(57)【要約】  互いに垂直の２つの方向（ｙ，ｚ）で角度分解をする、両方の方向のうち第１の方向（ｙ）で互いにオフセットされて配置された複数の受信アンテナ（ＲＸ１〜ＲＸ４）ならびに複数の送信アンテナ（ＴＸ１〜ＴＸ３）を有するアンテナ構造（１０）と、送信アンテナを励起するため、および受信アンテナの信号を評価するための制御・評価装置（１２）とを有する、自動車のためのＭＩＭＯレーダセンサにおいて、アンテナ構造（１０）が、第１の方向（ｙ）でも第２の方向（ｚ）でも互いにオフセットされて配置された、選択的に励起可能な少なくとも３つの送信アンテナ（ＴＸ１〜ＴＸ３）を有しており、制御・評価装置（１２）は送信アンテナの異なる励起で得られる信号を参照した第１および第２の方向での二次元の角度見積りのために構成されることを特徴とする。【選択図】  図１
2020513558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに垂直の２つの方向（ｙ，ｚ）で角度分解をする、前記両方の方向のうち第１の方向（ｙ）で互いにオフセットされて配置された複数の受信アンテナ（ＲＸ１〜ＲＸ４；ＲＸ１〜ＲＸ８）ならびに複数の送信アンテナ（ＴＸ１〜ＴＸ３；ＴＸ１ａ〜Ｔ４ａ，ＴＸ１ｂ〜ＴＸ４ｂ）を有するアンテナ構造（１０；１０’；１０’’；１０’’’；１０’’’’）と、前記送信アンテナを励起するため、および前記受信アンテナの信号を評価するための制御・評価装置（１２）とを有する、自動車のためのＭＩＭＯレーダセンサにおいて、前記アンテナ構造（１０；１０’；１０’’；１０’’’；１０’’’’）が、第１の方向（ｙ）でも第２の方向（ｚ）でも互いにオフセットされて配置された、選択的に励起可能な少なくとも３つの送信アンテナ（ＴＸ１〜ＴＸ３；ＴＸ１ａ〜Ｔ４ａ，ＴＸ１ｂ〜ＴＸ４ｂ）を有しており、前記制御・評価装置（１２）は前記送信アンテナの異なる励起で得られる信号を参照した第１および第２の方向での二次元の角度見積りのために構成されることを特徴とするレーダセンサ。
【請求項２】
少なくとも４つの受信アンテナ（ＲＸ１〜ＲＸ４）が第１の方向（ｙ）に延びる直線上に均等な間隔で配置される、請求項１に記載のレーダセンサ。
【請求項３】
それぞれ２つの隣接する受信アンテナの間の間隔はλ／２よりも大きく、このときλはレーダ波の波長であり、前記制御・評価装置（１２）は異なる送信アンテナの励起によってＭＩＭＯ原理に基づいて第１の方向（ｙ）で角度見積りを実行するためにコンフィグレーションされる、請求項２に記載のレーダセンサ。
【請求項４】
少なくとも２つの送信アンテナ（ＴＸ１，ＴＸ３）が第１の方向（ｙ）で、隣接する２つの受信アンテナの間のオフセットよりも小さいオフセットを互いに有している、請求項３に記載のレーダセンサ。
【請求項５】
前記アンテナ構造（１０’；１０’’）は、第１の方向（ｙ）でペアごとに異なる間隔を相互に有し、第２の方向（ｚ）で同じ高さに位置する少なくとも２つのペアの送信アンテナ（ＴＸ１ａ，ＴＸ１ｂ〜ＴＸ４ａ，ＴＸ４ｂ）を有している、請求項１から４までのいずれか１項に記載のレーダセンサ。
【請求項６】
前記アンテナ構造（１０’’’；１０’’’’）は、第２の方向（ｚ）で相互にオフセットされ、すべてのペアにおいて両方の前記アンテナが第１の方向（ｙ）で同じ間隔を相互に有する複数のペアの送信アンテナ（ＴＸ１ａ〜ＴＸ４ａ，ＴＸ１ｂ〜ＴＸ４ｂ）を有している、請求項１から４までのいずれか１項に記載のレーダセンサ。
【請求項７】
第１の方向（ｙ）で同じ位置を有し、第２の方向（ｚ）で相互にオフセットされた少なくとも２つのアレイの受信アンテナ（ＲＸ１〜ＲＸ４，ＲＸ５〜ＲＸ８）を有している、請求項１から６までのいずれか１項に記載のレーダセンサ。
【請求項８】
前記アンテナ構造（１０’’’）は第２の方向（ｚ）で相互にオフセットされた少なくとも４つの送信アンテナ（ＴＸ１ａ〜ＴＸ４ａ，ＴＸ１ｂ〜ＴＸ４ｂ）を有しており、前記制御・評価装置（１２）は第２の方向（ｚ）で多重目標物角度見積りを実行するためにコンフィグレーションされる、請求項１から７までのいずれか１項に記載のレーダセンサ。
【請求項９】
前記送信アンテナおよび／または前記受信アンテナがアレイアンテナとして構成される、請求項１から８までのいずれか１項に記載のレーダセンサ。
【請求項１０】
少なくとも２つの送信アンテナが第１の方向（ｙ）で相互にオフセットされ、第２の方向（ｚ）で互いに重なり合う、請求項９に記載のレーダセンサ。
【請求項１１】
