JP6954765B2 - Frequency measuring device, frequency measuring method, and program - Google Patents

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  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Description

本発明は、周波数計測装置、周波数計測方法、およびプログラムに関するものである。 The present invention relates to a frequency measuring device, a frequency measuring method, and a program.

周波数計測装置には、大きく分けて、アナログ回路により周波数計測を実現する方式(以下、アナログ方式)と、マイクロ波をデジタル変換した後に、FFT処理により周波数計測を実現する方式(以下、FFT方式)の2種がある。ここで、FFTは、Fast Fourier Transform、即ち高速フーリエ変換である。 Frequency measuring devices can be broadly divided into a method that realizes frequency measurement by an analog circuit (hereinafter, analog method) and a method that realizes frequency measurement by FFT processing after digitally converting microwaves (hereinafter, FFT method). There are two types. Here, FFT is a Fast Fourier Transform, that is, a Fast Fourier Transform.

図6にアナログ方式の周波数計測装置の例を示している。尚、特許文献1にもアナログ方式の例が引用されている。 FIG. 6 shows an example of an analog frequency measuring device. In addition, Patent Document 1 also cites an example of the analog method.

図6に示される、アナログ方式の周波数計測装置は、位相差が周波数に比例している(θ=2πfτ)ため、位相差の計測により周波数を計測している。ここで、θは位相差、fは周波数、τは遅延量、πは円周率である。 In the analog frequency measuring device shown in FIG. 6, since the phase difference is proportional to the frequency (θ = 2πfτ), the frequency is measured by measuring the phase difference. Here, θ is the phase difference, f is the frequency, τ is the delay amount, and π is the pi.

この様な回路を用いることで、マイクロ波受信信号(RF)を2分配して、遅延時間τだけ遅延した信号は、遅延前の信号の位相と同相成分と、遅延前の信号の位相と直交成分に分解することが出来る。直交成分に分解された信号は図中のAとBに現れる。 By using such a circuit, the microwave reception signal (RF) is divided into two, and the signal delayed by the delay time τ is orthogonal to the phase component of the signal before the delay and the phase of the signal before the delay. It can be decomposed into components. The signals decomposed into orthogonal components appear in A and B in the figure.

そして、次式を用いることで、遅延させた信号と遅延させていない信号との位相差の角度を求めることが出来る。次式でA、Bは信号AおよびBの振幅を示す。また、atanは三角関数の逆正接を表す。 Then, by using the following equation, the angle of the phase difference between the delayed signal and the undelayed signal can be obtained. In the following equation, A and B represent the amplitudes of the signals A and B. Also, atan represents the inverse tangent of trigonometric functions.

θ=atan(B/A)
この式からわかる様に、計測する最大周波数に(2π)を乗じた値よりτを大きく設定すると、位相角が2πを超えてしまうため、周波数の計測を誤ってしまう。従って、τは最大周波数に(2π)を乗じた値以下にしか設定できない。
θ = atan (B / A)
As can be seen from this equation, if τ is set larger than the value obtained by multiplying the maximum frequency to be measured by (2π), the phase angle exceeds 2π, and the frequency measurement is erroneous. Therefore, τ can be set only below the value obtained by multiplying the maximum frequency by (2π).

また、周波数に対する位相感度を高くするためには、τを大きくする必要がある。 Further, in order to increase the phase sensitivity with respect to the frequency, it is necessary to increase τ.

一方、特許文献2にも示されるFFT方式は、短パルス変調された信号を計測する場合、短時間毎に信号を切り出した後、FFT処理により計測する。 On the other hand, in the FFT method also shown in Patent Document 2, when measuring a short pulse-modulated signal, the signal is cut out every short time and then measured by FFT processing.

特開昭59−85964号公報JP-A-59-85964 特許第5777102号公報Japanese Patent No. 5777102

しかし、アナログ方式の周波数計測装置では、遅延τで理論上計測可能な最大周波数を実際に計測する周波数の上限に設定すると、充分な精度が得られない。そのため、τを大きくして、周波数に対する位相感度を上げた複数の系を設け、周波数弁別精度の向上を図る必要がある。 However, in the analog frequency measuring device, if the maximum frequency that can be theoretically measured by the delay τ is set to the upper limit of the frequency to be actually measured, sufficient accuracy cannot be obtained. Therefore, it is necessary to increase τ to provide a plurality of systems having increased phase sensitivity with respect to the frequency to improve the frequency discrimination accuracy.

更に、遅延回路を伝送線路で構成した場合、計測する周波数に対し充分な遅延量が得られず、安定した精度での周波数計測が難しいため、水晶振動子やSAW(surface acoustic wave;表面弾性波)素子等を利用したデバイスが必須となる。これらのデバイスを遅延回路に用いる場合、位相対周波数の直線性が計測精度に大きく依存することに問題がある。また、これらのデバイスの温度変動に対する安定度も問題となる。 Furthermore, when the delay circuit is composed of a transmission line, a sufficient amount of delay cannot be obtained for the frequency to be measured, and it is difficult to measure the frequency with stable accuracy. Therefore, a crystal oscillator or SAW (surface acoustic wave) is used. ) A device that uses elements, etc. is essential. When these devices are used in a delay circuit, there is a problem that the linearity of phase vs. frequency largely depends on the measurement accuracy. The stability of these devices against temperature fluctuations is also an issue.

