JP4092653B2 - 受信波記憶再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ電波を受信してディジタル記憶器に記憶し、これを読み出して再生し、受信したレーダ電波と同一周波数の信号を送出する電波応用装置に用いられる受信波記憶再生装置に関する。

図５に従来の受信波記憶再生装置の構成例を示す。従来の受信波記憶再生装置は同図に示すように、受信したレーダ電波をミキサー２１に入力し、ミキサー２１により周波数変換（ダウンコンバート）した後、ディジタル記憶器２６にその波形のサンプリング値を記憶する。そして、ディジタル記憶器２６に記憶したサンプリング値を読み出して受信波形を再生し、該再生信号をミキサー２７により周波数変換（アップコンバート）して、受信されたレーダ電波と同一周波数の信号を再生して送出する。

周波数変換（ダウンコンバート及びアップコンバート）を行うミキサー２１及び２７には、それぞれ電力分配器２２を介して局部発振器２３から所定周波数の正弦波が入力され、該局部発振器２３の発振周波数に応じてその分下方及び上方へそれぞれ周波数がシフトされる。

また、ダウンコンバート用のミキサー２１からの出力は検波器２４に入力され、検波器２４は、受信したレーダ電波を検波してその包絡線成分（パルス波形）を抽出し、該包絡線成分（パルス波形）を記憶再生制御器２５に入力する。記憶再生制御器２５は該包絡線成分（パルス波形）のレベルを基に受信信号の有無を検出し、受信信号有りの検出時にディジタル記憶器２６の記憶再生を制御する。

一般に、ディジタル記憶器２６に記憶される波形の最大記憶周波数は、ディジタル記憶器２６のサンプリング周期により制限される。サンプリング定理によれば、信号に含まれる最大周波数がＷ［Ｈｚ］の場合、最低２Ｗ［Ｈｚ］のサンプリング周波数でサンプリングを行わなければ、元の信号と完全同一の信号を再生することができない。

この最低のサンプリング周波数はナイキストサンプリングレートと呼ばれる。これに対してサンプリング周波数の２分の１の周波数をナイキスト周波数と言う。また、ゼロからナイキスト周波数までの間が実質的に再生可能な有効周波数範囲であるが、この範囲をナイキストレンジと言う。

従来の受信波記憶再生装置において、入来するレーダ電波を予め周波数カウンタ等により分析し、ディジタル記憶器２６に入力される信号波形の周波数が、ディジタル記憶器２６のサンプリング周波数の２分の１、即ちナイキスト周波数以下となるように局部発振器２３の発振周波数を設定していた。

本発明に関連する受信波記憶再生装置は、下記の特許文献１に「周波数記憶装置」として記載されている。
特開平４−１２１６７９号公報

周波数が異なる複数のレーダ電波を受信して記憶再生するには、入来するレーダ電波の周波数に応じて局部発振器２３の周波数がそれぞれ異なる複数の受信波記憶再生装置を用意するか、或いは異なる複数のレーダ電波の周波数帯域の全てに対応する記憶帯域とするために、最も周波数の高いレーダ電波の２倍のサンプリング周波数（ナイキストサンプリングレート）でサンプリングを行う高速のディジタル記憶器２６を必要とした。

本発明は、周波数が異なる複数のレーダ電波を受信して記憶再生する際に、複数の受信波記憶再生装置を用いることなく、また、高速サンプリングを行うための高速ディジタル記憶回路を用いることなく、周波数が異なる複数のレーダ電波を記憶再生し、それにより装置を小型化することができる受信波記憶再生装置を提供する。

本発明の受信波記憶再生装置は、（１）複数の異なる周波数の内の何れかの周波数の入来信号を受信し、該入来信号の周波数を所定の周波数ダウンコンバートした後、所定のサンプリング周波数でサンプリングを行ってサンプル値を記憶し、その後、該サンプル値を読み出して再生した信号の周波数をアップコンバートして送出する受信波記憶再生装置において、前記サンプリングを行う前の信号の周期又は周波数の情報を検出する周期又は周波数検出手段と、前記周期又は周波数検出手段で検出された周期又は周波数に対応した局部発振周波数を選択する局部発振周波数選択手段と、前記サンプル値を読み出して再生した信号の周波数をアップコンバートする際に、前記局部発振周波数選択手段で選択した局部発振周波数を用いてアップコンバートし、入来信号と同一周波数の再生信号を生成して送出する送信手段を有するものである。

