JP2011064567A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴーストの検出を抑え、更に相互相関の程度を抑圧することが可能であるレーダ装置を提供する。
【解決手段】送信アンテナ群と、受信アンテナ群と、送信切替手段と、仮想相関値取得手段と、ターゲット検出手段と、を備え、送信アンテナ群は、受信アンテナ群に包含され、送信切換手段は、受信アンテナ群に含まれる一部又は全部の受信アンテナを順次、送信アンテナとして機能させ、送信アンテナ群及び受信アンテナ群は、左右対称且つ不等間隔に一列に並べる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ターゲットの検出を行うレーダ装置に関する。

従来、アンテナが等間隔に配置されたアレーアンテナを備えたレーダ装置において、送信アンテナとして用いるアンテナを切り替えながら送受信した結果をホログラフィック合成することにより、実際のアンテナの数を超える数の仮想アンテナによる受信結果を得る技術がある（例えば、特許文献１〜特許文献４を参照）。

また、合成開口レーダ装置のようなアダプティブアンテナを利用するレーダ装置において、所望波と相関性を有する干渉波（相関性干渉波）の影響を抑圧する技術として、空間平均法（空間平滑法）による処理技術がある。この空間平均処理は、相関性のある波の位相関係はその受信位置で異なることを踏まえて、受信位置を平行移動させて求められた波間の相関値を加重平均することで相互相関の程度を抑圧する技術である。例えば、特許文献５から８には、合成開口レーダ装置における空間平均処理が開示されている。

特開２００４−１９８３１２号公報 特開２００５−１９５４９１号公報 特開２００６−９１０２８号公報 特開２００６−９８１８１号公報 特許第３６７８９４６号 特許第３５９５２２０号 特開２００１−１９４４５４号公報 特開２００２−１８１９３０号公報

図１は、等間隔に６つのアンテナを設置した場合のアレーアンテナにおけるゴースト検出状況を示す。従来の電子スキャン方式のレーダ装置は、等間隔アレーアンテナを用い、図１に示すように、ターゲットが、アンテナ間隔に応じてターゲットを検知可能な角度範囲（ＦＯＶ：Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）外の位置では位相折り返しが起こり、実際にはターゲットが存在しない方位にあたかもターゲットが存在するかのように検出される。本明細書では、この偽のターゲットの存在を「ゴースト」と称する場合もある。ゴーストに対する対策としては、アンテナでビームを絞り、ＦＯＶ外の電波強度を急速に低減させることが考えられる。しかし、電子スキャン方式のレーダ装置は複数のアンテナを使用しており、アンテナ設計により、ＦＯＶ内はできるだけフラットなビームを形成し、ＦＯＶ外では急速に電波強度を落とすようなビームを形成することは不可能である。また、電子スキャン方式のレーダ装置は、全てのアンテナが送出口形状や電波吸収体によって同じビームを形成することは困難であり、アンテナ毎にビーム範囲が変わってしまう。

更に、電子スキャン方式のレーダ装置において、不等間隔アンテナを使用し、ターゲットから各受信アンテナに届く反射信号は平行とみなすことができることを踏まえて、受信アンテナの構造的相関である受信アンテナのアンテナ間隔の比率に着目し、当該比率を利用した場合、受信アンテナで受信された信号における位相折り返し数を正確に算出することで、ゴーストの検出を抑えられる可能性がある。しかし、所望波と干渉波との間に存在
する相互相関の程度を抑圧するために一般的に利用される空間平均処理は、等間隔アンテナにおいて、実在のアンテナ群の一部として切り出されたサブアンテナ群をサブアレーとして利用し、位置をずらした複数個のサブアレーの相関値を加重平均することにより行われる。空間平均処理は、例えば、図２に示すように、９つのアンテナから６つのアンテナをサブアレーとし、合計で４つのサブアレーを利用する。そこで、一般的に利用される空間平均処理を、不等間隔アンテナに利用すると、図３に示すように、サブアレー１からサブアレー２へ位置をずらした際、サブアレー２のアンテナ♯３から♯５までのデータがなく、通常の空間平均法では相互相関の程度を抑圧することができないという問題がある。

そこで、本発明では、上記した問題に鑑み、ゴーストの検出を抑え、更に相互相関の程度を抑圧することが可能であるレーダ装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決すべく、アンテナ群の配置を工夫した。これにより、ゴーストの検出を抑え、更に相互相関の程度を抑圧することが可能であるレーダ装置を提供することが可能である。

詳細には、本発明に係るレーダ装置は、複数の送信アンテナを有する送信アンテナ群と、複数の受信アンテナを有する受信アンテナ群と、前記送信アンテナ群の各送信アンテナから送信波を順次切り替えて送信する送信切替手段と、前記送信切替手段によって送信波の送信が順次行われるときに、前記各送信アンテナの送信波がターゲットで反射されてその反射波を受信する前記受信アンテナ群を、該送信アンテナに対応する仮想的な仮想サブアレーとして機能させ、且つ該仮想サブアレーに対応した空間平均処理における相関値を仮想相関値として、送信波を送信した前記送信アンテナ数に対応して取得する仮想相関値取得手段と、前記仮想相関値取得手段によって取得された前記複数の仮想サブアレーに対応する仮想相関値に対して、前記送信切換手段によって送信切換が行われた前記送信アンテナのそれぞれの、前記受信アンテナ群に対する相対位置に基づいた空間平均処理を施すことで、該送信切替手段の送信切替によって前記受信アンテナ群から仮想的に導出される仮想的アンテナ群に対応する平均仮想相関値を算出し、該平均仮想相関値に基づいて前記ターゲットの検出を行うターゲット検出手段と、を備え、前記送信アンテナ群は、前記受信アンテナ群に包含され、前記送信切換手段は、前記受信アンテナ群に含まれる一部又は全部の前記受信アンテナを順次、送信アンテナとして機能させ、前記送信アンテナ群及び前記受信アンテナ群は、左右対称且つ不等間隔に一列に並べられる。

