JP2018059825A

JP2018059825A - 広帯域信号解析装置及び広帯域信号解析方法

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Publication number: JP2018059825A
Application number: JP2016197860A
Authority: JP
Inventors: 良彦本田; Yoshihiko Honda
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: JP6716825B2

Abstract

【課題】装置の解析帯域幅よりも広帯域なＦＭＣＷ信号の周波数時間変化波形を、ＦＭＣＷ信号の帯域幅全体にわたって取得することができる広帯域信号解析装置及び広帯域信号解析方法を提供する。【解決手段】被測定信号としてのＦＭＣＷ信号の帯域幅を分割する複数の分割周波数範囲を設定する周波数範囲設定部２０，２２と、ＦＭＣＷ信号の波形データを複数の分割周波数範囲ごとに取得する波形データ取得部１０と、波形データ取得部１０により取得された各波形データから、ＦＭＣＷ信号の周波数の時間変化を示す周波数時間変化波形のデータを複数の分割周波数範囲ごとに生成し、互いに隣り合う２つの分割周波数範囲における周波数時間変化波形のデータを結合する波形データ処理部１８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、広帯域信号解析装置及び広帯域信号解析方法に関し、特に、広帯域のＦＭＣＷ信号を解析する広帯域信号解析装置及び広帯域信号解析方法に関する。

ＦＭＣＷ方式の変調方式を用いたレーダ装置として、例えばレーダ・車々間通信共用システム等が知られている。このような従来のレーダ装置は、三角波であるＦＭＣＷ信号を生成し、車載用アンテナから送信したＦＭＣＷ信号が車外の物体で反射されて車載用アンテナで受信された場合に、その受信信号と自身が生成したＦＭＣＷ信号との差の周波数成分のビート信号の周波数及びレベルから、車外の物体までの距離等の情報を求めることができるようになっている。

ＦＭＣＷ信号は、時間とともに周波数がスイープされた無変調波であり、スイープ幅が広いことが特徴として挙げられる。このため、解析帯域幅がＦＭＣＷ信号のスイープ幅よりも狭い解析装置の場合、ＦＭＣＷ信号の波形全体を観測することができない。

従来は、例えば６００ＭＨｚ幅などの広帯域で被測定信号の波形を取得することは原理的に困難であった。そこで、被測定信号を複数の帯域に分割して測定し、複数の周波数範囲の測定結果同士を結合する方法が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された方法は、広帯域信号であるＯＦＤＭ変調信号について、帯域を２分割してスペクトラムフラットネスを測定し、各帯域で得られたスペクトラムフラットネスが連続的に繋がるような補正処理を行うものである。

特許第５６８４７７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の方法は、異なる帯域でＯＦＤＭ変調信号の振幅対周波数特性を測定し、得られた測定結果を周波数軸上で調整するものであり、測定結果を時間軸上で調整することについては考慮されていない。

そのため、従来の方法では、ＦＭＣＷ信号の周波数対時間波形（以下、「周波数時間変化波形」という）が解析帯域幅よりも広帯域である場合に、ＦＭＣＷ信号の波形全体を取得することができないという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、装置の解析帯域幅よりも広帯域なＦＭＣＷ信号の周波数時間変化波形を、ＦＭＣＷ信号の帯域幅全体にわたって取得することができる広帯域信号解析装置及び広帯域信号解析方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の広帯域信号解析装置は、被測定信号としてのＦＭＣＷ信号の帯域幅を分割する複数の分割周波数範囲を設定する周波数範囲設定部と、前記ＦＭＣＷ信号の波形データを前記複数の分割周波数範囲ごとに取得する波形データ取得部と、前記波形データ取得部により取得された各前記波形データから、前記ＦＭＣＷ信号の周波数の時間変化を示す周波数時間変化波形のデータを前記複数の分割周波数範囲ごとに生成し、互いに隣り合う２つの前記分割周波数範囲における前記周波数時間変化波形のデータを結合する波形データ処理部と、を備える構成である。

この構成により、本発明に係る広帯域信号解析装置は、複数の分割周波数範囲ごとにＦＭＣＷ信号の波形データを取得し、それらの波形データから得られる周波数時間変化波形のデータを結合することにより、装置の解析帯域幅よりも広帯域なＦＭＣＷ信号の周波数時間変化波形を、ＦＭＣＷ信号の帯域幅全体にわたって取得することができる。