そのため、周波数計測装置の用途に応じてデバイスを選定し、周波数計測装置の計測する周波数や設置環境等を制限する必要があるという問題があった。 Therefore, there is a problem that it is necessary to select a device according to the application of the frequency measuring device and limit the frequency measured by the frequency measuring device, the installation environment, and the like.

一方、FFT方式の周波数計測装置では、FFT処理による周波数の精度は、信号の切り出し時間、切り出しタイミング、FFT処理の長さ、および適応する窓関数等に依存する。そのため、計測しようとする短パルス変調されたマイクロ波を想定した上で、各々の設定を行う必要があり、設定を調整する時間も掛かるという問題があった。 On the other hand, in the FFT type frequency measuring device, the accuracy of the frequency by the FFT processing depends on the signal cutting time, the cutting timing, the length of the FFT processing, the applicable window function, and the like. Therefore, it is necessary to make each setting after assuming a short pulse-modulated microwave to be measured, and there is a problem that it takes time to adjust the setting.

本発明の目的は、上述した問題を鑑み、短パルス変調されたマイクロ波の周波数を、安定した精度で短時間に計測する周波数計測装置、周波数計測方法、およびプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a frequency measuring device, a frequency measuring method, and a program for measuring the frequency of a short pulse-modulated microwave with stable accuracy in a short time in view of the above-mentioned problems.

上記の目的を達成するために、本発明の周波数計測装置は、第1の周期でサンプリングされた短パルス変調信号を2つの直交位相成分に分離する位相検波回路と、前記短パルス変調信号のパルスを検出するパルス検出回路と、前記直交位相成分から位相角を算出し、前記パルスが立上る第1の時刻の第1の位相角と、前記第1の時刻に前記第1の周期を加えた第2の時刻の第2の位相角と、前記第1の周期とから第2の周期を算出し、前記第2の周期を前記第1の周期で除した商に前記第1の周期を乗じた第1の時間と前記第2の時刻を加算した第3の時刻が、前記パルスが立下がる第4の時刻以降であれば前記第3の時刻における第3の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第4の時刻が前記第3の時刻より前であれば前記第4の時刻における第4の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第3の周期の逆数を周波数として算出する制御部とを備える。 In order to achieve the above object, the frequency measuring device of the present invention includes a phase detection circuit that separates a short pulse modulated signal sampled in the first period into two orthogonal phase components, and a pulse of the short pulse modulated signal. The phase angle was calculated from the pulse detection circuit for detecting the above and the orthogonal phase component, and the first phase angle at the first time when the pulse rises and the first period were added to the first time. The second cycle is calculated from the second phase angle of the second time and the first cycle, and the quotient obtained by dividing the second cycle by the first cycle is multiplied by the first cycle. If the third time obtained by adding the first time and the second time is after the fourth time when the pulse falls, the third phase angle and the second phase at the third time The third period is calculated from the angle and the first time, and if the fourth time is before the third time, the fourth phase angle and the second phase angle at the fourth time are calculated. And a control unit that calculates a third cycle from the first time and calculates the inverse of the third cycle as a frequency.

上記の目的を達成するために、本発明の周波数計測方法は、第1の周期でサンプリングされた短パルス変調信号を2つの直交位相成分に分離し、前記短パルス変調信号のパルスを検出し、前記直交位相成分から位相角を算出し、前記パルスが立上る第1の時刻の第1の位相角と、前記第1の時刻に前記第1の周期を加えた第2の時刻の第2の位相角と、前記第1の周期とから第2の周期を算出し、前記第2の周期を前記第1の周期で除した商に前記第1の周期を乗じた第1の時間と前記第2の時刻を加算した第3の時刻が、前記パルスが立下がる第4の時刻以降であれば前記第3の時刻における第3の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第4の時刻が前記第3の時刻より前であれば前記第4の時刻における第4の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第3の周期の逆数を周波数として算出する。 In order to achieve the above object, the frequency measurement method of the present invention separates the short pulse modulated signal sampled in the first period into two orthogonal phase components, detects the pulse of the short pulse modulated signal, and detects the pulse of the short pulse modulated signal. The phase angle is calculated from the orthogonal phase component, and the first phase angle at the first time when the pulse rises and the second phase at the second time obtained by adding the first period to the first time. The second period is calculated from the phase angle and the first period, and the quotient obtained by dividing the second period by the first period is multiplied by the first period to obtain the first time and the first period. If the third time obtained by adding the two times is after the fourth time when the pulse falls, the third phase angle at the third time, the second phase angle, and the first time The third period is calculated, and if the fourth time is before the third time, the fourth phase angle at the fourth time, the second phase angle, and the first time are used. The period of 3 is calculated, and the inverse of the third period is calculated as the frequency.

