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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】P2024138742
(43)【公開日】2024-10-09
(54)【発明の名称】レーダ装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/02 20060101AFI20241002BHJP
G01S 13/931 20200101ALN20241002BHJP
【ＦＩ】
G01S7/02 216
G01S13/931
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023049396
(22)【出願日】2023-03-27
(71)【出願人】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】391045897
【氏名又は名称】古河ＡＳ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100114292
【弁理士】
【氏名又は名称】来間 清志
(74)【代理人】
【識別番号】100145713
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 竜太
(72)【発明者】
【氏名】井上 大輔
(72)【発明者】
【氏名】山村 隆介
(72)【発明者】
【氏名】中山 裕次郎
【テーマコード（参考）】
5J070
【Ｆターム（参考）】
5J070AB17
5J070AC02
5J070AC06
5J070AC11
5J070AD05
5J070AD10
5J070AF03
5J070AH31
5J070AH35
5J070AK22
(57)【要約】
【課題】地表面に対して平行な方向及びその方向に直交する方向の少なくとも１つの方向におけるアンビギュイティの発生を抑えるとともに分解能を高めつつ、効率的に角度処理を行うことができるレーダ装置を提供すること。
【解決手段】レーダ装置１は、直列に給電されるアレーアンテナである複数の送信アンテナ３１及び同数の受信アンテナ３２等を備え、複数の送信側実在アレー系列３１０及び複数の受信側実在アレー系列３２０は、アレーアンテナの給電方向Ｙ２及び給電直交方向Ｘ２とは異なる方向に略直線状に配列され、複数の送信側実在アレー系列３１０と複数の受信側実在アレー系列３２０との配列とは、地表面Ｇに対して略平行な平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１の何れかの方向に延びる仮想線Ｌを中心に略対称となるように配置され、仮想アレー系列３４は、平行方向Ｘ１と地表面直交方向Ｙ１に格子状に千鳥配列で並ぶように配列される。
【選択図】図４Ａ
【解決手段】レーダ装置１は、直列に給電されるアレーアンテナである複数の送信アンテナ３１及び同数の受信アンテナ３２等を備え、複数の送信側実在アレー系列３１０及び複数の受信側実在アレー系列３２０は、アレーアンテナの給電方向Ｙ２及び給電直交方向Ｘ２とは異なる方向に略直線状に配列され、複数の送信側実在アレー系列３１０と複数の受信側実在アレー系列３２０との配列とは、地表面Ｇに対して略平行な平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１の何れかの方向に延びる仮想線Ｌを中心に略対称となるように配置され、仮想アレー系列３４は、平行方向Ｘ１と地表面直交方向Ｙ１に格子状に千鳥配列で並ぶように配列される。
【選択図】図４Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
信号を送受信するとともに受信信号を処理することで、点群を取得し、物標を検出するレーダ装置であって、
直列に給電されるアレーアンテナである複数の送信アンテナと、
直列に給電されるアレーアンテナであり、前記複数の前記送信アンテナと同数の受信アンテナと、
取得した受信信号に基づいて距離毎に角度処理を行う処理部と、を備え、
複数の前記送信アンテナそれぞれの位相中心である複数の送信側実在アレー系列は、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが配置される信号の送受信面において、前記アレーアンテナの給電方向と該給電方向に対して直交する第１直交方向とは異なる方向に略直線状に配列され、
複数の前記受信アンテナそれぞれの位相中心である複数の受信側実在アレー系列は、前記送受信面において、前記給電方向と前記第１直交方向とは異なる方向に略直線状に配列され、
複数の前記送信側実在アレー系列によって形成される配列と複数の前記受信側実在アレー系列によって形成される配列とは、地表面に対して略平行な平行方向と前記平行方向に対して直交する第２直交方向の何れかの方向に延びる仮想線を中心に略対称となるように配置され、
複数の送信側実在アレー系列と、複数の受信側実在アレー系列と、に基づいて複数の仮想アレー系列が形成され、
全ての前記仮想アレー系列は、前記送受信面において、互いに間隔を空け、前記平行方向と前記第２直交方向に格子状に千鳥配列で並ぶように配列され、
前記処理部は、前記平行方向及び前記第２直交方向のうちの何れか一方の方向において少なくとも最も多くの前記仮想アレー系列が並ぶ配列に対して角度処理を行い、その角度処理の結果を用いて他方の方向における角度処理を実行するレーダ装置。
直列に給電されるアレーアンテナである複数の送信アンテナと、
直列に給電されるアレーアンテナであり、前記複数の前記送信アンテナと同数の受信アンテナと、
取得した受信信号に基づいて距離毎に角度処理を行う処理部と、を備え、
複数の前記送信アンテナそれぞれの位相中心である複数の送信側実在アレー系列は、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが配置される信号の送受信面において、前記アレーアンテナの給電方向と該給電方向に対して直交する第１直交方向とは異なる方向に略直線状に配列され、
複数の前記受信アンテナそれぞれの位相中心である複数の受信側実在アレー系列は、前記送受信面において、前記給電方向と前記第１直交方向とは異なる方向に略直線状に配列され、
複数の前記送信側実在アレー系列によって形成される配列と複数の前記受信側実在アレー系列によって形成される配列とは、地表面に対して略平行な平行方向と前記平行方向に対して直交する第２直交方向の何れかの方向に延びる仮想線を中心に略対称となるように配置され、
複数の送信側実在アレー系列と、複数の受信側実在アレー系列と、に基づいて複数の仮想アレー系列が形成され、
全ての前記仮想アレー系列は、前記送受信面において、互いに間隔を空け、前記平行方向と前記第２直交方向に格子状に千鳥配列で並ぶように配列され、
前記処理部は、前記平行方向及び前記第２直交方向のうちの何れか一方の方向において少なくとも最も多くの前記仮想アレー系列が並ぶ配列に対して角度処理を行い、その角度処理の結果を用いて他方の方向における角度処理を実行するレーダ装置。
【請求項2】
複数の前記送信側実在アレー系列が並ぶ方向は、複数の前記受信側実在アレー系列が並ぶ方向と直交しない請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項3】
互いに最も離れた位置に配置される前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の領域には、前記送信アンテナ用と前記受信アンテナ用のチャンネルを有するＩＣの少なくとも一部又は該ＩＣのフットプリントが含まれる請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項4】
前記給電方向において隣接する前記仮想アレー系列同士の間隔は、前記第１直交方向において隣接する前記仮想アレー系列同士の間隔よりも大きい請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項5】
前記処理部による前記仮想アレー系列を用いた角度処理では、グレーティングローブが前記平行方向と異なる方向に発生する請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項6】
複数の前記送信側実在アレー系列によって形成される配列において隣接する前記送信側実在アレー系列同士の間隔のうち少なくとも１つの間隔が異なり、
複数の前記受信側実在アレー系列によって形成される配列において隣接する前記受信側実在アレー系列同士の間隔のうち少なくとも１つの間隔が異なる請求項１に記載のレーダ装置。
複数の前記受信側実在アレー系列によって形成される配列において隣接する前記受信側実在アレー系列同士の間隔のうち少なくとも１つの間隔が異なる請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項7】
前記処理部は、角度処理で発生する最も高いピークと該ピークに対するグレーティングローブの方向との関係性を記憶する記憶部と、
前記記憶部によって記憶された前記関係性に基づいて前記グレーティングローブが存在する方向を推定する推定部と、を有し、
推定した前記方向におけるピークを前記グレーティングローブと判定し、削除する請求項６に記載のレーダ装置。
前記記憶部によって記憶された前記関係性に基づいて前記グレーティングローブが存在する方向を推定する推定部と、を有し、
推定した前記方向におけるピークを前記グレーティングローブと判定し、削除する請求項６に記載のレーダ装置。
【請求項8】
前記処理部は、少なくとも地表面との距離を含む地表面情報を記憶する記憶部を有し、
グレーティングローブにて発生する角度アンビギュイティに対して、前記地表面情報に基づいて、距離毎に真の角度を判断する請求項１～７のいずれか１項に記載のレーダ装置。
グレーティングローブにて発生する角度アンビギュイティに対して、前記地表面情報に基づいて、距離毎に真の角度を判断する請求項１～７のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項9】
前記処理部は、前記仮想アレー系列を用いた角度処理において、窓関数を適用しない請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項10】
複数の前記送信アンテナと複数の前記受信アンテナとが対向する側の領域に配置される給電線と、複数の前記送信アンテナ及び複数の前記受信アンテナの前記給電線が配置される領域とは反対側の領域に配置される基板の切り欠き、ネジ、又はレドム側面の少なくともいずれか１つと、をさらに備える請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項11】
複数の前記送信アンテナそれぞれは、そのアレーアンテナの給電線路が前記給電方向に対して同じ方向に傾いて延び、
複数の前記受信アンテナそれぞれは、そのアレーアンテナの給電線路が前記給電方向に対して同じ方向に傾いて延びる請求項１に記載のレーダ装置。
複数の前記受信アンテナそれぞれは、そのアレーアンテナの給電線路が前記給電方向に対して同じ方向に傾いて延びる請求項１に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーダ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、路上走行を行う一般自動車以外のモビリティにおいても、安全運転支援、自動運転化の重要性が高まっている。例えば、採掘現場における特殊車両、工事や工場内の運搬のための作業車、農場で使用される農業機械等の様々なモビリティの高度化が進んでいる。また、モビリティではなくインフラ側の高度化として、例えば交通流の測定や河川の流速等の計測等の用途でも実装が増えつつある。これらに対応すべく様々な形態のセンサが検討されており、レーダセンサもその一つである。
【0003】
例えば特許文献１には、自動車用のＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｏｕｔｐｕｔ）レーダセンサとして、基板中央領域にＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ、モノリシックマイクロ波集積回路）などの部品とその周辺全周を囲むようにアンテナが配置されるレーダ装置が記載されている。特許文献２には、大型化を抑制するレーダセンサとして、規定される４象限に受信アンテナを配置し、鉛直方向と水平方向に仮想アンテナを構成するレーダ装置が記載されている。特許文献３には、二次元方向を低い処理負荷で検出するレーダとして、２軸のアレーアンテナに加え、３軸目の仮想アレーアンテナを形成する技術が記載されている。特許文献４には、自動車用途ではなく、河川、工業、農業用水路、溜め池、水際から離隔した位置から水面における水面水位と水面流速を計測するレーダ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特表２０２１－５２４０３０号公報
