专利名称：雷达装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对车辆等的方向(角度)进行观测的雷达装置。
背景技术：
在用雷达装置来观测行驶于道路的车辆时，采用小型的天线。图1是表示以往的 雷达装置之构成的系统图。图2是表示该雷达装置之动作的流程图。该雷达装置具备天 线10、收发器20以及信号处理器30。利用在收发器20内部的发送器21扫频后的信号从天线发射元件11进行发射。另 一方面，在多个天线接收元件12接收到的信号分别通过多个混频器22进行频率变换，并发 送到信号处理器30。在信号处理器30输入来自收发器20的信号(步骤S201)，信号通过 AD变换器31变换成数字信号，并作为元件信号发送到FFT部32。FFT部32对发自AD变换器31的信号进行快速傅立叶变换以变换成频率轴上的 元件信号，并发送到DBF (Digital Beam Forming 数字波束形成)部34。DBF部33使用发 自FFT部32的频率轴上的元件信号形成Σ波束和Δ波束。在DBF部33所形成的Σ波束 被送到检测部35，Δ波束被送到测角部37。检测部35基于发自DBF部33的Σ波束对目 标进行检测，并将检测结果发送到测距/测速部36。接下来，计算距离以及速度(步骤S202)。即，测距/测速部36基于来自检测部 35的检测结果对至目标为止的距离以及目标速度进行测定并发送到外部，同时将Σ波束发 送到测角部37。接下来，计算角度(步骤S203)。即，测角部37使用发自测距/测速部36的Σ波 束和发自DBF部33的△波束，通过图3所示那样的单脉冲方式来进行测角。单脉冲方式 在非专利文献1有所说明。通过测角部37进行测角而获得的角度被送出到外部。接下来，进行相关追踪(步骤S204)。即，外部的未图示的相关迫尾部基于发自信 号处理器30的距离、速度以及角度进行相关追踪处理以计算目标的位置以及速度。之后， 检查循环是否已结束(步骤S205)。若在步骤S205中判断为循环尚未结束，就进行用于将 下一循环作为处理对象的处理(步骤S206)。之后，处理返回到步骤S201，反复进行上述处 理。另一方面，若在步骤S205中判断为循环已结束，则该雷达装置的追踪处理结束。这里，考虑在天线元件间存在误差的情况。如图4所示这一误差是因线长、混频器 的温度变化、老化等而发生的振幅以及相位误差。在这种情况下，如图5所示那样发生增益 下降、指向方向偏差等，探测能力及测角性能因这一影响而低下。现有技术文献非专利文献非专利文献1 吉田孝监修、‘修订雷达技术’、电子信息通信学会、 pp.260-264(1996)如上所述，在以往的雷达装置中存在如下问题。即，在通过雷达来观测行使于道路 的车辆时，采用元件数较少的小型天线。因此，一般而言就有旁瓣(side lobe)变高，发生
4误检测或测角精度劣化之类的问题。另外，还有天线元件间的振幅以及相位因温度变化或 老化等而变化，波束合成后的增益及测角性能劣化之类的问题。
发明内容
本发明的课题在于提供一种雷达装置，防止起因于旁瓣的误检测以及测角精度的 劣化，还防止起因于温度变化或老化等的探测能力、测角性能的降低以便能够高精度地观 测目标。为了解决上述课题，第1发明提供一种雷达装置，包括天线，具备被分割成第1收 发兼用元件和第2收发兼用元件的收发兼用元件和被分割成第1接收专用元件和第2接收 专用元件的接收专用元件；波束成形部，将应观测的角度范围分割成多个，并通过天线的各 元件以覆盖分割后的各个角度范围的方式形成发射波束，在接收中将天线的各元件的波束 指向方向设为与第1收发兼用元件和第2收发兼用元件相同的方向，通过第1收发兼用元 件和第1接收专用元件、第2收发兼用元件和第2接收兼用元件形成E和△的相位单脉冲 波束以覆盖多个角度范围的各个，并通过第1收发兼用元件、第2收发兼用元件、第1接收 专用元件以及第2接收专用元件形成狭窄波束宽度的波束；以及测角部，基于在波束成形 部所形成的波束，来进行单脉冲测角。