JP2607854B2 - Signal tracking method - Google Patents

Signal tracking method

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JP2607854B2
JP2607854B2 JP6268545A JP26854594A JP2607854B2 JP 2607854 B2 JP2607854 B2 JP 2607854B2 JP 6268545 A JP6268545 A JP 6268545A JP 26854594 A JP26854594 A JP 26854594A JP 2607854 B2 JP2607854 B2 JP 2607854B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複数の方位に指向した
受波ビームの出力に周波数分析を行うことにより得られ
る周波数空間上の信号強度の分布に基づいて、方向性を
持つ未知の狭帯域信号を時間的に継続して測定する信号
追尾方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an unknown narrow direction having a directivity based on a signal intensity distribution in a frequency space obtained by performing a frequency analysis on the output of a receiving beam directed in a plurality of directions. The present invention relates to a signal tracking method for measuring a band signal continuously over time.

【0002】[0002]

【従来の技術】以下、従来の信号追尾方法を説明する。
まず、少しずつ異なる信号の方位を指向する複数個の受
波ビームによって信号を受波し、各サンプル時刻ごとに
受波ビームの出力についてスペクトル分析を行う。これ
により、受波ビームを指向する各方位θにおける受波ビ
ームの入力信号の各周波数fでの信号強度X(f,θ)
が得られる。次に、信号強度X(f,θ)の分布の中か
ら極大点を検出する。ここで極大点とは、信号強度が、
同じ受波ビーム内において隣接するサンプル周波数の信
号強度よりも大きく、かつ、隣接する方位を指向する受
波ビームの同じサンプル周波数における強度よりも大き
い点のことである。もし点(f0 ,θ0 )が極大点にな
っており、しかもその信号強度があらかじめ定めた閾値
を越えたならば、周波数f0 の狭帯域信号が到来したと
判断し、その方位はおおむねθ0 であると判断する。続
いて、より精密な狭帯域信号の到来方位の計測値とし
て、信号強度X(f,θ)の点(f0 ,θ0 )近辺のデ
ータから精測方位θを求める。これは、例えば、方位
θ0 の近傍の数点を用いて補間処理を行い極大点θ1
求めることにより求められる。このようにして、周波数
0 の狭帯域信号が精測方位θ1 から到来したことを検
出する。以上の処理を各サンプル時刻ごとに行った上
で、異なる時刻に検出された狭帯域信号の周波数及び精
測方位を比較する。あるサンプル時刻に検出された狭帯
域信号の周波数f0 、及び到来方位θ1 と、過去の一定
時間内に検出された狭帯域信号の周波数f0 ´、及び到
来方位θ1 ´との差異が定められた値以下である場合に
は、両信号は同じ目標からの狭帯域信号とみなし新旧の
狭帯域信号を統合する。以後、同様に繰り返すことによ
って狭帯域信号の刻々と変化する周波数、及び到来方位
を時間的に継続して得ることができる。
2. Description of the Related Art A conventional signal tracking method will be described below.
First, a signal is received by a plurality of receiving beams pointing in directions slightly different from each other, and spectrum analysis is performed on the output of the receiving beam at each sample time. As a result, the signal intensity X (f, θ) at each frequency f of the input signal of the received beam in each direction θ that directs the received beam
Is obtained. Next, a local maximum point is detected from the distribution of the signal intensity X (f, θ). Here, the maximum point means that the signal strength is
A point in the same receiving beam that is greater than the signal strength of the adjacent sample frequency and greater than the strength of the receiving beam pointing in the adjacent direction at the same sample frequency. If the point (f 0 , θ 0 ) is a local maximum point and its signal strength exceeds a predetermined threshold, it is determined that a narrow band signal of frequency f 0 has arrived, and its azimuth is substantially. It is determined that θ 0 . Subsequently, as the measurement value of the arrival direction of a more precise narrowband signal point of the signal intensity X (f, θ) (f 0, θ 0) Request precise measurement orientation theta 1 from the data in the vicinity. This can be obtained, for example, by performing interpolation processing using several points near the azimuth θ 0 to obtain the maximum point θ 1 . In this way, it is detected that the narrow band signal of the frequency f 0 has arrived from the precise measurement direction θ 1 . After performing the above processing for each sample time, the frequency and precise measurement direction of the narrowband signal detected at different times are compared. The difference between the frequency f 0 and the arrival direction θ 1 of the narrow band signal detected at a certain sample time and the frequency f 0 ′ and the arrival direction θ 1 ′ of the narrow band signal detected within a certain period of time in the past. If it is less than the defined value, both signals are regarded as narrowband signals from the same target and the old and new narrowband signals are integrated. Thereafter, by repeating in the same manner, the ever-changing frequency and arrival direction of the narrowband signal can be continuously obtained in time.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
