JP2014240768A - 移動体を模擬する周波数シフト方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体による反射波のドップラー周波数が時々刻々と変化する場合でも、簡易な構成で該ドップラー周波数の変化を実現できる周波数シフト回路及びそれを備えた模擬装置を提供する。【解決手段】周波数シフト回路は、入力信号と第１発振器で生成された第１周波数の信号とを乗算する第１乗算器と、第１乗算器の出力から入力信号の周波数と第１周波数との和の周波数のみを通過させる高域通過フィルタと、高域通過フィルタの出力信号と第２発振器で生成された第２周波数の信号とを乗算する第２乗算器と、第２乗算器の出力から高域通過フィルタの出力周波数と第２周波数との差の周波数のみを通過させる低域通過フィルタと、第１発振器及び第２発振器による発振周波数を制御する制御部とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は移動体を模擬する周波数シフト方法に関する。

水中や空間へ波（音波、電波等）を出射し、海面、水中の航走体や航空機等の移動体から反射する反射波を受波することで該移動体を検出する装置（以下、検出装置と称す）が知られている。このような検出装置の試験は検出対象となる移動体を実際に運動させて実施することが理想である。しかしながら、本物の移動体を使用した試験は、該移動体を手配する必要があり、また試験規模も大きくなるため、試験に要する費用や試験時間等が増大する。そのため、本物の移動体を使用した試験は容易に実施することができない。

そこで、移動体を模擬する模擬装置が必要になる。模擬装置は、検出装置が移動体として認識し所要の試験を実施できるように、移動体によって反射される反射波を模擬する必要がある。すなわち、模擬装置は、移動体の運動に伴う周知のドップラー効果による周波数シフトを模擬すると共に、検出装置の出射波を、その形状を変化させることなく、かつ適切なレベルで検出装置へ返さなければならない。

このような模擬装置の構成については、例えば特許文献１や２で提案されている。

特許文献１には、周波数変換器を用いて検出装置の出射波から周波数シフトさせた信号を生成し、該生成した信号を検出装置へ移動体の反射波として送出する構成が記載されている。

特許文献２には、検出装置の出射波と周波数シフト量（以下、「ドップラー周波数」と称す場合がある）に等しい周波数信号とを乗算器を用いて乗算し、出射波の周波数とドップラー周波数の和の周波数成分及び差の周波数成分を含む乗算器の出力信号から、帯域フィルタを用いて周波数シフト後の周波数成分のみを抽出する構成が記載されている。なお、乗算器及びフィルタを用いて入力信号の周波数を変換する技術は、例えば特許文献３や４に記載されているように、無線通信分野でも利用されている。

特開平１０−１２３２３０号公報 特開平０５−０３４０９５号公報 特開平０６−２９１５５７号公報 特開平０５−０８３０３４号公報

上述した特許文献１や２に記載された模擬装置は、ドップラー周波数が一定であることを前提としている。すなわち、検出装置が等速直線運動する移動体の移動線上にある場合を想定した装置である。

しかしながら、検出装置は、移動体の移動線上にあるとは限らず、該移動線上からずれた位置で移動体を検出する場合もある。その場合、移動体が等速直線運動していても、検出装置で検出される移動体からの反射波のドップラー周波数は時々刻々と変化する。具体的には、移動体が検出装置に近づくときはドップラー周波数がプラス（＋）側で徐々に低くなり、移動体が検出装置と最接近したときにドップラー周波数が零（０）になり、移動体が検出装置から離れるときはドップラー周波数がマイナス（−）側で徐々に高くなる。なお、ドップラー周波数がプラス（＋）とは検出装置の出射波の周波数に対して反射波の周波数が高い状態を示し、ドップラー周波数がマイナス（−）とは検出装置の出射波の周波数に対して反射波の周波数が低い状態を示す。

上述したように、特許文献１や２に記載された模擬装置は、ドップラー周波数が一定であることを前提としているため、ドップラー周波数が時々刻々と変化する移動体からの反射波を模擬できるとは限らない。

例えば、特許文献２では、入力信号とドップラー周波数を生成する発振器の出力信号とを乗算器へ入力し、それらの和および差の周波数成分を含む乗算器の出力信号から、帯域フィルタを用いていずれか一方の周波数成分を抽出することが記載されている。しかしながら、これら二つの周波数成分は非常に接近しているため、いずれか一方の周波数成分を抽出する帯域フィルタを実現するのは非常に困難である。

一方、特許文献１は、検出装置の出射波から周波数シフトした信号を生成する周波数変換器の具体的な構成を何も示していない。周波数変換器は、例えば入力信号をＡ／Ｄ（Analog-to-digital）変換するＡ／Ｄ変換器と、入力信号の波形やレベルを記録するメモリと、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）解析により入力信号の周波数を検出し、該検出結果とメモリに記録した情報とを用いて移動体の反射波を模擬した信号を生成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えた処理回路と、処理回路で生成された信号をＤ／Ａ（Digital-to-analog）変換するＤ／Ａ変換器とを備えたディジタル信号処理回路で実現することが考えられる。

しかしながら、そのようなディジタル信号処理回路を有する模擬装置は、上述した複雑な処理を実行するために、高性能なＤＳＰやＣＰＵを備える必要がある。そのため、模擬装置のコストが上昇してしまう。

