(57)【要約】【課題】ＭＣＡ信号やＦＨ信号を対象信号として、チャンネル切り替えの諸元について既知でない場合、一連の信号を検出して対象信号の諸元を知るのは、今まで困難であった。【解決手段】受信機から得られる信号をデジタルサンプル信号に変換する標本化手段１３と、所望信号か不要信号かの区別無く、充分な受信電力が認められるデジタルサンプル信号に対して受信周波数帯域や継続時間で制限して、その開始時刻と継続時間と受信周波数を抽出して出力する信号抽出手段１４と、開始時刻と継続時間と受信周波数にもとづいて頻度分布を推定するヒストグラム生成手段１５と、頻度分布に基づいて所望信号の有無の判定やその繰返し周期や周波数間隔を推定する信号判定手段１６とを設け、所望信号の検出と諸元（繰返し周期や周波数チャンネル間隔）の分析をするようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雑音が混在する信号から等間隔の周波数で構成されるチャンネルで送信される所望信号の存在を検出する信号処理装置において、受信した信号をデジタルサンプル信号に変換する標本化手段と、この標本化手段で標本化されたデジタルサンプル信号から、受信周波数帯域及び継続時間で制限して、前記デジタルサンプル信号の開始時刻と継続時間と受信周波数を抽出する信号抽出手段と、この信号抽出手段で抽出された開始時刻と継続時間と受信周波数に基づいて頻度分布を推定するヒストグラム生成手段と、このヒストグラム生成手段により推定された頻度分布に基づいて所望信号の有無を判定する信号判定手段とを備えた信号処理装置。
【請求項２】
所望信号は、繰り返し周期と継続時間の信号が等間隔に設定されている周波数チャンネルの中で周波数を随時切り替えている信号であることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
信号判定手段は、ヒストグラム生成手段により推定された頻度分布に基づいて所望信号の繰返し周期及び周波数間隔を推定するようにした請求項１または請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
信号抽出手段は、標本化手段で標本化されたデジタルサンプル信号から、所望信号か不要信号かの区別なく、充分な受信電力が認められる信号に対して、前記デジタルサンプル信号の開始時刻と継続時間と受信周波数を抽出するようにした請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の信号処理装置。
【請求項５】
ヒストグラム生成手段は、繰り返し周期と周波数間隔の２つのパラメータに基づく区間から、その区間に累積する値に基づいて頻度分布を推定するようにした請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、受信機の信号処理装置に関するものである。特に、同系列の受信信号において、受信周波数が時刻によって切り替わる信号を扱うものに関するものであり、周波数の切り替わりが既知でなくても一連の所望信号を検出することができる信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信方式の中にはＭＣＡ（Multi Channel Access）方式やＦＨ（FrequencyHopping）方式など、送信信号の搬送波周波数（以下では、送信周波数あるいは周波数と記述することがある）を時刻によって切り替える方式がある。つまり、送信周波数が切り替わる時刻情報と周波数情報が既知であれば、その既知の情報に従って、決められた時刻に受信機の受信周波数を決められた周波数に切り替えれば、途切れなく受信できる。
例えば、ＦＨ方式では、チャンネル数Ｍを多くして、チャンネルの選択順序が単調でないようにすることで、秘匿性の高い通信を実現する。チャンネルの選択順序とその時刻は、送信局と受信局では既知であるが、第３者には知らされていない。
