(57)【要約】【課題】グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出すること。【解決手段】周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成部と、送信波形生成部において周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更部と、を備える。なお、送信波形生成部が、正弦波で周波数変調を行ったＳＦＭ(Sinusoidal Frequency Modulation)波形を生成する場合に、帯域幅変更部によりＳＦＭ波形をさらに変調する。また、周波数変調の帯域幅を、滑らかに変化する波形で変調して変え、滑らかに変化する波形として正弦波を含む。また、周波数変調の変調帯域幅を、速度の変化する正弦波で変調して変える。ここで、周波数変調の帯域幅を狭くしたのち広くするように変調する、または、前記周波数変調の帯域幅を広くしたのち狭くするように変調する。【選択図】  図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段と、
前記送信波形生成手段において前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更手段と、
を備える信号処理装置。
【請求項２】
前記送信波形生成手段が、正弦波で周波数変調を行ったＳＦＭ(Sinusoidal Frequency Modulation)波形を生成する場合に、前記帯域幅変更手段により前記ＳＦＭ波形をさらに変調する請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記周波数変調の帯域幅を、滑らかに変化する波形で変調して変え、前記滑らかに変化する波形として正弦波を含む請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記周波数変調の変調帯域幅を、速度の変化する正弦波で変調して変える請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記周波数変調の帯域幅を狭くしたのち広くするように変調する、または、前記周波数変調の帯域幅を広くしたのち狭くするように変調する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記周波数変調の帯域幅の中心が移動するように変調する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記周波数変調の帯域幅の変化するタイミングを移動させる請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項８】
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する場合に、前記周波数変調の帯域幅を変える信号処理方法。
【請求項９】
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成ステップを含み、
前記送信波形生成ステップは、前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更ステップを有する、コンピュータに実行させる信号処理プログラム。
【請求項１０】
送信機と受信機とを備え、
前記送信機は、
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段と、
前記送信波形生成手段において前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更手段と、
前記送信波形の信号を送信する送信手段と、
を有し、
前記受信機は、
前記送信波形の信号が対象物体により反射された反射信号を受信する受信手段と、
前記送信波形と前記反射信号の波形との相関関数を計算する相関計算手段と、
前記相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する物体検出手段と、
を有する信号処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理システム、信号処理装置、信号処理方法および信号処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において、非特許文献１には、対象物体までの距離を測定するために、音波を送信し、対象物体から反射した音波を受信し、受信した音波波形と送信した音波波形との相互相関関数で距離を測定する方法が公開されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】佐藤友治、平田慎之介、黒澤実、片桐崇「M系列符号を用いた超音波距離計測におけるパルス圧縮の多チャンネル化」  音響学会講演論文集  2008年9月
【非特許文献２】横田康成  講義資料  信号処理  第三部  非定常信号解析・ケプストラム解析(http://www.ykt.info.gifu-u.ac.jp/sp3.pdf)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献に記載の技術では、周波数変調波形が似ている区間同士で相関をもつため、相関関数において、本当の相関のピーク以外にもサイドローブ（side lobe）あるいはグレーティングローブ（grating lobe）と呼ばれるピークが発生していた。このサイドローブやグレーティングローブは、曖昧度関数（ambiguity function）とよばれる表示で確認できるが、周波数変調の周期時間ごとに発生するグレーティングローブには本当の相関ピークに匹敵する高さとなる場合があり、誤検出につながっていた。
【０００５】
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理装置は、
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段と、
前記送信波形生成手段において前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更手段と、
を備える。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理方法は、
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する場合に、前記周波数変調の帯域幅を変える。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理プログラムは、
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成ステップを含み、
前記送信波形生成ステップは、前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更ステップを有する、コンピュータに実行させる。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理システムは、
送信機と受信機とを備え、
前記送信機は、
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段と、
前記送信波形生成手段において前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更手段と、
前記送信波形の信号を送信する送信手段と、
を有し、
前記受信機は、
前記送信波形の信号が対象物体により反射された反射信号を受信する受信手段と、
前記送信波形と前記反射信号の波形との相関関数を計算する相関計算手段と、
前記相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する物体検出手段と、
を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る信号処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る信号処理装置を含む信号処理システムの構成を示すブロック図である。
【図４Ａ】本発明の第２実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図４Ｂ】本発明の第２実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の第２実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の３次元表示を示す図である。
【図５】前提技術に係る信号処理装置における送信波形生成部の機能構成を示すブロック図である。
【図６Ａ】前提技術に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図６Ｂ】前提技術に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示を示す図である。
【図６Ｃ】前提技術に係る送信波形の自己曖昧度関数の３次元表示を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る信号処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る送信波形生成テーブルの構成を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る信号処理装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０Ａ】本発明の第３実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の第３実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示を示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の第３実施形態に係る送信波形の相互曖昧度関数の３次元表示を示す図である。
