JP2022090435A - パルス列解析装置およびパルス列解析方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 パルス列におけるパルス割れを検知できるパルス列解析装置およびパルス列解析方法を提供する。【解決手段】 実施形態によれば、パルス列解析装置は、測定部と変化量算出部と分割パルス検知部とを備える。測定部は、パルス列において隣り合うパルス信号の間隔を検出する。変化量算出部は、測定部が検出した隣り合うパルス信号の間隔の変化量を算出する。分割パルス検知部は、測定部が検出したパルス信号の間隔の変化量に基づいてパルス割れによって発生した分割パルスを検知する。【選択図】図1
Description
本発明は、パルス列解析装置およびパルス列解析方法に関する。
従来、レーダ波をアンテナで受信し、受信した信号を検波することで得られるパルス列を解析するパルス列解析装置がある。アンテナが受信した信号から得られるパルス列には、本来1つのパルス信号(パルス)として検出すされるべき信号が複数に分割されたパルス信号(分割パルス)として現れることがある。このような現象をパルス割れと呼ぶこととする。パルス割れは、アンテナを大きくしたり、S/N比を高くしたりすることで抑えることができる。しかしながら、アンテナを大きくしたりS/N比を高くしたりすると、装置が大規模で高価なものとなってしまう。
パルス割れによって生じる分割パルスを含むパルス列を自動解析すると、誤解析又は解析不可能となることがあるため、従来は、パルス割れによって生じた分割パルスを人手によって検出したり修復したりしている。しかしながら、1つのパルス列におけるパルス数は、膨大であるため、人手によるパルス割れの発見および修正には時間が掛かり見落としなどが起こる可能性も高いという問題点がある。
本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであって、パルス列におけるパルス割れを検知できるパルス列解析装置およびパルス列解析方法を提供することを目的とする。
実施形態によれば、パルス列解析装置は、測定部と変化量算出部と分割パルス検知部とを備える。測定部は、パルス列において隣り合うパルス信号の間隔を検出する。変化量算出部は、測定部が検出した隣り合うパルス信号の間隔の変化量を算出する。分割パルス検知部は、測定部が検出したパルス信号の間隔の変化量に基づいてパルス割れによって発生した分割パルスを検知する。
以下、実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、実施形態に係るパルス割れ検知装置あるいはパルス割れ修復装置としてのパルス列解析装置10の構成例を示すブロック図である。
パルス列解析装置10は、受信アンテナ11で受信した信号から取得するパルス列を解析する。パルス列解析装置10は、受信アンテナ11で受信した信号から取得するパルス列におけるパルス割れを検知するパルス割れ検知装置として機能する。また、パルス列解析装置10は、パルス列において検知されたパルス割れを修復するパルス列修復装置としても機能する。例えば、パルス列解析装置10は、パルス列が示す情報を解析するための自動解析部へパルス列を供給するための前処理として、パルス列におけるパルス割れを検知、および、修復を行うものである。
図1は、実施形態に係るパルス割れ検知装置あるいはパルス割れ修復装置としてのパルス列解析装置10の構成例を示すブロック図である。
パルス列解析装置10は、受信アンテナ11で受信した信号から取得するパルス列を解析する。パルス列解析装置10は、受信アンテナ11で受信した信号から取得するパルス列におけるパルス割れを検知するパルス割れ検知装置として機能する。また、パルス列解析装置10は、パルス列において検知されたパルス割れを修復するパルス列修復装置としても機能する。例えば、パルス列解析装置10は、パルス列が示す情報を解析するための自動解析部へパルス列を供給するための前処理として、パルス列におけるパルス割れを検知、および、修復を行うものである。
