レーダ装置
【課題】物標がアンテナのメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを比較的簡易な構成で判別できるようにしたレーダ装置を提供すること。
【解決手段】信号処理部１００は、サイドローブの指向特性が異なる２つの受信アンテナＲＡ１，ＴＡ２を選択的に切り替えて物標との距離を算出し、算出した距離が同一距離であって、その距離の算出の基礎とした各受信アンテナの受信レベルの差を判定する。
【解決手段】信号処理部１００は、サイドローブの指向特性が異なる２つの受信アンテナＲＡ１，ＴＡ２を選択的に切り替えて物標との距離を算出し、算出した距離が同一距離であって、その距離の算出の基礎とした各受信アンテナの受信レベルの差を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置によって物標との間の距離を算出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などの移動体内あるいは固定の公共設備等に搭載され、例えばミリ波帯の電磁波を用いて物標（障害物あるいは目標物）との間の距離を算出（測定）するレーダ装置が知られている。レーダ装置は、送信アンテナおよび受信アンテナ、あるいは送受共用の単一アンテナを備え、所定の送信波を空間へ放射し、物標からの反射波を受信波として受信する。このとき、レーダ装置は、アンテナの指向特性上メインローブの向く方向（メインローブ方向；最大の放射エネルギーを発する方向）における物標からの反射エネルギー（つまり、受信波の受信レベル）が所定の閾値以上である場合に、物標として検出する。
【０００３】
ここで、アンテナの指向特性上サイドローブはメインローブと比較して放射強度が低いため、サイドローブによって物標を検出することは多くないと考えられるが、物標の位置等によってはサイドローブから大きな反射エネルギーが得られる場合がある。この場合には、レーダ装置は、サイドローブの向く方向（サイドローブ方向）から得られた受信波に基づいて検出された物標が、メインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを判別できないため、物標を誤検出することがあった。すなわち、物標の所望の検出方向（例えば監視方向）をアンテナのメインローブ方向と一致させてシステムを運用した場合に、実際には監視方向に物体が存在しないのにも関わらず、サイドローブ方向での検出結果によって、監視方向に物体が存在すると認識されることがあった。
【０００４】
上述した観点に関し、被検出物体（物標）がメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを判別するようにしたレーダ装置が知られている。この公知のレーダ装置によれば、アンテナをメインローブの中心線に対して直角に所定の速度で変位させる。そして、被検出物体をサイドローブで検出していると発生するドップラ速度によるレベル変動が受信信号に表れるか否かに基づいて、被検出物体がメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを判別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１７４８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した公知のレーダ装置は、アンテナをメインローブの中心線に対して直角に所定の速度で繰返し変位させるための駆動機構が必要となり、構成上複雑になることから装置の信頼性およびコストの点から好ましくない。
【０００７】
よって、発明の１つの側面では、物標がアンテナのメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを比較的簡易な構成で判別できるようにしたレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の観点は、
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１および第２受信アンテナを選択的に切り替え、第１および第２受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１および第２受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置である。
【０００９】
第２の観点は、
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内の第１回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした前記基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内における前記第１回転方向とは逆の第２回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第３受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１、第２受信および第３受信アンテナを選択的に切り替え、第１、第２および第３受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がすべて等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１、第２および第３受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分、および第１受信レベルと第３受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブ、前記第１回転方向のサイドローブ、または前記第２回転方向のサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置である。
【発明の効果】
【００１０】
開示のレーダ装置によれば、物標がアンテナのメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを比較的簡易な構成で判別できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態のレーダ装置の用途例を示す図であって、レーダ装置を用いて踏切を監視するシステムの運用状態を概念的に示す図。
【図２】第１の実施形態のレーダ装置の概略構成を示す図。
【図３】（ａ）送信アンテナおよび第１の受信アンテナの指向特性、および（ｂ）第１の受信アンテナが選択されたときの受信レベルの一例を示す図。
【図４】（ａ）送信アンテナおよび第２の受信アンテナの指向特性、および（ｂ）第２の受信アンテナが選択されたときの受信レベルの一例を示す図。
【図５】第１の受信アンテナが選択された場合の受信レベルと、第２の受信アンテナが選択された場合の受信レベルとを対比して示す図。
【図６】第１の受信アンテナを選択した場合と第２の受信アンテナを選択した場合とで、算出される距離とその受信レベルの関係を示す図。
【図７】第１の実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図８】第１の実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置のデジタル回路部の詳細構成を示すブロック図。
【図９】第１の実施形態において制御されるスイッチの動作の一例を示す図。
【図１０】第１の実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の物標検出動作を示すフローチャート。
【図１１】第２の実施形態のレーダ装置を用いて横断歩道を監視するシステムの運用状態を概念的に示す図。
【図１２】第２の実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図１３】第２の実施形態において制御されるスイッチの動作の一例を示す図。
【図１４】第２の実施形態において、（ａ）第２の受信アンテナの指向特性の一例、および（ｂ）第３の受信アンテナの指向特性の一例を示す図。
【図１５】第２の実施形態において、（ａ）第２の受信アンテナが選択されたときの受信レベル、（ｂ）第３の受信アンテナが選択されたときの受信レベルを示す図。
【図１６】第２の実施形態において、（ａ）第１および第２の受信アンテナが選択された場合の受信レベルの差と、（ｂ）第１および第３の受信アンテナが選択された場合の受信レベルの差とを対比して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（１）第１の実施形態
以下、第１の実施形態のレーダ装置について説明する。なお、以下の各実施形態に関連付けて示す方位角、アンテナ利得または受信レベルを示す図におけるスケールは、すべての図で同一であるものとする。
【００１３】
（１−１）実施形態のレーダ装置の用途例
先ず、本実施形態のレーダ装置の用途について、図１に例示して示す。図１は、本実施形態のレーダ装置を用いて踏切を監視するシステムの運用状態を概念的に示す図である。図１において、レーダ装置は、踏切遮断桿の近傍に設けられており、踏切監視領域内において特に踏切遮断桿と線路の間の領域を監視している。つまり、レーダ装置のアンテナは、そのメインローブ方向が踏切遮断桿の長手方向と概ね平行となるように配置されており、メインローブの領域が踏切遮断桿と線路の間の領域を極力カバーするようになっている。レーダ装置のアンテナのサイドローブ方向は、メインローブ方向を基にしてアンテナの指向特性に応じた所定の角度だけ斜めの方向に向いている。このとき、レーダ装置がサイドローブ方向の物標を検出することがある。例えば、図１に示したシステムでは、レーダ装置がサイドローブ方向に停車する車両を物標として検出しうる。
【００１４】
図１に例示したシステムでは、仮にレーダ装置がサイドローブによって物標を検出したことを認識できないならば、メインローブ方向の同一距離に在る他の物標との判別ができず、システム上物標を誤検出することになる。すなわち、車両は踏切監視領域外に在るにも関わらず踏切監視領域内に在るとしてシステム上認識されることになり、踏切を通過しつつある電車等に警報を発する等の誤作動がなされうる。
これに対して、本実施形態のレーダ装置は、後述するように、物標がアンテナのメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを認識することができるため、システム上適切な動作を行うことができる。
【００１５】
（１−２）実施形態のレーダ装置の概略構成と物標検出方法
以下、実施形態のレーダ装置の概略構成と物標検出方法について、図２〜６を参照して説明する。
【００１６】
図２は、本実施形態のレーダ装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態のレーダ装置は、送信アンテナＴＡと、２つの受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２と、受信アンテナを切り替えるためのスイッチＳＷと、信号処理部１００とを備える。送信アンテナＴＡは、送信波を空間に放射する。受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２は、送信波の物標による反射波を受信波として受信するが、当該受信は、信号処理部１００の制御に基づくスイッチＳＷの切り替えに応じて選択的に行われる。送信アンテナおよび受信アンテナの構成は特に限定するものではないが、例えばパッチアレイアンテナ等を用いてよい。
なお、受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２はそれぞれ、第１，第２受信アンテナの一例である。
【００１７】
