(57)【要約】【課題】  ＶＬＢＩのように確率分布が一様でない熱的雑音信号を相関処理演算するに当たって、サンプリングデータの量子化に伴う誤差を低減する方法及び装置を提供すること。【解決手段】  確率分布が一様でない熱的雑音信号を処理する方法において、測定して得たアナログデータをデジタルデータに量子化する際、分布の密度が高い変域に多くの代表点を割り振ると共に、代表点の間隔を不均一にして非線形の量子化を行うことによって量子化誤差を低減させる。相関処理系に、デジタル変換されて入力されたデータを、チャンネル毎に別々の出力端子に取り出す周波数選択機能を有する分波器と、分波器から入力された多ビットサンプリングデータを、ビット毎に量子化レベルを設定され適当なビットを選択して出力する書き換え可能な大規模集積回路とを設けてもよい。【選択図】  図９
2006046953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
確率分布が一様でない熱的雑音信号を処理する方法において、
測定して得たアナログデータをデジタルデータに量子化する際、分布の密度が高い変域に多くの代表点を割り振ると共に、代表点の間隔を不均一にして非線形の量子化を行うことによって、量子化誤差を低減させる
ことを特徴とする非線形量子化サンプリング方法。
【請求項２】
熱的雑音信号が、ＶＬＢＩによって得られた測定値あり、
熱的雑音信号を処理する過程が、ＶＬＢＩの相関処理演算である
請求項１に記載の非線形量子化サンプリング方法。
【請求項３】
ＶＬＢＩのデータ管理系、データコピー系、同期再生系、相関処理系、データ処理系、相関局運用系を少なくとも含む相関処理演算装置において、
測定して得たアナログデータをデジタルデータに量子化する際、分布の密度が高い変域に多くの代表点を割り振ると共に、代表点の間隔を不均一にして非線形の量子化を行うことによって、量子化誤差を低減させるサンプリング手段を備える
ことを特徴とする非線形量子化サンプリング装置。
【請求項４】
相関処理系が、
デジタル変換されて入力されたデータを、チャンネル毎に別々の出力端子に取り出す周波数選択機能を有する分波器と、
分波器から入力された多ビットサンプリングデータを、ビット毎に量子化レベルを設定され適当なビットを選択して出力する書き換え可能な大規模集積回路とを備える
請求項３に記載の非線形量子化サンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＶＬＢＩのように確率分布が一様でない熱的雑音信号を処理する際、サンプリングデータの量子化に伴う誤差を低減する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙のかなたにある準星（電波星）から放射される電波を、複数のアンテナで同時に受信し、その到達時刻の差を精密に計測する技術として、ＶＬＢＩ（Very Long Baseline Interferometry：超長基線電波干渉計）がある。この到達時間の差を多数の電波源を用いて測定し解析すると、受信地点相互の位置関係を高精度に求めることができる。
【０００３】
準星は非常に遠方にあるので、そこから放射された電波は、地球に実質的には平面波として届くものとみなせる。地球上の２地点Ａ，Ｂでその電波を受信していると、準星から来た同じ信号を受け取る時刻に差がでて遅延時間が生じる。この遅延時間による行路差から、電波の進行方向に関して２地点ＡとＢがどのくらい離れているかがわかる。このような観測を３以上の方向について行うことによって、２地点ＡとＢとの相対的な位置関係を求めることができる。
【０００４】
これらの電波を、時間を合わせてまとめ信号を重ね合わせるためには、相関処理が必須であり、各アンテナの位置関係や時間のズレなどを補正する必要がある。
このような相関処理は、複雑な計算と１千万分の１秒単位程度の非常に微妙な調整を要し、５G bps程度のデータ入力があるので、スーパーコンピュータの１０倍程度の処理能力が必要である。この相関処理を受け持つ相関局には、テープ管理系、テープコピー系、同期再生系、相関処理系、データ処理系、相関局運用系なども含まれる。
【０００５】
ＶＬＢＩの相関処理演算過程では、観測データのサンプリング時に、量子化雑音と過負荷雑音が付加される。
量子化雑音は、観測して得たアナログデータを代表値に量子化する時、その代表値のレベル幅で誤差が避けがたい。一般に量子化誤差を小さくするには、レベルを小さくすればよいが、その代わりに大きなビット数が必要になってしまう。
