(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信アンテナと受信アンテナのいずれか一方または両方を一直線上に配置された複数のアンテナ素子により構成し、前記一直線上に配置された複数のアンテナ素子を送信信号の変調周期に同期して切り替えて、得られた受信信号から物標を検知するレーダの物標検知方法であって、
第１のサブパターンと第２のサブパターンとを含み、前記第１のサブパターンからなる切り替えで生じる物標の相対速度による位相のズレと、前記第２のサブパターンからなる切り替えで生じる物標の相対速度による位相のズレとが逆位相で、大きさが略一致するように１つの切り替えパターンを設定することで、当該１つの切り替えパターンが実行された時点で前記物標の相対速度による各アンテナ間で生じる位相差の総和が略０となるようにするレーダの物標検知方法。
【請求項２】
前記切り替えパターンは、前記第１のサブパターンとして複数のアンテナ素子が配置された直線に沿う第１方向に沿って切り替えるパターンが設定され、前記第２のサブパターンとして前記第１方向と反対の第２方向に沿って切り替えるパターンが設定され、
前記第１のサブパターンによる切り替え回数および当該切り替えにより生じるアンテナ素子間の距離と、前記第２のサブパターンによる切り替え回数および当該切り替えにより生じるアンテナ素子間の距離とが、等しい請求項１に記載のレーダの物標検知方法。
【請求項３】
前記第１方向の切り替えで得られたＩＦビート信号により推定する第１方位と、前記第２方向の切り替えで得られたＩＦビート信号により推定する第２方位とに基づいて前記物標の検知方位を算出する請求項２に記載のレーダの物標検知方法。
【請求項４】
前記第１方位の正弦をｓｉｎθ1とし、前記第２方位の正弦をｓｉｎθ2とし、前記物標の方位の正弦をｓｉｎθとして、演算式
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２
を用いて、前記物標の方位を算出する請求項３に記載のレーダの物標検知方法。
【請求項５】
前記一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔ｄを、送受信信号の波長λに対して０．５λ以上に設定する請求項１〜４のいずれかに記載のレーダの物標検知方法。
【請求項６】
一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔ｄが送受信信号の波長λに対して０．５λ未満である場合に、方位算出時の到来方向推定演算に代入するアンテナ素子の間隔として、仮想的に０．５λ以上に設定したアンテナ素子の間隔を利用し、当該条件により算出された方位を前記０．５λ未満の設定に対応する方位に補正する請求項１〜４のいずれかに記載のレーダ物標検知方法。
【請求項７】
レーダ装置の正面方向を０°として、検知方位角範囲をθmin〜θmaxとして当該θmin〜θmaxを−９０°〜＋９０°内に設定し、前記一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔をｄとし、送受信信号の波長をλとして、
ｄ＜（１／（ｓｉｎθmax−ｓｉｎθmin））・（λ／２）
となるように前記一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔を設定する請求項１〜４または請求項６のいずれかに記載のレーダの物標検知方法。
【請求項８】
レーダ装置の正面方向を０°とし、算出方位角範囲を当該０°を含む−θcal〜θcal（ただし、０°≦θｃａｌ＜９０°）とし、前記一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔ｄをｄ＞λ／２（ここで、λは送受信信号の波長）としたとき、
θcal＝ｓｉｎ-1（λ／２ｄ）
で設定される算出方位角範囲で物標の方位を算出する請求項１〜５のいずれかに記載のレーダの物標検知方法。
【請求項９】
前記一直線上に配置する複数のアンテナ素子を不等間隔に設定し、且つ当該不等間隔の最大公約数の間隔を前記ｄに一致させる請求項５〜８のいずれかに記載のレーダの物標検知方法。
【請求項１０】
前記不等間隔に配置された複数のアンテナ素子の切り替え間隔を、当該複数のアンテナ素子間距離に応じて設定する請求項９に記載のレーダの物標検知方法。
【請求項１１】
前記第１方位および前記第２方位がそれぞれ複数得られた場合に、前記第１方位の各方位に対するスペクトル強度と、前記第２方位の各方位に対するスペクトル強度とを比較して、スペクトル強度の等しい方位同士を組み合わせて前記方位を算出する請求項３または請求項４に記載のレーダの物標検知方法。
【請求項１２】
いずれか一方または両方が一直線上に配置された複数のアンテナ素子により構成された送信アンテナおよび受信アンテナと、
前記一直線上に配置された複数のアンテナ素子を送信信号の変調周期に同期して切り替える切り替え手段と、
得られた受信信号から物標を検知する物標検知手段と、を備えたレーダにおいて、
前記切り替え手段は、切り替えで生じる物標の相対速度による互いの位相のズレが逆位相で互いの大きさが略一致する第１のサブパターンと第２のサブパターンとを含む切り替えパターンを設定し、当該１つの切り替えパターンが実行された時点で前記物標の相対速度による各アンテナ間で生じる位相差の総和が略０となるようにするレーダ装置。
【請求項１３】
前記切り替え手段は、前記第１のサブパターンとして複数のアンテナ素子が配置された直線に沿う第１方向に沿って切り替えるパターンを設定し、前記第２のサブパターンとして前記第１方向と反対の第２方向に沿って切り替えるパターンを設定し、
前記第１のサブパターンによる切り替え回数および当該切り替えにより生じるアンテナ素子間の距離と、前記第２のサブパターンによる切り替え回数および当該切り替えにより生じるアンテナ素子間の距離とが、等しくなるように前記複数のアンテナ素子の切り替えを行う請求項１２に記載のレーダ装置。
【請求項１４】
前記物標検知手段は、前記第１方向の切り替えで得られたＩＦビート信号により第１方位を推定し、前記第２方向の切り替えで得られたＩＦビート信号により第２方位を推定し、当該第１方位と第２方位とから前記物標の方位を算出する請求項１３に記載のレーダ装置。
【請求項１５】
前記物標検知手段は、前記第１方位の正弦をｓｉｎθ1として、前記第２方位の正弦をｓｉｎθ2として、前記物標の方位の正弦をｓｉｎθとし、演算式
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２
を用いて、前記物標の方位を算出する請求項１４に記載のレーダ装置。
【請求項１６】
前記一直線上に配置される複数のアンテナ素子は、送受信信号の波長λに対して０．５λ以上の間隔ｄにて配置される請求項１２〜１５のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１７】
前記一直線上に配置される複数のアンテナ素子は、送受信信号の波長λに対して０．５λ未満の間隔ｄにて配置され、
前記物標検知手段は、方位算出時の到来方向推定演算に代入するアンテナ素子の間隔として、仮想的に０．５λ以上に設定したアンテナ素子の間隔を利用し、当該条件により方位を算出した後、算出した方位を前記０．５λ未満の設定に対応する方位に補正する請求項１２〜１５のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１８】
前記一直線上に配置される複数のアンテナ素子は、レーダ装置の正面方向を０°とし、検知方位角範囲をθmin〜θmaxとして当該θmin，θmaxを−９０°〜＋９０°内に設定し、前記一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔をｄとし、送受信信号の波長をλとして、
ｄ＜（１／（ｓｉｎθmax−ｓｉｎθmin））・（λ／２）
となるように前記一直線上に配置される請求項１２〜１５または請求項１７のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１９】
