方位検出装置
【課題】簡易な構成で方位検出範囲の広角化を実現できる方位検出装置を提供する。
【解決手段】送信アレイアンテナを構成するＭ個の送信側アンテナ素子、受信アレイアンテナを構成するＮ個の受信側アンテナ素子の組合せであるＭ×Ｎ個のチャンネルＣＨ11〜ＣＨMNのそれぞれについて、デジタルデータＤ11〜ＤMNを取得する(S110〜S180)。受信側アンテナ素子ＡＲn が共通するＭ個のチャンネルＣＨ1n〜ＣＨMn毎にビームフォーミング（ＦＦＴ）を実行し、その算出結果から、同じ周波数ビンについてのＮ個の算出結果毎にビームフォーミング（ＦＦＴ）を実行する。この算出結果から得られる受信強度分布に基づき、物標の方位を抽出する(S190〜S210)。
【解決手段】送信アレイアンテナを構成するＭ個の送信側アンテナ素子、受信アレイアンテナを構成するＮ個の受信側アンテナ素子の組合せであるＭ×Ｎ個のチャンネルＣＨ11〜ＣＨMNのそれぞれについて、デジタルデータＤ11〜ＤMNを取得する(S110〜S180)。受信側アンテナ素子ＡＲn が共通するＭ個のチャンネルＣＨ1n〜ＣＨMn毎にビームフォーミング（ＦＦＴ）を実行し、その算出結果から、同じ周波数ビンについてのＮ個の算出結果毎にビームフォーミング（ＦＦＴ）を実行する。この算出結果から得られる受信強度分布に基づき、物標の方位を抽出する(S190〜S210)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の受信アンテナで受信したターゲットからの反射波に基づき、ターゲットの方位を検出する方位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送信アンテナから放射され、ターゲットに反射して戻ってくる反射波を複数の受信アンテナで受信し、各受信アンテナでの受信信号の位相のずれ（つまり、位相差）からターゲットの方位を検出するいわゆる位相モノパルス方式のレーダ装置が知られている。
【０００３】
しかし、位相差を利用して方位を検出する場合、位相差ΔφとΔφ＋３６０°とを識別できないことに基づく、いわゆる折り返し現象（アンビキュアティ）が発生するため、位相差が３６０°変化する範囲内（例えば、−１８０°＜Δφ≦１８０°）でしか方位を一意に特定することができないという問題がある。
【０００４】
これに対して、ビームの指向性が互いに異なる複数の送信アンテナを用い、これら送信アンテナを順次切り替えて使用することにより、使用した送信ビームの情報（向き，ビーム幅）を利用して、方位検出範囲を拡大するとともに、検出結果がターゲットからの反射によるものか、折り返し現象によるものかを判断する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４２３８３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ビームの指向性が互いに異なる複数の送信アンテナを用いる場合、送信アンテナの向きを精度良く決める必要があるため、製造が難しいという問題があった。
また、実機での応用を考えた場合、ビームの指向性が互いに異なる複数のアンテナの代わりに、アンテナ素子が同一平面に配置されるアレイアンテナを使用して、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子に供給する送信信号の位相などを変化させることによって、送信ビームの向きを変化させる電子スキャン方式を用いることも考えられている。
【０００７】
この場合、アレイアンテナに供給する送信信号の位相を変化させる位相制御器としては、移相器、ロトマンレンズ、バトラーマトリクス等が知られている。
しかし、これら位相制御器は、性能、コスト面で実現が困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するために、より簡易な構成で方位検出範囲の広角化を実現できる方位検出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】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本発明の方位検出装置では、予め設定された配列軸に沿って配置された複数の送信側アンテナ素子からなる送信アレイアンテナおよび前記配列軸に沿って配置された複数の受信側アンテナ素子からなる受信アレイアンテナを備え、信号取得手段が、送信側アンテナ素子と受信側アンテナ素子との任意の組合せをチャンネルとして、該チャンネルを使用して探査波を送受信することにより、チャンネル毎に受信信号を取得する。
【００１０】
すると、分析手段が、信号取得手段にて取得した受信信号を用いて、送信側アンテナ素子および受信側アンテナ素子のうち一方の素子配列に沿った第１の空間周波数分析を実行すると共に、該第１の周波数分析の結果を用いて、送信側アンテナ素子および受信側アンテナ素子のうち他方の素子配列に沿った第２の空間周波数分析（つまり、二次元的な周波数分析）を実行し、その分析結果に従って、方位算出手段が、探査波を反射した物標の方位を求める。
【００１１】
なお、空間周波数分析としては、例えば、ビームフォーマを用いてもよいし、ＭＵＳＩＣ等の高分解能処理を用いてもよい。
なお、受信側アンテナ素子の素子配列に沿った空間周波数分析では、受信側アンテナ素子の配置によって決まる特性で電波の到来方向の検出が行われ、送信側アンテナ素子の素子配列に沿った空間周波数分析では、送信側アンテナ素子の配置によって決まる特性で電波の到来方向の検出が行われる。
【００１２】
このように構成された本発明の方位検出装置では、送信側アンテナ素子の素子配列に沿った空間周波数分析によって、位相制御器を用いることなく、送信ビームの切り替えに相当する処理が実現されるため、簡易な構成によって方位検知範囲の広角化を実現することができる。
【００１３】
また、本発明の方位検出装置では、二次元的な周波数分析を実行することにより、送信側アンテナ素子の配置および受信側アンテナ素子の配置によって決まる二つの特性を重ね合わせた結果から方位を検出することになるため、例えばビームフォーマでは、ビーム幅を絞る効果が得られることになり、方位検出の分解能を向上させることができる。
【００１４】
ところで、複数の送信側アンテナ素子および複数の受信側アンテナ素子は、それぞれ等間隔で配置されていてもよいし、不等間隔で配置されていてもよい。
これらアンテナ素子を不等間隔に配置した場合は、アンテナ素子の組合せ毎に、位相差が３６０°だけ変化させるのに要する方位幅が異なったものとなるため、グレーティングローブの発生、ひいては折り返し現象の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、アンテナ素子を等間隔に配置した場合は、当該装置にて方位の検出を可能とする方位幅を検出範囲とし、送信アレイアンテナのメインローブとグレーティングローブとの方位差が、検出範囲以上となるように、送信側アンテナ素子の配置間隔および受信側アンテナ素子の配置間隔を設定することが望ましい。
【００１６】
この場合、送信アレイアンテナのグレーティングローブの影響（検出範囲外の物標の折り返し）が検出範囲内に表れることを抑制しつつ、検出範囲を最大限に広角化することができる。
【００１７】
なお、検出範囲は、例えば、互いに隣接する受信側アンテナ素子から得られる受信信号の位相差が３６０°だけ変化するのに要する方位幅である単位方位幅の整数倍に設定されていてもよいし、逆に、単位方位幅より狭くてもよい。
【００１８】
また、本発明の方位検出装置において、送信アレイアンテナと受信アレイアンテナとは単一のアレイアンテナによって構成されていてもよい。
