JP3676283B2 - パルス列検出装置及びパルス列検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の信号源から発振された複数のパルス列を検出するパルス列検出装置及びパルス列検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9は例えば特公昭62−26603号公報に示された従来のパルス列検出装置を示す構成図であり、図において、1は複数の信号源から発振された複数のパルス列の各受信パルスの到着時間t1,t2,・・・,tNを入力する入力端子、21〜2Kは受信パルスの到着時間t1,t2,・・・,tNを参照して、すべてのパルスペア(tn,tm)のパルス間隔tm−tnを算出するとともに、その算出したパルス間隔tm−tnのうち、予め設定されたパルス繰り返し間隔(以下、PRIと称する)の細分区間(以下、PRIビンと称する)に属するパルス間隔tm−tnを検出する単純PRIフィルタである。ただし、m=2,・・・,N、n=1,・・・,N−1である。
【0003】
31〜3Kは単純PRIフィルタ21〜2Kにより検出されたパルス間隔tm−tnを構成する受信パルスの到着時間tmに基づいて複素三角関数の演算を行う複素三角関数演算器、41〜4Kは複素三角関数演算器31〜3Kの演算結果の総和を求める複素加算器である。
【0004】
次に動作について説明する。
従来のパルス列検出装置は、信号源毎のパルス列をPRIの違いに基づいて検出するために、複素三角関数の和を観測時間全体に亘ってとるようにしている。最初に、パルス列検出装置の基本原理を説明する。なお、当該基本原理は”パルス繰り返し間隔推定のための新手法”,昭和58年度電子情報通信学会情報 システム部門全国大会に示されているPRI変換と呼ばれる方法に相当する。
【0005】
まず、受信パルスの到着時間をt1,t2,・・・,tNとして、次に示すように、入力パルス列をデルタ関数の和で表現する。
【数1】
ここで、PRI変換とは、式(1)の入力パルス列g(t)が次式によって変換されることである。
【数2】
【0006】
PRI変換後の関数D(τ)はPRI軸(変数τ)上での関数であり、式(2)は式(1)の入力パルス列g(t)に対しては以下のような形になる。
【数3】
ここで、式(3)の右辺の複素三角関数の項がない式は、入力パルス列g(t)の自己相関関数である。入力パルス列の自己相関関数では、含まれる信号源のPRIの位置に鋭いピークが現れるが、PRIの整数倍の位置(分数調波)にも同じようなピークが現れて、PRIの検出を困難にするのに対し、PRI変換では、分数調波が抑圧されて、ピークの位置からPRIが検出できるようになる。
【0007】
ところで、式(3)のPRI変換は連続時間の表現であるが、実際の装置として実現する場合には、離散時間での取り扱いになる。PRI変換を離散化するには、PRI軸を細分化して複数のPRIビンに分ける必要がある。
PRIビンの幅をΔτ、k番目のPRIビンの中心PRIをτk=(k−1/2)Δτとすると、k番目のPRIビンに対応する離散PRI変換の値は次式で定義される。
【数4】
この離散PRI変換の値を求めるのが図9のパルス列検出装置である。
【0008】
以下、図9のパルス列検出装置の動作を具体的に説明する。
まず、入力端子1が複数の信号源から発振された複数のパルス列の各受信パルスの到着時間t1,t2,・・・,tNを入力すると、単純PRIフィルタ21〜2Kは、受信パルスの到着時間t1,t2,・・・,tNを参照して、すべてのパルスペア(tn,tm)のパルス間隔tm−tnを算出する。そして、その算出したパルス間隔tm−tnのうち、予め設定されたPRIビンに属するパルス間隔tm−tnを検出する。
【0009】
例えば、k番目の単純PRIフィルタ2kは、すべてのパルスペア(tn,tm)のパルス間隔tm−tnの中で、k番目のPRIビンに合致するパルス間隔tm−tnを構成する受信パルスの到着時間tmのみを通過させる。即ち、τk−Δτ/2<tm−tn≦τk+Δτ/2を満足する受信パルスの到着時間tmのみを通過させる。
【0010】
複素三角関数演算器31〜3Kは、単純PRIフィルタ21〜2Kから受信パルスの到着時間tmを受けると、その到着時間tmに基づいて複素三角関数exp(2πitm/τk)の演算を行う。
複素加算器41〜4Kは、下記に示すように、複素三角関数演算器31〜3Kの演算結果の総和を求める。
【数5】
そして、複素加算器41〜4Kは、演算結果の総和値が所定の閾値より大きい場合、パルス列の検出信号を出力する。
【0011】
ここで、図10及び図11は従来のパルス列検出装置の検出結果を示す説明図である。ただし、入力パルス列は図5に示すような3つの信号源(図中のA,B,C)からのパルス列の重なり合った複合パルス列であるとする。
