(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を生成する発振部と、送信信号を分配する分配部と、上記分配部の出力である送信信号を空間へ放射する送信アンテナ部と、ターゲットから反射してくる電磁波を受信する受信アンテナ部と、上記分配部から出力される送信信号と受信アンテナ部から出力される受信信号を入力して送受ミキシング信号を生成する送受ミキシング部と、アナログ量である上記送受ミキシング信号をデジタル量の送受ミキシングデータに変換するアナログ−デジタル変換部と、上記送受ミキシングデータの複素スペクトルを得る複素スペクトル生成部と、上記複素スペクトルに複素演算を実施してターゲットを検知可能な領域である、正面付近の狭角をなす範囲では遠方まで、かつ、近距離では左右の広角な範囲までの領域からなる一つの覆域を形成する手段と、上記送受ミキシングデータ及び上記複素スペクトルを書き込み及び読み出すためのメモリと、形成した覆域におけるターゲットを検出する信号検出部と、検出したターゲットについて位置や速度といった情報を得るターゲット情報算出部とを備えたレーダ装置であって、上記受信アンテナ部は、空間的に異なる位置に配置された２ｎ＋ｍ（ｎは正の整数、ｍは０か１の任意整数）個の受信用アンテナから成り、また、上記複素演算により覆域を形成する手段は、複素乗算を用いず、複素加算部における複素加算或いは複素加減算部における複素加減算により覆域を形成するものであり、上記複素加算部は、複素スペクトルデータＳ（ｋ）（ｋは受信用アンテナの番号、受信用アンテナが全部で２ｎ＋ｍ個の場合１〜２ｎ＋ｍの整数）から次式の結果を算出し、
【数１】
0004908450.tif 000010
また、上記複素加減算部は、複素スペクトルデータＳ（ｋ）から次式の結果を算出するものであることを特徴とするレーダ装置。
【数２】
0004908450.tif 000011
（ただし、ｈ＝ｍ＋１、すなわち、１か２の整数）
【請求項２】
上記請求項１に記載のレーダ装置において、上記受信アンテナ部の代わりに、空間的に異なる位置に配置された４ｐ＋ｑ（ｐは正の整数、ｑは０〜３の任意整数）個の受信用アンテナから成る第２の受信アンテナ部を備え、上記複素加算部の代わりに、複素スペクトルデータＳ（ｋ）（ｋは受信用アンテナの番号）から次式の結果を算出する第２の複素加算部を備え、
【数３】
0004908450.tif 000012
また、上記複素加減算部の代わりに、複素スペクトルデータＳ（ｋ）から次式の結果を算出する第２の複素加減算部を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【数４】
0004908450.tif 000013
（ただし、ｈは１〜２ｐ＋ｑ＋１の任意整数） 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象となる物体（以下ターゲット）を検出して、その位置や速度を検出するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダは、特定の空間領域に対して、ある強度の電磁波を放射（送信）し、空間領域内にあるターゲットで反射された電磁波を受信し、受信強度の大きさによってターゲットを検出し、検出したターゲットについて位置や速度といった情報を得る。この受信強度の大きさとして、一般的には、雑音強度に対するターゲット信号強度の比であるＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)が使用される。また、ターゲットの反射強度が既定であれば、ＳＮＲの値からそのターゲットの検出可能距離は算出可能である。
【０００３】
ターゲットから反射してくる電磁波に対して、その到来角度方向における受信強度特性を制御する技術として、特許文献１、２に開示されているＤＢＦ(Digital Beam Forming)がある。例えば、複数のアンテナが空間的に異なる位置に設けられ、各アンテナの受信信号がデジタル（数値）データとして得られるなら、このデジタルデータに対して特定の演算を実施するＤＢＦにより、角度方向における受信強度特性及びＳＮＲ特性を制御することができる。
【０００４】
ここで、角度方向におけるＳＮＲ特性が分かり、またターゲットの反射強度が既定であれば、上記した通り、角度方向における検出可能距離が算出できるので、検出可能な空間領域を得ることができる。本明細書においては、反射強度が既定のターゲットについて、角度方向におけるＳＮＲ特性から算出した検出可能領域を、覆域と定義する。例えば、図９（ａ）、（ｂ）のように、所望とする領域９００を確保するためには、一つの覆域９０１、あるいは、複数の覆域９０２〜９０４が必要になる。
