CN110967671B - 雷达装置、移动物体以及静止物体 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够扩大每一个天线器件的孔径长度及虚拟接收阵列天线的孔径长度的、经改善的雷达装置、移动物体以及静止物体。雷达装置的发送阵列天线和接收阵列天线中的其中一者包含m个天线器件沿着第1轴方向以第1间隔Dt配置的第1天线器件群(m为1以上的整数)，发送阵列天线和接收阵列天线中的另一者包含(n+1)个天线器件沿着第1轴方向以第2间隔Dr(n)配置的第2天线器件群(n为1以上的整数)。

Description

雷达装置、移动物体以及静止物体
技术领域
本发明涉及雷达装置。
背景技术
近年来，正在推进使用包含可获得高分辨率的微波或毫米波的短波长雷达发送信号的雷达装置的研究。另外，为了提高处于室外时的安全性，要求开发以广角范围探测不仅包含车辆，还包含行人的物体(目标)的雷达装置(广角雷达装置)。
另外，作为雷达装置，已提出了下述结构：除了在接收支路以外，在发送支路中也具备多个天线器件(阵列天线)，通过使用收发阵列天线的信号处理进行波束扫描的结构(也称作MIMO(Multiple Input Multiple Output，多入多出)雷达)。
MIMO雷达中，通过精心设计收发阵列天线中的天线器件的配置，能够构成最大等于发送天线器件数与接收天线器件数之积的虚拟的接收阵列天线(以下称作虚拟接收阵列或虚拟接收阵列天线)。由此获得通过较少的器件数增大阵列天线的有效孔径长度的效果。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第9869762号说明书
发明内容
发明要解决的问题
本发明的非限定性的实施例起到如下作用：提供能够扩大每一个天线器件的孔径长度及虚拟接收阵列天线的孔径长度的、经改善的雷达装置。
解决问题的方案
本发明的一实施例的雷达装置采用下述结构，其包括：雷达发送电路，从发送阵列天线发送雷达信号；以及雷达接收电路，从接收阵列天线接收所述雷达信号被目标反射后的反射波信号，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的一者包含第1天线器件群，该第1天线器件群中，m个天线器件沿着第1轴方向以第1间隔Dt配置，其中，m为1以上的整数，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的另一者包含第2天线器件群，该第2天线器件群中，(n+1)个天线器件沿着所述第1轴方向以第2间隔Dr(n)配置，其中，n为1以上的整数，所述第1间隔Dt满足式(1a)，
Dt＝nt×dH (1a)
其中，dH表示第1基本间隔，nt为1以上的整数，
所述第2间隔Dr(n)满足式(1b)，
其中，Na为满足1≤n<Na-1的整数，且nr满足式(1c)，
另外，这些概括的或具体的形态既可通过***、方法、集成电路、计算机程序或记录介质实现，也可通过***、装置、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意组合实现。
发明效果
根据本发明的一实施例，能提供能够扩大每一个天线器件的孔径长度及虚拟接收阵列天线的孔径长度的、经改善的雷达装置。
根据说明书及附图可以进一步明确本发明的一实施例中的进一步的优点及效果。上述优点和/或效果通过若干个实施方式与说明书及附图中公开的特征分别提供，不必为了获得一个或一个以上的相同特征而提供全部特征。
附图说明
图1是表示实施方式1的雷达装置的结构的一例的方框图。
图2是表示实施方式1的雷达发送单元的结构的一例的方框图。
图3是表示实施方式1的雷达发送信号的一例的图。
图4是表示实施方式1的控制单元对发送天线的时分切换动作的一例的图。
图5是表示实施方式1的雷达发送信号生成单元的另一结构的一例的方框图。
图6是表示实施方式1的雷达接收单元的结构的一例的方框图。
图7是表示实施方式1的雷达装置的雷达发送信号的发送定时、及测量范围的一例的图。
图8是表示用于说明实施方式1的方向估计单元的动作的三维坐标系的图。
图9是表示实施方式1的天线配置的一例的图。
图10是表示实施方式1的子阵列天线结构的一例的图。
图11是表示实施方式1的变形例1的天线配置的一例的图。
图12A是表示实施方式1的变形例1的虚拟接收阵列天线的一维波束的方向图的一例的图。
图12B是表示对实施方式1的变形例1的虚拟接收阵列天线实施了加权时的一维波束的方向图的一例的图。
图13是表示实施方式1的比较例1的天线配置的一例的图。
图14A是表示实施方式1的变形例1的虚拟接收阵列天线的一维波束的方向图的一例、与比较例1的虚拟接收阵列天线的一维波束的方向图的一例的比较的图。
图14B是表示对实施方式1的变形例1的虚拟接收阵列天线实施了加权时的一维波束的方向图的一例、与比较例1的虚拟接收阵列天线的一维波束的方向图的一例的比较的图。
图15是表示实施方式1的变形例2的天线配置的一例的图。
图16是表示实施方式1的变形例3的天线配置的一例的图。
图17是表示实施方式1的变形例4的天线配置的一例的图。
图18是表示实施方式1的变形例5的天线配置的一例的图。
图19是表示实施方式1的变形例5的虚拟接收阵列天线的一维波束的方向图的一例的图。
图20是表示实施方式2的天线配置的一例的图。
图21是表示实施方式2的各天线器件的尺寸的一例的图。
图22A是表示实施方式2的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例的图。
图22B是表示实施方式2的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例的图。
图23是表示实施方式2的比较例2的天线配置的一例的图。
图24A是表示实施方式2的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例、与比较例2的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例的比较的图。
图24B是表示实施方式2的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例、与比较例2的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例的比较的图。
图25A是表示实施方式2的变形例1的发送阵列天线及接收阵列天线的配置的一例的图。
图25B是表示实施方式2的变形例1的虚拟接收阵列天线的配置的一例的图。
图26是表示实施方式2的变形例1的天线器件的尺寸的一例的图。
图27A是表示实施方式2的变形例1的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例的图。
图27B是表示实施方式2的变形例1的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例的图。
图28A是表示实施方式2的变形例2的发送阵列天线及接收阵列天线的配置的一例的图。
图28B是表示实施方式2的变形例2的虚拟接收阵列天线的配置的一例的图。
图29A是表示实施方式2的变形例2的天线器件的尺寸的一例的图。
图29B是表示实施方式2的变形例2的天线器件的尺寸在各天线器件间不同时的一例的图。
图30A是表示实施方式2的变形例2的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例的图。
图30B是表示实施方式2的变形例2的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例的图。
图31A是表示实施方式2的变形例3的发送阵列天线及接收阵列天线的配置的一例的图。
图31B是表示实施方式2的变形例3的虚拟接收阵列天线的配置的一例的图。
图32A是表示实施方式2的变形例3的天线器件的尺寸的一例的图。
图32B是表示实施方式2的变形例3的天线器件的尺寸在各天线器件间不同时的一例的图。
图33A是表示实施方式2的变形例3的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例的图。
图33B是表示实施方式2的变形例3的虚拟接收阵列天线的二维波束的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例的图。
图34是表示实施方式3的收发阵列天线的配置及虚拟接收阵列天线的配置的一例的图。
图35A是表示实施方式3的收发阵列天线的配置的另一例的图。
图35B是表示实施方式3的虚拟接收阵列天线的配置的另一例的图。
图36A是表示实施方式3的收发阵列天线的配置的另一例的图。
图36B是表示实施方式3的虚拟接收阵列天线的配置的另一例的图。
图37A是表示实施方式3的收发阵列天线的配置的另一例的图。
图37B是表示实施方式3的虚拟接收阵列天线的配置的另一例的图。
图38是表示实施方式4的雷达装置的结构的一例的方框图。
图39是表示实施方式5的雷达装置的结构的一例的方框图。
图40是表示实施方式5的雷达装置所使用的啁啾脉冲的一例的图。
附图标记说明
10、10a、10b 雷达装置
100、100a、100b 雷达发送单元
101、101a、401 雷达发送信号生成单元
102 编码生成单元
103 调制单元
104 LPF(Low Pass Filter,低通滤波器)
105 发送频率转换单元
106 功率分配器
107 发送放大单元
107a 无线发送单元
108 发送阵列天线
109 发送切换单元
111 编码存储单元
112 DA(digital-to-analog，数模)转换单元
200 雷达接收单元
201 天线器件***处理单元
202 接收阵列天线
203 无线接收单元
204 放大器
205 频率转换器
206 正交检波器
207 信号处理单元
208、209 AD(analog-to-digital，模数)转换单元
210 相关运算单元
211 加法单元
212 输出切换单元
213 多普勒分析单元
214 方向估计单元
300 基准信号生成单元
400 控制单元
402 调制信号产生单元
403 VCO(Voltage Controlled Oscillator，电压控制振荡器)
404 方向性耦合单元
410 切换控制单元
501 无线接收单元
502 混频器单元
503 LPF
504 R-FFT(Range-Fast Fourier Transform，范围-快速傅里叶变换)单元
具体实施方式
例如，作为雷达装置，已知有反复发送脉冲波的脉冲雷达装置。在广角范围中探测车辆和行人的广角脉冲雷达的接收信号是混合有来自位于近距离的目标(例如车辆)与位于远距离的目标(例如行人)的多个反射波的信号。因此，(1)在雷达发送单元中，要求发送具有呈低的距离旁瓣的自相关特性(以下称作低距离旁瓣特性)的脉冲波或脉冲调制波的结构，(2)在雷达接收单元中，要求具有宽的接收动态范围的结构。
作为广角雷达装置的结构，列举以下的两个结构。
第一个结构是如下结构：对脉冲波或调制波使用窄角(数度左右的波束宽度)的指向性波束，进行机械或电子扫描而发送雷达波，并使用窄角的指向性波束来接收反射波。此结构中，为了获得高分辨率而扫描次数增加，因此对高速移动的目标的追随性恶化。
第二个结构是如下结构：在接收支路中，通过由多个天线(多个天线器件)构成的阵列天线接收反射波，并使用通过基于相对于天线器件间隔的接收相位差的信号处理算法来估计反射波的到达角的方法(Direction of Arrival(DOA)estimation)。此结构中，即使加大发送支路中的发送波束的扫描间隔，也能够在接收支路中估计到达角，因此能够实现扫描时间的缩短化，与第一个结构相比，追随性提高。例如，作为到达方向估计方法，可列举基于矩阵运算的傅里叶变换、基于逆矩阵运算的Capon(卡彭)法及LP(Linear Prediction，线性预测)法、或基于固有值运算的MUSIC(Multiple Signal Classification，多重信号分类)及ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational InvarianceTechniques，基于旋转不变技术的信号参数估计)。
另外，除了在接收支路以外，在发送支路中也使用多个天线器件进行波束扫描的MIMO雷达是，从多个发送天线器件发送使用时分、频分或码分进行了复用的信号，并利用多个接收天线器件接收被周边物体反射后的信号，从各接收信号分离并接收经复用的发送信号。
而且，在MIMO雷达中，通过精心设计收发阵列天线中的天线器件的配置，能够构成最大等于发送天线器件数与接收天线器件数之积的虚拟接收阵列天线(虚拟接收阵列或者虚拟接收阵列天线)。由此，能够获得以发送天线器件数与接收天线器件数之积所示的传播路径响应，通过适当配置收发天线器件间隔，能够通过少的器件数虚拟地扩大阵列天线的有效孔径长度，提高角分辨率。
在此，MIMO雷达中的天线器件结构大致分为使用1个天线器件的结构(以下称作单体天线)和将多个天线器件子阵列化的结构(以下称作子阵列或子阵列天线结构)。
在使用单体天线的情况下，与使用子阵列的情况相比较，呈现出具有宽指向性的特性，但天线增益相对较低。因此，为了提高反射波信号的接收SNR(Signal to NoiseRatio，信噪比)，在接收信号处理中，例如要进行更多的加法处理、或者使用多个单体天线构成天线。
另一方面，在使用子阵列的情况下，与使用单体天线的情况相比较，在1个子阵列中包含多个天线器件，因此作为天线的物理尺寸变大，能够提高主波束方向的天线增益。具体而言，子阵列的物理尺寸成为发送信号的无线频率(载波频率)的波长左右的长度以上。
另外，MIMO雷达除了能适用于进行垂直方向或水平方向的一维扫描的情况，也能适用于进行垂直方向及水平方向的二维波束扫描的情况(例如参照专利文献1)。
作为进行二维波束扫描的MIMO雷达，例如有用于车载用途等的长距离用的MIMO雷达。在长距离用的MIMO雷达中，除了要求与沿水平方向进行一维波束扫描的MIMO雷达同等的水平方向的高分辨率以外，还要求垂直方向的角度估计能力。
