JP2015078850A - パルス信号検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多様なパルス幅のパルス信号を高感度で検出するパルス信号検出装置を得る。
【解決手段】パルス信号を含む受信信号をサンプリングし、デジタル受信信号に変換するＡＤ変換部と、前記デジタル受信信号から、小区間毎に前記デジタル受信信号の周波数成分を算出するフーリエ変換部と、前記周波数成分の強度を、連続する前記小区間によりなる複数の積分区間について積分した、複数の積分信号を算出する積分処理部と、前記複数の積分信号を、所定の誤警報確率を得るために必要な、前記積分信号の強度と前記周波数成分に含まれる背景雑音強度との比で除算した、複数の規格化積分信号を算出する規格化処理部と、前記複数の規格化積分信号を比較し、最大の規格化積分信号を選択する最大信号選択部と、前記最大の規格化積分信号と前記周波数成分の背景雑音強度とを比較する比較部とを備えるようにする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、到来する電波を受信し、受信した電波に含まれる、レーダ装置や通信装置などの電波機器が発したパルス信号を検出するパルス信号検出装置に関する。

電波監視に使用されるパルス信号検出装置は、空間に放射されている電波を受信し、受信した電波に含まれている、レーダ装置や通信装置などの電波機器が放射するそれぞれ周波数、パルス幅などの電波諸元の異なる多様なパルス信号を高感度で検出することに使用される。

受信電波に含まれるパルス信号を高感度で検出するため、パルス信号検出装置は、受信した信号を、検出するパルス信号のパルス幅に応じた時間だけ積分することにより、パルス信号のエネルギーを蓄積し、蓄積することにより増幅されたパルス信号のエネルギーを検出する。ところが、レーダ装置や通信装置などの電波機器が放射するパルス信号は、それぞれ放射する装置の種類、モードなどにより多様である。このため、パルス信号検出装置は、これら多様なパルス幅を持つ電波に対してそれぞれのパルス幅に合わせて積分を行ない、検出する電波のエネルギーを蓄積する必要がある。

多様なパルス幅を持つパルス信号を高感度で検出する従来の技術としては、例えば、別途得られるパルス幅に関する情報から、受信信号を積分する時間をパルス幅に合わせて調整し、調整した積分時間で積分した受信信号から高感度でパルス信号を検出する技術がある（例えば、特許文献１）。

特開平１１−３５２２１３（図１〜図８）

従来のパルス信号検出装置は、上記のように構成されているため、パルス信号を高感度で検出するためには、検出する対象のパルス幅が特定できる必要がある。しかし、電波監視を行なうためには、パルス信号検出装置は多様なレーダ装置や通信装置などがそれぞれのモードで送信する多様なパルス幅のパルス信号を検出するようにする必要があり、検出前に検出する対象のパルス幅を特定することは困難である。このため、上記のような従来パルス信号検出装置を電波監視に適用しようとしても、パルス信号を高感度で検出することは困難であるという課題があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、多様なパルス幅のパルス信号を高感度で検出することができるパルス信号検出装置を得ることを目的とする。

この発明に係るパルス信号検出装置は、パルス信号を含む受信信号を一定のサンプリング間隔でサンプリングし、デジタル受信信号に変換するＡＤ変換部と、前記デジタル受信信号を一定の時間長の小区間毎に分割し、前記小区間毎に前記デジタル受信信号の周波数成分を算出するフーリエ変換部と、前記デジタル受信信号の前記周波数成分の強度を、連続する前記小区間の連続数を順次増加させて設定した複数の積分区間について積分した、複数の積分信号を算出する積分処理部と、前記複数の積分信号を、所定の誤警報確率を得るために必要な、前記積分信号の強度と前記周波数成分に含まれる背景雑音強度との比で除算した、複数の規格化積分信号を算出する規格化処理部と、前記複数の規格化積分信号を比較し、最大の規格化積分信号を選択する最大信号選択部と、前記最大の規格化積分信号と前記周波数成分の背景雑音強度とを比較する比較部とを備えるようにしたものである。

本発明によれば、連続する小区間の連続数を順次増加させて設定した複数の積分区間についてデジタル受信信号の周波数成分を積分した複数の積分信号により信号の検出を行なうため、多様なパルス幅のパルス信号を高感度で検出することができる。