この場合、アンテナに要するサイズが１／２になり、更なる構成の簡略化を実現することができる。
【００１９】
また、信号取得手段は、複数の送信側アンテナ素子を、時分割で動作させるように構成してもよい。
但し、この場合、送信側アンテナ素子の切替後も、しばらくの間は、切替前の送信側アンテナ素子から送信された探査波に基づく、反射波が受信側アンテナ素子で受信される可能性がある。
【００２０】
このため、信号取得手段は、送信側アンテナ素子の切替を伴う前記チャンネルの切替を行った場合、予め設定された最大検出距離を探査波が往復するのに要する時間より長く設定された待機時間だけ待機した後、切替後の前記チャンネルについての前記受信信号の取得を開始することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態のレーダ装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】アンテナ素子の配置間隔の設定に必要なパラメータ間の関係を示す説明図。
【図３】アンテナ素子の配置間隔の設定に必要なパラメータ間の関係を示す説明図。
【図４】信号処理部が実行する方位検出処理の内容を示すフローチャート。
【図５】レーダ波の送受信タイミング等を示す説明図。
【図６】チャンネルと空間周波数分析処理に用いるデータとの関係を示す説明図。
【図７】二次元の空間周波数分析により形成されるビームの概要を示す説明図。
【図８】第２実施形態のレーダ装置の全体構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１は、本発明が適用された車載用のレーダ装置１の概略的な構成を示すブロック図である。
【００２３】
図１に示すように、レーダ装置１は、一列に配置されたＭ個（本実施形態ではＭ＝４）のアンテナ素子（以下「送信側アンテナ素子」ともいう）ＡＴ1 〜ＡＴM からなる送信アレイアンテナ２と、変調指令ＣＭに従って変調信号ＭＤを生成するＤＡ変換器４と、変調信号ＭＤによって変調されたミリ波帯のレーダ波（探査波）を、送信アレイアンテナ２を介して送信する送信器３とを備えている。
【００２４】
また、レーダ装置１は、一列に配置されたＮ個（本実施形態ではＮ＝４）のアンテナ素子（以下「受信側アンテナ素子」ともいう）ＡＲ1 〜ＡＲN からなり、送信器３から送出され先行車両や路側物等といった物標に反射したレーダ波（以下、反射波という）を受信する受信アレイアンテナ５と、受信アレイアンテナ５からの受信信号ＳＲ1 〜ＳＲN からビート信号Ｂ1 〜ＢN を生成するＮチャンネル受信器６と、受信器６が生成するビート信号Ｂ1 〜ＢN を、それぞれサンプリングしてデジタルデータＤ1 〜ＤN に変換するＮ個のＡＤ変換器ＡＤ1 〜ＡＤN からなるＡＤ変換部７と、ＡＤ変換部７を介して取り込んだデジタルデータＤ1 〜ＤN に基づいて各種信号処理を行う信号処理部８とを備えている。
【００２５】
＜アンテナ＞
送信アレイアンテナ２および受信アレイアンテナ５は、いずれも、車幅方向（水平方向）を配列軸として、この配列軸に沿ってアンテナ素子が配置される。
【００２６】
また、送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM の配置間隔は一定の間隔ｄ１に、受信側のアンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN の配置間隔は間隔ｄ１とは異なる一定の間隔ｄ２に設定されている。
【００２７】
なお、間隔ｄ１，ｄ２は、図２に示すように、送信アレイアンテナ２のメインローブとグレーティングローブとの方位差をα、当該装置１において物標の方位検出を可能とする範囲（以下「検出範囲」という）をβとして、方位差αが検出範囲β以上となるように設定される。つまり、検出範囲β内では、送信アレイアンテナ２のグレーティングローブの影響を受けずに、物標の方位を検出できるように設定されている。
【００２８】
また、検出範囲βは、各受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN の受信信号ＳＲ1 〜ＳＲN 間の位相差が３６０°変化するのに要する方位幅である単位方位幅（つまり、受信信号の位相差からターゲットの方位を一意に求めることができる方位幅）をγとして、その整数ａ（ａ＞１）倍に設定されている。つまり、ａ周期分の位相折り返しを利用するように検出範囲β（＝ａ×γ）は設定されている。図２は、方位差α、検出範囲β、単位方位幅γの関係を示した模式図であり、ａ＝３，α＝βの場合を示す。
【００２９】
そして、具体的には、送信アレイアンテナ２のメインローブの向き（正面方向に対する傾き）をθ、レーダ波の波長をλとして、間隔ｄ１と方位差αとの関係を表す（１）式（図３参照）、および、間隔ｄ２と方位幅γとの関係を表す（２）式を用い、これら（１）（２）式を間隔ｄ１，ｄ２について解いた式から、間隔ｄ１，ｄ２を求めることができる。
【００３０】
【数１】
なお、（１）式において、図３（ａ）の場合は左辺の括弧内がプラス、図３（ｂ）の場合は左辺の括弧内がマイナスになる。
【００３１】
＜送信器＞
送信器３は、ミリ波帯の高周波信号を発生させ、変調信号ＭＤの信号レベルに応じて発振周波数が変化する高周波発振器３１と、高周波発振器３１の出力を送信信号ＳＴとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器３２と、信号処理部８からの選択信号ＳＥに従って、送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM のいずれかに送信信号ＳＴを供給する選択器３３とを備えている。
【００３２】
なお、本実施形態では、変調信号ＭＤとして、信号レベルが一定のものと、信号レベルが三角波状に変化するものとが用いられる。前者の場合、レーダ波は、一定周波数の連続波（ＣＷ）となり、後者の場合、レーダ波は、周波数変調された連続波（ＦＭ−ＣＷ）となる。
【００３３】
＜受信器＞
受信器６は、受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN からの受信信号ＳＲ1 〜ＳＲN のそれぞれにローカル信号Ｌを混合し、これらの信号の差の周波数成分であるビート信号Ｂ1 〜ＢN を生成する高周波用ミキサＭＸ1 〜ＭＸN 、および生成されたビート信号Ｂ1 〜ＢN のそれぞれを増幅する増幅器ＡＭＰ1 〜ＡＭＰN からなる。
【００３４】
以下では、送信側のアンテナ素子ＡＴm （ｍ＝１，２，…Ｍ）と受信側のアンテナ素子ＡＲn （ｎ＝１，２，…Ｎ）との組合せをチャンネルＣＨmnと呼ぶ。また、送信側のアンテナ素子ＡＴm を含むＮ個のチャンネルＣＨm1〜ＣＨmNからなるチャンネル群を送信側固定チャンネル群、受信側のアンテナ素子ＡＲn を含むＭ個のチャンネルＣＨ1n〜ＣＨMnからなるチャンネル群を受信側固定チャンネル群と呼ぶ。
【００３５】
更に、送信側のアンテナ素子としてＡＴm が選択されている時に、受信側のアンテナ素子ＡＲn での受信信号に基づいて生成されるデジタルデータをＤmnで示すものとする。
＜信号処理部以外の動作＞
このように構成されたレーダ装置１では、選択信号ＳＥによって選択されたいずれか一つの送信側アンテナ素子ＡＴm からレーダ波が送信され、その反射波が各受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN によって受信される。また、レーダ装置１では、各アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN から出力されるＮ個の受信信号ＳＲ1 〜ＳＲN に基づいて、送信側のアンテナ素子をＡＴm に固定した送信側固定チャンネル群ＣＨm1〜ＣＨmNについてのデジタルデータＤm1〜ＤmNが得られる。