信号追尾方法においては、次のような課題があった。信
号強度が雑音強度に比較して小さい状況、すなわちS/
N比が低い状況では、信号強度の分布中において、狭帯
域信号に基づく真の極大点と共に、ランダムな雑音に基
づく極大点が頻繁に現れる。そのため従来の信号追尾方
法においては、追尾中の狭帯域信号に雑音に基づく極大
点が統合されてしまう現象がしばしば生じるため、誤っ
た周波数や到来方位が示されたり追尾が途切れたりする
という問題点があり、信号強度が雑音強度に比較して十
分に大きい状況でなければ利用できなかった。図2は、
上記問題点を示す周波数fに関する方位空間上の信号強
度分布を示す図であり、同図(a)は、サンプル時刻T
1 における信号強度分布図、同図(b)はサンプル時刻
2 における信号強度分布図、同図(c)はサンプル時
刻T3における信号強度分布図、同図(d)はサンプル
時刻T4 における信号強度分布図である。サンプル時刻
においては、方位θ1 から狭帯域信号が到来し、サ
ンプル時刻T2においては、方位θ2 から狭帯域信号が
到来している。サンプル時刻T3においては、方位
θe 、及び方位θ3 において信号強度が、極大であり、
しかも方位θe における信号強度が、方位θ3 における
信号強度よりも大であるので、信号方位θe が狭帯域信
号の方位と推定される。しかし、方位θe は、ランダム
な雑音により信号強度が極大点となったものであり、信
号方位θ3 は、狭帯域信号による真の極大点である。そ
のため、信号方位θe が、狭帯域信号の方位と誤って推
定される。サンプル時刻T4 においては、方位θ4 にお
いて信号強度が、極大点であり、方位θ4 から狭帯域信
号が到来している。図3は、図2に示す狭帯域信号の望
ましい追尾結果を示す図である。この図に示すように、
サンプル時刻T1 〜T4 において、信号方位θ1 〜θ4
が、狭帯域信号の正しい方位である。一方、図4は、従
来の信号追尾方法による追尾結果を示す図である。この
図に示すように、サンプル時刻T3 においてランダムな
雑音による信号の方位θe が、サンプル時刻T1 、及び
2 で検出した狭帯域信号の方位に統合される。サンプ
ル時刻T4 において、狭帯域信号の方位θ4 が、正しく
検出されるが、サンプル時刻T3 における方位θe と方
位θ4 とが離れているため、サンプル時刻T4における
狭帯域信号がサンプル時刻T1 〜T3 における狭帯域信
号とは別の信号源によるものとして判別され狭帯域信号
の追尾がとぎれてしまうという問題点がある。
However, the conventional signal tracking method has the following problems. The situation where the signal strength is small compared to the noise strength, ie, S /
In a situation where the N-ratio is low, a local maximum based on random noise frequently appears in the distribution of the signal strength together with a true maximum based on the narrowband signal. Therefore, in the conventional signal tracking method, a phenomenon that the maximum point based on the noise is often integrated into the narrow band signal being tracked often occurs, so that an incorrect frequency or arrival direction is indicated or tracking is interrupted. However, the signal intensity cannot be used unless the signal intensity is sufficiently large compared to the noise intensity. FIG.
FIG. 7A is a diagram illustrating a signal intensity distribution in an azimuth space with respect to a frequency f indicating the above-described problem, and FIG.
Signal intensity distribution diagram in 1, FIG. (B) the signal intensity distribution diagram at sample time T 2, FIG. (C) is the signal intensity distribution diagram at sample time T 3, FIG. (D) shows the sample time T 4 It is a signal intensity distribution diagram. In sample time T 1, arrives narrowband signal from the azimuth theta 1 is at sample time T2, the narrowband signal has arrived from the direction theta 2. At the sample time T 3 , the signal intensity is maximum at the azimuth θ e and the azimuth θ 3 ,
Moreover the signal strength in the orientation theta e is, since it is larger than the signal intensity at an azimuth theta 3, signal direction theta e is estimated to orientation of the narrowband signal. However, the azimuth θ e is the point at which the signal intensity reaches a local maximum due to random noise, and the signal azimuth θ 3 is the true maximum at a narrow band signal. Therefore, the signal direction θ e is erroneously estimated as the direction of the narrowband signal. In sample time T 4, the signal intensity in the orientation theta 4 is a maximum point, the narrowband signal from the azimuth theta 4 has arrived. FIG. 3 is a diagram showing a desirable tracking result of the narrowband signal shown in FIG. As shown in this figure,
At sample times T 1 to T 4 , the signal orientations θ 1 to θ 4
Is the correct orientation of the narrowband signal. On the other hand, FIG. 4 is a diagram showing a tracking result by a conventional signal tracking method. As shown in this figure, the direction θ e of the signal due to random noise at the sample time T 3 is integrated with the direction of the narrowband signal detected at the sample times T 1 and T 2 . In sample time T 4, the narrowband signal of the azimuth theta 4 is, but is correctly detected, since the orientation theta e in sample time T 3 and the direction theta 4 are spaced apart, the narrow band signal at sample time T 4 sample the narrowband signal at time T 1 through T 3 there is a problem that the tracking is interrupted in the discriminated narrowband signal as not by the signal source.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、前記課題
