(57)【要約】【課題】本発明は、送信した電波の反射波からディジタルマルチビーム形成を行うために、できるだけ少ないアンテナ数で多数チャネルを実現し、小型化、高性能化、低コスト化できるレーダ装置を提供する。【解決手段】アンテナＡ１〜Ａ４がアンテナアレイＡを形成し、切換手段５に接続される。高周波信号を出力する電圧制御発振器３を有する送信機２、送信信号による電波の反射波を受信する受信機４が接続される。受信信号は信号処理制御装置１に伝送され、ＤＢＦ処理される。切換手段５のスイッチＳＷは、各アンテナに対する送受信の切換制御を行う。各アンテナは送受信共用とし、送信信号は、順に選択したアンテナから送信される。アンテナ配置は、所定２つの隣接アンテナの間隔と、他の２つの隣接アンテナの間隔との比を１対２とした。４個のアンテナでアンテナ６個分のスペースで１１チャネルを実現できた。【選択図】      図１
2005003393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを有し、送信された電波による反射波を受信し、該受信信号に基づいてディジタルマルチビーム形成を行う信号処理手段を備えたレーダ装置において、
前記複数のアンテナの少なくとも一つ以上選択されたアンテナから前記電波を送信する送信機と、
前記反射波を前記各アンテナで受信する受信機とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記送信機からの前記電波の送信信号を、選択された前記アンテナに供給する第１切換スイッチと、
前記各アンテナから受信された前記電波の反射波に係る受信信号を、前記受信機に順次切り換えて入力する第２切換スイッチとを有することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記各アンテナの全てが、送受信共用であることを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記第１切換スイッチは、前記各アンテナを順次切り換えることを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記第１切換スイッチは、前記送信信号の周期毎に前記アンテナを切り換えることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記各アンテナの夫々が、同一のアンテナ特性を有していることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記各アンテナは、同一の直線上に配列されている請求項６に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記第１切換スイッチによって当該アンテナが選択され、該アンテナから電波が送信されたとき、前記第２切換スイッチは、当該電波に係る反射波を受信するアンテナを、前記各アンテナのうちから選択し、前記受信信号を前記受信機に入力することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記第２切換スイッチは、当該アンテナで送信された電波に係る反射波に関する受信チャネルと、当該アンテナと別のアンテナで送信された電波に係る反射波に関する受信チャネルとが一致する場合に、当該アンテナの受信を選択しないことを特徴とする請求項８に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記受信機は、当該アンテナで送信された電波に係る反射波に関する受信チャネルと、当該アンテナと別のアンテナで送信された電波に係る反射波に関する受信チャネルとが一致する場合に、前記ディジタルマルチビーム形成手段に出力しないことを特徴とする請求項８に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記複数のアンテナは、異なるアンテナ間隔を有して一列に配置されていることを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
前記複数のアンテナの配置において、所定の２つの隣り合うアンテナに係るアンテナ間隔と、他の２つの隣り合うアンテナに係るアンテナ間隔との比が、１対２であることを特徴とする請求項９に記載のレーダ装置。
【請求項１３】
前記複数のアンテナが、順位に配置された第１乃至第４アンテナを含み、
前記第１アンテナと第２アンテナが第１間隔で配置され、第２アンテナと第３アンテナ及び第３アンテナと第４アンテナが第２間隔で配置され、
前記第２間隔が前記第１間隔の２倍であることを特徴とする請求項１２に記載のレーダ装置。
【請求項１４】
前記複数のアンテナの夫々に送信用ポートと受信用ポートが備えられ、
前記送信用ポート毎に送信機が接続され、前記受信用ポート毎に受信機が接続されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のレーダ装置。
【請求項１５】
前記各送信用ポートが共有送信機に選択接続され、前記受信用ポートが共有受信機に選択接続されることを特徴とする請求項１４に記載のレーダ装置。
【請求項１６】
前記複数のアンテナの夫々に、送信用と受信用とを切り換える双方向スイッチが備えられ、
前記双方向スイッチは、前記送信用に切り換えられたとき、当該アンテナを送信機に接続し、前記受信用に切り換えられたとき、当該アンテナを受信機に接続することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のレーダ装置。
【請求項１７】