【００３６】
この動作を、レーダ波の送信に用いる送信側のアンテナ素子ＡＴm を選択信号ＳＥによって順次切り替えながら繰り返せば、Ｍ×Ｎ個ある全てのチャンネルＣＨ11〜ＣＨMNについてのデジタルデータＤ11〜ＤMNが得られることになる。
【００３７】
＜信号処理部＞
次に、信号処理部８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ＡＤ変換部７からデータを入力する入力ポートや高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を備えている。
【００３８】
そして、信号処理部８では、選択信号ＳＥによって、一つの送信側アンテナ素子ＡＴm に固定（即ち、一つの送信側固定チャンネル群ＣＨm1〜ＣＨmNを選択）すると共に、レーダ波がＦＭ−ＣＷとなるような変調信号ＭＤを出力し、周波数が漸増する上り変調、および周波数が漸減する下り変調からなる測定期間が終了する毎に、その測定期間の間にＡＤ変換部７にて繰り返しサンプリングされた単一の送信側固定チャンネル群についてのデジタルデータＤm1〜ＤmNに基づいて、レーダ波を反射した物標との距離や相対速度を算出する物標検出処理、およびレーダ波がＣＷとなるような変調信号ＭＤを出力し、選択信号ＳＥによって、送信側のアンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM を順次切り替えて、全チャンネルＣＨ11〜ＣＨMNのデジタルデータＤ11〜ＤMNを取得し、そのデジタルデータＤ11〜ＤMNに従って、物標が存在する方位を検出する方位検出処理等を実行する。
【００３９】
このうち、物標検出処理では、選択された送信側固定チャンネル群を構成するＮ個のチャンネルＣＨm1〜ＣＨmNのそれぞれにて繰り返し取得されるデジタルデータＤm1〜ＤmNを、そのチャンネル毎にＦＦＴ処理する等して物標からの反射波に基づく周波数成分を特定することで物標の検出を行い、その検出した物標のそれぞれについて、ＦＭＣＷレーダにおける周知の手法を用いて距離や相対速度を算出する。
【００４０】
＜方位検出処理＞
次に、本発明の主要部に関わる方位検出処理を、図４に示すフローチャートに沿って説明する。
【００４１】
本処理は、物標検出処理と交互に又は物標検出処理を複数回実行する毎に起動される。
本処理が起動すると、まず、Ｓ１１０では、送信側アンテナ素子ＡＴを指定するパラメータｍを１に初期化し、Ｓ１２０では、一定レベルの変調信号ＭＤが出力されるような変調指令ＣＭをＤＡ変換器４に出力することで、連続波（ＣＷ）となる送信信号の生成を開始する。
【００４２】
Ｓ１３０では、パラメータｍの設定に従って、選択器３３にて送信側アンテナ素子ＡＴm が選択されるように選択信号ＳＥを設定し、Ｓ１４０では、レーダ波が最大検知距離を往復するのに要する時間以上に設定された上限往復時間（待機時間）だけ待機し、Ｓ１５０では、ＡＤ変換部７を介してデジタルデータ（即ち、送信側固定チャンネル群ＣＨm1〜ＣＨmNのデータ）Ｄm1〜ＤmNを取得する。
【００４３】
Ｓ１６０では、パラメータｍをインクリメントし（ｍ←ｍ＋１）、Ｓ１７０では、パラメータｍが送信側アンテナ素子の数Ｍより大きいか否かを判断し、ｍがＭ以下であれば、未選択の送信側アンテナ素子（ひいては送信側固定チャンネル群）があるものとして、Ｓ１３０〜Ｓ１６０の処理を繰り返す。
【００４４】
Ｓ１７０にて、ｍがＭより大きいと判断した場合は、全ての送信側アンテナ素子（ひいては送信側固定チャンネル群）についてデータを取得したものとして、Ｓ１８０に進み、変調指令ＣＭの出力を停止することで、送信信号の生成を停止する。
【００４５】
つまり、図５に示すように、送信アンテナＡＴ1 〜ＡＴM が順次選択されて、選択された送信アンテナからレーダ波が送信される。ある送信アンテナＡＴm が選択されると、上限往復時間だけ待機した後に、チャンネルＣＨm1 〜ＣＨmN についてのデジタルデータが取得され、これを、全ての送信チャンネルについて繰り返すことにより、全チャンネルのデジタルデータが得られることになる。
【００４６】
Ｓ１９０では、受信側アンテナ素子ＡＲn が同じであるＭ個のチャンネルＣＨ1n〜ＣＨMn（即ち、受信側固定チャンネル群ＴＧ1 〜ＴＧN 、図６（ａ）参照）毎にビームフォーミング（ＦＦＴ）を実行する。これにより、Ｎ個の受信側固定チャンネル群ＴＧ1 〜ＴＧN のそれぞれについて、Ｍ個の周波数ビン毎に算出結果（周波数，強度）が得られる。この算出結果では、周波数が、送信アレイアンテナによって形成される各ビームの向き（図７中の実線で示す部分を参照）を表し、強度が、そのビームでの受信強度を表す。
【００４７】
Ｓ２００では、Ｓ１９０にて各受信側固定チャンネル群ＴＧ1 〜ＴＧN に得られた算出結果から、同じ周波数ビン（以下「受信固定周波数ビン」という）についてのＮ個の算出結果（図６（ｂ）参照）毎にビームフォーミング（ＦＦＴ）を実行する。これにより、Ｍ個の受信固定周波数ビンのそれぞれについて、Ｎ個の周波数ビン毎に算出結果（周波数，強度）が得られる。この算出結果では、周波数が、受信固定周波数ビンによって特定される送信ビーム内において、受信アレイアンテナによって形成される各ビーム（但し、受信固定周波数ビンによって特定される送信ビーム内，図７中の実線以外で示す部分を参照）の向きを表し、強度が、そのビームでの受信強度を表す。
【００４８】
つまり、本ステップでの算出結果から、検出範囲β内での受信強度分布が得られることになる。
Ｓ２１０では、Ｓ２００にて得られた受信強度分布から、物標が存在する方位（受信強度が予め設定された閾値以上の方位）を抽出して、本処理を終了する。
【００４９】
このようにして得られた、物標の方位情報は、物標検出処理で得られる物標との距離や相対速度と共に、オートクルーズや、車両走行時の危険状態を回避したりドライバに報知したりする制御等に用いられる。
【００５０】
＜効果＞
以上説明したように、レーダ装置１では、Ｍ個の送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM からなる送信アレイアンテナ２、およびＮ個の受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN からなる受信アレイアンテナ５を用い、送信側アンテナ素子ＡＴm と受信側アンテナ素子ＡＲn とを組合せた全てのチャンネルＣＨ11〜ＣＨMNについてデジタルデータＤ11〜ＤMNを取得している。更に、そのデジタルデータＤ11〜ＤMNに対して、送信側アンテナ素子の配列方向、及び受信側アンテナ素子の配列方向について二次元的に空間周波数分析（ビームフォーミング）を行うことで、受信強度分布を生成し、その受信強度分布からレーダ波を反射した物標が存在する方位を求めるようにされている。
【００５１】
従って、レーダ装置１によれば、受信側チャンネル素子を固定したビームフォーミングによって、位相制御器を用いることなく、送信ビームの切り替えに相当する処理が実現されるため、簡易な構成によって方位検知範囲の広角化を実現することができる。
【００５２】
また、レーダ装置１によれば、二次元的に空間周波数分析を行っているため、送信ビームと受信ビームとを掛け合わせたること、ひいては細く絞られたビームでスキャンすることと同等の効果が得られることになり、方位検出の精度を向上させることができる。
【００５３】