また、ＭＣＡ方式では、逐次、個々の通信に対してチャンネルを割り当てることで、周波数帯域を有効に活用する。チャンネルの割当とタイミングは、ＭＣＡ通信の手順によって制御および通知されるが、第３者には知り得ない場合が多い。
このように、送信周波数が切り替わる時刻情報と周波数情報を予め知り得ない場合には、途切れのない受信を再生するために、受信帯域が広い受信機で予め様々な信号を受信し、その受信信号の中から連続性の良い信号を取捨選択しなければならない。
【０００３】
所望信号とそれ以外の信号とが混在する受信信号から所望信号を検出する信号処理装置の１つとして、複数のパルス列の混在した到来パルスの信号から、特定のパルス列の周期すなわちＰＲＩ（Pulse Repetition Interval＝パルス繰返し間隔）を推定して所望信号を検出するものが従来から知られている。この技術は図７に示すように、周期τ１で繰り返されるパルス列の中に不要信号（ノイズなど）が紛れ込んでいる入力に対して処理をすることで、周期τに対する頻度に相当する値の分布を出力し、周期τ１の信号が推定可能になる。自己相関演算処理では、相関時間（あるいは周期）τ１×Ｎ（Ｎは２以上の整数）にも分布のピークが現れて、虚像として働き、誤って周期τ１×Ｎのパルスが繰り返されて受信されていると誤推定する不都合があるが、ＰＲＩ変換の場合はこのような誤推定を防げる点にある。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
また複数のレーダの放射するパルスを受信し、混在して受信した複数のパルス列をレーダ毎に分類するものも従来から知られている。この技術は、受信帯域が広い受信機で予め様々な信号を受信し、その受信信号からレーダパルスの搬送波周波数及びパルス幅などのパルス内特徴を抽出し、このパルス内特徴の類似性からパルスを分類する方法、またはレーダパルスの到来時刻の規則性を利用してパルスを分類する方法、またはパルス内特徴の類似性とパルスの到来時刻の規則性を併用して分類する方法などである。
これらの方法は、実際には、固定時間長の送信区間（以下では、送信チップあるいはチップと記述することがある）に分割して送信することが多いが、この固定時間長で決まる出現周期やチップ長の一定性を活用して連続性の良い信号を取捨選択している。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】特公昭６２−２６６０３号公報
【特許文献２】特開２００１−１４７２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の信号処理技術では、チップあるいは信号の出現周期の一定性、すなわち時刻情報には着目しているが、受信周波数の特徴には着目していない。
まず特許文献１の信号処理では、パルスあるいは受信信号の到来時刻を入力するだけであり、パルスあるいは受信信号の継続時間や受信周波数を入力せず、推定処理において参照しないという点である。このような場合、例えば、受信信号毎の受信周波数を獲得できる受信機において、同時刻に受信開始して同時刻に受信終了する２信号が異なる周波数ｆ１、ｆ２で受信される場合、どちらの信号が一連の所望信号であり、頻度の累積として加算すべきかを判定しにくい不都合がある。
例えば、同時刻に受信開始する２信号Ｓｘ１、Ｓｘ２のうち、信号Ｓｘ１は継続時間がτ１であり、信号Ｓｘ２は継続時間がτ９（但し、τ１≠τ９）であっても、特許文献１の技術では、継続時間を参照しないので、どちらも頻度の累積演算に寄与してしまう。信号Ｓｘ１が受信されずに、信号Ｓｘ２が受信される状況においても、累積演算に寄与してしまう。こうした場合には、繰返し周期τ１の信号が無い場合、あるいはあっても受信に失敗している場合でも、繰返し周期τ１が存在すると判定して、誤推定する場合がある。
【０００７】