を解決するために、異なる方位に対する指向性を持つ複
数の受波ビームを用いて所定の連続した範囲の方位を監
視し、前記各受波ビームに対して、サンプル時刻、及び
サンプル周波数毎に受波した信号の周波数分析を行い周
波数空間の信号強度の分布を算出し、前記周波数空間の
信号強度の分布に基づいて、方向性をもって到来する狭
帯域信号の周波数と到来方位を時間的に継続して測定す
る信号追尾方法において、以下の処理を施す。すなわ
ち、前記各受波ビームに対して、前記周波数空間の信号
強度の分布における前記サンプル周波数の近傍に直線ま
たは曲線のパターンが存在するかをニューラルネットワ
ークを用いて判定するパターン判定処理を施す。そし
て、方位×周波数空間のニューラルネットワーク出力の
分布から、極大点を検出する極大点検出処理を施し、前
記極大点検出処理により検出された極大点が時間的に継
続して出現し、かつ、それらの極大点の方位、及び周波
数が近接している場合を検出することにより、狭帯域信
号の周波数、及び方位を追尾する狭帯域信号追尾処理と
を、施す。第2の発明によれば、第1の発明の狭帯域信
号追尾処理は、前記極大点検出処理により得られた最新
の極大点のサンプル周波数と過去の極大点のサンプル周
波数からトラッキングフィルタによって得た予測値とを
比較することによって狭帯域信号の周波数、及び方位を
追尾する。第3の発明は、第1の発明の狭帯域信号追尾
処理は、前記極大点検出処理により得られた最新の極大
点の方位と過去の極大点の方位からトラッキングフィル
タによって得た予測値とを比較することによって狭帯域
信号の周波数、及び方位を追尾する。第4の発明は、第
1の発明の狭帯域信号追尾処理は、前記周波数空間での
補間処理を行うことにより狭帯域信号の周波数の精測情
報を得る。第5の発明は、第1の発明の狭帯域信号追尾
処理は、前記受波ビーム間での補間処理を行うことによ
り狭帯域信号の到来方位の精測情報を得る。
According to a first aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, a plurality of receiving beams having directivities in different directions are used to monitor a direction in a predetermined continuous range, For each received beam, the sample time and the frequency analysis of the signal received for each sample frequency are performed to calculate the signal strength distribution in the frequency space, and the directionality is calculated based on the signal strength distribution in the frequency space. In the signal tracking method for continuously measuring the frequency and direction of arrival of a narrowband signal arriving at the following time, the following processing is performed. That is, a pattern determination process is performed on each of the received beams to determine whether a linear or curved pattern exists near the sample frequency in the signal intensity distribution in the frequency space using a neural network. Then, from the distribution of the neural network output in the azimuth × frequency space, a local maximum point detection process for detecting a local maximum point is performed, and the local maximum points detected by the local maximum point detection process continuously appear temporally, and The narrow band signal tracking processing for tracking the frequency and the direction of the narrow band signal is performed by detecting the case where the azimuth and the frequency of the local maximum point are close to each other. According to the second invention, the narrow-band signal tracking processing of the first invention is obtained by a tracking filter from the latest sample frequency of the maximum point obtained by the maximum point detection processing and the sample frequency of the past maximum point. The frequency and azimuth of the narrowband signal are tracked by comparing with the predicted value. In a third aspect of the present invention, the narrow-band signal tracking process according to the first aspect comprises a step of: estimating a direction of a latest local maximum point obtained by the local maximum point detection process and a predicted value obtained by a tracking filter from directions of past local maximum points. The frequency and direction of the narrowband signal are tracked by comparison. According to a fourth aspect of the present invention, in the narrowband signal tracking process according to the first aspect, precise measurement information of the frequency of the narrowband signal is obtained by performing the interpolation process in the frequency space. According to a fifth aspect of the present invention, in the narrowband signal tracking process according to the first aspect of the present invention, precise measurement information of the arrival direction of the narrowband signal is obtained by performing an interpolation process between the received beams.

