WO2022064601A1 - レーダー装置及びレーダーシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、レーダー装置の台数を増やすことなく検出範囲を拡大することを目的とする。本例のレーダー装置であって、所定の軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第１の送受信アンテナ（１０４－１，１０５－１）と、第１の送受信アンテナと同じ軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第２の送受信アンテナ（１０４－２，１０５－２）とを備え、第１の送受信アンテナと第２の送受信アンテナは、回転軸に直交するアンテナ回転平面におけるアンテナ方向が互いに異なり、且つ、アンテナ回転平面に対するアンテナ傾きが互いに異なる。

Description

レーダー装置及びレーダーシステム

　本発明は、所定の検出範囲内に存在する物体を検出するレーダー装置に関する。

　マイクロ波やミリ波帯などを用いたレーダー装置として、図１のような構造のＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous-Wave）レーダー装置がある。
　図１のレーダー装置１００は、電力分配器１０２、送信電力増幅器１０３、送信アンテナ１０４、受信アンテナ１０５、受信電力増幅器１０６、混合器１０７を含む送受信機１２０を備えると共に、送受信機１２０に供給する送信レーダー信号（ＦＭＣＷ信号）を発生するＦＭＣＷ送信源（レーダー送信源）１０１と、送受信機１２０からの受信レーダー信号を処理する信号処理部１０８を備える。

　ＦＭＣＷ送信源１０１は、信号処理部１０８による制御の下で、周波数変調された送信レーダー信号を送受信機１２０へ供給する。送受信機１２０は、ＦＭＣＷ送信源１０１から供給された送信レーダー信号を送信電力増幅器１０３で増幅し、送信アンテナ１０４からレーダー波を発射する。送信アンテナ１０４から発射されるレーダー波は指向性を有しており、以下では「アンテナビーム」と称する。レーダー装置１００の検出範囲内に物体Ｔ（反射物）が存在する場合には、アンテナビームが物体Ｔで反射される。

　送受信機１２０は、物体Ｔからの反射波を受信アンテナ１０５で受信すると、その受信レーダー信号を受信電力増幅器１０６で増幅した後、電力分配器１０２にて分配された送信レーダー信号成分と混合器１０７でミキシングしてＩＦ信号に変換する。信号処理部１０８は、送受信機１２０から出力される受信レーダー信号をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換した後、物体検出処理を含む各種の信号処理を施す。その結果として、物体Ｔによる反射受信電力（反射波電力）、物体Ｔまでの距離、また、物体Ｔが移動している場合の速度（レーダー装置１００に対する相対速度）等のレーダー検出結果が得られる。

　このようなレーダー装置に関し、これまでに種々の発明が提案されている。例えば、特許文献１には、レーダー装置の検出範囲内で移動体が検出された場合に、移動体による反射受信電力が所定閾値を超えた時点から、移動体の移動速度に基づいて算出された時間が経過するまで、レーダー装置の動作を停止する発明が開示されている。

国際公開２０１８／２３５３９７号

　レーダー装置の使用用途として、道路や滑走路などの路面上に存在する物体を検出する用途がある。道路や滑走路上には通常、落下物や放置物などの反射物は存在しない。そのため、レーダー装置は、反射物が存在しない検出範囲に対してアンテナビームを発射し続け、何らかの反射物が検出範囲内に現れた場合にのみ受信波（反射波）が得られ、その物体が検出される。

　図２には、図１のレーダー装置１００を備えたレーダーシステムの概要を示してある。図２のレーダーシステムは、所定の検出範囲に向けてアンテナビームを発射するレーダー装置１００と、制御室や監視室などに設置されたレーダー監視装置１５０及び表示装置１６０を備えている。レーダー装置１００は、検出範囲に向けて発射したアンテナビームの反射波を受信し、物体検出処理を行った結果のデータをレーダー監視装置１５０に出力する。レーダー監視装置１５０は、レーダー装置１００から出力されたデータに基づいて、検出範囲内に存在する物体（落下物や放置物）の検出情報を表示装置１６０に表示させる。なお、図示を省略してあるが、レーダー監視装置１５０には複数のレーダー装置１００が接続され得る。

　レーダー装置１００の検出範囲は、送受信アンテナ（送信アンテナ１０４及び受信アンテナ１０５）のアンテナビーム範囲によって定められる。ここで、図２に示すように、検出範囲となる路面１と路面２が併設されている場合を考える。この場合、図３に示すように、アンテナビーム範囲を路面１に対して設定すると、路面１上に存在する物体は検出できるが、路面１に併設された路面２上に存在する物体は検出できない。若しくは、アンテナビーム範囲が路面２に対して最適な角度に設定されていないので、路面２上に存在する物体の検出を最適な条件で行えない。このため、路面２上に存在する物体を適切に検出できるようにするには、別のレーダー装置を追加で設置する必要があった。

