JPH01181214A

JPH01181214A - 信号処理装置

Info

Publication number: JPH01181214A
Application number: JP544088A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Kumamaru; 熊丸　智雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-01-13
Filing date: 1988-01-13
Publication date: 1989-07-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は信号処理装置、特に連続して与えられるデータ
の列からなる信号のノイズ成分を除去するための信号処
理装置に関する。

（従来の技術）電力システムをはじめとする各種産業システムでは、シ
ステムの制御・診断のために制御系の種々の物理量を観
測し、これをデジタル信号に変換して入力し処理を行っ
ている。ところが、このような信号処理装置への入力信
号には、各種の外乱がノイズとして含まれている。この
ため、従来の信号処理装置は、アナログ式あるいはデジ
タル式のフィルタを設け、入力信号のノイズ除去を行っ
ている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、アナログ式のフィルタによりノイズ除去
を行う従来装置では、比較的大容量のキャパシタを設け
て平滑化を図り、高周波成分の除去を行う必要があるた
め、ノイズ除去回路が大きくなり、省スペースおよび経
済性の点で問題がある。

また、デジタル式のフィルタによりノイズ除去を行う従
来装置では、省スペースおよび経済性の点では問題がな
いが、信号の有用成分の周波数帯が途中で変化するよう
な場合には、効率良いノイズ除去を行うことができなか
った。

そこで本発明は、小型で経済的で、しかも効率のよいノ
イズ除去を行うことのできる信号処理装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、連続して与えられるデータの列からなる信号
のノイズ成分を除去するための信号処理装置において、与えられたデータ列から、データをｎ個おきに取出すこ
とによって得られるデータ系列を、それぞれ取出す位相
を変えることによってｎ通り生成するデータ系列生成器
と、生成された各データ系列を与えられたデータ列と同じ時
間軸上に並べ、各データ系列内の隣接するデータ間に欠
如している（ｎ−１）個のデータを、少なくとも隣接し
たデータに基づいて推定して補間を行う補間推定器と、この補間推定器によって補間されたデータを含んだ各デ
ータ系列を、それぞれ同じ時間軸上に並べ、この時間軸
上の同位置にある各データの平均値を求め、得られた平
均値からなる一連のデータ列を処理後の信号として出力
する平均値算出器と、を設けたものである。

（作　用）本発明に係る信号処理装置は、デジタル式にノイズ除去
を行う。したがって、従来のアナログ式フィルタを用い
た信号処理装置のように大容量のキャパシタを設ける必
要がなく、小型で経済的な装置を実現できる。また、一
連の人力データをｎ個のデータ系列に分配し、各データ
系列ごとに補間を行った後に、全系列の平均をとるとい
う演算を行うため、入力信号の有用成分となる周波数帯
を確保しながら、効率のよいノイズ除去が可能になる。

（実施例）以下本発明を図示する一実施例に基づいて説明する。第
１図は本発明の一実施例に係る信号処理装置の基本構成
を示すブロック図である。この装置は、データ系列生成
器１０、補間推定器２０、および平均値算出器３０の３
つの構成要素を有し、入力したデータ列Ｓ１についてノ
イズ成分を除去し、データ列Ｓ。とじて出力する。デー
タ系列生成器１０は、入力したデータ列Ｓｒからデータ
をｎ個おきに取出し、ｎ通りのデータ系列を生成する機
能を有する。すなわち、データ列Ｓ１を入力し、ｎ個の
データ系列Ｄ１〜Ｄｎを出力する。以下、ｎ−３の場合
の具体例を説明する。

第２図は、ｎ−３の場合のデータ系列生成器１０の機能
を説明する図であり、横は時間軸に相当する。いま、与
えられたデータ列Ｓ１が、データａ、ａａ　　　・・・
”１５から構成されてお１２’３’ す、各データは、１０ｍ５間隔で採取され（サンプリン
グ周波数１００Ｈｚ）でいるものとする。

このような一連の入力データ列Ｓ１は、第１の系列ＤＩ
　（ａ１＋　ａ４．　ａ７．　”’）　、第２の系列Ｄ
２　（ａ２Ｉ　ａ５−　ａ８１ＨＨ′）％および第３の
系列Ｄａ　　（ａａ　ｒ　　ａｅ　ｌ　　ａｇ’＋　＋
・・）に分配される。

