JPH11160416A - デコンボルーション回路 - Google Patents
デコンボルーション回路Info
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- JPH11160416A JPH11160416A JP9324608A JP32460897A JPH11160416A JP H11160416 A JPH11160416 A JP H11160416A JP 9324608 A JP9324608 A JP 9324608A JP 32460897 A JP32460897 A JP 32460897A JP H11160416 A JPH11160416 A JP H11160416A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vector
- sweep
- unit
- pattern
- function
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より簡単な方法で、より迅速に、より正確な
デコンボルーション結果を得る。 【解決手段】 受信アンテナの指向性パターンを与える
パターン関数値から採取間隔ｐ＋Δｐ及びｐ−Δｐにて
採取し、その結果を利用して作成した装置関数行列Ｈを
用いて、デコンボルーションを行う。採取間隔ｐ＋Δｐ
でのＳ／Ｎと採取間隔ｐ−ΔｐでのＳ／Ｎ値を比較し、
その結果に応じて装置関数行列Ｈ導出時の採取間隔ｐを
逐次更新する。
デコンボルーション結果を得る。 【解決手段】 受信アンテナの指向性パターンを与える
パターン関数値から採取間隔ｐ＋Δｐ及びｐ−Δｐにて
採取し、その結果を利用して作成した装置関数行列Ｈを
用いて、デコンボルーションを行う。採取間隔ｐ＋Δｐ
でのＳ／Ｎと採取間隔ｐ−ΔｐでのＳ／Ｎ値を比較し、
その結果に応じて装置関数行列Ｈ導出時の採取間隔ｐを
逐次更新する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーダ装置等から
出力される観測データの分解能を改善する技術、特にデ
コンボルーション回路に関する。
出力される観測データの分解能を改善する技術、特にデ
コンボルーション回路に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題点】レーダ装置特にパルスレ
ーダ装置は、所定の繰返し周期を有するパルスを無線送
信し、送信された電磁波の一部は目標物によって反射さ
れ受信アンテナに到来する。この到来波が目標から受信
回路のＡ／Ｄ変換器に至る系は、一つの伝達要素と見な
すことができる。いま、この伝達要素を「信号受信系」
と呼び、その時間領域における応答関数（装置関数）が
正確に与えられているとするならば、レーダ装置の出力
たる観測データは、目標物からの反射波そのものの特性
（以下「原波形」）と、（アンテナビーム幅等より決ま
る）装置関数との畳込み積分（コンボルーション）とし
て、表現できる。従って、原波形を未知のベクトルと
し、装置関数と原波形のコンボルーション結果を一方の
辺に、また観測データを他方の辺においた式を立てれ
ば、この式は解の存在する（未知ベクトルを解くことの
できる）方程式となるので、これを解けば原理上、原波
形を推定乃至再現することができる。
ーダ装置は、所定の繰返し周期を有するパルスを無線送
信し、送信された電磁波の一部は目標物によって反射さ
れ受信アンテナに到来する。この到来波が目標から受信
回路のＡ／Ｄ変換器に至る系は、一つの伝達要素と見な
すことができる。いま、この伝達要素を「信号受信系」
と呼び、その時間領域における応答関数（装置関数）が
正確に与えられているとするならば、レーダ装置の出力
たる観測データは、目標物からの反射波そのものの特性
（以下「原波形」）と、（アンテナビーム幅等より決ま
る）装置関数との畳込み積分（コンボルーション）とし
て、表現できる。従って、原波形を未知のベクトルと
し、装置関数と原波形のコンボルーション結果を一方の
辺に、また観測データを他方の辺においた式を立てれ
ば、この式は解の存在する（未知ベクトルを解くことの
できる）方程式となるので、これを解けば原理上、原波
形を推定乃至再現することができる。
【０００３】この処理を実現するには幾つかの困難があ
る。まず、原波形の推定対象たる２次元空間が、仮に、
Ｍスイープ方位×Ｍレンジビンに亘る広がりを有してい
るとする（Ｍ：２以上の自然数）。この場合、観測デー
タ及び原波形はいずれもＭ次元のベクトルにて表され、
また装置関数はＭ行Ｍ列行列にて表される。従って、原
波形を推定乃至再現するには、Ｍ個の未知数を有するＭ
元連立一次方程式を解く必要がある。
る。まず、原波形の推定対象たる２次元空間が、仮に、
Ｍスイープ方位×Ｍレンジビンに亘る広がりを有してい
るとする（Ｍ：２以上の自然数）。この場合、観測デー
タ及び原波形はいずれもＭ次元のベクトルにて表され、
また装置関数はＭ行Ｍ列行列にて表される。従って、原
波形を推定乃至再現するには、Ｍ個の未知数を有するＭ
元連立一次方程式を解く必要がある。
【０００４】一般に多元連立一次方程式を解く方法とし
ては、一定の手順を一回繰り返すだけで解を求める直接
法と、ある値から出発して繰り返し演算（解の修正演
算）を行い、満足のいく精度に達したところで繰り返し