図２において、信号処理部１００は、アナログ回路およびデジタル回路から構成され、送信波の生成、送信波および受信波に基づく物標までの距離算出処理、スイッチＳＷの切り替え制御（つまり、受信アンテナの切り替え制御）、上位システム（図示せず）とのインタフェース処理などを備える。信号処理部１００における距離算出処理における算出原理（つまり、レーダ方式）は如何なるものでもよい。例えば、ミリ波レーダ方式としては、パルス方式、ＦＭ−ＣＷ(Frequency Modulated-Continuous Wave)方式、２周波ＣＷ(Continuous Wave)方式、スペクトラム拡散方式が知られているが、これらの方式のいずれかを適用してよい。
【００１８】
送信アンテナＴＡは、２つの受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２のいずれかと共用してよいが、ここでは別個に記載してある。なお、以下の説明では、送信アンテナＴＡと受信アンテナＲＡ１の指向特性が等しい（例えば、送信アンテナＴＡと受信アンテナＲＡ１が共用化された単一のアンテナで構成されている）ものとする。また、２つの受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２は、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点（零点）の方位角が互いに異なる指向特性を備えている。図１に示した例では、基準平面は監視領域の平面に等しい。
【００１９】
図３は、（ａ）送信アンテナＴＡおよび受信アンテナＲＡ１の指向特性の一例、および（ｂ）受信アンテナＲＡ１が選択されたときの受信レベル（例えば受信電力）の一例を示す。図４は、（ａ）受信アンテナＲＡ２（実線）の指向特性の一例（参考に、受信アンテナＲＡ１の指向特性を点線で示す。）、および（ｂ）受信アンテナＲＡ２が選択されたときの受信レベル（例えば受信電力）の一例を示す。なお、図３および図４の縦軸は対数表示(dB表示)であることが想定され、横軸は、メインローブ方向を基(“0”)にした方位角(+/-)である。
【００２０】
ここで、レーダ方程式として公知の以下の式（１）に基づき、各受信アンテナが選択されたときの受信レベル（受信電力）は、対数上では、送信アンテナＴＡのアンテナ利得と受信アンテナのアンテナ利得を加算した値に比例したものとなることが分かる。
【００２１】
Ｓ＝ＰｔＧｔＧｒλ２σ／（４π）３Ｒ４ …式（１）
なお、
Ｓ： 受信電力
Ｐｔ：送信電力
Ｇｔ：送信アンテナのアンテナ利得
Ｇｒ：受信アンテナのアンテナ利得
λ： 送信波の波長
σ： 物標の有効反射面積
Ｒ： 物標までの距離
である。
【００２２】
そのため、受信アンテナＲＡ１が選択された場合には、送信アンテナＴＡと受信アンテナＲＡ１のアンテナ利得がともに等しいため、図３（ｂ）に示すように、受信レベルは、各アンテナ利得を倍にしたものと同一の特性となる。
また、上述したように、受信アンテナＲＡ２は、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が受信アンテナＲＡ１の指向特性（つまり、送信アンテナＴＡの指向特性）とは異なる指向特性を備えている。それにより、受信アンテナＲＡ２が選択された場合には、図４（ｂ）に示すように、受信レベルは、図３（ｂ）の場合よりもサイドローブにおける受信レベルが低下することになる。
図５は、図３（ｂ）と図４（ｂ）を対比しやすいように１つの図にしたものであり、実線は受信アンテナＲＡ１が選択された場合の受信レベル（図３（ｂ））、点線は受信アンテナＲＡ２が選択された場合の受信レベル（図４（ｂ））を示す。図５から、メインローブ方向では両者で受信レベルの変化が無いが、サイドローブ方向では、受信レベルに両者で差が生ずることが分かる。
【００２３】
信号処理部１００は、送信波および受信波に基づく物標までの距離算出処理を行うが、その距離算出処理においては、受信アンテナＲＡ１と第２受信アンテナＲＡ２を順に選択して行う。つまり、信号処理部１００は、例えば最初に受信アンテナＲＡ１を選択し、送信波と受信アンテナＲＡ１による受信波とに基づいて物標までの距離を算出する。信号処理部１００は次に、受信アンテナＲＡ２を選択し、送信波と受信アンテナＲＡ２による受信波とに基づいて物標までの距離を算出する。
そして信号処理部１００は、受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２を選択したときに算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベル（例えば受信電力）をそれぞれＰ１，Ｐ２としたときに、Ｐ１とＰ２の差分に基づいて、算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する。
【００２４】
この判断について、図６を参照してさらに説明する。図６は、受信アンテナＲＡ１を選択した場合（実線）と受信アンテナＲＡ２を選択した場合（点線）とで、算出される距離とその受信レベルの関係を示す図である。
上記式（１）のレーダ方程式が示すように、同一の送信電力および同一距離の物標を前提としたならば、サイドローブの指向特性が互いに異なる受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２が選択された場合、サイドローブの受信によって得られる同一距離において、受信レベルに差が生ずる。一方、受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２はメインローブの指向特性は等しいため、メインローブの受信によって得られる同一距離において、受信レベルに差は生じない。そこで、この受信レベルの差が所定の閾値以上である場合に、その同一距離の物標の検出がサイドローブの受信によって得られたものであると判断することができる。
【００２５】
図６では、送信波と受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２の受信波に基づいて、距離ｄ１，ｄ２が算出された場合が想定されている。このとき、距離ｄ１は、受信アンテナＲＡ１が選択された場合と受信アンテナＲＡ２が選択された場合とで受信レベルに差が生じており（例えば、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞閾値）、距離ｄ１は受信アンテナのサイドローブによる受信波で得られたものであると判断することができる。一方、距離ｄ２は、受信アンテナＲＡ１が選択された場合と受信アンテナＲＡ２が選択された場合とで受信レベルに差が生じておらず（例えば、｜Ｐ１−Ｐ２｜≦閾値）、距離ｄ２は受信アンテナのメインローブによる受信波で得られたものであると判断することができる。
【００２６】
（１−３）ＦＭ−ＣＷ方式の場合のレーダ装置の構成と動作
図２はレーダ方式を限定しない場合のレーダ装置の概略構成を示したが、以下では、レーダ方式をＦＭ−ＣＷ方式とした場合のレーダ装置（以下、ＦＭ−ＣＷレーダ装置）の構成と物標検出方法について、図７〜１０を参照して説明する。
ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、周波数上昇区間（以下、ＵＰ区間）と周波数下降区間（以下、ＤＯＷＮ区間）を含むように周波数変調（ＦＭ変調）された送信波を空間へ放射し、物標から反射された波を受信波として受信する。周波数変調における変調信号は、代表的には三角波であるが、鋸波、台形波等の三角波以外の信号でもよい。ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、送信波と、物標からの反射により得られる受信波とのビート信号を取得するとともに、このビート信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を施して周波数分析を行う。周波数分析されたビート信号は強度が大きくなるピークが生じるが、このピークに対応するピーク周波数は、物標の距離に関する情報を有する。
【００２７】
図７は、本実施形態のレーダ装置（ＦＭ−ＣＷレーダ装置１）の構成を示すブロック図である。図７は、図２に示したレーダ装置の構成を、ＦＭ−ＣＷ方式に特化した構成とした図である。図８は、本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置１のデジタル回路部の詳細構成を示すブロック図である。
【００２８】
図７を参照すると、ＦＭ−ＣＷレーダ装置１は、電圧制御発振器（ＶＣＯ：voltage controlled oscillator）１１、方向性結合器１２、増幅器１３、スイッチ１４（図２のスイッチＳＷに相当）、増幅器１５、ミキサ１６、フィルタ（ＢＰＦ）１７、デジタル回路部１８、送信アンテナＴＡ、および受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２を備える。
【００２９】
電圧制御発振器１１は、デジタル回路部１８から与えられる制御電圧ＶＣＯＮＴに基づいて送信波の周波数を変化させる。ＦＭ−ＣＷレーダ装置１の送信波は、国内では例えば６０ＧＨｚ，７６ＧＨｚ等の周波数帯が使用されるが、電圧制御発振器１１は、システム上規定される周波数帯の周波数変調された送信波を生成する。電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１は、例えばＭＥＳＦＥＴおよびバラクタダイオードによって構成され、図７ではその出力周波数（周波数変調された出力信号）をｆＯＵＴとしている。
【００３０】
電圧制御発振器１１の送信波は、方向性結合器１２を介してミキサ１６へ与えられるとともに増幅器１３へ送出される。
送信アンテナＴＡは、増幅器１３によって所定のレベルまで増幅された送信波を空間へ放射する。受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２は選択的に、物標からの反射波を受信波として受信する。この受信波は増幅器１５において所定のレベルまで増幅される。
【００３１】
ミキサ１６は、方向性結合器１２から得られる送信波と、増幅器１５から得られる受信波とを混合して、送信波と受信波の周波数差に等しい周波数のビート信号を生成する。フィルタ１７は、ミキサ１６により生成されたビート信号について、ビート信号として予定されている周波数範囲の成分のみを通過させ、それ以外の成分に含まれるノイズを除去するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。フィルタ１７を通過したビート信号は、デジタル回路部１８へ送出される。また、増幅器１５から得られる受信波は、受信レベルの検出のためにデジタル回路部１８へ送出される。
【００３２】
図８に示すように、デジタル回路部１８は、信号発生器１８１、Ｄ／Ａ(Digital/Analogue)変換器１８２、Ａ／Ｄ(Analogue/Digital)変換器１８３、ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)処理部１８４、距離算出部１８５、インタフェース(I/F)部１８６、Ａ／Ｄ変換器１８７、および切替制御部１８８を備える。デジタル回路部１８は、マイクロコントローラを主体として構成されるが、特定の機能および処理を実現するためのチップセットやＤＳＰ(Digital Signal Processor)を備えうる。なお、距離算出部１８５および切替制御部１８８を含むデジタル回路部１８の一部は制御部の一例である。
【００３３】
信号発生器１８１は、電圧制御発振器１１に与える制御電圧ＶＣＯＮＴ（例えば三角波）に相当するデジタル信号を生成する。
インタフェース部１８６は、例えば上位システムとの通信のためのインタフェース回路を含み、算出した物標との距離の上位システムへの報告、および上位システムからの特定のコマンドの受信等を行う。
