JP6386400B2 - 周波数アジャイル型レーダビーコン装置及びその運用方法 - Google Patents

Description

レーダビーコンは、電波を利用してその位置を知らせる船舶用の航路標識である。
その仕組みは、レーダビーコンが船舶レーダから発射されたパルス信号を受信すると直ちに同一周波数帯で応答信号を送信し、船舶レーダは受信した応答信号によって表示器（ＰＰＩスコープ）上にそのレーダビーコンの位置と応答信号の符号を表示させるものである。

このレーダビーコンには、低速掃引型と周波数アジャイル型の２つの方式がある。両方式ともパルス信号を受信すると直ちに応答信号を送信するが、２つの方式では異なる周波数の応答信号を送信している。
低速掃引型は、受信したパルス信号の周波数とは無関係に、船舶レーダが使用している周波数帯（例えば９３４０ＭＨｚ〜９４７０ＭＨｚ）の周波数を数十秒周期で掃引しながら応答信号を送信する。一方、周波数アジャイル型は受信したパルス信号の周波数と同じ周波数で応答信号を送信する。

低速掃引型は応答信号の周波数を掃引しているので、船舶レーダが発射したパルス信号の周波数と応答信号の周波数が一致している間だけ船舶レーダが応答信号を受信して表示する。つまり、応答信号の周波数がパルス信号の周波数と一致しない間は、レーダビーコンは不要な信号を発射することになる。一方、周波数アジャイル型はパルス信号の周波数と応答信号の周波数が同じなので、船舶レーダは常に応答信号を受信して表示する。このような理由で、近年低速掃引型は周波数アジャイル型に置き換えられている。

ところで、従来の周波数アジャイル型レーダビーコン装置は、例えば特許文献１の図２で開示されるような構成になっている。その図２の構成において、アナログの周波数弁別器は入力する受信信号の周波数に応じた直流電圧を出力する。また、電圧制御発振器は入力する直流電圧に応じた周波数の信号を発振、出力している。
ここで、この従来のレーダビーコン装置の動作を説明する前に、レーダビーコン装置の動作の原理について、特許文献１、図２に開示された装置以前のレーダビーコン装置である特許文献１の図４に開示される構成を用いて説明する。

図４の構成における動作で、周波数弁別器２は入力する受信信号の周波数に応じた直流電圧を出力し、その出力をＡ／Ｄ変換部１０に入力し、直流電圧をデジタル値に変換して保持する（データ保持回路２０）。また、電圧制御発振部４が受信信号と同じ周波数で発振するような制御電圧をＤ／Ａ変換部１４が出力するように、一定の決まりで直流電圧のデジタル値を変換してＤ／Ａ変換部１４に与える。このようにして、図４のレーダビーコン装置は受信信号と同じ周波数の応答信号を送信する。

上述の特許文献１の図４に開示される構成では、周波数弁別器や電圧制御発振部はアナログ回路で構成されているので、温度や電源電圧の変動や経年変化によって特性が変化し、周波数弁別器の入力周波数対出力電圧特性や電圧制御発振部の入力電圧対出力周波数特性が変化する。そのために、例えばある温度、電源電圧では、周波数弁別器が受信信号の周波数に応じたある直流電圧を出力し、それに一定の変換を行って得られる制御電圧を電圧制御発振部に出力して受信信号と同じ周波数の信号を発振したとしても、温度や電源電圧が変化すると電圧制御発振部の発振周波数は受信周波数からずれてしまう問題がある。

このような問題を解決するため、特許文献１の図２のレーダビーコン装置は、電圧制御発振部４が発振する信号を周波数弁別器２に入力し、出力される直流電圧が受信信号を入力した時に出力される直流電圧と一致するように、電圧制御発振部４に与える制御電圧を調整する。そのために、周波数弁別器２の入力側と電圧制御発振部４の出力側に信号を切り替えるスイッチ１、６が設けてあり、制御電圧を調整するときは、スイッチ１、６を操作し、電圧制御発振部４が出力する発振信号を送信部９ではなく周波数弁別器２に入力するとともに、周波数弁別器２への入力信号を受信部８が出力する受信信号ではなく電圧制御発振部４が出力する発振信号に切り替える。

通常は、周波数弁別器２に受信部８から受信信号が入力され、周波数弁別器２は受信信号の周波数に応じた直流電圧を出力する。この直流電圧をＡ／Ｄ変換部１０でデジタル値に変換して保持する。また、このデジタル値を変換してＤ／Ａ変換部１４で制御電圧に変換して電圧制御発振部４に与え、制御電圧に応じた周波数の発振信号を出力する。

