JP2008256452A - Pulse signal generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulse signal generator which uses two digital synthesizers, and moreover can apply amplitude control to an envelope in a free shape including an envelope having smooth rises and falls, without requiring a multiplier. <P>SOLUTION: A sum phase and a difference phase to be acquired by adding an envelope phase to be expressed by the inverse cosine function of a normalized envelope function normalized so that the maximum value of a predetermined envelope function becomes 1, to the signal phase of a predetermined frequency signal not being amplitude-controlled, and by subtracting the envelope phase from the signal phase, are formed. Referring to a waveform table, the sum phase is converted into a sum phase waveform signal and the difference phase is converted into a difference phase waveform signal, and those are composited to obtain a pulse signal. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、パルスレーダ装置で使用される送信パルス等の振幅が制御されたパルス信号を発生するパルス信号発生装置に関する。   The present invention relates to a pulse signal generator that generates a pulse signal with controlled amplitude such as a transmission pulse used in a pulse radar device.

パルスレーダ装置では、送信機から、高周波の送信周波数信号が短い時間幅のパルス状に変調された送信パルス信号が発生され、その送信パルス信号をアンテナを介して外部へ送信し、外部の物標などからの反射信号をアンテナで受信して、物標の距離、方位、移動速度などを測定する。   In a pulse radar device, a transmitter generates a transmission pulse signal in which a high-frequency transmission frequency signal is modulated in a pulse shape with a short time width, and transmits the transmission pulse signal to the outside via an antenna. The reflected signal from the antenna is received by the antenna and the distance, direction, moving speed, etc. of the target are measured.

この送信パルス信号等のパルス信号の作成方法としてディジタルシンセサイザを使用することが行われている。ディジタルシンセサイザは、ディジタル生成される位相信号から高周波数信号波形を生成する方式を用いているから、信号波形の位相を容易に制御でき, 位相情報を必要とする信号処理システムで使用されている。   A digital synthesizer is used as a method of creating a pulse signal such as this transmission pulse signal. Since the digital synthesizer uses a method of generating a high frequency signal waveform from a digitally generated phase signal, the phase of the signal waveform can be easily controlled, and is used in a signal processing system that requires phase information.

ディジタルシンセサイザは、基本構成を示す図13のように瞬時位相から波形関数に変換することによって信号を生成する仕組みになっている(非特許文献1)。図13において、ある定められた周期にて、位相の増分がディジタルの形態で加算器11に入力される。その入力に同期して、位相レジスタ12の値に位相増分を加算することによって位相レジスタの値を更新し、その時点での瞬時位相を得る。その瞬時位相の値を用いて、メモリに格納された波形テーブル14から波形関数の瞬時値を得て、波形関数変換器15から波形関数を出力する。   The digital synthesizer has a mechanism for generating a signal by converting an instantaneous phase into a waveform function as shown in FIG. 13 showing a basic configuration (Non-patent Document 1). In FIG. 13, the phase increment is input to the adder 11 in digital form at a predetermined period. In synchronization with the input, the value of the phase register is updated by adding the phase increment to the value of the phase register 12, and the instantaneous phase at that time is obtained. Using the instantaneous phase value, the instantaneous value of the waveform function is obtained from the waveform table 14 stored in the memory, and the waveform function is output from the waveform function converter 15.

波形テーブル14は、与えられた位相から波形関数の瞬時値を得るためのメモリ領域であり、通常は、正弦関数の値が格納されている。この波形テーブル14と波形関数変換器15による波形生成は、位相レジスタ12の値即ち瞬時位相を波形テーブル(ROMなど)14のアドレスとして与え、当該アドレスから値を読み出すことによって正弦波を得る。勿論、通常の波形生成と同様に、出力される正弦波の位相が一巡すると、位相レジスタ12の値が指定するアドレスはリセットされる。   The waveform table 14 is a memory area for obtaining an instantaneous value of a waveform function from a given phase, and normally stores a value of a sine function. In the waveform generation by the waveform table 14 and the waveform function converter 15, the value of the phase register 12, that is, the instantaneous phase is given as an address of the waveform table (ROM or the like) 14, and a sine wave is obtained by reading the value from the address. Of course, as in the case of normal waveform generation, when the phase of the output sine wave makes a round, the address specified by the value of the phase register 12 is reset.

波形テーブル14を参照して得られた、ディジタルの波形関数値はDA変換器17で参照電圧に基づいてアナログ信号に変換される。変換されたアナログ信号は、図13のように階段状信号であるので、低域通過フィルタ18に通して平滑化することによって所望のアナログ波形の出力波形関数(出力信号)を得る。この出力信号を、所定期間Tだけ連続して発生させることによって、パルス幅Tのパルス信号を生成する。   The digital waveform function value obtained by referring to the waveform table 14 is converted into an analog signal by the DA converter 17 based on the reference voltage. Since the converted analog signal is a stepped signal as shown in FIG. 13, it is smoothed through a low-pass filter 18 to obtain an output waveform function (output signal) of a desired analog waveform. By generating this output signal continuously for a predetermined period T, a pulse signal having a pulse width T is generated.

入力する位相増分の値は、生成するパルス信号の周波数を定義する量である。例えば、図13の信号例では、位相増分を一定値にしているため、出力信号は一定周波数をもつ正弦波である。これに対し、位相増分が時間に対して線形増加、もしくは、線形減少するように入力すれば、FM−CWレーダ等で使用される線形周波数変調波を得ることができる。   The input phase increment value is an amount that defines the frequency of the generated pulse signal. For example, in the signal example of FIG. 13, since the phase increment is set to a constant value, the output signal is a sine wave having a constant frequency. On the other hand, if the phase increment is input so as to increase linearly or decrease linearly with respect to time, a linear frequency modulation wave used in an FM-CW radar or the like can be obtained.

また、ディジタルシンセサイザを用いて位相変調波を生成することができる。この場合には、図13の位相レジスタ12の出力側に加算器を設けて、位相レジスタ12の瞬時位相にディジタル変調信号を加算してその加算器の出力を新たな瞬時位相とするものである。このディジタル変調信号として、例えば2値信号、4値信号などを用いて瞬時位相を不連続に切り替えることによりディジタル位相変調を実現することもできる。   In addition, a phase modulation wave can be generated using a digital synthesizer. In this case, an adder is provided on the output side of the phase register 12 in FIG. 13, and the digital modulation signal is added to the instantaneous phase of the phase register 12 to make the output of the adder a new instantaneous phase. . As this digital modulation signal, for example, a binary phase signal, a quaternary signal, or the like is used to switch the instantaneous phase discontinuously, thereby realizing digital phase modulation.

以上に述べたように、基本的なディジタルシンセサイザは瞬時位相から波形を生成する構成のため、信号周波数を自由に制御することができるが、出力信号の信号振幅は常に一定である。ところが、図14のようにDA変換器17の参照電圧を制御することによって、ディジタルシンセサイザの出力信号を振幅変調することができる。図14は、図13のDA変換器17の参照電圧Vrefを、オペアンプOP1と抵抗器からなる反転回路と、オペアンプOP2と抵抗器から構成され、反転された参照電圧に変調信号Vmを加算する加算回路によって、アナログ信号の形態で入力される変調信号Vmを参照電圧Vrefに重畳させて、変調参照電圧(Vref−Vm)を得ている。変調参照電圧は、DA変換器の変換スケールを制御する電圧であるので、同一の波形関数値が入力されたとしても、変調参照電圧に比例して、出力信号の電圧値が変化することになる。すなわち、入力されたアナログ信号Vmによって、ディジタルシンセサイザの出力信号が振幅変調を受けることになる。
EDN Japan “DDSを駆使、高精度・高純度の正弦波発振器を実現する”、[online]、Reed Electronics Group、「平成19年2月27日検索」、インターネット〈URL:http://www.ednjapan.com/content/issue/2005/09/content03.html〉
As described above, since the basic digital synthesizer generates a waveform from the instantaneous phase, the signal frequency can be freely controlled, but the signal amplitude of the output signal is always constant. However, the output signal of the digital synthesizer can be amplitude-modulated by controlling the reference voltage of the DA converter 17 as shown in FIG. FIG. 14 shows the addition of the reference voltage Vref of the DA converter 17 of FIG. 13 which is composed of an inverting circuit composed of an operational amplifier OP1 and a resistor, an operational amplifier OP2 and a resistor, and adds the modulation signal Vm to the inverted reference voltage. A modulation reference voltage (Vref−Vm) is obtained by superimposing a modulation signal Vm input in the form of an analog signal on a reference voltage Vref by a circuit. Since the modulation reference voltage is a voltage that controls the conversion scale of the DA converter, even if the same waveform function value is input, the voltage value of the output signal changes in proportion to the modulation reference voltage. . That is, the output signal of the digital synthesizer is subjected to amplitude modulation by the input analog signal Vm.
EDN Japan “Using DDS to realize a high-precision, high-purity sine wave oscillator”, [online], Reed Electronics Group, “February 27, 2007 search”, Internet <URL: http: // www. ednjapan. com / content / issue / 2005/09 / content03. html>