この発明の実施の形態１に係るパルス信号検出装置の構成例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るパルス信号検出装置の細部の構成の例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係るパルス信号検出装置の構成例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係るパルス信号検出装置の細部の構成の例を示すブロック図である。 パルス信号検出装置における積分処理の原理を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るパルス信号検出装置の信号処理の概念を表す図である。 この発明の実施の形態１に係るパルス信号検出装置の信号処理の概念を表す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るパルス信号検出装置の構成例を表すブロック図である。図１において、パルス信号検出装置は、アンテナ１、周波数変換部２、ＡＤ変換部３、フーリエ変換部４、積分処理部５、規格化処理部６、最大値選択部７、背景雑音検出部８および、比較部９を備える。

アンテナ１は、レーダ装置や通信装置などの電波機器が放射するパルス信号による電波を含む、空中の電波を受信し、周波数変換部２に出力する。周波数変換部２は、アンテナ１で受信した電波を、ＡＤ変換部３以降で処理可能な中間周波数の受信信号に変換する。ＡＤ変換部３は、周波数変換部２が変換した受信信号を一定の間隔でサンプリングしてデジタル信号の形式に変換する。この、デジタル信号の形式に変換された受信信号を、デジタル受信信号と呼ぶ。

フーリエ変換部４は、ＡＤ変換部が変換したデジタル信号を、一定の時間長の小区間毎に分割し、小区間毎にデジタル信号に対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算を行なうことにより、デジタル受信信号に含まれる周波数成分を小区間毎に算出する。例えば、小区間をＴ_０、Ｔ_１、・・・Ｔ_ｎ−１とすると、フーリエ変換部４は、各小区間での周波数成分Ｓ_ｋ（Ｔ_０）、Ｓ_ｋ（Ｔ_１）、・・・Ｓ_ｋ（Ｔ_ｎ−１）を算出する。ここで、添え字ｋは、Ｓ_ｋ（Ｔ_０）などが、フーリエ変換部４が算出するｋ番目の周波数成分であることを表す。

積分処理部５は、フーリエ変換部４が算出した周波数成分の内の、検出対象とするレーダ装置や通信装置などの電波機器が放射するパルス信号が含まれる周波数成分について、パルス信号検出のために連続する前記小区間の連続数を順次増加させて設定した複数の積分区間について周波数成分Ｓ_ｋ（Ｔ_０）の強度を積分し、複数の積分区間に対応した、複数の積分信号を算出する。

規格化処理部６は、積分処理部５が算出した複数の積分信号によりパルス信号を検出する場合、このパルス信号検出装置の仕様で要求されている積分信号と積分信号を算出した周波数成分の背景雑音との比で除算を行ない、複数の規格化積分信号を算出する。最大値選択部７は、規格化処理部が算出した複数の規格化積分信号から、最大の規格化積分信号を選択する。最大値選択部７で選択された最大の規格化信号は、比較部９で背景雑音検出部８が検出する、最大の規格化信号が算出された周波数成分Ｓ_ｋ（Ｔ_０）に含まれる背景雑音と比較され、パルス信号が検出される。

図５は、パルス信号検出装置における、信号処理の原理を示す図である。図５（ａ）は、検出の対象であるパルス信号を含んだ受信信号、図５（ｂ）は、パルス信号を含んだ受信信号の信号強度であり、図５（ａ）で示す信号の値を２乗計算することにより算出される。図５（ｃ）は、図５（ｂ）で示した受信信号の信号強度を、様々な時間長の積分時間Ｌで積分した積分信号により得られる効果、図５（ｄ）は、積分信号によるパルス信号検出の概念を示す。

一般に、背景雑音は、その強度が実際には確率分布として分布する。このため、背景雑音が重畳した受信信号からパルス信号を検出するパルス信号検出装置では、背景雑音の強度がパルス信号の強度を超えて誤検出される誤警報確率の上限値が定められ、この定められた誤警報確率の上限値を満足する強度のパルス信号が検出される。なお、今後の議論では、背景雑音の強度は、単位時間の平均的な強度（σ^２）に対して決まった分布となるため、以降、単に背景雑音の強度と表現するときは、単位時間の背景雑音の平均的な強度（σ^２）を意味する。

