CN1985187A - 单脉冲雷达装置及天线切换开关 - Google Patents

单脉冲雷达装置及天线切换开关 Download PDF

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Abstract

一种单脉冲雷达装置，其中在天线单元中构成：由作为天线单元的构成要素的天线元件的一部分形成的阵列天线(宽波束阵列天线)(区域K1)；和作为波束宽度比该阵列天线窄的阵列天线而形成有多个的窄波束阵列天线，根据作为窄波束阵列天线而形成的多个阵列天线中的、规定的一对阵列天线(区域K2、K3)的输出来进行单脉冲处理。由此，在受限的空间上有效形成天线***，构成简易的机构的天线***。

Description

单脉冲雷达装置及天线切换开关
技术领域
本发明涉及单脉冲雷达装置，尤其涉及将天线元件有效地配置在受限的空间上的单脉冲雷达装置、以及将单脉冲雷达装置的多个天线选择性地与收发部连接的天线切换开关。
背景技术
作为除目标物体的距离和速度的信息之外还检测目标物体的方位信息用的雷达装置，公开有：通过旋转台使雷达传感器(radar sensor)旋转，检测该旋转台的角度，从而检测目标物体的到达角的扫描雷达(scan radar)装置的例子(例如，参照专利文献1)。
另外，作为基于现有技术的非机械式的雷达装置，公开有：采用相位比较单脉冲方式来检测到达角的单脉冲雷达装置。其中存在：利用由采用了多个发射天线的发射波束切换而产生的接收信号的振幅变化等，进行广范围目标探测、和多目标识别等的单脉冲雷达装置(例如，参照专利文献2)。
另外，为了确保天线单元的小型化和批量生产，存在具备双***的阵列天线的单脉冲雷达装置，该阵列天线由配置成矩阵状的天线元件、按该天线元件的各列而设置的串联供电线路、和经由该串联供电线路而对天线元件的各列进行并联供电的并联供电线路构成(例如，参照专利文献3)。另外，在该专利文献3所公开的单脉冲雷达装置中，作为用于进行单脉冲处理的天线，在如上述那样形成的双***的阵列天线中，按照由串联供电线路形成的天线元件列中的全部列或一部分列以近似等间隔地交错相咬合的方式，使各阵列天线配置在同一平面上。
此外，存在如下雷达装置：该雷达装置公开了当在如发生相位折返的方位存在目标物时，防止该目标物的误检测的技术(例如，参照专利文献4)。另外，在该专利文献4所公开的雷达装置中，对第一预测方位和第二预测方位进行比较，将两者一致时的方位作为检测方位，所述第一预测方位是由多个元件天线中的、以间隔d1配置的元件天线间的接收信号的相位差算出的目标物方位，所述第二预测方位是由多个元件天线中的、以与间隔d1不同的间隔d2配置的元件天线间的接收信号的相位差算出的目标物方位。
专利文献1：特开平10-325863号公报；
专利文献2：特开平11-281729号公报；
专利文献3：特开平9-162626号公报；
专利文献4：特开2000-230974号公报。
但是，上述的专利文献1所公开的扫描雷达装置具有如下缺点：对于搭载雷达传感器的旋转台的设置，需要正确的对准(alignment)；另外，需要避免因搭载平台引起的振动等的影响用的构造等。另外，在对平台有空间上的制约的情况下，存在无法搭载雷达传感器和旋转台等，无法实现***的问题。
另外，在上述的专利文献2所公开的单脉冲雷达装置中，利用由采用了多个发射天线的发射波束切换而实现相位比较单脉冲处理，但需要很多搭载发射天线的空间，与专利文献1同样，在对平台有空间上的制约的情况下，存在无法实现***的问题。
另外，在上述的专利文献3所公开的单脉冲雷达装置中，公开了用于进行单脉冲处理的接收天线的构成，但对作为包括了发射天线的天线单元的有效的构成未进行任何公开。同样，在上述的专利文献4所公开的雷达装置中，公开了使进行单脉冲处理用的一对接收天线的各元件间隔不同的情况，但对包括了发射天线的天线单元的构成未进行任何公开。
一方面，只要是雷达装置，若电波未照射到目标物体，则无法获得关于该目标物体的距离、速度、方位等信息。另一方面，在近年的雷达装置中，除如上述的搭载平台的制约之外，还追求探测能力的高性能化、方位检测域的广角化、处理时间的缩短化、或方位检测域外的误检测的降低化等，从而结合这些要求事项如何构成包括发射天线的天线***，逐渐成为重要的课题。
例如，若使发射天线的波束宽度广角化则方位检测域外的误检测增大，若使发射天线的波束宽度变窄则误检测数量减少，但另一方面需要在方位检测域内扫描发射波束，会导致处理时间的增大。另外，在方位检测域内扫描发射波束这样的处理中，如上述专利文献4所示的、使一对接收天线的各元件间隔不等间隔化便失去了意义。
发明内容
本发明鉴于上述情况而实现，目的在于提供一种限制对于包括发射天线的收发天线***的搭载上的制约，可进行广范围的单脉冲处理的单脉冲雷达装置及构成其一部分的天线切换开关。而且，本发明的目的尤其在于提供一种在受限的空间上有效形成收发天线***，构成简易的机构的收发天线***的单脉冲雷达装置及构成其一部分的天线切换开关。
为了解决上述课题从而实现目的，本发明的技术方案1所涉及的单脉冲雷达装置具备：发射部，用于生成检测目标的发射信号，并输出所生成的发射信号；天线单元，其具有至少一个发射天线和多个接收天线；接收部，其根据来自所述天线单元的输出，对包括相对于所述目标的方位信息的规定的信息进行检测；和天线切换单元，其切换所述发射部与所述发射天线之间的连接、和所述接收天线与所述接收部之间的连接，在所述天线单元中包括：由作为该天线单元的构成要素的天线元件的一部分形成的阵列天线(宽波束阵列天线)；和作为波束宽度比所述阵列天线窄的阵列天线而形成有多个的窄波束阵列天线，根据作为所述窄波束阵列天线而形成的多个阵列天线中的、规定的一对阵列天线的输出来进行单脉冲处理。
根据该发明，在天线单元中，由作为该天线单元的构成要素的天线元件的一部分构成阵列天线。另外，构成波束宽度比该阵列天线窄的多个阵列天线。即，构成宽波束阵列天线和多个窄波束阵列天线。在这样构成的阵列天线中，进行根据多个窄波束阵列天线中的、规定的一对阵列天线的输出的单脉冲处理。
另外，本发明的技术方案2所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，将所述宽波束阵列天线用作发射天线。
另外，本发明的技术方案3所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，将所述宽波束阵列天线用作接收天线。
另外，本发明的技术方案4所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，使构成所述规定的一对阵列天线的各阵列天线的主波束方向从中心方向分别向左右或上下偏离。
另外，本发明的技术方案5所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，在将构成所述宽波束阵列天线的天线元件的排列面作为基准排列面时，将构成所述规定的一对阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿左向或向上方向偏离的一个阵列天线的天线元件的排列面，相对于所述基准排列面沿左向或向上方向倾斜了规定的倾斜角而配置，并且，将构成所述规定的一对阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿右向或向下方向偏离的另一个阵列天线的天线元件的排列面，相对于所述基准排列面沿右向或向下方向倾斜了规定的倾斜角而配置。
另外，本发明的技术方案6所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，所述一个阵列天线所涉及的所述规定的倾斜角，与以所述宽波束阵列天线的主波束方向为基准的该一个阵列天线的主波束方向的偏离角近似一致，所述另一个阵列天线所涉及的所述规定的倾斜角，与以该宽波束阵列天线的主波束方向为基准的该另一个阵列天线的主波束方向的偏离角近似一致。
