(57)【要約】  本発明は、移動物体の速度に影響されず、正確に移動物体を検出する信号処理装置に関するものである。本信号処理装置は、周波数が変化する送信信号が対象物体で反射されたことにより得られる反射信号の波形と、送信信号の波形から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算する、少なくとも２つの相互相関計算部と、少なくとも２つの相互相関計算部からの少なくとも２つの相互相関関数を、周波数偏移方向に離間しないように合成する合成部と、合成結果の相互相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する検出部と、を備える。
2018105216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が変化する送信信号が対象物体で反射されたことにより得られる反射信号の波形と、前記送信信号の波形から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算する、少なくとも２つの相互相関計算手段と、
前記少なくとも２つの相互相関計算手段からの少なくとも２つの相互相関関数を、周波数偏移方向に離間しないように合成する合成手段と、
合成結果の相互相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する検出手段と、
を備える信号処理装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの相互相関計算手段は、前記異なる相関波形として、前記送信信号の波形に対して異なる周波数補正をした波形を加算した波形、または、前記送信信号の波形に対して時間軸で異なる伸縮をさせた波形を加算した波形を用いる、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記少なくとも２つの相互相関計算手段は、前記異なる相関波形として、前記送信信号の波形と周波数補正した波形との相互曖昧度関数が離間し、かつ、前記合成手段で合成した場合の相互曖昧度関数が連続するような波形を用いる、請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記少なくとも２つの相互相関計算手段は、前記異なる相関波形として、前記送信信号の波形と周波数補正した波形との相互曖昧度関数が離間し、かつ、前記合成手段で合成した場合の相互曖昧度関数が、所定周波数範囲で離間し、その他周波数範囲で連続するような波形を用いる、請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記相互曖昧度関数は、前記異なる相関波形による前記相互相関関数が最大値の半分で重なることにより連続させる、請求項３または４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記合成手段は、前記少なくとも２つの相互相関関数のそれぞれの絶対値を加算する、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７】
前記合成手段は、前記少なくとも２つの相互相関関数のそれぞれの絶対値の最大値を計算する、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８】
前記送信信号は、自己曖昧度関数の値が遅延時間ゼロおよび周波数偏移ゼロの周辺で大きくなる波形であって、ＳＦＭ(Sinusoidal Frequency Modulation)波形の周波数変調の正弦波を変調した波形を含む、請求項１乃至７に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記送信信号は、周波数が曲線状に増減し、周波数帯域幅が時間的に曲線状に増減する波形を含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記送信信号は、周波数帯域幅を変調した波形である、請求項９に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記送信信号として周波数が変化する変調波を生成する生成手段と、
前記送信信号を前記対象物体に向けて送信する送信手段と、
をさらに備える請求項１乃至１０に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
周波数が変化する送信信号が対象物体で反射されたことにより得られる反射信号の波形と、前記送信信号の波形から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算する、少なくとも２つの相互相関計算ステップと、
前記少なくとも２つの相互相関計算手段からの少なくとも２つの相互相関関数を合成する合成ステップと、
合成結果の相互相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する検出ステップと、
を含む信号処理方法。
【請求項１３】
周波数が変化する送信信号が対象物体で反射されたことにより得られる反射信号の波形と、前記送信信号の波形から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算する、少なくとも２つの相互相関計算ステップと、
前記少なくとも２つの相互相関計算手段からの少なくとも２つの相互相関関数を合成する合成ステップと、
合成結果の相互相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する検出ステップと、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、電波を送信し、対象物体から反射した電波を受信し、受信した電波の波形と送信した電波の波形との相互相関関数により距離を測定する技術が開示されている。また、特許文献１には、音波信号の送信波形としてＳＦＭ波形の周波数変調の正弦波を変調した波形（いわゆる、ＡＳＦＭ(Accelerated Sinusoidal Frequency Modulation)波形を使用することによって、対象物体までの距離および移動速度の少なくともいずれかを検知する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２０１３／１２８８７８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】伊藤信一  レーダシステムの基礎理論  コロナ社  ２０１５年  第８章  パルス圧縮技術
【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】
【０００５】
しかしながら、上記文献に記載の技術では、特定の速度に対しては移動物体を検出できるが、移動物体の速度に影響されず、正確に移動物体を検出することができなかった。【０００６】
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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理装置は、
周波数が変化する送信信号が対象物体で反射されたことにより得られる反射信号の波形と、前記送信信号の波形から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算する、少なくとも２つの相互相関計算手段と、
前記少なくとも２つの相互相関計算手段からの少なくとも２つの相互相関関数を、周波数偏移方向に離間しないように合成する合成手段と、
合成結果の相互相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する検出手段と、
を備える。【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理方法は、
周波数が変化する送信信号が対象物体で反射されたことにより得られる反射信号の波形と、前記送信信号の波形から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算する、少なくとも２つの相互相関計算ステップと、
前記少なくとも２つの相互相関計算手段からの少なくとも２つの相互相関関数を合成する合成ステップと、
合成結果の相互相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する検出ステップと、
を含む。【０００９】
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、
周波数が変化する送信信号が対象物体で反射されたことにより得られる反射信号の波形と、前記送信信号の波形から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算する、少なくとも２つの相互相関計算ステップと、