【0005】[0005]

【作用】第1の発明によれば、以上のように信号追尾方
法を構成したので、ニューラルネットワークが、各受波
ビームに対して、周波数空間の信号強度の分布における
各サンプル周波数の近傍に直線または曲線のパターンが
存在するかのパターン判定処理を行う。狭帯域信号の場
合は、該狭帯域信号の周波数の近傍の信号強度分布にお
いて前記直線または曲線のパターンが存在し、雑音の場
合には信号強度分布に前記パターンが存在しない。そこ
で、方位及び周波数空間におけるニューラルネットワー
ク出力の極大点を検出すると、この極大点には雑音によ
るものは含まれない。狭帯域信号追尾処理では、検出さ
れた極大点が時間的に継続して出現し、かつ、それらの
極大点の方位、及び周波数が近接している場合を検出す
ることにより、狭帯域信号の周波数、及び方位を追尾す
る。従って、前記課題を解決できるのである。
According to the first aspect of the present invention, since the signal tracking method is configured as described above, the neural network generates a straight line near each sample frequency in the distribution of signal strength in the frequency space with respect to each received beam. Alternatively, a pattern determination process is performed to determine whether a curve pattern exists. In the case of a narrow band signal, the straight or curved pattern exists in the signal intensity distribution near the frequency of the narrow band signal, and in the case of noise, the pattern does not exist in the signal intensity distribution. Then, when the maximum point of the output of the neural network in the azimuth and frequency space is detected, the maximum point does not include the one due to noise. In the narrow-band signal tracking processing, the detected local maximum points appear continuously in time, and the direction and frequency of those local maximum points are detected, thereby detecting the frequency of the narrow-band signal. , And azimuth. Therefore, the above problem can be solved.

【0006】[0006]

【実施例】図1は、本発明の信号追尾方法を実施するた
めの信号追尾装置の機能ブロック図である。この信号追
尾装置は、方位θ1 ,周波数f1 の移動しつつある未知
の目標1からの狭帯域信号S1 を少しずつ異なる方位を
指向する複数個の受波ビームB1 ,B2 ,…,Bn によ
って受波する音響アレイセンサ2を有している。音響ア
レイセンサ2の出力側には、各受波ビームBi (i=
1,2,…,n)の受波信号のスペクトル分析を行い周
波数空間上の信号強度分布S3−iを各サンプル時刻t
k ごとに求める周波数分析器3−iが接続されている。
各周波数分析器3−iの出力側には、精測方位、及び精
測周波数を算出するピーク検出器7、及び過去一定時間
分の周波数空間上の信号強度分布を記憶する記憶装置4
−iが接続されている。記憶装置4−iの出力側には、
サンプル時刻tk からtk +Kまでの周波数空間上の信
号強度分布S4−iからサンプル周波数の近傍の部分を
取り出して、取り出した部分に、未知の目標1からの狭
帯域信号による直線または曲線のパターンが存在するか
否かを判定するニューラルネットワーク5が接続されて
いる。ニューラルネットワーク5の出力側には、方位×
周波数空間におけるニューラルネットワーク出力の極大
点を検出し、極大点が時間的に継続して出現するか等の
検出をすることにより狭帯域信号の周波数、及び方位を
追尾する目標管理装置6が接続され、さらにその出力側
には、ピーク検出器7が接続されている。ピーク検出器
7からは、未知の目標1の精測周波数f1 、及び精測方
位θ1 が出力される。
FIG. 1 is a functional block diagram of a signal tracking device for implementing a signal tracking method according to the present invention. The signal tracking device, orientation theta 1, a plurality of reception beams B 1 directed to different orientations slightly narrowband signals S 1 from an unknown target 1 is moving in the frequency f 1, B 2, ... , Bn . On the output side of the acoustic array sensor 2, each received beam B i (i =
1, 2,..., N) are subjected to spectrum analysis, and the signal intensity distribution S3-i in the frequency space is determined at each sample time t.
A frequency analyzer 3-i for each k is connected.
On the output side of each frequency analyzer 3-i, a peak detector 7 for calculating a precise measurement direction and a precise frequency, and a storage device 4 for storing a signal intensity distribution in a frequency space for a predetermined time in the past.
-I is connected. On the output side of the storage device 4-i,
A portion near the sample frequency is extracted from the signal intensity distribution S4-i on the frequency space from the sample time t k to t k + K, and a straight line or a curve formed by a narrow band signal from the unknown target 1 is extracted in the extracted portion. A neural network 5 for determining whether or not a pattern exists is connected. At the output side of the neural network 5, the direction x
A target management device 6 for detecting the maximum point of the output of the neural network in the frequency space, detecting whether the maximum point appears continuously in time, or the like, thereby tracking the frequency and direction of the narrowband signal is connected. Further, a peak detector 7 is connected to the output side. The peak detector 7 outputs the precise measurement frequency f 1 of the unknown target 1 and the precise measurement direction θ 1 .