本発明は上述したような背景技術が有する問題点を解決するために成されたものであり、移動体による反射波のドップラー周波数が時々刻々と変化する場合でも、簡易な構成で該ドップラー周波数の変化を模擬できる周波数シフト回路及びそれを備えた模擬装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の周波数シフト回路は、以下の第１〜第６の発明で示す構成である。
（第１の発明）
入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
発振周波数が可変な第１発振器及び第２発振器と、
前記入力信号と前記第１発振器から出力された第１信号とを乗算する第１乗算器と、
前記第１乗算器の出力信号から、前記入力信号の周波数と前記第１信号の周波数である第１周波数との和の周波数成分のみを通過させる高域通過フィルタと、
前記高域通過フィルタの出力信号と前記第２発振器から出力された第２信号とを乗算する第２乗算器と、
前記第２乗算器の出力信号から、前記高域通過フィルタの出力信号の周波数と前記第２信号の周波数である第２周波数との差の周波数成分のみを通過させる低域通過フィルタと、
前記第１発振器及び前記第２発振器を制御し、前記第１周波数または前記第２周波数のいずれか一方、あるいは前記第１周波数及び前記第２周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
を有する。
（第２の発明）
入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
発振周波数が可変な第１発振器及び第２発振器と、
前記入力信号と前記第１発振器から出力された第１信号とを乗算する第１乗算器と、
前記第１乗算器の出力信号から、前記入力信号の周波数と前記第１信号の周波数である第１周波数との差の周波数成分のみを通過させる低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタの出力信号と前記第２発振器から出力された第２信号とを乗算する第２乗算器と、
前記第２乗算器の出力信号から、前記低域通過フィルタの出力信号の周波数と前記第２信号の周波数である第２周波数との和の周波数成分のみを通過させる高域通過フィルタと、
前記第１発振器及び前記第２発振器を制御し、前記第１周波数または前記第２周波数のいずれか一方、あるいは前記第１周波数及び前記第２周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
を有し、
前記第１周波数及び第２周波数が前記入力信号の周波数よりも低い。
（第３の発明）
入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
発振周波数が可変な第１発振器及び第２発振器と、
前記入力信号と前記第１発振器から出力された第１信号とを乗算する第１乗算器と、
前記第１乗算器の出力信号から、前記入力信号の周波数と前記第１信号の周波数である第１周波数との差の周波数成分のみを通過させる第１低域通過フィルタと、
前記第１低域通過フィルタの出力信号と前記第２発振器から出力された第２信号とを乗算する第２乗算器と、
前記第２乗算器の出力信号から、前記第１低域通過フィルタの出力信号の周波数と前記第２信号の周波数である第２周波数との差の周波数成分のみを通過させる第２低域通過フィルタと、
前記第１発振器及び前記第２発振器を制御し、前記第１周波数または前記第２周波数のいずれか一方、あるいは前記第１周波数及び前記第２周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
を有し、
前記第１周波数及び第２周波数が前記入力信号の周波数よりも高い。
（第４の発明）
入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
周波数が一定であり、それぞれが異なる周波数の信号を出力する複数の発振器と、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記入力信号とを乗算する第１乗算器と、
前記第１乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記入力信号の周波数との和の周波数成分のみを通過させる高域通過フィルタと、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記高域通過フィルタの出力信号とを乗算する第２乗算器と、
前記第２乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記高域通過フィルタの出力信号の周波数との差の周波数成分のみを通過させる低域通過フィルタと、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第１乗算器とを接続する第１スイッチと、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第２乗算器とを接続する第２スイッチと、
前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御し、前記第１乗算器または前記第２乗算器へ供給する信号の周波数のいずれか一方、あるいは前記第１乗算器及び前記第２乗算器へ供給する信号の周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
を有する。
（第５の発明）
入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
周波数が一定であり、それぞれが異なる周波数の信号を出力する複数の発振器と、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記入力信号とを乗算する第１乗算器と、
前記第１乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記入力信号の周波数との差の周波数成分のみを通過させる低域通過フィルタと、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記低域通過フィルタの出力信号とを乗算する第２乗算器と、
前記第２乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記低域通過フィルタの出力信号の周波数との和の周波数成分のみを通過させる高域通過フィルタと、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第１乗算器とを接続する第１スイッチと、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第２乗算器とを接続する第２スイッチと、
前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御し、前記第１乗算器または前記第２乗算器へ供給する信号の周波数のいずれか一方、あるいは前記第１乗算器及び前記第２乗算器へ供給する信号の周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
を有し、
前記第１乗算器に入力する前記発振器の出力信号の周波数が前記入力信号の周波数よりも低い。
（第６の発明）
入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
周波数が一定であり、それぞれが異なる周波数の信号を出力する複数の発振器と、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記入力信号とを乗算する第１乗算器と、
前記第１乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記入力信号の周波数との差の周波数成分のみを通過させる第１低域通過フィルタと、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記第１低域通過フィルタの出力信号とを乗算する第２乗算器と、
前記第２乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記第１低域通過フィルタの出力信号の周波数との差の周波数成分のみを通過させる第２低域通過フィルタと、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第１乗算器とを接続する第１スイッチと、
前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第２乗算器とを接続する第２スイッチと、
前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御し、前記第１乗算器または前記第２乗算器へ供給する信号の周波数のいずれか一方、あるいは前記第１乗算器及び前記第２乗算器へ供給する信号の周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
を有し、
前記第１乗算器に入力する前記発振器の出力信号の周波数が前記入力信号の周波数よりも高い。

一方、本発明の模擬装置は、移動体により反射される反射波を模擬する模擬装置であって、
前記移動体を検出する検出装置から出射される波を受波し、電気信号に変換する受波センサと、
前記受波センサの出力信号を入力信号とする、上記いずれかの周波数シフト回路と、
前記周波数シフト回路の出力信号を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器で増幅された信号を前記検出装置の出射波に対応する波に変換し、前記検出装置へ送波する送波部と、
を有する。

本発明によれば、移動体による反射波のドップラー周波数が時々刻々と変化する場合でも、簡易な構成で該ドップラー周波数の変化を模擬できる。

第１の実施の形態の模擬装置の一構成例を示すブロック図である。 図１に示した周波数シフト回路の一構成例を示すブロック図である。 検出装置から出射される波の一例を示す波形図である。 移動体と検出装置の位置関係の一例を示す模式図である。 図４に示した移動体による反射波のドップラー周波数の変化例を示すグラフである。 図５に示したドップラー周波数の変化を実現する、前段シンセサイザの発振周波数の制御例を示すグラフである。 図２に示した前段乗算器の出力信号から周波数の和の成分を抽出する場合であって、図２に示した前段シンセサイザ及び後段シンセサイザの発振周波数と前段乗算器及び後段乗算器の出力信号に含まれる二つの周波数成分との関係例を示すグラフである。 図２に示した前段乗算器の出力信号から周波数の差の成分を抽出する場合であって、図２に示した前段シンセサイザ及び後段シンセサイザの発振周波数と前段乗算器及び後段乗算器の出力信号に含まれる二つの周波数成分との関係例を示すグラフである。 図２に示した高域通過フィルタ及び低域通過フィルタで用いることができるフィルタ回路の一例を示す回路図である。 第２の実施の形態の模擬装置が備える周波数シフト回路の一構成例を示すブロック図である。 第３の実施の形態の模擬装置が備える周波数シフト回路の一構成例を示すブロック図である。 本発明の試験装置の一構成例を示すブロック図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態の模擬装置の一構成例を示すブロック図であり、図２は図１に示した周波数シフト回路の一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、第１の実施の形態の模擬装置１は、受波センサ２、帯域通過フィルタ３、初段アンプ４、周波数シフト回路５、電力増幅器６及び送波部７を備える。

受波センサ２は、検出装置（不図示）２０から出射された波（音波、電波等）を受波し、電気信号に変換して出力する。受波センサ２は、音波を受信するマイクロフォン、あるいは電波を受信するアンテナ装置等で実現できる。検出装置２０からは、例えば図３に示すようにエンベロープが楕円状であり、一定の周波数ｆｉから成る波が出射される。

帯域通過フィルタ３は、受波センサ２の出力信号のうち、検出装置２０の出射波の周波数を含む、予め想定される帯域の信号を通過させる。帯域通過フィルタ３の通過帯域は、検出装置２０の出射波の周波数に応じて予め設定される。帯域通過フィルタ３は、模擬装置の使用条件において、ノイズレベル、ダイナミックレンジ等が許容できる範囲内にあれば、無くてもよい。

初段アンプ４は、帯域通過フィルタ３の出力信号を適切なレベルまで増幅する。初段アンプ４は、受波センサ２または帯域通過フィルタ３から周波数シフト回路５に適切なレベルの信号を供給できれば無くてもよい。

周波数シフト回路５は、初段アンプ４から供給される、受波センサ２で受波した信号から、移動体３０による反射波を模擬する信号を生成して出力する。

電力増幅器６は、周波数シフト回路５の出力信号を適切な送波レベルまで増幅する。

送波部７は、電力増幅器６で増幅された信号を検出装置２０の出射波に対応した波（音波、電波等）に変換して検出装置２０へ送波する。送波部７は、音波を出力する送波センサ（例えば超音波センサ）やスピーカ、あるいは電波を放射するアンテナ装置によって実現できる。

図２に示すように、周波数シフト回路５は、前段乗算器５１、高域通過フィルタ５２、前段アンプ５３、後段乗算器５４、低域通過フィルタ５５、後段アンプ５６、制御部５７、前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９を備える。