【図１１Ａ】本発明の第３実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の第３実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の第４実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図１２Ｂ】本発明の第４実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の第５実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の第５実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示を示す図である。
【図１４Ａ】本発明の第６実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図１４Ｂ】本発明の第６実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示を示す図である。
【図１５】本発明の第７実施形態に係る信号処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１６Ａ】本発明の第７実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図１６Ｂ】本発明の第７実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示を示す図である。
【図１７Ａ】本発明の第７実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図１７Ｂ】本発明の第７実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示を示す図である。
【図１８】本発明の第８実施形態に係る信号処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１９Ａ】本発明の第８実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図１９Ｂ】本発明の第８実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の３次元表示を示す図である。
【図２０】本発明の第９実施形態に係る信号処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２１Ａ】本発明の第９実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図２１Ｂ】本発明の第９実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示を示す図である。
【図２２】本発明の第１０実施形態に係る信号処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第１１実施形態に係る送信波形のスペクトログラムを示す図である。
【図２４Ａ】本発明の第１２実施形態に係る信号処理装置を含む信号処理システムの構成を示すブロック図である。
【図２４Ｂ】本発明の第１２実施形態に係る合成部の機能構成を示すブロック図である。
【図２５Ａ】本発明の第１２実施形態に係る信号処理装置を含む信号処理システムの処理概要を説明する図である。
【図２５Ｂ】本発明の第１２実施形態に係る信号処理装置を含む信号処理システムの処理概要を説明する図である。
【図２６】本発明を利用可能な他の分野について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素は単なる例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての信号処理装置１００について、図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。信号処理装置１００は、物体を検出するための送信波形を生成する装置である。
【００１４】
図１Ａに示すように、信号処理装置１００は、送信波形生成部１０１と、帯域幅変更部１０２と、を含む。送信波形生成部１０１は、周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を行った送信波形を生成する。帯域幅変更部１０２は、送信波形生成部１０１において周波数変調の帯域幅を変える。
【００１５】
図１Ｂに示すように、送信波形生成部１０１は、初期位相指定部１１１と、周波数変調波形生成部１１２と、帯域幅変更部１０２と、を備える。そして、帯域幅変更部１０２は、周波数指定部１２１と、変調波発生部１２２と、変調波発生部１２２と、を備える。周波数変調波形生成部１１２は、初期位相指定部１１１から初期位相の指定を受け、周波数指定部１２１からの周波数情報に基づき、正弦波周波数変調（以下ＳＦＭ:Sinusoidal Frequency Modulation)による送信波形を生成する。周波数指定部１２１に対しては、変調波発生部１２２からＳＦＭの変調を支配する正弦波が提供され、変調波発生部１２３から帯域幅を時変制御する変調波が提供される。
【００１６】
本実施形態によれば、周波数変調の帯域幅を変えることにより周波数変調周期の整数倍の位相における相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【００１７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、中心周波数に加算する周波数の最大周波数に相当する周波数変調の帯域幅を時変制御することにより、周波数変調周期の整数倍の位相における相関関数の高さを抑える。
【００１８】
《前提技術の説明》
本実施形態の信号処理装置を説明する前に、その特徴を明瞭とするため前提技術の構成および動作とその問題点について説明する。
【００１９】
まず、ＳＦＭについて説明する。ＳＦＭは、正弦波で正弦波を周波数変調した波形である。送信素子の共振周波数をキャリア周波数とし、キャリア周波数と比較して低い周波数の正弦波で周波数変調する。このキャリア周波数と比較して低い周波数の波形、変調波と呼ぶ。ＳＦＭでは変調波は正弦波である。周波数変調の範囲は、送信素子の共振周波数を大きく外れないように設定する。このＳＦＭで発生される波形は、キャリア送信素子への負担が少なく、信号の電力を大きくすることができる。
【００２０】
ＳＦＭを生成する周波数f1(ti)を生成する式を式（１）に、それにより波形を発生する擬似プログラムの例を式（２）に示す。ここで、*は乗算、ｔiはサンプル番号（つまり時間）を、ｆ１は変調正弦波（送信信号）の周波数、ｆcは中心周波数、ｂｅｔａ０は帯域幅、ｐｉは円周率、Ｍは波形の長さの間に繰り返す変調正弦波変調の回数、ｌｅｎは信号の長さをそれぞれ表す。ｓｉｇ（ｔｉ）は送信波形、ｐｈｉは位相、ｆｓはサンプリング周波数、１iは虚数単位、expは複素指数関数である。特に指定のない記号や変数については、他の数式や擬似プログラムでも同様である。
【数１】
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【数２】
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【００２１】
（信号処理装置の機能構成）
図５は、前提技術に係る信号処理装置における送信波形生成部５０１の機能構成を示すブロック図である。
【００２２】
ＳＦＭ送信波形は周波数変調波形生成部２１１において生成される。周波数変調波形生成部２１１は、初期位相指定部２１２から初期位相の指定を受け、帯域幅指定部５０２からの周波数情報に基づき、ＳＦＭ送信波形を生成する。帯域幅指定部５０２は、周波数指定部５０３と変調波発生部２０４とを有する。周波数指定部５０３は、加算部２３１と乗算部５３２とを有する。
【００２３】
変調波発生部２０４はＳＦＭの変調を支配する正弦波を振幅“１”で生成し、周波数指定部５０３の乗算部５３２に送る。乗算部５３２は、変調波発生部２０４から受けた正弦波に帯域幅betaを乗じて、加算部２３１へと送る。加算部２３１は、乗算部５３２から受けた波形に中心周波数ｆcを加算して、周波数情報として、周波数変調波形生成部２１１へと送る。
【００２４】
（送信波形のスペクトログラム）
図６Ａは、前提技術に係る送信波形のスペクトログラム６１０を示す図である。ここでは、例示的に、中心周波数ｆcは１GHz、変調の帯域幅beta0はプラスマイナス５MHz、波形長は100μSec、繰り返し回数Ｍを16.5とした。サンプリング周波数fsは３GHｚとした。波形長lenは300000サンプルになる。横軸は時間で縦軸は周波数である。スペクトログラム上で周波数が正弦波を描いていることが分かる。つまり、スペクトログラムは、送信信号の周波数の変化を表わすものである。
【００２５】
ＳＦＭは、相関関数に鋭いピークをもつため、位置の検出精度は高い。またドップラー検出能力も低くない。そのためレーダーなどで利用されている。ただし、周波数変調波形が似ている区間では相関をもつため、相関関数において、本当の相関のピーク以外にもサイドローブあるいはグレーティングローブと呼ばれるピークが発生する。このサイドローブやグレーティングローブは、環境雑音などがある環境では、本当の相関ピークに匹敵する高さとなる場合があり、誤検出につながる。