上記レーダ装置においては、仮想相関値取得手段が仮想相関値を取得するとき、受信アンテナ群に含まれる複数の受信アンテナを仮想サブアレーとして機能させる。すなわち、本発明に係るレーダ装置は、実際に存在する受信アンテナ群全体を、仮想的に、空間平均処理におけるサブアレーとして扱うのであって、従来技術における空間平均処理の場合のように、実在する受信アンテナ群の一部をサブアレーとして切り出す処理を行うわけではない。しかし、空間平均処理を適用するためには、所望波と干渉波の相互相関に対して加重平均処理を施す必要があるから、サブアレーの一部の受信アンテナによる受信位置が重複するようにサブアレーを平行移動しなければならないが、上述のように実在する受信アンテナ群全体を仮想サブアレーとすると、物理的には当該仮想サブアレーを空間平均処理のための平行移動することはできない。

そこで、ホログラフィック合成技術で行われる送信波の順次送信のための、送信アンテナの切替技術が利用される。受信アンテナ群の位置が変わらない場合であっても、送信アンテナによる送信波の送信が切り替えられることで、受信アンテナ群に対する送信アンテナの相対的位置は変化することになる。これを換言すれば、空間平均処理が適用される際のサブアレーの平行移動を、受信アンテナ群を実際には移動しなくても実現可能というこ
とである。すなわち、送信アンテナでの送信波切り替えに伴う、受信アンテナ群に対する送信アンテナの相対的位置の変化があるということは、送信アンテナを基準とすれば受信アンテナ群が相対的に平行移動することを意味し、その移動の際に受信アンテナ群の一部が重複するのであれば、空間平均処理が実現できる。

更に、上記レーダ装置では、仮想相関値取得手段は、送信切替手段による送信アンテナの切替が行われることで、実際には平行移動していない受信アンテナ群から、送信波を送信した送信アンテナに対応した仮想相関値を、その送信アンテナの数だけ取得する。この仮想相関値は、送信アンテナのそれぞれに対応付けされているものであり、そして上述したように、送信アンテナでの送信波切り替えに伴う、受信アンテナ群に対する送信アンテナの相対的位置の変化を踏まえることで、実際には平行移動していない受信アンテナ群によって受信された受信波からでも、空間平均処理における相関値に相当する相関値として導出、取得され得る。

そこで、上記レーダ装置では、送信アンテナ群は受信アンテナ群に包含され、送信切替手段は、受信アンテナ群に含まれる一部又は全部の受信アンテナを順次、送信アンテナとして機能させるように構成する。そして、ターゲット検出手段が、仮想相関値取得手段が取得した仮想相関値に対して、対応付けされている上記受信アンテナ群に対する送信アンテナの相対的位置に基づいて空間平均処理を施す。すなわち、送信アンテナの切り替えが順次行われることで生じる、上記相対位置の変化より、仮想的に受信アンテナ群が平行移動しているようにみなし、空間平均処理を施し、各仮想相関値の加重平均である平均仮想相関値の算出が行われ、それがターゲット検出のために使用される。

尚、送信アンテナ群及び受信アンテナ群が不等間隔且つ左右対称に一列に並べられる。送信アンテナ群及び受信アンテナ群が左右対称に一列に並べられるとは、送信アンテナ群及び受信アンテナ群の並びが左右対称に一列に並べられることである。その結果、本発明に係るレーダ装置は、位相折り返しに起因する誤検知を防止し、ゴーストの検出を抑えることが可能である。更に、送信アンテナでの送信波切り替えに伴い、受信アンテナ群の内の少なくとも一つのアンテナが同じ位置に配置され、受信アンテナ群の一部が重複し、Ｆｏｒｗａｒｄ−Ｂａｃｋｗａｒｄ空間平均法（ＦＢＳＳ）を行うことが可能である。その結果、本発明に係るレーダ装置は、相互相関の程度を抑圧することが可能である。また、本発明に係るレーダ装置は、受信アンテナ群の一部を送信アンテナと兼用させることにより、レーダ装置のコンパクト化を図ることが可能である。このような本発明に係るレーダ装置での空間平均処理を、以降「仮想空間平均処理」と称する。

また、上記レーダ装置は、従来技術のホログラフィック合成技術のように基準となる受信アンテナでの位相に基づいて複数の受信波を一つの受信波に合成することは行わず、あくまでも空間平均処理を行うために送信アンテナの切り替えを行うのであるから、送信アンテナの切り替え時にターゲットが移動したとしても、それによって生じる位相のずれの影響は無く、ターゲットの検出をより的確に実現することできる。

ここで、上記レーダ装置において、送信アンテナ群と受信アンテナ群は、それぞれ別個に形成され、少なくとも受信アンテナ群は、左右対称且つ不等間隔に一列に並べられる構成としてもよい。この構成により、例えばより強い送信波の送信を行う等の、送信波の送信目的に適応した送信アンテナを形成しやすくなる。

