阵列天线装置的制作方法

文档序号:11142661
阵列天线装置的制造方法

本发明涉及阵列天线装置。



背景技术:

在用于以-α~α的角度范围对主瓣进行电子扫描并进行目标检测的阵列天线中,若将元件天线间距离设为d,将收发电波的波长设为λ,则当d>0.5λ/sinα时,有时栅瓣会出现在主瓣的扫描范围(-α~α)内。

一旦栅瓣出现在主瓣的扫描范围内,则有可能导致错误地检测目标的方向。因此,希望避免栅瓣产生在主瓣的扫描范围内。

在此,只要使元件天线间距离d相对于波长λ足够小,则不论主瓣的指向角度如何,都能够避免栅瓣产生在主瓣的扫描范围内。然而,波长λ以及元件天线间距离d受其他各种条件的制约,难以脱离这些条件的上限和/或下限而对波长λ以及元件天线间距离d进行设定。

于是,以往开发了去除由栅瓣引起的误检测的技术。

例如,在专利文献1所记载的阵列天线装置中,具备将多个元件天线以等间隔配置在一条直线上构成的发送阵列天线以及接收阵列天线,设M、N为互质的整数,接收阵列天线的元件天线根据对整数M乘以波长后除以第1零发生角(null occurrence angle)而得到的商,配置在元件天线的阵元图中的第1零发生角附近,以使得具有接收阵列天线的阵因子的第M个栅瓣,发送阵列天线的元件天线通过由对整数N乘以接收阵列天线的元件天线的间隔后除以整数M而得到的商所成的间隔来配置,以使得发送阵列天线的阵因子的第N个栅瓣的发生角度与第M个栅瓣的发生角一致。

这样,在专利文献1所记载的技术中,通过取得两种阵列天线元件排列的方向图(指向图)之积,来抑制栅瓣。但是,仅以此,难以抑制波束扫描的角度范围内的全部栅瓣,因此,进一步通过使栅瓣的发生角度与形成天线增益在天线元件指向性(阵元因子:element factor)上明显低的零点(null point)的角度一致,对剩余的栅瓣也进行了抑制。

现有技术文献

专利文献1:日本特开2012-120144号公报



技术实现要素:

发明所要解决的问题

然而,在现有的抑制栅瓣的技术(专利文献1等)中,并没有以进行波束扫描作为前提,因此,一旦进行波束扫描,则栅瓣所发生的角度也会随之改变。在这种情况下,栅瓣发生角度与零点形成角度变得不一致。其结果,会出现变得无法在所期望的检测角度范围内抑制全部栅瓣的情况。

本发明是鉴于上述的情况而做出的,其目的在于提供能够在阵列天线中进行波束扫描的情况下去除由栅瓣引起的误检测的阵列天线装置。

用于解决问题的技术方案

本发明的阵列天线装置是多个天线元件排列为包含第一天线元件排列和第二天线元件排列而成的阵列天线装置,所述第一天线元件排列以具有预定的周期性的元件间隔来排列,所述第二天线元件排列以具有与所述第一天线元件排列中的周期性不同的预定的周期性的元件间隔来排列,所述阵列天线装置的特征在于,具备控制部,所述控制部基于所述第一天线元件排列的阵列天线的检测结果和所述第二天线元件排列的阵列天线的检测结果的比较,去除由栅瓣引起的误检测,作为所述第一天线元件排列的天线元件间隔的第一元件间隔和作为所述第二天线元件排列的天线元件间隔的第二元件间隔均是作为满足式1的天线元件间隔而设定的最小天线元件间隔的整数倍的间隔,

0<D<(0.5λ/sinα) …(式1)

在式1中,D表示最小天线元件间隔,α表示预定的最大检测角度,λ表示电波的波长,

满足:第一整数和第二整数是互质关系,并且均为2以上的正整数,所述第一整数是使所述第一元件间隔成为所述最小天线元件间隔的整数倍的整数,所述第二整数是使所述第二元件间隔成为所述最小天线元件间隔的整数倍的整数。

在上述阵列天线装置中,优选为,与所述第一天线元件排列以及所述第二天线元件排列分别对应的各天线元件配置成:所述第一天线元件排列的阵列天线和所述第二天线元件排列的阵列天线并行配置。

在上述阵列天线装置中,优选为,与所述第一天线元件排列以及所述第二天线元件排列分别对应的各天线元件配置成:在使所述第一天线元件排列的天线元件的位置和所述第二天线元件排列的天线元件的位置至少有1处位置重叠的状态下,所述第一天线元件排列以及所述第二天线元件排列组合在一条直线上而成串配置。

发明效果

根据本发明涉及的阵列天线装置,能取得能够在阵列天线中进行波束扫描的情况下去除由栅瓣引起的误检测这一效果。

附图说明

图1是表示实施方式1中的阵列天线装置的结构的一例的图。

图2是表示实施方式1中的阵列天线的一例的图。

图3是表示接收波的相位关系的一例的图。

图4是表示阵列天线指向性的一例的图。

图5是表示实施方式1中的方向图的一例的图。

图6是表示实施方式1中的处理的一例的流程图。

图7是表示实施方式2中的阵列天线装置的结构的一例的图。

图8是表示实施方式2中的阵列天线的一例的图。

图9是表示实施方式3中的阵列天线装置的结构的一例的图。

图10是表示实施方式3中的天线元件的配置的一例的图。

图11是表示实施方式3中的可选的天线元件间隔的一例的图。

图12是表示实施方式3中的各天线元件间隔的方向图的一例的图。

图13是表示实施方式3中的处理的一例的流程图。

具体实施方式

下面,基于附图,详细说明作为雷达装置的阵列天线装置的实施方式,所述雷达装置具备具有本发明涉及的阵列天线配置结构的阵列天线。此外,本发明不限定于该实施方式。另外,下述的实施方式中的构成要素中包括本领域技术人员能够容易地想到的要素或者实质上相同的要素。

[实施方式1]

参照图1~图6,对实施方式1进行说明。图1是表示实施方式1中的阵列天线装置100的结构的一例的图。图2是表示实施方式1中的阵列天线的一例的图。图3是表示接收波的相位关系的一例的图。图4是表示阵列天线指向性的一例的图(极坐标显示)。图5是表示实施方式1中的方向图的一例的图。图6是表示实施方式1中的处理的一例的流程图。

