(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の仰角と方位角とを切り離して決定するＭＩＭＯレーダ装置であって、
その位相中心（ＴＺ１、ＴＺ２、ＴＺ３；ＴＺ１、ＴＺ２‘、ＴＺ３；ＴＺ１‘‘、ＴＺ２、ＴＺ３‘‘）が第１座標方向（ｘ）に沿って互いに離して配置されている複数の送信アンテナ（ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３；ＴＸ１、ＴＸ２‘、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ２、ＴＸ３‘‘）と、その位相中心（ＲＺ１、ＲＺ２、ＲＺ３、ＲＺ４；ＲＺ１、ＲＺ２、ＲＺ３‘、ＲＺ４）が前記第１座標方向（ｘ）に沿って互いに離して配置されている複数の受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３‘、ＲＸ４）と、を有し、前記送信アンテナ（ＴＸ２；ＴＸ２‘；ＴＸ２‘‘）の少なくとも１つのそれぞれの位相中心（ＴＺ２；ＴＺ２‘；ＴＺ２）が、残りの送信アンテナ（ＴＸ１、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘）のそれぞれの位相中心（ＴＺ１、ＴＺ３；ＴＺ１‘‘、ＴＺ３‘‘）から前記第１座標方向（ｘ）に垂直に立つ第２座標方向（ｙ）に沿ってオフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れており、前記受信アンテナ（ＲＸ２；ＲＸ２、ＲＸ３‘）の少なくとも１つのそれぞれの位相中心（ＲＺ２；ＲＺ２、ＲＺ３‘）が、残りの受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ３、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ４）のそれぞれの位相中心（ＲＺ１、ＲＺ３、ＲＺ４；ＲＺ１、ＲＺ４）から前記第２座標方向（ｙ）に沿って前記オフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れている、アンテナアレイ（１０；１０‘；１０‘‘）と；
前記送信アンテナ（ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３；ＴＸ１、ＴＸ２‘、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ２、ＴＸ３‘‘）により送信され、前記受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ２‘、ＲＸ３‘、ＲＸ４）により受信された電磁信号（２２）に基づいて、前記残りの送信アンテナ（ＴＸ１、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘）と前記残りの受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ３、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ４）との組合せによる第１仮想ＭＩＭＯアレイ（ＶＭＡ１）と、前記残りの送信アンテナ（ＴＸ１、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘）と前記オフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れている受信アンテナ（ＲＸ２；ＲＸ２、ＲＸ３‘）との組合せ、及び、前記オフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れている送信アンテナ（ＴＸ２；ＴＸ２‘；ＴＸ２‘‘）と前記残りの受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ３、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ４）との組合せによる第２仮想ＭＩＭＯアレイ（ＶＭＡ２）と、前記オフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れている送信アンテナ（ＴＸ２；ＴＸ２‘；ＴＸ２‘‘）と前記オフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れている受信アンテナ（ＲＸ２；ＲＸ２、ＲＸ３‘）との組合せによる第３仮想ＭＩＭＯアレイ（ＶＭＡ３）と、のそれぞれにおける仮想位相中心（ＶＺ）を検出し、該仮想位相中心（ＶＺ）に基づいて前記物体（１４）の仰角と方位角（□）とを切り離して決定可能である評価器（１２）と；
を備えた、
装置。
【請求項２】
前記送信アンテナ（ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３；ＴＸ１、ＴＸ２‘、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ２、ＴＸ３‘‘）の各々は、前記送信アンテナ（ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３；ＴＸ１、ＴＸ２‘、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ２、ＴＸ３‘‘）の他の各々から、前記第２座標方向（ｙ）に沿って離れないか、または前記オフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れている、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３‘、ＲＸ４）の各々は、前記受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３‘、ＲＸ４）の他の各々から、前記第２座標方向（ｙ）に沿って離れないか、または前記オフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れている、