ここで、特許文献１の図４の原理的なレーダビーコン装置とは異なり、最初、スイッチ６を切換えて電圧制御発振部４は、発振信号を送信部９に入力せずに（つまり送信せずに）周波数弁別器２に入力し、その発振周波数に応じた直流電圧を得る。この直流電圧をＡ／Ｄ変換したデジタル値と、先ほど受信信号を周波数弁別器２に入力した時に得られたデジタル値が一致すると、電圧制御発振部４が発振する信号の周波数が受信信号と等しくなったことになる。そこで、受信信号と電圧制御発振部４の発振信号のそれぞれを周波数弁別器２で弁別した結果が異なる場合には、その結果が一致するように、Ｄ／Ａ変換器部１４に与えるデジタル値を調整する。値が一致した時点でＤ／Ａ変換部１４に与えるデジタル値の調整をやめて、電圧制御発振部４の発振信号を送信部９に入力して送信するように切り替える。
このように動作することで、温度や電源電圧が変化しても電圧制御発振部４の発振周波数と受信周波数との誤差がなくなり、応答信号の周波数を受信信号と一致させることを可能としている。

さて、実際のレーダビーコン装置は、同じ時間帯に付近を航行する複数の船舶から到来する周波数の異なるレーダ信号に対して応答しなければならない。また、船舶レーダのメインローブ信号（アンテナの主方向に発射される信号）に対して一定値以上のレベル差があるサイドローブ信号（主方向以外の方向に発射される信号）にはレーダビーコン装置が応答しないようにしなければならない。

このような機能を実現する周波数アジャイル型レーダビーコン装置は、例えば特許文献２の図１及び図２のような構成になっている。
その図１において、周波数データ変換部１は例えば周波数弁別部（図２の符号１−１参照）とＡ／Ｄ変換部（図２の符号１−２参照）で構成されており、周波数弁別部１−１が受信信号の周波数に応じて出力する直流電圧のデジタル値（周波数データ）を出力する。周波数識別部２は周波数データ変換部１が出力する周波数データをもとに複数の周波数の異なるレーダ信号を区別し、送信元ごとに以下の処理を行う。

送信元ごとに設けられた受信周波数保持部図１の１１、１２（図２、符号１１〜１３参照）は例えばＲＡＭで構成されており、受信信号の周波数データを保持する。
同一周波数信号出力部４は、例えば送信元ごとのデータ保持回路（図２、符号４１、４２参照）と演算回路（図２、比較回路３０、加算回路３１参照）、Ｄ／Ａ変換部（図２、符号３７参照）、電圧制御発振部（図２、ＶＣＯ、符号３６参照）で構成されている。

例えば、ある送信元への対応においては、担当するデータ保持回路４１は受信周波数保持部１１が出力する周波数データを初期値として出力し、当該送信元からの受信信号を周波数弁別した結果（すなわち受信周波数保持部１１で保持している周波数データ）と、電圧制御発振部３６の発振信号を周波数弁別した結果とが一致するように、Ｄ／Ａ変換部３７に与える周波数データを調整して保持する。

このように、送信元ごとに受信周波数保持部やデータ保持回路を複数設けているので、同一時間帯に周波数の異なる複数の送信元からの信号を受信してもそれぞれに対して周波数データを調整することができ、受信信号と同じ周波数で応答することができる。なお、周波数の異なる複数の船舶レーダから全く同時に信号を受信すると周波数を正しく判別できないが、船舶レーダの信号はパルス繰返し周期（例えば１ｍｓ）に比べてパルス幅が非常に短い（例えば０．１μｓ）ので、複数の船舶レーダからの信号が衝突することはまず生じない。

また、この特許文献２の図１においてレベル識別部６は、例えば検波器とＡ／Ｄ変換器で構成され、その検波器が受信信号の振幅（レベル）に応じて出力する直流電圧のデジタル値（振幅データ）を出力する。
送信元ごとに設けられたメモリ２１〜２３はＲＡＭであって、送信元ごとの振幅データの最大値を保持する。

ピーク検出部７は、現在の受信信号の振幅データと、現在の受信信号の送信元にかかわる振幅データの最大値とを比較して、現在の受信信号の振幅が大きいときにはメモリの内容を現在の受信信号の振幅データに更新する。

