JPH08211111A - 信号解析装置とその信号解析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周期性被変調波の入力信号を小規模なＦＦＴ
処理回路で短時間に周波数解析が可能な信号解析装置を
得ることを目的とする。 【構成】 周期性被変調波の入力信号と位相基準となる
参照信号とをそれぞれＡ／Ｄ変換した後、上記入力信号
のベースバンド成分を抽出するディジタル同期検波回路
３と、上記同期検波後の時系列データを既知の変調信号
の基本周期毎に分割するデータ分割回路４と、上記の分
割された上記時系列データの起点を揃え基本周期内の同
時刻に相当するデータからなるデータ列に配列変更する
データ配列変更処理回路５と、上記の再配列された各デ
ータ列の周波数成分を求めるＦＦＴ処理回路６ａと、上
記ＦＦＴ処理回路出力の周波数成分について所望の周波
数解析を行う周波数解析回路７ａとを備えたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は周期性被変調波を入力
信号としその信号解析を行う信号解析装置及び信号解析
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７はこの種の従来知られている信号解
析装置の構成ブロック図である。図において、１ａ，１
ｂはそれぞれ入力信号と位相基準となる参照信号の不要
な高周波成分を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、
２ａ，２ｂはそれぞれ上記１ａ，１ｂの低域通過フィル
タのアナログ出力信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換回
路、３は上記入力信号のベースバンド信号を抽出するデ
ィジタル同期検波回路、６ｂは上記同期検波後のベース
バンド信号の周波数成分を算出する高速フーリエ変換
（以下、ＦＦＴと呼ぶ）処理回路、７ｂは上記ＦＦＴ処
理回路６ｂで算出した周波数成分について所望の信号抽
出や周波数測定を行う周波数解析回路、８は上記入力信
号と参照信号の時間差を調整する遅延回路である。

【０００３】従来の信号解析装置は上記のように構成さ
れ、周期性被変調波である入力信号は、低域通過フィル
タ１ａにより不要な高周波成分が除去され、次に、Ａ／
Ｄ変換回路２ａを介して、ディジタル信号に変換され
る。一方、位相基準となる参照信号も同様に、低域通過
フィルタ１ｂ、Ａ／Ｄ変換回路２ｂを介して、ディジタ
ル信号に変換され、伝搬経路の違い等による入力信号と
の時間差は遅延回路８で調整される。上記のディジタル
化された入力信号と時間調整された参照信号から、ディ
ジタル同期検波回路３を介して上記入力信号のベースバ
ンド信号が抽出される。上記の抽出されたベースバンド
信号の時系列信号はＦＦＴ処理回路６ｂを介して、周波
数領域信号に変換され、周波数成分が求められる。ここ
で、ＦＦＴ処理されるベースバンド信号のデータ長は、
所要の周波数分解能をΔｆとしたとき、Ｔ＝１／Δｆに
相当する時間分のデータを要することになる。求められ
た周波数成分から周波数解析回路７ｂを介して、所望の
信号抽出や、周波数の測定等が行われるが、通常、変調
信号は波形が歪んでおり、周期性があってもその成分は
広く高調波として広がっており、複雑な周波数解析処理
を必要としていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の信号解析装置
は、以上のように構成されているので、所要の周波数分
解能で周波数解析をするために、時として必要とする高
分解能に対しては大きなデータ長のＦＦＴ処理が必要に
なる。また、入力信号が周期性被変調波の場合も、周期
性がない場合と同等の処理を行う必要があり、規模の大
きなＦＦＴ処理回路および処理時間を要し、また、変調
波の波形が歪んでいる場合、信号成分が高調波に分散
し、周波数解析処理が複雑になるという課題があった。

【０００５】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、周期性被変調波の入力信号に対
し、従来に比べ小規模なＦＦＴ処理回路で、且つ短い演
算時間で周波数解析を行うことができ、また、変調波の
波形が歪んでいる場合も周波数解析処理が簡易な、信号
解析装置および信号解析方法を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目標を達成するた
めに、請求項１に係わる発明の信号解析装置は、周期性
被変調波である入力信号と位相基準となる参照信号から
上記入力信号のベースバンド成分を抽出する同期検波手
段と、上記の同期検波後の時系列データを既知の変調波
の基本周期毎に分割するデータ分割手段と、上記の分割
された時系列データを各時間要素毎に配列変更するデー
タ配列変更手段と、上記の再配列されたデータ毎に周波
数成分を求めるＦＦＴ処理手段と、上記のＦＦＴ処理手
段出力の周波数成分について所望の周波数解析を行う周
波数解析手段と、を備え、周期性被変調波の信号解析を
行うようにしたものである。