請求項１または２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４】
第１送信アンテナと第３送信アンテナと（ＴＸ１、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘）の間で前記第１座標方向（ｘ）に沿って配置された第２送信アンテナ（ＴＸ２；ＴＸ２‘）の位相中心（ＴＺ２；ＴＺ２‘）は、前記第１送信アンテナおよび第３送信アンテナ（ＴＸ１、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘）の位相中心（ＴＺ１、ＴＺ３；ＴＺ１‘‘、ＴＺ３‘‘）から前記第２座標方向（ｙ）に沿って前記オフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
第１受信アンテナと第４受信アンテナと（ＲＸ１、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ４）の間で前記第１座標方向（ｘ）に沿って配置された第２受信アンテナ（ＲＸ２；ＲＸ２）の位相中心（ＲＺ２；ＲＺ２、ＲＺ３‘）は、前記第１受信アンテナおよび前記第４受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ４）の位相中心（ＲＺ１、ＲＺ４）から前記第２座標方向（ｙ）に沿って前記オフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記第２受信アンテナと前記第４受信アンテナと（ＲＸ２、ＲＸ４）の間で前記第１座標方向（ｘ）に沿って配置された第３受信アンテナ（ＲＸ３‘）の位相中心（ＲＺ３‘）は、前記第１受信アンテナおよび前記第４受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ４）の位相中心（ＲＺ１、ＲＺ４）から前記第２座標方向（ｙ）に沿って前記オフセット値（ｄＺ１２）の分だけ離れている、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記送信アンテナ（ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３；ＴＸ１、ＴＸ２‘、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ２、ＴＸ３‘‘）および／または前記受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ２‘、ＲＸ３‘、ＲＸ４）は、マトリックス状に配置されたパッチ素子（４０）の列を有するパッチアンテナとして形成されており、前記列は、前記第２座標方向（ｙ）に沿って整列させてあり、かつそれぞれ前記対応するパッチアンテナの列よりも多くのパッチ素子（４０）を有する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記送信アンテナおよび受信アンテナ（ＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘）の少なくとも１つは、前記残りの送信アンテナおよび受信アンテナ（ＴＸ２、ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４）よりも大きい数のパッチ素子（４０）の列を有する、
請求項７に記載の装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のＭＩＭＯレーダ装置を動作させる方法であって、  前記送信アンテナ（ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３；ＴＸ１、ＴＸ２‘、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ２、ＴＸ３‘‘）によって前記電磁信号（２０）を送信するステップ（Ｓ０１）と、
前記物体（１４）で反射した前記電磁信号（２２）を前記受信アンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ２‘、ＲＸ３‘、ＲＸ４）によって受信するステップ（Ｓ０２）と、
前記受信された反射した電磁信号（２２）に基づいて前記仮想位相中心（ＶＺ）を検出するステップ（ｓ０３）と、
前記物体（１４）の方位角を決定するために、前記検出された仮想位相中心（ＶＺ）からの第１選択物との間の少なくとも電磁的な位相ずれにもとづいて、前記受信された反射した電磁信号（２２）を評価するステップ（Ｓ０４）と、
前記物体（１４）の仰角を決定するために、前記検出された仮想位相中心（ＶＺ）からの第２選択物との間の少なくとも電磁的な位相ずれにもとづいて、前記受信された反射した電磁信号（２２）を評価するステップ（Ｓ０５）と
を包含する、
方法。
【請求項１０】
前記検出された仮想位相中心（ＶＺ）からの前記第１選択物の第１部分量について、確率的最大尤度関数である第１ＤＭＬ関数を算出するステップ（Ｓ０６）と、
前記検出された仮想位相中心（ＶＺ）からの前記第１選択物の第２部分量について、少なくとも１つの確率的最大尤度関数である第２ＤＭＬ関数を算出するステップ（Ｓ０７）と、