例如，在由于低成本化等的需求，而对MIMO雷达有收发支路的天线数限制(例如，发送支路的天线器件为4个左右和/或接收支路的天线器件为4个左右)的情况下，难以使用更多的天线器件来提高反射波信号的接收SNR。而且，进行二维波束扫描的MIMO雷达与进行一维波束扫描的MIMO雷达相比较，MIMO雷达的虚拟接收阵列天线的孔径长度也受到限制，水平方向的分辨率下降。
为了提高垂直方向的角度估计能力，例如，有时使用构成阵列天线的天线器件(以下称作阵列器件)各自进一步包含多个天线器件的子阵列天线结构，由此提高阵列天线的指向性增益。但是，在发送天线器件与接收天线器件均是将天线器件沿着水平方向及垂直方向以半波长左右的间隔等间隔地配置的情况下，与相邻的天线器件的间隔也变成半波长左右。因此，由于因与相邻的天线器件的物理干扰引起的物理限制，难以使天线器件的尺寸大于半波长左右的长度，难以将天线器件子阵列化。
另一方面，为了将天线器件子阵列化，也可不等间隔地配置天线，将相邻的天线间的间隔扩大至1波长以上(参照专利文献1)。但是，若将相邻的天线间的间隔扩大至1波长以上，则虚拟接收阵列天线的间隔会扩大至1波长以上，从而产生角度方向的栅瓣成分或旁瓣成分，雷达装置的误检测概率增大。
为了实现误检测少的MIMO雷达，要求所形成的波束的旁瓣低的虚拟接收阵列天线的结构。为了降低旁瓣，优选在虚拟接收阵列天线中，将天线器件沿着水平方向及垂直方向以半波长左右的间隔等间隔地配置。因此，还提出了将天线器件以1波长以上的固定间隔配置，并将虚拟接收阵列天线以半波长的间隔配置的结构(参照专利文献1)。但是，若将虚拟接收阵列天线以半波长的间隔配置，则因天线数的限制，虚拟接收阵列天线的孔径长度将受到限制。另外，越扩大天线器件间隔，则越会在主瓣附近产生栅瓣，误检测的概率越增大。
＜实施方式1＞
根据本发明的一实施方式，提供一种既能扩大虚拟接收阵列天线的孔径长度，又能抑制不必要的栅瓣发生的雷达装置。另外，提供一种对天线器件使用子阵列天线结构从而能够提高天线器件的指向性增益的雷达装置。
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。另外，在实施方式中，对相同的构成要素标以相同的附图标记，其说明由于重复而省略。
另外，以下说明的实施方式只是一例，本发明并不受以下的实施方式限定。
[雷达装置10的结构]
图1是表示本实施方式的雷达装置10的结构的一例的方框图。雷达装置10具有雷达发送单元(也称作发送支路或雷达发送电路)100、雷达接收单元(也称作接收支路或雷达接收电路)200、基准信号生成单元(基准信号生成电路)300及控制单元(控制电路)400。
雷达装置10例如是使用时分复用方式的MIMO雷达。即，在雷达装置10的雷达发送单元100中，以时分方式切换多个发送天线，送出经时分复用的不同的雷达发送信号。另外，在雷达装置10的雷达接收单元200中，通过分离经时分复用的各发送信号来进行接收处理。但是，雷达装置10的结构并不限定于此。例如，也可采用下述结构：在雷达装置10的雷达发送单元100中，从多个发送天线送出经频分复用的不同的发送信号，在雷达接收单元200中，通过分离经频分复用的各发送信号来进行接收处理。另外，同样地，例如也可采用下述结构：在雷达装置10的雷达发送单元100中，从多个发送天线送出经码分复用的不同的发送信号，在雷达接收单元200中，通过分离经码分复用的各发送信号来进行接收处理。以下，以使用时分复用方式的雷达装置10为例进行说明。
雷达发送单元100基于从基准信号生成单元300接收的基准信号生成高频(RadioFrequency，无线频率)的雷达信号(雷达发送信号)。并且，雷达发送单元100以时分方式切换多个发送天线器件#1～#Nt而发送雷达发送信号。
雷达接收单元200使用多个接收天线器件#1～#Na接收被目标(未图示)反射后的雷达发送信号即反射波信号。雷达接收单元200使用从基准信号生成单元300接收的基准信号进行下述处理动作，从而进行与雷达发送单元100同步的处理。雷达接收单元200对在各接收阵列天线202中接收的反射波信号进行信号处理，至少进行目标的有无检测或方向估计。另外，目标是雷达装置10所检测的对象物体，例如包含车辆(包含二轮、三轮及四轮)或人。
基准信号生成单元300与雷达发送单元100及雷达接收单元200分别连接。基准信号生成单元300将基准信号提供给雷达发送单元100及雷达接收单元200，使雷达发送单元100及雷达接收单元200的处理同步。
控制单元400针对每个雷达发送周期Tr设定雷达发送单元100所生成的脉冲编码、在雷达发送单元100的可变波束控制中设定的相位、以及雷达发送单元100放大信号的级别。并且，控制单元400将指示脉冲编码的控制信号(编码控制信号)、指示相位的控制信号(相位控制信号)、以及指示发送信号的放大级别的控制信号(发送控制信号)输出至雷达发送单元100。另外，控制单元400将指示雷达发送单元100中的发送子阵列#1～#N的切换(雷达发送信号的输出切换)定时的输出切换信号输出至雷达发送单元100。
[雷达发送单元100的结构]
图2是表示本实施方式的雷达发送单元100的结构的一例的方框图。雷达发送单元100具有雷达发送信号生成单元(雷达发送信号生成电路)101、发送频率转换单元(发送频率转换电路)105、功率分配器(功率分配电路)106、发送放大单元(发送放大电路)107及发送阵列天线108。
另外，以下，将使用编码脉冲雷达的雷达发送单元100的结构示为一例，但并不限定于此，例如，也能同样适用于使用FM-CW(Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波)雷达的频率调制的雷达发送信号。
雷达发送信号生成单元101生成将从基准信号生成单元300接收的基准信号设为规定数倍的定时时钟(时钟信号)，基于所生成的定时时钟生成雷达发送信号。并且，雷达发送信号生成单元101基于来自控制单元400的、规定的每个雷达发送周期Tr的编码控制信号，以雷达发送周期Tr反复输出雷达发送信号。
雷达发送信号以y(kT,M)＝I(kT,M)+jQ(kT,M)表示。其中，j表示虚数单位，k表示离散时刻，M表示雷达发送周期的序数。另外，I(kT,M)及Q(kT,M)分别表示第M个雷达发送周期内的离散时刻kT时的雷达发送信号(kT,M)的同相成分(In-Phase成分)及正交成分(Quadrature成分)。
雷达发送信号生成单元101包含编码生成单元(编码生成电路)102、调制单元(调制电路)103及LPF(Low Pass Filter，低通滤波器)104。
编码生成单元102基于每个雷达发送周期Tr的编码控制信号，生成第M个雷达发送周期内的码长L的编码序列的编码an(M)(n＝1,…,L)(脉冲编码)。对于在编码生成单元102中生成的编码an(M)，使用可获得低距离旁瓣特性的脉冲编码。作为编码序列，例如可列举巴克(Barker)编码、M序列编码、戈尔德(Gold)编码。另外，由编码生成单元102生成的编码an(M)既可为相同的编码，也可为包含不同编码的编码。
调制单元103对从编码生成单元102输出的编码an(M)进行脉冲调制(振幅调制、ASK(Amplitude Shift Keying，幅移键控)或脉冲移键控)或者相位调制(PSK：Phase ShiftKeying(相移键控))，并将调制信号输出至LPF104。
LPF104将从调制单元103输出的调制信号中的、规定的限制频段以下的信号成分作为基带的雷达发送信号输出至发送频率转换单元105。
发送频率转换单元105将从LPF104输出的基带的雷达发送信号频率转换为规定载波频率(RF：Radio Frequency(无线频率))段的雷达发送信号。
功率分配器106将从发送频率转换单元105输出的无线频率段的雷达发送信号分配为Nt个，并输出至各发送放大单元107。
发送放大单元107(107-1～107-Nt)基于由控制单元400指示的每个雷达发送周期Tr的发送控制信号，将所输出的雷达发送信号放大至规定级别并输出，或者断开发送输出。
发送阵列天线108具有Nt个发送天线器件#1～#Nt(108-1～108-Nt)。各发送天线器件#1～#Nt分别连接于独立的发送放大单元107-1～107-Nt，发送从独立的发送放大单元107-1～107-Nt输出的雷达发送信号。
图3是表示实施方式1的雷达发送信号的一例的图。在各雷达发送周期Tr中的、编码发送区间Tw的期间，发送脉冲编码序列，剩余的区间(Tr-Tw)为无信号区间。在编码发送区间Tw内包含码长L的脉冲编码序列。在1个编码中包含L个子脉冲。另外，通过实施每1个子脉冲使用No个样本的脉冲调制，从而在各编码发送区间Tw内包含Nr(＝No×L)个样本。另外，在雷达发送周期Tr内的无信号区间(Tr-Tw)包含Nu个样本。
图4表示控制单元400对各发送天线器件#1～#Nt的时分切换动作的一例。图4中，控制单元400在每个雷达发送周期Tr，按照从发送天线器件#1到发送天线器件#Nt的顺序，将指示切换来自各发送天线器件的输出的控制信号(编码控制信号、发送控制信号)输出至雷达发送单元100。另外，控制单元400将各发送子阵列的发送输出期间设为(Tr×Nb)，进行将所有发送子阵列的发送输出期间(Tr×Np)＝(Tr×Nb×Nt)的切换动作重复Nc次的控制。另外，后述的雷达接收单元200基于控制单元400的切换动作进行定位处理。
例如，在从发送天线器件#1发送雷达发送信号的情况下，控制单元400对连接于发送天线器件#1的发送放大单元107-1输出指示将输入信号放大至规定级别的发送控制信号，对未连接于发送天线器件#1的发送放大单元107-2～107-Nt输出指示断开发送输出的发送控制信号。
同样地，在从发送天线器件#2发送雷达发送信号的情况下，控制单元400对连接于发送天线器件#2的发送放大单元107-2输出指示将输入信号放大至规定级别的发送控制信号，对未连接于发送天线器件#2的发送放大单元107输出指示断开发送输出的发送控制信号。
然后，控制单元400对发送天线器件#3～#Nt依序进行同样的控制。以上说明了控制单元400对雷达发送信号的输出切换动作。
[雷达发送单元100的另一结构]
图5是表示实施方式1的雷达发送信号生成单元101的另一结构的一例的方框图。雷达发送单元100也可具备图5所示的雷达发送信号生成单元101a来取代雷达发送信号生成单元101。雷达发送信号生成单元101a不具有图2所示的编码生成单元102、调制单元103及LPF104，取而代之，具备图5所示的编码存储单元(编码存储电路)111及DA转换单元(DA转换电路)112。
编码存储单元111预先存储在图2所示的编码生成单元102中生成的编码序列，并巡回地依次读出所存储的编码序列。
DA转换单元112将从编码存储单元111输出的编码序列(数字信号)转换成模拟的基带信号。
[雷达接收单元200的结构]
图6是表示本实施方式的雷达接收单元200的结构的一例的方框图。雷达接收单元200具有接收阵列天线202、Na个天线器件***处理单元(天线器件***处理电路)201(201-1～201-Na)及方向估计单元(方向估计电路)214。
接收阵列天线202具有Na个接收天线器件#1～#Na(202-1～202-Na)。Na个接收天线器件202-1～202-Na接收被包含测量目标(物体)的反射物体反射后的雷达发送信号即反射波信号，将所接收的反射波信号分别作为接收信号输出至对应的天线器件***处理单元201-1～201-Na。
各天线器件***处理单元201(201-1～201-Na)具有无线接收单元(无线接收电路)203与信号处理单元(信号处理电路)207。无线接收单元203及信号处理单元207生成将从基准信号生成单元300接收的基准信号设为规定数倍的定时时钟(基准时钟信号)，并基于所生成的定时时钟进行动作，由此确保与雷达发送单元100的同步。
无线接收单元203具有放大器(放大电路)204、频率转换器(频率转换电路)205及正交检波器(正交检波电路)206。具体而言，在第z个无线接收单元203中，放大器204将从第z个接收天线器件#z接收的接收信号放大至规定级别。其中，z＝1,…,Nr。接下来，频率转换器205将高频频段的接收信号频率转换为基带频段。接下来，正交检波器206将基带频段的接收信号转换为包含I信号及Q信号的基带频段的接收信号。
各信号处理单元207具有第1AD转换单元(AD转换电路)208、第2AD转换单元(AD转换电路)209、相关运算单元(相关运算电路)210、加法单元(加法电路)211、输出切换单元(输出切换电路)212及Nt个多普勒分析单元(多普勒分析电路)213-1～213-Nt。
第1AD转换单元208从正交检波器206输入I信号。第1AD转换单元208对包含I信号的基带信号进行离散时间的采样，从而将I信号转换为数字数据。
第2AD转换单元209从正交检波器206输入Q信号。第2AD转换单元209对包含Q信号的基带信号进行离散时间的采样，从而将Q信号转换为数字数据。
在此，在第1AD转换单元208及第2AD转换单元209的采样中，对雷达发送信号中的每1个子脉冲的时间Tp(＝Tw/L)进行Ns个离散采样。即，每1个子脉冲的过采样数为Ns。
图7表示实施方式1的雷达装置10的雷达发送信号的发送定时及测量范围的一例。在以下的说明中，使用I信号Iz(k,M)及Q信号Qz(k,M)，将作为第1AD转换单元208及第2AD转换单元209的输出的第M个雷达发送周期Tr[M]的离散时间k的基带接收信号表示为复数信号xz(k,M)＝Iz(k,M)+jQz(k,M)。上述式中，j为虚数单位。另外，以下，离散时刻k是将雷达发送周期(Tr)的开始定时作为基准(k＝1)，信号处理单元207在到雷达发送周期Tr结束之前为止的采样点即k＝(Nr+Nu)Ns/No为止，周期性地进行测量。即，k＝1,…,(Nr+Nu)Ns/No。
在第z个信号处理单元207中，相关运算单元210针对每个雷达发送周期Tr，进行从第1AD转换单元208及第2AD转换单元209接收的离散样本值xz(k,M)与在雷达发送单元100中发送的码长L的脉冲编码an(M)(其中，z＝1,…,Na，n＝1,…,L)的相关运算。例如，相关运算单元210进行离散样本值xz(k,M)与脉冲编码an(M)的滑动相关(sliding correlation)运算。例如，第M个雷达发送周期Tr[M]的离散时刻k的滑动相关运算的相关运算值ACz(k,M)是基于下式(1)算出。
