DE112020001356T5

DE112020001356T5 - Radar-Vorrichtigung und Sende-/Empfangsgruppenantenne

Info

Publication number: DE112020001356T5
Application number: DE112020001356.1T
Authority: DE
Inventors: Kenta Iwasa; Takaaki Kishigami; Hidekuni Yomo
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Automotive Systems Co Ltd
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2021-12-16
Also published as: WO2020189457A1; US20220003834A1; JP2020153869A

Abstract

Diese Empfangsgruppenantenne enthält mehrere Empfangsantennenreihen, und jede der Empfangsantennenreihen enthält eine erste Anzahl von Antennen; von der ersten Anzahl von Antennen, die in den Empfangsantennenreihen enthalten sind, sind benachbarte Antennen in einer Richtung einer ersten Achse durch ein erstes Intervall und in einer Richtung einer zweiten Achse durch ein zweites Intervall getrennt voneinander angeordnet. Die Sendegruppenantenne enthält eine Vielzahl von Sendeantennenreihen, die in der Richtung der zweiten Achse in einem Intervall angeordnet sind, das der ersten Anzahl mal dem zweiten Intervall entspricht, jede der Sendeantennenreihen enthält eine Vielzahl von Antennen und die Vielzahl von Antennen, die in den Sendeantennenreihen enthalten sind, sind in der Richtung der zweiten Achse an der gleichen Position und in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet. Die Antennen, die in den in der Richtung der zweiten Achse benachbarten Sendeantennenreihen enthalten sind, sind in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Radar-Vorrichtung und eine Sende- und Empfangsgruppenantenne.
Stand der Technik
In der jüngeren Vergangenheit wurden Radar-Vorrichtungen erforscht, die Radar-Sendesignale mit kurzen Wellenlängen verwenden, einschließlich Mikrowellen oder Millimeterwellen, die eine hohe Auflösung ermöglichen. Um die Sicherheit im Freien zu verbessern, besteht ein Bedarf an der Entwicklung von Radar-Vorrichtungen (nachfolgend als Weitwinkel-Radar-Vorrichtungen bezeichnet), die sowohl Fahrzeuge als auch Objekte (Ziele) wie Fußgänger in einem breiten Winkelbereich erfassen.
Es wurde ein beispielhafter Aufbau von Radar-Vorrichtungen vorgeschlagen, der eine Vielzahl von Antennenelementen (eine Gruppenantenne) in einem Empfangszweig und auch in einem Sendezweig umfasst, um eine Strahlabtastung durch Signalverarbeitung unter Verwendung der Sende- und Empfangsgruppenantenne durchzuführen (auch als „Multiple-Input-Multiple-Output-Radar“ [MIMO-Radar] bezeichnet) (siehe zum Beispiel NPL 1).
Der MIMO-Radar kann durch eine Gestaltung der Anordnung der Antennenelemente der Sende- und Empfangsgruppenantenne eine virtuelle Empfangsgruppenantenne (nachstehend als eine virtuelle Empfangsgruppe bezeichnet) bilden, die Antennenelemente enthält, deren Anzahl maximal gleich dem Produkt der Anzahl von Sendeantennenelementen und der Anzahl von Empfangsantennenelementen ist. Dadurch kann die effektive Aperturlänge der Gruppenantenne mit einer kleinen Anzahl von Elementen vergrößert werden, sodass sich die Winkelauflösung verbessert.
Das MIMO-Radar kann neben der eindimensionalen Abtastung in der vertikalen Richtung oder der horizontalen Richtung auch auf eine zweidimensionale Strahlabtastung in der vertikalen Richtung und der horizontalen Richtung angewendet sein (siehe beispielsweise PTL 1 und NPL 1).
Liste der Anführungen
Patentliteratur
PTL 1 Japanische ungeprüfte Patentoffenlegung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2017-534881
Nichtpatentliteratur

NPL 1 P. P. Vaidyanathan, P. Pal, Chun-Yang Chen, „MMO radar with broadband waveforms: Smearing filter banks and 2D virtual arrays", IEEE Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, S. 188 - 192, 2008.
NPL 2 Direction-of-arrival estimation using signal subspace modeling, Cadzow. J.A., Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on Volume: 28, Ausgabe: 1, Erscheinungsjahr: 1992, Seite(n): 64 - 79

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Erfassungsleistung von Radar-Vorrichtungen kann in Abhängigkeit der Antennenanordnung des Sende- und Empfangszweigs reduziert sein.
Lösung des Problems
Nicht einschränkende beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung schaffen eine Radar-Vorrichtung mit verbesserter Erfassungsleistung.
Eine Radar-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält: eine Radar-Sendeschaltung, die ein Radar-Signal unter Verwendung einer Sendegruppenantenne sendet; und eine Radar-Empfangsschaltung, die ein reflektiertes Wellensignal unter Verwendung einer Empfangsgruppenantenne empfängt, wobei das reflektierte Wellensignal das durch ein Ziel reflektierte Radar-Signal ist, wobei: die Sendegruppenantenne und die Empfangsgruppenantenne in einer zweidimensionalen Ebene, die durch eine erste Achse und eine zweite Achse gebildet ist, angeordnet sind, die Empfangsgruppenantenne eine Vielzahl von Empfangsantennengruppen enthält, jede der Vielzahl von Empfangsantennengruppen eine erste Anzahl von Antennen enthält, wobei benachbarte Antennen der ersten Anzahl von Antennen in der Richtung der ersten Achse in einem ersten Intervall und in der Richtung der zweiten Achse in einem zweiten Intervall beabstandet sind, die Sendegruppenantenne eine Vielzahl von Sendeantennengruppen enthält, die Vielzahl von Sendeantennengruppen in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen der ersten Anzahl multipliziert mit dem zweiten Intervall angeordnet sind, jede der Vielzahl von Sendeantennengruppen eine Vielzahl von Antennen enthält, die Vielzahl von Antennen einzeln in der Richtung der zweiten Achse an einer gleichen Position und in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind und von der Vielzahl von Sendeantennengruppen zwei Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse fortlaufend angeordnet sind, mindestens eine der Antennen enthalten, die in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
Es ist anzumerken, dass diese allgemeinen oder speziellen Aspekte durch ein System, eine Vorrichtung, ein Verfahren, eine integrierte Schaltung, ein Computerprogramm oder ein Aufzeichnungsmedium oder auch durch eine beliebige Kombination des Systems, der Vorrichtung, des Verfahrens, der integrierten Schaltung, des Computerprogramms und des Aufzeichnungsmediums verwirklicht sein können.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Erfassungsleistung der Radar-Vorrichtung verbessert werden.
Zusätzliche Nutzen und Vorteile der offenbarten beispielhaften Ausführungsformen gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Die Nutzen und/oder Vorteile können einzeln durch die verschiedenen Ausführungsformen und Merkmale der Beschreibung und der Zeichnung erlangt werden, die nicht alle vorgesehen sein müssen, um einen oder mehrere aus den Nutzen und/oder Vorteilen zu erlangen.
Figurenliste

1A ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Aufbaus einer Radar-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
1B ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Aufbaus der Radar-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Radar-Sendesignals gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Sendeantennen-Schaltsteuerung gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
4 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel eines Aufbaus eines Radar-Sendesignalgenerators gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Sendezeitverlaufs und des Messbereichs der Radar-Sendesignale gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
6 ist ein Diagramm, das ein dreidimensionales Koordinatensystem zum Beschreiben des Betriebs eines Richtungsschätzers gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
7A ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Sendeantennen gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
7B ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Empfangsantennen gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Untergruppenantennenkonfiguration gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
9A ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Sendeantennen gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 darstellt;
9B ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Empfangsantennen gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 darstellt;
10Aist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 darstellt;
10B ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 darstellt;
10C ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 darstellt;
10D ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 darstellt;
11A ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Untergruppenantennen gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 darstellt;
11B ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Untergruppenantennen und passiven Elementen gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 darstellt;
12A ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Richtcharakteristik, die unter Verwendung eines zweidimensionalen Strahls gebildet wird, gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 darstellt;
12B ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Richtcharakteristik, die unter Verwendung eines zweidimensionalen Strahls gebildet wird, im Schnitt entlang einer Dimension gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 darstellt;
13A ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Leistungsverteilung, wenn eine virtuelle Empfangsgruppe gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 gewichtet wird, darstellt;
13B ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Richtcharakteristik, die unter Verwendung eines zweidimensionalen Strahls gebildet wird, wenn eine virtuelle Empfangsgruppe gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 gewichtet wird, darstellt;
13C ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Richtcharakteristik, die unter Verwendung eines zweidimensionalen Strahls gebildet wird, einer virtuellen Empfangsgruppe gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 im Schnitt entlang einer Dimension darstellt;
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Antennenanordnung gemäß einem Vergleichsbeispiel von Ausführungsform 1 darstellt;
15A ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Richtcharakteristik unter Verwendung eines zweidimensionalen Strahls gemäß dem Vergleichsbeispiel von Ausführungsform 1 darstellt;
15B ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Richtcharakteristik unter Verwendung eines zweidimensionalen Strahls gemäß dem Vergleichsbeispiel von Ausführungsform 1 im Schnitt entlang einer Dimension darstellt;
16A ist ein Diagramm, das einen Vergleich von Richtcharakteristiken unter Verwendung eines zweidimensionalen Strahls gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 und dem Vergleichsbeispiel darstellt;
16B ist ein Diagramm, das einen Vergleich von Richtcharakteristiken unter Verwendung eines zweidimensionalen Strahls gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1 und dem Vergleichsbeispiel darstellt;
17 ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 2 von Ausführungsform 1 darstellt;
18Aist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 2 von Ausführungsform 1 darstellt;
18B ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 2 von Ausführungsform 1 darstellt;
18C ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 2 von Ausführungsform 1 darstellt;
19Aist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 3 von Ausführungsform 1 darstellt;
19B ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 3 von Ausführungsform 1 darstellt;
19C ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 3 von Ausführungsform 1 darstellt;
19D ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 3 von Ausführungsform 1 darstellt;
20A ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 4 von Ausführungsform 1 darstellt;
20B ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 4 von Ausführungsform 1 darstellt;
21 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Sendeantennen gemäß Abwandlung 5 von Ausführungsform 1 darstellt;
22A ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 5 von Ausführungsform 1 darstellt;
22B ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 5 von Ausführungsform 1 darstellt;
22C ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 5 von Ausführungsform 1 darstellt;
22D ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 5 von Ausführungsform 1 darstellt;
23Aist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 6 von Ausführungsform 1 darstellt;
23B ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 6 von Ausführungsform 1 darstellt;
23C ist ein Diagramm, das ein Antennenanordnungsbeispiel gemäß Abwandlung 6 von Ausführungsform 1 darstellt;
24A ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Sendeantennen gemäß Abwandlung 7 von Ausführungsform 1 darstellt;
24B ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Empfangsantennen gemäß Abwandlung 7 von Ausführungsform 1 darstellt;
24C ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel einer virtuellen Empfangsgruppe gemäß Abwandlung 7 von Ausführungsform 1 darstellt;
25A ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Sendeantennen gemäß Abwandlung 7 von Ausführungsform 1 darstellt;
25B ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Empfangsantennen gemäß Abwandlung 7 von Ausführungsform 1 darstellt;
25C ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel einer virtuellen Empfangsgruppe gemäß Abwandlung 7 von Ausführungsform 1 darstellt;
26A ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Sendeantennen und einer virtuellen Empfangsgruppe gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
26B ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel von Sendeantennen und einer virtuellen Empfangsgruppe gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
27 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Aufbaus einer Radar-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 3 darstellt;
28 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Aufbaus einer Radar-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 4 darstellt; und
29 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Sendesignals und eines reflektierten Wellensignals darstellt, wenn Chirp-Impulse verwendet werden.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ein bekanntes Beispiel von Radar-Vorrichtungen ist eine Impuls-Radar-Vorrichtung, die wiederholt Impulswellen aussendet. Das Empfangssignal einer Weitwinkel-Impuls-Radar-Vorrichtung, die Fahrzeuge oder Fußgänger in einem weiten Bereich erfasst, ist mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Signal, bei dem eine Vielzahl reflektierter Wellen von einem Ziel in geringer Entfernung (beispielsweise von einem Fahrzeug) und einem Ziel in großer Entfernung (beispielsweise einem Fußgänger) gemischt sind. Daher erfordert (1) der Radar-Sender eine Auslegung zum Senden von Impulswellen oder impulsmodulierten Wellen, die eine Autokorrelationskennlinie mit Nebenkeulen niedriger Reichweite aufweisen (nachstehend als Nebenkeulenkennlinie niedriger Reichweite bezeichnet), und (2) der Radar-Empfänger eine Auslegung, die einen breiten Empfangsdynamikbereich aufweist.
Beispiele der Auslegung der Weitwinkel-Radar-Vorrichtung umfassen die folgenden zwei Auslegungen.
Die erste ist eine Auslegung zum Senden von Radarwellen durch mechanisches oder elektronisches Abtasten mittels Impulswellen oder modulierter Wellen unter Verwendung eines engwinkligen Richtstrahls (beispielsweise mit einer Strahlbreite von mehreren Grad) und zum Empfangen reflektierter Wellen unter Verwendung eines engwinkligen Richtstrahls. Diese Auslegung erfordert viele Abtastungen, um eine hohe Auflösung zu erreichen, wodurch sich die Nachfolgeleistung beispielsweise bei einem Ziel mit höherer Geschwindigkeit verringern kann.
Die zweite ist eine Auslegung, die eine Technik zum Empfangen reflektierter Wellen unter Verwendung einer Gruppenantenne, die aus einer Vielzahl von Antennen (Antennenelementen) besteht, und zum Schätzen des Ankunftswinkels der reflektierten Wellen gemäß einem Signalverarbeitungsalgorithmus auf Grundlage einer Empfangsphasendifferenz in Bezug auf den Elementabstand (Antennenabstand) (Schätzung der Ankunftsrichtung [Direction of Arrival, DOA]) verwendet. Auch wenn die Sendestrahl-Abtastintervalle in dem Sendezweig ausgedünnt werden, kann der Ankunftswinkel mit dieser Auslegung in dem Empfangszweig geschätzt werden, wodurch die Abtastzeit verringert wird, sodass die Nachfolgeleistung im Vergleich zu der ersten Auslegung verbessert wird. Beispiele des Ankunftswinkelschätzverfahren umfassen eine Fourier-Transformation auf Grundlage einer Matrixoperation, ein Capon-Verfahren und ein lineares Vorhersageverfahren (Linear Prediction, LP) auf Grundlage einer inversen Matrixoperation, eine Mehrsignal-Klassifizierung (Multiple Signal Classification, MUSIC) und eine Schätzung der Signalparameter über Rotationsinvarianztechniken (Rotational Invariance Techniques, ESPRIT) auf Grundlage einer Eigenwertoperation.
Das MIMO-Radar sendet Signale, gemultiplext unter Verwendung beispielsweise von Zeitmultiplex, Frequenzmultiplex oder Codemultiplex, aus einer Vielzahl von Sendeantennen, empfängt Signale, die von nahen Objekten reflektiert werden, mit einer Vielzahl von Empfangsantennen, und trennt und empfängt die gemultiplexten Signale aus den jeweiligen Empfangssignalen.
Die Konfiguration der Antennenelemente in dem MIMO-Radar ist grob in eine Anordnung, die ein einziges Antennenelement verwendet (nachstehend als „einfache Antenne“ bezeichnet), und eine Anordnung unterteilt, bei der eine Vielzahl von Antennenelementen (oder „Untergruppenelementen“) untergruppiert ist (nachstehend als „Untergruppe“ bezeichnet).
Die Verwendung der einfachen Antenne sorgt im Vergleich zu der Verwendung der Untergruppe für eine breite Richtcharakteristik, aber einen kleinen Antennengewinn. Aus diesem Grund werden zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SRV) der Empfangssignale relativ zu den reflektierten Radar-Wellen bei der Empfangssignalverarbeitung mehr zusätzliche Verarbeitungsvorgänge durchgeführt oder beim Empfangen der reflektierten Radar-Wellen mehr Antennenelemente verwendet.
Die Verwendung der Untergruppe erhöht die physische Größe der Antennen im Vergleich zur Verwendung der einfachen Antenne, wodurch sich der Antennengewinn in der Hauptstrahlrichtung verbessert. Ein Beispiel der physischen Größe der Untergruppe ist ungefähr die Wellenlänge oder mehr der Funkfrequenz (Trägerfrequenz) des Sendesignals.
Das MIMO-Radar kann neben der eindimensionalen Abtastung (Winkelmessung) in der vertikalen Richtung oder der horizontalen Richtung auch auf eine zweidimensionale Strahlabtastung in der vertikalen Richtung und der horizontalen Richtung angewendet sein, wie oben beschrieben.
Beispielsweise erfordern in Fahrzeugen montierte MIMO-Radare, die eine Abtastung mit einem zweidimensionalen Strahl für große Entfernungen durchführen können, eine horizontale Auflösung gleich derjenigen von MIMO-Radaren, die eine eindimensionale Strahlabtastung in der horizontalen Richtung durchführen, sowie eine Fähigkeit zur vertikalen Winkelschätzung.
In dem Fall jedoch, in welchem Sendeantennenelemente und Empfangsantennenelemente in gleichen Intervallen von etwa einer halben Wellenlänge in der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung angeordnet sind, wobei die Antennenelemente nebeneinander sind, ist es aufgrund der physischen Einschränkungen schwierig, die Antennenelemente unterzugruppieren, um einen hohen Antennengewinn zu erreichen. In dem Fall, in welchem die Sendeantennenelemente oder die Empfangsantennenelemente untergruppiert werden sollen, ist es mit anderen Worten schwierig, die einzelnen Antennenelemente in einem Raum anzuordnen, der schmaler ist als die Größe der Untergruppe (beispielsweise eine Wellenlänge oder mehr).
Die Anordnung der Antennen in unregelmäßigen Intervallen und die Vergrößerung des Antennenelementintervalls auf eine Wellenlänge oder mehr erlaubt die Untergruppierung der Antennenelemente (siehe beispielsweise PTL 1). Wenn das Intervall zwischen den Antennenelementen der virtuellen Empfangsgruppe jedoch auf eine Wellenlänge oder mehr vergrößert wird, treten mit hoher Wahrscheinlichkeit Gitterkeulen- oder Nebenkeulenkomponenten in der Winkelrichtung auf. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Erfassung einer falschen Spitze aufgrund der Gitterkeulen als ein Ziel (Objekt) im Erfassungswinkelbereich, was die Erfassungsleistung der Radar-Vorrichtung reduziert.
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist in der Lage, eine gewünschte Richtcharakteristik zu schaffen, indem die Wahrscheinlichkeit einer falschen Erfassung reduziert wird, indem die Aperturlänge der virtuellen Empfangsgruppe zur Reduzierung der Erzeugung unerwünschter Gitterkeulen vergrößert wird. Eine andere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist in der Lage, den Richtwirkungsgewinn der Antennenelemente durch Bildung von Sendeantennenelementen und/oder Empfangsantennenelementen unter Verwendung einer Untergruppe zu verbessern.
Nachstehend sind Ausführungsformen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnung genau beschrieben. In den Ausführungsformen sind gleiche Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibungen davon sind ausgelassen, da sie unnötig wären.
Ein Beispiel eines Aufbaus einer Radar-Vorrichtung ist nachstehend beschrieben, bevor die Konfiguration einer Vielzahl von Sendeantennen (beispielsweise einer Sendeuntergruppe) und einer Vielzahl von Empfangsantennen (beispielsweise einer Empfangsuntergruppe) beschrieben ist.