如图1所示,实施方式1中的阵列天线装置100构成为具备第1阵列天线20、第2阵列天线30以及控制部40。

在此,参照图2,对第1阵列天线20以及第2阵列天线30进行说明。

如图2所示,第1阵列天线20是以最小天线元件间隔D的K1倍的间隔将天线元件10配置在一条直线上而成的阵列天线。第2阵列天线30是以最小天线元件间隔D的K2倍的间隔将天线元件10配置在一条直线上而成的阵列天线。K1和K2是互质关系的并且均为2以上的正整数。

在此,“互质关系的并且均为2以上的正整数”意味着,两个整数是成为除1和-1以外不具有公约数的情况下的两个数的关系即“互质的关系”的正整数中的、除1以外的2以上的正整数。在本实施方式中,有时将“互质关系的并且均为2以上的正整数”称为“互质的2以上的正整数”。在此,互质的2以上的正整数优选为大于等于3。

在本实施方式中,所谓“最小天线元件间隔”,是设定为使得在进行波束扫描的情况下在预定的检测角度范围内不产生栅瓣的天线元件间隔。例如,当预定的检测角度范围为±α度时,需要将最小天线元件间隔D设定在由以下的式1表示的范围内。例如在“α=90度”的情况下,需要将天线元件间隔设为比0.5λ小的值。λ表示收发电波的波长。

0<D<(0.5λ/sinα) …(式1)

在此,在图2的基础上,参照图3以及图4,说明要将最小天线元件间隔D设定在由式1表示的范围内的理由。

如图3所示,当阵列天线的天线元件间隔比较宽时,有时当由于相位的循环性(360度返回到0度这一现象)而接收到从期望方向到达的电波时会存在相位关系相等的另一到来方向。在此,期望方向是目标所存在的方向,另一到来方向是栅方向(grating direction)。在该情况下,如图4所示,在栅方向产生与目标所存在的期望方向的主瓣同等的波瓣。该波瓣为栅瓣。

一旦在雷达用天线中产生栅瓣,则会无法判别所接收到的信号是来自于期望方向还是来自于栅方向而有可能误检测目标的方向。为了避免该栅瓣出现在主瓣的扫描范围(-α~α)内,需要使天线元件间隔如式1所示那样小于0.5λ/sinα。

于是,如图2所示,在本实施方式的阵列天线中,设定满足式1的最小天线元件间隔D,且以该最小天线元件间隔D的不同的两个正整数(K1、K2)倍的间隔来配置天线元件。在此,两个正整数(K1、K2)是互质的2以上的正整数。

这样,本实施方式中的阵列天线如图2所示,具有配置为包括两种阵列天线元件排列的阵列天线的配置结构。这两种阵列天线元件排列的天线元件间隔是最小天线元件间隔的整数倍(D×K1、D×K2),所述最小天线元件间隔是设定为使得避免在预定的检测角度范围产生栅瓣的天线元件间隔,各整数是互质的2以上的正整数。

具体而言,如图2所示,本实施方式中的阵列天线包括构成为各自包括两种阵列天线元件排列的第1阵列天线20和第2阵列天线30。第1阵列天线20是以具有预定的周期性的元件间隔(在图2中,D×K1的天线元件间隔)排列有多个天线元件10的阵列天线。另外,第2阵列天线30是以具有与第一天线元件排列中的周期性不同的预定的周期性的元件间隔(在图2中,D×K2的天线元件间隔)排列有多个天线元件10的阵列天线。

在此,作为第一天线元件排列的天线元件间隔的第一元件间隔(在图2中,D×K1的天线元件间隔)和作为第二天线元件排列的天线元件间隔的第二元件间隔(在图2中,D×K2的天线元件间隔)均是作为满足式1的天线元件间隔而设定的最小天线元件间隔D的整数倍(K1、K2)的间隔。满足:第一整数K1和第二整数K2是互质关系,并且均为2以上的正整数,所述第一整数K1是使该第一元件间隔成为最小天线元件间隔的整数倍的整数,所述第二整数K2是使该第二元件间隔成为最小天线元件的整数倍的整数。由此,第一元件间隔和第二元件间隔均能够以电波的波长λ的0.5倍以上的间隔来进行配置。由此,根据本实施方式中的阵列天线,不仅能够将天线元件以宽间隔进行配置而且能够去除由栅瓣引起的误检测。其结果,根据本实施方式的阵列天线装置,能够在预定的检测角度范围(-α~α)(波束扫描范围)内,去除由栅瓣引起的误检测。即,能够通过比较两种元件配置的阵列天线的检测结果,判别波束扫描范围内的由栅瓣引起的检测峰值(peak)。这样,能够在阵列天线中进行波束扫描的情况下,去除由栅瓣引起的误检测。

返回到图1,继续说明实施方式1的阵列天线装置100的结构。

在图1中,控制部40是如下控制单元:其基于第一天线元件排列的阵列天线的检测结果和第二天线元件排列的阵列天线的检测结果的比较,去除由栅瓣引起的误检测。第一天线元件排列的阵列天线的检测结果以及第二天线元件排列的阵列天线的检测结果是由后述的角度检测部60-1~2检测出的、以分别由两种阵列天线元件排列接收到的信号为基础的目标的角度的检测结果。在此,控制部40具备距离/速度检测部50-1~2、角度检测部60-1~2以及比较检测部70。以下对控制部40的各处理部进行说明。

在控制部40中,距离/速度检测部50-1~2是如下距离/速度检测单元:其分别根据由第1阵列天线20以及第2阵列天线30的各天线元件10接收到的信号,检测目标的距离和速度。在本实施方式中,距离/速度检测部50-1~2通过在该技术领域所使用的距离/速度的检测方法,按每个天线元件来检测目标的距离和速度。距离/速度检测部50-1~2分别将目标的距离和速度的检测结果输出给角度检测部60-1~2。

在控制部40中,角度检测部60-1~2是如下角度检测单元:其分别使用距离/速度检测部50-1~2的检测结果来检测目标的角度。在该检测结果中,除了由主瓣得到的检测结果以外,也包含由栅瓣得到的检测结果。在本实施方式中,角度检测部60-1~2通过在该技术领域所使用的角度的检测方法来检测目标的角度。角度检测部60-1~2分别将目标的角度的检测结果输出给比较检测部70。

