JP2003232847A - 受信装置および利得制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スペクトラムの広い信号の受信特性の劣化を防
止し得る受信装置および利得制御方法を提供する。 【解決手段】同調部７１により切り替えられた同調周波
数が安定すると、その旨を同調検出器７４で検出し、そ
のタイミングに応じて切断制御信号と切り替え制御信号
とを生成する。切断制御信号を切断回路２１〜２ｎのい
ずれかに与え、同調周波数に対応する受信アンテナから
送出される励振信号を一時的に遮断する。切り替え制御
信号を切替器８８に与えてＡに切り替え、信号を遮断し
た状態で可変利得増幅器８１の利得を制御するための補
正値データを生成し、補正値メモリ７６に記憶する。そ
して、切替器８８をＢに切り替え、記憶された補正値デ
ータを使用して可変利得増幅器８１の利得を制御すると
ともに信号の遮断状態を解除し、受信アンテナからの信
号を受信器７に導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばパルスレー
ダから放射される信号を受信する受信装置および利得制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波信号を受信するには、信号自体に
含まれるノイズのほか、受信装置において内部的に発生
されるノイズを抑圧する必要がある。以下、受信装置に
おいて生じるノイズをシステムノイズと称する。

【０００３】システムノイズは周波数特性を有すること
が多く、同調周波数に応じてノイズレベルが変化する。
この周波数特性を補正し、如何なる周波数の信号を受信
する場合でも一定の受信性能を得るための方式として、
ＮＧＣ（Noise Gain Control）方式が知られている。

【０００４】ＮＧＣ方式による受信装置では、同調周波
数から一定の間隔（１０ＭＨｚ程度）だけ離れた周波数
帯域におけるシステムノイズレベルが検出される。そし
て、このシステムノイズレベルを基準値と一致させるべ
く信号の受信利得を制御することにより、受信信号に含
まれるノイズが一定のレベルに保たれる。

【０００５】ところで、近年のパルスレーダ装置などで
は、レーダ画像をより鮮明に得たいとのニーズからパル
ス繰返し周期（ＰＲＦ（Pulse Repetition frequenc
y））を高くすることが有る。高ＰＲＦパルス信号のス
ペクトラムは、従前の低ＲＰＦ信号と比較して広い帯域
を有する。このため受信信号のＰＲＦが過度に高くなっ
たり、受信信号のレベルが高くなったりすると、受信信
号のスペクトラムがノイズ抽出の帯域にまで広がる。

【０００６】そうすると、ノイズ抽出帯域における受信
信号レベルがノイズレベルとして検出され、実際よりも
大きい値のノイズレベルが検出されることになる。その
結果、受信系利得が増加していないにも拘わらず、ＮＧ
Ｃの作用により受信利得が下げられてしまい、受信レベ
ル測定結果が実際の受信電力値よりも低くなってしま
う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の受信装置は、受信信号の高ＰＲＦ化などにより受信信
号のスペクトラムが広がると、ノイズ抽出帯域において
受信信号レベルが検出され、システムノイズレベルが誤
った値となることから受信特性が劣化するという不具合
を有していた。

【０００８】本発明は上記事情によりなされたもので、
その目的は、スペクトラムの広い信号の受信特性の劣化
を防止し得る受信装置および利得制御方法を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、無線周波数信号を捕捉して電気信号に変換
するアンテナ部（例えば受信アンテナ１１〜１ｎからな
るアンテナ群など）と、前記電気信号を増幅する可変利
得増幅器（例えば可変利得増幅器８１など）と、前記ア
ンテナ部から前記可変利得増幅器に前記電気信号が伝達
される信号経路を一時的に遮断する遮断手段（例えば切
断回路２１〜２ｎなど）と、前記可変利得増幅器の出力
信号から所定帯域（例えばノイズ抽出帯域）の信号成分
を抽出する抽出手段（例えば狭帯域フィルタ８４，検波
器８５など）と、前記遮断手段により前記信号経路が遮
断されている状態で前記抽出手段により抽出された信号
成分から補正信号を生成し、この補正信号を前記可変利
得増幅器に与えて当該可変利得増幅器の利得を制御する
利得制御手段（例えばローパスフィルタ８６，比較器８
７など）とを具備することを特徴とする。