前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９は、入力信号の周波数に対して周波数シフトした信号を生成するために用いる、レベルが一定であり、周波数が可変の信号を発振・出力する。前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９は、例えば周知のＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路で実現される。

制御部５７は、前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９の動作を制御し、それぞれの発振周波数を変更する。前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９の発振周波数は、例えばＰＬＬ回路の分周数を変更することで制御できる。制御部５７は、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ等で実現できる。

前段乗算器５１は、周波数シフト回路５の入力信号と前段シンセサイザ５８の出力信号とを乗算して出力する。周波数シフト回路５の入力信号の周波数をｆｉとし、前段シンセサイザ５８の発振周波数をｆｌａとしたとき、前段乗算器５１からは、それらの和の周波数成分ｆｉ＋ｆｌａと差の周波数成分ｆｉ−ｆｌａとを含む信号が出力される。

高域通過フィルタ５２は、前段乗算器５１の出力信号から周波数成分ｆｉ−ｆｌａを減衰させ、周波数成分ｆｉ＋ｆｌａを通過させる。

前段アンプ５３は、高域通過フィルタ５２の出力信号を適切なレベルまで増幅する。高域通過フィルタ５２の出力信号が所要のレベルである場合、前段アンプ５３は無くてもよい。

後段乗算器５４は、前段アンプ５３の出力信号と後段シンセサイザ５９の出力信号とを乗算して出力する。上述したように前段アンプ５３の出力信号の周波数はｆｉ＋ｆｌａであり、後段シンセサイザ５９の発振周波数をｆｌｂとすると、後段乗算器５４からは、それらの和の周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ＋ｆｌｂと差の周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂとを含む信号が出力される。

低域通過フィルタ５５は、後段乗算器５４の出力信号から周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ＋ｆｌｂを減衰させ、周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂを通過させる。

後段アンプ５６は、低域通過フィルタ５５の出力信号を適切なレベルまで増幅し、図１に示した電力増幅器６へ出力する。低域通過フィルタ５５の出力信号が所要のレベルである場合、後段アンプ５６は無くてもよい。

上述したように、周波数シフト回路５の出力信号の周波数ｆｏｕｔは、ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂであり、入力信号の周波数ｆｉに対して（ｆｌａ−ｆｌｂ）だけ周波数シフトした信号である。ここで、前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９の発振周波数、またはいずれか一方の発振周波数をスイープさせれば、周波数シフト回路５からは、入力信号の周波数ｆｉに対して周波数シフト量（ドップラー周波数）が時々刻々と変化する信号が出力される。周波数ｆｏｕｔは、ｆｌａ＝ｆｌｂのときにｆｉと一致するため、ドップラー周波数が零（０）の状態も再現できる。

また、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａと後段シンセサイザ５９の発振周波数ｆｌｂとを、入力信号の周波数ｆｉに対してある程度離れた周波数に設定すれば、周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ及びｆｉ−ｆｌａのうち、周波数成分ｆｉ＋ｆｌａのみを通過させる高域通過フィルタ５２、あるいは周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ＋ｆｌｂ及びｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂのうち、周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂのみを通過させる低域通過フィルタ５５を比較的容易に実現できる。

さらに、前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９の出力信号レベルを一定にすることで、周波数シフト回路５の出力信号は、エンベロープ波形が入力信号と同一であり、レベルが入力信号のレベルと比例した信号となる。

したがって、移動体３０による反射波のドップラー周波数が時々刻々と変化する場合でも、簡易な構成で該ドップラー周波数の変化を模擬できる。

なお、図２に示す周波数シフト回路５は、先に前段乗算器５１及び高域通過フィルタ５２を用いて周波数成分ｆｉ＋ｆｌａを抽出し、続いて後段乗算器５４及び低域通過フィルタ５５を用いて周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂを抽出する構成例を示した。しかしながら、周波数シフト回路５は、先に前段乗算器５１及び低域通過フィルタ５５を用いて周波数成分ｆｉ−ｆｌａを抽出する構成でもよい。但し、先に周波数成分ｆｉ−ｆｌａを抽出する構成では、ｆｉとｆｌａの関係に応じて後段乗算器５４の出力側に設けるフィルタを変更する必要がある。具体的には、ｆｉ＞ｆｌａの場合は、高域通過フィルタ５２を用いて後段乗算器５４の出力信号から周波数成分ｆｉ−ｆｌａ＋ｆｌｂ（和の周波数成分）を抽出する。また、ｆｉ＜ｆｌａの場合は、低域通過フィルタ５５を用いて後段乗算器５４の出力信号から周波数成分ｆｉ−ｆｌａ−ｆｌｂ（差の周波数成分）を抽出する。

例えば、ｆｉ＝５０ｋＨｚ、ｆｌａ＝ｆｌｂ＝３０ｋＨｚ（ｆｉ＞ｆｌａ）とすると、前段乗算器５１及び低域通過フィルタ５５の出力から抽出される周波数成分はｆｉ−ｆｌａ＝２０ｋＨｚとなる。このとき、後段乗算器５４の出力信号から抽出する周波数成分をｆｉ−ｆｌａ−ｆｌｂ（差の周波数成分）とすると、ｆｉ−ｆｌａ−ｆｌｂ＝−１０ｋＨｚとなり、ｆｉ＝５０ｋＨｚを出力できなくなる。なお、マイナス（−）の周波数とは、信号のベクトルの回転方向が時計回りの状態を指す。プラス（＋）の周波数とは、信号のベクトルの回転方向が反時計回りの状態であり、周波数はベクトルの回転方向が異なっていても同一である。すなわち、ｆｉ−ｆｌａ−ｆｌｂ＝１０ｋＨｚである。

それに対して、後段乗算器５４の出力信号から抽出する周波数成分をｆｉ−ｆｌａ＋ｆｌｂ（和の周波数成分）とすると、ｆｉ−ｆｌａ＋ｆｌｂ＝５０ｋＨｚとなり、ｆｉ＝５０ｋＨｚを出力できることが分かる。

一方、例えば、ｆｉ＝３０ｋＨｚ、ｆｌａ＝ｆｌｂ＝５０ｋＨｚ（ｆｉ＜ｆｌａ）とすると、前段乗算器５１及び低域通過フィルタ５５の出力から抽出される周波数成分はｆｉ−ｆｌａ＝−２０ｋＨｚとなる。このとき、後段乗算器５４の出力信号から抽出する周波数成分をｆｉ−ｆｌａ＋ｆｌｂ（和の周波数成分）とすると、ｆｉ−ｆｌａ（＝２０ｋＨｚ）＋ｆｌｂ＝７０ｋＨｚとなり、ｆｉ＝３０ｋＨｚを出力できなくなる。

それに対して、後段乗算器５４の出力信号から抽出する周波数成分をｆｉ−ｆｌａ−ｆｌｂ（差の周波数成分）とすると、ｆｉ−ｆｌａ（＝２０ｋＨｚ）−ｆｌｂ＝−３０ｋＨｚとなり、ｆｉ＝３０ｋＨｚを出力できることが分かる。

次に本実施形態の具体例について図面を用いて説明する。

図４は移動体と検出装置の位置関係の一例を示す模式図であり、図５は図４に示した移動体による反射波のドップラー周波数の変化例を示すグラフである。

図４は、検出装置２０が音波を用いて水中の移動体３０を検出する様子を示し、検出装置２０が等速直線運動する移動体３０の移動線上からずれて位置する例である。移動体３０は等速直線運動を行っており、速度ｖが、例えば２０ノットとする。検出装置２０と移動体３０の最接近距離ｄは１００ｍとする。また、検出装置２０から出射される音波の周波数ｆｉは２０ｋＨｚとする。