また、レーダ装置１では、送信アレイアンテナ２のメインローブとグレーティングローブとの方位差αが、検出範囲β以上となるように、送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM の配置間隔ｄ１を設定すると共に、検出範囲βが、単位方位幅γのａ倍となるように受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN の配置間隔ｄ２を設定している。
【００５４】
従って、レーダ装置１によれば、送信アレイアンテナ２のグレーティングローブの影響（検出範囲β外の物標の折り返し）が検出範囲β内に表れることを抑制しつつ、検出範囲βを最大限に利用して方位検出を行うことができる。
【００５５】
また、本発明の方位検出装置において、送信アレイアンテナと受信アレイアンテナとは単一のアレイアンテナによって構成されていてもよい。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００５６】
本実施形態のレーダ装置１０は、第１実施形態のレーダ装置１とは、構成の一部が異なるだけであるため、この相違点を中心に説明する。
＜構成＞
図８に示すように、レーダ装置１０は、送信アレイアンテナ２および受信アレイアンテナ５の代わりに、一列に配置されたＭ個（本実施形態ではＭ＝４）のアンテナ素子Ａ1 〜ＡM からなる送受信共用のアレイアンテナ１２を備えている。
【００５７】
また、レーダ装置１０は、選択器３３の代わりに、アンテナ素子Ａ1 〜ＡM のそれぞれ設けられた方向性結合器ＤＪ1 〜ＤＪN と、信号処理部８からの選択信号ＳＥに従って、方向性結合器ＤＪ1 〜ＤＪN （ひいてはアンテナ素子Ａ1 〜ＡM ）のいずれかに送信信号ＳＴを供給する選択器１３とを備えている。
【００５８】
そして、アンテナ素子Ａ1 〜ＡM の配置間隔は、第１実施形態における送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM と同様に、アレイアンテナ１２のメインローブとグレーティングローブとの方位差αが検出範囲β以上となるように設定される。
【００５９】
＜効果＞
このように構成されたレーダ装置１０では、レーダ装置１と比較して、アンテナに要するサイズが１／２になり、更なる構成の簡略化を実現することができる。
【００６０】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。
【００６１】
例えば、上位実施形態では、送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM 、受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN 、アンテナ素子Ａ1 〜ＡM は、それぞれ等間隔で配置されているが、これらは、不等間隔で配置されていてもよい。なお、不等間隔の設定は、例えば、特開２００８−２４１７０２号公報に記載された技術を用いることができる。
【００６２】
これらアンテナ素子を、不等間隔に配置した場合は、アンテナ素子の組合せ毎に、位相差が３６０°だけ変化させるのに要する方位幅が異なったものとなるため、グレーティングローブの発生、ひいては折り返し現象の発生を抑制することができる。
【００６３】
但し、アンテナ素子を不等間隔に配置した場合、ビームフォーミング（ＦＦＴ）を実行する際には、アンテナ間隔に反比例した回転をする回転子を付加して計算する必要がある。
【００６４】
上記実施形態では、検出範囲βを単位方位幅γの整数ａ倍に設定したが、１＞ａ＞０として、検出範囲βが単位方位幅γより狭くなるように設定してもよい。
上記実施形態では、空間周波数分析にビームフォーマを用いているが、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法等の高分解能処理を用いてもよい。
【００６５】
上記実施形態では、方位検出処理は、物標検出処理とは別にデータを取得して処理を行っているが、物標検出処理で取得したデータを用いて方位検出処理を行ってもよい。
上記実施形態では、受信側アンテナ素子を固定した受信側固定チャンネル群毎に、１回目の空間周波数分析を行った後、その結果を用いて、周波数ビン毎の２回目の空間周波数分析を行っているが、送信側アンテナ素子を固定した送信側固定チャンネル群毎に１回目の空間周波数分析を行った後、その結果を用いて、周波数ビン毎の２回目の空間周波数分析を行ってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１，１０…レーダ装置 ２…送信アレイアンテナ ３…送信器 ４…ＤＡ変換器 ５…受信アレイアンテナ ６…受信器 ７…ＡＤ変換部 ８…信号処理部 １２…アレイアンテナ １３，３３…選択器 ３１…高周波発振器 ３２…分配器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の受信アンテナで受信したターゲットからの反射波に基づき、ターゲットの方位を検出する方位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送信アンテナから放射され、ターゲットに反射して戻ってくる反射波を複数の受信アンテナで受信し、各受信アンテナでの受信信号の位相のずれ（つまり、位相差）からターゲットの方位を検出するいわゆる位相モノパルス方式のレーダ装置が知られている。
【０００３】
しかし、位相差を利用して方位を検出する場合、位相差ΔφとΔφ＋３６０°とを識別できないことに基づく、いわゆる折り返し現象（アンビキュアティ）が発生するため、位相差が３６０°変化する範囲内（例えば、−１８０°＜Δφ≦１８０°）でしか方位を一意に特定することができないという問題がある。
【０００４】
これに対して、ビームの指向性が互いに異なる複数の送信アンテナを用い、これら送信アンテナを順次切り替えて使用することにより、使用した送信ビームの情報（向き，ビーム幅）を利用して、方位検出範囲を拡大するとともに、検出結果がターゲットからの反射によるものか、折り返し現象によるものかを判断する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４２３８３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ビームの指向性が互いに異なる複数の送信アンテナを用いる場合、送信アンテナの向きを精度良く決める必要があるため、製造が難しいという問題があった。
また、実機での応用を考えた場合、ビームの指向性が互いに異なる複数のアンテナの代わりに、アンテナ素子が同一平面に配置されるアレイアンテナを使用して、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子に供給する送信信号の位相などを変化させることによって、送信ビームの向きを変化させる電子スキャン方式を用いることも考えられている。
【０００７】
この場合、アレイアンテナに供給する送信信号の位相を変化させる位相制御器としては、移相器、ロトマンレンズ、バトラーマトリクス等が知られている。
しかし、これら位相制御器は、性能、コスト面で実現が困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するために、より簡易な構成で方位検出範囲の広角化を実現できる方位検出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】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本発明の方位検出装置では、予め設定された配列軸に沿って配置された複数の送信側アンテナ素子からなる送信アレイアンテナおよび前記配列軸に沿って配置された複数の受信側アンテナ素子からなる受信アレイアンテナを備え、信号取得手段が、送信側アンテナ素子と受信側アンテナ素子との任意の組合せをチャンネルとして、該チャンネルを使用して探査波を送受信することにより、チャンネル毎に受信信号を取得する。