前記第１ＤＭＬ関数と前記少なくとも１つの第２ＤＭＬ関数との加重合計によってＤＭＬサム関数を算出するステップ（Ｓ０８）と
を包含し、
前記ＤＭＬサム関数にもとづいて前記方位角を決定するために、前記受信された反射した電磁信号（２２）の評価（Ｓ０４）が行われる、
請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の仰角と方位角とを切り離して決定するＭＩＭＯレーダ装置および本発明によるＭＩＭＯレーダ装置を動作させる方法に関する。ＭＩＭＯレーダ装置は、特に車両に、例えば道路車両、軌条車両、空中車両、または水上車両に設けられることができる。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯとは、専門用語で「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ」を意味し、例えば、情報を伝達するため、または本明細書の場合のように、レーダ装置によって外部の物体の少なくとも位置を検出する効果を得るために複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナが使用されるシステムまたは方法を示す。送信アンテナは、特に電磁信号を送信するように形成されている。受信アンテナは、特に電磁信号を受信するように形成されている。本明細書中で、かつ以下において「アンテナ」といった場合、区別することなく等しく送信アンテナおよび受信アンテナと解されるべきである。
【０００３】
最新の車両には、例えば、車両の運転時に運転者を支援するために用いることができる多数の電子システムが搭載される。例えば、ブレーキアシストは、先行する交通参加者を検知することができ、それに対応して車両を減速および加速させることができる。それにより、先行する交通参加者との所定の最小距離が常に保たれる。そのようなブレーキアシストは、先行する交通参加者との距離が過度に小さくなることを検知した場合に非常制動を開始することもできる。
【０００４】
車両にこのようなアシストシステムを提供できるようにするためには、それぞれの車両の周辺に関するデータを検出する必要がある。ブレーキアシストの上述した例では、例えば、車両と先行する交通参加者との距離を算出できるようにするために、先行する交通参加者の位置を検出することが必要である。
【０００５】
先行する交通参加者の位置を検出する場合、例えば、それぞれの車両の進行方向を出発点として先行する交通参加者の方位角を検出することができる。しかし、方位角は、先ずレーダ装置に関係付けられる、しかしレーダ装置が車両に配置されている場合には相応に車両に関係付けられる合目的的な球座標系の一部である。方位角は、方位角が０°〜３６０°で変動するときに、車両が走行する走行面と平行の平面をなでるように車両に対して配置されている。方位角を使って、例えば、進行方向で車両の左にある物体を進行方向で車両の右にある物体と区別することが可能である。
【０００６】
マンホールの蓋または橋などの機能的に関係のない物体もレーダ信号として電磁信号を反射するので、仰角の検出は、機能的に関係のある物体と関係のない物体との区別を可能にする。仰角は、上述の球座標系のさらに別の一部であり、０°〜３６０°で変動するときに、車両が走行する路面に垂直に立つ平面をなでる。上述した球座標系の最後に残った独立した座標は距離または半径である。
【０００７】
物体の方位角もしくは仰角の検出は、例えば電磁的な位相ずれおよび／またはレーダ装置の受信アンテナで受信された物体で反射した電磁信号の振幅を評価することによって行うことができる。
【０００８】
特許文献１は、このようなレーダ装置のために考えられるアンテナを示す。
【０００９】
第１座標方向に位相中心ｘｉと、この第１座標方向に対して垂直の第２座標方向に位相中心ｙｉとを有する２次元のアンテナアレイの場合、アンテナｉの位相ψｉは次式であらわされ：
ψｉ＝２π／λ（ｘｉ＊ｓｉｎθ＊ｃｏｓΦ＋ｙｉ＊ｓｉｎΦ）
ここで、□は方位角であり、□は仰角である。
【００１０】
一般的な２次元のアンテナアレイでは方位角および仰角を一緒に算出しなければならない。それによって、計算量が著しく増加する。それゆえ、方位角と仰角の計算を切り離すことが望ましい。
【００１１】
さらに、ＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイのアンテナ、すなわち送信アンテナおよび受信アンテナを可能な限り少ない数ですませることが望ましい。公知のＭＩＭＯ原理を適用することにより、複数のスイッチング状態の受信信号を組み合わせて、アパーチャが拡大された多数の仮想アンテナの仮想アレイの形成が可能になる。
【００１２】
仮想アレイａｖ（□）の形成は、受信アンテナからなる受信アンテナアレイと送信アンテナからなる送信アンテナアレイとを畳み込むことによって、すなわち送信アンテナの単方向性アンテナダイアグラムａｔｘ（□）と受信アンテナの単方向性アンテナダイアグラムａｒｘ（□）との考えられるあらゆる積を求めることによって行われる：
ａｖ（θ）＝ａｔｘ（θ）（ｘ）ａｒｘ（θ）、
ここで、（ｘ）はクロネッカー積を表し、すなわち、ベクトルａｔｘ（□）とａｒｘ（□）の成分の考えられるあらゆる積である。
【００１３】
レーダ装置に相対して移動する物体は、時間多重ＭＩＭＯでは送信状態間の位相ずれをもたらす。それゆえ、位相ずれを補償するための補償法が適用される。
【００１４】
本発明は、請求項１の特徴を有するＭＩＭＯレーダ装置、および請求項９の特徴を有する方法を開示する。
【００１５】
