JPH025344B2 - - Google Patents

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JPH025344B2
JPH025344B2 JP56132116A JP13211681A JPH025344B2 JP H025344 B2 JPH025344 B2 JP H025344B2 JP 56132116 A JP56132116 A JP 56132116A JP 13211681 A JP13211681 A JP 13211681A JP H025344 B2 JPH025344 B2 JP H025344B2
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JP
Japan
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signal
correlation
phase
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code
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JP56132116A
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JPS5834370A (ja
Inventor
Hideaki Oomori
Kazuhiro Ooguro
Kenji Yamada
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS5834370A publication Critical patent/JPS5834370A/ja
Publication of JPH025344B2 publication Critical patent/JPH025344B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/28Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は陸上移動伝搬路のように複雑な多重伝
搬路により発生する多重波の各成分の遅延時間と
振幅・位相を測定する多重波分析装置に関する。 従来この種の装置では、ルビジウムあるいはセ
シウム等の周波数が高安定な発振器と周波数シン
セサイザを送信号および受信部でともに持ち、送
信部では相関符号、IF信号および送信局発信号
等を発生し、また受信部では相関操作に必要な信
号作成のための相関符号、IF信号さらに相関符
号のシフト信号および受信局発信号等を送受独立
に発生する構成となつていた(D.C.Cox、IEEE
Tr vol AP−20、No.5、Sept.、 ′72、D.L.
Nielson、IEEE Tr.vol VT−27、No.3、Aug.、
′78)。これらの装置では送受独立に発振器を持
つため、多重波間の遅延時間を測定するには、測
定開始に先立つて送信部および受信部をつき合せ
て相関信号の同期の一致を図つておく必要があ
り、またこの装置では送信部および受信部それぞ
れに高安定な発振器とシンセサイザを持つため装
置が高価になる欠点があつた。 本発明はこれらの欠点を解決することを目的と
し、相関技術を利用して、送信部および受信部の
構成を簡単にし、送信部および受信部を総て同期
関係に保つて多重波の遅延時間、振幅および位相
を正確かつ簡単に測定しようとするものである。
以下図面により説明する。 図1は本装置の送信部で、1はクロツク信号発
振器、2は相関符号発生器、3はIF信号発振器、
4は変調器、5は送信局部発振器、6はミキサ
ー、7は帯域フイルタ、8は送信アンテナであ
る。この動作は次の通りである。 1で発生したクロツク信号により2が駆動され
て相関符号を発生する。この相関符号とは自己相
関特性の大きい符号のことであり、例えばM系列
符号やゴールド符号等が周知である。この符号は
自己相関特性が大きいことを利用して相関検出を
行う通信に利用されたり、スプレツドスペクラム
通信方式等に用いられる。この符号の性質等は文
献(デイクソン著「スペクトラム拡散通信方式」、
ジヤテツク出版)に詳しい。その信号により、3
