JPWO2013157299A1 - 信号処理装置、信号処理方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
位相決定部が、数列内の隣接する2項間で数列の値の符号が変化した回数に基づいて、いずれかの点における1組の信号列の位相がもつπの整数倍の不定部分の値を決定するものであってよい。
第1の算出部が、1組の信号列のそれぞれについて、信号列の各標本点を通過し、かつ隣り合う区間の多項式同士が滑らかに連続する区分的多項式を算出するものであってよい。
第2の算出部が、複数の区間のそれぞれにおいて、第1の関数と第2の関数に関する終結式行列の小行列である複数の部分終結式行列の行列式に基づいて、多項式剰余列から得られる数列に代えて、その数列の各項を正の定数倍した数列を算出するものであってよい。
位相決定部が位相を決定した点の中に位相差がπより大きい隣接する2点が含まれる位相の信号列を、信号出力部が出力するものであってよい。
また、本発明は、1組の信号列を取得するステップと、取得された1組の信号列のそれぞれを複数の区間ごとに多項式で近似した区分的多項式である第1の関数および第2の関数を算出するステップと、複数の区間のそれぞれにおいて、算出された第1の関数と第2の関数にユークリッドの互除法を適用することにより得られる多項式剰余列に区間内のいずれかの点を代入した値の数列を算出するステップと、算出された数列の各項の符号に基づいて、いずれかの点における1組の信号列の位相を決定するステップと、複数の区間のそれぞれにおいて決定された位相の信号列を出力するステップとを含む信号処理方法を提供する。
また、本発明は、コンピュータに、1組の信号列を取得する機能と、取得された1組の信号列のそれぞれを複数の区間ごとに多項式で近似した区分的多項式である第1の関数および第2の関数を算出する機能と、複数の区間のそれぞれにおいて、算出された第1の関数と第2の関数にユークリッドの互除法を適用することにより得られる多項式剰余列に区間内のいずれかの点を代入した値の数列を算出する機能と、算出された数列の各項の符号に基づいて、いずれかの点における1組の信号列の位相を決定する機能と、複数の区間のそれぞれにおいて決定された位相の信号列を出力する機能とを実現させるためのプログラムを提供する。
本実施形態の信号処理装置は、取得した1組の信号列F,Gから位相Θ=tan−1(G/F)を計算し、出力する。この位相Θはmπ(mは整数)の不定性があり一意に求まらないが、Θが連続になる適切な整数値mを定めることを「位相アンラップ」という。本実施形態の信号処理装置は、この位相アンラップを行う。
合成開口レーダ(Synthetic Aperture Radar:SAR)を用いて地表の情報を計測するシステムがある。SARは、飛行機や衛星に搭載されたレーダから地上に向けて電波を発射し、対象物から反射された電波を自身のアンテナで受信しており、アンテナ自身が飛行機や衛星によって移動することで仮想的に大きな開口面を実現したレーダである。合成開口レーダの1つである干渉合成開口レーダ(干渉SAR)は、同一地域について得られた2セットの複素画像を干渉させて生成される干渉縞から、地表高度や、地殻変動による地表高度の変化を計測する。
同位相(in−phase) s0=(W+F)exp(iθ0)
逆位相(out−phase) s1=(W−F)exp(i(θ0+φ))
ここで、W,F,θ0は定数である。すると、s0 *s1/s0s1 *=exp(i2φ)であるから、位相差φは以下のように求められる。
図3は、本実施形態の信号処理装置10の機能構成例を示したブロック図である。図示するように、信号処理装置10は、信号取得部11と、区間決定部12と、スプライン算出部13と、関数格納部14と、多項式列算出部15と、数列生成部16と、符号カウント部17と、アンラップ処理部18と、信号出力部19とを備える。
本実施形態では、信号列F(x),G(x)の標本値を用いて、スプライン算出部13がF(x),G(x)のそれぞれをスプライン関数で近似することにより、各標本点を通る2つの区分的多項式を求める。n次のスプライン関数S(x)は、「各区間においてS(x)がn次以下の多項式であり、かつ定義域全体でS(x)とその(n−1)次以下の導関数が連続な関数」と定義される。すなわち、スプライン関数は、複数の多項式を互いに接続した区分的多項式であって、多項式同士のつなぎ目(節点という)も含めて数学的な意味で滑らかな関数である。
