(57)【要約】【課題】レーダ装置において、方位検出域の広角化と、装置の低コスト化とを実現する。【解決手段】送信アンテナ２３を含み、送信アンテナ２３を介して送信信号を電波として空間に放射する送信部１１と、目標物体から反射された電波を受信する複数のアンテナ素子を具備する受信アンテナ２５を含み、受信アンテナ２５から出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換して出力する受信部１２と、受信部１２から出力されたディジタル信号に基づいて目標物体に関する距離、速度および方位情報などを検出する信号処理部１３とを備えたレーダ装置において、受信アンテナ２５は、隣接する所定の選択数のアンテナ素子にて構成される一組をサブアレーとして相互に重複しないアンテナ素子で構成される複数組のサブアレー間のそれぞれの間隔が周期性を有さない異なる間隔に配列されたアレーアンテナを構成する。【選択図】        図１
2005257384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子を具備する送信アンテナを含み、該送信アンテナを介して送信信号を電波として空間に放射する送信部と、前記電波が目標物体に到達して該目標物体から反射された電波を受信する複数のアンテナ素子を具備する受信アンテナを含み、該受信アンテナから出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換して出力する受信部と、前記受信部から出力されたディジタル信号に基づいて前記目標物体までの距離、前記目標物体の速度および方位を検出する信号処理部とを備えたレーダ装置において、
前記受信アンテナは、隣接する所定の選択数のアンテナ素子にて構成される一組をサブアレーとして相互に重複しないアンテナ素子で構成される複数組のサブアレー間のそれぞれの間隔が周期性を有さない異なる間隔に配列されたアレーアンテナを構成することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記サブアレーを構成するアンテナ素子間の間隔は、各サブアレー間で相互に異な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】
前記所定の選択数が２であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記サブアレーを構成するアンテナ素子間の間隔は、前記目標物体の方位検出域内に該サブアレーの指向性パターンのメインローブが含まれるような間隔に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記送信アンテナは、方位検出域内にヌル点が生じないような指向性パターンを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーダ装置。
【請求項６】
アンテナ素子を具備する送信アンテナを含み、該送信アンテナを介して送信信号を電波として空間に放射する送信部と、前記電波が目標物体に到達して該目標物体から反射された電波を受信する複数のアンテナ素子を具備する受信アンテナを含み、該受信アンテナから出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換して出力する受信部と、前記受信部から出力されたディジタル信号に基づいて前記目標物体までの距離、前記目標物体の速度および方位を検出する信号処理部とを備えたレーダ装置において、
前記受信アンテナは、
前記目標物体の方位検出域内にグレーティングローブが生じないような所定の素子間隔に設定された第１、第２のアンテナ素子で構成される第１のサブアレーと、
前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とを結ぶ直線上で該第２のアンテナ素子側に該第１のアンテナ素子を基準として所定の距離に配置された１以上のアンテナ素子で構成される第２のサブアレーと、
を備え、
前記信号処理部は、
前記第１のアンテナ素子または前記第２のアンテナ素子を基点として前記所定の素子間隔の整数倍の距離にある位置の中で、現実のアンテナ素子が存在しない位置を、仮想アンテナ素子が配置されている位置として取り扱うことを特徴とするレーダ装置。
【請求項７】
前記第１のアンテナ素子の受信信号と前記第２のアンテナ素子の受信信号との位相差に基づいて該仮想アンテナ素子の位置における受信信号の位相差を推定することを特徴とする請求項６に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記第２のサブアレーは単一のアンテナ素子であり、該単一のアンテナ素子が前記所定の素子間隔の２以上の整数倍の距離の所定の位置に配置されることを特徴とする請求項６または７に記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記第２のサブアレーはｎ個のアンテナ素子で構成され、該ｎ個のアンテナ素子が前記所定の素子間隔の２k倍、（ｋ＝１，２，・・・，ｎ）の距離の各位置に配置されることを特徴とする請求項６または７に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記第２のサブアレーを構成するアンテナ素子が不等間隔に配置されることを特徴とする請求項６または７に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記第２のサブアレーがｎ個のアンテナ素子で構成され、前記所定の素子間隔をｄ1とし、α＜ｄ1を満たす正の実数をαとし、ｄk＝ｄ1±α（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）の関係にあるｄkに対して、前記第１のアンテナ素子を基点として、ｄ1，２ｄ2，４ｄ3，８ｄ4，・・・，２nｄnの各位置に該ｎ個のアンテナ素子が配置されることを特徴とする請求項１０に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