　本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、レーダー装置の台数を増やすことなく検出範囲を拡大することが可能な技術を提案することを目的とする。

　本発明では、上記の目的を達成するために、レーダー装置を以下のように構成した。
　すなわち、本発明に係るレーダー装置は、所定の検出範囲内に存在する物体を検出するレーダー装置であって、所定の軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第１の送受信アンテナと、第１の送受信アンテナと同じ軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第２の送受信アンテナとを備え、第１の送受信アンテナと第２の送受信アンテナは、回転軸に直交する回転平面におけるアンテナ方向が互いに異なり、且つ、回転平面に対するアンテナ傾きが互いに異なることを特徴とする。

　ここで、第１の送受信アンテナと第２の送受信アンテナは、レーダー波の発射及び反射波の受信を行う期間が互いに異ならせてあってもよい。

　また、レーダー装置は、第１の送受信アンテナ又は第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を発生するレーダー送信源と、第１の送受信アンテナ又は第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号に基づく物体検出処理を行う信号処理部とを備えてもよい。

　また、レーダー装置は、第１の送受信アンテナ又は第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を発生するレーダー送信源と、第１の送受信アンテナ又は第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号に基づく物体検出処理を行う信号処理部とを備えたレーダー監視装置に接続されてもよい。

　また、レーダー装置は、第１の送受信アンテナ、第１の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を増幅する第１の送信電力増幅器、及び、第１の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号を増幅する第１の受信電力増幅器を有する第１の送受信機と、第２の送受信アンテナ、第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を増幅する第２の送信電力増幅器、及び、第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号を増幅する第２の受信電力増幅器を有する第２の送受信機と、レーダー送信源により発生された送信レーダー信号を、第１の送信電力増幅器又は第２の送信電力増幅器のいずれかに対して選択的に出力する第１のスイッチと、第１の送信電力増幅器で増幅された受信レーダー信号又は第２の送信電力増幅器で増幅された受信レーダー信号のいずれかを、信号処理部に対して選択的に出力する第２のスイッチとを備えてもよい。

　また、レーダー装置は、第１の送受信アンテナ又は第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を増幅する送信電力増幅器と、第１の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号又は第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号を増幅する受信電力増幅器と、送信電力増幅器により増幅された送信レーダー信号を、第１の送受信アンテナ又は第２の送受信アンテナのいずれかに対して選択的に出力する第１のスイッチと、第１の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号又は第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号のいずれかを、受信電力増幅器に対して選択的に出力する第２のスイッチとを備えてもよい。

　本発明によれば、レーダー装置の台数を増やすことなく検出範囲を拡大することが可能となる。

従来技術に係るレーダー装置の構成例を示す図である。 図１のレーダー装置を備えたレーダーシステムの概要を示す図である。 図１のレーダー装置のアンテナビーム範囲について説明する図である。 図１のレーダー装置のアンテナビーム範囲の時間的な変化を示す図である。 図１のレーダー装置の全体的なアンテナビーム範囲について説明する図である。 図１のレーダー装置におけるレーダー動作の実施タイミングについて説明する図である。 本発明の第１実施形態に係るレーダー装置の構成例を示す図である。 図７のレーダー装置における第１の送受信機のアンテナビーム範囲について説明する図である。 図７のレーダー装置における第２の送受信機のアンテナビーム範囲について説明する図である。 図７のレーダー装置における第１の送受信機の時刻Ｔ＝ａにおけるアンテナビーム範囲を示す図である。 図７のレーダー装置における第１の送受信機の時刻Ｔ＝ｂにおけるアンテナビーム範囲を示す図である。 図７のレーダー装置における第１の送受信機の時刻Ｔ＝ｃにおけるアンテナビーム範囲を示す図である。 図７のレーダー装置における第２の送受信機の時刻Ｔ＝ｃにおけるアンテナビーム範囲を示す図である。 図７のレーダー装置における第２の送受信機の時刻Ｔ＝ｄにおけるアンテナビーム範囲を示す図である。 図７のレーダー装置における第２の送受信機の時刻Ｔ＝ｅにおけるアンテナビーム範囲を示す図である。 図７のレーダー装置における第１の送受信機の全体的なアンテナビーム範囲について説明する図である。 図７のレーダー装置における第２の送受信機の全体的なアンテナビーム範囲について説明する図である。 図７のレーダー装置における第１の送受信機におけるレーダー動作の実施タイミングについて説明する図である。 図７のレーダー装置における第２の送受信機におけるレーダー動作の実施タイミングについて説明する図である。 本発明の第２実施形態に係るレーダー装置の構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るレーダー装置における第１の送受信機のアンテナビーム範囲について説明する図である。 本発明の第３実施形態に係るレーダー装置における第２の送受信機のアンテナビーム範囲について説明する図である。 本発明の第３実施形態に係るレーダー装置における第３の送受信機のアンテナビーム範囲について説明する図である。 本発明の第４実施形態に係るレーダー装置における第１の送受信機の全体的なアンテナビーム範囲について説明する図である。 本発明の第４実施形態に係るレーダー装置における第２の送受信機の全体的なアンテナビーム範囲について説明する図である。 本発明の第４実施形態に係るレーダー装置におけるレーダー動作の実施タイミングについて説明する図である。 本発明の第５実施形態に係るレーダー装置における第１の送受信機の全体的なアンテナビーム範囲について説明する図である。 本発明の第５実施形態に係るレーダー装置における第２の送受信機の全体的なアンテナビーム範囲について説明する図である。 本発明の第５実施形態に係るレーダー装置における第２の送受信機の全体的なアンテナビーム範囲について説明する図である。 本発明の第５実施形態に係るレーダー装置におけるレーダー動作の実施タイミングについて説明する図である。

