(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（３）に向けてレーダ波としての送信信号を送出する少なくとも２個の送信器エレメント（３０）を含む送信部（１６）、
物体（３）による送信信号の反射である反射信号を受信する複数の受信器エレメント（３４）を含む受信部（２０）、及び
推定部（５６）と、を備え、
推定部（５６）は、送信器エレメント（３０）の総数によって掛け合わされる受信器エレメント（３４）の総数に相当する数の仮想受信器エレメントを含む仮想受信アレイを発生し、
推定部（５６）は、仮想受信アレイを複数の同一のサブアレイ（４２、４４、４６、４８）に分割し、
推定部（５６）は、反射信号に基づいて、サブアレイの各々のための共分散行列データを生成し、
推定部（５６）は、反射信号中の物体からのダイレクト反射信号（５）とマルチパス反射信号（６）との相関を失わせるべく、サブアレイの各々のための共分散行列データを平均化して、反射信号を空間的に滑らかにし、
推定部（５６）は、反射信号の空間的平滑化の結果に基づいて、物体からのダイレクト反射信号（５）とマルチパス反射信号（６）とを分別し、
推定部（５６）は、ダイレクト反射信号に基づいて物体（３）の水平方位及び垂直方位を決定するものであり、
送信部に含まれる少なくとも２個の送信器エレメント（３０）は、垂直方向に延びる１つの列に配列され、全ての隣接する送信器エレメントの間隔は同じ第１距離（Ｈｔ）であり、
受信部に含まれる複数の受信器エレメント（３４）は、水平方向に延びる少なくとも２つの行に配置され、かつ垂直方向に延びる少なくとも３つの列に配置された３以上の奇数個の受信器エレメント（３４）であって、各行に含まれる受信器エレメントの個数は相違し、全ての隣接する行の間隔は同じ第２距離（Ｈｒ）であり、
第１距離（Ｈｔ）は、受信器エレメント（３４）の行の総数によって掛け合わされる第２距離（Ｈｒ）に相当するレーダ装置。 
【請求項２】
物体（３）に向けてレーダ波としての送信信号を送出する少なくとも２個の送信器エレメント（３０）を含む送信部（１６）、
物体（３）による送信信号の反射である反射信号を受信する複数の受信器エレメント（３４）を含む受信部（２０）、及び
推定部（５６）と、を備え、
推定部（５６）は、送信器エレメント（３０）の総数によって掛け合わされる受信器エレメント（３４）の総数に相当する数の仮想受信器エレメントを含む仮想受信アレイを発生し、
推定部（５６）は、仮想受信アレイを複数の同一のサブアレイ（４２、４４、４６、４８）に分割し、
推定部（５６）は、反射信号に基づいて、サブアレイの各々のための共分散行列データを生成し、
推定部（５６）は、反射信号中の物体からのダイレクト反射信号（５）とマルチパス反射信号（６）との相関を失わせるべく、サブアレイの各々のための共分散行列データを平均化して、反射信号を空間的に滑らかにし、
推定部（５６）は、反射信号の空間的平滑化の結果に基づいて、物体からのダイレクト反射信号（５）とマルチパス反射信号（６）とを分別し、
推定部（５６）は、ダイレクト反射信号に基づいて物体（３）の水平方位及び垂直方位を決定するものであり、
送信部に含まれる少なくとも２個の送信器エレメント（３０）は、水平方向に延びる少なくとも２つの行に配置され、各行に含まれる送信器エレメントの個数は同じであり、全ての隣接する行の間隔は同じ第１距離（Ｈｔ）であり、隣接行内の配置される位置が対応する２個の送信器エレメント（３０）間の水平方向の距離は同じ第３距離（Ｗｔ）であり、
受信部に含まれる複数の受信器エレメント（３４）は、水平方向に延びる少なくとも２つの行に配置され、かつ垂直方向に延びる少なくとも３つの列に配置された４以上の偶数個の受信器エレメント（３４）であって、全ての隣接する行の間隔は同じ第２距離（Ｈｒ）であり、全ての隣接する列の間隔は同じ第４距離（ｄｈ）であり、
第１距離（Ｈｔ）は、受信器エレメント（３４）の行の総数によって掛け合わされる第２距離（Ｈｒ）に相当し、第３距離（Ｗｔ）は、受信器エレメント（３４）の行数によって掛け合わされる第４距離（ｄｈ）に相当するレーダ装置。
【請求項３】
物体（３）に向けてレーダ波としての送信信号を送出する少なくとも２個の送信器エレメント（３０）を含む送信部（５１６、６１６、７１６）、
物体（３）による送信信号の反射である反射信号を受信する複数の受信器エレメント（３４）を含む受信部（５２０、６２０、７２０）、及び
推定部（５６）と、を備え、
推定部（５６）は、送信器エレメント（３０）の総数によって掛け合わされる受信器エレメント（３４）の総数に相当する数の仮想受信器エレメントを含む仮想受信アレイを発生し、
推定部（５６）は、仮想受信アレイを複数の同一のサブアレイ（４２、４４、４６、４８）に分割し、
推定部（５６）は、反射信号に基づいて、サブアレイの各々のための共分散行列データを生成し、
推定部（５６）は、反射信号中の物体からのダイレクト反射信号（５）とマルチパス反射信号（６）との相関を失わせるべく、サブアレイの各々のための共分散行列データを平均化して、反射信号を空間的に滑らかにし、
推定部（５６）は、反射信号の空間的平滑化の結果に基づいて、物体からのダイレクト反射信号（５）とマルチパス反射信号（６）とを分別し、
推定部（５６）は、ダイレクト反射信号に基づいて物体（３）の水平方位及び垂直方位を決定するものであり、
送信部に含まれる少なくとも２個の送信器エレメント（３０）は、水平方向に延びる少なくとも１つの行に配列され、各行に含まれる送信器エレメントの個数は少なくとも２個であり、各行の全ての隣接する送信器エレメントの間隔は同じ第５距離（Ｓｔ）であり、
受信部に含まれる複数の受信器エレメント（３４）は、同数で同じ配列構造を有する少なくとも２つのグループの受信器エレメントからなり、各グループの受信器エレメントは、水平方向および垂直方向にそれぞれ延びる少なくとも２つずつの行および列の対角線上に１個ずつ配列された少なくとも２個の受信器エレメントであって、各グループの全ての隣接する列の間隔は同じ第４距離（ｄｈ）であり、受信器エレメント（３４）の隣接グループ（５８０、５８２、６８０、６８２、７８０、７８２）の、同じ配列構造において対応する受信器エレメント（３４）間の水平方向の各距離は同じ第６距離（Ｇｗ）であり、
第５距離（Ｓｔ）は第４距離（ｄｈ）の２倍に相当し、第６距離（Ｇｗ）は、１行内の送信器エレメント（３０）の数によって掛け合わされる第５距離（Ｓｔ）に相当するレーダ装置。
【請求項４】
送信器エレメント（３０）と受信器エレメント（３４）とが同一平面に配置される請求項１乃至３のいずれか１項のレーダ装置。
【請求項５】
推定部（５６）は、仮想受信アレイの共分散行列データの各々に対し、多重信号分類（Multiple Signal Classification：ＭＵＳＩＣ）アルゴリズムを適用する、請求項１乃至４のいずれか１項のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（クロスリファレンス）
本出願は、２０１４年７月４日に出願された欧州特許出願第１４１７５８５１．６に基づくものであり、その開示内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本開示は、好ましくは、車両の自動緊急ブレーキシステム（ＡＥＢＳ）に用いられるための、２次元到来方向（２Ｄ ＤＯＡ）推定を実行するためのレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
前方監視車両レーダによって観測されるターゲットの高さを計測できるようにすることに関心が持たれている。その理由は、高所の物体（例えば、トンネル天井のファン、ゲート型標識、および橋梁）および路面の物体（例えば、マンホール、路面電車の線路、およびキャッツアイ）による、誤った自動ブレーキ介入のリスクを軽減するためである。従って、ターゲットについて水平方位を推定するためのレーダアンテナの能力は、水平および垂直方位の両方を推定する能力に拡張されることが必要である。このような、物体の水平および垂直方位の推定は、「２次元到来方向（２Ｄ ＤＯＡ）推定」として知られている。
【０００４】
欧州特許第０９４７８５２Ａ１は、物体の水平方位に加えて、物体の垂直方位を検出するレーダ装置を提示する。そのレーダ装置は、送信エレメントを備えた送信アンテナと、受信器エレメントのアレイを備えた受信アンテナとを有し、１つ以上の受信器エレメントは、同じ垂直変位だけ、残りの受信器エレメントに対してシフトされている。この垂直シフトは、位相モノパルス方式を使用して目標物体の垂直方位を検出するために利用される。