また、本発明の請求項２の広帯域信号解析装置においては、前記波形データ処理部は、前記波形データ取得部により取得された各前記波形データから、前記ＦＭＣＷ信号の電力の時間変化を示す電力時間変化波形のデータを前記複数の分割周波数範囲ごとに生成する電力時間変化波形生成部と、前記波形データ取得部により取得された各前記波形データから、前記周波数時間変化波形のデータを前記複数の分割周波数範囲ごとに生成する周波数時間変化波形生成部と、前記電力時間変化波形生成部により生成された各前記電力時間変化波形のデータから、前記ＦＭＣＷ信号の電力が所定の閾値以上となる時間区間を前記複数の分割周波数範囲ごとに検出するバースト検出部と、前記バースト検出部により検出された各前記時間区間について、各前記時間区間の中心を含む一部の区間を各前記時間区間の許容範囲として前記複数の分割周波数範囲ごとに設定する時間区間許容範囲設定部と、各前記分割周波数範囲について、各前記分割周波数範囲の中心を含む一部の区間を周波数区間の許容範囲として設定する周波数区間許容範囲設定部と、前記時間区間許容範囲設定部により設定された各前記時間区間の許容範囲、及び、前記周波数区間許容範囲設定部により設定された各前記周波数区間の許容範囲の両方に含まれる前記周波数時間変化波形の傾きの正負を、前記複数の分割周波数範囲ごとに判断することにより、前記複数の分割周波数範囲のうち、前記周波数時間変化波形のピーク点を含む分割周波数範囲を検出する傾き判断部と、を含む構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る広帯域信号解析装置は、複数の分割周波数範囲ごとに得られた周波数時間変化波形の傾きの正負を判断することにより、周波数時間変化波形のピーク点を含む分割周波数範囲を検出することができる。

また、本発明の請求項３の広帯域信号解析装置においては、隣り合う２つの前記分割周波数範囲は、それらの一部が重複した重複周波数範囲を含んでおり、前記波形データ処理部は、各前記重複周波数範囲における隣り合う２つの前記分割周波数範囲の前記周波数時間変化波形のデータをそれぞれ抽出するデータ抽出部と、前記データ抽出部により抽出された前記重複周波数範囲における一方の前記周波数時間変化波形のデータに対して、前記データ抽出部により抽出された前記重複周波数範囲における他方の前記周波数時間変化波形のデータを時間軸上でずらしながら、前記一方の前記周波数時間変化波形のデータと、前記他方の前記周波数時間変化波形のデータとの相関値を算出する相関算出部と、前記隣り合う２つの前記分割周波数範囲の前記周波数時間変化波形のデータを、前記相関算出部により算出された前記相関値の最大値を与える前記時間軸のずれ量だけ互いにずらした状態で結合する波形結合部と、を含む構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る広帯域信号解析装置は、隣り合う２つの分割周波数範囲の重複周波数範囲における２つの周波数時間変化波形のデータの相関値を算出することにより、２つの周波数時間変化波形のデータを、相関値の最大値を与える時間軸のずれ量だけずらした状態で連続的に結合することができる。

また、本発明の請求項４の広帯域信号解析方法は、被測定信号としてのＦＭＣＷ信号の帯域幅を分割する複数の分割周波数範囲を設定する周波数範囲設定ステップと、前記ＦＭＣＷ信号の波形データを前記複数の分割周波数範囲ごとに取得する波形データ取得ステップと、波形データ取得ステップで取得された各前記波形データから、前記ＦＭＣＷ信号の周波数の時間変化を示す周波数時間変化波形のデータを前記複数の分割周波数範囲ごとに生成し、互いに隣り合う２つの前記分割周波数範囲における前記周波数時間変化波形のデータを結合する波形データ処理ステップと、を含む構成である。

この構成により、本発明に係る広帯域信号解析方法は、複数の分割周波数範囲ごとにＦＭＣＷ信号の波形データを取得し、それらの波形データから得られる周波数時間変化波形のデータを結合することにより、装置の解析帯域幅よりも広帯域なＦＭＣＷ信号の周波数時間変化波形を、ＦＭＣＷ信号の帯域幅全体にわたって取得することができる。

本発明は、装置の解析帯域幅よりも広帯域なＦＭＣＷ信号の周波数時間変化波形を、ＦＭＣＷ信号の帯域幅全体にわたって取得することができる広帯域信号解析装置及び広帯域信号解析方法を提供するものである。

本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置によって設定される分割周波数範囲を模式的に示す図である。本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置の波形データ処理部の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置のＦＦＴ解析部により生成された周波数時間変化波形及び電力時間変化波形の一例を示すグラフである。（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置のバースト検出部により検出されたバーストＯＮ区間を示すグラフであり、（ｂ）は時間区間許容範囲設定部により設定されたバーストＯＮ区間の許容範囲を示すグラフであり、（ｃ）は周波数区間許容範囲設定部により設定された周波数区間の許容範囲を示すグラフである。（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置の傾き判断部が実行する処理を説明するためのグラフであり、（ｂ）は傾き判断部による周波数時間変化波形の時間微分の結果の一例を示すグラフであり、（ｃ）は傾き判断部による周波数時間変化波形の時間微分の結果の他の一例を示すグラフである。（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置のデータ抽出部により抽出された基準分割周波数範囲における周波数時間変化波形のデータの一例を示すグラフであり、（ｂ）はデータ抽出部により抽出された上側分割周波数範囲における周波数時間変化波形のデータの一例を示すグラフである。本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置を用いる広帯域信号解析方法の処理を示すフローチャート（その１）である。本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置を用いる広帯域信号解析方法の処理を示すフローチャート（その２）である。本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置を用いる広帯域信号解析方法の処理を示すフローチャート（その３）である。本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置によって再生されるＦＭＣＷ信号を模式的に示すグラフである。本発明の第２の実施形態に係る広帯域信号解析装置の構成を示すブロック図である。（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る広帯域信号解析装置の相関算出部により算出された相関値の一例を示すグラフであり、（ｂ）は相関値の最大値を与えるずれ量で重複周波数範囲における２つの周波数時間変化波形のデータを重ね合わせた状態を示すグラフである。

