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JP3243664B2 - サンプル回路及びこれを用いた相関演算装置 - Google Patents
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JP3243664B2 - サンプル回路及びこれを用いた相関演算装置 - Google Patents

サンプル回路及びこれを用いた相関演算装置

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JP3243664B2
JP3243664B2 JP5163193A JP5163193A JP3243664B2 JP 3243664 B2 JP3243664 B2 JP 3243664B2 JP 5163193 A JP5163193 A JP 5163193A JP 5163193 A JP5163193 A JP 5163193A JP 3243664 B2 JP3243664 B2 JP 3243664B2
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達哉 伊藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は相関演算装置に関し、特
に電波干渉計等に用いられる相関演算装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、電波天文の分野においては、高
い空間分解能を持った画像を得るための手法として電波
干渉計が広く用いられている。この電波干渉計は、多数
の素子アンテナを一次元もしくは二次元的に並べて観測
対象(たとえば、太陽)の各位置ごとの電波放射強度分
布を求めて像合成を行うものである。
【0003】その像合成の方式として代表的なものにフ
ーリエ合成方式がある。これは、観測対象の電波放射強
度分布と観測面上の2点間(アンテナ間)における受信
信号の相関関数との間にフーリエ変換の関係が成り立つ
ことを利用する手法であり、全てのアンテナ間の受信信
号の相関値(積分値)を同時に1回の測定で求め、その
都度電波像の合成が可能となる方式である。
【0004】したがって、有効に像合成を行うために
は、その相関値を十分に高い精度で求める必要がある。
その相関値は通常、受信信号をディジタル値に変換した
後各サンプリング点毎の相関結果を積分して求める。
【0005】ところで、従来、ビデオ帯域の信号を2値
変換する場合には、高速の演算増幅器を使ってコンパレ
ータとし基準電圧を反転端子に加えて使用したり、リニ
アIC化された高速のサンプラのコンパレート点に基準
電圧を加えて使用していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の方法では、受信信号が雑音性の信号の場合はサンプリ
ングを行うことにより、得られる相関値にばらつきが生
じる。このばらつきは雑音性信号の周波数帯域と積分時
間によって決まるものであり、時間的に見ると相関の組
合せ毎にランダムに発生するため、真の相関値との差分
が画像化の際に劣化の原因となる。
【0007】ここで、サンプリング毎のディジタル化ビ
ット数を1に限定すれば従来の方法で雑音信号間の相関
値を精度良く求めるためには積分時間を十分長く取るし
かなく、高い時間分解能(1枚の電波像を撮るために要
する時間)を得ることができないという欠点があった。
特に、観測対象が短い時間で急激に変化する場合(例え
ば、太陽で発生するインパルス状のバースト)、その現
象を詳しく解明するためには、現象の変化に対して十分
に高い時間分解が必要であるにもかかわらず、高くする
ことができないという欠点があった。
【0008】本発明は上述した従来の欠点を解決するた
めになされたものであり、その目的はビデオ帯域の雑音
性信号を1ビットA/D変換する際、サンプリングによ
り生じるデータのばらつきを抑えることにより信号間の
相関値を高い時間分解能で精度良く求めることを可能と
するサンプル回路及びこれを用いた相関演算装置を提供
することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によるサンプル回
路は、雑音性の入力信号を積分する積分回路と、この積
分出力の位相と前記入力信号の位相とを合致せしめる移
