが同相の場合、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂの中央になる。この結果、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂを用いる場合、送信信号Ｓtの位相中心は、送信アンテナ２Ａの位置と、送信アンテナ２Ｂの位置と、送信アンテナ２Ａ，２Ｂの中央位置の合計３か所に配置される。即ち、仮想的な３つの送信アンテナＴx1～Ｔx3を備えたことと等価になる。

　一般的に、ＭＩＭＯレーダ装置では、仮想アレーアンテナの受信アンテナの数は、送信アンテナ数と受信アンテナ数との積で決まる。これに対し、本実施形態では、仮想的な送信アンテナＴx1～Ｔx3の数を、実際の送信アンテナ２Ａ，２Ｂに比べて増加させることができる。このため、本実施形態では、実際の回路数を増やすことなく、仮想アレーアンテナの受信アンテナＲx1～Ｒx6の数を増加させることができる。この結果、エコー信号Ｓeの到来方向を推定する場合に、角度分解能を高めることができる。

　次に、図６を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の特徴は、受信アンテナが、複数の送信アンテナの間に配置されたことにある。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。

　第２の実施形態によるレーダ装置２１は、第１の実施形態によるレーダ装置１とほぼ同様に、送信アンテナ２Ａ，２Ｂと、受信アンテナ３Ａ，３Ｂと、レーダ信号処理用ＩＣ４と、を備えている。

　但し、第２の実施形態では、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂの間に受信アンテナ３Ａ，３Ｂが配置されている。送信アンテナ２Ａ，２Ｂは、Ｘ方向に対して予め決められた間隔寸法Ｌtをもって配置されている。間隔寸法Ｌtは、例えば送信信号Ｓtの波長λの２倍の値（２λ）に設定されている。受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、Ｘ方向に対して予め決められた間隔寸法Ｌrをもって配置されている。間隔寸法Ｌrは、例えば送信信号Ｓtの波長λの半分の値（０．５λ）に設定されている。なお、送信アンテナ２Ａ，２Ｂおよび受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、１列に並んで配置される必要はなく、例えばＸ方向と直交したＹ方向に位置ずれして配置されてもよい。

　かくして、このように構成された第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、第２の実施形態では、受信アンテナ３Ａ，３Ｂが、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂの間に配置されたから、送信アンテナ２Ａ，２Ｂおよび受信アンテナ３Ａ，３Ｂが占有する部分の面積を小さくすることができ、レーダ装置２１全体を小型化することができる。

　次に、図７および図８を用いて、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の特徴は、信号処理部は、送信アンテナが単独で送信信号を送信するときに、エコー信号の到来方向を推定することにある。なお、第３の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。

　第３の実施形態によるレーダ装置３１は、第１の実施形態によるレーダ装置１とほぼ同様に、送信アンテナ２Ａ，２Ｂと、受信アンテナ３Ａ，３Ｂと、レーダ信号処理用ＩＣ３２と、を備えている。レーダ信号処理用ＩＣ３２は、第１の実施形態によるレーダ信号処理用ＩＣ４とほぼ同様に構成され、ローカル発振器５と、送信処理部３３と、受信処理部９と、信号処理部３５と、を備えている。

　送信処理部３３は、ローカル発振器５から送られたローカル信号ＳLを、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから送信信号Ｓtとして送出させるための処理を行う。送信処理部３３は、スイッチ７Ａ，７Ｂと、パワーアンプ８Ａ，８Ｂと、移相器３４Ａ，３４Ｂと、を含んでいる。移相器３４Ａ，３４Ｂは、スイッチ７Ａ，７Ｂとパワーアンプ８Ａ，８Ｂとの間に接続されている。移相器３４Ａ，３４Ｂは、信号処理部３５からの位相制御信号Ｓpに基づいて、ローカル信号ＳLの位相を調整する。このため、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから送信される送信信号Ｓtは、互いに同じ位相（同相）になることもあり、互いに異なる位相になることもある。