以下、本発明に係る広帯域信号解析装置及び広帯域信号解析方法の実施形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置１は、被試験対象（Device Under Test：ＤＵＴ）１００から出力される被測定信号Ｓに対して解析処理を行う広帯域信号解析装置であって、波形データ取得部１０と、波形データ記憶部１７と、波形データ処理部１８と、測定部１９と、操作部２０と、表示部２１と、制御部２２と、を備える。操作部２０と制御部２２は、周波数範囲設定部を構成する。

広帯域信号解析装置１は、例えばスペクトラムアナライザに搭載されるようになっている。ＤＵＴ１００は、例えば、周波数変調（ＦＭＣＷ）レーダである。

波形データ取得部１０は、被測定信号としてＤＵＴ１００から出力されるＦＭＣＷ信号を複数の分割周波数範囲ごとに受信し、ＦＭＣＷ信号の波形データを複数の分割周波数範囲ごとに取得するようになっている。ここで、波形データ取得部１０が受信するＦＭＣＷ信号は、ＤＵＴ１００から出力されて任意の反射物で反射されたＦＭＣＷ信号を、ＤＵＴ１００が受信したものである。

波形データ取得部１０は、例えば、アッテネータ（ＡＴＴ）１１と、局部発振器１２と、ミキサ１３と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１４と、アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）１５と、を備えている。

ＡＴＴ１１は、内部に抵抗を有し、高周波のＦＭＣＷ信号の信号レベル（例えば、デシベル）を、後段の波形データ処理部１８及び測定部１９による信号分析可能な適正レベルに可変減衰させるためのもので、インピーダンスを変化させない電子部品である。

局部発振器１２は、ローカル周波数ｆ_Ｌのローカル信号を発振して、当該ローカル信号をミキサ１３へ送出するようになっている。局部発振器１２から発振されるローカル信号の周波数は、後述する操作部２０及び制御部２２により設定される分割周波数範囲に応じて変化する。

ミキサ１３は、ＡＴＴ１１で減衰された周波数ｆ_ＲのＦＭＣＷ信号と局部発振器１２から発振されたローカル周波数ｆ_Ｌのローカル信号とを混合（乗算）し、２つの信号の和及び差の周波数成分を含む出力信号を生成するものである。

ＢＰＦ１４は、ミキサ１３からの出力信号をフィルタリングして、周波数ｆ_Ｌ−ｆ_Ｒを含む所定の周波数範囲の信号成分のみを通過させるようになっている。

ＡＤＣ１５は、ＢＰＦ１４を通過した信号を所定のサンプリングレートでサンプリングして、ディジタルデータとしての波形データに変換するようになっている。

波形データ記憶部１７は、ＡＤＣ１５から出力された波形データを複数の分割周波数範囲ごとに記憶するようになっている。

操作部２０は、ユーザによる操作入力を行うためのものであり、キーボード、タッチパネル、又はマウスのような入力デバイスを含んで構成される。例えば、ユーザは、操作部２０を用いて、被測定信号としてのＦＭＣＷ信号の中心周波数と帯域幅を入力することができるようになっている。

制御部２２は、操作部２０により入力されたＦＭＣＷ信号の中心周波数と帯域幅に応じて、ＦＭＣＷ信号の帯域幅を分割する複数の分割周波数範囲を設定したり、複数の分割周波数範囲のうち、ＦＭＣＷ信号の中心周波数を含む分割周波数範囲を基準分割周波数範囲として設定したりするようになっている。

図２に模式的に示すように、基準分割周波数範囲よりも高周波数側には少なくとも１つの上側分割周波数範囲が存在し、基準分割周波数範囲よりも低周波数側には少なくとも１つの下側分割周波数範囲が存在する。隣り合う２つの分割周波数範囲の一部は重複しており、この重複した周波数範囲を本明細書においては「重複周波数範囲」と呼ぶ。

隣り合う２つの分割周波数範囲の重複周波数範囲は、各分割周波数範囲の中心周波数と周波数スパンによって決まる。例えば、隣り合う２つの分割周波数範囲内に重複周波数範囲を設けない場合、帯域幅が１ＧＨｚのＦＭＣＷ信号を周波数スパン３１．２５ＭＨｚで観測する場合に必要な分割周波数範囲の総数は、１ＧＨｚ／３１．２５ＭＨｚ＝３２［個］となる。一方、例えば２ＭＨｚの重複周波数範囲を隣り合う２つの分割周波数範囲内に設ける場合の分割周波数範囲の総数は、１ＧＨｚ／（３１．２５ＭＨｚ−２ＭＨｚ）≒３５［個］となる。

波形データ処理部１８は、波形データ取得部１０により複数の分割周波数範囲ごとに取得された各波形データから、ＦＭＣＷ信号の周波数の時間変化を示す周波数時間変化波形のデータを複数の分割周波数範囲ごとに生成し、互いに隣り合う２つの分割周波数範囲における周波数時間変化波形のデータを結合するものである。