【０００６】
量子化雑音や過負荷雑音の影響により、相関処理演算で得られる相関強度及びフリンジ（干渉縞）位相に一定の誤差が生じる。
図１（イ）は、階調を粗くすると過負荷雑音が小さくなり、図１（ロ）は、階調を細かくすると過負荷雑音が大きくなる様子を示す。
【０００７】
このような量子化に伴う誤差の大きさは、量子化ビット数を増やすと減少するが、現実にはＶＬＢＩデータの伝送レートによって実現可能な量子化ビット数が制限されるため、限られた量子化ビット数で最も誤差が小さくなるようにサンプリングレベルを設定する必要がある。
しかし、従来のＶＬＢＩにおけるデータサンプリングでは、技術的容易さから線形量子化が用いられてきた。
【０００８】
ＶＬＢＩに関する文献としては、特許文献１「ＶＬＢＩレーダ探査法」、特許文献２「高周波帯位相校正信号発生方法」、特許文献３「電波望遠鏡」、特許文献４「ＶＬＢＩ用ＡＴＭ端末装置」、特許文献５「ＶＬＢＩ用観測データからのヘッダ検出方法」があるが、いずれの従来技術にも、データサンプリングを工夫して量子化に伴う誤差を低減することについては触れられていなかった。
【特許文献１】特開2001-042030
【特許文献２】特開2000-261313
【特許文献３】特開平11-243313
【特許文献４】特開平10-065657
【特許文献５】特開平10-062214
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、ＶＬＢＩのように確率分布が一様でない熱的雑音信号を相関処理演算するに当たって、サンプリングデータの量子化に伴う誤差を低減する方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の非線形量子化サンプリング方法は次の構成を備える。
すなわち、確率分布が一様でない熱的雑音信号を処理する方法において、測定して得たアナログデータをデジタルデータに量子化する際、分布の密度が高い変域に多くの代表点を割り振ると共に、代表点の間隔を不均一にして非線形の量子化を行うことによって、量子化誤差を低減させることを特徴とする。
【００１１】
ここで、熱的雑音信号に、ＶＬＢＩによって得られた測定値を用い、熱的雑音信号を処理する過程に、ＶＬＢＩの相関処理演算を適応してもよい。
【００１２】
また、本発明の非線形量子化サンプリング装置は、ＶＬＢＩのデータ管理系、データコピー系、同期再生系、相関処理系、データ処理系、相関局運用系を少なくとも含む相関処理演算装置において、測定して得たアナログデータをデジタルデータに量子化する際、分布の密度が高い変域に多くの代表点を割り振ると共に、代表点の間隔を不均一にして非線形の量子化を行うことによって、量子化誤差を低減させるサンプリング手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
ここで、相関処理系に、デジタル変換されて入力されたデータを、チャンネル毎に別々の出力端子に取り出す周波数選択機能を有する分波器と、分波器から入力された多ビットサンプリングデータを、ビット毎に量子化レベルを設定され適当なビットを選択して出力する書き換え可能な大規模集積回路とを設けてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、アナログデータをデジタルデータに量子化する際、分布の密度が高い変域に多くの代表点を割り振ると共に、代表点の間隔を不均一にして非線形の量子化を行うので、量子化誤差を低減させることができ、ＶＬＢＩのように、確率分布が一様でない熱的雑音信号を相関処理演算するのに有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、図面を基に本発明の実施形態を説明する。
なお、ここでは、ＶＬＢＩによる測定データを例示して説明するが、本発明は、確率分布が一様でない熱的雑音信号一般対象に適用可能である。
【００１６】
ＶＬＢＩの相関処理演算過程では、測定されたアナログデータを量子化する際に、誤差の生成が避けられない。
図２は、８bitで線形サンプリングを行った場合の相関強度劣化を示す説明グラフである。８bitで線形量子化を行った場合、入力する熱的雑音信号の３．４σの位置をデジタルの最大値に一致するようにアナログ強度を設定すると、相関強度の劣化が最も少なくなり、量子化による相関強度の劣化は０．０１％以下となる。
【００１７】
図３は、同じ条件でＭＳＢ（最上位ビット）から２ビットを取って、線形サンプリングを行った場合の相関強度劣化を示す説明グラフである。この線形量子化によると、相関強度は２０％劣化する。
