(57)【要約】複数の評価チャネル（１６）の１つにそれぞれ切換え可能な複数のアンテナ要素（１２）を備えたアンテナ（１０）と、前記複数の評価チャネル（１６）内で測定した振幅に基づいて受信信号の入射角を特定するための評価装置（２８）とを備えた角度解像能型レーダセンサ、特に自動車用角度解像能型レーダセンサにおいて、前記複数のアンテナ要素（１２）の数量が前記複数の評価チャネル（１６）の数量よりも大きいこと、前記複数の評価チャネル（１６）を前記複数のアンテナ要素（１２）の種々の選択肢と交互に接続させるために切換え装置（１８）が設けられていることを特徴とするレーダセンサ。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の評価チャネル（１６）の１つにそれぞれ切換え可能な複数のアンテナ要素（１２）を備えたアンテナ（１０）と、前記複数の評価チャネル（１６）内で測定した振幅に基づいて受信信号の入射角（α）を特定するための評価装置（２８）とを備えた角度解像能型レーダセンサ、特に自動車用角度解像能型レーダセンサにおいて、前記複数のアンテナ要素（１２）の数量が前記複数の評価チャネル（１６）の数量よりも大きいこと、前記複数の評価チャネル（１６）を前記複数のアンテナ要素（１２）の種々の選択肢と交互に接続させるために切換え装置（１８）が設けられていることを特徴とするレーダセンサ。
【請求項２】
送信されたレーダ信号の周波数がランプ状に変調され、且つそれぞれの周波数変調ランプのために前記複数のアンテナ要素（１２）を周期的に他の選択肢へ切換えるように前記切換え装置（１８）が構成されているような、ＦＭＣＷレーダとして構成されている、請求項１に記載のレーダセンサ。
【請求項３】
前記評価装置（２８）が、前記複数のアンテナ要素（１２）の各選択肢に対し、前記複数の評価チャネル（１６）で受信した前記受信信号とアンテナグラフ内での対応する値との間の相関関係を表わす前記入射角（θ）の関数を算出し、これらの関数から総和関数を形成し、この総和関数の極大値を求めるために構成されている、請求項１または２に記載のレーダセンサ。
【請求項４】
レーダ光線の実際の入射角（α）に対応する前記受信信号のそれぞれの組み合わせに対し前記総和関数が一義的な極大値を有するように、前記複数のアンテナ要素（１２）の配置と前記切換え装置（１８）によって行われる選択とが構成されている、請求項３に記載のレーダセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の評価チャネルの１つにそれぞれ切換え可能な複数のアンテナ要素を備えたアンテナと、前記複数の評価チャネル内で測定した振幅に基づいて受信信号の入射角を特定するための評価装置とを備えた角度解像能型レーダセンサ、特に自動車用角度解像能型レーダセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダセンサは、自動車において、たとえば自車の前方域で位置を特定される車両およびその他の対象物との距離、相対速度、方位角を測定するために使用される。このような適用例において、平面構成のグループアンテナを備えたレーダセンサには、わずかな構成空間しか必要としないという利点がある。この場合、グループアンテナの個々のアンテナ要素は互いに間隔をもって水平面上に配置され、その結果位置を特定される対象物の方位角が異なれば、対象物からそれぞれのアンテナ要素までレーダ信号が踏破しなければならない移動長さが異なることになる。この移動長さの差により、アンテナ要素によって受信され、付属の評価チャネルで評価される信号の位相の点で対応的に相違が生じる。この場合には、異なるチャネルで受信された（複素）振幅を、アンテナグラフの対応する振幅で補正することによって、レーダ信号の入射角を、よって位置を特定される対象物の方位角を特定することができる。
【０００３】
