周波数検出装置及び周波数検出方法
【課題】無線信号の搬送周波数の検出において瞬時的な雑音や不要波成分による誤検出を低減する。
【解決手段】周波数検出装置１は、パルス信号を送信する送信部６と、信号を受信する受信部９と、送信部６により送信され物体７０で反射して受信部９により受信されたパルス信号を追跡することによりパルス信号の反射時間を検出する検出部１１と、反射時間が所定範囲内であるか否かを判定し、反射時間が所定範囲内でない場合にパルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する判定部１２を備える。
【解決手段】周波数検出装置１は、パルス信号を送信する送信部６と、信号を受信する受信部９と、送信部６により送信され物体７０で反射して受信部９により受信されたパルス信号を追跡することによりパルス信号の反射時間を検出する検出部１１と、反射時間が所定範囲内であるか否かを判定し、反射時間が所定範囲内でない場合にパルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する判定部１２を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で論じられる実施態様は、無線信号の搬送周波数を検出する周波数検出装置及び周波数検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線信号の搬送周波数を検出する方法として、検波対象の搬送周波数を掃引し、各搬送周波数において信号があるか否かを判定する方法が知られている。図１を参照して搬送周波数の検出方法を説明する。
【０００３】
図１は、検波対象の搬送周波数が掃引される間に、各搬送周波数において検出される信号の受信電力レベルを示す。参照符号１００にて示すように、周波数ｆｄにおいて受信電力レベルが閾値Ｐｔを超える。このとき、閾値Ｐｔを超える受信電力レベルが観察された周波数ｆｄが検出対象の搬送周波数として検出される。
【０００４】
なお、搬送波に対して周波数変調幅ΔＦの三角波変調を掛けた信号を送信アンテナから電磁波として放射し、送信信号と受信信号とのビート信号を生成するレーダ装置が知られている。このレーダ装置は、サンプリングされたビート信号を短時間データに切り出して、短時間データを離散フーリエ変換し、干渉波の周波数を検出する。
【０００５】
また、漸減端周波数から漸増端周波数まで予め定められた漸増期間で漸増し、漸増端周波数まで漸増すると、次に、漸増端周波数から漸減端周波数まで予め定められた漸減期間で漸減するように変調される送信信号を送信するレーダ装置が知られている。このレーダ装置は、送信信号と反射信号とを混合部で混合したビート信号を逐次サンプリングして取得する。レーダ装置は、取得したビート信号に基づき、ビート信号に干渉信号が含まれる干渉期間を特定する。レーダ装置は、特定した干渉期間を除く期間で取得したビート信号に対してＦＦＴ処理をした結果に基づき、対象物との相対距離及び相対速度を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３２３８３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０７２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
検波周波数を掃引する従来の搬送周波数の検出方法では、瞬時的な雑音や不要波成分が受信信号に混入すると、信号が存在しない周波数において受信電力レベルが閾値を超え、誤検出が生じるという問題があった。
【０００８】
開示の装置及び方法は、無線信号の搬送周波数の検出において瞬時的な雑音や不要波成分による誤検出を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
装置の一観点によれば、パルス信号を送信する送信部と、信号を受信する受信部と、送信部により送信され物体で反射して受信部により受信されたパルス信号を追跡することによりパルス信号の反射時間を検出する検出部と、反射時間が所定範囲内であるか否かを判定し、反射時間が所定範囲内でない場合にパルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する判定部を備える周波数検出装置が提供される。
【００１０】
方法の一観点によれば、パルス信号を送信し、物体で反射したパルス信号を受信し、受信されるパルス信号を追跡することにより送信から受信までのパルス信号の反射時間を検出し、反射時間が所定範囲内であるか否かを判定し、反射時間が所定範囲内でない場合にパルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定することを特徴とする周波数検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
開示の装置又は方法によれば、無線信号の搬送周波数の検出において瞬時的な雑音や不要波成分による誤検出が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】搬送周波数の検出方法の説明図である。
【図２】周波数検出装置の構成例の第１例を示す図である。
【図３】距離測定の対象の物体の一例を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、パルス信号の追跡処理の一例の説明図（その１）である。
【図５】（Ａ）〜（Ｆ）は、パルス信号の追跡処理の一例の説明図（その２）である。
【図６】反射時間検出部の構成例を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｆ）は、測定値の変動の説明図である。
【図８】周波数検出方法の第１例の説明図である。
【図９】周波数検出装置の構成例の第２例を示す図である。
【図１０】周波数検出方法の第２例の説明図である。
【図１１】周波数検出装置の構成例の第３例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付する図面を参照して実施例について説明する。図２は、周波数検出装置の構成例の第１例を示す図である。
【００１４】
周波数検出装置１は、パルス発生部２、周波数制御部３、周波数変換部４及び１０、局所周波数発生部５、送信部６並びに送信アンテナ７を備える。また、周波数検出装置１は、受信アンテナ８、受信部９、パルス検出部１１、判定部１２及び出力部１３を備える。周波数検出装置１は、同じアンテナを送信アンテナ７及び受信アンテナ８として兼用してもよい。
【００１５】
周波数検出装置１は、パルス信号を送信し、送信したパルスが物体から反射してくる反射時間を測定することにより物体までの距離を測定する。図３は、距離測定の対象の物体の一例を示す図である。
【００１６】
以下の説明では、周波数検出装置１が船舶との距離を測定する場合について説明する。周波数検出装置１は、船舶５０に設置され、船舶５０の周囲にパルス信号を送信する。周波数検出装置１は、船舶７０で反射するパルス信号の反射時間、すなわち周波数検出装置１の送信部６により送信されてから受信部９により受信されるまでの時間を測定することにより、船舶５０と船舶７０との間の距離を測定する。
【００１７】
また、周波数検出装置１は、周波数検出装置１へ到来する無線通信信号の搬送周波数を検出する。本明細書において、検出対象の無線通信信号を「到来信号」と表記することがある。到来信号の発信源は、距離測定の対象である船舶７０でもよく他の物体でもよい。
【００１８】
なお、本説明では、周波数検出装置１との間の距離が測定される物体として船舶が例示されるが、距離の測定対象の物体は船舶に限定されない。周波数検出装置１との距離が測定される物体は、車両、航空機など他のいかなる種類の物体であってもよい。
【００１９】
また、本説明では、到来信号の発信源として船舶が例示されるが、到来信号の発信源は船舶に限定されない。周波数検出装置１が検出しようとする到来信号の発信源は、上記例示したものの他、無線信号を送信可能な他のいかなる物体でもよい。
【００２０】
図２を参照する。パルス発生部２は、中間周波数の搬送波をパルス変調することによりパルス波形を生成する。周波数制御部３は、送信部６が送信するパルス信号の搬送周波数を変化させるタイミング信号とパルス信号の搬送周波数を指定する周波数情報を生成する。周波数制御部３は、タイミング信号及び周波数情報を局所周波数発生部５へ出力する。
【００２１】
周波数変換部４は、パルス発生部２が出力するパルス波形と局所周波数発生部５から供給される局発信号とを混合することにより、中間周波数のパルス波形を無線周波数のパルス信号へと変換する。
【００２２】
局所周波数発生部５は、周波数制御部３からのタイミング信号及び周波数情報に従って、周波数変換部４及び周波数変換部１０へ供給する周波数変換用の局発信号を生成する。周波数制御部３が、周波数情報の値を変えることによって、局発信号の周波数が変化し、周波数変換部４から出力される無線周波数のパルス信号の搬送周波数が変化する。
【００２３】