図5に示すように、信号源のうちAとBは、全観測時間の一部でしかパルスを受信できておらず、特にBは非常に短い時間である。このような入力パルス列に対しても、PRIに全く揺らぎがなければ、図10に示すように離散PRI変換の絶対値のグラフには3つの信号源に対応して、それらのPRIの位置に鋭いピークが現れるため、容易にパルス列を検出することができる。
一方、PRIが10%程度揺らいでいる場合には、図11に示すように、PRIの位置のピークレベルが減少してノイズが増大し、パルス列の検出が困難になる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパルス列検出装置は以上のように構成されているので、受信パルス列に含まれる信号源のパルス列が短くて、PRIに揺らぎが含まれている場合には、PRIの位置のピークレベルが減少してノイズが増大し、パルス列の検出が困難になる課題があった。
【0013】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、受信パルス列に含まれる信号源のパルス列が短くて、PRIに揺らぎが含まれている場合でも、精度よくパルス列を検出することができるパルス列検出装置及びパルス列検出方法を得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るパルス列検出装置は、検出手段により検出されたパルス間隔を構成する受信パルスの到着時間に基づいて、時間と共に移動する移動窓内で複素三角関数の移動和を算出する移動和算出手段を設けたものである。
【0015】
この発明に係るパルス列検出装置は、移動和算出手段がパルス繰り返し間隔に比例する幅を有する移動窓を用いるようにしたものである。
【0016】
この発明に係るパルス列検出装置は、検出手段がパルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出する際、その細分区間の幅を想定される揺らぎ幅に応じて設定するようにしたものである。
【0017】
この発明に係るパルス列検出装置は、比較手段が移動窓内のパルスの個数を計数し、そのパルスの個数に応じて閾値を設定するようにしたものである。
【0018】
この発明に係るパルス列検出装置は、検出手段がPRIフィルタを用いてパルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出するようにしたものである。
【0019】
この発明に係るパルス列検出方法は、パルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を構成する受信パルスの到着時間に基づいて、時間と共に移動する移動窓内で複素三角関数の移動和を算出するようにしたものである。
【0020】
この発明に係るパルス列検出方法は、パルス繰り返し間隔に比例する幅を有する移動窓を用いるようにしたものである。
【0021】
この発明に係るパルス列検出方法は、パルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出する際、その細分区間の幅を想定される揺らぎ幅に応じて設定するようにしたものである。
【0022】
この発明に係るパルス列検出方法は、移動窓内のパルスの個数を計数し、そのパルスの個数に応じて閾値を設定するようにしたものである。
【0023】
この発明に係るパルス列検出方法は、PRIフィルタを用いてパルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出するようにしたものである。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるパルス列検出装置を示す構成図であり、図において、11は複数の信号源から発振された複数のパルス列の各受信パルスの到着時間t1,t2,・・・,tNを入力する入力端子、121〜12Kは受信パルスの到着時間t1,t2,・・・,tNを参照して、すべてのパルスペア(tn,tm)のパルス間隔tm−tnを算出するとともに、その算出したパルス間隔tm−tnのうち、予め設定されたPRIのPRIビンに属するパルス間隔tm−tnを検出する単純PRIフィルタ(パルス間隔算出手段、検出手段)である。ただし、m=2,・・・,N、n=1,・・・,N−1である。
【0025】
131〜13Kは単純PRIフィルタ121〜12Kにより検出されたパルス間隔tm−tnを構成する受信パルスの到着時間tmに基づいて複素三角関数の演算を行う複素三角関数演算器、141〜14Kは時間と共に移動する移動窓内で複素三角関数の移動和を算出する移動窓型複素加算器である。なお、複素三角関数演算器131〜13K及び移動窓型複素加算器141〜14Kから移動和算出手段が構成されている。
