(57)【要約】  受信パルス列内の相対的に高レベルのパルスが選択される。そのようなパルス毎に、選択されたパルスの前後両方において、他のパルスが均一な間隔で生じるか否かが判定される。そうである場合には、関連するパルスが、或る特定のグループに属するものとして分類される。パルス間間隔の正確な計算は、選択されたパルスに対するパルスの到来時刻から繰返し間隔を算出し、その後、重み付けされた角度平均を求めることによって実行される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々の到来時刻において生じるパルス列を含む受信信号を解析する方法であって、
（ａ）パルスのグループを形成することであって、該グループ内の該パルスは、所定の最小値及び最大値によって定義される範囲内で実質的に均一なパルス繰返し間隔を有する、形成すること、及び
（ｂ）平均グループパルス繰返し間隔を計算することを含み、
該計算することは、
（ｉ）前記グループ内の複数のパルスのうちのパルス毎に、該パルスの到来時刻と、前記グループ内の別のパルスの到来時刻との間の差から、近似的な繰返し間隔を求めること、
（ｉｉ）前記所定の最小値と前記所定の最大値との間の範囲がπ以下の長さの円弧によって表わされるように、線形に位置付ける過程を実行することによって、前記近似的な繰返し間隔それぞれから１つのベクトルを求めること、
（ｉｉｉ）前記求められたベクトルのベクトル和の角度を求めること、及び
（ｉｖ）前記位置付ける過程の逆を実行して、前記ベクトル和の前記角度から、前記平均グループパルス繰返し間隔を導出することを含む、方法。
【請求項２】
前記グループの中から１つのパルスを選択するステップを含み、前記近似的な繰返し間隔はそれぞれ、個々のパルスの到来時刻と、該選択されたパルスの到来時刻との間の差から求められる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記選択されたパルスの前記到来時刻は、前記グループ内の前記パルスの到来時刻の範囲の中心、又は概ね中心にある、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ベクトル和の前記角度は、前記パルスの到来時刻と前記選択されたパルスの到来時刻との間の間隔が長くなるほど、各パルスの影響が大きくなるような重み付け過程を用いて計算される、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記求められたベクトルから、到来時刻間の差のばらつきを指示するばらつき値を計算するステップを含む、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記グループに分類されるパルスを除外することによって、前記パルス列から１組のパルスを導出し、その後、前記１組のパルス内のパルスを別のグループに割り当てるステップを含み、該除外するステップは、前記ばらつき値を条件とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ａ）は、
（Ｉ）前記パルス列から候補パルスを選択し、該候補パルスの到来時刻の前後においてそれぞれ、少なくとも第１の所定の時間範囲及び第２の所定の時間範囲を計算すること、
（ＩＩ）前記所定の時間範囲内の到来時刻を有するパルスに関して、個々の時間間隔にそれぞれ関連付けられると共に、前記個々のパルスの到来時刻と前記候補パルスの到来時刻との間の差の絶対値が前記時間間隔の整数倍に等しいようなパルスの数にそれぞれ依存するカウント値を導出すること、及び
（ＩＩＩ）前記カウント値のうちの１つが所定のしきい値を超える場合に、前記候補パルスと該１つのカウント値に関連付けられるパルスとを前記パルスグループに割り当てることを含む、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記選択されたパルスは前記候補パルスである、請求項２に直接的又は間接的に従属するときの請求項７に記載の方法。
【請求項９】
個々の到来時刻において生じるパルス列を含む受信信号を解析する方法であって、
（Ｉ）候補パルスを選択し、該候補パルスの到来時刻の前後においてそれぞれ、少なくとも第１の所定の時間範囲及び第２の所定の時間範囲を計算すること、
（ＩＩ）前記所定の時間範囲内の到来時刻を有するパルスに関して、個々の時間間隔にそれぞれ関連付けられると共に、前記個々のパルスの到来時刻と前記候補パルスの到来時刻との間の差の絶対値が前記時間間隔の整数倍に等しいようなパルスの数にそれぞれ依存するカウント値を導出すること、及び
（ＩＩＩ）前記カウント値のうちの１つが所定のしきい値を超える場合に、前記候補パルスと該１つのカウント値に関連付けられるパルスとをパルスグループに割り当てることを含む、方法。
【請求項１０】
残りのパルスのうちのいくつかを別のグループに割り当てるために、前記グループに分類されたパルスを検討の対象から除外した後に、ステップ（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を繰り返すステップを含む、請求項７から請求項９までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記パルスを第１のパルスタイプ及び第２のパルスタイプに分類するために、前記受信信号に第１の振幅しきい値及び第２の振幅しきい値を適用するステップをさらに含み、該第２のしきい値は該第１のしきい値よりも高く、前記第２のタイプのパルスは前記第１のタイプのパルスよりも高い振幅を有し、前記候補パルスは、前記第２のタイプの１組のパルスから選択される、請求項７から請求項１０までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の範囲及び前記第２の範囲は、前記選択されたパルスの到来時刻と第１の有限の所定の量だけ異なる個々の最小範囲値から、前記選択されたパルスの到来時刻と第２の有限の所定の量だけ異なる個々の最大範囲値までに及ぶ、請求項７から請求項１１までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記選択されたパルスの到来時刻と前記第１の有限の所定の量の２倍だけ異なる個々の最小範囲値から、前記選択されたパルスの到来時刻と前記第２の有限の所定の量の２倍だけ異なる個々の最大範囲値までに及ぶ第３の範囲及び第４の範囲を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップ（Ｉ）〜（ＩＩＩ）は、前記候補パルスの到来時刻からさらに進む方向に広がる第１の所定の時間範囲及び第２の所定の時間範囲で連続して繰り返される、請求項７から請求項１３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