で発生したIF信号を4で変調し5で発生した送
信局発とともにミキサー6によりRF周波数に変
換する。次に帯域フイルタ7により不要周波数成
分の除去とスペクトラムの整形を行ない、アンテ
ナ8より放射する。結局この回路の動作は1次情
報信号のない拡散変調だけのSS送信機と見るこ
とができる。 図2は本発明の第1の実施例で、9は相関信号
発生のための受信部に接続してあるアンテナ、1
0は多重波測定用のアンテナで、9と同様のアン
テナあるいは多重波到来方向測定の場合には指向
性アンテナを用いる。11は共通受信局部発振
器、12は分配器、13および14はRF受信機、
15はIF信号1、16は第1の相関受信機、1
7はIF信号2、18,19,20はそれぞれ再
生した相関符号、クロツク信号およびフレーム信
号である。21はIF信号3である。22は第2
の相関受信機で、23は変調器、24は相関符号
の位相制御回路、25は位相シフトされた相関符
号、26はスイープ信号、27は受信機14の出
力IF信号、28は変調器23の出力信号、29
はミキサー、30は積分器に相当する狭帯域フイ
ルタ、31は相関検波出力信号、32は振幅およ
び位相検出回路で33,34は検出された振幅信
号および位相信号である。35はX−Yプロツタ
ーあるいはオシロスコープである。 本装置の動作は次の通りである。 アンテナ9および10で受信された信号はそれ
ぞれRF受信機13と14に入力される。一方1
1で発生した共通受信局部発振信号は12で2つ
に分配され、それぞれ受信機13および14に供
給され、周波数fI1なるIF信号15が第1相関受
信機16に、もう一方の同一周波数のIF信号2
7が第2相関受信機22に入力される。この場合
IF信号15と27は同一周波数であることは言
うまでもない。第1相関受信機16では図3で後
述するように、AFC回路を内蔵し、周波数fI1
IF信号15に位相同期した信号を発生すると同
時に周波数fI2のIF信号17および周波数fI3のIF
信号21を発生する。振幅位相検出回路32の動
作周波数とRF受信器13で用いる中間周波数
(IF)は必ずしも一致しない。本装置の柔軟性を
確保するためには両周波数は異なるものとして考
えるほうがよい。例えば振幅位相検出回路32の
動作周波数をfI3、RF受信器のIF周波数をfI1とす
ると、ミクサ29へ入力されるもう一方の信号2
8の周波数はfI1−fI3となることが必要であり、
これは相関受信器16から出力されるIF信号の
周波数fI2と等しいから、fI1=fI2+fI3なる関係に
することが必要である。第1の相関受信機で再生
された相関符号18は、第2相関受信機22にあ
る位相制御回路24においてクロツク信号19お
よびフレーム信号20を用いて、1フレームのう
ち一定のビツト分だけ一定周期でシフトをくり返
す信号25として出力されると同時にシフト周期
に同期したスイープ信号26が発生される。次に
変調器23においてIF信号17を、位相シフト
を受けた相関符号25で、図1の送信部と同一方
式で変調し相関操作用の信号28を発生する。次
にミキサ29により受信信号27と相関信号28
を混合し、狭帯域フイルタ30から出力31を得
るが、ミキサ29と狭帯域フイルタは、いわゆる
相関器を構成している。つまりミクサ29は信号
27と28との相関をとるための乗算器であり、
この出力をクロツク周波数より充分狭い帯域をも
つバンドパスフイルタを通すことにより信号27
と信号29の相関の大きさと信号27の振幅に対
応したレベルの信号が得られる。周波数はfI1
fI2である。両信号の相関が1の時は信号27の
変調がふりほどかれて無変調波となる。次にこの
動作を説明する。 今、相関符号をS(t)、搬送波周波数をfcとす
ると送信信号はSc(t)=Re〔S(t)ej2fct〕で表
わされる。いま、送信部および受信部にあるフイ
ルタを総てまとめた等価ベースバンドインパルス
応答をb(t)、マルチパス伝搬路のそれをg(t)
とすると、搬送波帯特性はそれぞれbc(t)=2Re
〔b(t)ej2fct〕、gc(t)=2Re〔g(t)ej2
fct〕と
表わされることは良く知られている。ここで搬送
周波数fcを受信機13,15の出力周波数fI1で置
き換えても何ら不都合はないから次のように表わ