を止めて近似解を求める反復法に分けられる。直接法は
未知数（元の同じ）の数Ｍが小さいときによく用いられ
るが、反復法では、以下に示す（１）〜（４）の利点が
ある。
ては、一定の手順を一回繰り返すだけで解を求める直接
法と、ある値から出発して繰り返し演算（解の修正演
算）を行い、満足のいく精度に達したところで繰り返し
を止めて近似解を求める反復法に分けられる。直接法は
未知数（元の同じ）の数Ｍが小さいときによく用いられ
るが、反復法では、以下に示す（１）〜（４）の利点が
ある。
【０００５】（１）修正演算のアルゴリズムが簡単なの
で、ハードウエアで構成しやすい。
で、ハードウエアで構成しやすい。
【０００６】（２）行列要素がほとんど０である場合に
は、無意味な掛算演算、加算演算等を行わず簡単に演算
結果を出力できる。
は、無意味な掛算演算、加算演算等を行わず簡単に演算
結果を出力できる。
【０００７】（３）ＨＸ＝Ｙの多元連立一次方程式にお
いて、雑音の加算した観測ベクトルＹを用いて解ベクト
ルＸを算出する場合、直接法では演算途中にオーバーフ
ロー等が起きることがあるが、反復法では、ＨＸ＝Ｙを
最小二乗条件の下にＨTＨＸ＝ＨTＹに変形した式を用い
て反復修正を繰り返し、所定の反復回数に達したとき修
正演算をストップさせることにより、オーバーフローの
演算になったり、発散解を求めてしまうことをなくすこ
とができる。
いて、雑音の加算した観測ベクトルＹを用いて解ベクト
ルＸを算出する場合、直接法では演算途中にオーバーフ
ロー等が起きることがあるが、反復法では、ＨＸ＝Ｙを
最小二乗条件の下にＨTＨＸ＝ＨTＹに変形した式を用い
て反復修正を繰り返し、所定の反復回数に達したとき修
正演算をストップさせることにより、オーバーフローの
演算になったり、発散解を求めてしまうことをなくすこ
とができる。
【０００８】（４）式ＨTＨＸ＝ＨTＹの左辺と右辺の差
をｋ倍（０＜ｋ＜ｋ１：ｋ１は１．０以下の実数）し、
この結果を修正量として解ベクトルＸに加算してベクト
ルＸを修正し（これを第１回目の反復演算とする）、修
正されたＸを用いてＨTＨＸ＝ＨTＹの左辺と右辺の差の
ｋ倍を算出し、前と同様にこれを修正量としてベクトル
Ｘに加算する（これを２回目の反復演算とする）という
ように定係数ｋを用いてＸを目的の値に一定の速度で収
束させる方法の他に、最急降下法を用いて収束速度を制
御しながら目的の値に早く収束させる方法もある。しか
しながら、レーダで観測した観測データを用いる場合に
ついて、実際にデコンボルーション処理をした場合、最
急降下法を用いずにｋの値を一定にして２０回〜４０回
程度の反復回数で演算を終了するだけでも相当な分解能
を向上の効果があることが実際の処理演算で確認され
た。
をｋ倍（０＜ｋ＜ｋ１：ｋ１は１．０以下の実数）し、
この結果を修正量として解ベクトルＸに加算してベクト
ルＸを修正し（これを第１回目の反復演算とする）、修
正されたＸを用いてＨTＨＸ＝ＨTＹの左辺と右辺の差の
ｋ倍を算出し、前と同様にこれを修正量としてベクトル
Ｘに加算する（これを２回目の反復演算とする）という
ように定係数ｋを用いてＸを目的の値に一定の速度で収
束させる方法の他に、最急降下法を用いて収束速度を制
御しながら目的の値に早く収束させる方法もある。しか
しながら、レーダで観測した観測データを用いる場合に
ついて、実際にデコンボルーション処理をした場合、最
急降下法を用いずにｋの値を一定にして２０回〜４０回
程度の反復回数で演算を終了するだけでも相当な分解能
を向上の効果があることが実際の処理演算で確認され
た。
【０００９】時間領域でのコンボルーション演算は周波
数領域での積に対応するという定理を用いると、上記コ
ンボルーション処理を周波数領域で行う（これを逆フィ
ルタ処理演算と呼ぶ）ことも良く行われている。即ち信
号受信系の装置関数行列をフーリエ変換することによ
り、ｈ（ｓ）［ここでｓ＝ｊ（２π／Ｔ）×ｉ（ｉ＝
０，１，２，…Ｍ-1）］を算出し、観測ベクトルＹをフ
ーリエ変換することにより、ｙ（ｓ）［ここでｓ＝ｊ
（２π／Ｔ）×ｉ（ｉ＝０，１，２，…Ｍ-1）］を算出
し、ｙ（ｓ）／ｈ（ｓ）を各ｉについて計算して得られ
たＭ個のデータを逆フーリエ変換することにより、解ベ
クトルＸを算出する方法であるがこの方法は、（特定の
ｉにおける割り算の場合）分母が０に近いにも関わら
す、分子は相当大きな値を持つことも起こりうる。つま
り逆フィルタの演算方法は割り算演算の段階で、ノイズ
成分が増幅され、雑音に非常に弱いという問題があるこ
とになる。
数領域での積に対応するという定理を用いると、上記コ
ンボルーション処理を周波数領域で行う（これを逆フィ
ルタ処理演算と呼ぶ）ことも良く行われている。即ち信
号受信系の装置関数行列をフーリエ変換することによ
り、ｈ（ｓ）［ここでｓ＝ｊ（２π／Ｔ）×ｉ（ｉ＝
０，１，２，…Ｍ-1）］を算出し、観測ベクトルＹをフ
ーリエ変換することにより、ｙ（ｓ）［ここでｓ＝ｊ
（２π／Ｔ）×ｉ（ｉ＝０，１，２，…Ｍ-1）］を算出
し、ｙ（ｓ）／ｈ（ｓ）を各ｉについて計算して得られ
たＭ個のデータを逆フーリエ変換することにより、解ベ
クトルＸを算出する方法であるがこの方法は、（特定の
ｉにおける割り算の場合）分母が０に近いにも関わら
す、分子は相当大きな値を持つことも起こりうる。つま
り逆フィルタの演算方法は割り算演算の段階で、ノイズ