【特許文献2】特開２０２０－０２０７２０号公報
【特許文献3】特開２０２１－０１８０９７号公報
【特許文献4】特開２０１５－１１１０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載の装置では、アレーアンテナの給電方向、長手方向にアレー配列が配置されることで、その方向での大型化やアンビギュイティが起りうる。また、略長方形からなるＭＩＭＯアンテナのアレー配置の対角方向が地表面に対して平行な方向又はその方向に直交する方向ではなく、それらの方向にアレー配置の最大開口を形成できず、例えば地表面に対して平行な方向等の角度分解能を向上させる余地がある。特許文献２では、受信アンテナのレイアウトが直線的ではないため、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）との給電線路の引き回しにて、一部給電線路が長くなり、損失が大きくなる箇所が発生しうる。また、２方向における１次元角度検知であるため、複数のターゲットに対して各々の情報のマッチングが困難である。特許文献３では、仮想的に新たに設けるアンテナは３軸目方向のみ、角度検出もその方向のみである。また特許文献３では、信頼度確保のため、実在アンテナのアレー配置方向による角度検知の後、仮想アンテナでの角度検知を実行しており角度処理が重複している。特許文献４では、自動車以外の用途として河川等での計測の検討を示しているが、レーダ構成の詳細としてアンテナに関する好適な配置等の事例は開示されていない。
【0006】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、地表面に対して平行な方向及びその方向に直交する方向の少なくとも１つの方向におけるアンビギュイティの発生を抑えるとともに分解能を高めつつ、効率的に角度処理を行うことができるレーダ装置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】
【0007】
（１）レーダ装置は、信号を送受信するとともに受信信号を処理することで、点群を取得し、物標を検出するレーダ装置であって、直列に給電されるアレーアンテナである複数の送信アンテナと、直列に給電されるアレーアンテナであり、前記複数の前記送信アンテナと同数の受信アンテナと、取得した前記受信信号に基づいて距離毎に角度処理を行う処理部と、を備え、複数の前記送信アンテナそれぞれの位相中心である複数の送信側実在アレー系列は、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが配置される信号の送受信面において、前記アレーアンテナの給電方向と該給電方向に対して直交する第１直交方向とは異なる方向に略直線状に配列され、複数の前記受信アンテナそれぞれの位相中心である複数の受信側実在アレー系列は、前記送受信面において、前記給電方向と前記第１直交方向とは異なる方向に略直線状に配列され、複数の前記送信側実在アレー系列によって形成される配列と複数の前記受信側実在アレー系列によって形成される配列とは、地表面に対して略平行な平行方向と前記平行方向に対して直交する第２直交方向の何れかの方向に延びる仮想線を中心に略対称となるように配置され、複数の送信側実在アレー系列と、複数の受信側実在アレー系列と、に基づいて複数の仮想アレー系列が形成され、全ての前記仮想アレー系列は、前記送受信面において、互いに間隔を空け、前記平行方向と前記第２直交方向に格子状に千鳥配列で並ぶように配列され、前記処理部は、前記平行方向及び前記第２直交方向のうちの何れか一方の方向において少なくとも最も多くの前記仮想アレー系列が並ぶ配列に対して角度処理を行い、その角度処理の結果を用いて他方の方向における角度処理を実行するレーダ装置。
【0008】
（２）（１）に記載のレーダ装置において、複数の前記送信側実在アレー系列が並ぶ方向は、複数の前記受信側実在アレー系列が並ぶ方向と直交しない。
【0009】
（３）（１）又は（２）に記載のレーダ装置において、互いに最も離れた位置に配置される前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の領域には、前記送信アンテナ用と前記受信アンテナ用のチャンネルを有するＩＣの少なくとも一部又は該ＩＣのフットプリントが含まれる。
【0010】
（４）（１）～（３）のいずれか１つに記載のレーダ装置において、前記給電方向において隣接する前記仮想アレー系列同士の間隔は、前記第１直交方向において隣接する前記仮想アレー系列同士の間隔よりも大きい。
【0011】
（５）（１）～（４）のいずれか１つに記載のレーダ装置において、前記処理部による前記仮想アレー系列を用いた角度処理では、グレーティングローブが前記平行方向と異なる方向に発生する。
【0012】
（６）（１）～（５）のいずれか１つに記載のレーダ装置において、複数の前記送信側実在アレー系列によって形成される配列において隣接する前記送信側実在アレー系列同士の間隔のうち少なくとも１つの間隔が異なり、複数の前記受信側実在アレー系列によって形成される配列において隣接する前記受信側実在アレー系列同士の間隔のうち少なくとも１つの間隔が異なる。
【0013】
（７）（１）～（６）のいずれか１つに記載のレーダ装置において、前記処理部は、角度処理で発生する最も高いピークと該ピークに対するグレーティングローブの方向との関係性を記憶する記憶部と、前記記憶部によって記憶された前記関係性に基づいて前記グレーティングローブが存在する方向を推定する推定部と、を有し、推定した前記方向におけるピークを前記グレーティングローブと判定し、削除する。
【0014】
（８）（１）～（７）のいずれか１つに記載のレーダ装置において、前記処理部は、少なくとも地表面との距離を含む地表面情報を記憶する記憶部を有し、グレーティングローブにて発生する角度アンビギュイティに対して、前記地表面情報に基づいて、距離毎に真の角度を判断する。
【0015】
（９）（１）～（８）のいずれか１つに記載のレーダ装置において、前記処理部は、前記仮想アレー系列を用いた角度処理において、窓関数を適用しない。
【0016】
（１０）（１）～（９）のいずれか１つに記載のレーダ装置において、複数の前記送信アンテナと複数の前記受信アンテナとが対向する側の領域に配置される給電線と、複数の前記送信アンテナ及び複数の前記受信アンテナの前記給電線が配置される領域とは反対側の領域に配置される基板の切り欠き、ネジ、又はレドム側面の少なくともいずれか１つと、をさらに備える。
【0017】
（１１）（１）～（１０）のいずれか１つに記載のレーダ装置において、複数の前記送信アンテナそれぞれは、そのアレーアンテナの給電線路が前記給電方向に対して同じ方向に傾いて延び、複数の前記受信アンテナそれぞれは、そのアレーアンテナの給電線路が前記給電方向に対して同じ方向に傾いて延びる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、地表面に対して平行な方向及びその方向に直交する方向の少なくとも１つの方向におけるアンビギュイティの発生を抑えるとともに分解能を高めつつ、効率的に角度処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】一実施形態に係るレーダ装置のハードウェアの構成を示すブロック図である。
【図2A】走行する車両に搭載されたレーダ装置を示す模式図である。
【図3A】検出対象物の上方に固定設置されたレーダ装置を示す模式図である。
【図4A】第１実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部の構成を示す模式図である。
【図4B】第１実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部の各受信アンテナ及び送信アンテナの位相中心を示す模式図である。
【図4C】第１実施形態に係るレーダ装置の仮想アレー系列の分布を示す模式図である。
【図5A】１次元での角度処理を実施して得られる水平方向のスペクトラムを示すグラフである。
【図5B】２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られた仰俯角のピークにおける水平角方向のスペクトラムを示すグラフである。
【図6A】地表面に対して平行な平行方向及び該平行方向に直交する地表面直交方向に並列される仮想アレー系列の分布を示す模式図である。
【図7B】図６Ａに示す仮想アレー系列を形成するレーダ装置で取得した信号に対して窓関数を適用して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる仰俯角のピークにおける水平角方向のスペクトラムを示すグラフである。
【図7C】図ｄＡに示す仮想アレー系列を形成するレーダ装置で取得した信号に対して窓関数を適用して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる水平角のピークにおける仰俯角方向のスペクトラムを示すグラフである。
【図8A】第１実施形態に係るレーダ装置で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像である。
【図8B】第１実施形態に係るレーダ装置で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる仰俯角のピークにおける水平角方向のスペクトラムを示すグラフである。
【図8C】第１実施形態に係るレーダ装置で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる水平角のピークにおける仰俯角方向のスペクトラムを示すグラフである。
【図9A】第２実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部の構成を示す模式図である。
【図9B】第２実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部の各受信アンテナ及び送信アンテナの位相相中心を示す模式図である。
【図9C】第２実施形態に係るレーダ装置の仮想アレー系列の分布を示す模式図である。
【図10A】第２実施形態に係るレーダ装置で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像である。
【図10B】第２実施形態に係るレーダ装置で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる水平角のピークにおける地方向のスペクトラムを示すグラフである。
【図13A】第３実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部の構成を示す模式図である。
【図13B】第３実施形態に係るレーダ装置の仮想アレー系列の分布を示す模式図である。
【図13C】第３実施形態に係るレーダ装置と地表面の位置関係と、第３実施形態に係るレーダ装置で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像における地表面の位置とを示す模式図である。
【図14A】第４実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部の構成を示す模式図である。
【図14B】第４実施形態に係るレーダ装置の仮想アレー系列の分布を示す模式図である。
【図14C】第４実施形態に係るレーダ装置で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像である。
【図15】第５実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部のアンテナ素子の配置を示す模式図である。
【図16】第６実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部の配列を示す模式図である。
【図17】第７実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部とＩＣとの位置関係を示す模式図である。
【図18】第８実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部とＩＣとの位置関係を示す模式図である。
【図19】第９実施形態に係るレーダ装置のアンテナ部と給電線とレドム等の位置関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0021】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係るレーダ装置１は、電磁波を送受信により周囲の物体を点群として取得する。図１は、レーダ装置１の構成例を示す図である。また、以下で示すレーダ構成は一例であってこれに限るものではない。
