(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信高周波領域を時間軸上でのサンプリングによりＡ／Ｄ変換を行い、受信高周波信号の離散デジタル信号を得るＡ／Ｄ変換手段と、
このＡ／Ｄ変換手段による離散デジタル信号の周波数帯域幅を複数に分割する高速フーリエ変換手段と、
この高速フーリエ変換手段により複数に分割された周波数帯域幅の各分割領域内に出現する前記離散デジタル信号の時間軸上での振幅レベルの相関関係を演算処理する信号処理手段と
を具備し、前記受信高周波信号の変調方式を推定し得るよう構成されたことを特徴とする高周波信号検出装置。
【請求項２】
前記高速フーリエ変換手段は、縦続接続された複数の高速フーリエ変換器で構成され、前記周波数帯域幅を段階的に細分化するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の高周波信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、不特定高周波信号を検出するのに好適な高周波信号検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、相互間の無線通信では、当然ながら使用周波数帯域や変調方式等のように、いわゆる通信方式や通信時間が予め互いに知得している場合が多い。従って、通常の無線通信では、互いに通信方式の一致した送受信装置を備え、共通した時間帯において交信等が行われる。
【０００３】
しかしながら、例えば遭難時の緊急通信等のように、相手が特定されずしかも相手の存在さえ不明確な状態で、緊急通信電波をキャッチしたり、あるいはその送信相手方と通信を交わしたい場合もある。このような場合、受信側にとって、相手方の通信方式はもとより送信時間等は全く未知数である。しかもこのような場合に限って、しばしば相手方の送信電波が微弱であり、また雑音も多く、受信環境が必ずしも良くない場合が多い。
【０００４】
最近の無線通信機器は、携帯端末機器にも見られるように、ハードウェア及びソフトウェアの両面で著しい進展がなされている。また衛星通信のように、通信領域も宇宙空間まで広がり、しかも多くの様々な通信方式が錯綜するようになってきた。
【０００５】
例えば、衛星通信方式においは、最近はデジタル変調方式が主流とされ、また衛星搭載機器を効率的に使用するために多元接続が採用されている。多元接続は、多数の地球局や端末が空いている無線回線にアクセスして通信を行うものであり、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）や、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、更には符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）がある。
【０００６】
ＴＤＭＡ方式では、同じ周波数帯域の信号を時間軸上で分割して複数のチャネルを構成し、送信側はバースト信号を空きチャネルの時間帯で伝送するものであるが、そのＴＤＭＡ方式の中には、スロット式アロハ方式のように、信号の出現のタイミングが定められていない、いわゆる時間ランダム多元接続（ＴＲＭＡ）方式もある。
【０００７】
ＴＲＭＡ方式は、デジタル信号を短い時間に圧縮したバースト信号を送信するものであるが、受信側にとって送信タイミングそのものが未知であるから、バースト信号を精度良く受信し検出するには、送信側における送信搬送周波数の周波数安定度が良いこと等が条件となる。
【０００８】
図５は、受信機の一部に構成された従来の高周波信号検出装置を示す構成図であり、例えば送信搬送周波数が未知の振幅変調（ＡＭ）波を受信しようとした場合、アンテナ１で受信された送信電波すなわち高周波信号は、高周波増幅器２で増幅された後、周波数変換器（ＭＩＸ）３に供給され、ここで可変局部発振器    （ＬＯ）４からの局発信号と混合され、中間周波数（ＩＦ）信号に変換される。ＩＦ信号は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）５で雑音が抑制された後、復調回路６においてＡＭ検波され、音声信号がスピーカ７から出力される。