少なくとも２つの送信アンテナが第２の方向（ｚ）で相互にオフセットされ、第１の方向（ｙ）で互いに重なり合う、請求項９または１０に記載のレーダセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに垂直の２つの方向で角度分解をする、両方の方向のうち第１の方向で互いにオフセットされて配置された複数の受信アンテナならびに複数の送信アンテナを有するアンテナ構造と、送信アンテナを励起するため、および受信アンテナの信号を評価するための制御・評価装置とを有する、自動車のためのＭＩＭＯレーダセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダセンサは自動車のための運転者アシストシステムや自律的な車両運転システムで、周辺区域監視のために、特に他の車両や静止した物体の距離、相対速度、および方向角を測定するために利用される。物体の方位角、すなわち車両の前進方向と物体への視線との間の水平方向平面における角度の検出のほか、仰角すなわち物体への視線と水平方向平面との間の角度の検出もしばしば必要となる。たとえば仰角は、目標物の関連度に関する情報、すなわち目標物が上を走行可能であるか下を走行可能であるか（たとえば橋）、あるいはそれが本当の障害物であるかどうかに関する情報を可能にする。
【０００３】
目標物の方位角と仰角は、アンテナアレイの複数の送信アンテナおよび／または受信アンテナの間の振幅および／または位相差から求めることができる。複数の送信アンテナと複数の受信アンテナが利用されるとき、「Multiple-Input-Multiple-Output（ＭＩＭＯ）」システムという用語が使われる。それにより、（仮想の）拡大されたアンテナアパーチャがもたらされ、および改善された角度精度と角度分解能がもたらされる。
【０００４】
特許文献１には、方位角の決定に追加して物体の仰角を決定するための手段も提供する、上に述べた種類のＭＩＭＯレーダセンサが記載されている。この場合、受信アンテナは水平方向で、周期的に変わる垂直方向のオフセットを有する同一形状のアレイの形態で配置される。水平の（第１の）方向での受信アンテナのオフセットに基づき、受信される信号の位相がアンテナごとに周期的に、方位角に依存する特定の空間周波数で変わる。受信アンテナの追加の垂直方向のオフセットによって、仰角に依存する第２の空間周波数が方位角の空間周波数に重ね合わされる。これら両方の周波数を空間フーリエ変換（Fast Fourier Transformation；ＦＦＴ）により互いに分離することができる。ただし、複数の目標物が類似する距離と類似する相対速度で（同一の距離・相対速度ビン）存在していると、その際に方位角と仰角の間で多義性が生じることがある。このことは、特にレーダ信号の多重通路伝搬の場合に、たとえば車道表面、ガードレール、トンネル壁などで信号が反射される場合に、発生することがある。
【０００５】
方位角見積りのためには、個々の受信アンテナで受信される信号が別個の評価チャネルで評価されなければならない。所与の数の評価チャネルで、方位角に関する角度精度と角度分解能を改善するために、レーダ波の半分の波長λ／２よりも大きい、個々のアンテナの間の間隔がしばしば選択される。それによって同じく多義性が生じることがあり、これを別途のアンテナアレイを用いて、または他の方法を用いて、たとえば位置特定された目標物を比較的長い時間を通じて追跡することによって、解消しなければならない。
【０００６】
普及しているＦＭＣＷレーダセンサでは、送信されるレーダ信号の周波数がランプ形状に変調される。受信された信号が、受信時点で送信される信号の成分とミキシングされ、それによって中間周波数信号が得られ、その周波数は送信される信号と受信される信号の間の周波数差に相当する。この周波数差は、周波数変調に基づいて信号進行時間に依存しており、および、ドップラー効果に基づいて物体の相対速度にも依存しており、それにより、勾配がそれぞれ異なるランプが通過される複数の測定サイクルで、物体の距離と相対速度に関する情報が得られる。１つの測定サイクル中に記録される中間周波数信号が、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により、位置特定された各々の物体が特定の周波数ビンにおけるピークによって特徴づけられるスペクトルへと変換される。しかし、特定の条件のもとでは異なる物体に由来するピークが重なり合うことがあり、そのため、若干広い幅（およびこれに応じて低い品質値）を有するピークがスペクトルに現れることになる。多数回の測定を利用することでピークの幅と形状（品質）に関する追加の情報を得てから、この情報を用いて、単独目標物と、重なり合うピークを有する多重目標物との間で区別をして、場合により、ピークが互いに重なり合っているそれぞれの単独目標物の距離、相対速度、および角度も決定することができる多重目標物見積り法が知られている。特定数Ｎの多重目標物を分解しようとするとき、そのために一般にＮ＋２回の独立した測定が必要となる。Ｎ個の多重目標物を角度に関して分解するには、Ｎ＋２回の独立した、それぞれ異なるアンテナコンフィグレーションで実行される測定が必要となる。