図５（ｂ）で示すパルス信号を含んだ受信信号を、図５（ｂ）中のＡ、Ｂ、Ｃなどで示す積分時間Ｌで積分するときの、積分信号の強度を図５（ｃ）に示す。検出対象であるパルス信号を含むＡ、Ｂなどの積分時間では、積分時間の長さに比例してパルス信号の強度が積み上がる。また、積分時間Ｌがパルス幅（Ｂの時間に相当）を超えると、パルス信号が存在しないため、積分信号の強度は増加しない。これに対し、背景雑音に関しては、その強度および分布の幅は、積分時間Ｌが長くなっても、パルス信号ほど積み上がらないが、積分時間Ｌがパルス信号のパルス幅を超えても、増加し続ける。このため、定められた誤警報確率の上限値を満足しながらパルス信号を検出できる積分信号の強度は、図５（ｃ）の様になる。

他方、図５（ｃ）に示す積分信号に含まれる、積分時間Ｌで積分された背景雑音の、強度Ｖについての分布は、背景雑音の単位時間の平均的な強度（σ^２）を積み上げたものであるため、分布の確率密度関数をｆとすると、式（１）の様に表すことができる。

強度Ｖの信号をパルス信号として検出するとした場合、誤警報確率は、背景雑音が強度Ｖを超える確率である。確率密度関数ｆの累積分布関数をＦとすると、式（２）の様になる。

これより、誤警報確率ｐは、検出するパルス信号の強度Ｖと背景雑音の単位時間の平均的な強度（σ^２）との関係が式（２）により定義される。この式を整理し、検出するパルス信号の強度Ｖは、誤警報確率ｐに対して、式（３）の様に表すことができる。

背景雑音に関しては、その強度および分布の幅は、積分時間Ｌが長くなっても、パルス信号ほど積み上がらないが、積分時間Ｌがパルス信号のパルス幅を超えても、増加し続ける。このため、式（３）で示す、誤警報確率がｐ以下となる積分信号の検出レベルＶは、図５（ｃ）の様になる。

積分信号の強度と、誤警報確率がｐ以下となる積分信号の検出レベルが図５（ｃ）の様な関係であれば、積分時間Ｌが、図５（ｃ）に示したＤとＥの間であるとき、積分信号は、式（５）の関係を満足し、パルス信号の検出は可能である。

図５（ｃ）に示した原理で受信信号に含まれるパルス信号を検出する場合、積分信号について、積分時間（Ｌ）を変化させ、その都度式（３）のＶと比較しても良いが、以下のようにして、さらに簡単な方法でパルス信号を検出することができる。式（４）に示した、パルス信号検出の条件は、式（３）との関係から、パルス信号が検出できるための条件は、式（５）のようにも表現できる。

図５（ｄ）は、式（５）を示したものであり、式（５）の関係を使用すれば、図５（ｄ）のＧに示す、積分信号／Ｆ^−１の最大値と背景雑音の強度σ^２とを比較し、積分信号／Ｆ^−１の最大値が背景雑音の強度σ^２を越えていることのみにより、パルス信号の検出を行なうことができる。

図６および図７は、本発明の実施の形態１に係るパルス信号検出装置が、図５の原理を用いて信号処理の概念を示す図である。本発明の実施の形態１に係るパルス信号検出装置では、受信信号をデジタル信号に変換したデジタル受信信号を、周波数成分に分解し、分解した周波数成分についてパルス信号を検出する。分解した周波数成分についてパルス信号を検出する場合、周波数成分は、フーリエ変換を行なう小区間毎に得られること、背景雑音としては、受信信号の背景雑音の内の当該の周波数成分に含まれるものが対象になること以外は、図５に示した原理と同様である。

図６（ａ）は、検出の対象であるパルス信号を含んだ受信信号であり、図５（ａ）で示した信号と同じである。図６（ｂ）は、パルス信号を含んだ受信信号の信号強度であり、図６（ａ）で示すデジタル受信信号の値を２乗計算することにより算出される。図６（ａ）のデジタル受信信号に対して、フーリエ変換部４は、図６のＴ_０、Ｔ_１、・・・Ｔ_ｎ−１で示す小区間についてＦＦＴ演算を行ない、複数の周波数成分に分解する。図６（ｃ）は、フーリエ変換部４で分解された複数の周波数成分の内、図６（ａ）に「１／周波数」で示す周波数に該当する周波数成分の強度を示す。

