(57)【要約】【課題】高周波数領域でのノイズ信号の低減を図る。【解決手段】観測信号ｄを検出し、それを観測誤差ｅ’とみなし、観測誤差ｅ’を最小化するようにフィルタ係数ｗを計算する（ステップＳ５）。最小化された観測誤差ｅ’などを値Ｅとして設定する（ステップＳ６）。値Ｅが、予め設定した閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。ここで、ＹＥＳと判定された場合は、位相補正量Δに任意の位相補正量Δ’を加算または減算し（ステップＳ８）、位相補正量Δに応じた位相補正を行い、かかる位相補正後のノイズ除去信号ｙを印加する（ステップＳ４）。ＮＯと判定された場合は、位相補正を禁止し、これにより、直前の位相補正量Δによる位相補正後のノイズ除去信号ｙが継続的に印加される（ステップＳ９）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノイズ源から出力されるノイズ信号変動を参照信号として検出する参照信号測定手段と、
ノイズ信号が重畳する箇所の信号を観測信号として検出する観測信号測定手段と、
検出された参照信号に基づいて、ノイズ信号の重畳を低減するためのノイズ除去信号を生成するノイズ除去信号生成手段と、
生成されたノイズ除去信号を印加するノイズ除去信号印加手段と、
検出された観測信号を観測誤差とみなしたときの観測誤差を基に、ノイズ除去信号の振幅と位相を規定するフィルタ係数を計算するフィルタ係数計算手段と、
予め設定された時間範囲の中で、観測誤差を１回または２回以上求め、観測誤差の単純平均または絶対値の平均を最小化するように、ノイズ除去信号の位相補正量を制御する位相補正制御手段と
を具備することを特徴とする適応型ノイズフィルタ。
【請求項２】
前記フィルタ係数計算手段に代えて、
検出された観測信号とノイズ除去信号の差分である解析誤差を基に、ノイズ除去信号の振幅と位相を規定するフィルタ係数を計算するフィルタ係数計算手段
を具備することを特徴とする請求項１記載の適応型ノイズフィルタ。
【請求項３】
前記位相補正制御手段に代えて、
予め設定された時間範囲の中で、位相補正前の観測誤差と位相補正後の解析誤差の差分を１回または２回以上求め、解析誤差の単純平均または絶対値の平均を最小化するように、ノイズ除去信号の位相補正量を制御する位相補正制御手段
を具備することを特徴とする請求項１または２記載の適応型ノイズフィルタ。
【請求項４】
前記観測信号測定手段は、
ノイズ除去信号が重畳する箇所の信号を観測信号として検出する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の適応型ノイズフィルタ。
【請求項５】
前記参照信号測定手段に代えて、前記観測信号測定手段が、参照信号を検出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の適応型ノイズフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズ除去信号によりノイズ信号の重畳を低減する適応型ノイズフィルタに関するものである。詳しくは、発生した各種ノイズ信号（騒音、電磁ノイズ等）の逆位相をもつノイズ除去信号を生成、印加する方法により、当該ノイズ信号をキャンセルする適応型ノイズフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種ノイズ信号の対策手段として、デジタル信号処理に基づく適応型ノイズフィルタが利用されている。適応型ノイズフィルタは、受動的なノイズ低減でなく、発生したノイズの逆位相をもつノイズ除去信号を生成、印加して、ノイズを低減するものである。  これまでには、特許文献１、非特許文献１ないし４に記載の技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１１５４０１号公報
【非特許文献１】梶川  嘉延、野村  康雄，「２次経路モデルを必要としないアクティブノイズコントロールシステム」，信学論Ａ，vol.J82A，no.2,pp.209-217, Feb.1999
【非特許文献２】G. Oriti, A.L. Julian and  T.A.Lipo, "A new space vector modulation strategy for common mode voltagereduction", Proc. of 1997 Power Electronics Specialists Conference, pp. 1541-1546, June 1997
【非特許文献３】S.Senini and P.J. Wolfs, "The coupled inductor filter: analysis and design for AC systems, " IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol.45, issues.4, pp.547-578, Aug. 1998
