(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのビームを介してレーダ目標物のエコー信号が受信される（２２）ときに、マルチビーム・レーダ装置に基づいて、前記レーダ目標物が基準系に対し相対的に存在する方位角および仰角（α）またはそのいずれかの決定方法において、
受信されたエコー信号の振幅が正規化されること（２３、３２）、
受信ビームのエコー信号の正規化された振幅（ｎＥk、ｋｎＥk）を、前記受信ビームのアンテナ線図の記憶され、正規化された線図値（ｎＤk（ａ）、ｋｎＤk（ａ））と比較するために、第１の差関数（Ｂk（ａ））が形成される（２４、３３）こと、
少なくとも２つの受信ビームの第１の差関数（Ｂk（ａ））が加算される（２７、３４）こと、
少なくとも２つの受信ビームからの前記エコー信号の間で位相差（ψkl）が決定される（２５）こと、
決定された位相差（ψkl）を、記憶された位相差値（Фkl（ａ））と比較するために、第２の差関数（Ｐ（ａ））が形成されること、
第２の差関数（Ｐ（ａ））が、振幅係数（Ａ）で重み付けされること、および
角度の関数である評価量（Ｓ（ａ））を形成するために、重み付けされた第２の差関数（Ｐ（ａ））が、少なくとも２つの受信ビームの前記第１の差関数の和に加算され（２７）、前記レーダ目標物の角度として、評価量（Ｓ（ａ））が最小基準を満たすような角度が決定される（２８，３５）こと、
を特徴とする方位角および仰角またはそのいずれかの決定方法。
【請求項２】
マルチビーム・レーダ装置に基づいて、レーダ目標物が基準系に対し相対的に存在する方位角および仰角（α）またはそのいずれかの決定装置において、
少なくとも２つの受信ビームを介して前記レーダ目標物のエコー信号を受信するための受信手段と、
受信されたエコー信号の振幅を正規化するための正規化手段と、
前記少なくとも２つの受信ビームのアンテナ線図の線図値を正規化し、正規化された線図値を記憶するための第１の記憶手段と、
前記少なくとも２つの受信ビームの受信されたエコー信号の正規化された振幅を、前記少なくとも２つの受信ビームの前記アンテナ線図の記憶され、正規化された線図値と比較するために、第１の差関数を形成する第１の差関数形成手段と、
前記少なくとも２つの受信ビームの前記第１の差関数を加算する第１の加算手段と、
前記少なくとも２つの受信ビームの受信されたエコー信号の間の位相差を決定する決定手段と、
決定された位相差を、記憶された位相差値と比較するために、第２の差関数を形成する第２の差関数形成手段と、
前記第２の差関数を、振幅係数で重み付けする重み付け手段と、
重み付けされた第２の差関数（Ｐ（ａ））を、前記少なくとも２つの受信ビームの前記第１の差関数の和に加算し、前記レーダ目標物の角度を決定するために、角度の関数である評価量を形成する第２の加算手段と、
を備えたことを特徴とする方位角および仰角（α）またはそのいずれかの決定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、方位角および／または仰角の決定方法に関するものである。本発明はさらに、この方法を実施するための装置、したがって方位角および／または仰角を決定するための本発明による方法が実施されるマルチビーム・レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
角度（方位角および／または仰角）の決定は、従来から多くのレーダ装置の本来の課題に属するものである。それに応じて、このような角度決定を行う多数の方法が既知である。この場合、本質的に２つの異なる手法が存在する。第１の手法は、レーダ装置の送受信アンテナのアンテナローブを、求める角度を含む平面内で機械的または電子的に掃引させることである。この場合、エコー信号が受信された時点のアンテナローブの位置から、検出されたレーダ目標物の位置または高さ位置を推定することができる。第２の手法は、マルチビーム・レーダ装置の複数のアンテナローブを介して検出されたレーダ目標物のエコー信号を受信し、かつそれぞれのアンテナローブからのエコー信号の信号評価によりレーダ目標物の角度位置を決定することである。この第２の手法に対する既知の例が、いわゆるモノパルス方式である。この場合、２つのアンテナローブを介してエコー信号が同時に受信され、かつこのレーダ目標物の角度が、別々のアンテナローブを介して受信されたエコー信号の振幅差および／または位相差により決定される。このような角度評価を有するレーダ装置は、たとえば欧州特許公開第０７６６１００号に記載されている。米国特許第４３２０４００号からもまた受信レーダ信号の到来角の決定装置が既知であり、この場合もまた、到来角は、複数のアンテナを介して受信されたレーダ信号の振幅比較および位相比較により決定される。