上記の目的を達成するために、本発明のプログラムは、第1の周期でサンプリングされた後に2つの直交位相成分に分離された短パルス変調信号の、前記直交位相成分から位相角を算出し、前記短パルス変調信号のパルスが立上る第1の時刻の前記位相角と、前記第1の時刻に前記第1の周期を加えた第2の時刻の前記位相角と、前記第1の周期とから第2の周期を算出し、前記第2の周期を前記第1の周期で除した商に前記第1の周期を乗じた第1の時間と前記第2の時刻を加算した第3の時刻が、前記パルスが立下がる第4の時刻以降であれば前記第3の時刻における第3の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第4の時刻が前記第3の時刻より前であれば前記第4の時刻における第4の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第3の周期の逆数を周波数として算出することをコンピュータに実行させる。 In order to achieve the above object, the program of the present invention calculates the phase angle from the orthogonal phase component of the short pulse modulated signal separated into two orthogonal phase components after being sampled in the first period. The phase angle at the first time when the pulse of the short pulse modulated signal rises, the phase angle at the second time obtained by adding the first period to the first time, and the first period. The second time is calculated from the above, and the quotient obtained by dividing the second cycle by the first cycle is multiplied by the first cycle, and the first time and the second time are added to the third time. However, if it is after the fourth time when the pulse falls, the third period is calculated from the third phase angle at the third time, the second phase angle, and the first time, and the third period is calculated. If the time 4 is before the third time, the third period is calculated from the fourth phase angle, the second phase angle, and the first time at the fourth time, and the third period is calculated. Have the computer perform the calculation of the inverse of the period of.

本発明によれば、周波数計測装置、周波数計測方法、およびプログラムは、短パルス変調されたマイクロ波の周波数を、安定した精度で短時間に計測可能にする。 According to the present invention, a frequency measuring device, a frequency measuring method, and a program enable measurement of a short pulse-modulated microwave frequency with stable accuracy and in a short time.

第1の実施形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the 1st Embodiment. 第2の実施形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the 2nd Embodiment. 第2の実施形態の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the 2nd Embodiment. 第2の実施形態の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the 2nd Embodiment. 第2の実施形態の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the 2nd Embodiment. 第2の実施形態の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the 2nd Embodiment. 関連技術の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the related technology.

[第1の実施形態]
本実施形態の周波数計測装置10は、位相検波回路11、パルス検出回路12、および制御部13によって構成される。
[First Embodiment]
The frequency measuring device 10 of the present embodiment includes a phase detection circuit 11, a pulse detection circuit 12, and a control unit 13.

位相検波回路11は、第1の周期でサンプリングされた短パルス変調信号を2つの直交位相成分に分離する。 The phase detection circuit 11 separates the short pulse modulation signal sampled in the first period into two quadrature phase components.

パルス検出回路12は、前記短パルス変調信号のパルスを検出する。 The pulse detection circuit 12 detects the pulse of the short pulse modulation signal.

また、制御部13は、前記直交位相成分から位相角を算出し、前記パルスが立上る第1の時刻の第1の位相角と、前記第1の時刻に前記第1の周期を加えた第2の時刻の第2の位相角と、前記第1の周期とから第2の周期を算出する。また、制御部13は、前記第2の周期を前記第1の周期で除した商に前記第1の周期を乗じた第1の時間と前記第2の時刻を加算した第3の時刻とする。そして、制御部13は、前記パルスが立下がる第4の時刻以降であれば前記第3の時刻における第3の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出する。更に、制御部13は、前記第4の時刻が前記第3の時刻より前であれば前記第4の時刻における第4の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第3の周期の逆数を周波数として算出する。 Further, the control unit 13 calculates the phase angle from the quadrature phase component, adds the first phase angle at the first time when the pulse rises, and the first period added to the first time. The second period is calculated from the second phase angle at the time of 2 and the first period. Further, the control unit 13 sets the quotient obtained by dividing the second cycle by the first cycle as the third time obtained by multiplying the quotient by the first cycle and adding the second time to the first time. .. Then, the control unit 13 sets the third phase angle, the second phase angle, and the first to third cycles at the third time after the fourth time when the pulse falls. calculate. Further, if the fourth time is before the third time, the control unit 13 may use the fourth phase angle at the fourth time, the second phase angle, and the first to third times. Is calculated, and the reciprocal of the third cycle is calculated as the frequency.

本実施形態の周波数計測装置10は、前述のアナログ方式の周波数計測装置のように、周波数弁別精度の向上のために複数の系を設ける必要がない。 The frequency measuring device 10 of the present embodiment does not need to be provided with a plurality of systems in order to improve the frequency discrimination accuracy as in the analog type frequency measuring device described above.

更に、前述のFFT方式の周波数計測装置のように、計測しようとする短パルス変調されたマイクロ波を想定した上でFFT処理の設定を行う必要がなく、設定に要する時間も不要である。 Further, unlike the above-mentioned FFT type frequency measuring device, it is not necessary to set the FFT process on the assumption of the short pulse-modulated microwave to be measured, and the time required for the setting is also unnecessary.

この様にすることで、本実施形態の周波数計測装置10は、短パルス変調されたマイクロ波の周波数を、安定した精度で短時間に計測することが可能である。
[第2の実施形態]
次に、本発明の実施の形態について図2乃至図5を参照して詳細に説明する。
[構成の説明]
図2に第2の実施形態の構成例を示す。
By doing so, the frequency measuring device 10 of the present embodiment can measure the frequency of the short pulse-modulated microwave with stable accuracy in a short time.
[Second Embodiment]
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5.
[Description of configuration]
FIG. 2 shows a configuration example of the second embodiment.

