JP2002171225A - 信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流信号に交流の雑音信号が重畳された信号
から直流信号成分を高精度に検出できるようにする。 【解決手段】 フィルタ２３に入力される信号に含まれ
る雑音信号のスペクトラムの分布特性を雑音分布検出手
段２４によって検出し、この検出された雑音信号のスペ
クトラム分布特性に対応した減衰特性を減衰特性検出手
段２７によって求め、フィルタ２３の特性が減衰特性検
出手段２７によって検出された減衰特性となるためのフ
ィルタ係数をフィルタ係数検出手段２８によって求めて
フィルタ２３に設定して、入力信号Ｓａの直流信号成分
Ｄ（ｋ）を抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流信号に交流の
雑音信号が重畳された信号から直流信号成分を高精度に
検出するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、物品の重量を測定する測定シス
テムでは、物品の荷重に応じて電圧が変化する直流信号
を出力するセンサを用い、このセンサの出力信号の電圧
に基づいて物品の重量を求めるようにしている。

【０００３】ところが、このような測定システムのセン
サから出力される信号は、完全な直流信号ではなく外来
雑音（振動や電源変動等）による交流の雑音信号が重畳
されており、高精度な測定を行うためには、この雑音信
号成分を除去して、直流信号成分のみを抽出する必要が
ある。

【０００４】このように信号に含まれる直流信号成分を
抽出するために、従来ではフィルタによって雑音信号成
分を抑圧する方法が用いられている。

【０００５】フィルタによって雑音信号成分を抑圧する
場合、図１３に示すように、センサ１から出力される信
号Ｓａに対して、その直流信号成分Ｄｃは通過させ、交
流の雑音信号成分Ｎは減衰させる低域通過フィルタ２
（以下ＬＰＦと記す）を用いて信号Ｓａの直流信号成分
Ｄｃのみを抽出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たような測定システムのセンサ１から出力される信号に
は、定常的に発生している雑音信号だけでなく、地震、
重量物の通過や落下等によって突発的に低い周波数の雑
音信号が発生する場合があり、このような低周波の雑音
信号の発生を予め想定してＬＰＦ２の遮断周波数を低周
波域に固定してしまうと、物品の荷重等によるセンサ１
の出力信号の直流信号成分Ｄｃのレベル変化に対して、
ＬＰＦ２から出力される信号のレベル変化が大きく遅延
し、直流信号成分が安定するまでに長時間を要してしま
い、物品の重量を連続的に測定する測定システムではシ
ステム全体の効率の低下を招く。

【０００７】また、これを解決するために、図１４に示
すように、センサ１から出力される信号Ｓａとダミーセ
ンサ３から出力される信号Ｓｂとを減算器４に入力し
て、Ｓａ−Ｓｂの減算処理を行い、信号Ｓａに含まれる
雑音信号成分Ｎと信号Ｓｂに含まれる雑音信号成分Ｎと
を相殺させて、信号Ｓａに含まれる直流信号成分Ｄｃを
出力させる方法も考えられる。

【０００８】しかしながら、このダミーセンサ３を用い
て雑音信号成分を相殺する方法でも、両センサ１、３の
特性の違いやセンサ設置環境の僅かな違い等により、雑
音信号成分Ｎが完全に等しくならず、その誤差が雑音信
号として出力されて精度が低下する。

【０００９】本発明は、この問題を解決して、直流信号
に交流の雑音信号が重畳された信号から直流信号成分を
高速に且つ高精度に検出できるようにした信号処理装置
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の信号処理装置は、直流信号に交
流の雑音信号が重畳した信号に対するフィルタリング処
理をフィルタ係数に基づいて行うためのフィルタと、前
記フィルタに入力される信号に含まれる雑音信号のスペ
クトラムの分布特性を検出する雑音分布検出手段と、前
記雑音分布検出手段によって検出された雑音信号のスペ
クトラム分布特性に対応した減衰特性を求める減衰特性
検出手段と、前記フィルタの特性が前記減衰特性検出手
段によって検出された減衰特性となるためのフィルタ係
数を求めて前記フィルタに設定するフィルタ係数検出手
段とを備えている。

