CN101825705A - 雷达设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种雷达设备，该雷达设备具有多个接收天线以及阵列发射天线，该阵列发射天线被控制用于在包括目标检测方向范围的范围内相继地改变发射波束的方向。基于相邻接收天线的入射反射波之间的相位差来检测在目标检测范围内的任何目标的方向。为了消除由混叠而导致的假目标，基于检测到的每个目标的方向与当前发射波束的方向的靠近度来验证检测到的每个目标。接收天线和发射天线被配置为将发射波束的栅瓣的方向排除在检测范围之外，从而抑制所接收的来源于栅瓣的反射波的影响。

Description

雷达设备

技术领域

本发明涉及用于基于反射的电磁波来检测目标的方向的雷达设备，具体而言，涉及具有阵列发射天线及多个接收天线或者具有阵列接收天线及多个发射天线的雷达设备。

背景技术

已知各种类型的雷达设备具有发射电磁波束的发射天线，其中基于从目标接收的结果的反射电磁波之间的相位差来检测目标的方向。在相位单脉冲雷达设备的情况下，反射波是由两个接收天线接收的，其中，基于分别由相邻的接收天线接收的来自目标的反射波之间的相位差来检测目标的方向。

相位单脉冲雷达设备具有方向检测准确度高的优点，但其缺点是能够检测目标方向的范围的大小有限。考虑到相位单脉冲雷达设备具有一对相隔间距L的接收天线(即相应的单个天线单元)，设雷达波的波长为λ，且这两个接收天线的相应接收信号之间的相位差(由接收天线分别接收的反射波之间的相位差)为

则可以根据下面的等式得到对波进行反射的目标的方向θ：

这里，如果在-180°到+180°的范围之内，则可以根据

无模糊地得到方向θ。针对其能够实现无模糊的方向检测的方向范围是由接收天线的间距L确定的。

如果超出上述无模糊的检测范围，则发生相位重叠(混叠)，即不能区分相应的方向对应于相位差

和

的两个目标。例如，设两个目标的相应方向为θ1和θ2，并且设对应于θ1的(两个接收天线的相应接收信号之间的)相位差为

而对应于θ2的相位差为

并且假设相位差在上述范围-180°到+180°之外，而

在该范围内，则计算为θ1的方向是正确的，而计算为θ2的方向可能不同于实际的方向。

因此，现有技术类型的相位单脉冲雷达设备具有如下缺点：为了避免相位重叠的影响，只能在小的方向范围内检测目标方向。

为了解决这个问题，例如，国际专利公开号为WO99-34234(下文称为参考文献1)的文献提出了使用具有多个发射天线的雷达设备，所述多个发射天线分别具有不同方向的发射波束，其中应用切换以相继地从这些发射天线发射雷达波。通过两个接收天线来接收来自目标的结果的反射波，并且基于到达所述接收天线的相应的反射波之间的相位差来检测目标的方向。由于来自目标的反射波是沿着与多个发射天线分别不同的方向接收的，因此，与仅使用单个发射天线时可能得到的信息相比，能够获得量更多的信息。如下所述，使用所述信息来验证每个检测到的目标，从而在保持目标方向检测的高可靠性的情况下，使得目标检测的范围变宽。

基本上，由于反射波通常沿着与发射波束的取向方向相差不太大的方向返回，因此，如果检测到的目标的方向足够接近当前发射的波束的取向方向(如，在当前正在发射的发射波束的波束宽度之内)，则判断检测到实际的目标。因此，如果检测到的方向不足够接近发射波束的方向(即，不在以波束的方向为中心的预定范围之内)，则(暂时地)认为目标是错的，即是由于相位重叠而导致的。

由于因而能够对检测到的目标进行可靠性验证，因此，有可能使用具有宽的目标检测范围的相位单脉冲类型的雷达设备，在该宽的目标检测范围内发生相位重叠。

因此，通过利用多个发射天线，解决了由相位重叠而导致的问题。

但是，从实际的方面来说，这种类型的雷达设备并不理想。优选的是利用由天线单元的阵列形成的阵列天线作为发射天线，以及电子扫描(electronic scanning)。这里“电子扫描”是指通过对提供给阵列的各单元的发射信号进行相位控制而将波束移动到相继的各方向(即，将波束相继移动到不同的取向方向，以相继覆盖不同的方向范围)。具体地，通过相继改变施加于相邻的天线单元的发射信号之间的相位差来改变发射波束的方向。

特别是对于例如安装在交通工具上的雷达设备，由于其使得发射天线(因此使得整个雷达设备)制造得紧凑，这种电子扫描方法是优选的。

如果应用这种对发射波束的电子扫描，那么，由于在每个时间点发射波束的取向方向是已知的，并且该信息可用于如上所述地对每个检测到的目标进行验证，因此，从原理上讲这能够消除由于相位重叠而导致的模糊问题。

