特許 7595811 信号解析装置、制御回路、記憶媒体および信号解析方法

(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】

(24)【登録日】2024-11-28

(45)【発行日】2024-12-06

(54)【発明の名称】信号解析装置、制御回路、記憶媒体および信号解析方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/89 20060101AFI20241129BHJP

   G01S 7/41 20060101ALI20241129BHJP

   G01S 13/86 20060101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

G01S13/89

G01S7/41

G01S13/86

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2024525535

(86)(22)【出願日】2022-09-05

(86)【国際出願番号】 JP2022033281

(87)【国際公開番号】W WO2024052962

(87)【国際公開日】2024-03-14

【審査請求日】2024-04-26

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(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】秋山 祐治

【審査官】山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１６－５０７７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１７９００７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／２０８６２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１４９８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／００４１５５５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－１７／９５

Ｇ０１Ｎ２２／００－２２／０４

Ｇ０１Ｖ １／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同期された複数のチャープ信号を変調し、複数の送信アンテナから観測領域に送信する送信部と、
前記送信部から送信された信号を、前記観測領域を介して複数の受信アンテナで受信し、前記複数の受信アンテナで受信された受信信号と前記チャープ信号とを混合して複数のベースバンド信号を生成し、前記複数のベースバンド信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する受信部と、
デジタル信号に変換された前記複数のベースバンド信号を時間領域の値から周波数領域の値に変換し、複数の周波数領域の値を規定された周波数の範囲の単位でまとめることで前記複数の周波数領域の値よりも少数の値に変換し、前記少数の値を用いて前記観測領域の粗い反射率分布を推定し、前記粗い反射率分布を反復推定処理の初期値とし、前記観測領域について前記粗い反射率分布よりも精度の高い反射率分布を推定する受信処理部と、
を備えることを特徴とする信号解析装置。

【請求項2】

前記受信処理部は、前記観測領域を撮影するカメラで撮影された情報を併せて用いて前記粗い反射率分布を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号解析装置。

【請求項3】

前記受信処理部は、前記周波数領域の値をまとめる際、有意な値のない周波数領域の部分を除去する、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号解析装置。

【請求項4】

前記チャープ信号は、連続チャープ信号である、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号解析装置。

【請求項5】

前記チャープ信号は、ステップチャープ信号である、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号解析装置。

【請求項6】

前記チャープ信号は、周波数ホッピング信号である、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号解析装置。

【請求項7】

前記チャープ信号の生成を制御する制御部、
を備え、
前記制御部は、前記チャープ信号を生成する発信器の動作を制御することで、前記チャープ信号を前記送信部および前記受信部に分配する、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号解析装置。

【請求項8】

前記チャープ信号の生成を制御する制御部、
を備え、
前記制御部は、前記チャープ信号を生成するデジタルアナログコンバータの動作を制御することで、前記チャープ信号を前記送信部および前記受信部に分配する、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号解析装置。

【請求項9】

前記受信処理部は、前記粗い反射率分布を推定する粗推定を、前記粗い反射率分布よりも精度の高い反射率分布を推定する精推定よりも頻繁に行い、前記粗推定で推定された前記粗い反射率分布に基づいて、観測対象の物体が前記観測領域において観測に適した位置に存在していると判定した場合、前記精推定を行う、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の信号解析装置。

【請求項10】

信号解析装置を制御するための制御回路であって、
同期された複数のチャープ信号を変調し、複数の送信アンテナから観測領域に送信、
送信された信号を、前記観測領域を介して複数の受信アンテナで受信し、前記複数の受信アンテナで受信された受信信号と前記チャープ信号とを混合して複数のベースバンド信号を生成し、前記複数のベースバンド信号をアナログ信号からデジタル信号に変換、
デジタル信号に変換された前記複数のベースバンド信号を時間領域の値から周波数領域の値に変換し、複数の周波数領域の値を規定された周波数の範囲の単位でまとめることで前記複数の周波数領域の値よりも少数の値に変換し、前記少数の値を用いて前記観測領域の粗い反射率分布を推定し、前記粗い反射率分布を反復推定処理の初期値とし、前記観測領域について前記粗い反射率分布よりも精度の高い反射率分布を推定、
を前記信号解析装置に実施させることを特徴とする制御回路。