Im Folgenden ist ein beispielhafter Aufbau einer MIMO-Radar-Vorrichtung beschrieben, bei dem eine Vielzahl von Sendeantennen im Zeitmultiplex geschaltet werden, und verschiedene im Zeitmultiplex gemultiplexte Radar-Sendesignale in dem Sendezweig gesendet werden und die Sendesignale in dem Empfangszweig getrennt und empfangen werden. Der Aufbau der Radar-Vorrichtung ist nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt. Es ist ein anderer Aufbau anwendbar, bei dem verschiedene im Frequenzmultiplex gemultiplexte Sendesignale von einer Vielzahl von Sendeantennen in dem Sendezweig gesendet werden und die Sendesignale in dem Empfangszweig getrennt und empfangen werden. Es ist noch ein weiterer Aufbau der Radar-Vorrichtung anwendbar, bei dem im Codemultiplex gemultiplexte Sendesignale von einer Vielzahl von Sendeantennen in dem Sendezweig gesendet werden und die Signale in dem Empfangszweig empfangen werden.
Die folgenden Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung und die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
(Ausführungsform 1)
(Aufbau der Radar-Vorrichtung)
1A ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Aufbaus der Radar-Vorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform darstellt.
Die Radar-Vorrichtung 10 enthält beispielsweise einen Radar-Sender (Sendezweig) 100, einen Radar-Empfänger (Empfangszweig) 200 und einen Referenzsignalgenerator 300.
Der Radar-Sender 100 erzeugt Radar-Signale (Radar-Sendesignale) mit einer hohen Frequenz (Hochfrequenz) auf Grundlage eines Referenzsignals, das von dem Referenzsignalgenerator 300 ausgegeben wird. Der Radar-Sender 100 sendet Radar-Sendesignale in vorgegebenen Sendeintervallen unter Verwendung einer Sendegruppenantenne, die aus einer Vielzahl von Sendeantennen 108-1 bis 108-Nt besteht (siehe beispielsweise 1B, die weiter unten beschrieben ist).
Der Radar-Empfänger 200 empfängt reflektierte Wellensignale, bei denen es sich um Radar-Sendesignale handelt, die von einem Zielobjekt (Ziel, nicht gezeigt) reflektiert werden, unter Verwendung einer Empfangsgruppenantenne, die eine Vielzahl von Empfangsantennen in den 202-1 bis 202-Na enthält (siehe 1B, die weiter unten beschrieben ist). Der Radar-Empfänger 200 führt einen mit dem Radar-Sender 100 synchronisierten Vorgang aus, indem der folgende Verarbeitungsvorgang unter Verwendung des von dem Referenzsignalgenerator 300 ausgegebenen Referenzsignals durchgeführt wird. Der Radar-Empfänger 200 verarbeitet reflektierte Wellensignale, die von den Empfangsantennen 202 empfangen werden, um zu erfassen, ob ein Zielobjekt vorhanden ist, oder die Ankunftsrichtung der reflektierten Wellensignale zu schätzen. Das Zielobjekt ist ein durch die Radar-Vorrichtung 10 zu erfassendes Objekt. Beispiele des Zielobjekts umfassen beispielsweise Fahrzeuge (einschließlich vierrädriger und zweirädriger Fahrzeuge), eine Person und einen Block oder Bordstein.
Der Referenzsignalgenerator 300 ist mit jedem aus dem Radar-Sender 100 und dem Radar-Empfänger 200 verbunden. Der Referenzsignalgenerator 300 liefert das Referenzsignal (das Standardsignal) an den Radar-Sender 100 und den Radar-Empfänger 200, um die von dem Radar-Sender 100 durchgeführte Verarbeitung mit der durch den Radar-Empfänger 200 durchgeführten Verarbeitung zu synchronisieren.
1B ist ein Blockdiagramm, das ein ausführlicheres Beispiel eines Aufbaus der in 1A gezeigten Radar-Vorrichtung 10 darstellt. Die Einzelheiten der Bestandteile sind unter Bezugnahme auf 1B beschrieben.
[Aufbau des Radar-Senders 100]
Der Radar-Sender 100 enthält einen Radar-Sendesignalgenerator 101, eine Schaltsteuereinheit 105, einen Sendeschalter 106, eine Sendefunkeinheit 107-1 bis 107-Nt und Sendeantennen 108-1 bis 108-Nt. Das heißt, der Radar-Sender 100 verfügt über Nt Sendeantennen 108, und jede der Sendeantennen 108 ist mit einer einzelnen Sendefunkeinheit 107 verbunden.
Der Radar-Sendesignalgenerator 101 erzeugt einen Zeitgebertakt, der durch Multiplizieren des von dem Referenzsignalgenerator 300 ausgegebenen Referenzsignals mit einer vorgegebenen Zahl erhalten wird, und erzeugt auf Grundlage des erzeugten Zeitgebertakts Radar-Sendesignale. Der Radar-Sendesignalgenerator 101 gibt die Radar-Sendesignale wiederholt in vorgegebenen Radar-Sendezeiträumen (Tr) aus. Die Radar-Sendesignale sind beispielsweise als y(k, M) = I(k, M) +j Q(k, M) ausgedrückt, wobei j eine imaginäre Einheit ist, k eine diskrete Zeit ist, M die Ordnungszahl des Radar-Sendezeitraums ist und I(k, M) und Q(k, M) die phasengleiche Komponente bzw. die Quadraturkomponente eines Radar-Sendesignals (k, M) zu einer diskreten Zeit k im M-ten Radar-Sendezeitraum sind.
Der Radar-Sendesignalgenerator 101 enthält einen Codegenerator 102, einen Modulator 103 und ein TPF (Tiefpassfilter) 104. Jeder der Bestandteile des Radar-Sendesignalgenerators 101 ist im Folgenden beschrieben.
Der Codegenerator 102 erzeugt einen Code an (M) (n = 1, ..., L) (einen Pulscode) einer Codesequenz mit einer Codelänge L in jedem Radar-Sendezeitraum Tr. Ein Beispiel des von dem Codegenerator 102 erzeugten Codes an (M) ist ein Code, der eine Nebenkeulenkennlinie niedriger Reichweite erreicht. Beispiele der Codesequenz umfassen den Barker-Code, den M-Sequenz-Code und den Gold-Code.
Der Modulator 103 führt eine Pulsmodulation (beispielsweise Amplitudenmodulation, Amplitudenumtastung [ASK] oder Pulsumtastung) oder Phasenmodulation (Phasenumtastung) an einer vom Codegenerator 102 ausgegebenen Pulscodesequenz (beispielsweise Code an (M)) aus und gibt das modulierte Signal an das Tiefpassfilter (TPF) 104 aus.
Das TPF 104 gibt Signalkomponenten in einem vorgegebenen begrenzten Band oder niedriger aus den von dem Modulator 103 ausgegebenen modulierten Signalen an den Sendeschalter 106 als Radar-Sendesignale aus.
2 stellt ein Beispiel eines durch den Radar-Sendesignalgenerator 101 erzeugten Radar-Sendesignals dar. Wie in 2 dargestellt, ist eine Pulscodesequenz mit einer Codelänge L im Code-Sendeintervall Tw im Radar-Sendezeitraum Tr enthalten. Die Pulscodesequenz wird im Code-Sendeintervall Tw in jedem Radar-Sendezeitraum Tr gesendet, und das übrige Intervall (Tr - Tw) ist ein signalfreies Intervall. Ein einzelner Code enthält L Unterpulse. Zudem wird an jedem der Unterpulse eine Pulsmodulation unter Verwendung von No Abtastwerten durchgeführt, und somit sind Nr (= No × L) Abtastsignale in jedem Code-Sendeintervall Tw enthalten. Weiter sind Nu Abtastwerte in dem signalfreien Intervall (Tr - Tw) im Radar-Sendezeitraum Tr enthalten.
Die Schaltsteuereinheit 105 steuert den Sendeschalter 106 in dem Radar-Sender 100 und den Ausgangsschalter 211 in dem Radar-Empfänger 200. Es ist anzumerken, dass der an dem Ausgangsschalter 211 des Radar-Empfängers 200 durch die Schaltsteuereinheit 105 ausgeführte Steuervorgang weiter unten im Zusammenhang mit der Beschreibung des durch den Radar-Empfänger 200 ausgeführten Vorgangs beschrieben ist. Der am Sendeschalter 106 des Radar-Senders 100 durch die Schaltsteuereinheit 105 durchgeführte Steuervorgang ist nachfolgend beschrieben.
beispielsweise gibt die Schaltsteuereinheit 105 ein Steuersignal (nachfolgend als ein „Schaltsteuersignal“ bezeichnet) an den Sendeschalter 106 aus, um in jedem Radar-Sendezeitraum Tr zwischen den Sendeantennen 108 (das heißt den Sendefunkeinheiten 107) umzuschalten.
Der Sendeschalter 106 führt einen Schaltvorgang zum Ausgeben der Radar-Sendesignale, die von dem Radar-Sendesignalgenerator 101 ausgegeben werden, zu dem Sendefunkteil 107 aus, der durch ein Schaltsteuersignal angegeben wird, das von der Schaltsteuereinheit 105 ausgegeben wird. Beispielsweise wählt der Sendeschalter 106 auf Grundlage des Schaltsteuersignals einen aus einer Vielzahl von Sendefunkteilen 107-1 bis 107-Nt aus und gibt das Radar-Sendesignal an den ausgewählten Sendefunkteil 107 aus.
Der z-te (z = 1, ..., Nt) Sendefunkteil 107 führt eine Frequenzumwandlung an dem Radar-Sendesignal in einem Basisband, das von dem Sendeschalter 106 ausgegeben wird, durch, um in einem Trägerfrequenzband (Hochfrequenz [HF]) ein Radar-Sendesignal zu erzeugen, verstärkt das Radar-Sendesignal mit einem Sendeverstärker auf eine vorgegebene Sendeleistung P [dB] und gibt das Signal an die z-te Sendeantenne 108 aus.
Die z-te (z = 1, ..., Nt) Sendeantenne 108 strahlt das von der z-ten Sendefunkeinheit 107 ausgegebene Radar-Sendesignal in die Luft ab.
3 stellt ein Beispiel des Schaltbetriebs der Sendeantenne 108 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar. Es ist anzumerken, dass der Schaltbetrieb der Sendeantenne 108 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht auf das in 3 dargestellte Beispiel beschränkt ist.
In 3 gibt die Schaltsteuereinheit 105 ein Schaltsteuersignal an den Sendeschalter 106 aus, das eine Anweisung zum sequentiellen Schalten durch die Sendeantennen von der ersten Sendeantenne 108 (oder Sendefunkeinheit 107-1) bis zur Nt-ten Sendeantennen 108 (oder Sendefunkeinheit 107-Nt) in jedem Radar-Sendezeitraum Tr darstellt. Somit wird in jeder aus der ersten bis Nt-ten Sendeantenne 108 das Radar-Sendesignal mit einem Sendezeitraum von Np (= Nt × Tr) gesendet.
Die Schaltsteuereinheit 105 führt eine Steuerung aus, sodass die durch die Sendefunkeinheit 107 ausgeführten Schaltvorgänge im Antennenschaltzeitraum NP Nc mal wiederholt werden.
Eine Sendesignal-Sendestartzeit in jedem Sendefunkteil 107 braucht nicht mit dem Zeitraum Tr synchronisiert zu sein. Beispielsweise kann jeder Sendefunkteil 107 die Aussendung des Radar-Sendesignals zur Sendestartzeit mit unterschiedlichen Sendeverzögerungen Δ₁, Δ₂, ..., ΔNt starten. Mit solchen Sendeverzögerungen Δ₁, Δ₂, ..., ΔNt reduziert die Einführung eines Sendephasenkorrekturkoeffizienten, der die Sendeverzögerungen Δ₁, Δ₂, ..., ΔNt berücksichtigt, in dem durch den Radar-Empfänger 200 ausgeführten Prozess den Einfluss, dass aufgrund der Doppler-Frequenz unterschiedliche Phasendrehungen auf die Empfangssignale angewendet werden. Ein Variieren solcher Sendeverzögerungen Δ₁, Δ₂, ..., ΔNt bei jeder Messung führt zu der Wirkung einer wechselseitigen Randomisierung des Einflusses der Störung von einer anderen Radar-Vorrichtung (nicht gezeigt), wenn eine Störung von der anderen Radar-Vorrichtung vorliegt oder wenn die Radar-Vorrichtung die andere Radar-Vorrichtung stört.
Der Radar-Sender 100 kann einen Radar-Sendesignalgenerator 101a, der in 4 gezeigt ist, anstelle des Radar-Sendesignalgenerators 101 enthalten. Der Radar-Sendesignalgenerator 101a enthält nicht den Codegenerator 102, den Modulator 103 und das TPF 104, die in 1B gezeigt sind, aber enthält stattdessen einen Code-Speicher 111 und einen D/A-Wandler 112. Der Code-Speicher 111 speichert im Voraus eine durch den Codegenerator 102 (1B) erzeugte Codesequenz und liest die gespeicherte Codesequenz zyklisch und sequentiell aus. Der D/A-Wandler 112 wandelt die von dem Code-Speicher 111 ausgegebene Codesequenz (digitale Signale) in analoge Signale (Basisbandsignale) um.
(Aufbau des Radar-Empfängers 200)
In 1B enthält der Radar-Empfänger 200 Na Empfangsantennen 202, die eine Gruppenantenne bilden. Der Radar-Empfänger 200 enthält weiterhin Na Antennensystemprozessoren 201-1 bis 201-Na, einen Konstantfalschalarmratenteil (CFAR-Teil) 213 und einen Richtungsschätzer 214.
Jede der Empfangsantennen 202 empfängt ein reflektiertes Wellensignal, das ein von einem Zielobjekt (Ziel) reflektiertes Radar-Sendesignal ist, und gibt das empfangene reflektierte Wellensignal zum entsprechenden Antennensystemprozessor 201 als ein Empfängersignal aus.
Jeder Antennensystemprozessor 201 enthält einen Empfangsfunkteil 203 und einen Signalprozessor 207.
Der Empfangsfunkteil 203 enthält einen Verstärker 204, einen Frequenzwandler 205 und einen Orthogonalwellendetektor 206. Der Empfangsfunkteil 203 erzeugt einen Zeitgebertakt, der durch Multiplizieren des von dem Referenzsignalgenerator 300 ausgegebenen Referenzsignals mit einer vorgegebenen Zahl erhalten wird, und arbeitet auf Grundlage des erzeugten Zeitgebertakts. Konkret verstärkt der Verstärker 204 das von der Empfangsantenne 202 ausgegebene Empfängersignal auf einen vorgegebenen Pegel. Der Frequenzwandler 205 wandelt die Frequenz des Empfängersignals in einem Hochfrequenzband in eine Basisbandfrequenz um. Der Orthogonalwellendetektor 206 wandelt das Empfängersignal im Basisband in ein Empfängersignal in einem Basisband um, das ein 1-Signal und ein Q-Signal enthält, und zwar durch Orthogonaldetektion.
Der Signalprozessor 207 jedes der Antennensystemprozessoren 201-z (z: ein beliebiges aus 1 bis Na) enthält A/D-Wandler 208 und 209, einen Korrelationsrechner 210, einen Ausgangsschalter 211 und Doppler-Analysatoren 212-1 bis 212-Nt.
Der A/D-Wandler 208 empfängt das 1-Signal von dem Quadraturdetektor 206, während der A/D-Wandler 209 das Q-Signal von dem Quadraturdetektor 206 empfängt. Der A/D-Wandler 208 führt zu diskreten Zeiten eine Abtastung durch, um das 1-Signal in digitale Daten umzuwandeln. Der A/D-Wandler 209 führt eine Abtastung an dem Basisbandsignal durch, welches das Q-Signal enthält, um das Q-Signal in digitale Daten umzuwandeln.
Es ist anzumerken, dass bei der durch die A/D-Wandler 208 und 209 durchgeführten Abtastung beispielsweise Ns diskrete Abtastvorgänge pro Unterpulszeit Tp (= Tw/L) eines Radar-Sendesignals durchgeführt werden. Das heißt, die Anzahl der Überabtastungen pro Unterpuls beträgt Ns.
In der folgenden Beschreibung sind die Basisband-Empfangssignale zur diskreten Zeit k im M-ten Radar-Sendezeitraum Tr[M], die von den A/D-Wandlern 208 und 209 ausgegeben werden, durch ein komplexwertiges Signal xz(k, M) = Iz(k, M) + j Qz(k, M) mit dem 1-Signal Iz(k, M) und dem Q-Signal Qz(k, M) (wobei z eine beliebige Zahl von 1 bis Na ist) dargestellt. Zudem basiert die diskrete Zeit k in der folgenden Beschreibung auf einer Zeit, zu welcher der Radar-Sendezeitraum (Tr) beginnt (k = 1), und der Signalprozessor 207 arbeitet periodisch bis zu k = (Nr + Nu)Ns/No, das heißt einem Abtastpunkt am Ende des Radar-Sendezeitraums Tr. Das heißt, k = 1, ..., (Nr + Nu)Ns/No. Es ist anzumerken, dass j eine imaginäre Einheit ist.
Der Korrelationsrechner 210 des z-ten (wobei z = 1, ..., Na) Signalprozessors 207 führt eine Korrelationsberechnung durch zwischen dem diskreten Abtastwert xz(k, M), enthaltend die von den A/D-Wandlern 208 und 209 empfangenen diskreten Abtastwerte Iz(k, M) und Qz(k, M), und dem Pulscode an(M) mit der Codelänge L (wobei z = 1, ... Na sowie n = 1, ... L), gesendet vom Radar-Sender 100 in jedem Radar-Sendezeitraum Tr. Zum Beispiel führt der Korrelationsrechner 210 in jedem Radar-Sendezeitraum Tr eine gleitende Korrelationsberechnung zwischen dem diskreten Abtastwert xz(k, M) und dem Pulscode an(M) durch. Zum Beispiel wird der Korrelationsberechnungswert ACz(k, M), erhalten durch die gleitende Korrelationsberechnung zur diskreten Zeit k im M-ten Radar-Sendezeitraum Tr[M], auf Grundlage des folgenden Ausdrucks berechnet:
[1] $A C_{z} (k, M) = \sum_{n = 1}^{L} x_{z} (k + N_{s} (n - 1), M) a_{n} (M) *$
In Gleichung 1 bezeichnet der Asterisk (*) einen komplex konjugierten Operator.
Der Korrelationsprozessor 210 führt beispielsweise die Korrelationsberechnung über den Zeitraum k = 1, ..., (Nr + Nu)Ns/No gemäß Gleichung 1 durch.
Der Korrelationsprozessor 210 kann die Korrelationsberechnung nicht nur für k = 1, ..., (Nr + Nu)Ns/No, sondern für einen begrenzten Messbereich (den Bereich von k) entsprechend dem Bereich des durch die Radar-Vorrichtung 10 zu messenden Ziels durchführen. Dadurch kann die Radar-Vorrichtung 10 den Verarbeitungsaufwand des Korrelationsprozessors 210 reduzieren. Beispielsweise kann der Korrelationsprozessor 210 den Messbereich auf k = Ns(L + 1), ..., (Nr + Nu)Ns /No-NsL begrenzen. In diesem Fall braucht die Radar-Vorrichtung 10 keine Messung in einem Zeitintervall durchzuführen, das dem Code-Sendezeitraum Tw entspricht, wie in 5 gezeigt.
