JPH05209958A - 距離測定システム及び拡散標的の速度成分を検出する方法 - Google Patents

距離測定システム及び拡散標的の速度成分を検出する方法

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JPH05209958A
JPH05209958A JP4264834A JP26483492A JPH05209958A JP H05209958 A JPH05209958 A JP H05209958A JP 4264834 A JP4264834 A JP 4264834A JP 26483492 A JP26483492 A JP 26483492A JP H05209958 A JPH05209958 A JP H05209958A
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noise
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doppler
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Harry Urkowitz
ハリー・アーコウィッツ
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General Electric Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 正確で実用的な距離測定システムを提供す
る。 【構成】 拡散標的にパルスを送信することにより受信
されたエコーは、量子化及びドップラ・フィルタ作用に
より処理され２１０、標的の種々の部分の半径方向速度
を表す複数の周波数成分を発生する。これらの成分は未
知量の雑音により汚染されている。エコー信号を自乗し
て４１０エネルギを表す信号を発生することにより、雑
音の値が設定される。信号サンプルが振幅に従った順に
並べられ４１２、値が最も大きい１つ以上のサンプルを
廃棄し４１４、サンプルの組の規模を縮小する。コルモ
ゴロフ−スミルノフ試験統計を発生し４１８、所望の閾
値と比較される４２０。試験統計が閾値を越えれば、サ
ンプルの組の規模を再び縮小し４１４、試験統計を再び
閾値と比較する４２０。試験統計が閾値を越えないと
き、雑音レベルは現在の規模を縮小した組により表され
ると見なす。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、レーダシステム、特に気象現
象のような拡散標的から戻ったエコーの雑音を減少する
方式に関する。レーダを用いて雷雨のような主要な気象
現象を検出することは、テレビの天気予報を通じて一般
大衆によく知られている。気象の研究者及び航空交通管
制官はレーダを用いて、雷雨又は降水ほど程度のひどく
ない擾乱からの振幅が小さい又はレベルの低いエコーを
検出して追跡する。このようなレベルの低い擾乱は、乱
れた大気の誘電率又は屈折率の小さな変化を含み、この
ような変化はわずかな温度、湿度、湿気又は圧力変動に
帰因するものと考えられているが、これは昆虫又は擾乱
に伴う塵埃が存在することに帰因することもあり得る。
【０００２】１９９１年４月１６日にアーコウィッツの
名前で出願された係属中の米国特許出願番号第０７／６
８５，７９２号には、振幅の小さい気象現象を検出する
のにも適した航空交通管制レーダが記載されている。こ
の米国特許出願に記載されているように、パルス・ドッ
プラ・レーダが、距離誤差を少なくするために、ドップ
ラ・フィルタ作用に続いて距離サイドローブの減少を行
っている。パルス・ドップラ・レーダで距離サイドロー
ブを減少するための他の構成は、相補的な順序のパルス
の送信を含んでおり、ドップラ・フィルタ作用の後に整
合フィルタを用いているが、１９９１年７月２２日にア
ーコウィッツの名前で出願された係属中の米国特許出願
番号第０７／７３４，００３号に記載されている。
【０００３】図１は上に引用した係属中のアーコウィッ
ツの米国特許出願に全般的に記載されているようなレー
ダ装置の一部分の簡略ブロック図である。簡単にした形
では、これは従来技術に対応するものと見なすことがで
きる。一般的に、図１のレーダ装置１０は送受信多重化
器（Ｔ／Ｒ）装置１４を含んでいる。送信機（ＴＸ）１