この場合、検出装置２０で検出される、移動体３０による反射波のドップラー周波数は図５に示すように変化する。図５に示すグラフの縦軸は周波数を示し、横軸は時間を示している。図５の横軸は、検出装置２０と移動体３０の最接近時を零（ｔ＝０）とし、マイナス（−）は移動体３０が検出装置２０に近づいてくる期間であり、プラス（＋）は移動体３０が検出装置２０から遠ざかっていく期間である。この場合、模擬装置１は、検出装置２０から送出される音波の周波数を、図５に示すように時間の経過と共にシフトさせれば、移動体３０による反射波を模擬できる。

図５に示すグラフにおいて、例えば検出装置２０と移動体３０の最接近時から０．１分前では、ドップラー周波数が＋１４５．１Ｈｚである。すなわち、移動体３０からの反射波の周波数は２０１４５．１Ｈｚになる。

この場合、例えば後段シンセサイザ５９の発振周波数ｆｌｂを３００００Ｈｚとし、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆａを３０１４５．１Ｈｚに設定すれば、周波数シフト回路５からは周波数シフト（＝２０１４５．１Ｈｚ）した信号が出力される。また、例えば、後段シンセサイザ５９の発振周波数ｆｌｂを固定し、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａを変化させれば、周波数シフト回路５からはドップラー周波数が時々刻々と変化する信号が出力される。

図６は、図５に示したドップラー周波数の変化を実現する、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａの制御例を示している。後段シンセサイザ５９の発振周波数は３００００Ｈｚで一定とする。

模擬装置１は、周波数シフト回路５により、図６で示すように前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａを制御すれば、図５に示したドップラー周波数の変化を実現することが可能であり、図４に示した移動体３０による反射波を模擬できる。図６は、後段シンセサイザ５９の発振周波数ｆｌｂを固定し、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａを変化させることでドップラー周波数を制御する例を示しているが、周波数シフト回路５は、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａを固定し、後段シンセサイザ５９の発振周波数ｆｌｂを変化させることでドップラー周波数を変化させてもよい。また、周波数シフト回路５は、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａ及び後段シンセサイザ５９の発振周波数ｆｌｂをそれぞれ変化させることでドップラー周波数を変化させてもよい。

本具体例では、前段乗算器５１から周波数成分５０１４５．１Ｈｚ（２００００Ｈｚ＋３０１４５．１Ｈｚ）及び周波数成分１０１４５．１Ｈｚ（３０１４５．１Ｈｚ−２００００Ｈｚ）を含む信号が出力される。これら二つの周波数成分のレベルは同一である。

周波数成分５０１４５．１Ｈｚに対して周波数成分１０１４５．１Ｈｚが影響しないようにするには周波数成分１０１４５．１Ｈｚを４０ｄＢ以上減衰させることが望ましい（電圧で表すと、１／１００以下)。

この関係から高域通過フィルタ５２に要求される減衰特性を計算すると、−２５ｄＢ／ｏｃｔとなる。

一方、後段乗算器５４からは、周波数成分２０１４５．１Ｈｚ（５０１４５．１Ｈｚ−３００００Ｈｚ）と周波数成分８０１４５．１Ｈｚ（５０１４５．１Ｈｚ＋３００００Ｈｚ）とを含む信号が出力される。これら二つの周波数成分のレベルは同一である。

周波数成分２０１４５．１Ｈｚに対して周波数成分８０１４５．１Ｈｚが影響しないようにするには，周波数成分８０１４５．１Ｈｚを４０ｄＢ以上減衰させることが望ましい（電圧で表すと、１／１００以下）。

この関係から低域通過フィルタ５５に要求される減衰特性を計算すると、−１３．４ｄＢ／ｏｃｔとなる。なお、ｏｃｔ（オクターブ）とは２倍の周波数を示し、−２５ｄＢ／ｏｃｔとは周波数が２倍の信号を２５ｄＢ減衰させる特性を指す。また、−１３．４ｄＢ／ｏｃｔとは周波数が２倍の信号を１３．４ｄＢ減衰させる特性を指す。

この場合、低域通過フィルタ５５で必要な減衰量に比べて高域通過フィルタ５２で必要な減衰量が大きいため、低域通過フィルタ５５よりも高域通過フィルタ５２の回路規模が大きくなる。そこで、低域通過フィルタ５５及び高域通過フィルタ５２の両方を最も簡易に構成できる、前段シンセサイザの発振周波数ｆｌａ及び後段シンセサイザの発振周波数ｆｌｂについて以下で検討する。

上述したように、図２に示した周波数シフト回路５では、前段乗算器５１から周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ及びｆｉ−ｆｌａを含む信号が出力され、高域通過フィルタ５２を用いて周波数成分ｆｉ＋ｆｌａのみを抽出する。このとき、必要な周波数成分ｆｉ＋ｆｌａと不要な周波数成分ｆｉ−ｆｌａとが離れているほど、高域通過フィルタ５２は小規模な回路で構成できる。

同様に、図２に示した周波数シフト回路５では、後段乗算器５４から周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ＋ｆｌｂ及びｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂを含む信号が出力され、低域通過フィルタ５５を用いて所要の周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂのみを抽出する。このとき、必要な周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂと不要な周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ＋ｆｌｂとが離れているほど、低域通過フィルタ５５は小規模な回路で構成できる。

前段乗算器５１から出力される二つの周波数成分の比をｘとすると、
ｘ＝（ｆｉ＋ｆｌａ）／（ｆｉ−ｆｌａ）…（１）
で表される。

同様に、後段乗算器５４から出力される二つの周波数成分の比をｙとすると、
ｙ＝（ｆｉ＋ｆｌａ＋ｆｌｂ）／（ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂ）…（２）
で表される。

以下、高域通過フィルタ５２及び低域通過フィルタ５５をそれぞれ小規模な回路で構成できる条件について求める。以下では式を簡素化するためにドップラー周波数が０（すなわち、ｆｌａ＝ｆｌｂ）の場合にて考察する。

このとき、上記（２）式は、
ｙ＝（ｆｉ＋２ｆｌａ）／ｆｉ…（３）
に変形できる。

ｆｉ／ｆｌａ＝ｃ…（４）
と定義すると、上記（１）式は、
ｘ＝（ｃ＋１）／（ｃ−１）…（５）
となる。

また、上記（２）式は、
ｙ＝（ｃ＋２）／ｃ…（６）
となる。

上記（５）式及び（６）式に基づき、ｃの変化に対するｘ及びｙの変化を示した表が図７（ａ）であり、グラフが図７（ｂ）である。図７（ｂ）に示すグラフの縦軸はｘ及びｙの値を示し、横軸はｃの値を示している。

なお、上記（５）式によれば、ｃが１よりも小さい場合、ｘはマイナス（−）の値となる。但し、ｘがマイナス（−）の値であっても、二つの周波数成分の比の関係は維持されており、ｘがプラス（＋）の場合と同様に扱うことができる。よって、図７（ｂ）のグラフではｘを絶対値で示している。