直線状に配列された複数のアンテナ素子の受信信号に基づいてディジタルビームフォーミング処理が行われる処理装置に適用されるアンテナ装置において、
前記複数のアンテナ素子のうち、隣接する所定の選択数のアンテナ素子にて構成される単位をサブアレーとして相互に重複しないアンテナ素子で構成される複数組のサブアレー間のそれぞれの間隔が周期性を有さない異なる間隔に配列されたアレーアンテナを構成することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１３】
前記サブアレーを構成するアンテナ素子間の間隔は、各サブアレー間で相互に異なることを特徴とする請求項１２に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記所定の選択数が２であることを特徴とする請求項１２または１３に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
直線状に配列された複数のアンテナ素子の受信信号に基づいてディジタルビームフォーミング処理が行われる処理装置に適用されるアンテナ装置において、
方位検出域内にグレーティングローブが生じないような所定の素子間隔に設定された第１、第２のアンテナ素子で構成される第１のサブアレーと、
前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とを結ぶ直線上で該第２のアンテナ素子側に該第２のアンテナ素子を基準として所定の距離に配置されたアンテナ素子で構成される第２のサブアレーと、
を備え、
前記第１のアンテナ素子または前記第２のアンテナ素子を基準とする前記所定の素子間隔の整数倍の距離の位置の中で、現実のアンテナ素子が存在しない位置を、仮想アンテナ素子が配置されている位置として取り扱うことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１６】
前記第２のサブアレーは単一のアンテナ素子であり、該単一の素子が前記所定の素子間隔の２以上の整数倍の距離の所定の位置に配置されることを特徴とする請求項１５に記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
前記第２のサブアレーはｎ個のアンテナ素子で構成され、該ｎ個のアンテナ素子が配置される前記所定の距離が、前記所定の素子間隔の２k倍、（ｋ＝１，２，・・・，ｎ）の距離の各位置に配置されることを特徴とする請求項１５に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
前記第２のサブアレーを構成するアンテナ素子が不等間隔に配置されることを特徴とする請求項１５に記載のアンテナ装置。
【請求項１９】
前記第２のサブアレーがｎ個のアンテナ素子で構成され、前記所定の素子間隔をｄ1とし、α＜ｄ1を満たす正の実数をαとし、ｄk＝ｄ1±α（ｋ＝２，３，・・・，ｎ）の関係にあるｄkに対して、前記第１のアンテナ素子を基点として、ｄ1，２ｄ2，４ｄ3，８ｄ4，・・・，２nｄnの各位置に該ｎ個のアンテナ素子が配置されることを特徴とする請求項１８に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置およびアンテナ装置に関するものであり、特に、自動車等の車両に搭載されるレーダ装置および該レーダ装置に適用されるアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両に搭載され、走行車両との車間距離や走行車両の車速、方位などを測定する車載レーダ装置が注目されている。車載レーダ装置では、高速道路等の走行を想定した場合、１００ｍ程度前方での車線分離が要求される。この要求を実現するためには、アンテナの指向性として数度程度のビーム幅が必要である。また、そのときのアンテナ開口部の実寸法としては１５波長程度が必要とされ、加えて、±２０度程度のビームスキャン能力も必要とされる。
【０００３】
一方、車載レーダ装置は、車載という用途から、航空機や艦船などに搭載されるレーダ装置と異なり、低コスト化が求められる。近時のディジタル化の流れの中で、レーダ装置もその例外ではなく、ディジタルビームフォーミングと呼ばれるディジタル処理技術が主流となりつつある。
【０００４】
一般的なディジタルビームフォーミング処理技術では、アンテナ素子の１つに対して１つのチャンネルが構成されるので、グレーティングローブの生じないアンテナ素子間隔である１／２波長以内を満たそうとすると、受信回路として３０チャンネル以上必要となり、コストの増大が避けられない。一方、アンテナの開口長を保持したまま単純にアンテナ素子数を低減すると、所定のビーム方向以外にグレーティングローブと呼ばれる、周期的で、かつ、大きなローブを生じる。グレーティングローブは、着目方位向以外の方向から到来する不要電波を受信することで方位検出のアンビギュイティ（曖昧さ）を発生させるとともに、受信信号のＳＮ比の劣化や、所定方向でのアンテナ利得を減少させる。したがって、アンテナ素子数を低減させつつ、このグレーティングローブを避けるための構成が求められている。