在式(1)中，星号(*)表示复共轭运算符。
相关运算单元210例如按照式(1)，针对k＝1,…,(Nr+Nu)Ns/No的期间进行相关运算。
另外，相关运算单元210并不限定于对k＝1,…,(Nr+Nu)Ns/No进行相关运算的情况，也可根据成为雷达装置10的测量对象的目标的存在范围来限定测量范围(即，k的范围)。通过进行限定，相关运算单元210中的运算处理量得以降低。例如，相关运算单元210也可将测量范围限定为k＝Ns(L+1),…,(Nr+Nu)Ns/No-NsL。此时，如图7所示，雷达装置10在相当于编码发送区间Tw的时间区间不进行测量。
通过上述结构，即使在雷达发送信号直接绕回雷达接收单元200的情况下，在雷达发送信号绕回的期间(至少小于τ1的期间)也不进行相关运算单元210的处理。因此，雷达装置10能够排除绕回的影响而测量。另外，在限定测量范围(k的范围)的情况下，对于以下说明的加法单元211、输出切换单元212、多普勒分析单元213及方向估计单元214的处理，也只要适用同样地限定了测量范围(k的范围)的处理即可。由此，能够削减各构成单元中的处理量，从而能够降低雷达接收单元200中的功耗。
在第z个信号处理单元207中，加法单元211基于从控制单元400输出的输出切换信号，以从第ND个发送天线器件#ND连续发送的雷达发送周期Tr的多次Nb的期间(Tr×Nb)为单位，使用在每个离散时刻k从相关运算单元210接收的相关运算值ACz(k,M)，进行加法(相干积分)处理。其中，ND＝1,…,Nt，z＝1,…,Na。
针对期间(Tr×Nb)的加法(相干积分)处理以下式(2)表示。
其中，CIz (ND)(k,m)表示相关运算值的加法值(以下称作相关加法值)，m是表示加法单元211中的相加次数的序数的1以上的整数。另外，z＝1,…,Na。
另外，获得理想的加法增益的条件是：在相关运算值的加法区间，相关运算值的相位成分在一定程度的范围内一致。即，优选基于作为测量对象的目标的设想最大移动速度来设定相加次数。这是因为，目标的设想最大移动速度越大，则来自目标的反射波中所含的多普勒频率的变动量越大，而具有高相关的时间期间越短，因此Np(＝N×Nb)成为小的值，加法单元211的加法带来的增益提高效果将变得越小。
在第z个信号处理单元207中，输出切换单元212基于从控制单元400输出的输出切换信号，将以从第ND发送天线器件连续发送的雷达发送周期Tr的多次Nb的期间(Tr×Nb)为单位相加所得的、每个离散时间k的加法运算结果CIz (ND)(k,m)择一性地切换并输出至第ND多普勒分析单元213-ND。其中，ND＝1,…,Nt，z＝1,…,Na。
各信号处理单元207具有与发送天线器件#1～#Nt同数量的Nt个多普勒分析单元213-1～213-Nt。多普勒分析单元213(213-1～213-Nt)将在每个离散时间k获得的加法单元211的Nc个输出即CIz (ND)(k,NC(w-1)+1)～CIz (ND)(k,NC×w)作为一单位，使离散时间k的定时一致而进行相干积分。例如，多普勒分析单元213如以下的式(3)所示那样，对与2Nf个不同的多普勒频率fsΔΦ相应的相位变动Φ(fs)＝2πfs(Tr×Nb)ΔΦ进行修正后，进行相干积分。
式(3)中，FT_CIz (ND)(k,fs,w)是第z个信号处理单元207中的第ND个多普勒分析单元213-ND的第w个输出，表示针对加法单元211的第ND个输出的、在离散时间k的多普勒频率fsΔΦ的相干积分结果。其中，ND＝1,…,Nt，fs＝-Nf+1,…,0,Nf，k＝1,…,(Nr+Nu)Ns/No，w为自然数，ΔΦ为相位旋转单位，j为虚数单位，z＝1,…,Na。
由此，各信号处理单元207在雷达发送周期间Tr的多次Nb×Nc的每个期间(Tr×Nb×Nc)，获得与每个离散时间k的2Nf个多普勒频率成分相应的相干积分结果即FT_CIz (ND)(k,-Nf+1,w),…,FT_CIz (ND)(k,Nf-1,w)。
当设为ΔΦ＝1/Nc时，上述多普勒分析单元213的处理等价于以采样间隔Tm＝(Tr×Np)、采样频率fm＝1/Tm对加法单元211的输出进行离散傅里叶变换(DFT：DiscreteFourier Transform)处理。
另外，通过将Nf设定为2的幂数，多普勒分析单元213能够适用快速傅里叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)处理，从而能够削减运算处理量。另外，当Nf>Nc时，在q>Nc的区域中进行使得CIz (ND)(k,Nc(w-1)+1)＝0的补零处理，由此，多普勒分析单元213能够同样地适用FFT处理，从而能够削减运算处理量。
另外，在多普勒分析单元213中，也可取代FFT处理而进行逐次运算上述式(3)所示的乘积累加运算的处理。即，多普勒分析单元213也可针对在每个离散时刻k获得的加法单元211的Nc个输出即CIz (ND)(k,Nc(w-1)+q+1)，生成与fs＝-Nf+1,…,0,Nf-1对应的系数exp[-j2πfsTrNbqΔΦ]，并逐次进行乘积累加运算处理。其中，q＝0,…,Nc-1。
另外，以下的说明中，将在第1个天线器件***处理单元201-1的信号处理单元207至第Na个天线***处理单元201-Na的信号处理单元207中分别实施同样的处理而获得的第w个输出FT_CIz (1)(k,fs,w),…,FT_CIz (Na)(k,fs,w)，如下式(4)(或式(5))那样表述为虚拟接收阵列相关矢量h(k,fs,w)。
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虚拟接收阵列相关矢量h(k,fs,w)包含发送天线器件#1～#Nt的数量Nt与接收天线器件#1～#Na的数量Na之积即Nt×Na个元素。虚拟接收阵列相关矢量h(k,fs,w)用于说明后述的、对来自目标的反射波信号进行基于接收天线器件#1～#Na间的相位差的方向估计的处理。其中，z＝1,…,Na，ND＝1,…,Nt。
另外，上述式(4)及式(5)中，对因来自各发送子阵列的发送时间差引起的每个多普勒频率(fsΔΦ)的相位旋转进行了修正。即，将第1发送子阵列(ND＝1)作为基准，对来自第ND发送子阵列的多普勒频率(fsΔΦ)成分的接收信号FT_CIz (Na)(k,fs,w)乘以exp[-j2πfsΔΦ(ND-1)TrNb]。
以上，对信号处理单元207的各构成单元中的处理进行了说明。
方向估计单元214对从第1个天线器件***处理单元201-1的信号处理单元207至第Na个天线器件***处理单元201-Na的信号处理单元207输出的第w个多普勒分析单元213的虚拟接收阵列相关矢量h(k,fs,w)，如以下的式(6)所示那样，乘以对发送阵列天线108间及接收阵列天线202间的相位偏差及振幅偏差进行修正的阵列修正值hcal[b]，从而算出修正了天线间偏差的虚拟接收阵列相关矢量h_after_cal(k,fs,w)。另外，b＝1,…,(Nt×Na)。
修正了天线间偏差的虚拟接收阵列相关矢量h_after_cal(k,fs,w)是包含Na×Nr个元素的列矢量。以下，将虚拟接收阵列相关矢量h_after_cal(k,fs,w)的各元素表述为h1(k,fs,w),…,hNa×Nr(k,fs,w)，用于方向估计处理的说明。
接下来，方向估计单元214使用虚拟接收阵列相关矢量h_after_cal(k,fs,w)，基于接收阵列天线202间的反射波信号的相位差进行反射波信号的到达方向的估计处理。
方向估计单元214使方向估计评价函数值PH(θ,k,fs,w)中的方位方向θ在规定的角度范围内可变而算出空间分布(空间profile)，并将所算出的空间分布的极大峰值按照由大到小的顺序提取规定个数，将极大峰值的方位方向作为到达方向的估计值。
另外，根据到达方向估计算法，存在各种评价函数值PH(θ,k,fs,w)。例如，也可采用使用公知的阵列天线的估计方法。
例如，波束形成法能够如以下的式(7)及式(8)那样表示。
PH(θu,k,fs,w)＝|aH(θu)Hh_after_cal(k,fS,w)|2 (7)
其中，上标H为厄米特转置运算符。另外，aH(θu)表示相对于方位方向θu的到达波的、虚拟接收阵列天线的方向矢量，另外，θu为在进行到达方向估计的方位范围内以规定的方位间隔β1变化的方位方向。例如，以如下方式设定θu。
θu＝θmin+uβ1,u＝0,…,NU
NU＝floor[θmax-θmin)/β1]+1
其中，floor(x)是返回不超过实数x的最大整数值的函数。
另外，取代波束形成法，Capon、MUSIC等方法也同样能适用。
图8表示用于说明实施方式1的方向估计单元214的动作的三维坐标系。以下说明下述情况，即，将方向估计单元214的处理适用于图8所示的三维坐标系，由此在二维方向上进行估计处理。
在图8中，将以原点O为基准的目标(target)PT的位置矢量定义为rPT。另外，图8中，将使目标PT的位置矢量rPT投影至XZ平面的投影点设为PT’。此时，方位角θ被定义为直线O-PT’与Z轴所成的角度(当目标PT的X坐标为正时，θ>0)。另外，仰角φ被定义为包含目标PT、原点O及投影点PT’的平面内的、连结目标PT、原点O及投影点PT’的线的角度(当目标PT的Y坐标为正时，φ>0)。另外，以下，将在XY平面内配置发送阵列天线108及接收阵列天线202的情况作为一例进行说明。
将以原点O为基准的、虚拟接收阵列天线中的第nva个天线器件的位置矢量表述为Snva。其中，nva＝1,…,Nt×Na。
虚拟接收阵列天线中的第1个(nva＝1)天线器件的位置矢量S1是基于第1个接收天线器件Rx#1的物理位置与原点O的位置关系来决定。虚拟接收阵列天线中的其他天线器件的位置矢量S2,…,Snva是以第1个天线器件的位置矢量S1为基准，在保持根据位于XY平面内的发送阵列天线108及接收阵列天线202的器件间隔所决定的虚拟接收阵列天线的相对配置的状态下决定的。另外，也可使原点O与第1个接收天线器件Rx#1的物理位置一致。
当雷达接收单元200收到来自位于远场的目标PT的反射波时，以虚拟接收阵列天线的第1个天线器件中的接收信号为基准的、第2个天线器件中的接收信号的相位差d(rPT,2,1)以下式(9)表示。其中，<x,y>是矢量x及矢量y的内积运算符。
另外，将以虚拟接收阵列天线的第1个天线器件的位置矢量为基准的、第2个天线器件的位置矢量作为器件间矢量D(2,1)而以下式(10)表示。
D(2,1)＝S2-S1 (10)
同样地，当雷达接收单元200收到来自位于远场的目标PT的反射波时，以虚拟接收阵列天线的第nva (r)个天线器件中的接收信号为基准的、第nva (t)个天线器件中的接收信号的相位差d(rPT,nva (t),nva (r))以下式(11)表示。其中，nva (r)＝1,…,Nt×Na，nva (t)＝1,…,Nt×Na。
另外，将以虚拟接收阵列天线的第nva (r)个天线器件的位置矢量为基准的、第nva (t)个天线器件的位置矢量作为器件间矢量D(nva (t),nva (r))而以下式(12)表示。
如上述式(11)及式(12)所示，以虚拟接收阵列天线的第nva (r)个天线器件中的接收信号为基准的、第nva (t)个天线器件中的接收信号的相位差d(rPT,nva (t),nva (r))取决于表示位于远场的目标PT的方向的单位矢量(rPT/|rPT|)及器件间矢量D(nva (t),nva (r))。
另外，当虚拟接收阵列天线位于同一平面内时，器件间矢量D(nva (t),nva (r))位于同一平面上。方向估计单元214使用此种器件间矢量的全部或一部分，假设天线器件位于器件间矢量所示的位置，而构成虚拟面配置阵列天线，进行二维的方向估计处理。即，方向估计单元214使用通过对构成虚拟接收阵列天线的天线器件的插值处理而插值的多个虚拟天线，进行到达方向估计处理。
另外，方向估计单元214在虚拟天线器件重复的情况下，也可预先固定地选择重复的天线器件中的一个天线器件。或者，方向估计单元214也可使用重复的所有虚拟天线器件中的接收信号来实施加法平均处理。
以下，对使用Nq个器件间矢量群构成了虚拟面配置阵列天线时的、使用波束形成法的二维方向估计处理进行说明。
在此，将构成虚拟面配置阵列天线的第nq个器件间矢量表示为D(nva(nq) (t),nva(nq) (r))。其中，nq＝1,…,Nq。
方向估计单元214使用虚拟接收阵列相关矢量h_after_cal(k,fs,w)的各元素即h1(k,fs,w),…,hNa×N(k,fs,w)，生成以下的式(13)所示的虚拟面配置阵列天线器件相关矢量hVA(k,fs,w)。
将虚拟面配置阵列方向矢量aVA(θu,φv)示于下式(14)。
当虚拟接收阵列天线位于XY平面内时，将表示目标PT的方向的单位矢量(rPT/|rPT|)与方位角θ及仰角φ的关系示于下式(15)。
方向估计单元214针对用于计算垂直方向及水平方向的二维空间分布的各角度方向θu、φv，使用上述式(15)算出单位矢量(rPT/|rPT|)。
而且，方向估计单元214使用虚拟面配置阵列天线器件相关矢量hVA(k,fs,w)及虚拟面配置阵列方向矢量aVA(θu,φv)，进行水平方向及垂直方向的二维方向估计处理。
例如，在使用波束形成法的二维方向估计处理中，使用虚拟面配置阵列天线器件相关矢量hVA(k,fs,w)及虚拟面配置阵列方向矢量aVA(θu,φv)，并使用下式(16)所示的二维方向估计评价函数算出垂直方向及水平方向的二维空间分布，将成为二维空间分布的最大值或极大值的方位角及仰角方向作为到达方向的估计值。
PVA(θu，Φv，k，fs，w)＝|aVA(θu，Φv)HhVA(k，fs，w)|2 (16)
另外，方向估计单元214除了波束形成法以外，还可使用虚拟面配置阵列天线器件相关矢量hVA(k,fs,w)及虚拟面配置阵列方向矢量aVA(θu,φv)，适用Capon法或MUSIC法等高分辨率到达方向估计算法。由此，虽然运算量增加，但能够提高角分辨率。
另外，上述离散时间k也可转换为距离信息而输出。在将离散时间k转换为距离信息R(k)时，只要使用下式(17)即可。