但是，如果将这种电子扫描简单地直接应用于能够在其中如上所述发生相位重叠的某个范围内检测目标方向的相位单脉冲的雷达设备，则会出现由于发射天线的波束图中的栅瓣而导致的问题。具体地，与主瓣相邻的至少一个栅瓣可能与主瓣的幅度相似。当阵列发射天线中的各单元的间距增大时，天线束的主瓣相应变窄，而天线增益增大。但是，当所述间距增大时，栅瓣的幅度会变大且使得栅瓣更加靠近主瓣，因此，相反地，会降低天线增益。

因此，如果所述间距不适当，当在目标方向的检测范围内扫描发射波束的方向时，栅瓣的方向可能会处于目标方向的检测范围之内。这样，因为(由于相位重叠，即混叠)会出现方向接近发射波束的方向(即主瓣的方向)的、由来源于栅瓣的反射波而导致的假目标，所以会降低方向检测的可靠性(目标验证的可靠性)。

由于这个原因，迄今还不能在要在其中发生相位重叠的某个方向范围内检测目标的情况下将电子扫描阵列天线作为发射天线应用于雷达设备中。

发明内容

本发明的一个目的是通过提供一种具有作为发射天线的阵列天线以及多个接收天线的电子扫描类型的雷达设备来解决上述问题，从而使得目标检测范围的广度大于检测模糊范围(即其中由接收天线中的相邻天线单元接收的相应波之间的相位差不超过360°的范围)，同时抑制发射天线的发射波束中的栅瓣的不利影响。

为了实现上述目的，根据第一方面，本发明提供了一种雷达设备，该雷达设备具有：发射天线，该发射天线由间隔固定的间距的天线单元的阵列形成，用于发射电磁波波束；及多个接收天线，所述多个接收天线间隔固定的间距，用于接收来自目标的结果的反射波并生成与接收的波对应的相应的接收信号。所述设备还包括相位控制电路，该相位控制电路用于将发射信号提供给所述发射天线的各单元，并对所述发射信号施加相位控制，以便在预定的目标检测范围内以相继不同的方向范围(这里称作波束宽度范围)来顺序移动发射波束的取向方向，每个波束宽度范围以发射波束的方向为中心，从而相继地被发射波束所覆盖。波束宽度范围的广度被预定为：使得如果检测到的目标的方向在该范围内，则可判断所述目标是有价值的，否则，则可以判断所述目标是假的(即，由相位重叠效应引起的)。

所述设备还包括方向检测电路，该方向检测电路用于检测在所述目标检测范围内的目标的方向，其中，基于相邻的接收天线的相应的接收信号(接收波)之间的相位差以及检测到的方向与由发射波束覆盖的当前波束宽度范围之间的关系来检测每个目标的方向。换言之，如上所述，基于所述关系来判断检测到的目标是有效的还是假的。

所述雷达设备的特点在于：设所述发射波束的主瓣以及栅瓣(即紧邻所述主瓣的栅瓣)的相应取向方向之间的差为α1(由发射天线单元的间距确定的值)，设其中相邻的接收天线的相应的接收波之间的相位差在360°以内的方向范围的广度为β1(其中，β1是由各接收天线的间距确定的)，并且设所述目标检测范围的广度为(k×β1)，其中，k＞1(即，使得在所述目标检测范围内发生相位重叠)，则所述发射天线的天线单元的间距以及所述接收天线的间距被分别预定为使得如下关系成立：

α1＝k×β1

具体地，α1的值是由所述发射波的波长、所述发射波束的取向方向以及所述发射天线阵列单元的间距来确定的。优选地，如下来选择所述间距的值：使得如下所述当所述发射波束的方向在所述目标检测范围的界限时满足以上关系。

在这种情况下，保证了来源于栅瓣的反射波的方向不在所述目标检测范围内。由此抑制栅瓣的不利影响。

具体地，保证了能够基于发射波束在检测时的方向(即基于对检测到的目标的方向是否在所述发射波束的波束宽度内的判断)来可靠地验证检测到的目标。换言之，尽管在所述目标检测范围内发生了混叠，仍然保证了验证过程不受检测到的由来源于栅瓣的接收的反射波的混叠而引起的假目标的影响。

因此，本发明使得提供一种能利用形式紧凑的阵列天线(如平面阵列天线)作为发射天线(即应用对发射波束的电子扫描)并可具有宽的目标检测范围的雷达设备变为可行。由此，能够在宽的目标方向的范围内实现高准确度的方向检测。

优选地，分别预先确定接收天线的天线单元的间距以及发射天线的间距，使得差α1大体上等于所述目标检测范围的广度(即发射波束的方向的变化范围的广度)，或使得差α1比所述目标检测范围大一预定的小容限。优选地，基于栅瓣的形状来确定该容限的大小。