【０００３】
これらの文献とは異なるが、同様に第２の手法に属する他の方法が国際特許出願第９７／２０２２９号に記載されている。これによると、とくに自動車に使用されるレーダ装置において、レーダ目標物のエコー信号が少なくとも２つの受信チャネルを介して受信され、エコー信号の振幅が正規化されかつレーダ装置の２チャネル・アンテナ線図の記憶され、正規化された値と比較されることにより、検出レーダ目標物が存在する角度が決定される。従来の方法に対するこの方法の本質的な利点は、ここでは受信信号が相互に比較されるのではなく、受信エコー信号が記憶基準値と比較されるので、できるだけ正確に対称的なアンテナローブを使用する必要がないことにある。これは費用を軽減し、したがってこのようなレーダ装置の製作コストをも低減することは当然である。しかしながら、この場合、受信素子のアンテナ線図内に０点が発生する角度位置において、角度決定の不明確さを回避するために追加費用を必要とすることがわかっている。この追加費用は、アンテナ線図の「変形」により０点の出現を低下させることにある。しかしながら、これは必ずアンテナゲインを全体的に低下させることにもなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の欠点（０点が発生する角度位置における角度決定の不明確さ）を解消する改善された角度評価を有する方法およびこの方法に基づくレーダ装置を提供することが本発明の課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
少なくとも２つのビームを介して各レーダ目標物のエコー信号が受信されるときに、マルチビーム・レーダ装置に基づいてレーダ目標物が基準系に対し相対的に存在する方位角および／または仰角の決定方法であって、各受信ビーム内の受信エコー信号の振幅が正規化され、各受信ビームに対して、正規化された振幅が受信ビームのアンテナ線図の記憶され、正規化された線図値と比較され、少なくとも２つの受信ビームからの比較結果が角度の関数である１つの評価量に関連付けられ、レーダ目標物の角度として、角度の関数である評価量が最小基準または最大基準を満たすような角度が決定される。かかる方法において、角度の関数である評価量に、更に少なくとも２つの受信エコー信号の位相状態が含められる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１において、送信／受信素子３、４、５は、３つのいわゆるデュアルラットレースリング７、８、９に結合されている。デュアルラットレースリング７、８、９は、受信ミクサの機能を送信／受信切換スイッチないしサーキュレータの機能と統合し、その機能およびその構造は、たとえばイギリス特許出願第２２９００００号に詳細に記載されている。さらに、デュアルラットレースリング７、８、９の各々は電圧制御発振器（ＶＣＯ）６の出力信号を受け取る。３つのデュアルラットレースリング７、８、９の各々の出力信号は、増幅器１０、１１、１２およびフィルタ１３、１４、１５を介して、それぞれＡ−Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器（Ａ／Ｄ）１６、１７、１８に供給される。Ａ−Ｄ変換器１６、１７、１８は、その出力側が評価コンピュータ（μＰ）１９に結合されている。検出されるレーダ目標物１からレーダ装置の光軸２に対し角度αをなして波面が送信／受信素子３、４、５に反射される。
【０００７】