其中，Tw表示编码发送区间，L表示脉冲码长，C0表示光速。
另外，多普勒频率信息也可转换为相对速度成分而输出。在将多普勒频率fsΔΦ转换为相对速度成分vd(fs)时，能够使用下式(18)进行转换。
其中，λ是从发送频率转换单元105输出的RF信号的载波频率的波长。
将由方向估计单元214获得的结果输出至搭载于车辆中的车辆控制单元(未图示)。车辆控制单元使用方向估计结果进行车辆的控制。
[雷达装置10中的天线配置]
对具有以上结构的雷达装置10中的发送阵列天线108及接收阵列天线202的配置进行说明。天线器件之间的间隔可以是基于天线器件的相位中心的间隔，也可以是基于实际配置的天线器件的物理结构的间隔。
图9是表示实施方式1的天线配置的一例的图。构成发送阵列天线108的发送天线器件的总数量Nt为3以上，构成接收阵列天线202的接收天线器件的总数量Na为4以上。发送阵列天线108及接收阵列天线202均沿着第1轴方向配置。图9中，例如，第1轴方向及第2轴方向分别为水平方向及垂直方向。
在此，将第1轴方向的基本间隔设为dH(半波长左右的长度)。如图9所示，Nt个发送天线器件Tx#1～Tx#Nt沿着第1轴以第1间隔Dt等间隔地配置。Dt为基本间隔dH的正整数倍。即，通过某个正整数nt，表示为Dt＝nt×dH。另外，将Nt个发送天线器件Tx#1～Tx#Nt称作发送天线器件群或发送天线群。
另外，如图9所示，Na个接收天线器件Rx#1～Rx#Na以与相邻的接收天线器件的间隔分别为Dr(1)～Dr(Na-1)的方式不等间隔地配置。间隔Dr(n)(1≤n≤Na-1)表示接收天线器件Rx#n与右邻的接收天线器件Rx#n+1之间的间隔，表示为Dr(n)＝(nr(n)×nt+1)dH。其中，nr＝[nr(1),nr(2),…,nr(Na-1)]是将位于中央的1个或2个值设为1，使逐个增加0或1的值的列在其两邻对称排列的数列。当Na＝4时，例如nr＝[2,1,2]。当Na＝5时，例如nr＝[2,1,1,2]。当Na＝6时，例如nr＝[2,1,1,1,2]、nr＝[2,2,1,2,2]或nr＝[3,2,1,2,3]。对于满足1≤n<Na-1的正整数n，有nr(n)＝nr(Na-n)成立，对于Dr(n)，也同样有Dr(n)＝Dr(Na-n)成立。即，图9的接收阵列天线202的配置是中央部分为窄间隔，端部为宽间隔。另外，将Na个接收天线器件Rx#1～Rx#Na称作接收天线器件群或接收天线群。
发送阵列天线108及接收阵列天线202能够将图9所示的点作为相位中心，沿第1轴方向及第2轴方向扩大天线器件的孔径长度(未图示)。由此，能够缩窄水平方向及垂直方向的波束宽度，而获得高天线增益。对于各天线器件，也可使用子阵列天线结构，而且，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。
图10是表示实施方式1的子阵列天线结构的一例的图。图10所示的第1轴方向及第2轴方向例如分别为水平方向及垂直方向。
如图10所示，可以将子阵列天线器件的间隔设为半波长左右的长度，对天线器件使用各种子阵列天线结构。例如考虑：(a)使用第1轴方向为1器件、第2轴方向为4器件的子阵列天线结构的情况；(b)使用第1轴方向为1器件、第2轴方向为10器件的子阵列天线结构的情况；(c)使用第1轴方向为2器件、第2轴方向为4器件的子阵列天线结构的情况；以及(d)使用第1轴方向为2器件、第2轴方向为10器件的子阵列天线结构的情况等。而且，子阵列天线结构并不限于图10所示的结构，也可在天线器件的尺寸不会与相邻的天线器件产生物理干扰的范围内扩大孔径长度。通过扩大孔径长度，能提高天线增益。
关于雷达装置10中的器件数为Nt个的发送阵列天线108及器件数为Na个的接收阵列天线202沿着第1轴配置的情况，以下示出多个示例。
＜实施方式1的变形例1＞
本实施方式的变形例1中，对发送天线器件的数量为4个且接收天线器件的数量为4个时的天线配置、以及使用此配置的到达方向估计方法进行说明。
图11是表示实施方式1的变形例1的天线配置的一例的图。图11所示的第1轴方向及第2轴方向例如分别为水平方向及垂直方向。另外，由垂直于第1轴方向的虚线所划分的间隔表示第1轴方向的基本间隔dH。在以后的图中，有时也通过同样的虚线表示第1轴方向的基本间隔dH。通过发送阵列天线108a的配置及接收阵列天线202a的配置，构成虚拟接收阵列天线VAA1的配置。
在图11中，构成发送阵列天线108a的发送天线器件的总数量Nt为4个，4个发送天线器件分别以Tx#1～Tx#4表示。发送天线器件Tx#1～Tx#4在第1轴方向上以Dt＝2×dH的间隔等间隔地配置。其中，第1轴方向的基本间隔dH例如为dH＝0.5λ。构成接收阵列天线202a的接收天线器件Rx的总数量Na为4个，4个接收天线器件分别以Rx#1～Rx#4表示。接收天线器件Rx#1～Rx#4在第1轴方向上以Dr＝[5,3,5]×dH的间隔配置。图11所示的示例中，nr＝[2,1,2]。
通过对图11所示的发送阵列天线108a及接收阵列天线202a的天线器件使用图10所示的子阵列天线结构，能够确保虚拟接收阵列天线VAA1的宽孔径长度而缩窄波束宽度，获得子阵列天线的高天线增益。
发送阵列天线108a的孔径长度也可构成为，在第1轴方向上为2×dH以下，在第2轴方向上为任意长度。另外，接收阵列天线202a的孔径长度也可构成为，在第1轴方向上为3×dH以下，在第2轴方向上为任意长度。而且，对于各天线器件，也可使用子阵列天线结构，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。
例如，若对雷达装置10要求的视角(FOV:field of view)是在水平方向上为广角且在垂直方向上为窄角，则发送阵列天线108a及接收阵列天线202a的各天线器件的波束方向图也同样地，优选为：在水平方向上为广角且在垂直方向上为窄角。因此，各天线器件例如考虑使用图10中的(b)所示的沿垂直方向排列的子阵列天线结构。
另外，例如对于用于高速公路上等的远距离探测的雷达装置10，要求水平方向为窄角的FOV。此时，发送阵列天线108a及接收阵列天线202a的各天线器件例如可考虑采用如图10中的(c)或(d)所示那样，将子阵列天线器件沿水平方向排列的结构。
同样地，发送阵列天线108a及接收阵列天线202a的各天线器件优选使用形成适合于雷达装置的视角的波束方向图的子阵列天线结构。
图12A表示实施方式1的变形例1的虚拟接收阵列天线VAA1的一维波束的方向图的一例。通过使用图11所示的虚拟接收阵列天线VAA1的波束形成法，沿第1轴方向形成图12A所示的方向图。图12A所示的方向图是朝向接收阵列天线202a的到达波从第1轴方向0度(天顶)到达时的方向图。
图12B表示对实施方式1的变形例1的虚拟接收阵列天线VAA1实施了加权时的一维波束的方向图的一例。雷达装置10也可对由虚拟接收阵列天线VAA1接收的信号实施加权而形成波束。例如，当对VA#1～VA#16的接收信号实施图12B所示的虚拟接收阵列加权时，虽然主瓣宽度将***，但能够形成如图12B所示的波束方向图那样降低了旁瓣电平的波束。
＜比较例1＞
关于实施方式1的变形例1，研究比较例1。
图13表示实施方式1的比较例1的天线的配置的一例。在图13所示的比较例1中，发送阵列天线108b的4个发送天线器件Tx#1～Tx#4以dH的间隔等间隔地配置。另外，接收阵列天线202b的4个接收天线器件Rx#1～Rx#4以4×dH的间隔等间隔地配置。
如图13所示，在由发送天线器件Tx#1～Tx#4及接收天线器件Rx#1～Rx#4构成的虚拟接收阵列天线VAA2中，以dH的间隔等间隔地配置有16个虚拟天线。比较例1的虚拟接收阵列天线VAA2的第1轴方向的孔径长度为15×dH，比实施方式1的变形例1的虚拟接收阵列天线VAA1的第1轴方向的孔径长度19×dH小。如此，在比较例1中，若与实施方式1的变形例1相比较，难以扩大虚拟接收阵列天线VAA2的第1轴方向的孔径长度。
图14A表示实施方式1的变形例1的虚拟接收阵列天线VAA1的一维波束的方向图的一例与比较例1的虚拟接收阵列天线VAA2的一维波束的方向图的一例的比较。变形例1与比较例1均使用同数量的发送天线器件及接收天线器件。
在变形例1的方向图中，与比较例1相比较，形成宽度更窄的主瓣的波束。即，变形例1的虚拟接收阵列天线VAA1为分辨率高于比较例1的虚拟接收阵列天线VAA2的虚拟接收阵列结构。
另外，如图14A所示，与比较例1的旁瓣相比较，变形例1的方向图中的广角侧的旁瓣更高。但是，例如在缩窄了水平方向的视角的情况下，广角侧位于视角的更外侧，因此旁瓣高度的影响变小，也可忽略。
图14B表示对实施方式1的变形例1的虚拟接收阵列天线VAA1实施了加权时的一维波束的方向图的一例与比较例1的虚拟接收阵列天线VAA2的一维波束的方向图的一例的比较。
如图14B所示，实施方式1的变形例1通过对虚拟接收阵列天线VAA1实施加权，从而能够确保与比较例1同等的主瓣宽度及旁瓣电平。而且，与比较例1相比较，在实施方式1的变形例1中，发送阵列天线108a及接收阵列天线202a的天线器件间的间隔较宽。
因此，在实施方式1的变形例1中，通过在水平方向上进一步加宽各天线器件的孔径长度而构成发送阵列天线108a及接收阵列天线202a，从而能够获得更高的天线增益。即，在实施方式1的变形例1中，既能提高天线增益，又能获得与比较例1同等的方向图。
＜实施方式1的变形例2＞
本实施方式的变形例2的天线配置是与本实施方式的变形例1类似的天线配置。对发送阵列天线108c的天线器件的总数为3个，接收阵列天线202c的天线器件的总数为5个时的天线配置进行说明。
图15表示实施方式1的变形例2的天线配置的一例。图15所示的第1轴方向及第2轴方向例如分别为水平方向及垂直方向。通过发送阵列天线108c及接收阵列天线202c的配置，构成虚拟接收阵列天线VAA3的配置。
在图15中，发送天线器件的总数量Nt为3个，分别以Tx#1～Tx#3表示。发送天线器件Tx#1～Tx#3以Dt＝2×dH的间隔沿第1轴方向等间隔地配置。其中，第1轴方向的基本间隔dH例如为dH＝0.5λ。接收天线器件的总数量Na为5个，分别以Rx#1～Rx#5表示。接收天线器件Rx#1～Rx#5以Dr＝[5,3,3,5]×dH的间隔沿第1轴方向配置。这相当于nr＝[2,1,1,2]的情况。
在实施方式1的变形例2中，也可以与变形例1同样地，以图15所示的点作为相位中心，在第1轴方向及第2轴方向上扩大发送阵列天线108c及接收阵列天线202c的各天线器件的孔径长度。由此，能够缩窄水平方向及垂直方向的波束宽度，而获得高天线增益。对于各天线器件，也可使用子阵列天线结构，而且，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。
＜实施方式1的变形例3＞
本实施方式的变形例3的天线配置是与本实施方式的变形例1类似的天线配置。对发送阵列天线108d的天线器件的总数为3个，接收阵列天线202d的天线器件的总数为4个时的天线配置进行说明。
图16表示实施方式1的变形例3的天线配置的一例。图16所示的第1轴方向及第2轴方向例如分别为水平方向及垂直方向。通过发送阵列天线108d及接收阵列天线202d的配置，构成虚拟接收阵列天线VAA4的配置。
在图16中，发送天线器件的总数量Nt为3个，分别以Tx#1～Tx#3表示。发送天线器件Tx#1～Tx#3以Dt＝2×dH的间隔沿第1轴方向等间隔地配置。其中，第1轴方向的基本间隔dH例如为dH＝0.5λ。接收天线器件的总数量Na为4个，分别以Rx#1～Rx#4表示。接收天线器件Rx#1～Rx#4以Dr＝[5,3,5]×dH的间隔沿第1轴方向配置。这相当于nr＝[2,1,2]的情况。
在实施方式1的变形例3中，也可以与变形例1同样地，以图16所示的点作为相位中心，在第1轴方向及第2轴方向上扩大发送阵列天线108d及接收阵列天线202d的各天线器件的孔径长度。由此，能够缩窄水平方向及垂直方向的波束宽度，而获得高天线增益。对于各天线器件，也可使用子阵列天线结构，而且，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。
＜实施方式1的变形例4＞
本实施方式的变形例4的天线配置是与本实施方式的变形例3类似的天线配置。对在发送阵列天线108e及接收阵列天线202e中，天线器件间的间隔不同时的天线配置进行说明。
图17表示实施方式1的变形例4的天线配置的一例。图17所示的第1轴方向及第2轴方向例如分别为水平方向及垂直方向。通过发送阵列天线108e及接收阵列天线202e的配置，构成虚拟接收阵列天线VAA5的配置。
在图17中，发送天线器件的总数量Nt为3个，分别以Tx#1～Tx#3表示。发送天线器件Tx#1～Tx#3以Dt＝dH的间隔沿第1轴方向等间隔地配置。其中，第1轴方向的基本间隔dH例如为dH＝0.5λ。接收天线器件的总数量Na为4个，分别以Rx#1～Rx#4表示。接收天线器件Rx#1～Rx#4以Dr＝[3,2,3]×dH的间隔沿第1轴方向配置。这相当于nr＝[2,1,2]的情况。
在实施方式1的变形例4中，也可以与变形例3同样地，以图17所示的点作为相位中心，在第1轴方向及第2轴方向上扩大发送阵列天线108e及接收阵列天线202e的各天线器件的孔径长度。由此，能够缩窄水平方向及垂直方向的波束宽度，而获得高天线增益。对于各天线器件，也可使用子阵列天线结构，而且，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。
如图17所示，在虚拟接收阵列天线VAA5中，在虚拟天线VA#6的位置，由发送天线器件Tx#3和接收天线器件Rx#2所构成的虚拟天线、与由发送天线器件Tx#1和接收天线器件Rx#3所构成的虚拟天线重复地构成。因此，在虚拟天线VA#6的位置存在2个接收信号。雷达装置10在到达方向估计中，既可使用2个接收信号中的其中一个，也可使用其平均值，还可使用其和。应注意的是，由于虚拟接收天线的位置重复，因此重复的2个信号之间无到达角引起的相位差。
因此，在雷达装置10为时分复用MIMO雷达的情况下，雷达装置10也可使用重复的虚拟天线所接收的2个接收信号进行多普勒分析。通过减小在图6所示的多普勒分析单元213中进行分析的信号的发送周期，能够加大多普勒分析单元213可分析的最大速度。
