| 【発明の名称】 |
正弦波位相計測装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】中原 智勇
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| 【要約】 |
【課題】この発明は、Ａ／Ｄ変換の分解能の均一化を図り、分解能の低減を図ったうえで、高精度な位相測定を実現し得るようにすることにある。
【解決手段】被測定正弦波信号を信号分配部１０で二つに分配して、その第２の正弦波信号の位相を移相制御した後、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号の振幅に対してＡ／Ｄ変換をそれぞれ施して、該第１及び第２の正弦波信号の振幅に基づいて被測定正弦波信号の位相を算出するように構成したものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 入力した被測定正弦波信号を複数に分配する信号分配手段と、この信号分配手段で分配した第１の正弦波信号の振幅に対してアナログ／デジタル変換を施す第１の変換手段と、前記信号分配手段で分配した第２の正弦波信号の位相を所定の位相間隔ずらす移相手段と、この移相手段で移相変換した第２の正弦波信号の振幅に対してアナログ／デジタル変換を施す第１の変換手段と、前記第１及び第２の変換手段で変換した第１及び第２の正弦波信号の振幅に基づいて前記被測定正弦波信号の位相を算出する算出手段とを具備した正弦波位相計測装置。
【請求項２】 前記算出手段は、第１及び第２の正弦波信号の位相を互いに対応した位相間隔で場合分けして、位相間隔毎に第１及び第２の正弦波信号の一方の振幅に対応する二つの位相を算出し、他方の振幅に基づいて二つの位相の一方を算出することを特徴とする請求項１記載の正弦波位相計測装置。
【請求項３】 前記算出手段は、第１及び第２の正弦波信号の位相を４５°間隔で場合分けしたことを特徴とする請求項２記載の正弦波位相計測装置。
【請求項４】 前記移相手段は、第１及び第２の正弦波信号の一方の位相を９０°ずらせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の正弦波位相計測装置。
【請求項５】 前記信号分配手段は、被測定正弦波信号を二つの正弦波信号に分配することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の正弦波位相計測装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば気象観測等のレーダ装置に搭載され、送信信号等の正弦波信号の位相を測定するのに用いる正弦波位相計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種の正弦波位相計測装置は、図４に示すように正弦波信号が信号分配部１に入力される。信号分配部１は、その第１の出力端にＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部２が接続され、その第２の出力端に移相部３が接続される。そして、信号分配部１は、被測定正弦波信号が入力されると、該被測定正弦波信号を二つに分配して、その一方の正弦波信号をＡ／Ｄ変換部２に出力する。このＡ／Ｄ変換部２は、その出力端に演算部４が接続され、入力した一方の正弦波信号の振幅に対してをＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換を施して演算部４に出力する。
【０００３】同時に、信号分配部１は、他方の正弦波信号を移相部３に出力する。移相部３には、符号判定部５が接続され、入力した他方の正弦波信号の位相を９０°ずらせて符号判定部５に出力する。符号判定部５は、その出力端に上記演算部４が接続され、入力した第２の正弦波信号の振幅の正、負を判別して、その判別信号を演算部４に出力する。
【０００４】ここで、演算部４は、一方の正弦波信号が図５（ａ）に示すように振幅Ａ1 に対する二つの位相φ及びφ´を求め、この一方の正弦波信号のサンプルタイミングにおける他方の正弦波信号（図５（ｂ）参照）の符号を符号判別部からの判別信号に基づいて判定して位相φあるいはφ´を決定する。この他方の正弦波信号の符号に対応する一方の正弦波信号の位相φあるいはφ´が被測定正弦波信号の位相と決定する。即ち、符号判別部の判別結果が負を判別した場合には、振幅Ａ1 に対応する位相がφとなり、判別結果が正の場合には、振幅Ａ1 に対する位相がφ´となる。
