CN107250817A - 相位频率检测装置 - Google Patents

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CN107250817A CN201580076698.8A CN201580076698A CN107250817A CN 107250817 A CN107250817 A CN 107250817A CN 201580076698 A CN201580076698 A CN 201580076698A CN 107250817 A CN107250817 A CN 107250817A
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田岛贤一
樋口和英
桧枝护重
铃木拓也
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Abstract

构成为：设置并联连接有横向滤波器(10、20、30)的滤波电路(1)，该横向滤波器(10、20、30)使所输入的数字信号(Xin[n·Ts])的振幅和相位发生变化，作为振幅和相位变化后的数字信号，输出互不相同的数字信号(X1[n·Ts]、X2[n·Ts]、X3[n·Ts])，相位频率运算部(4)实施使用从横向滤波器(10、20、30)输出的数字信号(X1[n·Ts]、X2[n·Ts]、X3[n·Ts])的相位运算和频率运算，运算出所输入的数字信号(Xin[n·Ts])的相位(θX[n·Ts])和频率(fX[n·Ts])。

Description

相位频率检测装置
技术领域
本发明涉及例如安装于信号测量装置等中、对所输入的数字信号的相位和频率进行检测的相位频率检测装置。
背景技术
以下的专利文献1所公开的相位频率检测装置由A/D转换电路、数字BPF、延迟补偿电路、希尔伯特变换(Hilbert transformation)电路、相位角运算电路、存储器及频率运算电路构成。
A/D转换电路将所输入的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号输出至数字BPF。
数字BPF仅将从A/D转换电路输出的数字信号中的期望频带的数字信号输出至延迟补偿电路和希尔伯特变换电路。
延迟补偿电路在从数字BPF接到期望频带的数字信号时，在与伴随希尔伯特变换电路中的希尔伯特变换的延迟时间相当的时间内进行该数字信号的时移。
希尔伯特变换电路在从数字BPF接到期望频带的数字信号时，对该数字信号进行希尔伯特变换，由此，输出相对于该数字信号具有90度相位差的信号。
另外，对希尔伯特变换电路的输出信号的振幅和相位要求的精度越高，则伴随希尔伯特变换的延迟时间越长，因此使得该延迟补偿电路所具有的延迟电路的级数增多，该级数达数十～数百级。
相位角运算电路通过实施基于延迟补偿电路的输出信号和希尔伯特变换电路的输出信号的反正切运算来计算出所输入的模拟信号的相位，并将该相位输出至存储器和频率运算电路。
频率运算电路根据从相位角运算电路输出的相位和存储于存储器中的1个采样时间前的相位，运算所输入的模拟信号的频率。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-91255号公报(例如，段落[0008]，图1)
发明内容
发明要解决的课题
由于现有的相位频率检测装置如上所述那样构成，因此，对希尔伯特变换电路的输出信号的振幅和相位要求的精度越高，则伴随希尔伯特变换的延迟时间越长，延迟补偿电路所具有的延迟电路的级数越多。因此，在所输入的信号为短脉冲信号的情况下，存在无法检测输入信号的相位和频率的课题。此外，还存在随着延迟电路的级数增加，电路规模增大且伴随数字运算的功耗增大的课题。
本发明是为了解决上述这样的课题而完成的，其目的在于得到一种即便所输入的信号是短脉冲信号也能够检测相位和频率，并能够抑制伴随延迟电路级数增加带来的电路规模大型化以及功耗增大的相位频率检测装置。
用于解决课题的手段
本发明的相位频率检测装置设有滤波电路，在该滤波电路中并联连接有多个横向滤波器，该多个横向滤波器使所输入的数字信号的振幅和相位变化，作为振幅和相位变化后的数字信号，输出互不相同的数字信号，相位频率运算部实施使用从多个横向滤波器输出的数字信号的相位运算和频率运算，运算出所输入的数字信号的相位和频率。
发明效果
根据本发明，构成为：设置如下的滤波电路，在该滤波电路中并联连接有多个横向滤波器，该多个横向滤波器使所输入的数字信号的振幅和相位变化，作为振幅和相位变化后的数字信号，输出互不相同的数字信号，相位频率运算部实施使用从多个横向滤波器输出的数字信号的相位运算和频率运算，运算出所输入的数字信号的相位和频率，因此，即使所输入的数字信号是短脉冲信号，也能够检测出相位和频率，并具有能够抑制伴随延迟电路的级数增加的电路规模大型化及功耗增大的效果。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的相位频率检测装置的结构图。
图2是示出减法型一阶横向滤波器和加法型一阶横向滤波器的结构图。
图3是示出本发明的实施方式2的相位频率检测装置的结构图。
图4是示出本发明的实施方式3的相位频率检测装置的结构图。
图5是示出本发明的实施方式4的相位频率检测装置的滤波电路1的结构图。
图6是示出本发明的实施方式5的相位频率检测装置的滤波电路1的结构图。
图7是示出本发明的实施方式6的相位频率检测装置的滤波电路1的结构图。
图8是示出本发明的实施方式7的相位频率检测装置的横向滤波器10的结构图。
图9是示出本发明的实施方式8的相位频率检测装置的横向滤波器20的结构图。
图10是示出本发明的实施方式9的相位频率检测装置的横向滤波器30的结构图。
图11是示出本发明的实施方式10的相位频率检测装置的滤波电路1的结构图。
图12是示出本发明的实施方式10的相位频率检测装置的滤波电路1的结构图。
图13是示出本发明的实施方式10的相位频率检测装置的滤波电路1的结构图。
图14是示出本发明的实施方式11的相位频率检测装置的结构图。
图15是示出本发明的实施方式11的相位频率检测装置的结构图。
具体实施方式
下面，为了更详细地说明本发明，依照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
实施方式1.
