JP5462626B2 - レーダ装置、及び方位角検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ波を基準方向に送信し、物標により反射された前記レーダ波を受信波として受信し、前記物標の前記基準方向に対する方位角を検出するレーダ装置及び方位角検出方法に関し、特に、所定間隔離間したアンテナ対により受信される受信波対の位相差に基づいて前記方位角を検出するレーダ装置及び方位角検出方法に関する。

走行中の車両周囲を車載レーダ装置によりスキャンし、障害物との衝突が予測されるときに車両の加減速や安全装置の作動といった衝突対応制御を行う車両制御システムが知られている。そして、かかるシステムに用いられる車載レーダ装置として、電子スキャン式のレーダ装置が知られている。電子スキャン式レーダ装置は、特許文献１にその例が記載されているように、物標により反射されたレーダ波を複数のアンテナで受信し、アンテナ間における受信波の位相差に基づいて、受信波の到来方向、つまり物標の方位角を検出する。

図１は、電子スキャン式のレーダ装置が、物標の方位角を検出する原理について説明する図である。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、電子スキャン式レーダ装置１０は、レーダ装置正面を基準方向Ｆとしてレーダ波Ｗ１を送信し、物標Ｔにより反射されたレーダ波Ｗ１を２つのアンテナ対１１、１２により受信波対Ｗ２１、Ｗ２２として受信する。ここで、アンテナ１１、１２の間隔ｄは、物標Ｔとの距離に比して微小であるので、アンテナ１１により受信される受信波Ｗ２１と、アンテナ１２により受信される受信波Ｗ２２の伝搬経路は平行であると考える。そして、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２の到来方向、つまり基準方向Ｆ（方位角０度）に対する物標Ｔの方位角をθとする。

まず、図１（Ａ）に示すように、物標Ｔの方位角θが０度のとき、つまり、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２が基準方向Ｆから到来するときは、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２は同時にアンテナ対１１、１２に到達する。このとき、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２は同位相である。つまり、これらの受信波対において、位相差は生じない。

次に、図１（Ｂ）に示すように、物標Ｔの方位角θが基準方向Ｆから左にずれているときは、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２の伝搬距離には、アンテナ間隔ｄに比例してΔｄ（=d・sinθ）の差が生じる。よって、受信波Ｗ２１がアンテナ１１に到達する時間より、受信波
Ｗ２２がアンテナ１２に到達する時間の方が、伝搬距離の差Δｄの分遅延する。このとき、受信波Ｗ２１及びＷ２２の波長をλとすると、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２の間には、遅延時間に応じた位相差φ（=Δｄ・2π/λ）が生じる。このことは、物標Ｔの方位角θが、
基準方向の右側にずれた場合にも妥当する。

このように、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２の位相差φから、物標Ｔの方位角θは、次式１により求められる。

（式１） θ＝arcsin（λ・φ／（2π・d））
ここで、受信波の位相差φが±πを超えると、つまり、いわゆる位相の折返しが生じると、次式２のように、位相差φからθが一意に特定できなくなる。

（式２） θ＝arcsin（λ・（φ±ｋπ）／（2π・ｄ）） （ｋ＝０，１，２，…
）
よって、位相差φから方位角θが一意に求まる範囲は、式２においてｋ＝１とした次式３により示される。

（式３） -arcsin(λ・φ/(2d))≦θ≦arcsin(λ・φ/(2d))
式３に示した位相差φと方位角θの関係は、図２（Ａ）の直線Ｌにより示される。すなわち、±arcsin(λ・φ/(2d))の範囲において、位相差φ１から方位角θ１が一意に求ま
る。以下では、このように位相差φから方位角θが一意に求まる方位角の範囲を、位相折返し区間（Ａ１）といい、位相折返しが生じる方位角-arcsin(λ・φ/(2d))をθa、+arcsin(λ・φ/(2d))をθbと表す。

すると、位相折返し区間Ａ１の外の範囲においては、例えば位相差φ２に対し複数の方位角、つまり、位相折返し区間Ａ１外の方位角θ２１と、位相折返し区間Ａ１内の方位角θ２２とが対応する。

ここで、図２（Ｂ）に、レーダ装置１０のスキャン平面内における物標Ｔの方位角を示す。すると、方位角θ２１に存在する物標からの受信波対の位相差をφ２としたとき、図２（Ａ）の対応関係によれば、方位角θ２１とθ２２が求められる。また、車両の動作は、衝突などの危険性が大きい方位角範囲に存在する物標を対象として制御される。そして、かかる方位角の範囲を位相折返し区間Ａ１とする。すると、実際は方位角θ２１に存在する物標Ｔが方位角θ２２にも存在するものとして（点線で図示）誤検出されることにより、実際には存在しない物標に対して車両の動作が制御される。すると、安全性に支障が生じる。

よって、かかる誤検出に伴う支障を防ぐため、従来から種々の方法が提案されている。その一例として、上記のように受信波対の位相差から方位角を求めた後、再度レーダ波を送受信し、そのときの受信波のレベルにより、先に求めた方位角の正誤判定を行う方法がある。具体的には、位相折返し区間Ａ１内で検出された方位角θ２２について、実際にその方位角に物標が存在するか（正）否か（誤）の判定を行う方法である。図３は、かかる方法について説明する図である。

図３（Ａ）では、方位角を横軸に示し、同一の物標、例えば乗用車などの小型車が全方位角に存在するとしたとき、その物標からの反射により得られるアンテナ１１の受信波のレベルを縦軸に示す。すると、基準方向Ｆ、つまり方位角０度に存在する物標から得られる受信波レベルが最大となる。そして、方位角が０度からずれるに従い、その方位角に存在する物標から得られる受信波のレベルは低下する。すなわち、アンテナ１１による受信波のレベルは、受信波の到来方向が方位角０度のとき最大となり、到来方向が方位角±９０度に近づくにつれ低下する、つまり、方位角０度に指向性を有するアンテナパターンＰ１を描く。そして、このことは、アンテナ１１と同じ構成のアンテナ１２についても妥当する。