本发明同样适用于具有阵列接收天线以及间隔固定的间距的两个或更多个发射天线(单个的天线，或相应的阵列天线)的雷达设备。在这种情况下，目标检测范围为接收波束的扫描范围，通过对所述阵列接收天线的天线单元的接收信号的相位控制来确定该接收波束的扫描范围。

具体地，根据该方面，本发明提供了一种雷达设备。除了上述发射天线和阵列接收天线之外，该雷达设备还具有相位控制电路，该相位控制电路用于对接收天线单元的各接收信号进行相位控制，以便顺序移动接收波束，以分别覆盖不同的波束宽度范围。这种雷达设备还包括方向检测电路，该方向检测电路被配置用于基于对所述接收天线单元的接收信号之间的相位差的检测并基于在检测所述相位差时被所述接收波束覆盖的波束宽度范围来检测目标的方向。目标方向的检测是在其中发生由相位重叠而导致的模糊检测的方向范围内进行的。

在这种情况下，设所述接收波束的主瓣以及所述接收波束的栅瓣的相应方向之间的差为α2(其中α2是由所述阵列接收天线单元的间距确定的)，设其中相邻的接收天线单元的相应的接收波之间的相位差不超过360°的方向范围的广度为β2(其中，β2是由各发射天线的间距确定的)，并且设所述目标检测范围的广度为(k×β2)，其中k＞1，则所述接收天线单元的间距以及所述发射天线的间距被分别预定为使得如下关系成立：

α2＝k×β2

这种雷达设备能提供与以上描述的具有阵列发射天线和多个接收天线的雷达设备相似的优点。

另外，本发明还同样适用于其中在要检测的目标方向的范围内不发生相位重叠的情况。在该情况下，同样能够保证接收到的来源于与栅瓣对应的发射波的反射波不在目标检测范围之内，并且因此在目标方向检测时不会受到不利影响。

下文中将参考具体的实施例来更为详细地描述本发明的以上特征和优点。

附图说明

图1示出了电子扫描类型的雷达设备的一个实施例的总体配置；

图2是描述形成为天线单元阵列的发射天线的波束图的主瓣和栅瓣之间的关系的原理图；

图3A示出了对阵列发射天线的天线单元的间距的测量，而图3B示出了对一组等距离间隔的接收天线的间距的测量；

图4示出了所述实施例的接收天线的方向性特性的一个示例；

图5示出了在栅瓣附近的、发射天线的方向性特性；

图6示出了所述实施例的阵列发射天线的方向性特性；以及

图7示出了叠加到图4的接收天线方向性特性上的图6的发射天线方向性特性。

具体实施方式

图1是示出了用数字100表示的雷达设备的一个实施例的基本配置的框图，该雷达设备包括控制部1、发射器部2、相位控制部3、发射天线4、信号处理部7、一组三个接收天线5a、5b和5c以及分别与接收天线5a、5b和5c对应的三个接收器部6a、6b和6c。

控制部1基于具有CPU、ROM、RAM、备份RAM、I/O部等的微计算机(图中未示出)，其中，该微计算机根据存储在ROM中的控制程序来执行各种处理。具体地，控制部1进行信号处理，以控制发射天线4对电磁波的发射，并用于估计由接收天线5a、5b、5c接收的反射波(接收信号)。

发射器部2在控制部1的控制下产生经调制的高频信号(使用高频信号源，图中未示出)，该经调制的高频信号是利用三角调制波形来调频的。发射器部2将经调制的高频信号分成(利用信号***器(signal splitter)，图中未示出)提供给相位控制部3的发射信号和本地振荡器信号。相位控制部3连接到发射天线4，发射天线4为由平面的天线单元阵列形成的阵列天线。发射天线4对应于所附权利要求中提及的发射天线。

相位控制部3包括信号***器(图中未示出)，该信号***器将从发射器部2提供的发射信号分成多个发射信号。相位控制部3在来自控制部1的命令的控制下对这些发射信号分别进行不同量的相移，并且相位控制部3包括对经相移的发射信号进行放大并将经放大的发射信号提供给发射天线4的各天线单元4a的放大器(图中未示出)。

利用该实施例，从发射器部2输入的发射信号(经调制的高频信号)被相位控制部3中的信号***器分成多个发射信号。但是，还可以由合并于发射器部2中的***器来进行这种信号***，并将多个发射信号提供给相位控制部3。

从发射天线4发射电磁波，作为向外定向的波束。由发射天线4的天线单元4a的发射信号的相移(由相位控制部3施加)来确定发射所述波束的方向(即波束的中心方向)。具体地，顺序扫描所述波束，以覆盖相继的方向范围。在下文的描述以及所附权利要求中将这些相继获得的方向范围称为“波束宽度范围”，即其中每个为具有相同广度的各自不同的范围，每个范围以发射波束的取向方向为中心。预先确定每个波束宽度范围的广度，使得如果检测到的目标的方向在该范围内，则可判断该目标为真；否则，则可判断该目标为假，即该目标为相位重叠的效应。

