JPH0943330A - Narrow band signal tracking signal - Google Patents
Narrow band signal tracking signalInfo
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- JPH0943330A JPH0943330A JP19847895A JP19847895A JPH0943330A JP H0943330 A JPH0943330 A JP H0943330A JP 19847895 A JP19847895 A JP 19847895A JP 19847895 A JP19847895 A JP 19847895A JP H0943330 A JPH0943330 A JP H0943330A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、音波等の入力信号
に周波数分析を行うことで得られる信号パワーの分布に
基づいて、特性が未知の狭帯域信号を時間的に継続して
測定する狭帯域信号追尾方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a narrow band signal for continuously measuring a narrow band signal whose characteristics are unknown based on a signal power distribution obtained by performing frequency analysis on an input signal such as a sound wave. The present invention relates to a band signal tracking method.
【0002】[0002]
【従来の技術】図2は、狭帯域信号の追尾を行う従来の
狭帯域信号追尾方法を実施するための狭帯域信号追尾装
置を示す機能ブロック図である。以下、図2を参照しつ
つ、従来の狭帯域信号の追尾方法の説明をする。ここで
は、入力信号を音波とする。音響センサ1は、音響信号
を受波する。周波数分析装置2は、所定の時間ごとに、
与えられた周波数分析幅Wにしたがって音響センサ1で
受波した音響信号の周波数分析を行う。この処理は、通
常、FFT(高速フーリエ変換)処理と2乗検波処理で
実現される。積分装置3は与えられた積分時間Tにした
がって、各周波数ごとに信号パワーを時間的に積分す
る。正規化装置4は雑音の影響を正規化するために、全
周波数の信号パワーの平均値と標準偏差を求め、全周波
数の信号パワーに対して、その平均値を減じて、標準偏
差で除する。イベント検出装置5は正規化後の信号パワ
ーからイベントを検出する。ここでは、両隣の周波数ビ
ンより大きな信号パワーを示し、かつ所定の閾値を越え
る信号パワーを示す点をイベントとする。トラッキング
装置6はイベントを時間的に統合したもの(以下、トラ
ックと呼ぶ)を形成する。既存のトラックが存在するな
らば、該トラックの予測周波数を算出しておき、新たに
検出されたイベントの周波数と該予測周波数との差があ
る閾値wf 以下である場合、該イベントを該トラックに
統合する。ただし、該当するイベントが2個以上ある場
合に、後述のパワー尤度比算出装置8によって算出され
るパワー尤度比が最も大きいイベントを選択し、統合す
る。2. Description of the Related Art FIG. 2 is a functional block diagram showing a narrow band signal tracking device for carrying out a conventional narrow band signal tracking method for tracking a narrow band signal. A conventional narrowband signal tracking method will be described below with reference to FIG. Here, the input signal is a sound wave. The acoustic sensor 1 receives an acoustic signal. The frequency analysis device 2 is
The frequency of the acoustic signal received by the acoustic sensor 1 is analyzed according to the given frequency analysis width W. This processing is usually realized by FFT (Fast Fourier Transform) processing and square detection processing. The integrator 3 temporally integrates the signal power for each frequency according to the given integration time T. In order to normalize the influence of noise, the normalization device 4 obtains the average value and standard deviation of the signal power of all frequencies, subtracts the average value from the signal power of all frequencies, and divides by the standard deviation. . The event detection device 5 detects an event from the normalized signal power. Here, an event is defined as a point at which the signal power is higher than the frequency bins on both sides and the signal power exceeds a predetermined threshold value. The tracking device 6 forms a temporal integration of events (hereinafter referred to as a track). If an existing track exists, the predicted frequency of the track is calculated, and if the difference between the frequency of the newly detected event and the predicted frequency is less than or equal to a threshold value w f , the event is recorded in the track. To integrate. However, when there are two or more corresponding events, the event having the largest power likelihood ratio calculated by the power likelihood ratio calculation device 8 described later is selected and integrated.
【0003】該当するイベントがひとつも無い場合は、
信号の探知が失われたものとみなし、トラックを削除す
る。また、どのトラックにも統合されなかったイベント
があるならば、該イベントに基づいて新規のトラックを
生成する。イベントをトラックに統合した場合は、該イ
ベントのパワーxに基づいて、該トラックの平滑化パワ
ーAを更新する。これには、例えば、適当な正数η(0
<η<1)をあらかじめ定め、ηx+(1−η)Aを新
たにAとすればよい。また、該イベントの周波数fに基
づいて、該トラックの平滑化周波数φを更新し、また予
測周波数を算出する。これには、例えば、カルマンフィ
ルタが利用できる。トラックの情報は、トラック情報フ
ァイル7に記録される。パワー尤度比算出装置8は、追
尾中のトラックと新たに検出されたイベントのペアにつ
いて、パワー尤度比を算出する。トラックの平滑化パワ
ーをA、イベントの瞬時パワーをxとすると、パワー尤
度比は次式(1)で算出される。 Λg (x)=A2 −2Ax ・・・(1) ここで、(1)式の根拠を示す。まず、仮説「該イベン
トは雑音によって生じたものである」をH0 、仮説「該
イベントは該トラックによって表される狭帯域信号によ
って生じたものである」をH1 とする。次に、積分およ
び正規化された入力信号が従う確率分布について、仮説
H0 が真の場合の確率分布を確率密度関数P0a(x)で
表し、同様に、仮説H1 が真の場合の確率分布関数P1a
(x)で表す。If there is no applicable event,
The signal is considered lost and the track is deleted. If there is an event that has not been integrated into any track, a new track is generated based on the event. When the event is integrated into the track, the smoothing power A of the track is updated based on the power x of the event. For this, for example, a suitable positive number η (0
<Η <1) may be determined in advance, and ηx + (1-η) A may be newly set as A. Further, the smoothed frequency φ of the track is updated based on the frequency f of the event, and the predicted frequency is calculated. For this, for example, a Kalman filter can be used. Track information is recorded in the track information file 7. The power likelihood ratio calculation device 8 calculates the power likelihood ratio for the pair of the track being tracked and the newly detected event. When the smoothing power of the track is A and the instantaneous power of the event is x, the power likelihood ratio is calculated by the following equation (1). Λ g (x) = A 2 -2Ax (1) Here, the basis of the equation (1) is shown. First, the hypothesis "the event is caused by noise" is H 0 , and the hypothesis "the event is caused by the narrowband signal represented by the track" is H 1 . Next, regarding the probability distribution that the integrated and normalized input signal follows, the probability distribution when the hypothesis H 0 is true is represented by the probability density function P 0a (x), and similarly, when the hypothesis H 1 is true Probability distribution function P 1a
It is represented by (x).