次に、このようなアンテナパターンＰ１に、図２（Ａ）で示した位相折り返し区間Ａ１をあてはめ、かかる区間の端部、つまり方位角θa、θbにおいて得られる受信レベルＴ１を正誤判定の閾値とする。すると、アンテナ１１による受信波のレベルが閾値Ｔ１を超えるときは、その受信波は位相折返し区間Ａ１内に存在する物標からの受信波である。よって、その場合、位相折返し区間Ａ１内に実際に物標が存在すると推定できる。反対に、受信波のレベルが閾値Ｔ１を超えないときは、その受信波は位相折返し区間Ａ１外に存在する物標からの受信波であるので、位相折返し区間Ａ１には物標が存在しないと推定できる。

このことを利用して、レーダ装置１０は、図２（Ｂ）で示した方位角θ２２を求めた後、レーダ波の送受信を行い、アンテナ１１による受信波のレベルを閾値Ｔ１と比較する。そして、受信波のレベルが閾値Ｔ１を下回る場合、つまり位相折返し区間Ａ１内に物標が存在しない場合は、求めた方位角θ２２は、位相折返しに起因する、誤った方位角と推定できる。よって、レーダ装置１０は、これを誤と判定する。そして、その場合は、検出結果を車両の制御装置に出力しないようにする。

なお、閾値Ｔ１以上となる場合には、検出した方位角θ２２に実際に物標が存在すると判定される。その場合は、図２（Ｂ）の場合とは異なり、実際に位相折返し区間Ａ１内に物標が存在し、その物標からの受信波対の位相差から方位角θ２２が求められたことを意味する。よって、方位角θ２２を、正しい方位角と判定し、検出結果を出力する。

このように、レーダ装置１０が受信波のレベルに基づいて検出された方位角の正誤判定をすることにより、誤検出に基づく車両制御が防止される。
特開２００５−３３９３号公報

ところで、同一の方位角における受信波のレベルは、物標の反射断面積が大きいほど大きくなり、反射断面積が小さいほど小さくなる。ここで、図３（Ａ）で示した、小型車から得られるアンテナパターンＰ１と対比して、反射断面積が大きい場合の例として、トラックなどの大型車から得られるアンテナパターンＰ２を図３（Ｂ）示す。すなわち、アンテナパターンＰ１を上方に変位させることにより、アンテナパターンＰ２が得られる。

すると、図２（Ｂ）で示した方位角θ２２の正誤判定の際に、方位角θ２１に存在する物標からの受信波のレベルが閾値Ｔ１以上となってしまう。すると、受信波のレベルが閾値以上となることにより、レーダ装置１０は、方位角θ２２を正と判定してしまう。よって、実際は方位角θ２２には存在しない物標に対して車両の動作が制御され、安全性に支障が生じる。

そこで、上記に鑑みてなされた本発明の目的は、物標の反射断面積に応じてアンテナパターンが変位したとしても、受信波のレベルに基づいて検出された方位角を正確に正誤判定できるレーダ装置等を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、レーダ波を基準方向に送信し、物標により反射された前記レーダ波を受信波として受信し、前記物標の前記基準方向に対する方位角を検出するレーダ装置において、所定間隔離間した第１のアンテナ対により受信される第１の受信波対の位相差に基づいて前記方位角を検出する方位角検出手段と、前記第１の受信波対を合成して第１の合成波を生成する合成波生成部と、前記検出した方位角における前記第１の合成波のレベルが基準値以上となるときに当該検出した方位角を正、前記基準値を下回るときに当該検出した方位角を誤と判定する正誤判定を行う方位角判定手段とを有することを特徴とする。

上記側面の好ましい態様は、前記第１の受信波対のいずれかの受信波の位相を移動させる移相器をさらに有し、前記合成波生成部は、位相が移動した受信波を含む第２の受信波対から第２の合成波を生成し、前記方位角判定手段は、前記検出した方位角における前記第１、または第２の合成波いずれかのレベルが基準値以上となるときに当該検出した方位角を正、それ以外のときに当該検出した方位角を誤と判定する正誤判定を行うことを特徴とする。

上記側面によれば、方位角の変化量に対してレベルの変化量が大きく、急峻なアンテナパターンを有する合成波を用い、検出した方位角における前記第１の合成波のレベルが基準値以上となるときに当該方位角を正、前記基準値を下回るときに当該方位角を誤と判定する正誤判定を行う。よって、物標の反射断面積が大きく、合成波のレベルが上方に変位した場合であっても、位相折返し区間外の物標からの受信波による合成波が正誤判定の閾値を超えることがない。よって、位相折返しにより誤検出した方位角を正と判定することがない。そのため、検出した方位角の正誤判定を正確に行うことができる。

上記の態様によれば、前記第１の受信波対のいずれかの受信波の位相を移動させる移相器をさらに有するので、位相が移動した受信波を含む第２の受信波対から生成される第２の合成波の指向性を移動させることができ、広い範囲の方位角において、合成波のレベルと正誤判定の閾値とを比較することができる。よって、正誤判定の対象となる方位角の範囲を広げることができる。

電子スキャン式のレーダ装置が、物標の方位角を検出する原理について説明する図である。 受信波対の位相差と方位角の関係を説明する図である。 受信波のレベルに基づいて検出した方位角の正誤判定を行う方法を説明する図である。 本実施形態におけるレーダ装置が車両に搭載される例を示す図である。 本実施形態におけるレーダ装置１０の第１の構成例を示す図である。 信号処理部２４の動作手順を説明するフローチャート図である。 第１の構成例において正誤判定に用いられる、合成波のアンテナパターンについて説明する図である。 第１の構成例における、検出された方位角の正誤判定手順を詳細に説明するフローチャート図である。 本実施形態におけるレーダ装置１０の、第２の構成例を説明する図である。 第２の構成例における合成波のアンテナパターンについて説明する図である。 第２の構成例における、物標の方位角の検出手順と、検出された方位角の正誤判定手順を説明するフローチャート図である。 本実施形態におけるレーダ装置１０の、第３の構成例を説明する図である。 第３の構成例における合成波のアンテナパターンについて説明する図である。 第３の構成例における、物標の方位角の検出手順と、検出された方位角の正誤判定手順を説明するフローチャート図である。 本実施形態におけるレーダ装置１０の、第４の構成例を説明する図である。 第４の構成例における合成波のアンテナパターンについて説明する図である。 第４の構成例における、物標の方位角の検出手順と、検出された方位角の正誤判定手順を説明するフローチャート図である。