６及び受信機１８はＴ／Ｒ１４を介してアンテナ１２に
結合されている。受信機１８は送信機１６に接続されて
おり、基準局部発振器（ＬＯ）信号を受け取る。アナロ
グ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）２０が受信機１８の出
力に接続されており、この変換器はディジタル信号プロ
セッサ２２に接続されている。動作について説明する
と、送信機１６はパルス順序を発生し、このパルス順序
はアンテナ１２から２４で示す電磁放射又は信号の形で
送信される。この放射は全体を２６で示す気象現象に到
達し、この気象現象が信号のエコーをレーダ装置１０及
びそのアンテナ１２に向けて反射する。現象２６は矢印
２５で示すような渦巻きになった内部の流体の流れを有
する乱流であることがある。アンテナ１２は受信エコー
信号をＴ／Ｒ１４を介して受信機１８に結合する。受信
機１８は送信機１６からの局部発振器（ＬＯ）信号をも
受信して、その処理を助ける。受信信号は標本化され、
ＡＤＣ２０でディジタル形式（並列又は直列）に変換さ
れる。ディジタル信号はディジタル信号プロセッサ（Ｄ
ＳＰ）２２に印加され、ＤＳＰ２２は信号を処理し、そ
れから情報を抽出する。ＤＳＰ２２で行われる多くの過
程は、今日のレーダ装置では、専用ハードウエアによっ
てではなく、アルゴリズムによって実施されるが、アル
ゴリズムの操作はそれに相当するアナログのハードウエ
アで述べられる場合が多い。従って、例えば、離散的な
フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いて、一連のパルスの周波
数成分を表す場合が多い。この過程はそれに相当するア
ナログ版で言い表すことができる。それは、アナログ信
号を狭帯域フィルタのバンクに印加することである。Ｄ
ＦＴ及びその他の過程によってＤＳＰ２２内で処理され
た信号は、この後、監視用の表示を発生するとか、警報
器を作動するとか等の一層の処理に利用できるようにさ
れる。このような追加の処理工程は周知であり、ここで
は詳しく述べない。
【０００４】気象現象からのエコーの極めて小さい振幅
は、標的からの戻りを確認する点と、それを大気及びレ
ーダ装置の雑音と区別する点で、困難をもたらす。大気
及び装置の雑音の振幅が前もって判っていれば、各々の
信号サンプルから一定量を減算して、実効的にレーダを
雑音の影響を受けないものにすることができる。しかし
ながら、レーダ装置（送信機及び受信機）自体の雑音レ
ベルは時々刻々変化し、大気雑音効果も一刻毎に劇的に
変化することがある。こういう変化は、例えば広帯域イ
ンパルス雑音を発生する自動車の火花栓又はモータのよ
うなアーク放電の結果として起こり得る。
【０００５】ジャーナル・オブ・アプライド・ミティオ
ロロジ誌１９７４年１０月号、第８０８頁から第８１１
頁所載のヒルデブラント及びセクホンの論文「ドップラ
・スペクトルにおける雑音レベルの客観的な判定」（Ｈ
Ｓ論文又はＨＳと呼ぶ）には、図２に表すことのできる
ような雑音減少方式が述べられている。図２は図１のレ
ーダのＤＳＰ２２における初期の処理段階の１つを示
す。図２では、送信パルス順序から得られたディジタル
化されたエコーが、フィルタｆ1 、ｆ2 、……ｆ n を含
んでいるドップラ・フィルタ・バンク２１０に印加さ
れ、これらのフィルタは気象現象又はその他の標的から
のエコー又は戻りを表す信号を種々の周波数成分ｆ1 、
ｆ2 、……ｆn に分離する。こういうドップラ周波数成
分は、拡散標的の内、レーダ装置に対して異なる半径方
向速度で移動している部分からのエコーを表す。砲弾の
ような１つの密実な物体がレーダに対する一定の半径方
向速度で移動しているとすれば、１つの半径方向速度を
表す１つの出力信号だけが、ドップラ・フィルタ・バン
ク２１０から予想される。しかしながら、乱れを有する
拡散標的は、異なる速度で動く異なる部分を有している
ことがあり、これらの部分はフィルタ２１０の出力にお
ける全体的なドップラ信号に寄与する。
【０００６】図２では、ドップラ・フィルタ・バンク２
１０の各々のフィルタｆ1 、ｆ2 、……ｆn の出力が、
対応する加算回路２１２の非反転（＋）入力に印加され
る。即ち、ドップラ・フィルタ・バンク２１０のフィル
タ部ｆ1 は加算回路２１２1の非反転入力に結合されて
おり、フィルタｆ2 は加算回路２１２2 に結合されてお