另外，本发明的技术方案7所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，将所述宽波束阵列天线或所述规定的一对阵列天线的任一个用作发射天线。
另外，本发明的技术方案8所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，将所述规定的一对阵列天线中的一个阵列天线或所述宽波束阵列天线中的任一个用作发射天线，并且，根据所述规定的一对阵列天线的一个和另一个的各输出来进行单脉冲处理。
另外，本发明的技术方案9所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，一对阵列天线作为所述窄波束阵列天线，所述一对阵列天线是将在所述天线单元的天线元件的一部分中沿上下方向连接一列的天线元件组交错相连规定数量而成的。
另外，本发明的技术方案10所涉及的单脉冲雷达装置具备：发射部，其生成并输出用于对目标进行检测的发射信号；天线单元，其具有至少一个发射天线和多个接收天线；接收部，其根据来自所述天线单元的输出，对包括相对于所述目标的方位信息的规定的信息进行检测；和天线切换单元，其切换所述发射部与所述发射天线之间的连接、和所述接收天线与所述接收部之间的连接，在所述天线单元中，由作为该天线单元的构成要素的天线元件构成三个以上阵列天线，根据将该三个以上阵列天线中的两个进行组合的、元件间隔不同的三组以上成对阵列天线的各输出来进行单脉冲处理。
另外，本发明的技术方案11所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，将所述三个以上阵列天线中的任一个用作发射天线，将用作所述发射天线的阵列天线的天线波束在发射时进行广角化。
另外，本发明的技术方案12所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，根据所述三组以上成对的天线的各输出进行单脉冲处理后的相位差的符号，特定存在目标的区域。
另外，本发明的技术方案13所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，在无法唯一特定存在所述目标的区域时，根据所述三组以上成对的天线的各天线方向图来特定所述区域。
另外，本发明的技术方案14所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，将将探测区域分割为不发生相位失真的多个区域，对该分割后的区域的每一个，使所述一对阵列天线的主波束方向偏离。
另外，本发明的技术方案15所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，在将构成所述阵列天线的天线元件的排列面作为基准排列面时，将构成所述三组以上成对的阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿左向或向上方向偏离的一个阵列天线的天线元件的排列面，相对于所述基准排列面沿左向或向上方向倾斜了规定的倾斜角而配置，并且，将构成所述三组以上成对的阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿右向或向下方向偏离的另一个阵列天线的天线元件的排列面，相对于所述基准排列面沿右向或向下方向倾斜了规定的倾斜角而配置。
另外，本发明的技术方案16所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，所述一个阵列天线所涉及的所述规定的倾斜角，与以作为所述发射天线而发挥功能的阵列天线的主波束方向为基准的该一个阵列天线的主波束方向的偏离角近似一致，所述另一个阵列天线所涉及的所述规定的倾斜角，与以作为该发射天线而发挥功能的阵列天线的主波束方向为基准的该另一个阵列天线的主波束方向的偏离角近似一致。
另外，本发明的技术方案17所涉及的单脉冲雷达装置具备：发射部，用于生成检测目标的发射信号，并输出所生成的发射信号；天线单元，其具有至少一个发射天线和多个接收天线；接收部，其根据来自所述天线单元的输出，对包括相对于所述目标的方位信息的规定的信息进行检测；和天线切换单元，其切换所述发射部与所述发射天线之间的连接、以及所述接收天线与所述接收部之间的连接，在所述天线单元中，由作为该天线单元的构成要素的天线元件构成三个以上阵列天线，按照将该三个以上阵列天线中的两个进行组合的、元件间隔不同的两组以上成对阵列天线的各输出而检测到的相位差，算出所述目标的方位角，从所述方位角中选择同一速度且同一距离的目标。
另外，本发明的技术方案18所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，所述天线切换单元具备：第一放大器，放大来自所述发射部的发射信号，并提供给一个天线；第二放大器，放大所述一个天线的接收信号；多个第三放大器，分别放大其他多个天线的接收信号；和第一开关，选择所述第二放大器的输出和所述多个第三放大器的输出的任一个，并供给到所述接收部。
另外，本发明的技术方案19所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，还具备：第二开关，设置在所述第一放大器的输出与所述一个天线之间；和第三开关，设置在所述一个天线与所述第二放大器之间。
另外，本发明的技术方案20所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，所述第一放大器的开启/关闭与所述第二开关的开启/关闭联动，所述第二放大器的开启/关闭与所述第三开关的开启/关闭联动，所述第二放大器或所述多个第三放大器的任一个的开启与所述第一开关的选择联动。
另外，本发明的技术方案21所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，所述第二放大器和所述多个第三放大器可独立地进行增益调整，并且能够通过增益调节来调节接收信号的增益。
另外，本发明的技术方案22所涉及的天线切换开关使多个天线选择性地与发射部或接收部连接，具备：第一放大器，放大来自所述发射部的发射信号，并提供给一个天线；第二放大器，放大所述一个天线的接收信号；
多个第三放大器，分别放大其他多个天线的接收信号；和第一开关，选择所述第二放大器的输出和所述多个第三放大器的输出的任一个，供给到所述接收部。
另外，本发明的技术方案23所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，还具备：第二开关，设置在所述第一放大器的输出与所述一个天线之间；和第三开关，设置在所述一个天线与所述第二放大器之间。
另外，本发明的技术方案24所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，所述第一放大器的开启/关闭与所述第二开关的开启/关闭联动，所述第二放大器的开启/关闭与所述第三开关的开启/关闭联动，所述第二放大器或所述多个第三放大器的任一个的开启与所述第一开关的选择联动。
另外，本发明的技术方案25所涉及的单脉冲雷达装置，根据上述发明，其特征在于，所述第二放大器和所述多个第三放大器可独立地进行增益调整，通过该增益调整可使接收信号的增益一致。
(发明效果)
根据本发明的单脉冲雷达装置，由于根据多个窄波束阵列天线中的、规定的一对阵列天线的输出来进行单脉冲处理，因此可起到如下效果：可不会特别变更构成阵列天线的天线元件的配置且不会进行特别的波束合成，而形成适合单脉冲处理的天线波束。
另外，根据本发明的单脉冲雷达装置，由于根据将由作为天线单元的构成要素的天线元件所构成的三个以上阵列天线中的两个进行组合的、元件间隔不同的规定组以上成对阵列天线的各输出来进行单脉冲处理，因此可起到如下效果：可不会特别变更构成阵列天线的天线元件的配置且不会进行特别的波束合成，而形成适合单脉冲处理的天线波束。
根据本发明的天线切换开关，第一放大器所放大的发射信号经由第二开关而被提供给一个天线，并且通过第一开关选择对一个天线的接收信号进行放大的第二放大器的输出和对其他多个天线的接收信号分别进行放大的多个第三放大器的输出的任一个，并提供给接收部，因此可起到使作为雷达装置的构成部的天线切换开关小型化、轻量化的效果。
