JP6887585B2 - Signal analyzers, signal analysis systems, signal analysis methods, control circuits and programs - Google Patents
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Description
本発明は、解析対象信号を複数の非調和信号に分解する信号解析装置、信号解析システムおよび信号解析方法に関する。 The present invention relates to a signal analysis device, a signal analysis system, and a signal analysis method for decomposing a signal to be analyzed into a plurality of non-harmonic signals.
解析対象信号を複数の周波数成分に分解する信号解析においては、短時間フーリエ変換が一般的に用いられている。しかしながら、短時間フーリエ変換は、周波数分解誤差と時間分解誤差の積を一定以下にすることができないという不確定性限界がある。さらに、フーリエ変換長と周期の一致しない周波数の信号成分である非調和信号を単一の周波数として検出することができず、スペクトラム線幅が広がり、さらに周波数分解能が低下してしまうという問題が知られている。 The short-time Fourier transform is generally used in signal analysis that decomposes the signal to be analyzed into a plurality of frequency components. However, the short-time Fourier transform has an uncertainty limit that the product of the frequency decomposition error and the time decomposition error cannot be kept below a certain level. Furthermore, it is known that the anharmonic signal, which is a signal component of a frequency whose period does not match the Fourier transform length, cannot be detected as a single frequency, the spectrum line width is widened, and the frequency resolution is further lowered. Has been done.
このような問題に対して、特許文献1に開示された一般化調和解析と呼ばれる手法では、離散時間フーリエ変換を拡張することにより不確定性限界を超えた周波数精度を得ることができる。特許文献1に開示された手法では、まず、解析対象信号の波形との誤差が最小になる非調和信号のパラメータを推定し、以降は、残存誤差信号の波形との誤差が最小になる非調和信号のパラメータを逐次推定している。
To solve such a problem, in the method called generalized harmonic analysis disclosed in
しかしながら、上記特許文献1に開示された技術によれば、逐次処理によって1つずつ非調和信号のパラメータを決定するため、全体として、少ない非調和信号で解析対象信号を表すことのできる効率のよいパラメータの組合せを決定することが困難であるという問題があった。
However, according to the technique disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率的に解析対象信号を表すことのできるパラメータの組合せを決定することが可能な信号解析装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a signal analysis apparatus capable of efficiently determining a combination of parameters capable of representing a signal to be analyzed.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる信号解析装置は、解析対象信号を複数の非調和信号に分解する信号解析装置であって、複数の非調和信号を定義するパラメータの組合せの候補を選択するパラメータ候補選択部と、選択された前記組合せによって定義される複数の非調和信号の和で求められる波形と、前記解析対象信号の波形との誤差を示す評価値を算出する評価部と、前記評価値に基づいて、前記解析対象信号を表す複数の前記非調和信号を定義する前記パラメータの組合せを決定する組合せ最適化部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the signal analysis device according to the present invention is a signal analysis device that decomposes a signal to be analyzed into a plurality of non-harmonic signals, and defines a plurality of non-harmonic signals. An evaluation value indicating an error between the parameter candidate selection unit that selects a candidate for a parameter combination, the waveform obtained by the sum of a plurality of nonharmonic signals defined by the selected combination, and the waveform of the signal to be analyzed. It is characterized by including an evaluation unit for calculation and a combination optimization unit for determining a combination of the parameters that define a plurality of the non-harmonic signals representing the analysis target signal based on the evaluation value.
本発明にかかる信号解析装置は、効率的に解析対象信号を表すことのできるパラメータの組合せを決定することが可能であるという効果を奏する。 The signal analysis apparatus according to the present invention has an effect that it is possible to efficiently determine a combination of parameters that can represent the signal to be analyzed.