在此,参照图2以及图5,表示两种阵列天线元件排列的检测结果的一例。

在实施方式1中,如图2所示,并行(parallel)配置有天线元件间隔不同的两种阵列天线。在实施方式1中,与第一天线元件排列以及第二天线元件排列分别对应的各天线元件10配置成:第一天线元件排列的阵列天线和第二天线元件排列的阵列天线并行配置。作为一例,如图2所示,也可以为,与第一天线元件排列以及第二天线元件排列分别对应的各天线元件10配置成:在将与第一天线元件排列以及第二天线元件排列的一端对应的天线元件10的位置对齐的状态下,第一天线元件排列的阵列天线和第二天线元件排列的阵列天线并行配置。

通过具有这样的两种阵列天线元件排列(在图2中,第一天线元件排列以及第二天线元件排列),天线元件间隔不同的两种阵列天线元件排列(在图2中,第1阵列天线20以及第2阵列天线30)中的方向图分别成为图5的上部所示的第一方向图和图5的下部所示的第二方向图。

在图5中,计算条件为D=0.5λ、K1=3、K2=4。图5的上图作为第一方向图,示出了以最小天线元件间隔D的K1倍的间隔配置有天线元件10的第1阵列天线20的方向图。在图5的上图中,在+42度以及-42度附近产生了等级瓣。另外,图5的下图作为第二方向图,示出了以最小天线元件间隔D的K2倍的间隔配置有天线元件10的第2阵列天线30的方向图的一例。图5的下图是使主瓣朝向0度方向的情况下的方向图,在+30度和-30度附近以及+90度和-90度附近产生了等级瓣。

如图5所示,关于第一方向图以及第二方向图,当在预定的检测角度范围内通过主瓣进行波束扫描的情况下,在该检测角度范围内产生的栅瓣的位置将不会重叠。如图5所示,因在预定的检测角度范围内产生的栅瓣的位置不会重叠,其结果,在后述的比较检测部70中通过比较两种阵列天线元件排列的检测结果,能够判别并去除由栅瓣引起的伪影(虚像)。在本实施方式中,伪影意味着非通过主瓣而是通过栅瓣检测出的结果所获得的、实际上并不存在于该角度的目标的虚像。

返回到图1,在控制部40中,比较检测部70是如下比较检测单元:其进行由两种阵列天线得到的检测结果的比较。如果该检测结果是根据主瓣检测出的结果,则不论哪个检测峰值的角度都是相等的,电平差(level difference)也较小。另一方面,如果是根据栅瓣检测出的结果,则由两种阵列天线检测出的角度不同,当在相同角度进行比较时,将会产生电平差。比较检测部70检测该差别,并将其作为由栅瓣引起的伪影而去除。而且,比较检测部70将剩余的结果作为检测结果进行输出。例如,比较检测部70比较如图5所示的第1阵列天线20的检测结果和第2阵列天线30的检测结果,去除角度差和/或电平差比预定的阈值大的峰值,由此,仅输出主瓣的检测结果。更具体而言,例如,比较检测部70比较如图5所示的第1阵列天线20的检测结果和第2阵列天线30的检测结果,相对于在一方的方向图中作为成为基准的峰值所选定的预定的基准峰值,确定另一方的方向图中的预定的峰值,并在这些峰值之间的角度差和/或电平差比预定的阈值大的情况下,将该基准峰值去除。

参照图6,对如上构成的实施方式1的阵列天线装置100的检测结果输出处理的一例进行说明。

在图6中,第一天线元件排列是在第1阵列天线20中以最小天线元件间隔D的K1倍的间隔排列在一条直线上的一组天线元件10。第二天线元件排列是在第2阵列天线30中以最小天线元件间隔D的K2倍的间隔排列在一条直线上的一组天线元件10。

如图6所示,在第一天线元件排列中,距离/速度检测部50-1根据由第1阵列天线20的各天线元件10接收到的信号,检测目标的距离和速度(步骤S10)。同样地,在第二天线元件排列中,距离/速度检测部50-2根据由第2阵列天线30的各天线元件10接收到的信号,检测目标的距离和速度(步骤S11)。

在第一天线元件排列中,角度检测部60-1使用在步骤S10中由距离/速度检测部50-1检测出的检测结果,检测目标的角度(步骤S12)。同样地,在第二天线元件排列中,角度检测部60-2使用在步骤S11中由距离/速度检测部50-2检测出的检测结果,检测目标的角度(步骤S13)。此外,在步骤S10至S13的检测结果中,除了由主瓣得到的检测结果以外,也包含由栅瓣得到的检测结果。

比较检测部70基于在步骤S12中由角度检测部60-1检测出的第一天线元件排列的角度的检测结果、和在步骤S13中由角度检测部60-2检测出的第二天线元件排列的角度的检测结果,比较角度的检测结果中的峰值的角度(步骤S14)。

比较检测部70基于由步骤S14的处理所获得的与峰值的角度有关的比较结果,判定峰值的角度差是否在阈值以下(角度差≤阈值)(步骤S15)。

比较检测部70在步骤S15中,相对于第1阵列天线的检测结果中的基准峰值,确定第2阵列天线的检测结果中的最接近的检测角度的峰值,并在判定为这些峰值的角度差比阈值大(角度差>阈值)的情况下(步骤S15:否),将该基准峰值判定为虚像(步骤S16)。换言之,在步骤S16中,当在第一阵列天线和第二阵列天线的检测结果中,峰值出现的角度之差比阈值大的情况下,比较检测部70判定为该峰值是栅瓣的检测结果。由于在目标仅存在于0度方向的情况下,检测结果的角度特性与方向图相似,因此将图5的方向图视作检测结果来进行说明。在对图5的上图与下图进行了比较的情况下,在下图的-90度附近检测出的作为基准的峰值和与此相对地在上图的-42度附近检测出的峰值之间的角度之差大约为48度,判定为角度差比阈值大。在该情况下,判定为在下图的-90度附近检测出的峰值是栅瓣的检测结果。

比较检测部70当在步骤S16中将峰值判定为虚像的情况下,并不将判定为是虚像的峰值作为检测结果进行登记而是将其进行去除,之后,进一步,为了对各个峰值进行处理,判定是否对全部峰值结束了处理(步骤S22)。在步骤S22中,比较检测部70判定是否对第一检测结果以及第二检测结果的全部峰值结束了处理。

