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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-25
(54)【発明の名称】マルチターゲットレーダエミュレータシステム
(51)【国際特許分類】
G01S 7/40 20060101AFI20221018BHJP
G01S 7/03 20060101ALI20221018BHJP
G01S 13/931 20200101ALN20221018BHJP
【ＦＩ】
G01S7/40 186
G01S7/03 212
G01S13/931
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022509638
(86)(22)【出願日】2020-05-06
(85)【翻訳文提出日】2022-02-15
(86)【国際出願番号】 US2020031588
(87)【国際公開番号】W WO2021034357
(87)【国際公開日】2021-02-25
(31)【優先権主張番号】62/889,267
(32)【優先日】2019-08-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】514046574
【氏名又は名称】キーサイト テクノロジーズ， インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100218604
【弁理士】
【氏名又は名称】池本 理絵
(74)【代理人】
【識別番号】100096769
【氏名又は名称】有原 幸一
(72)【発明者】
【氏名】リー，グレゴリー，エス．
【テーマコード（参考）】
5J070
【Ｆターム（参考）】
5J070AB24
5J070AF03
(57)【要約】
車両レーダを試験するシステム１００が説明される。システム１００は、レーダ被試験デバイス（ＤＵＴ）から第１の側部１０３に入射する電磁波を回折するように構成された回折性光学素子１０４（ＤＯＥ１０４）を備える。システム１００は、第２の側部１０５から、ＤＯＥ１０４から回折された電磁波を受信するように適合された再照射要素も備える。再照射要素は、見掛けの到来角（ＡｏＡ）の電磁波をＤＯＥ１０４に戻して送信するように適合されている。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被試験レーダデバイス（ＤＵＴ）から第１の側部（１０３）に入射する電磁波を回折するように構成された回折性光学素子（１０４）と、第２の側部（１０５）から、前記回折性光学素子（１０４）から回折された電磁波を受信するように適合された再照射要素であって、該再照射要素は、見掛けの到来角（ＡｏＡ）の電磁波を前記回折性光学素子（１０４）に戻して送信するようになっている、再照射要素と
を備える、車両レーダを試験するシステム（１００）。
【請求項2】
前記再照射要素は、見掛けのターゲット（２）距離若しくは見掛けのターゲット（２）速度、又はそれらの双方をエミュレーション（１０）するようになっている、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項3】
前記再照射要素は、それぞれが、アンテナ（１０８）と、サーキュレータ（４０２）と、同相－直交（ＩＱ）ミキサ（４０３）と、可変利得増幅器（４０４）とを備える複数の変調反射素子（１１０）を更に備える、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項4】
前記可変利得増幅器（４０４）の利得又は損失は、レーダ断面積を複数のターゲットのそれぞれにマッピングするように選択される、請求項３に記載のシステム（１００）。
【請求項5】
前記複数の変調反射素子（１１０）は複数のターゲットに等しい、請求項３に記載のシステム（１００）。
【請求項6】
前記複数の変調反射素子（１１０）のそれぞれが、互いに隣接して接続されたパッチアンテナの複数のアレイのそれぞれに接続され、前記複数の変調反射素子（１１０）及び複数のパッチアンテナは単一の再照射要素を備える、請求項３に記載のシステム（１００）。
【請求項7】
前記単一の再照射要素は、方位角方向においてジンバル支持されない、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項8】
前記パッチアンテナの複数のアレイのそれぞれが、信号送信線によって直列に接続された複数のパッチアンテナを備える、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項9】
前記直列に接続された複数のパッチアンテナのそれぞれに沿って進行する電磁波の位相は実質的に直列である、請求項８に記載のシステム（１００）。
【請求項10】
前記複数のパッチアンテナの隣接したアレイに沿って進行する前記電磁波の位相は、方位角方向において走査するように変動する電気的位相を有する、請求項８に記載のシステム（１００）。
【請求項11】
各アンテナ（１０８）はスポット集束アンテナ（１０８）である、請求項３に記載のシステム（１００）。
【請求項12】
前記回折性光学素子（１０４）は、前記第１の側部（１０３）から鏡面反射された電磁波の低減を助長する、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項13】
システム（１００）であって、被試験レーダデバイス（ＤＵＴ）から第１の側部（１０３）に入射する電磁波を回折するように構成された回折性光学素子（１０４）と、
第２の側部（１０５）から、前記回折性光学素子（１０４）から回折された電磁波を受信するように適合された再照射要素であって、該再照射要素は、見掛けの到来角（ＡｏＡ）の電磁波を前記回折性光学素子（１０４）に戻して送信するようになっており、該再照射要素は、見掛けのターゲット（２）の距離若しくは見掛けのターゲット（２）の速度、又はそれらの双方をエミュレーション（１０）するように適合されている、再照射要素と、
前記複数の変調反射素子（１１０）のうちの１つに接続された能動的エコーキャンセルデバイスであって、周波数シフト（δｆ＊）及び可変利得増幅器（４０４）の利得を有する該能動的エコーキャンセルデバイスが、前記回折性光学素子（１０４）の前記第１の側部（１０３）から鏡面反射された電磁放射と弱め合って干渉するように選択される、能動的エコーキャンセルデバイスと、
命令を記憶するメモリ（１１６）と、前記命令を実行するプロセッサ（１１８）とを備えるコントローラ（１１４）であって、該コントローラ（１１４）は、前記再照射要素を制御し、複数のターゲットを備える前記車両レーダに対する性能試験を行うように構成されるコントローラと
を備える、車両レーダを試験するシステム。
【請求項14】
前記再照射要素は、それぞれが、アンテナ（１０８）と、サーキュレータ（４０２）と、同相－直交（ＩＱ）ミキサ（４０３）と、可変利得増幅器（４０４）とを備える複数の変調反射素子（１１０）を更に備える、請求項１３に記載のシステム（１００）。
【請求項15】
複数の焦点の数は、前記システム（１００）によってエミュレーションされている前記複数のターゲットの数以上である、請求項１４に記載のシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
ミリメートル波は、３０ギガヘルツ（ＧＨｚ）～３００ギガヘルツの周波数スペクトル内の周波数における振動から生じる。ミリメートル波（ｍｍ波）自動車レーダは、既存の先進運転支援システム（ＡＤＡＳ：advanced driver-assistance systems）及び計画されている自律運転システム（planned autonomous driving systems）にとって重要な技術である。例えば、前方衝突及び後方衝突を警告するために、先進運転支援システムにおいてミリメートル波自動車レーダが使用される。さらに、適応クルーズ制御（adaptive cruise control）及び自律駐車を実施するために、そして最終的には、街路及び幹線道路における自律運転のために、計画されている自律運転システムにおいてミリメートル波自動車レーダが使用される場合がある。ミリメートル波自動車レーダは、大部分のタイプの気象条件下で作動することができ、そして日中及び夜間に作動できるという点で、他のセンサシステムより優れた利点を有する。ミリメートル波自動車レーダを適応させるコストは、ミリメートル波自動車レーダを現時点において大規模に展開できるレベルまで下がっている。結果として、ミリメートル波自動車レーダは、先進運転支援システムにおいて長距離、中距離及び短距離の環境センシングのために、現在広く使用されている。さらに、ミリメートル波自動車レーダは、現在開発されつつある自律運転システムにおいて広く使用される可能性が高い。
【0002】