また、本発明に係るレーダ装置は、ある到来波にメインローブを向けるときは他の到来波には指向性のヌルを向け、また、どの到来波にもメインローブを向けていないときは、到来波すべてにヌルを向けるＣａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行うことが可能である。

本発明によれば、ゴーストの検出を抑え、更に相互相関の程度を抑圧することが可能であるレーダ装置を提供することが可能である。

等間隔に６つのアンテナを設置した場合のアレーアンテナにおけるゴースト検出状況を示す。 等間隔にアンテナを設置した場合の一般的に利用される空間平均処理を示す概略図である。 不等間隔にアンテナを設置した場合の一般的に利用される空間平均処理を示す概略図である。 本実施例１に係るレーダ装置の構成を示す概略図である。 本実施例１に係るレーダ装置において実行される仮想空間平均処理を示す概略図である。 本実施例１に係るレーダ装置で実行される仮想空間平均処理の流れを示すフローチャートである。 本実施例１に係るレーダ装置において、仮想空間平均処理を行い、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果を示す図である。 本実施例１に係るレーダ装置において、Ｃａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行った、角度スペクトラムの算出結果と、該算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果を示す図である。 本実施例１に係るレーダ装置において、ＤＢＦによりターゲットの到来方向推定を行った、角度スペクトラムの算出結果と、該算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果を示す図である。 本実施例１に係るレーダ装置において、２個の物体が静止し、更にｎ個（ｎ＝１、２、３、４、５、６）の物体が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動し、仮想空間平均処理を行う場合の、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果を示す図である。 本実施例１に係るレーダ装置において、２個の物体が静止し、更に７個の物体が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動する場合の、角度スペクトラムの算出結果を示す図である。 本実施例１に係るレーダ装置において、仮想空間平均処理を行わず、同じ１アンテナ送信を６回平均した場合において、２個の物体が静止し、更にｎ個（ｎ＝１、２、３、４）の物体が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動する場合の、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果を示す図である。 本実施例１に係るレーダ装置において、外側に設置されるアンテナほどアンテナ間の距離が狭い場合における、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果を示す図である。 本実施例２に係るレーダ装置において、送受信アンテナの別の配置形態を示す図である。

以下、本実施例に係るレーダ装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。本実施例に係るレーダ装置は、車載されて、他の車両等、車両周囲のターゲットを検知することに用いることが可能である。ターゲットの検知結果は車載の記憶装置やＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等に対して出力され、車両制御等に用いることが出来る。但し、本実施例に係るレーダ装置は、車載レーダ装置以外の用途に用いられてよい。

図４は、本実施例１に係るレーダ装置１の構成を示す概略図である。図５は、本実施例１に係るレーダ装置１において実行される仮想空間平均処理を示す概略図である。本実施例１に係るレーダ装置１は、アンテナ間隔が異なるアンテナｃｈ１−ｃｈ６、分配器１９、送信部１１、受信部１２、前処理部１４、検出部１５及び出力部１６を備え、前処理部１４、検出部１５及び出力部１６によりレーダ装置１の制御部１３を形成している。制御部１３は、例えばコンピュータによって実現することができ、前処理部１４、検出部１５及び出力部１６等の各構成には、汎用または専用のプロセッサを用いることが出来る。また、複数のプロセッサの組み合わせが一の構成に含まれてもよいし、複数の構成において複合的な機能を有する一のプロセッサが用いられてもよい。

送信部１１について説明する。送信部１１は、アンテナｃｈ１−ｃｈ６のうちの何れか一のアンテナを送信アンテナとして用いてレーダ送信波を送信するべく、各アンテナの送受信状態の切り替えを制御する。本実施例１に係るレーダ装置１では、アンテナｃｈ１−ｃｈ６の何れであっても送信に用いることが可能であるが、本発明に係るレーダ装置１の実施にあたっては、アレーアンテナ中の複数のアンテナのうち少なくとも２以上のアンテナが送信アンテナとして利用可能であればよい。また、本実施例１では、レーダ装置１によって送受信される電波に、ＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式のレーダ送信波を用いる。ＦＭ−ＣＷ方式によれば、反射電波から、ターゲットの到来方向推定による相対位相、ターゲットの距離による時間遅れ、およびターゲットの速度によるドップラシフトを得ることが出来るため、ターゲットの到来推定方向、距離、相対速度を測定することが出来る。

受信部１２について説明する。受信部１２は、アンテナｃｈ１−ｃｈ６のうちレーダ送信波を送信中でないアンテナを受信アンテナとして用いて、ターゲットからの反射電波を受信する。本実施例１に係るレーダ装置１は、送信アンテナからレーダ送信波を送信した直後に、送信アンテナを時分割で受信アンテナに切り替えて、自アンテナが送信したレーダ送信波の反射電波を受信させることが可能である。例えば、アンテナｃｈ１が送信アンテナとして用いられる場合にも、アンテナｃｈ１からのレーダ送信波の送信直後に、アンテナｃｈ１を受信モードに切り替えることで、アンテナｃｈ１から送信されたレーダ送信波の反射電波を、アンテナｃｈ１にも受信させる。即ち、本実施例１では、各アンテナが送信アンテナとして用いられる場合にも、６つのアンテナｃｈ１−ｃｈ６が全て受信アンテナとして用いられることになる。また、受信部１２の具体的な構成として、アンテナ毎に専用の受信回路を設けてもよいが、全受信アンテナによる受信信号をまとめて受信する受信回路を設けてもよい。後者の場合、時分割で受信回路が対応する受信アンテナを順次切り替える制御が必要となるが、レーダ装置１における回路構成をコンパクトにできる。