す 送信信号 Sc(t)=Re〔S(t)ej2fI1t〕……(1) フイルタ特性 bc(t)=2Re〔b(t)ej2fI1t〕 ……(2) マルチパス伝搬路特性 gc(t)=2Re〔g(t)ej2fI1t〕 ……(3) また相関信号28は、第1相関受信機16で再
生された送信クロツク信号と同期した符号で変調
されているので送信信号とは中心周波数のみが異
なるから、その相関信号28は送信部の送信符号
S(t)を用いて次のように表わせる。 Sl(t)=Re〔S(t)ej2fI2t〕 ……(4) 一方相関器22へ入力される受信信号27は、
送信信号Sc(t)、フイルタ特性bc(t)、およびマ
ルチパス伝搬路特性gc(t)の畳み込みとして次
のように与えられる。 zc(t)=Sc*bc(t)*gc(t) 上式に(1)、(2)、(3)の関係を代入すると zc(t)=Re〔z(t)ej2fI1t〕 ……(5) ただし、z(t)=S(t)*b(t)*g(t)
……(6) と等価ベースバンド帯の応答で表わされる。 相関器22は受信信号zc(t)と相関信号Sl
(t)の相関演算を行なうから、定数項をまとめ
てKと表わすと、出力RB(τ)31は(4)と(5)より
次式のように表わされる。 RB(τ)=KRe〔∫T 0Sl(t−τ)・zc(t)dt〕 =KRe〔{∫T 0S(t−τ)・z(t)dt} ej2(fI1-fI2)t〕 これに(6)を入れると、 RB(τ)=KRe〔{Rs(t)、*b(t)*g(t)
} ej2(fI1-fI2)t〕 ……(7) ただし、Rs(τ)は1/T∫T 0S(t−τ)・S(t
) dtで表わされる相関符号S(t)の自己相関関数
である。したがつて本装置における相関検出器の
出力信号31RB(τ)は相関符号S(t)の自己
相関関数、Rs(t)と同じ形をした時間波形をフ
イルタb(t)で整形して送信し、その時得られ
るマルチパス伝搬路g(t)の応答を複素包絡線
とする帯域信号となる。一般に相関符号として用
いるS(t)の自己相関関数Rs(τ)は1例とし
て後述するようにパルス状のものを使うから式(7)
からg(t)を正しく検出するにはRs(t)*b
(t)が十分狭いパルスになることが必要である。 多重波伝ぱん路を経て受信される信号は、振幅
および遅延時間の異なる成分の和となつている
が、この伝ぱん路は線形系であるから重畳の定理
が成り立つ。したがつてn番目の多重波の振幅
ao、遅延時間をτoとすると、多重波伝ぱん路g
(t)の応答としての相関器出力信号31は前述
した搬送波パルス、の和で表わされるから次のよ
うになる。 〓n aoRsb(t−τo)ej2fI3(t-n) ……(8) ここでRsb(t)=Rs(t)*b(t)、fI3=fI1
fI2とする。いま遅延時間τoを、任意に選んだ1多
重波成分の絶対値遅延時間τ0といま注目している
他の多重波成分のτ0からの相対遅延時間τooの和
で表わすと(8)は次式のようになる a0ej2fI3(t-0 ){Rsb(t−τ0
+ 〓 〓n 1 ao/a0Rsb(t−τ0−τoo)e-j2fI2nn}……(
9) ここで−2πfI3τooは中心周波数fI3におけるn番
目の成分の相対位相を表わす。したがつて本発明
における相関器出力31に含まれている搬送波パ
ルスには、多重波成分の相対振幅ao/a0、相対位相 差−2πfI3τooの各情報が含まれている。 次に、この出力31は第1相関受信機で発生さ
れた周波数fI3の信号21とともに振幅−位相検
出回路32に印加される。ここで信号21の位相
はマルチパスの1成分と同期した関係にある正弦
波となつている。したがつて式(9)で表わされる相
関器出力31と位相差−2πfI3τoo分だけ除いて同
期関係にあるから、検出回路32によつて式(9)の
マルチパス成分の総ての相対振幅ao/a0、位相− 2πfI3τooを検出できる。ここで振幅−位相検出回
路は、一般に用いられている乗算形の検波器で簡
単に実現できる。 さらに検出された検出信号33、位相信号34
は、オシロスコープあるいはX−Yプロツター3
5のY軸に入力されると同時にスイープ信号26
がX軸に入力されて、マルチパスのピーク点で相
対遅延時間τoo、その大きさで相対振幅ao/a0、およ び相対位相−2πfI3τooを検出することができる。 つまりX軸(横軸)が遅延時間を示し、Y軸
