JP2001296360A - アクティブ信号検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドップラーによるエコー周波数の変化に対応
でき、エコーレベルが低くても検出可能なＬＦＭアクテ
ィブエコー検出システムを提供する。 【解決手段】 フィルター処理部１により受信信号から
エコー信号帯域成分を取り出す。Ａ／Ｄ変換部２はフィ
ルター処理部１で取り出した信号に対してディジタル変
換を行う。直交変調部３は、Ａ／Ｄ変換部２の出力に対
して送信信号による直交変調を行い、受信信号をエコー
成分を含む低い周波数帯域に変換する。周波数分析処理
部４は、周波数分析に必要な一定時間分の時間領域デー
タを溜め込み、ＦＦＴによる周波数分析を行う。リング
バッファ５は、ＦＦＴ処理結果を時系列的に一定時間分
溜め込む。トレース積分処理部６は、リングバッファ５
から信号を取り出してエコー信号とドップラーシフト量
を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブエコー
信号の処理技術に関し、特に、ＬＦＭ（Linear Frequen
cy Modulation：直線周波数変調波）信号のアクティブ
エコー検出処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＬＦＭ信号によるアクティブエコ
ー検出処理においては、時刻毎にエコーレベルが雑音平
均レベルの一定倍以上であれば信号として検出し、その
信号の時間による連続性をみてエコーと判断している。
また、発信するＬＦＭ信号が既知であれば、受信信号に
発信信号と同じ信号（レプリカ）を掛け合わせるレプリ
カ相関処理により処理利得を大きくすることができ、エ
コーの検出が容易になる。

【０００３】この従来のＬＦＭ信号によるアクティブエ
コー検出処理システムの一例が特開平３−１１５８７９
号公報に記載されている。該公報記載のＬＦＭ信号によ
るアクティブエコー検出処理システムでは、ＬＦＭ信号
の検出は周波数軸上でエコー信号を狭帯域に分割し、各
帯域毎に雑音平均レベルと比較して雑音平均レベルの一
定倍以上のレベルであれば信号として検出し、該検出信
号の時間による連続性及びどの帯域で検出されたかに応
じて、エコー及びドップラーの判別を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のシステ
ムでは、エコーを検出するための閾値の設定において、
ノイズをエコーと間違えて検出しないように、一定区間
のノイズレベルの平均値に対して、その一定倍以上のレ
ベルを閾値として設定する必要があり、そのため、閾値
以下のエコーは検出出来ないことになる。

【０００５】その結果、個々の時刻のエコーレベルがノ
イズまたは残響レベルと比較してそれほど大きくない場
合、ノイズレベルとの比較による検出ができない時刻が
発生し、このエコー到達時刻のうち検出できない時刻が
多くなって時間的に連続した信号と判断できなくなる
と、結果的にエコーと判定されないことになる。

【０００６】また、対象物が移動している場合、移動し
ている物体に音波があたるとドップラー効果が発生し、
エコーに物体の移動速度に応じた周波数偏倚が生じるの
で、送信周波数とエコーの周波数にズレが発生する。そ
の結果、発信信号と受信信号とに相関関係がなくなり、
レプリカ相関処理を行っても十分な処理利得が得られな
くなるという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、ドッ
プラーによるエコー周波数の変化に対応でき、エコーレ
ベルが低くても検出可能なＬＦＭアクティブエコー検出
システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＬＦＭ受信信
号を周波数分析し、周波数分析処理したデータを処理時
間毎にリングバッファにため込み、このため込まれたデ
ータに対してトレース積分処理を施すことにより、エコ
ー及びドップラーシフトを検出することを特徴とする。

【０００９】リングバッファは横軸を時刻、縦軸を周波
数として、ＬＦＭ送信信号時間分のデータをため込む。
ＬＦＭ信号を周波数分析処理すると、その結果はこのリ
ングバッファ上で右肩上がりまたは右肩下がりの斜線上
にスペクトルのピークトレースが並ぶことになり、か
つ、その斜線はエコーのドップラーシフトによって上下
することになる。