それぞれデータを３個おきに取出すことによって得られ
るデータ系列であり、取出すべきデータの周期は３０ｍ
５となる。取出す位相はそれぞれ１０ｍ５ずつずれてい
る。

この例ではｎ−３であるが、ｎの値をいくつにするかは
、データ列Ｓ１として与えられる入力信号の有用成分の
周波数帯によって制限される。この例では、入力データ
列Ｓｌのサンプリング周波数は１００Ｈｚであるから、
サンプリング定理により、入力信号の有用成分の周波数
帯は５０Ｈｚまでとれることになる。ところが、各デー
タを３つに分配したため、入力信号の有用成分の周波数
帯は、結局５０／３Ｈｚまでに制限されることになる。

たとえば、入力信号の有用成分の周波数帯が５０／７Ｈ
ｚまで確保できれば十分である場合には、最高ｎ−７ま
でとることができる。

第３図は、第１図に示す装置のデータ系列生成器１０の
内部構成図である。入力したデータ列Ｓ１はデータ分配
部１１によって３つに振分けられ、各データ系列は、そ
れぞれデータ系列収納部１２．１３．１４に収納され、
ここからデータ系列Ｉ）ｔ　、　Ｄ２　、Ｄａとして出
力される。

続いて、補間推定器２０の動作について説明する。デー
タ系列生成器１０が生成したデータ系列り、、Ｄ２．Ｄ
３は、第２図に示すようにデータ間に２つずつデータが
欠如したものとなっている。

たとえば、データ系列Ｄ　では、データａ４とα７との
間に、２つのデータａ　５＊　　ａ　ａが欠如している
。一般にｎ個のデータ系列を生成した場合、（ｎ　−１
）個のデータが欠如することになる。補間推定器２０は
、このような欠如したデータを補間する機能を有する。

第４図にデータ系列Ｄ１についての補間の一例を示す。

まず、（ａｌ、α４゜ａ　）という３つのデータの組か
ら、α３．α５という２つのデータを補間し、続いて、
（α４゜α７”１０）という３つのデータの組から、α
６゜α８という２つのデータを補間する。ここで、α３
．α５．α６．α８は１それぞれａａ、α５゜α６．α
８と同じ時間軸上の補間データである。

このような補間によって、第４図に示すような・・・。

（Ｚ３＋　　α４ｒ　　ｆｆ５＋　　ｆｆｅ、　　α７
．Ｕｓｒ　　”’とｌ、ｊうデータの列からなるデータ
系列Ｅ１を得る。

上述のような補間を行うには、公知の一般的な補間法を
用いればよい。たとえば、電気書院列「電気計算別冊・
数値計算プログラム」　（玄光男・井田憲−著）の１０
０頁に解説されているエイトケン補間法を利用すること
ができる。このエイトケン補間法では、２つのデータの
組（ｘｌ。

ｙ　　）、　　（ｘｋ、ｙｋ）　　　（ただしｉ≠ｋ）
が与えられたとき、データ区間［Ｘ、、Ｘ、］の任意の
変数Ｘの値に対して次式による線形補間公式を縁返し適
用する反復線形補間が行われる。

Ｐｌｌ−３／ＩＰ　　　　−（（ｘ　　−ｘ）Ｐ　　−（ｘｋ−ｘ）１
、に＋ｌ　　　　　　　　　　ｌ　　　　　　　　　　
ｋｋＰ　　）／　（ｘ＋　　Ｘｋ）　　　（１）１にただし、ｋ−１，２，・・・、ｉ−１、ｉ−”−１，２
゜・・・、ｎである。この反復演算のアルゴリズムを第
５図の流れ図に示す。まず、ステップＳ１でデータ数ｎ
−３を設定し、カウントのための変数ｋを初期値である
１に設定する。続いて、ステップＳ２において、データ
系列Ｄ１を構成するデータに演算式（１）を適用して演
算を行い、ステップＳ３でカウントを１だけ増加させる
。そしてステップＳ４において、カウントｋがｎに達す
るまで繰返しを行い、繰返しが終了したらステップＳ５
において演算結果をデータ系列Ｅ１として出力すること
になる。以上、エイトケン補間法について簡単に説明し
たが、より詳細は前掲刊行物を参照されたい。なお、本
発明はこのエイトケン補間法だけに限らず、要するに少
なくとも隣接する２つのデータを用いて、その間のデー
タを推定補間する方法であれば、どのような補間法を用
いてもかまわない。