また、（２）複数の異なる周波数の内の何れかの周波数のレーダ電波を受信し、該レーダ電波の周波数を所定の周波数ダウンコンバートした後、所定のサンプリング周波数でサンプリングを行ってサンプル値を記憶し、その後、該サンプル値を読み出して再生した信号の周波数をアップコンバートして送出する受信波記憶再生装置において、前記サンプリングを行う前の信号の周期又は周波数の情報を検出する周期又は周波数検出手段と、前記周期又は周波数検出手段で検出された周期又は周波数に対応した局部発振周波数を選択する局部発振周波数選択手段と、前記サンプル値を読み出して再生した信号の周波数をアップコンバートする際に、前記局部発振周波数選択手段で選択した局部発振周波数を用いてアップコンバートし、受信したレーダ電波と同一周波数の再生信号を生成して送出する送信手段を有するものである。

また、（３）複数の異なる周波数の内の何れかの周波数の入来レーダ電波の周波数をミキサー及び局部発振器により低域の周波数にダウンコンバートする第１の周波数変換手段と、前記ダウンコンバート後の信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングを行ってサンプル値を記憶するディジタル記憶手段と、前記ディジタル記憶手段に記憶されたサンプル値を読み出して再生した信号の周波数を、ミキサー及び局部発振器により高域の周波数にアップコンバートする第２の周波数変換手段と、前記ディジタル記憶手段に記憶される前の信号の周期又は周波数の情報を検出する周期又は周波数検出手段と、前記周期又は周波数検出手段で検出された周期又は周波数に対応した局部発振周波数を選択する局部発振周波数選択手段と、前記第２の周波数変換手段は、前記局部発振周波数選択手段で選択した局部発振周波数を用いて周波数変換し、受信したレーダ電波と同一周波数の再生信号を生成して送出する送信手段を有するものである。

また、（４）前記サンプル値を繰り返し読み出し、前記再生信号を所定回数繰り返して送出する送信手段を有するものである。

また、時間的に異なる周波数に変化する受信波を受信し、周波数変換後の信号をサンプリングクロックを用いてサンプリングして、サンプリング値を記憶し、該記憶したサンプリング値を読み出して、ローカル信号と混合してから送信する周波数再生装置において、前記受信波の周波数情報を検出する検出手段と、前記受信波のサンプリング値を読み出して再生した信号をローカル信号と混合して送信する際に、検出した周波数情報に基づいて、該ローカル信号の周波数を制御して、該受信波と同様の周波数の信号を送信する送信手段とを備えたものである。

本発明は、サンプリングを行う前の入力信号の周期又は周波数を分析して入力信号の周波数帯域を判断し、サンプリングされたサンプル値を読み出して再生した信号をアップコンバートする際に、入力信号の周波数帯域に対応した局部発振周波数を選択してアップコンバートすることにより、複数の受信波記憶再生装置を用いることなく、また、高速サンプリングを行う高速ディジタル記憶回路を用いることなく、受信波記憶再生装置の再生帯域を拡大することができ、装置を小型化することができる。また、受信波の周波数を測定し、該周波数の情報に基づいて受信波と同様の周波数信号を送信することにより、時間的に異なる周波数に変化する受信波に対して、該受信波に追従して同様の信号を送信することができる。

図１は本発明の受信波記憶再生装置の構成例を示す。本発明の受信波記憶再生装置は、同図に示すように、受信したレーダ電波をミキサー１に入力し、ミキサー１により周波数変換（ダウンコンバート）した後、ディジタル記憶器６にその波形のサンプリング値を記憶する。そして、ディジタル記憶器６に記憶したサンプリング値を読み出して受信波形を再生し、該信号をミキサー７により周波数変換（アップコンバート）した再生信号を送出する。

周波数変換（ダウンコンバート）を行うミキサー１には、局部発振器２から所定周波数の信号が入力され、該局部発振器２の発振周波数の分、受信したレーダ電波の周波数は下方へシフトされる。この局部発振器２の発振周波数は、複数の異なる周波数のレーダ電波のうちの低い周波数のレーダ電波に対して、その受信信号をダウンコンバートしたときの周波数が、ディジタル記憶器６のナイキスト周波数以下となるように、局部発振器２の発振周波数を設定しておく。

