特許 6249969 信号処理方法及び信号処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6249969

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】信号処理方法及び信号処理装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/08 20060101AFI20171211BHJP

   H01Q 3/26 20060101ALI20171211BHJP

   H01Q 3/36 20060101ALI20171211BHJP

   G01S 3/46 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   H04B7/08 422

   H01Q3/26 C

   H01Q3/36

   G01S3/46

【請求項の数】6

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-11581(P2015-11581)

(22)【出願日】2015年1月23日

(65)【公開番号】特開2015-228640(P2015-228640A)

(43)【公開日】2015年12月17日

【審査請求日】2016年9月26日

(31)【優先権主張番号】特願2014-97571(P2014-97571)

(32)【優先日】2014年5月9日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】藤島 泰郎

(72)【発明者】

【氏名】見持 圭一

(72)【発明者】

【氏名】長倉 博

(72)【発明者】

【氏名】内堀 洋

(72)【発明者】

【氏名】山田 利幸

【審査官】 原田 聖子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１５３２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−００６２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３１９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７０８４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／０８

Ｇ０１Ｓ ３／４６

Ｈ０１Ｑ ３／２６

Ｈ０１Ｑ ３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

指向性を有する複数のセンサアレイにより得られる信号であって、検出対象の信号及びこの検出対象の信号の帯域よりも広帯域の不要信号が混在した信号である受信信号から前記不要信号が除去された信号を得る信号処理方法において、
前記受信信号のうち前記検出対象の信号が含まれない高周波数帯域、低周波数帯域又はその両方の信号のみを参照信号として抽出する抽出処理を行い、
前記複数のセンサアレイのうち一単位のセンサアレイにより受信された受信信号と前記複数のセンサアレイのうち前記一単位のセンサアレイとは異なる別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号とを合わせた仮想出力を行うサブアレイを設定し、
前記一単位のセンサアレイの出力の大小を変化させない条件下で前記仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトを、前記サブアレイが前記参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトとし、
前記サブアレイ毎に、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号と前記別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用した信号とを合わせた出力信号を得ることで前記不要信号が除去された信号を得る
信号処理方法。

【請求項2】

前記別単位のセンサアレイにはタップ付き遅延線路が設けられ、
前記別単位のセンサアレイから得られた参照信号及び前記別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用した信号は、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号から差し引くように合わせられる
請求項１に記載の信号処理方法。

【請求項3】

指向性を有する複数のセンサアレイにより得られる信号であって、検出対象の信号及びこの検出対象の信号の帯域よりも広帯域の不要信号が混在した信号である受信信号から前記不要信号が除去された信号を得る信号処理方法において、
前記受信信号のうち前記検出対象の信号が含まれない高周波数帯域、低周波数帯域又はその両方の信号のみを参照信号として抽出する抽出処理を行い、
前記複数のセンサアレイのうち一単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号と前記複数のセンサアレイのうち前記一単位のセンサアレイとは異なる別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号とを合わせた仮想出力を行うサブアレイを設定し、
前記仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトを、前記サブアレイが前記参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトとし、
前記サブアレイ毎に、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号と前記別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用した信号とを合わせた出力信号を得ることで前記不要信号が除去された信号を得、
前記別単位のセンサアレイにはタップ付き遅延線路が設けられ、
前記別単位のセンサアレイから得られた参照信号は、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号から差し引くように合わせられ、
前記別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用した信号は、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号から差し引くように合わせられる
信号処理方法。

【請求項4】

前記一単位のセンサアレイ及び前記別単位のセンサアレイは、ビームフォーミングにより信号の受信方向が限定された複数のセンサアレイにより構成される
請求項１から３のいずれか一項に記載の信号処理方法。

【請求項5】

指向性を有する複数のセンサアレイにより得られる信号であって、検出対象の信号及びこの検出対象の信号の帯域よりも広帯域の不要信号が混在した信号である受信信号から前記不要信号が除去された信号を得る信号処理装置において、
前記受信信号のうち前記検出対象の信号が含まれない高周波数帯域、低周波数帯域又はその両方の信号のみを参照信号として抽出する抽出処理部と、
前記センサアレイが前記参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトを決定する決定部と、
前記受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用して前記不要信号が除去された信号を得る除去部と、
を備え、
前記決定部は、前記複数のセンサアレイのうち一単位のセンサアレイにより受信された受信信号と前記複数のセンサアレイのうち前記一単位のセンサアレイとは異なる別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号とを合わせた仮想出力を行うサブアレイを設定し、前記一単位のセンサアレイの出力の大小を変化させない条件下で前記仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトを前記サブアレイが前記参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトとし、
前記除去部は、前記サブアレイ毎に、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号と前記別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用した信号とを合わせた出力信号を得ることで前記不要信号が除去された信号を得る
信号処理装置。

【請求項6】

指向性を有する複数のセンサアレイにより得られる信号であって、検出対象の信号及びこの検出対象の信号の帯域よりも広帯域の不要信号が混在した信号である受信信号から前記不要信号が除去された信号を得る信号処理装置において、
前記受信信号のうち前記検出対象の信号が含まれない高周波数帯域、低周波数帯域又はその両方の信号のみを参照信号として抽出する抽出処理部と、
前記センサアレイが前記参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトを決定する決定部と、
前記受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用して前記不要信号が除去された信号を得る除去部と、
を備え、
前記決定部は、前記複数のセンサアレイのうち一単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号と前記複数のセンサアレイのうち前記一単位のセンサアレイとは異なる別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号とを合わせた仮想出力を行うサブアレイを設定し、前記仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトを前記サブアレイが前記参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトとし、
前記除去部は、前記サブアレイ毎に、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号と前記別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用した信号とを合わせた出力信号を得ることで前記不要信号が除去された信号を得る
信号処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、指向性を有する複数のセンサアレイにより受信される信号の信号処理方法及び信号処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

センサアレイで信号を受信する場合、意図しない不要な信号（不要信号）がノイズとして信号に混入することがある。このようなノイズを除去するための方法として、一般的に、検出対象の信号に対応する周波数帯のみを抽出するためのバンドパスフィルタを用いる方法が知られている。また、別の方法として、検出対象の信号の到来方向により強い利得を持たせるよう制御する方法が知られている。また、別の方法として、検出対象の信号の送信側のセンサアレイを制御することができる場合に、受信側のセンサアレイによる受信結果を送信側にフィードバックしてより受信しやすい信号となるよう送信側を制御する方法が知られている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第２９８００５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、バンドパスフィルタは、検出対象の信号と周波数帯が重複するノイズを除去することができない。また、検出対象の信号の到来方向により強い利得を持たせる場合、検出対象の信号の到来方向と不要な信号の到来方向の区別ができないときに対応することができない。また、特許文献１に記載の方法は、送信側の制御が前提であるため、制御下にない送信元からの信号の受信に対して採用することができない。このように、特許文献１に記載の方法を含む従来の方法では、不要信号を除去することが困難な場合があった。

【0005】

そこで、本発明は、より確実に不要信号を除去することができる信号処理方法及び信号処理装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の信号処理方法は、指向性を有する複数のセンサアレイにより得られる信号であって、検出対象の信号及びこの検出対象の信号の帯域よりも広帯域の不要信号が混在した信号である受信信号から前記不要信号が除去された信号を得る信号処理方法において、前記受信信号のうち前記検出対象の信号が含まれない高周波数帯域、低周波数帯域又はその両方の信号のみを参照信号として抽出する抽出処理を行い、前記センサアレイが前記参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトを決定し、前記受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用して前記不要信号が除去された信号を得る。