【００１０】
すると、分析手段が、信号取得手段にて取得した受信信号を用いて、送信側アンテナ素子および受信側アンテナ素子のうち一方の素子配列に沿った第１の空間周波数分析を実行すると共に、該第１の周波数分析の結果を用いて、送信側アンテナ素子および受信側アンテナ素子のうち他方の素子配列に沿った第２の空間周波数分析（つまり、二次元的な周波数分析）を実行し、その分析結果に従って、方位算出手段が、探査波を反射した物標の方位を求める。
【００１１】
なお、空間周波数分析としては、例えば、ビームフォーマを用いてもよいし、ＭＵＳＩＣ等の高分解能処理を用いてもよい。
なお、受信側アンテナ素子の素子配列に沿った空間周波数分析では、受信側アンテナ素子の配置によって決まる特性で電波の到来方向の検出が行われ、送信側アンテナ素子の素子配列に沿った空間周波数分析では、送信側アンテナ素子の配置によって決まる特性で電波の到来方向の検出が行われる。
【００１２】
このように構成された本発明の方位検出装置では、送信側アンテナ素子の素子配列に沿った空間周波数分析によって、位相制御器を用いることなく、送信ビームの切り替えに相当する処理が実現されるため、簡易な構成によって方位検知範囲の広角化を実現することができる。
【００１３】
また、本発明の方位検出装置では、二次元的な周波数分析を実行することにより、送信側アンテナ素子の配置および受信側アンテナ素子の配置によって決まる二つの特性を重ね合わせた結果から方位を検出することになるため、例えばビームフォーマでは、ビーム幅を絞る効果が得られることになり、方位検出の分解能を向上させることができる。
【００１４】
ところで、複数の送信側アンテナ素子および複数の受信側アンテナ素子は、それぞれ等間隔で配置されていてもよいし、不等間隔で配置されていてもよい。
これらアンテナ素子を不等間隔に配置した場合は、アンテナ素子の組合せ毎に、位相差が３６０°だけ変化させるのに要する方位幅が異なったものとなるため、グレーティングローブの発生、ひいては折り返し現象の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、アンテナ素子を等間隔に配置した場合は、当該装置にて方位の検出を可能とする方位幅を検出範囲とし、送信アレイアンテナのメインローブとグレーティングローブとの方位差が、検出範囲以上となるように、送信側アンテナ素子の配置間隔および受信側アンテナ素子の配置間隔を設定することが望ましい。
【００１６】
この場合、送信アレイアンテナのグレーティングローブの影響（検出範囲外の物標の折り返し）が検出範囲内に表れることを抑制しつつ、検出範囲を最大限に広角化することができる。
【００１７】
なお、検出範囲は、例えば、互いに隣接する受信側アンテナ素子から得られる受信信号の位相差が３６０°だけ変化するのに要する方位幅である単位方位幅の整数倍に設定されていてもよいし、逆に、単位方位幅より狭くてもよい。
【００１８】
また、本発明の方位検出装置において、送信アレイアンテナと受信アレイアンテナとは単一のアレイアンテナによって構成されていてもよい。
この場合、アンテナに要するサイズが１／２になり、更なる構成の簡略化を実現することができる。
【００１９】
また、信号取得手段は、複数の送信側アンテナ素子を、時分割で動作させるように構成してもよい。
但し、この場合、送信側アンテナ素子の切替後も、しばらくの間は、切替前の送信側アンテナ素子から送信された探査波に基づく、反射波が受信側アンテナ素子で受信される可能性がある。
【００２０】
このため、信号取得手段は、送信側アンテナ素子の切替を伴う前記チャンネルの切替を行った場合、予め設定された最大検出距離を探査波が往復するのに要する時間より長く設定された待機時間だけ待機した後、切替後の前記チャンネルについての前記受信信号の取得を開始することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態のレーダ装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】アンテナ素子の配置間隔の設定に必要なパラメータ間の関係を示す説明図。
【図３】アンテナ素子の配置間隔の設定に必要なパラメータ間の関係を示す説明図。
【図４】信号処理部が実行する方位検出処理の内容を示すフローチャート。
【図５】レーダ波の送受信タイミング等を示す説明図。
【図６】チャンネルと空間周波数分析処理に用いるデータとの関係を示す説明図。
【図７】二次元の空間周波数分析により形成されるビームの概要を示す説明図。
【図８】第２実施形態のレーダ装置の全体構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１は、本発明が適用された車載用のレーダ装置１の概略的な構成を示すブロック図である。
【００２３】
図１に示すように、レーダ装置１は、一列に配置されたＭ個（本実施形態ではＭ＝４）のアンテナ素子（以下「送信側アンテナ素子」ともいう）ＡＴ1 〜ＡＴM からなる送信アレイアンテナ２と、変調指令ＣＭに従って変調信号ＭＤを生成するＤＡ変換器４と、変調信号ＭＤによって変調されたミリ波帯のレーダ波（探査波）を、送信アレイアンテナ２を介して送信する送信器３とを備えている。
【００２４】
また、レーダ装置１は、一列に配置されたＮ個（本実施形態ではＮ＝４）のアンテナ素子（以下「受信側アンテナ素子」ともいう）ＡＲ1 〜ＡＲN からなり、送信器３から送出され先行車両や路側物等といった物標に反射したレーダ波（以下、反射波という）を受信する受信アレイアンテナ５と、受信アレイアンテナ５からの受信信号ＳＲ1 〜ＳＲN からビート信号Ｂ1 〜ＢN を生成するＮチャンネル受信器６と、受信器６が生成するビート信号Ｂ1 〜ＢN を、それぞれサンプリングしてデジタルデータＤ1 〜ＤN に変換するＮ個のＡＤ変換器ＡＤ1 〜ＡＤN からなるＡＤ変換部７と、ＡＤ変換部７を介して取り込んだデジタルデータＤ1 〜ＤN に基づいて各種信号処理を行う信号処理部８とを備えている。
【００２５】
＜アンテナ＞
送信アレイアンテナ２および受信アレイアンテナ５は、いずれも、車幅方向（水平方向）を配列軸として、この配列軸に沿ってアンテナ素子が配置される。
【００２６】
また、送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM の配置間隔は一定の間隔ｄ１に、受信側のアンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN の配置間隔は間隔ｄ１とは異なる一定の間隔ｄ２に設定されている。
【００２７】
なお、間隔ｄ１，ｄ２は、図２に示すように、送信アレイアンテナ２のメインローブとグレーティングローブとの方位差をα、当該装置１において物標の方位検出を可能とする範囲（以下「検出範囲」という）をβとして、方位差αが検出範囲β以上となるように設定される。つまり、検出範囲β内では、送信アレイアンテナ２のグレーティングローブの影響を受けずに、物標の方位を検出できるように設定されている。
【００２８】
また、検出範囲βは、各受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN の受信信号ＳＲ1 〜ＳＲN 間の位相差が３６０°変化するのに要する方位幅である単位方位幅（つまり、受信信号の位相差からターゲットの方位を一意に求めることができる方位幅）をγとして、その整数ａ（ａ＞１）倍に設定されている。つまり、ａ周期分の位相折り返しを利用するように検出範囲β（＝ａ×γ）は設定されている。図２は、方位差α、検出範囲β、単位方位幅γの関係を示した模式図であり、ａ＝３，α＝βの場合を示す。