图1是示出本发明的实施方式1的相位频率检测装置的结构图。
在图1中，滤波电路1是并联连接有横向滤波器10、20、30的电路，所述横向滤波器10、20、30使所输入的数字信号Xin的振幅和相位发生变化，并输出互不相同的数字信号X1、X2、X3作为振幅和相位变化后的数字信号。
在作为第1横向滤波器的横向滤波器10中，串联连接有第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器11、12。
在作为第2横向滤波器的横向滤波器20中，串联连接有第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器21、和第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器22。
在作为第3横向滤波器的横向滤波器30中，串联连接有第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器31、32。
相位频率运算部4由除法运算电路41，42、乘法运算电路43、n次方根运算电路44、相位运算电路45和频率运算电路46构成，实施使用从横向滤波器10、20、30输出的数字信号X1、X2、X3的相位运算和频率运算，运算出所输入的数字信号Xin的相位θX和频率fX。
除法运算电路41是如下这样的第1除法运算电路：从横向滤波器20输出的数字信号X2除以从横向滤波器10输出的数字信号X1，将作为该除法运算的结果的除法运算信号X2/X1作为第1除法运算信号输出至乘法运算电路43。
除法运算电路42是如下这样的第2除法运算电路：从横向滤波器20输出的数字信号X2除以从横向滤波器30输出的数字信号X3，将作为该除法运算的结果的除法运算信号X2/X3作为第2除法运算信号输出至乘法运算电路43。
乘法运算电路43是如下这样的电路：实施从除法运算电路41输出的除法运算信号X2/X1与从除法运算电路42输出的除法运算信号X2/X3的乘法运算，将作为该乘法运算的结果的乘法运算信号Y输出至n次方根运算电路44。
n次方根运算电路44是如下这样的开方运算电路：实施从乘法运算电路43输出的乘法运算信号Y的绝对值的n次方根运算即开方运算，将作为该n次方根运算的结果的n次方根运算信号N输出至相位运算电路45。
相位运算电路45是如下这样的电路：实施由n次方根运算电路44输出的n次方根运算信号的反正切运算，根据从除法运算电路42输出的除法运算信号X2/X3的符号，进行该反正切运算结果的符号变换，由此运算出数字信号Xin的相位θX。
另外，n次方根运算电路44和相位运算电路45可以例如通过将乘法器、除法器等组合起来而构成，但也可以例如由临时存储n次方根运算或反正切运算的过程中的运算结果的存储器或表以及实施上述运算的处理器等运算电路构成。
频率运算电路46是根据由相位运算电路45运算出的相位θX来运算所输入的数字信号Xin的频率fX的电路。
图2是示出减法型一阶横向滤波器和加法型一阶横向滤波器的结构图。
特别是，图2的(a)示出第1减法型一阶横向滤波器D，图2的(b)示出第2减法型一阶横向滤波器-D。
此外，图2的(c)示出第1加法型一阶横向滤波器I，图2的(d)示出第2加法型一阶横向滤波器-I。
其中，在图1的例子中使用了第1减法型一阶横向滤波器D和第1加法型一阶横向滤波器I，但未使用第2减法型一阶横向滤波器-D和第2加法型一阶横向滤波器-I。
图2的(a)的第1减法型一阶横向滤波器D由分配电路51、1个采样时间延迟电路(one-sampling time delaying circuitry)52以及减法运算电路53构成。
分配电路51是将所输入的数字信号Xin分配成两个的第1分配电路。
1个采样时间延迟电路52是使由分配电路51分配的一方的数字信号Xin延迟1个采样时间Ts(＝1/fs)的第1延迟电路。
减法运算电路53是从由分配电路51分配的另一方的数字信号Xin中减去由1个采样时间延迟电路52延迟后的数字信号的电路。
图2的(b)的第2减法型一阶横向滤波器-D由分配电路51、1个采样时间延迟电路52以及减法运算电路54构成。
减法运算电路54是从由1个采样时间延迟电路52延迟后的数字信号中减去由分配电路51分配的另一方的数字信号Xin的电路。
另外，图2的(a)的第1减法型一阶横向滤波器D与图2的(b)的第2减法型一阶横向滤波器-D之间的差异为，对减法运算电路53，54输入的输入信号的符号，图2的(a)的第1减法型一阶横向滤波器D的输出信号的符号与图2的(b)的第2减法型一阶横向滤波器-D的输出信号的符号相反。
图2的(c)的第1加法型一阶横向滤波器I由分配电路61、1个采样时间延迟电路62以及加法运算电路63构成。
分配电路61是将所输入的数字信号Xin分配成两个的第2分配电路。
1个采样时间延迟电路62是使由分配电路61分配的一方的数字信号Xin延迟1个采样时间Ts的第2延迟电路。
加法运算电路63是将由1个采样时间延迟电路62延迟后的数字信号与由分配电路51分配的另一方的数字信号Xin相加的电路。
图2的(d)的第2加法型一阶横向滤波器-I由分配电路61、1个采样时间延迟电路62以及加法运算电路64构成。
加法运算电路64是如下这样的电路：由1个采样时间延迟电路62延迟后的数字信号的符号被反转后输入到该加法运算电路64中，此外，由分配电路61分配的另一方的数字信号Xin的符号被反转后输入到该加法运算电路64中，将符号反转后的被延迟后的数字信号与符号反转后的另一方的数字信号Xin相加。
另外，图2的(c)的第1加法型一阶横向滤波器I与图2的(d)的第2加法型一阶横向滤波器-I之间的差异为，对加法运算电路63、64输入的输入信号的符号，图2的(c)的第1加法型一阶横向滤波器I的输出信号的符号与图2的(d)的第2加法型一阶横向滤波器-I的输出信号的符号相反。
接下来，对动作进行说明。
设滤波电路1的横向滤波器10、20、30在离散时间n·Ts内被输入数字信号Xin[n·Ts]。
下述式(1)表示数字信号Xin[n·Ts]的时间波形。
Xin[n·Ts]＝α·cos(Δθ+Σθn-1) (1)
在式(1)中，α是Xin的振幅系数，Δθ是1个采样时间内的相位的变化量，Σθn-1是从离散时间零至n-1的相位的积分值。
由于横向滤波器10中串联连接有图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器11、12，因此，当数字信号Xin[n·Ts]被输入时，使该数字信号Xin[n·Ts]的振幅和相位发生变化，并将振幅和相位变化后的数字信号X1[n·Ts]输出至相位频率运算部4。
即，当构成横向滤波器10的减法型一阶横向滤波器11被输入数字信号Xin[n·Ts]时，将下述式(2)所示的数字信号X1′[n·Ts]输出至减法型一阶横向滤波器12。
X1′[n·Ts]
＝Xin[n·Ts]-Xin[(n-1)·Ts]
＝α·cos(Δθ+Σθn-1)-α·cos(Δθ+Σθn-2)
＝α·cos(2·Δθ+Σθn-2)-α·cos(Δθ+Σθn-2)
＝-2·α·sin(0.5·Δθ)·sin(1.5·Δθ+Σθn-2) (2)
当构成横向滤波器10的减法型一阶横向滤波器12从减法型一阶横向滤波器11接到数字信号X1′[n·Ts]时，将下述式(3)所示的数字信号X1[n·Ts]输出至相位频率运算部4。
X1[n·Ts]
＝X1′[n·Ts]-X1′[(n-1)·Ts]
＝-2·α·sin(0.5·Δθ)·sin(1.5·Δθ+Σθn-2)+2·α·sin(0.5·Δθ)·sin(0.5·Δθ+Σθn-2)
＝-2·α·sin(0.5·Δθ)·[sin(1.5·Δθ+Σθn-2)-sin(0.5·Δθ+Σθn-2)]
＝-2·α·sin(0.5·Δθ)·[2·sin(0.5·Δθ)·cos(Δθ+Σθn-2)]
＝-4·α·sin(0.5·Δθ)·sin(0.5·Δθ)·cos(Δθ+Σθn-2) (3)
由于横向滤波器20中串联连接有图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器21和图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器22，因此，当数字信号Xin[n·Ts]被输入时，使该数字信号Xin[n·Ts]的振幅和相位变化，并将振幅和相位变化后的数字信号X2[n·Ts]输出至相位频率运算部4。
即，当构成横向滤波器20的减法型一阶横向滤波器21被输入了数字信号Xin[n·Ts]时，将下述式(4)所示的数字信号X2′[n·Ts]输出至加法型一阶横向滤波器22。
X2′[n·Ts]
＝Xin[n·Ts]-Xin[(n-1)·Ts]
＝α·cos(Δθ+Σθn-1)-α·cos(Δθ+Σθn-2)
＝α·cos(2·Δθ+Σθn-2)-α·cos(Δθ+Σθn-2)
＝-2·α·sin(0.5·Δθ)·sin(1.5·Δθ+Σθn-2) (4)
当构成横向滤波器20的加法型一阶横向滤波器22从减法型一阶横向滤波器21接到数字信号X2′[n·Ts]时，将下述式(5)所示的数字信号X2[n·Ts]输出至相位频率运算部4。
X2[n·Ts]
＝X2′[n·Ts]+X2′[(n-1)·Ts]
＝-2·α·sin(0.5·Δθ)·sin(1.5·Δθ+Σθn-2)-2·α·sin(0.5·Δθ)·sin(0.5·Δθ+Σθn-2)
＝-2·α·sin(0.5·Δθ)·[sin(1.5·Δθ+Σθn-2)+sin(0.5·Δθ+Σθn-2)]
＝-2·α·sin(0.5·Δθ)·[2·cos(0.5·Δθ)·sin(Δθ+Σθn-2)]