【００１０】これに着目して、送信周波数に対する目標
の最大速度を考慮し、ドップラーなし信号に対して最大
ドップラーシフト周波数まで想定し、ピークが並ぶはず
の斜線上のスペクトルレベルを累積する。このように求
めた各ドップラーシフトに対応した累積値の最大値を雑
音平均レベルと比較して一定倍以上の場合、エコー信号
と判断し、またそのドプラーシフトの値から相対速度を
求める。

【００１１】本発明によれば、エコー信号時間分のレベ
ルをドップラーシフト毎に累積した結果によりエコーの
判別を行っているため、個々の時刻では検出できない低
いレベルのエコーであっても検出が可能となり、また、
ドップラーによりエコーの周波数がシフトしても常にエ
コーの検出が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施の形態に
おけるアクティブ信号検出処理の構成を示すブロック図
である。図１において、フィルター処理部１は受信信号
からエコー信号帯域成分を取り出す例えば低域フィルタ
（ＬＰＦ）あるいは帯域フィルタ（ＢＰＦ）等によって
構成されている。

【００１３】Ａ／Ｄ変換部２はフィルター処理部１で取
り出した信号に対してディジタル変換を行う。直交変調
部３は、Ａ／Ｄ変換部２の出力に対して送信信号による
直交変調を行い、受信信号をエコー成分を含む低い周波
数帯域に変換する。

【００１４】周波数分析処理部４は、周波数分析に必要
な一定時間分の時間領域データを溜め込み、ＦＦＴによ
る周波数分析を行う。リングバッファ５は、ＦＦＴ処理
結果を時系列的に一定時間分溜め込む。トレース積分処
理部６は、リングバッファ５から信号を取り出してエコ
ー信号の自動検出を行い、エコー検出結果を表示装置等
へ出力する。

【００１５】図２は、周波数分析処理部４の詳細ブロッ
ク図であり、データ溜込部２１は、直交変調部３の出力
から送信信号時間分のデータを溜込む。レプリカ乗算部
２２は、データ溜込部２１の出力をレプリカ相関する。
データ分割部２３は、後述のＦＦＴ処理を効率的に行う
ためにレプリカ乗算部２２の出力を時系列的に等分割す
る。

【００１６】ＦＦＴ処理部２４は、データ分割部２３で
短区間に分割されたそれぞれのデータに対してＦＦＴ処
理をする。データ結合部２５は各ＦＦＴ処理部２４から
の出力を同一周波数要素毎に合算し、１データ分として
リングバッファ５に出力する。

【００１７】図３は、リングバッファ５の構成図であ
り、横軸を時刻、縦軸を周波数として、横軸はＬＦＭ送
信信号時間分のデータを、縦軸は送信信号に対して最大
ドップラーシフトを考慮した周波数帯域幅までのデータ
を溜め込むことができる。

【００１８】周波数分析処理部４から出力されたデータ
をリングバッファ５に順次溜め込むと、ＬＦＭ信号によ
るエコーが存在すれば、その結果はこのリングバッファ
上で右肩上がりまたは右肩下がりの斜線上にスペクトル
のピークトレースが並ぶことになり、かつ、その斜線の
位置はエコーのドップラーシフト量によって上下するこ
とになる。

【００１９】図４は、トレース積分処理部６のブロック
図であり、トレース累積部４１は送信信号の周波数変調
に対応したデータをドップラーシフトなしのデータから
ドップラーシフト最大のデータまでリングバッファ５か
ら読み出し、それぞれ累積する。

【００２０】最大値検出部４２は、トレース累積部４１
で算出したそれぞれのドップラーシフトに対応した累積
値から最大値を検出するとともに、最大値以外のデータ
の平均値を雑音平均値として算出する。エコー検出部４
３は最大値検出部４２から出力される最大値とそれ以外
のデータの平均値である雑音平均値を比較してエコーを
判定する。