Selbst wenn also Radar-Sendesignale den Radar-Empfänger 200 direkt umhüllen („wrap around“), führt die Radar-Vorrichtung 10 in dem Zeitraum der Umhüllung durch die Radar-Sendesignale (dem Zeitraum von mindestens kleiner τ1) nicht den von dem Korrelationsprozessor 210 durchgeführten Prozess durch, sodass eine Messung ohne den Einfluss der Umhüllung möglich ist. In dem Fall, in welchem der Messbereich (der Bereich von k) begrenzt ist, können Prozesse, bei denen der Messbereich (der Bereich von k) begrenzt ist, auch auf die weiter unten beschriebenen Prozesse, die durch den Ausgangsschalter 211, Doppler-Analysator 212, CFAR-Teil 213 und Richtungsschätzer 214 durchgeführt werden, angewendet werden. Dadurch reduziert sich der Verarbeitungsaufwand der einzelnen Komponenten, sodass die von dem Radar-Empfänger 200 verbrauchte Leistung reduziert wird.
Der Ausgangsschalter 211 schaltet auf Grundlage eines Schaltsteuersignals, das von der Schaltsteuereinheit 105 eingegeben wird, in jedem Radar-Sendezeitraum Tr selektiv zu einem von Nt Doppler-Analysatoren 212 und gibt in jedem Radar-Sendezeitraum Tr eine Ausgabe von dem Korrelationsrechner 210 an den Doppler-Analysator 212 aus. Nachstehend ist als Beispiel ein Schaltsteuersignal im M-ten Radar-Sendezeitraum Tr[M] durch Nt-Bit-Informationen [bit1(M), bit2(M), ... bitNt(M)] dargestellt. Zum Beispiel wählt in einem Fall, in welchem ein ND-tes Bit des Schaltsteuersignals im M-ten Radar-Sendezeitraum Tr[M] (wobei ND eine beliebige Zahl von 1 bis Nt ist) „1“ ist, der Ausgangsschalter 211 den ND-ten Doppler-Analysator 212 (das heißt, schaltet den Doppler-Analysator 212 ein). Demgegenüber wählt der Ausgangsschalter 211 in einem Fall, in welchem das ND-te Bit des Schaltsteuersignals im M-ten Radar-Sendezeitraum Tr[M] „0“ ist, nicht den ND-ten Doppler-Analysator 212 (das heißt, schaltet den Doppler-Analysator 212 aus). Der Ausgangsschalter 211 gibt den Korrelationsberechnungswert ACz(k, M), der von dem Korrelationsrechner 210 eingegeben wird, zum gewählten Doppler-Analysator 212 aus.
Es folgen Beispiele eines Nt-Bit-Schaltsteuersignals, das dem Schaltvorgang für den in 3 gezeigten Sendefunkteil 107 (oder die Sendeantenne 108) entspricht: $[bit1 (1),bit2 (1), \dots,bitNt (1)] = [1, 0, \dots, 0]$
$[bit1 (2),bit2 (2), \dots,bitNt (2)] = [0, 1, \dots, 0]$
$[bit1 (Nt),bit2 (Nt), \dots,bitNt (Nt)] = [0, 0, \dots, 1]$
Somit wird jeder Doppler-Analysator 212 nacheinander in Intervallen von Np(= Nt × Tr) ausgewählt (mit anderen Worten eingeschaltet). Beispielsweise wiederholt das Schaltsteuersignal die oben beschriebene Sequenz Nc mal.
Der z-te (z = 1, ..., Na) Signalprozessor 207 enthält Nt Doppler-Analysatoren 212.
Der Doppler-Analysator 212 führt zu jeder diskreten Zeit k eine Doppler-Analyse an der Ausgabe von dem Ausgangsschalter 211 (beispielsweise dem Korrelationsberechnungswert ACz(k, M)) durch. Beispielsweise kann, wenn Nc eine Potenz von 2 ist, bei der Doppler-Analyse eine schnelle Fourier-Transformationsverarbeitung (FFT-Verarbeitung) angewendet werden.
Die w-te Ausgabe des ND-ten Doppler-Analysators 212 des z-ten Signalprozessors 207 zeigt die Doppler-Frequenzantwort FT_CI_z ^(ND)(k, f_s, w) des Doppler-Frequenzindex fs zur diskreten Zeit k, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, wobei ND = 1 bis Nt, k = 1, ..., (Nr + Nu)Ns/No, w eine ganze Zahl größer oder gleich 1, j eine imaginäre Einheit und z = 1 bis Na ist.
[2] $F T_C I_{z}^{(N D)} (k, ƒ_{s}, w) = \sum_{q = 0}^{N_{t} N_{c} - 1} b i t_{N D} (q + 1) A C_{z} (k, N_{t} N_{c} (w - 1) + q + 1) exp [- j \frac{2 π ⌊ \frac{q}{N_{t}} ⌋ ƒ_{s}}{N_{c}}]$
Bei der FFT-Verarbeitung (Fourier-Transformation) kann der Doppler-Analysator 212 eine Multiplikation mit einem Fensterfunktionskoeffizienten durchführen, wie etwa einem Han-Fenster oder Hamming-Fenster. Die Verwendung des Fensterfunktionskoeffizienten reduziert eine Schwebungsfrequenz und um die Spitzen herum erzeugte Nebenkeulen.
Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf Prozesse, die von den Komponenten des Signalprozessors 207 ausgeführt werden.
Der CFAR-Teil 213 führt eine CFAR-Verarbeitung (mit anderen Worten eine adaptive Schwellenwertbestimmung) unter Verwendung der Ausgaben der Doppler-Analysatoren 212 durch, um den Index k_cfar der diskreten Zeit und den Index fs_cfar der Doppler-Frequenz zu extrahieren, und gibt die Indizes an den Richtungsschätzer 214 aus.
Die Radar-Vorrichtung 10 kann eine Richtungsschätzungsverarbeitung mit dem Richtungsschätzer 214 durchführen, ohne eine CFAR-Verarbeitung durchzuführen. Mit anderen Worten kann der CFAR-Teil 213 in dem Radar-Empfänger 200 weggelassen sein.
Der Richtungsschätzer 214 führt eine Zielrichtungsschätzungsverarbeitung unter Verwendung der Ausgaben von den Doppler-Analysatoren 212 auf Grundlage der Informationsausgabe von dem CFAR-Teil 213 (zum Beispiel Zeitindex k_cfar und Doppler-Frequenzindex fs_cfar) durch.
Zum Beispiel erzeugt der Richtungsschätzer 214 den Korrelationsvektor h(k, f_s, w) für die virtuelle Empfangsgruppe, wie durch Gleichung 3 gegeben, um eine Richtungsschätzungsverarbeitung durchzuführen.
Die w-ten Ausgaben von den Doppler-Analysatoren 212-1 bis 212-Nt, die durch eine ähnliche Verarbeitung, die durch die Signalprozessoren 207 in den Antennensystemprozessoren 201-1 bis 201-Na durchgeführt wird, erhalten werden, sind als Korrelationsvektor h(k, f_s, w) für die virtuelle Empfangsgruppe ausgedrückt, enthaltend Nt × Na Elemente, was dem Produkt der Anzahl Nt der Sendeantennen und der Anzahl Na der Empfangsantennen entspricht, wie in Gleichung 3 und Gleichung 4 ausgedrückt. Der Korrelationsvektor h(k, f_s, w) für die virtuelle Empfangsgruppe wird verwendet zur Verarbeitung für die Richtungsschätzung auf Grundlage der Phasendifferenz zwischen den Empfangsantennen 202 für die von dem Ziel reflektierten Wellensignale.
[3] $\begin{array}{l} h (k, ƒ_{s}, w) = [\begin{matrix} F T_C I_{1}^{(1)} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(1)} (ƒ_{S}) \\ F T_C I_{1}^{(2)} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(2)} (ƒ_{S}) \\ ⋮ \\ F T_C I_{1}^{(N_{t})} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(N_{t})} (ƒ_{S}) \\ F T_C I_{2}^{(1)} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(1)} (ƒ_{S}) \\ F T_C I_{2}^{(2)} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(2)} (ƒ_{S}) \\ ⋮ \\ F T_C I_{2}^{(N_{t})} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(N_{t})} (ƒ_{S}) \\ ⋮ \\ F T_C I_{N_{a}}^{(1)} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(1)} (ƒ_{S}) \\ F T_C I_{N_{a}}^{(2)} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(2)} (ƒ_{S}) \\ ⋮ \\ F T_C I_{N_{a}}^{(N_{t})} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(N_{t})} (ƒ_{S}) \end{matrix}] \\ = [\begin{matrix} h_{1 (k, ƒ_{s}, w)} \\ h_{2} (k, ƒ_{s}, w) \\ ⋮ \\ h_{N a (k, ƒ_{s}, w)} \end{matrix}] \end{array}$

[4] $h_{z} (k, ƒ_{S}, w) = [\begin{matrix} F T_C I_{z}^{(1)} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(1)} (ƒ_{S}) \\ F T_C I_{z}^{(2)} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(2)} (ƒ_{S}) \\ ⋮ \\ F T_C I_{z}^{(N_{t})} (k, ƒ_{S}, w) T x C A L^{(3)} (ƒ_{S}) \end{matrix}]$
wobei z = 1, ..., Na und ND = 1, ..., Nt.
Für die CFAR-Verarbeitung ist der Korrelationsvektor h(k, f_s, w) für die virtuelle Empfangsgruppe h(k_cfar, fs_cfar, w), wobei der Index des durch die CFAR-Verarbeitung extrahierten Spitzensignals verwendet wird. Der Korrelationsvektor h(k _cfar, fs_cfar, w) für die virtuelle Empfangsgruppe ist ein Spaltenvektor, der Na × Nt Elemente enthält.
In der Radar-Vorrichtung 10 werden die Sendeantennen 108 unter Verwendung von Zeitmultiplex geschaltet. Dies führt zu unterschiedlichen Phasendrehungen bei verschiedenen Doppler-Frequenzen f_s. In Gleichung 3 und Gleichung 4 ist TxCAL⁽¹⁾(f_s), ..., TxCAL^(Nt)(f_s) ein Sendephasenkorrekturkoeffizient zur Korrektur der Phasendrehungen für die Anpassung an eine Phase der Referenz-Sendeantenne.
Wenn zum Beispiel die erste Sendeantenne 108 (ND = 1) entsprechend dem Schaltvorgang des in 3 gezeigten Sendefunkteils 107 (oder der Sendeantenne 108) die Referenz-Sendeantenne ist, ergibt sich der Sendephasenkorrekturkoeffizient aus der folgenden Gleichung.
[5] $T x C A L^{(1)} (ƒ_{S}) = 1, {TxCAL}^{(2)} (ƒ_{s}) = e x p (- j \frac{2 π ƒ_{s}}{N c} \frac{1}{2}), T x C A L^{(N_{t})} (ƒ_{s}) = e x p (- j \frac{2 π ƒ_{s}}{N c} \frac{N_{t} - 1}{N_{t}})$
In dem Fall, in welchem die Sendesignal-Sendestartzeiten der Sendefunkteile 107 unterschiedliche Sendeverzögerungen Δ₁, Δ₂, ..., Δ_Nt erhalten, kann der in Gleichung 5 ausgedrückte Sendephasenkorrekturkoeffizient TxCAL^(ND)(f_s) mit dem Korrekturkoeffizienten Δ_TxCAL ^(ND)(f) von Gleichung 6 multipliziert werden, um einen neuen Sendephasenkorrekturkoeffizienten TxCAL^(ND)(f_s) zu erhalten. Auf diese Weise kann der Einfluss der unterschiedlichen Phasendrehungen mit Hilfe von Doppler-Frequenzen beseitigt werden.
[6] $Δ_{TxCAL}^{(N D)} (ƒ_{s}) = exp (- j \frac{2 π ƒ_{s}}{N c} \frac{Δ_{N D} - Δ_{r e f}}{N_{p}})$
wobei ND in Δ_TxCAL ^(ND)(f_s) eine als Phasenreferenz benutzte Referenz-Sendeantennennummer ist.
In 1B berechnet der Richtungsschätzer 214 den Korrelationsvektor h_{_after_cal}(k, fs, w) für die virtuelle Empfangsgruppe, wobei die Abweichung zwischen den Antennen durch Multiplikation des Korrelationsvektors h(k, f_s, w) für die virtuelle Empfangsgruppe des w-ten Doppler-Analysators 212, ausgegeben von dem ersten Signalprozessor 207 bis Na-ten Signalprozessor 207, mit einem Gruppenkorrekturwert h_cal[b] zum Korrigieren der Phasenverschiebungsabweichung und der Amplitudendifferenz zwischen den Sendeantennen und zwischen den Empfangsgruppenantennen korrigiert wird. Der Korrelationsvektor h_{_after_cal}(k, f_s, w) für die virtuelle Empfangsgruppe ist durch Gleichung 7 gegeben.
[7] $\begin{array}{l} h_{_a f t e r_c a l} (k, ƒ_{s}, w) = C A h (k, ƒ_{S}, w) = [\begin{matrix} h_{2} (k, ƒ_{S}, w) \\ h_{2} (k, ƒ_{S}, w) \\ ⋮ \\ h_{N a \times N r} (k, ƒ_{S}, w) \end{matrix}] \\ C A = [\begin{matrix} h_c a l_{[1]} & 0 & \dots & 0 \\ 0 & h_c a l_{[2]} & \dots & 0 \\ ⋮ & ⋱ & ⋱ & ⋮ \\ 0 & \dots & 0 & h_c a l_{[N t \times N a]} \end{matrix}] \end{array}$
wobei b = 1, ..., (Nt × Na).
Der Korrelationsvektor h after __cal(k, f_s, w) für die virtuelle Empfangsgruppe, bei dem die Abweichung zwischen den Antennen korrigiert ist, ist ein Spaltenvektor, der Na × Nt Elemente enthält. Es folgt eine Beschreibung der Richtungsschätzungsverarbeitung, bei der die Elemente des Korrelationsvektors h_{_after_cal}(k, f_s, w) für die virtuelle Empfangsgruppe als hi(k, f_s, w), ..., h_Na × _Nt(k, f_s, w) ausgedrückt sind.
Der Richtungsschätzer 214 führt die Richtungsschätzungsverarbeitung auf Grundlage der Phasendifferenz zwischen den reflektierten Wellensignalen der Empfangsantennen 202 unter Verwendung des Korrelationsvektors h__{after_cal}(k, f_s, w) für die virtuelle Empfangsgruppe durch.
Der Richtungsschätzer 214 berechnet ein Raumprofil, indem er die Azimutrichtung θ in einer Richtungschätzungs-Bewertungsfunktion P_H(θ, k, f_s, w) in einem vorgegebenen Winkelbereich variiert, extrahiert eine vorgegebene Anzahl maximaler Spitzen des berechneten Raumprofils in absteigender Reihenfolge und verwendet die Azimutrichtungen der maximalen Spitzen als Ankunftsrichtungsschätzwerte.
Der Bewertungsfunktionswert P_H(θ, k, f_s, w) hängt von dem Ankunftsrichtungsschätzalgorithmus ab. Zum Beispiel kann ein in NPL 2 offenbartes Schätzverfahren verwendet werden, das eine Gruppenantenne nutzt. Zum Beispiel kann ein Strahlformungsverfahren als Gleichung 8 und Gleichung 9 ausgedrückt werden. Andere anwendbare Verfahren sind das Capon- und das MUSIC-Verfahren.
[8] $P_{H} (θ_{u}, k, ƒ_{S}, w) = {| a_{H} {(θ_{u})}^{H} h_{_a f t e r_c a l} (k, ƒ_{S}, w) |}^{2}$

[9] $a_{H} (θ_{u}) = [\begin{matrix} 1 \\ exp {- j 2 π d_{H} s i n θ_{u} / λ} \\ ⋮ \\ exp {- j 2 π (N_{V A H} - 1) d_{H} s i n θ_{u} / λ} \end{matrix}]$
Wobei das hochgestellte H ein hermitischer Transponierungsoperator ist, a_H(θ_u) der Richtungsvektor der virtuellen Empfangsgruppe in Bezug auf ankommende Wellen in Azimutrichtung θ_u ist und θ_u der Azimutbereich der Ankunftsrichtungsschätzung ist, der für ein vorgegebenes Azimutintervall β₁ variiert wird. Zum Beispiel ist θ_u wie folgt festgelegt: $θ_{u} = θ min + u β_{1}, u = 0, \dots, NU$
$NU = floor [(θ max - θ min) / β_{1}] + 1$
wobei floor(x) eine Funktion ist, die den maximalen Ganzzahlwert zurückgibt, der eine reelle Zahl x nicht überschreitet.
Ein Fall, in welchem der durch den Richtungsschätzer 214 durchgeführte Prozess auf das in 6 gezeigte dreidimensionale Koordinatensystem angewendet wird und ein zweidimensionaler Schätzungsvorgang durchgeführt wird, ist nachfolgend beschrieben.
In 6 ist der Positionsvektor des Zielobjekts (Ziel) P_T bezüglich des Ursprungs O als r_PT definiert. In 6 ist P_T' der Projektionspunkt des Positionsvektors r_PT des Zielobjekts P_T bei Projektion in eine X-Z-Ebene. In diesem Fall ist der Azimutwinkel θ als der Winkel zwischen der Geraden O - P_T' und der Z-Achse definiert. (Wenn die X-Koordinate des Zielobjekts P_T positiv ist, ist, ist θ > 0). Der Elevationswinkel φ ist als der Winkel einer Linie definiert, die das Zielobjekt P_T, den Ursprung O und den Projektionspunkt P_T' innerhalb einer Ebene, die das Zielobjekt P_T, den Ursprung O und den Projektionspunkt P_T enthält, verbindet. (Wenn die Y-Koordinate des Zielobjekts P_T positiv ist, ist φ > 0). Es folgt ein Beispiel, in dem die Sendeantennen 108 und die Empfangsantennen 202 in einer X-Y-Ebene angeordnet sind.
Der Positionsvektor des n_va-ten Antennenelements in der virtuellen Empfangsgruppe bezüglich des Ursprungs O ist als Sn_va ausgedrückt, wobei n_va = 1, ..., Nt × Na.
Der Positionsvektor S₁ des ersten (n_va = 1) Antennenelements in der virtuellen Empfangsgruppe wird auf Grundlage der Positionsbeziehung zwischen der physischen Position der ersten Empfangsantenne 202 und dem Ursprung O bestimmt. Die Positionsvektoren S₂, ..., Sn_va der anderen Antennenelemente in der virtuellen Empfangsgruppe werden mit Bezug auf den Positionsvektor S₁ des ersten Antennenelements bestimmt, wobei die relative Anordnung der virtuellen Empfangsgruppe anhand des Elementabstands der Sendeantennen 109 und der Empfangsantennen 202 in einer X-Y-Ebene bestimmt wird. Der Ursprung O kann mit der physischen Position der ersten Empfangsantenne 202 übereinstimmen.
In dem Fall, in welchem der Radar-Empfänger 200 reflektierte Wellen von dem Zielobjekt P_T empfängt, das in einem Fernfeld liegt, wird die Phasendifferenz d(r_PT, 2, 1) des Empfängersignals des zweiten Antennenelements auf Grundlage des Empfängersignals des ersten Antennenelements in der virtuellen Empfangsgruppe durch Gleichung 10 ausgedrückt.
[10] $d (r_{P T},2,1) = - \frac{2 π}{λ} \frac{< - r_{P T}, (S_{2} - S_{1})}{| r_{P T} |} = \frac{2 π}{λ} < \frac{r_{P T}}{| r_{P T} |}, (S_{2} - S_{1}) > = \frac{2 π}{λ} < \frac{r_{P T}}{| r_{P T} |},D (2,1) >$
wobei <x, y> der Skalarproduktoperator von Vektor x und Vektor y ist.
Der Positionsvektor des zweiten Antennenelements bezüglich des Positionsvektors des ersten Antennenelements in der virtuellen Empfangsgruppe ist in Gleichung 11 als Zwischenelementvektor D(2, 1) ausgedrückt.
