特許 7532324 レーダ装置、送受信方法及びレーダシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-02

(45)【発行日】2024-08-13

(54)【発明の名称】レーダ装置、送受信方法及びレーダシステム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/02 20060101AFI20240805BHJP

   G01S 13/89 20060101ALI20240805BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20240805BHJP

【ＦＩ】

G01S7/02 218

G01S13/89

H01Q21/06

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021150499

(22)【出願日】2021-09-15

(65)【公開番号】P2023043026

(43)【公開日】2023-03-28

【審査請求日】2023-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】辻村 和寛

(72)【発明者】

【氏名】森 浩樹

【審査官】藤脇 昌也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１３９７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５８３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０１０２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２０５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３６２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１６２４７５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／４２

１３／００ － １３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基板と、前記第１基板上に設けられた第１送信アレーアンテナと、前記第１基板上に設けられた第１受信アレーアンテナと、前記第１基板上に設けられ、前記第１送信アレーアンテナと前記第１受信アレーアンテナの送受信を制御する第１集積回路と、を備える第１レーダユニットと、
第２基板と、前記第２基板上に設けられた第２送信アレーアンテナと、前記第２基板上に設けられた第２受信アレーアンテナと、前記第２基板上に設けられ、前記第２送信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナの送受信を制御する第２集積回路と、を備える第２レーダユニットと、を有し、
前記第１基板の形状と前記第２基板の形状は同じであり、
前記第１送信アレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２送信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであるか、
または、
前記第１基板の中心を通り前記第１基板の一辺に平行な直線に関して前記第１送信アレーアンテナと線対称となるアレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２送信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであり、
前記第１受信アレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２受信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであるか、または、前記第１基板の中心を通り前記第１基板の一辺に平行な直線に関して前記第１受信アレーアンテナと線対称となるアレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２受信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであり、
前記第１受信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナは前記第１送信アレーアンテナから放射される電波の反射波を受信し、
前記第１受信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナは前記第２送信アレーアンテナから放射される電波の反射波を受信する、レーダ装置。

【請求項2】

前記第１送信アレーアンテナは等間隔に配置された少なくとも３つのアンテナを含み、
前記第２送信アレーアンテナは等間隔に配置された少なくとも３つのアンテナを含む、請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項3】

前記第１送信アレーアンテナは最小冗長度アレーアンテナを含み、
前記第２送信アレーアンテナは最小冗長度アレーアンテナを含む、請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項4】

最も近い前記第１送信アレーアンテナのアンテナと前記第２送信アレーアンテナのアンテナとの距離は、前記第１送信アレーアンテナのアンテナ間隔の和より大きく、前記第２送信アレーアンテナのアンテナ間隔の和より大きい、請求項３に記載のレーダ装置。

【請求項5】

前記第１受信アレーアンテナは等間隔に配置された少なくとも３つのアンテナを含み、
前記第２受信アレーアンテナは等間隔に配置された少なくとも３つのアンテナを含む、請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項6】

前記第１受信アレーアンテナは最小冗長度アレーアンテナを含み、
前記第２受信アレーアンテナは最小冗長度アレーアンテナを含む、請求項５に記載のレーダ装置。

【請求項7】

最も近い前記第１受信アレーアンテナのアンテナと前記第２受信アレーアンテナのアンテナとの距離は、前記第１受信アレーアンテナのアンテナ間隔の和より大きく、前記第２受信アレーアンテナのアンテナ間隔の和より大きい、請求項６に記載のレーダ装置。

【請求項8】

前記第１集積回路と前記第１送信アレーアンテナとを接続する第１配線パターンは、前記第２集積回路と前記第２送信アレーアンテナとを接続する第２配線パターンを回転移動と平行移動の少なくとも一方を行ったものである、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項9】

前記第１集積回路と前記第１受信アレーアンテナとを接続する第１配線パターンは、前記第２集積回路と前記第２受信アレーアンテナとを接続する第２配線パターンを回転移動と平行移動の少なくとも一方を行ったものである、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項10】

第１基板と、前記第１基板上に設けられた第１送信アレーアンテナと、前記第１基板上に設けられた第１受信アレーアンテナと、前記第１基板上に設けられ、前記第１送信アレーアンテナと前記第１受信アレーアンテナの送受信を制御する第１集積回路と、を備える第１レーダユニットと、
第２基板と、前記第２基板上に設けられた第２送信アレーアンテナと、前記第２基板上に設けられた第２受信アレーアンテナと、前記第２基板上に設けられ、前記第２送信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナの送受信を制御する第２集積回路と、を備える第２レーダユニットと、を有し、
前記第１基板の形状と前記第２基板の形状は同じであり、
前記第１送信アレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２送信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであるか、または、前記第１基板の中心を通り前記第１基板の一辺に平行な直線に関して前記第１送信アレーアンテナと線対称となるアレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２送信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであり、
前記第１受信アレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２受信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであるか、または、前記第１基板の中心を通り前記第１基板の一辺に平行な直線に関して前記第１受信アレーアンテナと線対称となるアレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２受信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じである、レーダ装置の送受信方法であって、
前記第１送信アレーアンテナから放射される電波の反射波を前記第１受信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナで受信し、
前記第２送信アレーアンテナから放射される電波の反射波を前記第１受信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナで受信する、送受信方法。

【請求項11】

第１基板と、前記第１基板上に設けられた第１送信アレーアンテナと、前記第１基板上に設けられた第１受信アレーアンテナと、前記第１基板上に設けられ、前記第１送信アレーアンテナと前記第１受信アレーアンテナの送受信を制御する第１集積回路と、を備える第１レーダユニットと、
第２基板と、前記第２基板上に設けられた第２送信アレーアンテナと、前記第２基板上に設けられた第２受信アレーアンテナと、前記第２基板上に設けられ、前記第２送信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナの送受信を制御する第２集積回路と、を備える第２レーダユニットと、
前記第１集積回路と前記第２集積回路に接続される信号処理ユニットと、を有し、
前記第１基板の形状と前記第２基板の形状は同じであり、
前記第１送信アレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２送信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであるか、または、前記第１基板の中心を通り前記第１基板の一辺に平行な直線に関して前記第１送信アレーアンテナと線対称となるアレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２送信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであり、
前記第１受信アレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２受信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであるか、または、前記第１基板の中心を通り前記第１基板の一辺に平行な直線に関して前記第１受信アレーアンテナと線対称となるアレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２受信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであり、
前記第１送信アレーアンテナから送信される電波であって対象物で反射された電波を前記第１受信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナで受信し、
前記第２送信アレーアンテナから送信される電波であって前記対象物で反射された電波を前記第１受信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナで受信し、
前記信号処理ユニットは前記第１受信アレーアンテナの受信信号と前記第２受信アレーアンテナの受信信号を処理して前記対象物に関する情報を計算する、レーダシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、レーダ装置、送受信方法及びレーダシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

検査対象者（以下、対象者と称される）が危険物を保持しているか否かの検査を行うレーダ装置が提案されている。レーダ装置は、対象者に電波を放射し、対象者からの反射波を受信する。レーザ装置の画像に基づいて、対象者が危険物を保持しているか否かを判定することができる。精度良く検査するために、レーダ装置には高い角度分解能が求められている。角度分解能を高くするためには、アンテナの開口長を大きくする必要である。多数のアンテナからなるアレーアンテナを用いると、開口長の大きいアンテナが実現できる。しかし、開口長の大きい複雑なアレーアンテナを設計することは容易ではなく、実装コストが高い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０２０／１８９１１６号

【非特許文献】

【0004】

【文献】W. Ma, T. Hsieh and C. Chi, “DOA Estimation of Quasi-Stationary Signals With Less Sensors Than Sources and Unknown Spatial Noise Covariance: A Khatri-Rao Subspace Approach,” in IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 58, no. 4, pp. 2168-2180, April 2010, doi: 10.1109/TSP.2009.2034935

【文献】A. T. Moffet, “Minimum-Redundancy Linear Arrays,” IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 16, Issue 2, pp. 172-175, Mar. 1968

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、高い精度で対象者を検査することができる簡単な構成のレーダ装置、送受信方法及びレーダシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係るレーダ装置は、第１レーダユニットと、第２レーダユニットとを有する。第１レーダユニットは、第１基板と、前記第１基板上に設けられた第１送信アレーアンテナと、前記第１基板上に設けられた第１受信アレーアンテナと、前記第１基板上に設けられレーダ信号の送信及び受信を行う第１集積回路とを備える。第２レーダユニットは、第２基板と、前記第２基板上に設けられた第２送信アレーアンテナと、前記第２基板上に設けられた第２受信アレーアンテナと、前記第２基板上に設けられレーダ信号の送信及び受信を行う第２集積回路とを備える。
前記第１基板の形状と前記第２基板の形状は同じである。
前記第１送信アレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２送信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであるか、または、前記第１基板の中心を通り前記第１基板の一辺に平行な直線に関して前記第１送信アレーアンテナと線対称となるアレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２送信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じである。
前記第１受信アレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２受信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じであるか、または、前記第１基板の中心を通り前記第１基板の一辺に平行な直線に関して前記第１受信アレーアンテナと線対称となるアレーアンテナの前記第１基板における相対位置は前記第２受信アレーアンテナの前記第２基板における相対位置と同じである。
前記第１受信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナは前記第１送信アレーアンテナから送信されるレーダ信号の反射信号を受信する。前記第１受信アレーアンテナと前記第２受信アレーアンテナは前記第２送信アレーアンテナから送信されるレーダ信号の反射信号を受信する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るレーダ装置の機能構成の一例を説明するブロック図。

