(57)【要約】【課題】ビート信号の誤差を抑制しながら、対象とする物体移動の速さの幅を広げることが可能な信号処理装置および信号処理方法を提供する。【解決手段】周期信号の周波数を切り替える周波数制御部と、前記周波数毎に第１の演算値を決定する演算制御部と、前記周期信号に基づいて送信波を送信する送信部と、前記周期信号と、前記送信波の反射波の受信により得られる受信信号との混合により生成されるビート信号について、前記第１の演算値のうちの前記混合に係る周期信号の周波数に応じて決定される前記第１の演算値に基づく、直流成分の減算を行う第１の演算部と、を備える信号処理装置。【選択図】図４
2016061582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期信号の周波数を切り替える周波数制御部と、
前記周波数毎に第１の演算値を決定する演算制御部と、
前記周期信号に基づいて送信波を送信する送信部と、
前記周期信号と、前記送信波の反射波の受信により得られる受信信号との混合により生成されるビート信号について、前記第１の演算値のうちの前記混合に係る周期信号の周波数に応じて決定される前記第１の演算値に基づく、直流成分の減算を行う第１の演算部と、
を備える信号処理装置。
【請求項２】
前記演算制御部は、前記減算後のビート信号に基づいて前記減算後のビート信号の直流成分を推定し、
推定される直流成分と前記減算後のビート信号の中心電圧との差分を前記第１の演算値に加算する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記減算後のビート信号の増幅を行う増幅部をさらに備える、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記増幅後のビート信号について、第２の演算値のうちの前記混合に係る周期信号の周波数に応じて決定される第２の演算値に基づく、信号の加算を行う第２の演算部をさらに備え、
前記演算制御部は、前記周波数毎に前記第２の演算値を決定する、請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記演算制御部は、前記差分に基づいて前記第２の演算値を決定する、請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記演算制御部は、前記差分が閾値超過である場合、前記第２の演算値を、前記第２の演算部の加算によって信号が変化されない値に決定する、請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記演算制御部は、前記差分が閾値以下である場合、前記差分に応じて変化する値を前記第２の演算値に加算する、請求項５または６に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記演算制御部は、前記第２の演算値が、前記第２の演算部の加算によって信号が変化されない値でなく、変化しないとみなされる場合、前記第２の演算値を減衰させる、請求項４〜７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記演算制御部は、前記周波数毎に備えられ、
前記周波数の切り替えに応じて、切り替えられる周波数に対応する演算制御部に切り替えられる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
周期信号の周波数を切り替えることと、
前記周波数毎に第１の演算値を決定することと、
前記周期信号に基づいて送信波を送信することと、
前記周期信号と、前記送信波の反射波の受信により得られる受信信号との混合により生成されるビート信号について、前記第１の演算値のうちの前記混合に係る周期信号の周波数に応じて決定される前記第１の演算値に基づく、直流成分の減算を行うことと、
を含む信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物体までの距離または物体の移動を検出する技術の発展に伴い、当該検出技術を用いた様々なセンサが開発されている。そのようなセンサとして、例えば送信波と当該送信波の反射波である受信波との間の周波数変化に基づいて物体の移動等を検出する、いわゆるドップラーセンサ等がある。
【０００３】
一般的に、ドップラーセンサでは、送信波に係る周期信号と当該送信波の反射波である受信波に係る受信信号とが混合されることにより、物体の移動等の検出処理に利用される信号、例えばビート信号が得られる。当該ビート信号には、上述の周期信号と受信信号との混合により生じる直流成分が含まれ得るが、当該直流成分は上述の検出処理には用いられないため、当該直流成分をビート信号から取り去ることが望ましい。
【０００４】
例えば、特許文献１では、周期信号と受信信号との混合により生じる直流成分をバンドパスフィルタで取り去った後、バントパスフィルタを通過する信号に基づいて物体までの距離および相対速度を算出する２周波ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーダセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１６６４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、２周波ＣＷレーダセンサ等の周波数を切り替えるセンサでは、異なる２つの周波数が物体の移動の速さに対して高速で切り替えられることが望ましい。そうでなければ、各周波数において、同じ状況、すなわち物体の位置が変化していない、または物体の位置が上述の検出処理に影響を与えない程度にしか変化していない状況で、ビート信号を取得することが困難となるからである。