　信号処理部３５は、第１の実施形態による信号処理部１１と同様に構成されている。信号処理部３５は、記憶部３５Ａを備えている。記憶部３５Ａには、図８に示す方位測定処理のプログラムが記憶されている。信号処理部３５は、記憶部３５Ａに記憶された方位測定処理のプログラムを実行する。記憶部３５Ａは、送信アンテナ２Ａから送信信号Ｓtを送信した場合と、送信アンテナ２Ｂから送信信号Ｓtを送信した場合と、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから送信信号Ｓtを同時に送信した場合とについて、これらのビート信号Ｓbを記憶する。

　信号処理部３５は、ローカル発振器５に対してチャープ制御信号Ｓcを送出する。信号処理部３５は、送信処理部３３に対して送信信号Ｓtの出力を制御するスイッチング制御信号Ｓsおよび位相制御信号Ｓpを出力する。また、信号処理部３５は、受信処理部９から出力されるビート信号Ｓbを用いて物標までの距離測定（測距）と方位測定を行う。

　次に、信号処理部３５による物標の方位測定処理について、図８を参照して説明する。

　図８中のステップＳ１１では、送信アンテナ２Ａから送信信号Ｓtを送信する。このとき、送信アンテナ２Ａは、仮想的な送信アンテナＴx1に対応する（図３参照）。送信アンテナＴx1からの送信信号Ｓtは、物標によって反射され、エコー信号Ｓe（反射波）が発生する。ステップＳ１２では、物標からのエコー信号Ｓeを、受信アンテナ３Ａ，３Ｂによって受信する。このとき、受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、仮想的な受信アンテナＲx1，Ｒx2に対応する。このため、信号処理部３５は、受信アンテナＲx1，Ｒx2が受信したエコー信号Ｓeに基づいて、ビート信号Ｓbを生成し、記憶部３５Ａに記憶する。

　続くステップＳ１３では、送信アンテナ２Ｂから送信信号Ｓtを送信する。このとき、送信アンテナ２Ｂは、仮想的な送信アンテナＴx2に対応する（図３参照）。送信アンテナＴx2からの送信信号Ｓtは、物標によって反射され、エコー信号Ｓeが発生する。ステップＳ１４では、物標からのエコー信号Ｓeを、受信アンテナ３Ａ，３Ｂによって受信する。このとき、受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、仮想的な受信アンテナＲx3，Ｒx4に対応する。このため、信号処理部３５は、受信アンテナＲx3，Ｒx4が受信したエコー信号Ｓeに基づいて、ビート信号Ｓbを生成し、記憶部３５Ａに記憶する。

　続くステップＳ１５では、信号処理部３５は、記憶部３５Ａに記憶されたビート信号Ｓbに基づいて、物標が存在する方向（Ｙ方向に対して角度θ）を算出する。このとき、記憶部３５Ａには、受信アンテナＲx1～Ｒx4が受信したエコー信号Ｓeに基づくビート信号Ｓbが記憶されている。このため、信号処理部３５は、例えばこれら４つのビート信号Ｓb間に生じる位相差に基づいて、角度θを推定する。

　続くステップＳ１６では、信号処理部３５は、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから送信信号Ｓtを同時に送信するか否かを判定する。ステップＳ１５で、物標が検出されなかった場合には、角度θの精度を向上させる必要がない。この場合、ステップＳ１６で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。

　一方、ステップＳ１５で、物標が検出された場合には、角度θの精度を向上させる必要がある。このため、ステップＳ１６で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１７に移行する。

　ステップＳ１７では、ステップＳ１５での物標の検出結果、即ちエコー信号Ｓeの到来方向の推定結果に基づいて、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから送信する送信信号Ｓtの位相をそれぞれ設定する。例えばステップＳ１５で複数の物標が検出された場合、測定不要な対象が含まれることがある。また、複数の物標の中に自動追尾中の対象が含まれることもある。このため、測定が不要な対象を除外し、測定が必要な対象に向けて送信アンテナ２Ａ，２Ｂから送信信号Ｓtを放射するために、送信信号Ｓtの位相を調整する。