以下に、本発明の実施の形態にかかる信号解析装置、信号解析システムおよび信号解析方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the signal analysis apparatus, the signal analysis system, and the signal analysis method according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる信号解析装置10の構成を示す図である。信号解析装置10は、サンプリング部101と、パラメータ空間定義部102と、パラメータ候補選択部103と、評価部104と、組合せ最適化部105とを有する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
信号解析装置10は、解析対象信号を複数の非調和信号に分解する周波数解析を行う。サンプリング部101は、解析対象信号を等時間間隔でサンプリングした信号系列を出力する。パラメータに冗長性があることを許容すると、一般的に、変換フレーム長L、M≧1とすると、等時間間隔でサンプリングされた任意の複素信号系列x(t)は、以下の数式(1)で表される。
The
ここで、サンプリングする時間間隔Δtとすると、以下の数式(2)が成り立つ。また、数式(1)中のKは、以下の数式(3)で表される。 Here, assuming that the sampling time interval is Δt, the following mathematical formula (2) holds. Further, K in the mathematical formula (1) is represented by the following mathematical formula (3).
なお、M=1とした場合、以下の数式(4)が成り立ち、フレーム長と角周波数ωのベクトル長とが等しく、短時間フーリエ変換で用いられる離散時間フーリエ変換と等価になることが分かる。一方、M>1とすることで、角周波数ωを増やし、角周波数分解能を細かくしたものが、本実施の形態で用いられる一般化調和解析である。 When M = 1, the following mathematical formula (4) holds, and it can be seen that the frame length and the vector length of the angular frequency ω are equal and equivalent to the discrete-time Fourier transform used in the short-time Fourier transform. On the other hand, by setting M> 1, the angular frequency ω is increased and the angular frequency resolution is made finer, which is the generalized harmonic analysis used in the present embodiment.
パラメータ空間定義部102は、解析対象信号を表現する複数の非調和信号のパラメータの候補から構成されるパラメータ空間を周波数において間引いてスパースなパラメータ空間を定義する。一般化調和解析におけるパラメータ推定では、以下の数式(5)に示される基底ベクトルは一般的に直交していないため、最適パラメータの探索に必要な計算量が膨大となる。このため、本実施の形態では、パラメータ空間を周波数において間引いて定義することによって、計算量を低減すると共に、より少数のパラメータで解析対象信号を表現することができる。
The parameter
パラメータ候補選択部103は、パラメータ空間定義部102が定義したパラメータ空間の中から、複数の非調和信号を定義するパラメータの組合せの候補を選択する。パラメータ候補選択部103は、選択した複数のパラメータの候補を評価部104に出力する。パラメータ候補選択部103は、パラメータの最適化に用いる解法に応じた方法で、パラメータの候補を選択する。例えば、総当たり法の場合、パラメータ候補選択部103は、全ての組合せを順次選択して評価部104に出力する。またシミュレーテッドアニーリング法の場合、パラメータ候補選択部103は、設定された初期値および温度に基づいて、パラメータの組合せの候補を選択する。組合せ最適化問題の解法の詳細については後述する。
The parameter
評価部104は、選択されたパラメータの組合せの候補によって定義される複数の非調和信号の和で求められる波形と、解析対象信号の波形との誤差を示す評価値を算出する。
The
評価値は、例えば、誤差信号の2乗ノルムとすることができる。角周波数ωの数がK個である場合、評価値は、以下に示す数式(6)で表すことができる。パラメータ空間定義部102が、K個ある角周波数ωの中から、K個よりも少ないS個の角周波数ωを選択した場合、評価値は、以下に示す数式(7)で表すことができる。
The evaluation value can be, for example, the square norm of the error signal. When the number of angular frequencies ω is K, the evaluation value can be expressed by the following mathematical formula (6). When the parameter
組合せ最適化部105は、算出された評価値に基づいて、解析対象信号を表す複数の非調和信号を定義するパラメータの組合せを決定する。複数のパラメータを持つ系を最適化する方法は、組合せ最適化問題とも呼ばれ、パラメータ候補選択部103、評価部104、組合せ最適化部105は、共通の解法を用いて、組合せ最適化問題を解くことができる。
The combinatorial optimization unit 105 determines a combination of parameters that define a plurality of anharmonic signals representing the analysis target signal based on the calculated evaluation value. The method of optimizing a system having a plurality of parameters is also called a combinatorial optimization problem, and the parameter
組合せ最適化問題の解法としては、例えば、総当たり法、勾配降下法、シミュレーテッドアニーリング法などが挙げられる。総当たり法は、全ての組合せを試行して最も評価値が良いものを選択する方法であり、パラメータ数が少ない場合には、総当たり法を用いて、精度の高い解を得ることができる。しかしながら総当たり法では、パラメータ数が増えると収束速度が指数関数的に低下するという特徴がある。 Examples of the method for solving the combinatorial optimization problem include a brute force method, a gradient descent method, and a simulated annealing method. The brute force method is a method of trying all combinations and selecting the one with the best evaluation value. When the number of parameters is small, the brute force method can be used to obtain a highly accurate solution. However, the brute force method is characterized in that the convergence speed decreases exponentially as the number of parameters increases.