周波数計測装置20は、A/D変換部21、クロック(clock)22、位相検波回路23、1cp遅延回路24、ncp遅延回路25、パルス立下り検出回路26、出力部27、および制御部28によって構成される。 The frequency measuring device 20 is composed of an A / D conversion unit 21, a clock 22, a phase detection circuit 23, a 1 cp delay circuit 24, an ncp delay circuit 25, a pulse fall detection circuit 26, an output unit 27, and a control unit 28. It is composed.

A/D変換部21は、アナログ信号のパルスをデジタル信号に変換する変換回路を含む。クロック22は、A/D変換部21のサンプリング(sampling)周期で信号を発生する、水晶振動子などを用いて実現される計時手段である。クロックの1周期、即ち1クロックパルス(clock pulse)は、ナイキストの定理により、周波数計測装置20が計測しようとする被測定波形の周期の4分の1より小さい値とする。 The A / D conversion unit 21 includes a conversion circuit that converts a pulse of an analog signal into a digital signal. The clock 22 is a time measuring means realized by using a crystal oscillator or the like that generates a signal in the sampling period of the A / D converter 21. According to Nyquist's theorem, one cycle of the clock, that is, one clock pulse, is set to a value smaller than one-fourth of the period of the waveform to be measured to be measured by the frequency measuring device 20.

位相検波回路23は、入力信号を同相信号(I;in-phase signal)と直交信号(Q;quadrature signal)に分解して出力するための、一般的に用いられる位相検波回路であり、特許文献、特開平8−237313号公報などにも示されている。 The phase detection circuit 23 is a commonly used phase detection circuit for decomposing an input signal into an in-phase signal (I) and a quadrature signal (Q) and outputting the signal. It is also shown in the literature, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-237313, and the like.

1cp遅延回路24は、制御部28の指示があるとクロックの1周期の時間、即ち1クロックパルス(clock pulse)に相当する時間、入力波形を遅延して出力する遅延回路である。ncp遅延回路25は、制御部28の指示があるとnクロックパルスに相当する時間、入力波形を遅延して出力する遅延回路である。ここで、nは制御部28から指示される自然数である。また、1cp遅延回路24および、ncp遅延回路25は、一般的に用いられている遅延回路であり、特許文献、特開2017−73746号公報などにも示されている。 The 1cp delay circuit 24 is a delay circuit that delays and outputs an input waveform for one cycle of the clock, that is, a time corresponding to one clock pulse when instructed by the control unit 28. The ncp delay circuit 25 is a delay circuit that delays and outputs an input waveform for a time corresponding to an n clock pulse when instructed by the control unit 28. Here, n is a natural number instructed by the control unit 28. Further, the 1 cp delay circuit 24 and the ncp delay circuit 25 are generally used delay circuits, and are also shown in Patent Documents, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-73746 and the like.

尚、1cp遅延回路24は、第1の遅延回路と称してもよい。また、ncp遅延回路25は、第2の遅延回路と称してもよい。 The 1 cp delay circuit 24 may be referred to as a first delay circuit. Further, the ncp delay circuit 25 may be referred to as a second delay circuit.

パルス立下り検出回路26は、A/D変換部16の出力波形の検知回路を含み、パルス波形の立下りの時刻を検出して制御部28に通知する信号を発信する。 The pulse fall detection circuit 26 includes a detection circuit for the output waveform of the A / D conversion unit 16, and transmits a signal for detecting the fall time of the pulse waveform and notifying the control unit 28.

出力部27は、制御部28が計測した被測定波形の周波数を出力する手段であり、液晶表示によって周波数を表示する手段であってもよく、他の装置に周波数を通知する信号を発信する手段であってもよい。 The output unit 27 is a means for outputting the frequency of the waveform to be measured measured by the control unit 28, may be a means for displaying the frequency by a liquid crystal display, and is a means for transmitting a signal for notifying the frequency to another device. It may be.

制御部28は、CPU(Central Processing Unit;中央処理装置)を含み、周波数計測装置20のハードウェアを制御し、ソフトウェア処理を行う。
[動作の説明]
次に本実施形態の動作について図3乃至図6を参照して説明する。
The control unit 28 includes a CPU (Central Processing Unit), controls the hardware of the frequency measuring device 20, and performs software processing.
[Explanation of operation]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 6.

図3の(1)は、本実施形態の周波数計測装置20が計測しようとする、被測定波形を表していて、横軸は時間軸で右方向が時間の経過を示す。そして、被測定波形の周期はTであり、周波数計測装置20はTの値を計測することを目的とする。 FIG. 3 (1) represents the waveform to be measured that the frequency measuring device 20 of the present embodiment intends to measure, the horizontal axis is the time axis, and the right direction is the passage of time. The period of the waveform to be measured is T, and the frequency measuring device 20 aims to measure the value of T.