＝-4·α·sin(0.5·Δθ)·cos(0.5·Δθ)·sin(Δθ+Σθn-2) (5)
由于横向滤波器30中串联连接有图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器31、32，因此，当数字信号Xin[n·Ts]被输入时，使该数字信号Xin[n·Ts]的振幅和相位发生变化，并将振幅和相位变化后的数字信号X3[n·Ts]输出至相位频率运算部4。
即，当构成横向滤波器30的加法型一阶横向滤波器31被输入数字信号Xin[n·Ts]时，将下述式(6)所示的数字信号X3′[n·Ts]输出至加法型一阶横向滤波器32。
X3′[n·Ts]
＝Xin[n·Ts]+Xin[(n-1)·Ts]
＝α·cos(Δθ+Σθn-1)+α·cos(Δθ+Σθn-2)
＝α·cos(2·Δθ+Σθn-2)+α·cos(Δθ+Σθn-2)
＝2·α·cos(0.5·Δθ)·cos(1.5·Δθ+Σθn-2) (6)
当构成横向滤波器30的加法型一阶横向滤波器32从加法型一阶横向滤波器31接到数字信号X3′[n·Ts]时，将下述式(7)所示的数字信号X3[n·Ts]输出至相位频率运算部4。
X3[n·Ts]
＝X3′[n·Ts]+X3′[(n-1)·Ts]
＝2·α·cos(0.5·Δθ)·cos(1.5·Δθ+Σθn-2)+2·α·cos(0.5·Δθ)·cos(0.5·Δθ+Σθn-2)
＝2·α·cos(0.5·Δθ)·[cos(1.5·Δθ+Σθn-2)+cos(0.5·Δθ+Σθn-2)]
＝4·α·cos(0.5·Δθ)·cos(0.5·Δθ)·cos(Δθ+Σθn-2) (7)
当相位频率运算部4从横向滤波器10、20、30接到数字信号X1[n·Ts]、X2[n·Ts]、X3[n·Ts]时，实施使用该数字信号X1[n·Ts]、X2[n·Ts]、X3[n·Ts]的相位运算和频率运算，运算出所输入的数字信号Xin的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]。
即，当相位频率运算部4的除法运算电路41从横向滤波器10、20接到数字信号X1[n·Ts]、X2[n·Ts]时，如下述式(8)所示，该数字信号X2[n·Ts]除以数字信号X1[n·Ts]，并将作为该除法运算的结果的除法运算信号X2[n·Ts]/X1[n·Ts]输出至乘法运算电路43。
X2[n·Ts]/X1[n·Ts]
＝[-4·α·sin(0.5·Δθ)·cos(0.5·Δθ)·sin(Δθ+Σθn-2)]
/[-4·α·sin(0.5·Δθ)·sin(0.5·Δθ)·cos(Δθ+Σθn-2)]
＝cot(0.5·Δθ)·tan(Δθ+Σθn-2) (8)
当除法运算电路42从横向滤波器20、30接到数字信号X2[n·Ts]、X3[n·Ts]时，如下述式(9)所示，该数字信号X2[n·Ts]除以数字信号X3[n·Ts]，并将作为该除法运算的结果的除法运算信号X2[n·Ts]/X3[n·Ts]输出至乘法运算电路43。
X2[n·Ts]/X3[n·Ts]
＝[-4·α·sin(0.5·Δθ)·cos(0.5·Δθ)·sin(Δθ+Σθn-2)]
/[4·α·cos(0.5·Δθ)·cos(0.5·Δθ)·cos(Δθ+Σθn-2)]
＝-tan(0.5·Δθ)·tan(Δθ+Σθn-2) (9)
当乘法运算电路43接到从除法运算电路41、42输出的除法运算信号X2[n·Ts]/X1[n·Ts]、X2[n·Ts]/X3[n·Ts]时，如下述式(10)所示，该除法运算信号X2[n·Ts]/X1[n·Ts]与除法运算信号X2[n·Ts]/X3[n·Ts]相乘，并将作为该乘法运算的结果的乘法运算信号Y[n·Ts]输出至n次方根运算电路44。
Y[n·Ts]
＝(X2[n·Ts]/X1[n·Ts])·(X2[n·Ts]/X3[n·Ts])
＝-tan2(Δθ+Σθn-2) (10)
当n次方根运算电路44从乘法运算电路43接到乘法运算信号Y[n·Ts]时，实施该乘法运算信号Y[n·Ts]的绝对值的n次方根运算，并将作为该n次方根运算的结果的n次方根运算信号N[n·Ts]输出至相位运算电路45。
N[n·Ts]＝tan(Δθ+Σθn-2) (11)
这里的n次方根运算中的n为0.5，因此，N[n·Ts]为[|Y[n·Ts]|]0.5。
相位运算电路45在从n次方根运算电路44接到n次方根运算信号N[n·Ts]时，如下述式(12)所示，实施该n次方根运算信号N[n·Ts]的反正切运算即arctan运算，根据从除法运算电路42输出的除法运算信号X2[n·Ts]/X3[n·Ts]的符号，进行反正切运算结果的符号转换，从而运算出数字信号Xin的相位θX[n·Ts]。
即，如果除法运算信号X2[n·Ts]/X3[n·Ts]的符号为正，则数字信号Xin的相位θX[n·Ts]的符号也为正，如果除法运算信号X2[n·Ts]/X3[n·Ts]的符号为负，则数字信号Xin的相位θX[n·Ts]的符号也为负。
θX[n·Ts]＝tan-1(|N[n·Ts]|)
＝tan-1(|tan(Δθ+Σθn-2)|) (12)
这里，示出相位运算电路45根据从除法运算电路42输出的除法运算信号X2[n·Ts]/X3[n·Ts]的符号进行反正切运算结果的符号变换的例子，但是，也可以根据从除法运算电路41输出的除法运算信号X2[n·Ts]/X1[n·Ts]的符号进行反正切运算结果的符号变换。
当滤波电路1中的横向滤波器10、20、30的结构是图1的结构时，从除法运算电路41输出的除法运算信号X2[n·Ts]/X1[n·Ts]的符号与从除法运算电路42输出的除法运算信号X2[n·Ts]/X3[n·Ts]的符号相同。
在相位运算电路45运算出数字信号Xin的相位θX[n·Ts]时，如下述式(13)所示，频率运算电路46根据该数字信号Xin的相位θX[n·Ts]来运算所输入的数字信号Xin的频率fX[n·Ts]。
fX[n·Ts]＝{θX[n·Ts]-θX[(n-1)·Ts]}·fs/(2π) (13)
在本实施方式1中，根据式(12)和式(13)，相位频率运算部4无需实施希尔伯特变换，就能够检测出数字信号Xin的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]。
此外，由于横向滤波器10、20、30所使用的延迟电路的级数为2，因此，伴随检测的延迟时间短至2个采样时间，由此对于短脉冲的输入信号也能够进行检测。
在本实施方式1中，示出了除法运算电路41运算出除法运算信号X2[n·Ts]/X1[n·Ts]、除法运算电路42运算出除法运算信号X2[n·Ts]/X3[n·Ts]的例子，但是，也可以是，除法运算电路41运算出除法运算信号X1[n·Ts]/X2[n·Ts]，除法运算电路42运算出除法运算信号X3[n·Ts]/X2[n·Ts]。
该情况下，由下述式(14)给出从n次方根运算电路44输出的n次方根运算信号N[n·Ts]＝[|Y[n·Ts]|]0.5。
N[n·Ts]＝[|Y[n·Ts]|]0.5＝cot(Δθ+Σθn-2) (14)
在此，如果根据cot-1(X)＝-tan-1(X)+π/2的公式对通过式(14)得到的值进行反正切运算，并将该反正切运算结果的符号进行反转后与π/2相加，则数字信号Xin的相位θX[n·Ts]与通过式(12)得到的值相同。
根据以上内容可知，根据本实施方式1，构成为：设置如下的滤波电路1，在该滤波电路1中并联连接有横向滤波器10、20、30，该横向滤波器10、20、30使所输入的数字信号Xin[n·Ts]的振幅和相位变化，作为振幅和相位变化后的数字信号，输出互不相同的数字信号X1[n·Ts]、X2[n·Ts]、X3[n·Ts]，相位频率运算部4实施使用从横向滤波器10、20、30输出的数字信号X1[n·Ts]、X2[n·Ts]、X3[n·Ts]的相位运算和频率运算，运算出所输入的数字信号Xin[n·Ts]的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]，因此，起到了即使所输入的数字信号Xin[n·Ts]是短脉冲信号，也能够检测出相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]，并且能够抑制伴随延迟电路的级数增加的电路规模大型化及功耗增大的效果。
在本实施方式1中，示出了在横向滤波器10中串联连接有图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器11、12，在横向滤波器20中串联连接有图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器21和图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器22，在横向滤波器30中串联连接有图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器31、32的例子。
但是，这仅仅只是一例，横向滤波器10、20、30中所使用的一阶横向滤波器的种类可以是任意的组合。
例如，也可以对减法型一阶横向滤波器11、12、21使用图2的(b)所示的第2减法型一阶横向滤波器-D，而对加法型一阶横向滤波器22、31、32使用图2的(d)所示的第2加法型一阶横向滤波器-I，能够起到同样的效果。
另外，相位运算电路45中的符号变换的结果会根据所使用的一阶横向滤波器的组合的不同而反转。
实施方式2.