【０００５】
本開示の発明者は、以下のことを見出した。
【０００６】
改善された方式で高所の物体の垂直方位を検出することができ、好ましくは、路面の存在に起因するマルチパスフェージングによって影響されることのない、特に自動車用の、レーダ装置を提供するニーズがある。
【０００７】
上記の課題は、別の垂直位置となる受信器エレメントが追加され、受信アンテナに垂直シフトを加えることで解決され得る。本当の物体からの信号と、その反射信号とが分解され得る。しかしながら、このアレンジは、受信アンテナの大型化、および全体としてレーダ装置の構造の一層の複雑化も招いてしまう。さらに、受信アンテナの各受信エレメントの垂直方向の大きさは、その上下において、受信エレメントが隣接するエレメントと重なり合うことを防ぐように制限されてしまう。
【０００８】
欧州特許第０９８７５６１Ａ２は、２個の受信器エレメントが、順番にオンされる３個の送信器エレメントと一列に整列されたレーダ装置を開示する。受信器エレメントは、送信器エレメントのスイッチングに依存して、信号処理部に代わる代わる接続される。それゆえ、欧州特許第０９８７５６１Ａ２によるレーダ装置は、単一の送信アンテナと６個の受信アンテナを持つレーダにおいて得られる信号と等価な信号を獲得することができ、受信アンテナ数を少なくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許第０９８７５６１Ａ２
【発明の概要】
【００１０】
低減されたサイズとシンプルな構成を有するレーダ装置であって、改善された方式で高所の物体の垂直方位を推定するレーダ装置を提供することが本開示の目的である。
【００１１】
本開示のレーダ装置によれば、レーダ装置は、物体に向けてレーダ波としての送信信号を送出する複数の送信器エレメントを含む送信部、物体による送信信号の反射である反射信号を受信する複数の受信器エレメントを含む受信部、および、推定部を含む。推定部は、送信器エレメントの総数によって掛け合わされる受信器エレメントの総数に相当する数の仮想の受信器エレメントを含む仮想受信アレイを発生させる。推定部は、仮想受信アレイを複数の同じサブアレイに分割する。推定部は、反射信号に基づいて、サブアレイの各々のための共分散行列データを生成する。推定部は、反射信号中の物体からのダイレクト反射信号と、マルチパス反射信号との相関を失わせるべく、サブアレイの各々のための共分散行列データを平均化し、反射信号を空間的に滑らかにする。推定部は、反射信号の空間的平滑化の結果に基づいて、物体からのダイレクト反射信号とマルチパス反射信号とを分別する。推定部は、ダイレクト反射信号に基づいて物体の方向を決定する。
【００１２】
本開示のレーダ装置によれば、反射信号は、受信器エレメントの仮想受信アレイを生成するために引き続き処理され得る。仮想受信アレイの仮想受信器エレメントの数は、送信器エレメントの数によって掛け合わされる受信器エレメントの数に相当する。受信器エレメントの仮想アレイは、同じサブアレイに分割され、それは、さらなる反射信号の信号処理を容易にする。サブアレイの形成に続いて、サブアレイの各々のための共分散行列データが、反射信号に基づいて生成される。共分散行列データは、反射信号中の物体からのダイレクト反射信号と、マルチパス反射信号との相関を失わせるべく、平均化によって、空間的に滑らかにされる。その結果、物体からのダイレクト反射信号とマルチパス反射信号とが分別される。それゆえ、高分解能で複数の物体の到来方向を推定することができる。
【００１３】
本レーダ装置によれば、低減されたサイズおよびシンプルな構成を有するレーダ装置であって、改善された方式で高所の物体の垂直方位を推定するレーダ装置を提供することができる。
【００１４】
本開示の前述の及びその他の利点や特徴は、添付図面を参照し、以下に与えられる本開示の好ましい実施形態の詳細な説明から一層明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、関連技術及び本開示の実施形態を説明するために、車両において使用されるレーダ装置を用いて、物体の垂直方位を推定する幾何学的形状図である。
【図２】図２は、本開示の、好ましくは全ての実施形態によるレーダ装置と自動緊急ブレーキシステムの概要図である。
【図３】図３は、本開示の第１実施形態によるアンテナレイアウトを示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示の第１実施形態による受信器の仮想アレイを示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、サブアレイに分割された、本開示の第１実施形態による受信器の仮想アレイを示す図である。
【図５】図５は、本開示の第２実施形態によるアンテナレイアウトを示す図である。
【図６】図６は、本開示の第２実施形態による受信器の仮想アレイを示す図である。
【図７】図７は、本開示の第３実施形態によるアンテナレイアウトを示す図である。
【図８】図８は、本開示の第３実施形態による受信器の仮想アレイを示す図である。
【図９】図９は、本開示の第４実施形態によるアンテナレイアウトを示す図である。
【図１０】図１０は、本開示の第４実施形態による受信器の仮想アレイを示す図である。
【図１１】図１１は、本開示の第５実施形態によるアンテナレイアウトを示す図である。
【図１２】図１２は、本開示の第５実施形態による受信器の仮想アレイを示す図である。
【図１３】図１３は、本開示の第６実施形態によるアンテナレイアウトを示す図である。
【図１４】図１４は、本開示の第６実施形態による受信器の仮想アレイを示す図である。
【図１５】図１５は、本開示の第７実施形態によるアンテナレイアウトを示す図である。
【図１６】図１６は、本開示の第７実施形態による受信器の仮想アレイを示す図である。
【図１７】図１７は、本開示の第８実施形態によるアンテナレイアウトを示す図である。
【図１８】図１８は、本開示の第８実施形態による受信器の仮想アレイを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、自動車レーダを用いて、物体の垂直方位を推定するための幾何学的関係を示す。具体的には、図１は、路面７の上に位置する車両１０を示している。車両１０の前進方向は矢印Ａの向きによって定義される。車両１０は、地面の上方、搭載高さである距離Ｈ２に配置された送信アンテナと受信アンテナとを有する前方監視レーダ装置１２Ａを備えている。レーダ装置１２Ａによって検出されるべきターゲットである物体３は、車両１０の前方であって、地面の上方、距離Ｈ３の高さに置かれている。その距離Ｈ３は、車両１０の高さＨ１０よりも高い。物体は、例えば道路標識板である。
【００１７】
物体３の垂直方位を検出する関連技術によるレーダ装置１２Ａの機能が、以下に説明される。送信アンテナによって送出されたレーダ波が、その後、物体３にて反射され、レーダ装置１２Ａの受信アンテナに向かって伝搬する。物体３の垂直方位は、位相モノパルス方式により、到来波の入射角を検出することによって推定される。
【００１８】
レーダ波は、少なくとも２つの異なる信号経路を経て、レーダ装置１２Ａの受信アンテナに到来する。第１の信号経路５は、物体３から受信アンテナへのダイレクトな経路である。マルチパス信号となる第２の信号経路６は、受信アンテナに到来する前に路面７で反射される追加的な信号経路である。路面７はミラーとして働き、そのため、物体３から１つ以上の信号が生じる。もし経路長さにおける相違が、レーダの距離分解能よりも短ければ、受信される信号は、２つの信号経路５，６を伝搬した信号の重ね合わせとなる。その場合、位相モノパルス方法によって物体３の高さを推定するとの試みは、不正確な高さの推定の結果に終わることになる。これは、位相モノパルス方法の結果が、物体と、路面７で反射された物体からの信号である、その“ゴースト”４とを識別できないためである。レンジ距離セル内の唯一のオブジェクトがモノパルス方式にて検出され得る。重ね合わされた信号は相関しており、分離できないので、検出された方位の垂直方位は、本当のターゲットの高さと反射信号の仮想の高さとの間で変動する値として推定される。このように変動する値は、自動緊急ブレーキシステム（ＡＥＢＳ）において不要な制御を引き起こすかもしれない。
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本開示の実施形態が詳細に説明される。
【００２０】
