JP6478089B2 - A/d変換装置、レーダー装置およびa/d変換方法 - Google Patents
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Description
すなわち、マルチキャリア信号は、そのマルチキャリア信号が分布する帯域に対してサンプリング定理が成立しない低い周波数のサンプリング周波数の下で、一括してA/D変換され、かつ周波数軸上に圧縮される。
|mod(ΔF・i,(fs/2))−mod(ΔF・j,(fs/2))|≧B
の不等式が整数i(≦N)と整数j(≦N,≠i)との全ての対について成立する周波数fsにサンプリング周波数が設定される。
すなわち、マルチキャリア信号は、そのマルチキャリア信号が分布する帯域に対してサンプリング定理が成立しない低い周波数のサンプリング周波数の下で、一括してA/D変換され、かつ周波数軸上に圧縮される。
すなわち、マルチキャリア信号に含まれ、かつ個別の搬送波の変調によって得られた何れの成分も、周波数軸上における周波数スペクトルの並びが担保される。
また、本発明では、占有帯域が広いマルチキャリア信号であっても、その占有帯域についてサンプリング定理が成立しない程度に低い周波数のサンプリング周波数によるサンプリングの下で、一括してA/D変換され、かつ周波数軸上に圧縮され、このようなマルチキャリア信号に施されるディジタル信号処理の精度や信頼性が高められると共に、安定に維持される。
<第1実施形態>
図1は、本実施形態に係るレーダー装置101の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、レーダー装置101は、制御部110、サブキャリア生成部111、DA変換部112a及び112b、送信周波数変換部113、送信電力増幅部114、送信アンテナ115、ローカル信号発生部116、受信アンテナ121、受信電力増幅部122、受信周波数変換部123、AD変換部124a及び124b、周波数分析部125、周波数アンフォールド部126、及び距離・速度演算部131を備える。
(参考文献)Christian Sturm,“Waveform Design and Signal Processing Aspects for Fusion of Wireless Communications and Radar Sensing”,2011,IEEE,Vol.99,No.7,July 2011 IEEE,p1236-p1259
送信アンテナ115からの送信信号は、目標物120により反射された後、受信アンテナ121で受信される。受信アンテナ121の受信信号は、受信電力増幅部122で増幅された後、受信周波数変換部123に供給される。受信周波数変換部123には、ローカル信号発生部116から、ローカル信号が供給される。受信周波数変換部123により、Iチャネル及びQチャネル信号が直交復調される。
すなわち、本実施形態のレーダー装置1において、AD変換部(AD変換部124a及び124b)は、マルチキャリア信号のベースバンドにおける各サブキャリア周波数をサンプリング周波数で除算した剰余がサブキャリア周波数毎に異なる値となる関係となるように、サンプリング周波数とベースバンドにおけるサブキャリアのキャリア間隔周波数との関係を設定する。
これにより、本実施形態では、低速なAD変換部を用いても広帯域に分布した複数キャリアを変換可能になる。
なお、図2(C)では、サブキャリア成分及びその折り返し成分のスペクトルが重ならずに隣接する例を示したが、図2(D)に示すように、サブキャリアの周波数間隔はBを超えてもよい。また、サブキャリア周波数帯域幅Bに前記ドップラシフトによる周波数広がり±dを含めてもよい。
また、サブキャリア中心周波数s(n)は、
s(n)=ΔF×n+Fofs (Fofs:オフセット周波数)
のように、周波数オフセットしてもよい。
|mod(ΔF・i,fs)−mod(ΔF・j,fs)|≧B ・・・(6)
すると、AD変換部124a、124bのサンプリング周波数が低い周波数であっても、AD変換部124a、124bの出力の周波数スペクトルから、折り返し成分を判定できる。
また、本実施形態のレーダー装置1は、AD変換器(AD変換部124a、124b)は、第1のサンプリング周波数内にある前記サブキャリア及び該サブキャリアの折り返し成分をディジタル信号に変換する。
これにより、本実施形態では、低速なAD変換部を用いても広帯域に分布した複数キャリアを変換可能になる。
なお、本実施形態では、本発明は、直交復調されたマルチキャリア信号のAD変換のために適用されている。
