(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ波を放射する送信素子（１０１〜１０５）及び反射されたレーダ波を再び受信する受信素子（１０２〜１０４）を備えるマルチビーム・レーダ装置であって、
前記マルチビーム・レーダ装置の有効作用アンテナ特性が、１つ又は複数の送信素子の放射特性と、少なくとも１つの受信素子の受信特性との重ね合わせから得られ、
前記有効作用アンテナ特性が、それぞれの少なくとも１つの測定サイクルに対して、異なる送信素子又は受信素子あるいはこれら双方の間の切換により変化可能である、車両用マルチビーム・レーダ装置において、
受信素子より多い送信素子が設けてあり、
当該送信素子は、任意の組合わせ（１３）において、個々に、又は、同時に、切換可能であり、
複数のアンテナ素子が一列に配置され、
当該アンテナ素子は、前記送信素子と前記受信素子とを組み合わせた送受信素子或いは前記送信素子であり、
前記送受信素子は、前記マルチビーム・レーダ装置全体の中央側に配置され、また前記受信素子と組み合わされていない送信素子は、前記マルチビーム・レーダ装置全体の外側に配置されている
ことを特徴とするマルチビーム・レーダ装置。
【請求項２】
前記受信素子と組合わされていない送信素子は、主として前記マルチレーダ・レーダ装置の前方又は側方あるいはこれら双方の近接領域を照射する放射特性を有することを特徴とする請求項１記載のマルチビーム・レーダ装置。
【請求項３】
各受信素子の受信信号は、個々の受信ミクサを介して、混合されることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチビーム・レーダ装置。
【請求項４】
検出されたレーダ目標物の角度位置の評価は、少なくとも２つの受信素子からの受信信号の振幅又は位相あるいはこれら双方の比較により行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のマルチビーム・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、検出されたレーダ目標物の角度情報を取得し且つ評価するためのマルチビーム・レーダ装置に関するものである。このマルチビーム・レーダ装置は、特に、前方走行車両の自動間隔警報又は間隔制御の範囲内で、得られた角度情報により個々の走行軌跡を特定可能にする自動車用レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種類のレーダ装置は、例えば国際出願公開第９７／０２４９６号から既知である。この公開公報によるレーダ装置は３つの組合わされた送信素子及び受信素子を有し、これらの送信素子及び受信素子は共通のアンテナレンズと結合されて３つの送信ローブないし受信ローブを形成する。これらの３つの受信ローブを介して受信された反射されたレーダ信号は、まず３つの平行な信号経路内で処理される。振幅評価により検出された全ての対象物の角度位置を計算することができる。
【０００３】
例えば交通渋滞又は市街交通におけるこのようなレーダ装置の将来の幅広い適用範囲に対しては、特にレーダ装置の近接領域における観察可能な角度範囲が拡大されるべきであるという要求が発生している。
【０００４】
この場合、受信されたレーダ信号が原則としてきわめて弱く且つそれに応じて不必要な追加減衰を回避するためにできるだけレーダ信号の受信直後に評価され且つ処理されなければならないという問題点が発生する。この意味において、このように信号を減衰させる高周波スイッチ又は高周波マルチプレクサの使用をできるだけ回避するために、各受信経路内に第１の増幅段及び/又は混合段を設けることは有利である。しかしながら、このために、上記の公開公報から既知の送受信の考え方を拡張することにより、即ち他の送信及び受信素子を追加することにより受信側の回路費用が増大し、従って実質的なコスト要因が明らかに増大することになる。これに対し、従来から使用されている個々の送信／受信ローブを単に拡大させるだけでは、これは逆に従来達成された角度の解像度を低下させることになろう。
【０００５】