同じグループに分類されるパルスがバースト内で生じるものと判定するステップを含み、且つ前記バーストの持続時間及び該バースト間の間隔を指示する情報を導出するステップを含む、請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
分類されたパルスが現れないと予想される間隔を計算すると共に、該間隔を表わす信号を生成するステップを含む、請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６までのいずれか一項に記載の方法に従って動作するように構成される装置。
【請求項１８】
請求項１７による装置を含み、請求項１６に記載の方法に従って動作するように構成され、且つ電磁信号を送信する手段と、前記周期を表わす信号に応答して、該送信手段の動作を実行できるようにする制御手段とを備える、伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、或る特定の周期的又は規則的なパターンを示す電磁パルスのような事象を解析し、分類する方法及び装置に関し、限定はしないが、特に、種々の無線測位サービスと同じ周波数帯を共有する無線通信又はセンサネットワークにおいて生じることがある無線周波数パルスバーストが存在しない時間間隔を予測することに適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
多くの場合に、対象となる現象を表わす観測される信号は、未知数の異なる発信源によって生成される複数のインターリーブされたパルス列（又はバースト）を含むことがある。観測される各パルス列を、そのようなパルス列を発する発信源に割り当てる必要がある場合が多い。一般的に、そのようにパルス列と発信源とを関連付ける処理手続は、発信源が異なると、パルス振幅、パルス形状及び持続時間、並びにパルス間間隔のようなパラメータが異なるパルス列が生成されるという前提に基づいている。電磁環境では、パルスを分類し、関連付けることは、観測される到来方向、搬送波周波数及び偏光、パルス内変調のタイプ等を含む他の特徴を基にすることもある。
【０００３】
上記のようにパルスを関連付ける作業は、一般的に「パルスデインターリービング(pulse deinterleaving)」と呼ばれ、地震探査、コンピュータ通信、パルスニューラルネットワーク（neural pulse network）、電波観測（たとえば、パルサーの探索）等を含む種々の分野において数多くのよく知られている用途を有する。最近になって、初期の形のパルスデインターリービングをインテリジェント（又は「認知」）無線通信システムの新たな分野に適用することが試みられている。
【０００４】
インテリジェント無線の概念は、種々の商用及び軍用の使用者に対して適当な監督機関によって全体として割り当てられているスペクトル帯のうちの使用されていない（間隔、時間又は周波数）部分を適応的に利用することに基づく。適応的にスペクトルを利用することは、少なくとも或る程度は、種々の広帯域通信及びマルチメディアサービス、さらには監視用途に対応するために高まりつつある周波数スペクトルへの需要を満たすものと期待される。
【０００５】
スペクトル利用を最適化するためにインテリジェントシステムによって用いられる一般的な手法は、以下のステップを含む。
−スペクトル利用機会を特定するために周囲の電磁環境を検知するステップ。
−検知又は情報伝送のような意図される動作を実行するために、使用されていないスペクトルセグメントを適切に使用するステップ。
−主な、又は優先度の高い使用者が現れる前に、そのスペクトルセグメントを解放するステップ。
【０００６】
用いられる手法に関係なく、インテリジェントシステムは、その周囲の電磁環境を認識していること、及び自動的に反応できることを実証しなければならない。
【０００７】
５ＧＨｚ周波数帯（５ＧＨｚ〜６ＧＨｚの周波数）において開発中のインテリジェント無線システムの一例が、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）及び欧州電気通信標準化機構（ＥＴＳＩ）によって開発される標準規格のような種々の国際標準規格に準拠して動作するように構成される無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）の類である。このスペクトルセグメントをＷＬＡＮに利用できるようにした結果として、５ＧＨｚ帯において運用されている主なシステム、特に認可を受けたレーダとスペクトルを共有することが必要になっている。
【０００８】
レーダシステム及びＷＬＡＮ無線デバイスはいずれも、同じ周波数帯において動作することを許されるので、相互干渉を排除するために、ＷＬＡＮ業界によって、周波数を調整する必要がないように動的周波数選択（ＤＦＳ）の仕組みが開発されている。したがって、特定のチャネルにおいてレーダ信号の存在が検出されるとき、ＷＬＡＮデバイスは、別のチャネルに自動的に切り替わり、レーダ信号と干渉するのを避けなければならない。
【０００９】
国土の安全保障を支援するためにレーダの役割が広がる結果として、レーダはこれまでに用いられてきたのとは異なる場所にも展開される。結果として、レーダ及び他のセンサネットワークは、地理的に同じ領域において動作しなければならなくなるので、同じ周波数帯を共有することが好都合である。ネットワーク構成で動作しているレーダ及び他のセンサは、電力網及び施設、ガス及び石油パイプライン、及び給水設備を含む、重要なインフラストラクチャを絶えず監視することを改善する。