成分が増幅され、雑音に非常に弱いという問題があるこ
とになる。
【００１０】また、これまでの議論では、信号受信系の
装置関数が正確に与えられていることを仮定していた
が、実際には、信号受信系の装置関数をアンテナパター
ン関数等から正確に算出するのは難しい。例えば、装置
関数の算出方法として、Levinson-Durbinの方法を応用
した場合、線形予測係数の計算、観測データベクトルの
共分散の計算、測定系の伝達関数の計算、その逆フーリ
エ変換といった手順にて装置関数を求めることとなる
が、この一連の計算には膨大な計算量が必要になる。な
お、この方法に関しては、計測技術、87.12.95、p92
「信号処理技術」、小畑秀文等を参照されたい。
装置関数が正確に与えられていることを仮定していた
が、実際には、信号受信系の装置関数をアンテナパター
ン関数等から正確に算出するのは難しい。例えば、装置
関数の算出方法として、Levinson-Durbinの方法を応用
した場合、線形予測係数の計算、観測データベクトルの
共分散の計算、測定系の伝達関数の計算、その逆フーリ
エ変換といった手順にて装置関数を求めることとなる
が、この一連の計算には膨大な計算量が必要になる。な
お、この方法に関しては、計測技術、87.12.95、p92
「信号処理技術」、小畑秀文等を参照されたい。
【００１１】
【発明の概要】本発明の目的の一つは、複雑な計算無し
でかつより迅速に原波形を推定乃至再現可能なデコンボ
ルーション回路を提供することにある。この目的を達成
するため、本発明に係るデコンボルーション回路は、次
の様な機能を有するＨ作成部、Ｘ演算部及びｐ更新部を
備える。
でかつより迅速に原波形を推定乃至再現可能なデコンボ
ルーション回路を提供することにある。この目的を達成
するため、本発明に係るデコンボルーション回路は、次
の様な機能を有するＨ作成部、Ｘ演算部及びｐ更新部を
備える。
【００１２】まず、Ｈ作成部は、受信アンテナの指向性
パターンを示すパターン関数から角度間隔ｐで採取した
Ｍ個のパターン関数値に基づき、信号受信系の応答関数
を表すＭ行Ｍ列の装置関数行列Ｈを作成する（但しＭ：
２以上の自然数）。採取した関数値をｈ0，ｈ1，…，ｈ
M-1と表すこととした場合、装置関数行列Ｈは、次の式
パターンを示すパターン関数から角度間隔ｐで採取した
Ｍ個のパターン関数値に基づき、信号受信系の応答関数
を表すＭ行Ｍ列の装置関数行列Ｈを作成する（但しＭ：
２以上の自然数）。採取した関数値をｈ0，ｈ1，…，ｈ
M-1と表すこととした場合、装置関数行列Ｈは、次の式
【数１】 により表すことができる。このような形の装置関数行列
Ｈを用いることにより、装置関数と原信号ベクトルの複
雑な畳込み積分演算を、後述のＸ演算部において行列式
の積つまりＨＸの演算により実行可能となる。
Ｈを用いることにより、装置関数と原信号ベクトルの複
雑な畳込み積分演算を、後述のＸ演算部において行列式
の積つまりＨＸの演算により実行可能となる。
【００１３】次に、Ｘ演算部は、観測データベクトルＹ
と装置関数行列Ｈとを用い式ＨＸ＝Ｙ又はこれと等価な
式を解いてＭ次元の解ベクトルＸを求める。観測データ
ベクトルＹ及び解ベクトルＸは、次の式
と装置関数行列Ｈとを用い式ＨＸ＝Ｙ又はこれと等価な
式を解いてＭ次元の解ベクトルＸを求める。観測データ
ベクトルＹ及び解ベクトルＸは、次の式
【数２】 により表されるＭ次元ベクトルである。観測データベク
トルＹの成分Ｙ0，Ｙ1，…，ＹM-1は、ある同一のレン
ジビンにおいて、相並ぶＭ個のスイープ方位から得られ
たＭ個の観測データである。解ベクトルＸの各成分
Ｘ0，Ｘ1，…，ＸM-1は、観測データベクトルＹの成分
Ｙ0，Ｙ1，…，ＹM-1それぞれに対応しており、当該レ
ンジビンに係る原波形を表している。Ｘ演算部は、解ベ
クトルＸを求める処理を、相並ぶＭ個のレンジビンそれ
ぞれに関して実行することにより、Ｍレンジビン×Ｍス
イープ方位の広がりを有し観測対象の２次元空間につい
て原波形を推定する。なお、観測データベクトルＹの成
分Ｙ0，Ｙ1，…，ＹM-1を、ある同一のスイープ方位に
おいて相並ぶＭ個のレンジビンから得られたＭ個の観測
データとし、Ｘ演算部が、解ベクトルＸを求める処理を
相並ぶＭ個のスイープ方位それぞれに関して実行するよ
うにしても、同様の結果が得られる。本発明は、そのよ
うな構成をも包含する。
トルＹの成分Ｙ0，Ｙ1，…，ＹM-1は、ある同一のレン
ジビンにおいて、相並ぶＭ個のスイープ方位から得られ
たＭ個の観測データである。解ベクトルＸの各成分
Ｘ0，Ｘ1，…，ＸM-1は、観測データベクトルＹの成分
Ｙ0，Ｙ1，…，ＹM-1それぞれに対応しており、当該レ
ンジビンに係る原波形を表している。Ｘ演算部は、解ベ
クトルＸを求める処理を、相並ぶＭ個のレンジビンそれ
ぞれに関して実行することにより、Ｍレンジビン×Ｍス
イープ方位の広がりを有し観測対象の２次元空間につい
て原波形を推定する。なお、観測データベクトルＹの成
分Ｙ0，Ｙ1，…，ＹM-1を、ある同一のスイープ方位に
おいて相並ぶＭ個のレンジビンから得られたＭ個の観測
データとし、Ｘ演算部が、解ベクトルＸを求める処理を
相並ぶＭ個のスイープ方位それぞれに関して実行するよ
うにしても、同様の結果が得られる。本発明は、そのよ
うな構成をも包含する。
【００１４】更に、Ｓ／Ｎ演算部は、推定された波形の
信号対雑音比を求め、ｐ更新部は、求められた信号対雑