しかし、本発明では、マルチキャリア信号が直交復調されることなくAD変換されるべき場合には、既述の式(6)は、周波数が負の値をとならないことを前提としてサンプリング定理が成立するために下式で代替されることが望ましい。
|mod(ΔF・i,(fs/2))−mod(ΔF・j,(fs/2))|≧B
次に、本実施形態について説明する。図5は、本実施形態に係るレーダー装置201の構成を示すブロック図である。
図5に示すように、レーダー装置201は、制御部210、サブキャリア生成部211、DA変換部212a及び212b、送信周波数変換部213、送信電力増幅部214、送信アンテナ215、ローカル信号発生部216、受信アンテナ221、受信電力増幅部222、受信周波数変換部223、AD変換部224a〜224d、周波数分析部225a及び225b、周波数アンフォールド部226a及び226b、判断部230、及び距離・速度演算部231を備える。
また、AD変換部224a及び224bのサンプリング周波数fs1と、AD変換部224c及び224dのサンプリング周波数fs2とは、これらのサンプリング周波数の数p(=2)と、整数i(≦p)と、整数j(≦p,≠i)との全ての対について、以下の条件の全てが成立する異なった値(本実施形態では、後述するように8MHzおよび10MHz)に設定される。
(1)後述する部分帯域のサブキャリア周波数帯域幅B(本実施形態では、後述するように1MHzとなる。)に対する不等式|fsi−fsj|≧Bが成立する。
(2)上記fsiおよびfsjとの最小公倍数MLCに等しいサンプリング周波数の下で前記マルチキャリアの占有周波数帯域幅Wにサンプリング定理が成立する。
ここに、上記「部分帯域」は、既述のサンプリング周波数fs1、fs2に基づくAD変換の過程で個別に生じるエリアシングの下で、周波数軸上における配置が異なり、かつ雑音や干渉波の成分が重畳されるか否かの相違はあり得ても、AD変換の対象となる原信号が有する占有帯域上の共通の成分が配置される帯域を意味する。
距離・速度演算部231は、送信信号と、判断部330からの受信信号とに基づいて、例えば上述した参考文献に記載の手法等を用いて目標物220の距離及び速度を算出する。
図6(A)は、サブキャリア間隔ΔFを(ΔF=7MHz)とし、サンプリング周波数fsを(fs1=10MHz)としたときのサブキャリア成分及びその折り返し成分の位置を示している。このような関係とすると、サブキャリア成分及びその折り返し成分は、図6(A)において、三角で示す位置に来る。これに対して、図6(B)は、サブキャリア間隔ΔFを(ΔF=7MHz)とし、サンプリング周波数fsを(fs2=8MHz)としたときのサブキャリア成分及びその折り返し成分の位置を示している。このような関係とすると、サブキャリア成分及びその折り返し成分は、図6(B)において、四角で示す位置に来る。図6(A)と図6(B)とを比較すれば分かるように、サンプリング周波数が異なると、折り返し成分の位置が異なってくる。
この干渉低減効果を得るためには、不等式|fsi−fsj|≧Bが成立し、かつ、上記fsiおよびfsjとの最小公倍数MLCに等しいサンプリング周波数の下で前記マルチキャリアの占有周波数帯域幅Wにサンプリング定理が成立するのが好適である。
そして、制御部210は、判断部230から入力される判断結果に応じて、サブキャリアの周波数を動的に切り替えるようにしてもよい。
すなわち、本実施形態のレーダー装置201において、信号生成部(サブキャリア生成部211)は、受信部202が受信した信号に基づいて複数のサブキャリアの周波数を動的に変更するようにしてもよい。
また、上述した干渉成分の影響を除去するために状態判定部253および選択部250が連携して行う処理は、既述の処理手順に限定されず、例えば、閾値XA、XBが算出されることなく、単に、周波数スペクトル電力PAとPBとの内、値が小さい一方を選択する処理で代替されてもよい。
次に、本実施形態について説明する。図10は、本実施形態に係るレーダー装置301の構成を示すブロック図である。
図10に示すように、レーダー装置301は、制御部310、サブキャリア生成部311、DA変換部312a及び312b、送信周波数変換部313、送信電力増幅部314、送信アンテナ315、ローカル信号発生部316、受信アンテナ321、受信電力増幅部322、受信周波数変換部323、AD変換部324a及び324b、高速AD変換部324c及び324d、周波数分析部325a及び325b、周波数アンフォールド部326、判断部330、及び距離・速度演算部331を備える。