【０００５】しかしながら、正弦波位相計測装置では、その構成上、Ａ／Ｄ変換部２の変換精度（分解能）が測定する位相値に応じて大きく異なり、位相値に応じて精度の低下を招くために、Ａ／Ｄ変換の分解能を、最も高い分解能に対応して設定しなければ、位相全体を高精度に測定するのが困難であるという問題を有する。
【０００６】すなわち、Ａ／Ｄ変換部２に入力される一方の正弦波信号の位相が０°から１°に変化した場合には、その振幅が０からｓｉｎ（１°）＝１．７４×１０-2まで変化するのに対して、位相が９０°から９１°に変化した場合には、その位相変化量が、 ｓｉｎ（９０°）−ｓｉｎ（９１°）＝１．５３×１０-4となる。このように、位相を１°の精度で検出しようとした場合、９０°付近においては、０°付近と比較して１００倍以上も高い分解能を持つＡ／Ｄ変換部２を備えなければ略同じ精度を得ることが困難となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従来の正弦波位相計測装置では、位相に応じてＡ／Ｄ変換に要求される分解能が異なるため、最も高く要求される位相に対応した分解能に設定しなければならないという問題を有する。
【０００８】この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、Ａ／Ｄ変換の分解能の均一化を図り、分解能の低減を図ったうえで、高精度な位相測定を実現し得るようにした正弦波位相計測装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、入力した被測定正弦波信号を複数に分配する信号分配手段と、この信号分配手段で分配した第１の正弦波信号の振幅に対してアナログ／デジタル変換を施す第１の変換手段と、前記信号分配手段で分配した第２の正弦波信号の位相を所定の位相間隔ずらす移相手段と、この移相手段で移相変換した第２の正弦波信号の振幅に対してアナログ／デジタル変換を施す第１の変換手段と、前記第１及び第２の変換手段で変換した第１及び第２の正弦波信号の振幅に基づいて前記被測定正弦波信号の位相を算出する算出手段とを備えて正弦波位相計測装置を構成したものである。
【００１０】上記構成によれば、第１及び第２の正弦波信号は、その振幅に対してＡ／Ｄ変換され、その各振幅に基づいて被測定正弦波信号の位相が算出されるため、位相変化量に相当する振幅の変化量が略均一に設定される。従って、Ａ／Ｄ変換の分解能の軽減が図れたうえで、位相値による影響が非常に少ない、高精度な位相測定が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明の一実施の形態に係る正弦波位相計測装置を示すもので、信号分配部１０には、一方の出力端に第１のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部１１が接続され、他方の出力端に移相部１２が接続される。信号分配部１０は、入力した被測定正弦波信号を二つの第１及び第２の正弦波信号に分配して第１のＡ／Ｄ変換部１１及び移相部１２に出力する。
【００１２】第１のＡ／Ｄ変換部１１は、その出力端が演算部１３に接続され、信号分配部１０から入力された第１の正弦波信号（図２（ａ）参照）の振幅に対してＡ／Ｄ変換を施して演算部１３に出力する。
【００１３】他方、移相部１２には、その出力端に第２のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部１４が接続され、信号分配部１０を介して入力された第２の正弦波信号を図２（ｂ）に示すように位相を９０°ずらせて第２のＡ／Ｄ変換部１４に出力する。この第２のＡ／Ｄ変換部１４は、その出力端が上記演算部１３に接続され、入力した第２の正弦波信号の振幅に対してＡ／Ｄ変換を施して演算部１３に出力する。
【００１４】上記構成において、信号分配部１０は、被測定正弦波信号が入力されると、該被測定正弦波信号を二つに分配して，その第１の正弦波信号を第１のＡ／Ｄ変換部１１に出力し、その第２の正弦波信号を移相部１２に出力する。このうち第１のＡ／Ｄ変換部１１は、入力した第１の正弦波信号の振幅に対してＡ／Ｄ変換を施して演算部１３に出力する。
【００１５】他方、移相部１２は、入力した第２の正弦波信号の位相を、例えば９０°ずらして第２のＡ／Ｄ変換部１４に出力する。第２のＡ／Ｄ変換部１４は、移相部１２で位相が制御された第２の正弦波信号の振幅に対してＡ／Ｄ変換を施して演算部１３に出力する。