【００１１】また、本発明の請求項２の信号処理装置
は、請求項１記載の信号処理装置において、前記雑音分
布検出手段は、前記フィルタに入力される信号のスペク
トラム解析を行うスペクトラム解析手段と、前記スペク
トラム解析手段によって解析されたスペクトラムのう
ち、雑音信号のスペクトラムの包絡線上の最大ピーク点
を含む複数の点の周波数とレベルとから雑音信号のスペ
クトラム分布特性に近似した分布特性の近似関数を求め
る近似関数算出手段とによって構成され、前記減衰特性
検出手段は、前記近似関数検出手段によって得られた近
似関数のスペクトラム分布を所定レベル以下に抑圧する
ための減衰特性を、前記雑音信号のスペクトラム分布に
対応した減衰特性として求めるように構成されている。

【００１２】また、本発明の請求項３の信号処理装置
は、請求項１または請求項２記載の信号処理装置におい
て、前記フィルタに入力される信号と前記フィルタから
出力される信号のいずれかを選択する信号選択手段と、
前記雑音分布検出手段によって検出される雑音信号のス
ペクトラムの最大値が所定値より大きいか否かを判定す
る判定手段とを備え、前記判定手段によって前記スペク
トラムの最大値が前記所定値以下と判定されているとき
には、前記信号選択手段が前記フィルタへ入力される信
号を当該装置の出力信号として選択し、前記スペクトラ
ムの最大値が前記所定値より大きいと判定されていると
きには、前記信号選択手段が前記フィルタから出力され
る信号を当該装置の出力信号として選択することを特徴
としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明を実施した信号処
理装置２０の構成を示している。

【００１４】図１において、ＬＰＦ２１は、前記したセ
ンサ１から出力される信号のように、直流信号に交流の
雑音信号が重畳されたアナログの信号Ｓａを受けて、そ
の雑音信号の高域成分を除去して、Ａ／Ｄ変換器２２へ
出力する。なお、このＬＰＦ２１の遮断周波数は、入力
信号Ｓａに含まれる直流信号のレベル変化の速度を遅延
させない範囲で雑音信号成分を除去する。

【００１５】Ａ／Ｄ変換器２２は、ＬＰＦ２１から出力
される信号Ｓａ′を、ＬＰＦ２１の遮断周波数の２倍以
上の周期のクロック信号ｆｓに同期してサンプリング
し、各サンプリング値をディジタル値ｘ（ｋ）に変換し
て、フィルタ２３および雑音分布検出手段２４に出力す
る。

【００１６】なお、ここでは、アナログ型のＬＰＦ２１
によって雑音成分の高域側を除去してから、Ａ／Ｄ変換
器２２に入力しているが、入力信号ＳａをＡ／Ｄ変換器
２２によってサンプリングしてディジタル値に変換して
からディジタル型のフィルタによって雑音成分の高域側
を除去して、フィルタ２３および雑音分布検出手段２４
に出力してもよい。

【００１７】フィルタ２３は例えばＦＩＲ型のディジタ
ルフィルタであり、後述するフィルタ係数検出手段２８
から設定されたフィルタ係数に基づいて、サンプリング
値ｘ（ｋ）に対するフィルタリング処理（畳み込み演
算）を行う。

【００１８】雑音分布検出手段２４は、フィルタ２３に
入力される信号に含まれる雑音信号のスペクトラムの分
布特性を検出するためのものであり、スペクトラム解析
手段２５および近似関数算出手段２６によって構成され
ている。

【００１９】スペクトラム解析手段２５は、サンプリン
グ値ｘ（ｋ）に対する高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）
を行い、フィルタ２３に入力される信号の各周波数毎の
スペクトラムの大きさを求める。

【００２０】近似関数算出手段２６は、スペクトラム解
析手段２５によって解析された各周波数毎のスペクトラ
ムに基づいて、雑音信号のスペクトラム分布に近似した
低次の近似関数を求める。

【００２１】即ち、雑音信号帯域内のスペクトラムの包
絡線のピーク点の周波数とレベルとを、そのレベルが大
きい方から複数組求める。この組数は、少なくとも求め
る近似関数の次数より１だけ多くする。

【００２２】例えば、求める近似関数が２次関数の場
合、図２の（ａ）に示すように、雑音信号帯域内のスペ
クトラム包絡線Ａの最大のピーク点ｐ_１のレベルＬ_１、
２番目に大きいピーク点ｐ_２のレベルＬ_２、３番目に大
きいピーク点ｐ_３のレベルＬ_３と、各ピーク点の周波数
ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３とを求める。