勾配降下法は、収束速度を重視した方法である。勾配降下法は、初期値に依存して局所最適に陥る可能性があると言われている。このような欠点を許容することができる場合には、勾配降下法を用いることができる。 The gradient descent method is a method that emphasizes the convergence speed. It is said that the gradient descent method may fall into local optimization depending on the initial value. If such a drawback can be tolerated, gradient descent can be used.
シミュレーテッドアニーリング法では、パラメータ空間から選択されたパラメータの組合せの候補の評価値に基づいて、パラメータの採否を判定する処理が繰返し行われる。ここで、初期はパラメータ空間の広い範囲からパラメータの候補を選択し、温度と呼ばれるパラメータを調整することで徐々にパラメータ空間を狭めていくことで、パラメータが初期値に依存して局所最適に陥る可能性を低減することができる。ここで温度とは、熱力学のアナロジーに由来した値であって、0以上の実数である。温度は、高温ほどパラメータの探索範囲が広いことを示す。シミュレーテッドアニーリング法においては、パラメータ空間を遷移した場合の評価値であるコスト評価関数E(p)の差分値がΔEである場合のパラメータ遷移確率を、遷移時の温度Tを0以上の実数として、以下の数式(8)で表すことができる。 In the simulated annealing method, the process of determining the acceptance / rejection of a parameter is repeatedly performed based on the evaluation value of the candidate combination of the parameters selected from the parameter space. Here, at the initial stage, parameter candidates are selected from a wide range of the parameter space, and the parameter space is gradually narrowed by adjusting the parameter called temperature, so that the parameter falls into local optimum depending on the initial value. The possibility can be reduced. Here, the temperature is a value derived from the analogy of thermodynamics, and is a real number of 0 or more. The temperature indicates that the higher the temperature, the wider the parameter search range. In simulated annealing, the parameter transition probability when the difference value of the cost evaluation function E (p), which is the evaluation value when transitioning in the parameter space, is ΔE, is set as a real number with the temperature T at the time of transition as 0 or more. , Can be expressed by the following mathematical formula (8).
上記の数式(8)に定めるパラメータ遷移確率を用いることにより、Metropolis−Hastings法による確率サンプリングにおける詳細平衡条件を満たすことができ、温度変化が十分に遅ければパラメータ空間pにおいて、分布確率がコスト評価関数E(p)に対して指数関数的に定まるボルツマン分布的なものとなる。このため、温度Tを徐々に高温から低温に下げていくことで、パラメータ空間p上の確率分布が指数関数的にコスト評価関数E(p)の低い部分に集中し、最適化処理の序盤の高温時には、確率分布が平坦であることと併せて、局所最適に陥り難く、効率的に全体最適に収束する性質を得ることができる。 By using the parameter transition probability defined in the above formula (8), the detailed equilibrium condition in the probability sampling by the Metropolis-Hastings method can be satisfied, and if the temperature change is sufficiently slow, the distribution probability is cost-evaluated in the parameter space p. It is a Boltzmann distribution that is exponentially determined with respect to the function E (p). Therefore, by gradually lowering the temperature T from high temperature to low temperature, the probability distribution on the parameter space p is exponentially concentrated in the low part of the cost evaluation function E (p), and the early stage of the optimization process. At high temperatures, the probability distribution is flat, and it is difficult to fall into local optimum, and it is possible to obtain the property of efficiently converging to overall optimum.