【００２１】次に、本発明の動作について図１〜図４を
参照して説明する。

【００２２】受信信号を、低域フィルターあるいは帯域
フィルター等からなるフィルター処理部１に入力して、
最大ドップラーシフトを考慮したエコー信号帯域成分ま
でを抽出する。抽出したエコー信号帯域成分を、Ａ／Ｄ
変換部２にてアナログ信号からディジタル信号に変換
し、直交変調部３にて送信信号の中心周波数による直交
変調を行って、送信信号の中心周波数をＤＣとする信号
に変換する。これにより受信信号は、エコー成分を含む
帯域のみからなる処理しやすい低い周波数帯域のデータ
となる。

【００２３】該変換されたデータは、周波数分析処理部
４におけるデータ溜込部２１に、送信信号時間に相当す
るポイント数分のデータとして溜込まれ、レプリカ乗算
部２２にて送信信号をベースバンド変換したレプリカを
掛け合わせるレプリカ相関を行い、エコーの利得を上げ
る。

【００２４】レプリカ相関後のデータを、データ分割部
２３にて時系列的に短区間に分割し、並列配置した複数
のＦＦＴ処理部２４にて該分割されたそれぞれのデータ
に対してＦＦＴ処理した後、データ結合部２５にて各Ｆ
ＦＴ処理結果を同一周波数要素毎に合算し、１データ分
の周波数分析結果としてリングバッファ５へ出力する。

【００２５】ＬＦＭ信号のように時間的に周波数が急激
に変化する信号の場合、ＦＦＴ処理区間を長くして高い
分解能でＦＦＴ処理を行うとスペクトルが分散し、その
分Ｓ／Ｎが下がる。

【００２６】そこで本実施例では、データ分割部２３に
て時系列的に短区間に分割し、ポイント数を落として低
い分解能でＦＦＴ処理を行うことによりスペクトルの分
散を回避し、一方、低い分解能でＦＦＴ処理を行うこと
による処理利得の低下については、高分解能処理に必要
な時間分、個々のＦＦＴ処理結果を合算することにより
処理利得を大きくしてＳ／Ｎ比の低下を防いでいる。

【００２７】周波数分析処理部４から出力されたデータ
はリングバッファ５に送出され、リングバッファ５には
送信信号時間分のデータが蓄積される。即ち、リングバ
ッファ５は、図３のように横軸を時刻、縦軸を周波数と
して、横軸は送信信号時間分、縦軸は送信信号に対し、
最大ドップラーシフトを考慮した周波数帯域幅分のデー
タを溜め込むことが可能な構成となっている。

【００２８】従って、周波数分析処理部４から出力され
るデータは、最新時刻であるバッファの右端（図３の時
刻＋Ｍ）に置かれ、それに伴い各データは右から左に１
データ分移動し、最旧時刻であるバッファの左端のデー
タ（図３の時刻０）が削除される。

【００２９】図３は、ＬＦＭ信号の送信時間がＭ秒、変
調周波数±ＡＨｚのアップドップラー送信信号に対し、
最大ドップラーシフトが±ＮＨｚの場合のバッファ構成
で、ドップラーシフトがない場合のエコーは図中の０と
記述された右上がりのライン上に並ぶことになり、ドッ
プラーシフトがプラス方向に最大の場合のエコーは図中
の＋Ｎと記述された右上がりのライン上に並ぶことにな
る。

【００３０】リングバッファ５に溜めこまれたデータは
トレース積分処理部６におけるトレース累積部４１にて
送信信号の周波数変化に対応したデータをリングバッフ
ァから読み出し、それを所定のドップラーシフト毎に累
積し、各ドップラーシフト毎にその累積結果を最大値検
出部４２へ出力する。

【００３１】これを図３により説明すると、ドップラー
シフトが０の場合、エコーは０と記述されたビンにデー
タが並ぶので、それらをトレース累積部４１で足し合わ
せるとドップラーシフトが０の場合のエコーレベルが算
出できる。

【００３２】ドップラーシフトが発生するとエコーデー
タはバッファ上で上または下にシフトするので、予測さ
れる最大ドップラー（±ＮＨｚ）まで、所定シフト毎に
ビンデータを足し合わせることによりドップラーシフト
毎のレベルデータを算出する。