【請求項11】

信号解析装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記プログラムは、
同期された複数のチャープ信号を変調し、複数の送信アンテナから観測領域に送信、
送信された信号を、前記観測領域を介して複数の受信アンテナで受信し、前記複数の受信アンテナで受信された受信信号と前記チャープ信号とを混合して複数のベースバンド信号を生成し、前記複数のベースバンド信号をアナログ信号からデジタル信号に変換、
デジタル信号に変換された前記複数のベースバンド信号を時間領域の値から周波数領域の値に変換し、複数の周波数領域の値を規定された周波数の範囲の単位でまとめることで前記複数の周波数領域の値よりも少数の値に変換し、前記少数の値を用いて前記観測領域の粗い反射率分布を推定し、前記粗い反射率分布を反復推定処理の初期値とし、前記観測領域について前記粗い反射率分布よりも精度の高い反射率分布を推定、
を前記信号解析装置に実施させることを特徴とする記憶媒体。

【請求項12】

信号解析装置の信号解析方法であって、
送信部が、同期された複数のチャープ信号を変調し、複数の送信アンテナから観測領域に送信する第１のステップと、
受信部が、前記送信部から送信された信号を、前記観測領域を介して複数の受信アンテナで受信し、前記複数の受信アンテナで受信された受信信号と前記チャープ信号とを混合して複数のベースバンド信号を生成し、前記複数のベースバンド信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する第２のステップと、
受信処理部が、デジタル信号に変換された前記複数のベースバンド信号を時間領域の値から周波数領域の値に変換し、複数の周波数領域の値を規定された周波数の範囲の単位でまとめることで前記複数の周波数領域の値よりも少数の値に変換し、前記少数の値を用いて前記観測領域の粗い反射率分布を推定し、前記粗い反射率分布を反復推定処理の初期値とし、前記観測領域について前記粗い反射率分布よりも精度の高い反射率分布を推定する第３のステップと、
を含むことを特徴とする信号解析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、受信信号の信号処理を行う信号解析装置、制御回路、記憶媒体および信号解析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、アレイアンテナで受信された信号に対して３Ｄ－ＭＩＭＯ（three dimensions－Multi Input Multi Output）処理を行うことによって、物体の立体形状を推定することが行われている。しかしながら、３Ｄ－ＭＩＭＯ処理によって広帯域のＲＦ（Radio Frequency）信号から分解能の高い立体形状を得る場合、多数のアレイ受信信号から立体の反射率分布を表す非常に多くの格子点の反射率を推定するという巨大な逆問題を解く必要があり、信号処理負荷が極めて重くなる。このような問題に対して、特許文献１には、信号処理負荷を削減する手法として、光学カメラによって物体の粗い存在位置を測定し、物体の粗い存在位置の情報を基に反射率分布がスパースであると仮定して処理を行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２９１１４８号明細書

【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、上記従来の技術によれば、反射率分布がスパースであると仮定して処理を行うため、反射率、照射ＲＦパワーなどに幅がある場合、また、物体の形状が複雑な場合など、スパース推定が困難となる場合には適用できない、という問題があった。

【0005】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、受信信号の信号処理負荷を抑制可能な信号解析装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の信号解析装置は、同期された複数のチャープ信号を変調し、複数の送信アンテナから観測領域に送信する送信部と、送信部から送信された信号を、観測領域を介して複数の受信アンテナで受信し、複数の受信アンテナで受信された受信信号とチャープ信号とを混合して複数のベースバンド信号を生成し、複数のベースバンド信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する受信部と、デジタル信号に変換された複数のベースバンド信号を時間領域の値から周波数領域の値に変換し、複数の周波数領域の値を規定された周波数の範囲の単位でまとめることで複数の周波数領域の値よりも少数の値に変換し、少数の値を用いて観測領域の粗い反射率分布を推定し、粗い反射率分布を反復推定処理の初期値とし、観測領域について粗い反射率分布よりも精度の高い反射率分布を推定する受信処理部と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る信号解析装置は、受信信号の信号処理負荷を抑制できる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る信号解析装置の構成例を示す図

【図2】実施の形態１に係る信号解析装置の受信処理部の構成例を示す図

【図3】実施の形態１に係る信号解析装置の受信処理部が備えるビニング部の構成例を示す図

【図4】実施の形態１に係る信号解析装置の受信処理部の受信処理によって得られる反復精推定の収束回数削減効果の例を示す図

【図5】実施の形態１に係る信号解析装置の受信処理部の受信処理によって得られる収束時間削減効果の例を示す図

【図6】実施の形態１に係る信号解析装置の受信処理部の受信処理によって得られる推定誤り削減効果の例を示す図

【図7】実施の形態１に係る信号解析装置の受信処理部の受信処理によって得られる推定ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）向上効果の例を示す図

【図8】実施の形態１に係る信号解析装置の動作を示すフローチャート

【図9】実施の形態１に係る信号解析装置を実現する処理回路をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図