組合せ最適化部105は、評価値に基づいて、最適化処理の完了条件を満たすか否かを判断する。組合せ最適化部105は、完了条件を満たすと判断した場合、最適化処理を完了して、選択したパラメータの組合せの候補を処理結果とする。組合せ最適化部105は、完了条件を満たさないと判断した場合、パラメータ候補選択部103に次のパラメータの組合せの候補を選択させる。
The combination optimization unit 105 determines whether or not the completion condition of the optimization process is satisfied based on the evaluation value. When the combination optimization unit 105 determines that the completion condition is satisfied, it completes the optimization process and sets the candidate for the combination of the selected parameters as the processing result. When the combination optimization unit 105 determines that the completion condition is not satisfied, the parameter
図2は、図1に示す信号解析装置10がシミュレーテッドアニーリング法を使用する場合の動作を示すフローチャートである。なお、図2では、サンプリング部101およびパラメータ空間定義部102の処理は終わっていることを前提としており、パラメータ候補選択部103、評価部104および組合せ最適化部105の動作を主に説明する。
FIG. 2 is a flowchart showing an operation when the
まずパラメータ候補選択部103は、初期パラメータおよび温度Tを設定する(ステップS101)。そしてパラメータ候補選択部103は、パラメータの組合せの候補を選択する(ステップS102)。ここで、選択されるパラメータp*は、複数の非調和信号を定義する複数の振幅A*および複数の角周波数ω*の候補を含む。
First, the parameter
評価部104は、パラメータ候補選択部103が選択したパラメータの組合せの候補を用いて定義される複数の非調和信号の和で求められる波形と、解析対象信号の波形との誤差を示す評価値を算出する(ステップS103)。
The
組合せ最適化部105は、パラメータ候補選択部103が選択したパラメータの組合せの候補が採用条件を満たすか否かを判断する(ステップS104)。採用条件を満たさない場合(ステップS104:No)、組合せ最適化部105は、パラメータ候補選択部103にパラメータの候補の選択を指示し、ステップS102の処理に戻る。採用条件を満たす場合(ステップS104:Yes)、組合せ最適化部105は、新たなパラメータp*を採用し、温度Tを更新する(ステップS105)。
The combination optimization unit 105 determines whether or not the candidate combination of parameters selected by the parameter
また、組合せ最適化部105は、完了条件を満たすか否かを判断する(ステップS106)。完了条件を満たす場合(ステップS106:Yes)、組合せ最適化部105は、処理を終了する。完了条件を満たさない場合(ステップS106:No)、組合せ最適化部105は、パラメータ候補選択部103にパラメータの候補の選択を指示し、ステップS102の処理に戻る。
Further, the combinatorial optimization unit 105 determines whether or not the completion condition is satisfied (step S106). When the completion condition is satisfied (step S106: Yes), the combinatorial optimization unit 105 ends the process. When the completion condition is not satisfied (step S106: No), the combinatorial optimization unit 105 instructs the parameter
図3は、図1に示す信号解析装置10が使用するパラメータ空間におけるコスト関数とパラメータ遷移の関係を示す図である。図3において、パラメータ空間を一次元として模式図化しているが、実際には、パラメータ空間は、複数の複素振幅Aおよび角周波数ωからなる複数の軸を有する多次元パラメータ空間である。E(p)は、評価値の一例であるコスト関数であり、スカラー軸である。p(t)は、ある時刻tにおいて採用済みのパラメータであり、p*は、新たな候補として選択されたパラメータである。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the cost function and the parameter transition in the parameter space used by the
ここでp*が採用条件を満たすと、次の時刻t+1における採用済みのパラメータp(t+1)となる。また、ΔEは、パラメータ空間を移動した際のコスト関数の差分であり、P(ΔE)は、ΔEと温度Tとに基づいて定まるパラメータ遷移確率である。
Here, when p * satisfies the adoption condition, it becomes the adopted parameter p (t + 1) at the next