[11] $D (2,1) = S_{2} - S_{1}$
Analog ist in dem Fall, in welchem der Radar-Empfänger 200 reflektierte Wellen von dem Zielobjekt P_T empfängt, das in einem Fernfeld liegt, die Phasendifferenz d(r_PT, n_va(^t), n_va ^(r)) des Empfängersignals des n_va ^(t)-ten Antennenelements bezüglich des Empfängersignals des n_va ^(r)-ten Antennenelements in der virtuellen Empfangsgruppe durch Gleichung 12 ausgedrückt.
[12] $d (r_{P T}, n_{v a}^{(t)}, n_{v a}^{(r)}) = \frac{2 π}{λ} < \frac{r_{P T}}{| r_{P T} |}, D (n_{v a}^{(t)}, n_{v a}^{(r)}) >$
wobei n_va ^(r) = 1, ..., Nt × Na, n_va ^(t) = 1, ..., Nt × Na.
Der Positionsvektor des n_va ^(t)-ten Antennenelements bezüglich des Positionsvektors des n_va ^(r)-ten Antennenelements in der virtuellen Empfangsgruppe ist in Gleichung 13 als Zwischenelementvektor D(n_va ^(t), n_va ^(r)) ausgedrückt.
[13] $D (n_{v a}^{(t)}, n_{v a}^{(r)}) = s_{n_{v a}^{(t)}} - s_{n_{v a}^{(r)}}$
Wie in Gleichung 12 und Gleichung 13 ausgedrückt, hängt die Phasendifferenz d(r_PT, n_va ^(t), n_va ^(r)) des Empfängersignals des n_va ^(t)-ten Antennenelements auf Grundlage des Empfängersignals des n_va ^(r)-ten Antennenelements in der virtuellen Empfangsgruppe von dem Einheitsvektor (r_PT/|r_PT|), der die Richtung des Zielobjekts Pτ, das in einem Fernfeld liegt, angibt, und dem Zwischenelementvektor D(n_va ^(t), n_va ^(r)) ab.
In dem Fall, in welchem die virtuelle Empfangsgruppe in der gleichen Ebene liegt, liegt der Zwischenelementvektor D(n_va ^(t), n_va ^(r)) in der gleichen Ebene. Der Richtungsschätzer 214 nimmt an, dass sich Antennenelemente virtuell an Positionen befinden, die durch den Zwischenelementvektor angegeben werden, um unter Verwendung aller oder einiger solcher Zwischenelementvektoren eine virtuelle Ebenengruppenantenne zu bilden, und führt einen zweidimensionalen Richtungsschätzungsvorgang durch. Mit anderen Worten führt der Richtungsschätzer 214 einen Ankunftsrichtungsschätzungsvorgang unter Verwendung einer Vielzahl virtueller Antennenelemente durch, die mittels einer Interpolation für die Antennenelemente, welche die virtuelle Empfangsgruppe bilden, interpoliert werden.
Wenn sich die virtuellen Antennenelemente überlappen, kann der Richtungsschätzer 214 im Voraus eines der überlappenden Antennenelemente fest auswählen. Alternativ kann der Richtungsschätzer 214 eine Mittelwertbildungsverarbeitung unter Verwendung der Empfängersignale aller der überlappenden virtuellen Antennenelemente durchführen.
Nachfolgend ist ein zweidimensionaler Richtungsschätzungsvorgang unter Verwendung eines Strahlformungsverfahrens in dem Fall, in welchem eine virtuelle Ebenengruppenantenne aus N_q Zwischenelementvektoren gebildet wird, beschrieben.
Sei D(n_va(nq) ^(t), n_va(nq) ^(r)) der nq-te Zwischenelementvektor der virtuellen Ebenengruppenantenne, wobei nq = 1, ..., N_q.
Beispielsweise erzeugt der Richtungsschätzer 214 einen Korrelationsvektor hvA(k, f_s, w) für die virtuelle Ebenengruppenantenne, der in Gleichung 14 durch hi(k, f_s, w), ..., hNa × _N(k, f_s, w) ausgedrückt ist, wobei es sich um die Elemente des Korrelationsvektors h _after _cal(k, fs, w) für die virtuelle Empfangsgruppe handelt.
[14] $h_{V A} (k, ƒ_{S}, w) = C A h (k, ƒ_{S}, w) = [\begin{matrix} h_{n_{v a (1)}^{(t)}} (k, ƒ_{S}, w) h_{n_{v a (1)}^{(r)}}^{*} (k, ƒ_{S}, w) / | h_{n_{v a (1)}^{(r)}}^{*} (k, ƒ_{S}, w) | \\ h_{n_{v a (2)}^{(t)}} (k, ƒ_{S}, w) h_{n_{v a (2 N_{q})}^{(r)}}^{*} (k, ƒ_{S}, w) / | h_{n_{v a (2)}^{(r)}}^{*} (k, ƒ_{S}, w) | \\ ⋮ \\ h_{n_{v a (N_{q})}^{(t)}} (k, ƒ_{S}, w) h_{n_{v a (N_{q})}^{(r)}}^{*} (k, ƒ_{S}, w) / | h_{n_{v a (N_{q})}^{(r)}}^{*} (k, ƒ_{S}, w) | \end{matrix}]$
Der Richtungsvektor a_VA(θ_u, φv) für die virtuelle Ebenengruppe ist durch Gleichung 15 ausgedrückt.
[15] $a_{VA} (θ_{u}, Φ_{v}) = [\begin{matrix} exp {j \frac{2 π}{λ} < \frac{r_{P T} (θ_{u}, Φ_{v})}{| r_{P T} (θ_{u}, Φ_{v}) |}, D (n_{v a (2)}^{(t)}, n_{v a (1)}^{(r)}) >} \\ exp {j \frac{2 π}{λ} < \frac{r_{P T} (θ_{u}, Φ_{v})}{| r_{P T} (θ_{u}, Φ_{v}) |}, D (n_{v a (2)}^{(t)}, n_{v a (2)}^{(r)}) >} \\ ⋮ \\ exp {j \frac{2 π}{λ} < \frac{r_{P T} (θ_{u}, Φ_{v})}{| r_{P T} (θ_{u}, Φ_{v}) |}, D (n_{v a (N_{q})}^{(t)}, n_{v a (N_{q})}^{(r)}) >} \end{matrix}]$
In dem Fall, in welchem die virtuelle Empfangsgruppe in einer X-Y-Ebene liegt, wird die Beziehung zwischen dem Einheitsvektor (r_PT/|r_PT|), der die Richtung des Zielobjekts P_T angibt, dem Azimutwinkel θ und dem Elevationswinkel φ durch Gleichung 16 ausgedrückt.
[16] $\frac{r_{P T} (θ_{u}, Φ_{v})}{| r_{P T} (θ_{u}, Φ_{v}) |} = (\begin{matrix} sin θ_{u} cos Φ_{v} \\ sin Φ_{v} \\ cos θ_{u} cos Φ_{v} \end{matrix})$
Der Richtungsschätzer 214 berechnet den Einheitsvektor (r_PT/|r_PT|) anhand von Gleichung 16 für jede der Winkelrichtungen θ_u und φv zur Berechnung eines vertikalen und horizontalen zweidimensionalen Raumprofils.
Weiterhin führt der Richtungsschätzer 214 einen horizontalen und vertikalen zweidimensionalen Richtungsschätzungsvorgang unter Verwendung des Korrelationsvektors h_VA(k, f_s, w) für die virtuelle Ebenengruppenantenne und des Richtungsvektors a_VA(θ_u, φv) für die virtuelle Ebenengruppe durch.
In dem zweidimensionalen Richtungsschätzungsvorgang mit Hilfe des Strahlformungsverfahrens berechnet der Richtungsschätzer 214 ein vertikales und horizontales zweidimensionales Raumprofil unter Verwendung der zweidimensionalen Richtungschätzungs-Bewertungsfunktion, die durch Gleichung 17 ausgedrückt ist, welche den Korrelationsvektor h_VA(k, f_s, w) für die virtuelle Ebenengruppenantenne und den Richtungsvektor a_VA(θ_u, φv) für die virtuelle Ebenengruppe verwendet. Der Richtungsschätzer 214 bestimmt eine Azimutwinkel- und eine Elevationswinkelrichtung, bei denen es sich um den maximalen Wert oder den maximalen Wert des berechneten zweidimensionalen Raumprofils handelt, als einen Ankunftsrichtungsschätzwert.
[17] $P_{V A} (θ_{u}, Φ_{v}, k, ƒ_{S}, w) = {| a_{V A} {(θ_{u}, Φ_{v})}^{H} h_{V A} (k, ƒ_{S}, w) |}^{2}$
Zusätzlich zu dem Strahlformungsverfahren kann der Richtungsschätzers 214 einen hochauflösenden Ankunftsrichtungsschätzalgorithmus wie ein Capon-Verfahren oder ein MUSIC-Verfahren unter Verwendung des Korrelationsvektors h_VA(k, f_s, w) für die virtuelle Ebenengruppenantenne und des Richtungsvektors a_VA(θ_u, φ_v) für die virtuelle Ebenengruppe anwenden. Dies erhöht den Verarbeitungsaufwand, kann aber die Winkelauflösung verbessern.
Der Richtungsschätzer 214 führt einen zweidimensionalen Schätzungsvorgang durch, wie er in dem dreidimensionalen Koordinatensystem von 6 gezeigt ist. Alternativ kann der Richtungsschätzer 214 einen eindimensionalen Schätzungsvorgang für ein zweidimensionales Koordinatensystem durchführen.
Während die vorstehende Beschreibung den Richtungsschätzungsvorgang betrifft, der durch ein MIMO-Radar durchgeführt wird, das eine Vielzahl von Antennen des Radar-Senders 100 und des Radar-Empfängers 200 verwendet, ist die Erfindung auch auf einem Fall anwendbar, in welchem einer aus dem Radar-Sender 100 und dem Radar-Empfänger 200 eine Vielzahl von Antennen enthält.
Die vorstehende Beschreibung betrifft den Betrieb des Richtungsschätzers 214.
Die oben beschriebene Zeitinformation k kann in eine Entfernungsinformation umgewandelt und ausgegeben werden. Zur Umwandlung der Zeitinformation k in eine Entfernungsinformation R(k) wird Gleichung 18 verwendet.
[18] $R (k) = k \frac{T_{w} C_{0}}{2 L}$
wobei T_w der Code-Sendezeitraum, L die Pulscodelänge und Co die Lichtgeschwindigkeit ist.
Die Doppler-Frequenz-Information kann in eine Relativgeschwindigkeitskomponente umgewandelt und ausgegeben werden. Zur Umwandlung der Doppler-Frequenz f_sΔφ in die Relativgeschwindigkeitskomponente vd(f_s) kann Gleichung 19 verwendet werden.
[19] $v_{d} (ƒ_{S}) = \frac{λ}{2} ƒ_{S} Δ Φ$
wobei λ die Wellenlänge der Trägerfrequenz eines Hochfrequenz-(HF)-Signals ist.
(Antennenanordnungsbeispiel der Radar-Vorrichtung 10)
Die Anordnung der Nt Sendeantennen 108 und der Na Empfangsantennen 202 der Radar-Vorrichtung 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau ist nachfolgend beschrieben.
7A und 7B sind Diagramme, die Anordnungsbeispiele der Sendeantennen 108 und der Empfangsantennen 202 gemäß dieser Ausführungsform darstellen.
In 7A und 7B sind die Sendeantennen 108 und Empfangsantennen 202 an Positionen eines ganzzahligen Vielfachen des Grundintervalls d_H entlang einer ersten Achse und an Positionen eines ganzzahligen Vielfachen des Grundintervalls dv entlang einer zweiten Achse angeordnet. Mit anderen Worten sind die Sendeantennen 108 (beispielsweise eine Sendegruppenantenne) und die Empfangsantennen 202 (beispielsweise eine Empfangsgruppenantenne) in einer zweidimensionalen Ebene angeordnet, die durch die erste Achse und die zweite Achse gebildet ist. Die erste Achse und die zweite Achse kreuzen sich vorzugsweise in einem rechten Winkel, was jedoch nicht einschränkend ist.
Die Anordnung der Sendeantennen 108 (Sendegruppenanordnung) und die Anordnung der Empfangsantennen 202 (Empfangsgruppenanordnung) kann entgegensetzt der in 7A und 7B gezeigten Anordnung sein. Mit anderen Worten können die Sendeantennen 108 wie die in 7B gezeigten Empfangsantennen 202 angeordnet sein, und die Empfangsantennen 202 können wie die in 7A gezeigten Sendeantennen 108 angeordnet sein. Dies gilt auch für die anderen Ausführungsformen und Variationen, die weiter unten beschrieben sind.
Mit der in 7A gezeigten Anordnung der Sendeantennen 108 enthält die Sendegruppenantenne eine Vielzahl von „Sendeantennengruppen“, die eine Vielzahl von Antennen enthalten, die in der Richtung der zweiten Achse an der gleichen Position und in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
Wie in 7A gezeigt, sind pt (pt ≥ 2) Sendeantennengruppen in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen von ns × dv angeordnet. Wenn beispielsweise in 7A die Koordinate der ersten Sendeantennengruppe in der Richtung der zweiten Achse y_t0 ist, ist die Koordinate der n(n = 1 bis pt)-ten Sendeantennengruppe in der Richtung der zweiten Achse yto + (n-1)ns.
Wie in 7A gezeigt, sind die Antennen in Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse benachbart sind (beispielsweise zwei fortlaufende Antennengruppen, eine erste Sendeantennengruppe und eine zweite Sendeantennengruppe), in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet. Mit anderen Worten enthalten die Antennen in den Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse benachbart sind, ein oder mehrere Antennen, die in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind (mit anderen Worten ist die Position von mindestens einer Antenne in der Richtung der ersten Achse nicht überlappend).
In der in 7B gezeigten Anordnung der Empfangsantennen 202 sind p_r (p_r ≥ 2) „Empfangsantennengruppen“, die ns Antennen enthalten, die in der Richtung der ersten Achse in Grundintervallen von d_H und in der Richtung der zweiten Achse in Grundintervallen von dv angeordnet sind, wiederholt in der Richtung der ersten Achse angeordnet. Mit anderen Worten sind benachbarte Antennen aus ns Antennen in jeder Empfangsantennengruppe in der Richtung der ersten Achse in dem Grundintervall d_H beabstandet und in der Richtung der zweiten Achse in dem Grundintervall dv beabstandet. Die in 7B gezeigten Empfangsantennen 202 sind wie ein Sägezahn angeordnet.
Beispielhaft ist ein Fall beschrieben, in welchem die Richtung der ersten Achse in 7A und 7B die horizontale Richtung ist und die Richtung der zweiten Achse die vertikale Richtung ist. In diesem Fall kann ein Antennensystem aus Sendeantennen 108 und Empfangsantennen 202 den Antennengewinn erhöhen, indem die Aperturlänge in der Richtung der ersten Achse (beispielsweise in der horizontalen Richtung) und in der Richtung der zweiten Achse (beispielsweise in der vertikalen Richtung) erhöht wird - wobei die in 7A bzw. 7B gezeigten Punkte (weiße Kreise und schraffierte Kreise) den Phasenmittelpunkt bezeichnen -, um die Strahlbreite in der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung zu verengen. Beispielsweise kann ein Antennensystem aus Untergruppenantennen bestehen. Die Untergruppenantennen können gewichtet sein, um Nebenkeulen zu reduzieren.
8 stellt Beispiele der Untergruppenantenne dar.
Wie in 8 gezeigt, ist das Intervall zwischen den Untergruppenantennenelementen der Untergruppenantennen auf etwa eine halbe Wellenlänge (λ/2) festgelegt. In 8 besteht ein einzelnes Antennensystem aus Untergruppenantennenelementen, beispielsweise aus (a) einem Element in der Richtung der ersten Achse und vier Elementen in der Richtung der zweiten Achse, (b) einem Element in der Richtung der ersten Achse und sechs Elementen in der Richtung der zweiten Achse und (c) einem Element in der Richtung der ersten Achse und acht Elementen in der Richtung der zweiten Achse.
Die Konfiguration der Untergruppenantenne ist nicht auf die in 8 gezeigte Konfiguration beschränkt. Ein Antennensystem kann eine beliebige Größe mit einer vergrößerten Aperturlänge aufweisen, solange dies nicht die Anordnung benachbarter Antennenelemente beeinträchtigt. Dadurch wird der Antennengewinn verbessert.
Ein Antennensystem aus Sendeantennen 108 und Empfangsantennen 202 kann so durch Untergruppenantennen gebildet sein, dass eine Strahlcharakteristik entsteht, die beispielsweise für den Sichtwinkel der Radar-Vorrichtung 10 geeignet ist. Wenn das Sichtfeld (FOV) der Radar-Vorrichtung 10 beispielsweise in der horizontalen Richtung breit und in der vertikalen Richtung schmal ist, kann die Strahlcharakteristik eines Antennensystems aus Sendeantennen 108 und Empfangsantennen 202 in der horizontalen Richtung breiter und in der vertikalen Richtung schmaler sein. Beispielsweise weist in 8 die unter (c) gezeigte Anntenenkonfiguration den engsten Winkel auf, und die Untergruppenantennenkonfiguration, bei der die Untergruppenantennen in der vertikalen Richtung angeordnet sind (mit anderen Worten in der Richtung der zweiten Achse) wird vorzugsweise verwendet.
Nachfolgend sind die Abwandlungen 1 bis 7 für die Antennenanordnungen der Nt Sendeantennen 108 und der Na Empfangsantennen 202 der Radar-Vorrichtung 10 beschrieben.
(Abwandlung 1)
9A und 9B stellen Beispiele der Antennenanordnung gemäß Abwandlung 1 dar.
In der in 9A gezeigten Anordnung der Sendeantennen 108 beträgt die Anzahl der Sendeantennengruppen 3(pt = 3). Jede Sendeantennengruppe enthält in der Richtung der ersten Achse ns Antennen (mit anderen Worten die gleiche Anzahl von Antennen). Die Gesamtzahl der in 9A gezeigten Sendeantennen 108 beträgt daher 3ns.
Beispielsweise sind in 9A in jeder aus einer ersten Sendeantennengruppe und einer dritten Sendeantennengruppe ns Antennen in der Richtung der ersten Achse in Intervallen von d_H angeordnet. In 9A sind die Koordinaten in der Richtung der ersten Achse der Antennen der ersten Sendeantennengruppe und der Antennen der dritten Sendeantennengruppe identisch.
In 9A sind die ns Antennen, die in einer zweiten Sendeantennengruppe enthalten sind, in der Richtung der ersten Achse in einem Abstand von (ns + 1)d_H angeordnet. Mit anderen Worten sind in 9A die in der zweiten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in zwei Bereichen angeordnet, die in der Richtung der ersten Achse durch ein Intervall von (ns + 1) mal dem Grundintervall d_H geteilt sind. Beispielsweise sind floor(ns/2) Antennen in Intervallen von d_H in einem der Teilbereiche der zweiten Sendeantennengruppe angeordnet, und ceil(ns/2) Antennen sind in Intervallen von d_H in dem anderen Bereich angeordnet, wobei die Funktion floor(x) eine Abrundungsfunktion ist, die einen maximalen ganzzahligen Wert kleiner als x zurückgibt, und die Funktion ceil(x) eine Aufrundungsfunktion ist, die einen kleinsten ganzzahligen Wert größer oder gleich x zurückgibt.
Somit sind in 9A die Antennen, die unter den drei Sendeantennengruppen in den zwei Sendeantennengruppen enthalten sind, die in der Richtung der zweiten Achse nicht benachbart sind, in der Richtung der ersten Achse in Intervallen von d_H angeordnet.