【０００７】
しかし、特許文献１で開示される発明では、周波数が高速に切り替えられる場合、ビート信号の直流成分をバンドパスフィルタによって取り去ることが困難であるという問題があった。
【０００８】
例えば、ビート信号の直流成分は周波数毎に異なるため、周波数の切り替えによる直流成分の変化がビート信号の交流成分として観測され得る。ここで、物体が高速で移動する場合、得られるビート信号の周波数も高くなる。そのため、周波数が高速で切り替えられても、直流成分の変化による交流成分の周波数よりもビート信号の周波数が高いので、バンドバスフィルタによって直流成分は取り去ることが可能である。しかし、物体が低速で移動する場合、得られるビート信号の周波数は低くなり、ビート信号の周波数は直流成分の変化による交流成分の周波数に近くなる。そのため、当該直流成分のみをバンドパスフィルタによって取り去ることが難しくなる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ビート信号の誤差を抑制しながら、対象とする物体移動の速さの幅を広げることが可能な、新規かつ改良された信号処理装置および信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、周期信号の周波数を切り替える周波数制御部と、前記周波数毎に第１の演算値を決定する演算制御部と、前記周期信号に基づいて送信波を送信する送信部と、前記周期信号と、前記送信波の反射波の受信により得られる受信信号との混合により生成されるビート信号について、前記第１の演算値のうちの前記混合に係る周期信号の周波数に応じて決定される前記第１の演算値に基づく、直流成分の減算を行う第１の演算部と、を備える信号処理装置が提供される。
【００１１】
また、前記演算制御部は、前記減算後のビート信号に基づいて前記減算後のビート信号の直流成分を推定し、推定される直流成分と前記減算後のビート信号の中心電圧との差分を前記第１の演算値に加算してもよい。
【００１２】
また、前記減算後のビート信号の増幅を行う増幅部をさらに備えてもよい。
【００１３】
また、前記増幅後のビート信号について、第２の演算値のうちの前記混合に係る周期信号の周波数に応じて決定される第２の演算値に基づく、信号の加算を行う第２の演算部をさらに備え、前記演算制御部は、前記周波数毎に前記第２の演算値を決定してもよい。
【００１４】
また、前記演算制御部は、前記差分に基づいて前記第２の演算値を決定してもよい。
【００１５】
また、前記演算制御部は、前記差分が閾値超過である場合、前記第２の演算値を、前記第２の演算部の加算によって信号が変化されない値に決定してもよい。
【００１６】
また、前記演算制御部は、前記差分が閾値以下である場合、前記差分に応じて変化する値を前記第２の演算値に加算してもよい。
【００１７】
また、前記演算制御部は、前記第２の演算値が、前記第２の演算部の加算によって信号が変化されない値でなく、変化しないとみなされる場合、前記第２の演算値を減衰させてもよい。
【００１８】
また、前記演算制御部は、前記周波数毎に備えられ、前記周波数の切り替えに応じて、切り替えられる周波数に対応する演算制御部に切り替えられてもよい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、周期信号の周波数を切り替えることと、前記周波数毎に第１の演算値を決定することと、前記周期信号に基づいて送信波を送信することと、前記周期信号と、前記送信波の反射波の受信により得られる受信信号との混合により生成されるビート信号について、前記第１の演算値のうちの前記混合に係る周期信号の周波数に応じて決定される前記第１の演算値に基づく、直流成分の減算を行うことと、を含む信号処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、ビート信号の誤差を抑制しながら、対象とする物体移動の速さの幅を広げることが可能な信号処理装置および信号処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る信号処理装置の概要を説明するための例を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る信号処理装置の概要を説明するための他の例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る信号処理装置の概略的な機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る信号処理装置の処理による、発振周波数の変化の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る信号処理装置のハードウェア構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
＜１．本発明の一実施形態に係る信号処理装置の概要＞
まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本発明の一実施形態に係る信号処理装置の概要について説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る信号処理装置の概要を説明するための例を示す図である。