＜实施方式1的变形例5＞
本实施方式的变形例5的天线配置是与本实施方式的变形例3类似的天线配置。对在发送阵列天线108f及接收阵列天线202f中，天线器件间的间隔不同时的天线配置进行说明。
图18表示实施方式1的变形例5的天线配置的一例。图18所示的第1轴方向及第2轴方向例如分别为水平方向及垂直方向。通过发送阵列天线108f及接收阵列天线202f的配置，构成虚拟接收阵列天线VAA6的配置。
在图18中，发送天线器件的总数量Nt为3个，分别以Tx#1～Tx#3表示。发送天线器件Tx#1～Tx#3以Dt＝3×dH的间隔沿第1轴方向等间隔地配置。其中，第1轴方向的基本间隔dH例如为dH＝0.5λ。接收天线器件的总数量Na为4个，分别以Rx#1～Rx#4表示。接收天线器件Rx#1～Rx#4以Dr＝[7,4,7]×dH的间隔沿第1轴方向配置。这相当于nr＝[2,1,2]的情况。
在实施方式1的变形例5中，也可以与变形例3同样地，以图18所示的点作为相位中心，在第1轴方向及第2轴方向上扩大发送阵列天线108f及接收阵列天线202f的各天线器件的孔径长度。由此，能够缩窄水平方向及垂直方向的波束宽度，而获得高天线增益。对于各天线器件，也可使用子阵列天线结构，而且，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。
图19表示实施方式1的变形例5的虚拟接收阵列天线VAA6的一维波束的方向图的一例。图19所示的方向图是朝向接收天线的到达波从第1轴方向0度(天顶)到达时的、沿第1轴方向形成的方向图。
实施方式1的变形例5适合于水平方向的视角(FOV)窄的情况。实施方式1的变形例5例如能够用于水平方向的视角为30度左右的长距离用的雷达。通过对发送阵列天线108f及接收阵列天线202f的各天线器件使用子阵列天线结构，能够缩窄水平方向及垂直方向的指向性。
如图19所示，在实施方式1的变形例5中，与主瓣相比，产生-3.4dB左右的旁瓣。但是，通过对各天线器件使用子阵列天线结构而缩窄第1轴方向的指向性，能够减小旁瓣的影响。另外，也可使用最大似然估计法等旁瓣影响少的到达方向估计方法。
以上，作为实施方式1的天线配置例，对变形例1、变形例2、变形例3、变形例4及变形例5进行了说明。
如上所述，在实施方式1中，雷达装置10具备：雷达发送单元100，从发送阵列天线108的多个发送天线器件#1～#Nt复用并发送雷达发送信号；以及雷达接收单元200，使用接收阵列天线202的多个接收天线器件#1～#Na来接收雷达发送信号被目标反射后的反射波信号。另外，本实施方式中，如上述那样配置发送天线器件#1～#Nt及接收天线器件#1～#Na。
根据实施方式1，例如能够通过子阵列化来扩大发送阵列天线108及接收阵列天线202的天线器件的孔径长度，提高天线增益，从而提高反射波信号的接收SNR。另外，根据实施方式1，能够抑制不必要的栅瓣的产生，降低MIMO雷达的误检测风险。而且，根据实施方式1，能够构成虚拟接收阵列天线所形成的波束方向图中的主瓣宽度窄的MIMO雷达。
另外，对于发送天线及接收天线，也可设置虚设天线器件。在此，虚设天线器件是指构成的天线器件采用与其他天线器件在物理上类似的结构，但不用于雷达信号的收发的天线。例如，也可在天线器件间等或天线器件的外侧区域设置虚设天线器件。通过设置虚设天线器件，例如可获得使天线的辐射、阻抗匹配、隔离等电气特性的影响一致化的效果。
(实施方式2-二维配置)
本实施方式的雷达装置的基本结构与实施方式1的雷达装置10相同，因此引用图1进行说明。
本实施方式中，提供雷达装置10，所述雷达装置10对各天线器件使用子阵列天线结构，提高天线器件的指向性增益，在二维方向上扩大虚拟接收阵列天线的孔径长度，抑制不必要的栅瓣的产生，由此，能够降低误检测风险，实现所期望的方向图。
[雷达装置10中的天线配置]
在实施方式2中，对包含实施方式1的发送阵列天线108及接收阵列天线202的天线配置并在二维方向上配置的天线配置、以及使用此天线配置的到达方向估计方法进行说明。通过在二维方向上配置天线器件，能实现二维的到达方向估计。
图20是表示实施方式2的天线配置的一例的图。图20所示的第1轴方向及第2轴方向例如分别为水平方向及垂直方向。另外，由垂直于第1轴方向的虚线所划分的间隔表示第1轴方向的基本间隔dH。另外，由垂直于第2轴方向的虚线所划分的间隔表示第2轴方向的基本间隔dV。以后的图中，也有时通过同样的虚线表示第1轴方向与第2轴方向各自的基本间隔。图20中，构成发送阵列天线108g的发送天线器件的总数量Nt为6个，6个发送天线器件分别以Tx#1～Tx#6表示。构成接收阵列天线202g的接收天线器件的总数量Na为8个，8个接收天线器件分别以Rx#1～Rx#8表示。由发送天线器件Tx#1～Tx#6及接收天线器件Rx#1～Rx#8所构成的虚拟接收阵列天线VAA7的虚拟天线的总数为48，分别以VA#1～VA#48表示。在此，第1轴方向与第2轴方向正交。第1轴方向的基本间隔dH例如为dH＝0.5λ。另外，第2轴方向的基本间隔dV例如为dV＝0.68λ。
在图20中，发送天线器件Tx#1～Tx#3和接收天线器件Rx#1～Rx#4的配置是与实施方式1的变形例3相同的配置。即，发送天线器件Tx#1～Tx#3以Dt＝dH的间隔沿第1轴方向等间隔地配置。另外，接收天线器件Rx#1～Rx#4以Dr＝[3,2,3]×dH的间隔沿第1轴方向配置。这相当于nr＝[2,1,2]的情况。而且，发送天线器件Tx#4～Tx#6是与发送天线器件Tx#1～Tx#3同样地配置。另外，接收天线器件Rx#5～Rx#8是与接收天线器件Rx#1～Rx#4同样地配置。
发送天线器件Tx#4～Tx#6与接收天线器件Rx#5～Rx#8的配置也可为，分别相对于发送天线器件Tx#1～Tx#3与接收天线器件Rx#1～Rx#4在第1轴方向及第2轴方向上错开地配置。例如，如图20所示，发送天线器件Tx#4～Tx#6分别相对于发送天线器件Tx#1～Tx#3在第1轴方向上错开dH的间隔、在第2轴方向上错开dV的间隔而配置。另外，接收天线器件Rx#5～Rx#8分别相对于接收天线器件Rx#1～Rx#4在第1轴方向上错开dH的间隔、在第2轴方向上错开2dV的间隔而配置。
发送阵列天线108g及接收阵列天线202g的各天线器件也可将发送天线器件Tx#1～Tx#6及接收天线器件Rx#1～Rx#8的位置作为中心，在不会与相邻的天线器件发生物理干扰的范围内扩大孔径长度。通过扩大孔径长度，能提高天线增益。
另外，在实施方式2中，也与实施方式1同样地，也可使用子阵列天线结构来构成发送阵列天线108g及接收阵列天线202g的各天线器件。
图21表示实施方式2的天线器件的尺寸的一例。例如，如图21所示，对于各天线器件，也可使用在第2轴方向上包含4器件的子阵列天线结构。在雷达装置10的视角(FOV)在水平方向上为广角，在垂直方向上为窄角的情况下，优选发送阵列天线108g及接收阵列天线202g的各天线器件的波束方向图也同样在水平方向上为广角，在垂直方向上为窄角。因此，考虑如图10中的(b)所示那样，将子阵列天线器件沿垂直方向排列的子阵列天线结构。如此，对于发送阵列天线108g及接收阵列天线202g的各天线器件，优选使用形成适合于雷达装置10的视角的波束方向图的子阵列天线结构。
对于各天线器件，也可使用子阵列天线结构，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。
图22A表示实施方式2的虚拟接收阵列天线VAA7的二维波束(主波束：水平0°、垂直0°方向)的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例。
图22B表示实施方式2的虚拟接收阵列天线VAA7的二维波束(主波束：水平0°、垂直0°方向)的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例。
后文将参照图24A及图24B来叙述这些方向图的特征。
另外，在时分复用MIMO雷达的情况下，也可不对发送阵列天线108g的所有天线器件进行复用。例如，也可对图20所示的发送天线器件Tx#1～Tx#3这3个发送天线器件进行复用。由此，虚拟接收阵列数变少，能够维持第1轴方向(水平方向)的角度估计性能，削减天线复用数。
在时分复用MIMO雷达的情况下，由于天线复用数变少而能够缩短发送周期，因此，能够加大可由多普勒分析单元213分析的最大多普勒速度。因此，能够实现与对所有天线器件进行复用并从发送天线器件分别独立地发送信号的结构相比较，更适合于高速物体的探测的结构。
另外，也可将发送阵列天线108g的多个天线器件用作1个天线器件来形成波束。例如，对发送天线器件Tx#1、Tx#4控制相位而供电，以用作1个发送天线器件。对发送天线器件Tx#2、Tx#5、以及发送天线器件Tx#3、Tx#6也分别同样地进行相位控制而供电，以用作1个发送天线器件。由此，能够作为相位中心以2×dH的间隔配置于第1轴上的合计3个发送天线器件进行处理。
通过将多个发送天线器件用作1个天线器件来形成发送波束，从而与从各发送天线器件独立地发送信号的情况相比较，第1轴方向(水平方向)的视角变窄，但正面方向的增益提高。而且，与上述的不对所有天线器件进行复用的情况同样地，发送天线器件的复用数为3。例如，在时分复用MIMO雷达的情况下，能够与复用数的减少相应地减小发送周期，从而能够加大可由多普勒分析单元213分析的最大多普勒速度。因此，上述一例与从发送天线器件分别独立地发送信号的结构相比较，能够延长雷达装置10的探测距离，另外，能够提高雷达装置10对高速移动物体的探测性能。
＜比较例2＞
图23是表示实施方式2的比较例2的天线配置的一例的图。
在比较例2中，构成发送阵列天线108h的发送天线器件Tx#1～Tx#6在第1轴方向上以dH的间隔、在第2轴方向上以dV的间隔等间隔地配置。另外，构成接收阵列天线202h的接收天线器件Rx#1～Rx#8在第1轴方向上以3×dH的间隔、在第2轴方向上以2×dV的间隔等间隔地配置。由发送天线器件Tx#1～Tx#6及接收天线器件Rx#1～Rx#8构成的虚拟接收阵列天线VAA8的虚拟天线的总数为48，分别以VA#1～VA#48表示。在虚拟接收阵列天线VAA8中，48个虚拟天线VA#1～VA#48在第1轴方向上以dH的间隔、在第2轴方向上以dV的间隔等间隔地配置。
在比较例2中，为了使发送天线器件Tx#1～Tx#6不会分别与相邻的天线发生物理干扰，要求发送天线器件Tx#1～Tx#6在第1轴方向及第2轴方向上分别构成为dH以下及dV以下的孔径长度。因此，发送天线器件Tx#1～Tx#6均无法使用图21所示的子阵列天线结构，而要求由单一的天线器件构成。即，在实施方式2中，对发送天线的单个器件使用了子阵列天线结构，但在比较例2中，难以对发送天线的单个器件使用子阵列天线结构。
另外，在比较例2中，当接收天线器件Rx#1～Rx#8分别在第1轴方向及第2轴方向上分别构成为3×dH以下及2×dV以下的孔径长度时，能够避免与相邻的天线发生物理干扰。因此，对于接收天线器件Rx#1～Rx#8，也可分别使用子阵列天线结构，而且，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。但是，在比较例2中，与实施方式2相比较，扩大接收天线器件Rx#1～Rx#8的第2轴方向的孔径长度的范围窄。
图24A表示实施方式2的虚拟接收阵列天线VAA7的二维波束(主波束：水平0°、垂直0°方向)的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例、与比较例2的虚拟接收阵列天线VAA8的二维波束的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例的比较。图24B表示实施方式2的虚拟接收阵列天线VAA7的二维波束(主波束：水平0°、垂直0°方向)的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例、与比较例2的虚拟接收阵列天线VAA8的二维波束的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例的比较。
实施方式2中，使用与比较例2同数量的发送天线器件及接收天线器件。但是，如图24A所示，通过实施方式2的结构，能够形成与比较例2的结构相比主瓣宽度窄的波束。因此，通过实施方式2的天线配置，可获得与比较例2相比第1轴方向(水平方向)的分辨率高的虚拟接收阵列结构。
而且，如图24B所示，实施方式2的波束形状与比较例2的波束形状相比较，为大致同样的波束形状。但是，在实施方式2中，与比较例2相比较，发送天线器件及接收天线器件的相位中心的水平方向的间隔大，与此相应地，能在水平方向上进一步扩大发送阵列天线108h及接收阵列天线202h的1个天线器件的孔径长度而构成。因此，通过实施方式2的天线配置，与比较例2相比较，既能提高天线增益，又能获得在第2轴方向(垂直方向)上具有同等性能的方向图。
＜实施方式2的变形例1＞
在实施方式2的变形例1中，对包含实施方式1的发送阵列天线108及接收阵列天线202的天线配置且在二维方向上配置的天线配置、以及使用此天线配置的到达方向估计方法进行说明。在实施方式2的变形例1中，也与实施方式2同样地，通过在二维方向上配置天线器件，能实现二维的到达方向估计。
图25A表示实施方式2的变形例1的发送阵列天线108i及接收阵列天线202i的配置的一例。
在图25A中，构成发送阵列天线108i的发送天线器件的总数量Nt为6个，6个发送天线器件分别以Tx#1～Tx#6表示。构成接收阵列天线202i的接收天线器件的总数量Na为8个，8个接收天线器件分别以Rx#1～Rx#8表示。在此，第1轴方向与第2轴方向正交。第1轴方向的基本间隔dH例如为dH＝0.5λ。另外，第2轴方向的基本间隔dV例如为dV＝0.68λ。
如图25A所示，发送天线器件Tx#1～Tx#6的配置是与实施方式2的发送天线器件Tx#1～Tx#6的配置相同的配置。即，发送天线器件Tx#1～Tx#3以Dt＝dH的间隔沿第1轴方向等间隔地配置。而且，发送天线器件Tx#4～Tx#6分别相对于发送天线器件Tx#1～Tx#3在第1轴方向上错开dH的间隔，在第2轴方向上错开dV的间隔而与发送天线器件Tx#1～Tx#3同样地配置。
