JP7249546B2 - radar equipment - Google Patents
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Description
本開示は、レーダ装置に関する。 The present disclosure relates to radar equipment.
近年、高分解能が得られるマイクロ波又はミリ波を含む波長の短いレーダ送信信号を用いたレーダ装置の検討が進められている。また、屋外での安全性を向上させるために、車両以外にも、歩行者を含む物体(ターゲット)を広角範囲で検知するレーダ装置(広角レーダ装置)の開発が求められている。 2. Description of the Related Art In recent years, studies have been made on radar devices using short-wavelength radar transmission signals including microwaves or millimeter waves that can provide high resolution. Further, in order to improve outdoor safety, there is a demand for the development of a radar device (wide-angle radar device) that detects objects (targets) including pedestrians in a wide-angle range in addition to vehicles.
また、レーダ装置として、受信ブランチに加え、送信ブランチにも複数のアンテナ(アレーアンテナ)を備え、送受信アレーアンテナを用いた信号処理によりビーム走査を行う構成(MIMO(Multiple Input Multiple Output)レーダと呼ぶこともある)が提案されている(例えば、非特許文献1を参照)。 In addition, as a radar device, in addition to the reception branch, the transmission branch is also equipped with a plurality of antennas (array antennas), and a configuration that performs beam scanning by signal processing using the transmission and reception array antennas (MIMO (Multiple Input Multiple Output) radar) ) has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).
MIMOレーダでは、送受信アレーアンテナにおけるアンテナ素子の配置を工夫することにより、最大で送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数との積に等しい仮想的な受信アレーアンテナ(以下、仮想受信アレーと呼ぶ)を構成できる。これにより、少ない素子数によってアレーアンテナの実効的な開口長を増大させる効果がある。 In MIMO radar, a virtual receiving array antenna (hereinafter referred to as a virtual receiving array) equal to the product of the number of transmitting antenna elements and the number of receiving antenna elements is created by devising the placement of antenna elements in the transmitting and receiving array antennas. Configurable. This has the effect of increasing the effective aperture length of the array antenna with a small number of elements.
また、垂直方向又は水平方向の一次元走査以外にも、垂直方向及び水平方向の二次元におけるビーム走査により三次元測位を行う場合にもMIMOレーダが適用可能である(例えば、特許文献1、非特許文献1を参照)。
In addition to one-dimensional scanning in the vertical or horizontal direction, MIMO radar can also be applied when three-dimensional positioning is performed by beam scanning in two dimensions in the vertical and horizontal directions (for example,
本開示の一態様は、サイドローブを抑制しつつ水平方向に沿った高い分解能を確保した、三次元測位可能なレーダ装置の提供に資する。 One aspect of the present disclosure contributes to providing a radar device capable of three-dimensional positioning, which suppresses sidelobes and secures high resolution along the horizontal direction.
本開示の一態様に係るレーダ装置は、レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信部と、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信部と、を具備し、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、位相中心が第1軸方向に沿って配置される複数の第1のアンテナを含み、前記複数の第1のアンテナは、位相中心が第1の間隔の第1の整数倍で配列されるアンテナと、位相中心が前記第1の間隔の第2の整数倍で配列されるアンテナと、を含み、前記第2の整数倍は、前記第1の整数倍とは異なり、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの他方は、位相中心が前記第1軸方向とは異なる第2軸方向に第2の間隔の整数倍で配置される複数の第2のアンテナと、位相中心が前記第2軸方向に第3の間隔の整数倍で配置される複数の第3のアンテナと、を含み、前記複数の第3のアンテナの前記第2軸方向の合成開口長は、前記複数の第2のアンテナの前記第2軸方向の合成開口長よりも広く、前記複数の第2のアンテナは、位相中心が前記第1軸方向に、前記複数の第1のアンテナの位相中心の合成開口長に等しい間隔で配置され、前記レーダ送信部は、前記複数の第2のアンテナによる送信と前記複数の第3のアンテナによる送信とを切り替え可能である構成を採る。 A radar apparatus according to an aspect of the present disclosure includes a radar transmission unit that transmits a radar signal from a transmission array antenna, and a radar reception unit that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target from a reception array antenna. one of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a plurality of first antennas having phase centers arranged along a first axis direction, the plurality of first antennas having phase centers antennas arranged at a first integer multiple of the first spacing; and antennas having phase centers arranged at a second integer multiple of the first spacing, wherein the second integer multiple is the Different from the first integer multiple, the other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna has a phase center arranged in a second axis direction different from the first axis direction at an integer multiple of a second interval. and a plurality of third antennas whose phase centers are arranged in the second axis direction at an integral multiple of the third spacing, wherein the second axis of the plurality of third antennas The synthetic aperture length in the direction of the plurality of second antennas is wider than the synthetic aperture length in the second axis direction of the plurality of second antennas, and the plurality of second antennas has a phase center in the first axis direction and the plurality of the Arranged at intervals equal to the synthetic aperture length of the phase center of the first antenna, the radar transmission unit is capable of switching between transmission by the plurality of second antennas and transmission by the plurality of third antennas take.
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 These generic or specific aspects may be realized by systems, methods, integrated circuits, computer programs, or recording media, and any of the systems, devices, methods, integrated circuits, computer programs and recording media may be implemented in any combination.
本開示の一態様によれば、本開示の一態様は、サイドローブを抑制しつつ水平方向に沿った高い分解能を確保した、三次元測位可能なレーダ装置の提供に資する。 According to one aspect of the present disclosure, one aspect of the present disclosure contributes to providing a radar device capable of three-dimensional positioning that suppresses side lobes and secures high resolution along the horizontal direction.
本開示の一態様における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び/又は効果は、いくつかの実施の形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、1つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。 Further advantages and advantages of one aspect of the present disclosure will be apparent from the specification and drawings. Such advantages and/or advantages are provided by the several embodiments and features described in the specification and drawings, respectively, but not necessarily all to obtain one or more of the same features. No need.
例えば、レーダ装置として、パルス波を繰り返し発信するパルスレーダ装置が知られている。広角範囲において車両/歩行者を検知する広角パルスレーダの受信信号は、近距離に存在するターゲット(例えば車両)と、遠距離に存在するターゲット(例えば歩行者)とからの複数の反射波が混合された信号となる。このため、(1)レーダ送信部では、低いレンジサイドローブとなる自己相関特性(以下、低レンジサイドローブ特性と呼ぶ)を有するパルス波又はパルス変調波を送信する構成が検討され、(2)レーダ受信部では、広い受信ダイナミックレンジを有する構成が検討されている。 For example, as a radar device, a pulse radar device that repeatedly transmits pulse waves is known. The signal received by the wide-angle pulse radar that detects vehicles/pedestrians in a wide-angle range is a mixture of multiple reflected waves from a target (e.g. vehicle) at a short distance and a target (e.g. pedestrian) at a long distance. signal. For this reason, (1) in the radar transmission unit, a configuration for transmitting a pulse wave or a pulse-modulated wave having autocorrelation characteristics (hereinafter referred to as low-range sidelobe characteristics) with low range sidelobes has been studied, and (2) In the radar receiver, a configuration having a wide reception dynamic range is being studied.
広角レーダ装置の構成として、以下の2つの構成が挙げられる。 As the configuration of the wide-angle radar device, there are the following two configurations.
一つ目の構成は、パルス波又は変調波を狭角(数度程度のビーム幅)の指向性ビームを用いて、機械的又は電子的に走査してレーダ波を送信し、狭角の指向性ビームを用いて反射波を受信する構成である。この構成では、高分解能を得るためには走査回数が増加するので、高速移動するターゲットに対する追従性が劣化する。 The first configuration uses a directional beam with a narrow angle (a beam width of about several degrees) to scan a pulsed wave or modulated wave mechanically or electronically to transmit a radar wave, thereby achieving a narrow-angle directional beam. In this configuration, a reflected wave is received using a polar beam. In this configuration, the number of scans is increased to obtain high resolution, so the followability to a target moving at high speed is degraded.
二つ目の構成は、受信ブランチにおいて、複数のアンテナ(複数のアンテナ素子)で構成されるアレーアンテナによって反射波を受信し、アンテナ素子間隔に対する受信位相差に基づく信号処理アルゴリズムによって反射波の到来角を推定する手法(Direction of Arrival (DOA) estimation)を用いる構成である。この構成では、送信ブランチでの送信ビームの走査間隔を間引いたとしても、受信ブランチにおいて到来角を推定できるので、走査時間の短縮化を図ることができ、1つ目の構成と比較して追従性が向上する。例えば、到来方向推定方法には、行列演算に基づくフーリエ変換、逆行列演算に基づくCapon法及びLP(Linear Prediction)法、又は、固有値演算に基づくMUSIC(Multiple Signal Classification)及びESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)が挙げられる。 In the second configuration, in the receiving branch, an array antenna consisting of multiple antennas (multiple antenna elements) receives the reflected waves, and the arrival of the reflected waves is detected by a signal processing algorithm based on the reception phase difference with respect to the antenna element spacing. This configuration uses a method of estimating angles (Direction of Arrival (DOA) estimation). In this configuration, even if the scanning interval of the transmission beam in the transmission branch is thinned out, the arrival angle can be estimated in the reception branch, so the scanning time can be shortened, and the tracking can be performed as compared with the first configuration. improve sexuality. For example, direction-of-arrival estimation methods include Fourier transform based on matrix operation, Capon method and LP (Linear Prediction) method based on inverse matrix operation, or MUSIC (Multiple Signal Classification) and ESPRIT (Estimation of Signal Parameters) based on eigenvalue operation. via Rotational Invariance Techniques).
また、受信ブランチに加え、送信ブランチでも複数のアンテナ素子を用いてビーム走査を行うMIMOレーダは、時分割、周波数分割又は符号分割を用いて多重した信号を複数の送信アンテナ素子から送信し、周辺物体で反射された信号を複数の受信アンテナ素子で受信し、受信信号の各々から、多重された送信信号を分離して受信する。 In addition, a MIMO radar that performs beam scanning using a plurality of antenna elements in a transmission branch in addition to a reception branch transmits signals multiplexed using time division, frequency division, or code division from a plurality of transmission antenna elements, The signals reflected by the object are received by a plurality of receiving antenna elements, and multiplexed transmission signals are separated and received from each of the received signals.
さらに、MIMOレーダでは、送受信アレーアンテナにおけるアンテナ素子の配置を工夫することにより、最大で送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数との積に等しい仮想的な受信アレーアンテナ(仮想受信アレー)を構成できる。これにより、送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数との積で示される伝搬路応答を得ることができ、送受信アンテナ素子間隔を適切に配置することで、少ない素子数によってアレーアンテナの実効的な開口長を仮想的に拡大し、角度分解能の向上を図ることができる。 Furthermore, in MIMO radar, by devising the layout of the antenna elements in the transmission and reception array antennas, it is possible to configure a virtual reception array antenna (virtual reception array) equal to the product of the number of transmission antenna elements and the number of reception antenna elements at maximum. . As a result, it is possible to obtain the channel response indicated by the product of the number of transmitting antenna elements and the number of receiving antenna elements. The angle resolution can be improved by virtually enlarging the length.
ここで、MIMOレーダにおけるアンテナ素子構成として、1つのアンテナ素子を用いる構成(以下、単体アンテナと呼ぶ)と、複数のアンテナ素子をサブアレー化した構成(以下、サブアレーと呼ぶ)とに大別される。 Here, the antenna element configuration in MIMO radar is roughly divided into a configuration using one antenna element (hereinafter referred to as a single antenna) and a configuration in which a plurality of antenna elements are sub-arrayed (hereinafter referred to as a sub-array). .
単体アンテナを用いた場合は、サブアレーを用いた場合と比較して、広い指向性を有する特性となるが、アンテナ利得は相対的に低くなる。そのため、反射波信号の受信SNR(Signal to Noise Ratio)を向上させるためには、受信信号処理において、例えば、より多くの加算処理を行うか、或いは、単体アンテナを複数用いてアンテナを構成することになる。 When a single antenna is used, compared with the case of using a sub-array, the antenna has a wider directivity, but the antenna gain is relatively low. Therefore, in order to improve the reception SNR (Signal to Noise Ratio) of the reflected wave signal, in the reception signal processing, for example, more addition processing is performed, or an antenna is configured using a plurality of single antennas. become.