ディジタルシンセサイザによって発生される出力信号は、その位相が制御できるから、位相信号を取り扱う応用例が比較的容易に実施できるようになってきている。パルスレーダ装置においてもパルス信号内の位相情報を使用することによって、パルス圧縮や位相信号を用いた積分処理によって信号対雑音比を向上し、より遠方の物標が探知可能になる、といった利点がある。   Since the phase of the output signal generated by the digital synthesizer can be controlled, application examples that handle the phase signal can be implemented relatively easily. Even in the pulse radar device, the phase information in the pulse signal is used, so that the signal-to-noise ratio is improved by pulse compression and integration processing using the phase signal, and a farther target can be detected. is there.

一方、立ち上がりが速いパルス信号は、周波数領域で見たとき、サイドローブの減衰が小さいためスプリアスを生じやすい。また、速い立ち上がりは、電力増幅器などで歪んでしまうため、パルス圧縮レーダではパルスの立ち上がりと立ち下りの部分で、相関ずれを起こしやすいためレンジサイドローブが現れてしまう。レーダ装置の送信パルス幅は数マイクロ秒より短いものがあるため、スプリアスやレンジサイドローブに関する問題を解決するためには、ディジタルシンセサイザで生成する信号を例えば1マイクロ秒以内の短時間で安定して振幅変調することが必要となる。   On the other hand, a pulse signal that rises quickly tends to cause spurious because the side lobe attenuation is small when viewed in the frequency domain. In addition, since a fast rise is distorted by a power amplifier or the like, a range side lobe appears because pulse compression radar tends to cause a correlation shift at the rise and fall of the pulse. Since the transmission pulse width of radar equipment is shorter than a few microseconds, in order to solve the problems related to spurious and range side lobes, the signal generated by a digital synthesizer can be stably generated within a short time, for example within 1 microsecond. Amplitude modulation is required.

図14の回路構成によって、振幅変調した出力信号をディジタルシンセサイザから得ることは一応可能である。しかし、パルスレーダ装置などで扱う数マイクロ秒以下の幅狭のパルス信号を得る場合に、図14の回路構成を用いた出力信号に対する振幅制御では、参照電圧を極めて短時間 (例えば、1マイクロ秒以内)で大きく変更する(高レベルから低レベルへ、あるいは低レベルから高レベルへ)ことになるから、DA変換器などで比較的大きな遅延や歪みが生じて、予定された波形のパルス信号を得ることは困難であった。   With the circuit configuration of FIG. 14, it is possible to obtain an amplitude-modulated output signal from a digital synthesizer. However, when a narrow pulse signal of several microseconds or less handled by a pulse radar device or the like is obtained, in the amplitude control for the output signal using the circuit configuration of FIG. 14, the reference voltage is set for a very short time (for example, 1 microsecond). )) To make a large change (from high level to low level, or from low level to high level), a relatively large delay or distortion occurs in the DA converter, etc. It was difficult to get.

この問題に対処するために、本発明者は、ディジタルシンセサイザを複数使用し、各シンセサイザから互いに規定周波数間隔だけ離れた周波数の信号を生成し、それらの信号を合成することによってパルス振幅制御をするパルス信号発生装置を提案している(特願2007−062063;以下、先願発明、という)。この先願発明によると、短いパルスの振幅制御が可能である。例えば、信号の角周波数をω、パルスの送信時間(パルス幅)をTとすると、角周波数ω−1/2Tおよびω+1/2Tの信号を生成して同一振幅で合成すると、図15のような包絡線がsin(πt/T)となる信号が得られ、パルス両端における信号から不連続点を除くことができる。しかしながら、このように二つのシンセサイザだけで生成できる包絡線形状は限られており、ハニング窓のように, パルス両端における信号を滑らか (1次導関数に不連続点を含まない形) にするには3つ以上のシンセサイザが必要となる。   In order to cope with this problem, the present inventor uses a plurality of digital synthesizers, generates signals having frequencies separated from each synthesizer by a predetermined frequency interval, and performs pulse amplitude control by synthesizing these signals. A pulse signal generator has been proposed (Japanese Patent Application No. 2007-062063; hereinafter referred to as the prior invention). According to the prior invention, the amplitude control of a short pulse is possible. For example, assuming that the angular frequency of the signal is ω and the transmission time (pulse width) of the pulse is T, signals having angular frequencies ω−1 / 2T and ω + 1 / 2T are generated and synthesized with the same amplitude, as shown in FIG. A signal with an envelope of sin (πt / T) is obtained, and discontinuities can be removed from the signals at both ends of the pulse. However, the envelope shapes that can be generated by only two synthesizers are limited in this way, so that the signals at both ends of the pulse are smooth (a shape that does not include a discontinuity in the first derivative) like a Hanning window. Requires three or more synthesizers.

そこで、本発明は、複数のディジタルシンセサイザの出力を合成するパルス信号発生装置において、二つのディジタルシンセサイザを使用し、しかも、乗算器を必要とせずに、立ち上がりと立ち下りが滑らかな包絡線を含む自由形状の包絡線への振幅制御を可能とするパルス信号発生装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention uses two digital synthesizers in a pulse signal generator that synthesizes the outputs of a plurality of digital synthesizers, and includes an envelope that rises and falls smoothly without requiring a multiplier. An object of the present invention is to provide a pulse signal generator capable of controlling the amplitude of a free-form envelope.

請求項1に記載のパルス信号発生装置は、所定周波数fo、所定時間幅Tで所定包絡線形状を持つパルス信号を発生するパルス信号発生装置において、
振幅制御されていない前記所定周波数信号の信号位相に、所定包絡線関数の最大値が1になるように正規化された正規化包絡線関数の逆余弦関数(cos-1関数、または、アークコサイン関数)で表現される包絡線位相を、加算した和位相と、前記信号位相から前記包絡線位相を、減算した差位相とを生成する和・差位相生成手段と、
メモリ内に予め用意された波形テーブルを参照することによって前記和位相を和位相波形関数値(和位相波形信号)に変換する和位相用波形関数変換手段と、
前記波形テーブルもしくは前記波形テーブルと同等の他の波形テーブルを参照することによって前記差位相を出力周波数用波形関数値(差位相波形信号)に変換する差位相用波形関数変換手段と、
前記和位相波形関数値と、前記差位相波形関数値とを合成して、前記パルス信号を出力するための合成手段とを備えることを特徴とする。
The pulse signal generator according to claim 1, wherein the pulse signal generator generates a pulse signal having a predetermined envelope shape with a predetermined frequency fo and a predetermined time width T.
The inverse cosine function (cos −1 function or arc cosine) of the normalized envelope function normalized so that the maximum value of the predetermined envelope function becomes 1 with respect to the signal phase of the predetermined frequency signal that is not amplitude-controlled. A sum / difference phase generation means for generating a sum phase obtained by adding the envelope phases expressed by (function) and a difference phase obtained by subtracting the envelope phase from the signal phase;
Sum phase waveform function conversion means for converting the sum phase into a sum phase waveform function value (sum phase waveform signal) by referring to a waveform table prepared in advance in a memory;
A differential phase waveform function conversion means for converting the differential phase into an output frequency waveform function value (differential phase waveform signal) by referring to the waveform table or another waveform table equivalent to the waveform table;
And a synthesis means for synthesizing the sum phase waveform function value and the difference phase waveform function value to output the pulse signal.