したがって、本発明は、その位相中心が第１座標方向に沿って互いに離して配置されている複数の送信アンテナと、その位相中心が第１座標方向に沿って互いに離して配置されている複数の受信アンテナとを有し、送信アンテナの少なくとも１つのそれぞれの位相中心が、残りの送信アンテナのそれぞれの位相中心から、第１座標方向に垂直に立つ第２座標方向に沿ってオフセット値の分だけ離れており；受信アンテナの少なくとも１つのそれぞれの位相中心が、それぞれの位相中心から、第２座標方向に沿ってオフセット値の分だけ離れている、アンテナアレイと、送信アンテナから送信され、受信アンテナにより受信された電磁信号を、物体の仰角と方位角とを切り離して決定するために評価可能である評価器とを備えた、物体の仰角と方位角とを切り離して決定するＭＩＭＯレーダ装置を提供する。
【００１６】
位相中心はアンテナの電子基準点と解され、すなわち受信場所から見て、対応するアンテナの電磁アンテナ放射がこの基準点から発せられるように思われる。
【００１７】
さらに、本発明は、送信アンテナによって電磁信号を送信するステップと、物体で反射した電磁信号を受信アンテナによって受信するステップと、受信された反射した電磁信号の仮想位相中心を検出するステップと、物体の方位角を決定するために、検出された仮想位相中心からの第１選択物との少なくとも電磁的な位相ずれにもとづいて、受信された反射した電磁信号を評価するステップと、物体の仰角を決定するために、検出された仮想位相中心からの第２選択物との少なくとも電磁的な位相ずれにもとづいて、受信された反射した電磁信号を評価するステップとを包含する、本発明によるＭＩＭＯレーダ装置を動作させる方法を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許出願第２０１２／２５６７９５Ａ１号明細書
【発明の概要】
【００１９】
本発明が基礎とする知見は、ＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイの送信アンテナおよび受信アンテナを巧みに選択した構成によって、アンテナの数がそのまま変わらず、受信された電磁信号の評価の改善が可能であるということである。
【００２０】
本発明が基礎とする着想は、この知見を考慮に入れ、２つの座標方向に離して配置されたアンテナを有する相応のアンテナ構成と、このアンテナ構成を動作させる方法とを提供するということである。
【００２１】
本発明によれば、改善された精度を有する方位角推定と品質値を有する仰角推定とを実行することができる。送信アンテナの少なくとも１つと受信アンテナの少なくとも１つとが他の送信アンテナもしくは受信アンテナに対して第２座標方向に沿ってそれぞれ同一のオフセット値の分だけ離れていることによって、仮想アレイにおいて仮想位相中心の複数の平行の線ができる。例えば、平行の線内の全仮想位相中心を方位角の算出のために使用することができる一方で、それぞれ、異なった平行の線からの１つまたは複数の仮想位相中心を仰角の算出のために使用することができる。
【００２２】
本発明によるアンテナ構成は、好適にも正確に３つの送信アンテナと正確に４つの受信アンテナとを有することができる。アンテナ構成は、好適にもモノリシックのマイクロ波集積回路の形態で形成されていてもよい。それによって、特に小さい構造サイズとすることができる。
【００２３】
さらに、送信アンテナは、互いに異なる視界を有していてもよく、それにより、レーザ装置を、幅狭の開口角を有する遠距離場モードと幅広の開口角を有する近距離場モードとで動作させることができる。
【００２４】
アンテナが第２座標方向に沿って部分的に互いにずらして配置される分のオフセット値は送信アンテナによって送信され、かつ受信アンテナによって受信される電磁信号の波長λと、物体が検出され得るべき−β〜＋βの仰角範囲とにもとづいて選択されるのが好ましい。例えば、オフセット値は、１／２波長〜３波長λ、好ましくは１と１／２波長〜２波長λである。オフセット値は、例えば、０．５／ｓｉｎ（β）λであってもよい。
【００２５】
好適な実施形態および展開形態は、従属請求項、および図と関連付けた説明から明らかである。
【００２６】
好ましい一展開形態によれば、送信アンテナの各々は、送信アンテナの他の各々から、第２座標方向に沿って離れていないか、またはオフセット値の分だけ離れている。別の好ましい展開形態によれば、受信アンテナの各々が、受信アンテナの他の各々から第２座標方向に沿って離れていないか、またはオフセット値の分だけ離れている。これによって、仮想アレイにおける仮想位相中心の配置は、仰角および方位角を正確に決定するために好適である。
【００２７】
別の好ましい展開形態によれば、第１送信アンテナと第３送信アンテナとの間に配置された第２送信アンテナの位相中心は、第１送信アンテナおよび第３送信アンテナの位相中心から第２座標方向に沿ってオフセット値の分だけ離れている。さらに別の好ましい展開形態によれば、第１受信アンテナと第４受信アンテナとの間で第１座標方向に沿って配置された第２受信アンテナの位相中心は、第１受信アンテナおよび第４受信アンテナの位相中心から第２座標方向に沿ってオフセット値の分だけ離れている。さらに別の好ましい展開形態によれば、第２受信アンテナと第４受信アンテナとの間で第１座標方向に沿って配置された第３受信アンテナの位相中心は、第１送信アンテナおよび第４送信アンテナの位相中心から第２座標方向に沿ってオフセット値の分だけ離れている。これらの展開形態によって、仮想アレイにおける仮想位相中心の配置は、仰角および方位角を精密に決定するために好適である。
【００２８】
さらに別の好ましい展開形態によれば、送信アンテナおよび／または受信アンテナは、マトリックス状に配置されたパッチ素子の列を有するパッチアンテナとして形成されており、列は第２座標方向に沿って整列させてあり、かつそれぞれ対応するパッチアンテナの列よりも多くのパッチ素子を有する。