【０００５】
かかる状況において、受信アンテナの合成パターンにおけるグレーティングローブが生じている角度に、当該角度付近の送信アンテナの指向性パターンを相対電力が落ち込んだ形状になるような構成にすることで、グレーティングローブの発生を防止し、受信アンテナの素子数を低減する技術が開示されている（例えば、特許文献１、参照）。
【０００６】
また、上記従来技術の他に、送信アンテナを構成する素子アンテナに移相器を接続し、受信アンテナのビーム走査で動くグレーティングローブの位置に追従して、送信アンテナの合成パターンを可変にしてグレーティングローブ抑圧する技術なども存在する（例えば、特許文献２、参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２３１０４０号公報
【特許文献２】特開２００３−１１０３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近時の車載レーダ装置では、直線走行時に加えてカーブ走行時での追従性能が求められるので、さらなる広角化が要求される。しかしながら、上記の特許文献１によれば、受信パターンをビームスキャンしたときに正面方向に移動するグレーティングローブを、サブアレーアンテナの指向性パターンと送信パターンの落ち込みで抑えているため、広角域におけるアンテナ利得（送受積）が低下し、広角化に問題があった。一方、上記特許文献２によれば、グレーティングローブの抑圧には効果があるが、送信アンテナに移相器を付加する必要があるとともに、移相器の制御も必要となり、低コスト化に問題を残していた。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、方位検出域の広角化と、装置の低コスト化とが可能なレーダ装置およびアンテナ装置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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、１以上のアンテナ素子を具備する送信アンテナを含み、該送信アンテナを介して送信信号を電波として空間に放射する送信部と、前記電波が目標物体に到達して該目標物体から反射された電波を受信する複数のアンテナ素子を具備する受信アンテナを含み、該受信アンテナから出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換して出力する受信部と、前記受信部から出力されたディジタル信号に基づいて前記目標物体までの距離、前記目標物体の速度および方位を検出する信号処理部とを備えたレーダ装置において、前記受信アンテナは、隣接する所定の選択数のアンテナ素子にて構成される単位をサブアレーとして相互に重複しないアンテナ素子で構成される複数組のサブアレー間のそれぞれの間隔が周期性を有さない異なる間隔に配列されたアレーアンテナを構成することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、レーダ装置に備えられる受信アンテナは、隣接する所定の選択数のアンテナ素子にてサブアレーが構成され、また、サブアレーを構成する各素子はサブアレー間で相互に重複しないように構成される。さらに、これらの複数組のサブアレー間同士のそれぞれの間隔が周期性を有さない異なる間隔となるように配列される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかるレーダ装置によれば、隣接する所定の選択数のアンテナ素子にて構成されたサブアレーの各素子が、サブアレー間で相互に重複しないように構成されるとともに、このように構成された複数組のサブアレー間同士の相互の間隔が周期性を有さない異なる間隔となるように配列されるので、方位検出域内でグレーティングローブを抑圧することができ、ディジタルビームフォーミング処理におけるビームスキャン幅を広角化できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかるレーダ装置およびアンテナ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
まず、実施の形態１にかかるレーダ装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかるレーダ装置の簡略構成を示すブロック図である。同図に示す車載レーダ装置は、送信部１１、受信部１２および信号処理部１３を備えている。送信部１１は、送信アンテナ２３と、方向性結合器２２と、電圧制御発振器２１を備えている。一方、受信部１２は、受信アンテナ２５と、切替スイッチ２６と、ミキサ２７と、ＡＤ変換器２８を備えている。なお、同図に示す装置の構成は簡略構成図であり、例えば、送信部１１では、変調器、逓倍器、増幅器等の構成要素を省略し、受信部１２では、フィルタや増幅器などの構成要素を省略している。
【００１５】
また、図１において、送信アンテナ２３は、１以上のアンテナ素子にて水平方向に指向性を有するアレーアンテナを構成している。一方、受信アンテナ２５は、複数のアンテナ素子にて水平方向に指向性を有するアレーアンテナを構成している。切替スイッチ２６は、入力端と出力端とを有し、入力端には複数のアンテナ素子が接続され、出力端ではミキサ２７に接続されている。受信部１２の出力であるＡＤ変換器２８の出力は信号処理部１３に接続されている。