【図2】レーダパネルの構成の一例を説明する図。

【図3】レーダユニット相互の関係の一例を説明する図。

【図4】集積回路の機能構成の一例を説明するブロック図。

【図5】キャリブレーションの概念を説明する図。

【図6】ＭＩＭＯ仮想アレーアンテナの概念について説明する図。

【図7】ＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナの概念について説明する図。

【図8】ＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナの概念について説明する他の図。

【図9】ＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナの概念について説明する他の図。

【図10】レーダパネルが形成する仮想アレーアンテナの一例について説明する図。

【図11】レーダパネルが形成する仮想アレーアンテナの一例について説明する図。

【図12】レーダパネルが形成する仮想アレーアンテナの他の一例について説明する図。

【図13】レーダパネルが形成する仮想アレーアンテナの他の一例について説明する図。

【図14】レーダ装置の動作の一例を説明するフローチャート。

【図15】レーダ装置の動作の一例を説明するフローチャート。

【図16】各レーダユニットに割り当てられる走査領域について説明する図。

【図17】複数のレーダユニットで電波を送受信する様子を説明するための図。

【図18】図１７に示すレーダユニットの送受信により形成される仮想アレーアンテナの一例を示す図。

【図19】２つの危険物の走査の一例を説明する図。

【図20】ビームフォーミングの一例を説明する図。

【図21】ビームフォーミングの一例を説明する図。

【図22】ビームフォーミングの一例を説明する図。

【図23】レーダパネルの他の構成の一例を説明する図。

【図24】レーダパネルの構成の他の例を説明する図。

【図25】レーダパネルの構成のさらに他の例を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るレーダ装置の詳細について説明する。以下の説明は、実施形態の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、実施形態の技術的思想は、以下に説明する構成要素の構造、形状、配置、材質等に限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各要素のサイズ、厚み、平面寸法又は形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、互いの寸法の関係や比率が異なる要素が含まれることもある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して重複する説明を省略する場合もある。いくつかの要素に複数の呼称を付す場合があるが、これら呼称の例はあくまで例示であり、これらの要素に他の呼称を付すことを否定するものではない。また、複数の呼称が付されていない要素についても、他の呼称を付すことを否定するものではない。なお、以下の説明において、「接続」は直接接続のみならず、他の要素を介して接続されることも意味する。

【0009】

レーダ装置は、例えば空港、駅、ショッピングモール、コンサートホール、展示会場等の施設に設置され、対象者（施設の利用者）が危険物を保持しているか否かの保安検査をする際に利用される。例えば、対象者の各点に対し電波を順次放射し、対象者の各点によって反射された電波を順次受信することによって対象者が走査される。この走査により得られた受信信号に基づき対象者を含む画像が生成される。施設の管理者は、この画像を確認することにより、対象者が危険物を保持しているか否か、又は対象者の持ち物に危険物が隠されているか否か等を判断することができる。あるいは、レーダ装置又は外部装置が受信信号の振幅を分析して、対象者が危険物を所持する可能性のレベルを警告してもよい。

【0010】

保安検査の時、衣服ポケット内の隣接する複数の危険物を検知するためには、高い角度分解能が要求される。角度分解能はアレーアンテナの開口長によって決定される。ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ－ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｉｔ－ｏｕｔｐｕｔ）レーダを用いると、開口長が拡大され角度分解能が向上する。しかし、ＭＩＭＯレーダは多数のアンテナを用いるので、複雑な設計となるため実装コストが高い。実施形態では、少数のアンテナからアレーアンテナを構成する。さらに、実施形態では、配線が容易となる設計が採用される。

【0011】

図１は、本実施形態に係るレーダ装置の機能構成の一例を説明するブロック図である。レーダ装置１００は、送受信ユニット２００、基準信号発生ユニット３００、信号処理ユニット４００及びコントローラ５００を備える。

【0012】

基準信号発生ユニット３００は、基準信号生成部３１０とＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；デジタル‐アナログ変換器）３２０と基準クロック生成部３３０とを含む。

【0013】

レーダ方式としては種々の方式が採用可能であるが、ここでは、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式を採用するとする。ＦＭＣＷ方式のレーダによれば、電波を対象者に放射し、対象者からの反射電波を受信し、送信信号と受信信号の周波数差から、対象物までの距離を計測することができる。基準信号生成部３１０は、時間の経過に伴い周波数が直線的に増加するＦＭＣＷ信号（以下、チャープ信号と称される）を表すデジタル信号を生成する。ＤＡＣ３２０は、基準信号生成部３０１で生成されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号のチャープ信号を生成する。

【0014】

基準クロック生成部３３０は、基準クロックを生成する。

【0015】

基準信号発生ユニット３００によって生成されたチャープ信号及び基準クロックは、送受信ユニット２００へ出力される。基準信号発生ユニット３００と送受信ユニット２００との接続は、信号線を介する有線による接続でもよいし、無線による接続でもよい。

【0016】

送受信ユニット２００は、少なくとも１つ（ここでは、４つ）のレーダパネル２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄを含む。送受信ユニット２００が含むレーダパネルの数は複数に限らず、単数のレーダパネルを含んでもよい。各レーダパネル２１０ａ－２１０ｄには、チャープ信号及び基準クロックが供給される。各レーダパネル２１０ａ－２１０ｄは、チャープ信号に応じた電波を対象者に放射し、対象者からの反射電波を受信する。実施形態で用いられる電波としては、波長が１ミリメートルから３０ミリメートルの電波を利用してもよい。波長が１ミリメートルから１０ミリメートルの電波はミリ波とも称され、波長が１０ミリメートルから１００ミリメートルの電波はマイクロ波とも称される。さらに、テラヘルツ波と称される波長が１００マイクロメートルから１ミリメートルの電波を用いてもよい。レーダパネル２１０ａ－２１０ｄの詳細は図２乃至図４を参照して後述する。

【0017】

各レーダパネル２１０ａ－２１０ｄは、反射電波の受信信号を中間周波数信号（ＩＦ信号）に変換する。各レーダパネル２１０ａ－２１０ｄにより得られたＩＦ信号は、信号処理ユニット４００へ出力される。レーダパネル２１０ａ－２１０ｄと信号処理ユニット４００との接続は、信号線を介する有線による接続でもよいし、無線による接続でもよい。

【0018】

信号処理ユニット４００は、キャリブレーション部４１０、距離推定部４２０、仮想アレー拡張部４３０、及び到来方向推定部４４０を含む。信号処理ユニット４００は、全レーダパネル２１０ａ－２１０ｄのＩＦ信号に対して信号処理を行う。

【0019】

信号処理ユニット４００は、レーダパネル２１０ａ－２１０ｄから放射される電波の放射方向に位置する３次元空間である検査空間８００内の平面であってレーダパネル２１０ａ－２１０ｄと平行な平面７００内の対象者６００の画像を得ることができる。表示装置でこの画像を表示し、検査者がこの画像を観察することにより、検査者は対象者６００が危険物６１０（例えば、銃）を所持していることを検知することができる。

【0020】

レーダ装置１００は、検査空間８００に電波を常時放射して検査を常時実施してもよい。あるいは、レーダ装置１００は、検査空間８００を撮影するカメラを含み、カメラで撮影された検査空間８００の画像から対象者６００を認識し、対象者６００を認識した場合、対象者６００に対してのみ電波を放射して検査を実施してもよい。コントローラ５００は、レーダ装置１００全体の動作を制御する。

【0021】

信号処理ユニット４００の詳細は図５乃至図１３を参照して後述する。

【0022】

次に、図２乃至図４を用いて、送受信ユニット２００に含まれるレーダパネル２１０ａ－２１０ｄの詳細を説明する。各レーダパネル２１０ａ－２１０ｄは同じ構造を有するので、以下では、レーダパネル２１０ａのみについて説明する。他のレーダパネル２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄについての説明は同様であるので、省略する。

【0023】

図２は、レーダパネル２１０ａの構成の一例を示す図である。平板状のレーダパネル２１０ａの上に、複数（ここでは、４つ）のレーダユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが配置される。各レーダユニット１０ａ－１０ｄは、基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと、対象者へ電波を送信する送信アレーアンテナと、対象者からの反射波を受信する受信アレーアンテナと、送信アレーアンテナから電波を放射させるとともに受信アレーアンテナの受信信号を処理する集積回路（ＩＣ）を含む。送信アレーアンテナ、受信アレーアンテナ及び集積回路（ＩＣ）は各基板１２ａ－１２ｄ上に配置される。

【0024】

基板１２ａ－１２ｄは、同じ形状、例えば矩形形状である。基板１２ａ、１２ｃは、その長辺がレーダパネル２１０ａの中心を原点とするＸ－Ｙ座標系のＸ軸方向に沿って配置される。基板１２ｂ、１２ｄは、その長辺がレーダパネル２１０ａのＸ－Ｙ座標系のＹ軸に沿って配置される。言い換えると、レーダユニット１０ａ－１０ｄは風車状に配置される。

【0025】

送信アンテナと受信アンテナは互換性があるので、以下の説明の送信アレーアンテナを受信アレーアンテナと読み換え、受信アレーアンテナを送信アレーアンテナと読み替えてもよい。同様に、送信アンテナを受信アンテナと、受信アンテナを送信アンテナと読み替えてもよい。

【0026】

具体的には、レーダユニット１０ａは、基板１２ａの２つの短辺の中の第１の短辺側に配置される送信アレーアンテナ、基板１２ａの２つの短辺の中の第２の短辺側に配置される受信アレーアンテナ、及び基板１２ａの中央部に配置される集積回路１４ａを含む。

【0027】

送信アレーアンテナは、複数（ここでは、４つ）の送信アンテナｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａ、ｔ４ａを含む。送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａは、Ｙ軸に沿った直線上に配列される。各送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａのＹ座標はプラスの値である。送信アンテナｔ１ａのＹ座標の絶対値が最も大きく、送信アンテナｔ４ａのＹ座標の絶対値が最も小さい。

【0028】

送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａは図２に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２の例では、送信アンテナｔ１ａ、ｔ２ａの間隔はλである。送信アンテナｔ２ａ、ｔ３ａの間隔は３λである。送信アンテナｔ３ａ、ｔ４ａの間隔は２λである。λはレーダパネル２１０ａが放射する電波に含まれる波長の中の最も強度が高い波長を中心とする所定の許容範囲の波長である。許容範囲は、最も強度が高い波長の±２５パーセントを含む。許容範囲は、最も強度が高い波長の±１０％であることが要求される場合もある。λ／２は基準アンテナ間隔とも称する。

【0029】

図２に示すアンテナ間隔の不等間隔アレーアンテナは、最小冗長度アレー（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ａｒｒａｙ：ＭＲＡ）アンテナと称される。ＭＲＡは、不等間隔アレーの一種であり、同一の素子間隔となる素子の組み合わせを最小化し、素子間隔の冗長性を最小化したアレーであり、生成される仮想アレーが等間隔に配置されたアンテナからなる ＭＲＡは、素子の配列密度により等価的に振幅分布を実現することができるので、各素子の振幅分布が一定の場合でも、低サイドローブ化が可能である。また、ＭＲＡはグレーティングローブが発生しにくいため、アンテナ間隔を広くすることができ、アンテナ数を削減できる。