米国特許第４，３０８，５３６号から自動車衝突防止レーダが既知であり、この自動車衝突防止レーダは２つの送信アンテナと唯１つの受信アンテナとを有している。両方の送信アンテナは、自動車の縦軸に対しそれぞれ３°の角度をとるアンテナローブを有している。各ローブ幅は１０°である。受信アンテナの主ビーム方向は自動車の縦軸方向に向けられている。送信部の出力パルスは、スイッチにより両方の送信アンテナに交互に切り換えられる。観察可能な角度範囲はこの場合１６°を占める。これは将来要求される適用に関しては小さすぎる。観察すべき角度範囲の拡大は、一般に「シーケンシャル・ロービング」として知られるこの原理においては、角度測定の精度に対して不利に働く。
【０００６】
欧州特許公開第５６８４２７号からこの種類のレーダ装置が既知であり、このレーダ装置は個々に投入可能な４つの送信素子及び同時に使用される６つの受信素子を有している。この装置においてもまた、観察可能な角度範囲は１６°であり、これは上記のように将来の適用に対しては小さすぎる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
観察可能な角度範囲が、従来の装置に比較してコスト的に有利に且つほぼ同じ角度解像度で拡大される、検出されたレーダ目標物の角度情報を決定するためのマルチビーム・レーダ装置を提供することが本発明の課題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明により、上記課題は、請求項１の特徴部に記載のように、受信素子より多い送信素子が存在し、且つ存在する送信素子が個々においてのみでなく同時に任意の組合わせにおいてもまた投入可能であることにより解決される。
【０００９】
受信素子より多い送信素子が存在するという特徴に基づき、照射可能な角度範囲、従って基本的な観察可能な角度範囲をコスト的に有利に拡大可能である。存在する送信素子が個々においてのみでなく同時に任意の組合わせにおいてもまた投入可能であるという第２の特徴と組み合わせて、以下に更に詳細に説明するように、この拡大された照射角度範囲を、他の受信素子を使用しなくても要求された精度で評価することが可能である。
【００１０】
既知のレーダ装置に対し追加的に存在する送信素子を介して、拡大された観察角度範囲が目的どおりに照射可能である。反射されたレーダ目標物の受信は従来と同様に既に存在する既知の受信素子を介して行われる。この場合、場合により受信素子の従ローブが使用されてもよい。
【００１１】
本発明によるレーダ装置の実質的な利点は、他の受信経路を追加することなく既知のレーダ装置に比較してより拡大された観察角度範囲が達成され、且つそれに応じてコストのかかる他の受信信号経路が必要とされないことである。更に、拡大された角度範囲は迅速且つ柔軟に調節可能であり且つ変化可能である。この特性に基づき、このレーダ装置は種々の測定課題に有利に適合させることが可能である。例えば交通渋滞のときに広い観察角度範囲が必要な場合、存在する全ての送信素子を使用することにより広い放射特性を得ることができる。これに対し高速道路上での高速走行において狭い観察角度範囲のみが必要とされる場合、例えば１つ又は２つの送信素子のみを介して送信が行われる。本発明によるレーダ装置の他の利点は、本来の角度評価が、本質的に、例えば国際出願公開第９７／０２４９６号に記載のような既に使用されている方法を用いて振幅比較により行うことができることである。それに応じて、既知の信号処理アルゴリズムにおいて僅かな補足又は修正が必要であるにすぎない。本発明の他の実質的な利点は、種々の受信経路間に、信号を減衰させる切換スイッチを使用する必要がないことである。この結果として、このような切換スイッチを有するレーダ装置と比較して、より少ない送信出力で作動させることが可能である。これは、特に、電磁的適合性（ＥＭＶ）に対する要求及び問題点に関してはきわめて有利である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に示す実施形態により詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明によるレーダ装置を略図で示している。集束要素として働く誘電体レンズ１７の下側に、一例として、５つのアンテナ素子１０１、１０２、１０３、１０４及び１０５が配置されている。