JP2012185029A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信アンテナが受信した位相折り返しゴーストを、ビームパターンの異なる電波を送信することによって判定し、レーダ装置の精度向上を図る。
【解決手段】到来波を複数のアンテナで受信した反射波の位相差から物標の角度を算出して物標位置を検出する電子スキャン方式のレーダ装置において、送信アンテナを２本設けてそれぞれからビームパターンの異なる電波を交互に送信し、２つのビームパターンBP1,BP2による反射波を受信した各受信信号から反射波それぞれの到来角度、受信レベル及びレベル差を算出し、受信された反射波の受信レベル差が、到来角度を合わせた上で所定のレベル差以上か否かを判定し、判定結果に応じて反射波の到来角度に実在しない物標を検出するレーダ装置である。２つのビームパターンは送信軸を左右に傾けることによって実現できる。
【選択図】図６

Description

本発明はレーダ装置に関し、特に、車両から送信した電波の、物標からの反射電波を複数の受信アンテナで受信して物標の位置を検出するレーダ装置に関する。

従来、先行する車両や前方にある障害物（物標）、或いは後方からの接近車両等の物標と自分が運転する車両（自車）との間の距離と方向を常時測定し、衝突を防止したり自動走行を行うレーダ装置がある。このようなレーダ装置では、自車に設置したアンテナから電波を送信し、物標に当たって反射した反射波をアンテナで受信し、受信して得られた信号に対して信号処理を行い、反射波の到来方向を推定して物標を検出していた。反射波の到来方向を推定する方法には、ＤＢＦ法、Ｃａｐｏｎ法、線形予測（ＬＰ）法、最小ノルム法、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、及びＰＲＩＳＭ法が知られている。
DBF：Digital Beam Forming
LP： Linear Prediction
MUSIC：Multiple Signal Classification
ESPRIT：Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques
PRISM：Propagator method based on an Improved Spatial-smoothing Matrix

車載レーダ装置では、送信した電波（ビーム）に広がりがある場合は、検知対象領域外の物標をも検知してしまう。例えば、検知対象領域を自車両が走行する走行車線に設定した場合、当該走行車線外にある障害物までも検知するため、検知された障害物が走行車線上の障害物か否かを区別する必要がある。）このため、特許文献１に記載された車載用障害物検知装置では、電波を送信して対象物までの距離を測定する測距手段と、対象物で反射した電波の受信電波強度を検出する受信電波強度検出手段とを備え、計測された距離に応じて受信した電波の強度の変化から、検知された対象物が本来検知すべき車両なのかそれとも走行車線外にある障害物なのかを判断している。

特許文献１に開示の車載レーダ装置は、障害物によって反射された電波を単一のアンテナで受信する方式のものである。これに対して、自車の前方に送信した送信電波と、物標に当たって反射した電波を複数のアンテナで受信し、得られた複数の受信電波間の位相差から物標の角度（自車の進行方向からどれだけずれているかの角度）を算出する電子スキャンレーダ（例えば特許文献２）がある。電子スキャンレーダでは、複数の受信アンテナを用いて行う位相差の検出は、±１８０［ｄｅｇ］で行って物標検出を行っている。

特開平２００５−６９７３９８号公報（図１〜図４）

特開平２００６−９１０２９号公報（図１、図３）

ところが、複数の受信アンテナを用いた電子スキャンレーダにおいて、物標からの反射波を受信して電波の到来方向を推定する場合、位相差の検出範囲は±１８０［ｄｅｇ］である。このため、送信電波から３６０［ｄｅｇ］以上の位相差がある電波、例えば４２０［ｄｅｇ］の位相差がある電波が受信されると、この電波は４２０［ｄｅｇ］から３６０［ｄｅｇ］を引いた６０［ｄｅｇ］の位相差がある受信電波と誤検出されてしまい、物標の角度が誤検出されるという問題点がある。

この問題点を解消するために、複数の受信アンテナのアンテナ間隔を狭くする（検知できる角度範囲を広げる）ことが考えられるが、アンテナ間隔を狭くすると受信アンテナ間で受信電波の干渉が起きて電力、位相の精度が落ち、レーダ装置で求められている角度推定精度が落ちて分解性能を満たすことができなくなるので、良い対策ではなかった。

そこで本発明は、送信した電波の反射波を複数のアンテナで受信した受信信号の位相差から物標の角度を算出して物標位置を検出する電子スキャン方式のレーダ装置における前記従来の問題点を解消し、受信アンテナに３６０［ｄｅｇ］以上の位相差を持つ電波が受信された場合でも、各アンテナの受信信号の強度によって正しい物標かそうでないかを判別することができ、電子スキャン方式のレーダ装置の精度向上を図ることを目的とするものである。

前記目的を達成する本発明のレーダ装置は、電波を送信し、反射波を複数の受信アンテナで受信した各受信信号の位相差に基づいて物標の角度を算出して物標位置を検出する電子スキャン方式のレーダ装置において、電波を送受信するアンテナ部に２本の送信アンテナを設けると共に、２本の送信アンテナから、ビームパターンの異なる第１のビームパターンの電波と第２のビームパターンの電波を交互に送信する送信手段と、第１のビームパターンによる反射波を受信した各受信信号から算出した反射波の到来角度と受信レベルを算出する第１の受信手段と、第２のビームパターンによる反射波を受信した各受信信号から算出した反射波の到来角度と受信レベルを算出する第２の受信手段と、第１と第２の受信手段によって算出された受信レベル同士を、反射波の到来角度を合わせて比較し、両者のレベル差が所定の受信レベル差以上か否かを判定する比較手段と、比較手段の判定結果に応じて、反射波の到来角度に物標が実在するか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴としている。

本出願のレーダ装置によれば、送信した電波の反射波を複数のアンテナで受信した受信信号の位相差から物標の角度を算出して物標位置を検出する電子スキャン方式のレーダ装置において、２本の送信アンテナによってビームパターンの異なる電波を送信するので、受信アンテナに３６０［ｄｅｇ］以上の位相差を持つ反射波が受信された場合でも、送信電波のビームパターンの相違による各アンテナの受信信号の強度に基づいて、正しい物標かそうでないかを判別することができ、電子スキャン方式のレーダ装置の精度向上を図ることができるという効果がある。