第１実施形態に係るレーダ装置１は、電磁波を送受信により周囲の物体を点群として取得する。図１は、レーダ装置１の構成例を示す図である。また、以下で示すレーダ構成は一例であってこれに限るものではない。
【0022】
レーダ装置１は、局部発振部１０と、変調部２０と、アンテナ部３０と、復調部４０と、ＡＤコンバータ５０と、処理部６０と、を備える。これらのいくつかがＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）内部に一体的にくみこまれていても良い。
【0023】
局部発振部１０は、所定の周波数の信号を生成して変調部２０に供給する。
【0024】
変調部２０は、局部発振部１０から供給される所定の周波数の局発信号を変調してアンテナ部３０に供給する。なお、周波数変調等の他の方式として、パルス変調や位相変調や多値変調等様々な変調を行うようにしてもよい。
【0025】
アンテナ部３０は、電磁波を送信する複数の送信アンテナ３１と、複数の送信アンテナ３１が送信した電磁波の物体７０による反射波を受信する複数の受信アンテナ３２によって構成される。アンテナ部３０は、変調部２０から供給される周波数変調信号を電磁波としての周囲に向けて送信するとともに、周囲の物体７０によって反射された反射信号を捕捉し、電気信号に変換する。アンテナ部３０の構成の詳細については後述する。
【0026】
アンテナ部３０からの電気信号は、増幅部（図示省略）によって電力が増幅され、復調部に供給される。復調部４０は、増幅部から供給される電気信号を局部発振部１０から供給される局発信号を用いて復調し、ＡＤコンバータ５０に供給する。
【0027】
ＡＤコンバータ５０は、復調部４０から供給される電気信号を所定の周期でサンプリングし、デジタル信号に変換して処理部６０に供給する。
【0028】
処理部６０は、ＡＤコンバータ５０から供給されるデジタル信号となった受信信号を内部処理することで点群を取得し、物標を検出する。処理部６０は、内部処理として距離処理、速度処理、角度処理を実行し、位置情報が特定された点群を取得する。また処理部６０は、距離や角度等の位置情報が特定された点群を物標化する処理を実行する。
【0029】
処理部６０によって実行される距離処理は、送信波と反射波の周波数差から物体７０までの距離に相当する距離データを複数の測定期間それぞれにおいて求める処理である。速度処理は、複数の測定期間それぞれで繰り返し求めた複数の距離データを処理することで物体７０の速度に相当する情報を求める処理である。この処理によってデジタル信号は、レーダ装置１からの距離と相対速度が特定されたいわゆるレンジドップラと言われる信号となる。即ち、デジタル信号となった受信信号は、後に距離処理によって距離毎信号となる。そして繰り返し取得した複数の距離毎信号は、速度処理によって距離速度毎信号となる。これらの処理により、各距離、各相対速度における信号の取得が可能であり、異なる距離、速度における信号は独立に認識できるため、この成分での分離検出は通常可能である。一方で、同一距離・速度においては、信号分離が困難である。これに対して角度軸での分離検出する角度処理が必要となる。処理部６０が実施する角度処理の詳細については後述する。
【0030】
ここで、本発明のレーダ装置１の適用事例に関して図２Ａ～図２Ｄを参照しながら説明する。図２Ａは、走行するモビリティに搭載されたレーダ装置１を示す模式図である。矢印Ｄは車両の走行方向を示している。図２Ｂは、図２Ａに示すレーダ装置１の地表面Ｇ上において異なる位置に存在する２つの物体７１、７２を示す模式図である。図２Ｃは、図２Ａに示すレーダ装置１から見た地表面直交方向Ｙ１における異なる位置に存在する２つの物体７１、７２を示す模式図である。図２Ｄは、図２Ａに示すレーダ装置１から見た地表面Ｇから斜め方向における異なる位置に存在する２つの物体７１、７２を示す模式図である。なお、本明細書では、平行方向Ｘ１は、レーダ装置１にあってアンテナ部３０が配置される送受信面３３において地表面Ｇに対して平行な方向であり、地表面直交方向（第２直交方向）Ｙ１は、送受信面３３において平行方向Ｘ１に直交する方向である。また、本明細書において地表面Ｇとは、地面や路面だけでなく建物の床面や水面など、計測において鉛直下側の境界をさすものとする。
【0031】
本発明のレーダ装置１は、地表面Ｇに対して平行となる平行方向Ｘ１と、レーダ装置１の送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２が配置される送受信面３３において該平行方向Ｘ１に直交する地表面直交方向Ｙ１、即ち地表面Ｇに直交する方向又はそれに近い方向で性能の最大化を目指すものである。
【0032】
本発明のレーダ装置１の適用事例として、自動車や建設機械や農業機械や小型モビリティ等、自走するモビリティへの設置により、衝突防止のための周辺障害物の検知や自己位置推定や地図作成のための周辺状況把握等がある。この場合、モビリティが常に地表面Ｇ上を自走することが前提となり、検出対象は基本的には地表面Ｇ上に存在し、何らか飛翔しない限りは、地表面Ｇから接続される形にて物体７０が存在する。また物体７０は重力に逆らいつつ形態を保持すべく、鉛直方向すなわち地表面Ｇから直交する直交方向に構造をとることが多い。その構造において地表面Ｇで単独で検出対象が存在することは少なく、複数の物体７０が存在する。このため、図２Ｂに示すように地表面Ｇに平行となる平行方向Ｘ１においてこれら複数の物体７１、７２を分離して検出する必要がある。
【0033】
また、用途によっては地表面Ｇから鉛直方向にて、周辺に対して一部分突出した物体７０の把握や、高さそのものの情報の把握が必要である場合もある。この際には、図２Ｃに示すように、地表面Ｇに平行な平行方向Ｘ１と地表面直交方向Ｙ１にても物体７１、７２を分離して検出する必要がある。一方で、地表面Ｇから重力に逆らい物体７０が存在する限り、図２Ｄに示すように、地表面Ｇから斜め方向に延伸する形にて物体７０が存在するケースは少ない。例えば道路交通における信号機やポール、また建物や壁などの人工物体は、通常地表面Ｇに対して鉛直に設置されている。植生なども一部斜めの構造はあるものの、樹木、多くの植物の茎等も通常地表面Ｇに対して鉛直へ延伸している。このため、地表面Ｇから斜めの方向に物体７１，７２を分離して検出する必要性は、地表面Ｇに対して平行な平行方向Ｘ１と地表面直交方向Ｙ１に比較して低いといえる。
【0034】
本発明のレーダ装置１の別の適用事例に関して図３Ａ～図３Ｄを参照しながら説明する。図３Ａは、検出対象物の上方に固定設置されたレーダ装置１を示す模式図である。図３Ｂは、図３Ａに示すレーダ装置１が地表面Ｇ及びその上方の平行方向Ｘ１に角度を検出する様子を示す模式図である。図３Ｃは、図３Ａに示すレーダ装置１が地表面Ｇから地表面直交方向Ｙ１に角度を検出する様子を示す模式図である。図３Ｄは、図３Ａに示すレーダ装置１から見た地表面Ｇから斜め方向に角度を検出する様子を示す模式図である。なお、図３Ｂ～図３Ｄにおいて矢印Ｆは交通流又は水流を含むなんらかの観測対象物の流れを示している。
【0035】
本発明のレーダ装置１の別の適用事例として、図３Ａに示すように固定的に設置して流量を観測することがある。流量の観測対象物は、交通流であったり、水流であったり様々である。この場合において、交通流や水流そのものは、距離や速度で分離することが可能であるものの、特に図３Ｂに示すように地表面Ｇに平行となる平行方向Ｘ１にて、同一距離速度となりその情報では分離することが困難となる場合がある。この場合、観測対象物を角度で分離して検出する必要がある。また交通流や水流のなかで、異なる高さの検出が必要な場合、図３Ｃに示すように地表面直交方向Ｙ１にて分離して検出する必要がある。レーダ装置１をモビリティに設置した場合と同様、図３Ｄに示すように斜めに延伸した物体７０をその方向にて分離して検出する必要性は低いといえる。
【0036】
こういった中、本発明では分解性能に限界があるセンサにおいて、上記適用事例のように比較的不要な方向において分離性能を高めず、必要な方向において分離性能を高めることで、実際の適用に好適となるセンサの提供を行う。すなわち、地表面Ｇに平行な平行方向Ｘ１と該平行方向Ｘ１に直交する地表面直交方向Ｙ１に対して分離性能を高める。
【0037】
次に、本実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０の詳細な構成について図４Ａ～図４Ｃを参照しながら説明する。図４Ａは、本実施形態のレーダ装置１のアンテナ部３０の構成を示す模式図である。図４Ｂは、本実施形態のレーダ装置１のアンテナ部３０の各送信アンテナ３１及び各受信アンテナ３２の位相中心を示す模式図である。図４Ｃは、本実施形態のレーダ装置１の仮想アレー系列３４の分布を示す模式図である。
【0038】
レーダ装置１のアンテナ部３０は、複数の送信アンテナ３１と、複数の受信アンテナ３２を有する。レーダ装置１のアンテナ部３０が備える送信アンテナ３１の数と受信アンテナ３２の数は同数である。レーダ装置１では、送受同数のチャンネルを有し、チャンネル毎にアレー系列をなす。本実施形態のレーダ装置１は、図４Ａに示すように４つの送信アンテナ３１と４つの受信アンテナ３２を備える。
【0039】
送信アンテナ３１は、複数のアンテナ素子３１１で構成され、直列に給電されるアレーアンテナである。各送信アンテナ３１の複数のアンテナ素子３１１は、直線状にアレーアンテナの給電方向（以下、単に給電方向という）Ｙ２に平行に並列される。即ち、送信アンテナ３１の長手方向は給電方向Ｙ２と等しい。また本実施形態では、給電方向Ｙ２は地表面Ｇに平行な平行方向Ｘ１に対して直交する。
【0040】
複数（４つ）の送信アンテナ３１それぞれの位相中心である複数（４つ）の送信側実在アレー系列３１０は、互いに間隔を空けて略直線に配列（並列）される。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、４つの送信側実在アレー系列３１０は、給電方向Ｙ２と該給電方向Ｙ２に対して直交する給電直交方向（第１直交方向）Ｘ２とは異なる方向Ｄ１に配列される。本実施形態では、隣接する送信側実在アレー系列３１０同士の間隔は略等しい。
【0041】
受信アンテナ３２は、複数のアンテナ素子３２１で構成され、直列に給電されるアレーアンテナである。各受信アンテナ３２の複数のアンテナ素子３２１は、直線状にアレーアンテナの給電方向Ｙ２に平行に並列される。即ち、受信アンテナ３２の長手方向は給電方向Ｙ２と等しい。なお、アンテナ部３０の全ての送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２の給電方向Ｙ２は略同じ方向である。
【0042】
複数（４つ）の受信アンテナ３２それぞれの位相中心である複数（４つ）の受信側実在アレー系列３２０は、互いに間隔を空けて略直線に配列（並列）される。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、４つの受信側実在アレー系列３２０は、給電方向Ｙ２と、送受信面３３において該給電方向Ｙ２に対して直交する給電直交方向Ｘ２とは異なる方向Ｄ２に配列される。本実施形態では、隣接する受信側実在アレー系列３２０間の間隔は略等しい。なお、本明細書では、送信側実在アレー系列３１０及び受信側実在アレー系列３２０を区別することなく説明する際は、実在アレー系列３００と称する。
【0043】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、複数（４つ）の送信側実在アレー系列３１０によって形成される配列と複数（４つ）の受信側実在アレー系列３２０によって形成される配列とは、平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１の何れかの方向に延びる仮想線Ｌを中心に略対称となるように配置される。本実施形態では、送信側実在アレー系列３１０によって形成される配列と受信側実在アレー系列３２０によって形成される配列とは、地表面直交方向Ｙ１に延びる仮想線Ｌを中心に略対称となるように配置される。
【0044】
また本実施形態では、送信側実在アレー系列３１０によって形成される配列と受信側実在アレー系列３２０によって形成される配列とは、地表面Ｇ側に近づくにつれて互いに離れるように配置される。即ち、各送信アンテナ３１の地表面Ｇ側の端部と各受信アンテナ３２の地表面Ｇ側の端部との間には、比較的広い領域が形成される。この領域には、後述するＩＣ３７等を配置してもよい。
【0045】
また本実施形態では、各送信側実在アレー系列３１０が何れか１つの受信側実在アレー系列３２０と給電直交方向Ｘ２において対向するように配置される。また図４Ｂに示すように、複数の送信側実在アレー系列が配列する方向Ｄ１は、複数の受信側実在アレー系列が配列する方向Ｄ２と直交しない。