　続くステップＳ１８では、送信アンテナ２Ａ，２Ｂから同相の送信信号Ｓtを同時に送信する。送信アンテナ２Ａ，２Ｂから同時に送信信号Ｓtを送信した場合、送信信号Ｓtの位相に応じて、送信信号Ｓtの放射方向が調整される。このとき、送信アンテナ２Ａ，２Ｂは、仮想的な送信アンテナＴx3に対応する（図３参照）。送信アンテナＴx3からの送信信号Ｓtは、物標によって反射され、エコー信号Ｓeが発生する。ステップＳ１９では、物標からのエコー信号Ｓeを、受信アンテナ３Ａ，３Ｂによって受信する。このとき、受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、仮想的な受信アンテナＲx5，Ｒx6に対応する。このため、信号処理部３５は、受信アンテナＲx5，Ｒx6が受信したエコー信号Ｓeに基づいて、ビート信号Ｓbを生成し、記憶部３５Ａに記憶する。

　ステップＳ２０では、信号処理部３５は、記憶部３５Ａに記憶されたビート信号Ｓbに基づいて、物標が存在する方向（Ｙ方向に対して角度θ）を算出する。このとき、記憶部３５Ａには、受信アンテナＲx1～Ｒx6が受信したエコー信号Ｓeに基づくビート信号Ｓbが記憶されている。このため、信号処理部３５は、例えばこれら６つのビート信号Ｓb間に生じる位相差に基づいて、角度θを推定する。ステップＳ２０が終了すると、ステップＳ１１以降を繰り返す。

　かくして、このように構成された第３の実施形態においても、前述した第１の実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、第３の実施形態では、信号処理部３５は、送信アンテナ２Ａ，２Ｂがそれぞれ単独で送信信号Ｓtを送信するときに、エコー信号Ｓeの到来方向を推定する。このため、物標が検出されない場合は、送信アンテナ２Ａ，２Ｂが送信信号Ｓtを同時に送信する処理を省くことができる。このため、信号処理部３５による計算時間や消費電力を削減することができる。

　また、送信処理部３３は、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから同時に送信信号Ｓtを送信するときに、到来方向の推定結果に応じて、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから送信する２つの送信信号Ｓtの間に位相差を設ける。このため、２つの送信信号Ｓtが合成された合成波の方向を、位相差に応じて例えばＹ方向から傾斜させることができる。従って、合成波の指向性の半値角が狭くなった場合でも、合成波の指向性を調整することができ、方位の計測な必要な物標に向けて、合成波（送信信号Ｓt）を放射することができる。

　なお、前記各実施形態では、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから互いに分離可能な送信信号Ｓtを送信する場合に、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから互いに異なるタイミングで送信信号Ｓtを送信するものとした。本発明はこれに限らず、例えば、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから互いに直交した送信信号を送信する場合には、２つの送信アンテナ２Ａ，２Ｂから同時に送信信号を送信しても、これらの送信信号を分離することができる。互いに直交した送信信号は、例えば水平偏波と垂直偏波でもよく、直交符号によって変調した信号でもよい。

　前記各実施形態では、送信アンテナ２Ａ，２Ｂ、受信アンテナ３Ａ，３Ｂは、それぞれ単一のアンテナ素子によって構成した場合を例示した。本発明はこれに限らず、送信アンテナ、受信アンテナは、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナによって構成してもよい。

　前記各実施形態では、２次元平面における物標の位置を推定するレーダ装置１，２１，３１を例に挙げて説明したが、３次元空間における物標の位置を推定するレーダ装置に適用してもよい。

　前記各実施形態で記載した具体的な数値は、一例を示したものであり、例示した値に限らない。これらの数値は、例えば適用対象の仕様に応じて適宜設定される。

　前記各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

　次に、上記の実施形態に含まれる発明について記載する。本発明は、複数の送信アンテナと、少なくとも１つの受信アンテナと、ローカル信号を発振するローカル発振器と、前記ローカル信号に基づく送信信号を前記送信アンテナから送信する送信処理部と、前記受信アンテナが受信した、前記送信信号の物標での反射によるエコー信号と、前記ローカル信号とから、ビート信号を出力する受信処理部と、前記ビート信号に対する信号処理を行う信号処理部と、を備えたレーダ装置であって、前記送信処理部は、複数の前記送信アンテナから互いに分離可能な前記送信信号を送信するのに加え、複数の前記送信アンテナから互いに合成可能な前記送信信号を同時に送信することを特徴としている。