高角度解像能を達成させるには、アンテナのアパーチャーは可能な限り大きくなければならない（平面グループアンテナのケースでは、角度測定方向（水平方向）におけるグループアンテナの拡がり全体のアパーチャーは、レーダ光線の波長λに関して表わす）。しかしながら、互いに隣接しあっているアンテナ要素間の間隔が大きすぎると、角度測定に多義性が発生することがある。というのは、波長λの整数倍だけ異なっている移動長さの差に対して、受信した信号間で同じ位相関係が得られるからである。一義的な角度測定は、たとえば、アンテナ要素をλ／２の間隔で配置するようにしたＵＬＡ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｌｉｎｅａｒ  Ａｒｒａｙ）構造を用いて達成できる。しかし、このケースでは、アパーチャーが増大するに従ってアンテナ要素の数量も増大し、よって必要な評価チャネルの数量も増大し、その結果対応的に高いハードウェアコストが発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、所定数の評価チャネルを用いて高角度解像能の一義的な角度測定を可能にするレーダセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、複数のアンテナ要素の数量が複数の評価チャネルの数量よりも大きいこと、複数の評価チャネルを複数のアンテナ要素の種々の選択肢と交互に接続させるために切換え装置が設けられていることによって解決される。
【０００６】
個々の各要素が複数の受信チャネルの１つと接続されているような複数のアンテナ要素の選択肢を、以下では「アレー」と記すことにする。切換え装置により、たとえば、大きなアパーチャーを備えたアレーとより小さなアパーチャーを備えたアレーとの間で切換えを行うことができる。大きなアパーチャーを備えたアレーは高角度解像能で多義的な角度情報を提供する。この場合、より小さなアパーチャーを備え、対応的に互いに隣接しあっているアンテナ要素間の間隔がより小さなアレーを、多義性を除去するために利用することができる。同様に、３個またはそれ以上の異なるアレー間で規則的なシーケンスで切換えを行うこともできる。その際、これらのアレーは必ずしも異なるアパーチャーを有している必要はない。たとえば、異なるアレーに対して得られる位相関係がただ１つの入射角に対してのみ持続的であるように、従って多義性が除去されているように、個々のアンテナ要素間の間隔が選定されているようにした、同じアパーチャーを備えた異なるアレーを選択することも可能である。
【０００７】
本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。
【０００８】
次に、図面を用いて１実施形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるレーダセンサのブロック構成図である。
【図２】図１のレーダセンサの機能を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示したレーダセンサは平面グループアンテナ１０を有し、平面グループアンテナは、図示の実施形態では、互いに水平方向に並設された１１個のアンテナ要素１２によって形成される。各アンテナ要素１２は、鉛直方向のギャップ内に配置されて逐次給電される複数個のパッチ１４を含み、これらのパッチは互いに協働して鉛直方向に（エレベーション）ビーム成形を生じさせる。
【００１１】
従来のレーダセンサでは、それぞれのアンテナ要素に別個の評価チャネルが付設されていたが、ここで説明するレーダセンサは、全部で１１個のアンテナ要素１２の信号を評価するために全部で４個の評価チャネル１６しか有していない。切換え装置１８は４個の電子スイッチ２０によって形成され、これらの電子スイッチはそれぞれ評価チャネル１６の１つに付設され、それぞれ４個の異なる切換え位置を有している。各切換え位置で評価チャネル１６がアンテナ要素１２の１つに接続される。従って、４個のアンテナ要素を別様に選択すると、４個のスイッチ２０の切換え位置のそれぞれの組み合わせが得られ、４個のアンテナ要素の信号は４個の評価チャネル１６内で評価される。このようなアンテナ要素の種々の選択肢を、以下では「アレー」と記すことにする。
【００１２】
ここに例として説明するレーダセンサは、バイスタティックアンテナシステムを備えたＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーダセンサである。これに対応して、受信アンテナとして用いられるグループアンテナ１０に加えて、局部発振器２４によって生成されたレーダ信号を送信する送信アンテナ２２が設けられている。この場合、対象物によって反射されたレーダエコーはグループアンテナ１０の各アンテナ要素１２によって受信される。各評価チャネル１６は、これに接続されているアンテナ要素１２から受信した信号を、局部発振器２４によって生成された信号の成分と混合させて中間周波数信号ＺＦを形成させる混合器２６を含んでいる。中間周波数信号は評価装置２８でさらに評価される。
