(57)【要約】【課題】従来の振幅モノパルス処理を用いる物体検知装置では、物体の位置によってはその物体の位置を特定できない場合があった。【解決手段】複数のビームパターンを有する送信アンテナ１０５ａと、複数のビームパターンを有する受信アンテナ１０５ｂと、送信アンテナ１０５ａのいずれかのビームパターンと受信アンテナ１０５ｂのいずれかのビームパターンを組み合わせることによって生成される所定の合成ビームパターンを複数種類生成できるビームパターン合成部１０９と、それらの複数種類の所定の合成ビームパターンの中から予め決められた所定の２つの合成ビームパターンの組み合わせを選択してビームパターン合成部１０９に生成させるビームパターン選択部１１１と、それらの複数の所定の２つの合成ビームパターンのそれぞれについて得られる、反射波の受信強度及び物体までの距離に基いてその物体の位置を特定する物体位置特定部１０８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波または電波を照射しその反射波を受信することによって、周囲の物体を検知する物体検知装置であって、
複数のビームパターンを有する送信アンテナと、
複数のビームパターンを有する受信アンテナと、
前記送信アンテナのいずれかのビームパターンと前記受信アンテナのいずれかのビームパターンを組み合わせることによって生成される所定の合成ビームパターンを複数種類保持するまたは生成できるビームパターン合成部と、
前記複数種類の所定の合成ビームパターンの中から、予め決められた所定の少なくとも２つの合成ビームパターンの組み合わせを選択して、選択したそれらの合成ビームパターンを前記ビームパターン合成部に選択させるまたは生成させるビームパターン選択部と、
前記選択された所定の合成ビームパターンのそれぞれについて得られる、前記反射波の受信強度及び前記物体までの距離に基いて前記物体の位置を特定する物体位置特定部と、を備えた物体検知装置。
【請求項２】
前記物体の位置を特定できなかった場合には、
前記ビームパターン選択部は、前記複数種類の所定の合成ビームパターンの中から、前記組み合わせとは異なる所定の少なくとも２つの合成ビームパターンの組み合わせを選択し直して、選択し直したそれらの合成ビームパターンを前記ビームパターン合成部に選択させまたは生成させ、
前記物体位置特定部は、前記異なる所定の合成ビームパターンのそれぞれについて得られる、前記反射波の受信強度及び前記物体までの距離に基いて前記物体の位置を特定する、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記物体の位置を特定できなかった場合には、
前記物体位置特定部は、前記選択された所定の合成ビームパターン以外のいずれかの前記所定の合成ビームパターンを用いて、前記物体の位置を特定する、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項４】
前記ビームパターン選択部は、前記送信アンテナのいずれかのビームパターンと前記受信アンテナのいずれかのビームパターンを組み合わせることによって生成される、全ての組み合わせの前記所定の合成ビームパターンを前記ビームパターン合成部に保持させるまたは生成させる、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項５】
前記物体の位置を特定するために用いる前記選択された所定の合成ビームパターンは、それぞれの前記合成ビームパターンによって前記物体を検知できる範囲が重なる領域がある、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項６】
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、主ビームの放射方向を切り替え可能なアンテナであり、前記主ビームの放射方向を切り替えることにより、前記複数のビームパターンを形成する、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項７】
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、それぞれ、２種類のビームパターンを有する、請求項２に記載の物体検知装置。
【請求項８】
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、同一のビームパターンを有する、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項９】
前記受信アンテナは、前記送信アンテナを兼ねており、電波の送受信が切り替えられるようになっている、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項１０】
前記物体位置特定部は、振幅モノパルス処理を用いて、前記所定の少なくとも２つの合成ビームパターンのそれぞれについて得られる受信強度の差から前記物体に向かう方向を特定する、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項１１】
前記受信アンテナ及び前記送信アンテナは、それぞれ、反射板と、前記反射板に平行な矩形状アンテナ素子とを有し、
前記矩形上アンテナ素子は、その一対の対抗する角に第１の給電部及び第２の給電部を持ち、残る対抗する角に迂回素子をそれぞれ持っており、
前記第１の給電部または前記第２の給電部のいずれかに給電されるように切り替えることにより、前記複数のビームパターンを切り替える、請求項６に記載の物体検知装置。
【請求項１２】
前記受信アンテナ及び前記送信アンテナは、反射板と、前記反射板に平行なスロットループアンテナを有しており、
前記スロットループアンテナは、誘電体基板の導体面の導体が矩形上に剥がされたスロット部を有し、前記スロット部の一対の対向する角には迂回スロット部分があり、前記スロット部の他の一対の対向する角のそれぞれは、前記誘電体基板の導体面とは反対側の面に形成されているマイクロストリップラインの端部から電磁結合により給電されるようになっており、一つの前記マイクロストリップラインの他の端部は第１の給電部であり、もう一つの前記マイクロストリップラインの他の端部は第２の給電部であり、
前記第１の給電部または前記第２の給電部のいずれかに給電されるように切り替えることにより、前記複数のビームパターンを切り替える、請求項６に記載の物体検知装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の物体検知装置が、前方及び後方の少なくともいずれか一方にある物体を特定できる位置に搭載された車両。
【請求項１４】
複数のビームパターンを有する送信アンテナのいずれかのビームパターンと複数のビームパターンを有する受信アンテナのいずれかのビームパターンを組み合わせて、所定の合成ビームパターンを複数種類生成するビームパターン生成方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の物体検知装置の、所定の合成ビームパターンを複数種類保持するまたは生成できる前記ビームパターン合成部、予め決められた所定の少なくとも２つの合成ビームパターンの組み合わせを選択して前記ビームパターン合成部に選択させるまたは生成させる前記ビームパターン選択部、前記選択された所定の合成ビームパターンのそれぞれについて得られる、前記反射波の受信強度及び前記物体までの距離に基いて前記物体の位置を特定する前記物体位置特定部、としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノパルス処理を用いて物体の位置を検知する物体検知装置及び車両等に関するものである。また、物体の位置を検知するために用いるビームパターンを生成するビームパターン生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、安全運転支援システムの一つとして、車載レーダが注目されている。車載レーダは、電波あるいはレーザ光の送受信を行い、障害物となる物体までの距離・位置を測定するもので、車間距離制御等を目的としたミリ波レーダあるいはレーザレーダや、駐車支援・プリクラッシュ等を目的とした準ミリ波レーダがある。
【０００３】
ここで、物体の位置検出手法として、ペンシル状のビームを電子的あるいは機械的に走査するスキャン方式と、複数の受信アンテナを用いて、各々の受信信号の和・差の電力比や、受信信号の位相差から物体の角度を検出する、いわゆるモノパルス方式が挙げられる。
【０００４】
モノパルス方式は原理的には、一つのビーム位置で一つのパルス（モノパルス）を処理することにより測角情報が得られる。したがって、スキャン方式に比べて時間的な変動を受けないため、高い測角精度を得ることができる。
【０００５】
モノパルス方式は、一般的には、受信信号の和及び差の電力比から角度検出を行う手法を振幅モノパルス方式、受信信号の位相差から角度検出を行う手法を位相モノパルス方式と、それぞれ呼んでいる。
【０００６】
