JP2002538442A - レーダーおよび通信帯域の信号を検出するためのシステムと方法 - Google Patents

レーダーおよび通信帯域の信号を検出するためのシステムと方法

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JP2002538442A JP2000601747A JP2000601747A JP2002538442A JP 2002538442 A JP2002538442 A JP 2002538442A JP 2000601747 A JP2000601747 A JP 2000601747A JP 2000601747 A JP2000601747 A JP 2000601747A JP 2002538442 A JP2002538442 A JP 2002538442A
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エイチ． ハバー，コンラド
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Abstract

(57)【要約】 RF信号を処理する装置および方法を開示する。本発明による方法は、RFスペクトルに存在する信号エネルギーを表す時間ドメインエネルギーサンプルの集合を受けることと、時間ドメインエネルギーサンプルの集合を周波数ドメインパワーサンプルの集合に変換することと、周波数ドメインパワーサンプルの集合から、対象の信号がRFスペクトルに存在するか否かを判断することと、周波数ドメインパワーサンプルの集合の部分集合を次段システムに転送することとを含み、部分集合は対象の信号に対応する。時間ドメインサンプルの変換は、時間ドメインエネルギーサンプルの集合を複数のN個のウィンドウに分けることであって、そのそれぞれは所定のウィンドウ期間に関連するものと、前記各ウィンドにFFTを実行し、K個の周波数区域の集合を作成することとを含み、各周波数区域は対応するウィンドウ期間内の所定の周波数帯に存在するエネルギーに基づく値を持つ。信号が存在するか否かの決定は、周波数と時間の関数としてRFスペクトルに存在するエネルギーを表すエネルギーマップの生成を含む。エネルギーマップは、NxK個の周波数セルを持つビットマップであり、各周波数セルは対応する周波数区域の値に基づくバイナリ値を持つ。バイナリ値は、対応する周波数区域の値が所定の閾値を超過するか否かに基づく。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、全体として無線周波数（RF）エネルギー分析システムおよび方法に
関する。さらに詳しくは、本発明はノイズを除去しながら潜在する対象信号を抽
出するため広帯域RFをリアルタイムで分析する。本発明は、レーダーおよび通信
信号のHfからマイクロ波まで全ての帯域で抽出および分析機能を達成する。 発明の背景 代表的な信号収集および処理システムは、ある周波数範囲内の信号パワーが十
分な持続時間で所定の閾値レベルを超過しているか否かを決定することにより、
RF環境での対象信号の存在を検出する。例えば、「チャネル化」システムは既知
の帯域を持つ受信器をある周波数に合わせ、その周波数範囲の環境に存在するす
べてのRFエネルギーを収集する。これらシステムは、信号パワーが所定の閾値を
超えるか否か判断し、超える場合は、その範囲にパルスが存在すると結論づける
。そして、チャネライザーは信号エネルギーが最初に閾値を超える時をパルス開
始時間、信号エネルギーが閾値より下がる時をパルス終了時間と定める。このよ
うなチャネル化システムの既知の欠点は、多数の周波数帯域をモニタするために
多くの資源を必要とする点である。このようなシステムのもう1つの欠点は、各
チャネライザーが、対象信号の帯域と必ずしも一致していない固定帯域に同調さ
れる点である。その結果、これらシステムは最適感度を提供しない。
【０００２】 「圧縮受信器」は、狭帯域フィルタで広い帯域を連続的に掃引する。このよう
なシステムは、広帯域環境の狭帯域パルスを検出できるが、狭帯域フィルタを信
号エネルギーが存在する周波数帯域に同調させていない期間、環境に存在する信
号エネルギーの存在を検出できないという難点がある。さらに、狭帯域フィルタ
の帯域は、対象信号の帯域と必ずしも一致していない固定帯域に同調される。そ
の結果、このようなシステムは最適感度を提供せず、対象信号を必ずしも捕捉せ
ず、そして、アナログシステムである。
【０００３】 瞬時周波数測定（IFM）受信器は、信号の存在に迅速に対応する広帯域周波数
弁別器を設けることにより、圧縮受信器の掃引時間からの制限を最小限にする。
しかしながら、IFM受信器は、込み合ったRF環境でよく遭遇する複数の同時入力
パルスが存在する場合は正確な周波数測定ができない。 広帯域信号処理システムは、しばしば、例えばレーダーパルスおよび/または
通信パルスを含む広帯域RF環境で狭帯域信号エネルギーの存在を検出するために
