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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-42962(P2015-42962A)
(43)【公開日】2015年3月5日
(54)【発明の名称】アンテナ、レーダ装置、および、信号処理方法
(51)【国際特許分類】
G01S 7/02 20060101AFI20150206BHJP
G01S 7/03 20060101ALI20150206BHJP
G01S 13/34 20060101ALI20150206BHJP
H01Q 3/24 20060101ALI20150206BHJP
G08G 1/16 20060101ALI20150206BHJP
【ＦＩ】
G01S7/02 F
G01S7/03 D
G01S13/34
H01Q3/24
G08G1/16 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2013-174905(P2013-174905)
(22)【出願日】2013年8月26日
(71)【出願人】
【識別番号】000237592
【氏名又は名称】富士通テン株式会社
(72)【発明者】
【氏名】森内 巧
(72)【発明者】
【氏名】早川 英佑
【テーマコード（参考）】
5H181
5J021
5J070
【Ｆターム（参考）】
5H181AA01
5H181CC12
5H181CC14
5H181FF27
5H181LL01
5H181LL09
5J021AA04
5J021AA09
5J021AA11
5J021AB06
5J021DB05
5J021FA31
5J021GA02
5J021HA04
5J021JA10
5J070AB19
5J070AB24
5J070AC02
5J070AC06
5J070AC12
5J070AC13
5J070AD05
5J070AD09
5J070AD10
5J070AF03
5J070AH31
5J070AH35
(57)【要約】
【課題】物標の導出の精度を高めつつ、レーダ装置の小型化を図る技術を提供する。【解決手段】
アンテナは、第１送信アンテナと、第１送信アンテナの短手方向に移動した位置に設けられた第３送信アンテナとを有する。そして、第１送信アンテナおよび第３送信アンテナの間の位置に、長手方向の一部が第１および第３送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた第２送信アンテナを有する。さらに、第３送信アンテナの位置を中心として第２送信アンテナの位置に対して点対称となる位置に第４送信アンテナを有する。アンテナは、各長手方向の一部が第２送信アンテナの長手方向の一部と重複するように複数本の受信アンテナを有する。路面に対して垂直方向に位相差のある送信波を出力する送信アンテナと、路面に対して水平方向に位相差のある反射波を受信する受信アンテナとを一つのアンテナに設けられる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数本の送信アンテナと複数本の受信アンテナとを備えたアンテナであって、
第１送信アンテナと、
前記第１送信アンテナの短手方向に移動した位置に設けられた第３送信アンテナと、
前記第１送信アンテナおよび第３送信アンテナの間の位置に、長手方向の一部が前記第１および第３送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた第２送信アンテナと、
前記第３送信アンテナの位置を中心として前記第２送信アンテナの位置に対して点対称となる位置に設けられた第４送信アンテナと、
各長手方向の一部が前記第２送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた複数本の受信アンテナと、
を備えることを特徴とするアンテナ。
第１送信アンテナと、
前記第１送信アンテナの短手方向に移動した位置に設けられた第３送信アンテナと、
前記第１送信アンテナおよび第３送信アンテナの間の位置に、長手方向の一部が前記第１および第３送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた第２送信アンテナと、
前記第３送信アンテナの位置を中心として前記第２送信アンテナの位置に対して点対称となる位置に設けられた第４送信アンテナと、
各長手方向の一部が前記第２送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた複数本の受信アンテナと、
を備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項2】
請求項１に記載のアンテナにおいて、
前記第１送信アンテナおよび前記第３送信アンテナは、第１範囲の送信波を出力し、
前記第２送信アンテナおよび前記第４送信アンテナは、前記第１範囲よりも水平角度が狭い第２範囲の送信波を出力すること、
を特徴とするアンテナ。
前記第１送信アンテナおよび前記第３送信アンテナは、第１範囲の送信波を出力し、
前記第２送信アンテナおよび前記第４送信アンテナは、前記第１範囲よりも水平角度が狭い第２範囲の送信波を出力すること、
を特徴とするアンテナ。
【請求項3】
請求項１または２に記載のアンテナを備えるレーダ装置において、
前記第１送信アンテナ、および、前記第３送信アンテナから出力される送信波に対する物標からの反射波に基づいて、前記物標の路面に対する水平方向の位置を導出する第１導出手段と、
前記第２送信アンテナ、前記第３送信アンテナ、および、前記第４送信アンテナから出力される送信波に対する前記反射波に基づいて、前記物標の路面に対する垂直方向の高さを導出する第２導出手段と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
前記第１送信アンテナ、および、前記第３送信アンテナから出力される送信波に対する物標からの反射波に基づいて、前記物標の路面に対する水平方向の位置を導出する第１導出手段と、
前記第２送信アンテナ、前記第３送信アンテナ、および、前記第４送信アンテナから出力される送信波に対する前記反射波に基づいて、前記物標の路面に対する垂直方向の高さを導出する第２導出手段と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項4】
請求項３に記載のレーダ装置において、
前記第１送信アンテナ、前記第３送信アンテナの順で送信波を出力する期間を含む第１期間と、前記第１送信アンテナ、前記第２送信アンテナ、前記第３送信アンテナ、前記第４送信アンテナの順で送信波を出力する期間を含む第２期間とを前記物標の前記水平方向の位置、および、前記垂直方向の高さを導出する処理の１周期とし、
前記第１導出手段は、前記第１期間および前記第２期間に前記物標からの反射波に基づいて、前記物標の前記水平方向の位置を導出し、
前記第２導出手段は、前記第２期間に前記物標からの反射波に基づいて、前記物標の前記垂直方向の高さを導出すること、
を特徴とするレーダ装置。
前記第１送信アンテナ、前記第３送信アンテナの順で送信波を出力する期間を含む第１期間と、前記第１送信アンテナ、前記第２送信アンテナ、前記第３送信アンテナ、前記第４送信アンテナの順で送信波を出力する期間を含む第２期間とを前記物標の前記水平方向の位置、および、前記垂直方向の高さを導出する処理の１周期とし、
前記第１導出手段は、前記第１期間および前記第２期間に前記物標からの反射波に基づいて、前記物標の前記水平方向の位置を導出し、
前記第２導出手段は、前記第２期間に前記物標からの反射波に基づいて、前記物標の前記垂直方向の高さを導出すること、
を特徴とするレーダ装置。
【請求項5】
車両の挙動を制御する車両制御システムであって、
請求項３または４に記載のレーダ装置と、
前記レーダ装置から出力された物標情報に基づいて前記車両を制御する車両制御装置と、
を備える車両制御システム。
請求項３または４に記載のレーダ装置と、
前記レーダ装置から出力された物標情報に基づいて前記車両を制御する車両制御装置と、
を備える車両制御システム。
【請求項6】
誘電体基板の基板面に設けられた複数本の受信アンテナにより受信した反射波により物標の位置を導出する信号処理方法であって、
複数本の送信アンテナと複数本の受信アンテナとを備えたアンテナであって、
第１送信アンテナと、
前記第１送信アンテナの短手方向に移動した位置に設けられた第３送信アンテナと、
前記第１送信アンテナおよび第３送信アンテナの間の位置に、長手方向の一部が前記第１および第３送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた第２送信アンテナと、
前記第３送信アンテナの位置を中心として前記第２送信アンテナの位置に対して点対称となる位置に設けられた第４送信アンテナと、
を用いて送信波を出力し、
各長手方向の一部が前記第２送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた複数本の受信アンテナと、
を用いて反射波を受信し、
前記第１送信アンテナ、および、前記第３送信アンテナから出力される送信波に対する物標からの反射波に基づいて、前記物標の路面に対する水平方向の位置を導出する工程と、
前記第２送信アンテナ、前記第３送信アンテナ、および、前記第４送信アンテナから出力される送信波に対する前記反射波に基づいて、前記物標の路面に対する垂直方向の高さを導出する工程と、
を備えることを特徴とする信号処理方法。
複数本の送信アンテナと複数本の受信アンテナとを備えたアンテナであって、
第１送信アンテナと、
前記第１送信アンテナの短手方向に移動した位置に設けられた第３送信アンテナと、
前記第１送信アンテナおよび第３送信アンテナの間の位置に、長手方向の一部が前記第１および第３送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた第２送信アンテナと、
前記第３送信アンテナの位置を中心として前記第２送信アンテナの位置に対して点対称となる位置に設けられた第４送信アンテナと、
を用いて送信波を出力し、
各長手方向の一部が前記第２送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた複数本の受信アンテナと、
を用いて反射波を受信し、
前記第１送信アンテナ、および、前記第３送信アンテナから出力される送信波に対する物標からの反射波に基づいて、前記物標の路面に対する水平方向の位置を導出する工程と、