附图说明
图1是表示本发明的单脉冲雷达装置的构成的框图；
图2是表示相位比较单脉冲方式的方位检测的原理图；
图3-1是表示振幅比较单脉冲方式的方位检测的原理图，是表示偏移了天线波束的中心方位的两个天线方向图的图；
图3-2是表示根据由图3-1所示的天线方向图的天线所接收的接收信号而生成的和信号(∑)与差信号(Δ)的信号强度的图；
图3-3是表示根据图3-2所示的和信号(∑)与差信号(Δ)生成的角度误差信号的图；
图4是表示实施方式1的天线单元的天线构成的图；
图5是表示实施方式1的天线单元的另一天线构成的图；
图6是表示图4所示的各阵列天线的探测区域的图；
图7是表示使图6所示的阵列天线A及阵列天线B的中心方向分别沿左右偏离后的探测区域的图；
图8是表示实施方式3的天线单元的天线构成的图；
图9是表示到实施方式3的天线单元的各天线元件的另一供电方式的图；
图10是表示根据分别将图8所示的三个天线中的两个进行组合而得到的三组成对天线来进行相位比较单脉冲处理时的、方位角与相位差之间的关系的一例的曲线图；
图11是表示实施方式3的处理的流程的流程图；
图12是表示构成天线单元的天线元件的波束方向图的一例图；
图13是表示实施方式4的信号处理部的处理的流程的流程图；
图14是在图10所示的曲线图上表示根据阵列天线D、E的组合而算出的目标方位角的三个补充例的图；
图15-1是表示与图8所示的天线单元的天线元件排列面及天线元件组这两者垂直的垂直截面中的大致形状的截面图；
图15-2是表示与实施方式5中的天线单元的天线元件排列面及天线元件组这两者垂直的垂直截面中的大致形状的截面图；
图16-1是表示与图4所示的天线单元的天线元件排列面及天线元件组这两者垂直的垂直截面中的大致形状的截面图；
图16-2是表示与实施方式6中的天线单元的天线元件排列面及天线元件组这两者垂直的垂直截面中的大致形状的截面图；
图17是表示具有本发明的一实施方式的天线切换开关的车载用FM-CW雷达装置的构成的一例图；
图18是表示基于三角波的调制波的波形图；
图19是表示图17的各控制信号的波形的波形图。
图中：6-天线单元；7-天线切换单元；8-发射部；10-接收部；111，112，113-收发天线；12-天线切换开关；14-振荡器；15-调制信号生成部；161，162-RF混频器；171，172-IF混频器；19-天线切换信号生成部；20-信号处理部；30-开关机构。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明涉及的单脉冲雷达装置的实施方式进行详细地说明。另外，本发明并非由该实施方式限定。
(实施方式1)
图1是表示本发明的单脉冲雷达装置的构成的框图。这里，图1所示的雷达装置表示一般的单脉冲雷达装置的构成。另一方面，本发明的单脉冲雷达装置的特征在于在下面详细描述的天线单元的收发天线的构成、天线切换单元的构成、以及基于这些构成而进行的信号处理部的处理。但是，在对本发明进行说明中，需要理解关于一般的单脉冲雷达装置的构成。因此，首先对应用本发明的单脉冲雷达装置的构成等进行说明。
图1所示的单脉冲雷达装置由将处理功能分为大模块的各处理部、即天线单元6、天线切换单元7、发射部8及接收部10构成。天线单元6具备发挥发射天线或接收天线的任一个的功能的收发天线111、112、113。天线切换单元7具备：天线切换开关12，其用于将与收发天线111、112、113之间的连接切换到发射部8或接收部10中的任一个；和天线切换信号生成部19，其生成用于切换天线切换开关12的天线切换信号。发射部8具备：调制信号生成部15，其生成用于生成从天线单元6放射到空间的雷达信号的各种调制信号(例如，FM-CM调制信号、脉冲调制信号等)；振荡器14，其生成并输出根据该调制信号而被调制的雷达信号。接收部10具备：RF混频器16(161、162)，其分别与收发天线111、112、113中的任一个连接，并根据从振荡器14供给的RF频带的混频信号(RF本地信号(local signal))，将从这些收发天线111、112、113输出的接收信号降频变换到IF频带；IF混频器17(171、172)，其分别与这些RF混频器16连接，并根据从天线切换信号生成部19供给的IF频带的混频信号(IF本地信号)，将降频变换后的信号降频变换为基带信号；和信号处理部20，其根据从这些IF混频器17输出的信号，进行各种信号处理，生成并输出距离、速度、方位等信息。另外，信号处理部20发挥对发射部8、和天线切换单元7等进行控制的控制部的功能。
图2是表示相位比较单脉冲方式的方位检测的原理图。该图中，在对接收天线1和接收天线2，相对于天线面的法线方向以θ角度入射接收波时，在接收天线1的接收信号与接收天线2的接收信号之间，产生φ＝(2π/λ)·d0sinθ的相位差。因此，在相位比较单脉冲方式中，通过检测该相位差φ，可检测由θ＝sin-1(φλ/2πd0)确定的接收波的到达角θ。
图3-1～图3-3是表示振幅比较单脉冲方式的方位检测的原理图。更详细而言，图3-1是表示偏移了天线波束的中心方位的两个天线方向图的图，图3-2是表示根据由图3-1所示的天线方向图的天线所接收的接收信号而生成的和信号(∑)与差信号(Δ)的信号强度的图，图3-3是表示根据图3-2所示的和信号(∑)与差信号(Δ)生成的角度误差信号的图。
振幅比较单脉冲方式利用如图3-1所示的接收天线1和接收天线2的天线方向图那样其一部分重叠的两个天线的输出来检测角度误差(距离天线正面方向的偏移)。现在，若将由接收天线1检测到的信号和由接收天线2检测到的信号相加，则得到如图3-2所示的和信号(∑)的输出特性。另一方面，若将这些检测信号彼此相减，则得到如图3-2所示的差信号(Δ)的输出特性。该差信号(Δ)中包含距离这两个接收天线所接收的目标的天线方向图的中心轴的偏移的信息。但是，若仅由该差信号(Δ)检测目标方位，则该信号强度因随着目标的大小和距目标的距离而变化，无法得到正确的侧角。因此，为了排除该变动，通过用受到与差信号(Δ)同样的变化的和信号(∑)来进行除法(即归一化处理)，从而得到不受该变动影响的如图3-3所示的角度误差信号。该角度误差信号大致为S字状的曲线，若采用该角度误差信号，则可检测距离接收天线的正面方向的偏移即接收波的到达角θ。
但是，在单脉冲雷达装置中，作为利用多个天线来进行单脉冲信号处理时的天线单元的构成，在一般的平面天线的构成中，难以将进行单脉冲处理的一对天线的间隔配置为所希望的间隔(不发生相位失真的间隔)。另一方面，若减小天线的尺寸本身，则可减小这一对天线间的间隔，但在该情况下，导致天线增益的减少和天线波束的广角化，对探测性能产生影响等的缺陷大。因此，为了解决上述问题，在减小天线的尺寸时，还需要对天线进行阵列化。另外，还依赖于所使用的频带，但对于天线的阵列化，需要考虑尽可能不发生相位失真的天线配置。
图4是表示实施方式1的天线单元的天线构成的图。如该图所示，该实施方式的天线单元构成为：沿上下(俯仰(elevation))方向等间隔地配置有4元件的阵列、沿左右(方位角(azimuth))方向以等间隔(d0)配置有6元件的阵列的平面阵列天线。对俯仰方向也采用阵列构成是由于：通过限制(使其变窄)俯仰方向的天线波束，来提高对正面方向的放射效率。另外，本发明的雷达处理技术对俯仰方向及方位方向这两个方向适用，但不存在相对于这两者的本质的差异。因此，下面，例如设想将该实施方式的单脉冲雷达装置作为车载用而搭载于车辆等中来进行方位方向的角度检测的情况，以此为例进行说明。
在图4中，该实施方式的天线单元将俯仰方向的四个天线元件作为一个天线元件组，构成分别组合了两个天线元件组的三个阵列天线即阵列天线A、阵列天线B和阵列天线C。在图4的天线构成中，阵列天线A由从左开始第一个和第三个天线元件组构成，阵列天线B由从左开始第二个和第四个天线元件组构成，阵列天线C由从左开始第五个和第六个天线元件组构成。即，相对于构成阵列天线C的天线元件组的间隔(或天线元件组宽度)为d0，构成阵列天线A和阵列天线B的天线元件组的间隔(或天线元件组宽度)分别为2d0，相对于阵列天线C具有两倍的间隔。因此，在使用了同一天线元件的情况下，阵列天线C的波束宽度比阵列天线A或阵列天线B的波束宽度宽。
