JPH08240656A - 信号処理方式 - Google Patents
信号処理方式Info
- Publication number
- JPH08240656A JPH08240656A JP4197795A JP4197795A JPH08240656A JP H08240656 A JPH08240656 A JP H08240656A JP 4197795 A JP4197795 A JP 4197795A JP 4197795 A JP4197795 A JP 4197795A JP H08240656 A JPH08240656 A JP H08240656A
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- JP
- Japan
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- signal
- peak hold
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- filter
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- Pending
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 被処理信号に対し、ピークホウルド処理によ
り、信号を抽出する方式において、Ｓ／Ｒ比の劣化を防
止することにある。 【構成】 入力センサ１０からの入力信号に対し、ピー
クホウルド処理部７０以前にハイパスフィルタ５０およ
びローパスフィルタ６０を備え、一定のパルス幅の信号
を通過させ、それにより長いパルス幅の信号及び短いパ
ルス幅の信号をカットする。これにより、ピークホウル
ド処理によって発生するＳ／Ｒ比の劣化を防止する。
り、信号を抽出する方式において、Ｓ／Ｒ比の劣化を防
止することにある。 【構成】 入力センサ１０からの入力信号に対し、ピー
クホウルド処理部７０以前にハイパスフィルタ５０およ
びローパスフィルタ６０を備え、一定のパルス幅の信号
を通過させ、それにより長いパルス幅の信号及び短いパ
ルス幅の信号をカットする。これにより、ピークホウル
ド処理によって発生するＳ／Ｒ比の劣化を防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、音響、光等各種センサ
類の受信信号の信号処理方式、特に、ノイズ中より、信
号を抽出する信号処理方式に関する。
類の受信信号の信号処理方式、特に、ノイズ中より、信
号を抽出する信号処理方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術では、ピークホウルド回路を
単独で用いる方式である。ソーナーエコー検出の応用例
で示すと、受信信号は、例えば、サンプリング周期２５
μｓで整相器から出力するとし、表示器の画面分解能を
１０００とし、掃引周期を１秒とすると、これは時間分
解能換算値で１ｍｓであり、サンプリング周期と比較し
て１ｍｓ／２５μｓ＝４０倍もあるため、このまま１ｍ
ｓで再サンプリングして表示すると３９／４０の確率で
信号が欠落する。従って、信号の表示確率を上げる目的
で１ｍｓごとの周期区間の最大レベルを検出して表示す
るようにしたのがピークホウルドである。
単独で用いる方式である。ソーナーエコー検出の応用例
で示すと、受信信号は、例えば、サンプリング周期２５
μｓで整相器から出力するとし、表示器の画面分解能を
１０００とし、掃引周期を１秒とすると、これは時間分
解能換算値で１ｍｓであり、サンプリング周期と比較し
て１ｍｓ／２５μｓ＝４０倍もあるため、このまま１ｍ
ｓで再サンプリングして表示すると３９／４０の確率で
信号が欠落する。従って、信号の表示確率を上げる目的
で１ｍｓごとの周期区間の最大レベルを検出して表示す
るようにしたのがピークホウルドである。
【０００３】本処理は一見合理的に見えるが、実はエコ
ーの探知確率を向上させると同時に、残響及び雑音の誤
警報確率をも上げるという問題がある。図６及び図７に
ピークホウルド前の残響の確率分布がレーレー分布であ