前記複数のアンテナの夫々に対応して、前記送信機の出力ポートと前記受信機の受信ポートとが送受信共用とされた送受信機が備えられることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のレーダ装置。
【請求項１８】
前記送受信機が、前記複数のアンテナの夫々に共有され、各アンテナに選択接続されて送信又は受信を行うことを特徴とする請求項１７に記載のレーダ装置。
【請求項１９】
前記送受信機の数が、前記複数のアンテナの数より少なく備えられることを特徴とする請求項１８に記載のレーダ装置。
【請求項２０】
前記送受信機は、前記アンテナに時分割によるスイッチで送信又は受信に切り換えられることを特徴とする請求項１８又は１９に記載のレーダ装置。
【請求項２１】
前記送信機及び前記受信機に基準信号を供給する電圧制御発振器が備えられ、
前記電圧制御発振器は、前記複数のアンテナの夫々に関わる各送信機及び各受信機に共用であることを特徴とする請求項１２乃至２０の何れか一項に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数変調された連続波を送信波（ＦＭ−ＣＷ）を用いたレーダ装置に関し、特に、送信した電波に係る反射波の受信走査をディジタルマルチビーム形成（ＤＢＦ）により行うレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＤＢＦを用いて受信走査を行うレーダ装置は、種々のものが開発され、知られている。一般にこの種のレーダ装置の基本構成は、１つの送信アンテナと複数の受信アンテナとが用意され、該送信アンテナから電波を送信し、送信された電波の反射波を複数のアンテナで受信するというものである。
【０００３】
しかし、この構成によるレーダ装置では、受信アンテナの数に一致する数の受信機が必要であり、走査精度を向上するためには、多数の受信機を備えなければならない。そのため、受信機の数が増えるに従い、その重量及びサイズが大きくなり、しかも、多大な電力を必要とするという問題点があった。
【０００４】
そこで、このような問題点を解消するため、小型化かつ軽量化を図ったレーダ装置が提案されている。そのレーダ装置では、複数の受信アンテナが、スイッチを介して１つの受信機に接続されるように構成されている。或いは、複数の受信アンテナを数組に分け、例えば、多数の受信アンテナからなる受信アンテナアレイを４つずつの受信アンテナの組に分け、その４つの受信アンテナに対し、１つの受信機を設け、その組のアンテナがスイッチを介して当該受信機に接続されるようになっている。そこで、送信された電波の反射波を受信する時に、複数の受信アンテナを順次切り換えて受信機に接続する。そうすると、各受信アンテナで得られるレーダ信号を時分割で得ることができる（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照）。
【０００５】
このような構成により、複数の受信アンテナに対応して数の受信機を１つ又はその数より少なくすることができ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【０００６】
ここで、レーダ装置で使用される電波は、例えば、７６ＧＨｚ帯等の高周波数帯の電波である。したがって、受信アンテナから受信機までの伝送経路において扱われる信号も、高周波数帯の信号となる。このような高周波信号を切り換えることができるスイッチの入力数は、２あるいは３が一般的である。
【０００７】
このため、４以上の受信アンテナを切り換える場合には、複数のスイッチを利用することが行われている。例えば、１入力２切換出力（ＳＰＤＴ）または１入力３切換出力（ＳＰ３Ｔ）の単位スイッチをトーナメント形式で組み合わせて多切換を実現できる。ここで、単位スイッチとしては、ＭＭＩＣ（マイクロ波モノリシック集積回路）、ＨＩＣ（ハイブリッド集積回路）などの平面回路型の高周波スイッチが用いられている。
【０００８】
しかし、スイッチを多段に接続して用いると、通過するスイッチの夫々において、信号の減衰が大きくなり、受信機数を減少させてスイッチの段数が増えるにつれて、受信感度が劣化するという問題が発生する。
【０００９】
そこで、比較的簡単な構成とし、受信感度の劣化を防止できるレーダ装置が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。これまで説明してきたレーダ装置では、複数の受信アンテナについて、一つの送信アンテナが備えられたのに対して、特許文献４に示されたレーダ装置では、送信アンテナを複数本として切換使用することで、受信アンテナの本数を減少することによって、受信アンテナを切り換えるスイッチの数を減少させている。この構成により、受信感度が向上し、また、アンテナ及びスイッチの数をも減少させ、装置の低コスト化を図ることができるというものである。
【００１０】
そこで、このレーダ装置の概略ブロック構成を図１２に示した。このレーダ装置では、Ａ１、Ａ２及びＡ３の３本の送信アンテナ、Ａ４及びＡ５の受信アンテナが、切換手段５に接続され、該切換手段５には、例えば、７６ＧＨｚ帯の高周波信号を出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）などの発振器３を有する送信機２と、受信機４とが接続されている。受信機４は、発振器３からの発振信号と同期しており、受信アンテナからの受信信号を信号処理制御装置１に伝送する。そして、信号処理制御装置１は、受信信号に基づいてディジタルマルチビーム形成（ＤＢＦ）の信号処理を行うとともに、切換手段５における送信アンテナ及び受信アンテナの切換制御を行っている。
【００１１】