【００１６】
つぎに、図１を用いてこの実施の形態のレーダ装置の動作を説明する。同図において、図示しない変調器からの変調信号に基づいて電圧制御発振器２１にて生成された送信信号が、方向性結合器２２を介して送信アンテナ２３から空間に対して放射される。一方、目標などからの反射信号が受信アンテナ２５の複数のアンテナ素子で受信される。複数のアンテナ素子での受信信号は、切替スイッチ２６に出力され、切替スイッチ２６は、受信アンテナの各アンテナ素子の受信信号を順次切り替えてミキサ２７に出力する。ミキサ２２は、切替スイッチ２６から出力された受信信号を方向性結合器２２を介して電圧制御発振器２１から供給された信号（局発信号）に基づいてビート信号を生成する。ＡＤ変換器２８は、このビート信号をディジタルビート信号に変換して信号処理部１３に送出する。信号処理部１３は、ディジタルビート信号から、距離、速度を演算して出力し、また、受信アンテナの複数のアンテナ素子から得られたディジタルビート信号の振幅および位相から、ディジタルビームフォーミング処理と呼ばれる信号合成処理に基づいて受信信号の到来方位を演算して出力する。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態１にかかる受信アンテナのアレー構成を示す図である。同図において、受信アンテナは、隣接するアンテナ素子にてサブアレーが構成されている。また、サブアレーを構成する各素子は、サブアレー間で相互に重複しないように構成されている。さらに、これらの複数組のサブアレー間同士のそれぞれの間隔は、周期性を有さない異なる間隔（ｄ1，ｄ2，ｄ3，・・・）となるように配列されている。また、各サブアレーを構成するアンテナ素子間の間隔は、各サブアレー間で相互に異なる間隔（ｗ1，ｗ2，ｗ3，ｗ4，・・・）となるように構成されている。
【００１８】
なお、サブアレー間相互の間隔（ｄ1，ｄ2，ｄ3，・・・）は、αを、α＜ｄ1を満たす正の実数とすれば、ｄk＝ｄ1±α（ｋ＝１，２，３，・・・）と表すことができる。同様に、各サブアレー内の間隔（ｗ1，ｗ2，ｗ3，ｗ4，・・・）も、βを、β＜ｗ1を満たす正の実数とすれば、ｗk＝ｗ1±β（ｋ＝１，２，３，・・・）と表すことができる。
【００１９】
図２のように構成された受信アンテナでは、上述のように複数組のサブアレー間同士のそれぞれの間隔が周期性を有さない異なる間隔（ｄ1，ｄ2，ｄ3，・・・）となるように配列されている。したがって、サブアレー間相互の規則性が失われるので、受信アンテナの指向性ではグレーティングローブが抑圧される。また、サブアレーを構成するアンテナ素子間の間隔（つまり、サブアレー内の素子間隔）は、各サブアレー間で相互に異なるように配列されている。この場合、サブアレーの指向性パターンはサブアレーごとに若干異なる。サブアレーを一つのアンテナ素子として見れば、受信アンテナは、アンテナパターンの異なる（若干異なる）複数のアンテナで構成されたアレーアンテナと考えることができる。したがって、このような配列によってもサブアレー間相互の規則性が失われることになり、受信アンテナの指向性におけるグレーティングローブが抑圧される。
【００２０】
つぎに、この実施の形態にかかる受信アンテナのアレー構成による効果について説明する。図３および図４は、それぞれ受信アンテナの指向性合成の合成パターンを示しており、より詳細には、図３は、この実施の形態に示す受信アンテナ（不等間隔）の指向性合成の合成パターンの一例を示す図であり、図４は、従来技術での受信アンテナ（等間隔）の指向性合成の合成パターンの一例を示す図である。
【００２１】
図３では、全アンテナ素子数を１８、ビームスキャン角を＋２０°とし、受信アンテナの開口長は約１６波長、開口分布は均一とした。また、それぞれのサブアレーは、サブアレーの指向性パターンのメインローブが方位検出域内（この実施の形態では±２０°）に生じない素子間隔を選択している。一方、図４では、全アンテナ素子数、ビームスキャン角、受信アンテナの開口長、開口分布の条件については図３と同一とする一方で、サブアレー内の素子間隔は同一（ｗ1＝ｗ2＝ｗ3＝ｗ4＝・・・）とし、サブアレー間の間隔も同一（ｄ1＝ｄ2＝ｄ3＝・・・）とした。
【００２２】
図４に示す等間隔時の合成パターンでは、グレーティングローブが、−１０度付近に生じているが、図３に示す不等間隔時の合成パターンでは、−１０度付近のグレーティングローブは発生していない。これらの結果が示すように、サブアレー内の素子間隔の不等間隔化と、サブアレー間のアレー間隔の不等間隔化とにより方位検出域でのグレーティングローブを抑圧できるので、方位検出域の広角化を実現することができる。
【００２３】
また、上記の背景技術のところで述べたように、一般的なディジタルビームフォーミング処理技術では、アレーアンテナの素子間隔をグレーティングローブの生じない１／２波長程度に設定するので、１５波長程度の開口長を満たすためには、約３０素子のアンテナ素子と、アンテナ素子と同数の受信チャンネルが必要となるが、この実施の形態の受信アンテナでは、同程度の開口長を１８個程度のアンテナ素子で実現するとともに、２素子のサブアレーをアンテナ系で構成することにより受信チャンネルの所要数をアンテナ素子数の半分の９個としているので、装置の低コスト化が可能となる。
【００２４】
なお、この実施の形態の受信アンテナでは、サブアレーを構成するアンテナ素子の数（上記でいうところの選択数）を２素子に設定しているが、２素子に限定されるものではない。例えば、３素子をサブアレーの単位として構成してもよい。この場合には、受信チャンネルの所要数をさらに低減させることができるという効果が生ずる。