前記物標検知手段は、レーダ装置の正面方向を０°とし、算出方位角範囲を当該０°を含む−θcal〜θcal（ただし、０°≦θｃａｌ＜９０°）とし、前記一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔ｄをｄ＞λ／２（ここで、λは送受信信号の波長）としたとき、
θcal＝ｓｉｎ-1（λ／２ｄ）
で設定される算出方位角範囲で物標の方位を算出する請求項１２〜１６のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項２０】
前記一直線上に配置する複数のアンテナ素子は、不等間隔に設置され、且つ当該不等間隔の最大公約数の間隔を前記ｄに一致させる請求項１６〜１９のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項２１】
前記切り替え手段は、前記不等間隔に配置された複数のアンテナ素子を、当該複数のアンテナ素子間距離に応じて切り替える請求項２０に記載のレーダ装置。
【請求項２２】
前記物標検知手段は、前記第１方位および前記第２方位がそれぞれ複数得られた場合に、前記第１方位の各方位に対するスペクトル強度と、前記第２方位の各方位に対するスペクトル強度とを比較して、スペクトル強度の等しい方位同士を組み合わせて前記方位を算出する請求項１４または請求項１５に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダの物標検知方法特に物標の方位検知方法と、当該検知方法を用いたレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の前方側等に備え付けられ、自動車前方を含む所定検知領域に送信波を送信し、検知領域内の物標の反射波を受信して、当該物標を検知するレーダ装置が各種考案されている。そして、このようなレーダ装置として、自動車分野ではＦＭＣＷ方式が多く用いられている。
【０００３】
ＦＭＣＷ方式のレーダ装置は、送信波に基づく送信信号と、反射波を含む受信信号とを乗算することでＩＦビート信号を生成し、当該ＩＦビート信号の複素周波数スペクトルにより物標を検知する。この際、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置は、取得した複素周波数スペクトルに対して既知のビームフォーマ法等の到来方向推定アルゴリズムを用いて、検知物標の方位を推定する。
【０００４】
ところが、目標とする物標が自車（自装置）に対して相対速度を有する場合、推定される方位に相対速度による誤差が含まれる。これを解決する方法として、特許文献１のレーダ装置は、相対速度を別途算出して、当該算出した相対速度に基づいて推定方位を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５７５６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法を用いる場合、高精度な方位を検出しようとすれば、相対速度も高精度に算出しなければならない。
【０００７】
ここで、例えば、送信波の周波数が７６．５ＧＨｚで、複数の受信アンテナの切り替え間隔が１ｍｓｅｃ．で、目標物標の相対速度が１ｋｍ／ｈであった場合、送受信波の波長をλとすると、この相対速度により隣り合う受信アンテナ間で生じる物標と受信アンテナとの間の距離変化は、約０．１４λとなる。ここで、受信アンテナの間隔を０．９λとすると、相対速度により生じる方位の誤差は、約９°となる。
【０００８】
このように、相対速度がたった１ｋｍ／ｈであっても、約９°の位相差が生じてしまうため、高精度な方位を算出するには、１ｋｍ／ｈよりもさらに詳細な相対速度を算出しなければならない。したがって、特許文献１のような相対速度を用いて方位を補正する方法で高精度な方位の算出を行うことは非常に難しくなる。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、物標の相対速度を算出することなく高精度に物標の方位を検知することができるレーダ装置の物標検知方法およびこの方法を用いて物標検知するレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、送信アンテナと受信アンテナのいずれか一方または両方を一直線上に配置された複数のアンテナ素子により構成し、一直線上に配置された複数のアンテナ素子を送信信号の変調周期に同期して切り替えて、得られた受信信号から物標を検知するレーダの物標検知方法およびこの方法を用いたレーダに関するものであり、次に示す特徴を有する。
【００１１】
（１）１つの切り替えパターンが実行された時点で物標の相対速度による各アンテナ間で生じる位相差の総和が略０となるように、一直線上に配置された複数のアンテナ素子を切り替えることを特徴としている。
【００１２】
このようなレーダの場合、送信アンテナか受信アンテナのいずれか一方もしくは両方が一直線上に配置された複数のアンテナ素子からなり、送受信を行うアンテナ素子を切り替えながら物標検知が行われる。具体的に、一つのアンテナ素子からなる送信アンテナと複数のアンテナ素子が一直線上に配置された受信アンテナとで送受信系が構成された場合、送信アンテナからの送信波に基づく反射波を、切り替え制御された受信アンテナの各アンテナ素子で順次受信して受信信号を生成する。また、複数のアンテナ素子が一直線上に配置された送信アンテナと一つのアンテナ素子からなる受信アンテナとで送受信系が構成された場合、切り替え制御された送信アンテナの各アンテナ素子から順次送信波を送信して、各送信波に基づく反射波を受信アンテナで受信して受信信号を生成する。さらに、一直線上に配置された複数のアンテナ素子から送信アンテナと受信アンテナとの双方を構成することで送受信系が構成された場合、切り替え制御された送信アンテナの各アンテナ素子から順次送信波を送信して、別の切り替え制御された受信アンテナの各アンテナ素子で反射波を順次受信することで、送信アンテナのアンテナ素子と受信アンテナのアンテナ素子の組み合わせ毎に受信信号を生成する。
【００１３】
このような切り替え制御を行って受信信号を得る場合、物標が自装置に対して持つ相対速度とアンテナの切り替えタイミングとに応じて物標と自装置との距離が変化するので、これにともなって、受信信号の位相が変化する。
【００１４】
そのため、（１）に示す特徴の方法では、切り替えパターンを、第１のサブパターンと第２のサブパターンとを含んで構成する。さらに、第１のサブパターンからなる切り替えで生じる物標の相対速度による位相のズレと、第２のサブパターンからなる切り替えで生じる物標の相対速度による位相のズレとを、逆位相で大きさが略一致するように設定する。そして、１パターンの切り替え制御が終了した時点で、この１パターン間で行われる切り替えで生じる相対速度に基づく位相差が略０になるようにする。これにより、相対速度による位相差がなくなり、各アンテナ素子と物標との位置関係に基づく位相差のみが残るので、ビームフォーミング法等により、方位推定が高精度に行われる。
【００１５】
（２）また、この発明は、第１のサブパターンとして複数のアンテナ素子が配置された直線に沿う第１方向に沿って切り替えるパターンが設定され、第２のサブパターンとして前記第１方向と反対の第２方向に沿って切り替えるパターンが設定され、第１のサブパターンの切り替え回数および当該切り替えにより生じるアンテナ素子間の距離と、第２のサブパターンの切り替え回数および当該切り替えにより生じるアンテナ素子間の距離とが、等しくなるようにアンテナ素子を切り替えることを特徴としている。
【００１６】
この方法およびこの方法を実現する構成では、前述の位相差を略０にする具体的な方法として、アンテナ素子の配列方向に平行である相反する二つの方向に対して、それぞれの方向に沿った切り替え回数と切り替えにより生じる距離とが等しくなるように、アンテナ素子が切り替えられる。
【００１７】