発振器３は、送信機２の分配器を介し送信側のスイッチＳＷ１が接続され、発振出力を送信アンテナに供給する。このスイッチＳＷ１は、１入力３切換出力（ＳＰ３Ｔ）のスイッチであり、出力側が３つの送信アンテナＡ１、Ａ２、Ａ３に接続されている。信号処理制御装置１の指示に基づいて、スイッチＳＷ１を切り換えることにより、発振器３からの高周波信号が、送信アンテナＡ１、Ａ２、Ａ３へ時分割で供給される。そこで、送信アンテナＡ１、Ａ２、Ａ３から発振器３からの高周波信号が順次時分割で送信される。ここで使用されている送信アンテナＡ１、Ａ２、Ａ３の指向性は互いに等しく、検出領域全体に電波を照射できる指向性がある。
【００１２】
一方、受信側には、２つの受信アンテナＡ４、Ａ５が設けられている。この受信アンテナＡ４、Ａ５には、受信側のスイッチＳＷ２が接続されている。このスイッチＳＷ２は、１入力２切換出力（ＳＰＤＴ）のスイッチであり、２つの受信アンテナＡ４、Ａ５が出力側に接続されている。また、このスイッチＳＷ２の１つの入力は、受信機４のミキサに接続されている。そこで、信号処理制御装置１の指示に基づいて、このスイッチＳＷ２を切り換えることによって、２つの受信アンテナＡ４、Ａ５で得られた受信信号が、受信機４に供給される。
【００１３】
これら送信アンテナＡ１〜Ａ３、及び受信アンテナＡ４、Ａ５は、同一平面上に、かつ同一直線上に整列され、従来のレーダ装置におけるアンテナ数より少ないアンテナが配置されている。このようなレーダ装置の構成にすることにより、レーダ装置の製作が容易となり、低コスト化を図ることができ、さらに、自動車レーダなどへの適用の際には、レーダ全体形状を車両への搭載に適したものにすることができるというものである。
【００１４】
【特許文献１】
特公平６−６８５４２号公報
【特許文献２】
特開平１１−３１１６６８号公報
【特許文献３】
特開平１１−１６０４２３号公報
【特許文献４】
特開２０００−１５５１７１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、図１２に示されたレーダ装置におけるアンテナ切換の様子を、図１３に示した。このレーダ装置では、受信アンテナＡ４と受信アンテナＡ５との配置間隔をＬとしたとき、送信アンテナＡ１、Ａ２、Ａ３は、夫々隣接する送信アンテナ同士の間隔が２Ｌとなるように配置されている。
【００１６】
送信アンテナＡ１、Ａ２、Ａ３によって送信された電波は、目標物で反射されて受信アンテナＡ４、Ａ５に至る。従って、送信アンテナを空間的に移動した場合、それに対応して受信アンテナを逆方向に平行移動すれば同じ受信信号が得られるはずである。従って、送信アンテナＡ２からの送信時における受信アンテナＡ４、Ａ５の受信信号は、送信アンテナＡ２を送信アンテナＡ１の位置に移動し、受信アンテナＡ４、Ａ５を、該アンテナＡ４、Ａ５の配置間隔Ｌだけ逆方向に平行移動させたものと同じとなる。また、送信アンテナＡ３からの送信時における受信アンテナＡ４、Ａ５の受信信号は、送信アンテナＡ３を送信アンテナＡ１の位置に移動し、受信アンテナＡ４、Ａ５を２Ｌだけ平行移動させたものと同じとなる。
【００１７】
図１３に、各時間における送信アンテナと受信アンテナのペアの関係をアンテナの配列方向における位置関係とが示されるように、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とを適宜切り換えることにより、３個の送信アンテナと２個の受信アンテナとによる５個のアンテナによって、６チャンネルのビームが得られることが分かる。つまり、１個の送信アンテナに対し、６個の受信アンテナを配置したものと等価になる。
【００１８】
ここで、従来の他のレーダ装置において、６個の受信アンテナを設けて、受信機を１個にしようとする場合には、切換スイッチは、１入力３切換出力のスイッチ２つと、１入力２切換出力のスイッチ１つの２段構成としなければなければならなかったのに対して、図１２に示されたレーダ装置では、送信側にもスイッチＳＷ１を必要とするが、受信アンテナＡ４とＡ５の切換のためには、１段のスイッチＳＷ２を設けるだけで済む。
【００１９】
また、図１２に示されたレーダ装置において、得られるビームの指向性を狭くするため、チャンネル数を更に増やしたい場合には、受信アンテナＡ４、Ａ５と同一のアンテナ特性の受信アンテナＡ６（図示なし）を間隔Ｌで追加配置し、そして、送信アンテナＡ１とＡ２とＡ３の夫々の間隔を３Ｌにすればよい。このようなアンテナ構成としたレーダ装置によると、図１３に示されたチャンネル数に３チャンネルが追加され、６個のアンテナで、９チャンネルのビームが得られる。
【００２０】
以上の様に、図１２のレーダ装置に従えば、スイッチにおける受信信号の減衰を低減することができ、少ないアンテナ数で、アンテナ数以上のチャンネル数を実現することができる。
【００２１】
しかしながら、このレーダ装置によれば、アンテナ数以上のチャンネル数が実現できても、より指向性を狭くしたビーム得るためには、例えば、９チャンネルとする場合には、１０個のアンテナを必要としたのに対して、アンテナ数を、６個に減少させることができたが、レーダ装置としてアンテナを組み込むと、横一列に配置されるため、この６個のアンテナは、１０個分のスペースに配置されることを必要とする。
【００２２】
一方、このようなレーダ装置が、電子機器として、例えば、自動車などに搭載される場合には、電波が自動車の前方に送信されるには、限られた場所しかなく、しかも、狭隘な取り付けスペースしかない。このような環境で使われるレーダ装置は、できるだけ小型化を図る必要がある。そのため、上述したレーダ装置によっても、アンテナ数を減少させることができても、小型化には、未だ不十分なものとなっている。さらには、自動車前方の目標物認識に関しても、自動車運転の安全面からも、より一層の高性能化が要望されており、安価なレーダ装置が求められている。