図３に示すように、波形データ処理部１８は、電力時間変化波形生成部３０ａと、周波数時間変化波形生成部３０ｂと、バースト検出部３１と、時間区間許容範囲設定部３２と、周波数区間許容範囲設定部３３と、傾き判断部３４と、データ抽出部３５と、相関算出部３６と、波形結合部３７と、を含む。

電力時間変化波形生成部３０ａは、波形データ取得部１０により取得された分割周波数範囲ごとの波形データＶ１（ｔ）から、ＦＭＣＷ信号の電力の時間変化を示す電力時間変化波形のデータを複数の分割周波数範囲ごとに生成するようになっている。図４の下段は、中心周波数が１ＧＨｚの分割周波数範囲における電力時間変化波形（PowerVsTime）の一例を示している。

電力時間変化波形生成部３０ａにより生成される電力時間変化波形Ｐ（ｔ）は式（１）のように表される。ここで、Ｒｅ［Ｖ１（ｔ）］は波形データＶ１（ｔ）の実部、すなわちＩ成分を表している。また、Ｉｍ［Ｖ１（ｔ）］は波形データＶ１（ｔ）の虚部、すなわちＱ成分を表している。

また、周波数時間変化波形生成部３０ｂは、波形データ取得部１０により取得された分割周波数範囲ごとの波形データＶ１（ｔ）から、ＦＭＣＷ信号の周波数の時間変化を示す周波数時間変化波形のデータを複数の分割周波数範囲ごとに生成するようになっている。図４の上段は、中心周波数が１ＧＨｚの分割周波数範囲における周波数時間変化波形（FreqVsTime）の一例を示している。

周波数時間変化波形生成部３０ｂにより生成される周波数時間変化波形Ｆ（ｔ）は、時刻ｔの波形データＶ１（ｔ）と、その１つ前の時刻ｔ−１の波形データＶ１（ｔ−１）との位相変化量を周波数値に変換したものであり、式（２）のように表される。ここで、ａｒｇ（Ｖ１（ｔ））は波形データＶ１（ｔ）の位相を表している。また、ＳＰはＡＤＣ１５のサンプリングレートを表している。

バースト検出部３１は、電力時間変化波形生成部３０ａにより生成された分割周波数範囲ごとの電力時間変化波形のデータから、ＦＭＣＷ信号の電力が所定の閾値以上となる時間区間としてのバーストＯＮ区間を複数の分割周波数範囲ごとに検出するようになっている。図５（ａ），（ｂ）の矢印ａは、バーストＯＮ区間を示している。

時間区間許容範囲設定部３２は、バースト検出部３１により検出された分割周波数範囲ごとのバーストＯＮ区間について、各バーストＯＮ区間の中心を含む一部の区間を各バーストＯＮ区間の許容範囲として複数の分割周波数範囲ごとに設定するようになっている。図５（ｂ）の矢印ｂは、バーストＯＮ区間の８０％を許容範囲とする例を示している。このような許容範囲を設けることにより、周波数時間変化波形のデータのうち、周波数が安定した部分のデータを以降の処理で用いることができる。

周波数区間許容範囲設定部３３は、各分割周波数範囲について、各分割周波数範囲の中心を含む一部の区間を周波数区間の許容範囲として設定するようになっている。図５（ｃ）の矢印ｃは、周波数区間の許容範囲の一例を示している。

この周波数区間の許容範囲の上限値は、バーストＯＮ区間の許容範囲に存在する周波数時間変化波形の周波数の最大値以下とすることが望ましい。同様に、周波数区間の許容範囲の下限値は、バーストＯＮ区間の許容範囲に存在する周波数時間変化波形の周波数の最小値以上とすることが望ましい。

例えば、この許容範囲の上限値は、＋周波数スパン／２×αで与えられる。また、この許容範囲の下限値は、−周波数スパン／２×αで与えられる。αは、周波数スパン内の周波数時間変化波形の信頼度に応じてユーザが設定可能なパラメータである。例えば、ある周波数スパン全体にわたって周波数時間変化波形の信頼度が高いと考えられる場合には、α＝１とすることができる。一方、ある周波数スパンの両端における周波数時間変化波形の直線性が低いなど、信頼度が低いと考えられる場合には、α＜１となる任意の値を設定可能である。

傾き判断部３４は、時間区間許容範囲設定部３２により設定された分割周波数範囲ごとのバーストＯＮ区間の許容範囲、及び、周波数区間許容範囲設定部３３により設定された分割周波数範囲ごとの周波数区間の許容範囲の両方に含まれる周波数時間変化波形の傾きの正負を、複数の分割周波数範囲ごとに判断するようになっている。

また、傾き判断部３４は、複数の分割周波数範囲のうち、周波数時間変化波形のピーク点を含む分割周波数範囲を検出するようになっている。

例えば、傾き判断部３４は、図６（ａ）に示すような周波数時間変化波形に対して、隣り合うデータ点の間で周波数の時間微分ｄ［ｔ］を算出する。隣り合うデータ点の時刻をｔ１，ｔ２（ｔ１＜ｔ２）、時刻ｔにおける周波数をｆ（ｔ）とすると、ｄ［ｔ］は下記の式（３）のように表される。
ｄ［ｔ］＝｛ｆ（ｔ１）−ｆ（ｔ２）｝／ｔ１−ｔ２・・・（３）