【0004】この時、パワーxを持つイベントが検出さ
れた場合のパワー尤度比とは、P1a(x)のP0a(x)
に対する比を対数で表した数値であると定義する。At this time, the power likelihood ratio when an event having power x is detected is P 0a (x) of P 1a (x).
It is defined to be the numerical value of the ratio to.
【数5】 通常、雑音のみが存在する場合の入力信号のパワーは標
準正規分布に従うと仮定される。入力信号は正規化され
ているから、標準偏差は1であるとしてよい。(Equation 5) It is usually assumed that the power of the input signal in the presence of only noise follows a standard normal distribution. The standard deviation may be 1 because the input signal is normalized.
【数6】 一方、狭帯域信号が存在しており、積分および正規化後
のパワーがAである場合、入力信号は平均値がAでは標
準偏差が1の正規分布に従うと仮定される。(Equation 6) On the other hand, if a narrowband signal is present and the power after integration and normalization is A, then the input signal is assumed to follow a normal distribution with mean A and standard deviation 1.
【数7】 上記(3)式、(4)式を仮定すれば、以下のようにパ
ワー尤度比Λg (x)が求められ、式(1a)が得られ
る。(Equation 7) Assuming Equations (3) and (4) above, the power likelihood ratio Λ g (x) is obtained as follows, and Equation (1a) is obtained.
【数8】 パワー尤度比は、前述のようにトラックに統合するイベ
ントを選択するのに用いられる。また、トラックが雑音
によるものでなく、真の狭帯域信号が存在する確からし
さを表す確信度として、後続の処理へ出力される。(Equation 8) The power likelihood ratio is used to select events to integrate into the track as described above. Further, it is output to the subsequent processing as a certainty factor indicating the certainty that a true narrowband signal exists, not due to noise in the track.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
狭帯域信号追尾方法においては、次のような課題があっ
た。上記の方法によるパワーの尤度比の算出は、入力信
号のパワーが正規分布に従うというモデルに基づいてす
るが、これはおおまかな近似である。より精緻なモデル
によれば、雑音のみの場合は、χ2 乗分布、雑音にパワ
ーAの狭帯域信号が加わっている場合には非中心χ2 乗
分布(non-central χ2 distribution)に従う。それぞ
れの確率密度分布関数は、次式で表される。However, the conventional narrow band signal tracking method has the following problems. The calculation of the power likelihood ratio by the above method is based on a model in which the power of the input signal follows a normal distribution, which is a rough approximation. According to a more sophisticated model, in the case of noise only, chi 2 square distribution, when the narrow band signal of the noise to the power A is applied follows the non-central chi 2 square distribution (non-central χ 2 distribution) . Each probability density distribution function is expressed by the following equation.
【数9】 ただし、υは自由度で、2TWに等しい。Tは前記積分
時間、Wは前記周波数分析幅である。In ()はn次の
第1種修正ベッセル関数である。χ2 乗分布および非中
心χ2 乗分布については、下記の文献に記載されてい
る。 文献;William S.Burdic 著、「UNDERWATER ACOUSTIC
ANALYSIS」、PRENTICE−HALL、P.387
−391 (5)式と(6)式で表される分布を正規分布で近似し
た場合、特に自由度が小さいときには大きな誤差が生じ
る。[Equation 9] However, υ is the degree of freedom and is equal to 2TW. T is the integration time, and W is the frequency analysis width. I n () is a modified Bessel function of the nth order of the first kind. The χ 2 distribution and the non-central χ 2 distribution are described in the following documents. Reference: William S. Burdic, UNDERWATER ACOUSTIC
ANALYSIS ", PENTICE-HALL, P.P. 387
When the distributions represented by the equations (5) and (6) are approximated by a normal distribution, a large error occurs especially when the degree of freedom is small.
【0006】図3(a),(b)は、自由度が4の場合
の問題点の説明図であり、特に、同図(a)は非中心χ
2 乗分布に基づくモデルによって算出した確率密度分布
であり、同図(b)は正規分布に基づくモデルによって
算出した確率密度分布である。図3(a),(b)中の
横軸はパワーを示し、縦軸は確率密度を示している。図
3では、平均値=4、標準偏差σ=81/2 の場合を示し
ている。図3に示すように、両モデルの間ではかなりの
相違があることが見てとれる。したがって、自由度が小
さい条件下でパワー尤度比を精密に求めるには、以下の
ように非中心χ2 乗分布に基づく尤度比を求めなければ
ならない。FIGS. 3 (a) and 3 (b) are explanatory views of the problem when the degree of freedom is 4, and in particular, FIG. 3 (a) shows the non-center χ.
This is a probability density distribution calculated by a model based on a square distribution, and FIG. 6B is a probability density distribution calculated by a model based on a normal distribution. In FIGS. 3A and 3B, the horizontal axis represents power and the vertical axis represents probability density. FIG. 3 shows the case where the average value = 4 and the standard deviation σ = 8 1/2 . It can be seen that there is a considerable difference between the two models, as shown in FIG. Therefore, in order to accurately obtain the power likelihood ratio under the condition that the degree of freedom is small, it is necessary to obtain the likelihood ratio based on the noncentral χ 2 distribution as follows.