【0007】

また、本発明の信号処理装置は、指向性を有する複数のセンサアレイにより得られる信号であって、検出対象の信号及びこの検出対象の信号の帯域よりも広帯域の不要信号が混在した信号である受信信号から前記不要信号が除去された信号を得る信号処理装置において、前記受信信号のうち前記検出対象の信号が含まれない高周波数帯域、低周波数帯域又はその両方の信号のみを参照信号として抽出する抽出処理部と、前記センサアレイが前記参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトを決定する決定部と、前記受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用して前記不要信号が除去された信号を得る除去部と、を備える。

【0008】

これらの構成によれば、受信信号のうち検出対象の信号が含まれない高周波数帯域、低周波数帯域又はその両方の信号のみを参照信号として抽出し、この参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトを決定する。このため、受信信号に不要信号除去ウェイトを適用することで受信信号から不要信号を除去することができる。このように、これらの構成によれば、より確実に不要信号を除去することができる。

【0009】

また、前記複数のセンサアレイのうち一単位のセンサアレイにより受信された受信信号と前記複数のセンサアレイのうち前記一単位のセンサアレイとは異なる別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号とを合わせた仮想出力を行うサブアレイを設定し、前記仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトを前記サブアレイの前記不要信号除去ウェイトとして決定し、前記サブアレイ毎に、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号と前記別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用した信号とを合わせた出力信号を得ることで前記不要信号が除去された信号を得るのが好ましい。

【0010】

この構成によれば、抽出処理により抽出された参照信号を含む仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトをサブアレイの不要信号除去ウェイトとして決定する。このため、複数のセンサアレイの受信信号自体から不要信号の到来方向を特定することができるか否かに関係なく、仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトを除去ウェイトとして決定することで不要信号が除去された信号を得ることができる。このように、この構成によれば、より確実に不要信号を除去することができる。

【0011】

また、前記別単位のセンサアレイにはタップ付き遅延線路が設けられ、前記別単位のセンサアレイから得られた参照信号及び前記別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用した信号は、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号から差し引くように合わせられるのが好ましい。

【0012】

この構成によれば、参照信号がタップ付き遅延線路を経ることで、ある一タイミングに限られない時間的な広がりを持つ参照信号を得られる。このため、このような参照信号が合わせられた仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトをサブアレイの不要信号除去ウェイトとして決定することで、参照信号に含まれる不要信号に対する時空間的なフィルタリングを行うことができる。

【0013】

また、前記複数のセンサアレイのうち一単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号と前記複数のセンサアレイのうち前記一単位のセンサアレイとは異なる別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号とを合わせた仮想出力を行うサブアレイを設定し、前記仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトを前記サブアレイの前記不要信号除去ウェイトとして決定し、前記サブアレイ毎に、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号と前記別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用した信号とを合わせた出力信号を得ることで前記不要信号が除去された信号を得、前記別単位のセンサアレイにはタップ付き遅延線路が設けられ、前記別単位のセンサアレイから得られた参照信号は、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号から差し引くように合わせられ、前記別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に前記不要信号除去ウェイトを適用した信号は、前記一単位のセンサアレイにより受信された受信信号から差し引くように合わせられるのが好ましい。

【0014】

この構成によれば、参照信号がタップ付き遅延線路を経ることで、ある一タイミングに限られない時間的な広がりを持つ参照信号を得られる。このため、このような参照信号が合わせられた仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトをサブアレイの不要信号除去ウェイトとして決定することで、参照信号に含まれる不要信号に対する時空間的なフィルタリングを行うことができる。また、一単位のセンサアレイ及び別単位のセンサアレイに区別なく抽出処理を行った参照信号を用いることができるので、構成をより単純化することができる。

【0015】

また、前記一単位のセンサアレイ及び前記別単位のセンサアレイは、ビームフォーミングにより信号の受信方向が限定された複数のセンサアレイにより構成されるのが好ましい。

【0016】

この構成によれば、ビームフォーミングにより受信の方向が限定されることで、明らかに検出対象の信号を含まない方向をセンサアレイの受信方向から除外することができ、不要信号をより少なくすることができる。また、一単位のセンサアレイ及び別単位のセンサアレイが複数のセンサアレイにより構成されるので、これらの各単位のセンサアレイからの出力をより安定させることができることに加え、抽出処理の対象がより集約されることから、より効率的に不要信号の除去に係る処理を行うことができる。

【0017】

また、前記複数のセンサアレイを複数のグループにグルーピングし、各グループに属するセンサアレイにより受信された前記受信信号に前記抽出処理を行って得られた前記参照信号により構成される仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトを各グループの前記不要信号除去ウェイトとして決定し、各グループに属するセンサアレイにより受信された前記受信信号に各グループの前記不要信号除去ウェイトを適用した信号を得ることで前記不要信号が除去された信号を得るのが好ましい。

【0018】

この構成によれば、抽出処理により抽出された参照信号を含む仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトをサブアレイの不要信号除去ウェイトとして決定する。このため、複数のセンサアレイの受信信号自体から不要信号の到来方向を特定することができるか否かに関係なく、仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトを除去ウェイトとして決定することで不要信号が除去された信号を得ることができる。このように、この構成によれば、より確実に不要信号を除去することができる。また、センサアレイのグルーピングにより、一つのグループからの出力をより安定させることができることに加え、抽出処理の対象がより集約されることから、より効率的に不要信号の除去に係る処理を行うことができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、より確実に不要信号を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本実施例に係る信号処理方法を実行する信号処理装置と、センサアレイ及びセンサアレイが受信する信号との関係を示す模式図である。

【図2】図２は、信号処理装置の主要構成の一例を示すブロック図である。

【図3】図３は、複数のセンサアレイの可聴域と、検出対象の信号及び不要信号の帯域と、参照信号の帯域との関係の一例を示す模式図である。

【図4】図４は、第１実施例の抽出処理部及び決定部による処理の一例を示す模式図である。

【図5】図５は、第１実施例の除去部による処理の一例を示す模式図である。

【図6】図６は、信号処理装置による処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】図７は、第２実施例においてサブアレイを構成するセンサアレイの具体的態様を示す模式図である。

【図8】図８は、第２実施例の除去部による処理の一例を示す模式図である。

【図9】図９は、第３実施例における一つのサブアレイから得られる仮想出力の構成を示す模式図である。

【図10】図１０は、第３実施例の除去部による処理の一例を示す模式図である。

【図11】図１１は、第４実施例における一つのサブアレイから得られる仮想出力の構成を示す模式図である。

【図12】図１２は、第５実施例における仮想出力の構成を示す模式図である。

【図13】図１３は、第５実施例の除去部による処理の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0022】