　本発明の実施形態の説明に先立ち、従来技術に係るレーダー装置について更に説明する。図２、図３の例では、レーダー装置１００の前方に位置する路面を検出範囲としている。ここで、レーダー装置１００の送受信機１２０は、水平面に対して３６０°（度）の連続回転をしながら、送信アンテナ１０４からアンテナビームを発射し、反射波を受信アンテナ１０５で受信する。以下では、送受信アンテナの回転軸に直交する平面を、アンテナ回転平面と称する。

　図４には、レーダー装置１００のアンテナビーム範囲の時間的な変化を示してある。ｒ１は時刻Ｔ＝ａでのアンテナビーム範囲を示し、ｒ２は時刻Ｔ＝ｂでのアンテナビーム範囲を示し、ｒ３は時刻Ｔ＝ｃでのアンテナビーム範囲を示し、ｒ４は時刻Ｔ＝ｄでのアンテナビーム範囲を示している。このように、レーダー装置１００のアンテナビーム範囲は、レーダー装置１００を中心に反時計回りに回転移動する。したがって、レーダー装置１００による全体的なアンテナビーム範囲は、図５のような輪環型の形状となる。

　ここで、路面１を検出範囲に設定した場合、送受信機１２０のアンテナ方向が路面側となるＴ＝ａからＴ＝ｃまでの期間に、物体検出処理を実行すればよい。一方、Ｔ＝ｃからＴ＝ｅ（アンテナビーム範囲がｒ１に戻る時刻）までの期間は、送受信機１２０のアンテナ方向が路面とは反対側になって検出範囲から外れる。このため、Ｔ＝ｃからＴ＝ｅまでの期間は物体検出処理を行う必要が無く、物体検出処理を行ってもその結果は無視される。つまり、レーダー装置１００は、送受信機１２０の３６０°の連続回転のうち、およそ１８０°の範囲でレーダー動作を行うが、残り１８０°の範囲ではレーダー動作を行わない。

　図６に示すように、送受信機１２０が１回転するＴ＝ａからＴ＝ｅまでの期間において、レーダー装置１００が路面１の監視のためにレーダー動作を行うのは、Ｔ＝ａからＴ＝ｃまでの期間に限られる。残りのＴ＝ｃからＴ＝ｅまでの期間は、路面方向に対するアンテナビームの送信及び反射波の受信ができず、必要な情報が得られないからレーダー動作を行わないに過ぎない。しかしながら、Ｔ＝ｃからＴ＝ｅまでの期間であっても、路面方向に対するアンテナビームの送信及び反射波の受信ができれば、路面１の監視のためにレーダー動作を行うことが可能である。

　そこで、本発明では、１台のレーダー装置が２つ以上の送受信アンテナを備えることで、従来技術ではレーダー動作を実施していなかった回転角度でも物体検出処理を行えるようにしている。
　以下、本発明の一実施形態に係るレーダー装置について具体的に説明する。

（第１実施形態）
　図７には、本発明の第１実施形態に係るレーダー装置の構成例を示してある。ここでは、図１のレーダー装置１００との相違点について主に説明し、重複する説明は省略することとする。第１実施形態に係るレーダー装置２００は、第１の送受信機１２０－１と、第２の送受信機１２０－２を備える。第１の送受信機１２０－１は、電力分配器１０２－１、送信電力増幅器１０３－１、送信アンテナ１０４－１、受信アンテナ１０５－１、受信電力増幅器１０６－１、混合器１０７－１を有する。第２の送受信機１２０－２は、電力分配器１０２－２、送信電力増幅器１０３－２、送信アンテナ１０４－２、受信アンテナ１０５－２、受信電力増幅器１０６－２、混合器１０７－２を有する。第１の送受信機１２０－１及び第２の送受信機１２０－２は、切り替えスイッチ２０１を介してＦＭＣＷ送信源１０１と接続されると共に、切り替えスイッチ２０２を介して信号処理部１０８と接続される。