前記第２送信アンテナ、前記第３送信アンテナ、および、前記第４送信アンテナから出力される送信波に対する前記反射波に基づいて、前記物標の路面に対する垂直方向の高さを導出する工程と、
を備えることを特徴とする信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、送信波を出力するアンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、車両に設けられたレーダ装置は、物標の位置を導出していた。物標の位置の導出は次のように行われる。レーダ装置の送信アンテナから出力された送信波が、物標に反射する。物標から反射した反射波が、レーダ装置の受信アンテナに受信される。
【0003】
レーダ装置は、送信波を出力してから反射波を受信するまでの時間差に基づきレーダ装置に対する物標の距離（以下、「縦距離」という。）を導出する。また、レーダ装置は、レーダ装置に対する物標の角度に基づきレーダ装置と物標との車幅方向の距離（以下、「横距離」）を導出する。つまり、レーダ装置は、物標の縦距離および横距離から物標の路面に対する水平方向の位置を導出する。また、レーダ装置は、車両に対する他車両の相対速度を導出する。
【0004】
ここで、レーダ装置が導出する物標は、例えば路面に対して垂直方向に車両と略同じ高さに存在する他車両（以下、「他車両」という。）である。レーダ装置は、物標の水平方向の位置と相対速度とを車両制御装置に出力する。その結果、車両制御装置は、物標の水平方向の位置と相対速度とに基づいて各種の車両制御を行う。
【0005】
車両制御装置は、複数種類の車両制御を行う場合がある。車両制御の例としては、ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）制御とＰＣＳ（Pre-Crash Safety System）制御とがある。ＡＣＣ制御は、車両と車両の前方を走行する他車両（以下、「前方車両」という。）とが所定の車間距離を保った状態で、車両が前方車両を追従走行する制御である。ＰＣＳ制御は、車両と他車両との衝突に備え、車両の乗員を保護する制御である。
【0006】
車両制御装置がＡＣＣ制御を行うためには、前方車の追従が主目的であることからレーダ装置は、比較的狭角で遠方までのビーム放射が望ましい。例えば横距離が自車線内（横距離約±1.8m以内）で、所定の縦距離内（縦距離約150m以内）の送信範囲に送信波を出力する必要がある。横距離約±1.8ｍは、自車線の車幅方向の距離である。言い換えると、自車線の幅を約3.6ｍとし、レーダ装置の位置を横距離±0mとした車幅方向の距離である。
【0007】
また、車両制御装置が車両に対してＰＣＳ制御を行うためには、真正面だけでなく前方斜めに位置する物体との衝突可能性を検出する必要があることから、レーダ装置は、比較的広範囲で近距離のビーム放射が望ましい。例えば横距離約±7.2m以内で、所定の縦距離内(縦距離約80m以内)の送信範囲に送信波を出力する必要がある。横距離約±7.2mは、自車線と自車線に隣接する左右いずれかの車線とを含む車幅方向の距離である。言い換えると、自車線と隣接する車線とのそれぞれの幅を約3.6ｍとし、レーダ装置の位置を横距離±0mとした車幅方向の距離である。
【0008】
また、レーダ装置は、路面上の他車両以外に路面に対して垂直方向にある程度の高さ（例えば、約4.5ｍ）を有する看板等の上方物の縦距離および横距離を導出することがある。レーダ装置は、上方物を導出した場合、水平方向の位置と相対速度とを車両制御装置に出力する。その結果、車両制御装置は、車両に対する上方物の縦距離が所定距離以下となった場合に、例えばＰＣＳ制御を行うことがある。しかし、上方物は、車両に対する縦距離が小さくなっても車両との衝突の危険性がない物標である。そのため、上方物は、車両制御装置が車両制御を行う必要性のない物標である。したがって、レーダ装置は、路面上に存在する物標と路面に対して垂直方向にある程度の高さを有する物標とを判別するために、物標の路面に対する垂直方向の角度を導出する必要があった。
【0009】
そして、車両制御装置が複数種類の車両制御を行う場合、それぞれの制御に適した送信範囲が必要となる。そのため、レーダ装置のアンテナには送信範囲の異なる複数本の送信アンテナを設ける必要がある。また、レーダ装置が路面に対して水平方向および垂直方向の物標の角度を導出する場合、受信アンテナを誘電体基板の基板面に対して水平方向および垂直方向に分けて複数配置することが考えられる。なお、受信アンテナの配置に関する技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開平１１−２８７８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、路面に対して物標の水平方向および垂直方向の角度を導出できるようにレーダ装置のアンテナに受信アンテナの数を増加させ、送信アンテナと受信アンテナとを配置するアンテナの面積が大幅に拡大する。また、車両制御装置が複数種類の車両制御を行うために送信アンテナの本数を増加させる場合はアンテナの面積は更に拡大する。
【0012】
このようにアンテナの面積が拡大することで、アンテナを備えるレーダ装置自体が大型化する。レーダ装置が大型化すると、限られた車両の搭載スペースにレーダ装置を搭載することが困難になる場合があった。
【0013】
本発明は、レーダ装置を小型化する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記課題を解決するために、本発明は、複数本の送信アンテナと複数本の受信アンテナとを備えたアンテナであって、第１送信アンテナと、前記第１送信アンテナの短手方向に移動した位置に設けられた第３送信アンテナと、前記第１送信アンテナおよび第３送信アンテナの間の位置に、長手方向の一部が前記第１および第３送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた第２送信アンテナと、前記第３送信アンテナの位置を中心として前記第２送信アンテナの位置に対して点対称となる位置に設けられた第４送信アンテナと、各長手方向の一部が前記第２送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた複数本の受信アンテナと、を備える。
【0015】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のアンテナにおいて、前記第１送信アンテナおよび前記第３送信アンテナは、第１範囲の送信波を出力し、前記第２送信アンテナおよび前記第４送信アンテナは、前記第１範囲よりも水平角度が狭い第２範囲の送信波を出力する。
【0016】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載のアンテナを備えるレーダ装置において、前記第１送信アンテナ、および、前記第３送信アンテナから出力される送信波に対する物標からの反射波に基づいて、前記物標の路面に対する水平方向の位置を導出する第１導出手段と、前記第２送信アンテナ、前記第３送信アンテナ、および、前記第４送信アンテナから出力される送信波に対する前記反射波に基づいて、前記物標の路面に対する垂直方向の高さを導出する第２導出手段と、を備える。
【0017】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載のレーダ装置において、前記第１送信アンテナ、前記第３送信アンテナの順で送信波を出力する期間を含む第１期間と、前記第１送信アンテナ、前記第２送信アンテナ、前記第３送信アンテナ、前記第４送信アンテナの順で送信波を出力する期間を含む第２期間とを前記物標の前記水平方向の位置、および、前記垂直方向の高さを導出する処理の１周期とし、前記第１導出手段は、前記第１期間および前記第２期間に前記物標からの反射波に基づいて、前記物標の前記水平方向の位置を導出し、前記第２導出手段は、前記第２期間に前記物標からの反射波に基づいて、前記物標の前記垂直方向の高さを導出する。
【0018】
また、請求項５の発明は、車両の挙動を制御する車両制御システムであって、請求項３または４に記載のレーダ装置と、前記レーダ装置から出力された物標情報に基づいて前記車両を制御する車両制御装置と、を備える。
【0019】
また、請求項６の発明は、誘電体基板の基板面に設けられた複数本の受信アンテナにより受信した反射波により物標の位置を導出する信号処理方法であって、複数本の送信アンテナと複数本の受信アンテナとを備えたアンテナであって、第１送信アンテナと、前記第１送信アンテナの短手方向に移動した位置に設けられた第３送信アンテナと、前記第１送信アンテナおよび第３送信アンテナの間の位置に、長手方向の一部が前記第１および第３送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた第２送信アンテナと、前記第３送信アンテナの位置を中心として前記第２送信アンテナの位置に対して点対称となる位置に設けられた第４送信アンテナと、を用いて送信波を出力し、各長手方向の一部が前記第２送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた複数本の受信アンテナと、を用いて反射波を受信し、前記第１送信アンテナ、および、前記第３送信アンテナから出力される送信波に対する物標からの反射波に基づいて、前記物標の路面に対する水平方向の位置を導出する工程と、前記第２送信アンテナ、前記第３送信アンテナ、および、前記第４送信アンテナから出力される送信波に対する前記反射波に基づいて、前記物標の路面に対する垂直方向の高さを導出する工程と、を備える。
【発明の効果】
【0020】
請求項１ないし６の発明によれば、送信アンテナを垂直方向に階段状に設けて、受信アンテナを第２送信アンテナの一部と重複するような位置に設けることで、路面に対して垂直方向に位相差のある送信波を出力する送信アンテナと、路面に対して水平方向に位相差のある反射波を受信する受信アンテナとを一つのアンテナに設けられる。その結果、レーダ装置のアンテナの面積は拡大することなく水平方向および垂直方向の角度を導出できレーダ装置の小型化を実現できる。
【0021】
また、特に請求項２の発明によれば、各送信アンテナにおける送信範囲の水平角度を異なる大きさの角度とすることで、複数種類の車両制御のそれぞれに必要な物標情報を導出するための送信波を１つのアンテナから出力でき、アンテナをより小型にできる。