なお、判断部330は、第2実施形態と同様に、周波数アンフォールド部326から得られる周波数スペクトル(入力A)が、しきい値XA(図12参照)を超え、周波数分析部325bから得られる周波数スペクトル(入力B)もしきい値XB(図12参照)を超えている場合に、干渉を受けていると判断するようにしてもよい。そして、判断部330は、干渉を受けていると判断した場合、判断結果を制御部310に出力するようにしてもよい。
次に、本実施形態について説明する。図14は、本実施形態に係るレーダー装置401の構成を示すブロック図である。
図14に示すように、レーダー装置401は、制御部410、サブキャリア生成部411、DA変換部412a及び412b、送信周波数変換部413、送信電力増幅部414、送信アンテナ415、ローカル信号発生部416、受信アンテナ421、受信電力増幅部422、受信周波数変換部423、BPF(バンドパスフィルタ)427、AD変換部424、周波数分析部425、周波数アンフォールド部426、判断部430、及び距離・速度演算部431を備える。
AD変換部424は、BPF427の出力信号を、アナログ信号からディジタル信号に変換し、変換した信号を周波数分析部425に供給する。
第1〜第4実施形態では、レーダー装置1に適用する例を説明したが、本実施形態では、他の装置に適用する例として、SAW(Surface Acoustic Wave;弾性表面波)センサ装置に用いる例を説明する。
SAWセンサ2は、圧電素子基板10、送信電極11−1a、送信電極11−1b、受信電極11−2a、受信電極11−2b、反応領域薄膜12、封止構造14−1、及び封止構造14−2を含んで構成される。
圧電素子基板10は、SAWを伝播する基板である。圧電素子基板10は、水晶基板である。
また、受信電極11−2a、及び受信電極11−2bは、受信側電極部を構成する櫛歯状のパターンにより形成された金属電極である。以下、受信電極11−2a、及び受信電極11−2bを総称してIDT11−2と呼ぶものとする。
IDT11−1、及びIDT−11−2(総称してIDT11と呼ぶ)は、圧電素子基板10上に構成される電極である。IDT11は、対向した一対の電極である。IDT11は、例えばアルミニウム薄膜によって構成される。
圧電素子基板10と反応領域薄膜12との重なる部分が、検体である液体が導入される検出領域(センサ表面となる領域)となる。
溶液中の抗原は、反応領域薄膜12上に担持された抗体と反応し、反応領域薄膜12上の特定領域に抗原抗体結合物を生成する。
すなわち、反応領域薄膜12では、その表面に抗原を含んだ液体試料を滴下することにより、反応領域薄膜12上に担持された抗体と、液体試料中の抗原との間で抗原抗体反応が起こる。その結果、反応領域薄膜12上には、反応領域薄膜12上に担持した抗体と抗原が結合した抗原抗体結合物が生成する。なお、反応領域薄膜12は、金以外であっても抗体を担持できるものであればいかなるものでもよい。
封止壁15−1は、IDT11−1を覆う壁であり、圧電素子基板10上に矩形状に形成される。封止壁15−1は、例えば感光性樹脂により構成される。
また、封止天井16−1は、封止壁15−1の上側を塞ぎ、IDT11−1を外部から密閉するための天井である。封止天井16−1は、封止天井16−1の平面領域内に封止壁15−1が収まるように封止壁15−1の上側に配置される。封止天井16−1は、例えばガラス基板で構成される。なお、封止壁15−1と封止天井16−1との間には、不図示の接着層が設けられ、封止壁15−1と封止天井16−1との間を密封して接着する。
封止構造14−1は、IDT11−1を外部から密閉してIDT11−1上に空間を形成するように覆い、IDT11−1が液体と接触することを防ぐ封止構造である。
これら封止構造14−1、及び封止構造14−2により、検出領域における雰囲気(例えば湿度)の変化があったとしても、IDT11−1、及びIDT11−2は、その影響を受けにくくなる。
図16に示すように、SAWセンサ装置1Aは、制御部160、サブキャリア生成部161、DA変換部162、送信周波数変換部163、送信電力増幅部164、ローカル信号発生部167、受信電力増幅部172、受信周波数変換部173、AD変換部174、周波数分析部175、周波数アンフォールド部176、及び演算部181を含んで構成される。また、SAWセンサ装置1Aは、SAWセンサ2に接続される。
また、DA変換部162は、DA変換部162a及び112bを備え、AD変換部174は、AD変換部174a及び174bを備える。
そして、本実施形態においても第1実施形態と同様に、各サブキャリア周波数をサンプリング周波数で除算した剰余がサンプリング周波数毎異なる関係となるように、サンプリング周波数fsとサブキャリアのサブキャリア間隔ΔFとの関係を設定している。