ここで、もしも相手方の送信搬送周波数が未知である場合は、可変局部発振器３における局発周波数を調節し、いわゆるチャネル選択によって、特定の相手方からの送信電波をキャッチすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、仮に不特定な送信相手方でも、予め相手側からの送信時間や送信周波数及び変調方式等が受信側で分かっていることが多く、受信環境が必ずしも良好でない環境下でも、比較的容易に、相手方からの信号を選択受信することができる。しかしながら遭難時における緊急通信のように、送信時間帯はもとより通信方式も不明とされる送信電波では、これを効率良く速やかにキャッチすることは容易でなかった。
【００１０】
また、送信相手側が不特定の場合は、その通信方式等が未知であるばかりでなく、往々にして送信電力が極めて微弱であるから、受信環境が必ずしも良くなく多くの雑音にまぎれることが多い。しかも送信周波数も未知の状態では、広い周波数範囲をサーチして瞬時に捕らえるのは容易ではなく、何らかの解決手段が要望されていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、高周波信号検出装置において、受信高周波領域を時間軸上でのサンプリングによりＡ／Ｄ変換を行い、受信高周波信号の離散デジタル信号を得るＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段による離散デジタル信号の周波数帯域幅を複数に分割する高速フーリエ変換手段と、この高速フーリエ変換手段により複数に分割された周波数帯域幅の各分割領域内に出現する前記離散デジタル信号の時間軸上での振幅レベルの相関関係を演算処理する信号処理手段とを具備し、前記受信高周波信号の変調方式を推定し得るよう構成されたことを特徴とする。
【００１２】
上記のようにこの発明は、時間軸上でのＡ／Ｄ変換によって、受信高周波領域が離散デジタル信号化され、その離散デジタル信号の高速フーリエ変換により受信高周波領域での帯域幅の細分化が行われる。
【００１３】
また、受信時の雑音電力は受信帯域幅に比例するが、本発明では、高速フーリエ変換により受信高周波領域の細分化を行ない、その細分化により、個々の分割領域での低雑音化が実現する。しかも分割数の設定によっては受信領域のより広帯域化も同時に可能である。またＡ／Ｄ変換による受信高周波信号のデジタル化は、信号処理手段での高速演算化を可能とするとともに、信号処理手段は、前記離散デジタル信号間の時間軸上での振幅レベルの相関関係を演算処理するので、受信高周波信号の帯域幅を推定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による高周波信号検出装置の一実施の形態を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。なお、図５に示した従来の構成と同一構成には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００１５】
図１は、この発明による高周波信号検出装置の第１の実施の形態を示す回路構成図で、第５図におけると同様に、高周波信号検出装置を受信機に適用したものとして説明する。
【００１６】
すなわち、周波数や変調方式等が未知の送信電波はアンテナ１で受信されるとし、その送信電波（受信高周波信号）は、高周波増幅器２で増幅された後、周波数変換器３に供給される。周波数変換器３に供給された受信高周波信号は、可変局部発振器４からの局発信号と混合され、この実施の形態では１０ＫＨｚの帯域幅を有する中間周波数（ＩＦ）信号に変換される。
【００１７】
帯域幅１０ＫＨｚのＩＦ信号に変換された受信高周波信号は、帯域通過フィルタ５を介して雑音が除去された後、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器８に供給され、ここで１２．８ＫＨｚのサンプリング（標本化）周波数ｆｓにより時間軸上でサンプリングされたデジタル信号、すなわち離散（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｔｉｍｅ）デジタル信号が生成される。