また、傾き判断部３４は、バーストＯＮ区間及び周波数区間の許容範囲において、データ取得時刻が先のＬエリアにおける上記ｄ［ｔ］の平均値ＡＬ（ｄ［ｔ］）と、データ取得時刻が後のＲエリアにおける上記ｄ［ｔ］の平均値ＡＲ（ｄ［ｔ］）とを算出するようになっている。さらに、傾き判断部３４は、平均値ＡＬ（ｄ［ｔ］）と平均値ＡＲ（ｄ［ｔ］）との間に符号の変化が見られるか否かを判断するようになっている。

ＡＬ（ｄ［ｔ］）とＡＲ（ｄ［ｔ］）の符号が異なる場合には、傾き判断部３４は、現在の分割周波数範囲に周波数時間変化波形のピーク点が含まれていると判断する。

例えば、図６（ｂ）に示すように、ＡＬ（ｄ［ｔ］）＜０かつＡＲ（ｄ［ｔ］）＞０であれば、現在の分割周波数範囲に周波数時間変化波形の最大ピーク点が含まれていることが分かる。一方、ＡＬ（ｄ［ｔ］）＞０かつＡＲ（ｄ［ｔ］）＜０であれば、現在の分割周波数範囲に周波数時間変化波形の最小ピーク点が含まれていることが分かる。

また、平均値ＡＬ（ｄ［ｔ］）と平均値ＡＲ（ｄ［ｔ］）との間に符号の変化が見られない場合には、傾き判断部３４は、平均値ＡＬ（ｄ［ｔ］）と平均値ＡＲ（ｄ［ｔ］）の平均値ＡＬＲ（ｄ［ｔ］）を算出するようになっている。

例えば、図６（ｃ）に示すように、ＡＬＲ（ｄ［ｔ］）＜０の場合には、現在の分割周波数範囲における周波数時間変化波形の傾きが正であることが分かる。一方、ＡＬＲ（ｄ［ｔ］）＞０の場合には、現在の分割周波数範囲における周波数時間変化波形の傾きが負であることが分かる。

データ抽出部３５は、図７において破線で囲んで示すように、各重複周波数範囲における隣り合う２つの分割周波数範囲の周波数時間変化波形のデータをそれぞれ抽出するものである。ここで、データ抽出部３５は、傾き判断部３４により算出された時間微分ｄ［ｔ］の値が０（ゼロ）以外の値を取るデータのみを有効なデータとし、それ以外の時刻のデータを無効として０としたデータ列を生成するようになっている。

なお、一例として、図７（ａ）は、基準分割周波数範囲における周波数時間変化波形と、基準分割周波数範囲における重複周波数範囲とを示している。また、図７（ｂ）は、基準分割周波数範囲に隣接する上側分割周波数範囲における周波数時間変化波形と、上側分割周波数範囲における重複周波数範囲とを示している。

相関算出部３６は、データ抽出部３５により抽出された重複周波数範囲における一方の周波数時間変化波形のデータＡ（ｔ）に対して、データ抽出部３５により抽出された重複周波数範囲における他方の周波数時間変化波形のデータＢ（ｔ）を時間軸上でずらしながら、一方の周波数時間変化波形のデータＡ（ｔ）と、他方の周波数時間変化波形のデータＢ（ｔ）との相関値を算出するようになっている。

具体的には、相関算出部３６は、データＡ（ｔ）と、データＢ（ｔ）に対して、下記の式（４）を用いたスライディング相関処理を行う。

式（４）において、Ａ［ｋ］は、データＡ（ｔ）の各データを要素とするベクトルにおけるｋ番目の要素を表している。また、Ｂ［ｋ］は、データＢ（ｔ）の各データを要素とするベクトルにおけるｋ番目の要素を表している。

相関算出部３６は、ずれ量τを１つずつ変化させて式（４）の演算を行うことにより、データＡ（ｔ）とデータＢ（ｔ）との相対位置を１データずつずらしながら、データＡ（ｔ）とデータＢ（ｔ）との相関値を算出する。例えば、ずれ量τ＝０の状態は、データＡ（ｔ）の１番目の要素と、データＢ（ｔ）の１番目の要素との相対位置が０の状態とすることができる。

波形結合部３７は、隣り合う２つの分割周波数範囲の周波数時間変化波形のデータを、相関算出部３６により算出された相関値の最大値を与える時間軸のずれ量τだけ互いにずらした状態で結合するようになっている。

具体的には、波形結合部３７は、隣り合う２つの分割周波数範囲のうち、より基準分割周波数範囲に近い分割周波数範囲の周波数時間変化波形のデータに、より基準分割周波数範囲から遠い周波数時間変化波形のデータを上書きする処理を行う。波形結合部３７は、この処理を周波数時間変化波形のデータが存在する全ての分割周波数範囲に対して行うことにより、ＤＵＴ１００から出力されたＦＭＣＷ信号の波形全体を再生することができる。

測定部１９は、波形データ処理部１８により再生されたＦＭＣＷ信号と、ＤＵＴ１００から任意の反射物に向けて出力されたＦＭＣＷ信号との差分に基づいて、反射物とＤＵＴ１００との距離等を算出するようになっている。