一方、サブアレーを用いた場合は、単体アンテナを用いた場合と比較して、1つのサブアレーには、複数のアンテナ素子が含まれるため、アンテナとしての物理的なサイズが大きくなり、メインビーム方向のアンテナ利得を高めることができる。具体的には、サブアレーの物理的なサイズは、送信信号の無線周波数(キャリア周波数)における波長程度以上となる。 On the other hand, when a subarray is used, compared to the case of using a single antenna, one subarray includes a plurality of antenna elements, so the physical size of the antenna becomes larger, and the main beam direction becomes larger. Antenna gain can be increased. Specifically, the physical size of the subarray is equal to or larger than the wavelength of the radio frequency (carrier frequency) of the transmission signal.
また、MIMOレーダは垂直方向又は水平方向の一次元走査を行う場合以外に、垂直方向及び水平方向の二次元におけるビーム走査を行う場合にも適用可能である(例えば、特許文献1、非特許文献1を参照)。例えば、車載用途などに用いられる長距離用の二次元ビーム走査が可能なMIMOレーダにおいては、水平方向に一次元にビーム走査を行うMIMOレーダと同等の水平方向の高い分解能に加えて、垂直方向の角度推定能力が求められる。
In addition to vertical or horizontal one-dimensional scanning, the MIMO radar can also be applied to vertical and horizontal two-dimensional beam scanning (see, for example,
しかしながら、MIMOレーダに対して小型化かつ低コスト化を図るために送受信ブランチのアンテナ素子数が制約を受ける場合がある。例えば、送信4アンテナ素子程度/受信4アンテナ素子程度といった制約がある場合、MIMOレーダによる面的な仮想受信アレーにおいて垂直方向及び水平方向の開口長が制約を受ける。開口長の制約により、水平方向及び水平方向の分解能が低下する。 However, the number of antenna elements in the transmission/reception branch may be restricted in order to reduce the size and cost of the MIMO radar. For example, if there is a constraint of about four transmitting antenna elements/about four receiving antenna elements, the aperture lengths in the vertical and horizontal directions are restricted in the planar virtual reception array by the MIMO radar. Aperture length limitations reduce horizontal and horizontal resolution.
例えば、車載用途などに用いられる長距離用の二次元ビーム走査可能なMIMOレーダにおいては、水平方向に一次元にビーム走査を行うMIMOレーダと同等の水平方向の高い分解能に加えて、垂直方向の角度推定能力が求められる。しかしながら、アンテナ素子数の制約がある場合は、一次元ビーム走査を行うMIMOレーダに比べて開口長が制約を受ける。開口長の制約により、一次元ビーム走査を行うMIMOレーダに比べて水平方向の分解能が低下する。 For example, in a long-distance MIMO radar capable of two-dimensional beam scanning for in-vehicle applications, in addition to high horizontal resolution equivalent to that of a MIMO radar that performs one-dimensional beam scanning in the horizontal direction, vertical Angle estimation ability is required. However, if there are restrictions on the number of antenna elements, the aperture length is restricted compared to MIMO radars that perform one-dimensional beam scanning. Due to aperture length limitations, horizontal resolution is lower than that of MIMO radars that perform one-dimensional beam scanning.
また、誤検出の確率が低減されたMIMOレーダを実現するために、仮想受信アレーは形成するビームのサイドローブが低くなるような構成が望ましい。 Moreover, in order to realize a MIMO radar with a reduced probability of false detection, it is desirable that the virtual receiving array has a configuration in which the side lobes of the beams formed are low.
(実施の形態1)
本開示に係る一態様は、一次元ビーム走査するMIMOレーダに比べて水平方向の角度分離性能の劣化を抑制し、垂直方向の角度推定能力が追加された三次元測位可能なMIMOレーダを構成することができる。
(Embodiment 1)
One aspect of the present disclosure configures a MIMO radar capable of three-dimensional positioning that suppresses deterioration of horizontal angle separation performance compared to a MIMO radar that performs one-dimensional beam scanning and has added vertical angle estimation capability. be able to.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the embodiments, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
複数の送信アンテナ(送信サブアレー)及び複数の受信アンテナ(受信サブアレー)の配置の説明に先立ち、レーダ装置の構成について説明する。具体的には、レーダ装置の送信ブランチにおいて、複数の送信アンテナを時分割で切り替えて、時分割多重された異なるレーダ送信信号を送出し、受信ブランチにおいて、各送信信号を分離して受信処理を行うMIMOレーダの構成について説明する。 Before explaining the arrangement of a plurality of transmitting antennas (transmitting sub-arrays) and a plurality of receiving antennas (receiving sub-arrays), the configuration of the radar apparatus will be described. Specifically, in the transmission branch of the radar device, multiple transmission antennas are switched in a time division manner to transmit different time division multiplexed radar transmission signals, and in the reception branch, each transmission signal is separated and reception processing is performed. The configuration of the MIMO radar to be used will be described.
なお、レーダ装置の構成は、時分割多重された異なるレーダ送信信号を送出するものに限定されない。例えば、レーダ送信信号は、時分割多重される代わりに、周波数分割多重又は符号分割多重されてもよい。即ち、送信ブランチにおいて、複数の送信アンテナから周波数分割多重された異なるレーダ送信信号を送出し、受信ブランチにおいて、各送信信号を分離して受信処理を行う構成でもよい。また、同様に、レーダ装置の構成は、送信ブランチで複数の送信アンテナから符号分割多重されたレーダ送信信号を送出し、受信ブランチで、受信処理を行う構成でもよい。 Note that the configuration of the radar device is not limited to transmitting different time-division multiplexed radar transmission signals. For example, radar transmissions may be frequency division multiplexed or code division multiplexed instead of time division multiplexed. That is, the transmission branch may transmit different frequency-division-multiplexed radar transmission signals from a plurality of transmission antennas, and the reception branch may separate each transmission signal for reception processing. Similarly, the configuration of the radar apparatus may be such that a transmission branch transmits a code-division-multiplexed radar transmission signal from a plurality of transmission antennas, and a reception branch performs reception processing.
なお、以下に説明する実施の形態は一例であり、本開示は以下の実施の形態により限定されるものではない。 In addition, the embodiment described below is an example, and the present disclosure is not limited to the following embodiment.
[レーダ装置10の構成]
図1は、本開示に係るレーダ装置10の構成の一例を示すブロック図である。
[Configuration of radar device 10]
FIG. 1 is a block diagram showing an example configuration of a
レーダ装置10は、レーダ送信部(送信ブランチまたはレーダ送信回路とも称する)100と、レーダ受信部(受信ブランチまたはレーダ受信回路とも称する)200と、基準信号生成部(基準信号生成回路)300と、制御部(制御回路)400と、を有する。
The
レーダ送信部100は、基準信号生成部300から受け取る基準信号に基づいて高周波(無線周波数:Radio Frequency)のレーダ信号(レーダ送信信号)を生成する。そして、レーダ送信部100は、複数の送信アンテナ素子#1~#Ntを時分割で切り替えて、レーダ送信信号を送信する。
The
レーダ受信部200は、ターゲット(図示せず)において反射されたレーダ送信信号である反射波信号を、複数の受信アンテナ素子#1~#Naを用いて受信する。レーダ受信部200は、基準信号生成部300から受け取る基準信号を用いて、下記の処理動作を行うことで、レーダ送信部100と同期した処理を行う。レーダ受信部200は、各受信アンテナ素子#1~#Naにおいて受信した反射波信号を信号処理し、少なくともターゲットの有無検出又は方向推定を行う。なお、ターゲットは、レーダ装置10が検出する対象の物体であり、例えば、車両(2輪、3輪、及び4輪を含む)又は人を含む。
The
基準信号生成部300は、レーダ送信部100及びレーダ受信部200のそれぞれに接続されている。基準信号生成部300は、基準信号をレーダ送信部100及びレーダ受信部200に供給し、レーダ送信部100及びレーダ受信部200の処理を同期させる。
The
制御部400は、レーダ送信部100が生成するパルス符号、レーダ送信部100による可変ビーム制御において設定する位相、及び、レーダ送信部100が信号を増幅するレベルを、レーダ送信周期Tr毎に設定する。そして、制御部400は、パルス符号を指示する制御信号(符号制御信号)、位相を指示する制御信号(位相制御信号)、及び、送信信号の増幅レベルを指示する制御信号(送信制御信号)を、レーダ送信部100に出力する。また、制御部400は、レーダ送信部100における送信サブアレー#1~#Nの切替(レーダ送信信号の出力切替)タイミングを指示する出力切替信号をレーダ受信部200に出力する。
The
[レーダ送信部100の構成]
図2は、本開示に係るレーダ送信部100の構成の一例を示すブロック図である。
[Configuration of radar transmission unit 100]
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the
レーダ送信部100は、レーダ送信信号生成部(レーダ送信信号生成回路)101と、送信周波数変換部(送信周波数変換回路)105と、電力分配器(電力分配回路)106と、送信増幅部(送信増幅回路)107と、送信アレーアンテナ108と、を有する。
The
なお、以下では、符号化パルスレーダを用いたレーダ送信部100の構成を一例として示すが、これに限定されず、例えば、FM-CW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダの周波数変調を用いたレーダ送信信号に対しても同様に適用可能である。
In the following, the configuration of the
レーダ送信信号生成部101は、基準信号生成部300から受け取る基準信号を所定数倍したタイミングクロック(クロック信号)を生成し、生成したタイミングクロックに基づいてレーダ送信信号を生成する。そして、レーダ送信信号生成部101は、制御部100からの所定のレーダ送信周期Tr毎の符号制御信号に基づいて、レーダ送信周期Trにてレーダ送信信号を繰り返し出力する。
The radar
レーダ送信信号は、y(kt,M)=I(kT,M)+jQ(kt,M)で表される。ここで、jは虚数単位を表し、kは離散時間を表し、Mはレーダ送信周期の序数を表す。また、I(kT,M)及びQ(kT,M)は、第M番目のレーダ送信周期における離散時間kTにおけるレーダ送信信号(kT,M)の同相成分(In-Phase成分)、及び直交成分(Quadrature成分)をそれぞれ表す。 A radar transmission signal is represented by y(k t ,M)=I(k T ,M)+jQ(k t ,M). where j represents the imaginary unit, k represents discrete time, and M represents the ordinal number of the radar transmission period. Also, I(k T ,M) and Q(k T ,M) are in-phase components (In-Phase components) of the radar transmission signal (k T ,M) at discrete time k T in the M-th radar transmission cycle. , and quadrature components, respectively.
レーダ送信信号生成部101は、符号生成部(符号生成回路)102と、変調部(変調回路)103と、LPF(Low Pass Filter)104とを含む。
Radar transmission
符号生成部102は、レーダ送信周期Tr毎の符号制御信号に基づいて、第M番目のレーダ送信周期における符号長Lの符号系列の符号an(M)(n=1,…,L)(パルス符号)を生成する。符号生成部102において生成される符号an(M)には、低レンジサイドローブ特性が得られるパルス符号が用いられる。符号系列としては、例えば、Barer符号、M系列符号、Gold符号が挙げられる。なお、符号生成部102で生成される符号an(M)は、同一の符号であっても、異なる符号が含まれる符号であってもよい。
Based on the code control signal for each radar transmission cycle Tr, the
変調部103は、符号生成部102から出力される符号an(M)に対してパルス変調(振幅変調、ASK(Amplitude Shift Keying)、パルスシフトキーイング)又は位相変調(PSK:Phase Shift Keying)を行い、変調信号をLPF104へ出力する。
The
LPF104は、変調部103から出力される変調信号のうち、所定の制限帯域以下の信号成分を、ベースバンドのレーダ送信信号として送信周波数変換部105へ出力する。
送信周波数変換部105は、LPF104から出力されるベースバンドのレーダ送信信号を,所定のキャリア周波数(RF:Radio Frequency)帯でのレーダ送信信号に周波数変換する。
The
電力分配器106は、送信周波数変換部105から出力される無線周波数帯のレーダ送信信号をNt個に分配し、各送信増幅部107へ出力する。
送信増幅部107(107-1~107-Nt)は、制御部400から指示されるレーダ送信周期Tr毎の送信制御信号に基づいて、出力されるレーダ送信信号を所定レベルに増幅して出力するか、或いは送信出力をオフとする。
The transmission amplifying section 107 (107-1 to 107-Nt) amplifies the output radar transmission signal to a predetermined level based on the transmission control signal for each radar transmission period Tr instructed by the
送信アレーアンテナ108は、Nt個の送信アンテナ素子#1~#Nt(108-1~108-Nt)を有する。各送信アンテナ素子#1~#Ntは、それぞれ、個別の送信増幅部107-1~107-Ntに接続され、個別の送信増幅部107-1~107-Ntから出力されるレーダ送信信号を送信する。
The transmit
図3は、本開示に係るレーダ送信信号の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a radar transmission signal according to the present disclosure;
各レーダ送信周期Trのうち、符号送信区間Twの間にパルス符号系列が送信され、残りの区間(Tr-Tw)は無信号区間となる。符号送信区間Tw内には符号長Lパルス符号系列が含まれる。1つの符号には、L個のサブパルスが含まれる。また、1つのサブパルスあたり、No個のサンプルを用いたパルス変調が施されることにより、各符号送信区間Tw内には、Nr(=No×L)個のサンプルが含まれる。また、レーダ送信周期Trにおける無信号区間(Tr-Tw)には、Nu個のサンプルが含まれる。 In each radar transmission period Tr, a pulse code sequence is transmitted during the code transmission section Tw, and the remaining section (Tr-Tw) is a no-signal section. A code length L pulse code sequence is included in the code transmission section Tw. One code includes L sub-pulses. In addition, Nr (=No×L) samples are included in each code transmission interval Tw by performing pulse modulation using No samples per sub-pulse. Nu samples are included in a no-signal period (Tr-Tw) in the radar transmission period Tr.