必要とされる。このようなシステムは、ある期間中、広い周波数範囲に存在する
RFエネルギーをすべて検出できることが望ましい。また、これら信号の検出に必
要な資源を最小限にすることが望ましい。そのため、このような信号処理システ
ムの設計者にとって、ノイズその他望ましくないRFエネルギーを除去しながら、
潜在する対象信号を抽出するためレーダーおよび通信信号の両方を含む広帯域無
線周波数スペクトルを分析する方法および装置は有益である。 発明の概要 本発明は、RF信号処理のための装置および方法を提供することにより、この分
野のニーズを満足させる。本発明の方法は、所定のドエル期間およびドエル帯域
について時間と周波数の関数として収集した無線周波数（RF）エネルギーのエネ
ルギーマップを生成することを含む。収集されたRFエネルギーは、通信信号やレ
ーダー信号、過渡信号や連続信号からのエネルギーを含むことができる。エネル
ギーマップから、パルスがRFスペクトルに存在するか否かを決定できる。RFスペ
クトルにパルスが存在する場合、パルス帯域とパルス持続時間をエネルギーマッ
プから決定することができる。
【０００４】 ドエル期間をｋ個の時間ウィンドウの集合に分け、ドエル帯域をｎ個の周波数
区域の集合に分けることにより、エネルギーマップを生成する。そして、ｎｘｋ
個の周波数時間セルからなるエネルギー格子を生成する。各周波数時間セルは、
周波数区域の1つと時間ウィンドウの1つに対応し、対応する時間ウィンドウ内の
対応する周波数区域に存在する収集されたRFエネルギーに基づく値を持つ。対応
する時間ウィンドウ内の対応する周波数区域に存在する収集したRFエネルギーが
、所定のエネルギー存在閾値を超えるか否かに基づきバイナリ値が周波数時間セ
ルのそれぞれに割り当てられる。RFスペクトルにノイズが存在する場合、ノイズ
はエネルギーマップからフィルタできる。
【０００５】 RFスペクトルにパルスが存在する場合、そのパルスについてタグが生成され、
それはパルスを特性化するパルス特性化パラメータを含んでいる。パルス特性化
パラメータは、例えばパルス幅、中心周波数、到着角度、または到着時間に基づ
く。 本発明による方法はまた、「パルス・ヒーリング」を含むことができる。すな
わち、第1のパルスと第2のパルスについて、第1パルスの開始時間から第2パルス
の終了時間に至る組み合わせパルス持続時間を定義することができる。そして、
例えば第2パルスの開始時間と第1パルスの終了時間の差が、組み合わせパルスの
持続時間に基づく所定の閾値未満であるか否か決定する。第2パルスの開始時間
と第1パルスの終了時間の差が所定の閾値未満である場合、第1パルスと第2パル
スは1つのパルスに組み合わされる（すなわち、1つのパルスが「ヒール」される
）。
【０００６】 同様に、パルスを周波数で「ヒール」することができる。すなわち、第1パル
スと第2パルスについて、第1パルスの最低周波数から第2パルスの最高周波数に
至る組み合わせパルス帯域を定義できる。第2パルスの最低周波数と第1パルスの
最高周波数の差が、例えば組み合わせパルス帯域に基づく所定の閾値未満である
か否かを決定する。第2パルスの最低周波数と第1パルスの最高周波数の差が所定
の閾値未満である場合、第1パルスと第2パルスは1つのパルスに組み合わされる
。
【０００７】 本発明によるRF信号処理のためのもう1つの方法は、RFスペクトルに存在する
信号エネルギーを表す時間ドメインエネルギーサンプルの集合を受けることを含
む。時間ドメインエネルギーサンプルの集合は、周波数ドメインパワーサンプル
の集合に変換される。時間ドメインのサンプルの集合を周波数ドメインサンプル
の集合に変換することには、時間ドメインエネルギーサンプルの集合を複数のN
個のウィンドウに分けることが含まれ、そのそれぞれは所定のウィンドウ期間に
関連する。N個のウィンドウのそれぞれについて、FFTを実行してK個の周波数区
域の集合を生成する。周波数区域はそれぞれ対応するウィンドウ期間中、所定の
周波数帯域に存在するエネルギーに基づく値を有する。
【０００８】 周波数ドメインパワーサンプルの集合から、対象信号がRFスペクトルに存在す
るか否かを決定する。周波数ドメインパワーサンプルの集合の部分集合が次段の
システムに転送され、ここで部分集合は対象信号に対応する。対象信号が存在す
るか否かを決定することは、周波数と時間の関数としてRFスペクトルに存在する
エネルギーを表すエネルギーマップを生成することを含む。エネルギーマップは
、NxK個の周波数セルからなるビットマップでよく、ここで各周波数セルは対応
する周波数区域の値に基づくバイナリ値を持つ。バイナリ値は、例えば、対応す
る周波数区域の値が所定の閾値を越えるか否かに基づく。 実施例の詳細な説明 定義 図1は、本明細書を通じて用いられる用語の定義の全体的な参照を示す。「ド
エル」とは、期間tsからteの間でflとfuの中間に中心周波数f0を持つ、周波数下