【数10】 しかしながら、正規分布モデルでのパワー尤度比は
(1)式に示したように、加減乗算のみで算出可能であ
るのに対し、(7)式にはベッセル関数等が含まれてい
るから、高い演算精度を得るためにはかなり大きな演算
量を必要とする。このため、速度性能が要求されるよう
な応用例では、非中心χ2 乗分布に基づくモデルはあま
り採用されていない。本発明は、演算量を大幅に増加さ
せることなく、非中心χ2 乗分布に基づく尤度比を算出
することで、より高精度な狭帯域信号追尾を可能とする
ことを目的とする。(Equation 10) However, while the power likelihood ratio in the normal distribution model can be calculated only by addition and subtraction multiplication as shown in the equation (1), the equation (7) includes the Bessel function and the like, A large amount of calculation is required to obtain high calculation accuracy. For this reason, models based on the non-central χ 2 distribution are not often used in applications where speed performance is required. An object of the present invention is to enable more accurate narrowband signal tracking by calculating the likelihood ratio based on the non-central χ 2 distribution without significantly increasing the amount of calculation.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】第1の発明の狭帯域信号
追尾方法は、前記課題を解決するために、以下の処理を
実行する。すなわち、入力信号に対して所定の時間毎
に、所定の周波数分析幅に従って周波数分析を行い、周
波数上の信号パワーの分布を求める周波数分析処理と、
所定の積分時間に従って前記信号パワーを時間的に積分
する積分処理と、前記積分された信号パワーが従うχ2
乗分布の自由度υを算出する自由度算出処理と、前記積
分された信号パワーがχ2 乗分布に従うと仮定し、前記
積分された信号パワーの標準偏差と前記自由度に基づい
て、前記積分された信号パワーに対して、正規化をする
正規化処理とを実行する。そして、前記積分された信号
パワーの分布の極大点でかつ所定の閾値を越える値を持
つ点を検出してイベントするイベント検出処理と、周波
数が近接したイベントの時間的な連なりからトラックを
形成し、新たに検出されたイベントの周波数と既存トラ
ックの平滑化周波数との差が閾値wf 以下であり、それ
を満たすイベントが複数ある場合には、パワー尤度比に
基づいて、イベントをそのトラックに統合するととも
に、トラックの平滑化パワーAを算出するトラッキング
処理とを実行する。The narrow band signal tracking method of the first invention executes the following processing in order to solve the above problems. That is, for every predetermined time for the input signal, the frequency analysis is performed according to the predetermined frequency analysis width, and the frequency analysis processing for obtaining the distribution of the signal power on the frequency,
An integration process of temporally integrating the signal power according to a predetermined integration time, and χ 2 which the integrated signal power follows
A degree of freedom calculation process for calculating a degree of freedom ν of a power distribution, and assuming that the integrated signal power follows a χ 2 distribution, based on the standard deviation of the integrated signal power and the degree of freedom, the integration is performed. A normalization process for normalizing the signal power thus obtained is performed. Then, a track is formed by an event detection process of detecting an event by detecting a point having the maximum value of the integrated signal power distribution and having a value exceeding a predetermined threshold value, and a time series of events having frequencies close to each other. If the difference between the frequency of the newly detected event and the smoothed frequency of the existing track is less than or equal to the threshold value w f and there are a plurality of events that satisfy the difference, the event is tracked based on the power likelihood ratio. And the tracking process for calculating the smoothing power A of the track.
【0008】さらに、前記正規化されたイベントのパワ
ーxとトラックの平滑化パワーAから積Axを算出する
乗算処理と、所定の間隔で定められた複数の数値υ
i (i≧2の整数),αj (j≧2の整数)に対して、
中間尤度比Further, a multiplication process for calculating a product Ax from the power x of the normalized event and the smoothing power A of the track, and a plurality of numerical values υ determined at predetermined intervals
For i (integer of i ≧ 2) and α j (integer of j ≧ 2),
Intermediate likelihood ratio
【数11】 を与える中間尤度比テーブルを参照して、(υ,α)の
中間尤度比Aa1(υ,Ax)を求める中間尤度比算出処
理と、前記中間尤度比Aa1(υ,Ax)から前記パワー
尤度比 Λa =Λa1(υ,Ax)−A/2 を求めるパワー尤度比算出処理とを実行する。[Equation 11] With reference to the intermediate likelihood ratio table giving, (upsilon, alpha) intermediate likelihood ratio A a1 (υ, Ax) of the intermediate likelihood ratio calculation processing for obtaining the intermediate likelihood ratio A a1 (υ, Ax ), The power likelihood ratio calculation process for obtaining the power likelihood ratio Λ a = Λ a1 (υ, Ax) -A / 2 is performed.
【0009】第1の発明によれば、以上のように狭帯域
信号追尾方法を構成したので、自由度算出処理により、
積分された信号パワーが従うχ2 乗分布の自由度υを算
出し、正規化処理により、積分された信号パワーがχ2
乗分布に従うと仮定し、前記積分された信号パワーの標
準偏差と自由度に基づいて、積分された信号パワーに対
して、正規化をする。乗算処理により、正規化されたイ
ベントのパワーxとトラックの平滑化パワーAから積A
xを算出する。中間尤度比算出処理は、平滑化パワーx
とAxの関数となるので、あらかじめサンプリングして
おいたυi (i≧2の整数),αj (j≧2の整数)に
対して、中間尤度比を与える中間尤度比テーブルを参照
して、(υ,α)の中間尤度比Aa1(υ,Ax)を求め
る。パワー尤度比算出処理により、中間尤度比A
a1(υ,Ax)からパワー尤度比を求めて、そのパワー
尤度比(例えば、最大尤度比となるもの)に基づいて、
イベントをトラックに統合する。精密なモデルである、
雑音のみの場合は、χ2 乗分布、雑音にパワーAの狭帯
域信号が加わっている場合には、非中心χ2 乗分布に従
うことを想定して、パワー尤度比を求めたので、高精度
な狭帯域信号追尾を可能とする。また、演算量を大幅に
増加させることもない。従って、前記課題を解決できる
のである。According to the first aspect of the invention, since the narrow band signal tracking method is configured as described above, the degree of freedom calculation process
The degree of freedom ν of the χ 2 distribution that the integrated signal power follows is calculated, and the integrated signal power is χ 2 by the normalization process.