【０００５】
車両等に搭載されるレーダでは、水平面内において、図１０に示すように、正面付近の狭角な範囲では遠方まで、かつ、近距離では左右に広角な領域１０００でターゲットの検出が望まれる。
【０００６】
特許文献２に開示された技術においては、覆域が異なる二つのレーダを使用して、図１０の所望領域１０００を確保している。
【特許文献１】特開平１１−１３３１４２
【特許文献２】特開２００６−１０４１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に開示されているＤＢＦにより、一つのレーダで、左右に広角な覆域を得るには、以下の二通りの手段があるが、それぞれ次のような問題があった。一つは、図１１の所望の領域１１００を確保するため、正面付近遠方までの領域に対応する覆域１１０１に加え、左右広角方向の領域用に覆域１１０２、１１０３を追加形成する手段である。このとき、追加覆域の形成に必要な演算、特に複素数の乗算回数が増加するので、実時間処理を実現するには、演算用ハードウェアの追加や並列化、動作クロックの高速化など、演算リソースを大幅に増やさなければならなかった。
【０００８】
もう一つの問題は、図１２の所望の領域１２００を確保するため、アンテナ隣接間隔の狭小化により、覆域形状を覆域１２０１のように変更する手段である。ただし、アンテナ隣接間隔は使用する電磁波の波長に対する比として扱われるため、車両等へ搭載するレーダで使用している波長の短いミリ波などの電磁波では、物理的な制限により隣接間隔を狭小化することは困難であった。
【０００９】
一方、特許文献２に開示された技術では、二つのレーダを使用するため、車両側搭載スペースの拡大、もしくは各レーダ装置サイズの小型化が必要であり、また、二つのレーダを含むシステム全体が複雑化する、という問題があった。
【００１０】
この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、また、演算リソースを大幅に増やすことなく広角な覆域を形成することにより、一つのレーダで、しかもアンテナ隣接間隔を狭小化することなく、正面付近の狭角な範囲では遠方まで、かつ、近距離では左右に広角な覆域を確保できるレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るレーダ装置は、送信信号を生成する発振部と、送信信号を分配する分配部と、上記分配部の出力である送信信号を空間へ放射する送信アンテナ部と、ターゲットから反射してくる電磁波を受信する受信アンテナ部と、上記分配部から出力される送信信号と受信アンテナ部から出力される受信信号を入力して送受ミキシング信号を生成する送受ミキシング部と、アナログ量である上記送受ミキシング信号をデジタル量の送受ミキシングデータに変換するアナログ−デジタル変換部と、上記送受ミキシングデータの複素スペクトルを得る複素スペクトル生成部と、上記複素スペクトルに複素演算を実施してターゲットを検知可能な領域である、正面付近の狭角をなす範囲では遠方まで、かつ、近距離では左右の広角な範囲までの領域からなる一つの覆域を形成する手段と、上記送受ミキシングデータ及び上記複素スペクトルを書き込み及び読み出すためのメモリと、形成した覆域におけるターゲットを検出する信号検出部と、検出したターゲットについて位置や速度といった情報を得るターゲット情報算出部とを備えたレーダ装置であって、上記受信アンテナ部は、空間的に異なる位置に配置された２ｎ＋ｍ（ｎは正の整数、ｍは０か１の任意整数）個の受信用アンテナから成り、また、上記複素演算により覆域を形成する手段は、複素乗算を用いず、複素加算部における複素加算或いは複素加減算部における複素加減算により覆域を形成するものであり、上記複素加算部は、複素スペクトルデータＳ（ｋ）（ｋは受信用アンテナの番号、受信用アンテナが全部で２ｎ＋ｍ個の場合１〜２ｎ＋ｍの整数）から次式の結果を算出し、
【数１】
0004908450.tif 000002
また、上記複素加減算部は、複素スペクトルデータＳ（ｋ）から次式の結果を算出するものであることを特徴とするものである。
【数２】
0004908450.tif 000003
（ただし、ｈ＝ｍ＋１、すなわち、１か２の整数）