相回路と、この移相後の積分出力を基準値として前記入
力信号をサンプルするサンプラと、前記サンプラのサン
プル出力を所定周期でカウントする手段と、このカウン
ト値に応じて前記積分回路の基準電圧を補償する補償回
路とを有することを特徴とする。
【0010】
【0011】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0012】図1は本発明によるサンプル回路の第1の
実施例の構成を示すブロックである。図において、本発
明の第1の実施例によるサンプル回路は、入力される雑
音性信号100を増幅するための増幅器1と、直流成分
を除去するためのコンデンサ2と、入力信号をA/D変
換するためのサンプラ3とを含んで構成されている。
【0013】また、本実施例のサンプル回路は直流成分
除去後の入力信号を積分する積分回路40と、この積分
出力の位相と入力信号の位相とを合致せしめるための移
相回路70とを含んで構成されている。
【0014】ここで、積分回路40は、低オフセットの
演算増幅器4、時定数抵抗5及びコンデンサ6から構成
されており、入力された信号の低周波成分を取出す回路
である。
【0015】また、移相回路70は、低オフセットの演
算増幅器7と、反転増幅の利得を決める抵抗8及び9
と、位相調整用の可変コンデンサ10とから構成されて
いる。
【0016】かかる構成において、サンプラ3において
2値変換する際の基準電圧は本来、接地点であるものと
する。そして、サンプラ3における基準電圧点を、積分
回路40及び移相回路70によって変化せしめるのであ
る。
【0017】本サンプル回路に入力される雑音性信号1
00は、増幅器1により増幅された後、コンデンサ2に
より直流成分が除去され、サンプラ3に入る。また、入
力信号は積分回路40により積分され、結果として低周
波成分による影響がうねり波形となって現れる。
【0018】この低周波の波形成分の中で周期が、相関
値を求める時の積分時間より長いものはサンプリング時
にばらつきを起こす原因となる。そのため、入力される
雑音性信号の波形のゼロ点(積分値が零になるような
点)と、低周波成分のゼロ点との差分をこの積分回路4
0の出力波形をもとに補償する。その際、移相回路70
によってサンプラ3へ入る信号の低周波成分の位相とコ
ンパレート点へ加える積分出力波形の位相とを合致せし
め、両者の関係を最も良い状態に近づけるのである。例
えば、積分出力波形を一周期分遅らせば良い。
【0019】次に、図2は本発明によるサンプル回路の
第2の実施例の構成を示すブロック図であり、図1と同
等部分は同一符号により示されている。
【0020】図において、本実施例のサンプル回路は、
図1の回路の構成にカウンタ回路11,ラッチ回路1
2,PROM13,D/A変換器14,低オフセットの
演算増幅器15,抵抗16〜19及びコンデンサ20が
追加された構成となっている。これらは積分回路40内
の演算増幅器4の基準電圧を調整するために追加された
ものである。
【0021】すなわち、図1中の積分回路40では基準
電圧が接地点となっているが、本実施例ではその基準電
圧を調整するのである。
【0022】かかる構成において、サンプラ3の出力デ
ータの値“1”は、カウンタ回路11によって、後述す
る相関器が相関値を求める積分時間より十分短い周期毎
にカウントされる。そのカウント結果は、ラッチ回路1
2により記憶され、記憶されたデータはPROM13の
アドレスとして入力される。PROM13には、サンプ
ラ3の出力データと、理想的なカウント値(サンプリン
グの1周期内におけるサンプル数の1/2)との差分に
比例した数値が予め書込まれており、これから読出され
たデータは、電流出力のD/A変換器14及び演算増幅
器15により補償電圧として取出される。
【0023】この補償電圧は、雑音性信号の帯域が広い
場合に図1の回路構成では取除けない、雑音性信号の波
形のゼロ点と高周波成分のゼロ点との差分を補償するも
のである。そして、その波形は抵抗18,19及びコン
デンサ20により円滑化された後、雑音性信号を積分す
る演算増幅器4の基準電圧として加えられる。
【0024】すなわち、サンプラ3がN回のサンプリン
グ(1ビットA/D変換)を行う毎にラッチ回路12は
カウンタ回路11によるデータの値“1”のカウント数
を記憶するのである。そして、N回のサンプリングに要
する時間をTとすると、雑音性信号の持つ周波数成分の
