JP2010141448A - 信号検出装置及びそれに用いる信号検出方法並びにそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 微弱な違法電波を検出可能な信号検出装置を提供する。
【解決手段】 信号検出装置（１）は、到来信号を２分配する２分配回路（１２）と、２分配回路（１２）で２分配した信号をそれぞれアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路（１３，１４）と、第２のＡ／Ｄ変換回路（１４）でアナログ／ディジタル変換したデータに対して共役をとる共役回路（１５）と、第１のＡ／Ｄ変換回路（１３）でアナログ／ディジタル変換したデータと共役回路（１５）で共役をとったデータとを乗算する乗算回路（１６）とを有し、乗算回路（１６）の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出している。
【選択図】 図１

Description

本発明は信号検出装置及びそれに用いる信号検出方法並びにそのプログラムに関し、特に信号放射源から放射された信号の有無を検出する信号検出装置に関する。

本発明に関連する信号検出装置は、図５に示すように、空中線３１と、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換回路３２と、絶対値算出回路３３と、閾値判定回路３４とから構成されている。

信号検出装置３に到来した電波は、空中線３１で受信される。受信電波のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号は、Ａ／Ｄ変換回路３２でＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換後のＩＱ［Ｉ：Ｉｎｐｈａｓｅ（同相成分），Ｑ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ（直交成分）］信号は、絶対値算出回路３３に送られ、ＩＱ信号の絶対値が算出される。

算出された値は、閾値判定回路３４に送られ閾値判定される。閾値判定回路３４において、算出された値が閾値より大きいと判定された場合は、算出された値が外部に出力される。閾値判定回路３４において、算出された値が閾値より小さいと判定された場合は、算出された値が廃棄される。

この種の信号検出装置としては、下記の特許文献１，２に記載の技術がある。
特開２０００−１９６５４１号公報 特開２００６−３４０２１２号公報

本発明に関連する信号検出装置では、信号検出時間を長くしても、算出される値に変化がなく、時間による信号の積分効果がないという課題がある。電波監視事業においては、上記のように、これまで微弱な電波の検出が困難でふるため、微弱な違法電波を受信することができないという課題がある。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、微弱な違法電波を検出することができる信号検出装置及びそれに用いる信号検出方法並びにそのプログラムを提供することにある。

本発明による第１の信号検出装置は、
到来信号を２分配する２分配回路と、
前記２分配回路で２分配した信号をそれぞれアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路と、
前記第２のＡ／Ｄ変換回路でアナログ／ディジタル変換したデータに対して共役をとる共役回路と、
前記第１のＡ／Ｄ変換回路でアナログ／ディジタル変換したデータと前記共役回路で共役をとったデータとを乗算する乗算回路とを備え、
前記乗算回路の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出している。

本発明による第２の信号検出装置は、
到来信号を２分配する２分配回路と、
ローカル信号を発生させる第１及び第２の信号発生回路と、
前記第１及び第２の信号発生回路各々で発生させたローカル信号と前記２分配回路で２分配した信号とを合成する第１及び第２のミキサ回路と、
前記第１及び第２のミキサ回路各々で合成した信号をそれぞれアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路と、
前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路各々からのデータを帯域制限する第１及び第２のフィルタ回路と、
前記第２のフィルタ回路で帯域制限したデータに対して共役をとる共役回路と、
前記第１のフィルタ回路で帯域制限したデータと前記共役回路で共役をとったデータとを乗算する乗算回路とを備え、
前記乗算回路の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出している。

本発明による第１の信号検出方法は、
到来信号を２分配する２分配処理と、
前記２分配処理で２分配した信号をアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理と、
前記第２のＡ／Ｄ変換処理でアナログ／ディジタル変換したデータに対して共役をとる共役処理と、
前記第１のＡ／Ｄ変換処理でアナログ／ディジタル変換したデータと前記共役処理で共役をとったデータとを乗算する乗算処理とを備え、
前記乗算処理の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出している。