第2发明提供一种雷达装置，包括具有多个元件的天线；波束成形部，形成通过 在基于来自天线的多个信号所形成的多个接收波束的绝对值上乘以规定系数并进行加法 运算而成形的波束；以及测角部，对在波束成形部所形成的波束之中、超过规定阈值的波束 进行单脉冲测角。第3发明提供一种雷达装置，包括具有多个元件的天线；第1波束成形部，形成 通过在基于来自天线的多个信号所形成的多个接收波束的绝对值上乘以规定系数并进行 加法运算而成形的第1波束；第2波束成形部，形成通过在基于来自天线的多个信号所形 成的多个接收波束的绝对值上乘以规定系数并进行加法运算而成形的第2波束；以及测角 部，对在第1波束成形部所形成的第1波束之中、超过规定阈值的波束，使用该第1波束以 及在第2波束成形部所形成的第2波束进行单脉冲测角。第4发明提供一种雷达装置，包括具有多个元件的天线；FFT部，对来自发射 FMCW调制后的频率扫频信号或接收来自对向车辆的干扰波的天线的信号进行采样并进行 快速傅立叶变换；修正电路，在FFT部的输出超过规定阈值的情况下，将与各元件相对的相 位以一次式进行最小二乘拟合，并进行使相位面匹配的修正以便匹配于直线的倾斜度，或 者在FFT部的输出超过规定阈值的情况下进行单脉冲测角，并进行使相位面匹配的修正以 便匹配于与通过该单脉冲测角而获得的测角值相应的相位倾斜度；以及测角部，在利用修 正电路进行修正之后进行单脉冲测角。第5发明提供一种雷达装置，包括具有多个元件的天线；检测部，在发射FMCW调 制后的频率扫频信号并对该发射后的信号进行了解调的拍频轴上同一频率组的多个波束 的输出之中，检测最大值或者最大值和第2输出电平之差大于等于规定电平差的波束、或 者隔离了 1个波束以上的2个波束输出电平小于等于规定电平差的波束；测距/测速部，使 用在检测部检测出的波束对多个频率组进行测距以及测速；以及测角部，使用在检测部检 测出的波束对多个频率组进行测角。
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根据本发明，即便是车辆搭载等的小型天线也可减少旁瓣，即便在有温度变化或 老化的情况下也可修正误差以降低误检测，能够实现测角精度高的雷达装置。
图1是表示以往的雷达装置之构成的系统图。图2是表示以往的雷达装置之动作的流程图。图3是用于说明在以往的雷达装置上进行的单脉冲方式测角的图。图4是用于说明在以往的雷达装置中发生的天线元件间误差的图。图5是用于说明在以往的雷达装置中发生的天线元件间误差所引起的增益下降 以及指向方向之影响的图。图6是表示本发明的实施例1所涉及的雷达装置之构成的系统图。图7是表示本发明的实施例1所涉及的雷达装置之动作的流程图。图8是表示本发明的实施例2所涉及的雷达装置之构成的系统图。图9是表示本发明的实施例2所涉及的雷达装置之动作的流程图。图10是用于说明本发明的实施例1以及实施例2所涉及的雷达装置之动作的图。图11是用于说明本发明的实施例1所涉及的雷达装置之动作的图。图12是用于说明本发明的实施例2所涉及的雷达装置之动作的图。图13是用于说明本发明的实施例2所涉及的雷达装置之动作的图。图14是用于说明本发明的实施例3所涉及的雷达装置之动作的图。图15是表示本发明的实施例3所涉及的雷达装置之动作的流程图。图16是表示本发明的实施例4所涉及的雷达装置之构成的系统图。图17是表示本发明的实施例4所涉及的雷达装置之动作的流程图。