物標と各アンテナ素子との位置関係に基づく位相差、すなわち実際の方位による位相差は、物標と各アンテナ素子との位置関係により一義的に決定される。一方、相対速度に基づく位相差は、切り替えタイミングに準じて一義的に決定される。
【００１８】
例えば、正面から見て第１方向として右端から左端へアンテナ素子を切り替え、第２方向として左端から右端へアンテナ素子を切り替える場合、位置関係による位相差の変化は切り替え方向に依存しない。一方、相対速度による位相差の変化は、時間間隔によるものであり、切り替え方向によって位相差の増加する方向が逆となる。すなわち、第１方向に沿って切り替えた場合、右端のアンテナ素子から左端のアンテナ素子へ順に相対速度による位相差が大きくなり、第２方向に沿って切り替えた場合、左端のアンテナ素子から右端のアンテナ素子へ順に相対速度による位相差が大きくなる。そして、これら位相差は切り替えタイミングから得られる切り替え間隔に依存する。このように相対速度による位相差が相反する二つの切り替え方向で逆特性になることを利用し、これら二つの方向に対して、それぞれの方向に沿った切り替え回数と切り替えにより生じる距離とが等しくなるように、アンテナ素子を切り替えることで、相対速度による位相差が全体として相殺されて略０となる。
【００１９】
（３）この発明は、第１方向の切り替えで得られたＩＦビート信号により推定する第１方位と、第２方向の切り替えで得られたＩＦビート信号により推定する第２方位とに基づいて物標の方位を算出することを特徴としている。
【００２０】
この方法およびこの方法を実現する構成では、前述の特性を利用し、第１方向の切り替えによる第１方位と第２方向の切り替えによる第２方位とから物標の方位を算出する。すなわち、第１方位と第２方位とを相対速度による位相差の影響が相殺されるように組み合わせて演算することで、真の方位が得られる。
【００２１】
（４）第１方位の正弦をｓｉｎθ1とし、第２方位の正弦をｓｉｎθ2とし、物標の方位の正弦をｓｉｎθとして、演算式
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２    −（式１）
を用いて、物標の方位を算出することを特徴としている。
【００２２】
この方法およびこの方法を実現する構成では、（式１）を用いることで、物標の方位を算出する。（式１）は第１方位の正弦と第２方位の正弦とを加算して１／２倍するものであり、それぞれの方位に対して逆特性で含まれる相対速度による位相差が相殺される。これにより、相対速度による位相差に影響されることなく、正確な方位が得られる。
【００２３】
（５）一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔ｄを、送受信信号の波長λに対して０．５λ以上に設定することを特徴としている。
【００２４】
この方法およびこの方法を実現する構成では、アンテナ素子の間隔ｄを０．５λ以上とすることで、相対速度に関係なく、ビームフォーミング法等の方位推定アルゴリズムで推定するスペクトルピークが検知方位角範囲内に必ず一つは現れる。これにより、確実に第１方位、第２方位が得られ、ひいては物標の方位が確実に得られる。
【００２５】
（６）一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔ｄを送受信信号の波長λに対して０．５λ未満とする場合に、方位算出時の到来方向推定演算に代入するアンテナ素子の間隔として、仮想的に０．５λ以上に設定したアンテナ素子の間隔を利用し、当該条件により算出された方位を、前記０．５λ未満の設定に対応する方位に補正することを特徴としている。
【００２６】
この方法およびこの方法を実現する構成では、アンテナ素子の間隔ｄが０．５λ未満である場合、前述の（５）に示した０．５λ以上の場合を適用することができない。このため、方位の算出時には、仮想的にアンテナ素子間隔ｄが０．５λであると設定して前述の方法で方位を算出する。しかし、このままでは、算出した方位は現実の物標の方位と異なるので、方位算出時のアンテナ素子間隔ｄの設定値と現実のアンテナ素子間隔ｄとの関係から、算出した方位を補正する。例えば、方位算出時のアンテナ素子間隔ｄの設定値が現実のアンテナ素子間隔ｄの２倍であれば、算出した方位を１／２倍した値を真の物標の方位として出力する。
【００２７】
（７）レーダ装置の正面方向を０°とし、検知方位角範囲をθmin〜θmaxとしてθminおよびθmaxを−９０°〜＋９０°に設定し、一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔をｄとし、送受信信号の波長をλとして、
ｄ＜（１／（ｓｉｎθmax−ｓｉｎθmin））・（λ／２）    −（式２）
となるように一直線上に複数のアンテナ素子を配置することを特徴としている。
【００２８】
この方法およびこの方法を実現する構成では、少なくともいずれか一方向に複数のスペクトルピークが発生し、物標の方位が複数算出されたとしても、検知方位角範囲を前述のように限定するアンテナ間隔ｄを用いることで、当該検知方位角範囲内に含まれる方位は一つになり、正確に物標の検知方位を算出することができる。
【００２９】
（８）レーダ装置の正面方向を０°として、算出方位角範囲を当該０°を含む−θcal〜θcal（ただし、０°≦θｃａｌ＜９０°）として、一直線上に配置する複数のアンテナ素子の間隔ｄをｄ＞λ／２（ここで、λは送受信信号の波長）としたとき、
θcal＝ｓｉｎ-1（λ／２ｄ）    −（式３）
で設定される算出方位角範囲で物標の方位を算出することを特徴としている。
【００３０】
この方法およびこの方法を実現する構成では、算出方位角範囲を前述の条件で限定することで、第１方向、第２方向のそれぞれで一つずつのスペクトルピークしか検知されない。これにより、物標の方位が一組の第１方位と第２方位とで決定される。この際、算出される方位が検知範囲内に存在しない可能性があるが、検知方位角範囲内に複数のスペクトルが存在し、これらスペクトルの組み合わせにより算出方位は、λ／（２ｄ）の方位間隔で現れるので、算出した方位にλ／（２ｄ）を加算もしくは減算することで、検知方位角範囲内の方位を算出することができる。そして、この検知方位角範囲内となる方位を物標の方位とする。この方法では、方位角推定範囲がθcalにより限定されるので、方位検知に対する演算負荷が軽減される。
【００３１】
（９）一直線上に配置する複数のアンテナ素子を不等間隔に設定し、且つ当該不等間隔の最大公約数の間隔をｄに一致させることを特徴としている。
この方法およびこの方法を実現する構成では、アンテナ素子を不等間隔にすることで、配列されたアンテナ素子の両端の間隔が広がり、方位分解能が向上するので、スペクトルピークが急峻になり、より高精度に第１方位および第２方位が検知され、ひいては、より高精度に物標の方位が算出される。
【００３２】
（１０）不等間隔に配置された複数のアンテナ素子の切り替え間隔を、当該複数のアンテナ素子間距離に応じて設定することを特徴としている。
【００３３】
この方法およびこの方法を実現する構成では、各アンテナ間隔に応じた相対速度による位相差の変化が得られるので、さらに高精度に第１方位および第２方位が検知され、ひいては、さらに高精度に物標の方位が算出される。
【００３４】
（１１）第１方位および第２方位がそれぞれ複数得られた場合に、第１方位の各方位に対するスペクトル強度と、第２方位の各方位に対するスペクトル強度とを比較して、スペクトル強度の等しい方位同士を組み合わせて物標の方位を算出することを特徴としている。
【００３５】
この方法およびこの方法を実現する構成では、複数のスペクトルピークが存在しても、スペクトル強度に応じて第１方位と第２方位とを関連付けするので、複数の物標の方位を同時に算出することができる。
【発明の効果】
【００３６】
この発明によれば、相対速度による位相差の影響を受けないので、相対速度を算出することなく、高精度に物標の方位検知を行うことができる。
【００３７】
また、この発明によれば、アンテナ間隔、検知方位角範囲を適宜設定することで、より高精度で確実に物標の方位検知を行うことができる。
【００３８】