本実施例１において、前処理部１４、検出部１５及び出力部１６は、制御部１３としてのコンピュータが、制御プログラムを実行することによって実現される。ここで用いられる制御部１３は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ等に展開された命令及びデータを処理することでシステム全体を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭにロードされる各種プログラムや、ターゲット検知処理で得られた算出結果等、システムによって使用される様々なデータが記憶されるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を有するコンピュータである。

制御部１３について説明する。制御部１３は、レーダ装置１に備えられた各構成を制御する。具体的には、制御部１３は、レーダ送信波の送信タイミングおよびターゲットからの反射電波の受信タイミングに合わせて分配器１９を制御することで、各アンテナの送受
信モードを切り替える。本実施例１では、送信アンテナは時分割で高速に送信モードと受信モードとを切り替えることで、自アンテナで送信したレーダ送信波の反射電波を受信する。

前処理部１４について説明する。前処理部１４は、仮想空間平均処理を行うことで、いわゆる空間平均処理による所望波と干渉波の相関を抑圧することが可能である。前処理部による作用の詳細については、後述する。

検出部１５について説明する。検出部１５は、上記前処理部１４による仮想空間平均処理を施した受信信号に基づいて、Ｃａｐｏｎ法により、ターゲットの到来推定方向、距離および速度を算出する。Ｃａｐｏｎ法は、ある到来波にメインローブを向けるときは他の到来波には指向性のヌルを向け、また、どの到来波にもメインローブを向けていないときは、到来波すべてにヌルを向けることにより、位相折り返しを起こしたアンテナのビームを抑えることが可能である。また、出力部１６は、検出部１５によるターゲットの検出結果（ターゲットの到来推定方向、距離および速度を含む情報）を確定し、確定された検出結果を、レーダ装置１に接続されたＥＣＵ等に対して出力する。本実施例１では、出力部１６によって精度の高いターゲット検出結果が出力されるため、車載ＥＣＵは、精度の高いターゲット検知結果に基づいて、エンジンや車載ナビゲーション装置等の制御を行うことが可能となる。

ここで、図５に基づいて、レーダ装置１の前処理部１４によって実行される仮想空間平均処理の原理について説明する。当該仮想空間平均処置は、ターゲット検出にあたり所望波と干渉波との相互相関の程度を抑圧することで、ターゲットの検出を的確に行うためのターゲット検出の前処理である。図４に示すように、仮想空間平均処理が実行されるレーダ装置１においては、物理的に実在するアンテナｃｈ１−ｃｈ６の６つのアンテナが、送信アンテナ及び受信アンテナとして機能する。従って、レーダ装置１においては、アンテナｃｈ１−ｃｈ６が、本発明に係る受信アンテナ群であり、送信アンテナ群でもある。ここで、図５に示すアンテナには、「♯」とともにアンテナ番号が付されている。この♯記号を伴うアンテナ番号は、実在するアンテナとは異なる仮想的なアンテナに対応するものである。

アンテナｃｈ１−ｃｈ６は、左右対称且つ不等間隔に一列に並べられる。具体的に説明すると、図４に示すように、アンテナｃｈ１−ｃｈ２間と、アンテナｃｈ５−ｃｈ６間の距離は２．８λである。アンテナｃｈ２−ｃｈ３間と、アンテナｃｈ４−ｃｈ５間の距離は２．２λである。アンテナｃｈ３−ｃｈ４間の距離は１．８λである。つまり、アンテナｃｈ１−ｃｈ６は、不等間隔に並べられ、更に、アンテナｃｈ３−ｃｈ４の間を中心に左右対称に並べられる。尚、本実施例１に係るレーダ装置１は、アンテナを一列に６つ設置されるが、６つに限定されない。

ここで、レーダ装置１で実行される仮想空間平均処理が行われるとき、アンテナｃｈ１が送信アンテナとして機能し、アンテナｃｈ１−ｃｈ６が受信アンテナとして機能する。従って、アンテナｃｈ１については、送受信アンテナとして機能することになる。このときの受信アンテナ群によって受信された受信信号は、アンテナｃｈ１からの送信波に対応するものであり、第1受信信号と称する。同様に、アンテナｃｈ２が送信アンテナとして機能するときの受信アンテナ群によって受信された受信信号は第２受信信号と、アンテナｃｈ３が送信アンテナとして機能するときの受信アンテナ群によって受信された受信信号は第３受信信号と、アンテナｃｈ４が送信アンテナとして機能するときの受信アンテナ群によって受信された受信信号は第４受信信号と、称する。

このように送信アンテナがアンテナｃｈ１からｃｈ４まで順次切り替えられたときの、
受信アンテナ群によって受信された受信信号（第１受信信号〜第４受信信号）について検討すると、それぞれの受信信号は同一の受信アンテナ群、すなわち実在する受信アンテナｃｈ１−ｃｈ６によって受信されたものであるが、見方を変えて送信アンテナの位置を１箇所に重ねて同一の送信アンテナから送信されたものと仮定すれば、各受信信号は、送信アンテナが順次切り替えられその位置が移動したときの移動距離分だけ移動した仮想的な受信アンテナ群によって受信された信号と等価的なものとなる。すなわち、実際には受信アンテナ群は移動していない場合であっても、送信アンテナを順次切り替えることで、あたかも受信アンテナ群を移動させてターゲットからの反射波を受信する構成を仮想的に形成することが可能である。そこで、本実施例１に係る仮想空間平均処理は、この仮想的な受信アンテナ群の移動を利用して空間平均処理を行うものである。