【図10】実施の形態１に係る信号解析装置を実現する処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図

【図11】実施の形態２に係る信号解析装置１００ａの構成例を示す図

【図12】実施の形態２に係る信号解析装置１００ｂの構成例を示す図

【図13】実施の形態３に係る信号解析装置の構成例を示す図

【図14】実施の形態３に係る信号解析装置の受信処理部の構成例を示す第１の図

【図15】実施の形態３に係る信号解析装置の受信処理部の構成例を示す第２の図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本開示の実施の形態に係る信号解析装置、制御回路、記憶媒体および信号解析方法を図面に基づいて詳細に説明する。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る信号解析装置１００の構成例を示す図である。信号解析装置１００は、制御部１０１と、チャープ信号生成部１０２と、送信信号生成部１０３と、複数のＤＡＣ（Digital Analog Converter）１０４と、複数のミキサ１０５と、複数の送信アンテナ１０６と、複数の受信アンテナ１０８と、複数のミキサ１０９と、複数のＡＤＣ（Analog Digital Converter）１１０と、受信処理部１１１と、物体検出部１１２と、を備える。信号解析装置１００は、複数のＤＡＣ１０４、複数のミキサ１０５、および複数の送信アンテナ１０６によって送信部１１３を構成しており、複数の受信アンテナ１０８、複数のミキサ１０９、および複数のＡＤＣ１１０によって受信部１１４を構成している。なお、ＤＡＣ１０４の数およびミキサ１０５の数は、送信アンテナ１０６の数と同じであり、ミキサ１０９の数およびＡＤＣ１１０の数は、受信アンテナ１０８の数と同じである。送信アンテナ１０６の数および受信アンテナ１０８の数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0011】

制御部１０１は、信号解析装置１００の動作を制御する。具体的には、制御部１０１は、チャープ信号生成部１０２による高周波チャープ信号の生成、送信信号生成部１０３による送信信号の生成、受信処理部１１１による受信処理、物体検出部１１２による物体の検出などを制御する。なお、制御部１０１は、図示しない外部の装置との間で通信を行い、外部の装置からの指示などに基づいて、信号解析装置１００の動作を制御してもよい。

【0012】

チャープ信号生成部１０２は、制御部１０１の制御に基づいて、同期された複数の高周波チャープ信号を生成し、複数のミキサ１０５および複数のミキサ１０９に出力する。チャープ信号生成部１０２で生成される高周波チャープ信号は、時間とともに周波数が増加するアップチャープの信号でもよいし、時間とともに周波数が減少するダウンチャープの信号でもよい。また、チャープ信号生成部１０２で生成される高周波チャープ信号は、周波数を連続して掃引する連続チャープ信号でもよいし、周波数を段階的に不連続に変化させるステップチャープ信号でもよいし、周波数をより不規則に不連続に変化させる周波数ホッピング信号でもよい。以降の説明において、高周波チャープ信号のことを単にチャープ信号と称することがある。

【0013】

信号解析装置１００において、制御部１０１は、高周波チャープ信号を生成する発信器であるチャープ信号生成部１０２の動作を制御することで、高周波チャープ信号を送信部１１３および受信部１１４に分配する。

【0014】

送信信号生成部１０３は、制御部１０１の制御に基づいてデジタル信号である送信信号を生成し、複数のＤＡＣ１０４に出力する。

【0015】

複数のＤＡＣ１０４は、各々、送信信号生成部１０３で生成された送信信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。

【0016】

複数のミキサ１０５は、各々、１つのＤＡＣ１０４に接続され、さらにチャープ信号生成部１０２に接続され、チャープ信号生成部１０２で生成された高周波チャープ信号を、ＤＡＣ１０４で変換されたアナログ信号の送信信号を用いて変調する。

【0017】

複数の送信アンテナ１０６は、各々、１つのミキサ１０５に接続され、ミキサ１０５で変調されたチャープ信号を観測領域１０７に向けて送信する。なお、図示を省略しているが、信号解析装置１００は、送信アンテナ１０６から送信する前のチャープ信号を、増幅器などを用いて適宜増幅する。

【0018】

複数の受信アンテナ１０８は、各々、複数の送信アンテナ１０６から送信され、観測領域１０７において散乱され、または吸収された信号を受信する。なお、図示を省略しているが、信号解析装置１００は、受信アンテナ１０８で受信された信号を、増幅器などを用いて適宜増幅する。