【0007】次に、図1を用いて本発明の信号追尾方法
を説明する。音響アレイセンサ2では、未知の目標1か
らの狭帯域信号を少しずつ異なる方位を指向する複数個
の受波ビームB1 ,B2 ,…,Bn によって受波して、
各受波ビームBi (i=1,2,…,n)の受波信号S
2−iを周波数分析器3−iに出力する。各周波数分析
器3−iでは、各サンプル時刻tk 毎に受波ビームBi
の受波信号S2−iのスペクトル分析を行い周波数空間
上の信号強度分布を求め、該信号強度分布S3−iを記
憶装置4−i、及びピーク検出器7に出力する。記憶装
置4−iでは、過去一定時間分の受波ビームBi の信号
強度分布S3−iを保存する。ニューラルネットワーク
5では、各方位θi に指向する受波ビームBi につい
て、少しずつ周波数の異なる複数のサンプル周波数の各
サンプル周波数について、記憶装置4−iに記憶された
時刻×周波数空間上の信号強度分布S4−iからサンプ
ル周波数の近傍に限った部分を取り出し、該取り出した
部分に直線あるいは曲線のパターンが存在するか否かを
判定する。これは、例えば、直線または曲線のパターン
を予め学習し、取り出した部分の入力データ中に学習し
たパターンが存在すれば1を、存在しなければ0を出力
するように学習したバックプロパゲーション型ニューラ
ルネットワークを用いることにより実現できる。狭帯域
信号の場合は、狭帯域信号の方位に指向する受波ビーム
の信号強度分布において、狭帯域信号の周波数の近傍で
信号強度の大きな点が線状に並んだパターンを形作ると
いう性質を持つ。一方、雑音信号の場合は、ランダムな
信号強度分布となり、前記パターンを形作らない。従っ
て、受波ビームBi の周波数空間上の信号強度分布中の
サンプル周波数の近傍部分に直線または曲線のパターン
が存在するか否かによって狭帯域信号の到来を検出する
ので、雑音による影響を受けずに狭帯域信号を検出する
ことができる。
Next, a signal tracking method according to the present invention will be described with reference to FIG. The acoustic array sensor 2 receives a narrow band signal from the unknown target 1 by a plurality of receiving beams B 1 , B 2 ,..., B n pointing in slightly different directions.
Received signal S of each received beam B i (i = 1, 2,..., N)
2-i is output to the frequency analyzer 3-i. Each frequency analyzer 3-i, receiving beam B i for each sampling time t k
Of the received signal S2-i is obtained to obtain a signal intensity distribution in the frequency space, and the signal intensity distribution S3-i is output to the storage device 4-i and the peak detector 7. In the storage device 4-i, stores the signal intensity distribution S3-i of receiving beams B i for the past predetermined time period. In the neural network 5, for the received beam B i directed in each direction θ i , the signal in the time × frequency space stored in the storage device 4-i for each sample frequency of a plurality of sample frequencies having slightly different frequencies. A portion limited to the vicinity of the sample frequency is extracted from the intensity distribution S4-i, and it is determined whether or not a straight or curved pattern exists in the extracted portion. This is, for example, a back-propagation-type neural network in which a linear or curved pattern is learned in advance, and 1 is output if the learned pattern is present in the extracted input data, and 0 is output if it is not present. This can be realized by using a network. In the case of a narrow-band signal, the signal strength distribution of a received beam directed in the direction of the narrow-band signal has the property of forming a pattern in which large points of signal strength are arranged linearly in the vicinity of the frequency of the narrow-band signal. . On the other hand, in the case of a noise signal, a random signal intensity distribution is obtained, and the pattern is not formed. Accordingly, since detecting the arrival of the narrow-band signal according to whether a pattern of lines or curves present in the vicinity of the sample frequency in the signal intensity distribution on the frequency space of the receiving beams B i, influenced by noise A narrow band signal can be detected without using a signal.