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の適応型ノイズフィルタでは、観測信号の伝播特性変動を正確に再現できない、あるいは、フィルタ内部処理により出力遅延が発生するなどの理由により、高周波数領域（例えば、数ＭＨｚ程度以上）で使用できない場合があった。つまり、従来の適応型ノイズフィルタは、低周波領域での使用に限られる場合があった。
【０００４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ノイズ除去信号により高周波数領域でのノイズ信号の低減を図った適応型ノイズフィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の適応型ノイズフィルタは、ノイズ源から出力されるノイズ信号変動を参照信号として検出する参照信号測定手段と、ノイズ信号が重畳する箇所の信号を観測信号として検出する観測信号測定手段と、検出された参照信号に基づいて、ノイズ信号の重畳を低減するためのノイズ除去信号を生成するノイズ除去信号生成手段と、生成されたノイズ除去信号を印加するノイズ除去信号印加手段と、検出された観測信号を観測誤差とみなしたときの観測誤差を基に、ノイズ除去信号の振幅と位相を規定するフィルタ係数を計算するフィルタ係数計算手段と、予め設定された時間範囲の中で、観測誤差を１回または２回以上求め、観測誤差の単純平均または絶対値の平均を最小化するように、ノイズ除去信号の位相補正量を制御する位相補正制御手段とを具備する。
【０００６】
また、本発明の適応型ノイズフィルタは、前記フィルタ係数計算手段に代えて、検出された観測信号とノイズ除去信号の差分である解析誤差を基に、ノイズ除去信号の振幅と位相を規定するフィルタ係数を計算するフィルタ係数計算手段を具備する。
【０００７】
また、本発明の適応型ノイズフィルタは、前記位相補正制御手段に代えて、予め設定された時間範囲の中で、位相補正前の観測誤差と位相補正後の解析誤差の差分を１回または２回以上求め、解析誤差の単純平均または絶対値の平均を最小化するように、ノイズ除去信号の位相補正量を制御する位相補正制御手段を具備する。
【０００８】
また、本発明の適応型ノイズフィルタは、前記観測信号測定手段は、ノイズ除去信号が重畳する箇所の信号を観測信号として検出する。
【０００９】
また、本発明の適応型ノイズフィルタは、前記参照信号測定手段に代えて、前記観測信号測定手段が、参照信号を検出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高周波数領域でのノイズ信号を低減でき、ノイズ対策のコスト低減および対策について多大な効果を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係る適応型ノイズフィルタの構成図である。
【００１３】
図１において、１は適応型ノイズフィルタ、２はノイズ源、３は信号源である。
【００１４】
適応型ノイズフィルタ１は、参照信号測定部１１、参照信号測定センサ部１１１、観測信号測定部１２、観測信号測定センサ部１２１、ノイズ除去信号印加部１３、ノイズ除去信号印加インタフェース部１３１（以下、ノイズ除去信号印加ＩＦ部１３１という）、最適化処理部１４を備える。
【００１５】
参照信号測定センサ部１１１、観測信号測定センサ部１２１は、ＩＳＮ（Impedance Stabilization Network）の端子、アンテナ、電流プローブ、電圧プローブ、マイクロホンなどで構成される。これらは、信号を検出するものであり、信号が生じている箇所の近くに配置した方が高い効果を得られるので、適応型ノイズフィルタ１外に構成してもよい。  また、これらは、それぞれが同じ信号を検出してもよいので、共通化できる。
【００１６】
ノイズ除去信号印加ＩＦ部１３１は、ＩＳＮの端子、アンテナ、電流プローブ、電圧プローブなどで構成される。これらは、信号を印加するものであり、信号を印加する箇所の近くに配置した方が高い効果を得られるので、適応型ノイズフィルタ１外に構成してもよい。
【００１７】
なお、参照信号測定部１１は、本発明の参照信号測定手段を構成し、観測信号測定部１２は、本発明の観測信号測定手段を構成する。
【００１８】
最適化処理部１４は、ノイズ除去信号生成部１４１、フィルタ係数計算部１４２、フィルタ出力位相補正部１４３を備える。
【００１９】
フィルタ係数計算部１４２は、本発明のフィルタ係数計算手段を構成し、ノイズ除去信号生成部１４１は、本発明のノイズ除去信号生成手段を構成する。
【００２０】
