WO2013124969A1 - レーダ装置 - Google Patents

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一郎 相澤
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トヨタ自動車株式会社
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    • G01S7/352—Receivers
    • G01S7/358—Receivers using I/Q processing

Definitions

  • the present invention relates to a radar apparatus that detects an object using a result of receiving a reflected wave from an object that reflects the radar wave.
  • a radar device that detects an angle in the vertical direction of an object by arranging a plurality of element antennas arranged in the horizontal direction while being shifted from each other in the vertical direction is known (for example, see Patent Document 1).
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a radar apparatus 10 disclosed in Patent Document 1.
  • the radar apparatus 10 is connected to a reception antenna 1 having element antennas # 1 to # 8 that are alternately shifted in the vertical direction, a transmission antenna 2 that operates with an oscillator 3, and element antennas # 1 to # 8 and the oscillator 3.
  • Mixer unit 4 having mixers 4-1 to 4-8, and signal processing for performing fast Fourier transform processing (FFT processing) and digital beam forming processing (DBF processing) on the beat signal generated by mixer unit 4 Part 5.
  • FFT processing fast Fourier transform processing
  • DMF processing digital beam forming processing
  • the signal processing unit 5 uses the result of DBF synthesis for the upper element antennas # 1, # 3, # 5, and # 7 and the result of DBF synthesis for the lower element antennas # 2, # 4, # 6, and # 8.
  • the vertical angle of the object is calculated by the phase monopulse method.
  • the lower element antenna is disposed between the adjacent upper element antennas, it is difficult to reduce the antenna interval between the adjacent upper element antennas (for example, the upper element antenna # 1). And the lower element antenna # 2 is arranged between # 3 and # 3). Similarly, since the upper element antenna is disposed between the adjacent lower element antennas, it is difficult to narrow the antenna interval between the adjacent lower element antennas.
  • an object of the present invention is to provide a radar apparatus that can detect an angle in the vertical direction of an object and can easily expand a detectable range of the angle in the horizontal direction.
  • the present invention provides: A transmission antenna that switches and transmits radar waves whose vertical phases are shifted from each other; A receiving antenna having an array antenna for receiving a reflected wave from an object reflecting the radar wave; A radar apparatus comprising: a detection unit that detects the object using a reception result of the reception antenna.
  • the vertical angle of the object can be detected, and the detectable range of the horizontal angle can be easily expanded.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a radar apparatus disclosed in Patent Document 1.
  • FIG. It is a block diagram of the radar apparatus which concerns on one Embodiment. It is an example of a phase adjustment circuit. It is an example of an angle spectrum. It is an example of an angle spectrum. It is an operation example of a radar apparatus. It is a block diagram of the radar apparatus which concerns on one Embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the radar apparatus 20 according to the first embodiment.
  • the radar device 20 is mounted on a vehicle and is of an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method that can detect the distance and relative speed between the host vehicle and a target object around the host vehicle (for example, an object such as a vehicle in front of the host vehicle).
  • FMCW Frequency Modulated Continuous Wave
  • the radar device 20 when detecting a target ahead of the host vehicle, the radar device 20 is installed on the vehicle body so that the normal directions of the antenna surface of the transmission antenna 21 and the antenna surface of the reception antenna 22 coincide with the front-rear direction of the vehicle. It is good to be.
  • the x-axis direction is parallel to the horizontal plane such as the road surface
  • the x-axis direction is parallel to the horizontal plane
  • the y-axis direction is the left-right direction of the vehicle (vehicle width direction).
  • the vertical direction of the vehicle is the z-axis direction.
  • the radar apparatus 20 includes an oscillator 23, a transmission antenna 21, a reception antenna 22, and an object detection unit 26.
  • the oscillator 23 is a transmission signal generation unit that generates a transmission signal Ss whose frequency continuously increases and decreases according to a modulation signal Sm of a triangular wave.
  • the frequency band of the transmission signal Ss is, for example, a millimeter wave band or a microwave band.
  • the local signal L generated by the power distribution of the transmission signal Ss by the distributor is supplied to the mixer unit 24 of the object detection unit 26.
  • the local signal L has the same frequency as the transmission signal Ss.
  • the transmission antenna 21 is a transmission unit that transmits a radar wave based on the transmission signal Ss modulated by the modulation signal Sm, and switches and transmits radar waves whose phases in the vertical direction are shifted from each other.
  • the transmission antenna 21 includes an element antenna 33, a phase adjustment circuit 31 that adjusts the phase of a radar wave transmitted from the element antenna 33, and two feeding points 11 and 12 of the element antenna 33.
  • the transmission antenna 21 has, for example, a plurality of transmission channels in which the phases of radar waves transmitted from the common element antenna 33 are shifted from each other in the vertical direction, and transmits the radar waves by switching these transmission channels.
  • a transmission channel 34 that transmits a radar wave from the element antenna 33 according to the transmission signal Ss supplied from the feeding point 11 via the phase adjustment circuit 31, and supplied from the feeding point 12 via the phase adjustment circuit 31.
  • a transmission channel 35 that transmits a radar wave from the element antenna 33 according to the transmission signal Ss is illustrated.
  • the transmission signal Ss is selectively input to the feeding points 11 and 12 via the switch 50.
  • the switch 50 is a switching unit that selectively switches the supply destination of the transmission signal Ss generated by the oscillator 23 to the feeding point 11 or 12 in accordance with the switching control signal supplied from the signal processing unit 25 of the object detection unit 26.
  • the element antenna 33 is connected to the two feeding points 11 and 12 via the phase adjustment circuit 31.