レベル比較部８は、現在の受信信号の振幅データと、現在の受信信号の送信元にかかわる振幅データの最大値よりも一定値だけ小さな値とを比較して、現在の受信信号の振幅データの方が小さい場合は現在の受信信号をサイドローブとみなし、信号を送信しないように制御する。
このようにして、複数の船舶レーダに対して、メインローブ信号に対して一定値以上のレベル差があるサイドローブ信号にはレーダビーコン装置が応答しないようにすることができる。

しかし、特許文献１の図４や特許文献２の図１の周波数アジャイル型レーダビーコン装置には、帯域外送信を防止できないという別の問題がある。
一般に、無線機には法令で定められた送信帯域があり、この送信帯域外の信号を送信することは禁じられている。周波数アジャイル型レーダビーコン装置の送信帯域は船舶レーダと同じに定められている。
そこで、原理的なレーダビーコン装置では、電圧制御発振器が送信帯域の下限周波数と上限周波数を発振するような制御電圧のデジタル値をあらかじめ調べておいて、Ｄ／Ａ変換器に与えるデジタル値がこの範囲外の場合は送信を中止し、送信帯域外での送信をしないようにしている。こうすることで、たとえ送信帯域外の周波数の信号を受信してしまった時でも、それに対して誤って同じ周波数で応答信号を送信することを防ぐことができる。

しかし、実際には上述のように電圧制御発振器がアナログ回路で構成されており、温度や電源電圧の変動や経年変化によって特性が変化し、電圧制御発振器の入力電圧対出力周波数特性が変わってきている。そのため、ある条件で送信帯域に対応する制御電圧のデジタル値の範囲を調べておいても、条件が変化すると制御電圧の範囲も変わり、特に送信帯域の上限、下限の近傍では帯域外送信を正しく防ぐことができなくなる。

このような問題点を解決するためには、レーダビーコン装置の例ではないが、特許文献３の図２のような方法が提案されている。
この図２では受信部の入力に温度や電源電圧で変動しない安定した無線周波数帯の基準周波数を発振する発振器１２を設け、基準周波数を受信してアナログ回路の特性変化を補償するものである。

そこで、周波数アジャイル型レーダビーコン装置の場合への適用は、例えば、特許文献１の図２のレーダビーコン装置の受信部８に送信帯域の上限周波数と下限周波数を発振する２つの基準周波数発振器を設け、定期的にこの基準周波数の信号を周波数弁別器２に入力し、上述の方法で電圧制御発振部４が発振する信号の周波数が基準周波数と一致するようにＤ／Ａ変換部１４に与えるデジタル値を調整する。この調整を送信帯域の上限周波数と下限周波数の基準信号に対して行えば、送信帯域内となる制御電圧のデジタル値の範囲がわかる。
受信信号に対する応答動作の過程で求めた制御電圧のデジタル値がこの範囲外のときは送信を中止すれば、帯域外送信を防ぐことができる。

特開平６−２１４０２０号公報 特開平６−２４２２３６号公報 特開２００４−１０１４５１号公報

特許文献１の図２や特許文献２の図１、図２に開示された従来のレーダビーコン装置は、電圧制御発振部で発振した信号をまず周波数弁別器に入力し、電圧制御発振部の発振信号の周波数が受信信号の周波数と一致するように電圧制御発振部の制御電圧を調整する。
その調整の結果、電圧制御発振部の発振周波数が受信信号の周波数と同じになると、今度は電圧制御発振部の発振信号を送信部に入力するようにスイッチを切り替える。

ここで、電圧制御発振部の出力を周波数弁別器に接続した時の出力負荷インピーダンスと、送信部に接続した時の出力負荷インピーダンスは、接続する回路が違うために異なることとなる。すると、スイッチの切り替えで生じる負荷変動によって電圧制御発振部の発振周波数が変化する。このため、電圧制御発振部の出力を周波数弁別器に接続して、電圧制御発振部の発振信号の周波数が受信信号の周波数と同じになるように調整した後、電圧制御発振部を送信部に接続すると電圧制御発振部の発振周波数が変化してしまう。その結果、応答信号の周波数が受信信号の周波数とずれてしまう問題があった。

また、受信信号と電圧制御発振部の発振信号のそれぞれを周波数弁別器で弁別した結果が一致するように、Ｄ／Ａ変換部に与えるデジタル値を調整してから送信するので、船舶レーダから初めて信号を受信してから調整が終了するまでの間は当該局からのレーダ信号に応答できない問題があった。