另外，该实施方式的天线单元的构成如图4所示采用如下构成：阵列天线A和阵列天线B所具备的各天线元件组分别位于交错的位置而形成一对梳形阵列天线。此时，阵列天线A的相位中心位于阵列天线B的一个天线元件组(左侧的天线元件组)附近，阵列天线B的相位中心位于阵列天线A的一个天线元件组(右侧的天线元件组)附近，因此阵列天线A和阵列天线B，其天线间的间隔被设定为与天线元件间隔相同的间隔d0。因此，只要构成各阵列天线的天线元件的元件间隔被设定为不发生相位失真的间隔，则可限制通过将阵列天线C用作发射天线、将阵列天线A和阵列天线B用作进行单脉冲信号处理的一对接收天线来进行上述那样的单脉冲信号处理时的相位失真。
图5是表示实施方式1的天线单元的与图4的构成不同的另一天线构成的图。在该图所示的天线单元6中，将俯仰方向的四个天线元件作为一个天线元件组，构成分别组合了三个天线元件组的三个阵列天线即阵列天线A、阵列天线B和阵列天线C。在该图的天线构成中，阵列天线A由从左开始第一个、第三个和第五个天线元件组构成，阵列天线B由从左开始第二个、第四个、和第六个天线元件组构成，阵列天线C由从左开始第七个～第九个天线元件组构成。在如该图这样构成的天线单元中，构成阵列天线C的天线元件组宽度为2d0，构成阵列天线A和阵列天线B的天线元件组宽度分别为4d0，因此，阵列天线A和阵列天线B的间隔为阵列天线C的间隔的两倍，从而具有与图4所示的天线构成同样的关系。
另外，在图5所示的天线单元中，阵列天线A的相位中心和阵列天线B的相位中心与图4所示的天线单元的构成同样，采用被设定为与天线元件间隔相同的间隔d0的构成，因此，通过将阵列天线A和阵列天线B用作进行单脉冲信号处理的一对接收天线，可限制进行单脉冲信号处理时的相位失真。这样，可以说图5所示的天线单元构成为具有与图4所示的天线单元同样的功能。
图6是表示图4所示的各阵列天线的探测区域的图。如上所述，阵列天线C的波束宽度比阵列天线A或阵列天线B的波束宽度更广角，因此表示阵列天线C的探测区域的K1，覆盖了比表示阵列天线B的探测区域的K2和表示阵列天线A的探测区域的K3更广的范围。另外，在图6中，将K2和K3的探测区域稍微错开而显示，但这是为了便于图示，这些区域实质上是同样的。
现在，通过上述的构成，考虑了将阵列天线C作为发射天线，用阵列天线A和阵列天线B进行单脉冲处理的情况。此时，可检测出阵列天线A(阵列天线B)的区域中存在的目标的方位角。另外，考虑将阵列天线C也用作接收天线的情况。此时，在由阵列天线C接收、阵列天线A和阵列天线B的任一个都不接收的情况下，该目标虽然存在于阵列天线C的区域，但会判断为不在阵列天线A(阵列天线B)的区域即中心附近。另外，在为靠近的目标的情况下，即使不在阵列天线A或阵列天线B的半波束宽的范围内，也可能被旁瓣(side lobe)接收。但是，即使在该情况下，根据被阵列天线C接收这一事实，可判断该目标不在中心附近。
另外，在想要覆盖广范围的探测区域时，将该探测区域分割为不产生相位失真的多个区域，对该分割的区域的每一个，一边使各天线的主波束的方向偏离，一边应用上述两个处理中的任一个，则可检测出无角度的模糊的正确的方位。另外，通过限定探测区域，还可提高探测区域内的探测方位的角度精度。
另外，在该实施方式中，使构成阵列天线A的天线元件组和构成阵列天线B的天线元件组的间隔为构成阵列天线C的天线元件组的间隔的两倍，但并不局限于天线元件组的间隔，使构成阵列天线A的天线元件组宽度和构成阵列天线B的天线元件组宽度为构成阵列天线C的天线元件组宽度的两倍，也可获得同样的效果。
另外，也无需局限于这里所示的两倍这样的数字。关键在于，按照适合上述的处理的方式，使发射天线的波束方向图比接收天线的波束方向图宽即可。即，构成具有宽波束方向图的发射天线、和具有窄波束方向图的一对接收天线即可。另外，构成一对接收天线的各阵列天线的天线元件组的间隔，从同一或同等的观点出发，适合将各自的波束方向图设定为同一元件间隔。
如上所述，根据该实施方式的单脉冲雷达装置，构成宽波束阵列天线、多个窄波束阵列天线，在该构成的阵列天线中，根据多个窄波束阵列天线中的规定的一对阵列天线的输出进行单脉冲处理，因此对于天线单元的搭载上的制约被限制，并且可进行广范围的单脉冲处理。另外，可有效进行在受限的空间上的天线元件的配置。此外，天线单元的机构变得简单。
(实施方式2)
图7是表示使图6所示的阵列天线A及阵列天线B的中心方向分别沿左右偏离后的探测区域的图。在实施方式1中，使阵列天线A及阵列天线B的中心方向指向了同一方向，但实施方式2的特征在于，使阵列天线A及阵列天线B的中心方向分别沿左右偏离。另外，该实施方式的包括天线单元的各处理部的构成与实施方式1相同。
下面，对该实施方式的单脉冲处理进行说明。在图7中，首先考虑由阵列天线A、阵列天线B及阵列天线C中的任一个进行发射、由阵列天线A和阵列天线B进行单脉冲处理的情况。在该情况下，可检测到区域的中心附近即探测区域R2中存在的目标的方位。以下同样，若由阵列天线A或阵列天线C中的任一个进行发射、由阵列天线A和阵列天线C进行单脉冲处理，则可检测到左侧的探测区域R1中存在的目标的方位。另一方面，若由阵列天线B或阵列天线C中的任一个进行发射、由阵列天线B和阵列天线C进行单脉冲处理，则可检测到右侧的探测区域R3中存在的目标的方位。
这样，在该实施方式中，由于在平面天线上构成有；使波束方向从中心方向沿左右偏离的、具有窄的波束方向图的一对天线(阵列天线A、B)；和使波束方向朝向中心方向而具有覆盖所述一对天线的各自的波束方向图的较宽的波束方向图的天线(阵列天线C)，因此可不会特别变更构成阵列天线的天线元件的配置且不会进行特别的波束合成，而形成天线波束。
另外，在想要覆盖广范围的探测区域时，与实施方式1同样，将该探测区域分割为不产生相位失真的多个区域，对该分割的区域的每一个，一边使各天线的主波束的方向偏离，一边应用上述两个处理中的任一个即可。这样，则可检测出角度不模糊的正确的方位。另外，通过限定探测区域，还可提高探测区域内的探测方位的角度精度。
另外，在该实施方式中，使构成阵列天线A的天线元件组和构成阵列天线B的天线元件组的间隔为构成阵列天线C的天线元件组间隔的两倍，但并不局限于天线元件组的间隔，使构成阵列天线A的天线元件组宽度和构成阵列天线B的天线元件组宽度为构成阵列天线C的天线元件组宽度的两倍，也可获得同样的效果。
另外，也无需局限于这里所示的两倍这样的数字。关键在于，具有宽波束方向图的阵列天线的波束方向图可大致覆盖使波束方向从中心方向沿左右偏离的具有窄波束方向图的一对阵列天线的各自的波束方向图即可。即，具有宽波束方向图的阵列天线的天线元件组的间隔和具有窄波束方向图的一对阵列天线的天线元件组的间隔，与具有窄波束方向图的阵列天线的左右的波束偏离量和天线元件本身的波束方向图等有关，因此，根据这些要素来确定天线元件和天线元件组的间隔等即可。另外，构成一对接收天线的各阵列天线的天线元件组的间隔，从左右对称的观点出发，适合将各自的波束方向图设定为同一元件间隔。
如上所述，根据该实施方式的单脉冲雷达装置，由于构成有：使波束方向从中心方向分别沿左右或沿上下偏离的、具有窄的波束方向图的一对天线；和使波束方向朝向中心方向而具有覆盖所述一对天线的各自的波束方向图的较宽的波束方向图的阵列天线，因此可不会特别变更构成阵列天线的天线元件的配置且不会进行特别的波束合成，而形成适合单脉冲处理的天线波束。
(实施方式3)
图8是表示实施方式3的天线单元的天线构成的图。该实施方式的天线单元在实施方式1或实施方式2的平面阵列天线中，按照稍微扩大从左开始第二个天线元件组和第三个天线元件组之间的间隔的方式来配置天线元件。另一方面，各阵列天线的构成，将俯仰方向的四个天线元件作为天线元件组，构成分别组合了两个天线元件组的三个阵列天线即阵列天线D、阵列天线E和阵列天线F。这些各天线的构成与实施方式1的构成不同，阵列天线F由从左开始第一个和第二个天线元件组构成，阵列天线E由从左开始第三个和第四个天线元件组构成，阵列天线F由从左开始第五个和第六个天线元件组构成。因此，在为这样的天线构成的情况下，若设阵列天线D与阵列天线E之间的间隔为d1、阵列天线E与阵列天线F之间的间隔为d2、阵列天线D与阵列天线F之间的间隔为d3，则在这些d1、d2、d3之间，d1＜d2＜d3的关系成立。即，分别组合了各阵列天线中的两个的三组成对阵列天线构成不等间隔的阵列。