【0019】

複数のミキサ１０９は、各々、１つの受信アンテナ１０８に接続され、さらにチャープ信号生成部１０２に接続され、受信アンテナ１０８で受信された信号と、チャープ信号生成部１０２で生成された高周波チャープ信号とを混合し、ベースバンドの受信信号を生成する。

【0020】

複数のＡＤＣ１１０は、各々、１つのミキサ１０９に接続され、ミキサ１０９で生成されたベースバンドの受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。

【0021】

受信処理部１１１は、制御部１０１の制御に基づいて、複数のＡＤＣ１１０でデジタル信号に変換された複数の受信信号に対して信号処理などを行う。

【0022】

物体検出部１１２は、制御部１０１の制御に基づいて、受信処理部１１１で信号処理が施された信号を用いて観測領域１０７における物体の検出などを行う。

【0023】

受信処理部１１１の構成について詳細に説明する。図２は、実施の形態１に係る信号解析装置１００の受信処理部１１１の構成例を示す図である。受信処理部１１１は、複数のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）２０１と、複数のビニング部２０２と、粗推定部２０３と、反復精推定部２０４と、を備える。なお、ＦＦＴ２０１の数およびビニング部２０２の数は、受信アンテナ１０８の数と同じ、すなわちミキサ１０９の数およびＡＤＣ１１０の数と同じである。

【0024】

複数のＦＦＴ２０１は、各々、１つのＡＤＣ１１０に接続され、ＡＤＣ１１０でデジタル信号に変換された受信信号の値を、時間領域の値から周波数領域の値に変換する。

【0025】

複数のビニング部２０２は、各々、１つのＦＦＴ２０１に接続され、ＦＦＴ２０１で変換された周波数領域の値に対して、多数の値を少数の値にまとめる処理を施す。

【0026】

粗推定部２０３は、複数のビニング部２０２でまとめられた値を用いて粗い反射率分布を推定する。粗推定部２０３による粗い反射率分布の推定を粗推定と称する。

【0027】

反復精推定部２０４は、粗推定部２０３で推定された粗い反射率分布を初期値として、反復的処理によって精度の高い反射率分布を推定する。粗推定部２０３による粗い反射率分布の推定よりも精度の高い反復精推定部２０４による反射率分布の推定を精推定と称する。

【0028】

なお、受信処理部１１１は、粗推定部２０３による粗推定を、粗い反射率分布よりも精度の高い反射率分布を推定する反復精推定部２０４による精推定よりも頻繁に行い、粗推定部２０３の粗推定で推定された粗い反射率分布に基づいて、観測対象の物体が観測領域１０７において観測に適した位置に存在していると判定した場合、反復精推定部２０４による精推定を行うようにしてもよい。これにより、受信処理部１１１は、信号処理の実施効率を向上させることができる。

【0029】

以上のような受信処理部１１１の信号処理によって得られた反射率分布情報を用いて、物体検出部１１２は、観測領域１０７において、物体の検出、物体の識別、物体の位置の判定といった処理を行う。これにより、信号解析装置１００は、例えば、観測領域１０７において、危険物、検査の必要な物体などを検出し、信号解析装置１００を扱う者に対して通知するといった機能を実現することができる。

【0030】

ここで、受信処理部１１１が備えるビニング部２０２の構成について詳細に説明する。図３は、実施の形態１に係る信号解析装置１００の受信処理部１１１が備えるビニング部２０２の構成例を示す図である。ビニング部２０２は、合算部３０１と、除去部３０２と、を備える。

【0031】

合算部３０１は、ＦＦＴ２０１で変換された周波数領域の値について、いくつかの周波数領域で隣接する値を合算する。例えば、合算部３０１は、ＦＦＴ２０１においてある周波数の範囲の成分が検出されていた場合、当該周波数の範囲、すなわち周波数領域の値を合算する。ある周波数の範囲については、送信アンテナ１０６から送信され、受信アンテナ１０８で受信される信号の周波数、観測領域１０７で観測対象の物体によって散乱され、または吸収されることが想定される周波数などに応じて適宜設定しておいてもよい。合算部３０１は、例えば、ある周波数の範囲の周波数領域の値を、当該周波数の範囲の中心周波数にまとめてもよいし、当該周波数の範囲の中で最も密な周波数帯にまとめてもよい。

【0032】

除去部３０２は、合算部３０１による合算処理の後、有意な値の無い周波数領域の部分の値を削除する。除去部３０２は、例えば、規定された大きさの周波数領域の値、すなわち規定された大きさの周波数成分の無い周波数の部分の値を削除する。規定された大きさの周波数領域の値については、例えば、周波数領域の値の絶対値に基づいて判定してもよい。除去部３０２は、削除処理の後に残った有意な値、および有意な値が散在する周波数領域を表すインデックス情報を粗推定部２０３に出力する。