そこで上述した仮想空間平均処理においては、図４及び５に示すように、受信アンテナ群は、送信アンテナの切り替えに対応させて送信アンテナの切り替え移動距離（各アンテナの間隔と同値）だけ順次移動するものと仮想的に扱うことが可能となる。そして、仮想的に移動するものとして扱われる受信アンテナ群を仮想サブアレーと称し、各仮想サブアレーには、送信波を送信した送信アンテナの番号を参照番号として付与する。例えば、アンテナｃｈ１が送信アンテナとして機能する場合の第１受信信号を受信した仮想的な受信アンテナ群は、仮想サブアレー１と称し、アンテナｃｈ４が送信アンテナとして機能する場合の第４受信信号を受信した仮想的な受信アンテナ群は、仮想サブアレー４と称する（図５を参照）。この場合、アンテナｃｈ１−ｃｈ２の間隔が２．８λ（図４を参照）であるため、仮想サブアレー２は仮想サブアレー１に対して距離２．８λだけ移動した場所に位置することになる。更に、アンテナｃｈ１−ｃｈ６の間隔が不均等であり左右対称に並べられることにより、仮想サブアレー２における１つのアンテナは、仮想サブアレー１における１つのアンテナとその配置が仮想アンテナ♯６の位置で重複するが、仮想サブアレー２における３つのアンテナは、仮想サブアレー１における３つのアンテナとその配置が仮想アンテナ♯３−♯５の位置で重複しない（図５を参照）。また、仮想サブアレー２の残る１つのアンテナは、仮想的な７番目の仮想アンテナ♯７となる。他に、アンテナｃｈ２−ｃｈ３の間隔が２．２λ（図４を参照）であるため、仮想サブアレー３は仮想サブアレー２に対して距離２．２λだけ移動し、アンテナｃｈ３−ｃｈ４の間隔が１．８λ（図４を参照）であるため、仮想サブアレー４は仮想サブアレー３に対して距離１．８λだけ移動する。仮想サブアレー３及び仮想サブアレー４は、その一部に含まれる仮想アンテナ♯６の位置で重複する関係となる。また、仮想サブアレー１の６番目のアンテナが仮想受信アンテナ♯６、仮想サブアレー２の６番目のアンテナが仮想受信アンテナ♯７、仮想サブアレー３の６番目のアンテナが仮想受信アンテナ♯８、仮想サブアレー４の６番目のアンテナが仮想受信アンテナ♯９となる。従って、仮想空間平均処理では、レーダ装置１には実際にはアンテナｃｈ１−ｃｈ６の６つのアンテナしか存在しないにもかかわらず、仮想的な９本のアンテナ♯１−♯９の一部の６本のアンテナを仮想サブアレーとして利用することが可能となる。

以上により、本実施例１に係る到来方向推定は、アンテナｃｈ１−ｃｈ６が不等間隔であっても、アンテナｃｈ１−ｃｈ６が左右対称に一列に並べられることにより、各々の仮想サブアレーがひとつの仮想アンテナの位置で重複する関係となり、Ｆｏｒｗａｒｄ−Ｂａｃｋｗａｒｄ空間平均法（ＦＢＳＳ）により空間平均処理を行うことが可能である。尚、空間平均処理は、アンテナｃｈ１−ｃｈ６が不等間隔であるため、アンテナが等間隔の場合に比べ不均一になるが、相互相関の程度を抑圧する効果は十分に期待できる。更に、本実施例１に係るレーザ装置１は、アンテナｃｈ１−ｃｈ６が不等間隔に一列に並べられることにより、位相折り返しに起因する誤検知を防止し、ゴーストの検出を抑えることが可能である。

また、空間平均処理を行う場合、サブアレーの移動範囲が広いほど、当該処理による所
望波と干渉波の相互相関の程度の抑圧効果を顕著にすることが可能となる。そこで、本実施例１に係るレーダ装置１では、図５に示すように、アンテナｃｈ５、ｃｈ６でも順次送信を行うことで、仮想サブアレーを更に増やすことが可能である（増加する仮想サブアレーは図５中、点線で示されている）。そのためレーダ装置１の大きさを大きくすることなく、空間平均処理の効果をより効果的に享受することが可能である。

このように本実施例１に係るレーダ装置１は、仮想空間平均処理を実行するために送信アンテナの切り替えを行う。そこで、レーダ装置１において実行される仮想空間平均処理及び、当該処置を踏まえたターゲット検出のための具体的な処理の流れを、図６に示す。図６に示すターゲット検出処理は、レーダ装置１の起動後、制御プログラムを実行する制御部１３、特に仮想空間平均処理については前処理部１４によって実行される。なお、処理の開始タイミングは、レーダ装置１の外部に接続されたコンピュータやＥＣＵによるターゲット検知要求に従ってもよい。また、各図に示した処理順序は一例であり、処理の順序は実施の形態に応じて適宜並び替えられてもよい。