【００３４】
ＦＦＴ処理部１８４は、デジタル化されたビート信号に対してＦＦＴ処理を施し、ビート信号の周波数成分（スペクトル分布）の分析結果（ＦＦＴデータ）を算出する。
距離算出部１８５は、ＦＦＴ処理部１８４から取得するビート信号の周波数成分（ＦＦＴデータ）に基づいて、ＵＰ区間で得られるビート信号のピーク周波数と、ＤＯＷＮ区間で得られるビート信号のピーク周波数とのペアリングを行い、物標に対応するターゲット成分を特定する。さらに距離算出部１８５は、ペアリング結果に基づいて、物標との間の距離を算出する。具体的には、距離算出部１８５は、特定されたターゲット成分のペアのうち、ＵＰ区間のピーク周波数をＦｕｐとし、ＤＯＷＮ区間のピーク周波数をＦｄｏｗｎとすると、物標までの距離を、α×（Ｆｕｐ＋Ｆｄｏｗｎ）／２（α：定数）の式によって算出する。なお、αは、送信波の電波伝搬速度（光速）、中心周波数、変調周波数幅等によって定まる値である。
【００３５】
切替制御部１８８は、例えば受信波が受信アンテナＲＡ１と受信アンテナＲＡ２とが交互に選択されて受信するように、スイッチ１４を制御する。図９に、切替制御部１８８によって制御されるスイッチ１４の動作の一例を示す。図９に示す例では、レーダ装置１の起動後（時刻ｔ０の後）、受信アンテナＲＡ１が選択される期間Ｔ１と受信アンテナＲＡ２が選択された期間Ｔ２とが交互に生ずるように、スイッチ１４が制御される。しかしながら、この動作例は一例に過ぎず、受信アンテナＲＡ１と受信アンテナＲＡ２は少なくともそれぞれ１回選択されればよい。
【００３６】
距離算出部１８５は、受信アンテナＲＡ１が選択される期間Ｔ１において、距離を算出するとともに、受信アンテナＲＡ１による受信波の受信レベルを検出する。距離算出部１８５はまた、受信アンテナＲＡ２が選択される期間Ｔ２において、距離を算出するとともに、受信アンテナＲＡ２による受信波の受信レベルを検出する。そして、距離算出部１８５は、受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２を選択したときに算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれＰ１，Ｐ２としたときに、Ｐ１とＰ２の差分に基づいて、算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する。
なお、距離算出部１８５と切替制御部１８８は同期して動作するようにしてもよい。すなわち、切替制御部１８８が受信アンテナＲＡ１を選択した後、距離算出部１８５は、受信アンテナＲＡ１による受信波に対する処理が完了すると、切替制御部１８８に対して制御信号を送出する。そして、切替制御部１８８は、この制御信号に同期して、受信アンテナＲＡ１から受信アンテナＲＡ２への切り替えを行う。
【００３７】
次に、図７および図８に示したＦＭ−ＣＷレーダ装置１による動作（物標検出動作）について、図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の物標検出動作を示すフローチャートであり、主としてデジタル回路部１８内で実行される。なお、スイッチ１４の動作は、図９に示したタイミングチャートの例に従うものとする。
【００３８】
先ず期間Ｔ１において切替制御部１８８は、受信アンテナＲＡ１を選択するようにスイッチ１４を制御する。これにより、受信アンテナＲＡ１によって得られた受信波の受信レベル（増幅器１５の出力レベル）が距離算出部１８５で検出される（ステップＳ１００）。距離算出部１８５は、送信波と受信アンテナＲＡ１の受信波によって得られたビート信号（フィルタ１７の出力）に基づいて、物標とのすべての距離Ｄ１を算出する（ステップＳ１１０）。
【００３９】
次に、切替制御部１８８は、期間Ｔ２に移行してスイッチ１４の状態を切り替え、受信アンテナＲＡ２を選択するようにスイッチ１４を制御する。これにより、受信アンテナＲＡ２によって得られた受信波の受信レベル（増幅器１５の出力レベル）が距離算出部１８５で検出される（ステップＳ１２０）。距離算出部１８５は、送信波と受信アンテナＲＡ２の受信波によって得られたビート信号（フィルタ１７の出力）に基づいて、物標とのすべての距離Ｄ２を算出する（ステップＳ１３０）。
【００４０】
ステップＳ１００〜Ｓ１３０の処理は少なくとも１回行えばよいが、複数回行って得られる複数のサンプルの受信レベルと距離について統計処理を行うことによって、受信レベルと距離の精度を高めるようにしてもよい。
次に、距離算出部１８５は、期間Ｔ１で得られた物標とのすべての距離Ｄ１と、期間Ｔ２で得られた物標とのすべての距離Ｄ２とを比較して、Ｄ１＝Ｄ２となる距離があるか否か判定する（ステップＳ１４０）。１つもＤ１＝Ｄ２となる距離が無ければ、適切な結果が得られていないことになるため、ステップＳ１００へ戻る。
【００４１】
ステップＳ１４０でＤ１＝Ｄ２となる距離が存在する場合には、その距離の算出の基礎となる受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２の受信レベルＰ１，Ｐ２について、｜Ｐ１−Ｐ２｜とＰＴＨ（ＰＴＨ：所定の閾値）の大小を判定する（ステップＳ１５０）。その結果、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞ＰＴＨである場合には、図６に関連付けて説明したように、当該距離の物標が受信アンテナのサイドローブによって算出されたものである（つまり、物標がサイドローブ方向に存在する）と判断する（ステップＳ１６０）。逆に、｜Ｐ１−Ｐ２｜≦ＰＴＨである場合には、当該距離の物標が受信アンテナのメインローブによって算出されたものである（つまり、物標がメインローブ方向に存在する）と判断する（ステップＳ１７０）。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置によれば、サイドローブの指向特性が異なる２つの受信アンテナを選択的に切り替え、算出した同一距離における各受信アンテナの受信レベルの差を判定する。これによって、算出された物標までの距離がメインローブの受信によって得られたものか、あるいはサイドローブの受信によって得られたものかを判別することができる。つまり、本実施形態のレーダ装置によれば、物標がアンテナのメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを判別することができる。そして、本実施形態のレーダ装置によれば、上記判別機能を実現するためのハードウエアとしては実質的に受信アンテナを１個追加するのみで足り、比較的簡易な構成で上記判別機能を実現することができる。
【００４３】
（２）第２の実施形態
以下、第２の実施形態のレーダ装置について説明する。
【００４４】
（２−１）実施形態のレーダ装置の用途例
先ず、本実施形態のレーダ装置の用途について、図１１に例示する。図１１は、本実施形態のレーダ装置を用いて横断歩道を監視するシステムの運用状態を概念的に示す図である。図１１において、レーダ装置は、横断歩道の端部に設けられており、主として横断歩道内の領域を監視している。つまり、レーダ装置のアンテナは、そのメインローブ方向が横断歩道の進行方向と概ね平行となるように配置されており、メインローブの領域が横断歩道の領域を極力カバーするようになっている。また、レーダ装置のアンテナのサイドローブ方向は、メインローブ方向を基にしてアンテナの指向特性に応じた所定の角度だけ斜めの方向に向いており、車両および歩行者を監視している。
【００４５】
図１１に例示したレーダ装置の用途例は、アンテナのメインローブ方向に加えてサイドローブ方向の物標の検出を積極的に行う例である。このシステムでは、サイドローブ方向の物標の検出を行うため、メインローブ方向のみを検出する場合と比較して検出範囲が拡大するが、メインローブ、およびその両側の２つのサイドローブの各々による検出を切り分けるようにすることが好ましい。例えば図１１のレーダ装置の配置例では、メインローブでは、横断歩道内に進入する歩行者等が検出されうる。また、メインローブ方向を基準として右側のサイドローブでは、停止する車両などが検出されうる一方、メインローブ方向を基準として左側のサイドローブでは、横断歩道の歩行者などが検出されうる。そのため、メインローブ、およびその両側の２つのサイドローブの各々による検出を切り分けることができれば、検出対象（車両、歩行者）に応じた適切な警報あるいは制御を行うことができると考えられる。
かかる観点から、本実施形態のレーダ装置は、メインローブ、およびその両側の２つのサイドローブの各々による物標の検出を切り分けることができるレーダ装置について、以下開示する。
【００４６】
（２−２）ＦＭ−ＣＷ方式の場合のレーダ装置の構成と動作
以下、レーダ方式をＦＭ−ＣＷ方式とした場合の本実施形態のレーダ装置の構成と物標検出方法について、図１２〜１６を参照して説明する。
【００４７】
図１２は、本実施形態のレーダ装置（ＦＭ−ＣＷレーダ装置２）の構成を示すブロック図である。本ブロック図は、図７に示したものと類似した構成であるため、相違点についてのみ説明し、重複説明を省略する。なお、後述するデジタル回路部１８ａは、距離算出部および制御部の一例である。
図１２に示すように、レーダ装置２は、３つの受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３を備える。なお、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３はそれぞれ、第１〜第３受信アンテナの一例である。
受信アンテナＲＡ１は、例えば送信アンテナＴＡ１と同一の指向特性を備える。受信アンテナＲＡ２は、受信アンテナＲＡ１と比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、基準平面内の第１回転方向においてのみ異なる指向特性を有している。受信アンテナＲＡ３は、受信アンテナＲＡ１と比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、基準平面内における第１回転方向とは逆の第２回転方向においてのみ異なる指向特性を有している。
ここで、図１１に示した例では、基準平面は監視領域（横断歩道）の平面に等しい。また、第１回転方向は、基準平面においてメインローブから一方のサイドローブに向かって回転する方向であり、第２回転方向は、基準平面においてメインローブから他方のサイドローブに向かって回転する方向である。
【００４８】
デジタル回路部１８ａは、例えば受信波が，受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３が順に選択されて受信するように、スイッチ１４ａを制御する。
デジタル回路部１８ａは、前述したデジタル回路部１８と同様の構成を備えるが、以下の点で異なる。つまり、デジタル回路部１８ａは、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３を選択したときに算出された距離がすべて等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれＰ１〜Ｐ３としたときに、Ｐ１とＰ２の差分、およびＰ１とＰ３の差分を算出する。そして、デジタル回路部１８ａは、各差分に基づいて、算出された距離が受信アンテナのメインローブ、第１回転方向のサイドローブ、または第２回転方向のサイドローブのいずれの受信によるものか判断する
【００４９】
図１３に、デジタル回路部１８ａによって制御されるスイッチ１４ａの動作の一例を示す。図１３に示す例では、レーダ装置２の起動後（時刻ｔ０の後）、受信アンテナＲＡ１が選択される期間Ｔ１と、受信アンテナＲＡ２が選択される期間Ｔ２と、受信アンテナＲＡ３が選択される期間Ｔ３と、が交互に生ずるように、スイッチ１４ａが制御される。しかしながら、この動作例は一例に過ぎず、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３は少なくともそれぞれ１回選択されればよい。