  • the element antenna 33 includes, for example, a plurality of patch antennas 32 arranged vertically and horizontally as a radiating element that transmits a radar wave based on a transmission signal Ss selectively input to the feeding point 11 or 12. .
  • Each patch antenna 32 is connected to two feeding points 11 and 12 via a phase adjustment circuit 31.
  • the phase adjustment circuit 31 has directivity by shifting the phase of the radar wave transmitted from the common element antenna 33 in the vertical direction depending on the feeding point to which the common transmission signal Ss supplied from the oscillator 23 is input. This is a possible phase adjustment unit without change. That is, the phase adjustment circuit 31 receives the phase of the radar wave transmitted from the element antenna 33 when the transmission signal Ss is input to the feeding point 11 and the element antenna 33 when the transmission signal Ss is input to the feeding point 12. The phase of the transmitted radar wave can be shifted in the vertical direction.
  • FIG. 3 is a specific example of a phase adjustment circuit that enables transmission of radio waves whose phases are shifted in the vertical direction from the element antenna.
  • the phase adjustment circuit 54 is inserted between the three feeding points 51, 52, 53 and the element antenna 55.
  • JP 2009-76986 A can be cited.
  • the receiving antenna 22 includes an array antenna 43 that receives a reflected wave that arrives when a radar wave transmitted from the element antenna 33 of the transmitting antenna 21 is reflected by an object (not shown).
  • the receiving unit outputs a corresponding received signal.
  • the receiving antenna 22 is arranged on the same plane as the transmitting antenna 21.
  • the receiving antenna 22 has an array antenna 43 including a plurality of element antennas A2 to An arranged in the left-right direction. The number of these element antennas may be arbitrary.
  • Each of the element antennas A2 to An has a plurality of patch antennas 42 arranged in a line in the vertical direction.
  • Each patch antenna 42 of the element antennas A2 to An is connected to a reception port for each of the element antennas A2 to An.
  • the reception port P2 is a feeding point connected to each patch antenna 42 of the element antenna A2.
  • the phase adjustment circuit 41 and the reception port P1 will be described later.
  • the object detection unit 26 is a circuit that detects an object reflecting a radar wave transmitted from the transmission antenna 21 based on reception signals supplied from the array antenna 43 via the reception ports of the element antennas A2 to An. .
  • the object detection unit 26 includes a mixer unit 24 and a signal processing unit 25.
  • the mixer unit 24 outputs a beat signal for each of the element antennas A2 to An by mixing the local signal L supplied from the oscillator 23 with a reception signal supplied from each reception port of each of the element antennas A2 to An. It has mixers M1 to Mn.
  • the signal processing unit 25 performs an FFT process on the beat signal supplied from the mixer unit 24, thereby detecting the frequency of the component at which the signal strength of the beat signal reaches a peak as the beat frequency.
  • the signal processing unit 25 detects an object reflecting the radar wave transmitted from the transmission antenna 21 using the detected beat frequency, and calculates a distance and a relative speed between the detected object and the radar apparatus 20.
  • the signal processing unit 25 performs DBF processing on the beat signal supplied from the mixer unit 24, thereby calculating the angle (azimuth) in the left-right direction of the detected object by scanning the antenna beam in the left-right direction, and detecting the detection.
  • the vertical angle (elevation angle) of the object is calculated by the phase monopulse method.
  • the radar apparatus 20 having such a configuration, it is possible to switch and transmit radar waves having different phases in the vertical direction from a single transmission antenna 21.
  • the element antennas A2 to An constituting the receiving antenna 22 can be arranged without being shifted in the vertical direction. That is, the vertical positions of the element antennas A2 to An can be made the same height. Therefore, since the antenna distance in the left-right direction between adjacent element antennas in the element antennas A2 to An can be easily reduced, the detectable range of the angle in the left-right direction can be easily expanded.
  • the radar apparatus 20 includes a transmission antenna 21 that switches and transmits radar waves having different phases in the vertical direction depending on the feeding point.
  • the receiving antenna 22 can receive the reflected wave of the radar wave whose phase is shifted in the vertical direction. Therefore, the signal processing unit 25 of the object detection unit 26 can detect the vertical angle of the object based on the vertical phase shift received by the reception antenna 22.
  • the signal processing unit 25 performs transmission control from the transmission antenna 21 by switching the feeding point to which the transmission signal Ss supplied from the oscillator 23 is input to the feeding point 11 or 12 by switching the switch 50. Shift the phase of the radar wave up and down.
  • the signal processing unit 25 acquires beat signals for the element antennas A2 to An as reception results obtained from the reception antenna 22 by radar waves transmitted from the transmission antenna 21 when the transmission signal Ss is input to the feeding point 11. .
  • the signal processing unit 25 performs DBF synthesis on the beat signals for the element antennas A2 to An when power is supplied to the power supply point 11, thereby performing a left-right angle spectrum as shown in FIG. "Angle spectrum").
  • the signal processing unit 25 detects the azimuth ⁇ 1 at which the signal intensity of the first angle spectrum peaks, and detects the phase ⁇ 1 in the azimuth ⁇ 1.
  • the signal processing unit 25 outputs a beat signal for each of the element antennas A2 to An as a reception result obtained from the reception antenna 22 by the radar wave transmitted from the transmission antenna 21 when the transmission signal Ss is input to the feeding point 12. get.
  • the signal processing unit 25 performs DBF synthesis on the beat signals for each of the element antennas A2 to An when power is supplied to the power feeding point 12, thereby performing an angular spectrum in the horizontal direction as shown in FIG. "Angle spectrum").