【００２３】
そこで、本発明は、送信した電波に係る反射波の受信走査をディジタルマルチビーム形成（ＤＢＦ）により行うためのアンテナ数をできるだけ少なくして、多数チャネルを実現しつつ、小型化、高性能化を図り、そしてコスト低減を実現できるレーダ装置を提供することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明では、複数のアンテナを有し、送信された電波による反射波を受信し、該受信信号に基づいてディジタルマルチビーム形成を行う信号処理手段を備えたレーダ装置において、前記複数のアンテナの少なくとも一つ以上選択されたアンテナから前記電波を送信する送信機と、前記反射波を前記各アンテナで受信する受信機とを備えることとした。
【００２５】
そして、前記複数のアンテナの送受信を切り換えるため、前記送信機からの前記電波の送信信号を、選択された前記アンテナに供給する第１切換スイッチと、前記各アンテナから受信された前記電波の反射波に係る受信信号を、前記受信機に順次切り換えて入力する第２切換スイッチとを備え、前記各アンテナの全てが、送受信共用であることとした。さらに、前記第１切換スイッチは、前記各アンテナを順次切り換えることとし、特に、前記送信信号の周期毎に前記アンテナを切り換えることとした。
【００２６】
また、前記各アンテナの夫々が、同一のアンテナ特性を有していることとし、前記各アンテナは、同一の直線上に配列されているようにした。
【００２７】
前記第１切換スイッチによって当該アンテナが選択され、該アンテナから電波が送信されたとき、前記第２切換スイッチは、当該電波に係る反射波を受信するアンテナを、前記各アンテナのうちから選択し、前記受信信号を前記受信機に入力することとし、前記第２切換スイッチは、当該アンテナで送信された電波に係る反射波に関する受信チャネルと、当該アンテナと別のアンテナで送信された電波に係る反射波に関する受信チャネルとが一致する場合に、当該アンテナの受信を選択しないこととし、或いは、前記受信機は、当該アンテナで送信された電波に係る反射波に関する受信チャネルと、当該アンテナと別のアンテナで送信された電波に係る反射波に関する受信チャネルとが一致する場合に、前記ディジタルマルチビーム形成手段に出力しないこととした。
【００２８】
また、前記複数のアンテナは、異なるアンテナ間隔を有して一列に配置されていることとし、前記複数のアンテナの配置において、所定の２つの隣り合うアンテナに係るアンテナ間隔と、他の２つの隣り合うアンテナに係るアンテナ間隔との比が、１対２であるようにし、或いは、前記複数のアンテナが、順位に配置された第１乃至第４アンテナを含み、前記第１アンテナと第２アンテナが第１間隔で配置され、第２アンテナと第３アンテナ及び第３アンテナと第４アンテナが第２間隔で配置され、前記第２間隔が前記第１間隔の２倍であるようにした。
【００２９】
さらに、前記複数のアンテナの夫々に送信用ポートと受信用ポートが備えられ、前記送信用ポート毎に送信機が接続され、前記受信用ポート毎に受信機が接続されることとし、或いは、前記各送信用ポートが共有送信機に選択接続され、前記受信用ポートが共有受信機に選択接続されることとした。
【００３０】
また、前記複数のアンテナの夫々に、送信用と受信用とを切り換える双方向スイッチが備えられ、前記双方向スイッチは、前記送信用に切り換えられたとき、当該アンテナを送信機に接続し、前記受信用に切り換えられたとき、当該アンテナを受信機に接続することとした。
【００３１】
前記複数のアンテナの夫々に対応して、前記送信機の出力ポートと前記受信機の受信ポートとが送受信共用とされた送受信機が備えられることとし、前記送受信機が、前記複数のアンテナの夫々に共有され、各アンテナに選択接続されて送信又は受信を行うことし、さらに、前記送受信機の数が、前記複数のアンテナの数より少なく備えられ、前記送受信機は、前記アンテナに時分割によるスイッチで送信又は受信に切り換えられることとした。
【００３２】
また、前記送信機及び前記受信機に基準信号を供給する電圧制御発振器が備えられ、前記電圧制御発振器は、前記複数のアンテナの夫々に関わる各送信機及び各受信機に共用であることとした。
【００３３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のレーダ装置に係る実施形態について、図を参照して説明する。本実施形態によるレーダ装置の概略構成について、図１に示した。同図に示したレーダ装置は、図１２に示した従来のレーダ装置と同様に、送信した電波に係る反射波の受信走査をディジタルマルチビーム形成（ＤＢＦ）により行い、信号処理を行うことを基本としており、図１に示されたレーダ装置において、図１２に示されたレーダ装置と同じ部分には、同じ符号を付した。図中において、破線で囲まれた範囲に含まれる送信機２、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３、受信機４、切換手段５による高周波回路部分は、従来のレーダ装置と同様に、マイクロ波モノリシック集積回路（ＭＭＩＣ）で形成されている。
【００３４】
図１のレーダ装置では、Ａ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４の４本のアンテナが、アンテナアレイＡを形成しており、切換手段５に接続されている。該切換手段５には、例えば、７６ＧＨｚ帯の高周波信号を出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）などの発振器３を有する送信機２と、該送信機から出力された送信信号による電波の反射波を受信した受信信号を入力する受信機４とが接続されている。該受信機４は、発振器３からの発振信号と同期しており、アンテナからの受信信号を信号処理制御装置１に伝送する。そして、信号処理制御装置１は、切換手段５のスイッチＳＷについて、４個のアンテナＡ１乃至Ａ４に対する切換制御を行うととともに、受信機４から供給された受信信号に基づいてディジタルマルチビーム形成（ＤＢＦ）の信号処理を行っている。