図１は、電子装置等のノイズ源２により、空間または電源線等の伝送線路を経由して、信号源３からの信号ｓにノイズが重畳されているとき、このノイズを適応型ノイズフィルタ１で低減するイメージに対応している。ここでは、ノイズが重畳された箇所の信号を観測信号ｄという。
【００２１】
図２は、適応型ノイズフィルタ１の一例のフローチャートである。適応型ノイズフィルタ１には、このフローチャートや後述するフローチャートの処理を行う位相補正制御手段が構成されていることになる。
【００２２】
まず、参照信号測定部１１は参照信号測定センサ部１１１を介して、ノイズ源２から出力されるノイズ信号変動を参照信号ｘ（ｔ）として検出する（ステップＳ１）。
【００２３】
次に、最適化処理部１４では、ノイズ除去信号ｙを位相補正するときの位相補正量Δの初期値として０を設定する（ステップＳ２）。
【００２４】
フィルタ係数計算部１４２において規定されるフィルタ係数ｗ（ｎ）の初期値と、時刻ｔにおいて検出された参照信号ｘ（ｔ）を式（１）に適用した後、ノイズ除去信号生成部１４１は、ノイズ除去信号ｙ（ｔ）パターンを生成する（ステップＳ３）。
【数１】
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【００２５】
次に、フィルタ出力位相補正部１４３が、ノイズ除去信号ｙに対し、位相補正量Δに応じた位相補正を行い、ノイズ除去信号印加部１３が、位相補正後のノイズ除去信号ｙをノイズ除去信号印加ＩＦ部１３１を介して、所定の箇所（例えば、ノイズが重畳される箇所）に印加する（ステップＳ４）。
【００２６】
つまり、参照信号ｘ（ｔ）は、適応型ノイズフィルタ１の入力信号ということになる。  なお、ステップＳ４では、位相補正量Δが０で、実質的には位相補正が行われないときであっても、位相補正後のノイズ除去信号ｙという。
【００２７】
ノイズ除去信号ｙは、場合によっては、除去対象のノイズ信号に対して、逆位相の関係にならなず、ノイズ信号を除去できないことがあるので、これ以降は、逆位相の関係にするための処理が行われる。
【００２８】
まず、その状態で、観測信号測定部１２は、観測信号測定センサ部１２１を介して、観測信号ｄ（ｔ）を検出し、これにより、フィルタ係数計算部１４２は、式（２）で規定される差分である解析誤差ｅ（ｔ）を最小化するようにフィルタ係数ｗを計算する（ステップＳ５）。
【数２】
2008067070.tif 000004
【００２９】
あるいは、観測信号測定部１２は、観測信号ｄつまり信号源３からの信号ｓとノイズ除去信号ｙの合計である観測信号ｄを検出し、これを観測誤差とみなし（以下、観測誤差ｅ’という）、フィルタ係数計算部１４２は、この観測誤差ｅ’を最小化するようにフィルタ係数ｗを計算する（ステップＳ５）。
【００３０】
なお、フィルタ係数ｗを計算するアルゴリズムとしては、最小平均二乗アルゴリズム、適応格子アルゴリズム、逐次最小二乗アルゴリズム、最小二乗格子型アルゴリズム、高速トランスバーサルフィルタ（ＦＴＦアルゴリズム等）、その他が利用可能である。なお、飯国洋二、”適応信号処理アルゴリズム”、培風館、２０００に詳しい内容が掲載されている。
【００３１】
次に、観測信号測定部１２が、ステップＳ５で最小化された式（２）の解析誤差ｅ（ｔ）、その絶対値、そのエネルギー量、観測誤差ｅ’、その絶対値、そのエネルギー量のいずれかを値Ｅとして設定する（ステップＳ６）。
【００３２】
次に、値Ｅが、予め設定した閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。ここで、ＹＥＳと判定された場合は、フィルタ出力位相補正部１４３は、位相補正量Δに任意の位相補正量Δ’を加算または減算し（ステップＳ８）、ステップＳ４に戻る。
【００３３】
さて、ステップＳ７でＮＯと判定された場合は、位相補正を禁止し、これにより、直前の位相補正量Δによる位相補正後のノイズ除去信号ｙが継続的に印加される（ステップＳ９）。
【００３４】
つまり、図２では、値Ｅを最小化する位相補正量Δを求め、当該位相補正量Δによる位相補正後のノイズ除去信号ｙを印加するのである。
【００３５】
最適化処理部１４においては、一定の処理時間（現状装置の例としては、例えば、数十ｎ〜数百ｎ秒程度）を要するため、除去対象であるノイズ信号と、生成されたノイズ除去信号ｙが、必ずしも逆位相関係となるわけではない。つまり、遅延時間（＝出力フィルタの位相ずれ）によるフィルタ効果の低下を防ぐ必要がある。そこで、上記フローに示すように、適応型ノイズフィルタ１のフィルタ出力位相補正部１４３において、観測信号測定部１２からの観測信号の変動に基づいて、ノイズ除去信号ｙの位相補正量（遅延時間）の適否を判定し、その結果に基づいてノイズ除去信号ｙの位相補正量を制御することでノイズ除去信号ｙを最適化することが可能となる。
【００３６】
図３は、適応型ノイズフィルタ１の別な一例のフローチャートである。
【００３７】