  • the signal processing unit 25 detects the azimuth ⁇ 2 at which the signal intensity of the second angle spectrum peaks, and detects the phase ⁇ 2 in the azimuth ⁇ 2.
  • the signal processing unit 25 can detect the vertical angle of the detection object by the phase monopulse method based on the phase difference between the phase ⁇ 1 and the phase ⁇ 2 detected in this way.
  • the feeding to the feeding point 11 or the feeding point 12 is switched with a time delay by the switch 50, there is a phase delay corresponding to the time when the feeding is switched between the feeding point 11 and the feeding point 12.
  • the phase difference between the phase ⁇ 1 and the phase ⁇ 2 is included.
  • the element antenna A2 constituting the array antenna 43 of the receiving antenna 22 Have a plurality of reception channels whose phases are shifted in the vertical direction.
  • FIG. 2 shows a reception channel 44 for outputting a reception signal corresponding to the reflected wave received by the element antenna A2 from the reception port P2 via the phase adjustment circuit 41, and a reception signal corresponding to the reflection wave received by the element antenna A2.
  • a reception channel 45 that outputs the signal from the reception port P1 via the phase adjustment circuit 41 is illustrated.
  • the reception port P1 is another feeding point of the element antenna A2, which is different from the reception port P2.
  • Each patch antenna 42 of the element antenna A2 is connected to the reception ports P1 and P2 via the phase adjustment circuit 41.
  • the phase adjustment circuit 41 is a phase adjustment unit that can shift the vertical phase of the reflected wave received by the common element antenna A2. That is, the phase adjustment circuit 41 outputs the phase of the reception signal output from the reception port P1 according to the reflected wave received by the element antenna A2 and the output from the reception port P2 according to the reflected wave received by the element antenna A2. The phase of the received signal can be shifted in the vertical direction.
  • the phase adjustment circuit 41 may be a circuit having the same phase adjustment characteristics as the phase adjustment circuit 31 of the transmission antenna 21 and may be the same circuit as the circuit illustrated in FIG.
  • the phase adjustment circuit 41 allows the reception channel 45 to shift the phase of the reflected wave received from the reception channel 44 in a direction to return the vertical phase shift of the radar wave transmitted from the transmission antenna 21. At this time, the phase adjustment circuit 41 shifts the phase of the reflected wave received by the reception channel 45 from the phase of the reflected wave received by the reception channel 44 by the same amount as the phase shift in the vertical direction of the radar wave. Adjust it. Thereby, the phase lag corresponding to the switching time of the switch 50 is canceled, and the phase difference between the phase ⁇ 1 and the phase ⁇ 2 can be accurately corrected.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation example of the radar apparatus 20 of FIG.
  • step S ⁇ b> 11 the signal processing unit 25 switches the supply destination of the transmission signal Ss output from the oscillator 23 to the feeding point 11 by using the switch 50, and the transmission antenna 21 transmits to the feeding point 11 through the switch 50.
  • a radar wave is transmitted according to the signal Ss.
  • the signal processing unit 25 stores the azimuth ⁇ 1 and the phase ⁇ 1 measured using the reception ports P2 to Pn in the memory 27.
  • the signal processing unit 25 performs an FFT process on the beat signal obtained for each of the reception ports P1 to Pn for each of the reception ports P1 to Pn, so that the frequency spectrum for each of the reception ports P1 to Pn (hereinafter referred to as “first frequency”). Spectrum)).
  • the signal processing unit 25 performs a peak search of the signal intensity for the first frequency spectrum, and detects the frequency (beat frequency) and phase when the signal intensity is a peak for each of the reception ports P1 to Pn.
  • the signal processing unit 25 performs DBF synthesis on the beat signals obtained from the reception ports P2 to Pn for each beat frequency detected based on the first frequency spectrum, so that the first angular spectrum illustrated in FIG. To get.
  • the signal processing unit 25 detects the azimuth ⁇ 1 at which the signal intensity of the first angle spectrum peaks, and detects the phase ⁇ 1 in the azimuth ⁇ 1.
  • step S15 the signal processing unit 25 stores the phase ⁇ 1 measured using the reception port P2 in the memory 27. That is, the signal processing unit 25 stores the phase at the peak detected based on the frequency spectrum of the reception port P2 in the first frequency spectrum in step S13 in the memory 27 as the phase ⁇ 1.
  • step S ⁇ b> 17 the signal processing unit 25 switches the supply destination of the transmission signal Ss output from the oscillator 23 to the feeding point 12 by the switch 50, and the transmission antenna 21 transmits to the feeding point 12 through the switch 50.
  • a radar wave is transmitted according to the signal Ss.
  • the signal processing unit 25 stores the azimuth ⁇ 2 and the phase ⁇ 2 measured using the reception ports P2 to Pn in the memory 27.
  • the signal processing unit 25 performs FFT processing on the beat signal obtained for each of the reception ports P1 to Pn for each of the reception ports P1 to Pn, so that the frequency spectrum for each of the reception ports P1 to Pn (hereinafter referred to as “second frequency”). Spectrum)).
  • the signal processing unit 25 performs a peak search of the signal intensity for the second frequency spectrum, and detects a frequency (beat frequency) and a phase when the signal intensity is a peak for each of the reception ports P1 to Pn.
  • the signal processing unit 25 performs DBF synthesis on the beat signals obtained from the reception ports P2 to Pn for each beat frequency detected based on the second frequency spectrum, thereby performing the second angular spectrum illustrated in FIG. To get.
  • the signal processing unit 25 detects the azimuth ⁇ 2 at which the signal intensity of the second angle spectrum peaks, and detects the phase ⁇ 2 in the azimuth ⁇ 2.