中で1/Tより高い成分のゼロ点とサンプリングによる
ばらつきとの差分を補償することが可能となる。
【0025】ここで、サンプラ3におけるサンプリング
によるばらつきが全くないとすると、このサンプラ3の
出力データには値“1”と“0”とが均等に出現するこ
とになる。
【0026】しかしながら、仮に値“1”とサンプルす
る回数が減る方向にばらついたとすると、サンプリング
動作をすることによってアナログ信号がマイナスのDC
オフセットを持つのと同じ影響が現れる。この場合,そ
のDCオフセット相当分を次のサンプリング周期の間だ
けサンプラ3のコンパレート点に補償するため、マイナ
ス電圧を加えれば良い。
【0027】一方、値“1”とサンプルする回数が増え
る方向にばらついた場合はプラス電圧を加えれば良い。
【0028】このとき、ラッチ回路12の出力の0.5
N(“1”と“0”とが均等になった状態)からの過不
足分と補償電圧値との関係を、0.4〜0.6Nの範囲
では比例関係とし、0.4以下又は0.6以上では一定
値とした例が図3に示されている。この図3において
0.4以下又は0.6以上の場合に一定値としているの
は、常に比例関係とすると、系が不安定となるので、こ
れを防止するためである。
【0029】この図3においては、入力されるアドレス
(カウント値)0〜Nに対してデータ“00”〜“F
F”(16進数)がPROM13から読出されるのであ
るが、データ“00”によって−3[V],データ“8
0”によって0[V],データ“FF”によって+3
[V]の電圧が発生する他、図示されているような電圧
が発生することになる。
【0030】この電圧は、時間Tの間は図4の実線部1
50で示されているように、値が一定となる。ところ
が、後述する相関値を求めるための積分時間内での統計
的ばらつきをより抑え込む必要があり、このために時定
数回路(図2中の抵抗19及びコンデンサ20)が設け
られている。よって図4の破線部400で示されている
ように円滑化された波形の補償電圧が基準電圧として図
2の積分回路40に与えられることになる。
【0031】なお、図1及び図2においては積分回路4
0の出力に対して移相回路で位相調整を行っているが、
必要であれば入力信号線側、すなわちコンデンサ2とサ
ンプラ3との間に追加したり、積分回路の出力には設け
ずに入力信号線側のみに設けても良い。これにより、積
分出力波形とサンプラ3に入力される信号の低周波成分
との位相を、より良い状態に近づけることができる。移
相量の調整は可変コンデンサで行えば良い。
【0032】次に、図5には本発明による相関演算装置
の一実施例の構成が示されている。この装置は、図1又
は図2に示されているサンプル回路を複数用いて天体等
からの雑音性信号のサンプリングを行い、画像処理によ
ってその天体の像合成するものである。
【0033】そのため、本実施例による相関演算装置
は、観測対象からの雑音性信号を受信するためのアンテ
ナ21〜2Nと、これら各アンテナに対応して設けら
れ、対応するアンテナによる受信信号をビデオ帯域に周
波数変換すると共に、直交検波してIビデオ信号及びQ
ビデオ信号として送出する受信機31〜3Nと、その各
受信機からのIビデオ信号のサンプリングを行うサンプ
ル回路41〜4Nと、同じくQビデオ信号のサンプリン
グを行うサンプル回路51〜5Nと、各サンプル回路か
らのデータをもとに相関値を算出する相関器60とを含
んで構成されている。
【0034】かかる構成において、観測対象からアンテ
ナ21〜2Nにより受信された信号は、受信機31〜3
Nによりビデオ帯域に周波数変換されると共に直交検波
によりI,Qビデオ信号となってサンプル回路41〜4
N,51〜5Nに入る。各サンプル回路により本来、雑
音信号をサンプリングすることにより生じるばらつきを
抑えられた出力データは、相関器60に入力され、全て
の受信信号間の相関値(振幅及び位相)が計算される。
【0035】その相関値は、強度(振幅)及び位相情報
を有する複素時間関数である。そのため、受信機でビデ
オ帯域に周波数変換する際、直交検波によりI成分とQ
成分とに分けて取出され、これらについて相関演算が行
われる。
【0036】相関演算は、本来、十分なビット数でA/
D変換した後、その結果を積分すればアナログ量での相
関演算と比べ、画像化に際しては全く遜色ない情報が取
出せるが、ここでは1ビットA/D変換を行い、得られ
た1ビット相関値を後でマルチビット相関値に変換する