(縦軸)が多重波各成分の振幅または位相の大き
さを示す。 図3はAFC回路の構成図である。36はミキ
サー、37は逆拡散された信号、38は中心周波
数fI3なる狭帯域フイルタ、39は中心周波数fI3
なる信号、40は位相比較器、41は周波数fI3
なる安定な発振器、42は位相比較器出力信号、
43はベースバンドループフイルタ、44は中心
周波fI2なる電圧制御発振器、25は変調器、4
6は第1相関受信器内で再生された相関符号、4
7は中心周波数fI2なる変調信号である。この回
路の動作は次の通りである。 ミキサー36には、図2におけるアンテナ9で
受信され、受信機13で周波数変換された中心周
波数fI1なる信号15が一方から入力される。さ
らに電圧制御発振器44で発生された周波数fI2
に近いfI2+δfなる信号17が変調器45において
再生相関符号46によつて変調され、ミキサーの
一方の入力信号47となる。ミキサー出力は2つ
の変調波の逆拡散された信号37として狭帯域フ
イルタ38を通過するので、その出力39の中心
周波数はfI1−(fI2+δf)=fI3−δfとなり、位相比

器40に入力される。安定な発振器41からの信
号周波数はfI3であるから、種々の周波数成分を
含んだ位相比較器出力42が狭帯域フイルタ43
を通過すると−δfに対応する直流出力となり、そ
の信号がVCOを制御して、fI2+δf→fI2にならし
める。したがつて、信号15,21および17の
周波数関係をfI1=fI2+fI3とすることは従来より
良く知られた回路技術で容易である。 図4は相関符号としてM系列符号を用いた時の
自己相関関数Rs(τ)を示す。48は相関関数の
ピーク値Lp、49は相関のサイドローブ値Ls
50は相関波形の三角波形部の底辺の周期T1
51は自己相関関数の繰り返し周期T2である。
今、例えばM系列を発生させるシフトレジスタの
段数をm、クロツク信号の周波数をfCLとすると、
Lp=1とした場合に対し、図4の各パラメータ
は Ls=−1/(2m−1) T1=2/fCL T2=1/fCL(2m−1) となる。したがつて式(7)で表わされる相関検波器
出力の多重波を検知する限界は 10log(Ls/Lp2=−20log(2m−1) ……(10) となり多重波間の遅延時間差分解能は T1=1/fCL となる。したがつて多重波の検知限界を下げるに
はシフトレジスタの段数を長くし、また遅延時間
の分解能を上げるには、クロツク周波数fCLを高
くすることが必要である。 なお表1に示す多重波分析装置を作り東京にお
いて試験した結果検知限界は理論値−42dBに対
し実現値−35dBが得られ、また遅延時間差の分
解能は0.65μSが得られ、マルチパス分析装置とし
て良好な特性を持つことを確認できた。 なお、図2の本発明の構成では受信アンテナと
受信機をそれぞれ2台づつ用いて構成したが、測
定項目によつてはそれぞれ1台づつ用い、その
IF出力を2分して1方を第1相関受信機16に、
もう一方を第2相関受信機22に供給する構成法
をとることも可能である。
【表】 図5は本発明のもう1つの実施例で53は第1
の相関受信機で発生した周波数fI1なる無変調信
号である。これは図2においてfI3=0にした場
合に相当する。54は第2相関受信機、55は送
信部と同一形式で変調された中心周波数fI1の信
号、56は90゜ハイブリツドで57は分岐された
一方の信号で58は90゜位相回転したもう一方の
成分、59はIF信号分配器で受信IF信号を60
と61に2分する。62はミキサー、63は狭帯
域フイルタである。同様に65および66はそれ
ぞれミキサーおよびフイルタである。64および
67は相関検波された信号で、68は64と67
の2乗和の平方根を演算する回路、69は64と
67の比のtan-1を演算する回路である。この回
路の動作は次の通りである。 第1相関受信機で発生されたIF信号は変調器
23で送信部と同一の変調を受け90゜ハイブリツ
ドで互いに直交する成分に2分されてミキサー6
2と65に入力される。またRF受信機出力27
は59で2分されミキサー62と65に入力され
る。62と63および65と66は図2のミキサ
ー29と狭帯域フイルタ30と同様相関器を形成