パルス列解析装置10は、受信アンテナ11に接続される。パルス列解析装置10は、パルス列諸元測定処理部(測定部)12、パルス間隔変化量算出処理部(変化量算出部)13、分割パルス検知処理部(分割パルス検知部)14、分割パルス修復処理部(パルス修復部)15、および、修復パルス列出力部16を備える。
パルス列解析装置10は、例えば、受信アンテナ11を接続した電子計算機によって実現される。パルス列解析装置10は、受信アンテナ11が受信した信号から得られるパルス列においてパルス割れを検知するパルス割れ検知処理、および、パルス割れとして検知した信号を修復する修復処理を行う。
パルス列解析装置10を実現する電子計算機は、プロセッサ、各種のメモリおよび各種インターフェースなどを有する。パルス列解析装置10は、プロセッサが不揮発性のメモリとしてのROMなどのメモリに記憶されているプログラムを実行することにより各処理部12~15として機能する。また、パルス列解析装置10は、受信アンテナ11と接続するための入力インターフェースおよび処理後のパルス列を出力するための出力インターフェースを有する。
受信アンテナ11は、パルス列解析装置10としての電子計算機の入力インターフェースに接続される。受信アンテナ11は、レーダ波などの電波を受信し、受信した信号(受信信号)を出力する。受信アンテナ11は、受信信号をパルス列解析装置10の入力インターフェースに供給する。
パルス列諸元測定処理部12は、受信アンテナ11が受信した受信信号を取得し、受信信号を検波してパルス信号を含むパルス列を検出する。パルス列諸元測定処理部12は、検出したパルス列において隣り合うパルス信号の間隔(パルス間隔)を測定し、各パルスに対してパルスの到来時刻順に番号付けしたパルス番号を付与する。パルス列諸元測定処理部12は、パルス列におけるパルス間隔、および、各パルスのパルス番号をパルス間隔変化量算出処理部13へ出力する。
図2(a)は、パルス割れによって生じた分割パルスを含むパルス列の例を示す図である。ただし、図2(a)では、ジッタ等の変調によりパルス間隔が変化するパルス列及びパルス列におけるパルス割れが発生した部分(分割パルス群)とその前後のパルスとを示す図である。図2(b)は、図2(a)に示すパルス列のパルス間隔をパルスのパルス番号の順(到来時刻順)に並べた図である。
パルス割れは、ノイズ等の影響などによって受信信号に生じた信号レベルの乱れが原因で、本来1つのパルスとして検出されるべき信号部分が複数に分割されたパルス(分割パルス)としてパルス列に現れることである。言い換えると、パルス割れによって生じる分割パルスは、1つのパルス信号として検出されるべき期間内において断片的な期間の短い複数のパルス信号として検出される信号である。図2(a)および図2(b)では、本来1つのパルスとして検出されるべき信号部分が3つの分割パルスとして検出された例を示している。
本実施形態において、パルス列において隣り合うパルスの間隔をパルス間隔(PI:Pulse Interval)と称するものとする。図2(a)および図2(b)に示す例では、パルス割れにより生じた3つの分割パルスの間に2つのパルス間隔(PI)が存在する。パルス割れにより生じた分割パルス間のPIは、パルス割れが発生していないパルス間のPIと比較して非常に小さい値となる。パルス割れによる分割パルスを含むパルス列をそのまま解析してしまうと、分割パルスによる小さな値のPIが解析の妨げとなって本来の得られるべき解析結果が得られずに誤解析の要因となる。
パルス間隔変化量算出処理部13は、隣り合うパルスの間隔であるパルス間隔PIの変化量を算出する。PIの特徴量としての変化量Rは、例えば、以下に示す数1で算出されるものとする。
ここで、数1において、nは、各パルスに対して到来時刻順に割り振られたパルス番号であるものとする。また、PI(n)は、パルス列におけるn番目のパルスとn+1番目のパルスとの間隔を示す。