また、ダウンコンバート用のミキサー１からの出力信号は検波器３に入力され、検波器３は、受信したレーダ電波を検波してその包絡線成分（パルス波形）を抽出し、該包絡線成分（パルス波形）を記憶再生制御器４及び周期検出器５に入力する。記憶再生制御器４及び周期検出器５は、該包絡線成分（パルス波形）のレベルを基に検出した受信信号有りの検出時に周期検出器５及びディジタル記憶器６を制御する。

周期検出器５は、検波器３から入力される受信信号有りの検出結果を示す信号が入力されると、ミキサー１から出力される信号波形についてその周期を検出する。この周期検出器５で検出した周期情報により、実際の受信レーダ電波の周波数が特定される。そこで、この周期情報を切換器９に入力し、切換器９は入力された周期情報を基に、局部発振器アップコンバート用のミキサー７に接続する局部発振器８(1)〜８(N)の１つを選択する。

なお、周期検出器５は、ミキサー１から出力される信号波形について、例えば、２つのゼロ交差点の間の期間に基準クロックを計数し、クロック計数値を基に、該信号波形の周期を検出する構成とすることができる。また、周期検出器５に代えて、例えば、ミキサー１から出力される信号波形の所定期間におけるゼロ交差点の数を計数して該信号波形の周波数を検出する構成としたものを用いることもできる。

ここで、ディジタル記憶器６のサンプリング周波数とエイリアシングについて図２を参照して説明する。図２は１０ｋＨｚの正弦波と３０ｋＨｚの正弦波の信号を４０ｋＨｚのサンプリング周波数でサンプリングした例を示している。この例において、サンプリング周期は１／４００００秒＝２５μ秒であり、２５μ秒毎のサンプリング点を黒丸印で示している。

図２に示すように、サンプリング点で見る限り、１０ｋＨｚの正弦波と３０ｋＨｚの正弦波は同一のサンプル値となり、両者を区別することはできない。これは典型的なエイリアシングの例である。即ち、ナイキスト周波数（４０ｋＨｚの２分の１）を越える周波数の波形を正しく再現することはできない。

しかし、本発明は、ミキサー１から出力される受信波をサンプリングしてディジタル記憶器６に記憶する際に、エイリアシングが発生する場合でもそのままディジタル記憶器６に記憶し、周波数検出器５によりレーダ電波の前縁において受信波の周波数分析を行い、該分析結果を基に、局部発振器８(1)〜８(N)の内から最適な局部発振器を選択してミキサー７によりアップコンバートすることにより、受信したレーダ電波と略同一周波数の信号を再生する。

図３に本発明による受信波記憶再生のタイミングチャートを示す。同図の（ａ）は受信信号の受信タイミングを示し、その前縁で同図（ｂ）に示すように周期検出器５による受信波形の周期検出を行うと同時に、ディジタル記憶器６での波形サンプリング値の記憶を開始する。

記憶再生制御器４は検波器３から出力される同図（ａ）に示す受信信号の受信タイミング信号を基に、同図（ｃ）に示すようにディジタル記憶器６のディジタル記憶タイミングを制御する。ディジタル記憶器６に所定の期間、波形サンプリング値をディジタル記憶させた後に、同図（ｄ）に示すように局部発振器８(1)〜８(N)の１つを選択して局部発振周波数を切換え、更に同図（ｅ）に示すようにディジタル記憶器６から読み出した所定の時間幅の再生信号を所定の回数繰り返し再生して送出する。

ディジタル記憶器６から再生される出力信号をミキサー７により周波数変換する際に、ミキサー７に局部発振器８(1)〜８(N)の内の何れの局部発振器を接続するかによって、送出される再生信号の周波数帯域を変化させることができ、ディジタル記憶器６の周波数帯域を拡大したことと同様の効果を得ることができる。

ミキサー７による周波数変換の態様を図４に示す。同図（ａ）に示すように、周期検出器５により検出されたディジタル記憶器６への入力信号の受信波の周期から特定される受信信号の周波数（１／周期）×１，（１／周期）×２，（１／周期）×Ｎに対応してそれぞれ同図（ｂ）に示すように、局部発振器８(1)，局部発振器８(2)，局部発振器８(N)を選択し、ディジタル記憶器から出力される再生信号とミキシングすることにより、入力されたレーダ電波と同一周波数の送信信号を再生することができる。なお、図４（ａ）において、（１／周期）×１，（１／周期）×２，（１／周期）×Ｎの「周期」は、ディジタル記憶器のサンプリング記憶によるナイキスト周波数の逆数を意味している。