【００２３】そして、次の２次の近似関数Ｌ（ｆ）、 Ｌ（ｆ）＝ａｆ^２＋ｂｆ＋ｃ に各レベルと周波数を代入し、 Ｌ_１＝ａ（ｆ_１）^２＋ｂ（ｆ_１）＋ｃ Ｌ_２＝ａ（ｆ_２）^２＋ｂ（ｆ_２）＋ｃ Ｌ_３＝ａ（ｆ_３）^２＋ｂ（ｆ_３）＋ｃ をほぼ満たす各係数ａ、ｂ、ｃを求める。

【００２４】このようにして得られた近似関数Ｌ（ｆ）
は、図２の（ｂ）に示すように、各ピーク点ｐ_１〜ｐ_３
の近傍を通過する２次曲線（放物線）となる。

【００２５】このようにして検出された雑音信号のスペ
クトラム分布特性の近似関数Ｌ（ｆ）は、減衰特性検出
手段２７に出力される。

【００２６】減衰特性検出手段２７は、雑音分布検出手
段２４によって検出された雑音信号のスペクトラム分布
特性に対応した減衰特性を求める。

【００２７】ここで、減衰特性検出手段２７は、雑音分
布検出手段２４の近似関数算出手段２６によって求めら
れた近似関数で示されるスペクトラム分布を有する信号
の特性を所定レベル以下に抑圧させるための低次の減衰
特性Ｇ（ｆ）を求める。

【００２８】例えば、図３に示すように、近似関数とほ
ぼ等しい減衰特性Ｇａ（ｆ）や、近似関数が正の領域で
一定且つ正の減衰量を示し、その他の領域で減衰量が零
となる減衰特性Ｇｂ（ｆ）を求める。

【００２９】ここで、近似関数算出手段２６によって求
められた近似関数の式が前記した２次関数の場合、その
近似関数と等しい減衰特性の関数Ｇａ（ｆ）は、 Ｇａ（ｆ）＝ａｆ^２＋ｂｆ＋ｃ となる。

【００３０】また、近似関数が正の領域で一定且つ正の
減衰量を示し、その他の領域で減衰量が零となる減衰特
性Ｇｂ（ｆ）は、ａｆ^２＋ｂｆ＋ｃ＝０の解をｆａ、ｆ
ｂとし、Ｋを正の減衰量とすれば、 Ｇｂ（ｆ）＝Ｋ（ｆａ＜ｆ＜ｆｂ） ＝０（ｆａ≧ｆ，ｆ≧ｆｂ） となる。

【００３１】ただし、ａｆ^２＋ｂｆ＋ｃ＝０の解の小さ
い方ｆａが０より小さい場合には、減衰特性Ｇａ
（ｆ）、Ｇｂ（ｆ）の定義領域を０に近い正の値ｆａ′
からｆｂの範囲内に制限して、直流信号に対する減衰を
防止する。

【００３２】減衰特性検出手段２７はこのようにして求
めた減衰特性Ｇ（ｆ）の情報をフィルタ係数検出手段２
８に出力する。

【００３３】フィルタ係数検出手段２８は、フィルタ２
３が減衰特性検出手段２７によって求めた減衰特性Ｇ
（ｆ）に対応する時間軸の応答性を示すためのフィルタ
係数ｈを求めてフィルタ２３に設定する。

【００３４】即ち、減衰特性Ｇ（ｆ）＝Ｇａ（ｆ）に対
して設計すべき目標は、 Ｇ_ｄ（ｆ）＝Ｇ（ｆ）ｅ^−ｊΦ となるが、ここでは、Φ＝０として位相は０とする。

【００３５】そして、Ｇ_ｄ（ｆ）＝Ｇ（ｆ）ｅ^−ｊ０＝
Ｇ（ｆ） に対して、次のように逆フーリエ変換すると、図４の減
衰特性Ｇ（ｆ）に対する時間応答を求めることができ
る。

【００３６】 ｇ_ｄ（ｔ）＝_−ωｍ∫^ωｍＧ（ｆ）ｅ^ｊωｔｄω ……（１） （ただし、記号_−ωｍ∫^ωｍは−ω_ｍ〜ω_ｍまでの積分
を表し、ωは角周波数を示し、２πｆ＝ωの関係があ
る）

【００３７】実際には、上式（１）に対して高速フーリ
エ変換して離散データを求める。つまり、デルタ関数δ
（ｋ）を用いて、 ｇ_ｄ（ｋ）＝_ｉ＝−ＮΣ^Ｎｇ（ｉ）δ（ｋ−ｉ） （ただし、記号_ｉ＝−ＮΣ^Ｎは、ｉ＝−Ｎ〜Ｎまでの総
和を表す）の演算を行い、ｇ_ｄ（ｋ）を例えば図５のよ
うに求める。