数1の式によれば、n番目のパルス間隔PIの変化量R(n)は、n番目のパルス間隔PI(n)に対して次(n+1番目)のパルス間隔PI(n+1)が変化した割合を示す値となる。すなわち、あるパルスのパルス間隔と次のパルスのパルス間隔とが同じであれば、変化量Rは、1となる。また、あるパルスのパルス間隔と次のパルスのパルス間隔との変化が小さければ小さいほど、変化量Rは、1に近づく。また、あるパルスのパルス間隔に対して次のパルスのパルス間隔が大きくなればなるほど、変化量Rは、無限大に近づく(大きくなる)。また、あるパルスのパルス間隔に対して次のパルスのパルス間隔が小さくなればなるほど、変化量Rは、0に近づく(小さくなる)。
パルス列においては、パルス変調によりパルス間隔が変化する。パルス変調によるパルス間隔の変化幅をパルス列において出現するパルス間隔の平均値に対してw[%]とすると、パルス間隔は、パルス間隔の平均値±w/2[%]の範囲で変化する。すると、パルス割れのないパルス列における隣り合うパルスのパルス間隔の変化量R(n)は、次の数2に示す範囲の値をとる。
数2の式において、PRI_meanは出現するパルス間隔の平均値を表すものとする。上述した数2の式を整理すると、次の数3に示す式が得られ、PRI_meanを考慮する必要がなくなる。
変化量R(n)が上述した数3の式に示す範囲外の値をとる場合、パルス変調によるパルス間隔の変化を超える変化が起きていることが判定できる。パルス列におけるパルス間隔のしきい値以上の大きな変化は、パルス割れの発生として検知することができる。従って、数3に示す範囲がパルス列におけるパルス割れを検知する変化量R(n)に対するしきい値であるとすると、変化量Rに対する下限のしきい値Rl、および、変化量Rに対する上限のしきい値Rhは、以下の数4で示される。
すなわち、パルス間隔変化量算出処理部13は、上述した各式によって、隣り合うパルスの間隔であるパルス間隔PIの変化量R、変化量Rに対する下限のしきい値(下限値)Rl、および、上限のしきい値(上限値)Rhを算出する。パルス間隔変化量算出処理部13は、算出したパルス間隔PIの変化量R、下限値Rl、および、上限値Rhを分割パルス検知処理部14へ出力する。
分割パルス検知処理部14は、パルス列におけるパルス割れを検知する。分割パルス検知処理部14は、パルス間隔変化量算出処理部13が算出した各変化量R(n)と下限値Rlおよび上限値Rhとをそれぞれ比較する。
図3(a)は、パルス割れが発生した期間を含むパルス列の例を示す図である。図3(b)は、パルス間隔PIをパルス番号順にプロットした図である。図3(c)は、パルス間隔PIから計算した変化量Rをプロットした図である。
図3(a)に示すように、パルス割れによって発生した一群の分割パルスのうち最初に出現する分割パルスのパルス間隔に対する1つ前のパルス間隔の変化量Rは、変化量に対する下限のしきい値Rlよりも小さな値となる。
図3(a)に示すように、パルス割れによって発生した一群の分割パルスのうち最初に出現する分割パルスのパルス間隔に対する1つ前のパルス間隔の変化量Rは、変化量に対する下限のしきい値Rlよりも小さな値となる。
例えば、最初の分割パルス(パルス番号をa+1とする)は、直前のパルス(パルス番号aのパルス)から通常のパルス間隔のタイミングで検出されるものと考えられる。この場合、最初の分割パルスと直前のパルスとのパルス間隔PI(a)は、通常のパルス間隔に近い値となると考えられる。
また、最初の分割パルスの直後に検出されるパルスは、パルス割れによって生じた分割パルスであるから、最初の分割パルスから通常のパルス間隔よりも短い間隔で検出されるものと考えられる。この場合、最初の分割パルスと直後のパルス(分割パルス)とのパルス間隔PI(a+1)は、通常のパルス間隔よりも小さい値となると考えられる。
すなわち、最初の分割パルスのパルス間隔PI(a+1)は、通常のパルス間隔であるパルス間隔PI(a)と比較して大変小さな値となる。最初の分割パルスに対する前後のパルス間隔の変化を示す変化量R(a)は、PI(a+1)/PI(a)で算出される値であるから、変化量に対する下限のしきい値Rlを下回るような小さい値となる。