好ましい実施形態により、これらのアンテナ素子はパッチアンテナ素子として形成されている。しかしながら、これらのアンテナ素子は他の方法で例えばホーン放射器として形成してもよい。アンテナ素子１０１及び１０５は純粋に送信素子として働く。アンテナ素子１０１及び１０５は、スイッチ装置１３のそれぞれのスイッチ、例えばＰＩＮダイオード・スイッチを介して、発振器１４と結合されている。発振器１４は高周波信号を発生し、該高周波信号は一方で送信信号として働き、ここに示した本発明の好ましい実施形態においては、受信信号の逆混合即ち下の周波数に変換するためにも使用される。アンテナ素子１０２、１０３及び１０４は組合わされた送信素子及び受信素子である。アンテナ素子１０１、１０２、１０３、１０４及び１０５は空間的に相互に対向して配置され、従って、この装置の受信素子１０２、１０３及び１０４の全体は送信素子の全体に対し中央に、この場合、全てのアンテナ素子の全体に対しても中央に存在している。
【００１４】
組合わされた送信素子及び受信素子１０２、１０３及び１０４は、それぞれの送信−受信切換スイッチ１１２、１１３及び１１４と結合されている。送信−受信切換スイッチ１１２、１１３及び１１４はラット・レース・リングとして形成されていることが好ましいが、代替形態として、例えばサーキュレータとして形成されていてもよい。送信−受信切換スイッチ１１２、１１３及び１１４の入口にそれぞれ、スイッチ装置１３のそれぞれのスイッチを介して発振器１４の高周波信号が供給される。従って、スイッチ装置１３の個々のスイッチを介して、全ての送信素子は、個々にのみでなく任意の同時組合わせにおいてもまた投入可能である。送信−受信切換スイッチ１１２、１１３及び１１４の他方の接続端子はそれぞれのミクサ１２２、１２３及び１２４と結合されている。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態により、発振器１４の高周波信号は供給ライン１６２、１６３及び１６４を介してそれぞれ３つのミクサの他方の入力端子に供給されている。従って、各ミクサ１２２、１２３及び１２４において、受信レーダ信号はその時点のそれぞれの送信信号と混合される。これは、冒頭記載の用途に対して好ましいＦＭＣＷ（周波数変調連続波）レーダ装置の構造である。しかしながら、本発明は、このレーダ原理に限定されず、パルスレーダ装置においても使用可能である。３つのミクサ１２２、１２３及び１２４の下の周波数に変換された受信信号は、他の信号処理のために出力端子１５２、１５３及び１５４において利用可能である。
【００１６】
５つのアンテナ素子１０１ないし１０５から放射される５つのアンテナローブ１８１、１８２、１８３、１８４及び１８５が示されている。この場合、本発明の好ましい実施形態により、外側に位置するアンテナローブ１８１及び１８５は、主としてレーダ装置の前方及び/又は側方近接領域が照射されるように形成されている。これは、自動車における自動間隔警報又は間隔制御の範囲内に本発明によるレーダ装置を使用したときに特に有利である。この実施形態の他の有利な形態は、送信素子及び受信素子が空間的に相互に対向して配置されていること、及びこの装置の受信素子１０２、１０３及び１０４の全体が送信素子１０１、１０２、１０３、１０４及び１０５の全体に対し中央に存在していることである。
【００１７】
本発明によるレーダ装置の作動方法を以下に図２及び図３により説明する。この場合、図２は、アンテナ線図により略図で示した、本発明によるレーダ装置の９つの選択された送信形態を示す。この場合、この原理図においては、図１のアンテナローブとは異なり、全ての送信素子の放射特性は同じであると仮定されている。形態２１においては、略図で示したアンテナ線図２１１は、この形態において外側に位置するアンテナ素子１０５を介してのみ送信が行われることを示している。形態２２においては、例えば隣接して外側に位置する２つのアンテナ素子１０４及び１０５を介して送信が行われる。形態２３においては、３つのアンテナ素子１０３、１０４及び１０５を介して送信が行われる。形態２４においては、存在する全てのアンテナ素子１０１ないし１０５を介して送信が行われる。形態２５においては、逆に再び１つのアンテナ素子を介してのみ送信が行われ、このアンテナ素子は、この場合、図１のアンテナ素子１０１に対応している。図２に示されているその他の形態は、送信素子の可能なあらゆる組合わせの一部を示している。