【0030】

受信アレーアンテナは、複数（ここでは、４つ）の受信アンテナｒ１ａ、ｒ２ａ、ｒ３ａ、ｒ４ａを含む。送信アンテナの数と受信アンテナの数は図２に示すように一致していてもよいし、異なっていてもよい。受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａは、Ｙ軸に沿った直線上に配列される。説明の便宜上、受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａはＹ軸上に配列されるとする。基板１２ａは、大部分がレーダパネル２１０ａのＸ－Ｙ座標系の第２象限に位置するように配置される。各受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａのＹ座標はプラスの値である。受信アンテナｒ１ａのＹ座標の絶対値が最も大きく、受信アンテナｒ４ａのＹ座標の絶対値が最も小さい。

【0031】

受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａは図２に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２の例では、受信アンテナｒ１ａ、ｒ２ａの間隔はλである。受信アンテナｒ２ａ、ｒ３ａの間隔は３λである。受信アンテナｒ３ａ、ｒ４ａの間隔は２λである。

【0032】

受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａが不等間隔に配列されている場合、各アンテナ間隔は図２に示すように送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａのアンテナ間隔と同じでもよいし、異なっていてもよい。受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａが等間隔に配列されている場合、各アンテナ間隔は送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａのアンテナ間隔と同じでもよいし、異なっていてもよい。各受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａのＹ座標は図２に示すように各送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａのＹ座標と同じでもよいし、ずれていてもよい。

【0033】

集積回路１４ａと送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａは配線（例えばストリップ配線）により接続される。集積回路１４ａと受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａは配線により接続される。

【0034】

レーダユニット１０ｂは、基板１２ｂの２つの短辺の中の第１の短辺側に配置される送信アレーアンテナ、基板１２ｂの２つの短辺の中の第２の短辺側に配置される受信アレーアンテナ、及び基板１２ｂの中央部に配置される集積回路１４ｂを含む。

【0035】

送信アレーアンテナは、複数（ここでは、４つ）の送信アンテナｔ１ｂ、ｔ２ｂ、ｔ３ｂ、ｔ４ｂを含む。送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂは、Ｘ軸に沿った直線上に配列される。各送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂのＸ座標はプラスの値である。送信アンテナｔ１ｂのＸ座標の絶対値が最も大きく、送信アンテナｔ４ｂのＸ座標の絶対値が最も小さい。

【0036】

送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂは図２に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２の例では、送信アンテナｔ１ｂ、ｔ２ｂの間隔はλである。送信アンテナｔ２ｂ、ｔ３ｂの間隔は３λである。送信アンテナｔ３ｂ、ｔ４ｂの間隔は２λである。

【0037】

受信アレーアンテナは、複数（ここでは、４つ）の受信アンテナｒ１ｂ、ｒ２ｂ、ｒ３ｂ、ｒ４ｂを含む。送信アンテナの数と受信アンテナの数は図２に示すように一致していてもよいし、異なっていてもよい。受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂは、Ｘ軸に沿った直線上に配列される。説明の便宜上、受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂはＸ軸上に配列されるとする。基板１２ｂは、大部分がレーダパネル２１０ａのＸ－Ｙ座標系の第１象限に位置するように配置される。各受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂのＸ座標はプラスの値である。受信アンテナｒ１ｂのＸ座標の絶対値が最も大きく、受信アンテナｒ４ｂのＸ座標の絶対値が最も小さい。

【0038】

受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂは図２に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２の例では、受信アンテナｒ１ｂ、ｒ２ｂの間隔はλである。受信アンテナｒ２ｂ、ｒ３ｂの間隔は３λである。受信アンテナｒ３ｂ、ｒ４ｂの間隔は２λである。

【0039】

受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂが不等間隔に配列されている場合、各アンテナ間隔は図２に示すように送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂのアンテナ間隔と同じでもよいし、異なっていてもよい。受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂが等間隔に配列されている場合、各アンテナ間隔は送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂのアンテナ間隔と同じでもよいし、異なっていてもよい。各受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂのＸ座標は図２に示すように各送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂのＸ座標と同じでもよいし、ずれていてもよい。

【0040】

集積回路１４ｂと送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂは配線により接続される。集積回路１４ｂと受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂは配線により接続される。

【0041】

レーダユニット１０ｃは、基板１２ｃの２つの短辺の中の第１の短辺側に配置される送信アレーアンテナ、基板１２ｃの２つの短辺の中の第２の短辺側に配置される受信アレーアンテナ、及び基板１２ｃの中央部に配置される集積回路１４ｃを含む。

【0042】

送信アレーアンテナは、複数（ここでは、４つ）の送信アンテナｔ１ｃ、ｔ２ｃ、ｔ３ｃ、ｔ４ｃを含む。送信アンテナｔ１ｃ－ｔ４ｃは、Ｙ軸に沿った直線上に配列される。各送信アンテナｔ１ｃ－ｔ４ｃのＹ座標はマイナスの値である。送信アンテナｔ１ｃのＹ座標の絶対値が最も小さく、送信アンテナｔ４ｃのＸ座標の絶対値が最も大きい。

【0043】

送信アンテナｔ１ｃ－ｔ４ｃは図２に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２の例では、送信アンテナｔ１ｃ、ｔ２ｃの間隔はλである。送信アンテナｔ２ｃ、ｔ３ｃの間隔は３λである。送信アンテナｔ３ｃ、ｔ４ｃの間隔は２λである。

【0044】

受信アレーアンテナは、複数（ここでは、４つ）の受信アンテナｒ１ｃ、ｒ２ｃ、ｒ３ｃ、ｒ４ｃを含む。送信アンテナの数と受信アンテナの数は図２に示すように一致していてもよいし、異なっていてもよい。受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃは、Ｙ軸に沿った直線上に配列される。説明の便宜上、受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃはＹ軸上に配列されるとする。基板１２ｃは、大部分がレーダパネル２１０ａのＸ－Ｙ座標系の第４象限に位置するように配置される。各受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃのＹ座標はマイナスの値である。受信アンテナｒ１ｃのＹ座標の絶対値が最も小さく、受信アンテナｒ４ｃのＹ座標の絶対値が最も大きい。

【0045】

受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃは図２に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２の例では、受信アンテナｒ１ｃ、ｒ２ｃの間隔はλである。受信アンテナｒ２ｃ、ｒ３ｃの間隔は３λである。受信アンテナｒ３ｃ、ｒ４ｃの間隔は２λである。

【0046】

受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃが不等間隔に配列されている場合、各アンテナ間隔は図２に示すように送信アンテナｔ１ｃ－ｔ４ｃのアンテナ間隔と同じでもよいし、異なっていてもよい。受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃが等間隔に配列されている場合、各アンテナ間隔は送信アンテナｔ１ｃ－ｔ４ｃのアンテナ間隔と同じでもよいし、異なっていてもよい。各受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃのＹ座標は図２に示すように各送信アンテナｔ１ｃ－ｔ４ｃのＹ座標と同じでもよいし、ずれていてもよい。

【0047】

集積回路１４ｃと送信アンテナｔ１ｃ－ｔ４ｃは配線により接続される。集積回路１４ｃと受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃは配線により接続される。

【0048】

レーダユニット１０ｄは、基板１２ｄの２つの短辺の中の第１の短辺側に配置される送信アレーアンテナ、基板１２ｄの２つの短辺の中の第２の短辺側に配置される受信アレーアンテナ、及び基板１２ｄの中央部に配置される集積回路１４ｄを含む。

【0049】

送信アレーアンテナは、複数（ここでは、４つ）の送信アンテナｔ１ｄ、ｔ２ｄ、ｔ３ｄ、ｔ４ｄを含む。送信アンテナｔ１ｄ－ｔ４ｄは、Ｘ軸に沿った直線上に配列される。各送信アンテナｔ１ｄ－ｔ４ｄのＸ座標はマイナスの値である。送信アンテナｔ１ｄのＸ座標の絶対値が最も小さく、送信アンテナｔ４ｄのＸ座標の絶対値が最も大きい。

【0050】

送信アンテナｔ１ｄ－ｔ４ｄは図２に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２の例では、送信アンテナｔ１ｄ、ｔ２ｄの間隔はλである。送信アンテナｔ２ｄ、ｔ３ｄの間隔は３λである。送信アンテナｔ３ｄ、ｔ４ｄの間隔は２λである。

【0051】

受信アレーアンテナは、複数（ここでは、４つ）の受信アンテナｒ１ｄ、ｒ２ｄ、ｒ３ｄ、ｒ４ｄ）を含む。送信アンテナの数と受信アンテナの数は図２に示すように一致していてもよいし、異なっていてもよい。受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄは、Ｘ軸に沿った直線上に配列される。説明の便宜上、受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄはＸ軸上に配列されるとする。基板１２ｄは、大部分がレーダパネル２１０ａのＸ－Ｙ座標系の第３象限に位置するように配置される。各受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄのＸ座標はマイナスの値である。受信アンテナｒ１ｄのＸ座標の絶対値が最も小さく、受信アンテナｒ４ｄのＸ座標の絶対値が最も大きい。

【0052】

受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄは図２に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２の例では、受信アンテナｒ１ｄ、ｒ２ｄの間隔はλである。受信アンテナｒ２ｄ、ｒ３ｄの間隔は３λである。受信アンテナｒ３ｄ、ｒ４ｄの間隔は２λである。

【0053】

受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄが不等間隔に配列されている場合、各アンテナ間隔は図２に示すように送信アンテナｔ１ｄ－ｔ４ｄのアンテナ間隔と同じでもよいし、異なっていてもよい。受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄが等間隔に配列されている場合、各アンテナ間隔は送信アンテナｔ１ｄ－ｔ４ｄのアンテナ間隔と同じでもよいし、異なっていてもよい。各受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄのＸ座標は図２に示すように各送信アンテナｔ１ｄ－ｔ４ｄのＸ座標と同じでもよいし、ずれていてもよい。

【0054】

集積回路１４ｄと送信アンテナｔ１ｄ－ｔ４ｄは配線により接続される。集積回路１４ｄと受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄは配線により接続される。

【0055】

アレーアンテナを用いるレーダ装置においては、各アンテナ間の受信電波の位相差から到来方向が推定される。アレイアンテナとして等間隔アレーアンテナを用いると、同一の位相差が複数出現し、受信信号が冗長となる。図２に示すように、ＭＲＡアンテナを用いるレーダ装置では、この冗長性が存在しなくなるので、効率良く開口長を拡大することができる。