【００１３】
局部発振器２４によって生成された信号はランプ状に変調され、上昇ランプと下降ランプとが交互に形成される。中間周波数信号ＺＦの周波数は、送信アンテナ２２から送信された信号とアンテナ要素１４によって受信された信号との差に相当しており、従って送信アンテナ２２から対象物へ移動し対象物からアンテナ要素１４へ戻るまでの信号移動時間に依存している。この移動時間は対象物の距離に比例している。対象物がレーダセンサに対し相対的に移動していれば、中間信号の周波数ＺＦは、さらに、対象物の相対速度に依存するドップラー成分を含んでいる。互いに連続する複数のランプで得られる信号を評価することにより、位置を特定される各対象物に一義的な距離と一義的な相対速度とを割り当てることが公知の態様で可能である。
【００１４】
１つの対象物の同じ点によって反射されて異なるアンテナ要素１２によって受信されるレーダ信号は、（少なくとも対象物の方位角が０゜と異なる場合）異なる移動距離を進み、それ故位相の点で異なっている。アンテナ要素１２から混合器２６までの複数の信号導線は、その長さの点で、複数の信号の位相差が得られるように整合されている。すべての信号が同じ発振器信号と混合されるので、中間周波数信号ＺＦにおいても対応する位相差が得られる。この位相差に基づいて、受信したレーダ光線の入射角、よって付属の対象物の方位角を評価装置２８内で特定することができる。
【００１５】
図１には、グループアンテナ１０の上方に長さスケールが図示されているが、この長さスケールは個々のアンテナ要素１４の位置をレーダ光線の波長λの単位で示したものである。最も左側にあるアンテナ要素１２の位置は、位置０として定義されている。最も右側にあるアンテナ要素１２は位置１１にある。従って、グループアンテナ１０の全体的な拡がりは１１λであり、すなわちその最大アパーチャーは値１１を持つ。
【００１６】
最も左側にある４個のアンテナ要素１２は位置０．０，０．５，１．０，１．５にあり、従って協働して４個の要素を備えたＵＬＡ構造を形成している。切換え装置１８のすべてのスイッチ２０が切換え位置「ａ」にあれば、このＵＬＡ構造の４個の要素は４個の評価チャネル１６に接続されている。この切換え位置では一義的な角度測定が可能であるが、このアレーのアパーチャーは小さいので、小さな角度解像能でしか可能でない。
【００１７】
４個のスイッチ２０がすべて切換え位置「ｂ」にあれば、位置０．０，１．５，５．５，１１．０を持つアンテナ要素１２は、図１で破断を短くした破線によって示唆したように、４個の評価チャネル１６に接続されている。このアレーを使用すると、最大角度解像能での測定が可能であるが、一義性は断念することになる。
【００１８】
４個のスイッチ２０すべてが切換え位置「ｃ」にあれば、選択したアレーのアンテナ要素１２は位置０．０，５．５，７．７，９．０（線の長さをいくぶんより短くした破線）を持つ。切換え位置「ｄ」では、選択したアレーのアンテナ要素１２は位置０．０，３．３，４．４，６．６（細かい破線）を持つ。
【００１９】
これら４個の選択可能なそれぞれのアレーに対しては、レーダエコーの想定入射角θに依存して４個の評価チャネル１６に受信される信号の振幅および／または位相関係を表わすアンテナグラフを作成することができる。一般的には、実際の入射角αとしての、位置を特定される対象物の方位角は、想定入射角θに対応しており、この想定入射角に対して、実際に評価チャネル１６内で測定される振幅および／または位相関係と、アンテナグラフにおいてこれに対応する値との間にベストな整合が生じる。評価のために、実際に測定した値とアンテナグラフ内の値との相関関係を入射角θの関数として表すＤＭＬ（Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ  Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）関数を考量することができる。ＤＭＬ関数の関数値は０（相関関係なし）と１（完全な整合）との間で変化する。４個の評価チャネル１６内で測定された振幅および／または位相（複素振幅）は、４成分ベクトルと見なすことができる。対応的に、アンテナグラフ内の値もそれぞれの入射角θに対し４成分ベクトルを形成する。この場合、これら２つのベクトルをそれぞれ１へ標準化してスカラー積を形成させることで、ＤＭＬ関数を考量することができる。