【００１０】このような手段を講じることにより、アン
テナ部において無線周波数信号が捕捉され、励振信号な
どのような電気信号が生成される。この電気信号がアン
テナ部から可変利得増幅器に伝達される信号経路は、遮
断手段により一時的に遮断される。そして、遮断手段に
より前記信号経路が遮断されている状態において、ノイ
ズ抽出帯域の信号成分が抽出手段により抽出される。

【００１１】このようにしたので、アンテナ部からの信
号が遮断された状態においてノイズレベルが計測され
る。したがって、帯域の広い無線周波数信号が到来し、
そのスペクトラムがノイズ抽出帯域にまで広がったとし
ても、信号成分がノイズ成分に混入することを防止でき
る。従って純粋なシステムノイズ成分のみを抽出するこ
とが可能になり、システムノイズレベルが誤って検出さ
れることが無くなる。その結果、スペクトラムの広い信
号の受信特性の劣化を防止することが可能になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明に係わる受信装置の
第１の実施形態における構成を示すブロック図である。
この受信装置は、複数の受信アンテナ１１〜１ｎを備え
る。受信アンテナ１１〜１ｎはそれぞれ異なる帯域の電
波を受信し、全体として広い受信帯域を形成する。

【００１３】受信アンテナ１１〜１ｎに到来した電波は
電気信号としての励振信号に変換され、それぞれ切断回
路２１〜２ｎを介して増幅回路３１〜３ｎに与えられて
所定レベルにまで高周波増幅される。増幅回路３１，３
２の出力は、それぞれ周波数変換器４１，４２により一
定周波数の中間周波数信号（ＩＦ信号）に変換されて選
択器６に入力される。

【００１４】切断回路２１〜２ｎは高周波用のリレーや
ダイオードスイッチなどとして実現され、受信アンテナ
１１〜１ｎからの励振信号を終端する作用を持つ。従っ
てアッテネータなどを用いても、切断回路２１〜２ｎを
実現することができる。逆に単純な開閉式スイッチで
は、高周波信号に特有の回り込みを生じるために好まし
く無い。要するに切断回路２１〜２ｎは、受信アンテナ
１１〜１ｎから装置内に流れようとする信号を遮断する
作用を有するデバイスである。

【００１５】ここで、必要に応じて合成器５を設け、一
部の受信アンテナ１３〜１ｎからの信号をビーム合成し
て周波数変換器４ｍに入力することにより、アレイアン
テナを形成することができる。なお、このようにアレイ
アンテナを形成することは本発明において必須ではな
い。

【００１６】選択器６は、周波数変換器４１〜４ｍから
のＩＦ信号のうちいずれかを選択的に受信機７に出力す
る。受信機７に入力された信号は同調部７１に入力さ
れ、受信すべき信号の周波数に同調される。同調部７１
の出力は、帯域制限フィルタ７２により不要波除去さ
れ、利得制御部（ＮＧＣ回路）８に与えられる。同調周
波数を切り替えることにより、広い受信帯域がカバーさ
れる。

【００１７】また同調部７１において周波数が同調する
と、そのことが同調検出器７４により検出され、切断制
御信号と切り替え制御信号とが生成される。切断制御信
号は切断回路２１〜２ｎに、切り替え制御信号は利得制
御部８に、それぞれ与えられる。

【００１８】帯域制限フィルタ７２の出力は、利得制御
部８の可変利得増幅器８１により増幅され、帯域選択器
７３を介してレベル測定系９などに出力される。可変利
得増幅器８１の出力の一部は分岐器８２により分岐さ
れ、増幅器８３を介して狭帯域フィルタ８４に与えられ
る。狭帯域フィルタ８４のパス帯域は同調周波数から一
定の間隔（１０ＭＨｚ程度）だけ離れた帯域に設定さ
れ、これによりこの帯域におけるシステムノイズ成分が
抽出される。