送信部６は、周波数変換部４から出力される無線周波数のパルス信号の電力を増幅し、増幅されたパルス信号を、送信アンテナ７を介して送信する。
【００２４】
受信部９は、受信アンテナ８を介して無線周波数のパルス信号を受信する。受信部９は、高周波増幅を行うことにより受信信号の電力を増幅する。周波数変換部１０は、無線周波数の受信信号を中間周波数信号へ変換する。
【００２５】
パルス検出部１１は、受信信号に含まれるパルス信号を追跡する。このパルス信号は、送信部６により送信され特定の物体、例えば船舶７０から反射したパルス信号である。パルス検出部１１は、送信部６がパルス信号を送信した時点から、受信部９がパルス信号を受信するまでの反射時間に基づいて、船舶７０と船舶５０との距離を検出する。
【００２６】
パルス検出部１１は、反射時間検出部２０を備える。反射時間検出部２０は、例えば、スプリットゲート方式や相互相関法などの所定の距離追跡処理に従ってパルス信号の追跡処理を行う。反射時間検出部２０は、検出部の一例である。反射時間検出部２０の構成及び機能の例示については後述する。
【００２７】
判定部１２は、周波数制御部３に対して、パルス信号の搬送周波数を変化させる指示信号を与える。判定部１２は、周波数制御部３が送信パルス信号の搬送周波数を変化させる間、パルス検出部１１により測定されるパルス信号の反射時間の測定値を受信する。
【００２８】
判定部１２は、周波数制御部３によって設定される複数の搬送周波数のそれぞれにおいて、パルス信号の反射時間が所定範囲内であるか否かを判定する。判定部１２は、反射時間が所定範囲内でない場合に、パルス信号の搬送周波数を、検出対象である到来信号の搬送周波数と判定する。
【００２９】
例えば、パルス検出部１１は、周波数制御部３によって設定される複数の搬送周波数のそれぞれにおいて、複数回送信され各々船舶７０で反射する同一搬送周波数のパルス信号の反射時間を検出してよい。判定部１２は、複数回検出された反射時間の測定値に生じた変動が所定の閾値を超える場合に、このような変動が生じた搬送周波数を到来信号の搬送周波数と判定してよい。
【００３０】
出力部１３は、判定部１２により判定された到来信号の搬送周波数を出力する。出力部１３は、ユーザが視覚で認識できるように搬送周波数を出力する表示装置や印刷装置であってよい。出力部１３は、コンピュータにより読み取り可能な態様で搬送周波数を出力するインタフェース装置であってもよい。
【００３１】
次に、反射時間検出部２０によるパルス信号の追跡処理について説明する。図４の（Ａ）〜図４の（Ｃ）及び図５の（Ａ）〜図５の（Ｆ）は、パルス信号の追跡処理の一例の説明図である。
【００３２】
パルス信号の追跡処理は、送信部６によりパルス信号が送信されてから、物体で反射して受信部９によりパルス信号の反射波を受信するまでの時間の測定を複数回行うものである。例えば、まず、送信部６からパルス信号を繰り返し送信し、受信部９で反射パルス信号の受信が受信されるのを待つ。受信部９で反射パルス信号が受信された後は、受信部９で反射パルス信号を繰り返し受信し、送信部６によりパルス信号が送信されてから、物体で反射して受信部９によりパルス信号の反射波を受信するまでの時間の測定を繰り返し行う。以下に説明する例において、反射時間検出部２０は、スプリットゲート方式にしたがってパルス信号の追跡処理を行う。
【００３３】
図４の（Ａ）は、時刻ｔ１で送信されたパルス幅Ｔｐを有する送信パルス信号のタイムチャートを示す。図４の（Ｂ）は、船舶７０で反射して受信部９にて受信されたパルス信号のビデオ信号のタイムチャートを示す。スプリットゲート方式では、反射時間検出部２０は、パルス信号の反射時間を決定するためのメインレンジゲートを発生させる。
【００３４】
図４の（Ｃ）にメインレンジゲートのタイムチャートを示す。メインレンジゲートは、反射パルス信号のビデオ信号の検出期間ｐを持つフィルタである。検出期間ｐは、パルス幅Ｔｐと同じかそれよりやや長い。
【００３５】
反射時間検出部２０は、時間軸上で反射パルス信号を測定し、測定された反射パルス信号の時間軸上の位置とメインレンジゲートの時間軸上の位置を合わせる。図４の（Ｃ）においては、例えば最初に受信した反射パルス信号のビデオ信号の中心ｔｃにメインゲートの中心が合わされた状態が示されている。
【００３６】
反射時間検出部２０は、パルス信号の受信時刻とメインレンジゲートの位置とのずれ、すなわち追跡誤差が生じると、誤差の方向及び誤差量を検出し、追跡誤差を縮小するようにメインレンジゲートの位置を変更することで、パルス信号を追跡する。反射時間検出部２０は、このようにメインレンジゲートにパルス信号を追跡させ、パルスの送信時刻ｔ１からメインレンジゲートの位置ｔ２までの時刻をパルス信号の反射時間として決定する。
【００３７】
次に、追跡誤差の検出方法の例を説明する。図５の（Ａ）はパルス信号のビデオ信号のタイムチャートを示し、図５の（Ｂ）はメインレンジゲートのタイムチャートを示す。また、図５の（Ｃ）はアーリーゲートのタイムチャートを示し、図５の（Ｄ）はレイトゲートのタイムチャートを示す。アーリーゲートは、メインレンジゲートの前半の期間ｐ１にて開き、レイトゲートは、メインレンジゲートの後半の期間ｐ２にて開く。
【００３８】
図５の（Ｅ）は、アーリーゲートが開く期間ｐ１において積分したビデオ信号の積分値を示す。期間ｐ１経過後の積分値の値を「Ｉ１」と表記する。図５の（Ｆ）は、レイトゲートが開く期間ｐ２においてビデオ信号の正負反転信号を積分した積分値を示す。期間ｐ２経過後の積分値の値を「Ｉ２」と表記する。
【００３９】
ビデオ信号とメインレンジゲートの位置ずれがない場合、追跡誤差（Ｉ１−Ｉ２）は「０」になる。一方で、メインレンジゲートがビデオ信号よりも遅れると追跡誤差（Ｉ１−Ｉ２）は正の値となり、メインレンジゲートがビデオ信号より先行すると追跡誤差（Ｉ１−Ｉ２）は負の値となる。このようにして、メインレンジゲートとビデオ信号の位置ずれ量によって追跡誤差の符号及び大きさが変化する。
【００４０】
図６は、反射時間検出部２０の構成例を示す図である。反射時間検出部２０は、レジスタ２１と、カウンタ２２と、発振器２３と、比較器２４と、パルス生成部２５と、ゲートフィルタ２６と、エラー検出部２７と、電圧制御可変発振器２８と、極性判定部２９を備える。
【００４１】
レジスタ２１は、メインレンジゲートの時間軸上の位置、例えばパルス信号の送信時刻からメインレンジゲートの開始時刻までの時間を記憶する。カウンタ２２は、発振器２３からの出力信号をカウントする。カウンタ２２のカウント値は、パルス信号の送信時刻に生じるリセット信号によってリセットされる。
【００４２】
比較器２４は、レジスタ２１が記憶するメインレンジゲートの位置と、カウンタ２２のカウント値とを比較する。比較器２４は、比較結果信号をパルス生成部２５へ出力する。パルス生成部２５は、比較結果信号に基づいてメインレンジゲート、アーリーゲート及びレイトゲートの開始タイミングパルス信号を生成する。
【００４３】
ゲートフィルタ２６は、パルス生成部２５が生成するタイミングパルス信号によって開始されるメインレンジゲートの期間ｐにおいてパルス信号のビデオ信号を通過させる。エラー検出部２７は、パルス生成部２５が生成するタイミングパルス信号によって開始されるアーリーゲート及びレイトゲートの位置が開く期間に従って、受信されるビデオ信号に応じて追跡誤差を検出する。
【００４４】
極性判定部２９は、追跡誤差の値の符号を検出することにより、追跡誤差の極性を判定する。電圧制御可変発振器２８は、極性判定部２９により判定された極性と、追跡誤差の大きさに従ってレジスタ２１の値を増減することにより、追跡誤差を縮小するようにメインレンジゲートの位置を変更する。反射時間検出部２０は、反射時間を示す信号として、レジスタ２１に記憶されるメインレンジゲートの位置を出力する。
なお、他の実施例では、反射時間検出部２０によるパルス信号の追跡処理は他の方式で行われてもよい。例えば、送信部６によるパルス信号の送信から受信部９による反射パルス信号の受信までの時間と、所定の時間毎に番号を付した時間軸上のメモリセルとを比較し、反射パルス信号に対応するメモリセルの番号を検出することを複数回行うことで、パルス信号の追跡処理を行われてもよい（相互相関法）。
【００４５】
続いて、到来信号により生じる反射時間の測定値の変動（バラツキ）について説明する。図７の（Ａ）〜図７の（Ｆ）は、測定値の変動の説明図である。
【００４６】
船舶５０へ到来する到来信号の搬送周波数と、船舶７０にて反射して船舶５０へ戻るパルス信号の搬送周波数が同じ場合、反射したパルス信号と到来信号とが混信する。図７の（Ａ）は、船舶７０にて反射し受信部９にて受信されたパルス信号の例を示し、図７の（Ｂ）は到来信号の例を示す。図７の（Ａ）に示す本来のパルス信号に対して図７の（Ｂ）に示すような到来信号が混信すると、パルス信号の包絡線、すなわちパルス信号のビデオ信号に乱れが生じる。
【００４７】
図７の（Ｃ）は送信パルス信号のタイムチャートを示し、図７の（Ｄ）は船舶７０で反射し且つ到来信号が混信にしたパルス信号のビデオ信号のタイムチャートを示す。図７の（Ａ）にて示す波形と比較して、図７の（Ｄ）はビデオ信号の波形が乱れた状態を示している。
【００４８】