り、ｎ番目のフィルタｆn は加算回路２１２n に結合さ
れている。雑音判定又は雑音計算回路２１４は、フィル
タ・バンク２１０の各々のドップラ・フィルタの出力及
び対応する加算回路２１２の反転（−）入力に接続され
ている。即ち、雑音計算回路２１４はフィルタｆ1 、ｆ
2 、……ｆn の出力に接続されており、チャンネル１の
全体的な雑音を計算し、計算された雑音を加算回路２１
２1 、……２１２n の反転入力に共通に印加する。各々
の加算回路２１２の内部では、計算された雑音が、その
非反転入力に印加された（信号＋雑音）から減算され、
こうして理想的には雑音のない信号を発生する。
【０００７】このＨＳ論文には、白色雑音及びガウス雑
音の物理的な性質に関係する雑音レベルを判定する方法
が記載されている。雑音レベルを判定するＨＳ方法を図
３と共に説明する。図１のＡＤＣ２０からの出力信号
は、各々の距離ビンからの一連のパルス毎の複素数の値
である。図３ａはドップラ・フィルタの出力における受
信信号の振幅Ｘ（ｆ）を周波数ｆに対して示したグラフ
である。グラフ３１０は、一連のパルスの送信から生ず
る１つの距離ビン内に考えられる信号の振幅スペクトル
を示す。図３ａの曲線３１０は、自乗したとき、受信信
号のエネルギ密度スペクトルＳ（ｆ）を表す。図３ｂに
Ｓ（ｆ）のグラフが示されており、これは図２のドップ
ラ・チャンネルにわたる信号のエネルギ密度スペクトル
である。任意の点におけるＳ（ｆ）の値は次の式で表す
ことができる。
【０００８】
【数１】
【０００９】比例を表し、ｆは周波数、ｆd はドップラ
周波数、σf は拡がり又は標準偏差である。曲線３１２
は一般的に鐘形である。図３ｂの任意の周波数増分ｆi
内で、エネルギ密度スペクトルの自乗平均値は、この周
波数増分内のエネルギを表し、このようなすべての周波
数増分によって表される増分的なエネルギの和が、ドッ
プラ・チャンネル内の信号エネルギを表す。図３ｂの曲
線３１２の拡がり又は標準偏差は矢印σf で示されてい
る。通常、各々の周波数増分ｆi は１つのドップラ・フ
ィルタの帯域幅に対応している。
【００１０】図３ｂの信号成分は、図３ｃのグラフ３１
４によって示されるような一定の雑音エネルギ密度スペ
クトルＮ0 を伴っている。Ｎ0 の大きさは判っていない
が、時間と共に変化すると予想される。図３ｃのグラフ
３１４は、累算的な帯域幅Ｆを有するすべてのドップラ
・フィルタ・チャンネルにわたる一定の雑音エネルギ密
度スペクトルを表す。図３ｂの雑音スペクトルのスペク
トル分散は、次の式で表される。
【００１１】
【数２】
【００１２】ここで、Ｆはパルス繰り返し周波数（ＰＲ
Ｆ）である。式（２）は、図３ｃの中心周波数Ｆ／２の
周りのグラフ３１４で示される矩形の慣性モーメントに
対応する。図３ｄのグラフ３１６は、図３ｂ及び図３ｃ
のエネルギ密度スペクトルの和を示し、これは一連のパ
ルスから生じた、１つの距離ビーム内のエコー信号と雑
音とを加えたものである。
【００１３】ディジタル信号処理を用いた結果、図３
ａ、図３ｂ、図３ｃ及び図３ｄに示す信号は、実際には
時間及び振幅が量子化されている。更に、ドップラ・フ
ィルタ作用を実際に行うために用いられる離散的なフー
リエ変換（ＤＦＴ）は離散的なサンプル点を生ずるが、
一般的にその数は２N である。例えば、ＤＦＴサンプル
点の数は１６、３２、……であることがある。図３ｅ
は、図３ｄのグラフ３１６に相当する信号に応答して、
ＤＦＴによって発生され得る複数個の点を示す。簡単の
ため、１から８までの８つの点だけが図３ｄに示されて
おり、通常用いられるもっと大きな数にはなっていな
い。これらの点は、種々の周波数で求められた図３ｄの
アナログのグラフ３１６のサンプルを表す。
【００１４】各チャンネルの雑音を計算する従来のＨＳ
方法では、図３ｅのサンプル１から８で表されるような
サンプルは、振幅の最も小さいサンプル１及び８を一端
に置き、振幅の最も大きいサンプル５を他端に置いて、
振幅に従ってある順序に配置され、事実上は一線上に並
べられる。図３ｆはこのようなサンプルの順序配置を示
しており、振幅の最も大きいものが天辺の近くにあり、
振幅の最も小さいものが底の近くにある。雑音レベルを
計算するためには、振幅の最も大きいサンプルの内の１
つ又は更に多くを廃棄する。この簡単にした例では、８
つのサンプルしか示してないので、１つのサンプルだけ
が削除される。振幅の最も大きいサンプルは、サンプル