以下に、振幅モノパルス処理を用いた一般的な物体の位置の検出方法について説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図１２（ａ）は、振幅モノパルス処理に用いる２つの受信アンテナのビームパターンを示している。
【０００８】
物体からの反射波を検出できるそれぞれの範囲が、一部重なるように２つの受信アンテナを配置することにより、振幅モノパルス処理を行うことができる。図１２（ａ）では、同じ指向性及び受信感度を持つ２つの受信アンテナを、互いに主ビームの方向が異なるように配置している。
【０００９】
受信ビームパターン５０１は、一方の受信アンテナの放射源５１１における受信ビームパターンを示しており、受信ビームパターン５０２は、もう一方の受信アンテナの放射源５１２における受信ビームパターンを示している。これらの２つの受信アンテナの主ビーム方向と、それぞれ同じ主ビーム方向を持つ２つの送信アンテナから放射された電波が、それぞれ同じ主ビーム方向の受信アンテナで受信される。つまり、一方の送信アンテナの放射源５１１から放射され、反射されてきた電波を、同じ主ビーム方向の受信アンテナが放射源５１１で受信し、もう一方の送信アンテナの放射源５１２から放射され、反射されてきた電波を、もう一方の受信アンテナが放射源５１２で受信する。受信ビームパターン５０１及び受信ビームパターン５０２は、それぞれ放射源５１１及び放射源５１２の各方向からその電波が反射して受信される電力の大きさを表している。すなわち、主ビーム方向から受信する場合の反射波の受信電力が最も大きくなる。
【００１０】
なお、ここでは、２つの受信アンテナの主ビーム方向の中央となる方向を中心線とする。また、放射源５１１及び放射源５１２を含む面で、中心線に垂直な面を水平面とし、その水平面の放射源５１１側の向きを基準にした水平面からの角度を角度θと定義する。したがって、中心線の方向は、θ＝９０°の向きということになる。
【００１１】
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の２つの受信アンテナにおける、放射源５１１及び放射源５１２の中点からの角度と、各受信アンテナの受信強度の関係を示している。図１２（ｂ）に示す角度とは、上記で定義した角度θであり、中心線（θ＝９０°）に近い角度の方向からの反射波に対しては、双方の受信アンテナで大きな受信強度で受信される。
【００１２】
図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）の受信ビームパターン５０１及び５０２から、和と差のビームパターンをそれぞれ形成した図である。５０３が和信号のビームパターンを、５０４ａ及び５０４ｂが差信号のビームパターンを、それぞれ示している。
【００１３】
図１２（ｄ）に、図１２（ｃ）から算出した、２つの受信アンテナによる受信強度の差（誤差電圧）と、角度との関係を示している。
【００１４】
図１２（ｄ）のモノパルスカーブ５０５は、図１２（ｃ）の差信号５０４ａ及び５０４ｂを、和信号５０３で正規化することにより算出される。
【００１５】
所定の角度θ（０°≦θ≦１８０°）における、受信ビームパターン５０１の電界強度をＥθ５０１、受信ビームパターン５０２の電界強度をＥθ５０２とすると、角度誤差電圧εθ５０５は、数１で表すことができ、和信号５０３と差信号５０４ａ及び５０４ｂからモノパルスカーブ５０５を求めることができる。
【００１６】
【数１】
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例えば、ある１つのターゲットに対する反射波から得られたそれぞれの受信アンテナにおける受信電圧が等しい場合には、それらの受信電圧の差（誤差電圧）＝０であり、図１２（ｄ）のグラフでは原点を示すため、ターゲットはθ＝９０°の方向、すなわち中心線上に存在することを特定できる。例えば、誤差電圧＝εｖであった場合には、図１２（ｄ）のモノパルスカーブ５０５から、そのときの反射波の方向、すなわちそのターゲットの方向が、角度φの方向に存在すると特定できる。このように、受信ビームパターン５０１側にターゲットが存在する場合、モノパルスカーブ５０５における誤差電圧の正の値を参照することで、ターゲットの存在する方向を特定できる。なお、受信ビームパターン５０２側にターゲットが存在する場合も、同様の考え方で、モノパルスカーブ５０５における誤差電圧の負の値を参照することで、ターゲットの存在する方向を特定できる。
【００１７】
次に、図１３を用いて、ターゲットの位置を特定する方法について説明する。
【００１８】
図１３（ａ）は、２つの受信アンテナのビームパターンと、検出対象のターゲットの位置関係を示している。また、図１３（ｂ）は、放射源５１１の受信アンテナで受信する受信パルス５２１と、放射源５１２の受信アンテナで受信する受信パルス５２２を示している。
【００１９】
この場合、ターゲット５１３は、中心線上に存在している。２つのアンテナは、指向性及び受信感度が同じであり、中心線に対して対称の方向に主ビームが形成されているので、図１３（ｂ）に示すように、受信パルス５２１の受信強度Ｅ１１と受信パルス５２２の受信強度Ｅ１２は等しくなる。したがって、このときの誤差電圧は０なので、モノパルスカーブ５０５から、ターゲット５１３が中心線上に存在することが特定される。
【００２０】
また、送信アンテナから送信されたパルスが、ターゲットで反射して各受信アンテナが受信するタイミングは、ターゲットまでの距離に応じて変化する。図１３の場合、ターゲット５１３は、放射源５１１と放射源５１２から等距離の位置にあるので、図１３（ｂ）に示すように、２つのアンテナで受信される受信パルス５２１及び５２２は、同じタイミングで受信される。
【００２１】
受信パルスの受信タイミングによってターゲット５１３までの距離を特定できるので、モノパルスカーブ５０５を用いて特定したターゲット５１３が存在する方向と組み合わせることで、ターゲット５１３の位置を特定できる。
【００２２】
このように、モノパルス処理によって特定されるターゲットの存在する方向と、受信パルスの受信タイミングによって特定されるターゲットまでの距離から、ターゲットの位置を特定していた。
【特許文献１】特許第３４４３７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、従来の振幅モノパルス処理を用いる物体の位置の検出方法では、物体の位置によってはその物体の位置を特定できない場合があった。
【００２４】
以下に、この従来の物体の位置の検出方法における問題について具体例を用いて説明する。
【００２５】
図１４（ａ）は、検出対象の領域に２つのターゲットがある場合の、振幅モノパルス処理に用いる２つの受信アンテナのビームパターンとターゲットの位置を示している。ここでは、図１２及び図１３で説明した２つの受信アンテナを用いるものとし、図１２及び図１３と同じ構成部分には同じ符号を用いている。
【００２６】
図１４（ｂ）は、放射源５１１の受信アンテナで受信する受信パルス５２３と、放射源５１２の受信アンテナで受信する受信パルス５２４を示している。
【００２７】
２つのターゲット５１４及びターゲット５１５は、反射断面積が等しく中心線に対して対称な位置に存在している。図１３の場合に比べて２つのターゲット５１４及びターゲット５１５が主ビームの方向に近い方向にあるので受信強度は大きくなるが、中心線に対して対称の位置にあるので、図１４（ｂ）に示すように、受信パルス５２３の受信強度Ｅ１１と受信パルス５２４の受信強度Ｅ１２は等しくなる。したがって、このときの誤差電圧は０なので、図１２のモノパルスカーブ５０５からは、１つのターゲットが中心線上に存在する、と特定されてしまう。
【００２８】
一方、放射源５１１からターゲット５１４までの距離と、放射源５１２からターゲット５１５までの距離が等しいので、図１４（ｂ）に示すように、受信パルス５２３と受信パルス５２４の受信タイミングも等しくなるため、受信タイミングの点からも、１つのターゲットが中心線上に存在するのか、中心線に対称な位置に２つのターゲットが存在するのかを判別できない。
【００２９】
例えば、自動車の前方に向けてこのような従来の物体検知装置が設けられていた場合には、自車が走行中の車線の左右の車線に車両が停止していたようなときに、左右の車両が一体となって前方に検知されてしまい、車間距離制御であれば、車両が減速したり非常ブレーキが動作してしまうことにもなりかねない。
【００３０】
本発明は、上記従来の課題に鑑み、複数種類のビームパターンを生成すること、及び、その生成した複数種類のビームパターンを用いて物体を検知する物体検知装置及び車両等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
音波または電波を照射しその反射波を受信することによって、周囲の物体を検知する物体検知装置であって、
複数のビームパターンを有する送信アンテナと、
複数のビームパターンを有する受信アンテナと、
前記送信アンテナのいずれかのビームパターンと前記受信アンテナのいずれかのビームパターンを組み合わせることによって生成される所定の合成ビームパターンを複数種類保持するまたは生成できるビームパターン合成部と、