【0046】
また、アンテナ部３０において送信側実在アレー系列３１０と受信側実在アレー系列３２０とを掛け合わせてできる系列を仮想アレー系列と称する。本実施形態のレーダ装置１では、図４Ｃに示すように、複数（４つ）の送信側実在アレー系列３１０と複数（４つ）の受信側実在アレー系列３２０とに基づいて複数（１６個）の仮想アレー系列３４が形成される。これは、複数の送信アンテナ３１と複数の受信アンテナ３２の組み合わせた系列にて、等価的に位相中心が分布すると示すものである。
【0047】
全ての仮想アレー系列３４は、図４Ｃに示すように、互いに間隔を空け、地表面Ｇに対して平行な平行方向Ｘ１と該平行方向Ｘ１に対して直交する地表面直交方向Ｙ１に格子状に千鳥配列で並ぶように配列される。仮想アレー系列の分布は、送受信面３３において全体として菱形状の分布とさせることができる。仮想アレー系列の菱形状の分布の対角線２方向のうち、一方の方向が地表面Ｇと平行な平行方向Ｘ１となり、もう一方の方向が平行方向Ｘ１に直交する地表面直交方向Ｙ１となる。仮想アレー系列３４の分布は、この対角線方向２方向の格子状の配置となり、その格子は各々の方向にて所定の最小単位にて構成される。この最小単位は、実在アレー系列によって決定されている。本明細書において、最小単位とは、仮想アレー系列３４が存在する位置の平行方向Ｘ１における最小の間隔（以下、最小単位Ｇ１という）又は仮想アレー系列３４が存在する位置の地表面直交方向Ｙ１における最小の間隔（以下、最小単位Ｇ２という）である。
【0048】
また本実施形態では、全ての仮想アレー系列３４は、平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１ごとに所定の最小単位の整数倍で示される場所に配置される。即ち、全ての仮想アレー系列３４は、平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１において互いに所定の間隔の整数倍の間隔を空けて配置される。例えば図４Ｃにおいて最も紙面左側に位置する仮想アレー系列３４を基準とすると、この基準となる仮想アレー系列３４と平行方向Ｘ１の同じ列に並ぶ他の３つの仮想アレー系列３４は、最小単位Ｇ１の２倍で示される場所と４倍で示される場所と６倍で示される場所に配置されることになる。また例えば図４Ｃにおいて最も紙面上側に位置する仮想アレー系列３４を基準とすると、この基準とされた仮想アレー系列３４と地表面直交方向Ｙ１の同じ列に並ぶ他の３つの仮想アレー系列３４は、最小単位Ｇ２の２倍で示される場所と４倍で示される場所と６倍で示される場所に配置されることになる。本実施形態では、平行方向Ｘ１において隣接する仮想アレー系列３４同士の間隔と地表面直交方向Ｙ１において隣接する仮想アレー系列３４同士の間隔は同等である。
【0049】
隣接する仮想アレー系列３４の間には、空隙３５が形成される。図４Ｃに示すように、平行方向Ｘ１において隣接する仮想アレー系列３４間の空隙３５の地表面直交方向Ｙ１における両隣には、仮想アレー系列３４が存在する。即ち、アンテナ部３０における仮想アレー系列３４の配置は、平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１のそれぞれの方向で少なくとも空隙３５を有する。そして、平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１の何れか一方の方向における仮想アレー系列３４がもう一方の方向における空隙３５を埋める構成である。
【0050】
次に、レーダ装置１の処理部６０による角度処理について図４Ｃ、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明する。図５Ａは、１次元での角度処理を実施して得られる水平角方向のスペクトラムを示すグラフである。図５Ｂは、２次元ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）での角度処理を実施して得られる２次元角度ピークを含む水平角方向のスペクトラムを示すグラフである。図５Ａにおける各線種は図４Ｃに示す仮想アレー系列３４の平行方向Ｘ１で形成され系列各々によるもの、ビーム幅が最も狭いものが最も長い系列（ここでは４）、ビーム幅が最も広いものが、短い系列（ここでは２）に相当する。仮想アレー系列３４にて、角度処理のために形成される平行方向Ｘ１又は地表直交方向Ｙ１の系列では、送信側実在アレー系列３１０と受信側実在アレー系列３２０の両方で異なる位相中心が選択されていることを特徴とする。例えばＸ１方向の最も長い系列では、送信側の左から１番目と受信側の左から１番目の掛け合わせ、送信側の２番目と送信側の２番目の掛け合わせ、といったように、送信と受信を掛け合わせて形成された系列の信号の各々は、送信側と受信側のどちらの位相中心も異なっており、どちらかを固定的に適用しないことを特徴とする。
【0051】
図４Ｃに示すように、平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１に並ぶ仮想アレー系列３４の最長の配列（以下、最長系列という）に着目すると、最小単位で形成される格子において空隙３５を有している。具体的には、４つの仮想アレー系列３４が並ぶ平行方向Ｘ１の列では、最も紙面左側に位置する仮想アレー系列３４を基準とすると、図４Ｃに示すように、最小単位Ｇ１の１倍、３倍、５倍で示される場所に空隙３５が配置される。また４つの仮想アレー系列３４が並ぶ地表面直交方向Ｙ１の列では、最も紙面上側に位置する仮想アレー系列３４を基準とすると、図４Ｃに示すように、最小単位Ｇ２の１倍、３倍、５倍で示される場所に空隙３５が配置される。この構成により、限られた仮想アレー系列３４の数にて平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１におけるトータルの開口を大きくしており、この系列での分解能を高くすることができる。例えば、仮に方位２０ｄｅｇ方向に対象物がある状況にて、この仮想アレー系列３４の平行方向Ｘ１の１列においてＦＦＴ等の角度処理を実施した場合、スペクトラムを絞ることができ、高い角度分解能を得ることができる。その一方で、図５Ａに示すようにメインローブに対して、グレーティングローブの発生も確認される。隣接する仮想アレー系列３４間の間隔がλ／２以上となる場合に、このような事象があるのは当然のことであり、空隙３５を有して仮想アレー系列３４間の間隔を大きくしている限りグレーティングローブ発生はやむをえない。またこの平行方向Ｘ１の１列だけでなく他の列においても同様に、単独の１列のみの角度処理だけであれば、空隙３５の存在によりグレーティングローブが発生する。これに対して、図５Ｂに示すように、仮想アレー系列３４の複数の配列に対して２次元での角度処理を実施することで、この方向においてグレーティングローブを解消することが可能となる。
【0052】
本実施形態の処理部６０は、例えば平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１のうちの何れか一方の方向において最も多くの仮想アレー系列３４が並ぶ配列を少なくとも含む複数の配列に対して角度処理を行い、その角度処理の結果を用いて他方の方向における角度処理を実行する。即ち、処理部６０は、仮想アレー系列３４の平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１のうち、最初に何れか一方の方向における最長の配列を含む複数の配列にて１段階目の角度処理を実施し複数の角度スペクトラムを取得する。そして処理部６０は、次にその直交する方向の複数の配列において１段階目で取得した複数の角度スペクトラム結果を用い、各々の角度ごとにおいて、２段階目の角度処理を実施し、各々の角度ごとの直交する方向の角度スペクトラムを新たに取得する。ここでは２段階の角度処理をシリーズに行っており、その結果、水平角、仰俯角の２次元における角度処理結果を得ることができる。この角度処理により得られた２次元角度ピークを、そのピークを含む１次元スペクトラムとしたもの、即ち仰俯角におけるピークが存在する水平角方向の１次元スペクトラムが図５Ｂである。この結果、菱形状の仮想アレー系列３４の対角線方向における角度特性において、グレーティングローブを排除できている。これは単独な１系列のみであれば空隙３５が存在するものを、特定方向に対して複数の系列をもって空隙３５を埋め、角度処理として合成することで補完することができ、結果として特定の方向にてメインローブのみの特性を得ることが可能となる。即ち、本実施形態では、例えば平行方向Ｘ１において隣接する仮想アレー系列３４間には空隙３５が存在するものの、その空隙３５の地表面直交方向Ｙ１における両隣には仮想アレー系列３４が存在する。この仮想アレー系列３４の分布により、空隙３５の地表面直交方向Ｙ１における空間が埋められる。この結果、図５Ｂに示すように、地表面Ｇに平行な平行方向Ｘ１におけるグレーティングローブの発生を防止し、メインローブのみの特性を得ることができる。
【0053】
さらに本実施形態について、図６Ａ～図６Ｄ、図７Ａ～図７Ｃを参照しながら通常の技術と対比しつつ詳細に述べる。図６Ａは、平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１に並列される仮想アレー系列３４ａの分布を示す模式図である。図６Ｂは、図６Ａに示す仮想アレー系列３４ａを形成するレーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像である。図６Ｃは、図６Ａに示す仮想アレー系列３４ａを形成するレーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる仰俯角のピークにおける水平角方向のスペクトラムを示すグラフである。図６Ｄは、図６Ａに示す仮想アレー系列３４ａを形成するレーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる水平角のピークにおける仰俯角方向のスペクトラムを示すグラフである。図７Ａは、図６Ａに示す仮想アレー系列３４ａを形成するレーダ装置１で取得した信号に対して窓関数を適用して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像である。図７Ｂは、図６Ａに示す仮想アレー系列３４ａを形成するレーダ装置１で取得した信号に対して窓関数を適用して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる仰俯角のピークにおける水平角方向のスペクトラムを示すグラフである。図７Ｃは、図６Ａに示す仮想アレー系列を形成するレーダ装置１で取得した信号に対して窓関数を適用して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる水平角のピークにおける仰俯角方向のスペクトラムを示すグラフである。
【0054】
図６Ａに示すように、アレー系列の配置が２次元上の長方形ないし平行四辺形状の分布で、複数の系列に対して角度処理を行う方向はこの仮想アレー系列３４の分布の対角線方向ではない。また、２方向に対して単独に１次元角度処理を実施する方法は先行技術などでも提案されているが、複数の対象を含むいわゆるマルチターゲットへの対応は本質的には難しい。これに対して、本実施形態ではマルチターゲットに対応すべく、複数のアレー系列３４において一方向での角度処理を実施しそれら複数のアレー系列３４の配列の結果をもう一方の方向の角度処理に適用する２次元での角度処理であるため、マルチターゲットへの対応が可能となっている。
【0055】
図６Ｂは、仮に図６Ａに示す仮想アレー系列を形成するレーダ装置で取得したと仮定した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施したスペクトラムである。なお、ここでは角度処理に際して窓関数を適用していない。ここで、紙面上水平方向に着目した場合、通常仮想アレー系列３４ａの配置は、特段指向性による角度制限を行っていない場合、グレーティングローブを発生させないようλ／２以下に設計される。その結果、スペクトラムのピークを含め水平方向にて見た１次元スペクトラムは図６Ｃのようになる。ここでは図６Ｃにおける両側矢印に示すように、メインローブが広がっており分解能が低いことが確認できる。また窓関数を適用していないことから、サイドローブ（図６Ｃでは、破線の丸で示している）のレベルがある程度高いことが確認できる。一方ここでは、紙面上下方向に着目した場合、指向性をある程度絞り角度制限を行っている前提にて、アレー系列の配置はλ／２以上に設計している。その結果、スペクトラムのピークを含め上記方向にて見た１次元スペクトラムは図６Ｄのようになる。この方向においても、サイドローブ（図６Ｄでは、破線の丸で示している）のレベルがある程度高いことは同様である。