また、図3に示すクロック波形はクロック22が発生する信号の波形で、クロック波形の周期tcは、A/D変換部21のサンプリング周期と一致する。前述の様に、tcはナイキストの定理により、被測定波形の周期Tの1/4以下に設定される。 Further, the clock waveform shown in FIG. 3 is a waveform of a signal generated by the clock 22, and the period tc of the clock waveform coincides with the sampling period of the A / D conversion unit 21. As described above, tk is set to 1/4 or less of the period T of the waveform to be measured according to Nyquist's theorem.

また、tcを第1の周期と称してもよい。 Further, tc may be referred to as a first cycle.

次に、図6を参照して、周波数計測装置20の動作を説明する。 Next, the operation of the frequency measuring device 20 will be described with reference to FIG.

はじめに、制御部28は、時刻t=t0に位相検波回路23の出力である、It0とQt0の電圧を検知する(S101)。 First, the control unit 28 detects the voltages of It0 and Qt0, which are the outputs of the phase detection circuit 23, at time t = t0 (S101).

時刻t0を第1の時刻と称してもよい。 The time t0 may be referred to as the first time.

ステップS101と同時に制御部28は、1cp遅延回路24に対して時間tcだけ遅延した波形を出力することを指示する信号を発信する。 At the same time as step S101, the control unit 28 transmits a signal instructing the 1 cp delay circuit 24 to output a waveform delayed by a time tk.

1cp遅延回路24は、t=t0に対して時間tcだけ入力波形を遅延する(S102)。 The 1cp delay circuit 24 delays the input waveform by time ct with respect to t = t0 (S102).

制御部28は、ステップS101で検知したIt0とQt0に基づいて、次式に従って位相角θt0を算出する(S103)。 The control unit 28 calculates the phase angle θt0 according to the following equation based on It0 and Qt0 detected in step S101 (S103).

θt0=atan(Qt0/It0)
ここで、atanは、三角関数の逆正接を表す。
θt0 = atan (Qt0 / It0)
Here, atan represents the inverse tangent of trigonometric functions.

図4は、横軸を同相成分I、縦軸を直交成分Qとして、原点を中心として波形の位相が太い矢印の方向に回転する様子を示している。 FIG. 4 shows a state in which the phase of the waveform rotates in the direction of a thick arrow about the origin, with the horizontal axis as the in-phase component I and the vertical axis as the orthogonal component Q.

θ0は第1の位相角と称してもよい。 θ0 may be referred to as a first phase angle.

ステップS104で、制御部28は、1cp遅延回路24から出力が開始された時点の、ItcとQtcの電圧を検知する(S104)。この時の時刻tは、t=(t0+tc)である。 In step S104, the control unit 28 detects the voltages of Itc and Qtc at the time when the output is started from the 1 cp delay circuit 24 (S104). The time t at this time is t = (t0 + tk).

時刻t=(t0+tc)を第2の時刻と称してもよい。 The time t = (t0 + tc) may be referred to as the second time.

制御部28は、ステップS103で検知したItcとQtcに基づいて、次式に従って位相角θtcを算出する(S105)。 The control unit 28 calculates the phase angle θtc according to the following equation based on the Itc and Qtc detected in step S103 (S105).

θtc=atan(Qtc/Itc)
θtcは、第2の位相角と称してもよい。
θtc = atan (Qtc / Itc)
θtc may be referred to as a second phase angle.

次に、制御部28は、ステップS103で算出したθt0と、ステップS105で算出したθtcと、時間tcに基づいて次式に従って周期T1を算出する(S106)。 Next, the control unit 28 calculates the period T1 according to the following equation based on the θt0 calculated in step S103, the θtc calculated in step S105, and the time ct (S106).

T1=2・π・tc/(θtc−θt0)
ここで求めた周期T1は、被測定波形の位相が、1クロックパルスの間、即ち、時間tcの間に回転する位相角から求めたものであり、誤差が大きい。
T1 = 2 · π · tc / (θtc-θt0)
The period T1 obtained here is obtained from the phase angle at which the phase of the waveform to be measured rotates during one clock pulse, that is, during the time tc, and has a large error.

T1は、第2の周期と称してもよい。 T1 may be referred to as a second cycle.

次に、制御部28は、ステップS106で算出した周期T1を時間tcで除して、商の値をnとする。 Next, the control unit 28 divides the period T1 calculated in step S106 by the time tc, and sets the quotient value to n.

更に、制御部28は、ncp遅延回路25に対して、入力波形をtcのn倍の時間だけ入力波形を遅延する様に指示する(S107)。 Further, the control unit 28 instructs the ncp delay circuit 25 to delay the input waveform by n times tc (S107).

また、制御部28は、tcのn倍をtnと設定する(tn=tc×n)(S108)。 Further, the control unit 28 sets n times of tc as tn (tun = tk × n) (S108).

tnは、第1の時間と称してもよい。 tn may be referred to as the first time.

ステップS109で、制御部28は、パルス立下り検出回路26がパルスの立下りが検出されているかどうかを判断する(S109)。 In step S109, the control unit 28 determines whether or not the pulse fall detection circuit 26 has detected the pulse fall (S109).

ステップS109で、パルスが検出される場合とは図4の様に被測定波形(A)のパルス幅Tpが、搬送波の周期T以下の場合である。 The case where the pulse is detected in step S109 is the case where the pulse width Tp of the waveform to be measured (A) is equal to or less than the period T of the carrier wave as shown in FIG.