ると仮定したときの、ピークホウルド後の確率分布及び
誤警報確率について示す。
ーの探知確率を向上させると同時に、残響及び雑音の誤
警報確率をも上げるという問題がある。図６及び図７に
ピークホウルド前の残響の確率分布がレーレー分布であ
ると仮定したときの、ピークホウルド後の確率分布及び
誤警報確率について示す。
【０００４】この場合、残響の検波出力ｘ1の確率密度
関数ｐ（ｘ1）は、数１で与えられ、
関数ｐ（ｘ1）は、数１で与えられ、
【０００５】
【数１】
【０００６】誤警報確率ｐfa（ｘ1）は、数２で与えら
れる。
れる。
【０００７】
【数２】
【０００８】一方、ピークホウルド出力ｘ2の確率密度
関数ｐ（ｘ2）は次の様にして求められる。レーレー分
布する検波出力ｘ1がピークホウルド出力ｘ2なる値をｎ
回越える確率をｘ2で微分したものがピークホウルド出
力の確率密度関数ｐ（ｘ2）であるから、数３となる。
関数ｐ（ｘ2）は次の様にして求められる。レーレー分
布する検波出力ｘ1がピークホウルド出力ｘ2なる値をｎ
回越える確率をｘ2で微分したものがピークホウルド出
力の確率密度関数ｐ（ｘ2）であるから、数３となる。
【０００９】
【数３】
【００１０】また誤警報確率ｐfa（ｘ2）は、数４とな
る。
る。
【００１１】
【数４】
【００１２】ここで、Ｒ2は残響の分散、ｎはピークホ
ウルドのデータ数である。
ウルドのデータ数である。
【００１３】ピークホウルドは前述のとおり問題があ
り、一定期間の最大値をホウルドするため、信号レベル
はピークホウルドの前後で変化がないが、残響レベルは
この期間の最大値となるため、本来の実効値よりも高く
なり、反響音中の目標信号レベルと残響レベルの比Ｓ／
Ｒの劣化が発生する。Ｓ／Ｒの定義から、信号レベルを
ｓ，雑音レベルの平均値をｘr，残響の実効値をσrとす
ると、数５となるが、
り、一定期間の最大値をホウルドするため、信号レベル
はピークホウルドの前後で変化がないが、残響レベルは
この期間の最大値となるため、本来の実効値よりも高く
なり、反響音中の目標信号レベルと残響レベルの比Ｓ／
Ｒの劣化が発生する。Ｓ／Ｒの定義から、信号レベルを
ｓ，雑音レベルの平均値をｘr，残響の実効値をσrとす
ると、数５となるが、
【００１４】
【数５】
【００１５】残響レベルの平均値ｘr，実効値σrはピー
クホウルド前後で異なる値を取り、一方、信号レベルｓ
はピークホウルドの前後で一定であるため、Ｓ／Ｒが劣
化する。
クホウルド前後で異なる値を取り、一方、信号レベルｓ
はピークホウルドの前後で一定であるため、Ｓ／Ｒが劣
化する。
【００１６】ピークホウルド前後の信号レベル、雑音平
均レベル、及び雑音の実効値を前式数５に代入して求め
た結果は図９の通りである。これは、ピークホウルド前
のレーレー分布の平均値ｒ＝０．８８６と実効値σ＝
０．４６３から逆算することにより求まる。ピークホウ
ルドのサンプル数は４０と４の２通りとした。図から、
ピークホウルド（４０）の場合、入力Ｓ／Ｒ＝１５ｄＢ
以下では出力の劣化が大きく、入力Ｓ／Ｒ＝１０ｄＢで
出力Ｓ／Ｒ＝０ｄＢになる。また、入力Ｓ／Ｒ＝２０ｄ
Ｂ以上では逆に出力Ｓ／Ｒが入力Ｓ／Ｒより大きくなる
ことがわかる。
均レベル、及び雑音の実効値を前式数５に代入して求め
た結果は図９の通りである。これは、ピークホウルド前
のレーレー分布の平均値ｒ＝０．８８６と実効値σ＝
０．４６３から逆算することにより求まる。ピークホウ
ルドのサンプル数は４０と４の２通りとした。図から、
ピークホウルド（４０）の場合、入力Ｓ／Ｒ＝１５ｄＢ
以下では出力の劣化が大きく、入力Ｓ／Ｒ＝１０ｄＢで
出力Ｓ／Ｒ＝０ｄＢになる。また、入力Ｓ／Ｒ＝２０ｄ
Ｂ以上では逆に出力Ｓ／Ｒが入力Ｓ／Ｒより大きくなる
ことがわかる。
【００１７】以上のことから、ピークホウルド処理は、
小信号入力の場合、Ｓ／Ｒ比を劣化させていることがわ
かる。
小信号入力の場合、Ｓ／Ｒ比を劣化させていることがわ
かる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、ピー
クホウルドは、一定期間内の最大値をホウルドするた
め、信号レベルは変化なく、残響レベルはこの間の最大
値となり、入力信号のＳ／Ｒ比が低い場合、Ｓ／Ｒ比の