【0033】

つぎに、本実施の形態の信号解析装置１００の受信処理部１１１の受信処理によって得られる効果について説明する。図４は、実施の形態１に係る信号解析装置１００の受信処理部１１１の受信処理によって得られる反復精推定の収束回数削減効果の例を示す図である。図５は、実施の形態１に係る信号解析装置１００の受信処理部１１１の受信処理によって得られる収束時間削減効果の例を示す図である。図６は、実施の形態１に係る信号解析装置１００の受信処理部１１１の受信処理によって得られる推定誤り削減効果の例を示す図である。図７は、実施の形態１に係る信号解析装置１００の受信処理部１１１の受信処理によって得られる推定ＳＮＲ向上効果の例を示す図である。図４、図５、図６、および図７に示す図は、代表的な反復計算アルゴリズムであるＢｉＣＧ（Bi Conjugate Gradient）法、およびＣＧＳ（Conjugate Gradient Squared）法において、信号解析装置１００の受信処理部１１１による受信処理を適用した場合、およびスパース処理を適用した場合の特性を示すものである。

【0034】

具体的には、図４は、探索初期値ＳＮＲ対収束回数特性の例を示すものであり、横軸は探索初期値ＳＮＲを示し、縦軸は収束回数を示している。また、図５は、探索初期値ＳＮＲ対収束時間特性の例を示すものであり、横軸は探索初期値ＳＮＲを示し、縦軸は収束時間を示している。また、図６は、探索初期値ＳＮＲ対推定誤差特性の例を示すものであり、横軸は探索初期値ＳＮＲを示し、縦軸は推定誤差を示している。また、図７は、探索初期値ＳＮＲ対推定ＳＮＲ特性の例を示すものであり、横軸は探索初期値ＳＮＲを示し、縦軸は推定ＳＮＲを示している。

【0035】

図４、図５、図６、および図７に示すように、信号解析装置１００の受信処理部１１１による受信処理を適用した場合、ＢｉＣＧ法およびＣＧＳ法のどちらの探索法においても、探索初期値ＳＮＲが向上するに従って収束回数および収束時間が小さくなり、得られる初期情報に応じた信号処理負荷の削減効果が見られるとともに、推定誤差は小さくなり、推定ＳＮＲは大きくなり、推定精度の向上効果も見られる。一方、図４、図５、図６、および図７に示すように、スパース処理を適用した場合、信号解析装置１００の受信処理部１１１による受信処理を適用した場合と比較して、探索初期値ＳＮＲが比較的良い場合でも収束性が悪く推定誤差は大きく、推定ＳＮＲは小さくなり、結果として信号処理負荷も大きくなることが分かる。

【0036】

信号解析装置１００の動作を、フローチャートを用いて説明する。図８は、実施の形態１に係る信号解析装置１００の動作を示すフローチャートである。信号解析装置１００において、チャープ信号生成部１０２は、高周波チャープ信号を生成する（ステップＳ１０１）。送信信号生成部１０３は、送信信号を生成する（ステップＳ１０２）。複数のＤＡＣ１０４は、送信信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する（ステップＳ１０３）。複数のミキサ１０５は、チャープ信号生成部１０２で生成された高周波チャープ信号を、ＤＡＣ１０４で変換されたアナログ信号の送信信号を用いて変調する（ステップＳ１０４）。複数の送信アンテナ１０６は、ミキサ１０５で変調されたチャープ信号を観測領域１０７に向けて送信する（ステップＳ１０５）。すなわち、送信部１１３は、同期された複数のチャープ信号を変調し、複数の送信アンテナ１０６から観測領域１０７に送信する。

【0037】

複数の受信アンテナ１０８は、複数の送信アンテナ１０６から送信され、観測領域１０７において散乱され、または吸収された信号を受信する（ステップＳ１０６）。複数のミキサ１０９は、受信アンテナ１０８で受信された信号と、チャープ信号生成部１０２で生成された高周波チャープ信号とを混合し、ベースバンドの受信信号を生成する（ステップＳ１０７）。複数のＡＤＣ１１０は、ミキサ１０９で生成されたベースバンドの受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する（ステップＳ１０８）。すなわち、受信部１１４は、送信部１１３から送信された信号を、観測領域１０７を介して複数の受信アンテナ１０８で受信し、複数の受信アンテナ１０８で受信された受信信号とチャープ信号とを混合して複数のベースバンド信号を生成し、複数のベースバンド信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。