表示部２１は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、制御部２２からの制御信号に応じて各種表示内容を表示するようになっている。この表示内容には、波形結合部３７により結合されたＦＭＣＷ信号の周波数時間変化波形や、測定部１９による測定結果などが含まれる。さらに、表示部２１は、測定条件などを設定するためのボタン、ソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象を表示するものであってもよい。

制御部２２は、例えばＣＰＵ、波形データ記憶部１７を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどを含むマイクロコンピュータで構成され、広帯域信号解析装置１を構成する上記各部の動作を制御する。さらに、制御部２２は、所定のプログラムを実行することにより、電力時間変化波形生成部３０ａ、周波数時間変化波形生成部３０ｂ、バースト検出部３１、時間区間許容範囲設定部３２、周波数区間許容範囲設定部３３、傾き判断部３４、データ抽出部３５、相関算出部３６及び波形結合部３７をソフトウェア的に構成するようになっている。

なお、広帯域信号解析装置１は、ＧＰＩＢ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＵＳＢなどのリモート制御インタフェースを介して、外部制御装置により遠隔制御される構成であってもよい。

以下、本実施形態の広帯域信号解析装置１を用いる広帯域信号解析方法について、図８〜図１０のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、図８に示すように、制御部２２は、ユーザによる操作部２０の操作により入力されたＦＭＣＷ信号の中心周波数と帯域幅に応じて、ＦＭＣＷ信号の帯域幅を分割する複数の分割周波数範囲、基準分割周波数範囲、及び重複周波数範囲を設定する（周波数範囲設定ステップＳ１）。

次に、制御部２２は、複数の分割周波数範囲を区別するためのインデックスｎを０に初期化する（ステップＳ２）。ここで、ｎ＝０は基準分割周波数範囲、ｎ＞０は基準分割周波数範囲よりも高周波数側の上側分割周波数範囲、ｎ＜０は基準分割周波数範囲よりも低周波数側の下側分割周波数範囲にそれぞれ対応している。ｎ番目の分割周波数範囲の中心周波数は、ｎの絶対値が大きくなるほど、基準分割周波数範囲の中心周波数から遠ざかるものとする。なお、以降の処理（ステップＳ３〜Ｓ１１）では、まずｎ≧０の分割周波数範囲に関する処理が行われた後に、ｎ＜０の分割周波数範囲に関する処理が行われる。

次に、制御部２２は、図９のフローチャートに示す処理を実行する（ステップＳ３）。具体的には、波形データ取得部１０は、ｎ番目の分割周波数範囲におけるＦＭＣＷ信号の波形データを取得する（波形データ取得ステップＳ２１）。

次に、電力時間変化波形生成部３０ａは、ステップＳ２１で取得されたｎ番目の分割周波数範囲におけるＦＭＣＷ信号の波形データから、電力時間変化波形のデータを生成する。また、周波数時間変化波形生成部３０ｂは、ステップＳ２１で取得されたｎ番目の分割周波数範囲におけるＦＭＣＷ信号の波形データから、周波数時間変化波形のデータを生成する（波形データ処理ステップＳ２２）。

次に、バースト検出部３１は、ステップＳ２２で生成された電力時間変化波形のデータから、ｎ番目の分割周波数範囲におけるバーストＯＮ区間を検出する（ステップＳ２３）。

次に、時間区間許容範囲設定部３２は、ステップＳ２３で検出されたｎ番目の分割周波数範囲におけるバーストＯＮ区間の許容範囲を設定する。また、周波数区間許容範囲設定部３３は、ｎ番目の分割周波数範囲の周波数区間の許容範囲を設定する（ステップＳ２４）。

次に、傾き判断部３４は、ステップＳ２４で設定されたバーストＯＮ区間の許容範囲、及び、周波数区間の許容範囲の両方に含まれる周波数時間変化波形の傾きを算出して（ステップＳ２５）、図８のフローチャートのステップＳ４に進む。

次に、傾き判断部３４は、ｎ番目の分割周波数範囲に周波数時間変化波形の最大ピーク点が含まれているか否かを判断する（ステップＳ４）。否定判断の場合にはステップＳ５に進み、肯定判断の場合にはステップＳ６に進む。

ステップＳ５において制御部２２は、インデックスｎをインクリメントして、ステップＳ３の処理に戻る。ステップＳ６において制御部２２は、最大ピーク点が検出された分割周波数範囲のインデックスｎの値Ｎ１を記憶する。

次に、制御部２２は、複数の分割周波数範囲を区別するためのインデックスｎを−１に初期化する（ステップＳ７）。次に、制御部２２は、図９のフローチャートに示す処理を実行する（ステップＳ８）。

次に、傾き判断部３４は、ｎ番目の分割周波数範囲に周波数時間変化波形の最小ピーク点が含まれているか否かを判断する（ステップＳ９）。否定判断の場合にはステップＳ１０に進み、肯定判断の場合にはステップＳ１１に進む。

ステップＳ１０において制御部２２は、インデックスｎをデクリメントして、ステップＳ８の処理に戻る。ステップＳ１１において制御部２２は、最小ピーク点が検出された分割周波数範囲のインデックスｎの値Ｎ２を記憶する。