また、この発明によれば、算出方位角範囲を適宜設定することで、検知方位演算負荷を軽減することができる。
【００３９】
また、この発明によれば、アンテナ間隔を不等間隔に設定することで、より高精度に物標の方位検知を行うことができる。
【００４０】
また、この発明によれば、複数の物標の方位検知を同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施形態のＦＭＣＷ方式レーダ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態における送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。
【図３】相対速度による位相の変化を示す図である。
【図４】物標と各アンテナ素子との位置（方位）関係、すなわち実質的な物標方位による位相の変化を示す図である。
【図５】メインフレーズでの相対速度による位相の変化を示す図である。
【図６】メインフレーズでの位置関係による位相の変化を示す図である。
【図７】第１サブフレーズでの受信信号による方位方向スペクトルと、第２サブフレーズでの受信信号による方位方向スペクトルとを示した図である。
【図８】方位方向スペクトルを示す図である。
【図９】現実のアンテナ素子間隔設定と、仮想的なアンテナ素子間隔設定とでの方位方向スペクトルを示す図である。
【図１０】第２の実施形態の構成および処理で得られる方位方向スペクトルの一例を示す図である。
【図１１】第２の実施形態の送受信ビームパターンを示した図である。
【図１２】第３の実施形態におけるアンテナ素子間隔を示す図、および送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。
【図１３】第３の実施形態の構成および処理を用いた場合の具体的な方位方向スペクトルを示す図である。
【図１４】第４の実施形態の構成および処理を用いた場合の方位方向スペクトルを示した図である。
【図１５】複数の物標が同距離で異なる方位に存在する場合の方位方向スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置およびレーダ装置の物標検知方法について、図を参照して説明する。なお、本実施形態では、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置で、一つのアンテナ素子からなる送信アンテナと、複数のアンテナ素子からなる受信アンテナとを備えたレーダ装置を例に説明する。
【００４３】
図１は本実施形態のＦＭＣＷ方式レーダ装置の概略構成を示すブロック図である。
図２は送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。
図１に示すように、本実施形態のレーダ装置は、送信信号制御、切り替え制御、物体検知を行う信号処理部１と、ＲＦモジュール２と、送信アンテナ４０と受信アンテナ５０とを備える。
【００４４】
信号処理部１は、送信系制御として、送信制御信号の生成と切替制御信号の生成とを行う。送信制御信号は、時系列で三角形状に周波数を変調させた送信信号（以下、単に「三角波変調送信信号」と称する。）を生成するために、ＲＦモジュール２のＶＣＯ２１に与える信号である。また、切替制御信号は、受信アンテナ５０のアンテナ素子５１〜５５を選択するためにＲＦモジュール２の出力切替回路２３に与える信号である。
【００４５】
ここで、図２に示すように、三角波変調送信信号は、三角波変調された三角波変調区間と三角波変調区間の間の非変調区間とからなる。
【００４６】
信号処理部１は、三角波変調区間が所定の送信周期ΔＴで生成されるように送信制御信号を出力する。同時に、信号処理部１は、各三角波変調区間に各アンテナ素子５１〜５５が順次対応するように、各三角波変調区間の立ち上がりタイミングと、アンテナ素子５１〜５５の切り替わりタイミングとを一致させる切替制御信号を出力する。この際、アンテナ素子５１〜５５の切替パターンは予め設定されており、例えば、図２に示すように、時系列順に、アンテナ素子５１→アンテナ素子５２→アンテナ素子５３→アンテナ素子５４→アンテナ素子５５を第１サブフレーズＳＦ１とし、アンテナ素子５５→アンテナ素子５４→アンテナ素子５３→アンテナ素子５２→アンテナ素子５１を第２サブフレーズＳＦ２として、第１サブフレーズＳＦ１と第２サブフレーズＳＦ２とを連続してなるメインフレーズを繰り返す切替パターンを用いる。なお、アンテナ素子の切替パターンは、これに限るものではなく、当明細書の実施の形態の終わりに記載するような各種パターンのメインフレーズを繰り返す切替パターンを用いても良い。この際、詳細は後述するが、メインフレーズ間で受信した受信信号における相対速度による位相差が略「０」になるようにメインフレーズのパターンを設定する。
【００４７】
ＲＦモジュール２は、送信系回路としてＶＣＯ２１、分配器２２を備え、受信系回路として出力切替器２３、ＲＦアンプ２４、ミキサ２５、ＩＦアンプ２６を備える。
【００４８】
ＲＦモジュール２の送信系として、ＶＣＯ２１は、所謂、電圧制御発振器からなり、信号処理部１からの送信制御信号を受けて三角波変調送信信号を生成し、分配器２２に出力する。
【００４９】
分配器２２は方向性結合器からなり、ＶＣＯ２１からの三角波変調送信信号を送信アンテナ４０に与えるとともに、三角波変調送信信号を電力分配してなるローカル信号を生成し、ミキサ２５に与える。
【００５０】
送信アンテナ４０は、単一のパッチアンテナ等からなり、三角波変調送信信号を電波に変換した送信波を、検知領域内に放射する。
【００５１】
受信アンテナ５０はアンテナ素子５１〜５５を備える。アンテナ素子５１〜５５は、パッチアンテナ等からなり、例えば誘電体基板状に一直線上に等間隔で配列形成された複数のパッチ電極からなる。アンテナ素子５１〜５５の配列方向は、当該レーダ装置の正面方向（当該レーダ装置が設置される自動車の正面方向）に対して垂直な方向で、且つ水平方向に沿う方向である。そして、本実施形態ではより具体的な位置関係として、レーダ装置正面から見て右端から左端に向けてアンテナ素子５１，５２，５３，５４，５５が順に並ぶものとする。
【００５２】
受信アンテナ５０の各アンテナ素子５１〜５５は、送信波に基づく物標の反射波等を受信して受信信号を生成し、ＲＦモジュール２の出力切替器２３に出力する。
【００５３】
ＲＦモジュール２の受信系として、出力切替器２３は、各アンテナ素子５１〜５５からの受信信号を受ける。出力切替器２３には前述の切替制御信号が与えられており、出力切替器２３は、この切替制御信号に基づいてアンテナ素子５１〜５５のいずれかとＲＦアンプ２４との接続を切り替える。すなわち、切替制御信号により選択されたアンテナ素子の受信信号がＲＦアンプ２４に与えられる。この際、アンテナ素子の切り替えは、送信周期ΔＴに準じて行われ、前述の三角波変調区間毎に出力選択されたアンテナ素子の受信信号がＲＦアンプ２４に与えられる。
【００５４】
ＲＦアンプ２４は、与えられた受信信号のゲイン制御を行い、ゲイン制御後のＲＦ信号をミキサ２５に出力する。
【００５５】
ミキサ２５は、ＲＦ信号とローカル信号とを乗算してＩＦビート信号を生成し、ＩＦアンプ２６に与える。ＩＦアンプ２６は、ＩＦビート信号のゲイン制御を行い、Ａ／Ｄコンバータ３に出力する。
【００５６】
Ａ／Ｄコンバータ３は、所定のサンプリング周期で増幅（ゲインコントロール）後のＩＦビート信号をサンプリングすることで、アナログのＩＦビート信号をディジタルのＩＦビート信号にコンバートして信号処理部１に出力する。
【００５７】
信号処理部１の受信系であるバッファメモリ１０は、入力されるＩＦビート信号を順次バッファリングしていく。
【００５８】
フーリエ変換処理部１１は、時間軸フーリエ変換部１１１、およびビームフォーミング部１１２を備える。時間軸フーリエ変換部１１１は、既知のＦＦＴ処理を用いて周波数スペクトルを生成して距離・相対速度検出部１２に与える。ビームフォーミング部１１２は、時間軸フーリエ変換部で生成された周波数スペクトルを用いて、既知のビームフォーマ（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）法やＣａｐｏｎ法を適用することで、方位方向スペクトルを生成して方位検出部１３に与える。