図4は、図1に示す信号解析装置10を含む信号解析システム1の構成を示す図である。信号解析システム1は、アンテナ11と、増幅器12と、アナログデジタルコンバータ13と、信号解析装置10とを有する。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a
アンテナ11で受信された電磁波信号は、増幅器12で増幅された後、アナログデジタルコンバータ13によってデジタル信号系列に変換された後、信号解析装置10に入力される。信号解析装置10は、推定したパラメータの組合せを解析結果として出力することができる。図4に示す構成では、信号解析装置10は、元信号を実信号系列として直接処理することになる。この場合、信号系列が実数系列に限定され、パラメータ間に依存性があるため、その拘束条件に基づいて、パラメータ空間を定義することもできる。
The electromagnetic wave signal received by the
図5は、図1に示す信号解析装置10の組合せ最適化処理の過程を示す図である。図5の横軸は最適化ステップ数を表しており、縦軸は角周波数を表している。また、図5の色の濃さは、複素振幅の絶対値の自然対数を表しており、薄いほど複素振幅が大きいことを示している。図5には、シミュレーテッドアニーリング法を用いた実験の結果が示されている。図5を参照すると、多数のパラメータを並列で同時推定できていることが分かる。
FIG. 5 is a diagram showing a process of combinatorial optimization processing of the
図6は、図1に示す信号解析装置10の解析結果51を示す図である。図6においても、シミュレーテッドアニーリング法を用いた実験の結果が示されている。図6の横軸は周波数を表しており、縦軸は信号振幅を表している。また、実線は本実施の形態にかかる信号解析装置10の解析結果51を示しており、破線は比較例52を示してる。比較例52は、従来の短時間フーリエ変換を用いた推定結果である。解析対象信号は、1.00Hz、1.005Hz、1.01Hz、1.02Hz、1.04Hz、1.08Hzの信号成分を有している。図6を参照することで、信号解析装置10の解析結果51の精度が比較例52よりも高いことが分かる。
FIG. 6 is a diagram showing an
図7は、図1に示す信号解析装置10の解析結果に基づいて得られる時間波形を示す図である。図7の横軸は時間を表しており、縦軸は信号振幅を表している。図7に示す信号解析装置10の解析結果に基づいて得られる時間波形53は、解析対象信号の時間波形54と非常によく一致していることが分かる。
FIG. 7 is a diagram showing a time waveform obtained based on the analysis result of the
以上説明したように、本発明の実施の形態1によれば、信号解析装置10は、解析対象信号を複数の非調和信号に分解する際に、複数の非調和信号を定義するパラメータの組合せを組合せ最適化問題として解くことができる。したがって、効率的に解析対象信号を表すことのできるパラメータの組合せを決定することが可能になる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the
また、信号解析装置10は、パラメータ空間を周波数において間引いて定義した後、このパラメータ空間を用いて、組合せ最適化問題を解く。このため、パラメータの組合せの候補を絞り込むことが可能になり、組合せ最適化にかかる処理負荷を低減するとともに、解を得るためにかかる時間を短縮することが可能になる。また、パラメータ空間を間引かないときよりも、少ないパラメータで解析対象信号を表現することが可能になり、効率性が向上する。
Further, the
なお、組合せ最適化問題の解法としては、総当たり法、勾配降下法、シミュレーテッドアニーリング法などを用いることができる。総当たり法は、最適化能力が高いが、パラメータ数が増えるほど収束速度が遅くなるため、パラメータ数が少ない場合に使用するとよい。勾配降下法は、収束速度が速いため、収束速度を重視する場合に使用するとよい。シミュレーテッドアニーリング法は、最適化能力と収束速度のバランスがよいと共に、勾配降下法よりも局所最適に陥ってしまう可能性が低いため、幅広い条件において用いることが可能である。 As a method for solving the combinatorial optimization problem, a brute force method, a gradient descent method, a simulated annealing method, or the like can be used. The brute force method has a high optimization ability, but the convergence speed becomes slower as the number of parameters increases, so it is recommended to use it when the number of parameters is small. Since the gradient descent method has a high convergence speed, it should be used when the convergence speed is important. Simulated annealing has a good balance between optimization ability and convergence speed, and is less likely to fall into local optimization than gradient descent, so it can be used under a wide range of conditions.
実施の形態2.