【0008】目標管理装置6では、方位×周波数空間上
のニューラルネットワーク出力の分布から、極大点
(f,θ)を検出し、該極大点(f,θ)を今回のサン
プル時刻tk で検出された狭帯域信号の周波数ft(k)
及び方位θt(k)とする。目標管理装置6では、今回のサ
ンプル時刻tk で検出された狭帯域信号の周波数
t(k)、及び方位θt(k)と、過去に検出した狭帯域信号
の周波数ft(k-1)、及び方位θt(k-1)とを比較し、両狭
帯域信号が同一の目標に基づくもの判定されれば新旧の
両狭帯域信号を統合して記録する。このときの判定方法
としては、たとえば、両狭帯域信号の方位が定められた
差以内に近く、かつ両狭帯域信号の周波数が定められた
差以内に近いときに統合するという方法を用いることが
できる。あるいは、過去に検出した狭帯域信号の到来方
位からトラッキングフィルタを用いて予測した方位と、
今回検出した狭帯域信号の到来方位とを比較し、両者が
定められた差以内に近いときに統合するという方法を用
いることもできる。そして、目標管理装置6では、狭帯
域信号のサンプル時刻毎に統合された目標の方位θ、及
び周波数fをピーク検出器7に出力する。
[0008] The target management apparatus 6, from the distribution of the neural network output on orientation × frequency space, detects the maximum point (f, theta), polar University point (f, theta) detected in the current sample time t k Frequency f t (k) of the narrowband signal obtained ,
And the orientation θt (k) . The target management device 6, the frequency f t of the current sample time t k at the detected narrowband signal (k), and the azimuth θ t (k) and the frequency of the narrowband signal detected in the past f t (k- 1) and the azimuth θt (k-1), and if it is determined that both narrowband signals are based on the same target, the new and old narrowband signals are integrated and recorded. As a determination method at this time, for example, it is possible to use a method of integrating when the azimuths of both narrowband signals are close to within a predetermined difference and the frequencies of both narrowband signals are close to within a predetermined difference. it can. Or, an azimuth predicted using a tracking filter from the azimuth of arrival of the narrowband signal detected in the past,
It is also possible to use a method of comparing the arrival direction of the narrowband signal detected this time and integrating them when they are close to each other within a predetermined difference. Then, the target management device 6 outputs the integrated target azimuth θ and frequency f to the peak detector 7 at each sampling time of the narrowband signal.

【0009】ピーク検出器7では、各周波数分析器3−
iより出力される方位θに指向する受波ビームBi から
得られた周波数空間の信号強度の分布S3−iに基づい
て、狭帯域信号の精測周波数f1 を求める。この方法と
しては、周波数fの近傍で最も信号強度の大きな周波数
をもって狭帯域信号の精測周波数f1 とする。あるい
は、周波数fの近傍の周波数間で補間処理を行う等の方
法を用いることができる。後者の場合の補間処理は、例
えば3点を用いた放物線補間で実現することができる。
これは、周波数空間の信号強度分布で、極大点とその両
隣のサンプル周波数における信号強度の3点を通る信号
強度軸方向に凸な放物線を求め、その頂点が位置する周
波数を狭帯域信号の精測周波数f1 とするものである。
続いて、ピーク検出器7では、各受波ビームBi の信号
強度分布S3−iの周波数f1 における信号強度に基づ
いて、精測方位θ1 を求める。この方法としては、方位
θの近傍で精測周波数f1 における信号強度が、最も大
きな受波ビームに指向する方位をもって精測方位θ1
する。または、方位θの近傍の方位を指向する受波ビー
ム間で補間処理を行う等の方法を用いることができる。
この場合の補間処理においても前記放物線補間を用いる
ことができる。このようにして得られた精測周波数
1 、及び精測方位θ1 を追尾中の狭帯域信号の持つ属
性として記録・出力する。上記処理を繰り返すことによ
って、周波数と到来方位が刻々と変化する狭帯域信号を
追尾することができる。
In the peak detector 7, each frequency analyzer 3-
based on the distribution S3-i of the signal strength of the obtained frequency space from receiving beam B i directed to the azimuth θ outputted from the i, determining the precise measurement frequency f 1 of the narrowband signal. As this method, the precise measurement frequency f 1 of the narrowband signal with a large frequency of the highest signal strength in the vicinity of the frequency f. Alternatively, a method of performing an interpolation process between frequencies near the frequency f can be used. The interpolation process in the latter case can be realized by, for example, parabolic interpolation using three points.
In this method, a parabolic curve that is convex in the direction of the signal strength axis passing through the maximum point and the three points of the signal strength at the sample frequencies adjacent to the maximum point is obtained from the signal strength distribution in the frequency space, and the frequency at which the vertex is located is determined by the precision of the narrowband signal. it is an measuring frequency f 1.
Subsequently, the peak detector 7, based on the signal strength in the frequency f 1 of the signal intensity distribution S3-i for each receive beam B i, obtains the Seihaka orientation theta 1. As this method, the signal intensity in the precise measurement frequency f 1 in the vicinity of the orientation theta is the precise measurement orientation theta 1 with the orientation directed to the greatest receiving beam. Alternatively, it is possible to use a method of performing an interpolation process between reception beams directed to an azimuth near the azimuth θ.
In the interpolation processing in this case, the parabolic interpolation can be used. The precisely measured frequency f 1 and the precisely measured azimuth θ 1 thus obtained are recorded and output as attributes of the narrowband signal being tracked. By repeating the above processing, it is possible to track a narrow band signal whose frequency and arrival direction change every moment.