【0022】
また、特に請求項３の発明によれば、物標の路面に対する水平方向の位置、および、垂直方向の高さの導出の両方の処理に複数本の送信アンテナを兼用することで、アンテナに設けられる送信アンテナの本数を減少させられる。その結果、レーダ装置は、比較的小型化されたアンテナにより物標の路面に対する水平方向の位置および垂直方向の高さを導出できる。
【0023】
また、特に請求項４の発明によれば、第１期間および第２期間に物標の水平方向の位置を導出し、第２期間に物標の垂直方向の高さを導出することで、物標の垂直方向の高さの変化に比べて、物標の水平方向の位置の変化を早期に導出できる。
【0024】
また、特に請求項５の発明によれば、レーダ装置から出力された物標情報に基づいて車両制御装置が車両を制御することで、複数種類の車両制御のうち物標情報に応じた適切な車両制御を行える。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【0027】
＜第１の実施の形態＞＜１．車両全体図＞
図１は、車両ＣＲの全体図である。車両ＣＲは、後述する車両制御システム１のレーダ装置１０と車両制御装置２０とを主に備える。車両ＣＲは、車両ＣＲの前方のバンパー近傍にレーダ装置１０を備えている。レーダ装置１０は、一回の走査で路面に対する水平方向、および、路面に対する垂直方向の所定範囲を走査する。その結果、レーダ装置１０は、物標の路面に対する水平方向の位置（縦距離および横距離）と、物標の路面に対する垂直方向の高さと、車両ＣＲに対する物標の相対速度とを含む情報（以下、「物標情報」という。）を導出する。レーダ装置１０による物標情報の導出処理の詳細は後述する。車両制御装置２０は、車両ＣＲの内部に設けられている。車両制御装置２０は、車両ＣＲの各装置を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit)である。
【0028】
＜２．システムブロック図＞図２は、車両制御システム１のブロック図である。車両制御システム１は、車両ＣＲの挙動を制御するシステムである。レーダ装置１０と、車両制御装置２０と、車速センサ２１と、ステアリングセンサ２２と、スロットル２３と、ブレーキ２４とを有している。レーダ装置１０と車両制御装置２０とは電気的に接続されている。車両制御装置２０は、車速センサ２１と、ステアリングセンサ２２と、スロットル２３と、ブレーキ２４と電気的に接続されている。
【0029】
車両制御装置２０は、複数種類の車両制御の中から車両ＣＲの走行状況等に応じて、少なくとも１つの車両制御を行う。車両制御の例としてＡＣＣ制御とＰＣＳ制御とがある。車両制御装置２０は、車両ＣＲが走行する自車線内で前方車両に追従して走行する。具体的には、車両制御装置２０は、車両ＣＲの走行に伴いスロットル２３、および、ブレーキ２４の少なくとも一の装置を制御する。そして車両制御装置２０は、前方車両との間で所定の車間距離を確保した状態で車両ＣＲを前方車両に追従して走行させる。このように車両ＣＲが前方車両との所定の車間距離を確保した状態で、前方車両を追従走行させる制御がＡＣＣ制御である。
【0030】
また車両制御装置２０は、車両ＣＲと他車両との衝突に備え、車両ＣＲの乗員を保護する。具体的には、車両制御装置２０は、車両ＣＲが他車両に衝突する危険性がある場合に、例えば次のように車両ＣＲを制御する。車両制御装置２０は、車両ＣＲの乗員に対して図示しない警報器を用いて警告する。車両制御装置２０は、ブレーキ２４を制御して車両ＣＲの速度を低下させる。車両制御装置２０は、車室内のシートベルトにより乗員を座席に固定する。その結果、車両ＣＲと他車両とが衝突した場合でも、車両ＣＲの乗員への衝撃が軽減される。このように車両ＣＲの乗員を保護する制御がＰＣＳ制御である。
【0031】
車速センサ２１は、車両ＣＲの車軸の回転数に基づき車両ＣＲの速度に応じた信号を車両制御装置２０に出力する。車両制御装置２０は、車速センサ２１からの信号に基づき現時点の車両ＣＲの速度を導出する。
【0032】
ステアリングセンサ２２は、車両ＣＲのドライバーの操作によるステアリングホイールの回転角を導出する。その結果、ステアリングセンサ２２は、車両ＣＲの車体の角度の情報を車両制御装置２０に出力する。車両制御装置２０は、ステアリングセンサ２２から取得した情報に基づき車両ＣＲの走行する自車線のカーブ半径の値を導出する。
【0033】
スロットル２３は、車両ＣＲのドライバーの操作により車両ＣＲの速度を加速させる。またスロットル２３は、車両制御装置２０の制御により車両ＣＲの速度を加速させる。例えばスロットル２３は、車両ＣＲと前方車両との縦距離を一定値に保つように車両ＣＲの速度を加速させる。
【0034】
ブレーキ２４は、車両ＣＲのドライバーの操作により車両ＣＲの速度を減速させる。またブレーキ２４は、車両制御装置２０の制御により車両ＣＲの速度を減速させる。例えばブレーキ２４は、車両ＣＲと前方車両との縦距離を一定値に保つように車両ＣＲの速度を減速させる。
【0035】
次に、レーダ装置１０について説明する。レーダ装置１０は、アンテナ１０１と、ミキサ１３（１３ａ〜１３ｄ）と、ＡＤ（Analog to Digital)変換器１４（１４ａ〜１４ｄ）と、信号生成部１５と、発振器１６と、スイッチ１７と、信号処理部１８とを有する。
【0036】
アンテナ１０１は、送信アンテナ１１と、受信アンテナ１２とを有している。送信アンテナ１１は、送信アンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および、１１ｄの４本のアンテナで構成される。送信アンテナ１１は、スイッチ１７のスイッチングにより所定周期で切り替えられる。その結果、４本の送信アンテナのうちの少なくともいずれか１本の送信アンテナが送信波を出力する。
【0037】
受信アンテナ１２は、受信アンテナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および、１２ｄの４本のアンテナで構成される。４本の受信アンテナは、物標からの反射波を受信する。
【0038】
＜２−１．アンテナ構成＞ここで、図３を用いて、アンテナ１０１の構成を具体的に説明する。図３は、アンテナ１０１の構成を説明する図である。図３では、ＸＹ座標軸を用いて方向を説明する。ＸＹ座標軸は、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の少なくとも一方のアンテナに相対的に固定される。誘電体基板１０２の基板面に設けられる送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の短手方向（以下、「短手方向」という。）がＸ軸方向に対応する。送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の長手方向（以下、「長手方向」という。）がＹ軸方向に対応する。
【0039】
アンテナ１０１には、誘電体基板１０２の基板面に送信アンテナ１１と、受信アンテナ１２とが設けられている。誘電体基板１０２は、短手方向（Ｘ軸方向）に幅Ｗ０（例えば、約6.0ｃｍ）、長手方向（Ｙ軸方向）に長さＬ０（例えば、約6.0ｃｍ）の略正方形の形状の基板である。
【0040】
次に、送信アンテナ１１の各送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）について説明する。各送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）は、図示しない複数の伝送線路にアンテナ素子が複数設けられた構成である。送信アンテナ１１の伝送線路は、送信信号をアンテナ素子に伝達する。アンテナ素子は、送信信号に基づく送信波を出力する。
【0041】
送信アンテナ１１ａは、短手方向（Ｘ軸方向）において誘電体基板１０２の基板面に向かって右側（＋Ｘ側）の位置で、長手方向（Ｙ軸方向）において誘電体基板１０２の略中央付近の位置に設けられている。言い換えると、送信アンテナ１１ａは、誘電体基板１０２の右端の略中央に設けられている。送信アンテナ１１ａは、短手方向（Ｘ軸方向）に幅Ｗ１１（例えば、約0.6cm）、長手方向（Ｙ軸方向）に長さＬ１（例えば、約1.8cm）の略長方形の形状のアンテナである。
【0042】
送信アンテナ１１ｂは、送信アンテナ１１ａと後述する送信アンテナ１１ｃの間に設けられている。送信アンテナ１１ｂは、短手方向（Ｘ軸方向）において誘電体基板１０２の基板面に向かって送信アンテナ１１ａの左側(−Ｘ側)の位置に設けられている。言い換えると、送信アンテナ１１ｂは、短手方向（Ｘ軸方向）において送信アンテナ１１ａに隣接する位置に設けられている。
【0043】
また、送信アンテナ１１ｂは、長手方向（Ｙ軸方向）において誘電体基板１０２の基板面に向かって送信アンテナ１１ａよりも上側（＋Ｙ側）の位置に設けられている。言い換えると、送信アンテナ１１ｂは、長手方向（Ｙ軸方向）において送信アンテナ１１ａの一部と重複する位置に設けられている。
【0044】
送信アンテナ１１ｂは、短手方向（Ｘ軸方向）に幅Ｗ１２（例えば、約1.0cm）、長手方向（Ｙ軸方向）に長さＬ１（例えば、約1.8cm）の略長方形の形状のアンテナである。送信アンテナ１１ｂは、長手方向（Ｙ軸方向）において送信アンテナ１１ａに対して長さＬ２（例えば、約0.9cm）だけ誘電体基板１０２の基板面に向かって上側（＋Ｙ側）の位置に設けられている。長さＬ２は、送信アンテナ１１ａの長さＬ１のうちの約半分の長さである。
【0045】
送信アンテナ１１ｃは、短手方向(Ｘ軸方向)において誘電体基板１０２の基板面に向かって送信アンテナ１１ｂの左側（−Ｘ側）の位置に設けられている。言い換えると、送信アンテナ１１ｃは、短手方向（Ｘ軸方向）において送信アンテナ１１ｂに隣接する位置に設けられている。
【0046】
また、送信アンテナ１１ｃは、長手方向（Ｙ軸方向）において誘電体基板１０２の基板面に向かって送信アンテナ１１ｂよりも下側（−Ｙ側）の位置に設けられている。言い換えると、送信アンテナ１１ｃは、長手方向（Ｙ軸方向）において送信アンテナ１１ｂの一部と重複する位置に設けられている。
【0047】
