JPH03200200A - 周波数解析方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要） アナログ入力信号の周波数成分を解析するための周波数
解析方式に関し、 サンプリング速度の１／２以上の高周波数領域まで周波
数解析を可能にした周波数解析方式を提供することを目
的とし、 アナログ信号入力を一定速度でサンプリングするサンプ
リング手段と、サンプリング出力をサンプリング速度の
１／２の周波数領域に展開する周波数分析手段を有する
周波数解析機構において、サンプリング速度を微小値Δ
ｆ変化させるサンプリング速度変化手段と、周波数分析
手段の出力スペクトルにおける等しい値の２つのピーク
間における周波数差がΔｆの整数倍の関係にあるものを
対応するものとして検出するピーク比較手段とを設は対
応関係にある両ピークの周波数差からピーりが周波数分
析手段の出力において折り返されているいずれの周波数
帯域に属するがを判別することによって、サンプリング
手段の入力信号の周波数成分をサンプリング速度の１／
２を超える高周波成分まで解析可能にすることによって
構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明はアナログ入力信号の周波数成分を解析するだめ
の周波数解析方式に係り、特にサンプリング周波数の１
／２以上の高周波成分まで解析可能にした周波数解析方
式に関するものである。

ディジクル周波数解析装置においては、アナログ１１１
号をサンプリングした出力を周波数領域に展開すること
によって、入力信号を周波数解析する。

この場合、周波数解析結果において、サンプリング速度
の１／２以上の高周波成分までもとのアナログ信号を再
現して、周波数解析を行い得ることが要望される。

［従来の技術］ ディジタル周波数解析装置においては、入力アナｒ：ｊ
グ信号を一定速度でアナログディジタル（ＡＤ）変換し
て得られた信号を、周波数領域に展開することによって
、入力信号の周波数解析を行うが、この際、周波数解析
装置の出力においては、サンプリング速度の１／２以上
の高周波成分が折り返されて現れるので、解析結果の判
読が困難になる。

そのため従来は、ＡＤ変換装置の前段にアンチエリアシ
ングフィルタと称するローパスフィルタを挿入し、サン
プリング速度の１／２以下のカットオフ周波数を設定し
て、高周波成分を予め除去してから周波数解析を行うよ
うにして、折り返し周波数成分の影響を排除するように
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来の周波数解析方式では、解析可能な周波数の
上限は、ＡＤ変換装置におけるサンプリング速度で制限
されることになって、サンプリング速度の１／２以上の
高周波成分まで周波数解析することは出来ない。

またアンチエリアシングフィルタは一般に商価であって
、簡易なＡＤ変換装置では、このようなフィルタを具備
しない場合も多い。

本発明はこのような従来技術の課題を解決しようとする
ものであって、入力信号のサンプリング速度を最小速度
変化させる機構と、変化の前後に４旨Ｊる周波数解析結
果を比較する機構を付加することによって、サンプリン
グ速度の１／２以上の高周波数領域まで周波数解析を可
能にした周波数解析方式を提供することを目的としてい
る。

〔課題を解決するだめの手段］ 本発明は第１図にその原理的構成を示すように、アナロ
グ信号入力を一定速度でサンプリングする４Ｆンプリン
グ手段１と、該サンプリング出力をサンプリング速度の
１／２の周波数領域に展開する周波数分析手段２とを有
する周波数解析機構において、サンプリング速度変化手
段３と、ピーク比較手段５〜１０とを設け、対応関係に
ある両ピークの周波数差からこのピークが周波数分析手
段２の出力に、むいて折り返されているいずれの周波数
帯域ζこ屈するかを判別することによって、サンブリ・
１１段ｌの人力（ｒｊ号の周＄１．数成分をサンプリン
グ速度の１／２を超える高周波成分まで解析可能にする
ものである。

ここで、サンプリング速度変化手段３は、サンプリング
手段１におけるサンプリング速度を微小値△ｆ変化させ
るものであり、ピーク比較手段５〜１０は、周波数分析
手段２の出力スペクトルにおける等しい値の２つのピー
ク間における周波数差が△ｆの整数倍の関係にあるもの
を対応するものとして検出するものである。

〔作用〕

一般に、サンプリングデータをフーリエ変換（ＦＦＴ）
等によって周波数解析すると、サンプリング速度の１／
２以上の周波数成分によって、エリアジングと呼ばれる
誤差を生じることが知られている。

第３図（ａ）、　（ｂ）は、エリアジングを説明するも
のであって、（ａ）は対象とする信号周波数がサンプリ
ング速度の１／２以下の場合を示し、（ｂ）は同じくサ
ンプリング速度の１／２以上の場合を示している。