図２は本発明による方法の流れ図を示す。この流れ図は、国際特許出願第９７／２０２２９号に基づき、これに他の説明が付け加えられている。ステップ２１により、評価コンピュータ１９の記憶領域内に、レーダ装置のｋ個の受信ビームのアンテナ線図の正規化線図値ｎＤk（ａ）が角度指数ａの関数として記憶されている。図１に示すレーダ装置に対しては、ｋはたとえば３に等しい。しかしながら、本発明は、２つの受信ビームまたは３つより多い受信ビームを有するレーダ装置においても使用可能である。ステップ２２により、検出レーダ目標物１から反射されたエコー信号Ｅkが合計ｋ個の受信ビームを介して受信される。ステップ２３において、受信エコー信号Ｅkの振幅がステップ２１に示す記憶正規化線図値ｎＤk（ａ）と同様に正規化される。これは、各受信ビームｋに対して正規化振幅値ｎＥkを与える。ここで正規化は、国際特許出願第９７／２０２２９号に記載されているような和の正規化基準値を用いて行われることが好ましい。ステップ２４により、受信エコー信号Ｅkの正規化振幅ｎＥkが記憶正規化線図値ｎＤk（ａ）と比較される。これは、各受信ビームｋに対しこの受信ビームからのエコー信号の正規化振幅ｎＥkと受信ビームのアンテナ線図の記憶正規化線図値ｎＥk（ａ）との間の第１の差関数Ｂk（ａ）が形成されることにより行われることが好ましい。ステップ２５において、本発明によりさらに、少なくとも２つの受信ビームｋおよびｌからの受信エコー信号Ｅkの間の位相差ψklもまた決定される。これと同様に、たとえば第１および第２の受信ビーム間、第２および第３の受信ビーム間、および第１および第３の受信ビーム間の複数の位相差ψklを形成してもよい。
【０００８】
ステップ２０により、本発明によりさらに、位相差値Фkl（ａ）が、角度指数ａの関数として評価コンピュータ１９の他の記憶領域内に基準値または比較値として記憶されている。ステップ２６において、位相差ψklが記憶位相差Фkl（ａ）と比較される。これは、第２の差関数Ｐ（ａ）が形成され、しかも少なくとも２つの受信ビームｋおよびｌからのエコー信号間の決定位相差ψklと記憶位相差値Фkl（ａ）とから形成されることにより行われることが好ましい。さらに、この更なる差関数Ｐ（ａ）が振幅係数Ａで重み付けされる。この場合、振幅係数Ａとして、それらの間で位相差ψklが形成される受信ビームｋおよびｌの正規化振幅ｎＥkおよびｎＥlからの和が選択されることが好ましい。たとえば本発明の第１の実施態様におけるような位相差ψklが第１および第３の受信ビーム間で形成された場合、振幅係数Ａとして和（ｎＥ1＋ｎＥ3）が設定されることが有利である。この重み付けにより、位相比較に基づく第２の差関数Ｐ（ａ）が振幅比較に基づく第１の差関数と比較可能な量に変形される。
【０００９】
ここで、ステップ２７により、ステップ２４による少なくとも２つの受信ビームからの振幅比較の比較結果、ならびにステップ２６による比較結果が、相互に関連付けられる。これは、角度の関数である評価量Ｓ（ａ）が少なくとも２つの第１ならびに第２の差関数から加算により形成されることにより行われることが好ましい。しかしながら、角度の関数である評価量Ｓ（ａ）は、ステップ２４によるｋ個のすべての受信ビームのすべての差関数、ならびにステップ２６による第２の差関数を介して形成されることが有利である。ステップ２８において、レーダ目標物の角度αとして、角度の関数であるその評価量Ｓ（ａ）が最小基準または最大基準を満たす角度ないしその角度指数ａが決定される。レーダ目標物の推定角度として、ステップ２７により形成された評価量Ｓ（ａ）が最小値をとる角度が採用される。
【００１０】
図３は、本発明の代替態様、とくに有利な実施態様を示す。この場合、第１の実施態様とは異なり、受信エコー信号の位相状態が本発明による新たな正規化により考慮され、したがって評価される。この実施態様は、位相差値Фkl（ａ）の追加記憶を必要としないという他の利点を有している。本発明による新たな正規化は和の正規化基準値を用いて行われるが、この場合、振幅のみでなく位相をも含む複素信号値が用いられることは好ましい。３ビーム・レーダ装置に対する可能なかつとくに適切な正規化値はたとえば次のとおりである。
【００１１】
【数１】
0004220034.tif 000002
この場合、符号は次の意味を有している。
【００１２】
Ｎ1、Ｎ2、Ｎ3 は正規化信号値または正規化線図値、
ｌ      は左側受信ビームからの複素信号値または複素線図値、
ｍ      は中央受信ビームからの複素信号値または複素線図値、
ｒ      は右側受信ビームからの複素信号値または複素線図値、および
│.│     は複素信号値または複素線図値の値の形成。
【００１３】
この正規化のカウンタにおける複数の受信ビームからの複素信号値または複素線図値の結合により、正規化値Ｎ1、Ｎ2、Ｎ3において、個々の受信ビームへの値の直接割付は必要ではない。しかしながら、この場合に情報は失われることがないので、これは欠点となることはない。しかしながら、同様に可能な次の正規化においては一義的な割付が再び与えられる。