図７（ａ）及び（ｂ）で示すように、ｘは、ｃの値が１に近づくほど大きな値となり、周波数成分ｆｉ＋ｆｌａと周波数成分ｆｉ−ｆｌａの差が大きくなる。一方、ｙは、ｃの値が小さくなるほど大きな値となり、周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ＋ｆｌｂと周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂの差が大きくなる。

したがって、ｃは、ｙの値を大きくするために１よりも小さい値であることが望ましく、ｘの値を大きくするために１に近い値であることが望ましい。すなわち、ｃの値をｘとｙが交差する図７（ｂ）で示すｚ点に設定すれば、ｘ及びｙの両方を最大にできる。

ｚ点は、−ｘ＝ｙである。したがって、上記（５）式及び（６）式を用いて、
−（ｃ＋１）／（ｃ−１）＝（ｃ＋２）／ｃ…（７）
が成立する。

（７）式を変形すると、
ｃ²＋ｃ−１＝０…（８）
が得られる。

（８）式から根の公式を用いてｃを求めると、

したがって、ｃ＝０．６１８、−１．６１８である。

ここで、ｃはマイナス（−）の値にならないため、ｃ＝０．６１８が最適な値となる。

（４）式よりｃ＝ｆｉ／ｆｌａであるため、
ｆｌａ＝ｆｉ／ｃ＝ｆｉ／０．６１８＝１．６１８ｆｉとなる。

よって、ｃ＜１、すなわち、ｆｉ＜ｆｌａに設定する場合、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａ及び後段シンセサイザ５９の発振周波数ｆｌｂをそれぞれ入力信号の１．６１８倍の周波数に設定すれば、前段乗算器５１の出力信号に含まれる二つの周波数成分の差、並びに後段乗算器５４の出力信号に含まれる二つの周波数成分の差を共に最大にすることが可能であり、高域通過フィルタ５２及び低域通過フィルタ５５の両方を最も簡易に構成できる。

ドップラー周波数を変化させる場合は、前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９で発振する中心周波数をそれぞれ１．６１８ｆｉに設定し、前段シンセサイザ５８または後段シンセサイザ５９の発振周波数のいずれか一方、あるいは両方の発振周波数をスイープさせればよい。

なお、ｃ＞１、すなわち、ｆｉ＞ｆｌａに設定する場合、図７（ａ）及び（ｂ）で示したように、ｘ及びｙの値を大きくするためには、ｃの値をできるだけ１に近づけた方がよい。但し、高域通過フィルタ５２と低域通過フィルタ５５の回路規模を同程度とする場合は、ｘとｙの値をできるだけ近い値とすることが望ましい。したがって、図７（ａ）及び（ｂ）より、例えばｃ＝５に設定する。

この場合、ｆｌａ＝ｆｉ／ｃ＝ｆｉ／５＝０．２ｆｉとなり、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａ及び後段シンセサイザ５９の発振周波数ｆｌｂをそれぞれ入力信号の０．２倍の周波数に設定すればよい。

ｆｌａ及びｆｌｂは、ｆｌａ＝ｆｌｂのときに１．６１８ｆｉまたは０．２ｆｉとなるように厳密に設定する必要はない。ｆｌａ及びｆｌｂは、ｆｌａ＝ｆｌｂのときに１．６１８ｆｉまたは０．２ｆｉ付近の周波数であればよく、高域通過フィルタ５２及び低域通過フィルタ５５によって不要な周波数成分を十分に減衰させることができればどのような周波数に設定してもよい。

なお、図７（ａ）及び（ｂ）から分かるように、ｆｌａ＝ｆｌｂ＝１．６１８ｆｉのとき、ｘ、ｙの値は４．２３である。一方、ｆｌａ＝ｆｌｂ＝０．２ｆｉのとき、ｘ、ｙの値は１．４〜１．５である。ｘ及びｙは、大きい値であるほど、差の周波数と和の周波数が離れることを示しているため、ｆｌａ＝ｆｌｂ＝１．６１８ｆｉに設定する方が、高域通過フィルタや低域通過フィルタを小規模な回路で構成できる。

一方、前段乗算器５１の出力信号から低域通過フィルタを用いて周波数成分ｆｉ−ｆｌａを抽出する構成では、前段乗算器５１から出力される二つの周波数成分の比ｘは、上記（１）式と同様に、
ｘ＝（ｆｉ＋ｆｌａ）／（ｆｉ−ｆｌａ）…（１０）
で表される。

また、後段乗算器５４から出力される二つの周波数成分の比ｙは、上記（２）式と同様に、
ｙ＝（ｆｉ−ｆｌａ＋ｆｌｂ）／（ｆｉ−ｆｌａ−ｆｌｂ）…（１１）
で表される。

以下、高域通過フィルタ５２及び低域通過フィルタ５５を小規模な回路で構成できる条件について求める。以下では式を簡素化するためにドップラー周波数が０（すなわち、ｆｌａ＝ｆｌｂ）の場合にて考察する。

このとき、上記（１１）式は、
ｙ＝ｆｉ／（ｆｉ−２ｆｌａ）…（１２）
に変形できる。

ｆｉ／ｆｌａ＝ｃ…（１３）
と定義すると、上記（１０）式は、
ｘ＝（ｃ＋１）／（ｃ−１）…（１４）
となる。

また、上記（１２）式は、
ｙ＝ｃ／（ｃ−２）…（１５）
となる。

上記（１４）式及び（１５）式に基づき、ｃの変化に対するｘ及びｙの変化を示した表が図８（ａ）であり、グラフが図８（ｂ）である。図８（ｂ）に示すグラフの縦軸はｘ及びｙの値を示し、横軸はｃの値を示している。

なお、上記（１４）式によれば、ｃが１よりも小さい場合、ｘはマイナス（−）の値となる。但し、ｘがマイナス（−）の値であっても、二つの周波数成分の比の関係は維持されており、ｘがプラス（＋）の場合と同様に扱うことができる。よって、図８（ｂ）のグラフではｘを絶対値で示している。

また、上記（１５）式によれば、ｃが２よりも小さい場合、ｙはマイナス（−）の値となる。但し、ｙがマイナス（−）の値であっても、二つの周波数成分の比の関係は維持されており、ｙがプラス（＋）の場合と同様に扱うことができる。よって、図８（ｂ）のグラフではｙを絶対値で示している。

図８（ａ）及び（ｂ）で示すように、ｘは、ｃの値が１に近づくほど大きな値となり、周波数成分ｆｉ＋ｆｌａと周波数成分ｆｉ−ｆｌａの差が大きくなる。一方、ｙは、ｃの値が２に近づくほど大きな値となり、周波数成分ｆｉ−ｆｌａ＋ｆｌｂと周波数成分ｆｉ−ｆｌａ−ｆｌｂの差が大きくなる。

したがって、ｃは、ｙの値を大きくするために２に近い値であることが望ましく、ｘの値を大きくするために１に近い値であることが望ましい。すなわち、ｃの値を、ｘとｙが交差する図８（ｂ）で示すｚ１点に設定すれば、ｘ及びｙの両方を最大にできる。