本実施形態は、ＡＥＢＳのために使用され、前方物体を認識するためのレーダ装置について説明する。本開示を適用可能な選択肢が、路面７上に位置する車両１０を示す、図１に示されている。車両１０の前進方向は矢印Ａの向きによって定義される。車両１０は、前方監視レーダ装置１２を備えている。レーダ装置１２によって検出されるべきターゲットである１つ以上の物体が、車両１０の前方に置かれる。図１では、それらの物体の内、ただ１つが示されており、物体３が、車両１０の前方であって、車両１０の高さＨ１０よりも高い、地面の上方、距離Ｈ３の高さに置かれている。もしくは、距離Ｈ３は、車両の走行路における潜在的な障害物となるような、高さＨ１０と同じか、もしくは低くても良い。物体３は、例えば道路標識板である。レーダ装置１２は、レーダ波を送出し、物体３で反射した後にレーダ装置１２に戻るレーダ波を測定可能である。レーダ装置１２は、（信号経路５として示される）ダイレクト反射信号だけでなく、（信号経路６として示される）路面７で反射されるマルチパス反射信号も受信する。
【００２１】
図２は、好ましい全ての実施形態によるレーダ装置１２の概要図を示す。レーダ装置１２は、ＦＭＣＷ（Frequency-Modulated Continuous Wave）システムに基づく、いわゆるミリ波レーダとして構成される。レーダ装置１２は、レーダ波としてのミリ波帯の周波数変調電磁波を物体へ送信するとともに、物体から受信する。レーダ装置１２は、物体に関する情報を生成し、その情報をＡＥＢＳ１４に伝送する。
【００２２】
Ｄ／Ａ（digital to analog）変換器２７は、信号処理部２６からの変調コマンドに応じて、三角形状の変調信号を発生する。信号生成器２８は、Ｄ／Ａ変換器２７によって発生された変調信号に応じて、その発振周波数を変化させる。分配器１３は、信号生成器２８の出力信号を、スイッチング部３２に送られる送信信号と、混合器２１に送られるローカル信号とに分配する。スイッチング部３２は、１つの送信器エレメント３０を選択し、それにより、ただ１つの送信器エレメント３０がレーダ波を送信し、各送信器エレメント３０は、送信信号に基づく一定の期間、レーダ波を送信する。送信アンテナ１６は、送信信号に応じてレーダ波を送出する。
【００２３】
さらに、レーダ装置１２は、受信アンテナ２０、混合器２１、増幅器２３、及びＡ／Ｄ変換器２５を含む。受信アンテナ２０は、送信アンテナ１６から送出されたレーダ波の反射であるレーダ波を受信する。混合器２１は、受信アンテナ２０からの受信信号をローカル信号と混合し、それにより、ビート信号を発生させる。増幅器２３は、混合器２１によって発生されたビート信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器２５は、増幅器２３によって増幅されたビート信号をサンプリングし、サンプリング信号をデジタルデータに変換する。
【００２４】
ビート信号は、受信信号とローカル信号との差分の周波数成分である。なお、ビート信号の周波数成分は、ビート周波数と呼ばれる。周波数は、ＦＭＣＷ方式によって自車両と物体との距離及び速度を計算するために用いられる。
【００２５】
複数の信号生成器２８が設けられる場合、それぞれの信号生成器２８は、送信器エレメント３０がそれぞれ異なるレーダ波を同時に送信できるように、各送信器エレメント３０にそれぞれ異なる信号を与える。
【００２６】
レーダ装置１２、特に、受信アンテナ２０と好ましくは送信アンテナ１６も、図１に示されるように、地面の上方、距離Ｈ２の高さに配置される。受信アンテナ２０によって受信される信号は、その後、レーダ装置１２に設けられた信号処理部２６へ進む。信号処理部２６は、受信アンテナ２０によって受信された計測信号を処理することができ、送信アンテナ１６によって送出された信号に関する情報と組み合わせて、物体３の距離、速度、２Ｄ ＤＯＡを決定することができる。信号処理部２６の出力は、その後、信号処理部２６の出力からゴースト物体信号を除去することができる物体通知部６０を経て、車両に設けられたＡＥＢＳ１４へ通知される。ＡＥＢＳ１４は、物体３との衝突が差し迫っているかどうかを決定することができ、その決定に基づき、差し迫った衝突を運転者に知らせ、及び／又は、衝突が回避され、もしくは緩和されるように、車両のブレーキを作動させることができる。ＡＥＢＳ１４は、受信アンテナ２０及び好ましくは送信アンテナ１６の搭載高さＨ２と、車両の高さＨ１０を組合せつつ、レーダ装置１２によって計測された物体３の距離、速度、及び２Ｄ ＤＯＡに基づいて衝突が差し迫っているかどうかを判定することができる。
【００２７】
さらに図２を参照して、全ての実施形態によるレーダ装置１２内の機能ユニットが、以下に詳細に説明される。
【００２８】
送信アンテナ１６は、同時もしくは順次のいずれかにて相互に独立したレーダ波を送出することが可能な、同じ放射パターンを持つｎ個の送信器エレメント３０を備える。送信器エレメント３０は、図２において、Ｔ１からＴｎと名付けられている。送信器エレメントＴ１、Ｔｎだけが図２に示されている。送信器エレメント３０の相対配置は後のセクションで説明される。
【００２９】
受信アンテナ２０は、レーダ波を受信することが可能なｍ個の受信器エレメント３４を備え、ｍは少なくとも３である。受信器エレメント３４は、Ｒ１からＲｍと名付けられている。受信器エレメントＲ１、Ｒｍだけが図２に示されている。受信器エレメント３４の相対配置は、後のセクションで説明される。
【００３０】
信号処理部２６は、各送信器エレメント３０によって送出されたレーダ波に対応する信号、及び、受信器エレメント３４によって受信されたレーダ波に対応する信号を与えられる。好ましいすべての実施形態による信号処理部２６内の機能ユニットが、以下に詳しく説明される。
【００３１】
信号処理部２６は、物体３の距離及び速度を決定する距離・速度計算部５２を有する。この機能のために、信号送信アンテナ３０によって送信されたレーダ波、及び受信器エレメント３４によって検出されたレーダ波は、距離・速度計算部５２によって処理される。周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）が使用される場合、距離・速度計算部５２は、当業者に知られた方法を用いて、ビート周波数に基づき物体３の距離及び速度を計算する。
【００３２】
距離・速度計算部５２の出力は、当該距離・速度計算部５２の出力に基づいて、車両１０の正面に１つ以上の物体が存在するかどうかを判定することができる検出部５４によって処理される。
【００３３】
検出部５４の出力は、２ＤＤＯＡ推定部５６に与えられる。２Ｄ ＤＯＡ推定部５６は、推定部の一例に相当する。物体３の垂直及び水平方位の推定は、後のセクションで説明される方法に従って、ここで実行される。２Ｄ ＤＯＡ推定部５６は検出部５４の出力から伝えられたデータを使用し、それを各物体のための対応する２Ｄ ＤＯＡ値と組み合わせる。その処理は、複数の連続した期間に渡って実行される。２Ｄ ＤＯＡ推定部５６は、期間ｔ毎に１つ又は複数の物体の垂直及び水平方位の推定値を生成する。
【００３４】
一定の時間間隔で２ＤＤＯＡ推定部５６によって検出される１つ又は複数の物体の距離、速度、水平方位及び垂直方位に関するデータを含む、２Ｄ ＤＯＡ推定部５６の出力は、追跡部５８に与えられる。追跡部５８は、複数の期間に渡るデータを分析し、例えばカルマンフィルタを用いて、物体が、連続する期間において車両１０に対する位置を変化させているか否か、物体の状態を推定する。追跡部５８は、それぞれの検出物体の距離、速度及び２Ｄ ＤＯＡに関するデータである物体データを送出することができる。
【００３５】
追跡部５８によって送出された物体データは、その後、追跡部５８によって提供された物体データ内から、路面７で反射された物体からの信号であるゴースト物体を判定することができる物体通知部６０を経て、自動緊急ブレーキシステム（ＡＥＢＳ）１４に送られる。その判定は、各検出物体の垂直方位と、受信アンテナ及び好ましくは送信アンテナ１６の搭載高さＨ２に基づいて、好ましくは、さらに検出物体が路面７の上方又は下方に位置するかどうかに基づいてなされる。任意ではあるが、物体通知部６０は、さらに、例えば各検出物体の距離及び速度などの他の物体データ、及び／又は、例えばＧＰＳシステムや道路勾配を検出可能な単一又は複数のセンサのような車両内の他のセンサからのセンサデータに基づいて、ゴースト物体を判定することができる。
【００３６】
物体通知部６０は、その後、レーダ装置１２からＡＥＢＳ１４へ送信する前に、物体データからそれらのゴースト物体を除去することができる。物体通知部６０は、ＡＥＢＳ１４にのみデータを送信するものに制限されない。任意ではあるが、物体通知部６０は、レーダ装置１２から、先行車両との安全距離を維持するように車両速度を調節することが可能なアダプティブクルーズコントロールシステム（図示せず）のような、車両１０内の他の機能ユニットにデータを送信することも可能である。