５であるが、これを削除して、規模を縮小した一組のサ
ンプル（ペリオドグラム）を作る。これは、破線３１８
で示すレベルでグラフを切り取る（トランケイトする）
ことにより、図３ｅの量子化されたグラフを無差別に截
取り、量子化されていないけれども、図３ｇのグラフ３
２２のようなグラフを作ることに相当する。
【００１５】サンプル５のように、図３ｅの量子化され
たグラフの内の１つの又は更に多くのサンプルが廃棄さ
れると、残りのサンプルは「周波数ギャップ」を有し、
これが図３ｅではたまたまｆd の近くに生ずる。雑音を
計算するＨＳ方法では、周波数ギャップを「閉じて」、
図３ｈの３２４に示すような連続スペクトルを形成す
る。その後、残りのスペクトルが白色雑音に帰因する特
性を有するかどうかを調べるための試験を行う。この試
験は、２つの比Ｒ1 及びＲ2 を計算する。
【００１６】
【数３】
【００１７】量σN 2 、即ち仮定した雑音スペクトル分
散は、式（２）によって表される。他の量は次のように
表される。
【００１８】
【数４】
【００１９】ここで、ｆn はＮ個のドップラ・フィルタ
の出力の内の特定の１つの周波数、Ｓ n は周波数ｆn に
おける推定スペクトル密度の値、Ｆはスペクトルの周波
数の拡がり、Ｎはフィルタ・バンクにある独立のスペク
トル密度又はドップラ・フィルタの数、Ｐはそれにわた
って移動平均を求めるスペクトル線の数である。比Ｒ1
及びＲ2 は、サンプルの組における規模を縮小した後に
計算される。ＨＳ試験に合格しないと、この規模を縮小
した組から、振幅の最も大きい１つ又は更に多くのサン
プルを削除して、規模を縮小した新しい組を作り、再び
試験を行う。規模を縮小して、試験を行う手順は、必要
なだけ何回でも行われる。ＨＳ試験では、比Ｒ1 及びＲ
2 の両方が１に等しいときに、残りのサンプルは白色雑
音を表す。
【００２０】Ｒ1 及びＲ2 が両方とも１に十分近いと
き、現在の規模を縮小したサンプルの組に残っているサ
ンプルは、雑音レベルを表すものとされる。この結果得
られた雑音スペクトル密度レベルを各チャンネルの受信
サンプルから減算して、エコー信号の更に正確な表示と
予想されるものを作る。この計算及び減算は各々の距離
ビンに対して行われる。
【００２１】ＨＳ方式では、理論的な問題及び実際的な
問題がある。理論的な問題は、ＨＳ計算では、雑音がガ
ウス型であると仮定していることである。この仮定は真
実でないことがあり、雑音が非熱現象から発生する場
合、特にそうである。非熱現象としては、おそらくはタ
イミング・ジッタに帰因する位相雑音を含むことがある
し、或いは自動車の点火雑音、落雷、モータ等のような
インパルス雑音を含むことがある。更に、比Ｒ1 及びＲ
2 が同時に正確に１に達することはありそうもない。そ
のときに起こる実際的な問題は、条件が満たされたと見
なすためには、どの位それぞれが１に近くなければなら
ないかをどのように決定するかであり、１からの偏差が
幾らであっても、それに対する信頼度レベルの決定が選
ばれる。このため、ＨＳ試験では、繰り返しの完了の時
刻を決定することができるような基準が全くない。
【００２２】
【発明の要約】レーダシステムがパルス信号を送信し
て、エコーを受信する。エコーをドップラ・フィルタに
かけて、複数個のスペクトル成分に分ける。各チャンネ
ルの標本化された信号成分の大きさを自乗して、エネル
ギ密度スペクトルに比例する量を生成する。サンプルを
振幅に従って順序に配置し、この順序に配置した組を切
り取る。サンプルからコルモゴロフ−スミルノフ（Ｋ
Ｓ）試験統計を計算し、この統計を、所望の信頼度レベ
ルに関係する閾値と比較する。試験統計が閾値未満にな
るか又は等しくなるまで、順序配置、切り取り（トラン
ケイション）及び計算を繰り返し、試験統計が閾値未満
又はそれに等しくなったとき、規模を縮小した組のサン
プルが所望の信頼度レベルで判ったと見なす。試験統計
は、直線の勾配ｋ／Ｎi からの商Ｆi （ｋ）の最大偏差
（Ｔ1i）である。商Ｆi （ｋ）は、規模を縮小した組の
順序に配置されたスペクトル・エネルギ密度Ｓ（ｒ）の
移動和を、規模を縮小した組のスペクトルエネルギ密度
Ｓ（ｒ）全体の和で除した商である。閾値Ｗ（１−α）
は、所望の信頼度レベルに基づいて、テーブルから抽出
するか又は計算することができる。
【００２３】
【発明の説明】図４は本発明による雑音を減少するフロ