【００１９】抽出されたシステムノイズ成分は、検波器
８５およびローパスフィルタ（ＬＰＦ）８６を介して平
滑化され、比較器８７によりノイズレベル目標値と比較
される。

【００２０】比較器８７からの利得制御用電圧（補正
値）は切替器８８を介して可変利得増幅器８１に与えら
れ、抽出されたノイズ成分が一定レベルとなるようにフ
ィードバック制御される。

【００２１】切替器８８における切り替え状態、すなわ
ち切替器８８がＡに接続されているか、またはＢに接続
されているかにより、利得制御用電圧の伝達経路が異な
る。切替器８８がＡに接続されている場合には、可変利
得増幅器８１と比較器８７との間にフィードバックルー
プが形成され、ノイズ成分を一定レベルに制御するため
の利得制御用電圧が生成される。この利得制御用電圧は
アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）７５によりディ
ジタル値に変換され、補正値メモリ７６に記憶される。

【００２２】一方、切替器８８がＢに接続されている場
合には、補正値メモリ７６に記憶されたデータがディジ
タル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）７７により読み出さ
れ、アナログ値に変換されて可変利得増幅器８１に与え
られる。定常時においては、切替器８８はＢに接続され
る。

【００２３】図２は、受信信号のスペクトラムと狭帯域
フィルタのパス帯域との関係を示す図である。図２
（ａ）は、低ＰＲＦパルス信号のスペクトラムを模式的
に示す。これに対し、図２（ｂ）は高ＰＲＦパルス信号
のスペクトラムを示し、図２（ａ）に比べて広い帯域を
有する。図２（ｃ）は、図１に示される狭帯域フィルタ
８４のパス帯域を示す図である。このように、狭帯域フ
ィルタ８４のパス帯域は、受信パルス信号の中心周波数
（同調周波数）から一定の間隔（１０ＭＨｚ程度）だけ
離れた周波数帯域に設定される。これにより、低ＰＲＦ
パルス信号を受信する限りにおいては、スペクトル広が
りの無い領域でノイズ抽出を実施することができる。し
かしながら高ＰＲＦパルス信号を受信する場合には、狭
帯域フィルタ８４のパス帯域にスペクトラムが広がって
くるため、純粋なノイズ成分のみを抽出することが出来
ない。この不具合は、以下に説明する作用により解決さ
れる。

【００２４】図３のタイミングチャートを参照して、上
記構成における動作を説明する。図示しない制御部から
同調周波数を切り替えるための指示が与えられると、選
択器６および同調部７１の作用により同調周波数が切り
替えられる。周波数が切り替えられたのち応答時間が経
過すると同調状態が安定し、そのことが同調検出器７４
により検出される。

【００２５】そうすると、同調検出器７４により、まず
切断制御信号がアクティブにされる。この切断制御信号
は、同調周波数に対応する受信アンテナに接続される切
断回路に与えられる。よって、同調周波数に対応する受
信アンテナから送出される励振信号が一時的に遮断され
る。

【００２６】この次に、同調検出器７４により、切り替
え制御信号が切替器８８に与えられる。そうすると、Ｂ
に接続されていた切替器８８が所定期間だけＡに接続さ
れる。この期間内に、校正処理が実施される。校正処理
期間内には、ローパスフィルタ８６から出力されるノイ
ズレベルに応じた利得制御値がＡ／Ｄ変換器７５に与え
られ、ディジタル変換された補正値データが補正値メモ
リ７６に記憶される。