151〜15Kは移動窓型複素加算器141〜14Kにより算出された移動和の絶対値が所定の閾値より大きいときパルス列の検出信号を出力する閾値処理部(比較手段)、161〜16Kは出力端子である。
図2はこの発明の実施の形態1によるパルス列検出方法を示すフローチャートである。
【0026】
次に動作について説明する。
まず、入力端子11が複数の信号源から発振された複数のパルス列の各受信パルスの到着時間t1,t2,・・・,tNを入力すると、単純PRIフィルタ121〜12Kは、受信パルスの到着時間t1,t2,・・・,tNを参照して、すべてのパルスペア(tn,tm)のパルス間隔tm−tnを算出する(ステップST1)。そして、その算出したパルス間隔tm−tnのうち、予め設定されたPRIビンに属するパルス間隔tm−tnを検出する(ステップST2)。
【0027】
例えば、k番目の単純PRIフィルタ12kは、すべてのパルスペア(tn,tm)のパルス間隔tm−tnの中で、k番目のPRIビンに合致するパルス間隔tm−tnを構成する受信パルスの到着時間tmのみを通過させる。即ち、τk−Δτ/2<tm−tn≦τk+Δτ/2を満足する受信パルスの到着時間tmのみを通過させる。
【0028】
複素三角関数演算器131〜13Kは、単純PRIフィルタ121〜12Kから受信パルスの到着時間tmを受けると、その到着時間tmに基づいて複素三角関数exp(2πitm/τk)の演算を行う(ステップST3)。
移動窓型複素加算器141〜14Kは、下記に示すように、時間と共に移動する移動窓[t−ντk,t+ντk]内で複素三角関数の移動和Dk(t)を算出する(ステップST4)。ただし、νは比例定数である。
【数6】
【0029】
閾値処理部151〜15Kは、移動窓型複素加算器141〜14Kが移動和Dk(t)を算出すると、その移動和の絶対値|Dk(t)|と予め設定されている閾値Akを比較し、その絶対値|Dk(t)|が閾値Akより大きいときパルス列の検出信号を出力する(ステップST5)。
ここで、閾値Akとしては、ランダムに到着するパルス列を処理した場合の|Dk(t)|の平均レベル(2乗平均値の平方根)のγ倍を用いる。このγの値は、3−σルールにより、3程度の値に設定する。
【0030】
なお、ランダムに到着するパルス列を処理した場合の|Dk(t)|の2乗平均値の平方根は、移動窓の幅をT、PRIビンの幅をbとすれば、次のように近似することができる。
【数7】
この場合、T=ντk,b=Δτであるから、閾値Akは次のようになる。
【数8】
【0031】
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、単純PRIフィルタ121〜12Kにより検出されたパルス間隔tm−tnを構成する受信パルスの到着時間tmに基づいて、時間と共に移動する移動窓内で複素三角関数の移動和を算出するように構成したので、受信パルス列に含まれる信号源のパルス列が短くて、PRIに揺らぎが含まれている場合でも、精度よくパルス列を検出することができる効果を奏する。
また、移動窓の幅をパルス繰り返し間隔に比例させるようにしているので、種々のパルス繰り返し間隔に対して同等な品質での検出が可能になる効果がある。
【0032】
実施の形態2.
上記実施の形態1では、単純PRIフィルタ121〜12Kが予め設定されたPRIビンに属するパルス間隔tm−tnを検出する際、すべてのPRIビンが同一幅であるものとしてパルス間隔tm−tnを検出するものについて示したが、すべてのPRIビンの幅を想定される揺らぎ幅に応じて設定するようにしてもよい。
【0033】
即ち、信号源のPRIに大きな揺らぎがある場合には(例えば、10%程度の揺らぎ)、同一の信号源のパルスが複数のPRIビンに枝分かれしてピーク値が低下する。このように大きな揺らぎがある場合は、図3に示すように、PRIビンの幅を想定される揺らぎの幅に合わせて広げたものを用いればよい。
この場合でも、各PRIビンの中心PRIは分解能の要求を満足させるように設定するから、PRIビンはオーバーラップすることになる。
【0034】
想定される揺らぎがPRIに比例するものとしたときには、k番目のPRIビンの幅はbk=2ετk(εは揺らぎの大きさを表わす定数)とする。この場合、ランダムに到着するパルス列を処理した場合の|Dk(t)|の2乗平均値の平方根は、次のように近似することができる。
【数9】
したがって、閾値Akは次のようになる。
【数10】
閾値処理部151〜15Kが上記の閾値Akを使用することにより、信号源のPRIに大きな揺らぎがある場合でも、精度よくパルス列を検出することができる効果を奏する。
【0035】
実施の形態3.