扫描发射波束的方向范围(即波束的取向方向的变化范围)对应于目标检测范围(雷达设备能够检测的目标的方向范围)。通过相继地改变被施加于阵列发射天线4的相邻的天线单元的发射信号的相移的相应量来进行波束扫描。

相位控制部3可被配置为合并如日本专利公开第2003-243959中所描述的移相器，以控制发射天线4的天线单元4a的发射信号的相应相位和幅度，以便用于波束成形并用于对发射波束的扫描。替选地，相位控制部3可被配置为合并如日本专利公开第2000-124727中所描述的罗斯曼透镜(Rothman Lens)，以控制天线单元4a的发射信号的相应相位和幅度。作为另一替代方案(如日本专利公开第6-29736中所描述的)，可以利用巴特勒矩阵(Butler Matrix)，以控制发射信号的相应相位和幅度。

在该实施例中，发射天线4为平面的天线单元4a的阵列，但是其还可以利用其中天线单元为非共面的阵列天线。

如图3B所示，构成接收天线的三个接收天线5a、5b、5c是等距离间隔开的，其中分离间距为d_r。在该实施例中，如图所示的，接收天线5a、5b、5c形成为共面的相应的单独的天线单元。但是，还可以将接收天线5a、5b、5c形成为相应的天线单元阵列，其中，这三个阵列是共面的。替选地，还可以将接收天线5a、5b、5c形成为非共面的相应的天线单元阵列。下文将描述接收天线的预定间距。

由接收天线5a、5b、5c获得的接收信号被分别输入到接收器部6a、6b和6c。

接收器部6a、6b和6c对提供给其的分别接收的信号进行放大，并且每个还包括混合器(图中未示出)，该混合器用于将对应的接收信号与本地振荡器信号混合，以将接收信号转换(解调)为基带信号。接收器部6a、6b和6c的每个还包括A/D转换器(图中未示出)，该A/D转换器用于将对应的基带信号转换成数字信号，该数字信号被提供给信号处理部7。

信号处理部7基于具有CPU、ROM、RAM、备份RAM、I/O部等的微计算机(图中未示出)，其中，该微计算机获取从接收器部6a、6b和6c提供的数字信号(数字数据)。信号处理部7还包括DSP(数字信号处理器，图中未示出)，该DSP对所获取的数据进行FFT(快速傅立叶变换)处理，其中该处理是根据存储在ROM中的控制程序来执行的。例如，信号处理部7可执行与日本专利公开第2004-245602号中描述的处理相似的处理，用于基于从接收天线5a、5b、5c的接收信号导出的拍频信号来获得目标的距离、相对速度和方向。

目标的方向是基于分别由接收天线5a、5b、5c中的相邻天线接收的来自目标的反射波之间的相位差(即在基带信号中表示的相位差)而导出的。信号处理部7执行与上文有关参考文献1所描述的处理相似的处理，以消除目标检测中的模糊(如上所述由于重叠现象而引起的模糊)，即，用于验证每个检测到的候选目标，并获得每个经验证的目标的方向。这里，“候选目标”是指其方向被检测为在上述目标检测范围内的可能目标，即由相邻的接收天线接收到的反射波之间的相位差在与所述目标检测范围对应的预定的相位差值的范围之内的目标。在该实施例中，如下所述地，假设目标检测范围为从-20°到+20°(即方位方向)。

当检测到候选目标时，如果检测到的该目标的方向足够接近发射波束在该时间点的取向方向，则判断该目标为真。也就是说，如果检测到的方向位于发射波束在检测时所覆盖的上述波束宽度范围内，则判断该目标是有效的。否则，则(暂时)判断该候选目标是假的。

当每次波束变为取向一位于检测范围内的新方向时，进行搜索，以寻找方向在当前波束宽度范围内的任何候选目标(一个或更多个)并且如果这样则可判断其为有效。

这样，尽管目标检测范围被加宽为发生相位重叠的程度，仍能消除目标方向的模糊。

信号处理部7对应于所附本发明的权利要求中所述的具有多个接收天线的雷达设备中的方向检测电路。

发射器阵列天线中的天线单元的间距越大并且天线单元的数量越大，天线波束的主瓣会变得越窄，而天线增益变得越高。窄主瓣和高增益是所期望的，但是，(对于一具体数量的天线单元)当天线单元的间距增大时，栅瓣会相应变得更大，并且主瓣和各栅瓣之间的间隔会减小。