さらに、特許文献３の図２のように基準信号発振器を設けてアナログ回路の特性を校正する方法では、安定的に周波数を発振する無線信号周波数の基準信号発振器は高価であるほか、定期的に基準信号を受信してアナログ回路の校正をしている間、受信信号を受信して応答するレーダビーコン装置本来のサービスができないという問題があった。

そこで、本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、温度や電源電圧の変動や経年変化、回路の負荷変動で応答信号の周波数が受信信号の周波数とずれてしまうことを防ぎ、またレーダ信号を受信し始めた最初からの応答を可能とし、さらに高価な無線信号周波数帯の基準信号発振器を使わず、並びにアナログ回路の校正のためのサービスの中止を必要としない周波数アジャイル型レーダビーコン装置を提供する。

本発明の第１の発明は、アナログ受信信号をデジタル値に変換してデジタル受信信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、そのデジタル受信信号からデジタル受信信号を構成する受信周波数を求めるデジタル周波数弁別器と、求めた受信周波数を、応答信号を構成する応答周波数として設定する周波数設定部と、その設定された応答周波数により構成される応答信号を生成する直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）を備え、その周波数設定部が、デジタル周波数弁別器が出力した受信周波数を、応答信号の応答周波数として直接にデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）に設定することを特徴とする周波数アジャイル型レーダビーコン装置である。

本発明の第２の発明は、第１の発明におけるデジタル周波数弁別器が、遅延素子と複素共役回路と複素乗算器と位相変換回路を備え、遅延素子を用いて受信信号から取り出された受信ベースバンド信号を一定時間遅延させた遅延受信ベースバンド信号から複素共役回路を用いて複素共役をとった信号、および受信ベースバンド信号の２つの信号の複素乗算を複素乗算器により計算し、その乗算結果を入力値として、直列接続された少なくとも２以上の遅延素子に入力し、さらに、前記直列接続された遅延素子の各々から得られた結果を用いて、前記位相変換回路による位相を周波数に変換する操作によって前記受信信号を構成する受信周波数を求めて出力する装置であることを特徴とする周波数アジャイル型レーダビーコン装置である。

本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明に記載の周波数アジャイル型レーダビーコン装置の運用方法であって、受信信号を発信する船舶レーダの空中線回転周期より十分に短い周期、且つ船舶レーダが発信する受信信号のパルス繰返し周期の１／１０から１０倍の周期で、第１又は第２の発明に記載の周波数アジャイル型レーダビーコン装置を間欠動作させることにより、そのレーダビーコン装置の消費電力を低減させることを特徴とする周波数アジャイル型レーダビーコン装置の運用方法である。

本発明による周波数アジャイル型レーダビーコン装置は、周波数弁別器と送信信号源をデジタル回路で構成しているので、受信信号の周波数に合わせるための調整が不要になると共に、回路の校正のためには、従来の周波数アジャイル型は動作の停止を必要としていたが、本発明では回路の校正自体を実行せずに済むために連続動作を可能とする。
また、レーダ信号を受信し始めた最初から応答することができ、応答信号の周波数が基準信号と同等の精度なので、周波数弁別器が出力する周波数が帯域外の周波数のときは送信しないようにすれば、誤って帯域外の周波数で応答することもない。さらに、短い時間間隔での間欠動作が可能であり、間欠動作させることによって消費電力を低減することを可能である。

本発明に係る周波数アジャイル型レーダビーコン装置の原理構成図である。 本発明に係るデジタル周波数弁別器の構成図である。 船舶レーダのサイドローブ信号に応答しない機能を持たせた、本発明に係る周波数アジャイル型レーダビーコン装置の実施例の構成図である。 受信信号に対する応答信号の応答遅れを示す説明図である。 本発明に係るレーダビーコン装置の動作状態の説明図である。

［実施形態１］
図１は、本発明に係る周波数アジャイル型レーダビーコン装置の一例を示す原理構成図である。図１において、１１は局部発振器、１２は第１のミキサ、１３は第２のミキサ、２１は検波器、２２は比較器、３２は第２のＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）、３３はデジタル周波数弁別器、３４は周波数設定部、３５は直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）、３６は基準発振器、３７はオンオフ制御部、Ｓ１は受信信号、Ｓ２は応答信号、Ｓ３はトリガー信号、Ｓ４は局部発振信号、Ｓ５は受信中間周波信号（受信ＩＦ信号）、Ｓ６はＳ５をデジタル化した信号、Ｓ７は受信周波数、Ｓ８は基準発振信号、Ｓ９は送信ＩＦ信号、Ｓ１０は局部発振信号、ｖ１は受信信号の信号レベルに応じた直流電圧である。