【００３７】
物体通知部６０からＡＥＢＳ１４に達した物体に関するデータは、最初に、衝突切迫予測部６２に進む。そのデータは、物体の数、及び、各物体の距離、速度、２Ｄ ＤＯＡを含む。衝突切迫予測部６２は、このデータ、受信アンテナ２０及び好ましくは送信アンテナ１６の搭載高さＨ２、及び車両の高さＨ１０に基づいて、車両１０に対する各物体３の垂直位置及び水平位置を演算する。衝突切迫予測部６２は、車両１０に対する物体３の垂直位置及び水平位置と、物体の距離及び速度とに基づいて物体との衝突が差し迫っていることを判定することができる。物体との衝突が差し迫っていると判定されたとき、衝突切迫予測部６２は、運転者警告要求部６４によって受信されるように、衝突切迫予測信号を送信する。衝突切迫予測部６２は、物体３との衝突がもはや差し迫っていないと判定されたとき、衝突切迫予測信号の送信を停止することができる。
【００３８】
運転者警告要求部６４は、衝突切迫予測部６２からの信号に基づいて、運転者警告信号を起動するかどうかを判定することができる。警告信号を起動すると判定されたとき、運転者警告要求部６４は、運転者警告要求信号を、例えば、音響警報、及び／又はダッシュボード上の発光体である運転者警告部６６へ送信する。さらに、運転者警告要求部６４は、ブレーキ要求部７０に運転者警告要求信号を送信する。運転者警告要求部６４は、衝突切迫予測信号が停止されたとき、運転者警告部６６及びブレーキ要求部７０の両方に対する運転者警告要求信号の送信を停止することができる。
【００３９】
ブレーキ要求部７０は、運転者警告部６６が起動されてから所定期間内に、運転者が回避行動を取っていないかどうかと組み合わせて、運転者警告要求部６４からの運転者警告要求信号に基づきブレーキを作動させるかどうかを判定することができる。車両の速度などのパラメータが、任意ではあるが、ここで使用されても良い。回避行動は、例えば、ブレーキング又は物体の周囲における操舵を含んでも良い。ブレーキ要求部７０は、運転者警告要求信号が停止されたとき、ブレーキ要求の送信を停止することができる。
【００４０】
自動的にブレーキを作動させると判定されたとき、ブレーキ要求部７０は、運転者の行動なしに、車両１０のブレーキを自動的に作動させることができるブレーキ部７２にブレーキ要求信号を送信する。
【００４１】
その結果、運転者への警告によって、及び／又は、自動的な緊急ブレーキによって、衝突が回避、もしくは軽減される。
【００４２】
図３は、上述した及び図２に示された送信アンテナ１６と受信アンテナ２０を含む、本開示の第１実施形態によるアンテナレイアウト１１を示している。Ｔ１及びＴ２の記号が付された四角が、それぞれ、各々の送信器エレメント３０の位相中心を表しており、Ｒ１からＲ８の記号が付された四角が、それぞれ、各々の受信器エレメントの位相中心を表している。各送信器エレメント３０及び受信器エレメント３４は、接続された複数のパッチアンテナを有する。受信器エレメント３４と送信器エレメント３０は、同一平面に配置される。
【００４３】
受信アンテナ２０内には、８個の受信器エレメントＲ１〜Ｒ８が、２行の受信器エレメント３４からなるＷ字状に配列され、それらの行は、水平シフトｄｈによって相対的にずらされており、それにより、各受信器エレメント３４の垂直方向の大きさが、その上方又は下方に配置された受信器エレメント３４と重なり合わないようになっている。換言すると、受信アンテナ２０は、一行当り４個の受信器エレメントを持ち、等間隔の８列と２行とに配列された８個の受信器エレメント３４を有する。受信器エレメント３４の行は、垂直方向で距離Ｈｒだけ間隔が開けられている。
【００４４】
送信アンテナ１６内には、２個の送信器エレメント３０が、垂直方向に距離Ｈｔ、水平方向に距離Ｗｔだけ、互いに相対的にずらされている。距離Ｈｔは第１の各距離に相当し、距離Ｈｒは第２の各距離に相当し、距離Ｗｔは第３の各距離に相当し、水平シフトｄｈは第４の各距離に相当する。
【００４５】
信号処理部２６は、送信器エレメント３０によって送信された信号及び受信器エレメント３４によって受信された信号に基づいて、図４Ａに示される、仮想受信器エレメント４０の仮想アレイ３８（仮想受信アレイとしても言及される）を生成することができる。
【００４６】
ある送信器エレメント３０によって送信され、受信器エレメントＲ１〜Ｒ８によって受信される信号は、同じ送信器エレメント３０が変位され、受信器エレメント３４が対応する距離だけ、しかし、逆方向に変位された場合に受信される信号と同一である。これは、２個の送信器エレメントＴ１、Ｔ２を持つ送信アレイ１６が、１つの送信器エレメントＴ１を持つ送信アレイとみなされ、受信アンテナ２０が、１６個の受信器エレメントＲｖ１〜Ｒｖ１６を持つ仮想受信アレイ（仮想アレイとしても言及される）とみなされうることを意味する。仮想受信器エレメントＲｖ９〜Ｒｖ１６の位置は、送信器エレメントＴ１に対する送信器エレメントＴ２の変位に対応する変位だけ、それぞれ、仮想受信器エレメントＲｖ１〜Ｒｖ８の位置を移すことによって決定される。
【００４７】
それゆえ、仮想アレイ３８は、各々、４個の受信器エレメント３４を含み、隣接する行が、実際の受信アンテナ２０の受信器エレメント３４の隣接する行の間での水平シフトｄｈに対応する距離だけ水平方向に相対的にシフトされた、４行に配列された１６個の仮想受信器エレメントＲｖ１〜Ｒｖ１６を有する。複数の行は、垂直方向に距離Ｈｒだけ間隔が開けられている。本実施形態では、１６個の仮想受信器エレメント４０を持つ仮想アレイを提供することによって、有効受信器エレメントの数が２倍化される。本開示は、８個の受信器エレメント３４を含む受信アレイ２０に制限されない。例えば、第１実施形態の変形形態として、現状の受信器エレメント３４と同じ間隔ｄｈを維持しつつ、各行に受信器エレメント３４を追加することによって、受信アレイ２０の受信器エレメント３４の数を増やすことができる。この場合、送信器エレメント３０の配置は修正される必要はない。後のセクションで説明される実施形態は、さらなる可能性のある送信器エレメント３０と受信器エレメント３４の配置を備える。
【００４８】
水平方向における２個の送信器エレメント３０間の距離Ｗｔは、好ましくは、受信器エレメント３４の隣接する行の間の水平シフトｄｈの２倍に相当する。同じ行の隣接する２個の受信器エレメントＲ１とＲ３との間の距離Ｗｒは、好ましくは、距離Ｗｔに一致する。さらに、２個の送信器エレメント３０の間の垂直距離Ｈｔは、受信器エレメント３４の隣接する行の間の垂直距離Ｈｒの２倍に相当する。
【００４９】
２Ｄ ＤＯＡ推定部５６は、仮想アレイにおける各受信器エレメント４０の出力を用いて、物体の水平方位及び垂直方位を推定することができる。各仮想アンテナ（仮想受信器エレメントとしても言及される）４０からの信号が記録されたとき、仮想受信器エレメント４０からの信号は、列ベクトルＸ＝［ｘ１、ｘ２、…、ｘ１６］Ｔに集約される。なお、ｘｉは、ｉ番目（１、２、…、１６）の仮想受信器エレメント４０によって受信された信号である。ここで使用され得る到来方向推測アルゴリズムは、受信信号のベクトルの標本共分散行列の固有値分解に基づく、いわゆる固有値技法である。以降、「標本共分散」との用語は、「共分散」と略される。換言すると、ＤＯＡは、共分散行列から推定される。本実施形態の場合、図４Ａの仮想アンテナ（仮想アレイとしても言及される）３８の共分散行列は、（１６×１６）行列である。
【００５０】
関連技術から公知である、ＥＳＰＲＩＴ及びＣａｐｏｎのような固有値分解アルゴリズムがここで使用されうる。好ましいアルゴリズムは、例えば、“Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation,”(IEEE Trans., vol.AP-34, No.3, pp.276-280, March 1986)において、R. O. Schmidtによって説明されるＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）アルゴリズムである。ＭＵＳＩＣ方式の利点は、ノイズの存在下において、特にＤＯＡ推定の分解能を高められることにある。
【００５１】