另外，接收天线器件Rx#3～Rx#6的配置是与实施方式1的变形例3的接收天线器件Rx#1～Rx#4的配置相同的配置。即，接收天线器件Rx#3～Rx#6以Dr＝[5,3,5]×dH的间隔沿第1轴方向配置。这相当于nr＝[2,1,2]的情况。
另外，接收天线器件Rx#1、Rx#2及Rx#7、Rx#8分别以与接收天线器件Rx#4、Rx#5同样的间隔，即，以3×dH的间隔沿第1轴方向配置。而且，接收天线器件Rx#1、Rx#2及Rx#7、Rx#8的配置也可相对于接收天线器件Rx#4、Rx#5在第1轴方向及第2轴方向上错开地配置。例如，如图25A所示，接收天线器件Rx#1、Rx#2相对于接收天线器件Rx#4、Rx#5在第1轴方向上错开dH的间隔，在第2轴方向上错开-2dV的间隔而配置。另一方面，接收天线器件Rx#7、Rx#8相对于接收天线器件Rx#4、Rx#5在第1轴方向上错开-dH的间隔，在第2轴方向上错开2dV的间隔而配置。
发送阵列天线108i及接收阵列天线202i的各天线器件也可将图25A所示的发送天线器件Tx#1～Tx#6及接收天线器件Rx#1～Rx#8的位置作为相位中心，在不会与相邻的天线发生物理干扰的范围内扩大孔径长度。通过扩大孔径长度，能提高天线增益。
图25B表示实施方式2的变形例1的虚拟接收阵列天线VAA9的配置的一例。图25B所示的虚拟接收阵列天线VAA9是基于图25A所示的发送阵列天线108i及接收阵列天线202i的虚拟接收阵列天线。由发送阵列天线108i的发送天线器件Tx#1～Tx#6及接收阵列天线202i的接收天线器件Rx#1～Rx#8构成的虚拟接收阵列天线VAA9的虚拟天线的总数为48，48个虚拟天线分别以VA#1～VA#48表示。
图26表示实施方式2的变形例1的天线器件的尺寸的一例。例如，如图26所示，对于各天线器件，也可使用在第2轴方向上包含4器件的子阵列天线结构。在雷达装置10的视角(FOV)在水平方向上为广角，在垂直方向上为窄角的情况下，优选发送阵列天线108i及接收阵列天线202i的各天线器件的波束方向图也同样在水平方向为广角，在垂直方向上为窄角。因此，可考虑如图10中的(b)所示那样，将天线器件沿垂直方向排列的子阵列天线结构。如此，对于发送阵列天线108i及接收阵列天线202i的各天线器件，优选使用形成适合于雷达装置10的视角的波束方向图的子阵列天线结构。
对于各天线器件，也可使用子阵列天线结构，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。
图27A表示图25B所示的实施方式2的变形例1的虚拟接收阵列天线VAA9的二维波束(主波束：水平0°、垂直0°方向)的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例。图27B表示实施方式2的变形例1的虚拟接收阵列天线VAA9的二维波束(主波束：水平0°、垂直0°方向)的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例。
如图27A所示，实施方式2的变形例1的方向图与图22A所示的实施方式2相比较，第1轴方向(水平方向)的主瓣宽度较宽。因此，就水平方向的角度估计性能而言，实施方式2优于实施方式2的变形例1。另一方面，如图27B所示，实施方式2的变形例1的方向图与图22B所示的实施方式2相比较，第2轴方向(垂直方向)的主瓣宽度较窄。因此，就垂直方向的角度估计性能而言，实施方式2的变形例1优于实施方式2。
另外，在时分复用MIMO雷达的情况下，也可与实施方式2同样地，不对发送阵列天线108的所有天线器件进行复用。例如，也可对图25A所示的发送天线器件Tx#1～Tx#3这3个发送天线器件进行复用。另外，也可与实施方式2同样地，将发送阵列天线108的多个天线器件用作1个天线器件来形成波束。
例如，对发送天线器件Tx#1、Tx#4控制相位而供电，以用作1个发送天线。对发送天线器件Tx#2、Tx#5、以及发送天线器件Tx#3、Tx#6也分别同样地进行相位控制而供电，以用作1个发送天线。由此，能够作为包含相位中心以2×dH的间隔配置在第1轴上的合计3个的发送天线进行处理。通过这些结构，在实施方式2的变形例1中，也可获得与实施方式2同样的效果。
＜实施方式2的变形例2＞
在实施方式2的变形例2中，对包含实施方式1的发送阵列天线108及接收阵列天线202的天线配置且在二维方向上配置的天线配置、以及使用此天线配置的到达方向估计方法进行说明。在实施方式2的变形例2中，也与实施方式2同样地，通过在二维方向上配置天线器件，能实现二维的到达方向估计。实施方式2的变形例2与实施方式2及实施方式2的变形例1相比较，天线器件数量相同而天线配置不同。
如上所述，在实施方式2的变形例2中，具有包含实施方式2的变形例1的一部分天线结构的天线结构，因此可获得与实施方式2的变形例1的效果同等的效果。而且，在实施方式2的变形例2中，也可获得提高分辨率的效果。
图28A表示实施方式2的变形例2的发送阵列天线108j及接收阵列天线202j的配置的一例。
在图28A中，构成发送阵列天线108j的发送天线器件的总数量Nt为6个，6个发送天线器件分别以Tx#1～Tx#6表示。构成接收阵列天线202j的接收天线器件的总数量Na为8个，8个接收天线器件分别以Rx#1～Rx#8表示。在此，第1轴方向与第2轴方向正交。第1轴方向的基本间隔dH例如为dH＝0.5λ。另外，第2轴方向的基本间隔dV例如为dV＝0.68λ。
如图28A所示，发送天线器件Tx#1～Tx#3的配置和发送天线器件Tx#4～Tx#6的配置分别是与实施方式1的变形例3的发送天线器件Tx#1～Tx#3的配置相同的配置。即，发送天线器件Tx#1～Tx#3与发送天线器件Tx#4～Tx#6分别以Dt＝2×dH的间隔沿第1轴方向等间隔地配置。
另外，如图28A所示，接收天线器件Rx#4～Rx#7的配置分别是与实施方式1的变形例3的接收天线器件Rx#1～Rx#4的配置相同的配置。即，接收天线器件Rx#4～Rx#7以Dr＝[5,3,5]×dH的间隔沿第1轴方向配置。这相当于nr＝[2,1,2]的情况。而且，接收天线器件Rx#1～Rx#3及Rx#8在与配置接收天线器件Rx#4～Rx#7的第2轴坐标不同的第2轴坐标上以dV的间隔配置。接收天线器件Rx#1与Rx#8配置在相同的第1轴坐标上，Rx#2、Rx#3、Rx#5、Rx#1和Rx#8在各不相同的第2轴坐标上以dV的间隔配置。
发送阵列天线108j及接收阵列天线202j的天线器件也可将图28A所示的发送天线器件Tx#1～Tx#6及接收天线器件Rx#1～Rx#8的位置作为相位中心，在不会与相邻的天线发生物理干扰的范围内扩大孔径长度。通过扩大孔径长度，能提高天线增益。而且，对于各天线器件，也可使用子阵列天线结构，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。
图28B表示实施方式2的变形例2的虚拟接收阵列天线VAA10的配置的一例。图28B所示的虚拟接收阵列天线VAA10是基于图28A所示的发送阵列天线108j及接收阵列天线202j的虚拟接收阵列天线。由发送阵列天线108j的发送天线器件Tx#1～Tx#6及接收阵列天线202j的接收天线器件Rx#1～Rx#8构成的虚拟接收阵列天线VAA10的虚拟天线的总数为48，48个虚拟天线分别以VA#1～VA#48表示。
图29A表示实施方式2的变形例2的天线器件的尺寸的一例。图29B表示实施方式2的变形例2的天线器件的尺寸在各天线器件间不同时的一例。
例如，如图29A所示，对于各天线器件，也可使用在第2轴方向上包含4器件的子阵列天线结构。在雷达装置10的视角(FOV)在水平方向上为广角，在垂直方向上为窄角的情况下，优选发送阵列天线108j及接收阵列天线202j的各天线器件的波束方向图也同样在水平方向上为广角，在垂直方向上为窄角。因此，考虑如图10中的(b)所示那样，将天线器件沿垂直方向排列的子阵列天线结构。如此，对于发送阵列天线108j及接收阵列天线202j的各天线器件，优选使用形成适合于雷达装置10的视角的波束方向图的子阵列天线结构。
在图29A中，所有的天线器件使用同样的子阵列天线结构。而且，对于每个天线器件，也可在不会与相邻的天线发生干扰的范围内改变结构。例如，如图29B所示，发送天线器件Tx#1～Tx#6也可由在第1轴方向上为2器件、在第2轴方向上为4器件的子阵列构成，接收天线器件Rx#4、Rx#6、Rx#7也可由在第1轴方向上为3器件、在第2轴方向上为8器件的子阵列构成。将图29A所示的结构与图29B所示的结构相比较的话，在图29A所示的结构中，各天线器件的波束方向图为广角，因此能够确保宽的视角(FOV)，在图29B所示的结构中，正面方向的天线增益提高，SNR提高。
图30A表示图28B所示的实施方式2的变形例2的虚拟接收阵列天线VAA10的二维波束(主波束：水平0°、垂直0°方向)的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例。图30B表示实施方式2的变形例2的虚拟接收阵列天线VAA10的二维波束(主波束：水平0°、垂直0°方向)的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例。
图30A所示的方向图与图27A所示的实施方式2的变形例1相比较，第1轴方向(水平方向)的主瓣宽度为同等。另外，图30B所示的方向图与图27B所示的实施方式2的变形例1相比较，第2轴方向(垂直方向)的主瓣宽度窄。因此，若使用实施方式2的变形例2的结构，则与实施方式1的变形例1的结构相比较，能够提高雷达装置10的垂直方向的角度估计性能。
通过将实施方式2的变形例2的结构与将第1轴方向及第2轴方向的到达方向估计相独立地进行的方法加以组合，从而与实施方式2的变形例1相比，能够降低高旁瓣电平可能造成的误检测的概率，提高到达方向估计的精度。例如，通过图28B所示的虚拟接收阵列天线VAA10，在第1轴方向及第2轴方向上精密地进行到达方向估计，对于超过某阈值的角度，进行使用二维波束的更精密的到达方向估计。由此，能够降低雷达装置10的误检测概率，提高到达方向估计的精度。另外，也能够削减到达方向估计的计算量。
另外，在时分复用MIMO雷达的情况下，也可与实施方式2的变形例1同样地，不对发送阵列天线108j的所有天线器件进行复用。例如，也可对图28A所示的发送天线器件Tx#4～Tx#6这3个发送天线器件进行复用。另外，也可与实施方式2同样地，将发送阵列天线108j的多个天线器件用作1个天线器件来形成波束。通过这些结构，在实施方式2的变形例2中，也可获得与实施方式2同样的效果。
＜实施方式2的变形例3＞
在实施方式2的变形例3中，对包含实施方式1的发送阵列天线108及接收阵列天线202的天线配置且在二维方向上配置的天线配置、以及使用此天线配置的到达方向估计方法进行说明。在实施方式2的变形例3中，也与实施方式2同样地，通过在二维方向上配置天线器件，能实现二维的到达方向估计。
本实施方式的变形例3的天线配置是使实施方式2的变形例2的天线配置局部变更的天线配置。除了实施方式2的变形例2的效果以外，在时分MIMO的情况下，还能获得提高可由多普勒分析单元213分析的最大多普勒速度的效果。
图31A表示实施方式2的变形例3的发送阵列天线108k及接收阵列天线202k的配置的一例。
在图31A中，构成发送阵列天线108k的发送天线器件的总数量Nt为6个，6个发送天线器件分别以Tx#1～Tx#6表示。构成接收阵列天线202k的接收天线器件的总数量Na为8个，8个接收天线器件分别以Rx#1～Rx#8表示。在此，第1轴方向与第2轴方向正交。第1轴方向的基本间隔dH例如为dH＝0.5λ。另外，第2轴方向的基本间隔dV例如为dV＝0.68λ。
图31A所示的天线配置除了发送天线器件Tx#3的配置以外，与图28A所示的实施方式2的变形例2的天线配置相同。换言之，在实施方式2的变形例3中，以实施方式2的变形例2作为基准，发送天线器件Tx#1～Tx#6中的发送天线器件Tx#3在第1轴方向及第2轴方向上分别不规则地错开dH、dV而配置。
在此，发送阵列天线108k及接收阵列天线202k的各天线器件通过将图31A所示的天线器件的位置作为相位中心，如图10所示那样扩大孔径长度，从而能够缩窄波束宽度，获得高天线增益。另外，也可通过在不会与相邻的天线发生物理干扰的范围内扩大各天线器件的尺寸，从而扩大各天线器件的孔径长度。而且，对于各天线器件，也可使用子阵列天线结构，还可对子阵列天线器件实施阵列加权而抑制旁瓣。
图31B表示实施方式2的变形例3的虚拟接收阵列天线的配置的一例。图31B所示的虚拟接收阵列天线VAA11是基于图31A所示的发送阵列天线108k及接收阵列天线202k的虚拟接收阵列天线。由发送阵列天线108k的发送天线器件Tx#1～Tx#6及接收阵列天线202k的接收天线器件Rx#1～Rx#8构成的虚拟接收阵列天线VAA11的虚拟天线的总数为47，47个虚拟天线分别以VA#1～VA#47表示。
如图31B所示，在虚拟接收阵列天线VAA11中，在虚拟天线VA#6的位置，由发送天线器件Tx#3和接收天线器件Rx#2构成的虚拟天线、与由发送天线器件Tx#2与接收天线器件Rx#3构成的虚拟天线重复地构成。因此，在虚拟天线VA#6的位置存在2个接收信号。雷达装置10在到达方向估计中，既可使用2个接收信号中的其中一个，也可使用其平均值，还可使用其和。应注意的是，由于虚拟接收天线的位置重复，因此重复的2个信号之间无到达角引起的相位差。
如实施方式1的变形例4所示，通过使用这些重复的虚拟接收阵列天线的信号，能够加大多普勒分析单元213可分析的最大速度。
图32A表示实施方式2的变形例3的天线器件的尺寸的一例。图32B表示实施方式2的变形例3的天线器件的尺寸在各天线器件间不同时的一例。
例如，如图32A所示，对于各天线器件，也可使用在第2轴方向上包含4器件的子阵列天线结构。在雷达装置10的视角(FOV)在水平方向上为广角，在垂直方向上为窄角的情况下，优选发送阵列天线108k及接收阵列天线202k的各天线器件的波束方向图也同样在水平方向上为广角，在垂直方向上为窄角。因此，可考虑如图10中的(b)所示那样，将天线器件沿垂直方向排列的子阵列天线结构。如此，对于发送阵列天线108k及接收阵列天线202k的各天线器件，优选使用形成适合于雷达装置10的视角的波束方向图的子阵列天线结构。