符号の説明

１０：レーダ装置、１１、１２、１３、１４：アンテナ、２６：合成波生成部、２４：信号処理部、３０：移相器

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図４は、本実施形態におけるレーダ装置が車両に搭載される例を示す。電子スキャン式のレーダ装置１０は、車両１の前部フロントグリル内に搭載され、車両前方を基準方向Ｆとしてレーダ波を送信し、先行車両２などの物標により反射されたレーダ波を複数のアンテナで受信する。そして、レーダ装置１０は、アンテナ間における受信波の位相差に基づいて、受信波の到来方向、つまり自車両１の前方中央に対する物標の方位角θを検出する。

また、レーダ装置１０は、送信波として、周波数が上昇する周波数上昇期間と下降する周波数下降期間を定期的に繰返す連続波を用いることにより、送受信波の周波数差から先行車両２の相対距離Ｒ、及び相対速度Ｖを検出する。そして、これらの検出結果に基づいて、車両１の図示されない制御装置が、車両２に追従走行したり、追突を回避したりするように車両１の動作を制御する。

図５は、本実施形態におけるレーダ装置１０の第１の構成例を示す。特定用途向け集積回路などで構成される送受信回路２２が生成する送信波Ｗ１は、送受兼用のアンテナ１１により、基準方向Ｆに沿って送信される。そして、物標により反射された送信波はアンテナ対１１、１２により受信される。ここで、アンテナ１１とアンテナ１２とは、基準方向Ｆと直角方向に間隔ｄ離間して配置される。よって、アンテナ１１による受信波Ｗ２１とアンテナ１２による受信波Ｗ２２とでは、受信波の到来方向と、間隔ｄに応じた位相差φが生じる。そして、この位相差φから、後段の処理で受信波の到来方向、つまり物標の方位角θが求められる。

また、合成波生成部２６は、アンテナ対１１、１２を接続するスイッチを備え、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２を合成して、合成波を生成する。

そして、送受信回路２２は、合成波を送信波Ｗ１とミキシングして、その周波数差に対応するビート信号を生成し、信号処理部２４に出力する。また、送受信回路２２は、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２の合成波のレベルを検知して、信号処理部２４に出力する。
信号処理部２４は、例えばＣＰＵと、ＣＰＵが実行する各種処理プログラムを格納するＲＯＭと、ＣＰＵによる各種演算の作業領域として用いられるＲＡＭとを有するマイクロコンピュータで構成される。

図６は、信号処理部２４の動作手順を説明するフローチャート図である。まず、信号処理部２４は、ビート信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理し、送信波の周波数上昇期間と下降期間それぞれにおける送信波と受信波の周波数差に対応する周波数、つまりビート周波数と、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２の位相差φとを検出する（Ｓ１０）。そして、信号処理部２４は、受信波の位相差φから、物標の方位角θを算出する（１２）。このとき、信号処理部２４の内蔵ＲＯＭには、図２（Ａ）で示したような位相差φと方位角θの対応関係データが予め記憶されており、信号処理部２４は、これに基づいて位相差φから方位角θを求める。よって、手順Ｓ１２を実行する信号処理部２４が、「方位角検出手段」２４ａに対応する。

そして、信号処理部２４は、後に詳述する手順に従い、求めた方位角θの正誤判定を行う（Ｓ１４）。よって、手順Ｓ１４を実行する信号処理部２４が、「方位角判定手段」２４ｂに対応する。

また、信号処理部２４は、手順Ｓ１４の正誤判定の結果が正の方位角について、送信波の周波数上昇期間のビート周波数と、周波数下降期間のビート周波数を対応づけるペアリングを行い（Ｓ１６）、その方位角の物標の相対速度と相対距離を算出する（Ｓ１８）。そして、信号処理部２４は、検出結果の連続性の有無などに基づいて検出結果の信頼性を判定し（Ｓ２０）、信頼性を有すると判定した出力結果を車両の制御装置に出力する（Ｓ２２）。

次に、手順Ｓ１４における方位角の正誤判定手順について、図７、図８を用いて説明する。

図７は、第１の構成例において正誤判定に用いられる、合成波のアンテナパターンについて説明する図である。図７（Ａ）、（Ｂ）において、横軸は方位角、縦軸を受信波Ｗ２１もしくはＷ２２のレベル、または受信波対Ｗ２１、Ｗ２２の合成波のレベルを示す。

まず、図７（Ａ）に示すように、全方位角に物標（小型車）を想定したときに、各方位角において物標から得られる受信波Ｗ２１またはＷ２２のレベルは、図３（Ａ）でも示したアンテナ１１（またはアンテナ１２）単体のアンテナパターンＰ１として示される。次に、全方位角における合成波のレベルは、アンテナパターンＰ３として示される。アンテナパターンＰ３においては、受信波２１と２２は方位角０度で同位相となるので、合成振幅に対応する受信レベルは最大となる。そして、方位角が０度から±９０度に近づくに従い、受信波２１、２２の位相差が大きくなるので、合成振幅に対応するレベルは急速に小さくなる。ここで、アンテナパターンＰ１とＰ３とを比較すると、方位角の変位量に対するレベルの変化量は、アンテナパターンＰ３の方が急峻となる。

次に、図７（Ｂ）に示すように、第１の構成例では、合成波の任意のレベルＴ２を正誤判定の閾値とする。また、合成波のレベルがＴ２となるような方位角をθ３１、θ３２とする。すると、合成波のレベルが閾値Ｔ２以上となる場合には、方位角θ３１〜θ３２の範囲内に存在する物標から受信波対Ｗ２１、Ｗ２２が得られたものと判定できる。反対に、合成波のレベルが閾値Ｔ２以上の場合には、方位角θ３１〜θ３２の範囲外に存在する物標から受信波が得られたものと判定できる。

