JPS627217A - サンプリングバイアス調整方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明はサンプリングバイアス調整方式に関し、詳し
くは、高周波で繰り返される入力信号を奮ナンプリング
手法によって低周波信号に再生し出力するサンプリング
回路において、信号テンプリング時のダイナミックレン
ジ増減用バイアスの調整方式を工夫して信号聞生の高精
度化等を図ったものに関する。

〈従来の技術〉 上記のようなシンプリング回路は、例えば、浅層地下探
査を行なうのに用いられる所謂地下レーダシステムのア
ンテナユニットにあける受信装置に使用されている。一
般的な地下レーダシステムでは、電磁波発信手段並びに
電磁波受信手段を具備したアンテプユニツ１〜とレーダ
システム本体とを同軸ケーブルによって接続し、同軸ケ
ーブルを介してレーダシステム本体よりアンテナユニツ
１〜に周波数５０ＫＨｚ、パルス幅３〜’１Ｑｎｓ程度
の同期信号を伝送している。アンテナユニツ１〜側では
受信した同期信号を１〜リガとして用い、同期信号の入
力タイミングで電磁波発信手段から立上り時間Ｉｎｓ程
度の鋭い立上り特性を有し極めて短い電磁波パルスを地
中に教則する。一方、地中よりの反射電磁波パルスある
いは地中を介して伝達された電磁波パルスを電磁波受信
手段により受信し同期信号を用いたサンプリング手法に
よって受信した高周波電磁波パルス信号を取扱い及び信
号処理の容易な低周波信号に変換し再生し、レーダシス
テム本体での処理に供している。

また、この種の高速サンプリング回路としては、例えば
トランジスタ技術　１９８４年４月号（ＣＱ出版株式会
社発行）の第３９３頁第１４図に記載されている型式の
ものが使用されている。

このサンプリング回路は、４つのショットキーバリアダ
イオードを組合せて形成されるサンプリングブリッジ及
びホールドコンデンサ等からなるシンプリング部と、バ
ラン等の対称波形発生手段から形成されておリレーダニ
ニット本体からの１ナンプリング信号の入力をうけて上
記サンプリング部に一対のストローブ信号を出力するス
１〜ローブ信号発生部と、上記ストローブ信号の電圧調
整手段を有してなるサンプリングバイアス部とから構成
されており、レーダユニット本体からのサンプリング信
号の入力タイミングでストローブ信号発、生部からス１
−ローブ信号がリンプリング部に出力され、サンプリン
グ部ではこのス１〜ローブ信号の電圧値に応じたダイナ
ミックレンジで反射電磁波パルス信号等の受信入力信号
を所定周期でサンプリングし低周波−信号に変換し再生
して出力している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、上記の如き４ノンプリング回路にあってはそ
のダイナミックレンジはストローブ信号の電圧値（バイ
アス電圧）によって固定され、精度良くサンプリングで
きる信号のレンジもこのバイアス電圧により定まり、具
体的には１：１００ないしは１：２００の範囲が限界で
ある。しかしながら、地下レーダシステムのアンテナユ
ニッ１−における受信信号は極大信号と極小信号の混成
波であり、その信号レンジは上記範囲をはるかに超える
ことから、従来のサンプリング回路では低周波信号への
再生を精度よく行なうことができず、バイアス電圧を高
くしてダイナミックレンジを大きくしすぎると小信号の
正確な再生ができず、逆の場合には大信号入力時に回路
が飽和してしまうという問題がある。

また、サンプリング回路のバランス変化によって受信特
性が変化し、再生した低周波信号に不必要な大振幅の信
号（雑音）が発生するという問題もある。

〈問題点を解決するための手段〉 以上の問題点に鑑みなされたこの発明のサンプリングバ
イアス調整方式は、高周波で繰り返される入力信号を所
定周期でサンプリングし低周波信号に再生して出力する
と共にその設定バイアスにより信号サンプリング時のダ
イナミックレンジが設定されるサンプリング回路におい
て、前回のサンプリング周期において出力された低周波
信号をＡ−Ｄ変換しデジタル化してメモリ内に記憶して
おき、メモリ内に記憶されたこの低周波信号を次回の一
す′ンプリング周期においてＤ−Ａ変換しアナログ化す
ると共にこのアナログ化された信号に応じて上記バイア
スを変化させることを要旨とする。

このような調整方式の具体的回路構成例としては、例え
ば上記した如きサンプリングブリッジ及びホールドコン
デンサ等からなるサンプリング部等から構成されたサン
プリング回路を用いた場合、シンプリング部からの出力
側にＡ−Ｄ変換器、メモリ、Ｄ−Ａ変換器からなるバイ
アス電圧調整部を設け、前回のサンプリング周期におい
てＩナンプリング部から出力された低周波信号を逐次Ａ
−Ｄ変換しメモリに記憶しておき、次回のリーンプリン
グ周期においてはメモリに記憶された低周波信号情報を
逐次Ｄ−Ａ変換して信号出力し、この信号によりサンプ
リングバイアス部から出力されるス１〜ローブ信号の電
圧値を調整する構成とすればよい。