受信信号Ｓ１は、検波器２１で信号レベルに応じた直流電圧ｖ１に変換され、比較器２２で閾値と比較される。
その信号レベルが閾値を上回ると、比較器２２はトリガー信号Ｓ３を出力する。また、受信信号Ｓ１は第１のミキサ１２で局部発振器１１が出力する局部発振信号Ｓ４と混合され、受信中間周波信号（受信ＩＦ信号）Ｓ５に周波数変換される。
デジタル周波数弁別器３３は、受信ＩＦ信号Ｓ５をＡ／Ｄ変換器３２でデジタル化した信号Ｓ６から受信周波数Ｓ７を求める。

周波数設定部３４は、比較器２２からのトリガー信号Ｓ３を受けるとデジタル周波数弁別器３３が出力する受信周波数Ｓ７に対応する周波数を直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）３５が出力するように周波数設定を行う。また、オンオフ制御部３７は比較器２２からのトリガー信号Ｓ３によってＤＤＳ３５に対してあらかじめ定められた符号に従ってオンオフ変調を行うように制御する。

ここで、ＤＤＳ３５は基準発振器３６が発振する基準発振信号Ｓ８を元にして動作クロックを生成し、オンオフ制御部３７の指示に従って、周波数設定部３４が設定した周波数の信号をオンオフ変調して出力する。ＤＤＳ３５が出力する送信ＩＦ信号Ｓ９は第２のミキサ１３で局部発振器１１が出力する局部発振信号Ｓ１０と混合され、無線周波（ＲＦ）信号に周波数変換されて応答信号Ｓ２となる。
局部発振器１１が第１のミキサ１２に出力する局部発振信号Ｓ４と、第２のミキサ１３に出力する局部発振信号Ｓ１０の周波数が同じ場合、ＤＤＳ３５は受信信号Ｓ１と同じ周波数の信号を出力する。

以上のように、本発明の図１の周波数アジャイル型レーダビーコン装置は、デジタル周波数弁別器３３によって受信信号Ｓ１の受信周波数Ｓ７を、デジタル演算によって求めているので、その周波数弁別特性は演算精度で決まり、温度や電源電圧には影響されず、経年変化もない。
また、ＤＤＳ３５は基準発振信号Ｓ８を元に動作しているので、ＤＤＳが生成する信号の周波数精度は基準発振信号の周波数精度と同じになる。
そこで、基準発振器を温度補償型水晶発振器のような高精度、高安定なものにすれば、ＤＤＳが生成する信号に対する温度や電源電圧、経年変化の影響はほとんど無視できる。

このように、図１の周波数アジャイル型レーダビーコン装置は、デジタル周波数弁別器３３と送信信号源（ＤＤＳ３５、基準発振器３６）をデジタル回路で構成しているので、応答信号の周波数が演算精度で受信信号の周波数と同じになり、受信信号の周波数に合わせるための調整が不要になり、回路の校正によってサービスを中止することがなくなる。
また、レーダ信号を受信し始めた最初から応答することができる。さらに、応答信号の周波数は基準信号と同等の精度なので、周波数弁別器が出力する周波数が帯域外の周波数のときは送信しないようにすれば、誤って帯域外の周波数で応答することもない。

［実施形態２］
さて、レーダビーコンが船舶レーダからのパルス信号を受信してから応答信号を送信するまでの応答遅れ時間には厳しい規格がある。その応答遅れが大きいと船舶レーダは実際よりも物標との距離が長いと認識し、レーダの表示器上に実際のレーダビーコンの位置よりも遠くに表示されてしまうためである。

図４は受信信号に対する応答信号の応答遅れを示す説明図である。
受信後の応答遅れは「ＩＴＵ−Ｒ勧告 Ｍ．８２４−２」の付属書１、及び「ＩＡＬＡ勧告 Ｒ−１０１」の表１に示された規格で、０．７μｓ以下となっていると同時に、同規格において、受信周波数帯域は９３００ＭＨｚ〜９５００ＭＨｚ、又は２９００ＭＨｚ〜３１００ＭＨｚの帯域幅２００ＭＨｚ、受信信号周波数に対する応答信号周波数の誤差は受信信号のパルス幅０．２μｓ以上の場合１．５ＭＨｚ以下となっている。