この場合、２本の送信アンテナから送信するビームパターンを、例えば一方からは送信ビームパターンの広いもの、他方からはビームパターンの狭いものを送信する、或いは、２本の送信アンテナの検知範囲をずらすことにより、複数の受信アンテナによって受信された受信信号に３６０［ｄｅｇ］以上の位相差を持つ反射波の受信信号が含まれる場合でも、各アンテナの受信信号の方位毎の受信強度を基準にして、正しい物標かそうでないかを判別することができる。

本発明の一実施形態に係るＦＭＣＷ方式のレーダ装置の構成を示す構成図である。 （ａ）は図１に示したレーダ装置の送信部から放射される送信信号の波形図、（ｂ）は物標で反射された反射信号の時間に対する周波数変化及びミキサにおけるビート信号を示す波形図、（ｃ）は図１に示した１つの受信アンテナの個別受信部から出力されたＵＰビートとＤＯＷＮビートをＦＦＴ処理した結果を示す周波数スペクトラムの波形図である。 物標から反射された反射波を等間隔に設置された複数のアンテナで受信し、これを従来の角度推定方式で処理した場合の角度に対するスペクトラムの大きさを示す特性図である。 図１の方位演算部において、ＵＰビート側のピーク情報とＤＯＷＮビート側のピーク情報がペアリングされる状況を説明する図である。 （ａ）は実際の位相差が３６０［ｄｅｇ］を越える到来波がレーダに１８０［ｄｅｇ］未満の位相差として認識される状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）において誤った位相差で認識された到来波の方向を示す図である。 （ａ）は図１に示した２つのアンテナから送信される送信波の２つのビームパターンの第１の実施例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した２つのビームパターンによる反射信号の方位に対する受信レベルを示す図である。 本発明のレーダ装置において第１の実施例のビームパターンを使用した場合の折り返しゴースト判定の手順の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は従来のレーダ装置において折り返しゴーストが発生している状態を示す図、（ｂ）は本発明のレーダ装置における物標位置の出力図である。 （ａ）は図１に示した２つのアンテナから送信される送信波の２つのビームパターンの第２の実施例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した２つのビームパターンによる反射信号の方位に対する受信レベルを示す図、（ｃ）は（ａ）に示した２つのアンテナから送信される送信波の２つのビームパターンの第２の実施例の変形例を示す図、（ｄ）は（ｃ）に示した２つのビームパターンによる反射信号の方位に対する受信レベルを示す図である。 （ａ）は本発明のレーダ装置において第２の実施例のビームパターンを使用した場合の折り返しゴースト判定の手順の一例を示すフローチャート、（ｂ）は本発明のレーダ装置において第２の実施例の変形例のビームパターンを使用した場合の折り返しゴースト判定の手順の一例を示す部分フローチャートである。 （ａ）は図１に示したレーダ装置の前方の０［ｄｅｇ］と３３．３４［ｄｅｇ］の位置に２つの大きさの異なるコーナリフレクタを置いた評価装置の構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した２つのアンテナから送信するビームパターンの例を示す図である。 （ａ）は図１１（ａ）の評価試験構成において図１１（ｂ）に示す２つのアンテナから異なるビームパターンを送信した場合の０［ｄｅｇ］に置いた物標からの反射波の受信レベルを示す図、（ｂ）は図１１（ａ）の評価試験構成において図１１（ｂ）に示す２つのアンテナから異なるビームパターンを送信した場合の３３．３４［ｄｅｇ］に置いた物標からの反射波の受信レベルを示す図である。

以下、添付図面を用いて本出願の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
図１に本発明の一実施形態のレーダ装置１００の構成を示す。この実施形態のレーダ装置１００は、送信部Ｓ、受信部Ｒ及び信号処理装置Ｐから構成されている。信号処理装置Ｐは、詳細な構成の図示は省略するが、マイクロコンピュータを備えて構成されており、フーリエ変換部９、ピーク抽出部１０、方位演算部１５、距離・相対速度演算部３０及び送受信制御部２０がある。

送信部Ｓは、発振器５、信号生成部２５、２本の送信アンテナ１Ａ，１Ｂ及び切換スイッチＳＷを備えている。信号生成部２５は信号処理装置Ｐにある送受信制御部２０によって制御される。信号生成部２５は三角波状の変調信号（三角波）を送信信号として発振器５に供給して周波数変調を行う。発振器５からの送信信号は、切換スイッチＳＷの切り換えにより送信アンテナ１Ａ，１Ｂの何れか一方から送信されて電波（送信波ＷＡ，ＷＢ）として送信される。切換スイッチＳＷは、信号生成部２５で生成される三角波の１周期毎に送受信制御部２０からの信号によって切り換えられるようになっており、発振器５において生成されて送信アンテナ１Ａ，１Ｂから送信される電波のビームパターンは後述するように異なるものとなっている。この実施形態では、ＦＭＣＷ方式が用いられており、発振器５は、信号生成部２５の三角波により一定の繰り返し周期で変化する送信波Ｗを発生する。したがって、送信波Ｗは発振器５の無変調時の発信周波数を中心として所定の繰り返し周期で周波数が上下するＦＭＣＷ波である。この送信波Ｗは、図示しない送信機で電力増幅された後に送信アンテナ１から目標に向けられて送信（放射）されることもある。

この実施形態のレーダ装置１００は、車両に搭載されたものであり、送信波Ｗはレーダ装置１００を搭載した車両の前方又は後方に向けて送信される。送信アンテナ１から前方に送信された送信波Ｗは、図示せぬ物標、例えば先行車両や静止物等で反射され、反射波ＲＷが車両に向かって戻り、レーダ装置１００の受信部Ｒで受信される。