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係るレーダ装置によれば、演算リソースを大幅に増大することなく、左右広角方向に覆域を確保できる。また、一つのレーダで実現できるため、車両側搭載スペースの増大が必要なく、また、レーダを含むシステム全体が複雑化しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１はこの発明の実施の形態であるレーダ装置のブロック構成図である。
【００１４】
図１に示すように、実施の形態１に係るレーダ装置は、送信系統として、制御部１により制御される発振部２と、分配部３と、送信アンテナ部４を有する。受信系統として、受信アンテナ部５と、送受ミキシング部６と、アナログ−デジタル変換部７を有する。また、信号処理系統として、メモリ８と、複素スペクトル生成部９と、複素加算部１０及び複素加減算部１１を含み、複素スペクトルに複素演算を実施してターゲットを検知可能とする領域である覆域を形成する手段２０と、信号検出部１２ａ、１２ｂと、ターゲット情報算出部１３を有する。
【００１５】
制御部１は、例えば、専用のロジック回路、あるいは汎用のＤＳＰ(Digital Signal Processor)やＣＰＵ(Central Processing Unit)内のプログラムで構成され、以下で述べる各構成要素の動作タイミングなどを制御する。発振部２は、例えば，変調用電圧波形発生回路と、電圧制御発振器から成り、制御部１によって動作タイミングが制御された変調電圧波形発生回路から必要な電圧が電圧制御発振器に印加され、高周波の送信信号を出力する。分配部３は、例えば、方向性結合器から成り、発振部２からの送信信号を入力して、送信アンテナ部４と、送受ミキシング部６の双方へ出力する。送信アンテナ部４は、例えば、一つのアンテナから成り、入力された送信信号を送信電磁波として空中に放射する。なお、送信アンテナ部４は、複数の送信用アンテナで構成してもよく、その場合、分配部３は、方向性結合器に加え、制御部１からの制御により接続先の送信用アンテナを切替えるスイッチから構成される。
【００１６】
空中に放射された送信電磁波は、図示しないターゲットに照射されると、ターゲットで反射し、その反射強度に応じた受信電磁波として、受信アンテナ部５に入力される。受信アンテナ部５は、空間的に異なる位置に配置された２ｎ＋ｍ（ｎは正の整数、ｍは０か１の任意整数）個の受信用アンテナから成り、各受信用アンテナが受信電磁波を入力し、受信電磁波に応じた受信信号を出力する。
【００１７】
送受ミキシング部６は、例えばミキサとアンプから成り、ミキサは、分配部３から出力される送信信号と、受信アンテナ部５から出力された受信信号を入力して、受信信号の強度情報などを含む送受ミキシング信号を生成し、アンプは、送受ミキシング信号を増幅する。なお、ミキサとアンプは、受信用アンテナと一対一に対応するよう受信用アンテナと同数（２ｎ＋ｍ組）併設してもよいし、制御部１からの制御により接続先の受信用アンテナが切替わるスイッチと、このスイッチ出力を受ける一組だけで構成してもよい。ただし、ミキサを複数併設する場合には、分配部３から入力した送信信号をさらにミキサの数だけ分配するための方向性結合器などを加えた構成とする。また、アンプの後段には、必要な周波数成分だけを濾波したり、不必要な周波数成分を抑圧する周波数フィルタを付加してもよい。
【００１８】
アナログ−デジタル変換部７は、Ａ／Ｄ変換器から成り、制御部１により予め定められたタイミングで、アナログ量である送受ミキシング信号をデジタル量の送受ミキシングデータに変換して出力する。なお、Ａ／Ｄ変換器は、上記した送受ミキシング部６のアンプと同数で構成される。デジタル化された送受ミキシングデータは、制御部１からの制御によりメモリ８の所定アドレスに書き込まれる。
【００１９】
複素スペクトル生成部９は、制御部１からの制御により、メモリ８から上記送受ミキシングデータを読み出し、各受信用アンテナｋ（ｋは受信用アンテナの番号、受信用アンテナが全部で２ｎ＋ｍ個の場合１〜２ｎ＋ｍの整数）毎に、例えば、ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)によって、周波数ｉ・△ｆ（△ｆはＦＦＴ後の最小離散周波数幅、ｉは整数）に関する複素スペクトルデータＳ（ｋ，ｉ・△ｆ）を生成する。複素スペクトルデータは、制御部１からの制御によりメモリ８の所定アドレスに書き込まれる。
【００２０】