請求項2に記載のパルス信号発生装置は、請求項1に記載のパルス信号発生装置において、
前記包絡線位相の包絡線位相増分がN次多項式(但し、Nは、0及び正の整数)で表される場合に、
それぞれ位相増分初期値を持ち該位相増分初期値に入力値を入力タイミングに同期して累積加算して出力する、N次用包絡線位相レジスタ手段乃至1次用包絡線位相レジスタ手段を次数の順序に直列に接続し、
前記包絡線の初期位相値を持ち前記1次用包絡線位相レジスタ手段からの入力値を入力タイミングに同期して累積加算して出力する包絡線初期位相レジスタ手段を、前記1次用包絡線レジスタ手段の出力側に接続し、
前記N次用包絡線位相レジスタ手段へ所定の定数の包絡線N+1次用位相増分を入力タイミングに同期して入力するとともに、前記包絡線初期位相レジスタ手段の出力を前記包絡線位相として得ることを特徴とする。
The pulse signal generator according to claim 2 is the pulse signal generator according to claim 1,
When the envelope phase increment of the envelope phase is represented by an Nth order polynomial (where N is 0 and a positive integer),
The N-th order envelope phase register means to the first order envelope phase register means each having an initial phase increment value and accumulatively adding and outputting the input value to the initial phase increment value in synchronization with the input timing. Connected in series,
An envelope initial phase register means having an initial phase value of the envelope and accumulating and adding an input value from the primary envelope phase register means in synchronization with an input timing is output. Connected to the output side of the means,
A predetermined constant envelope N + 1 order phase increment is inputted to the N-th order envelope phase register means in synchronization with an input timing, and an output of the envelope initial phase register means is obtained as the envelope phase. Features.

本発明のパルス信号発生装置によれば、ディジタルシンセサイザを二組(和・差位相生成手段、和位相用波形関数変換手段、差位相用波形関数変換手段)用いるだけで、比較的自由形状の包絡線へ振幅制御されたパルス信号を生成することができる。パルス信号の位相は振幅制御によって意図しない位相に変換されることはなく、無変調パルス信号と同様に信号位相の制御が可能であるから、本発明によるパルス信号は位相情報を利用した信号処理システムで使用することが可能である。本発明のパルス信号の振幅制御は、パルス圧縮方式のレーダにおいて有用であり、振幅制御したパルス信号を送信することによって、圧縮したパルスのレンジサイドローブを抑圧できる。   According to the pulse signal generator of the present invention, a relatively free-form envelope can be obtained simply by using two sets of digital synthesizers (sum / difference phase generation means, sum phase waveform function conversion means, difference phase waveform function conversion means). A pulse signal whose amplitude is controlled to a line can be generated. Since the phase of the pulse signal is not converted to an unintended phase by amplitude control, and the signal phase can be controlled in the same manner as an unmodulated pulse signal, the pulse signal according to the present invention is a signal processing system using phase information. Can be used. The amplitude control of the pulse signal of the present invention is useful in a pulse compression radar, and the range side lobe of the compressed pulse can be suppressed by transmitting the amplitude-controlled pulse signal.

また、本発明のパルス信号発生装置で、ハニング窓のようなパルス両端を滑らかにする包絡線形状へ振幅制御することによって、信号増幅やフィルタ処理する際に生じる波形歪みを抑えることができ、不要周波数成分 (スプリアス) も小さい信号を実現できる。   In addition, the pulse signal generator of the present invention can suppress waveform distortion that occurs during signal amplification and filtering by controlling the amplitude to an envelope shape that smooths both ends of a pulse such as a Hanning window, which is unnecessary. Signals with small frequency components (spurious) can be realized.

さらに、包絡線位相が時間についての高次多項式となった場合でも、多段に直列配置したレジスタによって加算器のみで包絡線位相を与えることができるので、乗算器を一切使用せずに本発明を実施して振幅制御ができるため、回路規模が大きくならない。   Furthermore, even when the envelope phase is a high-order polynomial with respect to time, the envelope phase can be given only by an adder using a register arranged in series in multiple stages, so that the present invention can be used without using any multiplier. Since the amplitude can be controlled by implementing, the circuit scale does not increase.

以下、本発明のパルス信号発生装置の実施例について、図面を参照して説明する。   Embodiments of a pulse signal generator according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明のパルス信号発生装置は、ディジタルシンセサイザを二組(和・差位相生成手段、和位相用波形関数変換手段、差位相用波形関数変換手段)用いるだけで、先願発明では三つ以上のシンセサイザを必要としたパルス信号の両端が滑らかになるような振幅変調を実現する。さらに、本発明は乗算器を一切使用せずに振幅制御が可能である。そのために、先願発明では包絡線の角周波数(包絡線位相増分)Ω(t)を一定としていたが、本発明では、包絡線の角周波数(包絡線位相増分)Ω(t)を時間ともに変化させることによって、二組のディジタルシンセサイザだけでパルスの振幅制御を実現する。   The pulse signal generator of the present invention uses only two sets of digital synthesizers (sum / difference phase generation means, sum phase waveform function conversion means, difference phase waveform function conversion means). Amplitude modulation is realized so that both ends of a pulse signal requiring a synthesizer are smooth. Furthermore, the present invention can control the amplitude without using any multiplier. Therefore, in the invention of the prior application, the angular frequency (envelope phase increment) Ω (t) of the envelope is constant, but in the present invention, the angular frequency (envelope phase increment) Ω (t) of the envelope is changed with time. By changing, the amplitude control of the pulse is realized by only two sets of digital synthesizers.

まず、図1に示されるような包絡線と、そのための包絡線位相増分(図1では、1次多項式で定義される)を持つパルス信号を生成する場合を例として説明する。   First, a case where a pulse signal having an envelope as shown in FIG. 1 and an envelope phase increment for that purpose (defined by a first order polynomial in FIG. 1) is generated will be described as an example.

送信しようとする原信号をcosθ(t)とし, その原信号cosθ(t)をcosΘ(t)なる包絡線によって振幅制御する場合を考える。ここで、θ(t)は時刻tにおける送信しようとする原信号cosθ(t)の瞬時位相、Θ(t)は包絡線cosΘ(t)の瞬時位相である。このとき、振幅制御されたパルス信号は次の数式1のようになる。   Assume that the original signal to be transmitted is cos θ (t), and the amplitude of the original signal cos θ (t) is controlled by an envelope of cos Θ (t). Here, θ (t) is the instantaneous phase of the original signal cos θ (t) to be transmitted at time t, and Θ (t) is the instantaneous phase of the envelope cos Θ (t). At this time, the amplitude-controlled pulse signal is expressed by the following Equation 1.

Figure 2008256452
Figure 2008256452

この数式1から分かるように、瞬時位相θ(t)と瞬時位相Θ(t)との和の余弦関数cos[θ(t)+Θ(t)]及び瞬時位相θ(t)と瞬時位相Θ(t)との差の余弦関数cos[θ(t)−Θ(t)]とを合成することにより、振幅制御されたパルス信号を得ることができる。   As can be seen from Equation 1, the cosine function cos [θ (t) + Θ (t)] of the sum of the instantaneous phase θ (t) and the instantaneous phase Θ (t) and the instantaneous phase θ (t) and the instantaneous phase Θ ( By synthesizing the cosine function cos [θ (t) −Θ (t)] of the difference from t), an amplitude-controlled pulse signal can be obtained.

ここで、原信号cosθ(t)と包絡線cosΘ(t)の瞬時角周波数を、それぞれω(t)、Ω(t)とすると、, 瞬時位相θ(t)、Θ(t)は以下の数式2で表すことができる。ただし、θ0とΘ0とはそれぞれ原信号と包絡線の初期位相である。 Here, if the instantaneous angular frequencies of the original signal cosθ (t) and the envelope cosΘ (t) are ω (t) and Ω (t), respectively, the instantaneous phases θ (t) and Θ (t) are It can be expressed by Equation 2. However, θ 0 and Θ 0 are the initial phases of the original signal and the envelope, respectively.