【００２９】
そして、具体的には、送信アレイアンテナ２のメインローブの向き（正面方向に対する傾き）をθ、レーダ波の波長をλとして、間隔ｄ１と方位差αとの関係を表す（１）式（図３参照）、および、間隔ｄ２と方位幅γとの関係を表す（２）式を用い、これら（１）（２）式を間隔ｄ１，ｄ２について解いた式から、間隔ｄ１，ｄ２を求めることができる。
【００３０】
【数１】
なお、（１）式において、図３（ａ）の場合は左辺の括弧内がプラス、図３（ｂ）の場合は左辺の括弧内がマイナスになる。
【００３１】
＜送信器＞
送信器３は、ミリ波帯の高周波信号を発生させ、変調信号ＭＤの信号レベルに応じて発振周波数が変化する高周波発振器３１と、高周波発振器３１の出力を送信信号ＳＴとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器３２と、信号処理部８からの選択信号ＳＥに従って、送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM のいずれかに送信信号ＳＴを供給する選択器３３とを備えている。
【００３２】
なお、本実施形態では、変調信号ＭＤとして、信号レベルが一定のものと、信号レベルが三角波状に変化するものとが用いられる。前者の場合、レーダ波は、一定周波数の連続波（ＣＷ）となり、後者の場合、レーダ波は、周波数変調された連続波（ＦＭ−ＣＷ）となる。
【００３３】
＜受信器＞
受信器６は、受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN からの受信信号ＳＲ1 〜ＳＲN のそれぞれにローカル信号Ｌを混合し、これらの信号の差の周波数成分であるビート信号Ｂ1 〜ＢN を生成する高周波用ミキサＭＸ1 〜ＭＸN 、および生成されたビート信号Ｂ1 〜ＢN のそれぞれを増幅する増幅器ＡＭＰ1 〜ＡＭＰN からなる。
【００３４】
以下では、送信側のアンテナ素子ＡＴm （ｍ＝１，２，…Ｍ）と受信側のアンテナ素子ＡＲn （ｎ＝１，２，…Ｎ）との組合せをチャンネルＣＨmnと呼ぶ。また、送信側のアンテナ素子ＡＴm を含むＮ個のチャンネルＣＨm1〜ＣＨmNからなるチャンネル群を送信側固定チャンネル群、受信側のアンテナ素子ＡＲn を含むＭ個のチャンネルＣＨ1n〜ＣＨMnからなるチャンネル群を受信側固定チャンネル群と呼ぶ。
【００３５】
更に、送信側のアンテナ素子としてＡＴm が選択されている時に、受信側のアンテナ素子ＡＲn での受信信号に基づいて生成されるデジタルデータをＤmnで示すものとする。
＜信号処理部以外の動作＞
このように構成されたレーダ装置１では、選択信号ＳＥによって選択されたいずれか一つの送信側アンテナ素子ＡＴm からレーダ波が送信され、その反射波が各受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN によって受信される。また、レーダ装置１では、各アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN から出力されるＮ個の受信信号ＳＲ1 〜ＳＲN に基づいて、送信側のアンテナ素子をＡＴm に固定した送信側固定チャンネル群ＣＨm1〜ＣＨmNについてのデジタルデータＤm1〜ＤmNが得られる。
【００３６】
この動作を、レーダ波の送信に用いる送信側のアンテナ素子ＡＴm を選択信号ＳＥによって順次切り替えながら繰り返せば、Ｍ×Ｎ個ある全てのチャンネルＣＨ11〜ＣＨMNについてのデジタルデータＤ11〜ＤMNが得られることになる。
【００３７】
＜信号処理部＞
次に、信号処理部８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ＡＤ変換部７からデータを入力する入力ポートや高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を備えている。
【００３８】
そして、信号処理部８では、選択信号ＳＥによって、一つの送信側アンテナ素子ＡＴm に固定（即ち、一つの送信側固定チャンネル群ＣＨm1〜ＣＨmNを選択）すると共に、レーダ波がＦＭ−ＣＷとなるような変調信号ＭＤを出力し、周波数が漸増する上り変調、および周波数が漸減する下り変調からなる測定期間が終了する毎に、その測定期間の間にＡＤ変換部７にて繰り返しサンプリングされた単一の送信側固定チャンネル群についてのデジタルデータＤm1〜ＤmNに基づいて、レーダ波を反射した物標との距離や相対速度を算出する物標検出処理、およびレーダ波がＣＷとなるような変調信号ＭＤを出力し、選択信号ＳＥによって、送信側のアンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM を順次切り替えて、全チャンネルＣＨ11〜ＣＨMNのデジタルデータＤ11〜ＤMNを取得し、そのデジタルデータＤ11〜ＤMNに従って、物標が存在する方位を検出する方位検出処理等を実行する。
【００３９】
このうち、物標検出処理では、選択された送信側固定チャンネル群を構成するＮ個のチャンネルＣＨm1〜ＣＨmNのそれぞれにて繰り返し取得されるデジタルデータＤm1〜ＤmNを、そのチャンネル毎にＦＦＴ処理する等して物標からの反射波に基づく周波数成分を特定することで物標の検出を行い、その検出した物標のそれぞれについて、ＦＭＣＷレーダにおける周知の手法を用いて距離や相対速度を算出する。
【００４０】
＜方位検出処理＞
次に、本発明の主要部に関わる方位検出処理を、図４に示すフローチャートに沿って説明する。
【００４１】
本処理は、物標検出処理と交互に又は物標検出処理を複数回実行する毎に起動される。
本処理が起動すると、まず、Ｓ１１０では、送信側アンテナ素子ＡＴを指定するパラメータｍを１に初期化し、Ｓ１２０では、一定レベルの変調信号ＭＤが出力されるような変調指令ＣＭをＤＡ変換器４に出力することで、連続波（ＣＷ）となる送信信号の生成を開始する。
【００４２】
Ｓ１３０では、パラメータｍの設定に従って、選択器３３にて送信側アンテナ素子ＡＴm が選択されるように選択信号ＳＥを設定し、Ｓ１４０では、レーダ波が最大検知距離を往復するのに要する時間以上に設定された上限往復時間（待機時間）だけ待機し、Ｓ１５０では、ＡＤ変換部７を介してデジタルデータ（即ち、送信側固定チャンネル群ＣＨm1〜ＣＨmNのデータ）Ｄm1〜ＤmNを取得する。
【００４３】
Ｓ１６０では、パラメータｍをインクリメントし（ｍ←ｍ＋１）、Ｓ１７０では、パラメータｍが送信側アンテナ素子の数Ｍより大きいか否かを判断し、ｍがＭ以下であれば、未選択の送信側アンテナ素子（ひいては送信側固定チャンネル群）があるものとして、Ｓ１３０〜Ｓ１６０の処理を繰り返す。
【００４４】
Ｓ１７０にて、ｍがＭより大きいと判断した場合は、全ての送信側アンテナ素子（ひいては送信側固定チャンネル群）についてデータを取得したものとして、Ｓ１８０に進み、変調指令ＣＭの出力を停止することで、送信信号の生成を停止する。
【００４５】
つまり、図５に示すように、送信アンテナＡＴ1 〜ＡＴM が順次選択されて、選択された送信アンテナからレーダ波が送信される。ある送信アンテナＡＴm が選択されると、上限往復時間だけ待機した後に、チャンネルＣＨm1 〜ＣＨmN についてのデジタルデータが取得され、これを、全ての送信チャンネルについて繰り返すことにより、全チャンネルのデジタルデータが得られることになる。
【００４６】