在此,在步骤S22中,比较检测部70在判定为未对全部峰值结束处理(步骤S22:否)的情况下,返回到步骤S14,对各个峰值,重复步骤S14~S21的由比较检测部70进行的处理。

返回到步骤S14,继续说明实施方式1的处理。比较检测部70基于在步骤S12以及步骤S13中由角度检测部60-1~2检测出的第一阵列天线和第二阵列天线的检测结果,针对没有进行步骤S14~S21的处理的另一峰值,比较峰值的角度(步骤S14)。然后,比较检测部70基于由步骤S14的处理所获得的与峰值的角度有关的比较结果,判定峰值的角度差是否在阈值以下(角度差≤阈值)(步骤S15)。

接着,比较检测部70在步骤S15中,相对于一方的检测结果中的基准峰值,确定另一方的检测结果中的最接近的检测角度的峰值,并在判定为这些峰值的角度差在阈值以下(角度差≤阈值)的情况下(步骤S15:是),进一步比较这些峰值的电平(步骤S17)。然后,比较检测部70基于由步骤S17的处理所获得的与峰值的电平有关的比较结果,判定这些峰值的电平差是否在阈值以下(电平差≤阈值)(步骤S18)。

在本实施方式中,比较检测部70当在步骤S15中判定为峰值的角度差在阈值以下(角度差≤阈值)的情况下,接着在步骤S17中对该峰值的电平进行比较。换言之,在步骤S17中,比较检测部70当在第一阵列天线和第二阵列天线的检测结果中,峰值出现的角度差在阈值以下的情况下,判定为该峰值有可能是主瓣的检测结果。在此,尽管比较对象的峰值之间的角度差小,但如果这些峰值之间的电平差大,那么也可能不是主瓣而是栅瓣的检测结果。在该情况下,如果不仅峰值的角度差在阈值以下,而且电平差也在阈值以下,则能够判定为是主瓣的检测结果。于是,在步骤S18中,比较检测部70针对被判定为峰值的角度差在阈值以下、可能是由主瓣得到的检测结果的峰值,进一步判定峰值的电平是在阈值以下(电平差≤阈值)还是比阈值大(电平差>阈值)。

比较检测部70在步骤S18中,相对于一方的检测结果中的基准峰值,确定另一方的检测结果中的最接近的检测角度的峰值,并在判定为这些峰值的电平差在阈值以下(电平差≤阈值)的情况下(步骤S18:是),将该基准峰值判定为真实目标(步骤S19)。换言之,在步骤S19中,当在第一阵列天线和第二阵列天线的角度检测结果中,峰值出现的角度之差在阈值以下、并且峰值的电平差在阈值以下的情况下,比较检测部70判定为该峰值是主瓣的检测结果。将图5的方向图视作在目标仅存在于0度方向的情况下的检测结果来进行说明,在对图5的上图与下图进行了比较的情况下,在下图的0度附近检测出的作为基准的峰值和与此相对地在上图的0度附近检测出的峰值之间不存在角度差,判定为角度差在阈值以下。在该情况下,判定为在下图的0度附近检测出的峰值很有可能是主瓣的检测结果。再者,在上图的0度附近检测出的峰值的电平为1,在下图的0度附近检测出的峰值的电平也为1,因此,也不存在电平差,判定为电平差在阈值以下。由此,比较检测部70在步骤S19中,当判定为角度差在阈值以下并且电平差在阈值以下的情况下,判定为在下图的0度附近检测出的峰值并非栅瓣的检测结果,而是在目标所存在的期望方向上检测出的主瓣的检测结果。

比较检测部70对在步骤S19中判定为是基于主瓣的检测结果的、目标的检测结果进行登记(步骤S20)。

比较检测部70判定是否对全部峰值结束了处理(步骤S22)。在步骤S22中,比较检测部70判定是否对第一检测结果以及第二检测结果的全部峰值结束了处理。在此,在步骤S22中,比较检测部70在判定为并未对全部峰值结束处理(步骤S22:否)的情况下,重新返回到步骤S14,对各个峰值,重复步骤S14~S21的由比较检测部70进行的处理。

重新返回到步骤S14,继续说明实施方式1的处理。比较检测部70基于在步骤S12以及步骤S13中由角度检测部60-1~2检测出的第一阵列天线和第二阵列天线的检测结果,针对没有进行步骤S14~S21的处理的又一峰值,比较峰值的角度(步骤S14)。然后,比较检测部70基于由步骤S14的处理所获得的与峰值的角度有关的比较结果,判定峰值的角度差是否在阈值以下(角度差≤阈值)(步骤S15)。

接着,比较检测部70在步骤S15中,相对于一方的检测结果中的基准峰值,确定另一方的检测结果中的最接近的检测角度的峰值,并在判定为这些峰值的角度差在阈值以下(角度差≤阈值)的情况下(步骤S15:是),进一步比较这些峰值的电平(步骤S17)。然后,比较检测部70基于由步骤S17的处理所获得的与峰值的电平有关的比较结果,判定这些峰值的电平差是否在阈值以下(电平差≤阈值)(步骤S18)。

比较检测部70在步骤S18中,相对于一方的检测结果中的基准峰值,确定另一方的检测结果中的最接近的检测角度的峰值,并在判定为这些峰值的电平差比阈值大(电平差>阈值)的情况下(步骤S18:否),将该基准峰值判定为虚像(步骤S21)。换言之,在步骤S21中,虽然由于在第一阵列天线和第二阵列天线的检测结果中,峰值出现的角度差在阈值以下,因此峰值有可能是主瓣的检测结果,但是,在电平差比阈值大的情况下,比较检测部70判定为该峰值是栅瓣的检测结果。

比较检测部70在步骤S21中将峰值判定为虚像的情况下,并不将判定为是虚像的峰值作为检测结果进行登记而是将其进行去除,之后,判定是否对全部峰值结束了处理(步骤S22)。在步骤S22中,比较检测部70判定是否对第一检测结果以及第二检测结果的全部峰值结束了处理。

而且,比较检测部70在针对全部峰值重复了步骤S14~S21的处理后的结果为,在步骤S22中判定为对全部峰值结束了处理(步骤S22:是)的情况下,即,当判定为对第一检测结果以及第二检测结果的全部峰值结束了处理的情况下,在基于在步骤S20中所登记的目标的检测结果,去除了栅瓣的检测结果的状态下,输出包含主瓣的检测结果的检测结果(步骤S23)。此后,结束图6所示的处理。