劣化が大きい。
クホウルドは、一定期間内の最大値をホウルドするた
め、信号レベルは変化なく、残響レベルはこの間の最大
値となり、入力信号のＳ／Ｒ比が低い場合、Ｓ／Ｒ比の
劣化が大きい。
【００１９】本発明の目的は、上記Ｓ／Ｒ比の劣化を防
止することにある。
止することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、信号レベル
を保存し、残響レベルを抑制するため、ピークホウルド
回路の前段にハイパスフィルタ及びローパスフィルタを
追加し、そのフィルタの定数を、適用する入力信号の基
準となるパルス幅に対応したものに設定し、フィルタを
通過した信号をピークホウルド回路に入力してピークホ
ウルド処理することにより、達成される。
を保存し、残響レベルを抑制するため、ピークホウルド
回路の前段にハイパスフィルタ及びローパスフィルタを
追加し、そのフィルタの定数を、適用する入力信号の基
準となるパルス幅に対応したものに設定し、フィルタを
通過した信号をピークホウルド回路に入力してピークホ
ウルド処理することにより、達成される。
【００２１】
【作用】上記手段を用いると、入力信号は、一定のパル
ス幅を持った信号とランダムなパルス幅の残響からな
り、これがハイパスフィルタ及びローパスフィルタを通
過する際、信号レベルは保存し、残響レベルを抑制する
ように働く。このハイパスフィルタ及びローパスフィル
タの出力をピークホウルド回路に入力することにより、
Ｓ／Ｒ比が保存されたピークホウルド出力が得られ、Ｓ
／Ｒ比を改善できる。
ス幅を持った信号とランダムなパルス幅の残響からな
り、これがハイパスフィルタ及びローパスフィルタを通
過する際、信号レベルは保存し、残響レベルを抑制する
ように働く。このハイパスフィルタ及びローパスフィル
タの出力をピークホウルド回路に入力することにより、
Ｓ／Ｒ比が保存されたピークホウルド出力が得られ、Ｓ
／Ｒ比を改善できる。
【００２２】
【実施例】以下本発明を実施例により説明する。
【００２３】図１は、全体ブロック図を示したものであ
る。図において、１０は入力センサ、２０はプリアン
プ、３０はＡＤ変換器、４０は整相器、５０はハイパス
フィルタ、６０はローパスフィルタ、７０はピークホウ
ルド処理部、８０は表示制御部、９０は表示部である。
入力信号４０１は、水中に超音波を周期的に一定のパル
ス長で発信した場合の反響音を受信したものである。図
３は、発信信号（ａ）及び受信信号（ｂ）を示す。
る。図において、１０は入力センサ、２０はプリアン
プ、３０はＡＤ変換器、４０は整相器、５０はハイパス
フィルタ、６０はローパスフィルタ、７０はピークホウ
ルド処理部、８０は表示制御部、９０は表示部である。
入力信号４０１は、水中に超音波を周期的に一定のパル
ス長で発信した場合の反響音を受信したものである。図
３は、発信信号（ａ）及び受信信号（ｂ）を示す。
【００２４】図８は、図１におけるハイパスフィルタ５
０及びローパスフィルタ６０が無い場合のピークホウル
ド前の信号４０１とピークホウルド後の信号７０１の波
形を示したもの、図９は、図８の波形について、入力Ｓ
／Ｒ比と出力Ｓ／Ｒ比の関係を示したものである。これ
らからわかるように、ピークホウルド入力Ｓ／Ｒ比が１
５ｄＢ以上ではピークホウルド出力Ｓ／Ｒ比が良くなっ
ているが、１５ｄＢ以下では、ピークホウルド出力Ｓ／
Ｒ比が劣化していることがわかる。
０及びローパスフィルタ６０が無い場合のピークホウル
ド前の信号４０１とピークホウルド後の信号７０１の波
形を示したもの、図９は、図８の波形について、入力Ｓ
／Ｒ比と出力Ｓ／Ｒ比の関係を示したものである。これ
らからわかるように、ピークホウルド入力Ｓ／Ｒ比が１
５ｄＢ以上ではピークホウルド出力Ｓ／Ｒ比が良くなっ
ているが、１５ｄＢ以下では、ピークホウルド出力Ｓ／
Ｒ比が劣化していることがわかる。
【００２５】これに対して上記のように、ハイパスフィ
ルタ５０及びローパスフィルタ６０を追加したときの波
形６０１及びそのピークホウルド出力７０１’を図４
に、ピークホウルドの入力Ｓ／Ｒ比と出力Ｓ／Ｒ比の関
係を図５に示す。これらからわかるように、ハイパスフ
ィルタ５０及びローパスフィルタ６０を追加したことに