在该实施例的雷达设备100中，为了抑制栅瓣的不利影响，同时使得目标检测范围加宽到在该范围内发生相位重叠的程度，发射天线4的天线单元4a的间距以及接收天线5a、5b、5c的间距分别被预定为满足下文将描述的具体关系。

首先，设主瓣以及相邻的栅瓣之间的方向的差为α1，而相位重叠周期(phase foldover period)的广度(即其中相邻的接收天线的接收波之间的相位差不超过360°的接收波的方向范围的广度)为β1。因此，β1为其中能够检测到接收的反射波的方向而没有模糊的检测范围的大小。

预先确定发射天线和接收天线的参数，使得检测范围的广度大于一个重叠周期β1，同时使得位于检测范围内的目标的方向能够(基于相应的接收天线的接收波之间的相位差)被无模糊地检测到(如上所述，通过基于发射波束在检测时的方向与检测到的方向之间的差的量来验证每个检测到的目标)，而不受栅瓣的不利影响。

这是通过确定发射天线和接收天线的参数使得栅瓣不沿着位于目标检测范围内的方向来取向而实现的。由此保证由与栅瓣对应的发射波而导致的反射波不会沿着位于目标检测范围内的方向到达接收天线。

将通过参考图2的原理图来描述以上内容，在图2中，“A”表示发射天线4的方向性特性(波束图)，“B”表示来自发射天线4的发射波束的主瓣，而“C”表示栅瓣。α1指示主瓣B和栅瓣C的相应方向之间的间隔，其中，假设k等于三个相位重叠周期(用“D”来表示)，即α1＝(3×β1)。在这种情况下，可以理解能够由此来设置目标检测范围(3×β1)的最大尺寸，同时保证栅瓣C不在目标检测范围内。如下文所述，优选的是使得α1比目标检测范围略大一指定的量。

设发射波的波长为λ，并且发射天线4的天线单元4a的间距为d_t，则当发射波束的方向为θ时，α1的值如下面的等式(1)所示由间距d_t来确定：

$\mathrm{\α}1={\sin }^{-1}(\sin \mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\λ}}{d_t})---\left(1\right)$

为了本发明的目的，优选地，α1为当波束方向θ对应于目标检测范围的界限方向(Limit direction)时得到的值。例如，在图6中(如下文详细描述的)，有关其中目标检测范围从-20°延伸到+20°的一个实施例，在上述等式(1)中利用θ的值20°来确定α1。

相似地，设接收天线的间距为d_r，则β1的值如下面的等式(2)由d_r来确定：

$\mathrm{\β}1={\sin }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{d_r}\right)---\left(2\right)$

因此，本发明提供了一种具有电子扫描阵列天线和多个接收天线的雷达设备，其中，发射天线的各单元的间距d_t以及接收天线的间距d_r分别设置为：使得检测范围的广度超过一个相位重叠周期β1，同时保证与栅瓣对应的发射波在目标检测范围内没有不利的影响。

图4示出了该实施例的接收天线的方向性特性，其中沿纵轴绘出了相对幅度值，并沿横轴的为方向角。如图所示，不模糊的方向检测的范围(其中相邻的接收天线的接收波之间的相位差不超过360°的范围)在+10°和-10°之间，但是，目标检测范围被扩展到±20°。因此，在目标检测范围的-10°到-20°的部分内以及在该范围的+10°到+20°的部分内存在方向模糊。

图6示出了发射天线4的方向性特性，其中，沿纵轴绘出了相对幅度值，而沿横轴的为方向角。

在目标检测范围内扫描发射波束的方向，即上述波束宽度范围被顺序移动为以目标检测范围内的相继方向为中心。在图6中，E表示波束的主瓣，而F表示具有与主瓣相似的幅度的栅瓣。如图所示，确定主瓣E与栅瓣F的相应方向之间的差α1，使得栅瓣F的方向大体上等于目标检测范围(但在该实施例中，如下文描述地超过该范围一小的容限)。

下文将描述一种当已经指定了需要的目标检测范围时导出关系α1＝(k×β1)中的量k的最佳值的方法。该最佳值依赖于发射天线4发射的波的频率、需要的目标检测范围、发射天线阵列中的单元的数量以及接收天线的数量。将描述一个示例，其中发射波的频率为75.6GHz，目标检测范围将为±20°，阵列发射天线中的单元的数量为10，每个接收天线形成为单独的单元，并且接收天线的数量为3。

如果β1被设置为20°并且使得目标检测范围为(2×β1)，则得到需要的目标检测范围的广度(40°)。然后基于等式(2)、利用β1的该值来计算接收天线的必要间距d_r，并得到该间距为11.5毫米。

如上所述，优选的是使得α1比目标检测范围大一指定的容限，以充分保证栅瓣在目标检测范围内没有不利的影响。可以如下来确定该容限。图5中示出(当α1＝40°时)栅瓣附近的波束图的形状。在这种情况下，基于栅瓣的宽度，确定该容限将为3°，即α1的最终值被设置为43°。