【００２５】
また、図５は、送信アンテナのアレー構成の一例（４素子）を示す図であり、図６は、図５に示す送信アンテナの指向性合成の合成パターンの一例を示す図である。図６に示すように、送信アンテナの合成パターンは、方位検出域内（±２０°）での指向性を確保するとともに、その領域以外ではサイドローブレベルを抑圧している。従来技術では、受信アンテナの合成パターンにおけるグレーティングローブが生じている角度に、送信アンテナの合成パターンの落ち込んだ部分を合わせるようにしてグレーティングローブの発生を防止していたが、この実施の形態のレーダ装置では、グレーティングローブの抑圧を受信アンテナの不等間隔化で実現しているので、送信アンテナとして所定の角度での合成パターンの落ち込みを作る必要がない。その結果、方位検出域内の送受積によるアンテナ利得の低下を改善することができる。また、このような送信アンテナの指向性合成に付随して、方位検出域外での誤検知も低減され、広角時の探知性能も向上させることができる。
【００２６】
以上説明したように、この実施の形態のレーダ装置に備えられる受信アンテナでは、隣接する所定の選択数のアンテナ素子にてサブアレーが構成され、サブアレーを構成する各素子はサブアレー間で相互に重複しないように構成されているので、方位検出域内でのグレーティングローブを抑圧することができる。さらに、これらの複数組のサブアレー間同士のそれぞれの間隔が周期性を有さない異なる間隔となるように配列されているので、グレーティングローブの抑圧効果を高めることができる。また、上記所定の選択数を２としているので、受信チャンネルの所要数を低減させることができ、装置の低コスト化が可能となる。さらに、サブアレーを構成するアンテナ素子間の間隔を方位検出域内にサブアレーの指向性パターンのメ０インローブが含まれるような間隔に設定しているので、所定の受信開口長を少ないアンテナ素子数で実現することができる。
【００２７】
また、この実施の形態のレーダ装置に備えられる送信アンテナでは、方位検出域内にヌル点が生じないような指向性パターンを有するように構成されるので、従来技術のように送信パターンの落ち込みを作る必要がなく、その結果、送信／受信アンテナによる送受積利得の低下を防止できるので、方位検出域の広角化を実現することができる。
【００２８】
なお、この実施の形態の受信アンテナでは、サブアレーを構成するアンテナ素子の数（上記でいうところの選択数）を２素子に設定しているが、２素子に限定されるものではない。例えば、３素子をサブアレーの単位として構成してもよい。この場合には、受信チャンネルの所要数がさらに低減されるという効果を生ずる。
【００２９】
また、この実施の形態の送信アンテナでは、アレーを構成するアンテナ素子の数を４素子に設定しているが、４素子に限定されるものではない。要は、受信アンテナの方位検出域をカバーできる指向性パターンを有するものであればよい。したがって、アレーアンテナでなく、単一のアンテナであっても構わない。
【００３０】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかる受信アンテナのアレー構成を示す図である。なお、受信アンテナ以外の構成は実施の形態１と同一である。同図において、逆３角形の実線で示されるアンテナ素子２５1，２５2，２５3，２５9，２５17が、現実に配置されるアンテナ素子を表している。一方、逆３角形の破線で示されるアンテナ素子２５4，２５6〜２５8，２５10〜２５16は、現実に配置されないアンテナ素子を表している。なお、現実に配置されるアンテナ素子を「実アンテナ素子」とし、現実に配置されないアンテナ素子を「仮想アンテナ素子」として定義し、これ以後、これらの言葉を用いて説明する。
【００３１】
つぎに、アンテナ素子の配置をより詳細に説明する。図７において、実アンテナ素子２５2，２５3，２５9，２５17は、実アンテナ素子２５1を基準（基点）として、それぞれ、ｄ，２ｄ，４ｄ，８ｄ、１６ｄの位置に配置される。ここで、“ｄ”は受信アンテナの合成パターンが方位検出域内でグレーティングローブを生じさせない素子間隔として設定される。実際の“ｄ”の値としては、（λ／２）＜ｄ＜λ（λ：波長）を満たす任意の値に設定するのが好適である。
【００３２】
一方、仮想アンテナ素子は、実アンテナ素子が存在しない位置に“ｄ”間隔で仮想的に配置されるものである。信号処理部１３は、“ｄ”間隔の実アンテナ素子の受信振幅／位相データおよび仮想アンテナ素子の位置のいずれかの側に存在する実アンテナ素子の受信振幅／位相データに基づいて仮想アンテナ素子位置における受信振幅／位相（以後「仮想振幅／位相」と呼称する）データの算出処理を行う。
【００３３】
さらに、仮想アンテナ素子位置における仮想振幅／位相の算出要領の一例について図７を用いて説明する。まず、上述の“ｄ”間隔の実アンテナ素子の受信振幅／位相データは、アンテナ素子２５1，２５2の受信データに基づいて算出される。ここで、素子間隔“ｄ”は、上述のように方位検出域内でグレーティングローブを生じさせない間隔であり、アンテナ素子２５1，２５2の素子間隔も“ｄ”に設定しているので、これらのアンテナ素子で算出された振幅／位相データは、方位検出域内で曖昧さのない振幅／位相成分を有することになる。したがって、アンテナ素子２５1，２５2のアレーで算出された振幅／位相データを用いれば、他のすべての仮想アンテナ素子の曖昧さのない仮想振幅／位相データを算出することができる。