【0056】
サイドローブ対策として、仮想アレー系列３４ａに窓関数を適用することも通常の手段である。これは角度処理の際に、中央部から端部にわたって仮想アレー系列３４ａの電力勾配を減じ、寄与を減らすものである。窓関数を適用した結果、こちらの例では２次元ＦＦＴを実施したスペクトラムは図７Ａのとおりとなり、先程の図６Ｃ、図６Ｄに対応するものはそれぞれ図７Ｂ、図７Ｃとなる。サイドローブのレベルを低減することでこの角度領域とメインローブの領域での独立性を高めることができ、互いの方向への影響の軽減を図ることができる。その一方で、アレー系列の端部の寄与度を小さくとることで、開口が等価的に小さくなり、ビームが広がることとなる。特にアレー系列間隔をλ／２以下に設計した紙面水平方向における分解能は低い。
【0057】
一方、第１実施形態では前述のとおり、仮想アレー系列３４の分布を菱形状にして、平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１の何れか一方の方向において空隙３５をもう一方の方向において仮想アレー系列３４で埋めることで、グレーティングローブを排除している。
【0058】
図８Ａは、レーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像である。図８Ｂは、レーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる仰俯角のピークにおける水平角方向のスペクトラムを示すグラフである。図８Ｃは、レーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られる水平角のピークにおける仰俯角方向のスペクトラムを示すグラフである。なお、図８Ａでは紙面斜め方向にグレーティングローブがみられるが、アレーアンテナの指向性を絞り、検知範囲外とすることで実質上問題とはならない。
【0059】
本実施形態では、図４Ｃに示すように平行方向Ｘ１（図４Ｃでは紙面左右方向）において、仮想アレー系列３４の間隔をλ／２以上に設定していることから、平行方向Ｘ１における最大開口を大きくとることができる。このため、本実施形態では、図８Ｂの両側矢印に示すように、図７Ｂに比べて高い分解能を得ることが可能となる。さらに本実施形態では、図８Ｂに示すように、窓関数の適用をしないにも関わらず、サイドローブの低減が図れる。これは、菱形状の仮想アレー系列３４の分布によって電力分布に平行方向Ｘ１において勾配がかかっているためであり、特定方向において性能の最大化を図ることができている。ここでの角度処理方向が地表面Ｇに対して平行である場合、本案では上記のような適用に好適なレーダを構成する。
【0060】
第１実施形態に係るレーダ装置１によれば、以下の効果が奏される。
【0061】
（１）本実施形態のレーダ装置１は、信号を送受信するとともに受信信号を処理することで、点群を取得し、物標を検出するレーダ装置１であって、直列に給電されるアレーアンテナである複数の送信アンテナ３１と、直列に給電されるアレーアンテナであり、複数の送信アンテナ３１と同数の受信アンテナ３２と、取得した受信信号に基づいて距離毎に角度処理を行う処理部６０と、を備え、複数の送信アンテナ３１それぞれの位相中心である複数の送信側実在アレー系列３１０は、送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２が配置される信号の送受信面３３において、アレーアンテナの給電方向Ｙ２と該給電方向Ｙ２に対して直交する給電直交方向Ｘ２とは異なる方向Ｄ１に略直線状に配列され、複数の受信アンテナ３２それぞれの位相中心である複数の受信側実在アレー系列３２０は、送受信面３３において、給電方向Ｙ２と給電直交方向Ｘ２とは異なる方向Ｄ２に略直線状に配列され、複数の送信側実在アレー系列３１０によって形成される配列と複数の受信側実在アレー系列３２０によって形成される配列とは、地表面Ｇに対して略平行な平行方向Ｘ１と平行方向Ｘ１に対して直交する地表面直交方向Ｙ１の何れかの方向に延びる仮想線Ｌを中心に略対称となるように配置され、複数の送信側実在アレー系列３１０と、複数の受信側実在アレー系列３２０と、に基づいて複数の仮想アレー系列３４が形成され、全ての仮想アレー系列３４は、送受信面３３において、互いに間隔を空け、平行方向Ｘ１と地表面直交方向Ｙ１に格子状に千鳥配列で並ぶように配列され、処理部６０は、平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１のうちの何れか一方の方向において少なくとも最も多くの仮想アレー系列３４が並ぶ配列に対して角度処理を行い、その角度処理の結果を用いて他方の方向における角度処理を実行する。これにより、実在アレー系列３００がアレーアンテナの給電方向Ｙ２及び給電直交方向Ｘ２とは異なる方向Ｄ１、Ｄ２に略直線上に配置されることで、アンテナの大きさと配置の関係を分け、アンテナの物理的な大きさの影響をうけることなく自由に配置設計ができ、給電方向Ｙ２における大型化やアンビギュイティの発生も回避可能である。また、送受同数のチャンネルを有し、チャンネル毎にアレー系列をなすレーダにおいて、送信側と受信側の実在アレー系列３００を地表面Ｇに対して略対称となるよう配置することで、地表面Ｇに対して略平行な平行方向Ｘ１及びその方向に直交する地表面直交方向Ｙ１に仮想アレー系列３４を生成することができるため、分離分析したいこれらの方向における角度結果算出が可能となる。また、この方向にて全ての仮想アレー系列３４が各々の方向ごとに所定の最小単位の整数倍で示される場所に配置されることで、角度処理においてこの整数単位での離散的な処理を効率的に実施することができる。また、仮想アレー系列３４の１系列にて上記単位にて空隙３５を有することで、有限のアレー系列数のトータルの開口を大きくすることができ角度分解能の向上をはかりつつ、他の系列にて空隙を埋める構成とすることで、上記分離分析したい方向にてグレーティングローブの発生を防ぐことができる。また、平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１にて角度処理がなされ、その処理結果を用いてその方向と直交する方向にて角度処理を行うことで、２次元の角度検出が可能であり、マルチターゲットへの対応も可能となる。また、最大仮想アレー系列数に角度処理を行いその情報を用いることで、それ以降の複数系列における角度処理を一部間引くことが可能となり、効率的に処理を行うことができる。よって、地表面Ｇに対して平行な平行方向Ｘ１及びその方向に直交する地表面直交方向Ｙ１の少なくとも１つの方向におけるアンビギュイティの発生を抑えるとともに分解能を高めつつ、効率的に角度処理を行うことができる。
【0062】
（２） また本実施形態に係るレーダ装置１において、複数の送信側実在アレー系列３１０が並ぶ方向Ｄ１は、複数の受信側実在アレー系列３２０が並ぶ方向Ｄ２と直交しない。実在アレー系列３００の配置方向において角度処理を行いかつ、２次元で角度処理を行う場合、互いの実在アレー系列３００の配置を直交させる必要がある。一方、仮想アレー系列にて角度処理方向の配列を形成する本案では、仮想線Ｌに対して対称な傾きの配列である限り、実在アレー系列３００の配置にかかわらず、どのような構成であっても仮想アレー系列３４の配置方向が直交する配置で２次元での角度処理が成立するため、実在アレー系列３００を自由に配置することができる。
【0063】
（３） また本実施形態に係るレーダ装置１において、処理部６０による仮想アレー系列３４を用いた角度処理では、グレーティングローブが平行方向Ｘ１と異なる方向に発生する。これにより、グレーティングローブを地表面Ｇと平行方向Ｘ１に発生させることなく、それと異なる方向に発生させることで、少なくとも地表面Ｇと平行方向Ｘ１にはアンビギュイティを発生させることはなく、その方向における角度計測の安定性を確保することができる。
【0064】
（４） また本実施形態に係るレーダ装置１において、処理部６０は、仮想アレー系列３４を用いた角度処理において、窓関数を適用しない。これにより、窓関数を適用しないので、実在アレー系列３００の端部の電力の寄与が小さくなることによる平行方向Ｘ１等における分解能の低下を避けることができる。そして仮想アレー系列３４の数自体が、地表面Ｇに対して平行方向Ｘ１またそれに直交する地表面直交方向Ｙ１にて勾配を持っているので、窓関数を適用しなくとも電力上の勾配をかけることができることから低サイドローブ特性を実現できる。よって、配置した実在アレー系列３００の端部の電力の寄与を小さくさせることなく、最大開口を活用し分解能の最大化を図ることができる。
【0065】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るレーダ装置１について説明する。図９Ａは、第２実施形態のレーダ装置１のアンテナ部３０の構成を示す模式図である。図９Ｂは、第２実施形態のレーダ装置１の各送信側実在アレー系列３１０及び各受信側実在アレー系列３２０の位置を示す模式図である。図９Ｃは、第２実施形態のレーダ装置１の仮想アレー系列３４の分布を示す模式図である。なお、上述した第１実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
次に、第２実施形態に係るレーダ装置１について説明する。図９Ａは、第２実施形態のレーダ装置１のアンテナ部３０の構成を示す模式図である。図９Ｂは、第２実施形態のレーダ装置１の各送信側実在アレー系列３１０及び各受信側実在アレー系列３２０の位置を示す模式図である。図９Ｃは、第２実施形態のレーダ装置１の仮想アレー系列３４の分布を示す模式図である。なお、上述した第１実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
【0066】
第２実施形態のレーダ装置１は、局部発振部１０と、変調部２０と、アンテナ部３０と、復調部４０と、ＡＤＣコンバータ５０と、処理部６０と、を備える。本実施形態のレーダ装置１は、アンテナ部３０の構成と処理部６０が地表面Ｇに関する地表面情報等を記憶する記憶部を備える点が主に異なる。
【0067】
本実施形態のアンテナ部３０は、図９Ａに示すように、４つの送信アンテナ３１と４つの受信アンテナ３２を有する。本実施形態のアンテナ部３０は、送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２の配置が第１実施形態とは主に異なる。具体的には、本実施形態では、給電方向Ｙ２における隣接する実在アレー系列３００同士の間隔が第１実施形態よりも広い。即ち、本実施形態の給電方向Ｙ２において隣接する送信側実在アレー系列３１０同士の間隔が第１実施形態における間隔よりも広い。また本実施形態の給電方向Ｙ２において隣接する受信側実在アレー系列３２０同士の間隔が第１実施形態における間隔よりも広い。この送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２の配置により、図９Ｃに示す分布の仮想アレー系列３４が形成される。本実施形態の仮想アレー系列３４の分布は、送受信面３３において全体として地表面直交方向Ｙ１に長い菱形状の分布となる。また本実施形態の仮想アレー系列３４の最小単位Ｇ２は、第１実施形態と比べて大きくなっている。
【0068】
ここで、第１実施形態と第２実施形態のレーダ装置１によって取得される信号に対する２次元ＦＦＴでの角度処理によって取得されるスペクトラムを比較して説明する。図１０Ａは、第２実施形態のレーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実行して得られる水平方向のスペクトラムを示す画像である。図１０Ｂは、第２実施形態のレーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実行して得られる水平角のピークにおける仰俯角方向のスペクトラムを示すグラフである。図１０Ａにおいて縦軸の０ｄｅｇ付近を紙面左右方向に延びる線が地表面Ｇの位置を示し、長方形の内側はレーダ装置１の検知範囲を示し、実線の丸はメインローブを示し、破線の丸はグレーティングローブを示している。
【0069】
第１実施形態における２次元ＦＦＴでの角度処理では、図８Ｂに示すように地表面Ｇと平行となる平行方向Ｘ１において高い角度分解能と低サイドローブ特性の両立が図れた。一方で、図８Ｃに示すように地表面直交方向Ｙ１においては図６Ｄや図７Ｃに示すスペクトラムと比べてわずかにビームが広がっている。第２実施形態ではこの地表面直交方向Ｙ１においても分解能の改善を図るものである。
【0070】
