JPH09133721A - 相関関数測定方法及び装置 - Google Patents
相関関数測定方法及び装置Info
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- JPH09133721A JPH09133721A JP28985195A JP28985195A JPH09133721A JP H09133721 A JPH09133721 A JP H09133721A JP 28985195 A JP28985195 A JP 28985195A JP 28985195 A JP28985195 A JP 28985195A JP H09133721 A JPH09133721 A JP H09133721A
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Abstract
いて、高速のアナログデジタル変換器を必要とせずに、
リアルタイムで高精度の結果が得られるようにする。 【解決手段】変換部11,12によって、2つの観測信
号a(t),b(t)を所定の観測周波数帯域(中心周波数
f0、帯域幅BW)に帯域制限し、同一の中間周波数I
Fに変換する。ミキサ13,14と局部発振器15,16
を用いて所定の周波数差が生じるように観測信号a
(t),b(t)をさらに周波数変換し、乗算器18で乗算
し、差周波数成分についてベクトル検波を行って、位相
情報P(f0)や振幅情報を得る。観測信号a(t),b(t)の
遅延時間Δτ(f0)は、位相情報P(f0)を中心角周波数
2πf0で除算することによって決定する。
Description
の遅延測定や位相測定などを行うための受動型の相関関
数測定方法及び装置に関する。
時間や移相量を測定する方法には、大別すると、能動型
の方法と受動型の方法とがある。能動型の方法は、ネッ
トワークアナライザなどで使用されており、試験用信号
を自ら発生して被測定伝送路に入力し、被測定伝送路か
らの出力信号によって被測定伝送路の伝達関数を求める
方法である。この方法では、式(1)に示すように伝達関
数の位相Phase(f)を観測周波数fで微分すること
によって、周波数fにおける被測定伝送路の遅延時間τ
(f)を容易に求めることができる。
を被測定伝送路に入力させる。この場合、観測できるス
ペクトルが連続であるとは限らず、また、外部の信号源
での変動等によってSN比も一定しないので、遅延量τ
の関数として相互相関関数C(τ)を式(2)のように定義
し、C(τ)を最大にする遅延量τmを遅延時間としてい
た。
れる観測信号であり、Tは相関決定のための測定時間を
表わすパラメータである。図6は、制限された周波数帯
域でこの演算を効率良く実施するための構成を示してい
る。
間がτa,τbで表わされる遅延要素92,93に入力する
ものとする。各遅延要素92,93からの出力が、観測
信号a(t),b(t)で表わされている。これら観測信号
a(t),b(t)に対してFFT(高速フーリエ変換)処
理94,95を施すことにより、周波数fの関数として
のスペクトルSa(f),Sb(f)を算出する。そして、観
測周波数をf0、観測周波数帯域の幅をΔfとして、処
理96により、式(3)に示される相関関数Cab(f0)を算
出し、相関関数Cab(f0)の位相を2πf0によって除算
し、Δτ(f0)の近似値を求める。なお、*は、複素共役
を示している。
2,93の遅延時間τa(f0),τb(f0)の差である。した
がって、被測定伝送路への入力信号を検出してa(t)と
し、被測定伝送路からの出力信号をb(t)とすることに
よって、この被測定伝送路における遅延時間がΔτ
(f0)として求められることになる。
た受動型の測定は、観測信号a(t),b(t)の周波数ス
ペクトルを求める必要があるので高速かつ高精度のアナ
ログ/デジタル変換器を必要とするとともに、FFT演
算や上述の式(3)の数値積分など数多くの数値演算を行
わなければならないためにリアルタイムでの解析が難し
い、という問題点を有する。
変換器を必要とせず、特に、遅延時間Δτが観測用周波
数帯域Δfに対して小さい場合(Δτ<1/Δf)に、
高速かつ高精度で相関関数を決定でき、遅延時間Δτを
決定できる相関関数測定方法及び装置を提供することに
ある。
法は、所定の観測周波数帯域において第1の観測信号と