受信部Ｒは、ｎ個の受信アンテナＡ１〜Ａｎを備えたアレーアンテナ３とこれに接続する個別受信部Ｒ１〜Ｒｎとから構成される。個別受信部Ｒ１〜Ｒｎの各個には、ミキサＭ１〜Ｍｎ及びＡ／Ｄ変換器（図にはＡ／Ｄと記載）Ｃ１〜Ｃｎがある。アレーアンテナ３によって受信された反射波ＲＷ１〜ＲＷｎから得られた受信信号は、図示しないローノイズアンプで増幅された後にミキサＭ１〜Ｍｎに送られる。ミキサＭ１〜Ｍｎには送信部Ｓの発振器５からの送信信号が入力されており、ミキサＭ１〜Ｍｎにおいて送信信号と受信信号とがそれぞれミキシングされ、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差を周波数として持つビート信号が得られる。ミキサＭ１〜Ｍｎからのビート信号はＡ／Ｄ変換器Ｃ１〜Ｃｎでデジタル受信信号Ｘ１〜Ｘｎに変換された後に、フーリエ変換部９の高速フーリエ変換器に供給され、ここでデジタル受信信号Ｘ１〜Ｘｎ毎に高速フーリエ変換による周波数分析（ＦＦＴ処理）が行われる。

この実施形態のレーダ装置１００では、物標が移動している場合、反射波ＲＷの周波数には、物標と自車との相対速度に比例するドップラー周波数成分が含まれる。また、本実施形態では変調方式としてＦＭＣＷを採用しているので、この周波数推移がリニアチャープである場合、反射波ＲＷの周波数にはドップラー成分に加え、送信波が物標と自車との相対距離を伝搬する事によって付加される遅延時間を反映した周波数成分も含まれる。前述した如く、送信信号はリニアチャープ信号であるから、送信波Ｗの周波数は、図２（ａ）の波形図に実線で示されるように、周波数が直線的に上昇する期間（上昇区間）と、下降する期間（下降区間）とを繰り返す。具体的には、上昇区間と下降区間からなる送信１周期の区間は送信アンテナ１Ａによる送信波ＷＡを送信し、次の１周期の区間は送信アンテナ１Ｂによる送信波ＷＢを送信する。以後も送信アンテナ１Ａと１Ｂを１周期毎に交互に切り換えて送信する。そして、反射波ＲＷは、図２（ａ）の波形図に破線で示されるように、送信波Ｗに比べ、相対速度によるドップラー周波数推移とともに相対距離による時間遅延との双方の影響を同時に受けるので、送信波Ｗと反射波ＲＷとの間の周波数の差は、一般に上昇区間と下降区間で異なる値を取る。

即ち、送信波Ｗと反射波ＲＷの周波数の差の周波数は、上昇区間はｆｕｐ、下降区間はｆｄｏｗｎとなる。従って、各ミキサＭ１〜Ｍｎにおいては、遅延時間に基づく周波数にドップラー周波数が重畳された図２（ｂ）の波形図に示されるビート信号が得られる。上昇区間におけるビート信号はＵＰビート、下降区間におけるビート信号はＤＯＷＮビートと呼ばれる。なお、図２（ａ）、（ｂ）の場合には、ＵＰビートの周波数ｆｕｐよりもＤＯＷＮビートの周波数ｆｄｏｗｎの方が大きくなっており、物標との相対距離が小さくなる方向（接近方向）の相対速度を示している。

各ミキサＭ１〜Ｍｎにおいて得られたＵＰビートとＤＯＷＮビートのビート信号は、前述のようにＡ／Ｄ変換器Ｃ１〜Ｃｎでデジタル受信信号Ｘ１〜Ｘｎに変換された後に、フーリエ変換部９に供給される。フーリエ変換部９では、各ミキサＭ１〜ＭｎからのＵＰビート周波数ｆｕｐ成分とＤＯＷＮビート周波数ｆｄｏｗｎ成分がそれぞれ高速フーリエ変換器に供給され、ここでデジタル受信信号Ｘ１〜Ｘｎ毎に、高速フーリエ変換による周波数分析（ＦＦＴ処理）が行われる。ここで、受信アンテナＡ１のＦＦＴ処理の結果を図２（ｃ）に示す。図２（ｃ）の上側の波形図は、ＵＰビート周波数ｆｕｐ成分から得られる周波数スペクトラムを示しており、図２（ｃ）の下側の波形図は、ＤＯＷＮビート周波数ｆｄｏｗｎ成分から得られる周波数スペクトラムを示している。

図２（ｃ）に示すように、アンテナＡ１のＵＰビートのＦＦＴ結果の周波数スペクトラムには、ＵＰ周波数ｆｕ１、ｆｕ２、ｆｕ３にそれぞれピークＰｕ１１，Ｐｕ１２，Ｐｕ１３がある。受信アンテナＡ２〜Ａｎについても同じピーク周波数を持つ同様なＦＦＴ結果が得られる。例えば、アンテナＡ２ではＵＰ周波数ｆｕ１、ｆｕ２、ｆｕ３にそれぞれピークＰｕ２１，Ｐｕ２２，Ｐｕ２３があるＦＦＴ結果が得られる。また、アンテナＡ１のＤＯＷＮビートのＦＦＴ結果の周波数スペクトラムには、ＤＯＷＮ周波数ｆｄ１、ｆｄ２にそれぞれピークＰｄ１１，Ｐｄ１２がある。受信アンテナＡ２〜Ａｎについても同じピーク周波数を持つ同様なＦＦＴ結果が得られる。例えば、アンテナＡ２ではＤＯＷＮ周波数ｆｄ１、ｆｄ２にそれぞれピークＰｄ２１，Ｐｄ２２があるＦＦＴ結果が得られる。

すなわち、各受信アンテナＡ１〜Ａｎは同じ物標からの反射波ＲＷを受信するため、ＦＦＴ処理では同じピーク周波数を有する同じ形状の周波数スペクトラムが得られる。ただし、受信アンテナに応じて反射波の位相が異なるため、同じ周波数のピークを持つ位相情報は受信アンテナ毎に異なる。

図１に戻って、フーリエ変換部９の出力は、ピーク抽出部１０に供給される。ピーク抽出部１０では、受信アンテナＡ１〜Ａｎ毎に、ＦＦＴ処理で得られた周波数スペクトラムにおいて、ＵＰビート、ＤＯＷＮビートのそれぞれで所定パワー以上のピークを抽出し、抽出したピークの周波数、パワー、位相情報（以下、ピーク周波数情報という）を抽出する。ピーク抽出部１０において抽出されたピーク周波数情報は、方位演算部１５に供給される。