送信アンテナ１１ｃは、短手方向（Ｘ軸方向）に幅Ｗ１１（例えば、約0.6cm）、長手方向（Ｙ軸方向）に長さＬ１（例えば、約1.8cm）の略長方形の形状のアンテナである。つまり、送信アンテナ１１ｃは、送信アンテナ１１ａと略同一の形状のアンテナである。なお、後述する水平角度導出時の位相の折り返し対策のために、送信アンテナ１１ａと１１ｃは送信波の出力方向が水平方向において左右にずれている。送信アンテナ１１ｃは、長手方向（Ｙ軸方向）において送信アンテナ１１ｂに対して長さＬ２（例えば、約0.9cm）だけ誘電体基板１０２の基板面に向かって下側（−Ｙ側）の位置に設けられている。長さＬ２は、送信アンテナ１１ｂの長さＬ１のうちの約半分の長さである。
【0048】
なお、送信アンテナ１１ｃは、送信アンテナ１１ａの位置から短手方向(Ｘ軸方向)において誘電体基板１０２の基板面に向かって左側（−Ｘ側）に移動した位置に設けられているともいえる。
【0049】
送信アンテナ１１ｄは、短手方向（Ｘ軸方向）において誘電体基板１０２の基板面に向かって送信アンテナ１１ｃの左側(−Ｘ側)の位置に設けられている。言い換えると、送信アンテナ１１ｄは、短手方向（Ｘ軸方向）において送信アンテナ１１ｃに隣接する位置に設けられている。
【0050】
また、送信アンテナ１１ｄは、長手方向（Ｙ軸方向）において誘電体基板１０２の基板面に向かって送信アンテナ１１ｃよりも下側（−Ｙ側）の位置に設けられている。言い換えると、送信アンテナ１１ｄは、長手方向（Ｙ軸方向）において送信アンテナ１１ｃの一部と重複する位置に設けられている。
【0051】
送信アンテナ１１ｄは、短手方向（Ｘ軸方向）に幅Ｗ１２（例えば、約1.0cm）、長手方向（Ｙ軸方向）に長さＬ１（例えば、約1.8cm）の略長方形の形状のアンテナである。送信アンテナ１１ｄは、長手方向（Ｙ軸方向）において送信アンテナ１１ｃに対して長さＬ２（例えば、約0.9cm）だけ誘電体基板１０２の基板面に向かって下側（−Ｙ側）の位置に設けられている。長さＬ２は、送信アンテナ１１ｃの長さＬ１のうちの約半分の長さである。
【0052】
また、送信アンテナ１１ｄは、送信アンテナ１１ｂとの位置関係でみると、送信アンテナ１１ｃの位置を対称の中心位置として送信アンテナ１１ｂに対して対称な位置に設けられている。これにより、レーダ装置１０は、アンテナ１０１の面積を拡大することなく長手方向（Ｙ軸方向）の複数の送信アンテナを設けることができる。
【0053】
さらに、４本の送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）は、長手方向（Ｙ軸方向）に左側で３段、右側で２段の階段状に設けられている。言い換えると、４本の送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）は、への字を左右逆にした逆への字型に設けられている。これにより送信アンテナ１１ｂから出力される送信波と、送信アンテナ１１ｃから出力される送信波と、送信アンテナ１１ｄから出力される送信波との間で長手方向（Ｙ軸方向）のずれに対応する位相差が生じる。これにより、レーダ装置１０は、物標の路面に対する垂直方向の高さを導出する送信波を出力できる。
【0054】
次に受信アンテナ１２の各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）について説明する。各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）は、図示しない複数の伝送線路にアンテナ素子が複数設けられた構成である。受信アンテナ１２のアンテナ素子は、反射波を受信して伝送線路に受信信号を伝達する。
【0055】
受信アンテナ１２は、誘電体基板１０２の基板面に設けられている。受信アンテナ１２は、４本の受信アンテナ１２ａ〜１２ｄを含むアンテナである。各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）は、短手方向（Ｘ軸方向）に幅Ｗ１３（例えば、約0.5cm）、長手方向（Ｙ軸方向）に長さＬ１（例えば、約1.8cm）の略長方形の形状のアンテナである。受信アンテナ１２は、短手方向（Ｘ軸方向）において誘電体基板１０２に向かって左側（−Ｘ側）の位置に設けられている。また、受信アンテナ１２は、長手方向（Ｙ軸方向）において誘電体基板１０２に向かって上側（＋Ｙ側）の位置に設けられている。言い換えると、受信アンテナ１２は、誘電体基板１０２の左上端に設けられている。
【0056】
受信アンテナ１２の各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）は、短手方向(Ｘ軸方向)においてそれぞれが隣接する位置に設けられている。また、各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）は、長手方向（Ｙ軸方向）においてそれぞれが同じ位置に設けられている。そして、各アンテナ１２（１２ａ〜１２ｄ）は、長手方向（Ｙ軸方向）において送信アンテナ１１ｂの一部と重複する位置に設けられている。言い換えると、３本の送信アンテナ１１ｂ〜１１ｄで構成される階段状のデッドスペースに各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）が配置される。これにより、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２とを同一の誘電体基板１０２の基板面の比較的少ないスペースに設けることができる。その結果、レーダ装置１０のアンテナ１０１の面積は、拡大することなくレーダ装置１０の小型化を実現できる。そして、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２が設けられたアンテナ１０１を略正方形の形状とでき、アンテナ１０１を搭載するレーダ装置１０自体も小型化できる。
【0057】
＜２−２．送信範囲＞次に、送信アンテナ１１の各送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）の送信範囲について図４〜図８を用いて説明する。図４〜図８においては、ｘｙｚ座標軸を用いて方向を説明する。ｘｙｚ座標軸は、車両ＣＲに対して相対的に固定される。車両ＣＲの車幅方向が、ｘ軸方向に対応する。車両ＣＲの進行方向が、ｙ軸方向に対応する。車両ＣＲの高さ方向（車高方向）が、ｚ軸方向に対応する。なお、図４〜図６は、車両ＣＲの高さ方向（ｚ軸方向）の上方（＋ｚ側）から下方（−ｚ側）を見た図である。図７および図８は、車両ＣＲの車幅方向（ｘ軸方向）の左側（−ｘ側）から右側（＋ｘ側）を見た図である。
【0058】
図４は、送信アンテナ１１ｂおよび１１ｄの自車線ＲＣの路面（以下、「路面」という。）に対する水平方向の送信範囲を示す図である。図４には、自車線ＲＣ上を走行する車両ＣＲの前方（＋ｙ側）に送信範囲Ｔｒ２が示されている。送信範囲Ｔｒ２は、送信アンテナ１１ｂから出力される送信波の範囲である。ここで、自車線ＲＣの幅は約3.6mである。自車線ＲＣの右側には、自車線ＲＣに隣接している車線ＲＲ（以下、「右車線ＲＲ」という。）がある。自車線ＲＣの左側には、自車線ＲＣに隣接している車線ＲＬ（以下、「左車線ＲＬ」という。）がある。
【0059】
第２基準軸Ｃｅ２は、車両ＣＲの進行方向（＋ｙ側）に延伸する軸であり、送信範囲Ｔｒ２の略中央に位置している。送信範囲Ｔｒ２は、第２基準軸Ｃｅ２の路面に対する水平方向の角度を±0°とした場合、車両ＣＲの車幅方向（ｘ軸方向）の右側（＋ｘ側）に水平方向の角度約＋21°、左側（−ｘ側）に水平方向の角度約−21°の範囲を有する。以下では、各基準軸の角度を±0°とする車両ＣＲの車幅方向（ｘ軸方向）の角度を「水平角度」という。水平角度は、路面に対する水平方向の角度ともいえる。なお、第２基準軸Ｃｅ２の長さは約150ｍとなる。つまり、送信範囲Ｔｒ２は、縦距離約150ｍ以内で水平角度約±21°以内の範囲となる。水平角度約±21°以内は、車両ＣＲが自車線ＲＣの略中央に位置する場合に、自車線ＲＣの幅（約3.6m）を含む範囲である。送信アンテナ１１ｂは、送信範囲Ｔｒ２の範囲内に送信波を出力する。その結果、送信範囲Ｔｒ２の範囲内に存在する物標からの反射波を受信アンテナ１２が受信する。
【0060】
送信範囲Ｔｒ４は、送信アンテナ１１ｄから出力される送信波の範囲である。第４基準軸Ｃｅ４は、第２基準軸Ｃｅ２と同様に送信範囲（送信範囲Ｔｒ４）の略中央に位置している。送信範囲Ｔｒ４は、第４基準軸Ｃｅ４の水平角度を±0°とした場合、車両ＣＲの車幅方向（ｘ軸方向）の右側（＋ｘ側）に水平角度約＋21°、左側（−ｘ側）に水平角度約−21°の範囲を有する。なお、第４基準軸Ｃｅ４の長さは約150ｍとなる。つまり、送信範囲Ｔｒ４は、縦距離約150ｍ以内で水平角度約±21°以内の範囲となる。水平角度約±21°以内は、車両ＣＲが自車線ＲＣの略中央に位置する場合に、自車線ＲＣの幅（約3.6m）を含む範囲である。送信アンテナ１１ｄは、送信範囲Ｔｒ４の範囲内に送信波を出力する。その結果、送信範囲Ｔｒ４の範囲内に存在する物標からの反射波を受信アンテナ１２が受信する。
【0061】
図５は、送信アンテナ１１ａの路面に対する水平方向の送信範囲を示す図である。図５には、自車線ＲＣ上を走行する車両ＣＲの右前方（＋ｙ側および＋ｘ側）に送信範囲Ｔｒ１が示されている。送信範囲Ｔｒ１は、送信アンテナ１１ａから出力される送信波の範囲である。第１基準軸Ｃｅ１は、車両ＣＲの進行方向（＋ｙ側）に対して車幅方向（ｘ軸方向）の右側（＋ｘ側）に傾いて延伸する軸であり、送信範囲Ｔｒ１の略中央に位置している。第１基準軸Ｃｅ１は、上述の第２基準軸Ｃｅ２の水平角度を±0°とした場合、水平角度約＋７°に位置する。また、第１基準軸Ｃｅ１の水平角度を±0°とした場合、送信範囲Ｔｒ１の右端は、水平角度約＋38°に位置する。言い換えると、第２基準軸Ｃｅ２の水平角度を±0°とした場合、送信範囲Ｔｒ１の右端は、水平角度約＋45°に位置する。
【0062】
そして、第１基準軸Ｃｅ１の水平角度を±0°とした場合、送信範囲Ｔｒ１の左端は、水平角度約−38°に位置する。なお、第１基準軸Ｃｅ１の長さは約80ｍとなる。つまり、送信範囲Ｔｒ１は、縦距離約80ｍ以内で、第１基準軸Ｃｅ１の水平角度を±0°とした場合、水平角度約±38°以内の範囲となる。水平角度約±38°以内は、車両ＣＲが自車線ＲＣの略中央に位置する場合に、自車線ＲＣの幅（約3.6m）と右車線ＲＲ（約3.6m）の幅に相当する。言い換えると、水平角度約±38°以内は、車両ＣＲが自車線ＲＣの略中央に存在する場合の横距離約-1.8m〜約＋5.4mに相当する。送信アンテナ１１ａは、送信範囲Ｔｒ１の範囲内に送信波を出力する。その結果、送信範囲Ｔｒ１の範囲内に存在する物標からの反射波を受信アンテナ１２が受信する。
【0063】