また、ステップS109で、パルスが検出されない場合とは図3の様に被測定波形(A)のパルス幅Tpが、搬送波の周期Tより大きい場合である。 Further, in step S109, the case where the pulse is not detected is the case where the pulse width Tp of the waveform to be measured (A) is larger than the period T of the carrier wave as shown in FIG.

ステップS109で、パルスの立下りが検出されると(S109でY)、ステップS115にすすむ。 When the falling edge of the pulse is detected in step S109 (Y in S109), the process proceeds to step S115.

ステップS109で、パルスの立下りが検出されなければ(S109でN)、ステップS110にすすむ。 If the fall of the pulse is not detected in step S109 (N in S109), the process proceeds to step S110.

ステップS110で、制御部28は、時間がtn経過したかどうかを判断する(S110)。 In step S110, the control unit 28 determines whether or not the time has elapsed (S110).

ステップS110の判断に用いたtnに基づいて、時刻t=(t0+tc+tn)を第3の時刻と称してもよい。 Based on the tn used in the determination in step S110, the time t = (t0 + tc + tun) may be referred to as a third time.

ステップS110で、時間がtn経過したと判断されると(S110でY)、ステップS111にすすむ。 If it is determined in step S110 that the time has elapsed (Y in S110), the process proceeds to step S111.

ステップS110で、時間がtn経過していないと判断されると(S110でN)、ステップS109に戻る。 If it is determined in step S110 that the time has not elapsed (N in S110), the process returns to step S109.

ステップS111で、制御部28は、ncp遅延回路25から出力が開始された時点の、ItnとQtnの電圧を検知する(S111)。この時の時刻tは、t=t0+tc+tnである。 In step S111, the control unit 28 detects the voltages of Itn and Qtn at the time when the output is started from the ncp delay circuit 25 (S111). The time t at this time is t = t0 + tc + tn.

ステップS112では、ステップS111またはステップS111で検知したItnとQtnに基づいて、次式に従って位相角θtnを算出する(S112)。 In step S112, the phase angle θtn is calculated according to the following equation based on Itn and Qtn detected in step S111 or step S111 (S112).

θtn=atan(Qtn/Itn)
ステップS110、ステップS111に続いてステップS112を実行する場合、θtnは、第3の位相角と称してもよい。
θtn = atan (Qtn / Itn)
When step S112 is executed following step S110 and step S111, θtn may be referred to as a third phase angle.

また、ステップS116、ステップS111に続いてステップS112を実行する場合、θnは、第4の位相角と称してもよい。 Further, when step S112 is executed following step S116 and step S111, θ t n may be referred to as a fourth phase angle.

次に、制御部28は、ステップS105で算出したθtcと、ステップS113で算出したθtnと、時間tnに基づいて次式に従って周期T2、および周波数fを算出する(S113)。 Next, the control unit 28 calculates the period T2 and the frequency f according to the following equation based on the θtc calculated in step S105, the θtn calculated in step S113, and the time tun (S113).

T2=2・π・tn/(θtc−θtn)
f=1/T2
T2は、第3の周期と称してもよい。
T2 = 2 · π · tn / (θtc−θtn)
f = 1 / T2
T2 may be referred to as a third cycle.

ここで、θtnは、時間tnの間にθtcから1回転未満、ほぼ1回転して、θt0とθtcの間の角度にある。式で示すと次式となる。 Here, θtn is at an angle between θt0 and θtc, making less than one rotation from θtc, approximately one rotation, during the time tun. Expressed as an equation, it becomes the following equation.

(θt0+2・π)<θtn<(θtc+2・π)
ステップS112で求めたT2は、被測定波形のほぼ1周期分の時間における、位相角の変化量から被測定波形の周期を計算した値である。一方、ステップS106で求めたT1は、1クロックパルスに相当する極めて短い時間における、位相角の変化量から被測定波形の周期を計算した値である。
(Θt0 + 2 ・ π) <θtn <(θtc + 2 ・ π)
T2 obtained in step S112 is a value obtained by calculating the period of the waveform to be measured from the amount of change in the phase angle in a time of about one cycle of the waveform to be measured. On the other hand, T1 obtained in step S106 is a value obtained by calculating the period of the waveform to be measured from the amount of change in the phase angle in an extremely short time corresponding to one clock pulse.

従って、T2の精度はT1の精度と比べて精密な値である。 Therefore, the accuracy of T2 is a more precise value than the accuracy of T1.

尚、遅延時間tnを周期T1と無関係に長い時間とすると、tnの間に何周期分の位相変化があったか判別できず、周波数計測を誤ってしまう。また、tnをT1の2倍以上の整数倍にすると、θtc−θtnが何周期分の位相変化によって生じた位相差かが不明になり、周波数計測を誤ってしまう。 If the delay time nt is set to a long time regardless of the period T1, it is not possible to determine how many periods of phase change have occurred during tun, and frequency measurement is erroneous. Further, when tn is set to an integral multiple of twice or more of T1, it becomes unclear how many cycles of phase change θtc−θtn causes, and frequency measurement is erroneous.