【００１０】
別の重要な用途は、沿岸警備隊又は沿岸監視の用途であり、その場合、音響センサ及び他のセンサを利用する浮遊しているブイのネットワークによって、対象となる高速モーターボート及び他の水上艦艇を検出し、その位置を特定することができる。これらのセンサは、無線通信リンクを介して情報を交換しなければならないので、静止監視レーダ及び空中監視レーダと同じ周波数帯を共有することが好都合である。
【００１１】
既存の規制基準は、レーダ検出及び回避のために簡単な指針を提供するが、複合的な電磁信号を傍受(intercept)及び解析して、レーダ信号のパラメータを求めるための具体的な方法を与えていない。
【００１２】
通信ネットワークにおけるレーダパルス検出及び回避に関連する従来技術の例が、以下の特許及び公開特許公報において提示されている。
【００１３】
【特許文献１】Kruys他による欧州特許公開第１  ５０５  ７７２Ａ１号（２００５年２月９日）
【特許文献２】Shearer IIIによる米国登録特許第６，８３１，５８９Ｂ２号（２００４年１２月１４日）
【特許文献３】McFarland他による米国特許公開第２００４／０１５６３３６Ａ１号（２００４年８月１２日）
【特許文献４】McFarland他による米国特許公開第２００４／０１５１１３７Ａ１号（２００４年８月５日）
【特許文献５】McFarland他による米国登録特許第６，６９７，０１３Ｂ２号（２００４年２月２４日）（同じく、国際公開ＷＯ０３／０５０５６０号（２００３年１月１９日））
【特許文献６】Tsienによる米国特許公開第２００４／００３３７８９Ａ１号（２００４年２月１９日）
【特許文献７】Husted他による米国特許公開第２００３／０２１４４３０Ａ１号（２００３年１１月２０日）
【特許文献８】Husted他による米国特許公開第２００３／０２０６１３０Ａ１号（２００３年１１月６日）
【特許文献９】Prismantas他による米国特許公開第２００２／０１５５８１１Ａ１号（２００２年１０月２４日）
【特許文献１０】Zimmermann他による国際公開ＷＯ０２／０８２８４４Ａ３号（２００２年１０月１７日）（同じく、欧州特許公開第１  ２４８  ４７７Ａ１号、２００２年１０月９日）
【００１４】
上記のリストは網羅することは意図していないが、列挙された明細書において開示される技法及び実施形態は、ＷＬＡＮデバイス及びレーダシステムの共存に関連する最新技術を提示すると思われる。
【００１５】
従来技術の技法はいずれも、観測される複合的なパルスストリームにおいて、いくつかのレーダパルスが紛失していることがある場合、及びいくつかの「誤った」パルス（たとえば、雑音によって生成される）が現れることがある場合に特に、同じ周波数帯において動作している複数のレーダによって放射されるインターリーブされたレーダパルスバーストの特性を求めることができない。したがって、各バースト内のパルス間間隔、バースト持続時間、バースト繰返し周波数、さらには異なるレーダシステムから生じるバースト間の時間シフトのような、インターリーブされたパルスバーストのパラメータを求める、信頼性のある技法を提供することが望ましい。
【００１６】
大抵の場合に、監視レーダは、パルスのバーストを、連続したパルス伝送ではなく、間欠的に（任意の特定の方向に）放射する。結果として、伝送のために用いられる周波数帯は、バースト間では使用されないままになる。それゆえ、検知及び情報伝送のために広帯域又は超広帯域（ＵＷＢ）信号を利用する他のＲＦデバイスと同様に、間欠的に送信する多数の監視レーダが同じ周波数帯において動作するときに、改善されたスペクトル利用を提供する適応的な方法を提供することが望ましい。
【００１７】
本発明の複数の態様が、添付の特許請求の範囲に記載される。
【００１８】
本発明のさらなる独立した態様によれば、複数のパルスから成る１つ又は複数の個別のグループを見つけようとする試みがなされる。各グループのパルスは、おそらく共通の発信源からのコヒーレント(coherent)な１組のパルスを形成することを指示するパルス間間隔を有する。
その試みはそれぞれ、複数のパルスのうちの１つを候補パルスとして選択することを含む。選択されたパルスに対して、均一なパルス繰返し間隔で到来するパルスを位置合わせるように（すなわち、そのようなパルスを表わす値を合成するように）、他のパルスの到来時刻が処理される（他のパルスの到来時刻は、選択された候補パルスの到来時刻を基準にして処理されるので、候補パルスは、本明細書において「ピボット」パルスとも呼ばれる）。十分な数のパルスが位置合わせされた場合には、これらのパルス及び選択された候補パルスはコヒーレントグループを形成するものと推定される。
【００１９】
その処理は、好ましくは、選択された候補パルスの前後両方において到来するパルスを考慮に入れることを含む。これにより、統計的に、さらに正確な結果を得ることができるようになる。
【００２０】
受信信号内のパルスは、低い振幅のパルスと高い振幅のパルスとに分割されることが好ましく、高い振幅のパルスは、雑音の影響があっても、有効なパルスである可能性が高い。候補パルスとして高い振幅のパルスだけを用いることによって、処理の速度が大幅に高められる。
【００２１】
本発明のさらに別の独立した態様によれば（これは、上記の独立した態様と組み合わせて用いられることが好ましいが、異なるパルスグループ化構成で別個に用いることができ、そのようなグループ化構成のうちのいくつかが当該技術分野において知られている）、パルス到来時刻を測定することによって求められるような、近似的なパルス繰返し間隔の角度平均を求めることによって、１つのグループのパルスのパルス繰返し間隔が計算される。
詳細には、測定されるパルス繰返し間隔が、π以下の角度範囲にわたって線形に分布する角度を有するベクトルに変換され、その範囲の端点は、所定の最小及び最大予想パルス繰返し間隔に対応する。平均することは、ベクトル和の角度を求めることによって実現され、その際、この角度は、実際のパルス繰返し間隔の正確な推定値を表わす。
【００２２】