【００３５】
ここで、本実施形態のレーダ装置が、従来のレーダ装置と大きく異なるところは、従来のレーダ装置では、複数のアンテナで形成されるアンテナアレイは、送信用と受信用とのアンテナが固定されているのに対し、本実施形態のレーダ装置では、アンテナアレイＡを形成する複数のアンテナが、送信用と受信用とに固定されてなく、複数のアンテナのうちで、一つ以上、又は、複数全部のアンテナが送受信共用となっており、固定化されていないことである。送信機２からの送信信号の送信と、該送信信号による電波の反射波の受信とを、スイッチＳＷによって複数のアンテナを適宜切り換えるようにしている。送信信号による電波が順次選択切り換えられたアンテナから送信され、送信された電波の反射波を複数のアンテナによって多チャンネルの受信走査を実現している。
【００３６】
さらに、本実施形態のレーダ装置では、従来のレーダ装置のように、複数のアンテナが等間隔で配列されるのではなく、隣接するアンテナとの間の間隔が異なっていることを特徴としている。複数のアンテナが、等間隔で配置されているとすると、順次切り換えられたアンテナから電波が送信されても、受信アンテナによるその反射波の受信位置が、アンテナ間隔１つ分シフトされるだけであるので、送信アンテナを順次切り換えることの利点が少なくなり、チャンネル数を増加しにくい。そのため、アンテナ間の間隔が狭いところと広いところを設け、広い間隔は、狭い間隔の２倍とした。このアンテナの配置の仕方により、少ないアンテナ数で、より多くのチャンネル数が得られるようにした。
【００３７】
本実施形態のレーダ装置に用いられる複数のアンテナにおいては、例えば、指向性、利得などのアンテナ特性がいずれも同一であることが好ましく、各アンテナが、検出領域全体に電波を照射できる指向性を有しているものを使用する。各アンテナは、その送受信面が一直線上になるように一列に配置されていることが好ましい。各アンテナについてアンテナ特性などが揃っていないと、受信信号に含まれる位相の検出に対する演算量の増加を招くことになり、レーダ装置の性能に影響する。
【００３８】
図１に示したレーダ装置では、４個のアンテナを備えた場合の例を示している。このレーダ装置におけるディジタルマルチビーム形成（ＤＢＦ）の基本概念について、図２および図３を参照して説明する。ＤＢＦは、信号処理制御装置１内で行われるが、複数のアンテナで構成されるアレーアンテナアレーＡの各々の受信信号をＡ／Ｄ変換してディジタル信号し、ビーム走査やサイドローブ特性等の調整をディジタル信号処理で実現している。
【００３９】
図２には、レーダ装置に備えられた４個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４が、横一直線になるように配置される様子が示されている。同図中における三角形がアンテナを示し、４個のアンテナが並べられている。アンテナＡ１とＡ２の配置間隔をｄとしたとき、アンテナＡ２とＡ３、そして、アンテナＡ３とＡ４の配置間隔は、アンテナＡ１とＡ２の配置間隔ｄの２倍である２ｄとなっている。なお、配置間隔の様子を分かりやすくするため、アンテナＡ２とＡ３の間、そして、アンテナＡ３とＡ４の間に、破線による三角形が示され、それらの間が、アンテナ１個分、つまり、間隔２ｄ分離れていることを表している。
【００４０】
図２に示されるように、先ず、最初に選択されたアンテナＡ１から送信信号Ｔ１によって電波が送信されたとする。図中で網掛けされた三角形が、電波を送信するために選択された送信アンテナであることを表示している。送信アンテナＡ１から送信された電波は、目標物で反射され、その反射波がアンテナアレイＡに戻ってくる。レーダの中心方向に対して、角度θの方向から到来する電波を、図のように配列された４個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４からなるアンテナアレイで受信する。アンテナＡ１に対する反射波Ｒ１１の伝搬経路長を基準とすると、アンテナＡ２に係る反射波Ｒ２１、アンテナＡ３に係る反射波Ｒ３１、アンテナＡ４に係る反射波Ｒ４１に対する各伝搬経路長は、図に示すように、夫々、ｐ（但し、ｐ＝ｄｓｉｎθ）、３ｐ、５ｐだけ長くなる。
【００４１】
したがって、その分だけ、アンテナＡ２、Ａ３、Ａ４に到達する各反射波Ｒ２１、Ｒ３１、Ｒ４１は、アンテナＡ１に到達する反射波Ｒ１１よりも遅れていることを示している。この遅れ量は、λを反射波の波長とすると、夫々、（２πｄｓｉｎθ）／λ、（６πｄｓｉｎθ）／λ、（１０πｄｓｉｎθ）／λとなる。そこで、各反射波Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１、Ｒ４１がアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４によって受信されると、受信信号Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１が、スイッチＳＷを介して受信機４に供給されるが、各反射波の到来時間が、アンテナによって異なるため、受信信号Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１の夫々の位相は、受信信号Ｓ１１の位相に対して、（２πｄｓｉｎθ）／λ、（６πｄｓｉｎθ）／λ、（１０πｄｓｉｎθ）／λの遅れ量だけ遅れたものとなっている。