するから出力64と67は、受信信号の互に直交
する方向で相関検波した出力になつている。しか
もミキサー62および65の入力信号57と60
および58と61は同一周波数であるから出力6
4はベースバンド帯で出力される。いまその出力
信号64および67をそれぞれQ=Re{aej}、
I=Re{aej( +/2)}と表わすと、68の出力33
は√22=|a|、67の出力はtan-1Q/I= とそれぞれ受信信号の振幅および位相を表わす。
このように図5の構成を用いても多重波の振幅及
び位相を検出できる。また振幅のピーク点から遅
延時間を検出できることは図2と同様である。 図6は本発明の別の実施例を示すもので70は
第2の相関受信機で71はシンセサイザー、72
はクロツク信号、73は相関符号の同期回路、7
4は周波数fI2なるIF信号である。本回路の動作
は次の通りである。 RF受信機からの出力信号15を用いて、第1
の相関受信機16によりPN信号18、クロツク
信号19、フレーム信号20および周波数fI3
るIF信号21を発生する動作は図2と同様であ
る。第2相関受信機70にあるシンセサイザー7
1は比較的安定な周波数の信号を発生する必要が
あるが、ルビジウムやセシウム発振器のような超
高安定な発振器である必要はなく、1回の測定時
間(数分〜十数分)程度の間安定性を保つ発振器
であれば良い。73の相関符号の同期回路では、
送信部と同一のPN信号を発生し、その信号と第
1の相関受信機から供給されるPN信号との同期
を確立して、送信部と同一の時間基準を持つPN
信号を発生する。それと同時にクロツク信号19
およびフレーム信号20を用いて図2の24と同
様、一定の周期で一定の時間幅だけシフトをくり
返すPN信号25を作り出す。なお73の相関符
号の同期回路は、第1の相関受信機16からの
PN信号18と一端同期がとれた後は、その同期
確立のための動作(ハンテング)を停止し、18
とは独立に、PN信号を発生し続ける回路になつ
ているものとする。変調器23はIF信号74を
相関符号25で、送信部と同一の形式で変調し、
変調信号28を発生し、ミキサー29とフイルタ
30で形成する相関器により、受信IF信号20
の相関検波を行なう。相関検波出力信号31は図
2と同様に21の無変調IFと同一の周波数fI3
なつており、これにより振幅と位相が検出され、
多重波特性を検知することができる。なおここで
は、72のクロツク信号が19とわずかに違い、
また74のIF信号により31の中心周波数が2
1とわずかに違うことが考えられるが、シンセサ
イザーが、それ程高安定でなくても、測定時間内
においては多重波特性の測定結果を大幅に狂わす
ことにはならない。第1の相関受信機は多数の多
重波成分のうち、比較的強い成分を補かくし、そ
れに同期したPN、クロツクおよびフレーム信
号、さらにIF信号を発生するが測定中、例えば
移動しながら測定すると、多重波間の相対強度が
変動することがあり得るので、図2の構成である
と相関をとるための符号がとぎれることにより時
間基準が、不確かになることもあるが、図6の構
成では一端同期が確立した後は、受信信号を切り
離すので、移動しながらでも測定が可能となる。
なお、図6におけるIF信号74と変調器23以
下を図5の相関検波器のように構成し、ベースバ
ンド帯の検出信号をとり出すようにすることも可
能である。 なお、上記各実施例では、相関信号を送信側か
ら受信側に伝送するものとして説明したが、受信
側の相関受信機に送信側と同一形式の相関符号を
発生できる相関符号器を備え、クロツク19とフ
レーム20に同期して該相関符号器を動作させる
ことにより、送信側と同一の相関信号を受信側で
発生させるようにしてもよい。 以上説明したように本発明ではSS受信機がマ
ルチパスの一成分に同期する性質を応用して、マ
ルチパスの総ての成分の振幅、位相、遅延時間を
簡単かつ正確に測定でき、従来用いていた高価な
発振器および周波数シンセサイザーを不要にし、
測定手順も簡単でできる利点がある。
【図面の簡単な説明】
図1は本測定装置の送信部、図2は本発明の1
番目の発明に対応する一実施例、図3はSS受信
機を構成するAFC回路の一例、図4はM系列符
号の自己相関関数を説明する図、図5は1番目の
発明のもう一つの実施例、図6は2番目の発明に