自動車レーダが展開される場合がある実際の運転環境は大きく異なる可能性があり、多くのそのような運転環境は複雑な場合がある。例えば、実際の運転環境は数多くの物体を含む場合があり、実際の運転環境において遭遇する物体の中には、エコー信号に影響を及ぼす複雑な反射及び回折特性を有するものもある。エコー信号を誤って検知し、及び／又は解釈する直接の結果として、誤警告若しくは不適切な反応がトリガされるか、又はトリガされるべき警告若しくは反応がトリガされない場合があり、それにより事故につながるおそれがある。
【0003】
その結果、自動車製造業者及び自動車レーダ製造業者は、走行条件を電子的にエミュレーションして、最適な精度の性能を有する自動車レーダシステムを提供することを切望している。
【0004】
シングルターゲットレーダエミュレータ（single-target radar emulator）が知られている。しかしながら、実際の運転シナリオをエミュレーションするには、複数のターゲットをエミュレーションすることが必要となる。例として、レーダ装備車両の同じ車線内の前方に自動車が存在し、左側の１つの車線の前方にトラックが存在し、右側の車線分離線（lane divider）に沿って前方を走る自転車搭乗者が存在し、交差交通において赤信号を無視して走行しようとする別の車両が存在する場合がある。既知のデバイスを使用した見掛けの到来角（ＡｏＡ：angle of arrival）のエミュレーションは遅く、高価な電子機器が原因で、より多くの数に対してスケーラブルでない。その上、ほとんどの既知のエミュレータでは、距離（range）、速度、及びＡｏＡの不完全なサブセットしかエミュレーションされない。
【0005】
したがって、必要とされているものは、少なくとも上述した既知のレーダエミュレータの欠点を克服する、レーダシステムが遭遇する複数のターゲットをエミュレーションするシステムである。
【0006】
例示的な実施形態は、添付の図面と併せて読むと、以下の詳細な説明から最も深く理解される。種々の特徴は必ずしも縮尺通りに描かれていないことを強調したい。実際には、検討を明確にするために、寸法が任意に拡大又は縮小される場合がある。適用可能で、実用的な場合にはいつでも、同じ参照番号が同じ要素を指している。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】代表的な実施形態による車両レーダを試験するシステムを示す簡略化されたブロック図である。
【図2】代表的な実施形態による車両レーダを試験するシステムの或る特定の構成要素の簡略化された図である。
【図3】代表的な実施形態による回折性光学素子（ＤＯＥ：diffractive optical element）の斜視図である。
【図4】代表的な実施形態による変調反射素子（ＭＲＤ：modulated reflection device）の簡略化された回路図である。
【図5A】代表的な実施形態による、チャープ信号の周波数対時間のグラフである。
【図5B】代表的な実施形態による、チャープ信号の周波数対時間のグラフである。
【図6A】代表的な実施形態による再照射器の簡略化された概略図である。
【図7】代表的な実施形態による、能動的エコーキャンセルを含む車両レーダを試験するシステムの或る特定の構成要素の簡略化された図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下の詳細な説明では、説明のためであり、限定はしないが、本教示による一実施形態を完全に理解してもらうために、具体的な詳細を開示する代表的な実施形態が記述される。代表的な実施形態の説明を不明瞭にするのを避けるために、既知のシステム、デバイス、材料、動作方法及び製造方法の説明は省略される場合がある。それにもかかわらず、当業者の理解の範囲内にあるシステム、デバイス、材料及び方法は、本教示の範囲内にあり、代表的な実施形態に従って使用される場合がある。本明細書において使用される用語は特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図するものでないことは理解されたい。定義される用語は、定義された用語の科学技術的な意味に加えて、本教示の技術分野において一般に理解され、受け入れられるような意味を有する。
【0009】
種々の要素又は構成要素を説明するために、本明細書において第１の、第２の、第３の等の用語が使用される場合があるが、これらの要素又は構成要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことは理解されたい。これらの用語は、或る要素又は構成要素を別の要素又は構成要素から区別するためにのみ使用される。したがって、以下に論じられる第１の要素又は構成要素は、本開示の教示から逸脱することなく、第２の要素又は構成要素と呼ぶことができる。
【0010】
本明細書において使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、限定することを意図するものではない。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるときに、「一（a、an）」及び「その（the）」という単数形の用語は、文脈上、他の意味として明確に指示される場合を除いて、単数形及び複数形の両方を含むことを意図している。さらに、「備える（comprises、comprising）」という用語及び／又は類似の用語は、本明細書において使用されるときに、言及される特徴、要素及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、要素、構成要素及び／又はそのグループの存在又は追加を除外しない。本明細書において使用されるときに、「及び／又は（and/or）」という用語は、関連して列挙される項目のうちの１つ以上の項目のありとあらゆる組み合わせを含む。
【0011】
別段の言及がない限り、或る要素又は構成要素が、別の要素又は構成要素に「接続される」又は「結合される」と言われるとき、その要素又は構成要素を他の要素又は構成要素に直接接続又は結合することができるか、又は介在する要素又は構成要素が存在する場合があることは理解されたい。すなわち、これらの用語及び類似の用語は、２つの要素又は構成要素を接続するために、１つ以上の中間にある要素又は構成要素が利用される場合がある事例を含む。しかしながら、或る要素又は構成要素が、別の要素又は構成要素に「直接接続される」と言われるとき、これは、２つの要素又は構成要素が、任意の中間にある又は介在する要素又は構成要素を用いることなく、互いに接続される事例のみを含む。
【0012】
様々な代表的な実施形態に関して本明細書で説明されるように、車両レーダを試験するシステムが開示される。システムは、被試験デバイス（ＤＵＴ）から第１の側部に入射する電磁波を回折するように構成された回折性光学素子（ＤＯＥ： diffractive optical element）を備える。システムは、第２の側部から、ＤＯＥから回折された電磁波を受信するように適合された再照射（re-illumination）要素も備える。再照射要素は、見掛けの到来角（ＡｏＡ）の電磁波をＤＯＥに戻して送信するようになっている。システムは、命令を記憶するメモリと、命令を実行するプロセッサとを備えるコントローラも備える。コントローラは、再照射要素を制御し、複数のターゲットを含む車両レーダに対し性能試験を行うように構成される。
【0013】
図１は、代表的な実施形態による車両レーダを試験するシステム１００を示す簡略化されたブロック図である。本開示の利益を有する当業者によって理解されるように、１つの有望な車両レーダは、現在及び振興の自動車の用途において様々な収容能力で使用される自動車レーダである。ただし、ここで説明される車両レーダを試験するシステム１００は、自動車レーダシステムに限定されるものではなく、バス、オートバイ、原動機付き自転車（例えば、スクータ）、及び車両レーダシステムを用いることができる他の車両を含む他のタイプの車両にも適用することができることを強調しておく。
【0014】
代表的な実施形態によれば、システム１００は、レーダ被試験デバイス（ＤＵＴ）１０２を試験するように構成され、回折性光学素子１０４及び複数の再照射器１０６を備える。再照射器１０６のそれぞれがアンテナ１０８及び変調反射素子（ＭＲＤ：modulated reflection device）１１０を備える。本明細書においてより十分に説明されるように、エミュレーションされたターゲットごとに１つの再照射器が存在する。
【0015】