【0038】

受信処理部１１１は、デジタル信号に変換された複数のベースバンド信号を時間領域の値から周波数領域の値に変換する（ステップＳ１０９）。受信処理部１１１は、複数の周波数領域の値を規定された周波数の範囲の単位でまとめることで複数の周波数領域の値よりも少数の値に変換する（ステップＳ１１０）。受信処理部１１１は、少数の値を用いて観測領域１０７の粗い反射率分布を推定する（ステップＳ１１１）。このとき、受信処理部１１１は、周波数領域の値をまとめる際、有意な値のない周波数領域の部分を除去する。受信処理部１１１は、粗い反射率分布を反復推定処理の初期値とし、粗い反射率分布よりも精度の高い反射率分布を推定する（ステップＳ１１２）。物体検出部１１２は、受信処理部１１１で推定された精度の高い反射率分布を用いて、観測領域１０７における物体の検出を行う（ステップＳ１１３）。

【0039】

つづいて、信号解析装置１００のハードウェア構成について説明する。信号解析装置１００において、送信アンテナ１０６および受信アンテナ１０８はアンテナ素子である。チャープ信号生成部１０２および送信信号生成部１０３は発信器である。信号解析装置１００においてその他の構成は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。処理回路は制御回路とも呼ばれる。

【0040】

図９は、実施の形態１に係る信号解析装置１００を実現する処理回路をプロセッサ９１およびメモリ９２で実現する場合の処理回路９０の構成例を示す図である。図９に示す処理回路９０は制御回路であり、プロセッサ９１およびメモリ９２を備える。処理回路９０がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路９０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路９０では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路９０は、信号解析装置１００の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。このプログラムは、処理回路９０により実現される各機能を信号解析装置１００に実行させるためのプログラムであるともいえる。このプログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。

【0041】

上記プログラムは、送信部１１３が、同期された複数のチャープ信号を変調し、複数の送信アンテナ１０６から観測領域１０７に送信する第１のステップと、受信部１１４が、送信部１１３から送信された信号を、観測領域１０７を介して複数の受信アンテナ１０８で受信し、複数の受信アンテナ１０８で受信された受信信号とチャープ信号とを混合して複数のベースバンド信号を生成し、複数のベースバンド信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する第２のステップと、受信処理部１１１が、デジタル信号に変換された複数のベースバンド信号を時間領域の値から周波数領域の値に変換し、複数の周波数領域の値を規定された周波数の範囲の単位でまとめることで複数の周波数領域の値よりも少数の値に変換し、少数の値を用いて観測領域１０７の粗い反射率分布を推定し、粗い反射率分布を反復推定処理の初期値とし、観測領域１０７について粗い反射率分布よりも精度の高い反射率分布を推定する第３のステップと、を信号解析装置１００に実行さるプログラムであるとも言える。

【0042】

ここで、プロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などである。また、メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

【0043】

図１０は、実施の形態１に係る信号解析装置１００を実現する処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路９３の例を示す図である。図１０に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

【0044】

以上説明したように、本実施の形態によれば、信号解析装置１００は、送信部１１３から送信され、観測領域１０７で散乱され、または吸収された信号を受信部１１４で受信する。信号解析装置１００の受信処理部１１１において、複数のＦＦＴ２０１は、細かい周波数領域の値に分け、複数のビニング部２０２は、隣接する細かい周波数領域の値を合算し、絶対値が比較的大きい値を抽出して少数の粗い周波数成分にまとめ、粗推定部２０３は、粗い周波数成分を用いて粗い反射率分布を推定し、反復精推定部２０４は、粗い反射率分布の推定値を探索初期値として利用し、細かい周波数成分によって前述の代表的な反復計算アルゴリズムであるＢｉＣＧ法、ＣＧＳ法などの勾配降下法を繰り返し、段階的に分解能の高い反射率分布推定を行う。これにより、信号解析装置１００は、受信信号の信号処理負荷を抑制することができる。信号解析装置１００は、スパース推定の適用が困難な場合でも、信号処理負荷を抑制することができる。また、信号解析装置１００は、信号処理負荷の抑制によって、信号処理の高速化効果が得られる。

【0045】

実施の形態２．
実施の形態１では、信号解析装置１００は、チャープ信号生成部１０２を用いて高周波チャープ信号を生成していた。実施の形態２では、信号解析装置が、異なる構成を用いて高周波チャープ信号を生成する場合について説明する。

【0046】

図１１は、実施の形態２に係る信号解析装置１００ａの構成例を示す図である。信号解析装置１００ａは、図１に示す実施の形態１の信号解析装置１００に対して、制御部１０１およびチャープ信号生成部１０２を削除し、制御部１０１ａおよび複数のＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）１２１を追加したものである。