【０００７】
角度見積りのために、異なる受信アンテナで得られる信号の振幅関係と位相関係が物体の角度に特徴的な仕方で依存するという状況が利用される。たとえば、ある物体について実際に測定された振幅関係と位相関係が、さまざまな角度仮定についての理論上の振幅関係と位相関係にどれだけ強く相関しているかを表す、いわゆるＤＭＬ関数（Deterministic Maximum Likelihood Funktionen）が形成される。そしてこの相関が最大になる角度仮定が、その物体の角度についての最善の見積り値となる。同一形状のアレイについては、ＦＦＴやいわゆるマトリクスペンシル法などの計算効率的な方法が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第８４３６７６３Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、所与の数の評価チャネルで物体の方位角と仰角の見積りをするときの改善された精度を可能にするレーダセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は本発明によると、アンテナ構造が、第１の方向でも第２の方向でも互いにオフセットされて配置された、選択的に励起可能な少なくとも３つの送信アンテナを有しており、制御・評価装置は送信アンテナの異なる励起で得られる信号を参照した第１および第２の方向での二次元の角度見積りのために構成されることによって解決される。
【００１１】
少なくとも３つの送信アンテナが、第１の方向だけでなく第２の方向でも相互にオフセットされて配置されることにより、ＭＩＭＯ原理によって可能となる改善された精度と分解能を、方位角の測定のときだけでなく仰角の測定のときにも活用することができる。このとき仰角の決定は、そのつど異なる送信アンテナが作動化する少なくとも３つの独立した測定に基づく。このようにして仰角について、考えられる多重目標物シナリオの示唆を少なくとも与える品質値も決定することができる。３つの送信アンテナが第１の方向でもオフセットされているので、同時に、水平方向のアパーチャの改善およびこれに伴って角度分解能の改善、および／または方位角測定のときの多義性の解消が可能となり、そのために追加の評価チャネルが必要となることがない。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態と発展例は従属請求項に記載されている。
【００１３】
好ましい実施形態では、アンテナ構造は、第２の（垂直の）方向で相互にオフセットされた少なくとも４つの送信アンテナを有する。それにより、仰角に関しても多重目標物見積りが可能になる。特に、このような多重目標物見積りに基づいて、レーダ信号の多重通路伝搬を含む、たとえば車道表面での信号の反射を含むシナリオをいっそう明確に認識することができ、それによっていっそう高い測定精度が実現され、測定結果の適切な解釈が容易になる。
【００１４】
好ましい実施形態では、受信アンテナはλ／２よりも大きい間隔をおいて配置される。そして送信アンテナの水平方向の配置は、現実のアパーチャにおける隙間を充填し、それによって多義性の確率を低減し、もしくは多義性を完全に除去する仮想アパーチャが得られるように選択することができる。
【００１５】
選択的に受信アンテナは、（垂直の）第２の方向で相互にオフセットされた少なくとも２つのアレイを形成することもでき、それにより、拡大された仮想アパーチャによって仰角測定のときにいっそう高い精度が達成される。
【００１６】
次に、図面を参照しながら実施例について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】レーダセンサのアンテナ構造、およびこのアンテナ構造を用いて位置特定されるべき物体を示す模式図である。
【図２】異なる信号伝搬経路を図解するための図１に準拠するダイアグラムである。
【図３】方位に関して角度分解をするアンテナ構造の一例である。
【図４】送信および／または受信されるレーダ信号に対する位相の角度依存性を説明するためのダイアグラムである。
【図５】図３に示すアンテナ構造についての角度スペクトルである。
【図６】本発明によるレーダセンサのアンテナ構造の一例である。
【図７】図６に示すアンテナ構造の３つの異なる動作モードについての角度スペクトルである。
【図８】図７の角度スペクトルから形成される合計スペクトルである。
【図９】本発明の改変された実施例に基づくレーダセンサのアンテナ構造である。
【図１０】本発明の改変された実施例に基づくレーダセンサのアンテナ構造である。
