(57)【要約】【課題】伝搬条件に起因する時間変動が大きい信号を受信する場合でも、方位測定精度及び干渉波抑圧性能の向上を実現する。【解決手段】複数のセンサ１−１〜１−ｎによる観測信号は、信号サンプリング部１１によりサンプリングされ、データ選択部２１に供給される。データ選択部２１は、サンプリングデータから指定された数のデータを選択する。選択されたデータは、共分散行列生成部３１、固有値演算部４１、及び信号数推定部５１を介して信号数が推定されたのち、方位測定処理部６１または干渉波抑圧処理部６２において信号処理が行われる。処理品質判定部７１は、方位測定処理部６１または干渉波抑圧処理部６２の処理結果をもとに処理品質を判定し、判定結果をデータ区間制御部８１に供給する。データ区間制御部８１は、上記判定結果をもとにデータ選択部２１において選択されるデータ区間の長さを制御する。【選択図】      図１
2008051777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
到来する信号を互いに独立して観測する複数のセンサと、
前記複数のセンサの観測信号をそれぞれ周期的にサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段で周期的に得られる前記複数のセンサの観測信号から信号処理を行う演算区間のデータを連続的に選択する選択手段と、
前記選択された演算区間のデータをもとに信号分離または方向探知処理を行う演算手段と、
前記演算手段による演算結果の品質を判定する品質判定手段と、
前記品質判定手段による判定結果に基づいて前記選択手段における演算区間の長さを制御する制御手段と
を具備することを特徴とする信号分離・方向探知システム。
【請求項２】
前記選択手段における演算区間の長さの入力を受け付け、前記入力された値に基づいて前記演算区間の長さを設定する手動設定手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の信号分離・方向探知システム。
【請求項３】
複数のセンサにより互いに独立して観測された信号から所望の信号と到来方位を検出する信号分離・方向探知システムに用いられる信号抽出方法であって、
前記複数のセンサの観測信号をそれぞれ周期的にサンプリングし、
前記サンプリング手段で周期的に得られる前記複数のセンサの観測信号から信号処理を行う演算区間のデータを連続的に選択し、
前記選択された演算区間のデータをもとに信号分離または方向探知処理を行い、
前記演算手段による演算結果の品質を判定し、
前記品質判定手段による判定結果に基づいて前記選択手段における演算区間の長さを制御することを特徴とする信号抽出方法。
【請求項４】
前記演算区間の長さの入力を受け付け、前記入力された値に基づいて前記演算区間の長さを設定することをさらに特徴とする請求項３記載の信号抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、観測信号に含まれる信号を分離し、分離された信号の到来方位を求めると共に、所望の信号を抽出する信号分離・方向探知システム及び信号抽出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のセンサ（アレイ）で受信した観測信号に含まれる信号を分離し、分離された信号の到来方位を求めるシステムにおいては、あらかじめ設定されたデータ数毎に演算区間を区切って処理が行われる（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００３】
しかし、短波帯電波のように伝搬条件に起因する時間変動が大きい信号を受信する場合には、必ずしも最適な演算区間になるとは限らず、場合によっては性能が劣化する状態が発生していた。また、演算区間が短すぎると信号対雑音比が劣化するという問題があった。
【非特許文献１】菊間信良著、「アダプティブアンテナ技術」、オーム社、平成１５年１０月１０日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の信号分離・方向探知システムにおいて、短波帯電波のように伝搬条件に起因する時間変動が大きい信号を受信する場合、演算区間の設定状態が性能を劣化させる原因となっている。また、演算区間が短すぎると信号対雑音比が劣化するという問題があった。