【００１８】
つまり、帯域幅１０ＫＨｚのＩＦ信号は、Ａ／Ｄ変換によって、離散デジタル信号からなるデジタルデータ列に変換され、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路９に供給される。
【００１９】
ＦＦＴ回路９は時間軸上で１２８ポイントのＦＦＴ処理を行い、１０ＫＨｚのＩＦ帯域が、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように１００個の分割領域（ｂｉｎ）に細分化されるように構成した。すなわち、高周波であるＩＦ信号は、ＦＦＴ回路９における細分化により、各帯域幅が１００Ｈｚである１００個の分割領域となり、分割領域における各デジタルデータ（９１，９２，…９１００）出力は、次段の信号処理回路１０に並列供給される。
【００２０】
信号処理回路１０は、図３に示すように、入力されるデジタルデータを時系列的に保存するメモリ（１０ａ１，１０ａ２，…１０ａ１００）、その各メモリにおけるデータを時系列上で比較するために設けた各第１及び第２の合成回路（１０ｂ１１，１０ｂ１２、１０ｂ２１，１０ｂ２２、……１０ｂ１００１，１０ｂ１００２）、及び各第１及び第２の合成回路（１０ｂ１１，１０ｂ１２、１０ｂ２１，１０ｂ２２、……１０ｂ１００１，１０ｂ１００２）の出力信号を処理演算する中央処理装置（ＣＰＵ）１０ｃとにより構成される。
【００２１】
そこで、ＦＦＴ回路９からのそれぞれ対応するメモリ１０ａ１，１０ａ２，…１０ａ１００に供給された各分割領域におけるデジタルデータは、それぞれ第１及び第２の合成回路（１０ｂ１１，１０ｂ１２、１０ｂ２１，１０ｂ２２、……１０ｂ１００１，１０ｂ１００２）において、それぞれ時系列上つらなる２つのフレームにおける合成信号が生成される。なお、この実施の形態におけるメモリ（１０ａ１，１０ａ２，…１０ａ１００）は、図３に示すように、５桁で１フレームを形成するように構成し、この２フレームの各合成出力が、各対応する電力比較器１０ｃａ１，１０ｃａ２……１０ｃａ１００に供給されるように構成した。
【００２２】
そこで、これら各合成信号は、それぞれＣＰＵ１０ｃの各対応する電力比較器１０ｃａ１，１０ｃａ２……１０ｃａ１００に供給されるので、各電力比較器１０ｃａ１，１０ｃａ２……１０ｃａ１００からは、時間軸上での信号電力値の差すなわち変化分が出力される。
【００２３】
すなわち、ＦＦＴ回路９による周波数分割領域のうち、ある分割領域について、その対応する電力比較器（１０ｃａ１，１０ｃａ２……１０ｃａ１００）に変化分が出力された場合、その分割領域に対応する受信周波数信号の存在を検知することができる。
【００２４】
さらに、各電力比較器１０ｃａ１，１０ｃａ２……１０ｃａ１００の出力は、演算回路１０ｃｂに供給され、ここで各受信周波数帯域における周波数軸上での相関関係の演算により、存在する受信信号の周波数領域、すなわち周波数帯域上での連続性の有無や占有周波数帯域幅、及び中心周波数等が検出され、その検出信号１０１は、図１にも示したように、信号処理回路１０からデジタルフィルタ１１及び復調回路６を経てスピーカ７に供給出力される。
【００２５】
このようにして、信号処理回路１０は、受信高周波信号の帯域幅の中心位置等を算出するので、受信ＩＦ信号の中心周波数、すなわち送信電波の送信搬送周波数を推定することができる。
【００２６】
もっとも、未知の受信電波にあっては、中心周波数（送信搬送周波数）値や帯域幅の変動も予想されるから、信号処理回路１０の演算回路１０ｃｂは、データの平均化処理あるいは閾値処理による雑音信号の除去を行うことにより、送信電波の中心周波数及び占有周波数帯域幅の推定確率を高め、高感度でしかも信頼性の高い検出を行うことができる。なお、信号処理回路１０ｃにおける上記のような処理演算は、ソフトウエアによるアルゴリズムによっても容易に実施することができる。
【００２７】
また、この実施の形態によれば、受信時の雑音電力（Ｎ）は受信帯域幅に比例するという性質から、対雑音特性がより一層向上するものである。つまり、上述のように、ＦＦＴ回路９により、受信高周波（ＩＦ）領域が複数の帯域幅に細分化されるので、その個々の分割領域での低雑音化が実現し、信号（Ｓ）対雑音  （Ｎ）比（Ｓ／Ｎ）の良好な高周波信号検出装置を得ることができる。