第３図（ａ）の場合は、サンプリング間隔ΔＴが信号周
期の１／２以下であるため、○で示すＡＤ変換値を結ん
だディジタル信号波形（点線で示す）は、実線で示すも
とのアナログ信号波形と類似している。

一方、第３図（１））の場合は、サンプリング間隔Δ′
Ｆが１３号周期の１／２以上であるため、○で示すＡＤ
変換値を結んだディジタル信号波形（点線で示す）は、
実線で示すもとのアナログ信号波形とは、異なるものと
なる。

第４図（ａ）〜（Ｃ）は、周波数上でのエリアジング誤
差を例示するものであって、（ａ）は入力アナログ信号
の周波数成分を示し、（ｔ））はｆ、、Ｘ　（ｆ、、、
＝１／ΔＴ）をサンプリング周波数としてＡＤ変換を行
った場合の各周波数帯域における折り返し信号成分を示
し、（Ｃ）は周波数解析出力を示している。

第４図（ａ）において、入力アナログ信号には、■〜■
に示す各点にピーク周波数成分があることが示されてい
る。このような信号をサンプリング速度ｒ、、Ｘ　（ｆ
、、Ｘ＝１／ΔＴ）　でＡＤ変ｔａを行うと、第４図（
ｂ）に示すように、ｒ□、／２の整数倍の周波数帯域ご
とに存在する信号が、それぞれ折り返されて周波数解析
出力に現れる。

従って、周波数解析装置における出力信号では、第４図
（ｂ）に示す各帯域の出力信号が加算されて、第４図（
Ｃ）に示すようになる。

いま、サンプリング速度をΔｆだけ微小変化させると、
各折り返し出力の周波数が変化する。

第５図（ａ）〜（ｅ）はサンプリング速度を微小変化さ
せた場合の周波数データの変化を例示するものであって
、（ａ）は入力アナログ信号とサンプリグ速度とを示し
、（ｂ）はサンプリング速度ｆ□、でＡＤ変換を行った
場合の各周波数帯域の折り返し信号出力、（Ｃ１はサン
プリング速度ｆ　ｓｉｘでＡＤ変換を行った場合の周波
数解析出力、（ｄ）はサンプリング速度（ｆ　、、、十
Δｆ）でＡＤ変換を行った場合の各周波数帯域の折り返
し信号出力、（ｅ）はサンプリング速度（ｆ、□８＋Δ
ｒ）でＡＤ変換を行った場合の周波数解析出力を示して
いる。

第５図（ａ）において、入力アナログ信号には、■■に
示ず各点にピーク周波数成分があるものとする。このよ
うな信号をサンプリング速度ｆ　ｓａｗ（Ａ、、Ｘ＝１
／ΔＴ）でＡＤ変換を行うと、第５図（ｂ）に示すよう
に、（、、Ｘ／２の整数倍の周波数帯域ごとに折り返し
信号出力■、■を生じる。周波数解析装置における出力
信号では、第５図（ｂ）に示す各帯域の出力信号は加算
されて、第５図（Ｃ）に示すようになる。

いま、サンプリング速度をΔｆだけ微小変化させると、
各折り返し出力の周波数が変化し、第５図（ｄ）に示す
ように（「Ｉｌ、Ｘ＋Δｆ）／２の整数倍の周波数帯域
ごとに折り返し信号出力■′、■′を生じる。周波数解
析装置出力信号では、第５図（ｄ）に示す各帯域の出力
信号は加算されて、第５図（ｅ）に示すようになる。

第５図（Ｃ１，（ｅ）を比較すると、両ピーク信号■。

■′は同一周波数であるが、折り返し信号■、■は周波
数が異なっている。この場合の周波数変化πは、サンプ
リング周波数の変化量Δｒに等しい。同様にして、第４
図（１））に示されたような、より高次の周波数帯域に
おけるピーク信号■２■の場合は、これらに対応する折
り返し信号の周波数変化量はそれぞれ２Δｆ、３Δｆ、
・・となる。

そこで、ＡＤ変換結果におけるもとの周波数成分と、サ
ンプリング速度を微小変化させた場合の周波数成分との
各周波数の変化率をチエ、りすることによって、各周波
数成分が存在する周波数帯域を知ることができ、これか
らその真の周波数値を推定することができる。