図4は、本開示に係る制御部400による各送信アンテナ素子#1~#Ntの時分割切替動作の一例を示す。
FIG. 4 shows an example of time-division switching operation of each of the transmitting
図4において、制御部400は、レーダ送信周期Tr毎に、送信アンテナ素子#1から送信アンテナ素子#Ntまで順に、各送信アンテナ素子からの出力を切り替える指示をする制御信号(符号制御信号、送信制御信号)をレーダ送信部100へ出力する。また、制御部400は、各送信サブアレーの送信出力期間を(Tr×Nb)とし、全ての送信サブアレーの送信出力期間(Tr×Np)=(Tr×Nb×Nt)の切替動作を、Nc回繰り返す制御を行う。また、後述するレーダ受信部200は、制御部400の切替動作に基づいて測位処理を行う。
In FIG. 4, the
例えば、送信アンテナ素子#1からレーダ送信信号を送信する場合、制御部400は、送信アンテナ素子#1に接続された送信増幅部107-1に対して、入力信号を所定レベルに増幅するように指示する送信制御信号を出力し、送信アンテナ素子#1に接続されていない送信増幅部107-2~107-Ntに対して、送信出力をオフとするように指示する送信制御信号を出力する。
For example, when transmitting a radar transmission signal from transmission
同様に、送信アンテナ素子#2からレーダ送信信号を送信する場合、制御部400は、送信アンテナ素子#2に接続された送信増幅部107-2に対して、入力信号を所定レベルに増幅するように指示する送信制御信号を出力し、送信アンテナ素子#2に接続されていない送信増幅部107に対して、送信出力をオフとするように指示する送信制御信号を出力する。
Similarly, when transmitting a radar transmission signal from transmission
以降、制御部400は、送信アンテナ素子#3~#Ntに対して同様の制御を順に行う。以上、制御部400によるレーダ送信信号の出力切替動作について説明した。
Thereafter,
[レーダ送信部100の他の構成]
図5は、本開示に係るレーダ送信信号生成部101aの他の構成の一例を示すブロック図である。
[Other Configurations of Radar Transmission Unit 100]
FIG. 5 is a block diagram showing an example of another configuration of the radar transmission signal generator 101a according to the present disclosure.
レーダ送信部100は、レーダ送信信号生成部101の代わりに、図5に示すレーダ送信信号生成部101aを備えてもよい。レーダ送信信号生成部101aは、図2に示される符号生成部102、変調部103及びLPF104を有さず、代わりに図5に示される符号記憶部(符号記憶回路)111及びDA変換部(DA変換回路)112を備える。
The
符号記憶部111は、図2に示される符号生成部102において生成される符号系列を予め記憶し、記憶している符号系列を巡回的に順次読み出す。
The
DA変換部112は、符号記憶部111から出力される符号系列(デジタル信号)をアナログのベースバンド信号に変換する。
The
[レーダ受信部200の構成]
図6は、実施の形態1及び2に係るレーダ受信部200の構成の一例を示すブロック図である。
[Configuration of radar receiver 200]
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the
レーダ受信部200は、受信アレーアンテナ202と、Na個のアンテナ系統処理部(アンテナ系統処理回路)201(201-1~201-Na)と、方向推定部(方向推定回路)214と、を有する。
The
受信アレーアンテナ202は、Na個の受信アンテナ素子#1~#Na(202-1~202-Na)を有する。Na個の受信アンテナ素子202-1~202-Naは、測定ターゲット(物体)を含む反射物体に反射したレーダ送信信号である反射波信号を受信し、受信した反射波信号を、それぞれ、対応するアンテナ系統処理部201-1~201-Naへ受信信号として出力する。
The receiving
各アンテナ系統処理部201(201-1~201-Na)は、受信無線部(受信無線回路)203と、信号処理部(信号処理回路)207とを有する。受信無線部203及び信号処理部207は、基準信号生成部300から受け取る基準信号を所定数倍したタイミングクロック(基準クロック信号)を生成し、生成したタイミングクロックに基づいて動作することにより、レーダ送信部100との同期を確保する。
Each antenna system processing section 201 (201-1 to 201-Na) has a reception radio section (reception radio circuit) 203 and a signal processing section (signal processing circuit) 207. FIG. The reception radio unit 203 and the signal processing unit 207 generate a timing clock (reference clock signal) obtained by multiplying the reference signal received from the reference
受信無線部203は、増幅部(増幅回路)204と、周波数変換器(周波数変換回路)205と、直交検波器(直交検波回路)206と、を有する。具体的には、第z番目の受信無線部203において、増幅器204は、第z番目の受信アンテナ素子#zから受け取る受信信号を所定レベルに増幅する。ここで、z=1,…,Nrである。次いで、周波数変換器205は、高周波帯域の受信信号をベースバンド帯域に周波数変換する。次いで、直交検波器206は、ベースバンド帯域の受信信号を、I信号及びQ信号を含むベースバンド帯域の受信信号に変換する。
The reception radio section 203 has an amplifier section (amplifier circuit) 204 , a frequency converter (frequency converter circuit) 205 , and a quadrature detector (quadrature detector circuit) 206 . Specifically, in the z-th receiving radio section 203, the
各信号処理部207は、第1のAD変換部(AD変換回路)208、第2のAD変換部(AD変換回路)209と、相関演算部(相関演算回路)210と、加算部(加算回路)211と、出力切替部(出力切替回路)212と、Nt個のドップラ解析部(ドップラ解析回路)213-1~213-Ntと、を有する。 Each signal processing unit 207 includes a first AD conversion unit (AD conversion circuit) 208, a second AD conversion unit (AD conversion circuit) 209, a correlation calculation unit (correlation calculation circuit) 210, and an addition unit (addition circuit ) 211, an output switching unit (output switching circuit) 212, and Nt Doppler analysis units (Doppler analysis circuits) 213-1 to 213-Nt.
第1のAD変換部208は、直交検波器206からI信号を入力する。第1のAD変換部208は、I信号を含むベースバンド信号に対して、離散時間でのサンプリングを行うことにより、I信号をデジタルデータに変換する。
第2のAD変換部209は、直交検波器206からQ信号を入力する。第2のAD変換部209は、Q信号を含むベースバンド信号に対して、離散時間でのサンプリングを行うことにより、Q信号をデジタルデータに変換する。
ここで、第1のAD変換部208及び第2のAD変換部209のサンプリングでは、レーダ送信信号における1つのサブパルスの時間Tp(=Tw/L)あたり、Ns個の離散サンプルが行われる。すなわち、1サブパルスあたりのオーバーサンプル数はNsとなる。
Here, in the sampling of the
図7は、本開示に係るレーダ装置10のレーダ送信信号の送信タイミング、及び、測定範囲の一例を示す。
FIG. 7 shows an example of the transmission timing of the radar transmission signal and the measurement range of the
以下の説明では、I信号Iz(k,M)及びQ信号Qz(k,M)を用いて、第1のAD変換部208及び第2のAD変換部209の出力としての第M番目のレーダ送信周期Tr[M]の離散時間kにおけるベースバンドの受信信号を複素数信号xz(k,M)=Iz(k,M)+jQz(k,M)と表す。また、以下では、離散時間kは、レーダ送信周期(Tr)の開始するタイミングを基準(k=1)とし、信号処理部207は、レーダ送信周期Trが終了する前までのサンプル点であるk=(Nr+Nu)Ns/Noまで周期的に計測を行う。すなわち、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noとなる。ここでjは虚数単位である。 In the following description, using the I signal I z (k, M) and the Q signal Q z (k, M), the M-th A baseband received signal at a discrete time k of a radar transmission period Tr[M] is expressed as a complex number signal x z (k, M)=I z (k, M)+jQ z (k, M). In the following description, the discrete time k is based on the start timing of the radar transmission cycle (Tr) (k=1), and the signal processing unit 207 uses k =(N r +N u )N s /N o are measured periodically. That is, k=1,...,(N r +N u )N s /N o . where j is the imaginary unit.
第z番目の信号処理部207において、相関演算部210は、レーダ送信周期Tr毎に、第1のAD変換部208及び第2のAD変換部209から受け取る離散サンプル値xz(k,M)と、レーダ送信部100において送信される符号長Lのパルス符号an(M)(ただし、z=1,…,Na、n=1,…,L)との相関演算を行う。例えば、相関演算部210は、離散サンプル値xz(k,M)と、パルス符号an(M)とのスライディング相関演算を行う。例えば、第M番目のレーダ送信周期Tr[M]における離散時間kのスライディング相関演算の相関演算値ACz(k,M)は、式(1)に基づき算出される。
相関演算部210は、例えば、式(1)に従って、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noの期間に亘って相関演算を行う。
Correlation calculation
なお、相関演算部210は、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noに対して相関演算を行う場合に限定されず、レーダ装置10の測定対象となるターゲットの存在範囲に応じて、測定レンジ(すなわち、kの範囲)を限定してもよい。限定することにより、相関演算部210における演算処理量が低減される。例えば、相関演算部210は、k=Ns(L+1),…,(Nr+Nu)Ns/No-NsLに測定レンジを限定してもよい。この場合、図7に示されるように、レーダ装置10は、符号送信区間Twに相当する時間区間では測定を行わない。
Note that the
上述の構成により、レーダ送信信号がレーダ受信部200に直接的に回り込むような場合でも、レーダ送信信号が回り込む期間(少なくともτ1未満の期間)では相関演算部210による処理が行われない。したがって、レーダ装置10は、回り込みの影響を排除して測定できる。また、測定レンジ(kの範囲)を限定する場合、以下で説明する加算部211、出力切替部212、ドップラ解析部213、及び方向推定部214の処理に対しても、同様に測定レンジ(kの範囲)を限定した処理を適用すればよい。これにより、各構成部での処理量を削減でき、レーダ受信部200における消費電力を低減できる。
With the above-described configuration, even when the radar transmission signal directly reaches the
第z番目の信号処理部207において、加算部211は、制御部400から出力される出力切替信号に基づいて、第ND番目の送信アンテナ素子#NDから連続的に送信されるレーダ送信周期Trの複数回Nbの期間(Tr×Nb)を単位として、離散時間k毎に相関演算部210から受け取る相関演算値ACz(k,M)を用いて、加算(コヒーレント積分)処理を行う。ここで、ND=1,…,Nt、z=1,…,Naである。
In the z-th signal processing unit 207, the adding
期間(Tr×Nb)に亘る加算(コヒーレント積分)処理は次の式(2)で表される。
なお、理想的な加算利得を得るためには、相関演算値の加算区間において、相関演算値の位相成分がある程度の範囲で揃うことが好ましい。つまり、加算回数は、測定対象となるターゲットの想定最大移動速度に基づいて設定されることが好ましい。これは、ターゲットの想定最大移動速度が大きいほど、ターゲットからの反射波に含まれるドップラ周波数の変動量が大きく、高い相関を有する時間期間が短くなるため、Np(=N×Nb)は小さい値となり、加算部211での加算による利得向上効果が小さくなるためである。
In order to obtain an ideal addition gain, it is preferable that the phase components of the correlation calculation values are uniform within a certain range in the addition period of the correlation calculation values. In other words, the number of additions is preferably set based on the assumed maximum moving speed of the target to be measured. This is because the higher the assumed maximum moving speed of the target, the larger the amount of variation in the Doppler frequency contained in the reflected wave from the target, and the shorter the time period with high correlation, so Np (= N × Nb) is a small value. This is because the effect of improving the gain by the addition in the
第z番目の信号処理部207において、出力切替部212は、制御部400から出力される出力切替信号に基づいて、CIz (ND)(k,m)を、第NDのドップラ解析部213-NDに択一的に切り替えて出力する。ここで、CIz (ND)(k,m)は、第NDの送信アンテナ素子から連続的に送信されるレーダ送信周期Trの複数回Nbの期間(Tr×Nb)を単位に加算した、離散時間k毎の加算結果であり、ND=1,…,Nt、z=1,…,Naである。 In the z-th signal processing unit 207, the output switching unit 212 converts CI z (ND) (k,m) into -N D is selected for output. Here, CI z (ND) (k, m) is obtained by adding a plurality of Nb periods (Tr×Nb) of the radar transmission period Tr continuously transmitted from the ND transmission antenna element, It is an addition result for each discrete time k, and N D =1,...,Nt, z=1,...,Na.