手法を採っている。
【0037】ここで、2台のアンテナをE1 ,E2 と
し、夫々のIビデオ信号成分,Qビデオ信号成分の1ビ
ットA/D変換値を夫々(E1 COS,E1 SIN),
(E2COS,E2 SIN)とすると、相関値はΣ[E1
・E2 ](E2 は共役複素数)で求められる。そし
て、この場合、実数部はΣ(E1 COS・E2 COS)
+Σ(E1 SIN・E2 SIN),虚数部はΣ(E1 S
IN・E2 COS)−Σ(E1 COS・E2 SIN)で
ある。これらの演算は、相関器60においてExclu
sive OR回路に置換えられて所定の時間積分され
ている。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、サ
ンプリング対象である雑音性信号に含まれる成分につい
て、低周波成分及び高周波成分別々にゼロ点の位置を補
償することにより、サンプリングに伴うデータのばらつ
きを抑えることができ、信号間の相関値が精度良く求ま
り、画像が劣化しないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるサンプル回路の第1の実施例の構
成を示すブロック図である。
【図2】本発明によるサンプル回路の第2の実施例の構
成を示すブロック図である。
【図3】図2中のPROMに予め書込んでおくデータの
例を示す図である。
【図4】図2中の積分回路に入力される補償電圧の波形
図である。
【図5】図1又は図2のサンプル回路を用いた相関演算
装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
3 サンプラ 11 カウンタ回路 12 ラッチ回路 13 PROM 14 D/A変換器 21〜2N アンテナ 40 積分回路 60 相関器 70 移相回路

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】雑音性の入力信号を積分する積分回路と、
    この積分出力のを基準値として前記入力信号をサンプル
    するサンプラと、前記サンプラのサンプル出力に応じて
    前記積分回路の基準電圧を補償する補償回路とを有する
    ことを特微とするサンプル回路。
  2. 【請求項2】雑音性の入力信号を積分する積分回路と、
    この積分出力の位相と前記入力信号の位相とを合致せし
    める移相回路と、この移相後の積分出力を基準値として
    前記入力信号をサンプルするサンプラと、前記サンプラ
    のサンプル出力を所定周期でカウントする手段と、この
    カウント値に応じて前記積分回路の基準電圧を補償する
    補償回路とを有することを特徴とするサンプル回路。
  3. 【請求項3】複数の雑音性の入力信号の相関値を求める
    相関演算装置であって、前記入力装置の各々に対応して
    設けられ対応入力信号を積分する積分回路と、この積分
    回路の各積分出力の位相と前記入力信号の位相とを合致
    せしめる移相回路と、この移送後の各積分出力を基準値
    として前記入力信号を夫々サンプルするサンプラと、こ
    れらのサンプル結果の相関値を求める演算回路と、前記
    サンプラのサンプル出力に応じて前記積分回路の各基準
    電圧を補償する補償回路とを有することを特徴とする相
    関演算装置。
  4. 【請求項4】複数の雑音性の入力信号の相関値を求める
    相関演算装置であって、前記入力装置の各々に対応して
    設けられ対応入力信号を積分する積分回路と、この積分
    回路の各積分出力の位相と前記入力信号の位相とを合致
    せしめる移相回路と、この移送後の各積分出力を基準値
    として前記入力信号を夫々サンプルするサンプラと、こ
    れらのサンプル結果の相関値を求める演算回路と、前記
    サンプラのサンプル出力を所定周期でカウントする手段
    と、このカウント値に応じて前記積分回路の各基準電圧
    を補償する補償回路とを有することを特徴とする相関演
    算装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3115427U (ja) 2005-08-04 2005-11-04 山嘉商店株式会社 凹み飲み口椀体

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