前記複数種類の所定の合成ビームパターンの中から、予め決められた所定の少なくとも２つの合成ビームパターンの組み合わせを選択して、選択したそれらの合成ビームパターンを前記ビームパターン合成部に選択させるまたは生成させるビームパターン選択部と、
前記選択された所定の合成ビームパターンのそれぞれについて得られる、前記反射波の受信強度及び前記物体までの距離に基いて前記物体の位置を特定する物体位置特定部と、を備えた物体検知装置である。
【００３２】
また、第２の本発明は、
前記物体の位置を特定できなかった場合には、
前記ビームパターン選択部は、前記複数種類の所定の合成ビームパターンの中から、前記組み合わせとは異なる所定の少なくとも２つの合成ビームパターンの組み合わせを選択し直して、選択し直したそれらの合成ビームパターンを前記ビームパターン合成部に選択させまたは生成させ、
前記物体位置特定部は、前記異なる所定の合成ビームパターンのそれぞれについて得られる、前記反射波の受信強度及び前記物体までの距離に基いて前記物体の位置を特定する、第１の本発明の物体検知装置である。
【００３３】
また、第３の本発明は、
前記物体の位置を特定できなかった場合には、
前記物体位置特定部は、前記選択された所定の合成ビームパターン以外のいずれかの前記所定の合成ビームパターンを用いて、前記物体の位置を特定する、第１の本発明の物体検知装置である。
【００３４】
また、第４の本発明は、
前記ビームパターン選択部は、前記送信アンテナのいずれかのビームパターンと前記受信アンテナのいずれかのビームパターンを組み合わせることによって生成される、全ての組み合わせの前記所定の合成ビームパターンを前記ビームパターン合成部に保持させるまたは生成させる、第１の本発明の物体検知装置である。
【００３５】
また、第５の本発明は、
前記物体の位置を特定するために用いる前記選択された所定の合成ビームパターンは、それぞれの前記合成ビームパターンによって前記物体を検知できる範囲が重なる領域がある、第１の本発明の物体検知装置である。
【００３６】
また、第６の本発明は、
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、主ビームの放射方向を切り替え可能なアンテナであり、前記主ビームの放射方向を切り替えることにより、前記複数のビームパターンを形成する、第１の本発明の物体検知装置である。
【００３７】
また、第７の本発明は、
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、それぞれ、２種類のビームパターンを有する、第２の本発明の物体検知装置である。
【００３８】
また、第８の本発明は、
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、同一のビームパターンを有する、第１の本発明の物体検知装置である。
【００３９】
また、第９の本発明は、
前記受信アンテナは、前記送信アンテナを兼ねており、電波の送受信が切り替えられるようになっている、第１の本発明の物体検知装置である。
【００４０】
また、第１０の本発明は、
前記物体位置特定部は、振幅モノパルス処理を用いて、前記所定の少なくとも２つの合成ビームパターンのそれぞれについて得られる受信強度の差から前記物体に向かう方向を特定する、第１の本発明の物体検知装置である。
【００４１】
また、第１１の本発明は、
前記受信アンテナ及び前記送信アンテナは、それぞれ、反射板と、前記反射板に平行な矩形状アンテナ素子とを有し、
前記矩形上アンテナ素子は、その一対の対抗する角に第１の給電部及び第２の給電部を持ち、残る対抗する角に迂回素子をそれぞれ持っており、
前記第１の給電部または前記第２の給電部のいずれかに給電されるように切り替えることにより、前記複数のビームパターンを切り替える、第６の本発明の物体検知装置である。
【００４２】
また、第１２の本発明は、
前記受信アンテナ及び前記送信アンテナは、反射板と、前記反射板に平行なスロットループアンテナを有しており、
前記スロットループアンテナは、誘電体基板の導体面の導体が矩形上に剥がされたスロット部を有し、前記スロット部の一対の対向する角には迂回スロット部分があり、前記スロット部の他の一対の対向する角のそれぞれは、前記誘電体基板の導体面とは反対側の面に形成されているマイクロストリップラインの端部から電磁結合により給電されるようになっており、一つの前記マイクロストリップラインの他の端部は第１の給電部であり、もう一つの前記マイクロストリップラインの他の端部は第２の給電部であり、
前記第１の給電部または前記第２の給電部のいずれかに給電されるように切り替えることにより、前記複数のビームパターンを切り替える、第６の本発明の物体検知装置である。
【００４３】
また、第１３の本発明は、
第１の本発明の物体検知装置が、前方及び後方の少なくともいずれか一方にある物体を特定できる位置に搭載された車両である。
【００４４】
また、第１４の本発明は、
複数のビームパターンを有する送信アンテナのいずれかのビームパターンと複数のビームパターンを有する受信アンテナのいずれかのビームパターンを組み合わせて、所定の合成ビームパターンを複数種類生成するビームパターン生成方法である。
【００４５】
また、第１５の本発明は、
第１の本発明の物体検知装置の、所定の合成ビームパターンを複数種類保持するまたは生成できる前記ビームパターン合成部、予め決められた所定の少なくとも２つの合成ビームパターンの組み合わせを選択して前記ビームパターン合成部に選択させるまたは生成させる前記ビームパターン選択部、前記選択された所定の合成ビームパターンのそれぞれについて得られる、前記反射波の受信強度及び前記物体までの距離に基いて前記物体の位置を特定する前記物体位置特定部、としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
【００４６】
また、第１６の本発明は、
第１５の本発明のプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明により、複数種類のビームパターンを生成するビームパターン生成方法を提供できる。
【００４８】
また、本発明により、生成した複数種類のビームパターンを用いて物体を検知することによりその物体の位置を特定できる物体検知装置及び車両等を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００５０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る、レーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態１のレーダ装置が、本発明の物体検知装置の一例にあたる。
【００５１】
本実施の形態１のレーダ装置は、送受信部を備えたセンサモジュール１０１と、アンテナ開口面に対して垂直な面で主ビーム方向の切替えが可能な送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂと、検知処理結果を表示する表示部１１０を備えている。
【００５２】
なお、主ビーム方向の切替えが可能な送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂの具体的な構成例については後述する。
【００５３】
センサモジュール１０１は、信号の送受信タイミングと、送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂの切替えタイミングを制御するタイミング制御部１０２を備えている。そして、タイミング制御部１０２の制御に基づき高周波信号を生成する送信部１０３と、送信アンテナ１０５ａの主ビーム方向を切替える送信アンテナ切替部１０４と、受信アンテナ１０５ｂの主ビーム方向を切替える受信アンテナ切替部１０６と、タイミング制御部１０２の制御に基づき受信信号を検出する受信部１０７を備えている。また、送信アンテナ１０５ａのビームパターンと受信アンテナ１０５ｂのビームパターンを合成するビームパターン合成部１０９と、物体の検知に使用するための合成ビームパターンを選択するビームパターン選択部１１１を備えている。そして、振幅モノパルス処理の機能を有し、受信部１０７で検出された信号を処理して物体の位置を特定する物体位置特定部１０８を備えている。
【００５４】
図２は、ビームパターン合成部１０９の構成を示したブロック図である。
【００５５】
ビームパターン合成部１０９は、送信アンテナ１０５ａの主ビームの方向毎の送信ビームパターン２０１及び、受信アンテナ１０５ｂの主ビームの方向毎の受信ビームパターン２０２をそれぞれ保持している。そして、送信ビームパターン２０１のいずれかのビームパターンと、受信ビームパターン２０２のいずれかのビームパターンとを組み合わせて合成していき、複数種類の合成ビームパターン２０３を生成する。
【００５６】
なお、ビームパターン合成部１０９は、合成ビームパターンを生成する代わりに、送信アンテナ１０５ａのビームパターンと受信アンテナ１０５ｂのビームパターンが合成された複数の合成ビームパターンが予め保持されていてもよい。
【００５７】