続いて、平均値算出器３０の動作について説明する。前
述のように、補間推定器２０は、補間後のデータ系列Ｅ
１〜Ｅｎを出力する（この例ではｎ−３）。平均値算出
器３０はこの補間後のデータ系列を、それぞれ同じ時間
軸上に並べ、この時間軸上の同位置にある各データの平
均値を求め、得られた平均値からなる一連のデータ列を
データ列Ｓ。とじて出力する。ｎ−３の場合のこの平均
処理の原理を第６図に示す。ここで、データ系列Ｅ１〜
Ｅ３の各データのうち、データａはもともとの観測デー
タ、データα、α′、α″は補間によって推定したデー
タを示す。図では、それぞれ同じ添字をもったデータが
上下に並ぶように各データが並べられている。すなわち
、３つのデータ系列Ｅ１〜Ｅ３は、同じ時間軸上に並べ
られている。ここで、上下に並んだ３つのデータについ
て、それぞれ平均が求めらえる。たとえば、データＡ　
は（ａ　＋α′　＋α’　４）／３なる演算によって定
まる。このようにして、各時点でのデータの平均が求め
られ、Ａ４　、Ａｓ　ｌＡｅ　、・・・というデータ列
が最終的に出力すべきデータ列Ｓ。となる。

第７図は本発明の別な実施例に係る信号処理装置のブロ
ック図である。この装置は、第１図に示す装置に更に分
散値算出器４０を付加したものである。それ以外の構成
要素についての動作は第１図の装置と全く同様であるた
め、ここでは説明を省略する。分散値算出器４０は、入
力データ列Ｓ　と出力データ列Ｓ。との間の連続するｍ
個の！データについての平均分散値σ２を計算して出力する。

たとえば、ｍ−７とすれば、まず入力データ（ａ　　−
ａ　　）と出力データ（Ａ１〜Ａ７）とについて、なる演算を行い、σ２を求める。続いて、入力データ（
ａ　　−ａ　　）と出力データ（Ａ２〜八８）とについ
ても同様の演算を行い、以下、順次連続する７個のデー
タごとに平均分散値σ２を求めてゆく。この平均分散値
σ２の値は、出力データ列Ｓｏの信頼性を示すひとつの
パラメータとして利用することができる。たとえば、所
一定のしきい値２を定めておき、σ２〉Ｚのときには、
そのとき平均値算出器３０から出力されるデータは信頼
性が低いという判断をすることができる。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明によれば、デジタル式にノイズ除去を
行うことができるため、従来のアナログ式フィルタを用
いた信号処理装置のように大容量のキャパシタを設ける
必要がなく、小型で経済的な装置を実現できる。また、
一連の入力データをｎ個のデータ系列に分配し、各デー
タ系列ごとに補間を行った後に、全系列の平均をとると
いう演算を行うため、入力信号の有用成分となる周波数
帯を確保しながら、効率のよいノイズ除去が可能になる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る信号処理装置のブロッ
ク図、第２図は第１図の装置におけるデータ系列生成器
の機能説明図、第３図は第１図の装置におけるデータ系
列生成器の内部構成図、第４図は第１図の装置における
補間推定器の機能説明図、第５図はエイトケン補間法の
アルゴリズムを示す流れ図、第６図は第１図の装置にお
ける平均値算出器の機能説明図、第７図は本発明の別な
一実施例に係る信号処理装置のブロック図である。１０・・・データ系列生成器、１１〜１３・・・データ
分配部、２０・・・補間推定器、３０・・・平均値算出
器。馬１図％）２図馬３図 −Ｎ１１’）　　　　　　０ＬＬＩＬＬＪＬＬＩｃ／）

Claims

【特許請求の範囲】１、連続して与えられるデータの列からなる信号のノイ
ズ成分を除去するための信号処理装置であって、与えられたデータ列から、データをｎ個おきに取出すこ
とによって得られるデータ系列を、それぞれ取出す位相
を変えることによってｎ通り生成するデータ系列生成器
と、生成された前記各データ系列を前記与えられたデータ列
と同じ時間軸上に並べ、前記各データ系列内の隣接する
データ間に欠如している（ｎ−１）個のデータを、少な
くとも前記隣接したデータに基づいて推定して補間を行
う補間推定器と、前記補間推定器によって補間されたデ
ータを含んだ各データ系列を、それぞれ同じ時間軸上に
並べ、この時間軸上の同位置にある各データの平均値を
求め、得られた平均値からなる一連のデータ列を処理後
の信号として出力する平均値算出器と、を備えることを
特徴とする信号処理装置。２、請求項１記載の信号処理装置において、与えられた
データ列の所定の区間に属するデータについて、処理前
のデータと処理後のデータとの間の分散を算出する分散
値算出器を更に備えたことを特徴とする信号処理装置。