这样,根据实施方式1中的阵列天线装置100,能够以宽间隔配置天线元件,因此,能够用少量的元件来实现窄的波束,能够使角度分辨率提高。另外,能够判别由各个阵列天线检测出的结果是基于主瓣得到的还是基于栅瓣得到的,能够去除由栅瓣引起的伪影,其结果,能够减少目标的误检测。因此,根据实施方式1中的阵列天线装置100,能够根据阵列天线中的检测结果,良好地去除由栅瓣引起的误检测。

[实施方式2]

参照图7以及图8,对实施方式2进行说明。图7是表示实施方式2中的阵列天线装置的结构的一例的图。图8是表示实施方式2中的阵列天线的一例的图。

如图7所示,实施方式2中的阵列天线装置200构成为具备第3阵列天线80以及控制部40。

在此,参照图8,对第3阵列天线80进行说明。

如图8所示,第3阵列天线80是在最小天线元件间隔D的K1倍和K2倍的位置上配置天线元件10、并且以左端的天线元件10作为共有的元件将天线元件10配置在一条直线上而成的阵列天线。K1和K2是互质的2以上的正整数。

换言之,该第3阵列天线80是组合了上述的图2所示的两个阵列天线即第1阵列天线20和第2阵列天线30所构成的阵列天线。当在第1阵列天线20以及第2阵列天线30中,将图2中左起第1个天线元件设为共有的元件时,则会如图8所示的第3阵列天线80那样,成为在最小天线元件间隔D的K1倍和K2倍的位置配置有天线元件。

这样,在实施方式2中,与两种阵列天线元件排列对应的各天线元件配置成:在使该两种阵列天线元件排列的天线元件的位置至少有1处位置重叠的状态下,两种阵列天线元件排列组合在一条直线上而成串配置。具体而言,与第一天线元件排列以及第二天线元件排列分别对应的各天线元件配置成:在使第一天线元件排列的天线元件的位置和第二天线元件排列的天线元件的位置至少有1处位置重叠的状态下,第一天线元件排列以及第二天线元件排列组合在一条直线上而成串配置。

在构成为包括这样的两种阵列天线元件排列(第一天线元件排列以及第二天线元件排列)的第3阵列天线80中,阵列天线变为1个,因此,能够减小作为雷达装置的阵列天线装置200本身的尺寸,能够提高对车辆的搭载性。另外,通过适当地选择互质的2以上的正整数即K1和K2,能够以最小天线元件间隔D连续排列两个天线元件10,由于能够将供电部配置于这两个连续排列的天线元件10的左右的空闲空间,因此即使最小天线元件间隔D小,也能够安装供电部。

返回到图7,继续说明实施方式2的阵列天线装置200的结构。

在图7中,控制部40具备距离/速度检测部50-1~2、角度检测部60-1~2以及比较检测部70。以下对控制部40的各处理部进行说明。

在控制部40中,距离/速度检测部50-1~2是如下距离/速度检测单元:其分别根据由第3阵列天线80的各天线元件10接收到的信号,检测目标的距离和速度。在实施方式2中,距离/速度检测部50-1~2分别在第3阵列天线80上的天线元件10中,选择所需的天线元件10的信号来进行检测处理。具体而言,距离/速度检测部50-1在第3阵列天线80上的天线元件10中,选择配置在最小天线元件间隔D的K1倍的位置上的天线元件10的信号来进行检测处理。另外,距离/速度检测部50-2在第3阵列天线80上的天线元件10中,选择配置在最小天线元件间隔D的K2倍的位置上的天线元件10的信号来进行检测处理。距离/速度检测部50-1~2分别将目标的距离和速度的检测结果输出给角度检测部60-1~2。

在控制部40中,角度检测部60-1~2是如下角度检测单元:其分别使用距离/速度检测部50-1~2的检测结果来检测目标的角度。在该检测结果中,除了由主瓣得到的检测结果以外,也包含由栅瓣得到的检测结果。角度检测部60-1~2分别将目标的角度的检测结果输出给比较检测部70。

比较检测部70是如下比较检测单元:其对从第3阵列天线80上的天线元件10中的、配置在最小天线元件间隔D的K1倍的位置上的天线元件10、和配置在最小天线元件间隔D的K2倍的位置上的天线元件10获得的角度的检测结果进行比较。比较检测部70与实施方式1同样地,对角度的检测结果之差进行检测,将该差值大的检测结果作为由栅瓣引起的伪影进行去除,将剩余的结果作为检测结果进行输出。

关于如上构成的实施方式2的阵列天线装置200的检测结果输出处理的一例,与表示实施方式1中的处理的一例的图6是同样的,因此省略说明。在此,在实施方式2中,如图8所示,第一天线元件排列是在第3阵列天线80中以最小天线元件间隔D的K1倍的间隔排列在一条直线上的一组天线元件10。第二天线元件排列是在第3阵列天线80中以最小天线元件间隔D的K2倍的间隔排列在一条直线上的一组天线元件10。

此外,作为实施方式2的阵列天线装置200,说明了距离/速度检测部50-1~2以及角度检测部60-1~2由两套构成的例子,但不限定于此。实施方式2的阵列天线装置200也可以通过将距离/速度检测部50-1~2以及角度检测部60-1~2汇集为一套,仅选择所需的天线元件的信号进行处理,从而简化为处理部。

[实施方式3]

参照图9~图13,对实施方式3进行说明。图9是表示实施方式3中的阵列天线装置的结构的一例的图。此外,图9也是表示上述的实施方式2中的阵列天线装置的结构的一例的图。图10是表示实施方式3中的天线元件的配置的一例的图。图11是表示实施方式3中的可选的天线元件间隔的一例的图。图12是表示实施方式3中的各天线元件间隔的方向图的一例的图。图13是表示实施方式3中的处理的一例的流程图。

如图9所示,实施方式3中的阵列天线装置300具备图8所示的第3阵列天线80。第3阵列天线80是在最小天线元件间隔D的K1倍和K2倍的位置上配置天线元件10、并且以左端的天线元件10作为共有的元件将天线元件10配置在一条直线上而成的阵列天线。K1和K2是互质的2以上的正整数。