Figure 2008256452
Figure 2008256452

本発明では、包絡線の角周波数(包絡線位相増分)Ω(t)を時間ともに変化させることによって、二組のディジタルシンセサイザだけでパルスの振幅制御を実現する。図1を例にとると、パルスの送信期間を時刻0からTの間として、包絡線の角周波数(包絡線位相増分)Ω(t)を時刻T/2まで線形的に増加させ、その後は包絡線の角周波数Ω(t)を線形的に減少させた場合を考える。ここで、時刻0とTにおける包絡線の角周波数はゼロとし, さらに、Θ(0)=−π/2、Θ(T/2)=0、Θ(T)=π/2、となるような条件を課すと, 包絡線の角周波数と瞬時位相は数式3で表すことができる。   In the present invention, the amplitude control of the pulse is realized by only two sets of digital synthesizers by changing the angular frequency (envelope phase increment) Ω (t) of the envelope with time. Taking FIG. 1 as an example, the pulse transmission period is between time 0 and T, and the angular frequency (envelope phase increment) Ω (t) of the envelope is increased linearly until time T / 2. Consider a case where the angular frequency Ω (t) of the envelope is linearly decreased. Here, the angular frequency of the envelope at time 0 and T is set to zero, and Θ (0) = − π / 2, Θ (T / 2) = 0, and Θ (T) = π / 2. If the above conditions are imposed, the angular frequency and instantaneous phase of the envelope can be expressed by Equation 3.

Figure 2008256452
Figure 2008256452

このような包絡線の形状の生成を模式的に描くと図2のようになる。図 2(a) は位相を横軸にとったときの包絡線の形状、すなわち、正弦波形状である。ここで、時間tの経過とともに図1のように包絡線の角周波数Ω(t)を変化させることにより、両端における位相の回転速度が遅くなっている。よって、時刻tを横軸にとった場合の包絡線形状は、図2(b) のように、ハニング窓関数などに類似した形状になる。このようなパルス信号の立ち上がりと立ち下りを滑らかにするような振幅制御は、先願発明では三つ以上のシンサイザが必要であったが、本願発明では包絡線の角周波数を可変にすることによって二つのシンセサイザだけを用いてハニング窓に類似した振幅制御が可能になる。   FIG. 2 schematically shows the generation of such an envelope shape. FIG. 2A shows the shape of an envelope when the phase is taken on the horizontal axis, that is, a sinusoidal shape. Here, by changing the angular frequency Ω (t) of the envelope as time t passes, the rotational speed of the phase at both ends is reduced. Therefore, the envelope shape when the time t is taken on the horizontal axis is similar to the Hanning window function as shown in FIG. Amplitude control that smoothes the rise and fall of the pulse signal requires three or more synthesizers in the prior invention, but in the present invention, by making the angular frequency of the envelope variable. Amplitude control similar to the Hanning window is possible using only two synthesizers.

包絡線の角周波数Ω(t)が時間の2次関数であるときも、同様に、パルス両端が滑らかになる振幅制御をすることができる。例えば、包絡線の角周波数Ω(t)が図3のような放物線形状である場合に、包絡線の位相Θ(0)=−π/2、Θ(T/2)=0、Θ(T)=π/2、となるような条件を課して係数を求めると、数式4のように包絡線の角周波数と位相が決定される。   Similarly, when the angular frequency Ω (t) of the envelope is a quadratic function of time, the amplitude can be controlled so that both ends of the pulse are smooth. For example, when the angular frequency Ω (t) of the envelope has a parabolic shape as shown in FIG. 3, the phase Θ (0) = − π / 2, Θ (T / 2) = 0, Θ (T ) = Π / 2, and the coefficient is obtained under the condition that satisfies the condition, the angular frequency and phase of the envelope are determined as shown in Equation 4.

Figure 2008256452
Figure 2008256452

この図3の場合は, 先ほどよりも包絡線の裾は狭くなっているものの, 裾における包絡線の周波数がゼロであるため, パルスの立ち上がりと立ち下がりが滑らかになるような振幅制御が実現できる。   In the case of FIG. 3, although the envelope tail is narrower than before, the frequency of the envelope at the tail is zero, so that amplitude control can be realized so that the rise and fall of the pulse are smooth. .

パルスの立ち上がりと立ち下りが滑らかになる形状にするには、パルス両端における包絡線位相が−π/2、またはπ/2、となり, パルス両端における周波数がゼロとなるように包絡線位相を選べばよい。また、シンセサイザのダイナミックレンジを有効に使用する意味で、送信期間内で包絡線位相がゼロ、または、その付近の値となるような包絡線位相を選ぶことが望ましい。   To make the rise and fall of the pulse smooth, select the envelope phase so that the envelope phase at both ends of the pulse is -π / 2 or π / 2 and the frequency at both ends of the pulse is zero. That's fine. In order to effectively use the dynamic range of the synthesizer, it is desirable to select an envelope phase such that the envelope phase becomes zero or a value in the vicinity thereof within the transmission period.

この包絡線位相を一般的に表現すると、所定包絡線関数の最大値が1になるように正規化された正規化包絡線関数の逆余弦関数(cos-1関数、または、アークコサイン関数)、とすることができる。この包絡線位相の一般的表現は、本発明における他の実施例に対しても同様である。 When this envelope phase is generally expressed, the inverse cosine function (cos −1 function or arc cosine function) of the normalized envelope function normalized so that the maximum value of the predetermined envelope function becomes 1; It can be. The general expression of the envelope phase is the same for the other embodiments of the present invention.

また、所定周波数の原信号は、振幅制御されていない信号であり、原信号の所定周波数は、勿論変調されていない一定の周波数のものものでも良く、直線周波数変調などの周波数変調が掛けられているものでも同様に適用できる。   The original signal of a predetermined frequency is a signal whose amplitude is not controlled, and the predetermined frequency of the original signal may of course be a constant frequency that is not modulated, and is subjected to frequency modulation such as linear frequency modulation. The same applies to those that are present.

本発明を実施するには、二組のシンセサイザ(和・差位相生成手段、和位相用波形関数変換手段、差位相用波形関数変換手段)と、各シンセサイザの出力信号を合成する合成回路を備えて、それらに信号位相と包絡線位相とを与える位相生成手段があればよい。   To implement the present invention, two sets of synthesizers (sum / difference phase generation means, sum phase waveform function conversion means, difference phase waveform function conversion means) and a synthesis circuit for synthesizing the output signals of the synthesizers are provided. Thus, it suffices to have phase generation means for giving them a signal phase and an envelope phase.

図4は、和位相波形信号と差位相波形信号との合成をディジタル合成する例を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of digitally synthesizing the sum phase waveform signal and the difference phase waveform signal.

ある定められた周期にて、信号位相の増分がディジタルの形態で加算器11−1に入力される。その信号位相増分の入力に同期して、信号位相レジスタ12−1に記憶されている信号の初期値に信号位相増分を加算することによって信号位相レジスタ12−1の値を更新し、その時点での信号位相θ(t)を得る。この信号位相θ(t)は、振幅制御されていない所定周波数信号の信号位相でよい。加算器11−1と信号位相レジスタ12−1によって、信号位相レジスタ手段を構成する。   At a predetermined period, the signal phase increment is input to the adder 11-1 in digital form. In synchronization with the input of the signal phase increment, the value of the signal phase register 12-1 is updated by adding the signal phase increment to the initial value of the signal stored in the signal phase register 12-1, and at that time Signal phase θ (t). This signal phase θ (t) may be a signal phase of a predetermined frequency signal whose amplitude is not controlled. The adder 11-1 and the signal phase register 12-1 constitute a signal phase register means.

また、同じ周期にて、包絡線位相の増分がディジタルの形態で加算器11−2に入力される。その包絡線位相増分の入力に同期して、包絡線位相レジスタ12−2に記憶されている初期値に包絡線位相増分を加算することによって包絡線位相レジスタ12−2の値を更新し、その時点での包絡線位相Θ(t)を得る。この包絡線位相Θ(t)は、所定包絡線関数の最大値が1になるように正規化された正規化包絡線関数の逆余弦関数(cos-1関数、または、アークコサイン関数)で表現される包絡線位相でよい。加算器11−2と包絡線位相レジスタ12−2が包括線位相レジスタ手段を構成する(以下、同様。)。 Also, in the same cycle, the envelope phase increment is input to the adder 11-2 in digital form. In synchronization with the input of the envelope phase increment, the value of the envelope phase register 12-2 is updated by adding the envelope phase increment to the initial value stored in the envelope phase register 12-2, and The envelope phase Θ (t) at the time is obtained. This envelope phase Θ (t) is expressed by the inverse cosine function (cos −1 function or arc cosine function) of the normalized envelope function normalized so that the maximum value of the predetermined envelope function becomes 1. The envelope phase to be used may be used. The adder 11-2 and the envelope phase register 12-2 constitute a comprehensive line phase register means (the same applies hereinafter).