［第１実施例］
まず、本発明の第１実施例について、図１〜図６を参照して説明する。図１は、本実施例に係る信号処理方法を実行する信号処理装置１と、センサアレイＡ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｍ及びセンサアレイＡ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｍが受信する信号との関係を示す模式図である。信号処理装置１は、指向性を有する所定数（複数）のセンサアレイ（例えばＭ個のセンサアレイＡ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｍ）により受信される信号を処理する。具体的には、例えば図１に示すように、信号処理装置１は、複数のセンサアレイと接続される。複数のセンサアレイは、例えばアレイアンテナのような受信部２を構成する。複数のセンサアレイと信号処理装置１とは、例えばＡ／Ｄ変換器３を介して接続される。Ａ／Ｄ変換器３は、センサアレイにより得られる信号（アナログ信号ｘ（ｔ））をデジタル信号ｘ（ｋ）に変換する。以下、このデジタル信号を「受信信号」とする。すなわち、受信信号は、複数のセンサアレイにより得られる信号である。このデジタル信号ｘ（ｋ）には、検出対象の信号Ｓｉｇのベースバンド信号と、不要信号Ｎｏｉがデジタル化された信号とが混在する。検出対象の信号Ｓｉｇのベースバンド信号は、検出対象の信号Ｓｉｇの搬送波（アナログ信号）から復元された、この検出対象の信号Ｓｉｇが搬送波に変換される前の信号（デジタル信号）である。

【0023】

複数のセンサアレイは、そのセンサアレイにより構成されるものに応じた信号を受信する。具体的には、例えばアレイアンテナを構成する複数のセンサアレイは、所定の帯域（可聴域）の電波を受信する。図１に示すように、複数のセンサアレイにより受信される電波には、受信することが意図された信号（検出対象の信号Ｓｉｇ）と、意図に反して受信されるノイズとしての信号（不要信号Ｎｏｉ）とが混在している。不要信号Ｎｏｉは、検出対象の信号Ｓｉｇの帯域よりも広帯域の信号である（図３参照）。図１では、検出対象の信号Ｓｉｇの発信源Ｐ１及び不要信号Ｎｏｉの発信源Ｐ２がそれぞれ一つであるが、一例であってこれに限られるものでなく、一方又は両方が二つ以上であり得る。図１では、センサアレイＡ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｍに対する検出対象の信号Ｓｉｇの到来方向をθ_ｄ（ｔ）としている。また、センサアレイＡ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｍに対する不要信号Ｎｏｉの到来方向をθ_ｉ（ｔ）としている。なお、これらの到来方向は、例えば受信部２等に設けられたセンサアレイＡ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｍの角度により定められた基準軸Ｆに対する角度で表される。図１では、θ_ｄ（ｔ），θ_ｉ（ｔ）は２次元的な角度であるが、実際には３次元的角度である。θ_ｄ（ｔ），θ_ｉ（ｔ）はともに不変でなく、複数のセンサアレイ若しくは各々の信号の発信源又はその両方の移動により変化し得る。

【0024】

信号処理装置１は、複数のセンサアレイの各々により得られる信号を個別に取り扱う。図１では、Ｍ個のセンサアレイＡ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｍにより得られる信号（アナログ信号）をｘ_１（ｔ），ｘ_２（ｔ），…，ｘ_Ｍ（ｔ）としている。ここで、Ｍは２以上の整数である。また、第１実施例では、これらのアナログ信号がＡ／Ｄ変換器３により変換された後の信号（デジタル信号）をｘ_１（ｋ），ｘ_２（ｋ），…，ｘ_Ｍ（ｋ）としている。ｘ（ｔ）は、ｘ_１（ｔ），ｘ_２（ｔ），…，ｘ_Ｍ（ｔ）を全て含む。ｘ（ｋ）は、ｘ_１（ｋ），ｘ_２（ｋ），…，ｘ_Ｍ（ｋ）を全て含む（他の関数についても同様である）。信号処理装置１は、図１に示すように、複数のセンサアレイの各々にウェイト（例えば図１に示すウェイトｗ_１^＊，ｗ_２^＊，…，ｗ_Ｍ^＊）を設定することができる。ウェイトｗ_１^＊，ｗ_２^＊，…，ｗ_Ｍ^＊を設定することで、複数のセンサアレイの指向性を任意に設定することができる。すなわち、信号処理装置１は、複数のセンサアレイに指向性を設定することで、複数のセンサアレイにより受信される信号に対して空間的なフィルタリングを施すことができる。具体的には、ウェイトは、センサアレイによる受信信号の振幅及び位相を調節する。受信信号に対してウェイトを適用すると、受信信号の振幅及び位相が調節されることで、ウェイトに対応した角度に対する信号の重み付けが得られる。このように、ウェイトは、センサアレイによる信号の受信角度の調節要素として機能する。

【0025】

信号処理装置１は、複数のセンサアレイにより得られる信号に基づいた出力を行う。具体的には、信号処理装置１は、例えば図１に示すように、アレイ出力信号ｙ（ｋ）を出力する。このアレイ出力信号ｙ（ｋ）は、複数のセンサアレイにより得られる信号から不要信号Ｎｏｉが除去された信号である。すなわち、信号処理装置１は、検出対象の信号Ｓｉｇ及びこの検出対象の信号Ｓｉｇの帯域よりも広帯域の不要信号Ｎｏｉが混在した信号である受信信号から不要信号Ｎｏｉが除去された信号を得る機能を有する。

【0026】

図２は、信号処理装置１の主要構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、信号処理装置１は、記憶部１１と、演算部１２とを備える。記憶部１１は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ及びフラッシュメモリー等の記憶装置を有し、演算部１２により処理されるソフトウェア・プログラム及びこのソフトウェア・プログラムにより参照されるデータ等を記憶する。図２では、便宜上、これらのソフトウェア・プログラム及びこのソフトウェア・プログラムにより参照されるデータ等をまとめて「プログラムＰｒｏ」と図示している。また、記憶部１１は、演算部１２が処理結果等を一時的に記憶する記憶領域としても機能する。演算部１２は、記憶部１１からソフトウェア・プログラム等を読み出して処理することで、ソフトウェア・プログラムの内容に応じた機能を発揮する。具体的には、演算部１２は、抽出処理部１５、決定部１６及び除去部１７等として機能する。抽出処理部１５は、受信信号のうち検出対象の信号Ｓｉｇが含まれない高周波数帯域、低周波数帯域又はその両方の信号のみを参照信号として抽出する。決定部１６は、センサアレイが参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトを決定する。除去部１７は、受信信号に不要信号除去ウェイトを適用して不要信号Ｎｏｉが除去された信号を得る。

【0027】

図３は、複数のセンサアレイの可聴域と、検出対象の信号Ｓｉｇ及び不要信号Ｎｏｉの帯域と、参照信号の帯域との関係の一例を示す模式図である。図３に示すように、検出対象の信号Ｓｉｇは、可聴域に含まれる所定の帯域を用いて送信されることから、複数のセンサアレイにより受信される検出対象の信号Ｓｉｇの帯域も、この所定の帯域に対応した帯域になる。特に、複数のセンサアレイがあらかじめ検出対象の信号Ｓｉｇを想定して設けられたものである場合、複数のセンサアレイの可聴域の中心周波数を検出対象の信号Ｓｉｇの中心周波数又はその付近の周波数にすることができる。一方、不要信号Ｎｏｉは、不特定の発生源からの信号であることから、複数のセンサアレイにより受信される不要信号Ｎｏｉの帯域は、検出対象の信号Ｓｉｇよりも広帯域になる。一般的に、不要信号Ｎｏｉの帯域は、複数のセンサアレイの可聴域全体に亘る。このように、複数のセンサアレイにより受信される信号は、検出対象の信号Ｓｉｇ及びこの検出対象の信号Ｓｉｇの帯域よりも広帯域の不要信号Ｎｏｉが混在した信号になる。なお、図３では、検出対象の信号Ｓｉｇの強度が不要信号Ｎｏｉの強度よりも弱い場合を示しているが、これは一例であってこれに限られるものでない。本発明による信号処理装置１及び信号処理方法は、検出対象の信号Ｓｉｇの強度及び不要信号Ｎｏｉの強度の強弱関係の如何に関わらず用いることができる。