【００５９】
距離・相対速度検出部１２は、既知のＦＭＣＷ方式の距離、相対速度算出法を用いて、自装置から検知物標までの距離および、自装置に対する検知物標の相対速度を算出する。
【００６０】
方位検出部１３は、ビームフォーミング部１１２から与えられた方位方向スペクトルに基づいて、後述する方法で物標の方位を算出する。
【００６１】
［方位検知原理の説明］
このようなレーダ装置では、次に示す原理に基づいて物標方位を検知する。
【００６２】
図３〜図６は物標方位検知原理を説明するための図であり、図３は相対速度による物標までの距離の変化を示し、図４は物標と各アンテナ素子との位置（方位）関係、すなわち実質的な物標方位により生じる物標と各アンテナ素子との距離差を示す。
図５は前述のメインフレーズでの相対速度による距離の変化を示す図であり、図５（Ａ）は第１サブフレーズＳＦ１での相対速度による距離の変化を示し、図５（Ｂ）は第２サブフレーズＳＦ２での相対速度による距離の変化を示す。
【００６３】
図６は前述のメインフレーズでの位置関係による各アンテナ素子間の物標までの距離差を示す図であり、図６（Ａ）は第１サブフレーズＳＦ１での位置関係による各アンテナ素子間の物標までの距離差を示し、図６（Ｂ）は第２サブフレーズＳＦ２での位置関係による各アンテナ素子間の物標までの距離差を示す。
【００６４】
図３において、ｒ0はアンテナ素子５１の受信信号を出力選択した時点での物標９００とアンテナ素子５１との距離を表し、ｒはアンテナ切替周期の応じた相対速度による距離変化量を表す。
【００６５】
図３に示すように、物標９００が自装置に対して「０」でない等速直線運動を行っている場合、第１サブフレーズＳＦ１では、アンテナ素子５１の選択時の距離をｒ0とすると、アンテナ素子５２の選択時の距離はｒ0＋ｒ、アンテナ素子５３の選択時の位相はｒ0＋２ｒ、アンテナ素子５４の選択時の距離はｒ0＋３ｒ、アンテナ素子５５の選択時の距離はｒ0＋４ｒとなる。したがって、受信アンテナ５０の正面方向を０として相対速度による方位角をθvとし、アンテナ素子間隔をｄとすると、θv＝ｓｉｎ-1（２ｒ／ｄ）の方向に等位相面が生成されるのと同等となる。これが、第１サブフレーズＳＦ１における相対速度による方位角のズレに相当する。
【００６６】
このような状況で、メインフレーズでアンテナ素子５１〜５５を切り替えて物標の反射波に基づく受信信号を取得すると、相対速度により図５に示すような位相関係となる。すなわち、第１サブフレーズＳＦ１では図３と同じ距離関係になり、第２サブフレーズＳＦ２ではアンテナ素子５５の選択時の距離をｒ1とすると、アンテナ素子５４の選択時の距離はｒ1＋ｒ、アンテナ素子５３の選択時の距離はｒ1＋２ｒ、アンテナ素子５２の選択時の距離はｒ1＋３ｒ、アンテナ素子５１の選択時の距離はｒ1＋４ｒとなる。これにより、第２サブフレーズＳＦ２では、第１サブフレーズＳＦ１で生じる相対速度による方位角θvに対して、逆特性（前記正面方向を軸として軸対称の方位）の方位角（−θv）に等位相面が生成されるのと同等になる。すなわち、第１サブフレーズＳＦ１と第２サブフレーズＳＦ２とで、同じ大きさで逆特性の方位角が現れる。
【００６７】
ところで、図５に示すように、物標９００が自装置に対して相対速度「０」である場合、隣り合うアンテナ素子間での物標までの距離差をＬとすると、受信アンテナ５０の正面方向を０として位置関係による方位角をθとし、アンテナ素子間隔をｄとすると、
θ＝ｓｉｎ-1（Ｌ／ｄ）
となる。これが物標９００の真の方位角に相当する。
【００６８】
このようなメインフレーズを用いれば、図６に示すような距離関係が得られる。具体的には、第１サブフレーズＳＦ１において、アンテナ素子５１から仮想的な位相基準面までの距離を「０」とすると、各アンテナ素子５２，５３，５４，５５から仮想的な位相基準面までの距離は、それぞれＬ＋２ｒ，２Ｌ＋４ｒ，３Ｌ＋６ｒ，４Ｌ＋８ｒとなる。また、第１フレーズに引き続く第２サブフレーズＳＦ２において、アンテナ素子５５の受信信号の位相を４Ｌとすると、各アンテナ素子５４，５３，５２，５１の受信信号の位相は、それぞれ３Ｌ＋２ｒ、２Ｌ＋４ｒ，Ｌ＋６ｒ，８ｒとなる。
【００６９】
これにより、第１サブフレーズＳＦ１で検出される方位角をθ1とし、第２サブフレーズＳＦ２で検出される方位角をθ2とすると、第１サブフレーズＳＦ１では、
θ1＝ｓｉｎ-1（（Ｌ＋２ｒ）／ｄ）    −（式１）
となる方向に等位相面が形成され、第２サブフレーズＳＦ２では、
θ2＝ｓｉｎ-1（（Ｌ−２ｒ）／ｄ）    −（式２）
となる方向に等位相面が形成される。
【００７０】
したがって、式１、式２より、次の関係が得られる。
【００７１】
Ｌ＋２ｒ＝ｄ・ｓｉｎθ1        −（式３−１）
Ｌ−２ｒ＝ｄ・ｓｉｎθ2        −（式３−２）
また、真の方位角をθとすると、式４が成り立つ
Ｌ＝ｄ・ｓｉｎθ            −（式４）
式３−１，３−２，４より、Ｌ，ｒ，ｄを消去すると、式５が得られる。
【００７２】
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２        −（式５）
これにより、真の方位角θは、
θ＝ｓｉｎ-1（（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２）    −（式６）
から算出される。
【００７３】
これらの演算式（式５、式６）では、相対速度による距離変化の項ｒが含まれないので、算出される方位角θに対する、相対速度による距離変化の影響はない。すなわち、相対速度による距離変化の影響を受けずに方位角θを算出することができる。
【００７４】
このような演算式により物標の方位角θを算出することができるので、信号処理部１は次の処理フローにより、方位角θを算出する。
【００７５】
まず、信号処理部１は、第１サブフレーズＳＦ１の受信信号群から方位方向スペクトルを算出し、方位角θ1の正弦値ｓｉｎθ1を算出する。次に、信号処理部１は、第１サブフレーズＳＦ１に続く第２サブフレーズＳＦ２の受信信号群から方位方向スペクトルを算出し、方位角θ2の正弦値ｓｉｎθ2を算出する。そして、信号処理部１は、算出したｓｉｎθ1、ｓｉｎθ2を式６に適用して、方位角θを算出する。
【００７６】
具体例として、受信アンテナ素子数を５とし、アンテナ間隔を１．４６λ（λは７６ＧＨｚ送信信号の波長）、アンテナ切替周期ΔＴを１ｍｓとし、物標方位が５°、物標の相対速度が３０ｋｍ／ｈであった場合で、Ｃａｐｏｎ法を用いてシミュレーションを行った場合の方位方向スペクトルを図７に示す。図７は、前述の第１サブフレーズＳＦ１での受信信号による方位方向スペクトルと、第２サブフレーズＳＦ２での受信信号による方位方向スペクトルとを示した図である。なお、図７以降の図で、図中の順方向が第１サブフレーズＳＦ１に沿った方向を示し、逆方向が第２サブフレーズＳＦ２に沿った方向を示す。
【００７７】
図７に示すように、アンテナ素子５１，５２，５３，５４，５５の順に切り替える第１サブフレーズＳＦ１での方位θ1は−５．００°となり、アンテナ素子５５，５４，５３，５２，５１の順に切り替える第２サブフレーズＳＦ２での方位θ2は＋１５．０３°となる。したがって、算出される真の方位θは、式６より、
θ＝ｓｉｎ-1（（ｓｉｎ（−５．００°）＋ｓｉｎ（１５．０３°））／２）
−（式７）
となり、θ＝４．９４°と検知される。これは、シミュレーションの定義である方位５．００°と略一致する。
【００７８】
このように、本実施形態の構成および処理を用いることにより、本実施形態のレーダ装置は、物標の相対速度を算出して補正に用いる等の煩雑な処理を行うことなく、物標の方位を確実に精度良く検知することができる。また、処理演算が簡素であるので、高精度な検知を高速に行うことができる。
【００７９】