第2の観測信号の間の相関関数を測定する方法であっ
て、前記第1の観測信号を前記観測周波数帯域に制限し
て第1の周波数の信号に周波数変換し、前記第2の観測
信号を前記観測周波数帯域に制限し、前記第1の周波数
への周波数変換時と同一の基準周波数信号に基づき、前
記第1の周波数に対して所定の周波数差を有する第2の
周波数の信号に前記第2の観測信号を周波数変換し、前
記第1の周波数の信号と前記第2の周波数の信号を乗算
し、これらの差周波数成分に対して前記基準周波数信号
に基準づいてベクトル検波を行う。
演算を行う代わりに、第1の観測信号及び第2の観測信
号を所定の観測周波数帯域に帯域制限して乗算し、乗算
結果の差周波数成分に対してベクトル検波を施すことに
よって、相関関数に関する情報を得ている。この際、観
測周波数帯域に帯域制限された2信号をそのまま乗算す
ると差周波数成分がほぼ直流成分となること、また、観
測周波数帯域の信号では乗算を行う際に高すぎることな
どから、周波数変換を行い、帯域制限後の第1の観測信
号と第2の観測信号との間に所定の周波数差が生じるよ
うにしている。また、乗算器に入力すべき周波数の信号
に直接変換するのではなく、いったん、第1の観測信号
と第2の観測信号とを同一の中間周波数に変換し、さら
に再度の周波数変換を行ってから乗算器に信号を与える
ようにしてもよい。なお、相関関数の測定では位相情報
を保存しなければならないから、周波数変換やベクトル
検波が同一の基準周波数信号に基づいて行われるよう
に、具体的には例えば局部発振器をこの基準周波数信号
に位相ロックさせるようにする必要がある。
基準周波数信号に基づいて上述の差周波数に相当する参
照信号を発生させてベクトル検波を行なう、合成フーリ
エ積分(SFI;Synthesized Fourier Integration)に
基づく方法を好ましく用いることができる。また、受動
型の遅延時間測定を行う場合には、被測定伝送路の出力
信号と入力信号をそれぞれ第1の観測信号と第2の観測
信号とし、ベクトル検波によって得られた位相情報P
(f0)を観測角周波数2πf0で除算すればよい。
周波数帯域において第1の観測信号と第2の観測信号の
間の相関関数を測定する装置であって、前記第1の観測
信号を前記観測周波数帯域に制限して所定の中間周波数
の信号に周波数変換する第1の変換手段と、前記第2の
観測信号を前記観測周波数帯域に制限し、前記第1の変
換手段におけるものと同一の基準周波数信号に基づき、
前記第2の観測信号を前記中間周波数の信号に周波数変
換する第2の変換手段と、前記第1の変換手段から供給
される信号と前記第2の変換手段から供給される信号と
を乗算する乗算器と、前記第1の変換手段及び前記第2
の変換手段の少なくとも一方の出力と前記乗算器との設
けられたミキサと、前記ミキサごとに設けられ、前記乗
算器に入力する2信号間に所定の周波数差が生じるよう
に、前記基準周波数信号に位相ロックした局部発振信号
を前記ミキサに供給する局部発振器と、前記乗算器の出
力のうち差周波数成分に対して前記基準周波数信号を基
づいてベクトル検波を行うベクトル検波器と、を有す
る。
て、図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の一
形態の相関関数測定装置の構成を示すブロック図であ
り、この装置は、本発明の方法に基づいて、2つの観測
信号a(t),b(t)の間の相関、典型的には、観測中心
周波数をf0、帯域幅をBWとする観測周波数帯域にお
ける両者間の遅延時間Δτ(f0)を測定するためのもの
である。なお、図において周波数値がかっこ書きされて
いるが、これらの周波数値は一例であって、本発明はこ
のような周波数での運用に限定されるものではない。
帯域幅BWに帯域制限し、さらに中間周波数IF(ここ
では21.4MHz)の信号に周波数変換する変換部1
1,12が設けられている。このうち、変換部12には
基準周波数信号fref(ここでは10MHz)を発振し
て出力する基準発振部(不図示)が内蔵されており、変
換部11,12において周波数変換を行うための局部発
振部(不図示)は、この基準周波数信号frefに位相ロ
ックして作動するように構成されている。また、観測中
心周波数f0の範囲は例えば0Hz〜26.5GHzであ
り、帯域幅BWは、例えば、10Hz〜3MHzであ