【0028】

図４は、第１実施例の抽出処理部１５及び決定部１６による処理の一例を示す模式図である。なお、図４及び後述する図５〜図９では便宜上、センサアレイＡ_Ｍ−１及びセンサアレイＡ_Ｍ−１に関する出力も図示しているが、以下の説明では省略することがある。抽出処理部１５は、フィルタＨＦ（例えばハイパスフィルタ）を用いて、デジタル信号ｘ（ｋ）から検出対象の信号Ｓｉｇが含まれない高周波数帯域（例えば図３に示す高周波数帯域Ｈｉｇｈ）の信号のみを参照信号ｒ（ｋ）として抽出する。参照信号は、検出対象の信号Ｓｉｇが含まれないことから、不要信号Ｎｏｉのみを成分とする信号になる。なお、参照信号ｒ（ｋ）が抽出される前のデジタル信号ｘ（ｋ）は別途保持される。

【0029】

決定部１６は、例えば複数のセンサアレイのうち一単位（例えば一つ）のセンサアレイにより受信された受信信号と複数のセンサアレイのうちこの一単位のセンサアレイとは異なる別単位（例えば複数）のセンサアレイにより受信された受信信号に抽出処理を行って得られた参照信号とを合わせた仮想出力を行うサブアレイ（例えば、図４に示すサブアレイＳＡ_１，ＳＡ_２，…，ＳＡ_Ｍ−１，ＳＡ_Ｍ）を設定する。そして、決定部１６は、仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイト（ウェイトｗ_ｍ）を不要信号除去ウェイトとして決定する。

【0030】

具体的には、決定部１６は、例えば図４に示すように、一つのセンサアレイＡ_１のデジタル信号ｘ_１（ｋ）と、Ｍ個のセンサアレイのうちこの一つのセンサアレイを除く全てのセンサアレイの参照信号ｒ_２（ｋ），…，ｒ_Ｍ（ｋ）とからなるグループを設定する。このグループは、すなわち、デジタル信号ｘ_１（ｋ）を出力するセンサアレイＡ_１と、参照信号ｒ_２（ｋ），…，ｒ_Ｍ（ｋ）を出力する全てのセンサアレイＡ_２，…，Ａ_ＭとからなるサブアレイＳＡ_１とみなすことができる。ここで、デジタル信号ｘ_１（ｋ）及び参照信号ｒ_２（ｋ），…，ｒ_Ｍ（ｋ）からなる信号は、サブアレイＳＡ_１の仮想出力ｏ_１（ｋ）とみなすことができる。決定部１６は、図４に示すように、他のセンサアレイＡ_２，…，Ａ_Ｍについても、その一つのセンサアレイのデジタル信号とそれ以外の全てのセンサアレイの参照信号とからなるグループを、サブアレイＳＡ_２，…，ＳＡ_Ｍとして設定する。すなわち、第１実施例において、サブアレイは複数設定される。さらに、第１実施例において、サブアレイＳＡ_１，ＳＡ_２，…，ＳＡ_Ｍは、図１に示すＭ個のセンサアレイＡ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｍの各々を一単位のセンサアレイとして個別に設けられる。

【0031】

サブアレイＳＡ_ｍ（ｍ＝１，２，…，Ｍ）の仮想出力ｏ_ｍ（ｋ）は、以下の式（１）のように示すことができる。なお、式（１）におけるＨは、行列・ベクトルのエルミート転置 (複素共役と転置の両方を行う演算子)を示す。サブアレイＳＡ_ｍの仮想出力ｏ_ｍ（ｋ）は、第１成分がセンサアレイＡ_ｍにより受信された検出対象の信号Ｓｉｇと不要信号Ｎｏｉとが混在する信号であるとともに、それ以外の成分がセンサアレイＡ_ｍ以外の全てのセンサアレイの参照信号である出力になる。ここで、参照信号は、不要信号Ｎｏｉのみを成分とする信号である。このため、第１成分を出力するセンサアレイＡ_ｍの出力の大小を変化させない条件下で仮想出力ｏ_ｍ（ｋ）が最小になるようにそれ以外の成分を出力するセンサアレイの出力が最小となるウェイトをセンサアレイＡ_ｍ以外のセンサアレイに設定することで、不要信号Ｎｏｉが最小になった仮想出力ｏ_ｍ（ｋ）を得られることになる。ここで、不要信号Ｎｏｉを最小にするウェイトは、すなわち、参照信号を構成する不要信号Ｎｏｉの到来方向に対してヌルを向けるウェイトである。このように、検出対象の信号Ｓｉｇが含まれる受信信号を出力するセンサアレイＡ_ｍの出力の大小を変化させない条件下で仮想出力ｏ_ｍ（ｋ）が最小になるウェイトをセンサアレイＡ_ｍ以外のセンサアレイに設定することで、参照信号を構成する不要信号Ｎｏｉの到来方向に対してヌルを向けるウェイトにより不要信号Ｎｏｉが除去された仮想出力ｏ_ｍ（ｋ）を得ることができる。仮想出力ｏ_ｍ（ｋ）が最小となる場合、仮想電力の出力に係るサブアレイＳＡ_ｍの出力電力が最小となる。このため、第１実施例において「センサアレイが参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイト」とは、参照信号による出力電力が最小になるウェイトであるといえる。