【００２４】
信号処理装置は、発振制御機能、電波送受信機能および信号生成機能を有する。発振制御機能は、周期信号の発振および発振される周期信号の周波数（以下、発振周波数とも称する。）の切り替え等を行う。電波送受信機能は、発信される周期信号を送信波として出力し、当該送信波の反射波である受信波を受信する。信号生成機能は、２つの信号の周波数差分に基づいて、物体までの距離または物体の移動等の検出処理に利用される信号を生成する。このため、信号処理装置は、切り替えられる周波数毎に、周期信号と受信波の受信信号との周波数差分、いわゆるドップラーシフト量に基づくビート信号を生成することが可能である。
【００２５】
例えば、信号処理装置１００は、ドップラーセンサであり得る。まず、信号処理装置１００は、発振される周期信号に基づいて、図１に示したような送信波１０を出力する。そして、送信波１０は、図１Ａに示したような信号処理装置１００から離れる方向に走っている人に衝突した際に反射し、反射波１２が生じる。ここで、送信波１０が衝突する人は信号処理装置１００から離れる方向に移動しているため、反射波１２の周波数は、送信波１０よりも低くなる。そして、信号処理装置１００は、反射波１２を受信波として受信し、受信波の受信信号と送信波の周期信号との周波数差分に基づいてビート信号を生成する。なお、切り替えられる周波数毎にビート信号は生成され、生成されるビート信号間の位相差に基づいて物体の距離等が検出される。
【００２６】
一般的に、ドップラーセンサでは、送信波に係る周期信号と当該送信波の反射波である受信波に係る受信信号とが混合されることにより、ビート信号が得られる。当該ビート信号には、上述の周期信号と受信信号との混合により生じる直流成分が含まれ得るが、当該直流成分は上述の検出処理には用いられないため、当該直流成分をビート信号から取り去ることが望ましい。
【００２７】
また、発振周波数を切り替える多周波ＣＷ方式またはＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式のドップラーセンサでは、異なる２つの周波数が物体の移動の速さに対して高速で切り替えられることが望ましい。そうでなければ、各周波数において、同じ状況、すなわち物体の位置が変化していない、または物体の位置が上述の検出処理に影響を与えない程度にしか変化していない状況で、ビート信号を取得することが困難となるからである。
【００２８】
従来は、周期信号と受信信号との混合により生じる直流成分をバンドパスフィルタで取り去ることが一般的であった。しかし、発振周波数が高速に切り替えられる場合、ビート信号の直流成分をバンドパスフィルタによって取り去ることが困難となり得る。以下、その理由について説明する。
【００２９】
ビート信号の直流成分は周波数毎に異なるため、周波数の切り替えによる直流成分の変化がビート信号の交流成分として観測され得る。例えば、２周波ＣＷ方式のセンサにおいて１０ｋＨｚまでのビート信号を取得する場合、１サンプルリング毎に周波数が切り替えられるときは、周波数切り替え頻度は４０ｋＨｚ、各周波数のサンプリング周期は２０ｋＨｚに設定される。その結果、各周波数の信号においては直流として観測される成分が、信号全体においては周波数の切り替えによって４０ｋＨｚの方形波成分、すなわち交流成分として観測され得る。なお、ビート信号の直流成分の周波数間における差は、例えばクラッタ等の影響によって生じ得る。
【００３０】
ここで、物体が高速で移動する場合、得られるビート信号の周波数も高くなる。そのため、周波数が高速で切り替えられても、直流成分の変化による交流成分の周波数よりもビート信号の周波数が高いので、バンドバスフィルタによって直流成分は取り去ることが可能である。例えば、図１Ａに示したような信号処理装置１００から離れる方向に高速で走る人から得られる反射波１２と送信波１０との周波数差分に基づき生成されるビート信号の周波数は、直流成分の変化による交流成分の周波数とバンドパスフィルタによるフィルタリングが可能な程度に異なる。
【００３１】
しかし、物体が低速で移動する場合、得られるビート信号の周波数は低くなり、ビート信号の周波数は直流成分の変化よる交流成分の周波数に近くなる。そのため、当該直流成分のみをバンドパスフィルタによって取り去ることが難しくなる。例えば、図１Ｂに示したような信号処理装置１００から離れる方向に低速で動く動物から得られる反射波１２と送信波１０との周波数差分に基づき生成されるビート信号の周波数は、直流成分の変化による交流成分の周波数とバンドパスフィルタによるフィルタリングが困難となる程度に近い周波数となり得る。
【００３２】
これに対し、ビート信号の直流成分をバンドパスフィルタで取り去ろうとする場合、当該直流成分の変化による交流成分の一部が残留し、残留する成分がビート信号の誤差となり、ビート信号のＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ）が劣化し得る。また、本来取得を目的としていたビート信号の交流成分が取り去られてしまう可能性もある。
【００３３】
そのほか、直流成分の変化の大きさはビート信号の振幅に比べて大きい。そのため、増幅されるビート信号が後続の処理に用いられる場合、ビート信号の増幅率が抑制される場合もある。
【００３４】
そこで、本発明では、ビート信号の誤差を抑制しながら、対象とする物体移動の速さの幅を広げることが可能な信号処理装置１００を提供する。以下、信号処理装置１００の詳細について順次説明する。