Von den drei Sendeantennengruppen sind die Antennen, die in der verbleibenden zweiten Sendeantennengruppe enthalten sind, in zwei Bereichen angeordnet, die in der Richtung der ersten Achse durch ein Intervall von (ns + 1) mal dem Intervall d_H (beispielsweise ns plus 1) geteilt sind. In der zweiten Sendeantennengruppe sind die Anzahl der Antennen, die in einem der getrennten zwei Bereiche angeordnet sind, und die Anzahl der Antennen, die in dem anderen der zwei Bereiche angeordnet sind, fast gleich. Beispielsweise sind die Anzahl der Antennen (beispielsweise floor(ns/2)), die in einem der getrennten zwei Bereiche der zweiten Sendeantennengruppe angeordnet sind, und die Anzahl der Antennen, die in dem anderen der zwei Bereiche (beispielsweise ceil(ns/2)) angeordnet sind, gleich oder der Unterschied zwischen ihnen beträgt 1. Somit ist die zweite in 9A gezeigte zweite Sendeantennengruppe in der Richtung der ersten Achse durch ein Intervall von (ns + 1) mal dem Grundintervall d_H in nahezu symmetrische Antennenzahlen unterteilt.
Wie in 9A gezeigt, ist die zweite Sendeantennengruppe an einer Position angeordnet, wo sie sich in der Richtung der ersten Achse nicht mit ns ersten Sendeantennengruppen und dritten Sendeantennengruppen überlappt (mit anderen Worten an unterschiedlichen Positionen).
In der in 9B gezeigten Anordnung der Empfangsantennen 202 ist die Anzahl der Empfangsantennengruppen p_r. Dementsprechend beträgt die Gesamtzahl der in 9B gezeigten Empfangsantennen 202 p_rn_s. Von den ns Antennen, die in jeder Empfangsantennengruppe enthalten sind, sind benachbarte Antennen in der Richtung der ersten Achse in einem Abstand von d_H und in der Richtung der zweiten Achse in einem Abstand von d_H angeordnet.
Ein Beispiel der Antennenanordnung und ein Beispiel der Anordnung einer virtuellen Empfangsgruppe, die durch die in 9A und 9B gezeigten Sendeantennen 108 und Empfangsantennen 202 gebildet ist, ist nachfolgend beschrieben.
10A stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall n_s = 2 und p_r = 2 dar. 10A veranschaulicht die minimale Konfiguration der Antennenanordnung in Abwandlung 1.
10B stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall n_s = 2 und p_r = 4 dar. 10B stellt ein Beispiel dar, bei dem die minimale Konfiguration der Empfangsantennen 202 (Empfangsantennengruppe) in 10A in der Richtung der ersten Achse erweitert ist.
10C stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall n_s = 3 und p_r = 2 dar. 10C stellt ein Beispiel dar, bei dem der Wert von n_s eine ungerade Zahl ist und die zweite Sendeantennengruppe in einen Bereich, in dem eine ungerade Anzahl von Antennen (eine) angeordnet ist, und einen Bereich, in dem eine gerade Anzahl von Antennen (zwei) angeordnet ist, unterteilt ist. Mit anderen Worten sind in dem Fall, in welchem der Wert von n_s eine gerade Zahl ist, wie in 10A, 10B und 10D, die Antennen der zweiten Sendeantennengruppen gleichzahlig unterteilt und symmetrisch angeordnet.
10D stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall n_s = 4 und p_r = 2 dar. 10D stellt ein Beispiel dar, bei dem die Anzahl der Antennen, die in der Empfangsantennengruppe enthalten sind, gegenüber der minimalen Konfiguration von 10A erhöht ist.
Die Werte von n_s und p_r sind nicht auf diejenigen der Beispiele in 10A bis 10D beschränkt und können andere Werte sein.
In 10A bis 10D beispielsweise sind in einer ersten Sendeantennengruppe und einer dritten Sendeantennengruppe n_s Antennen in der Richtung der ersten Achse in Intervallen von d_H eng angeordnet, und p_r Empfangsantennengruppen sind in der Richtung der ersten Achse in Intervallen von n_s × d_H angeordnet. Somit können mit den in 10A bis 10D gezeigten Antennenanordnungen virtuelle Antennenelemente in der Richtung der ersten Achse in Intervallen von d_H in den virtuellen Empfangsgruppenanordnungen eng angeordnet sein.
In 10A bis 10D sind die Sendeantennengruppen beispielsweise in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen von n_s × dv angeordnet, und n_s Antennen, die in jeder Empfangsantennengruppe enthalten sind, sind in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen von dv angeordnet. Somit können mit den in 10A bis 10D gezeigten Antennenanordnungen virtuelle Antennenelemente in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen von dv in der virtuellen Empfangsgruppenanordnung eng angeordnet sein.
In 10A bis 10D sind die erste Sendeantennengruppe und die dritte Sendeantennengruppe der Sendeantennen 108 in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen von 2n_s × dv angeordnet. Zwischen der ersten Sendeantennengruppe und der dritten Sendeantennengruppe in der Richtung der zweiten Achse sind keine weiteren Antennen (beispielsweise die Antennen der zweiten Sendeantennengruppe) angeordnet. Dies ermöglicht es, dass die Antennensysteme der ersten Sendeantennengruppe und der dritten Sendeantennengruppe in einer Aperturlänge ausgebildet sind, die kleiner oder gleich d_H in der Richtung der ersten Achse und kleiner oder gleich 2n_s × dv in der Richtung der zweiten Achse ist.
In 10A bis 10D ist eine zweite Antennengruppe der Sendeantennen 108 gegenüber den Positionen der anderen Sendeantennengruppen in der Richtung der ersten Achse an einer unterschiedlichen Position angeordnet. Mit anderen Worten sind in der Richtung der zweiten Achse keine weiteren Antennen (beispielsweise die erste Sendeantennengruppe und die dritte Sendeantennengruppe) an der Koordinate der ersten Achse angeordnet, an der die zweite Sendeantennengruppe angeordnet ist. Dies ermöglicht es, dass das Antennensystem der zweiten Antennengruppe der Sendeantennen 108 in einer Aperturlänge ausgebildet ist, die kleiner oder gleich d_H in der Richtung der ersten Achse und von beliebiger Größe in der Richtung der zweiten Achse ist.
In 10A bis 10D sind n_s × p_r Antennen, die in der Empfangsantennengruppe der Empfangsantennen 202 enthalten sind, in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen in Intervallen von d_H angeordnet. Mit anderen Worten sind in der Richtung der zweiten Achse keine weiteren Antennen an der Koordinate der ersten Achse angeordnet, an der die in einer jeweiligen Empfangsantennengruppe enthaltenen Antennen angeordnet sind. Dies ermöglicht es, dass jedes der Antennensysteme der Empfangsantennengruppen in einer Aperturlänge ausgebildet ist, die kleiner oder gleich d_H in der Richtung der ersten Achse und von beliebiger Größe in der Richtung der zweiten Achse ist.
Beispielsweise kann ein Antennensystem aus Untergruppenantennen bestehen, und die Untergruppenantenne kann gewichtet sein, um Nebenkeulen zu reduzieren.
11A stellt eine Beispielkonfiguration mit Untergruppenantennen dar (beispielsweise die in (a) von 8 gezeigte Konfiguration), wobei jede der Platzierungspositionen in den in 10B gezeigten Beispielen der Antennenanordnung der Sendeantennen 108 und der Empfangsantennen 202 (mit anderen Worten jeder weiße Kreis und jeder schraffierte Kreis) der Phasenmittelpunkt eines Antennensystems ist.
In 11A können die Sendeantennen 108 in einer solchen Größe angeordnet sein, dass sie einander physisch nicht stören. Zum Beispiel können Tx1, Tx2, Tx5 und Tx6 in der Richtung der ersten Achse in einer Größe von d_H oder weniger und in der Richtung der zweiten Achse einer Größe von 4dv oder weniger ausgebildet sein. In 11A haben Tx#3 und Tx#4 die gleiche Größe wie die anderen Antennen (Tx1, Tx2, Tx5 und Tx6), was jedoch nur der Veranschaulichung dient. Tx#3 und Tx#4 können in der Richtung der zweiten Achse eine beliebige Größe aufweisen (z. B. größer oder gleich 5dv).
In 11A weisen die Empfangsantennen 202 die gleiche Größe wie Tx1, Tx2, Tx5 und Tx6 auf (z. B. 4dv), was j edoch nur der Veranschaulichung dient. Die Empfangsantennen 202 können in einer solchen Größe ausgebildet sein, dass sie einander nicht physisch stören.
In einem anderen Beispiel kann die in 11A gezeigte Antennenanordnung der Sendeantennen 108 und der Empfangsantennen 202 weiterhin passive Elemente enthalten, wie in 11B gezeigt. Beispielsweise können die passiven Elemente an den in 11B gezeigten Positionen angeordnet sein, oder können alternativ an solchen Positionen und in solchen Größen angeordnet sein, dass sie die Antennen physisch nicht stören. Die passiven Elemente bieten den Effekt der Vereinheitlichung des Einflusses elektrischer Eigenschaften, beispielsweise Strahlung der Antennen, Impedanzanpassung und Trennung.
Als Nächstes stellen 12A und 12B ein Beispiel einer Richtcharakteristik dar, die durch ein Strahlformungsverfahren unter Verwendung der in 10B gezeigten zweidimensionalen virtuellen Empfangsgruppe, die sich in der Richtung der ersten Achse und der Richtung der zweiten Achse erstreckt, gebildet ist. 12A und 12B zeigen ein Beispiel einer Richtcharakteristik in der Richtung null Grad (Zenit) in der Richtung der ersten Achse und der Richtung der zweiten Achse, die gleich derjenigen ist, wenn ankommende Wellen aus dem Zenit kommen.
12A stellt eine zweidimensionale Richtcharakteristik in der Richtung der ersten Achse (beispielsweise Azimutrichtung) und der Richtung der zweiten Achse (beispielsweise Elevationsrichtung) dar. 12B stellt eine Richtcharakteristik in im Schnitt entlang der ersten Achse und der zweiten Achse dar. Dies zeigt einen Fall, in welchem das Grundintervall d_H = 0,5λ und dv = 0,5λ ist, aber die Werte von d_H und dv sind nicht auf diese Werte beschränkt.
Die Radar-Vorrichtung 10 kann die durch die virtuelle Empfangsgruppe empfangenen Signale gewichten, um einen Strahl zu bilden. Beispielsweise stellt 13A ein Beispiel dar, in welchem die Empfängersignale einer virtuellen Empfangsgruppe, die dem in 10B gezeigten Beispiel der Antennenanordnung der Sendeantennen 108 und der Empfangsantennen 202 entspricht, gemäß einem Taylor-Fenster gewichtet sind, um mittels eines Strahlformungsverfahrens eine Richtcharakteristik zu bilden. 13B stellt eine zweidimensionale Richtcharakteristik in der Richtung der ersten Achse (beispielsweise Azimutachse) und der Richtung der zweiten Achse (beispielsweise Elevationsachse) im Fall der in 13A gezeigten Konfiguration dar. 13C stellt eine Richtcharakteristik im Schnitt entlang der ersten Achse und der zweiten Achse dar.
Wie in 13B und 13C gezeigt, kann durch Gewichtung der durch die virtuelle Empfangsgruppe empfangenen Signale der Nebenkeulenpegel im Vergleich zu 12A und 12B reduziert werden, obwohl die Hauptkeulenbreite zunimmt.
(Vergleichsbeispiel)
14 stellt ein Beispiel der Antennenanordnungen der Sendeantennen, Empfangsantennen und einer virtuellen Empfangsgruppe zum Vergleich mit Abwandlung 1 dar. Zum Vergleich mit der in 10B gezeigten Antennenanordnung entsprechen die Zahlen der Sendeantennenelemente und der Empfangsantennenelemente in 14 den Zahlen (beispielsweise Nt = 6, Na = 8) der Elemente der Sendeantennen 108 und der Empfangsantennen 202, die in 10B gezeigt sind. In 14 sind die Sendeantennen in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen von dv angeordnet, und die Empfangsantennen sind in der Richtung der ersten Achse in regelmäßigen Intervallen von d_H angeordnet. Wie in 14 gezeigt, ist die virtuelle Empfangsgruppe, die durch die Sendeantennen und die Empfangsantennen gebildet wird, somit in regelmäßigen Intervallen von d_H und dv angeordnet.
In 14 sind die Sendeantennen in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen von dv angeordnet. Es ist daher schwierig, die Größe der einzelnen Antennenelemente der Sendeantennen in der Richtung der zweiten Achse auf dv oder mehr zu erhöhen. Die in 14 gezeigten Empfangsantennen können wie in 10B in der Richtung der zweiten Achse in beliebiger Größe ausgebildet sein.
Als Nächstes stellen 15Aund 15B ein Beispiel einer Richtcharakteristik dar, die durch ein Strahlformungsverfahren unter Verwendung der in 14 gezeigten zweidimensionalen virtuellen Empfangsgruppe, die sich in der Richtung der ersten Achse und der Richtung der zweiten Achse erstreckt, gebildet ist. 15A und 15B zeigen ein Beispiel einer Richtcharakteristik in der Richtung null Grad (Zenit) in der Richtung der ersten Achse und der Richtung der zweiten Achse, die gleich derjenigen ist, wenn ankommende Wellen aus dem Zenit kommen.
15A stellt eine zweidimensionale Richtcharakteristik in der Richtung der ersten Achse (beispielsweise Azimutrichtung) und der Richtung der zweiten Achse (beispielsweise Elevationsrichtung) dar. 15B stellt eine Richtcharakteristik im Schnitt entlang der ersten Achse und der zweiten Achse dar. Dies zeigt einen Fall, in welchem das Grundintervall d_H = 0,5λ und dv = 0,5λ ist.
16A und 16B stellen die in 12B gezeigte Richtcharakteristik (in dem Fall der Antennenanordnung von 10B, Anordnungsbeispiel 1) und die in 15B gezeigte Richtcharakteristik (Vergleichsbeispiel) in überlappender Weise dar. 16A stellt einen Vergleich der Richtcharakteristiken in der Richtung der ersten Achse (Azimutrichtung) dar. 16B stellt einen Vergleich der Richtcharakteristiken in der Richtung der zweiten Achse (Elevationsrichtung) dar.
Wie in 16A gezeigt, weisen die Richtcharakteristiken in der Richtung der ersten Achse in Abwandlung 1 (Anordnungsbeispiel 1) und dem Vergleichsbeispiel die gleiche Strahlbreite auf. Wie in 16A gezeigt, ist der maximale Nebenkeulenpegel in Abwandlung 1 um etwa 1,8 dB niedriger als im Vergleichsbeispiel. Wie in 16B gezeigt, weisen die Richtcharakteristiken in der Richtung der zweiten Achse in Abwandlung 1 und im Vergleichsbeispiel die gleiche Strahlbreite auf. Wie in 16B gezeigt, ist der maximale Nebenkeulenpegel in Abwandlung 1 und im Vergleichsbeispiel im Wesentlichen identisch.
Gemäß Abwandlung 1 können die Größen eines Antennensystems aus Sendeantennen 108 oder Empfangsantennen 202 erhöht werden, um mit der virtuellen Empfangsgruppe den Richtwirkungsgewinn der Antennen zu verbessern, ohne die Richtcharakteristik zu verschlechtern (mit anderen Worten Strahlleistung).
(Abwandlung 2)
Abwandlung 2 ist ein Anordnungsbeispiel ähnlich Abwandlung 1 und unterscheidet sich von Abwandlung 1 in der Konfiguration der Sendeantennengruppen der Sendeantennen 108.
In Abwandlung 2 weisen die Sendeantennengruppen der Sendeantennen 108 beispielsweise jeweils n_s Antennen auf. In Abwandlung 2 sind die in drei in der Richtung der zweiten Achse benachbarten Sendeantennengruppen enthaltenen Antennen in der Richtung der ersten Achse verschoben. Mit anderen Worten sind die in den benachbarten drei Sendeantennengruppen enthaltenen Antennen in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet.
17 stellt ein Anordnungsbeispiel der Sendeantennen 108 gemäß Abwandlung 2 dar. Die Anordnung der Empfangsantennen 202 in Abwandlung 2 entspricht derjenigen von Abwandlung 1 (siehe beispielsweise 9B).
Die Sendeantennen 108 weisen pt Sendeantennengruppen auf, die in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen von n_s × dv angeordnet sind. Jede Sendeantennengruppe enthält n_s in der Richtung der ersten Achse angeordnete Antennen.
Die in den drei in der Richtung der zweiten Achse benachbarten Sendeantennengruppen enthaltenen Antennen sind in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet. Beispielsweise ist jede Sendeantennengruppe in der Richtung der ersten Achse durch ein Intervall von p_tmn_s + 1 unterteilt und angeordnet. Beispielsweise sind floor(n_s/2) Antennen in Intervallen von d_H in einem der Teilbereiche jeder Sendeantennengruppe angeordnet, und ceil(n_s/2) sind in Intervallen von d_H in dem anderen Bereich angeordnet, wobei p_tm eine ganze Zahl = 0 bis p_r - 1 ist.
18A, 18B und 18C stellen Anordnungsbeispiele der Sendeantennen 108, der Empfangsantennen 202 und einer virtuellen Empfangsgruppe, die durch die Sendeantennen 108 und Empfangsantennen 202 gebildet ist, gemäß Abwandlung 2 dar.
18A stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall dar, in welchem n_s = 2, p_r = 4 und pt = 3 und ptm einer ersten Sendeantennengruppe 0, p_tm der zweiten Sendeantennengruppe 2 und ptm einer dritten Sendeantennengruppe 1 ist. Wie in 18A gezeigt, sind in der ersten Sendeantennengruppe (p_tm, = 0) n_s Antennen in der Richtung der ersten Achse in Intervallen von d_H angeordnet. Wie in 18A gezeigt, ist die dritte Sendeantennengruppe (p_tm = 1) in der Richtung der ersten Achse mit einem Abstand von 3d_H angeordnet (mit anderen Worten außerhalb der ersten Sendeantennengruppe). Eine zweite Sendeantennengruppe (p_tm = 2) ist in der Richtung der ersten Achse mit einem Abstand von 5d_H angeordnet (mit anderen Worten außerhalb der ersten Sendeantennengruppe und der dritten Sendeantennengruppe). Mit anderen Worten enthalten die drei in der Richtung der zweiten Achse benachbarten Sendeantennengruppen in 18A (beispielsweise die drei fortlaufend angeordneten Sendeantennengruppen) Antennen, die in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
18B stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall dar, in welchem n_s = 2, p_r = 4 und pt = 3 und ptm jeder Sendeantennengruppe 1 ist. Wie in 18B gezeigt, sind die erste bis dritte Sendeantennengruppe in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet.
18C stellt einen Fall dar, in welchem n_s = 3, p_r = 4 und pt = 3 und p_tm einer ersten Sendeantennengruppe 0, p_tm der zweiten Sendeantennengruppe 2 und ptm einer dritten Sendeantennengruppe 1 ist. Wie in 18C gezeigt, sind in der ersten Sendeantennengruppe (p_tm, = 0) n_s Antennen in der Richtung der ersten Achse in Intervallen von d_H angeordnet. Wie in 18C gezeigt, ist die dritte Sendeantennengruppe (p_tm, = 1) in der Richtung der ersten Achse mit einem Abstand von 4d_H angeordnet (mit anderen Worten außerhalb der ersten Sendeantennengruppe). Eine zweite Sendeantennengruppe (p_tm, = 2) ist in der Richtung der ersten Achse mit einem Abstand von 6d_H angeordnet (mit anderen Worten außerhalb der ersten Sendeantennengruppe und der dritten Sendeantennengruppe). In 18A, 18B und 18C sind alle der Antennen in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet. Mindestens eine Antenne braucht nicht an einer unterschiedlichen Position in der Richtung der ersten Achse angeordnet zu sein. In 18A, 18B und 18C können Antennen enthalten sein, die in der Richtung der ersten Achse an der gleichen Position angeordnet sind (nicht gezeigt).