測定されるパルス間間隔は、各パルスの到来時刻と、中間にある（好ましくは中央の）パルスの到来時刻との間の間隔であることが好ましく、この場合、この測定される間隔を到来時刻間の間隔の数で適切に割ると、近似的なパルス繰返し間隔が得られる。中間のパルスとして、本発明の先に説明された２つの態様を組み合わせる構成において上述された候補パルスを用いることができる。
【００２３】
パルスの到来時刻が中央のパルスから離れるほど、相対的に大きな影響を及ぼすように、重み付けされた角度平均が導出されることが好ましい。したがって、測定される間隔が長くなるほど、これに比例して丸め誤差がこれに及ぼす影響が小さくなり、影響力が大きくなる。
【００２４】
ここで、一例として、本発明を具現する構成が、添付の図面を参照しながら説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、対象となる領域にわたって分散される一群の適したセンサＳ１，Ｓ２，…，ＳＫと、情報融合センタＩＦＣとを含むセキュリティ監視システムの一例を示す。そのセンサ群としては、パッシブセンサ、アクティブセンサのいずれか、又はそれらの組み合わせを利用することができる。さらに、センサ群を形成するセンサは、異種のものでよく、たとえば音響センサ、赤外線センサ又は電磁センサ等でもよい。
【００２６】
広帯域レーダ信号解析器ＲＳＡも、センサ群によって利用される。
【００２７】
センサ及び情報融合センタ間で高いデータ速度での情報交換を行うために利用可能である広帯域通信チャネルが提供されるものと仮定する。また、センサ群の近くで、監視レーダＲ１，Ｒ２，…，ＲＬが動作しており、送信するために、広帯域通信チャネルを形成する周波数帯域と（少なくとも部分的に）一致する周波数帯域を利用するものと仮定する。
【００２８】
また、監視レーダＲ１，Ｒ２，…，ＲＬはそれぞれ、３６０度の監視範囲を提供するために回転式アンテナを用いているものと仮定する。結果として、レーダのアンテナがセンサ群の場所に直に向けられるときにのみ、センサ群は、レーダパルス伝送による影響を受ける。この場所では、動作中のレーダはそれぞれ、センサ群に向けて送信される周期的なパルスバーストによって、その存在を明らかにする。
【００２９】
各パルスバーストの持続時間は、アンテナの回転速度、及びアンテナビームの角度幅によって決定される。各バースト内で生じるレーダパルスの数は、レーダによって用いられるバースト持続時間及びパルス繰返し周波数による。異なる特性を有するいくつかのレーダが同時に動作しているとき、センサ群は、インターリーブされたパルスバーストと、部分的に又は完全に重なり合うバースト内で生じるインターリーブされたパルスの両方を含む複合的なパルス信号を受信する。
【００３０】
本発明に従って構成される広帯域レーダ信号解析器ＲＳＡは、以下の機能及び演算を実行する。
−所定の検出しきい値を超えるパルスを検出すること。検出される各パルスは、「有効な」レーダパルスであることがあるか、又は動作しているレーダのいずれとも関係しない雑音又は干渉によって生成されることがある。
−周期的なパルスバーストの数、各バーストの周期、及びその持続時間を求めるために、検出されるパルスの到来時刻（ＴＯＡ）の記録値によって求められる事象の複合的なストリームを解析すること。
−レーダパルスバーストが存在しない時間間隔を予測すること。予測された間隔は、センサと、センサ群によって利用される情報融合センタＩＦＣとの間での高いデータ速度の情報交換を行うために用いられる。
−送信可時間間隔を指示するのに適した信号を生成すること。そのような信号は、センサ群内の情報伝送を調整するために情報融合センタＩＦＣに送信され得る。
【００３１】
図２は、本発明に従って動作するように構成されるレーダ信号解析器（ＲＳＡ）のブロック図である。この解析器は、無指向性アンテナ（ＯＤＡ）と、これに接続される広帯域受信機（ＷＢＲ）と、これに接続される包絡線検出器（ＥＤＲ）とを備える。また、この解析器は、コンパレータ（ＣＭＲ）と、事象記述子発生器（ＥＤＧ）と、事象記述子フィルタ（ＥＤＦ）と、事象記述子バッファ（ＥＤＢ）と、繰返し間隔推定器（ＲＩＥ）と、送信可信号ＣＴを生成する演算／制御ユニット（ＡＣＵ）とを備えており、これらは全てハードウエア及び／又はソフトウエアで実装することができる。
【００３２】
その動作中に、レーダ信号解析器ＲＳＡは、広帯域雑音、又は広帯域受信機（ＷＢＲ）によってカバー(cover)される広い周波数帯内で動作していることがある未知の数のレーダ放射体によって生成される複数のパルスバーストのいずれかを傍受しているものと仮定する。バースト内のパルス持続時間、パルスピーク電力、バースト持続時間（ＢＤ）、バースト繰返し間隔（ＢＲＩ）及びパルス繰返し間隔（ＰＲＩ）のような、各間欠レーダ伝送のパラメータは全て、予めわかっていないものと仮定する。
【００３３】
図３ａは、３つの個々のレーダ放射体によって生成されるパルスバーストの３つの系列の一例を示す。各系列は、そのバースト繰返し間隔（ＢＲＩ）、バースト内パルス繰返し間隔（ＰＲＩ）及びバースト持続時間（ＢＤ）によって特徴付けられている。レーダ信号解析器ＲＳＡは、それらのパルスバーストの加法的な組み合わせである複合的な信号を傍受している。
【００３４】
図３ｂは、部分的に重なり合うパルスバーストを含む複合的な信号のセグメントを示し、図３ｃは、演算／制御ユニットＡＣＵによって生成される所望の２値送信可信号ＣＴの一例を示す。
【００３５】
包絡線検出器ＥＤＲによって供給される複合信号包絡線ＥＶのレベルは、コンパレータＣＭＰにおいて、２つの適切に選択された所定のしきい値、すなわち下側しきい値ＤＤ及び上側しきい値ＰＰと比較される。或る特定の時点において、包絡線ＥＶが下側しきい値ＤＤを超えている場合には、パルス検出が宣言(declare)される。包絡線ＥＶが上側しきい値ＰＰも超えている場合には、観測される信号が、雑音スパイクではなく、「有効な」レーダパルスを表わす確率がさらに高くなる。以下に説明されるように、より高い信頼度で検出されているパルスは、パルスバーストとそれらの個々のパラメータとを効率的に判定する際に重要な役割を果たす。
【００３６】