Assuming that the power distribution is followed, the integrated signal power is normalized based on the standard deviation and the degree of freedom of the integrated signal power. The product of the normalized event power x and the track smoothing power A by the multiplication process A
Calculate x. The intermediate likelihood ratio calculation process is performed by smoothing power x
And Ax function, refer to the intermediate likelihood ratio table that gives the intermediate likelihood ratio for ν i (integer of i ≧ 2) and α j (integer of j ≧ 2) sampled in advance. Then, the intermediate likelihood ratio A a1 (υ, Ax) of (υ, α) is obtained. By the power likelihood ratio calculation process, the intermediate likelihood ratio A
A power likelihood ratio is calculated from a1 (υ, Ax), and based on the power likelihood ratio (for example, the maximum likelihood ratio),
Integrate events into tracks. It is a precise model,
For only noise, chi 2 square distribution, when the narrow band signal of the noise to the power A is applied, on the assumption that follows a non-central chi 2 square distribution, so called for power likelihood ratio, high Enables accurate narrowband signal tracking. In addition, the amount of calculation is not significantly increased. Therefore, the above problem can be solved.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】第1の実施形態 図1は、本発明の第1の実施形態の狭帯域信号追尾方法
を実施するための狭帯域信号追尾装置の機能ブロック図
であり、図2中の要素と共通の要素には共通の符号を付
してある。本第1の実施形態の狭帯域信号追尾方法が従
来の狭帯域信号追尾方法と異なる点は、入力信号のパワ
ーがχ2 乗分布モデルに従うものとし、自由度υi (i
≧2)とイベントのパワーxとトラックの平滑化パワー
Aとの積αのサンプルαj(j≧2)に対して、中間尤
度比Λをテーブルに記憶しておき、その中間尤度比テー
ブルを参照して、中間パワー尤度比Λa1(x,Ax)を
算出し、その中間尤度比からパワー尤度比Λa (x,A
x)を算出して、そのパワー尤度比より、イベントの統
合をするようにしたことである。図1に示すように、本
第1の実施形態の狭帯域信号追尾装置は、入力信号を受
信する音響センサ1、周波数分析幅Wと積分時間Tから
信号パワーの自由度υを算出する自由度算出装置11、
複数の自由度υi (i≧2)と複数のαj (j≧2)の
ペア(υi ,αj )の中間尤度比を記憶する中間尤度比
テーブル14を有している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First Embodiment FIG. 1 is a functional block diagram of a narrowband signal tracking device for carrying out the narrowband signal tracking method of the first embodiment of the present invention. The elements common to the elements of No. 2 are denoted by the same reference numerals. The narrow band signal tracking method of the first embodiment differs from the conventional narrow band signal tracking method in that the power of the input signal follows a χ 2 distribution model, and the degree of freedom ν i ( i
≧ 2), the power α of the event, and the sample α j (j ≧ 2) of the product α of the smoothing power A of the track, the intermediate likelihood ratio Λ is stored in a table, and the intermediate likelihood ratio Λ is stored. Referring to the table, the intermediate power-likelihood ratio Λ a1 (x, Ax) is calculated, power likelihood ratio from the middle likelihood ratio Λ a (x, a
x) is calculated, and the events are integrated based on the power likelihood ratio. As shown in FIG. 1, the narrowband signal tracking apparatus according to the first embodiment has a degree of freedom for calculating a signal power degree of freedom ν from an acoustic sensor 1 that receives an input signal, a frequency analysis width W, and an integration time T. Calculation device 11,
The intermediate likelihood ratio table 14 stores the intermediate likelihood ratios of a plurality of degrees of freedom υ i (i ≧ 2) and a plurality of pairs of α j (j ≧ 2) (υ i , α j ).
【0011】音響センサ1の出力側には、音波の周波数
を分析する周波数分析装置2が接続され、さらに周波数
分析装置2の出力側には、積分装置3が接続されてい
る。積分装置3および自由度算出装置11の出力側に
は、自由度υとパワーの標準偏差σより、信号パワーの
正規化処理をする正規化装置12が接続され、さらに正
規化装置12の出力側には、イベント検出装置5が接続
されている。イベント検出装置5の出力側には、トラッ
キング装置6および乗算器13の一方の端子が接続され
ている。トラッキング装置6の入出力側には、トラック
情報ファイル7が接続されている。トラック情報ファイ
ル7の出力側には、乗算器13の他方の端子およびパワ
ー尤度比算出装置16が接続されている。乗算器13お
よび中間尤度比テーブル14の出力側には、テーブル検
索装置15が接続され、テーブル検索装置15の出力側
には、パワー尤度比算出装置16が接続されている。パ
ワー尤度比算出装置16の出力側には、トラッキング装
置6が接続されている。以下、図1を参照しつつ、本第
1の実施形態の狭帯域信号追尾方法の説明(a)〜
(j)をする。A frequency analyzer 2 for analyzing the frequency of a sound wave is connected to the output side of the acoustic sensor 1, and an integrator 3 is connected to the output side of the frequency analyzer 2. To the output side of the integrator 3 and the degree-of-freedom calculation device 11, a normalization device 12 that normalizes the signal power from the degree of freedom υ and the standard deviation σ of the power is connected, and the output side of the normalization device 12 is further connected. The event detection device 5 is connected to. To the output side of the event detection device 5, one terminal of the tracking device 6 and the multiplier 13 is connected. A track information file 7 is connected to the input / output side of the tracking device 6. The output side of the track information file 7 is connected to the other terminal of the multiplier 13 and the power likelihood ratio calculation device 16. A table search device 15 is connected to the output sides of the multiplier 13 and the intermediate likelihood ratio table 14, and a power likelihood ratio calculation device 16 is connected to the output side of the table search device 15. The tracking device 6 is connected to the output side of the power likelihood ratio calculation device 16. Hereinafter, with reference to FIG. 1, description of the narrowband signal tracking method of the first embodiment (a) to
Do (j).