【図１１】本発明の改変された実施例に基づくレーダセンサのアンテナ構造である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１には、物体の距離、相対速度、ならびに方向角を測定するための役目を果たすレーダセンサのアンテナ構造１０と送受信装置１２が示されている。一例として、ここでは単一の物体１４が示されている。レーダセンサはたとえば図示しない自動車のフロント部分に組み付けられ、特に、先行する車両や車両の前方区域にあるその他の物体を検出するための役目を果たす。
【００１９】
特に、ここに示すレーダセンサは、物体１４の方位角θと仰角φがいずれも見積もられる二次元の角度見積りのために構成されている。ここで仰角φは、レーダセンサの中心から物体１４への視線Ｓと、車両の前進方向ｘおよび横方向ｙ（第１の方向ｙ）を通って広がる方位（水平）平面Ｐとの間の角度として定義される。方位角θは、前進方向ｘと、方位平面Ｐに向かう視線ｓの垂直方向の投影との間の角度として定義される。このようにレーダセンサは、第１の方向ｙ（方位角の測定）と第２の方向ｚ（仰角の測定）とで角度分解をする。
【００２０】
ここに図示する例ではアンテナ構造１０は、共通の平面状の基板１６の上に配置された４つの受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４と３つの送信アンテナＴＸ１〜ＴＸ３とを有する。受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４は、第１の方向ｙに延びる直線の上で均等な間隔をおいて配置されている。このように受信アンテナは、いわゆるＵＬＡ（Uniform Linear Array）を形成する。送信アンテナＴＸ１〜ＴＸ３は、本例では受信アンテナとは別個に構成されており（バイスタティックアンテナコンセプト）、第１の方向ｙでも第２の方向ｚでも互いに対して、および受信アンテナに対して、オフセットされて配置されている。
【００２１】
送信アンテナと受信アンテナはいずれもアレイアンテナとしてそれぞれ構成されるとともに、図示した例では、４つの垂直の列にそれぞれ８のパッチで配置された３２個のアンテナ素子またはパッチ１８からなるアレイで構成される。各々の送信アンテナにおいて、パッチ１８は制御・評価装置１２から送られる同相の送信信号の供給を受ける。パッチ１８のマトリクス状の配置によって、放出されるレーダ放射の集束が実現される。本例では列の長さ（８つのパッチ）が行の長さ（４つのパッチ）よりも大きいので、仰角のレーダ放射のほうが方位角よりも強く集束される。
【００２２】
受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４も、本例では同じく送信アンテナのパッチと同じ配置を有するパッチ１８からなる。それぞれ個々の受信アンテナにおいて、個々のパッチ１８で受信される信号が図示しない信号回線によって単一の信号にまとめられ、その際に、異なるパッチの信号の間の位相関係が変化することはない。このように受信アンテナの受信ローブは、本例では、送信アンテナの送信ローブと同じ形状を有する。
【００２３】
実際には図１の模式図におけるよりも明らかに遠くアンテナ構造１０から離れている物体１４は、すべての送信アンテナおよび受信アンテナの送信ローブおよび受信ローブの内部に位置しており、それにより、送信アンテナＴＸ１〜ＴＸ３のいずれかから放出されて物体１４で反射されたレーダ信号を、各々の受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４によって受信することができる。
【００２４】
一例として図２は、送信アンテナＴＸ３から物体１４へ、およびそこから受信アンテナＲＸ１へと戻るように案内される信号伝搬経路を実線で示し、送信アンテナＴＸ１から物体１４を介して受信アンテナＲＸ４への信号伝搬経路を破線で示している。ここでは簡略化して、レーダ信号が送信アンテナの位相中心（ここでは該当するアレイアンテナの中心にある黒い点としてマーキングされている）から発せられて、受信アンテナの相応の位相中心へ進むものと想定することができる。
【００２５】
制御・評価装置１２が図２に若干詳細に示されており、送信アンテナのための送信信号を生成する高周波送信部２０と、４つの分離した受信チャネルで受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４の信号を受け取り、これを中間周波数帯域へとダウンミキシングし、こうして得られた中間周波数信号を測定サイクルを通じて特定のサンプルレートで記録してデジタル化する受信部２２とを含んでいる。このようにしてデジタル化された４つの受信信号が得られ、次いで、これらがプロセッサ２４でさらに評価される。プロセッサ２４は高周波送信部２０も制御して、３つの送信アンテナのうちどれがいつ送信をするかを決定する。