固有構造技法によって２Ｄ ＤＯＡを推定するレーダ装置１２の性能は、コヒーレントな、すなわち高い相関を持つ信号の相関を失わせた場合に、特に改善され得る。そのような信号の例は、例えば、並んで走行する２台の異なる車両であったり、道路標識板からのダイレクト信号と、道路で反射される、その鏡像からの信号とであったりする。それらのようなケースにおいて、レーダ装置１２が信号の相関を失わせることができることは有利である。非相関性を高めるための２つの方法が、以下に説明され、改良方法の一方もしくは両方のいずれかが、上述した固有値技法に加えて用いられる。
【００５２】
最初に、分解性能を高めるための空間的平滑化方法が、以下に説明される。
【００５３】
仮想アレイ３８を生成することに加えて、また、固有値分解を実行する前の前処理工程として、２Ｄ ＤＯＡ推定部５６は、仮想受信アレイ３８におけるすべての仮想受信器エレメント４０を、重なりあう同一のサブアレイに分割することができ、各サブアレイは、仮想アレイ３８の仮想受信器エレメント４０の総数の一部を含み、そして、各サブアレイのための共分散行列が決定される。本実施形態による仮想アレイ３８の場合のサブアレイ４２、４４、４６、及び４８が図４Ｂに示されており、サブアレイ４２は仮想受信器エレメントＲｖ１、Ｒｖ３、Ｒｖ５、Ｒｖ２、Ｒｖ４、Ｒｖ６、Ｒｖ９、Ｒｖ１１、及びＲｖ１３を含み、サブアレイ４４は仮想受信器エレメントＲｖ２、Ｒｖ４、Ｒｖ６、Ｒｖ９、Ｒｖ１１、Ｒｖ１３、Ｒｖ１０、Ｒｖ１２、及びＲｖ１４を含み、サブアレイ４６は仮想受信器エレメントＲｖ３、Ｒｖ５、Ｒｖ７、Ｒｖ４、Ｒｖ６、Ｒｖ８、Ｒｖ１１、Ｒｖ１３、及びＲｖ１５を含み、サブアレイ４８は仮想受信器エレメントＲｖ４、Ｒｖ６、Ｒｖ８、Ｒｖ１１、Ｒｖ１３、Ｒｖ１５、Ｒｖ１２、Ｒｖ１４、及びＲｖ１６を含む。従って、各サブアレイは、９個の仮想受信器エレメント４０を含み、各サブアレイのための共分散行例は、（９×９）行例となる。
【００５４】
２Ｄ ＤＯＡ推定部５６は、引き続き、サブアレイの共分散行列の平均であり、（９×９）のサイズを持つ平均共分散行列を算出することができる。受信アンテナ２０の受信器エレメント３４、特にそれらの位相中心は、仮想アレイ３８の仮想受信器エレメント４０が同一の幾何学的配置の重なり合うサブアレイに分割されるように、配列されている。
【００５５】
従って、道路標識板とその反射のような、高い相関を持つ信号の場合、それぞれのサブアレイは、僅かに異なる位置で物体からの信号を受信し、スナップショットの数は４倍に増やされるので、サブアレイの共分散行列を平均化する効果として、それらの信号の相関を失わせることができる。つまり、ダイレクト信号とマルチパス信号との位相の差分は、サブアレイ間で変動し、これが非相関性の結果につながる。
【００５６】
次に、コヒーレントな、つまり高い相関性を持つソースのさらなる非相関性のための、フォワードバックワード平均方法が説明される。フォワードバックワード平均方法は、図４Ｂに示される、仮想アレイ３８の対称構造と、サブアレイ４２、４４、４６、及び４８の位相中心を利用する。仮想アレイ３８の中心に対して、ベクトルｐで表される位置に位相中心を持つサブアレイ毎に、ベクトル−ｐで表される位置にも位相中心がある。そして、フォワードバックワード平均は、テプリッツ構造に配置されるように共分散行列に適用される。これにより、信号はさらに相関が失われる。
【００５７】
上述したいずれかの固有値技法、好ましくは、ＭＵＳＩＣアルゴリズムが、次に、上述した改良方法の一方又は両方の結果としての、修正された共分散行列に対して実行される。これにより、物体からのダイレクト信号と、路面７での反射からのゴースト信号とが相関が失われ、分別され得る。
【００５８】
なお、レーダ装置の搭載高さが高められるにつれて、マルチパス反射の問題が一層難しくなることに注意されるべきである。その理由は、低い物体を観測するために、より多くのエネルギーが送信アンテナ１６によって下方に向けられることが必要となるためである。別の理由は、本当の物体３への方向と、反射された物体への方向との角度差が小さくなるためである。そのため、車両１０の正面の低い物体を検出するときには、本開示における方法が適用されても、高い相関性を持つ信号の誤検出の可能性が幾分あることに留意されるべきである。その方法は、搭載高さを考慮することよってさらに改善され得るものであり、例えば、搭載高さが高められるにつれて、仮想アレイにおける受信器エレメントの行の数を増やすことが有利となる。
【００５９】
上述したように、本実施形態によるレーダ装置により、下記の有利な効果が得られる。
【００６０】
送信アンテナ１６における送信器エレメント３０の配列、及び受信アンテナ２０における受信器エレメント３４の配列によって、信号処理部２６は、送信器エレメント３０および受信器エレメント３４からの信号を、仮想受信器エレメント４０の仮想アレイ３８が生成されるように処理することができる。仮想受信器エレメント４０の数は実際の受信器３４の数の２倍である。そのため、実際の受信器エレメント３４の数を低減しながら、受信器エレメントの有効数を増加させることができる。これは、レーダ装置のサイズや複雑さが低く保たれ得ることを意味する。
【００６１】
さらに、仮想アレイ３８は、特に、車のためのアンテナレイアウトの垂直寸法の制限を考慮したとき、受信器エレメント３４から構成することが不可能な、仮想受信器エレメント４０の配列を備える。図４Ａに示される仮想アレイ３８を参照すると、これは、仮想受信器エレメントＲｖ３〜Ｒｖ１４が、ある列において、別の仮想受信器エレメント４０の上または下に配列されているからである。例えば、仮想受信器エレメントＲｖ９は、仮想受信器エレメントＲｖ３と一列に、かつその下方に配列されている。もし、それらの仮想受信器エレメント４０が受信器エレメントの実際のアレイの一部であったとすると、それらの受信器エレメントの垂直方向の大きさは、重なり合いを防ぐために減少されなければならない。一方、仮想アレイ３８において、仮想受信器エレメントによる重なり合いは可能である。受信アンテナ２０の受信器エレメント３４の間では、隣接する受信器エレメント同士の重なり合いは起こりえない。そのため、実際の受信アンテナ２０と仮想アレイ３８の両方で、各受信器エレメントの垂直方向の大きさが増加され得る。
【００６２】
仮想アレイ３８は、１行当り、２個よりも多い受信器エレメントを持ちつつ、２行よりも多い仮想受信器エレメント４０を有する。仮想アレイ３８からの信号の共分散行列が作成され、物体の２Ｄ ＤＯＡが固有値技法を用いて推定される。１つより多い物体の水平方位及び垂直方位が同時に推定され得る。この点で、本実施形態は、物体の垂直方位を検出するために、位相モノパルス方式を使用する関連技術によるレーダ装置に対し、有利さを提供する。この場合、ただ１つの物体の垂直方位が一時期に決定され得る。一方、本実施形態では、複数の物体からのそれぞれの信号が分別され、道路上方の物体が、真向かいにあるものとして検出されることはない。また、実際の受信アンテナが、本実施形態の仮想アレイ３８と同じ数の受信器エレメントを備える構成に比較して、受信アンテナ２０のサイズを低減することができる。
【００６３】
仮想アレイ３８内の仮想受信器エレメント４０の配列は、対称な幾何学的形状を有し、同一の、かつ重なり合うサブアレイに分割され得る。これは、上述した空間的平滑化技法が、物体からのダイレクト信号と路面７における反射からの信号のような相関性のある信号の相関を失わせるために使用されることを許容する。相関を失わせた後、２つの信号は分別され得る。レーダ装置１２は、ＡＥＢＳ１４に物体の垂直方位に関する正確な上方を提供することができる。物体通知部６０は、反射信号は実際の物体を出所とするものではないことを判定することができ、運転者警告要求を送出したり、ブレーキ要求を送出したりするような、それらの信号に基づく誤った干渉が回避される。
【００６４】
次に、本開示のさらなる実施形態が説明される。実施形態間における相違点は、送信器エレメント３０及び受信器エレメント３４の配列にある。送信器エレメント及び受信器エレメント３４の機能は、すべての実施形態に当てはまる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態が説明される。以下においては、第１実施形態との相違点が説明される。
【００６６】
図５は、本開示の第２実施形態によるアンテナレイアウト１１１を示しており、送信アンテナ１１６と受信アンテナ１２０を備える。
【００６７】
受信アンテナ１２０は、図３の第１実施形態の受信器エレメントＲ１〜Ｒ４と同じ位置に相対的に配列された４個の受信器エレメントＲ１〜Ｒ４を含む。
【００６８】