反射時間検出部２０は、船舶７０から反射するパルス信号のビデオ信号の波形に基づいてパルス信号の追跡処理を行う。ビデオ信号の波形の乱れは、反射時間検出部２０による追跡処理に悪影響を与える。例えば、上記の反射時間検出部２０の処理において、ビデオ信号の波形の乱れは、追跡誤差の値に狂いを生じさせる。
【００４９】
検出対象の到来信号である無線通信信号は、瞬時的な雑音や不要波成分と比べて比較的長い時間継続する連続波である。したがって、パルス信号の搬送周波数が到来信号の搬送周波数に一致する場合、パルス信号と到来信号との混信によりビデオ信号の波形が継続的に乱れるため、反射時間検出部２０の追跡処理により検出するパルス信号の位置が収束しなくなる。
【００５０】
この結果、反射時間の測定値の変動が増大する。したがって、判定部１２は、反射時間の測定値が所定範囲内でない場合には、測定時のパルス信号の送信周波数が、到来信号の搬送周波数である判定することができる。
【００５１】
例えば、図７の（Ｄ）に示す位置のビデオ信号について複数回反射時間を検出する場合を考える。すると、ある測定ではメインレンジゲートの位置が図７の（Ｅ）に示す位置に位置づけられ、他の測定では波形の変動によってメインレンジゲートの位置が図７の（Ｆ）に示す位置に位置づけられる。
【００５２】
すると、図７の（Ｅ）及び図７の（Ｆ）の各ゲートの位置がふらつく。この結果、測定値がＴ１からＴ２に変化し、測定値にＴ２−Ｔ１だけ変動が生じる。
【００５３】
一方で、パルス信号に混信する電波が瞬時的な雑音や不要波成分である場合、混信電波がパルス信号の追跡に瞬時的に影響を与えても、反射時間検出部２０の追跡処理により検出されるパルス信号の位置は収束する。このため、到来信号が混信する場合と比較すると、瞬時的な雑音や不要波成分による測定値の変動は小さい。したがって、瞬時的な雑音や不要波成分が混信しても、これらの電波の周波数が誤って検出する恐れが低減される。
【００５４】
図８は、周波数検出方法の第１例の説明図である。なお、他の実施態様においては、下記のオペレーションＡＡ〜ＡＩの各オペレーションはステップであってもよい。
【００５５】
オペレーションＡＡにおいて判定部１２は、送信パルス信号の搬送周波数を変化させる指示信号を周波数制御部３に与える。周波数制御部３は、搬送周波数の変更回数を数えるための変数ｉの値を「１」に初期化する。
【００５６】
オペレーションＡＢにおいて周波数制御部３は、所定の第ｉ番目の周波数ｆｉを搬送周波数として指定する周波数情報を局所周波数発生部５へ出力する。周波数変換部４は、局所周波数発生部５から供給される局発信号によりパルス発生部２が出力するパルス波形を周波数変換することによって、搬送周波数ｆｉのパルス信号を生成する。
【００５７】
オペレーションＡＣにおいて送信部６はパルス信号を送信する。反射時間検出部２０は、反射パルス信号の反射時間を測定する。パルス信号の送信及び反射時間の測定はＮ回行われる。Ｎは例えば２以上の整数であってよい。
【００５８】
オペレーションＡＤにおいて判定部１２は、測定値の変動が所定の閾値を超えるか否かを判定する。判定部１２は、複数の値の間の変動について様々な算出方法を利用してよい。例えば判定部１２は、測定値の最大値と最小値の差を変動として算出してよい。例えば判定部１２は、測定値の標準偏差を変動として算出してよい。
【００５９】
測定値の変動が所定の閾値を超える場合（オペレーションＡＤ：Ｙ）、処理はオペレーションＡＥに進む。測定値の変動が所定の閾値を超えない場合（オペレーションＡＤ：Ｎ）、処理はオペレーションＡＦに進む。
【００６０】
オペレーションＡＥにおいて判定部１２は、判定結果「Ｙ」を搬送周波数ｆｉに関連付けて記憶することにより、周波数ｆｉにおいて判定された変動が所定の閾値を超えたことを記憶する。その後、処理はオペレーションＡＧに進む。
【００６１】
一方、オペレーションＡＦにおいて判定部１２は、判定結果「Ｎ」を搬送周波数ｆｉに関連付けて記憶することにより、周波数ｆｉにおいて判定された変動が所定の閾値以内であったことを記憶する。その後、処理はオペレーションＡＧに進む。
【００６２】
オペレーションＡＧにおいて周波数制御部３は、変数ｉの値を１つ増加させる。オペレーションＡＨにおいて周波数制御部３は、所定のＮ回の搬送周波数の変更が完了したか否かを判定する。Ｎ回の搬送周波数の変更が完了した場合（オペレーションＡＨ：Ｙ）、処理はオペレーションＡＩへ進む。Ｎ回の搬送周波数の変更が完了しない場合（オペレーションＡＨ：Ｎ）、処理はオペレーションＡＢへ戻る。
【００６３】
オペレーションＡＩにおいて判定部１２は、判定結果「Ｙ」に関連付けられて記憶された搬送周波数ｆｉを、到来信号の搬送周波数として特定する。その後処理は終了する。
【００６４】
なお、図８に示す周波数検出方法では、判定部１２は、周波数制御部３が（Ｎ−１）回変化させたＮ個の搬送周波数のそれぞれについて、到来信号の搬送周波数であるか否かを判定した。
【００６５】
他の実施例では、周波数制御部３が第１ステップ幅で搬送周波数を（Ｎ−１）回変化させてよい。判定部１２は、Ｎ個の搬送周波数のそれぞれについて到来信号の搬送周波数であるか否かを判定することにより到来信号の搬送周波数を粗検出してよい。
【００６６】
Ｎ個の搬送周波数の中から到来信号の搬送周波数が発見されたとき、周波数制御部３は、Ｎ個の搬送周波数の中の、発見された周波数の前後の周波数間において、第１ステップ幅よりも狭い第２ステップ幅で搬送周波数を（Ｍ−１）回変化させてよい。判定部１２は、Ｍ個の搬送周波数のそれぞれについて到来信号の搬送周波数であるか否かを判定することにより、到来信号の搬送周波数を細検出してよい。以下に示す他の実施例でも同様である。
【００６７】
本実施例によれば、無線信号の搬送周波数の検出において瞬時的な雑音や不要波成分による誤検出が低減される。これにより、無線信号の搬送周波数を特定する精度が向上する。
【００６８】
また、上記の通り搬送周波数の粗検出と細検出とを行うことにより、無線信号の搬送周波数を特定する精度をさらに向上することが可能となる。
【００６９】
次に周波数検出装置１の他の実施例について説明する。図９は、周波数検出装置１の構成例の第２例を示す図である。第２例の周波数検出装置１は、複数回測定した反射時間の測定値間の変化量を算出する。
【００７０】
図３に示す船舶５０と船舶７０とが相対移動している場合、船舶５０と船舶７０との間の距離変化に応じて反射時間の測定値が変化する。この反射時間の測定値の変化率は、船舶５０と船舶７０との間の平均相対速度にも依存する。しかし、一定のインターバル毎に測定された測定値間の変化量を算出すると、算出された各変化量同士の大きさの差は、相対速度の変化によって変動するが、平均相対速度には依存しなくなる。
【００７１】
したがって、第２例の周波数検出装置１は、測定値間の変化量の変動が閾値を超える場合に、パルス信号の搬送周波数を到来信号の搬送周波数と判定する。
【００７２】
図９において、図２を参照して説明した第１構成例の各構成要素と同様の構成要素には同一の参照符号を付する。同一の参照符号が付された構成要素は特に説明しない限り同じである。また、以下に説明する第２構成例の構成要素やその機能を他の実施例が備えていてもよい。
【００７３】
周波数検出装置１は、変化量算出部１４を備える。変化量算出部１４は、周波数制御部３に対して、パルス信号の搬送周波数を変化させる指示信号を与える。変化量算出部１４は、送信パルス信号の搬送周波数を周波数制御部３が変化させる間、パルス検出部１１により測定されるパルス信号の反射時間の測定値を受信する。
【００７４】
パルス検出部１１は、周波数制御部３によって設定される複数の搬送周波数のそれぞれにおいて、複数回送信され各々船舶７０で反射する同一搬送周波数のパルス信号の反射時間を検出する。変化量算出部１４は、一定の測定周期でパルス検出部１１により測定された反射時間の測定値間の変化量を算出する。
【００７５】
次に示す表１は、同一搬送周波数のパルス信号の反射時間を複数回検出した場合における、検出した反射時間に基づき測定される船舶５０及び船舶７０間の距離の測定値の例である。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１は、到来信号の搬送周波数とパルス信号との混信がない場合の測定結果を示す。１０回の測定の間のインターバルは略同じである。第１回目及び第２回目の測定値間の変化量Δｄは９ｍであり、第２回目及び第３回目の測定値間の変化量Δｄは９ｍであり、第３回目及び第４回目の測定値間の変化量Δｄは１１ｍである。
【００７８】
第４回目及び第５回目の測定値間の変化量Δｄは８ｍであり、第５回目及び第６回目の測定値間の変化量Δｄは１１ｍであり、第６回目及び第７回目の測定値間の変化量Δｄは８ｍである。第７回目及び第８回目の測定値間の変化量Δｄは９ｍであり、第８回目及び第９回目の測定値間の変化量Δｄは９ｍであり、第９回目及び第１０回目の測定値間の変化量Δｄは９ｍである。
【００７９】
なお、表１は、船舶５０及び船舶７０が接近している場合の測定結果を示す。測定間隔毎に約１０ｍずつ船舶５０と船舶７０間との間の距離が変化している。変化量Δｄ間の差の最大値は３ｍである。
【００８０】