周波数スペクトラムにおける１つのピークには通常複数の物標の情報が含まれるため、１つのピークから物標を分離し、分離した物標の角度を推定する必要がある。そのため、方位演算部１５では、全受信アンテナＡ１〜ＡｎでＵＰ側、ＤＯＷＮ側それぞれで同じ周波数を有するピークのピーク周波数情報（例えば、ＵＰビートの場合は、Ｐｕ１１，Ｐｕ２１，・・・Ｐｕｎ１、ＤＯＷＮビートの場合は、Ｐｄ１１，Ｐｄ２１、・・・Ｐｄｎ１）を基に、図３に示すような角度スペクトラムが演算により求められる。角度スペクトラムの求め方としては、Ｃａｐｏｎ法、ＤＢＦ法等の方式を用いることができる。図３における実線がＵＰピーク周波数ｆｕ１（Ｐｕ１１，Ｐｕ２１，・・・Ｐｕｎ１）の角度スペクトラムを示し、破線がＤＯＷＮピーク周波数ｆｄ１（Ｐｄ１１，Ｐｄ２１、・・・Ｐｄｎ１）の角度スペクトラムを示している。

方位演算部１５では、図３に示される角度スペクトラムにおいて、閾値以上のパワーを持つピーク、ここではピークＰ１，Ｐ２を物標と判断し、その角度、パワーを抽出する。更に詳しく述べると、角度スペクトラムはＦＦＴ処理のピーク周波数毎に求める。図２（ｃ）に示した例では、５つの周波数ｆｕ１、ｆｕ２、ｆｕ３、ｆｄ１、ｆｄ２における５つの角度スペクトラムを算出する。図３はＵＰピーク周波数ｆｕ１のピークから求めた角度スペクトラムとＤＯＷＮピーク周波数ｆｄ１のピークから求めた角度スペクトラムを併記したものであり、ＵＰピーク周波数ｆｕ１とＤＯＷＮピーク周波数ｆｄ１には共に２つの物標Ｐ１（角度０［Ｄｅｇ］）とＰ２（角度約３［Ｄｅｇ］）が存在していることを示している。方位演算部１５で得られた結果は、図４に示すようになる。

距離・相対速度演算部３０では、図４に示されるデータを基に、ＵＰビート側の物標情報とＤＯＷＮビート側の物標情報とで近い角度、パワーを持つもの同士のペアリングを行う。図４では、ＵＰビート側の周波数ｆｕ１の角度θｕ１の物標Ｕ１と、ＤＯＷＮビート側の周波数ｆｄ１の角度θｄ２の物標Ｄ２とがペアリングされたことを示し、５つの物標が検出されたことを示す。ペアリングして得られたＵＰ周波数とＤＯＷＮ周波数とで距離、相対速度を演算する。その物標の角度はＵＰビート側とＤＯＷＮビート側の角度の平均値が取られる。距離・相対速度はＵＰピーク周波数ｆｕ１とＤＯＷＮピーク周波数ｆｄ１とから求め、角度は（θｕ１＋θｄ２）／２で求める。

図５（ａ）は、アレーアンテナ３の上にある２つの隣接するアンテナＡＡ，ＡＢによって受信された電波（到来方向の角度（到来角）はアレーアンテナ３の正面を０［ｄｅｇ］として、共にθＡ［ｄｅｇ］とする）に、実際には３６０［ｄｅｇ］を越える位相差ＲＰがある場合を示している。このような場合、レーダ装置が認識することができる受信波の位相差ＥＰは±１８０［ｄｅｇ］未満の値であるので、レーダ装置が認識する受信波の位相差ＥＰは、実際の位相差ＲＰから３６０［ｄｅｇ］を引いた値となる。この結果、レーダ装置が認識した受信波の位相差ＥＰに基づいて到来波の方向を推定すると、図５（ｂ）に示すように、アレイアンテナ３に対する到来角がθＢ［ｄｅｇ］（＜到来角θＡ［ｄｅｇ］）となり、図５（ａ）に示す実際の電波の到来方向とは異なったものとなってしまう。

そこで、図１に示した実施形態では、前述のように構成されたレーダ装置１００において、発振器５で生成された送信信号を、送信アンテナ１Ａ，１Ｂから交互に、かつ各アンテナのパターン形状を変えることにより、ビームパターンを変えて送信するように構成した。図６（ａ）は送信アンテナ１Ａ，１Ｂから送信される２つの電波の一実施例のビームパターンＢＰ１とＢＰ２を示している。送信アンテナ１Ａから送信される電波のビームパターンＢＰ１と送信アンテナ１Ｂから送信される電波のビームパターンＢＰ２とは、送信方向に対するパターン形状は同じで送信方向に対してほぼ左右対称（線対称）になっており、送信方向（送信軸）のみが異なっている。

即ち、送信アンテナ１Ａから送信されるビームパターンＢＰ１の電波は、レーダ装置１００の中心軸ＣＬに対して右側に所定角度θＲだけ傾けた送信方向ＳＲに送信され、逆に、送信アンテナ１Ｂから送信されるビームパターンＢＰ２の電波は、レーダ装置１００の中心軸ＣＬに対して左側に所定角度θＬ（＝θＲ）だけ傾けた送信方向ＳＬに送信される。この結果、ビームパターンＢＰ１とビームパターンＢＰ２とは、中心軸ＣＬに対して線対称なパターンとなっている。

ここで、レーダ装置の正面の所定範囲の領域であって、レーダ装置が認識することができる受信波の位相差が±１８０［ｄｅｇ］未満の領域をＣゾーンとし、Ｃゾーンの右側（＋側）の領域をＡゾーンとし、Ｃゾーンの左側（−側）の領域をＢゾーンとして説明する。ＡゾーンとＢゾーンは、電波の到来方向には実際には物標がない領域である。また、受信した電波の到来方向には実際には物標がない電波を、以後は位相折り返しゴーストと呼ぶこととする。