なお、前述の説明では、正弦値を用いて検知方位を算出する方法を示したが、正弦値を角度に近似できる比較的狭い検知範囲、すなわちｓｉｎθ≒θとおける範囲では、第１サブフレーズＳＦ１での方位θ1と、第２サブフレーズＳＦ２での方位θ2とから、真の方位θを（式８）で算出することができる。
【００８０】
θ＝（θ1＋θ2）／２      −（式８）
例えば、検知方位角範囲を−１４．５°〜＋１４．５°とする場合、（式８）で示した近似式から方位を求めると、最大の方位誤差は０．６°となる。したがって、この程度の方位誤差を許容範囲とすれば、θによる近似からなる（式８）を用いて物標方位を算出することができる。
【００８１】
このように、θ近似を行うことで、物標方位算出に対する演算量を低減させることができる。
【００８２】
ところで、前述の説明では、アンテナ素子５１〜の間隔ｄを等間隔にすることを示したが、さらに、アンテナ素子間隔ｄを０．５λ以上とすると確実に物標方位検知を行うことができる。
【００８３】
図８は方位方向スペクトルを示す図であり、（Ａ）は物標の相対速度が０．２ｍ／ｓｅｃ．である場合を示し、（Ｂ）は物標の相対速度が１．０ｍ／ｓｅｃ．の場合を示す。
【００８４】
アンテナ素子間隔がｄの場合、隣り合うアンテナ素子間で生じる距離差の検知範囲は、−ｄ＋ｎλ〜＋ｄ＋ｎλ（ｎは整数）となる。すなわち、アンテナ素子と物標との位置関係による距離差と相対速度により生じる距離差とを加算した距離差は、−ｄ＋ｎλ〜＋ｄ＋ｎλの範囲に入らなければ、前述の図７に示すような方位方向スペクトルのスペクトルピークが得られない。
【００８５】
アンテナ素子間隔ｄが０．５λ未満の場合、例えば、ｄ＝０．４λの場合、距離差検知範囲は、−０．４λ＋ｎλ〜０．４λ＋ｎλとなる。アンテナ切り替え周期ΔＴが１ｍｓｅｃ．で、物標の相対速度が０．２ｍ／ｓｅｃである場合、隣り合うアンテナ素子間での相対速度による距離変化は０．１λとなる。この場合、前述の条件−０．４λ＋ｎλ〜０．４λ＋ｎλを満たすので、スペクトルピークが得られ（図８（Ａ）参照）、方位検知が可能となる。ところが、物標の相対速度が１．０ｍ／ｓｅｃ．である場合、隣り合うアンテナ素子間での相対速度による距離変化は０．５１λとなる。この場合、前述の条件−０．４λ＋ｎλ〜０．４λ＋ｎλを満たさないので、スペクトルピークが得られず（図８（Ｂ）参照）、正確に方位検知を行うことができない。
【００８６】
一方、アンテナ素子間隔ｄが０．５λ以上の場合、例えばｄ＝０．６λとすると、隣り合うアンテナ素子間の距離差の検知範囲は、（−０．６＋ｎ）λ〜（０．６＋ｎ）λとなる。この場合、ｎ＝ｍの時の範囲と、ｎ＝ｍ＋１の時の範囲とはオーバラップするので、全ての距離差が検知可能となる。つまり、アンテナ素子と物標との位置関係による距離差と相対速度により生じる距離差とを加算した距離差は、−ｄ＋ｎλ〜＋ｄ＋ｎλの範囲に確実に存在する。この結果、アンテナ素子間隔ｄを０．５λ以上とすることで、方位方向のスペクトルピークを確実に得られ、物標方位を検知することができる。
【００８７】
ところで、前述の説明では、アンテナ素子間隔ｄを０．５λ以上にすることで、確実且つ容易にスペクトルピークを得られることを示したが、アンテナ素子間隔ｄが０．５λ未満であっても、Ｃａｐｏｎ法やＢｅａｍｆｏｒｍｅｒ法の算術上、仮想的にアンテナ素子間隔ｄを０．５λ以上に設定することで、スペクトルピークを得ることもできる。
【００８８】
Ｃａｐｏｎ法やＢｅａｍｆｏｒｍｅｒ法等では、到来方向推定演算に、次式に示すモードベクトルを用いる。
ａ（Θ）＝［ｅｘｐ（−ｊ・（２π／λ）・ｄ１・ｓｉｎΘ），ｅｘｐ（−ｊ・（２π／λ）・ｄ２・ｓｉｎΘ），・・，ｅｘｐ（−ｊ・（２π／λ）・ｄｋ・ｓｉｎΘ）］T
−（式Ａ）
ここで、ａ（Θ）は、推定方位Θに対するモードベクトル、ｄ１〜ｄｋはアンテナ素子数ｋ＋１個において、一つのアンテナ素子位置を基準位置とした場合の各アンテナ間隔を示す。
アンテナ素子間隔ｄが０．５λ未満である場合に、（式Ａ）のｄ１〜ｄｋに現実のアンテナ素子間隔ｄを用いるのではなく、仮想設定したアンテナ素子間隔ｄ’を用いる。
【００８９】
この演算処理により、図９（Ｂ）に示すような方位方向スペクトルが得られる。
図９は方位方向スペクトルを示す図であり、（Ａ）は現実のアンテナ素子間隔ｄを用いた場合を示し、（Ｂ）仮想設定したアンテナ素子間隔ｄ’＝２ｄを用いた場合を示す。
なお、図９に示す方位方向スペクトルは、図８（Ｂ）に示した方位方向スペクトルと同じ条件により得られたものである。すなわち、図９（Ａ）と図８（Ｂ）とは同じ結果を示す。
【００９０】
図９（Ｂ）に示すように、アンテナ素子間隔ｄ’を０．５λ以上に仮想設定した場合、急峻なスペクトルピークが得られる。
【００９１】
このようにアンテナ素子間隔を仮想的に０．５λ以上に設定することで、現実のアンテナ素子間隔ｄが０．５λ未満であっても相対速度に影響されることなく、スペクトルピークを得ることができる。
【００９２】
このように得られたスペクトルピークによる第１サブフレーズＳＦ１での方位θ1’と、第２サブフレーズＳＦ２での方位θ2’とを（式８）に代入することで、算出方位θ’を得ることができる。
【００９３】
θ’＝（θ1’＋θ2’）／２
なお、図９（Ｂ）では、スペクトルピークが複数現れる例を示したが、後述するように、検知方位角範囲を適宜設定することにより、真の方位を容易に検知することができる。
【００９４】
このようにして得られた算出方位θ’は、現実の方位θとは異なる。しかしながら、現実の方位θと算出方位θ’とは、等位相面までの距離をＬとして、
Ｌ＝ｄ・ｓｉｎθ＝ｄ’・ｓｉｎθ’
の関係が成り立つので、
現実の方位θは、
θ＝ｓｉｎ-1（（ｄ’／ｄ）・ｓｉｎθ’）      −（式Ｂ）
から得ることができる。
【００９５】
このように、現実には、アンテナ素子間隔ｄが０．５λ未満であっても、算術演算上、仮想的にアンテナ素子間隔ｄ’を０．５λ以上とすることで、処理演算数は増加するが、方位θを得ることができる。
【００９６】
次に、第２の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。
本実施形態のレーダ装置は、アンテナ間隔ｄのみが異なり、他の構成は、第１の実施形態のレーダ装置と同じである。
【００９７】
ターゲットの相対速度が大きくなると、隣り合うアンテナ素子間の相対速度により生じる距離差ｒも大きくなる。通常、相対速度により生じる距離差ｒが−λ／２〜＋λ／２の範囲に入るように設計すれば、アンビギュイティは発生しない。しかしながら、相対速度による位相差ｒが−λ／２〜＋λ／２の範囲に入らない場合、ｒとｒ＋ｎλ（ｎは整数）との判別ができなくなる。
【００９８】
この場合、第１サブフレーズＳＦ１の方位をθ1、第２サブフレーズＳＦ２の方位をθ2とすると、
Ｌ＋２ｒ＋ｎλ＝ｄ・ｓｉｎθ1    −（式９−１）
Ｌ−２ｒ＋ｍλ＝ｄ・ｓｉｎθ2    −（式９−２）
となる。ただし、ｎ，ｍは任意の整数である。
【００９９】
そして、このような組み合わせを持つ方位の候補が複数になる。ここで、真の方位θは、（式４）より、
Ｌ＝ｄ・ｓｉｎθ            −（式４）
であるので、（式４）、（式９−１）、（式９−２）より、
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２−（ｎ＋ｍ）λ／（２ｄ）  −（式１０）
となる。ｎ＋ｍ＝ｎ’とすると、
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２−ｎ’λ／（２ｄ）  −（式１１）
となる。（式１１）より、真の方位θの正弦値ｓｉｎθは、λ／（２ｄ）の間隔で候補が発生する。
【０１００】
このように正弦値ｓｉｎθは、λ／（２ｄ）の間隔で発生することを利用し、θの取りうる値の最小値をｓｉｎθmin、最大値をｓｉｎθmaxとして、
ｓｉｎθmax−ｓｉｎθmin＜λ／（２ｄ）  −（式１２）
とすると、（式１１）における整数ｎ’の値は一意的に決定し、真の方位θを確実に検知することができる。
【０１０１】
したがって、（式１２）より、
ｄ＜（１／（ｓｉｎθmax−ｓｉｎθmin））・λ／２      −（式１３）