そのため、本実施形態では、まず短い時間tcの間の位相変化から粗い測定として周期T1を求め、次に、周期T1の遅延によって、精密な周波数計測を実現している。 Therefore, in the present embodiment, the period T1 is first obtained as a rough measurement from the phase change during a short time tc, and then the precise frequency measurement is realized by the delay of the period T1.

ステップS114で、制御部28は、出力部27に周波数fを出力する(S114)。 In step S114, the control unit 28 outputs the frequency f to the output unit 27 (S114).

ステップS115では、制御部28は、時刻t0から起算してステップS109でパルスの立下りを検出した時点の時刻をtfとして、tfをtcで除した結果の商をnとして改めて設定する。そして、制御部28は、ncp遅延回路25に対して、入力波形をtcのn倍の時間だけ入力波形を遅延する様に指示する(S115)。 In step S115, the control unit 28 again sets the time at the time when the fall of the pulse is detected in step S109 starting from the time t0 as tf, and the quotient of the result obtained by dividing tf by tc as n. Then, the control unit 28 instructs the ncp delay circuit 25 to delay the input waveform by n times tc (S115).

尚、tfを第4の時刻と称してもよい。 In addition, tf may be referred to as a fourth time.

ステップS116では、制御部28は、tcのn倍をtnと設定する(tn=tc×n)(S116)。 In step S116, the control unit 28 sets n times tc as tun (tun = tk × n) (S116).

以上説明した様に、本実施形態の周波数計測装置20は、前述のアナログ方式の周波数計測装置のように、周波数弁別精度の向上のために複数の系を設ける必要がない。 As described above, the frequency measuring device 20 of the present embodiment does not need to be provided with a plurality of systems in order to improve the frequency discrimination accuracy as in the analog type frequency measuring device described above.

更に、前述のFFT方式の周波数計測装置のように、計測しようとする短パルス変調されたマイクロ波を想定した上でFFT処理の設定を行う必要がなく、設定に要する時間も不要である。 Further, unlike the above-mentioned FFT type frequency measuring device, it is not necessary to set the FFT process on the assumption of the short pulse-modulated microwave to be measured, and the time required for the setting is also unnecessary.

この様にして、本実施形態の周波数計測装置20は、短パルス変調されたマイクロ波の周波数を、安定した精度で短時間に計測することが可能である。 In this way, the frequency measuring device 20 of the present embodiment can measure the frequency of the short pulse-modulated microwave with stable accuracy in a short time.

また、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給される場合にも適用可能である。 The present invention is also applicable when the information processing program that realizes the functions of the embodiment is directly or remotely supplied to the system or device.

10 周波数計測装置
11 位相検波回路
12 パルス検出回路
13 制御部
16 変換部
20 周波数計測装置
21 変換部
22 クロック
23 位相検波回路
24 遅延回路
25 遅延回路
26 検出回路
27 出力部
28 制御部
10 Frequency measurement device 11 Phase detection circuit 12 Pulse detection circuit 13 Control unit 16 Conversion unit 20 Frequency measurement device 21 Conversion unit 22 Clock 23 Phase detection circuit 24 Delay circuit 25 Delay circuit 26 Detection circuit 27 Output unit 28 Control unit

Claims (4)