この規格は、デジタル周波数弁別の手法で一般的なＦＦＴ（高速フーリエ変換）では実現できない。なぜなら、周波数弁別器の誤差を１．５ＭＨｚ以下とするためにはＦＦＴの周波数ビン幅は３ＭＨｚ以下となる。すると、２００ＭＨｚの帯域は６７個以上の周波数ビンから構成されることになり、ＦＦＴの点数は一般的な２のべき乗にすると１２８点以上になる。信号処理のクロックを例えば２００ＭＨｚとすると最大応答遅れの０．７μｓは１４０クロック相当であり、１２８点のＦＦＴを実行することができない。

しかし、上述のように船舶レーダの信号は、パルス繰返し周期に比べてパルス幅が非常に短く、複数の船舶レーダからの信号が衝突することはまず起きない。すなわち、レーダビーコンが受信する信号は単一周波数信号であることを前提にすると、以下のような手法でデジタル周波数弁別器が実現できる。

図２に、本発明に係るデジタル周波数弁別器の構成図を示す。図２において、１０１は遅延素子、１０２は複素共役回路、１０３は複素乗算器、１０４は累算器、１０５は位相変換器、１１０は加算器、１１１〜１１Ｎは遅延素子、Ｓ６はデジタル受信ベースバンド信号（複素ベースバンド信号）、Ｓ６_ｉは受信ベースバンド信号の複素共役、Ｓ６_ｄは遅延受信ベースバンド信号、Ｓ７は受信周波数、Ｒ１は複素乗算結果、Ｒ１１１・・・Ｒ１１Ｎは各遅延素子の出力である。

図２は図１のデジタル周波数弁別器３３の一構成例を示したもので、受信信号Ｓ１を周波数変換してＡ／Ｄ変換したデジタル受信ベースバンド信号（複素ベースバンド信号）Ｓ６が入力され、その受信周波数Ｓ７を出力する。
デジタル受信ベースバンド信号Ｓ６は、遅延素子１０１で一定時間遅延させられて遅延受信ベースバンド信号Ｓ６_ｄに加工され、複素共役回路１０２で、その遅延受信ベースバンド信号の複素共役Ｓ６_ｉを出力する。

複素乗算器１０３は、デジタル受信ベースバンド信号Ｓ６と複素共役回路１０２の出力信号Ｓ６_ｉとの複素乗算を計算する。その複素乗算結果Ｒ１は、累算器１０４で（Ｎ＋１）個の結果が累算される。
累算器１０４は、Ｎ個の縦続接続された遅延素子１１１、１１２、…、１１Ｎと加算器１１０から成り、入力された複素乗算結果Ｒ１と各遅延素子１１１、１１２、…、１１Ｎの出力Ｒ１１１、Ｒ１１２、・・・、Ｒ１１Ｎを加算器１１０で加算する。
その累算結果は、位相変換器１０５で複素数の位相に変換される。なお、累算器１０４は加算によって信号のＳＮ比を改善するためのもので、入力信号のＳＮ比が十分よければ累算器１０４はなくてもよい。

以上の構成で受信信号の周波数が計算できる理由を以下で説明する。
受信ベースバンド信号Ｉ、Ｑデータは、（Ｉ_ｎ、Ｑ_ｎ）と表し、Ｋ＋１個の連続した受信ベースバンド信号について、隣接する標本の複素共役と複素乗算を行い、得られたＫ個の複素乗算結果を累算するもので、先ず、一つの複素乗算は下記（１）〜（４）式に示すように計算される。

上記（４）式から、複素乗算結果の位相は第１の遅延素子の遅延時間の間の受信ベースバンド信号の位相の変化を表している。遅延時間は一定なので、この位相は受信ベースバンド信号の周波数に比例することになる。
図２の構成では下記（５）式に示すように、Ｋ個累算することになる。

そして、（Ｘａ、Ｙａ）を位相変換器１０５の位相変換回路に入力し、その位相を求める。
位相変換回路は、例えば、さまざまな（Ｘａ、Ｙａ）の値に対して位相を出力する周波数変換テーブルをあらかじめ作成しておき、計算された（Ｘａ、Ｙａ）をアドレスとしてテーブルを読み出すことで実現できる。

今、２００ＭＨｚの受信帯域幅の信号をＡ／Ｄ変換する標本化クロックを２００ＭＨｚとすると、この構成によれば、複素乗算、累算、位相変換（テーブルの読み出し）合わせて数十クロックで周波数を計算できる。