図４は、レーダ信号解析器ＲＳＡによって傍受される信号の、時間と共に変化する包絡線ＥＶの一例を示す。この例では、包絡線は、３つの時点Ｔk1、Ｔk2及びＴk3において、下側しきい値ＤＤを横切っている。これらの時点はそれぞれ、しきい値ＤＤが横切られた時点に等しい事象の到来時刻（ＴＯＡ）を決定(determine)する。図に示されるように、包絡線ＥＶは、Ｔk1において下側しきい値ＤＤを横切っており、直後に、上側しきい値ＰＰも横切っている。そのような事例を表わす全ての事象は、包絡線が下側しきい値ＤＤだけを横切ると共に、所定の時間間隔中に上側しきい値ＰＰを下回ったままである状況に対応する他の事象から区別される。
【００３７】
以下の説明では、下側しきい値ＤＤ及び上側しきい値ＰＰはそれぞれ、「事象検出」しきい値及び「ピボット判定」しきい値と呼ばれる。したがって、各「ピボット事象」は、包絡線が、Ｔkにおいて検出しきい値ＤＤを横切り、時間間隔［Ｔk，（Ｔk＋δ）］内にピボット判定しきい値ＰＰを横切る状況を表わす。ここで、δは所定の値を有する（たとえば、δ＝０．２μｓ）。
【００３８】
事象検出しきい値ＤＤの値は、雑音だけに起因して上方に横切る数を、或る許容レベルに抑えるように選択される。たとえば、ガウス雑音が、中心周波数ｆ0と、長方形の周波数特性｜ｆ−ｆ0｜＜ΔＦ／２とを有するバンドパスフィルタを通過されるとき、フィルタの出力において得られる雑音信号の包絡線は、持続時間Ｔの時間間隔内に、平均して、レベルλをＮ+回だけ上方に横切る。ここで、以下の式が成り立つ。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
式中のσEは、包絡線の二乗平均値である。
【００４１】
たとえば、ΔＦ＝１０ＭＨｚであり、λ＝３．５σEである場合には、平均して、１００ｍｓ持続時間の間隔中に、１７回だけ上方に横切る。しかしながら、横切るレベルλをλ＝３σEまで減らすと、１００ｍｓの間隔内で観測される、上方に横切る平均数は、３８０回まで増える。
【００４２】
ピボット判定しきい値ＰＰの値は、ＰＰ＝ｇＤＤと表わすことができる。ここで、定数ｇ＞１は、実験的に、又は理論的な解析から求めることができる。
【００４３】
図２のコンパレータＣＭＲの２つの２値出力ＸＬ及びＸＨはそれぞれ、事象検出しきい値ＤＤを横切ったことと、ピボット判定しきい値ＰＰを横切ったこととを表わす。事象記述子発生器ＥＤＧは、コンパレータＣＭＲの出力（ＸＬ、ＸＨ）を、演算／制御ユニットＡＣＵによって供給される「時刻タグ」ＴＴと合成し、演算／制御ユニットはこのタグを供給するために、適切に選択される周波数を有するクロック回路を備える。事象記述子発生器ＥＤＧによって生成される事象記述子ＥＤは、２値ワードの形をとり、その中のＬビットが、検出された事象の時刻タグＴＴ（すなわち、到来時刻Ｔk）を表わし、１つの付加ビットがピボット事象を特定する。
【００４４】
事象記述子フィルタＥＤＦの主な仕事は、事象記述子発生器ＥＤＧによって供給される事象記述子のストリームがパルスバーストを構成するか否かを判定することである。したがって、事象記述子フィルタＥＤＦは、以下の２つの判定基準を適用する。
【００４５】
Ａ．連続性判定基準：連続した事象間の時間間隔は、所定の許される最大値ＩＭよりも短くなければならない。すなわち、
Ｔk+1−Ｔk＜ＩＭ。
【００４６】
Ｂ．完全性判定基準：判定基準Ａを満たす連続した事象ＣＰの数は、所定の許容できる最小値ＭＮよりも大きくなければならない。すなわち、
ＣＰ＞ＭＮ。
【００４７】
連続性判定基準Ａは、欠けている単一のパルス(missing single pulses)も考慮に入れることができる。たとえば、最大パルス繰返し周期ＰＲＩが５ｍｓに等しく、且つ単一のパルスが欠けていることがある場合、選択されるＩＭ値は、１０ｍｓよりもわずかに大きい。
【００４８】
完全性判定基準Ｂに関しては、ＭＮの最小値は、単一のパルスバーストにおいて生じることが予想されるパルスの最小数から、欠けたパルスの許される全数を引いた値に等しくなる。たとえば、１つのバースト内で８パルスだけが生じるものと予想され、全部で３つのパルスが欠けてもよい場合に、選択されるＭＮ値は４になる（すなわち、ＣＰ＞４）。
【００４９】
調査中の事象記述子ＥＤのストリームが、有効なパルスバースト、又は複数の重なり合うパルスバーストを構成することを宣言するためには、上記の判定基準がいずれも満たされなければならない。
【００５０】
事象記述子フィルタＥＤＦは、Ｔk+1−Ｔk＜ＩＭである限り、事象記述子ＥＤを事象記述子バッファＥＤＢに絶えず転送し続けている。この転送は、Ｔk+1−Ｔk≧ＩＭになると、又はバッファＥＤＢが一杯になると直ぐに終了する。バッファが一杯になる状況は、たとえば、対象となる領域が、静止レーダに加えて、画像形成機能を実行する空中システム(airborne system)によって照射される場合に生じることがある。
【００５１】
事象記述子バッファＥＤＢは、ＣＰ＜ＭＮである場合に、入力ＣＬを介してクリアされる。そうでない場合には、１つのバースト全体、又は複数のバーストの組み合わせが、事象記述子バッファＥＤＢに格納されている。そのような場合には、データ入手可能信号(data-available signal)ＤＡが、事象記述子フィルタＥＤＦから、演算／制御ユニットＡＣＵに送信される。
【００５２】
データ入手可能信号ＤＡが受信されると、バッファＥＤＢに格納される事象記述子の系列の解析過程が開始される。この解析は、バッファＥＤＢに格納される事象記述子を共同で演算する、演算／制御ユニットＡＣＵと繰返し間隔推定器ＲＩＥとによって実行される。
【００５３】
事象記述子解析は、繰返し実行される３つの基本演算を含む。
１．候補パルス繰返し間隔ＰＲＩを求めること。
２．仮定されるパルス繰返し間隔ＰＲＩを正確に推定すること。
３．仮定されたパルス繰返し間隔ＰＲＩを検証し、解析中のバーストにおいて生じるパルスの数を求めること。
【００５４】
それら３つの演算を実施するのに成功すると、結果として、バッファＥＤＢから、肯定的に特定されるパルスバーストを構成する事象記述子が除去される（バッファ「デポピュレーション(depopulation)」）。その際、バッファＥＤＢ内に依然として十分な数の事象記述子がある場合には、それら３つの演算のシーケンスが繰り返される。