【００３８】このｇ_ｄ（ｋ）は、位相を０にしたことに
より因果性が失われるので、図６に示すようにＮだけ右
にシフトして因果性を満たす。

【００３９】さらに、次の式のように、ハミング等の窓
関数Ｗ（ｉ）をｇ_ｄ（ｉ）に乗じた後に、フィルタ係数
ｈ（ｋ）を求める。

【００４０】ｈ（ｋ）＝_ｉ＝０Σ^２Ｎ−１ｇ_ｄ（ｉ）Ｗ
（ｉ）δ（ｋ−ｉ） （ただし、記号_ｉ＝０Σ^２Ｎ−１は、ｉ＝０〜２Ｎ−１
までの総和を表す）

【００４１】このフィルタ係数検出手段２８によって検
出されたフィルタ係数ｈ（ｋ）がフィルタ２３に設定さ
れると、フィルタ２３からは、例えば図７に示すよう
に、雑音信号のスペクトラムの包絡線Ａ′が抑圧された
信号Ｄ（ｋ）が出力されることになる。

【００４２】このように実施形態の信号処理装置２０で
は、フィルタ２３に入力される信号に含まれる雑音信号
のスペクトラム分布の特性を求め、この特性に対応する
減衰特性を求め、フィルタ２３の特性がこの減衰特性と
なるためのフィルタ係数を求めてフィルタ２３に設定し
ている。

【００４３】このため、入力する信号に含まれる雑音信
号のスペクトラム分布の変化に追従してそのスペクトラ
ム分布を抑圧するようにフィルタリング処理が行われる
ことになり、低周波の雑音信号が発生していないときに
は高速なフィルタリング処理が行え、低周波の雑音信号
が発生したときには、その低周波の雑音信号を含めた雑
音信号を抑圧することができる。

【００４４】また、この実施形態のように、雑音信号の
スペクトラム分布の特性として、そスペクトラムの包絡
線に近似した低次の近似関数Ｌ（ｆ）を求め、この近似
関数Ｌ（ｆ）のスペクトラムを抑圧する減衰特性Ｇ
（ｆ）を求めるようにしているので、雑音信号が複雑な
スペクトラム分布特性を持っている場合でも、フィルタ
２３に必要な減衰特性を迅速に算出することができ、少
ない次数のフィルタで処理遅延の少ないフィルタリング
処理が行える。

【００４５】前記した信号処理装置２０では、入力信号
Ｓａに対して、その雑音信号の高域成分をＬＰＦ２１で
除去してからフィルタ２３に入力していたが、前段で予
め雑音成分の相殺処理を行い、その相殺処理で完全に相
殺できない雑音信号成分（誤差）に対して、上記同様の
雑音抑圧処理を行うようにしてもよい。

【００４６】図８は、前段で雑音成分全体の相殺処理を
行ってから、その誤差による雑音信号成分に対して上記
同様の雑音抑圧処理を行う信号処理装置４０の構成を示
している。

【００４７】図８において、Ａ／Ｄ変換器４１は、前記
したセンサ１の出力信号のように直流信号に雑音信号が
重畳した信号Ｓａを、その雑音信号の最大周波数の２倍
以上の周波数のクロック信号ｆｓに同期してサンプリン
グし、そのサンプリング値Ｘａ（ｋ）をディジタル値に
変換して出力する。

【００４８】また、Ａ／Ｄ変換器４２は、前記したダミ
ーセンサ３の出力信号のように固定された直流信号（零
でもよい）に雑音信号が重畳した信号Ｓｂを前記クロッ
ク信号ｆｓに同期してサンプリングし、そのサンプリン
グ値Ｘｂ（ｋ）をディジタル値に変換して出力する。

【００４９】Ａ／Ｄ変換器４１、４２によってサンプリ
ングされたサンプリング値Ｘａ（ｋ）、Ｘｂ（ｋ）は、
特性補償部４３に入力される。

【００５０】特性補償部４３は、信号Ｓａ、Ｓｂを出力
するシステムの雑音信号に対する同定処理を行い、処理
後の信号同士の減算によって雑音信号成分を相殺できる
ようにしている。

【００５１】ここで、特性補償部４３は、差分処理手段
４４、４５、遅延手段４６、フィルタ（例えばＦＩＲフ
ィルタ）４７、４８および同定処理手段４９によって構
成されている。