【0012】(a) 周波数分析処理 音響センサ1は音響信号を受波して、該音響信号を周波
数分析装置2に出力する。周波数分析装置2は、音響セ
ンサ1で受波した音響信号を、所定の時間ごとに、与え
られた周波数分析幅W(周波数ビンfi とfi+1 (i=
1,2,…,)の間隔)にしたがって、音響センサ1で
受波した音響信号の周波数分析を行う。この処理は、通
常、FFT処理と2乗検波処理で実現される。 (b) 積分処理 積分装置3は、与えられた積分時間Tにしたがって、各
周波数fi (i=1,2,…)ごとに信号パワーを時間
的に積分する。 (c) 自由度算出処理 自由度算出装置11は、信号パワーが従うχ2 乗分布の
自由度υを算出する。これは、前記積分時間Tと前記周
波数分析幅Wより、次式(8)で求められる。 υ=2WT ・・・(8) (d) 正規化処理 正規化装置4は、全周波数fi の信号パワーxi の標準
偏差σを求め、その後に、信号パワーに次式(9)で示
す係数Sを乗じる。 S=(2υ)1/2 /σ ・・・(9) ここでは、入力信号のパワーはχ2 分布モデルに従うも
のとしているため、χ2 分布モデルにおける正規化処理
を行うためである。 (e) イベント検出処理 イベント検出装置5は正規化後の信号パワーからイベン
トを検出する。ここでは、両隣の周波数ビンより大きな
信号パワーを示し、かつ所定の閾値を越える信号パワー
を示す点をイベントとする。 (f) 乗算処理 乗算器13は、イベント検出装置5よりイベントのパワ
ーxを入力し、後述するトラッキング装置6からトラッ
クの平滑化パワーAを入力し、積Ax(=α)をテーブ
ル検索装置15に出力する。(A) Frequency Analysis Processing The acoustic sensor 1 receives an acoustic signal and outputs the acoustic signal to the frequency analysis device 2. The frequency analysis device 2 provides the acoustic signal received by the acoustic sensor 1 at a predetermined frequency analysis width W (frequency bins f i and f i + 1 (i =
The frequency of the acoustic signal received by the acoustic sensor 1 is analyzed according to the interval (1, 2, ...,). This processing is usually realized by FFT processing and square detection processing. (B) Integration Processing The integrator 3 temporally integrates the signal power for each frequency f i (i = 1, 2, ...) According to the given integration time T. (C) Degree-of-Freedom Calculation Processing The degree-of-freedom calculation device 11 calculates the degree of freedom ν of the χ 2 distribution that the signal power follows. This is calculated by the following equation (8) from the integration time T and the frequency analysis width W. υ = 2WT (8) (d) Normalization processing The normalization device 4 obtains the standard deviation σ of the signal power x i at all frequencies f i , and then the signal power is expressed by the following equation (9). Multiply the coefficient S. S = (2υ) 1/2 / σ ··· (9) where the power of the input signal because it shall follow the chi 2 distribution model is for performing a normalization process in the chi 2 distribution model. (E) Event detection processing The event detection device 5 detects an event from the signal power after normalization. Here, an event is defined as a point at which the signal power is higher than the frequency bins on both sides and the signal power exceeds a predetermined threshold value. (F) Multiplication Processing The multiplier 13 inputs the event power x from the event detection device 5, the track smoothing power A from the tracking device 6 described later, and the product Ax (= α) to the table search device 15 Output to.
【0013】(g) テーブル検索処理 テーブル検索装置15は、自由度υと積αを入力し、こ
れを引き数として中間尤度比テーブル14を検索する。
ここで中間尤度比とは、(7)式で表されるパワー尤度
比から−A/2を除いた部分であり、次式(10)で表
される。 Λa1=lnI2/υ-1−((υ-2)/4 )lnAx+lnΓ(υ/2) +(υ/2-1) ln2 ・・・(10) (10)式から分かるように、中間尤度比は2変数
(υ,Ax=α)の関数とみることができる。そこで、
中間尤度比テーブル14には、適当な間隔で定められた
υi (≧2)と適当な間隔で定められたαj (≧0)に
ついて、あらかじめ次式(11)で算出される中間尤度
比を記録しておく。 Λa1(υi ,αj ) =lnIυi/2 -1(αj 1/2 )−((υi -2)/4))lnαj +lnΓ(υi /2) +(υi /2-1)ln2 ・・・(11) 図4は、具体例として、υi ={2,4,6,8}、0 ≦αj ≦20
の中間尤度比の値を示す図である。例えば、図4に示す
υi とαj とが交差するΛa1(υi ,αj )の値が、υ
i とαj の値とともに、中間尤度比テーブル14に記憶
されている。なお、上記のテーブル検索においては、例
えば、αj に関して直線補間を行ったあとで、υi に関
して直線補間を行う。すなわち、Λal(υ,Ax)を求
めるには、υi0≦υ<υi0+1なるi0と、αj0≦Ax<α
j0+1なるj0を用いて、 Λi0=Λal(υi0,αj0)+[(Ax−αj0)/(αj0+1−αj0)](Λa1(υi0 ,αj0+1)−Λa1(υi0,αj0)) ・・・(12) Λi0+1=Λal(υi0+1,αj0)+[(Ax−αj0)/(αj0+1−αj0)]( Λa1 (υi0+1,αj0+1)−Λa1(υi0+1,αj0)) ・・・}(13) Λa1(υ,Ax)=Λi0+[(υ−υi0)/(υi0+1−υi0)]( Λi0+1−Λi0) ・・・(14) とする。(G) Table Retrieval Processing The table retrieval device 15 inputs the degree of freedom ν and the product α, and retrieves the intermediate likelihood ratio table 14 using these as arguments.
