知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ 株式会社デンソーの特許一覧 ▶ トヨタ自動車株式会社の特許一覧 ▶ 株式会社ミライズテクノロジーズの特許一覧
(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】P2025007326
(43)【公開日】2025-01-17
(54)【発明の名称】レーダ装置
(51)【国際特許分類】
G01S 13/46 20060101AFI20250109BHJP
G01S 7/02 20060101ALI20250109BHJP
H01Q 21/06 20060101ALI20250109BHJP
【ＦＩ】
G01S13/46
G01S7/02 216
H01Q21/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023108633
(22)【出願日】2023-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大藪 弘和
(72)【発明者】
【氏名】高畑 利彦
(72)【発明者】
【氏名】山浦 新司
【テーマコード（参考）】
5J021
5J070
【Ｆターム（参考）】
5J021AA07
5J021HA04
5J070AB17
5J070AB24
5J070AC02
5J070AC06
5J070AC13
5J070AD05
5J070AD10
5J070AE20
5J070AF03
5J070AH31
5J070AH35
5J070AH40
5J070AK07
5J070BD02
(57)【要約】
【課題】物標に対応する信号が実像か偽像かを適切に識別することが可能なレーダ装置を提供する。
【解決手段】レーダ装置１は、複数の第１アンテナ素子Ｔｘを含む送信アンテナ群３と、複数の第２アンテナ素子Ｒｘを含む受信アンテナ群４と、制御部６と、を備える。制御部６は、２以上となる所定数の第１アンテナ素子Ｔｘおよび複数の第２アンテナ素子Ｒｘを含む第１アレイアンテナを用いて物標に対応する信号を検出する第１信号検出部６１を有する。制御部６は、所定数よりも多い数の第１アンテナ素子Ｔｘおよび複数の第２アンテナ素子Ｒｘを含む第２アレイアンテナを用いて物標に対応する信号を検出する第２信号検出部６２を有する。制御部６は、第１信号検出部６１の検出結果および第２信号検出部６２の検出結果を比較し、比較結果に基づいて物標に対応する信号が、実像が偽像かを識別する識別部６３を備える。
【選択図】図１
【解決手段】レーダ装置１は、複数の第１アンテナ素子Ｔｘを含む送信アンテナ群３と、複数の第２アンテナ素子Ｒｘを含む受信アンテナ群４と、制御部６と、を備える。制御部６は、２以上となる所定数の第１アンテナ素子Ｔｘおよび複数の第２アンテナ素子Ｒｘを含む第１アレイアンテナを用いて物標に対応する信号を検出する第１信号検出部６１を有する。制御部６は、所定数よりも多い数の第１アンテナ素子Ｔｘおよび複数の第２アンテナ素子Ｒｘを含む第２アレイアンテナを用いて物標に対応する信号を検出する第２信号検出部６２を有する。制御部６は、第１信号検出部６１の検出結果および第２信号検出部６２の検出結果を比較し、比較結果に基づいて物標に対応する信号が、実像が偽像かを識別する識別部６３を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電波により物標を検出するレーダ装置であって、
実在する複数の第１アンテナ素子（Ｔｘ）を含む送信アンテナ群（３）と、
実在する複数の第２アンテナ素子（Ｒｘ）を含む受信アンテナ群（４）と、
２以上となる所定数の前記第１アンテナ素子および複数の前記第２アンテナ素子を含む第１アレイアンテナを用いて前記物標に対応する信号を検出する第１信号検出部（６１）と、
前記所定数よりも多い数の前記第１アンテナ素子および複数の前記第２アンテナ素子を含む第２アレイアンテナを用いて前記物標に対応する信号を検出する第２信号検出部（６２）と、
前記第１信号検出部の検出結果および前記第２信号検出部の検出結果を比較し、比較結果に基づいて前記物標に対応する信号が、実像が偽像かを識別する識別部（６３）と、を備える、レーダ装置。
実在する複数の第１アンテナ素子（Ｔｘ）を含む送信アンテナ群（３）と、
実在する複数の第２アンテナ素子（Ｒｘ）を含む受信アンテナ群（４）と、
２以上となる所定数の前記第１アンテナ素子および複数の前記第２アンテナ素子を含む第１アレイアンテナを用いて前記物標に対応する信号を検出する第１信号検出部（６１）と、
前記所定数よりも多い数の前記第１アンテナ素子および複数の前記第２アンテナ素子を含む第２アレイアンテナを用いて前記物標に対応する信号を検出する第２信号検出部（６２）と、
前記第１信号検出部の検出結果および前記第２信号検出部の検出結果を比較し、比較結果に基づいて前記物標に対応する信号が、実像が偽像かを識別する識別部（６３）と、を備える、レーダ装置。
【請求項2】
複数の前記第１アンテナ素子および複数の前記第２アンテナ素子のうち、一方のアンテナ素子は、所定の基準距離の複数倍となる基準間隔をあけて等間隔に並んで配置されており、
複数の前記第１アンテナ素子および複数の前記第２アンテナ素子のうち、他方のアンテナ素子は、前記基準間隔よりも前記基準距離の分だけ小さい間隔で配置されるものが含まれている、請求項１に記載のレーダ装置。
複数の前記第１アンテナ素子および複数の前記第２アンテナ素子のうち、他方のアンテナ素子は、前記基準間隔よりも前記基準距離の分だけ小さい間隔で配置されるものが含まれている、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項3】
前記他方のアンテナ素子は、複数の前記一方のアンテナ素子におけるアンテナ開口長に前記基準間隔を加えた値の間隔をあけて配置されるものが含まれている、請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項4】
前記第１アレイアンテナおよび前記第２アレイアンテナは、複数のアンテナ素子の並び方向に交差する方向から到来する電波によって生じる複数のアンテナ素子の間の位相差に対応する差分信号を利用して補完された仮想アンテナ素子を含む拡張アレイアンテナとして構成されている、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のレーダ装置。
【請求項5】
前記第１信号検出部および前記第２信号検出部は、前記拡張アレイアンテナを構成するアンテナ素子に対応する信号が複数得られる場合には複数の信号を平均化する、請求項４に記載のレーダ装置。
【請求項6】
前記第１信号検出部および前記第２信号検出部は、前記拡張アレイアンテナを構成するアンテナ素子に対応する信号について窓関数処理による重み付けを行う、請求項４に記載のレーダ装置。
【請求項7】
前記送信アンテナ群および前記受信アンテナ群のうち、一方のアンテナ群に含まれる１つのアンテナ素子および他方のアンテナ群に含まれる２つ以上のアンテナ素子を含む第３アレイアンテナを用いて前記物標に対応する信号を検出する第３信号検出部（６４）を備え、
前記識別部は、前記第３信号検出部で検出された前記物標に対応する信号のピークレベルと前記第１信号検出部および前記第２信号検出部の少なくとも一方で検出された前記物標に対応する信号のピークレベルとの差が所定値以内である場合、前記第１信号検出部の検出結果、前記第２信号検出部の検出結果、前記第３信号検出部の検出結果それぞれを比較し、比較結果に基づいて前記物標に対応する信号が、実像が偽像かを識別する、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のレーダ装置。
前記識別部は、前記第３信号検出部で検出された前記物標に対応する信号のピークレベルと前記第１信号検出部および前記第２信号検出部の少なくとも一方で検出された前記物標に対応する信号のピークレベルとの差が所定値以内である場合、前記第１信号検出部の検出結果、前記第２信号検出部の検出結果、前記第３信号検出部の検出結果それぞれを比較し、比較結果に基づいて前記物標に対応する信号が、実像が偽像かを識別する、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、レーダ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