In jeder der Antennenanordnungen in 18A, 18B und 18C können virtuelle Antennenelemente in Intervallen von d_H und dv in der Nähe des Mittelpunkts der virtuellen Empfangsgruppenanordnung eng angeordnet sein.
In 18A, 18B und 18C können die Sendeantennen 108 in einer solchen Größe ausgebildet sein, dass sie einander nicht physisch stören. Beispielsweise sind in 18A, 18B und 18C die in jeder Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet. So können die Antennen in der Richtung der ersten Achse in einer Größe von d_H oder weniger und in der Richtung der zweiten Achse in beliebiger Größe ausgebildet sein.
Abwandlung 2 stellt einen Fall dar, in welchem die in drei in der Richtung der zweiten Achse benachbarten Sendeantennengruppen enthaltenen Antennen in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind. In der Richtung der zweiten Achse muss die Anzahl der benachbarten Sendeantennengruppen, in denen die Antennen in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, nicht drei betragen, sondern kann vier oder mehr betragen.
(Abwandlung 3)
Abwandlung 3 ist ein Anordnungsbeispiel ähnlich Abwandlung 2 und unterscheidet sich von Abwandlung 2 in der Konfiguration der Antennengruppen der Sendeantennen 108.
In Abwandlung 3 sind von den Sendeantennengruppen der Sendeantennen 108 beispielsweise Antennen, die in in der Richtung der zweiten Achse benachbarten Sendeantennengruppen enthalten sind, auf der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet.
19A, 19B, 19C und 19D stellen Anordnungsbeispiele der Sendeantennen 108, der Empfangsantennen 202 und einer virtuellen Empfangsgruppe, die durch die Sendeantennen 108 und Empfangsantennen 202 gebildet ist, gemäß Abwandlung 3 dar. Die Anordnung der Empfangsantennen 202 in Abwandlung 3 entspricht derjenigen von Abwandlung 1 (siehe beispielsweise 9B).
19A stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall dar, in welchem n_s = 2, p_r = 4 und pt = 3 und ptm der ersten und dritten Sendeantennengruppe 1 ist, ptm der zweiten Sendeantennengruppe 0 ist und die in der ersten und dritten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen auf der ersten Achse ausgerichtet sind (mit anderen Worten an der gleichen Position). Wie in 19A gezeigt, sind die erste und dritte Sendeantennengruppe in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet als die zweite Sendeantennengruppe.
19B stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall dar, in welchem n_s = 2, p_r = 4 und pt = 3, p_tm von jeder Sendeantennengruppe 1 ist und die in der ersten und dritten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen auf der ersten Achse ausgerichtet sind (mit anderen Worten an der gleichen Position). Wie in 19B gezeigt, sind die erste und dritte Sendeantennengruppe in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet als die zweite Sendeantennengruppe.
19C stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall dar, in welchem n_s = 3, p_r = 4 und pt = 3 und ptm der ersten und dritten Sendeantennengruppe 1 ist, ptm der zweiten Sendeantennengruppe 0 ist und die in der ersten und dritten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen auf der ersten Achse ausgerichtet sind (mit anderen Worten an der gleichen Position). Wie in 19C gezeigt, sind die erste und dritte Sendeantennengruppe in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet als die zweite Sendeantennengruppe.
19D stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall dar, in welchem n_s = 3, p_r = 4 und pt = 3 und ptm der ersten und dritten Sendeantennengruppe 1 ist und p_tm einer zweiten Sendeantennengruppe 0 ist. Wie in 19D gezeigt, weisen die Antennen der ersten Sendeantennengruppe und der dritten Sendeantennengruppe auf der ersten Achse umgekehrte Anordnungen auf, wobei einige der Antennen auf der ersten Achse ausgerichtet sind (mit anderen Worten an der gleichen Position). Wie in 19D gezeigt, sind die erste und dritte Sendeantennengruppe in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet als die zweite Sendeantennengruppe. Die erste und dritte Sendeantennengruppe enthalten Antennen, die in der Richtung der ersten Achse an der gleichen Position angeordnet sind, und Antennen, die an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
In jeder der Antennenanordnungen in 19A bis 19D können virtuelle Antennenelemente in Intervallen von d_H und dv in der Nähe des Mittelpunkts der virtuellen Empfangsgruppenanordnung eng angeordnet sein.
In 19A, 19B, 19C und 19D können die Sendeantennen 108 in einer solchen Größe ausgebildet sein, dass sie einander nicht physisch stören. Beispielsweise können in 19A, 19B, 19C und 19D die in der ersten und dritten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen, die in der Richtung der ersten Achse an der gleichen Position angeordnet sind, in der Richtung der ersten Achse in einer Größe von d_H oder weniger und in der Richtung der zweiten Achse in einer Größe von 2n_sdv oder weniger ausgebildet sein. Beispielsweise können in 19A, 19B, 19C und 19D die in der zweiten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in der Richtung der ersten Achse in einer Größe von d_H oder weniger und in der Richtung der zweiten Achse in beliebiger Größe ausgebildet sein. Beispielsweise können in 19D die Antennen, die in der ersten Sendeantennengruppe und der dritten Sendeantennengruppe enthalten sind und in der Richtung der ersten Achse an anderen Positionen als die anderen Antennen angeordnet sind, in der Richtung der ersten Achse in einer Größe von d_H oder weniger und in der Richtung der zweiten Achse in beliebiger Größe ausgebildet sein.
(Abwandlung 4)
Abwandlung 4 ist ein Anordnungsbeispiel ähnlich Abwandlung 3 und unterscheidet sich von Abwandlung 3 in der Konfiguration der Antennengruppen der Sendeantennen 108.
In Abwandlung 4 enthält beispielsweise keine Sendeantennengruppe Antennen, die auf der ersten Achse in Intervallen von d_H angeordnet sind (mit anderen Worten eng angeordnete Antennen). Mit anderen Worten enthält in Abwandlung 4 jede Sendeantennengruppe Antennen, die auf der ersten Achse um 2d_H oder mehr beabstandet sind.
In Abwandlung 4 sind Antennen, die in in der Richtung der zweiten Achse benachbarten Sendeantennengruppen enthalten sind, in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet, wie in Abwandlung 3.
20A und 20B stellen Anordnungsbeispiele der Sendeantennen 108, der Empfangsantennen 202 und einer virtuellen Empfangsgruppe, die durch die Sendeantennen 108 und Empfangsantennen 202 gebildet ist, gemäß Abwandlung 4 dar. Die Anordnung der Empfangsantennen 202 in Abwandlung 4 entspricht derjenigen von Abwandlung 1 (siehe beispielsweise 9B).
20A stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall dar, in welchem n_s = 3, p_r = 4 und pt = 3 ist, die in jeder Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in Intervallen von 2d_H angeordnet sind und die in der ersten und dritten Antennengruppe enthaltenen Antennen auf der ersten Achse ausgerichtet sind. Wie in 20A gezeigt, sind die erste und dritte Sendeantennengruppe in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet als eine zweite Sendeantennengruppe.
20B stellt ein Beispiel der Antennenanordnung in dem Fall dar, in welchem n_s = 4, p_r = 3 und pt = 3, die in jeder Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in einem Intervall von 2d_H, einem Intervall von 3d_H und einem Intervall von 2d_H von links aus angeordnet sind und die Antennen der ersten und dritten Antennengruppe auf der ersten Achse ausgerichtet sind. Wie in 20B gezeigt, sind die erste und dritte Sendeantennengruppe in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet als eine zweite Sendeantennengruppe.
In jeder der Antennenanordnungen in 20A und 20B können virtuelle Antennenelemente in Intervallen von d_H und dv in der Nähe des Mittelpunkts der virtuellen Empfangsgruppenanordnung eng angeordnet sein.
In 20A und 20B können die Sendeantennen 108 in einer solchen Größe ausgebildet sein, dass sie einander nicht physisch stören. Beispielsweise können in 20A und 20B die in der ersten und dritten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in der Richtung der ersten Achse in einer Größe von d_H oder weniger und in der Richtung der zweiten Achse in einer Größe von 2n_sd_v oder weniger ausgebildet sein. Beispielsweise können in 20A und 20B die in der zweiten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in der Richtung der ersten Achse in einer Größe von d_H oder weniger und in der Richtung der zweiten Achse in beliebiger Größe ausgebildet sein.
(Abwandlung 5)
Abwandlung 5 ist ein Anordnungsbeispiel ähnlich Abwandlung 2 und Abwandlung 3 und unterscheidet sich von Abwandlung 2 und Abwandlung 3 in der Konfiguration der Antennengruppen der Sendeantennen 108.
In Abwandlung 5 ist die Anzahl der Sendeantennen 108, die jede der Sendeantennengruppen bilden, nicht auf n_s beschränkt. In Abwandlung 5 entspricht die Konfiguration jeder Sendeantennengruppe beispielsweise derjenigen von Abwandlung 1 bis 4.
Beispielsweise ist in Abwandlung 5 die Anzahl der Antennen jeder Sendeantennengruppe nicht auf die in Abwandlung 2 von 17 gezeigte Anzahl von Antennen (n_s) beschränkt. Wie in 21 gezeigt, können die in der Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in der Richtung der ersten Achse beispielsweise in Bereichen angeordnet sein, die um p_tmn_s + 1 auseinanderliegen, wobei p_tm eine ganze Zahl von 0 bis p_r-1 ist.
22A bis 22D stellen Anordnungsbeispiele der Sendeantennen 108, der Empfangsantennen 202 und einer virtuellen Empfangsgruppe, die durch die Sendeantennen 108 und Empfangsantennen 202 gebildet ist, gemäß Abwandlung 5 dar. Die Anordnung der Empfangsantennen 202 in Abwandlung 5 entspricht derjenigen von Abwandlung 1 (siehe beispielsweise 9B).
22A stellt einen Fall dar, in welchem n_s = 2, p_r = 3 und pt = 3 ist und in der ersten und dritten Sendeantennengruppe zwei Antennen auf der ersten Achse in einem Intervall von d_H angeordnet sind und in einer zweiten Sendeantennengruppe vier Antennen in der Richtung der ersten Achse durch ein Intervall von p_tmn_s + 1 unterteilt und angeordnet sind, wobei p_tm 2 beträgt. In 22A sind die erste Sendeantennengruppe und die dritte Sendeantennengruppe auf der ersten Achse an der gleichen Koordinate angeordnet.
In 22B entspricht die Anzahl der Antennen jeder Sendeantennengruppe derjenigen von 22A. Die Antennen sind auf der ersten Achse an anderen Positionen angeordnet als in Abwandlung 2.
22C stellt einen Fall dar, in welchem n_s = 3, p_r = 3 und pt = 3 ist und in der ersten und dritten Sendeantennengruppe drei Antennen auf der ersten Achse in Intervallen von 2d_H angeordnet sind und in einer zweiten Sendeantennengruppe vier Antennen in Bereiche von jeweils zwei unterteilt sind, die in der Richtung der ersten Achse in einem Intervall von p_tmn_s + 1 angeordnet sind, wobei p_tm 2 beträgt. In 22C sind die erste Sendeantennengruppe und die dritte Sendeantennengruppe auf der ersten Achse an der gleichen Koordinate angeordnet.
In 22D entspricht die Anzahl der Antennen jeder Sendeantennengruppe derjenigen von 22C. Die Antennen sind auf der ersten Achse an anderen Positionen angeordnet als in Abwandlung 2.
In jeder der Antennenanordnungen in 22A bis 22D können virtuelle Antennenelemente in Intervallen von d_H und dv in der Nähe des Mittelpunkts der virtuellen Empfangsgruppenanordnung eng angeordnet sein.
In 22A bis 22D können die Sendeantennen 108 in einer solchen Größe ausgebildet sein, dass sie einander nicht physisch stören. Beispielsweise können die in der ersten und dritten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in 22A und 22C in der Richtung der ersten Achse in einer Größe von d_H oder weniger und in der Richtung der zweiten Achse in einer Größe von 2n_sd_V oder weniger ausgebildet sein. Die in der ersten und dritten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in 22B und 22D und die in der zweiten Sendeantennengruppe enthaltenen Antennen in 22A bis 22D können in der Richtung der ersten Achse in einer Größe von d_H oder weniger und in der Richtung der zweiten Achse in beliebiger Größe ausgebildet sein. In 22D sind alle der Antennen in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet. Mindestens eine Antenne braucht nicht an einer unterschiedlichen Position in der Richtung der ersten Achse angeordnet zu sein. In 22D können Antennen enthalten sein, die in der Richtung der ersten Achse an der gleichen Position angeordnet sind (nicht gezeigt).
(Abwandlung 6)
Abwandlung 6 beschreibt ein Anordnungsbeispiel, das denj enigen von Abwandlung 1 bis 5 ähnlich ist und sich im Hinblick auf die Anzahl der Sendeantennengruppen der Sendeantennen 108 unterscheidet.
Abwandlung 6 beschreibt einen Fall, in welchem die Anzahl der Sendeantennengruppen der Sendeantenne 108 p_t > 3 beträgt. Die Konfiguration jeder Sendeantennengruppe entspricht einer beliebigen der Konfigurationen der Abwandlungen 1 bis 5.
23A bis 23C stellen Anordnungsbeispiele der Sendeantennen 108 und Anordnungsbeispiele einer virtuellen Empfangsgruppe in dem Fall dar, in welchem sich die Anzahl der Sendeantennengruppen, pt, gegenüber der Konfiguration von Abwandlung 1, die in 10B gezeigt ist, unterscheidet. Die Anordnung der Empfangsantennen 202 in Abwandlung 6 entspricht derjenigen von Abwandlung 1 (siehe z. B. 9B).
23A stellt einen Fall dar, in welchem pt = 4, 23B stellt einen Fall dar, in welchem pt = 5, und 23C stellt einen Fall dar, in welchem pt = 7. 23A bis 23C stellen einen Fall dar, in welchem die Sendeantennengruppe der Sendeantennen 108, die in 10B gezeigt ist, wiederholt ist.
In jeder der Antennenanordnungen in 23A bis 23C können virtuelle Antennenelemente in Intervallen von d_H und dv in der Nähe des Mittelpunkts der virtuellen Empfangsgruppenanordnung eng angeordnet sein.
In 23A bis 23C sind die in auf der zweiten Achse benachbarten Sendeantennengruppen enthaltenen Antennen auf der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet. So können die Sendeantennen 108 in der Richtung der ersten Achse in einer Größe von d_H oder weniger und in der Richtung der zweiten Achse in einer Größe von 2n_sd_V oder weniger ausgebildet sein.
In Abwandlung 6 kann die Anordnung einer virtuellen Empfangsgruppe, die in der Nähe des Mittelpunkts in Intervallen von d_H und dv angeordnet ist, in der Richtung der zweiten Achse vergrößert werden, während der Antennengewinn verbessert wird, sodass die Auflösung in der Richtung der zweiten Achse verbessert wird.
23A bis 23C zeigen Beispiele, bei denen in Abwandlung 1 p_t > 3 ist. Dies dient lediglich der Veranschaulichung. Eine Anordnung, bei der in einer anderen Abwandlung (beispielsweise einer beliebigen der Abwandlungen 2 bis 5) p_t > 3 ist, bietet den gleichen Effekt.
(Abwandlung 7)
In Abwandlung 7 sind Sendeantennen 108 mit einer Antennenanordnung gemäß Abwandlung 1 bis 6 als eine „Sendeantennenobergruppe“ bezeichnet, und Empfangsantennen 202 mit einer Antennenanordnung gemäß Abwandlung 1 bis 6 sind als eine „Empfangsantennenobergruppe“ bezeichnet.
Abwandlung 7 beschreibt einen Fall, in welchem die Anzahl der Sendeantennenobergruppen und/oder der Empfangsantennenobergruppen größer als eins ist.
Abwandlung 7 kann den Antennengewinn durch Erhöhung der Größe der Antennen auf eine solche Größe, dass sie einander nicht physisch stören, verbessern und kann die Auflösung durch Vergrößerung der Aperturlänge jeder virtuellen Empfangsgruppe unter Verwendung vieler Sendeantennenobergruppen und Empfangsantennenobergruppen verbessern, wie in einer anderen Abwandlung (beispielsweise eine beliebige der Abwandlungen 1 bis 6).
In einem Beispiel stellt 24A ein Beispiel dar, in welchem eine Vielzahl von Sendeantennenobergruppen auf Grundlage der Konfiguration der Antennenanordnung von Abwandlung 1, die in 10B gezeigt ist, angeordnet sind. 24B stellt ein Beispiel dar, in welchem eine Vielzahl von Empfangsantennenobergruppen auf Grundlage der Konfiguration der Antennenanordnung von Abwandlung 1, die in 10B gezeigt ist, angeordnet sind. 24C stellt ein Anordnungsbeispiel einer virtuellen Empfangsgruppe dar, die durch die in 24A gezeigten Sendeantennen 108 und die in 24B gezeigten Empfangsantennen 202 gebildet ist.
Es soll hier D_t1 die Aperturlänge jeder der Sendeantennenobergruppen, die in 24A gezeigt sind, in der Richtung der ersten Achse sein, D_t2 die Aperturlänge in der Richtung der zweiten Achse sein, D_r1 die Aperturlänge jeder der Empfangsantennenobergruppen, die in 24B gezeigt sind, und D_r2 die Aperturlänge in der Richtung der zweiten Achse sein.
In 24A sind Bezugspunkte einer ersten Sendeantennenobergruppe und einer zweiten Sendeantennenobergruppe (beispielsweise die Positionen der entsprechenden Antennen in der Sendeantennenobergruppe) in der Richtung der ersten Achse in einem Intervall von D_r1 + 1 angeordnet. In 24B sind Bezugspunkte der ersten Empfangsantennenobergruppe und der zweiten Empfangsantennenobergruppe (beispielsweise die Positionen der entsprechenden Antennen in den Empfangsantennenobergruppen) in der Richtung der zweiten Achse in einem Intervall von D_t2 + D_r2 + 1 angeordnet.
So können die virtuellen Antennenelemente in der Nähe des Mittelpunkts der in 24C gezeigten virtuellen Empfangsgruppenanordnung in Intervallen von d_H und dv eng angeordnet sein.
In einem anderen Beispiel stellt 25A ein Beispiel dar, in welchem eine Vielzahl von Sendeantennenobergruppen auf Grundlage der Konfiguration der Antennenanordnung von Abwandlung 1, die in 10A gezeigt ist, angeordnet sind. 25B stellt ein Beispiel dar, in welchem eine Vielzahl von Empfangsantennenobergruppen auf Grundlage der Konfiguration der Antennenanordnung von Abwandlung 1, die in 10A gezeigt ist, angeordnet sind. In 25B sind vier Antennengruppen angeordnet. 25C stellt ein Anordnungsbeispiel einer virtuellen Empfangsgruppe dar, die durch die in 25A gezeigten Sendeantennen 108 und die in 25B gezeigten Empfangsantennen 202 gebildet ist.
Es soll hier D_t1 die Aperturlänge jeder der Sendeantennenobergruppen, die in 25A gezeigt sind, in der Richtung der ersten Achse sein, D_t2 die Aperturlänge in der Richtung der zweiten Achse sein, D_r1 die Aperturlänge jeder der Empfangsantennenobergruppen, die in 25B gezeigt sind, und D_r2 die Aperturlänge in der Richtung der zweiten Achse sein.