【００２９】
好ましい一展開形態によれば、本発明による方法は、検出された仮想位相中心からの第１選択物の第１部分量について、第１確率的最大尤度関数、ＤＭＬ関数を算出するステップと、検出された仮想位相中心からの第１選択物の第２部分量について、少なくとも１つの第２ＤＭＬ関数を算出するステップと、第１ＤＭＬ関数と第２ＤＭＬ関数とを好適にも加重合計によってＤＭＬサム関数を算出するステップとを包含し、ＤＭＬサム関数にもとづいて方位角を決定するために、受信された反射した電磁信号の評価が行なわれる。
【００３０】
ＤＭＬ関数は、仮想ＭＩＭＯアレイで受信された電磁信号間の角度依存相関関係であり、それぞれの仮想アレイについて、角度ごとに予め決定されて記憶されたアンテナダイアグラムである。ＤＭＬ関数の関数値は、各角度について０（相関関係なし）と１（完全に一致）との間にあり、ＤＭＬサム関数については、関数値がより高くなり得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る物体の仰角と方位角とを切り離して決定するＭＩＭＯレーダ装置の模式的ブロック回路図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイを上から見た模式図である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイを使用したときに生じる仮想位相中心の模式図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイを上から見た模式図である。
【図３Ｂ】本発明の第２実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイを使用したときに生じる仮想位相中心の模式図である。
【図４Ａ】本発明の第３実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイを上から見た模式図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る方法を解説する模式的フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を図面の模式図に示した実施例をもとにして詳しく説明する。
【００３３】
すべての図において同一もしくは機能的に同一の要素および装置には、特に明記しない限り同一の参照符号が付されている。
【００３４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る物体１４の仰角と方位角□とを切り離して決定するＭＩＭＯレーダ装置１の模式的ブロック回路図を示す。
【００３５】
図１によると、車両３０にＭＩＭＯレーダ装置１が形成されている。レーダ装置１は、平面アンテナアレイ１０と評価器１２と制御器１６とを備えている。平面アンテナアレイは、複数の受信アンテナからなる受信アレイ１３と複数の送信アンテナからなる送信アレイ１１とを備えている。送信アンテナによって、レーダ装置１から電磁信号２０を送信することが可能である。送信された電磁信号２０は、例えば、外部の物体１４で反射することができ、それによって反射した電磁信号２２が発生する。反射した電磁信号２２は、受信アレイ１３の受信アンテナによって受信可能であり、物体１４の仰角と方位角□とを切り離して決定するために評価器１２によって評価可能である。方位角□および仰角は、レーダ装置１に対して定義されている。レーダ装置１が車両３０に配置されている場合、頂点として、車両３０上の進行方向Ｖの垂線の足と、車両３０の走行面と平行のなぞられた角度領域とを用いて車両３０の進行方向Ｖに対する方位角□を測定することが好適である。
【００３６】
電磁信号２０の送信は制御器１６によって制御される。この制御器は、データ線１８を介して評価器１２と接続されていてもよく、それにより、制御器１６により提供される送信された電磁信号２０の位相距離、送信時点、信号ランプなどに関するパラメータを評価器１２により考慮することが可能である。
【００３７】
以下、本発明の第１実施形態に係るアンテナアレイ１０および本発明の第２実施形態に係るアンテナアレイ１０’および本発明の第３実施形態に係るアンテナアレイ１０’’について図２Ａ〜図３Ｂをもとにして詳しく説明する。
【００３８】
図２Ａは、本発明の第１実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイ１０を上から見た模式図を示す。
【００３９】
アンテナアレイ１０の送信アレイ１１は、位相中心ＴＺ１を有する第１送信アンテナＴＸ１と、位相中心ＴＺ２を有する第２送信アンテナＴＸ２と、第３位相中心ＴＺ３を有する第３送信アンテナＴＺ３とを具備している。すべての送信アンテナＴＸｉ、ここで「ｉ」は１〜３の数字のプレースホルダとして用いられる、はそれぞれ１４個の方形のパッチ素子４０を有するそれぞれ２つの列を有している同形のパッチアンテナとして形成されている。個々のパッチ素子は、例えばプリント回路基板上に銅面として形成されていてもよいし、棒状、またはそれに類するものとして形成されていてもよい。パッチ素子４０は、それぞれ、隣接するパッチ素子４０からパッチ素子の辺の長さａの分だけ離れていてもよい。
【００４０】
送信アンテナＴＸｉは、第１座標方向ｘに沿って互いに離れている。アンテナアレイ１０が、例えば車両３０の前側に配置されている場合、第１方向ｘは、車両３０の走行面と平行、かつ車両３０の進行方向Ｖに対して垂直であることが好ましく、したがって「水平」と呼ぶことができる。送信アンテナＴＸｉの列は、第１座標方向に垂直に立つ第２座標方向ｙに沿って整列させてある。車両３０の前側に配置されたアンテナアレイ１０の例では、第２座標方向ｙは、車両３０の走行面と進行方向Ｖとに垂直に立っており、したがって「垂直」と呼ぶことができる。