このことを利用し、信号処理部２４は、手順Ｓ１２で方位角θを求めた後、手順Ｓ１４では合成波のレベルを閾値Ｔ２と比較することにより、方位角θ３１〜θ３２の範囲内に実際に物標が存在するか否かを判定する。すなわち、求めた方位角θが方位角θ３１〜θ３２の範囲内にあるときに、合成波のレベルが閾値Ｔ２以上となれば、その方位角θは正と判定される。一方、閾値Ｔ２を下回れば、その方位角は、方位角θ３１〜θ３２の範囲外であって、さらに位相折返し区間Ａ１外に存在する物標から受信波対を受信し、その受信波対の位相差が折返したことに起因して求められた方位角であることを意味するので、誤と判定される。なお、以下では、かかる正誤判定が可能な方位角範囲（上記例では方位角θ３１〜θ３２）を、正誤判定対象範囲という。

ここで、物標の断面積が大きいと、受信波Ｗ２１またはＷ２２のレベルは大きくなる。よって、合成波のレベルもこれに伴って大きくなるので、アンテナパターンＰ３はＰ３１のように上方に変位する。しかし、アンテナパターンＰ３、Ｐ３１においては、方位角の変位量に対するレベルの変化量はアンテナ単体のアンテナパターンＰ１より大きく、急峻な曲線が描かれる。よって、図２（Ｂ）で示したように、位相折返し区間Ａ１外の方位角θ２１に存在する物標が大型車であって、この物標からの受信波対を受信した場合であっても、アンテナパターンＰ３がＰ３１に変位したことによって、方位角θ２１における合成波のレベルが閾値２以上となることはない。すなわち、方位角θ２２には実際に物標が存在しないにもかかわらず、方位角θ２２を正と判定することはない。よって、位相折返し区間Ａ１外の方位角に存在する物標からの受信波に起因する、誤った正誤判定を防ぐことができる。

図８は、第１の構成例における、検出された方位角の正誤判定手順を詳細に説明するフローチャート図である。図８の手順は、図６の手順Ｓ１４に対応する。

信号処理部２４は、まず、検出した方位角θが正誤判定対象範囲内（θ３１〜θ３２）であるかを判定する（Ｓ８２）。そして、検出した方位角θが正誤判定対象範囲内の場合は、信号処理部２４は、送受信回路２２に送信波の送信を指示するとともに、アンテナ対１１、１２による受信波対Ｗ２１、Ｗ２２の合成を、送受信回路２２を介して合成波生成部２６に指示する（Ｓ８３）。

そして、信号処理部２４は、合成波のレベルが閾値Ｔ２以上であるか否かに基づいて、方位角θの正誤判定をする（Ｓ８４）。このとき、閾値Ｔ２以上であれば、検出された方位角θは、正誤判定対象範囲に実際に存在する物標からの受信波から検出されたと判定できるので、その検出結果を正と判定する。一方、合成波のレベルが閾値Ｔ２を下回るときは、検出された方位角θは、位相折返し区間Ａ１外に存在する物標からの受信波に起因して誤検出されたと判定できるので、誤と判定する。

ところで、上記の図７において、正誤判定対象範囲は、アンテナパターンＰ２が閾値Ｔ２を超える範囲に限定される。そこで、正誤判定対象範囲を広げるのに好適な構成例を次に説明する。

図９は、本実施形態におけるレーダ装置１０の、第２の構成例を説明する図である。第１の構成例と異なる部分について説明する。図９（Ａ）に示すように、レーダ装置１０は、第１の構成例に加えて、さらにアンテナ１３を有する。そして、アンテナ１３は、アンテナ１２から間隔ｄ離間して配置される。

このような構成により、信号処理部２４は、アンテナ１１、１２、１３による受信波を用いてディジタルビームフォーミング処理を行うことにより、物標の方位角を検出する。なお、アンテナ１１による受信波をＷ２１、アンテナ１２による受信波をＷ２２、アンテナ１３による受信波をＷ２３とする。

また、アンテナ１３による受信波Ｗ２３は、移相器３０に入力される。すると、移相器３０は、受信波Ｗ２３の位相を遅延させて合成波生成部２６に入力する。

すると、合成波生成部２６は、図９（Ｂ）のテーブルに従って、スイッチを切り替えてアンテナ１１、１２、１３のいずれか２つを接続する。そして、接続されたアンテナ対による受信波対を合成して、合成波を生成する。すなわち、合成波生成部２６は、まずアンテナ１１と１２のスイッチをオンにすることにより、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２を合成して合成波Ｂ１を生成する。次に、合成波生成部２６は、アンテナ１２と１３のスイッチをオンにすることにより、受信波対Ｗ２２、Ｗ２３を合成して合成波Ｂ２を生成する。

その結果、合成波Ｂ１、Ｂ２のアンテナパターンは、図１０に示すようになる。まず、図１０（Ａ）に示すように、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２からは、アンテナ１１（またはアンテナ１２）単体のときより急峻なアンテナパターンＰ３が形成されることは第１の構成例において述べたとおりである。

第２の構成例では、合成波Ｂ２が生成されるときには、アンテナ１３による受信波Ｗ２３の位相が遅延されるので、方位角０度からずれた方位角θ４において、受信波対Ｗ２２、Ｗ２３とが同位相となる。よって、合成波Ｂ２に対応するアンテナパターンＰ４は、アンテナパターンＰ３が方位角θ４に指向性を有するように平行移動したものとなる。

すると、アンテナパターンＰ３またはＰ４において、閾値Ｔ２以上となる受信レベルが得られるような方位角の範囲、つまり正誤判定対象範囲（方位角θ４１〜θ３２）は、第１の構成例においてアンテナパターンＰ３を用いた場合の範囲（方位角θ３１〜θ３２）より広くなる。