この信号位相θ(t)に、包絡線位相Θ(t)を、加算器13−1で加算して和位相を生成し、また、信号位相θ(t)から包絡線位相Θ(t)を、加算器13−2で減算して差位相とを生成する。この和位相と差位相を生成する、加算器13−1、13−2を用いたバタフライ演算器による生成手段が和・差位相生成手段となる。   The envelope phase Θ (t) is added to the signal phase θ (t) by the adder 13-1 to generate a sum phase, and the envelope phase Θ (t) is calculated from the signal phase θ (t). Then, the difference phase is generated by subtraction in the adder 13-2. The generation means by the butterfly calculator using the adders 13-1 and 13-2 that generates the sum phase and the difference phase is the sum / difference phase generation means.

メモリ内に予め用意された波形テーブル14を参照することによって、和位相を和位相用波形関数変換手段15−1により和位相波形関数値(和位相波形信号)に変換する。同様に、波形テーブル14(もしくは波形テーブル14と同等の他の波形テーブル)を参照することによって、差位相を差位相用波形関数変換手段15−2により出力周波数用波形関数値(差位相波形信号)に変換する。このように、本発明では合成する和位相波形信号と差位相波形信号には、先願発明とは異なり、重み付けをしないので、乗算器が不要であるという、利点もある。   By referring to the waveform table 14 prepared in advance in the memory, the sum phase is converted into a sum phase waveform function value (sum phase waveform signal) by the sum phase waveform function converting means 15-1. Similarly, by referring to the waveform table 14 (or another waveform table equivalent to the waveform table 14), the difference phase is converted into the waveform function value for the output frequency (difference phase waveform signal) by the difference phase waveform function conversion means 15-2. ). As described above, the present invention has an advantage that the sum phase waveform signal and the difference phase waveform signal to be synthesized are not weighted unlike the prior invention, and therefore a multiplier is unnecessary.

その和位相波形関数値と差位相波形関数値とを加算器16で合成し、DA変換器17でアナログ信号に変換し、低域通過フィルタ(LPF)18で平滑する、ディジタル合成手段により、パルス信号を出力する。   The sum phase waveform function value and the difference phase waveform function value are synthesized by an adder 16, converted to an analog signal by a DA converter 17, and smoothed by a low-pass filter (LPF) 18. Output a signal.

図5は、和位相波形信号と差位相波形信号との合成をアナログ合成する例を示す図である。和位相波形信号及び差位相波形信号を得るまでは図4と同様である。和位相波形信号をDA変換器17−1でアナログ信号に変換しLPF18−1で平滑し、差位相波形信号をDA変換器17−2でアナログ信号に変換しLPF18−2で平滑し、それらの平滑された和・差位相波形信号を、オペアンプ19及び抵抗器R,R,R0とによるアナログ加算回路により合成して、パルス信号を出力する。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of synthesizing the synthesis of the sum phase waveform signal and the difference phase waveform signal. The process is the same as in FIG. 4 until the sum phase waveform signal and the difference phase waveform signal are obtained. The sum phase waveform signal is converted to an analog signal by the DA converter 17-1 and smoothed by the LPF 18-1, the difference phase waveform signal is converted to an analog signal by the DA converter 17-2, and smoothed by the LPF 18-2. The smoothed sum / difference phase waveform signal is synthesized by an analog adder circuit including an operational amplifier 19 and resistors R, R, and R0, and a pulse signal is output.

図5では、和位相アナログ波形信号と差位相アナログ信号が低域フィルタ18−1,18−2の直後に通過する抵抗器は、本発明の信号合成に乗算器が必要でないことに基づき、どちらも同じ抵抗Rを使用しているが、アナログ電圧の振幅調整の意味で可変抵抗を用いても構わない。   In FIG. 5, the resistor through which the sum phase analog waveform signal and the difference phase analog signal pass immediately after the low-pass filters 18-1 and 18-2 is based on the fact that no multiplier is required for signal synthesis of the present invention. The same resistor R is used, but a variable resistor may be used in order to adjust the amplitude of the analog voltage.

市販のディジタルシンセサイザ1,2を用いて本発明を実施する場合は、図6の構成をとればよい。この図6の構成は、信号位相レジスタ12−1と包絡線位相レジスタ12−2がバタフライ演算器13−1、13−2の後ろにあるため、図5と比較すると順序が逆になっている。位相レジスタ12−1,12−2の更新処理とバタフライ演算13−1、13−2はどちらも線形処理であるので、図5のバタフライ演算器を前に出して図6のようにしても、図5とまったく同じ処理結果を得ることができる。また、このような順序の入れ替えによって、市販ディジタルシンセサイザの位相増分入力にバタフライ演算結果を入力することによって本発明が実施できる。   When the present invention is implemented using commercially available digital synthesizers 1 and 2, the configuration shown in FIG. In the configuration of FIG. 6, the signal phase register 12-1 and the envelope phase register 12-2 are behind the butterfly calculators 13-1 and 13-2, and therefore the order is reversed compared to FIG. 5. . Since the update processing of the phase registers 12-1 and 12-2 and the butterfly computations 13-1 and 13-2 are both linear processing, the butterfly computing unit shown in FIG. The same processing result as in FIG. 5 can be obtained. In addition, the present invention can be implemented by inputting the result of the butterfly operation to the phase increment input of a commercially available digital synthesizer by changing the order.

このように、アナログ合成を行うものでは、ディジタル合成に比べ振幅制御の質はよくないが、市販のディジタルシンセサイザを組み合わせることによっても本発明を実施できるため、安価なシステム向けの実施形態といえる。   As described above, in the case of analog synthesis, the quality of amplitude control is not as good as that of digital synthesis. However, since the present invention can be implemented by combining a commercially available digital synthesizer, it can be said to be an embodiment for an inexpensive system.

次に、所望される包絡線形状とそのために入力される包絡線位相増分との関係について説明する。   Next, the relationship between the desired envelope shape and the envelope phase increment input therefor will be described.

前述の図1を例に取ると、図中のΩ(t)は包絡線の角周波数であり、図4の加算器11−2に入力される包絡線位相増分に相当する。また、Θ(0)は包絡線の初期位相であり、包絡線位相レジスタ12−2の初期値に相当する。図1はパルス信号の両端が滑らかになる包絡線を得るために包絡線の位相増分 (角周波数) を1次の多項式によって実現した例である。   Taking FIG. 1 as an example, Ω (t) in the figure is the angular frequency of the envelope, and corresponds to the envelope phase increment input to the adder 11-2 in FIG. Θ (0) is the initial phase of the envelope, and corresponds to the initial value of the envelope phase register 12-2. FIG. 1 shows an example in which the phase increment (angular frequency) of the envelope is realized by a first-order polynomial in order to obtain an envelope in which both ends of the pulse signal are smooth.

この図1では、パルスの送信期間を時刻0からTの間として、包絡線の角周波数(包絡線位相増分)Ω(t)を時刻T/2まで、Ω(t)=4π(t/T2)で線形的に増加させ、時刻T/2からTまで、Ω(t)=4π((T−t)/T2)で線形的に減少させている。Ω(0)=Ω(T)=0、Ω(T/2)=2π/Tである。包絡線の位相は、Θ(0)=−π/2、Θ(T/2)=0、となる条件でよい。これにより、図1のような、滑らかな包絡線を有するパルス信号が得られる。 In FIG. 1, the pulse transmission period is between time 0 and T, and the angular frequency (envelope phase increment) Ω (t) of the envelope is increased to time T / 2, Ω (t) = 4π (t / T 2 ) and linearly increased from time T / 2 to T and decreased linearly at Ω (t) = 4π ((T−t) / T 2 ). Ω (0) = Ω (T) = 0, Ω (T / 2) = 2π / T. The phase of the envelope may be on the condition that Θ (0) = − π / 2 and Θ (T / 2) = 0. Thereby, a pulse signal having a smooth envelope as shown in FIG. 1 is obtained.