【００２６】
送信アンテナと受信アンテナのオフセットに基づき、図２には２つだけが一例として示されている信号伝搬経路は、送信アンテナと受信アンテナの各々のペアリングについて異なる長さを有している。アンテナ１０と物体１４の間の大きい距離に基づき、一般に、レーダ波が平面波として放出されて平面波として再び受信されると想定することができるにもかかわらず、信号経路の相違する長さは、４つの受信チャネルで受信されるそれぞれの信号の振幅と位相に関して特徴的な相違をもたらす。このような相違は送信アンテナと受信アンテナのペアリングに依存し、ならびに、物体１４の方位角ιと仰角φに依存する。このような現象が、プロセッサ２４でのデータのデジタル式の評価にあたって物体の方位角と仰角の見積りのために利用され、これについて以下に詳しく説明する。
【００２７】
図３は、簡略化された例として、すでに説明した４つの受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４のほかに、２つの送信アンテナＴＸ１およびＴＸ２だけを有するアンテナ構造２６を示している。第２の（垂直の）方向ｚで、送信アンテナＴＸ１およびＴＸ２は受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４に対してオフセットされている。しかし、これら両方の送信アンテナは相互にオフセットされるのではなく、同じ高さに位置している。
【００２８】
送信アンテナと受信アンテナのパッチ１８は正方形であり、λ／４の辺の長さを有しており、ここでλは放出されるレーダ波の（平均の）波長である。各々のアレイアンテナの内部のパッチからパッチまでの間隔は、水平方向でも垂直方向でもλ／２である。４つの受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４は２λの間隔をおいて配置されており、すなわち、隣接する２つの受信アンテナの位相中心の間の間隔は２λである。送信アンテナＴＸ１は、受信アンテナＲＸ１に対して水平方向で１λだけ外方に向かってオフセットされている。これと対称に送信アンテナＴＸ２は、受信アンテナＲＸ４に対して１λだけ外方に向かってオフセットされている。
【００２９】
第１の測定サイクルでは送信アンテナＴＸ１によってのみ送信がなされる。そして、後続の測定サイクルで送信アンテナＴＸ２によってのみ送信がなされると、その際に生じる波伝搬に関わる状況は、第１の送信アンテナＴＸ１によって送信がなされるが、図３に破線Ｒ’で示唆するように、受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４が８λだけ左方に向かってオフセットされているケースと等価である。このようにして、受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４によって形成される現実の受信アレイは６Ｌのアパーチャを有するのに対し、送信アンテナＴＸ１およびＴＸ２が交互に利用されることで２倍のアパーチャ１２Ｌを有する仮想の受信アレイがもたらされ、それによりいっそう意義のある位相差と振幅差が生じ、したがっていっそう鋭敏な角度分解が可能となる。
【００３０】
図４を参照して、方位角ιと、４つの受信チャネルで得られる信号の位相との間の関係について説明する。特に図４は、方位角ι＝３０°と仰角φ＝０°を有する遠く離れた物体から、波長Ｌを有する（平面の）レーダ波２８が受信されるケースを図示している。レーダ波２８は受信アンテナＲＸ４まで、受信アンテナＲＸ１までよりも長い距離を進まなければならないことがわかる。隣接する２つの受信アンテナの位相中心の間の間隔をｄが表すとすると、それぞれのレーダ信号の間の進行長差Δは、
Δ＝ｓｉｎι
によって与えられる。
【００３１】
そして位相差Δφについては、
Δφ＝（２π／λ）＊ｄ＊ｓｉｎθ
が成り立つ。
【００３２】
図示した例ではｄ＝２λである。したがって特別な方位角θ＝３０°のとき、
Δφ＝（２π／λ）＊２λ＊ｓｉｎ３０°＝２π＝０
が得られる。
【００３３】
最後の等式２π＝０は、モジュロ２πの位相だけが規定されることから帰結される。
【００３４】
このように、この特別なケースでは位相関係は、受信アレイに対してレーダ放射が垂直に入射する場合と同じ位相関係にある（進行長差なし、したがって位相差なし）。そのため、このような受信アレイを用いて行われる方位角の見積りは多義的である。方位角θ＝０°と方位角θ＝＋／−３０°の間で区別をすることができないからである。
【００３５】