また、パルス割れによって発生した一群の分割パルスのうち最後の分割パルスのパルス間隔に対する1つ前のパルス間隔の変化量Rは、変化量に対する上限のしきい値Rhよりも大きな値となる。
例えば、パルス割れによって発生した一群の分割パルスのうち最後の分割パルス(パルス番号をb+1とする)の直後には通常のパルス間隔でパルスが検出されるものとする。この場合、最後の分割パルスと次のパルスとのパルス間隔PI(b+1)は、通常のパルス間隔に近い値となると考えられる。
例えば、パルス割れによって発生した一群の分割パルスのうち最後の分割パルス(パルス番号をb+1とする)の直後には通常のパルス間隔でパルスが検出されるものとする。この場合、最後の分割パルスと次のパルスとのパルス間隔PI(b+1)は、通常のパルス間隔に近い値となると考えられる。
一方、最後の分割パルスの直前に検出されるパルスは、パルス割れによって生じた分割パルスである。このため、最後の分割パルスと直前のパルス(分割パルス)との間隔PI(b)は通常のパルス間隔よりも短い間隔で検出される。
すなわち、最後の分割パルスのパルス間隔PI(b+1)は、分割パルス間のパルス間隔であるパルス間隔PI(b)と比較して大きな値となる。変化量R(b)は、最後の分割パルスのパルス間隔PI(b+1)をその1つ前の分割パルスのパルス間隔PI(b)で割った値(PI(b+1)/PI(b))である。このため、変化量R(b)は、変化量に対する上限のしきい値Rhを上回るような大きい値となる。
上述したように、下限のしきい値Rlを下回る変化量は、パルス割れによって生じた一群の分割パルスにおける最初の分割パルスを示す。また、上限のしきい値を上回る変化量Rは、パルス割れによって生じる一群の分割パルスにおける最後の分割パルスを示すものとなる。言い換えると、下限のしきい値Rlを下回る変化量が示す最初の分割パルスと上限のしきい値を上回る変化量が示す最後の分割パルスとで囲まれた領域(期間)は、パルス割れの期間(領域)を示すものである。
分割パルス検知処理部14は、下限のしきい値Rlを下回る変化量と上限のしきい値を上回る変化量とを検出する。分割パルス検知処理部14は、下限のしきい値Rlを下回る変化量が示す最初の分割パルスを検出し、上限のしきい値を上回る変化量が示す最後の分割パルスを検出する。分割パルス検知処理部14は、最初の分割パルスと最後の分割パルスとからパルス割れが発生した期間(領域)を検出する。
例えば、分割パルス検知処理部14は、しきい値Rlを下回る変化量Rのサンプル番号+1(Rl>R(a)であればa+1)から、しきい値Rhを上回る変化量Rのサンプル番号+1(Rh<R(b)であればb+1)までのサンプル番号(例えば、a+1、…、b+1)をパルス割れによって発生した一群の分割パルスのパルス番号として記録する。分割パルス検知処理部14は、パルス列における分割パルスを検出すると、分割パルスを示すパルス番号を分割パルス修復処理部15へ出力する。
分割パルス修復処理部15は、パルス割れによって発生した信号を修復する。分割パルス修復処理部15は、分割パルス検知処理部14が検出した分割パルスのパルス番号を取得する。分割パルス修復処理部15は、パルス番号が特定される分割パルスに対して修復を施す。
図4(a)は、パルス割れが発生したパルス列の例を示す図である。図4(b)は、図4(a)に示すパルス列におけるパルス間隔PIの例を示す図である。図5(a)は、図4(a)に示すパルス列におけるパルス割れ部分(分割パルス群)を修復した後のパルス列を示す図である。図5(b)は、図5(a)に示すパルス列におけるパルス間隔PIを示す図である。
分割パルス修復処理部15は、分割パルス検知処理部14から取得する分割パルスのパルス番号に基づいて、図4(a)に示すようなパルス列における一群の分割パルスを特定する。分割パルス修復処理部15は、一群の分割パルスを1つのパルスに修正する。一群の分割パルスを1つのパルスに修正すると、図4(b)に示すように、各分割パルスによって生じたパルス間隔PIは、図4(b)に点線で示すように1つのパルス間隔PIとなるように修復される。