図６は、送信アンテナ１１ｃの路面に対する水平方向の送信範囲を示す図である。図６には、自車線ＲＣ上を走行する車両ＣＲの左前方（＋ｙ側および−ｘ側）に送信範囲Ｔｒ３が示されている。送信範囲Ｔｒ３は、送信アンテナ１１ｃから出力される送信波の範囲である。第３基準軸Ｃｅ３は、車両ＣＲの進行方向（＋ｙ側）に対して車幅方向（ｘ軸方向）の左側（−ｘ側）に傾いて延伸する軸であり、送信範囲Ｔｒ３の略中央に位置している。第３基準軸Ｃｅ３は、上述の第２基準軸Ｃｅ２の水平角度を±0°とした場合、水平角度約−７°に位置する。また、第３基準軸Ｃｅ３の水平角度を±0°とした場合、送信範囲Ｔｒ３の左端は、水平角度約−38°に位置する。言い換えると、第２基準軸Ｃｅ２の水平角度を±0°とした場合、送信範囲Ｔｒ３の左端は、水平角度約−45°に位置する。
【0064】
そして、第３基準軸Ｃｅ３の水平角度を±0°とした場合、送信範囲Ｔｒ３の右端は、水平角度約＋38°に位置する。なお、第３基準軸Ｃｅ３の長さは約80ｍとなる。つまり、送信範囲Ｔｒ３は、縦距離約80ｍ以内で、第３基準軸Ｃｅ３の水平角度を±0°とした場合、水平角度約±38°以内の範囲となる。水平角度約±38°以内は、車両ＣＲが自車線ＲＣの略中央に位置する場合に、自車線ＲＣ（約3.6m）の幅と左車線ＲＬ（約3.6m）の幅に相当する。言い換えると、水平角度約±38°以内は、車両ＣＲが自車線ＲＣの略中央に存在する場合の横距離約-5.4m〜約＋1.8mに相当する。送信アンテナ１１ｃは、送信範囲Ｔｒ３の範囲内に送信波を出力する。その結果、送信範囲Ｔｒ３の範囲内に存在する物標からの反射波を受信アンテナ１２が受信する。
【0065】
上記の内容から送信範囲Ｔｒ２およびＴｒ４は、送信範囲Ｔｒ１およびＴｒ３と比べて送信波の出力される距離が長く、水平角度が狭い範囲となる。言い換えると、送信範囲Ｔｒ１およびＴｒ３は、送信範囲Ｔｒ２およびＴｒ４と比べて送信波の出力される距離が短く、水平角度が広い範囲となる。
【0066】
そして、車両制御装置２０は、送信範囲Ｔｒ１〜Ｔｒ４の全送信範囲から導出された物標情報に基づき、車両ＣＲに対して必要な制御を行う。車両制御装置２０は、他車両を追従走行するＡＣＣの制御を車両ＣＲに対して行う。他車両は、例えば、車両ＣＲの走行する車線内を車両ＣＲと同じ方向に走行し、比較的遠方（例えば、100ｍ）に存在する物標である。他車両は、送信範囲Ｔｒ１〜Ｔｒ４の少なくともいずれかの範囲に存在する。また、車両制御装置２０は、車両ＣＲと他車両との衝突を防止等するために車両ＣＲに対してＰＣＳ制御を行う。他車両は、例えば、所定速度(例えば、60km／ｈ)以上で車両ＣＲに接近し、近傍の位置(例えば、30ｍ以下)に存在する物標である。他車両は、送信範囲Ｔｒ１〜Ｔｒ４の少なくともいずれかの範囲に存在する。このように、レーダ装置１０は、図３で説明したアンテナ１０１の送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の構成を用いて、車両制御装置２０の複数種類の車両制御のうち少なくとも一つの車両制御に必要な物標情報を導出するための送信波を出力できる。これにより、車両制御装置２０は、複数種類の車両制御のうち物標情報に基づき適正な車両制御を行える。
【0067】
図７は、送信アンテナ１１ｂおよび１１ｄの路面に対する垂直方向の送信範囲Ｔｒ２およびＴｒ４を示す図である。以下では、送信範囲Ｔｒ２、および、Ｔｒ４の垂直方向の送信範囲について説明するが、２つの送信範囲は略同一の送信範囲となるため、送信範囲Ｔｒ２を例に説明する。図７には、自車線ＲＣ上を走行する車両ＣＲの前方（＋ｙ側）に送信範囲Ｔｒ２が示されている。送信範囲Ｔｒ２は、路面に対する第２基準軸Ｃｅ２の垂直方向の角度を±0°とした場合、車両ＣＲの高さ方向の上側（＋ｚ側）に垂直方向の角度約＋8.5°、下側（−ｚ側）に垂直方向の角度約−8.5°の範囲を有する。以下では、各基準軸の角度を±0°とし、車両ＣＲの高さ方向（ｚ軸方向）の角度を「垂直角度」という。垂直角度は、路面に対する垂直方向の角度ともいえる。なお、第２基準軸Ｃｅ２は、路面と略平行でありその長さは約150ｍとなる。つまり、送信範囲Ｔｒ２は、縦距離約150ｍ以内で垂直角度約±8.5°以内の範囲となる。送信アンテナ１１ｂは、送信範囲Ｔｒ２の範囲内に送信波を出力する。その結果、送信範囲Ｔｒ２の範囲内に存在する物標からの反射波を受信アンテナ１２が受信する。
【0068】
図８は、送信アンテナ１１ｃの路面に対する垂直方向の送信範囲Ｔｒ３を示す図である。図８には、自車線ＲＣ上を走行する車両ＣＲの前方（＋ｙ側）に送信範囲Ｔｒ３が示されている。送信範囲Ｔｒ３は、第３基準軸Ｃｅ３の垂直角度を±0°とした場合、車両ＣＲの高さ方向の上側（＋ｚ側）に垂直角度約＋8.5°、下側（−ｚ側）に垂直角度約−8.5°の範囲を有する。なお、第３基準軸Ｃｅ３は、路面と略平行でありその長さは約80ｍとなる。つまり、送信範囲Ｔｒ３は、縦距離約80ｍ以内で垂直角度約±8.5°以内の範囲となる。送信アンテナ１１ｃは、送信範囲Ｔｒ３の範囲内に送信波を出力する。その結果、送信範囲Ｔｒ３の範囲内に存在する物標からの反射波を受信アンテナ１２が受信する。
【0069】
上記の内容から送信範囲Ｔｒ２およびＴｒ４は、送信範囲Ｔｒ３と比べて縦距離が長く、垂直角度が略同一の範囲となる。言い換えると、送信範囲Ｔｒ３は、送信範囲Ｔｒ２およびＴｒ４と比べて縦距離が短く、垂直角度が略同一の範囲となる。
【0070】
図２に戻り、ミキサ１３は、ミキサ１３ａ〜１３ｄの４つのミキサを有する。ミキサ１３は、各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）に設けられている。ミキサ１３は、受信アンテナ１２で受信した反射波に対応する受信信号と、送信波に対応する送信信号とを混合する。ミキサ１３は、受信信号と送信信号との差の信号であるビート信号をＡＤ変換器１４に出力する。
【0071】
ＡＤ変換器１４は、ＡＤ変換器１４ａ〜１４ｄの４つのＡＤ変換器を有する。ＡＤ変換器１４は、各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）に設けられている。ＡＤ変換器１４は、ミキサ１３から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。具体的には、ＡＤ変換器１４は、アナログ信号であるビート信号を所定周期でサンプリングする。ＡＤ変換器１４は、サンプリングしたビート信号を量子化し、デジタル信号に変換する。ＡＤ変換器１４は、デジタル信号を信号処理部１８に出力する。
【0072】
信号生成部１５は、変調用の三角波信号を生成し、発振器１６に出力する。発振器１６は、三角波信号をミリ波帯（例えば、76.5GHz）の信号に変調し、スイッチ１７に出力する。
【0073】
スイッチ１７は、各送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）と接続される。スイッチ１７は、接続する送信アンテナを所定のタイミング（例えば、5msec）ごとに切替える。スイッチ１７は、ミリ波帯の信号である送信信号を送信アンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および、１１ｄのいずれかのアンテナに出力する。
【0074】
＜２−３．送信波出力タイミング＞ここで、送信アンテナ１１a〜１１ｄの送信波の出力タイミングについて、図９を用いて説明する。図９は、各送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）の送信波の出力タイミングを説明するグラフである。図９の縦軸は周波数［GHz］を、横軸は時間［msec］を表す。図中の送信信号ＴＳは、中心周波数を例えば、76.5GHzとして、第１の所定周波数（例えば76.6GHz）まで上昇した後に第２の所定周波数（例えば、76.4GHz）まで下降をするように200MHzの間で一定の変化を繰り返す信号である。
【0075】
送信信号ＴＳの送信区間Ｔｘ１は、送信アンテナ１１ａから送信波が出力される区間である。言い換えると送信アンテナ１１ａは、時刻ｔ０〜ｔ１の第１送信区間Ｔｘ１の間、送信波を出力する。スイッチ１７は、時刻ｔ１〜ｔ１ａの間で送信波を出力するアンテナを送信アンテナ１１ａから送信アンテナ１１ｃに切替える。
【0076】
第３送信区間Ｔｘ３は、送信アンテナ１１ｃから送信波が出力される区間である。言い換えると送信アンテナ１１ｃは、時刻ｔ１ａ〜ｔ２の第３送信区間Ｔｘ３の間、送信波を出力する。
【0077】
第１処理区間Ｔｘ５は、後述する信号処理部１８が物標からの反射波に基づいて、物標の路面に対する水平方向の位置を導出する区間である。
【0078】
第１送信区間Ｔｘ１、第３送信区間Ｔｘ３、および、第１処理区間Ｔｘ５を含む区間が第１区間Ｔｘ１０となる。第１区間Ｔｘ１０は、時刻ｔ０〜ｔ３の区間である。第１区間Ｔｘ１０では、送信アンテナ１１ａ、送信アンテナ１１ｃの順で送信波が出力される。また、第１区間Ｔｘ１０では、信号処理部１８が送信波に対する物標からの反射波に基づいて、物標の路面に対する水平方向の位置を導出する。
【0079】
スイッチ１７は、時刻ｔ３からｔ３ａの間で送信波を出力するアンテナを送信アンテナ１１ｃから送信アンテナ１１ａに切替える。
【0080】
第１送信区間Ｔｘ１ａは、送信アンテナ１１ａから送信波が出力される区間である。言い換えると送信アンテナ１１ａは、時刻ｔ３ａ〜ｔ４の第１送信区間Ｔｘ１ａの間、送信波を出力する。スイッチ１７は、時刻ｔ４からｔ４ａの間で送信波を出力するアンテナを送信アンテナ１１ａから送信アンテナ１１ｂに切替える。
【0081】
第２送信区間Ｔｘ２ａは、送信アンテナ１１ｂから送信波が出力される区間である。言い換えると送信アンテナ１１ｂは、時刻ｔ４ａ〜ｔ５の第２送信区間Ｔｘ２ａの間、送信波を出力する。スイッチ１７は、時刻ｔ５からｔ５ａの間で送信波を出力するアンテナを送信アンテナ１１ｂから送信アンテナ１１ｃに切替える。
【0082】
第３送信区間Ｔｘ３ａは、送信アンテナ１１ｃから送信波が出力される区間である。言い換えると送信アンテナ１１ｃは、時刻ｔ５ａ〜ｔ６の第３送信区間Ｔｘ３ａの間、送信波を出力する。スイッチ１７は、時刻ｔ６からｔ６ａの間で送信波を出力するアンテナを送信アンテナ１１ｃから送信アンテナ１１ｄに切替える。
【0083】
第４送信区間Ｔｘ４ａは、送信アンテナ１１ｄから送信波が出力される区間である。言い換えると送信アンテナ１１ｄは、時刻ｔ６ａ〜ｔ７の第４送信区間Ｔｘ４ａの間、送信波を出力する。
【0084】