システムはコンピュータ１１２も備える。コンピュータ１１２は、例示として、本明細書において説明されるコントローラ１１４を備える。本明細書において説明されるコントローラ１１４は、命令を記憶するメモリ１１６と、本明細書において説明されるプロセスを実施するために命令を実行するプロセッサ１１８との組み合わせを含むことができる。コントローラ１１４は、コンピュータ１１２等のワークステーション、又はスタンドアローンコンピューティングシステム、サーバシステムのクライアントコンピュータ、デスクトップ若しくはタブレットの形態の１つ以上のコンピューティングデバイス、ディスプレイ／モニタ、及び１つ以上の入力デバイス（例えば、キーボード、ジョイスティック及びマウス）からなる別のアセンブリ内に収容することもできるし、それらにリンクすることもできる。「コントローラ」という用語は、本開示において説明されるような様々な原理の適用を制御する特定用途向けメインボード又は特定用途向け集積回路の、本開示の技術において理解されており本開示に例として説明されているような全ての構造的構成物を広く包含する。コントローラの構造的構成物は、プロセッサ（複数の場合もある）、コンピュータ使用可能／コンピュータ可読記憶媒体（複数の場合もある）、オペレーティングシステム、アプリケーションモジュール（複数の場合もある）、周辺デバイスコントローラ（複数の場合もある）、スロット（複数の場合もある）及びポート（複数の場合もある）を含むことができるが、これらに限定されるものではない。
【0016】
加えて、コンピュータ１１２は、互いにネットワーク化された構成要素を示しているが、２つのそのような構成要素は、単一のシステムに統合することができる。例えば、コンピュータ１１２は、ディスプレイ（図示せず）及び／又はシステム１００と統合することができる。すなわち、いくつかの実施形態において、コンピュータ１１２に帰属する機能は、第１の医療撮像システム４１０を含むシステム１００が実施する（例えば、実行する）ことができる。他方、コンピュータ１１２のネットワーク化された構成要素は、異なる部屋又は異なる建物等に分散させることによって空間的に分散させることもでき、その場合に、ネットワーク化された構成要素は、データ接続を介して接続することができる。更に別の実施形態において、コンピュータ１１２の構成要素のうちの１つ以上は、データ接続を介して他の構成要素に接続されず、その代わりに、メモリスティック又は他の形態のメモリ等によって手動で入力又は出力を与えられる。更に別の実施形態において、本明細書において説明される機能は、コンピュータ１１２の要素であるが、システム１００の外部の要素の機能に基づいて実行することができる。
【0017】
システム１００の様々な構成要素が、以下で代表的な実施形態に関してより詳細に説明されるが、システム１００の機能の簡潔な説明をここで提示することにする。
【0018】
動作時に、レーダＤＵＴ１０２は、ＤＯＥ１０４の第１の側部１０３に入射する信号（例示としてｍｍ波信号）を放射する。本明細書においてより十分に説明されるように、レーダＤＵＴ１０２からの信号は、ＤＯＥ１０４によって回折され、以下でより十分に説明されるように、有利には比較的高利得のアンテナであるアンテナ１０８のそれぞれにおいて集束される。したがって、ＤＯＥ１０４は、第２の側部１０５に対し特定の角度で入射波を回折し、各回折波はアンテナ１０８のそれぞれにおいて集束される。特に、アンテナ１８のそれぞれにおけるそれぞれ１つの焦点（focal point）（或いは複数の焦点（foci））は、システム１００によってエミュレーションされるターゲットを表す。
【0019】
ここでもまた、ＤＯＥ１０４によって回折される信号のそれぞれが、再照射器１０６のアンテナ１０８のそれぞれ１つに入射する。アンテナ１０８に入射する信号は、ＭＲＤ１１０のそれぞれに提供される。本明細書においてより十分に説明されるように、コントローラからの入力に基づいて、入射信号の周波数変調は、ＭＲＤのそれぞれにおいて行われ、有利には、レーダＤＵＴ１０２からのターゲットの距離、若しくはレーダＤＵＴ１０２に対するターゲットの速度、又はその両方をエミュレーションする。さらに、ここでもまた本明細書においてより十分に説明されるように、方位角（azimuth）（図１の座標系における±ｘ方向）及び仰角（elevation）（図１の座標系における±ｚ方向）は、例示的に機械的にジンバル支持されるか、又は機械的ジンバル支持及び電子エミュレーションの組み合わせであるアンテナ１０８によってエミュレーションされる。
【0020】
再照射された信号がＤＯＥ１０４の第２の側部１０５に入射し、再び回折され、レーダＤＵＴ１０２に入射する。コンピュータ１１２は、レーダＤＵＴ１０２の精度の更なる解析のために、レーダＤＵＴ１０２から信号を受信する。
【0021】
図２は、代表的な実施形態による、車両レーダを試験するシステム２００の或る特定の構成要素の簡略化された図である。図１の代表的な実施形態に関連して説明されるシステム１００の態様は、ここで説明するシステム２００に共通のものとすることができるが、それらの態様は繰り返されない場合がある。
【0022】
システム２００は、レーダＤＵＴ２０２を試験するように構成され、ＤＯＥ２０４、第１の再照射アンテナ２０６、第２の再照射アンテナ２０８、第３の再照射アンテナ２１０及び第４の再照射アンテナ２１２を備える。
【0023】
第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２のそれぞれは、遅延電子機器（delay electronics）２１４に接続される。遅延電子機器２１４は、少なくとも１つのＭＲＤ（図２に示されていない）を備え、以下でより十分に説明される。
【0024】
以下で図３に関連しても説明するように、ＤＯＥ２０４は、回折素子が所望の周波数範囲の電磁放射を回折するように選択された寸法を有するフレネルレンズの一般化である。上述したように、本教示のレーダＤＵＴのレーダ信号は、ミリメートル波範囲にある。
【0025】
ＤＯＥ２０４は、側部２１９のレーダＤＵＴ２０２におけるＤＯＥ軸２１７上に単一の焦点（focal point）２１６（或いは単一の「焦点（focus）」）を有し、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２に面する、側部２１７の反対側にある側部において複数の焦点（focal point）（或いは複数の焦点（plurality of foci）、又は複数の焦点（foci））を有する。複数の焦点の各焦点は、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２のうちの１つの入力に位置する。通常、側部２１９の反対側にある側部上の複数の焦点の数は、可能なターゲットの最大数になるように選択される。或る特定の代表的な実施形態において、ＤＯＥ２０４は、１０個以上の位置（location）においてレーダＤＵＴからの信号を集束する。レーダＤＵＴ２０２の信号エミュレーションは、ＤＯＥ２０４からの信号が集束するロケーションにおいて適切な受信デバイス（例えば、受信及び再照射されているレーダＤＵＴ信号の周波数について選択されたホーン）の配置を必要とする。特に、エミュレーションされたターゲットの数は、再照射アンテナの数、又は機能している（active）再照射アンテナの数の選択によって制御される。したがって、レーダＤＵＴ２０２において単一の焦点２１６から送信されるレーダ信号は、側部２１９の反対側にある側部において複数の焦点に対し回折されるが、ターゲットエミュレーションは、回折された信号ごとに行われない場合がある。
【0026】
代表的な実施形態によれば、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２のそれぞれが、少なくとも約２０ｄＢｉの利得を有する比較的高利得のアンテナである。特に、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２は、ダイポールホーン又は低利得ホーンではない。なぜなら、そのようなデバイスは、ＤＯＥ２０４の（全てではなくとも）過度に多くを再照射し、エミュレーションされたターゲットのＡｏＡの誤差を引き起こす可能性があるためである。むしろ、或る特定の代表的な実施形態において、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２は、スポット集束アンテナ（spot-focusing antenna）であると考えられる。例示として、スポット集束アンテナの焦点距離は、特定のスポット集束アンテナにおける焦点とＤＯＥ２０４との間の距離の約３０％～約１００％である。スポットサイズは、例示的に、約１ｃｍ～約６ｃｍの範囲の直径を有する。
【0027】
動作時に、レーダ信号は、レーダＤＵＴ２０２の単一の焦点２１６からＤＯＥ２０４に入射し、ＤＯＥ２０４によって回折される。レーダＤＵＴ２０２から送信された単一のレーダ信号は、側部２１９に入射し、回折後、側部２１９の反対側にあるＤＯＥ２０４の側部から複数のレーダ信号として現れる。これらの現れた複数のレーダ信号のそれぞれがＤＯＥ２０４によって回折され、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２のうちの１つにおいて集束される。第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２に入射するレーダ信号は、遅延電子機器に入力され、遅延電子機器は、ターゲット距離、及びターゲットとレーダＤＵＴ２０２との間の相対速度をエミュレーションする。