制御部２２は、図１０のフローチャートに示す処理を実行する（波形データ処理ステップＳ１２）。まず、制御部２２は、インデックスｎを１に初期化する（ステップＳ３１）。

次に、データ抽出部３５は、ｎ−１番目とｎ番目の分割周波数範囲の重複周波数範囲における周波数時間変化波形のデータをそれぞれ抽出する（ステップＳ３２）。

次に、相関算出部３６は、ステップＳ３２で抽出されたｎ−１番目の分割周波数範囲の重複周波数範囲における周波数時間変化波形のデータと、ステップＳ３２で抽出されたｎ番目の分割周波数範囲の重複周波数範囲における周波数時間変化波形のデータに対してスライディング相関処理を行って相関値を算出する（ステップＳ３３）。

次に、波形結合部３７は、ｎ番目の分割周波数範囲の周波数時間変化波形を、ｎ−１番目の分割周波数範囲の周波数時間変化波形に対してステップＳ３３で算出された相関値の最大値を与える時間軸のずれ量τだけずらした状態で結合する（ステップＳ３４）。

次に、制御部２２は、インデックスｎがＮ１に到達したか否かを判断する（ステップＳ３５）。否定判断の場合にはステップＳ３６に進み、肯定判断の場合にはステップＳ３７に進む。

ステップＳ３６において制御部２２は、インデックスｎをインクリメントして、ステップＳ３２の処理に戻る。ステップＳ３７において制御部２２は、インデックスｎを−１に初期化する。

次に、データ抽出部３５は、ｎ＋１番目とｎ番目の分割周波数範囲の重複周波数範囲における周波数時間変化波形のデータをそれぞれ抽出する（ステップＳ３８）。

次に、相関算出部３６は、ステップＳ３８で抽出されたｎ＋１番目の分割周波数範囲の重複周波数範囲における周波数時間変化波形のデータと、ステップＳ３８で抽出されたｎ番目の分割周波数範囲の重複周波数範囲における周波数時間変化波形のデータに対してスライディング相関処理を行って相関値を算出する（ステップＳ３９）。

次に、波形結合部３７は、ｎ番目の分割周波数範囲の周波数時間変化波形を、ｎ＋１番目の分割周波数範囲の周波数時間変化波形に対してステップＳ３９で算出された相関値の最大値を与える時間軸のずれ量τだけずらした状態で結合する（ステップＳ４０）。

次に、制御部２２は、インデックスｎがＮ２に到達したか否かを判断する（ステップＳ４１）。否定判断の場合にはステップＳ４２に進み、肯定判断の場合には処理を終了する。

ステップＳ４２において制御部２２は、インデックスｎをデクリメントして、ステップＳ３８の処理に戻る。

以上の処理により、図１１に示すように、全ての分割周波数範囲の周波数時間変化波形が結合したＦＭＣＷ信号を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る広帯域信号解析装置１は、複数の分割周波数範囲ごとにＦＭＣＷ信号の波形データを取得し、それらの波形データから得られる周波数時間変化波形のデータを結合することにより、装置の解析帯域幅よりも広帯域なＦＭＣＷ信号の周波数時間変化波形を、ＦＭＣＷ信号の帯域幅全体にわたって再生することができる。例えば、数百ＭＨｚから数ＧＨｚもの広帯域で高精度にＦＭＣＷ信号の周波数時間変化波形を再生して、再生した周波数時間変化波形を解析することが可能となる。

また、本実施形態に係る広帯域信号解析装置１は、複数の分割周波数範囲ごとに得られた周波数時間変化波形の傾きの正負を判断することにより、周波数時間変化波形のピーク点を含む分割周波数範囲を検出することができる。

また、本実施形態に係る広帯域信号解析装置１は、隣り合う２つの分割周波数範囲の重複周波数範囲における２つの周波数時間変化波形のデータの相関値を算出することにより、２つの周波数時間変化波形のデータを、相関値の最大値を与える時間軸のずれ量だけずらした状態で連続的に結合することができる。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る広帯域信号解析装置について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態に係る広帯域信号解析装置１の構成と同一の構成については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

図１２に示すように、本発明の第２の実施形態に係る広帯域信号解析装置は、第１の実施形態の波形データ処理部１８における電力時間変化波形生成部３０ａと、バースト検出部３１と、時間区間許容範囲設定部３２と、周波数区間許容範囲設定部３３と、傾き判断部３４と、を省略した構成となっている。

すなわち、本実施形態におけるデータ抽出部４５は、周波数時間変化波形生成部３０ｂから出力される周波数時間変化波形から、各重複周波数範囲における隣り合う２つの分割周波数範囲の周波数時間変化波形のデータをそのまま抽出するようになっている。

本実施形態においては、相関算出部４６は、データ抽出部４５により抽出された重複周波数範囲における一方の周波数時間変化波形のデータＡ'（ｔ）に対して、データ抽出部４５により抽出された重複周波数範囲における他方の周波数時間変化波形のデータＢ'（ｔ）を時間軸上でずらしながら、一方の周波数時間変化波形のデータＡ'（ｔ）と、他方の周波数時間変化波形のデータＢ'（ｔ）との相関値を算出するようになっている。