図7〜図10は、その他の、所望される包絡線形状とそのために入力される包絡線位相増分との関係を示す図である。   FIG. 7 to FIG. 10 are diagrams showing the relationship between other desired envelope shapes and the envelope phase increments input therefor.

図7は、包絡線の位相増分 (角周波数) を2次の多項式によって実現した例である。この図7では、パルスの送信期間である、時刻0からTの間の包絡線の角周波数(包絡線位相増分)Ω(t)を、Ω(t)=6π(t(T−t)/T3)で連続的に変化させている。Ω(0)=Ω(T)=0、である。包絡線の位相は、Θ(0)=−π/2、Θ(T/2)=0、Θ(T)=π/2、となる条件でよい。 FIG. 7 shows an example in which the phase increment (angular frequency) of the envelope is realized by a second-order polynomial. In FIG. 7, the angular frequency (envelope phase increment) Ω (t) of the envelope between times 0 and T, which is the pulse transmission period, is expressed as Ω (t) = 6π (t (T−t) / T 3 ) is continuously changed. Ω (0) = Ω (T) = 0. The phase of the envelope may be on the condition that Θ (0) = − π / 2, Θ (T / 2) = 0, and Θ (T) = π / 2.

図8は、包絡線の位相増分 (角周波数) を3次の多項式によって実現した例である。この図8では、パルスの送信期間である、時刻0からTの間の包絡線の角周波数(包絡線位相増分)Ω(t)を、Ω(t)=32π(t(t−T/2)(t−T)/T4)で連続的に変化させている。Ω(0)=Ω(T)=0、である。包絡線の位相は、Θ(0)=−π/2、Θ(T/2)=0、Θ(T)=π/2、となる条件でよい。 FIG. 8 shows an example in which the phase increment (angular frequency) of the envelope is realized by a third-order polynomial. In FIG. 8, the angular frequency (envelope phase increment) Ω (t) of the envelope between times 0 and T, which is the pulse transmission period, is expressed as Ω (t) = 32π (t (t−T / 2 ) (T−T) / T 4 ). Ω (0) = Ω (T) = 0. The phase of the envelope may be on the condition that Θ (0) = − π / 2, Θ (T / 2) = 0, and Θ (T) = π / 2.

図1,図7及び図8はパルス信号の両端が滑らかになる包絡線を得るために包絡線の位相増分 (角周波数) を1次から3次までの多項式によって実現した例である。   FIG. 1, FIG. 7 and FIG. 8 are examples in which the phase increment (angular frequency) of the envelope is realized by a first-order to third-order polynomial in order to obtain an envelope in which both ends of the pulse signal are smooth.

図9は三角波状の包絡線形状とそのために入力される包絡線位相増分との関係を示す図である。この図9では、パルスの送信期間を時刻0からTの間として、包絡線の角周波数(位相増分)Ω(t)を時刻T/2まで、Ω(t)=−(2/T)[1+2(t/T)2]で2次曲線で減少させ、時刻T/2からTまで、Ω(t)=(2/T)[1+2((T−t)/T)2]で2次曲線で減少させている。包絡線の位相は、Θ(0)=π/2、Θ(T/2)=0、Θ(T)=π/2、となる条件でよい。これにより、図9のような、三角波状の包絡線を有するパルス信号が得られる。 FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a triangular waveform envelope shape and an envelope phase increment input therefor. In FIG. 9, the pulse transmission period is between time 0 and T, and the angular frequency (phase increment) Ω (t) of the envelope is up to time T / 2, Ω (t) = − (2 / T) [ 1 + 2 (t / T) 2 ] is reduced by a quadratic curve, and from time T / 2 to T, quadratic at Ω (t) = (2 / T) [1 + 2 ((T−t) / T) 2 ] The curve is decreasing. The phase of the envelope may be on the condition that Θ (0) = π / 2, Θ (T / 2) = 0, and Θ (T) = π / 2. As a result, a pulse signal having a triangular wave envelope as shown in FIG. 9 is obtained.

この形状は厳密な形状ではなく、近似形状である。厳密な形状を得るためには、数式5のようにしなければならないが、手軽に実現できる例として1/(1−x)1/2≒1+x/2なる1次近似を用いた。それ以上の精度が必要な場合、2次近似などを用いればよい。 This shape is not a strict shape but an approximate shape. In order to obtain a precise shape, Equation 5 must be used. As an example that can be easily realized, a linear approximation of 1 / (1-x) 1/2 ≈1 + x / 2 was used. If higher accuracy is required, a quadratic approximation or the like may be used.

Figure 2008256452
Figure 2008256452

図10は、はパルス信号の期間Tの全体を振幅制御するのではなく、立ち上がり時間Trでパルス信号が立ち上がり(増加する)、立ち下り時間Tdでパルス信号が立ち下がり(減衰する)ような形状を、一定値の位相増分によって実現した例である。この図10では、パルスの送信期間を時刻0からTの間として、包絡線の角周波数(位相増分)Ω(t)を時刻Trまで、Ω(t)=π/2Trの一定値とし、時刻T−TdからTまで、Ω(t)=π/2Tr一定値とし、その間の時刻TrからT−Tdは0としている。包絡線の位相は、Θ(0)=π/2、Θ(T/2)=0、Θ(T)=π/2、となる条件でよい。これにより、図9のような、立ち上がり及び立ち下りの期間において、振幅が正弦波状に変化しており、振幅の最大値付近では、時間に対して振幅がほぼ一定であり、全体的に見ると包絡線が台形に近いパルス信号が実現できている。   In FIG. 10, the amplitude of the entire period T of the pulse signal is not controlled, but the pulse signal rises (increases) at the rise time Tr, and the pulse signal falls (decays) at the fall time Td. Is realized by a constant phase increment. In FIG. 10, the pulse transmission period is between time 0 and T, the angular frequency (phase increment) Ω (t) of the envelope is set to a constant value of Ω (t) = π / 2Tr until time Tr, From T-Td to T, Ω (t) = π / 2Tr is a constant value, and T-Td is 0 from time Tr during that time. The phase of the envelope may be on the condition that Θ (0) = π / 2, Θ (T / 2) = 0, and Θ (T) = π / 2. As a result, the amplitude changes sinusoidally during the rising and falling periods as shown in FIG. 9, and the amplitude is substantially constant with respect to time near the maximum value of the amplitude. A pulse signal whose envelope is close to a trapezoid can be realized.

図1,図7〜図10において、包絡線の位相増分を正しく入力すれば、それぞれ予定したパルス信号の包絡線を得ることが可能である。ただ、包絡線の角周波数 (位相増分) が時間についての1次以上の多項式である場合に、これを数式どおりに計算するためには乗算器が必要となり、乗算器を用いない振幅変調実現法としての本発明の利点が薄れてしまうことにもなる。   In FIGS. 1 and 7 to 10, if the phase increment of the envelope is correctly input, it is possible to obtain the respective envelopes of the scheduled pulse signal. However, when the angular frequency (phase increment) of the envelope is a first-order or higher-order polynomial with respect to time, a multiplier is required to calculate this according to the formula, and an amplitude modulation method without using a multiplier is required. As a result, the advantages of the present invention will be diminished.

そこで、包絡線位相の包絡線位相増分がN次多項式(但し、Nは、0及び正の整数)で表される場合に、それぞれ位相増分初期値を持ちこの位相増分初期値に入力値を入力タイミングに同期して累積加算して出力する、N次用包絡線位相レジスタ手段乃至1次用包絡線位相レジスタ手段を次数の順序に直列に接続する。その包絡線の初期位相を持ち、1次用包絡線位相レジスタ手段からの入力値を入力タイミングに同期して累積加算して出力する包絡線初期位相レジスタ手段を、1次用包絡線レジスタ手段の出力側に接続する。そして、N次用包絡線位相レジスタ手段へ所定の定数の包絡線N+1次用位相増分を入力タイミングに同期して入力するとともに、包絡線初期位相レジスタ手段の出力を包絡線位相として得るようにする。   Therefore, when the envelope phase increment of the envelope phase is expressed by an Nth order polynomial (where N is 0 and a positive integer), each has an initial phase increment value and inputs an input value to this initial phase increment value. Nth-order envelope phase register means to primary envelope phase register means, which are cumulatively added in synchronization with the timing and output, are connected in series in the order of the order. An envelope initial phase register means having an initial phase of the envelope and accumulating and outputting the input value from the primary envelope phase register means in synchronization with the input timing is output from the primary envelope register means. Connect to the output side. Then, a predetermined constant envelope N + 1-order phase increment is input to the N-th order envelope phase register means in synchronization with the input timing, and the output of the envelope initial phase register means is obtained as the envelope phase. .