Ｓ１９０では、受信側アンテナ素子ＡＲn が同じであるＭ個のチャンネルＣＨ1n〜ＣＨMn（即ち、受信側固定チャンネル群ＴＧ1 〜ＴＧN 、図６（ａ）参照）毎にビームフォーミング（ＦＦＴ）を実行する。これにより、Ｎ個の受信側固定チャンネル群ＴＧ1 〜ＴＧN のそれぞれについて、Ｍ個の周波数ビン毎に算出結果（周波数，強度）が得られる。この算出結果では、周波数が、送信アレイアンテナによって形成される各ビームの向き（図７中の実線で示す部分を参照）を表し、強度が、そのビームでの受信強度を表す。
【００４７】
Ｓ２００では、Ｓ１９０にて各受信側固定チャンネル群ＴＧ1 〜ＴＧN に得られた算出結果から、同じ周波数ビン（以下「受信固定周波数ビン」という）についてのＮ個の算出結果（図６（ｂ）参照）毎にビームフォーミング（ＦＦＴ）を実行する。これにより、Ｍ個の受信固定周波数ビンのそれぞれについて、Ｎ個の周波数ビン毎に算出結果（周波数，強度）が得られる。この算出結果では、周波数が、受信固定周波数ビンによって特定される送信ビーム内において、受信アレイアンテナによって形成される各ビーム（但し、受信固定周波数ビンによって特定される送信ビーム内，図７中の実線以外で示す部分を参照）の向きを表し、強度が、そのビームでの受信強度を表す。
【００４８】
つまり、本ステップでの算出結果から、検出範囲β内での受信強度分布が得られることになる。
Ｓ２１０では、Ｓ２００にて得られた受信強度分布から、物標が存在する方位（受信強度が予め設定された閾値以上の方位）を抽出して、本処理を終了する。
【００４９】
このようにして得られた、物標の方位情報は、物標検出処理で得られる物標との距離や相対速度と共に、オートクルーズや、車両走行時の危険状態を回避したりドライバに報知したりする制御等に用いられる。
【００５０】
＜効果＞
以上説明したように、レーダ装置１では、Ｍ個の送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM からなる送信アレイアンテナ２、およびＮ個の受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN からなる受信アレイアンテナ５を用い、送信側アンテナ素子ＡＴm と受信側アンテナ素子ＡＲn とを組合せた全てのチャンネルＣＨ11〜ＣＨMNについてデジタルデータＤ11〜ＤMNを取得している。更に、そのデジタルデータＤ11〜ＤMNに対して、送信側アンテナ素子の配列方向、及び受信側アンテナ素子の配列方向について二次元的に空間周波数分析（ビームフォーミング）を行うことで、受信強度分布を生成し、その受信強度分布からレーダ波を反射した物標が存在する方位を求めるようにされている。
【００５１】
従って、レーダ装置１によれば、受信側チャンネル素子を固定したビームフォーミングによって、位相制御器を用いることなく、送信ビームの切り替えに相当する処理が実現されるため、簡易な構成によって方位検知範囲の広角化を実現することができる。
【００５２】
また、レーダ装置１によれば、二次元的に空間周波数分析を行っているため、送信ビームと受信ビームとを掛け合わせたること、ひいては細く絞られたビームでスキャンすることと同等の効果が得られることになり、方位検出の精度を向上させることができる。
【００５３】
また、レーダ装置１では、送信アレイアンテナ２のメインローブとグレーティングローブとの方位差αが、検出範囲β以上となるように、送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM の配置間隔ｄ１を設定すると共に、検出範囲βが、単位方位幅γのａ倍となるように受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN の配置間隔ｄ２を設定している。
【００５４】
従って、レーダ装置１によれば、送信アレイアンテナ２のグレーティングローブの影響（検出範囲β外の物標の折り返し）が検出範囲β内に表れることを抑制しつつ、検出範囲βを最大限に利用して方位検出を行うことができる。
【００５５】
また、本発明の方位検出装置において、送信アレイアンテナと受信アレイアンテナとは単一のアレイアンテナによって構成されていてもよい。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００５６】
本実施形態のレーダ装置１０は、第１実施形態のレーダ装置１とは、構成の一部が異なるだけであるため、この相違点を中心に説明する。
＜構成＞
図８に示すように、レーダ装置１０は、送信アレイアンテナ２および受信アレイアンテナ５の代わりに、一列に配置されたＭ個（本実施形態ではＭ＝４）のアンテナ素子Ａ1 〜ＡM からなる送受信共用のアレイアンテナ１２を備えている。
【００５７】
また、レーダ装置１０は、選択器３３の代わりに、アンテナ素子Ａ1 〜ＡM のそれぞれ設けられた方向性結合器ＤＪ1 〜ＤＪN と、信号処理部８からの選択信号ＳＥに従って、方向性結合器ＤＪ1 〜ＤＪN （ひいてはアンテナ素子Ａ1 〜ＡM ）のいずれかに送信信号ＳＴを供給する選択器１３とを備えている。
【００５８】
そして、アンテナ素子Ａ1 〜ＡM の配置間隔は、第１実施形態における送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM と同様に、アレイアンテナ１２のメインローブとグレーティングローブとの方位差αが検出範囲β以上となるように設定される。
【００５９】
＜効果＞
このように構成されたレーダ装置１０では、レーダ装置１と比較して、アンテナに要するサイズが１／２になり、更なる構成の簡略化を実現することができる。
【００６０】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。
【００６１】
例えば、上位実施形態では、送信側アンテナ素子ＡＴ1 〜ＡＴM 、受信側アンテナ素子ＡＲ1 〜ＡＲN 、アンテナ素子Ａ1 〜ＡM は、それぞれ等間隔で配置されているが、これらは、不等間隔で配置されていてもよい。なお、不等間隔の設定は、例えば、特開２００８−２４１７０２号公報に記載された技術を用いることができる。
【００６２】
これらアンテナ素子を、不等間隔に配置した場合は、アンテナ素子の組合せ毎に、位相差が３６０°だけ変化させるのに要する方位幅が異なったものとなるため、グレーティングローブの発生、ひいては折り返し現象の発生を抑制することができる。
【００６３】
但し、アンテナ素子を不等間隔に配置した場合、ビームフォーミング（ＦＦＴ）を実行する際には、アンテナ間隔に反比例した回転をする回転子を付加して計算する必要がある。
【００６４】
上記実施形態では、検出範囲βを単位方位幅γの整数ａ倍に設定したが、１＞ａ＞０として、検出範囲βが単位方位幅γより狭くなるように設定してもよい。
上記実施形態では、空間周波数分析にビームフォーマを用いているが、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法等の高分解能処理を用いてもよい。
【００６５】
上記実施形態では、方位検出処理は、物標検出処理とは別にデータを取得して処理を行っているが、物標検出処理で取得したデータを用いて方位検出処理を行ってもよい。