ｚ１点は、ｘ＝−ｙである。したがって、上記（１４）式及び（１５）式を用いて、
（ｃ＋１）／（ｃ−１）＝−ｃ／（ｃ−２）…（１６）
が成立する。

（１７）式を変形すると、
ｃ²−ｃ−１＝０…（１７）
が得られる。

（１７）式から根の公式を用いてｃを求めると、

したがって、ｃ＝−０．６１８、１．６１８である。

ここで、ｃはマイナス（−）の値にならないため、ｃ＝１．６１８が最適な値となる。

（４）式よりｃ＝ｆｉ／ｆｌａであるため、
ｆｌａ＝ｆｉ／ｃ＝ｆｉ／１．６１８＝０．６１８ｆｉとなる。

よって、ｃ＞１、すなわちｆｉ＞ｆｌａに設定する場合、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａ及び後段シンセサイザ５９の発振周波数ｆｌｂをそれぞれ入力信号の０．６１８倍の周波数に設定すれば、前段乗算器５１の出力信号に含まれる二つの周波数成分の差、並びに後段乗算器５４の出力信号に含まれる二つの周波数成分の差を共に最大にすることが可能であり、高域通過フィルタ５２及び低域通過フィルタ５５の両方を最も簡易に構成できる。

なお、ｃ＜１、すなわち、ｆｉ＜ｆｌａに設定する場合、図８（ａ）及び（ｂ）で示すように、ｘとｙとは交わらないため、ｘ＝ｙとなるｃの値が存在しない。そこで、ｃの変化に対するｙの逆数の変化を求める。ｘ及びｙは二つの周波数の比であり、これら二つの周波数は相対関係にある。例えば、一方の周波数に対して他方の周波数が２倍である場合、他方の周波数からは一方の周波数が０．５倍となる。したがって、ｘ＝ｙとなるｃの値を求めるために、ｙの逆数を用いることも可能である。図８（ｂ）のグラフではｙを絶対値で示すと共に、ｃ＜１の範囲において１／ｙの絶対値を示している。

図８（ａ）及び（ｂ）で示すように、ｘは、ｃの値が１に近づくほど大きな値となり、周波数成分ｆｉ＋ｆｌａと周波数成分ｆｉ−ｆｌａの差が大きくなる。一方、１／ｙは、ｃの値が小さいほど大きな値となり、周波数成分ｆｉ−ｆｌａ＋ｆｌｂと周波数成分ｆｉ−ｆｌａ−ｆｌｂの差が大きくなる。

したがって、ｃは、１／ｙを大きくするためにはできるだけ小さい値であることが望ましく、ｘの値を大きくするために１に近い値であることが望ましい。すなわち、ｃの値を、ｘと１／ｙが交差する図８（ｂ）で示すｚ２点に設定すれば、ｘ及び１／ｙの両方を最大にできる。

ｚ２点は、−ｘ＝−１／ｙである。したがって、上記（１４）式及び（１５）式を用いて、
−（ｃ＋１）／（ｃ−１）＝−（ｃ−２）／ｃ…（２０）
が成立する。

したがって、ｃ＝０．５となる。

（４）式よりｃ＝ｆｉ／ｆｌａであるため、
ｆｌａ＝ｆｉ／ｃ＝ｆｉ／０．５＝２ｆｉとなる。

よって、ｃ＜１、すなわち、ｆｉ＜ｆｌａに設定する場合、前段シンセサイザ５８の発振周波数ｆｌａ及び後段シンセサイザ５９の発振周波数ｆｌｂをそれぞれ入力信号の２倍の周波数に設定すれば、前段乗算器５１の出力信号に含まれる二つの周波数成分の差、並びに後段乗算器５４の出力信号に含まれる二つの周波数成分の差を共に最大にすることが可能であり、低域通過フィルタを最も簡易に構成できる。

次に、前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９の発振周波数を、例えば１．６１８ｆｉに設定したときの、高域通過フィルタ５２及び低域通過フィルタ５５の回路規模について検討する。

ｃ＝０．６１８であるとき、上記（５）式より前段乗算器５１から出力される二つの周波数成分の比ｘは、
ｘ＝（１＋ｃ）／（１−ｃ）＝（１＋０．６１８）／（１−０．６１８）
＝４．２３６
となる。

また、上記（６）式より後段乗算器５４から出力される二つの周波数成分の比ｙは、
ｙ＝（２＋ｃ）／ｃ＝（２＋０．６１８）／０．６１８
＝４．２３６となる。

すなわち、前段乗算器５１及び後段乗算器５４の出力信号に含まれる二つの周波数成分は、１：４．２３６の関係にある。

高域通過フィルタ５２及び低域通過フィルタ５５は、例えば図９（ａ）及び（ｂ）に示すオペアンプを用いたフィルタ回路で実現できる。図９（ａ）はオペアンプを用いた低域通過フィルタ５５の回路例を示し、図９（ｂ）はオペアンプを用いた高域通過フィルタ５２の回路例を示している。

図９（ａ）及び（ｂ）に示すフィルタ回路は−１２ｄＢ／ｏｃｔの減衰特性を有することが知られている。したがって、図９（ａ）に示す低域通過フィルタまたは図９（ｂ）に示す高域通過フィルタを直列に２段接続した回路を用いると、周波数が４．２３６倍（約４倍）の関係にある二つの周波数のうち、不要な周波数成分を１／１００、すなわち４０ｄＢ減衰させることができる。理由は以下による。

周波数が約４倍の関係にある二つの周波数のうち、一方の周波数を４０ｄＢ減衰させる場合、二つの周波数が２倍の関係にあるときは一方の周波数を２０ｄＢ減衰させればよい。すなわち、２０ｄＢ／ｏｃｔ以上の減衰特性が必要である。図９（ａ）または（ｂ）で示したフィルタ回路は−１２ｄＢ／ｏｃｔの減衰特性であるため、直列に２段接続すると、−１２ｄＢ／ｏｃｔ×２＝２４ｄＢ／ｏｃｔとなり、−２０ｄＢ／ｏｃｔ以上の減衰特性を実現できる。

不要な周波数成分を約６０ｄＢ減衰させたい場合は、図９（ａ）に示す低域通過フィルタや図９（ｂ）に示す高域通過フィルタを直列に３段接続すればよい。

また、不要な周波数成分を約８０ｄＢ減衰させたい場合は、図９（ａ）に示す低域通過フィルタや図９（ｂ）に示す高域通過フィルタを直列に４段接続すればよい。

以上説明したように、本実施形態の周波数シフト回路５は、容易に実現可能な高域通過フィルタ５２及び低域通過フィルタ５５を用いて構成できる。
（第２の実施の形態）
図１０は、第２の実施の形態の模擬装置が備える周波数シフト回路の一構成例を示すブロック図である。

図１０に示すように、第２の実施の形態の周波数シフト回路１５は、図２に示した第１の実施の形態の周波数シフト回路５が備える前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９に代えて、発振周波数が一定であり、かつ発振周波数がそれぞれ異なる複数の固定発振器１５１を備えた構成である。前段乗算器５１には、複数の固定発振器１５１のうち、いずれか一つの固定発振器１５１の出力信号がスイッチ１５２を介して供給され、後段乗算器５４には、複数の固定発振器１５１のうち、いずれか一つの固定発振器１５１の出力信号がスイッチ１５３を介して供給される。

周波数シフト回路１５のその他の構成及び模擬装置の構成は第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。また、周波数シフト回路１５における周波数シフトの原理も第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

図１０では、周波数シフト回路１５が４台の固定発振器（発振周波数ｆｌ１〜ｆｌ４）１５１を備えた構成例を示しているが、固定発振器１５１の数は２個以上であれば何個でもよく、設定したいドップラー周波数の数に応じて設ければよい。