位相レジスタ手段を直列配置することによって、位相増分が高次多項式である場合でも加算器のみによって必要な位相増分を計算することが可能である。ディジタル回路における乗算器は、演算に必要なビット数だけ加算器を並べた規模とほぼ同じであるので、位相レジスタ手段を直列配置することによって乗算器を排除した効果は大きい。   By arranging the phase register means in series, it is possible to calculate the required phase increment only by the adder even if the phase increment is a high order polynomial. The multiplier in the digital circuit is almost the same as the scale in which adders are arranged by the number of bits necessary for the operation. Therefore, the effect of eliminating the multiplier by arranging the phase register means in series is great.

図11は、図7における2次多項式(即ち、N=2)となる包絡線位相増分の入力構成の例を示す図である。加算器11−4とレジスタ12−4からなる2次用包絡線位相レジスタ手段と、加算器11−3とレジスタ12−3からなる1次用包絡線位相レジスタ手段と、加算器11−2とレジスタ12−2からなる包絡線初期位相レジスタ手段を直列に接続する。そして、2次用包絡線位相レジスタ手段へ所定の定数の包絡線3次用位相増分を入力タイミングに同期して入力するとともに、包絡線初期位相レジスタ手段の出力を包絡線位相として得る。この例では、包絡線3次用位相増分は−12π(Δt/T)3であり、2次用包絡線位相レジスタ手段の初期値は6π(Δt/T)2(1−2Δt/T)であり、1次用包絡線位相レジスタ手段の初期値はπ(Δt/T)2(3−2Δt/T)であり、包絡線初期位相レジスタ手段の初期値は−π/2である。ここで, パルス信号の送信時間をT、位相増分入力のためのクロックの間隔Δtをとした。 FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an input configuration of an envelope phase increment that becomes the second order polynomial (ie, N = 2) in FIG. A secondary envelope phase register means comprising an adder 11-4 and a register 12-4; a primary envelope phase register means comprising an adder 11-3 and a register 12-3; and an adder 11-2 Envelope initial phase register means comprising a register 12-2 are connected in series. Then, a predetermined constant number of envelope tertiary phase increments are input to the secondary envelope phase register means in synchronization with the input timing, and the output of the envelope initial phase register means is obtained as the envelope phase. In this example, the envelope third-order phase increment is −12π (Δt / T) 3 , and the initial value of the second-order envelope phase register means is 6π (Δt / T) 2 (1-2Δt / T). Yes, the initial value of the primary envelope phase register means is π (Δt / T) 2 (3−2Δt / T), and the initial value of the envelope initial phase register means is −π / 2. Here, the transmission time of the pulse signal is T, and the clock interval Δt for phase increment input is assumed.

ここで、レジスタに設定すべき初期値は以下のようにして求められる。時刻tにおける包絡線の位相はΩ(t)を積分した値であるから、数式6により求められる。   Here, the initial value to be set in the register is obtained as follows. Since the phase of the envelope at time t is a value obtained by integrating Ω (t), it can be obtained from Equation 6.

Figure 2008256452
Figure 2008256452

送信開始後n番目のデータ入力用のクロック発生時刻をtn≡n・Δtとし、そのときの包絡線位相をΘnとすると、数式7により表される。 Assuming that the clock generation time for the nth data input after the start of transmission is t n ≡n · Δt and the envelope phase at that time is Θ n , it is expressed by Equation 7.

Figure 2008256452
Figure 2008256452

これが時刻tnにおいて各次数の位相レジスタに格納されるべき値である。1次用包絡線位相レジスタ手段の値は、ΔΘn≡Θn+1−Θnのように定義されるので、数式8のようになる。 This is a value to be stored in the phase register of each order at time tn. Since the value of the primary envelope phase register means is defined as ΔΘ n ≡Θ n + 1 −Θ n , Equation 8 is obtained.

Figure 2008256452
Figure 2008256452

さらに、包絡線位相の2次用包絡線位相レジスタ手段の値は、Δ2Θn≡ΔΘn+1−ΔΘnのように定義されるので、数式9のようになる。 Further, the value of the envelope phase secondary envelope phase register means of the envelope phase is defined as Δ 2 Θ n ≡ΔΘ n + 1 −ΔΘ n , and thus is given by Equation 9.

Figure 2008256452
Figure 2008256452

さらに、包絡線3次用位相増分は、Δ3Θn≡Δ2Θn+1−Δ2Θnのように定義されるので、数式10のように表される、定数に落ち着く。 Further, since the envelope third-order phase increment is defined as Δ 3 Θ n ≡Δ 2 Θ n + 1 −Δ 2 Θ n , it settles to a constant expressed by Equation 10.

Figure 2008256452
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したがって、3次用位相増分を定数入力すれば、加算器のみで正しい包絡線位相増分、さらに、包絡線位相を与えることができる。また、各レジスタに与える初期値は、上に記述された各数式にn=0を代入すれば求められる。   Therefore, if the third-order phase increment is input as a constant, the correct envelope phase increment and the envelope phase can be given only by the adder. The initial value given to each register can be obtained by substituting n = 0 into each equation described above.

この図11の考え方は、包絡線位相の包絡線位相増分がN次多項式で表される場合、例えば図8、に適用することが出来る。   The concept of FIG. 11 can be applied to, for example, FIG. 8 when the envelope phase increment of the envelope phase is expressed by an Nth order polynomial.

ところが、図1, 図9,図 10に与える包絡線位相増分は変曲点や不連続点をもっているため、送信時間中に切り替えることが必要となる。そのような場合の実現例として、図1の包絡線位相増分を与える回路を図12に示す。この図12に示しているレジスタの初期値は、図10で説明した手順を用いて、離散時間軸上の時刻において包絡線位相Θnの微分 (ΔΘn≡Θn+1−Θn) を求めることによって決定される。図1に示す包絡線位相増分は送信開始直後は、増加傾向にあるため, 図中のスイッチ12−5はA側に入っている(定数入力;4π(Δt/T)2)。ところが、時刻T/2で変曲点を迎えると包絡線位相増分は減少傾向となるため、スイッチ12−5はB側に切り替わる(定数入力;−4π(Δt/T)2)。このスイッチ12−5は論理回路によるセレクタ回路等で実現することができる。スイッチ12−5がB側に切り替わった瞬間、包絡線位相増分用のレジスタ12−3には2π・Δt/Tが格納されているのだが、送信終了時の誤差を避けるためには、スイッチ12−5を切り替える瞬間に、このレジスタ12−3を2π[(Δt/T)−(Δt/T)2]に変更しておくことがよい。 However, since the envelope phase increments given in FIGS. 1, 9, and 10 have inflection points and discontinuities, they must be switched during the transmission time. As an implementation example in such a case, FIG. 12 shows a circuit for providing the envelope phase increment of FIG. The initial value of the register is shown in FIG. 12, using the procedure described in FIG. 10, at the time on the discrete time axis of the envelope phase theta n differentiating (ΔΘ n ≡Θ n + 1 -Θ n) Determined by seeking. Since the envelope phase increment shown in FIG. 1 tends to increase immediately after the start of transmission, the switch 12-5 in the figure is on the A side (constant input; 4π (Δt / T) 2 ). However, since the envelope phase increment tends to decrease when the inflection point is reached at time T / 2, the switch 12-5 is switched to the B side (constant input; −4π (Δt / T) 2 ). The switch 12-5 can be realized by a selector circuit using a logic circuit. At the moment when the switch 12-5 is switched to the B side, 2π · Δt / T is stored in the envelope phase increment register 12-3, but in order to avoid an error at the end of transmission, the switch 12-5 The register 12-3 is preferably changed to 2π [(Δt / T) − (Δt / T) 2 ] at the moment of switching −5.