この種のレーダ装置において、アンテナで受信された電波に基づいて検出された物標に対応する信号が実像か虚像かを識別する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、１つのアンテナから送信されて複数のアンテナで受信された電波に基づく物標の検出結果と複数のアンテナから送信されて複数のアンテナで受信された電波に基づく物標の検出結果を比較し、実像か虚像かを識別するものが開示されている。以下では、複数のアンテナから送信された電波を複数のアンテナで受信する構成を“ＭＩＭＯ”と呼んだり、１つのアンテナから送信された電波を複数のアンテナで受信する構成を“ＳＩＭＯ”と呼んだりすることがある。なお、ＭＩＭＯは、Multi Input Multi Outputの略称である。ＳＩＭＯは、Single Input Multi Outputの略称である。ＭＩＳＯは、Multi Input Single Outputの略称である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－１３６２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、ＳＩＭＯのアンテナ構成において、アンテナ素子の間隔を広げると、ターゲット位置に対して一定の間隔をあけてグレーティングローブが発生する。このグレーティングローブの発生位置とターゲットの位置とが重なり合う場合、それぞれに対応する信号が弱め合うように干渉することがある。この場合、ＳＩＭＯのアンテナ構成で検出される信号に比べてピークレベルが、ＭＩＭＯのアンテナ構成で検出される信号に比べてピークレベルに比べて極端に小さくなることで、物標に対応する信号が実像か偽像かを適切に識別することができなくなってしまう。
【0005】
本開示は、物標に対応する信号が実像か偽像かを適切に識別することが可能なレーダ装置を提供することを目的とする。
ことを目的とする。
ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項１に記載の発明は、
電波により物標を検出するレーダ装置であって、
実在する複数の第１アンテナ素子（Ｔｘ）を含む送信アンテナ群（３）と、
実在する複数の第２アンテナ素子（Ｒｘ）を含む受信アンテナ群（４）と、
２以上となる所定数の第１アンテナ素子および複数の第２アンテナ素子を含む第１アレイアンテナを用いて物標に対応する信号を検出する第１信号検出部（６１）と、
所定数よりも多い数の第１アンテナ素子および複数の第２アンテナ素子を含む第２アレイアンテナを用いて物標に対応する信号を検出する第２信号検出部（６２）と、
第１信号検出部の検出結果および第２信号検出部の検出結果を比較し、比較結果に基づいて物標に対応する信号が、実像が偽像かを識別する識別部（６３）と、を備える。
電波により物標を検出するレーダ装置であって、
実在する複数の第１アンテナ素子（Ｔｘ）を含む送信アンテナ群（３）と、
実在する複数の第２アンテナ素子（Ｒｘ）を含む受信アンテナ群（４）と、
２以上となる所定数の第１アンテナ素子および複数の第２アンテナ素子を含む第１アレイアンテナを用いて物標に対応する信号を検出する第１信号検出部（６１）と、
所定数よりも多い数の第１アンテナ素子および複数の第２アンテナ素子を含む第２アレイアンテナを用いて物標に対応する信号を検出する第２信号検出部（６２）と、
第１信号検出部の検出結果および第２信号検出部の検出結果を比較し、比較結果に基づいて物標に対応する信号が、実像が偽像かを識別する識別部（６３）と、を備える。
【0007】
ＭＩＭＯのアンテナ構成では、ＳＩＭＯのアンテナ構成に比べて隣り合うアンテナ素子同士の間隔が小さくなることで、グレーティングローブが生じ難くなる。このため、異なるアンテナ構成となるＭＩＭＯで物標に対応する信号の検出結果を比較し、比較結果に基づいて、物標に対応する信号が実像か否かを識別する構成とすれば、従来技術に比べて、物標に対応する信号が実像か偽像かを適切に識別することができる。
【0008】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係るレーダ装置の概略構成図である。
【図2】第１実施形態に係るレーダ装置における実在する複数の送信アンテナ素子を含む送信アンテナ群を示す模式図である。
【図3】第１実施形態に係るレーダ装置における実在する複数の受信アンテナ素子を含む受信アンテナ群を示す模式図である。
【図4】第１実施形態に係るレーダ装置におけるＭＩＭＯ用の第１アレイアンテナおよびＭＩＭＯ用の第２アレイアンテナを説明するための説明図である。
【図5】第４実施形態に係るレーダ装置における拡張アレイアンテナの共分散行列を説明するための説明図である。
【図6】窓関数を説明するための説明図である。
【図7】レーダ装置の制御部が実行する物標検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図8】レーダ装置におけるアンテナ素子の配置態様の一例を示す模式図である。
【図9】ＳＩＭＯにおける物標に対応する信号の電力スペクトルを説明するための説明図である。
【図10】ＭＩＭＯにおける物標に対応する信号の電力スペクトルを説明するための説明図である。
【図12】物標が２つある場合のＳＩＭＯにおける電力スペクトルを説明するための説明図である。
【図13】電波の往路と復路とが一致する場合および電波の往路と復路とが一致しない場合を説明するための説明図である。
【図14】物標が２つあり、且つ、電波の往路と復路とが一致する場合のＭＩＭＯにおける電力スペクトルを説明するための説明図である。
【図15】電波の往路と復路とが一致する場合において、２つの物標の方位を推定した際のシミュレーション結果を示すスペクトル図である。
【図16】物標が２つあり、且つ、電波の往路と復路とが不一致となる場合のＭＩＭＯにおける電力スペクトルを説明するための説明図である。
【図17】電波の往路と復路とが不一致となる一例において、２つの物標の方位を推定した際のシミュレーション結果を示すスペクトル図である。
【図18】電波の往路と復路とが不一致となる他の例において、２つの物標の方位を推定した際のシミュレーション結果を示すスペクトル図である。
【図19】電波の往路と復路とが不一致となる場合において、２つの物標の方位を推定した際のシミュレーション結果を示すスペクトル図である。
【図20】物標に対応する信号の位置とグレーティングローブの発生位置とが重なり合う場合のＳＩＭＯでの方位のシミュレーション結果を説明するための説明図である。
【図21】第１実施形態に係るレーダ装置の制御部が実行する信号判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図22】電波の往路と復路とが一致する一例において、２種のＭＩＭＯで方位推定した場合のシミュレーション結果を示すスペクトル図である。
【図23】電波の往路と復路とが不一致となる際の反射波のみを２種のＭＩＭＯで方位推定した場合のシミュレーション結果を示すスペクトル図である。
【図24】電波の往路と復路とが不一致となる際の反射波のみを２種のＭＩＭＯで方位推定した場合のシミュレーション結果を示すスペクトル図である。
【図25】第２実施形態に係るレーダ装置の概略構成図である。
【図26】電波の往路と復路とが不一致となる際の反射波のみを２種のＭＩＭＯおよびＳＩＭＯで方位推定した場合のシミュレーション結果を示すスペクトル図である。
【図27】第２実施形態に係るレーダ装置の制御部が実行する物標検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図28】第２実施形態に係るレーダ装置の制御部が実行する信号判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図29】物標に対応する信号の位置とグレーティングローブの発生位置とが重なり合う場合の第２実施形態に係る方位のシミュレーション結果を示すスペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。
【0011】
（第１実施形態）
本実施形態について、図１～図２４を参照して説明する。本実施形態では、本開示のレーダ装置１を、車両に搭載されて車両の周囲に存在する様々な物標を検出する物標検出装置に適用した例について説明する。
本実施形態について、図１～図２４を参照して説明する。本実施形態では、本開示のレーダ装置１を、車両に搭載されて車両の周囲に存在する様々な物標を検出する物標検出装置に適用した例について説明する。
【0012】
レーダ装置１は、車両の前方に向けて電波を出射するとともに、車両の前方にある物標によって反射した電波を受信することで、物標までの距離、自車両に対する相対速度、自車両に対する方位等を求める。
【0013】
レーダ装置１は、信号の変調方式としてＦＭＣＷ方式が採用されている。レーダ装置１は、電波の動作周波数が、ミリ波に対応する周波数帯（例えば、７６．５ＧＨｚ）とされている。なお、レーダ装置１が送受信する電波の動作周波数は、ミリ波に対応する周波数に限定されず、ミリ波以外の周波数であってもよい。
【0014】
図１に示すように、レーダ装置１は、送信部２と、実在する複数の第１アンテナ素子Ｔｘを含む送信アンテナ群３と、実在する複数の第２アンテナ素子Ｒｘを含む受信アンテナ群４と、受信部５と、制御部６とを備える。
【0015】
送信部２は、送信アンテナ群３から送信する信号を生成し、送信アンテナ群３に伝える。具体的には、送信部２は、ローカル信号を生成し、生成したローカル信号を受信部５に伝える。また、送信部２は、連続的に周波数が変化するチャープ信号を生成し、生成したチャープ信号を送信アンテナ群３に提供する。
【0016】