【0032】

【数1】

【0033】

参照信号ｒ_ｍ（ｋ）のベクトルは、以下の式（２）のように示すことができる。なお、式（２）におけるＴは、行列・ベクトルの転置を示す。また、式（２）における右辺は、行列・ベクトルの各要素が複素数になり得ることを意味する。参照信号ｒ_ｍ（ｋ）のベクトルは、第１成分がサブアレイＳＡ_ｍを構成するセンサアレイのうち一つのセンサアレイＡ_ｍのデジタル信号ｘ_ｍ（ｋ）のベクトルと、この一つのセンサアレイを除く全てのセンサアレイの参照信号のベクトルである。ここで、センサアレイＳＡ_ｍのウェイトの値を１で固定する条件下で仮想出力ｏ_ｍ（ｋ）が最小となるそれ以外のセンサアレイのウェイトを求めることで、不要信号Ｎｏｉが除去された仮想出力ｏ_ｍ（ｋ）を得られる。サブアレイＳＡ_ｍを構成するセンサアレイのビームフォーミングウェイトであるウェイトｗ_ｍは、以下の式（３）に示す制約付き最適化問題を解くことで求めることができる。式（３）に含まれるベクトルｃ及び空間自己相関行列Ｒ_ｒｍはそれぞれ、式（４）、式（５）の通りである。式（３）に示す制約付き最適化問題は、ラグランジュの未定乗数法（method of Lagrange multiplier）を用いることにより、式（６）のように解くことができる。ウェイトｗ_ｍは、参照信号ｒ（ｋ）に含まれる到来波、すなわち不要信号Ｎｏｉの波全てに対してヌルを向ける指向性をセンサアレイに設定する指向性パターンを形成する。このため、ウェイトｗ_ｍを受信信号であるデジタル信号ｘ（ｋ）に適用することで、受信信号に含まれる不要信号Ｎｏｉを除去することができるようになる。このように、決定部１６は、サブアレイＳＡ_ｍの仮想出力ｏ_ｍ（ｋ）が最小となるセンサアレイのウェイトｗ_ｍをサブアレイＳＡ_ｍの不要信号除去ウェイトとして決定する。なお、式（６）で示すウェイトｗ_ｍは、空間自己相関行列Ｒ_ｒｍと既知のベクトルｃからなるため、実際にウェイトｗ_ｍを求める場合にはこの相関行列を標本平均により求めればよい。式（６）が解かれることで求められるウェイトｗ_ｍは、以下の式（７）のように示すことができる。図４では、式（７）の形式で示すウェイトｗ_ｍがサブアレイＳＡ_ｍに適用された場合を図示している。なお、図４等では、サブアレイＳＡ_ｍにおいて検出対象の信号Ｓｉｇが含まれる受信信号を出力するセンサアレイＡ_ｍの出力の大小を変化させないウェイトを「１」として示している。ウェイトが「１」であるとは、そのセンサアレイにより受信可能な角度のいずれにもヌルを向けないことを示す。

【0034】

【数2】

【0035】

図５は、第１実施例の除去部１７による処理の一例を示す模式図である。除去部１７は、受信信号（例えばデジタル信号ｘ（ｋ））に不要信号除去ウェイト（ウェイトｗ_ｍ）を適用して不要信号Ｎｏｉが除去された信号を得る。具体的には、除去部１７は、以下の式（８）に示す受信信号ｘ（ｋ）のベクトルに対して上記の式（７）のように示すことができるウェイトｗ_ｍを適用する。これにより、図５に示すように、サブアレイ出力ｂ_ｍ（ｋ）を得ることができる。サブアレイ出力ｂ_ｍ（ｋ）は、以下の式（９）のように示すことができる。受信信号ｘ（ｋ）のベクトルにウェイトｗ_ｍが適用されたサブアレイ出力ｂ_ｍ（ｋ）からは、不要信号Ｎｏｉが除去されている。このように、除去部１７は、サブアレイＳＡ_ｍ毎に、一単位（例えば一つ）のセンサアレイにより受信された受信信号と別単位のセンサアレイ（例えばこの一つのセンサアレイ以外の全てのセンサアレイ）により受信された受信信号に不要信号除去ウェイトを適用した信号とを合わせた出力信号（例えばサブアレイ出力ｂ_ｍ（ｋ））を得ることで不要信号Ｎｏｉが除去された信号を得る。第１実施例では、サブアレイ出力ｂ_１（ｋ），ｂ_１（ｋ），…，ｂ_１（ｋ）が合わせられた出力信号が、アレイ出力信号ｙ（ｋ）になる。

【0036】

【数3】

【0037】

図６は、信号処理装置１による処理の流れを示すフローチャートである。抽出処理部１５は、受信信号のうち検出対象の信号Ｓｉｇが含まれない高周波数帯域の信号のみを参照信号として抽出する抽出処理を行う（ステップＳ１）。決定部１６は、センサアレイが参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトを決定する（ステップＳ２）。除去部１７は、受信信号に不要信号除去ウェイトを適用して不要信号Ｎｏｉが除去された信号を得る（ステップＳ３）。

【0038】

サブアレイ出力ｂ_ｍ（ｋ）に対して信号の到来方向を推定するための所定のアルゴリズム（例えばＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）アルゴリズム等）を用いることで、不要信号Ｎｏｉ以外の信号の到来方向、すなわち検出対象の信号Ｓｉｇの到来方向を推定することができる。また、複数のサブアレイ出力ｂ_ｍ（ｋ）を最大比合成する等の方法による所定のビームフォーミングをさらに実施することで、検出対象の信号Ｓｉｇの受信レベルをさらに向上させることもできる。信号処理装置１は、上記の所定のアルゴリズムによる処理及び上記の所定のビームフォーミングの少なくとも一方を実行してもよい。その場合、例えば実行内容に応じたソフトウェア・プログラム及びこのソフトウェア・プログラムにより参照されるデータ等が記憶部１１に記憶される。

【0039】

以上のように、第１実施例によれば、受信信号のうち検出対象の信号Ｓｉｇが含まれない高周波数帯域、低周波数帯域又はその両方の信号のみを参照信号として抽出し、この参照信号の到来方向に対してヌルを向ける不要信号除去ウェイトを決定する。このため、受信信号に不要信号除去ウェイトを適用することで受信信号から不要信号Ｎｏｉを除去することができる。このように、第１実施例によれば、より確実に不要信号Ｎｏｉを除去することができる。

【0040】

また、抽出処理により抽出された参照信号を含む仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイト（ウェイトｗ_ｍ）をサブアレイＳＡ_ｍの不要信号除去ウェイトとして決定する。このため、複数のセンサアレイの受信信号自体から不要信号Ｎｏｉの到来方向を特定することができるか否かに関係なく、仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトｗ_ｍを不要信号除去ウェイトとして決定することで不要信号Ｎｏｉが除去された信号を得ることができる。このように、第１実施例によれば、より確実に不要信号Ｎｏｉを除去することができる。

【0041】

［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例について、図７及び図８を参照して説明する。第２実施例の説明においては、第１実施例と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略することがある。第２実施例では、抽出処理部１５によるフィルタリングの対象及び決定部１６により設定されるサブアレイＳＡ_ｍを構成するセンサアレイの具体的態様が第１実施例と異なる。

【0042】

図７は、第２実施例においてサブアレイＳＡ_ｍを構成するセンサアレイの具体的態様を示す模式図である。第２実施例では、図７に示すように、ＭＰ（＝Ｍ×Ｐ）個のセンサアレイが設けられているものとする。ここで、Ｐは２以上の整数である。第２実施例においてサブアレイＳＡ_ｍを構成する一単位のセンサアレイは、Ｐ個のセンサアレイが組になったものである。一単位のセンサアレイを構成するＰ個のセンサアレイは、それぞれビームフォーミング（例えば前処理のビームフォーミング）により信号の受信方向が限定されている。具体的には、例えば図７に示すようなビームフォーミング制御部ＢＦ_１，ＢＦ_２，…，ＢＦ_Ｍ−１，ＢＦ_Ｍにより前処理のビームフォーミングが行われる。ビームフォーミング制御部ＢＦ_１，ＢＦ_２，…，ＢＦ_Ｍ−１，ＢＦ_Ｍは、例えば記憶部１１のプログラムに応じて演算部１２の一機能として実行されてもよいし、専用の構成であってもよい。各単位のセンサアレイの受信方向は、それぞれ異なっていてもよいし、一部又は全部で共通の受信方向であってもよい。ここで、前処理のビームフォーミングとは、例えば、センサアレイが受信可能な受信方向から、明らかに検出対象の信号Ｓｉｇの到来方向でないと判断される方向を除くためのビームフォーミングである。明らかに検出対象の信号Ｓｉｇの到来方向でないとの判断は、例えば既知のビームフォーミング技術により行われる。このように、第２実施例における一単位のセンサアレイ及び別単位のセンサアレイは、ビームフォーミングにより信号の受信方向が限定された複数（例えばＰ個）のセンサアレイにより構成される。また、第２実施例における別単位のセンサアレイは、この一単位のセンサアレイが複数組み合わされてなる。なお、第２実施例でサブアレイＳＡ_ｍを構成する各単位のセンサアレイに対して用いられるビームフォーミングは、適応ビームフォーミングであってもよいし、固定ビームフォーミングであってもよい。