送信アンテナ１１６は、図３の第１実施形態の送信器エレメントＴ１、Ｔ２と同じ位置に配列された２個の送信器エレメントＴ１、Ｔ２を含む。換言すると、２個の送信器エレメントＴ１、Ｔ２が、垂直方向に、Ｈｒの２倍に相当する距離Ｈｔだけ、及び垂直方向に、ｄｈの２倍に相当する距離Ｗｔだけ、互いに相対的にずらされている。距離Ｗｒは、好ましくは、距離Ｗｔに一致する。
【００６９】
図６は、本開示の第２実施形態による仮想受信器エレメント４０の仮想アレイ１３８を示している。仮想アレイ１３８は、４行に配列された８個の仮想受信器エレメントＲｖ１〜Ｒｖ８を有し、各行は、２個の仮想受信器エレメントを有し、隣接する行は、受信器エレメント３４の隣接する行の間の水平シフトｄｈに対応する距離だけ水平方向に相対的にシフトされる。
【００７０】
本開示の第２実施形態による受信アンテナ１２０は、第１実施形態による受信アンテナ２０よりも４個少ないエレメントである、４個の受信器エレメントＲ１〜Ｒ４を有する。このように、よりシンプルな受信アンテナ構成も可能である。
【００７１】
仮想受信器エレメントＲｖ１〜Ｒｖ８の仮想アレイ１３８は、例えば、仮想受信器エレメントＲｖ１〜Ｒｖ４、Ｒｖ５、及びＲｖ７を含む第１のサブアレイと、仮想受信器エレメントＲｖ２〜Ｒｖ７、Ｒｖ６、及びＲｖ８を含む第２のサブアレイの、同一のサブアレイに分割され得る。このようにして、空間的円滑化を通じての２Ｄ ＤＯＡが可能である。
【００７２】
（第３実施形態）
次に、本開示の第３実施形態が説明される。以下においては、第２実施形態との相違点が説明される。送信器エレメント３０及び受信器エレメント３４の機能は、すべての実施形態に当てはまる。図７は、本開示の第３実施形態によるアンテナレイアウト２１１を示しており、送信アンテナ２１６と受信アンテナ２２０を備える。
【００７３】
受信アンテナ２２０は、図３の第１実施形態の受信アンテナ２０の受信器エレメントＲ１〜Ｒ３と同じ位置に相対的に配列された３個の受信器エレメントＲ１〜Ｒ３を含む。換言すれば、受信アンテナ２２０は、等間隔の３列及び２行に配列された３個の受信器エレメント３４を有し、水平方向における列の間の間隔はｄｈとなっている。受信器エレメント３４の行は、垂直方向に距離Ｈｒだけ離されている。行は、それぞれ、２個の、及び１個の受信器エレメント３４を含む。
【００７４】
送信アンテナ２１６は、１列に配列された２個の送信器エレメントＴ１、Ｔ２を含む。換言すると、２個の送信器エレメントＴ１、Ｔ２が、垂直方向に、Ｈｒの２倍に相当する距離Ｈｔだけ、互いに相対的にずらされている。
【００７５】
図８は、本開示の第３実施形態による仮想受信器エレメント４０の仮想アレイ２３８を示している。仮想アレイ２３８は、４行に配列された６個の仮想受信器エレメントＲｖ１〜Ｒｖ６を有し、各行は、１行おきに、２個又は１個の仮想受信器エレメントを有する。送信器エレメント３０の間の垂直方向の距離Ｈｔは、受信器エレメント３４の間の水平方向における距離Ｈｒの２倍に相当するので、仮想受信器エレメント４０の隣接する行は等間隔となっている。
【００７６】
本開示の第３実施形態の利点が説明される。本開示の第３実施形態によるアンテナレイアウト２１１は、本開示の第１実施形態よりも一層少ない受信器エレメント３４しか必要としない。さらに、送信器エレメント３０の水平方向の間隔はゼロである。そのため、レーダ装置１２のシンプルな構成が確保され、水平方向における送信アンテナ２１６のサイズが低減される。
【００７７】
（第４実施形態）
次に、本開示の第４実施形態が説明される。以下においては、第３実施形態との相違点が説明される。図９は、本開示の第４実施形態によるアンテナレイアウト３１１を示しており、送信アンテナ３１６と受信アンテナ３２０を備える。
【００７８】
受信アンテナ３２０は、図９の第３実施形態の受信アンテナ２２０の受信器エレメントＲ１〜Ｒ３と同じ位置に相対的に配列された３個の受信器エレメントＲ１〜Ｒ３を含む。
【００７９】
送信アンテナ３１６は、垂直方向で送信器エレメントＴ２の下方に第３の送信器エレメントＴ３を有する。換言すると、３個の送信器エレメントＴ１〜Ｔ３が、垂直方向に、受信器３４の隣接行間の垂直方向の距離Ｈｒの２倍に相当する距離Ｈｔだけ、互いに相対的にずらされている。
【００８０】
図１０は、本開示の第４実施形態による仮想受信器エレメント４０の仮想アレイ３３８を示している。仮想アレイ３３８は、６行に配列された９個の受信器Ｒｖ１〜Ｒｖ９を有し、各行は、１行おきに、２個又は１個の受信器エレメントを有する。送信器エレメント３０の間の垂直方向の距離Ｈｔは、受信器エレメント３４の間の水平方向における距離Ｈｒの２倍に相当するので、仮想受信器エレメント４０の隣接する行は等間隔となっている。
【００８１】
本開示の第４実施形態の利点が説明される。第３実施形態による仮想アレイ２３８と比較して、第４実施形態による仮想アレイ３３８は、同一の複数のサブアレイに分割されることができ、１つのサブアレイは、仮想受信器エレメントＲｖ１、Ｒｖ２、Ｒｖ３、Ｒｖ４、Ｒｖ５、及びＲｖ６を含み、別のサブアレイは、仮想受信器エレメントＲｖ４、Ｒｖ５、Ｒｖ６、Ｒｖ７、Ｒｖ８、及びＲｖ９を含む。従って、近接した物体間の分別が、空間的円滑化の使用を通じて改善され、第１実施形態によるサブ空間方法が本実施形態に適用可能である。
【００８２】
（第５実施形態）
次に、本開示の第５実施形態が説明される。以下においては、第１実施形態との相違点が説明される。第１実施形態では、受信器エレメント３４の行数が２に制限されていた。もし、第１実施形態（図３）の受信アンテナ２０に、付加的な受信器エレメント３４の行が追加されるならば、仮想アレイ３８における仮想受信器エレメント４０の数を増やすことができる。
【００８３】
図１１は、本開示の第５実施形態によるアンテナレイアウト４１１を示しており、送信アンテナ４１６と受信アンテナ４２０を備える。
【００８４】
受信アンテナ４２０は、３行の受信器エレメント３４を含み、２段のＷ字状に配列された１２個の受信器エレメントＲ１〜Ｒ１２を有し、そこにおいて、隣接する行は、各受信器エレメント３４の垂直方向の大きさが隣接行の受信器エレメント３４と重なり合わないように、距離ｄｈだけ水平方向に相対的にシフトされている。換言すれば、受信アンテナ４２０は、１行当り４個の受信器エレメント３４を持ち、９列及び３行に配列された１２個の受信器エレメント３４を有する。受信器エレメント３４の行は、垂直方向に距離Ｈｒだけ離されている。
【００８５】
送信アンテナ４１６は、垂直方向に距離Ｈｔだけ、及び水平方向に距離Ｗｔだけ相対的にずらされた２個の送信器エレメントＴ１、Ｔ２を有する。
【００８６】
水平方向における２個の送信器エレメント３０間の距離Ｗｔは、受信器エレメントの行の水平シフトｄｈの３倍に相当する。さらに、垂直方向における２個の送信器エレメント３０間の距離Ｈｔは、受信器エレメント３４の隣接行の間の垂直方向の距離Ｈｒの３倍に相当する。
【００８７】
図１２は、結果として生じる、仮想受信器エレメント４０の仮想アレイ４３８を示している。仮想アレイは、６行に配列された２４個の仮想受信器エレメントＲｖ１〜Ｒｖ４を含み、そこにおいて、隣接する行は、水平シフトｄｈに相当する距離だけ、水平方向に相対的にシフトされている。
【００８８】
本開示の第５実施形態の利点が説明される。受信アンテナ４２０は３行の受信器エレメント３４を有し、そこにおいて、隣接する行は、各受信器エレメント３４の垂直方向の大きさが隣接行の受信器エレメント３４と重なり合わないように、距離ｄｈだけ水平方向に相対的にシフトされている。水平シフトのない構成と比較すると、各受信器エレメント３４の垂直方向の大きさが制限されず、垂直方向の大きさが増大される。受信器エレメント３４の行数は３である。このため、以前の実施形態に比較して、仮想受信器エレメント４０の数がより多くなる。そのため、レーダ装置の垂直方向の分解能がより向上される。
【００８９】
（第６実施形態）
次に、本開示の第６実施形態が説明される。以下においては、第１実施形態との相違点が説明される。図１３は、本開示の第６実施形態によるアンテナレイアウト５１１を示しており、送信アンテナ５１６と受信アンテナ５２０を備える。
【００９０】
受信アンテナ５２０は、水平方向に距離Ｇｗだけ間を空けられた２つのグループ５８０、５８２に配列された６個の受信器エレメント３４を有する。各グループは、３個の受信器エレメント３４を有する。各グループ内において、３個の受信器エレメント３４は、１行当たり１個の受信器エレメント３４にて、３行に配列されている。複数の行は、各受信器エレメント３４の垂直方向の大きさが、その上方または下方に配置される受信器エレメント３４と重なり合わないように、水平シフトｄｈだけ相対的にシフトされている。換言すると、受信アンテナ５２０は、１つのグループにつき、１行あたり１個の受信器エレメントで３行からなり、２つのグループに配列された６個の受信器エレメント３４を有する。受信器エレメント３４の行は、距離Ｈｒだけ垂直方向に離されている。