送信アンテナ群３は、送信部２から提供されたチャープ信号に対応する電波を車両の前方に向けて送信する。本例の送信アンテナ群３は、実在する４つの第１アンテナ素子Ｔｘによって構成されている。第１アンテナ素子Ｔｘは、所定の間隔をあけて予め定めた方向に配列方向に沿って一列に配置されている。
【0017】
本実施形態の第１アンテナ素子Ｔｘは、車両の幅方向に並ぶように配列されている。図２に示すように、第１アンテナ素子Ｔｘは、端部に位置するものから基準距離ｄの２倍となる「２ｄ」の間隔をあけた位置、基準距離ｄの１０倍となる「１０ｄ」の間隔をあけた位置、基準距離ｄの１２倍となる「１２ｄ」の間隔をあけた位置に配置されている。第１アンテナ素子Ｔｘの間隔は、厳密に基準距離ｄの倍数となっている状態の他、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差が含まれていてもよい。
【0018】
ここで、基準距離ｄは、レーダ装置１の探知範囲を“±１／２・θｆｏｖ”としたとき、以下の数式Ｆ１を満たすように設定される。本実施形態では、θｆｏｖを“１８０°”とし、基準距離ｄを“１／２・λ”とする。なお、λは、電波の波長である。
【0019】
１／ｓｉｎ（θｆｏｖ／１８０・π）・２＜ｄ ・・・（Ｆ１）
受信アンテナ群４は、送信アンテナ群３から送信されて物標によって反射した電波等を受信する。受信アンテナ群４は、実在する４つの第２アンテナ素子Ｒｘによって構成されている。本例の第２アンテナ素子Ｒｘは、所定の間隔をあけて予め定めた方向に配列方向に沿って一列に配置されている。
受信アンテナ群４は、送信アンテナ群３から送信されて物標によって反射した電波等を受信する。受信アンテナ群４は、実在する４つの第２アンテナ素子Ｒｘによって構成されている。本例の第２アンテナ素子Ｒｘは、所定の間隔をあけて予め定めた方向に配列方向に沿って一列に配置されている。
【0020】
本実施形態の第２アンテナ素子Ｒｘは、車両の幅方向に並ぶように等間隔に配列されている。図３に示すように、第２アンテナ素子Ｒｘは、基準距離ｄの３倍となる「３ｄ」の間隔をあけて配置されている。
【0021】
第２アンテナ素子Ｒｘの間隔は、厳密に基準距離ｄの倍数となっている状態の他、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差が含まれていてもよい。また、“等間隔”とは、厳密に同じ間隔となっている状態だけを意味するものではなく、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差を含むものも含まれる。
【0022】
受信部５は、受信アンテナ群４で受信された受信信号および送信部２から伝えられたローカル信号に基づいてビート信号を生成し、当該ビート信号をサンプリングして制御部６へ提供する。図示しないが、受信部５は、ミキサ、増幅器、ＡＤ変換器等を含んで構成されている。
【0023】
制御部６は、プロセッサ、メモリを備えたマイクロコンピュータを中心に構成された電子制御機器である。メモリは、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等である。マイクロコンピュータの各種機能は、プロセッサが非遷移的実体的記憶媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
【0024】
制御部６は、２以上となる所定数の第１アンテナ素子Ｔｘおよび複数の第２アンテナ素子Ｒｘを含むＭＩＭＯ用の第１アレイアンテナを用いて電波を送受信した際に受信される電波に基づいて物標に対応する信号を検出する。本実施形態の第１アレイアンテナは、２つの第１アンテナ素子Ｔｘおよび４つの第２アンテナ素子Ｒｘといったアンテナ構成となっている。本実施形態では、制御部６のうち、第１アレイアンテナを用いて電波を送受信した際に受信される電波に基づいて物標に対応する信号を検出するソフトウエア、ハードウエアが“第１信号検出部６１”を構成している。
【0025】
本実施形態の第１アレイアンテナは、図４の左側に示すように、４つの第２アンテナ素子Ｒｘに４つの仮想アンテナ素子Ｖｘを含む仮想アレイとなっている。このような仮想アレイは、２つの第１アンテナ素子Ｔｘから送信された電波を４つの第２アンテナ素子Ｒｘを受信し、信号処理を施すことで得られる。本実施形態の第１アレイアンテナは、アンテナ素子が不等間隔となる配置構成となっている。つまり、第１アレイアンテナは、他に比べてアンテナ素子同士の間隔が大きくなる箇所を含むアンテナ構成となっている。
【0026】
このようなアンテナ構成では、複数のアンテナ素子の並び方向に交差する方向から到来する電波によって生じる複数のアンテナ素子の間の位相差に対応する差分信号を利用して、アンテナの欠落箇所の信号を拡張処理によって補完できる場合がある。この拡張処理では、第２アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子のうち、他に比べて間隔が大きくなるアンテナ素子間に位置付ける仮想アンテナ素子の信号を複数のアンテナ素子の間の位相差に対応する差分信号を利用して補間する。
【0027】
拡張処理としては、例えば、Ｋｈａｔｒｉ－Ｒａｏ積拡張アレイ処理が挙げられる。拡張処理では、他に比べて間隔が大きくなるアンテナ素子間に位置付ける仮想アンテナ素子の信号を複数のアンテナ素子の間の位相差に対応する差分信号を利用して補間する。
【0028】
図５の左側に示すマトリクスは、図４の左側に示すアンテナ構成について、アンテナ素子における受信信号と当該受信信号の複素共役との分散行列ｅｉωを示している。図５の中央に示すマトリクスは、図５の左側に示す分散行列ｅｉωにおける独立成分の指数部分だけを示したものである。このマトリクスは、第２アレイアンテナのアンテナ素子の配設位置に対応する数値を最上行として並べるとともに当該アンテナ素子の配設位置に対応する数値を符号反転した数値を最左列として並べこれらの数値を縦横加算して配列させたものに相当する。なお、図５の中央に示すマトリクスに配列された数値（指数）は、拡張アレイアンテナにおける各配設位置に相当する。また、図５の右側に示す表の個数は、各アンテナ素子に対応する信号の数に相当する。
【0029】
このような拡張処理によって得られる拡張アレイアンテナは、アンテナ開口長が「２２ｄ」となる大開口のアンテナ構成となる。本実施形態のレーダ装置１は、図４の左側の中段に示す仮想アレイに拡張処理を施し、当該拡張処理によって得られる拡張アレイアンテナを第１アレイアンテナとして用いて物標に対応する信号を検出する。
【0030】
拡張アレイアンテナは、中央付近で、アンテナ素子が等間隔で並ぶようにアンテナ素子が配置されている。具体的には、拡張アレイアンテナは、２１個のアンテナ素子を有し、両端にあるアンテナ素子が「２ｄ」の間隔をあけて配置され、両端を除く中央のアンテナ素子が「１ｄ」の間隔をあけて配置されるアンテナ構成となっている。このように、本例の拡張アレイアンテナは、両端側で独立成分の指数が連番になっていない。例えば、独立成分の指数が「－９」の次は「－１１」であり、「－１０」が存在しない。このことは、サイドローブＳＬの増加を招く要因となるものであり、第１アンテナ素子Ｔｘまたは第２アンテナ素子Ｒｘが等間隔に配置されていることで生じ易い。
【0031】
このことを考慮し、本実施形態の制御部６は、拡張処理において、拡張アレイアンテナを構成するアンテナ素子に対応する信号について窓関数処理による重み付けを行う。この窓関数処理では、例えば、図６に示すハン窓、ブラックマン窓を用いることができる。ハン窓は、ダイナミックレンジが狭いものの周波数分解能が高いといった特徴を有する。一方、ブラックマン窓は、周波数分解能が低いものの、ダイナミックレンジが広いといった特徴を有する。
【0032】
また、本実施形態の拡張アレイアンテナは、マトリクス状に配列された独立成分の指数の中央値に近い位置で検出される信号の個数（重複数）が、中央値から最も離れた位置で検出さえる信号の個数よりも大きくなるように、アンテナ素子が配置されている。具体的には、拡張アレイアンテナでは、図５の右側に示すように、独立成分の指数が「－９」、「－８」、「－６」～「０」～「６」、「８」、「９」となる位置で信号が複数得られる。本例の拡張アレイアンテナは、独立成分の指数が「０」の位置を基準位置としたとき、当該基準位置からに離れるほど信号の数が減少しているわけではなく、増減している。信号の数は、例えば、基準位置では８個だが、「－１」では３個に減少し、「－２」では４個、「－３」では６個と増加し、「－４」では２個に減少している。
【0033】
このことを考慮し、制御部６は、拡張処理において、拡張アレイアンテナを構成するアンテナ素子に対応する信号が複数得られる場合には複数の信号を加算して平均化する。換言すれば、制御部６は、拡張アレイアンテナにおける配設位置に相当する数値の個数が複数である場合に、当該配設位置にて複数求められる差分信号を平均化する。これによれば、隣接するターゲット間の干渉が抑制される。
【0034】