【0043】

第２実施例では、各単位のセンサアレイによる受信信号をｘ_１（ｋ），ｘ_２（ｋ），…，ｘ_Ｍ（ｋ）として扱う。第２実施例の抽出処理部１５は、それぞれＰ個のセンサアレイが組になった各単位のセンサアレイによる受信信号ｘ_１（ｋ），ｘ_２（ｋ），…，ｘ_Ｍ（ｋ）を含むデジタル信号ｘ（ｋ）から検出対象の信号Ｓｉｇが含まれない高周波数帯域（例えば図３に示す高周波数帯域）の信号のみを参照信号ｒ（ｋ）として抽出する。すなわち、第１実施例において複数のセンサアレイの各々の参照信号であったｒ_１（ｋ），ｒ_２（ｋ），…，ｒ_Ｍ（ｋ）が、第２実施例では各単位の参照信号になる。また、第２実施例の決定部１６は、複数のセンサアレイのうち係る一単位のセンサアレイにより受信された受信信号とこの一単位のセンサアレイとは異なる別単位のセンサアレイ（この一単位のセンサアレイを構成する組を除いたセンサアレイの組）により受信された受信信号に抽出処理を行って得られた参照信号とを合わせた仮想出力を行うサブアレイ（例えば、図７に示すサブアレイＳＡ_１，ＳＡ_２，…，ＳＡ_Ｍ−１，ＳＡ_Ｍ）を設定する。そして、決定部１６は、仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトｗ_ｍを不要信号除去ウェイトとして決定する。抽出処理部１５及び決定部１６による具体的な処理内容は、第１実施例と同様である。図７を参照して説明した抽出処理部１５によるフィルタリングの対象及び決定部１６により設定されるサブアレイＳＡ_ｍを構成するセンサアレイの具体的態様を除いて、第２実施例の構成は第１実施例と同様である。すなわち、第２実施例の除去部１７は、図８に示すように、上記のように説明した第２実施例におけるサブアレイＳＡ_ｍを構成する受信信号ｘ（ｋ）のベクトルに対して上記の式（７）のように示すことができるウェイトｗ_ｍを適用する。

【0044】

以上、第２実施例によれば、ビームフォーミングにより受信の方向が限定されることで、明らかに検出対象の信号Ｓｉｇを含まない方向をセンサアレイの受信方向から除外することができ、不要信号Ｎｏｉをより少なくすることができる。また、一単位のセンサアレイ及び別単位のセンサアレイが複数（例えばＰ個）のセンサアレイにより構成されるので、これらの各単位のセンサアレイからの出力をより安定させることができることに加え、抽出処理の対象がより集約されることから、より効率的に不要信号Ｎｏｉの除去に係る処理を行うことができる。

【0045】

例えば、第１実施例におけるセンサアレイの総数と、第２実施例におけるセンサアレイの総数とが同一である場合、一単位のセンサアレイが複数のセンサアレイである第２実施例の方が抽出処理の対象がより集約されるとともに、サブアレイＳＡ_ｍに入力される参照信号の数が相対的に減少することになる。このため、第２実施例によれば、不要信号除去ウェイトｗ_ｍの決定に係る処理負荷をより低減することができる。

【0046】

［第３実施例］
次に、本発明の第３実施例について、図９を参照して説明する。第３実施例の説明においては、第１実施例と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略することがある。第３実施例では、別単位のセンサアレイにタップ付き遅延線路が設けられる。別単位のセンサアレイから得られた参照信号は、一単位のセンサアレイにより受信された受信信号からこの参照信号を差し引くように合わせられる。また、第３実施例では、一単位のセンサアレイにより受信された受信信号から別単位のセンサアレイにより受信されてタップ付き遅延線路を経た受信信号に不要信号除去ウェイトを適用した信号を差し引くように合わせた出力信号を得ることで不要信号Ｎｏｉが除去された信号を得る。

【0047】

図９は、第３実施例における一つのサブアレイＳＢ_１から得られる仮想出力の構成を示す模式図である。以下、サブアレイＳＢ_１を例として、第３実施例について説明する。図９に示すように、サブアレイＳＢ_１の仮想出力を構成する信号のうち、参照信号ｒ_２（ｋ），…，ｒ_Ｍ（ｋ）は、それぞれタップ付き遅延線路を経て、受信信号ｘ_１（ｋ）と合わせられて仮想出力ｐ_１（ｋ）を構成する。参照信号ｒ_２（ｋ），…，ｒ_Ｍ（ｋ）の各々が受信信号ｘ_１（ｋ）と合わせられるまでの伝送経路の各々に設けられるタップ付き遅延線路の構成は共通である。図９に示すＺ^−１は単位遅延演算子を表す。タップ付き遅延線路は、抽出処理により抽出された参照信号ｒ_ｍ（ｋ）（例えば図９に示すｒ_２（ｋ），…，ｒ_Ｍ（ｋ））がサブアレイの仮想出力を構成する受信信号（例えばサブアレイＳＢ_１の仮想出力ｐ_１（ｋ）を構成する受信信号ｘ１（ｋ））に合わせられるまでの伝送経路上に、一又は複数の単位遅延演算子を直列に設定する。図９に示すタップ付き遅延線路のタップ長はＬであり、一つのタップ付き遅延線路に（Ｌ−１）個の単位遅延演算子が設けられる。ここで、Ｌは２以上の整数である。抽出処理により抽出された参照信号ｒ_ｍ（ｋ）が（Ｌ−１）個の単位遅延演算子のうちｌ個の単位遅延演算子を経て出力された場合、出力される参照信号はｒ_ｍ（ｋ−ｌ）になる。ここで、ｌは、１以上（Ｌ−１）以下の整数である。

【0048】

図９に示すように、（Ｌ−１）個の単位遅延演算子の各々から出力される参照信号は、サブアレイＳＢ_１の仮想出力を構成する受信信号からこの参照信号を差し引くように合わせられる。ここで、受信信号に合わせられる参照信号の各々には、個別のウェイトを適用することができる。係る個別のウェイトを考慮した第３実施例のサブアレイＳＢ_１に係るウェイトｗ_１は、以下の式（１０）のように示すことができる。また、第３実施例のサブアレイＳＢ_１に係る参照信号のベクトルは、以下の式（１１）のように示すことができる。また、第３実施例のサブアレイＳＢ_１の仮想出力ｐ_１（ｋ）は、以下の式（１２）のように示すことができる。そして、第３実施例のサブアレイＳＢ_１の仮想出力ｐ_１（ｋ）による出力電力は、以下の式（１３）のように示すことができる。