音比がより大きくなるよう、Ｈ作成部にてパターン関数
値の採取に用いる角度間隔ｐを漸次更新する。この処理
を繰返し実行することにより、より正確な装置関数行列
にＨを修正でき、そのＨを用いて誤差の分散値を最小に
するという性質を持つ（＝最小二乗条件式が組み込まれ
た）ＨTＨＸ＝ＨTＹという式からＸを算出するため、Ｈ
の値が正確であればあるほど、解ベクトルＸから算出さ
れるＳ／Ｎ値は良くなる。この理由は以下の様に説明さ
れる。
信号対雑音比を求め、ｐ更新部は、求められた信号対雑
音比がより大きくなるよう、Ｈ作成部にてパターン関数
値の採取に用いる角度間隔ｐを漸次更新する。この処理
を繰返し実行することにより、より正確な装置関数行列
にＨを修正でき、そのＨを用いて誤差の分散値を最小に
するという性質を持つ（＝最小二乗条件式が組み込まれ
た）ＨTＨＸ＝ＨTＹという式からＸを算出するため、Ｈ
の値が正確であればあるほど、解ベクトルＸから算出さ
れるＳ／Ｎ値は良くなる。この理由は以下の様に説明さ
れる。
【００１５】最小二乗条件の組み込まれた式ＨTＨＸ＝
ＨTＹはＹに含まれるガウス性の雑音が消去された解ベ
クトルＸを算出してくれるが、ＨとＸのコンボルーショ
ンがＹである（時間軸ではマトリックス式Ｙ＝ＨＸで表
現され、周波数軸ではｙ（ｓ）＝ｈ（ｓ）・ｘ（ｓ）と
表現される）という関係から連立方程式をたてているの
で、もしＨに計算誤差があれば、計算誤差の影響はＸに
反映されてくる。従って、Ｈの計算誤差が大きいほど、
式ＨTＨＸ＝ＨTＹにより、ガウス性の雑音消去度が悪く
なり、解ベクトルＸから算出されるＳ／Ｎ値が劣化す
る。
ＨTＹはＹに含まれるガウス性の雑音が消去された解ベ
クトルＸを算出してくれるが、ＨとＸのコンボルーショ
ンがＹである（時間軸ではマトリックス式Ｙ＝ＨＸで表
現され、周波数軸ではｙ（ｓ）＝ｈ（ｓ）・ｘ（ｓ）と
表現される）という関係から連立方程式をたてているの
で、もしＨに計算誤差があれば、計算誤差の影響はＸに
反映されてくる。従って、Ｈの計算誤差が大きいほど、
式ＨTＨＸ＝ＨTＹにより、ガウス性の雑音消去度が悪く
なり、解ベクトルＸから算出されるＳ／Ｎ値が劣化す
る。
【００１６】従って、処理後のＳ／Ｎ値が向上する方向
に装置関数行列Ｈを修正し、レーダ装置、観測環境をよ
り正確に反映したＨを算出した後に、そのＨを用いて、
デコンボルーション処理を行うという本発明の手順によ
り、分解能の優れた原波形を算出できる。
に装置関数行列Ｈを修正し、レーダ装置、観測環境をよ
り正確に反映したＨを算出した後に、そのＨを用いて、
デコンボルーション処理を行うという本発明の手順によ
り、分解能の優れた原波形を算出できる。
【００１７】当然のことながら、上記Ｈの修正は一度実
施すれば、基本的にはその後測定装置、測定環境に変
更、変動があるまで、行う必要はない。
施すれば、基本的にはその後測定装置、測定環境に変
更、変動があるまで、行う必要はない。
【００１８】また、Ｍレンジビン×Ｍスイープ方位より
も大きな広がりを有する２次元空間に関し原波形の推定
結果を得るには、Ｍレンジビン×Ｍスイープ方位の広が
りを有する２次元空間について原波形を推定する処理
を、推定に係る２次元空間を変更しながら繰返し実行す
ればよい。具体的には、（第０〜第Ｍ−１番目のレンジ
ビン）×（第０〜第Ｍ−１番目のスイープ方位）に亘る
領域、（第０〜第Ｍ−１番目のレンジビン）×（第Ｍ〜
第２Ｍ−１番目のスイープ方位）に亘る領域、（第Ｍ〜
第２Ｍ−１番目のレンジビン）×（第０〜第Ｍ−１番目
のスイープ方位）に亘る領域、及び（第Ｍ〜第２Ｍ−１
番目のレンジビン）×（第Ｍ０〜第２Ｍ−１番目のスイ
ープ方位）に亘る領域それぞれについて、前述の原理に
従い原波形を推定するようにすれば、２Ｍレンジビン×
２Ｍスイープ方位に亘る広がりを有する２次元空間につ
いて原波形を推定できる。
も大きな広がりを有する２次元空間に関し原波形の推定
結果を得るには、Ｍレンジビン×Ｍスイープ方位の広が
りを有する２次元空間について原波形を推定する処理
を、推定に係る２次元空間を変更しながら繰返し実行す
ればよい。具体的には、（第０〜第Ｍ−１番目のレンジ
ビン）×（第０〜第Ｍ−１番目のスイープ方位）に亘る
領域、（第０〜第Ｍ−１番目のレンジビン）×（第Ｍ〜
第２Ｍ−１番目のスイープ方位）に亘る領域、（第Ｍ〜
第２Ｍ−１番目のレンジビン）×（第０〜第Ｍ−１番目
のスイープ方位）に亘る領域、及び（第Ｍ〜第２Ｍ−１
番目のレンジビン）×（第Ｍ０〜第２Ｍ−１番目のスイ
ープ方位）に亘る領域それぞれについて、前述の原理に
従い原波形を推定するようにすれば、２Ｍレンジビン×
２Ｍスイープ方位に亘る広がりを有する２次元空間につ
いて原波形を推定できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。
関し図面に基づき説明する。
【００２０】図１に、本発明の一実施形態に係るデコン
ボルーション回路の構成を示す。この図のデコンボルー
ション回路はレーダ装置と共に(又はその一部として)用
いられる回路であり、レーダ装置にて得られた観測デー
タ即ちデコンボルーション処理を施すべきデータを入力
するための波形入力部１０を備えている。波形入力部１
０は、例えば読み出しと書き込みが可能なＲＡＭや、汎
用のコンピュータ又はパソコンのハードディスクの記憶