前記少なくとも２つの相互相関計算手段からの少なくとも２つの相互相関関数を合成する合成ステップと、
合成結果の相互相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する検出ステップと、
をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、移動物体の速度に影響されず、正確に移動物体を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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処理概要を説明する図である。
【図３Ａ】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３Ｂ】前提技術に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る相関処理部の機能構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る相関波形生成部の機能構成を示すブロック図である。
【図６】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７】本発明の第２実施形態に係る自己曖昧度関数を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る相互曖昧度関数を示す図である。
【図９Ａ】本発明の第２実施形態に係る合成した相互曖昧度関数と合成状態とを示す図である。
【図９Ｂ】本発明の第２実施形態に係る合成した相互曖昧度関数と出力される相互相関関数との関係を示す図である。
【図１０】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１１】本発明の第２実施形態に係る相関波形生成テーブルの構成を示す図である。
【図１２Ａ】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１２Ｂ】本発明の第２実施形態に係る相関波形生成処理の手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３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１４】本発明の第３実施形態に係る合成した相互曖昧度関数を示す図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る信号処理装置の処理概要を説明する図である。
【図１６Ａ】本発明の第４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１６Ｂ】本発明の第４実施形態に係る相関波形生成テーブルの構成を示す図である。
【図１７】本発明の第４実施形態に係る相互曖昧度関数を示す図である。
【図１８】本発明の第４実施形態に係る合成した相互曖昧度関数を示す図である。
【図１９】本発明の第５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２０】本発明の第５実施形態に係る合成した相互曖昧度関数を示す図である。
【図２１】本発明の第６実施形態に係る信号処理装置の処理概要を説明する図である。
【図２２】本発明の第６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６実施形態に係る相関波形生成テーブルの構成を示す図である。
【図２４】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２５】本発明の第７実施形態に係る自己曖昧度関数を示す図である。
【図２６】本発明の第７実施形態に係る相互曖昧度関数を示す図である。
【図２７】本発明の第８実施形態に係る信号処理装置の処理概要を説明する図である。
【図２８】本発明の第８実施形態に係る信号処理装置の他の処理概要を説明する図である。
【図２９】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３０】本発明の第８実施形態に係る相関波形生成テーブルの構成を示す図である。
【図３１】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あくまで例示であり、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。以下、本明細書において、対象物体の検出にため受信波形と相互相関をとるための波形を、相関波形と呼ぶ。
【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１を用いて説明する。信号処理装置１００は、反射信号により移動物体を検出する装置である。
【００１４】
図１に示すように、信号処理装置１００は、少なくとも２つの相互相関計算部１０１と、合成部１０２と、検出部１０３と、を含む。少なくとも２つの相互相関計算部１０１は、周波数が変化する送信信号１１１が対象物体１１０で反射されたことにより得られる反射信号１１２の波形と、送信信号１１１の波形から生成した異なる相関波形１１３との相互相関関数をそれぞれ計算する。合成部１０２は、少なくとも２つの相互相関計算部１０１からの少なくとも２つの相互相関関数を、周波数偏移方向に離間しないように合成する。検出部１０３は、合成結果の相互相関関数に基づいて、対象物体１１０を検出する。
【００１５】
本実施形態によれば、反射信号と、送信信号から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算し、少なくとも２つの相互相関関数を合成することにより、移動物体の速度に影響されず、正確に移動物体を検出することができる。さらに、演算量を削減して移動物体を検出することができる。
【００１６】
［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、異なる相関波形として、送信波形に対して異なる周波数補正をした波形を加算した波形、または、送信波形に対して時間軸で異なる伸縮をさせた波形を加算した波形を用いる。それは、送信波形と周波数補正した波形との相互曖昧度関数が離間し、かつ、合成した場合の相互曖昧度関数が連続するような波形である。ここで、相互曖昧度関数は、異なる相関波形による相互相関関数が最大値の半分で重なることにより連続させる。また、少なくとも２つの相互相関関数の構成においては、それぞれの絶対値を加算する。なお、本実施形態で使用される送信信号は、自己曖昧度関数の値が遅延時間ゼロおよび周波数偏移ゼロの周辺で大きくなる波形であって、ＳＦＭ(Sinusoidal Frequency Modulation)波形の周波数変化の速度を変調した波形、またはＳＦＭ波形の周波数変調の帯域幅を変調した波形を含む。本明細書では、前者としてＡＳＦＭ、後者としてＢＭ−ＳＦＭを使用する。なお、ＡＳＦＭは、ＧＳＦＭ(Generalized SFM)とも称される。
【００１７】
《前提技術》
本実施形態の信号処理装置を説明する前に、信号処理装置の前提技術について説明する。
【００１８】
非特許文献１では、送信波形としてＬＦＭ（Linear Frequency Modulation）と呼ばれる波形を用いている。図３Ｂは、前提技術に係る信号処理装置の構成例を示すブロック図である。
【００１９】
図３Ｂに示すように、信号処理装置３５０は、送信波形生成部３５１と、相関計算部３５４とを含む。送信波形生成部３５１は、送信波形を生成し、無線送信部３５２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３５２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３５６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３５７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３５５へと送る。絶対値３５５が出力する相互相関関数から、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。
【００２０】
（曖昧度関数について）
距離の検出能力について、曖昧度関数（ambiguity function）とよばれる表示で確認する。曖昧度関数は、非特許文献２に記載されるように、数式１で定義される。
【数１】
2018105216.tif 000003
ここでA(τ,ν)は曖昧度関数、τは時間差、ν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は自然対数の底、iは虚数単位、πは円周率をそれぞれ表す。