ーチャート又はシステムを示す。図４の構成要素の内、
図２と対応する部分には、同じ参照数字を用いている。
図４において、ドップラ・フィルタ・バンク（ＤＦＴ）
２１０のドップラ・フィルタの出力は、雑音計算ブロッ
ク２１４に結合されている。図４では、フィルタ・バン
ク２１０のドップラ・フィルタからデータ通路２１１を
介して、複素数の値Ｘ（ｆ）が自乗ブロック４１０に印
加される。図４の自乗ブロック４１０は、信号サンプル
Ｘ（ｆ）を自乗して、エネルギ密度スペクトルの点Ｓ
（ｆn ）、ｎ＝１、……Ｍを発生する。ここで、ｆn は
ペリオドグラム又はスペクトログラムのｎ番目の離散的
な周波数であり、これは、図３ｅに示す工程に対応し
て、送信された搬送波周波数の偏移（シフト）を表す。
ブロック４１２はスペクトル値Ｓ（ｆn）を順序に配置
して、図３ｆに示す工程に対応して、順序配置のペリオ
ドグラムを形成することを示す。
【００２４】順序配置されたペリオドグラムの値はＳ
(k) によって表すことができ、これは次のようになる。
【００２５】
【数５】
【００２６】振幅の順序によって配置された信号は、図
４のブロック４１４に印加される。ブロック４１４は、
最も大きいサンプルの内のＭ−Ｎi 個を廃棄することを
表しており、規模を縮小したペリオドグラム又はＮi 個
一組のサンプル
【００２７】
【数６】
【００２８】を残すことである。この式で、異なる値の
数は、例えば値Ｓ(1) 、Ｓ(2) 、……Ｓ(Ni)の幾つか又
はすべての大きさが等しい場合のように、Ｎi 未満であ
ることがある。Ｎi の初期値は任意であってもよいが、
雑音だけから生ずると考えられるスペクトル成分の数よ
り大きくすべきである。Ｎi に対する適切な値の見当が
つくような経験がない場合、これはＭに等しいと選ぶこ
とができる。
【００２９】ｉ番目の経験スペクトル分布関数Ｆ
i （ｋ）が、規模を縮小したペリオドグラムから図４の
ブロック４１６で次のように決定される。
【００３０】
【数７】
【００３１】ここで、ｒは０とｋとの間の値をとる移動
変数であり、ｋはＮi の最大値を有する。式（１０）
は、その最大値に対して正規化された累算周波数エネル
ギ分布を表す。従って、式（１０）の分母が正規化係数
を表し、分子はｋの各々の値に対し、異なる値をとる。
例えば、ｋ＝１であれば、区間ｒ＝１から１にわたる和
Ｓ (r) は、１つの値にわたって求めた和であり、従っ
て、Ｓ(r) 自身である。ｋ＝１に対し、この値が図５ａ
に示されている。ｋ＝２であるとき、式（１０）の分子
はｒ＝１からｒ＝２までのＳ(r) の和の値である。この
値は、ｒ＝１からｒ＝Ｎi までのｒのすべての値にわた
るＳ(r) の和である分母で除することによって てのｋに対して同じ値を有する。式（１０）の分子は増
加する和であり、これはｋ＝Ｎi のときに最大の値に達
するが、このとき分子及び分母は等しい。従って、式
（１０）は、規模を縮小した組のＮi 個のサンプルの、
１の最大値に対して正規化された、エネルギ密度スペク
トルの和又は累算を表す階段形（ステアステップ）であ
る。
【００３２】標本化される実際のエネルギ密度が雑音だ
けのものであれば、ｋの各々の増分において測定される
エネルギ密度スペクトルは、ｋの他の任意の値で得られ
る値と等しいか又はその近くになる傾向がある。この和
は、図５ａに示すように、正規の「階段形（ステアケー
ス）」になる傾向がある。しかしながら、変動により、
この「階段形」関数からの幾らかのずれが生ずることは
避けられない。各々のチャンネルが、一様なスペクトル
密度から生ずる雑音のみを有していれば、このずれは小
さくなる傾向がある。１つ又は更に多くのドップラ・チ
ャンネルが信号を有している場合、正規の「階段形」か
らのかなりのずれが起こり、図５ｂに示すように、一層
大きな段（ステップ）が生ずる。図５ｂでは、階段形５
２０は、ｋ＝５に対応するドップラ・チャンネルのエネ
ルギを加えたとき、寸法が過大（オーバーサイズ）の段
５２２を含む。ｋ＝５より大きいところの階段形の勾配
が破線５２４によって示されており、ｋ＝５より小さい
ところの勾配が破線５２６によって示されている。破線
５２４及び５２６は、図５ｂでは勾配が等しい、即ち、
これらは平行線である。破線５２４又は５２６と等しい
勾配を有する直線からの階段形５２２のずれは、各チャ
ンネル内のエネルギが他の各チャンネルのエネルギとど
の程度等しいかの目安である。従って、階段形５２２の