となり、アンテナ素子間隔ｄを（式１３）の条件に一致するように設置すればよい。
【０１０２】
この際、（式９−１）、（式９−２）に示すように、第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1と第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2とは、グレーティングローブを持つ。逆に言えば、本実施形態では、グレーティングローブを意図して持つようにアンテナ間隔を設定する。このような構成とすることで、複数のスペクトルピークが発生する。すなわち、第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1と第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2とがそれぞれ複数の値を取ることができる。このため、第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1と第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2との組み合わせ毎に真の方位θの候補が得られる。ここで、（式１２）に示すように、方位θの正弦値ｓｉｎθを制限することで、真の方位θを決定することができる。
【０１０３】
この原理を利用し、信号処理部１は、第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1の正弦値ｓｉｎθ1と第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2の正弦値ｓｉｎθ2とをそれぞれ複数検出する。この際、設定条件によっては、正弦値ｓｉｎθ1，ｓｉｎθ2のいずれか一方が一つの場合もある。
【０１０４】
信号処理部１は、得られた複数の正弦値ｓｉｎθ1，ｓｉｎθ2をそれぞれ組み合わせて、組み合わせ毎に、真の方位θの正弦値ｓｉｎθの候補を算出する。そして、信号処理部１は、得られた正弦値ｓｉｎθの候補のそれぞれが、（式１２）に適用するかどうかを判別し、適用する一つの正弦値θから真の方位θを算出する。
【０１０５】
このような場合、信号処理部１は、第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1の正弦値ｓｉｎθ1と第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2の正弦値ｓｉｎθ2とが多く、例えば、第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1の正弦値ｓｉｎθ1と第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2の正弦値ｓｉｎθ2とを合わせて少なくとも３個以上、得られるように、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ法やＣａｐｏｎ法での推定検知方位角範囲を設定しておく。これにより、確実に真の方位θを得ることができる。
【０１０６】
図１０は本実施形態の構成および処理で得られる方位方向スペクトルの一例を示す図である。図１０に示す方位方向スペクトルは、送信信号の周波数を７６ＧＨｚ、波長λを３．９ｍｍとし、アンテナ素子間隔ｄを０．７λとし、切替周期ΔＴを１ｍｓｅｃ．とし、物標方位θを１８°とし、物標の相対速度を３０．６ｋｍ／ｈとした時のシミュレーション結果である。
【０１０７】
図１０に示すように、前記条件では、第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1は一個存在し、第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2は二個存在する。このため、真の方位θの候補は二個算出され、−２３．９°と＋１８．０°となる。
【０１０８】
ここで、信号処理部１は、（式１３）の逆算に基づいて、検知方位角範囲を−２０°〜＋２０°に設定する。さらに、図１１に示すような送受信ビームパターンを形成するように、送信アンテナおよび受信アンテナの構造および構成を設定する。図１０は本実施形態の送受信ビームパターンを示した図である。
【０１０９】
このような構成、設定および処理を用いることで、信号処理部１は＋１８．０°を真の方位θとして決定する。
【０１１０】
次に、第３の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。
本実施形態のレーダ装置は、アンテナ素子間隔が不等間隔であり、他の構成は第１の実施形態のレーダ装置と同じである。
図１２（Ａ）はアンテナ素子間隔を示す図であり、（Ｂ）は送信制御と切替制御との同期状態を示す説明図である。
【０１１１】
図１２（Ａ）に示すように、本実施形態のレーダ装置では、アンテナ素子５１〜５５の間隔を、アンテナ素子５１側から順に、２ｄ，２ｄ，３ｄ，３ｄとする。そして、図１２（Ｂ）に示すように、信号処理部１は、アンテナ素子５１，５２，５３，５４，５５の順でアンテナ素子を切り替える場合、２Ｔ，２Ｔ，３Ｔ，３Ｔの時間間隔で切り替える。
【０１１２】
不等間隔アレーアンテナの場合、アンテナ素子間隔の最大公約数によりグレーティングローブの発生間隔が決定する。このため、アンテナ素子間隔の最大公約数をｄとすると、前述の第１実施形態および第２実施形態の条件から、
０．５λ＜ｄ＜（１／ｓｉｎθmax）・（λ／４）      −（式１４）
を満たすように、ｄを決定すれば、真の方位θを一意に決定することができる。
【０１１３】
このような構成および処理を用いることで、不等間隔アレイによって方位分解能を向上させ、且つ確実に真の方位θを検知することができる。すなわち、高精度で確実に真の方位θを検知することができる。
【０１１４】
図１３は本実施形態の構成および処理を用いた場合の具体的な方位方向スペクトルを示す図である。図１３に示す方位方向スペクトルは、送信信号の周波数を７６ＧＨｚ、波長λを３．９ｍｍとし、アンテナ素子間隔の最大公約数ｄを０．７λとし、切替周期の最大公約数Ｔを１ｍｓｅｃ．とし、物標方位θを１８°とし、物標の相対速度を３０．６ｋｍ／ｈとした時のシミュレーション結果である。
【０１１５】
このような処理の場合、図１３に示すように、前述の図１０の場合よりもスペクトルピークが急峻になる。これにより、第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1と第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2とが高精度に検知される。そして、これらの方位θ1，θ2を組み合わせることで、真の方位θの候補を高精度に得られる。図１３の例では、−２４．０°と＋１７．９°が得られる。そして、前述の各条件から得られる検知方位角範囲−２０°〜＋２０°を適用することで、一意に真の方位θを＋１７．９°と検知することができる。
【０１１６】
次に、第４の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。
本実施形態では、推定演算する方位角範囲（推定演算方位角範囲）を設定するものであり、他の構成は第３の実施形態に示したレーダ装置と同じである。
【０１１７】
推定演算方位角範囲を−θcal〜＋θcalに設定した場合、最大演算方位角θcalを、
θcal＝ｓｉｎ-1（λ／（２ｄ））      −（式１５）
とする。
【０１１８】
この関係式は、前述の原理から導かれるものであり、（式１５）に示す設定を行うと、第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1、第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2ともに、スペクトルピークは一個になる。
【０１１９】
そして、（式１５）に示す条件の場合、（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２は（式１６）、（式１８）、（式２０）のいずれかに示す関係式が得られる。