【００５５】
これより、３つの基本演算がさらに詳細に説明される。
【００５６】
候補パルス繰返し間隔ＰＲＩの確定
候補ＰＲＩの予備判定は、事象パターンの時間領域解析に基づく。用いられる事象パターンは、少数の事象、たとえば、３つ又は５つといった、少数の事象を含むことが好ましい。以下の説明では、そのような事象パターンはそれぞれ、「３個組事象」及び「５個組事象」と呼ばれる。
【００５７】
用いられる事象パターンの特定の形態に関係なく、最初に、適切な「ピボット事象」が記述子バッファＥＤＢに格納される事象から選択される。格納される事象ストリームの途中のいずれかの場所において、「良好な」候補ピボット事象が見つけられるものと仮定することが理に適っている。
【００５８】
さらに、事象パターンの特定の形態に関係なく、候補パルス繰返し間隔ＰＲＩの探索は、ＰＲＩの最も小さな予想値Ｄ、たとえば、Ｄ＝ＰＲＩmin＝２００μｓから始まる。
【００５９】
「５個組事象」
Ｔ*が、選択される候補ピボット事象の到来時刻（ＴＯＡ）を表わすものとする。ここで、複数の事象から成る４つのグループが、以下のように定義される。
「レベル１後続事象(Level-one successors)」は、その到来時刻Ｔm+が以下の条件を満たす全ての事象である。
【００６０】
【数２】
2009513082.tif 000004
【００６１】
「レベル２後続事象」は、その到来時刻Ｔn++が以下の条件を満たす全ての事象である。
【００６２】
【数３】
2009513082.tif 000005
【００６３】
「レベル１先行事象(Level-one predecessors)」は、その到来時刻Ｔj-が以下の条件を満たす全ての事象である。
【００６４】
【数４】
2009513082.tif 000006
【００６５】
「レベル２先行事象」は、その到来時刻Ｔi-が以下の条件を満たす全ての事象である。
【００６６】
【数５】
2009513082.tif 000007
【００６７】
レベル２パルスを定義する範囲の上限及び下限は、レベル１を定義するために用いられる限界の２倍である。好ましくは、上記の条件において、パラメータｐの値は、１．５よりわずかに小さな値をとる。
【００６８】
選択されたピボット事象、並びに１つのレベル１後続事象、１つのレベル２後続事象、１つのレベル１先行事象及び１つのレベル２先行事象によって、固有の５個組事象が形成されることに留意されたい。このように形成された全ての５個組事象の中には、「初期５個組」と呼ばれ、Ｄ＜ＰＲＩ＜ｐＤのようなＰＲＩを有するパルスバーストのセグメントを表わす１つの５個組が存在することがある。
【００６９】
図５は、１つのピボット事象並びに、複数のレベル１後続事象、レベル２後続事象、レベル１先行事象及びレベル２先行事象を含む４つの事象セットから、候補パルス繰返し間隔ＰＲＩを予備判定するのに用いられる方法を示す図である。
【００７０】
本発明の好ましい実施形態では、以下の規則に従って、レベル１事象及びレベル２事象を含む４つの時間間隔を変換して、持続時間（ｐ−１）Ｄのただ１つの時間間隔にする。
１．レベル１後続事象を含む間隔は変化しない。
２．レベル２後続事象を含む間隔は適切にシフト及びスケールされる。
３．レベル１先行事象を含む間隔の持続時間は変化しない。しかしながら、ピボット事象からの距離の絶対値（大きさ）だけが用いられる（時間反転）。
４．レベル２先行事象を含む間隔の持続時間は適切にスケールされる。ピボット要素からの距離の絶対値は適当にシフトされ、スケールされる（時間反転後に、スケーリング）。
【００７１】
したがって、ここで、ピボット事象を除く、全ての事象が、仮定された候補ＰＲＩの最小値及び最大値を表わす端点を有するただ１つの間隔内に配置される。解析される複合的な事象ストリームにおいて、上記の間隔からの値を有するＰＲＩによって分離される事象が存在する場合には、事象が欠けることなく正確にＴＯＡが測定されるという理想的な場合に、４つの事象が厳密に、その間隔内で同じ場所を占有する。結果として、図５ｂに示されるように、適切に構成されたヒストグラム内の顕著なピークの位置から、対応するＰＲＩの正確な推定値が得られる。
【００７２】
ただ１つのレベル１事象が欠けている場合でも、さらに処理するために、そのような事象セットを利用することができる。
【００７３】
実際の事例では、以下の事柄に起因して、ヒストグラム内で観測されるピークは低減され、不鮮明にされる。
−時間量子化効果（すなわち、時刻タグを表わすビットの数が有限であること）。
−傍受されるパルスの立ち上がり時間が有限であること。
−雑音に起因して到来時刻ＴＯＡの時間にジッタがあること。
【００７４】
それゆえ、実際には、ピーク位置は、対象となるＰＲＩの近似的な推定値を与えることができるにすぎない。しかしながら、そのヒストグラムを用いて、４つの特定のレベル１事象及びレベル２事象を特定することができ、それらを、既に選択されているピボット事象と共に用いて、さらに処理するために必要とされる初期５個組が構成される。それゆえ、ヒストグラムを適切に解析することによって、初期５個組に属するレベル１事象及びレベル２事象の、４つの基礎を成す到来時刻Ｔ０--、Ｔ０-、Ｔ０+及びＴ０++が求められる。
【００７５】
ヒストグラムが初期５個組を特定し損なう場合には、バッファＥＤＢに格納されているピボットの事象記述子から、新たなピボット事象が選択され、上記の演算が繰り返される。全ての潜在的なピボットが使用される場合、バッファＥＤＢに格納されている他の事象記述子の中から、候補ピボットを選択することができる。この手法でも許容できる初期５個組を与え損なう場合には、ＰＲＩ値の次の範囲、すなわちｐＤ＜ＰＲＩ＜ｐ2Ｄに関して探索が繰り返される。たとえば、対象となる全範囲において、ＰＲＩmin＝２００μｓ及びＰＲＩmax＝４ｍｓであるとき、ｐ＝１．４６の場合に、ＰＲＩ値のそのような範囲は、８回の試行によってカバーされる（代替的な実施形態では、この探索は、許容できるパルスグループが見つけられるか否かに関係なく、ＰＲＩ値の連続した範囲に対して繰り返される）。最も高い範囲ではなく、最も低い範囲から始めることで、パルス繰返し間隔の２次又は高次の高調波で到来するパルスだけをグループに割り当てるのを避けるという利点がある。