【００５２】差分処理手段４４、４５は、入力されるサ
ンプリング値Ｘａ（ｋ）、Ｘｂ（ｋ）についての差分値
Ｙａ（ｋ）、Ｙｂ（ｋ）を、次のようにそれぞれ求め
る。

【００５３】Ｙａ（ｋ）＝Ｘａ（ｋ）−Ｘａ（ｋ−１） Ｙｂ（ｋ）＝Ｘｂ（ｋ）−Ｘｂ（ｋ−１）

【００５４】これらの差分値Ｙａ（ｋ）、Ｙｂ（ｋ）
は、信号Ｓａ、Ｓｂから直流分を除いた交流の雑音信号
成分（厳密には雑音信号の微分成分）を表しており、と
もに同定処理手段４９に入力される。

【００５５】遅延手段４６は、入力されるサンプリング
値Ｘａ（ｋ）を、差分処理手段４４の処理に必要な時間
だけ遅延させてフィルタ４７に入力する。

【００５６】フィルタ４７は、遅延手段４６から出力さ
れるサンプリング値Ｘａ（ｋ）′に対するフィルタリン
グ処理を、同定処理手段４９から設定されたフィルタ係
数に基づいて行い、その処理結果を出力する。

【００５７】一方、フィルタ４８は、差分値Ｙｂ（ｋ）
に対するフィルタリング処理を、同定処理手段４９から
設定されたフィルタ係数に基づいて行い、その処理結果
を出力する。

【００５８】同定処理手段４９は、システムの伝達関数
モデルとして、ＡＲＭＡモデル、ＡＲモデル、ＭＡモデ
ルを使用する場合があるが、ここでは、ＡＲＭＡモデル
を利用する場合について説明する。

【００５９】ＡＲＭＡモデルを利用する場合には、入力
をｘ（ｋ）、出力をｙ（ｋ）として、 ｙ（ｋ）＝−_ｊ＝１Σ^ｎｂ_ｊ・ｙ（ｋ−ｊ）＋_ｉ＝０Σ
^ｍａ_ｉ・ｘ（ｋ−ｉ） の差分方程式を用い、低域振動雑音があるアイドリング
時期に入力される差分値Ｙａ（ｋ）、Ｙｂ（ｋ）をそれ
ぞれｙ（ｋ）、ｘ（ｋ）に代入して、係数ａ_ｉ、ｂ_ｊを
求める。

【００６０】即ち、上記差分方程式の両辺をｚ変換し
て、伝達関数Ｙ（ｚ）／Ｘ（ｚ）を求めると、 Ｙ（ｚ）＝−_ｊ＝１Σ^ｎｂ_ｊ・ｚ^−ｊ＋_ｉ＝０Σ^ｍａ_ｉ
・ｚ^−ｉ であるから、 Ｈ（ｚ）＝（_ｉ＝０Σ^ｍａ_ｉ・ｚ^−ｉ）／（１＋_ｊ＝１
Σ^ｎｂ_ｊ・ｚ^−ｊ） となる。

【００６１】ここで、 Ｐ（ｚ）＝_ｉ＝０Σ^ｍａ_ｉ・ｚ^−ｉ Ｑ（ｚ）＝１＋_ｊ＝１Σ^ｎｂ_ｊ・ｚ^−ｊ と定義すれば、 Ｈ（ｚ）＝Ｐ（ｚ）／Ｑ（ｚ） と表される。

【００６２】そして、Ｙａ（ｋ）、Ｙｂ（ｋ）の時系列
データを、おのおのｙ（ｋ）、ｘ（ｋ）に入力して、 ｙ（ｋ）＋_ｊ＝１Σ^ｎｂ_ｊ・ｙ（ｋ−ｊ）−_ｉ＝０Σ^ｍ
ａ_ｉ・ｘ（ｋ−ｉ）→０ となるように、例えば逐次最小二乗法等を利用して、係
数ａ_ｉ、ｂ_ｊの値を決定する。

【００６３】このように係数ａ_ｉ、ｂ_ｊの値を決定した
とき、 Ｈ（ｚ）＝Ｐ（ｚ）／Ｑ（ｚ）＝Ｙ（ｚ）／Ｘ（ｚ） が成立する。

【００６４】よって、アイドリング時にフィルタ４７か
ら出力される信号Ｕ（ｋ）＝Ｑ（ｚ）・Ｙａ（ｋ）と、
フィルタ４８から出力される信号Ｖ（ｋ）＝Ｐ（ｚ）・
Ｙｂ（ｋ）とがほぼ等しくなり、減算手段５０の出力が
ほぼ零となる。