限flと周波数上限fu内の無線周波数（RF）スペクトルの集まりである。「エミッ
タ」とは、スペクトルに寄与するRFソースである。「ドエル・データセット」と
は、ドエルに含まれる全てのスペクトルを表すフォーマット化されたデータセッ
トである。
【０００９】 ドエルは、受信器がf0に同調され、RFエネルギーがドエル開始時間tsからドエ
ル終了時間teまでの期間に収集されることにより生じる。ドエル内のイベントに
ついては、時間は相対的、すなわちスペクトル観察期間の始まりではドエルはゼ
ロ時間であり、t1とt2は、スペクトル観察期間の始まりに初期化されるカウンタ
の計数である。
【００１０】 「パルス」は、ドエル内で発生するエネルギーバーストである。一般に、1つ
のドエル内に多数のパルスが発生する。パルスはそれぞれ周波数上界f2および下
界f1によって特徴づけられ、エネルギーバーストの開始t1とエネルギーバースト
の終了t2の間で発生する。パルスはf1とf2の中間に中心周波数fcと「パルス持続
時間」t2-t1を持つ。「タグ」はパルスを特徴付けたもので、パルス境界を示す
値、t1、t2、f1およびf2を含む。「タグ生成器」はパルスをタグに変換する装置
である。「周波数セグメント」は1つの周波数区域（すなわち、FFT区域）が広が
る周波数からなる。 RFエネルギーマップ生成器 図2は、本発明によるRFエネルギー収集および分析システムのブロック図であ
る。広帯域受信器10はアンテナ12を介してアナログRF信号を受け取る。受信器10
はアナログデジタル（A/D）変換器14にアナログ信号を渡し、ここでアナログ信
号は周知のアナログデジタル変換技術によりデジタル信号サンプルに変換される
。A/Dコンバータ14はタイムドメインでデジタル化スペクトル、すなわち、時間
の関数として受信した信号エネルギーを表すデジタル信号サンプルのストリーム
を出力する。
【００１１】 本発明によると、タイムドメインサンプルのストリームはRFエネルギーマップ
生成器100に入力される。RFエネルギーマップ生成器100は、以下に詳細に説明す
るが、入力信号サンプルにスペクトル分析を実行して、デジタル化スペクトル中
の対象信号の存在を検出する。エネルギータグが、対象信号について生成され、
1個以上の次段システムに渡してさらに分析することができる。RFエネルギーマ
ップ生成器100は、信号サンプルを保存し、保存した信号サンプルを要求により
次段システムに転送できることが望ましい。
【００１２】 一般に、RFエネルギーマップ生成器100は、信号の帯域に比べて広いスペクト
ル帯域を持つ周波数スペクトルに存在するブロードキャスト・レーダーおよび通
信信号を検出および捕捉するための装置と方法を提供する。RFエネルギーマップ
生成器100は、短および過渡信号（例えば周波数ホッパー）の双方と、従来の連
続（すなわちCW）信号（例えばエア・ガイダンス信号）および連続変調信号（例
えば商業放送）を検出および捕捉する。
【００１３】 RFエネルギーマップ生成器100への入力は、広帯域受信器をソースとするデジ
タル符号化された信号サンプルのストリームである。広帯域受信器の帯域は一般
に数百または数千の同時送信信号をカバーする。システムはこれら収集された信
号のタグを出力する。タグは、タグ付けのために予め設定された基準を満たす全
ての信号の開始および終了時間と、周波数の上界および下界を記述する。信号が
過渡的でなく連続の場合、このような信号は過渡信号の基準より長い期間を持つ
として出力タグに記される。システムの第2の産物は、タグに関連する信号も出
力できるよう、入来スペクトルを表す全てのFFTを保存するランダムアクセス可
能な遅延ラインである。次段システムはこのタグを使ってタグに関連する信号サ
ンプルを要求する。
【００１４】 システムの利点は、広帯域受信器が傍受したスペクトル内のあらゆる信号を、
さらに信号を処理する下流（すなわち、次段の）システムのために捕捉および記
述できることである。故に、RFエネルギーマップ生成器100は、比較的狭帯域の
信号をそのデスクリプタ（すなわち、いわゆるタグ）と共に提供する非常に効果
的な方法となる。RFエネルギーマップ生成器100は、通信信号とレーダー信号の
両方をタグ付けおよび保存することが望ましい。
【００１５】 図3に示すように、RFエネルギーマップ生成器100は、一個以上のデジタル受信
器からタイムドメインのデジタル受信器サンプルを受け取り、次段サブシステム
のために選択されたエネルギータグを生成する。RFエネルギーマップ生成器100
はこの機能を2段階処理で実行する。まず、タグ生成処理102では、最小振幅より
大でノイズ関連でないRFサーチ帯域のスペクトルエネルギーセグメントを識別す
る。タグ生成処理102を図4に示す。次に、タグスクリーニング処理104を使って
、次段システムに出力されるタグの数を制限する。タグスクリーニング処理104
を図6に示す。
【００１６】 図4に示すように、本発明によるタグ生成器102は、FFTおよびウィンドウ機能1