回路等で実現できる。また、この図中の初期設定部１２
は、パターン関数及びそのパターン関数値を採取する間
隔ｐを、２個のＨ作成部１４Ａ及び１４Ｂに初期設定す
る。ここでいうパターン関数とは、レーダ装置の受信ア
ンテナの指向性パターンを示す関数である。(図２
（ａ）参照)。Ｈ作成部１４Ａ及び１４Ｂは初期設定さ
れたパターン関数を間隔ｐで採取した結果に基づき装置
関数行列Ｈを作成する。ただし、Ｈ作成部１４Ａにおけ
る採取間隔はｐ＋Δｐ、Ｈ作成部１４Ｂにおけるそれは
ｐ−Δｐである。(Δｐ:所定の微少正値)。なお、採取
間隔ｐについては後の処理にて逐次更新されるため、正
確な設定は必要でない。
ボルーション回路の構成を示す。この図のデコンボルー
ション回路はレーダ装置と共に(又はその一部として)用
いられる回路であり、レーダ装置にて得られた観測デー
タ即ちデコンボルーション処理を施すべきデータを入力
するための波形入力部１０を備えている。波形入力部１
０は、例えば読み出しと書き込みが可能なＲＡＭや、汎
用のコンピュータ又はパソコンのハードディスクの記憶
回路等で実現できる。また、この図中の初期設定部１２
は、パターン関数及びそのパターン関数値を採取する間
隔ｐを、２個のＨ作成部１４Ａ及び１４Ｂに初期設定す
る。ここでいうパターン関数とは、レーダ装置の受信ア
ンテナの指向性パターンを示す関数である。(図２
（ａ）参照)。Ｈ作成部１４Ａ及び１４Ｂは初期設定さ
れたパターン関数を間隔ｐで採取した結果に基づき装置
関数行列Ｈを作成する。ただし、Ｈ作成部１４Ａにおけ
る採取間隔はｐ＋Δｐ、Ｈ作成部１４Ｂにおけるそれは
ｐ−Δｐである。(Δｐ:所定の微少正値)。なお、採取
間隔ｐについては後の処理にて逐次更新されるため、正
確な設定は必要でない。
【００２１】Ｈ作成部１４Ａの後段には、Ｎ個のレンジ
ビンに対応するようＮ組のＹ作成部１６及びＸ演算部１
８が設けられており、Ｈ作成部１４Ｂの後段にも、Ｍ個
のレンジビンに対応するようＭ組のＹ作成部１６及びＸ
演算部１８が設けられている。Ｙ作成部１６は、波形入
力部１０により入力される観測データのうち、対応する
レンジビンに係る観測データに基づき、ベクトルＹを作
成する。Ｘ演算部１８は対応するＹ作成部１６にて作成
されたベクトルＹと、対応するＨ作成部（１４Ａ又は１
４Ｂ）にて作成された装置関数Ｈとに基づき、解ベクト
ルＸを演算する。解ベクトルＸの演算手法としては、Ga
uss-Seidelの反復法や、Jacobiの反復法等を用いること
ができる。また、解ベクトルＸを求める際に用いるマト
リックス方程式としては、（ＨTＨ）Ｘ＝ＨTＹを用いる
ことができる。更に、（ＨTＨ）Ｘ＝ＨTＹのマトリック
ス方程式からベクトルＸを算出する演算をする際でも、
ＨＸ＝Ｙと言うマトリックス方程式を解くためのルーチ
ン及びハードウェアを利用することができる。即ち、Ｈ
Ｘ＝Ｙ中のＹにＨTＹを、ＨＸに（ＨTＨ）Ｘをおけばよ
い。なお、本願出願人による特願平７−１３１８６７号
及び特願平７−２６４６５０号をも参照されたい。ま
た、この図では各レンジビン毎にＹ作成部１６及びＸ演
算部１８を設け並列処理を行っているが、これは図示の
便宜によるものであり、実際には、単一のハードウェア
又は数個のハードウェア乃至ルーチンをＭ回又はＭ／ｎ
（ｎは２〜１０程度)回繰り返し使用するようにしても
よい。
ビンに対応するようＮ組のＹ作成部１６及びＸ演算部１
８が設けられており、Ｈ作成部１４Ｂの後段にも、Ｍ個
のレンジビンに対応するようＭ組のＹ作成部１６及びＸ
演算部１８が設けられている。Ｙ作成部１６は、波形入
力部１０により入力される観測データのうち、対応する
レンジビンに係る観測データに基づき、ベクトルＹを作
成する。Ｘ演算部１８は対応するＹ作成部１６にて作成
されたベクトルＹと、対応するＨ作成部（１４Ａ又は１
４Ｂ）にて作成された装置関数Ｈとに基づき、解ベクト
ルＸを演算する。解ベクトルＸの演算手法としては、Ga
uss-Seidelの反復法や、Jacobiの反復法等を用いること
ができる。また、解ベクトルＸを求める際に用いるマト
リックス方程式としては、（ＨTＨ）Ｘ＝ＨTＹを用いる
ことができる。更に、（ＨTＨ）Ｘ＝ＨTＹのマトリック
ス方程式からベクトルＸを算出する演算をする際でも、
ＨＸ＝Ｙと言うマトリックス方程式を解くためのルーチ
ン及びハードウェアを利用することができる。即ち、Ｈ
Ｘ＝Ｙ中のＹにＨTＹを、ＨＸに（ＨTＨ）Ｘをおけばよ
い。なお、本願出願人による特願平７−１３１８６７号
及び特願平７−２６４６５０号をも参照されたい。ま
た、この図では各レンジビン毎にＹ作成部１６及びＸ演
算部１８を設け並列処理を行っているが、これは図示の
便宜によるものであり、実際には、単一のハードウェア
又は数個のハードウェア乃至ルーチンをＭ回又はＭ／ｎ
（ｎは２〜１０程度)回繰り返し使用するようにしても
よい。
【００２２】波形記憶部２０Ａ及び２０ＢはＨ作成部１
４Ａ及び１４Ｂに対応して設けられており、波形記憶部
２０Ａはパターン関数波形採取間隔をｐ＋Δｐとしたと
きの解ベクトルＸを、波形記憶部２０Ｂはパターン関数
波形採取間隔をｐ−Δｐとしたときの解ベクトルＸを、
相連続するＭ個のレンジビンに亘って記憶する。Ｓ／Ｎ
演算部２２Ａは波形記憶部２０Ａ上のデータに基づきＳ
／Ｎ値を計算する。Ｓ／Ｎ演算部２２Ｂは波形記憶部２
０Ｂ上のデータに基づきＳ／Ｎ値を計算する。Ｓ／Ｎの