【００２８】
すなわち、一般に受信側において、信号電力（Ｃ）対雑音電力（Ｎ）比、すなわちＣ／Ｎの値が小さい場合には、送信高周波信号の検出確率が低下し、誤検出確率が高くなるが、雑音電力（Ｎ）は受信帯域幅の大きさに比例するから、この実施の形態のように、ＦＦＴ回路９による受信帯域幅の狭小化により、十分なＣ／Ｎが確保され、送信電波を高い確率で正確に検出することができる。
【００２９】
具体的数値を示して上記対雑音特性向上の原理を説明すると、例えば、送信電波の占有周波数帯域幅が１ＫＨｚであって、その送信搬送周波数が不安定であり変化するものと仮定する。そこで帯域幅１ＫＨｚの送信搬送周波数（ＩＦ）が±５ＫＨｚまで変化するものとすれば、受信側では約１０ＫＨｚの受信帯域幅が要求される。
【００３０】
送信電波を正確に検出するために必要なＣ／Ｎを、仮に１０ｄＢであるとし、帯域幅１０ＫＨｚにおける信号電力（Ｃ）対１Ｈｚ当たりの雑音電力（雑音電力密度ＮＯ  ）比を求める。
【００３１】
上述のように雑音電力は受信帯域幅に比例するから、図６に示した従来の構成における帯域幅１０ＫＨｚのＩＦ信号を復調する場合は、１０ＫＨｚは４０ｄＢＨｚであるから、１０ＫＨｚにおけるＣ／ＮＯ  は、５０ｄＢＨｚ（＝４０ｄＢＨｚ＋１０ｄＢ）必要となる。
【００３２】
それに対し、この実施の形態のように、ＦＦＴ回路９により受信帯域幅は細分化され、それぞれ各出力帯域幅は上述のように１００Ｈｚである。従って、この受信帯域幅において送信電波を正確に検出し復調するのに必要とするＣ／Ｎの条件を同じ１０ｄＢであるとすれば、ＦＦＴ回路９の各受信帯域幅（１００Ｈｚ）におけるＣ／ＮＯ  を求めると、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、１００Ｈｚは２０ｄＢＨｚであるから、Ｃ／ＮＯ  は３０ｄＢＨｚ（＝２０ｄＢＨｚ＋１０ｄＢ）で良いことになる。
【００３３】
つまり、この実施の形態では、ＦＦＴ回路９によるＩＦ信号の周波数分割により、Ｃ／Ｎが１０ｄＢという従来と同一条件で２０ｄＢ（＝５０ｄＢＨｚ−３０ｄＢＨｚ）の改善が図られ、送信電波を高い確率でより正確に検出できる。
【００３４】
換言すれば、この実施の形態のように、ＩＦ信号をＡ／Ｄ変換し、離散デジタル信号をＦＦＴ回路９で帯域分割し、１０ＫＨｚを１００Ｈｚの分割領域からなる１００個の並列出力とした結果、従来のＩＦ信号におけるＣ／ＮＯ  よりも２０ｄＢの改善によって、仮に同一の検出確率のもとでは、従来と比較し受信電波の復調に２０ｄＢも小さい受信電力で済むという効果が得られる。
【００３５】
以上のように、この実施の形態における高周波信号検出装置は、受信電力が微弱な場合でも、送信電波は高い確率で瞬時に正確に検出され、検出信号１０１は図１に示したように信号処理回路１０からデジタルフィルタ１１及び復調回路６を経てスピーカ７に供給出力することができる。
【００３６】
また、上記実施の形態では、受信電波の周波数が全く未知であるものとして説明したが、送信電波の周波数が既知であり、予めその変調方式や搬送周波数（チャンネル）及び占有周波数帯域幅等がこの受信側で予め知られている場合は、上記構成において、可変局部発振器４を制御調整し、所定のチャンネルで待ち受け、受信周波数帯域幅の適正化により、良好な対雑音特性のもとで、送信電波の有無を効率良く判定することができることは言うまでもない。
【００３７】
従ってまた、上述のように、信号処理回路１０の演算回路１０ｃｂは各電力比較器１０ｃａ１，１０ｃａ２……１０ｃａ１００の出力から、送信電波の送信搬送周波数及び帯域幅を検出できるので、その検出による受信帯域信号１０２を、次段のデジタルフィルタ１１に供給し、そのフィルタ特性を受信ＩＦ帯域に整合するように調整制御することにより、対雑音特性をより改善し、高感度で復調することができる。
【００３８】
次に、上記第１の実施の形態では、周波数混合器３においてＩＦ信号の帯域幅が１０ＫＨｚとなるように構成したが、高い確率で未知電波を検出するという条件を確保しつつ、より広帯域で未知信号を受信することができる。
【００３９】