【００４２】
これらの受信信号に係る遅れ量の大きさに応じて、信号処理制御装置１における各受信信号のディジタル処理において、夫々の分の位相を進めてやると、θ方向からの反射波が全アンテナにおいて同位相で受信されたことと同じになり、指向性がθ方向に全て揃うことになる。
【００４３】
次に、図３に示されるように、送信アンテナとして、アンテナＡ１からアンテナＡ２に切り換えられると、アンテナＡ２から送信信号Ｔ２に係る電波が送信される。送信アンテナＡ２から送信された電波は、目標物で反射され、その反射波がアンテナアレイＡに戻ってくる。図２と同様に、レーダの中心方向に対して、角度θの方向から到来する反射波を、４個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４からなるアンテナアレイＡで受信する。
【００４４】
アンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、送信信号Ｔ２に対応する反射波Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ３２、Ｒ４２を夫々受信する。各反射波Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ３２、Ｒ４２がアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４によって受信されると、受信信号Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２が、スイッチＳＷを介して受信機４に供給される。ここで、アンテナＡ１に対する反射波Ｒ１２の伝搬経路長を基準とすると、アンテナＡ２に係る反射波Ｒ２２、アンテナＡ３に係る反射波Ｒ３２、アンテナＡ４に係る反射波Ｒ４２に対する各伝搬経路長は、図に示すように、夫々、ｐ（＝ｄｓｉｎθ）、３ｐ、５ｐだけ長くなる。
【００４５】
しかし、図３の場合には、図２の場合とは異なり、送信アンテナは、アンテナＡ１からアンテナＡ２にシフトされているので、ここでは、アンテナＡ２における反射波到来のタイミングを基準にすることになる。そのため、図２の場合に比較して、アンテナＡ１からアンテナＡ２にシフトした分だけ、反射波の各アンテナへの到来位置が横方向にずらされたことになる。
【００４６】
そうすると、アンテナＡ２に係る反射波Ｒ２２による受信信号Ｓ２２を基準にすると、アンテナＡ１に係る受信信号Ｓ１２の位相は、（２πｄｓｉｎθ）／λだけ進んでいることになり、そして、アンテナＡ３、Ａ４に到達する各反射波Ｒ３２、Ｒ４２による受信信号Ｓ３２、Ｓ４２の位相は、アンテナＡ２で受信された受信信号Ｓ２２の位相よりも遅れていることになる。この遅れ量は、夫々、（４πｄｓｉｎθ）／λ、（８πｄｓｉｎθ）／λとなる。
【００４７】
そこで、信号処理制御装置１での各アンテナの受信信号に対するディジタル処理において、進み量を有する受信信号Ｓ１２については、その位相をその分だけ遅らせてやり、遅れ量を有する受信信号Ｓ３２、Ｓ４２については、その位相をその分だけ進めてやると、到来する反射波が、全アンテナにおいて、同位相で受信されたことと同じになり、指向性がθ方向に全て揃うことになる。
【００４８】
以上のように、レーダ装置に備えられたスイッチＳＷの制御によって、ＦＭ−ＣＷ波を送信信号としている場合には、ＦＭ−ＣＷ波の三角波における上り及び下りによる１区間毎に、送信アンテナとして、アンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４へと順次切り換えながら、各アンテナからＦＭ−ＣＷ波の信号を送信し、その反射波を、各区間において、アンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４で受信することになる。この手順に従って、送受信共用の４個のアンテナによって、４個のいずれかのアンテナから電波を送信し、その電波の反射波を４個のアンテナで受信することによって、アンテナ６個分のスペースで１１チャンネルを実現することができる。
【００４９】
この４個のアンテナを用いたアンテナアレイによって、アンテナ６個分のスペースで１１チャンネルを実現した各アンテナの受信状態を、図４に示した。同図では、横軸が時間を表しており、三角形の図形が受信アンテナを示し、網掛けされた三角形の図形は、送信アンテナと受信アンテナの共用であることを指している。そして、送信アンテナを基準にした各アンテナの受信チャネルの様子が、ＦＭ−ＣＷ波における三角波の区間毎に表わされている。
【００５０】
アンテナＡ２とアンテナＡ３の配置間隔、及びアンテナＡ３とアンテナＡ４の配置間隔は、アンテナＡ１とアンテナＡ２の配置間隔の２倍に設定されていることから、ＦＭ−ＣＷ波の１区間目では、アンテナＡ１は、チャネル６で、アンテナＡ２は、チャネル７で、アンテナＡ３は、チャネル９で、そして、アンテナＡ４は、チャネル１１で反射波を夫々受信している。
【００５１】
ＦＭ−ＣＷ波の２区間目では、アンテナＡ２を送信アンテナとし、アンテナＡ２の受信信号の位相を基準としているので、各アンテナに係る反射波到来位置が、１区間目に比して、見かけ上、配置間隔ｄ分だけシフトされたことと同じになる。その結果、２区間目では、アンテナＡ１は、チャネル５で、アンテナＡ２は、チャネル６で、アンテナＡ３は、チャネル８で、そして、アンテナＡ４は、チャネル１０で反射波を夫々受信していることになる。
【００５２】