本発明による第２の信号検出方法は、
到来信号を２分配する２分配処理と、
ローカル信号を発生させる第１及び第２の信号発生処理と、
前記第１及び第２の信号発生処理各々で発生させたローカル信号と前記２分配回路で２分配した信号とを合成する第１及び第２のミキサ処理と、
前記第１及び第２のミキサ処理各々で合成した信号をアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理と、
前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理各々からのデータをそれぞれ帯域制限する第１及び第２のフィルタ処理と、
前記第２のフィルタ処理で帯域制限したデータに対して共役をとる共役処理と、
前記第１のフィルタ処理で帯域制限したデータと前記共役処理で共役をとったデータとを乗算する乗算処理とを備え、
前記乗算処理の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出している。

本発明による第１のプログラムは、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
到来信号を２分配する２分配処理と、
前記２分配処理で２分配した信号をアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理と、
前記第２のＡ／Ｄ変換処理でアナログ／ディジタル変換したデータに対して共役をとる共役処理と、
前記第１のＡ／Ｄ変換処理でアナログ／ディジタル変換したデータと前記共役処理で共役をとったデータとを乗算する乗算処理とを含み、
前記乗算処理の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出させることを特徴とする。

本発明による第２のプログラムは、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
到来信号を２分配する２分配処理と、
ローカル信号を発生させる第１及び第２の信号発生処理と、
前記第１及び第２の信号発生処理各々で発生させたローカル信号と前記２分配回路で２分配した信号とを合成する第１及び第２のミキサ処理と、
前記第１及び第２のミキサ処理各々で合成した信号をアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理と、
前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理各々からのデータをそれぞれ帯域制限する第１及び第２のフィルタ処理と、
前記第２のフィルタ処理で帯域制限したデータに対して共役をとる共役処理と、
前記第１のフィルタ処理で帯域制限したデータと前記共役処理で共役をとったデータとを乗算する乗算処理とを含み、
前記乗算処理の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出させることを特徴とする。

本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、微弱な違法電波を検出することができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず本発明による信号検出装置の概要について説明する。本発明による信号検出装置は、到来した電波のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を２分配し、２分配された信号各々をＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換した後で複素共役乗算の加算平均を行っている。

これによって、本発明による信号検出装置は、加算平均にてノイズを０に近づけることができ、Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）比を向上させることができるので、微弱な違法電波を検出することができる。

図１は本発明の第１の実施の形態による信号検出装置の構成例を示すブロック図である。図１において、信号検出装置１は、空中線１１と、分配回路１２と、Ａ／Ｄ変換回路１３，１４と、共役回路１５と、乗算回路１６と、絶対値算出回路１７と、閾値判定回路１８とから構成されている。

図２は図１の信号検出装置１における処理を示すフローチャートである。これら図１及び図２を参照して本発明の第１の実施の形態による信号検出装置１における処理について説明する。尚、図２に示す処理は、図示せぬコンピュータがプログラムを実行することでも実現可能である。

空中線１１が到来電波を受信すると（図１のステップＳ１）、分配回路１２は、空中線１１から出力されたＲＦ信号を入力し、そのＲＦ信号を２分配してＡ／Ｄ変換回路１３，１４各々に出力する（図１のステップＳ２）。

Ａ／Ｄ変換回路１３は、分配回路１２から出力されたＲＦ信号をＡ／Ｄ変換し、ＩＱ［Ｉ：Ｉｎｐｈａｓｅ（同相成分），Ｑ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ（直交成分）］信号を乗算回路１６に出力する（図１のステップＳ３）。

Ａ／Ｄ変換回路１４は、分配回路１２から出力されたＲＦ信号をＡ／Ｄ変換し、ＩＱ信号を共役回路１５に出力する（図１のステップＳ４）。共役回路１５は、入力されたＩＱ信号の複素共役を算出し、その結果を乗算回路１６に出力する（図１のステップＳ５）。

乗算回路１６は、ＡＤ変換回路１３から出力されたＩＱ信号と、共役回路１５から出力された複素共役ＩＱ信号とを乗算し、サンプリング回数分の和をとり、平均した結果を絶対値算出回路１７に出力する（図１のステップＳ６）。絶対値算出回路１７は、乗算回路１６から出力された乗算結果の絶対値を閾値判定回路１８に出力する（図１のステップＳ７）。

閾値判定回路１８は、絶対値算出回路１７から出力された乗算結果の絶対値を予め設定された閾値と比較し（図１のステップＳ８）に対して、乗算結果の絶対値が閾値より大きいと判定した場合（図１のステップＳ９）、その乗算結果の絶対値を外部に出力する（図１のステップＳ１０）。また、閾値判定回路１８は、乗算結果の絶対値が閾値より小さいと判定した場合（図１のステップＳ９）、その乗算結果の絶対値を廃棄する（図１のステップＳ１１）。