本発明の受信波記憶再生装置は図１に示した構成に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形や改良を行うことが可能であり、例えば、受信用の局部発振器２の発振周期、ディジタル記憶器６の記憶周期、及び再生用の局部発振器８(1)〜８(N)の発振周期等の相対的な位相関係を安定させるために、位相制御等による制御系を用いることができる。また、再生用の局部発振器８(1)〜８(N)に電圧制御型の発振器を用いることにより、各局部発振器８(1)〜８(N)を任意の発振周波数に設定することができ、受信信号の周波数に対応した再生信号を精度良く生成することができる。

本発明の受信波記憶再生装置は、レーダ電波に対して偽エコーを送信し、レーダ電波を送信した敵対者に対する目標物位置測定の妨害に利用し得るほかに、特定の幾つかの異なる周波数で発信される電波に対して同じ周波数で応答信号を返送するレスポンダ等として利用するなど、種々の電波応用装置として利用することができる。

本発明の受信波記憶再生装置の構成例を示す図である。 ディジタル記憶器のサンプリング周波数とエイリアシングの説明図である。 本発明による受信波記憶再生のタイミングチャートである。 本発明による周波数変換の態様を示す図である。 従来の受信波記憶再生装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１ ミキサー
２ 局部発振器
３ 検波器
４ 記憶再生制御器
５ 周期検出器
６ ディジタル記憶器
７ ミキサー
８(1)〜８(N) 局部発振器
９ 切換器

Claims (4)

1. 複数の異なる周波数の内の何れかの周波数の入来信号を受信し、該入来信号の周波数を所定の周波数ダウンコンバートした後、所定のサンプリング周波数でサンプリングを行ってサンプル値を記憶し、その後、該サンプル値を読み出して再生した信号の周波数をアップコンバートして送出する受信波記憶再生装置において、
   前記サンプリングを行う前の信号の周期又は周波数の情報を検出する周期又は周波数検出手段と、
   前記周期又は周波数検出手段で検出された周期又は周波数に対応した局部発振周波数を選択する局部発振周波数選択手段と、
   前記サンプル値を読み出して再生した信号の周波数をアップコンバートする際に、前記局部発振周波数選択手段で選択した局部発振周波数を用いてアップコンバートし、入来信号と同一周波数の再生信号を生成して送出する送信手段を有することを特徴とする受信波記憶再生装置。
2. 複数の異なる周波数の内の何れかの周波数のレーダ電波を受信し、該レーダ電波の周波数を所定の周波数ダウンコンバートした後、所定のサンプリング周波数でサンプリングを行ってサンプル値を記憶し、その後、該サンプル値を読み出して再生した信号の周波数をアップコンバートして送出する受信波記憶再生装置において、
   前記サンプリングを行う前の信号の周期又は周波数の情報を検出する周期又は周波数検出手段と、
   前記周期又は周波数検出手段で検出された周期又は周波数に対応した局部発振周波数を選択する局部発振周波数選択手段と、
   前記サンプル値を読み出して再生した信号の周波数をアップコンバートする際に、前記局部発振周波数選択手段で選択した局部発振周波数を用いてアップコンバートし、受信したレーダ電波と同一周波数の再生信号を生成して送出する送信手段を有することを特徴とする受信波記憶再生装置。
3. 複数の異なる周波数の内の何れかの周波数の入来レーダ電波の周波数をミキサー及び局部発振器により低域の周波数にダウンコンバートする第１の周波数変換手段と、
   前記ダウンコンバート後の信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングを行ってサンプル値を記憶するディジタル記憶手段と、
   前記ディジタル記憶手段に記憶されたサンプル値を読み出して再生した信号の周波数を、ミキサー及び局部発振器により高域の周波数にアップコンバートする第２の周波数変換手段と、
   前記ディジタル記憶手段に記憶される前の信号の周期又は周波数の情報を検出する周期又は周波数検出手段と、
   前記周期又は周波数検出手段で検出された周期又は周波数に対応した局部発振周波数を選択する局部発振周波数選択手段と、
   前記第２の周波数変換手段は、前記局部発振周波数選択手段で選択した局部発振周波数を用いて周波数変換し、受信したレーダ電波と同一周波数の再生信号を生成して送出する送信手段を有することを特徴とする受信波記憶再生装置。
4. 前記サンプル値を繰り返し読み出し、前記再生信号を所定回数繰り返して送出する送信手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の受信波記憶再生装置。

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