  • step S21 the signal processing unit 25 stores the phase ⁇ 2 measured using the reception port P1 in the memory 27. That is, the signal processing unit 25 stores, in the memory 27, the phase at the peak detected based on the frequency spectrum of the reception port P1 in the second frequency spectrum in Step S19 as the phase ⁇ 2.
  • the signal processing unit 25 extracts detection objects having the same distance, the same speed, and the same direction.
  • the signal processing unit 25 uses the beat frequency detected based on the first frequency spectrum to calculate the distance and relative velocity of the detected object in the azimuth ⁇ 1 according to a well-known arithmetic expression, and generates the second frequency spectrum.
  • the beat frequency detected on the basis the distance and relative speed of the detected object in the azimuth ⁇ 2 are calculated according to a well-known arithmetic expression.
  • the signal processing unit 25 extracts detection objects having the same distance, the same speed, and the same direction based on both the calculation results.
  • step S25 the signal processing unit 25 subtracts the phase ⁇ 1 stored in the memory 27 in step S15 from the phase ⁇ 2 stored in the memory 27 in step S21 in order to cancel the phase delay caused by the switching time of the switch 50.
  • the phase difference ⁇ is calculated.
  • step S27 the signal processing unit 25 calculates elevation angle information such as an angle in the vertical direction of the detection object according to the following equation using ⁇ , ⁇ 1, and ⁇ 2 by the phase monopulse method.
  • ⁇ is the angle in the vertical direction
  • d is the distance in the vertical direction of the reception ports 1 and 2
  • ⁇ is the wavelength of the radar wave.
  • phase adjustment circuit is provided only for one element antenna that constitutes the array antenna is shown, but at least one of the element antennas that constitute the array antenna may have a phase adjustment circuit. .
  • FIG. 7 is a configuration diagram of the radar apparatus 60 according to the second embodiment. A description of the same configuration as that of the above embodiment is omitted.
  • the radar device 60 includes a transmission antenna 61 and a reception antenna 62.
  • the transmission antenna 61 does not have a phase adjustment circuit for shifting the phase of the radar wave in the vertical direction.
  • the receiving antenna 62 has an array antenna including a plurality of element antennas B1 to Bn arranged in the left-right direction.
  • the element antenna B1 has a phase adjustment circuit U1 that can shift the vertical phase of the reflected wave received by the element antenna B1. All of the other element antennas B2 to Bn have the same phase adjustment circuits U2 to Un.
  • the patch antennas of the element antennas B2 to Bn are connected via reception ports R1 to Rn and Q1 to Qn.