図９Ａに示すように、第２実施形態の仮想アレー系列３４の地表面直交方向Ｙ１における間隔、即ち最小単位Ｇ２は第１実施形態に比べて大きい。これにより、地表面直交方向Ｙ１における角度分解能を高めることができる。具体的には、図１０Ｂに示すように、図８Ｃと比較して地表面直交方向Ｙ１においてサイドローブを低減しつつ、分解能を高めることが可能である。一方で、給電方向Ｙ２における実在アレー系列３００の間隔を広げたことに伴い、地表面直交方向Ｙ１における仮想アレー系列３４の間隔が広がり、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、グレーティングローブの発生が確認される。
【0071】
図１０Ａにおける紙面上下方向、１次元スペクトラムである図１０Ｂでのグレーティングローブに関しては、アレー給電方向にて指向性を絞り、検知範囲外とすることで実質上問題とはならない。一方指向性の範囲の内側、すなわち検知範囲内でのグレーティングローブの発生があり、こちらに関しては実質上対応が必要となる。本実施形態では、このグレーティングローブを平行方向Ｘ１ではない別の方向に発生させていることで、その除去を可能としている。そして、記憶部に記憶される後述する地表面情報等を利用して、取得したスペクトラムのピークのうちメインピークとグレーティングローブとを判別することで、物体の真の角度を特定している。
【0072】
処理部６０の記憶部は、地表面Ｇに関する地表面情報、レーダ装置１の設置位置等に関するレーダ情報等を記憶する。地表面情報は、少なくともレーダ装置１と地表面Ｇとの距離を含む地表面Ｇの位置情報である。レーダ情報は、レーダ装置１の地表面Ｇからの設置高さ、設置角度等の情報である。なお、地表面Ｇの位置情報は、時系列データにより地表面Ｇの分布情報を確定させた情報であってもよい。
【0073】
本実施形態の処理部６０は、角度処理において地表面情報に基づいてグレーティングローブを排除して点群の真の角度を特定する。図１１は、第２実施形態のレーダ装置１と地表面Ｇの位置関係と、図１０Ａのスペクトラムの画像における地表面Ｇの位置関係を示している。
【0074】
例えば処理部６０は、地表面Ｇの位置情報とレーダ装置１の設置高さ、設置角度等の情報を用いて、地表面Ｇが水平であると仮定して、レーダ装置１からの距離毎の地表面Ｇのレベル（高さ）に対応する角度を想定できる。また地表面Ｇが水平でない場合であっても、時系列データにより地表面Ｇの分布情報を確定させている場合、その情報を活用して予めレーダ装置１からの距離毎の地表面Ｇのレベルに対応する角度を想定できる。例えば図１１に示す例では、レーダ装置１の角度が約－１５ｄｅｇ付近が地表面Ｇのレベルに相当する角度であると想定できる。レーダ装置１では受信信号に基づいて各距離の情報を取得しており、各距離毎に角度処理を実施するが、距離毎により地表面Ｇに相当する角度や判定条件は異なる。
【0075】
処理部６０は、例えば地表面Ｇのレベルに相当する角度に近いピーク（図１１では実線の丸）を物標として検出し、地表面直交方向Ｙ１において地表面Ｇのレベルに相当する角度から所定の角度以上異なるピーク（図１１では×が付いたピーク）をグレーティングローブとして判別し、排除してもよい。その際に活用する情報は、地表面Ｇからの距離としての遠近情報である。
【0076】
本実施形態によれば、図１０Ｂに示すように、地表面直交方向Ｙ１における分解能を高めるとともに、地表面直交方向Ｙ１において発生するグレーティングローブをより確実に排除できる。
【0077】
ここで、本実施形態とは異なり、仮想アレー系列３４の分布を平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１に並列に並べ、全体として長方形ないし平行四辺形状の分布とした場合のグレーティングローブについて説明する。図１２Ａは、図６Ａに示すアンテナよりも平行方向Ｘ１における仮想アレー系列３４ａ間の間隔が大きい仮想アレー系列３４ａの分布を示す模式図である。図１２Ｂは、図１２Ａの仮想アレー系列３４ａを形成するレーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像である。
【0078】
図１２Ｂに示すように、仮想アレー系列３４ａの間隔を広げると分解能が高くなるものの、この間隔がλ／２以上になるとグレーティングローブが角度処理方向において発生する。センサの適用として前述のとおり、本案では地表面Ｇに対して平行となる方向やその直交する方向における性能の最大化を考えている。ここでの角度処理方向が仮に地表面Ｇに対して平行である場合、図１２Ｂではこの方向にてグレーティングローブが発生しアンビギュイティが発生する。通常、仮想アレー系列３４ａの間隔を大きくすることは、このような適用において向いていない。
【0079】
これに対して、本実施形態では、仮想アレー系列３４を菱形状にして、平行方向Ｘ１における仮想アレー系列３４の空隙３５を地表面直交方向Ｙ１の両側に配置される仮想アレー系列３４で埋めることで、図１０Ａに示すように、グレーティングローブを平行方向Ｘ１ではない別の方向に発生させている。これにより、前述のように地表面Ｇの位置等を考慮して、メインピークとグレーティングピークを判別し、グレーティングピークの除去を可能としている。本実施形態では、これら所定の方向に仮想アレー系列３４の間隔を大きくしつつ、課題に対処することで、上述した適用事例等に好適なレーダ装置１を構成する。
【0080】
第１実施形態及び第２実施形態にみられるように、そもそもアレーアンテナの配置や実在アレー系列３００を自由に設定することが可能である。仮想アレー系列３４で構成される２方向を考えた場合、直列給電するアレーアンテナを前提としているため、基本的にはその給電方向Ｙ２に対して指向性が絞られ、その方向において仮想アレー系列３４の間隔が比較的広く、それに直交する仮想アレー系列３４の間隔は比較的狭く構成される方が、バランスがよい。その際に設計される構成は実在アレー系列３００における送信側で形成される略直線と、受信側で形成される略直線で形成される角度が、直交ではなく鋭角となることが好ましい。これによって、仮想アレー系列３４にて角度処理する際に、直列給電する方向において絞った指向性に応じて高分解能化させることが可能となる。
【0081】
第２実施形態に係るレーダ装置１によれば、上記（１）～（４）に加えて、以下の効果が奏される。
【0082】
（５） 本実施形態に係るレーダ装置１にあっては、給電方向Ｙ２において隣接する仮想アレー系列３４同士の間隔は、給電直交方向Ｘ２において隣接する仮想アレー系列３４同士の間隔よりも大きい。これにより、仮想アレー系列３４がなす各々の方向での最小単位Ｇ１、Ｇ２が直列で給電されるアレーアンテナの給電方向Ｙ２の方が給電直交方向Ｘ２に比べ大きいことで、仮想アレー系列３４の数に対しての開口を大きくすることができ、給電方向Ｙ２における分解能を上げることが可能となる。これは直列で給電するアレーアンテナの給電方向Ｙ２におけるビーム幅が、その直交方向に対して比較的狭いことにより、検知範囲を制限することによりグレーティングローブを範囲外とすることで、アンビギュイティの発生なく実現できる。
【0083】
（６） また本実施形態に係るレーダ装置１において、処理部６０は、少なくとも地表面との距離を含む地表面情報を記憶する記憶部を有し、グレーティングローブにて発生する角度アンビギュイティに対して、地表面情報に基づいて、距離毎に真の角度を判断する。これにより、グレーティングローブをメインピークから地表面Ｇに平行な平行方向Ｘ１に発生させないため、地表面情報を対象とした場合、メインローブとグレーティングローブに差が発生することで、その区別が可能となる。例えば、記憶した地表面情報をもとに、地表面Ｇに対する上下条件から明らかに地表面Ｇ以下に存在すると検出されたものは除去が可能となる。また或いは地表面Ｇとの距離に関する情報を用いることで、地表面Ｇに物体７０が存在することを前提して、地表面Ｇに近い現実的なピークをメインピークとして判別することが可能となる。
【0084】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係るレーダ装置１について図１３Ａ～図１３Ｃを参照しながら説明する。図１３Ａは、第３実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０の構成を示す模式図である。図１３Ｂは、第３実施形態に係るレーダ装置１の仮想アレー系列３４の配列を示す模式図である。図１３Ｃは、第３実施形態に係るレーダ装置１と地表面の位置関係と、該レーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像における地表面Ｇの位置関係を示す模式図である。なお、上述した第１実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
第３実施形態に係るレーダ装置１について図１３Ａ～図１３Ｃを参照しながら説明する。図１３Ａは、第３実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０の構成を示す模式図である。図１３Ｂは、第３実施形態に係るレーダ装置１の仮想アレー系列３４の配列を示す模式図である。図１３Ｃは、第３実施形態に係るレーダ装置１と地表面の位置関係と、該レーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像における地表面Ｇの位置関係を示す模式図である。なお、上述した第１実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
【0085】
本実施形態のレーダ装置１は、アンテナ部３０の構成が第１実施形態のレーダ装置１とは主に異なる。本実施形態のレーダ装置１は、アレーアンテナの直列の給電方向Ｙ２で高い角度分解能が得られるアンテナ構成である。
【0086】
本実施形態の送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２の配置は、図１３Ａに示すように、第１実施形態又は第２実施形態のアンテナ部３０を９０ｄｅｇ回転させ、給電方向Ｙ２が地表面Ｇと平行となる構成である。この場合も図１３Ｂに示すように、仮想アレー系列３４の対角線方向を地表面Ｇと平行な方向（平行方向Ｘ１）とその方向に直交する方向（地表面直交方向Ｙ１）に向けることが可能である。本実施形態の仮想アレー系列３４の分布では、図１３Ｂに示すように、最小単位Ｇ１を大きくしているので、平行方向Ｘ１で角度分解能の最大化を図ることができる。第１実施形態及び第２実施形態との違いとしては、地表面Ｇに平行な平行方向Ｘ１における角度分解能を最大化しているので、地表自体や、地表面Ｇ上における流れの検出が必要なアプリケーションにおいて好適である。交通量や水流など流量の検出をレーダにて実施する場合は、流れる方向にて比較的広い検知角度範囲を設定することが好ましい。本実施形態の送受同数における配置においては、対応するように比較的分解能も低めに設定され、それに直交する方向の分解能が高めに設定されることがバランス上好適である。
【0087】
本実施形態のレーダ装置１を図１３Ｃのとおり地表面Ｇ上に設置した場合、角度処理結果の２次元スペクトラムはここまでの９０ｄｅｇ回転したような結果となる。この構成においても、グレーティングローブを地表面Ｇと平行方向には発生させない。この事例におけるグレーティングローブへの対応として、前述のとおり地表面情報の活用が可能である。レーダでは反射が十分大きい地表面Ｇ以下にある物体７０の検知はできず、またその特性より必要性もない。前述のとおり、ある距離における地表面Ｇと想定される角度が推定された場合、その角度以下のピークは必然的に地表面Ｇ以下であり、本来の物体７０由来の信号と考え難く、除去が可能である。これにより地表面Ｇ以下という情報を参照したグレーティングローブの除去が可能である。またこの除去の手法は特に、レーダ装置１の視野中心方向が地表面Ｇにむけ平行方向ではなく、地表面Ｇがより視野に多く含まれる構成として、地表面Ｇ側に傾いて向いている構成において有効である。
【0088】
第３実施形態に係るレーダ装置１によれば、上記（１）～（６）の効果が奏される。
【0089】
＜第４実施形態＞
第４実施形態に係るレーダ装置１について図１４Ａ～図１４Ｄを参照しながら説明する。図１４Ａは、第４実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０の構成を示す模式図である。図１４Ｂは、第４実施形態に係るレーダ装置１の仮想アレー系列３４の分布を示す模式図である。図１４Ｃは、第４実施形態に係るレーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像である。図１４Ｄは、図１４Ｃのスペクトラムを示す画像において検出対象から除外されるピークを示す図である。なお、図１４Ｃにおいて、実線の円で囲まれる部分はメインローブを示し、破線の円で囲まれる部分はグレーティングローブを示している。また図１４Ｄにおいて、Ｘ印を付した部分は検出対象から除外されるピークを示している。