【００６５】そして、信号Ｓａの直流信号のレベルが変
化すると、その直流成分Ｄｃに対応する信号のみが減算
手段５０から出力されることになる。

【００６６】なお、数ｍ、ｎを２としてさらに具体的な
例を示せば、前記差分方程式は、 ｙ（ｋ）＝−［ｂ_１・ｙ（ｋ−１）＋ｂ_２・ｙ（ｋ−
２）］＋ａ_０・ｘ（ｋ）＋ａ_１・ｘ（ｋ−１）＋ａ_２・
ｘ（ｋ−２） となる。

【００６７】また、伝達関数Ｈ（ｚ）、Ｐ（ｚ）、Ｑ
（ｚ）は、それぞれ、 Ｈ（ｚ）＝（ａ_０＋ａ_１・ｚ^−１＋ａ_２・ｚ^−２）／
（１＋ｂ_１・ｚ^−１＋ｂ _２・ｚ^−２） Ｐ（ｚ）＝ａ_０＋ａ_１・ｚ^−１＋ａ_２・ｚ^−２ Ｑ（ｚ）＝１＋ｂ_１・ｚ^−１＋ｂ_２・ｚ^−２ となる。

【００６８】このように同定処理されてフィルタ４７、
４８からそれぞれ出力される信号Ｕ（ｋ）、Ｖ（ｋ）は
減算手段５０に入力され、互いの雑音成分が相殺されて
直流信号成分が出力される。

【００６９】ただし、上記のように同定処理を用いて雑
音成分を相殺しても、減算手段５０の出力Ｆ（ｋ）には
伝達モデル誤差やセンサの違い等による雑音信号成分が
残る。

【００７０】この残留誤差による雑音信号成分は、前記
した信号処理装置２０と同様に抑圧することができる。

【００７１】即ち、減算手段５０から出力される信号Ｆ
（ｋ）を、雑音分布検出手段２４のスペクトラム解析手
段２５に入力して、高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）を
行い、周波数毎のレベルの大きさを求め、近似関数算出
手段２６により雑音信号のスペクトラムの包絡線Ａに近
似する低次の近似関数Ｌ（ｆ）を雑音信号のスペクトラ
ム分布の特性を表す関数として前記同様に求める。

【００７２】そして、近似関数算出手段２６によって求
められた近似関数Ｌ（ｆ）で示されるスペクトラム分布
を抑圧するための低次の減衰特性の関数Ｇ（ｆ）を、前
記同様に減衰特性検出手段２７によって求め、フィルタ
係数検出手段２８に出力する。

【００７３】フィルタ係数検出手段２８は、フィルタ２
３が減衰特性検出手段２７によって検出された減衰特性
Ｇ（ｆ）に対応する時間軸応答特性をもつためのフィル
タ係数を求めて、フィルタ２３に設定する。

【００７４】これによって、フィルタ２３からは、入力
信号Ｆ（ｋ）に含まれる誤差による雑音成分が抑圧され
たほぼ直流のみの信号Ｄ（ｋ）が出力されることにな
る。

【００７５】このように、床振動等の共通の雑音源から
の雑音信号を含む２つの信号Ｓａ、Ｓｂに対する同定処
理を行い、両信号の雑音信号成分を相殺し、この処理で
完全に相殺しきれなかった雑音信号成分に対して、前記
同様の抑圧処理を行うことで、信号に含まれる直流信号
を高速に且つ高精度に検出することができる。

【００７６】なお、上記した信号処理装置２０、４０で
は、入力信号に対する雑音抑圧処理を常時行うようにし
ているが、入力信号に対する雑音信号成分のレベルに応
じて雑音抑圧処理を行うようにしてもよい。

【００７７】この場合には、例えば、図９、図１０に示
す信号処理装置２０′、４０′のように、雑音分布検出
手段２４のスペクトラム解析手段２５によって検出され
た雑音信号のスペクトラムのうちの最大のレベルＬ
_ｍ（前記した例ではＬ_１）が所定値Ｒより大きいか否か
を判定する判定手段５１と、フィルタ２３に入力される
信号とフィルタ２３から出力される信号のいずれかを装
置の出力信号として選択的に出力する信号選択手段５２
とを設け、判定手段５１によってレベルＬ_ｍが所定値Ｒ
より大きいと判定されたときには、フィルタ２３から出
力される信号を選択し、判定手段５１によってレベルＬ
_ｍが所定値Ｒ以下と判定されたときには、フィルタ２３
への入力信号を選択する。