【０００５】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、伝搬条件に起因する時間変動が比較的大きい信号を受信する場合でも、方位測定精度及び干渉波抑圧性能を向上させることができる信号分離・方向探知システム及び信号抽出方法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にこの発明に係わる信号分離・方向探知システムは、到来する信号を互いに独立して観測する複数のセンサと、前記複数のセンサの観測信号をそれぞれ周期的にサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段で周期的に得られる前記複数のセンサの観測信号から信号処理を行う演算区間のデータを連続的に選択する選択手段と、前記選択された演算区間のデータをもとに信号分離または方向探知処理を行う演算手段と、前記演算手段による演算結果の品質を判定する品質判定手段と、前記品質判定手段による判定結果に基づいて前記選択手段における演算区間の長さを制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】
また、この発明の信号抽出方法は、複数のセンサにより互いに独立して観測された信号から所望の信号と到来方位を検出する信号分離・方向探知システムに用いられる信号抽出方法であって、前記複数のセンサの観測信号をそれぞれ周期的にサンプリングし、前記サンプリング手段で周期的に得られる前記複数のセンサの観測信号から信号処理を行う演算区間のデータを連続的に選択し、前記選択された演算区間のデータをもとに信号分離または方向探知処理を行い、前記演算手段による演算結果の品質を判定し、前記品質判定手段による判定結果に基づいて前記選択手段における演算区間の長さを制御することを特徴とする。
【０００８】
上記構成では、データの演算区間の長さを信号の状態に応じて最適化することにより方位測定や干渉波抑圧性能を改善し、かつ信号対雑音比を最大にすることが可能となる。これにより、方位測定精度の向上および干渉波抑圧性能の向上が期待できる。
【発明の効果】
【０００９】
したがってこの発明によれば、伝搬条件に起因する時間変動が大きい信号を受信する場合でも、方位測定精度及び干渉波抑圧性能を向上させることができる信号分離・方向探知システム及び信号抽出方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。  
図１は、この発明に係わる信号分離・方向探知システムの一実施形態を示すブロック構成図である。  
図１において、センサ１−１〜１−ｎは、アンテナやマイクロホン等で構成される。センサ１−１〜１−ｎは、アレイ状に配列され、到来する信号を互いに独立して観測するもので、各センサ１−１〜１−ｎが同時に到来する複数の信号を受信する。各センサ１−１〜１−ｎで受信された観測信号は、それぞれ信号サンプリング部１１に供給される。信号サンプリング部１１は、信号周波数帯に応じたＡＤ（Analog to Digital）変換器で構成され、各センサ１−１〜１−ｎから入力された観測信号を所定のサンプリング周期でサンプリングする。サンプリングされた各センサ１−１〜１−ｎの観測信号はデータ選択部２１に供給される。
【００１１】
データ選択部２１は、データ区間制御部８１による制御に基づいて、サンプリングデータから指定された数のデータを選択して共分散行列生成部３１に供給する。共分散行列生成部３１は、データ選択部２１から供給されるサンプリングデータをもとに、共分散行列を生成する。固有値演算部４１は、上記生成された共分散行列から固有値及び固有ベクトルを演算し、信号数推定部５１に供給する。信号数推定部５１は、固有値から信号数を推定し、信号数と固有ベクトルとを方位測定処理部６１及び干渉波抑圧処理部６２にそれぞれ供給する。また、信号数手動指定部５２は、オペレータにより手動で指定される信号数を受け付け、信号数推定部５１は、指定された信号数を方位測定処理部６１または干渉波抑圧処理部６２に供給する。
【００１２】
方位測定処理部６１は、例えば、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）アルゴリズムを用いて、信号数推定部５１から供給される信号数と固有ベクトルとをもとに所望波が到来する方位を測定する。干渉波抑圧処理部６２は、混信波の到来方向にＮＵＬＬを形成することで、指定された方向以外からの信号をステアリングベクトルに基づいて抑圧する。例えば、ＤＣＭＰ（Directionally Constrained Minimization of Power）アルゴリズムを用いる。
【００１３】