在图9中,实施方式3中的阵列天线装置300构成为具备第3阵列天线80以及控制部40。在实施方式3中,控制部40具备与第3阵列天线80中的天线元件10的个数相等数量的距离/速度检测部50-1~8、天线元件选择部55、角度检测部60以及检测结果处理部90。以下对控制部40的各处理部进行说明。

在控制部40中,距离/速度检测部50-1~8是如下距离/速度检测单元:其分别根据由第3阵列天线80的各天线元件10接收到的信号,检测目标的距离和速度。在实施方式3中,距离/速度检测部50-1~8接收第3阵列天线80上的对应的天线元件10的信号来进行检测处理。具体而言,距离/速度检测部50-1接收第3阵列天线80上的天线元件10中、左端的天线元件10的信号来进行检测处理。另外,距离/速度检测部50-2选择从左端起第2个天线元件10的信号来进行检测处理。距离/速度检测部50-3接收从左端起第3个天线元件10的信号来进行检测处理。同样地,距离/速度检测部50-4~8分别选择从左端起第4~8个天线元件10的信号来进行检测处理。距离/速度检测部50-1~8分别将目标的距离/速度的检测结果输出给天线元件选择部55。

天线元件选择部55是选择所需的天线元件10的天线元件选择单元。具体而言,天线元件选择部55保持从距离/速度检测部50-1~8输出的由各天线元件得到的检测结果,选择此后角度检测部60在检测处理中所使用的天线元件的组合。

在此,参照图10,对由天线元件选择部55选择的天线元件间隔和其配置的例子进行说明。在图10中,作为例1,示出了K1=3、K2=4的情况下的天线元件配置的一例,作为例2,示出了K1=3、K2=5的情况下的天线元件配置的一例,以及作为例3,示出了K1=4、K2=5的情况下的天线元件配置的一例。

例1示出了通过以D×4的间隔配置的5个天线元件和以D×3的间隔配置的5个天线元件而构成的阵列天线。在例1中,使这些天线元件中的左端的天线元件和从右端起第2个天线元件共有。例2示出了通过以D×5的间隔配置的6个天线元件和以D×3的间隔配置的6个天线元件而构成的阵列天线。在例2中,使这些天线元件中的从左端起第2个天线元件和从右端起第2个天线元件共有。例3示出了通过以D×5的间隔配置的6个天线元件和以D×4的间隔配置的6个天线元件而构成的阵列天线。在例3中,使这些天线元件中的左端的天线元件和从右端起第2个天线元件共有。

例如,天线元件选择部55根据图10所示的例1~例3,适当地选择角度检测部60在检测处理中所使用的天线元件的组合。此外,不限定于图10所示的例子,可以从除图10所示的例子以外的许多天线元件配置例中进行选择。另外,在图10中,示出了D×K1间隔的天线元件数与D×K2间隔的天线元件数相同的情况的例子,但这些天线元件数也可以不同。

除此之外,如图11所示,在实施方式3的结构中,也能够使用除D×K1间隔和D×K2间隔以外的间隔的天线元件的组合。在图11中,省略了使天线元件间隔成为最小天线元件间隔D的整数倍的整数(在图11中为1、2、3、4、5)之间没有呈互质关系的间隔。图11示出了在选择了图10的例1(K1=3、K2=4的情况)的组合时,除了D×4和D×3以外,还能够选择D×2、D×1和D×5的组合作为天线元件间隔这一情况。

返回到图9,继续说明实施方式3的结构。角度检测部60是如下角度检测单元:其使用通过与由天线元件择部55选择的天线元件对应的、距离/速度检测部50检测出的距离和速度的检测结果,检测目标的角度。在该检测结果中,除了由主瓣得到的检测结果以外,也包含由栅瓣得到的检测结果。角度检测部60将目标的角度的检测结果输出给检测结果处理部90。

在此,参照图12,对方向图进行说明。图12示出了在D=0.5λ的情况下的各天线元件间隔(D×1~D×5)的方向图(阵因子)的一例。这些全都是在使主瓣朝向0度方向的情况下的方向图。在天线元件间隔为D×2的情况下,栅瓣产生在+90度和-90度附近。在天线元件间隔为D×3的情况下,栅瓣产生在+42度和-42度附近。在天线元件间隔为D×4的情况下,栅瓣产生在+30度和-30度附近、以及+90度和-90度附近。在天线元件间隔为D×5的情况下,栅瓣产生在+23度和-23度附近、以及+52度和-52度附近。

返回到图9,继续说明实施方式3的结构。检测结果处理部90是如下检测结果处理单元:其通过使用与由天线元件选择部55选择的天线元件的组合对应的、由角度检测部60检测出的检测结果来进行比较,从而去除由栅瓣引起的误检测后,输出检测结果。

关于该检测结果处理部90的处理的一例,将图12的方向图视为目标仅存在于0度方向的情况下的检测结果来进行说明。

例如,在由天线元件选择部55选择了D×3和D×4的组合的情况下(图10的例1的情况下),当由检测结果处理部90对两者的角度的检测结果进行比较时,如图12所示,关于在D×3的情况下检测出的+42度和-42度附近的峰值、与在D×4的情况下检测出的+90度和-90度附近的峰值以及+30度和-30度附近的峰值,虽然接收强度的电平差在阈值以下(电平差≤阈值),但是检测角度的角度差比阈值大(角度差>阈值),因此,将这些峰值判定为是栅瓣的检测结果。另一方面,在D×3的情况下检测出的+0度和-0度附近的峰值、与在D×4的情况下检测出的+0度和-0度附近的峰值的接收强度的电平差在阈值以下(电平差≤阈值),并且检测角度的角度差也在阈值以下(角度差≤阈值),因此,将这些峰值判定为是主瓣的检测结果。

另外,在由天线元件选择部55选择了D×3和D×5的组合的情况下(图10的例2的情况下),当由检测结果处理部90对两者的角度的检测结果进行比较时,如图12所示,关于在D×3的情况下检测出的+42度和-42度附近的峰值、与在D×5的情况下检测出的+52度和-52度附近的峰值以及+23度和-23度附近的峰值,虽然接收强度的电平差在阈值以下(电平差≤阈值),但是检测角度的角度差比阈值大(角度差>阈值),因此,将这些峰值判定为是栅瓣的检测结果。另一方面,在D×3的情况下检测出的+0度和-0度附近的峰值、与在D×5的情况下检测出的+0度和-0度附近的峰值的接收强度的电平差在阈值以下(电平差≤阈值),并且检测角度的角度差也在阈值以下(角度差≤阈值),因此,将这些峰值判定为是主瓣的检测结果。