另外，图8中，在构成阵列天线F的一个天线元件组(在该图中为右侧的天线元件组)的供电线路上，具备接受来自未图示的信号处理部20的控制而动作的开关机构30，阵列天线F还被用作发射天线。现在，在阵列天线F发挥发射天线功能的情况下，通过开关机构30，停止向构成阵列天线F的一个天线元件组的供电，从构成阵列天线F的另一个天线元件组(在该图中为左侧的天线元件组)放射规定的电波。另一方面，在阵列天线F发挥接收天线功能的情况下，通过开关机构30，构成阵列天线F的两个天线元件组的接收输出被输出到天线F的输出端，因此，阵列天线F具有与其他阵列天线D、E同等的功能。即，通过如图8所示那样构成天线单元，从而与实施方式1、2同样，可使发射天线的波束方向图形成为比接收天线的波束方向图更宽。
另外，作为发射天线可使用该图所示的六个天线元件组中的任一个，若从确保发射天线与接收天线之间的隔离(isolation)的观点考虑，在该图所示的天线单元的构成中，适合将最左侧的天线元件组用作发射天线。
另外，图9是表示到实施方式3的天线单元的各天线元件的另一供电方式的图。在图8中，将俯仰方向的四个天线元件作为一个天线元件组，按这些天线元件组的每个来供电，但如图9所示，也可构成为按各天线元件供电。在该情况下，为了使阵列天线F发挥发射天线的功能，从而具有与图8所示的天线单元同等的功能，只要具备切换向俯仰方向的天线元件组的供电/非供电的开关机构即可。
图10是表示根据分别将图8所示的三个天线中的两个进行组合而得到的三组成对阵列天线来进行相位比较单脉冲处理时的、方位角与相位差之间的关系的一例的曲线图。在该图中，由实线表示的曲线是根据阵列天线D和阵列天线E的组合来进行相位比较单脉冲处理的情况。同样，由单点划线表示的曲线是根据阵列天线E和阵列天线F的组合而得到的，由虚线表示的曲线是根据阵列天线F和阵列天线D的组合而得到的。
根据图10的曲线图，基于各天线的组合而算出的相位差的变动周期不同。因此，若着眼于由各天线的组合得到的相位差的符号，则可特定大致的区域。现在，将基于间隔为d3的阵列天线F与阵列天线D的组合而进行的相位比较单脉冲处理称为“第一单脉冲处理”，同样，将基于间隔为d2的阵列天线E与阵列天线F的组合而进行的相位比较单脉冲处理称为“第二单脉冲处理”，将基于间隔为d1的阵列天线D与阵列天线E的组合而进行的相位比较单脉冲处理称为“第三单脉冲处理”。
此时，在正面方向的右侧的区域(即，方位角θ＞0)中，若设通过第一单脉冲处理而最先发生相位差的相位反转的方位角为θ1，则θ110度。同样，若设通过第二单脉冲处理而最先发生相位差的相位反转的方位角为θ2，则θ218.5度。因此，当方位角θ在0＜θ＜θ1的范围内时，基于第一、第二及第三单脉冲处理的相位差的符号全部为正。另一方面，当方位角θ在θ1＜θ＜θ2的范围内时，基于第二及第三单脉冲处理的相位差的符号为正，但基于第一单脉冲处理的相位差的符号为负。在该实施方式的天线单元中，由于基于各阵列天线的两个组合的三个阵列天线进行单脉冲处理，因此可特定23＝8个区域。
若要增加所特定的区域，则例如使阵列天线的数量为四个即可。在该情况下，例如，在图8中，增加天线元件的数量，除阵列天线D、E、F之外还构成第四个阵列天线，并且根据这第四个阵列天线与其他阵列天线之间的间隔d4为d4≠d1、d2、d3的天线的组合，来进行单脉冲处理即可。
另外，也可不增加天线元件的数量而构成天线间隔不同的阵列天线。在该情况下，例如，在图8中，若构成从左开始第四个和第五个天线元件组构成的第五阵列天线，则在该第五阵列天线与阵列天线F的间隔d5之间满足d1＜d2＜d5＜d3的关系，利用这些阵列天线进行单脉冲处理即可。另外，成为用于进行这些单脉冲处理的基础的阵列天线的数量并不限定于上述的三个或四个，当然也可构成五个以上的阵列天线，来进行基于将这些多个阵列天线中的两个进行组合后的多组成对阵列天线的单脉冲处理。
另外，返回图10所示的曲线图，通过第一、第二及第三单脉冲处理而得到的相位差的符号全部为正的区域，除上述的0＜θ＜θ1之外，还存在于方位角为50度附近。对于选择这些区域中的哪一个区域而言，可根据天线方向图来限制。例如，若天线波束朝向0度方向、其半值宽度为20度左右，则采用0度方向的检测结果。
图11是表示基于实施方式3的天线单元的构成的信号处理部的处理的流程的流程图，是为了使上述处理的流程明确而表示的。另外，这些处理由图1所示的信号处理部20来执行。信号处理部20按阵列天线的组(进行上述第一、第二或第三单脉冲处理的阵列天线的组合)进行单脉冲侧角，算出各相位差(步骤S101)，并根据这些相位差的符号来特定具有目标存在可能性的区域(步骤S102)。信号处理部20判定具有该可能性的区域是否被唯一特定(步骤S103)。
这里，在区域被唯一特定的情况(步骤S103，是)下，根据各相位差算出方位角(步骤S106)，来确定方位角(步骤S107)。在基于该步骤S107的方位角的确定中，例如，可采用在步骤S106中算出的各角度的平均值。另外，也可在步骤S106算出的各角度中，进行与前一次扫描得到的检测结果的比较，从而采用与前一次的结果最接近的值。或者，在采用速度、加速度等预测未来位置时，也可采用与这些预测位置最接近的值。
另外，在区域无法唯一特定的情况(步骤S103，否)下，进行基于天线方向图的限制处理(narrows down processing)(步骤S104)。另外，该限制处理如上所述。并且，与步骤S103的处理同样，再次进行区域是否已被唯一特定的判定处理(步骤S105)。在区域被唯一特定的情况(步骤S105，是)下，转移到步骤S106的处理，来确定方位角。另一方面，在区域无法唯一特定的情况(步骤S105，否)下，不进行该检测处理(扫描)中的方位角的计算和确定。
图12是表示构成天线单元的天线元件的波束方向图的一例图。在图11的步骤S104中，对进行基于天线方向图的限制处理进行了说明。该处理是预先掌握天线方向图，利用天线的接收电平信息进行区域的特定。另一方面，在该实施方式的天线的构成例中，如图10所示，对通过第一、第二及第三单脉冲处理而得到的相位差的符号全部为正的区域除0＜θ＜θ1之外还存在于50度附近的情况进行了描述。在该情况下，若使用具有如图11所示的天线方向图的天线元件，则50度附近的增益下降，难以接收处于相同相位关系的区域的信号。因此，若使用这样的天线元件，则至少对50度附近的接收信号，无需进行如图11所示的步骤S104那样的基于天线方向图的限制处理。
该情况反之意味着可基于天线元件的波束方向图确定(或被确定)天线的配置。虽然还依赖于搭载天线单元的平台和使用的频带，但一般与天线元件的设计的自由度相比，还存在天线的配置的自由度较大的情况。在这种情况下，基于天线元件的波束方向图来确定天线的配置，较容易获得所希望的特性，还可实现灵活的设计。
如上所述，根据该实施方式的单脉冲雷达装置，由于根据将构成在天线单元中的三个以上天线中的两个进行组合后的元件间隔不同的三组以上成对的天线来进行单脉冲处理，因此可除去由进行单脉冲信号处理时的相位失真引起的模糊，并且可不会特别变更构成阵列天线的天线元件的配置且不会进行特别的波束合成，而形成适合单脉冲处理的天线波束。
(实施方式4)
图13是表示实施方式4的信号处理部的处理的流程的流程图。在实施方式3中，按进行多个单脉冲处理的阵列天线的每个组合进行单脉冲侧角，并根据检测出的各相位差的符号来特定具有目标存在可能性的区域之后，算出目标所在的方位角，从而该实施方式的特征在于，按进行多个单脉冲处理的阵列天线的每个组合进行单脉冲侧角，检测各相位差，按该各相位差算出假定存在目标的补充方位角，从同一速度且同一距离的目标中选择该补充方位角一致的目标。另外，在该实施方式的包括天线单元的各处理部的构成与实施方式3相同。