【００５０】
本実施形態の物標検出方法について、図１４〜１６を参照して以下説明する。なお、以下の説明において、受信アンテナＲＡ１および送信アンテナＴＡの指向特性は、図３（ａ）に示したものと同一とする。
図１４は、（ａ）受信アンテナＲＡ２（実線）の指向特性の一例（なお、点線で受信アンテナＲＡ３の指向特性を示す。）、および（ｂ）受信アンテナＲＡ３（実線）の指向特性の一例（なお、点線で受信アンテナＲＡ２の指向特性を示す。）を示す。図１４（ａ）において、受信アンテナＲＡ２の指向特性は、−の方位角（第２回転方向の角度）において受信アンテナＲＡ１の指向特性と一致し、＋の方位角（第１回転方向の角度）において基準平面内のヌル点の方位角が、受信アンテナＲＡ１とは異なる指向特性を有している。また、図１４（ｂ）において、受信アンテナＲＡ３の指向特性は、＋の方位角（第１回転方向の角度）において受信アンテナＲＡ１の指向特性と一致し、−の方位角（第２回転方向の角度）において基準平面内のヌル点の方位角が、受信アンテナＲＡ１とは異なる指向特性を有している。
【００５１】
第１の実施形態と同様、受信アンテナＲＡ１が選択された場合には、送信アンテナＴＡと受信アンテナＲＡ１のアンテナ利得がともに等しいため、図３（ｂ）に示したように、受信レベルは、そのアンテナ利得を倍にした特性となる。
【００５２】
図１５は、（ａ）受信アンテナＲＡ２が選択されたときの受信レベル、（ｂ）受信アンテナＲＡ３が選択されたときの受信レベルを示す。
図１５（ａ）に示すように、受信アンテナＲＡ２が選択された場合、受信アンテナＲＡ２の指向特性は、−の方位角（第２回転方向の角度）においては、受信アンテナＲＡ１の指向特性と一致しているため、受信アンテナＲＡ１が選択された場合と同一の受信レベル（図３（ｂ）と同じレベル）となる。一方、受信アンテナＲＡ２の指向特性は、＋の方位角（第１回転方向の角度）においては、基準平面内のヌル点の方位角が受信アンテナＲＡ１とは異なる指向特性を有しているため、受信アンテナＲＡ１が選択された場合よりもサイドローブにおける受信レベルが低下することになる。
【００５３】
図１５（ｂ）に示すように、受信アンテナＲＡ３が選択された場合には、受信アンテナＲＡ３の指向特性は、＋の方位角（第１回転方向の角度）においては、受信アンテナＲＡ１の指向特性と一致しているため、受信アンテナＲＡ１が選択された場合と同一の受信レベル（図３（ｂ）と同じレベル）となる。一方、受信アンテナＲＡ３の指向特性は、−の方位角（第２回転方向の角度）においては、基準平面内のヌル点の方位角が受信アンテナＲＡ１とは異なる指向特性を有しているため、受信アンテナＲＡ１が選択された場合よりもサイドローブにおける受信レベルが低下することになる。
【００５４】
図１６は、図３（ｂ）と図１５を対比しやすいようにした図である。図１６（ａ）では、実線は受信アンテナＲＡ２が選択された場合の受信レベル（図１５（ａ）と同じ）、点線は受信アンテナＲＡ１が選択された場合の受信レベル（図３（ｂ）と同じ）を示す。図１６（ｂ）では、実線は受信アンテナＲＡ３が選択された場合の受信レベル（図１５（ｂ）と同じ）、点線は受信アンテナＲＡ１が選択された場合の受信レベル（図３（ｂ）と同じ）を示す。
【００５５】
ここで、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３によって算出された同一距離の物標について、その距離の算出の基礎となる受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２の受信レベルＰ１，Ｐ２の差分は、図１６（ａ）から、＋の方位角（第１回転方向の角度）においてのみ生じていることが分かる。同様に、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３によって算出された同一距離の物標について、その距離の算出の基礎となる受信アンテナＲＡ１，ＲＡ３の受信レベルＰ１，Ｐ３の差分は、図１６（ｂ）から、−の方位角（第２回転方向の角度）においてのみ生じていることが分かる。よって、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３によって得られた受信レベルを比較することによって、いずれの回転方向のサイドローブで物標が検出されたか判別することができることになる。
【００５６】
デジタル回路部１８ａ（図１２参照）は、送信波および受信波に基づく物標までの距離算出処理を行うが、その距離算出処理においては、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３を順に選択して行う。そしてデジタル回路部１８ａは、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３を選択したときに算出された距離がすべて等しい場合に、その距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベル（例えば受信電力）をそれぞれＰ１〜Ｐ３としたときに、以下の処理を行う。
すなわち、Ｐ１とＰ２を比較し、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞ＰＴＨ（ＰＴＨ：所定の閾値）である場合には、受信アンテナの＋の方位角（第１回転方向の角度）のサイドローブによって算出されたものである（つまり、物標が＋の方位角のサイドローブ方向に存在する）と判断する。Ｐ１とＰ３を比較し、｜Ｐ１−Ｐ３｜＞ＰＴＨ（ＰＴＨ：所定の閾値）である場合には、受信アンテナの−の方位角（第２回転方向の角度）のサイドローブによって算出されたものである（つまり、物標が−の方位角のサイドローブ方向に存在する）と判断する。距離の算出の基礎となる受信レベルがＰ１〜Ｐ３で差がない場合には、メインローブによって算出されたものである（つまり、物標がメインローブ方向に存在する）と判断する。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置によれば、第１の実施形態で述べた効果に加えて、アンテナのメインローブ、およびその両側の２つのサイドローブの各々による物標の検出を切り分けることができる。
【００５８】
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００５９】
（付記１）
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１および第２受信アンテナを選択的に切り替え、第１および第２受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１および第２受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置。
【００６０】
（付記２）
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内の第１回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした前記基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内における前記第１回転方向とは逆の第２回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第３受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１、第２受信および第３受信アンテナを選択的に切り替え、第１、第２および第３受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がすべて等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１、第２および第３受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分、および第１受信レベルと第３受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブ、前記第１回転方向のサイドローブ、または前記第２回転方向のサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置。
【００６１】
（付記３）
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、少なくとも前記基準平面内の一回転方向において異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、を備えたレーダ装置における物標検出方法であって、
第１受信アンテナを選択し、送信波および第１受信アンテナによる受信波に基づいて物標までの距離を算出し、
第２受信アンテナを選択し、送信波および第２受信アンテナによる受信波に基づいて物標までの距離を算出し、
第１および第２受信アンテナを選択したときに算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１および第２受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する、
ことを含む、物標検出方法。
【符号の説明】
【００６２】
１，２…レーダ装置
１１…電圧制御発振器
１２…方向性結合器
１３…増幅器
１４，１４ａ…スイッチ
１５…増幅器
１６…ミキサ
１７…フィルタ
１８，１８ａ…デジタル回路部
１８１…信号発生器
１８２…Ｄ／Ａ変換器
１８３…Ａ／Ｄ変換器
１８４…ＦＦＴ処理部
１８５…距離算出部
１８６…インタフェース部
１８７…Ａ／Ｄ変換器
１８８…切替制御部
１００…信号処理部
ＴＡ…送信アンテナ
ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３…受信アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置によって物標との間の距離を算出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などの移動体内あるいは固定の公共設備等に搭載され、例えばミリ波帯の電磁波を用いて物標（障害物あるいは目標物）との間の距離を算出（測定）するレーダ装置が知られている。レーダ装置は、送信アンテナおよび受信アンテナ、あるいは送受共用の単一アンテナを備え、所定の送信波を空間へ放射し、物標からの反射波を受信波として受信する。このとき、レーダ装置は、アンテナの指向特性上メインローブの向く方向（メインローブ方向；最大の放射エネルギーを発する方向）における物標からの反射エネルギー（つまり、受信波の受信レベル）が所定の閾値以上である場合に、物標として検出する。
【０００３】
ここで、アンテナの指向特性上サイドローブはメインローブと比較して放射強度が低いため、サイドローブによって物標を検出することは多くないと考えられるが、物標の位置等によってはサイドローブから大きな反射エネルギーが得られる場合がある。この場合には、レーダ装置は、サイドローブの向く方向（サイドローブ方向）から得られた受信波に基づいて検出された物標が、メインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを判別できないため、物標を誤検出することがあった。すなわち、物標の所望の検出方向（例えば監視方向）をアンテナのメインローブ方向と一致させてシステムを運用した場合に、実際には監視方向に物体が存在しないのにも関わらず、サイドローブ方向での検出結果によって、監視方向に物体が存在すると認識されることがあった。
【０００４】