【００１４】
【数２】
0004220034.tif 000003
ここで、この変更態様の符号の意味は前記の定義に対応している。ここに示した２つの正規化の利点は、複素信号値を使用しているのにもかかわらず、これらが実正規化値を形成していることである。しかしながら、正規化値が複素数である正規化もまた可能であることは明らかである。
【００１５】
図３に示した本発明による好ましい方法は、とくにここに示した正規化の第１の正規化を使用している。この複素正規化を用いて正規化されたｋ個の受信ビームのアンテナ線図の線図値は、ここではｋｎＤk（ａ）で示され、ステップ３０により評価コンピュータ１９の記憶領域内に記憶されている。ステップ３１において、ｋ個の受信ビームの各々内のエコー信号が受信される。これらの受信エコー信号の各々は、ステップ３２により振幅および位相を有する複素エコー信号として記憶線図値ｋｎＤk（ａ）と同じ正規化を受ける。したがって、ステップ３２において、各受信ビームｋに対し複素正規化エコー信号信号ｋｎＥkが受け取られる。ここでステップ３３において、図２のステップ２４と同様に、正規化エコー信号と、角度の関数である記憶線図値との比較が行われる。この比較は、差関数Ｂk（ａ）が形成されることにより行われることは好ましい。しかしながら、この場合、図２の実施態様とは異なり、差関数Ｂｋ（ａ）は、使用される複素正規化により、受信エコー信号の位相情報もまた含んでいる。ステップ３４により同様に角度の関数である評価量Ｓ（ａ）が形成され、少なくとも２つの、好ましくはｋ個の受信ビームからの比較結果がこの評価量Ｓ（ａ）に関連付けられる。次にステップ３５により、ステップ２８と同様に、検出レーダ目標物の推定角度の決定が行われる。
【００１６】
【発明の効果】
国際特許出願第９７／２０２２９号に記載の方法に比べて、本発明の利点は、検出レーダ目標物の角度位置決定の精度が明らかに改善されることである。アンテナ線図の０点付近の不明確さを回避するために、アンテナ線図を変形させる必要はない。同時に、記憶場所および計算費用に対する追加要求がきわめて小さいので、本発明による方法はそれを実行するためにきわめて簡単でありかつとくにコストの面できわめて有利である。
【００１７】
本発明による方法においては、既知のモノパルス方式に比較して原則として任意の多数の受信ビームを使用することができるので、既知のモノパルス方式に比較して本発明は、モノパルス方式に基づくレーダ装置が同じ角度解像度においてより大きい観測範囲をカバーできるという利点を有している。それにもかかわらず、本発明は、すべての受信ビームのほぼ同時の評価を可能にする。これは、同時に、電子的に掃引されかつ個々に相前後して投入される受信ビームを有する同様に既知のレーダ装置と比較して、位相情報の評価においてコヒーレント問題が実質的に少ないという利点を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】国際特許出願第９７／２０２２９号から既知の３ビーム・レーダ装置のブロック回路図である。
【図２】本発明による方法の第１の実施態様の流れ図である。
【図３】本発明による方法の第２の実施態様の流れ図である。
【符号の説明】
１  レーダ目標物
２  光軸
３、４、５  送信／受信素子
６  電圧制御発振器（ＶＣＯ）
７、８、９  デュアルラットレースリング
１０、１１、１２  増幅器
１３、１４、１５  フィルタ
１６、１７、１８  Ａ−Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器（Ａ／Ｄ）
１９  評価コンピュータ
Ａ  振幅係数
ａ  角度指数
Ｂk（ａ）  第１の差関数
Ｅk  エコー信号（振幅値）
ｋ、ｌ  受信ビーム番号
ｋｎＤk（ａ）  アンテナ線図の記憶複素正規化線図値
ｋｎＥk  複素正規化エコー信号（複素正規化振幅値）
ｎＤk（ａ）  アンテナ線図の記憶正規化線図値
ｎＥk  正規化エコー信号（正規化振幅値）
Ｐ（ａ）  第２の差関数
Ｓ（ａ）  評価量
α  角度（方位角および／または仰角）
Фkl（ａ）  記憶位相差値
ψk、ψl  位相
ψkl  位相差
【図１】
0004220034.tif 000004
【図２】
0004220034.tif 000005
【図３】
0004220034.tif 000006