【００７６】
仮定されるパルス繰返し間隔ＰＲＩの正確な推定
仮定されるパルス繰返し間隔ＰＲＩについての情報は、５つのＴＯＡ値、すなわち、初期５個組を形成する、１つのピボット事象の値と他の４つの事象の値とに含まれる。その際、これらの値は、仮定されたパルス繰返し間隔ＰＲＩの値をさらに正確に求めるために、繰返し間隔推定器ＲＩＥブロックによって用いられる。
【００７７】
５個組事象の場合には、レベル１事象及びレベル２事象を表わす４つの点が全て、その中心が当該事象のうちの１つ、好ましくはピボット事象を象徴的に表わし、その角度範囲が範囲ＰＲＩｍａｘ−ＰＲＩｍｉｎ＝Δを表わしている単位半円（０，π）の円周上に位置付けられる（代わりに、それらの点は、任意の他の円弧上に位置付けられてもよいが、範囲Δを表わす角度範囲は、π以下でなければならない）。そのように位置付ける結果として、（ピボットパルスに対して決定されるような）パルス間隔が、単位ベクトルの角度によって表わされる。
【００７８】
調査中の５個組事象が、到来時刻ＴＯＡの値、すなわちピボット事象、レベル２先行事象、レベル１先行事象、レベル１後続事象及びレベル２後続事象のそれぞれの到来時刻値、Ｔ*、Ｔ0--、Ｔ0-、Ｔ0+及びＴ0++によって表わされるものと仮定する。その際、単位半円上の各事象の角度位置は、以下の式によって求めることができる。
【００７９】
レベル２及びレベル１先行事象
【数６】
2009513082.tif 000008
レベル１及びレベル２後続事象
【数７】
2009513082.tif 000009
【００８０】
図６は、単位半円の円周上に５個組事象を位置付ける一例を示す。半円（０，π）上の点は、ピボット事象において始まる単位ベクトルの端点を表わす。これらの事象の角度位置は、個々のパルスの到来時刻とピボットパルスの到来時刻との間の各パルス間間隔を測定することによって求められるような、近似的なパルス繰返し間隔に線形に関連付けられる。
【００８１】
次に、最も確からしいパルス繰返し間隔ＰＲＩmは、以下のように計算される重み付けされた角度平均になる。
【００８２】
【数８】
2009513082.tif 000010
【００８３】
ここで、以下はベクトルの和の角度である。
【００８４】
【数９】
2009513082.tif 000011
【００８５】
また以下の式が成り立つ。
【００８６】
【数１０】
2009513082.tif 000012
【００８７】
ここで、ｗ1及びｗ2は所定の重み係数である。ｗ1＝ｗ2＝１である場合には、ＰＲＩmは単位ベクトルの和の角度から導出される。しかしながら、ｗ1＜ｗ2であることが好ましく、この場合には、ＰＲＩmは、レベル２事象を用いて測定された間隔を表わすベクトルの長さが、レベル１事象を用いて測定された間隔を表わすベクトルの長さよりも、比ｗ2／ｗ1だけ長くなるように調整されたベクトルの和の角度から導出される。間隔がより細かい事象タイミングの測定値に基づく場合には、丸め誤差によって間隔の計算の精度が低下するので、この重み付けが実行される。レベル２重み及びレベル１重みの比（ｗ2／ｗ1）は、２〜４の値を有するであろう。
【００８８】
さらに、上記のＰＲＩ推定値の信頼度の指標ＶPRIを、測定された間隔のばらつきから求めることができ、たとえば、これは以下のように計算することができる。
【００８９】
【数１１】
2009513082.tif 000013
【００９０】
ＰＲＩの高精度の推定値の場合、指標ＶPRIは、１に極めて近い値を有するであろう。たとえば、以下の式が成り立つとき、レベル１事象及びレベル２事象はただ１つの点によって表わされ、ＶPRIの値は１に等しい。
【００９１】
【数１２】
2009513082.tif 000014
【００９２】
しかしながら、図７に示すような「最大不調和事象」の場合、ＶPRIの値は０に等しい。
【００９３】
ＰＲＩ推定値の信頼度の指標ＶPRIの低い値を別個に用いて、既に選択されている５個組事象を拒絶することができる。そのような場合には、別の５個組の探索が繰り返される。一方、指標ＶPRIが所定のしきい値を超えている場合には、後に説明されるように、その事象グループのさらなる処理が実行される。この処理は、同じグループに属する他の事象の位置を特定すること、及び残りのパルスを他のグループに分類するために、受信したパルス列からのそのグループの事象を検討の対象から除外することを含む。
【００９４】
図８は、繰返し間隔推定器ＲＩＥのブロック図である。このＲＩＥブロックは、データセレクタＤＳＲと、ピボットレジスタＰＴＲ及び事象レジスタＥＴＲと、加算／スケーリング回路ＳＳＲと、ルックアップテーブルＴＳＣと、重みレジスタＥＷＲと、２つの同一の乗算器Ｍと、３つのアキュームレータＡＣＣ、ＡＣＳ及びＡＣＷと、ピタゴラスプロセッサＰＹＴとを備える。
【００９５】
演算／制御ユニットＡＣＵが５個組事象を選択し、ポートＳＤを経由するバッファＥＤＢからＲＩＥブロックへの対応する記述子の転送を制御する。また、ユニットＡＣＵの出力ＥＬを介して、データセレクタＤＳＲ、加算／スケーリング回路ＳＳＲ、及び重みレジスタＥＷＲに、事象レベル及び事象タイプ（ピボットであるか否か）が送信される。結果として、ピボット記述子（すなわち、そのＴＯＡ）ＰＴがレジスタＰＴＲに格納され、事象記述子ＥＴがレジスタＥＴＲに格納される。それらのレジスタの出力ＴＰ及びＴＥは、加算／スケーリング回路ＳＳＲに接続され、加算／スケーリング回路ＳＳＲはその出力ＤＴにおいて以下の値を生成する。
−レベル１事象の場合、ピボットＴＯＡと事象ＴＯＡとの間の差の絶対値。
−レベル２事象の場合、ピボットＴＯＡと事象ＴＯＡとの間の差の絶対値の半分。
【００９６】