【００３４】
例えば、仮想アンテナ素子２５4の仮想振幅／位相データは、実アンテナ素子２５2の振幅／位相データと、実アンテナ素子２５1，２５2のアレーで算出された振幅／位相データとに基づいて算出することができる。同様に、仮想アンテナ素子２５6，２５7，２５8などの仮想振幅／位相データも、実アンテナ素子２５5の振幅／位相データと、アンテナ素子２５1，２５2のアレーで算出された振幅／位相データとに基づいて算出することができる。
【００３５】
なお、上記の算出手法の中で、仮想アンテナ素子２５6，２５7，２５8の仮想振幅／位相データを、実アンテナ素子２５4の振幅／位相データを基準として算出（右方向への算出）したが、これとは逆に、実アンテナ素子２５9の振幅／位相データを基準とする算出（左方向への算出）を行ってもよい。
【００３６】
ところで、上述してきたことから明らかなように、仮想アンテナ素子の仮想振幅／位相データは、実アンテナ素子２５1，２５2のアレーで算出された振幅／位相データが基本となっている。そこで、実アンテナ素子２５1，２５2のアレーを第１のサブアレーと定義し、第１のサブアレー以外の他の実アンテナ素子にて構成されるアレーを第２のサブアレーと定義する。例えば、図７の例では、第２のサブアレーは、アンテナ素子２５3，２５5，２５9，２５17にて構成されることになる。
【００３７】
図８は、仮想アンテナ素子を含めて１８素子のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナの構成を示す図である。図７と比較すると、図８では、実アンテナ素子２５17の右側に仮想アンテナ素子２５18を配置している点が唯一の相違点である。仮想アンテナ素子２５18を配置したのは、実施の形態１で示したアンテナ構成とほぼ同一の条件とするためである。すなわち、図８に示すアレー構成は、仮想アンテナ素子を含む全アンテナ素子数を１８、ビームスキャン角を＋２０°とし、受信アンテナの開口長は約１６波長、開口分布は均一とした。
【００３８】
つぎに、この実施の形態にかかる受信アンテナのアレー構成による効果について説明する。図９および図１０は、それぞれ受信アンテナの指向性合成の合成パターンを示しており、より詳細には、図９は、仮想アンテナ素子を含む場合の合成パターン（１８素子）の一例を示す図であり、図１０は、仮想アンテナ素子を含まない場合の合成パターン（６素子）の合成パターンの一例を示す図である。
【００３９】
図１０に示す仮想アンテナ素子を含まない場合の合成パターンでは、ビームスキャン角度（同図の例では＋２０°に設定）以外の方位角全体でサイドローブレベルが上昇しているが、ビームスキャン角度でのメインローブが得られているので誤検知しているかどうかの判断の基準として用いることができる。
【００４０】
一方、図９に示す仮想アンテナ素子を含む場合の合成パターンでは、ビームスキャン角度（同図の例では＋２０°に設定）以外の方位検出域内（同図の例では±２０°に設定）サイドローブが抑圧されている。また、メインローブの位置、すなわちビームスキャン角度で尖鋭なビームが得られているので、アンテナ利得が増大し、方位分解能が向上できることが理解できる。
【００４１】
上述したように、図８に示す実アンテナ素子のアレー構成に仮想アンテナ素子を信号処理上加えることで、実アンテナ素子数が１／３程度で、広開口のアレーアンテナを模擬することができ、広角にビームスキャンしたときの利得低下が少なく、その一方で、サイドローブレベルを低く抑えることができる。なお、信号処理部での演算処理は増加するが、近年の演算処理装置の能力からすれば問題にならない程度の演算量である。
【００４２】
ところで、図９に示す合成パターンでは、−４５°付近にグレーティングローブが生じているが、このグレーティングローブは方位検出域外に存在しており、実施の形態１と同様な整形ビームを用いることで、このグレーティングローブの影響を除去することができる。
【００４３】
このように、この実施の形態のレーダ装置では、方位検出域内のグレーティングローブの充分な抑圧を仮想アンテナ素子による振幅／位相合成に基づいて実現しているので、実施の形態１と同様に、送信アンテナとして所定の角度での合成パターンの落ち込みを作る必要がない。その結果、方位検出域内の送受積によるアンテナ利得の低下を改善することができる。また、このような送信アンテナの指向性合成に付随して、方位検出域外での誤検知も低減され、広角時の探知性能も向上させることができる。
【００４４】
なお、図７および図８に示すアレー構成では、第１のサブアレーを構成するアンテナ素子２５1（第１のアンテナ素子）を基点としてアンテナ素子２５2（第２のアンテナ素子）側に第２のサブアレーの各素子を配置するように構成しているが、この配置に限定されるものではなく、例えば、アンテナ素子２５2（第２のアンテナ素子）を基点としてアンテナ素子２５1（第１のアンテナ素子）側に第２のサブアレーの各素子を配置するように構成してもよい。
【００４５】
また、第２のサブアレーは単一のアンテナ素子であっても構わない。単一の素子であっても、上述した配置要領と同様に、アンテナ素子２５1を基点としてアンテナ素子２５2側に配置してもよいし、また、アンテナ素子２５2を基点としてアンテナ素子２５1側に配置してもよい。
【００４６】