より、入力Ｓ／Ｒ比が１５ｄＢ以下の部分で、出力Ｓ／
Ｒ比が改善されている。
ルタ５０及びローパスフィルタ６０を追加したときの波
形６０１及びそのピークホウルド出力７０１’を図４
に、ピークホウルドの入力Ｓ／Ｒ比と出力Ｓ／Ｒ比の関
係を図５に示す。これらからわかるように、ハイパスフ
ィルタ５０及びローパスフィルタ６０を追加したことに
より、入力Ｓ／Ｒ比が１５ｄＢ以下の部分で、出力Ｓ／
Ｒ比が改善されている。
【００２６】Ｓ／Ｒ比を改善したハイパスフィルタ５０
及びローパスフィルタ６０は、パルス成形フィルタの一
種で、ある一定のパルス幅を持った信号を通過させ、そ
れより長いパルス幅の信号や、短いパルス幅の信号はカ
ットする性質を持つ。
及びローパスフィルタ６０は、パルス成形フィルタの一
種で、ある一定のパルス幅を持った信号を通過させ、そ
れより長いパルス幅の信号や、短いパルス幅の信号はカ
ットする性質を持つ。
【００２７】このハイパスフィルタ５０及びローパスフ
ィルタ６０を合成したフィルタの構成図を図２に示す。
これらの差分方程式は、例えば一次の再帰型ディジタル
フィルタで構成され、入力信号符号列をｘn，出力信号
符号列をｙn，フィルタ係数をｋ1，ｋ2，ｋ3とすると、
数６で示される。
ィルタ６０を合成したフィルタの構成図を図２に示す。
これらの差分方程式は、例えば一次の再帰型ディジタル
フィルタで構成され、入力信号符号列をｘn，出力信号
符号列をｙn，フィルタ係数をｋ1，ｋ2，ｋ3とすると、
数６で示される。
【００２８】
【数６】
【００２９】本発明の応用例として、当該ピークホウル
ド回路において、目標の距離とふ角に対応して目標のエ
コーパルス長が幾何学的に伸長することを利用してエコ
ーパルス長に適合するよう目標の距離とふ角に応じてフ
ィルタ定数を切り換える方式が容易に実現できる。
ド回路において、目標の距離とふ角に対応して目標のエ
コーパルス長が幾何学的に伸長することを利用してエコ
ーパルス長に適合するよう目標の距離とふ角に応じてフ
ィルタ定数を切り換える方式が容易に実現できる。
【００３０】また、当該ピークホウルド回路において、
フィルタの無い場合は一般に雑音のピークホウルド値は
レーレー分布しないが、レーレー分布に近似するようフ
ィルタ定数を切り換える方式も容易に実現でき、この場
合は一般的に使用されるレーレー分布に適合した一定誤
警報処理が利用できる利点がある。
フィルタの無い場合は一般に雑音のピークホウルド値は
レーレー分布しないが、レーレー分布に近似するようフ
ィルタ定数を切り換える方式も容易に実現でき、この場
合は一般的に使用されるレーレー分布に適合した一定誤
警報処理が利用できる利点がある。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、入力信号の特性に応じ
て、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタの定数を選
ぶことにより、ピークホウルド処理におけるＳ／Ｒ比の
劣化を防止することができる。
て、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタの定数を選
ぶことにより、ピークホウルド処理におけるＳ／Ｒ比の
劣化を防止することができる。
【図１】本発明の一実施例の全体ブロック図。
【図２】本発明の一実施例フィルタ構成図。
【図３】発信信号及び受信信号波形図。
【図４】ハイパスフィルタ及びローパスフィルタ通過後
の入力信号波形図。
の入力信号波形図。
【図５】ハイパスフィルタ及びローパスフィルタ通過後
の入力Ｓ／Ｒと出力Ｓ／Ｒの関係グラフ図。
の入力Ｓ／Ｒと出力Ｓ／Ｒの関係グラフ図。
【図６】残響の確率密度関数グラフ図。
【図７】ピークホウルド前後の誤警報確率グラフ図。
【図８】ハイパスフィルタ及びローパスフィルタがない
場合の入力信号波形図。
場合の入力信号波形図。
【図９】ハイパスフィルタ及びローパスフィルタがない
場合の入力Ｓ／Ｒと出力Ｓ／Ｒの関係グラフ図。
場合の入力Ｓ／Ｒと出力Ｓ／Ｒの関係グラフ図。
１０…入力センサ、２０…プリアンプ、３０…ＡＤ変換
器、４０…整相器、５０…ハイパスフィルタ、６０…ロ