また、制御部６は、所定数よりも多い数の第１アンテナ素子Ｔｘおよび複数の第２アンテナ素子Ｒｘといったアンテナ構成に対応するＭＩＭＯ用の第２アレイアンテナを用いて電波を送受信した際に受信される電波に基づいて物標に対応する信号を検出する。本実施形態の第２アレイアンテナは、４つの第１アンテナ素子Ｔｘおよび４つの第２アンテナ素子Ｒｘといったアンテナ構成となっている。本実施形態では、制御部６のうち、第２アレイアンテナを用いて電波を送受信した際に受信される電波に基づいて物標に対応する信号を検出するソフトウエア、ハードウエアが“第２信号検出部６２”を構成している。
【0035】
本実施形態の第２アレイアンテナは、図４の右側の中段に示すように、４つの第２アンテナ素子Ｒｘに８つの仮想アンテナ素子Ｖｘを加えた仮想アレイとなっている。このような仮想アレイは、４つの第１アンテナ素子Ｔｘから送信された電波を４つの第２アンテナ素子Ｒｘを受信し、信号処理を施すことで得られる。本実施形態の第２アレイアンテナは、アンテナ素子が不等間隔となる配置構成となっている。
【0036】
本実施形態のレーダ装置１は、図４の右側の中段に示す仮想アレイに対して前述の拡張処理を施し、当該拡張処理によって得られる拡張アレイアンテナを第２アレイアンテナとして用いて物標に対応する信号を検出する。
【0037】
また、制御部６は、第１アレイアンテナを用いた際の物標に対応する信号の検出結果と第２アレイアンテナを用いた際の物標に対応する信号の検出結果とを比較し、比較結果に基づいて、物標に対応する信号が実像か偽像かを識別する。本実施形態では、制御部６のうち、第１信号検出部６１での物標に対応する信号の検出結果および第２信号検出部６２での物標に対応する信号の検出結果を比較し、比較結果に基づいて物標に対応する信号が実像か偽像かを識別する“識別部６３”を構成している。
【0038】
次に、レーダ装置１の制御部６が実行する物標検出処理について図７を参照しつつ説明する。図７に示す処理は、送信アンテナ群３から所定の送信周期でチャープ信号が送信されると、制御部６によって周期的または不定期に実行される。
【0039】
図７に示すように、制御部６は、ステップＳ１００にて、物標からの反射波を受信アンテナ群４で受信する。この受信信号は受信部５のミキサにてローカル信号と混合される。その後、ローパスフィルタにより所望の周波数成分が抽出されて、当該周波数成分がビート信号として受信部５から制御部６へ提供される。
【0040】
続いて、制御部６は、ステップＳ１１０にて、距離ＦＦＴの処理を行う。制御部６は、ビート信号をＦＦＴにより周波数解析することで、物標までの距離を求める。なお、ＦＦＴは、Fast Fourier Transformの略称である。
【0041】
続いて、制御部６は、ステップＳ１２０にて、速度ＦＦＴの処理を行う。制御部６は、ビート周波数成分毎にＦＦＴを行ってドップラ周波数を求めるとともに当該ドップラ周波数に基づいて物標の相対速度を求める。
【0042】
続いて、制御部６は、ステップＳ１３０にて、ＭＩＭＯ用の第１アレイアンテナによってレーダ装置１に対する物標の方位を検出する第１方位推定の処理を行う。制御部６は、第１アレイアンテナを構成するアンテナ素子で受信される受信信号の位相が反射波の到来角によって異なることを基に、物標の方位を検出する。
【0043】
続いて、制御部６は、ステップＳ１４０にて、ＭＩＭＯ用の第２アレイアンテナによって物標の方位を検出する第２方位推定の処理を行う。制御部６は、第２アレイアンテナを構成するアンテナ素子で受信される受信信号の位相が反射波の到来角によって異なることを基に、物標の方位を検出する。
【0044】
続いて、制御部６は、ステップＳ１５０にて、物標に対応する信号が実像か偽像かを判定する信号判定処理を行う。この信号判定処理では、ＭＩＭＯ用の第１アレイアンテナでの物標に対応する信号の検出結果とＭＩＭＯ用の第２アレイアンテナでの物標に対応する信号の検出結果を比較し、比較結果に基づいて物標に対応する信号が、実像か偽像かを識別する。具体的には、制御部６は、第１アレイアンテナでの物標に対応する信号の電力スペクトルと第２アレイアンテナでの物標に対応する信号の電力スペクトルとを比較して、物標に対応する信号が実像か偽像かを識別する。
【0045】
ここで、図８に示すアンテナ素子ｘｌｍの配置態様を例に、物標に対応する信号の電力スペクトルについて図９～図２０を参照しつつ説明する。なお、以下では、ＳＩＭＯのアンテナ構成を“ＳＩＭＯ”と呼び、ＭＩＭＯ用のアンテナ構成を“ＭＩＭＯ”と呼んだりすることがある。ｘｌｍは、“ｌ”が送信アンテナに対応するインデックスであり、“ｍ”が受信アンテナに対応するインデックスである。
【0046】
図９の（１．１）に示すように各アンテナ素子ｘｌｍでの受信信号をベクトルＸで表し、図９の（１．２）に示すように方位ＵをアレイベクトルＡで表したとき、両者を掛け合わせることで、図９の（１．３）に示す方位Ｕでのスペクトル信号Ｓｐが求められる。なお、図９では、“ｎ”がアンテナ数、“ｍ”が第２アンテナ素子Ｒｘのアンテナ位置、“ｌ”が第１アンテナ素子Ｔｘのアンテナ位置、“Ｕ”が方位角θの正弦（sinθ）を示している。ＭＩＭＯでは“ｌ”と“ｍ”の組み合わせとなる。
【0047】
ＳＩＭＯの場合、ターゲットがk個での受信信号は図９の（１．４）で示すものとなり、ターゲットが１個の場合は図９の（１．５）で示すものとなる。例えば、ｋ＝１、ターゲット位置が“Ｕ＝０（θ１＝０°）”の場合、ベクトルＸが（１、１）Ｔとなるのでスペクトル信号Ｓｐは図９の（１．６）で示すものとなる。なお、ＳＩＭＯの場合、第１アンテナ素子Ｔｘが１つであるためｄｍ＝０としている。
【0048】
図９の（１．６）によると、ターゲットを示すＵ＝０でスペクトル信号Ｓｐが２ｓ１となり最大となる。また、Ｕ＝２／３では、３πｓｉｎθ＝２πとなり、図９の（１．６）の各項が同位相となり強め合うことで、スペクトル信号Ｓｐが２ｓ１となる。つまり、ターゲット位置（Ｕ＝０）以外でも、スペクトル信号Ｓｐが最大のピークとなる。これがグレーティングローブＧＬである。
【0049】
ここで、等間隔で配置されるアンテナ素子の数が増えた場合のスペクトル信号Ｓｐは、“Ｓｐ＝ｓ１+ｓ１ｅ^（－ｊ３πＵ）＋ｓ１ｅ＾（－ｊ２＊３πＵ）＋ｓ１ｅ＾（－ｊ３＊３πＵ）＋・・・”となる。このため、同じ条件下であれば各項の位相が２πの整数倍で同位相となり、グレーティングローブＧＬが発生する。つまり、等間隔のアンテナ素子の配置態様によっては、グレーティングローブＧＬが発生する。なお、アンテナ素子の基準距離ｄを１／２λとすると、－１＜（２π／λ）・３ｄｓｉｎθ＜１を満たさないのでグレーティングローブＧＬが生じない。
【0050】
一方、ＭＩＭＯの場合、ターゲットがｋ個での受信信号は図１０の（２．１）で示すものとなる。例えば、ｋ＝１、ターゲット位置が“Ｕ＝０”の場合、ベクトルＸが（１、１、１、１）Ｔとなるのでスペクトル信号Ｓｐは図１０の（２．２）で示すものとなる。
【0051】
図１０の（２．２）によると、Ｕ＝０でスペクトル信号Ｓｐが４ｓ１となり最大となる。一方、Ｕ＝０以外で各項が同位相となるものは存在しない。つまり、ＭＩＭＯでは、グレーティングローブＧＬが発生しない。但し、４ｓ１より小さいものの各項が強め合い、スペクトル信号Ｓｐの絶対値がピークを持つことがある。これがサイドローブＳＬである。このサイドローブＳＬについては、理論式で定めるのは難しく、シミュレーションで計算する必要がある。
【0052】
ＭＩＭＯにおいて各アンテナ素子の位置“ｄｌ＋ｄｍ”が“１／２λ”となる間隔に並ぶ場合のスペクトル信号Ｓｐは、“Ｓｐ＝ｓ１＋ｓ１ｅ＾（－ｊπＵ）＋ｓ１ｅ＾（－ｊ２πＵ）＋ｓ１ｅ＾（－ｊ３πＵ）＋・・・”となる。各項のｅの階乗の位相項にπＵの自然数倍が並ぶため位相を強め合う方位角が存在し難く、スペクトル信号Ｓｐは位相が回転する同じ振幅の複素数の和になるためＵ＝０以外でのスペクトル信号Ｓｐはゼロに近づく。このため、例えば、各アンテナ素子の位相差に基づく差分信号を用いて１／２λとなる間隔に並ぶアンテナ素子を増やすことでサイドローブＳＬを低減することができる。なお、１／２λ以上の等間隔の場合は、スペクトル信号Ｓｐの各項が同位相となる条件でグレーティングローブＧＬとなるが、１／２λ間隔で並ぶ場合のように様々な位相成分を持つ各項の和にはならないため、サイドローブＳＬは最小となる。
【0053】
図１１は、ターゲットが中央にあり（Ｕ１＝０）、反射電力ｓ１＝１とした場合の電力スペクトルのシミュレーション結果である。図１１に示すように、ＳＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐは、ターゲット位置以外にグレーティングローブＧＬが生ずる。一方、ＭＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐは、ターゲット位置以外にグレーティングローブＧＬが生じない。したがって、ＳＩＭＯのスペクトル信号ＳｐおよびＭＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐを比較することで、物標を示す信号が実像か偽像かを識別することができる。
【0054】