　第１の送受信機１２０－１のアンテナ（１０４－１，１０５－１）は、図８Ａに示すように、併設された路面１及び路面２のうち、レーダー装置２００に近い側にある路面１にアンテナビームの焦点が合うように設定される。第２の送受信機１２０－２のアンテナ（１０４－２，１０５－２）は、図８Ｂに示すように、レーダー装置２００に離れた側にある路面２にアンテナビームの焦点が合うように設定される。ここで、アンテナ回転平面（本例では水平面）に対する第１の送受信機１２０－１のアンテナ傾きをθ１とし、アンテナ回転平面に対する第２の送受信機１２０－２のアンテナ傾きをθ２とすると、θ１＞θ２となる。つまり、第１の送受信機１２０－１のアンテナと第２の送受信機１２０－２のアンテナは、アンテナ回転平面に対するアンテナ傾きが互いに異なるように設けられている。

　図９Ａ～図９Ｃには、第１の送受信機１２０－１によるアンテナビーム範囲の時間的な変化を示してある。また、図１０Ａ～図１０Ｃには、第２の送受信機１２０－２によるアンテナビーム範囲の時間的な変化を示してある。ここでは、第１の送受信機１２０－１のアンテナと第２の送受信機１２０－２のアンテナが、アンテナ回転平面におけるアンテナ方向が互いに逆向きになるように設けられている。つまり、第１の送受信機１２０－１と第２の送受信機１２０－２は、互いに背中合わせに設けられている。

　図９Ａは、第１の送受信機１２０－１がレーダー動作を開始する時刻Ｔ＝ａでのアンテナビーム範囲ｒ１を示している。図９Ｂは、第１の送受信機１２０－１が反時計回りに９０°回転して路面１に正対した時刻Ｔ＝ｂでのアンテナビーム範囲ｒ２を示している。第１の送受信機１２０－１は、時刻Ｔ＝ｂで路面１に対してアンテナビームが最適になるように調整されている。図９Ｃは、第１の送受信機１２０－１が更に回転し、時刻Ｔ＝ａでの向きに対して１８０°回転した時刻Ｔ＝ｃでのアンテナビーム範囲ｒ３を示している。このタイミングで第１の送受信機１２０－１がレーダー動作を停止し、第２の送受信機１２０－２がレーダー動作を開始する。

　図１０Ａは、第２の送受信機１２０－２がレーダー動作を開始する時刻Ｔ＝ｃでのアンテナビーム範囲ｓ１を示している。図１０Ｂは、第２の送受信機１２０－２が反時計回りに９０°回転して路面２に正対した時刻Ｔ＝ｄでのアンテナビーム範囲ｓ２を示している。第２の送受信機１２０－２は、時刻Ｔ＝ｄで路面２に対してアンテナビームが最適になるように調整されている。図１０Ｃは、第２の送受信機１２０－２が更に回転し、時刻Ｔ＝ｃでの向きに対して１８０°回転した時刻Ｔ＝ｅでのアンテナビーム範囲ｓ３を示している。このタイミングで第２の送受信機１２０－２がレーダー動作を停止し、第１の送受信機１２０－１がレーダー動作を開始する。

　以降も同様に、第１の送受信機１２０－１及び第２の送受信機１２０－２は、１８０°回転する毎にレーダー動作の開始／停止を繰り返す。つまり、レーダー動作を行う送受信機１２０を１８０°回転する毎に切り替えることで、路面１と路面２を交互に監視することが可能となる。なお、第１の送受信機１２０－１の送信電力及びアンテナ条件を路面１に対して最適になるように設定し、第２の送受信機１２０－２の送信電力及びアンテナ条件を路面２に対して最適になるように設定することで、路面１と路面２の両方を最適条件で監視することが可能となる。

　図１１Ａには、第１の送受信機１２０－１の全体的なアンテナビーム範囲を示してあり、図１１Ｂには、第２の送受信機１２０－２の全体的なアンテナビーム範囲を示してある。また、図１２Ａには、第１の送受信機１２０－１におけるレーダー動作の実施タイミングを示してあり、図１２Ｂには、第２の送受信機１２０－２におけるレーダー動作の実施タイミングを示してある。

　図１１Ａ及び図１２Ａに示すように、Ｔ＝ａからＴ＝ｃまでの期間は、第１の送受信機１２０－１が路面１を監視する。また、図１１Ｂ及び図１２Ｂに示すように、Ｔ＝ｃからＴ＝ｅまでの期間は、第２の送受信機１２０－２が路面２を監視する。このように、従来技術では、送受信機が３６０°回転するうちの１８０°の範囲でしか有意な検出結果を得ることはできなかった（図５及び図６参照）が、本発明によれば、送受信機が３６０°回転する全ての期間において有意な検出結果を得ることができる。