図２との違いは、予め設定された時間範囲の中で、解析誤差ｅ、その絶対値、そのエネルギー量、観測誤差ｅ’、その絶対値、そのエネルギー量のいずれかを複数回求め、各回での単純平均、または、各回での絶対値の平均を値Ｅとして設定することである（ステップＳ６’）。なお、時間範囲（時間の長さ）と回数は一定である。
【００３８】
つまり、図３でも、値Ｅを最小化する位相補正量Δを求め、当該位相補正量Δによる位相補正後のノイズ除去信号ｙを印加するのである。
【００３９】
図４は、適応型ノイズフィルタ１の別な一例のフローチャートである。
【００４０】
図２との違いは、位相補正前の観測誤差ｅ’（ｔ−１）と位相補正後の解析誤差ｅ（ｔ）の差分またはその絶対値を最小化する位相補正量Δを求め（ステップＳ１１）、当該位相補正量Δによる位相補正後のノイズ除去信号ｙを印加する（ステップＳ１２）ことである。
【００４１】
図５は、適応型ノイズフィルタ１の別な一例のフローチャートである。
【００４２】
図２との違いは、予め設定された時間範囲の中で、位相補正前の観測誤差ｅ’（ｔ−１）と位相補正後の解析誤差ｅ（ｔ）の差分を複数回求め、各回での単純平均、または、各回での絶対値の平均を最小化する位相補正量Δを求め（ステップＳ１１）、当該位相補正量Δによる位相補正後のノイズ除去信号ｙを印加する（ステップＳ１２）ことである。なお、時間範囲（時間の長さ）と回数は一定である。
【００４３】
なお、図２〜５において、位相補正量Δの初期値として０を設定した例を示したが、０以外の任意の値を設定する方法も同様に考えられる。
【００４４】
図６、図７は、適応型ノイズフィルタ１の適用例を示す図である。図６は、評価系、図７は、評価結果例を示す。
【００４５】
図６に示すように、通信ケーブル４１にＩＳＮ４２を介してノイズ信号を印加する。ＩＳＮ４２の端子（参照信号測定センサ部１１１に相当）から、参照信号ｘが適応型ノイズフィルタ１に入力される。また、ノイズ信号により通信ケーブル４１において生じた観測信号ｄが電流プローブ４３（観測信号測定センサ部１２１に相当）を介して適応型ノイズフィルタ１に入力される。そして、適応型ノイズフィルタ１から電流プローブ４４（ノイズ除去信号印加ＩＦ部１３１に相当）を介して、ノイズ除去信号ｙが通信ケーブル４１に印加される。
【００４６】
図７では、適応型ノイズフィルタ１を用いないときの観測信号ｄを実線、適応型ノイズフィルタ１を用いたときの観測信号ｄを破線、ＬＭＦアルゴリズム（従来方式）を用いたときの観測信号ｄを１点鎖線で示す。このように、適応型ノイズフィルタ１を用いると、従来方式に対し、ノイズ信号により生じた観測信号つまり不要な信号を１／１０以下に減衰させることができる。
【００４７】
なお、ステップＳ６についてのこれまでの説明では、解析誤差ｅや観測誤差ｅ’を基に値Ｅを設定する例を説明したが、ステップＳ６では、フィルタ計数更新値＝μ・ｅ・ｘ、あるいは、フィルタ計数更新値＝μ・ｅ’・ｘ（ただし、μは、フィルタ係数ｗを更新する際におけるステップサイズ定義パラメータ）を基に値Ｅを設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施の形態に係る適応型ノイズフィルタの構成図である。
【図２】適応型ノイズフィルタ１の一例のフローチャートである。
【図３】適応型ノイズフィルタ１の一例のフローチャートである。
【図４】適応型ノイズフィルタ１の一例のフローチャートである。
【図５】適応型ノイズフィルタ１の一例のフローチャートである。
【図６】適応型ノイズフィルタ１の適用例における評価系を示す図である。
【図７】適応型ノイズフィルタ１の適用例における評価結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…適応型ノイズフィルタ
２…ノイズ源
３…信号源
１１…参照信号測定部
１２…観測信号測定部
１３…ノイズ除去信号印加部
１４…最適化処理部
４１…通信ケーブル
４２…ＩＳＮ
４３、４４…電流プローブ
１１１…参照信号測定センサ部
１２１…観測信号測定センサ部
１３１…ノイズ除去信号印加インタフェース部
１４１…ノイズ除去信号生成部
１４２…フィルタ係数計算部
１４３…フィルタ出力位相補正部
ｄ…観測信号
ｅ’…観測誤差
ｅ…解析誤差
ｗ…フィルタ係数
ｙ…ノイズ除去信号
ｘ…参照信号
【図１】
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【図２】
2008067070.tif 000006
【図３】
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【図４】
2008067070.tif 000008
【図５】
2008067070.tif 000009
【図６】
2008067070.tif 000010
【図７】
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