値ＤＴは、ルックアップテーブルＴＳＣに格納された正弦関数及び余弦関数の要求される値を得るために用いられる適切に構成されたアドレスである。要求される値、Ｃ２及びＳ２は、２つのアキュームレータＡＣＣ及びＡＣＳのための入力データを生成するために、適切な重みＥＷと共に２つの同一の乗算器Ｍによって用いられる。重みＥＷは、重みレジスタＥＷＲによって供給され、重みレジスタＥＷＲは、演算／制御ユニットＡＣＵから、事象レベルに関する情報ＥＬを受信する。また、事象重みＥＷは、重みアキュームレータＡＣＷによっても用いられる。全てのアキュームレータは、演算／制御ユニットＡＣＵが供給する信号ＲＳによって、同時にリセットされる。
【００９７】
完全な５個組事象が処理されている（そして、重みの和がわかっている）ときには、アキュームレータＡＣＷは余分であるが、５個組事象から１つのレベル１事象が紛失しているときに、簡単な形のアキュームレータＡＣＷが必要とされる。同様に、レーダ信号解析器ＲＳＡの動作中に、５個組事象の代わりに３個組事象が用いられるときに、異なる和の重みが得られる。
【００９８】
アキュームレータＡＣＣ及びＡＣＳの出力、ＳＣ及びＳＳは、ピタゴラスプロセッサに接続され、ピタゴラスプロセッサは、その合成された出力ＥＩ／ＥＣにおいて、推定されるパルス繰返し間隔ＰＲＩmの値、及びこの推定された値に関連付けられる信頼度指標ＶPRIの両方を生成する。両方の値、ＰＲＩm及びＶPRIは、さらなる処理のために、演算／制御ユニットＡＣＵによって用いられる。
【００９９】
仮定されたパルス繰返し間隔ＰＲＩの検証、及びバースト当たりのパルスの数の確定
ＲＩＥブロックによって供給される推定された値ＰＲＩmは、この特定のＰＲＩによって特徴付けられるバースト内で生じるパルスの数を求めるために、演算／制御ユニットＡＣＵによって用いられる。このために、簡単なインパルステンプレートを用いて、複数の連続したフレーム、及び各フレーム内の事象の相対的な位置が求められる。
【０１００】
図９は、演算／制御ユニットＡＣＵによって実行される演算を概略的に示す。ユニットＡＣＵは、受信した信号を、所定の長さから成る時間フレームに分割することによって動作する。各時間フレーム内で生じる事象が合成され、ヒストグラムが生成され、このヒストグラムから、事象カウント、すなわちバースト当たりのパルスの数を求めることができる。事象積算のために用いられる初期フレームは、初期５個組（又は３個組）からの事象を含むフレームである。その後、他のフレーム、すなわち先行するフレーム及び後続するフレームの両方が調査され、その間、パルス連続性を確認するために、結果として生成されたヒストグラムがモニタされる。たとえば、特定のパルス繰返し間隔のパルスのために、２つの連続したフレームがあっても、事象カウントが増えない場合には、個々のバーストが終了しているものと判定することができる。
【０１０１】
こうして、ＡＣＵは、受信したパルス列内の他のパルスのうちのいずれが、特定されたグループに属するかを判定することができ、その後、システムが他のグループを特定しようとするときに、そのグループ内のパルスを検討の対象から除外することができる。
【０１０２】
上記の方法は、開始される時点がシフトされていても、同じＰＲＩを有する２つ（又は２つ以上）のインターリーブされたバーストを特定できることが指摘されるべきである。
【０１０３】
レーダパルスバーストが存在しない時間間隔の予測
その演算の結果として、演算／制御ユニットＡＣＵは、傍受されたレーダ伝送毎に以下のパラメータを推定できる情報を格納する。
１．パルス繰返し間隔ＰＲＩ
２．バースト当たりのパルスの数
３．バースト持続時間
４．バースト到来時刻
５．バースト間の間隔の持続時間
【０１０４】
上記の情報は、当業者であれば容易に明らかになるような技法を用いれば、演算／制御ユニットＡＣＵが、レーダパルスバーストが存在しない時間間隔を予測するのに十分である。こうして、ＡＣＵは、これらの時間間隔を表わす送信可信号ＣＴを与えることができる。適切な予測処理手続は、予測の精度を高め、且つ新たな放射体が現れることがある場合に適時に対応するために、傍受されるパルス信号を連続してモニタすることと組み合わせ得る。
【０１０５】
送信可信号ＣＴは、無線送信機によって用いられ、その送信機からの送信のタイミングが制御される。図１の情報融合センタＩＦＣとセンサとによって形成される通信システムでは、信号はセンタＩＦＣに送信され、この信号に応答して、センタＩＦＣは、センタＩＦＣからセンサへの情報、及びセンサからセンタＩＦＣへの情報の送信のタイミングを制御する。
【０１０６】
本発明の好ましい実施形態のこれまでの説明は、例示及び説明のために提示されてきた。それは、本発明を包括的に述べること、及び本発明を開示されるのと全く同じ形態に限定することは意図していない。これまでの説明に鑑みて、数多くの改変、変更及び変形によって、当業者が、意図される特定の用途に合わせて種々の実施形態において本発明を利用できるようになることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】一群のセンサＳ１、Ｓ２、…、ＳＫと、複数の監視レーダＲ１、Ｒ２、…、ＲＬと、情報融合センタＩＦＣと、レーダ信号解析器ＲＳＡとを含むセキュリティシステムの一例を示す図である。
【図２】本発明に従って動作するように構成されるレーダ信号解析器ＲＳＡのブロック図である。
【図３】図３ａは、パルスバーストの３つの系列の一例を示す図である。図３ｂは、部分的に重なり合うパルスバーストを含む複合的な信号のセグメントを示す図である。図３ｃは、２値送信可信号を示す図である。
【図４】本発明による、２つの判定しきい値と比較される、時間と共に変化する信号包絡線の一例を示す図である。
【図５】本発明による、候補パルス繰返し間隔の予備判定のために用いられる方法を示す図である。
【図６】本発明による、５個組事象を単位半円の円周上に位置付ける一例を示す図である。
【図７】最大限に調和していない５個組事象を示す図である。
【図８】図２の解析器の繰返し間隔推定器のブロック図である。
【図９】ヒストグラムを生成し、バースト当たりのパルスの数を求めるために、複数の時間フレーム内で生じる事象に対して本発明に従って実行される演算を示す概略図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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