このため、AD変換部174a及び174bの出力信号のスペクトルは、図2(C)で説明したAD変換部124a及び124b(図1)の出力信号のスペクトルと同様に、サブキャリア成分及びその折り返し成分のスペクトルは、互いに重なることがないような位置に来る。
AD変換部174a及び174bが低速の場合、AD変換部174a及び174bの出力信号中には、図2(C)に示したような折り返し成分が含まれている。しかしながら、本実施形態でも、サンプリング周波数fsとサブキャリアのサブキャリア間隔ΔFとの関係が上述の関係となるように設定されているため、サブキャリア成分及びその折り返し成分は、サンプリング周波数fsが重ならない。したがって、本実施形態でも、AD変換部174a及び174bの出力のスペクトルから折り返し成分を判定できる。
なお、本実施形態では、第1実施形態の構成をSAWセンサ装置に適用する例を説明したが、第2〜第4実施形態の構成を、SAWセンサ装置として適用することも可能である。
(1) サブキャリアの数は、2つ以上であってもよい。例えば、図3において、中心にある符号sc4と、この符号sc4の周波数に対して左右どちらか一方のsc1〜sc3またはsc5〜sc7のうちのいずれか1つと、の2つ以上である。例えば、第1ナイキストゾーンの周波数のものと、第2ナイキストゾーンのもののサブキャリアが1つ以上であればよい。換言すると、互いに異なるナイキストゾーンのサブキャリアが2つ以上であればよい。
(2) サブキャリアの周波数が、周波数軸上における間隔が一定ではない。
(3) サブキャリアの全てまたは一部に個別に施される変調の方式が異なる。
(4) これらの変調の全てまたは一部に供される伝送情報(変調信号)が異なる。
(5) このような変調の下で各サブキャリアに対応して周波数軸上に分布する信号の全てまたは一部の占有帯域が異なる。
さらに、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
102,202,302,402,502:レーダー送信部
103,203,303,403,503:レーダー受信部
110,160,210,310,410,510:制御部
111,161,211,311,411,511:サブキャリア生成部
112a,112b,162a,162b,212a,212b,312a,312b,412a,412b,512a,512b:DA変換部
113,163,213,313,413,513:送信周波数変換部
114,164,214,314,414,514:送信電力増幅部
115,215,315,415:送信アンテナ
116,167,216,316,416,516:ローカル信号発生部
121,221,321,421,521:受信アンテナ
122,222,322,422,522:受信電力増幅部
123,223,323,423,523:受信周波数変換部
124a,124b,174a,174b,224a,224b,224c,224d,324a、324b,324c,324d,424,524a,524b:AD変換部
125,175,225a,225b,325a,325b,425,525:周波数分析部
126,176,226a,226b,326,426,526:周波数アンフォールド部
131,231,331,431,531:距離・速度演算部
181:演算部
Claims (10)
- 複数Nの異なるサブキャリア中心周波数s1〜snの搬送波が個別に変調されることによって生成され、かつ周波数軸上で重ならないサブキャリア周波数帯域b1〜bnをそれぞれ有する信号からなるマルチキャリア信号をA/D変換するA/D変換装置であって、
前記周波数軸上における前記サブキャリア周波数帯域b1〜bn間の隙間が圧縮され、かつ前記A/D変換の過程で生じるエリアシングの下で前記サブキャリア周波数帯域b1〜bnの成分が重ならない周波数に前記A/D変換のサンプリング周波数fsが設定された
ことを特徴とするA/D変換装置。 - 複数Nの異なるサブキャリア中心周波数s1〜snの搬送波が個別に変調されることによって生成され、かつサブキャリア周波数帯域幅Bが共通であって占有帯域が周波数軸上に等しいサブキャリア間隔ΔFで配置されてなるマルチキャリア信号をA/D変換するA/D変換装置であって、
前記サブキャリア間隔ΔFと、前記複数Nと、前記サブキャリア周波数帯域幅Bとに対して与えられる
|mod(ΔF・i,(fs/2))−mod(ΔF・j,(fs/2))|≧Bの不等式が整数i(≦N)と整数j(≦N,≠i)との全ての対について成立する周波数fsに、サンプリング周波数が設定された