送信アンテナＴＸ１およびＴＸ２によって交互に測定をすれば、測定結果を比較したときに、方向ｙにおける両方の送信アンテナの間の間隔の結果として生じる位相差がさらに付け加わる。ただし、この間隔はここでは８λであり、したがって同じく２λの倍数であるため、両方の送信アンテナを交互に作動させても多義性は解消されない。
【００３６】
こうした事情は図５に示す角度スペクトルにも表現されており、その中では曲線３０により、方位角θで存在する物体について、すべての受信アンテナによって共同で受信される出力Ｐが方位角θにどのように依存するかが表されている。このスペクトルはメインローブをθ＝０°のところに有するとともに、θ＝＋／−３０°のところにも有している。したがって、物体１４から現在受信されている出力を参照して、その物体が０°または＋３０°または−３０°のいずれにあるのかを決めることはできない。理論上では、さらに別の出力最大値がθ＝＋／−９０°のところにも生じる。しかし、この最大値は実際問題としては意味がない。＋／−９０°の方位角をもつ物体は、どのようなケースであっても、すべての送信ローブと受信ローブの外部に位置することになるからである。
【００３７】
図６は、＋／−３０°の多義性を解消することが特に可能であるアンテナ構造１０’を示している。受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４の構造は図４のものに相当する。送信アンテナＴＸ１ａおよびＴＸ１ｂの第１のペアは、図４の送信アンテナと同様に配置されている。２つの別の送信アンテナＴＸ２ａおよびＴＸ２ｂは、送信アンテナＴＸ１ａおよびＴＸ１ｂに対してｚ方向でオフセットされて配置されるとともに、それぞれの位相中心の間に９λの間隔を有するペアを形成する。送信アンテナＴＸ３ａおよびＴＸ３ｂのさらに別のペアが、他の送信アンテナに対して同じくオフセットされて、ただしそれぞれの位相中心の間の７λの間隔だけをもって配置されている。
【００３８】
さらに図６には、全部で６つの送信アンテナの間で周期的に切換がなされることを記号で表すスイッチ３２が示されている。
【００３９】
図７はこれに対応する角度スペクトルを示す。実線で描かれた曲線３４は、ここでは、２つの異なる測定サイクルで送信アンテナＴＸ１ａおよびＴＸ１ｂにより送信がなされ、次いでこれらの測定サイクルを通じて出力が平均化されたときに得られる、平均化された出力を表す。このスペクトルは定性的には図５と同じである。太い破線で描かれている曲線３６は、送信アンテナＴＸ２ａおよびＴＸ２ｂによる測定についての平均の出力を表し、細い破線で描かれている曲線３８は、送信アンテナペアＴＸ３ａ，ＴＸ３ｂについての相応の角度スペクトルを表す。曲線３６および３８はそれぞれ＋／−３０°のところにゼロ個所を有している。これら両方のケースでは、それぞれの送信アンテナの間の間隔がλの奇数の倍数だからである。
【００４０】
図８では曲線４０は、６つすべての送信アンテナを用いた測定サイクルを通じて出力を合算したときに得られる合計スペクトルを表す。
【００４１】
図６に示すアンテナ構造１０’を用いて、＋／−３０°における多義性を解消することが可能である。そのために一般に、異なる測定サイクルにおいて４つの受信チャネルで得られる信号の間の位相関係、または位相関係と振幅関係が評価される。そして方位角θの見積りは、たとえば６つすべての送信アンテナを用いた測定サイクルを通じてのＤＭＬ関数の平均化によって行うことができる。ただし、送信アンテナペアＴＸ２ａ，ＴＸ２ｂ，およびＴＸ３ａ，ＴＸ３ｂを用いて得られる合計アパーチャは、アンテナペアＴＸ１ａ，ＴＸ１ｂを用いたアパーチャとわずかしか相違しないので、関連するその他すべての特性、たとえばビーム幅やサブローブ抑圧などは、図３に示すアンテナ構造２６の場合と実質的に同じである。
【００４２】
図６に示すアンテナ構造１０’のさらに別の主要な構成要件の１つは、送信アンテナのそれぞれのペアが垂直方向でも、すなわち第２の方向ｚでも、相互にオフセットされていることにある。このことは一方では、方向ｙで重なり合うこともできるように送信アンテナを配置することを可能にする（たとえば送信アンテナＴＸ１ｂとＴＸ３ｂ）。
【００４３】
しかしながらさらに重要な利点は、このようなアンテナ構造を用いて品質値を含めた仰角φの見積りも可能になることにある。その基本原理は、図４に図示する関係性を三次元のケースへと一般化することに依拠する。すると、受信アンテナＲＸｉで受信される信号の位相φｉ（ｉ＝１，．．．，４）は方位角θだけでなく、次式に基づいて仰角φにも依存する。
φｉ＝（２π／λ）＊（ｙｉ＊ｓｉｎθ＊ｃｏｓφ＋ｚｉ＊ｓｉｎφ）
【００４４】
式中、ｙｉは方向ｙにおける受信アンテナの位相中心の位置を表し、ｚｉは方向ｚにおける位相中心の位置を表す。
【００４５】