【0028】
或る特定の代表的な実施形態において、ターゲットのそれぞれからのエミュレーション信号の方位角（azimuth）（図２の座標系のｘ方向に沿ったＤＯＥ軸２１７に対する位置）及び仰角（elevation）（図２の座標系のｙ方向に沿ったＤＯＥ軸２１７に対する位置）が、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２を機械的にジンバル支持する（矢印によって示される）ことによってエミュレーションされる。本明細書に記載の他の代表的な実施形態において、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２から、側部２１９の反対側にあるＤＯＥ２０４の側部への再照射されたレーダ信号の方位角又は仰角の方向付け（orientation）（すなわち角度の方向付け）のうちの１つが、本明細書に開示される遅延電子機器の構成要素を用いて電子的に達成される。したがって、或る特定の代表的な実施形態において、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２の機械的ジンバル支持と、電子ビーム成形（shaping）との組み合わせを用いて、側部２１９の反対側にあるＤＯＥの側部のサブエリア、並びに最終的に、ターゲットのエミュレーションされた位置及び向きを決定する。幾分別の言い方をすれば、或る特定の代表的な実施形態によれば、双方のＡｏＡ自由度（方位角及び仰角）のエミュレーションは、電子制御なしで完全に機械的な方式で行われてもよく、又は一方のＡｏＡ自由度（例えば、見掛けの仰角）について機械的に、他方のＡｏＡ自由度（例えば、見掛けの方位角）について電子的に行われてもよい。
【0029】
或る特定の代表的な実施形態によれば、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２は、比較的高利得のアンテナであり、上述したように、レンズホーン等のいわゆるスポット集束アンテナとすることができる。したがって、示される実施形態の第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２は、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２へのそれぞれの入力位置において複数の焦点に回折されたレーダ信号を受信し、ＤＯＥ２０４の４つの（ここでもまた、ターゲットの所望の数に応じてより多いか又はより少ない）幾分小さなサブエリアを再照射する。再照射されたミリメートル波ＤＯＥ２０４は、レーダＤＵＴ２０２に対する法線に対し、サブエリアスポットの見掛けの方位角及び仰角の角度を提示し、このため、エミュレーションされたターゲットのエミュレーションされたＡｏＡを提供する。次に、これらの再照射されたレーダ信号は、レーダＤＵＴ２０２によって受信され、レーダＤＵＴ２０２の精度は、コンピュータ（例えば、コンピュータ１１２）を用いて決定される。
【0030】
図２に示すように、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２からのレーダ信号がＤＯＥ２０４に入射する、４つのエリアＯ１、Ｏ２、Ｏ３及びＯ４が存在する。これらの４つのエリアのそれぞれが、レーダＤＵＴ２０２において単一の焦点２１６上に集束される。これらの４つのエリアは、エミュレーションされたＡｏＡターゲットサブエリアであり、（この場合は）４つのエミュレーションされたターゲットのＡｏＡを表す。特に、任意選択のビーム拡張レンズ２２０を提供することができ、このビーム拡張レンズ２２０は、ＤＯＥ２０４の側部２１９において、比較的広い方位角をＯ１において第１のターゲットによって提示させる。
【0031】
（この例示では）４つのエリアＯ１、Ｏ２、Ｏ３及びＯ４は、スポット集束アンテナとすることができる例示的にジンバル支持された第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２によって照射されるターゲットスポットである。ＤＯＥ２０４は、幾分「角度にとらわれずに（angle-agnostic）」レーダＤＵＴ２０２に面するとみなすことができるが、ＤＯＥ全体（所与の時点において第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２によってスポット照射（spotted）されていないエリアを含む）は、その集束を、様々な第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２に分割するように設計される。別の時点において、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２のうちの１つ以上をＤＯＥ２０４上の異なるスポットにジンバル支持することができ、それによって、他のエリア（例えば、Ｏ５（図示せず））が、新たな見掛けの角度ターゲットとなる。したがって、（ここでもまた、この例示では）第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２の再配列（reorientation）は、システム２００のエミュレーションのための「新たな」見掛けのターゲットを提示する。
【0032】
理解されるように、ターゲットの方位角及び仰角のエミュレーションは、ＤＯＥ２０４の回折特性、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２の向き（orientation）、及びいくつかの例では、レーダＤＵＴ２０２からの信号の特定の波長（例えば、ミリメートル）について選択されたビーム成形レンズを用いて行われる。本教示によって、レーダＤＵＴ２０２とターゲットとの間の距離のエミュレーション、若しくはレーダＤＵＴ２０２及びターゲットの相対速度のエミュレーション、又は双方が、ＭＲＤを用いて電子的に行われる。
【0033】
図３は、代表的な実施形態によるＤＯＥタイル３００の斜視図である。
【0034】
ＤＯＥ２０４と同様に、ＤＯＥタイル３００は、回折素子が所望の周波数範囲の電磁放射を回折するように選択された寸法を有するフレネルレンズの一般化である。上述したように、本教示のレーダＤＵＴのレーダ信号は、ミリメートル波範囲にある。
【0035】
ＤＯＥタイル３００は、レーダＤＵＴの波長（例えば、ミリメートル波）に対し透過性であり、そのような透過性に適した材料から作製される。例示的に、ＤＯＥタイル３００は、図３に示すように段丘（terracing）を含むように加工された、ポリスチレン、アクリル、ポリカーボネート、Ｕｌｔｅｍ又はｒｅｘｏｌｉｔｅ等の適切なポリマーから作製することができる。さらに、図３に示すように、ＤＯＥタイル３００は、入射した電磁放射の回折をもたらすように段丘が形成されている。段丘は、滑らかに湾曲したレンズに対する区分線形近似（piece-wise linear approximation）をもたらすように選択された適切な寸法を有する。ＤＯＥタイル３００がプラスチック又は類似の材料から作製される例示的な実施形態において、段丘は、選択された材料の基板を、段丘の所望の外形（contour）を有するように加工することによって提供される。代表的な実施形態によれば、複数のＤＯＥタイル３００を用いてＤＯＥ（例えば、ＤＯＥ２０４）を提供することができる。例えば、１つ～８つのＤＯＥタイル３００を用いてＤＯＥを提供することができる。
【0036】
上記で説明したように、ＤＯＥタイル３００は、単一の焦点を提供するレーダＤＵＴの最も近くに配設された第１の側部と、第１の側部の反対側にあり、複数の焦点を提供する再照射アンテナの最も近くに配設された第２の側部とを有する。焦点の数は、エミュレーションされるターゲットの最大数を提供するように選択される。しかしながら、上述したように、全てのターゲットがエミュレーションされる必要はないため、特定の試験においてエミュレーションされるターゲットの数は、機能している再照射アンテナの数に基づく。
【0037】