【００１６】ここで、演算部１３は、第１及び第２のＡ／Ｄ変換部１１，１２の出力信号の振幅の双方を選択して被測定正弦波信号の位相を算出する。すなわち、演算部１３は、先ず、図３に示すように第１の正弦波信号の位相を０〜４５°、４５°〜１３５°、１３５°〜２２５°、２２５°〜３１５°、３１５°〜３６０°に場合分けをし、第２の正弦波信号の位相を対応して２７５°〜３１５°、３１５°〜４５°、４５°〜１３５°、１３５°〜２２５°、２２５°〜３１５°に場合分けをする。そして、演算部１３は、第１のＡ／Ｄ変換部１１の出力の振幅が（−α〜＋α）の場合、該第１のＡ／Ｄ変換部１１の出力の振幅に基づいて位相が算出される。
【００１７】また、第１のＡ／Ｄ変換部１１の出力の振幅が（＋α〜１）もしくは（−α〜−１）の場合には、第２のＡ／Ｄ変換部１４の出力の振幅が（−α〜＋α）となり、この第２のＡ／Ｄ変換部１４の出力の振幅に基づいて位相を算出する。即ち、第１及び第２のＡ／Ｄ変換部１１，１４の各出力の振幅には、二つの位相が存在することで、該第１及び第２のＡ／Ｄ変換部１１，１４の一方の出力の振幅に基づいて二つの位相を選択して、この二つの位相の一方を、使用していない他方の出力の振幅が正あるいは負に基づいて決定する。
【００１８】例えば、第１のＡ／Ｄ変換部１１の出力の振幅の値が（−α〜＋α）の場合には、第１のＡ／Ｄ変換部１１の出力の振幅Ａ2 に基づいて位相φ1 及びφ1'を算出し、第２のＡ／Ｄ変換部１４の出力の振幅Ａ3 に基づいて位相φ1 を決定する。そして、第１のＡ／Ｄ変換部１１の出力の振幅がＡ4 の場合には、第２のＡ／Ｄ変換部１４の出力の振幅Ａ5 に基づいてφ2 及びφ2'を算出して、第１のＡ／Ｄ変換部１１の出力の振幅Ａ4 に基づいて位相φ2 を決定する。
【００１９】このように、上記正弦波位相計測装置は、被測定正弦波信号を信号分配部１０で二つに分配して、その第２の正弦波信号の位相を移相制御した後、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号の振幅に対してＡ／Ｄ変換をそれぞれ施して、該第１及び第２の正弦波信号の振幅に基づいて被測定正弦波信号の位相を算出するように構成した。
【００２０】これによれば、被測定正弦波信号の位相変化量に相当する振幅の変化量が、位相変化量に応じて略均一に設定することができ、位相に影響されることが少なくなるため、Ａ／Ｄ変換の分解能の均一化が図れることにより、高分解能化を図ることなく、容易に位相測定の高精度化が実現される。
【００２１】例えば、位相を１°の精度で算出した場合には、１°の位相変化量に相当する振幅の変化量として、最小でも ｓｉｎ（４５°）−ｓｉｎ（４４°）＝１．２４×１０-2となる。これに対して、前述したように図４に示す従来の場合には、９０°付近の位相を１°の精度で算出使用とすると、 ｓｉｎ（９０°）−ｓｉｎ（９１°）＝１．５２×１０-4となることで、Ａ／Ｄ変換の分解能が従来に比して１００倍近く向上されることが確認される。
【００２２】なお、上記実施の形態では、被測定正弦波信号を分配した第１及び第２の正弦波信号の位相の場合分けを９０°間隔で行うように構成した場合で説明したが、この場合分けに限ることなく、構成可能である。
【００２３】また、上記実施の形態では、被測定正弦波信号を二つの第１及び第２の正弦波信号に分配するように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、被測定正弦波信号を二つ以上、複数の正弦波信号に分配するように構成することも可能である。よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば、Ａ／Ｄ変換の分解能の均一化を図り、分解能の低減を図ったうえで、高精度な位相測定を実現し得るようにした正弦波位相計測装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月２８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１６０３７３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２８３４２ |
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