したがって、レーダ装置１００の正面のＡゾーンにある物標からの反射波の受信レベルは、送信アンテナ１ＡからビームパターンＢＰ１の電波を送信した時に大きく、逆に、Ｂゾーンにある物標からの反射波の受信レベルは、送信アンテナ１ＢからビームパターンＢＰ２の電波を送信した時に大きい。図６（ｂ）は図６（ａ）に示した２つのビームパターンＢＰ１、ＢＰ２による反射波の方位に対する受信レベルを示すものである。本実施形態のレーダ装置１００では、演算で求めた物標の方位はＣゾーンにあったとしても、この受信レベルの電力差からＣゾーンにある正しい物標の方位であるか、あるいはＡ、Ｂゾーンにある位相折り返しによる間違った物標の方位であるかを判定して、本来の反射波の到来方向を算出することができる。

即ち、ＡゾーンではビームパターンＢＰ２による反射波の受信レベル（受信電力に同じ）に比べて、ビームパターンＢＰ１による反射波の受信レベルの方が大きく、その差も大きい。また、ＢゾーンではビームパターンＢＰ１による反射波の受信レベルに比べて、ビームパターンＢＰ２による反射波の受信レベルの方が大きく、その差も大きい。そして、ＣゾーンではビームパターンＢＰ１による反射波の受信レベルと、ビームパターンＢＰ２による反射波の受信レベルの差が小さい。ここでは、ＡゾーンとＣゾーンの境界部、及びＢゾーンとＣゾーンの境界部におけるビームパターンＢＰ１とビームパターンＢＰ２による反射波の受信レベルの差は等しいものとし、共にレベル差をＰＤとする。

この受信レベルの差を用いて、反射波の到来方向を推定する方法としては、次の２つの方法がある。第１の方法は、アンテナ１Ａ、１Ｂから送信したビームパターンによる反射波の受信レベルの実測値（または設計値）からＡゾーン、Ｂゾーン、Ｃゾーンの受信レベルの電力差の範囲を各ゾーン毎に予め定めておき、実測した反射波の受信レベルの差がどのゾーンのレベル差に該当するのかを判定するものである。実測した反射波の受信レベルの差がＡゾーンとＢゾーンにあるときは位相折り返しゴーストと判定することができる。

第２の方法は、まず、アンテナ１Ａ、１Ｂから送信した送信ビームパターンによる反射波の受信レベルを予め測定して、反射波の受信角度と電力差のマップを予め作成してレーダ装置に予め記憶させておき、レーダ装置が通常制御モードで受信した反射波の受信レベルから算出した物標の角度に対して位相折り返しゴーストを含めた候補角度を求め、最後に、算出された角度の電力差を求めて、候補角度の電力差のマップ値に最も近い値を持つ角度を反射波の到来方向とするものである。

例えば、実測で求めた角度が０［ｄｅｇ］であるとすれば、候補角度は、０［ｄｅｇ］、および（−）方向からの折り返しゴーストに対応する−４７．６８［ｄｅｇ］、（＋）方向からの折り返しゴーストに対応する＋４７．６８［ｄｅｇ］のように求めることができる。そして、実測した電力差がこの３つの候補角度の電力差のマップ値のどれに一番近いかを判定する。その結果、０［ｄｅｇ］のマップ値が一番近ければ、算出した角度（０［ｄｅｇ］）は正しい物標の角度と判定できる。−４７．６８［ｄｅｇ］のマップ値が一番近ければ、算出した角度（０［ｄｅｇ］）は実は−４７．６８［ｄｅｇ］からの折り返しゴーストであり、正しい物標の角度を示していないと判定できる。処理負荷は第１の方法が第２の方法より小さいが、精度は第２の方法の方が高い。どちらの方法を採用するかは、処理負荷と精度を考慮して決定すれば良い。

図７は、以上説明した第１の実施例のビームパターンＢＰ１，ＢＰ２を使用した場合の位相折り返しゴースト判定の手順の一例を示すフローチャートである。この判定は図１に示した信号処理装置Ｐにある方位演算部１５により、ビームパターンＢＰ１，ＢＰ２それぞれの方位を検出した後に行われる。なお、以後の説明ではアンテナからの送信出力が大きいことをアンテナの送信パワーが大きいと表記し、アンテナの受信レベルの大きさのことを受信パワーと表記している。

ステップ６０１ではビームパターンＢＰ１による反射波の受信パワーＴｘ１と、ビームパターンＢＰ２による同じ方向からの反射波の受信パワーＴｘ２を算出し、続くステップ６０２では受信パワーＴｘ１とＴｘ２の受信パワーの差（Ｔｘ１−Ｔｘ２）を算出する。

続くステップ６０３では受信パワーＴｘ１とＴｘ２の受信パワーの差の絶対値｜Ｔｘ１−Ｔｘ２｜が、レベル差ＰＤよりも大きいか否かを判定する。そして、受信パワーＴｘ１とＴｘ２の受信パワーの差の絶対値｜Ｔｘ１−Ｔｘ２｜がレベル差ＰＤよりも大きい場合はステップ６０４に進む。ステップ６０４は受信パワーＴｘ１とＴｘ２の受信パワーの差（Ｔｘ１−Ｔｘ２）が正であるか否かを判定する。そして、（Ｔｘ１−Ｔｘ２）＞０の場合（ＹＥＳ）はステップ６０５に進み、反射波がＡゾーンからの折り返しゴースト（図には単にゴースト判定と記載してある）であると判定し、そうでない場合は（ＮＯ）はステップ６０６に進んで、反射波がＢゾーンからの折り返しゴーストであると判定してこのルーチンを終了する。

一方、ステップ６０３の判定で、受信パワーＴｘ１とＴｘ２の受信パワーの差の絶対値｜Ｔｘ１−Ｔｘ２｜が、レベル差ＰＤよりも小さいと判定された場合はステップ６０７に進み、反射波がＣゾーンにあって物標が実在すると判定する実在判定を行ってこのルーチンを終了する。尚、本実施形態では、ステップ６０２で受信パワーの差をとり、ステップ６０３でその差をレベル差ＰＤと比較したが、差をとることなく、一方の受信パワー＋ＰＤと他方の受信パワーとの大小比較を行うことで、実在かゴーストかの判定を行うようにしても良い。