　ここで、図７に戻り、第１の送受信機１２０－１と第２の送受信機１２０－２の切り替え方について説明する。図７のレーダー装置２００は、使用する送受信機を切り替えスイッチ２０１，２０２により切り替える。具体的には、ＦＭＣＷ送信源１０１からの送信レーダー信号の出力先を、切り替えスイッチ２０１により、第１の送受信機１２０－１又は第２の送受信機１２０－２のいずれかに選択的に切り替える。また、信号処理部１０８で処理する受信レーダー信号の入力元を、切り替えスイッチ２０２により、第１の送受信機１２０－１又は第２の送受信機１２０－２のいずれかに選択的に切り替える。このような構成により、ＦＭＣＷ送信源１０１と信号処理部１０８を２つの送受信機１２０－１，１２０－２で共有できるので、レーダー装置の台数を増やすことなく検出範囲を拡大することが可能となる。

　以上のように、第１実施形態にて例示したレーダー装置は、所定の軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第１の送受信アンテナ（１０４－１，１０５－１）と、第１の送受信アンテナと同じ軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第２の送受信アンテナ（１０４－２，１０５－２）とを備え、第１の送受信アンテナと第２の送受信アンテナは、回転軸に直交するアンテナ回転平面におけるアンテナ方向が互いに異なり、且つ、アンテナ回転平面に対するアンテナ傾きが互いに異なるように設けられている。

　したがって、本例のレーダー装置によれば、従来技術では検出範囲から外れていた回転角度でも物体検出処理を行えるので、レーダー装置の台数を増やすことなく検出範囲を拡大することが可能である。また、第１の送受信アンテナと第２の送受信アンテナでアンテナ角度や送信電力などの設定を異ならせることで、各々の検出範囲に対して最適な条件で物体検出処理を行うことができる。

　また、本例のレーダー装置では、第１の送受信アンテナがレーダー波の発射及び反射波の受信を行う期間と、第２の送受信アンテナがレーダー波の発射及び反射波の受信を行う期間とが互いに異なるようにしてある。したがって、第１の送受信アンテナと第２の送受信アンテナは、レーダー波の発射及び反射波の受信を行えない期間を互いに補い合うように動作することができる。

（第２実施形態）
　本発明に係るレーダー装置は、図７に示した構成とは別の構成により実現することも可能である。図１３には、本発明の第２実施形態に係るレーダー装置３００の構成例を示してある。第２実施形態に係るレーダー装置３００は、第１のアンテナユニット３２０－１と、第２のアンテナユニット３２０－２を備える。第１のアンテナユニット３２０－１は、送信アンテナ１０４－１、受信アンテナ１０５－１を有する。第２のアンテナユニット３２０－２は、送信アンテナ１０４－２、受信アンテナ１０５－２を有する。第１のアンテナユニット３２０－１及び第２のアンテナユニット３２０－２は、切り替えスイッチ３０１を介して送信電力増幅器１０３と接続されると共に、切り替えスイッチ３０２を介して受信電力増幅器１０６と接続される。

　図１３のレーダー装置３００は、使用するアンテナユニットを切り替えスイッチ３０１，３０２により切り替える。具体的には、受信電力増幅器１０６により増幅された送信レーダー信号の出力先を、切り替えスイッチ３０１により、第１のアンテナユニット３２０－１又は第２のアンテナユニット３２０－２のいずれかに選択的に切り替える。また、受信電力増幅器１０６で増幅する受信レーダー信号の入力元を、切り替えスイッチ３０２により、第１のアンテナユニット３２０－１又は第２のアンテナユニット３２０－２のいずれかに選択的に切り替える。このような構成により、レーダー装置の台数を増やすことなく検出範囲を拡大できるとともに、図７のレーダー装置２００よりも部品点数を削減することが可能となる。

（第３実施形態）
　これまでの説明では、２つの送受信機１２０（又はアンテナユニット３２０）を設ける構成について説明したが、３つ以上の送受信機１２０（又はアンテナユニット３２０）を設けるようにしてもよい。
　図１４Ａ～１４Ｃには、第３実施形態に係るレーダー装置４００のアンテナビーム範囲を示してある。ここで、第３実施形態に係るレーダー装置４００は、３つの送受信機１２０－１，１２０－２，１２０－３を備えている。また、検出範囲となる路面１、路面２、路面３が併設されているとする。

　第１の送受信機１２０－１のアンテナは、図１４Ａに示すように、併設された路面１、路面２、路面３のうち、レーダー装置４００に最も近い路面１にアンテナビームの焦点が合うように設定される。第２の送受信機１２０－２のアンテナは、図１４Ｂに示すように、真ん中にある路面２にアンテナビームの焦点が合うように設定される。第３の送受信機１２０－３のアンテナは、図１４Ｃに示すように、レーダー装置４００から最も離れた路面３にアンテナビームの焦点が合うように設定される。ここで、アンテナ回転平面（本例では水平面）に対する送受信機１２０－１，１２０－２，１２０－３のそれぞれのアンテナ傾きをθ１，θ２，θ３とすると、θ１＞θ２＞θ３となる。つまり、第１の送受信機１２０－２、第２の送受信機１２０－２及び第３の送受信機１２０－３の各アンテナは、アンテナ回転平面に対するアンテナ傾きが互いに異なるように設けられている。