【００３５】
＜２．本発明の一実施形態に係る信号処理装置＞
以上、本発明の一実施形態に係る信号処理装置１００の概要について説明した。次に、本発明の一実施形態に係る信号処理装置１００の詳細について説明する。
【００３６】
（２−１．信号処理装置の構成）
まず、図２を参照して、本発明の一実施形態に係る信号処理装置１００の機能構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る信号処理装置１００の概略的な機能構成を示すブロック図である。
【００３７】
図２に示したように、信号処理装置１００は、発振制御部１０２、発振部１０４、送信部１０６、受信部１０８、混合部１１０、減算部１１２、増幅部１１４、加算部１１６、出力部１１８および演算制御部１２０を備える。
【００３８】
発振制御部１０２は、発振部１０４の動作を制御する。具体的には、発振制御部１０２は、所定の時間間隔で発振部１０４の発振によって生成される周期信号の周波数を発振部１０４に変更させる。例えば、発振制御部１０２は、図３に示したように発振周波数を発振部１０４に変更させ得る。図３は、本発明の一実施形態に係る信号処理装置１００の処理による、発振周波数の変化の例を示す図である。以下、図３を参照して発振周波数の変更処理について説明する。
【００３９】
発振制御部１０２は、所定の時間間隔で発振周波数を２以上の異なる周波数に切り替える。例えば、発振制御部１０２は、時間ｐ毎に、発振周波数を周波数Ｆ１〜Ｆ４の順に切り替える。例えば、発振制御部１０２は、発振周波数を、時刻Ｔ１において周波数Ｆ１に切り替え、時間ｐの経過後の時刻Ｔ２において周波数Ｆ２に切り替える。例えば、ｐ＝５０（マイクロ秒）、Ｆｎ＝２４．５＋０．００５・ｎ（ＧＨｚ）であり得る。なお、発振制御部１０２は、所定の時間間隔で発振部１０４についての入力電圧を切り替えることによって、発振部１０４により生成される周期信号の周波数を制御し得る。また、図３では、発振周波数が周波数Ｆ１〜Ｆ４の４つの周波数に切り替えられる例を示したが、切り替えられる周波数は２以上の異なる周波数であればよく、切り替えられる周波数の数または値は任意である。
【００４０】
発振部１０４は、周期信号を生成する。具体的には、発振部１０４は、発振制御部１０２にからの入力電圧に基づいて定まる周波数の周期信号を発振により生成する。
【００４１】
なお、発振部１０４の生成する周期信号は、混合部１１０の入力となるが、位相変換器等によって位相が変化された周期信号が別に設けられる混合部の入力となり得る。例えば、信号処理装置１００は、位相が変換されない周期信号を入力とした処理によって得られるビート信号であるＩ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ）信号、および例えば９０度位相変換される周期信号を入力とした処理によって得られるビート信号であるＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ）信号からなる複素信号を出力し得る。なお、混合部における処理以降の信号処理はＩ信号およびＱ信号のいずれの場合であっても実質的に同一であるため、以下では、Ｉ信号についての処理についてのみ説明する。
【００４２】
送信部１０６は、周期信号に基づいて送信波を送信する。具体的には、送信部１０６は、発振部１０４によって生成される周期信号に基づいて、送信波となる信号を送信する。なお、送信波となる信号は、周期信号がパワーアンプ等によって送信に耐え得る強度まで増幅された信号であってもよい。
【００４３】
受信部１０８は、信号を受信する。具体的には、受信部１０８は、送信部１０６によって送信される信号に係る送信波の反射波に係る信号（以下、受信信号とも称する。）を受信する。例えば、送信波が静止物体で反射される場合、周期信号と受信信号との間で、周波数は同一であり、信号の送信から受信までの往復伝搬遅延時間分の遅延によって位相は異なる。また、送信波が移動物体で反射される場合、周期信号と受信信号との間で、周波数および位相の両方が異なる。
【００４４】
混合部１１０は、信号を混合する。具体的には、混合部１１０は、周期信号と受信信号とを混合（ミキシング）し、混合により得られるビート信号を出力する。より具体的には、混合部１１０は、混合により得られる信号のうち、低周波の信号、すなわちビート信号を出力する。例えば、ビート信号は、混合により得られる信号がＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｔｈ  Ｆｉｌｔｅｒ）等によってフィルタリングされることにより得られる。なお、受信信号は、ノイズが発生しにくいＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等の増幅器等を経由して混合部１１０に入力されてもよい。
【００４５】
減算部１１２は、信号の減算を行う。具体的には、減算部１１２は、混合部１１０の混合により得られるビート信号から、第１の演算値としての、オフセット値を減算する。オフセット値は、後述する演算制御部１２０によって決定される。なお、減算部１１２は、負のオフセット値を加算する加算部であってもよい。
【００４６】
増幅部１１４は、信号を増幅する。具体的には、増幅部１１４は、減算部１１２により減算されるビート信号を所定の増幅率で増幅する。例えば、増幅率は、１００倍〜１０００倍であり得るが、これに限定されず、検出対象とする物体との距離等に応じて選択され得る。