【0056】

レーダユニット１０ａ、１０ｃは、Ｙ軸上に配列されるレーダユニット１０ａの受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａの中でレーダユニット１０ｃに最も近い受信アンテナｒ４ａと、Ｙ軸上に配列されるレーダユニット１０ｃの受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃの中でレーダユニット１０ａに最も近い受信アンテナｒ１ｃと、の間隔が７λとなるように配置される。

【0057】

各レーダユニット１０ａ、１０ｃの受信アレーアンテナのアンテナ間隔がλ、２λ、３λである場合、λ－６λのアンテナ間隔の仮想アレーアンテナが実現できる。レーダユニット１０ａ、１０ｃ間の最も近接する２つのアンテナの間隔が受信アレーアンテナのアンテナ間隔λ、２λ、３λの和（６λ）以上の７λとされていると、レーダユニット１０ａ、１０ｃの受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａと受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃを１つのアレーアンテナとして機能させた場合、アンテナ間隔λの等間隔で開口長が１９λの仮想アレーアンテナが実現でき、開口長をさらに大きくすることができる。

【0058】

各レーダユニット１０ａ、１０ｃの受信アレーアンテナのアンテナが等間隔、例えばλで配列される場合、４個のアンテナで開口長が３λの仮想アレーアンテナが得られるので、レーダユニット１０ａ、１０ｃ間の最も近接する２つのアンテナの間隔は４λとすると、開口長が１０λの仮想アレーアンテナが実現できる。

【0059】

レーダユニット１０ｂ、１０ｄは、Ｘ軸上に配列されるレーダユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂの中でレーダユニット１０ｄに最も近い受信アンテナｒ４ｂと、Ｘ軸上に配列されるレーダユニット１０ｄの受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄの中でレーダユニット１０ｂに最も近い受信アンテナｒ１ｄと、の間隔が７λとなるように配置される。これによっても、レーダユニット１０ｂ、１０ｄの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂと受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄを１つのアレーアンテナとして機能させた場合、アンテナ間隔λの等間隔で開口長が１９λの仮想アレーアンテナが実現でき、開口長をさらに大きくすることができる。

【0060】

各レーダユニット１０ｂ、１０ｄの受信アレーアンテナのアンテナが等間隔、例えばλで配列される場合、４個のアンテナで開口長が３λの仮想アレーアンテナが得られるので、レーダユニット１０ｂ、１０ｄ間の最も近接する２つのアンテナの間隔は４λとすると、開口長が１０λの仮想アレーアンテナが実現できる。

【0061】

なお、レーダユニット１０ａ、１０ｃの最も近い受信アンテナどうしの間隔とレーダユニット１０ｂ、１０ｄの最も近い受信アンテナどうしの間隔の両方が７λになる必要はなく、一方の間隔は７λ以外でもよい。

【0062】

図２では、受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａと受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃがＹ軸上に線形に配列されているが、受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａと受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃが同じ直線上に配列される必要はなく、２本の直線上にそれぞれ配列されてもよい。

【0063】

同様に、受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂと受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄも同じ直線上に配列される必要はなく、２本の直線上にそれぞれ配列されてもよい。

【0064】

レーダユニット１０ａ－１０ｄの構成要素がそれぞれ基板１２ａ－１２ｄ上に配置され、基板１２ａ－１２ｄがレーダパネル２１０ａ上に配置されると説明したが、レーダユニット１０ａ－１０ｄ毎の基板１２ａ－１２ｄ省略可能である。レーダユニット１０ａ－１０ｄの構成要素がレーダパネル２１０ａ上に直接配置されてもよい。その場合、上記の説明の基板１２ａ－１２ｄはレーダユニット１０ａ－１０ｄの配置予定領域と読み替えられる。

【0065】

基板の長辺と短辺の説明は便宜上であり、基板の向きを９０度変え、長辺を短辺と、短辺を長辺と読み替えられる。

【0066】

さらに、基板の形状は矩形に限らず、正方形、台形、平行四辺形、５角形以上の多角形でもよい。その場合、上記の説明の長辺を対応する２辺と、短辺を別の対応する２辺と読み替えられる
４つのレーダユニット１０ａ－１０ｄ相互の関係について説明する。

【0067】

先ず、レーダユニット１０ａ、１０ｂ相互の関係について説明する。レーダユニット１０ａでは、集積回路１４ａの左側（Ｘ軸の負の側）に送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａが配置され、集積回路１４ａの右側（Ｘ軸の正の側）に受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａが配置される。レーダユニット１０ｂでは、集積回路１４ｂの上側（Ｙ軸の正の側）に送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂが配置され、集積回路１４ｂの下側（Ｙ軸の負の側）に受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂが配置される。

【0068】

集積回路の左と右は、集積回路を時計方向に９０度回転すると、集積回路の下と上となる。そのため、レーダユニット１０ａをレーダパネル２１０ａのＸ－Ｙ座標系の原点を中心として時計方向に９０度回転すると、レーダユニット１０ａはレーダユニット１０ｂと一致する。すなわち、レーダユニット１０ａの送信アレーアンテナの基板１２ａにおける相対位置はレーダユニット１０ｂの送信アレーアンテナの基板１２ｂにおける相対位置と同じである。同様に、レーダユニット１０ａの受信アレーアンテナの基板１２ａにおける相対位置はレーダユニット１０ｂの受信アレーアンテナの基板１２ｂにおける相対位置と同じである。相対位置の基準となる座標は集積回路１４ａ、１４ｂの中心としてもよい。

【0069】

このため、レーダユニット１０ｂのアンテナの配置、配線パターン等の設計は、レーダユニット１０ａの設計をコピー（回転移動及び／又は平行移動）するだけで簡単に行うことができる。

【0070】

レーダユニット１０ｃ、１０ｄ相互の関係も、レーダユニット１０ａ、１０ｂ相互の関係と同じである。

【0071】

次に、レーダユニット１０ａ、１０ｃ相互の関係について説明する。レーダユニット１０ａでは、集積回路１４ａの左側（Ｘ軸の負の側）に送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａが配置され、集積回路１４ａの右側（Ｘ軸の正の側）に受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａが配置される。レーダユニット１０ｃでは、集積回路１４ｃの右側（Ｘ軸の正の側）に送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂが配置され、集積回路１４ｃの左側（Ｘ軸の負の側）に受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂが配置される。

【0072】

レーダユニット１０ａの中心（すなわち基板１２ａの中心）を通りレーダユニット１０ａの短辺（すなわち基板１２ａの短辺）に平行な直線（すなわちＹ軸に平行な直線）を中心としてレーダユニット１０ａを表裏反転させると、集積回路の左と右はそれぞれ集積回路の右と左となる。すなわち、基板１２ａの中心を通り基板１２ａの短辺に平行な直線に関してレーダユニット１０ａの送信アレーアンテナと線対称の関係となる仮想の送信アレーアンテナの基板における相対位置は、レーダユニット１０ｃの送信アレーアンテナの基板１２ｃにおける相対位置と同じである。同様に、基板１２ａの中心を通り基板１２ａの短辺に平行な直線に関してレーダユニット１０ａの受信アレーアンテナと線対称の関係となる仮想の受信アレーアンテナの基板における相対位置は、レーダユニット１０ｃの受信アレーアンテナの基板１２ｃにおける相対位置と同じである。

【0073】

図３（ａ）はレーダユニット１０ａを示し、図３（ｂ）はレーダユニット１０ａを基板１２ａの中心を通り基板１２ａの短辺に平行な直線を中心としてレーダユニット１０ａを１８０度回転させて得られる仮想的なレーダユニット１０ａ´を示す。レーダユニット１０ａ´では、集積回路１４ａ´の右側に送信アンテナｔ１ａ´－ｔ４ａ´が配置され、集積回路１４ａ´の左側に受信アンテナｒ１ａ´－ｒ４ａ´が配置される。すなわち、レーダユニット１０ａ´の送信アレーアンテナの基板１２ａ´における相対位置はレーダユニット１０ｃの送信アレーアンテナの基板１２ｃにおける相対位置と同じである。同様に、レーダユニット１０ａ´の受信アレーアンテナの基板１２ａ´における相対位置はレーダユニット１０ｃの受信アレーアンテナの基板１２ｃにおける相対位置と同じである。相対位置の基準となる座標は集積回路１４ａ、１４ｃの中心としてもよい。このため、レーダユニット１０ｃのアンテナの配置、配線パターン等の設計は、レーダユニット１０ａの設計を表裏反転してからコピー（回転移動及び／又は平行移動）することで簡単に行うことができる。

【0074】

レーダユニット１０ｂ、１０ｄ相互の関係も、レーダユニット１０ａ、１０ｃ相互の関係と同じである。

【0075】

次に、各レーダユニット１０ａ－１０ｄに含まれる集積回路１４ａ－１４ｄの構成について説明する。図４は、集積回路１４ａの機能構成について説明するブロック図である。集積回路１４ｂ－１４ｄの機能構成についても同様である。

【0076】

集積回路１４ａは、送信回路５０と受信回路６０とを含む。送信回路５０は、移相器５１と増幅器５２とから構成される。受信回路６０は、増幅器６１、周波数変換器６２及びＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；アナログ－デジタル変換器）６３から構成される。送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａが送信回路５０に接続される。受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａが受信回路６０に接続される。

【0077】

基準信号発生ユニット３００から出力されるチャープ信号は、まず、移相器５１へ入力される。移相器５１は、４つの送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａに供給されるチャープ信号の位相を調整する。位相が調整されたチャープ信号は増幅器５２で所定数倍に増幅される。増幅器５２は、送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａと同じ数のアンプを含む。あるいは、増幅器５２は、送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａの数より少ない数のアンプを含み、移相器５１の出力を複数のアンテナに順次供給してもよい。

【0078】

増幅器５２の出力が送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａの中の１つの送信アンテナから順次送信される。あるいは、増幅器５２の出力が送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａの中の複数又は全ての送信アンテナから同時に送信される。

【0079】

受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａで受信された受信信号は、増幅器６１によって所定の電力に調整される。増幅器６１の出力信号は、周波数変換器６２へ入力される。増幅器６１は、受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａと同じ数のアンプを含む。あるいは、増幅器６１は、受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａの数より少ない数のアンプを含み、複数の受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａの受信信号をアンプに順次供給してもよい。