受信される信号を特徴づけるために、受信アレイについて制御ベクトルａｒｘを次のように定義することができる：
ａｒｘ，ｉ＝ｅｘｐ（ｊφｉ）
【００４６】
式中、ｉは制御ベクトルの成分をカウントする指数であり、ｊは−１の複素根である。送信アンテナにより形成される送信アレイについても、相応の制御ベクトルａｔｘを定義することができる。するとこの制御ベクトルは、角度θおよびφによって表される位置の物体へと異なる送信アンテナから放出される、それぞれの信号の間の位相関係を記述する。
【００４７】
そして、特定の１つの送信アンテナを使用して最終的に４つの受信アンテナにより得られる信号を、送信アレイと受信アレイについての制御ベクトルのクロネッカー積によって特徴づけることができる。そして、方位角θと仰角φがいずれも見積もられる二次元の角度見積りのために、二次元のθ−φ空間で定義される二次元のＤＭＬ関数が利用される。そして、たとえば６つすべての送信アンテナを用いた測定サイクルを通じてＤＭＬ関数を平均化して最大値を探すことによって、方位角θと仰角φについての見積りが得られる。方位角と仰角の見積りは、同時にではなくシーケンシャルに行うこともでき（最初に方位角、その後に仰角）、このことは計算コストの削減を可能にする。
【００４８】
いわゆる高速チャープシーケンスを用いて作動するＦＭＣＷレーダセンサにおける、ここで説明しているアンテナ構造が特別に好都合である。その場合、高い勾配と比較的短い時間だけを有する多数の周波数ランプ（チャープ）が高速の列をなして通過される。各々のチャープの後に、全部で６つの送信アンテナのうちの別の送信アンテナへの切換をすることによって、１つのサイクルの（たとえば送信アンテナＴＸ１ａを用いた）最初の測定と、（ＴＸ３ｂを用いた）最後の測定との間の時間的間隔が比較的短いことを実現することができ、それにより、物体の距離または相対速度のその間の変化を無視することができ、連続するチャープに含まれる位相を相互に比較可能となる（時間のずれと、物体の考えられる（一定の）相対速度に基づく位相ずれを補正した後に）。
【００４９】
図９は、さらに別の実施例に基づくアンテナ構造１０’’を示す。この構造が図６のアンテナ構造１０’と相違するのは、受信アンテナＲＸ５〜ＲＸ８を有する追加の受信アレイによってであり、この受信アレイは、受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４を有するアレイと同じｙ位置を有しているがｚ方向でオフセットされており、それにより、送信アンテナが全体として両方の受信アレイの間に位置している。このような構造によって仰角のアパーチャが拡大され、それにより、仰角を測定するときの精度と分解能が向上する。
【００５０】
この構造では、２掛ける４の受信アンテナと２掛ける３の送信アンテナによって、全部で６つの仮想の仰角平面が実現される。それに伴い、１つの距離・相対速度セル（距離／相対速度空間内のセルであって、その内部では分解能力の制約に基づいて距離と相対速度の異なるペアの間を区別することがもはやできないもの）ごとに、原則として最大で６つの異なる方位角を決定可能であり、１つの方位角ごとに最大で４つの異なる仰角を決定可能である。さらに、この構造では方位角見積りを冗長的に設計することができる。受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４または受信アンテナＲＸ５〜ＲＸ８のいずれかを用いてこれを実行できるからである。さらに別の送信アンテナペアを付け加え、そのアンテナがＴＸ１ａおよびＴＸ１ｂのように８λの間隔を有していれば、送信アンテナに関しても冗長的にシステムを設計できることになる。
【００５１】
その一方で、図１に示すように、３つの送信アンテナと４つ（または選択的に８つ）の受信アンテナだけを有するアンテナ構造も可能である。送信アンテナＴＸ１はここではやはり１λだけ受信アンテナＲＸ１に対してｙ方向にオフセットされ、送信アンテナＴＸ２およびＴＸ３のＴＸ１に対するオフセットは３λないし１λである。
【００５２】
このような構造も、大半のシナリオにおいて（４つの受信アンテナと３つの仰角平面については、１つの距離・相対速度セルの中の目標物が２つを超えない場合）、方位角０°と３０°の間の多義性の解消を可能にする。「誤った」方位角仮定（たとえば０°でなく３０°）は、ここでは仰角見積りにおいて１８０°の位相誤差およびこれに伴って劣った仰角角度品質につながる。仰角見積りのときに４つの受信アンテナの信号にわたってコヒーレント積分がなされ、それにより、信号対雑音比ＳＮＲが単一のチャネルよりも４倍だけ高くなる。それにより、正しい方位角仮定に関する決定を高い確実性で下すことができる。
【００５３】