〈作　用〉 以上の手段を用いることにより、サンプリング回路の設
定バイアス値をサンプリングタイミングに同期させて変
化でき、常に最適で、最良なものとすることができるの
で、低周波信号への信号再生精度を著しく改善すること
ができる。

〈実施例〉 第３図は地下レーダシステムにおけるアンテナユニット
及びレーダシステム本体の関連部分を示したもので、レ
ーダシステム本体中のレーダモジュール部１は、スキャ
ンゼネレータ２、スキャンコントローラ３、ケーブルド
ライバー４、ＡＧＣアンプ５及びＴＶＧアンプ６により
構成されてａ５つ、また、アンテナユニツ１〜７は、パ
ルス発生器８、送信アンテナ９、受信アンチＪｌ○、サ
ンプリング部１１により構成されている。これらの機能
並びに動作は次の通りである。まず、スキャンゼネレー
タ２、スキャンコン１〜ローラ３において、送信同期信
８（第２図（Ａ））、受信同期信号（第２図（Ｃ））、
シンプリング信号（第２図（Ｇ））、その他信号処理で
用いる各種タイミング信号を発生させ、送信同期信号、
受信同期信号、サンプリング信号等はケーブルドライバ
ー４で増幅され、ケーブルを介してアンテノユニツｌ−
７に出力される。このうち、送信同期信号はパルス発生
器８に入力され、送信同期信号の入力タイミングで送信
アンテナ９より電磁波パルスが地中へ放射される。

地中よりの反射電磁波パルスあるいは地中を介して伝達
された電磁波パルスは、受信アンテナ１０において受信
され、サンプリング部１１に出力され、サンプリング手
法により低周波信号に変換された後、レーダモジュール
部１のＡＧＣアンプ５、ＴＶＧアンプ６を介してデータ
処理部へ信号出力される。尚、ＡＧＣアンプ５は入力信
号をその撮幅に反比例したゲインで増幅し出力し、また
、ＴＶＧアンプ６は時間の経過とともに入力信号のゲイ
ンを徐々に増大させて出力する。

上記サンプリング部１１は、第１図に示すように、“リ
ンプリング回路１２、増幅器１３、Ａ−Ｄ変換器１４、
ＲＡＭ　（Ｒａｎｄｏｍ　ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ　
）　１５、Ｄ−Ａ変換器１６、ストローブ信号発生回路
１７から構成されている。これらの各機能及び動作並び
に相互関係は次の通りである。受信アンテナ１０により
受信された高周波電磁波パルス信号（入力信号Ｆ）はサ
ンプリング回路１２に入力され、俊）ホする）ナンプリ
ング手法により所定周期Ｔでサンプリングされ低周波信
号である出力信号１］に再生されてサンプリング回路１
２から増幅器１３を介して出力される。出力信号［」の
一部はＡ−Ｄ変換器１４に入力され、逐次デジタル信号
に変換され、ＲＡＭ１５に記憶される。ＲＡＭ１５には
１サンプリング周期分の低周波信号に相当するデジタル
信号が記憶され、これらのデジタル信号は次の入力信号
サンプリング時においてサンプリング周期に同期して逐
次ＲＡＭ１５から読み出され、Ｄ−Ａ変換器１６により
出力信号１」と同波形の信号にアナログ化され、バイア
ス電圧信号としてストローブ信号発生回路１７に出力さ
れる。ス１へローブ信号は発生回路１７にはまたレーダ
モジュール部１のケーブルドライバー４からのサンプリ
ング信号Ｇが入力しており、ストローブ信号発生回路１
７はサンプリング信号Ｇに同期して、バイアス電圧信号
により制御される］辰幅のス１〜ローブ信号をサンプリ
ング回路１２に出力する。

次に、上記“リンプリング手法につき第２図（Ａ）〜（
Ｈ）を用いて説明する。

まず、レーダシステム本体のレーダモジュール部１内の
スキャンコン１〜ロール３、ケーブルドライバー４にお
いて第２図（Ａ）〜（Ｄ）に示す送信同期信号、高速ラ
ンプ信号、受信同期信号、低速ランプ信号が発生される
。尚、高速ランプ信号、低速ランプ信号は、夫々送信同
期信号、受信同期信号を例えば積分関数を使用したラン
プ関数発生器により作られる。更に、スキャンコン１〜
ロール３、ケーブルドライバー４においては、高速ラン
プ信号及び低速ランプ信号とから、第２図（Ｅ）のよう
に両信号の立上り部分が合致するタイミングで第２図Ｃ
Ｇ）に示すナンプリング信ＡＧを発生される。尚、第２
図（Ｅ）における各信号は理解の便宜上横方向に倍に拡
大しである。