【0080】

周波数変換器６２には、基準信号発生ユニット３００から出力されるチャープ信号も入力される。周波数変換器６２は、受信信号とチャープ信号とを混合し、中間周波数信号（ＩＦ信号）を生成する。ＩＦ信号は、ＡＤＣ６３へ出力される。ＡＤＣ６３は、ＩＦ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ６３は、デジタル信号に変換されたＩＦ信号を、信号処理ユニット４００へ出力する。信号処理ユニット４００は、全てのレーダパネルの全てのレーダユニットが出力するＩＦ信号に対して、信号処理を行う。

【0081】

１つの基準信号発生ユニット３００から出力されるチャープ信号は、送受信ユニット２００内の全てのレーダパネルの全てのレーダユニットの送信回路５０と受信回路６０に供給されている。これにより、送受信ユニット２００の全ての送信アレーアンテナからの送信動作が協調され、送受信ユニット２００の全ての受信アレーアンテナの受信が協調され、送信と受信が干渉することが防止される。

【0082】

１つの基準信号発生ユニット３００から出力される基準クロックも、送受信ユニット２００内の全てのレーダパネルの全てのレーダユニットの送信回路５０と受信回路６０に供給されている。これにより、全ての送信回路５０が同期し、全ての受信回路６０が同期して制御される。

【0083】

次に、図５乃至図１３を参照して、信号処理ユニット４００の詳細を説明する。以下の説明では、レーダパネル２１０ａを用いて説明するが、レーダパネル２１０ｂ－２１０ｄについても同様である。

【0084】

レーダパネル２１０ａにおいては、レーダユニット１０ａの送信アレーアンテナからチャープ信号に応じた電波が放射されると、レーダユニット１０ａ－１０ｄの受信アレーアンテナは、反射波を受信する。同様に、レーダユニット１０ｂの送信アレーアンテナからチャープ信号に応じた電波が放射されると、レーダユニット１０ａ－１０ｄの受信アレーアンテナは、反射波を受信する。レーダユニット１０ｃの送信アレーアンテナからチャープ信号に応じた電波が放射されると、レーダユニット１０ａ－１０ｄの受信アレーアンテナは、反射波を受信する。レーダユニット１０ｄの送信アレーアンテナからチャープ信号に応じた電波が放射されると、レーダユニット１０ａ－１０ｄの受信アレーアンテナは、反射波を受信する。

【0085】

レーダパネル２１０ａのレーダユニット１０ａ－１０ｄから出力されたＩＦ信号はキャリブレーション部４１０に入力される。

【0086】

対象者６００の走査において、対象者６００とレーダパネル２１０ａとの距離が近い場合、対象者６００との各レーダユニット１０ａ－１０ｄの受信アレーアンテナとの距離差が大きく異なる。これにより、各レーダユニット１０ａ－１０ｄから出力されるＩＦ信号の位相差が顕著となり、高精度な検査を行うことが難しい。そこで、対象者６００とレーダパネル２１０ａとの距離が近い場合、キャリブレーション部４１０は、ＩＦ信号に対してキャリブレーションを行う。

【0087】

図５は、キャリブレーションの概念を示す図である。図５には、アンテナｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５からなる受信アレーアンテナが示されている。

【0088】

レーダパネル２１０ａと対象者６００との距離が近い場合、対象者６００によって反射し、受信アンテナに到達する電波は、球面波９００となる。球面波９００では、各受信アンテナｒ１－ｒ５が受信する電波の位相が大きく異なる。具体的には、受信アンテナｒ３が受信する反射波と、受信アンテナｒ２又はｒ４が受信する反射波とでは位相が異なり、受信アンテナｒ３が受信する反射波と、受信アンテナｒ１又はｒ５が受信する反射波とでは位相は更に大きく異なる。このように、球面波９００による各受信アンテナの位相差を補償するため、キャリブレーション部４１０は、各受信アンテナに到来する反射波を、到来波１０００とみなすよう位相を補正する。なお、レーダパネル２１０ａと対象者６００との距離が十分離れている場合、キャリブレーション部４１０による補正処理は省略してもよい。

【0089】

キャリブレーション部４１０から出力されたＩＦ信号は、距離推定部４２０へ入力される。ＦＭＣＷ変調を用いたレーダ装置１００によれば、ＩＦ信号は、各レーダパネルと対象者６００との距離に応じた周波数で振動する。そのため、距離推定部４２０は、ＩＦ信号に対しフーリエ変換を行い、その結果からレンジスペクトルを算出する。距離推定部４２０は、算出されたレンジスペクトルの結果から、電力の高い周波数を用いてレンジ距離を推定することができる。

【0090】

仮想アレー拡張部４３０は、仮想アレーアンテナを形成する。以下、図６乃至図９を参照して、仮想アレーアンテナについて説明する。ここでは、ＭＩＭＯアレーアンテナ、及びＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナの概要を説明する。

【0091】

まず、図６を用いてＭＩＭＯアレーアンテナについて説明する。

【0092】

図６は、２個の送信アンテナから成る送信アレーアンテナと、２個の受信アンテナから成る受信アレーアンテナとから、４個のアンテナからなるＭＩＭＯアレーアンテナが形成される一例を示す。なお、図６に示す送信アンテナの数、受信アンテナの数、ＭＩＭＯアレーアンテナを構成するアンテナの数は一例である。Ｎｔｘ個の送信アンテナから成る送信アレーアンテナと、Ｎｒｘ個の受信アンテナから成る受信アレーアンテナを用いると、Ｎｔｘ×Ｎｒｘ個のアンテナから成るＭＩＭＯアレーアンテナが形成される。

【0093】

図６に示す例によれば、２個の送信アンテナが距離２ｄの間隔でＸ軸方向に配列される。この送信アレーアンテナは、ＵＬＡ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｉｎｅａｒ Ａｒｒａｙ）の構成を示す。２個の受信アンテナが距離ｄの間隔でＸ軸方向に配列される。受信アレーアンテナの構成もＵＬＡである。距離ｄの一例は半波長λ／２である。方向を推定するターゲット数はＫであり、各ターゲットからそれぞれ電磁波が到来し、合計でＫ波が到来するとする。

【0094】

受信アレーアンテナが、ある時刻ｔにおいて受信した反射波に基づく受信信号ｘ（ｔ）を式１で表す。

【0095】

【数1】

【0096】

ここで、
Ａはモード行列、
Ｋは、到来波のインデックスを示す。ターゲットより反射した電波がそれぞれ到来し、合計でＫ波、到来することを意味する。

【0097】

ｓ（ｔ）は時刻ｔにおける受信信号の複素振幅ベクトル、
ｎ（ｔ）は時刻ｔにおける雑音ベクトル、θｋはｋ番のターゲットからの電波の到来方向、
ａ_ｔ（θ_ｋ）は、到来するｋ番目の電波についての送信アレーアンテナのモードベクトル、
ａ_ｒ（θ_ｋ）は、到来するｋ番目の電波についての受信アレーアンテナのモードベクトルである。

【0098】

式１中の、ａ_ｔ（θ_ｋ）とａ_ｒ（θ_ｋ）とのクロネッカ積は、以下に示す式２で表現される。

【0099】

【数2】

【0100】

ここで、φ_ｋ＝ｊ（２π／λ）ｄ・ｓｉｎθ_ｋとすると、任意のｋについてのＭＩＭＯアレーアンテナのモードベクトルａ（θ_ｋ）は式３のように表される。

【0101】

【数3】

【0102】

式３は、ＭＩＭＯアレーアンテナのモードベクトルａ（θ_ｋ）が４つの位相状態０、φ_ｋ、２φ_ｋ、３φ_ｋを含むことを示す。これは、２個の送信アンテナと２個の受信アンテナから、Ｘ軸方向に、距離ｄの間隔で配列される４個のアンテナからなるＭＩＭＯアレーアンテナが形成されることを意味する。

【0103】

次に、図７を参照して、ＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナについて説明する。

【0104】

図６における受信アレーアンテナが受信する反射波に基づく受信信号ｘ（ｔ）に対してＫＲ（Ｋａｈｔｒｉ－Ｒａｏ）変換を適用することで、図６に示すＭＩＭＯアレーアンテナより多くのアンテナからなる仮想アレーアンテナを形成することができる。

【0105】

以下、ＫＲ変換、及びＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナ形成の詳細について説明する。ＫＲ変換は、相関行列の非重複要素を利用してＭＩＭＯアレーアンテナのモードベクトルの次元を拡張する信号処理である。

【0106】

図６に示す受信アレーアンテナからの受信信号（ＭＩＭＯアレーアンテナによる信号処理による受信信号）ｘ（ｔ）に関する相関行列Ｒ_ｘｘは以下のように計算される。

【0107】

Ｒ_ｘｘ＝Ｅ［ｘ（ｔ）ｘ（ｔ）^Ｈ］
＝ＡＳＡ^Ｈ＋Ｒ_Ｎ 式４
Ｅ［・］はアンサンブル平均、・Ｈはエルミート転置を表す。また、Ｓは波源相関行列、Ｒ_Ｎは雑音相関行列を表す。以下では、信号源の電力を１と仮定する。これによりＳは単位行列とみなせる。また、雑音は無視できるほど小さいと仮定する。これにより、Ｒ_Ｎは零行列とみなせる。以上のことを用いて、図６に示すＭＩＭＯアレーアンテナに対し、ＫＲ変換を施す。

【0108】

図６に示すＭＩＭＯアレーアンテナによる受信信号に対する相関行列を式５に示す。

【0109】

【数4】

【0110】

式５に示す相関行列Ｒ_ｘｘの非重複要素を成分にもつベクトルをｚ_ｅとすると、ｚ_ｅは式６で表される。

【0111】

ｚ_ｅ＝［ｅ^－３φｋ，ｅ^－２φｋ，ｅ^－φｋ，１，ｅ_φｋ，ｅ^２φｋ，ｅ^３φｋ］^Ｔ 式６
式６は、ＭＩＭＯアレーアンテナのモードベクトルａ（θ_ｋ）が７つの位相状態０、±φ_ｋ、±２φ_ｋ、±３φ_ｋを含むことを示す。これは、距離ｄの間隔でＸ軸方向に配列される７個の仮想アンテナから構成されるＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナが形成されたことを意味する。

【0112】

このように、Ｎｔｘ個の送信アンテナとＮｒｘ個の受信アンテナに基づくＭＩＭＯアレーアンテナにＫＲ変換を適用することで、距離ｄの間隔でＸ軸方向に配列される２×Ｎｔｘ×Ｎｒｘ－１個の仮想アンテナから構成される、ＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナが形成される。式４乃至式６を用いて示す、受信信号の相関行列を求め、非重複要素からなるベクトルｚ_ｅを求めること操作をＫＲ変換と称する。