算出に際しては、対応する波形記憶部（２０Ａ又は２０
Ｂ）上のピークレベルを検出し、これを信号のピーク値
（Ｓ0）とし、デコンボルーション演算対象とする２次
元空間の内信号は存在しないと思われる領域のデータに
ついて標準偏差値を算出しこれの値をσとする。Ｓ／Ｎ
値は Ｓ0／σの値で近似的に与えればよい。ｐ更新部２
４は、Ｓ／Ｎ演算部２２Ａにて演算されたＳ／Ｎ即ちＳ
1とＳ／Ｎ演算部２２Ｂにて演算されたＳ／Ｎ即ちＳ2と
を比較し、その結果に基づき更新したサンプル間隔ｐを
Ｈ作成部１４Ａ及び１４Ｂに設定する。例えば、
４Ａ及び１４Ｂに対応して設けられており、波形記憶部
２０Ａはパターン関数波形採取間隔をｐ＋Δｐとしたと
きの解ベクトルＸを、波形記憶部２０Ｂはパターン関数
波形採取間隔をｐ−Δｐとしたときの解ベクトルＸを、
相連続するＭ個のレンジビンに亘って記憶する。Ｓ／Ｎ
演算部２２Ａは波形記憶部２０Ａ上のデータに基づきＳ
／Ｎ値を計算する。Ｓ／Ｎ演算部２２Ｂは波形記憶部２
０Ｂ上のデータに基づきＳ／Ｎ値を計算する。Ｓ／Ｎの
算出に際しては、対応する波形記憶部（２０Ａ又は２０
Ｂ）上のピークレベルを検出し、これを信号のピーク値
（Ｓ0）とし、デコンボルーション演算対象とする２次
元空間の内信号は存在しないと思われる領域のデータに
ついて標準偏差値を算出しこれの値をσとする。Ｓ／Ｎ
値は Ｓ0／σの値で近似的に与えればよい。ｐ更新部２
４は、Ｓ／Ｎ演算部２２Ａにて演算されたＳ／Ｎ即ちＳ
1とＳ／Ｎ演算部２２Ｂにて演算されたＳ／Ｎ即ちＳ2と
を比較し、その結果に基づき更新したサンプル間隔ｐを
Ｈ作成部１４Ａ及び１４Ｂに設定する。例えば、
【数３】Ｓ1−Ｓ2＞ΔＳであるときｐ←ｐ＋Δｐ Ｓ1−Ｓ2＜−ΔＳであるときｐ←ｐ−Δｐ ｜Ｓ1−Ｓ2｜≦ΔＳであるときはｐを更新せず処理を終
了 とする(但し、ΔＳ:所定の正の微少値)。なお、Ｓ1−Ｓ
2＞ΔＳの状態とＳ1−Ｓ2＜ΔＳの状態とが交互に現れ
てしまう場合には、交互に現れた回数が所定回数の至っ
たときに処理を終了すればよい。表示部２６はＣＲＴや
ＬＣＤ（表示処理・表示制御等を含む）であり、処理の
途上であるいは処理を終了した時点で、波形記憶部２０
Ａ又は２０Ｂ上にあるデータ即ちデコンボルーション処
理の結果を、陰線処理してその画面上に立体表示する。
了 とする(但し、ΔＳ:所定の正の微少値)。なお、Ｓ1−Ｓ
2＞ΔＳの状態とＳ1−Ｓ2＜ΔＳの状態とが交互に現れ
てしまう場合には、交互に現れた回数が所定回数の至っ
たときに処理を終了すればよい。表示部２６はＣＲＴや
ＬＣＤ（表示処理・表示制御等を含む）であり、処理の
途上であるいは処理を終了した時点で、波形記憶部２０
Ａ又は２０Ｂ上にあるデータ即ちデコンボルーション処
理の結果を、陰線処理してその画面上に立体表示する。
【００２３】今回はデコンボルーション処理する前の観
測データとして以下のものを用いた。すなわち海上に２
隻の船舶を置き目標物とした。サンプルクロック（＝レ
ンジビンクロック）を１０［ＭＨｚ］とし、０〜５１１
のレンジビンに相当する区間を１スイープとし、０．１
度ずつ方位を変えて１２８スイープにわたって５１２×
１２８のデータを８ビットのＡ／Ｄ変換器で採取したデ
ータを（レーダ装置による観測地点で、）フロッピーデ
ィスクに格納し、このフロッピーに格納されたデータを
用いてオフラインで以下の演算処理を行った。
測データとして以下のものを用いた。すなわち海上に２
隻の船舶を置き目標物とした。サンプルクロック（＝レ
ンジビンクロック）を１０［ＭＨｚ］とし、０〜５１１
のレンジビンに相当する区間を１スイープとし、０．１
度ずつ方位を変えて１２８スイープにわたって５１２×
１２８のデータを８ビットのＡ／Ｄ変換器で採取したデ
ータを（レーダ装置による観測地点で、）フロッピーデ
ィスクに格納し、このフロッピーに格納されたデータを
用いてオフラインで以下の演算処理を行った。
【００２４】一定のレンジビンの、方位方向（＝スイー
プ方位方向）に連ねた観測データで要素数１２８のＹを
作成し、このＹを初期値とした未知ベクトル（＝解ベク
トル）Ｘ及び１２８×１２８の要素のＨベクトルからＨ
TＨＸ＝ＨTＹという行式を作成して、同一レンジビン上
の方位方向に連なる１２８データのデコンボルーション
演算を実施し結果を記憶回路２０Ａ，２０Ｂで記憶させ
る。同様にして、同一の演算をレンジビン番号０からレ
ンジビン番号５１１まで行った。（ここでは見やすくす
るため、処理結果のうちレンジビン番号で３８５〜５１
０の範囲と３次元表示することにした。） 前記１２８×１２８の要素を持つＨ行列は、前の説明か
らｐの値により変わってくるものであり、ｐの値を、演
算結果の３次元グラフのＳ／Ｎ値により、より正確なＨ
となるように変更して、（Ｈは一度算出すれば、運用装
置が変わらない限り変更する必要はない。）より正確な
デコンボルーション演算を行うのが本発明の眼目である
が、ｐの値により、演算された３次元のグラフはどの程
度変化が見られるかを示しているのが、表１及び図５〜
図１２の３次元表示されたグラフとなる。また図３は観
測データをそのまま処理せずに３次元表示したものであ
り、図４は図３に示された観測データを逆フィルタ処理
した場合の一例を参考のために添付したものである。
プ方位方向）に連ねた観測データで要素数１２８のＹを
作成し、このＹを初期値とした未知ベクトル（＝解ベク