上述した観点に関し、被検出物体（物標）がメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを判別するようにしたレーダ装置が知られている。この公知のレーダ装置によれば、アンテナをメインローブの中心線に対して直角に所定の速度で変位させる。そして、被検出物体をサイドローブで検出していると発生するドップラ速度によるレベル変動が受信信号に表れるか否かに基づいて、被検出物体がメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを判別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１７４８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した公知のレーダ装置は、アンテナをメインローブの中心線に対して直角に所定の速度で繰返し変位させるための駆動機構が必要となり、構成上複雑になることから装置の信頼性およびコストの点から好ましくない。
【０００７】
よって、発明の１つの側面では、物標がアンテナのメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを比較的簡易な構成で判別できるようにしたレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の観点は、
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１および第２受信アンテナを選択的に切り替え、第１および第２受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１および第２受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置である。
【０００９】
第２の観点は、
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内の第１回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした前記基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内における前記第１回転方向とは逆の第２回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第３受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１、第２受信および第３受信アンテナを選択的に切り替え、第１、第２および第３受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がすべて等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１、第２および第３受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分、および第１受信レベルと第３受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブ、前記第１回転方向のサイドローブ、または前記第２回転方向のサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置である。
【発明の効果】
【００１０】
開示のレーダ装置によれば、物標がアンテナのメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを比較的簡易な構成で判別できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態のレーダ装置の用途例を示す図であって、レーダ装置を用いて踏切を監視するシステムの運用状態を概念的に示す図。
【図２】第１の実施形態のレーダ装置の概略構成を示す図。
【図３】（ａ）送信アンテナおよび第１の受信アンテナの指向特性、および（ｂ）第１の受信アンテナが選択されたときの受信レベルの一例を示す図。
【図４】（ａ）送信アンテナおよび第２の受信アンテナの指向特性、および（ｂ）第２の受信アンテナが選択されたときの受信レベルの一例を示す図。
【図５】第１の受信アンテナが選択された場合の受信レベルと、第２の受信アンテナが選択された場合の受信レベルとを対比して示す図。
【図６】第１の受信アンテナを選択した場合と第２の受信アンテナを選択した場合とで、算出される距離とその受信レベルの関係を示す図。
【図７】第１の実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図８】第１の実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置のデジタル回路部の詳細構成を示すブロック図。
【図９】第１の実施形態において制御されるスイッチの動作の一例を示す図。
【図１０】第１の実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の物標検出動作を示すフローチャート。
【図１１】第２の実施形態のレーダ装置を用いて横断歩道を監視するシステムの運用状態を概念的に示す図。
【図１２】第２の実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図１３】第２の実施形態において制御されるスイッチの動作の一例を示す図。
【図１４】第２の実施形態において、（ａ）第２の受信アンテナの指向特性の一例、および（ｂ）第３の受信アンテナの指向特性の一例を示す図。
【図１５】第２の実施形態において、（ａ）第２の受信アンテナが選択されたときの受信レベル、（ｂ）第３の受信アンテナが選択されたときの受信レベルを示す図。
【図１６】第２の実施形態において、（ａ）第１および第２の受信アンテナが選択された場合の受信レベルの差と、（ｂ）第１および第３の受信アンテナが選択された場合の受信レベルの差とを対比して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（１）第１の実施形態
以下、第１の実施形態のレーダ装置について説明する。なお、以下の各実施形態に関連付けて示す方位角、アンテナ利得または受信レベルを示す図におけるスケールは、すべての図で同一であるものとする。
【００１３】
（１−１）実施形態のレーダ装置の用途例
先ず、本実施形態のレーダ装置の用途について、図１に例示して示す。図１は、本実施形態のレーダ装置を用いて踏切を監視するシステムの運用状態を概念的に示す図である。図１において、レーダ装置は、踏切遮断桿の近傍に設けられており、踏切監視領域内において特に踏切遮断桿と線路の間の領域を監視している。つまり、レーダ装置のアンテナは、そのメインローブ方向が踏切遮断桿の長手方向と概ね平行となるように配置されており、メインローブの領域が踏切遮断桿と線路の間の領域を極力カバーするようになっている。レーダ装置のアンテナのサイドローブ方向は、メインローブ方向を基にしてアンテナの指向特性に応じた所定の角度だけ斜めの方向に向いている。このとき、レーダ装置がサイドローブ方向の物標を検出することがある。例えば、図１に示したシステムでは、レーダ装置がサイドローブ方向に停車する車両を物標として検出しうる。
【００１４】
図１に例示したシステムでは、仮にレーダ装置がサイドローブによって物標を検出したことを認識できないならば、メインローブ方向の同一距離に在る他の物標との判別ができず、システム上物標を誤検出することになる。すなわち、車両は踏切監視領域外に在るにも関わらず踏切監視領域内に在るとしてシステム上認識されることになり、踏切を通過しつつある電車等に警報を発する等の誤作動がなされうる。
これに対して、本実施形態のレーダ装置は、後述するように、物標がアンテナのメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを認識することができるため、システム上適切な動作を行うことができる。
【００１５】
（１−２）実施形態のレーダ装置の概略構成と物標検出方法
以下、実施形態のレーダ装置の概略構成と物標検出方法について、図２〜６を参照して説明する。
【００１６】
図２は、本実施形態のレーダ装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態のレーダ装置は、送信アンテナＴＡと、２つの受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２と、受信アンテナを切り替えるためのスイッチＳＷと、信号処理部１００とを備える。送信アンテナＴＡは、送信波を空間に放射する。受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２は、送信波の物標による反射波を受信波として受信するが、当該受信は、信号処理部１００の制御に基づくスイッチＳＷの切り替えに応じて選択的に行われる。送信アンテナおよび受信アンテナの構成は特に限定するものではないが、例えばパッチアレイアンテナ等を用いてよい。
なお、受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２はそれぞれ、第１，第２受信アンテナの一例である。
【００１７】
図２において、信号処理部１００は、アナログ回路およびデジタル回路から構成され、送信波の生成、送信波および受信波に基づく物標までの距離算出処理、スイッチＳＷの切り替え制御（つまり、受信アンテナの切り替え制御）、上位システム（図示せず）とのインタフェース処理などを備える。信号処理部１００における距離算出処理における算出原理（つまり、レーダ方式）は如何なるものでもよい。例えば、ミリ波レーダ方式としては、パルス方式、ＦＭ−ＣＷ(Frequency Modulated-Continuous Wave)方式、２周波ＣＷ(Continuous Wave)方式、スペクトラム拡散方式が知られているが、これらの方式のいずれかを適用してよい。
【００１８】
送信アンテナＴＡは、２つの受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２のいずれかと共用してよいが、ここでは別個に記載してある。なお、以下の説明では、送信アンテナＴＡと受信アンテナＲＡ１の指向特性が等しい（例えば、送信アンテナＴＡと受信アンテナＲＡ１が共用化された単一のアンテナで構成されている）ものとする。また、２つの受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２は、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点（零点）の方位角が互いに異なる指向特性を備えている。図１に示した例では、基準平面は監視領域の平面に等しい。
【００１９】
図３は、（ａ）送信アンテナＴＡおよび受信アンテナＲＡ１の指向特性の一例、および（ｂ）受信アンテナＲＡ１が選択されたときの受信レベル（例えば受信電力）の一例を示す。図４は、（ａ）受信アンテナＲＡ２（実線）の指向特性の一例（参考に、受信アンテナＲＡ１の指向特性を点線で示す。）、および（ｂ）受信アンテナＲＡ２が選択されたときの受信レベル（例えば受信電力）の一例を示す。なお、図３および図４の縦軸は対数表示(dB表示)であることが想定され、横軸は、メインローブ方向を基(“0”)にした方位角(+/-)である。
【００２０】
ここで、レーダ方程式として公知の以下の式（１）に基づき、各受信アンテナが選択されたときの受信レベル（受信電力）は、対数上では、送信アンテナＴＡのアンテナ利得と受信アンテナのアンテナ利得を加算した値に比例したものとなることが分かる。
【００２１】
Ｓ＝ＰｔＧｔＧｒλ２σ／（４π）３Ｒ４ …式（１）
なお、
Ｓ： 受信電力
Ｐｔ：送信電力
Ｇｔ：送信アンテナのアンテナ利得
Ｇｒ：受信アンテナのアンテナ利得
λ： 送信波の波長
σ： 物標の有効反射面積
Ｒ： 物標までの距離