【００２６】
このサイドローブとグレーティングローブを自己曖昧度関数（Auto ambiguity function）とよばれる表示で確認する。自己曖昧度関数は、例えば［非特許文献２］に記載されたように、式（３）で定義される。
【数３】
2019086350.tif 000005
ここでA(τ,v)は曖昧度関数、τは時間差、vは周波数偏移量（ドップラー効果）、U(t)は波形を時刻tについて表現したものである。*は複素共役、eは対数の底、iは虚数単位、πは円周率をそれぞれ表す。
【００２７】
（自己曖昧度関数の２次元表示）
図６Ｂは、前提技術に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示６２０を示す図である。図６Ｂにおいて、縦軸は周波数偏移（移動速度に対応）、横軸は時間差（距離に対応）、明るさが相関関数の値となる。原点を通る横軸上をたどると、その濃さは対象物体の移動速度“０”の際の相関関数になる。理想的には、中央部にのみ明るい（高い）部分があり、それ以外は低いことが望ましい。図６Ｂは中央部付近の領域だけを見ると理想に近いことが分かる。ただし、縦軸の原点以外にあるいくつかのピークがサイドローブである。ここでは問題になるほど高くない。
【００２８】
（自己曖昧度関数の３次元表示）
図６Ｃは、前提技術に係る送信波形の自己曖昧度関数の３次元表示６３０を示す図である。図６Ｃでは、横軸の原点以外でいくつかの高いピークがある。これらのピークがグレーティングローブである。グレーティングローブは本当のピーク（この図では中央部）に近い高さがあり、間違って検出してしまう場合がある。これは対象物体の位置（距離）を誤って測定してしまうことになる。
【００２９】
《本実施形態の説明》
以下、上記課題を解決する本実施形態について、詳細に説明する。本実施形態では、ＳＦＭの変調正弦波の周波数の変化のさせ方をさらに変調している。本実施形態における変調正弦波の周波数の変化のさせ方として、滑らかな変化にしていくことが望ましい。滑らかな変化として、変調の帯域幅を徐々に狭くしたのちに広くする、徐々に広くしたのち狭くする、徐々に狭くしていく、徐々に広くしていく、帯域幅全体を徐々に高くする、帯域幅全体を徐々に低くする、帯域幅の広い狭いと高低の両方を徐々に変える、などの方法がある。
【００３０】
本実施形態の送信波形を発生する式を式（４）に示す。前提技術の式（１）と比較して、周波数f1の帯域幅beta0が定数であったのに対し、式（４）では、帯域幅beta(ti)が時間的に変化することが特徴である。
【数４】
2019086350.tif 000006
本実施形態では、帯域幅を変調することによって、波形の相関が変化する。その結果、自己曖昧度関数に単独ピークを有する、すなわち、検知対象物体の速度や位置の精度を高めることができる。また、自己曖昧度関数において、グレーティングローブが低くなり、位置や速度の検知精度が高められる自己曖昧度関数が得られるという効果が得られる。また、任意関数の変更により、相互曖昧度関数(Cross ambiguity function)の小さい波形、すなわち相互相関の少ない波形を得ることが可能となる。したがって、時間軸対周波数軸の枠（以下、時間周波数タイルと称す）における波形の選択肢を増やすことができるという効果が得られる。
【００３１】
（本実施形態の具体例）
本実施形態の具体例として、徐々に狭くしたのちに広くする場合の送信波形を例に説明する。本具体例において送信波形を発生する式を式（５）に示す。
【数５】
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前提技術の式（１）と比較して、周波数f1の帯域幅beta0が定数であったのに対し、式（５）では、｛(c1+c2*cos(2*pi*ti/(len)))/(c1+c2)｝の項によって時間的に変化する。波形全体での帯域幅の最大値はbeta0のまま変わらない。式（４）におけるＭu(ti)を定数Ｍにした形になっている。
【００３２】
《信号処理装置の機能構成》
図２は、本実施形態に係る信号処理装置２００の機能構成を示すブロック図である。なお、図２において、前提技術の図５と同様の機能構成には同じ参照番号を付す。
【００３３】
信号処理装置２００は、送信波形生成部２０１を備える。送信波形生成部２０１は、周波数変調波形生成部２１１と、初期位相指定部２１２と、帯域幅変更部２０２と、を有する。そして、帯域幅変更部２０２は、周波数指定部２０３と、変調波発生部２０４と、変調波発生部２０５と、を有する。さらに、周波数指定部２０３は、加算部２３１と、乗算部２３２と、を有する。
【００３４】
本実施形態のＳＦＭ送信波形は、周波数変調波形生成部２１１において生成される。周波数変調波形生成部２１１は、初期位相指定部２１２から初期位相の指定を受け、帯域幅変更部２０２からの周波数情報に基づき、ＳＦＭ送信波形を生成する。変調波発生部２０４はＳＦＭの変調を支配する正弦波を振幅“１”で生成し、周波数指定部２０３の乗算部２３２に送る。乗算部２３２は、変調波発生部２０４から受けた正弦波に、変調波発生部２０５からの変化する帯域幅beta1(ti)を乗じて、加算部２３１へと送る。加算部２３１は、乗算部２３２から受けた波形に中心周波数ｆcを加算して、周波数情報として、周波数変調波形生成部２１１へと送る。
【００３５】
《信号処理システムの構成》
図３は、本実施形態に係る送信機としての信号処理装置２００を含む信号処理システム３００の構成を示すブロック図である。
【００３６】
図３に示すように、信号処理システム３００は、送信機として送信信号３３１を送信する信号処理装置２００と、送信信号３３１が対象物体３３０で反射することによって得られた反射信号３３２を受信する受信機３５０と、を備える。受信機３５０は、送信信号３３１と反射信号３３２との相関関係に基づいて、対象物体３３０の存在、および、対象物体３３０までの距離を検出する。
【００３７】
送信機としての信号処理装置２００は、送信波形生成部２０１と、無線送信部３０１と、送信アンテナ３０２と、を備える。受信機３５０は、受信アンテナ３５２と、無線受信部３５３と、相関計算部３５４と、絶対値生成部３５５と、出力部３５６と、を含む。
【００３８】
送信波形生成部２０１は、送信波形を生成して無線送信部３０１へと送るとともに、相関計算部３５４へ、送信波形を送る。無線送信部３０１は送信波形に周波数変換などを行い、無線信号へと変換して、送信アンテナ３０２から送信する。無線受信部３５３は、送信信号３３１が対象物体３３０で反射することによって得られた反射信号３３２を、受信アンテナ３５２を経由して受信し、受信した無線信号の周波数変換などを行い、所望の周波数帯域の受信波形として相関計算部３５４へと送る。相関計算部３５４は、送信波形と受信波形との相互相関関数を計算し、絶対値生成部３５５へと送る。絶対値生成部３５５が出力部３５６から出力する相互相関関数に基づいて、対象物体３３０の存在、および、対象物体３３０までの距離が検出される。
【００３９】
なお、本実施形態においては、送信機を信号処理装置としているが、送信機と受信機とが一体となった装置や、それらの一部の構成グループにより構成される装置を、信号処理装置としてもよい。
【００４０】
（送信波形のスペクトログラム）
図４Ａは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム４１０を示す図である。スペクトログラム４１０は、式（５）に従って発生した送信波形のスペクトログラムである。ここで、c1=2、c2=1とした。図４Ａでは、ＳＦＭと同様に、スペクトログラム（周波数変化）に正弦波的な変調があるが、その周波数変化の帯域幅が次第に狭くなったのち広くなっていることがわかる。
【００４１】
（自己曖昧度関数の２次元表示）
図４Ｂは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示４２０を示す図である。
【００４２】
（自己曖昧度関数の３次元表示）
図４Ｃは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の３次元表示４３０を示す図である。
【００４３】
図４Ｂおよび図４Ｃは、図４Ａのスペクトログラムの波形の自己曖昧度関数であり、曖昧度関数から本実施形態の効果を分析する。図６Ｂ、図６Ｃに示したＳＦＭの曖昧度関数と比較して、原点付近が高く、それ以外の部分での相関係数が小さくなっていることが分かる。原点を通る横軸にしたがって相関関数を見ると、サイドローブやグレーティングローブがほとんど存在しないことが分かる。原点を通る縦軸に従って相関関数を見ても原点以外の相関関数が高い点が少ない。この曖昧度関数は、誤検出が少なくできるということを意味している。
【００４４】
《信号処理装置のハードウェア構成》
図７は、本実施形態に係る信号処理装置２００のハードウェア構成を示すブロック図である。図７は、信号処理装置２００の機能構成部がソフトウェアで実行される場合の構成を示す。
【００４５】
図７で、ＣＰＵ(Central Processing Unit)７１０は演算制御用のプロセッサであり、プログラムを実行することで図２および図３の機能構成部を実現する。なお、ＣＰＵ７１０は、それぞれの機能に対応して複数あってもよい。ＲＯＭ(Read Only Memory)７２０は、初期データおよびプログラムなどの固定データおよびプログラムを記憶する。ネットワークインタフェース７３０は、ネットワークを介して、他の装置との通信を制御する。
【００４６】