【００３３】最大値検出部４２では、ドップラーシフト
毎のレベルデータの中から最大のデータをエコー判定用
として検出する。同時に雑音レベルとして、最大値以外
のデータの平均値を算出する。

【００３４】エコー検出部４３では、最大値検出部４２
から出力されるエコー判定用レベルと雑音レベルを比較
して、エコー判定用レベルが雑音レベルの一定倍以上の
場合エコーと判定し、エコー及びドップラーシフト量を
検出結果として出力する。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、エコー信号時刻分のレ
ベルを累積し、累積データと同一区間の雑音レベルとを
比較しているため、単一時刻では検出できないような低
いレベルのエコーであっても容易に検出することができ
る。

【００３６】また本発明は、予測されるすべてのドップ
ラーシフトデータについてそれぞれのレベルを加算し、
その最大値をエコーとして検出しているため、ドップラ
ーによりエコーの周波数がシフトした場合であっても常
にシフトしたエコーの検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１における周波数分析処理部の一実施形態の
構成を示すブロック図である。

【図３】図１におけるリングバッファの一実施形態を示
す構成図である。

【図４】図１におけるトレース積分処理部の一実施形態
の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ フィルター処理部 ２ Ａ／Ｄ変換部 ３ 直交変調部 ４ 周波数分析処理部 ５ リングバッファ ６ トレース積分処理部 ２１ データ溜込部 ２２ レプリカ乗算部 ２３ データ分割部 ２４ ＦＦＴ処理部 ２５ データ結合部 ４１ トレース累積部 ４２ 最大値検出部 ４３ エコー検出部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信信号からエコー信号帯域成分を取り
   出すフィルター処理部と、 前記フィルター処理部で取り出した信号に対してディジ
   タル変換を行うＡ／Ｄ変換部と、 前記Ａ／Ｄ変換部の出力に対して送信信号の中心周波数
   による直交変調を行って該中心周波数をＤＣとする信号
   に変換する直交変調部と、 前記直交変調された信号を周波数分析に必要な一定時間
   分の時間領域データとして溜め込み、ＦＦＴによる周波
   数分析を行う周波数分析処理部と、 前記周波数分析処理部による処理結果を時系列的に一定
   時間分溜め込むリングバッファと、 前記リングバッファから信号を取り出し、発信したＬＦ
   Ｍ信号に対応したドップラーエコー信号を検出するトレ
   ース積分処理部と、 を備えていることを特徴とするアクティブ信号検出装
   置。
2. 【請求項２】 前記周波数分析処理部は、前記直交変調
   部からの出力データを送信信号時間分溜込むデータ溜込
   部と、前記データ溜込部のデータに送信信号をベースバ
   ンド変換したレプリカを掛け合わせるレプリカ乗算部
   と、前記レプリカ乗算部の出力を時系列的に分割するデ
   ータ分割部と、前記データ分割部で分割されたそれぞれ
   のデータに対しＦＦＴ処理するＦＦＴ処理部と、前記Ｆ
   ＦＴ処理部からの出力を同一周波数要素毎に合算して１
   データとして出力するデータ結合部から構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のアクティブ信号検出装
   置。
3. 【請求項３】 前記リングバッファは、横軸を時刻、縦
   軸を周波数として、 横軸は前記ＬＦＭ信号の送信信号時間分のデータを、縦
   軸は送信信号に対して最大ドップラーシフトを考慮した
   周波数帯域幅のデータを溜め込むことが可能に構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載のアクティブ信号
   検出装置。
4. 【請求項４】 前記トレース積分処理部は、前記リング
   バッファから送信信号の周波数変化に対応したデータを
   ドップラーシフト０からドップラーシフト最大まで読み
   出し、それぞれ累積するトレース累積部と、前記トレー
   ス累積部で算出したそれぞれのドップラーシフトに対応
   した累積値から最大値を検出する最大値検出部と、前記
   最大値検出部から出力される最大値とそれ以外のデータ
   の平均値を比較してエコーを判定するエコー検出部から
   構成されていることを特徴とする請求項１記載のアクテ
   ィブ信号検出装置。