【００４７】
加算部１１６は、信号の加算を行う。具体的には、加算部１１６は、増幅部１１４により増幅されるビート信号に、第２の演算値としての補償値を加算する。補償値は、後述する演算制御部１２０によって決定される。
【００４８】
ここで、増幅後のビート信号は、減算に用いられるオフセット値の変化に応じて階段状に変化する。例えば、減算に用いられるオフセット値は、デジタル値として扱われる場合があり、分解能による影響を受けやすい。例えば、１２ビットのＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｎａｌｏｇ）変換器を用いてオフセット値が決定される場合、オフセット値は４０９６段階の電圧信号として表現される。そのため、５Ｖのレール・ツー・レールであるＤＡ変換器の分解能は１．２ｍＶ程度であるが、信号が１０００倍に増幅される場合、オフセット値の１段階分、すなわち１．２ｍＶの変化は、信号にとっての１．２Ｖの変化となる。同様に、５Ｖのレール・ツー・レールである１２ビットのＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器を用いて増幅後のビート信号がデジタル信号に変換される場合、オフセット値の１段階分の変化は、増幅後のビート信号での、オフセット値の１０００段階分の変化となる。このように、オフセット値が変化すると増幅後のビート信号も変化する。そのため、このまま増幅後のビート信号を後続の処理で用いることは望ましくない。
【００４９】
そこで、加算部１１６は、補償値を増幅後のビート信号に加算することによって、増幅後のビート信号における階段状の変化を抑制する。なお、加算部１１６は、負の補償値を減算する減算部であってもよい。
【００５０】
出力部１１８は、信号を出力する。具体的には、出力部１１８は、加算部１１６を経たビート信号を信号処理装置１００の外部に出力する。なお、出力部１１８は、信号処理装置１００の内部の構成にビート信号を出力してもよい。
【００５１】
演算制御部１２０は、減算部１１２および加算部１１６の動作を制御する。具体的には、演算制御部１２０は、減算部１１２の減算に用いられるオフセット値および加算部１１６の加算に用いられる補償値を発振周波数毎に決定する。以下、オフセット値および補償値の決定処理について説明する。
【００５２】
（オフセット値の決定処理）
まず、オフセット値の決定処理について説明する。演算制御部１２０は、発振制御部１０２によって切り替えられる周波数毎に、各周波数に対応するオフセット値の各々を決定する。具体的には、演算制御部１２０は、減算後のビート信号に基づいて当該ビート信号の直流成分を推定し、推定される直流成分と減算後のビート信号の中心電圧との差分をオフセット値に加算する。さらに、オフセット値の決定処理の詳細について説明する。
【００５３】
演算制御部１２０は、減算後のビート信号から直流成分を推定する。例えば、演算制御部１２０は、減算部１１２による減算、増幅部１１４による増幅、および加算部１１６による加算が順に行われることにより得られるビート信号（以下、出力信号とも称する。）から直流成分を推定する。出力信号から直流成分を推定する方法として、例えば、１次ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｃｅ）ローパスフィルタを用いる方法がある。当該方法において推定される出力信号の直流成分ｃｆ（ｔ）は次式のように定義され得る。
【００５４】
【数１】
2016061582.tif 000003
【００５５】
上記の数式１において、ｗは係数を示し、ｓｆ（ｔ）は出力信号を示す。なお、ｆは切り替えられる周波数に対応する番号を示し、例えば切り替えられる周波数が４種である場合、ｆ＝１〜４となる。また、ｔは時刻を示す。
【００５６】
なお、上記では、出力信号の直流成分は１次ＩＩＲローパスフィルタを用いて推定される例について説明したが、出力信号の直流成分は移動平均または区間平均等を用いて推定されてもよい。
【００５７】
次に、演算制御部１２０は、推定される減算後のビート信号の直流成分と中心電圧との差分を取得する。例えば、演算制御部１２０は、次式を用いて、出力信号の直流成分ｃｆ（ｔ）と増幅後のビート信号の中心電圧Ｃａｍｐとの差分ｄｆを取得する。
【００５８】
【数２】
2016061582.tif 000004
【００５９】
上記の数式２において、ａｆ（ｔ）は後述する補償値を示す。また、Ｒｏｕｎｄは、四捨五入または切り捨て等のような、オフセット値の分解能に基づく丸め処理を示す。なお、上記の数式２は、増幅部１１４の増幅率が１０００倍である場合の数式である。
【００６０】
次に、演算制御部１２０は、減算後のビート信号の直流成分と中心電圧との差分をオフセット値に加算し、オフセット値を決定する。例えば、演算制御部１２０は、同一発振周波数についての次回のサンプリングの際のオフセット値ｏｆ（ｔ＋１）を次式のように決定する。
【００６１】
【数３】
2016061582.tif 000005
【００６２】
なお、ｄｆが閾値よりも大きい場合、オフセット値は間をおかずに変更されてもよい。例えば、後述するようにｄｆの絶対値が閾値ｘよりも大きい場合、通常のオフセット値の変更イベント、例えば同一周波数についての次回のサンプリング時間が到来していなくともオフセット値が変更される。
【００６３】
また、出力信号の直流成分ｃｆ（ｔ）は、次式のように変更される。
【００６４】
【数４】
2016061582.tif 000006
【００６５】