図８（ａ）は従来のレーダ装置において折り返しゴーストが発生している状態を示すシミュレーション結果を示すものであり、図８（ｂ）は図１のように構成したレーダ装置において物標位置を求めるシミュレーションを行った結果を示すものである。従来のレーダ装置では±２１．７［ｄｅｇ］が限界であり、それを越えた範囲では角度の異なる値が出力されて位相折り返しＴが発生していた。これに対して、本発明のレーダ装置では、本来は±２１．７［ｄｅｇ］の範囲でしか検出できないはずのものが、±２１．７［ｄｅｇ］の範囲外の角度も検出できるようになった。

このように、本実施形態のレーダ装置では、位相折り返しゴーストの対策ができ、位相折り返しゴーストの減少によるレーダ装置の不要作動がなくなると共に、従来よりも広角域の反射波の到来方向の検出が可能になる。このように、電力差、即ち、受信パワーの差を用いて、誤判定の防止を行うことができる。なお、ここで言う受信パワーは、角度の測定方式がモノパルス方式ではＦＦＴの出力であり、角度推定部がある場合は抽出された角度のスペクトラム値になる。また、角度推定部がある場合は、ビーム走査系の方式（ＤＢＦ法、Ｃａｐｏｎ法等）を用いて抽出された角度のスペクトラム値を算出すると精度が向上する。

次に、図１に示したレーダ装置１００の２本の送信アンテナ１Ａ，１Ｂから交互に異なるビームパターンで送信する本発明の第２の実施例を説明する。図９（ａ）は送信アンテナから送信される２つの電波の第２の実施例のビームパターンＢＰＳとＢＰＷを示している。ここでも第１の実施例と同様に、レーダ装置１００の正面の所定範囲の領域でレーダ装置が認識することができる受信波の位相差が±１８０［ｄｅｇ］未満の領域をＣゾーンとし、Ｃゾーンの右側（＋側）の領域をＡゾーンとし、Ｃゾーンの左側（−側）の領域をＢゾーンとする。また、図９（ｂ）は図９（ａ）に示した２つのビームパターンＢＰＳとＢＰＷによる反射波の方位に対する受信レベル（受信パワー）を示すものである。

第２の実施例では、図１に示した送信アンテナ１Ａから送信される電波のビームパターンＢＰＳは、レーダ装置１００の中心軸ＣＬに対する放射範囲が狭いが、出力（送信パワー）が大きいビームパターンとし、送信アンテナ１Ｂから送信される電波のビームパターンＢＰＷは、中心軸ＣＬに対する放射範囲が広いがパワーが小さいビームパターンとしている。

このような２種類のビームパターンＢＰＳ，ＢＰＷを送信する場合の方位に対する受信レベルを図９（ｂ）に示す。ビームパターンＢＰＳの電波を送信した時は、Ｃゾーンにある物標からの反射波の受信パワーが大きく、ＡゾーンとＢゾーンにある物標からの反射波の受信パワーが小さい。逆に、ビームパターンＢＰＷの電波を送信した時は、Ｃゾーンにある物標からの反射波の受信レベルは、ＡゾーンとＢゾーンにある物標からの反射波の受信パワーよりも大きいが、ビームパターンＢＰＳの電波を送信した時のＣゾーンにある物標からの反射波の受信パワーよりも小さい。また、ＡゾーンとＢゾーンにある物標からの反射波の受信パワーは、Ｃゾーンにある物標からの反射波の受信パワーよりも小さいが、ビームパターンＢＰＳの電波を送信した時のＡゾーンとＢゾーンにある物標からの反射波の受信パワーよりも大きい。

第２の実施例でも方位に対する受信レベルの電力差、即ち受信パワーの差から位相の折り返しゴーストの状態を判定して、本来の反射波の到来方向を算出することができる。即ち、演算により求めた物標の角度はＣゾーンに位置することになるが、実際の物標が折り返しゴースト領域であるＡゾーンまたはＢゾーンに存在する場合は、ビームパターンＢＰＷによる反射波の受信パワーＴｘＷの方がビームパターンＢＰＳによる反射波の受信パワーＴｘＳより大きい。また、実際の物標がＣゾーンに存在する場合（即ち、位相折り返しゴーストなし）は受信パワーＴｘＳの方が、受信パワーＴｘＷより大きい。従って、演算で求めた角度の方向からの反射波の受信パワーＴｘＳと受信パワーＴｘＷを比較することで、前者の方が後者より大きい場合は折り返しゴーストのない正しい反射波の到来方向であると判定できる。また前者の方が後者より小さい場合は、折り返しゴーストが発生しており、正しい反射波の到来方向ではないと判定できる。

この電力差、即ち、受信パワーの差を用いて、誤判定の防止を行うことができる。なお、ここで言う受信パワーは、角度の測定方式がモノパルス方式ではＦＦＴの出力であり、角度推定部がある場合は抽出された角度のスペクトラム値になる。なお、角度推定部がある場合は、ビーム走査系の方式（ＤＢＦ法、Ｃａｐｏｎ法等）を用いて抽出された角度のスペクトラム値を算出すると精度が向上する。

図１０（ａ）は、以上説明した第２の実施例のビームパターンＢＰＳ，ＢＰＷを使用した場合の位相折り返しゴースト判定の手順の一例を示すフローチャートである。この判定は図１に示した信号処理装置Ｐにある方位演算部１５により、ビームパターンＢＰＳ，ＢＰＷそれぞれの方位を検出した後に行われる。ステップ９０１ではビームパターンＢＰＳによる反射波の受信パワーＴｘＳと、ビームパターンＢＰＷによる同じ方位からの反射波の受信パワーＴｘＷを算出し、続くステップ９０２では受信パワーＴｘＳとＴｘＷの受信パワーの差（ＴｘＳ−ＴｘＷ）を算出する。

続くステップ９０３では受信パワーＴｘＳとＴｘＷの受信パワーの差（ＴｘＳ−ＴｘＷ）が正であるか否かを判定する。そして、受信パワーＴｘＳとＴｘＷの受信パワーの差が正である場合（ＹＥＳ）はステップ９０４に進み、反射波がＣゾーンにあって物標が実在する実在判定を行ってこのルーチンを終了する。一方、受信パワーＴｘＳとＴｘＷの受信パワーの差が正でない場合（ＮＯ）はステップ９０５に進み、反射波がＡゾーンまたはＢゾーンからの折り返しゴースト（図には単にゴースト判定と記載してある）であると判定してこのルーチンを終了する。