06、閾値機能108、パターン認識およびノイズフィルタ機能110、ライン・オブ・
ベアリング（LOB）フィルタ112、対象信号（SOI）エネルギー決定機能114、およ
び信号記憶機能116を含むことができる。 FFTおよびウィンドウ機能106は、スペクトルのタイムドメイン表現を周波数ド
メインの同等物に変換する。FFTは、捕捉しようとする信号セットに合わせた速
度で信号サンプルに対して実行される。故に、FFT/ウィンドウ機能106は一般に
、可変周波数区域と可変FFT速度を与えるよう構築される。例えば通信システム
傍受については、狭周波数区域をFFTの一部として用いることができ、レーダー
傍受については、はるかに速い速度でFFTを実行した広周波数区域を必要とする
。FFT区域サイズの選択によって、信号の検出能力、システムが傍受する信号の
到着時間と出発時間を測定する能力が決定される。
【００１７】 FFTの出力は、周波数ドメインパワーサンプルの集合であるが、信号記憶116に
保存される。周波数ドメインパワーサンプルのそれぞれは、対応するFFTウィン
ドウ中、ドエル帯域（fu-fl）に存在するRFエネルギーに基づく値を持つ。周波
数ドメインサンプルは、対象パルスがRFスペクトルに存在するか否かについて決
定が下されるまで保存される。以下に詳細に述べるように、パルスがRFスペクト
ルで検出されると、そのパルスに対応するタグが次段システムに転送されてさら
に処理される。周波数ドメインサンプルは信号記憶116に保存されるため、周波
数ドメインサンプルを要求により次段システムに転送することができる。そして
、次段システムは要求された周波数ドメインサンプルの逆FFTを実行することが
でき、これは一般に信号記憶116に保存された周波数ドメインサンプルの集合の
部分集合で、タイムドメインの対象信号を再構成する。
【００１８】 このアプローチ（すなわち、周波数ドメインサンプルの保存と転送）は、これ
に対応するタイムドメインサンプルの保存と転送よりはるかに効果的であること
に注意することが重要である。本発明によると、相対的に広い帯域のスペクトル
で検出された相対的に狭い帯域の信号を再構成するのに必要な区域のみ、次段シ
ステムに転送すればよい。同時に、周波数ドメインサンプルの集合はタイムドメ
インサンプルが含む信号情報すべてを含むため、情報が失われることはない。
【００１９】 故に、実際的に考慮すると、周波数ドメインサンプルを信号記憶116（基本的
には遅延ライン）に保存することにより、選択された信号を効率的に処理するこ
とができる。帯域内の全ての信号を捕捉する広帯域受信器は、多数の個々の狭帯
域信号の処理を困難にする。受信器は処理を所望する信号の帯域に合致している
ことが望ましい。このようなインプリメンテーションでは、信号をその周波数ド
メイン表現として保存することにより、次段システムは傍受スペクトル全体の（
比較的）狭帯域に関連する非常に小さい部分を処理するだけでよい。これにより
、信号の次段処理が飛躍的に減少し、その減少の程度は信号帯域に対するフルス
ペクトルの比率で決定される。
【００２０】 FFTの出力は閾値検出器108にも入力され、これは基本的にFFT機能の3次元出力
を2次元表現に変換する。より詳しくは、FFT機能の出力信号は一連のFFT区域で
ある。故に、最初の次元として、周波数スペクトル表現がある。第2に、FFTは定
期的に実行される（すなわち、各FFTウィンドウ期間に1回）ため、時間次元があ
る。第3に、FFTが各周波数区域に割り当てる値は、そのウィンドウ期間中のその
周波数区域の信号エネルギーを表すパワーレベルである。故に、第3次元は信号
パワーである。
【００２１】 各FFTウィンドウ期間の各周波数セルについて、好ましくはRF傍受環境が連続
的に調整されるノイズフロア計算に対するエネルギーの有無を示すため、バイナ
リ判定が行われる。閾値機能108に入力される周波数―時間―パワーベクトルは
、周波数-時間格子に変更され、そのエントリは、各セル内のパワーで決まるバ
イナリ値（すなわち1または0）を持つ。閾値処理は、複雑さの程度を変えること
ができる決定である。最も単純な形式は閾値処理器に固定レベルを入れ、区域が
閾値を超えるパワーレベルを持つとき、パワーレベルが1に変換され、その閾値
より下の場合はパワーレベルをゼロに置き換える。故に、閾値検出器108の出力
は、各区域の有意なパワー超過があったときの周波数および時間の格子となる。
【００２２】 周波数時間格子の例を図5（Xを1の値を持つ区域を表すために用いて、空白を
ゼロの値を持つ区域を表すために用いる）に示す。図5に示すように、望ましい
周波数時間格子は、各2.56マイクロ秒ウィンドウ期間に付き1024個の周波数セル
を含む。周波数セルの数（すなわち、FFT区域）が、用途ごとの要求に基づいて
選択できるということを理解しなければならない。例えば、あるレーダー信号は
1%のオーダーのデューティ・サイクルを持つ50ナノ秒という短かいパルス幅を持