フーリエ変換部４は、それぞれの小区間について周波数成分Ｓ_１（Ｔ）、Ｓ_２（Ｔ）、・・・Ｓ_ｋ（Ｔ_ｎ−１）（但し、Ｔは、Ｔ_０、Ｔ_１、・・・Ｔ_ｎ−１のいずれか）を算出する。また、パルス信号に該当する周波数成分をｍとすると、図６（ｃ）は、Ｓ_ｍ（Ｔ_０）、Ｓ_ｍ（Ｔ_１）、・・・Ｓ_ｍ（Ｔ_ｎ−１）であり、パルス検出装置は、フーリエ変換部４が算出した複数の周波数成分の中から、この小区間Ｔ_０、Ｔ_１、・・・Ｔ_ｎ−１毎の周波数成分信号Ｓ_ｍ（Ｔ_０）、Ｓ_ｍ（Ｔ_１）、・・・Ｓ_ｍ（Ｔ_ｎ−１）を抽出し、抽出した周波数成分によりパルス検出を行なう。

検出対象とするパルス信号のパルス幅に比べて小区間Ｔ_０、Ｔ_１、・・・Ｔ_ｎ−１が短い場合、抽出したデジタル受信信号の周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ_０）、Ｓ_ｍ（Ｔ_１）、・・・Ｓ_ｍ（Ｔ_ｎ−１）の強度は小さく、この周波数成分のみの強度で、積分を行なわずに高感度でパルス信号の検出を行なうことは困難である。このため、図６（ｃ）に示す様に、例として積分区間１、積分区間２、・・・積分区間ｎの様に、連続する積分区間の連続数を１、２、３、・・・ｎと順次増加させて設定したｎ個の異なる積分区間でそれぞれ、デジタル受信信号の抽出した周波数成分の強度を積分する。図６（ｂ）では、積分区間１をＴ_０、積分区間２をＴ_０＋Ｔ_１、・・・積分区間ｎをＴ_０＋Ｔ_１＋Ｔ_２、・・・＋Ｔ_ｎ−１とした例を示す。また、各周波数成分の強度は、具体的には、抽出した周波数成分の２乗積分｜Ｓ_ｍ（Ｔ_０）｜^２により算出される。このため、積分処理部５がそれぞれの積分区間（積分区間ｉ_０とする）でデジタル受信信号の抽出した周波数成分の強度を積分した結果の積分信号Ｑ_ｍ（積分区間ｉ_０）は、式（６）のようになる。

図７（ａ）は、図５（ｃ）のように、積分信号と、積分信号によるパルス信号を検出する際に、誤警報確率ｐ以下であることを満足する積分信号の値であるＦ^−１（ｐ）・σ^２を表したものである。ここで、積分信号は、抽出した周波数成分の強度を積分した結果の積分信号Ｑ_ｍ（積分区間ｉ_０）である。異なる複数の積分区間でデジタル受信信号の周波数成分の強度を積分した積分信号を算出すると、積分信号の強度は、積分区間の長さが、検出するパルスのパルス幅以下である場合は、積分区間が長くなるに従い増大し、積分区間ｉ_１の様に、パルス幅と積分時間が一致するまで増大する。さらに、積分時間がパルス幅より長い場合は、積分時間のパルス幅より長い部分において、パルス信号は積み上がらず、積分信号の強度は増加しない。

積分信号で積分される背景雑音については、抽出された周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）の背景雑音は、一般に複素数の形式で表され、背景雑音の実部をｎ_１（Ｔ）、虚部をｎ_２（Ｔ）として、式（７）の様に表される。なお、式（７）において、σ_ｍは、周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）の雑音の分散を表す。

積分処理部５では、周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）を式（６）の様に積分し、それぞれの積分信号Ｑ_ｍ（積分区間ｎ_０）を算出する。ここで、抽出した周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）の背景雑音が式（７）の様に表されるため、抽出した周波数成分の積分信号Ｑ_ｍ（積分区間ｉ_０）の背景雑音の電力値をｘとすると、ｘの分布は、式（８）で表すように、２ｉ_０個の正規分布の２乗和となるため、自由度２ｎのχ^２分布で表現できる。

つまり、Ｑ_ｍ（積分区間ｎ_０）の背景雑音は、その分布が確率分布（χ^２）に従い、その電力は、周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）の背景雑音の平均電力σ_ｍ ^２に比例する。