【００１８】
図４は、同様に、閾値を最適化して２bitで線形サンプリングを行った場合の相関強度劣化を示す説明グラフである。この線形量子化によると、相関強度の劣化は１２％に抑えられる。
【００１９】
また、３bitで線形量子化を行うと相関強度の劣化は最低でも４％になる。
それに対し、図５は、非線形でサンプリングする例を示す説明グラフである。スレッシュホルドレベルを定め、３bitで非線形量子化を行うと相関強度の劣化は約１％にまで減少する。
【００２０】
図６は、２bitで線形量子化した場合において、デジタル最大値のレベルに対する量子化誤差及び相関強度劣化率の関係を示すグラフである。同様に、図７は、４bitで線形量子化した場合において、デジタル最大値のレベルに対する量子化誤差及び相関強度劣化率の関係を示すグラフであり、図８は、８bitで線形量子化した場合において、デジタル最大値のレベルに対する量子化誤差及び相関強度劣化率の関係を示すグラフである。
【００２１】
ＶＬＢＩの入力データは熱的雑音信号のために、確率分布が一様でなく正規分布を示す。確率分布が偏っているので、分布の密度が高い変域に多くの代表点を割り振ると共に代表点の間隔を不均一にして、量子化間隔が一定ではない非線形の量子化を行うことによって、量子化誤差を低減させる。
【００２２】
非線形量子化の代表的な手法としては、次の例がある。
すなわち、対数量子化法は、代表点の密度を変域の対数値に比例して決める方法であり、メディアンカット量子化法は、頻度分布のメディアンを求めて変域の範囲を分割していき、分布に比例した密度で代表点を選ぶ方法である。
【００２３】
なお、量子化ビット数が少ない場合に量子化誤差を抑制するには、特許文献６「ディジタル音声圧縮方式」の技術を適宜利用できる。
【特許文献６】特開平08-211900
【００２４】
図９は、本発明を実施する装置の例を示す説明図である。
ＡＤコンバータでデジタル変換された信号は、分波器（ＤＭＵＸ）で、チャンネル毎に別々の出力端子に分波され、分波器から出力された多ビットサンプリングデータは、書き換え可能な大規模集積回路（ＦＰＧＡ：Field Prgramble Gate Array）で、ビット毎に量子化レベルを設定され適当なビットを選択され、ギガビットイーサネット（登録商標）（GbE）及び低電圧差動通信（ＬＶＤＳ：Low Voltage Differential Signaling）に出力される。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の非線形量子化サンプリング方法及び装置によると、確率分布が一様でない熱的雑音信号が簡易に非線形量子化されるので、量子化誤差を低減でき、ＶＬＢＩの相関処理演算などに利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（イ）階調を粗くすると過負荷雑音が小さくなり、（ロ）階調を細かくすると過負荷雑音が大きくなる様子を示す説明グラフ
【図２】８bitで線形サンプリングを行った場合の相関強度劣化を示す説明グラフ
【図３】ＭＳＢ（最上位ビット）から２ビットを取って線形サンプリングを行った場合の相関強度劣化を示す説明グラフ
【図４】閾値を最適化して２bitで線形サンプリングを行った場合の相関強度劣化を示す説明グラフ
【図５】スレッシュホルドレベルを定め３bitで非線形サンプリングを行った場合の相関強度劣化を示す説明グラフ
【図６】２bitで線形量子化した場合において、デジタル最大値のレベルに対する量子化誤差及び相関強度劣化率の関係を示すグラフ
【図７】４bitで線形量子化した場合において、デジタル最大値のレベルに対する量子化誤差及び相関強度劣化率の関係を示すグラフ
【図８】８bitで線形量子化した場合において、デジタル最大値のレベルに対する量子化誤差及び相関強度劣化率の関係を示すグラフ
【図９】本発明を実施する装置の例を示す説明回路図
【図１】
2006046953.tif 000003
【図２】
2006046953.tif 000004
【図３】
2006046953.tif 000005
【図４】
2006046953.tif 000006
【図５】
2006046953.tif 000007
【図６】
2006046953.tif 000008
【図７】
2006046953.tif 000009
【図８】
2006046953.tif 000010
【図９】
2006046953.tif 000011