在上述实施方式1中，示出了在相位频率运算部4中，由除法运算电路41、42实施除法运算之后再由乘法运算电路43进行乘法运算的例子，但是，也可以是，在相位频率运算部4中，在实施乘法运算之后再进行除法运算。
图3是示出本发明的实施方式2的相位频率检测装置的结构图，在图3中，对与图1相同的标号表示相同或相当的部分，因此省略说明。
乘法运算电路71是如下这样的第1乘法运算电路：实施从横向滤波器10输出的数字信号X1[n·Ts]与从横向滤波器30输出的数字信号X3[n·Ts]的乘法运算，并将该乘法运算的结果X1[n·Ts]·X3[n·Ts]作为第1乘法运算信号输出。
乘法运算电路72是如下这样的第2乘法运算电路：实施从横向滤波器20输出的数字信号X2[n·Ts]的平方运算之后，将该的平方运算的结果X2[n·Ts]·X2[n·Ts]作为第2乘法运算信号输出。
除法运算电路73是如下这样的电路：乘法运算电路72的平方运算结果X2[n·Ts]·X2[n·Ts]除以乘法运算电路71的乘法运算结果X1[n·Ts]·X3[n·Ts]，并将该除法运算的结果(X2[n·Ts]·X2[n·Ts])/(X1[n·Ts]·X3[n·Ts])作为除法运算信号输出至n次方根运算电路44。
如图3那样，在相位频率运算部4中，即使由乘法运算电路71、72实施乘法运算之后再由除法运算电路73来进行除法运算，也还是会将与式(10)所示的值相同的值输出至n次方根运算电路44，因此能够起到与上述实施方式1同样的效果。
实施方式3.
在上述实施方式1中，示出了在滤波电路1中并联连接有3个横向滤波器10、20、30的结构，但是，也可以是并联连接有2个横向滤波器10、30的结构。
图4是示出本发明的实施方式3的相位频率检测装置的结构图，在图4中，对与图1相同的标号示出相同或相当的部分，因此省略说明。
在本实施方式3中，横向滤波器10构成第1横向滤波器，横向滤波器30构成第2横向滤波器。
除法运算电路81是如下这样的电路：从横向滤波器10输出的数字信号X1除以从横向滤波器30输出的数字信号X3，将作为该除法运算的结果的除法运算信号X1/X3输出至n次方根运算电路82。
n次方根运算电路82是如下这样的开方运算电路：实施从除法运算电路81输出的除法运算信号X1/X3的绝对值的n次方根运算，将作为该n次方根运算的结果的n次方根运算信号N输出至频率运算电路83。
频率运算电路83是根据从n次方根运算电路82输出的n次方根运算信号N来运算所输入的数字信号Xin的频率fX的电路。
相位运算电路84是根据由频率运算电路83运算出的频率fX来运算所输入的数字信号Xin的相位θX的电路。
接下来，对动作进行说明。
设滤波电路1的横向滤波器10、30与上述实施方式1同样地在离散时间n·Ts内被输入数字信号Xin[n·Ts]。
由于在横向滤波器10中串联连接有图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器11、12，因此，当数字信号Xin[n·Ts]被输入时，使该数字信号Xin[n·Ts]的振幅和相位变化，并将振幅和相位变化后的数字信号X1[n·Ts]输出至相位频率运算部4。
即，当构成横向滤波器10的减法型一阶横向滤波器11被输入数字信号Xin[n·Ts]时，将上述式(2)所示的数字信号X1′[n·Ts]输出至减法型一阶横向滤波器12。
当构成横向滤波器10的减法型一阶横向滤波器12从减法型一阶横向滤波器11接到数字信号X1′[n·Ts]时，将上述式(3)所示的数字信号X1[n·Ts]输出至相位频率运算部4。
由于在横向滤波器30中串联连接有图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器31、32，因此，当数字信号Xin[n·Ts]被输入时，使该数字信号Xin[n·Ts]的振幅和相位变化，并将振幅和相位变化后的数字信号X3[n·Ts]输出至相位频率运算部4。
即，当构成横向滤波器30的加法型一阶横向滤波器31被输入数字信号Xin[n·Ts]时，将上述式(6)所示的数字信号X3′[n·Ts]输出至加法型一阶横向滤波器32。
当构成横向滤波器30的加法型一阶横向滤波器32从加法型一阶横向滤波器31接到数字信号X3′[n·Ts]时，将上述式(7)所示的数字信号X3[n·Ts]输出至相位频率运算部4。
当相位频率运算部4从横向滤波器10、30接到数字信号X1[n·Ts]、X3[n·Ts]时，使用该数字信号X1[n·Ts]、X3[n·Ts]实施相位运算和频率运算，运算出所输入的数字信号Xin的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]。
即，当相位频率运算部4的除法运算电路81从横向滤波器10、30接到数字信号X1[n·Ts]、X3[n·Ts]时，如下述式(15)所示，该数字信号X1[n·Ts]除以数字信号X3[n·Ts]，并将作为该除法运算的结果的除法运算信号X1[n·Ts]/X3[n·Ts]输出至n次方根运算电路82。
X1[n·Ts]/X3[n·Ts]
＝[-4·α·sin(0.5·Δθ)·sin(0.5·Δθ)·cos(Δθ+Σθn-2)]
/[4·α·cos(0.5·Δθ)·cos(0.5·Δθ)·cos(Δθ+Σθn-2)]
＝-tan2(0.5·Δθ) (15)
当n次方根运算电路82从除法运算电路81接到除法运算信号X1[n·Ts]/X3[n·Ts]时，实施该除法运算信号X1[n·Ts]/X3[n·Ts]的绝对值的n次方根运算，并将作为该n次方根运算的结果的n次方根运算信号N[n·Ts]输出至频率运算电路83。
N[n·Ts]＝tan(0.5·Δθ) (16)
这里的n次方根运算中的n为0.5，因此，N[n·Ts]为[|-tan2(0.5·Δθ)|]0.5。
当频率运算电路83从n次方根运算电路82接到n次方根运算信号N[n·Ts]时，如下述式(17)所示那样进行该n次方根运算信号N[n·Ts]的反正切运算即arctan运算。
tan-1(|N[n·Ts]|)
＝tan-1(|tan(0.5·Δθ)|)
＝0.5·Δθ (17)
然后，频率运算电路83使用n次方根运算信号N[n·Ts]的反正切运算结果0.5·Δθ，如下述式(18)所示那样运算出数字信号Xin[n·Ts]的频率fX[n·Ts]。
fX[n·Ts]
＝(0.5·Δθ)·2·fs/(2π)
＝Δθ·fs/(2π) (18)
另外，根据式(18)，1个采样时间内的相位的变化量Δθ与频率fX[n·Ts]同样地始终为正值。因此，无需进行在上述实施方式1中叙述的相位的符号变换。
当频率运算电路83运算出数字信号Xin[n·Ts]的频率fX[n·Ts]时，如下述式(19)所示，相位运算电路84根据数字信号Xin[n·Ts]的频率fX[n·Ts]运算出数字信号Xin[n·Ts]的相位θX[n·Ts]。
θX[n·Ts]＝Σ[fX[n·Ts]·(2π)/fs] (19)
在本实施方式3中，根据式(18)和式(19)，相位频率运算部4无需实施希尔伯特变换，就能够检测出数字信号Xin的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]。