　なお、図示は省略するが、３つの送受信機１２０－１，１２０－２，１２０－３は、アンテナ回転平面におけるアンテナ方向が１２０°ずつ異なるように設けられている。また、３つの送受信機１２０－１，１２０－２，１２０－３は、１２０°回転する毎にレーダー動作を行う送受信機１２０を切り替えることで、路面１、路面２、路面３を順番に監視する。このように、レーダー装置４００の前方に３つの路面が併設されている場合には、各路面に適した送信電力およびアンテナ条件等を有する３つの送受信機１２０－１，１２０－２，１２０－３を使用することで、各路面を最適条件で監視することが可能となる。

（第４実施形態）
　これまでの説明は、複数の送受信機を備えた１つのレーダー装置を、複数の路面（検出範囲）を監視する用途で使用しているが、レーダー検出結果の表示更新時間を短縮する用途で使用することも可能である。
　図１５Ａ及び図１５Ｂには、本発明の第４実施形態に係るレーダー装置５００の全体的なアンテナビーム範囲を示してある。図８Ａ及び図８Ｂ（第１実施形態）では、２つの送受信機１２０－１，１２０－２がそれぞれ別の路面を監視していたが、第４実施形態に係るレーダー装置５００は、２つの送受信機１２０－１，１２０－２を用いて同じ路面を監視する。すなわち、第１の送受信機１２０－１のアンテナと第２の送受信機１２０－２のアンテナは、アンテナ回転平面に対するアンテナ傾きを互い一致させてある。

　そして、図１５Ａに示すように、Ｔ＝ａからＴ＝ｃまでの期間は第１の送受信機１２０－１が路面１を監視する。また、図１５Ｂに示すように、Ｔ＝ｃからＴ＝ｅまでの期間は第２の送受信機１２０－２が路面１を監視する。以降は、第１の送受信機１２０－１と第２の送受信機１２０－２が交互に同じ路面１を監視する。図１６には、第４実施形態における第１の送受信機１２０－１と第２の送受信機１２０－２のレーダー動作の実施タイミングを示してある。

　従来技術の図６のように、１つの送受信機を３６０°回転させながら路面を監視する場合、Ｔ＝ｃからＴ＝ｅまでの期間はレーダー動作を実施できないので、この期間は路面１を監視できなかった。これに対し、第４実施形態では、Ｔ＝ｃからＴ＝ｅまでの期間は第２の送受信機１２０－２がレーダー動作を実施するので、この期間でも路面１を監視することができる。その結果、第１の送受信機１２０－１によるレーダー検出結果だけでなく、第２の送受信機１２０－２によるレーダー検出結果も表示装置１６０に表示できるようになるので、レーダー検出結果の表示更新時間を送受信機が１つの場合に比べて１／２に短縮することができる。このため、第４実施形態に係るレーダー装置５００は、よりリアルタイム性が要求されるような用途において有用である。

（第５実施形態）
　図１７Ａ～図１７Ｃには、本発明の第５実施形態に係るレーダー装置６００の全体的なアンテナビーム範囲を示してある。第５実施形態に係るレーダー装置６００は、３つの送受信機１２０－１，１２０－２，１２０－３を用いて同じ路面を監視する。これにより、レーダー検出結果の表示更新時間の更なる短縮を図る。

　すなわち、図１７Ａに示すように、送受信機が１回転するまでの期間を三等分したうちの最初の期間（Ｔ＝ａからＴ＝ｄまで）は第１の送受信機１２０－１が路面１を監視する。また、図１７Ｂに示すように、次の期間（Ｔ＝ｄからＴ＝ｇまで）は第２の送受信機１２０－２が路面１を監視する。また、図１７Ｃに示すように、その次の期間（Ｔ＝ｇからＴ＝ｊまで）は第３の送受信機１２０－３が路面１を監視する。

　以降は、第１の送受信機１２０－１、第２の送受信機１２０－２、第３の送受信機１２０－３が順番に同じ路面１を監視する。図１８には、第５実施形態における第１の送受信機１２０－１、第２の送受信機１２０－２、第３の送受信機１２０－３のレーダー動作の実施タイミングを示してある。このように、第５実施形態によれば、レーダー検出結果の表示更新時間を送受信機が１つの場合に比べて１／３に短縮することができる。

　なお、上記の考え方は、送受信機が４つ以上の場合にも同様に適用することができる。ただし、送受信機を増やすことで、１つの送受信機がレーダー動作を実施する回転角度は狭くなる。送受信機が２つの場合は１８０°毎に送受信機を切り替えるので検出回転角度は１８０°であるのに対し、送受信機が３つの場合は１２０°毎に送受信機を切り替えるので検出回転角度は１２０°に減少する。