続いて、図１３の左側に示すように、ミラーによる反射が加わり、ターゲットが２個となった場合について説明する。この前提において、ＳＩＭＯでの各アンテナ素子ｘｉｊでの受信信号が図１２の（３．１）、ベクトルＸが図１２の（３．２）、スペクトル信号Ｓｐが図１２の（３．３）に示すものとなる。なお、ミラーとしては、道路側方に配置されるガードレールや壁等が挙げられる。
【0055】
一方、ＭＩＭＯにおいて電波の往路と復路との経路が一致し、且つ、ミラーによる反射が加わった場合、各アンテナ素子ｘｌｍでの受信信号が図１４の（４．１）、ベクトルＸが図１４の（４．２）、スペクトル信号Ｓｐが図１２の（４．３）に示すものとなる。
【0056】
図１４の（４．１）、（４．２）には、ミラーによる反射を示す項が加わっている。これにより、スペクトル信号Ｓｐを示す（４．３）では、各項のｅの階乗の位相を強め合う方位Ｕが“０”からずれ、その絶対値も図１０の（２．２）で示すものとは異なる。
【0057】
これに加えて、“θ2”でミラーによる反射を示す項も強め合うため、“θ２”の近くでもスペクトル信号Ｓｐの絶対値が大きくなる。なお、ＳＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐを示す図１２の（３．３）とＭＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐを示す図１４の（４．３）は式の形が異なるため、それぞれのピーク位置および絶対値が異なる。
【0058】
図１５は、ターゲットが２個（Ｕ１＝０、Ｕ２＝０．６４３）あり、反射電力をｓ１＝ｓ２＝１とした場合の電力スペクトルのシミュレーション結果である。図１５に示すように、ターゲット位置におけるＳＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置およびピークレベル（すなわち、振幅）は、ＭＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置およびピークレベルとは異なるものとなっている。
【0059】
このように、ターゲットが複数ある場合、経路が一致している場合であっても、ＳＩＭＯとＭＩＭＯとでスペクトル信号Ｓｐのピーク位置およびピークレベルが異なることがある。
【0060】
続いて、図１３の中央および右側に示すように、電波の往路と復路との経路が一致しない場合について説明する。ＭＩＭＯにおいて電波の往路と復路との経路が一致せず、且つ、ターゲットが１つの場合、各アンテナ素子ｘｌｍでの受信信号が図１６の（５．１）に示すものとなる。電波の往路がθｔ＝θ２、復路がθｒ＝θ１＝０である場合、ベクトルＸが図１６の（５．２）で示すものとなり、スペクトル信号Ｓｐが図１６の（５．３）で示すものとなる。
【0061】
図１６の（５．３）で示すスペクトル信号Ｓｐは、図９の（１．６）で示したスペクトル信号Ｓｐに比べて項の数が多く、それぞれアンテナ素子ｘｌｍの位置に対応した位相を持ち、それらの和となっている。このため、Ｕ＝０でスペクトルの絶対値は最大とはならず、異なる位置で最大となり、その値はＳＩＭＯとは異なる。
【0062】
また、図１６の（５．３）で示すスペクトル信号Ｓｐは、ＭＩＭＯにおいて経路一致でミラーによる反射が加わった場合のスペクトル信号Ｓｐを示す図１４の（４．３）とも異なる形となっている。このため、θｒ＝０°やθｔとは異なる位置でピークを持つこともある。これがＭＩＭＯにおける経路不一致による偽像である。また、この受信信号をＳＩＭＯでデジタルビームフォーミング（すなわち、ＤＢＦ）した場合のスペクトル信号Ｓｐは、図１６の（５．４）で示すものとなる。
【0063】
図１７は、図１６の（５．３）で示すスペクトル信号Ｓｐと図１６の（５．４）で示すスペクトル信号Ｓｐとの比較結果である。図１７に示すように、ＳＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置およびピークレベルは、ＭＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置およびピークレベルとは異なるものとなっている。
【0064】
また、電波の往路θｔ＝θ１＝０が、復路がθｒ＝θ２である場合、ベクトルＸが図１６の（５．５）で示すものとなり、スペクトル信号Ｓｐが図１６の（５．６）で示すものとなる。この受信信号をＳＩＭＯでデジタルビームフォーミングした場合のスペクトル信号Ｓｐは、図１６の（５．７）で示すものとなる。
【0065】
図１８は、図１６の（５．６）で示すスペクトル信号Ｓｐと図１６の（５．７）で示すスペクトル信号Ｓｐとの比較結果である。図１８に示すように、ＳＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置およびピークレベルは、ＭＩＭＯのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置およびピークレベルとは異なるものとなっている。
【0066】
また、電波の経路が不一致となる電波が重なる場合もある。この場合の受信信号は、図１６の（５．３）と（５．５）を加算したものとなる。この場合、スペクトル信号Ｓｐのピーク位置およびピークレベルが、例えば、図１９に示すように変化する。このような変化は、電波の経路が一致する電波および経路が不一致となる電波が重なる場合も同様に生じる。
【0067】
また、ＳＩＭＯのアンテナ構成において、アンテナ素子の間隔が広がっていると、ターゲット位置に対して一定の間隔をあけてグレーティングローブＧＬが発生する。例えば、図２０に示すように、ターゲットの位置Ｕ２がグレーティングローブＧＬの発生位置（例えば、Ｕ＝±２／３）と重なり合う場合、それぞれに対応する信号が弱め合うように干渉することがある。このことは、物標に対応する信号が実像か偽像かを適切に識別することができなくなる要因となる。
【0068】
このように、ＳＩＭＯのアンテナ構成およびＭＩＭＯのアンテナ構成で得られるスペクトル信号Ｓｐのピーク位置およびピークレベルは、ターゲットの位置を示す方位Ｕ１、Ｕ２であっても変化することがある。
【0069】
これらを踏まえ、本実施形態の制御部６は、ＭＩＭＯ用の第１アレイアンテナとＭＩＭＯ用の第２アレイアンテナで得られるスペクトル信号Ｓｐのピーク位置およびピークレベルが所定の判定領域ＪＡ内にあるか否かを判定する信号判定処理を行うようになっている。以下、制御部６が実行する信号判定処理について図２１を参照しつつ説明する。なお、以下では、ＭＩＭＯ用の第１アレイアンテナを“ＭＩＭＯ１”と呼び、ＭＩＭＯ用の第２アレイアンテナを“ＭＩＭＯ２”と呼んだりすることがある。
【0070】
図２１に示すように、制御部６は、ステップＳ１５１にて、判定の対象とするスペクトル信号Ｓｐを選定する。制御部６は、例えば、ＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのうち、ピークレベルが所定の選定閾値を超えるものを判定対象に選定する。選定閾値は、実験やシミュレーションにより設定される。選定閾値は、例えば、物標に対応する信号が実像である場合のスペクトル信号Ｓｐのピークの最小値に設定される。なお、制御部６は、ＭＩＭＯ１でのスペクトル信号Ｓｐに基づいて判定対象とするスペクトル信号Ｓｐを選定するようになっていてもよい。
【0071】
続いて、制御部６は、ステップＳ１５２は、ＭＩＭＯ１でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置とＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置との差が、所定範囲内であるか否かを判定する。具体的には、判定対象となるスペクトル信号Ｓｐのピーク位置を含む所定範囲内に、ＭＩＭＯ１でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置があるか否かを判定する。
【0072】
所定範囲は、実験やシミュレーションにより設定される。所定範囲は、例えば、物標に対応する信号が実像である場合のＭＩＭＯ１でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置とＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置との最大値に設定される。本発明者らの検討によれば、物標に対応する信号が実像である場合のＭＩＭＯ１またはＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピークの半値幅となる範囲内に、ＭＩＭＯ１またはＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置が存在するケースが多い傾向があった。このため、所定範囲は、ＭＩＭＯ１またはＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピークの半値幅に設定されていてもよい。
【0073】
ＭＩＭＯ１でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置とＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置との差が所定範囲外である場合、制御部６は、ステップＳ１５３にて、判定対象となる物標に対応する信号が“偽像”であると判定する。