次に、特許文献２の信号処理技術を活用して、時間的な連続性や周期性の高いチップを選択して、一連の所望信号を構築・復調する場合には、所望のチップのチップ長と出現タイミングが似た信号が混信すると、所望のチップを選択できない場合が生じて、復調結果に別の信号の混入や欠損が生じて、品質が低下するという問題がある。これはつまり、特許文献２の技術では、時間的な連続性や周期性、つまり、チップの時刻情報のみに着目しているが、周波数チャンネルの周期性に着目していないからである。
【０００８】
一般に送信機では、予めチャンネル１〜Ｍ（Ｍは正の整数）に割り当てた送信周波数の中から選択する方法が、技術的にも操作上も簡便であり、適用されている例が多い。さらに、信号は繰返し周期及び継続時間が等間隔に設定され、各チャンネルの周波数間隔を等間隔にしている例が多い。
この発明は、このような送信機の特性を利用して、従来の問題を解決するためになされたものであり、時刻情報の周期性だけではなく、信号の周波数に着目して受信した周波数を基に、周波数間隔も同時に推定し、復調結果の品質を向上させることを目的にしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、雑音が混在する信号から等間隔の周波数で構成されるチャンネルで送信される所望信号の存在を検出する信号処理装置において、受信した信号をデジタルサンプル信号に変換する標本化手段と、この標本化手段で標本化されたデジタルサンプル信号から、受信周波数帯域及び継続時間で制限して、前記デジタルサンプル信号の開始時刻と継続時間と受信周波数を抽出する信号抽出手段と、この信号抽出手段で抽出された開始時刻と継続時間と受信周波数に基づいて頻度分布を推定するヒストグラム生成手段と、このヒストグラム生成手段により推定された頻度分布に基づいて所望信号の有無を判定する信号判定手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、周波数チャンネルの中で周波数を随時切り替えている所望信号に対して、一部の所望信号と似た受信開始時刻の不要信号が混入しても、その繰返し周期や継続時間が同じτ１とは異なっていたり、周波数チャンネルに一致しない周波数で受信されていたりすれば、誤って信号の存在を検出して、その諸元を誤推定してしまうことがなくなる。したがって、所望信号が受信されれば正しくその諸元を推定し、またその誤推定をさらに軽減することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１
以下、この発明の実施の形態１の信号処理装置について図に基づき説明する。図１は信号処理装置の処理回路を示すブロック図、図２は信号処理装置に入力される信号の状況例を説明する図、図３はヒストグラム生成手段における頻度分布の推定の仕方を説明する図、図４はヒストグラム生成手段における生成手順を説明する図、図５は信号処理装置に入力される実際の信号例を説明する図、図６はヒストグラム生成手段の出力と信号判定手段の動作を説明する図である。
【００１２】
図１の信号処理装置のブロック図において、アンテナ１１には、繰り返し周期τ１と継続時間τ１の信号が等間隔に設定されている周波数チャンネル（等間隔の周波数で構成されるチャンネル）の中で周波数を随時切り替えて送信される所望信号と、その所望信号以外の雑音が混在する信号が受信される。受信機１２はアンテナ１１で受信した信号を処理して中間周波数信号に変換する。標本化手段１３は受信機１２から得られるアナログの中間周波数信号をデジタルサンプル信号に変換するものである。信号抽出手段１４は、標本化手段１３で標本化されたデジタルサンプル信号から、所望信号か不要信号かの区別無く、充分な受信電力が認められる信号に対して受信周波数帯域や継続時間で制限して、デジタルサンプル信号の開始時刻と継続時間と受信周波数を抽出して出力する。ヒストグラム生成手段１５は、信号抽出手段１４で抽出したデジタルサンプル信号の開始時刻と継続時間と受信周波数にもとづいて頻度分布を推定する。信号判定手段１６は、ヒストグラム生成手段１５で推定した頻度分布に基づいて所望信号の有無の判定或いは所望信号の繰返し周期及び周波数間隔を推定するものである。