である。
【００２２】
そのため、受信アンテナＲＡ１が選択された場合には、送信アンテナＴＡと受信アンテナＲＡ１のアンテナ利得がともに等しいため、図３（ｂ）に示すように、受信レベルは、各アンテナ利得を倍にしたものと同一の特性となる。
また、上述したように、受信アンテナＲＡ２は、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が受信アンテナＲＡ１の指向特性（つまり、送信アンテナＴＡの指向特性）とは異なる指向特性を備えている。それにより、受信アンテナＲＡ２が選択された場合には、図４（ｂ）に示すように、受信レベルは、図３（ｂ）の場合よりもサイドローブにおける受信レベルが低下することになる。
図５は、図３（ｂ）と図４（ｂ）を対比しやすいように１つの図にしたものであり、実線は受信アンテナＲＡ１が選択された場合の受信レベル（図３（ｂ））、点線は受信アンテナＲＡ２が選択された場合の受信レベル（図４（ｂ））を示す。図５から、メインローブ方向では両者で受信レベルの変化が無いが、サイドローブ方向では、受信レベルに両者で差が生ずることが分かる。
【００２３】
信号処理部１００は、送信波および受信波に基づく物標までの距離算出処理を行うが、その距離算出処理においては、受信アンテナＲＡ１と第２受信アンテナＲＡ２を順に選択して行う。つまり、信号処理部１００は、例えば最初に受信アンテナＲＡ１を選択し、送信波と受信アンテナＲＡ１による受信波とに基づいて物標までの距離を算出する。信号処理部１００は次に、受信アンテナＲＡ２を選択し、送信波と受信アンテナＲＡ２による受信波とに基づいて物標までの距離を算出する。
そして信号処理部１００は、受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２を選択したときに算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベル（例えば受信電力）をそれぞれＰ１，Ｐ２としたときに、Ｐ１とＰ２の差分に基づいて、算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する。
【００２４】
この判断について、図６を参照してさらに説明する。図６は、受信アンテナＲＡ１を選択した場合（実線）と受信アンテナＲＡ２を選択した場合（点線）とで、算出される距離とその受信レベルの関係を示す図である。
上記式（１）のレーダ方程式が示すように、同一の送信電力および同一距離の物標を前提としたならば、サイドローブの指向特性が互いに異なる受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２が選択された場合、サイドローブの受信によって得られる同一距離において、受信レベルに差が生ずる。一方、受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２はメインローブの指向特性は等しいため、メインローブの受信によって得られる同一距離において、受信レベルに差は生じない。そこで、この受信レベルの差が所定の閾値以上である場合に、その同一距離の物標の検出がサイドローブの受信によって得られたものであると判断することができる。
【００２５】
図６では、送信波と受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２の受信波に基づいて、距離ｄ１，ｄ２が算出された場合が想定されている。このとき、距離ｄ１は、受信アンテナＲＡ１が選択された場合と受信アンテナＲＡ２が選択された場合とで受信レベルに差が生じており（例えば、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞閾値）、距離ｄ１は受信アンテナのサイドローブによる受信波で得られたものであると判断することができる。一方、距離ｄ２は、受信アンテナＲＡ１が選択された場合と受信アンテナＲＡ２が選択された場合とで受信レベルに差が生じておらず（例えば、｜Ｐ１−Ｐ２｜≦閾値）、距離ｄ２は受信アンテナのメインローブによる受信波で得られたものであると判断することができる。
【００２６】
（１−３）ＦＭ−ＣＷ方式の場合のレーダ装置の構成と動作
図２はレーダ方式を限定しない場合のレーダ装置の概略構成を示したが、以下では、レーダ方式をＦＭ−ＣＷ方式とした場合のレーダ装置（以下、ＦＭ−ＣＷレーダ装置）の構成と物標検出方法について、図７〜１０を参照して説明する。
ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、周波数上昇区間（以下、ＵＰ区間）と周波数下降区間（以下、ＤＯＷＮ区間）を含むように周波数変調（ＦＭ変調）された送信波を空間へ放射し、物標から反射された波を受信波として受信する。周波数変調における変調信号は、代表的には三角波であるが、鋸波、台形波等の三角波以外の信号でもよい。ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、送信波と、物標からの反射により得られる受信波とのビート信号を取得するとともに、このビート信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を施して周波数分析を行う。周波数分析されたビート信号は強度が大きくなるピークが生じるが、このピークに対応するピーク周波数は、物標の距離に関する情報を有する。
【００２７】
図７は、本実施形態のレーダ装置（ＦＭ−ＣＷレーダ装置１）の構成を示すブロック図である。図７は、図２に示したレーダ装置の構成を、ＦＭ−ＣＷ方式に特化した構成とした図である。図８は、本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置１のデジタル回路部の詳細構成を示すブロック図である。
【００２８】
図７を参照すると、ＦＭ−ＣＷレーダ装置１は、電圧制御発振器（ＶＣＯ：voltage controlled oscillator）１１、方向性結合器１２、増幅器１３、スイッチ１４（図２のスイッチＳＷに相当）、増幅器１５、ミキサ１６、フィルタ（ＢＰＦ）１７、デジタル回路部１８、送信アンテナＴＡ、および受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２を備える。
【００２９】
電圧制御発振器１１は、デジタル回路部１８から与えられる制御電圧ＶＣＯＮＴに基づいて送信波の周波数を変化させる。ＦＭ−ＣＷレーダ装置１の送信波は、国内では例えば６０ＧＨｚ，７６ＧＨｚ等の周波数帯が使用されるが、電圧制御発振器１１は、システム上規定される周波数帯の周波数変調された送信波を生成する。電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１は、例えばＭＥＳＦＥＴおよびバラクタダイオードによって構成され、図７ではその出力周波数（周波数変調された出力信号）をｆＯＵＴとしている。
【００３０】
電圧制御発振器１１の送信波は、方向性結合器１２を介してミキサ１６へ与えられるとともに増幅器１３へ送出される。
送信アンテナＴＡは、増幅器１３によって所定のレベルまで増幅された送信波を空間へ放射する。受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２は選択的に、物標からの反射波を受信波として受信する。この受信波は増幅器１５において所定のレベルまで増幅される。
【００３１】
ミキサ１６は、方向性結合器１２から得られる送信波と、増幅器１５から得られる受信波とを混合して、送信波と受信波の周波数差に等しい周波数のビート信号を生成する。フィルタ１７は、ミキサ１６により生成されたビート信号について、ビート信号として予定されている周波数範囲の成分のみを通過させ、それ以外の成分に含まれるノイズを除去するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。フィルタ１７を通過したビート信号は、デジタル回路部１８へ送出される。また、増幅器１５から得られる受信波は、受信レベルの検出のためにデジタル回路部１８へ送出される。
【００３２】
図８に示すように、デジタル回路部１８は、信号発生器１８１、Ｄ／Ａ(Digital/Analogue)変換器１８２、Ａ／Ｄ(Analogue/Digital)変換器１８３、ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)処理部１８４、距離算出部１８５、インタフェース(I/F)部１８６、Ａ／Ｄ変換器１８７、および切替制御部１８８を備える。デジタル回路部１８は、マイクロコントローラを主体として構成されるが、特定の機能および処理を実現するためのチップセットやＤＳＰ(Digital Signal Processor)を備えうる。なお、距離算出部１８５および切替制御部１８８を含むデジタル回路部１８の一部は制御部の一例である。
【００３３】
信号発生器１８１は、電圧制御発振器１１に与える制御電圧ＶＣＯＮＴ（例えば三角波）に相当するデジタル信号を生成する。
インタフェース部１８６は、例えば上位システムとの通信のためのインタフェース回路を含み、算出した物標との距離の上位システムへの報告、および上位システムからの特定のコマンドの受信等を行う。
【００３４】
ＦＦＴ処理部１８４は、デジタル化されたビート信号に対してＦＦＴ処理を施し、ビート信号の周波数成分（スペクトル分布）の分析結果（ＦＦＴデータ）を算出する。
距離算出部１８５は、ＦＦＴ処理部１８４から取得するビート信号の周波数成分（ＦＦＴデータ）に基づいて、ＵＰ区間で得られるビート信号のピーク周波数と、ＤＯＷＮ区間で得られるビート信号のピーク周波数とのペアリングを行い、物標に対応するターゲット成分を特定する。さらに距離算出部１８５は、ペアリング結果に基づいて、物標との間の距離を算出する。具体的には、距離算出部１８５は、特定されたターゲット成分のペアのうち、ＵＰ区間のピーク周波数をＦｕｐとし、ＤＯＷＮ区間のピーク周波数をＦｄｏｗｎとすると、物標までの距離を、α×（Ｆｕｐ＋Ｆｄｏｗｎ）／２（α：定数）の式によって算出する。なお、αは、送信波の電波伝搬速度（光速）、中心周波数、変調周波数幅等によって定まる値である。
【００３５】
切替制御部１８８は、例えば受信波が受信アンテナＲＡ１と受信アンテナＲＡ２とが交互に選択されて受信するように、スイッチ１４を制御する。図９に、切替制御部１８８によって制御されるスイッチ１４の動作の一例を示す。図９に示す例では、レーダ装置１の起動後（時刻ｔ０の後）、受信アンテナＲＡ１が選択される期間Ｔ１と受信アンテナＲＡ２が選択された期間Ｔ２とが交互に生ずるように、スイッチ１４が制御される。しかしながら、この動作例は一例に過ぎず、受信アンテナＲＡ１と受信アンテナＲＡ２は少なくともそれぞれ１回選択されればよい。
【００３６】
距離算出部１８５は、受信アンテナＲＡ１が選択される期間Ｔ１において、距離を算出するとともに、受信アンテナＲＡ１による受信波の受信レベルを検出する。距離算出部１８５はまた、受信アンテナＲＡ２が選択される期間Ｔ２において、距離を算出するとともに、受信アンテナＲＡ２による受信波の受信レベルを検出する。そして、距離算出部１８５は、受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２を選択したときに算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれＰ１，Ｐ２としたときに、Ｐ１とＰ２の差分に基づいて、算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する。
なお、距離算出部１８５と切替制御部１８８は同期して動作するようにしてもよい。すなわち、切替制御部１８８が受信アンテナＲＡ１を選択した後、距離算出部１８５は、受信アンテナＲＡ１による受信波に対する処理が完了すると、切替制御部１８８に対して制御信号を送出する。そして、切替制御部１８８は、この制御信号に同期して、受信アンテナＲＡ１から受信アンテナＲＡ２への切り替えを行う。