【0010】以上のように、本実施例では、以下の利点
がある。 (i)狭帯域信号の場合は、狭帯域信号の周波数の付近
に、信号強度の大きな点が線状に並んだパターンを形作
るという性質を持つ。よって、ニューラルネットワーク
を用いて、このパターンの存在を発見し、これを追跡す
ることによって狭帯域信号を追尾することにしたので、
雑音に影響されることなく、信号の追尾を行え、信号追
尾の精度を向上させることができる。 (ii)従来の方法よりもS/N比が低い状況下で狭帯域
信号の追尾を行うことができる。なお、本発明は、上記
実施例に限定されず種々の変形が可能である。その変形
例としては、例えば次のようなものがある。 (1)上記実施例では入力信号を音響信号としたが、例
えば、電磁波など方向性を持ち周波数と信号強度を求め
得るものであれば、どのような入力信号であってもよ
い。 (2)図1の信号追尾装置は個別回路、またはプログラ
ムにより実現してもよい。 (3)上記実施例ではニューラルネットワークの例とし
てバックプロパゲーション型のものを採り上げたが、パ
ターンの存在を判定できるものであれば、例えばボルツ
マンマシン等、他のニューラルネットワークでもよい。
As described above, this embodiment has the following advantages. (I) In the case of a narrow-band signal, it has the property of forming a pattern in which points with high signal strength are arranged in a line near the frequency of the narrow-band signal. Therefore, we used a neural network to discover the existence of this pattern and track it to track narrowband signals.
Signal tracking can be performed without being affected by noise, and the accuracy of signal tracking can be improved. (Ii) Narrowband signal tracking can be performed in a situation where the S / N ratio is lower than that of the conventional method. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, there are the following modifications. (1) In the above embodiment, the input signal is an acoustic signal. However, any input signal may be used as long as it has directivity such as electromagnetic waves and can obtain a frequency and a signal strength. (2) The signal tracking device of FIG. 1 may be realized by an individual circuit or a program. (3) In the above embodiment, a back propagation type is taken as an example of a neural network. However, another neural network such as a Boltzmann machine may be used as long as it can determine the presence of a pattern.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1〜第5
の発明によれば、各受波ビームに対して、前記周波数空
間の信号強度の分布における前記サンプル周波数の近傍
に直線または曲線のパターンが存在するかをニューラル
ネットワークを用いて判定するパターン判定処理を行
い、方位×周波数空間におけるニューラルネットワーク
出力の分布から極大点を検出するので、雑音に影響され
ることなく、狭帯域信号の追尾を行うことができる。し
かも、S/N比が低い状況下で狭帯域信号の追尾を行う
ことができる。
As described in detail above, the first to fifth embodiments
According to the invention, for each received beam, a pattern determination process for determining whether there is a linear or curved pattern near the sample frequency in the signal intensity distribution in the frequency space using a neural network. Since the maximum point is detected from the distribution of the output of the neural network in the azimuth × frequency space, tracking of the narrow band signal can be performed without being affected by noise. In addition, it is possible to track a narrow band signal under a condition where the S / N ratio is low.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の信号追尾方法を実施するため
の信号追尾装置の機能ブロック図である。
FIG. 1 is a functional block diagram of a signal tracking device for implementing a signal tracking method according to an embodiment of the present invention.

【図2】周波数fに関する各サンプル時刻T1 〜T4
の方位空間上の信号強度分布を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a signal intensity distribution in an azimuth space at each sample time T 1 to T 4 with respect to a frequency f.