　つまり、検出回転角度と表示更新時間の関係は以下のように決定される。
　［検出回転角度］＝３６０°÷［送受信機の数］
　［表示更新時間］＝［送受信機の１回転に要する時間］÷［送受信機の数］
　ただし、上記の式は、ＦＭＣＷ送信源１０１及び信号処理部１０８がレーダー装置内に１つしか存在しない場合に限定される。レーダー装置内に２つ以上のＦＭＣＷ送信源１０１及び信号処理部１０８が存在する場合、複数の送受信機によるレーダー検出結果を同時に並列処理できるようになるので、表示更新時間を短縮する一方で、検出回転角度を減少させないことも可能となる。

　ここで、上記の各実施形態では、レーダー装置がＦＭＣＷ送信源１０１及び信号処理部１０８を内蔵していたが、ＦＭＣＷ送信源１０１及び信号処理部１０８は他の装置が備えてもよい。例えば、レーダー装置に接続されたレーダー監視装置（図２の１５０）が、ＦＭＣＷ送信源１０１及び信号処理部１０８を備えてもよい。この場合、レーダー装置の各スイッチの切り替えは、レーダー装置自身が制御してもよく、レーダー装置に接続されたレーダー監視装置が制御してもよい。

　また、本発明は、所定の検出範囲内に存在する物体を検出する複数のレーダー装置を備えたレーダーシステムとして実現することも可能である。この場合、各レーダー装置は、所定の軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第１の送受信アンテナと、第１の送受信アンテナと同じ軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第２の送受信アンテナと、第１の送受信アンテナ又は第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を発生するレーダー送信源と、第１の送受信アンテナ又は第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号に基づく物体検出処理を行う信号処理部とを備える。また、各レーダー装置の第１の送受信アンテナと第２の送受信アンテナは、回転軸に直交する回転平面におけるアンテナ方向が互いに異なり、且つ、回転平面に対するアンテナ傾きが互いに異なる。
　このようなレーダーシステムによれば、１台のレーダー装置による検出範囲が従来方式よりも拡大されるので、レーダー装置の台数を抑えながら広範囲の監視を行うことが可能である。

　また、本発明は、所定の検出範囲内に存在する物体を検出する複数のレーダー装置と、各レーダー装置と接続されたレーダー監視装置とを備えたレーダーシステムとして実現することも可能である。この場合、各レーダー装置は、所定の軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第１の送受信アンテナと、第１の送受信アンテナと同じ軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第２の送受信アンテナとを備える。また、レーダー監視装置は、各レーダー装置の第１の送受信アンテナ又は第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を発生するレーダー送信源と、各レーダー装置の第１の送受信アンテナ又は第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号に基づく物体検出処理を行う信号処理部とを備える。また、各レーダー装置の第１の送受信アンテナと第２の送受信アンテナは、回転軸に直交する回転平面におけるアンテナ方向が互いに異なり、且つ、回転平面に対するアンテナ傾きが互いに異なる。
　このようなレーダーシステムによれば、レーダー装置の台数を抑えながら広範囲の監視を行えるだけでなく、各レーダー装置の動作をレーダー監視装置が集中的に制御することが可能となる。

　ここで、上記では、主に道路や滑走路などの路面をレーダー装置で監視する場合について説明したが、本発明に係るレーダー装置は、このような路面を監視する用途に限定されない。例えば、斜め下方向（路面側）を向けた第１のアンテナと、水平方向を向けた第２のアンテナと、斜め上方向（上空側）を向けた第３のアンテナを備えたレーダー装置を用いて、車や列車などの移動体の周辺を監視するようにしてもよい。また、複数のアンテナを用いて表示更新時間の短縮を図る場合には、車、船、航空機などの、リアルタイム性の高い移動体用のレーダーに適用することが考えられる。

　以上、本発明について一実施形態に基づいて説明したが、本発明はここに記載された構成に限定されるものではなく、他の構成のシステムに広く適用することができることは言うまでもない。

　また、本発明は、例えば、上記の処理に関する技術的手順を含む方法や、上記の処理をプロセッサにより実行させるためのプログラム、そのようなプログラムをコンピュータ読み取り可能に記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。

　なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。更に、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。

　本発明は、所定の検出範囲内に存在する物体を検出するレーダー装置に利用することができる。

　１００，２００，３００，４００，５００，６００：レーダー装置、　１０１：ＦＭＣＷ送信源、　１０２，１０２－１，１０２－２：電力分配器、　１０３，１０３－１，１０３－２：送信電力増幅器、　１０４，１０４－１，１０４－２：送信アンテナ、　１０５，１０５－１，１０５－２：受信アンテナ、　１０６，１０６－１，１０６－２：受信電力増幅器、　１０７，１０７－１，１０７－２：混合器、　１０８：信号処理部、　１２０，１２０－１，１２０－２，１２０－３：送受信機、　１５０：レーダー監視装置、　１６０：表示装置、　２０１，２０２，３０１，３０２：切り替えスイッチ、　３２０－１，３２０－２：アンテナユニット