【００３７】
次に、図７および図８に示したＦＭ−ＣＷレーダ装置１による動作（物標検出動作）について、図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の物標検出動作を示すフローチャートであり、主としてデジタル回路部１８内で実行される。なお、スイッチ１４の動作は、図９に示したタイミングチャートの例に従うものとする。
【００３８】
先ず期間Ｔ１において切替制御部１８８は、受信アンテナＲＡ１を選択するようにスイッチ１４を制御する。これにより、受信アンテナＲＡ１によって得られた受信波の受信レベル（増幅器１５の出力レベル）が距離算出部１８５で検出される（ステップＳ１００）。距離算出部１８５は、送信波と受信アンテナＲＡ１の受信波によって得られたビート信号（フィルタ１７の出力）に基づいて、物標とのすべての距離Ｄ１を算出する（ステップＳ１１０）。
【００３９】
次に、切替制御部１８８は、期間Ｔ２に移行してスイッチ１４の状態を切り替え、受信アンテナＲＡ２を選択するようにスイッチ１４を制御する。これにより、受信アンテナＲＡ２によって得られた受信波の受信レベル（増幅器１５の出力レベル）が距離算出部１８５で検出される（ステップＳ１２０）。距離算出部１８５は、送信波と受信アンテナＲＡ２の受信波によって得られたビート信号（フィルタ１７の出力）に基づいて、物標とのすべての距離Ｄ２を算出する（ステップＳ１３０）。
【００４０】
ステップＳ１００〜Ｓ１３０の処理は少なくとも１回行えばよいが、複数回行って得られる複数のサンプルの受信レベルと距離について統計処理を行うことによって、受信レベルと距離の精度を高めるようにしてもよい。
次に、距離算出部１８５は、期間Ｔ１で得られた物標とのすべての距離Ｄ１と、期間Ｔ２で得られた物標とのすべての距離Ｄ２とを比較して、Ｄ１＝Ｄ２となる距離があるか否か判定する（ステップＳ１４０）。１つもＤ１＝Ｄ２となる距離が無ければ、適切な結果が得られていないことになるため、ステップＳ１００へ戻る。
【００４１】
ステップＳ１４０でＤ１＝Ｄ２となる距離が存在する場合には、その距離の算出の基礎となる受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２の受信レベルＰ１，Ｐ２について、｜Ｐ１−Ｐ２｜とＰＴＨ（ＰＴＨ：所定の閾値）の大小を判定する（ステップＳ１５０）。その結果、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞ＰＴＨである場合には、図６に関連付けて説明したように、当該距離の物標が受信アンテナのサイドローブによって算出されたものである（つまり、物標がサイドローブ方向に存在する）と判断する（ステップＳ１６０）。逆に、｜Ｐ１−Ｐ２｜≦ＰＴＨである場合には、当該距離の物標が受信アンテナのメインローブによって算出されたものである（つまり、物標がメインローブ方向に存在する）と判断する（ステップＳ１７０）。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置によれば、サイドローブの指向特性が異なる２つの受信アンテナを選択的に切り替え、算出した同一距離における各受信アンテナの受信レベルの差を判定する。これによって、算出された物標までの距離がメインローブの受信によって得られたものか、あるいはサイドローブの受信によって得られたものかを判別することができる。つまり、本実施形態のレーダ装置によれば、物標がアンテナのメインローブ方向に在るのか、あるいはサイドローブ方向に在るのかを判別することができる。そして、本実施形態のレーダ装置によれば、上記判別機能を実現するためのハードウエアとしては実質的に受信アンテナを１個追加するのみで足り、比較的簡易な構成で上記判別機能を実現することができる。
【００４３】
（２）第２の実施形態
以下、第２の実施形態のレーダ装置について説明する。
【００４４】
（２−１）実施形態のレーダ装置の用途例
先ず、本実施形態のレーダ装置の用途について、図１１に例示する。図１１は、本実施形態のレーダ装置を用いて横断歩道を監視するシステムの運用状態を概念的に示す図である。図１１において、レーダ装置は、横断歩道の端部に設けられており、主として横断歩道内の領域を監視している。つまり、レーダ装置のアンテナは、そのメインローブ方向が横断歩道の進行方向と概ね平行となるように配置されており、メインローブの領域が横断歩道の領域を極力カバーするようになっている。また、レーダ装置のアンテナのサイドローブ方向は、メインローブ方向を基にしてアンテナの指向特性に応じた所定の角度だけ斜めの方向に向いており、車両および歩行者を監視している。
【００４５】
図１１に例示したレーダ装置の用途例は、アンテナのメインローブ方向に加えてサイドローブ方向の物標の検出を積極的に行う例である。このシステムでは、サイドローブ方向の物標の検出を行うため、メインローブ方向のみを検出する場合と比較して検出範囲が拡大するが、メインローブ、およびその両側の２つのサイドローブの各々による検出を切り分けるようにすることが好ましい。例えば図１１のレーダ装置の配置例では、メインローブでは、横断歩道内に進入する歩行者等が検出されうる。また、メインローブ方向を基準として右側のサイドローブでは、停止する車両などが検出されうる一方、メインローブ方向を基準として左側のサイドローブでは、横断歩道の歩行者などが検出されうる。そのため、メインローブ、およびその両側の２つのサイドローブの各々による検出を切り分けることができれば、検出対象（車両、歩行者）に応じた適切な警報あるいは制御を行うことができると考えられる。
かかる観点から、本実施形態のレーダ装置は、メインローブ、およびその両側の２つのサイドローブの各々による物標の検出を切り分けることができるレーダ装置について、以下開示する。
【００４６】
（２−２）ＦＭ−ＣＷ方式の場合のレーダ装置の構成と動作
以下、レーダ方式をＦＭ−ＣＷ方式とした場合の本実施形態のレーダ装置の構成と物標検出方法について、図１２〜１６を参照して説明する。
【００４７】
図１２は、本実施形態のレーダ装置（ＦＭ−ＣＷレーダ装置２）の構成を示すブロック図である。本ブロック図は、図７に示したものと類似した構成であるため、相違点についてのみ説明し、重複説明を省略する。なお、後述するデジタル回路部１８ａは、距離算出部および制御部の一例である。
図１２に示すように、レーダ装置２は、３つの受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３を備える。なお、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３はそれぞれ、第１〜第３受信アンテナの一例である。
受信アンテナＲＡ１は、例えば送信アンテナＴＡ１と同一の指向特性を備える。受信アンテナＲＡ２は、受信アンテナＲＡ１と比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、基準平面内の第１回転方向においてのみ異なる指向特性を有している。受信アンテナＲＡ３は、受信アンテナＲＡ１と比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、基準平面内における第１回転方向とは逆の第２回転方向においてのみ異なる指向特性を有している。
ここで、図１１に示した例では、基準平面は監視領域（横断歩道）の平面に等しい。また、第１回転方向は、基準平面においてメインローブから一方のサイドローブに向かって回転する方向であり、第２回転方向は、基準平面においてメインローブから他方のサイドローブに向かって回転する方向である。
【００４８】
デジタル回路部１８ａは、例えば受信波が，受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３が順に選択されて受信するように、スイッチ１４ａを制御する。
デジタル回路部１８ａは、前述したデジタル回路部１８と同様の構成を備えるが、以下の点で異なる。つまり、デジタル回路部１８ａは、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３を選択したときに算出された距離がすべて等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれＰ１〜Ｐ３としたときに、Ｐ１とＰ２の差分、およびＰ１とＰ３の差分を算出する。そして、デジタル回路部１８ａは、各差分に基づいて、算出された距離が受信アンテナのメインローブ、第１回転方向のサイドローブ、または第２回転方向のサイドローブのいずれの受信によるものか判断する
【００４９】
図１３に、デジタル回路部１８ａによって制御されるスイッチ１４ａの動作の一例を示す。図１３に示す例では、レーダ装置２の起動後（時刻ｔ０の後）、受信アンテナＲＡ１が選択される期間Ｔ１と、受信アンテナＲＡ２が選択される期間Ｔ２と、受信アンテナＲＡ３が選択される期間Ｔ３と、が交互に生ずるように、スイッチ１４ａが制御される。しかしながら、この動作例は一例に過ぎず、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３は少なくともそれぞれ１回選択されればよい。
【００５０】
本実施形態の物標検出方法について、図１４〜１６を参照して以下説明する。なお、以下の説明において、受信アンテナＲＡ１および送信アンテナＴＡの指向特性は、図３（ａ）に示したものと同一とする。
図１４は、（ａ）受信アンテナＲＡ２（実線）の指向特性の一例（なお、点線で受信アンテナＲＡ３の指向特性を示す。）、および（ｂ）受信アンテナＲＡ３（実線）の指向特性の一例（なお、点線で受信アンテナＲＡ２の指向特性を示す。）を示す。図１４（ａ）において、受信アンテナＲＡ２の指向特性は、−の方位角（第２回転方向の角度）において受信アンテナＲＡ１の指向特性と一致し、＋の方位角（第１回転方向の角度）において基準平面内のヌル点の方位角が、受信アンテナＲＡ１とは異なる指向特性を有している。また、図１４（ｂ）において、受信アンテナＲＡ３の指向特性は、＋の方位角（第１回転方向の角度）において受信アンテナＲＡ１の指向特性と一致し、−の方位角（第２回転方向の角度）において基準平面内のヌル点の方位角が、受信アンテナＲＡ１とは異なる指向特性を有している。
【００５１】
第１の実施形態と同様、受信アンテナＲＡ１が選択された場合には、送信アンテナＴＡと受信アンテナＲＡ１のアンテナ利得がともに等しいため、図３（ｂ）に示したように、受信レベルは、そのアンテナ利得を倍にした特性となる。
【００５２】
図１５は、（ａ）受信アンテナＲＡ２が選択されたときの受信レベル、（ｂ）受信アンテナＲＡ３が選択されたときの受信レベルを示す。
図１５（ａ）に示すように、受信アンテナＲＡ２が選択された場合、受信アンテナＲＡ２の指向特性は、−の方位角（第２回転方向の角度）においては、受信アンテナＲＡ１の指向特性と一致しているため、受信アンテナＲＡ１が選択された場合と同一の受信レベル（図３（ｂ）と同じレベル）となる。一方、受信アンテナＲＡ２の指向特性は、＋の方位角（第１回転方向の角度）においては、基準平面内のヌル点の方位角が受信アンテナＲＡ１とは異なる指向特性を有しているため、受信アンテナＲＡ１が選択された場合よりもサイドローブにおける受信レベルが低下することになる。
【００５３】
図１５（ｂ）に示すように、受信アンテナＲＡ３が選択された場合には、受信アンテナＲＡ３の指向特性は、＋の方位角（第１回転方向の角度）においては、受信アンテナＲＡ１の指向特性と一致しているため、受信アンテナＲＡ１が選択された場合と同一の受信レベル（図３（ｂ）と同じレベル）となる。一方、受信アンテナＲＡ３の指向特性は、−の方位角（第２回転方向の角度）においては、基準平面内のヌル点の方位角が受信アンテナＲＡ１とは異なる指向特性を有しているため、受信アンテナＲＡ１が選択された場合よりもサイドローブにおける受信レベルが低下することになる。