Here, the intermediate likelihood ratio is a portion obtained by removing −A / 2 from the power likelihood ratio represented by the equation (7), and is represented by the following equation (10). Λ a1 = lnI 2 / υ-1 − ((υ-2) / 4) lnAx + lnΓ (υ / 2) + (υ / 2-1) ln2 (10) As can be seen from the equation (10), The likelihood ratio can be regarded as a function of two variables (υ, Ax = α). Therefore,
The intermediate likelihood ratio table 14 has intermediate likelihoods calculated in advance by the following equation (11) for υ i (≧ 2) determined at appropriate intervals and α j (≧ 0) determined at appropriate intervals. Record the ratio. Λ a1 (υ i , α j ) = lnI υi / 2 -1 (α j 1/2 ) − ((υ i -2) / 4)) ln α j + ln Γ (υ i / 2) + (υ i / 2 -1) ln2 (11) FIG. 4 shows, as a specific example, υ i = {2,4,6,8}, 0 ≤α j ≤20
It is a figure which shows the value of the intermediate likelihood ratio of. For example, the value of Λ a1 (υ i , α j ) where υ i and α j shown in FIG.
It is stored in the intermediate likelihood ratio table 14 together with the values of i and α j . In the above table search, for example, after performing linear interpolation on α j , linear interpolation is performed on υ i . That is, to obtain Λ al (υ, Ax), i0 such that υ i0 ≤ υ <υ i0 + 1 and α j0 ≤ Ax <α
Using j0 which is j0 + 1 , Λ i0 = Λ al (υ i0 , α j0 ) + [(Ax−α j0 ) / (α j0 + 1 −α j0 )] (Λ a1 (υ i0 , α j0 + 1 ) −Λ a1 (υ i0 , α j0 )) (12) Λ i0 + 1 = Λ al (υ i0 + 1 , α j0 ) + [(Ax−α j0 ) / (α j0 + 1 − α j0 )] (Λ a1 (υ i0 + 1 , α j0 + 1 ) −Λ a1 (υ i0 + 1 , α j0 )) ・ ・ ・} (13) Λ a1 (υ, Ax) = Λ i0 + [ (υ−υ i0 ) / (υ i0 + 1 −υ i0 )] (Λ i0 + 1 −Λ i0 ) ... (14)
【0014】(h) パワー尤度比算出処理 パワー尤度比算出装置16は、中間尤度比Λa1(υ,A
x)から、次式(15)で示されるパワー尤度比Λa 求
める。 Λa =Λa1(υ,Ax)−A/2 ・・・(15) (i) トラッキング処理 トラッキング装置6は、トラックを形成する。既存のト
ラックが存在するならば、該トラックの予測周波数を算
出しておき、新たに検出されたイベントの周波数と該予
測周波数との差がある閾値wf 以下である場合、該イベ
ントを該トラックに統合する。ただし、該当するイベン
トが2個以上ある場合に、パワー尤度比算出装置16に
よって算出されたパワー尤度比Λa が最も大きいイベン
トを選択し、統合する。該当するイベントがひとつも無
い場合は、信号の探知が失われたものとみなし、トラッ
クを削除する。また、どのトラックにも統合されなかっ
たイベントがあるならば、該イベントに基づいて新規の
トラックを生成する。イベントをトラックに統合した場
合は、該イベントのパワーxに基づいて、該トラックの
平滑化パワーAを更新する。これには、例えば、適当な
正数η(0<η<1)をあらかじめ定め、ηx+(1−
η)Aを新たにAとすればよい。また、該イベントの周
波数fに基づいて、該トラックの平滑化周波数φを更新
し、また予測周波数を算出する。これには、例えば、カ
ルマンフィルタが利用できる。トラックの情報は、トラ
ック情報ファイル7に記録される。また、トラッキング
装置6は、パワー尤度比とともに、以下に示す周波数尤
度比を利用することもできる。(H) Power Likelihood Ratio Calculation Processing The power likelihood ratio calculation device 16 uses the intermediate likelihood ratio Λ a1 (υ, A
x), the power likelihood ratio Λ a given by the following equation (15) is obtained. Λ a = Λ a1 (υ, Ax) -A / 2 (15) (i) Tracking process The tracking device 6 forms a track. If an existing track exists, the predicted frequency of the track is calculated, and if the difference between the frequency of the newly detected event and the predicted frequency is less than or equal to a threshold value w f , the event is recorded in the track. To integrate. However, when there are two or more corresponding events, the event having the largest power likelihood ratio Λ a calculated by the power likelihood ratio calculation device 16 is selected and integrated. If there is no corresponding event, the signal detection is considered lost and the track is deleted. If there is an event that has not been integrated into any track, a new track is generated based on the event. When the event is integrated into the track, the smoothing power A of the track is updated based on the power x of the event. For this purpose, for example, an appropriate positive number η (0 <η <1) is predetermined, and ηx + (1-
η) A may be newly set as A. Further, the smoothed frequency φ of the track is updated based on the frequency f of the event, and the predicted frequency is calculated. For this, for example, a Kalman filter can be used. Track information is recorded in the track information file 7. The tracking device 6 can also use the frequency likelihood ratio shown below together with the power likelihood ratio.
【0015】(j) 周波数尤度比算出処理 もし、信号が存在せず、雑音によってイベントが出現し
たのであれば、その周波数は幅2wf の区間で一様に分
布する。一方、周波数φ、周波数偏差がσf の信号が存
在するのであれば、イベントの周波数は正規分布に従
う。(J) Frequency Likelihood Ratio Calculation Processing If there is no signal and an event appears due to noise, the frequency is uniformly distributed in the section of width 2w f . On the other hand, if there is a signal with frequency φ and frequency deviation σ f , the event frequency follows a normal distribution.
【数12】 よって、周波数fのイベントと平滑化周波数(平滑化パ
ワーと同様にして求められる)φ、周波数偏差σf のト
ラックがある場合、仮説「該イベントは、該トラックで
表される信号によるものである」の尤度比は、次式(1
8)によって表される。(Equation 12) Therefore, when there is an event of frequency f, a smoothed frequency (obtained in the same manner as the smoothed power) φ, and a track of frequency deviation σ f , the hypothesis “The event is due to the signal represented by the track. The likelihood ratio of
Represented by 8).