下面，对图13所示的处理流程进行说明。另外，这些处理由图1所示的信号处理部20进行。信号处理部20根据阵列天线D、E的各信号，进行包括作为单脉冲雷达装置的单脉冲侧角处理的规定的处理，算出目标的距离、速度及相位差x，并且作为具有存在目标的可能性的方位角，算出相当于相位差x的补充方位角θDE(x)(步骤S201)。以下同样，算出相当于基于阵列天线E、F的相位差y的补充方位角θEF(y)(步骤S202)、相当于基于阵列天线F、D的相位差z的补充方位角θFD(z)(步骤S203)。作为所输出的方位角，从使距离和速度相同的同一距离、同一速度的数据组中，选择由步骤S201～S203算出的θDE(x)、θEF(y)、θFD(z)一致的数据(步骤S204)。
然后，利用具体例对上述处理进行说明。图14是在图10所示的曲线图上表示根据阵列天线D、E的组合而算出的目标方位角的三个补充例的图。例如，如图14所示，在由阵列天线D、E的组合而检测出的多个目标中，当关注的目标的相位差为90度时，作为补充方位角θDE(x)，算出三个方位角P1、P2、P3。接着，在由阵列天线E、F的组合而检测出的多个目标中，从该关注目标的距离和速度在规定的距离精度、速度精度的范围内的数据群中，选择补充方位角θDE和补充方位角θEF以规定的精度一致的数据。对阵列天线F、D的组合也进行同样的处理。通过这些处理，可唯一确定距离、速度和方位角的组合。
另外，由于不存在阵列天线的组合所涉及的主从关系，因此图13所示的步骤S201～S203的处理从哪个处理开始均可。另外，在该实施方式中，设为根据三组成对阵列天线来特定方位角，但并不限定于三组，可利用两组以上的成对阵列天线来特定方位角。
但是，如该实施方式这样根据三组成对阵列天线来特定方位角则具有如下优点。例如，在根据两组成对阵列天线来特定方位角时，补充方位角彼此的比较处理进行一次。现在，在根据两组成对阵列天线来特定方位角时，若设方位角的错误概率为0.05(即20次中有一次出错)，则在根据三组成对阵列天线来特定方位角时，由于补充方位角彼此的比较处理进行两次，因此在该情况下，方位角的错误概率为0.05×0.05＝0.0025(即4000次中有一次出错)而非常低。由此，利用三组成对阵列天线可减小方位角的错误概率。
如上所述，根据该实施方式的单脉冲雷达装置，由于根据将构成在天线单元中的三个以上天线中的两个进行组合后的元件间隔不同的两组以上成对的天线来进行单脉冲处理，因此可除去由进行单脉冲信号处理时的相位失真引起的模糊，并且可不会特别变更构成阵列天线的天线元件的配置且不会进行特别的波束合成，而形成适合单脉冲处理的天线波束。
(实施方式5)
图15-1是表示与图8所示的天线单元的天线元件排列面及天线元件组这两者垂直的垂直截面的大致形状的截面图。另外，在该图中，一并表示了分别由两个天线元件组构成的三个阵列天线(阵列天线D、E、F)的大致的天线波束。另一方面，图15-2是表示与实施方式5中的天线单元的天线元件排列面及天线元件组这两者垂直的垂直截面的大致形状的截面图。另外，在该图中，一并表示了分别由两个天线元件组构成的三个阵列天线(阵列天线D、E、F)的大致的天线波束，但这些天线波束与图15-1所示的天线波束实质相同。
下面，对该实施方式的天线单元的构成进行说明。在图15-2所示的天线单元中，在设构成阵列天线E的天线元件(或天线元件组)的排列面为“基准排列面”时，使构成阵列天线D的天线元件的排列面相对于基准排列面向方位右向倾斜了规定的倾斜角(α1)，反之，使构成阵列天线F的天线元件的排列面相对于基准排列面向方位左向倾斜了规定的倾斜角(α1)。另外，此时的倾斜角(α1)还如图15-1所示，是阵列天线D、F的波束中心方向相对于阵列天线E的波束中心方向所成的角度。
如图15-2所示那样构成的结果，阵列天线D可不会特别进行天线元件组之间的指向性合成，而使本身的波束中心方向从阵列天线E的波束中心方向沿方位右向仅旋转规定的角度(偏离角)(α1)。同样，阵列天线F可不会特别进行天线元件组之间的指向性合成，而使本身的波束中心方向从阵列天线E的波束中心方向沿方位左向仅旋转规定的角度(偏离角)(α1)。
图15-1所示的构成也可通过构成各阵列天线的天线元件组间的波束合成，来形成如该图所示的多个波束，但因天线元件之间或天线元件组之间的干扰、或旁瓣的略微增大，存在难以在探测范围的整个区域内获得稳定的特性的缺点。对此，图15-2所示的构成尽管制造工时(Tact)略微增大，但旁瓣的控制容易，在探测范围的整个区域内可获得稳定的特性。
如上所述，根据该实施方式的单脉冲雷达装置，将构成三组成对阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿左向或向上方向偏离的一个阵列天线的天线元件的排列面，相对于基准排列面沿左向或向上方向倾斜了规定的倾斜角而配置，并且，将构成三组成对阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿右向或向下方向偏离的另一方阵列天线的天线元件的排列面，相对于基准排列面沿右向或向下方向倾斜了规定的倾斜角而配置，因此可不会特别进行天线元件组之间的指向性合成，使旁瓣的控制变得容易，从而在探测范围的整个区域内可获得稳定的特性。
另外，在该实施方式中，在相对于阵列天线E的波束中心方向，使阵列天线D、F的各波束中心方向分别沿方位右向或方位左向仅旋转规定的偏离角(α1)时，设为使分别构成阵列天线D、F的天线元件的排列面沿各自的方向倾斜了同一角度(α1)，但这些倾斜角未必是同一角度(α1)。关键在于，设定为可使各阵列天线的旁瓣的控制变得容易、在探测范围的整个区域内可获得稳定的特性这样的倾斜角即可。
另外，在该实施方式中，设为在配合本身的波束中心方向而倾斜的倾斜面上排列天线元件，但也可排列在具有规定曲率的表面上或球面、椭圆球面等表面上，在该情况下也可获得与上述同样的效果。
(实施方式6)
图16-1是表示与图4所示的天线单元的天线元件排列面及天线元件组这两者垂直的垂直截面中的大致形状的截面图。另外，在该图中，一并表示了分别与由两个天线元件组构成的三个阵列天线A、B、C对应的大致的天线波束M1、M2、M3。另一方面，图16-2是表示与实施方式6中的天线单元的天线元件排列面及天线元件组这两者垂直的垂直截面的大致形状的截面图。另外，在该图中，也一并表示了分别与由两个天线元件组构成的三个阵列天线A、B、C对应的大致的天线波束M1、M2、M3，这些天线波束与图16-1所示的天线波束实质相同。
下面，对该实施方式的天线单元的构成进行说明。在图16-1和图16-2中，如上所述，阵列天线A由从左开始第一、第三个天线元件组构成，阵列天线B由从左开始第二、第四个天线元件组构成，阵列天线C由从左开始第五、第六个天线元件组构成。另外，在图16-2所示的天线单元中，将构成阵列天线C的天线元件即从左开始第五、第六个天线元件组的排列面作为“基准排列面”时，构成阵列天线B的天线元件即从左开始第一、第三个天线元件组的排列面，相对于基准排列面，仅沿方位左向倾斜了规定的倾斜角(α2)，反之，构成阵列天线A的天线元件即从左开始第二、第四个天线元件组的排列面，相对于基准排列面，仅沿方位右向倾斜规定的倾斜角(α2)。通过这样构成，阵列天线A可不会特别进行天线元件组之间的指向性合成，而使本身的波束中心方向从阵列天线C的波束中心方向沿右向仅旋转规定的偏离角(α2)。同样，阵列天线B可不会特别进行天线元件组之间的波束合成，而使本身的波束中心方向从阵列天线C的波束中心方向沿右向仅旋转规定的偏离角(α2)。
图16-1所示的构成也可通过构成各阵列天线的天线元件组之间的波束合成，形成该图所示的多个波束，但因天线元件之间或天线元件组之间的干扰、或旁瓣的略微增大，存在难以在探测范围的整个区域内获得稳定的特性的缺点。对此，图16-2所示的构成尽管制造工时(Tact)略微增大，但旁瓣的控制容易，在探测范围的整个区域内可获得稳定的特性。