第２処理区間Ｔｘ５ａは、信号処理部１８が物標からの反射波に基づいて、物標の路面に対する水平方向の位置、および、垂直方向の高さを導出する区間である。
【0085】
第１送信区間Ｔｘ１ａ、第２送信区間Ｔｘ２ａ、第３送信区間Ｔｘ３ａ、第４送信区間Ｔｘ４ａ、および、第２処理区間Ｔｘ５ａを含む区間が第２区間Ｔｘ１１となる。第２区間Ｔｘ１１は、時刻ｔ３ａ〜ｔ８の区間である。第２区間Ｔｘ１１では、送信アンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの順で送信波が出力される。また、第２区間Ｔｘ１１では、信号処理部１８が送信波に対する物標からの反射波に基づいて、物標の路面に対する水平方向の位置、および、垂直方向の高さを導出する。
【0086】
つまり、第１送信区間Ｔｘ１ａおよび第３送信区間Ｔｘ３ａの受信信号に基づき水平方向の位置を導出し、第２送信区間Ｔｘ２ａ、第３区間Ｔｘ３ａ、第３送信区間Ｔｘ３ａ、および、第４送信区間Ｔｘ４ａの受信信号に基づき垂直方向の高さを導出する。このように物標の路面に対する水平方向の位置、および、垂直方向の高さの導出の両方の処理に送信アンテナ１１ｂ、１１ｃ、および、１１ｄの複数本の送信アンテナを兼用することで、送信アンテナ１１の本数を減少させられる。その結果、レーダ装置１０は、比較的小型化されたアンテナ１０１により物標の路面に対する水平方向の位置および垂直方向の高さを導出できる。
【0087】
スイッチ１７は、時刻ｔ８からｔ８ａの間で送信波を出力するアンテナを送信アンテナ１１ｃから送信アンテナ１１ａに切替える。
【0088】
なお、第１区間Ｔｘ１０および第２区間Ｔｘ１１を含む周期区間Ｔｘ１００が物標導出処理の１周期となる。言い換えると、時刻ｔ８ａから物標導出処理の次の周期が開始する。次の周期では、前の周期と同様に第１区間で送信アンテナ１１ａ、１１ｃの順で送信波が出力され、物標導出処理が行われる。そして、第２区間で送信アンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの順で送信波が出力され、物標導出処理が行われる。なお、周期区間Ｔｘ１００の時間は、例えば110msecである。第１区間Ｔｘ１０の時間が、例えば50msecであり、第２区間Ｔｘ１１の時間が、例えば60msecである。また送信アンテナ１１の１本の送信アンテナから送信波が出力される時間は、例えば5msecである。
【0089】
また、上述のように１周期の間の第２区間Ｔｘ１１では、４つの送信アンテナ(１１ａ〜１１ｄ)から送信波を出力し、物標の水平方向の位置および垂直方向の高さを導出する。これに対して、１周期の間の第１区間Ｔｘ１０では、２つの送信アンテナ（１１ａおよび１１ｃ）から送信波を出力して物標の水平方向の位置のみを導出するのは次の理由のためである。つまり、送信波の出力に伴いレーダ装置１０の内部の回路が発熱し、レーダ装置１０の破損を防止するためである。
【0090】
また、水平方向の位置は、車両ＣＲに対して急な前方割り込みを行う他車両等への対応のため比較的高い頻度の導出が要求される。しかし、垂直方向の高さは、道路標識等の上方物が車両ＣＲに対して急な割り込みを行うことはないため、比較的低い頻度の導出でもよい。これにより、レーダ装置１０の発熱を防止でき物標導出処理に悪影響を及ぼすことを防止できる。さらに、レーダ装置１０は１周期の間に少なくとも物標の水平角度の位置を２回導出でき、物標の垂直方向の高さを１回導出できる。つまり、レーダ装置１０は、物標の垂直方向の高さの変化に比べて、物標の水平方向の位置の変化を早期に導出できる。その結果、レーダ装置１０から物標情報を受信した車両制御装置２０は、ＡＣＣ制御およびＰＣＳ制御の少なくともいずれかの制御において車両制御が必要な物標に対して適切な制御を行える。
【0091】
＜２−４．ビート信号導出＞ ここで、第１区間Ｔｘ１０を例に送信信号ＴＳと後述する受信信号ＲＳとに基づくビート信号ＢＳの導出について説明する。図１０は、送信信号ＴＳと受信信号ＲＳとに基づくビート信号ＢＳの導出を説明する図である。
【0092】
なお、図１０の各記号、および、後述する数式各記号は次の内容を示すものである。ｆｒ：距離周波数、ｆｄ：速度周波数、ｆｏ：送信波の中心周波数、△Ｆ：周波数偏移幅、ｆｍ：変調波の繰り返し周波数、ｃ：光速（電波の速度）、Ｔ：車両ＣＲと物標との電波の往復時間、fｓ：送信／受信周波数、Ｒ：縦距離、Ｖ：相対速度。
【0093】
図１０の上段の図は、送信信号ＴＳ、および、受信信号ＲＳの信号波形を示す図である。図１０の中段の図は、送信信号ＴＳと受信信号ＲＳとの差分により生じるビート周波数ＢＦを示す図である。図１０下段の図は、ビート周波数ＢＦに対応するビート信号ＢＳを示す図である。
【0094】
図１０上段の図は、縦軸が周波数［GHz］、横軸が時間［msec］を示す図である。図中の送信信号ＴＳは、中心周波数をｆ０（例えば、76.5GHz）として、所定周波数（例えば76.6GHz）まで上昇した後に所定周波数（例えば、76.4GHz）まで下降をするように200MHzの間で一定の変化を繰り返す。
【0095】
送信信号ＴＳは、所定周波数まで周波数が上昇する区間（以下、「ＵＰ区間」という。）を有する。ＵＰ区間は、区間Ｕ１（時刻ｔ０〜ｔ１１）および区間Ｕ３（時刻ｔ１ａ〜ｔ１２）が該当する。送信信号ＴＳは、所定周波数まで上昇した後に所定の周波数まで下降する区間（以下、「ＤＯＷＮ区間」という。）を有する。ＤＯＷＮ区間は、区間Ｄ１（時刻ｔ１１〜ｔ１）および区間Ｄ３（時刻ｔ１２〜ｔ２）が該当する。そして第１送信区間Ｔｘ１は、区間Ｕ１および区間Ｄ１を含む。第３送信区間Ｔｘ３は、区間Ｕ３および区間Ｄ３を含む。
【0096】
第１送信区間Ｔｘ１において送信アンテナ１１ａから送信波が出力される。送信波は、物標にあたって反射波として受信アンテナ１２に受信される。その結果、受信アンテナ１２を介して受信信号ＲＳがミキサ１３に出力される。なお、受信信号ＲＳについても送信信号ＴＳと同じように所定周波数まで周波数が上昇するＵＰ区間と、所定周波数まで周波数が下降するＤＯＷＮ区間とがある。また、第３送信区間Ｔｘ３では送信アンテナ１１ｃから送信波が出力され、反射波に基づく受信信号ＲＳが受信アンテナ１２を介してミキサ１３に出力される。
【0097】
なお、車両ＣＲに対する物標の縦距離に応じて、送信信号ＴＳに比べて受信信号ＲＳに時間的な遅れ（時間Ｔ）が生じる。さらに、車両ＣＲの速度と物標の速度との間に速度差がある場合は、送信信号ＴＳに対して受信信号ＲＳにドップラーシフト分の差が生じる。
【0098】
図１０中段の図は縦軸が周波数［kHz］、横軸が時間［msec］を示す図であり、図中にはＵＰ区間およびＤＯＷＮ区間の送信信号と受信信号との差を示すビート周波数が示されている。例えば、区間Ｕ１ではビート周波数ＢＦ１が導出され、区間Ｄ１ではビート周波数ＢＦ２が導出される。このように各区間において、ビート周波数ＢＦが導出される。
【0099】
図１０下段の図は、縦軸が振幅［V]、横軸が時間［msec]を示す図である。図中には、ビート周波数ＢＦに対応するアナログ信号のビート信号ＢＳが示されている。ビート信号ＢＳは、ＡＤ変換器１４によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【0100】
なお、図１０では受信アンテナ１２が、物標の１つの反射点から反射波を受信した場合のビート信号ＢＳが示されている。これに対して、受信アンテナ１２が、物標の複数の反射点から複数の反射波を受信した場合、当該複数の反射波に応じたビート信号ＢＳが導出される。
【0101】
図２に戻り、信号処理部１８は、フーリエ変換部１８ａと、ピーク抽出部１８ｂと、水平角度導出部１８ｃと、縦距離・相対速度導出部１８ｄと、垂直角度導出部１８ｅとを有する。
【0102】
フーリエ変換部１８ａは、ＡＤ変換器によって変換されたデジタル信号を図示しないＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路によって周波数を分析する。具体的には、フーリエ変換部１８ａは、デジタル信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）して周波数ごとの信号に分解したＦＦＴデータを生成する。
【0103】
ピーク抽出部１８ｂは、ＦＦＴデータにおける周波数ごとの信号うち信号レベルが所定の閾値を超える信号をピーク信号として抽出する。
【0104】
水平角度導出部１８ｃは、物標の路面に対する水平方向の角度を所定の角度推定方式を用いて導出する。具体的には、水平角度導出部１８ｃは、受信アンテナ１２ａ〜１２ｄで受信された受信信号に基づくピーク信号から物標の路面に対する水平方向の角度を導出する。水平角度導出部１８ｃは、物標の路面に対する水平方向の角度を距離・相対速度導出部１８ｄに出力する。
【0105】
＜２−５．水平角度導出＞ここで、水平角度導出部１８ｃが、角度推定方式の例としてＥＳＰＲＩＴを用いた場合の処理について図１１を参照して説明する。レーダ装置１０が、角度推定方式としてＥＳＰＲＩＴを用いた場合、４本の受信アンテナにより略同一の縦距離に位置する３つの物標のそれぞれの水平角度を導出できる。つまり、レーダ装置１０は、略同一の縦距離に位置する複数の物標のうち受信アンテナ１２の総アンテナ本数から１を減算した数と同じ数の物標の水平角度を導出できる。図１１は、ＥＳＰＲＩＴの処理概要を説明する図である。
【0106】
ＥＳＰＲＩＴは、受信アンテナ１２ａ〜１２ｄを位置のずれた２つのサブアレーに分け、この２つのサブアレーの位相差から到来波（反射波）の到来方向を推定する手法である。
【0107】
図１１に示すように、Ｋ素子リニアアレーがある。到来波数はＬとし、第ｉ到来波の角度はθｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｌ）とする。
【0108】
ＥＳＰＲＩＴは、回転不変式（rotational invariance）「Ｊ１ＡΦ＝Ｊ２Ａ」に基づき、アレー全体の平行移動によって生じる各到来波の位相回転を推定する手法である。行列Ｊ１、および、行列Ｊ２は、（Ｋ−１）×Ｋの変換行列である。Ｋは受信アンテナ１２の本数である。Ａは、それぞれθ１〜θＬを変数とするアレー応答ベクトルからなる方向行列である。Φは、Ｌ次の対角行列である。
【0109】
図１１に示すように、Ｋ素子のリニアアレーにおいて、第１素子から第（Ｋ−１）素子はサブアレー＃１、第２素子から第Ｋ素子はサブアレー＃２となる。これにより、上記回転不変式のＪ１Ａは、行列Ａの１〜（Ｋ−１）行目をＪ２Ａは行列の２〜Ｋ行目を抽出することを意味する。すなわち、Ｊ１Ａは、サブアレー＃１の方向行列を表す。Ｊ２Ａは、サブアレー＃２の方向行列を表す。