ＲＡＭ(Random Access Memory)７４０は、ＣＰＵ７１０が一時記憶のワークエリアとして使用するランダムアクセスメモリである。ＲＡＭ７４０には、本実施形態の実現に必要なデータを記憶する領域が確保されている。送信波形生成テーブル７４１は、本実施形態の送信波形を生成するために使用されるテーブルである。送信波形生成テーブル７４１には、送信波形の生成に使用される送信波形生成パラメータ７４２と、送信波形生成パラメータ７４２を用いて生成される変調周波数７４３と、送信波形生成パラメータ７４２と変調周波数７４３とにより生成される送信波形７４４と、を記憶する。送信無線データ７４５は、送信波形７４４に対応して生成された送信無線用のためのデータである。入出力データ７４６は、入出力インタフェース７６０を介して、無線送信部３０１を含む入出力機器と入出力するデータである。送受信データ７４７は、ネットワークインタフェース７３０を介して、他の装置と送受信を行うデータである。
【００４７】
ストレージ７５０は、データベースや各種のパラメータ、あるいは本実施形態の実現に必要な以下のデータまたはプログラムが記憶されている。変調周波数生成アルゴリズム７５１は、送信波形生成パラメータ７４２から変調周波数７４３を生成するアルゴリズムである。送信波形生成アルゴリズム７５２は、送信波形生成パラメータ７４２と変調周波数７４３とから送信波形を生成するアルゴリズムである。
【００４８】
ストレージ７５０には、以下のプログラムが格納される。信号処理装置制御プログラム７５３は、本実施形態の信号処理装置２００の全体の処理を制御するプログラムである。変調周波数生成モジュール７５４は、変調周波数生成アルゴリズム７５１に従い、送信波形生成パラメータ７４２から変調周波数７４３を生成するモジュールである。送信波形生成モジュール７５６は、送信波形生成アルゴリズム７５２に従い、送信波形生成パラメータ７４２と変調周波数７４３とから送信波形を生成するモジュールである。無線送信モジュール７５７は、無線送信部３０１から送信波形信号の送信を制御するモジュールである。
【００４９】
入出力インタフェース７６０は、入出力デバイスとのデータ入出力を制御するためのインタフェースを行なう。本実施形態においては、入出力インタフェース７６０には、送信アンテナ３０２への信号を送信する無線送信部３０１が接続される。なお、本信号処理装置２００が反射信号の受信による対象物体の検出機能も有する装置の場合は、受信アンテナおよび無線受信部を接続してもよい。入出力インタフェース７６０には、さらに、信号処理装置２００の動作を監視し操作するため、表示部７６１と、操作部７６２と、が接続されてもよい。
【００５０】
なお、図７のＲＡＭ７４０やストレージ７５０には、信号処理装置２００が有する汎用の機能や他の実現可能な機能に関連するプログラムやデータは図示されていない。
【００５１】
（送信波形生成テーブル）
図８は、本実施形態に係る送信波形生成テーブル７４１の構成を示す図である。送信波形生成テーブル７４１は、本実施形態の送信波形を生成するために使用される。なお、図８において、図７と同様の構成要素には同じ参照番号を付す。
【００５２】
送信波形生成テーブル７４１は、送信波形生成パラメータ７４２と、変調周波数７４３と、送信波形７４４と、を記憶する。送信波形生成パラメータ７４２は、中心波形ｆcと、帯域幅beta1(ti)と、繰り返し回数Ｍu(ti)と、信号長さ(len)と、初期位相(phi)と、を含む。また、帯域幅beta1(ti)を生成するためのパラメータ８４５である、帯域幅の最大値beta0と、帯域幅変更パラメータc1、c2と、を含む。
【００５３】
《信号処理装置の処理手順》
図９は、本実施形態に係る信号処理装置２００の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、図７のＣＰＵ７１０がＲＡＭ７４０を使用して実行し、図２および図３の機能構成部を実現する。
【００５４】
信号処理装置２００は、ステップＳ９０１において、帯域幅変更用のパラメータ８４５を取得する。そして、信号処理装置２００は、ステップＳ９０３において、帯域幅変更用のパラメータ８４５を用いて帯域幅beta1(ti)を生成する。信号処理装置２００は、ステップＳ９０５において、送信波形生成パラメータ７４２を取得する。そして、信号処理装置２００は、ステップＳ９０７において、式（５）に従い、変調正弦波の周波数(f1(ti))の生成処理を実行する。次に、信号処理装置２００は、ステップＳ９０９において、式（２）のプログラムに従い、送信波形(sig(ti))の生成を実行する。そして、信号処理装置２００は、ステップＳ９１１において、送信波形(sig(ti))に従い無線送信処理を行う。
【００５５】
本実施形態によれば、変調正弦波の周波数(f1(ti))を時間により変化させることにより、周波数変調の帯域幅を変えて相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【００５６】
つまり、式（５）に示したように、変調正弦波の振幅beta1(ti)を時間に対して変化させることで、図４Ａのスペクトログラムに現われる変調の帯域幅を連続的に変化させることになり、この複雑な変化が曖昧度関数を望ましい方向に変化させている。
【００５７】
本実施形態の波形は、パラメータを若干変えるだけで他の波形と区別しやすい波形を作ることが容易であり、時間−周波数の枠内における波形の選択肢を多くするという効果がある。
【００５８】
このことを示すために、図４Ａの波形が他の波形と区別しやすいかどうかを、次の式（６）であらわされる相互曖昧度関数と呼ばれる関数で評価し、十分に区別しやすいことを確認した。
【数６】
2019086350.tif 000008
ここで、U1(t)とU2(t)とは相互相関をとる波形である。U1(t)とU2(t)とが同一である場合が自己曖昧度関数である。曖昧度関数は、時間の軸（time）と周波数偏移量（doppler）の軸を有する。
【００５９】
式（３）と式（６）との差異は、Uとして別の関数U1とU2が用いられていることである。別の関数U1とU2の間の相互的な類似度を算出することに相当する。この値が全体に小さければ、U1とU2は、時間をずらした場合、ドップラー効果がある場合などでも、類似しない、すなわち区別できるということを意味している。
【００６０】
図４Ａの波形と、ＬＦＭ(Linear Frequency Modulation)あるいはＣＷ(continuous wave)とは、波形のスペクトログラムの形が大きく異なるので、相互曖昧度関数は、全ての場合で“0.1”を下回る。これは波形の区別が容易ということである。図４Ａの波形を時間周波数の枠における選択肢の１つとすることが可能ということであり、選択肢が増えるということは、多くの波形を同時に受信する場合にも区別して処理することが可能になるという効果が得られるということである。
【００６１】
本実施形態の波形を使った場合には、時間周波数の枠がひとつしかない場合でも、相互相関関数による区別がしやすい。
【００６２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第２実施形態と比べると、波形の長さの間に繰り返す変調正弦波変調の回数（Ｍ）を変化させた点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００６３】
《本実施形態の第１例》
本実施形態は、変調の速度を変えた場合である。式は式（５）と同様であるが、Ｍを“11.5”として変調速度を遅くしている。
【００６４】
（送信波形のスペクトログラム）
図１０Ａは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム１０１０を示す図である。図１０Ａから繰り返しの周期が長くなり、周波数上限の回数が減っていることがわかる。
【００６５】
（自己曖昧度関数の２次元表示）
図１０Ｂは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示１０２０を示す図である。図１０Ｂの自己曖昧度関数では、dopplerが高い場所に若干のピークが見えてくるが、この時の物体の速度はマッハ４と極めて高速であり、実用上問題にならない。すなわち対象物の速度に応じて、変調の速度を下げていくことも可能である。
【００６６】
（相互曖昧度関数の３次元表示）
図１０Ｃは、本実施形態に係る送信波形の相互曖昧度関数の３次元表示１０３０を示す図である。第２実施形態の波形と本実施形態の波形とは一見とても似ているが、それらの相互曖昧度関数を示す図１０Ｃを見ると、最大でも“0.1”程度であり、区別できることが分かる。この図１０Ｃでは、図を見やすくするためにスケールを変更している（10倍の高感度にしている）。
【００６７】
《本実施形態の第２例》
第２例では、第１例よりさらに変調正弦波の速度を下げている。式（５）の繰り返し回数Ｍを“4.5”にした場合である。
【００６８】
（送信波形のスペクトログラム）
図１１Ａは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム１１１０を示す図である。図１１Ａから、繰り返し回数が少ないことが分かる。
【００６９】
（自己曖昧度関数の２次元表示）
図１１Ｂは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示１１２０を示す図である。図１１Ｂにおいて、縦軸プラスマイナス５km/secを過ぎたあたりに、曖昧度関数の値が大きいところがあるが、検知する対象の物体がそこまでの速度で動く可能性がなければ誤検知の可能性は少ない。
【００７０】
本実施形態によれば、変調速度を遅くすることで時間周波数の枠に入れられる波形の候補が多数得られ、時間−周波数の枠における選択肢がさらに増えるという効果が得られる。
【００７１】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第２実施形態および第３実施形態と比べると、帯域幅を狭くするタイミングを変える点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態または第３実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００７２】