【0049】

【数4】

【0050】

式（１３）に示す出力電力を最小化するウェイトは、ウィーナーフィルタリング法（Wiener filtering）を用いて求めることができる。係る方法によるフィルター（ウィーナーフィルター）が適用されたウェイトｗ_１は、以下の式（１４）のように示すことができる。ここで、式（１４）に含まれるＲ_ｒ１及びｒ_ｘｒ１は、それぞれ式（１５）、式（１６）の通りである。第１実施例でも記載した通り、仮想出力の出力電力が最小化されるということは、仮想出力のうち参照信号の出力が最小化されるということである。すなわち、第３実施例の除去部１７は、式（１４）のように求められた仮想出力の出力電力が最小化されるウェイトｗ_１をサブアレイＳＢ_１の不要信号除去ウェイトとし、受信信号に適用することで、サブアレイＳＢ_１のサブアレイ出力から不要信号Ｎｏｉを除去することができる。具体的には、第３実施例の除去部１７は、図１０に示すように、別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に対して式（１４）のように求められた不要信号除去ウェイトを適用した信号を、一単位のセンサアレイにより受信された受信信号から差し引くように合わせることで、サブアレイ出力ｄ_１（ｋ）を得る。このように、別単位のセンサアレイ（例えばＡ_２，…，Ａ_Ｍ）により受信された受信信号に不要信号除去ウェイトを適用した信号は、一単位のセンサアレイ（例えばＡ_１）により受信された受信信号からこの信号を差し引くように合わせられる。

【0051】

【数5】

【0052】

以上、サブアレイＳＢ_１を例として説明したが、第３実施例では、他のセンサアレイＡ_２，…，Ａ_Ｍの受信信号とこの受信信号を出力するセンサアレイ以外のセンサアレイの参照出力が合わせられるサブアレイＳＢ_ｍの仮想出力ｐ_ｍ（ｋ）及びサブアレイ出力ｄ_ｍ（ｋ）についても同様の処理が行われる。タップ付き遅延線路に関する特徴を除いて、第３実施例の構成は第１実施例と同様である。

【0053】

第３実施例では、タップ付き遅延線路の機能はソフトウェアにより実現される。具体的には、第３実施例において決定部１６がサブアレイＳＢ_ｍを設定して仮想出力を得る処理にタップ付き遅延線路の機能を実現する処理が含まれることになる。より具体的には、タップ付き遅延線路は、例えばサブアレイＳＢ_１に関して、単位遅延演算子に対応するように参照信号ｒ_２（ｋ），…，ｒ_Ｍ（ｋ）をバッファリングし、複数のセンサアレイによる信号の受信周期に応じてバッファリングされた参照信号を出力するとともに、出力された参照信号に各々の単位遅延演算子に対応するウェイトを適用することで実現される。サブアレイ出力を得るためのタップ付き遅延線路及び他のサブアレイに関する処理についても同様である。

【0054】

なお、第２実施例に示す方法で構成される一単位のセンサアレイを第３実施例に適用してもよい。すなわち、第３実施例における一単位のセンサアレイは、ビームフォーミングにより信号の受信方向が限定された複数のセンサアレイであってもよい。

【0055】

以上、第３実施例によれば、参照信号がタップ付き遅延線路を経ることで、ある一タイミングに限られない時間的な広がりを持つ参照信号を得られる。このため、このような参照信号が合わせられた仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトｗ_ｍをサブアレイＳＢ_ｍの不要信号除去ウェイトとして決定することで、参照信号に含まれる不要信号Ｎｏｉに対する時空間的なフィルタリングを行うことができる。

【0056】

［第４実施例］
次に、本発明の第４実施例について、図１１を参照して説明する。第４実施例の説明において、第３実施例と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略することがある。

【0057】

図１１は、第４実施例における一つのサブアレイから得られる仮想出力の構成を示す模式図である。第４実施例では、第３実施例と同様に、別単位のセンサアレイにタップ付き遅延線路が設けられる。ただし、第４実施例では、第３実施例と異なり、複数のセンサアレイのうち一単位のセンサアレイにより受信された受信信号に抽出処理を行って得られた参照信号と複数のセンサアレイのうち一単位のセンサアレイとは異なる別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に抽出処理を行って得られた参照信号とを合わせた仮想出力を行うサブアレイを設定する。また、第４実施例では、第３実施例と異なり、別単位のセンサアレイから得られた参照信号は、一単位のセンサアレイにより受信された受信信号に抽出処理を行って得られた参照信号から差し引くように合わせられる。

【0058】

具体的には、第３実施例においてサブアレイＳＢ_１の仮想出力ｐ_１（ｋ）を構成する信号として用いられていた受信信号（例えば受信信号ｘ_１（ｋ））が、第４実施例では、この受信信号に抽出処理を行って得られた参照信号（例えば受信信号ｘ_１（ｋ）に抽出処理を行って得られた参照信号ｒ_１（ｋ））に置き換えられる。このため、図９に示すように第３実施例では一単位のセンサアレイＡ_１に設けられず、別単位のセンサアレイＡ_２，…，Ａ_Ｍに設けられていたフィルタＨＦが、第４実施例では、図１１に示すように、一単位のセンサアレイＡ_１及び別単位のセンサアレイＡ_２，…，Ａ_Ｍに設けられる。

【0059】

第４実施例は、上記で特筆した仮想出力に係る事項を除いて、第３実施形態と同様である。すなわち、第４実施例では、仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトをサブアレイの不要信号除去ウェイトとして決定し、サブアレイ毎に、一単位のセンサアレイにより受信された受信信号と別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に不要信号除去ウェイトを適用した信号とを合わせた出力信号を得ることで不要信号が除去された信号を得、別単位のセンサアレイにより受信された受信信号に不要信号除去ウェイトを適用した信号は、一単位のセンサアレイにより受信された受信信号から差し引くように合わせられる（図１０参照）。

【0060】

第４実施例のサブアレイＳＢ_１に係るウェイトｗ_１は、第３実施例と同様、上記の式（１０）のように示すことができる。また、第３実施例のサブアレイＳＢ_１に係る参照信号のベクトルは、第３実施例と同様、上記の式（１１）のように示すことができる。

【0061】

第４実施例のサブアレイＳＢ_１の仮想出力Ｐ_１（ｋ）は、以下の式（１７）のように示すことができる。そして、第３実施例のサブアレイＳＢ_１の仮想出力Ｐ_１（ｋ）による出力電力は、以下の式（１８）のように示すことができる。ここで、式（１７）及び式（１８）で用いられているｒ_ｒ１のスカラーは以下の式（１９）のように示すことができる。また、ｒ_ｒ１のベクトルは以下の式（２０）のように示すことができる。

【0062】

【数6】

【0063】

式（１３）に示す出力電力を最小化するウェイトは、ウィーナーフィルタリング法（Wiener filtering）を用いて求めることができる。係る方法によるフィルター（ウィーナーフィルター）が適用されたウェイトｗ_１は、以下の式（２１）のように示すことができる。ここで、式（２１）に含まれるＲ_ｒ１は、第３実施例と同様、上記の式（１５）の通りである。

【0064】

【数7】

【0065】

なお、第２実施例に示す方法で構成される一単位のセンサアレイを第４実施例に適用してもよい。すなわち、第４実施例における一単位のセンサアレイは、ビームフォーミングにより信号の受信方向が限定された複数のセンサアレイであってもよい。