【００２１】
数式１による曖昧度関数は、自己曖昧度関数とも呼ばれる。これを一般化して２つの関数の関係としたものが、数式２の相互曖昧度関数（Cross ambiguity function）である。
【数２】
2018105216.tif 000004
ここでU1(t)とU2(t)は相互相関をとる波形である。U1(t)とU2(t)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。
【００２２】
なお、本実施形態においては、これらの曖昧度関数を使って、送信波形と相関波形にＬＦＭを用いた場合の距離の検出能力を説明する。
【００２３】
（ＬＦＭによる相互曖昧度関数）
ＬＦＭのスペクトログラムは、時間の軸と周波数の軸を有し、波形を正弦波周波数の時間変化としてあらわすものである。このＬＦＭでは、変調帯域幅の範囲内で、直線状に周波数が変化している。相関波形として送信波形を用いた場合には、その相互曖昧度関数は自己曖昧度関数と同じであり、直線状になる。ここで、縦軸のdopplerを、反射物体の移動速度に変換して表わすと、たとえば、反射物体が移動しないことが明らかなのであれば、doppler=ゼロ(m/s)の軸を見ればよい。時間遅延Time=0の狭い付近のみで相互曖昧度関数が大きくなり、時間、すなわち反射物体までの距離が正確にわかる。しかし、反射物体の速度が分からないときには、相互曖昧度関数の値が大きい場所は直線上に無数に存在し、dopplerとtimeとの組み合わせは不定ということになる。したがって、doppler=0を仮定すると、timeに誤りが発生することになる。
【００２４】
（ＡＳＦＭによる相互曖昧度関数）
特許文献１に開示された送信波形（以下、ＡＳＦＭ波形）のスペクトログラムを図２４に、その自己曖昧度関数（相関波形として送信波形自身を用いた場合の相互曖昧度関数）を図２５に示す。
【００２５】
図２４に示すように、ＡＳＦＭ波形では、周波数が、変調帯域幅の範囲内で正弦波的に変化し、しかもその正弦波の周波数が変化している。この複雑な変調により、自己曖昧度関数は図２５のように中央にのみ値が大きい島状の狭い領域がある。以下、このような曖昧度関数の値が大きくなる狭い領域を「島」と表現する。この自己曖昧度関数から、dopplerがゼロである場合には、timeが高精度に求まるが、dopplerがゼロから大きく外れると、相互相関関数の値が大きくならない、すなわち、物体の有無の検知もできないことになる。
【００２６】
《本実施形態》
上記図２５のような自己曖昧度関数を有する波形で、dopplerが大きい場合に検知するためには、dopplerを考慮した波形を相関波形として用いることが考えられる。dopplerを考慮した波形としては、送信波形の周波数補正を行った波形、あるいは、送信波形の時間軸を伸縮した波形を用いる。しかしながら、相関波形の数だけ相関処理部が必要になり、反射物体の速度が不要である場合には演算量が無駄に大きくなる。また、相関波形を累積加算した波形を使用した場合に、相関波形間で相互相関関数に干渉が現われて正確な対象物体の検出ができなくなる。
【００２７】
本実施形態においては、受信波形と相関をとる相関波形として、送信波形を伸縮した波形を累積した波形を２種類用い、それぞれの相互相関関数を合成することにより、移動物体の速度に影響されず、正確に移動物体を検出することができると共に、演算量を削減し、かつ、相互相関関数の計算における干渉を抑制することができる。
【００２８】
《信号処理装置の処理概要》
図２は、本実施形態に係る信号処理装置の処理概要２００を説明する図である。図２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。
【００２９】
送信波形として、図２の左図(a)に示すように、自己曖昧度関数２１０の値が大きい領域がdoppler=0、time=0に集中して島を形成する波形を用いる。たとえば、図６に示す波形が該当する。
【００３０】
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２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。
【００３１】
本実施形態においては、交互にド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２２Ａおよび２２Ｂが、図２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２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。
【００３２】
続いての図２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２の右図(d)に示すように、図２の中央図(b)と(c)とを単純に加算したような曖昧度関数２３０が得られる。この図２の右図(d)の曖昧度関数２３０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。
【００３３】
《信号処理装置の機能構成》
図３Ａは、本実施形態に係る信号処理装置３１０の機能構成を示すブロック図である。図３Ａにおいては、本実施形態に係る信号処理装置３１０を受信機として示している。なお、本実施形態に係る信号処理装置３１０が送信機３２０を含む構成であってもよい。
【００３４】
送信機３２０は、送信波形生成部３２１と、無線送信部３２２と、送信アンテナ３２３と、を備える。送信波形生成部３２１は、送信波形を生成し、無線送信部３２２へと送信波形を送る。無線送信部３５２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３２３から送信信号３３１として、対象物体３３０に向けて送信する。
【００３５】
信号処理装置３１０は、無線受信部３１１と、相関処理部３１２と、相関処理部３１３と、合成部３１４と、受信アンテナ３１５と、を備える。無線受信部３１１は、対象物体３３０からの反射信号３３２を、受信アンテナ３１５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処理部３１２および３１３へと送る。相関処理部３１２と３１３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３１４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３１４は、絶対値生成部３４１および３４２と、加算部３４３とを有し、相関処理部３１２と３１３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３１６から出力する。
【００３６】
なお、図３Ａ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３１６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。
【００３７】
（相関処理部）
図４は、本実施形態に係る相関処理部３１２，３１３の機能構成を示すブロック図である。
【００３８】
相関処理部３１２，３１３は、相関波形生成部４０１と相関計算部４０２とを含む。相関波形生成部４０１は、送信波形または送信波形の情報を受けて、送信波形を一定の伸縮を行った波形を２つ以上加算した波形を相関波形として生成する。相関計算部４０２は、受信波形と相関波形との相互相関を計算する。相関処理部３１２と３１３とは構成として同様であるが、相関波形生成部４０１が生成する相関波形がそれぞれ異なる。
【００３９】
（相関波形生成部）
図５は、本実施形態に係る相関波形生成部４０１の機能構成を示すブロック図である。
【００４０】
相関波形生成部４０１は、補正波形生成部５０１n（n=1,2,…N）と、加算部５０２と、を有する。送信波形または送信波形情報は、補正波形生成部５０１n（n=1,2,…N）へと分配される。補正波形生成部５０１nは、送信波形にドップラー効果を施したことと等価な周波数補正した波形を生成し、加算部５０２へと送る。加算部５０２は、補正波形生成部５０１n（n=1,2,…N）から受けた波形を加算した波形を、相関波形として出力する。補正波形生成部５０１におけるドップラー効果を施したことと等価な周波数補正された波形の生成としては、送信波形を周波数シフトさせた波形の生成、あるいは、送信波形を時間方向に伸縮させた波形の生成、を行えばよい。
【００４１】
《スペクトログラムおよび曖昧度関数》
以下、本実施形態の各部における特徴の観測表示例を、図６乃至図９に示す。なお、曖昧度関数は複素数であるが、図面を見やすくするためにその絶対値を濃度で示している。
【００４２】
（送信波形のスペクトログラム）