本実施形態は第２実施形態と同様に、変調正弦波の帯域幅を徐々に狭くしたのち広くするが、狭くするタイミングが異なる。タイミングを変えるための式を式（７）に示す。変調幅を決めるbeta(ti)において項(pi/4)によりタイミングがずれている。ずらすタイミングを決める量は(pi/4)に限る必要はない。
【数７】
2019086350.tif 000009
ここで、繰り返しの速さＭは“11.5”とした。
【００７３】
（送信波形のスペクトログラム）
図１２Ａは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム１２１０を示す図である。図１２Ａを図４Ａと比較すると、変調帯域幅が狭くなるタイミングがずれていることが分かる。
【００７４】
（自己曖昧度関数の２次元表示）
図１２Ｂは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示１２２０を示す図である。図１２Ｂと図４Ｂを比較すると、自己曖昧度関数はほぼ同一であり、同様の効果が得られていることが分かる。
【００７５】
本実施形態によれば、変調正弦波の帯域幅を徐々に狭くするタイミングを変えても、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【００７６】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第２実施形態乃至第４実施形態と比べると、帯域幅を徐々に広くしたのち狭くする点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態から第４実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００７７】
本実施形態では、変調正弦波の帯域幅を徐々に広くしたのち狭くしていることに特徴がある。その波形を発生する式を式（８）に示す。式（５）と比較して、c2にかかる正負符号が異なっている。
【数８】
2019086350.tif 000010
ここでは、一例としてＭ=11.5、c1=2、c2=1とした。
【００７８】
（送信波形のスペクトログラム）
図１３Ａは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム１３１０を示す図である。図１３Ａからわかるように、変調正弦波の帯域幅を徐々に広くしたのち狭くなっている。
【００７９】
（自己曖昧度関数の２次元表示）
図１３Ｂは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示１３２０を示す図である。図１４Ｂからわかるように、その曖昧度関数はほぼ第２実施形態と同等であるので、同様の効果が得られる。
【００８０】
本実施形態によれば、変調正弦波の帯域幅を徐々に広くしたのち狭くしても、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【００８１】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第２実施形態乃至第５実施形態と比べると、帯域幅の増減の回数を増加させる点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態から第５実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００８２】
本実施形態は、第２実施形態と比較して変調正弦波の速度をさらに速めたことを特徴とする。本実施形態の送信波形を発生する式を式（９）に示す。
【数９】
2019086350.tif 000011
この式（９）と式（５）とを比較すると、式（５）では、波形長の間の帯域幅の増減の回数が１回であったのに対して、式（９）では、波形長の間に帯域幅がＲ回増減する。
【００８３】
（送信波形のスペクトログラム）
図１４Ａは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム１４１０を示す図である。ここでは、Ｍを“16.5”、Ｒを“3”にしており、図１４Ａのスペクトルグラムを見るとわかるように、変調正弦波の変調幅の増減回数が３回である。また、波形全体の帯域幅の最大値はプラスマイナス５MHzに保たれていることが分かる。
【００８４】
（自己曖昧度関数の２次元表示）
図１４Ｂは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示１４２０を示す図である。図１４Ｂから、中央にのみピークがある望ましい形の自己曖昧度関数が得られていることがわかる。
【００８５】
本実施形態によれば、似ている波形が繰り返されても非対称なので、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【００８６】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第２実施形態乃至第６実施形態と比べると、変調幅の変化に加えて変調速度も変える点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００８７】
本実施形態では、変調正弦波の帯域幅を変化させるだけでなく、変調正弦波の変調速度も変化させることを特徴とする。本実施形態の第１例の送信波形を発生させる式を式（１０）に示す。式（１０）では、変調正弦波の速度を変化させるために、第２実施形態の式（５）の定数Ｍを時変の関数Ｍu(ti)に変更している。ここでは、Ｍu(ti)はtiの３次多項式としたが、さらに高次の多項式や、指数関数、対数関数、三角関数など任意の関数を使うことができる。変調正弦波の速度変化の効果により、相互曖昧度関数を小さくする効果があり、さらにバリエーションが増える。
【数１０】
2019086350.tif 000012
本実施形態における変調正弦波の周波数の変化のさせ方として、滑らかな変化にしていくことが望ましい。滑らかな変化として、徐々に速くしていく、徐々に遅くしていく、徐々に速くしたのち遅くする、徐々に遅くしたのち速くする、などの方法があるが、ここではまず、徐々に速くしていく場合を例に説明する。その一例として、Ｍ0=7、Ｍ1=2.5、M2=2、Ｍ3=0とした。
【００８８】
《信号処理装置の機能構成》
図１５は、本発明の第７実施形態に係る信号処理装置１５００の機能構成を示すブロック図である。なお、図１５において、図２と同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、重複する説明は省略する。
【００８９】
図１５と図２との差異は、変調波発生部２０４における変調速度が、変調速度生成部１５０６が生成する変調速度Ｍu(ti)によって、さらに変調されていることである。これにより、式（１０）が実現されている。
【００９０】
（送信波形のスペクトログラム）
図１６Ａは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム１６１０を示す図である。スペクトログラムの変調帯域幅が徐々に大きくなったあと小さくなるが、スペクトログラムの周波数変化を表わす正弦波の周波数が次第に大きくなっているのがわかる。
【００９１】
（自己曖昧度関数の２次元表示）
図１６Ｂは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示１６２０を示す図である。図４Ｂおよび図４Ｃに示した第２実施形態の曖昧度関数と比較して、さらに、原点付近が高く、それ以外の部分での相関係数が小さくなっていることが分かる。原点を通る横軸や縦軸にしたがって相関関数を見ると、サイドローブやグレーティングローブがほとんど存在しないことが分かる。すなわち、この曖昧度関数は、誤検出が少なくできるということを意味している。
【００９２】
本実施形態の第２例の送信波形を発生させる式を式（１１）に示す。式（１１）では、変調正弦波の速度を変化させるために、第５実施形態の式（８）の定数Ｍを時変の関数Ｍu(ti)に変更している。ここでは、Ｍu(ti)はtiの３次多項式としたが、さらに高次の多項式や、指数関数、対数関数、三角関数など任意の関数を使うことができる。変調正弦波の速度変化の効果により、相互曖昧度関数を小さくする効果があり、さらにバリエーションが増える。
【数１１】
2019086350.tif 000013
本例においても、徐々に速くしていく場合を例に説明する。その一例として、Ｍ0=7、Ｍ1=2.5、M2=2、Ｍ3=0とした。
【００９３】
（送信波形のスペクトログラム）
図１７Ａは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム１７１０を示す図である。スペクトログラムの変調帯域幅が徐々に小さくなったあと大きくなるが、スペクトログラムの周波数変化を表わす正弦波の周波数が次第に大きくなっているのがわかる。
【００９４】
（自己曖昧度関数の２次元表示）
図１７Ｂは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示１７２０を示す図である。図１３Ｂおよび図１３Ｃに示した第５実施形態の曖昧度関数と比較して、さらに、原点付近が高く、それ以外の部分での相関係数が小さくなっていることが分かる。原点を通る横軸や縦軸にしたがって相関関数を見ると、サイドローブやグレーティングローブがほとんど存在しないことが分かる。すなわち、この曖昧度関数は、誤検出が少なくできるということを意味している。
【００９５】
なお、本実施形態では、変調速度を徐々に速くしていく例を示したが、徐々に遅くしていく、徐々に速くしたのち遅くする、徐々に遅くしたのち速くする、などの方法においても、同様の効果を奏する。