【0066】

以上、第４実施例によれば、第３実施例と同様の効果を得られることに加えて、一単位のセンサアレイ及び別単位のセンサアレイに区別なくフィルタＨＦを適用して抽出処理を行った参照信号を用いることができるので、構成をより単純化することができる。

【0067】

［第５実施例］
次に、本発明の第５実施例について、図１２及び図１３を参照して説明する。第５実施例の説明においては、第１実施例と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略することがある。第５実施例では、複数のセンサアレイを複数のグループ（例えば図１２及び図１３に示すサブアレイＳＣ_１〜ＳＣ_Ｍ）にグルーピングし、各グループに属するセンサアレイにより受信された受信信号に抽出処理を行って得られた参照信号により構成される仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトｗ_ｍを各グループの不要信号除去ウェイトとして決定し、各グループに属するセンサアレイにより受信された受信信号に各グループの不要信号除去ウェイトを適用した信号を得ることで不要信号Ｎｏｉが除去された信号を得る。

【0068】

図１２は、第５実施例における仮想出力の構成を示す模式図である。第５実施例では、図１２に示すように、ＭＱ（＝Ｍ×Ｑ）個のセンサアレイが設けられているものとする。ここで、Ｑは１以上の整数である。第５実施例におけるサブアレイＳＣ_１〜ＳＣ_Ｍは、Ｑ個のセンサアレイが組になったものである。図１２では、Ｑ個のセンサアレイが組になったグループ（サブアレイＳＣ_ｍ）がＭ個設定され、複数のサブアレイＳＣ_１〜ＳＣ_Ｍに含まれるセンサアレイが存在しないグルーピングが行われた場合を示している。

【0069】

第５実施例の抽出処理部１５は、図１２に示すように、サブアレイ毎に、サブアレイを構成する全てのセンサアレイの受信信号に対して抽出処理を行う。すなわち、第５実施例では、サブアレイＳＣ_ｍを構成する全てのセンサアレイの受信信号から参照信号を抽出する。第５実施例の決定部１６は、サブアレイ毎に、サブアレイを構成する全てのセンサアレイの受信信号から抽出された参照信号を合わせた信号を仮想出力とする。すなわち、第５実施例における一つのサブアレイの仮想出力は、複数のセンサアレイのうち一部（例えばＱ個）のセンサアレイにより受信された受信信号に抽出処理を行って得られた参照信号により構成される。

【0070】

第５実施例におけるサブアレイＳＣ_ｍの仮想出力ｑ_ｍ（ｋ）は、以下の式（２２）のように示すことができる。第５実施例の決定部１６は、第１実施例の場合と同様に、仮想出力ｑ_ｍ（ｋ）が最小となるウェイトｗ_ｍを求める。ただし、上記の式（６）が解かれることで求められる第５実施例のウェイトｗ_ｍは、第１実施例における上記の式（７）に代えて以下の式（２３）のように示される。このように、第５実施例の決定部１６は、各グループに属するセンサアレイにより受信された受信信号に抽出処理を行って得られた参照信号により構成される仮想出力ｑ_ｍ（ｋ）が最小となるセンサアレイのウェイトｗ_ｍを各グループの不要信号除去ウェイトとして決定する。なお、第５実施例では、サブアレイＳＣ_ｍの参照信号ベクトルｒ_ｍ（ｋ）の空間自己相関行列を求め、その行列の最小固有値に対応する固有ベクトルを求めてこの固有ベクトルを不要信号除去ウェイトとして用いてもよい。この場合でも、この固有ベクトルにより参照信号を構成する不要信号Ｎｏｉの到来方向に対してヌルを向けることができる。

【0071】

【数8】

【0072】

第５実施例の除去部１７は、図１３に示すように、Ｑ個のセンサアレイが組になったサブアレイＳＣ_ｍに対して、上記の式（２３）で示されるウェイトｗ_ｍを適用した信号（図１３に示すサブアレイ出力ｅ_１（ｋ），ｅ_２（ｋ），…，ｅ_Ｍ（ｋ）、すなわちｅ_ｍ（ｋ））を得ることで、不要信号Ｎｏｉが除去された信号を得る。

【0073】

第５実施例では、複数のグループに含まれるセンサアレイがあってもよい。第５実施例における複数のグループは、各グループを構成するセンサアレイが一つ以上異なっていればよい。例えば、センサアレイＡ_１，Ａ_２により構成されるグループと、センサアレイＡ_１，Ａ_２，Ａ_Ｍにより構成されるグループとがあってもよい。また、一つのグループを構成するセンサアレイの数は一つ以上である。

【0074】

以上、第５実施例によれば、抽出処理により抽出された参照信号を含む仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトｗ_ｍをサブアレイＳＣ_ｍの不要信号除去ウェイトとして決定する。このため、複数のセンサアレイの受信信号自体から不要信号Ｎｏｉの到来方向を特定することができるか否かに関係なく、仮想出力が最小となるセンサアレイのウェイトを除去ウェイトとして決定することで不要信号Ｎｏｉが除去された信号を得ることができる。このように、この構成によれば、より確実に不要信号Ｎｏｉを除去することができる。また、センサアレイのグルーピングにより、一つのグループからの出力をより安定させることができることに加え、抽出処理の対象がより集約されることから、より効率的に不要信号Ｎｏｉの除去に係る処理を行うことができる。

【0075】

上記の実施例はあくまで一例であり、その具体的内容について適宜変更可能である。例えば、上記の実施例では、ハイパスフィルタを用いて、受信信号から検出対象の信号Ｓｉｇが含まれない高周波数帯域の信号のみを参照信号ｒ（ｋ）として抽出しているが、一例であってこれに限られるものでない。ローパスフィルタを用いて、受信信号から検出対象の信号Ｓｉｇが含まれない低周波数帯域（例えば図３に示す低周波数域Ｌｏｗ）の信号のみを参照信号ｒ（ｋ）として抽出してもよい。また、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタを用いて受信信号から検出対象の信号Ｓｉｇが含まれない高周波数帯域及び低周波数帯域の両方の信号のみを参照信号ｒ（ｋ）として抽出してもよい。また、抽出処理に用いられるハイパスフィルタ、ローパスフィルタに限られない。例えば、バンドパスフィルタ等であってもよい。抽出処理では、受信信号から検出対象の信号Ｓｉｇが含まれない高周波数帯域、低周波数帯域又はその両方の信号のみを参照信号として抽出することができればよく、その具体的処理内容（例えば抽出処理に用いられるフィルタの具体的な性質等）は問われない。

【0076】

上記の実施例における別単位のセンサアレイは複数であるが、これは一例であってこれに限られるものでない。別単位のセンサアレイは、少なくとも一つ以上のセンサアレイであればよい。

【0077】

上記の実施例では、ソフトウェア・プログラムを利用したコンピューター処理により抽出処理部１５、決定部１６、除去部１７等の機能を実現しているが、これらの機能の一部又は全部を専用のハードウェアによって実現してもよい。

【0078】

複数のセンサアレイが構成するものは、アレイアンテナに限られない。例えば、ハイドロフォンアレイ、マイクロフォンアレイ等であってもよい。複数のセンサアレイは、そのセンサアレイにより構成されるものに応じた信号を受信する。

【符号の説明】

【0079】

１ 信号処理装置
１１ 記憶部
１２ 演算部
１５ 抽出処理部
１６ 決定部
１７ 除去部
Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｍ センサアレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】