図６は、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム６１０および６２０を示す図である。本実施形態における送信波形は、特に優れた波形として、新規に考案したＢＭ−ＳＦＭ(Bandwidth Modulator-Sinusoidal Frequency Modulation)波形である。ＢＭ−ＳＦＭは、周波数帯域幅(Bandwidth)を変調した波形であり、周波数が曲線状に増減し、周波数帯域幅が時間的に曲線状に増減する波形である。
【００４３】
図６には、２種のＢＭ−ＳＦＭ波形例のスペクトログラム６１０および６２０を示す。この波形は、図６からわかるように、周波数が正弦波状に振動するＦＭ変調波（ＳＦＭ）であり、さらにＳＦＭのFM変調の帯域幅が増減するような変調が施されている。波形例の違いは、ＳＦＭの正弦波状の振動回数（周期）の違いである。スペクトログラム６１０の波形では１ミリ秒の間に１０．５回振動しているのに対し、スペクトログラム６２０の波形では１５．５回振動している。
【００４４】
（自己曖昧度関数）
図７は、本実施形態に係る自己曖昧度関数７１０および７２０を示す図である。なお、図７におけるドップラー偏移の最大値は、人工衛星やロケットの速度に相当する。
【００４５】
自己曖昧度関数７１０は、スペクトログラム６１０のＢＭ−ＳＦＭ波形例の自己曖昧度関数であり、自己曖昧度関数７２０は、スペクトログラム６２０のＢＭ−ＳＦＭ波形例の自己曖昧度関数である。図７からわかるように、これらの波形の自己曖昧度関数は、複雑な変調により、中央付近に集中する島が形成される。自己曖昧度関数７１０では、離れたところに島があるが、ここまでの速度の物体は人工衛星やロケットくらいしかないので、実用的には困らない。さらに振動回数を増やすと、自己曖昧度関数７２０のように、離れた島をさらに遠ざけて実質見えなくすることができる。
【００４６】
（相互曖昧度関数）
図８は、本実施形態に係る相互曖昧度関数８１０および８２０を示す図である。
【００４７】
相互曖昧度関数８１０は、スペクトログラム６１０のＢＭ−ＳＦＭ波形例に対して、周波数補正0.00075％、0.00375％、0.00675％、0.00975％、−0.00225％、−0.00525％、−0.00825％、を行った波形を加算して生成した相関波形と、送信波形との相互曖昧度関数である。
【００４８】
相互曖昧度関数８２０は、同じスペクトログラム６１０のＢＭ−ＳＦＭ波形例に対して、周波数補正0.00225％、0.00525％、0.00825％、−0.00075％、−0.00375％、−0.00675％、−0.00975％、を行った波形を加算して生成した相関波形と、送信波形との相互曖昧度関数である。
【００４９】
いずれの相互曖昧度関数８１０と８２０も、time=0の軸に沿って、曖昧度関数の値が大きい島が干渉少なく並んでおり、かつ、相互曖昧度関数８１０と８２０とで、島が相補的であり、加算すると互いに離間部を補って、ドップラー偏移方向に連続となる。
【００５０】
（合成した相互曖昧度関数）
図９Ａは、本実施形態に係る合成した相互曖昧度関数９００と合成状態９１０とを示す図である。
【００５１】
相互曖昧度関数８１０と８２０との絶対値を取った上で加算しているので、干渉は少なく、time=0の軸に沿って、曖昧度関数の値が大きい島が隙間なく並んでいる。これはtimeの検出において、dopplerに影響を受けにくい、すなわち、反射物体の速度に影響されにくい距離の検出が行えることを意味する。
【００５２】
曖昧度関数の値が大きい島が隙間なく並んでいる合成状態９１０としては、たとえば、相互曖昧度関数８１０と８２０との相互相関関数の値が、最大値の半分ほどで重なった状態とする。なお、かかる合成状態は一例に過ぎず、信号処理装置３１０の他の条件により適切に調整されてよい。
【００５３】
（対象物体の検出）
図９Ｂは、本実施形態に係る合成した相互曖昧度関数９００と出力される相互相関関数９２０との関係を示す図である。
【００５４】
図９Ｂには、一例として、２つの異なる移動速度の物体が存在する場合の、相互相関関数９２０を示している。相互曖昧度関数９００が、相互相関関数の値が所定の値以上の結果が、ドップラー偏移方向に接続しているので、移動物体の移動速度の切れ目無く、かつ、静止物体から人工衛星やロケットなどの高速物体までの範囲を、正確に検出することができる。
【００５５】
《信号処理装置のハードウェア構成》
図１０は、本実施形態に係る信号処理装置３１０のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００５６】
図１０で、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１０１０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３Ａ、図４および図５の機能構成部を実現する。なお、ＣＰＵ１０１０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)１０２０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１０３０は、ネットワークを介して、他の装置との通信を制御する。
【００５７】
ＲＡＭ(Random Access Memory)１０４０は、ＣＰＵ１０１０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。ＲＡＭ１０４０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１０４１は、使用する、あるいは使用された送信信号の送信波形を記憶する。反射信号１０４２は、対象物体から反射されて受信された反射信号を記憶する。相関波形Ａ１０４３は、本実施形態において、送信波形１０４１を元に生成された一組の相関波形を記憶する。相関波形Ｂ１０４４は、本実施形態において、送信波形１０４１を元に生成された他組の相関波形を記憶する。相関波形Ａ１０４３と相関波形Ｂ１０４４とは、相互曖昧度関数が１つ置きに離間して合成すると連続する相互曖昧度関数となるように生成される。
【００５８】
離間した相互相関関数Ａ１０４５は、相関波形Ａと反射信号１０４２の受信波形との相互相関計算結果である。離間した相互相関関数Ｂ１０４６は、相関波形Ｂと反射信号１０４２の受信波形との相互相関計算結果である。合成した相互相関関数１０４７は、離間した相互相関関数Ｂ１０４６と離間した相互相関関数Ｂ１０４６とを合成して得た、連続した相互相関計算結果である。対象物体の位置１０４８は、合成した相互相関関数１０４７に基づいて、取得した対象物体までの距離あるいは対象物体の移動速度などを含む情報である。入出力データ１０４９は、入出力インタフェース１０６０を介して、無線受信部３１１を含む入出力機器と入出力するデータである。
【００５９】
ストレージ１０５０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。送信波形データベース１０５１は、使用される送信波形を格納するデータベースである。相関波形生成テーブル１０５２は、使用した送信波形１０４１を補正して加算し、相関波形Ａ１０４３および相関波形Ｂ１０４４を生成するためのテーブルである。対象物体認識アルゴリズム１０５３は、本実施形態において対象物体を検出するアルゴリズムである。
【００６０】
ストレージ１０５０には、以下のプログラムが格納される。対象物検出プログラム１０５４は、本実施形態の信号処理装置３１０の全体の処理を制御するプログラムである。信号送受信モジュール１０５５は、送信信号の送信および反射信号の受信を制御するモジュールである。なお、本信号処理装置３１０が反射信号の受信による対象物体の検出機能のみを有する装置の場合は、信号受信モジュールとしてのみ動作する。相関波形生成モジュール１０５６は、相関波形生成テーブル１０５２を用いて、送信波形１０４１に基づき相関波形Ａ１０４３および相関波形Ｂ１０４４を生成するモジュールである。相互相関計算モジュール１０５７は、反射信号の受信波形とそれぞれの相関波形との相互相関を計算するモジュールである。相互相関合成モジュール１０５８は、相互相関計算モジュール１０５７で計算されたそれぞれの相互相関関数を構成するモジュールである。対象物検出モジュール１０５９は、相互相関合成モジュール１０５８で合成された相互相関関数から対象物体を検出するモジュールである。
【００６１】
入出力インタフェース１０６０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１０６０には、受信アンテナ３１５からの信号を受信する無線受信部３１１と、送信アンテナ３２３に信号を送信する無線送信部３２２と、が接続される。なお、本信号処理装置３１０が反射信号の受信による対象物体の検出機能のみを有する装置の場合は、送信アンテナ３２３および無線送信部３２２は要らない。入出力インタフェース１０６０には、さらに、表示部８６１と、操作部８６２と、音声入出力部８６３と、が接続されてもよい。