複素スペクトルに複素演算を実施してターゲットを検知可能とする領域である覆域を形成する手段２０の内、複素加算部１０は、例えばｍ＝０の場合、制御部１からの制御により、図２に示すように、メモリ８から上記複素スペクトルデータＳ（ｋ，ｉ・△ｆ）を、全受信用アンテナ分のデータセットとして読み出し、次式（１）による複素加算結果の複素データＡ（ｉ・△ｆ）を信号検出部１２ａへ出力する。
【００２１】
【数５】
0004908450.tif 000004
【００２２】
複素スペクトルに複素演算を実施してターゲットを検知可能とする領域である覆域を形成する手段２０の内、複素加減算部１１は、複素加算部１０と同様、例えばｍ＝０の場合、制御部１からの制御により、図３に示すように、メモリ８から上記複素スペクトルデータＳ（ｋ，ｉ・△ｆ）を、全受信用アンテナ分のデータセットとして読み出し、次式（２）による複素加算結果の複素データＢ（ｉ・△ｆ）を信号検出部１２ｂへ出力する。
【００２３】
【数６】
0004908450.tif 000005
【００２４】
ここで、複素加算部１０、及び複素加減算部１１の結果と、ＤＢＦの関係について、一般的なＤＢＦにおける演算を説明する。図４に示すように、Ｎ個の受信用アンテナ＃１〜＃Ｎが等間隔ｄで配置され、各受信用アンテナでの受信信号から得た複素スペクトルがＳ（Ｋ，ｉ・△ｆ）（Ｋは受信用アンテナの番号、受信用アンテナが全部でＮ個の場合１〜Ｎの整数）のとき、ＤＢＦの演算は原理的に次式（３）となる。
【００２５】
【数７】
0004908450.tif 000006
ただし、
【００２６】
【数８】
0004908450.tif 000007
ただし、θはＤＢＦ後に受信強度が最大になる角度、λはレーダ使用電磁波の波長、ｄは受信用アンテナの隣接間隔である。
【００２７】
ここで、ＤＢＦ後に受信強度が最大になる角度θを０deg（０度）にした場合、各複素データＳ（Ｋ，ｉ・△ｆ）に乗じるべき複素係数Ｃ（θ，Ｋ）は、実部が１で虚部が０、すなわち実数として１であり、実際に必要な演算は式（１）に等しく、複素数の乗算を行うことなく図５の覆域５０１が得られる。一方、同様に複素数の乗算を行うことなく、式（２）の演算を行った場合、正面付近では距離方向覆域がほとんど無いかわりに、左右広角側に覆域を有する図５の覆域５０２が得られる。この覆域５０１と、覆域５０２の両者を併せることで、正面付近の狭角をなす範囲では遠方まで、かつ、近距離では左右の広角な範囲までの領域５００を確保できる。またこのとき、形成する覆域の数は２つであり、また、その両者とも複素数乗算の必要がないので、演算リソースを大幅に増やすことなく実現できる。
【００２８】
信号検出部１２ａ、１２ｂは、どちらも、入力される周波数に関する複素データＡ（ｉ・△ｆ）あるいはＢ（ｉ・△ｆ）に対して、その絶対値、あるいは絶対値の二乗値を算出した後、データ値が予め定められた方法で設定したしきい値より大きく、かつ、周波数に関していわゆる極大であれば、ターゲットに対応する信号が検出されたとする。このとき、しきい値としては、例えば、全周波数のデータ値における平均値に、特定の係数を乗じるなどして設定する。信号が検出された場合、その周波数ｉ・△ｆが検出周波数として出力される。
【００２９】
ターゲット情報算出部１３は、検出周波数を入力して、その周波数自体からターゲットの情報を算出したり、その周波数に対応する受信データや、複素スペクトルをメモリ８から読み出してターゲットの情報を算出する。例えば、発振部２で変調用電圧波形が三角波状であるＦＭＣＷ(Frequency Modulated Continuous Wave)方式のレーダとすれば、検出周波数から、ターゲットの距離と相対速度が算出される。また、例えば、検出周波数に対応する複素スペクトルデータＳ（ｋ，ｉ・△ｆ）｛ただし、ｋ＝１〜２ｎ＋ｍ｝から、位相モノパルス処理や、ＭＵＳＩＣ(MUltiple Signal Classification)のような超分解能処理により、ターゲットの角度が算出される。
【００３０】
なお、複素スペクトル生成部９、複素加算部１０、複素加減算部１１、信号検出部１２ａ、１２ｂ、ターゲット情報算出部１３は、例えば、専用のロジック回路や、汎用のＤＳＰやＣＰＵ内のプログラムで構成され、全ての構成部を専用ロジック回路、または汎用のＤＳＰやＣＰＵ内のプログラムで構成してもよいし、一部を専用ロジック回路とし、残りを汎用のＤＳＰやＣＰＵ内のプログラムで構成してもよい。