【０００７】また、請求項２に係わる発明の信号解析装
置は、周期性被変調波である入力信号と位相基準となる
参照信号から上記入力信号のベースバンド成分を抽出す
るアナログ同期検波手段と、上記の同期検波後の入力信
号のベースバンド成分をディジタル化するＡ／Ｄ変換手
段と、上記Ａ／Ｄ変換後の時系列データを既知の変調波
の基本周期毎に分割するデータ分割手段と、上記の分割
された時系列データを各時間要素毎に配列変更するデー
タ配列変更手段と、上記の再配列されたデータ毎に周波
数成分を求めるＦＦＴ処理手段と、上記のＦＦＴ処理手
段出力の周波数成分について所望の周波数解析を行う周
波数解析手段と、を備え、周期性被変調波の信号解析を
行うようにしたものである。

【０００８】また、請求項３に係わる発明の信号解析方
法は、以下のステップを有し、周期性被変調波である入
力信号の信号解析を行うようにしたものである。 （１）周期性被変調波の入力信号と位相基準となる参照
信号から上記入力信号のベースバンド成分を抽出する同
期検波をするステップ、（２）上記同期検波後の入力信
号のベースバンド成分の時系列データを既知の上記変調
信号の基本周期毎に分割するステップ、（３）上記の分
割された時系列データの起点を揃え基本周期内の同時刻
に相当するデータからなるデータ列に配列変更するステ
ップ、（４）上記の再配列されたデータ列毎に周波数成
分を求めるＦＦＴ処理を行うステップ。（５）上記のＦ
ＦＴ処理結果の周波数成分について所望の周波数解析を
行うステップ。

【０００９】

【作用】以上のように構成された請求項１および請求項
２に係わる発明の信号解析装置では、入力信号のベース
バンド成分を抽出してＦＦＴ処理をする前に、同期検波
後の時系列データを既知の変調波の基本周期毎に分割
し、分割された時系列データの起点を揃え基本周期内の
同時刻に相当するデータからなるデータ列に配列変更し
て、上記の再配列されたデータ毎に周波数成分を求める
ＦＦＴ処理を行うことにより、上記の基本周期をｎとし
たときＦＦＴ処理を行うデータ長は１／ｎとなるためＦ
ＦＴ処理回路の規模が小さくて済み、且つＦＦＴ処理を
行うデータ数を削減することができ、ＦＦＴ処理時間が
短くなり、また、上記の変調波の波形が歪んでいて広く
高調波成分を含む場合も、高調波成分が折返し１周波数
成分に集中するため、周波数解析が簡易な、信号解析装
置を得ることができる。

【００１０】また、請求項３に係わる発明の信号解析方
法では、入力信号のベースバンド成分を抽出してＦＦＴ
処理をする前に、同期検波後の時系列データを既知の変
調信号の基本周期毎に分割し、分割された時系列データ
の起点を揃え基本周期内の同時刻に相当するデータから
なるデータ列に配列変更して、上記の再配列されたデー
タ毎に周波数成分を求めるＦＦＴ処理を行うことによ
り、上記の基本周期をｎとしたときＦＦＴ処理を行うデ
ータ長は１／ｎとなるため、ＦＦＴ処理を行うデータ数
を削減することができ、ＦＦＴ処理時間が短くなり、ま
た、上記の変調波の波形が歪んでいて広く高調波成分を
含む場合も、高調波成分が折返し１周波数成分に集中す
るため、周波数解析が簡易な、信号解析方法を得ること
ができる。

【００１１】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１について図を参照
して説明する。図１はこの発明の実施例１を示す構成ブ
ロック図である。図において、低域通過フィルタ１ａ，
１ｂ、Ａ／Ｄ変換回路２ａ，２ｂ、ディジタル同期検波
回路３、遅延回路８は従来装置と同様のものである。４
は同期検波後のベースバンド信号の時系列データを既知
の変調波の基本周期毎に分割するデータ分割手段である
データ分割処理回路、５は上記の分割された時系列デー
タの起点を揃え基本周期内の同時刻に相当するデータか
らなるデータ列に配列変更する手段であるデータ配列変
更処理回路、６ａは上記の再配列されたデータ列毎にＦ
ＦＴ処理するＦＦＴ処理手段であるＦＦＴ処理回路、７
ａはＦＦＴ処理結果の周波数成分について所望の周波数
解析を行う周波数解析回路である。