次に示す表２は、到来信号とパルス信号が混信する場合の測定結果である。
【００８１】
【表２】
【００８２】
第１回目及び第２回目の測定値間の変化量Δｄは２９７ｍであり、第２回目及び第３回目の測定値間の変化量Δｄは２４３ｍであり、第３回目及び第４回目の測定値間の変化量Δｄは１９３ｍである。第４回目及び第５回目の測定値間の変化量Δｄは１２２ｍであり、第５回目及び第６回目の測定値間の変化量Δｄは１８８ｍであり、第６回目及び第７回目の測定値間の変化量Δｄは２２８ｍである。第７回目及び第８回目の測定値間の変化量Δｄは２７８ｍであり、第８回目及び第９回目の測定値間の変化量Δｄは２５６ｍであり、第９回目及び第１０回目の測定値間の変化量Δｄは２１４ｍである。
【００８３】
本測定結果の例は、船舶５０及び船舶７０が接近している場合の測定結果を示す。測定間隔毎に約１０ｍずつ船舶５０と船舶７０との間の距離が変化している。変化量Δｄ間の差の最大値は１７５ｍである。
【００８４】
このように、測定値間の変化量の変動に注目すれば、船舶５０と船舶７０とが相対移動している場合に、測定値間の変化量の変動の大きさが、平均相対速度の違いに依存しなくなる。このため、到来信号が混信しないときの変動を小さく抑えることができる。
【００８５】
一方で、表２に示す通り到来信号が混信すると測定値間の変化量の変動は増加する。このように、測定値間の変化量の変動が所定の閾値を超えるか否かを判定することにより、平均相対速度の大きさに関わらず、到来信号の混信の検出感度を維持することができる。
【００８６】
図９を参照する。判定部１２は、変化量算出部１４は算出する変化量を受信する。測定値間の変化量の変動が閾値を超える場合に、このような変動が生じた搬送周波数を到来信号の搬送周波数と判定する。
【００８７】
以下、第２例の周波数検出装置１によって行われる周波数検出方法を説明する。図１０は、周波数検出方法の第２例の説明図である。なお、他の実施態様においては、下記のオペレーションＢＡ〜ＢＪの各オペレーションはステップであってもよい。
【００８８】
オペレーションＢＡにおいて変化量算出部１４は、送信パルス信号の搬送周波数を変化させる指示信号を周波数制御部３に与える。周波数制御部３は、搬送周波数の変更回数を数えるための変数ｉの値を「１」に初期化する。
【００８９】
オペレーションＢＢ及びＢＣの処理は、図８に示すオペレーションＡＢ及びＡＣの処理と同様である。オペレーションＢＤにおいて変化量算出部１４は、一定の測定周期でパルス検出部１１により測定された反射時間の測定値間の変化量を算出する。
【００９０】
オペレーションＢＥにおいて判定部１２は、変化量の変動が所定の閾値を超えるか否かを判定する。変動が所定の閾値を超える場合（オペレーションＢＥ：Ｙ）、処理はオペレーションＢＦに進む。変動が所定の閾値を超えない場合（オペレーションＢＥ：Ｎ）、処理はオペレーションＢＧに進む。
【００９１】
オペレーションＢＦ〜ＧＪの処理は、図８に示すオペレーションＡＥ〜ＡＩの処理と同様である。
【００９２】
本実施例によれば、反射時間の変動の大きさを判定する際に、船舶５０及び船舶７０の相対移動による平均相対速度の違いを変動から除去することができる。これにより、船舶５０及び船舶７０の相対移動に関わらず、無線信号の搬送周波数の検出精度を維持することができる。
【００９３】
次に周波数検出装置１の他の実施例について説明する。図１１は、周波数検出装置１の構成例の第３例を示す図である。第３例の周波数検出装置１は、パルス信号を反射する物体の指定をユーザが行うことを可能にする。判定部１２は、ユーザにより指定された物体で反射したパルス信号の反射時間の測定値に生ずる変動に基づいて到来信号の搬送周波数を判定する。
【００９４】
図１１において、図２を参照して説明した第１構成例の各構成要素と同様の構成要素には同一の参照符号を付する。同一の参照符号が付された構成要素は特に説明しない限り同じである。
【００９５】
周波数検出装置１は、レーダ画像作成部１５と、目標指定部１６と、指向性制御部１７を備える。レーダ画像作成部１５は、パルス検出部１１によって検出された受信パルスに基づいて、船舶５０の周囲においてパルス信号を反射した物体の像を示すレーダ画像を生成する。出力部１３はレーダ画像を出力する。
【００９６】
目標指定部１６は、レーダ画像に現れた物体のいずれかをユーザが指定する指定入力を受け付ける。目標指定部１６は、例えば出力部１３が出力するレーダ画像上のいずれかの点を指定できる入力インタフェースであってよい。例えば目標指定部１６は、タッチペン、タッチパネル、マウス及びトラックボールなどであってよい。
【００９７】
目標指定部１６は、指定された物体を識別する識別情報を生成する。識別情報は、レーダ画像上における物体の座標情報や、レーダ画像上で認識された物体に割り当てられる識別子であってよい。目標指定部１６は、識別情報を判定部１２へ出力する。また目標指定部１６は、指定された物体が存在する位置を示す位置情報を指向性制御部１７へ出力する。
【００９８】
判定部１２は、目標指定部１６から受信する識別情報に従って、パルス検出部１１から受信する反射時間の測定値のうち、ユーザにより指定された物体から反射したパルス信号に関するものを選択する。
【００９９】
これに加えて又はこれに代えて、パルス検出部１１は、目標指定部１６から識別情報を受信し、ユーザにより指定された物体から反射したパルス信号の反射時間の測定値を選択して判定部１２へ出力してもよい。また、パルス検出部１１は、ユーザにより指定された物体から反射したパルス信号の反射時間の測定値を、他の測定値と区別できる形で判定部１２へ出力してもよい。
【０１００】
判定部１２は、ユーザにより指定された物体で反射したパルス信号の反射時間の測定値に基づいて、到来信号の搬送周波数を判定する。
【０１０１】
また、指向性制御部１７は、ユーザが指定する物体の位置情報を目標指定部１６から受信したとき、送信アンテナ７及び／又は受信アンテナ８の指向性を、指定された物体が存在する方向へ向けてよい。なお、目標指定部１６による指定に基づく送信アンテナ７及び／又は受信アンテナ８の指向性の制御を行わない場合には、指向性制御部１７は省略してよい。
【０１０２】
本実施例によれば、到来信号の発信源の物体を、到来信号の搬送周波数を測定する際に使用するパルス信号の反射物体として指定することが可能となる。パルス信号の反射物体として発信源を指定することにより、反射したパルス信号の受信方向と、到来信号の受信方向とを合わせることができるので、反射パルスと到来信号とをより良く混信させることが可能となる。
【０１０３】
反射パルスと到来信号とがより良く混信することにより、反射時間の測定結果又はその変化量の変動を増大させることができるので、到来信号の搬送周波数の検出感度をより向上することができる。
【０１０４】
また、アンテナの指向性を、発信源に向けることにより、他の方向から飛来するノイズや不要波成分による影響を低減することが可能となる。また、アンテナ指向性を発信源に向けることにより、発信源に向けてパルス信号を送信できる期間が増えるため、検出に要する時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 周波数測定装置
６ 送信部
９ 受信部
１２ 判定部
１４ 変化量算出部
１６ 目標指定部
１７ 指向性制御部
【技術分野】
【０００１】
本明細書で論じられる実施態様は、無線信号の搬送周波数を検出する周波数検出装置及び周波数検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線信号の搬送周波数を検出する方法として、検波対象の搬送周波数を掃引し、各搬送周波数において信号があるか否かを判定する方法が知られている。図１を参照して搬送周波数の検出方法を説明する。
【０００３】
図１は、検波対象の搬送周波数が掃引される間に、各搬送周波数において検出される信号の受信電力レベルを示す。参照符号１００にて示すように、周波数ｆｄにおいて受信電力レベルが閾値Ｐｔを超える。このとき、閾値Ｐｔを超える受信電力レベルが観察された周波数ｆｄが検出対象の搬送周波数として検出される。
【０００４】
なお、搬送波に対して周波数変調幅ΔＦの三角波変調を掛けた信号を送信アンテナから電磁波として放射し、送信信号と受信信号とのビート信号を生成するレーダ装置が知られている。このレーダ装置は、サンプリングされたビート信号を短時間データに切り出して、短時間データを離散フーリエ変換し、干渉波の周波数を検出する。
【０００５】
また、漸減端周波数から漸増端周波数まで予め定められた漸増期間で漸増し、漸増端周波数まで漸増すると、次に、漸増端周波数から漸減端周波数まで予め定められた漸減期間で漸減するように変調される送信信号を送信するレーダ装置が知られている。このレーダ装置は、送信信号と反射信号とを混合部で混合したビート信号を逐次サンプリングして取得する。レーダ装置は、取得したビート信号に基づき、ビート信号に干渉信号が含まれる干渉期間を特定する。レーダ装置は、特定した干渉期間を除く期間で取得したビート信号に対してＦＦＴ処理をした結果に基づき、対象物との相対距離及び相対速度を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３２３８３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０７２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