In 25A sind Bezugspunkte einer ersten Sendeantennenobergruppe und einer zweiten Sendeantennenobergruppe in der Richtung der ersten Achse in einem Intervall von D_r1 + 1 angeordnet. In 25A ist D_tg1 die gesamte Aperturlänge der ersten Sendeantennenobergruppe und der zweiten Sendeantennenobergruppe.
In 25B sind Bezugspunkte der ersten und dritten Empfangsantennenobergruppe und Bezugspunkte der zweiten und vierten Empfangsantennenobergruppe in der Richtung der zweiten Achse in einem Intervall von D_t2 + D_r2 + 1 angeordnet. In 25B sind Bezugspunkte der ersten und zweiten Empfangsantennenobergruppe und Bezugspunkte der dritten und vierten Empfangsantennenobergruppe in der Richtung der ersten Achse in einem Intervall von D_tg1 + 1 angeordnet.
So können die virtuellen Antennenelemente in der Nähe des Mittelpunkts der in 25C gezeigten virtuellen Empfangsgruppenanordnung in Intervallen von d_H und dv eng angeordnet sein.
Die vorstehende Beschreibung betrifft einen Fall, in welchem eine Vielzahl von Sendeantennenobergruppen oder Empfangsantennenobergruppen auf Grundlage der Antennenanordnung von Abwandlung 1 vorgesehen sind. Dies dient lediglich der Veranschaulichung. Die gleichen Effekte werden auch erzielt, wenn eine Vielzahl von Sendeantennenobergruppen oder Empfangsantennenobergruppen auf Grundlage der Antennenanordnung einer anderen Abwandlung (beispielsweise einer beliebigen der Abwandlungen 2 bis 6) vorgesehen sind. Die Intervalle der Sendeantennenobergruppen und der Empfangsantennenobergruppen sind ebenfalls nicht auf die vorstehenden Beispiele beschränkt.
Vorstehend sind die Abwandlungen 1 bis 7 beschrieben.
Somit ermöglicht die Antennenanordnung der Sendeantennen 108 und der Empfangsantennen 202 in dieser Ausführungsform eine enge Anordnung der virtuellen Antennenelemente in der virtuellen Empfangsgruppe, die durch die Sendeantennen 108 und die Empfangsantennen 202 gebildet ist. Somit verhindert diese Ausführungsform die Erzeugung unerwünschter Gitterkeulen, während die Aperturlänge der virtuellen Empfangsgruppe vergrößert wird. So kann die Radar-Vorrichtung 10 die Wahrscheinlichkeit einer falschen Detektion reduzieren, um eine gewünschte Richtcharakteristik zu bilden.
In dieser Ausführungsform ermöglicht die Antennenanordnung der Sendeantennen 108 und der Empfangsantennen 202 die Bildung aus Untergruppenelementen der Sendeantennenelemente und/oder der Empfangsantennenelemente. Dies verbessert den Richtwirkungsgewinn der Sendeantennen 108 oder Empfangsantennen 202.
Mit anderen Worten verhindert diese Ausführungsform die Erzeugung von Gitterkeulen in der virtuellen Empfangsgruppe und ermöglicht eine Untergruppenkonfiguration der Sendeantennen 108 und der Empfangsantennen 202. Somit verbessert diese Ausführungsform die Erfassungsleistung der Radar-Vorrichtung 10.
In dem Fall, in welchem die erste Sendeantennengruppe und die dritte Sendeantennengruppe das gleiche Anordnungsmuster aufweisen, wie in 22A und 22C gezeigt, können die erste Sendeantennengruppe (dritte Sendeantennengruppe) und die zweite Sendeantennengruppe wiederholt als ein Satz angeordnet sein.
In dem Fall, in welchem alle aus der ersten Sendeantennengruppe, der zweiten Sendeantennengruppe und der dritten Sendeantennengruppe unterschiedliche Anordnungsmuster aufweisen, wie in 22B und 22D gezeigt, können vier Gruppen, die erste Sendeantennengruppe, die zweite Sendeantennengruppe, die dritte Sendeantennengruppe und die zweite Sendeantennengruppe wiederholt als ein Satz angeordnet sein, beispielsweise die erste Sendeantennengruppe, die zweite Sendeantennengruppe, die dritte Sendeantennengruppe, die zweite Sendeantennengruppe, die erste Sendeantennengruppe, die zweite Sendeantennengruppe, ·. Die Zeichnung kann weitere Antennen enthalten (nicht gezeigt).
(Ausführungsform 2)
Eine Radar-Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform weist eine mit der Radar-Vorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 1 gemeinsame Grundkonfiguration auf und ist nachfolgend unter Bezugnahme auf 1B beschrieben.
Ausführungsform 1 veranschaulicht die Konfiguration der Antennenanordnung, bei der eine Verschlechterung der Leistung der Ankunftsrichtungsschätzung reduziert wird, um eine Verbesserung des Gewinns der Sendeantennen 108 und der Empfangsantennen 202 zu erlauben. Diese Ausführungsform beschreibt einen Fall, in welchem die Radar-Vorrichtung 10 (beispielsweise Radar-Sender 100) den Sendestrahl (beispielsweise die Richtcharakteristik des Sendestrahls) unter Verwendung einer Vielzahl von Antennen, die in den Sendeantennen 108 enthalten sind, steuert (beispielsweise einer Sendeantennengruppe oder einer Sendeantennenobergruppe).
In dem Fall der Bildung eines Strahls mit einer Vielzahl von Sendeantennen 108 steuert die Radar-Vorrichtung 10 die Phase und die Leistung, um der Vielzahl von Sendeantennen 108 zur Verwendung als eine einzelne Sendeantenne Leistung zuzuführen. Auf diese Weise kann die Radar-Vorrichtung 10 die Richtcharakteristik des Sendestrahls steuern, um die Vielzahl von Sendeantennen 108 als Antennen mit hohem Gewinn zu verwenden.
Diese Ausführungsform weist daher im Vergleich zu einem Fall, in welchem Signale von der Vielzahl von Sendeantennen 108 aufgeteilt (getrennt) und einzeln gesendet werden, eine Konfiguration auf, die für die Langstreckenerfassung (mit anderen Worten Fernbereichserfassung) geeignet ist. Die Aufteilung (Trennung) ist für ein MIMO-Radar vorgesehen, um eine Vielzahl von Sendesignalen durch Zeitmultiplex, Codemultiplex oder Frequenzmultiplex zur Verwendung der Signale als eine Vielzahl von Signalen aufzuteilen.
Ein Beispiel der Anordnung der Nt Sendeantennen 108 und der Na Empfangsantennen 202 in der Radar-Vorrichtung 10 und ein Steuerverfahren sind nachfolgend beschrieben.
Beispielsweise ist nachfolgend ein Fall beschrieben, in welchem Sendeantennen 108, die Untergruppenantennenelemente enthalten, wie in 11A in der Antennenanordnung gemäß Abwandlung 1 von Ausführungsform 1, die in 10B gezeigt ist, angeordnet sind.
Beispielsweise kann die Radar-Vorrichtung 10 die Phase und Leistung der Sendeantennen 108, Tx1 bis Tx6, die in 11A gezeigt sind, steuern, um die Leistung gleichzeitig zuzuführen, um die Sendeantennen 108 als eine einzelne Sendeantenne zu betreiben, wie in 26A gezeigt.
Wenn die Empfangsantennen 202 beispielsweise die gleiche Antennenanordnung wie diejenige von 10B aufweisen, ist die Konfiguration der virtuellen Empfangsgruppe die gleiche wie die in 26A gezeigte Konfiguration und nicht die in 10B gezeigte Anordnung der virtuellen Empfangsgruppe. Die in 26A gezeigte virtuelle Empfangsgruppenanordnung stellt den Phasenmittelpunkt der Antennen dar.
Die Sendeantenne 108 besteht aus einer Vielzahl von Untergruppen, wobei der Phasenmittelpunkt (ein Punkt) in der Sendeantennenanordnung platziert ist, die in dem oberen Teil von 26A gezeigt ist. Die Ausbildung der in 26A gezeigten virtuellen Empfangsgruppe hängt nicht von der Größe der Untergruppe der Sendeantenne, sondern von der Anordnung des Phasenmittelpunkts ab. Auf diese Weise kann die in dem unteren Teil von 26A gezeigte virtuelle Empfangsgruppe aus einer Sendeantenne × acht Empfangsantennen gebildet sein, ohne dass die Empfangsantennenanordnung in 10B erweitert wird.
Auf diese Weise kann die Radar-Vorrichtung 10 die Richtcharakteristik des Sendestrahls so steuern, dass die Strahlbreite in der Richtung der ersten Achse und der Richtung der zweiten Achse reduziert wird, wodurch der Richtwirkungsgewinn verbessert wird. Da in dem Beispiel von 26A im Vergleich zu einem Fall, in welchem Signale aufgeteilt (getrennt) und von jeder Sendeantenne 108 unabhängig gesendet werden, unerwünschte Strahlung in der Weitwinkelrichtung reduziert werden kann, eignet sich die Konfiguration für die Langstreckenerfassung. Weiterhin ist die Aperturlänge der in 26A gezeigten virtuellen Empfangsgruppe in der Richtung der ersten Achse groß und in der Richtung der zweiten Achse klein, sodass eine Antenne mit einer Auflösung in der ersten Achsenrichtung resultiert. Durch Strahlbildung (Zusammensetzung) sollen die Strahlen einer Vielzahl von Tx-Elementen kombiniert und der kombinierte Strahl gesendet werden.
Als Nächstes ist ein Fall beschrieben, in welchem wie in Abwandlung 7 von Ausführungsform 1 eine Vielzahl von Sendeantennenobergruppen verwendet wird.
26B stellt ein Beispiel von zwei Sendeantennenobergruppen dar, von denen jede die in 26A gezeigten Sendeantennen als eine Sendeantennenobergruppe enthält. In 26B sind die Sendeantennenobergruppen von ihren jeweiligen Bezugspunkten in der Richtung der ersten Achse in Intervallen von D_r1 + 1 angeordnet.
Beispielsweise steuert die Radar-Vorrichtung 10 die Richtcharakteristik des Sendestrahls jeder Sendeantennenobergruppe unter Verwendung einer Vielzahl von Antennen, die in jeder Sendeantennenobergruppe enthalten sind, und arbeitet mit den Signalen unabhängig (mit anderen Worten getrennt) mit den zwei Sendeantennen, einer ersten Sendeantennenobergruppe und einer zweiten Sendeantennenobergruppe. Dadurch kann der Richtwirkungsgewinn verbessert werden.
Wenn die Empfangsantennen 202 beispielsweise die gleiche Antennenanordnung aufweisen wie in 10B, weist die virtuelle Empfangsgruppe die in 26B gezeigte Konfiguration auf.
Die Radar-Vorrichtung 10 kann mit der Richtcharakteristik des Sendestrahls eine Abtastung durchführen. Beispielsweise führt die Radar-Vorrichtung 10 den Sendeantennen 108 Leistung zu, während sie die Phase und Leistung steuert, um mit den Sendestrahlen eine Abtastung auf der ersten Achse durchzuführen, wodurch ein Signal in jeden Sendebereich gesendet wird. In diesem Fall kann die Radar-Vorrichtung 10 die Sendestrahlen für die verschiedenen Sendebereiche nach Zeit oder Code aufteilen und die Ankunftsrichtungen unter Verwendung von Gruppenrichtungsvektoren der verschiedenen Sendebereiche unabhängig schätzen.
Vorstehend ist ein Fall beschrieben, in welchem die Richtcharakteristik des Sendestrahls für jede Sendeantennenobergruppe gesteuert wird. Der Antennenanordnung ist jedoch nicht auf die oben beschriebene beschränkt. Eine beliebige der Antennenanordnungen gemäß Abwandlung 1 bis 7 von Ausführungsform 1 kann verwendet werden.
Die Radar-Vorrichtung 10 kann den Betrieb zwischen einem Strahlformungsbetrieb (oder -modus) zum Steuern der Richtcharakteristik der Sendeantennen 108 und einem Betrieb (oder Modus) zum unabhängigen Senden eines Signals von jeder Sendeantenne 108 umschalten. Beispielsweise ist die unabhängige Aussendung eines Signals von jeder der Vielzahl von Sendeantennen 108 mit der in 26A oder 26B gezeigten Antennenanordnung für die Erfassung über kürzere Strecken (oder geringere Entfernungen) und mit breiterem Winkel geeignet. Demgegenüber ist der Strahlformungsbetrieb für die Erfassung über längere Strecken (oder größere Entfernungen) und mit engerem Winkel geeignet. Aus diesem Grund kann die Radar-Vorrichtung 10 den Betriebsmodus gemäß dem Einsatzszenario des Radars umschalten. Ein Rahmen des Radarbetriebs kann eine Vielzahl von Betriebsmodi umfassen. Es können auch andere Antennen enthalten sein (in der Zeichnung nicht gezeigt).
(Ausführungsform 3)
Die Konfiguration einer Radar-Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die in 1B gezeigt Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann die Konfiguration der in 27 gezeigten Radar-Vorrichtung 10a verwendet werden. In 27 ist der Aufbau des Radar-Empfängers 200 ähnlich demjenigen in 1B, und eine ausführliche Beschreibung des Aufbaus von diesem ist ausgelassen.
Mit der in 1 gezeigten Radar-Vorrichtung 10 wird die Ausgabe von dem Radar-Sendesignalgenerator 101 mit Hilfe des Sendeschalters 106 in dem Radar-Sender 100 selektiv zu einem von einer Vielzahl von Sendefunkteilen 107 geschaltet. Dagegen wird bei der in 27 gezeigten Radar-Vorrichtung 10a in dem Radar-Sender 100a die Ausgabe (ein Radar-Sendesignal) von dem Radar-Sendesignalgenerator 101 einem Sendefunkverfahren durch den Sendefunkteil 107a unterzogen, und die Ausgabe des Sendefunkteils 107a wird durch den Sendeschalter 106a selektiv zu einer aus einer Vielzahl von Sendeantennen 108 geschaltet.
Der Aufbau der in 27 gezeigten Radar-Vorrichtung 10a bietet außerdem die gleichen Effekte wie die Ausführungsformen 1 und 2.
(Ausführungsform 4)
Die Ausführungsformen 1 bis 3 stellen einen Fall dar, in welchem der Radar-Sender 100 (oder Radar-Sender 100a) ein Impulskompressions-Radar verwendet, das eine phasenmodulierte oder amplitudenmodulierte Impulsfolge aussendet, aber das Modulationsverfahren ist nicht auf die oben erwähnten beschränkt. Zum Beispiel ist die vorliegende Offenbarung auch auf ein Radar-System anwendbar, das frequenzmodulierte Impulswellen verwendet, wie etwa Chirp-Impulse.
28 stellt ein Beispiel des Blockschaltbilds der Radar-Vorrichtung 10b in dem Fall dar, in welchem das Radar-System angewendet ist, das Chirp-Impulse (beispielsweise eine schnelle Chirp-Modulation) verwendet. In 28 sind die gleichen Komponenten wie diejenigen 1B mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und Beschreibungen davon sind ausgelassen.
Nachfolgend ist zunächst ein Sendevorgang in dem Radar-Sender 100b beschrieben.
In dem Radar-Sender 100b enthält der Radar-Sendesignalgenerator 401 einen Modulationssignalemitter 402 und einen spannungsgesteuerten Oszillator (Voltage-Controlled Oscillator, VCO) 403.
Der Modulationssignalemitter 402 emittiert periodisch modulierte Sägezahn-Signale, wie in 29 gezeigt, wobei Tr der Radar-Sendezeitraum ist.
Der VCO 403 gibt ein frequenzmoduliertes Signal (mit anderen Worten ein Frequenz-Chirp-Signal) an den Sendefunkteil 107 auf Grundlage des von dem Modulationssignalemitter 402 ausgegebenen Radar-Sendesignals aus. Das frequenzmodulierte Signal wird durch den Sendefunkteil 107 verstärkt und von der Sendeantenne 108, die durch den Sendeschalter 106 geschaltet wird, in den Raum abgestrahlt. Beispielsweise wird das Radar-Sendesignal in jeder von der ersten bis Nt-ten Sendeantenne 108 in Sendeintervallen von Np (= Nt × Tr) gesendet.
Ein Richtungskoppler 404 extrahiert einige der frequenzmodulierten Signale und gibt die Signale an die Empfangsfunkteile 501 (Mischer 502) des Radar-Empfängers 200b aus.
Als Nächstes ist die durch den Radar-Empfänger 200b durchgeführte Empfangsverarbeitung beschrieben.
Der Empfangsfunkteil 501 des Radar-Empfängers 200b mischt das frequenzmodulierte Signal (das von dem Richtungskoppler 404 eingegebene Signal), welches das Sendesignal ist, mit Hilfe des Mischers 502 mit einem empfangenen reflektierten Wellensignal und leitet das Signal durch das TPF 503. Somit wird ein Schwebungssignal mit einer Frequenz extrahiert, die der Laufzeit der reflektierten Wellensignale entspricht. Zum Beispiel kann, wie in 29 gezeigt, die Differenzfrequenz zwischen der Frequenz des Sendesignals (der frequenzmodulierten Sendewelle) und der Frequenz des Empfängersignals (der frequenzmodulierten Empfangswelle) als eine Schwebungsfrequenz erhalten werden.
Das von dem TPF 503 ausgegebene Signal wird durch den A/D-Wandler 208b im Signalprozessor 207b in diskrete Abtastdaten umgewandelt.
Der R-FFT-Teil 504 führt eine FFT-Verarbeitung an N_data diskreten Abtastdaten durch, erhalten in Intervallen des Sendezeitraums Tr in einem vorgegebenen Zeitbereich (Bereichsfenster). Auf diese Weise kann der Signalprozessor 207b ein Frequenzspektrum ausgeben, in dem Spitzen in der Schwebungsfrequenz gemäß der Laufzeit des reflektierten Wellensignals (der reflektierten Radar-Welle) auftreten. Bei der FFT-Verarbeitung kann der R-FFT-Teil 504 die Daten mit einem Fensterfunktionskoeffizienten multiplizieren, wie etwa ein Han-Fenster oder ein Hamming-Fenster. Die Verwendung des Fensterfunktionskoeffizienten reduziert die um die Schwebungsfrequenz-Spitzen herum erzeugten Nebenkeulen.
Eine Schwebungsfrequenzspektralantwort, die von dem R-FFT-Teil 504 des z-ten Signalprozessors 207b ausgegeben und durch die M-te Chirp-Impuls-Aussendung erhalten wird, ist als AC_RFT_z(fb, M) ausgedrückt, wobei fb die Indexnummer (Pinnummer) der FFT und fb = 0, ..., N_data/2 ist. Je kleiner der Frequenzindex fb ist, desto kleiner ist die Laufzeit des reflektierten Wellensignals (mit anderen Worten, desto kürzer der Abstand zum Zielobjekt) der Schwebungsfrequenz.
Der Ausgangsschalter 211 in dem z-ten Signalprozessor 207b wählt auf Grundlage eines Schaltsteuersignals, das von der Schaltsteuereinheit 105 eingegeben wird, einen von Nt Doppler-Analysatoren 212 und gibt die Ausgabe des R-FFT-Teils 504, die in Intervallen des Radar-Sendezeitraums Tr produziert wird, an den Doppler-Analysator 212 aus, wie in Ausführungsform 1.