【００１８】
図３は、図２に示す送信形態の放射特性と、図１に示す本発明によるレーダ装置の受信素子の受信特性との重ね合わせから得られる有効作用アンテナ特性を略図で示している。有効作用アンテナ特性３１は、例えば図１に対応する本発明によるレーダ装置が送信形態２１で作動されるときに得られる。アンテナ線図のうち、３つの受信素子１０２、１０３及び１０４に付属する３つの線図３１１、３１２及び３１３が示されている。この場合、線図３１１、３１２及び３１３は異なる極大高さを有し、ここで、線図３１１は最低極大を有し、線図３１３は最高極大を有している。線図３１３は最も右側に位置する受信素子１０４に、線図３１２は受信素子１０３に、線図３１１は左側受信素子１０２にそれぞれ付属している。異なる高さの極大形状は、送信形態２１に対応して、主として観察すべき角度範囲の右側が照射されることから得られる。それに応じて、反射されたレーダ信号は、右側受信素子１０４において最も高い信号レベルを有し、左側受信素子１０２においてより低い信号レベルを有している。本発明によるレーダ装置の有効作用アンテナ特性は、図からわかるように、送信形態２１においては僅かに右方向にずれている。
【００１９】
異なる高さの極大形状、及びそれに関連する、検出されたレーダ目標物の受信信号の異なる高さの信号レベルは、検出されたレーダ目標物の角度評価において特に有利に作用する。従って、例えば、出願番号第１９５４３８１３．２号を有する未公開のドイツ特許出願に、３つのアンテナローブから受信されたレーダ信号がそれらのそれぞれの信号振幅に基づいて評価される角度評価が開示されている。評価すべき振幅差はアンテナローブの縁領域において急激に小さくなるので、この評価は角度が大きくなるにつれて更にむずかしくなる。有効作用アンテナ特性の移動に基づき、受信レーダ信号の信号レベルの差が拡大されることは有利である。代替形態又は補足形態として、既知のように、角度決定のための反射されたレーダ信号の位相位置が参照されてもよいことは当然である。
【００２０】
有効作用アンテナ特性３２は送信形態２２において得られる。この場合もまた、有効作用アンテナ特性は右側方向に移動されている。しかしながら、この場合、この移動は上記のアンテナ特性３１の場合より少なくなっている。これは、送信形態２２においては更に、アンテナ素子１０５よりも更に内側に位置するアンテナ素子１０４からも送信が行われることによるものである。有効作用アンテナ特性３４においては、アンテナ特性が全体として対称的に前方方向に向けられていることがわかる。送信形態２４に対応して全ての送信素子１０１ないし１０５から同時に送信が行われたとき、狭い角度範囲の観察及び評価のために特に使用されるこのケースが得られる。有効作用アンテナ特性３５は特性３１とは逆に左側方向に移動されている。検出されたレーダ目標物の角度評価は、全ての送信構成において、従って全ての有効アンテナ特性において、それ自身既知の原理に従って行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーダ装置の略構成図である。
【図２】本発明によるレーダ装置の送信ケースにおける可能なビーム線図である。
【図３】本発明によるレーダ装置の有効作用アンテナ線図である。
【符号の説明】
１３  スイッチ装置
１４  発振器
１７  誘電体レンズ
２１、２２、２３、２４、２５  送信形態
３１、３２、３３、３４、３５  有効作用アンテナ特性
１０１、１０５  アンテナ素子（送信素子）
１０２、１０３、１０４  アンテナ素子（組合わされた送信素子及び受信素子）
１１２、１１３、１１４  送信−受信切換スイッチ
１２２、１２３、１２４  ミクサ
１８１、１８２、１８３、１８４、１８５  アンテナローブ
２１１、３１１、３１２、３１３  アンテナ線図
【図１】
0004165671.tif 000002
【図２】
0004165671.tif 000003
【図３】
0004165671.tif 000004