【００９１】
受信器のグループは、水平方向に整列され、水平方向におけるグループ間の距離（Ｇｗ）は、受信器の列間隔ｄｈの４倍に相当する。
【００９２】
送信アンテナ５１６は２個の送信器エレメントＴ１、Ｔ２を備え、それらは水平方向に整列され、水平方向に距離Ｓｔだけ相対的にずらされている。同じ行の隣接する送信器間の水平距離Ｓｔは、２ｄｈであるＧｗ／２に一致する。距離Ｓｔは、第５の各距離に相当し、距離Ｇｗは、第６の各距離に相当する。
【００９３】
図１４は、結果として生じる、本開示の第６実施形態による仮想受信器エレメント４０の仮想アレイ５３８を示している。仮想アレイ５３８は、それぞれ、４個の仮想受信器エレメント４０を有する３行に配列された１２個の仮想受信器エレメントＲｖ１〜Ｒｖ１２を含み、そこにおいて、隣接する行は、仮想受信器エレメント４０の隣接行の間で、実際の受信アンテナ５２０における水平シフトｄｈに相当する距離だけ、水平方向に相対的にシフトされている。本実施形態では、１２個の受信器エレメントを持った仮想アレイを提供することで、有効受信器エレメントの数が、受信アンテナ５２０の受信器エレメント３４に比較して２倍化される。
【００９４】
本開示の第６実施形態による仮想アレイは、仮想受信器エレメント４０のレイアウトが、物理的な受信器エレメントのレイアウトが横に並んで繰り返されたものではない、という点で以前の実施形態と異なる。むしろ、仮想アレイ５３８における仮想受信器エレメント４０の列は、２つの受信器からの列が交互に配置される形状に配列されている。
【００９５】
本開示の第６実施形態の利点は以下の通りである。受信アンテナ５２０は３行に配列された受信器エレメント３４を有し、そこにおいて、各受信器エレメント３４は固有の水平変位を有している。そのため、各受信器エレメント３４は、その上方または下方に配置される別の受信器エレメント３４と重なり合わず、よって、受信器エレメント３４の三番目の行が、各受信器エレメント３４の垂直方向の大きさを制限することなく、設けられる。加えて、第１実施形態と比較して、受信器エレメント３４間の平均間隔は大きく、よって、受信器エレメント３４の絶縁が高まる。さらに、受信アンテナ５２０の垂直方向の寸法を大きくすることが可能である。
【００９６】
（第７実施形態）
次に、本開示の第７実施形態が説明される。以下においては、第６実施形態との相違点が説明される。図１５は、本開示の第６実施形態によるアンテナレイアウト６１１を示しており、送信アンテナ６１６と受信アンテナ６２０を備える。
【００９７】
受信アンテナ６２０は、第６実施形態の受信アンテナ５２０と同じ受信器エレメントのレイアウトを有する。
【００９８】
送信アンテナ６１６は、送信器エレメントＴ１の位置から水平方向に距離Ｗｔ、垂直方向に距離Ｈｔだけ移動された第２行の送信器エレメントＴ３、Ｔ４に加えて、第６実施形態と同じ位置に送信器エレメントＴ１、Ｔ２を備える。水平方向での送信器エレメントＴ３とＴ４との間の距離は、水平方向でのＴ１とＴ２との間の距離と同じである。
【００９９】
送信器エレメント３０の隣接行間の垂直方向における距離Ｈｔは、受信器エレメント３４の隣接行間の垂直方向における距離Ｈｒの３倍に相当する。さらに、送信器エレメント３０の隣接行間の水平シフトＷｔは、受信器エレメント３４の列間隔（又は水平シフト）ｄｈの３倍に相当する。
【０１００】
図１６は、本開示の第７実施形態による仮想受信器エレメント４０の仮想アレイ６３８を示している。第６実施形態の仮想アレイと比較すると、第７実施形態による仮想アレイは、仮想受信器エレメントＲｖ１〜Ｒｖ１２を含む行の下方に、追加の３行に配列された１２個の追加の仮想受信器エレメントＲｖ１３〜Ｒｖ２４を備えており、各行は４個の仮想受信器エレメント４０を含む。
【０１０１】
第７実施形態の利点は、以下の通りである。
【０１０２】
受信アンテナ６２０は、３行に配列された受信器エレメント３４を備え、各受信器エレメント３４が固有の水平変位を有する。そのため、各受信器エレメント３４は、その上方又は下方の別の受信器エレメント３４と重なり合わず、３行の受信器エレメント３４は、各受信器エレメント３４の垂直方向の大きさを制限することなく、設けられる。
【０１０３】
２４個の仮想受信器エレメント４０を備える仮想アレイを提供することにより、有効受信器エレメントの数が、受信アンテナ６２０の受信器エレメント３４に比較して４倍にされる。そのため、受信器エレメントの数を低減しながら、より高分解能のレーダ装置が提供され、そのレーダ装置のサイズは小さいまま維持される。
【０１０４】
（第８実施形態）
次に、本開示の第８実施形態が説明される。以下においては、第７実施形態との相違点が説明される。図１９は、送信アンテナ７１６と受信アンテナ７２０を備える、本開示の第７実施形態によるアンテナレイアウト７１１を示す。
【０１０５】
送信アンテナ７１６は、１行当り２個の送信器エレメント３０で、３行に配列された６個の送信器エレメントＴ１〜Ｔ６を有する。この配列は、送信器エレメントＴ３及びＴ４が、隣接する受信器エレメントの行間の距離Ｈｒに相当する距離だけ上方に移動され、ｄｈに相当する距離だけ左方に移動されるという点において、第６及び第７実施形態の発展形である。第５及び第６送信器エレメントＴ５及びＴ６を含む行が、垂直方向において、Ｔ３及びＴ４の下方で、距離２Ｈｒ隔て、水平方向に距離２ｄｈだけずれた位置に追加される。従って、送信器エレメントＴ２とＴ３とは縦一列に並び、送信器エレメントＴ４とＴ５とが縦一列に並ぶ。
【０１０６】
受信アンテナ７２０は、水平方向に距離Ｇｗだけ間を空けられた２つのグループ７８０、７８２に配列された、４個の受信器エレメント３４を有する。各グループは、２個の受信器エレメント３４を含む。各グループ内において、２個の受信器エレメント３４が、１行当り１個の受信器エレメントで、２行に配列されている。受信器エレメント３４は、各受信器エレメント３４の垂直方向の大きさが、その上方又は下方に配列される受信器エレメント３４と重なり合わない水平位置に配列される。換言すれば、受信アンテナ７２０は、１つのグループにつき、１行あたり１個の受信器エレメント３４で、２行の２つのグループに配列された４個の受信器エレメント３４を有する。受信器エレメント３４の行は、距離Ｈｒだけ垂直方向に離されている。
【０１０７】
受信器のグループは、水平方向に整列され、水平方向におけるグループ間の距離（Ｇｗ）は、受信器の列間隔（ｄｈ）の４倍に相当する。
【０１０８】
図１８は、本開示の第８実施形態による仮想受信器エレメント４０の仮想アレイ７３８を示している。第７実施形態の仮想アレイと同様に、第８実施形態による仮想アレイも、各行が４個の仮想受信器エレメント４０を含む、６行の仮想受信器エレメント４０を有する。
【０１０９】
第７実施形態の利点に加え、第８実施形態の更なる利点は以下の通りである。受信器エレメント３４の数を減じることにより、受信アンテナ７２０がサイズ的に低減され、その一方で、第７実施形態の仮想アレイと同じ数の仮想アンテナ４０を維持することができる。
【０１１０】
第８実施形態の変形例として、第７実施形態の受信アンテナ６２０のように、３行の受信器エレメント３４を受信アンテナ７２０に設けることによって仮想受信器エレメント４０の数が増加され得る。このように、変形例は、第７実施形態の受信アンテナ６２０を、第８実施形態の送信アンテナ７１６に組合せ、適合させたものとすることができる。
【０１１１】
本開示によるレーダ装置１２が、上記の実施形態に基づき説明された。しかしながら、本開示は上述した実施形態に制限されず、本開示の範囲から逸脱せずに、多様な他の実施形態にて実施されても良い。例えば、以下の変更がなされても良い。
【０１１２】
本開示は、例えば、後方、左側方、又は右側方など、車両の前方以外の異なる方向を監視するレーダ装置に適用可能である。レーダ装置１２は、アダプティブクルーズコントロール（ＡＣＣ）システムに使用され得る。
【０１１３】
本開示の実施形態による物体通知部６０は、追跡部によって提供される物体データから、路面７で反射される、物体からの信号であるゴースト物体を検知し、それらのゴースト物体を物体データから削除する機能を有する。選択的に、物体通知部６０のこの機能は、ＡＥＢＳ１４に含まれても良い。
【０１１４】
送信器エレメント３０及び受信器エレメント３４の数は、上述された実施形態に示されて数に限定されない。任意の数の送信器エレメント３０及び受信器エレメント３４が、本開示の範囲内に属する限り、アンテナレイアウトに設けられても良い。