各信号処理部207は、送信アンテナ素子#1~#Ntと同数のNt個のドップラ解析部213-1~213-Ntを有する。ドップラ解析部213(213-1~213-Nt)は、離散時間k毎に得られた加算部211のNC個の出力であるCIz
(ND)(k,NC(w-1)+1)~CIz
(ND)(k,NC×w)を一単位として、離散時間kのタイミングを揃えてコヒーレント積分を行う。例えば、ドップラ解析部213は、以下の式(3)に示すように、2Nf個の異なるドップラ周波数fsΔΦに応じた位相変動Φ(fs)=2πfs(Tr×Nb)ΔΦを補正した後に、コヒーレント積分を行う。
これにより、各信号処理部207は、離散時間k毎の2Nf個のドップラ周波数成分に応じたコヒーレント積分結果であるFT_CIz
(ND)(k,-Nf+1,w),…,FT_CIz
(ND)(k,Nf-1,w)を、レーダ送信周期間Trの複数回Nb×Ncの期間(Tr×Nb×Nc)毎に得る。
, FT_CI z (ND) (k, -
ΔΦ=1/Ncとした場合、上述したドップラ解析部213の処理は、サンプリング間隔Tm=(Tr×Np)、サンプリング周波数fm=1/Tmで加算部211の出力を離散フーリエ変換(DFT)処理していることと等価である。
When ΔΦ=1/N c , the above-described processing of the
また、Nfを2のべき乗の数に設定することで、ドップラ解析部213は、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を適用でき、演算処理量を削減できる。なお、Nf>Ncでは、q>Ncとなる領域においてCIz
(ND)(k,Nc(w-1)+1)=0とするゼロ埋め処理を行うことで、ドップラ解析部213は、同様にFFT処理を適用でき、演算処理量を削減できる。
Also, by setting Nf to a power of 2, the
また、ドップラ解析部213において、FFT処理の代わりに、上述の式(3)に示す積和演算を逐次的に演算する処理を行ってもよい。つまり、ドップラ解析部213は、離散時間k毎に得られた加算部211のNc個の出力であるCIz
(ND)(k,Nc(w-1)+q+1)に対して、fs=-Nf+1,…,0,Nf-に対応する係数exp[-j2πfsTrNbqΔΦ]を生成し、逐次的に積和演算処理してもよい。ここで、q=0,…,Nc-1である。
Further, in the
なお、以下の説明では、第1番目のアンテナ系統処理部201-1の信号処理部207から第Na番目のアンテナ系統処理部201-Naの信号処理部207の各々において同様の処理を施して得られた第w番目の出力FT_CIz
(1)(k,fs,w),…,FT_CIz
(Na)(k,fs,w)を、次の式(4)(又は式(5))のように仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)として表記する。
仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)は、送信アンテナ素子#1~#Ntの数Ntと受信アンテナ素子#1~#Naの数Naとの積であるNt×Na個の要素を含む。仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)は、後述する、ターゲットからの反射波信号に対して受信アンテナ素子#1~#Na間の位相差に基づく方向推定を行う処理の説明に用いる。ここで、z=1,…,Naであり、ND=1,…,Ntである。
The virtual receive array correlation vector h(k, f s , w) has Nt×Na elements, which is the product of the number Nt of transmit
また、上述の式(4)及び式(5)では、各送信サブアレーからの送信時間差に起因するドップラ周波数(fsΔΦ)毎の位相回転が補正されている。すなわち、第1の送信サブアレー(ND=1)を基準として、第NDの送信サブアレーからのドップラ周波数(fsΔΦ)成分の受信信号FT_CIz (Na)(k,fs,w)に対し、exp[-j2πfsΔΦ(ND-1)TrNb]が乗算されている。 Moreover, in the above equations (4) and (5), the phase rotation for each Doppler frequency (f s ΔΦ) caused by the transmission time difference from each transmission sub-array is corrected. That is, with the first transmission sub-array (N D =1) as a reference, the received signal FT_CI z (Na) (k, f s , w) of the Doppler frequency (f s ΔΦ) component from the N D -th transmission sub-array is It is multiplied by exp[-j2πf s ΔΦ(N D -1)T r N b ].
以上、信号処理部207の各構成部における処理について説明した。 The processing in each component of the signal processing unit 207 has been described above.
方向推定部214は、第1番目のアンテナ系統処理部201-1の信号処理部207ないし第Na番目のアンテナ系統処理部201-Naの信号処理部207から出力されるw番目のドップラ解析部213の仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)に対して、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)を算出する。ここで、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)は、仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)に対して、以下の式(6)で表されるように送信アレーアンテナ108間及び受信アレーアンテナ202間の移相偏差及び振幅偏差を補正するアレー補正値hcal[b]を乗算することで、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルである。なお、b=1,…,(Nt×Na)である。
アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)は、Na×Nr個の要素からなる列ベクトルである。以下では、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)の各要素をh1(k,fs,w),…,hNa×Nr(k,fs,w)と表記して、方向推定処理の説明に用いる。 The virtual reception array correlation vector h_after_cal (k,f s ,w) corrected for the inter-antenna deviation is a column vector consisting of Na×Nr elements. Below, each element of the virtual received array correlation vector h_after_cal (k, fs ,w) is denoted by h1 (k,fs,w),...,hNa ×Nr (k,fs,w), It is used for explaining the direction estimation processing.
次いで、方向推定部214は、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k,fs,w)を用いて、受信アンテナ素子202-1~202-Na間の反射波信号の位相差に基づいて反射波信号の到来方向の推定処理を行う。
Next,
方向推定部214は、方向推定評価関数値PH(θ,k,fs,w)における方位方向θを所定の角度範囲内で可変として空間プロファイルを算出し、算出した空間プロファイルの極大ピークを大きい順に所定数抽出し、極大ピークの方位方向を到来方向の推定値とする。
The
なお、評価関数値PH(θ,k,fs,w)は、到来方向推定アルゴリズムによって各種のものがある。例えば非特許文献2に開示されているアレーアンテナを用いた推定方法を用いてもよい。
Note that the evaluation function value P H (θ, k, fs, w) has various values depending on the direction-of-arrival estimation algorithm. For example, an estimation method using an array antenna disclosed in
例えば、ビームフォーマ法は、以下の式(7)及び式(8)のように表すことができる。
ここで、上付き添え字Hはエルミート転置演算子である。また、aH(θu)は、方位方向θuの到来波に対する仮想受信アレーの方向ベクトルを示す。また、θuは到来方向推定を行う方位範囲内を所定の方位間隔β1で変化させたものである。例えば、θuは以下のように設定される。
なお、ビームフォーマ法に代えて、Capon、MUSICといった手法も同様に適用可能である。 It should be noted that methods such as Capon and MUSIC can also be applied in place of the beamformer method.
図8は、本開示に係る方向推定部214の動作説明に用いる三次元座標系を示す。
FIG. 8 shows a three-dimensional coordinate system used for explaining the operation of the
方向推定部214の処理を図8に示される三次元座標系に適応することにより二次元方向に推定処理を行う場合について、以下説明する。
A case in which estimation processing is performed in two-dimensional directions by applying the processing of the
図8において、原点Oを基準とした物標(ターゲット)PTの位置ベクトルをrPTと定義する。また、図8では、物標PTの位置ベクトルrPTをXZ平面に射影した射影点をPT’とする。この場合、方位角θは、直線O-PT’とZ軸とのなす角度と定義される(物標PTのX座標が正の場合、θ>0)。また、仰角φは、物標PT、原点O及び射影点PT’を含む平面内での、物標PT、原点O及び射影点PT’を結ぶ線の角度と定義される(物標PTのY座標が正の場合、φ>0)。なお、以下では、XY平面内に送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202を配置する場合を一例として説明を行う。
In FIG. 8, the position vector of the target PT with respect to the origin O is defined as rPT . In FIG. 8, the projection point obtained by projecting the position vector r PT of the target PT onto the XZ plane is PT '. In this case, the azimuth angle θ is defined as the angle between the straight line OP T ′ and the Z axis (θ>0 if the X coordinate of the target P T is positive). Also, the elevation angle φ is defined as the angle of a line connecting the target P T , the origin O and the projected point P T ' in the plane containing the target P T , the origin O and the projected point P T ' (object φ>0 if the Y coordinate of the target P T is positive). In the following description, an example of arranging the transmitting
原点Oを基準とした、仮想受信アレーにおける第nva番目のアンテナ素子の位置ベクトルをSnvaと表記する。ここで、nva=1,…, Nt×Naである。 The position vector of the n va -th antenna element in the virtual reception array with reference to the origin O is denoted by Sn va . where n va =1,..., Nt×Na.
仮想受信アレーにおける第1番目(nva=1)のアンテナ素子の位置ベクトルS1は、第1番目の受信アンテナ素子Rx#1の物理的な位置と原点Oとの位置関係に基づいて決定される。仮想受信アレーにおける他のアンテナ素子の位置ベクトルS2,…,Snvaは、第1番目のアンテナ素子の位置ベクトルS1を基準に、XY平面内に存在する送信アレーアンテナ108及び受信アレーアンテナ202の素子間隔から決定される仮想受信アレーの相対的な配置を保持した状態で決定される。なお、原点Oを第1番目の受信アンテナ素子Rx#1の物理的な位置と一致させてもよい。
The position vector S1 of the first (n va =1) antenna element in the virtual reception array is determined based on the positional relationship between the physical position of the first reception antenna
レーダ受信部200が遠方界に存在する物標PTからの反射波を受信する場合、仮想受信アレーの第1番目のアンテナ素子での受信信号を基準とした、第2番目のアンテナ素子での受信信号の位相差d(rPT,2,1)は、以下の式(9)で示される。ここで、<x,y>はベクトルx及びベクトルyの内積演算子である。
なお、仮想受信アレーの第1番目のアンテナ素子の位置ベクトルを基準とした、第2番目のアンテナ素子の位置ベクトルを、素子間ベクトルD(2,1)として次の式(10)で表す。
同様に、レーダ受信部200が遠方界に存在する物標PTからの反射波を受信する場合、仮想受信アレーの第nva
(r)番目のアンテナ素子での受信信号を基準とした、第nva
(t)番目のアンテナ素子での受信信号の位相差d(rPT, nva
(t),nva
(r))は、以下の式(11)で示される。ここで、nva
(r)=1,…, Nt×Na、nva
(t)=1,…, Nt×Naである。
なお、仮想受信アレーの第nva
(r)番目のアンテナ素子の位置ベクトルを基準とした、第nva
(t)番目のアンテナ素子の位置ベクトルを、素子間ベクトルD(nva
(t),nva
(r))として次の式(12)に表す。
上述の式(11)及び式(12)に示すように、仮想受信アレーの第nva (r)番目のアンテナ素子での受信信号を基準とした、第nva (t)番目のアンテナ素子での受信信号の位相差d(rPT,nva (t), nva (r))は、遠方界に存在する物標PTの方向を示す単位ベクトル(rPT/|rPT|)及び素子間ベクトルD(nva (t),nva (r))に依存する。 As shown in the above equations (11) and (12), at the n va (t) -th antenna element with reference to the received signal at the n va (r) -th antenna element of the virtual reception array The phase difference d(r PT , n va (t) , n va (r) ) of the received signal is a unit vector (r PT /|r PT |) indicating the direction of the target P T existing in the far field and It depends on the inter-element vector D(n va (t) , n va (r) ).