【数13】 さらに、イベントを選択する際の閾値wf をあらかじめ
σf の定数倍に等しくなるよう、閾値wf を可変にして
おけば、周波数尤度比の算出方法は、次式(19)のよ
うに簡単なものになる。(Equation 13) Furthermore, to be equal to a constant multiple of the previously sigma f threshold w f in selecting an event, if the threshold value w f variable, method of calculating the frequency likelihood ratio, as the following equation (19) It will be easy.
【0016】 Λf =-(f−φ)2 /2σf 2 +Cf ・・・(19) 但し、Cf は定数で、Cf =ln(wf /σf )+1/2
ln(2/ π) である。なお、パワーと周波数の両方を用
いて、尤度比を求めるには、信号パワーと周波数の同時
分布P0af (a,f) ,P1af (a,f) を用いて、尤度比を算
出する。この統合された尤度比をΛとすると、Λ f =-(f-φ) 2 / 2σ f 2 + C f (19) where C f is a constant and C f = ln (w f / σ f ) +1/2
ln (2 / π). In addition, in order to obtain the likelihood ratio using both the power and the frequency, the likelihood ratio is calculated using the simultaneous distributions P 0af (a, f) and P 1af (a, f) of the signal power and the frequency. To do. If this integrated likelihood ratio is Λ,
【数14】 すなわち、パワー尤度比と周波数尤度比とは独立に算出
した上で、加算して、トラッキング装置6により、パワ
ー尤度比と周波数尤度比の加算結果の最大となるイベン
トを選択して、該イベントをトラックに統合する。以上
説明したように、本第1の実施形態によれば、信号のモ
デルとして、従来の正規分布に基づくモデルよりも現実
に近い非中心χ2 乗分布に基づくモデルを採用したの
で、自由度が小さいときでは、精密なパワー尤度比に基
づく高精度な追尾を行うことができる。しかも、従来と
比べて、付加された演算はテーブル検索と加減算乗算の
みであるため、演算量はわずかの増加にとどまる。[Equation 14] That is, the power likelihood ratio and the frequency likelihood ratio are calculated independently and then added, and the tracking device 6 selects the event that gives the maximum addition result of the power likelihood ratio and the frequency likelihood ratio. , Integrate the event into a track. As described above, according to the first embodiment, the model based on the non-centered χ 2 distribution, which is closer to the reality than the conventional model based on the normal distribution, is adopted as the signal model. When it is small, it is possible to perform highly accurate tracking based on a precise power likelihood ratio. Moreover, since the added operations are only table search and addition / subtraction multiplication as compared with the conventional technique, the amount of operation is only slightly increased.
【0017】第2の実施形態 図5は、本発明の第2の実施形態を示す狭帯域信号追尾
方法を実施するための狭帯域信号追尾装置の機能ブロッ
ク図であり、図1中の要素と共通の要素には共通の符号
を付してある。本第2の実施形態の狭帯域信号追尾方法
が第1の実施形態と異なる点は、異なる方位に向けられ
たビームごとの入力信号を追尾するようにしたことであ
る。図5に示すように、本第1の実施形態の狭帯域信号
追尾装置は、入力信号を受信する音響センサ1、自由度
算出装置11、および中間尤度比テーブル14を有して
いる。音響センサ1の出力側には、それぞれ異なる方位
に向けられたビームを形成する整相装置21が接続さ
れ、さらに整相装置21の出力側には、ビームごとの入
力信号の周波数を分析する周波数分析装置22が接続さ
れている。周波数分析装置22の出力側には、積分装置
23が接続されている。積分装置23および自由度算出
装置11の出力側には、自由度υとパワーの標準偏差σ
より、パワーの正規化処理をする正規化装置24が接続
され、さらに正規化装置24の出力側には、イベント検
出装置25が接続されている。イベント検出装置25の
出力側には、トラッキング装置26および乗算器13の
一方の端子が接続されている。トラッキング装置26の
入出力側には、トラック情報ファイル27が接続されて
いる。トラック情報ファイル27の出力側には、乗算器
13の他方の端子およびパワー尤度比算出装置16が接
続されている。乗算器13および中間尤度比テーブル1
4の出力側には、テーブル検索装置15が接続されてい
る。テーブル検索装置15の出力側には、パワー尤度比
算出装置16が接続され、パワー尤度比算出装置16の
出力側には、トラッキング装置26が接続されている。
以下、図5を参照しつつ、本第2の実施形態の狭帯域信
号追尾方法の説明(a)〜(j)をする。 Second Embodiment FIG. 5 is a functional block diagram of a narrow band signal tracking device for carrying out a narrow band signal tracking method according to a second embodiment of the present invention. Common elements are given common reference numerals. The narrow band signal tracking method of the second embodiment is different from that of the first embodiment in that input signals for each beam directed in different directions are tracked. As shown in FIG. 5, the narrowband signal tracking device of the first embodiment has an acoustic sensor 1 that receives an input signal, a degree-of-freedom calculation device 11, and an intermediate likelihood ratio table 14. The output side of the acoustic sensor 1 is connected to a phasing device 21 that forms beams directed in different directions. Further, the output side of the phasing device 21 is a frequency for analyzing the frequency of the input signal for each beam. The analyzer 22 is connected. An integration device 23 is connected to the output side of the frequency analysis device 22. On the output side of the integrator 23 and the degree-of-freedom calculator 11, the degrees of freedom ν and the standard deviation σ of power are provided.
Therefore, the normalization device 24 for normalizing the power is connected, and the event detection device 25 is connected to the output side of the normalization device 24. The output side of the event detection device 25 is connected to one terminal of the tracking device 26 and the multiplier 13. A track information file 27 is connected to the input / output side of the tracking device 26. To the output side of the track information file 27, the other terminal of the multiplier 13 and the power likelihood ratio calculation device 16 are connected. Multiplier 13 and intermediate likelihood ratio table 1
A table search device 15 is connected to the output side of the table 4. A power likelihood ratio calculation device 16 is connected to the output side of the table search device 15, and a tracking device 26 is connected to the output side of the power likelihood ratio calculation device 16.