ここで、上記の数式４においてはｃｆ（ｔ＋１）ではなく、ｃｆ（ｔ）の値を変更する。これは、数式３によるオフセット値の補正に対して、数式１における過去の出力信号の直流成分ｃｆ（ｔ−１）の値についての整合を取るためである。
【００６６】
（補償値の決定処理）
続いて、補償値の決定処理について説明する。演算制御部１２０は、発振制御部１０２によって切り替えられる周波数毎に、各周波数に対応する補償値の各々を決定する。具体的には、演算制御部１２０は、減算後のビート信号に基づいて推定される直流成分と減算後のビート信号の中心電圧との差分に基づいて補償値を決定する。以下、補償値の決定処理について詳細に説明する。
【００６７】
まず、演算制御部１２０は、減算後のビート信号に基づいて推定される直流成分と減算後のビート信号の中心電圧との差分が閾値超過であるかを判定する。例えば、演算制御部１２０は、次式を用いて当該閾値ｘによる判定を行う。
【００６８】
【数５】
2016061582.tif 000007
【００６９】
当該差分が閾値超過である場合、演算制御部１２０は、補償値を、加算部１１６の加算によって信号が変化されない値に決定する。例えば、数式５を満たす場合、すなわち差分ｄｆの絶対値が閾値ｘよりも大きい場合、演算制御部１２０は、次式のように、同一発振周波数についての次回のサンプリングの際の補償値ａｆ（ｔ＋１）をゼロまたはゼロに近い値に決定する。
【００７０】
【数６】
2016061582.tif 000008
【００７１】
また、当該差分が閾値以下である場合、演算制御部１２０は、当該差分に応じて変化する値を補償値に加算する。例えば、差分ｄｆの絶対値が閾値ｘ以下である場合、演算制御部１２０は、次式のように、同一発振周波数についての次回のサンプリングの際の補償値ａｆ（ｔ＋１）を決定する。
【００７２】
【数７】
2016061582.tif 000009
【００７３】
なお、数式２〜７までの処理は、サンプリング周期と比べて遅い周期で行われてもよい。例えば、当該処理は、１〜１０秒に１回程度の頻度で行われ得る。また、当該処理の頻度は、数式１のＬＰＦによるフィルタリングの対象となる周波数に基づいて決定されてもよい。
【００７４】
このように、本発明の一実施形態によれば、信号処理装置１００は、周期信号の周波数を切り替え、周波数毎にオフセット値を決定する。そして、信号処理装置１００は、周期信号に基づいて送信波を送信し、周期信号と、送信波の反射波の受信により得られる受信信号との混合により生成されるビート信号について、オフセット値のうちの混合に係る周期信号の周波数に応じて決定されるオフセット値に基づく、直流成分の減算を行う。このため、バンドパスフィルタによらずに直流成分が減算されることにより、ビート信号の誤差を抑制しながら、対象とする物体移動の速さの幅を広げることが可能となる。また、一般的は、ビート信号が増幅される場合には、直流成分の影響によって、増幅部１１４のダイナミックレンジを超えて信号が飽和し、信号の一部または全部が失われる可能性がある。しかし、本発明の一実施形態に係る信号処理装置１００においては、当該直流成分が減算されることにより、信号が増幅されても所望の信号を取得可能となる。さらに、オフセット値を決定するために直流成分が推定されることにより、元の直流成分を含む信号を復元することも可能である。
【００７５】
また、演算制御部１２０は、減算後のビート信号に基づいて減算後のビート信号の直流成分を推定し、推定される直流成分と減算後のビート信号の中心電圧との差分をオフセット値に加算する。このため、オフセット値がビート信号の直流成分に近づけられることにより、処理開始当初は推定されるオフセット値とビート信号の直流成分との間に乖離がある場合でも、直流成分を取り去ることが可能となる。
【００７６】
また、信号処理装置１００は、減算後のビート信号の増幅を行う。このため、ビート信号が微弱である場合であっても、当該ビート信号が増幅されることにより、後続の処理にビート信号を用いることが可能となる。
【００７７】
また、信号処理装置１００は、周波数毎に補償値を決定し、増幅後のビート信号について、補償値のうちの混合に係る周期信号の周波数に応じて決定される補償値に基づく、信号の加算を行う。このため、補償値の加算によって増幅後のビート信号についての階段状の変化が抑制されることにより、連続性のある信号を取得することが可能となる。
【００７８】
また、信号処理装置１００は、推定される直流成分と増幅後のビート信号の中心電圧との差分に基づいて補償値を決定する。このため、直流成分の残留量に応じた補償値の加算を行うことが可能となる。
【００７９】
また、信号処理装置１００は、上記の差分が閾値超過である場合、補償値を、加算部１１６の加算によって信号が変化されない値に決定する。ここで、当該差分が大きくなる、すなわち増幅後のビート信号の直流成分が中心電圧から大きく外れる場合、交流信号として取得可能な信号のダイナミックレンジが狭められる可能性がある。しかし、信号処理装置１００では、この場合において補償値が加算されないことにより、ダイナミックレンジが狭められず、所望の交流信号の取得が可能となる。
【００８０】
また、信号処理装置１００は、上記の差分が閾値以下である場合、補償値を、上記の差分に応じて変化する値を補償値に加算する。このため、補償値がオフセット値と同様に当該差分に基づいて決定されることにより、オフセット値の変化による増幅後のビート信号の変化を精度よく抑制することが可能となる。
【００８１】
（２−２．変形例）