【００１２】上記のように構成された信号解析装置にお
いて、ディジタル同期検波回路３の出力であるベースバ
ンド信号の時系列データとして、所要の周波数分解能を
得るだけのデータ長Ｎの時系列データが出力されたとす
る。ここで、変調信号に周期性があり、その基本周期を
ｎとし、データ長をＮ＝ｎＭ，（Ｍ：整数）とする。先
ず、データ分割処理回路４では、図２に示すようにデー
タ長Ｎの時系列データを基本周期ｎ毎に分割する処理を
行う。その後、データ配列変更回路５では、上記の分割
された時系列データの起点を揃え基本周期内の同時刻に
相当するデータからなるデータ列に配列変更する。即
ち、図２に例示するように（Ｘ₀ ，Ｘ_n ，…，
Ｘ_N-n ），（Ｘ₁ ，Ｘ_n+1 ，…，Ｘ_N-n+1 ），…，（Ｘ
_n-1 ，Ｘ_2n-1，…，Ｘ_N-1 ）と、配列変更を行いデータ
長Ｍのデータ列をｎ個得る。

【００１３】次に、ＦＦＴ処理回路６ａでは、上記の配
列変更されたデータ長Ｍのデータ列毎に対して、ＦＦＴ
処理をｎ回行い周波数成分を求める。ここで、各高調波
成分はサンプリング定理により折り返し現象をおこし、
基本周期に重畳される。もし、入力信号の搬送波と参照
信号の周波数とが完全に一致する場合は、周期性の振幅
変調成分は直流成分として検出され、若干の周波数ずれ
がある場合は、ずれ周波数に相当する成分として検出さ
れる。従って、周波数解析回路７ａにおいて、フーリェ
スペクトルがピーク値をとる成分を抽出し、周波数を測
定することができる。

【００１４】実施例２．以下、この発明の実施例２につ
いて図を参照して説明する。実施例１では、図１に示す
ように入力信号と参照信号をそれぞれディジタル信号に
変換した後、同期検波を行っているが、この実施例２で
は、図３に示すように入力信号と参照信号の両信号がア
ナログ信号の段階に同期検波を行い、その後Ａ／Ｄ変換
を行うようにしており、この場合も同様の効果が得られ
る。

【００１５】実施例３．以下、この発明の実施例３につ
いて図を参照して説明する。図４はこの発明の信号解析
装置をレーダ装置に適用し、目標としてヘリコプタを対
象とした場合の系統図である。図において、１１はレー
ダ電波を送信する送信機、１２は目標からの反射波を受
信する受信機、１３は信号解析装置、１４は目標のヘリ
コプタ、１５はヘリコプタのロータである。

【００１６】送信機１１から送信する送信波は、目標の
ヘリコプタ１４に照射されその反射波は受信機１２で受
信される。説明を簡単にするため、上記の送信波はＣＷ
（連続波）であるとする。ここで、反射対象としてヘリ
コプタのロータを考える。ヘリコプタのロータ１５は一
定周期で回転しており、その回転周期は既知である。回
転するロータはレーダ目標としてその反射断面積が周期
的に変化する。

【００１７】一方、反射信号強度は、目標の反射断面積
に比例するため、受信機１２で受信される受信信号は、
ロータの姿勢により周期的振幅変調を受けることにな
る。図５は図４の信号解析装置の入力信号（上記の振幅
変調を受けた受信信号）を示す模式図である。図におい
て、実線ｆ（ｘ）が上記の振幅変調を受けた受信信号の
波形であり、破線ｇ（ｘ），−ｇ（ｘ）が上記受信信号
の包絡線の波形である。この受信信号を入力信号とし、
送信波の一部を参照信号として、信号解析装置１３に入
力し、既知の変調信号の周期としてロータの回転周期を
とり、実施例１で説明したと同様の信号解析を行う。信
号解析の結果、信号強度から目標の存在有無を、また、
目標が移動していればそのドップラ周波数から目標速度
等を観測することができる。

【００１８】実施例４．以下、この発明の信号解析方法
の実施例４についてフローチャートを参照して説明す
る。図６は周期性被変調波の信号解析方法を示すフロー
チャートである。先ず、Ｓ１で、周期性被変調波の入力
信号と位相基準となる参照信号から同期検波し、上記入
力信号からベースバンド成分（変調信号成分）を抽出
し、次いで、Ｓ２で、上記の同期検波後のベースバンド
成分の時系列データを既知の上記変調信号の基本周期毎
に分割し、次いで、Ｓ３で、上記の分割された各時系列
データの起点を揃え基本周期内の同時刻に相当するデー
タからなるデータ列を生成し、次いで、Ｓ４で、上記の
生成されたデータ列毎に周波数成分を求めるＦＦＴ処理
を行い、次いで、Ｓ５で、上記のＦＦＴ処理結果の周波
数成分について所望の信号抽出や、周波数測定などの周
波数解析を行う。