此外，由于横向滤波器10、30所使用的延迟电路的级数为2，因此，伴随检测的延迟时间短至2个采样时间，对于短脉冲的输入信号也能够进行检测。
在本实施方式3中，示出了由除法运算电路81运算出除法运算信号X1[n·Ts]/X3[n·Ts]的例子，但是，除法运算电路81也可以运算出除法运算信号X3[n·Ts]/X1[n·Ts]。
但是，在该情况下，需要对n次方根运算信号N[n·Ts]的反正切运算结果加上π/2，通过加上π/2而使得其与通过式(17)得到的值相同。
根据以上内容可知，根据本实施方式3，构成为：设置如下的滤波电路1，在该滤波电路1中并联连接有横向滤波器10、30，该横向滤波器10、30使所输入的数字信号Xin[n·Ts]的振幅和相位发生变化，作为振幅和相位变化后的数字信号，输出互不相同的数字信号X1[n·Ts]，X3[n·Ts]，相位频率运算部4实施使用从横向滤波器10、30输出的数字信号X1[n·Ts]、X3[n·Ts]的相位运算和频率运算，运算出所输入的数字信号Xin[n·Ts]的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]，因此，即使所输入的数字信号Xin[n·Ts]是短脉冲信号，也能够检测出相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]，并起到了能够抑制伴随延迟电路的级数增加的电路规模大型化及功耗增大的效果。
在本实施方式3中，示出了在横向滤波器10中串联连接有图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器11、12，在横向滤波器30中串联连接有图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器31、32的例子。
但是，这只是一例，横向滤波器10、30中所使用的一阶横向滤波器的种类可以是任意的组合。
例如，也可以对减法型一阶横向滤波器11、12使用图2的(b)所示的第2减法型一阶横向滤波器-D，对加法型一阶横向滤波器31、32使用图2的(d)所示的第2加法型一阶横向滤波器-I，能够起到同样的效果。
实施方式4.
图5是示出本发明的实施方式4的相位频率检测装置的滤波电路1的结构图，图5中与图1相同的标号示出了与图1相同或相当的部分。
在上述实施方式1中，示出了在横向滤波器20中串联连接有图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器21和图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器22的例子，但是，如图5所示，也可以是，横向滤波器20由被输入从横向滤波器10的减法型一阶横向滤波器11输出的数字信号的加法型一阶横向滤波器22构成。该加法型一阶横向滤波器22是图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I。
在图5的情况下，从横向滤波器10的减法型一阶横向滤波器11输出的数字信号X1′[n·Ts]与从图1的横向滤波器20的减法型一阶横向滤波器21输出的数字信号X2′[n·Ts]相同，因此，从横向滤波器20的加法型一阶横向滤波器22输出的数字信号X2[n·Ts]与上述实施方式1相同。
由此，相位频率运算部4的动作成为与上述实施方式1同样的动作，能够获得与上述实施方式1同样的效果。
此外，由于在横向滤波器20中不需要减法型一阶横向滤波器21，因此，相比于上述实施方式1，能够缩小电路规模。
实施方式5.
图6是示出本发明的实施方式5的相位频率检测装置的滤波电路1的结构图，图6中与图1相同的标号示出了与图1相同或相当的部分。
在上述实施方式1中，示出了在横向滤波器20中串联连接有图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器21和图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器22的例子，但是，如图6所示，也可以是，横向滤波器20由被输入从横向滤波器30的加法型一阶横向滤波器31输出的数字信号的减法型一阶横向滤波器21构成。该减法型一阶横向滤波器21是图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D。
在图6的情况下，横向滤波器20仅由减法型一阶横向滤波器21构成，但是，由于减法型一阶横向滤波器21被输入从横向滤波器30的加法型一阶横向滤波器31输出的数字信号，因此，实质上与串联连接有加法型一阶横向滤波器31和减法型一阶横向滤波器21的横向滤波器等效。
构成该横向滤波器的加法型一阶横向滤波器31与减法型一阶横向滤波器21的连接顺序与图1的横向滤波器20中的减法型一阶横向滤波器21与加法型一阶横向滤波器22的连接顺序相反，但是，即使连接顺序相反，最终输出的数字信号也相同。
因此，从仅由减法型一阶横向滤波器21构成的图6的横向滤波器20输出的数字信号X2[n·Ts]与从图1的横向滤波器20输出的数字信号X2[n·Ts]相同。
由此，相位频率运算部4的动作成为与上述实施方式1同样的动作，能够获得与上述实施方式1同样的效果。
此外，由于在横向滤波器20中无需加法型一阶横向滤波器22，因此，相比于上述实施方式1，能够缩小电路规模。
实施方式6.
图7是示出本发明的实施方式6的相位频率检测装置的滤波电路1的结构图，图7中与图1相同的标号示出了与图1相同或相当的部分。
在上述实施方式1中，示出了横向滤波器20的输入侧的一阶横向滤波器为减法型一阶横向滤波器21、输出侧的一阶横向滤波器为加法型一阶横向滤波器22，此外在横向滤波器30中串联连接有图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器31、32的例子。
在本实施方式6中，如图7所示，调换构成横向滤波器20的减法型一阶横向滤波器21与加法型一阶横向滤波器22的顺序，使得输入侧的一阶横向滤波器为加法型一阶横向滤波器22，输出侧的一阶横向滤波器为减法型一阶横向滤波器21。
此外，横向滤波器30由加法型一阶横向滤波器32构成，该加法型一阶横向滤波器32被输入从横向滤波器20的加法型一阶横向滤波器22输出的数字信号。该加法型一阶横向滤波器32是图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I。
图7的情况下，构成横向滤波器20的加法型一阶横向滤波器22与减法型一阶横向滤波器21的连接顺序与构成图1的横向滤波器20的减法型一阶横向滤波器21与加法型一阶横向滤波器22的连接顺序相反，但是，即使连接顺序相反，最终输出的数字信号X2[n·Ts]也相同。
此外，从横向滤波器20的加法型一阶横向滤波器22输出的数字信号X2′[n·Ts]与从图1的横向滤波器30的加法型一阶横向滤波器31输出的数字信号X3′[n·Ts]相同，因此，从横向滤波器30的加法型一阶横向滤波器32输出的数字信号X3[n·Ts]与上述实施方式1相同。
由此，相位频率运算部4的动作成为与上述实施方式1同样的动作，能够获得与上述实施方式1同样的效果。
此外，由于在横向滤波器30中无需加法型一阶横向滤波器31，因此，相比于上述实施方式1，能够缩小电路规模。
实施方式7.