【００６２】
なお、図１０のＲＡＭ１０４０やストレージ１０５０には、信号処理装置３１０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。
【００６３】
（相関波形生成テーブル）
図１１は、本実施形態に係る相関波形生成テーブル１０５２の構成を示す図である。相関波形生成テーブル１０５２は、送信波形に基づいて波形を微妙に補正することにより、複数の補正波形を生成し、その複数の補正波形を加算して相関波形を生成するために使用される。
【００６４】
相関波形生成テーブル１０５２は、送信波形１１０１に対応付けて、本実施形態の相関波形Ａを生成するためのデータ１１０２と、相関波形Ｂを生成するためのデータ１１０３と、を記憶する。データ１１０２としては、相関波形Ａを生成する複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ａとが記憶される。データ１１０３としては、相関波形Ｂを生成する複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ｂとが記憶される。なお、相関波形Ａのデータ１１０２を、第１補正波形、第３補正波形、…で示し、相関波形Ｂのデータ１１０３を、第２補正波形、第４補正波形、…で示したが、相互曖昧度関数において互いに間を埋めるように補正されていることを示している。
【００６５】
また、複数の送信波形１１０１が選択して使用される場合は、各送信波形１１０１に対応する適切な補正波形と相関波形とを記憶する。複数の送信波形１１０１としては、たとえば、図６に示した周波数変化の周期が異なるＢＭ−ＳＦＭ波形や、ＡＳＦＭ波形が含まれるが、これらに限定されない。
【００６６】
《信号処理装置の処理手順》
図１２Ａは、本実施形態に係る信号処理装置３１０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１０のＣＰＵ１０１０がＲＡＭ１０４０を使用して実行し、図３Ａ、図４および図５の機能構成部を実現する。
【００６７】
信号処理装置３１０は、ステップＳ１２０１において、送信波形を取得する。なお、送信波形の取得は、本信号処理装置３１０が送信機能を有しない場合、送信機３２０から取得する、あるいは、あらかじめ送信波形が記憶された記憶部（図示せず）から取得する。本信号処理装置３１０が送信機能を有する場合、送信波形生成部３２１から取得する。信号処理装置３１０は、ステップＳ１２０３において、送信波形に基づいて受信波形との相互相関関数を計算するための少なくとも２つの相関波形（本例では２つの相関波形）を生成する相関波形生成処理を実行する。
【００６８】
信号処理装置３１０は、ステップＳ１２０５において、対象物体からの反射信号を受信して、受信波形を生成する。信号処理装置３１０は、ステップＳ１２０７において、受信波形と、ステップＳ１２０３で生成された２つの相関波形とから２つの相互相関関数を計算する。信号処理装置３１０は、ステップＳ１２０９において、２つの相互相関関数の絶対値を合成する。そして、信号処理装置３１０は、ステップＳ１２１１において、合成された相互相関関数から対象物体を検出する。
【００６９】
（相関波形生成処理）
図１２Ｂは、本実施形態に係る相関波形生成処理の手順を示すフローチャートである。
【００７０】
信号処理装置３１０は、ステップＳ１２２１において、送信波形に基づいて、相関波形生成テーブルから、それぞれの相互曖昧度関数がドップラー効果方向（＝移動速度方向）に離間し、合成すると相互相関関数が高い島部分が連続するような周波数補正の組を取得する。かかる周波数補正の組の生成方法については、図９Ａにおいて説明した。
【００７１】
信号処理装置３１０は、ステップＳ１２２３において、送信波形をステップＳ１２２１で取得した周波数補正の組で補正して、複数の補正波形の組を生成する。そして、信号処理装置３１０は、ステップＳ１２２５において、生成された複数の補正波形をそれぞれの組で加算して、相関波形を生成する。
【００７２】
本実施形態によれば、相互曖昧度関数において相互相関関数が高い島部分が連続するように、相互相関関数が計算されるので、移動物体の速度に影響されず正確に移動物体を検出することができる。また、あらかじめ複数の補正波形を加算した２つの相関波形を用いて、相互相関関数を計算するので、演算量を削減して移動物体を検出することができる。
【００７３】
［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、相互相関関数の絶対値を加算するのでなく、その最大値を出力する点で異なる。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。
【００７４】
《信号処理装置の機能構成》
図１３は、本実施形態に係る信号処理装置１３１０の機能構成を示すブロック図である。なお、図１３において、図３Ａと同様の機能構成図には同じ参照番号を付して、重複する説明は省略する。
【００７５】
図１３の合成部１３１４は、図３Ａの加算部３４３に代わりに、最大値出力部１３４３を有する。すなわち、合成部１３１４は、合成を加算演算でなく最大値演算で行っている。最大値演算であっても、相互相関関数の大きい島を干渉なく連ねることができるため、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
第２実施形態では、加算によって相互相関関数をdoppler方向に見たときに凹凸が発生しにくく、島の間隔、すなわち周波数補正量を注意深く設計する必要があるが、本実施形態では、島の間隔を詰めておけば、凹凸は大きくならないという利点もある。
【００７７】
（合成した相互曖昧度関数）
図１４は、本実施形態に係る合成した相互曖昧度関数１４００を示す図である。
【００７８】
相互曖昧度関数１４００は、相関波形として第２実施形態と同じ波形（図６参照）を用い、図１３の合成部１３１４が出力する相関関数の相互曖昧度関数である。合成部１３１４の出力を最大値にしても、図９Ａの第２実施形態の結果と同様に、相互相関関数が大きな領域がtime=0の軸に沿ってdoppler方向に隙間なく並んでいることがわかる。すなわち第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００７９】
［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実施形態と比べると、生成する相関波形が異なる。すなわち、一方の相関波形は送信波形自身を使用する。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。
【００８０】
《信号処理装置の処理概要》
図１５は、本実施形態に係る信号処理装置の処理概要１５００を説明する図である。なお、図１５において、図２と同様の構成要素には同じ参照番号を付して、重複する説明は省略する。
【００８１】
送信波形自身を含む相関波形による相互相関関数においては、図１５の中央図(b)のような相互曖昧度関数１５２Ｃが得られる。この波形では、送信波形そのもの（周波数補正を行わない）も加算された波形に含まれている。その結果、自己曖昧度関数２１０にある島を中心に、島が間隔を開けて並んでいる。一方、図１５の中央図(c)に示すように、相互曖昧度関数１５２Ｄは、自己曖昧度関数２１０の島を外して、相互曖昧度関数１５２Ｃの島の隙間を埋めるように島が並ぶ形になっている。図１５の中央図(b)および(c)ともに、島の間隔を空けることによって干渉が少なくなっている。この隙間を埋める関係、すなわち相補的な関係は、第２実施形態と同様であり、相互相関関数を合成した効果は、第２実施形態と同様である。
【００８２】
《信号処理装置の機能構成》
図１６Ａは、本実施形態に係る信号処理装置１６１０の機能構成を示すブロック図である。なお、図１６Ａにおいて、図３Ａ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。
【００８３】
信号処理装置１６１０は、相関処理部１６１２と相関処理部１６１３とを有する。相関処理部１６１２は、送信波形そのものを含む相関波形を生成して相互相関関数を計算し、合成部３１４に出力する。相関処理部１６１３は、相関処理部１６１２の計算範囲の島の隙間を埋める関係、すなわち相補的な関係の相関波形を生成して、相互相関関数を計算し、合成部３１４に出力する。
【００８４】
（相関波形生成テーブル）
図１６Ｂは、本実施形態に係る相関波形生成テーブル１６５２の構成を示す図である。相関波形生成テーブル１６５２は、送信波形に基づいて波形を微妙に補正することにより、複数の補正波形を生成し、その複数の補正波形を加算して相関波形を生成するために使用される。なお、図１６Ｂにおいて、図１１と同様の構成要素には同じ参照番番号を付して、重複する説明は省略する。