【0074】
一方、ＭＩＭＯ１でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置とＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置との差が所定範囲内である場合、制御部６は、ステップＳ１５４に移行する。制御部６は、ステップＳ１５４にて、ＭＩＭＯ１でのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピークレベルとの差が、所定閾値以下であるか否かを判定する。具体的には、ピーク位置が所定範囲内にあるスペクトル信号Ｓｐのピークレベルの差が、所定閾値以下であるか否かを識別する。
【0075】
所定閾値は、実験やシミュレーションにより設定される。所定範囲は、例えば、物標に対応する信号が実像である場合のＭＩＭＯ１でのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピークレベルとの差の最大値に設定される。
【0076】
ＭＩＭＯ１でのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピークレベルとの差が、所定閾値以下である場合、制御部６は、ステップＳ１５５にて、判定対象となる物標に対応する信号が“実像”であると識別する。
【0077】
また、ＭＩＭＯ１でのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピークレベルとの差が、所定閾値を超える場合、制御部６は、ステップＳ１５３にて、判定対象となる物標に対応する信号が“偽像”であると識別する。
【0078】
このような信号判定処理は、判定対象となる信号が複数ある場合、判定対象となる信号毎に実施される。信号判定処理が完了すると、制御部６は、図７のステップＳ１６０に移行して、信号判定処理にて実像と識別された信号に基づいて物標の検出を行う。
【0079】
以上説明したレーダ装置１は、物標検出処理において、ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２の双方によって物標に対応する信号を検出し、その検出結果に基づいて、物標に対応する信号が実像か偽像かを識別するようになっている。
【0080】
ここで、前述したように、ＳＩＭＯのアンテナ構成において、アンテナ素子の間隔が広がっていると、ターゲット位置に対して一定の間隔をあけてグレーティングローブが発生する。このグレーティングローブの発生位置とターゲットの位置とが重なり合う場合、それぞれに対応する信号が弱め合うように干渉することがある。
【0081】
一方、ＭＩＭＯのアンテナ構成では、ＳＩＭＯのアンテナ構成に比べて隣り合うアンテナ素子同士の間隔が小さくなることで、ＳＩＭＯのアンテナ構成に比べてグレーティングローブの発生が抑制される。このため、グレーティングローブの発生位置とターゲットの位置とが重なり合う場合でも上記の干渉が生じ難い。
【0082】
図２２は、ターゲットが２個（Ｕ１＝０、Ｕ２＝－２／３）、反射電力を１（０ｄＢ）とした場合の２種のＭＩＭＯ（すなわち、ＭＩＭＯ１、ＭＩＭＯ２）での電力スペクトルのシミュレーション結果である。図２２に示すように、ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２それぞれでは、グレーティングローブの発生位置と重なり合うターゲットに対応する信号のピークを検出することができるので、ターゲット位置にある像を実像と判定することができる。
【0083】
したがって、異なるアンテナ構成となるＭＩＭＯで物標に対応する信号の検出結果を比較し、比較結果に基づいて、物標に対応する信号が実像か否かを識別する構成とすれば、従来技術に比べて、物標に対応する信号が実像か偽像かを適切に識別することができる。
【0084】
また、本実施形態のレーダ装置１は、以下の特徴を備える。
【0085】
（１）レーダ装置１は、第２アンテナ素子Ｒｘが所定の基準距離ｄの複数倍となる基準間隔をあけて等間隔に並んで配置されている。また、第１アンテナ素子Ｔｘは、基準間隔よりも基準距離ｄの分だけ小さい間隔（本例では“２ｄ”）で配置されるものが含まれている。このように第１アンテナ素子Ｔｘおよび第２アンテナ素子Ｒｘの一方の間隔について基準間隔をあけて等間隔に並んで配置し、他方の間隔について基準間隔よりも小さい間隔を含むものとすれば、ＭＩＭＯでのアンテナ素子の間隔を小さくすることができる。この場合、ＭＩＭＯでのサイドローブＳＬが小さくなり易くなるので、サイドローブＳＬを実像として誤検出することが抑制される。
【0086】
（２）また、第１アンテナ素子Ｔｘは、４つの第２アンテナ素子Ｒｘにおけるアンテナ開口長（本例では“９ｄ”）に基準間隔（本例では“３ｄ”）を加えた値（本例では“１２ｄ”）の間隔をあけて配置されるものが含まれている。これによれば、ＭＩＭＯにおいて実在するアンテナ素子同士の間に仮想アンテナ素子を配置し易くなる。このことは、ＭＩＭＯ１、ＭＩＭＯ２でのサイドローブＳＬの発生を抑えることに寄与する。
【0087】
ここで、第１アンテナ素子Ｔｘは、一端にある第１アンテナ素子Ｔｘおよび他端にある第１アンテナ素子Ｔｘそれぞれに対して基準間隔よりも基準距離ｄの分だけ小さい間隔（本例では“２ｄ”）で配置されるものが含まれていることが望ましい。ＭＩＭＯ２でのサイドローブＳＬの発生を抑えることに寄与する。
【0088】
（３）ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２は、各アンテナ素子の並び方向に交差する方向から到来する電波によって生じる各アンテナ素子の間の位相差に対応する差分信号を利用して補完された仮想アンテナ素子を含む拡張アレイアンテナとして構成されている。これによれば、偽像の要因となるサイドローブＳＬの発生を充分に抑えられるので、実像か偽像かをより適切に識別することができる。
【0089】
（４）ここで、２つの物標をターゲットする場合、ターゲット間の干渉によって、実像に対応する２つのメインローブの間に、大きなピークとなる信号が表れることがある。このような信号は、実像か偽像かの識別結果に影響する場合がある。
【0090】
これらを考慮し、本実施形態のレーダ装置１では、拡張処理において拡張アレイアンテナを構成するアンテナ素子に対応する信号が複数得られる場合には複数の信号を平均化する。これによると、ターゲット間の干渉による影響を低減させることができるので、２つの物標をターゲットする場合であっても、実像か偽像かを適切に識別することができる。
【0091】
（５）加えて、レーダ装置１は、拡張アレイアンテナを構成するアンテナ素子に対応する信号について窓関数処理による重み付けを行う。これによると、偽像となるサイドローブＳＬが低減されるので、２つの物標をターゲットする場合であっても、実像か偽像かを適切に識別することができる。
【0092】
ここで、図１３に示すように、レーダ装置１は、直接波、鏡面反射波、経路不一致の反射波といった３種の反射波を受ける。３種の反射波それぞれの信号は、経路が異なるため信号の位相がランダムとなる。
【0093】
図２３、図２４は、中央にターゲット（Ｕ１＝０、s１＝１）があり、その近くにミラー反射の位置（Ｕ２＝０．１７４）にある場合の電力スペクトルのシミュレーション結果である。本例では、ミラー反射の信号振幅での反射率を“０．３１６”としている。この場合、鏡面反射波の電力は、０．０１（≒０．３１６＾４）となる。また、電波の往路と復路との経路が不一致となる際の反射波の電力は、０．１（≒０．３１６＾２）となる。なお、図２３、図２４では、ターゲットの信号源の位相が同じ状態での結果を示している。
【0094】
具体的には、図２３は、直接波、鏡面反射波、経路不一致の反射波といった３種の反射波の信号を経路距離の差によって分離できない場合の電力スペクトルのシミュレーション結果である。図２３に示すように、ＭＩＭＯ１では、経路不一致の反射波に対応するピークが生ずるが、ＭＩＭＯ２でのピークが充分に小さいので偽像と判定することができる。
【0095】
また、図示しないが、３種の反射波の信号を経路距離の差によって分離できた場合における直接波、鏡面反射波での電力スペクトルをシミュレーションすると、経路不一致の反射波が含まれていないので、ターゲット位置にある像を実像と判定することができる。
【0096】
図２４は、３種の反射波の信号を経路距離の差によって分離できた場合における経路不一致の反射波の電力スペクトルのシミュレーション結果である。図２４に示すように、電波の往路と復路とが一致しない場合、ターゲット位置におけるＳＩＭＯおよびＭＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐのピークレベルが判定領域ＪＡ外となる。この場合、ターゲット位置にある像を偽像と判定することになるが、直接波、鏡面反射波に基づいてターゲット位置にある像を実像と判定することができるので、問題にはならない。