トル）Ｘ及び１２８×１２８の要素のＨベクトルからＨ
TＨＸ＝ＨTＹという行式を作成して、同一レンジビン上
の方位方向に連なる１２８データのデコンボルーション
演算を実施し結果を記憶回路２０Ａ，２０Ｂで記憶させ
る。同様にして、同一の演算をレンジビン番号０からレ
ンジビン番号５１１まで行った。（ここでは見やすくす
るため、処理結果のうちレンジビン番号で３８５〜５１
０の範囲と３次元表示することにした。） 前記１２８×１２８の要素を持つＨ行列は、前の説明か
らｐの値により変わってくるものであり、ｐの値を、演
算結果の３次元グラフのＳ／Ｎ値により、より正確なＨ
となるように変更して、（Ｈは一度算出すれば、運用装
置が変わらない限り変更する必要はない。）より正確な
デコンボルーション演算を行うのが本発明の眼目である
が、ｐの値により、演算された３次元のグラフはどの程
度変化が見られるかを示しているのが、表１及び図５〜
図１２の３次元表示されたグラフとなる。また図３は観
測データをそのまま処理せずに３次元表示したものであ
り、図４は図３に示された観測データを逆フィルタ処理
した場合の一例を参考のために添付したものである。
【００２５】
【表１】 図３に示したように、デコンボルーション処理前の観測
データでは、２隻の船舶を分離識別することができな
い。これに逆フィルタ処理を施すことで、２隻の船舶を
分離することは可能になるが、Ｓ／Ｎが悪くなる（図４
参照）。これに対し、本実施形態に係るデコンボルーシ
ョン処理を観測データに施した場合、図５乃至図１２に
示されるように２隻の船舶を分離識別することが可能に
なるのに加えＳ／Ｎも向上する。本実施形態において
は、このように従来に比べ高い品質の処理結果を得るこ
とができる。また、上述のようにＳ／Ｎの比較対照評価
の結果に基づきサンプリング間隔ｐを更新し、ｐ＋Δｐ
のときとｐ―Δｐのときの間でＳ／Ｎの有意差が生じな
くなったとき処理を終了するようにしているため、最適
な処理結果（上の例では図６）を出力することができ
る。
データでは、２隻の船舶を分離識別することができな
い。これに逆フィルタ処理を施すことで、２隻の船舶を
分離することは可能になるが、Ｓ／Ｎが悪くなる（図４
参照）。これに対し、本実施形態に係るデコンボルーシ
ョン処理を観測データに施した場合、図５乃至図１２に
示されるように２隻の船舶を分離識別することが可能に
なるのに加えＳ／Ｎも向上する。本実施形態において
は、このように従来に比べ高い品質の処理結果を得るこ
とができる。また、上述のようにＳ／Ｎの比較対照評価
の結果に基づきサンプリング間隔ｐを更新し、ｐ＋Δｐ
のときとｐ―Δｐのときの間でＳ／Ｎの有意差が生じな
くなったとき処理を終了するようにしているため、最適
な処理結果（上の例では図６）を出力することができ
る。
【図１】 本発明の一実施形態に係るデコンボルーショ
ン回路の構成を示すブロック図である。
ン回路の構成を示すブロック図である。
【図２】 受信アンテナの指向性パターン(a) 及び装置
関数(b)を示す図である。
関数(b)を示す図である。
【図３】 デコンボルーション処理前の観測データを立
体的に示す図である。
体的に示す図である。
【図４】 逆フィルタ処理を施した観測データを立体的
に示す図である。
に示す図である。
【図５】 本実施形態に係る処理を施した観測データを
立体的に示す図である。
立体的に示す図である。
【図６】 本実施形態に係る処理を施した観測データを
立体的に示す図である。
立体的に示す図である。
【図７】 本実施形態に係る処理を施した観測データを
立体的に示す図である。
立体的に示す図である。
【図８】 本実施形態に係る処理を施した観測データを
立体的に示す図である。
立体的に示す図である。
【図９】 本実施形態に係る処理を施した観測データを
立体的に示す図である。
立体的に示す図である。
【図１０】 本実施形態に係る処理を施した観測データ
を立体的に示す図である。
を立体的に示す図である。
【図１１】 本実施形態に係る処理を施した観測データ
を立体的に示す図である。
を立体的に示す図である。
【図１２】 本実施形態に係る処理を施した観測データ
を立体的に示す図である。
を立体的に示す図である。
１０ 波形入力部、１２ 初期設定部、１４Ａ、１４Ｂ
Ｈ作成部、１６ Ｙ作成部、１８ Ｘ演算部、２０
Ａ，２０Ｂ 波形記憶部、２２Ａ，２２Ｂ Ｓ／Ｎ演算
部、２４ ｐ更新部。
Ｈ作成部、１６ Ｙ作成部、１８ Ｘ演算部、２０
Ａ，２０Ｂ 波形記憶部、２２Ａ，２２Ｂ Ｓ／Ｎ演算
部、２４ ｐ更新部。
Claims (4)
- 【請求項１】 受信アンテナの指向性パターンを示すパ
ターン関数から角度間隔ｐで採取したＭ個のパターン関
数値に基づき信号受信系の応答関数を表すＭ行Ｍ列の装
置関数行列Ｈを作成するＨ作成部と（但しＭ：２以上の
自然数）、 任意のレンジビンに関し相並ぶＭ個のスイープ方位方向
から得られたＭ個の観測データをその成分とするＭ次元
ベクトルである観測データベクトルＹと、上記装置関数
行列Ｈとを用い、式ＨＸ＝Ｙ又はこれと等価な式を解い
てＭ次元の解ベクトルＸを求める、という処理を、相並
ぶＭ個のレンジビンそれぞれに関して実行することによ
り、Ｍレンジビン×Ｍスイープ方位の広がりを有し観測
対象の２次元空間について原波形を推定するＸ演算部
と、 推定された波形の信号対雑音比を求めるＳ／Ｎ演算部