Ｓ１０１では、図５に示すように、送信アンテナを順次切り替えることで、仮想サブアレーによる信号受信を行う。すなわち、上述したように、実在の受信アンテナ群は移動していないにもかかわらず、送信アンテナが切り替えられて、送信アンテナと受信アンテナ群との相対位置がずれていくことを利用して、仮想的に受信アンテナ群が移動している状態を作り、仮想サブアレーによる受信状態を形成する。本実施例１では、図５に倣い、アンテナｃｈ１−ｃｈ４までを順次送信アンテナとして機能させることで、仮想サブアレー１−４による受信結果を得る。なお、仮想サブアレーによる受信信号を、単に仮想サブアレー信号と称する。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、Ｓ１０１で得られた各仮想サブアレー信号に基づいて、仮想サブアレー毎の、仮想相関値を取得する。仮想相関値とは、仮想空間平均処理における相関値であり、物理的には従来の空間平均処理における相関値と同質のものであるから、その具体的な算出は簡単に留める。すなわち、Ｓ１０２で行われるのは、送信アンテナの切り替えにより仮想的に存在するとみなされた仮想サブアレーによって受信された受信信号に基づいて、空間平均処理のための相関値の算出が行われる。

具体的には、仮想サブアレーｎの入力ベクトルＸｎ（ｔ）は以下の式で表される。

従って、仮想サブアレーｎの仮想相関値である相関行列は、以下の式で表される。

Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、Ｓ１０２で算出された仮想サブアレー毎の仮想相関値に対して、順次切り替えられた送信アンテナと受信アンテナ群の相対位置を踏まえて、すなわち図５に示すように各仮想サブアレーは送信アンテナの切り替え毎に移動した状態となっていることを踏まえて、ＦＢＳＳにより空間平均処理を行い、所望波と干渉波の相互相関の程度の抑圧を図る。尚、アンテナｃｈ１−ｃｈ６が不等間隔であっても、アンテナｃｈ１−ｃｈ６が左右対称に一列に並べられることにより、各々の仮想サブアレーがひとつの仮想アンテナの位置で重複する関係となり、ＦＢＳＳにより空間平均処理を行うことが可能である。Ｓ
１０３で行われる相互相関の抑圧のための空間平均処理自体は、従来の空間平均処理と実質的に同様であるから、その説明は割愛する。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、Ｓ１０１〜Ｓ１０３において実行された仮想空間平均処理の結果を踏まえて、Ｃａｐｏｎ法を用いて、ターゲットの到来推定方向を検出部１５によって算出される。なお、アレーアンテナにおいて受信された反射電波の相対位相に基づいてターゲットの到来推定方向を算出する技術は従来技術であるため、詳細な説明は割愛する。また、本実施例１に係るレーダ装置１では、ＦＭ−ＣＷ方式でレーダ送信波を送信しているため、受信電波の、ターゲットの距離による時間遅れ、及びターゲットの速度によるドップラシフトから、ターゲットの距離及び速度についても算出することが可能である。Ｓ１０４で得られたターゲット検出結果は、出力部１６によってレーダ装置１に接続されたＥＣＵ等に対して出力される。その後、Ｓ１０１からＳ１０４までの処理が繰り返されることで、本実施例１に係るレーダ装置１は、定期的にターゲットの検知を行い、検知結果をＥＣＵ等に対して出力する。

上記ターゲット検出制御によるターゲットの検出結果を、図７から図１２に基づいて説明する。先ず、不等間隔に６つのアンテナを設置した場合と、等間隔に６つのアンテナを設置した場合とを比較する。不等間隔に６つのアンテナを設置した場合について説明する。図７は、不等間隔に６つのアンテナを設置し、仮想空間平均処理を行い、Ｃａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行い、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果である。図７に示すように、不等間隔に６つのアンテナを設置した場合のターゲット位置の算出結果は、アンテナ間の距離が最小の間隔である１．８λである際の、ＦＯＶ＝１６．１２度外の位置でも、ゴーストが検出されず、物体位置を特定することが可能である。尚、不等間隔に設置した６つのアンテナは、図４に示すように、左右対称である。

次に、等間隔に６つのアンテナを設置した場合について説明する。等間隔に６つのアンテナを設置した場合のターゲット位置の算出結果は、図１に示すように、ターゲットが、アンテナ間隔に応じてターゲットを検知可能な角度範囲以上の位置では位相折り返しが起こり、ゴーストが検出される。

以上により、本実施例１に係るレーダ装置１は、不等間隔にアンテナを設置した場合において、位相折り返しに起因する誤検知を防止し、ゴーストの検出を抑えることが可能である。

次に、Ｃａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行う場合と、ＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）によりターゲットの到来方向推定を行う場合とを比較する。尚、ＤＢＦは、振幅・位相制御のみならず指向性の計算もすべてディジタル信号処理で行う方法である。先ず、Ｃａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行う場合について説明する。図８Ａの左側は、不等間隔に６つのアンテナを設置し、仮想空間平均処理を行い、Ｃａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行った、角度スペクトラムの算出結果であり、図８Ａの右側が該算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果である。図８Ａの右側に示すように、Ｃａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行った場合は、ゴーストが検出されず、物体位置を特定することが可能である。尚、不等間隔に設置した６つのアンテナは、左右対称である。