在上述实施方式1中，示出了在横向滤波器10中串联连接有图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器11、12的例子，但是，在本实施方式7中，对横向滤波器10由图1的横向滤波器10之外的电路构成的例子进行说明。
图8是示出本发明的实施方式7的相位频率检测装置的横向滤波器10的结构图。
在图8中，分配电路91是将所输入的数字信号Xin分配成两个的电路。
1个采样时间延迟电路92是使由分配电路91分配的一方的数字信号延迟1个采样时间Ts的第1延迟电路。
1个采样时间延迟电路93是使由1个采样时间延迟电路92延迟后的数字信号延迟1个采样时间Ts的第2延迟电路。
系数乘法电路94是对由1个采样时间延迟电路92延迟后的数字信号乘以系数-2的电路。
加法运算电路95是实施由1个采样时间延迟电路93延迟后的数字信号、由系数乘法电路94乘以系数后的数字信号以及由分配电路91分配的另一方的数字信号的加法运算的电路。
接下来，对动作进行说明。
加法运算电路95是将由1个采样时间延迟电路92、93延迟2个采样时间Ts后的数字信号、由1个采样时间延迟电路92延迟1个采样时间Ts后又由系数乘法电路94乘以系数-2而得到的数字信号以及由分配电路91分配的数字信号相加的电路，因此，图8的横向滤波器10的传递特性DF1成为下述式(20)所示。
DF1＝Z-2-2·Z-1+1 (20)
在式(20)中，Z-1是exp(-jω·Ts)的复数，表示1个采样时间的延迟。此外，Z-2表示2个采样时间的延迟。
另一方面，由于图1的横向滤波器10是图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器11、12串联连接而构成的，因此其传递特性DF1成为下述式(21)所示。
DF1＝(1-Z-1)·(1-Z-1)
＝Z-2-2·Z-1+1 (21)
根据式(20)和式(21)，图8的横向滤波器10的传递特性DF1与图1的横向滤波器10的传递特性DF1相同，可以使用图8的横向滤波器10来代替图1的横向滤波器10。
实施方式8.
在上述实施方式1中，示出了在横向滤波器20中串联连接有图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器21和图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器22的例子，但是，在本实施方式8中，对横向滤波器20由图1的横向滤波器20之外的电路构成的例子进行说明。
图9是示出本发明的实施方式8的相位频率检测装置的横向滤波器20的结构图。
在图9中，分配电路101是将所输入的数字信号Xin分配成两个的电路。
1个采样时间延迟电路102是使由分配电路101分配的一方的数字信号延迟1个采样时间Ts的第1延迟电路。
1个采样时间延迟电路103是使由1个采样时间延迟电路102延迟后的数字信号延迟1个采样时间Ts的第2延迟电路。
系数乘法电路104是对由1个采样时间延迟电路103延迟后的数字信号乘以-1的系数的电路。
加法运算电路105是实施由系数乘法电路104乘以系数而得到的数字信号与由分配电路101分配的另一方的数字信号的加法运算的电路。
接下来，对动作进行说明。
加法运算电路105是将由1个采样时间延迟电路102、103延迟2个采样时间Ts后又由系数乘法电路104乘以-1的系数而得到的数字信号与由分配电路101分配的数字信号相加的电路，因此，图9的横向滤波器10的传递特性DF2成为下述式(22)所示。
DF2＝1-Z-2 (22)
另一方面，图1的横向滤波器20是图2的(a)所示的第1减法型一阶横向滤波器D即减法型一阶横向滤波器21和图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器22串联连接而构成的，因此，其传递特性DF2成为下述公式(23)所示。
DF2＝(1-Z-1)·(1+Z-1)
＝1-Z-2 (23)
根据式(22)和式(23)，图9的横向滤波器20的传递特性DF2与图1的横向滤波器20的传递特性DF2相同，可以使用图9的横向滤波器20来替代图1的横向滤波器20。
实施方式9.
在上述实施方式1中，示出了横向滤波器30中串联连接有图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器31、32的例子，但是，在本实施方式9中，对横向滤波器30由图1的横向滤波器30之外的电路构成的例子进行说明。
图10是示出本发明的实施方式9的相位频率检测装置的横向滤波器30的结构图。
在图10中，分配电路111是将所输入的数字信号Xin分配成两个的电路。
1个采样时间延迟电路112是使由分配电路111分配的一方的数字信号延迟1个采样时间Ts的第1延迟电路。
1个采样时间延迟电路113是使由1个采样时间延迟电路112延迟后的数字信号延迟1个采样时间Ts的第2延迟电路。
系数乘法电路114是对由1个采样时间延迟电路112延迟后的数字信号乘以系数2的电路。
加法运算电路115是实施由1个采样时间延迟电路113延迟后的数字信号、由系数乘法电路114乘以系数后的数字信号以及由分配电路111分配的另一方的数字信号的加法运算的电路。
接下来，对动作进行说明。
加法运算电路115是将由1个采样时间延迟电路112、113延迟了2个采样时间Ts后的数字信号、由1个采样时间延迟电路112延迟1个采样时间Ts后又由系数乘法电路114乘以系数2而得到的数字信号以及由分配电路111分配的数字信号相加的电路，因此，图10的横向滤波器30的传递特性DF3成为下述式(24)所示。
DF3＝Z-2+2·Z-1+1 (24)
另一方面，由于图1的横向滤波器30中串联连接有图2的(c)所示的第1加法型一阶横向滤波器I即加法型一阶横向滤波器31、32，因此，其传递特性DF3成为下述式(25)所示。
DF3＝(Z-1+1)·(Z-1+1)
＝Z-2+2·Z-1+1 (25)
根据式(24)和式(25)，图10的横向滤波器30的传递特性DF3与图1的横向滤波器30的传递特性DF3相同，可以使用图10的横向滤波器30来替代图1的横向滤波器30。
实施方式10.
在上述实施方式1中，示出了滤波电路1由横向滤波器10、20、30构成的例子，但是，也可以对横向滤波器10、20、30安装去除叠加于所输入的数字信号Xin中的噪声的数字滤波器。
图11是示出本发明的实施方式10的相位频率检测装置的滤波电路1的结构图，在图11中，与图1相同的标号示出相同或相当的部分，因此省略说明。
数字滤波器13是去除叠加于从减法型一阶横向滤波器12输出的数字信号中的噪声的滤波器。
数字滤波器23是去除叠加于从加法型一阶横向滤波器22输出的数字信号中的噪声的滤波器。
数字滤波器33是去除叠加于从加法型一阶横向滤波器32输出的数字信号中的噪声的滤波器。
数字滤波器13、23、33只要能够去除叠加于数字信号Xin中的噪声即可，电路结构不受限制，例如可以使用FIR(Finite Impusle Response，有限冲激响应)型或IIR(InfiniteImpusle Response，无限冲激响应)型的滤波器。
但是，为了使图1的相位频率运算部4能够检测数字信号Xin[n·Ts]的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]，数字滤波器13、23、33的传递特性DF需要全部相同。
图11中，示出了对图1的滤波电路1应用数字滤波器13、23、33的例子，但是，如图4所示，也可以对由2个横向滤波器10、30构成的滤波电路1应用数字滤波器13、33。
在本实施方式10中，示出了数字滤波器13、23、33在横向滤波器10、20、30中与两个一阶横向滤波器的输出端侧连接的例子，但是，如图12所示，数字滤波器13、23、33也可以与两个一阶横向滤波器的输入端侧连接，能够去除叠加于数字信号中的噪声。
此外，如图13所示，滤波电路1的前级也可以与数字滤波器13连接，能够去除叠加于数字信号中的噪声。
实施方式11.