このため、検出する積分信号Ｑ_ｍ（積分区間ｉ_０）の信号強度をＶ_ｍｉ０とすると、背景雑音による誤警報確率は、式（８）で与えられる積分信号Ｑ_ｍ（積分区間ｎ）の背景雑音がＶ_ｍを超える確率、つまり、χ２（ｘ、２ｉ_０）で表されるｘがＶ_ｍｉ０／σ_ｍ ^２を超える確率である。このため、誤警報確率ｐは、式（９）の様に表される。

このことから、パルス信号検出装置に要求される誤警報率ｐが規定されると、それぞれの積分信号Ｑ_ｍ（積分区間ｉ_０）で誤警報率ｐ以下であるために必要な信号検出の強度Ｖ_ｎは、自由度２ｉ_０のχ^２分布の累積確率分布関数Ｆ^−１により、式（１０）の様に表される。また、信号検出に必要な強度Ｖ_ｍｎ（＝Ｆ^−１（ｐ、２ｉ_０）・σ_ｍ ^２）は、図６（ａ）に示すとおり、積分区間が長くなるに従い、パルス信号よりゆっくりと増加するが、積分区間の長さが検出対象のパルス信号のパルス幅以上となっても増大し続ける。

以上より、積分処理部５で、抽出した周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）の強度を積分区間１、積分区間２、・・・積分区間ｎのｎ個の異なる積分区間で積分して得られた積分信号により、規定された誤警報確率ｐ以下となる条件でパルス信号の検出を行なうためには、積分信号Ｑ_ｍ（積分区間ｎ）をそれぞれ積分信号Ｑ_ｍ（積分区間ｎ）に対応した、式（１０）で示されるＶ_ｍｎと比較し、図７（ａ）で示す積分区間ｉ_１−１、ｉ_１、ｉ_１＋１の様に、いずれかのＱ_ｍ（積分区間ｎ）の値がＶ_ｍｎを超えることにより検出すればよい。

ここで、図５と同様に、パルス信号の検出に関する比較処理を効率化する。複数の積分信号Ｑ_ｍ（積分区間ｉ_０）について、式（１１）のように、所定の誤警報確率を得るために必要な積分信号の信号強度と抽出した周波数成分に含まれる背景雑音の強度信号強度との比（Ｖ_ｍｉ０／σ_ｍ ^２）で除算し、規格化積分信号を算出する。図７（ｂ）に規格化積分信号を示すが、規格化積分信号については、パルス信号検出の条件は、式（１２）の様になる。

このため、図７（ｂ）で示すように、式（１１）で示す規格化積分信号の最大値である最大の規格化信号を選択し、最大の規格化積分信号が式（１２）の条件を満足することにより、パルス信号を検出すればよい。

図２は、この発明の実施の形態１に係るパルス信号検出装置の細部の構成の例を示すブロック図であり、図１に示した積分処理部５、規格化処理部６、最大信号選択部７、背景雑音検出部８、表示部９の構成の詳細を示すものである。図２に示したパルス信号検出装置は、図５ないし図７に示した原理により、受信信号に含まれるパルス信号を検出する。

図２において、積分処理部５は、フーリエ変換部４から、検出する対象のパルス信号の周波数に該当する受信信号のｍ番目の周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）を抽出し小区間Ｔ毎に取得して記憶するメモリ５１と、メモリ５１に記憶した小区間Ｔ毎の周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）の強度を、連続する小区間の連続数を順次増加させて設定した複数の積分区間について積分した、抽出した周波数成分の複数の積分信号Ｑ_ｍを算出する積分演算部５２とを備えている。図２の構成において、積分処理部５、規格化処理部６、最大信号選択部７、背景雑音検出部８は、それぞれ、抽出した周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）について、処理を行う。

積分処理部５は、フーリエ変換部４から、小区間Ｔ_０、Ｔ_１、・・・Ｔ_ｎ−１毎のデジタル受信信号の抽出したｍ番目の周波数成分の周波数成分を取得し、メモリ５１に記憶する。積分演算部５２は、メモリ５１に記憶している、小区間Ｔ毎の一の周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）の強度を、図６で示した積分区間１〜積分区間ｎの各積分区間について、式（６）で示した積分を行い、それぞれ抽出した周波数成分についての積分信号Ｑ_ｍ（積分区間１）、Ｑ_ｍ（積分区間２）、・・・Ｑ_ｍ（積分区間ｎ）を算出する。このため、積分演算部５２の積分区間の最長のものが積分区間ｎ（Ｔ_０＋Ｔ_１＋Ｔ_２、・・・＋Ｔ_ｎ−１）である場合、メモリ５１は、抽出した周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）を、常に最新のものから連続するｎ個の小区間について記憶する。