そして、図１０（Ｂ）に示すように、物標の反射断面積が大きくアンテナパターンＰ３、Ｐ４がそれぞれアンテナパターンＰ３１、Ｐ４１のように上方に変位する場合であっても、位相折返し区間Ａ１外の物標からの受信波対の合成波が閾値Ｔ２を超えないように、合成波Ｂ１、Ｂ２の指向性を設定することで、位相折返し区間Ａ１の範囲内で正誤判定が可能となる。

よって、図２（Ｂ）で示したように、位相折返し区間Ａ１外の方位角θ２１に存在する物標が大型車であって、この物標からの受信波対を受信した場合であっても、アンテナパターンＰ３、Ｐ４がＰ３１、Ｐ３１に変位したことによって、方位角θ２１における合成波のレベルが閾値２以上となることはない。よって、位相折返し区間Ａ１外の方位角に存在する物標からの受信波に起因する、誤った正誤判定を防ぐことができる。

なお、上記の変形例として、移相器３０をアンテナ１３ではなくアンテナ１１と接続し、受信波Ｗ１３の代わりに受信波Ｗ１１の位相を遅延させる構成とすることもできる。その場合、図１０（Ｃ）に示すような合成波Ｂ２のアンテナパターンＰ５が得られる。すなわち、アンテナパターンＰ３が、図１０（Ａ）の場合とは反対に、方位角θ４と反対側の方位角θ５に指向性を有するように平行移動したものとなる。そして、アンテナパターンＰ３またはＰ５において、閾値Ｔ２以上となる受信レベルが得られるような方位角の範囲、つまり正誤判定対象範囲（方位角θ３１〜θ５１）は、第１の構成例においてアンテナパターンＰ３を用いた場合の範囲（方位角θ３１〜θ３２）より広くなる。

また、図１０（Ｄ）に示すように、物標の反射断面積が大きくアンテナパターンＰ３、Ｐ５がそれぞれアンテナパターンＰ３１、Ｐ５１のように上方に変位する場合であっても、位相折返し区間Ａ１外の物標からの受信波対の合成波が閾値Ｔ２を超えないように、合成波Ｂ１、Ｂ２の指向性を設定することで、正確な正誤判定が可能となる。

図１１は、第２の構成例における、物標の方位角の検出手順と、検出された方位角の正誤判定手順を説明するフローチャート図である。手順Ｓ１１０は、図６の手順Ｓ１２に対応し、手順Ｓ１１２〜Ｓ１１４は、図６の手順Ｓ１４に対応する。

まず、信号処理部２４は、アンテナ１３（変形例においてはアンテナ１１）による受信波Ｗ２２（変形例においてはアンテナ１１による受信波Ｗ２１）の移相器３０による位相遅れ分を補正して、アンテナ１１、１２、１３それぞれの受信波Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３をディジタルビームフォーミング処理する。そして、それぞれの受信波の指向性を受信波の到来方向に一致させ、受信波レベルのピークに対応する方位角を物標の方位角θとして検出する（Ｓ１１０）。

次に、信号処理部２４は、検出した方位角θが正誤判定対象範囲内（θ４１〜θ５１）であるかを判定する（Ｓ１１２）。そして、検出した方位角θが正誤判定対象範囲内である場合は、信号処理部２４は、送受信回路２２に送信波の送信を指示するとともに、アンテナ対１１、１２、及びアンテナ対１２、１３による受信波対の合成を、送受信回路２２を介して合成波生成部２６に指示する（Ｓ１１３）。

そして、信号処理部２４は、合成波Ｂ１またはＢ２のレベルが閾値Ｔ２以上であるか否かを判定する（Ｓ１１４）。そして、閾値Ｔ２以上であれば、検出された方位角θは、正誤判定対象範囲に実際に存在する物標からの受信波から検出されたと推定できるので、その検出結果を正と判定する。一方、合成波のレベルが閾値Ｔ２を下回るときは、検出された方位角θは、位相折返し区間Ａ１外に存在する物標からの受信波に起因して誤検出されたと推定できるので、誤と判定する。

図１２は、本実施形態におけるレーダ装置１０の、第３の構成例を説明する図である。第３の構成例では、図１２（Ａ）に示すように、アンテナ１２による受信波Ｗ２２が、移相器３０に入力されて位相が遅延させられ、合成波生成部２６に入力される。

そして、合成波生成部２６は、図１２（Ｂ）のテーブルに従って、スイッチを切り替えてアンテナ１１、１２、１３のいずれか２つを接続し、接続されたアンテナ対による受信波対を合成して、合成波を生成する。すなわち、合成波生成部２６は、まずアンテナ１１と１２のスイッチをオンにすることにより、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２を合成して合成波Ｂ１１を生成する。次に、合成波生成部２６は、アンテナ１２と１３のスイッチをオンにすることにより、受信波対Ｗ２２、Ｗ２３を合成して合成波Ｂ１２を生成する。

その結果、合成波Ｂ１１、Ｂ１２のアンテナパターンは、図１３（Ａ）に示す、アンテナパターンＰ４またはＰ５のようになる。すなわち、アンテナパターンＰ４、Ｐ５は、図１０（Ａ）、（Ｃ）で示したように、アンテナパターンＰ３の指向性が、方位角θ４、またはθ５に移動したものである。

このようなアンテナパターンＰ４、Ｐ５において、閾値Ｔ２以上となる受信レベルが得られるような方位角の範囲、つまり正誤判定対象範囲（方位角θ４１〜θ５１）は、第２の構成例においてアンテナパターンＰ３、Ｐ４を用いた場合の範囲（方位角θ４１〜θ３２）、あるいは、アンテナパターンＰ３、Ｐ５を用いた場合の範囲（方位角θ３１〜θ５１）よりさらに広くなる。

そして、図１３（Ｂ）に示すように、物標の反射断面積が大きくアンテナパターンＰ４、Ｐ５がそれぞれアンテナパターンＰ４１、Ｐ５１のように上方に変位する場合であっても、位相折返し区間Ａ１外の物標からの受信波対の合成波が閾値Ｔ２を超えないように、合成波Ｂ１、Ｂ２の指向性を設定することで、位相折返し区間Ａ１の範囲内で正確な正誤判定が可能となる。