第1の実施形態の信号処理装置10は、アンラップ位相を決定するための多項式列を算出する際に、図6に示したユークリッドの互除法を実行している。しかし、この方法では、多項式の次数が高くなると数値的な不安定性が回避できなくなる。これは、図6の処理に多項式の割り算をするステップ(ステップ34)があることに起因する(ψj+1(x)は、ψj−1(x)をψj(x)で割った余りを−1倍して求められる)。計算機で実際に図6の処理を実行しようとすると、この多項式の割り算が正確に行えない場合がある。例えば、1割る1/3の答えは3余り0であるが、計算機では1/3を正確に表すことができないため、実際には余りが0にならない。また、係数を分母と分子に分けてそれぞれを整数として保存した場合でも、ユークリッドの互除法の途中で多項式の係数の桁が大きくなりすぎてしまい、正確に保存できなくなる。つまり、計算機でユークリッドの互除法を素直に実装しようとすると、ある多項式の係数の値が途中で正確でなくなり、その正確でない係数を用いて次の多項式を作るというステップを繰り返してしまうので、途中から多項式の係数が実際のものとずれてしまう。このような数値計算上の誤差が蓄積すると位相アンラップの計算結果に影響を与えるおそれがあるため、ユークリッドの互除法を直接実行せずに多項式列が生成されるようにすることが望ましい。
以下では、第1の実施形態の信号処理装置10を用いた位相アンラップの数値実験について説明する。この数値実験では、f(x)=cos(Θ(x)),g(x)=sin(Θ(x))でありΘ(x)が以下の数16で表される信号を一定の時間間隔にて観測し、観測した信号から元の信号f(x),g(x)の連続位相Θ(x)を推定する。この数値実験では、観測した信号から、信号処理装置10の位相アンラップ方法と別の位相アンラップ方法とにより、数16の位相を正しく求められるかどうかを調べる。
11 信号取得部
12 区間決定部
13 スプライン算出部
14 関数格納部
15 多項式列算出部
16 数列生成部
17 符号カウント部
18 アンラップ処理部
19 信号出力部
Claims (7)
- 1組の信号列を取得する信号取得部と、
前記信号取得部により取得された前記1組の信号列のそれぞれを複数の区間ごとに多項式で近似した区分的多項式である第1の関数および第2の関数を算出する第1の算出部と、
前記複数の区間のそれぞれにおいて、前記第1の算出部が算出した前記第1の関数と前記第2の関数にユークリッドの互除法を適用することにより得られる多項式剰余列に当該区間内のいずれかの点を代入した値の数列を算出する第2の算出部と、
前記第2の算出部により算出された前記数列の各項の符号に基づいて、前記いずれかの点における前記1組の信号列の位相を決定する位相決定部と、
前記複数の区間のそれぞれにおいて前記位相決定部により決定された位相の信号列を出力する信号出力部と
を備える信号処理装置。 - 前記位相決定部が、前記数列内の隣接する2項間で当該数列の値の符号が変化した回数に基づいて、前記いずれかの点における前記1組の信号列の位相がもつπの整数倍の不定部分の値を決定する、請求項1に記載の信号処理装置。
- 前記第1の算出部が、前記1組の信号列のそれぞれについて、当該信号列の各標本点を通過し、かつ隣り合う区間の多項式同士が滑らかに連続する区分的多項式を算出する、請求項1または2に記載の信号処理装置。
- 前記第2の算出部が、前記複数の区間のそれぞれにおいて、前記第1の関数と前記第2の関数に関する終結式行列の小行列である複数の部分終結式行列の行列式に基づいて、前記多項式剰余列から得られる前記数列に代えて、当該数列の各項を正の定数倍した数列を算出する、請求項1から3のいずれか1項に記載の信号処理装置。
- 前記位相決定部が位相を決定した点の中に位相差がπより大きい隣接する2点が含まれる位相の信号列を、前記信号出力部が出力する、請求項1から4のいずれか1項に記載の信号処理装置。
- 1組の信号列を取得するステップと、
取得された前記1組の信号列のそれぞれを複数の区間ごとに多項式で近似した区分的多項式である第1の関数および第2の関数を算出するステップと、
前記複数の区間のそれぞれにおいて、算出された前記第1の関数と前記第2の関数にユークリッドの互除法を適用することにより得られる多項式剰余列に当該区間内のいずれかの点を代入した値の数列を算出するステップと、
算出された前記数列の各項の符号に基づいて、前記いずれかの点における前記1組の信号列の位相を決定するステップと、
前記複数の区間のそれぞれにおいて決定された位相の信号列を出力するステップと
を含む信号処理方法。 - コンピュータに、
1組の信号列を取得する機能と、
取得された前記1組の信号列のそれぞれを複数の区間ごとに多項式で近似した区分的多項式である第1の関数および第2の関数を算出する機能と、
前記複数の区間のそれぞれにおいて、算出された前記第1の関数と前記第2の関数にユークリッドの互除法を適用することにより得られる多項式剰余列に当該区間内のいずれかの点を代入した値の数列を算出する機能と、
算出された前記数列の各項の符号に基づいて、前記いずれかの点における前記1組の信号列の位相を決定する機能と、
前記複数の区間のそれぞれにおいて決定された位相の信号列を出力する機能と
を実現させるためのプログラム。
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