因此，通过用β1除以α1的最终值而得到的k的最佳(最终)值为43°/20°，即2.15。

然后，利用等式(1)、利用α1的值43°和θ的值20°，来计算发射天线4的天线单元的间距d_t的更新(最终)值。

这样，已确定了适当的间距值d_t和d_r，从而在为±20°的目标检测范围的情况下为k设置了最佳值。也就是说，发射天线的天线单元的间距以及接收天线的间距已分别被确定，使得满足关系(α1＝2.15×β1)，并且使得检测范围的广度大体上等于α1，其中α1仅超过目标检测范围的大小一最小的必要容限。通过利用这种容限，更有效地保证了栅瓣在目标检测范围内不会产生不利影响。

如在以上示例中那样，优选地，针对其中发射波束的方向对应于目标检测范围(即图6中所示的±20°)的界限方向的条件来计算α1的最佳值。

图7示出在如上所述对α1与β1之间的关系进行优化之后接收天线5的方向性特性(表示为实线特性)，其中，发射天线4的方向性特性(表示为虚线特性)叠加于其上。沿纵轴绘出了信号的幅度值，而沿横轴的为方向角的值。这示出了上述的目标检测范围与分隔量α1之间的关系。

第一实施例的替代形式

在上述第一实施例中，能够检测到在广度超过一个重叠周期β1的检测范围内的目标。但是，本发明同样适用于检测范围不超过β1的情况。

在该情况下，同样能够消除栅瓣对目标方向检测的影响，即，对于具有电子扫描发射天线和多个接收天线的雷达设备，如果天线被配置为使得满足关系(α1＝k×β1)(其中0＜k≤1)并且目标检测范围的广度大体等于发射波束的主瓣和栅瓣的相应方向之间的差α1，但不大于α1，则可以获得与如上所述的效果相似的效果。也就是说，发射阵列天线中的单元的间距以及接收天线的间距分别被确定，使得满足如第一实施例所述的关系。

在这种雷达设备中，由于在目标检测范围内不发生相位重叠，因此上述目标验证处理就变得不必要了。因此，雷达设备的该替代形式的信号处理部7可以被配置为省略所述验证处理。但是，如上述实施例那样，发射波束的栅瓣的影响也会得到抑制。也就是说，即使不象第一实施例那样估计检测到的候选目标的检测方向与发射波束在检测时的取向方向之间的关系，也能保证检测到的方向不是由栅瓣的影响而导致的错误方向。

应注意，尽管已经针对其中雷达设备100具有配置为单个阵列天线的发射天线的情况描述了以上实施例，利用多个阵列天线来构成发射天线同样是可能的。

第二实施例

将描述第二实施例，该第二实施例采用与以上第一实施例的原理相似的原理来抑制栅瓣对于目标方向检测的不利影响。将仅描述与第一实施例不同的特征。在第一实施例中，构成发射天线4(阵列天线)的单元的间距以及多个等距离间隔的接收天线5a、5b、5c的间距分别被确定，使得满足预定的关系，以便抑制发射天线的波束图中的栅瓣的影响。在第二实施例中，利用间隔固定的间距的多个发射天线，同时接收天线为阵列天线。

在这种情况下，通过对来自接收天线的单元的接收信号进行适当的相位控制(即与由相位控制部3对第一实施例的发射信号进行的控制相似的控制)来控制接收天线的方向性特性。通过施加于接收天线的相应单元的接收信号的相位控制，在预定的目标检测范围内对接收波束的方向进行扫描。也就是说，接收波束的波束宽度范围大体上被移动为：相继以目标检测范围内的不同的方向为中心。基于相邻的接收天线单元的接收信号之间的相位差来检测目标的方向。

设接收波束的主瓣以及栅瓣之间的方向差为α2(其中α2是由阵列接收天线单元的间距确定的)，设其中能够不模糊地检测到目标的方向的方向范围为β2(其中，β2是由各发射天线的间距确定的)，并且设目标检测范围的大小为(k×β2)(其中k＞1)，则发射天线的间距以及阵列接收天线单元的间距分别被预定，使得满足关系α2＝k×β2。

如针对第一实施例所描述的，优选地，基于栅瓣宽度，建立目标检测范围与α2之间的差的具体的小容限，并且优选地，关于接收波束的方向对应于目标检测范围的界限方向的条件来指定α2的值。

由此可得到与上述第一实施例的效果相似的效果。

更具体地，在该实施例中，设发射波的波长为λ，并且阵列接收天线的天线单元的间距为d_t，则当接收波束的方向为θ时，α2的值如下面的等式(3)所示由间距d_t来确定：

$\mathrm{\α}2={\sin }^{-1}(\sin \mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\λ}}{d_t})---\left(3\right)$