第1の周期でサンプリングされた短パルス変調信号を2つの直交位相成分に分離する位相検波回路と、
前記短パルス変調信号のパルスを検出するパルス検出回路と、
前記直交位相成分から位相角を算出し、前記パルスが立上る第1の時刻の第1の位相角と、前記第1の時刻に前記第1の周期を加えた第2の時刻の第2の位相角と、前記第1の周期とから第2の周期を算出し、前記第2の周期を前記第1の周期で除した商に前記第1の周期を乗じた第1の時間と前記第2の時刻を加算した第3の時刻が、前記パルスが立下がる第4の時刻より前であれば前記第3の時刻における第3の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第4の時刻が前記第3の時刻以前であれば前記第4の時刻における第4の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第3の周期の逆数を周波数として算出する制御部とを備える周波数計測装置。
A phase detection circuit that separates the short pulse modulation signal sampled in the first period into two quadrature phase components,
A pulse detection circuit that detects the pulse of the short pulse modulation signal and
The phase angle is calculated from the orthogonal phase component, and the first phase angle at the first time when the pulse rises and the second phase at the second time obtained by adding the first period to the first time. The second period is calculated from the phase angle and the first period, and the quotient obtained by dividing the second period by the first period is multiplied by the first period to obtain the first time and the first period. If the third time obtained by adding the two times is before the fourth time when the pulse falls, the third phase angle at the third time, the second phase angle, and the first time The third period is calculated from the above, and if the fourth time is before the third time, the fourth phase angle at the fourth time, the second phase angle, and the first time are used. A frequency measuring device including a control unit that calculates a cycle of 3 and calculates the inverse of the third cycle as a frequency.
第1の周期でサンプリングされた短パルス変調信号を2つの直交位相成分に分離する位相検波回路と、
前記短パルス変調信号のパルスを検出するパルス検出回路と、
前記位相検波回路の出力波形を前記第1の周期だけ遅延して出力する第1の遅延回路と、
前記第1の遅延回路の出力波形を遅延して出力する第2の遅延回路と、
前記直交位相成分から位相角を算出し、前記パルスが立上る第1の時刻の第1の位相角と、前記第1の遅延回路から第2の時刻に出力開始された波形の第2の位相角と、前記第1の周期とから第2の周期を算出し、第2の遅延回路に対して、前記第2の周期を前記第1の周期で除した商に前記第1の周期を乗じた第1の時間と前記第2の時刻を加算した第3の時刻に出力開始する様に指示し、前記第3の時刻が前記パルスが立下がる第4の時刻より前であれば前記第3の時刻における第3の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第4の時刻が前記第3の時刻以前であれば前記第4の時刻に第2の遅延回路から出力開始となる様に指示し、前記第4の時刻における第4の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、前記第3の周期の逆数を周波数として算出する制御部とを備えることを特徴とする周波数計測装置。
A phase detection circuit that separates the short pulse modulation signal sampled in the first period into two quadrature phase components,
A pulse detection circuit that detects the pulse of the short pulse modulation signal and
A first delay circuit that outputs the output waveform of the phase detection circuit with a delay of the first cycle, and a first delay circuit.
A second delay circuit that delays and outputs the output waveform of the first delay circuit, and
The phase angle is calculated from the orthogonal phase component, the first phase angle at the first time when the pulse rises, and the second phase of the waveform whose output is started at the second time from the first delay circuit. The second cycle is calculated from the angle and the first cycle, and the quotient obtained by dividing the second cycle by the first cycle is multiplied by the first cycle for the second delay circuit. The output is instructed to start at the third time obtained by adding the first time and the second time, and if the third time is before the fourth time when the pulse falls, the third time is described. The third period is calculated from the third phase angle, the second phase angle, and the first time at the time of, and if the fourth time is before the third time, the fourth time. second instructing so as to be output starting from the delay circuit calculates a third period from the fourth phase angle between the second phase angle said first time in the fourth time in the A frequency measuring device including a control unit that calculates the inverse number of the third cycle as a frequency.
第1の周期でサンプリングされた短パルス変調信号を2つの直交位相成分に分離し、
前記短パルス変調信号のパルスを検出し、
前記直交位相成分から位相角を算出し、前記パルスが立上る第1の時刻の第1の位相角と、前記第1の時刻に前記第1の周期を加えた第2の時刻の第2の位相角と、前記第1の周期とから第2の周期を算出し、
前記第2の周期を前記第1の周期で除した商に前記第1の周期を乗じた第1の時間と前記第2の時刻を加算した第3の時刻が、前記パルスが立下がる第4の時刻より前であれば前記第3の時刻における第3の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、
前記第4の時刻が前記第3の時刻以前であれば前記第4の時刻における第4の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、
前記第3の周期の逆数を周波数として算出することを特徴とする周波数計測方法。
The short pulse modulation signal sampled in the first period is separated into two quadrature phase components.
The pulse of the short pulse modulation signal is detected,
The phase angle is calculated from the orthogonal phase component, and the first phase angle at the first time when the pulse rises and the second phase at the second time obtained by adding the first period to the first time. The second period is calculated from the phase angle and the first period.
The fourth time at which the pulse falls is the third time obtained by adding the first time obtained by multiplying the quotient obtained by dividing the second cycle by the first cycle by the first cycle and the second time. If it is before the time of, the third period is calculated from the third phase angle at the third time, the second phase angle, and the first time.
If the fourth time is before the third time, the third period is calculated from the fourth phase angle, the second phase angle, and the first time at the fourth time.
A frequency measurement method characterized in that the reciprocal of the third cycle is calculated as a frequency.
第1の周期でサンプリングされた後に2つの直交位相成分に分離された短パルス変調信号の、前記直交位相成分から位相角を算出し、前記短パルス変調信号のパルスが立上る第1の時刻の第1の位相角と、前記第1の時刻に前記第1の周期を加えた第2の時刻の第2の位相角と、前記第1の周期とから第2の周期を算出し、
前記第2の周期を前記第1の周期で除した商に前記第1の周期を乗じた第1の時間と前記第2の時刻を加算した第3の時刻が、前記パルスが立下がる第4の時刻より前であれば前記第3の時刻における第3の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、
前記第4の時刻が前記第3の時刻以前であれば前記第4の時刻における第4の位相角と前記第2の位相角と前記第1の時間から第3の周期を算出し、
前記第3の周期の逆数を周波数として算出することをコンピュータに実行させるプログラム。
The phase angle is calculated from the orthogonal phase component of the short pulse modulated signal separated into two orthogonal phase components after being sampled in the first period, and the pulse of the short pulse modulated signal rises at the first time. The second period is calculated from the first phase angle, the second phase angle of the second time obtained by adding the first period to the first time, and the first period.
The fourth time at which the pulse falls is the third time obtained by adding the first time obtained by multiplying the quotient obtained by dividing the second cycle by the first cycle by the first cycle and the second time. If it is before the time of, the third period is calculated from the third phase angle at the third time, the second phase angle, and the first time.
If the fourth time is before the third time, the third period is calculated from the fourth phase angle, the second phase angle, and the first time at the fourth time.
A program that causes a computer to calculate the reciprocal of the third cycle as a frequency.
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