【0047】

複数のＶＣＯ１２１は、送信アンテナ１０６および受信アンテナ１０８の付近にいくつか配置され、入力電圧に対応した周波数の信号を出力する発信器である。なお、図１１の例では、信号解析装置１００ａは４つのＶＣＯ１２１を備えているが、信号解析装置１００ａが備えるＶＣＯ１２１の数は４つに限定されない。

【0048】

制御部１０１ａは、信号解析装置１００ａの動作を制御する。具体的には、制御部１０１ａは、ＶＣＯ１２１による高周波チャープ信号の生成、送信信号生成部１０３による送信信号の生成、受信処理部１１１による受信処理、物体検出部１１２による物体の検出などを制御する。なお、制御部１０１ａは、図示しない外部の装置との間で通信を行い、外部の装置からの指示などに基づいて、信号解析装置１００ａの動作を制御してもよい。実施の形態１では、制御部１０１は、チャープ信号生成部１０２に対して高周波チャープ信号の生成を指示していた。実施の形態２では、制御部１０１ａは、ＶＣＯ１２１に出力する電圧などの制御信号を制御することで、ＶＣＯ１２１による高周波チャープ信号の生成を制御する。制御部１０１ａは、高周波生成用のクロック逓倍器などを用いて、ＶＣＯ１２１に出力する制御信号の生成を制御してもよい。このように、制御部１０１ａは、高周波チャープ信号を生成する発信器であるＶＣＯ１２１の動作を制御することで、高周波チャープ信号を送信部１１３および受信部１１４に分配する。

【0049】

図１２は、実施の形態２に係る信号解析装置１００ｂの構成例を示す図である。信号解析装置１００ｂは、図１に示す実施の形態１の信号解析装置１００に対して、制御部１０１およびチャープ信号生成部１０２を削除し、制御部１０１ｂおよび複数のＤＡＣ１２２を追加したものである。

【0050】

ＤＡＣ１２２は、送信アンテナ１０６および受信アンテナ１０８の付近にいくつか配置され、制御部１０１ｂからの制御信号に応じた周波数の信号を出力する。なお、図１２の例では、信号解析装置１００ｂは４つのＤＡＣ１２２を備えているが、信号解析装置１００ｂが備えるＤＡＣ１２２の数は４つに限定されない。

【0051】

制御部１０１ｂは、信号解析装置１００ｂの動作を制御する。具体的には、制御部１０１ｂは、ＤＡＣ１２２による高周波チャープ信号の生成、送信信号生成部１０３による送信信号の生成、受信処理部１１１による受信処理、物体検出部１１２による物体の検出などを制御する。なお、制御部１０１ｂは、図示しない外部の装置との間で通信を行い、外部の装置からの指示などに基づいて、信号解析装置１００ｂの動作を制御してもよい。実施の形態１では、制御部１０１は、チャープ信号生成部１０２に対して高周波チャープ信号の生成を指示していた。実施の形態２では、制御部１０１ｂは、ＤＡＣ１２２への制御信号、例えば、クロック、波形データなどを制御することで、ＤＡＣ１２２による高周波チャープ信号の生成を制御する。制御部１０１ｂは、高周波生成用のクロック逓倍器などを用いて、ＤＡＣ１２２に出力する制御信号の生成を制御してもよい。このように、制御部１０１ｂは、高周波チャープ信号を生成するＤＡＣ１２２の動作を制御することで、高周波チャープ信号を送信部１１３および受信部１１４に分配する。

【0052】

信号解析装置１００ａおよび信号解析装置１００ｂで生成される高周波チャープ信号は、信号解析装置１００のチャープ信号生成部１０２で生成される高周波チャープ信号と同様、時間とともに周波数が増加するアップチャープの信号でもよいし、時間とともに周波数が減少するダウンチャープの信号でもよい。また、信号解析装置１００ａおよび信号解析装置１００ｂで生成される高周波チャープ信号は、信号解析装置１００のチャープ信号生成部１０２で生成される高周波チャープ信号と同様、周波数を連続して掃引する連続チャープ信号でもよいし、周波数を段階的に不連続に変化させるステップチャープ信号でもよいし、周波数をより不規則に不連続に変化させる周波数ホッピング信号でもよい。