图18是用于说明本发明的实施例3以及实施例4所涉及的雷达装置之动作的图。图19是用于说明本发明的实施例3以及实施例4所涉及的雷达装置之动作的图。图20是用于说明本发明的实施例3以及实施例4所涉及的雷达装置之动作的图。图21是用于说明本发明的实施例3以及实施例4所涉及的雷达装置之动作的图。图22是用于说明本发明的实施例3以及实施例4所涉及的雷达装置之动作的图。图23是用于说明本发明的实施例3以及实施例4所涉及的雷达装置之动作的图。图24是表示本发明的实施例5所涉及的雷达装置之动作的流程图。图25是表示本发明的实施例5之变形例所涉及的雷达装置之动作的流程图。图26是用于说明本发明的实施例5所涉及的雷达装置之动作的图。图27是表示本发明的实施例6所涉及的雷达装置之动作的流程图。图28是用于说明本发明的实施例6所涉及的雷达装置之动作的图。图29是表示本发明的实施例7所涉及的雷达装置之构成的系统图。图30是用于说明本发明的实施例7所涉及的雷达装置之动作的图。图31是用于说明本发明的实施例7所涉及的雷达装置之动作的图。
具体实施例方式下面，一边参照附图一边详细地说明本发明实施方式的雷达装置。
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实施例1图6是表示本发明的实施例1所涉及的雷达装置之构成的系统图。该雷达装置具 备天线10、收发器20以及信号处理器30a。天线10由天线发射元件11和多个天线接收元件12所构成。天线发射元件11将 发自收发器20作为电信号的发射信号变换成电波并送出到外部。多个天线接收元件12接 收来自外部的电波并变换成电信号，作为接收信号发送到收发器20。收发器20具备发送器21和多个混频器22，多个混频器22分别对应于多个天线 接收元件12而设置。发送器21生成发射信号，并发送到天线发射元件11以及多个混频器 22。多个混频器22将分别从多个天线接收元件12接收到的接收信号依照来自发送器21 的信号进行频率变换，并将其发送到信号处理器30。信号处理器30a具备AD变换器31、FFT部32、DBF部33、波束成形部34、检测部 35、测距/测速部36以及测角部37。AD变换器31将发自收发器20的模拟信号变换成数字信号，并作为元件信号发送 到FFT部32。FFT部32将发自AD变换器31的元件信号通过快速傅立叶变换变换成频率 轴上的元件信号，并将其发送到DBF部33。DBF部33使用发自FFT部32的频率轴上的元件信号，形成E波束和A波束。在 DBF部33所形成的E波束被送到波束成形部34，A波束被送到测角部37。波束成形部34将发自DBF部33的E波束进行合成，并将其发送到检测部35。检 测部35基于发自波束成形部34的合成后的E波束对目标进行检测，并将该检测结果发送 到测距/测速部36。测距/测速部36基于发自检测部35的检测结果进行测距以及测速。通过在测距 /测速部36进行测距以及测速而获得的距离以及速度被输出到外部。测角部37基于经由波束成形部34、检测部35以及测距/测速部36发自DBF部 33的E波束以及发自DBF部33的A波束进行测角。通过测角部37进行测角而获得的角 度被输出到外部。其次，一边参照图7所示的流程图一边说明如此构成的本发明的实施例1所涉及 的雷达装置之动作。当循环开始后，首先进行快速傅立叶变换(FFT)(步骤S1)。即，频率连续地进行变 化(FM调制后)的扫频信号从天线发射元件11进行发射，所发射的信号用多个天线接收元 件12进行接收。接收到的信号在收发器20进行频率变换并发送到信号处理器30的AD变 换器31。