また、仮想受信アレーが同一平面内に存在する場合、素子間ベクトルD(nva
(t),nva
(r))は同一平面上に存在する。方向推定部214は、このような素子間ベクトルの全て又は一部を用いて、素子間ベクトルが示す位置に仮想的にアンテナ素子が存在するものとして、仮想面配置アレーアンテナを構成し、二次元における方向推定処理を行う。すなわち、方向推定部214は、仮想受信アレーを構成するアンテナ素子に対する補間処理によって補間された複数の仮想的なアンテナを用いて到来方向推定処理を行う。
Also, when the virtual receiving array exists on the same plane, the inter-element vector D(n va (t) , n va (r) ) exists on the same plane. The
なお、方向推定部214は、仮想的なアンテナ素子が重複する場合、重複するアンテナ素子のうちの一つのアンテナ素子を予め固定的に選択してもよい。又は、方向推定部214は、重複する全ての仮想的なアンテナ素子での受信信号を用いて加算平均処理を施してもよい。
In addition, when the virtual antenna elements overlap, the
以下、Nq個の素子間ベクトル群を用いて、仮想面配置アレーアンテナを構成した場合における、ビームフォーマ法を用いた二次元における方向推定処理について説明する。 Two-dimensional direction estimation processing using the beamformer method when a virtual plane array antenna is configured using N q inter-element vector groups will be described below.
ここで、仮想面配置アレーアンテナを構成する第nq番目の素子間ベクトルをD(nva(nq) (t),nva(nq) (r))と表す。ここで、nq=1,…,Nqである。 Here, the nq-th inter-element vector constituting the virtual plane array antenna is expressed as D(n va(nq) (t) , n va(nq) (r) ). where nq=1,..., Nq .
方向推定部214は、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k, fs, w)の各要素であるh1(k, fs, w),…,hNa×N(k, fs, w)を用いて、以下の式(13)に示す仮想面配置アレーアンテナ相関ベクトルhVA(k, fs, w)を生成する。
仮想面配置アレー方向ベクトルaVA(θu, φv)を、次の式(14)に示す。
仮想受信アレーがXY平面内に存在する場合、物標PTの方向を示す単位ベクトル(rPT/|rPT|)と、方位角θ及び仰角φとの関係を次の式(15)に示す。
方向推定部214は、垂直方向及び水平方向の二次元空間プロファイルを算出する各角度方向θu,φvに対して、上述の式(15)を用いて単位ベクトル(rPT/|rPT|)を算出する。
The
さらに、方向推定部214は、仮想面配置アレーアンテナ相関ベクトルhVA(k,fs,w)、及び、仮想面配置アレー方向ベクトルaVA(θu,φv)を用いて、水平方向及び垂直方向の二次元方向推定処理を行う。
Further, the
例えば、ビームフォーマ法を用いた二次元における方向推定処理では、仮想面配置アレーアンテナ相関ベクトルhVA(k,fs,w)及び仮想面配置アレー方向ベクトルaVA(θu,φv)を用いて、次の式(16)で示される二次元における方向推定評価関数を用いて垂直方向及び水平方向の二次元空間プロファイルを算出し、二次元空間プロファイルの最大値又は極大値となる方位角及び仰角方向を到来方向の推定値とする。
なお、方向推定部214は、ビームフォーマ法以外にも、仮想面配置アレーアンテナ相関ベクトルhVA(k, fs, w)及び仮想面配置アレー方向ベクトルaVA(θu, φv)を用いて、Capon法又はMUSIC法などの高分解能到来方向推定アルゴリズムを適用してもよい。これにより、演算量は増加するが、角度分解能を高めることができる。
Note that the
また、上述した時刻情報kは、距離情報に変換して出力されてもよい。時刻情報kを距離情報R(k)に変換する際には次の式(17)を用いればよい。
また、ドップラ周波数情報は、相対速度成分に変換して出力されてもよい。ドップラ周波数fsΔΦを相対速度成分vd(fs)に変換する際には次の式(18)を用いて変換できる。
[実施の形態1に係るレーダ装置10におけるアンテナ素子配置]
以上の構成を有するレーダ装置10の送信アレーアンテナ108のNt個の送信アンテナ素子Tx#1~#Nt及び受信アレーアンテナ202のNa個の受信アンテナ素子Rx#1~#Naの配置について、以下に説明する。
[Antenna Element Arrangement in
The arrangement of the Nt transmitting antenna
<配置例1>
図9は、実施の形態1に係る受信アレーアンテナ202の受信アンテナ素子Rx#1~Rx#Naの配置例1を示す。
<Arrangement example 1>
FIG. 9 shows arrangement example 1 of receiving antenna
図9に示されるように、受信アレーアンテナ202のNa個の受信アンテナ素子Rx#1~Rx#Naは、第1軸に沿って配置される。Na個の受信アンテナ素子Rx#1~Rx#Naは、第1の間隔dHで基本的に等間隔に配置され、一部が第1の間隔dHと異なる第3の間隔duで配置される。換言すると、Na個の受信アンテナ素子Rx#1~Rx#Naの隣接する受信アンテナの間の間隔である#Na-1個の間隔のうち、一部が、第1の間隔と異なる第3の間隔duに等しく、その他が、第1の間隔dHに等しい。
As shown in FIG. 9, Na receive antenna
図10Aは、実施の形態1に係る受信アレーアンテナ202の受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8の配置例1を示す。
10A shows arrangement example 1 of receive antenna
図10Aに示される一例においては、受信アレーアンテナ202は、8個の受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8を備える。8個の受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8のうち受信アンテナ素子Rx#1~Rx#7までは、第1軸に沿って第1の間隔dHで等間隔に配置される。ここで、例えば、第1の間隔dHは、0.5波長に等しい。残りの受信アンテナ素子Rx#8は、受信アンテナ素子Rx#7から第3の間隔2×dHで配置される。即ち、受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8は、一部が不等間隔に配置される。受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8の位相中心の合成開口長dRxは、受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8の第1軸に沿った幅である8×dHに等しい。
In one example shown in FIG. 10A, receive
図10Bは、実施の形態1に係る送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#2の配置例1を示す。
FIG. 10B shows arrangement example 1 of transmitting antenna
図10Bに示される一例においては、送信アレーアンテナ108は、2個の送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2を備える。2個の受信アンテナ素子Tx#1及びTx#2は、第1軸方向に8×dHの間隔、第1軸方向に直行する第2軸方向にdVの間隔で配置される。
In one example shown in FIG. 10B, the transmit
一例において、レーダ送信信号で用いられる波長を基準として、第1の間隔dH及び第2の間隔dVは、それぞれ、0.3波長以上2波長以下であってもよく、半波長程度であってもよい。例えば、第1の間隔dH及び第2の間隔dVは、0.5波長に等しい。 In one example, the first interval dH and the second interval dV may each be 0.3 wavelength or more and 2 wavelengths or less, or about half a wavelength, based on the wavelength used in the radar transmission signal. good. For example, the first spacing d H and the second spacing d V are equal to 0.5 wavelengths.
第1軸及び第2軸は、図8に示されるXY平面上にあってもよく、また、互いに直交するように配置されてもよい。例えば、第1軸方向は、水平方向であり、第2軸方向は、垂直方向である。以下の説明において、簡単のために、第1軸方向が水平方向に一致し、第2軸方向が垂直方向に一致するものとする。 The first axis and the second axis may lie on the XY plane shown in FIG. 8, or may be arranged orthogonal to each other. For example, the first axis direction is horizontal and the second axis direction is vertical. In the following description, for the sake of simplicity, it is assumed that the direction of the first axis coincides with the horizontal direction and the direction of the second axis coincides with the vertical direction.
図10Bに示される送信アレーアンテナ108を、例えば、高速道路における車両前方の観測の長距離観測の用途で使用する場合、視野角(FOV)は、水平方向及び垂直方向に狭角に絞ってもよい。例えば、FOVは、水平方向に30度程度、垂直方向に10度程度である。
When the transmit
受信アレーアンテナ202の受信アンテナ素子のそれぞれは、図10Aに示される点(網掛け白丸)を位相中心として、第2軸方向に開口長を広げて垂直方向のビーム幅を絞り、高いアンテナ利得を得ることができる。また、送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子のそれぞれは、図10Bに示される点(白丸)を位相中心として、第1軸方向、および第2軸方向に開口長を広げて、水平方向及び垂直方向のビーム幅を絞り、高いアンテナ利得を得ることができる。なお、各アンテナ素子はサブアレーアンテナを用いて構成し、サブアレーアンテナにアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。
Each of the receiving antenna elements of the receiving
図10Aに示される不等間隔に配置されている受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8に対して、ダミーアンテナ素子を設置してもよい。ここで、ダミーアンテナ素子とは、構成するアンテナ素子が他のアンテナ素子と物理的に同様の構成をとり、レーダ信号の送受信に用いられないアンテナである。例えば、受信アンテナ素子Rx#7と受信アンテナ素子Rx#8との間などの不等間隔領域、受信アンテナ素子Rx#1の左側領域、又は受信アンテナRx#8の右側領域にダミーアンテナ素子を設置してもよい。ダミーアンテナ素子を設置することによって、例えば、アンテナの放射、インピーダンス整合、アイソレーションといった電気的特性の影響を一様化する効果が得られる。
Dummy antenna elements may be installed for the reception antenna
図10Cは、配置例1に係る仮想受信アレーの配置を示す。 FIG. 10C shows an arrangement of virtual receive arrays according to Arrangement Example 1. FIG.
図10Cに示されるように、一対の仮想アンテナ素子VA#8及びVA#9が第2軸方向にdVの間隔で隣接して配置される。また、図10Cに示されるように、仮想受信アレーの第1軸方向の開口長は、16×dHに等しい。
As shown in FIG. 10C, a pair of virtual antenna
第1軸方向及び第2軸方向に延在する二次元的な仮想受信アレーによって、二次元のビームが構成される。実施の形態1に係る受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8及び送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の配置は、水平方向に高い分解能を持ち、垂直方向の角度推定能力を有するアンテナ配置であることを、比較例1及び比較例2との比較によって以下に説明する。
A two-dimensional beam is constructed by a two-dimensional virtual receive array extending along a first axis and a second axis. The arrangement of the receiving antenna
<比較例1>
図11Aは、比較例1に係る受信アレーアンテナの受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8の配置を示す。
<Comparative Example 1>
FIG. 11A shows the arrangement of the receiving antenna
比較のため、図11Aに示される受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8の素子数は、図10Aに示される受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8の素子数に等しい。また、図11Aに示されるように、受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8は、第1軸方向に第1の間隔dHで等間隔に配置されている。
For comparison, the number of receive antenna
図11Bは、比較例1に係る送信アレーアンテナの送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の配置を示す。
11B shows the arrangement of the transmitting antenna
比較のため、図11Bに示される送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の素子数は、図11Aに示される送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の素子数に等しい。また、少なくとも一対の仮想受信アレーが第2軸方向に並ぶように、受信アンテナ素子Tx#1及びTx#2は、第1軸方向に7×dHの間隔、第1軸方向に直行する第2軸方向にdVの間隔で配置されている。
For comparison, the number of transmit antenna
図11Cは、比較例1に係る仮想受信アレーの配置を示す。 FIG. 11C shows the arrangement of virtual reception arrays according to Comparative Example 1. FIG.
図11Cに示されるように、仮想受信アレーは図10Cに示す本実施の形態と同様、VA#8とVA#9が第2軸方向にdVの間隔で隣接して配置される。しかしながら、仮想受信アレーの第1軸方向の開口長は14×dHであり、実施の形態1に係る仮想受信アレーの第1軸方向の開口長である16×dHよりも小さい。
As shown in FIG. 11C, in the virtual receiving array,
図12は、配置例1及び比較例1に係る二次元のビームの第2軸方向0度での第1軸方向に沿った断面図である。 12 is a cross-sectional view along the first axis direction at 0 degrees in the second axis direction of the two-dimensional beams according to Arrangement Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
図12に示されるように、実施の形態1に係る-3dBに対応するビーム幅6.2度は、比較例1に係るビーム幅7.0度に比べて小さい。即ち、実施の形態1に係るアンテナ配置によると、比較例1に係るアンテナ配置よりも、水平方向に沿って高い分解能が得られる。なお、水平方向の視野角を絞っている場合、広角側のサイドローブの高低は、誤検出の確率に実質的に影響を与えない。 As shown in FIG. 12, the beam width of 6.2 degrees corresponding to -3 dB according to the first embodiment is smaller than the beam width of 7.0 degrees according to the first comparative example. That is, according to the antenna arrangement according to the first embodiment, higher resolution along the horizontal direction than the antenna arrangement according to the comparative example 1 can be obtained. When the horizontal viewing angle is narrowed, the level of side lobes on the wide-angle side does not substantially affect the probability of erroneous detection.