【００３１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について図を参照して説明する。図６はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置のブロック構成図である。
【００３２】
図６においては、図１の受信アンテナ部５の代わりに第２の受信アンテナ部１４を用いる。また、図１の複素スペクトルに複素演算を実施してターゲットを検知可能とする領域である覆域を形成する手段２０の代わりに第２の手段３０を用いる。また、図１の複素加算部１０の代わりに第２の複素加算部１５を用いる。同様に、図１の複素加減算部１１の代わりに第２の複素加減算部１６を用いる。上記以外の構成は図１と同じなので、同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３３】
第２の受信アンテナ部１４は、４ｐ＋ｑ（ｐは正の整数、ｑは０〜３の任意整数）個の受信用アンテナから成り、各受信用アンテナが受信波を入力し、受信波に応じた信号を出力する。
【００３４】
第２の複素加算部１５は、図１における複素加算部１０と同様に、制御部１からの制御により、メモリ８から上記複素スペクトルデータＳ（ｋ，ｉ・△ｆ）を、全受信用アンテナ分のデータセットとして読み出し、次式（４）による複素加算結果の複素データＡ２（ｉ・△ｆ）を信号検出部１２ａへ出力する。
【００３５】
【数９】
0004908450.tif 000008
【００３６】
第２の複素加減算部１６は、図７に示すように、制御部１からの制御により、メモリ８から上記複素スペクトルデータＳ（ｋ，ｉ・△ｆ）を、２ｐ個分の受信用アンテナのデータセットとして読み出し、次式（５）による複素加算結果の複素データＢ２（ｉ・△ｆ）を信号検出部１２ｂへ出力する。
【００３７】
【数１０】
0004908450.tif 000009
ただし、ｈは１〜２ｐ＋ｑ＋１の任意整数である。
【００３８】
式（４）の演算結果による覆域は、図８の覆域８０１であり、図５の覆域５０１に等しい。一方、式（５）の演算結果による覆域は、図８の覆域８０２のように、左右の広角付近において、距離方向は近くまでとなる代わりに広角側に拡大され、近い距離では図５の領域５００より広角な領域８００を確保できる。
【００３９】
実施の形態２では、ＤＢＦにおいて、複素加減算の際に使用する受信用アンテナの数を少なくして、より広角な覆域を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るレーダ装置における複素加算部の説明図である。
【図３】実施の形態１に係るレーダ装置における複素加減算部の説明図である。
【図４】一般的なＤＢＦにおける演算の説明図である。
【図５】実施の形態１に係る覆域の説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態２に係るレーダ装置における複素加減算部の説明図である。
【図８】実施の形態２に係る覆域の説明図である。
【図９】一般的な覆域の説明図である。
【図１０】従来のレーダ装置における所望領域の説明図である。
【図１１】従来のレーダ装置における所望領域と覆域の説明図である。
【図１２】従来のレーダ装置における所望領域と覆域の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  制御部、２  発振部、３  分配部、４  送信アンテナ部、５  受信アンテナ部、
６  送受ミキシング部、７  アナログ−デジタル変換部、８  メモリ、
９  複素スペクトル生成部、１０  複素加算部、１１  複素加減算部、
１２ａ、１２ｂ  信号検出部、１３  ターゲット情報算出部、
１４  第２の受信アンテナ部、１５  第２の複素加算部、１６  第２の複素加減算部、
２０  覆域形成手段、３０  第２の覆域形成手段。
【図１】
0004908450.tif 000014
【図２】
0004908450.tif 000015
【図３】
0004908450.tif 000016
【図４】
0004908450.tif 000017
【図５】
0004908450.tif 000018
【図６】
0004908450.tif 000019
【図７】
0004908450.tif 000020
【図８】
0004908450.tif 000021
【図９】
0004908450.tif 000022
【図１０】
0004908450.tif 000023
【図１１】
0004908450.tif 000024
【図１２】
0004908450.tif 000025