ここで、図３を用いて送信アンテナ及び受信アンテナのビームパターンについて説明しておく。図３は、ビームパターンを説明するための図である。
【００５８】
ビームパターン３０１は、横軸を電界強度のＸ成分、縦軸を電界強度のＹ成分とする２次元上の電界強度をグラフ上に示したものである。このとき、ある角度θにおける電界強度Ｅθは、Ｅθ＝Ｅ（θ）で表すことができる。つまり、ビームパターン３０１は、０°≦θ≦１８０°の範囲で所定の角度ステップ（例えば、１°）毎に電界強度をプロットしたものとなる。
【００５９】
したがって、ビームパターン合成部１０９は、０°≦θ≦１８０°の範囲において、送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂの一つの主ビーム方向についての電界強度を、所定の角度ステップ毎に数値テーブルとして保持することで、その電界強度の数値テーブルを基に、その主ビーム方向についての送信ビームパターン２０１及び受信ビームパターン２０２を形成することができる。
【００６０】
次に、合成ビームパターン２０３について説明する。なお、ここでは、送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂのビームパターンは、ある一つの主ビーム方向のビームパターンとして説明する。
【００６１】
合成ビームパターン２０３は、０°≦θ≦１８０°の範囲で、所定の角度ステップ毎に、送信アンテナ１０５ａの電界強度と受信アンテナ１０５ｂの電界強度を掛け合わせた電界強度をプロットしたものとなる。例として、ある角度θにおける送信アンテナ１０５ａの電界強度をＥθｔ、受信アンテナ１０５ｂの電界強度をＥθｒとすると、合成した電界強度Ｅθｍは、Ｅθｍ＝Ｅθｔ×Ｅθｒとなる。したがって、ビームパターン合成部１０９は、０°≦θ≦１８０°の範囲において、送信アンテナ１０５ａと受信アンテナ１０５ｂの合成電界強度を、所定の角度ステップ毎に数値テーブルとして保持することで、合成ビームパターン２０３を生成することができる。
【００６２】
ここで、送信ビームパターン２０１がｎ通り、受信ビームパターン２０２がｍ通り存在する場合、合成ビームパターン２０３はｎ×ｍ通り生成することができる。
【００６３】
図４は、送信ビームパターン２０１及び受信ビームパターン２０２が、２通りずつ存在する場合の合成ビームパターン２０３の一例を示した図である。ここで、図４は真上から見たものであり、図中の黒点がビーム放射ポイントでビームが水平方向に放射されているものとする。
【００６４】
図４（ａ）は、送信アンテナ１０５ａの主ビーム方向を切り替えたときの、送信ビームパターン２０１ａまたは２０１ｂが形成される場合の、２通りの図を示している。送信ビームパターン２０１ａ及び２０１ｂは、図２の送信ビームパターン２０１に含まれる個別のビームパターンを示している。
【００６５】
送信アンテナ１０５ａは、主ビーム方向が切り替えられる構成のアンテナなので、いずれの送信ビームパターン２０１ａ、２０１ｂも同じ放射ポイント２１０から放射される。なお、中心線は、２つの主ビーム方向の中央の方向を示している。
【００６６】
図４（ｂ）は、受信アンテナ１０５ｂの主ビーム方向を切り替えたときの、受信ビームパターン２０２ａまたは２０２ｂが形成される場合の、２通りの図を示している。受信ビームパターン２０２ａ及び２０２ｂは、図２の受信ビームパターン２０２に含まれる個別のビームパターンを示している。
【００６７】
受信アンテナ１０５ｂは、水平方向について送信アンテナ１０５ａと同じ位置に配置されており、主ビーム方向が切り替えられる構成のアンテナなので、いずれの受信ビームパターン２０２ａ、２０２ｂも送信アンテナ１０５ａと同じ放射ポイント２１０から放射される。なお、中心線は、２つの主ビーム方向の中央の方向を示している。
【００６８】
なお、本実施の形態１においては、送信ビームパターン２０１ａ及び２０１ｂと、受信ビームパターン２０２ａ及び２０２ｂは、同一のものとして説明する。したがって、図４（ａ）と図４（ｂ）に示す中心線は、同じ方向を示している。
【００６９】
図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す送信ビームパターン２０１ａ及び２０１ｂと、図４（ｂ）に示す受信ビームパターン２０２ａ及び２０２ｂによって合成される４通りの合成ビームパターンの図を示している。合成ビームパターン２０３ａ〜２０３ｄは、図２の合成ビームパターン２０３に含まれる個別のビームパターンを示している。なお、図４（ｃ）に示す中心線は、図４（ａ）及び図４（ｂ）における中心線と同じ方向を示している。
【００７０】
本実施の形態１の場合、合成ビームパターン２０３は、２通りの送信ビームパターン２０１と２通りの受信ビームパターン２０２の電界強度をそれぞれ掛け合わせることで、２×２＝４通り生成される。
【００７１】
すなわち、送信ビームパターン２０１ａと受信ビームパターン２０２ａを掛け合わせることで合成ビームパターン２０３ａが、送信ビームパターン２０１ａと受信ビームパターン２０２ｂを掛け合わせることで合成ビームパターン２０３ｂが、送信ビームパターン２０１ｂと受信ビームパターン２０２ａを掛け合わせることで合成ビームパターン２０３ｃが、送信ビームパターン２０１ｂと受信ビームパターン２０２ｂを掛け合わせることで合成ビームパターン２０３ｄが、それぞれ生成される。
【００７２】
具体的には、例えば、送信ビームパターン２０１ａ、２０１ｂ及び受信ビームパターン２０２ａ、２０２ｂのそれぞれについての所定の角度ステップ毎の数値テーブルをメモリなどに格納しておき、ビームパターン合成部１０９が、それらの数値テーブルを所定の角度ステップ毎に掛け合わせるプログラムを用いて、合成ビームパターンの所定の角度ステップ毎の数値テーブルを生成させるようにすればよい。
【００７３】
なお、図４に示す各電界パターンはデシベル表示なので、例えば、同一の送信ビームパターン２０１ａと受信ビームパターン２０２ａを掛け合わせて生成した合成ビームパターン２０３ａは、これらのビームパターンと相似形状となる。
【００７４】
次に、本実施の形態１のレーダ装置における角度誤差電圧の算出方法について説明する。
【００７５】
前述した従来の一般的な振幅モノパルス処理では、送信アンテナのビームパターンは共通で、受信アンテナのみ２つのビームパターンを用いて処理を行うため、角度誤差電圧を算出する際の受信強度εθ５０５は、数１に示すように、受信ビームパターンの電界強度（Ｅθ５０１及びＥθ５０２）のみに依存している。
【００７６】
【数１】
2008275483.tif 000004
これに対し、本実施の形態１のレーダ装置では、送信アンテナ１０５ａのビームパターンも切り替えを行うため、角度誤差電圧は数１とは異なる式で算出する必要がある。
【００７７】
図４（ａ）の送信ビームパターン２０１ａ及び２０１ｂ、図４（ｂ）の受信ビームパターン２０２ａ及び２０２ｂを例に、本実施の形態１における角度誤差電圧の算出方法について以下に説明する。
【００７８】
ビーム放射ポイント２１０を含む、中心線に垂直な面を水平面とし、その水平面の送信ビームパターン２０１ｂ側の向きを基準にした水平面からの角度を角度θと定義し、所定の角度θ（０°≦θ≦１８０°）における、送信ビームパターン２０１ａ及び２０１ｂ、受信ビームパターン２０２ａ及び２０２ｂの電界強度を、それぞれＥθ２０１ａ、Ｅθ２０１ｂ、Ｅθ２０２ａ、Ｅθ２０２ｂとする。例えば、合成ビームパターン２０３ａと２０３ｄを用いて振幅モノパルス処理を行う場合、角度誤差電圧εθ２０３ａ〜２０３ｄは数２で表すことができる。
【００７９】
【数２】
2008275483.tif 000005
同様に、合成ビームパターン２０３ａと２０３ｂを用いて振幅モノパルス処理を行う場合、角度誤差電圧εθ２０３ａ〜２０３ｂは数３で表すことができる（結果として、数１に数値を代入した場合と同じになる）。
【００８０】
【数３】
2008275483.tif 000006
このように、合成ビームパターンの異なる組み合わせのそれぞれについて振幅モノパルス処理を行うことにより、数２及び数３に示すように異なった角度誤差電圧が算出されるので、異なるモノパルスカーブのグラフを形成することができる。
【００８１】
次に、図５〜図７を用いて、従来の振幅モノパルス処理では位置を特定できなかったターゲットの位置を、本実施の形態１のレーダ装置で特定する方法について説明する。なお、図５及び図６で用いる合成ビームパターンは、図４で説明した合成ビームパターン２０３ａ〜２０３ｄを用いるものとする。
【００８２】
図５（ａ）は、２つの合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄと、検出対象のターゲットを真上から見たときの位置関係を示している。また、図５（ｂ）は、合成ビームパターン２０３ａによって検出される受信パルス７０１と、合成ビームパターン２０３ｄによって検出される受信パルス７０２を示している。また、図５（ｃ）は、数２を用いて２つの合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄから算出されるモノパルスカーブ７１０を示している。
【００８３】