【0053】

なお、信号解析装置１００ａおよび信号解析装置１００ｂにおいて、高周波チャープ信号を生成する動作以外の動作は、実施の形態１の信号解析装置１００の動作と同様である。

【0054】

このように、信号解析装置１００ａは、ＶＣＯ１２１を用いて高周波チャープ信号を生成する場合でも、実施の形態１の信号解析装置１００と同様の効果を得ることができる。また、信号解析装置１００ｂは、ＤＡＣ１２２を用いて高周波チャープ信号を生成する場合でも、実施の形態１の信号解析装置１００と同様の効果を得ることができる。

【0055】

実施の形態３．
実施の形態３では、信号解析装置が、カメラで得られた情報を、反復的処理によって精度の高い反射率分布を推定するときの初期値として利用する場合について説明する。

【0056】

図１３は、実施の形態３に係る信号解析装置１００ｃの構成例を示す図である。信号解析装置１００ｃは、図１に示す実施の形態１の信号解析装置１００に対して、受信処理部１１１を削除し、受信処理部１１１ｃおよび複数のカメラ１３１を追加したものである。

【0057】

複数のカメラ１３１は、観測領域１０７の状態を撮影する。複数のカメラ１３１は、観測領域１０７を撮影して得られた情報を受信処理部１１１ｃに出力する。なお、図１３の例では、信号解析装置１００ｃは２つのカメラ１３１を備えているが、信号解析装置１００ｃが備えるカメラ１３１の数は２つに限定されない。

【0058】

受信処理部１１１ｃは、制御部１０１の制御に基づいて、複数のＡＤＣ１１０でデジタル信号に変換された複数の受信信号、およびカメラ１３１から取得した情報に対して信号処理などを行う。

【0059】

受信処理部１１１ｃの構成について詳細に説明する。図１４は、実施の形態３に係る信号解析装置１００ｃの受信処理部１１１ｃの構成例を示す第１の図である。受信処理部１１１ｃは、複数のＦＦＴ２０１と、粗推定部２０３ｃと、反復精推定部２０４と、を備える。粗推定部２０３ｃは、カメラ１３１で得られた情報を用いて粗い反射率分布を推定する。粗推定部２０３ｃにおける粗い反射率分布を推定する方法については、特許文献１に記載された方法と同じ方法でもよいし、特許文献１に記載された方法と異なる方法でもよいし、特に限定されない。このように、受信処理部１１１ｃは、観測領域１０７を撮影するカメラ１３１で撮影された情報を用いて粗い反射率分布を推定する。

【0060】

なお、受信処理部１１１ｃは、実施の形態１の受信処理部１１１と同様、粗推定部２０３ｃによる粗推定を、粗い反射率分布よりも精度の高い反射率分布を推定する反復精推定部２０４による精推定よりも頻繁に行い、粗推定部２０３ｃの粗推定で推定された粗い反射率分布に基づいて、観測対象の物体が観測領域１０７において観測に適した位置に存在していると判定した場合、反復精推定部２０４による精推定を行うようにしてもよい。これにより、受信処理部１１１ｃは、信号処理の実施効率を向上させることができる。

【0061】

このように、信号解析装置１００ｃは、カメラ１３１を利用し、カメラ１３１で得られた情報を用いて粗い反射率分布を推定する場合でも、実施の形態１の信号解析装置１００と同様の効果を得ることができる。

【0062】

なお、本実施の形態では、粗推定部２０３ｃが、カメラ１３１で得られた情報を用いて粗い反射率分布を推定する場合について説明したが、これに限定されない。粗推定部２０３ｃは、カメラ１３１で得られた情報とともに、実施の形態１の粗推定部２０３と同様、複数のＦＦＴ２０１および複数のビニング部２０２によって得られた情報を用いて、粗い反射率分布を推定してもよい。図１５は、実施の形態３に係る信号解析装置１００ｃの受信処理部１１１ｃの構成例を示す第２の図である。このように、粗推定部２０３ｃは、カメラ１３１および複数のビニング部２０２から取得した情報を用いて、粗い反射率分布を推定することが可能である。

【0063】

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0064】

１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 信号解析装置、１０１，１０１ａ，１０１ｂ 制御部、１０２ チャープ信号生成部、１０３ 送信信号生成部、１０４，１２２ ＤＡＣ、１０５，１０９ ミキサ、１０６ 送信アンテナ、１０７ 観測領域、１０８ 受信アンテナ、１１０ ＡＤＣ、１１１，１１１ｃ 受信処理部、１１２ 物体検出部、１１３ 送信部、１１４ 受信部、１２１ ＶＣＯ、１３１ カメラ、２０１ ＦＦＴ、２０２ ビニング部、２０３，２０３ｃ 粗推定部、２０４ 反復精推定部、３０１ 合算部、３０２ 除去部。

【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】

【図14】

【図15】