图14是示出本发明的实施方式11的相位频率检测装置的结构图，在图14中，与图1相同的标号示出相同或相当的部分，因此省略说明。
相位频率运算部121是与图1的相位频率运算部4结构相同的运算部，使用从横向滤波器10、20、30输出的数字信号X1、X2、X3来实施相位运算和频率运算，运算出所输入的数字信号Xin的相位θX和频率fX。
相位频率运算部122是与图4的相位频率运算部4结构相同的运算部，使用从横向滤波器10、30输出的数字信号X1、X3来实施相位运算和频率运算，运算出所输入的数字信号Xin的相位θX和频率fX。
如上述实施方式1、3中所示，图1的相位频率运算部4与图4的相位频率运算部4的相位运算和频率运算的处理内容有所不同。
统计运算部123实施由相位频率运算部121运算出的相位θX和由相位频率运算部122运算出的相位θX的统计运算，并且实施由相位频率运算部121运算出的频率fX和由相位频率运算部122运算出的频率fX的统计运算。
接下来，对动作进行说明。
相位频率运算部121与图1的相位频率运算部4同样地运算数字信号Xin[n·Ts]的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]。
相位频率运算部122与图4的相位频率运算部4同样地运算数字信号Xin[n·Ts]的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]。
如果相位频率运算部121、122中的数字运算的位数无限大，则在该数字运算中不会产生量化误差，因此，利用式(12)求出的θX[n·Ts]与利用式(19)求出的θX[n·Ts]为相同的值，此外，利用式(13)求出的频率fX[n·Ts]与利用式(18)求出的频率fX[n·Ts]为相同的值。
但是，由于相位频率运算部121、122中的数字运算的位数是有限的值，因此，会产生量化误差。
因此，统计运算部123实施由相位频率运算部121运算出的相位θX[n·Ts]和由相位频率运算部122运算出的相位θX[n·Ts]的统计运算，并且实施由相位频率运算部121运算出的频率fX[n·Ts]和由相位频率运算部122运算出的频率fX[n·Ts]的统计运算。
在此，作为由相位频率运算部121、122运算出的两个相位θX[n·Ts]的统计运算，可以考虑求两个相位θX[n·Ts]的平均值的运算和/或加权求和的运算等。
此外，作为由相位频率运算部121、122运算出的两个频率fX[n·Ts]的统计运算，可以考虑求两个频率fX[n·Ts]的平均值的运算和/或加权求和的运算等。
由此，能够减轻在相位频率运算部121、122的数字运算中产生的量化误差的影响，能够得到高精度的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]。
在本实施方式11中，示出了安装有相位运算和频率运算的处理内容不同的相位频率运算部121、122，并由统计运算部123对相位频率运算部121、122的运算结果进行统计运算的例子，但是，也可以是，安装相位运算和频率运算的处理内容不同的3个以上的相位频率运算部，由统计运算部123对3个以上的相位频率运算部的运算结果进行统计运算。
在本实施方式11中，示出了安装有相位运算和频率运算的处理内容不同的相位频率运算部121、122的例子，但是，也可以是，使与多个相位频率运算部的前级连接的滤波电路1的结构不同，由统计运算部123对多个相位频率运算部的运算结果进行统计运算。
例如，如图15所示，也可以是，设置根据由未安装数字滤波器13、23、33的横向滤波器10、20、30构成的滤波电路1的输出信号来运算数字信号Xin[n·Ts]的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]的相位频率运算部121和根据由安装有数字滤波器13、23、33的横向滤波器10、20、30构成的滤波电路1的输出信号来运算数字信号Xin[n·Ts]的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]的相位频率运算部121，统计运算部123实施由两个相位频率运算部121运算出的相位θX[n·Ts]的统计运算，并且实施由两个相位频率运算部121运算出的频率fX[n·Ts]的统计运算。
在该情况下，也能够减轻在两个相位频率运算部121的数字运算中产生的量化误差的影响，能够得到高精度的相位θX[n·Ts]和频率fX[n·Ts]。
另外，本申请发明在其发明的范围内可以进行各实施方式的自由组合、或者进行各实施方式的任意的构成要素的变形、或者在各实施方式中进行任意的构成要素的省略。
产业上的可利用性
本发明的相位频率检测装置适于在检测所输入的数字信号Xin的相位θX和频率fX时即便所输入的数字信号Xin是短脉冲信号也需要进行检测的情况。
标号说明
1：滤波电路；4：相位频率运算部；10：横向滤波器(第1横向滤波器)；11，12：减法型一阶横向滤波器；13：数字滤波器；20：横向滤波器(第2横向滤波器)；21：减法型一阶横向滤波器；22：加法型一阶横向滤波器；23：数字滤波器；30：横向滤波器(第3横向滤波器、第2横向滤波器)；31、32：加法型一阶横向滤波器；33：数字滤波器；41：除法运算电路(第1除法运算电路)；42：除法运算电路(第2除法运算电路)；43：乘法运算电路；44：n次方根运算电路(开方运算电路)；45：相位运算电路；46：频率运算电路；51：分配电路(第1分配电路)；52：1个采样时间延迟电路(第1延迟电路)；53、54：减法运算电路；61：分配电路(第2延迟电路)；62：1个采样时间延迟电路(第2延迟电路)；63、64：加法运算电路；71：乘法运算电路(第1乘法运算电路)；72：乘法运算电路(第2乘法运算电路)；73：除法运算电路；81：除法运算电路；82：n次方根运算电路(开方运算电路)；83：频率运算电路；84：相位运算电路；91：分配电路；92：1个采样时间延迟电路(第1延迟电路)；93：1个采样时间延迟电路(第2延迟电路)；94：系数乘法电路；95：加法运算电路；101：分配电路；102：1个采样时间延迟电路(第1延迟电路)；103：1个采样时间延迟电路(第2延迟电路)；104：系数乘法电路；105：加法运算电路；111：分配电路；112：1个采样时间延迟电路(第1延迟电路)；113：1个采样时间延迟电路(第2延迟电路)；114：系数乘法电路；115：加法运算电路；121、122：相位频率运算部；123：统计运算部。

Claims (17)

1.一种相位频率检测装置，其中，所述相位频率检测装置具有：
滤波电路，在该滤波电路中并联连接有多个横向滤波器，该多个横向滤波器使所输入的数字信号的振幅和相位变化，作为振幅和相位变化后的数字信号，输出互不相同的数字信号；以及
相位频率运算部，其实施相位运算和频率运算，运算出所述所输入的数字信号的相位和频率，在该相位运算和频率运算中使用从所述多个横向滤波器输出的数字信号。
2.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
在所述滤波电路中并联连接有第1横向滤波器、第2横向滤波器和第3横向滤波器作为所述多个横向滤波器，
所述相位频率运算部由下述部分构成：
第1除法运算电路，其在从所述第1横向滤波器输出的数字信号与从所述第2横向滤波器输出的数字信号之间实施除法运算，输出作为该除法运算的结果的第1除法运算信号；
第2除法运算电路，其在从所述第3横向滤波器输出的数字信号与从所述第2横向滤波器输出的数字信号之间实施除法运算，输出作为该除法运算的结果的第2除法运算信号；
乘法运算电路，其实施从所述第1除法运算电路输出的第1除法运算信号与从所述第2除法运算电路输出的第2除法运算信号的乘法运算，输出作为该乘法运算的结果的乘法运算信号；
开方运算电路，其实施从所述乘法运算电路输出的乘法运算信号的开方运算，输出作为该开方运算的结果的开方运算信号；
相位运算电路，其根据从所述开方运算电路输出的开方运算信号以及所述第1除法运算信号或所述第2除法运算信号的符号来运算所述所输入的数字信号的相位；以及
频率运算电路，其根据由所述相位运算电路运算出的相位来运算所述所输入的数字信号的频率。
3.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
在所述滤波电路中并联连接有第1横向滤波器、第2横向滤波器和第3横向滤波器作为所述多个横向滤波器，