【0110】
ここで、Ａが既知であれば、Φが求められてパスの到来角が推定される。しかしＡは、推定すべきものであるため、直接Φを求解することができない。そこで、Ｋ次元受信信号ベクトルのＫ×Ｋ共分散行列Ｒｘｘを求められる。そして、Ｒｘｘが固有値展開され、その結果得られる固有値から、熱雑音電力σ２よりも大きい固有値に対応する固有ベクトルを用いて信号部分空間行列Ｅｓが生成される。
【0111】
生成された信号部分空間行列Ｅｓと行列Ａとは、双方の間に唯一存在するＬ次の正則行列Ｔを用いてＡ＝ＥｓＴ−１と表せる。ここで、ＥｓはＫ×Ｌ行列である。ＴはＬ×Ｌの正則行列である。Ａ＝ＥｓＴ−１の式が上記回転不変式に代入されると、（Ｊ１Ｅｓ）（ＴΦＴ−１）＝Ｊ２Ｅｓが得られる。この式からＴΦＴ−１を求めて固有値展開すれば、固有値が、Φの対角成分となる。その結果、固有値から到来波の角度を推定される。
【0112】
図２に戻り、距離・相対速度導出部１８ｄは、縦距離および相対速度を導出する。具体的には、距離・相対速度導出部１８ｄは、ＵＰ区間のピーク信号とＤＯＷＮ区間のピーク信号とをペアリングしてペアデータを導出する。そして、距離・相対速度導出部１８ｄは、ペアデータに対応する物標の縦距離を下記（１）式を用いて導出する。また、距離・相対速度導出部１８ｄは、ペアデータに対応する物標の相対速度を下記（２）式を用いて導出する。なお、水平角度導出部１８ｃにより導出された水平角度と縦距離の情報から三角関数を用いた演算により、ペアデータに対応する物標の横距離が導出される。
【0113】
【数1】
【0114】
【数2】
【0115】
フーリエ変換部１８ａは、送信アンテナ１１ａの第１送信区間Ｔｘ１ａのＦＦＴデータを生成する。また、フーリエ変換部１８ａは、送信アンテナ１１ｂの第２送信区間Ｔｘ２ａと送信アンテナ１１ｄの第４送信区間Ｔｘ４ａとに基づくＦＦＴデータを生成する。第２送信区間Ｔｘ２ａと第４送信区間Ｔｘ４ａとのＦＦＴデータは、例えば、両方の区間に対応するビート信号を平均して導出したＦＦＴデータである。さらに、フーリエ変換部１８ａは、送信アンテナ１１ｃの第３送信区間Ｔｘ３ａのＦＦＴデータを生成する。
【0116】
そして、ピーク抽出部１８ｂは、３つのＦＦＴデータからピーク信号を抽出する。ここで、ピーク信号が複数のＦＦＴデータの同じ周波数に存在する場合、信号レベルの高いピーク信号がピーク抽出の対象とする。その結果、ピーク抽出部１８ｂは、送信アンテナ１１ａ〜１１ｄに対応する送信範囲Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、および、Ｔｒ４のすべての送信範囲の物標に対応するピーク信号を抽出できる。そのため、距離・相対速度導出部１８ｄは、送信アンテナ１１ａ〜１１ｄの全送信範に存在する物標の距離・相対速度を導出できる。また、水平角度導出部１８ｃは、送信アンテナ１１ａ〜１１ｄの全送信範囲に存在する物標の角度から横距離を導出できる。
【0117】
車両制御装置２０は、このようにして導出された物標情報に基づき、ＡＣＣ制御およびＰＣＳ制御の少なくともいずれかの制御を行う。つまり、レーダ装置１０は、１つのアンテナ１０１に設けられた各送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）を用いることで、比較的狭角で遠方までのビーム放射と、比較的広範囲で近距離のビーム放射とを実現できる。その結果、車両制御装置２０は、各送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）の全送信範囲のいずれかの位置で導出された物標情報に基づき、ＡＣＣ制御およびＰＣＳ制御のいずれかを車両ＣＲに対して行える。
【0118】
垂直角度導出部１８ｅは、物標の路面に対する垂直方向の高さを導出する。垂直角度導出部１８ｅは、物標の路面に対する垂直角度を導出する。具体的には、垂直角度導出部１８ｅは、送信アンテナ１１ｂ、１１ｃ、および、１１ｄから出力された送信波が，物標に反射した反射波に基づいて物標の路面に対する垂直角度を導出する。ここで、物標の路面に対する垂直角度は、送信アンテナ１１ｂ、１１ｃ、および、１１ｄの基板面に対する垂直方向の位相差に基づき、上述したＥＳＰＲＩＴの角度推定方式を用いて導出される。そして、垂直角度と縦距離の情報から三角関数を用いた演算により、物標の路面に対する垂直方向の高さが導出される。
【0119】
＜２−６．垂直角度の導出＞ここで、垂直角度の導出について図１２〜図１５を用いて具体的に説明する。図１２は、物標からの反射波について説明する図である。図１２では上述の図７等と同様に、ｘｙｚ座標軸を用いて方向を説明する。図１２は、レーダ装置１０の送信アンテナ１１ｂの送信範囲Ｔｒ２を示している。送信範囲Ｔｒ２の範囲内には、車両ＣＲの位置する路面の前方（＋ｙ方向）で垂直方向（ｚ軸方向）の上側（＋ｚ側）に上方物ＴＡが存在する。上方物ＴＡは、例えば道路標識等の看板であり、路面の高さを0mとした場合の高さ約4.5mの位置に存在する。また、車両ＣＲに対する上方物ＴＡの縦距離は約70ｍである。
【0120】
上方物ＴＡからの反射波は、受信アンテナ１２に直接的に受信される反射波Ｄ２１である。垂直角度導出部１８ｅは、受信アンテナ１２に受信された反射波Ｄ２１により、車両ＣＲの高さ方向（ｚ軸方向）の上側（＋ｚ側）に位置する上方物ＴＡの垂直角度を導出する。
【0121】
なお、送信アンテナ１１ｂ以外にも１１ｃおよび１１ｄの送信範囲Ｔｒ３およびＴｒ４の範囲内に上方物ＴＡが存在する場合、上方物ＴＡからの反射波が、受信アンテナ１２に受信される。垂直角度導出部１８ｅは、受信アンテナ１２に受信される反射波により、車両ＣＲの高さ方向（ｚ軸方向）の上側（＋ｚ側）の上方物ＴＡの垂直角度を導出する。
【0122】
次に、垂直角度を導出する際に用いられる送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の組み合わせと、受信信号ＲＳとについて説明する。
【0123】
図１３は、第２区間Ｔｘ１１における送信アンテナ１１の各送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）と、受信アンテナ１２の各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）とに対応する受信信号ＲＳの各受信信号（ＲＳ１〜ＲＳ１６）を示す表である。図１３には、縦軸に送信アンテナ１１ａ〜１１ｄが示され、横軸に受信アンテナ１２ａ〜１２ｄが示されている。そして、図１３には、各送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）と各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）とに対応する各受信信号（ＲＳ１〜ＲＳ１６）が示されている。つまり、図１３には、受信信号ＲＳが、どの受信アンテナに受信された反射波に基づく信号かが示されている。言い換えると、受信信号ＲＳがどの送信アンテナから出力された送信波に基づく受信信号かが示されている。例えば、受信信号ＲＳ１は、受信アンテナ１２ａに受信された反射波に基づく受信信号である。受信信号ＲＳ１は、送信アンテナ１１ａから出力された送信波が物標に反射した反射波に基づく信号である。また、受信信号ＲＳ２は、受信アンテナ１２ｂに受信された反射波に基づく受信信号である。受信信号ＲＳ５は、送信アンテナ１１ｂから出力された送信波が物標に反射した反射波に基づく信号である。
【0124】
図１３には、４本の送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）と４本の受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）とに対応する１６個の受信信号（ＲＳ１〜ＲＳ１６）が示されている。つまり、第２区間Ｔｘ１１の間に受信された受信信号が示されている。垂直角度導出部１８１は、受信信号として、「ＲＳ５、ＲＳ９、ＲＳ１３」を一つの組とし、その他の３つの組を生成する。つまり、垂直角度導出部１８ｅは、「ＲＳ６、ＲＳ１０、ＲＳ１４」、「ＲＳ７、ＲＳ１１、ＲＳ１５」、「ＲＳ８、ＲＳ１２、ＲＳ１６」の３つの組を生成する。そして、垂直角度導出部１８ｅは、所定の角度推定方式を用いて、１つの組の３つの受信信号ＲＳの位相差から略同一の縦距離に位置する２つの物標の垂直角度を導出する。
【0125】
例えば、垂直角度導出部１８ｅは、角度推定方式であるＥＳＰＲＩＴを用いて、「ＲＳ５、ＲＳ９、ＲＳ１３」の位相差から例えば、上方物ＴＡの垂直角度を導出する。なお、垂直角度は、４つの組のそれぞれから導出される。そのため、垂直角度導出部１８１は、４つの組の垂直角度を平均した値を上方物ＴＡの垂直角度φとして導出する。そして、上方物ＴＡの垂直角度φと上方物ＴＡの縦距離の情報から三角関数を用いた演算により、上方物ＴＡの路面に対する垂直方向の高さが導出される。レーダ装置１０は、上方物ＴＡの水平方向の位置と、垂直方向の高さと、相対速度との情報を含む物標情報を車両制御装置２０に出力する。
【0126】
なお、上述の垂直角度と同様に、水平角度も複数の受信信号ＲＳの位相差から導出される。図１４は、第１区間Ｔｘ１０および第２区間Ｔｘ１１における送信アンテナ１１の各送信アンテナ（１１ａ〜１１ｄ）と、受信アンテナ１２の各受信アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）とに対応する受信信号ＲＳの各受信信号（ＲＳ１〜ＲＳ１６）を示す表である。詳細には、図１４の上段には、縦軸に送信アンテナ１１ａ、１１ｃが示され、横軸に受信アンテナ１２ａ〜１２ｄが示されている。図１４上段の表中には、各受信信号（Ｒ１〜Ｒ８）が示されている。また、図１４の下段には、縦軸に送信アンテナ１１ａ〜１１ｄが示され、横軸に受信アンテナ１２ａ〜１２ｄが示されている。図１４下段の表中には、各受信信号（Ｒ１〜Ｒ１６）が示されている。
【0127】
図１４の上段の各受信信号（Ｒ１〜Ｒ８）は、第１区間Ｔｘ１０の間に受信された信号である。水平角度導出部１８ｃは、「ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３、ＲＳ４」を一つの組とし、「ＲＳ５、ＲＳ６、ＲＳ７、ＲＳ８」を別の組として２つの組を生成する。水平角度導出部１８ｃは、所定の角度推定方式を用いて、１つの組の４つの受信信号の位相差から例えば、上方物ＴＡの水平角度を導出する。