なお、変形例として、ステップ９０２の処理を無くし、ステップ９０３で受信パワーＴｘＳとＴｘＷの大小比較を行うことにより、実在かゴーストかの判定を行うことも可能である。この変形例の場合においても受信パワーの差を算出していることは同じである。

ここで、図１１（ａ）に示すように、２つの送信アンテナ１Ａ、１Ｂを備えたレーダ装置１００の前方に、レーダ装置１００に対して０［ｄｅｇ］の方位に物標として反射レベルが１０［ｄＢ］相当のコーナリフレクタＣＲ１を所定距離離して置き、３３．４［ｄｅｇ］の方位に物標として反射レベルが５０［ｄＢ］相当のコーナリフレクタＣＲ２を所定距離離して置いて構成した評価装置８０を用いたシミュレーションについて説明する。３３．４［ｄｅｇ］の方位は位相折り返しで０［ｄｅｇ］の方位に位相折り返しゴーストが出現する方位であり、コーナリフレクタＣＲ２をコーナリフレクタＣＲ１より大きくしたのは、受信結果を見やすくするためである。この時に、アンテナ１ａから送信する電波のビームパターンＢＰＡと、アンテナ１ｂから送信する電波のビームパターンＢＰＢを図１１（ｂ）に示す。ここでは、物標を検出したい範囲におけるビームパターンＢＰＡのパワーの方を、ビームパターンＢＰＢのパワーよりも大きくしてある。

図１２（ａ）は、図１１（ａ）に示した評価装置８０において、図１１（ｂ）に示したビームパターンＢＰＡとＢＰＢをそれぞれアンテナ１Ａ、１Ｂから送信してシミュレーションを行った場合の、０［ｄｅｇ］の方位に置いたコーナリフレクタＣＲ１からの反射波の方位に対する受信レベル、即ち、角度スペクトラムを示すものである。ビームパターンＢＰＡを送信して得られた０［ｄｅｇ］の方位における受信レベルは６３［ｄＢ］であり、ビームパターンＢＰＢを送信して得られた０［ｄｅｇ］の方位における受信レベルは４１［ｄＢ］であった。この場合は、ビームパターンＢＰＡを送信した時の受信レベルの方が、ビームパターンＢＰＢを送信した時の受信レベルよりも大きいので正しい物標（検知対象物標）と判定し受信レベルを出力させる。

図１２（ｂ）は、図１１（ａ）に示した評価装置８０において、図１１（ｂ）に示したビームパターンＢＰＡとＢＰＢをそれぞれアンテナ１Ａ、１Ｂから送信してシミュレーションを行った場合の、３３．３４［ｄｅｇ］の方位に置いたコーナリフレクタＣＲ２からの反射波の方位に対する受信レベルを示すものである。ビームパターンＢＰＡを送信して得られた０［ｄｅｇ］の方位における受信レベルは２４［ｄＢ］であり、ビームパターンＢＰＢを送信して得られた０［ｄｅｇ］の方位における受信レベルは３１［ｄＢ］であった。この場合は、ビームパターンＢＰＡを送信した時の受信レベルの方が、ビームパターンＢＰＢを送信した時の受信レベルよりも小さいので位相折り返しゴースト（検知対象物外物標）と判定し、受信レベルは出力しない。以上のような判定を行うことにより、位相折り返しゴーストを出力することが防止される。

なお、以上説明した第２の実施例では、送信アンテナ１Ａから送信される電波のビームパターンＢＰＳはパワーが大きく、送信アンテナ１Ｂから送信される電波のビームパターンＢＰＷはパワーが小さいビームパターンとなっていた。一方、図９（ｃ）に示す第２の実施例の変形例では、送信アンテナ１Ａから送信される電波のビームパターンＢＰＳと送信アンテナ１Ｂから送信される電波のビームパターンＢＰＷのパワーを同じにしてあり、レーダ装置１００の中心軸ＣＬに対する放射範囲のみ異ならせてある。第２の実施例の変形例では、送信アンテナ１Ａから送信される電波のビームパターンＢＰＳは放射範囲を狭くしてあり、送信アンテナ１Ｂから送信される電波のビームパターンＢＰＷは放射範囲を広くしてある。

このような２種類のビームパターンＢＰＳ，ＢＰＷを送信する場合の方位に対する受信レベルを図９（ｄ）に示す。ビームパターンＢＰＳの電波を送信アンテナ１Ａから送信した時は、Ｃゾーンにある物標からの反射波の受信パワーが大きく、ＡゾーンとＢゾーンにある物標からの反射波の受信パワーが小さい。逆に、ビームパターンＢＰＷの電波を送信した時は、Ｃゾーンにある物標からの反射波の受信パワーが最も大きいが、ＡゾーンとＢゾーンにある物標からの反射波の受信パワーも大きい。Ｃゾーンにおいては、ビームパターンＢＰＳの電波を送信した時のＣゾーンにある物標からの反射波の受信パワーよりも大きい部分がある。

ここでもＡゾーンとＣゾーンの境界部、及びＢゾーンとＣゾーンの境界部におけるビームパターンＢＰＳとビームパターンＢＰＷによる反射波の受信レベルの差は等しいものとし、共にレベル差をＰＤとする。すると、第２の実施例の変形例では、図９（ｄ）に示す２種類のビームパターンＢＰＳとビームパターンＢＰＷのゾーン境界部におけるレベル差（受信パワー差）ＰＤを基準値として、反射波の受信パワー差が基準値以上かどうかで物標の実在判定と位相折り返しゴーストの判定を行うことができる。

即ち、ＡゾーンとＢゾーンでは、ビームパターンＢＰＷによる反射波の受信パワーとビームパターンＢＰＳによる反射波の受信パワーとの差が基準値ＰＤよりも大きい。また、ＣゾーンではビームパターンＢＰＳによる反射波の受信パワーと、ビームパターンＢＰＷによる反射波の受信パワーの差は基準値ＰＤより小さい。従って、受信パワーの差が基準値ＰＤより小さければ正しい物標であると判定でき、受信パワーの差が基準値ＰＤ以上であれば位相折り返しゴーストであると判定できる。