［実施形態３］
図３は、船舶レーダのサイドローブ信号に応答しない機能を持たせた、本発明の周波数アジャイル型レーダビーコン装置の実施例の構成図である。図３においては、図１と同じ要素には同じ符号設け、２３は第１のＡ／Ｄ変換器、２４は振幅メモリ、２５はピーク検出部、２６はサイドローブ検出部、３１は直交ミキサ、ｄｖ１は直流電圧ｖ１のデジタル値、Ｓ６ａはアナログ受信ベースバンド信号、Ｓ７_ｍａｘは受信周波数に応じた振幅の最大値である。

検波器２１の出力する受信レベルに応じた直流電圧ｖ１は比較器２２で閾値と比較されトリガー信号Ｓ３を出力するとともに、第１のＡ／Ｄ変換器２３でデジタル値ｄｖ１に変換する。
一方、第１のミキサ１２が出力する受信中間周波信号Ｓ５は、直交ミキサ３１でアナログ受信ベースバンド信号Ｓ６ａに周波数変換されて第２のＡ／Ｄ変換器３２でデジタル受信ベースバンド信号Ｓ６となり、デジタル周波数弁別器３３に入力され、受信周波数Ｓ７が求められる。

次にデジタル周波数弁別器３３が出力する受信周波数Ｓ７に応じた周波数が応答周波数として周波数設定部３４によりＤＤＳ３５に設定される。また、デジタル周波数弁別器３３が出力する受信周波数Ｓ７をアドレスとして、その受信周波数に応じた振幅の最大値を記憶する振幅メモリ２４を参照し、この振幅メモリ２４が出力する振幅の最大値Ｓ７_ｍａｘと第１のＡ／Ｄ変換器２３が出力する受信信号の信号レベルに応じた直流電圧ｖ１のデジタル値ｄｖ１とをピーク検出部２５で比較し、受信レベルのデジタル値が第１のＡ／Ｄ変換器２３で保持していた最大値よりも大きい場合、振幅メモリ２４の内容を受信レベルのデジタル値ｄｖ１で更新する。こうして、受信周波数Ｓ７に応じた振幅の最大値が常に振幅メモリ２４に保持されるようにする。

サイドローブ検出部２６は、振幅メモリ２４が出力する振幅の最大値Ｓ７_ｍａｘから一定値だけ小さい閾値と第１のＡ／Ｄ変換器２３が出力する受信レベルのデジタル値ｄｖ１とを比較し、受信レベルのデジタル値が閾値より小さい場合はサイドローブ信号と判定して、オンオフ制御部３７によりＤＤＳ３５の出力をオフにして応答信号を送信しないように制御する。
受信レベルのデジタル値が閾値より大きい場合は、オンオフ制御部３７が比較器２２からのトリガー信号Ｓ３によってＤＤＳ３５に対してあらかじめ定められた符号に従ってオンオフ変調を行う。

なお、図３において、検波器２１は無線周波信号を検波するように構成しているが、第１のミキサ１２で周波数変換した中間周波信号を検波するようにしてもよい。また、中間周波信号を直交ミキサ３１で直交復調してから第２のＡ／Ｄ変換器３２でデジタル値にしているが、第２のＡ／Ｄ変換器３２で中間周波信号をデジタル値にした後、デジタル直交復調して受信ベースバンド信号を得てもよい。

［実施形態４］
レーダビーコン装置は、船舶レーダの空中線が回転する周期（約２．５秒）で、空中線がレーダビーコン装置に正対している期間（約１０ｍｓ弱）、船舶レーダから十〜数十回パルス信号を受信する。
図４はレーダビーコン装置における受信信号に対する応答信号の応答遅れを示す説明図で、図５は本発明に係るレーダビーコン装置の動作状態の説明図である。
レーダビーコン装置は図４に示した応答遅れが規格を満たす限り、図５（ｂ）の応答信号１のように受信したパルス信号すべてに応答してもよいし、図５（ｃ）の応答信号２のように受信したパルス信号の一部だけに応答してもよい。

図３のレーダビーコン装置は、図５（ｂ）の応答信号１のように、すべての信号に応答する。
そこで、図３のレーダビーコン装置を、図３に図示しないマイコンによって図５（ｄ）の動作休止周期のように数ｍｓの周期で間欠動作させれば、装置全体の平均消費電力を低減しながら図５（ｃ）の応答信号２のような応答が得られる。