<比較例2>
図13は、比較例2に係る仮想受信アレーの配置を示す。
<Comparative Example 2>
FIG. 13 shows the arrangement of virtual reception arrays according to Comparative Example 2. In FIG.
比較のため、比較例2に係る受信アンテナの素子数は、図10Aに示される受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8の素子数に等しい。さらに、比較例2に係る送信アンテナの素子数は、図11Aに示される送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の素子数に等しい。
For comparison, the number of receiving antenna elements according to Comparative Example 2 is equal to the number of receiving antenna
仮想受信アレーにおける第1軸方向の開口長を最大化するため、受信アンテナ8素子を図11Aに示されるように第1軸方向に沿って等間隔で配置する。さらに、送信アンテナ2素子を図10Bに示されるように第1軸方向に8×dHの間隔で配置する。この場合、仮想受信アレーの配置は、図13に示される配置となる。 To maximize the aperture length along the first axis in the virtual receive array, the eight receive antenna elements are evenly spaced along the first axis as shown in FIG. 11A. Furthermore, two transmitting antenna elements are arranged at an interval of 8×d H in the first axis direction as shown in FIG. 10B. In this case, the arrangement of the virtual receiving arrays is the arrangement shown in FIG.
図13に示される配置を備える仮想受信アレーを用いる状況下で、同一距離、同一速度に複数ターゲットが存在する場合、例えば、到来方向の垂直方向成分の推定において誤差が生じる。一方、実施の形態1に係る仮想受信アレーにおいては、一対の仮想受信アレーが第2軸方向にも並んでいるため、同一距離、同一速度に複数のターゲットが存在する場合であっても、垂直方向成分の推定における誤差が小さくなり、検出精度が向上する。
Under the situation of using a virtual receive array with the arrangement shown in FIG. 13, the presence of multiple targets at the same distance and same velocity will, for example, lead to errors in estimating the vertical component of the direction of arrival. On the other hand, in the virtual reception array according to
送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の第1軸方向に沿った間隔が、受信アレーアンテナ202の合成開口長dRに等しいと、少なくとも一対の仮想受信アレーを第2軸方向に並べつつ仮想受信アレーの第1軸方向の開口長を最大化できるので好ましい。例えば、図10Aに示される受信アレーアンテナ202の合成開口長dRと、図10Bに示される送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の間隔とは、共に8×dHであり等しい。しかしながら、送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の間隔は、これに限られず、例えば、受信アレーアンテナ202の合成開口長dR以下であり、かつ第1の間隔dHの整数倍であってもよい。送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の第1軸方向の間隔を狭くすることにより、第2軸方向に並ぶ仮想受信アレーの組み合わせが増え、垂直方向の精度が向上する。
If the spacing along the first axis direction between the transmitting antenna
図10Aに示される配置例1においては、受信アンテナ素子Rx#7及びRx#8の間の第3の間隔duは、2×dHに等しい。しかしながら、第3の間隔duの大きさは、これに限定されない。例えば、第3の間隔duを拡大し、仮想受信アレーの開口長を拡大すると、形成されるビームのメインローブを狭くして分解能を向上できる。また、例えば、第3の間隔duを縮小し、仮想受信アレーの開口長を縮小すると、サイドローブレベルを小さくできる。
In arrangement example 1 shown in FIG. 10A, the third spacing du between receive antenna
<配置例2>
図10Aに示される配置例1においては、受信アンテナ素子Rx#7及びRx#8の間の間隔が受信アンテナ素子Rx#1~Rx#7の間の間隔と異なるように、受信アレーアンテナ202の端部が不等間隔に配置されている。しかしながら、実施の形態1に係るアンテナ配置は、配置例1に限定されない。
<Arrangement example 2>
In arrangement example 1 shown in FIG. 10A, the receiving
図14Aは、実施の形態1の配置例2に係る受信アレーアンテナ202の受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8の配置例2を示す。
14A shows arrangement example 2 of receive antenna
図14Aに示される配置例2においては、受信アンテナ素子Rx#5及びRx#6の間の間隔が受信アンテナ素子Rx#1~Rx#5及び受信アンテナ素子Rx#6~Rx#8の間の間隔と異なるように、受信アレーアンテナ202の内側が不等間隔に配置されている。
In arrangement example 2 shown in FIG. 14A, the spacing between the receiving antenna
図14Bは、配置例2に係る仮想受信アレーの配置を示す。 FIG. 14B shows an arrangement of virtual receive arrays according to Arrangement Example 2. FIG.
図14Bに示されるように、一対の仮想アンテナVA#8及びVA#9が第2軸方向にdVの間隔で隣接して配置される。また、図14Bに示されるように、仮想受信アレーの第1軸方向の開口長は、16×dHに等しい。
As shown in FIG. 14B, a pair of virtual
図15は、配置例1及び配置例2に係る二次元のビームの第2軸方向0度での第1軸方向に沿った断面図である。 FIG. 15 is a cross-sectional view of the two-dimensional beams according to Arrangement Example 1 and Arrangement Example 2 along the first axis direction at 0 degrees in the second axis direction.
図15に示されるように、受信アレーアンテナ202において不等間隔に配置する受信アンテナ素子を変更することにより、サイドローブレベルが変化することが分かる。一方、受信アレーアンテナ202において不等間隔に配置する受信アンテナ素子を変更しても、仮想受信アレーの開口長は、共に16×dHに等しく、メインローブ幅についても、ほとんど変化しない。
As shown in FIG. 15, it can be seen that the sidelobe level changes by changing the reception antenna elements arranged at irregular intervals in the
なお、送信アレーアンテナ108と受信アレーアンテナ202の配置は、それぞれ、上述の配置に限定されるものではない。例えば、送信アレーアンテナ108と受信アレーアンテナ202の配置とを入れ替えても、入れ替える前と同様の仮想受信アレーが得られ、入れ替える前と同様の特性が得られる。また、送信アレーアンテナ108と受信アレーアンテナ202の配置を、それぞれ、左右反転及び/又は上下反転してもよい。
The arrangement of the transmitting
本開示の実施の形態1においては、レーダ装置10は、レーダ信号を送信アレーアンテナ108から送信するレーダ送信部100と、レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナ202から受信するレーダ受信部200と、を具備する。さらに、送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#Nt及び受信アレーアンテナ202の受信アンテナ素子Rx#1~Rx#Naは、図9、図10A、図10B、又は図14Aに示される配置を採る。
In
本開示の実施の形態1によれば、水平方向の分解能の劣化を抑制し、垂直方向の角度推定能力を有する仮想受信アレーを構成することができ、水平方向に高精度かつ垂直方向の角度推定を行う三次元測位可能なレーダ装置を構成することができる。さらに、本開示の実施の形態1によれば、一次元ビーム走査するMIMOレーダ装置に比べて水平方向の角度分離性能を劣化させずに、第2軸方向の角度推定能力が追加された三次元測位可能なMIMOレーダ装置を構成することができる。
According to
(実施の形態2)
送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#Ntの配置が、実施の形態1におけるアンテナ配置と異なる実施の形態2を、以下説明する。なお、実施の形態2に係るレーダ装置10の構成は、送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#Ntの配置を除いて図1に示される実施の形態1に係るレーダ装置10の構成と略同様であり、レーダ装置10の構成の説明を省略する。
(Embodiment 2)
[レーダ装置10におけるアンテナ配置]
<配置例3>
図16Aは、実施の形態2に係る送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#Ntの配置例3を示す。
[Antenna Arrangement in Radar Device 10]
<Arrangement example 3>
FIG. 16A shows arrangement example 3 of transmitting antenna
図16Aにおいて、送信アンテナ素子#1~#Ntの総数Ntは、4に等しい。送信アンテナ素子#1~#4は、第2軸方向に第2の間隔dVで、かつ1つおきに第1軸方向に第1の間隔dHずらして配置されている。例えば、第1の間隔dH及び第2の間隔dVは、それぞれ、0.5波長及び0.6波長に等しい。
In FIG. 16A, the total number Nt of transmit
送信アレーアンテナ108のアンテナ素子のそれぞれは、図16Aに示される点(白丸)を位相中心とし、第2軸方向にアンテナ同士が干渉しない程度に開口長を広げて垂直方向のビーム幅を絞る構成をとる。送信アレーアンテナ108を近距離かつ広角観測の用途で使用する場合、視野角(FOV)は、水平方向及び垂直方向に広く設けてもよい。例えば、FOVは、水平方向に80度程度、垂直方向に30度程度である。
Each of the antenna elements of the
実施の形態2の配置例3に係る受信アレーアンテナ202の複数の受信アンテナ素子#1~#Naの配置は、図10Aに示される配置と同様の配置である。受信アレーアンテナ202のアンテナ素子のそれぞれは、図10Aに示される点を位相中心として、第2軸方向に開口長を広げて垂直方向のビーム幅を視野角である30度程度となるようなアンテナ素子を用いる。
The arrangement of a plurality of receive
複数の送信アンテナ素子#1~#Nt及び複数の受信アンテナ素子#1~#Naは、水平方向には、広角を観測できるように広いビーム幅を持つアンテナとしてもよい。サブアレーアンテナを用いて各アンテナ素子を構成してよく、また、サブアレーアンテナにアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。
The plurality of transmitting
図10Aに示される不等間隔に配置されている受信アンテナ素子Rx#1~#8に対して、ダミーアンテナ素子を設置してもよい。例えば、受信アンテナ素子Rx#7と受信アンテナ素子Rx#8との間などの不等間隔領域、受信アンテナ素子Rx#1の左側領域、又は受信アンテナRx#8の右側領域にダミーアンテナ素子を設置してもよい。ダミーアンテナ素子を設置することによって、アンテナの放射、インピーダンス整合、アイソレーションといった電気的特性の影響を一様化する効果が得られる。
Dummy antenna elements may be installed for the receiving antenna
図16Bは、配置例3に係る仮想受信アレーの配置を示す。 FIG. 16B shows the placement of the virtual receive array according to placement example 3. FIG.
実施の形態2に係る受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8及び送信アンテナ素子Tx#1~Tx#4の配置は、水平方向及び垂直方向に高い分解能を持つアンテナ配置であることを、受信アンテナ素子が等間隔に配置された比較例3との比較によって以下に説明する。
The arrangement of the receiving antenna
<比較例3>
比較のため、比較例3における受信アンテナ素子Rx#1~Rx#Naの素子数Naは、図10Aに示される受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8の素子数8に等しい。また、比較例3における送信アンテナ素子Tx#1~Tx#Nxの素子数Nxは、図16Aに示される送信アンテナ素子Tx#1~Tx#4の素子数4に等しい。
<Comparative Example 3>
For comparison, the number Na of the receiving antenna
比較例3において、受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8を、図11Aに示されるように等間隔に配置する。また、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#4は、図16Aに示されるのと同様に配置する。
In Comparative Example 3, the receiving antenna
図17は、比較例3に係る仮想受信アレーの配置を示す。 FIG. 17 shows an arrangement of virtual reception arrays according to Comparative Example 3. In FIG.
図17に示されるように、比較例3に係る仮想受信アレーの第1軸方向の開口長は、8×dHに等しい。この開口長は、図16Bに示される実施の形態2に係る仮想受信アレーの第1軸方向の開口長である9×dHよりも小さい。 As shown in FIG. 17, the aperture length in the first axis direction of the virtual receiving array according to Comparative Example 3 is equal to 8×d H . This aperture length is smaller than 9×d H which is the aperture length in the first axis direction of the virtual receiving array according to the second embodiment shown in FIG. 16B.