検波周波数を掃引する従来の搬送周波数の検出方法では、瞬時的な雑音や不要波成分が受信信号に混入すると、信号が存在しない周波数において受信電力レベルが閾値を超え、誤検出が生じるという問題があった。
【０００８】
開示の装置及び方法は、無線信号の搬送周波数の検出において瞬時的な雑音や不要波成分による誤検出を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
装置の一観点によれば、パルス信号を送信する送信部と、信号を受信する受信部と、送信部により送信され物体で反射して受信部により受信されたパルス信号を追跡することによりパルス信号の反射時間を検出する検出部と、反射時間が所定範囲内であるか否かを判定し、反射時間が所定範囲内でない場合にパルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する判定部を備える周波数検出装置が提供される。
【００１０】
方法の一観点によれば、パルス信号を送信し、物体で反射したパルス信号を受信し、受信されるパルス信号を追跡することにより送信から受信までのパルス信号の反射時間を検出し、反射時間が所定範囲内であるか否かを判定し、反射時間が所定範囲内でない場合にパルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定することを特徴とする周波数検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
開示の装置又は方法によれば、無線信号の搬送周波数の検出において瞬時的な雑音や不要波成分による誤検出が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】搬送周波数の検出方法の説明図である。
【図２】周波数検出装置の構成例の第１例を示す図である。
【図３】距離測定の対象の物体の一例を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、パルス信号の追跡処理の一例の説明図（その１）である。
【図５】（Ａ）〜（Ｆ）は、パルス信号の追跡処理の一例の説明図（その２）である。
【図６】反射時間検出部の構成例を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｆ）は、測定値の変動の説明図である。
【図８】周波数検出方法の第１例の説明図である。
【図９】周波数検出装置の構成例の第２例を示す図である。
【図１０】周波数検出方法の第２例の説明図である。
【図１１】周波数検出装置の構成例の第３例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付する図面を参照して実施例について説明する。図２は、周波数検出装置の構成例の第１例を示す図である。
【００１４】
周波数検出装置１は、パルス発生部２、周波数制御部３、周波数変換部４及び１０、局所周波数発生部５、送信部６並びに送信アンテナ７を備える。また、周波数検出装置１は、受信アンテナ８、受信部９、パルス検出部１１、判定部１２及び出力部１３を備える。周波数検出装置１は、同じアンテナを送信アンテナ７及び受信アンテナ８として兼用してもよい。
【００１５】
周波数検出装置１は、パルス信号を送信し、送信したパルスが物体から反射してくる反射時間を測定することにより物体までの距離を測定する。図３は、距離測定の対象の物体の一例を示す図である。
【００１６】
以下の説明では、周波数検出装置１が船舶との距離を測定する場合について説明する。周波数検出装置１は、船舶５０に設置され、船舶５０の周囲にパルス信号を送信する。周波数検出装置１は、船舶７０で反射するパルス信号の反射時間、すなわち周波数検出装置１の送信部６により送信されてから受信部９により受信されるまでの時間を測定することにより、船舶５０と船舶７０との間の距離を測定する。
【００１７】
また、周波数検出装置１は、周波数検出装置１へ到来する無線通信信号の搬送周波数を検出する。本明細書において、検出対象の無線通信信号を「到来信号」と表記することがある。到来信号の発信源は、距離測定の対象である船舶７０でもよく他の物体でもよい。
【００１８】
なお、本説明では、周波数検出装置１との間の距離が測定される物体として船舶が例示されるが、距離の測定対象の物体は船舶に限定されない。周波数検出装置１との距離が測定される物体は、車両、航空機など他のいかなる種類の物体であってもよい。
【００１９】
また、本説明では、到来信号の発信源として船舶が例示されるが、到来信号の発信源は船舶に限定されない。周波数検出装置１が検出しようとする到来信号の発信源は、上記例示したものの他、無線信号を送信可能な他のいかなる物体でもよい。
【００２０】
図２を参照する。パルス発生部２は、中間周波数の搬送波をパルス変調することによりパルス波形を生成する。周波数制御部３は、送信部６が送信するパルス信号の搬送周波数を変化させるタイミング信号とパルス信号の搬送周波数を指定する周波数情報を生成する。周波数制御部３は、タイミング信号及び周波数情報を局所周波数発生部５へ出力する。
【００２１】
周波数変換部４は、パルス発生部２が出力するパルス波形と局所周波数発生部５から供給される局発信号とを混合することにより、中間周波数のパルス波形を無線周波数のパルス信号へと変換する。
【００２２】
局所周波数発生部５は、周波数制御部３からのタイミング信号及び周波数情報に従って、周波数変換部４及び周波数変換部１０へ供給する周波数変換用の局発信号を生成する。周波数制御部３が、周波数情報の値を変えることによって、局発信号の周波数が変化し、周波数変換部４から出力される無線周波数のパルス信号の搬送周波数が変化する。
【００２３】
送信部６は、周波数変換部４から出力される無線周波数のパルス信号の電力を増幅し、増幅されたパルス信号を、送信アンテナ７を介して送信する。
【００２４】
受信部９は、受信アンテナ８を介して無線周波数のパルス信号を受信する。受信部９は、高周波増幅を行うことにより受信信号の電力を増幅する。周波数変換部１０は、無線周波数の受信信号を中間周波数信号へ変換する。
【００２５】
パルス検出部１１は、受信信号に含まれるパルス信号を追跡する。このパルス信号は、送信部６により送信され特定の物体、例えば船舶７０から反射したパルス信号である。パルス検出部１１は、送信部６がパルス信号を送信した時点から、受信部９がパルス信号を受信するまでの反射時間に基づいて、船舶７０と船舶５０との距離を検出する。
【００２６】
パルス検出部１１は、反射時間検出部２０を備える。反射時間検出部２０は、例えば、スプリットゲート方式や相互相関法などの所定の距離追跡処理に従ってパルス信号の追跡処理を行う。反射時間検出部２０は、検出部の一例である。反射時間検出部２０の構成及び機能の例示については後述する。
【００２７】
判定部１２は、周波数制御部３に対して、パルス信号の搬送周波数を変化させる指示信号を与える。判定部１２は、周波数制御部３が送信パルス信号の搬送周波数を変化させる間、パルス検出部１１により測定されるパルス信号の反射時間の測定値を受信する。
【００２８】
判定部１２は、周波数制御部３によって設定される複数の搬送周波数のそれぞれにおいて、パルス信号の反射時間が所定範囲内であるか否かを判定する。判定部１２は、反射時間が所定範囲内でない場合に、パルス信号の搬送周波数を、検出対象である到来信号の搬送周波数と判定する。
【００２９】
例えば、パルス検出部１１は、周波数制御部３によって設定される複数の搬送周波数のそれぞれにおいて、複数回送信され各々船舶７０で反射する同一搬送周波数のパルス信号の反射時間を検出してよい。判定部１２は、複数回検出された反射時間の測定値に生じた変動が所定の閾値を超える場合に、このような変動が生じた搬送周波数を到来信号の搬送周波数と判定してよい。
【００３０】
出力部１３は、判定部１２により判定された到来信号の搬送周波数を出力する。出力部１３は、ユーザが視覚で認識できるように搬送周波数を出力する表示装置や印刷装置であってよい。出力部１３は、コンピュータにより読み取り可能な態様で搬送周波数を出力するインタフェース装置であってもよい。
【００３１】
次に、反射時間検出部２０によるパルス信号の追跡処理について説明する。図４の（Ａ）〜図４の（Ｃ）及び図５の（Ａ）〜図５の（Ｆ）は、パルス信号の追跡処理の一例の説明図である。
【００３２】
パルス信号の追跡処理は、送信部６によりパルス信号が送信されてから、物体で反射して受信部９によりパルス信号の反射波を受信するまでの時間の測定を複数回行うものである。例えば、まず、送信部６からパルス信号を繰り返し送信し、受信部９で反射パルス信号の受信が受信されるのを待つ。受信部９で反射パルス信号が受信された後は、受信部９で反射パルス信号を繰り返し受信し、送信部６によりパルス信号が送信されてから、物体で反射して受信部９によりパルス信号の反射波を受信するまでの時間の測定を繰り返し行う。以下に説明する例において、反射時間検出部２０は、スプリットゲート方式にしたがってパルス信号の追跡処理を行う。