上記で言及したように、レーダＤＵＴ２０２からの見掛けの又はエミュレーションされた距離は、それぞれの第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２によって受信された信号において遅延をもたらすことによって求められる。第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２が反射開放又は短絡（reflecting open or short）に接続されている場合、見掛けのターゲット距離は、レイトレーシング距離（ray-trace distance）（にレンズ位相差（retardation）、アンテナ位相差等に起因した小さな補正を加えたもの）となる。したがって、見掛けのターゲット距離は、単に、ＤＵＴ－サブエリア距離（DUT-subarea distance）に、サブエリアから再照射器の距離を加えた和である。さらに、そのようなシナリオにおいて、レーダＤＵＴ２０２とターゲットとの間に相対速度が存在しない。このため、図２において、レーダＤＵＴ２０２とターゲット２との間の見掛けの又はエミュレーションされた距離は、単に、レーダＤＵＴ２０２からサブエリアＯ２のレイトレーシング距離に、Ｏ２から第２の再照射アンテナ２０８の距離を加えたものである。しかしながら、ほとんどの運転エミュレーション試験は、約１ｍ～１００ｍのオーダのエミュレーション距離を必要とする。さらに、ターゲットの方向はシステム２００によって求められ、レーダＤＵＴ２０２とエミュレーションされているターゲットとの間のエミュレーションされた相対速度と組み合わせると、エミュレーションされているターゲットの相対速度のエミュレーションがもたらされる。
【0038】
上述したように、距離及び速度のエミュレーションは、第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１２のそれぞれをＭＲＤに接続することによって行われ、ここで、図４に関連して代表的な実施形態が説明される。
【0039】
図４は、代表的な実施形態による変調反射素子（ＭＲＤ）４００の簡略化された回路図である。図４の代表的な実施形態に関連して説明されるＭＲＤ４００の態様は、上記で説明したＭＲＤ及び遅延電子機器に共通のものとすることができるが、それらの態様は繰り返されない場合がある。
【0040】
ＭＲＤ４００は再照射アンテナ４０１に接続され、このため、上記で説明した再照射アンテナのうちの１つとすることができる。当然ながら、実際には、システムには２つ以上のＭＲＤ４００が存在し、このため（例えば、図２の代表的な実施形態に示すように）２つ以上の再照射アンテナ４０１が存在する。或る特定の代表的な実施形態において、再照射アンテナ４０１は、レーダＤＵＴ（図４に示されていない）から受信した信号の波長について選択されたホーンである。再照射アンテナ４０１は、可変の利得を有することができ、上述したように、レンズ等のビーム成形素子に結合して、ＡｏＡの自由度を調節することができる。再照射アンテナ４０１のためのホーンアンテナ又は類似のアンテナの使用は必須ではなく、（以下で説明する）パッチアンテナ又はパッチアンテナアレイ等の他のタイプのアンテナが考えられる。
【0041】
ＭＲＤ４００は、ミキサ４０３に接続されたサーキュレータ４０２を備える。ミキサ４０３は、同相（in-phase）－（Ｉ）直交（ruadrature）（Ｑ）ミキサ（ＩＱミキサ）であり、以下で説明される理由によって、有利には、ＲＦ信号の標準的な９０度位相整合（phasing）を有する単側波帯（single-sideband）ＩＱミキサであり、その結果、上側波帯（ＵＳＢ：upper sideband）又は下側波帯（ＬＳＢ：lower sideband）のいずれかを出力し、それぞれＬＳＢ又はＵＳＢを阻止する。ミキサ４０３の出力は、可変利得増幅器（ＶＧＡ）４０４に提供される。ＶＧＡ４０４は、利得制御入力４０５を備える。上述したように、ＶＧＡ４０４の利得制御入力４０５は、コンピュータ（例えば、図１のコンピュータ１１２）に接続される。特に、ＶＧＡ４０４は、再照射アンテナ４０１においてＤＯＥから受信した再照射された信号の適切なエミュレーションを可能にする。特に、上述したように、ＤＯＥに対するレーダＤＵＴからの入射信号は、再照射アンテナ４０１において複数の焦点間で分割される。したがって、ＤＯＥによって回折されると、信号の電力が分割され、したがって、再照射アンテナ４０１における複数の焦点に回折された各レーダ信号の電力は、レーダＤＵＴからのレーダ信号の出力電力と比較して低減される。さらに、上述したように、再照射アンテナ４０１に面するＤＯＥの側部における焦点から回折された信号の部分（したがって、電力）は、再照射アンテナ４０１における１つ以上の焦点に対する再照射アンテナ４０１の向きに依存する。したがって、再照射アンテナ４０１に入射する信号の電力は、レーダＤＵＴに戻る再送信には不十分である場合があり、このため正確な試験には不十分である場合がある。さらに、再照射アンテナ４０１から再照射された信号の電力は、ターゲットとレーダＤＵＴとの間のエミュレーションされた距離を示す。したがって、ＶＧＡ４０４によって提供される利得は、再照射アンテナ４０１に入射するレーダ信号の電力と、エミュレーションされているターゲットの所望のエミュレーション距離とに基づいて利得制御入力４０５において選択される。
【0042】
特に、電力が、一貫したレーダ断面（ＲＣＳ：radar cross-section）をエミュレーションするために使用される。レーダ断面（ＲＣＳ）は、ルックアップテーブルに記憶することができる。このために、所与のレンジｒについて、戻り信号はＲＣＳに比例し、１／ｒ４として低下することが知られている。車両は、通常、１平方メートル（ｓ．ｍ．：square meter）に対する１０ｄＢ、又は平易な英語では１０平方メートルを意味する測定面積のレーダスピーク（radar speak）である１０ｄＢｓｍであると言われている。多くの対象物（人々、自転車搭乗者、建物等）が表にされており、表にされていないものは、近年、レイトレーシング技法によって計算することができる。本教示によると、特定の対象物の距離ｒに対応する戻り信号強度（既知の１／r４レーダ減衰則（radar decay law）に従う）及びＲＣＳの許容値をレーダＤＵＴに提供することに重点が置かれる。代表的な実施形態によれば、信号強度（したがって、電力）は、コンピュータ１１２から様々な実施形態のＭＲＤへのＩ／Ｑ駆動信号の強度を調整することによって調整され、より弱いＩ／Ｑ駆動信号は、比較してより弱いエミュレーション信号を提供する。特に、或る特定の代表的な実施形態において、コンピュータ１１２は、レーダＤＵＴにおける単一の焦点に提供される一貫した戻り信号を事前に計算し、コントローラ１１４は、その後、このＳＳＢ強度を達成するようにＩ駆動及びＱ駆動の強度を調整する。代替的にかつ有利には、ＶＧＡ４０４の利得は、戻りＳＳＢ強度を制御するように調整することができる。
【0043】
多くの車両レーダが周波数変調連続波（ＦＭＣＷ：frequency-modulated continuous-wave）デバイスであるため、可変の見掛けの時間遅延をエミュレーションするために真の可変遅延線を実装する必要がない。むしろ、距離／速度は、ＭＲＤ４００を用いて電子的にエミュレーションされる。このために、ＦＭＣＷレーダシステムは、チャープ波形を使用し、それによって、レーダＤＵＴからの元の送信（Ｔｘ）波形と、受信される（Ｒｘ）エコー波形との相関が、ターゲット距離を明らかにする。例えば、±ｋｓｗのチャープレート（Ｈｚ／ｓｅｃで測定される）を有するアップチャープ／ダウンチャープシステムでは、自車両に対して距離ｄにある０の相対速度のターゲットは、以下によって与えられる周波数シフト（δｆ）をもたらす。
δｆ＝－（±２ｋＳＷｄ／ｃ） （式（１））
ここで、ｃは光速であり、係数２はレーダＤＵＴからの信号の往復伝播に起因するものである。このシフトの正負符号は、波形のアップチャープ対ダウンチャープのどの部分が処理されているのかに依存する。対照的に、相対速度に起因するドップラーシフトは、「コモンモード」周波数シフトとして現れる。例えば、波形の両半分にわたる正味のアップシフトは、レーダＤＵＴがターゲットに接近していることを示す。相関は、ＤＵＴのＩＦ／ベースバンドプロセッサにおいて実行される、数ＭＨｚの帯域幅が一般的である。
δｆ＝－（±２ｋＳＷｄ／ｃ） （式（１））
ここで、ｃは光速であり、係数２はレーダＤＵＴからの信号の往復伝播に起因するものである。このシフトの正負符号は、波形のアップチャープ対ダウンチャープのどの部分が処理されているのかに依存する。対照的に、相対速度に起因するドップラーシフトは、「コモンモード」周波数シフトとして現れる。例えば、波形の両半分にわたる正味のアップシフトは、レーダＤＵＴがターゲットに接近していることを示す。相関は、ＤＵＴのＩＦ／ベースバンドプロセッサにおいて実行される、数ＭＨｚの帯域幅が一般的である。
【0044】
ＦＭＣＷの最も一般的に展開される変形形態は、繰り返しアップチャープ又は繰り返しダウンチャープを使用するが、双方を使用しない（介在する不感時間を有する）。したがって、ターゲットまでの距離は、ここでは正負符号の問題を抜きにして前の段落と同様に求められる。相対速度は、連続するフレームのＩＦ相関信号の間の位相シフトを測定することによって求められ、ここで、フレームは、波形の１周期の専門用語である。多くのＦＭＣＷレーダアプリケーションにおいて、フレームの繰り返しレートは、通常、数ｋＨｚである。
【0045】