所述相位频率运算部由下述部分构成：
第1乘法运算电路，其实施从所述第1横向滤波器输出的数字信号与从所述第3横向滤波器输出的数字信号的乘法运算，输出作为该乘法运算的结果的第1乘法运算信号；
第2乘法运算电路，其实施从所述第2横向滤波器输出的数字信号的平方运算，输出作为该平方运算的结果的第2乘法运算信号；
除法运算电路，其在从所述第1乘法运算电路输出的第1乘法运算信号与从所述第2乘法运算电路输出的第2乘法运算信号之间实施除法运算，输出作为该除法运算的结果的除法运算信号；
开方运算电路，其实施从所述除法运算电路输出的除法运算信号的开方运算，输出作为该开方运算的结果的开方运算信号；
相位运算电路，其根据从所述开方运算电路输出的开方运算信号和所述第1乘法运算信号的符号来运算所述所输入的数字信号的相位；以及
频率运算电路，其根据由所述相位运算电路运算出的相位来运算所述所输入的数字信号的频率。
4.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
在所述滤波电路中并联连接有第1横向滤波器和第2横向滤波器作为所述多个横向滤波器，
所述相位频率运算部由下述部分构成：
除法运算电路，其在从所述第1横向滤波器输出的数字信号与从所述第2横向滤波器输出的数字信号之间实施除法运算，输出作为该除法运算的结果的除法运算信号；
开方运算电路，其实施从所述除法运算电路输出的除法运算信号的开方运算，输出作为该开方运算的结果的开方运算信号；
频率运算电路，其根据从所述开方运算电路输出的开方运算信号来运算所述所输入的数字信号的频率；以及
相位运算电路，其根据由所述频率运算电路运算出的频率来运算所述所输入的数字信号的相位。
5.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
所述多个横向滤波器由1个以上的减法型一阶横向滤波器串联连接而构成、由1个以上的加法型一阶横向滤波器串联连接而构成、或者由减法型一阶横向滤波器和加法型一阶横向滤波器串联连接而构成，
所述减法型一阶横向滤波器由第1分配电路、第1延迟电路和减法运算电路构成，其中，所述第1分配电路对所输入的数字信号进行分配，所述第1延迟电路使由所述第1分配电路分配的一方的数字信号延迟1个采样时间，所述减法运算电路在由所述第1延迟电路延迟后的数字信号与由所述第1分配电路分配的另一方的数字信号之间实施减法运算，
所述加法型一阶横向滤波器由第2分配电路、第2延迟电路和加法运算电路构成，其中，所述第2分配电路对所输入的数字信号进行分配，所述第2延迟电路使由所述第2分配电路分配的一方的数字信号延迟1个采样时间，所述加法运算电路实施由所述第2延迟电路延迟后的数字信号与由所述第2分配电路分配的另一方的数字信号的加法运算。
6.根据权利要求5所述的相位频率检测装置，其特征在于，
在所述滤波电路中并联连接有第1横向滤波器、第2横向滤波器和第3横向滤波器作为所述多个横向滤波器，
所述第1横向滤波器由两个减法型一阶横向滤波器串联连接而构成，
所述第2横向滤波器由减法型一阶横向滤波器和加法型一阶横向滤波器串联连接而构成，
所述第3横向滤波器由两个加法型一阶横向滤波器串联连接而构成。
7.根据权利要求5所述的相位频率检测装置，其特征在于，
在所述滤波电路中并联连接有第1横向滤波器和第2横向滤波器作为所述多个横向滤波器，
所述第1横向滤波器由两个减法型一阶横向滤波器串联连接而构成，
所述第2横向滤波器由两个加法型一阶横向滤波器串联连接而构成。
8.根据权利要求5所述的相位频率检测装置，其特征在于，
在所述滤波电路中并联连接有第1横向滤波器、第2横向滤波器和第3横向滤波器作为所述多个横向滤波器，
所述第1横向滤波器由两个减法型一阶横向滤波器串联连接而构成，
所述第2横向滤波器由被输入如下的数字信号的加法型一阶横向滤波器构成，该数字信号是从构成所述第1横向滤波器的两个减法型一阶横向滤波器中的前级的减法型一阶横向滤波器输出的，
所述第3横向滤波器由两个加法型一阶横向滤波器串联连接而构成。
9.根据权利要求5所述的相位频率检测装置，其特征在于，
在所述滤波电路中并联连接有第1横向滤波器、第2横向滤波器和第3横向滤波器作为所述多个横向滤波器，
所述第1横向滤波器由两个减法型一阶横向滤波器串联连接而构成，
所述第3横向滤波器由两个加法型一阶横向滤波器串联连接而构成，
所述第2横向滤波器由被输入如下的数字信号的减法型一阶横向滤波器构成，该数字信号是从构成所述第3横向滤波器的两个加法型一阶横向滤波器中的前级的加法型一阶横向滤波器输出的。
10.根据权利要求5所述的相位频率检测装置，其特征在于，
在所述滤波电路中并联连接有第1横向滤波器、第2横向滤波器和第3横向滤波器作为所述多个横向滤波器，
所述第1横向滤波器由两个减法型一阶横向滤波器串联连接而构成，
所述第2横向滤波器由输入侧的加法型一阶横向滤波器和输出侧的减法型一阶横向滤波器串联连接而构成，
所述第3横向滤波器由被输入从构成所述第3横向滤波器的加法型一阶横向滤波器输出的数字信号的加法型一阶横向滤波器构成。
11.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
所述多个横向滤波器中的任意一个横向滤波器由下述部分构成：
分配电路，其对所述所输入的数字信号进行分配；
第1延迟电路，其使由所述分配电路分配的一方的数字信号延迟1个采样时间；
第2延迟电路，其使由所述第1延迟电路延迟后的数字信号延迟1个采样时间；
系数乘法电路，其对由所述第1延迟电路延迟后的数字信号乘以系数-2；以及
加法运算电路，其实施由所述第2延迟电路延迟后的数字信号、由所述系数乘法电路乘以系数后的数字信号以及由所述分配电路分配的另一方的数字信号的加法运算。
12.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
所述多个横向滤波器中的任意一个横向滤波器由下述部分构成：
分配电路，其对所述所输入的数字信号进行分配；
第1延迟电路，其使由所述分配电路分配的一方的数字信号延迟1个采样时间；
第2延迟电路，其使由所述第1延迟电路延迟后的数字信号延迟1个采样时间；
系数乘法电路，其对由所述第2延迟电路延迟后的数字信号乘以系数-1；以及
加法运算电路，其实施由所述系数乘法电路乘以系数后的数字信号与由所述分配电路分配的另一方的数字信号的加法运算。
13.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
所述多个横向滤波器中的任意一个横向滤波器由下述构成：
分配电路，其对所述所输入的数字信号进行分配；
第1延迟电路，其使由所述分配电路分配的一方的数字信号延迟1个采样时间；
第2延迟电路，其使由所述第1延迟电路延迟后的数字信号延迟1个采样时间；
系数乘法电路，其对由所述第1延迟电路延迟后的数字信号乘以系数2；以及
加法运算电路，其实施由所述第2延迟电路延迟后的数字信号、由所述系数乘法电路乘以系数后的数字信号以及由所述分配电路分配的另一方的数字信号的加法运算。
14.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
所述多个横向滤波器中安装有去除叠加于所述所输入的数字信号中的噪声的数字滤波器。
15.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
去除叠加于所述所输入的数字信号中的噪声的数字滤波器与所述滤波电路的前级连接。
16.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
作为所述相位频率运算部，设有相位运算和频率运算的处理内容不同的多个相位频率运算部，在该相位运算和频率运算中使用从所述多个横向滤波器输出的数字信号，并且，所述相位频率检测装置具有统计运算部，该统计运算部实施由所述多个相位频率运算部运算出的相位和频率的统计运算。
17.根据权利要求1所述的相位频率检测装置，其特征在于，
作为所述滤波电路，设有所安装的横向滤波器的结构不同的多个滤波电路，并且作为所述相位频率运算部，设有实施相位运算和频率运算的多个相位频率运算部，在该相位运算和频率运算中使用从所述滤波电路的多个横向滤波器输出的数字信号，并且，所述相位频率检测装置具有统计运算部，该统计运算部实施由所述多个相位频率运算部运算出的相位和频率的统计运算。
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