図18は、配置例3及び比較例3に係る二次元のビームの第2軸方向0度での第1軸方向に沿った断面図である。 18 is a cross-sectional view along the first axis direction at 0 degrees in the second axis direction of the two-dimensional beams according to Arrangement Example 3 and Comparative Example 3. FIG.
図18に示されるように、実施の形態2に係るビームは、比較例3に係るビームに比べて隣接するサイドローブが低い。即ち、実施の形態2に係るアンテナ配置は、比較例3に係るアンテナ配置と比べて、誤検出の確率が低減される。また、実施の形態2に係るビーム幅は、比較例3に係るビーム幅に比べて小さい。即ち、実施の形態2に係るアンテナ配置は、比較例3に係るアンテナ配置と比べて、高い分解能が得られる。 As shown in FIG. 18, the beam according to the second embodiment has lower adjacent side lobes than the beam according to the third comparative example. That is, the antenna arrangement according to the second embodiment reduces the probability of false detection as compared with the antenna arrangement according to the third comparative example. Also, the beam width according to the second embodiment is smaller than the beam width according to the third comparative example. That is, the antenna arrangement according to the second embodiment provides higher resolution than the antenna arrangement according to the third comparative example.
実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、受信アンテナ素子Rx#7及びRx#8の間の間隔の第3の間隔duは、図10Aに示される配置においては、2×dHに等しい。しかしながら、第3の間隔duの大きさは、これに限定されない。例えば、第3の間隔duを拡大し、仮想受信アレーの開口長を拡大することによって、形成されるビームのメインローブを狭くして分解能を向上できる。また、例えば、第3の間隔duを縮小し、仮想受信アレーの開口長を縮小することによって、サイドローブレベルを小さくできる。
Also in
また、実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、受信アレーアンテナ202において不等間隔に配置する受信アンテナを変更することにより、サイドローブレベルが変化する。一方、受信アレーアンテナ202において不等間隔に配置する受信アンテナ素子を変更しても、仮想受信アレーの開口長は、変化せず、メインローブ幅についても、ほとんど変化しない。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the side lobe level changes by changing the receiving antennas arranged at irregular intervals in the receiving
<配置例4>
図19は、実施の形態2に係る送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#4の配置例4を示す図である。
<Arrangement example 4>
FIG. 19 is a diagram showing arrangement example 4 of transmitting antenna
実施の形態2においては、送信アンテナ素子Tx#2及びTx#4は、図19に示される配置例4のように、第1軸方向にずらさずに、第2軸方向に沿って第2の間隔dVで等間隔に配置される場合であっても、図16Aに示される配置例3と同様の効果が得られる。
In
実施の形態2においても、実施の形態1と同様、送信アレーアンテナ108と受信アレーアンテナ202の配置は、それぞれ、上述の配置に限定されるものではない。例えば、送信アレーアンテナ108と受信アレーアンテナ202の配置とを入れ替えても、入れ替える前と同様の仮想受信アレーが得られ、同様の特性が得られる。また、送信アレーアンテナ108と受信アレーアンテナ202の配置を、それぞれ、左右反転及び/又は上下反転してもよい。
Also in
本開示の実施の形態2においては、レーダ装置10は、レーダ信号を送信アレーアンテナ108から送信するレーダ送信部100と、レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナ202から受信するレーダ受信部200と、を具備する。さらに、送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#Nt及び受信アレーアンテナ202の受信アンテナ素子Rx#1~Rx#Naは、例えば、図16又は図19に示される配置を採る。
In
本開示の実施の形態2によれば、仮想受信アレーが形成するビームの水平方向のサイドローブを抑制することが可能であり、加えて水平方向の分解能を向上させることができ、誤検出の確率が低減された三次元測位可能なMIMOレーダを構成することができる。
According to
(実施の形態3)
送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#Ntの配置を切り替えて使用する実施の形態3を、以下説明する。
(Embodiment 3)
A third embodiment in which transmission antenna
図20は、実施の形態3に係るレーダ受信部(レーダ受信回路)200aの構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 20 is a block diagram showing an example of the configuration of a radar receiver (radar receiver circuit) 200a according to the third embodiment.
レーダ受信部200aの方向推定部(方向推定回路)214aは、実施の形態1及び2に係る方向推定部214の機能を備える。さらに、方向推定部214aは、制御部400から制御信号を入力し、制御信号に基づいて、レーダ装置10の動作モードを切り替える。動作モードについては、図23を参照して後述する。
A direction estimating unit (direction estimating circuit) 214a of the radar receiving unit 200a has the function of the
レーダ受信部200aの方向推定部214a以外の構成要素は、実施の形態1及び2に係るレーダ受信部200の構成要素と同様であり、説明を省略する。
Components other than the
[レーダ装置10におけるアンテナ配置]
以下、簡単のために、送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子#Tx1~#Ntの素子数Ntが6に等しく、受信アレーアンテナ202の受信アンテナ素子Rx#1~#Naの素子数Naが8に等しい場合を例にとって実施の形態3を説明する。しかしながら、素子数は、これらの数に限定されない。
[Antenna Arrangement in Radar Device 10]
Hereinafter, for simplicity, the number Nt of the transmitting antenna elements #Tx1 to #Nt of the transmitting
実施の形態3において、受信アレーアンテナ202の受信アンテナ素子Rx#1~#8は、実施の形態1及び実施の形態2と同様、等間隔配置を基本として一部不等間隔に配置される。例えば、受信アレーアンテナ202の配置は図10Aに示される配置と同様の配置である。
In the third embodiment, the receiving antenna
図21は、実施の形態3に係る送信アレーアンテナ108の送信アンテナ素子Tx#1~Tx#6の配置例4を示す。
FIG. 21 shows arrangement example 4 of transmitting antenna
送信アンテナ素子Tx#1~Tx#6は、第1の送信アンテナ群G1及び第2の送信アンテナ群G2を含む。
The transmitting antenna
第1の送信アンテナ群G1は、送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2を含み、そのアンテナ配置は、図10Bに示される実施の形態1の配置例1に係る送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の配置と同じである。第1の送信アンテナ群G1は、例えば、長距離狭角の観測用途に用いられる。
The first transmitting antenna group G1 includes transmitting antenna
第2の送信アンテナ群G2は、送信アンテナ素子Tx#3~Tx#6を含み、そのアンテナ配置は、図16Aに示される実施の形態2の配置例3に係る送信アンテナ素子Tx#1~Tx#Ntの配置と同じである。第2の送信アンテナ群G2は、例えば、短距離広角の観測用途に用いられる。観測用途に応じて、用いられる送信アンテナ群が、第1の送信アンテナ群G1又は第2の送信アンテナ群G2の間で切り替えられる。
The second transmitting antenna group G2 includes transmitting antenna
第1の送信アンテナ群G1又は第2の送信アンテナ群G2は、それぞれ独立に仮想受信アレーを構成する。第1の送信アンテナ群G1と図10Aに示される受信アレーアンテナ202によって、図10Cに示される仮想受信アレーが構成される。第2の送信アンテナ群G2と図10Aに示される受信アレーアンテナ202によって、図16Bに示される仮想受信アレーが構成される。
The first group of transmitting antennas G1 or the second group of transmitting antennas G2 independently form a virtual receiving array. The first transmitting antenna group G1 and the receiving
図21に示される第1の送信アンテナ群G1及び第2の送信アンテナ群G2は、第1軸方向の基本間隔が共通であってもよく、第2軸方向の基本間隔が異なる間隔であってもよい。例えば、第1の送信アンテナ群G1の第1軸方向の基本間隔dH1と、第2の送信アンテナ群G2の第1軸方向の基本間隔dH2とは、ともに0.5波長であってもよい。また、例えば、第1の送信アンテナ群G1の第2軸方向の基本間隔dV1は、0.5波長に等しくてもよく、第2の送信アンテナ群G2の第2軸方向の基本間隔dV2は、0.6波長に等しくてもよい。 The first transmitting antenna group G1 and the second transmitting antenna group G2 shown in FIG. 21 may have a common basic spacing in the first axis direction, or may have different basic spacings in the second axis direction. good too. For example, even if the basic spacing dH1 in the first axial direction of the first transmitting antenna group G1 and the basic spacing dH2 in the first axial direction of the second transmitting antenna group G2 are both 0.5 wavelengths. good. Also, for example, the basic spacing dV1 in the second axial direction of the first transmitting antenna group G1 may be equal to 0.5 wavelength, and the basic spacing dV2 in the second axial direction of the second transmitting antenna group G2 may be equal to 0.6 wavelengths.
上述したように、第1の送信アンテナ群G1と第2の送信アンテナ群G2とは、それぞれ独立に仮想受信アレーを構成する。したがって、物理的に干渉しない限り、第1の送信アンテナ群G1と第2の送信アンテナ群G2のアンテナ素子を、サイズも含めて自由に配置してよい。 As described above, the first transmitting antenna group G1 and the second transmitting antenna group G2 independently configure a virtual receiving array. Therefore, as long as there is no physical interference, the antenna elements of the first transmitting antenna group G1 and the second transmitting antenna group G2 may be freely arranged including their sizes.
図22は、実施の形態3の配置例4に係る送信アレーアンテナ108の各アンテナ素子の配置の一例を示す。
FIG. 22 shows an example of arrangement of each antenna element of
図22に示されるように、第1のアンテナ群G1の送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2の間に第2のアンテナ群G2の送信アンテナ素子を配置することにより、送信アレーアンテナ108の全体の設置面積を小さくできる。
As shown in FIG. 22, by arranging the transmitting antenna elements of the second antenna group G2 between the transmitting antenna
第1の送信アンテナ群G1及び第2の送信アンテナ群G2の各アンテナ素子の構成は、それぞれ、視野角(FOV)に適した構成を採ってもよい。例えば、第1の送信アンテナ群G1は、水平方向及び垂直方向の双方向に沿ってビーム幅を絞るために、図22に示されるように、各アンテナ素子の開口長を第1軸方向及び第2軸方向の双方向に拡げる。また、例えば、第2の送信アンテナ群G2は、垂直方向に沿って比較的広角なビームの放射パターンを得るために、図22に示されるように、アンテナ素子同士が干渉しない程度に、各アンテナ素子の開口長を広げる。各アンテナ素子はサブアレーアンテナを用いて構成し、サブアレーアンテナにアレーウエイトをかけてサイドローブを抑制してもよい。 The configuration of each antenna element of the first transmitting antenna group G1 and the second transmitting antenna group G2 may adopt a configuration suitable for the viewing angle (FOV). For example, the first transmitting antenna group G1 narrows the beam width along both the horizontal and vertical directions, as shown in FIG. Spread in both directions of two axes. Also, for example, in order to obtain a relatively wide-angle beam radiation pattern along the vertical direction, the second transmitting antenna group G2 is arranged so that the antenna elements do not interfere with each other, as shown in FIG. Widen the aperture length of the element. Each antenna element may be configured using a subarray antenna, and an array weight may be applied to the subarray antenna to suppress side lobes.
実施の形態3においても、実施の形態1と同様、図10Aに示される不等間隔に配置されている受信アンテナ素子Rx#1~Rx#8に対して、ダミーアンテナ素子を設置してもよい。例えば、受信アンテナ素子Rx#7と受信アンテナ素子Rx#8との間などの不等間隔領域、受信アンテナ素子Rx#1の左側領域、又は受信アンテナ素子Rx#8の右側領域にダミーアンテナ素子を設置してもよい。ダミーアンテナ素子を設置することによって、例えば、アンテナの放射、インピーダンス整合、または、アイソレーションといった電気的特性の影響を一様化する効果が得られる。
Also in
図23は、実施の形態3に係る第1のアンテナ群G1の及び第2のアンテナ群G2の時分割切替制御の一例を示す。 FIG. 23 shows an example of time-division switching control of the first antenna group G1 and the second antenna group G2 according to the third embodiment.