すなわち、図４はこの発明による高周波信号検知装置の第２の実施の形態の要部のみを示した回路、すなわち図１に示した装置との相違点であるＦＦＴ回路９の構成を示したもので、ＦＦＴ回路９を第１及び第２のＦＦＴ回路９１，９２からなる２段の縦続接続で構成した。
【００４０】
この図４に示した実施の形態では、ＩＦ信号の帯域幅を１ＭＨｚの広帯域とし、第１のＦＦＴ回路９１で１００分の１（＝１０ＫＨｚ）に分割のち、さらに第２のＦＦＴ回路９２において、その各１０ＫＨｚ帯域をさらに１００分の１（＝１００Ｈｚ）の帯域に分割するよう構成した。この結果、ＦＦＴ回路９の分割出力は結局は、第１の実施の形態と同様に、それぞれ１００Ｈｚの帯域幅という条件で出力デジタル信号での信号処理が信号処理回路１０で可能としたものであり、第１の実施の形態との相違点は、信号処理回路１０での並列入力デジタルデータが１００個から１００００個に増加したが、より高速な信号処理演算により、未知の高周波信号をより高感度でより正確に検出することができる。
【００４１】
このようにして、ＦＦＴ回路の縦続接続により、受信ＩＦ信号、すなわち受信高周波信号の周波数領域を大幅に拡大した状態においても、ＦＦＴ回路９出力において、帯域幅の十分狭い領域に細分化され、雑音特性の改善された高周波信号検知装置を得ることができる。
【００４２】
なお、図１ないし図４に示した上記各実施の形態においては、いずれも信号処理回路１０の演算回路１０ｃｂでは、演算により受信電波の中心搬送周波数及びその占有周波数帯域幅を検出するように説明したが、演算回路１０ｃｂにおいて、スライディングウィンドウを構成し、各電力比較器１０ｃａ１，１０ｃａ２，……１０ｃａ１００の各出力信号に関し、時間軸上での例えば周波数スペクトラムの連続性、あるいは対称性を検出し、例えば信号検出が連続した場合には、周波数変調（ＦＭ）波と推定でき、また信号検出レベルが時間軸上で変化すれば、ＡＭ波である等と推定することができる。
【００４３】
また、演算回路１０ｃｂにおいて、時間軸上での周波数スペクトルの解析を行うことによって、単一変調波に対し新たな変調波の混信の有無をも推定することができる。
【００４４】
以上説明のように、この発明による高周波信号検出装置は、周波数帯域をＡ／Ｄ変換によりデジタル信号化された受信ＩＦ信号の帯域をＦＦＴ回路により分割することによりＣ／ＮＯ  は向上するので検出確率が高められ、未知の高周波信号を高感度で検出することができる。
【００４５】
【発明の効果】
この発明による高周波信号検出装置は、Ａ／Ｄ変換手段と、１個あるいは複数段の高速フーリエ変換回路からなる高速フーリエ変換手段との縦続接続という簡単な構成により、通信方式等が未知の送信電波を高感度で的確に検出して、受信高周波信号の変調方式を推定し得るものであり、実用上の効果大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による高周波信号検出装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示す装置におけるＩＦ信号の帯域特性図、図２（ｂ）は図１に示す装置のＦＦＴ回路出力の帯域特性図、図２（ｃ）は図２（ｂ）に示す帯域における信号電力対１Ｈｚ当たりの雑音電力密度比（Ｃ／ＮＯ  ）説明図である。
【図３】図１に示す装置の信号処理回路の詳細回路図である。
【図４】この発明による高周波信号検出装置の第２の実施の形態の要部（ＦＦＴ回路）を示す構成図である。
【図５】従来の高周波信号検出装置を示す構成図である。
【図６】図５に示す装置のＩＦ信号の帯域特性図である。
【符号の説明】
１  アンテナ
２  高周波増幅回路
３  周波数変換器
４  可変局部発振器
５  帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）
６  復調回路
７  スピーカ
８  Ａ／Ｄ変換器
９  高速フーリエ変換器（ＦＦＴ回路）
１０  信号処理回路
１０ａ  メモリ
１０ｂ  合成回路
１０ｃ  ＣＰＵ
１０ｃａ  電力比較器
１０ｃｂ  演算回路
１１  デジタルフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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