Claims (8)

1. 　所定の検出範囲内に存在する物体を検出するレーダー装置であって、
   　所定の軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第１の送受信アンテナと、
   　前記第１の送受信アンテナと同じ軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第２の送受信アンテナとを備え、
   　前記第１の送受信アンテナと前記第２の送受信アンテナは、前記軸に直交する回転平面におけるアンテナ方向が互いに異なり、且つ、前記回転平面に対するアンテナ傾きが互いに異なることを特徴とするレーダー装置。
2. 　請求項１に記載のレーダー装置において、
   　前記第１の送受信アンテナと前記第２の送受信アンテナは、前記レーダー波の発射及び前記反射波の受信を行う期間が互いに異なることを特徴とするレーダー装置。
3. 　請求項１又は請求項２に記載のレーダー装置において、
   　前記第１の送受信アンテナ又は前記第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を発生するレーダー送信源と、前記第１の送受信アンテナ又は前記第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号に基づく物体検出処理を行う信号処理部とを備えたことを特徴とするレーダー装置。
4. 　請求項１又は請求項２に記載のレーダー装置において、
   　前記第１の送受信アンテナ又は前記第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を発生するレーダー送信源と、前記第１の送受信アンテナ又は前記第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号に基づく物体検出処理を行う信号処理部とを備えたレーダー監視装置に接続されたことを特徴とするレーダー装置。
5. 　請求項３又は請求項４に記載のレーダー装置において、
   　前記第１の送受信アンテナ、前記第１の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を増幅する第１の送信電力増幅器、及び、前記第１の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号を増幅する第１の受信電力増幅器を有する第１の送受信機と、
   　前記第２の送受信アンテナ、前記第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を増幅する第２の送信電力増幅器、及び、前記第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号を増幅する第２の受信電力増幅器を有する第２の送受信機と、
   　前記レーダー送信源により発生された送信レーダー信号を、前記第１の送信電力増幅器又は前記第２の送信電力増幅器のいずれかに対して選択的に出力する第１のスイッチと、
   　前記第１の送信電力増幅器で増幅された受信レーダー信号又は前記第２の送信電力増幅器で増幅された受信レーダー信号のいずれかを、前記信号処理部に対して選択的に出力する第２のスイッチとを備えたことを特徴とするレーダー装置。
6. 　請求項３又は請求項４に記載のレーダー装置において、
   　前記第１の送受信アンテナ又は前記第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を増幅する送信電力増幅器と、
   　前記第１の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号又は前記第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号を増幅する受信電力増幅器と、
   　前記送信電力増幅器により増幅された送信レーダー信号を、前記第１の送受信アンテナ又は前記第２の送受信アンテナのいずれかに対して選択的に出力する第１のスイッチと、
   　前記第１の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号又は前記第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号のいずれかを、前記受信電力増幅器に対して選択的に出力する第２のスイッチとを備えたことを特徴とするレーダー装置。
7. 　所定の検出範囲内に存在する物体を検出する複数のレーダー装置を備えたレーダーシステムであって、
   　各レーダー装置は、所定の軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第１の送受信アンテナと、前記第１の送受信アンテナと同じ軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第２の送受信アンテナと、前記第１の送受信アンテナ又は前記第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を発生するレーダー送信源と、前記第１の送受信アンテナ又は前記第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号に基づく物体検出処理を行う信号処理部とを備え、
   　各レーダー装置の前記第１の送受信アンテナと前記第２の送受信アンテナは、前記軸に直交する回転平面におけるアンテナ方向が互いに異なり、且つ、前記回転平面に対するアンテナ傾きが互いに異なることを特徴とするレーダーレーダーシステム。
8. 　所定の検出範囲内に存在する物体を検出する複数のレーダー装置と、各レーダー装置と接続されたレーダー監視装置とを備えたレーダーシステムであって、
   　各レーダー装置は、所定の軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第１の送受信アンテナと、前記第１の送受信アンテナと同じ軸周りを回転しながらレーダー波を発射及び反射波を受信する第２の送受信アンテナとを備え、
   　前記レーダー監視装置は、各レーダー装置の前記第１の送受信アンテナ又は前記第２の送受信アンテナに供給する送信レーダー信号を発生するレーダー送信源と、各レーダー装置の前記第１の送受信アンテナ又は前記第２の送受信アンテナで得られた受信レーダー信号に基づく物体検出処理を行う信号処理部とを備え、
   　各レーダー装置の前記第１の送受信アンテナと前記第２の送受信アンテナは、前記軸に直交する回転平面におけるアンテナ方向が互いに異なり、且つ、前記回転平面に対するアンテナ傾きが互いに異なることを特徴とするレーダーレーダーシステム。

Images