【００４１】
第１実施形態によれば、第２送信アンテナＴＸ２は、第１送信アンテナＴＸ１と第３送信アンテナＴＸ３との間で第１座標方向ｘに沿って配置されている。第１送信アンテナと第２送信アンテナＴＸ１、ＴＸ２間で第１座標方向ｘに沿う第１距離ｄＴ１２は、第２送信アンテナと第３送信アンテナＴＸ２、ＴＸ３間で第１座標方向ｘに沿う第２距離ｄＴ２３よりも大きい。第１座標方向ｘに沿うアンテナＴＸｉ、ＲＸｊ間の距離は、ここで、そして以下において、常にそれぞれの位相中心ＴＺｉ、ＲＺｊ間で測定され、ここで「ｉ」および「ｊ」は、アンテナＴＸｉ、ＴＸｊの場合のようにプレースホルダの機能を果たす。
【００４２】
例えば、第１距離ｄＴ１２は、方形パッチ素子４０の１１個の辺の長さであり、第２距離ｄＴ２３は、８個の辺の長さである。この場合、送信アンテナＴＸｉの各々の幅は、第１方向ｘに沿って３個の辺の長さａである。第２送信アンテナＴＸ２は、第１送信アンテナＴＸ１と比較して、第２座標方向ｙに沿ってオフセット値ｄＺ１２の分だけずらされている。換言すると、第２送信アンテナＴＸ２の位相中心ＴＺ２は、第１送信アンテナＴＸ１の位相中心ＴＺ１から第２座標方向ｙに沿ってオフセット値ｄＺ１２の分だけ、図２Ａによると６個の辺の長さａの分だけ離れている。第３送信アンテナＴＸ３の位相中心ＴＺ３は、第２座標方向ｙに沿って、第１送信アンテナＴＸ１の位相中心ＴＺ１から離れていない。したがって、第３送信アンテナＴＸ３は、第２座標方向ｙに沿って、第１送信アンテナＴＸ１と同一平面上で終端している。
【００４３】
アンテナアレイ１０の受信アレイ１３は、それぞれ対応する位相中心ＲＺ１、ＲＺ２、ＲＺ３、ＲＺ４を有する第１受信アンテナ、第２受信アンテナ、第３受信アンテナ、および第４受信アンテナＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４を有している。すべての送信アンテナＲＸｊ、ここで「ｊ」は１〜４の数字のプレースホルダとして用いられる、はそれぞれ１４個の方形パッチ素子４０を有するそれぞれ２つの列を有している同形のパッチアンテナとして形成されている。第１座標方向ｘに沿って第３送信アンテナＴＸ３に最も近い第１受信アンテナＲＸ１は、第１座標方向に沿ってアレイ距離値ｄＴＲだけ、例えば９個の辺の長さａの分だけこの第３送信アンテナＴＸ３から離れている。
【００４４】
受信アンテナＲＸｊは、第１座標方向ｘに沿って互いに離れている。受信アンテナＲＸｊの列は、第２座標方向ｙに沿って整列させてある。
【００４５】
第１実施形態によれば、第２受信アンテナＲＸ２は、第１受信アンテナＲＸ１と第３送信アンテナＲＸ３との間で第１方向ｘに沿って配置されている。第３受信アンテナＲＸ３は、第２受信アンテナＲＸ２と第４送信アンテナＲＸ４との間で第１方向ｘに沿って配置されている。それぞれ第１座標方向ｘに沿う、第１受信アンテナと第２受信アンテナＲＸ１、ＲＸ２間の第４距離ｄＲ１２、第２受信アンテナと第３受信アンテナＲＸ２、ＲＸ３間の第５距離ｄＲ２３、および第３受信アンテナと第４受信アンテナＲＸ３、ＲＸ３間の第６距離ｄＲ３４は、同じ大きさであり、例えば５個の辺の長さａである。
【００４６】
第２受信アンテナＲＸ２は、第１受信アンテナＲＸ１、ならびに第３受信アンテナおよび第４受信アンテナＲＸ３、ＲＸ４と比較して、第２座標方向ｙに沿って第７距離ｄＲＺ１２の分だけずらされている。換言すると、第２送信アンテナＲＸ２の位相中心ＲＺ２は、第１受信アンテナ、第３受信アンテナ、および第４受信アンテナＲＸ１、ＲＸ３、ＲＸ４の位相中心ＲＺ１、ＲＺ３、ＲＺ４からも第１送信アンテナおよび第３送信アンテナＴＸ１、ＴＸ２の位相中心ＴＺ１、ＴＺ３からもオフセット値ｄＺ１２の分だけ、図２によると６個の辺の長さａの分だけ離れている。第３受信アンテナおよび第４受信アンテナＲＸ３、ＲＸ４の位相中心ＲＺ３、ＲＺ４と第２送信アンテナＴＸ２の位相中心ＴＺ２とは、第２座標方向ｙに沿って第１送信アンテナＴＸ１の位相中心ＲＺ１から離れておらず、すなわち第１座標方向ｘと平行の線上にある。したがって、第３送信アンテナおよび第４送信アンテナＴＸ３、ＴＸ４は、第２座標方向ｙに沿って第１送信アンテナＴＸ１ｙと同一平面上で終端している。
【００４７】
図２Ｂは、本発明の第１実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイ１０を使用したときに生じる仮想位相中心ＶＺｉｊの模式図を示す。
【００４８】
仮想位相中心ＶＺｉｊ、ここで「ｉ」および「ｊ」は数字のプレースホルダである、は上述のように、送信アンテナＴＸｉの実位相中心ＴＺｉと受信アンテナＲＸｊの実位相中心ＲＺｊとの畳み込みによって生じる。仮想位相中心ＶＺｉｊは、第２座標方向ｙに関連するその位置に応じて３つの仮想ＭＩＭＯアレイＶＭＡ１、ＶＭＡ２、ＶＭＡ３に分割可能である。例えば、第１仮想ＭＩＭＯアレイＶＭＡ１は、第１送信アンテナおよび第２送信アンテナＴＸ１、ＴＸ３の実位相中心ＴＺ１およびＴＺ３と、受信アンテナＲＸ１、ＲＸ３およびＲＸ４の実位相中心ＲＺ１、ＲＺ３、ＲＺ４との組合せによって生じる仮想位相中心ＶＺ１１、ＶＺ１３、ＶＺ１４、ＶＺ３１、ＶＺ３３およびＶＺ３４を備えている。第２仮想ＭＩＭＯアレイＶＭＡ２は、仮想位相中心ＶＺ１２、ＶＺ２１、ＶＺ２３、ＶＺ３２およびＶＺ２４を備えている。第３仮想ＭＩＭＯアレイＶＭＡ３は、仮想位相中心ＶＺ２２のみを備えている。第１仮想ＭＩＭＯアレイおよび第２仮想ＭＩＭＯアレイＶＭＡ１、ＶＭＡ２は、第２仮想ＭＩＭＯアレイおよび第３仮想ＭＩＭＯアレイＶＭＡ２、ＶＭＡ３と全く同様に第２座標方向ｙに沿ってオフセット値の分だけ互いに離れている。各仮想ＭＩＭＯアレイＶＭＡ１、ＶＭＡ２、ＶＭＡ３は、それぞれ別の仮想ＭＩＭＯアレイＶＭＡ１、ＶＭＡ２、ＶＭＡ３と平行の線上にある。