【００３３】
図４の（Ａ）は、時刻ｔ１で送信されたパルス幅Ｔｐを有する送信パルス信号のタイムチャートを示す。図４の（Ｂ）は、船舶７０で反射して受信部９にて受信されたパルス信号のビデオ信号のタイムチャートを示す。スプリットゲート方式では、反射時間検出部２０は、パルス信号の反射時間を決定するためのメインレンジゲートを発生させる。
【００３４】
図４の（Ｃ）にメインレンジゲートのタイムチャートを示す。メインレンジゲートは、反射パルス信号のビデオ信号の検出期間ｐを持つフィルタである。検出期間ｐは、パルス幅Ｔｐと同じかそれよりやや長い。
【００３５】
反射時間検出部２０は、時間軸上で反射パルス信号を測定し、測定された反射パルス信号の時間軸上の位置とメインレンジゲートの時間軸上の位置を合わせる。図４の（Ｃ）においては、例えば最初に受信した反射パルス信号のビデオ信号の中心ｔｃにメインゲートの中心が合わされた状態が示されている。
【００３６】
反射時間検出部２０は、パルス信号の受信時刻とメインレンジゲートの位置とのずれ、すなわち追跡誤差が生じると、誤差の方向及び誤差量を検出し、追跡誤差を縮小するようにメインレンジゲートの位置を変更することで、パルス信号を追跡する。反射時間検出部２０は、このようにメインレンジゲートにパルス信号を追跡させ、パルスの送信時刻ｔ１からメインレンジゲートの位置ｔ２までの時刻をパルス信号の反射時間として決定する。
【００３７】
次に、追跡誤差の検出方法の例を説明する。図５の（Ａ）はパルス信号のビデオ信号のタイムチャートを示し、図５の（Ｂ）はメインレンジゲートのタイムチャートを示す。また、図５の（Ｃ）はアーリーゲートのタイムチャートを示し、図５の（Ｄ）はレイトゲートのタイムチャートを示す。アーリーゲートは、メインレンジゲートの前半の期間ｐ１にて開き、レイトゲートは、メインレンジゲートの後半の期間ｐ２にて開く。
【００３８】
図５の（Ｅ）は、アーリーゲートが開く期間ｐ１において積分したビデオ信号の積分値を示す。期間ｐ１経過後の積分値の値を「Ｉ１」と表記する。図５の（Ｆ）は、レイトゲートが開く期間ｐ２においてビデオ信号の正負反転信号を積分した積分値を示す。期間ｐ２経過後の積分値の値を「Ｉ２」と表記する。
【００３９】
ビデオ信号とメインレンジゲートの位置ずれがない場合、追跡誤差（Ｉ１−Ｉ２）は「０」になる。一方で、メインレンジゲートがビデオ信号よりも遅れると追跡誤差（Ｉ１−Ｉ２）は正の値となり、メインレンジゲートがビデオ信号より先行すると追跡誤差（Ｉ１−Ｉ２）は負の値となる。このようにして、メインレンジゲートとビデオ信号の位置ずれ量によって追跡誤差の符号及び大きさが変化する。
【００４０】
図６は、反射時間検出部２０の構成例を示す図である。反射時間検出部２０は、レジスタ２１と、カウンタ２２と、発振器２３と、比較器２４と、パルス生成部２５と、ゲートフィルタ２６と、エラー検出部２７と、電圧制御可変発振器２８と、極性判定部２９を備える。
【００４１】
レジスタ２１は、メインレンジゲートの時間軸上の位置、例えばパルス信号の送信時刻からメインレンジゲートの開始時刻までの時間を記憶する。カウンタ２２は、発振器２３からの出力信号をカウントする。カウンタ２２のカウント値は、パルス信号の送信時刻に生じるリセット信号によってリセットされる。
【００４２】
比較器２４は、レジスタ２１が記憶するメインレンジゲートの位置と、カウンタ２２のカウント値とを比較する。比較器２４は、比較結果信号をパルス生成部２５へ出力する。パルス生成部２５は、比較結果信号に基づいてメインレンジゲート、アーリーゲート及びレイトゲートの開始タイミングパルス信号を生成する。
【００４３】
ゲートフィルタ２６は、パルス生成部２５が生成するタイミングパルス信号によって開始されるメインレンジゲートの期間ｐにおいてパルス信号のビデオ信号を通過させる。エラー検出部２７は、パルス生成部２５が生成するタイミングパルス信号によって開始されるアーリーゲート及びレイトゲートの位置が開く期間に従って、受信されるビデオ信号に応じて追跡誤差を検出する。
【００４４】
極性判定部２９は、追跡誤差の値の符号を検出することにより、追跡誤差の極性を判定する。電圧制御可変発振器２８は、極性判定部２９により判定された極性と、追跡誤差の大きさに従ってレジスタ２１の値を増減することにより、追跡誤差を縮小するようにメインレンジゲートの位置を変更する。反射時間検出部２０は、反射時間を示す信号として、レジスタ２１に記憶されるメインレンジゲートの位置を出力する。
なお、他の実施例では、反射時間検出部２０によるパルス信号の追跡処理は他の方式で行われてもよい。例えば、送信部６によるパルス信号の送信から受信部９による反射パルス信号の受信までの時間と、所定の時間毎に番号を付した時間軸上のメモリセルとを比較し、反射パルス信号に対応するメモリセルの番号を検出することを複数回行うことで、パルス信号の追跡処理を行われてもよい（相互相関法）。
【００４５】
続いて、到来信号により生じる反射時間の測定値の変動（バラツキ）について説明する。図７の（Ａ）〜図７の（Ｆ）は、測定値の変動の説明図である。
【００４６】
船舶５０へ到来する到来信号の搬送周波数と、船舶７０にて反射して船舶５０へ戻るパルス信号の搬送周波数が同じ場合、反射したパルス信号と到来信号とが混信する。図７の（Ａ）は、船舶７０にて反射し受信部９にて受信されたパルス信号の例を示し、図７の（Ｂ）は到来信号の例を示す。図７の（Ａ）に示す本来のパルス信号に対して図７の（Ｂ）に示すような到来信号が混信すると、パルス信号の包絡線、すなわちパルス信号のビデオ信号に乱れが生じる。
【００４７】
図７の（Ｃ）は送信パルス信号のタイムチャートを示し、図７の（Ｄ）は船舶７０で反射し且つ到来信号が混信にしたパルス信号のビデオ信号のタイムチャートを示す。図７の（Ａ）にて示す波形と比較して、図７の（Ｄ）はビデオ信号の波形が乱れた状態を示している。
【００４８】
反射時間検出部２０は、船舶７０から反射するパルス信号のビデオ信号の波形に基づいてパルス信号の追跡処理を行う。ビデオ信号の波形の乱れは、反射時間検出部２０による追跡処理に悪影響を与える。例えば、上記の反射時間検出部２０の処理において、ビデオ信号の波形の乱れは、追跡誤差の値に狂いを生じさせる。
【００４９】
検出対象の到来信号である無線通信信号は、瞬時的な雑音や不要波成分と比べて比較的長い時間継続する連続波である。したがって、パルス信号の搬送周波数が到来信号の搬送周波数に一致する場合、パルス信号と到来信号との混信によりビデオ信号の波形が継続的に乱れるため、反射時間検出部２０の追跡処理により検出するパルス信号の位置が収束しなくなる。
【００５０】
この結果、反射時間の測定値の変動が増大する。したがって、判定部１２は、反射時間の測定値が所定範囲内でない場合には、測定時のパルス信号の送信周波数が、到来信号の搬送周波数である判定することができる。
【００５１】
例えば、図７の（Ｄ）に示す位置のビデオ信号について複数回反射時間を検出する場合を考える。すると、ある測定ではメインレンジゲートの位置が図７の（Ｅ）に示す位置に位置づけられ、他の測定では波形の変動によってメインレンジゲートの位置が図７の（Ｆ）に示す位置に位置づけられる。
【００５２】
すると、図７の（Ｅ）及び図７の（Ｆ）の各ゲートの位置がふらつく。この結果、測定値がＴ１からＴ２に変化し、測定値にＴ２−Ｔ１だけ変動が生じる。
【００５３】
一方で、パルス信号に混信する電波が瞬時的な雑音や不要波成分である場合、混信電波がパルス信号の追跡に瞬時的に影響を与えても、反射時間検出部２０の追跡処理により検出されるパルス信号の位置は収束する。このため、到来信号が混信する場合と比較すると、瞬時的な雑音や不要波成分による測定値の変動は小さい。したがって、瞬時的な雑音や不要波成分が混信しても、これらの電波の周波数が誤って検出する恐れが低減される。
【００５４】
図８は、周波数検出方法の第１例の説明図である。なお、他の実施態様においては、下記のオペレーションＡＡ〜ＡＩの各オペレーションはステップであってもよい。
【００５５】
オペレーションＡＡにおいて判定部１２は、送信パルス信号の搬送周波数を変化させる指示信号を周波数制御部３に与える。周波数制御部３は、搬送周波数の変更回数を数えるための変数ｉの値を「１」に初期化する。
【００５６】
オペレーションＡＢにおいて周波数制御部３は、所定の第ｉ番目の周波数ｆｉを搬送周波数として指定する周波数情報を局所周波数発生部５へ出力する。周波数変換部４は、局所周波数発生部５から供給される局発信号によりパルス発生部２が出力するパルス波形を周波数変換することによって、搬送周波数ｆｉのパルス信号を生成する。
【００５７】
オペレーションＡＣにおいて送信部６はパルス信号を送信する。反射時間検出部２０は、反射パルス信号の反射時間を測定する。パルス信号の送信及び反射時間の測定はＮ回行われる。Ｎは例えば２以上の整数であってよい。
【００５８】