直線からのずれは、スペクトル全体にわたる雑音がどの
程度平坦に近いかを示している。
【００３３】１９７１年にジョン・ワイリー・アンド・
サンズ社から出版されたＷ．Ｔ．コノバーの著書「実用
的な非パラメータ統計」に記載されるｉ番目の両側コル
モゴロフ−スミルノフ（ＫＳ）試験統計Ｔ1iが、図４の
ブロック４１８で次のように発生される。
【００３４】
【数８】
【００３５】ここで、ｋ／Ｎi は階段形の理想化した勾
配であって、従って、Ｔ1iは実際の階段形と理想的な勾
配との間の、この差を最大にするようなｋの特定の値に
おける差である。図５ｂでは、ｋの増分が８つあり、従
って、理想的な勾配は１／８であるが、これが破線５２
６に対応する。ｋ＝５におけるずれが、階段形５２０と
勾配５２６との間の差であり、これがＴ1iと選定され
る。
【００３６】規模を縮小した信号の各組に対し、Ｔ1iが
図４のブロック４１８で発生され、ブロック４２０で、
これから述べるように選ばれる選ばれた閾値Ｗ（１−
α）と比較される。ブロック４２０は、Ｔ1iがＷ（１−
α）を越えるかどうかを判定する。Ｔ1iがＷ（１−α）
の選ばれた値より大きければ、ブロック４２０のイエス
（ＹＥＳ）出力から論理はブロック４２１に向かい、そ
こでｉの現在値をｉ＋１にインクレメントし、ブロック
４１４でサンプルの規模を再び縮小することによって、
新しい繰り返しが開始される。試験統計Ｔ1iがＷ（１−
α）未満になるか又はそれに等しくなるまで、この繰り
返しが続けられる。そうなったとき、雑音レベルが、Ｗ
（１−α）によって定められた信頼度レベルであると判
り、このとき平坦さの試験統計Ｔ1iがＷ（１−α）の選
定された値を越えないことになった規模を縮小したエネ
ルギ密度スペクトルの値Ｓ(k) と共に、信号が判定ブロ
ック４２０からアンド関数４２２に供給される。各チャ
ンネルの雑音は、単にＮi のすべての値に対する累算雑
音をＮi で除したものである。幾つかの値がゼロである
ようなＮi による除算を避けるために、ブロック４１４
によって組の規模を毎回縮小した後に、スペクトルが
「締切られる（クローズドアップされる）」ことに注意
されたい。この計算がブロック４２４で行われ、その結
果得られた値がデータバスを介して、図２のすべての加
算回路２１２の反転入力に共通に印加される。
【００３７】閾値Ｗ（１−α）の大きさを決定するため
には、２つの入力が利用できなければならない。一方の
入力は、現在評価している規模を縮小した組にあるサン
プルの数Ｎi であり、他方の入力は信頼度レベル１−α
である。ここで、αは有意レベルである。図６は０．８
０から０．９９までの範囲の種々の信頼度レベル、及び
Ｎi ＝１からＮi ＝４０までの範囲のＮの値に対するＷ
（１−α）の値を示す表である。Ｎの値が４０より大き
い場合、Ｗ（１−α）の値は、それぞれ０．８０、０．
９０、０．９５、０．９８及び０．９９の信頼度レベル
に対し、１．０７／（Ｎi ）1/2 、１．２２／（Ｎi ）
1/2 、１．３６／（Ｎi ）1/2 、１．５２／（Ｎi ）
1/2 及び１．６３／（Ｎi ）1/2 で近似することができ
る。図４のブロック４２６は、ＲＯＭ（リードオンリメ
モリ）のようなテーブル・ルックアップとして構成する
ことができ、これがブロック４１４からの現在のＮi を
１つのアドレスとして受け取ると共に、オペレータ入力
又はＲＯＭからの信頼度レベル１−αを受け取る。テー
ブル・ルックアップはＮi の各々の異なる現在の値に対
応して、図６の表に示すＷ（１−α）の値をブロック４
２０に供給する。
【００３８】Ｗ（１−α）の源４２６としてテーブル・
ルックアップを用いる代わりに、ブロック４２６は次の
計算を行うように構成することができる。
【００３９】
【数９】
【００４０】ここで、Ｋはα＝０．２、０．１、０．０
５、０．０２及び０．０１に対し、それぞれ１．０７、
１．２２、１．３６、１．５２及び１．６３の値をと
る。ＫＳ試験は、経験的な確率分布の仮説による確率分
布に対する適合の質の目安である。エネルギ密度スペク
トルが確率密度関数の性質を有することを証明すること
ができ、従って、合成されたエネルギ・スペクトルは確
率分布関数の性質を有する。
【００４１】ＫＳ試験は有意レベルαを有し、０＜α＜
１である。仮説Ｈを信頼度区間Ｗ（１−α）で試験し、
ＫＳ試験統計Ｔ1 がＷ（１−α）を越えれば、Ｈが正し