【0128】
水平角度導出部１８ｃは、角度推定方式であるＥＳＰＲＩＴを用いて、「ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３、ＲＳ４」の位相差から、上方物ＴＡの水平角度を導出する。その結果、上方物ＴＡは送信アンテナ１１ａの送信範囲の角度に存在することとなる。
【0129】
ここで、上方物ＴＡの位置によっては、上方物ＴＡが、送信アンテナ１１ａの送信範囲Ｔｒ１のみに含まれている場合と、送信範囲Ｔｒ１と送信アンテナ１１ｃの送信範囲Ｔｒ３とに含まれる場合とがある。上方物ＴＡが送信範囲Ｔｒ１のみに含まれるのは例えば次の場合である。上方物ＴＡと車両ＣＲとの距離が比較的近い距離（例えば、30ｍ）で、車両ＣＲの斜め右（第２基準軸Ｃｅの水平角度＋35度）に位置する場合である。また、上方物ＴＡが送信範囲Ｔｒ１およびＴｒ３に含まれるのは例えば次の場合である。上方物ＴＡと車両ＣＲとの距離が比較的近い距離（例えば、30ｍ）で、車両ＣＲの真正面（第２基準軸Ｃｅの水平角度±0度）に位置する場合である。
【0130】
また、上方物ＴＡの水平角度は、受信アンテナ１２の各アンテナ（１２ａ〜１２ｄ）が受信する受信信号の位相差に基づき導出される。例えば、受信アンテナ１２ａを基準のアンテナとした場合、受信アンテナ１２ａと１２ｂとの位相差に基づき上方物ＴＡの水平角度が導出される。そして、上方物ＴＡが、送信範囲Ｔｒ１のみに含まれる場合の受信アンテナ１２ａと１２ｂとの位相差を0ｄｅｇとする。また、上方物ＴＡが、送信範囲Ｔｒ１およびＴｒ３に含まれる場合の受信アンテナ１２ａと１２ｂとの位相差を360ｄｅｇとする。この場合、位相差360ｄｅｇは、位相が折り返すことで、位相差0ｄｅｇと等しくなる。その結果、上方物ＴＡが車両ＣＲの真正面（水平角度±0度）に存在するのか、車両ＣＲの斜め右（水平角度+35度）に存在するのかが判定できない。
【0131】
このような位相の折り返しによる水平角度の誤検出を防止するため、送信波の出力方向が水平方向で左右にずれている送信アンテナ１１ａおよび１１ｃを用いて物標の正確な角度を導出する。例えば、送信アンテナ１１ａのＦＦＴデータのピーク信号がある周波数(例えば、100kHz)で導出されている。このピーク信号の位相差は0ｄｅｇである。これに対して、送信アンテナ１１ｃのＦＦＴデータのピーク信号がある周波数（100kHz）で導出されている。しかし、このピーク信号の位相差が0ｄｅｇでない場合、上方物ＴＡは、送信範囲Ｔｒ１にのみ存在することとなる。つまり、送信アンテナ１１ａの送信範囲Ｔｒ１でのみ上方物ＴＡが導出されている場合、上方物ＴＡは水平角度＋35度に存在することとなる。
【0132】
また、送信アンテナ１１ａのＦＦＴデータのピーク信号がある周波数（100kHz）で導出されている。このピーク信号の位相差は0ｄｅｇである。そして、送信アンテナ１１ｃのＦＦＴデータのピーク信号がある周波数(100KHz)で導出されている。このピーク信号の位相差は0ｄｅｇである。このような場合、上方物ＴＡは、送信範囲Ｔｒ１および送信範囲Ｔｒ３に存在することとなる。つまり、送信アンテナ１１ａの送信範囲Ｔｒ１、および、送信アンテナ１１ｃの送信範囲Ｔｒ３でのみ上方物ＴＡが導出されている場合、上方物ＴＡは、水平角度±0度に存在することとなる。このように、レーダ装置１０は、送信範囲の異なる複数の送信アンテナを用いて位相の折り返しによる物標の水平角度の誤検出を防止し、物標の正確な水平角度を導出する。
【0133】
また、図１４の下段の各受信信号（Ｒ１〜Ｒ１６）は、第２区間Ｔｘ１１の間に受信された受信信号である。水平角度導出部１８ｃは、「ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３、ＲＳ４」を一つの組とし、その他の３つの組を生成する。つまり、水平角度導出部１８ｃは、「ＲＳ５、ＲＳ６、ＲＳ７、ＲＳ８」、「ＲＳ９、ＲＳ１０、ＲＳ１１、ＲＳ１２」、「ＲＳ１３、ＲＳ１４、ＲＳ１５、ＲＳ１６」の３つの組を生成する。水平角度導出部１８ｃは、所定の角度推定方式を用いて、１つの組の４つの受信信号の位相差から上方物ＴＡの水平角度を導出する。例えば、水平角度導出部１８ｃは、角度推定方式であるＥＳＰＲＩＴを用いて、「ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３、ＲＳ４」の位相差から上方物ＴＡの水平角度を導出する。なお、水平角度は、４つの組のそれぞれから導出される。そのため、水平角度導出部１８ｃは、４つの組の水平角度を平均した値を上方物ＴＡの水平角度として導出する。
【0134】
なお、上記と同様にレーダ装置１０は、送信範囲の異なる複数の送信アンテナを用いて位相の折り返しによる物標の水平角度の誤検出を防止し、正確な水平角度を導出する。
【0135】
なお、図１３および図１４に示した受信信号により、水平角度導出部１８ｃは、物標の水平方向の角度を導出する。例えば水平角度導出部１８ｃは、前方車両および上方物ＴＡの水平方向の角度を導出する。垂直角度導出部１８ｅは、物標の垂直方向の角度を導出する。例えば垂直角度導出部１８ｅは、前方車両および上方物ＴＡの垂直方向の角度を導出する。
【0136】
＜３．処理フローチャート＞次に図１６を用いてレーダ装置１０の処理を説明する。図１６は、レーダ装置１０の処理フローチャートである。レーダ装置１０のフーリエ変換部１８ａは、ＡＤ変換器１４から出力されたデジタル信号を高速フーリエ変換して周波数ごとの信号に分解する（ステップＳ１０１）。
【0137】
水平角度導出部１８ｃは、水平角度を所定の角度推定方式を用いて導出する（ステップＳ１０２）。距離・相対速度導出部１８ｄは、ピーク信号をペアリングしてペアデータに対応する物標の縦距離および相対速度を導出する（ステップＳ１０３）。
【0138】
垂直角度導出部１８ｅは、物標の路面に対する垂直方向の角度を導出する（ステップＳ１０４）。信号処理部１８は、物標情報を車両制御装置２０に出力する（ステップＳ１０５）。ここで、ステップＳ１０２およびＳ１０３で導出した物標のうち、ステップＳ１０４で導出した垂直方向角度から上方物ＴＡと判定された物標はＡＣＣ制御、および、ＰＣＳ制御の制御対象外となる。そのため、レーダ装置１０は、上方物ＴＡを除外した物標情報を車両制御装置２０に出力する。これにより、レーダ装置１０は、物標の路面に対する水平方向の位置、および、垂直方向の高さを導出できる。
【0139】
＜変形例＞以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、このような変形例について説明する。なお、上記実施の形態で説明した形態、および、以下で説明する形態を含む全ての形態は、適宜に組み合わせ可能である。
【0140】
上記実施の形態において、アンテナ１０１の誘電体基板１０２、送信アンテナ１１、および、受信アンテナ１２の長さおよび幅の値は一例であり、別の値であってもよい。
【0141】
また、上記実施の形態において、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の本数を各４本として説明したが、送信アンテナ１１の本数、および、受信アンテナ１２の本数は４本以外の複数本であってもよい。
【0142】
また、上記実施の形態において、第１区間Ｔｘ１０では、送信アンテナ１１ａ、送信アンテナ１１ｃの順で送信波が出力されると説明した。第２区間Ｔｘ１１では、送信アンテナ１１ａ、送信アンテナ１１ｂ、送信アンテナ１１ｃ、送信アンテナ１１ｄの順で送信波が出力されると説明した。ここで、第１区間Ｔｘ１０および第２区間Ｔｘ１１の送信波の出力順は一例である。別の例として例えば、第１区間Ｔｘ１０では、送信アンテナ１１ｃ、送信アンテナ１１ａの順で送信波が出力してもよい。第２区間Ｔｘ１１では、送信アンテナ１１ａ、送信アンテナ１１ｄ、送信アンテナ１１ｃ、送信アンテナ１１ｂの順で送信波を出力してもよい。つまり、物標の水平方向の位置および垂直方向の高さが導出できる順序であれば、送信アンテナ１１から送信波を出力する順序はどの順序であってもよい。
【0143】
また、上記実施の形態において、送信範囲Ｔｒ１〜Ｔｒ４の範囲について、基準軸Ｃｅを±0°とする角度を具体的な値で示して説明した。ここで角度の値は一例であり、角度の値は他の値であってもよい。
【0144】
また、上記実施の形態において、第１区間Ｔｘ１０から次の区間である第２区間Ｔｘ１１への送信アンテナ１１ｃから１１ａへの切替えは、時刻ｔ３〜ｔ３ａの間に行われると説明した。言い換えると、送信アンテナ１１ｃから１１ａへの切替えは、第１区間Ｔｘ１０の物標導出処理が終了した後に行われると説明した。これに対して送信アンテナ１１ｃから１１ａの切替えを時刻ｔ２から所定時間内に行うようにしてもよい。つまり、第１処理区間Ｔｘ５の処理が開始される前に送信アンテナ１１ｃから１１ａへの切替えを行ってもよい。また、第２区間Ｔｘ１１から次の区間である第１区間Ｔｘ１０への送信アンテナ１１ｄから１１ａへの切替えは、時刻ｔ８〜ｔ８ａの間に行われると説明した。言い換えると、送信アンテナの１１ｄから１１ａへの切替えは、第２区間Ｔｘ１１の物標導出処理が終了した後に行われると説明した。これに対して送信アンテナ１１ｄから１１ａの切替えを時刻ｔ７から所定時間内に行うようにしてもよい。つまり、第２処理区間Ｔｘ５ａの処理が開始される前に送信アンテナ１１ｄから１１ａへの切替えを行ってもよい。また、上記の実施の形態において、レーダ装置１０が用いる角度推定方式はＥＳＰＲＩＴを例に説明した。しかしこれ以外にもＤＢＦ（Digital Beam Forming)、ＰＲＩＳＭ（Propagator method based on an Improved Spatial-smoothing Matrix)、および、ＭＵＳＩＣ(Multiple Signal Classification)などのうちいずれか一の角度推定方式を用いてもよい。
【0145】
また、上記実施の形態において、レーダ装置１０は、車両ＣＲ以外の他の機器に用いられてもよい。レーダ装置１０は、例えば航空機および船舶のいずれか１つに用いられてもよい。
【符号の説明】
【0146】
１・・・・・車両制御システム１０・・・・レーダ装置
１１・・・・送信アンテナ
１２・・・・受信アンテナ
１３・・・・ミキサ
１４・・・・ＡＤ変換器
１５・・・・信号生成部
１６・・・・発振器１６
１７・・・・スイッチ
１８・・・・信号処理部