相似地，设发射天线的间距为d_r，则β2的值如下面的等式(4)所示由d_r来确定：

$\mathrm{\β}2={\sin }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{d_r}\right)---\left(4\right)$

当使用单个阵列天线作为接收天线时，基于由天线的各单元接收的反射波之间的相位差来检测目标的方向。如果检测到的方向足够接近接收波束的方向(即，在以接收波束在检测时的取向方向为中心的预定的波束宽度范围内)，则判断该目标为真(有效)，否则，则暂时判断该目标为假(即，是由于混叠而引起的)。

该实施例的每个发射天线可以形成为单个单元或者形成为天线单元的阵列。

在上述第二实施例中，能够检测到在广度为(k×β2)(其中k＞1)的检测范围内的目标。但是，限制所述检测范围使得在该检测范围内不发生相位重叠同样是可能的，即将k设置为在范围(0＜k≤1)之内。在这种情况下，发射天线的间距以及阵列接收天线的各单元的间距可被确定，使得满足关系(α2＝k×β2)，其中0＜k≤1，并且目标检测范围的广度大体上等于α2。

在上述第一实施例中，使用了一组3个接收天线5a、5b、5c，但是，仅使用2个接收天线同样是可能的，或者，使用多于三个的接收天线同样是可能的。对于第二实施例的发射天线同样如此。

因此，应理解，本发明的范围不限于上述的实施例，并且可以设想这些实施例的各种替代配置或者修改，这些替代配置或者修改落入本发明所要求的范围内。

Claims (19)

1.一种雷达设备，包括：

至少一个阵列发射天线，该阵列发射天线包括具有固定的间距的天线单元的阵列，用于发射电磁波波束；及多个接收天线，所述多个接收天线间隔固定的间距，用于接收来自目标的结果的反射波并生成与所接收的波对应的各自的接收信号；

相位控制电路，该相位控制电路被配置用于将发射信号提供给所述阵列发射天线的所述天线单元，并对所述发射信号施加相位控制，以顺序移动所述波束来相继覆盖不同的波束宽度方向范围，所述波束宽度方向范围在至少包括预定的目标检测范围的范围内；

方向检测电路，该方向检测电路被配置用于检测在所述目标检测范围内的目标的方向，所述检测基于所述接收天线的所述接收信号之间的相位差并基于发射波束在所述检测时的波束宽度范围，

其中：

设所述相位差不超过360°的方向范围的广度为β1，其中β1是由所述接收天线的间距确定的，设所述目标检测范围的广度为(k×β1)，其中，k大于1，并且设所述发射波束的主瓣以及所述发射波束的栅瓣的相应取向方向之间的差为α1，其中α1是由所述阵列发射天线的所述天线单元的间距确定的；

所述阵列发射天线的所述天线单元的间距以及所述接收天线的间距分别被预定为使得如下关系成立：

α1＝k×β1。

2.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述发射天线的所述天线单元的间距以及所述接收天线的间距分别被预定为：使得当所述发射波束的取向方向对应于所述目标检测范围的界限时所述关系成立。

3.根据权利要求2所述的雷达设备，其中，所述发射天线的所述天线单元的间距以及所述接收天线的间距分别被预定为：使得所述差α1超过所述目标检测范围的广度一预定的容限，并且其中，基于所述发射波束的栅瓣的形状来确定该容限。

4.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述发射天线的所述天线单元的间距为在相邻的天线单元的相应中心之间测量的值，而所述接收天线的间距为在相邻的接收天线的相应中心之间测量的值。

5.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述阵列发射天线为具有排列成共面的所述天线单元的平面天线。

6.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述相位控制电路包括被配置用于控制所述发射信号的相位的多个移相器。

7.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述相位控制电路包括被配置用于控制所述发射信号的相位的罗斯曼透镜。

8.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述相位控制电路包括被配置用于控制所述发射信号的相位的巴特勒矩阵。

9.一种雷达设备，包括：

多个发射天线，所述多个发射天线间隔固定的间距，用于分别发射电磁波；以及至少一个阵列接收天线，该阵列接收天线包括具有固定的间距的天线单元的阵列，用于接收从目标反射的结果的电磁波并生成与所接收的波对应的各自的接收信号，所述接收信号是根据所述接收天线的接收波束来生成的；

相位控制电路，该相位控制电路被配置用于对所述接收信号施加相位控制，以顺序移动所述接收波束来分别覆盖不同的波束宽度方向范围，所述波束宽度方向范围在至少包括预定的目标检测范围的范围内；

方向检测电路，该方向检测电路被配置用于检测在所述目标检测范围内的目标的方向，所述检测基于所述阵列接收天线的所述天线单元的接收信号之间的相位差并基于所述接收波束在所述检测时的波束宽度范围；