図8は、本発明の実施の形態2にかかる信号解析システム2の構成を示す図である。信号解析システム1は、元の解析対象信号を実数信号系列として直接処理する。これに対して、信号解析システム2は、元の解析対象信号を中間周波数に周波数シフトさせて複素信号系列として処理することができる。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a
信号解析システム2は、アンテナ21と、増幅器22と、ミキサ23,24と、局所発振器25と、π/2位相遅延器26と、アナログデジタルコンバータ27,28と、信号解析装置10とを有する。ミキサ24は、解析対象信号を中間周波数に周波数シフトさせる電気素子である。
The
アンテナ21で受信された電磁波信号は、増幅器22で増幅された後、2つのミキサ23,24に分岐して入力される。ミキサ23,24のそれぞれには、シフトさせる周波数で発振する局所発振器25からも信号が入力される。局所発振器25からミキサ24に入力される信号は、π/2位相遅延器26により位相がπ/2ラジアン遅らされている。ミキサ23の出力信号は、アナログデジタルコンバータ27に入力され、デジタル信号系列に変換され、信号解析装置10に入力される。ミキサ24の出力信号は、アナログデジタルコンバータ28に入力され、デジタル信号系列に変換され、信号解析装置10に入力される。信号解析装置10は、解析結果を出力する。
The electromagnetic wave signal received by the
以上説明したように、本実施の形態2にかかる信号解析システム2は、解析対象信号を中間周波数に周波数シフトさせる電気素子であるミキサ23,24を有する。このため、信号解析システム2において信号解析装置10に入力される信号系列は、実数系列に限定されず、信号解析装置10は、解析対象信号を複素信号系列として処理する。このため、パラメータ間に依存性がなく、実数系列の場合に設定可能な拘束条件は設定されずシフトされた角周波数として解釈される。
As described above, the
実施の形態3.
図9は、本発明の実施の形態3にかかる信号解析システム3の構成を示す図である。上記の実施の形態2では、電磁波信号を受信するシステムにおいて、周波数シフトを行うための構成について説明した。実施の形態3では、光信号を受信するシステムにおける処理について説明する。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a
信号解析システム3は、光ファイバ31と、局所発振器32と、光学素子33と、フォトディテクタ34,35と、増幅器36,37と、アナログデジタルコンバータ38,39と、信号解析装置10とを有する。アナログデジタルコンバータ38は、Iチャネルアナログデジタルコンバータであり、アナログデジタルコンバータ39は、Qチャネルアナログデジタルコンバータである。
The
光ファイバ31を伝搬してきた光信号は、光学素子33に入力される。光学素子33には、シフトさせる周波数で発振する局所発振器32からも局所発振光が入力される。光学素子33は、ビートした2系統の光信号を出力する。光学素子33の出力信号光のうちの一方は、フォトディテクタ34により受信されて増幅器36で増幅された後、アナログデジタルコンバータ38でデジタル信号系列に変換されて、信号解析装置10に入力される。光学素子33の出力信号光のうちの他方は、フォトディテクタ35により受信されて増幅器37で増幅された後、アナログデジタルコンバータ39でデジタル信号系列に変換されて、信号解析装置10に入力される。信号解析装置10は、解析結果を出力する。
The optical signal propagating through the
以上説明したように、本発明の実施の形態3にかかる信号解析システム3によれば、光信号を受信するシステムにおいても、信号解析装置10の機能を使用することが可能になる。また、信号解析システム3は、解析対象信号を中間周波数に周波数シフトさせる光学素子33を有する。このため、信号解析システム3においても、信号解析装置10に入力される信号系列は実数系列に限定されず、信号解析装置10は、解析対象信号を複素信号系列として処理する。このため、パラメータ間に依存性がなく、実数系列の場合に設定可能な拘束条件は設定されずシフトされた角周波数として解釈される。
As described above, according to the
続いて、本発明の実施の形態1〜3にかかる信号解析装置10のハードウェア構成について説明する。サンプリング部101、パラメータ空間定義部102、パラメータ候補選択部103、評価部104および組合せ最適化部105は、処理回路により実現される。これらの処理回路は、専用のハードウェアにより実現されてもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いた制御回路であってもよい。
Subsequently, the hardware configuration of the
上記の処理回路が、専用のハードウェアにより実現される場合、これらは、図10に示す処理回路90により実現される。図10は、本発明の実施の形態1〜3にかかる信号解析装置10の機能を実現するための専用のハードウェアを示す図である。処理回路90は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものである。
When the above processing circuits are realized by dedicated hardware, these are realized by the
上記の処理回路が、CPUを用いた制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図11に示す構成の制御回路91である。図11は、本発明の実施の形態1〜3にかかる信号解析装置10の機能を実現するための制御回路91の構成を示す図である。図11に示すように、制御回路91は、プロセッサ92と、メモリ93とを備える。プロセッサ92は、CPUであり、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)などとも呼ばれる。メモリ93は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disk)などである。