【００１３】
ここで信号処理装置は、図２に示されるように繰返し周期τ１、継続時間τ１の信号が等間隔に設定されている周波数チャンネルの中で周波数を順次切り替えて送信されるＦＨ信号あるいはＭＣＡ信号のような信号を所望信号として正しく推定するものである。この発明はこのような信号を前提として考える。また、受信される側では、無関係な信号が混信したり、同種の仕様の送信信号が混信したりする場合がある。特に断りが無い場合には、これらの混信信号をここではノイズ（雑音）あるいは不要信号と呼び、受信して復調しようとするＦＨ信号あるいはＭＣＡ信号のような所望信号と区別する。
【００１４】
以下、この発明の動作について説明する。まず信号抽出手段１４は、標本化手段１３で標本化されたデジタルサンプル信号から、そのデジタルサンプル信号の開始時刻と継続時間と受信周波数を抽出して出力するが、所望信号の理論上の周波数および受信開始時刻は次のように表すことができる。
所望信号は、送信機から一定の時間毎に、ｆｔ１、ｆｔ２、ｆｔ３、ｆｔ４、ｆｔ５、・・・のように送信周波数を切り替えて送信されており、さらに、送信周波数には、周波数間隔ｆｃ毎に設定されたチャンネルのいずれかを選んでいることを前提としている。
第ｉチャンネルの周波数ｆｔは、次の式（１）で与えられる。
ｆｔ＝ｆ０＋ｆｃ×ｉ            （１）
ここで、ｉは１以上かつ上限値Ｍ以下の整数、ｆ０は任意の周波数である。送信周波数ｆｔには、上限と下限があることになる。
繰返し周期τ１の所望信号のｊ番目の受信開始時刻Ｔｓ（ｊ）は、次の式（２）で与えられる。
Ｔｓ（ｊ）＝Ｔ０＋τ１×ｊ          （２）
ここで、ｊは１以上かつ上限値Ｎ以下の整数、Ｔ０は任意の時刻である。
【００１５】
次にヒストグラム生成手段１５の動作について説明する。図３はヒストグラム生成手段１５における頻度分布の推定の仕方を説明する図で、頻度分布は、横軸に繰り返し周期τを、縦軸に周波数ｆとして、繰り返し周期τと周波数ｆ間隔の２つのパラメータに基づく分布として推定する。繰り返し周期τは、区間〔τ０，τ１〕〔τ１，τ２〕〔τ２，τ３〕…〔τｋ−１，τｋ〕…〔τＫ−１，τＫ〕にＫ分割されており、周波数ｆの間隔は〔ｆ０，ｆ１〕〔ｆ１，ｆ２〕〔ｆ２，ｆ３〕…〔ｆｊ−１，ｆｊ〕…〔ｆＪ−１，ｆＪ〕にＪ分割されており、繰り返し周期と周波数間隔の組合せのなかで頻度を推定する。
【００１６】
繰り返し周期τ１、周波数間隔ｆｃの所望信号が受信されて、これを処理した場合に、繰り返し周期τ１、周波数間隔ｆｃが該当する区間〔τｋ−１，τｋ〕〔ｆｊ−１，ｆｊ〕の累積値が最大になるようにする。区間〔τｋ−１，τｋ〕〔ｆｊ−１，ｆｊ〕の値を累積させるためには、受信信号から第ｍ、ｎ番目の２信号を組み合わせて（但し、全通りの組合せで試みる）、該当する区間の累積値を増加させる。累積値の初期値はすべて０である。
前提条件として、信号は受信開始時刻Ｔｓ（ｊ）の順で並んでおり、ｍ＜ｎであれば、Ｔｓ（ｍ）≦Ｔｓ（ｎ）が成立するものとする。
【００１７】
ここで、ヒストグラム生成手段１５における処理手順を、図４に示す手順に基づいて説明する。
手順１（時間情報確認手順）：
受信信号の第ｍ、ｎ番目の２信号について（但し、ｍ＜ｎ）、それぞれの継続時間Ｔｌ（ｍ）、Ｔｌ（ｎ）から、推定対象であるか、さらに、隣接する所望信号であるかどうかの確認をする。なお、継続時間Ｔｌ（ｍ）、Ｔｌ（ｎ）は受信開始から終了までを実測することで求めることができる。
継続時間Ｔｌが、次の式（３）（４）のいずれかを満たせば、推定対象外として手順５に進む。
Ｔｌ（ｍ）＜τ０、Ｔｌ（ｍ）＞τＫ        （３）
Ｔｌ（ｎ）＜τ０、Ｔｌ（ｎ）＞τＫ        （４）
要するに式（３）（４）は、ヒストグラム生成手段１５で頻度分布を推定する際に定めた繰り返し周期がτ０より小さく、τＫより大きい場合は、推定対象外の信号であるとして除外するものである。