さらに、送信アンテナが、続く３区間目で、アンテナＡ３へ、そして、４区間目で、アンテナＡ４へと順次切り換えられ、区間毎に各アンテナの反射波到来位置が、見かけ上、配置間隔２ｄ分だけ夫々シフトされたことになる。そのため、３区間目、４区間目において、１区間目及び２区間目と同様に、反射波を間隔２ｄだけシフトした状態において各アンテナで受信することになる。結果として、送信波を送信したアンテナを基準にして見ると、送信した送信波に対する反射波が、１区間目から４区間目を一巡とすると、チャネル１からチャネル１１までの全てのチャネルで受信されたことになる。
【００５３】
ところで、６チャンネル目では、受信が重複しているが、このチャンネルが、図４の場合には、基準チャンネルとなっているため、これらの受信の重複は、止むを得ないことであるが、４チャンネル目と８チャンネル目における受信については、どちらか一つが不要である。ここで、演算量の軽減を考慮するならば、スイッチＳＷを制御して片方の受信を止めてもよいし、或いは、受信はするが、当該受信信号の信号処理を行わないようにしてもよい。
【００５４】
また、図４の例では、４個のアンテナを端から順次切り換えて、送信アンテナとして選択されているが、必ずしも、端から順番でなくとも、途中に配置されたアンテナから選択するようにしても、端から順番に選択された場合と同様に１１チャンネル化を実現できる。
【００５５】
以上では、４個のアンテナ全てを送信アンテナとして選択して、１１チャンネル化を図ったが、場合によっては、そこまで、ビームの指向性を強くしなくてもよいことがある。例えば、このレーダ装置が自動車に搭載されたときに、車速が早過ぎて、レーダ装置における演算速度が追い着かない場合、目標物体が近づき、演算速度を上げるために演算量を減らしてやる場合などがある。これらの場合に対処するため、レーダ装置に４個のアンテナが備えられているが、４個のアンテナ全てを送信アンテナとして選択せずに、例えば、アンテナＡ１とＡ２だけを送信アンテナとして選択するようにして、５チャンネルとすることもでき、また、アンテナＡ１、Ａ２、Ａ３を送信アンテナとして選択すると、９チャンネル化することができる。この様に、アンテナを送信アンテナとして適宜選択することにより、４個のアンテナを備えたままでも、スイッチＳＷの切換制御の仕方によって、チャンネル数を変えることができる。
【００５６】
なお、これまで説明したレーダ装置の実施例では、送受信共用のアンテナ４個を備えた場合であったが、チャンネル数を適宜の大きさとするためには、４個全てが送受信共用でなく、４個のうち、２又は３個について、送受信共用とすることができる。また、チャンネル数を格段に大きくしたい場合には、配置間隔２ｄの位置に、アンテナＡ５（図示なし）を追加してもよい。
【００５７】
以上に述べてきたように、図１に示された本実施形態のレーダ装置の構成では、同一平面上でかつ同一直線上に整列された複数のアンテナのうちで、少なくとも一つ以上選択されたアンテナから電波を送信し、該電波に係る反射波を各アンテナで受信するようにしているので、従来のレーダ装置におけるアンテナ数より少ないアンテナによって、より多くのチャンネル数を得ることができるとともに、レーダ装置の小型化、低コスト化を図ることができる。特に、複数のアンテナ全てを送受信共用とした場合には、チャンネル数を大幅に増加することが可能となり、受信信号の合成時において、指向性を高くすることができ、レーダ装置としての高性能化を図ることができる。
【００５８】
次に、図１に示した本実施形態のレーダ装置の構成を基本として、効率を向上し、コストを低減し、或いは、より小型化を図るための構成に関連する本実施形態の変形例について、図５乃至図１１を参照して、説明する。
【００５９】
図５の第１変形例では、切換手段５を省略し、４個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の夫々に対応して、送信機２と受信機４と共用する送受信機６１、６２、６３、６４を接続する。この構成は、コストが上昇しても、信号減衰を防ぎたいときには有効である。送信信号を生成する電圧制御発振器（ＶＣＯ）を送受信機毎に設けてもよいが、全ての送受信機に共用する電圧制御発振器３を一つ設けて、送信信号源を共通化するとともに、受信動作の同期化をし易くしており、コスト低減を図っている。アンテナへの送受信を切り換える送受共用手段としては、例えば、ハイブリット回路や分配回路を用いることができ、更には、送信側と受信側とに、増幅器（ＡＭＰ）や減衰器（ＡＴＴ）を挿入しておき、夫々の利得制御又は減衰量制御によって送受信をオン・オフさせることもできる。これにより、送受信を時分割で切り換えることができる。
【００６０】
図６の第２変形例では、図１に示された構成と図５に示された構成との中間的な構成例が示され、信号減衰を比較的低く抑えつつ、送受信機によるコストも低減しようとしている。そのため、図５のように、切換手段５を省略してしまうのではなく、図６の構成では、２個のアンテナを切り換える１入力２切換出力（ＳＰＤＴ）のスイッチを採用し、４個のアンテナを切り換えるスイッチＳＷ１とＳＷ２を信号処理制御装置１で切換制御するようにしている。この場合にも、電圧制御発振器は、送受信機６５と６６とに共用となっている。
【００６１】
以上では、送信機と受信機とに関連する構成に対する本実施形態の変形例を説明したが、以下に、図１のレーダ装置における切換手段５についての具体例を説明する。図中においては、切換手段５を中心に示していることから、レーダ装置として必要な信号処理制御装置１と電圧制御発振器３は、図示を省略されている。切換手段５には、アンテナアレイＡを形成する４個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と、送信機２と受信機４とが接続され、４個のアンテナに係る送受信が時分割制御されるように、信号処理制御装置１からの切換制御に従って、スイッチＳＷの選択切換が行われる。