よって、図２（Ｂ）で示したように、位相折返し区間Ａ１外の方位角θ２１に存在する物標が大型車であって、この物標からの受信波対を受信した場合であっても、アンテナパターンＰ４、Ｐ５がＰ４１、Ｐ５１に変位したことによって、方位角θ２１における合成波のレベルが閾値２以上となることはない。よって、位相折返し区間Ａ１外の方位角に存在する物標からの受信波に起因する、誤った正誤判定を防ぐことができる。

図１４は、第３の構成例における、物標の方位角の検出手順と、検出された方位角の正誤判定手順を説明するフローチャート図である。手順Ｓ１４０は、図６の手順Ｓ１２に対応し、手順Ｓ１１２〜Ｓ１１４は、図６の手順Ｓ１４に対応する。

まず、信号処理部２４は、アンテナ１２による受信波Ｗ２２の移相器３０による位相遅れ分を補正して、アンテナ１１、１２、１３それぞれの受信波Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３をディジタルビームフォーミング処理する。そして、それぞれの受信波の指向性を受信波の到来方向に一致させ、受信波レベルのピークに対応する方位角を物標の方位角θとして検出する（Ｓ１４０）。

次に、信号処理部２４は、検出した方位角θが正誤判定対象範囲内（θ４１〜θ５１）であるかを判定する（Ｓ１４２）。そして、検出した方位角θが正誤判定対象範囲内である場合は、信号処理部２４は、送受信回路２２に送信波の送信を指示するとともに、アンテナ対１１、１２、及びアンテナ対１２、１３による受信波の合成を送受信回路２２を介して合成波生成部２６に指示する（Ｓ１４３）。

そして、信号処理部２４は、合成波Ｂ１１またはＢ１２のレベルが閾値Ｔ２以上であるか否かを判定する（Ｓ１４４）。そして、閾値Ｔ２以上であれば、検出された方位角θは、正誤判定対象範囲に実際に存在する物標からの受信波から検出されたと推定できるので、その検出結果を正と判定する。一方、合成波のレベルが閾値Ｔ２を下回るときは、検出された方位角θは、位相折返し区間Ａ１外に存在する物標からの受信波に起因して誤検出されたと推定できるので、誤と判定する。

図１５は、本実施形態におけるレーダ装置１０の、第４の構成例を説明する図である。第１の構成例と異なる部分について説明する。図１５（Ａ）に示すように、レーダ装置１０は、第１の構成例に加えて、さらにアンテナ１３、１４を有する。そして、第４の構成例では、アンテナ１３は、アンテナ１２から間隔２ｄ離間して配置され、アンテナ１４はさらにアンテナ１３から間隔２ｄ離間して配置される。

このような構成とすることにより、レーダ装置１０は、アンテナ１１、１２、１３、１４による受信波（それぞれ、順に受信波Ｗ２１、Ｗ２２，Ｗ２３、Ｗ２４とする）を用いて、ディジタルビームフォーミング処理を行うことにより、物標の方位角θを検出する。

このとき、アンテナ１２と１３は間隔２ｄ離間しているので、図１５（Ｂ）のマトリクスに示すように、アンテナ１２の位置にアンテナ１１があると仮定したときに、アンテナ１１から２ｄ離間した位置にある仮想のアンテナ１５（点線で図示）で受信波を受信する場合と同じ効果が得られる（列Ｃ１）。また、アンテナ１２と１４は間隔４ｄ離間している。よって、アンテナ１２の位置にアンテナ１１があると仮定したときに、アンテナ１１から４ｄ離間した位置にある仮想のアンテナ１６（点線で図示）で受信波を受信する場合と同じ効果が得られる（列Ｃ２）。

同様にして、アンテナ１１を基準としたアンテナ１２、１３、１４の位置関係を、アンテナ１４の位置にアンテナ１１があると仮定した場合にあてはめると、仮想のアンテナ１７、１９、２１（いずれも点線で図示）が得られる（列Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５）。さらに、アンテナ１２と１３の位置関係を、アンテナ１４の位置にアンテナ１２があると仮定した場合に当てはめると、仮想のアンテナ１８（点線で図示）が得られ（列Ｃ６）、アンテナ１３と１４の位置関係をアンテナ１４の位置にアンテナ１３があると仮定した場合に当てはめると、仮想のアンテナ２０（点線で図示）が得られる（列Ｃ７）。

このように、合計４個のアンテナをアンテナ６個分のスペースに配置することにより、合計１１個分のアンテナを等間隔ｄに配置したのと同じ受信波の組合せが得られる。

そして、信号処理部２４は、これらの受信波の組合せをディジタルビームフォーミング処理して、物標の方位角θを検出する。そうすることにより、より多くの受信波の指向性を重ね合わせることができ、方位角θの検出精度を向上できる。

また、アンテナ１３による受信波Ｗ２３は、第４の構成例では、移相器３０に入力される。移相器３０は、受信波２３の位相を遅延させて合成波生成部２６に入力する。そして、合成波生成部２６は、図１５（Ｃ）のテーブルに従って、スイッチを切り替えてアンテナ１１、１２、１３、１４のいずれか２つを接続する。そして、接続されたアンテナ対による受信波対を合成して、合成波を生成する。すなわち、合成波生成部２６は、まずアンテナ１１と１２のスイッチをオンにすることにより、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２を合成して合成波Ｂ３を生成する。次に、合成波生成部２６は、アンテナ１２と１３のスイッチをオンにすることにより、受信波対Ｗ２２、Ｗ２３を合成して合成波Ｂ６を生成する。また、合成波生成部２６は、アンテナ１３と１４のスイッチをオンにすることにより、受信波対Ｗ２３、Ｗ２４を合成して合成波Ｂ７を生成する。