図4はこの発明の実施の形態3によるパルス列検出装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
171〜17Kは移動窓内のパルスの個数を計数し、そのパルスの個数に応じて閾値Akを設定する移動窓型加算器(比較手段)である。
【0036】
次に動作について説明する。
上記実施の形態1,2では、閾値処理部151〜15Kが予め設定されている閾値Akを用いて移動和の絶対値|Dk(t)|と比較する処理を実施するものについて示したが、移動窓型加算器171〜17Kが移動窓内のパルスの個数を計数し、そのパルスの個数に応じて閾値Akを設定するようにしてもよい。
【0037】
即ち、移動窓型加算器171〜17Kは、次のようにして、移動窓内のパルスの個数Nk(t)をカウントする。
【数11】
この場合には、ランダムに到着するパルス列を処理した場合の|Dk(t)|の2乗平均値の平方根は、次のように近似することができる。
【数12】
したがって、閾値Akは次のようになる。
【数13】
閾値処理部151〜15Kが上記の閾値Akを使用することにより、更に精度よくパルス列を検出することができる効果を奏する。
【0038】
ここで、図5は入力パルス列を示す説明図であり、入力パルス列は3つの信号源(図中のA,B,C)からのパルス列の重なり合った複合パルス列である。何れの信号源もPRIに10%の揺らぎがあり、10%のパルス抜けが生じているものとし、信号源のうちAとBは全パルス列の長さに比べると短いパルス列からなるものとする。
この実施の形態3のパルス検出装置に上記入力パルス列を適用すると、移動窓型複素加算器141〜14Kの出力の絶対値|Dk(t)|は図6のようになる。また、移動窓型加算器171〜17Kにより設定された閾値Akは図7のようになる。
そして、閾値処理部151〜15Kでは、絶対値|Dk(t)|と閾値Akが比較され、出力端子161〜16Kから出力される検出信号は図8のようになる。
【0039】
実施の形態4.
上記実施の形態1〜3では、単純PRIフィルタ121〜12Kが2つのパルスが該当するパルス幅を持っていることを条件にして、通過を許可する受信パルスの到着時間tmを決定するものについて示したが、さらに条件を厳しくして、3つのパルス、もしくは、それ以上のパルスが等間隔に該当するパルス幅を持っている場合に限り、受信パルスの到着時間tmを通過させるようにしてもよい。即ち、PRIフィルタを用いて予め設定されたPRIのPRIビンに属するパルス間隔tm−tnを検出するようにしてもよい。
これにより、更に精度よくパルス列を検出することができる効果を奏する。
【0040】
実施の形態5.
上記実施の形態1〜4では、単純PRIフィルタ121〜12K又はPRIフィルタが受信パルスの到着時間tmを通過させて、複素三角関数演算器131〜13Kが複素三角関数exp(2πitm/τk)の演算を行うものについて示したが、これに限るものではなく、例えば、単純PRIフィルタ121〜12K又はPRIフィルタが受信パルスの到着時間tnを通過させて、複素三角関数演算器131〜13Kが複素三角関数exp(2πitn/τk)の演算を行うようにしてもよい。
【0041】
また、単純PRIフィルタ121〜12K又はPRIフィルタが受信パルスの到着時間tm,tnを通過させて、複素三角関数演算器131〜13Kが複素三角関数exp(2πitm/(tm−tn))又はexp(2πitn/(tm−tn))の演算を行うようにしてもよい。
さらに、上記複素三角関数の複素共役を演算するようにしてもよい。
【0042】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、検出手段により検出されたパルス間隔を構成する受信パルスの到着時間に基づいて、時間と共に移動する移動窓内で複素三角関数の移動和を算出する移動和算出手段を設けるように構成したので、受信パルス列に含まれる信号源のパルス列が短くて、パルス繰り返し間隔に揺らぎが含まれている場合でも、精度よくパルス列を検出することができる効果がある。
【0043】
この発明によれば、移動和算出手段がパルス繰り返し間隔に比例する幅を有する移動窓を用いるように構成したので、種々のパルス繰り返し間隔に対して同等な品質での検出が可能になる効果がある。
【0044】
この発明によれば、検出手段がパルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出する際、その細分区間の幅を想定される揺らぎ幅に応じて設定するように構成したので、パルス列の検出精度を高めることができる効果がある。
【0045】
この発明によれば、比較手段が移動窓内のパルスの個数を計数し、そのパルスの個数に応じて閾値を設定するように構成したので、パルス列の検出精度を高めることができる効果がある。
【0046】
この発明によれば、検出手段がPRIフィルタを用いてパルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出するように構成したので、パルス列の検出精度を高めることができる効果がある。
【0047】
この発明によれば、パルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を構成する受信パルスの到着時間に基づいて、時間と共に移動する移動窓内で複素三角関数の移動和を算出するように構成したので、受信パルス列に含まれる信号源のパルス列が短くて、パルス繰り返し間隔に揺らぎが含まれている場合でも、精度よくパルス列を検出することができる効果がある。