いという確率が１−α未満であるというステートメント
によって、この仮説を排除する。０．０１、０．０５、
０．１及び０．２のようなαの値を用いるとき、ＫＳ試
験は厳しい。逆に、原本としてのＫＳ試験統計Ｔ1 がＷ
（１−α）を越えなければ、仮説Ｈが真実であるという
確率は１−αである。
【００４２】当業者には本発明のこの他の実施例は容易
に考えられよう。例えば、ソナー装置に上述した原理を
用いることができるが、勿論、図１のアンテナ１２は、
流体の中に圧力変化を送り込み、且つ受け取るための変
換器に置き換えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーダシステムの一部分の簡略ブロック図であ
る。
【図２】従来の雑音減少方式の全体を示すブロック図で
ある。
【図３】従来の雑音減少方式の種々の工程を示す図であ
る。
【図４】本発明に従って雑音を計算する、フローチャー
トに相当するブロック図である。
【図５】信号が存在しないとき及び存在するときのドッ
プラ・フィルタの出力において測定されたエネルギ密度
スペクトルの和のグラフである。
【図６】規模を縮小した組にあるサンプルの数Ｎi 、及
び所望の信頼度レベル１−αの関数としてＷ（１−α）
の値を示す表である。
【符号の説明】
１２ アンテナ １６ 送信機 １８ 受信機 ２６ 気象現象 ２１０ ドップラ・フィルタ・バンク ２１２ 加算回路 ４１０ 自乗ブロック ４１２ 順序配置ブロック ４１４ 切り取りブロック ４１８ 試験統計発生ブロック ４２０ 比較ブロック ４２６ 閾値の源

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体現象の速度成分を検出する距離測定
    システムであって、 当該パルスのエコーを発生すべく少なくとも１つの現象
    に対してパルス順序を送信する送信手段と、 前記エコーを受信すると共に該エコーを表す受信信号を
    発生する受信手段と、 該受信手段に接続されており、システム雑音及び流体媒
    質の雑音を含んでいる雑音により各々が汚染されている
    複数のドップラ周波数成分に前記エコーを分離するドッ
    プラ・フィルタ手段と、 該ドップラ・フィルタ手段に接続されており、自乗信号
    を発生すべく前記ドップラ周波数成分の各々の大きさを
    自乗する自乗手段と、 順序配置信号を発生すべく前記自乗信号を最も小さいも
    のから最も大きいものまでその振幅に従って順に並べる
    振幅順序配置手段と、 該振幅順序配置手段に接続されており、規模を縮小した
    信号を発生すべく前記順序配置信号の内の少なくとも振
    幅が最も大きい１つを削除する切り取り手段と、 前記振幅順序配置手段及び前記切り取り手段に接続され
    ており、前記規模を縮小した信号を受け取ると共に、コ
    ルモゴロフ−スミルノフ試験統計が所定の値を越えるか
    どうかを判定すべく前記規模を縮小した信号にコルモゴ
    ロフ−スミルノフ試験を適用し、前記コルモゴロフ−ス
    ミルノフ試験統計が前記所定の値を越えるときに、前記
    規模を縮小した信号の残っている信号の内の少なくとも
    最も大きい１つを廃棄し、前記規模を縮小した信号に前
    記コルモゴロフ−スミルノフ試験を反復的に適用し、前
    記コルモゴロフ−スミルノフ試験統計が前記所定の値を
    越えないときに、前記雑音のレベルが現在の規模を縮小
    した信号により表される雑音レベルに等しいと見なす試
    験手段と、 該試験手段に接続されており、雑音を少なくしたドップ
    ラ周波数成分を発生すべく前記ドップラ周波数成分の各
    々から前記雑音の対応する値を減算する減算手段とを備
    えた距離測定システム。
  2. 【請求項２】 前記試験手段は、その最大値に対して正
    規化されており前記規模を縮小した信号により表される
    累算周波数エネルギ分布を表す信号を形成する手段を含
    んでいる請求項１に記載の距離測定システム。
  3. 【請求項３】 前記試験手段は更に、前記累算周波数エ
    ネルギ分布とその理想的な勾配との間の差を形成する手
    段を含んでいる請求項２に記載の距離測定システム。
  4. 【請求項４】 前記累算周波数エネルギ分布と前記理想
    的な勾配との間の差の最大値を決定する手段を含んでい