この結果として、分割パルス修復処理部15は、図4(a)に示すパルス列を図5(a)に示すパルス列に修復する。また、分割パルス修復処理部15が修復したパルス列においては、各パルス間隔PIが図5(b)に示すように修復される。
図6(a)は、実施形態に係るパルス列解析装置10が取得するパルス列においてパルス割れによって生じた分割パルスの例を示す図である。図6(b)は、図6(a)に示すパルス割れによって生じた分割パルスを修復したパルスの例を示す図である。
分割パルス修復処理部15は、パルス割れが発生した期間(領域)全体を1つのパルスに修復する。分割パルス修復処理部15は、パルス割れによって生じた一群の分割パルスを特定すると、最後の分割パルスを除くすべての分割パルスのパルス間隔PIと、最後の分割パルスのパルス幅(PD: Pulse Duration)との合計を修復後のパルスのパルス幅とする。
分割パルス修復処理部15は、パルス割れが発生した期間(領域)全体を1つのパルスに修復する。分割パルス修復処理部15は、パルス割れによって生じた一群の分割パルスを特定すると、最後の分割パルスを除くすべての分割パルスのパルス間隔PIと、最後の分割パルスのパルス幅(PD: Pulse Duration)との合計を修復後のパルスのパルス幅とする。
例えば、図6(a)に示すように、パルス割れによって3つの分割パルスが生成された場合を想定する。第1の分割パルスのパルス間隔PIは、第1の分割パルスのパルス幅を含み第2の分割パルスまで(第2の分割パルスの立ち上がりまで)の期間である。第2の分割パルスのパルス間隔PIは、第2の分割パルスのパルス幅を含み第3の分割パルスまで(第3の分割パルスの立ち上がりまで)の期間である。この場合、パルス割れが発生した期間は、第1の分割パルスのパルス間隔PIと第2の分割パルスのパルス間隔PIと第3の分割パルスのパルス幅とを合計した期間であると考えられる。
従って、分割パルス修復処理部15は、第1の分割パルスのパルス間隔PIと第2の分割パルスのパルス間隔PIと第3の分割パルスのパルス幅とを合計することで、第1の分割パルスの立ち上がりから第3の分割パルスの立ち下がりまでの期間を、パルス割れを修復した1つのパルスのパルス幅として得ることができる。
この結果として、分割パルス修復処理部15は、図6(a)に示す分割パルス群を図6(b)に示す1つのパルスに修復する。分割パルス修復処理部15は、パルス割れを修復した部分を含むパルス列を修復パルス列出力部16へ供給する。ただし、パルス列おけるパルス割れが検知された期間(パルス割れによって生じた一群の分割パルス)の修復方法については、上述した手法に限定されるものでない。
修復パルス列出力部16は、パルス割れが修復されたパルス列を外部デバイスへ出力する。例えば、修復パルス列出力部16は、パルス割れが修復されたパルス列を表示装置に表示させる。
なお、上述した実施形態においては、分割パルス修復処理部は、パルス列においてパルス割れが検知された期間(パルス割れによって生じた一群の分割パルス)を1つのパルスに修復する場合について説明したが、パルス割れが検知された期間(パルス割れによって生じた一群の分割パルス)を削除することによりパルス列を修復するようにしても良い。この場合、パルス割れとして検知されるような信号が不安定な期間の信号を除いたパルス列を出力できることなる。
また、上述した実施形態においては、修復パルス列出力部は、分割パルス修復処理部がパルス割れが検知された期間(パルス割れによって生じた一群の分割パルス)を修復したパルス列を出力するものしたが、パルス割れが検知された期間(パルス割れによって生じた一群の分割パルス)を示す情報と修復を実施していないパルス列とを外部デバイスに出力するようにしても良い。例えば、修復パルス列出力部は、修復を実施していないパルス列とパルス割れが検知された期間を示す情報とを表示装置に表示するようにしても良い。これにより、分割パルス検出部がパルス列においてパルス割れとして検知した期間を表示するようにすることもできる。