このことを一般的に表現すると、N次用包絡線位相レジスタ手段へ所定の定数の包絡線N+1次用位相増分を入力タイミングに同期して入力するに際して、包絡線位相増分の変曲点或いは不連続点において、前述の所定の定数の包絡線N+1次用位相増分を、他の所定の定数の包絡線N+1次用位相増分に切り替える、ことが必要となる。また、その他の図9,図10の包絡線についても、ほぼ同様の手順で設計することができる。   Generally expressing this, when inputting a predetermined constant number of envelope N + 1-order phase increments to the N-th order envelope phase register means in synchronism with the input timing, the inflection point or inflection point of the envelope phase increment. At a continuous point, it is necessary to switch the envelope constant N + 1-order phase increment described above to the envelope constant N + 1-order phase increment of another predetermined constant. Further, the other envelopes shown in FIGS. 9 and 10 can be designed in a substantially similar procedure.

所定周波数の原信号として、振幅制御されていない信号であり、その原信号の周波数は、変調されていない一定の周波数の他に、直線周波数変調(リニアチャープ変調)などの周波数変調が掛けられているものでもよい。   The original signal of a predetermined frequency is a signal whose amplitude is not controlled, and the frequency of the original signal is subjected to frequency modulation such as linear frequency modulation (linear chirp modulation) in addition to a constant frequency that is not modulated. It may be what you have.

直線周波数変調された原信号が用いられる場合には、時間に対する信号位相は、2次関数となるから、例えば図1を例にすると、加算器11−1と信号位相レジスタ12−1によって構成される信号位相レジスタ手段の前段に、加算器とレジスタからなる信号位相レジスタ手段を直列に接続して、信号位相レジスタ手段に所定の位相増分を定数入力するように構成することがよい。   When a linear frequency-modulated original signal is used, the signal phase with respect to time is a quadratic function. For example, when FIG. 1 is taken as an example, it is constituted by an adder 11-1 and a signal phase register 12-1. It is preferable that the signal phase register means composed of an adder and a register is connected in series before the signal phase register means, and a predetermined phase increment is input to the signal phase register means as a constant.

1次の位相増分を入力することによる振幅制御の例Example of amplitude control by inputting first order phase increment 図1の包絡線形状に対する包絡線の瞬時周波数の例Example of instantaneous frequency of envelope for the envelope shape of FIG. 包絡線の瞬時周波数を時間の2次関数にしたときの例Example when the instantaneous frequency of the envelope is a quadratic function of time 本発明をディジタル合成によって実現した例Example in which the present invention is realized by digital synthesis 本発明をアナログ合成によって実現した例Example of realizing the present invention by analog synthesis 市販のディジタルシンセサイザを用いてアナログ合成する本発明の例Example of the present invention for analog synthesis using a commercially available digital synthesizer 2次の位相増分を入力することによる振幅制御の例Example of amplitude control by inputting second order phase increment 3次の位相増分を入力することによる振幅制御の例Example of amplitude control by inputting third-order phase increment 近似的に三角波形状の包絡線を得るための位相増分入力の例Example of phase increment input to obtain an approximately triangular wave envelope. 近似的に台形状の包絡線を得るための位相増分入力の例Example of phase increment input to obtain approximately trapezoidal envelope 図7の2次多項式となる包絡線位相増分の入力例Input example of envelope phase increment to be the second order polynomial in FIG. 図1の包絡線を実現する位相増分入力の例Example of phase increment input realizing the envelope of FIG. ディジタルシンセサイザの基本構成の例Example of basic configuration of digital synthesizer 従来のディジタルシンセサイザの出力を振幅変調する例Example of amplitude modulation of the output of a conventional digital synthesizer 先願発明における余弦関数形状の包絡線を生成する例Example of generating an envelope of a cosine function shape in the invention of the prior application

符号の説明Explanation of symbols

1,2・・シンセサイザ、3・・合成手段(加算回路)、11−1〜11−4・・加算器、12−1〜12−4・・位相レジスタ、13−1,13−2・・加算器、
14,14−1、14−2・・波形テーブル、15−1、15−2・・波形関数変換器、16・・加算器、17,17−1,17−2・・DA変換器、
18,18−1,18−2・・LPF、19・・オペアンプ、12−5・・スイッチ
1,... Synthesizer 3.. Synthesizer (adder circuit), 11-1 to 11-4, adder, 12-1 to 12-4, phase register, 13-1, 13-2,. Adder,
14, 14-1, 14-2 ... Waveform table, 15-1, 15-2 ... Waveform function converter, 16. Adder, 17, 17-1, 17-2 ... DA converter,
18, 18-1, 18-2 ··· LPF, 19 · · operational amplifier, 12-5 ··· switch

Claims (2)

所定周波数、所定時間幅で所定包絡線形状を持つパルス信号を発生するパルス信号発生装置において、
振幅制御されていない前記所定周波数信号の信号位相に、所定包絡線関数の最大値が1になるように正規化された正規化包絡線関数の逆余弦関数で表現される包絡線位相を、加算した和位相と、前記信号位相から前記包絡線位相を、減算した差位相とを生成する和・差位相生成手段と、
メモリ内に予め用意された波形テーブルを参照することによって前記和位相を和位相波形関数値に変換する和位相用波形関数変換手段と、
前記波形テーブルもしくは前記波形テーブルと同等の他の波形テーブルを参照することによって前記差位相を出力周波数用波形関数値に変換する差位相用波形関数変換手段と、
前記和位相波形関数値と、前記差位相波形関数値とを合成して、前記パルス信号を出力するための合成手段とを備えることを特徴とする、パルス信号発生装置。
In a pulse signal generator for generating a pulse signal having a predetermined envelope shape with a predetermined frequency and a predetermined time width,
The envelope phase expressed by the inverse cosine function of the normalized envelope function normalized so that the maximum value of the predetermined envelope function becomes 1 is added to the signal phase of the predetermined frequency signal not subjected to amplitude control. Sum / difference phase generating means for generating a sum phase and a difference phase obtained by subtracting the envelope phase from the signal phase;
Sum phase waveform function conversion means for converting the sum phase into a sum phase waveform function value by referring to a waveform table prepared in advance in a memory;
A differential phase waveform function conversion means for converting the differential phase into an output frequency waveform function value by referring to the waveform table or another waveform table equivalent to the waveform table;
A pulse signal generating apparatus comprising: a synthesizing unit for synthesizing the sum phase waveform function value and the difference phase waveform function value to output the pulse signal.
前記包絡線位相の包絡線位相増分がN次多項式(但し、Nは、0及び正の整数)で表される場合に、
それぞれ位相増分初期値を持ち該位相増分初期値に入力値を入力タイミングに同期して累積加算して出力する、N次用包絡線位相レジスタ手段乃至1次用包絡線位相レジスタ手段を次数の順序に直列に接続し、
前記包絡線の初期位相値を持ち前記1次用包絡線位相レジスタ手段からの入力値を入力タイミングに同期して累積加算して出力する包絡線初期位相レジスタ手段を、前記1次用包絡線レジスタ手段の出力側に接続し、
前記N次用包絡線位相レジスタ手段へ所定の定数の包絡線N+1次用位相増分を入力タイミングに同期して入力するとともに、前記包絡線初期位相レジスタ手段の出力を前記包絡線位相として得ることを特徴とする、請求項1に記載のパルス信号発生装置。
When the envelope phase increment of the envelope phase is represented by an Nth order polynomial (where N is 0 and a positive integer),
The N-th order envelope phase register means to the first order envelope phase register means each having an initial phase increment value and accumulatively adding and outputting the input value to the initial phase increment value in synchronization with the input timing. Connected in series,
An envelope initial phase register means having an initial phase value of the envelope and accumulating and adding an input value from the primary envelope phase register means in synchronization with an input timing is output. Connected to the output side of the means,
A predetermined constant envelope N + 1 order phase increment is inputted to the N-th order envelope phase register means in synchronization with an input timing, and an output of the envelope initial phase register means is obtained as the envelope phase. The pulse signal generator according to claim 1, characterized in that it is characterized in that:
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