第４実施形態に係るレーダ装置１について図１４Ａ～図１４Ｄを参照しながら説明する。図１４Ａは、第４実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０の構成を示す模式図である。図１４Ｂは、第４実施形態に係るレーダ装置１の仮想アレー系列３４の分布を示す模式図である。図１４Ｃは、第４実施形態に係るレーダ装置１で取得した信号に対して２次元ＦＦＴでの角度処理を実施して得られるスペクトラムを示す画像である。図１４Ｄは、図１４Ｃのスペクトラムを示す画像において検出対象から除外されるピークを示す図である。なお、図１４Ｃにおいて、実線の円で囲まれる部分はメインローブを示し、破線の円で囲まれる部分はグレーティングローブを示している。また図１４Ｄにおいて、Ｘ印を付した部分は検出対象から除外されるピークを示している。
【0090】
本実施形態のレーダ装置１は、アンテナ部３０と処理部６０の構成が第２実施形態のレーダ装置１と主に異なる。
【0091】
本実施形態のレーダ装置１のアンテナ部３０は、第２実施形態と同様に平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１の両方向において高い角度分解能が得られる構成である。一方で、本実施形態のレーダ装置１は、隣接する送信側実在アレー系列３１０同士の間隔のうち少なくとも１つの間隔が異なり、隣接する受信側実在アレー系列３２０同士の間隔のうち少なくとも１つの間隔が異なる点が第２実施形態とは異なる。
【0092】
図１４Ａに示すように、本実施形態では、複数の送信側実在アレー系列３１０の給電方向Ｙ２における間隔及び複数の受信側実在アレー系列３２０の給電方向Ｙ２における間隔が一定ではない。また複数の送信側実在アレー系列３１０及び受信側実在アレー系列３２０は、略直線状に配列されているものの、完全な直線状に配列されていない。なお、略直線状とは、図１４Ａに示すような完全ではない直線も含むものとする。
【0093】
図１４Ａに示すように、本実施形態では、給電方向Ｙ２において地表面Ｇに２番目と３番目に近い送信側実在アレー系列３１０の間隔Ｓ２が他の隣接する送信側実在アレー系列３１０同士の間隔Ｓ１の１／２である。給電方向Ｙ２において地表面Ｇに２番目と３番目に近い受信側実在アレー系列３２０の間隔Ｓ２が他の隣接する受信側実在アレー系列３２０同士の間隔Ｓ１の１／２である。この構成により、図１４Ｂに示すように、仮想アレー系列３４の分布が、第１実施形態や第２実施形態の分布と異なり、格子状に等間隔に配置されておらず給電方向Ｙ２において等間隔ではなくなる。ここでのオフセットさせた間隔を新たな最小単位Ｇ２として整数Ｎ倍の配置としてとらえることができる。このオフセットであり新たな最小単位Ｇ２は当初の最小単位Ｇ２（第２実施形態における最小単位Ｇ２）の１／Ｎで表現される。以下図１４Ａ及び図１４Ｂにおける効果を述べるがこれはＮ＝２の事例となる。
【0094】
図１４Ｂの仮想アレー系列３４における２次元スペクトラムは図１４Ｃのとおりであり、第１実施形態～第３実施形態に係るレーダ装置１での２次元スペクトラムと同様に、地表面Ｇと平行な平行方向Ｘ１にグレーティングローブは発生しておらず、別の方向にグレーティングローブが発生している。この仮想アレー系列３４ではこのグレーティングローグの発生方向に対して空隙３５を一部埋めることで、発生するグレーティングローブの振幅レベルを低減することが可能となる。メインローブのピークの振幅レベルに対してグレーティングローブのピーク振幅が低いため、２つのローブが同時発生しても区別が可能となる。さらにピーク角度を検出した場合、それからグレーティングローブによるピーク角度を一意的に想定することが可能である。これは、図１４Ｃに示すように、メインローブとグレーティングローブの各々のピーク角度の対応関係を、処理ないしテーブル内で算出することで実現できる。
【0095】
本実施形態の処理部６０は、記憶部と、推定部と、を有する。記憶部は、角度処理で発生する最も高いピークと該ピークに対するグレーティングローブの方向との関係性を記憶する。例えば記憶部は、図１４Ｃに示すようなメインローブとグレーティングローブの各々のピーク角度の対応関係が示されたテーブル等を記憶する。
【0096】
推定部は、記憶部によって記憶された関係性に基づいてグレーティングローブが存在する方向を推定する。処理部６０は、推定部が推定した方向におけるピークをグレーティングローブと判定し、判定したグレーティングローブを角度処理の対象から除外する。例えば図１４Ｄに示すように、判定したグレーティングローブの角度範囲を除去することで、これによるアンビギュイティやノイズの除去が可能となる。この処理自体は通常のアンテナの構成の範囲においても可能ではあるものの、ピークから推定される除去の対象となる範囲を、ピークに対して地表面Ｇと平行な平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１以外にて設定できることが有用である。実際のアプリケーションとして適用される状況として、前述のとおり地表面Ｇに対して平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１に沿って物体７０が存在するケースが多く、測定対象自体がそれらの方向に相関が強く、単純にはそれら方向に物体が同時に複数存在する確率が高い。グレーティングローブ除去対象を、同時に存在する確率が比較的低い方向に向けることによって、同時に存在する物体をグレーティングローブとして誤って除去する確率を低くすることが可能となる。なお、ここでの整数はＮ＝２以上であるが小さい値である方が好ましい。その場合オフセットの程度が大きく、有限な実在アレー系列３００の数において効果的にグレーティングローブの振幅を低減できる。また新たに設定される最小単位の大きさを必要以上に小さく設定させることなく、角度処理にて適用する格子数を必要以上に増大させることもない。単純にはこの応用例ではＮ＝２が好ましい。また、本例のごとく送信受信ともに配列中央の間隔を等間隔より狭くすることが対称性やグレーティングローブ低減に好ましい。また配置が自由に設定でき、給電方向Ｙ２において間隔設定が可能である。
【0097】
第４実施形態に係るレーダ装置１によれば、上記（１）～（６）に加えて、以下の効果が奏される。
【0098】
（７） 本実施形態に係るレーダ装置１は、複数の送信側実在アレー系列３１０によって形成される配列において隣接する送信側実在アレー系列３１０同士の間隔のうち少なくとも１つの間隔が異なり、複数の受信側実在アレー系列３２０によって形成される配列において隣接する受信側実在アレー系列３２０同士の間隔のうち少なくとも１つの間隔が異なる。その結果、複数の仮想アレー系列３４の平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１における一部の仮想アレー系列３４が、所定の最小単位の１／整数のオフセットした構成となり、新たに当初の１／整数となった最小単位の整数倍で示される場所に配置される。ここでいう所定の最小単位とは、隣接する送信側実在アレー系列３１０同士の間隔が略等しく、かつ隣接する受信側実在アレー系列３２０同士の間隔が略等しい実在アレー系列３００によって形成される仮想アレー系列３４における最小単位Ｇ１又はＧ２を意味する。これにより、実在アレー系列３００が、一部異なる間隔を有し、オフセットした構成となることで、等間隔であった実在アレー系列３００の配置に一部摂動ができる。これによって、地表面Ｇと平行方向Ｘ１及び地表面直交方向Ｙ１以外で発生するグレーティングローブの振幅を低減し、メインローブとの区別が可能となる。さらにオフセット分によって発生した新たな最小単位での構成により、角度処理においてこの整数単位での離散的な処理を効率的に実施することができる。
【0099】
（８） 本実施形態に係るレーダ装置１において、処理部６０は、角度処理で発生する最も高いピークと該ピークに対するグレーティングローブの方向との関係性を記憶する記憶部と、記憶部によって記憶された前記関係性に基づいてグレーティングローブが存在する方向を推定する推定部と、を有し、推定した方向におけるピークをグレーティングローブと判定し、削除する。これにより、グレーティングローブはメインローブとともに発生するものの、メインローブ発生角度によってグレーティングローブ発生角度が、処理又はテーブルによって一意的に確定することができるため、ペアリングして除去ないし補正が可能となり、分解能を高めた状態にてアンビギュイティの除去が可能となる。特に、メインローブの振幅とグレーティングローブの振幅に差分を持たせておくことで、いずれかをメインローブと確定した除去が可能となる。
【0100】
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態に係るレーダ装置１について図１５を参照しながら説明する。図１５は、第５実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０のアンテナ素子３１１、３２１の配置を示す模式図である。なお、上述した第１実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
次に、第５実施形態に係るレーダ装置１について図１５を参照しながら説明する。図１５は、第５実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０のアンテナ素子３１１、３２１の配置を示す模式図である。なお、上述した第１実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
【0101】
本実施形態のアンテナ部３０は、上述した実施形態のアンテナ部３０と同様に４つの送信アンテナ３１及び４つの受信アンテナ３２を備える。各送信アンテナ３１及び各受信アンテナ３２は、図１５に示すように複数のアンテナ素子３１１が２列に並び、直列に給電されるアレーアンテナである。なお、図１５では、紙面下側の２つの送信アンテナ３１のアンテナ素子３１１等の構成と２つの受信アンテナ３２のアンテナ素子３２１等の構成を省略している。
【0102】
また、４つの送信側実在アレー系列３１０によって形成される配列と４つの受信側実在アレー系列３２０によって形成される配列とは、送受信面３３において、地表面直交方向Ｙ１に延びる仮想線Ｌを中心に略対称となるように配置される。なお、アンテナ部３０の全ての送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２の給電方向Ｙ２は略同じ方向（図１５では紙面上下方向）である。
【0103】
本実施形態では、各送信アンテナ３１は、それぞれのアレーアンテナの給電線路３１２が給電方向Ｙ２に対して同じ方向に傾いて延びる。また、各受信アンテナ３２は、それぞれのアレーアンテナの給電線路３２２が給電方向Ｙ２に対して同じ方向に傾いて延びる。送信アンテナ３１の給電線路３１２と受信アンテナ３２の給電線路３２２は、いずれも、仮想線Ｌから見た３１０の配列の傾き方向に対して、給電方向Ｙ２から反対方向にわずかに傾いて伸びる。
【0104】
第５実施形態に係るレーダ装置１によれば、上記（１）～（４）に加えて、以下の効果が奏される。
【0105】
（９） 本実施形態に係るレーダ装置１において、複数の送信アンテナ３１それぞれは、そのアレーアンテナの給電線路３１２が給電方向Ｙ２に対して同じ方向に傾いて延び、複数の受信アンテナ３２それぞれは、そのアレーアンテナの給電線路３２２が給電方向Ｙ２に対して同じ方向に傾いて延びる。本実施形態によれば、アレーアンテナのアンテナ素子３１１、３２１及び給電線路３１２、３２２を給電方向Ｙ２に平行な方向に並べる場合に比べて、給電直交方向Ｘ２における実在アレー系列３００同士の間隔Ｓ３を小さくすることができる。これにより、地表面Ｇと平行な平行方向Ｘ１又は地表面直交方向Ｙ１の何れかでアンビギュイティの発生を防ぐことができる。また、仮想アレー系列３４の配列構成に対して、実在するアレーアンテナの給電方向Ｙ２を実質的に傾かせることで、仮想アレー系列３４の直列に給電する方向と略直交方向において、アレー系列間隔を狭くとることが可能となり、この方向でのアンビギュイティの排除が可能となる。これは本実在アレー系列３００の配置によって可能となり、送受にて対称に傾かせることで与える指向性への影響を送受において平均化することを可能とし、傾きの影響を軽減することができる。
【0106】
＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態に係るレーダ装置１について図１６を参照しながら説明する。図１６は、第６実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０の構成を示す模式図である。なお、上述した第１実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