AD变换器31将发自收发器20的模拟信号变换成数字信号，并作为元件信号发送 到FFT部32。FFT部32对发自AD变换器31的元件信号进行快速傅立叶变换。据此，获得 频率轴上的元件信号。在FFT部32所获得的频率轴上的元件信号被送到DBF部33。接下来，进行DBF处理(步骤S12)。即，DBF部33使用发自FFT部32的频率轴上 的元件信号形成E波束以及A波束。在DBF部33所形成的E波束被送到波束成形部34， A波束被送到测角部37。接下来，进行E绝对值运算(步骤S13)。即，波束成形部34计算发自DBF部33的 E波束之绝对值。接下来，检查扫频是否结束(步骤S14)。即，检查针对所有扫频的处理是
7否已结束。在步骤S14中扫频尚未结束的情况下，处理返回到步骤S11对下一扫频信号反 复进行上述处理。另一方面，在步骤S14中扫频结束的情况下进行波束合成(步骤S15)。S卩，波束成 形部34通过在步骤S13计算出的E波束之绝对值上乘以规定系数并进行加法运算而形成 (合成)波束，并将其发送到检测部35。接下来，进行检测处理(步骤S16)。即，检测部35基于发自波束成形部34的合成 后的E波束，对目标进行检测，并将检测结果发送到测距/测速部36。测距/测速部36基 于发自检测部35的检测结果进行测距以及测速，并将通过这些测距以及测速所获得的距 离以及速度输出到外部。接下来，进行单脉冲测角(步骤S17)。S卩，测角部37基于经由波束成形部34、检 测部35以及测距/测速部36发自DBF部33的E波束以及发自DBF部33的A波束进行 单脉冲测角(振幅单脉冲测角、相位单脉冲测角或者斜视(squint)单脉冲测角等)，并将通 过该测角所获得的角度输出到外部。接下来，检查目标是否已结束(步骤S18)。即，检查针对所有目标的处理是否已结 束。在步骤S18中目标尚未结束的情况下，目标被变更成下一目标(步骤S19)，之后，处理 返回到步骤S16反复执行上述处理。另一方面，在步骤S21中目标已结束的情况下处理结
束o进一步说明上述的雷达装置。设在由N元件的天线所构成的相控阵列(phased array:相控阵)中，形成M条接收波束bl bM。虽然在元件数N较多的情况下旁瓣易于 降低，但在元件数较少的情况下，振幅权重的控制变得困难，旁瓣易于变高。作为这一对策，还存在通过控制振幅相位权重以降低旁瓣的方法。但是，因易于受 到相位误差的影响，故本发明的实施例1所涉及的雷达装置如图10所示那样，形成通过在 bl bM(M > 1的整数)的绝对值上乘以规定的系数并进行加法运算而成形的bal baM。 对于这一所成形的波束输出超过阈值的信号，实施单脉冲测角(相位单脉冲、振幅单脉冲 或者斜视单脉冲测角等)。振幅单脉冲测角时的检测用波束以及测角用波束的情形表示在 图11中。检测用波束能够用下式来进行表达。
nN-\
其中，
bm( 0 ) :M条E波束输出(m = 1 M) E(9)元件模式 W(n)复数权重(n = 1 N) n 元件编号(n = 1 N) 入波长
成形波束(作为bam波束的E波束)为下式。 [数学公式2]
bam{0) - VKm ’ abs(bm{0)) f o、 ^ ... ( 2 }
)f 1CN 101981467 A说明书6/15 页其中，bam( e )成形波束(m = 1 M)abs[]绝对值1(111:系数(111=1 ]\0决定系数Km以使bma的旁瓣降低。另外，例如在相位单脉冲测角时能够使用下式的△波束来进行测角。[数学公式3]
权利要求