在图32A中，对于所有的天线器件，使用同样的子阵列天线结构。但是，对于每个天线器件，也可在不会与相邻的天线发生干扰的范围内改变结构。例如，如图32B所示，发送天线器件Tx#1～Tx#6也可由在第1轴方向上为2器件、在第2轴方向上为4器件的子阵列构成，接收天线器件Rx#4、Rx#6、Rx#7也可由在第1轴方向上为3器件、在第2轴方向上为8器件的子阵列构成。将图32A所示的结构与图32B所示的结构相比较的话，在图32A所示的结构中，各天线器件的波束方向图为广角，因此能够确保宽广的视角(FOV)，在图32B所示的结构中，正面方向的天线增益提高，SNR提高。
图33A表示图31B所示的实施方式2的变形例3的虚拟接收阵列天线VAA11的二维波束(主波束：水平0°、垂直0°方向)的方向图的沿着第1轴方向的剖面图的一例。图33B表示图31B所示的实施方式2的变形例3的虚拟接收阵列天线VAA11的二维波束(主波束：水平0°、垂直0°方向)的方向图的沿着第2轴方向的剖面图的一例。
如图33A及图33B所示，实施方式2的变形例3的方向图分别类似于图30A及图30B所示的实施方式2的变形例2的方向图。实施方式2的变形例3的方向图与实施方式2的变形例2的方向图相比较，主瓣宽度在第1轴方向上小0.5度左右，在第2轴方向上大0.4度左右。另外，实施方式2的变形例3的方向图与实施方式2的变形例2的方向图相比较，最大旁瓣低约1.3dB。因此，若使用实施方式2的变形例3的结构，与实施方式2的变形例2相比较，能够减小误检测的概率。
如在以上的实施方式2的变形例2的说明中所述的那样，通过将实施方式2的变形例3的结构与将第1轴方向及第2轴方向的到达方向估计相独立地进行的方法加以组合，能够降低误检测的概率，提高到达方向估计的精度。例如，通过图31B所示的虚拟接收阵列天线VAA11，在第1轴方向及第2轴方向上精密地进行到达方向估计，对于超过某阈值的角度，进行使用二维波束的更精密的到达方向估计。由此，能够降低雷达装置10的误检测概率，提高到达方向估计的精度。另外，也能够削减到达方向估计所需的计算量。
另外，在时分复用MIMO雷达的情况下，也可与实施方式2的变形例1及变形例2同样地，不对发送阵列天线108k的所有天线器件进行复用。例如，也可对图31A所示的发送天线器件Tx#4～Tx#6这3个发送天线器件进行复用。另外，也可与实施方式2同样地，将发送阵列天线108k的多个天线器件用作1个天线器件来形成波束。通过这些结构，在实施方式2的变形例3中，也可获得与实施方式2同样的效果。
如图31B所示，在虚拟接收阵列天线VAA11中，在虚拟天线VA#6的位置，由发送天线器件Tx#3和接收天线器件Rx#2构成的虚拟天线、与由发送天线器件Tx#2和接收天线器件Rx#3构成的虚拟天线重复地构成。因此，在虚拟天线VA#6的位置存在2个接收信号。雷达装置10在到达方向估计中，既可使用2个接收信号中的其中一个，也可使用其平均值，还可使用其和。应注意的是，由于虚拟接收天线的位置重复，因此重复的2个信号之间无到达角引起的相位差。
在时分复用MIMO雷达的情况下，也可使用重复的这2个信号进行多普勒分析。通过减小在多普勒分析单元213中进行分析的信号的发送周期，能够加大图6所示的多普勒分析单元213中可分析的最大速度。
以上，作为实施方式2的天线配置例，除了实施方式2以外，还对变形例1、变形例2及变形例3进行了说明。
如上所述，在实施方式2中，雷达装置10具备：雷达发送单元100，从发送阵列天线108的多个发送天线器件Tx#1～Tx#Nt复用并发送雷达发送信号；以及雷达接收单元200，使用接收阵列天线202的多个接收天线器件Rx#1～Rx#Na来接收雷达发送信号被目标反射后的反射波信号。另外，在实施方式2中，在二维方向上配置包含实施方式1的发送阵列天线及接收阵列天线的结构的发送天线器件Tx#1～Tx#Nt及接收天线器件Rx#1～Rx#Na。
由此，对于发送阵列天线108及接收阵列天线202，例如能够通过子阵列化来扩大各天线器件的尺寸，提高天线增益。
根据实施方式2，能够构成起到实施方式1的效果，且能实现二维到达方向估计的MIMO雷达。
另外，除了发送天线及接收天线以外，也可在雷达装置10中设置虚设天线器件。在此，虚设天线器件是指构成的天线器件采用与其他天线器件在物理上类似的结构，但不用于雷达装置10的雷达信号的收发的天线。例如，也可在天线器件间等或天线器件的外侧区域设置虚设天线器件。通过设置虚设天线器件，例如可获得使天线的辐射、阻抗匹配、隔离等电气特性的影响一致化的效果。
＜实施方式3＞
本实施方式3的雷达装置的基本结构与实施方式1的雷达装置10相同，因此引用图1进行说明。
本实施方式3中，提供雷达装置10，所述雷达装置10对各天线器件使用子阵列天线结构，提高天线器件的指向性增益，在二维方向上扩大虚拟接收阵列天线的孔径长度，抑制不必要的栅瓣的产生，由此，能够降低误检测风险，实现所期望的方向图。
[雷达装置10中的天线配置]
在本实施方式3中，将实施方式1及实施方式2的发送阵列天线108作为1个“发送天线群”，将实施方式1及实施方式2的接收阵列天线202作为1个“接收天线群”。另外，以下的说明中，有时将发送阵列天线与接收阵列天线一并称作“收发阵列天线”。
在本实施方式3中，与其他实施方式同样地，在不会发生物理干扰的范围内扩大各天线的尺寸，提高天线增益，并使用多个发送天线群或接收天线群，从而能够扩大虚拟接收阵列天线的孔径长度，提高分辨率。
图34是表示本实施方式3的收发阵列天线的配置及虚拟接收阵列天线的配置的一例的图。图34中，作为一例，将图11的发送阵列天线108a作为1个发送天线群，通过构成在第1轴方向上配置有2个群的发送阵列天线108L，从而能获得经扩展的虚拟接收阵列天线VAA12。
设为如下：发送天线群的孔径长度在第1轴方向上为DT1，接收天线群的孔径长度在第1轴方向上为DR1，各发送天线群的间隔在第1轴上为DR1+dH。由此，虚拟接收阵列天线VAA12如图34所示，为在第1轴方向上将2个以图11所示的虚拟接收阵列天线VAA1作为1个群的虚拟接收阵列天线群连接而成的结构。
图35A是表示本实施方式3的收发阵列天线的配置的另一例的图。图35B是表示本实施方式3的虚拟接收阵列天线的配置的另一例的图。作为二维配置的一例，图35A、图35B表示基于图20所示的天线配置的结构来配置多个发送天线群及多个接收天线群的示例。在图35A中，4个发送天线群在第1轴方向上配置2列、在第2轴方向上配置2列，4个接收天线群在第1轴方向上配置2列、在第2轴方向上配置2列。考虑各天线群的第1轴方向的孔径长度、第2轴方向的孔径长度、天线群的间隔来构成发送阵列天线108m、接收阵列天线202m，由此，能够获得图35B的虚拟接收阵列天线VAA13。
其中，设为如下：发送天线群的孔径长度在第1轴方向上为DT1、在第2轴方向上为DT2，接收天线群的孔径长度在第1轴方向上为DR1、在第2轴方向上为DR2，各发送天线群的间隔在第1轴上为DR1+dH、在第2轴方向上为2×DR2，各接收天线群的间隔在第1轴方向上为DT1+DR1-dH、在第2轴方向上为2×DR2。由此，虚拟接收阵列天线VAA13如图35B所示，为将以图20所示的虚拟接收阵列天线VAA7作为1个群的虚拟接收阵列天线群在第1轴方向上配置4列、在第2轴方向上配置4列的结构。
图36A是表示本实施方式3的收发阵列天线的配置的另一例的图。图36B是表示本实施方式3的虚拟接收阵列天线的配置的另一例的图。作为二维配置的另一例的图36A表示如下示例：在图25A所示的实施方式2的变形例1的天线配置中，将发送阵列天线108i作为1个发送天线群，将接收阵列天线202i作为1个接收天线群，而配置多个发送天线群及多个接收天线群。发送阵列天线108n为发送天线群在第1轴方向上配置有2列、在第2轴方向上配置有2列、共计4组的结构，接收阵列天线202n为配置有1组接收天线群的结构。
其中，设为：接收天线群的孔径长度在第1轴方向上为DR1、在第2轴方向上为DR2，发送天线群在第1轴上以DR1+dH的间隔、在第2轴方向上以DR2的间隔配置。由此，图36B所示的虚拟接收阵列天线VAA14成为配置有4组以图25B所示的虚拟接收阵列天线VAA9作为1个群的虚拟接收阵列天线群的结构。
图37A是表示本实施方式3的收发阵列天线的配置的另一例的图。图37B是表示本实施方式3的虚拟接收阵列天线的配置的另一例的图。作为二维配置的另一例的图37A表示如下示例：在图25A所示的变形例1的天线配置中，将发送阵列天线108i作为1个发送天线群，将接收阵列天线202i作为1个接收天线群，而配置4个发送天线群及2个接收天线群。在发送阵列天线108p中，发送天线群在第1轴方向上配置2列、在第2轴方向上配置2列、共计4组。在接收阵列天线202p中，配置有2组接收天线群。
其中，设为：各接收天线群的孔径长度在第1轴方向上为DR1、在第2轴方向上为DR2，各发送天线群在第1轴上以DR1+dH的间隔、在第2轴方向上以2×DR2的间隔配置。另外，第2接收天线群在第1轴方向上偏移6dH而配置，在第2轴方向上以DR2的间隔配置。因此，第1接收天线群的接收天线器件Rx#3与第2接收天线群的接收天线器件Rx#3在第1轴方向上偏移6dH而配置，第1接收天线群的接收天线器件Rx#7、Rx#8与第2接收天线群的接收天线器件Rx#1、Rx#2在第2轴上配置在相同的位置。由此，虚拟接收阵列天线VAA15成为图37B所示的结构。虚拟接收阵列天线VAA15成为配置有8组以图25B所示的虚拟接收阵列天线VAA9作为1个群的虚拟接收阵列天线群的结构。
另外，在此，对基于实施方式1及实施方式2中所示的阵列天线的配置而具备多个发送天线群及接收天线群的情况进行了说明，但并不限定于此，基于本发明的阵列天线配置以外的阵列天线配置而具备多个发送天线群或接收天线群的情况下也能获得同样的效果。另外，发送天线群及接收天线群的间隔也不限定于上述示例。
＜实施方式4＞
图38是表示本实施方式4的雷达装置10a的结构的一例的方框图。本发明的雷达装置的结构并不限定于图1所示的结构。例如，也可使用图38所示的雷达装置10a的结构。另外，在图38中，对于与图1及图2同样的结构标以相同的附图标记，并省略说明。另外，在图38中，雷达接收单元200的结构与图6相同，因此省略详细结构。
在图1所示的雷达装置10中，例如，在图2的雷达发送单元100中，控制单元400根据发送控制信号调整多个发送放大单元107的输出级别，由此，选择性地切换输出雷达发送信号的发送放大单元107。雷达发送信号生成单元101基于来自控制单元400的、规定的每个雷达发送周期Tr的编码控制信号，以雷达发送周期Tr反复输出雷达发送信号。相对于此，图38所示的雷达装置10a中，在雷达发送单元100a中，来自雷达发送信号生成单元101的输出(雷达发送信号)由无线发送单元107a实施无线发送处理，依据来自切换控制单元410的切换控制信号，由发送切换单元109将无线发送单元107a的输出目的地选择性地切换为多个发送天线108中的任一个。另外，雷达发送信号生成单元101与图2的控制单元400不同，不从切换控制单元410输入切换控制信号。
图38所示的雷达装置10a的结构中，也可获得与其他实施方式同样的效果。
＜实施方式5＞
在实施方式1～3的各个实施方式中，对使用在雷达发送单元100或100a中对脉冲列进行相位调制或振幅调制并发送的脉冲压缩雷达的情况进行了说明，但调制方式并不限定于此。例如，本发明也能适用使用如啁啾(chirp)脉冲那样的经频率调制的脉冲波的雷达方式。
图39是表示本实施方式5的雷达装置10b的结构的一例的方框图。图40是表示本实施方式5的雷达装置10b所使用的啁啾脉冲的一例的图。图39表示适用使用啁啾脉冲(例如，fast chirp modulation(快速啁啾调制))的雷达方式时的雷达装置10b的结构图的一例。另外，在图39中，对于与图1、图2、图6、图38同样的结构标以相同的附图标记，并省略其说明。
首先，对雷达发送单元100b中的发送处理进行说明。在雷达发送单元100b中，雷达发送信号生成单元401具有调制信号产生单元402及VCO(Voltage ControlledOscillator，电压控制振荡器)403。
调制信号产生单元402例如图40所示，周期性地产生锯齿形状的调制信号。其中，将雷达发送周期设为Tr。
VCO403基于从调制信号产生单元402输出的雷达发送信号，将频率调制信号(换言之，频率啁啾信号)输出至无线发送单元107a。频率调制信号在无线发送单元107a中被放大，并从依据切换控制单元410所输出的切换控制信号而在发送切换单元109中切换的发送天线108辐射至空间中。例如，在各个第1发送天线108至第Nt发送天线108中，以Np(＝Nt×Tr)周期的发送间隔发送雷达发送信号。
方向性耦合单元404提取频率调制信号的一部分信号，并输出至雷达接收单元200b的天线器件***处理单元201-1～201-Na的各无线接收单元501(混频器单元502)。
接下来，对雷达接收单元200b中的接收处理进行说明。在雷达接收单元200b的各个天线器件***处理单元201-1～201-Na中，无线接收单元501中所包括的混频器单元502针对所接收的反射波信号，对作为发送信号的频率调制信号(从方向性耦合单元404输入的信号)进行混频，经混频的信号通过无线接收单元501中所包括的LPF503。由此，作为LPF503的输出，提取具有与反射波信号的延迟时间相应的拍频的差拍信号。例如，如图40所示，获得发送信号(发送频率调制波)的频率与接收信号(接收频率调制波)的频率的差值频率作为拍频。
从LPF503输出的信号由信号处理单元207b的AD转换单元208b转换为离散样本数据。
R-FFT(Range-Fast Fourier Transform，范围-快速傅里叶变换)单元504在每个发送周期Tr，对在规定的时间范围(range gate，范围选通)内所获得的Ndata个离散样本数据进行FFT处理。由此，在信号处理单元207b中，输出在与反射波信号(雷达反射波)的延迟时间相应的拍频出现峰值的频谱。由此，能够算出到目标为止的距离。另外，在FFT处理中，R-FFT单元504也可乘以例如汉宁(Han)窗或海明(Hamming)窗等窗函数系数。通过使用窗函数系数，能够在频谱中抑制拍频中出现的峰值周边产生的旁瓣。