【０１１５】
上記の実施形態において、送信器エレメント３０と受信器エレメント３４は、平面上に配置される。しかしながら、本開示は、この構造に限定されない。送信器エレメント３０と受信器エレメント３４とは、好ましくは互いに平行な、異なる面に設けられても良い。
【０１１６】
なお、送信アンテナ１６は、送信部の一例に相当する。受信アンテナは、受信部に相当する。
【０１１７】
本開示の第１の態様によれば、レーダ装置は、物体に向けてレーダ波としての送信信号を送出する複数の送信器エレメントを含む送信部、物体による送信信号の反射である反射信号を受信する複数の受信器エレメントを含む受信部、送信器エレメントの数によって掛け合わされる受信器エレメントの数に相当する数の仮想受信器エレメントを含む仮想受信アレイを発生させる部分、仮想受信アレイを複数の同一のサブアレイに分割する部分、反射信号に基づいて、サブアレイの各々のための共分散行列データを生成する部分、反射信号中の物体からのダイレクト反射信号とマルチパス反射信号との相関を失わせるべく、サブアレイの各々のための共分散行列データを平均化することによって、反射信号を空間的に滑らかにする部分、反射信号の空間的平滑化の結果に基づいて、物体からのダイレクト反射信号とマルチパス反射信号とを分別する部分、及び、ダイレクト反射信号に基づいて物体の方向を決定する部分を備える。
【０１１８】
このレーダ装置では、反射信号は、その後、受信器エレメントの仮想受信アレイを生成するために処理され得る。仮想受信アレイにおける仮想受信器エレメントの数は、送信器エレメントの数によって掛け合わされる受信器エレメントの数に相当する。受信器エレメントの仮想アレイは、反射信号のさらなる信号処理を容易にする同じサブアレイに分割される。サブアレイの形成に続いて、各々のサブアレイのための共分散行列データが、反射信号に基づいて生成される。共分散行列データは、反射信号中の物体からのダイレクト反射信号とマルチパス反射信号との相関を失わせるべく、平均化によって空有間的に平滑化される。その結果、物体からのダイレクト反射信号とマルチパス反射信号とが分別される。そのため、高分解能で、複数の物体の到来方向を推定することが可能となる。
【０１１９】
本開示の第２の態様は、好ましくは第１の態様による、少なくとも２個の送信器エレメントを含む送信部と、第１の方向に少なくとも２行に、その第１の方向と直交する第２の方向に少なくとも３列に配列された少なくとも３個の受信器エレメントを含む受信部と、を有するレーダ装置のためのアンテナレイアウトを備え、少なくとも２個の送信器エレメントの全ての隣接エレメント間の第１の方向における各距離は、受信器エレメントの行数によって掛け合わされた、隣接行内の全ての受信器エレメントの隣接エレメント間の第１の方向における各距離に相当する。
【０１２０】
本開示の第２の態様によるアンテアレイアウトでは、仮想アレイの垂直方向の大きさが、実際の受信アンテナの垂直方向の大きさよりも大きい、受信器エレメントの仮想アレイを生成することができる。そのため、垂直方向の分解能が向上される。仮想受信アレイは、実際の受信器アレイだけよりも多くの受信器エレメントを含み、受信アンテナの有効開口サイズが増加される。さらに、仮想アレイの各受信器エレメントの垂直方向の大きさは、隣接する受信器エレメントによって制限されない。
【０１２１】
本開示の第３の態様は、受信器エレメントが奇数個の場合に、送信器エレメントは、同じ列に設けられる、第２の形態によるアンテナレイアウトを備える。
【０１２２】
第３の態様によるアンテナレイアウトでは、仮想アレイが規則的な構造を有する、奇数個の実際の受信器エレメントを用いた受信器エレメントの仮想アレイを作成することができる。これは、受信された信号のさらなる信号処理を一層容易にする。前述の態様の場合と同様に、それぞれの受信器エレメントの垂直方向の大きさが、その上方又は下方の受信器エレメントによって制限されず、開口サイズが大きいまま維持され得る受信器エレメントの仮想アレイを生成することができる。
【０１２３】
本開示の第４の態様は、受信器エレメントが偶数個の場合に、隣接行内の少なくとも２個の送信器エレメントのすべての隣接エレメント間の第２の方向における各距離は、受信器エレメントの行数によって掛け合わされた、異なる行において隣接する受信器エレメント間の第２の方向における各距離に相当する、第２の形態によるアンテナレイアウトを備える。
【０１２４】
本開示の第５の態様は、仮想受信アレイにおいて、仮想受信器エレメントの数が、第１の方向における受信アンテナの受信器エレメントの数に比較して、第１の方向において２倍にされる、第２の態様によるレーダ装置を備える。
【０１２５】
本開示の第６の態様は、受信アンテナの開口サイズをさらに拡大する、仮想アレイの仮想受信器エレメントの数がさらに増加される、とのさらなる利点を有する。
【０１２６】
本開示の第６の態様において、このましくは第２の態様によるものであり、送信部は少なくとも２個の送信器エレメントを含み、受信部は少なくとも２つのグループの受信器エレメントを含み、各々のグループは、第１の方向において少なくとも２行に、かつ第１の方向に直交する第２の方向において少なくとも２列に配列された、少なくとも２個の受信器エレメントを有し、同じ行の少なくとも２個の送信器エレメントの全ての隣接エレメント間の第２の方向における各距離は、１つのグループの全ての受信器エレメントの隣接エレメント間の第２の方向における各距離の２倍に相当し、受信器エレメントの隣接グループの、構造的に対応する受信器エレメント間の同じ行の第２の方向における各距離は、１行内の送信器エレメントの数によって掛け合わされた、同じ行内の少なくとも２個の送信器エレメントの全ての隣接エレメント間の第２の方向における各距離に相当する。好ましくは、受信器エレメントの数は、１列あたり、１グループにつき、１つである。
【０１２７】
第６の態様によるアンテナレイアウトでは、実際の受信器エレメントは重なり合わない。そのため、それぞれの実際の受信器エレメントの垂直方向の大きさは制限されない。さらに、実際の受信器エレメントのグループ間の間隔によって、受信器エレメント間の平均距離は大きくなり、受信器エレメントの分離が強められる。さらに、続いて、仮想アレイの仮想受信器エレメントの数が実際の受信器エレメントの数よりも多く、レーダ装置が小型に維持され、かつシンプルな構成を有する、受信器エレメントの仮想受信アレイを作成することができる。
【０１２８】
本開示の第７の形態は、仮想受信アレイにおいて、仮想受信器エレメントの数が、第２の方向における受信アンテナの受信器エレメントの数に比較して、第２の方向において２倍にされる、第６の態様によるレーダ装置を備える。
【０１２９】
本開示の第７の態様は、レーダ装置の分解性能を向上する、仮想アレイの仮想受信器エレメントの数がさらに増加される、とのさらなる利点を有する。
【０１３０】
本開示の第８の態様は、送信器エレメントと受信器エレメントとが同一平面に配置され、第１の方向は垂直方向であり、第２の方向は水平方向である、第１から第７の態様の１つによるレーダ装置を備える。
【０１３１】
本開示の第８の態様は、受信及び送信アンテナのシンプルな構成が得られ、信号処理が容易になる、との利点を有する。
【０１３２】
本開示の第９の態様は、さらに、信号の到来方向を推定するための仮想受信アレイの共分散行列データの各々に対し、固有構造技法を適用する手段を有する、第１から第８の態様の１つによるレーダ装置を備える。
【０１３３】
本開示の第９の態様は、複数の物体の到来方向が、高分解能でレーダ装置によって検出され得るとの利点を有する。
【０１３４】
本開示の第１０の態様は、固有構造技法が、多重信号分類（Multiple Signal Classification：ＭＵＳＩＣ）アルゴリズムである、第１３の態様によるレーダ装置を提供する。
【０１３５】
本開示の第１０の態様は、到来方向推定の分解能がさらに向上されるとの利点を有する。
【０１３６】
本開示が実施形態を参照して説明されたが、本開示はそれらの実施形態及び構成に限定されないことが理解されるべきである。本開示は、種々の変形例並びに均等なアレンジを包含することが意図されている。さらに、より多い、より少ない、もしくは、単一の要素だけを含む、種々の組合せ及び構成、他の組合せ及び構成も、本開示の主旨及び範囲に属する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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