【００６２】
図７に示された第１具体例では、４個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の夫々に、送信用と受信用のポートを設け、各アンテナと送信機２又は受信機４との接続を時分割で行うことができる。
【００６３】
図８に示された第２具体例では、第１具体例とは反対に、送信機２側及び受信機４側の夫々に、４個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４用のポートを設けている。これにより、各アンテナと送信機２又は受信機４との接続を時分割で行うことができる。
【００６４】
図９に示された第３具体例では、４個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に一つずつのポートを設け、送信機２側又は受信機４側で各アンテナを選択切換できるようにしてある。これにより、各アンテナと送信機２又は受信機４との接続を時分割で行うことができる。
【００６５】
また、第３具体例においては、送信機２と受信機４とが別々に各アンテナを選択的に切り換えることができたのに対し、図１０に示された第４具体例では、切換手段５の内部に、送受共用手段が設けられ、これにより、各アンテナと送信機２又は受信機４との接続を時分割で行うことができる。送受共用手段としては、ハイブリット回路や分配回路を使用することができ、安価な回路構成とすることができる。
【００６６】
図１１に示された第５具体例は、第４具体例における送受共有手段を、１入力２出力のスイッチで構成した場合であり、これにより、各アンテナと送信機２又は受信機４との接続を時分割で行うことができる。
【００６７】
なお、第１乃至第５の具体例において、切換手段５のスイッチＳＷについて、送信の場合でも受信の場合でも使用できる双方向スイッチとすることにより、切換手段５の小型化を図ることができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上の様に、本発明のレーダ装置では、同一平面上でかつ同一直線上に整列された複数のアンテナのうちで、少なくとも一つ以上選択されたアンテナから電波を送信し、該電波に係る反射波を各アンテナで受信するようにしたので、従来のレーダ装置におけるアンテナ数より少ないアンテナによって、より多くのチャンネル数を得ることができるとともに、レーダ装置の小型化、低コスト化を図ることができる。複数のアンテナ全てを送受信共用とした場合では、チャンネル数を大幅に増加することが可能となり、受信信号の合成時において、指向性を高くすることができ、レーダ装置としての高性能化を図ることができる。
【００６９】
そして、本発明のレーダ装置では、従来のレーダ装置におけるアンテナ数より少ないアンテナを配置すればよく、しかも、複数のアンテナの配置に関して、そのアンテナ間の間隔を工夫したので、多チャンネルのディジタルマルチビーム形成を実現でき、更には、装置の小型化、低コスト化を図ることができた。
【００７０】
この様なレーダ装置の構成によって、レーダ装置の製作が容易となり、低コスト化を図ることができることで、自動車等に搭載される衝突防止装置等への適用の際には、レーダ装置の全体形状を車両への搭載に適したものにすることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るレーダ装置の概略ブロック構成を示す図である。
【図２】本実施形態によるレーダ装置のアンテナの動作原理を説明する図である。
【図３】本実施形態によるレーダ装置のアンテナの受信動作を説明する図である。
【図４】本実施形態によるレーダ装置のアンテナ切換動作を説明する図である。
【図５】本実施形態のレーダ装置におけるアンテナ送受信形態の第１変形例を説明する図である。
【図６】本実施形態のレーダ装置におけるアンテナ送受信形態の第２変形例を説明する図である。
【図７】本実施形態のレーダ装置におけるアンテナ切換の第１具体例を説明する図である。
【図８】本実施形態のレーダ装置におけるアンテナ切換の第２具体例を説明する図である。
【図９】本実施形態のレーダ装置におけるアンテナ切換の第３具体例を説明する図である。
【図１０】本実施形態のレーダ装置におけるアンテナ切換の第４具体例を説明する図である。
【図１１】本実施形態のレーダ装置におけるアンテナ切換の第５具体例を説明する図である。
【図１２】従来技術によるレーダ装置の概略ブロック構成を示す図である。
【図１３】図１２に示したレーダ装置のアンテナの受信動作を説明する図である。
【符号の説明】
１…信号処理制御装置
２…送信機
３…電圧制御発振器（ＶＣＯ）
４…受信機
５…切換手段
６１〜６６…送受信機
Ａ１〜Ａ５…アンテナ
ＳＷ、ＳＷ１、ＳＷ２…切換スイッチ
【図１】
2005003393.tif 000003
【図２】
2005003393.tif 000004
【図３】
2005003393.tif 000005
【図４】
2005003393.tif 000006
【図５】
2005003393.tif 000007
【図６】
2005003393.tif 000008
【図７】
2005003393.tif 000009
【図８】
2005003393.tif 000010
【図９】
2005003393.tif 000011
【図１０】
2005003393.tif 000012
【図１１】
2005003393.tif 000013
【図１２】
2005003393.tif 000014
【図１３】
2005003393.tif 000015