【００８５】
相関波形生成テーブル１６５２は、送信波形１１０１に対応付けて、本実施形態の相関波形Ｃを生成するためのデータ１６０２と、相関波形Ｄを生成するためのデータ１６０３と、を記憶する。データ１６０２としては、相関波形Ｃを生成する非補正の送信波形を含む複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ｃとが記憶される。データ１６０３としては、相関波形Ｄを生成する複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ｄとが記憶される。なお、相関波形Ｃのデータ１６０２を、第０補正波形、第２補正波形、…で示し、相関波形Ｄのデータ１６０３を、第１補正波形、第３補正波形、…で示したが、相関波形Ｃが送信波形を含み相互曖昧度関数において互いに間を埋めるように補正されていることを示している。
【００８６】
また、複数の送信波形１１０１が選択して使用される場合は、各送信波形１１０１に対応する適切な補正波形と相関波形とを記憶する。複数の送信波形１１０１としては、たとえば、図６に示した周波数変化の周期が異なるＢＭ−ＳＦＭ波形や、ＡＳＦＭ波形が含まれるが、これらに限定されない。
【００８７】
（相互曖昧度関数）
図１７は、本実施形態に係る相互曖昧度関数１７１０および１７２０を示す図である。
【００８８】
相互曖昧度関数１７１０は、スペクトログラム６１０のＢＭ−ＳＦＭ波形例に対して、送信波形（周波数補正ゼロに相当）と、周波数補正0.003％、0.006％、0.009％、−0.003％、−0.006％、−0.009％を行った波形とを加算して生成した相関波形と、送信波形との相互曖昧度関数である。
【００８９】
相互曖昧度関数１７２０は、同じスペクトログラム６１０のＢＭ−ＳＦＭ波形例に対して、周波数補正0.0015％、0.0045％、0.0075％、−0.0015％、−0.0045％、−0.0075％を行った波形を加算して生成した相関波形と、送信波形との相互曖昧度関数である。
【００９０】
いずれの相互曖昧度関数１７１０と１７２０も、time=0の軸に沿って、曖昧度関数の値が大きい島が干渉少なく並んでおり、かつ、相互曖昧度関数１７１０と１７２０とで、島が相補的であり、加算すると互いに離間部を補って、ドップラー偏移方向に連続となる。
【００９１】
（合成した相互曖昧度関数）
図１８は、本実施形態に係る合成した相互曖昧度関数１８００を示す図である。
【００９２】
相互曖昧度関数１８００は、相関波形として第２実施形態と同じ波形（図６参照）を用い、図１６Ａの合成部３１４が出力する相関関数の相互曖昧度関数である。第２実施形態および第３実施形態と同様に、time=0の軸上に、曖昧度関数が大きい領域が隙間なく並んでいることが分かる。
【００９３】
本実施形態によれば、上記実施形態による効果に加えて、周波数補正ゼロの送信は系による自己相関関数を使用できるので、静止物体の正確な検出ができる。
【００９４】
［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４実施形態と比べると、相互相関関数の絶対値を加算するのでなく、その最大値を出力する点で異なる。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。
【００９５】
《信号処理装置の機能構成》
図１９は、本実施形態に係る信号処理装置１９１０の機能構成を示すブロック図である。なお、図１９において、図１６Ａ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。
【００９６】
図１９の合成部１３１４は、図１６Ａの加算部３４３に代わりに、最大値出力部１３４３を有する。すなわち、合成部１３１４は、合成を加算演算でなく最大値演算で行っている。最大値演算であっても、相互相関関数の大きい島を干渉なく連ねることができるため、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００９７】
第４実施形態では、加算によって相互相関関数をdoppler方向に見たときに凹凸が発生しにくく、島の間隔、すなわち周波数補正量を注意深く設計する必要があるが、本実施形態では、島の間隔を詰めておけば、凹凸は大きくならないという利点もある。
【００９８】
（合成した相互曖昧度関数）
図２０は、本実施形態に係る合成した相互曖昧度関数２０００を示す図である。
【００９９】
相互曖昧度関数２０００は、相関波形として第４実施形態と同じ波形（図６参照）を用い、図１９の合成部１３１４が出力する相関関数の相互曖昧度関数である。合成部１３１４の出力を最大値にしても、図１８の第４実施形態の結果と同様に、相互相関関数が大きな領域がtime=0の軸に沿ってdoppler方向に隙間なく並んでいることがわかる。すなわち第４実施形態と同様の効果が得られる。
【０１００】
［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、３つの相関波形により相互相関係数を算出する点で異なる。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。
【０１０１】
《信号処理装置の処理概要》
図２１は、本実施形態に係る信号処理装置の処理概要２１００を説明する図である。なお、図２１には、自己曖昧度関数を図示していないが、上記実施形態と同様の送信波形（図６参照）を用い、自己曖昧度関数２１０である。
【０１０２】
相関波形の生成においては、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２１の２１２Ｘ、２１２Ｙおよび２１２Ｚに示すように、離れた島が並んだ形の３つの相互曖昧関数が得られる。
【０１０３】
本実施形態においては、交互にド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３つの相互曖昧関数が得られる、３つの相関波形を生成する。その３つの相関波形と受信波形との相互曖昧度関数が、相互曖昧度関数２１２Ｘ、２１２Ｙおよび２１２Ｚである。周波数補正の量を適切に設計すれば、３つの相互曖昧度関数２１２Ｘ、２１２Ｙおよび２１２Ｚが、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。
【０１０４】
続いての図２１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３つの相関波形とから計算された３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２１の右図(d)に示すように、相互曖昧度関数２１２Ｘ、２１２Ｙおよび２１２Ｚを単純に加算したような曖昧度関数２１３０が得られる。この図２１の右図(d)の曖昧度関数２１３０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。
【０１０５】
《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３Ａ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。
【０１０６】
信号処理装置２２１０は、相関処理部２２１２と、相関処理部２２１３と、相関処理部２２１５と、合成部２２１４と、を備える。相関処理部２２１２は、第１の相関波形Ｘを生成して相互相関係数を計算する。相関処理部２２１３は、第２の相関波形Ｙを生成して相互相関係数を計算する。相関処理部２２１５は、第３の相関波形Ｚを生成して相互相関係数を計算する。合成部２２１４は、第３の絶対値生成部２２４４と、３つの相互相関係数の絶対値を加算する加算部２２４３と、を有する。
【０１０７】
（相関波形生成テーブル）
図２３は、本実施形態に係る相関波形生成テーブル２３５２の構成を示す図である。相関波形生成テーブル２３５２は、送信波形に基づいて波形を微妙に補正することにより、複数の補正波形を生成し、その複数の補正波形を加算して相関波形を生成するために使用される。なお、図２３において、図１１と同様の構成要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省略する。
【０１０８】