  • the mixer unit 28 of the object detection unit 29 mixes the local signals supplied from the oscillator 23 with the reception signals supplied from the reception ports R1 to Rn and Q1 to Qn of the element antennas B1 to Bn. Mixers S1 to Sn and T1 to Tn for outputting beat signals for the antennas B1 to Bn are provided.
  • the phase adjustment circuit U1 can generate a vertical phase difference between the reception signal output from the reception port Q1 and the reception signal output from the reception port R1. Therefore, the signal processing unit 25 can detect the vertical angle of the object detected by the element antenna B1 based on this phase difference by the phase monopulse method. The same applies to the other phase adjustment circuits U2 to Un. Therefore, the signal processor 25 can accurately detect the vertical angle of the detection object based on the phase difference between the reception ports of the element antennas B1 to Bn.

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Abstract

　上下方向の位相が互いにずれたレーダ波を切り替えて送信する送信アンテナと、前記レーダ波を反射した物体からの反射波を受信するアレーアンテナを有する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信結果を用いて、前記物体を検出する検出部とを備える、レーダ装置。

Description

レーダ装置
　本発明は、レーダ波を反射した物体からの反射波を受信した結果を用いて、その物体を検出する、レーダ装置に関する。
　左右方向に配列された複数の素子アンテナを上下方向に互いにずらして配置することで、物体の上下方向の角度を検出するレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
　図１は、特許文献１に開示されたレーダ装置１０の構成図である。レーダ装置１０は、上下方向に交互にずれた素子アンテナ＃１～＃８を有する受信アンテナ１と、発振器３で動作する送信アンテナ２と、素子アンテナ＃１～＃８及び発振器３に接続されるミキサ４－１～４－８を有するミキサ部４と、ミキサ部４によって生成されるビート信号に対して高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）及びディジタル・ビーム・フォーミング処理（ＤＢＦ処理）を行う信号処理部５とを備えている。
　信号処理部５は、上側素子アンテナ＃１，＃３，＃５，＃７についてＤＢＦ合成した結果と、下側素子アンテナ＃２，＃４，＃６，＃８についてＤＢＦ合成した結果とを用いて、物体の上下方向の角度を位相モノパルス方式で演算する。
特開平１１－２８７８５７号公報
　しかしながら、図１のような構成では、隣り合う上側素子アンテナ間に下側素子アンテナが配置されているため、隣り合う上側素子アンテナ間のアンテナ間隔を狭めることが難しい（例えば、上側素子アンテナ＃１と＃３との間に、下側素子アンテナ＃２が配置されている）。同様に、隣り合う下側素子アンテナ間に上側素子アンテナが配置されているため、隣り合う下側素子アンテナ間のアンテナ間隔を狭めることが難しい。
　隣り合う素子アンテナ間のアンテナ間隔が狭いほど、左右方向の角度の検出可能範囲は広がるため、図１のような構成では、左右方向の角度の検出可能範囲を広げることは容易ではない。
　そこで、本発明は、物体の上下方向の角度を検出でき、左右方向の角度の検出可能範囲を容易に広げることができる、レーダ装置の提供を目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は、
　上下方向の位相が互いにずれたレーダ波を切り替えて送信する送信アンテナと、
　前記レーダ波を反射した物体からの反射波を受信するアレーアンテナを有する受信アンテナと、
　前記受信アンテナの受信結果を用いて、前記物体を検出する検出部とを備える、レーダ装置を提供するものである。
　本発明によれば、物体の上下方向の角度を検出でき、左右方向の角度の検出可能範囲を容易に広げることができる。
特許文献１に開示されたレーダ装置の構成図である。 一実施形態に係るレーダ装置の構成図である。 位相調整回路の一例である。 角度スペクトラムの一例である。 角度スペクトラムの一例である。 レーダ装置の一動作例である。 一実施形態に係るレーダ装置の構成図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
　図２は、第１の形態に係るレーダ装置２０の構成図である。レーダ装置２０は、車両に搭載され、自車と自車周辺の目標物（例えば、自車前方の車両などの物体）との距離及び相対速度を検出可能なＦＭＣＷ（Frequency　Modulated　Continuous　Wave）方式のレーダ装置である。
　レーダ装置２０は、例えば自車の前方の目標物を検出する場合、送信アンテナ２１のアンテナ面及び受信アンテナ２２のアンテナ面の法線方向が車両の前後方向に一致するように車体に設置されているとよい。図２において、路面等の水平面に対して平行且つ車両の前後方向をｘ軸方向とし、水平面に対して平行且つ車両の左右方向（車幅方向）をｙ軸方向とし、水平面に対して垂直な車両の上下方向をｚ軸方向とする。