と、 求められた信号対雑音比がより大きくなるよう上記Ｈ作
成部にてパターン関数値の採取に用いる角度間隔ｐを漸
次更新するｐ更新部とを備えることを特徴とするデコン
ボルーション回路。 - 【請求項２】 受信アンテナの指向性パターンを示すパ
ターン関数から角度間隔ｐで採取したＭ個のパターン関
数値に基づき信号受信系の応答関数を表すＭ行Ｍ列の装
置関数行列Ｈを作成するＨ作成部と（但しＭ：２以上の
自然数）、 任意のスイープ方位に関し相並ぶＭ個のレンジビンから
得られたＭ個の観測データをその成分とするＭ次元ベク
トルである観測データベクトルＹと、上記装置関数行列
Ｈとを用い、式ＨＸ＝Ｙ又はこれと等価な式を解いてＭ
次元の解ベクトルＸを求める、という処理を、相並ぶＭ
個のスイープ方位それぞれに関して実行することによ
り、Ｍレンジビン×Ｍスイープ方位の広がりを有する２
次元空間について原波形を推定するＸ演算部と、 推定された波形の信号対雑音比を求めるＳ／Ｎ演算部
と、 求められた信号対雑音比がより大きくなるよう上記Ｈ作
成部にてパターン関数値の採取に用いる角度間隔ｐを漸
次更新するｐ更新部とを備えることを特徴とするデコン
ボルーション回路。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載のデコンボルーショ
ン回路において、 上記Ｘ演算部が、解ベクトルＸを求めるに際し、反復法
を用いて式（ＨTＨ）Ｘ＝ＨTＹを解くことを特徴とする
デコンボルーション回路。 - 【請求項４】 請求項１乃至３記載のデコンボルーショ
ン回路において、 上記Ｘ演算部が、Ｍレンジビン×Ｍスイープ方位よりも
大きな広がりを有する２次元空間に関し原波形の推定結
果が得られるよう、Ｍレンジビン×Ｍスイープ方位の広
がりを有する２次元空間について原波形を推定する処理
を、推定に係る２次元空間を変更しながら繰返し実行す
ることを特徴とするデコンボルーション回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9324608A JPH11160416A (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | デコンボルーション回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9324608A JPH11160416A (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | デコンボルーション回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11160416A true JPH11160416A (ja) | 1999-06-18 |
Family
ID=18167725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9324608A Pending JPH11160416A (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | デコンボルーション回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11160416A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006090730A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Secom Co Ltd | センシング装置 |
| JP2008525765A (ja) * | 2004-12-23 | 2008-07-17 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 試料と対照との物理的に測定可能な特性の差異の高感度の検出方法 |
-
1997
- 1997-11-26 JP JP9324608A patent/JPH11160416A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006090730A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Secom Co Ltd | センシング装置 |
| JP4624046B2 (ja) * | 2004-09-21 | 2011-02-02 | セコム株式会社 | センシング装置 |
| JP2008525765A (ja) * | 2004-12-23 | 2008-07-17 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 試料と対照との物理的に測定可能な特性の差異の高感度の検出方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040906 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040906 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060516 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061003 |