如上所述，根据该实施方式的单脉冲雷达装置，将构成规定的一对阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿左向或向上方向偏离的一方阵列天线的天线元件的排列面，相对于基准排列面沿左向或向上方向倾斜了规定的倾斜角而配置，并且，将构成规定的一对阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿右向或向下方向偏离的另一个阵列天线的天线元件的排列面，相对于基准排列面沿右向或向下方向倾斜了规定的倾斜角而配置，因此可不会特别进行天线元件组之间的指向性合成，使旁瓣的控制变得容易，从而在探测范围的整个区域内可获得稳定的特性。
另外，在该实施方式中，在相对于阵列天线C的波束中心方向，使阵列天线A、B的各波束中心方向分别沿方位右向或方位左向仅旋转规定的偏离角(α2)时，设为使分别构成阵列天线A、B的天线元件的排列面沿各自的方向倾斜了同一角度(α2)，但这些倾斜角未必是同一角度(α2)。关键在于，设定为可使各阵列天线的旁瓣的控制变得容易、在探测范围的整个区域内可获得稳定的特性这样的倾斜角即可。
(实施方式7)
在实施方式1～6中，对利用了在被限制的空间上有效配置天线元件的阵列天线的单脉冲雷达装置所涉及的几个实施方式进行了说明。另一方面，为了将通过这些实施方式有效配置的天线切换控制到收发部，例如需要通过图1所示的天线切换开关12来进行，还需要从天线切换信号生成部19对天线切换开关12和接收部送出必要的控制信号。因此，在该实施方式中，对例如图1所示的天线切换开关12的构成和从天线切换信号生成部19输出的控制信号所涉及的实施方式的一例进行说明。在说明中，将具备例如通过由三角波进行被FM调制的电波来测定与目标的距离和相对速度的FM-CW雷达的车载用雷达装置作为一例。
另外，对于车载用雷达装置，作为搭载平台的车辆在特性方面设置场所被限定，另一方面，从为了确保与其他竞争企业的竞争力的观点出发，要求按照不对车辆价格的上升产生影响的方式，削减搭载的多个天线的设置面积、收发部所需要的高频部件的数量，实现小型化和轻量化。另外，装置的小型化和轻量化并不限定于车载用雷达装置，对于各种雷达可作为有效的技术。因此，该实施方式的天线切换开关，作为实现雷达装置的进一步小型化、轻量化的技术，下面对其构成、动作等进行说明。
图17是表示应用了本发明的实施方式7的天线切换开关的车载用FM-CW雷达装置的构成的框图。在该图中，用从电压控制振荡器(VCO)110输出的三角波进行FM调制后的发射信号，由倍增器(MLT)112倍增至毫米波段，并由发射放大器114放大而输入到天线切换开关113，天线切换开关113经由放大器115、开关116而将其从天线AT0发射。另外，在该图所示的雷达装置中，三根天线AT0、AT1、AT2中的用于发射的仅为天线AT0，在三根天线AT0、AT1、AT2中由开关122选择的天线来进行接收。另外，在天线AT0与放大器124之间，设置用于阻止发射信号混入接收侧的开关121。另外，在可由其他机构阻止混入接收侧时未必需要开关116、121。
由各天线接收的接收信号用放大器124放大，并用开关122选择由接收放大器126放大，在混频器128中与发射波的一部分混合，生成拍频信号(beat signal)。在混频器128中所生成的拍频信号在A/D转换器(ADC)132中被转换为数字信号，由FFT处理部134进行快速傅立叶变换，输入到CPU36。混频器131为了根据控制信号SWR对收发进行开关转换，而且为了将重叠在拍频信号上的频率通过与相同频率进行混合来消除而设置。
另外，如图17所示，开关116的开启/关闭与通过开启/关闭放大器115的偏置电压而进行的放大器115的开启/关闭联动，开关121、122的选择与放大器124的开启/关闭联动。
图18表示输入到图17的电压控制振荡器10的三角波的波形，图19的(A)～(C)栏分别表示在图18的A～C中表示的区间中的控制信号SWT、SWR、SW0、SW1、SW2的波形。另外，与图19相比，图18的横轴的时标(time scale)明显被压缩。
在图18所示的三角波的最初的周期即区间A，如从图19(A)可明确，反复进行“发射”→“由AT0进行的接收”→“发射”→“由AT1进行的接收”。即，在区间A中，由接收天线AT0、AT1的接收信号生成的、三角波的上升区间和下降区间中的拍频信号的数据被采集。这些傅立叶变换结果中出现的峰值频率被用于与目标的距离和相对速度的运算，峰值的相位被用于由天线AT0和AT1进行的相位单脉冲的运算。
在图18所示的三角波的下一周期即区间B，如从图19(B)可明确，反复进行“发射”→“由AT1进行的接收”→“发射”→“由AT2进行的接收”。即，在区间B中，由接收天线AT1、AT2的接收信号生成的、三角波的上升区间和下降区间中的拍频信号的数据被采集。这些傅立叶变换结果中出现的峰值频率被用于与目标的距离和相对速度的运算，峰值的相位被用于由天线AT1和AT2进行的相位单脉冲的运算。
在图18所示的三角波的接下来的周期即区间C，如从图19(C)可明确，反复进行“发射”→“由AT2进行的接收”→“发射”→“由AT0进行的接收”。即，在区间C中，由接收天线AT2、AT0的接收信号生成的、三角波的上升区间和下降区间中的拍频信号的数据被采集。这些傅立叶变换结果中出现的峰值频率被用于与目标的距离和相对速度的运算，峰值的相位被用于由天线AT2和AT0进行的相位单脉冲的运算。
如上所述，根据该实施方式的天线切换开关，第一放大器放大的发射信号经由第二开关而被提供给一个天线，通过第一开关选择对一个天线的接收信号进行放大的第二放大器的输出和对其他多个天线的接收信号分别进行放大的多个第三放大器的输出的任一个，并提供给接收部，因此可使作为雷达装置的构成部的天线切换开关小型化、轻量化。
另外，为了将天线作为收发共用来减少天线数量、以及共同处理多个接收天线的接收信号而减少收发部所需要的高频部件的数量，若使用开关，则产生由开关本身引起的信号的损耗，导致性能降低，因此在使用开关时优选尽可能将放大器设置于天线附近。
另外，即使将多个接收天线作为收发共用而减少天线的数量，若将所有的天线作为收发共用则开关数量增加，随之而需要的放大器的数量也增加，导致成本增大，因此通过将多个接收天线中的一个固定为收发共用，从而在实现雷达装置的小型化、轻量化时，可防止或减小雷达装置的性能降低。
产业上的利用可能性
如上所述，本发明的单脉冲雷达装置作为对移动物体的距离、速度、方位进行检测的雷达装置是有用的，尤其适用于对天线***存在空间上的制约的情况、或想要简化天线***的机构的情况等。另外，本发明的天线切换开关有助于雷达装置的小型化、轻量化。

Claims (25)

1.一种单脉冲雷达装置，具备：发射部，用于生成检测目标的发射信号，并输出所生成的发射信号；天线单元，其具有至少一个发射天线和多个接收天线；接收部，其根据来自所述天线单元的输出，对包括相对于所述目标的方位信息的规定的信息进行检测；和天线切换单元，其切换所述发射部与所述发射天线之间的连接、和所述接收天线与所述接收部之间的连接，
在所述天线单元中包括：由作为该天线单元的构成要素的天线元件的一部分形成的阵列天线(宽波束阵列天线)；和作为波束宽度比所述阵列天线窄的阵列天线而形成有多个的窄波束阵列天线，
根据作为所述窄波束阵列天线而形成的多个阵列天线中的、规定的一对阵列天线的输出来进行单脉冲处理。
2.根据权利要求1所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
将所述宽波束阵列天线用作发射天线。
3.根据权利要求1或2所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
将所述宽波束阵列天线用作接收天线。
4.根据权利要求1或2所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
使构成所述规定的一对阵列天线的各阵列天线的主波束方向从中心方向分别向左右或上下偏离。
5.根据权利要求4所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