ここで、ターゲット７０３とターゲット７０４は同じ物体であり、中心線に対して対称な位置に存在している。つまり、従来の振幅モノパルス処理では位置を特定できなかった位置に配置されている。
【００８４】
図６（ａ）は、図５（ａ）とは異なる組み合わせである２つの合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂと、検出対象のターゲットを真上から見たときの位置関係を示している。また、図６（ｂ）は、合成ビームパターン２０３ａによって検出される受信パルス７０１と、合成ビームパターン２０３ｂによって検出される受信パルス７０６を示している。また、図６（ｃ）は、数３を用いて２つの合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂから算出されるモノパルスカーブ７１１を示している。
【００８５】
図７は、本実施の形態１のレーダ装置における振幅モノパルス処理によるターゲット分離のフローチャートを示している。
【００８６】
図７に示すように、まず、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄを用いてモノパルス処理を行う（ステップＳ１）。
【００８７】
図１の物体位置特定部１０８が、ビームパターン選択部１１１に対して、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄを選択する指示を出すと、ビームパターン選択部１１１は、ビームパターン合成部１０９に合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄを生成させ、タイミング制御部１０２に通知する。なお、このとき、ビームパターン合成部１０９に複数の合成ビームパターンが予め保持されている場合には、ビームパターン選択部１１１は、それらの複数の合成ビームパターンの中から、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄを選択する。
【００８８】
タイミング制御部１０２は、ビームパターン選択部１１１によって選択された合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄをビームパターン合成部１０９から取得すると、信号の送受信タイミング、送信アンテナ１０５ａの主ビーム方向の切替えタイミング、及び受信アンテナ１０５ｂの主ビーム方向の切替えタイミングを制御するための信号を、送信部１０３、受信部１０７、送信アンテナ切替部１０４、及び受信アンテナ切替部１０６に送信し、送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂによって合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄを形成させる。
【００８９】
そして、物体位置特定部１０８は、受信部１０７で検出された信号について、モノパルスカーブ７１０を用いてモノパルス処理を行う。
【００９０】
なお、ビームパターン合成部１０９が生成するまたは保持している合成ビームパターン２０３を、所定の角度ステップ毎の数値テーブルとしてメモリなどに格納している場合には、ビームパターン選択部１１１や物体位置特定部１０８などもその数値テーブルを使用するので、その場合には、ビームパターン選択部１１１や物体位置特定部１０８の処理は、ハードウェアで行うよりもプログラムを用いてソフトウェアで行う方が容易に実現できる。
【００９１】
なお、ここでビームパターン選択部１１１で選択される合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄの組み合わせが、本発明の、予め決められた所定の少なくとも２つの合成ビームパターンの組み合わせの一例にあたる。
【００９２】
ターゲット７０３及び７０４の反射断面積が等しい場合、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄは、放射方向は異なるがほぼ同一のビームパターンであるため、ターゲット７０３及び７０４の受信パルス７０１及び７０２は、図５（ｂ）に示すようにほぼ等しい受信強度（Ｅ１＝Ｅ２）の受信波形となる。
【００９３】
したがって、この場合には、誤差電圧は０となるので、図５（ｃ）のモノパルスカーブ７１０から振幅モノパルス処理結果７０５となり、ターゲットが２個存在しているにもかかわらず、ターゲットが中心線上に１個のみ存在する場合と等しい結果となる。
【００９４】
なお、ここでは図示しないが、ターゲット７０３及び７０４の反射断面積が異なれば、受信強度は等しくならない（Ｅ１≠Ｅ２）ため、その場合には異なる２個のターゲットが存在すると判定される（ステップＳ３）。
【００９５】
物体位置特定部１０８は、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄに対する受信強度を比較し（ステップＳ２）、等しかった場合（Ｅ１＝Ｅ２）には、次に、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂを用いてモノパルス処理を行う（ステップＳ４）。
【００９６】
ここで、合成ビームパターン２０３ａと２０３ｂは、ビームパターンが異なるだけではなく、図６（ａ）に示すように電界強度において差があるものとする。
【００９７】
合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄを用いた上記の場合と同様の処理を行う。
【００９８】
すなわち、物体位置特定部１０８が、ビームパターン選択部１１１に対して、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂを選択する指示を出すと、ビームパターン選択部１１１は、ビームパターン合成部１０９から合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂを選択し、タイミング制御部１０２に通知する。
【００９９】
タイミング制御部１０２は、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂをビームパターン合成部１０９から取得すると、信号の送受信タイミング、送信アンテナ１０５ａの主ビーム方向の切替えタイミング、及び受信アンテナ１０５ｂの主ビーム方向の切替えタイミングを制御するための信号を、送信部１０３、受信部１０７、送信アンテナ切替部１０４、及び受信アンテナ切替部１０６に送信し、送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂによって合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂを形成させる。
【０１００】
そして、物体位置特定部１０８は、受信部１０７で検出された信号について、モノパルスカーブ７１１を用いてモノパルス処理を行う。
【０１０１】
なお、このとき、ビームパターン選択部１１１で選択される合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂの組み合わせが、本発明の、前記組み合わせとは異なる所定の少なくとも２つの合成ビームパターンの組み合わせの一例にあたる。
【０１０２】
図６（ｂ）の受信パルス７０１と７０６を比較すると、受信強度が異なっている（Ｅ１≠Ｅ２）。これは、合成ビームパターン２０３ｂで検出を行う場合、送信アンテナ１０５ａと受信アンテナ１０５ｂのビーム方向が異なっているため、合成ビームパターン２０３ａで検出した場合と比較して受信強度が大幅に劣化するためである（ターゲットの反射断面積が小さい場合は、ノイズレベルとなる）。このとき、図６（ｃ）のモノパルスカーブ７１１から振幅モノパルス処理結果７０７が得られるので、物体位置特定部１０８はターゲット７０３の方向を示す角度θ７０７を導出することができる。
【０１０３】
ここで、θ７０７は、ターゲット７０３の方向を特定する値である。したがって、図５及び図６の処理結果から、反射断面積の等しいターゲットが２個存在すると判定される（ステップＳ７）。一方、図６（ｂ）において受信パルス７０１と７０６の受信強度を比較し（ステップＳ５）、それらの受信強度が等しい場合には、中央にターゲットが１個存在すると判定される（ステップＳ６）。すなわち、この場合、ターゲット７０３と７０４は同一である。
【０１０４】
図６（ｃ）に示すように、合成ビームパターン２０３ａと２０３ｄの組み合わせによって算出されるモノパルスカーブ７１０と、合成ビームパターン２０３ａと２０３ｂの組み合わせによって算出されるモノパルスカーブ７１１は異なる。本実施の形態１のレーダ装置は、このように、異なる合成ビームパターンの組み合わせによる複数のモノパルスカーブを用いることにより、従来の１つのモノパルスカーブを用いる場合には判定できなかったターゲットの位置でも特定できる。
【０１０５】
図１４で説明したように、一般的な振幅モノパルス処理において、等距離に同じ反射強度の物体が２個以上存在する場合、一つのモノパルスカーブからは正確な角度位置を算出できないという問題があるが、本実施の形態１のレーダ装置のように複数の合成ビームパターンで振幅モノパルス処理を行えば、同じ反射強度のターゲットが２個以上存在する場合でも、ターゲットの分離が行えると共に、角度位置検出も可能となる。