其中：

设所述相位差不超过360°的方向范围的广度为β2，其中β2是由所述发射天线的间距确定的，设所述目标检测范围的广度为(k×β2)，其中k大于1，设所述接收波束的主瓣以及所述接收波束的栅瓣的相应方向之间的差为α2，其中α2是由所述阵列接收天线的所述天线单元的间距确定的，

所述接收天线的所述天线单元的间距以及所述发射天线的间距分别被预定为使得如下关系成立：

α2＝k×β2。

10.根据权利要求9所述的雷达设备，其中，所述发射天线的间距以及所述接收天线的所述天线单元的间距分别被预定为：使得当所述接收波束的取向方向对应于所述目标检测范围的界限时所述关系成立。

11.根据权利要求10所述的雷达设备，其中，所述接收天线的所述天线单元的间距以及所述发射天线的间距分别被预定为：使得所述差α2超过所述目标检测范围的广度一预定的容限，并且其中，基于所述接收波束的栅瓣的形状来确定该容限。

12.根据权利要求9所述的雷达设备，其中，所述阵列接收天线为具有排列成共面的所述天线单元的平面天线。

13.根据权利要求9所述的雷达设备，其中，所述相位控制电路包括被配置用于控制所述接收信号的相位的多个移相器。

14.根据权利要求9所述的雷达设备，其中，所述相位控制电路包括被配置用于控制所述接收信号的相位的罗斯曼透镜。

15.根据权利要求9所述的雷达设备，其中，所述相位控制电路包括被配置用于控制所述接收信号的相位的巴特勒矩阵。

16.一种雷达设备，包括：

至少一个阵列发射天线，该阵列发射天线包括具有固定的间距的天线单元的阵列，用于发射电磁波波束；及多个接收天线，所述多个接收天线间隔固定的间距，用于接收来自目标的结果的反射波并生成与所接收的波对应的各自的接收信号；

相位控制电路，该相位控制电路被配置用于将相应的发射信号提供给所述发射天线的天线单元，并对所述发射信号施加相位控制，以移动所述波束来相继覆盖不同的波束宽度方向范围，所述波束宽度方向范围在至少包括预定的目标检测范围的范围内；

方向检测电路，该方向检测电路被配置用于检测在所述目标检测范围内的目标的方向，所述检测基于所述接收天线的相应的接收信号之间的相位差并基于发射波束在所述检测时的波束宽度范围，

其中：

设所述接收天线中的相邻天线的相应的接收信号之间的相位差不超过360°的方向范围的广度为β1，其中β1是由所述接收天线的间距确定的，设所述目标检测范围的广度为(k×β1)，其中0＜k≤1，并且设所述发射波束的主瓣以及所述发射波束的栅瓣的相应取向方向之间的差为α1，其中α1是由所述发射天线的所述天线单元的间距确定的，

所述阵列发射天线的所述天线单元的间距以及所述接收天线的间距分别被预定为使得如下关系成立：

α1＝k×β1。

17.根据权利要求16所述的雷达设备，其中，所述阵列发射天线的所述天线单元的间距以及所述接收天线的间距分别被预定为：使得当所述发射波束的取向方向对应于所述目标检测范围的界限时所述关系成立。

18.一种雷达设备，包括：

多个发射天线，所述多个发射天线间隔固定的间距，用于分别发射电磁波；以及至少一个阵列接收天线，该阵列接收天线包括间隔固定的间距的天线单元的阵列，用于接收从目标反射的结果的电磁波并生成与所接收的波对应的各自的接收信号，所述接收信号是根据所述阵列接收天线的接收波束来生成的；

相位控制电路，该相位控制电路被配置用于对所述接收信号施加相位控制，以顺序移动所述接收波束来相继覆盖不同的波束宽度范围，所述波束宽度范围在至少包括预定的目标检测范围的范围内；

方向检测电路，该方向检测电路被配置用于检测在所述目标检测范围内的目标的方向，所述检测基于所述各自的接收信号之间的相位差并基于所述接收波束在所述检测时的波束宽度范围；

其中，设所述接收天线的所述天线单元中的相邻单元的相应接收波之间的相位差不超过360°的方向范围的广度为β2，其中β2是由所述发射天线的间距确定的，设所述目标检测范围的广度为(k×β2)，其中0＜k≤1，并且设所述接收波束的主瓣以及所述接收波束的栅瓣的相应方向之间的差为α2，其中α2是由所述接收天线的所述天线单元的间距确定的，

所述发射天线的间距以及所述阵列接收天线的天线单元的间距分别被预定为使得如下关系成立：

α2＝k×β2。

19.根据权利要求18所述的雷达设备，其中，所述发射天线的间距以及所述阵列接收天线的所述天线单元的间距分别被预定为：使得当所述接收波束的取向方向对应于所述目标检测范围的界限时所述关系成立。

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