る。変換部11,12は、例えば、RFスペクトルアナ
ライザをゼロスパンモードで動作させることによって実
現する。
れ、ミキサ13,14が設けられており、ミキサ13,1
4には、基準周波数信号frefに位相ロックした局部発
振器15,16が接続している。ここでは、局部発振器
15の発振周波数を7MHz、局部発振器16の発振周
波数を6MHzとして両者の差fdを1MHzとし、ミ
キサ13によって観測信号a(t)が14.4±1.5MH
zに、ミキサ14によって観測信号b(t)が15.4±
1.5MHzに変換されるようにしている。ミキサ14
の出力側には、15.4±1.5MHzのバンドパスフィ
ルタ17が設けられ、イメージ周波数が除去されるよう
になっている。
3の出力とが乗算器18に入力し、14.4±1.5MH
zに変換された観測信号a(t)と15.4±1.5MHz
に変換された観測信号b(t)とが乗算され、乗算結果が
SFIベクトル検波器19に入力する。SFIベクトル
検波器19は、基準周波数信号freqを基準信号とし
て、乗算結果のうちの差周波数fd成分をベクトル検波
し、振幅情報と位相情報P(f0)を出力する。観測信号
a(t),b(t)間の遅延時間Δτ(f0)は、
測信号a(t)の経路にはバンドパスフィルタが設けられ
ていないが、これは、SFIベクトル検波器19におい
て、観測信号a(t)のイメージ周波数(28.4MH
z)と観測信号b(t)との乗算結果である43.8MH
z及び13MHzの信号が除去されるからである。
ついて、図2を用いて説明する。SFIベクトル検波器
19は、合成フーリエ積分によって、入力信号のベクト
ル検波を行うものである。
シンセサイザ31が設けられており、デジタルシンセサ
イザでは、図示するように、基準周波数信号frefに応
じて、階段状に数値が時間変化するデジタル信号が生成
する。このデジタル信号は、一方の正弦波メモリ34に
入力するとともに、デジタル加算器33を経て他方の正
弦波メモリ35に入力する。デジタル加算器33では、
進相量に相当する位相データが加算される。正弦波メモ
リ34,35は、正弦波の1周期を等分した各時間ごと
に正弦波でのそのときの値を格納したものであって、一
定の増分でクロックに同期して値が変化するデジタル信
号を与えることにより、正弦波に相当して値が変化する
デジタル信号を出力する。正弦波メモリ34,35の出
力側には、それぞれ、デジタル信号とアナログ信号とを
乗算するアナログデジタル乗算器36,37が設けられ
ており、デジタル信号として正弦波メモリ34,35の
出力がそれぞれアナログデジタル乗算器36,37に入
力している。
ンドパスフィルタ32を介して、アナログデジタル乗算
器36,37のアナログ側の入力端子に供給されてい
る。アナログデジタル乗算器36,37の出力は、それ
ぞれ、積分器38,39を介し、アナログデジタル変換
器40,41に入力する。そして、各アナログデジタル
変換器40,41の出力は演算・表示部42に入力し、
ベクトル検波結果が算出されて位相や振幅情報が出力す
る。
は、デジタルシンセサイザ31と正弦波メモリ34,3
5を使用することによって、基準周波数信号frefに位
相がロックした任意の周波数の正弦波をこのSFIベク
トル検波器19での参照信号として発生させることがで
きる。そして、各アナログデジタル乗算器36,37で
は、基準周波数信号frefから合成された所定の周波数
(上述の例では1MHz)の正弦波信号(参照信号)と
入力信号とが乗算され、乗算結果が積分器38,39で
積分される。したがって、デジタル加算器で加える位相
データを移相量π/4に相当する値とすることにより、
入力信号のうちの周波数が1MHzである成分につい
て、余弦(コサイン)成分と正弦(サイン)成分が抽出
されることとなり、ベクトル検波が実現されたことにな
る。
たが、観測周波数の帯域幅BWがベクトル検波の周波数
(1MHz)よりも十分に狭い場合には、観測信号a
(t)側のミキサ13と局部発振器15を省略することも
可能である。図3はこの場合の相関関数測定装置の構成
を示しており、観測信号b(t)側の局部発振器16の発
振周波数を1MHzとし、乗算器18には20.4MH
zに周波数変換された観測信号b(t)と、中間周波数I
F(21.4MHz)に周波数変換された観測信号a
(t)が入力する。