また、図２において、規格化処理部６は、その除算部６１において、積分処理部５の積分演算部５２が算出した、抽出したｍ番目の周波数成分の複数の積分信号Ｑ_ｍ（積分区間１）、Ｑ_ｍ（積分区間２）、・・・Ｑ_ｍ（積分区間ｎ）を、それぞれ、背景雑音による誤警報確率ｐの規定から式（１０）で算出される信号検出の閾値と背景雑音強度との比（Ｖ_ｉ０／σ_ｍ ^２＝Ｆ^−１（ｐ、２ｉ_０））で規格化し、式（１１）で示す規格化積分信号を算出する。最大信号選択部７は、規格化処理部６の除算部６１が算出したそれぞれの規格化積分信号の最大値を選択し、式（１１）で示す最大の規格化信号を算出する。

背景雑音検出部８は、σ^２測定部８１により、抽出した周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）の背景雑音の強度σ_ｍ ^２を測定し、比較部９に出力する。比較部９は、抽出した周波数成分における最大の規格化積分信号と背景雑音の強度σ_ｍ ^２を比較し、式（１２）に示す条件を満足することによりパルス信号を検出する。

なお、図１に示すパルス信号検出装置では、周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）の背景雑音を背景雑音検出部８により検出する構成としたが、背景雑音があまり変化しない場合は、特に背景雑音検出部８を設けず、事前にパルス信号検出装置について測定した背景雑音をメモリ等に記憶し、表示部９に提供する構成としても良い。

また、図１に示すパルス信号検出装置では、アンテナ１で受信した電波を、周波数変換部２により、ＡＤ変換部３以降で処理可能な中間周波数の受信信号に変換する構成としたが、アンテナ１で受信した電波がＡＤ変換部３以降で処理可能な中間周波数と同等の周波数である場合、周波数変換部２は省略することができる。

また、図１に示すパルス信号検出装置では、抽出した周波数成分における最大の規格化積分信号と背景雑音の強度σ_ｍ ^２を比較し式（１２）により受信信号に含まれるパルス信号を検出するが、検出の方法としては、比較結果により自動で検出する構成でも良いし、最大の規格化積分信号と背景雑音の強度σ_ｍ ^２とを比較表示し、画像判定などにより検出を行なう構成としても良い。

以上のように、本発明の実施の形態１に係るパルス信号検出装置では、異なる長さの複数の積分区間についてデジタル受信信号の強度を積分した積分信号を、背景雑音による誤警報確率の規定から算出される信号検出の閾値と背景雑音強度との比で規格化し、その規格化した積分信号の最大値により受信信号に含まれるパルス信号の検出を行なうため、多様なパルス幅のパルス信号の検出や、パルス幅が未知であるパルス信号も高感度で検出できるという効果がある。また、積分信号は、累積確率分布関数Ｆ^−１により規格化されるため、パルス信号を検出するための信号を算出する、積分処理部５、規格化処理部６、最大信号選択部７の処理では、背景雑音の強度σ_ｍ ^２に無関係に処理を行えるため、受背景雑音が変化する場合についても、正確にパルス信号の検出を行なうことができる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、検出対象とするパルス信号が含まれる受信信号の周波数成分Ｓ_ｍ（Ｔ）が既知の場合について検出する構成を示したが、実施の形態２に係るパルス信号検出装置は、検出対象とするパルス信号が未知である場合や、広い周波数範囲に分散して存在する場合についてもパルス信号の検出が可能とするものである。

図３は、本発明の実施の形態２におけるパルス信号検出装置の構成例を表すブロック図である。図３において、パルス信号検出装置は、アンテナ１、周波数変換部２、ＡＤ変換部３、フーリエ変換部４、積分処理部１５、規格化処理部１６、最大値選択部１７、背景雑音検出部１８および、比較部９を備える。なお、図３において、アンテナ１、周波数変換部２、ＡＤ変換部３、フーリエ変換部４は、図１に示したものと同等の構成品である。

アンテナ１は、レーダ装置や通信装置などの電波機器が放射するパルス信号による電波を含む、空中の電波を受信し、周波数変換部２に出力する。周波数変換部２は、アンテナ１で受信した電波を、ＡＤ変換部３以降で処理可能な中間周波数の受信信号に変換する。ＡＤ変換部３は、周波数変換部２が変換した受信信号を一定の間隔でサンプリングしてデジタル信号の形式のデジタル受信信号に変換する。

図４は、この発明の実施の形態２に係るパルス信号検出装置の細部の構成の例を示すブロック図であり、図３に示した積分処理部１５、規格化処理部１６、最大信号選択部１７、背景雑音検出部１８、比較部９の構成の詳細を示すものである。図４に示したパルス信号検出装置は、図５ないし図７に示した原理により、受信信号に含まれるパルス信号を検出する。

図４に示すこの発明の実施の形態２に係るパルス信号検出装置は、検出対象とするパルス信号が未知である場合や、広い周波数範囲に分散して存在する場合についてもパルス信号の検出を行なうため、積分処理部１５、規格化処理部１６、最大信号選択部１７、背景雑音検出部１８は、それぞれ、積分処理部５、規格化処理部６、最大信号選択部７、背景雑音検出部８と同様の処理をフーリエ変換部４が算出するデジタル受信信号の複数の周波数成分について行い、表示部９は、複数の周波数成分１〜ｋについて最大の規格化積分信号と最大の規格化積分信号該当の周波数成分の背景雑音の強度σ^２を比較表示し、式（６）によりパルス信号を検出することを可能にする。

図４において、積分処理部１５は、フーリエ変換部４から受信信号の複数の周波数成分Ｓ_１（Ｔ）、Ｓ_２（Ｔ）・・・Ｓ_ｋ（Ｔ）をそれぞれ小区間Ｔ毎に取得して記憶する、それぞれが周波数成分に対応したメモリ５１ａ、５１ｂ、・・・５１ｋを備えている。メモリ５１ａ、５１ｂ、・・・５１ｋは、それぞれ図２に示すメモリ５１と同等のものであり、積分区間１、積分区間２、・・・積分区間ｎに属する小区間について、周波数成分Ｓ_１（Ｔ_０）、Ｓ_１（Ｔ_１）・・・Ｓ_１（Ｔ_ｎ−１）、Ｓ_２（Ｔ_０）、Ｓ_２（Ｔ_１）・・・Ｓ_２（Ｔ_ｎ−１）、・・・、Ｓ_ｋ（Ｔ_０）、Ｓ_ｋ（Ｔ_１）・・・Ｓ_ｋ（Ｔ_ｎ−１）をそれぞれ記憶する。

積分処理部１５は、メモリ５１ａに記憶した小区間Ｔ毎の周波数成分Ｓ_１（Ｔ）の強度を、小区間を異なる長さ連続させた複数の積分区間について積分した、複数の積分信号Ｑ_１（積分区間１）、Ｑ_１（積分区間２）、・・・Ｑ_１（積分区間ｎ）を算出する積分演算部５２ａを備えている。また、同様に、それぞれの周波数成分に対応して、メモリ５１ｂに記憶した小区間Ｔ毎の周波数成分Ｓ_２（Ｔ）の強度を、小区間を異なる長さ連続させた複数の積分区間について積分した、複数の積分信号Ｑ_２（積分区間１）、Ｑ_２（積分区間２）、・・・Ｑ_２（積分区間ｎ）を算出する積分演算部５２ｂ、・・・、メモリ５１ｋに記憶した小区間Ｔ毎の周波数成分Ｓ_ｋ（Ｔ）の強度を、小区間を異なる長さ連続させた複数の積分区間について積分した、複数の積分信号Ｑ_ｋ（積分区間１）、Ｑ_ｋ（積分区間２）、・・・Ｑ_ｋ（積分区間ｎ）を算出する積分演算部５２ｋを備えている。なお、積分演算部５２ａ、５２ｂ、・・・５２ｋで算出するそれぞれの積分信号Ｑ_１、Ｑ_２・・・Ｑ_ｋは、複数の周波数成分Ｓ_１（Ｔ）、Ｓ_２（Ｔ）・・・Ｓ_ｋ（Ｔ）について、それぞれ式（８）で示す積分計算を実施した、積分信号である。

また、図４において、規格化処理部１６は、それぞれがフーリエ変換部４が算出する周波数成分に対応した、複数の除算部６１ａ、６１ｂ・・・６１ｋを有する。複数の除算部６１ａ、６１ｂ・・・６１ｋは、それぞれ、図２における除算部６１と同等のものである。除算部６１ａは、積分処理部１５の積分演算部５２ａ、５２ｂ、・・・５２ｋが算出した複数の積分信号Ｑ_１、Ｑ_２、・・・Ｑ_ｋを、それぞれ、背景雑音による誤警報確率ｐの規定から式（１０）で算出される、信号検出に必要な積分信号の強度と背景雑音強度との比（Ｖ_ｉ０／σ_ｋ ^２＝Ｆ^−１（ｐ、２ｉ_０））で規格化し、式（１１）で示す規格化積分信号を算出する。最大信号選択部７は、規格化処理部６の除算部６１が算出したそれぞれの規格化積分信号の最大値を選択し、最大の規格化信号を算出する。

背景雑音検出部１８は、σ_１ ^２測定部８１ａ、σ_２ ^２測定部８１ｂ、・・・、σ_ｋ ^２測定部８１ｋにより、それぞれの周波数成分について、各周波数成分Ｓ_１（Ｔ）、Ｓ_２（Ｔ）、・・・Ｓ_ｋ（Ｔ）の背景雑音の強度σ_１ ^２、σ_２ ^２、・・・σ_ｋ ^２を測定し、比較部９に出力する。比較部９は、それぞれの周波数成分について、最大の規格化積分信号と背景雑音の強度σ_ｋ ^２を比較し、式（１２）によりパルス信号を検出する。

なお、図３に示すパルス信号検出装置では、それぞれの周波数成分における最大の規格化積分信号と背景雑音の強度を比較部９で比較することにより受信信号に含まれるパルス信号を検出するが、検出の方法としては、比較結果により自動で検出する構成でも良いし、最大の規格化積分信号と背景雑音の強度とを比較表示し、画像判定などにより検出を行なう構成としても良い。

以上のように、実施の形態２に係るパルス信号検出装置では、デジタル受信信号の各周波数成分を、それぞれ異なる長さの複数の積分区間についてデジタル受信信号の強度を積分した積分信号を、背景雑音による誤警報確率の規定から算出される信号検出の閾値と背景雑音強度との比で規格化し、その規格化した積分信号の最大値により受信信号に含まれるパルス信号の検出を行なうため、実施の形態１の効果に加え、多様な周波数幅のパルス信号の検出や、周波数が未知であるパルス信号も高感度で検出できるという効果がある。

１ アンテナ
２ 周波数変換部
３ ＡＤ変換部
４ フーリエ変換部
５、１５ 積分処理部
６、１６ 規格化処理部
７、１７ 最大値選択部
８、１８ 背景雑音検出部
９ 比較部

Claims (3)

1. パルス信号を含む受信信号を一定のサンプリング間隔でサンプリングし、デジタル受信信号に変換するＡＤ変換部と、前記デジタル受信信号を一定の時間長の小区間毎に分割し、前記小区間毎に前記デジタル受信信号の周波数成分を算出するフーリエ変換部と、前記デジタル受信信号の前記周波数成分の強度を、連続する前記小区間の連続数を順次増加させて設定した複数の積分区間について積分した、複数の積分信号を算出する積分処理部と、前記複数の積分信号を、所定の誤警報確率を得るために必要な、前記積分信号の強度と前記周波数成分に含まれる背景雑音強度との比で除算した、複数の規格化積分信号を算出する規格化処理部と、前記複数の規格化積分信号を比較し、最大の規格化積分信号を選択する最大信号選択部と、前記最大の規格化積分信号と前記周波数成分の背景雑音強度とを比較する比較部とを備えたパルス信号検出装置。
2. 前記積分処理部は、前記デジタル受信信号の複数の周波数成分から抽出した周波数成分の前記複数の積分信号を算出することを特徴とする請求項１に記載のパルス信号検出装置。
3. 前記積分処理部は、前記デジタル受信信号の複数の周波数成分の各々についての前記複数の積分信号を算出することを特徴とする請求項１に記載のパルス信号検出装置。

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