つことが知られているが、他のレーダー信号はほぼ50%のデューティ・サイクル
で1.5マイクロ秒までのパルス幅を持つ。レーダー信号は、代表的には2-18GHz帯
に広がっているが、500MHzから40GHzの範囲でも起こり得る。一方、通信信号は
レーダー信号よりはるかに狭い帯域であり、一般に100%近いデューティ・サイク
ルを持つ。しかしながら、周波数ホッパのような信号システムでは、100%デュー
ティ・サイクルは1つのホップ周波数に対するものであることが知られている。
大半の通信信号は2GHzより小さいが、マイクロ波およびミリメータ波通信では2G
Hzを超えて広がり得る。
【００２３】 本発明の1つの利点は、RFエネルギーマップ生成器がレーダー信号と通信信号
の存在を同じドエルデータセットにおいて検出する装置と方法を提供する点であ
る。本発明によるシステムは、レーダーおよび通信傍受の両方についてRFエネル
ギーマップ生成器を利用できるが、実施例ではこれらは同時でなく逐次的に実行
する。
【００２４】 閾値検出器108はまた、各セルに1または0を含むより複雑な基準を含めて構築
することができる。この基準は、パワーが閾値を超過する程度と、その持続時間
を分析する。故に、わずかに閾値を超える短かい信号は、信号ではなくノイズと
判断される一方で、短時間の強い信号はノイズではなく信号と判断される。低パ
ワーで持続時間の長い信号もノイズではなく信号と判断される。このように、こ
のより精密な閾値判定機能を実行するため、一組の規則が定式化され、ハードウ
ェア、ファームウェアおよびソフトウェアの組み合わせでそれが実現される。
【００２５】 この時点で、システムを通過するデータ量にN対1のデータ圧縮があり、ここで
Nはスペクトルを表現するデジタルサンプルのダイナミックレンジで決定される
。例えば、8ビットコードは8ビット区域サイズになるが、16ビットコードは16ビ
ット区域サイズになる。最初の例では、8対1データ圧縮となるが、第2の例では1
6対1データ圧縮となる。データ圧縮はRFエネルギーマップ生成器をサブシステム
として含むシステムの要求の関数である。
【００２６】 そして、閾値検出器108からの周波数時間格子出力をノイズフィルタ110に与え
、そこで格子を処理してノイズを除去する。本書で用いる用語としてのノイズは
、対象信号（SOI）を示すパターン以外のあらゆるもので、周波数時間格子中の
エネルギーの大半となるものを意味する。故に、本発明によるシステムはまさし
くノイズ処理器である。ノイズフィルタは主に連続信号からパルスを分離し、明
白なノイズパターンを除去するために用いる。「連続的」には、占有された周波
数セルに対する連続ラグド信号としてマップ上に現れる被変調連続波形（CW）を
含む。雷撃、イグニッション・ノイズその他スパイキング、広帯域ノイズは削除
できるクリアなパターンを作る。
【００２７】 ノイズを周波数時間ビットマップの信号から除去すると、ビットマップはライ
ン・オブ・ベアリング（LOB）フィルタ112に通される。ライン・オブ・ベアリン
グはまた、「到着の角度」あるいは「方位角」と広く呼ばれる。次の処理レベル
では到着の角度を使って対象信号を含む扇形から放射される信号のみ通過させる
。均一に分散した環境での到着角度データ圧縮は360度に対する扇形の大きさの
比率となる。
【００２８】 そして、ノイズとして除去されていないスペクトルエネルギーセグメントはエ
ネルギー時刻と周波数範囲を定式的に定めるためパターン認識及びSOIエネルギ
ー決定処理114にかけられる。処理114は、周波数時間格子においてパターンの周
囲に時間と周波数の矩形を描くための（ハードウェア、ファームウェアまたはソ
フトウェアで実現可能な）一連の規則に従う。これら矩形の長さと幅は、周波数
下限fL、周波数上限fU、矩形開始時間t1、および矩形終了時間t2等の特定の開始
および終了位置を持ち周波数および時間で測定される。規則は、過渡的なパルス
を特徴付ける際に、ある過渡的なパルスの周波数時間パターン全体を囲むよう設
定される。ゆえに、周波数の最大変化が周波数範囲を決定し、時間の最大範囲が
時間範囲を決定する。予め設定した持続時間Tmaxを超える持続時間（t2-t1）を
持つ信号を連続信号と考える。
【００２９】 処理114はまた、各有効パルスを完全に囲む矩形領域を決定するため、崩壊パ
ルスを捨て破損パルスを接続することを含む。エネルギーは、実際にはエネルギ
ーを1つの統一された送信と扱わなければならない時に周波数時間格子に無関係
に現れる。例えば、通信においては、音声信号は多数のブレイクを持つ。不連続
な周波数シフトとデータ通信によって、実際にはそれが1つの統一された送信で
ある時にビットマップ内に切断が生じる。
【００３０】 パルスのブレイクは、予め設定されたパーセンテージより小さい場合は無視で
きる。実施例では、このいわゆる「信号ドロップ時間パーセンテージ」はt2マイ
ナスt1の1/3に設定される。このパーセンテージはパターン認識機能にとって重