次に、図１に示す本実施の形態による信号検出装置１の処理について具体的に説明する。Ａ／Ｄ変換回路１３から出力されるＩＱ信号ｄ１（ｋ）及びＡＤ変換回路４から出力されるＩＱ信号ｄ２（ｋ）を、
ｄ１（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋ｎ１（ｋ） ・・・（１）
ｄ２（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋ｎ２（ｋ） ・・・（２）
というように表す。

上記の式において、ｋはＡＤ変換回路１３でのサンプル数、ｓ（ｋ）は到来電波のＲＦ信号をサンプリングした複素データ、ｎ１（ｋ）はＡＤ変換回路１３内部の雑音をサンプリングした複素データ、ｎ２（ｋ）はＡＤ変換回路１４内部のノイズをサンプリングした複素データである。

（２）式のｄ２（ｋ）は、共役回路１５で複素共役に変換される。複素共役に変換後のデータをｄ２（ｋ）＊とすると、
ｄ２（ｋ）＊＝ｓ（ｋ）＊＋ｎ２（ｋ）＊ ・・・（３）
という式で表される。

乗算回路１６では、（１）式のｄ１（ｋ）と（３）式のｄ２（ｋ）＊との積が計算される。つまり、
ｄ１（ｋ）×ｄ２（ｋ）＊＝
｜ｓ（ｋ）｜² ＋ｎ１（ｋ）×ｓ（ｋ）＊＋ｎ２（ｋ）＊×ｓ（ｋ）
＋ｎ１（ｋ）×ｎ２（ｋ）＊ ・・・（４）
となる。

（４）式は、サンプリング回数をｍ回とし、平均化すると、
（１／ｍ）×Σ｛ｄ１（ｋ）×ｄ２（ｋ）＊｝＝
｜ｓ（ｋ）｜２＋（１／ｍ）×Σ｛ｎ１（ｋ）×ｓ（ｋ）＊
＋ｎ２（ｋ）＊×ｓ（ｋ）＋ｎ１（ｋ）×ｎ２（ｋ）＊｝
・・・（５）
という式で表せる。

（５）式において、「（１／ｍ）×Σ｛ｎ１（ｋ）×ｓ（ｋ）＊＋ｎ２（ｋ）＊×ｓ（ｋ）＋ｎ１（ｋ）×ｎ２（ｋ）＊｝」は、ｎ１（ｋ）とｎ２（ｋ）とが別回路の雑音なので、無相関である。また、ｓ（ｋ）とｎ１（ｋ）、ｎ２（ｋ）も無相関である。

そのため、「（１／ｍ）×Σ｛ｎ１（ｋ）×ｓ（ｋ）＊＋ｎ２（ｋ）＊×ｓ（ｋ）＋ｎ１（ｋ）×ｎ２（ｋ）＊｝は、０に近似でき、（５）式は、
（１／ｍ）×Σ｛ｄ１（ｋ）×ｄ２（ｋ）＊｝
＝｜ｓ（ｋ）｜２ ・・・（６）
という式で表すことができる。（６）式には、雑音の項がなくなるため、Ｓ／Ｎ比が向上する。

絶対値算出回路１７では、（６）式の絶対値が算出され、閾値判定回路１８に出力される。閾値判定回路１８では、絶対値算出回路１７で出力された値が、閾値より大きいと判定すると、その値を外部に出力し、小さいと判定すると、その値を廃棄する。

このように、本実施の形態では、上記の（６）式に示したように、乗算回路１６での演算によりノイズが０に近づくので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができるので、微弱な違法電波を検出することができる。

図３は本発明の第２の実施の形態による信号検出装置の構成例を示すブロック図である。図３において、本発明の第２の実施の形態による信号検出装置２は、信号発生回路２１，２３と、ミキサ回路２２，２４と、フィルタ回路２５，２６とを追加した以外は図１に示す本発明の第１の実施の形態による信号検出装置１と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は、本発明の第１の実施の形態と同様である。以下、本実施の形態において追加した回路について説明する。