次に、ＤＢＦによりターゲットの到来方向推定を行う場合について説明する。図８Ｂの左側は、不等間隔に６つのアンテナを設置し、仮想空間平均処理を行い、ＤＢＦによりターゲットの到来方向推定を行った、角度スペクトラムの算出結果であり、図８Ｂの右側が
該算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果である。図８Ｂの右側に示すように、ＤＢＦによりターゲットの到来方向推定を行った場合は、位相折り返しが起こり、ゴーストが検出される。尚、ＤＢＦを用いた場合でも、ＦＯＶが±１０度内では、正常に物体位置を特定することが可能である。尚、不等間隔に設置した６つのアンテナは、左右対称である。

以上により、本実施例１に係るレーダ装置１は、ターゲットの到来方向推定を行う際は、Ｃａｐｏｎ法を用いた場合において、位相折り返しに起因する誤検知を防止し、ゴーストの検出を抑え、ターゲットの到来方向推定を行うことが可能である。

次に、仮想空間平均処理を行う場合と、仮想空間平均処理を行わず、同じ１アンテナ送信を６回平均した場合とを比較する。先ず、仮想空間平均処理を行う場合について説明する。この場合は、アンテナｃｈ１−ｃｈ２間と、アンテナｃｈ５−ｃｈ６間との距離が２．９λ、アンテナｃｈ２−ｃｈ３間と、アンテナｃｈ４−ｃｈ５間との距離が２．３λ、アンテナｃｈ３−ｃｈ４間の距離が１．８λになるように、不等間隔に６つのアンテナを設置し、２個の物体が静止し、更にｎ個（ｎ＝１、２、３、４、５、６）の物体が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動し、仮想空間平均処理を行う場合の、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置を算出する。尚、不等間隔に設置した６つのアンテナは、左右対称である。図９の（１）は、２個の物体が静止し、１個の物体が等速度で移動する場合において、仮想空間平均処理を行い、Ｃａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行い、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果である。図９の（２）から図９の（６）は、２個の物体が静止し、更に２個から６個の物体が等速度で各々移動する場合において、仮想空間平均処理を行い、Ｃａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行い、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果である。尚、図９の（６）に示すように、２個の物体が静止し、更に６個の物体が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動する場合は、計算限界以上である。図１０は、２個の物体が静止し、更に７個の物体が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動する場合の、角度スペクトラムの算出結果である。図９の（１）から図９の（３）に示すように、２個の物体が静止し、更に１個から３個までの物体が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動する場合は、位相折り返しに起因する誤検知を防止し、ゴーストの検出を抑え、ターゲットの到来方向推定を行うことが可能である。また、図１０に示すように、計算限界以上の物体数が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動する場合は、ほとんど振幅差がなくなり、スペクトラムの値が大きくなる。

次に、仮想空間平均処理を行わず、同じ１アンテナ送信を６回平均した場合について説明する。図１１は、仮想空間平均処理を行わず、同じ１アンテナ送信を６回平均した場合において、２個の物体が静止し、更にｎ個（ｎ＝１、２、３、４）の物体が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動する場合の、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果を示す。図１１の（１）は、２個の物体が静止し、１個の物体が等速度で移動する場合において、仮想空間平均処理を行わず、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果である。図１１の（２）から図１１の（４）は、２個の物体が静止し、更に２個から４個の物体が等速度で各々移動する場合において、仮想空間平均処理を行わず、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果である。図１１の（１）及び（２）に示すように、２個の物体が静止し、更に２個までの物体が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動する場合は、ゴーストの検出が抑えられ、ターゲットの到来方向推定を行うことが可能である。しかし、図１１の（３）及び（４）に示すように、２個の物体が静止し、更に３個以上の物体が等速度、且つ等周波数ＢＩＮで移動する場合は、物体を検出することができず、物体位置を特定することが不可能である。これは、相互相関の程度を抑圧できていないことを示す。

以上により、本実施例１に係るレーダ装置１は、仮想空間平均処理を行う場合において、位相折り返しに起因する誤検知を防止し、ゴーストの検出を抑え、多数のターゲットの到来方向推定を行うことが可能である。

次に、不等間隔且つ左右対称に６つのアンテナを設置した場合において、外側に設置されるアンテナほどアンテナ間の距離が広い場合と、外側に設置されるアンテナほどアンテナ間の距離が狭い場合とを比較する。先ず、外側に設置されるアンテナほどアンテナ間の距離が広い場合について説明する。この場合は、アンテナｃｈ１−ｃｈ２間と、アンテナｃｈ５−ｃｈ６間との距離が２．９λ、アンテナｃｈ２−ｃｈ３間と、アンテナｃｈ４−ｃｈ５間との距離が２．３λ、アンテナｃｈ３−ｃｈ４間の距離が１．８λになるように、不等間隔且つ左右対称に６つのアンテナを設置する。図７は、上述したように６つのアンテナを設置した場合において、仮想空間平均処理を行い、Ｃａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行い、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果である。

次に、外側に設置されるアンテナほどアンテナ間の距離が狭い場合について説明する。この場合は、アンテナｃｈ１−ｃｈ２間と、アンテナｃｈ５−ｃｈ６間との距離が１．８λ、アンテナｃｈ２−ｃｈ３間と、アンテナｃｈ４−ｃｈ５間との距離が２．３λ、アンテナｃｈ３−ｃｈ４間の距離が２．９λになるように、不等間隔且つ左右対称に６つのアンテナを設置する。図１２は、上述したように６つのアンテナを設置した場合において、仮想空間平均処理を行い、Ｃａｐｏｎ法によりターゲットの到来方向推定を行い、角度スペクトラムの算出結果に基づいたターゲット位置の算出結果である。