另外,在由天线元件选择部55选择了D×4和D×5的组合的情况下(图10的例3的情况下),当由检测结果处理部90对两者的角度的检测结果进行比较时,如图12所示,关于在D×4的情况下检测出的+90度和-90度附近的峰值以及+30度和-30度附近的峰值、与在D×5的情况下检测出的+52度和-52度附近的峰值以及+23度和-23度附近的峰值,虽然接收强度的电平差在阈值以下(电平差≤阈值),但是检测角度的角度差比阈值大(角度差>阈值),因此,将这些峰值判定为是栅瓣的检测结果。另一方面,在D×4的情况下检测出的+0度和-0度附近的峰值、与在D×5的情况下检测出的+0度和-0度附近的峰值的接收强度的电平差在阈值以下(电平差≤阈值),并且检测角度的角度差也在阈值以下(角度差≤阈值),因此,将这些峰值判定为是主瓣的检测结果。

此外,在本实施方式中,关于在由检测结果处理部90对两者的角度的检测结果进行比较时使用的角度差的阈值,按由天线元件选择部55选择的每个组合,适当地设定为能够判定峰值之间的检测角度的角度差的值。

如图12所示,当各天线元件间隔不同时,栅瓣出现的角度也不同,因此,如本实施方式所示,通过比较根据多个天线元件间隔的组合所获得的基于方向图的检测结果,能够去除由栅瓣引起的误检测。

参照图13,对如上构成的实施方式3的阵列天线装置300的检测结果输出处理的一例进行说明。

如图13所示,距离/速度检测部50-1~8分别根据由第3阵列天线80的各天线元件10接收到的信号,检测目标的距离和速度(步骤S40)。

天线元件选择部55保持在步骤S40中从距离/速度检测部50-1~8输出的各天线元件中的检测结果,选择在此后的步骤S42中角度检测部60在检测处理中使用的天线元件的组合(步骤S41)。

角度检测部60使用与在步骤S41中由天线元件选择部55选择的天线元件对应的、由距离/速度检测部50检测出的距离和速度的检测结果,检测目标的角度(步骤S42)。

角度检测部60记录在步骤S42中检测出的角度的检测结果(步骤S43)。此外,在该检测结果中,除了由主瓣得到的检测结果以外,也包含由栅瓣得到的检测结果。

天线元件选择部55当在步骤S43中由角度检测部60记录了角度的检测结果之后,进一步,为了对天线元件的各个组合进行处理,判定是否对全部组合结束了处理(步骤S44)。

在此,在步骤S44中,天线元件选择部55在判定为在步骤S44中未对全部组合结束处理(步骤S44:否)的情况下,返回到步骤S41,对天线元件的各个组合,重复步骤S41~S43的处理。

而且,天线元件选择部55在针对全部组合重复了步骤S41~S43的处理后的结果为,在步骤S44中判定为对全部组合结束了处理(步骤S44:是)的情况下,移至步骤S45的处理。

检测结果处理部90基于在步骤S43中按组合所记录的角度的检测结果,比较角度的检测结果中所含的峰值的角度(步骤S45)。

检测结果处理部90基于由步骤S45的处理所获得的与峰值的角度有关的比较结果,判定峰值的角度差是否在阈值以下(角度差≤阈值)(步骤S46)。

检测结果处理部90在步骤S46中,相对于一方的检测结果中的基准峰值,确定另一方的检测结果中的最接近的检测角度的峰值,并在判定为这些峰值的角度差比阈值大(角度差>阈值)的情况下(步骤S46:否),将该基准峰值判定为虚像(步骤S47)。

检测结果处理部90当在步骤S47中将峰值判定为虚像的情况下,并不将判定为是虚像的峰值作为检测结果进行登记而是将其进行去除,之后,进一步,为了对各个峰值进行处理,判定是否对全部峰值结束了处理(步骤S53)。在步骤S53中,检测结果处理部90判定是否对第一检测结果以及第二检测结果的全部峰值结束了处理。

在此,在步骤S53中,检测结果处理部90在判定为未对全部峰值结束处理(步骤S53:否)的情况下,返回到步骤S45,对各个峰值,重复步骤S45~S52的由检测结果处理部90进行的处理。

返回到步骤S45,继续说明实施方式3的处理。检测结果处理部90基于在步骤S43中按组合所记录的角度的检测结果,针对没有进行步骤S45~步骤S52的处理的另一峰值,比较峰值的角度(步骤S45)。然后,检测结果处理部90基于由步骤S45的处理所获得的与峰值的角度有关的比较结果,判定峰值的角度差是否在阈值以下(角度差≤阈值)(步骤S46)。

接着,检测结果处理部90在步骤S46中,相对于一方的检测结果中的基准峰值,确定另一方的检测结果中的最接近的检测角度的峰值,并在判定为这些峰值的角度差在阈值以下(角度差≤阈值)的情况下(步骤S46:是),进一步比较这些峰值的电平(步骤S48)。然后,检测结果处理部90基于由步骤S48的处理所获得的与峰值的电平有关的比较结果,判定这些峰值的电平差是否在阈值以下(电平差≤阈值)(步骤S49)。

检测结果处理部90在步骤S49中,相对于一方的检测结果中的基准峰值,确定另一方的检测结果中的最接近的检测角度的峰值,并在判定为这些峰值的电平差在阈值以下(电平差≤阈值)的情况下(步骤S49:是),将该基准峰值判定为真实目标(步骤S50)。

检测结果处理部90对在步骤S50中判定为是基于主瓣的检测结果的、目标的检测结果进行登记(步骤S51)。

检测结果处理部90判定是否对全部峰值结束了处理(步骤S53)。在步骤S53中,检测结果处理部90判定是否对第一检测结果以及第二检测结果的全部峰值结束了处理。在此,在步骤S53中,检测结果处理部90在判定为并未对全部峰值结束处理(步骤S53:否)的情况下,重新返回到步骤S45,对各个峰值,重复步骤S45~S52的由检测结果处理部90进行的处理。