【０１０６】
なお、ここではステップＳ４において合成ビームパターン２０３ａと２０３ｂの組み合わせを用いた場合の例を示したが、合成ビームパターン２０３ａと２０３ｃの組み合わせ、合成ビームパターン２０３ｄと２０３ｃの組み合わせ、合成ビームパターン２０３ｄと２０３ｂの組み合わせ、のいずれの組み合わせを用いた場合でも、同様の検出処理を行うことができ、ターゲット７０４の位置を判定することも可能となる。
【０１０７】
また、ビームパターン合成部１０９は、送信ビームパターン２０１と受信ビームパターン２０２の全ての組み合わせの合成ビームパターンを生成または保持してもよいし、モノパルス処理に使用される組み合わせの合成ビームパターンだけを生成または保持するようにしてもよい。
【０１０８】
また、本実施の形態１では、図７のステップＳ１及びＳ２において、ターゲットの位置が特定できなかった場合には、ステップＳ４において、別の２つの合成ビームパターンの組み合わせでモノパルス処理を行うこととしたが、ステップＳ４において、一つの合成ビームパターンのみを用いて物体を検出させるようにしてもよい。ステップＳ１のモノパルス処理で位置を特定できないような領域にある物体の有無を検知できるような合成ビームパターンを用いれば、その物体の位置を特定できる。
【０１０９】
例えば、図５〜図７で説明した本実施の形態１の例の場合には、中心線上にある物体の有無を検知できるような指向性の鋭い合成ビームパターンを備えておけば、図７のステップＳ１及びＳ２においてターゲットの位置が特定できなかった場合に、ステップＳ４において、その鋭い指向性の合成ビームパターンを用いて中心線上のターゲットの有無を判定すれば、ステップＳ１におけるモノパルス処理結果と合わせてターゲットの位置を特定できる。
【０１１０】
また、ここでは送信ビームパターン及び受信ビームパターンが、それぞれ２通りの場合の例について示しているが、複数の送信ビームパターンと受信ビームパターンから生成される複数の合成ビームパターンを用いて振幅モノパルス処理を行うという本発明の原理に基づく範囲であれば、送信ビームパターン及び受信ビームパターンは、それぞれいくつであっても構わない。
【０１１１】
また、ここでは、合成ビームパターン２０３ａと２０３ｄ等の、２つの合成ビームパターンの組み合わせをビームパターン選択部１１１に選択させたが、３つ以上の合成ビームパターンを選択させるようにし、物体位置特定部１０８が、その３つ以上の合成ビームパターンのそれぞれから検出される信号を用いてモノパルス処理を行うようにしてもよい。
【０１１２】
また、ここでは、ビームパターン選択部１１１が、組み合わせる合成ビームパターンをビームパターン合成部１０９から個々に選択することとしたが、２つの合成ビームパターンを組み合わせた組み合わせ情報としてビームパターン合成部１０９に保持させておき、ビームパターン選択部１１１が、１つの組み合わせ情報を選択するようにして、合成ビームパターンの組み合わせを選択させるようにしてもよい。
【０１１３】
次に、主ビーム方向の切替えが可能な送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂの具体的な構成例について説明する。
【０１１４】
図８は、送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂの構成例を示している。図８（ａ）は、このアンテナの上面図を、図８（ｂ）は、側面図を示している。本アンテナに関して、詳細は、「社団法人  電子情報通信学会  技術報告書  （信学技報）Ａ−Ｐ２００３−１５７（２００３−１１）」に記載されている。
【０１１５】
なお、ここでは、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向を定義して説明する。
【０１１６】
図８（ｂ）に示すように、このアンテナは、アンテナ素子４００と反射板４０５で構成されている。
【０１１７】
図８（ａ）に示すとおり、アンテナ素子４００は、１辺が約１／３波長の正方形形状のループ素子４０１と、ループ素子４０１の対向する一組の頂点に接続される長さが約１／４波長の折り返し形状の迂回素子４０２と、他の２頂点に設けられる第１給電ポート４０３及び第２給電ポート４０４からなる。
【０１１８】
なお、アンテナ素子４００が、本発明の矩形状アンテナ素子の一例である。また、第１給電ポート４０３及び第２給電ポート４０４が、それぞれ、本発明の第１の給電部及び第２の給電部の一例にあたる。
【０１１９】
そして、図８（ｂ）に示すように、アンテナ素子４００から所定の距離ｈだけ離れた位置に、反射板４０５（例えば１辺約２波長程度）がアンテナ素子４００と平行に配置されている。例えば、このアンテナの動作周波数を２４ＧＨｚに設定した場合、ループ素子４０１の一辺は約３．３ｍｍ、迂回素子４０２は約２．５ｍｍを折り返した形状、角度βはほぼ９０度に設定される。
【０１２０】
次に、図８に示すアンテナの動作について説明する。図８（ａ）において、片方の給電ポート（例えば第１給電ポート４０３）を励振、もう片方の給電ポート（例えば第２給電ポート４０４）を短絡とした場合、電流振幅は各々のポートでピークとなる。このとき、ピーク点間において電流位相差が生じる。このピーク点間の位相差により、このアンテナの放射パターンは、＋Ｚ軸方向から−Ｘ方向へチルトした主ビームとなる。
【０１２１】
逆に、第２給電ポート４０４を励振し、第１給電ポート４０３を短絡とした場合、このアンテナの放射パターンは、＋Ｚ軸方向から＋Ｘ方向へチルトした主ビームとなる。
【０１２２】
そして、アンテナ素子４００と反射板４０５間の距離ｈを変化させることにより、主ビーム方向のチルト角度を変化させることができる。
【０１２３】
このように、第１給電ポート４０３と第２給電ポート４０４の励振及び短絡を切り替えることにより、２方向への主ビームの切替えができる。
【０１２４】
したがって、この図８に示す構成のアンテナを送信アンテナ１０５ａとして用いることにより、送信ビームパターン２０１ａ及び２０１ｂの２つのビームパターンを給電の切替えによって形成させることができる。また、このアンテナを受信アンテナ１０５ｂとして用いることにより、受信ビームパターン２０２ａ及び２０２ｂの２つのビームパターンを形成させることができる。
【０１２５】
なお、図８（ａ）において迂回素子４０２は、ループ素子４０１との相互結合を低減するために、ループの外側に突出するように配置したが、ループの内側に向けて配置しても構わない。
【０１２６】
図９は、送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂの別の構成例を示している。このアンテナは、迂回素子装荷スロットループアンテナであり、図９（ａ）は、この迂回素子装荷スロットループアンテナの全体構成図、図９（ｂ）は、誘電体基板を＋Ｚ軸側から見た上面図、図９（ｃ）は、誘電体基板を−Ｚ軸側から見た下面図を示している。
【０１２７】
なお、ここでは、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向を定義して説明する。
【０１２８】
このアンテナのスロット素子は、誘電体基板４１７の＋Ｚ面側の銅箔を切削することで形成されており、−Ｚ面側に形成されたマイクロストリップライン（ＭＳＬ）４１５との電磁結合により給電されるようになっている。なお、このスロット素子が、本発明のスロットループアンテナの一例である。
【０１２９】
図９（ａ）及び（ｂ）に示される白抜きのスロットの部分は、銅箔を切削した穴の部分である。つまり、図９（ｂ）に示すグランド面４１６側の、白抜きのスロットの部分の外側及び内側の灰色の部分が、銅箔が残っている導体の部分である。そして、白抜きのスロット部分が、銅箔が切削された部分である。このグランド面４１６側では、スロットの内側の灰色の部分が、スロットによってスロットの外側の部分と分断されるため、図９（ｃ）に示すように、誘電体基板４１７の下面側で、導体部分のショートピン４１８に接続されるショートライン４１９により、スロットの外側の導体部分と接続させている。
【０１３０】
図９（ａ）に示すように、スロット部分は、正方形形状のループスロット４１１に、ループスロット４１１の対向する一組の頂点に接続される折り返し形状の迂回スロット４１２が接続された形状をしている。そして、ＭＳＬ４１５の、スロットに給電する側とは反対側の端部に、第１給電ポート４１３及び第２給電ポート４１４が設けられている。
【０１３１】
ＭＳＬ４１５は、図９（ｃ）に示すように、ループスロット４１１との結合部から長さＬ１の位置で開放されている。この長さＬ１を調整することにより、インピーダンス整合をとることができる。また、励振する給電ポートを切り替えて主ビーム方向を制御するためには、図９に示すスロット構成では、励振されない給電ポート側のループスロット４１１とＭＳＬ４１５との結合部で開放する必要がある。このためには、結合部からの長さＬ２が、１／４波長の整数倍となる箇所においてＭＳＬ４１５に給電すればよい。