要ではないことに注意しなければならない。設計変数とみなすことのできる単な
る判断的要因である。パターン認識機能110内のこのサブ機能は、「パルス・ヒ
ーリング」と呼ばれることもあるが、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウ
ェアで実現することができる。
【００３１】 そして、SOIの関数として、エネルギーが明白な各領域だけでなく、周囲領域
の調査に規則を適用し、周波数と時間の範囲を推定し、領域を含むエネルギー周
囲に周波数および時間の矩形を描く。各矩形についてその帯域、中心周波数、持
続時間、到着時間を決定するタグを生成する。これらのタグを図6に示すタグス
クリーニング処理にかける。このスクリーニングは、タグを帯域フィルタ120と
時間フィルタ122にかけることから始まる。SOI特性に短すぎたり長すぎたりする
信号はフィルタで除去される。SOIに一致しない帯域の信号もフィルタで除去さ
れる。この点で、RFエネルギーマップの高度な調査が行われる。
【００３２】 高速信号については、以下に詳細に説明するヒストグラミング・リミッタ130
を使って、狭帯域処理セクションに入るパルスを制限することができるが、これ
はパルス・ドップラー・エミッタについて300,000/pps程度である。方位角およ
び周波数ヒストグラマ124および126は、1つのエミッタから受け入れるパルスの
最大数を制限する。傍受中に100msドエルを用いるパルス・ドップラーの場合、3
0,000パルス程度がシステムに入力される可能性があり、これらパルスをすべて
収集および処理することは不要かつ望ましくない。方位角および周波数ヒストグ
ラマは、パルスをプログラム可能最高値、通常は任意の方位角周波数範囲（公称
は1.25MHzおよび3度）に128個のパルスに制限する。一般に、128個のパルスがあ
ればエミッタを特性化し、これを正確に追跡するのに十分である。提示された例
では、パフォーマンスを失わずに300：1の圧縮が実現された。記述されたシステ
ムでは1キロパルス/秒以下のパルスレートに対して、パルスが閾値処理により失
われることはない。 ヒストグラミング・リミッタ 本発明によるヒストグラミング・リミッタは、システムが過負荷にならないよ
う、信号処理システムを通るデータフローを制限するためヒストグラムを使用す
るシステムである。実施例では、ヒストグラミング・リミッタは、信号周波数の
密度と信号持続時間に基づいてデータフローを選択的に制限する。
【００３３】 図2に関連して上述したように、データはドエルデータセットの形でシステム
を流れる。一般に、ドエルデータセットは、システムの目的がエミッタの検出と
位置決めである時、高速エミッタの場合に冗長情報を持つ。データフローを減少
させるため、ヒストグラミング・リミッタは本質的なデータのみシステムを通過
させながら、冗長データを阻止する。
【００３４】 図7は、本発明によるヒストグラミング・リミッタのフローチャートである。
タグのセットを、例えば上述のようなタグ・ジェネレータによって作成する。各
タグは、開始時間、終了時間、最高周波数、最低周波数で決定されるパルスを表
す。これらパルスから、パルス中心周波数とパルス持続時間を決定できる。タグ
のセットは、ヒストグラミング・リミッタへの入力として与えられる。
【００３５】 ステップ202では、周波数ヒストグラマは、複数の周波数区域のそれぞれに入
るパルス数を表す周波数ヒストグラムを生成する。周波数ヒストグラムは、タグ
に含まれる中心周波数に基づき生成される。ステップ204では、周波数リミッタ
は、各周波数区域について、その区域にあてはまるパルス数が所定の閾値を超え
るか否かを判断する。超える場合、タグの閾値番号だけがさらに信号処理システ
ムに送られる。このようにして、周波数ヒストグラマは、周波数に基づいてシス
テムを通過できるタグの数を制限する。
【００３６】 ステップ206では、パルス持続時間ヒストグラマは、複数のパルス持続時間区
域それぞれにあてはまるパルス数を表すパルス持続時間ヒストグラムを生成する
。パルス持続時間ヒストグラムは、タグに含まれるパルス持続時間に基づいて生
成される。ステップ208において、パルス持続時間リミッタは、各パルス持続時
間区域について、その区域に当てはまるパルスの数が所定の閾値を超えるか否か
を判断する。超える場合、タグの閾値番号のみがさらに信号処理システムに送ら
れる。このようにして、パルス持続時間ヒストグラマは、パルス持続時間に基づ
いてシステムを通過できるタグの数を制限する。
【００３７】 図8は、1周波数区域のパルス持続時間ヒストグラムを持つ周波数ヒストグラム
の例である。 図9は、本発明による周波数ヒストグラマの詳細な説明である。上述のように
、周波数ヒストグラマはあるドエルについて全てのタグを入力として受け取る。
実施例では、ヒストグラムは各ドエル期間内のパルスをカウントするため、各ド