図１０（ｂ）は第２の実施例の変形例のビームパターンを使用した場合の折り返しゴースト判定の手順の一例を示すフローチャートである。ステップ９０１とステップ９０２の手順は同じであるので図示は省略する。

ステップ９０２において反射波の受信パワーＴｘＳと受信パワーＴｘＷのパワー差が算出されると、次のステップ９０６ではこのパワー差を（ＴｘＷ−ＴｘＳ）として、この差が基準値ＰＤより小さいかを判定する。そして、（ＴｘＷ−ＴｘＳ）＜ＰＤであった時（ＹＥＳ）はステップ９０７に進んで物標の実在判定を行い、そうでない場合（ＮＯ）はステップ９０８において物標がＡゾーンまたはＢゾーンからの位相折り返しゴーストであると判定する。即ち、Ｃゾーンにおいて、受信パワーＴｘＳと受信パワーＴｘＷの差が小さく両者が同等の時に、正しい物標（検知対象物標）と判定し、受信パワーＴｘＷの方が受信パワーＴｘＳより基準値ＰＤ所定より大きかった時に位相折り返しゴースト（検知対象物外物標）と判定する。以上のような判定を行うことにより、第２の実施例の変形例においても位相折り返しゴーストを出力することが防止される。

尚、第２の実施例の変形例においても、ステップ９０２で受信パワーの差をとることなく、一方の受信パワー＋ＰＤと他方の受信パワーとの大小比較を行うことで、実在かゴーストかの判定を行うようにしても良い。

１Ａ、１Ｂ 送信アンテナ
３ アレーアンテナ
５ 発振器
９ フーリエ変換部
１０ ピーク算出部
１５ 方位演算部
２０ 送受信制御部
３０ 距離・相対速度演算部
１００ レーダ装置
Ａ１〜Ａｎ アンテナ
ＣＬ レーダ装置の中心軸
ＣＲ１，ＣＲ２ コーナリフレクタ
Ｒ、Ｒ１〜Ｒｎ 受信部
ＲＷ、ＲＷ１〜ＲＷｎ 反射波
Ｓ 送信部
ＳＷ スイッチ
ＷＡ，ＷＢ 電波（送信波）
Ｘ１〜Ｘｎ デジタル信号
λ 受信波の波長

Claims (9)

1. 電波を送信し、反射波を複数の受信アンテナで受信した各受信信号の位相差に基づいて物標の角度を算出して物標位置を検出する電子スキャン方式のレーダ装置において、
   電波を送受信するアンテナ部に２本の送信アンテナを設けると共に、
   前記２本の送信アンテナから、ビームパターンの異なる第１のビームパターンの電波と第２のビームパターンの電波を交互に送信する送信手段と、
   前記第１のビームパターンによる反射波を受信した各受信信号から算出した反射波の到来角度と受信レベルを算出する第１の受信手段と、
   前記第２のビームパターンによる反射波を受信した各受信信号から算出した反射波の到来角度と受信レベルを算出する第２の受信手段と、
   前記第１と第２の受信手段によって算出された受信レベル同士を、前記反射波の到来角度を合わせて比較し、両者のレベル差が所定の受信レベル差以上か否かを判定する比較手段と、
   前記比較手段の判定結果に応じて、反射波の到来角度に物標が実在するか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記第１のビームパターンと前記第２のビームパターンは、ビームパターンの形状が同じであり、前記レーダ装置の正面を０度として、前記第１のビームパターンの送信軸は右側に所定角度傾け、前記第２のビームパターンの送信軸は左側に同じ角度傾けたものであることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記第１のビームパターンと前記第２のビームパターンとには、前記レーダ装置の正面において重なり合う領域を持たせたことを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記判定手段は、
   前記第１と第２の受信手段によって受信された反射波の受信レベルの差の絶対値が基準レベルより小さい時、受信された反射波の到来角度に物標が実在すると判定し、
   前記第１と第２の受信手段によって受信された反射波の受信レベルの差の絶対値が前記基準レベルより大きい時、受信された反射波の到来角度に物標が実在しないと判定することを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
5. 前記第１のビームパターンと前記第２のビームパターンは送信軸が同じであり、前記第１のビームパターンはビームの送信幅が前記第２のビームパターンのビームの送信幅よりも狭く、かつ送信出力が第２のビームパターンの送信出力よりも大きく、前記レーダ装置の正面において重なり合う領域を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
6. 前記判定手段は、
   前記第１の受信手段によって受信された反射波の受信レベルが前記第２の受信手段によって受信された反射波の受信レベルよりも大きい時に、反射波の到来角度に物標が実在すると判定し、そうでない時には反射波の到来角度に物標が実在しないと判定することを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
7. 前記第１のビームパターンと前記第２のビームパターンは送信軸が同じであり、前記第１のビームパターンは、ビームの送信幅が前記第２のビームパターンのビームの送信幅よりも狭く、かつ送信出力が第２のビームパターンの送信出力と同じであり、前記レーダ装置の前方において重なり合う領域を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
8. 前記判定手段は、
   前記第１と第２の受信手段によって受信された反射波の受信レベルの差が基準値より大きい時、受信された反射波の到来角度に物標が存在しない判定することを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
9. 電波を送信し、反射波を複数の受信アンテナで受信した各受信信号の位相差に基づいて物標の角度を算出して物標位置を検出する電子スキャン方式のレーダ装置において、
   電波を送受信するアンテナ部に２本の送信アンテナを設けると共に、
   前記２本の送信アンテナから、ビームパターンの異なる第１のビームパターンの電波と第２のビームパターンの電波を交互に送信する送信手段と、
   前記第１のビームパターンによる反射波を受信した各受信信号から算出した反射波の到来角度と受信レベルを算出する第１の受信手段と、
   前記第２のビームパターンによる反射波を受信した各受信信号から算出した反射波の到来角度と受信レベルを算出する第２の受信手段と、
   前記第１と第２の受信手段によって算出された受信レベル同士を、前記反射波の到来角度を合わせて比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較結果に基づき、反射波の到来角度に物標が実在するか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴とするレーダ装置。

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