以上、本発明の一実施形態について説明した。なお、本実施形態は、上述の例に限定されない。以下に、本実施形態の変形例について説明する。
【００８２】
本実施形態の変形例として、信号処理装置１００は、補償値が変化しなくなった場合、補償値を減衰させてもよい。具体的には、演算制御部１２０は、補償値が、加算部１１６の加算により信号が変化されない値でなく、かつ変化しないとみなされる場合、補償値を減衰させる。例えば、演算制御部１２０は、補償値ａｆ（ｔ）が、ゼロおよびゼロに近い値でなく、かつ変化しなくなった場合、次式を用いて、同一発振周波数についての次回のサンプリングの際の補償値ａｆ（ｔ＋１）を決定する。なお、数式８においてｂは係数を示す。
【００８３】
【数８】
2016061582.tif 000010
【００８４】
このように、本実施形態の変形例によれば、信号処理装置１００は、補償値が、加算により信号が変化されない値でなく、かつ変化しないとみなされる場合、補償値を減衰させる。このため、上記の一実施形態の処理において補償値が変化されなくなった場合でも、数式８に基づいて補償値が減衰されることにより、１次ＩＩＲフィルタ相当の減衰カーブを描くように滑らかに補償値を減衰させることが可能となる。
【００８５】
なお、上記の補償値の減衰処理は、所定の頻度で行われる。例えば、補償値の減衰処理は、サンプリング毎または数サンプリング毎に行われ得る。また、補償値の減衰処理の頻度は、係数ｂの値およびフィルタリング対象とする周波数に基づいて決定されてもよい。
【００８６】
また、本変形例の処理を行わない場合、直流成分を含む信号全体の増幅処理が行われたことになり、出力部１１８によって出力される信号は、直流成分および交流成分の両方が増幅された信号となる。この場合、加算部１１６のダイナミックレンジは増幅部１１４のダイナミックレンジよりも広くすることになる。例えば、増幅部１１４により増幅される信号をＡＤ変換器によってデジタル信号に変換し、変換される信号を加算部１１６の入力とする。これにより、加算部１１６のダイナミックレンジを増幅部１１４のダイナミックレンジよりも広げることが可能となる。
【００８７】
＜３．本発明の一実施形態に係る信号処理装置のハードウェア構成＞
本発明の一実施形態に係る信号処理装置１００のハードウェア構成について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る信号処理装置１００のハードウェア構成の例を示す図である。
【００８８】
信号処理装置１００は、図４に示したように、発振制御部１３０、発振器１３２、位相変換器１３４、送信アンテナ１３６、受信アンテナ１３８、ミキサ１４０および１６０、減算器１４２および１６２、アンプ１４４および１６４、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１４６および１６６、分配器１４８および１６８、加算器１５０および１７０、演算制御部１５２および１７２、切替器１５４および１７４、ならびにＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１５６および１７６を備える。
【００８９】
発振制御部１３０は発振制御部１０２に相当し、発振器１３２は発振部１０４に相当する。例えば、発振器１３２は、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）等で構成され得る。
【００９０】
送信アンテナ１３６は送信部１０６に相当し、受信アンテナ１３８は受信部１０８に相当する。なお、送信アンテナ１３６と発振器１３２の間に上述のパワーアンプが設置され得る。
【００９１】
ミキサ１４０および１６０は混合部１１０に相当する。なお、ミキサ１６０に入力される周期信号は、発振器１３２とミキサ１６０との間に設置される位相変換器１３４を経て位相が変化された周期信号である。そのため、ミキサ１４０を経て出力されるビート信号はＩ信号となり、ミキサ１６０を経て出力されるビート信号はＱ信号となる。この場合、信号処理に用いられるオフセット値および補償値はＩ信号およびＱ信号とで異なる。また、受信アンテナ１３８とミキサ１４０および１６０の間に上述したＬＮＡ等の低ノイズ増幅器がそれぞれ設置されてもよい。
【００９２】
減算器１４２および１６２は減算部１１２に相当し、アンプ１４４および１６４は増幅部１１４に相当する。
【００９３】
ＡＤＣ１４６および１６６はアナログ信号をデジタル信号に変換する。例えば、ＡＤＣ１４６または１６６は、ＡＭＰ１４４または１６４による増幅後のビート信号をデジタル信号に変換する。
【００９４】
分配器１４８および１６８は入力される信号を分配する。例えば、図４に示したように、加算器１５０および演算制御部１５２が発振周波数に応じた１つの組で用意され、分配器１４８は、発振制御部１３０によって切り替えられる発振周波数に対応する組に入力信号を分配する。
【００９５】
このように、演算制御部は、周波数毎に備えられ、周波数の切り替えに応じて、切り替えられる周波数に対応する演算制御部に切り替えられる。このため、周波数毎に演算制御部が設けられることにより、周波数毎にオフセット値または補償値を管理することが容易となる。
【００９６】
また、加算器１５０および１７０は加算部１１６に相当し、演算制御部１５２および１７２は演算制御部１２０に相当する。なお、加算器１５０または１７０は、ＡＭＰ１４４または１６４とＡＤＣ１４６または１６６との間に設置されてもよい。
【００９７】