【００４９】
方位角を決定するために、第１仮想ＭＩＭＯアレイＶＭＡ１について、方位角に依存する第１確率的最大尤度関数（ＤＭＬ）が作成される。ＤＭＬ関数は、仮想ＭＩＭＯアレイで受信された電磁信号２２間の角度依存相関関係であり、それぞれの仮想アレイについて角度ごとに予め決定して記憶されたアンテナダイアグラムである。さらに、第２仮想ＭＩＭＯアレイＶＭＡ２について、方位角に依存する第２ＤＭＬ関数が作成される。第１ＤＭＬ関数および第２ＤＭＬ関数は、ＤＭＬサム関数を求めるために加重加算される。ＤＭＬサム関数が最大相関関係を有する値が方位角として決定される。
【００５０】
仰角を決定するために、仮想位相中心ＶＺ２１、ＶＺ２２、ＶＺ３１およびＶＺ２３について、仰角に依存する第３ＤＭＬ関数が決定され、第３ＤＭＬ関数が最大相関関係を有する値が仰角として決定される。仮想位相中心ＶＺ２１、ＶＺ２２、ＶＺ３１およびＶＺ２３のそれぞれの方位角依存性を補償するために、この決定に予め算出された方位角を考慮することができる。
【００５１】
第１座標方向ｘに沿ってアンテナをずらすことは、第２座標方向ｙに沿うアンテナの距離、したがって仰角推定の最大限の一義性の範囲を制限することなしに、仰角方向に高いアンテナ利得を達成することができるという点で好適である。さらに、第１座標方向ｘに沿ってアンテナをずらすことは、仰角および方位角をそれぞれ決定することにより検出されるべき物体が２つある場合に、各物体の方位角と仰角の間の自動的割り当てを可能にする。
【００５２】
図３Ａは、本発明の第２実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイ１０ａ‘を上から見た模式図を示す。
【００５３】
第２実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイ１０‘は、第１実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイ１０の異形であり、第２送信アンテナＴＸ２’および第３受信アンテナＲＸ３‘の構成の点で第１実施形態とは区別され、第１送信アンテナおよび第２送信アンテナＴＸ１、ＴＸ２‘間で第１座標方向ｘに沿う第１距離ｄＴ１２‘は、第２送信アンテナおよび第３送信アンテナＴＸ２‘、ＴＸ３間で第１座標方向ｘに沿う第２距離ｄＴ２３‘と同じであり、すなわち８個の辺の長さａである。
【００５４】
第３受信アンテナＲＸ３‘は、第１受信アンテナＲＸ１および第４受信アンテナＲＸ３、ＲＸ４と比較して、第２座標方向ｙに沿ってオフセット値ｄＺ１２の分だけずらされている。第２受信アンテナおよび第３受信アンテナＲＸ２、ＲＸ３‘の位相中心ＲＺ２、ＲＺ３‘は、第２座標方向ｙに沿って第２送信アンテナＴＸ２‘の位相中心ＴＺ２‘から離れていない。第１受信アンテナおよび第４受信アンテナＲＸ１、ＲＸ４の位相中心ＲＺ１、ＲＺ４は、第２座標方向ｙに沿って第１送信アンテナおよび第３送信アンテナＴＸ１、ＴＸ３の位相中心ＴＺ１‘、ＴＺ３‘から離れていない。
【００５５】
図３Ｂは、本発明の第１実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイ１０を使用したときに生じ得る仮想位相中心ＶＺｉｊ‘の模式図を示す。仰角および方位角の決定は、第１実施形態に関して上述したことと同様に行うことができる。
【００５６】
図４は、本発明の第３実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイ１０‘‘を上から見た模式図を示す。第３実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイ１０‘‘は、第１実施形態に係るＭＩＭＯレーダ装置のアンテナアレイ１０の異形であり、第１送信アンテナおよび第３送信アンテナＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘の形の点で第１実施形態とは区別される。
【００５７】
その他の送信アンテナおよび受信アンテナＴＸ２、ＲＸｊとは異なり、第１送信アンテナおよび第３送信アンテナＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘は、それぞれ１４個のパッチ素子４０によるそれぞれ６個の列を有するパッチアンテナとして形成されている。それによって第１送信アンテナおよび第３送信アンテナＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘は幅狭の視界を有するが、第２送信アンテナＴＸ２は幅広の視界を有している。
【００５８】
第３実施形態に係る仮想位相中心ＶＺｉｊは、図２Ｂに示された仮想位相中心ＶＺｉｊに相当する。物体が第２送信アンテナＴＸ２の幅広の視界でのみ検出され、第１送信アンテナまたは第３送信アンテナＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘の幅狭の視界では検出されない場合、方位角および仰角を決定するために、仮想位相中心ＶＺ２１、ＶＺ２２、ＶＺ２３およびＶＺ２４しか使用されない。
【００５９】