定例について説明する。図4に示した例では、信号波源
61に対して回路網A62、回路網B63、…が直列に
接続されている。回路網A62の入力信号(信号波源6
1の出力信号)を観測信号a(t)とし回路網A62の出
力信号を観測信号b(t)として引き出すことにより、回
路網A62の動作状態や遅延特性が測定されている。こ
の場合、信号波源61から回路網A62に入力する信号
や回路網A62の出力信号は電気的な信号である必要は
なく、各種センサを通じて計測される、例えば、温度、
流量、音圧、変位量などの物理量で表わされるものであ
ってもよく、観測信号a(t)とb(t)が別の物理量で表
わされていてもよい。これらの場合でも、例えば遅延時
間Δτ(f0)から、伝搬速度や、単位時間当りの流量、
伝搬距離等を求めることができる。このように、回路網
や伝送路の任意の点から観測信号を引き出すことによ
り、動作状態の測定を行うことができる。
測定装置を複素相関器として波動干渉器に使用し、ホロ
グラムの記録を行うものである。音波や電波も波動であ
ることでは光とは変わらないから、レーザ光を用いる場
合と同じ原理によって、ホログラム像を得ることができ
る(例えば、上羽 貞行、"音波ホログラフィと騒音源
探査"、計測と制御、第16巻第5号、427〜433
頁、1977年)。ただしこの場合には波長が光の場合
に比べて格段に長いから、固定センサ72と走査センサ
73とを用意し、ホログラム観測面71内で走査センサ
73をxy方向に2次元的に走査させながらデータを取
得し、計算処理によってホログラム像を再生する。すな
わち、固定センサ72からの信号を観測信号a(t)と
し、走査センサ73からの信号を観測信号b(t)とし
て、本実施の形態の相関関数測定装置1を用いて、ホロ
グラム観測面71上の各点(x,y)についてのSFIベ
クトル検波情報(振幅と位相)Cab(x,y)を測定す
る。そして、測定された振幅情報と位相情報に基づき、
ホログラム像再生装置74によってホログラム像を再生
し、これを像表示装置75で表示すればよい。ホログラ
ム像から波源の広がりなどを知ることができる。
域幅BWを可変として波源再生像(ホログラム像)の比
較を行うことによって、波源とホログラム観測面との間
の距離や波源の性質などを詳しく知ることができる。ホ
ログラム観測面から波源までの距離は、再生された波源
像の位相を観測中心周波数f0で微分することによって
得られる。観測中心周波数f0と帯域幅BWを変化させ
た再生像を比較し振幅分布と位相分布の差異を利用する
ことにより、波源間の相関関係を知ることができる。
測信号a(t),b(t)に対して観測周波数帯域に応じた
帯域制限を行った後に、これらの間に所定の周波数差が
生じるように周波数変換を行ってから乗算し、乗算結果
に対してベクトル検波を行うことにより、高速のアナロ
グデジタル変換器を必要とせず、複雑な数値計算も必要
とせず、リアルタイムで被測定伝送路の遅延時間等を計
算できるようになるという効果がある。
成を示すブロック図である。
である。
構成を示すブロック図である。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 所定の観測周波数帯域において第1の観
測信号と第2の観測信号の間の相関関数を測定する方法
であって、 前記第1の観測信号を前記観測周波数帯域に制限して第
1の周波数の信号に周波数変換し、 前記第2の観測信号を前記観測周波数帯域に制限し、前
記第1の周波数への周波数変換時と同一の基準周波数信
号に基づき、前記第1の周波数に対して所定の周波数差
を有する第2の周波数の信号に前記第2の観測信号を周
波数変換し、 前記第1の周波数の信号と前記第2の周波数の信号を乗
算し、これらの差周波数成分に対して前記基準周波数信
号に基づいてベクトル検波を行う相関関数測定方法。 - 【請求項2】 所定の観測周波数帯域において第1の観
測信号と第2の観測信号の間の相関関数を測定する方法
であって、 前記第1の観測信号を前記観測周波数帯域に制限して所
定の中間周波数の信号に周波数変換し、 前記第2の観測信号を前記観測周波数帯域に制限し、前
記第1の観測信号の場合におけるものと同一の基準周波
数信号に基づき、前記第2の観測信号を前記中間周波数
の信号に周波数変換し、 前記中間周波数への変換後の前記第1の観測信号及び前
記第2の観測信号の少なくとも一方に対して前記基準周