【００２７】校正処理期間が終了すると、切替器８８を
Ｂに切り戻す旨の切り替え制御信号が切替器８８に与え
られる。続いて切断制御信号がインアクティブに戻さ
れ、これにより励振信号の遮断状態が解かれ、可変利得
増幅器８１に再び信号が入力される。このとき、補正値
メモリ７６に記憶された補正値データがＤ／Ａ変換器７
７によりアナログ値に戻され、可変利得増幅器８１に与
えられる。よって可変利得増幅器８１は、校正処理期間
において得られた新たな補正値データに応じた利得で動
作することになる。以上の過程は、同調周波数が変化さ
せられる毎に繰り返される。このような手順により、受
信レベルを高精度に測定することが可能となる。

【００２８】図４は、ノイズレベルが抽出される過程を
示す模式図である。図４（ａ）は、低ＰＲＦパルス信号
のノイズレベルが抽出される過程を示す図である。この
ように信号帯域と狭帯域フィルタ８４のパス帯域とが異
なっていることから、検波波形にパルス信号成分が混入
することは無く、従ってローパスフィルタ８６の出力に
はノイズレベルの平滑値が正確に現れる。

【００２９】これに対し図４（ｂ）に示されるように、
高ＰＲＦパルス信号の帯域は、狭帯域フィルタ８４のパ
ス帯域と一部で重なり合う。このため検波波形にパルス
信号成分が混入し、ローパスフィルタ８６の出力にパル
スデューティーの逆数に応じたレベルの信号が重畳され
てしまう。すなわちノイズレベルが誤って検出されるこ
とになる。

【００３０】そこで本実施形態では、受信アンテナとそ
の後段の系との間を遮断した状態で、ノイズ抽出を行な
うようにしているので、図４（ｃ）に示されるように、
スペクトラムに信号成分が現れない。これにより、信号
成分を含まない、システムノイズ成分だけを取り出すこ
とが可能となり、従ってローパスフィルタ８６の出力か
ら正確なノイズレベルの平滑値を得ることができる。

【００３１】図５は、本発明の実施形態における制御手
順のまとめを示すフローチャートである。図５のステッ
プＳ１において、同調周波数の切り替え指示が与えられ
ると、ステップＳ２において同調周波数が切り替えられ
る。次いでステップＳ３において同調が検出されると、
ステップＳ４において受信アンテナからの受信信号が遮
断される。そして、ステップＳ５においてノイズレベル
が抽出されたのち、ステップＳ６で可変利得増幅器８１
の利得が制御される。

【００３２】以上をまとめると本実施形態では、同調周
波数を切り替えて広帯域受信を実現する受信装置におい
て、同調部７１により切り替えられた同調周波数が安定
すると、その旨を同調検出器７４で検出し、そのタイミ
ングに応じて切断制御信号と切り替え制御信号とを生成
する。切断制御信号を切断回路２１〜２ｎのいずれかに
与え、同調周波数に対応する受信アンテナから送出され
る励振信号を一時的に遮断する。切り替え制御信号を切
替器８８に与えてＡに切り替え、信号を遮断した状態で
可変利得増幅器８１の利得を制御するための補正値デー
タを生成し、補正値メモリ７６に記憶する。そして、切
替器８８をＢに切り替え、記憶された補正値データを使
用して可変利得増幅器８１の利得を制御するとともに信
号の遮断状態を解除し、受信アンテナからの信号を受信
器７に導入するようにしている。

【００３３】このように、ノイズ抽出の際に受信信号を
遮断するようにしているので、到来する信号の帯域が如
何に広くとも、受信信号の影響を受けない状態でノイズ
レベルを抽出できるようになる。つまりスペクトラムが
ノイズ抽出帯域にかかるような受信信号が到来しても、
その受信レベルが検出されることが無くなり、純粋なシ
ステムノイズレベルだけが検出される。これによりシス
テムノイズレベルが誤って検出されることが無くなり、
受信特性の劣化を防止することが可能になる。さらに
は、高ＰＲＦパルス信号に対してもノイズレベルの測定
誤差を抑え、受信装置の性能要求のための許容範囲内で
受信レベルを測定することが可能となる。