対応する実施例である。 1……クロツク信号発振器、2……相関符号発
生器、3……IF信号発振器、4……変調器、5
……送信局部発振器、6……ミキサー、7……帯
域フイルタ、8……送信アンテナ、9……受信ア
ンテナ1、10……受信アンテナ、11……受信
局部発振器、12……信号分配器、13……RF
受信機、14……RF受信機、15……IF信号1、
16……SS受信機、17……IF信号2、18…
…再生相関符号、19……クロツク信号、20…
…フレーム信号、21……IF信号3、22……
第2の相関受信機、23……変調器、24……位
相制御回路、25……位相シフトを受けた相関符
号、26……スイープ信号、27……IF信号、
28……変調器出力信号、29……ミキサー、3
0……狭帯域フイルタ、31……相関検波出力信
号、32……振幅および位相検出回路、33……
振幅信号、34……位相信号、35……オシロス
コープ又はX−Yプロツター、36……ミキサ
ー、37……逆拡散信号、38……狭帯域フイル
タ、39……フイルタ出力信号、40……位相比
較器、41……発振器、42……位相比較器出力
信号、43……ベースバンドフイルタ、44……
電圧制御発振器、45……変調器、46……再生
相関符号、47……変調信号、48……自己相関
関数のピーク値、49……自己相関のサイドロー
ブ、50……自己相関関数出力三角波の底辺周
期、51……自己相関関数の繰返し周期、53…
…再生無変調IF信号、54……第2の相関受信
機、55……変調IF信号、56……90゜ハイブリ
ツド、57……IF信号、58……90゜IF信号、5
9……IF分配器、60……IF信号、61……IF
信号、62……ミキサー、63……ベースバンド
フイルタ、64……検波出力信号、65……ミキ
サー、66……ベースバンドフイルタ、67……
検波出力、68……二乗和の平方根演算回路、6
9……比のtan-1演算回路、70……第2相関受
信機、71……周波数シンセサイザー、72……
クロツク信号、73……相関符号同期回路、74
……IF信号。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 相関符号により変調された無線信号を第一の
    アンテナで受信して相関符号とそれに同期したク
    ロツクとを出力するとともに第一の中間周波信号
    を再生して出力する手段を含む第一の相関信号受
    信手段と、前記無線信号を第二のアンテナで受信
    して第二の中間周波信号を出力する受信手段と、
    前記相関符号をそのクロツクに基づいて1ビツト
    単位でシフトさせる位相制御手段とこのシフトさ
    れた相関符号により前記第一の中間周波信号を送
    信部と同一の方法で変調する変更手段とこの変調
    された信号と前記第二の中間周波信号との相関を
    取つて第二のアンテナで受信した無線信号の振幅
    と位相を出力する手段より成る第二の相関信号受
    信手段と、前記位相制御手段から出力される掃引
    信号により前記無線信号の振幅または位相の大き
    さを時間軸上で表示する手段からなることを特徴
    とする多重波分析装置。 2 相関符号により変調された無線信号を第一の
    アンテナで受信して相関符号とそれに同期したク
    ロツクとを出力する手段を含む第一の相関信号受
    信手段と、前記無線信号を第二のアンテナで受信
    して第一の中間周波信号を出力する受信手段と、
    送信部と同一の第二の相関符号を発生して前記相
    関符号との同期をとる相関符号同期手段と第二の
    中間周波信号を発生して第二の相関符号により送
    信部と同一の方法で変調する変調手段とこの変調
    された信号と前記第一の中間周波信号との相関を
    取つて第二のアンテナで受信した無線信号の振幅
    と位相を出力する手段よりなる第二の相関信号受
    信手段と、前記相関符号同期手段から出力される
    掃引信号により前記無線信号の振幅または位相の
    大きさを時間軸上で表示する手段からなることを
    特徴とする多重波分析装置。
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