在此，将通过第M个啁啾脉冲的发送获得的、从第z个信号处理单元207b的R-FFT单元504输出的拍频频谱响应以AC_RFTz(fb,M)来表示。其中，fb是FFT的索引编号(binnumber，样本号)，fb＝0,…,Ndata/2。频率索引fb越小，则表示反射波信号的延迟时间越小(换言之，与目标的距离越近)的拍频。
第z个信号处理单元207b中的输出切换单元212例如与图38所示的雷达装置10a同样地，基于从切换控制单元410输入的切换控制信号，将每个雷达发送周期Tr的R-FFT单元504的输出选择性地切换并输出至Nt个多普勒分析单元213中的一个。
以下，作为一例，将第M个雷达发送周期Tr[M]中的切换控制信号以Nt比特的信息[bit1(M),bit2(M),…,bitNt(M)]来表示。例如，在第M个雷达发送周期Tr[M]的切换控制信号中，若第ND比特bitND(M)(其中，ND＝1～Nt中的任一个)为‘1’，则输出切换单元212选择(换言之，接通)第ND个多普勒分析单元213。另一方面，在第M个雷达发送周期Tr[M]的切换控制信号中，若第ND比特bitND(M)为‘0’，则输出切换单元212不选择(换言之，断开)第ND个多普勒分析单元213。输出切换单元212对所选择的多普勒分析单元213输出从R-FFT单元504输入的信号。
如上所述，各多普勒分析单元213的选择是以Np(＝Nt×Tr)周期依次接通。切换控制信号将上述内容重复Nc次。
另外，各无线发送单元107a中的发送信号的发送开始时刻也可不与周期Tr同步。例如，在各无线发送单元107a中，也可为，以对发送开始时刻设置不同的发送延迟Δ1、Δ2、…、ΔNt的方式开始雷达发送信号的发送。
第z(z＝1,…,Na)个信号处理单元207b具有Nt个多普勒分析单元213。
多普勒分析单元213对于来自输出切换单元212的输出，对每个拍频索引fb进行多普勒分析。
例如，若Nc为2的幂值，则能够在多普勒分析中适用快速傅里叶变换(FFT：FastFourier Transform)处理。
第z个信号处理单元207b的第ND个多普勒分析单元213中的第w个输出如式(19)所示，表示拍频索引fb中的多普勒频率索引fu的多普勒频率响应FT_CIz (ND)(fb,fu,w)。另外，ND＝1～Nt，ND＝1～Nt，w为1以上的整数。另外，j为虚数单位，z＝1～Na。
信号处理单元207b之后的方向估计单元214的处理例如为将实施方式1中说明的离散时刻k置换为拍频索引fb的动作，因此省略详细说明。
通过以上的结构及动作，在本实施方式5中，也可获得与实施方式1～3的各实施方式同样的效果。
另外，上述拍频索引fb也可转换为距离信息而输出。要将拍频索引fb转换为距离信息R(fb)，只要使用式(20)即可。其中，Bw表示进行频率调制而生成的频率啁啾信号的频率调制频段宽度，C0表示光速。
以上，对本发明的一实施例的实施方式进行了说明。另外，也可将上述实施方式及各变形例的动作适当组合而实施。
另外，上述实施方式中，作为一例，对基本间隔dH＝0.5λ、dV＝0.68λ的情况进行了说明，但并不限定于这些值。例如，基本间隔dH及dV也可为0.5波长以上且1波长以下的值。另外，上述实施方式中，“天线群”这一表述例如也可置换为“天线器件群”等其他表述。
另外，在雷达装置10、10a、10b(例如参照图1、图38、图39)中，雷达发送单元100及雷达接收单元200也可各自独立地配置在物理上分离的场所。另外，在雷达接收单元200(例如参照图1、图38、图39)中，方向估计单元214与其他构成单元也可各自独立地配置在物理上分离的场所。
虽未图示，但雷达装置10、10a、10b例如具有CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、保存有控制程序的ROM(Read Only Memory，只读存储器)等记录介质、以及RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等作业用存储器。此时，上述各部的功能是通过CPU执行控制程序来实现。但是，雷达装置10、10a、10b的硬件结构并不限定于此例。例如，雷达装置10、10a、10b的各功能部也可作为集成电路即IC(Integrated Circuit)而实现。各功能部既可各自独立地单片化，也可以包含其一部分或全部的方式而单片化。另外，虽未图示，但雷达装置10、10a、10b例如也可以搭载于车辆(汽车、摩托车、自行车、工程车辆、叉车)、电车、船舶等移动物体，例如也可以搭载于交通灯、路侧装置(Road Side Unit)等静止物体。
以上，参照附图说明了各种实施方式，但本发明当然不限定于此例。本领域技术人员应当了解，在权利要求书所记载的范畴内，能想到各种变更例或修正例是显而易见的，这些当然也属于本发明的技术范围。另外，也可在不脱离发明主旨的范围内，将上述实施方式中的各构成要素任意组合。
上述各实施方式中，对本发明使用硬件构成的示例进行了说明，但本发明也能通过软件、硬件、或与硬件联动的软件来实现。
以上的说明中，各构成要素中所用的“单元”这一表述也可置换为“电路(circuitry)”、“元件(device)”、“部(unit)”或“模块(module)”等其他表述。
另外，上述各实施方式的说明中所用的各功能块也可部分或整体地作为集成电路即LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)来实现，上述实施方式中所说明的各过程也可部分或整体地由一个LSI或LSI的组合控制。LSI既可由各个芯片构成，也可以包含功能块的一部分或全部的方式由一个芯片构成。LSI也可具备数据的输入与输出。根据集成度的不同，LSI也有时被称作IC(integrated circuit)、***LSI(System LSI)、超大LSI(Ultra LSI)、特大LSI(Super LSI)。
集成电路化的方法并不限于LSI，也可通过专用电路、通用处理器或专用处理器来实现。另外，也可利用LSI制造后能够编程的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或可对LSI内部的电路块的连接或设定进行重构的可重构置处理器。本发明也可作为数字处理或模拟处理来实现。
另外，如果随着半导体技术的进步或其他技术的派生，出现了代替LSI的集成电路化的技术，当然也可使用该技术来实现功能块的集成化。例如，还存在适用生物技术的可能性。
本发明能在具备通信功能的所有种类的装置、设备、***(总称为通信装置)中实施。作为通信装置的非限定示例，可列举电话机(移动电话、智能电话等)、平板、个人电脑(PC)(膝上型、桌面型、笔记型等)、摄像机(数字静态/视频摄像机等)、数字播放器(数字音频/视频播放器等)、可穿戴设备(可穿戴摄像机、智能手表、追踪设备等)、游戏主机、数字书阅读器、远程保健医药(远程保健医药处方)设备、带通信功能的交通工具或移动运输设备(汽车、飞机、船等)、及上述各种装置的组合。
通信装置并不限定于可携带或可移动的装置，也包含无法携带或固定的所有种类的装置、设备、***，例如智能家居设备(家电设备、照明设备、智能量器或测量设备、控制面板等)、自动售卖机、其他可位于IoT(Internet of Things，物联网)网络上的所有“物体(Things)”。
对于通信，除了借助蜂窝***、无线局域网***、通信卫星***等的数据通信以外，还包含利用这些方式的组合的数据通信。
另外，通信装置还包含与执行本发明中所述的通信功能的通信设备连接或连结的控制器或传感器等设备。例如，包含生成执行通信装置的通信功能的通信设备所使用的控制信号或数据信号的控制器或传感器。
另外，通信装置包含与上述非限定性的各种装置进行通信或者控制所述各种装置的基础设施设备，例如基站、访问点、其他所有装置、设备、***。
本发明的雷达装置包括：雷达发送电路，从发送阵列天线发送雷达信号；以及雷达接收电路，从接收阵列天线接收所述雷达信号被目标反射后的反射波信号，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的一者包含m个天线器件沿着第1轴方向以第1间隔Dt配置的第1天线器件群(m为1以上的整数)，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的另一者包含(n+1)个天线器件沿着所述第1轴方向以第2间隔Dr(n)配置的第2天线器件群(n为1以上的整数)，所述第1间隔Dt满足式(1a)，
Dt＝nt×dH (1a)
其中，dH表示第1基本间隔，nt为1以上的整数，
所述第2间隔Dr(n)满足式(1b)，
其中，Na为满足1≤n<Na-1的整数，且nr满足式(1c)，
本发明的雷达装置中，所述第1基本间隔为0.5波长以上且0.8波长以下。
本发明的雷达装置中，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的至少一者包含多个子阵列器件。
本发明的雷达装置中，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的一者包含第3天线器件群，该第3天线器件群是将所述第1天线器件群沿着与所述第1轴方向正交的第2轴方向以第3间隔复制配置而成的，所述第3间隔为第2基本间隔的整数倍，所述第2基本间隔为0.5波长以上且0.8波长以下，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的另一者包含第4天线器件群，该第4天线器件群是将所述第2天线器件群沿着所述第2轴方向以第4间隔复制配置而成的，所述第4间隔为所述第2基本间隔的整数倍。
本发明的雷达装置中，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的一者包含第5天线器件群，该第5天线器件群是将所述第1天线器件群和所述第3天线器件群沿着所述第1轴方向以第5间隔复制配置而成的，若所述第1天线器件群的孔径长度为DT1，所述第2天线器件群的孔径长度为DR1，则所述第5间隔是将所述第2天线器件群的孔径长度DR1加上第1基本间隔dH所得的值，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的另一者包含第6天线器件群，该第6天线器件群是将所述第2天线器件群和所述第4天线器件群沿着所述第1轴方向以第6间隔复制配置而成的，所述第6间隔是从所述第1天线器件群的孔径长度DT1与所述第2天线器件群的孔径长度DR1的合计值减去第1基本间隔dH所得的值。
本发明的移动物体搭载本发明的雷达装置。
本发明的静止物体搭载本发明的雷达装置。
工业适用性
本发明适合作为探测广角范围的雷达装置。

Claims (7)

1.一种雷达装置，其特征在于，包括：
雷达发送电路，从发送阵列天线发送雷达信号；以及
雷达接收电路，从接收阵列天线接收所述雷达信号被目标反射后的反射波信号，
所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的一者包含第1天线器件群，该第1天线器件群中，Nt个天线器件的相位中心沿着第1轴方向以第1间隔Dt等间隔地配置，其中，Nt为2以上的整数，
所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的另一者包含第2天线器件群，该第2天线器件群中，Na个天线器件的相位中心沿着所述第1轴方向以第2间隔Dr(n)配置，
所述第1间隔Dt满足下式(1)，
Dt＝nt×dH (1)
其中，dH表示第1基本间隔，nt为1以上的整数，
所述第2间隔Dr(n)满足下式(2)，
其中，Na为满足1≤n<Na-1的2以上的整数，且nr为使逐个增加0或1的值的列在位于nr的中央的值的两邻对称排列的数列，满足下式(3)，
2.如权利要求1所述的雷达装置，所述第1基本间隔为0.5波长以上且0.8波长以下。
3.如权利要求1所述的雷达装置，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的至少一者包含多个子阵列器件。
4.如权利要求1所述的雷达装置，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的一者包含第3天线器件群，该第3天线器件群是将所述第1天线器件群沿着与所述第1轴方向正交的第2轴方向以第3间隔复制配置而成的，
所述第3间隔为第2基本间隔的整数倍，
所述第2基本间隔为0.5波长以上且0.8波长以下，
所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的另一者包含第4天线器件群，该第4天线器件群是将所述第2天线器件群沿着所述第2轴方向以第4间隔复制配置而成的，
所述第4间隔为所述第2基本间隔的整数倍。
5.如权利要求4所述的雷达装置，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的一者包含第5天线器件群，该第5天线器件群是将所述第1天线器件群和所述第3天线器件群沿着所述第1轴方向以第5间隔复制配置而成的，
若所述第1天线器件群的孔径长度为DT1，所述第2天线器件群的孔径长度为DR1，则所述第5间隔是将所述第2天线器件群的孔径长度DR1加上第1基本间隔dH所得的值，
所述发送阵列天线和所述接收阵列天线中的另一者包含第6天线器件群，该第6天线器件群是将所述第2天线器件群和所述第4天线器件群沿着所述第1轴方向以第6间隔复制配置而成的，
所述第6间隔是从所述第1天线器件群的孔径长度DT1与所述第2天线器件群的孔径长度DR1的合计值减去第1基本间隔dH所得的值。
6.一种移动物体，其特征在于，
该移动物体搭载有权利要求1所述的雷达装置。
7.一种静止物体，其特征在于，
该静止物体搭载有权利要求1所述的雷达装置。
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