ことを特徴とするA/D変換装置。 - 請求項1または請求項2に記載のA/D変換装置において、
A/D変換の過程におけるエリアシングの下で生じた周波数軸上における順列の変化を補正するスペクトル補正手段を備えた
ことを特徴とするA/D変換装置。 - 複数Nの異なるサブキャリア中心周波数s1〜snの搬送波が個別に変調されることによって生成され、かつ周波数軸上で重ならないサブキャリア周波数帯域b1〜bnをそれぞれ有する信号からなるマルチキャリア信号をA/D変換するA/D変換方法であって、
前記周波数軸上における前記サブキャリア周波数帯域b1〜bn間の隙間が圧縮され、かつ前記A/D変換の過程で生じるエリアシングの下で前記サブキャリア周波数帯域b1〜bnの成分が重ならない周波数に前記A/D変換のサンプリング周波数fsが設定された
ことを特徴とするA/D変換方法。 - 複数Nの異なるサブキャリア中心周波数s1〜snの搬送波が個別に変調されることによって生成され、かつサブキャリア周波数帯域幅Bが共通であって占有帯域が周波数軸上に等しいサブキャリア間隔ΔFで配置されてなるマルチキャリア信号をA/D変換するA/D変換方法であって、
前記サブキャリア間隔ΔFと、前記複数Nと、前記サブキャリア周波数帯域幅Bとに対して与えられる
|mod(ΔF・i,fs)−mod(ΔF・j,fs)|≧B
の不等式が整数i(≦N)と整数j(≦N,≠i)との全ての対について成立する周波数fsにサンプリング周波数が設定された
ことを特徴とするA/D変換方法。 - 複数Nの異なるサブキャリア中心周波数s1〜snの搬送波が個別に変調されることによって生成され、かつ周波数軸上で重ならないサブキャリア周波数帯域b1〜bnをそれぞれ有する信号からなるマルチキャリア信号をA/D変換するA/D変換装置であって、
前記周波数軸上における前記サブキャリア周波数帯域b1〜bn間の隙間が圧縮され、かつ前記A/D変換の過程で生じるエリアシングの下で前記サブキャリア周波数帯域b1〜bnの成分が重ならない周波数に前記A/D変換のサンプリング周波数fsが設定されたA/D変換装置
を有するレーダー装置。 - 複数Nの異なるサブキャリア中心周波数s1〜snの搬送波が個別に変調されることによって生成され、かつサブキャリア周波数帯域幅Bが共通であって占有帯域が周波数軸上に等しいサブキャリア間隔ΔFで配置されてなるマルチキャリア信号をA/D変換するA/D変換装置であって、
前記サブキャリア間隔ΔFと、前記複数Nと、前記サブキャリア周波数帯域幅Bとに対して与えられる
|mod(ΔF・i,(fs/2))−mod(ΔF・j,(fs/2))|≧Bの不等式が整数i(≦N)と整数j(≦N,≠i)との全ての対について成立する周波数fsに、サンプリング周波数が設定されたA/D変換装置
を有するレーダー装置。 - 請求項6または請求項7に記載のレーダー装置において、
前記A/D変換装置は、
A/D変換の過程におけるエリアシングの下で生じた周波数軸上における順列の変化を補正するスペクトル補正手段を備えた
ことを特徴とするレーダー装置。 - 複数Nの異なるサブキャリア中心周波数s1〜snの搬送波が個別に変調されることによって生成され、かつ周波数軸上で重ならないサブキャリア周波数帯域b1〜bnをそれぞれ有する信号からなるマルチキャリア信号をA/D変換するA/D変換装置であって、
前記周波数軸上における前記サブキャリア周波数帯域b1〜bn間の隙間が圧縮され、かつ前記A/D変換の過程で生じるエリアシングの下で前記サブキャリア周波数帯域b1〜bnの成分が重ならない周波数に前記A/D変換のサンプリング周波数fsが設定され、前記マルチキャリア信号をA/D変換するAD変換部を有する
ことを特徴とするA/D変換装置。 - 複数Nの異なるサブキャリア中心周波数s1〜snの搬送波が個別に変調されることによって生成され、かつサブキャリア周波数帯域幅Bが共通であって占有帯域が周波数軸上に等しいサブキャリア間隔ΔFで配置されてなるマルチキャリア信号をA/D変換するA/D変換装置であって、
前記サブキャリア間隔ΔFと、前記複数Nと、前記サブキャリア周波数帯域幅Bとに対して与えられる
|mod(ΔF・i,(fs/2))−mod(ΔF・j,(fs/2))|≧Bの不等式が整数i(≦N)と整数j(≦N,≠i)との全ての対について成立する周波数fsに、サンプリング周波数が設定され、前記マルチキャリア信号をA/D変換するAD変換部を有する
ことを特徴とするA/D変換装置。
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