　レーダ装置２０は、発振器２３と、送信アンテナ２１と、受信アンテナ２２と、物体検出部２６とを備えている。
　発振器２３は、三角波の変調信号Ｓｍに従って、周波数が連続的に増減する送信信号Ｓｓを発生させる送信信号生成部である。送信信号Ｓｓの周波数帯は、例えば、ミリ波帯、マイクロ波帯である。また、送信信号Ｓｓが分配器によって電力分配されることによって生成されたローカル信号Ｌが、物体検出部２６のミキサ部２４に供給される。ローカル信号Ｌは、送信信号Ｓｓと同じ周波数を有する。
　送信アンテナ２１は、変調信号Ｓｍにより変調された送信信号Ｓｓに基づいてレーダ波を送信する送信部であって、上下方向の位相が互いにずれたレーダ波を切り替えて送信するものである。送信アンテナ２１は、素子アンテナ３３と、素子アンテナ３３から送信されるレーダ波の位相を調整する位相調整回路３１と、素子アンテナ３３の２つの給電点１１，１２とを有している。
　送信アンテナ２１は、例えば、共通の素子アンテナ３３から送信されるレーダ波の位相が上下方向に互いにずれる複数の送信チャネルを有し、それらの送信チャネルを切り替えてレーダ波を送信する。図２には、給電点１１から位相調整回路３１を介して供給される送信信号Ｓｓに従って素子アンテナ３３からレーダ波を送信する送信チャネル３４と、給電点１２から位相調整回路３１を介して供給される送信信号Ｓｓに従って素子アンテナ３３からレーダ波を送信する送信チャネル３５が例示されている。
　給電点１１，１２には、送信信号Ｓｓがスイッチ５０を介して選択的に入力される。スイッチ５０は、物体検出部２６の信号処理部２５から供給される切替制御信号に従って、発振器２３によって生成される送信信号Ｓｓの供給先を給電点１１又は１２に選択的に切り替える切替手段である。
　素子アンテナ３３は、２つの給電点１１，１２に位相調整回路３１を介して接続されている。素子アンテナ３３は、給電点１１又は１２に選択的に入力される送信信号Ｓｓに基づいてレーダ波を送信する放射素子として、例えば、上下左右に配列された複数のパッチアンテナ３２を有している。各パッチアンテナ３２は、２つの給電点１１，１２に位相調整回路３１を介して接続されている。
　位相調整回路３１は、発振器２３から供給される共通の送信信号Ｓｓが入力される給電点の違いによって、共通の素子アンテナ３３から送信されるレーダ波の上下方向の位相をずらすことが指向性を変えずに可能な位相調整部である。すなわち、位相調整回路３１は、給電点１１に送信信号Ｓｓが入力されるときに素子アンテナ３３から送信されるレーダ波の位相と給電点１２に送信信号Ｓｓが入力されるときに素子アンテナ３３から送信されるレーダ波の位相とを互いに上下方向にずらすことができる。このような位相調整回路３１を給電点１１，１２と素子アンテナ３３との間に設けることによって、送信アンテナ２１が一つであっても（素子アンテナ３３が一つであっても）、上下方向の位置が物理的に互いにずれた２つの送信アンテナからレーダ波が送信されることと同様の効果が得られる。
　図３は、上下方向に位相をずらした電波を素子アンテナから送信可能にする位相調整回路の具体例である。位相調整回路５４は、３つの給電点５１，５２，５３と素子アンテナ５５との間に挿入されている。変調された送信信号が選択的に入力される給電点は複数あってもよく、その数に応じて、上下方向の位相が互いに異なるレーダ波の数を増減できる。なお、このような位相調整回路に関する先行技術文献として、例えば特開２００９－７６９８６号公報が挙げられる。
　図２において、受信アンテナ２２は、送信アンテナ２１の素子アンテナ３３から送信されたレーダ波が不図示の物体に反射して到来する反射波を受信するアレーアンテナ４３を有し、受信した反射波に応じた受信信号を出力する受信部である。受信アンテナ２２は、送信アンテナ２１と同一平面上に配置されている。
　受信アンテナ２２は、左右方向に配列された複数の素子アンテナＡ２～Ａｎを含んで構成されるアレーアンテナ４３を有している。これらの素子アンテナの数は任意でよい。素子アンテナＡ２～Ａｎは、それぞれ、上下方向に一列に配列された複数のパッチアンテナ４２を有している。素子アンテナＡ２～Ａｎの各パッチアンテナ４２は、素子アンテナＡ２～Ａｎ毎に受信ポートに接続されている。例えば、受信ポートＰ２は、素子アンテナＡ２の各パッチアンテナ４２に接続された給電点である。受信ポートＰ３～Ｐｎについても同様である。なお、位相調整回路４１及び受信ポートＰ１については後述する。
　物体検出部２６は、アレーアンテナ４３から素子アンテナＡ２～Ａｎの各受信ポートを介して供給される受信信号に基づいて、送信アンテナ２１から送信されたレーダ波を反射した物体を検出する回路である。物体検出部２６は、ミキサ部２４と、信号処理部２５とを有している。
　ミキサ部２４は、各素子アンテナＡ２～Ａｎの各受信ポートから供給される受信信号に、発振器２３から供給されるローカル信号Ｌを混合することによって、素子アンテナＡ２～Ａｎ毎のビート信号を出力するミキサＭ１～Ｍｎを有する。
　信号処理部２５は、ミキサ部２４から供給されるビート信号についてＦＦＴ処理を行うことによって、ビート信号の信号強度がピークとなる成分の周波数をビート周波数として検知する。信号処理部２５は、検知したビート周波数を用いて、送信アンテナ２１から送信されたレーダ波を反射した物体を検出し、その検出物体とレーダ装置２０との距離及び相対速度を演算する。
　また、信号処理部２５は、ミキサ部２４から供給されるビート信号についてＤＢＦ処理を行うことによって、アンテナビームを左右方向に走査して検出物体の左右方向の角度（方位）を演算し、その検出物体の上下方向の角度（仰角）を位相モノパルス方式で演算する。
　このような構成を有するレーダ装置２０によれば、単一の送信アンテナ２１から上下方向に位相が異なるレーダ波を切り替えて送信できる。これにより、上下方向の位相ずれを受信アンテナ２２側で生成するために、受信アンテナ２２を構成する素子アンテナＡ２～Ａｎを上下方向でずらさずに配置できる。すなわち、素子アンテナＡ２～Ａｎの上下方向の位置を同じ高さにすることができる。したがって、素子アンテナＡ２～Ａｎにおいて隣り合う素子アンテナ間の左右方向のアンテナ間隔を容易に狭めることができるので、左右方向の角度の検出可能範囲を容易に広げることができる。