【００７８】なお、この所定値Ｒは、予め設定された固
定値、あるいは検出対象の直流信号のレベルに対してし
て所定の比率（例えば１／１０００）となる値に設定さ
れる。

【００７９】このように構成した信号処理装置２０′、
４０′では、含まれる雑音信号のレベルが低い信号につ
いてはフィルタ２３による遅延をなくすことができる。

【００８０】また、前記した信号処理装置４０、４０′
の特性補償部４３は、ＡＲＭＡモデルを用いて同定処理
を行っているが、図１１に示す特性補償部５５の同定処
理手段５６のように、差分処理手段４４からの差分値Ｙ
ａ（ｋ）に対するフィルタリング処理をフィルタ５７で
行い、差分処理手段４５からの差分値Ｙｂ（ｋ）に対す
るフィルタリング処理をフィルタ５８で行い、その処理
結果同士を減算手段５９で減算し、係数制御手段６０に
よって減算手段５９の減算結果が零となるようにフィル
タ５７、５８のフィルタ係数を追込制御し、、減算手段
５９の減算結果がほぼ零ななったときのフィルタ係数を
フィルタ４７、フィルタ４８に設定するように構成して
もよい。

【００８１】また、図１２に示す特性補償部６５の同定
処理手段６６のように、差分処理手段４４からの差分値
Ｙａ（ｋ）を基準とし、差分処理手段４５からの差分値
Ｙｂ（ｋ）に対するフィルタリング処理をフィルタ６７
によって行い、その処理結果と差分値Ｙａ（ｋ）とを減
算手段６８によって減算し、係数制御手段６９によって
減算手段６８の減算結果が零となるようにフィルタ６７
のフィルタ係数を求めて、減算手段６８の減算結果がほ
ぼ零となったときのフィルタ係数をフィルタ４８に設定
する。

【００８２】なお、この場合には、遅延手段４６からの
サンプリング値Ｘａ（ｋ）に対するフィルタリング処理
は行わずに、減算手段５０に直接入力する。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の信号処理装置では、直流信号に交流の雑音信号が
重畳した信号に対するフィルタリング処理をフィルタ係
数に基づいて行うためのフィルタと、前記フィルタに入
力される信号に含まれる雑音信号のスペクトラムの分布
特性を検出する雑音分布検出手段と、前記雑音分布検出
手段によって検出された雑音信号のスペクトラム分布特
性に対応した減衰特性を求める減衰特性検出手段と、前
記フィルタの特性が前記減衰特性検出手段によって検出
された減衰特性となるためのフィルタ係数を求めて前記
フィルタに設定するフィルタ係数検出手段とを備えてい
る。

【００８４】このため、入力する信号に含まれる雑音信
号のスペクトラム分布の変化に追従してそのスペクトラ
ム分布を抑圧するようにフィルタリング処理が行われる
ことになり、低周波の雑音信号が発生していないときに
は高速なフィルタリング処理が行え、低周波の雑音信号
が発生したときには、その低周波の雑音信号を含めた雑
音信号を抑圧することができ、無駄な遅延がなくなり、
システム全体の高速化することができる。

【００８５】また、本発明の請求項２の信号処理装置
は、請求項１記載の信号処理装置において、前記雑音分
布検出手段は、前記フィルタに入力される信号のスペク
トラム解析を行うスペクトラム解析手段と、前記スペク
トラム解析手段によって解析されたスペクトラムのう
ち、雑音信号のスペクトラムの包絡線上の最大ピーク点
を含む複数の点の周波数とレベルとから雑音信号のスペ
クトラム分布特性に近似した分布特性の低次の近似関数
を求める近似関数算出手段とによって構成され、前記減
衰特性検出手段は、前記近似関数検出手段によって得ら
れた近似関数のスペクトラム分布を所定レベル以下に抑
圧するための低次の減衰特性を、前記雑音信号のスペク
トラム分布に対応した減衰特性として求めるように構成
されている。

【００８６】このため、雑音信号が複雑なスペクトラム
分布特性を持っている場合でも、フィルタに必要な減衰
特性を迅速に算出することができ、少ない次数のフィル
タで処理遅延の少ないフィルタリング処理が行える。