相関波形生成テーブル２３５２は、送信波形１１０１に対応付けて、本実施形態の相関波形Ｘを生成するためのデータ２３０２と、相関波形Ｙを生成するためのデータ２３０３と、相関波形Ｚを生成するためのデータ２３０４と、を記憶する。データ２３０２としては、相関波形Ｘを生成する複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ｘとが記憶される。データ２３０３としては、相関波形Ｙを生成する複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ｙとが記憶される。データ２３０４としては、相関波形Ｚを生成する複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ｚとが記憶される。なお、相関波形Ｘのデータ２３０２を、第１補正波形、第４補正波形、…で示し、相関波形Ｙのデータ２３０３を、第２補正波形、第５補正波形、…で示、相関波形Ｚのデータ２３０４を、第３補正波形、第６補正波形、…で示したが、相互曖昧度関数において互いに間を埋めるように補正されていることを示している。
【０１０９】
また、複数の送信波形１１０１が選択して使用される場合は、各送信波形１１０１に対応する適切な補正波形と相関波形とを記憶する。複数の送信波形１１０１としては、たとえば、図６に示した周波数変化の周期が異なるＢＭ−ＳＦＭ波形や、ＡＳＦＭ波形が含まれるが、これらに限定されない。
【０１１０】
本実施形態によれば、それぞれの相互曖昧度関数における島を適切に配置することにより、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、それぞれの相互曖昧度関数における島の間隔は、図８よりも広い。これにより、周波数補正の量を大きくすることで、相関処理部における干渉を少なくし、誤検出の可能性を減らすことができる。なお、相関処理部を３つでなくさらに大きな数にしてもよいのは明らかである。同様に相関波形を設計しなおせば、より干渉を少なくすることができる。
【０１１１】
なお、上記実施形態においては、送信波形として図６のスペクトログラム６１０のＢＭ−ＳＦＭ波形例を用いて説明してきたが、これに限定されるものではない。とにかく、送信波形との相互曖昧度関数において、中央部以外に高いピークが発生しないような波形であればよい。また、無線送信部に負担をかけないためには、電力および波形振幅と、周波数が一定範囲内に収まっていることが望ましい。以下の第７実施形態には、その一例を示す。
【０１１２】
［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。本実施形態に係る噛合処理装置は、上記第２実施形態乃至第６実施形態と比べると、送信波形として、特許文献１で用いたＡＳＦＭを用いる点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態から第６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】
（送信波形のスペクトログラム）
図２４は、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム２４００を示す図である。本実施形態における送信波形は、特許文献１で用いられたＡＳＦＭ波形である。
【０１１４】
図２４からわかるように、周波数が正弦波状に振動するＦＭ変調波（ＳＦＭ）であり、さらにＳＦＭのFM変調の変化速度が増加するような変調が施されている。
【０１１５】
（自己曖昧度関数）
図２５は、本実施形態に係る自己曖昧度関数２５００を示す図である。
【０１１６】
ＡＳＦＭ波形の自己曖昧度関数２５００は、ＢＭ−ＳＦＭの自己曖昧度関数７１０および７２０と比較すると、少し斜めに傾いているが、本実施形態の相互曖昧度関数による加算に十分使用することができる。
【０１１７】
（相互曖昧度関数）
図２６は、本実施形態に係る相互曖昧度関数２６１０および２６２０を示す図である。
【０１１８】
相互曖昧度関数２６１０および２６２０においても、島が、time=0の軸上に補完的な関係で並んでいる。第２実施形態よりも細かい干渉が多く表れているが、time=0の軸上よりは低い。この２つの相互相関関数を合成することで、上記実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。
【０１１９】
［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、０付近を含む周波数領域に亘って相互曖昧度関数を連続させるのではなく、所望の周波数領域において相互曖昧度関数を離間させることによって、離間した周波数領域にある物体は検出対象から排除して、効率的に対象物体を検出する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態から第７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。
【０１２０】
《信号処理装置の処理概要》
図２７は、本実施形態に係る信号処理装置の処理概要２７００を説明する図である。なお、図２７において、図２と同様の構成要素には同じ参照番号を付して、重複する説明は省略する。
【０１２１】
図２７の中央図(b)に示すように、相関処理部における相関波形生成部の所望の補正波形生成部を選択することによって、自己曖昧度関数２１０の島を外した、相互曖昧度関数２７２Ｅを得ることができる。一方、相関処理部における相関波形生成部の異なる補正波形生成部を選択することによって、図２７の中央図(c)に示すように、相互曖昧度関数２７２Ｆは、自己曖昧度関数２１０の島およびマイナス周波数領域を外して、相互曖昧度関数２７２Ｆの島の隙間を埋めるように島が並ぶ形になっている。図２７の中央図(b)および(c)ともに、島の間隔を空けることによって干渉が少なくなっている。しかし、相互相関関数を合成した効果は第２実施形態と異なり、図２７の右図(d)のように周波数０を含むマイナス周波数領域には離間部が生成される。かかる相互曖昧度関数の場合には、静止物体や遠ざかる物体は検出の対象外となり、一定速度以上で近付く物体だけを効率良く検出できる。
【０１２２】
図２８は、本実施形態に係る信号処理装置の処理概要２８００を説明する図である。なお、図２８において、図２と同様の構成要素には同じ参照番号を付して、重複する説明は省略する。
【０１２３】
図２８の中央図(b)に示すように、相関処理部における相関波形生成部の所望の補正波形生成部を選択することによって、自己曖昧度関数２１０の島を外した、相互曖昧度関数２８２Ｅを得ることができる。一方、相関処理部における相関波形生成部の異なる補正波形生成部を選択することによって、図２８の中央図(c)に示すように、相互曖昧度関数２８２Ｆは、自己曖昧度関数２１０の島を外して、相互曖昧度関数２８２Ｆの島の隙間を埋めるように島が並ぶ形になっている。図２８の中央図(b)および(c)ともに、島の間隔を空けることによって干渉が少なくなっている。しかし、相互相関関数を合成した効果は第２実施形態と異なり、図２８の右図(d)のように周波数０を含む周波数領域に離間部が生成される。かかる相互曖昧度関数の場合には、静止物体や所定速度以下の移動物体は検出の対象外となり、一定速度以上の移動物体だけを効率良く検出できる。
【０１２４】
なお、相関処理部における相関波形生成部の補正波形生成部の選択を組み合わせることによって、相関処理部では島の間隔を空けることによって干渉が少なくなると共に、所望の周波数領域に離間部を生成することで、所望の速度（静止を含む）を検出対象から外す、逆に所定速度範囲だけの移動物体を選別して検出することが可能になる。
【０１２５】
《信号処理装置の機能構成》
図２９は、本実施形態に係る信号処理装置２９１０の機能構成を示すブロック図である。なお、図２９において、図３Ａ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。
【０１２６】
信号処理装置２９１０は、相関処理部２９１２と相関処理部２９１３とを有する。相関処理部２９１２は、自己曖昧度関数２１０の島を外して、図２７または図２８の図(b)の相関波形を生成して相互相関関数を計算し、合成部３１４に出力する。相関処理部２９１３は、自己曖昧度関数２１０の島を外して、図２７または図２８の図(c)の相関処理部２９１２の計算範囲の島の隙間を埋める関係、すなわち相補的な関係の相関波形を生成して、相互相関関数を計算し、合成部３１４に出力する。共に、自己曖昧度関数２１０の島を外しているので、周波数０の付近の離間部が生成される。
【０１２７】
（相関波形生成テーブル）
図３０は、本実施形態に係る相関波形生成テーブル３０５２の構成を示す図である。相関波形生成テーブル３０５２は、送信波形に基づいて波形を微妙に補正することにより、複数の補正波形を生成し、その複数の補正波形を加算して相関波形を生成するために使用される。なお、図３０には、図２７に示した処理に使用されるテーブル３０１０と図２８に示した処理に使用されるテーブル３０２０とを示す。
【０１２８】