　また、レーダ装置２０は、給電点の違いによって上下方向に位相が異なるレーダ波を切り替えて送信する送信アンテナ２１を備えている。これにより、受信アンテナ２２は、上下方向に位相のずれたレーダ波の反射波を受信できる。したがって、物体検出部２６の信号処理部２５は、受信アンテナ２２で受信された上下方向の位相のずれに基づいて、物体の上下方向の角度を検出できる。
　例えば、信号処理部２５は、スイッチ５０を切り替え制御することにより、発振器２３から供給される送信信号Ｓｓが入力される給電点を給電点１１又は１２に切り替えることによって、送信アンテナ２１から送信されるレーダ波の位相を上下方向にずらす。
　信号処理部２５は、給電点１１に送信信号Ｓｓを入力したときに送信アンテナ２１から送信されたレーダ波によって受信アンテナ２２から得られる受信結果として、素子アンテナＡ２～Ａｎ毎のビート信号を取得する。信号処理部２５は、給電点１１に給電したときの素子アンテナＡ２～Ａｎ毎のビート信号に対してＤＢＦ合成することによって、図４に示されるような左右方向の角度スペクトラム（以下、「第１の角度スペクトラム」という）を取得する。信号処理部２５は、第１の角度スペクトラムの信号強度がピークとなる方位θ１を検出し、方位θ１における位相φ１を検出する。
　そして、信号処理部２５は、給電点１２に送信信号Ｓｓを入力したときに送信アンテナ２１から送信されたレーダ波によって受信アンテナ２２から得られる受信結果として、素子アンテナＡ２～Ａｎ毎のビート信号を取得する。信号処理部２５は、給電点１２に給電したときの素子アンテナＡ２～Ａｎ毎のビート信号に対してＤＢＦ合成することによって、図５に示されるような左右方向の角度スペクトラム（以下、「第２の角度スペクトラム」という）を取得する。信号処理部２５は、第２の角度スペクトラムの信号強度がピークとなる方位θ２を検出し、方位θ２における位相φ２を検出する。
　信号処理部２５は、このように検出された位相φ１と位相φ２の位相差に基づいて、検出物体の上下方向の角度を位相モノパルス方式で検出できる。
　ところが、給電点１１又は給電点１２への給電はスイッチ５０によって時間的な遅れを持って切り替えられているため、給電点１１と給電点１２との間で給電が切り替わる時間に応じた位相遅れが、位相φ１と位相φ２の位相差に含まれている。
　そこで、そのような位相遅れを相殺することにより上下方向の角度の検出精度を高めるため、図２に示されるように、受信アンテナ２２のアレーアンテナ４３を構成する素子アンテナＡ２は、受信した反射波の位相が上下方向に互いにずれる複数の受信チャネルを有している。図２には、素子アンテナＡ２で受信した反射波に応じた受信信号を位相調整回路４１を介して受信ポートＰ２から出力する受信チャネル４４と、素子アンテナＡ２で受信した反射波に応じた受信信号を位相調整回路４１を介して受信ポートＰ１から出力する受信チャネル４５が例示されている。
　受信ポートＰ１は、受信ポートＰ２とは別の、素子アンテナＡ２のもう一つの給電点である。素子アンテナＡ２の各パッチアンテナ４２は、受信ポートＰ１，Ｐ２に位相調整回路４１を介して接続されている。
　位相調整回路４１は、共通の素子アンテナＡ２で受信された反射波の上下方向の位相をずらすことが可能な位相調整部である。すなわち、位相調整回路４１は、素子アンテナＡ２で受信された反射波に応じて受信ポートＰ１から出力される受信信号の位相と、素子アンテナＡ２で受信された反射波に応じて受信ポートＰ２から出力される受信信号の位相とを互いに上下方向にずらすことができる。位相調整回路４１は、送信アンテナ２１の位相調整回路３１と同じ位相調整特性を有する回路であるとよく、図３に例示された回路と同じ回路でもよい。
　位相調整回路４１によって、受信チャネル４５は、受信チャネル４４よりも、受信した反射波の位相を、送信アンテナ２１から送信されたレーダ波の上下方向の位相ずれを戻す方向にずらすことができる。このとき、位相調整回路４１は、受信チャネル４５で受信した反射波の位相を、受信チャネル４４で受信した反射波の位相に対して、レーダ波の上下方向の位相ずれと同じ量だけずれるように調整するとよい。これにより、スイッチ５０の切替時間に応じた位相遅れを相殺して、位相φ１と位相φ２の位相差を精度良く補正できる。
　図６は、図２のレーダ装置２０の一動作例を示した図である。
　ステップＳ１１において、信号処理部２５は、発振器２３から出力される送信信号Ｓｓの供給先をスイッチ５０によって給電点１１に切り替え、送信アンテナ２１は、スイッチ５０を介して給電点１１に入力される送信信号Ｓｓに従って、レーダ波を送信する。
　ステップＳ１３において、信号処理部２５は、受信ポートＰ２～Ｐｎを用いて測定された方位θ１と位相φ１をメモリ２７に記憶する。例えば、信号処理部２５は、受信ポートＰ１～Ｐｎ毎に得られるビート信号を受信ポートＰ１～Ｐｎ毎にＦＦＴ処理することによって、受信ポートＰ１～Ｐｎ毎の周波数スペクトラム（以下、「第１の周波数スペクトラム」という）を取得する。そして、信号処理部２５は、第１の周波数スペクトラムについて信号強度のピークサーチを行い、信号強度がピークのときの周波数（ビート周波数）及び位相を受信ポートＰ１～Ｐｎ毎に検出する。信号処理部２５は、第１の周波数スペクトラムに基づいて検出されたビート周波数毎に、受信ポートＰ２～Ｐｎから得られるビート信号についてＤＢＦ合成を行うことによって、図４に例示した第１の角度スペクトラムを取得する。信号処理部２５は、第１の角度スペクトラムの信号強度がピークとなる方位θ１を検出し、方位θ１における位相φ１を検出する。
　ステップＳ１５において、信号処理部２５は、受信ポートＰ２を用いて測定された位相Φ１をメモリ２７に記憶する。すなわち、信号処理部２５は、ステップＳ１３の第１の周波数スペクトラムのうち受信ポートＰ２の周波数スペクトラムに基づいて検出されたピーク時の位相を位相Φ１としてメモリ２７に記憶する。
　ステップＳ１７において、信号処理部２５は、発振器２３から出力される送信信号Ｓｓの供給先をスイッチ５０によって給電点１２に切り替え、送信アンテナ２１は、スイッチ５０を介して給電点１２に入力される送信信号Ｓｓに従って、レーダ波を送信する。
　ステップＳ１９において、信号処理部２５は、受信ポートＰ２～Ｐｎを用いて測定された方位θ２と位相φ２をメモリ２７に記憶する。例えば、信号処理部２５は、受信ポートＰ１～Ｐｎ毎に得られるビート信号を受信ポートＰ１～Ｐｎ毎にＦＦＴ処理することによって、受信ポートＰ１～Ｐｎ毎の周波数スペクトラム（以下、「第２の周波数スペクトラム」という）を取得する。そして、信号処理部２５は、第２の周波数スペクトラムについて信号強度のピークサーチを行い、信号強度がピークのときの周波数（ビート周波数）及び位相を受信ポートＰ１～Ｐｎ毎に検出する。信号処理部２５は、第２の周波数スペクトラムに基づいて検出されたビート周波数毎に、受信ポートＰ２～Ｐｎから得られるビート信号についてＤＢＦ合成を行うことによって、図５に例示した第２の角度スペクトラムを取得する。信号処理部２５は、第２の角度スペクトラムの信号強度がピークとなる方位θ２を検出し、方位θ２における位相φ２を検出する。