波数信号に基づいて周波数変換を行い、前記第1の観測
信号と前記第2観測信号の間に所定の周波数差を生じさ
せ、 前記周波数差が生じた前記第1の観測信号と前記第2の
観測信号とを乗算し、乗算の結果として生じる差周波数
成分に対して前記基準周波数信号に基づいてベクトル検
波を行う相関関数測定方法。 - 【請求項3】 前記ベクトル検波が、合成フーリエ積分
により、前記基準周波数信号に基づいて前記周波数差に
相当する参照信号を生成して行われる請求項1または2
に記載の相関関数測定方法。 - 【請求項4】 前記ベクトル検波によって得られた位相
情報を観測周波数で除算することにより、前記第1の観
測信号と前記第2の観測信号の間の遅延時間を決定する
請求項1乃至3いずれか1項に記載の相関関数決定方
法。 - 【請求項5】 所定の観測周波数帯域において第1の観
測信号と第2の観測信号の間の相関関数を測定する装置
であって、 前記第1の観測信号を前記観測周波数帯域に制限して所
定の中間周波数の信号に周波数変換する第1の変換手段
と、 前記第2の観測信号を前記観測周波数帯域に制限し、前
記第1の変換手段におけるものと同一の基準周波数信号
に基づき、前記第2の観測信号を前記中間周波数の信号
に周波数変換する第2の変換手段と、 前記第1の変換手段から供給される信号と前記第2の変
換手段から供給される信号とを乗算する乗算器と、 前記第1の変換手段及び前記第2の変換手段の少なくと
も一方の出力と前記乗算器との設けられたミキサと、 前記ミキサごとに設けられ、前記乗算器に入力する2信
号間に所定の周波数差が生じるように、前記基準周波数
信号に位相ロックした局部発振信号を前記ミキサに供給
する局部発振器と、 前記乗算器の出力のうち差周波数成分に対して前記基準
周波数信号を基づいてベクトル検波を行うベクトル検波
器と、を有する相関関数測定装置。 - 【請求項6】 前記ベクトル検波器が、前記基準周波数
信号から前記周波数差に相当する参照信号を生成してベ
クトル検波を行なう合成フーリエ積分ベクトル検波器で
ある請求項5に記載の相関関数測定装置。
Priority Applications (3)
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JP28985195A JP3609177B2 (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 相関関数測定方法及び装置 |
US08/746,293 US5748314A (en) | 1995-11-08 | 1996-11-07 | Correlation function measurement method and apparatus, and wave source image visualization method and apparatus based on correlation function measurement |
DE19645953A DE19645953B4 (de) | 1995-11-08 | 1996-11-07 | Verfahren zum Bestimmen einer Korrelation und Gerät zur Durchführung des Verfahrens |
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JPH09133721A true JPH09133721A (ja) | 1997-05-20 |
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KR20180054337A (ko) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | 한국전자통신연구원 | 수동상호변조왜곡 신호 측정 장치 및 방법 |
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- 1995-11-08 JP JP28985195A patent/JP3609177B2/ja not_active Expired - Fee Related
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