従来の特許文献１のレーダビーコン装置では、受信信号と電圧制御発振器の発振信号のそれぞれを周波数弁別器で弁別した結果が一致するように、Ｄ／Ａ変換器に与えるデジタル値を調整してから送信するので、このような短い周期の間欠動作は不可能だったが、この発明によれば間欠動作が可能となり、その間欠動作により消費電力の低減が可能である。

以上のように、本発明による周波数アジャイル型レーダビーコン装置は、周波数弁別器と送信信号源をデジタル回路で構成しているので、受信信号の周波数に合わせるための調整が不要になり、回路の校正によってサービスを中止することがなくなる。また、レーダ信号を受信し始めた最初から応答することができる。
さらに、応答信号の周波数が基準信号と同等の精度なので、周波数弁別器が出力する周波数が帯域外の周波数のときは送信しないようにすれば、誤って帯域外の周波数で応答することもない。そのうえ、短い時間で間欠動作させることによって消費電力の低減が可能である。

１１ 局部発振器
１２ 第１のミキサ
１３ 第２のミキサ
２１ 検波器
２２ 比較器
２３ 第１のＡ／Ｄ変換器
２４ 振幅メモリ
２５ ピーク検出部
２６ サイドローブ検出部
３１ 直交ミキサ
３２ 第２のＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）
３３ デジタル周波数弁別器
３４ 周波数設定部
３５ 直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）
３６ 基準発振器
３７ オンオフ制御部
１０１ 遅延素子
１０２ 複素共役回路
１０３ 複素乗算器
１０４ 累算器
１０５ 位相変換器
１１０ 加算器
１１１〜１１Ｎ 遅延素子
Ｓ１ 受信信号
Ｓ２ 応答信号
Ｓ３ トリガー信号
Ｓ４ 局部発振信号
Ｓ５ 受信中間周波信号（受信ＩＦ信号）
Ｓ６ デジタル受信ベースバンド信号（複素ベースバンド信号）
Ｓ６ａ アナログ受信ベースバンド信号
Ｓ６_ｄ 遅延受信ベースバンド信号
Ｓ６_ｉ 受信ベースバンド信号の複素共役
Ｓ７ 受信周波数
Ｓ７_ｍａｘ 受信周波数に応じた振幅の最大値
Ｓ８ 基準発振信号
Ｓ９ 送信ＩＦ信号
Ｓ１０ 局部発振信号
ｖ１ 受信信号の受信レベルに応じた直流電圧
ｄｖ１ 直流電圧ｖ１のデジタル値、
Ｒ１ 複素乗算結果
Ｒ１１１・・Ｒ１１Ｎ 各遅延素子の出力

Claims (3)

1. アナログ受信信号をデジタル値に変換してデジタル受信信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、
   前記デジタル受信信号から前記デジタル受信信号を構成する受信周波数を求めるデジタル周波数弁別器と、
   求めた前記受信周波数を、応答信号を構成する応答周波数として設定する周波数設定部と、
   設定された前記応答周波数により構成される応答信号を生成する直接デジタルシンセサイザを備え、
   前記周波数設定部が、前記デジタル周波数弁別器が出力した前記受信周波数を、応答信号の応答周波数として直接に前記デジタルシンセサイザに設定することを特徴とする周波数アジャイル型レーダビーコン装置。
2. 前記デジタル周波数弁別器が、遅延素子と複素共役回路と複素乗算器と位相変換回路を備え、
   受信信号から取り出された受信ベースバンド信号を前記遅延素子を用いて一定時間遅延させた遅延受信ベースバンド信号から前記複素共役回路を用いて複素共役をとった信号と前記受信ベースバンド信号との複素乗算を、前記複素乗算器により計算して得られた乗算結果を、入力値として直列接続された少なくとも２以上の遅延素子に入力し、前記直列接続された遅延素子の各々から得られる結果を前記位相変換回路による位相から周波数に変換する操作によって前記受信信号を構成する受信周波数を求めて出力する装置であることを特徴とする請求項１記載の周波数アジャイル型レーダビーコン装置。
3. 請求項１又は２に記載の周波数アジャイル型レーダビーコン装置の運用方法であって、
   受信信号を発信する船舶レーダの空中線回転周期より十分に短い周期、且つ前記船舶レーダが発信する前記受信信号のパルス繰返し周期の１／１０から１０倍の周期で、前記レーダビーコン装置を間欠動作させることにより前記レーダビーコン装置の消費電力を低減させることを特徴とする周波数アジャイル型レーダビーコン装置の運用方法。

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