重新返回到步骤S45,继续说明实施方式3的处理。检测结果处理部90基于在步骤S43中按组合所记录的角度的检测结果,针对没有进行步骤S45~步骤S52的处理的又一峰值,比较峰值的角度(步骤S45)。然后,检测结果处理部90基于由步骤S45的处理所获得的与峰值的角度有关的比较结果,判定峰值的角度差是否在阈值以下(角度差≤阈值)(步骤S46)。

接着,检测结果处理部90在步骤S46中,相对于一方的检测结果中的基准峰值,确定另一方的检测结果中的最接近的检测角度的峰值,并在判定为这些峰值的角度差在阈值以下(角度差≤阈值)的情况下(步骤S46:是),进一步比较这些峰值的电平(步骤S48)。然后,检测结果处理部90基于由步骤S48的处理所获得的与峰值的电平有关的比较结果,判定这些峰值的电平差是否在阈值以下(电平差≤阈值)(步骤S49)。

检测结果处理部90在步骤S49中,相对于一方的检测结果中的基准峰值,确定另一方的检测结果中的最接近的检测角度的峰值,并在判定为这些峰值的电平差比阈值大(电平差>阈值)的情况下(步骤S49:否),将该基准峰值判定为虚像(步骤S52)。

检测结果处理部90在步骤S52中将峰值判定为虚像的情况下,并不将判定为是虚像的峰值作为检测结果进行登记而是将其进行去除,之后,判定是否对全部峰值结束了处理(步骤S53)。在步骤S53中,检测结果处理部90判定是否对第一检测结果以及第二检测结果的全部峰值结束了处理。

而且,检测结果处理部90在针对全部峰值重复了步骤S45~S52的处理后的结果为,在步骤S53中判定为对全部峰值结束了处理(步骤S53:是)的情况下,即,在判定为对第一检测结果以及第二检测结果的全部峰值结束了处理的情况下,在基于在步骤S51中所登记的目标的检测结果,去除了由栅瓣引起的误检测的状态下,输出由主瓣得到的检测结果(步骤S54)。之后,结束图13中示出的处理。

这样,根据实施方式3中的阵列天线装置300,能够保持由各天线元件得到的检测结果,改变其所使用的组合来重复进行角度检测,并使用它们的结果来去除栅瓣的检测结果。再者,能够将以最小天线元件间隔排列的天线元件的两侧大大拓宽,由此能够将用于天线元件的供电部配置在以最小天线元件间隔D排列的天线元件的左右,因此,即使设定小的最小天线元件间隔D,也易于安装供电电路。

此外,在实施方式3中,说明了对各个组合重复步骤S41~S43的处理,直到在图13的步骤S44中天线元件的全部组合结束为止的例子,但不限定于此。在实施方式3中,也可以对在步骤S41中选择出的天线元件的组合,重复步骤S41~S43的处理。例如,也可以在步骤S41中仅选择了D×4和D×5的组合(图10的例3)以及D×3和D×5的组合(图10的例2)的情况下,对这两个组合重复步骤S41~S43的处理。

如上所述,根据具备具有本实施方式的配置结构的阵列天线的实施方式1~3的阵列天线装置100~300,如下所述,能够解决现有技术的去除由栅瓣引起的误检测的技术中的问题点。

例如在专利文献1中,记载有如下阵列天线:将发送天线的阵列间隔与接收天线的阵列间隔设定为互质的整数之比,以栅瓣彼此不重叠的关系,根据收发天线方向图之积来抑制栅瓣。在该专利文献1所记载的阵列天线装置中,设定天线元件间隔以使得栅瓣产生于元件天线图的零位置。然而,在专利文献1所记载的技术中,没有以进行波束扫描作为前提。因此,假如进行了波束扫描的情况下,元件天线图的零位置变得与收发天线的栅瓣位置不一致,因此,存在在检测角度范围内,一部分栅瓣可能未被抑制而残留这一问题点。

对此,本实施方式的阵列天线装置具有配置为包含两种阵列天线元件排列的阵列天线装置。在此,两种阵列天线元件排列的天线元件间隔为最小天线元件间隔的整数倍,所述最小天线元件间隔是设定为使得避免在式1所示的预定的检测角度范围(波束扫描范围)内产生栅瓣的天线元件间隔,各整数是互质关系的并且均为2以上的正整数。由此,根据本实施方式的阵列天线装置,在预定的检测角度范围(-α~α)(波束扫描范围)内,能够去除由栅瓣引起的误检测。即,通过比较两种阵列天线的检测结果,能够判别波束扫描范围内的由栅瓣引起的检测峰值。这样,当在阵列天线中进行波束扫描的情况下,能够去除由栅瓣引起的误检测。

除此之外,可考虑以在检测角度范围不产生栅瓣的窄间隔排列接收天线的天线元件而得到的阵列天线装置,但是,存在如下问题点:将天线元件排列的间隔设定得越窄,则整体的天线尺寸越小,由此所形成的波束的宽度变宽,即角度分辨率恶化。另外,在这样的阵列天线装置中,存在由于天线元件以窄间隔排列,因此无法在各天线元件间配置供电端口这一问题点。例如,在进行±90度的波束扫描的情况下需要将天线元件间隔设为0.5λ以下,但是在通过波导管进行供电的情况下,波导管的横向宽度已经达到波长的0.5以上,因此无法在天线元件间配置波导管。

具备具有本实施方式的配置结构的阵列天线的阵列天线装置构成为不仅能够取宽的天线元件间隔,而且还能进行广角的波束扫描。具体而言,在本实施方式中,使用能够分解为天线元件间隔不同的两种阵列天线元件排列的阵列天线,以各自的天线元件间隔进行目标检测处理,进行其结果的比较,由此判别并去除由栅瓣引起的伪影,从而实现了广角的波束扫描。由此,由于能够在阵列天线的多处确保比最小元件间隔宽的元件间隔,所以能够在天线元件间配置波导管。另外,在取更大的阵列天线元件的间隔的情况下,波束宽度变得更窄。因此,与使用相同的元件数以最小元件间隔排列出的阵列天线相比,角度分辨率得到提高。

标号说明

10:天线元件 20:第1阵列天线

30:第2阵列天线 40:控制部

50:距离/速度检测部 55:天线元件选择部

60:角度检测部 70:比较检测部

80:第3阵列天线 90:检测结果处理部

100、200、300:阵列天线装置

再多了解一些
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