【0048】
この発明によれば、パルス繰り返し間隔に比例する幅を有する移動窓を用いるように構成したので、種々のパルス繰り返し間隔に対して同等な品質での検出が可能になる効果がある。
【0049】
この発明によれば、パルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出する際、その細分区間の幅を想定される揺らぎ幅に応じて設定するように構成したので、パルス列の検出精度を高めることができる効果がある。
【0050】
この発明によれば、移動窓内のパルスの個数を計数し、そのパルスの個数に応じて閾値を設定するように構成したので、パルス列の検出精度を高めることができる効果がある。
【0051】
この発明によれば、PRIフィルタを用いてパルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出するように構成したので、パルス列の検出精度を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるパルス列検出装置を示す構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1によるパルス列検出方法を示すフローチャートである。
【図3】 PRIビンの幅を示す説明図である。
【図4】 この発明の実施の形態3によるパルス列検出装置を示す構成図である。
【図5】 入力パルス列を示す説明図である。
【図6】 移動窓型複素加算器の出力の絶対値を示す説明図である。
【図7】 移動窓型加算器により設定された閾値を示す説明図である。
【図8】 出力端子から出力される検出信号を示す説明図である。
【図9】 従来のパルス列検出装置を示す構成図である。
【図10】 従来のパルス列検出装置の検出結果を示す説明図である。
【図11】 従来のパルス列検出装置の検出結果を示す説明図である。
【符号の説明】
11 入力端子、121〜12K 単純PRIフィルタ(パルス間隔算出手段、検出手段)、131〜13K 複素三角関数演算器(移動和算出手段)、141〜14K 移動窓型複素加算器(移動和算出手段)、151〜15K 閾値処理部(比較手段)、161〜16K 出力端子、171〜17K 移動窓型加算器(比較手段)。
Claims (10)
- 受信パルスの到着時間を参照して、すべてのパルスペアのパルス間隔を算出するパルス間隔算出手段と、上記パルス間隔算出手段により算出されたパルス間隔のうち、予め設定されたパルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出する検出手段と、上記検出手段により検出されたパルス間隔を構成する受信パルスの到着時間に基づいて、時間と共に移動する移動窓内で複素三角関数の移動和を算出する移動和算出手段と、上記移動和算出手段により算出された移動和の絶対値と所定の閾値を比較する比較手段とを備えたパルス列検出装置。
- 移動和算出手段は、パルス繰り返し間隔に比例する幅を有する移動窓を用いることを特徴とする請求項1記載のパルス列検出装置。
- 検出手段は、パルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出する際、その細分区間の幅を想定される揺らぎ幅に応じて設定することを特徴とする請求項1または請求項2記載のパルス列検出装置。
- 比較手段は、移動窓内のパルスの個数を計数し、そのパルスの個数に応じて閾値を設定することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のパルス列検出装置。
- 検出手段は、PRIフィルタを用いてパルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出することを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のパルス列検出装置。
- 受信パルスの到着時間を参照して、すべてのパルスペアのパルス間隔を算出する一方、その算出したパルス間隔のうち、予め設定されたパルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出し、そのパルス間隔を構成する受信パルスの到着時間に基づいて、時間と共に移動する移動窓内で複素三角関数の移動和を算出し、その移動和の絶対値と所定の閾値を比較するパルス列検出方法。
- パルス繰り返し間隔に比例する幅を有する移動窓を用いることを特徴とする請求項6記載のパルス列検出方法。
- パルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出する際、その細分区間の幅を想定される揺らぎ幅に応じて設定することを特徴とする請求項6または請求項7記載のパルス列検出方法。
- 移動窓内のパルスの個数を計数し、そのパルスの個数に応じて閾値を設定することを特徴とする請求項6から請求項8のうちのいずれか1項記載のパルス列検出方法。
- PRIフィルタを用いてパルス繰り返し間隔の細分区間に属するパルス間隔を検出することを特徴とする請求項6から請求項9のうちのいずれか1項記載のパルス列検出方法。
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