【００３４】また本実施形態では、切り替えられたのち
の同調周波数が安定した直後に、瞬間的に、信号の遮断
から補正データ取得までの制御を実施するようにしてい
る。これらの一連の制御を、同調が安定化するまでの時
間とほぼ同じ程度の時間内に完了することは充分に可能
であるので、本来必要な受信処理に悪影響が及ぶことは
無い。以上のことから、スペクトラムの広い信号の受信
特性の劣化を防止することができるようになる。

【００３５】（第２の実施形態）図６は、本発明に係わ
る受信装置の第２の実施形態における構成を示すブロッ
ク図である。図６において図１と同一部分には同じ符号
を付し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

【００３６】図６の受信装置は、図１の構成に加え、切
替器８９と、狭帯域フィルタ９０とを追加した構成とな
っている。図６において、可変利得増幅器８１の出力の
一部は分岐器８２により分岐され、増幅器８３を経たの
ち、切替器８９により狭帯域フィルタ８４または狭帯域
フィルタ９０のいずれかに選択的に出力される。狭帯域
フィルタ８４は切替器８９のＣに、狭帯域フィルタ９０
は切替器８９のＤに、それぞれ接続される。

【００３７】図２（ｄ）は、図６に示される狭帯域フィ
ルタ９０のパス帯域を示す図である。このように、狭帯
域フィルタ９０のパス帯域は、受信パルス信号の中心周
波数帯域に設定される。これは、中心周波数と異なる位
置にパス帯域を設定する場合（図２（ｃ））に比べ、よ
り受信周波数に近い位置のノイズ成分を抽出できるとい
う利点が有る。

【００３８】このような構成では、低ＰＲＦパルス信号
を受信する場合には、切替器８８をＡに、切替器８９を
Ｃに接続して、可変利得増幅器８１の利得を従来のまま
にフィードバック制御すれば良い。

【００３９】一方、高ＰＲＦパルス信号を受信する場合
には、切替器８９をＤに接続した状態で、図３に示され
るシーケンス制御を実施すると良い。このようにするこ
とで上記第１の実施形態における効果に加え、受信周波
数の中心帯域におけるノイズ成分を抽出することがで
き、その値に基づいて校正処理を実施することが可能に
なる。

【００４０】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。例えば広帯域対応型のアンテナを用い
れば、受信アンテナの数は１本でも良い。要するに受信
すべき周波数の範囲に応じて受信アンテナの数を設定す
れば良い。

【００４１】また上記実施形態では、同調検出器７４に
より信号の同調状態を検出し、そのタイミングに応じて
切断制御信号および切り替え制御信号を生成するように
した。これに限らず、同調に要する時間が明らかである
場合には、同調の如何を検出せずに、信号の遮断および
補正データ取得の一連の制御をシーケンス的に実施する
ようにしても良い。このほか、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々の変形実施を行うことができる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ス
ペクトラムの広い信号の受信特性の劣化を防止し得る受
信装置および利得制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる受信装置の第１の実施形態に
おける構成を示すブロック図。

【図２】 受信信号のスペクトラムと狭帯域フィルタの
パス帯域との関係を示す図。

【図３】 図１の構成における動作を説明するためのタ
イミングチャート。

【図４】 ノイズレベルが抽出される過程を示す模式
図。

【図５】 本発明の実施形態における制御手順を示すフ
ローチャート。

【図６】 本発明に係わる受信装置の第２の実施形態に
おける構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１１〜１ｎ…受信アンテナ ２１〜２ｎ…切断回路 ３１〜３ｎ…増幅回路 ４１〜４ｍ…周波数変換器 ５…合成器 ６…選択器 ７…受信機 ８…利得制御部 ９…レベル測定系 ７１…同調部 ７２…帯域制限フィルタ ７３…帯域選択器 ７４…同調検出器 ７５…ディジタル変換器 ７６…補正値メモリ ７７…アナログ変換器 ８０…利得制御部 ８１…可変利得増幅器 ８２…分岐器 ８３…増幅器 ８４…狭帯域フィルタ ８５…検波器 ８６…ローパスフィルタ ８７…比較器 ８８…切替器 ８９…切替器 ９０…狭帯域フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久間 隆 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝小向工場内 Ｆターム(参考） 5J070 AB01 AD09 AH39 AH50 AK28 AK33 5J100 JA01 LA00 LA02 LA03 LA09 LA10 LA11 LA13 QA01 SA02 5K052 AA11 BB02 DD15 GG03 GG13 5K062 AA00 AB04 AB06