【０１２０】
（１）式１６の場合
−λ／（４ｄ）＜（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２＜＋λ／（４ｄ）    −（式１６）
（式１６）の場合、真の方位θの正弦値ｓｉｎθは、（式１７）（（式５）に相当）から得られる。
【０１２１】
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２        −（式１７）
（２）式１８の場合
（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２＜−λ／（４ｄ）    −（式１８）
（式１８）の場合、真の方位θの正弦値ｓｉｎθは、（式１９）から得られる。
【０１２２】
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２＋λ／（２ｄ）      −（式１９）
（３）式２０の場合
（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２＞＋λ／（４ｄ）    −（式２０）
（式２０）の場合、真の方位θの正弦値ｓｉｎθは、（式２１）から得られる。
【０１２３】
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２−λ／（２ｄ）        −（式２１）
このような処理を行うことにより、真の方位θをより簡単且つ確実に検知することができる。
【０１２４】
この場合、信号処理部１は、（式１５）で表された最大演算方位角θcalに基づいて設定された推定演算方位角範囲−θcal〜＋θcalで、第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1と第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2とを算出する。そして、信号処理部１は、（式１６）、（式１８）、（式２０）の条件に基づいて場合分けし、（式１７）、（式１９）、（式２１）のいずれかを選択して真の方位θを算出する。
【０１２５】
具体的に、図１４のようなスペクトルピークが得られる場合での処理を説明する。
図１４は本実施形態の構成および処理を用いた場合の方位方向スペクトルを示した図である。なお、このシミュレーションの条件は、第２の実施形態の図１０の場合と同じである。
まず、信号処理部１は、アンテナ素子間隔の最大公約数ｄおよび送信信号の波長λから、最大演算方位角θcalを４５．６°と算出して、推定演算方位角範囲を−４５．６°〜＋４５．６°に設定する。次に、信号処理部１は、得られた第１サブフレーズＳＦ１の方位θ1と第２サブフレーズＳＦ２の方位θ2とから、
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２    −（式２２）
を算出する。
【０１２６】
このシミュレーションでは、（式２２）の値は−０．４０６であり、（−λ／（４ｄ））より小さくなる。これは、すなわち、（式１８）の条件を満たすことを意味する。信号処理部１はこれを検出して、（式１９）、すなわち、
ｓｉｎθ＝（ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2）／２＋λ／（２ｄ）
を用いて、ｓｉｎθを算出し、真の方位θを算出する。このような処理を行うことにより、信号処理部１は、真の方位θを一意に１８．０°と算出することができる。
【０１２７】
以上のように、本実施形態では、推定演算方位角範囲を、前述の実施形態よりも実質的に狭くすることができるので、方位算出の演算負荷を軽減することができる。
【０１２８】
なお、前述の各実施形態では、物標が一つの場合を例に示したが、検知領域内で、自装置から略等距離に、複数の物標が存在することもある。
図１５は複数の物標が同距離で異なる方位に存在する場合の方位方向スペクトルを示す図である。
【０１２９】
第１サブフレーズＳＦ１での受信信号によるスペクトルピークのレベルと、第２サブフレーズＳＦ２での受信信号によるスペクトルピークのレベルとは、対象となる物標が同じ（単一）であれば、略同じとなる。したがって、物標毎にスペクトルピークレベルが相違し、同じ物標に対する第１サブフレーズＳＦ１のスペクトルピークレベルと第２サブフレーズＳＦ２のスペクトルピークレベルとは略同じになる。
【０１３０】
これを利用し、信号処理部１は、得られたスペクトルピークから、ピークレベルに基づいて、第１サブフレーズＳＦ１のスペクトルピークと第２サブフレーズＳＦ２のスペクトルピークとをペアリングする。そして、信号処理部１は、ペアリングした第１サブフレーズＳＦ１のスペクトルピークと第２サブフレーズＳＦ２のスペクトルピークとを用いて、前述の各種方法を用いて真の方位θA，θBを検知する。このような処理方法を用いることにより、自装置から同距離で異なる方位θA，θBに複数の物標が存在しても、それぞれの方位を確実且つ高精度に検知することができる。
【０１３１】
また、前述の実施形態では、アンテナ素子の切替の一例として、第１サブフレーズＳＦ１としてアンテナ素子を５１→５２→５３→５４→５５の順で切り替え、第２サブフレーズＳＦ２としてアンテナ素子を５５→５４→５３→５２→５１の順で切り替える例を示した。しかしながら、（１）第１サブフレーズＳＦ１として５１→５３→５５の順で切り替え、第２サブフレーズＳＦ２として５５→５３→５１の順で切り替える方法や、（２）第１サブフレーズＳＦ１として５１→５２→５３の順で切り替え、第２サブフレーズＳＦ２として５５→５４→５３の順で切り替える方法や、（３）第１サブフレーズＳＦ１として５１→５３→５４の順で切り替え、第２サブフレーズＳＦ２として５５→５４→５２の順で切り替える方法等も適用できる。すなわち、第１サブフレーズＳＦ１と第２サブフレーズＳＦ２とからなるメインフレーズにおいて、全体としての相対速度による位相差が略「０」になるように、アンテナ素子の切り替えを行えばよい。
【０１３２】
また、前述の実施形態では、受信アンテナを複数のアンテナ素子を配列してなるアレイアンテナとした例を示したが、送信アンテナをアレイアンテナとしたり、送信アンテナおよび受信アンテナの双方をアレイアンテナにしても、前述の効果を同様に奏することができる。
【０１３３】
また、前述の実施形態では、三角波変調した送信信号を用いた例を説明したが、ノコギリ波変調した送信信号を用いても良い。さらに、三角波変調の上り変調区間のみや下り変調区間のみで、前記第１サブフレーズＳＦ１および第２サブフレーズＳＦ２を設定しても良い。
【符号の説明】
【０１３４】
１−信号処理部、１０−バッファメモリ、１１−フーリエ変換処理部、１１１−時間軸フーリエ変換部、１１２−ビームフォーミング部、１２−距離・相対速度検出部、１３−方位検出部、２−ＲＦモジュール、２１−ＶＣＯ、２２−分配器、２３−出力切替器、２４−ＲＦアンプ、２５−ミキサ、２６−ＩＦアンプ、３−Ａ／Ｄコンバータ、４０−送信アンテナ、５０−受信アンテナ、５１〜５５−アンテナ素子
【図１】
0004433085.tif 000002
【図２】
0004433085.tif 000003
【図３】
0004433085.tif 000004
【図４】
0004433085.tif 000005
【図５】
0004433085.tif 000006
【図６】
0004433085.tif 000007
【図７】
0004433085.tif 000008
【図８】
0004433085.tif 000009
【図９】
0004433085.tif 000010
【図１０】
0004433085.tif 000011
【図１１】
0004433085.tif 000012
【図１２】
0004433085.tif 000013
【図１３】
0004433085.tif 000014
【図１４】
0004433085.tif 000015
【図１５】
0004433085.tif 000016