在将构成所述宽波束阵列天线的天线元件的排列面作为基准排列面时，将构成所述规定的一对阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿左向或向上方向偏离的一个阵列天线的天线元件的排列面，相对于所述基准排列面沿左向或向上方向倾斜了规定的倾斜角而配置，并且，将构成所述规定的一对阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿右向或向下方向偏离的另一个阵列天线的天线元件的排列面，相对于所述基准排列面沿右向或向下方向倾斜了规定的倾斜角而配置。
6.根据权利要求5所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
所述一个阵列天线所涉及的所述规定的倾斜角，与以所述宽波束阵列天线的主波束方向为基准的该一个阵列天线的主波束方向的偏离角近似一致，所述另一个阵列天线所涉及的所述规定的倾斜角，与以该宽波束阵列天线的主波束方向为基准的该另一个阵列天线的主波束方向的偏离角近似一致。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
将所述宽波束阵列天线或所述规定的一对阵列天线的任一个用作发射天线。
8.根据权利要求4～6中任一项所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
将所述规定的一对阵列天线中的一个阵列天线或所述宽波束阵列天线中的任一个用作发射天线，并且，
根据所述规定的一对阵列天线的一个和另一个的各输出来进行单脉冲处理。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
一对阵列天线作为所述窄波束阵列天线，所述一对阵列天线是将在所述天线单元的天线元件的一部分中沿上下方向连接一列的天线元件组交错相连规定数量而成的。
10.一种单脉冲雷达装置，具备：发射部，其生成并输出用于对目标进行检测的发射信号；天线单元，其具有至少一个发射天线和多个接收天线；接收部，其根据来自所述天线单元的输出，对包括相对于所述目标的方位信息的规定的信息进行检测；和天线切换单元，其切换所述发射部与所述发射天线之间的连接、和所述接收天线与所述接收部之间的连接，
在所述天线单元中，由作为该天线单元的构成要素的天线元件构成三个以上阵列天线，根据将该三个以上阵列天线中的两个进行组合的、元件间隔不同的三组以上成对阵列天线的各输出来进行单脉冲处理。
11.根据权利要求10所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
将所述三个以上阵列天线中的任一个用作发射天线，
将用作所述发射天线的阵列天线的天线波束在发射时进行广角化。
12.根据权利要求8或11所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
根据所述三组以上成对的天线的各输出进行单脉冲处理后的相位差的符号，特定存在目标的区域。
13.根据权利要求12所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
在无法唯一特定存在所述目标的区域时，根据所述三组以上成对的天线的各天线方向图来特定所述区域。
14.根据权利要求12或13所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
将探测区域分割为不发生相位失真的多个区域，对该分割后的区域的每一个，使所述一对阵列天线的主波束方向偏离。
15.根据权利要求14所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
在将构成所述阵列天线的天线元件的排列面作为基准排列面时，将构成所述三组以上成对的阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿左向或向上方向偏离的一个阵列天线的天线元件的排列面，相对于所述基准排列面沿左向或向上方向倾斜了规定的倾斜角而配置，并且，将构成所述三组以上成对的阵列天线中的、使主波束方向从中心方向沿右向或向下方向偏离的另一个阵列天线的天线元件的排列面，相对于所述基准排列面沿右向或向下方向倾斜了规定的倾斜角而配置。
16.根据权利要求15所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
所述一个阵列天线所涉及的所述规定的倾斜角，与以作为所述发射天线而发挥功能的阵列天线的主波束方向为基准的该一个阵列天线的主波束方向的偏离角近似一致，所述另一个阵列天线所涉及的所述规定的倾斜角，与以作为该发射天线而发挥功能的阵列天线的主波束方向为基准的该另一个阵列天线的主波束方向的偏离角近似一致。
17.一种单脉冲雷达装置，具备：发射部，用于生成检测目标的发射信号，并输出所生成的发射信号；天线单元，其具有至少一个发射天线和多个接收天线；接收部，其根据来自所述天线单元的输出，对包括相对于所述目标的方位信息的规定的信息进行检测；和天线切换单元，其切换所述发射部与所述发射天线之间的连接、以及所述接收天线与所述接收部之间的连接，
在所述天线单元中，由作为该天线单元的构成要素的天线元件构成三个以上阵列天线，按照将该三个以上阵列天线中的两个进行组合的、元件间隔不同的两组以上成对阵列天线的各输出而检测到的相位差，算出所述目标的方位角，从所述方位角中选择同一速度且同一距离的目标。
18.根据权利要求1～17中任一项所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
所述天线切换单元具备：
第一放大器，放大来自所述发射部的发射信号，并提供给一个天线；
第二放大器，放大所述一个天线的接收信号；
多个第三放大器，分别放大其他多个天线的接收信号；和
第一开关，选择所述第二放大器的输出和所述多个第三放大器的输出的任一个，并供给到所述接收部。
19.根据权利要求18所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
还具备：
第二开关，设置在所述第一放大器的输出与所述一个天线之间；和
第三开关，设置在所述一个天线与所述第二放大器之间。
20.根据权利要求19所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
所述第一放大器的开启/关闭与所述第二开关的开启/关闭联动，
所述第二放大器的开启/关闭与所述第三开关的开启/关闭联动，
所述第二放大器或所述多个第三放大器的任一个的开启与所述第一开关的选择联动。
21.根据权利要求18～20中任一项所述的单脉冲雷达装置，其特征在于，
所述第二放大器和所述多个第三放大器可独立地进行增益调整，并且能够通过增益调节来调节接收信号的增益。
22.一种天线切换开关，使多个天线选择性地与发射部或接收部连接，具备：
第一放大器，放大来自所述发射部的发射信号，并提供给一个天线；
第二放大器，放大所述一个天线的接收信号；
多个第三放大器，分别放大其他多个天线的接收信号；和
第一开关，选择所述第二放大器的输出和所述多个第三放大器的输出的任一个，供给到所述接收部。
23.根据权利要求22所述的天线切换开关，其特征在于，
还具备：
第二开关，设置在所述第一放大器的输出与所述一个天线之间；和
第三开关，设置在所述一个天线与所述第二放大器之间。
24.根据权利要求23所述的天线切换开关，其特征在于，
所述第一放大器的开启/关闭与所述第二开关的开启/关闭联动，
所述第二放大器的开启/关闭与所述第三开关的开启/关闭联动，
所述第二放大器或所述多个第三放大器的任一个的开启与所述第一开关的选择联动。
25.根据权利要求21～24中任一项所述的天线切换开关，其特征在于，
所述第二放大器和所述多个第三放大器可独立地进行增益调整，通过该增益调整可使接收信号的增益一致。
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