【0113】

ここで、式５に示す相関行列には未だ重複要素が残っている。具体的には、式５に示す行列成分１６個のうち、９個が重複成分である。これより、ＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナの形成効率を改善する余地があることが分かる。

【0114】

送信アレーアンテナと受信アレーアンテナにＵＬＡに係るアレーアンテナではなく、重複要素を低減するＭＲＡに係る送信アレーアンテナ、又はＭＲＡに係る受信アレーアンテナ、又はＭＲＡに係る送信アレーアンテナと受信アレーアンテナを利用することで、ＭＩＭＯアレーアンテナにＫＲ変換を適用した際に算出される相関行列の重複要素を減らすことができる。

【0115】

以下では、ＭＲＡに係る受信アレーアンテナ、又はＭＲＡに係る受信アレーアンテナ、あるいはその両方を利用し、形成されるＭＩＭＯアレーアンテナに対し、ＫＲ変換を適用して生成されるＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナについて説明する。

【0116】

図８は、１個の送信アンテナと、４個の受信アンテナからなるＭＲＡに係る受信アレーアンテナとを利用する場合に生成されるＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナの一例を示す。

【0117】

図８の例における、任意のｋ∈ＫについてのＭＩＭＯアレーアンテナのモードベクトルａ（θ_ｋ）を式７に示す。また、図８に示す例において処理される受信信号に基づき、ＭＩＭＯアレーアンテナを形成後、ＫＲ変換を適用して生成される相関行列Ｒ_ｘｘを式８に示す。

【0118】

【数5】

【0119】

式８によると、行列成分１６個のうち、非重複要素は１３個であることが分かる。つまり、図８に示す例においては、ＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナが１３個の仮想アンテナから形成されることが分かる。

【0120】

図９は、２個の送信アンテナからなる送信アレーアンテナと、４個の受信アンテナからなる、ＭＲＡに係る受信アレーアンテナを利用して生成されるＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナの一例を示す。この場合、任意のｋ∈Ｋに対するＭＩＭＯアレーアンテナのモードベクトルａ（θ_ｋ）を式９に示す。

【0121】

【数6】

【0122】

図９に示す例において処理される受信信号に基づき、ＭＩＭＯアレーアンテナを形成後、ＫＲ変換を適用して生成される相関行列は省略するが、当該相関行列の非重複要素は３９個となる。これにより、図９に示す例において、ＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナが３９個の仮想アンテナから形成されることが分かる。

【0123】

つまり、図８と図９を比較すると、図９は、図８の例に対して送信アンテナを１個増やし、受信アンテナを１個増やしただけで仮想アンテナの数が２６個増加することとなり、ＭＩＭＯ－ＫＲ変換仮想アレーアンテナを効率良く形成できることが分かる。

【0124】

以上から、ＵＬＡに係るアレーアンテナを用いるよりもＭＲＡに係るアレーアンテナを用いる方が、ＭＩＭＯ－ＫＲ変換により仮想アレーアンテナを効率良く形成し、アンテナの開口長を拡大することができる。

【0125】

仮想アレー拡張部４３０が形成する仮想アレーの例を説明する。

【0126】

図１０は、レーダユニット１０ａの送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａが電波を放射し、レーダユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂとレーダユニット１０ｄの受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄが反射波を受信する場合を示す。図１１は、この場合に仮想アレー拡張部４３０が形成する仮想アレーアンテナの一例を示す。

【0127】

図１１に示す仮想アレーアンテナは、仮想アンテナが矩形状の範囲に等間隔に配列される平面アレーアンテナである。この平面アレーアンテナの開口長はＸ軸方向には大きく、Ｙ軸方向には小さい。

【0128】

図１２は、レーダユニット１０ａの送信アンテナｔ４ａが電波を放射し、レーダユニット１０ａの受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａ、レーダユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂ、レーダユニット１０ｃの受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃ及びレーダユニット１０ｄの受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄが反射波を受信する場合を示す。図１３は、この場合、仮想アレー拡張部４３０が形成する仮想アレーアンテナの一例を示す。

【0129】

図１３に示す仮想アレーアンテナは、仮想アンテナが十字状に等間隔に配列される十字状アレーアンテナである。この十字状アレーアンテナの開口長はＸ軸方向とＹ軸方向で等しい。

【0130】

平面アレーアンテナと十字状アレーアンテナを併用することにより、鋭いビームのアレーアンテナを実現することができる。

【0131】

到来方向推定部４４０は、仮想アレー拡張部４３０から出力される仮想アレーアンテナによる受信信号（例えば、受信アンテナの配列間隔に基づく位相差の情報）に基づいて、反射波の到来角度を推定する。反射波の到来角度の推定には、ビームフォーミング法、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法等が用いられる。実施形態は、ビームフォーミング法を用いる。ビームフォーミング法では、受信信号と重みωとの相関値が計算される。

【0132】

重みωは、式１０で表記される。

【0133】

ω＝［ｗ_１，１，ｗ_１，２，…，ｗ_Ｐ，Ｑ］ 式１０
なお、Ｐ、Ｑは、形成される仮想受信アレーアンテナのアンテナ数に対応する。また、任意のｐ∈Ｐ、任意のｑ∈Ｑに対し、ｗ_ｐ，ｑは、式１１で表記される。

【0134】

【数7】

【0135】

相関値は、掃引角度（θ_ｉ，φ_ｋ）対して逐次的に計算される。

【0136】

到来方向推定部４４０によって算出されるビームフォーミングの結果ＢＦは、式１２で表される。

【0137】

ＢＦ（θ，φ）＝ωＲ_ｙｙω^Ｈ 式１２
なお、Ｒ_ｙｙ＝Ｅ［ｙｙ^Ｈ］である。

【0138】

ＢＦは、掃引角度（方向）に関する評価関数として取得される。到来方向推定部４４０は、ＢＦに基づいて算出された値を、大きい値から順に反射波の到来方向として出力する。

【0139】

次に、図１４、図１５を参照して、レーダ装置１００の動作について説明する。図１４、図１５は、コントローラ５００の制御によるレーダパネル２１０ａ及び信号処理ユニット４００の動作を示すフローチャートである。

【0140】

レーダユニット１０ａの送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａが電波を放射し、レーダユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂ及びレーダユニット１０ｄの受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄが反射波を受信する（図１０参照）ことにより、検査空間８００の一部の領域を走査する（ステップＳ１２）。走査領域の例は、図１６（ａ）に示すように、Ｘ座標の値がマイナスである領域８１０ａ（第２象限、第３象限）である。なお、走査領域は電波の主な放射領域であり、実際には電波は走査領域の周囲にも放射される。

【0141】

図１６は、送信レーダユニット毎に検査空間８００内の一部領域を割り当てる一例を説明する図である。図１６では、検査空間８００が、レーダパネル２１０ａから見て正面として描かれている。図１６（ａ）は、レーダユニット１０ａの送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａに割り当てられる走査領域８１０ａを示す。図１６（ｂ）は、レーダユニット１０ｂの送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂに割り当てられる走査領域８１０ｂを示す。走査領域８１０ｂは、Ｘ座標の値がプラスである第１象限、第４象限である。図１６（ｃ）は、レーダユニット１０ｃの送信アンテナｔ１ｃ－ｔ４ｃに割り当てられる走査領域８１０ｃを示す。走査領域８１０ｃは、Ｙ座標の値がプラスである第１象限、第２象限である。図１６（ｄ）は、レーダユニット１０ｄの送信アンテナｔ１ｄ－ｔ４ｄに割り当てられる走査領域８１０ｄを示す。走査領域８１０ｄは、Ｙ座標の値がマイナスである第３象限、第４象限である。

【0142】

図１４、図１５の説明に戻り、仮想アレー拡張部４３０は、ステップＳ１２の走査により生成されたＩＦ信号に基づいて仮想アレーアンテナを形成する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４によって形成される仮想アレーアンテナは、図１１に示すような平面アレーアンテナである。

【0143】

到来方向推定部４４０は、仮想アレー拡張部４３０の出力する受信信号に基づいて、ビームフォーミング結果ＢＦ１ａを算出する（ステップＳ１６）。

【0144】

レーダユニット１０ａの送信アンテナｔ４ａが電波を放射し、レーダユニット１０ａの受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａ、レーダユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂ、レーダユニット１０ｃの受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃ及びレーダユニット１０ｄの受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄが反射波を受信する（図１２参照）ことにより、検査空間８００の一部の領域を走査する（ステップＳ１８）。走査領域の例は、ステップＳ１２の走査領域と同じである。

【0145】

仮想アレー拡張部４３０は、ステップＳ１８の走査により生成されたＩＦ信号に基づいて仮想アレーアンテナを形成する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０によって形成される仮想アレーアンテナは、図１３に示すような十字状アレーアンテナである。

【0146】

到来方向推定部４４０は、仮想アレー拡張部４３０の出力する受信信号に基づいて、ビームフォーミング結果ＢＦ１ｂを算出する（ステップＳ２２）。

【0147】

到来方向推定部４４０は、ビームフォーミング結果ＢＦ１ａとビームフォーミング結果ＢＦ１ｂを合成し、ビームフォーミング結果ＢＦ１を算出する（ステップＳ２４）。平面仮想アレーアンテナによるビームフォーミング結果ＢＦ１ａと十字状仮想アレーアンテナによるビームフォーミング結果ＢＦ１ｂを合成することにより、鋭いビームの仮想アレーアンテナを実現することができ、角度分解能が向上する。ビームフォーミング結果の合成は、図１９乃至図２２を参照して後述する。

【0148】

レーダユニット１０ｂの送信アンテナｔ１ｂ－ｔ４ｂが電波を放射し、レーダユニット１０ａの受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａ及びレーダユニット１０ｃの受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃが反射波を受信することにより、検査空間８００の一部の領域を走査する（ステップＳ２６）。走査領域の例は、図１６（ｂ）に示すように、Ｘ座標の値がプラスである領域８１０ｂ（第１象限、第４象限）である。

【0149】

仮想アレー拡張部４３０は、ステップＳ２６の走査により生成されたＩＦ信号に基づいて仮想アレーアンテナを形成する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８によって形成される仮想アレーアンテナは、図１１に示すような平面アレーアンテナである。