エルの開始時にはヒストグラムは空である。ステップ212で、各タグの中心周波
数feを、タグの最高周波数と最低周波数であるf1とf2の合計の平均を取ることに
より計算する。ステップ214において、各パルスについてヒストグラム区域アド
レスが決定される。パルスが当てはまる周波数区域を、fcと、そのドエルの周波
数下限feに対するその関係とから決定する。故に、各周波数区域は周波数範囲を
カバーする。
【００３８】 パルス中心周波数fcは、ステップ216において区域サイズを単位とする数値で
表わすのが望ましい。迅速な計算と構築の容易さのため、区域サイズを単位とす
るバイナリ整数を用いることができる。ステップ218において、これにより生じ
たバイナリ整数をヒストグラム内の相対アドレスとして用いるが、ヒストグラム
は好適な実施例ではメモリ内の一組のカウンタである。カウンタの内容は、パル
スがその範囲内に入るたびに1つ進められる。カウンタを進めるとき、カウント
を閾値と比較し、ステップ220において、カウントが閾値を超過している場合、
リミッタはタグがさらにシステム内を進むのを止める。そうでない場合、タグは
システムを通過する。閾値は、一般にシステムを初期化した時に設定される値で
ある。
【００３９】 図10に示すように、パルス持続時間ヒストグラミング・リミッタについても同
様の処理が行なわれる。ヒストグラマ・リミッタのこの部分への入力は、周波数
ヒストグラマ・リミッタからのタグ出力の部分集合で、タグと各タグに関連する
周波数区域番号とからなる。第1の操作は、ステップ232でのパルス持続時間t2-t 1 の計算である。持続時間に関する区域は、ステップ234で長さlog2(M)のバイナ
リ整数に丸めることによって決定するが、ここでMは持続時間区域の総数である
。パルス持続時間ヒストグラマ・リミッタは、各周波数区域に1つのヒストグラ
ムとする一組のヒストグラムを用いるのが望ましい。ステップ234で、入力され
る周波数区域番号を用いて対応する持続時間ヒストグラムを選択し、ステップ23
6で、選択したヒストグラム内のパルス持続時間区域に対応するパルス持続時間
カウンタを進める。選択した区域内の区域カウントはステップ238の出力である
。出力区域カウントをステップ240で閾値と比較し、カウントが閾値を超過して
いなければ、タグをさらなるシステム処理のため出力する。そうでない場合、タ
グを抑止する。ここでもこの閾値は通常はシステム初期化時に設定する。
【００４０】 このように、レーダーおよび通信帯の信号を検出するためのシステムと方法を
述べた。当業者には、本発明の実施例に多数の変更や修正が可能であり、かかる
変更および修正は本発明の精神から逸脱することなく可能なことが理解される。
そのため、添付の請求の範囲は、本発明の精神と範囲に当てはまるかかる同等の
バリエーション全てをカバーする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 周波数と時間の関数としてのRFエネルギーのプロットである。
【図２】 RFエネルギー収集及び分析システムのブロック図である。
【図３】 本発明によるRFエネルギーマップ生成器のブロック図である。
【図４】 本発明によるタグ生成器のブロック図である。
【図５】 本発明によるRFエネルギービットマップである。
【図６】 本発明によるタグスクリーニング処理のブロック図である。
【図７】 本発明によるヒストグラミングリミッタのブロック図である。
【図８】 1周波数区域に対する1パルス持続時間ヒストグラムにより周波数ヒストグラム
を示す図である。
【図９】 本発明による周波数ヒストグラミングリミッタのフローチャートである。
【図１０】 本発明による持続時間ヒストグラミングリミッタのフローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ハバー，コンラド エイチ． アメリカ合衆国，ニュージャージー 08012，ターナースビル，クリケット レ ーン 17 Ｆターム(参考） 5J070 AA02 AH31 AH35 AH39 【要約の続き】 ルを持つビットマップであり、各周波数セルは対応する 周波数区域の値に基づくバイナリ値を持つ。バイナリ値 は、対応する周波数区域の値が所定の閾値を超過するか 否かに基づく。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定のドエル期間およびドエル帯域について時間と周波数の
    関数として収集された無線周波数（RF）エネルギーのエネルギーマップを生成す
    ることと、 エネルギーマップからパルスがRFスペクトルに存在するか否かを決定すること
    と、 RFスペクトルにパルスが存在する場合、エネルギーマップからそのパルスのパ
    ルス帯域とパルス持続時間とを決定することとを具備するRF信号処理のための方
    法。