以上の詳述したように、本実施形態に係るパルス列解析装置によれば、パルス列におけるパルス間隔を解析することによりパルス列に存在するパルス割れによって生じた分割パルスを検知できる。また、実施形態に係るパルス列解析装置は、隣り合うパルスのパルス間隔の比(パルスの前後にあるパルス間隔の比)からパルスがパルス割れによって生じた分割パルスであるかどうかを判定する。これにより、実施形態に係るパルス列解析装置は、簡単な計算でパルス割れを検知することが可能であり、パルス列解析装置としての電子計算機に掛ける負荷が少ない処理でパルス割れを検知できる。
また、実施形態に係るパルス列解析装置は、パルス割れによって生じた分割パルスを検知し、パルス割れによって生じた分割パルスを修復することでパルス割れのないパルス列を出力する。これにより、パルス列解析装置は、パルス割れによって生じた分割パルスを含むパルス列が入力された場合であってもパルス割れによって生じた信号を修復したパルス列を出力でき、パルス割れの影響がないパルス列での自動解析を可能とする。
また、実施形態に係るパルス列解析装置は、受信用のアンテナの面積を縮小したり低S/Nとなるようなハードウエアで受信装置を構成したりした場合であっても、パルス列に含まれるパルス割れによって生じた信号を修復でき、パルス割れによる分割パルスを含まないパルス列による解析が可能となる。この結果として、実施形態に係るパルス列解析装置は、パルス列に対する解析の精度向上を図れ、装置のコストダウンを実現することもできる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…パルス列解析装置、11…受信アンテナ、12…パルス列諸元測定処理部(測定部)、13…パルス間隔変化量算出処理部(変化量算出部)、14…分割パルス検知処理部(分割パルス検知部)、15…分割パルス修復処理部(パルス修復部)、16…修復パルス列出力部。
Claims (7)
- パルス列において隣り合うパルス信号の間隔を検出する測定部と、
前記測定部が検出した隣り合うパルス信号の間隔の変化量を算出する変化量算出部と、
前記測定部が検出したパルス信号の間隔の変化量に基づいてパルス割れによって発生した分割パルスを検知する分割パルス検知部と、
を備えるパルス列解析装置。 - 前記変化量算出部は、前記パルス列において隣り合うパルスのパルス間隔の比に基づいてパルス信号の間隔の変化量を算出する、
請求項1に記載のパルス列解析装置。 - 前記変化量算出部は、前記パルス信号の間隔および当該パルス信号の間隔の平均値に対する変化幅に基づいて前記変化量に対する下限値および上限値とを算出し、
前記分割パルス検知部は、前記変化量が前記下限値を下回った場合のパルス信号から前記変化量が前記上限値を上回った場合のパルス信号までの間のパルス信号をパルス割れによって発生した分割パルスとして検知する、
請求項1又は2の何れか1項に記載のパルス列解析装置。 - さらに、前記分割パルス検知部が検知したパルス割れによって発生した複数の分割パルスを1つのパルス信号に修復するパルス修復部を有する、
請求項1乃至3の何れか1項に記載のパルス列解析装置。 - 前記分割パルス検知部は、前記変化量が下限値を下回ってから前記変化量が上限値を上回るまでの間がパルス割れが発生した期間であることを検知する、
請求項3に記載のパルス列解析装置。 - 前記パルス修復部は、前記分割パルス検知部が検知したパルス割れによって分割パルスが発生した期間を1つのパルス信号に修復する、
請求項4に記載のパルス列解析装置。 - パルス信号を解析するパルス列解析方法であって、
パルス列において隣り合うパルス信号の間隔を検出することと、
前記検出した隣り合うパルス信号の間隔の変化量を算出することと、
前記算出したパルス信号の間隔の変化量に基づいてパルス割れによって発生した分割パルスを検知すること、
を備えるパルス列解析方法。
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