【0150】

到来方向推定部４４０は、仮想アレー拡張部４３０の出力する受信信号に基づいて、ビームフォーミング結果ＢＦ２ａを算出する（ステップＳ３０）。

【0151】

レーダユニット１０ｂは、送信アンテナｔ４ｂから電波を放射し、レーダユニット１０ａの受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａ、レーダユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂ、レーダユニット１０ｃの受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃ及びレーダユニット１０ｄの受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄにより反射波を受信することにより、検査空間８００の一部の領域を走査する（ステップＳ３２）。走査領域の例は、ステップＳ２６の走査領域と同じである。

【0152】

仮想アレー拡張部４３０は、ステップＳ３２の走査により生成されたＩＦ信号に基づいて仮想アレーアンテナを形成する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４によって形成される仮想アレーアンテナは、図１３に示すような十字状アレーアンテナである。

【0153】

到来方向推定部４４０は、仮想アレー拡張部４３０の出力する受信信号に基づいて、ビームフォーミング結果ＢＦ２ｂを算出する（ステップＳ３６）。

【0154】

到来方向推定部４４０は、ビームフォーミング結果ＢＦ２ａとビームフォーミング結果ＢＦ２ｂを合成し、ビームフォーミング結果ＢＦ２を算出する（ステップＳ３８）。

【0155】

レーダユニット１０ｃの送信アンテナｔ１ｃ－ｔ４ｃが電波を放射し、レーダユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂ及びレーダユニット１０ｄの受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄが反射波を受信することにより、検査空間８００の一部の領域を走査する（ステップＳ４０）。走査領域の例は、図１６（ｃ）に示すように、Ｙ座標の値がプラスである領域８１０ｃ（第１象限、第２象限）である。

【0156】

仮想アレー拡張部４３０は、ステップＳ４０の走査により生成されたＩＦ信号に基づいて仮想アレーアンテナを形成する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２によって形成される仮想アレーアンテナは、図１１に示すような平面アレーアンテナである。

【0157】

到来方向推定部４４０は、仮想アレー拡張部４３０の出力する受信信号に基づいて、ビームフォーミング結果ＢＦ３ａを算出する（ステップＳ４４）。

【0158】

レーダユニット１０ｃの送信アンテナｔ４ｃが電波を放射し、レーダユニット１０ａの受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａ、レーダユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂ、レーダユニット１０ｃの受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃ及びレーダユニット１０ｄの受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄが反射波を受信することにより、検査空間８００の一部の領域を走査する（ステップＳ４６）。走査領域の例は、ステップＳ４０の走査領域と同じである。

【0159】

仮想アレー拡張部４３０は、ステップＳ４６の走査により生成されたＩＦ信号に基づいて仮想アレーアンテナを形成する（ステップＳ４８）。ステップＳ４８によって形成される仮想アレーアンテナは、図１３に示すような十字状アレーアンテナである。

【0160】

到来方向推定部４４０は、仮想アレー拡張部４３０の出力する受信信号に基づいて、ビームフォーミング結果ＢＦ３ｂを算出する（ステップＳ５０）。

【0161】

到来方向推定部４４０は、ビームフォーミング結果ＢＦ３ａとビームフォーミング結果ＢＦ３ｂを合成し、ビームフォーミング結果ＢＦ３を算出する（ステップＳ５２）。

【0162】

レーダユニット１０ｄの送信アンテナｔ１ｄ－ｔ４ｄが電波を放射し、レーダユニット１０ａの受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａ及びレーダユニット１０ｃの受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃが反射波を受信することにより、検査空間８００の一部の領域を走査する（ステップＳ４５４）。走査領域の例は、図１６（ｄ）に示すように、Ｙ座標の値がマイナスである領域８１０ｄ（第３象限、第４象限）である。

【0163】

仮想アレー拡張部４３０は、ステップＳ５４の走査により生成されたＩＦ信号に基づいて仮想アレーアンテナを形成する（ステップＳ５６）。ステップＳ５６によって形成される仮想アレーアンテナは、図１１に示すような平面アレーアンテナである。

【0164】

到来方向推定部４４０は、仮想アレー拡張部４３０の出力する受信信号に基づいて、ビームフォーミング結果ＢＦ４ａを算出する（ステップＳ５８）。

【0165】

レーダユニット１０ｄの送信アンテナｔ４ｄが電波を放射し、レーダユニット１０ａの受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａ、レーダユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂ、レーダユニット１０ｃの受信アンテナｒ１ｃ－ｒ４ｃ及びレーダユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂが反射波を受信することにより、検査空間８００の一部の領域を走査する（ステップＳ６０）。走査領域の例は、ステップＳ５４の走査領域と同じである。

【0166】

仮想アレー拡張部４３０は、ステップＳ６０の走査により生成されたＩＦ信号に基づいて仮想アレーアンテナを形成する（ステップＳ６２）。ステップＳ６２によって形成される仮想アレーアンテナは、図１３に示すような十字状アレーアンテナである。

【0167】

到来方向推定部４４０は、仮想アレー拡張部４３０の出力する受信信号に基づいて、ビームフォーミング結果ＢＦ４ｂを算出する（ステップＳ６４）。

【0168】

到来方向推定部４４０は、ビームフォーミング結果ＢＦ４ａとビームフォーミング結果ＢＦ４ｂを合成し、ビームフォーミング結果ＢＦ４を算出する（ステップＳ６６）。

【0169】

到来方向推定部４４０は、ビームフォーミング結果ＢＦ１、ＢＦ２、ＳＢＦ３、ＢＦ４を合成し、ビームフォーミング結果ＢＦを算出する（ステップＳ６８）。
ステップＳ１２、Ｓ１８、Ｓ２６、Ｓ３２、Ｓ４０、Ｓ４６、Ｓ５４、Ｓ６０において、各レーダユニット１０ａ－１０ｄに走査範囲を割り当て、一部分を走査することにより、送信信号における位相ずれを低減することができる。しかし、各レーダユニット１０ａ－１０ｄが全走査範囲を走査してもよい。その場合、レーダユニット１０ａ－１０ｄのいずれかのみが電波を放射し、２つのレーダユニットが反射波を受信するだけでよい。すなわち、図１４のステップＳ１２－Ｓ２４の処理、図１４のステップＳ１６－Ｓ３８の処理、図１５のステップＳ４０－Ｓ５２の処理、及び図１５のステップＳ５４－Ｓ６８の処理の中のいずれか１つの処理だけ実行すればよい。

【0170】

図１４及び図１５に示すレーダ装置１００の動作では、電波を放射するレーダユニットの数は単数であった。しかし、複数のレーダユニットから同時に電波を放射してもよい。

【0171】

図１７は、レーダユニット１０ａ、１０ｃから同時に電波を放射し、レーダユニット１０ｂ、１０ｄで反射波を受信する様子を説明するための図である。レーザユニット１０ａの送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａ及びレーザユニット１０ｃの送信アンテナｔ１ｃ－ｔ４ｃが電波を放射する。Ｘ軸上に配列されたレーザユニット１０ｂの受信アンテナｒ１ｂ－ｒ４ｂ及びレーザユニット１０ｄの受信アンテナｒ１ｄ－ｒ４ｄが反射波を放射する。

【0172】

図１８は、図１７に示す送受信により形成される仮想アレーアンテナの一例を示す。図１８に示す仮想アレーアンテナは、図１１に示す仮想アレーアンテナよりもＹ軸方向の幅が広い。

【0173】

図１９及び図２２を参照して、到来方向推定部４４０によって算出されるＢＦ結果を説明する。

【0174】

本実施形態に係るレーダ装置１００によれば、対象者６００が複数の危険物６１０を保持する場合においても、高い角度分解能で、高精度に検出することができる。図１９は、対象者６００が、例えば衣服のポケット内に隣接する２つの危険物６１０ａ、６１０ｂを隠している場合を想定している。レーダパネル２１０ａは、例えばＺ軸について仰角θｅ、俯角θｈの範囲を走査しているとする。

【0175】

図１９に示す場合において、到来方向推定部４４０によって算出されるＢＦ結果の一例を図２０、図２１、図２２に示す。

【0176】

図２０は、十字状仮想アレーアンテナに基づいて算出されたＢＦ結果を示す。ハッチングの密度はＢＦ値に応じる。すなわち、ハッチングの密度が高い領域はＢＦ値が高く、ハッチングの密度が低い領域はＢＦ値が低い。十字状仮想アレーアンテナに基づくＢＦ結果では、サイドローブの影響により、２つのターゲットと同程度のＢＦ値の２つの偽ターゲットが生じてしまう。

【0177】

図２１は、平面仮想アレーアンテナに基づいて算出されたＢＦ結果を示す。平面仮想アレーアンテナに基づくＢＦ結果では、サイドローブの影響により、２つのターゲット以外にＢＦ値が小さい多くの偽ターゲットが生じてしまう。

【0178】

図２２は、図２０、図２１に示す２つのＢＦ結果を合成することで得られるＢＦ結果を示す。
合成ＢＦ結果では、図２０で存在した２つの偽ターゲットのＢＦ値が小さくなり、ＢＦ値の高い２つのターゲットが図１９に示した危険物６１０ａ、６１０ｂの位置に生じる。

【0179】

本実施形態に係るレーダ装置１００によれば、レーダパネル２１０ａにおいて４つのレーダユニット１０ａ－１０ｄを風車状に配置することで、レーダユニット１０ａ－１０ｄの設計が容易となる。平面状及び十字状の仮想アレーアンテナを形成することができ、両仮想アレーアンテナによりＢＦ結果を合成することにより、鋭いビームを形成することができ、角度分解能を向上することができる。さらに、ＭＲＡに係る送信アレーアンテナ、及びＭＲＡに係る受信アレーアンテナを用いることで、仮想アレーアンテナを効率よく増加させることができ、レーダパネルの開口長を拡大させることができる。
図２３は、図２に示すレーダパネル２１０ａの変形例の構成を示す図である。図２３に示すレーダパネル２１０ａ´は、レーダユニット２０ａ、２０ｂを含む。

【0180】

レーダユニット２０ａは、基板２２ａと、送信アレーアンテナ、受信アレーアンテナ及び集積回路２４ａを含む。送信アレーアンテナは基板２２ａの第１辺側に配置される。受信アレーアンテナは第１辺に直交する基板２２ａの第２辺側に配置される。集積回路２４ａは基板２２ａの中央部に配置される。

【0181】

送信アレーアンテナは、複数の送信アンテナｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａ、ｔ４ａを含む。送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａは、レーダパネル２１０ａ´の中心を原点とするＸ－Ｙ座標系のＹ軸方向に沿った直線上に配列される。説明の便宜上、送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａはＹ軸上に配列されるとする。各送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａのＹ座標はプラスの値である。送信アンテナｔ１ａのＹ座標の絶対値が最も大きく、送信アンテナｔ４ａのＹ座標の絶対値が最も小さい。