レーダ装置10が時分割多重MIMOレーダの場合、レーダ送信部100は、制御部400からの制御信号に基づいて、時分割多重送信に用いるアンテナの組み合わせを時間的に切り替える。図23に示すように、長距離狭角の観測を実施する動作モードである長距離モードでは、レーダ送信部100は、第1の送信アンテナ群G1の送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2を時分割多重送信に用いる。また、短距離広角の観測を実施する動作モードである短距離モードでは、レーダ送信部100は、第2の送信アンテナ群G2の送信アンテナ素子Tx#3~Tx#6を時分割多重送信に用いる。
When the
また、長距離モードと短距離モードを併用する動作モードの場合は、レーダ送信部100は、時分割多重送信に用いる第1の送信アンテナ群G1及び第2の送信アンテナ群G2を、時間的に切り替える。例えば、レーダ送信部100は、全ての送信アンテナTx#1~Tx#6を時分割に切り替えて使用する。例えば、図23に示されるように、時間区間dur1、dur2、dur7、及びdur8では、第1のアンテナ群G1の送信アンテナ素子Tx#1及びTx#2を時分割多重送信に用いる。また、時間区間dur3~dur6、dur9、及びdur10では、第2のアンテナ群G2の送信アンテナTx#3~Tx#6を時分割多重送信に用いる。なお、送信アンテナ素子Tx#1~Tx#6を用いる順番は、図23に示される順番に限定されない。
In addition, in the case of an operation mode that uses both the long-distance mode and the short-distance mode, the
なお、実施の形態3では、図20のレーダ受信部を用いてもよく、方向推定部214aは、制御部400から入力された動作モードを示す制御信号に基づいて、レーダ装置10の動作モードを切り替えてもよい。また、実施の形態3では、図2のレーダ送信部を用いてもよく、レーダ信号生成部101が、制御部400から入力された制御信号に基づいてレーダ装置10の動作モードを切り替えてもよい。
In
一例において、レーダ送信信号生成部100は、制御部400からの指示情報に基づいて、動作モードに応じて、送信周期又は送信帯域幅の信号特性が異なるレーダ信号を送信してもよい。例えば、短距離モードで動作する場合、レーダ装置10は、より高い距離分解能を得るため、比較的広い帯域でレーダ信号を送信してもよい。一方、長距離モードで動作する場合、より高速に移動する物体を観測するため、比較的早い周期でレーダ信号を送信してもよい。
In one example, the radar
また、レーダ装置10が符号分割又は周波数分割によって多重するMIMOレーダである場合、レーダ送信部100は、動作モードに応じて、第1の送信アンテナ群G1及び第2の送信アンテナ群G2への給電を切り替えてもよい。給電を切り替えることにより、使用する送信アンテナ群が選択され、動作モードを切り替えられる。
Further, when the
本開示の実施の形態3においては、レーダ装置10は、レーダ信号を送信アレーアンテナ108から送信するレーダ送信部100と、レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナ202から受信するレーダ受信部200と、を具備する。さらに、レーダ装置10は、動作モードに合わせて、用いる仮想受信アレーを、例えば、実施の形態1及び実施の形態2で構成された仮想受信アレーの間で切り替える。
In
本開示の実施の形態3によれば、実施の形態1及び実施の形態2で得られる効果を、それぞれに対応した動作モードで得られる三次元測位可能なMIMOレーダを構成できる。
According to
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 Various embodiments have been described above with reference to the drawings, but it goes without saying that the present disclosure is not limited to such examples. It is obvious that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope described in the claims, and these also belong to the technical scope of the present disclosure. Understood. Also, the components in the above embodiments may be combined arbitrarily without departing from the gist of the disclosure.
上記各実施の形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。 In each of the above-described embodiments, the present disclosure has been described as an example configured using hardware, but the present disclosure can also be realized by software in cooperation with hardware.
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。 Each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically implemented as an LSI, which is an integrated circuit. The integrated circuit may control each functional block used in the description of the above embodiments and may have inputs and outputs. These may be made into one chip individually, or may be made into one chip so as to include part or all of them. Although LSI is used here, it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサを用いて実現してもよい。LSI製造後に、プログラム可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、LSI内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル プロセッサ(Reconfigurable Processor)を利用してもよい。 Also, the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be implemented using a dedicated circuit or a general-purpose processor. After the LSI is manufactured, a programmable FPGA (Field Programmable Gate Array) and a reconfigurable processor capable of reconfiguring connection or setting of circuit cells inside the LSI may be used.
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により、LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。例えば、バイオ技術の適用が可能性としてありえる。 Furthermore, if an integration technology that replaces the LSI appears due to advances in semiconductor technology or another derived technology, the technology may naturally be used to integrate the functional blocks. For example, the application of biotechnology is a possibility.
[実施例のまとめ]
本開示のレーダ装置は、レーダ信号を送信アレーアンテナから送信するレーダ送信部と、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信部と、を具備し、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、位相中心が第1軸方向に沿って配置される複数の第1のアンテナを含み、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの他方は、位相中心が前記第1軸方向とは異なる第2軸方向に第2の間隔で配置される複数の第2のアンテナを含み、前記複数の第1のアンテナは、位相中心が第1の間隔で配列される3つ以上のアンテナと、位相中心が前記第1の間隔と異なる第3の間隔で配列される2つ以上のアンテナと、を含み、前記複数の第2のアンテナは、位相中心が第1軸方向に、前記複数の第1のアンテナの位相中心の合成開口長に等しい間隔で配置される。
[Summary of Examples]
A radar apparatus according to the present disclosure includes a radar transmission unit that transmits a radar signal from a transmission array antenna, and a radar reception unit that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target from a reception array antenna, One of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a plurality of first antennas with phase centers arranged along a first axis direction, and the other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna has a phase center a plurality of second antennas arranged at a second spacing in a second axial direction different from the first axial direction, the plurality of first antennas having phase centers arranged at a first spacing; three or more antennas; and two or more antennas arranged at a third spacing different from the first spacing, wherein the plurality of second antennas have phase centers along the first axis. in the direction, spaced equal to the synthetic aperture length of the phase centers of the plurality of first antennas.
本開示のレーダ装置において、前記複数の第1のアンテナの隣接するアンテナの位相中心の間隔が、少なくとも1つの間隔を除いて前記第1の間隔に等しく、前記少なくとも1つの間隔が、前記第3の間隔に等しい。 In the radar device of the present disclosure, the spacing between the phase centers of adjacent antennas of the plurality of first antennas is equal to the first spacing except for at least one spacing, and the at least one spacing is equal to the third is equal to the interval of
本開示のレーダ装置において、前記第3の間隔が、前記第1の間隔の整数倍に等しい。 In the radar device of the present disclosure, the third interval is equal to an integral multiple of the first interval.
本開示のレーダ装置において、前記第3の間隔が、前記第1の間隔の2倍に等しい。 In the radar device of the present disclosure, the third interval is equal to twice the first interval.
本開示のレーダ装置において、前記少なくとも1つの間隔が1つの間隔である。 In the radar device of the present disclosure, the at least one interval is one interval.
本開示のレーダ装置において、前記複数の第2のアンテナは、位相中心が第1軸方向に、前記複数の第1のアンテナの位相中心の合成開口長に等しい間隔で配置される。 In the radar apparatus of the present disclosure, the plurality of second antennas are arranged with phase centers in the first axis direction at intervals equal to the synthetic aperture length of the phase centers of the plurality of first antennas.
本開示のレーダ装置において、前記第2のアンテナの素子数は、2に等しい。 In the radar device of the present disclosure, the number of elements of the second antenna is equal to two.
本開示のレーダ装置において、前記複数の第2のアンテナは、位相中心が配置される範囲の第1軸方向の長さが、前記複数の第1のアンテナの位相中心の合成開口長以下であり、前記第2軸方向に前記第2の間隔の整数倍の間隔で配置される。 In the radar device of the present disclosure, the length of the range in which the phase centers are arranged in the first axis direction of the plurality of second antennas is equal to or less than the synthetic aperture length of the phase centers of the plurality of first antennas. , are arranged in the direction of the second axis at an interval that is an integral multiple of the second interval.
本開示のレーダ装置において、前記複数の第2のアンテナは、位相中心が前記第2軸方向に前記第2の間隔で配置される。 In the radar device of the present disclosure, the plurality of second antennas have phase centers arranged at the second intervals in the second axis direction.
本開示のレーダ装置において、前記複数の第2のアンテナは、構成する仮想受信アレーが異なる第1のアンテナ群及び第2のアンテナ群を備え、前記第1のアンテナ群及び前記複数の第1のアンテナとの間の送受信と、前記第2のアンテナ群及び前記複数の第1のアンテナとの間の送受信とを切り替え可能である。 In the radar device of the present disclosure, the plurality of second antennas includes a first antenna group and a second antenna group that have different virtual receiving arrays, and the first antenna group and the plurality of first antenna groups Transmission/reception with antennas and transmission/reception with the second antenna group and the plurality of first antennas can be switched.
本開示は、広角範囲を検知するレーダ装置に好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure is suitable for radar devices that detect a wide angle range.
10 レーダ装置
100 レーダ送信部
101,101a レーダ送信信号生成部
102 符号生成部
103 変調部
104 LPF
105 送信周波数変換部
106 電力分配器
107 送信増幅部
108 送信アレーアンテナ
108-1,…,108-Nt 送信アンテナ素子
111 符号記憶部
112 DA変換部
200 レーダ受信部
201-1,…,201-Na アンテナ系統処理部
202 受信アレーアンテナ
202-1,…,202-Na 受信アンテナ素子
203 受信無線部
204 増幅器
205 周波数変換器
206 直交検波器
207 信号処理部
208 第1のAD変換部
209 第2のAD変換部
210 相関演算部
211 加算部
212 出力切替部
213-1,…,213-Nt ドップラ解析部
214 方向推定部
300 基準信号生成部
400 制御部
REFERENCE SIGNS
105 transmission
Claims (7)
前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信アレーアンテナから受信するレーダ受信部と、
を具備し、
前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの一方は、位相中心が第1軸方向に沿って配置される複数の第1のアンテナを含み、
前記複数の第1のアンテナは、位相中心が第1の間隔で配列されるアンテナと、位相中心が前記第1の間隔と異なる第5の間隔で配列されるアンテナと、を含み、
前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの他方は、位相中心が前記第1軸方向とは異なる第2軸方向に第2の間隔で配置される複数の第2のアンテナと、位相中心が前記第2軸方向に第3の間隔で配置される複数の第3のアンテナと、を含み、
前記複数の第3のアンテナの前記第2軸方向の合成開口長は、前記複数の第2のアンテナの前記第2軸方向の合成開口長よりも広く、
前記複数の第2のアンテナは、位相中心が前記第1軸方向に、前記複数の第1のアンテナの位相中心の合成開口長に等しい間隔で配置され、
前記レーダ送信部は、前記複数の第2のアンテナによる送信と前記複数の第3のアンテナによる送信とを切り替え可能である、
レーダ装置。 a radar transmitter that transmits a radar signal from a transmission array antenna;
a radar receiver that receives a reflected wave signal of the radar signal reflected by a target from a receiving array antenna;
and
one of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a plurality of first antennas with phase centers arranged along a first axis direction;
The plurality of first antennas include antennas whose phase centers are arranged at a first interval , and antennas whose phase centers are arranged at a fifth interval different from the first interval ,
The other of the transmitting array antenna and the receiving array antenna includes a plurality of second antennas whose phase centers are arranged at second intervals in a second axis direction different from the first axis direction, and a plurality of third antennas arranged at a third interval in the second axial direction;
the synthetic aperture lengths of the plurality of third antennas in the second axial direction are wider than the synthetic aperture lengths of the plurality of second antennas in the second axial direction;
wherein the phase centers of the plurality of second antennas are arranged in the first axis direction at intervals equal to the synthetic aperture length of the phase centers of the plurality of first antennas;
The radar transmission unit is capable of switching between transmission by the plurality of second antennas and transmission by the plurality of third antennas,
radar equipment.
請求項1に記載のレーダ装置。 The plurality of first antennas include three or more antennas whose phase centers are arranged at the first interval , and two or more antennas whose phase centers are arranged at the fifth interval. is
The radar device according to claim 1.
請求項1または2のいずれか一項に記載のレーダ装置。 The plurality of third antennas further includes one or more antennas whose phase centers are arranged at fourth intervals in the first axis direction,
The radar device according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか一項に記載のレーダ装置。 said fifth interval is equal to twice said first interval ;
The radar device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれか一項に記載のレーダ装置。 the plurality of first antennas includes three antennas with the phase centers arranged at the first spacing ;
The radar device according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から5のいずれか一項に記載のレーダ装置。 the number of elements of the plurality of second antennas is equal to two;
The radar device according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれか一項に記載のレーダ装置。 In the plurality of second antennas, the length of the range in which the phase centers are arranged in the first axis direction is equal to or less than the synthetic aperture length of the phase centers of the plurality of first antennas, and arranged at the second spacing ;
Radar device according to any one of claims 1 to 6.
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