その結果、合成波Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５のアンテナパターンは、図１６に示すようになる。まず、図１６（Ａ）に示すように、アンテナ１１と１２とがスイッチで接続されると、受信波対Ｗ２１、Ｗ２２の合成波Ｂ３については、図７（Ａ）でも示したアンテナパターンＰ３が形成される。

次に、受信波Ｗ２２、Ｗ２３から生成される合成波Ｂ６のアンテナパターンについて説明する。ここで、アンテナ１２と１３とは、アンテナ１１と１２との間隔ｄより大きい間隔２ｄ離間している。よって、方位角の変位量に対する受信波対Ｗ２２、Ｗ２３の位相差の変化量は合成波Ｂ３の場合よりさらに大きくなるので、合成波Ｂ６のアンテナパターンは、アンテナパターンＰ３よりさらに急峻になる。そして、このとき、アンテナ１３による受信波Ｗ２３の位相が遅延されるので、方位角０度からずれた方位角θ６に指向性を有するアンテナパターンＰ６が形成される。よって、この場合において、移相器３０が「指向性制御手段」に対応する。

同様に、合成波Ｂ７が生成されるときにはアンテナ１３による受信波Ｗ２３の位相が遅延されるので、方位角０度からずれた方位角θ７に指向性を有するアンテナパターンＰ７が生成される。なお、アンテナパターンＰ６とＰ７は、いずれもアンテナ１３、１４による受信波Ｗ２３、Ｗ２４から生成されるので、同形状となる。

すると、アンテナパターンＰ６、Ｐ７の指向性を示す方位角θ６、θ７の幅を広くすることで、アンテナパターンＰ３、Ｐ６、またはＰ７において、閾値Ｔ２以上となる受信レベルが得られるような方位角の範囲、つまり正誤判定対象範囲（方位角θ６１〜θ７１）は、第３の構成例の場合よりさらに広くなる。

そして、図１６（Ｂ）に示すように、物標の反射断面積が大きくアンテナパターンＰ３、Ｐ６、Ｐ７がそれぞれアンテナパターンＰ３１、Ｐ６１、Ｐ７１のように上方に変位する場合であっても、位相折返し区間Ａ１外の物標からの受信波対の合成波が閾値Ｔ２を超えないように、合成波Ｂ６、Ｂ７の指向性を設定することで、位相折返し区間Ａ１の範囲内で正誤判定が可能となる。

よって、図２（Ｂ）で示したように、位相折返し区間Ａ１外の方位角θ２１に存在する物標が大型車であって、この物標からの受信波を受信した場合であっても、アンテナパターンＰ３、Ｐ６、Ｐ７がＰ３１、Ｐ６１、Ｐ７１に変位したことによって、方位角θ２１における合成波のレベルが閾値２以上となることはない。よって、位相折返し区間Ａ１外の方位角に存在する物標からの受信波に起因する、誤った正誤判定を防ぐことができる。

第４の構成例では、アンテナパターンＰ６、Ｐ７を第３の構成例のアンテナパターンＰ４、Ｐ５よりさらに急峻としたことにより、アンテナパターンＰ６、Ｐ７がＰ６１、Ｐ７１に変位したことによって、位相折返し区間Ａ１外の方位角にある物標による合成波のレベルが閾値２以上となる可能性を第２の構成例よりさらに小さくできる。

図１７は、第４の構成例における、物標の方位角の検出手順と、検出された方位角の正誤判定手順を説明するフローチャート図である。手順Ｓ１５０は、図６の手順Ｓ１２に対応し、手順Ｓ１５２、Ｓ１５４は、図６の手順Ｓ１４に対応する。

まず、信号処理部２４は、アンテナ１３による受信波Ｗ２３の移相器３０による位相遅れ分を補正して、アンテナ１１、１２、１３、及び１４による受信波をディジタルビームフォーミング処理する。そして、それぞれの受信波の指向性を受信波の到来方向に一致させ、受信波レベルのピークに対応する方位角を物標の方位角θとして検出する（Ｓ１５０）。

次に、信号処理部２４は、検出した方位角θが正誤判定対象範囲内（θ６１〜θ７１）であるかを判定する（Ｓ１５２）。そして、検出した方位角θが正誤判定対象範囲内である場合は、信号処理部２４は、送受信回路２２に送信波の送信を指示するとともに、アンテナ１１、１２、１３、及び１４による受信波の合成を、送受信回路２２を介して合成波生成部２６に指示する（Ｓ１５３）。

そして、信号処理部２４は、合成波Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５のレベルが閾値Ｔ２以上であるか否かを判定する（Ｓ１５４）。そして、閾値Ｔ２以上であれば、検出された方位角θは、正誤判定対象範囲に実際に存在する物標からの受信波から検出されたと判定できるので、その検出結果を正と判定する。一方、合成波のレベルが閾値Ｔ２を下回るときは、検出された方位角θは、位相折返し区間Ａ１外に存在する物標からの受信波に起因して誤検出されたと判定できるので、誤と判定する。

なお、上述の例では、車両前方を監視する車載レーダ装置を例として説明したが、車両の前方に限らず、後方や側方を監視するレーダ装置であってもよい。また、物標の反射断面積により受信波のレベルが変化する電子スキャン式レーダ装置であれば、車載レーダ以外であっても、本実施形態は適用できる。

以上のように、本実施形態によれば、方位角の変化量に対してレベルの変化量が大きく、急峻なアンテナパターンを有する合成波を用い、検出した方位角における合成波のレベルが基準値以上となるときに当該方位角を正、前記基準値を下回るときに当該方位角を誤と判定する正誤判定を行う。よって、物標の反射断面積が大きく、合成波のレベルが上方に変位した場合であっても、位相折返し区間外の物標からの受信波による合成波が正誤判定の閾値を超えることがない。よって、位相折返しにより誤検出した方位角を正と判定することがない。そのため、検出した方位角の正誤判定を正確に行うことができる。