【0097】
（６）具体的には、制御部６は、ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２それぞれで検出された物標に対応する信号のピーク位置が所定範囲内にあり、且つ、物標に対応する信号のピークレベルの差が所定閾値以下である場合に実像と識別する。また、制御部６は、ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２それぞれで検出された物標に対応する信号のピーク位置が所定範囲外、または、物標に対応する信号のピークレベルの差が所定閾値を超える場合に虚像と識別する。
【0098】
これによれば、電波の往路と復路とが一致する場合にアンテナ構成の違いによってＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２それぞれで検出される信号のピーク位置がずれたとしても、当該信号を実像として判定することが可能となる。
【0099】
（７）所定範囲は、物標に対応する信号の電力スペクトルのシミュレーション結果に基づいて、実像となる信号のピーク位置の変動幅を基準に設定される。また、所定閾値は、物標に対応する信号の電力スペクトルのシミュレーション結果に基づいて、実像となる信号のピークレベルの変動幅を基準に設定される。このように、所定範囲および所定閾値についてシミュレーション結果に基づいて設定すれば、物標に対応する信号が実像か偽像かを適切に識別することができる。
【0100】
ここで、ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２では大小様々な信号が検出されるが、レーダ装置１では、物標を検出することができればよいので、全ての信号について実像か偽像かを識別する必要はない。このため、制御部６は、ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２の一方で検出された信号のピークレベルが所定の選定閾値を超えるものを判定対象とし、判定対象となる信号をＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２の他方で検出された信号とを比較するようになっていることが望ましい。
【0101】
（第１実施形態の変形例）
上述の実施形態の如く、複数の第２アンテナ素子Ｒｘは、所定の基準距離ｄの複数倍となる基準間隔をあけて等間隔に並んで配置されていることが望ましいが、これに限定されない。複数の第２アンテナ素子Ｒｘは、少なくとも一部が不等間隔となるように配置されていてもよい。
上述の実施形態の如く、複数の第２アンテナ素子Ｒｘは、所定の基準距離ｄの複数倍となる基準間隔をあけて等間隔に並んで配置されていることが望ましいが、これに限定されない。複数の第２アンテナ素子Ｒｘは、少なくとも一部が不等間隔となるように配置されていてもよい。
【0102】
上述の実施形態の如く、第１アンテナ素子Ｔｘは、基準間隔よりも基準距離ｄの分だけ小さい間隔をあけて配置されるものが含まれていることが望ましいが、そのようになっていなくてもよい。また、第１アンテナ素子Ｔｘは、両端にある第１アンテナ素子Ｔｘに対して基準間隔よりも基準距離ｄの分だけ小さい間隔で配置されることが望ましいが、そのようになっていなくてもよい。第１アンテナ素子Ｔｘは、ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２それぞれでサイドローブＳＬの発生が抑えられるように配置されていれば、上記の実施形態とは異なる配置構成とされていてもよい。
【0103】
上述の実施形態の如く、ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２は、拡張アレイアンテナとして構成されていることが望ましいが、そのようになっていなくてもよい。なお、Ｋｈａｔｒｉ－Ｒａｏ積拡張処理における信号の平均化や窓関数処理による重み付けは、必須ではなく、省略されていてもよい。
【0104】
上述の実施形態の制御部６は、ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２それぞれで検出された物標に対応する信号のピーク位置が所定範囲内にあり、且つ、物標に対応する信号のピークレベルの差が所定閾値以下である場合に実像と識別するようになっている。この所定範囲は、物標に対応する信号の電力スペクトルのシミュレーション結果に基づいて、実像となる信号のピーク位置の変動幅を基準に設定されることが望ましいが、これに限定されない。所定範囲は、例えば、経験的に得られた範囲（例えば、半値幅）に設定されていてもよい。
【0105】
また、所定閾値は、物標に対応する信号の電力スペクトルのシミュレーション結果に基づいて、実像となる信号のピークレベルの変動幅を基準に設定されることが望ましいが、これに限定されない。所定閾値は、例えば、物標に対応する信号が実像である場合のＭＩＭＯ１でのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピークレベルとの差の平均値または最大値に設定されていてもよい。
【0106】
【0107】
本実施形態の制御部６は、１つの第１アンテナ素子Ｔｘおよび複数の第２アンテナ素子Ｒｘといったアンテナ構成に対応するＳＩＭＯ用の第３アレイアンテナを用いて電波を送受信した際に受信される電波に基づいて物標に対応する信号を検出する。本実施形態の第３アレイアンテナは、１つの第１アンテナ素子Ｔｘおよび４つの第２アンテナ素子Ｒｘといったアンテナ構成となっている。図２５に示すように、本実施形態では、制御部６のうち、第１アレイアンテナを用いて電波を送受信した際に受信される電波に基づいて物標に対応する信号を検出するソフトウエア、ハードウエアが“第３信号検出部６４”を構成している。
【0108】
ここで、車両を使用する実環境下ではターゲットとなる物標が振動や移動しており、信号を検出する毎にターゲットの位置がｍｍ単位で変化する。このため、ターゲットの位置変動に応じて、信号の位相が変化する。つまり、物標を検出る毎に制御部６の各信号検出部６１、６２で検出される信号が変化する。
【0109】
図２６は、第１実施形態で説明した図２４と同様の条件で、中央にターゲット（Ｕ１＝０、s１＝１）があり、その近くにミラー反射の位置（Ｕ２＝０．１７４）にある場合の電力スペクトルのシミュレーション結果である。本例では、ミラー反射の信号振幅での反射率は、“０．３１６”としている。この場合、鏡面反射波の電力は、０．０１（≒０．３１６＾４）となる。また、電波の往路と復路との経路が不一致となる際の反射波の電力は、０．１（≒０．３１６＾２）となる。ただし、その信号位相をランダムに変えている。図２６に示すように、物標の振動や移動の影響によってピークの位置が変動することがあり、同じような位置にある像を実像と判定したり、偽像と判定したりすることがある。
【0110】
このことを踏まえ、本実施形態の制御部６は、信号判定処理において、各信号検出部６１、６２、６４それぞれで検出された信号を比較して判定対象となる信号が実像か偽像かを識別するようになっている。
【0111】
以下、制御部６が実行する物標検出処理について図２７を参照しつつ説明する。なお、物標検出処理におけるステップＳ２００～Ｓ２４０までの処理は、第１実施形態で説明した物標検出処理のステップＳ１００～Ｓ１４０までの処理と同じであるため、その説明を省略する。
【0112】
図２７に示すように、ステップＳ２４０にて、ＭＩＭＯ用の第２アレイアンテナによって物標の方位を検出する第２方位推定の処理を行った後、制御部６は、ステップＳ２５０に移行する。制御部６は、ステップＳ２５０にて、ＳＩＭＯ用の第３アレイアンテナによって物標の方位を検出する第３方位推定の処理を行う。
【0113】
続いて、制御部６は、ステップＳ２６０にて、物標に対応する信号が実像か偽像かを判定する信号判定処理を行う。この信号判定処理では、第１～第３アレイアンテナでの物標に対応する信号の検出結果、を比較し、比較結果に基づいて物標に対応する信号が、実像か偽像かを識別する。
【0114】
以下、制御部６が実行する信号判定処理について図２８を参照しつつ説明する。なお、信号検出処理におけるステップＳ２６１～Ｓ２６４までの処理は、第１実施形態で説明した物標検出処理のステップＳ１５１～Ｓ１５４までの処理と同じであるため、その説明を省略する。
【0115】
図２８に示すように、ステップＳ２６４にて、ＭＩＭＯ１でのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピークレベルとの差が、所定閾値以下と判定されると、制御部６は、ステップＳ２６５に移行する。
【0116】
制御部６は、ステップＳ２６５にて、ＳＩＭＯでのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２の一方のＭＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐとのピークレベルとの差が所定値以下であるか否かを判定する。所定値は、例えば、グレーティングローブとターゲットに対応する信号とが弱め合うように干渉した際に想定されるピークレベルに設定される。