　ステップＳ２１において、信号処理部２５は、受信ポートＰ１を用いて測定された位相Φ２をメモリ２７に記憶する。すなわち、信号処理部２５は、ステップＳ１９の第２の周波数スペクトラムのうち受信ポートＰ１の周波数スペクトラムに基づいて検出されたピーク時の位相を位相Φ２としてメモリ２７に記憶する。
　ステップＳ２３において、信号処理部２５は、同距離、同速度、同方位の検出物体を抽出する。例えば、信号処理部２５は、第１の周波数スペクトラムに基づいて検出されたビート周波数を用いて、方位θ１における検出物体の距離及び相対速度を周知の演算式に従って演算し、第２の周波数スペクトラムに基づいて検出されたビート周波数を用いて、方位θ２における検出物体の距離及び相対速度を周知の演算式に従って演算する。信号処理部２５は、これらの両演算結果に基づいて、同距離、同速度、同方位の検出物体を抽出する。
　ステップＳ２５において、信号処理部２５は、スイッチ５０の切替時間によって生じる位相遅れを相殺するため、ステップＳ２１でメモリ２７に記憶された位相Φ２からステップＳ１５でメモリ２７に記憶された位相Φ１を減算することによって、位相差ΔΦを算出する。
　ステップＳ２７において、信号処理部２５は、ΔΦ、φ１、φ２を用いて、位相モノパルス方式によって、下式に従って、検出物体の上下方向の角度等の仰角情報を演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　ここで、ηは、上下方向の角度、ｄは、受信ポート１，２の上下方向の距離、λはレーダ波の波長を表す。
　以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、また、上述した実施例は、他の実施例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形を加えることができる。
　例えば、上述の説明では、アレーアンテナを構成する一つの素子アンテナのみに位相調整回路を設けた構成を示したが、アレーアンテナを構成する素子アンテナの少なくとも一つに位相調整回路があってもよい。
　また、図７は、第２の形態に係るレーダ装置６０の構成図である。上述の形態と同様の構成についての説明は省略する。レーダ装置６０は、送信アンテナ６１と、受信アンテナ６２とを有している。
　送信アンテナ６１は、レーダ波の位相を上下方向に互いにずらすための位相調整回路を有していない。受信アンテナ６２は、左右方向に配列された複数の素子アンテナＢ１～Ｂｎを含んで構成されるアレーアンテナを有している。素子アンテナＢ１は、素子アンテナＢ１が受信した反射波の上下方向の位相をずらすことが可能な位相調整回路Ｕ１を有している。他の素子アンテナＢ２～Ｂｎについても全て、同様の位相調整回路Ｕ２～Ｕｎを有している。素子アンテナＢ２～Ｂｎの各パッチアンテナは、受信ポートＲ１～Ｒｎ，Ｑ１～Ｑｎを介して接続されている。
　物体検出部２９のミキサ部２８は、各素子アンテナＢ１～Ｂｎの各受信ポートＲ１～Ｒｎ，Ｑ１～Ｑｎから供給される受信信号に、発振器２３から供給されるローカル信号を混合することによって、素子アンテナＢ１～Ｂｎ毎のビート信号を出力するミキサＳ１～Ｓｎ，Ｔ１～Ｔｎを有する。
　したがって、位相調整回路Ｕ１は、受信ポートＱ１から出力される受信信号と受信ポートＲ１から出力される受信信号との間に上下方向の位相差を発生させることができる。したがって、信号処理部２５は、この位相差に基づいて、素子アンテナＢ１で検出された物体の上下方向の角度を位相モノパルス方式で検出できる。他の位相調整回路Ｕ２～Ｕｎについても同様である。したがって、信号処理部２５は、各素子アンテナＢ１～Ｂｎの受信ポート間の位相差に基づいて、検出物体の上下方向の角度を精度良く検出できる。
　１，２２，６２　受信アンテナ
　２，２１，６１　送信アンテナ
　３，２３　発振器
　５，２５　信号処理部
　４，２４，２８　ミキサ部
　１０，２０，６０　レーダ装置
　１１，１２，５１，５２，５３　給電点
　２６，２９　物体検出部
　２７　メモリ
　３１，４１，５４　位相調整回路
　３２，４２　パッチアンテナ
　３３，５５　素子アンテナ
　３４，３５　送信チャネル
　４３　アレーアンテナ
　４４，４５　受信チャネル
　５０　スイッチ
　Ａ＊（＊は数字）　素子アンテナ
　Ｐ＊（＊は数字）　受信ポート

Claims (6)

  1. 　上下方向の位相が互いにずれたレーダ波を切り替えて送信する送信アンテナと、
    　前記レーダ波を反射した物体からの反射波を受信するアレーアンテナを有する受信アンテナと、
    　前記受信アンテナの受信結果を用いて、前記物体を検出する検出部とを備える、レーダ装置。
  2. 　前記送信アンテナは、送信するレーダ波の位相が上下方向に互いにずれる複数の送信チャネルを有し、前記送信チャネルを切り替えてレーダ波を送信する、請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 　前記検出部は、前記複数の送信チャネルのうち第１の送信チャネルでレーダ波を送信したときの前記受信結果と、前記複数の送信チャネルのうち第２の送信チャネルでレーダ波を送信したときの前記受信結果とを用いて、前記物体を検出する、請求項２に記載のレーダ装置。
  4. 　前記アレーアンテナを構成する素子アンテナの少なくとも一つは、受信した反射波の位相が上下方向に互いにずれる複数の受信チャネルを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のレーダ装置。
  5. 　前記複数の受信チャネルのうちの第１の受信チャネルは、前記複数の受信チャネルのうちの第２の受信チャネルよりも、受信した反射波の位相を、前記レーダ波の位相ずれを戻す方向にずらす、請求項４に記載のレーダ装置。
  6. 　前記検出部は、前記第１の受信チャネルで受信した反射波の位相と前記第２の受信チャネルで受信した反射波の位相との位相差を用いて、前記物体の上下方向の角度を検出する、請求項５に記載のレーダ装置。
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