ーパスフィルタ、７０…ピークホウルド処理部、８０…
表示制御部、９０…表示部。
器、４０…整相器、５０…ハイパスフィルタ、６０…ロ
ーパスフィルタ、７０…ピークホウルド処理部、８０…
表示制御部、９０…表示部。
Claims (3)
- 【請求項１】 水中に超音波を発信しその反響音から目
標を捜索するソーナーにおける受信信号の信号処理方式
において、入力センサと、プリアンプと、ＡＤ変換器
と、整相器と、ハイパスフィルタと、ローパスフィルタ
と、ピークホウルド処理部と、表示制御部と、表示部と
からなる受信信号処理系の、上記ピークホウルド処理部
の前段のハイパスフィルタ及びローパスフィルタを、一
定のパルス幅の信号を通過させ、それより長いパルス幅
の信号及び短いパルス幅の信号をカットするパルス成形
フィルタとし、該パルス成形フィルタを通過した信号を
上記ピークホウルド処理部に入力してピークホウルド処
理するようにしたことを特徴とする信号処理方式。 - 【請求項２】 上記ソーナー捜索の目標距離とふ角に対
応してエコーパルス長に適合するように上記パルス成形
フィルタのフィルタ定数を設定することを特徴とする請
求項１記載の信号処理方式。 - 【請求項３】 上記ピークホウルド回路のピークホウル
ド出力がレーレー分布となるように上記パルス成形フィ
ルタのフィルタ定数を設定することを特徴とする請求項
１記載の信号処理方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4197795A JPH08240656A (ja) | 1995-03-01 | 1995-03-01 | 信号処理方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4197795A JPH08240656A (ja) | 1995-03-01 | 1995-03-01 | 信号処理方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08240656A true JPH08240656A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=12623267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4197795A Pending JPH08240656A (ja) | 1995-03-01 | 1995-03-01 | 信号処理方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08240656A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006170926A (ja) * | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Furuno Electric Co Ltd | 水中探知装置 |
-
1995
- 1995-03-01 JP JP4197795A patent/JPH08240656A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006170926A (ja) * | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Furuno Electric Co Ltd | 水中探知装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20031219 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Effective date: 20040212 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20040212 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040824 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |