JP2019100943A - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、受信信号の信頼性を適切に評価することができる信号処理装置及び信号処理方法を提供することにある。
各前記積分データのドップラーシフト量を積分する第2の積分部を更に具備してもよい。
前記信頼性指標算出部は、前記信頼性指標として各前記積分データのドップラーシフト量の差分を算出してもよい。
本発明は、航空機搭載用だけではなく、地上装置にも適用できる。また、ドップラーライダーだけでなく、ドップラーレーダにも適用できる。
本発明に係る信号処理装置を航空機に搭載されるドップラーライダー方式の光学式の遠隔気流計測装置に適用した実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る遠隔気流計測装置の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、この遠隔気流計測装置100は、計測部10と、信号処理部20とを備える。
遠隔気流計測装置を航空機の動揺低減制御用に使用する場合、通常は上下の気流ベクトルを算出する必要があるため、複数の方向にレーザ光を放射するが、ここでは気流ベクトル展開の手法は説明しないため、1方向に簡略化した図を用いる。
計測部10は、大気中にレーザ光をパルス状に放射し、この反射光を受信し、放射したレーザ光と反射光との間の周波数のドップラーシフト量に基づき光軸方向(放射軸方向)の風速を計測するものであり、光学望遠鏡11と光送受信機12とを有する。
信号処理部20は、パルス列である上記のドップラー効果による周波数変化量を間欠状に2つの系統で積分して2つ積分データを得る。積分数は例えば100〜4000回が想定される。信号処理部20は、2つの積分データに基づいた比較により受信信号の信頼性指標を算出する。
図2に示すように、信号処理部20は、第1の積分部21と、ドップラー検出部22と、信頼性指標算出部としての比較回路28とを有する。
第1の積分部21は、受信信号に応じたパルス列を間欠状に2つの系統で積分して2つの積分データを得る。
第1の積分部21は、パルス分別回路23と、2つの積分回路24a、24bとを有する。
積分回路24aは、受信パルス列Aを積分して積分データを算出する。積分回路24bは、受信パルス列Bを積分して積分データを算出する。
積分データを用いることでSN比を向上させることができる。
上記の実施形態では、第1の積分部21は受信信号に応じたパルス列を間欠状に2つの系統で積分して2つの積分データを得るものであったが、図6に示すように、受信信号に応じたパルス列を間欠状に3つの系統で積分して3つの積分データを得るものであってもよい。或いはそれ以上の積分データを得るものであってもよい。これにより不正データを更に減少させることができる。
信頼性指標を重みづけに利用するには、例えば制御ゲインに信頼性指標の逆数を乗算すればよい。この逆数には適切な係数を乗算してもよい。
実際の受信パルスは、大気中の各レンジで散乱されたものを受信するものであるから、図4に示したように、送信光に対してなだらかな形状となる。上記したように受信光を時分割することにより、レンジビンごとに風速を独立して求めることができる。
図1に示したように、航空機に搭載された遠隔気流計測装置100の後段には、制御計算機200が接続され、典型的には制御計算機200はオートパイロット300を使って舵面400を制御する。
ここで、遠隔気流計測装置100は、計測した各レンジビンの風速に、レンジビンごとに信頼性指標を付加し、制御計算機200に伝達する。
ドップラーライダーは晴天時でも遠隔気流が観測できるという特徴があるものの、有効観測レンジの短さが運航会社のパイロットから指摘されており、実用化の足かせとなっていた。しかし、500m程度の短い観測レンジであっても、舵面の自動制御によって機体の動揺を低減することにより乱気流事故を防止することが可能である。本発明に係る信号処理装置を有する遠隔気流計測装置を適用することにより、前方気流情報の計測信頼性が向上し、舵面自動制御用の事前情報として旅客機への適用が可能となる。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々に変形して実施することが可能であり、その実施の範囲も本発明の技術思想の範囲に属するものである。
ここで、受信素子4aは、電波のアンテナであっても、音声マイクであっても撮像素子であってもよい。実時間処理が不要な場合は、積分の組み合わせを変化させることにより、利用できる情報を最大にしてもよい。
また、上記の実施形態では、パルス列を例にして説明したが、この場合に、信号が時間的に変化する値でも比較可能であるので、受信信号はパルスである必要はない。
距離計に本発明を適用する場合には、通常のレーザ距離計と原理は同じであっても、高パルスレート、低パルスエネルギーで良いため、小型高効率のレーザダイオードを増幅せずに使用することができる。例えばパルスレートを100kHz、パルスエネルギーを10μJとすると、平均1Wの出力であるが、1.5kmまでの距離情報を例えば50Hzの周期で出力できる。車両、船舶、衛星等の近接センサに利用できる。
この場合に、図12に示すように、送信光と受信光は1対1の関係であるので、距離分割や周波数計測は不要で、単に受信光を2つの積分回路で積分し、これらの積分の比較から信頼性指標を算出し、信頼性の低い情報を除去すればよい。
21 :積分部
22 :ドップラー検出部
23 :パルス分別回路
24a :積分回路
24b :積分回路
25a :レンジ分割回路
25b :レンジ分割回路
26a :周波数変換回路
26b :周波数変換回路
27a :ドップラー検出回路
27b :ドップラー検出回路
28 :比較回路
201 :第2の積分回路
Claims (5)
- 受信信号に応じた信号列を間欠状に複数の系統で積分して複数の積分データを得る第1の積分部と、
前記複数の積分データに基づいた比較により前記受信信号の信頼性指標を算出する信頼性指標算出部と
を具備する信号処理装置。 - 請求項1に記載の信号処理装置であって、
前記受信信号に応じた信号列は、大気中に向けて放射された連続するパルス列からなる送信信号の反射信号を受信した受信信号の周波数と前記送信信号の周波数との差分の信号列であり、
各前記積分データをそれぞれ複数のレンジビンに時分割し、各前記積分データそれぞれについて、前記レンジビンごとに周波数と強度との関係を求めて当該関係からドップラーシフト量を検出するドップラー検出部を有し、
前記信頼性指標算出部は、各前記積分データのドップラーシフト量の比較により前記受信信号の信頼性指標を算出する
信号処理装置。 - 請求項2に記載の信号処理装置であって、
各前記積分データのドップラーシフト量を積分する第2の積分部
を更に具備する信号処理装置。 - 請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の信号処理装置であって、
前記信頼性指標算出部は、前記信頼性指標として各前記積分データのドップラーシフト量の差分を算出する
信号処理装置。 - 受信信号に応じた信号列を間欠状に複数の系統で積分して複数の積分データを得て、
前記複数の積分データに基づいた比較により前記受信信号の信頼性指標を算出する
信号処理方法。
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