【0182】

送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａは図２３に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２３の例では、送信アンテナｔ１ａ、ｔ２ａの間隔はλである。送信アンテナｔ２ａ、ｔ３ａの間隔は３λである。送信アンテナｔ３ａ、ｔ４ａの間隔は２λである。

【0183】

受信アレーアンテナは、複数の受信アンテナｒ１ａ、ｒ２ａ、ｒ３ａ、ｒ４ａを含む。受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａは、Ｘ軸方向に沿った直線上に配列される。基板２２ａは、大部分がレーダパネル２１０ａ´のＸ－Ｙ座標系の第２象限に位置するように配置される。各受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａのＸ座標はマイナスの値である。受信アンテナｒ１ａのＸ座標の絶対値が最も大きく、受信アンテナｒ４ａのＸ座標の絶対値が最も小さい。

【0184】

受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａは図２３に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２３の例では、受信アンテナｒ１ａ、ｒ２ａの間隔はλである。受信アンテナｒ２ａ、ｒ３ａの間隔は３λである。受信アンテナｒ３ａ、ｒ４ａの間隔は２λである。

【0185】

レーダユニット２０ｂは、基板２２ｂと、送信アレーアンテナ、受信アレーアンテナ及び集積回路２４ｂを含む。送信アレーアンテナは基板２２ｂの第１辺側に配置される。受信アレーアンテナは第１辺に直交する基板２２ｂの第２辺側に配置される。集積回路２４ｂは基板２２ｂの中央部に配置される。

【0186】

送信アレーアンテナは、複数の送信アンテナｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａ、ｔ４ａを含む。送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａは、Ｙ軸方向に沿った直線上に配列される。説明の便宜上、送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａはＹ軸上に配列されるとする。各送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａのＹ座標はマイナスの値である。送信アンテナｔ１ａのＹ座標の絶対値が最も大きく、送信アンテナｔ４ａのＹ座標の絶対値が最も小さい。

【0187】

送信アンテナｔ１ａ－ｔ４ａは図２３に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２３の例では、送信アンテナｔ１ａ、ｔ２ａの間隔はλである。送信アンテナｔ２ａ、ｔ３ａの間隔は３λである。送信アンテナｔ３ａ、ｔ４ａの間隔は２λである。

【0188】

受信アレーアンテナは、複数の受信アンテナｒ１ａ、ｒ２ａ、ｒ３ａ、ｒ４ａを含む。受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａは、Ｘ軸方向に沿った直線上に配列される。基板２２ｂは、大部分がＸ－Ｙ座標系の第４象限に位置するように配置される。各受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａのＸ座標はプラスの値である。受信アンテナｒ１ａのＸ座標の絶対値が最も大きく、受信アンテナｒ４ａのＸ座標の絶対値が最も小さい。

【0189】

受信アンテナｒ１ａ－ｒ４ａは図２３に示すように不等間隔に配列されてもよいし、等間隔に配列されてもよい。図２３の例では、受信アンテナｒ１ａ、ｒ２ａの間隔はλである。受信アンテナｒ２ａ、ｒ３ａの間隔は３λである。受信アンテナｒ３ａ、ｒ４ａの間隔は２λである。

【0190】

レーダユニット２０ａをレーダパネル１２０ａ´のＸ－Ｙ座標系の原点を中心として１８０度回転すると、レーダユニット２０ａはレーダユニット２０ｂと一致する。すなわち、レーダユニット２０ａの送信アレーアンテナの基板２２ａにおける相対位置はレーダユニット２０ｂの送信アレーアンテナの基板２２ｂにおける相対位置と同じである。同様に、レーダユニット２０ａの受信アレーアンテナの基板２２ａにおける相対位置はレーダユニット２０ｂの受信アレーアンテナの基板２２ｂにおける相対位置と同じである。相対位置の基準となる座標は集積回路２４ａ、２４ｂの中心としてもよい。このため、レーダユニット２０ｂのアンテナの配置、配線パターン等の設計は、レーダユニット２０ａの設計をコピー（回転移動及び／又は平行移動）するだけで簡単に行うことができる。

【0191】

図２では、送信アンテナと受信アンテナが最小冗長度アレーを形成するように設けられたレーダパネル１０ａ－１０ｄについて説明した。以下では、複数のレーダパネルが最小冗長度配置で設けられる送受信ユニット２００について説明する。

【0192】

図２４は、送受信ユニット２００を構成するレーダパネルの構成の一例を説明する図である。図２４はレーダパネルを直線上に配置した構成の一例であり、図２５はレーダパネルを二次元に配置した構成の一例である。図２４ではレーダパネル１１０ａ－１１０ｄ同士の形状は同じである。図２５ではレーダパネル１２０ａ－１２０ｐ同士の形状は同じである。レーダパネル１１０ａ－１１０ｄ、１２０ａ－１２０ｐ同士の形状は同じであり、図２のレーダパネル１０ａに対応する。また、各レーダユニット１１０ａ－１１０ｄ、１２０ａ－１２０ｐの送信アレーアンテナの基板上の相対位置は同じである。各レーダユニット１１０ａ－１１０ｄ、１２０ａ－１２０ｐの受信アレーアンテナの基板上の相対位置は同じである。

【0193】

なお、各レーダユニット１１０ａ－１１０ｄ、１２０ａ－１２０ｐの送信アレーアンテナの基板上の相対位置は、線対称の関係にあっても良い。また、各レーダユニット１１０ａ－１１０ｄ、１２０ａ－１２０ｐの受信アレーアンテナの基板上の相対位置は、線対称の関係にあっても良い。

【0194】

図２４に例示するように、レーダパネル１１０ａ－１１０ｄを直線上に配置する場合、レーダパネル１１０ｂとレーダパネル１１０ｃとの間隔３Ｌはレーダパネル１１０ａとレーダパネル１１０ｂとの間隔Ｌの３倍である。またレーダパネル１１０ｃとレーダパネル１１０ｄとの間隔２Ｌはレーダパネル１１０ａとレーダパネル１１０ｂとの間隔Ｌの２倍である。ここで、レーダパネルの基準間隔Ｌは、任意の長さとすることができる。レーダパネルの基準間隔Ｌは、例えばλ／２としても良い。

【0195】

図２５に例示するように、レーダパネルを二次元に配置する場合、第１方向に並べられたレーダパネル同士の間隔は次のようになる。すなわち、レーダパネル１２０ｂとレーダパネル１２０ｃとの間隔３Ｌはレーダパネル１２０ａとレーダパネル１２０ｂとの間隔Ｌの３倍である。またレーダパネル１２０ｃとレーダパネル１２０ｄとの間隔２Ｌはレーダパネル１２０ａとレーダパネル１２０ｂとの間隔Ｌの２倍である。第１方向と直行する第２方向に並べられたレーダパネル同士の間隔は次のようになる。すなわち、レーダパネル１２０ｅとレーダパネル１２０ｉとの間隔３Ｌはレーダパネル１２０ａとレーダパネル１２０ｅとの間隔Ｌの３倍である。またレーダパネル１２０ｉとレーダパネル１２０ｍとの間隔２Ｌはレーダパネル１２０ａとレーダパネル１２０ｅとの間隔Ｌの２倍である。さらに、第１方向および第２方向と４５度をなす第３方向に並べられたレーダパネル同士の間隔は次のようになる。すなわち、レーダパネル１２０ｆとレーダパネル１２０ｋとの間隔３Ｌ´はレーダパネル１２０ａとレーダパネル１２０ｆとの間隔Ｌ´の３倍である。またレーダパネル１２０ｋとレーダパネル１２０ｐとの間隔２Ｌはレーダパネル１２０ａとレーダパネル１２０ｆとの間隔Ｌ´の２倍である。

【0196】

同一の間隔となるレーダパネルの組み合わせを最小化し、レーダパネル間隔の冗長性を最小化することによって、効率よく等間隔に配置されたアンテナからなる仮想アレーを形成することができる。従って、レーダユニット数に対するレーダ装置の開口長を大きくし、イメージング精度を向上することができる。

【0197】

なお、各レーダパネル１１０ａ－１１０ｄ、１２０ａ－１２０ｐにおいて送信アンテナと受信アンテナは等間隔で設けられていても良いし、送信アンテナと受信アンテナは、それぞれ最小冗長度アレーを形成しても良い。送信アンテナと受信アンテナが最小冗長度アレーを形成する場合には、さらに効率よく仮想アレーを形成することができる。送信アンテナと受信アンテナがそれぞれ最小冗長度アレーを形成する場合には、送信アンテナおよび受信アンテナの基準アンテナ間隔をｄとし、形成される仮想アレーの開口長をＤとすると、レーダパネルの基準間隔Ｌ＝Ｄ＋ｄとすることができる。ここで、基準アンテナ間隔ｄは、送信アンテナ同士の間隔の共通因数または、受信アンテナ同士の間隔の共通因数を表す。例えば、水平方向の送信アンテナおよび受信アンテナの基準アンテナ間隔をｄｈとし、形成される水平方向の仮想アレーの開口長をＤｈとすると、水平方向のレーダパネルの基準間隔Ｌｈ＝Ｄｈ＋ｄｈとすることができる。同様に、例えば、垂直方向の送信アンテナおよび受信アンテナの基準アンテナ間隔をｄｖとし、形成される垂直方向の仮想アレーの開口長をＤｖとすると、垂直方向のレーダパネルの基準間隔Ｌｖ＝Ｄｖ＋ｄｖとすることができる。

【0198】

複数のレーダパネルが最小冗長度配置で設けられる場合には、コントローラ５００は、複数のレーダパネルのうちの一部から仮想アレーアンテナを形成しても良い。あるいは、コントローラ５００は、複数のレーダパネルを２以上のグループに分けて、それぞれのグループから複数の仮想アレーアンテナを形成しても良い。このようなコントローラ５００により、効率よく危険物を検知することができる場合がある。

【0199】

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0200】

１００…レーダ装置、２００…送受信ユニット、３００…基準信号発生ユニット、４００…信号処理ユニット、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ…レーダパネル、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…レーダユニット、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…集積回路、ｔ１ａ、ｔ１ｂ、ｔ１ｃ、ｔ１ｄ…送信アンテナ、ｒ１ａ、ｒ１ｂ、ｒ１ｃ、ｒ１ｄ…受信アンテナ

【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】