切替器１５４および１７４は、発振周波数の変更に同期して、出力する信号を入力される信号のうちのいずれかに切り替える。例えば、図４に示したように、切替器１５４は、加算器１５０および演算制御部１５２の組の各々から信号が入力され、発振制御部１３０によって切り替えられる発振周波数に対応する組からの入力信号を出力するように出力を切り替える。
【００９８】
ＤＡＣ１５６および１７６はデジタル信号をアナログ信号に変換する。例えば、ＤＡＣ１５６は、切替器１５４から出力される信号をアナログ信号に変換する。例えば、ＤＡＣ１５６および１７６は、５Ｖのレール・ツー・レールである１２ビットのＤＡＣであり得る。
【００９９】
出力部１１８は、信号処理装置１００の出力端子に相当する。
【０１００】
なお、上記では、Ｉ信号およびＱ信号の２つビート信号を出力する構成例を説明したが、信号処理装置１００は、片方の信号のみを出力する構成であってもよい。
【０１０１】
また、上記では、受信アンテナ１３８が１つである例を説明したが、アレイ信号処理等のために受信アンテナ１３８が複数設けられてもよい。この場合、ミキサ１４０以降の処理および構成が受信アンテナの数に応じて追加される。
【０１０２】
＜４．むすび＞
以上、本発明の一実施形態によれば、バンドパスフィルタによらずに直流成分が減算されることにより、ビート信号の誤差を抑制しながら、対象とする物体移動の速さの幅を広げることが可能となる。さらに、信号処理装置１００の処理により得られる２つ以上の発振周波数によるビート信号の位相比較により距離推定を行うことが可能である。また当該ビート信号は、物体の移動によるドップラー効果の影響を受けるため、物体の移動速度の計測または物体の微小な変位の計測に用いられ得る。
【０１０３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０４】
例えば、上記実施形態では、電磁波を処理対象としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、超音波、可聴域の音または振動を処理対象としてもよい。なお、その場合、送信部１０６は、送信アンテナの代わりにスピーカまたは振動子となり、受信部１０８は、受信アンテナの代わりにマイクまたは振動センサとなる。
【０１０５】
また、上記実施形態では、加算部１１６は、演算制御部１２０によって決定される補償値を信号に加算する例を説明したが、加算部１１６は、補償値の丸め処理を行ってもよい。例えば、加算部１１６は、補償値の整数への丸め処理、または補償値の絶対値が所定の値以下になった場合における補償値のゼロへの丸め処理等を行う。この場合、加算部１１６の加算処理が簡素化されることにより、加算処理の処理負荷を低減することが可能となる。
【０１０６】
また、演算制御部１２０の処理においては、サブサンプリング等のサンプリング周波数変換が部分的に行われてもよい。これは、上記実施形態において説明した演算制御部１２０の処理は、信号の直流成分を推定する処理であるため、サンプリング周波数変換が行われても処理に影響を及ぼさないからである。
【０１０７】
また、信号処理装置１００は、アナログ回路で構成されてもよい。なお、その場合、加算器による補償値の加算処理は省略されてもよい。
【０１０８】
なお、本明細書において説明した各装置による一連の処理は、ソフトウェア、ハードウェア、及びソフトウェアとハードウェアとの組合せのいずれを用いて実現されてもよい。例えば、上記の分配器、切替器および演算制御部の処理はソフトウェアで実現され得る。ソフトウェアを構成するプログラムは、例えば、各装置の内部又は外部に設けられる記憶媒体（非一時的な媒体：ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｍｅｄｉａ）に予め格納される。そして、各プログラムは、例えば、コンピュータによる実行時にＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）に読み込まれ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサにより実行される。
【０１０９】
また、信号処理装置１００に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ等のハードウェアに、上記信号処理装置１００の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、当該コンピュータプログラムを記録した記録媒体も提供される。
【符号の説明】
【０１１０】
１００    信号処理装置
１０２、１３０    発振制御部
１０４    発振部
１０６    送信部
１０８    受信部
１１０    混合部
１１２    減算部
１１４    増幅部
１１６    加算部
１１８    出力部
１２０、１５２    演算制御部
１３２    発振器
１３４    位相変換器
１３６    送信アンテナ
１３８    受信アンテナ
１４０    ミキサ
１４２    減算器
１４４    アンプ
１４６    ＡＣＤＣコンバータ
１４８    分配器
１５０    加算器
１５４    切替器
１５６    ＤＣＡＣコンバータ
【図１Ａ】
2016061582.tif 000011
【図１Ｂ】
2016061582.tif 000012
【図２】
2016061582.tif 000013
【図３】
2016061582.tif 000014
【図４】
2016061582.tif 000015