ただし図１のアンテナ構造１０によっては、方位角＋３０°と−３０°の間の区別をつけることが可能でない。しかしロングレンジのレーダセンサでは、多くの場合に角度評価範囲がもともと＋／−１５°に制限されるので、このような制約を甘受することができる。
【００５４】
さらに、図１に示す実施例は（ならびにそれ以外の実施例も）、送信アンテナのうち少なくとも２つがｙ方向で、λの非整数倍であるオフセットを有するように改変することができる。このようにして、＋３０°と−３０°の間の多義性も解消することができる。
【００５５】
これまでに説明したアンテナ構造を用いて、方位角に関して多重目標物見積りも可能である。少なくとも４つの受信アンテナと、同じくｙ方向で相互にオフセットされた少なくとも３つの送信アンテナにより、多数の異なる測定コンフィグレーションを具体化できるからである。仰角φの見積りにあたっての１つの問題は、さまざまな送信アンテナペアを用いて得られる信号の間の位相関係が、目標物の方位角にも依存することにある。したがって、まず方位角見積りが実行され、次いで、各々の仰角平面についての疑似逆行列を利用して、個々の（方位角）目標物の複素信号成分を決定するように手順を進めるのが目的に適っている。引き続き、そこから各々の方位角目標物について、単一目標物見積りまたは多重目標物見積りを仰角に関して実行することができる。
【００５６】
ここまでに提示したアンテナ構造のうち１０’’は仰角に関する多重目標見積りをすでに可能にするが、仰角平面の異なる方位角多義性（送信アンテナペアの異なる水平方向間隔による）が、仰角見積りにマイナスの影響を及ぼしかねないという欠点がある（方位角に関する目標物の位置に応じて）。
【００５７】
図１０は、このような欠点なしに仰角に関する多重目標物見積りも可能であるアンテナ構造１０’’’を示す。ここでは各々のペアの送信アンテナは、等しい間隔（本例では８λ）を相互に有している。さらにこのアンテナ構造は、本例では追加のペアの送信アンテナＴＸ４ａ，ＴＸ４ｂを有しており、それにより、すべてｚ方向で相互にオフセットされた合計４つの送信アンテナペアを利用することができる。各ペアの水平方向のオフセットに基づき、送信アンテナがｚ方向で互いに重なり合うように、垂直方向のオフセットを小さくすることが可能である（たとえば送信アンテナＴＸ１ａとＴＸ２ａ）。受信アンテナＲＸ１〜ＲＸ４に対して相対的にｚ方向でそれぞれ異なるオフセットを有する４つのペアの送信アンテナを用いて、最大２つの目標物の多重目標物見積りを仰角に関して可能にする４つの独立した測定を実行することができる。
【００５８】
図１１は、２つの受信アンテナアレイ（ＲＸ１〜ＲＸ４，ＲＸ５〜ＲＸ８）と３つ（または選択的に４つ）の送信アンテナペアとを有する別のアンテナ構造１０’’’’を示す。図１０に類似して、両方のアンテナはすべてのペアにおいて等しい間隔を有している。このようなアンテナ構造を用いて、原理的に、１つの距離・相対速度セルにつき最大６つの異なる方位角を決定可能であり、１つの方位角ごとに最大４つの異なる仰角を決定可能である。しかし、上に説明したアンテナ構造１０’’の欠点はない。
【００５９】
ここで説明した各実施例では、バイスタティックアンテナコンセプトによって作業が行われる。しかしながら選択的に、送信と受信のために同一の（アレイ）アンテナが利用されるモノスタティックアンテナコンセプトを採用することもできる。
【００６０】
さらに、ここで説明した各例では、送信アンテナは時間マルチプレクスで作動する。しかしながら別案として、周波数マルチプレクス法またはコードマルチプレクス法によって作業を行うこともできる。
【符号の説明】
【００６１】
１０，１０’，１０’’，１０’’’，１０’’’’  アンテナ構造
１２  制御・評価装置
ＲＸ１〜ＲＸ４，ＲＸ５〜ＲＸ８  受信アンテナ
ＴＸ１〜ＴＸ３、ＴＸ１ａ〜ＴＸ４ａ、ＴＸ１ｂ〜ＴＸ４ｂ  送信アンテナ
【図１】
2020513558.tif 000003
【図２】
2020513558.tif 000004
【図３】
2020513558.tif 000005
【図４】
2020513558.tif 000006
【図５】
2020513558.tif 000007
【図６】
2020513558.tif 000008
【図７】
2020513558.tif 000009
【図８】
2020513558.tif 000010
【図９】
2020513558.tif 000011
【図１０】
2020513558.tif 000012
【図１１】
2020513558.tif 000013
【国際調査報告】
2020513558.tif 000014
2020513558.tif 000015
2020513558.tif 000016
2020513558.tif 000017