以上の各信号のうち、サンプリング信号Ｇはアンテナユ
ニット７のシンプリング部１１のス１〜ローブ信号発生
回路１７に入力することは上述した通りであり、ストロ
ーブ信号発生回路１７からは４ノンプリング信＠Ｇと同
期したス１〜ローブ信号がＶンプリング回路１２に出力
され、第２図（Ｆ）、　（Ｇ）に示したように、パノノ
信号Ｆはス１〜ローブ信号に同期してサンプリングがな
され、サンプリング回路１２からは増幅器１３を介して
第２図（Ｈ）に示す出力信号Ｈが出力される。尚、高速
ランプ信号あるいは入力信号Ｆの信号繰り返し周期をｔ
、低速ランプ信号の信号繰り返し周期を王とすると、上
記サンプリング時におけるサンプリング点数はＴ／ｌで
あり、図面上においてはこのサンプリング点数は便宜上
７であるが、実際のサンプリング回路におけるサンプリ
ング点数は１ｏｏｏ〜５０００となり、信号繰り返し周
期ｔ、Ｔの差もその介入きくなっている。

〈発明の効果〉 以上のように構成されるこの発明のサンプリングバイア
ス調整方式によれば、サンプリング回路の設定バイアス
値をサンプリングタイミングに同期させて常に最適バイ
アスになるように変化させることができる。このため、
サンプリング回路のダイノミツクレンジが入力信号値に
応じて最良になるように変化し、結果的に高周波信号か
ら低周波信号への信号再生１１７ｉ度を著しく改善する
ことができる。また、」ノンプリングタイミングに同期
させて常に最適なバイアスを与えることができるため、
サンプリングを繰り返す程に高精度なバイアスを与える
ことが可能となり、サンプリングを繰り返す秤信号再生
精度が向上するという利点もある。従って、この発明を
受信アンテナ（受信プローブ）の移動が少ないボアホー
ル地下レーダにおける受信プローブの受信回路に用いた
場合には特に効果絶大となる。更に、再生した低周波信
号中に大振幅の不用な信号がある場合等には、例えばＤ
−Ａ変換後の信号を適宜演算処理する等して出力する構
成とすることで、上記大振幅信号等の除去が可能となる
という、うまみもめる。

上記のような演算処理の具体例を前記実施例の場合を例
に採って説明すれば以下の通りである。即ち、オペアン
プやマルチプライヤ等を用いて公知の方法で作った加算
、減算、加減算。

乗算、２乗算、除算、平方根演算等の各種演算回路を単
体、あるいは適宜に組合せて演算処理部を構成する。こ
の演算処理部をＤ−Δ変換器とス１−ローブ信号発生回
路との間に挿入し、Ｄ−Δ変換器からのバイアス電圧信
号を適宜信号処理してス１〜ローブ信号発生回路に入力
する構成とする。以上の構成によって、ス１〜ローブ信
号発生回路からサンプリング回路へのストローブ信号を
上記処理結果に応じて変化させ、サンプリング回路にお
けるダイナミックレンジを適宜に変化させることで入力
信号の信号処理をする訳である。このような信号処理に
よって上記大振幅信号の除去の他に次のような作用効果
が得られる。まず、上記の如き適宜な信号処理によって
り゛ンプリングバイアスを変化させることにより、サン
プリング回路からの出力信号を増幅器で増幅したり、あ
るいはＴＶＧアンプで受信信号のゲインを調整する等と
いう後処理をしなくとも、サンプリングバイアス調整と
いう前処理のみで受信信号のダイナミックレンジを増加
させることができるため、受信信号のＳＮ比を著しく向
上できる。また、サンプリングバイアスの極性を反転さ
せて前周期との変化分のみを出力さぼる構成とすること
で周期性雑音が検出でき、その除去が可能となる。

また、例えばＤ−Ａ変換器からのバイアス信号をＨＰ　
ＦやＬＰＦ等を介してス１〜ローブ信号発生回路に入力
する構成として、バイアス信号のフィルター処理等をす
ることで、更に高精度で安定なυンプリング動作を行な
わせることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の主要部を示したブロック図、
第２図（Ａ）〜（）Ｉ）は実施例各部等における信号を
示した波形図、第３図は地下レーダシステムにおけるア
ンテナユニツ１〜及びその関係部分を示した説明図であ
る。 １・・・レーダモジュール部、７・・・アンテナユニツ
１〜．１１・・・サンプリング部、１４・・・Ａ−Ｄ変
換器、１５・・・ＲＡＭ、１６・・・Ｄ−Ａ変換器、１
７・・・ス１〜ローブ信号発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高周波で繰り返される入力信号を所定周期でサンプ
   リングし低周波信号に再生して出力すると共にその設定
   バイアスにより信号サンプリング時のダイナミックレン
   ジが設定されるサンプリング回路において、前回のサン
   プリング周期において出力された低周波信号をＡ−Ｄ変
   換しデジタル化してメモリ内に記憶しておき、メモリ内
   に記憶されたこの低周波信号を次回のサンプリング周期
   においてＤ−Ａ変換しアナログ化すると共にこのアナロ
   グ化された信号に応じて上記バイアスを変化させること
   を特徴とするサンプリングバイアス調整方式。