【００１８】
次に、継続時間Ｔｌが、Ｔｌ（ｍ）≒Ｔｌ（ｎ）で近似していなければ、推定対象外として手順５に進む。実際の演算での近似の確認は、例えば、時刻誤差τeを設定して、次の式（５）を満たせば近似していないものとする。
｜Ｔｌ（ｍ）−Ｔｌ（ｎ）｜＞τe        （５）
さらに、２信号が間隔τ１で隣接する信号であることを確認する。受信開始時刻Ｔｓ（ｍ）、Ｔｓ（ｎ）から仮定される繰返し周期τｘ＝（Ｔｓ（ｎ）―Ｔｓ（ｍ））と継続時間が等しい（あるいは近似する）ならば、次の２式（６）（７）が成り立つ。
｜τｘ−Ｔｌ（ｍ）｜＜τe        （６）
あるいは、  ｜τｘ−Ｔｌ（ｎ）｜＜τe        （７）
この２式（６）（７）が成り立たない場合には、手順５に進む。
この２式（６）（７）は、前の確認によって、Ｔｌ（ｍ）≒Ｔｌ（ｎ）が確認されているので、近似的に冗長であるので、片方を省略することも可能である。
上記手順１に基づいて、受信信号が推定対象の信号であることが確認されれば手順２に進む。
【００１９】
手順２（周波数帯域確認手順）：
受信信号の第ｍ、ｎ番目の２信号について（但し、ｍ＜ｎ）、それぞれの周波数ｆ（ｍ）、ｆ（ｎ）から、推定対象であるかの確認をする。
一般に、ＦＨ信号もＭＣＡ信号も送信周波数の帯域（最大周波数と最小周波数の差）は有限である。そこで、予め帯域の最大値ｆｗを設定しておく。そして、次の式（８）を満たせば想定外の信号であるとみなし、手順５に進む。
｜ｆ（ｍ）−ｆ（ｎ）｜＞ｆｗ        （８）
上記手順２に基づいて、受信信号が推定対象の信号であることが確認されれば手順３に進む。
【００２０】
手順３（周波数間隔確認手順）：
予め、周波数間隔ｆｃの最小値ｆｃ０が与えられているものとする。このｆｃ０は所望信号の特性によるが、一般には周波数帯域幅より大きくなる。
受信信号の第ｍ、ｎ番目の２信号が、所望信号であれば、式（１）より次の式（９）が成り立つはずである。
｜ｆ（ｍ）−ｆ（ｎ）｜＝ｆｃ×Ｍｚ        （９）
但し、Ｍｚは自然数である。
Ｍｚの下限値は１である。Ｍｚの上限値Ｍｚ１はチャンネル分割数であるから、帯域ｆｗから推定され、（ｆｗ／ｆｃ０）であり、これを上回らない最大の整数をＭｚ１とする。
すなわち、周波数間隔ｆｃの候補ｆｃｘは、次の式（１０）で与えられる。
ｆｃｘ＝｜ｆ（ｍ）−ｆ（ｎ）｜／ｍｚ        （１０）
但し、１≦ｍｚ≦Ｍｚ１、かつｍｚは自然数
つまり、周波数間隔ｆｃは、｜ｆ（ｍ）−ｆ（ｎ）｜／１、｜ｆ（ｍ）−ｆ（ｎ）｜／２、｜ｆ（ｍ）−ｆ（ｎ）｜／３、・・・・・のいずれかになり、その候補の数はＭｚ１個である。
上記手順３に基づいて、周波数間隔ｆｃを確認し手順４に進む。
【００２１】
手順４（頻度累積手順）：
上記の式（１０）で与えられる、ｆｃｘの候補の数Ｍｚ１個それぞれについて、周波数間隔と繰返し周期（ｆｃｘ、τｘ）の組合せがＭｚ１通り存在する。これを基に、図３に示す周波数間隔と繰返し周期の２パラメータによる頻度分布の当てはまる区間のものがあれば、その区間の累積値に１を加算する。
【００２２】
手順５（繰返し手順）：
こうして、受信信号から第ｍ、ｎ番目の２信号の組み合わせを、全通りの組合せで行っていき、未調査の信号ｍ、ｎの組合せが残っていれば、手順１に戻り繰り返す。組合せが残っていなければ終了する。
【００２３】
ヒストグラム生成手段１５の成果によって、所望信号を受信時間Ｔｒの間に、仮に信号抽出手段１４が欠損無く抽出して、出力していれば、（周波数間隔、繰返し周期）＝（ｆｃ、τ１）に相当する区間の累積値は時間的に隣接する所望信号の組の数（Ｔｒ／τ１−１）になっているはずである。実際には、図５に示されるように受信信号には所望信号以外にノイズが混入している。そして、ノイズによって累積値が１以上の値をとる区間も存在しうるが、実際には、手順１〜３、特に多くの条件で確認をする手順１を通る信号の組はまれである。したがって、周波数間隔、繰返し周期（ｆｃ、τ１）に相当する区間の値は最大値になりうる。周波数間隔ｆｃが最大値をとれば、明らかに周波数間隔ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４・・・も候補になりうるので、その区間も同じ組の数の最大値（Ｔｒ／τ１−１）をとることになる。