１つの既知の手法は、１つ以上のプローブポイントにおいてレーダＤＵＴからの送信信号を受信し、次に信号をレーダＤＵＴに戻す前に受信信号に平衡位相変調を適用する概念を導入した。位相変調は、周波数変調の別の形態であるため、そのような既知のシステムの平衡位相変調の結果として、元の信号の両側波帯（ＤＳＢ）変調が生じ、元の掃引搬送波が抑制される。平衡位相変調は、開放と短絡負荷とを単純に切り替えることができるため、実施がむしろ容易である。変調周波数がδｆ＊であり、元の信号の時間依存周波数がｆ（ｔ）である場合、比較的低速のチャープ速度に起因して、戻り信号の時間依存周波数は、ｆ（ｔ）±δｆ＊である。式（１）から、
δｆ＊＝２ｋＳＷ（ｄｅｍ－ｄｓｕ）／ｃ （式（２））
を選択することによって、参照された既知の方法は、ｄｓｕのセットアップ距離についてｄｅｍのターゲット距離をエミュレーションする。ｄｓｕはレーダＤＵＴとプローブとの間の物理的距離である。不都合なことに、ＤＳＢ変調に起因して、距離ｄｅｍ，ｊにおいて意図的に生成されたターゲットｊごとに、この方法は、距離ｄｅｍ，ｊ±２ｄｓｕ，ｊにおいても対のゴーストターゲット（ghost target）を生成する。ここで、ｄｓｕ，ｊは、プローブｊに対するセットアップ距離であり、ここで、「ゴースト式（ghost equation）」における正負符号は、チャープ傾斜（chirp slope）の正負符号に依拠する。
δｆ＊＝２ｋＳＷ（ｄｅｍ－ｄｓｕ）／ｃ （式（２））
を選択することによって、参照された既知の方法は、ｄｓｕのセットアップ距離についてｄｅｍのターゲット距離をエミュレーションする。ｄｓｕはレーダＤＵＴとプローブとの間の物理的距離である。不都合なことに、ＤＳＢ変調に起因して、距離ｄｅｍ，ｊにおいて意図的に生成されたターゲットｊごとに、この方法は、距離ｄｅｍ，ｊ±２ｄｓｕ，ｊにおいても対のゴーストターゲット（ghost target）を生成する。ここで、ｄｓｕ，ｊは、プローブｊに対するセットアップ距離であり、ここで、「ゴースト式（ghost equation）」における正負符号は、チャープ傾斜（chirp slope）の正負符号に依拠する。
【0046】
長距離レーダ（ＬＲＲ：long range radar）について、１０ｃｍの距離精度が望ましいのに対し、短距離レーダ（ＳＲＲ：short range radar）は２ｃｍの精度を目指す。これは、ゴースト対を問題にしないためには、既知のＤＳＢ変調試験セットアップのセットアップ距離が、ＬＲＲについて５ｃｍ未満でなくてはならず、ＳＲＲについて１ｃｍ未満でなくてはならないことを暗に意味する。セットアップ距離は、実際のレーダパッチアンテナからバンパの距離と、バンパからプローブの距離と、有効なバンパの厚み＝実際のバンパの厚みにバンパ材料のミリメートル波屈折率を乗算したものとを含むため、そのようなセットアップを達成することは非常に困難である。
【0047】
既知のＤＳＢ変調試験セットアップの別の欠点は、可変ＡｏＡをエミュレーションすることが不可能であることである。そのような既知のシステムにおいて、見掛けのＡｏＡは固定されている。原則として、ＡｏＡは、並進ステージにプローブを装着することによって変動させることができるが、この際、導入部で述べたブロッキングの問題に遭遇する。当然ながら、これはあまり効率的でない。
【0048】
参照した既知のシステムの第３の欠点は、レーダ断面積（ＲＣＳ）のダイナミックレンジ、すなわちエコーの強度が２０ｄＢ未満に制限されていたことである。これは、既知のシステムにおいて用いられるスイッチについて整合した（matched）一致した負荷状態が存在せず、単に、変調が遮断され、この時点でスイッチがバイアスされたときに、疑似整合として作用する「開放」及び「短絡」間のクロスオーバポイントが存在していたことに起因する。トライステートスイッチにおける置き換えは、ダイナミックレンジを増大させる適切な解決策でない。なぜなら、ＲＣＳはほぼ連続して変動しなくてはならないためである。自動車レーダＲＣＳは、様々な推定値に依拠して、２５ｄＢ～５０ｄＢにわたって変動する必要がある。
【0049】
再び図４を参照すると、サーキュレータ４０２における増幅／減衰時に、ＭＲＤは、増幅／減衰したＳＳＢ信号を提供し、この信号は、サーキュレータ４０２に戻され、再照射アンテナ４０１から再送信される。
【0050】
特に、代替的な実施形態のＳＳＢ ＭＲＤ４００において、変調の強度を減少させることにより、Ｉ及びＱ駆動信号が出力トーン強度を減少させ、このためＲＣＳを減少させる。実際には、この方法は、変調駆動単独ではダイナミックレンジの１５ｄＢ～２０ｄＢ超を達成しない可能性が高い。しかしながら、ＶＧＡ４０４は、所望のＲＣＳダイナミックレンジを達成するために欠点を補い、可変利得の１０ｄＢ～５０ｄＢは、可変減衰器及び増幅器バイアス調節の組み合わせによって容易に達成することができる。代表的な実施形態に従って車両レーダを試験するシステムにおけるターゲットの相対速度のエミュレーションは、変調とレーダＤＵＴフレームとの間の同期動作を必要とする。そのような同期動作は、レーダＤＵＴからトリガ信号を提供することによって、又はそのようなトリガを引き出すことによって行うことができる。トリガは、補助検出器（場合によっては「スニファ（sniffer）」と呼ばれる）を用いることによって、又はサーキュレータ４０２の出力をタッピングすることによって促進される。例えば、補助検出器を用いて、レーダＤＵＴの各フレームの第１のチャープ及び第２のチャープの到着を検出することができる。フレームレートが約１０ｆｐｓ（毎秒のフレーム数（frames per second））である例において、バースト又はフレームにおいて２つのみのチャープ間の時間間隔を記録することにより、以下の式３を通じて、エミュレーションのための一貫したチャープ繰り返しレートを求めることができる。アップチャープ／ダウンチャープレーダＤＵＴＳについて、ＬＳＢからＵＳＢへの切り替えを管理する同期が図５Ａに示される。全てのアップチャープレーダについて、同期は、位相の０がフレーム開始に結び付けられることを可能にする。したがって、代表的な実施形態によれば、図５Ｂに関して以下で論考されるように、そのようなレーダＤＵＴが相対速度の存在下で遭遇する位相スリップを厳密に模倣する変調信号における位相スリップがフレーム間に導入される。
【0051】
図５Ａを参照すると、周波数対時間のグラフは、代表的な実施形態によるアップチャープ／ダウンチャープを示す。曲線５０１は、レーダＤＵＴからのＴｘチャープ信号を表し、曲線５０２、５０３は、ＭＲＤ（例えば、ＭＲＤ４００）からの再照射信号を表す。アップチャープ（ダウンチャープ）中、ＬＳＢ（ＵＳＢ）信号が選択される。特に、曲線５０１と曲線５０２、５０３との間のギャップは、説明を簡潔にするために誇張されるが、実際には、ギャップは比較的非常に小さい。なぜなら、δｆｕ
＊及びδｆｄ
＊が最大で数ＭＨｚであるのに対し、チャープスパンは通常１ＧＨｚ～４ＧＨｚであるためである。このため、相関の目的で、ギャップは無視することができる。このため、曲線５０２、５０３は、曲線５０１の遅延バージョンのように見え、ここで遅延はレーダＤＵＴと特定のターゲットとの間のエミュレーションされた距離に対応する。相対速度は、非正のδｆｕ
＊及び非負のδｆｄ
＊の代数平均に適用される通常のドップラ式によって与えられる。
【0052】
図５Ｂを参照すると、周波数対時間のグラフは、代表的な実施形態によるアップチャープ／ダウンチャープを示す。Δφは、ＭＲＤの変調信号に意図的に導入された連続フレーム位相スリップである。ＤＵＴ Ｒｘによって受信されると、アップチャープ／アップチャープＦＭＣＷ ＤＵＴは、フレームを処理し、この位相スリップを検出し、相対速度を知覚する。ここでもまた、曲線５０１及び５０２間の推測遅延は、レーダＤＵＴによるターゲット距離として解釈される。
【0053】
特に、粗い速度及び精密な速度の双方が存在する。粗い速度は、単に、フレーム間の距離の変化をフレーム時間で除算したものであり、通常、０．１秒のオーダである。精密な速度（ドップラと呼ばれる場合がある）は、（連続チャープ間の）ＩＦ位相スリップΔφを測定することによって計算される。Ｔがチャープ間の期間であり、λが中間帯波長である場合、以下の式となる。
ｖｆｉｎｅ＝λΔφ／（４πＴ） （式（３））
ｖｆｉｎｅ＝λΔφ／（４πＴ） （式（３））
【0054】
粗い速度は、通常、おおよそ±５ｍｐｈ～±１００ｍｐｈ超をカバーする。精密な速度は、分解能／精度を約±０．１ｍｐｈまで拡張することができるバーニアである。精密な速度は、通常、約５ｍｐｈ～７ｍｐｈにおいてエイリアスに陥るが、ここで粗い速度が引き継ぐことでエイリアスを解消する。特に、粗い速度及び精密な速度を組み合わせて、１ｍｐｈ未満の精度及び分解能で数分の１マイル毎時～数百マイル毎時の連続速度測定値を得ることができる。
【0055】
ここまでで説明された代表的な実施形態において、ターゲットの遅延、このため距離及び速度は電子的にエミュレーションされるのに対し、ターゲットのＡｏＡ、方位角及び仰角の自由度は、（例えばジンバル支持によって）機械的にエミュレーションされる。ここで説明される代表的な実施形態は、方位角並びに距離及び速度の電子エミュレーションを可能にする。特に、ここで説明される代表的な実施形態は、ターゲットの電子方位角エミュレーションのみと関連して説明されるが、代替形態において、仰角もエミュレーションすることができることに留意されたい。