【００５４】
図１６は、図３（ｂ）と図１５を対比しやすいようにした図である。図１６（ａ）では、実線は受信アンテナＲＡ２が選択された場合の受信レベル（図１５（ａ）と同じ）、点線は受信アンテナＲＡ１が選択された場合の受信レベル（図３（ｂ）と同じ）を示す。図１６（ｂ）では、実線は受信アンテナＲＡ３が選択された場合の受信レベル（図１５（ｂ）と同じ）、点線は受信アンテナＲＡ１が選択された場合の受信レベル（図３（ｂ）と同じ）を示す。
【００５５】
ここで、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３によって算出された同一距離の物標について、その距離の算出の基礎となる受信アンテナＲＡ１，ＲＡ２の受信レベルＰ１，Ｐ２の差分は、図１６（ａ）から、＋の方位角（第１回転方向の角度）においてのみ生じていることが分かる。同様に、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３によって算出された同一距離の物標について、その距離の算出の基礎となる受信アンテナＲＡ１，ＲＡ３の受信レベルＰ１，Ｐ３の差分は、図１６（ｂ）から、−の方位角（第２回転方向の角度）においてのみ生じていることが分かる。よって、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３によって得られた受信レベルを比較することによって、いずれの回転方向のサイドローブで物標が検出されたか判別することができることになる。
【００５６】
デジタル回路部１８ａ（図１２参照）は、送信波および受信波に基づく物標までの距離算出処理を行うが、その距離算出処理においては、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３を順に選択して行う。そしてデジタル回路部１８ａは、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ３を選択したときに算出された距離がすべて等しい場合に、その距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベル（例えば受信電力）をそれぞれＰ１〜Ｐ３としたときに、以下の処理を行う。
すなわち、Ｐ１とＰ２を比較し、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞ＰＴＨ（ＰＴＨ：所定の閾値）である場合には、受信アンテナの＋の方位角（第１回転方向の角度）のサイドローブによって算出されたものである（つまり、物標が＋の方位角のサイドローブ方向に存在する）と判断する。Ｐ１とＰ３を比較し、｜Ｐ１−Ｐ３｜＞ＰＴＨ（ＰＴＨ：所定の閾値）である場合には、受信アンテナの−の方位角（第２回転方向の角度）のサイドローブによって算出されたものである（つまり、物標が−の方位角のサイドローブ方向に存在する）と判断する。距離の算出の基礎となる受信レベルがＰ１〜Ｐ３で差がない場合には、メインローブによって算出されたものである（つまり、物標がメインローブ方向に存在する）と判断する。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置によれば、第１の実施形態で述べた効果に加えて、アンテナのメインローブ、およびその両側の２つのサイドローブの各々による物標の検出を切り分けることができる。
【００５８】
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００５９】
（付記１）
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１および第２受信アンテナを選択的に切り替え、第１および第２受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１および第２受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置。
【００６０】
（付記２）
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内の第１回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした前記基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内における前記第１回転方向とは逆の第２回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第３受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１、第２受信および第３受信アンテナを選択的に切り替え、第１、第２および第３受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がすべて等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１、第２および第３受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分、および第１受信レベルと第３受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブ、前記第１回転方向のサイドローブ、または前記第２回転方向のサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置。
【００６１】
（付記３）
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、少なくとも前記基準平面内の一回転方向において異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、を備えたレーダ装置における物標検出方法であって、
第１受信アンテナを選択し、送信波および第１受信アンテナによる受信波に基づいて物標までの距離を算出し、
第２受信アンテナを選択し、送信波および第２受信アンテナによる受信波に基づいて物標までの距離を算出し、
第１および第２受信アンテナを選択したときに算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１および第２受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する、
ことを含む、物標検出方法。
【符号の説明】
【００６２】
１，２…レーダ装置
１１…電圧制御発振器
１２…方向性結合器
１３…増幅器
１４，１４ａ…スイッチ
１５…増幅器
１６…ミキサ
１７…フィルタ
１８，１８ａ…デジタル回路部
１８１…信号発生器
１８２…Ｄ／Ａ変換器
１８３…Ａ／Ｄ変換器
１８４…ＦＦＴ処理部
１８５…距離算出部
１８６…インタフェース部
１８７…Ａ／Ｄ変換器
１８８…切替制御部
１００…信号処理部
ＴＡ…送信アンテナ
ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３…受信アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１および第２受信アンテナを選択的に切り替え、第１および第２受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１および第２受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置。
【請求項２】
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内の第１回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした前記基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内における前記第１回転方向とは逆の第２回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第３受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１、第２受信および第３受信アンテナを選択的に切り替え、第１、第２および第３受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がすべて等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１、第２および第３受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分、および第１受信レベルと第３受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブ、前記第１回転方向のサイドローブ、または前記第２回転方向のサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置。
【請求項１】
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１および第２受信アンテナを選択的に切り替え、第１および第２受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がともに等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１および第２受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブまたはサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置。
【請求項２】
送信波を空間へ放射するための送信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための第１受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内の第１回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第２受信アンテナと、
前記送信波の物標による反射波を受信波として受信するための受信アンテナであって、前記第１受信アンテナと比較して、メインローブの方向を基にした前記基準平面内のヌル点の方位角が、前記基準平面内における前記第１回転方向とは逆の第２回転方向においてのみ異なる指向特性を有する第３受信アンテナと、
送信波および受信波に基づいて物標までの距離を算出する距離算出部と、
第１、第２受信および第３受信アンテナを選択的に切り替え、第１、第２および第３受信アンテナを選択したときに距離算出部によって算出された距離がすべて等しく、かつ、当該距離の算出の基礎となる各受信アンテナの受信レベルをそれぞれ第１、第２および第３受信レベルとしたときに、第１受信レベルと第２受信レベルの差分、および第１受信レベルと第３受信レベルの差分に基づいて、前記算出された距離が受信アンテナのメインローブ、前記第１回転方向のサイドローブ、または前記第２回転方向のサイドローブのいずれの受信によるものか判断する制御部と、
を備えた、レーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１５９３２７（Ｐ２０１２−１５９３２７Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４７３（Ｐ２０１１−１７４７３）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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