【００８７】また、本発明の請求項３の信号処理装置
は、請求項１または請求項２記載の信号処理装置におい
て、前記フィルタに入力される信号と前記フィルタから
出力される信号のいずれかを選択する信号選択手段と、
前記雑音分布検出手段によって検出される雑音信号のス
ペクトラムの最大値が所定値より大きいか否かを判定す
る判定手段とを備え、前記判定手段によって前記スペク
トラムの最大値が前記所定値以下と判定されているとき
には、前記信号選択手段が前記フィルタへ入力される信
号を当該装置の出力信号として選択し、前記スペクトラ
ムの最大値が前記所定値より大きいと判定されていると
きには、前記信号選択手段が前記フィルタから出力され
る信号を当該装置の出力信号として選択することを特徴
としている。

【００８８】このため、雑音信号のレベルが低い信号に
ついてはフィルタによる抑圧処理を行わすに済み、さら
に高速化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成を示すブロック図

【図２】雑音信号のスペクトラムと近似関数の一例を示
す図

【図３】減衰特性の例を示す図

【図４】要部の動作を説明するための図

【図５】要部の動作を説明するための図

【図６】要部の動作を説明するための図

【図７】フィルタの出力信号のスペクトラムの例を示す
図

【図８】前段で雑音成分の相殺処理を行う場合の構成例
を示すブロック図

【図９】雑音信号のレベルに応じて信号の切換を行う場
合の構成例を示すブロック図

【図１０】雑音信号のレベルに応じて信号の切換を行う
場合の構成例を示すブロック図

【図１１】特性補償部の他の構成例を示すブロック図

【図１２】特性補償部の他の構成例を示すブロック図

【図１３】従来装置の構成を示すブロック図

【図１４】従来装置の構成を示すブロック図

【符号の説明】

２０、２０′、４０、４０′ 信号処理装置 ２１ ＬＰＦ ２２ Ａ／Ｄ変換器 ２３ フィルタ ２４ 雑音分布検出手段 ２５ スペクトラム解析手段 ２６ 近似関数算出手段 ２７ 減衰特性検出手段 ２８ フィルタ係数検出手段 ４１、４２ Ａ／Ｄ変換器 ４３ 特性補償部 ４４、４５ 差分処理手段、 ４６ 遅延手段 ４７、４８ フィルタ ４９、５６、６６ 同定処理手段 ５０ 減算手段 ５１ 判定手段 ５２ 信号選択手段 ５５、６５ 特性補償部 ５７、５８ フィルタ ５９ 減算手段 ６０ 係数制御手段 ６７ フィルタ ６８ 減算手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流信号に交流の雑音信号が重畳した信号
   に対するフィルタリング処理をフィルタ係数に基づいて
   行うためのフィルタと、 前記フィルタに入力される信号に含まれる雑音信号のス
   ペクトラムの分布特性を検出する雑音分布検出手段と、 前記雑音分布検出手段によって検出された雑音信号のス
   ペクトラム分布特性に対応した減衰特性を求める減衰特
   性検出手段と、 前記フィルタの特性が前記減衰特性検出手段によって検
   出された減衰特性となるためのフィルタ係数を求めて前
   記フィルタに設定するフィルタ係数検出手段とを備えた
   信号処理装置。
2. 【請求項２】前記雑音分布検出手段は、 前記フィルタに入力される信号のスペクトラム解析を行
   うスペクトラム解析手段と、 前記スペクトラム解析手段によって解析されたスペクト
   ラムのうち、雑音信号のスペクトラムの包絡線上の最大
   ピーク点を含む複数の点の周波数とレベルとから雑音信
   号のスペクトラム分布特性に近似した分布特性の近似関
   数を求める近似関数算出手段とによって構成され、 前記減衰特性検出手段は、 前記近似関数検出手段によって得られた近似関数のスペ
   クトラム分布を所定レベル以下に抑圧するための減衰特
   性を、前記雑音信号のスペクトラム分布に対応した減衰
   特性として求めるように構成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の信号処理装置。
3. 【請求項３】前記フィルタに入力される信号と前記フィ
   ルタから出力される信号のいずれかを選択する信号選択
   手段と、 前記雑音分布検出手段によって検出される雑音信号のス
   ペクトラムの最大値が所定値より大きいか否かを判定す
   る判定手段とを備え、 前記判定手段によって前記スペクトラムの最大値が前記
   所定値以下と判定されているときには、前記信号選択手
   段が前記フィルタへ入力される信号を当該装置の出力信
   号として選択し、前記スペクトラムの最大値が前記所定
   値より大きいと判定されているときには、前記信号選択
   手段が前記フィルタから出力される信号を当該装置の出
   力信号として選択することを特徴とする請求項１または
   請求項２記載の信号処理装置。