オペレーションＡＤにおいて判定部１２は、測定値の変動が所定の閾値を超えるか否かを判定する。判定部１２は、複数の値の間の変動について様々な算出方法を利用してよい。例えば判定部１２は、測定値の最大値と最小値の差を変動として算出してよい。例えば判定部１２は、測定値の標準偏差を変動として算出してよい。
【００５９】
測定値の変動が所定の閾値を超える場合（オペレーションＡＤ：Ｙ）、処理はオペレーションＡＥに進む。測定値の変動が所定の閾値を超えない場合（オペレーションＡＤ：Ｎ）、処理はオペレーションＡＦに進む。
【００６０】
オペレーションＡＥにおいて判定部１２は、判定結果「Ｙ」を搬送周波数ｆｉに関連付けて記憶することにより、周波数ｆｉにおいて判定された変動が所定の閾値を超えたことを記憶する。その後、処理はオペレーションＡＧに進む。
【００６１】
一方、オペレーションＡＦにおいて判定部１２は、判定結果「Ｎ」を搬送周波数ｆｉに関連付けて記憶することにより、周波数ｆｉにおいて判定された変動が所定の閾値以内であったことを記憶する。その後、処理はオペレーションＡＧに進む。
【００６２】
オペレーションＡＧにおいて周波数制御部３は、変数ｉの値を１つ増加させる。オペレーションＡＨにおいて周波数制御部３は、所定のＮ回の搬送周波数の変更が完了したか否かを判定する。Ｎ回の搬送周波数の変更が完了した場合（オペレーションＡＨ：Ｙ）、処理はオペレーションＡＩへ進む。Ｎ回の搬送周波数の変更が完了しない場合（オペレーションＡＨ：Ｎ）、処理はオペレーションＡＢへ戻る。
【００６３】
オペレーションＡＩにおいて判定部１２は、判定結果「Ｙ」に関連付けられて記憶された搬送周波数ｆｉを、到来信号の搬送周波数として特定する。その後処理は終了する。
【００６４】
なお、図８に示す周波数検出方法では、判定部１２は、周波数制御部３が（Ｎ−１）回変化させたＮ個の搬送周波数のそれぞれについて、到来信号の搬送周波数であるか否かを判定した。
【００６５】
他の実施例では、周波数制御部３が第１ステップ幅で搬送周波数を（Ｎ−１）回変化させてよい。判定部１２は、Ｎ個の搬送周波数のそれぞれについて到来信号の搬送周波数であるか否かを判定することにより到来信号の搬送周波数を粗検出してよい。
【００６６】
Ｎ個の搬送周波数の中から到来信号の搬送周波数が発見されたとき、周波数制御部３は、Ｎ個の搬送周波数の中の、発見された周波数の前後の周波数間において、第１ステップ幅よりも狭い第２ステップ幅で搬送周波数を（Ｍ−１）回変化させてよい。判定部１２は、Ｍ個の搬送周波数のそれぞれについて到来信号の搬送周波数であるか否かを判定することにより、到来信号の搬送周波数を細検出してよい。以下に示す他の実施例でも同様である。
【００６７】
本実施例によれば、無線信号の搬送周波数の検出において瞬時的な雑音や不要波成分による誤検出が低減される。これにより、無線信号の搬送周波数を特定する精度が向上する。
【００６８】
また、上記の通り搬送周波数の粗検出と細検出とを行うことにより、無線信号の搬送周波数を特定する精度をさらに向上することが可能となる。
【００６９】
次に周波数検出装置１の他の実施例について説明する。図９は、周波数検出装置１の構成例の第２例を示す図である。第２例の周波数検出装置１は、複数回測定した反射時間の測定値間の変化量を算出する。
【００７０】
図３に示す船舶５０と船舶７０とが相対移動している場合、船舶５０と船舶７０との間の距離変化に応じて反射時間の測定値が変化する。この反射時間の測定値の変化率は、船舶５０と船舶７０との間の平均相対速度にも依存する。しかし、一定のインターバル毎に測定された測定値間の変化量を算出すると、算出された各変化量同士の大きさの差は、相対速度の変化によって変動するが、平均相対速度には依存しなくなる。
【００７１】
したがって、第２例の周波数検出装置１は、測定値間の変化量の変動が閾値を超える場合に、パルス信号の搬送周波数を到来信号の搬送周波数と判定する。
【００７２】
図９において、図２を参照して説明した第１構成例の各構成要素と同様の構成要素には同一の参照符号を付する。同一の参照符号が付された構成要素は特に説明しない限り同じである。また、以下に説明する第２構成例の構成要素やその機能を他の実施例が備えていてもよい。
【００７３】
周波数検出装置１は、変化量算出部１４を備える。変化量算出部１４は、周波数制御部３に対して、パルス信号の搬送周波数を変化させる指示信号を与える。変化量算出部１４は、送信パルス信号の搬送周波数を周波数制御部３が変化させる間、パルス検出部１１により測定されるパルス信号の反射時間の測定値を受信する。
【００７４】
パルス検出部１１は、周波数制御部３によって設定される複数の搬送周波数のそれぞれにおいて、複数回送信され各々船舶７０で反射する同一搬送周波数のパルス信号の反射時間を検出する。変化量算出部１４は、一定の測定周期でパルス検出部１１により測定された反射時間の測定値間の変化量を算出する。
【００７５】
次に示す表１は、同一搬送周波数のパルス信号の反射時間を複数回検出した場合における、検出した反射時間に基づき測定される船舶５０及び船舶７０間の距離の測定値の例である。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１は、到来信号の搬送周波数とパルス信号との混信がない場合の測定結果を示す。１０回の測定の間のインターバルは略同じである。第１回目及び第２回目の測定値間の変化量Δｄは９ｍであり、第２回目及び第３回目の測定値間の変化量Δｄは９ｍであり、第３回目及び第４回目の測定値間の変化量Δｄは１１ｍである。
【００７８】
第４回目及び第５回目の測定値間の変化量Δｄは８ｍであり、第５回目及び第６回目の測定値間の変化量Δｄは１１ｍであり、第６回目及び第７回目の測定値間の変化量Δｄは８ｍである。第７回目及び第８回目の測定値間の変化量Δｄは９ｍであり、第８回目及び第９回目の測定値間の変化量Δｄは９ｍであり、第９回目及び第１０回目の測定値間の変化量Δｄは９ｍである。
【００７９】
なお、表１は、船舶５０及び船舶７０が接近している場合の測定結果を示す。測定間隔毎に約１０ｍずつ船舶５０と船舶７０間との間の距離が変化している。変化量Δｄ間の差の最大値は３ｍである。
【００８０】
次に示す表２は、到来信号とパルス信号が混信する場合の測定結果である。
【００８１】
【表２】
【００８２】
第１回目及び第２回目の測定値間の変化量Δｄは２９７ｍであり、第２回目及び第３回目の測定値間の変化量Δｄは２４３ｍであり、第３回目及び第４回目の測定値間の変化量Δｄは１９３ｍである。第４回目及び第５回目の測定値間の変化量Δｄは１２２ｍであり、第５回目及び第６回目の測定値間の変化量Δｄは１８８ｍであり、第６回目及び第７回目の測定値間の変化量Δｄは２２８ｍである。第７回目及び第８回目の測定値間の変化量Δｄは２７８ｍであり、第８回目及び第９回目の測定値間の変化量Δｄは２５６ｍであり、第９回目及び第１０回目の測定値間の変化量Δｄは２１４ｍである。
【００８３】
本測定結果の例は、船舶５０及び船舶７０が接近している場合の測定結果を示す。測定間隔毎に約１０ｍずつ船舶５０と船舶７０との間の距離が変化している。変化量Δｄ間の差の最大値は１７５ｍである。
【００８４】
このように、測定値間の変化量の変動に注目すれば、船舶５０と船舶７０とが相対移動している場合に、測定値間の変化量の変動の大きさが、平均相対速度の違いに依存しなくなる。このため、到来信号が混信しないときの変動を小さく抑えることができる。
【００８５】
一方で、表２に示す通り到来信号が混信すると測定値間の変化量の変動は増加する。このように、測定値間の変化量の変動が所定の閾値を超えるか否かを判定することにより、平均相対速度の大きさに関わらず、到来信号の混信の検出感度を維持することができる。
【００８６】
図９を参照する。判定部１２は、変化量算出部１４は算出する変化量を受信する。測定値間の変化量の変動が閾値を超える場合に、このような変動が生じた搬送周波数を到来信号の搬送周波数と判定する。
【００８７】
以下、第２例の周波数検出装置１によって行われる周波数検出方法を説明する。図１０は、周波数検出方法の第２例の説明図である。なお、他の実施態様においては、下記のオペレーションＢＡ〜ＢＪの各オペレーションはステップであってもよい。
【００８８】
オペレーションＢＡにおいて変化量算出部１４は、送信パルス信号の搬送周波数を変化させる指示信号を周波数制御部３に与える。周波数制御部３は、搬送周波数の変更回数を数えるための変数ｉの値を「１」に初期化する。
【００８９】
オペレーションＢＢ及びＢＣの処理は、図８に示すオペレーションＡＢ及びＡＣの処理と同様である。オペレーションＢＤにおいて変化量算出部１４は、一定の測定周期でパルス検出部１１により測定された反射時間の測定値間の変化量を算出する。
【００９０】
オペレーションＢＥにおいて判定部１２は、変化量の変動が所定の閾値を超えるか否かを判定する。変動が所定の閾値を超える場合（オペレーションＢＥ：Ｙ）、処理はオペレーションＢＦに進む。変動が所定の閾値を超えない場合（オペレーションＢＥ：Ｎ）、処理はオペレーションＢＧに進む。
【００９１】
オペレーションＢＦ〜ＧＪの処理は、図８に示すオペレーションＡＥ〜ＡＩの処理と同様である。
【００９２】