【００９６】
本実施形態によれば、変調幅の変化に加えて変調速度も変えることにより、相関関数の高さをさらに抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【００９７】
つまり、式（１０）や式（１１）に示したように、正弦波の周波数変調ｆ１を表わす角周波数を時間ti/lenに対して高次関数で変化させる。スペクトログラムに現われる変調の周波数を連続的かつ一方向（ここでは周波数が大きくなる方向）に変化させることにより、曖昧度関数を望ましい方向に変化させている。
【００９８】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第２実施形態乃至第７実施形態と比べると、変調幅の中心を移動する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００９９】
本実施形態に係る信号発生方式は、ＳＦＭの変調の帯域の中心が移動することを特徴とする。本実施形態の送信波形を発生するための周波数を表す式を式（１２）に示す。その他は、これまでの式と同様であるため、同じ記号および変数については詳しい説明を省略する。
【数１２】
2019086350.tif 000014
この式（１２）は、式（１）と比較して、変調の帯域幅をbeta0からbeta1に変更し、さらに“beta2*cos(2*pi*M2*ti/(len))”による新たな変調を加えた形である。Ｍ2は新たに加えた変調の回数である。beta1+beta2 = beta0とすることで、波形全体での帯域幅の最大値はbeta0に保つことができる。
【０１００】
《信号処理装置の機能構成》
図１８は、本実施形態に係る信号処理装置１８００の機能構成を示すブロック図である。なお、図１８において、図５と同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、重複する説明を省略する。
【０１０１】
図１８と図５との差異は、帯域幅変更部１８０２の周波数指定部１８０３において、図５の加算部２３１が３入力の加算部１８３１に置換され、そこに変調波発生部２８０７で生成された変調波に乗算部１８３３で帯域幅beta2を乗じられた変調波が新たに入力されている。これにより、新たな変調が加えられている。
【０１０２】
（送信波形のスペクトログラム）
図１９Ａは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム１９１０を示す図である。ここで、beta1=10/3[MHz]、beta2 = 5/3[MHz]、Ｍ2 = 1/2とした。波形全体の帯域幅の最大値は、プラスマイナス５MHzに保たれていることが分かる。ＳＦＭと同様に、スペクトログラム（周波数変化）に正弦波的な変調があるが、その周波数変化を表わす正弦波の帯域幅全体が徐々に低くなっているのがわかる。変調正弦波がさらに変調されているため、変調正弦波の曲線が一致している部分が少ない。これが相互相関を小さくしている。
【０１０３】
（自己曖昧度関数の３次元表示）
図１９Ｂは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数自己曖昧度関数の３次元表示１９２０を示す図である。図１９Ｂの自己曖昧度関数には、高いサイドローブやグレーティングローブが現れない。図６Ｂ、図６Ｃに示したＳＦＭの曖昧度関数と比較して、原点付近が高く、それ以外の部分での相関係数が小さくなっていることが分かる。原点を通る縦軸に従って相関関数を見ても原点以外の相関関数が高い点が少ない。この曖昧度関数は、対象物体の誤検出が少なく、対象物体までの距離測定の誤差を小さくできるという望ましい形になることを意味している。
【０１０４】
本実施形態によれば、変調幅を変えなくても変調幅の中心を移動することにより、相関関数の高さを抑えることができ、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【０１０５】
［第９実施形態］
次に、本発明の第９実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第２実施形態乃至第８実施形態と比べると、変調幅および中心を変調する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【０１０６】
本実施形態は、変調正弦波の変調幅と中心の両方にさらに変調を加えた形になっている。本実施形態の波形を発生する式を式（１３）に示す。
【数１３】
2019086350.tif 000015
【０１０７】
《信号処理装置の機能構成》
図２０は、本実施形態に係る信号処理装置２０００の機能構成を示すブロック図である。なお、図２０において、図２または図１８と同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、重複する説明を省略する。
【０１０８】
図２０と図２との差異は、帯域幅変更部２００２の周波数指定部２００３において、図２の加算部２３１が３入力の加算部１８３１に置換され、そこに変調波発生部２８０７で生成された変調波に乗算部１８３３で帯域幅beta2を乗じられた変調波が新たに入力されている。これにより、新たな変調が加えられている。
【０１０９】
（送信波形のスペクトログラム）
図２１Ａは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム２１１０を示す図である。図２１Ａのスペクトルグラムを見るとわかるように、変調正弦波の変調幅と中心の両方にさらに変調を加えた形になっている。また波形全体の帯域幅の最大値はプラスマイナス５MHzに保たれていることが分かる。
【０１１０】
（自己曖昧度関数の２次元表示）
図２１Ｂは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の２次元表示２１２０を示す図である。図２１Ｂから、doppler軸でプラスマイナス１０km/sec以下の中央にのみピークがある望ましい形の自己曖昧度関数が得られていることがわかる。
【０１１１】
本実施形態によれば、変調幅の変化に加えて変調幅の中心を移動することによっても、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【０１１２】
［第１０実施形態］
次に、本発明の第１０実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第２実施形態乃至第１０実施形態と比べると、より一般化された構成を示す点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態から第９実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【０１１３】
上記実施形態では、変調正弦波の周波数変化を滑らかにした場合だけでなく、滑らかでない変化にしてもよい。周波数変調を行う変調波形として正弦波でない他の波形、例えば、三角波や台形波にしてもよいのは明らかである。その波形を発生する式は、既出の式（４）である。さらに、式（１４）のように、項数を増やして変調を複雑にすることも可能である。
【数１４】
2019086350.tif 000016
【０１１４】
周波数変調が高速である場合には、スペクトルが広がり、変調の帯域幅を超える周波数成分が少なくない。スペクトルの広がりが送信素子の負担になる場合や、許容される帯域を超える周波数成分が発生し、他の機器を妨害する場合があるので注意が必要である。スペクトルの広がりを抑えるためには、波形開始時、終了時や変調波形の急変部などにおけるスペクトル広がりを抑えるためには窓がけ（テーパー処理、Raised Cosine処理とも呼ばれる）だけでなく、帯域制限フィルタを通してもよい。
【０１１５】
《信号処理装置の機能構成》
図２２は、本実施形態に係る信号処理装置２２１０、２２２０の機能構成を示すブロック図である。なお、図２２において、図２または図１５と同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、重複する説明を省略する。
【０１１６】
図２２と図１５との差異は、帯域幅変更部２０２の周波数指定部２０３が帯域幅変更部２２０２の周波数指定部２２０３に置換され、加算部２３１が複数入力の加算部２２３１に置換され多数の入力を加算されるようになったことである。かつ、変調波発生部２０４、変調波発生部２０５、変調速度生成部１５０６、乗算部２３２を、それぞれ含む変調ブロックを複数有し、加算部２２３１へと変調情報を送っていることである。この差異により、複雑な変調を施すことが可能となり、その結果、自己曖昧度関数をより望ましい波形を生成する、あるいは、相互曖昧度関数の小さい波形の候補をより多く生成することが可能となる。
【０１１７】
本実施形態によれば、種々の変調波形を組み合わせて変調幅を変えることによっても、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【０１１８】
［第１１実施形態］
次に、本発明の第１１実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第２実施形態乃至第１１実施形態と比べると、上記実施形態における時間および周波数の送信波形を１つのタイルとして、縦横複数のタイルにわたる送信波形を有する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態から第１０実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【０１１９】
上記実施形態においては、１つの時間−周波数タイルの中で、本実施形態を説明してきたが、時間−周波数タイルが多数ある場合について適用した場合を説明する。