一种雷达装置，其特征在于包括天线，具备被分割成第1收发兼用元件和第2收发兼用元件的收发兼用元件和被分割成第1接收专用元件和第2接收专用元件的接收专用元件；波束成形部，将应观测的角度范围分割成多个，并通过上述天线的各元件以覆盖分割后的各个角度范围的方式形成发射波束，在接收中将上述天线的各元件的波束指向方向设为与上述第1收发兼用元件和上述第2收发兼用元件相同的方向，通过上述第1收发兼用元件和上述第1接收专用元件、上述第2收发兼用元件和上述第2接收兼用元件形成∑和Δ的相位单脉冲波束以覆盖多个角度范围的各个，并通过上述第1收发兼用元件、上述第2收发兼用元件、上述第1接收专用元件以及上述第2接收专用元件形成狭窄波束宽度的波束；以及测角部，基于在上述波束成形部所形成的上述波束，来进行单脉冲测角。
2.一种雷达装置，其特征在于包括具有多个元件的天线；波束成形部，形成通过在基于来自上述天线的多个信号所形成的多个接收波束的绝对 值上乘以规定系数并进行加法运算而成形的波束；以及测角部，对在上述波束成形部所形成的波束之中、超过规定阈值的波束进行单脉冲测
3.一种雷达装置，其特征在于包括 具有多个元件的天线；第1波束成形部，形成通过在基于来自上述天线的多个信号所形成的多个接收波束的 绝对值上乘以规定系数并进行加法运算而成形的第1波束；第2波束成形部，形成通过在基于来自上述天线的多个信号所形成的多个接收波束的 绝对值上乘以规定系数并进行加法运算而成形的第2波束；以及测角部，对在上述第1波束成形部所形成的第1波束之中、超过规定阈值的波束，使用 该第1波束以及在上述第2波束成形部所形成的第2波束进行单脉冲测角。
4.一种雷达装置，其特征在于包括 具有多个元件的天线；FFT部，对来自发射FMCW调制后的频率扫频信号或接收来自对向车辆的干扰波的天线 的信号进行采样并进行快速傅立叶变换；修正电路，在上述FFT部的输出超过规定阈值的情况下，将与各元件相对的相位以一 次式进行最小二乘拟合，并进行使相位面匹配的修正以便匹配于直线的倾斜度，或者在上 述FFT部的输出超过规定阈值的情况下进行单脉冲测角，并进行使相位面匹配的修正以便 匹配于与通过该单脉冲测角而获得的测角值相应的相位倾斜度；以及 测角部，在利用上述修正电路进行修正之后进行单脉冲测角。
5.一种雷达装置，其特征在于包括 具有多个元件的天线；检测部，在发射FMCW调制后的频率扫频信号并对该发射后的信号进行了解调的拍频 轴上同一频率组的多个波束的输出之中，检测最大值或者最大值和第2输出电平大于等于 规定电平差的波束、或者隔离了 1个波束以上的2个波束输出电平小于等于规定电平差的波束；测距/测速部，使用在上述检测部检测出的波束对多个频率组进行测距以及测速；以及测角部，使用在上述检测部检测出的波束对多个频率组进行测角。
全文摘要
本发明包括天线(10)，具备被分割成第1收发兼用元件和第2收发兼用元件的收发兼用元件(11a)和被分割成第1接收专用元件和第2接收专用元件的接收专用元件(12a)；波束成形部(34)，将观测角度范围分割成多个，并通过天线的各元件以覆盖分割后的各个角度范围的方式形成发射波束，在接收中将天线的各元件的波束指向方向设为与第1收发兼用元件和第2收发兼用元件相同的方向，通过第1收发兼用元件和第1接收专用元件、第2收发兼用元件和第2接收兼用元件形成∑和Δ的相位单脉冲波束以覆盖多个角度范围的各个，并通过第1收发兼用元件、第2收发兼用元件、第1接收专用元件以及第2接收专用元件形成狭窄波束宽度的波束；以及测角部(37)，基于在波束成形部所形成的波束来进行单脉冲测角。
文档编号G01S7/02GK101981467SQ201080001266
公开日2011年2月23日 申请日期2010年3月19日 优先权日2009年6月8日
发明者丹羽雅人, 吉田卓司, 吉田大广, 后藤秀人, 大须贺万城, 川端一彰, 竹谷晋一 申请人:株式会社东芝