また、図１０に示す周波数シフト回路１５は、先に前段乗算器５１及び高域通過フィルタ５２を用いて周波数成分ｆｉ＋ｆｌａを抽出し、続いて後段乗算器５４及び低域通過フィルタ５５を用いて周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂを抽出する構成例を示しているが、第１の実施の形態と同様に、周波数シフト回路１５は、先に前段乗算器及び低域通過フィルタを用いて周波数成分ｆｉ−ｆｌａを抽出し、続いて後段乗算器及び高域通過フィルタを用いて周波数成分ｆｉ−ｆｌａ＋ｆｌｂを抽出する構成（ｆｉ＞ｆｌａの場合）、または後段乗算器及び低域通過フィルタを用いて周波数成分ｆｉ−ｆｌａ−ｆｌｂを抽出する構成（ｆｉ＜ｆｌａの場合）でもよい。

本実施形態の周波数シフト回路１５は、前段乗算器５１及び後段乗算器５４へ供給する周波数信号の組み合わせによって、出力信号の周波数シフト量（ドップラー周波数）を設定できる。そのため、例えば検出装置２０の試験時における、ドップラー周波数の設定数が比較的少ない場合、あるいはドップラー周波数が固定値である場合に使用すればよい。

本実施形態の周波数シフト回路１５を用いれば、前段乗算器５１及び後段乗算器５４と固定発振器１５１とを接続するスイッチ１５２及び１５３を切り換えるだけでドップラー周波数を変化させることができる。そのため、第１の実施の形態で示した周波数シフト回路５よりも制御部５７をより簡易に構成できる。
（第３の実施の形態）
図１１は、第３の実施の形態の模擬装置が備える周波数シフト回路の一構成例を示すブロック図である。

図１１に示すように、第３の実施の形態の模擬装置は、図２に示した第１の実施の形態の周波数シフト回路５、または図１０に示した第２の実施の形態の周波数シフト回路１５をディジタル信号処理で実現する例である。

本実施形態の周波数シフト回路２５は、例えば入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２５１と、ＤＳＰ、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、メモリ等を備える処理回路２５２と、処理回路２５２で生成された信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器２５３とを有するディジタル信号処理回路で実現できる。

処理回路２５２は、例えばプログラムにしたがって処理を実行することで、図２に示した前段乗算器５１、高域通過フィルタ５２、前段アンプ５３、後段乗算器５４、低域通過フィルタ５５、後段アンプ５６、制御部５７、前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９の機能、図１０に示した固定発振器１５１並びにスイッチ１５２及び１５３の機能を実現する。処理回路２５２は、例えばＦＰＧＡ等のようなディジタル回路（ハードウェア）を用いて、図２に示した前段乗算器５１、高域通過フィルタ５２、前段アンプ５３、後段乗算器５４、低域通過フィルタ５５、後段アンプ５６、制御部５７、前段シンセサイザ５８及び後段シンセサイザ５９の機能、図１０に示した固定発振器１５１並びにスイッチ１５２及び１５３の機能を実現することも可能である。

周波数シフト回路２５を備えた模擬装置の構成は第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。また、周波数シフト回路２５における周波数シフトの原理も第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

なお、図１１に示す周波数シフト回路２５においても、第１の実施の形態と同様に、先に前段乗算器及び高域通過フィルタを用いて周波数成分ｆｉ＋ｆｌａを抽出し、続いて後段乗算器及び低域通過フィルタを用いて周波数成分ｆｉ＋ｆｌａ−ｆｌｂを抽出してもよく、先に前段乗算器及び低域通過フィルタを用いて周波数成分ｆｉ−ｆｌａを抽出し、続いて後段乗算器及び高域通過フィルタを用いて周波数成分ｆｉ−ｆｌａ＋ｆｌｂを抽出する構成（ｆｉ＞ｆｌａの場合）、または後段乗算器及び低域通過フィルタを用いて周波数成分ｆｉ−ｆｌａ−ｆｌｂを抽出する構成（ｆｉ＜ｆｌａの場合）でもよい。

第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示した周波数シフト回路が備える乗算器、アンプ、高域通過フィルタ、低域通過フィルタ、シンセサイザ、固定発振器、スイッチ等は、ディジタル信号処理によって簡易に実現できる。そのため、例えばＦＦＴ解析によって入力信号の周波数を検出したり、該検出結果とメモリに記録した入力信号の波形情報やレベル情報から移動体３０の反射波を模擬する信号を生成したりする等、複雑な処理を実行する必要がない。

したがって、処理性能があまり高くないＤＳＰやＣＰＵ等を用いて周波数シフト回路２５を実現できるため、該周波数シフト回路２５の機能を実現するディジタル信号処理回路のコストを低減できる。
（第４の実施の形態）
上述した第１〜第３の実施の形態では、移動体３０からの反射波を模擬する模擬装置について提案した。第４の実施の形態は、第１〜第３の実施の形態で示した周波数シフト回路を備える、検出装置２０の試験で用いる試験装置４０について提案する。

試験装置４０は、検出装置２０の組み立て製造時に実施される、複数の工程間の試験で用いる装置であり、例えば検出装置２０から送出される波を電気信号として受信し、移動体３０を模擬した波を生成し電気信号として検出装置２０へ出力する構成である。

図１２は、本発明の試験装置の一構成例を示すブロック図である。

図１２に示すように、試験装置４０は、図１に示した第１の実施の形態の模擬装置１から受波センサ２及び送波部７を取り外した構成である。その他の構成は図１に示した第１の実施の形態の模擬蔵置１と同様であるため、その説明は省略する。

なお、図１２は、試験装置４０が図１に示した第１の実施の形態の周波数シフト回路５を備える構成例を示しているが、試験装置４０には、図１０に示した第２の実施の形態の周波数シフト回路１５や図１１に示した第３の実施の形態の周波数シフト回路２５を備えていてもよい。

本発明は、ドップラー周波数を模擬する場合に限らず、おおよその入力信号の周波数範囲が分かっており、入力信号のレベルや波形を変えることなく入力信号の周波数をダイナミックにまたは固定的にシフトさせたい分野に使用できる。

１ 模擬装置
２ 受波センサ
３ 帯域通過フィルタ
４ 初段アンプ
５ 周波数シフト回路
６ 電力増幅器
７ 送波部
２０ 検出装置
３０ 移動体
４０ 試験装置
５１ 前段乗算器
５２ 高域通過フィルタ
５３ 前段アンプ
５４ 後段乗算器
５５ 低域通過フィルタ
５６ 後段アンプ
５７ 制御部
５８ 前段シンセサイザ
５９ 後段シンセサイザ
１５１ 固定発振器
１５２、１５３ スイッチ
２５１ Ａ／Ｄ変換器
２５２ 処理回路
２５３ Ｄ／Ａ変換器

Claims (16)