処理品質判定部７１は、方位測定処理部６１または干渉波抑圧処理部６２による処理結果をもとに処理品質を判定し、判定結果をデータ区間制御部８１に供給する。データ区間制御部８１は、上記判定結果をもとに最適となるデータ区間長を求め、データ選択部２１において選択されるデータ区間の長さを制御する。データ区間手動指定部８２は、オペレータにより手動で指定されるデータ区間長を受け付け、データ区間制御部８１は、指定されたデータ区間長を用いてデータ選択部２１において選択されるデータ区間の長さを制御する。
【００１４】
次に、このように構成される信号分離・方向探知システムの特徴となる動作について説明する。  
方位測定処理部６１及び干渉波抑圧処理部６２において用いられるＭＵＳＩＣアルゴリズムやＤＣＭＰアルゴリズムは、データ区間長の時間区間においてセンサへの入力信号が変動している場合、データ区間長の設定によって結果が異なる。一般に、変動の早さに対してデータ区間が長い場合は、変動が平均化され変動の状態が検出されない。そればかりか、例えばＭＵＳＩＣアルゴリズムにおいてはＭＵＳＩＣスペクトラムのピーク値が低下するという弊害が生じる。また、干渉波抑圧処理においては、干渉波方向に形成されるべきＮＵＬＬ点の深度が浅くなり、抑圧性能が劣化する。
【００１５】
このため、異なるデータ区間長に対する結果を処理品質判定部７１において判定し、データ区間制御部８１により最適となるデータ区間を制御することによって最良の信号処理結果を得ることができる。
【００１６】
ここで、具体例として、処理品質判定部７１において方位測定処理部６１の出力結果から最適なデータ区間長を求める手法を説明する。図２は、データ区間長（図ではサンプルデータ数に対応）を３２から１０２４まで変化させた場合のＭＵＳＩＣスペクトラムの変化を示している。
【００１７】
図２は、互いに異なる方位から着目している信号が３波到来している状態であるが、着目している信号以外に雑音も存在するため信号以外の方位にピークが生じている。図２において信号１に着目すると、データサンプル数が５１２の場合にピーク値が最も大きな値となり、この場合が最適値を示している。なお、１０２４の場合は方位がずれている。
【００１８】
信号２に着目すると、２５６まではピークが認識できるが５１２および１０２４においてはピークが存在しなくなることが分かる。信号３に着目すると、ピーク値の上位３つを有効とした場合、１２８の場合しか有効な方位が得られないことが分かる。このように、着目すべき信号によって最適なデータ区間長が異なるため、指定方位に応じて制御することにより性能を最大化することができる。
【００１９】
また、処理品質判定部７１において干渉波抑圧処理部６２の出力結果から最適なデータ区間長を求める手法を図３を用いて説明する。  
一方は、干渉波抑圧処理部６２の出力をＦＦＴ処理することにより周波数スペクトラムを求め、信号対干渉波比あるいは信号対雑音比を求めるものである。
【００２０】
他方は、干渉波抑圧処理部６２の出力の時系列データを時間的に異なる２つの区間に分割し、その２つの区間における共分散行列を生成する。この生成された共分散行列に対して固有値解析を行い２つの固有値を得る。信号品質の最良点は、第一固有値÷第二固有値の値を最大とするものから得ることができる。信号のスペクトラムが重なっている等の理由でＦＦＴ処理による方法が採用できない場合はこちらの方法を採用する。
【００２１】
以上述べたように、上記実施形態では、データの演算区間の長さを信号の状態に応じて最適化することにより方位測定や干渉波抑圧性能を改善し、かつ信号対雑音比を最大にすることが可能となる。これにより、短波帯電波のように伝搬条件に起因する時間変動が大きい信号を受信する場合でも、方位測定精度の向上および干渉波抑圧性能の向上が期待できる。
【００２２】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明に係わる信号分離・方向探知システムの一実施形態を示す機能ブロック図。
【図２】データ区間長の変化によるＭＵＳＩＣスペクトラムへの影響を表す図。
【図３】干渉波抑圧処理の出力結果から最適なデータ区間長を求める手法を説明する図。
【符号の説明】
【００２４】
１−１〜１−ｎ…センサ、１１…信号サンプリング部、２１…データ選択部、３１…共分散行列生成部、４１…固有値演算部、５１…信号数推定部、５２…信号数手動指定部、６１…方位測定処理部、６２…干渉波抑圧処理部、７１…処理品質判定部、８１…データ区間制御部、８２…データ区間手動指定部。
【図１】
2008051777.tif 000003
【図２】
2008051777.tif 000004
【図３】
2008051777.tif 000005