【００２４】
図３に示すヒストグラムの頻度分布で累積した結果、繰返し周期τ１に相当する一部を表示したものが図６である。図６の候補の中で、周波数間隔が最大になる区間が、（周波数間隔、繰返し周期）＝（ｆｃ、τ１）に該当する区間になる。
周波数間隔ｆｃに該当する区間が最大値をとるが、ｆｃ以下の周波数間隔でも同じ累積値をとるのが分かる。
【００２５】
信号判定手段１６は、ヒストグラム生成手段１５が出力するヒストグラムから、所望信号の諸元、すなわち、（周波数間隔、繰返し周期）＝（ｆｃ、τ１）を判定する機能を有する。
この信号判定手段１６の動作としては、まず、図３のような周波数間隔と繰返し周期に対するヒストグラムを参照して、最大値を取る区間を探す。次に、その繰返し周期と同じ繰返し周期の分布を図６のように候補として抽出する。次に、その分布の中で最大値と同じ累積値を取る、あるいは、所定の誤差Ｎｅ個以内の累積値をとる区間も候補に加える。
最終的に、候補の中から、周波数間隔が最大の区間が所望の区間であり、その区間の周波数間隔と繰返し周期が所望信号の諸元になるので、信号判定手段１６は推定された周波数間隔と繰返し周期の対を出力する。所望信号の諸元まで必要ない場合は、所望信号の有無のみを判定して出力すればよい。
【００２６】
このようにして、この発明は、信号抽出手段１４で受信信号の開始時刻と継続時間と受信周波数を抽出し、ヒストログラム生成手段１５で手順１〜３により推定対象外の信号を削除し、残った対象内の信号から手順４により繰返し周期と周波数間隔の２パラメータに基づく累積値を求め、信号判定手段１６で累積値の最大の個所が所望信号の諸元（繰返し周期と周波数間隔）であると判定する。
【００２７】
この発明によれば、所望信号の諸元を知らずとも、ＦＨ信号あるいはＭＣＡ信号のような、繰返し周期と各信号の継続時間が同じ値であり、等間隔の周波数間隔をもったチャンネルのなかで周波数を切り替えて信号を送信し続ける信号を検出し、その繰返し周期と周波数間隔を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１による信号処理装置の処理回路を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の信号処理装置に入力される信号の状況例を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態１に使用されるヒストグラム生成手段における頻度分布の推定の仕方を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１に使用されるヒストグラム生成手段における生成手順を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態１による信号処理装置に入力される実際の信号例を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１に使用されるヒストグラム生成手段の出力と信号判定手段の動作を説明する図である。
【図７】従来の動作を説明するための入力信号と出力を説明する図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１：アンテナ
１２：受信機
１３：標本化手段
１４：信号抽出手段
１５：ヒストグラム生成手段
１６：信号判定手段
【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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