図１３（ａ）は、相関値の一例を示すグラフである。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）における相関値の最大値Ｐを与えるずれ量τでデータＢ'（ｔ）をずらしてデータＡ'（ｔ）に重ね合わせた状態を示すグラフである。

以上説明したように、本実施形態に係る広帯域信号解析装置は、第１の実施形態と比較して、重複周波数範囲におけるノイズ成分の影響を受けることになるため、相関値の最大値を与えるずれ量τの検出性能が落ちる虞があるが、簡易な構成でＦＭＣＷ信号の周波数時間変化波形を帯域幅全体にわたって再生することができる。

１広帯域信号解析装置
１０波形データ取得部
１７波形データ記憶部
１８波形データ処理部
１９測定部
２０操作部
２１表示部
２２制御部
３０ａ電力時間変化波形生成部
３０ｂ周波数時間変化波形生成部
３１バースト検出部
３２時間区間許容範囲設定部
３３周波数区間許容範囲設定部
３４傾き判断部
３５，４５データ抽出部
３６，４６相関算出部
３７波形結合部
１００ＤＵＴ

Claims

被測定信号としてのＦＭＣＷ信号の帯域幅を分割する複数の分割周波数範囲を設定する周波数範囲設定部（２０，２２）と、
前記ＦＭＣＷ信号の波形データを前記複数の分割周波数範囲ごとに取得する波形データ取得部（１０）と、
前記波形データ取得部により取得された各前記波形データから、前記ＦＭＣＷ信号の周波数の時間変化を示す周波数時間変化波形のデータを前記複数の分割周波数範囲ごとに生成し、互いに隣り合う２つの前記分割周波数範囲における前記周波数時間変化波形のデータを結合する波形データ処理部（１８）と、を備えることを特徴とする広帯域信号解析装置。
前記波形データ処理部は、
前記波形データ取得部により取得された各前記波形データから、前記ＦＭＣＷ信号の電力の時間変化を示す電力時間変化波形のデータを前記複数の分割周波数範囲ごとに生成する電力時間変化波形生成部（３０ａ）と、
前記波形データ取得部により取得された各前記波形データから、前記周波数時間変化波形のデータを前記複数の分割周波数範囲ごとに生成する周波数時間変化波形生成部（３０ｂ）と、
前記電力時間変化波形生成部により生成された各前記電力時間変化波形のデータから、前記ＦＭＣＷ信号の電力が所定の閾値以上となる時間区間を前記複数の分割周波数範囲ごとに検出するバースト検出部（３１）と、
前記バースト検出部により検出された各前記時間区間について、各前記時間区間の中心を含む一部の区間を各前記時間区間の許容範囲として前記複数の分割周波数範囲ごとに設定する時間区間許容範囲設定部（３２）と、
各前記分割周波数範囲について、各前記分割周波数範囲の中心を含む一部の区間を周波数区間の許容範囲として設定する周波数区間許容範囲設定部（３３）と、
前記時間区間許容範囲設定部により設定された各前記時間区間の許容範囲、及び、前記周波数区間許容範囲設定部により設定された各前記周波数区間の許容範囲の両方に含まれる前記周波数時間変化波形の傾きの正負を、前記複数の分割周波数範囲ごとに判断することにより、前記複数の分割周波数範囲のうち、前記周波数時間変化波形のピーク点を含む分割周波数範囲を検出する傾き判断部（３４）と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の広帯域信号解析装置。
隣り合う２つの前記分割周波数範囲は、それらの一部が重複した重複周波数範囲を含んでおり、
前記波形データ処理部は、
各前記重複周波数範囲における隣り合う２つの前記分割周波数範囲の前記周波数時間変化波形のデータをそれぞれ抽出するデータ抽出部（３５）と、
前記データ抽出部により抽出された前記重複周波数範囲における一方の前記周波数時間変化波形のデータに対して、前記データ抽出部により抽出された前記重複周波数範囲における他方の前記周波数時間変化波形のデータを時間軸上でずらしながら、前記一方の前記周波数時間変化波形のデータと、前記他方の前記周波数時間変化波形のデータとの相関値を算出する相関算出部（３６）と、
前記隣り合う２つの前記分割周波数範囲の前記周波数時間変化波形のデータを、前記相関算出部により算出された前記相関値の最大値を与える前記時間軸のずれ量だけ互いにずらした状態で結合する波形結合部（３７）と、を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の広帯域信号解析装置。
被測定信号としてのＦＭＣＷ信号の帯域幅を分割する複数の分割周波数範囲を設定する周波数範囲設定ステップ（Ｓ１）と、
前記ＦＭＣＷ信号の波形データを前記複数の分割周波数範囲ごとに取得する波形データ取得ステップ（Ｓ２１）と、
波形データ取得ステップで取得された各前記波形データから、前記ＦＭＣＷ信号の周波数の時間変化を示す周波数時間変化波形のデータを前記複数の分割周波数範囲ごとに生成し、互いに隣り合う２つの前記分割周波数範囲における前記周波数時間変化波形のデータを結合する波形データ処理ステップ（Ｓ２２，Ｓ１２）と、を含むことを特徴とする広帯域信号解析方法。