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線周波数信号を捕捉して電気信号に変
   換するアンテナ部と、 前記電気信号を増幅する可変利得増幅器と、 前記アンテナ部から前記可変利得増幅器に前記電気信号
   が伝達される信号経路を一時的に遮断する遮断手段と、 前記可変利得増幅器の出力信号から所定帯域の信号成分
   を抽出する抽出手段と、 前記遮断手段により前記信号経路が遮断されている状態
   で前記抽出手段により抽出された信号成分から補正信号
   を生成し、この補正信号を前記可変利得増幅器に与えて
   当該可変利得増幅器の利得を制御する利得制御手段とを
   具備することを特徴とする受信装置。
2. 【請求項２】 前記利得制御手段は、前記無線周波数信
   号の帯域に応じて、前記可変利得増幅器の出力信号から
   抽出される信号成分の帯域を可変することを特徴とする
   請求項１に記載の受信装置。
3. 【請求項３】 さらに、前記アンテナ部における同調周
   波数を切り替える同調切替手段を具備し、 前記遮断手段は、前記同調切替手段による前記同調周波
   数の切り替えのタイミングと同期して、前記アンテナ部
   から前記可変利得増幅器に前記電気信号が伝達される信
   号経路を遮断することを特徴とする請求項１に記載の受
   信装置。
4. 【請求項４】 さらに、前記利得制御手段により生成さ
   れた補正信号を記憶し、前記遮断手段により前記信号経
   路が遮断されていない状態において、当該記憶した補正
   信号を前記可変利得増幅器に与える記憶手段を具備する
   ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
5. 【請求項５】 無線周波数信号を捕捉して電気信号に変
   換するアンテナ部と、前記電気信号を増幅する可変利得
   増幅器とを備える受信装置の前記可変利得増幅器の利得
   を制御する利得制御方法であって、 前記アンテナ部から前記可変利得増幅器に前記電気信号
   が伝達される信号経路を一時的に遮断する第１ステップ
   と、 前記可変利得増幅器の出力信号から所定帯域の信号成分
   を抽出する第２ステップと、 前記第１ステップで前記信号経路が遮断されている状態
   において前記第２ステップにおいて抽出された信号成分
   から補正信号を生成し、この補正信号を前記可変利得増
   幅器に与えて当該可変利得増幅器の利得を制御する第３
   ステップとを具備することを特徴とする利得制御方法。
6. 【請求項６】 さらに、前記第２ステップにおいて抽出
   される信号成分の帯域を、前記無線周波数信号の帯域に
   応じて可変する第４ステップを具備することを特徴とす
   る請求項５に記載の利得制御方法。
7. 【請求項７】 さらに、前記アンテナ部における同調周
   波数を切り替える第５ステップを具備し、 前記第１ステップは、前記第５ステップにおいて前記同
   調周波数が切り替えられるタイミングと同期して、前記
   アンテナ部から前記可変利得増幅器に前記電気信号が伝
   達される信号経路を遮断することを特徴とする請求項５
   に記載の利得制御方法。
8. 【請求項８】 さらに、前記第３ステップにおいて生成
   された補正信号を記憶する第６ステップと、 前記信号経路が遮断されていない状態において、前記第
   ６ステップにおいて記憶された補正信号を前記可変利得
   増幅器に与える第７ステップとを具備することを特徴と
   する請求項５に記載の利得制御方法。