本実施例によれば、反射時間の変動の大きさを判定する際に、船舶５０及び船舶７０の相対移動による平均相対速度の違いを変動から除去することができる。これにより、船舶５０及び船舶７０の相対移動に関わらず、無線信号の搬送周波数の検出精度を維持することができる。
【００９３】
次に周波数検出装置１の他の実施例について説明する。図１１は、周波数検出装置１の構成例の第３例を示す図である。第３例の周波数検出装置１は、パルス信号を反射する物体の指定をユーザが行うことを可能にする。判定部１２は、ユーザにより指定された物体で反射したパルス信号の反射時間の測定値に生ずる変動に基づいて到来信号の搬送周波数を判定する。
【００９４】
図１１において、図２を参照して説明した第１構成例の各構成要素と同様の構成要素には同一の参照符号を付する。同一の参照符号が付された構成要素は特に説明しない限り同じである。
【００９５】
周波数検出装置１は、レーダ画像作成部１５と、目標指定部１６と、指向性制御部１７を備える。レーダ画像作成部１５は、パルス検出部１１によって検出された受信パルスに基づいて、船舶５０の周囲においてパルス信号を反射した物体の像を示すレーダ画像を生成する。出力部１３はレーダ画像を出力する。
【００９６】
目標指定部１６は、レーダ画像に現れた物体のいずれかをユーザが指定する指定入力を受け付ける。目標指定部１６は、例えば出力部１３が出力するレーダ画像上のいずれかの点を指定できる入力インタフェースであってよい。例えば目標指定部１６は、タッチペン、タッチパネル、マウス及びトラックボールなどであってよい。
【００９７】
目標指定部１６は、指定された物体を識別する識別情報を生成する。識別情報は、レーダ画像上における物体の座標情報や、レーダ画像上で認識された物体に割り当てられる識別子であってよい。目標指定部１６は、識別情報を判定部１２へ出力する。また目標指定部１６は、指定された物体が存在する位置を示す位置情報を指向性制御部１７へ出力する。
【００９８】
判定部１２は、目標指定部１６から受信する識別情報に従って、パルス検出部１１から受信する反射時間の測定値のうち、ユーザにより指定された物体から反射したパルス信号に関するものを選択する。
【００９９】
これに加えて又はこれに代えて、パルス検出部１１は、目標指定部１６から識別情報を受信し、ユーザにより指定された物体から反射したパルス信号の反射時間の測定値を選択して判定部１２へ出力してもよい。また、パルス検出部１１は、ユーザにより指定された物体から反射したパルス信号の反射時間の測定値を、他の測定値と区別できる形で判定部１２へ出力してもよい。
【０１００】
判定部１２は、ユーザにより指定された物体で反射したパルス信号の反射時間の測定値に基づいて、到来信号の搬送周波数を判定する。
【０１０１】
また、指向性制御部１７は、ユーザが指定する物体の位置情報を目標指定部１６から受信したとき、送信アンテナ７及び／又は受信アンテナ８の指向性を、指定された物体が存在する方向へ向けてよい。なお、目標指定部１６による指定に基づく送信アンテナ７及び／又は受信アンテナ８の指向性の制御を行わない場合には、指向性制御部１７は省略してよい。
【０１０２】
本実施例によれば、到来信号の発信源の物体を、到来信号の搬送周波数を測定する際に使用するパルス信号の反射物体として指定することが可能となる。パルス信号の反射物体として発信源を指定することにより、反射したパルス信号の受信方向と、到来信号の受信方向とを合わせることができるので、反射パルスと到来信号とをより良く混信させることが可能となる。
【０１０３】
反射パルスと到来信号とがより良く混信することにより、反射時間の測定結果又はその変化量の変動を増大させることができるので、到来信号の搬送周波数の検出感度をより向上することができる。
【０１０４】
また、アンテナの指向性を、発信源に向けることにより、他の方向から飛来するノイズや不要波成分による影響を低減することが可能となる。また、アンテナ指向性を発信源に向けることにより、発信源に向けてパルス信号を送信できる期間が増えるため、検出に要する時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 周波数測定装置
６ 送信部
９ 受信部
１２ 判定部
１４ 変化量算出部
１６ 目標指定部
１７ 指向性制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を送信する送信部と、
信号を受信する受信部と、
前記送信部により送信され物体で反射して前記受信部により受信されたパルス信号の前記送信部による送信から前記受信部による受信までの反射時間を複数回検出する検出部と、
前記反射時間が所定範囲内であるか否かを判定し、前記反射時間が前記所定範囲内でない場合に前記パルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する判定部と、
を備える周波数検出装置。
【請求項２】
前記判定部は、同じ搬送周波数の前記パルス信号について複数回検出した前記反射時間の測定値に生じる変動が閾値を超える場合に、前記パルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する請求項１に記載の周波数検出装置。
【請求項３】
同じ搬送周波数の前記パルス信号について複数回検出した前記反射時間の測定値間の変化量を算出する変化量算出部を備え、
前記判定部は、前記変化量に生じる変動が閾値を超える場合に、前記パルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する請求項１に記載の周波数検出装置。
【請求項４】
前記判定部が反射時間を判定するパルス信号を反射する物体に関してユーザが指定する指定入力を受け付ける目標指定部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の周波数検出装置。
【請求項５】
前記パルス信号を送信及び／又は受信するアンテナの指向性を、前記目標指定部によって指定された物体に向ける指向性制御部を備えることを特徴とする請求項４に記載の周波数検出装置。
【請求項６】
パルス信号を送信し、
物体で反射した前記パルス信号を受信し、
受信される前記パルス信号の送信から受信までの反射時間を複数回検出し、
前記反射時間が所定範囲内であるか否かを判定し、
前記反射時間が前記所定範囲内でない場合に前記パルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する、
ことを特徴とする周波数検出方法。
【請求項１】
パルス信号を送信する送信部と、
信号を受信する受信部と、
前記送信部により送信され物体で反射して前記受信部により受信されたパルス信号の前記送信部による送信から前記受信部による受信までの反射時間を複数回検出する検出部と、
前記反射時間が所定範囲内であるか否かを判定し、前記反射時間が前記所定範囲内でない場合に前記パルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する判定部と、
を備える周波数検出装置。
【請求項２】
前記判定部は、同じ搬送周波数の前記パルス信号について複数回検出した前記反射時間の測定値に生じる変動が閾値を超える場合に、前記パルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する請求項１に記載の周波数検出装置。
【請求項３】
同じ搬送周波数の前記パルス信号について複数回検出した前記反射時間の測定値間の変化量を算出する変化量算出部を備え、
前記判定部は、前記変化量に生じる変動が閾値を超える場合に、前記パルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する請求項１に記載の周波数検出装置。
【請求項４】
前記判定部が反射時間を判定するパルス信号を反射する物体に関してユーザが指定する指定入力を受け付ける目標指定部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の周波数検出装置。
【請求項５】
前記パルス信号を送信及び／又は受信するアンテナの指向性を、前記目標指定部によって指定された物体に向ける指向性制御部を備えることを特徴とする請求項４に記載の周波数検出装置。
【請求項６】
パルス信号を送信し、
物体で反射した前記パルス信号を受信し、
受信される前記パルス信号の送信から受信までの反射時間を複数回検出し、
前記反射時間が所定範囲内であるか否かを判定し、
前記反射時間が前記所定範囲内でない場合に前記パルス信号の搬送周波数を検出対象の搬送周波数と判定する、
ことを特徴とする周波数検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１５００３７（Ｐ２０１２−１５００３７Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６７９（Ｐ２０１１−９６７９）
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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