【０１３２】
第１給電ポート４１３及び第２給電ポート４１４への給電及び開放を切替えることにより、図８の構成のアンテナと同様に、＋Ｚ軸方向から−Ｘ方向または＋Ｘ軸方向へチルトした２つの主ビームを切替えて形成させることができる。なお、図９に示すスロット構成の場合には、第１給電ポート４１３に給電した場合に＋Ｚ軸方向から＋Ｘ軸方向へチルトした主ビームが形成され、第２給電ポート４１４に給電した場合に−Ｘ軸方向へチルトした主ビームが形成される。
【０１３３】
そして、誘電体基板４１７と反射板４２０間の距離ｈを変化させることにより、主ビーム方向のチルト角度を変化させることができる。
【０１３４】
したがって、図９に示す構成のアンテナも、本実施の形態１のレーダ装置の送信アンテナ１０５ａまたは受信アンテナ１０５ｂとして用いることができる。
【０１３５】
なお、図９において迂回スロット４１２は、ループスロット４１１との相互結合を低減するために、ループの外側に突出するように配置したが、ループの内側に向けて配置しても構わない。
【０１３６】
図８または図９に示すような構成のアンテナを用いると、１つのアンテナで２方向への主ビームの切替えができ、送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂを小型化できるので、これらのアンテナを備えたレーダ装置の小型化を図れる。
【０１３７】
本実施の形態１のレーダ装置は、送受信アンテナともに図８または図９に示すような構成のビーム切替型アンテナとすることで、少ないアンテナ数でターゲットの分離と角度位置検出を行うことが可能となる。
【０１３８】
本実施の形態１によれば、
音波または電波を照射しその反射波を受信することによって、周囲の物体を検知する物体検知装置であって、
複数のビームパターンを有する送信アンテナと、
複数のビームパターンを有する受信アンテナと、
前記送信アンテナのいずれかのビームパターンと前記受信アンテナのいずれかのビームパターンの組み合わせを複数種類選択するビームパターン選択部と、
前記選択された複数種類の組み合わせのビームパターンを前記送信アンテナおよび前記受信アンテナによって形成させるタイミング制御部と、
前記複数種類の組み合わせのビームパターンの少なくとも２つの組み合わせについて得られる、前記反射波の受信強度及び前記物体までの距離に基いて前記物体の位置を特定する物体位置特定部と、を備えた物体検知装置を提供できる。
【０１３９】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２の物体検知装置を備えた車両を示している。
【０１４０】
図１０（ａ）は、物体検知装置の配置を示した図であり、図１０（ｂ）は、物体検知装置の検知領域を上から示した図である。
【０１４１】
本実施の形態２の物体検知装置４３０は、送受信用アンテナとしてアンテナ部４３３を備えている。アンテナ部４３３として、図８や図９に示したような主ビーム方向の切替えが可能なアンテナを使用できる。ここでは、アンテナ部４３３は図８の構成のアンテナであるとして説明する。
【０１４２】
なお、ここでは、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向を定義し、それぞれ図８に記載の各軸と同じ方向を表しているものとする。
【０１４３】
図１０（ａ）に示すように、アンテナ部４３３を備えた本実施の形態２の物体検知装置４３０は、車両の前方の中央部付近、例えば電波を透過する樹脂製のバンパー内に設置され、アンテナ部４３３は、図８に示す座標軸のＹ軸が地面に対して垂直方向に、Ｚ軸が車両前進方向に向くように設置される。
【０１４４】
このように設置することにより、図１０（ｂ）に示すように、例えばアンテナ部４３３の第１給電ポートに給電した場合は主ビームの方向が−Ｘ軸方向にチルトして検知領域４３１を検知でき、第２給電ポートに給電した場合は主ビームの方向が＋Ｘ軸方向にチルトして検知領域４３２を検知できるようになる。なお、アンテナ部４３３として図９に示すスロット構成のアンテナを使用した場合には、図９と図１０が示す各軸の方向が同じとすれば、主ビームの方向は、第１給電ポートに給電した場合に＋Ｘ軸方向へチルトし、第２給電ポートに給電した場合に−Ｘ軸方向へチルトする。
【０１４５】
ここで検知領域４３１及び４３２は、その主ビーム方向で電波を送受信することによって物体を検知できる範囲を示している。図１０（ｂ）に示すように、検知領域が重なる２つのビームを用いることにより、モノパルス処理が可能となる。
【０１４６】
図１１は、本実施の形態２の物体検知装置４３０のブロック構成図を示している。
【０１４７】
物体検知装置４３０は、送受信部を備えたセンサモジュール４４１と、アンテナ部４３３と、検知処理結果を表示する表示部４５０を備えている。
【０１４８】
なお、図１に示した実施の形態１のレーダ装置と同じ名称のブロックは、図１のレーダ装置と同じ機能を有しているブロックである。これらの共通するブロックの説明は省略する。
【０１４９】
センサモジュール４４１は、タイミング制御部４４２と、送信部４４３と、受信部４４７と、物体位置特定部４４８と、送受信を切り替える送受切替スイッチ４４４と、ビーム方向指定部４４５と、給電切替スイッチ４４６と、ビームパターン選択部４５１と、ビームパターン合成部４４９を備えている。
【０１５０】
本実施の形態２のセンサモジュール４４１は、図１のセンサモジュール１０１の送信アンテナ切替部１０４及び受信アンテナ切替部１０６の代わりに、送受切替スイッチ４４４、ビーム方向指定部４４５及び給電切替スイッチ４４６を備えている。
【０１５１】
また、本実施の形態２の物体検知装置４３０は、１つのアンテナを送信アンテナと受信アンテナとして共用する構成なので、図１の送信アンテナ１０５ａ及び受信アンテナ１０５ｂの代わりに、１つのアンテナ部４３３を備えた構成となっている。
【０１５２】
アンテナ部４３３は、図８に示す構成のアンテナを備えており、アンテナ素子４６１、第１給電ポート４６２及び第２給電ポート４６３は、それぞれ図８のアンテナ素子４００、第１給電ポート４０３及び第２給電ポート４０４に相当している。
【０１５３】
ビーム方向指定部４４５は、タイミング制御部４４２に制御されて、給電切替スイッチ４４６を切替えて、アンテナ部４３３の第１給電ポート４６２に給電させるか、第２給電ポート４６３に給電させるかを切替える。そして、第１給電ポート４６２に給電されるか、第２給電ポート４６３に給電されるかによって、アンテナ素子４６１から放射される主ビームの方向が切替えられる。
【０１５４】
また、センサモジュール４４１のタイミング制御部４４２は、送受切替スイッチ４４４の切替えも制御して、給電切替スイッチ４４６を送信部４４３に接続させるか受信部４４７に接続させるかを切り替えて、アンテナ部４３３における電波の送受信のタイミングを制御する。アンテナ部４３３から電波を送出させる際には、送信部４４３が給電切替スイッチ４４６に接続されるように制御し、アンテナ部４３３で電波を受信させる際には、受信部４４７が給電切替スイッチ４４６に接続されるように制御する。このようにして、１つのアンテナを送受信で共用させている。
【０１５５】
タイミング制御部４４２は、ビームパターン選択部４５１で選択された合成ビームパターンに応じて、その合成ビームパターンが形成されるように、送受切替スイッチ４４４及びビーム方向指定部４４５の切替えタイミングを制御して、アンテナ部４３３の送受信及び主ビーム方向を切替える。
【０１５６】
そして、物体位置特定部４４８は、複数の合成ビームパターンのそれぞれについて受信部４４７で検知された信号に基いて、図５〜図７を用いて説明した実施の形態１と同様の方法でモノパルス処理を用いて物体の位置を特定し、表示部４５０にその結果を表示させる。
【０１５７】
本実施の形態２の物体検知装置４３０は、図８に示すような小型のアンテナを１つだけ、送受信に共用する構成なので、受信アンテナ数を削減でき、物体検知装置４３０自体の小型化を図ることができる。
【０１５８】
なお、本実施の形態２では、アンテナ部４３３として、図８の構成のアンテナを用いることとしたが、図９の構成のアンテナを用いてもよいし、これら以外の主ビームの方向を切替えられる構成のアンテナを用いることもできる。
【０１５９】
また、本実施の形態２の物体検知装置４３０は、車両の前面中央に設ける構成としたが、他の場所に設けてもよい。例えば、車両の後方中央などに設けることにより、車庫入れのための後退時のセンサーなどに用いることができる。
【０１６０】
また、本実施の形態２の物体検知装置４３０は、車載レーダ装置に適したものであるが、他の移動体などに用いることも可能である。
【０１６１】
なお、本発明のプログラムは、上述した本発明の物体検知装置の、所定の合成ビームパターンを複数種類保持するまたは生成できる前記ビームパターン合成部、予め決められた所定の少なくとも２つの合成ビームパターンの組み合わせを選択して前記ビームパターン合成部に選択させまたは生成させる前記ビームパターン選択部、前記選択された所定の合成ビームパターンのそれぞれについて得られる、前記反射波の受信強度及び前記物体までの距離に基いて前記物体の位置を特定する前記物体位置特定部、の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