次に、第６実施形態に係るレーダ装置１について図１６を参照しながら説明する。図１６は、第６実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０の構成を示す模式図である。なお、上述した第１実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
【0107】
本実施形態のアンテナ部３０は、上述した実施形態のアンテナ部３０と同様に４つの送信アンテナ３１及び４つの受信アンテナ３２を備える。４つの送信側実在アレー系列３１０によって形成される配列と４つの受信側実在アレー系列３２０によって形成される配列とは、地表面直交方向Ｙ１に延びる仮想線Ｌを中心に略対称となるように配置される。
【0108】
上記実施形態では送信側実在アレー系列３１０と受信側実在アレー系列３２０とが給電方向Ｙ２において対向するように配置されていたが、本実施形態では送信側実在アレー系列３１０と受信側実在アレー系列３２０とが給電方向Ｙ２において対向していない。具体的には、図１６に示すように、給電方向Ｙ２において、地表面Ｇから最も遠い受信側実在アレー系列３２０は地表面Ｇから最も遠い送信側実在アレー系列３１０と２番目に遠い送信側実在アレー系列３１０との間に位置し、地表面Ｇから２番目に遠い受信側実在アレー系列３２０は地表面Ｇから２番目に遠い送信側実在アレー系列３１０と３番目に遠い送信側実在アレー系列３１０との間に位置し、地表面Ｇから３番目に遠い受信側実在アレー系列３２０は地表面Ｇから３番目に遠い送信側実在アレー系列３１０と４番目に遠い送信側実在アレー系列３１０との間に位置し、地表面Ｇに最も近い受信側実在アレー系列３２０は地表面Ｇに最も近い送信側実在アレー系列３１０と地表面Ｇとの間に位置する。即ち、４つの受信側実在アレー系列３２０の配列が４つの送信側実在アレー系列３１０の配列よりも地表面Ｇ側に位置する。
【0109】
本実施形態のレーダ装置１では、４つの送信側実在アレー系列３１０と４つの受信側実在アレー系列３２０とに基づいて１６つの仮想アレー系列３４が形成される。全ての仮想アレー系列３４は、上記実施形態と同様に、送受信面３３において、互いに間隔を空け、地表面Ｇに対して平行な平行方向Ｘ１と該平行方向Ｘ１に対して直交する地表面直交方向Ｙ１に格子状に千鳥配列で並ぶように配列される。
【0110】
第６実施形態に係るレーダ装置１によれば、上記（１）～（６）の効果が奏される。
【0111】
＜第７実施形態＞
次に、第７実施形態に係るレーダ装置１について図１７を参照しながら説明する。図１７は、第７実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０とＩＣとの位置関係を示す模式図である。なお、上述した第１実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
次に、第７実施形態に係るレーダ装置１について図１７を参照しながら説明する。図１７は、第７実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０とＩＣとの位置関係を示す模式図である。なお、上述した第１実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
【0112】
本実施形態に係るレーダ装置１は、送信アンテナ３１用と受信アンテナ３２用のチャンネルを有するＩＣ３７及びそのフットプリントを備える点が第２実施形態に係るレーダ装置１と異なる。
【0113】
ＩＣ３７の少なくとも一部又はそのフットプリントは、送受信面３３において送信アンテナ３１と受信アンテナ３２との間の領域に配置される。具体的には、図１７に示すように、互いに最も離れた位置に配置される送信アンテナ３１と受信アンテナ３２との間の領域にＩＣ３７の少なくとも一部又はそのフットプリントが配置される。本実施形態では、図１７に示すように、ＩＣ３７の一部及びそのフットプリントが、給電直交方向Ｘ２における送受信面３３の最も外側に配置される送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２それぞれの地表面Ｇ側の端部の間の領域に配置される。またここで、ＩＣ３７の一部及びそのフットプリントが、最も外側に配置される送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２それぞれに対して、Ｙ２方向にオーバラップする程度近接することが好ましい。
【0114】
ＩＣ３７と送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２とは、給電線３８を介して電気的に接続される。図１７に示すように、給電線３８は、ＩＣ３７と各送信アンテナ３１及び各受信アンテナ３２の地表面Ｇ側の端部それぞれを接続する。
【0115】
＜第８実施形態＞
次に、第８実施形態に係るレーダ装置１について図１８を参照しながら説明する。図１８は、第８実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０とＩＣ３７との位置関係を示す模式図である。なお、上述した第７実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
次に、第８実施形態に係るレーダ装置１について図１８を参照しながら説明する。図１８は、第８実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ部３０とＩＣ３７との位置関係を示す模式図である。なお、上述した第７実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
【0116】
本実施形態に係るレーダ装置１は、送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２の配置や向きが第７実施形態とは主に異なる。本実施形態では、各送信アンテナ３１の複数のアンテナ素子３１１及び各受信アンテナ３２の複数のアンテナ素子３２１は、上記実施形態と同様に給電方向Ｙ２に平行に並列される。本実施形態のレーダ装置１の給電方向Ｙ２は、図１８に示すように、第７実施形態と同様に送受信面３３において平行方向Ｘ１に直交する地表面直交方向Ｙ１と略同じである。
【0117】
一方で、本実施形態では、送信側実在アレー系列３１０によって形成される配列と受信側実在アレー系列３２０によって形成される配列とは、図１８に示すように平行方向Ｘ１に延びる仮想線Ｌを中心に略対称となるように配置される。また本実施形態では、送信アンテナ３１と受信アンテナ３２とは、給電直交方向Ｘ２における一側（図１８では紙面右側）から他側（図１８では紙面左側）に向かうにつれて離れるように配置される。また、各送信アンテナ３１の端部と各受信アンテナ３２の端部とは対向するように配置される。
【0118】
本実施形態では、図１８に示すように、ＩＣ３７の一部及びそのフットプリントは、互いに最も離れた一の送信アンテナ３１の端部と一の受信アンテナ３２の端部との間から給電直交方向Ｘ２の他側にオーバラップされるように配置される。
【0119】
第７実施形態及び第８実施形態に係るレーダ装置１によれば、上記（１）～（４）に加えて、以下の効果が奏される。
【0120】
第７実施形態及び第８実施形態に係るレーダ装置１は、互いに最も離れた位置に配置される前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の領域には、前記送信アンテナ用と前記受信アンテナ用のチャンネルを有するＩＣ３７の少なくとも一部又は該ＩＣ３７のフットプリントが含まれる。これにより、本実施形態によれば、対向する送信アンテナ３１と受信アンテナ３２との間のスペースにＩＣ３７の少なくとも一部やそのフットプリントが配置されるので、省スペース化が図れる。また図１７に示すように、ＩＣ３７から各送信アンテナ３１及び各受信アンテナ３２に対しての給電線３８の引き回しが容易になる。特に互いに最も離れた送信アンテナ３１及び受信アンテナ３２に対して無駄な引き回しなく給電線３８の配線が可能である。また、送信アンテナ３１と受信アンテナ３２との間の領域が地表面Ｇ側に開かれているので、ＩＣ３７等の周囲に低周波線路、回路等を効率的に配置することができる。また送信と受信の最も外側のアレー系列のアンテナ端周辺同士から他のアレー系列のアンテナ端周辺領域の間に、送受チャネルを有するＩＣ３７の少なくとも一部またはそのフットプリントが含まれることで、送信と受信の間の空きスペースにＩＣ３７を設置することができ省スペース化が図れ、特に最も外側のアレー系列に対して無駄な引き回しなく給電線の配線が可能であり、かつアンテナの反対方向領域が開かれているため、低周波線路、回路等を効率的に配置することができる。
【0121】
＜第９実施形態＞
次に、第９実施形態に係るレーダ装置１について図１９を参照しながら説明する。図１９は、第９実施形態のレーダ装置１のアンテナ部３０と給電線３８を配置する領域Ａ１とレドム等を配置する領域Ａ２の位置関係を示す模式図である。なお、上述した第２実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
次に、第９実施形態に係るレーダ装置１について図１９を参照しながら説明する。図１９は、第９実施形態のレーダ装置１のアンテナ部３０と給電線３８を配置する領域Ａ１とレドム等を配置する領域Ａ２の位置関係を示す模式図である。なお、上述した第２実施形態と同じ構成については詳細な説明を省略する場合がある。
【0122】
本実施形態のレーダ装置１では、複数の送信アンテナ３１と複数の受信アンテナ３２とが対向する側の領域Ａ１に給電線３８が配置され、複数の送信アンテナ３１又は複数の受信アンテナ３２を挟んで給電線３８が配置される領域Ａ１とは反対側の領域Ａ２に基板の切り欠き、ネジ、又はレドムの側面の少なくともいずれか１つが配置される。この構成により、給電線３８が配置される領域Ａ１とアレーアンテナを挟んで反対側の外形領域にアレーアンテナが存在しない空き領域を形成することで、モジュールとして必要なねじ等の固定機構をモジュール外形に凸部を設けることなく形成することができ、モジュールとして最大サイズの小型化を図ることができる。またレドム側面が、地表面平行方向とそれに直交する方向とは異なり、アレーアンテナの配置に沿う傾斜を持たせることで、レドム側面による反射の悪影響を地表面平行方向とそれに直交する方向にて低減することが可能となる。
【0123】
第９実施形態に係るレーダ装置１によれば、上記（１）～（６）に加えて、以下の効果が奏される。
【0124】
本実施形態に係るレーダ装置１は、複数の送信アンテナ３１と複数の受信アンテナ３２とが対向する側の領域Ａ１に配置される給電線３８と、複数の送信アンテナ３１及び複数の受信アンテナ３２の給電線３８が配置される領域Ａ１とは反対側の領域Ａ２に配置される基板の切り欠き、ネジ、又はレドム側面の少なくともいずれか１つと、をさらに備える。これにより、アレーアンテナの配置の、給電線３８と反対側の外形領域に、アンテナが存在しない空き領域を形成することで、モジュールとして必要なねじ等の固定機構をモジュール外形に凸部を設けることなく形成することができ、モジュールとして最大サイズの小型化を図ることができる。またレドム側面が、地表面Ｇと平行方向とそれに直交する方向と異なり、アレーアンテナ配置に沿う傾斜を持たせることで、レドム側面による反射の悪影響を地表面Ｇ平行方向とそれに直交する方向にて低減することが可能となる。
【0125】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【0126】
また図１６に示すように、仮想線Ｌを中心に略対称とは、実在アレー系列３００の各々での並び方において、その並び方が送信側と受信側で対称でありさえすれば、アレーアンテナが設置されている位置自体は特にどこであっても構わない。当然この系列数に制約はないが送信の系列と受信の系列の数が等しい際に対称性や、所定の方向における分解能の最大化を得られることができる。また、例示したアレーアンテナの偏波方向は給電方向Ｙ２と同じ形態であったが、偏波方向は給電方向Ｙ２に限るものではない。
【符号の説明】
【0127】
１ レーダ装置
３１ 送信アンテナ
３２ 受信アンテナ
３３ 送受信面
３４ 仮想アレー系列
６０ 処理部
３１０ 送信側実在アレー系列
３２０ 受信側実在アレー系列
Ｘ１ 平行方向
Ｘ２ 給電直交方向（第１直交方向）
Ｙ１ 地表面直交方向（第２直交方向）
Ｙ２ 給電方向
３１ 送信アンテナ
３２ 受信アンテナ
３３ 送受信面
３４ 仮想アレー系列
６０ 処理部
３１０ 送信側実在アレー系列
３２０ 受信側実在アレー系列
Ｘ１ 平行方向
Ｘ２ 給電直交方向（第１直交方向）
Ｙ１ 地表面直交方向（第２直交方向）
Ｙ２ 給電方向
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】