　このように構成したことにより、複数の送信アンテナから同時に送信され、空間で合成された合成波の位相中心は、複数の送信アンテナの中央になる。この結果、仮想的な送信アンテナの数を、実際の送信アンテナの数に比べて増加させることができるから、実際の回路数を増やすことなく、仮想アレーアンテナの受信アンテナの数を増加させることができる。この結果、エコー信号の到来方向を推定する場合に、角度分解能を高めることができる。

　本発明では、前記送信処理部は、複数の前記送信アンテナから互いに分離可能な前記送信信号を送信する場合に、複数の前記送信アンテナから互いに異なるタイミングで前記送信信号を送信することを特徴としている。これにより、複数の前記送信アンテナから時分割された送信信号を送信することができ、これらの送信信号を分離させることができる。

　本発明では、前記受信アンテナは、複数の前記送信アンテナの間に配置されたことを特徴としている。これにより、送信アンテナおよび受信アンテナが占有する部分の面積を小さくすることができ、レーダ装置全体を小型化することができる。

　本発明では、前記信号処理部は、前記送信アンテナが単独で前記送信信号を送信するときに、前記エコー信号の到来方向を推定することを特徴としている。これにより、物標が検出されない場合は、複数の送信アンテナが送信信号を同時に送信する処理を省くことができる。このため、信号処理部による計算時間や消費電力を削減することができる。

　本発明では、前記送信処理部は、複数の前記送信アンテナから同時に前記送信信号を送信するときに、前記到来方向の推定結果に応じて、複数の前記送信アンテナから同時に送信する複数の前記送信信号の間に位相差を設けることを特徴としている。

　このため、複数の送信信号が合成された合成波の方向を、位相差に応じて調整することができる。従って、合成波の指向性の半値角が狭くなった場合でも、合成波の指向性を調整することができ、方位の計測な必要な物標に向けて、送信信号を放射することができる。

　１，２１，３１　レーダ装置
　２Ａ，２Ｂ　送信アンテナ
　３Ａ，３Ｂ　受信アンテナ
　４，３２　レーダ信号処理用ＩＣ
　５　ローカル発振器
　６，３３　送信処理部
　９　受信処理部
　１１，３５　信号処理部

Claims

　複数の送信アンテナと、
　少なくとも１つの受信アンテナと、
　ローカル信号を発振するローカル発振器と、
　前記ローカル信号に基づく送信信号を前記送信アンテナから送信する送信処理部と、
　前記受信アンテナが受信した、前記送信信号の物標での反射によるエコー信号と、前記ローカル信号とから、ビート信号を出力する受信処理部と、
　前記ビート信号に対する信号処理を行う信号処理部と、を備えたレーダ装置であって、
　前記送信処理部は、複数の前記送信アンテナから互いに分離可能な前記送信信号を送信するのに加え、複数の前記送信アンテナから互いに合成可能な前記送信信号を同時に送信することを特徴とするレーダ装置。
　前記送信処理部は、複数の前記送信アンテナから互いに分離可能な前記送信信号を送信する場合に、複数の前記送信アンテナから互いに異なるタイミングで前記送信信号を送信することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
　前記受信アンテナは、複数の前記送信アンテナの間に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
　前記信号処理部は、前記送信アンテナが単独で前記送信信号を送信するときに、前記エコー信号の到来方向を推定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレーダ装置。
　前記送信処理部は、複数の前記送信アンテナから同時に前記送信信号を送信するときに、前記到来方向の推定結果に応じて、複数の前記送信アンテナから同時に送信する複数の前記送信信号の間に位相差を設けることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。