【００１９】

【発明の効果】以上のように請求項１および請求項２に
係わる発明の信号解析装置によれば、周期性被変調波の
入力信号に対し、ＦＦＴ処理するデータ長が従来の１／
ｎで済むためＦＦＴ処理回路の規模が小さいくて済み、
また、信号の高調波成分が集中するため、簡易な周波数
解析を行える信号解析装置を得ることができる。

【００２０】また、請求項３に係わる発明の信号解析方
法によれば、周期性被変調波の入力信号に対し、ＦＦＴ
処理のデータ長が従来の１／ｎで済み、また、信号の高
調波成分が集中するため、簡易に周波数解析を行える信
号解析方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の信号解析装置の実施例１を示す構成
ブロック図である。

【図２】図１の時系列データの分割及び分割されたデー
タの配列変更を説明する図である。

【図３】この発明の信号解析装置の実施例２を示す構成
ブロック図である。

【図４】この発明の信号解析装置の実施例３を示す系統
図である。

【図５】図４の信号解析装置の入力信号を示す模式図で
ある。

【図６】この発明の信号解析方法の実施例４を示すフロ
ーチャートである。

【図７】従来の信号解析装置を示す構成ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ 低域通過フィルタ（ＬＰＦ） ２ａ，２ｂ，２ｃ Ａ／Ｄ変換回路 ３ ディジタル同期検波回路 ４ データ分割回路 ５ データ配列変更回路 ６ａ ＦＦＴ処理回路 ７ａ 周波数解析処理回路 ８ ディジタル遅延回路 ９ アナログ同期検波回路 １０ アナログ遅延回路 １１ 送信機 １２ 受信機 １３ 信号解析装置 １４ ヘリコプタ １５ ヘリコプタロータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期性被変調波である入力信号と位相基
   準となる参照信号から上記入力信号のベースバンド成分
   を抽出する同期検波手段と、 上記の同期検波後の時系列データを既知の変調波の基本
   周期毎に分割するデータ分割手段と、 上記の分割された時系列データを各時間要素毎に配列変
   更するデータ配列変更手段と、 上記の再配列されたデータ毎に周波数成分を求める高速
   フーリエ変換処理手段と、 上記の高速フーリエ変換処理手段出力の周波数成分につ
   いて所望の周波数解析を行う周波数解析手段と、を備
   え、周期性被変調波の信号解析を行うことを特徴とする
   信号解析装置。
2. 【請求項２】 周期性被変調波である入力信号と位相基
   準となる参照信号から上記入力信号のベースバンド成分
   を抽出するアナログ同期検波手段と、 上記の同期検波後の入力信号のベースバンド成分をディ
   ジタル化するＡ／Ｄ変換手段と、 上記Ａ／Ｄ変換後の時系列データを既知の変調波の基本
   周期毎に分割するデータ分割手段と、 上記の分割された時系列データを各時間要素毎に配列変
   更するデータ配列変更手段と、 上記の再配列されたデータ毎に周波数成分を求める高速
   フーリエ変換処理手段と、 上記の高速フーリエ変換処理手段出力の周波数成分につ
   いて所望の周波数解析を行う周波数解析手段と、を備
   え、周期性被変調波の信号解析を行うことを特徴とする
   信号解析装置。
3. 【請求項３】 以下のステップを有し、周期性被変調波
   である入力信号の信号解析を行うことを特徴とする信号
   解析方法、（１）周期性被変調波の入力信号と位相基準
   となる参照信号から上記入力信号のベースバンド成分を
   抽出するよう同期検波するステップ、（２）上記同期検
   波後の入力信号のベースバンド成分の時系列データを既
   知の上記変調信号の基本周期毎に分割するステップ、
   （３）上記の分割された時系列データの起点を揃え基本
   周期内の同時刻に相当するデータからなるデータ列に配
   列変更するステップ、（４）上記の再配列されたデータ
   列毎に周波数成分を求める高速フーリエ変換処理を行う
   ステップ。（５）上記の高速フーリエ変換処理結果の周
   波数成分について所望の周波数解析を行うステップ。