【0056】
図６Ａは、代表的な実施形態による再照射器６００の簡略化された概略図である。図６Ａの代表的な実施形態に関連して説明される再照射器６００の態様は、上記で説明した再照射器及びシステムに共通のものとすることができるが、それらの態様は繰り返されない場合がある。
【0057】
最初に、再照射器６００は、それぞれの１つのＭＲＤ４００に接続することができる第１の再照射アンテナ２０６～第４の再照射アンテナ２１０のうちの１つについて用いることができることに留意されたい。したがって、エミュレーションされる複数のターゲット（図６Ａに示されていない）は、複数の（機能している）再照射器６００を必要とし、各機能している再照射器６００は、エミュレーションされている各ターゲットの距離／速度及びＡｏＡをエミュレーションするように実施される。
【0058】
再照射器６００は、第１のパッチアンテナアレイ６０２に接続された第１のＭＲＤ６０１、第２のパッチアンテナアレイ６０４に接続された第２のＭＲＤ６０３等を備え、第ｎのＭＲＤ６０５は第ｎのパッチアンテナアレイに接続される。本明細書に記載のように、位相遅延は、連続ＭＲＤから導入され、単一のターゲット（図６Ａには示されていない）の方位角をエミュレーションする。
【0059】
代表的な実施形態によれば、第１のパッチアンテナアレイ６０２、第２のパッチアンテナアレイ６０４及び第ｎのパッチアンテナアレイ６０６は、いわゆるマイクロストライプアンテナアレイである。第１のパッチアンテナアレイ６０２、第２のパッチアンテナアレイ６０４及び第ｎのパッチアンテナアレイ６０６のそれぞれは、適切な信号送信線等によって直列に接続された複数のパッチアンテナを備え、このため互いに実質的に同相である。
【0060】
ターゲットの方位角エミュレーションを提供するために、各隣接パッチアンテナアレイ間の電気位相が、方位角方向を走査するように変動する。特に、示すように、第１のパッチアンテナアレイ６０２、第２のパッチアンテナアレイ６０４及び第ｎのパッチアンテナアレイ６０６のそれぞれが、第１のパッチＭＲＤ６０１、第２のパッチＭＲＤ６０３、．．．第ｎのパッチＭＲＤ６０５のそれぞれによって入力（feed）され、ここで、各次のＭＲＤの出力の位相が、前回のものと比較して遅延される。特に、それぞれの第１のＭＲＤ６０１、第２のＭＲＤ６０３、．．．第ｎのＭＲＤ６０５へのチャープ入力信号の位相及び周波数の結果として、距離及びドップラ速度のステアリングを決定づける各連続パスアンテナアレイ間の位相変化が生じる。
【0061】
特に、本教示のＭＲＤは、局部発振器（ＬＯ）を必要としない。なぜなら、ＭＲＤは、ＬＯ変調又は復調を必要とする送信機又は受信機ではなくトランスポンダ（transponder：中継装置）として機能するためである。多くの既知のトランスポンダが、受信、ダウンコンバート、ＩＦ処理、アップコンバート、及び再送信によって機能するが、この処理チェーンは全く必須ではないことに留意されたい。
【0062】
同じ再照射器に接続された第１のＭＲＤ６０１、第２のＭＲＤ６０３．．．第ｎのＭＲＤ６０５に、共通変調周波数δｆ＊に対する相対同相位相整合（phasing）及び同一相対直交位相整合が適用される。特に、「相対」位相整合は、図６Ａの代表的な実施形態において、再照射器に接続された連続ＭＲＤのＩ（Ｑ）チャネルにおけるδｆ＊位相として理解することができる。図６Ｂに示すように、各ＭＲＤ Ｉ－Ｑ座標系は、前回の近傍ＭＲＤと比較して回転される。ここでもまた、δｆ＊は通常わずか数ＭＨｚであり、このため、低損失及び低コストの双方で多くの位相強制（phase imposition）を実施することができることに留意されたい。Ｉ及びＱ双方の変調チャネルにおいて強制される相対位相整合の結果として、ｎ個のパッチアンテナアレイにわたるＳＳＢチャープ戻り信号の相対位相整合が得られ、このため、既知のＲＦ位相アレイ原理による方位角ステアリングが実施される。
【0063】
再び図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、第１のパッチアンテナアレイ６０２は基準アレイとみなすことができる。第２のパッチアンテナアレイ６０４の出力は、再送信時に回転され、このため、第２のパッチアンテナアレイ６０４のＩ２は、第１のパッチアンテナアレイ６０２のＩ１に対してシフトされる。この位相進行（phase progression）は、連続位相アンテナアレイで継続し、電子方位角遅延は、エミュレーションされている特定のターゲットについて、レーダＤＵＴと再照射デバイスとの間の途中で信号に与えられる。再照射器６００からの再送信時、信号はオフセットされ、システムのＤＯＥと（方位角的に）と異なる点からのものであるように見える。したがって、再照射器６００は、方位角方向における（単一の）ターゲットのエミュレーションを可能にする。同様に、方位角においてエミュレーションされたターゲットごとに、図２～図４の代表的な実施形態のシステム及び構成要素に関連して説明した１つの再照射アンテナ／ＭＲＤについて１つの再照射器６００を実施することができる。
【0064】
理解されるように、上記で説明したシステムのうちの１つ以上のＤＯＥからの鏡面反射の結果として、レーダＤＵＴにおけるＤＯＥからの常に存在するエコー信号が生じる可能性がある。本教示は、このエコー信号を実質的に除去するための受動的技法、及びこのエコー信号を実質的に除去するための能動的な方式を考える。
【0065】
図７は、代表的な実施形態による、能動的エコーキャンセル（active echo cancellation）を含む車両レーダを試験するシステム７００の或る特定の構成要素の簡略化された図である。図１～図６Ｂの代表的な実施形態に関連して説明されるシステム７００の態様は、ここで説明するシステム７００に共通のものとすることができるが、それらの態様は繰り返されない場合がある。
【0066】
システム７００は、レーダＤＵＴ７０２を試験するように構成され、ＤＯＥ７０４、第１の再照射アンテナ７０６、第２の再照射アンテナ７０８、第３の再照射アンテナ７１０及び第４の再照射アンテナ７１２を備える。第１の再照射アンテナ７０６～第４の再照射アンテナ７１２のそれぞれは、遅延電子機器７１４に接続される。遅延電子機器７１４は、少なくとも１つのＭＲＤ（図２に示されていない）を備え、以下でより十分に説明される。
【0067】
以下で図３に関連しても説明するように、ＤＯＥ７０４は、フレネルレンズの一般化であり、回折素子は、所望の周波数範囲の電磁放射を回折するように選択された寸法を有する。上述したように、本教示のレーダＤＵＴのレーダ信号は、ミリメートル波範囲にある。
【0068】
ＤＯＥ７０４は、ＤＯＥ軸７１７上のレーダＤＵＴ７０２のロケーションにおいて単一の焦点７１６を有し、側部７１９の反対側にある側部に複数の焦点を有し、ここで、複数の焦点のうちの１つが第１の再照射アンテナ７０６～第４の再照射アンテナ７１２のそれぞれに位置する。通常、側部７１９の反対側にある側部上の焦点の数は、可能なターゲットの最大数になるように選択される。上述したように、本教示は、数十個のターゲットが考えられ、このため、各再照射アンテナの入力に（この場合、第１の再照射アンテナ７０６～第４の再照射アンテナ７１２のそれぞれに）位置するポイントにおいてＤＯＥ７０４によって回折された信号の集束を必要とする。特に、エミュレーションされたターゲットの数は、再照射アンテナの数、又は機能している再照射アンテナの数の選択によって制御される。したがって、レーダＤＵＴ７０２において単一の焦点から送信されるレーダ信号は回折され、それぞれの第１の再照射アンテナ７０６～第４の再照射アンテナ７１２のそれぞれにおける複数の焦点に入射するが、ターゲットエミュレーションは、回折された信号ごとに行われない場合がある。
【0069】
動作時に、レーダＤＵＴ７０２からのレーダ信号は、レーダＤＵＴ７０２に位置する単一の焦点７１６においてＤＯＥ７０４に送信され、回折され、側部７１９の反対側にあるＤＯＥの側部に位置する第１の再照射アンテナ７０６～第４の再照射アンテナ７１２における複数の焦点にマッピングされる。レーダ信号は、第１の再照射アンテナ７０６～第４の再照射アンテナ７１２のそれぞれに位置する複数の焦点に更に送信される。第１の再照射アンテナ７０６～第４の再照射アンテナ７１２に入射したレーダ信号は、遅延電子機器に入力され、遅延電子機器は、ターゲット距離、並びにターゲットとレーダＤＵＴ７０２との間の相対速度をエミュレーションする。
【0070】
エコーキャンセルの１つの態様は、側部７１９に適用される低誘電率レンズ材料を用いて行われる。これにより、空気に対する遅延指数（index retardation）が低減するにもかかわらず、レーダＤＵＴ７０２からの波長は、数ｍｍの段丘段差が標準となるのに十分短く、このためレンズの厚み全体が非常に妥当である。エコーキャンセルの別の態様によれば、ＤＯＥ７０４からのエコーのキャンセルが受動的に行われる代表的な実施形態において、多重回の（multi-fold）対称パターンが提供される。