なお、ここで、図５、図７に示した第１の構成例におけるアンテナ１１、１２それぞれ単体での受信波のレベルＰ１と合成波のレベルＰ３との関係について説明する。アンテナ１１、１２単体での受信波のレベルＰ１を方位角θに対する指向性Ｐ１（θ）、アンテナ１１とアンテナ１２の合成波のレベルＰ３を方位角θに対する指向性Ｐ３（θ）と表し、方位角θに対応するアンテナ１１、１２の受信波の位相差をφとする。すると、指向性Ｐ３（θ）は次式により、指向性Ｐ１（θ）から求められる。

また、図１５に示した第４の構成例の変形例として、アンテナ１１〜１４を送受信兼用に構成し、アンテナ１１〜１４から時分割で順次送信信号を送信するときにアンテナ１１〜１４で受信波を受信する構成としてもよい。

その場合、レーダ波が送信されるアンテナの位置が順次変化することにより、異なるアンテナからレーダ波を送信したときには各受信アンテナにおける目標物体までの往復経路長が異なり、したがって各受信アンテナにおいて異なる位相の受信波が得られる。その結果、送信アンテナを基準としたときの各受信アンテナの配置は、等間隔ｄで１１個の受信アンテナを配置した場合と等価となる。

すなわち、合計４個のアンテナをアンテナ６個分のスペースに配置することにより、合計１１個分のアンテナを等間隔ｄで配置したのと同じ受信波の組合せが得られる。そして、信号処理部２４は、アンテナ１１〜１４から時分割で順次送信信号を送信するときにアンテナ１１〜１４で受信した受信波の組合せをディジタルビームフォーミング処理して、物標の方位角θを検出する。そうすることにより、より多くの受信波の指向性を重ね合わせることができ、方位角θの検出精度を向上できる。

また、上述の第１〜第４の構成例において、信号処理装置２４は、送受信回路２２を介して合成波生成部２６に受信アンテナを切替えるスイッチの切り替え指示信号を入力したが、送受信回路２２を介さずに直接合成波生成部２６に切り替え指示信号を入力する構成としてもよい。

Claims (4)

1. レーダ波を基準方向に送信し、物標により反射された前記レーダ波を受信波として受信し、前記物標の前記基準方向に対する方位角を検出するレーダ装置において、
   所定間隔離間した第１のアンテナ対により受信される第１の受信波対の位相差に基づいて前記方位角を検出する方位角検出手段と、
   前記第１の受信波対を合成して第１の合成波を生成する合成波生成部と、
   前記方位角検出手段が検出した方位角の正誤判定を行う方位角判定手段とを有し、
   前記合成波生成部は、
   前記基準方向に対する各方位角に物標が存在したと仮定した場合において前記第１のアンテナ対により受信される受信波対を合成して、前記各方位角に対応してレベルが変化する第１の基準合成波を生成し、
   前記方位角判定手段は、
   前記方位角検出手段が検出した方位角が、前記第１の基準合成波のレベルと基準値とに基づき予め定められた方位角範囲内の場合に、前記合成波生成部に前記第１の合成波の生成を指示し、
   前記指示により前記合成波生成部が生成した前記第１の合成波の前記レベルが、前記基準値以上となるときに当該検出した方位角を正、前記基準値を下回るときに当該検出した方位角を誤と判定することを特徴とするレーダ装置。
2. 請求項１において、
   前記第１の受信波対のいずれかの受信波の位相を移動させる移相器をさらに有し、
   前記合成波生成部は、
   前記基準方向に対する前記各方位角に物標が存在したと仮定した場合において、位相が移動した受信波を含む第２の受信波対を合成して、前記各方位角に対応してレベルが変化する第２の基準合成波を生成し、
   前記方位角判定手段は、
   前記方位角検出手段が検出した方位角が、前記第１及び第２の基準合成波のレベルと前記基準値とに基づき予め定められた方位角範囲内の場合に、前記合成波生成部に前記第１の合成波、及び、前記位相が移動した受信波を含む第２の受信波対から、基準方向に対する方位角に対応してレベルが変化する第２の合成波の生成を指示し、
   前記指示により前記合成波生成部が生成した前記第１、または第２の合成波のいずれかのレベルが前記基準値以上となるときに当該検出した方位角を正、前記基準値を下回るときに当該検出した方位角を誤と判定する正誤判定を行うことを特徴とするレーダ装置。
3. 請求項１において、
   前記第１のアンテナ対より大きい間隔離間した第２のアンテナ対により受信される第３の受信波対のいずれかの受信波の位相を移動させる移相器をさらに有し、
   前記合成波生成部は、
   前記基準方向に対する前記各方位角に物標が存在したと仮定した場合において、位相が移動した受信波を含む第４の受信波対を合成して、前記各方位角に対応してレベルが変化する第３の基準合成波を生成し、
   前記方位角判定手段は、
   前記方位角検出手段が検出した方位角が、前記第１及び第３の基準合成波のレベルと前記基準値とに基づき予め定められた方位角範囲内の場合に、前記合成波生成部に前記第１の合成波、及び、前記位相が移動した受信波を含む第４の受信波対から、基準方向に対する方位角に対応してレベルが変化する第３の合成波の生成を指示し、
   前記指示により前記合成波生成部が生成した前記第１、または第３の合成波のいずれかのレベルが前記基準値以上となるときに当該検出した方位角を正、前記基準値を下回るときに当該検出した方位角を誤と判定する正誤判定を行うことを特徴とするレーダ装置。
4. レーダ波を基準方向に送信し、物標により反射された前記レーダ波を受信波として受信するレーダ装置による前記物標の前記基準方向に対する方位角を検出する方位角検出方法において、
   前記基準方向に対する各方位角に物標が存在したと仮定した場合において、所定間隔離間したアンテナ対により受信される受信波対を合成して、前記各方位角に対応してレベルが変化する基準合成波を生成する工程と、
   前記検出された前記方位角が、前記基準合成波のレベルと基準値とに基づき予め定められた方位角範囲内の場合に、前記所定間隔離間したアンテナ対により受信される受信波対の合成波を生成し、当該生成した合成波のレベルが、前記基準値以上となるときに当該検出した方位角を正、前記基準値を下回るときに当該検出した方位角を誤と判定する工程とを有することを特徴とする方位角検出方法。

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