【0117】
ステップＳ２６５の判定結果が、ＳＩＭＯでのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐとのピークレベルとの差が所定値以下の場合、グレーティングローブとターゲットに対応する信号との干渉は生じていないと考えられる。このため、制御部６は、ステップＳ２６６にて、ＳＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置とＭＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置とが所定範囲内であるか否かを判定する。この判定では、例えば、ＭＩＭＯ２でのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置を含む所定範囲内に、ＳＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐのピーク位置があるか否かを判定する。なお、所定範囲は、ステップＳ２６２の判定で用いるものと同じ範囲とされていてもよいし、異なる範囲とされていてもよい。
【0118】
制御部６は、各ピーク位置が所定範囲外である場合はステップＳ２６３にて判定対象となる物標に対応する信号が“偽像”であると識別し、各ピーク位置が所定範囲内である場合は、ステップＳ２６７に移行する。
【0119】
制御部６は、ステップＳ２６７にて、ＳＩＭＯでのスペクトル信号ＳｐとＭＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐとのピークレベルの差がとの所定閾値以下であるか否かを判定する。この判定では、例えば、ＭＩＭＯ２でのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＳＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐのピークレベルとの差が所定閾値以下であるか否かを判定する。なお、所定閾値は、ステップＳ２６４の判定で用いるものと同じ値とされていてもよいし、異なる値とされていてもよい。
【0120】
制御部６は、各ピークレベルの差が所定閾値を超える場合はステップＳ２６３にて判定対象となる物標に対応する信号が“偽像”であると識別する。また、制御部６は、各ピーク位置が所定範囲内である場合は、ステップＳ２６８にて判定対象となる物標に対応する信号が“実像”であると識別する。このように、経路不一致による影響を受けないＳＩＭＯを用いていることで、経路不一致による偽像を適切に除去することができる。この結果、適切に物標に対応する信号を検出することができる。
【0121】
一方、ステップＳ２６５の判定結果が、ＳＩＭＯでのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐとのピークレベルとの差が所定値よりも大きい場合、グレーティングローブとターゲットに対応する信号との干渉が生じている可能性がある。このため、制御部６は、ＳＩＭＯでのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐとのピークレベルとの差が所定値を超える場合、ＳＩＭＯを用いた判定処理は行わず、ステップＳ２６８に移行する。制御部６は、ステップＳ２６８にて、判定対象となる物標に対応する信号が“実像”であると識別する。
【0122】
図２９は、図２０と同様に、ターゲットが２個（Ｕ１＝０、Ｕ２＝－２／３）、反射電力を１（０ｄＢ）とした場合の経路不一致となる反射波に対応する信号の電力スペクトルのシミュレーション結果である。図２９に示すように、ＭＩＭＯ１およびＭＩＭＯ２それぞれでは、グレーティングローブの発生位置と重なり合うターゲットに対応する信号のピークを検出することができるので、ターゲット位置にある像を実像と判定することができる。なお、本実施形態のレーダ装置１は、図２０に示すように、ＳＩＭＯでのスペクトル信号ＳｐのピークレベルとＭＩＭＯでのスペクトル信号Ｓｐとのピークレベルとの差が所定値よりも大きくなることから、ＳＩＭＯを用いた判定処理を行わない。
【0123】
このような信号判定処理は、判定対象となる信号が複数ある場合、判定対象となる信号毎に実施される。信号判定処理が完了すると、制御部６は、図２７のステップＳ２７０に移行して、信号判定処理にて実像と識別された信号に基づいて物標の検出を行う。
【0124】
その他については、第１実施形態と同様である。本実施形態のレーダ装置１は、第１実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【0125】
また、本実施形態のレーダ装置１は、以下の特徴を備える。
【0126】
（１）ＳＩＭＯで検出される信号のピークレベルとＭＩＭＯで検出される信号のピークレベルとの差が小さい場合、グレーティングローブの発生位置とターゲットの位置とが重なり合うことによる信号の干渉が生じていないと考えられる。
【0127】
このことを考慮し、本実施形態のレーダ装置１は、ＳＩＭＯ用の第３アレイアンテナを用いて物標に対応する信号を検出する第３信号検出部６４を備える。そして、制御部６の識別部６３は、第３信号検出部６４で検出された物標に対応する信号のピークレベルと第１信号検出部６１および第２信号検出部６２の少なくとも一方で検出された物標に対応する信号のピークレベルとの差が所定値以内であるか否かを判定する。この判定結果、各ピークレベルの差が所定値以内である場合、識別部６３は、第１信号検出部６１の検出結果、第２信号検出部６２の検出結果、第３信号検出部６４の検出結果それぞれを比較し、比較結果に基づいて物標に対応する信号が、実像が偽像かを識別する。このように、ＳＩＭＯでの物標に対応する信号の検出結果も用いることで、物標に対応する信号が実像か偽像かを適切に識別することができる。
【0128】
（第２実施形態の変形例）
上述の実施形態のレーダ装置１は、ＳＩＭＯ用の第３アレイアンテナによって物標に対応する信号を検出し、その検出結果を含めて物標に対応する信号が実像か偽像かを識別しているが、これに限定されない。レーダ装置１は、例えば、ＭＩＳＯ用のアレイアンテナによって物標に対応する信号を検出し、その検出結果を含めて物標に対応する信号が実像か偽像かを識別するようになっていてもよい。
上述の実施形態のレーダ装置１は、ＳＩＭＯ用の第３アレイアンテナによって物標に対応する信号を検出し、その検出結果を含めて物標に対応する信号が実像か偽像かを識別しているが、これに限定されない。レーダ装置１は、例えば、ＭＩＳＯ用のアレイアンテナによって物標に対応する信号を検出し、その検出結果を含めて物標に対応する信号が実像か偽像かを識別するようになっていてもよい。
【0129】
（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
【0130】
上述の実施形態では、レーダ装置１のアンテナ構成について具体的なものを例示したが、レーダ装置１のアンテナ構成は、上述したものに限定されず、上述したものとは異なるアンテナ構成になっていてもよい。
【0131】
上述の実施形態では、車両に搭載されて車両の周囲に存在する様々な物標を検出する物標検出装置に本開示のレーダ装置１を適用した例について説明したが、レーダ装置１の適用対象は、これに限定されない。レーダ装置１は、例えば、車両以外の移動体や据え置き型の機器にも適用することができる。
【0132】
上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【0133】
上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。
【0134】
上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。
【0135】
本開示の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータで、実現されてもよい。本開示の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータで、実現されてもよい。本開示の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせで構成された一つ以上の専用コンピュータで、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
【符号の説明】
【0136】
１ レーダ装置
３ 送信アンテナ群
４ 受信アンテナ群
６１ 第１信号検出部
６２ 第２信号検出部
６３ 識別部
Ｔｘ 第１アンテナ素子
Ｒｘ 第２アンテナ素子
３ 送信アンテナ群
４ 受信アンテナ群
６１ 第１信号検出部
６２ 第２信号検出部
６３ 識別部
Ｔｘ 第１アンテナ素子
Ｒｘ 第２アンテナ素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】