  2. 【請求項２】 エネルギーマップの生成は、 ドエル期間をｋ個の時間ウィンドウのセットに分けることと、 ドエル帯域をｎ個の周波数区域のセットに分けることと、 ｎｘｋ個の周波数時間セルからなるエネルギー格子を生成することであって、
    各周波数時間セルは周波数区域の1つと時間ウィンドウの1つとに対応し、対応す
    る時間ウィンドウ内の対応する周波数区域に存在する収集されたRFエネルギーに
    基づく値を持つもの、とを具備する請求項1記載の方法。
  3. 【請求項３】 エネルギーマップの生成は、 対応する時間ウィンドウ内の対応する周波数区域に存在する収集されたRFエネ
    ルギーが所定のエネルギー存在閾値を超えるか否かに基づいて周波数時間セルの
    それぞれにバイナリ値を割り当てることを具備する請求項2記載の方法。
  4. 【請求項４】 収集されたRFエネルギーは、通信信号からのエネルギーとレ
    ーダー信号からのエネルギーとを含む請求項1記載の方法。
  5. 【請求項５】 収集されたRFエネルギーは、過渡信号からのエネルギーと連
    続信号からのエネルギーとを含む請求項1記載の方法。
  6. 【請求項６】 エネルギーマップから、RFスペクトルにノイズが存在するか
    否かを判断し、 RFスペクトルにノイズが存在する場合、エネルギーマップからノイズをフィル
    タすることをさらに具備する請求項1記載の方法。
  7. 【請求項７】 RFスペクトルにパルスが存在する場合、そのパルスに関連し
    、パルスを特性化するパルス特性化パラメータを含むタグを生成することをさら
    に具備する請求項1記載の方法。
  8. 【請求項８】 パルス特性化パラメータはパルス幅、中心周波数、到着角度
    、または到着時間に基づく請求項7記載の方法。
  9. 【請求項９】 第1のパルスと第2のパルスについて、第1パルスの開始時間
    から第2パルスの終了時間に至る組み合わせパルス持続時間を決定することと、 第2パルスの開始時間と第1パルスの終了時間の差が所定の閾値未満であるか否
    かを判断することと、 第2パルスの開始時間と第1パルスの終了時間の差が所定の閾値未満である場合
    、第1パルスと第2パルスとを組み合わせることとをさらに具備する請求項1記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】 所定の閾値は組み合わせパルスの持続時間に基づく請求項
    9記載の方法。
  11. 【請求項１１】 第1のパルスと第2のパルスについて、第1パルスの最低周
    波数から第2パルスの最高周波数に至る組み合わせパルス帯域を決定することと
    、 第2パルスの最低周波数と第1パルスの最高周波数の差が所定の閾値未満である
    か否かを決定することと、 第2パルスの最低周波数と第1パルスの最高周波数の差が所定の閾値未満である
    場合、第1パルスと第2パルスとを組み合わせることとをさらに具備する請求項1
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】 所定の閾値は組み合わせパルスの帯域幅に基づくことを特
    徴とする請求項11記載の方法。
  13. 【請求項１３】 RFスペクトルに存在する信号エネルギーを表す時間ドメイ
    ンエネルギーサンプルの集合を受け取ることと、 時間ドメインエネルギーサンプルの集合を周波数ドメインパワーサンプルの集
    合に変換することと、 周波数ドメインパワーサンプルの集合から、対象の信号がRFスペクトルに存在
    するか否かを決定することと、 周波数ドメインパワーサンプルの集合の部分集合を次段システムに転送するこ
    とであって、部分集合は対象信号に対応するもの、とを具備するRF信号処理のた
    めの方法。
  14. 【請求項１４】 時間ドメインサンプルの変換は、 時間ドメインエネルギーサンプルの集合を複数のN個のウィンドウに分けるこ
    とであって、そのそれぞれは所定のウィンドウ期間に関連するものと、 前記各ウィンドウにFFTを実行してK個の周波数区域の集合を生成することであ
    って、前記各周波数区域は対応するウィンドウ期間中、所定の周波数帯に存在す
    るエネルギーに基づく値を持つもの、とを具備する請求項13記載の方法。
  15. 【請求項１５】 信号が存在するか否かを決定することは、 周波数と時間の関数としてRFスペクトルに存在するエネルギーを表すエネルギ
    ーマップを生成することを具備する請求項13記載の方法。
  16. 【請求項１６】 エネルギーマップは、NxK個の周波数セルからなるビット
    マップであり、前記各周波数セルは対応する周波数区域の値に基づくバイナリ値
    を持つ請求項15記載の方法。
  17. 【請求項１７】 バイナリ値は、対応する周波数区域の値が所定の閾値を超
    過するか否かに基づく請求項16記載の方法。
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