【００２０】
図２には、４個のアレーに対するこのようなＤＭＬ関数のいくつかの例が示されている。４個のアレーは図１の切換え位置「ａ」〜「ｄ」に対応しており、それぞれレーダ光線が正面から入射し（実際の入射角α＝０゜）、受信した信号にノイズはないと仮定している。一義性に際しては、位置を特定される対象物の実際の方位角は、ＤＭＬ関数が値１に達するような角度θであるべきである（すなわち、この例では０゜）。実際の入射角αに対しては、極大値が他の位置にあるような他の（非対称な）ＤＭＬ関数が得られる。この場合、各関数は個所θ＝αで少なくとも１つの極大値を持つ。
【００２１】
図２の上側のグラフ（ａ）は、図１の切換え位置「ａ」に対応するアレー（ＵＬＡ）に対するＤＭＬ関数を示している。予想どおり、この関数はθ＝０で一義的な極大値を持っている。図２のグラフ（ｂ）〜（ｄ）は、図１の切換え位置「ｂ」〜「ｄ」に対する対応するＤＭＬ関数を示している。ここでは著しく鋭い極大値が生じることが認められ、このことは角度解像能がより大きいことに対応しているが、その代わりそれぞれ少なくともほぼ値１に達する複数の極大値がある。実際には信号に多少ノイズが含まれているので、これらのアレーを用いて入射角の一義的な特定は不可能である。
【００２２】
しかしながら、高解像能による一義的な角度特定は、４個のアレーすべてによって得られる信号を互いに組み合わせるならば可能であり、たとえば４個のＤＭＬ関数の総和を形成することで可能である。これらの総和を図２にグラフ（Σ）で示した。これからわかるように、この総和のなかにはθ＝０でかろうじて鋭く際立った極大値があり、他方他の極大値は、ノイズを考慮しても値１に達しないほどに抑圧されている。
【００２３】
いま、切換え装置１８（図１）を、たとえば局部発振器２４の各周波数ランプに従って他の切換え位置へ切換えるように制御すれば、４個のランプに従って４個の可能なアレーのそれぞれを用いて測定が実施されたことになる。その後、評価チャネル１６内で得られる結果を（それぞれの個々の対象物に対し）記憶することで、ＤＭＬ関数の総和に基づき、４個のランプに従って各対象物の方位角を高解像能で且つ多義性なしに特定することができる。
【００２４】
ＤＭＬ関数の総和の代わりに、重み付き総和を選択的に使用することもでき、この場合各アレーに対する重みづけは、たとえばアレーのアパーチャー、および／または、このアパーチャーを用いて測定を行う周波数ランプのそれぞれの勾配に依存していることができる。
【００２５】
図１では、システマティック上の理由だけから、最も左側にあるスイッチ２０を図示したが、実際にはこのスイッチは機能的でない。というのは、このチャネルでは、最も左側に配置されたアンテナ要素１４の信号が常時評価されるからである。それ故、実際にはこのスイッチの代わりに固定接続を使用してよい。
【００２６】
ここに示したアンテナ要素１４の配置構成は例にすぎないものとして理解すべきである。アンテナ要素に対し他の位置も選定できる。同様に、アンテナアレーの数量および／または評価チャネルの数量も変更できる。種々のアレーでのアンテナ要素１４の位置はたとえばコンピュータシミュレーションを用いて最適化できる。特に合目的なのは、すべてのアレーが比較的大きなアパーチャーを有し、且つＤＭＬ関数が以下のような条件を満たしているようなアンテナ要素の配置およびアレーの選択であり、すなわち実際の各入射角αに対しただ１つの値θのみが存在し、すべてのＤＭＬ関数に対して値１に近い極大値が存在するような条件を満たしているときである。この場合には、前記値θのとき総和関数は絶対極大値を有する。
【符号の説明】
【００２７】
１０  平面グループアンテナ
１２  アンテナ要素
１６  評価チャネル
１８  切換え装置
２８  評価装置
α  実際の入射角
θ  想定入射角
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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