In einem Beispiel ist ein Schaltsteuersignal in dem M-ten Radar-Sendezeitraum Tr[M] als Nt-Bit-Information ausgedrückt [bit₁(M), bit₂(M), ...,bit_Nt(M)]. Wenn beispielsweise das ND-te bit_ND(M) (wobei ND eine Zahl von 1 bis Nt ist) in dem Schaltsteuersignal in dem M-ten Radar-Sendezeitraum Tr[M] „1“ ist, wählt der Ausgangsschalter 211 den ND-ten Doppler-Analysator 212 (mit anderen Worten schaltet ihn ein). Wenn dagegen das ND-te bit_ND(M) in dem Schaltsteuersignal in dem M-ten Radar-Sendezeitraum Tr[M] „0“ ist, wählt der Ausgangsschalter 211 nicht den ND-ten Doppler-Analysator 212 (mit anderen Worten schaltet ihn aus). Der Ausgangsschalter 211 gibt das von dem R-FFT-Teil 504 eingegebene Signal an den gewählten Doppler-Analysator 212 aus.
Somit werden die Doppler-Analysatoren 212 nacheinander in Intervallen von Np( = Nt × Tr) eingeschaltet. Das Schaltsteuersignal wiederholt den oben beschriebenen Vorgang Nc mal.
Die Sendestartzeit des Sendesignals von jedem Sendefunkteil 107 muss nicht mit dem Zeitraum Tr synchronisiert sein. Beispielsweise kann jeder Sendefunkteil 107 die Aussendung der Radar-Sendesignale zur Sendestartzeit mit unterschiedlichen Sendeverzögerungen Δ₁, Δ₂, ..., ΔNt starten.
Der z-te (z = 1, ..., Na) Signalprozessor 207b enthält Nt Doppler-Analysatoren 212.
Die Doppler-Analysatoren 212 führen eine Doppler-Analyse für jeden Schwebungsfrequenzindex fb an der Ausgabe von dem Ausgangsschalter 211 durch.
Wenn Nc eine Potenz von 2 ist, kann auf die Doppler-Analyse eine schnelle Fourier-Transformationsverarbeitung (FFT-Verarbeitung) angewendet werden.
Die w-te Ausgabe des ND-ten Doppler-Analysators 212 des z-ten Signalprozessors 207b zeigt die Doppler-Frequenzantwort FT_CI_z ^(ND)(fb, f_u, w) des Doppler-Frequenzindex f_u beim Schwebungsfrequenzindex fb, wie in der folgenden Gleichung ausgedrückt.
[20] $\begin{array}{l} F T_C I_{z}^{(N D)} (ƒ_{b}, ƒ_{u}, w) \\ = \sum_{q = 0}^{N_{t} N_{c} - 1} b i t_{N_{D}} (q + 1) A C_R F T_{z} (ƒ_{b}, N_{t} N_{c} (w - 1) + q + 1) exp [- j \frac{2 π ⌊ \frac{q}{N_{t}} ⌋ ƒ_{u}}{N_{c}}] \end{array}$
wobei ND = 1 bis Nt, ND = 1 bis Nt, w eine ganze Zahl größer oder gleich 1, j eine imaginäre Einheit und z = 1 bis Na ist.
Verfahren, die durch den Signalkorrekturteil 213, CFAR-Teil 213 und Richtungsschätzer 214 durchgeführt werden, die dem Signalprozessor 207b nachgeschaltet sind, sind Vorgänge, bei denen die in Ausführungsform 1 beschriebene diskrete Zeit k durch den Schwebungsfrequenzindex fb ersetzt ist, und ausführliche Beschreibungen sind ausgelassen.
Mit dem Aufbau und der Betriebsweise, die oben beschrieben sind, kann diese Ausführungsform die gleichen Effekte wie diejenigen von Ausführungsform 1 bis 3 erzielen.
Der oben beschriebene Schwebungsfrequenzindex fb kann in eine Entfernungsinformation umgewandelt und ausgegeben werden. Der Schwebungsfrequenzindex fb kann mit der folgenden Gleichung in eine Entfernungsinformation R(fb) umgewandelt werden.
[21] $R (ƒ b) = \frac{C_{0}}{2 B_{w}} ƒ_{b}$
wobei B_w die Frequenzmodulationsbandbreite eines durch Frequenzmodulation erzeugten Frequenz-Chirp-Signals und Co die Lichtgeschwindigkeit ist.
Vorstehend sind Ausführungsformen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Die Ausführungsformen und Betriebsmodi gemäß den Abwandlungen können in geeigneter Weise kombiniert und durchgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen stellen einen Fall dar, in welchem das Grundintervall d_H = 0,5λ und dv = 0,5λ ist, was aber lediglich der Veranschaulichung dient. Beispielsweise kann das Grundintervall d_H und dv Werte von 0,5 Wellenlängen oder mehr und einer Wellenlänge oder weniger annehmen.
In den Radar-Vorrichtungen 10, 10a und 10b (siehe beispielsweise 1B, 27 und 28) können der Radar-Sender 100 und der Radar-Empfänger 200 räumlich getrennt sein. In dem Radar-Empfänger 200 (siehe beispielsweise 1B, 27 und 28) können der Richtungsschätzer 214 und andere Komponenten räumlich getrennt und separat voneinander angeordnet sein.
Die Radar-Vorrichtung 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält beispielsweise eine Zentraleinheit (CPU), ein Speichermedium, wie etwa einen Nur-Lese-Speicher (ein ROM), das ein Steuerungsprogramm speichert, und einen Arbeitsspeicher, wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (ein RAM), die nicht dargestellt sind. In diesem Fall werden die Funktionen der oben beschriebenen Bestandteile durch die das Steuerungsprogramm ausführende CPU umgesetzt. Die Hardwareanordnung der Radar-Vorrichtung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise können die funktionalen Bestandteile der Radar-Vorrichtung als eine integrierte Schaltung (IC) umgesetzt sein. Jeder funktionale Bestandteil kann als ein einzelner Chip umgesetzt sein, oder einige oder alle davon können in einem einzelnen Chip umgesetzt sein.
Bisher sind verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es ist klar, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist. Es ist klar, dass ein Fachmann verschiedene Abwandlungs- und Modifikationsbeispiele innerhalb des Geltungsbereichs der Ansprüche erkennen kann, und es versteht sich, dass diese Abwandlungen und Modifikationen im technischen Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung enthalten sind. Jeder Bestandteil der oben erwähnten Ausführungsformen kann optional kombiniert werden, ohne von Kern der Offenbarung abzuweichen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung in den vorstehenden Ausführungsformen anhand eines Beispiels mit Hardware beschrieben ist, kann die vorliegende Offenbarung durch Software, Hardware oder Software in Zusammenarbeit mit Hardware verwirklicht sein.
Jeder oben bei der Beschreibung jeder Ausführungsform beschriebene Funktionsblock ist typischerweise durch einen LSI-Schaltkreis, was eine integrierte Schaltung ist, verwirklicht. Die integrierte Schaltung steuert jeden bei der Beschreibung der vorstehenden Ausführungsformen verwendeten Funktionsblock und kann einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss enthalten. Der LSI-Schaltkreis kann einzeln aus Chips ausgebildet sein, oder ein Chip kann so ausgebildet sein, dass er einen Teil oder alle der Funktionsblöcke enthält. Der LSI-Schaltkreis kann als IC, als System-LSI, als Super-LSI oder als Ultra-LSI bezeichnet sein, je nach unterschiedlichem Integrationsgrad.
Jedoch ist die Technik der Umsetzung einer integrierten Schaltung nicht auf den LSI-Schaltkreis beschränkt und kann durch einen zweckbestimmten Schaltkreis, einen Allzweckprozessor oder einen Spezialprozessor verwirklicht sein. Außerdem kann ein FPGA (Field Programmable Gate Array), das nach der Herstellung des LSI-Schaltkreises programmiert werden kann, oder ein umkonfigurierbarer Prozessor verwendet sein, bei dem die Festlegungen von im LSI-Schaltkreis angeordneten Schaltkreiszellen umkonfiguriert werden können.
Wenn künftige Technik integrierter Schaltungen als Ergebnis des Fortschritts der Halbleitertechnik oder anderer abgeleiteter Technik LSI-Schaltkreise ersetzt, könnten die Funktionsblöcke unter Verwendung der künftigen Technik integrierter Schaltungen integriert werden. Biotechnologie kann auch angewendet werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen kann die Bezeichnung „...teil‟ durch eine andere Bezeichnung ersetzt werden, wie etwa „... schaltkreis (... schaltung)‟, „... vorrichtung‟ oder „... modul‟.
<Zusammenfassung der vorliegenden Offenbarung>
Eine Radar-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält: eine Radar-Sendeschaltung, die ein Radar-Signal unter Verwendung einer Sendegruppenantenne sendet; und eine Radar-Empfangsschaltung, die ein reflektiertes Wellensignal unter Verwendung einer Empfangsgruppenantenne empfängt, wobei das reflektierte Wellensignal das durch ein Ziel reflektierte Radar-Signal ist, wobei: die Sendegruppenantenne und die Empfangsgruppenantenne in einer zweidimensionalen Ebene, die durch eine erste Achse und eine zweite Achse gebildet ist, angeordnet sind, die Empfangsgruppenantenne eine Vielzahl von Empfangsantennengruppen enthält, jede der Vielzahl von Empfangsantennengruppen eine erste Anzahl von Antennen enthält, wobei benachbarte Antennen der ersten Anzahl von Antennen in der Richtung der ersten Achse in einem ersten Intervall und in der Richtung der zweiten Achse in einem zweiten Intervall beabstandet sind, die Sendegruppenantenne eine Vielzahl von Sendeantennengruppen enthält, die Vielzahl von Sendeantennengruppen in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen der ersten Anzahl multipliziert mit dem zweiten Intervall angeordnet sind, jede der Vielzahl von Sendeantennengruppen eine Vielzahl von Antennen enthält, die Vielzahl von Antennen einzeln in der Richtung der zweiten Achse an einer gleichen Position und in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind und von der Vielzahl von Sendeantennengruppen zwei Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse fortlaufend angeordnet sind, mindestens eine der Antennen enthalten, die in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten von der Vielzahl von Sendeantennengruppen drei Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse fortlaufend angeordnet sind, mindestens eine der Antennen, die in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält jede der Vielzahl von Sendeantennengruppen mindestens zwei oder mehr Antennen, die in der Richtung der ersten Achse in dem ersten Intervall angeordnet sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält die Sendegruppenantenne drei oder mehr Sendeantennengruppen, unter den drei oder mehr Sendeantennengruppen sind Antennen, die in zwei Sendeantennengruppen enthalten sind, die in der Richtung der zweiten Achse nicht benachbart sind, in der Richtung der ersten Achse in dem ersten Intervall angeordnet, unter den drei Sendeantennengruppen sind Antennen, die in der verbleibenden Sendeantennengruppe enthalten sind, in mindestens einem von zwei Bereichen, die durch ein Intervall unterteilt sind, das durch Multiplizieren des ersten Intervalls mit der ersten Anzahl plus einem Vielfachen erhalten ist, in dem ersten Intervall angeordnet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind die Antennen, die in einem der zwei Bereiche angeordnet sind, und die Antennen, die in einem anderen der zwei Bereiche angeordnet sind, anzahlmäßig gleich oder um 1 verschieden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bildet die Vielzahl von Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse angeordnet sind, eine Sendeantennenobergruppe, und die Sendegruppenantenne enthält eine Vielzahl der in der Richtung der ersten Achse angeordneten Sendeantennenobergruppen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bilden die Vielzahl von Empfangsantennengruppen, die in der Richtung der ersten Achse angeordnet sind, eine Empfangsantennenobergruppe, und die Empfangsgruppenantenne enthält eine Vielzahl der Empfangsantennenobergruppen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung steuert die Radar-Sendeschaltung einen Sendestrahl unter Verwendung der Sendegruppenantenne.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entsprechen das erste Intervall und das zweite Intervall Werten von 0,5 Wellenlängen oder mehr und einer Wellenlänge oder weniger.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält mindestens eine aus der Sendeantenne und der Empfangsantenne eine Vielzahl von Untergruppenelementen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält eine Sende- und Empfangsgruppenantenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung: eine Sendegruppenantenne; und eine Empfangsgruppenantenne, wobei: die Sendegruppenantenne und die Empfangsgruppenantenne in einer zweidimensionalen Ebene, die durch eine erste Achse und eine zweite Achse gebildet ist, angeordnet sind, die Empfangsgruppenantenne eine Vielzahl von Empfangsantennengruppen enthält, jede der Vielzahl von Empfangsantennengruppen eine erste Anzahl von Antennen enthält, wobei benachbarte Antennen der ersten Anzahl von Antennen in der Richtung der ersten Achse in einem ersten Intervall und in der Richtung der zweiten Achse in einem zweiten Intervall beabstandet sind, die Sendegruppenantenne eine Vielzahl von Sendeantennengruppen enthält, wobei die Vielzahl der Sendeantennengruppen in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen der ersten Anzahl multipliziert mit dem zweiten Intervall angeordnet sind, jede der Vielzahl von Sendeantennengruppen eine Vielzahl von Antennen enthält, die Vielzahl von Antennen einzeln in der Richtung der zweiten Achse an einer gleichen Position und in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind und von der Vielzahl von Sendeantennengruppen zwei Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse fortlaufend angeordnet sind, mindestens eine der Antennen enthalten, die in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
Die Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-053737 , eingereicht am 20. März 2019, einschließlich der Beschreibung, der Zeichnung und der Zusammenfassung, ist hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung ist geeignet als eine Radar-Vorrichtung zum Erfassen eines breiten Winkelbereichs.
Bezugszeichenliste

10, 10b: Radar-Vorrichtung
100, 100a, 100b: Radar-Sender
200, 200b: Radar-Empfänger
300: Referenzsignalgenerator
101, 101a, 401: Radar-Sendesignalgenerator
102: Codegenerator
103: Modulator
104, 503: TPF
105: Schaltsteuereinheit
106, 106a: Sendeschalter
107, 107a: Sendefunkteil
108: Sendeantenne
111: Code-Speicher
112: D/A-Wandler
201: Antennensystemprozessor
202: Empfangsantenne
203, 501: Empfangsfunkteil
204: Verstärker
205: Frequenzwandler
206: Orthogonalwellendetektor
207, 207b: Signalprozessor
208, 208b, 209: A/D-Wandler
210: Korrelationsprozessor
211: Ausgangsschalter
212: Doppler-Analysator
213: CFAR-Teil
214: Richtungsschätzer
402: Modulationssignalemitter
403: VCO
404: Richtungskoppler
502: Mischer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017534881 [0006]
JP 2019053737 [0294]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

P. P. Vaidyanathan, P. Pal, Chun-Yang Chen, „MMO radar with broadband waveforms: Smearing filter banks and 2D virtual arrays“, IEEE Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, S. 188 - 192, 2008 [0006]
Direction-of-arrival estimation using signal subspace modeling, Cadzow. J.A., Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on Volume: 28, Ausgabe: 1, Erscheinungsjahr: 1992, Seite(n): 64 - 79 [0006]

Claims

Radar-Vorrichtung, umfassend: eine Radar-Sendeschaltung, die ein Radar-Signal unter Verwendung einer Sendegruppenantenne sendet; und eine Radar-Empfangsschaltung, die ein reflektiertes Wellensignal unter Verwendung einer Empfangsgruppenantenne empfängt, wobei das reflektierte Wellensignal das durch ein Ziel reflektierte Radar-Signal ist, wobei: die Sendegruppenantenne und die Empfangsgruppenantenne in einer zweidimensionalen Ebene, die durch eine erste Achse und eine zweite Achse gebildet ist, angeordnet sind, die Empfangsgruppenantenne eine Vielzahl von Empfangsantennengruppen enthält, jede der Vielzahl von Empfangsantennengruppen eine erste Anzahl von Antennen enthält, wobei benachbarte Antennen der ersten Anzahl von Antennen in der Richtung der ersten Achse in einem ersten Intervall und in der Richtung der zweiten Achse in einem zweiten Intervall beabstandet sind, die Sendegruppenantenne eine Vielzahl von Sendeantennengruppen enthält, die Vielzahl von Sendeantennengruppen in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen der ersten Anzahl multipliziert mit dem zweiten Intervall angeordnet sind, jede der Vielzahl von Sendeantennengruppen eine Vielzahl von Antennen hält, die Vielzahl von Antennen einzeln in der Richtung der zweiten Achse an einer gleichen Position und in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind und von der Vielzahl von Sendeantennengruppen zwei Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse fortlaufend angeordnet sind, mindestens eine der Antennen enthalten, die in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
Radar-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei von der Vielzahl von Sendeantennengruppen drei Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse fortlaufend angeordnet sind, mindestens eine der Antennen enthalten, die in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
Radar-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Sendeantennengruppen mindestens zwei oder mehr Antennen enthält, die in der Richtung der ersten Achse in dem ersten Intervall angeordnet sind.
Radar-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Sendegruppenantenne drei oder mehr Sendeantennengruppen enthält, unter den drei oder mehr Sendeantennengruppen Antennen, die in zwei Sendeantennengruppen enthalten sind, die in der Richtung der zweiten Achse nicht benachbart sind, in der Richtung der ersten Achse in dem ersten Intervall angeordnet sind, unter den drei oder mehr Sendeantennengruppen Antennen, die in der verbleibenden Sendeantennengruppe enthalten sind, in mindestens einem von zwei Bereichen, die durch ein Intervall unterteilt sind, das durch Multiplizieren des ersten Intervalls mit der ersten Anzahl plus einem Vielfachen erhalten ist, in dem ersten Intervall angeordnet sind.
Radar-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei Antennen, die in einem der zwei Bereiche angeordnet sind, und Antennen, die in einem anderen der zwei Bereiche angeordnet sind, anzahlmäßig gleich oder um 1 verschieden sind.
Radar-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Vielzahl von Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse angeordnet sind, eine Sendeantennenobergruppe bilden und die Sendegruppenantenne eine Vielzahl der Sendeantennenobergruppen enthält, die in der Richtung der ersten Achse angeordnet sind.
Radar-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Vielzahl von Empfangsantennengruppen, die in der Richtung der ersten Achse angeordnet sind, eine Empfangsantennenobergruppe bilden und die Empfangsgruppenantenne eine Vielzahl der Empfangsantennenobergruppen enthält.
Radar-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Radar-Sendeschaltung unter Verwendung der Sendegruppenantenne einen Sendestrahl steuert.
Radar-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Intervall und das zweite Intervall Werte von 0,5 Wellenlängen oder mehr und einer Wellenlänge oder weniger aufweisen.
Radar-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine aus der Sendeantenne und der Empfangsantenne eine Vielzahl von Untergruppenelementen enthält.
Sende- und Empfangsgruppenantenne, umfassend: eine Sendegruppenantenne; und eine Empfangsgruppenantenne, wobei: die Sendegruppenantenne und die Empfangsgruppenantenne in einer zweidimensionalen Ebene, die durch eine erste Achse und eine zweite Achse gebildet ist, angeordnet sind, die Empfangsgruppenantenne eine Vielzahl von Empfangsantennengruppen enthält, jede der Vielzahl von Empfangsantennengruppen eine erste Anzahl von Antennen enthält, wobei benachbarte Antennen der ersten Anzahl von Antennen in der Richtung der ersten Achse in einem ersten Intervall und in der Richtung der zweiten Achse in einem zweiten Intervall beabstandet sind, die Sendegruppenantenne eine Vielzahl von Sendeantennengruppen enthält, die Vielzahl von Sendeantennengruppen in der Richtung der zweiten Achse in Intervallen der ersten Anzahl multipliziert mit dem zweiten Intervall angeordnet sind, jede der Vielzahl von Sendeantennengruppen eine Vielzahl von Antennen hält, die Vielzahl von Antennen einzeln in der Richtung der zweiten Achse an einer gleichen Position und in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind und von der Vielzahl von Sendeantennengruppen zwei Sendeantennengruppen, die in der Richtung der zweiten Achse fortlaufend angeordnet sind, mindestens eine der Antennen enthalten, die in der Richtung der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.