【図3】図2の狭帯域信号の望ましい追尾結果を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a desirable tracking result of the narrowband signal of FIG. 2;

【図4】図2の狭帯域信号の従来の方法の追尾結果を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a tracking result of the conventional method of the narrow band signal of FIG. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 未知の目標 2 音響アレイセンサ 3−i(i=1,2,…,n) 周波数分析器 4−i(i=1,2,…,n) 記憶装置 5 ニューラルネット
ワーク 6 目標管理装置 7 ピーク検出器
Reference Signs List 1 unknown target 2 acoustic array sensor 3-i (i = 1, 2,..., N) frequency analyzer 4-i (i = 1, 2,..., N) storage device 5 neural network 6 target management device 7 peak Detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 正人 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 溝田 享 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 尾崎 俊二 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−43238(JP,A) 特開 平8−15402(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masato Yamashita 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd. (72) Inventor Takashi Mizota 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd. (72) Inventor Shunji Ozaki 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd. (56) References JP-A-6-43238 (JP, A) JP Hei 8-15402 (JP, A)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 異なる方位に対する指向性を持つ複数の
受波ビームを用いて所定の連続した範囲の方位を監視
し、 前記各受波ビームに対して、サンプル時刻、及びサンプ
ル周波数毎に、受波した信号の周波数分析を行い周波数
空間の信号強度の分布を算出し、 前記周波数空間の信号強度の分布に基づいて、方向性を
もって到来する狭帯域信号の周波数と到来方位を時間的
に継続して測定する信号追尾方法において、 前記各受波ビームに対して、前記周波数空間の信号強度
の分布における前記サンプル周波数の近傍に直線または
曲線のパターンが存在するかをニューラルネットワーク
を用いて判定するパターン判定処理と、 前記ニューラルネットワークの出力の、方位及び周波数
空間での分布から極大点を検出する極大点検出処理と、 前記極大点検出処理により検出された極大点が時間的に
継続して出現し、かつ、それらの極大点の方位、及び周
波数が近接している場合を検出することにより、狭帯域
信号の周波数、及び方位を追尾する狭帯域信号追尾処理
とを、 施すことを特徴とする信号追尾方法。
An azimuth in a predetermined continuous range is monitored using a plurality of receiving beams having directivities in different azimuths. A receiving time is determined for each of the receiving beams at a sample time and a sample frequency. The frequency analysis of the waved signal is performed to calculate the signal strength distribution in the frequency space.Based on the signal strength distribution in the frequency space, the frequency and direction of arrival of the narrowband signal arriving with directionality are temporally continued. A signal tracking method for measuring by using a neural network, for each of the received beams, determining whether a linear or curved pattern exists near the sample frequency in the signal intensity distribution in the frequency space. A determination process; a maximum point detection process for detecting a maximum point from a distribution in an azimuth and a frequency space of the output of the neural network; By detecting a case where the maximum points detected by the point detection process appear continuously in time and the directions and frequencies of those maximum points are close to each other, the frequency and the direction of the narrowband signal are detected. And a narrowband signal tracking process for tracking the signal.
【請求項2】 前記狭帯域信号追尾処理は、前記極大点
検出処理により得られた最新の極大点のサンプル周波数
と過去の極大点のサンプル周波数からトラッキングフィ
ルタによって得た予測値とを比較することによって狭帯
域信号の周波数、及び方位を追尾することを特徴とする
請求項1記載の信号追尾方法。
2. The narrow-band signal tracking processing includes comparing a latest sample frequency of a maximum point obtained by the maximum point detection processing with a predicted value obtained by a tracking filter from a sample frequency of a past maximum point. 2. The signal tracking method according to claim 1, wherein the tracking of the frequency and the direction of the narrow band signal is performed by using the tracking method.
【請求項3】 前記狭帯域信号追尾処理は、前記極大点
検出処理により得られた最新の極大点の方位と過去の極
大点の方位からトラッキングフィルタによって得た予測
値とを比較することによって狭帯域信号の周波数、及び
方位を追尾することを特徴とする請求項1記載の信号追
尾方法。
3. The narrow-band signal tracking processing is performed by comparing the azimuth of the latest maximum point obtained by the maximum point detection processing with a predicted value obtained by a tracking filter from the azimuth of a past maximum point. 2. The signal tracking method according to claim 1, wherein the frequency and the direction of the band signal are tracked.
【請求項4】 前記狭帯域信号追尾処理は、前記周波数
空間の信号分布での補間処理を行うことにより狭帯域信
号の周波数の精測情報を得ることを特徴とする請求項1
記載の信号追尾方法。
4. The narrow-band signal tracking process obtains precise measurement information of a frequency of a narrow-band signal by performing an interpolation process on a signal distribution in the frequency space.
The described signal tracking method.
【請求項5】 前記狭帯域信号追尾処理は、前記受波ビ
ーム間での補間処理を行うことにより狭帯域信号の到来
方位の精測情報を得ることを特徴とする請求項1記載の
信号追尾方法。
5. The signal tracking according to claim 1, wherein the narrow-band signal tracking process obtains precise measurement information of an arrival direction of the narrow-band signal by performing an interpolation process between the reception beams. Method.
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