When the above processing circuit is realized by a control circuit using a CPU, this control circuit is, for example, a
上記の処理回路が制御回路91により実現される場合、プロセッサ92がメモリ93に記憶された、各構成要素の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ93は、プロセッサ92が実行する各処理における一時メモリとしても使用される。
When the above processing circuit is realized by the
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
例えば、上記では、信号解析装置10の構成および動作について説明したが、本発明の技術は、信号解析装置10、信号解析方法として実現することができるとともに、信号解析装置10の機能を実現するためのコンピュータプログラムとして実現することもできる。このコンピュータプログラムは、通信路を介して提供されてもよいし、記録媒体に記憶されて提供されてもよい。
For example, although the configuration and operation of the
1,2,3 信号解析システム、10 信号解析装置、11,21 アンテナ、12,22,36,37 増幅器、13,27,28,38,39 アナログデジタルコンバータ、23,24 ミキサ、25,32 局所発振器、26 π/2位相遅延器、31 光ファイバ、33 光学素子、34,35 フォトディテクタ、51 解析結果、52 比較例、53,54 時間波形、90 処理回路、91 制御回路、92 プロセッサ、93 メモリ、101 サンプリング部、102 パラメータ空間定義部、103 パラメータ候補選択部、104 評価部、105 組合せ最適化部。 1,2,3 signal analysis system, 10 signal analyzer, 11,21 antenna, 12,22,36,37 amplifier, 13,27,28,38,39 analog digital converter, 23,24 mixer, 25,32 local Oscillator, 26 π / 2 phase delayer, 31 optical fiber, 33 optics, 34,35 photodetector, 51 analysis results, 52 comparative examples, 53,54 hour waveform, 90 processing circuit, 91 control circuit, 92 processor, 93 memory , 101 sampling unit, 102 parameter space definition unit, 103 parameter candidate selection unit, 104 evaluation unit, 105 combination optimization unit.
Claims (12)
複数の非調和信号を定義するパラメータの組合せの候補を選択するパラメータ候補選択部と、
選択された前記組合せによって定義される複数の非調和信号の和で求められる波形と、前記解析対象信号の波形との誤差を示す評価値を算出する評価部と、
前記評価値に基づいて、前記解析対象信号を表す複数の前記非調和信号を定義する前記パラメータの組合せを決定する組合せ最適化部と、
を備えることを特徴とする信号解析装置。 In a signal analyzer that decomposes the signal to be analyzed into multiple anharmonic signals,
A parameter candidate selection unit that selects candidates for a combination of parameters that define multiple anharmonic signals, and a parameter candidate selection unit.
An evaluation unit that calculates an evaluation value indicating an error between the waveform obtained by the sum of a plurality of non-harmonic signals defined by the selected combination and the waveform of the analysis target signal.
A combinatorial optimization unit that determines a combination of the parameters that define a plurality of the anharmonic signals representing the analysis target signal based on the evaluation value.
A signal analysis device comprising.
をさらに備え、
前記パラメータ候補選択部は、前記パラメータ空間から前記パラメータの組合せの候補を選択することを特徴とする請求項1に記載の信号解析装置。 A parameter space definition unit that defines a parameter space composed of a plurality of anharmonic signal parameter candidates by thinning out the frequency.
With more
The signal analysis apparatus according to claim 1, wherein the parameter candidate selection unit selects a candidate for a combination of the parameters from the parameter space.