しかし、さらに、２つの物体のうち少なくとも１つが第１送信アンテナまたは第３送信アンテナＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘の幅狭の視界にあるならば、第２送信アンテナＴＸ２の幅広の視界で２物体方位角推定が可能である。これに対して、どちらの物体も第１送信アンテナおよび第３送信アンテナＴＸ１‘‘、ＴＸ３‘‘の視界の外にある場合、すなわち、通常、角度の数値が大きい場合、変調の距離分解能および／またはドップラー分解能によって目的の分離を行うことができる。
【００６０】
図５は、本発明の第４実施形態に係る方法を解説するための模式的フローチャートを示す。第４実施形態に係る方法およびその変形形態は、本発明によるＭＩＭＯレーダ装置を動作させるのに適しており、ＭＩＭＯレーダ装置の展開形態および変形形態に応じて適合可能である。方法のステップの詳細については、特にアンテナアレイ１０；１０‘、１０‘‘の上記の説明を参照されたい。
【００６１】
ステップＳ０１において、送信アンテナＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３；ＴＸ１、ＴＸ２‘、ＴＸ３；ＴＸ１‘‘、ＴＸ２、ＴＸ３‘‘によって電磁信号２０が送信される。ステップＳ０２において、物体１４で反射した電磁信号２２が受信アンテナＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４；ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３‘、ＲＸ４により受信される。
【００６２】
ステップＳ０３において、受信された反射した電磁信号２２の仮想位相中心ＶＺが検出される。
【００６３】
ステップＳ０４において、受信された反射した電磁信号２２は、物体１４の方位角を決定するために、検出された仮想位相中心ＶＺからの第１選択物との少なくとも電磁的な位相ずれにもとづいて評価される。第１選択物は、特に、上記したように、仮想アレイにおいて、特に複数の仮想直線に沿って、特に第１座標方向ｘと平行の、好ましくは車両の走行面と平行の直線に沿って配置されている仮想位相中心ＶＺであり得る。
【００６４】
ステップＳ０５において、受信された反射した電磁信号２２は、物体１４の仰角を決定するために、少なくとも、検出された仮想位相中心ＶＺからの第２選択物との電磁的な位相ずれにもとづいて評価される。第２選択物は、特に、上記したように、第２座標方向ｙに沿って、好ましくは走行面に対して垂直に、かつ車両の進行方向に対して垂直に互いに離れている仮想位相中心ＶＺであり得る。第２選択物は第１選択物とは異なる。その際、完全でない重複があってもよい。
【００６５】
ステップＳ０６において、検出された仮想位相中心ＶＺからの第１選択物の第１部分量について第１確率的最大尤度関数、ＤＭＬ関数が算出される。第１部分量は、仮想アレイにおいて第１仮想直線に沿って第１座標方向ｘと平行に配置されている仮想位相中心ＶＺからなる。
【００６６】
ステップＳ０７において、検出された仮想位相中心ＶＺからの第１選択物の第２部分量について少なくとも１つの第２ＤＭＬ関数が算出される。特に、仮想位相中心ＶＺがそれぞれ第１座標方向ｘと平行の別の仮想直線に沿って配置されている第１選択物のそれぞれ別の部分量についてそれぞれ１つの固有のＤＭＬ関数が算出される。
【００６７】
ステップＳ０８において、ＤＭＬサム関数が、第１ＤＭＬ関数と少なくとも１つの第２ＤＭＬ関数との加重合計により算出される。方位角を決定するための受信された反射した電磁信号２２の評価Ｓ０４がＤＭＬサム関数にもとづいて行われる。特に、ＤＭＬサム関数が最大相関値を与える角度が方位角として決定される。
【００６８】
同様に、仮想位相中心ＤＺの第２選択物についても、少なくとも１つの第３ＤＭＬ関数を算出することができる。その際、仰角を決定するために受信された反射した電磁信号２２を評価するＳ０５のときに、第３ＤＭＬ関数、または複数の第３ＤＭＬ関数からの別のＤＭＬサム関数が最大相関値を与える角度が仰角として決定される。
【００６９】
以上、本発明を、好ましい実施例をもとにして説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、様々に変形することが可能である。特に、本発明は、発明の核心から逸脱することなく様々に変更または修正することができる。
【００７０】
例えば、遠く離れたところにある物体１４について仮想位相中心ＶＺの受信された電磁信号２２の仰角依存性を補償するために、本発明によるアンテナアレイ１０；１０‘、１０‘‘の既知のずれ角度を考慮することができる。その上で、第１選択物の複数の部分量について、または第１選択物のすべての仮想位相中心ＶＺについてＤＭＬ関数が一緒に算出され、この一緒に算出されたＤＭＬ関数の最大相関関係を有する角度が方位角として決定される。
【００７１】
さらに、示された数以外の受信アンテナおよび／または送信アンテナならびにパッチ素子、そして示された距離以外のアンテナ間の距離も可能である。
【００７２】
本発明によるＭＩＭＯレーダ装置は、車両に設ける代わりに、例えば橋または柱に定置に取り付けられていてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０、１０’、１０’’  アンテナアレイ
１２  評価器
１４  物体
２０、２２  電磁信号
４０  パッチ素子
ＴＺｉ  位相中心
ＲＺｉ  位相中心
ＶＺｉｊ  仮想位相中心
ＲＸｊ  受信アンテナ
ＴＸｉ  送信アンテナ
ｘ  第１座標方向
ｙ  第２座標方向
【図１】
0006500109.tif 000002
【図２Ａ】
0006500109.tif 000003
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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