    る請求項２に記載の距離測定システム。
  5. 【請求項５】 更に、前記規模を縮小した信号の数及び
    所望の有意レベルに応じて前記所定の値を発生する手段
    を含んでおり、前記試験手段は、前記コルモゴロフ−ス
    ミルノフ試験統計を前記所定の値と比較する比較手段を
    含んでいる請求項１に記載の距離測定システム。
  6. 【請求項６】 前記所定の値を発生する手段は、所定の
    値を記憶したアドレス可能な記憶手段を含んでおり、該
    所定の値は前記規模を縮小した信号の数の表示及び前記
    所望の有意レベルの表示を用いて前記記憶手段をアドレ
    スすることによりアクセスされる請求項５に記載の距離
    測定システム。
  7. 【請求項７】 前記所望の有意レベルの表示は、１と前
    記所望の有意レベルとの間の差の表示である請求項６に
    記載の距離測定システム。
  8. 【請求項８】 前記送信手段は電磁アンテナを含んでい
    る請求項１に記載の距離測定システム。
  9. 【請求項９】 拡散標的の速度成分を検出する方法であ
    って、 エコーを発生すべく前記標的に向かってパルス順序を送
    信し、 前記エコーを受信すると共に該エコーを表す信号に該エ
    コーを変換し、 雑音により各々が汚染されているかもしれない複数のド
    ップラ周波数成分を発生すべく前記エコーを表す前記信
    号をドップラ・フィルタにかけ、 自乗信号を発生すべく前記周波数成分の各々の大きさを
    自乗し、 順序配置信号を発生すべく前記自乗信号が表す振幅に従
    って最も低いものから最も高いものまで前記自乗信号を
    順に配置し、 規模を縮小した一組の信号を発生すべく前記順序配置信
    号の内の最も大きいＭ−Ｎi 個を廃棄し、 前記順序配置信号及び前記規模を縮小した組からコルモ
    ゴロフ−スミルノフ試験統計を計算し、 該試験統計を所定の閾値と比較し、 前記試験統計が前記閾値を越えるときに、前記廃棄する
    工程及びコルモゴロフ−スミルノフ試験統計を計算する
    工程を繰り返し、 前記試験統計が前記閾値を越えないときに、雑音スペク
    トル密度が見つけられたものと見なして、雑音計算値を
    発生すべく前記雑音スペクトル密度から前記ドップラ周
    波数成分の各々に伴う雑音を計算し、 前記ドップラ周波数成分から前記雑音計算値を減算する
    工程を含んでいる拡散標的の速度成分を検出する方法。
  10. 【請求項１０】 前記送信する工程は電磁信号を送信す
    る工程を含んでいる請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記ドップラ・フィルタにかける工程
    は、離散的なフーリエ変換を実施する工程を含んでいる
    請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記コルモゴロフ−スミルノフ試験統
    計を計算する工程は、前記規模を縮小した信号の累算周
    波数エネルギ分布を表す信号を形成する工程を含んでい
    る請求項９に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記コルモゴロフ−スミルノフ試験統
    計を計算する工程は、前記累算周波数エネルギ分布と該
    累算周波数エネルギ分布の理想的な勾配との間の差を求
    める工程を含んでいる請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記コルモゴロフ−スミルノフ試験統
    計を計算する工程は、前記差の最大値を設定する工程を
    含んでいる請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記試験統計を比較する工程は、現在
    の規模を縮小した組内にあるサンプルの数及び所望の有
    意レベルから前記閾値を発生する工程を含んでいる請求
    項９に記載の方法。
JP4264834A 1991-10-04 1992-10-02 距離測定システム及び拡散標的の速度成分を検出する方法 Pending JPH05209958A (ja)

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