本発明は、このことを利用して、サンプリング周波数よ
り高い周波数成分を求めるものである。

〔実施例］ 第２図は本発明の一実施例を示すものであって、１１は
ＡＤ変換器、１２は周波数分析器、１３はＡＤ変換クロ
ック発生器、１４はＡＤ変変換クロン切切替え部、１５
は切り替えスイッチ、１６．１７は周波数分析データ記
憶部、１８．１９はスペクトルピーク検出部、２０はス
ペクトルピーク比較部、２１はスペクトル表示部である
。

第２図において、入力アナログ信号はＡＤ変換器１１に
よっ゛ζ一定サンプリング速度でＡＤ変換を行われて、
ディジタル信号からなる出力を発生する。なおこのよう
なサンプル値発生手段としては、−船釣には、一定速度
で入力信号をサンプリングするザンブラを用いればよい
。

周波数う）析器１２は、ＡＤ変換器１１からの時間領域
で離散的な出力信号を、周波数領域に展開した出力信号
を発生する。

この際、ＡＤ変換クロック発生器１３は、ＡＤ変換器１
１におけるサンプリング周波数クを発生するが、その周
波数はＡＤ変換クロック切り替え部１４の制御ｎに基づ
いて、［□８と「□８＋Δｆとに微小周波数変化する。

切り替えスイッチ１５は、ＡＤ変換クロック切り替え部
１４の周波数切り替え制御に同期して、周波数分析器１
２の出力を周波数分析データ記１つ部１６゜１７に切り
替えて人力する。

周波数分析データ記憶部１６．１７は、それぞれ入力さ
れた周波数分析器１２の出力を記憶する。

スペクトルピーク検出部部１８．１９は、周波数分析デ
ータ記憶部１６．１７に記憶されたデータにおける、各
ピーク値とその周波数データとをそれぞれ抽出する。

スペクトルビーク比較部２０は、スペクトルピーク検出
部１８．１９の出力における等しい値のビークを検出す
るとともに、両ピークの周波数のずれをΔｆの整数倍で
チエツクすることができるように構成されている。

スペクトル表示部２１においては、スペクトルピーク検
出部１８．１９の出力を加算して表示することによって
、スペクトルビーク比較部２０における比較の操作を容
易にする。

従って本発明では、このようにして求められたスペクト
ルビーク比較結果から、周波数分析器１２の出力におい
て、折り返されて現れている周波数成分の、周波数上に
おける正しい位置を容易に推定することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、アナログ信号人力
を一定速度でサンプリングするサンプリング手段と、こ
のサンプリング出力を周波数領域に展開する周波数分析
手段とを有する周波数解析ｅＨ１ｌｔにおいて、サンプ
リング手段におけるサンプリング周波数を微小変化させ
たときの、周波数解析結果のデータを比較することによ
って、周波数解析結果の出力において折り返されて現れ
ている周波数成分の、周波数上における正しい位置を知
ることができるので、入力アナログ信号に対して、サン
プリング周波数の１／２以上の高周波成分まで、周波数
解析を行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成を示す図、第２図は本発明
の一実施例を示す図、第３図（ａ）、　（ｂ）はエリア
ジングを説明する図、第４図（ａｌ〜（Ｃ）は周波数に
でのエリアジング誤差を例示する図、第５図（ａ）〜（
り〕）はサンプリング速度を微小変化させた場合の周波
数データの変化を例示する図である。 １　＋ｉサンプリング手段、２は周波数分析手段、３は
サンプリング速度変化手段、４はピーク比較１川役であ
る。 第１図 （３） 杢完躬の一実施例を示す２ 第２図 工しアシンＩ）ヲ説三、Ｕするス 第３図 （ａ） ■ 否波数Ｘで゛の二１じアジング誤差を例示するＩ第４図 スペクトル 番 （ｂ） （ｄ） （ｃ） （ｅ） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アナログ信号入力を一定速度でサンプリングするサンプ
   リング手段（１）と、該サンプリング出力をサンプリン
   グ速度の１／２の周波数領域に展開する周波数分析手段
   （２）とを有する周波数解析機構において、 該サンプリング手段（１）におけるサンプリング速度を
   微小値Δｆ変化させるサンプリング速度変化手段（３）
   と、 該周波数分析手段（２）の出力スペクトルにおける等し
   い値の２つのピーク間における周波数差がΔｆの整数倍
   の関係にあるものを対応するものとして検出するピーク
   比較手段（４）とを設け、該対応関係にある両ピークの
   周波数差から該ピークが前記周波数分析手段（２）の出
   力において折り返されているいずれの周波数帯域に属す
   るかを判別することによって、前記サンプリング手段（
   １）の入力信号の周波数成分をサンプリング速度の１／
   ２を超える高周波成分まで解析可能にすることを特徴と
   する周波数解析方式。