【０１６２】
また、本発明の記録媒体は、上述した本発明の物体検知装置の、所定の合成ビームパターンを複数種類保持するまたは生成できる前記ビームパターン合成部、予め決められた所定の少なくとも２つの合成ビームパターンの組み合わせを選択して前記ビームパターン合成部に選択させまたは生成させる前記ビームパターン選択部、前記選択された所定の合成ビームパターンのそれぞれについて得られる、前記反射波の受信強度及び前記物体までの距離に基いて前記物体の位置を特定する前記物体位置特定部、の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを記録した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能かつ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協働して利用される記録媒体である。
【０１６３】
また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な、ＲＯＭ等の記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【０１６４】
また、本発明のプログラムの一利用形態は、インターネット等の伝送媒体、光・電波等の伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【０１６５】
また、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
【０１６６】
なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１６７】
本発明に係る物体検知装置、車両及びビームパターン生成方法等は、複数種類のビームパターンを生成し、その生成した複数種類のビームパターンを用いて物体を検知することによりその物体の位置を特定できる効果を有し、モノパルス処理を用いて物体の位置を検
知する物体検知装置及び車両等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係るビームパターン合成部の構成を示すブロック図
【図３】ビームパターンの説明図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１に係る、送信ビームパターンの一例を示す図、（ｂ）本発明の実施の形態１に係る、受信ビームパターンの一例を示す図、（ｃ）本発明の実施の形態１に係る、合成ビームパターンの一例を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態１に係る、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄを用いて２個のターゲットを検出した場合の位置関係を示す図、（ｂ）本発明の実施の形態１に係る、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄによって検出される受信パルスを示す図、（ｃ）本発明の実施の形態１に係る、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｄから算出されるモノパルスカーブを示す図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態１に係る、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂを用いて２個のターゲットを検出した場合の位置関係を示す図、（ｂ）本発明の実施の形態１に係る、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂによって検出される受信パルスを示す図、（ｃ）本発明の実施の形態１に係る、合成ビームパターン２０３ａ及び２０３ｂから算出されるモノパルスカーブを示す図
【図７】本発明の実施の形態１に係るレーダ装置における、振幅モノパルス処理によるターゲット分離のフローチャートを示す図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の、送信アンテナ及び受信アンテナの構成例の上面図、（ｂ）本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の、送信アンテナ及び受信アンテナの構成例の側面図
【図９】（ａ）本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の、送信アンテナ及び受信アンテナの別の構成例の全体構成図、（ｂ）本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の、送信アンテナ及び受信アンテナの別の構成例の上面図、（ｃ）本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の、送信アンテナ及び受信アンテナの別の構成例の下面図
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態２に係る、車両に搭載された物体検知装置の配置を示す図、（ｂ）本発明の実施の形態２に係る物体検知装置の検知領域を示す図
【図１１】本発明の実施の形態２に係る物体検知装置のブロック構成図
【図１２（ａ）】従来の振幅モノパルス処理に用いる２つの受信アンテナのビームパターンを示す図
【図１２（ｂ）】２つの受信アンテナの放射源の中点からの角度と、各受信アンテナの受信強度の関係を示す図
【図１２（ｃ）】２つの受信ビームパターンから形成した、和と差のビームパターンを示す図
【図１２（ｄ）】２つの受信アンテナによる、受信強度の差と角度との関係を示す図
【図１３】（ａ）従来の振幅モノパルス処理における、２つの受信アンテナのビームパターンと検出対象のターゲットの位置関係を示す図、（ｂ）従来の振幅モノパルス処理における、２つの受信アンテナで受信したそれぞれの受信パルスを示す図
【図１４】（ａ）検出対象の領域に２つのターゲットがある場合の、従来の振幅モノパルス処理における、２つの受信アンテナのビームパターンと検出対象のターゲットの位置関係を示す図、（ｂ）従来の振幅モノパルス処理における、２つの受信アンテナで受信したそれぞれの受信パルスを示す図
【符号の説明】
【０１６９】
１０１  センサモジュール
１０２  タイミング制御部
１０３  送信部
１０４  送信アンテナ切替部
１０５ａ  送信アンテナ
１０５ｂ  受信アンテナ
１０６  受信アンテナ切替部
１０７  受信部
１０８  物体位置特定部
１０９  ビームパターン合成部
１１０  表示部
１１１  ビームパターン選択部
２０１、２０１ａ、２０１ｂ  送信ビームパターン
２０２、２０２ａ、２０２ｂ  受信ビームパターン
２０３、２０３ａ〜２０３ｄ  合成ビームパターン
２１０  ビーム放射ポイント
３０１  ビームパターン
４００  アンテナ素子
４０１  ループ素子
４０２  迂回素子
４０３、４１３  第１給電ポート
４０４、４１４  第２給電ポート
４０５、４２０  反射板
４１１  ループスロット
４１２  迂回スロット
４１５  マイクロストリップライン（ＭＳＬ）
４１６  グランド面
４１７  誘電体基板
４１８  ショートピン
４１９  ショートライン
４３０  物体検知装置
４３１、４３２  検知領域
４３３  アンテナ部
４４１  センサモジュール
４４２  タイミング制御部
４４３  送信部
４４４  送受切替スイッチ
４４５  ビーム方向指定部
４４６  給電切替スイッチ
４４７  受信部
４４８  物体位置特定部
４４９  ビームパターン合成部
４５０  表示部
４６１  アンテナ素子
４６２  第１給電ポート
４６３  第２給電ポート
５０１、５０２  受信ビームパターン
５０３  和信号
５０４ａ、５０４ｂ  差信号
５０５  モノパルスカーブ
５１１、５１２  放射源
５１３、５１４、５１５  ターゲット
５２１、５２２、５２３、５２４  受信パルス
７０１、７０２、７０６  受信パルス
７０３、７０４  ターゲット
７０５、７０７  モノパルス処理結果
７１０、７１１  モノパルスカーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１２（ｃ）】
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【図１２（ｄ）】
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【図１３】
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【図１４】
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【図９】
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