上記実施形態では、受信側アンテナ素子を固定した受信側固定チャンネル群毎に、１回目の空間周波数分析を行った後、その結果を用いて、周波数ビン毎の２回目の空間周波数分析を行っているが、送信側アンテナ素子を固定した送信側固定チャンネル群毎に１回目の空間周波数分析を行った後、その結果を用いて、周波数ビン毎の２回目の空間周波数分析を行ってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１，１０…レーダ装置 ２…送信アレイアンテナ ３…送信器 ４…ＤＡ変換器 ５…受信アレイアンテナ ６…受信器 ７…ＡＤ変換部 ８…信号処理部 １２…アレイアンテナ １３，３３…選択器 ３１…高周波発振器 ３２…分配器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された配列軸に沿って配置された複数の送信側アンテナ素子からなる送信アレイアンテナおよび前記配列軸に沿って配置された複数の受信側アンテナ素子からなる受信アレイアンテナを備え、前記送信側アンテナ素子と前記受信側アンテナ素子との任意の組合せをチャンネルとして、該チャンネルを使用して探査波を送受信することにより、前記チャンネル毎に受信信号を取得する信号取得手段と、
前記信号取得手段にて取得した受信信号を用いて、前記送信側アンテナ素子および前記受信側アンテナ素子のうち一方の素子配列に沿った第１の空間周波数分析を実行すると共に、該第１の周波数分析の結果を用いて、記送信側アンテナ素子および前記受信側アンテナ素子のうち他方の素子配列に沿った第２の空間周波数分析を実行する分析手段と、
前記分析手段との分析結果に従って、前記探査波を反射した物標の方位を求める方位算出手段と、
を備えることを特徴とする方位検出装置。
【請求項２】
前記複数の送信側アンテナ素子および前記複数の受信側アンテナ素子は、それぞれ等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方位検出装置。
【請求項３】
当該装置にて方位の検出を可能とする方位幅を検出範囲とし、
前記送信アレイアンテナのメインローブとグレーティングローブとの方位差が、前記検出範囲以上となるように、前記送信アレイアンテナを構成するアンテナ素子の配置間隔および前記受信アレイアンテナを構成するアンテナ素子の配置間隔が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の方位検出装置。
【請求項４】
前記検出範囲は、前記受信アレイアンテナを構成する隣接したアンテナ素子から得られる受信信号の位相差が３６０°だけ変化する方位幅である単位方位幅の整数倍に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の方位検出装置。
【請求項５】
前記検出範囲は、前記受信アレイアンテナを構成する隣接したアンテナ素子から得られる受信信号の位相差が３６０°だけ変化する方位幅より狭く設定されていることを特徴とする請求項３に記載の方位検出装置。
【請求項６】
前記複数の送信側アンテナ素子および前記複数の受信側アンテナ素子は、不等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方位検出装置。
【請求項７】
前記送信アレイアンテナと前記受信アレイアンテナとは単一のアレイアンテナによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方位検出装置。
【請求項８】
前記信号取得手段は、前記複数の送信側アンテナ素子を、時分割で動作させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方位検出装置。
【請求項９】
前記信号取得手段は、前記送信側アンテナ素子の切替を伴う前記チャンネルの切替を行った場合、予め設定された最大検出距離を前記探査波が往復するのに要する時間より長く設定された待機時間だけ待機した後、切替後の前記チャンネルについての前記受信信号の取得を開始することを特徴とする請求項８に記載の方位検出装置。
【請求項１０】
前記分析手段が実行する空間周波数分析は、ビームフォーマ又は高分解能処理であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の方位検出装置。
【請求項１】
予め設定された配列軸に沿って配置された複数の送信側アンテナ素子からなる送信アレイアンテナおよび前記配列軸に沿って配置された複数の受信側アンテナ素子からなる受信アレイアンテナを備え、前記送信側アンテナ素子と前記受信側アンテナ素子との任意の組合せをチャンネルとして、該チャンネルを使用して探査波を送受信することにより、前記チャンネル毎に受信信号を取得する信号取得手段と、
前記信号取得手段にて取得した受信信号を用いて、前記送信側アンテナ素子および前記受信側アンテナ素子のうち一方の素子配列に沿った第１の空間周波数分析を実行すると共に、該第１の周波数分析の結果を用いて、記送信側アンテナ素子および前記受信側アンテナ素子のうち他方の素子配列に沿った第２の空間周波数分析を実行する分析手段と、
前記分析手段との分析結果に従って、前記探査波を反射した物標の方位を求める方位算出手段と、
を備えることを特徴とする方位検出装置。
【請求項２】
前記複数の送信側アンテナ素子および前記複数の受信側アンテナ素子は、それぞれ等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方位検出装置。
【請求項３】
当該装置にて方位の検出を可能とする方位幅を検出範囲とし、
前記送信アレイアンテナのメインローブとグレーティングローブとの方位差が、前記検出範囲以上となるように、前記送信アレイアンテナを構成するアンテナ素子の配置間隔および前記受信アレイアンテナを構成するアンテナ素子の配置間隔が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の方位検出装置。
【請求項４】
前記検出範囲は、前記受信アレイアンテナを構成する隣接したアンテナ素子から得られる受信信号の位相差が３６０°だけ変化する方位幅である単位方位幅の整数倍に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の方位検出装置。
【請求項５】
前記検出範囲は、前記受信アレイアンテナを構成する隣接したアンテナ素子から得られる受信信号の位相差が３６０°だけ変化する方位幅より狭く設定されていることを特徴とする請求項３に記載の方位検出装置。
【請求項６】
前記複数の送信側アンテナ素子および前記複数の受信側アンテナ素子は、不等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方位検出装置。
【請求項７】
前記送信アレイアンテナと前記受信アレイアンテナとは単一のアレイアンテナによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方位検出装置。
【請求項８】
前記信号取得手段は、前記複数の送信側アンテナ素子を、時分割で動作させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方位検出装置。
【請求項９】
前記信号取得手段は、前記送信側アンテナ素子の切替を伴う前記チャンネルの切替を行った場合、予め設定された最大検出距離を前記探査波が往復するのに要する時間より長く設定された待機時間だけ待機した後、切替後の前記チャンネルについての前記受信信号の取得を開始することを特徴とする請求項８に記載の方位検出装置。
【請求項１０】
前記分析手段が実行する空間周波数分析は、ビームフォーマ又は高分解能処理であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の方位検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２５７１５０（Ｐ２０１１−２５７１５０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９２００（Ｐ２０１０−１２９２００）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]