以上説明したように、この実施の形態のレーダ装置によれば、受信アンテナには、目標物体の方位検出域内にグレーティングローブが生じないような所定の素子間隔に設定された第１、第２のアンテナ素子で構成される第１のサブアレーと、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とを結ぶ直線上で第２のアンテナ素子側に第１のアンテナ素子を基準として所定の距離に配置された１以上のアンテナ素子で構成される第２のサブアレーとが備えられ、信号処理部は、第１のアンテナ素子または第２のアンテナ素子を基点として所定の素子間隔の整数倍の距離にある位置の中で、現実のアンテナ素子が存在しない位置を、仮想アンテナ素子が配置されている位置として取り扱うようにしているので、方位検出域内でのグレーティングローブを抑圧することができる。
【００４７】
また、受信アンテナを上記のように構成することで、実アンテナ素子数を削減することができるので、受信チャンネル所要数を低減させることができ、装置の低コスト化が可能となる。
【００４８】
さらに、第２のサブアレーを単一のアンテナ素子とし、この単一のアンテナ素子を第１のサブレーを構成するアンテナ素子の素子間隔の２以上の整数倍の距離の所定の位置に配置させることもでき、方位検出域内でのグレーティングローブ抑圧効果を維持しつつ、受信チャンネルをさらに低減させることができ、装置のさらなる低コスト化を実現できる。
【００４９】
また、この実施の形態のレーダ装置に備えられる送信アンテナでは、方位検出域内にヌル点が生じないような指向性パターンを有するように構成されるので、従来技術のように送信パターンの落ち込みを作る必要がなく、その結果、送信／受信アンテナによる送受積利得の低下を防止できるので、方位検出域の広角化を実現することができる。
【００５０】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３にかかる受信アンテナのアレー構成を示す図である。実施の形態２の構成との相違は、実施の形態２では仮想アンテナ素子を含むアンテナ素子を等間隔に配置していたが、実施の形態３では、不等間隔に配置している点にある。なお、受信アンテナ以外の構成は実施の形態１と同一である。同図において、逆３角形の実線で示されるアンテナ素子２５1，２５2，２５3，２５9，２５17が、現実に配置されるアンテナ素子を表している。一方、逆３角形の破線で示されるアンテナ素子２５4，２５6〜２５8，２５10〜２５16は、現実に配置されないアンテナ素子を表している。
【００５１】
つぎに、アンテナ素子の配置をより詳細に説明する。図１１において、実アンテナ素子２５2，２５3，２５9，２５17は、実アンテナ素子２５1を基準（基点）として、それぞれ、ｄ1，２ｄ2，４ｄ3，８ｄ4，１６ｄ5の各位置に配置される。ここで、“ｄ1”は受信アンテナの合成パターンが方位検出域内でグレーティングローブを生じさせない素子間隔として設定される。実際の“ｄ1”の値としては、（λ／２）＜ｄ＜λ（λ：波長）を満たす任意の値に設定するのが好適である。
【００５２】
なお、実施の形態１と同様に、ｄ2，ｄ3，ｄ4，ｄ5のそれぞれは、α＞ｄ1を満たす正の実数αを用いて、ｄk＝ｄ1±α（ｋ＝２，３，４，５）と表すことができる。
【００５３】
また、仮想アンテナ素子位置における仮想振幅／位相の算出要領は、実施の形態２と同一であるため、ここでの説明は省略する。
【００５４】
図１２は、仮想アンテナ素子を含めて１８素子のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナの構成を示す図である。図１１と比較すると、図１２では、実アンテナ素子２５17の右側に仮想アンテナ素子２５18を配置している点が唯一の相違点である。仮想アンテナ素子２５18を配置したのは、実施の形態１、２で示したアンテナ構成とほぼ同一の条件とするためである。すなわち、図１２に示すアレー構成は、仮想アンテナ素子を含む全アンテナ素子数を１８、ビームスキャン角を＋２０°とし、受信アンテナの開口長は約１６波長、開口分布は均一とした。
【００５５】
つぎに、この実施の形態にかかる受信アンテナのアレー構成による効果について説明する。図１３および図１４は、それぞれ受信アンテナの指向性合成の合成パターンを示しており、より詳細には、図１３は、仮想アンテナ素子を含む場合の合成パターン（１８素子：不等間隔）の一例を示す図であり、図１４は、仮想アンテナ素子を含まない場合の合成パターン（６素子：不等間隔）の合成パターンの一例を示す図である。
【００５６】
図１４に示す仮想アンテナ素子を含まない場合の合成パターンでは、実施の形態２の等間隔配置のアレー構成のときと同様に、ビームスキャン角度（同図の例では＋２０°に設定）以外の方位角全体でサイドローブレベルが上昇しているが、ビームスキャン角度でのメインローブが得られているので誤検知しているかどうかの判断の基準として用いることができる。
【００５７】
一方、図１３に示す仮想アンテナ素子を含む場合の合成パターンでは、実施の形態２と同様に、ビームスキャン角度（同図の例では＋２０°に設定）以外の方位検出域内（同図の例では±２０°に設定）のサイドローブが抑圧されている。また、メインローブの位置、すなわちビームスキャン角度で尖鋭なビームが得られているので、アンテナ利得が増大し、方位分解能が向上できることが理解できる。
【００５８】
また、この実施の形態の受信アンテナでは、図１３の波形を、図９と比較してみれば明らかなように、−４５°付近に生じていたグレーティングローブのレベルが低下している。このレベル低下は、不等間隔に配置したことにより生じた効果である。実施の形態２の受信アンテナで生じたグレーティングローブは、方位検出域外に存在するものであり、特に、探知性能に影響を与えるものではない。しかしながら、方位検出域外のグレーティングローブをも抑圧することができれば、送信アンテナの指向性パターンの影響を受けにくくなるので、送信アンテナに関して設計の柔軟性が広がるといった利点が生ずる。