信号発生回路２１，２３は、ローカル信号を発生させてミキサ回路２２，２４に出力する。ミキサ回路２２，２４は、そのローカル信号を空中線１１からのＲＦ信号と合成してＡ／Ｄ変換回路１３，１４に出力する。

フィルタ回路２５は、Ａ／Ｄ変換回路１３からのデータを帯域制限して乗算回路１６に出力する。フィルタ回路２６は、Ａ／Ｄ変換回路１４からのデータを帯域制限して共役回路１５に出力する。

図４は図３の信号検出装置２における処理を示すフローチャートである。これら図３及び図４を参照して本発明の第２の実施の形態による信号検出装置２における処理について説明する。尚、図４に示す処理は、図示せぬコンピュータがプログラムを実行することでも実現可能である。

空中線１１が到来電波を受信すると（図４のステップＳ２１）、分配回路１２は、空中線１１から出力されたＲＦ信号を入力し、そのＲＦ信号を２分配してミキサ回路２２，２４各々に出力する（図４のステップＳ２２）。

ミキサ回路２２は、信号発生回路２１で発生させたローカル信号を分配回路１２からのＲＦ信号と合成してＡ／Ｄ変換回路１３に出力する（図４のステップＳ２３）。Ａ／Ｄ変換回路１３は、ミキサ回路１２から出力された信号をＡ／Ｄ変換し、ＩＱ信号をフィルタ回路２５に出力する（図４のステップＳ２４）。フィルタ回路２５は、Ａ／Ｄ変換回路１３からのデータを帯域制限して乗算回路１６に出力する（図４のステップＳ２５）。

ミキサ回路２４は、信号発生回路２３で発生させたローカル信号を分配回路１２からのＲＦ信号と合成してＡ／Ｄ変換回路１４に出力する（図４のステップＳ２６）。Ａ／Ｄ変換回路１４は、ミキサ回路２４から出力された信号をＡ／Ｄ変換し、ＩＱ信号をフィルタ回路２６に出力する（図４のステップＳ２７）。

フィルタ回路２６は、Ａ／Ｄ変換回路１４からのデータを帯域制限して共役回路１５に出力する（図４のステップＳ２８）。共役回路１５は、入力されたデータの複素共役を算出し、その結果を乗算回路１６に出力する（図４のステップＳ２９）。

乗算回路１６は、フィルタ回路２５から出力された信号と、共役回路１５から出力された複素共役信号とを乗算し、サンプリング回数分の和をとり、平均した結果を絶対値算出回路１７に出力する（図４のステップＳ３０）。絶対値算出回路１７は、乗算回路１６から出力された乗算結果の絶対値を閾値判定回路１８に出力する（図４のステップＳ３１）。

閾値判定回路１８は、絶対値算出回路１７から出力された乗算結果の絶対値を予め設定された閾値と比較し（図４のステップＳ３２）に対して、乗算結果の絶対値が閾値より大きいと判定した場合（図４のステップＳ３３）、その乗算結果の絶対値を外部に出力する（図４のステップＳ３４）。また、閾値判定回路１８は、乗算結果の絶対値が閾値より小さいと判定した場合（図４のステップＳ３３）、その乗算結果の絶対値を廃棄する（図４のステップＳ３５）。

このように、本実施の形態では、信号発生回路２１及びミキサ回路２２、信号発生回路２３及びミキサ回路２４を付加することによって、空中線１１で受信する信号の周波数を高周波でも受信可能となる。

ここで、信号発生回路２１，２３の雑音が増えると、これらの雑音は、上記の（５）式におけるｎ１（ｋ）とｎ２（ｋ）との信号レベルを上昇させることになるが、複素共役の平均加算を行うことにより雑音の影響は受けないことになる。

また、本実施の形態では、フィルタ回路２５，２６を付加することによって、所望の周波数の信号だけを抽出することが可能となる。以上説明したように、本実施の形態では、本発明の第１の実施の携帯の効果に加えて、対象とする信号の周波数範囲を拡張し、かつ所望の周波数の信号を抽出することができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態による信号検出装置の構成例を示すブロック図である。 図１の信号検出装置における処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態による信号検出装置の構成例を示すブロック図である。 図３の信号検出装置における処理を示すフローチャートである。 本発明に関連する信号検出装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１，２ 信号検出装置
１１ 空中線
１２ 分配回路
１３，１４ Ａ／Ｄ変換回路
１５ 共役回路
１６ 乗算回路
１７ 絶対値算出回路
１８ 閾値判定回路
２１，２３ 信号発生回路
２２，２４ ミキサ回路
２５，２６ フィルタ回路