前記解析対象信号を中間周波数に周波数シフトさせる電気素子と、
を備え、
前記信号解析装置は、前記解析対象信号を複素信号系列として処理することを特徴とする信号解析システム。 The signal analyzer according to any one of claims 1 to 5,
An electric element that shifts the frequency of the signal to be analyzed to an intermediate frequency,
With
The signal analysis device is a signal analysis system characterized in that the signal to be analyzed is processed as a complex signal sequence.
前記解析対象信号を中間周波数に周波数シフトさせる光学素子と、
を備え、
前記信号解析装置は、前記解析対象信号を複素信号系列として処理することを特徴とする信号解析システム。 The signal analyzer according to any one of claims 1 to 5,
An optical element that shifts the frequency of the signal to be analyzed to an intermediate frequency,
With
The signal analysis device is a signal analysis system characterized in that the signal to be analyzed is processed as a complex signal sequence.
複数の前記非調和信号を定義するパラメータの組合せの候補を選択するステップと、
選択された前記組合せによって定義される複数の非調和信号の和で求められる波形と、前記解析対象信号の波形との誤差を示す評価値を算出するステップと、
前記評価値に基づいて、前記解析対象信号を表す複数の前記非調和信号を定義する前記パラメータの組合せを決定するステップと、
を含むことを特徴とする信号解析方法。 A signal analyzer that decomposes the signal to be analyzed into multiple anharmonic signals
A step of selecting a candidate combination of parameters defining the plurality of anharmonic signals, and
A step of calculating an evaluation value indicating an error between the waveform obtained by the sum of a plurality of non-harmonic signals defined by the selected combination and the waveform of the signal to be analyzed.
Based on the evaluation value, a step of determining a combination of the parameters that define the plurality of the anharmonic signals representing the analysis target signal, and a step of determining the combination of the parameters.
A signal analysis method comprising.
をさらに含み、
前記パラメータの組合せの候補を選択するステップでは、前記パラメータ空間から前記パラメータの組合せの候補を選択することを特徴とする請求項9に記載の信号解析方法。 A step of thinning out and defining a parameter space composed of a plurality of parameter candidates of the anharmonic signal in terms of frequency.
Including
The signal analysis method according to claim 9, wherein in the step of selecting a candidate for the combination of the parameters, a candidate for the combination of the parameters is selected from the parameter space.
複数の前記非調和信号を定義するパラメータの組合せの候補を選択するステップと、 A step of selecting a candidate combination of parameters defining the plurality of anharmonic signals, and
選択された前記組合せによって定義される複数の非調和信号の和で求められる波形と、前記解析対象信号の波形との誤差を示す評価値を算出するステップと、 A step of calculating an evaluation value indicating an error between the waveform obtained by the sum of a plurality of non-harmonic signals defined by the selected combination and the waveform of the signal to be analyzed.
前記評価値に基づいて、前記解析対象信号を表す複数の前記非調和信号を定義する前記パラメータの組合せを決定するステップと、 Based on the evaluation value, a step of determining a combination of the parameters that define the plurality of the anharmonic signals representing the analysis target signal, and
を前記信号解析装置に実行させることを特徴とする制御回路。 A control circuit, characterized in that the signal analyzer is executed.
複数の前記非調和信号を定義するパラメータの組合せの候補を選択するステップと、 A step of selecting a candidate combination of parameters defining the plurality of anharmonic signals, and
選択された前記組合せによって定義される複数の非調和信号の和で求められる波形と、前記解析対象信号の波形との誤差を示す評価値を算出するステップと、 A step of calculating an evaluation value indicating an error between the waveform obtained by the sum of a plurality of non-harmonic signals defined by the selected combination and the waveform of the signal to be analyzed.
前記評価値に基づいて、前記解析対象信号を表す複数の前記非調和信号を定義する前記パラメータの組合せを決定するステップと、 Based on the evaluation value, a step of determining a combination of the parameters that define the plurality of the anharmonic signals representing the analysis target signal, and
を前記信号解析装置に実行させることを特徴とするプログラム。 A program characterized by causing the signal analyzer to execute the above.
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