【００５９】
このように、この実施の形態のレーダ装置では、方位検出域内のグレーティングローブの充分な抑圧を仮想アンテナ素子による振幅／位相合成に基づいて実現しているので、実施の形態１、２と同様に、送信アンテナとして所定の角度での合成パターンの落ち込みを作る必要がない。その結果、方位検出域内の送受積によるアンテナ利得の低下を改善することができる。また、このような送信アンテナの指向性合成に付随して、方位検出域外での誤検知も低減され、広角時の探知性能も向上させることができる。
【００６０】
なお、図１１および図１２に示すアレー構成では、第１のサブアレーを構成するアンテナ素子２５1（第１のアンテナ素子）を基点としてアンテナ素子２５2（第２のアンテナ素子）側に第２のサブアレーの各素子を配置するように構成しているが、この配置に限定されるものではなく、例えば、アンテナ素子２５2（第２のアンテナ素子）を基点としてアンテナ素子２５1（第１のアンテナ素子）側に第２のサブアレーの各素子を配置するように構成してもよい。
【００６１】
以上説明したように、この実施の形態のレーダ装置によれば、受信アンテナには、目標物体の方位検出域内にグレーティングローブが生じないような所定の素子間隔に設定された第１、第２のアンテナ素子で構成される第１のサブアレーと、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とを結ぶ直線上で第２のアンテナ素子側に第１のアンテナ素子を基準として不等間隔に配置された第２のサブアレーとが備えられ、信号処理部は、第１のアンテナ素子または第２のアンテナ素子を基点として所定の素子間隔の整数倍の距離にある位置の中で、現実のアンテナ素子が存在しない位置を、仮想アンテナ素子が配置されている位置として取り扱うようにしているので、方位検出域内でのグレーティングローブを抑圧することができる。また、受信アンテナを上記のように構成することで、実アンテナ素子数を削減することができるので、受信チャンネル所要数を低減させることができ、装置の低コスト化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明にかかるレーダ装置は、特に、自動車等の車両に搭載されるレーダ装置として有用である。また、本発明にかかるアンテナ装置は、レーダ装置の他に、通信装置や、信号到来方位推定装置などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるレーダ装置の簡略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる受信アンテナのアレー構成を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる受信アンテナ（不等間隔）の指向性合成の合成パターンの一例を示す図である。
【図４】従来技術での受信アンテナ（等間隔）の指向性合成の合成パターンの一例を示す図である。
【図５】送信アンテナのアレー構成の一例（４素子）を示す図である。
【図６】図６は、図５に示す送信アンテナの指向性合成の合成パターンの一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる受信アンテナのアレー構成を示す図である。
【図８】仮想アンテナ素子を含めて１８素子のアンテナ素子で構成された実施の形態１のアレーアンテナの構成を示す図である。
【図９】実施の形態２にかかる仮想アンテナ素子を含む場合の合成パターン（１８素子）の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態２にかかる仮想アンテナ素子を含まない場合の合成パターン（６素子）の合成パターンの一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３にかかる受信アンテナのアレー構成を示す図である。
【図１２】仮想アンテナ素子を含めて１８素子のアンテナ素子で構成された実施の形態２のアレーアンテナの構成を示す図である。
【図１３】実施の形態３にかかる仮想アンテナ素子を含む場合の合成パターン（１８素子：不等間隔）の一例を示す図である。
【図１４】実施の形態３にかかる仮想アンテナ素子を含まない場合の合成パターン（６素子：不等間隔）の合成パターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１１  送信部、
１２  受信部、
１３  信号処理部、
２１  電圧制御発振器、
２２  ミキサ、
２２  方向性結合器、
２３  送信アンテナ、
２５  受信アンテナ、
２５1〜２５17  アンテナ素子、
２６  切替スイッチ、
２７  ミキサ、
２８  ＡＤ変換器。
【図１】
2005257384.tif 000003
【図２】
2005257384.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005257384.tif 000008
【図７】
2005257384.tif 000009
【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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