【0071】
ここで説明される実施形態において、このとき、ＤＯＥ７０４は４回（fourfold）対称性を有し、すなわち、ＤＯＥ７０４の左半分及び右半分が互いの鏡像であり、ＤＯＥ７０４の上半分及び下半分が互いの鏡像である。レーダＤＵＴ７０２の焦点からのレンズ軸は再照射アンテナの対称焦点を通る。
【0072】
通常、４回を超えるＤＯＥ７０４の対称性を達成することは複雑となる。しかしながら、４の倍数回の対称性の倍数は比較的確立が容易である。このため、ここでも限定ではなく例示の目的で、ターゲットの最大数は、対称性を保持するために４の倍数になるように選択することができるが、全てのターゲットが本明細書に記載のように同時にエミュレーションされなくてはならないわけではない。このため、例えば、１０個のターゲットをエミュレーションすることが望ましい場合、ＤＯＥ７０４は、１２個のターゲットのエミュレーションのために設計することができ（これにより４回対称性を保持する）、ここで、ＶＧＡに関連付けられた再照射アンテナのうちの２つが遮断され、このためターゲットを表さない。
【0073】
（少なくとも、本教示について予期されるレンズのカテゴリのうちの任意のものについて）レンズの焦点深度が波長λ未満になることが決してないため、ＤＯＥ７０４は象限（quadrant）に分けられ、象限は互い違いに配置される。当該技術分野において既知であるように、互い違いの配置とは、ＤＯＥ軸７１７に沿って図７のｚ方向にＤＯＥタイルを物理的に変位させることである。代表的な実施形態において、互い違いの配置は、焦点特性を変更することなく、軸方向において０又はλ／４によって行われる。図７の代表的な実施形態において、第１の象限７２１及び第２の象限７２２は互い違いに配置され、それぞれが、λ／４のレーダＤＵＴ７０１からの反射信号の位相シフトを行う。ここで、λは反射信号の波長である。第３の象限７２３及び第４の象限は、対照をなすが互い違いにされていない。したがって、ＤＯＥ軸７１７における反射における２次のヌルが達成される。ここでもまた、第１の象限７２１及び第２の象限７２２は、軸方向にλ／４だけ互い違いに配置されている。これは、第１の象限７２１及び第２の象限７２２から反射されたレーダ信号における余分なλ／２の位相シフトを生じるため（ここで、送信振幅又は位相には変化がない）、４つの象限の反射和は、合算すると、レーダＤＵＴ２０２に向かって０まで後退する。
【0074】
能動的キャンセレーション（active cancellation）は、補助再照射アンテナ７３２を備える補助再照射器ＥＣ７３０によってもたらされる。再照射器は、ＤＯＥ７０４の焦点に黒の破線の焦点エリア７３４（「ＥＣ」によってラベル付けされる）を生成する。補助再照射アンテナ７３２は、ＤＯＥ７０４のいくらかの好都合な送信サイドローブに位置決めされる。ここで、「送信」とは、ＤＯＥ２０４によって吸収も反射もされないレーダＤＵＴ２０２からのＴｘ電力を指す。較正が行われ、これによって、ターゲットがエミュレーションされないが、補助再照射器位相及び利得がＤＵＴの受信を最小限にするように調整される。特に、コンピュータ１１２は、キャンセル信号を制御するが、キャンセル信号は補助再照射アンテナ７３２等の別の再照射アンテナから発せられる。キャンセル信号は、ＤＯＥ７０４の焦点に入射し、レーダＤＵＴ７０２に再集束される。これは、ノイズキャンセルヘッドフォンと非常に類似している。これを達成する非常に好都合な方法は、ＭＲＤを補助再照射アンテナ７３２に接続し、そのδｆ＊を、キャンセラ距離がレーダＤＵＴ２０２とＤＯＥ２０４との間の距離に合致し、補助δｆ＊位相及びＶＧＡ利得が鏡面反射により破壊的干渉(destructive interference)を生成するように選択することである。
【0075】
上記のことを考慮して、本開示は、それゆえ、その種々の態様、実施形態及び／又は具体的な特徴若しくはサブ構成要素のうちの１つ以上を通して、以下に具体的に言及されるような利点のうちの１つ以上を明らかにすることを意図している。説明のためであり、限定はしないが、本教示による一実施形態を完全に理解してもらうために、具体的な詳細を開示する例示的な実施形態が記述される。しかしながら、本明細書において開示される具体的な詳細から逸脱するが、本開示と矛盾しない他の実施形態も依然として、添付の特許請求の範囲内にある。さらに、例示的な実施形態の説明を不明瞭にしないように、既知の装置及び方法の説明は省略される場合がある。そのような方法及び装置は、本開示の範囲内にある。
【0076】
自動車レーダシステムに関する種々のターゲットエミュレーションがいくつかの代表的な実施形態を参照しながら説明されてきたが、使用されてきた言葉は、限定の言葉ではなく、説明及び例示の言葉であることは理解されたい。その態様における自動車レーダセンサ構成に関する動的エコー信号エミュレーションの範囲及び趣旨から逸脱することなく、ここで言及されるように、そして修正されるように、添付の特許請求の範囲内で変更を加えることができる。自動車レーダセンサ構成に関する動的エコー信号エミュレーションが特定の手段、材料及び実施形態を参照しながら説明されてきたが、自動車レーダセンサ構成に関する動的エコー信号エミュレーションは、開示される詳細に限定されることは意図していない。むしろ、自動車レーダセンサ構成に関する動的エコー信号エミュレーションは、添付の特許請求の範囲内にあるような全ての機能的に等価な構造、方法及び用途にまで広がる。
【0077】
本明細書において説明される実施形態の例示は、種々の実施形態の構造を包括的に理解してもらうことを意図している。それらの例示は、本明細書において説明される開示の全ての要素及び特徴の完全な記述としての役割を果たすことは意図していない。数多くの他の実施形態が、本開示を再検討した当業者には明らかになる場合がある。本開示の範囲から逸脱することなく、構造的及び論理的代替及び変更を行うことができるように、本開示から他の実施形態を利用し、導出することができる。さらに、例示は単に表現するものであり、縮尺通りに描かれない場合がある。例示内の或る特定の比率が誇張されている場合があり、一方、他の比率が最小化される場合がある。したがって、開示及び図は、限定するものではなく、例示するものと見なされるべきである。
【0078】
本開示の１つ以上の実施形態が、本明細書において、「本教示」という用語によって個別に、及び／又はまとめて参照される場合があるが、便宜にすぎず、本出願の範囲を任意の特定の発明又は発明概念に自発的に制限することは意図していない。さらに、本明細書において具体的な実施形態が例示及び説明されてきたが、図示される具体的な実施形態の代わりに、同じ、又は類似の目的を果たすように設計される任意の後の時点の装置が使用されてもよいことは理解されたい。本開示は、種々の実施形態のありとあらゆる後の時点の改変又は変形に及ぶことを意図している。上記の実施形態の組み合わせ、及び本明細書において具体的には説明されない他の実施形態が、説明を再検討した当業者には明らかになるであろう。
【0079】
本開示の要約書は、米国特許法施行規則第１．７２（ｂ）に準拠するように与えられ、特許請求の範囲又は意味を解釈又は制限するために使用されないという了解の下に提出される。さらに、これまでの発明を実施するための形態において、本開示を簡素化する目的で、種々の特徴がまとめられる場合があるか、又は単一の実施形態において説明される場合がある。本開示は、特許請求される実施形態が、各請求項において明確に列挙されるより多くの特徴を必要とするという意図を反映すると解釈されるべきではない。むしろ、添付の特許請求の範囲が反映するように、発明の主題は、開示される実施形態のいずれかの実施形態の全ての特徴より少ない特徴を対象にする場合がある。したがって、添付の特許請求の範囲は発明を実施するための形態に組み込まれ、各請求項は、別々に特許請求される主題を規定するものとして自立している。
【0080】
開示される実施形態のこれまでの説明は、任意の当業者が本開示において説明される概念を実践できるようにするために与えられる。その場合に、上記の開示される主題は、例示と見なされ、限定するものと見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨及び範囲内に入る全てのそのような変更形態、改善形態及び他の実施形態に及ぶことを意図している。したがって、法律によって許される最大限まで、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の最も広い許容可能な解釈によって決定されるべきであり、これまでの詳細な説明によって限定又は制限されるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【国際調査報告】