外側に設置されるアンテナほどアンテナ間の距離が広い場合と、外側に設置されるアンテナほどアンテナ間の距離が狭い場合において、図７及び図１２に示すように、アンテナ間の距離が最小の間隔である１．８λである際の、ＦＯＶ＝１６．１２度外の位置でも、ゴーストが検出されず、物体位置を特定することが可能である。尚、この場合は、等周波数ＢＩＮに他に物体が無い場合である。等周波数ＢＩＮに３つ以上物体がある場合は、３種類のアンテナ間隔を使用していることにより、ゴーストが検出されると考えられる。また、外側に設置されるアンテナほどアンテナ間の距離が広い場合の方が、外側に設置されるアンテナほどアンテナ間の距離が狭い場合よりも、横に並んだ複数のターゲットを遠くまで分離して検出できる高い角度分離性能を得ることが可能である。

本発明の実施例２に係るレーダ装置１について説明する。図４に示すレーダ装置１でのアンテナは、受信アンテナ群の一部若しくは全部が送信アンテナとしても機能する構成となっている。ここで、図１３に示すように、受信アンテナ群と送信アンテナ群を別の構成としてもよい。受信アンテナは、不等間隔且つ左右対称に６つのアンテナを設置し、送信アンテナは、等間隔に設置される。上記仮想空間平均処理は、送信アンテナ群と受信アンテナ群の相対位置の関係に基づいて行われるものであり、送信アンテナが順次切り替えられたときの、仮想的に移動したとみなされる仮想的な受信アンテナ群同士が、その一部において重なる部分があれば、上述した仮想サブアレーとして機能することが可能である。また、送信アンテナ間隔を受信アンテナ間隔に拘束されない形で設定することで、より強い送信波の送信を行う等の、送信波の送信目的に適応した送信波アンテナを形成しやすくなる。

１・・・レーダ装置
１１・・・送信部
１２・・・受信部
１３・・・制御部
１４・・・前処理部
１５・・・検出部
１６・・・出力部
１９・・・分配器
ｃｈ１−ｃｈ６・・・アンテナ
♯１−♯１１・・・仮想受信アンテナ

Claims (4)

1. 複数の送信アンテナを有する送信アンテナ群と、
   複数の受信アンテナを有する受信アンテナ群と、
   前記送信アンテナ群の各送信アンテナから送信波を順次切り替えて送信する送信切替手段と、
   前記送信切替手段によって送信波の送信が順次行われるときに、前記各送信アンテナの送信波がターゲットで反射されてその反射波を受信する前記受信アンテナ群を、該送信アンテナに対応する仮想的な仮想サブアレーとして機能させ、且つ該仮想サブアレーに対応した空間平均処理における相関値を仮想相関値として、送信波を送信した前記送信アンテナ数に対応して取得する仮想相関値取得手段と、
   前記仮想相関値取得手段によって取得された前記複数の仮想サブアレーに対応する仮想相関値に対して、前記送信切換手段によって送信切換が行われた前記送信アンテナのそれぞれの、前記受信アンテナ群に対する相対位置に基づいた空間平均処理を施すことで、該送信切替手段の送信切替によって前記受信アンテナ群から仮想的に導出される仮想的アンテナ群に対応する平均仮想相関値を算出し、該平均仮想相関値に基づいて前記ターゲットの検出を行うターゲット検出手段と、を備え、
   前記送信アンテナ群は、前記受信アンテナ群に包含され、
   前記送信切換手段は、前記受信アンテナ群に含まれる一部又は全部の前記受信アンテナを順次、送信アンテナとして機能させ、
   前記送信アンテナ群及び前記受信アンテナ群は、左右対称且つ不等間隔に一列に並べられる、
   レーダ装置。
2. 複数の送信アンテナを有する送信アンテナ群と、
   複数の受信アンテナを有する受信アンテナ群と、
   前記送信アンテナ群の各送信アンテナから送信波を順次切り替えて送信する送信切替手段と、
   前記送信切替手段によって送信波の送信が順次行われるときに、前記各送信アンテナの送信波がターゲットで反射されてその反射波を受信する前記受信アンテナ群を、該送信アンテナに対応する仮想的な仮想サブアレーとして機能させ、且つ該仮想サブアレーに対応した空間平均処理における相関値を仮想相関値として、送信波を送信した前記送信アンテナ数に対応して取得する仮想相関値取得手段と、
   前記仮想相関値取得手段によって取得された前記複数の仮想サブアレーに対応する仮想相関値に対して、前記送信切換手段によって送信切換が行われた前記送信アンテナのそれぞれの、前記受信アンテナ群に対する相対位置に基づいた空間平均処理を施すことで、該送信切替手段の送信切替によって前記受信アンテナ群から仮想的に導出される仮想的アンテナ群に対応する平均仮想相関値を算出し、該平均仮想相関値に基づいて前記ターゲットの検出を行うターゲット検出手段と、を備え、
   前記送信アンテナ群と前記受信アンテナ群は、それぞれ別個に形成され、
   少なくとも前記受信アンテナ群は、左右対称且つ不等間隔に一列に並べられる、
   レーダ装置。
3. 前記空間平均処理は、Ｆｏｒｗａｒｄ−Ｂａｃｋｗａｒｄ空間平均法により行われる、
   請求項１又は２に記載のレーダ装置。
4. 前記ターゲットの到来方向推定をＣａｐｏｎ法により行う、
   請求項１から３の何れか一項に記載のレーダ装置。
   
   

Images