1. 入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
   発振周波数が可変な第１発振器及び第２発振器と、
   前記入力信号と前記第１発振器から出力された第１信号とを乗算する第１乗算器と、
   前記第１乗算器の出力信号から、前記入力信号の周波数と前記第１信号の周波数である第１周波数との和の周波数成分のみを通過させる高域通過フィルタと、
   前記高域通過フィルタの出力信号と前記第２発振器から出力された第２信号とを乗算する第２乗算器と、
   前記第２乗算器の出力信号から、前記高域通過フィルタの出力信号の周波数と前記第２信号の周波数である第２周波数との差の周波数成分のみを通過させる低域通過フィルタと、
   前記第１発振器及び前記第２発振器を制御し、前記第１周波数または前記第２周波数のいずれか一方、あるいは前記第１周波数及び前記第２周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
   を有する周波数シフト回路。
2. 前記制御部は、
   前記周波数シフト量が零であるとき、前記第１周波数及び前記第２周波数を、前記入力信号の周波数の１．６１８倍に設定する請求項１記載の周波数シフト回路。
3. 入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
   発振周波数が可変な第１発振器及び第２発振器と、
   前記入力信号と前記第１発振器から出力された第１信号とを乗算する第１乗算器と、
   前記第１乗算器の出力信号から、前記入力信号の周波数と前記第１信号の周波数である第１周波数との差の周波数成分のみを通過させる低域通過フィルタと、
   前記低域通過フィルタの出力信号と前記第２発振器から出力された第２信号とを乗算する第２乗算器と、
   前記第２乗算器の出力信号から、前記低域通過フィルタの出力信号の周波数と前記第２信号の周波数である第２周波数との和の周波数成分のみを通過させる高域通過フィルタと、
   前記第１発振器及び前記第２発振器を制御し、前記第１周波数または前記第２周波数のいずれか一方、あるいは前記第１周波数及び前記第２周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
   を有し、
   前記第１周波数及び第２周波数が前記入力信号の周波数よりも低い周波数シフト回路。
4. 前記制御部は、
   前記周波数シフト量が零であるとき、前記第１周波数及び前記第２周波数を、前記入力信号の周波数の０．６１８倍に設定する請求項３記載の周波数シフト回路。
5. 入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
   発振周波数が可変な第１発振器及び第２発振器と、
   前記入力信号と前記第１発振器から出力された第１信号とを乗算する第１乗算器と、
   前記第１乗算器の出力信号から、前記入力信号の周波数と前記第１信号の周波数である第１周波数との差の周波数成分のみを通過させる第１低域通過フィルタと、
   前記第１低域通過フィルタの出力信号と前記第２発振器から出力された第２信号とを乗算する第２乗算器と、
   前記第２乗算器の出力信号から、前記第１低域通過フィルタの出力信号の周波数と前記第２信号の周波数である第２周波数との差の周波数成分のみを通過させる第２低域通過フィルタと、
   前記第１発振器及び前記第２発振器を制御し、前記第１周波数または前記第２周波数のいずれか一方、あるいは前記第１周波数及び前記第２周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
   を有し、
   前記第１周波数及び第２周波数が前記入力信号の周波数よりも高い周波数シフト回路。
6. 前記制御部は、
   前記周波数シフト量が零であるとき、前記第１周波数及び前記第２周波数を、前記入力信号の周波数の２倍に設定する請求項５記載の周波数シフト回路。
7. 前記第１発振器及び前記第２発振器は、レベルが一定の信号を出力する請求項１から６のいずれか１項記載の周波数シフト回路。
8. 入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
   周波数が一定であり、それぞれが異なる周波数の信号を出力する複数の発振器と、
   前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記入力信号とを乗算する第１乗算器と、
   前記第１乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記入力信号の周波数との和の周波数成分のみを通過させる高域通過フィルタと、
   前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記高域通過フィルタの出力信号とを乗算する第２乗算器と、
   前記第２乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記高域通過フィルタの出力信号の周波数との差の周波数成分のみを通過させる低域通過フィルタと、
   前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第１乗算器とを接続する第１スイッチと、
   前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第２乗算器とを接続する第２スイッチと、
   前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御し、前記第１乗算器または前記第２乗算器へ供給する信号の周波数のいずれか一方、あるいは前記第１乗算器及び前記第２乗算器へ供給する信号の周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
   を有する周波数シフト回路。
9. 前記制御部は、
   前記周波数シフト量が零であるとき、前記第１乗算器及び前記第２乗算器へ、前記入力信号の周波数の１．６１８倍の周波数の信号を供給する請求項８記載の周波数シフト回路。
10. 入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
    周波数が一定であり、それぞれが異なる周波数の信号を出力する複数の発振器と、
    前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記入力信号とを乗算する第１乗算器と、
    前記第１乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記入力信号の周波数との差の周波数成分のみを通過させる低域通過フィルタと、
    前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記低域通過フィルタの出力信号とを乗算する第２乗算器と、
    前記第２乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記低域通過フィルタの出力信号の周波数との和の周波数成分のみを通過させる高域通過フィルタと、
    前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第１乗算器とを接続する第１スイッチと、
    前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第２乗算器とを接続する第２スイッチと、
    前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御し、前記第１乗算器または前記第２乗算器へ供給する信号の周波数のいずれか一方、あるいは前記第１乗算器及び前記第２乗算器へ供給する信号の周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
    を有し、
    前記第１乗算器に入力する前記発振器の出力信号の周波数が前記入力信号の周波数よりも低い周波数シフト回路。
11. 前記制御部は、
    前記周波数シフト量が零であるとき、前記第１乗算器及び前記第２乗算器へ、前記入力信号の周波数の０．６１８倍の周波数の信号を供給する請求項１０記載の周波数シフト回路。
12. 入力信号から該入力信号の周波数をシフトさせた信号を出力する周波数シフト回路であって、
    周波数が一定であり、それぞれが異なる周波数の信号を出力する複数の発振器と、
    前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記入力信号とを乗算する第１乗算器と、
    前記第１乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記入力信号の周波数との差の周波数成分のみを通過させる第１低域通過フィルタと、
    前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器の出力信号と前記第１低域通過フィルタの出力信号とを乗算する第２乗算器と、
    前記第２乗算器の出力信号から、該発振器の周波数と前記第１低域通過フィルタの出力信号の周波数との差の周波数成分のみを通過させる第２低域通過フィルタと、
    前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第１乗算器とを接続する第１スイッチと、
    前記複数の発振器のうち、いずれか１つの発振器と前記第２乗算器とを接続する第２スイッチと、
    前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御し、前記第１乗算器または前記第２乗算器へ供給する信号の周波数のいずれか一方、あるいは前記第１乗算器及び前記第２乗算器へ供給する信号の周波数を変更することで前記入力信号の周波数に対する周波数シフト量を変化させる制御部と、
    を有し、
    前記第１乗算器に入力する前記発振器の出力信号の周波数が前記入力信号の周波数よりも高い周波数シフト回路。
13. 前記制御部は、
    前記周波数シフト量が零であるとき、前記第１乗算器及び前記第２乗算器へ、前記入力信号の周波数の２倍の周波数の信号を供給する請求項１２記載の周波数シフト回路。
14. 前記複数の発振器は、レベルが一定の信号をそれぞれ出力する請求項８から１３のいずれか１項に記載の周波数シフト回路。
15. 移動体により反射される反射波を模擬する模擬装置であって、
    前記移動体を検出する検出装置から出射される波を受波し、電気信号に変換する受波センサと、
    前記受波センサの出力信号を入力信号とする、請求項１から１４のいずれか１項に記載の周波数シフト回路と、
    前記周波数シフト回路の出力信号を増幅する電力増幅器と、
    前記電力増幅器で増幅された信号を前記検出装置の出射波に対応する波に変換し、前記検出装置へ送波する送波部と、
    を有する模擬装置。
16. 移動体を検出する検出装置を試験するための試験装置であって、
    前記検出装置の出力信号を入力信号とする、請求項１から１４のいずれか１項に記載の周波数シフト回路と、
    前記周波数シフト回路の出力信号を増幅し、前記検出装置に出力する電力増幅器と、
    を有する試験装置。

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