Claims (8)

1. 到来信号を２分配する２分配回路と、
   前記２分配回路で２分配した信号をそれぞれアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路と、
   前記第２のＡ／Ｄ変換回路でアナログ／ディジタル変換したデータに対して共役をとる共役回路と、
   前記第１のＡ／Ｄ変換回路でアナログ／ディジタル変換したデータと前記共役回路で共役をとったデータとを乗算する乗算回路とを有し、
   前記乗算回路の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出することを特徴とする信号検出装置。
2. 到来信号を２分配する２分配回路と、
   ローカル信号を発生させる第１及び第２の信号発生回路と、
   前記第１及び第２の信号発生回路各々で発生させたローカル信号と前記２分配回路で２分配した信号とを合成する第１及び第２のミキサ回路と、
   前記第１及び第２のミキサ回路各々で合成した信号をそれぞれアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路と、
   前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路各々からのデータを帯域制限する第１及び第２のフィルタ回路と、
   前記第２のフィルタ回路で帯域制限したデータに対して共役をとる共役回路と、
   前記第１のフィルタ回路で帯域制限したデータと前記共役回路で共役をとったデータとを乗算する乗算回路とを有し、
   前記乗算回路の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出することを特徴とする信号検出装置。
3. 前記共役回路及び前記乗算回路にて複素共役乗算の加算平均を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の信号検出装置。
4. 到来信号を２分配する２分配処理と、
   前記２分配処理で２分配した信号をアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理と、
   前記第２のＡ／Ｄ変換処理でアナログ／ディジタル変換したデータに対して共役をとる共役処理と、
   前記第１のＡ／Ｄ変換処理でアナログ／ディジタル変換したデータと前記共役処理で共役をとったデータとを乗算する乗算処理とを有し、
   前記乗算処理の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出することを特徴とする信号検出方法。
5. 到来信号を２分配する２分配処理と、
   ローカル信号を発生させる第１及び第２の信号発生処理と、
   前記第１及び第２の信号発生処理各々で発生させたローカル信号と前記２分配回路で２分配した信号とを合成する第１及び第２のミキサ処理と、
   前記第１及び第２のミキサ処理各々で合成した信号をアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理と、
   前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理各々からのデータをそれぞれ帯域制限する第１及び第２のフィルタ処理と、
   前記第２のフィルタ処理で帯域制限したデータに対して共役をとる共役処理と、
   前記第１のフィルタ処理で帯域制限したデータと前記共役処理で共役をとったデータとを乗算する乗算処理とを有し、
   前記乗算処理の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出することを特徴とする信号検出方法。
6. 前記共役処理及び前記乗算処理にて複素共役乗算の加算平均を行うことを特徴とする請求項４または請求項５記載の信号検出方法。
7. コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   到来信号を２分配する２分配処理と、
   前記２分配処理で２分配した信号をアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理と、
   前記第２のＡ／Ｄ変換処理でアナログ／ディジタル変換したデータに対して共役をとる共役処理と、
   前記第１のＡ／Ｄ変換処理でアナログ／ディジタル変換したデータと前記共役処理で共役をとったデータとを乗算する乗算処理とを含み、
   前記乗算処理の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出させることを特徴とするプログラム。
8. コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   到来信号を２分配する２分配処理と、
   ローカル信号を発生させる第１及び第２の信号発生処理と、
   前記第１及び第２の信号発生処理各々で発生させたローカル信号と前記２分配回路で２分配した信号とを合成する第１及び第２のミキサ処理と、
   前記第１及び第２のミキサ処理各々で合成した信号をアナログ／ディジタル変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理と、
   前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換処理各々からのデータをそれぞれ帯域制限する第１及び第２のフィルタ処理と、
   前記第２のフィルタ処理で帯域制限したデータに対して共役をとる共役処理と、
   前記第１のフィルタ処理で帯域制限したデータと前記共役処理で共役をとったデータとを乗算する乗算処理とを含み、
   前記乗算処理の乗算結果に基づいて微弱な電波を検出させることを特徴とするプログラム。

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