【０１２０】
本実施形態の波形を発生する式は、例えば式（１５）で表される。すなわち、時間により中心周波数を変化させる。
【数１５】
2019086350.tif 000017
【０１２１】
（送信波形のスペクトログラム）
図２３は、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム２３００を示す図である。
【０１２２】
図２３の上段は、本実施形態における送信波形の第１例の模式的スペクトログラムであり、スペクトログラムにおいてタイル状に配置する。送信波形として時間周波数枠が複数あり、その複数の時間周波数枠に、第２実施形態から第１１実施形態の波形、または従来からある波形を割り当てている。時間−周波数タイル内の波形バリエーションが増えたことにより、さらに多種類の送信波形を区別して処理することが可能となる。
【０１２３】
図２３の中段は、本実施形態における送信波形の第２例の模式的スペクトログラムであり、両端で値を緩やかに減衰させるテーパーをつけたタイル状になっている。テーパー処理を利用して、隣接する時間−周波数タイルが時間的に重なるようにしている。テーパー処理とは、波形の最初では徐々に振幅を大きくし、波形の最後では振幅を徐々に小さくすることにより、波形の最初と最後、すなわち時間−周波数タイルの接続部分において発生する広帯域な成分を低減する処理である。テーパー処理では波形の最初と最後で振幅が小さくなっているので、この時間区間を重ねることにより、時間方向に時間−周波数タイルを詰めることができる。その結果、同じ時間内に、より多くの時間−周波数タイルを設けることにより、区別可能な送信波形をさらに増やすことが可能になる。
【０１２４】
図２３の下段は、本実施形態における送信波形の第３例の模式的なスペクトログラムであり、隣接するタイル間でスペクトログラムがなめらかにつながっている。すなわち、時間−周波数タイルが隣接しており、時間−周波数タイル内の波形において、タイル内の時間における最後の周波数が、次の時間−周波数タイルの最初の周波数と同一になることに特徴がある。周波数がなめらかに接続されており、急な振幅の変化もないので、時間−周波数タイルの接続部分で広帯域な成分は発生しにくい。時間−周波数タイル内の波形にテーパーをかけなくてもよい。時間−周波数タイルの組み合わせが限定されるが、テーパーをかけなくてよいため電力を大きく送信できる。第３例における時間周波数枠内の送信波形は、隣接する時間周波数枠と周波数が滑らかに接続できるような制約を設けて設計する。時間周波数の枠の重なりを許せるのであれば、単純に接続するだけでいいので簡単に設計することもできる。
【０１２５】
本実施形態によれば、多くの時間−周波数タイルにおいて、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。
【０１２６】
［第１２実施形態］
次に、本発明の第１２実施形態に係る信号処理装置を含む信号処理システムについて説明する。本実施形態に係る信号処理システムは、上記第２実施形態乃至第１１実施形態と比べると、受信機の構成を工夫した点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態から第１１実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【０１２７】
《信号処理システムの構成》
図２４Ａは、本実施形態に係る信号処理装置２００を含む信号処理システム２４００の構成を示すブロック図である。なお、図２４において、図３と同様の機能構成部には同じ参照番号を付す。
【０１２８】
受信機２４５０は、無線受信部３５３と、相関処理部２４５４と、相関処理部２４５５と、合成部２４５６と、受信アンテナ３５２と、を備える。相関処理部２４５４と２４５５とでは、送信波形または送信波形の情報を基に、それぞれ異なる相関波形を生成し、受信波形とそれぞれの相関波形との相互相関関数を算出し、合成部２４５６へと送る。それぞれの相関波形は送信波形から生成されており、サンプリングなどは同期している。合成部２４５６は、合成された相互相関関数を出力部３５６から出力する。なお、図２４Ａには、対象物体の検出については図示されていないが、出力部３５６からの相互相関関数の出力から、移動速度に影響されずに対象物体の位置や移動速度が検出される。
【０１２９】
（合成部）
図２４Ｂは、本実施形態に係る合成部２４５６の機能構成を示すブロック図である。
【０１３０】
図２４Ｂの左図において、合成部２４５６は、絶対値生成部２４８１および２４８２と、加算部２４８３とを有し、相関処理部２４５４と２４５５とからの相互相関関数を受けてそれぞれの絶対値を取って、合成された相互相関関数を出力部３５６から出力する。
【０１３１】
図２４Ｂの右図において、合成部２４５６は、絶対値生成部２４８１および２４８２と、減算部２４８５と、絶対値生成部２４８６とを有し、相関処理部２４５４および２４５５とからの相互相関関数を受けてそれぞれの絶対値を取って、合成された相互相関関数を出力部３５６から出力する。
【０１３２】
《信号処理システムの処理概要》
図２５Ａおよび図２５Ｂは、本実施形態に係る信号処理装置２００を含む信号処理システム２４００の処理概要を説明する図である。
【０１３３】
（相互曖昧度関数のドップラー速度方向の接続）
図２５Ａは、本実施形態に係る合成部２４５６が図２４Ｂの左図の構成の場合の、信号処理システム２４００の処理概要を説明する図である。図２５Ａにおいては、送信波形と２つの相関波形との関係について、曖昧度関数を模式的に表して説明する。
【０１３４】
送信波形として、図２５Ａの左図(a)に示すように、自己曖昧度関数２５１０の値が大きい領域がdoppler=0、time=0に集中して島を形成する本実施形態の波形を用いる。
【０１３５】
自己曖昧度関数は、相関波形として送信波形を用いた場合の相互曖昧度関数であるが、相関波形として、送信波形にドップラー効果を施した周波数補正を行った波形を用いる場合には、島は施したドップラー効果の分だけシフトした場所に形成される。相関波形の生成においては、このシフトした場所に形成された島が複数表れるような相関波形を生成する。補正波形を生成する場合に、ドップラーシフトの量が十分に離れていないと補正波形同士が干渉し、島を並べた形にならない。そこで、周波数補正の量を適切に設計すれば、図２５Ａの中央図(b)および(c)に示すように、離れた島が並んだ形の相互曖昧関数が得られる。
【０１３６】
本実施形態においては、交互にドップラーシフトの量が異なる位置に離れた島が並んだ形の相互曖昧関数が得られる、２つの相関波形を生成する。その２つの相関波形と受信波形との相互曖昧度関数２５２２Ａおよび２５２２Ｂが、図２５Ａの中央の２つの図(b)および(c)である。周波数補正の量を適切に設計すれば、図２５Ａの中央図(b)および(c)のように、お互いに補い合うような場所に島を形成することができる。
【０１３７】
続いての図２５Ａの右図(d)を用いて、本実施形態の合成の処理と効果を説明する。本実施形態の合成処理では、受信波形と２つの相関波形とから計算された２つの相互相関関数のそれぞれの絶対値をとり、加算する。相互相関関数は複素数なので、そのまま加算すると干渉するが、絶対値を加算することで、干渉の問題を低減できる。その結果、図２５Ａの右図(d)に示すように、図２５Ａの中央図(b)と(c)とを単純に加算したような曖昧度関数２５３０が得られる。この図２５Ａの右図(d)の曖昧度関数２５３０は、縦にほぼまっすぐであり、縦軸、すなわちドップラー効果の影響を受けにくいことがわかる。これは、ドップラー効果がある場合であっても横軸の時間timeすなわち距離を正しく検出できるということを示している。
【０１３８】
（相互曖昧度関数のドップラー速度方向ゼロのギャップ生成）
図２５Ｂは、本実施形態に係る合成部２４５６が図２４Ｂの右図の構成の場合の、信号処理システム２４００の処理概要を説明する図である。なお、図２５Ｂにおいて、図２５Ａと同様の構成要素には同じ参照番号を付す。
【０１３９】
送信波形として、図２５Ｂの左図(a)に示すように、自己曖昧度関数２５１０の値が大きい領域がdoppler=0、time=0に集中して島を形成する本実施形態の波形を用いる。
【０１４０】
自己曖昧度関数は、相関波形として送信波形を用いた場合の相互曖昧度関数であるが、相関波形として、送信波形にドップラー効果を施した周波数補正を行った波形を用いる場合には、島は施したドップラー効果の分だけシフトした場所に形成される。本実施形態においては、複数の相関処理部で使用する相関波形の生成においては、それぞれの島がドップラー方向で逆にシフトした場所に形成され、かつ、絶対値を取って減算した場合にドップラーゼロを含む範囲に曖昧度関数の値が閾値以下のギャップが形成されるような相関波形を生成する。
【０１４１】
図２５Ｂの(b)および(c)は、相関処理部で用いる相関波形と、送信波形との相互曖昧度関数２５４２Ａおよび２５４２Ｂを示す。周波数補正の量を適切に設計すれば、図２５Ｂの(b)および図２５Ｂの(c)のようにお互いに対称な形の島を形成することができる。
【０１４２】
続いての図２５Ｂの右図(d)を用いて、本実施形態の合成の処理と効果を説明する。本実施形態の合成処理では、受信波形と２つの相関波形とから計算された２つの相互相関関数のそれぞれの絶対値をとり、減算する。相互相関関数は複素数なので、そのまま減算すると干渉するが、絶対値を減算することで、干渉の問題を低減できる。その結果、図２５Ｂの右図(d)に示すように、図２５Ｂの中央図(b)と(c)とを単純に減算したような曖昧度関数２５５０が得られる。この図２５Ｂの右図(d)の曖昧度関数２５５０は、ドップラーゼロを含む範囲に曖昧度関数の値が閾値以下のギャップが形成される。すなわち、この図２５Ｂの(ｄ)の曖昧度関数には、doppler=0付近のところで横にほぼまっすぐ０（ゼロ）であり、横軸すなわち速度が０（ゼロ）の反射物体を検知しないことがわかる。また、速度が０（ゼロ）付近以外の反射物体は正しいtimeすなわち距離を検知できる。