テーブル３０１０は、送信波形３０１１に対応付けて、図２７の相関波形Ｅを生成するためのデータ３０１２と、相関波形Ｆを生成するためのデータ３０１３と、を記憶する。データ３０１２としては、相関波形Ｅを生成する非補正の送信波形を含む複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ｅとが記憶される。データ３０１３としては、相関波形Ｆを生成する複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ｆとが記憶される。なお、相関波形Ｅのデータ３０１２を、第２α補正波形、第４α補正波形、…で示し、相関波形Ｆのデータ３０１３を、第１α補正波形、第３α補正波形、…で示したが、相互曖昧度関数において周波数０およびマイナス周波数を除いて互いに間を埋めるように補正されていることを示している。
【０１２９】
テーブル３０２０は、送信波形３０２１に対応付けて、図２８の相関波形Ｅを生成するためのデータ３０２２と、相関波形Ｆを生成するためのデータ３０２３と、を記憶する。データ３０２２としては、相関波形Ｅを生成する非補正の送信波形を含む複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ｅとが記憶される。データ３０２３としては、相関波形Ｆを生成する複数の補正波形と、複数の波形を加算した相関波形Ｆとが記憶される。なお、相関波形Ｅのデータ３０２２を、第２α補正波形、第４α補正波形、…で示し、相関波形Ｆのデータ３０２３を、第３α補正波形、第５α補正波形、…で示したが、相互曖昧度関数において周波数０およびその周囲の周波数を除いて互いに間を埋めるように補正されていることを示している。
【０１３０】
また、複数の送信波形３０１１や３０２１が選択して使用される場合は、各送信波形３０１１や３０２１に対応する適切な補正波形と相関波形とを記憶する。複数の送信波形３０２１や３０２２としては、たとえば、図６に示した周波数変化の周期が異なるＢＭ−ＳＦＭ波形や、ＡＳＦＭ波形が含まれるが、これらに限定されない。
【０１３１】
本実施形態によれば、相関処理部における相関波形生成部の補正波形生成部の選択を組み合わせることにより、それぞれの相互曖昧度関数における島を適切に配置する。これにより、所望の周波数領域に離間部を生成することで、所望の速度（静止を含む）を検出対象から外す、逆に所定速度範囲だけの移動物体を選別して検出することができる。  
【０１３２】
［他の実施形態］
なお、上記実施形態においては、送信波形として、ＢＭ−ＳＦＭ波形やＡＳＦＭ波形が使用されたが、これら波形に限定されない。たとえば、白色ノイズが使用されてもよい。送信波形１１０１として白色ノイズを使用した場合、曖昧度関数は点になり広い移動速度に対応できないが、対象物体の検出精度が高くなる。なお、その他に、非特許文献１の位相変調信号が使用されてもよい。
【０１３３】
また、図３１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３１に示したように、以上に説明した電波による距離検出方法は、ロボット同士がぶつからずにすれ違うための技術３１１０や、車両の衝突回避技術３２２０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。電波ではなく、空中や水中の音波による距離検出方式にも利用できる。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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
［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）
周波数が変化する送信信号が対象物体で反射されたことにより得られる反射信号の波形と、前記送信信号の波形から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算する、少なくとも２つの相互相関計算手段と、
前記少なくとも２つの相互相関計算手段からの少なくとも２つの相互相関関数を、周波数偏移方向に離間しないように合成する合成手段と、
合成結果の相互相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する検出手段と、
を備える信号処理装置。
（付記２）
前記少なくとも２つの相互相関計算手段は、前記異なる相関波形として、前記送信信号の波形に対して異なる周波数補正をした波形を加算した波形、または、前記送信信号の波形に対して時間軸で異なる伸縮をさせた波形を加算した波形を用いる、付記１に記載の信号処理装置。
（付記３）
前記少なくとも２つの相互相関計算手段は、前記異なる相関波形として、前記送信信号の波形と周波数補正した波形との相互曖昧度関数が離間し、かつ、前記合成手段で合成した場合の相互曖昧度関数が連続するような波形を用いる、付記１または２に記載の信号処理装置。
（付記４）
前記少なくとも２つの相互相関計算手段は、前記異なる相関波形として、前記送信信号の波形と周波数補正した波形との相互曖昧度関数が離間し、かつ、前記合成手段で合成した場合の相互曖昧度関数が、所定周波数範囲で離間し、その他周波数範囲で連続するような波形を用いる、付記１または２に記載の信号処理装置。
（付記５）
前記相互曖昧度関数は、前記異なる相関波形による前記相互相関関数が最大値の半分で重なることにより連続させる、付記３または４に記載の信号処理装置。
（付記６）
前記合成手段は、前記少なくとも２つの相互相関関数のそれぞれの絶対値を加算する、付記１乃至４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記７）
前記合成手段は、前記少なくとも２つの相互相関関数のそれぞれの絶対値の最大値を計算する、付記１乃至４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記８）
前記送信信号は、自己曖昧度関数の値が遅延時間ゼロおよび周波数偏移ゼロの周辺で大きくなる波形であって、ＳＦＭ(Sinusoidal Frequency Modulation)波形の周波数変調の正弦波を変調した波形を含む、付記１乃至７に記載の信号処理装置。
（付記９）
前記送信信号は、周波数が曲線状に増減し、周波数帯域幅が時間的に曲線状に増減する波形を含む、付記１乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
（付記１０）
前記送信信号は、周波数帯域幅を変調した波形である、付記９に記載の信号処理装置。
（付記１１）
前記送信信号として周波数が変化する変調波を生成する生成手段と、
前記送信信号を前記対象物体に向けて送信する送信手段と、
をさらに備える付記１乃至１０に記載の信号処理装置。
（付記１２）
周波数が変化する送信信号が対象物体で反射されたことにより得られる反射信号の波形と、前記送信信号の波形から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算する、少なくとも２つの相互相関計算ステップと、
前記少なくとも２つの相互相関計算手段からの少なくとも２つの相互相関関数を合成する合成ステップと、
合成結果の相互相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する検出ステップと、
を含む信号処理方法。
（付記１３）
周波数が変化する送信信号が対象物体で反射されたことにより得られる反射信号の波形と、前記送信信号の波形から生成した異なる相関波形との相互相関関数をそれぞれ計算する、少なくとも２つの相互相関計算ステップと、
前記少なくとも２つの相互相関計算手段からの少なくとも２つの相互相関関数を合成する合成ステップと、
合成結果の相互相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する検出ステップと、
をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
【０１３７】
この出願は、２０１６年１２月８日に出願された日本国特許出願  特願２０１６−２３８２４３号と、２０１７年３月３０日に出願された日本国特許出願  特願２０１７−０６８２４４号とを基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018105216.tif 000012
【図８】
2018105216.tif 000013
【図９Ａ】
2018105216.tif 000014
【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2018105216.tif 000022
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2018105216.tif 000033
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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