【０１４３】
このギャップの形成は、ドップラーゼロを含む範囲、すなわち、静止を含む低速度の物体の検知信号を含まない出力信号が生成されるため、後処理においては既に静止を含む低速度の物体が除かれた受信信号を処理すればよく、処理の単純化および高速化を実現する。また、図２５Ｂの(a)のように自己曖昧度関数が島を形成し、かつ、それらの波形間の相互相関関数、相互曖昧度関数が小さくなるような波形は複数存在する。これらの波形を用いれば、同一周波数帯域で運用することが可能であるという効果も得られる。
【０１４４】
本実施形態によれば、本実施形態の送信波形を用いて、広い速度範囲の物体を切れ目無く検出すること、あるいは、移動している物体のみを検出することができる。
【０１４５】
［他の実施形態］
なお、本実施形態の送信波形を生成することで、これまでの送信波形を重畳することが可能である。それぞれの送信波形は区別が容易な波形であるから、重畳してもその分離は容易である。重畳の組み合わせ方で、区別しやすさを適切に設計することも可能である。特に、変調の方向を逆にした波形を重畳した場合には、本発明の効果に加えて、曖昧度関数が速度０（ゼロ）の軸について、速度方向に対称となり、相関関数を合成することにより、特定の速度に対する感度を低くするなどの処理が容易になるという効果が発生する。  また、上記実施形態においては、帯域幅を変える送信波形としてＳＦＭ波形が使用されたが、これら波形に限定されない。その他の位相変調信号が使用されてもよい。
【０１４６】
また、図２６は、本発明を利用可能な他の分野について示す図である。図２６に示したように、以上に説明した物体検出方法は、ロボット同士がぶつからずにすれ違うための技術２６１０や、車両の衝突回避技術２６２０、人工衛星の衝突回避技術や地球上の観測技術２６３０に利用することができる。しかし、本発明はこれらに限定されるものではなく、オフィスなどでの侵入者の監視や、体育館での人の動きの検出などにも用いることが可能である。本発明は、空中の電波による物体検出方式にも、空中や水中の音波による物体検出方式にも利用できるが、送信波の周波数などから音波による物体検出により適している。港湾など水中の監視におけるアクティブソーナー（Active Sonar）と呼ばれる音波を利用した、距離検出方式の原理に本発明を適用できる。したがって、音波に適した中心周波数（キャリア周波数）、波形時間長、変調波周波数、周波数補正量などを適切に設定すれば、本発明の効果は同様に得られる。以上説明してきたように、距離検出において本発明を用いることにより、移動物体に対しても、距離測定における誤差が少ない検出が可能となる。
【０１４７】
また、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。すなわち、上記各実施形態の帯域幅の変化を任意に組み合わせても、同様の効果が得られる。
【０１４８】
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する信号処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。
【０１４９】
［実施形態の他の表現］
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段と、
前記送信波形生成手段において前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更手段と、
を備える信号処理装置。
（付記２）
前記送信波形生成手段が、正弦波で周波数変調を行ったＳＦＭ(Sinusoidal Frequency Modulation)波形を生成する場合に、前記帯域幅変更手段により前記ＳＦＭ波形をさらに変調する付記１に記載の信号処理装置。
（付記３）
前記周波数変調の帯域幅を、滑らかに変化する波形で変調して変える付記１または２に記載の信号処理装置。
（付記４）
前記周波数変調の帯域幅を、正弦波で変調して変える付記１乃至３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記５）
前記周波数変調の変調帯域幅を、速度の変化する正弦波で変調して変える付記４に記載の信号処理装置。
（付記６）
前記周波数変調の帯域幅を狭くしたのち広くするように変調する付記１乃至５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記７）
前記周波数変調の帯域幅を広くしたのち狭くするように変調する付記１乃至５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記８）
前記周波数変調の帯域幅の変化が少なくとも２回繰り返されるように変調する付記６または７に記載の信号処理装置。
（付記９）
前記周波数変調の帯域幅の中心が移動するように変調する付記１乃至８のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１０）
前記周波数変調の帯域幅の変化するタイミングを移動させる付記１乃至９のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１１）
前記周波数変調の帯域幅を少なくとも２つの波形で変調する付記１乃至１０のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１２）
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する場合に、前記周波数変調の帯域幅を変える信号処理方法。
（付記１３）
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成ステップを含み、
前記送信波形生成ステップは、前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更ステップを有する、コンピュータに実行させる信号処理プログラム。
（付記１４）
送信機と受信機とを備え、
前記送信機は、
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段と、
前記送信波形生成手段において前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更手段と、
前記送信波形の信号を送信する送信手段と、
を有し、
前記受信機は、
前記送信波形の信号が対象物体により反射された反射信号を受信する受信手段と、
前記送信波形と前記反射信号の波形との相関関数を計算する相関計算手段と、
前記相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する物体検出手段と、
を有する信号処理システム。
【図１Ａ】
2019086350.tif 000018
【図１Ｂ】
2019086350.tif 000019
【図２】
2019086350.tif 000020
【図３】
2019086350.tif 000021
【図４Ａ】
2019086350.tif 000022
【図４Ｂ】
2019086350.tif 000023
【図４Ｃ】
2019086350.tif 000024
【図５】
2019086350.tif 000025
【図６Ａ】
2019086350.tif 000026
【図６Ｂ】
2019086350.tif 000027
【図６Ｃ】
2019086350.tif 000028
【図７】
2019086350.tif 000029
【図８】
2019086350.tif 000030
【図９】
2019086350.tif 000031
【図１０Ａ】
2019086350.tif 000032
【図１０Ｂ】
2019086350.tif 000033
【図１０Ｃ】
2019086350.tif 000034
【図１１Ａ】
2019086350.tif 000035
【図１１Ｂ】
2019086350.tif 000036
【図１２Ａ】
2019086350.tif 000037
【図１２Ｂ】
2019086350.tif 000038
【図１３Ａ】
2019086350.tif 000039
【図１３Ｂ】
2019086350.tif 000040
【図１４Ａ】
2019086350.tif 000041
【図１４Ｂ】
2019086350.tif 000042
【図１５】
2019086350.tif 000043
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
2019086350.tif 000045
【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
2019086350.tif 000047
【図１８】
2019086350.tif 000048
【図１９Ａ】
2019086350.tif 000049
【図１９Ｂ】
2019086350.tif 000050
【図２０】
2019086350.tif 000051
【図２１Ａ】
2019086350.tif 000052
【図２１Ｂ】
2019086350.tif 000053
【図２２】
2019086350.tif 000054
【図２３】
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【図２４Ａ】
2019086350.tif 000056
【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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