The narrowband signal tracking method (a) to (j) of the second embodiment will be described below with reference to FIG.
【0018】(a)整相処理 音響センサ1は音響信号を受波して、該音響信号を整相
装置21に出力する。整相装置21は、それぞれ異なる
方位に向けられたビームを形成し、ビーム毎の入力信号
を周波数分析装置22へ送る。 (b)周波数分析処理 周波数分析装置22は、各ビーム毎に、第1の実施形態
と同様に、所定の時間ごとに、与えられた周波数分析幅
Wにしたがって、音響信号の周波数分析を行って、方位
×周波数の2次元空間上の信号パワーを求め、積分装置
23に送る。 (c) 積分処理 積分装置23は、方位×周波数の2次空間上の信号パワ
ーに対して、各方位毎に、第1の実施形態と同様に、積
分時間Tにしたがって、各周波数ごとに信号パワーを時
間的に積分する。 (d) 自由度算出処理 自由度算出装置11は、第1の実施形態と同様に、周波
数分析幅Wと積分時間Tより、信号パワーが従う分布の
自由度υを算出する。(A) Phasing process The acoustic sensor 1 receives an acoustic signal and outputs the acoustic signal to the phasing device 21. The phasing device 21 forms beams directed in different directions and sends an input signal for each beam to the frequency analysis device 22. (B) Frequency Analysis Processing The frequency analysis device 22 performs frequency analysis of the acoustic signal for each beam at a predetermined time and in accordance with the given frequency analysis width W, as in the first embodiment. , Signal power in a two-dimensional space of azimuth × frequency is obtained and sent to the integrator 23. (C) Integral Processing The integrator 23 outputs a signal for each frequency for each azimuth according to the integration time T for each azimuth with respect to the signal power in the secondary space of azimuth × frequency. Integrate power over time. (D) Degree-of-Freedom Calculation Processing As in the first embodiment, the degree-of-freedom calculation device 11 calculates the degree of freedom ν of the distribution that the signal power follows from the frequency analysis width W and the integration time T.
【0019】(e) 正規化処理 正規化装置24は、第1の実施形態と同様に、信号パワ
ーが非中心χ2 乗分布モデルにしたがうものとし、信号
パワーの標準偏差σと自由度υから、パワーの正規化を
行う。 (f) イベント検出処理 イベント検出装置25は、正規化後の信号パワーからイ
ベントを検出する。該信号パワーは、第1の実施形態で
は周波数空間上の分布として与えられたが、ここでは、
方位×周波数空間上の分布で入力される。そこで、同じ
ビーム内で両隣の周波数ビンより大きく、かつ、両隣の
ビームの同じ周波数ビンの信号パワーより大きく、か
つ、所定の閾値を越える信号パワーを示す方位と周波数
を持つ点をイベントとする。 (g) 乗算処理 乗算器13は、各イベント毎に、第1の実施形態と同様
に、イベントのパワーと該イベントに対応するトラック
の平滑化パワーを乗算して、テーブル検索装置15に送
る。(E) Normalization processing The normalization device 24 is assumed to follow the non-central χ 2 distribution model of the signal power, as in the first embodiment, and the standard deviation σ of the signal power and the degree of freedom υ are used. , Normalize the power. (F) Event detection processing The event detection device 25 detects an event from the signal power after normalization. The signal power is given as a distribution in the frequency space in the first embodiment, but here,
It is input in the direction x distribution in the frequency space. Therefore, an event is defined as a point having an azimuth and a frequency that are larger than the frequency bins on both sides of the beam in the same beam, are larger than the signal power of the same frequency bin on the beams on both sides, and have a signal power exceeding a predetermined threshold. (G) Multiplication processing The multiplier 13 multiplies the event power by the smoothing power of the track corresponding to the event for each event and sends it to the table search device 15, as in the first embodiment.
【0020】(h) テーブル検索処理 テーブル検索装置15は、各イベント毎に、第1の実施
形態と同様にして、中間尤度比を算出する。 (i) パワー尤度比算出処理 パワー尤度比算出装置16は、各イベント毎に、第1の
実施形態と同様に、パワー尤度比を算出する。 (j) トラッキング処理 トラッキング装置26は、既存のトラックが存在するな
らば、該トラックの予測周波数および予測方位を算出し
ておき、新たに検出されたイベントの周波数とその予測
方位の差がある閾値wθ以下である場合に、該イベント
を該トラックに統合する。統合するイベントが2個以上
ある場合には、第1の実施形態と同様に、パワー尤度比
が最大となるイベントを選択する。統合する際には、第
1の実施形態と同様にして平滑化パワー、平滑化周波
数、予測周波数を算出するとともに、イベントの方位θ
に基づいて、トラックの平滑化方位Bと予測方位を算出
する。これもカルマンフィルタで実現できる。なお、パ
ワー尤度比に加えて、第1の実施形態で示した周波数尤
度比を利用することができる。(H) Table Retrieval Processing The table retrieval device 15 calculates the intermediate likelihood ratio for each event as in the first embodiment. (I) Power Likelihood Ratio Calculation Processing The power likelihood ratio calculation device 16 calculates the power likelihood ratio for each event, as in the first embodiment. (J) Tracking process If an existing track exists, the tracking device 26 calculates the predicted frequency and predicted direction of the track, and sets a threshold value having a difference between the frequency of the newly detected event and the predicted direction. If w θ or less, integrate the event into the track. When there are two or more events to be integrated, the event that maximizes the power likelihood ratio is selected as in the first embodiment. At the time of integration, the smoothed power, the smoothed frequency, and the predicted frequency are calculated in the same manner as in the first embodiment, and the direction θ of the event is calculated.
The smoothed azimuth B and the predicted azimuth of the track are calculated based on This can also be realized by the Kalman filter. In addition to the power likelihood ratio, the frequency likelihood ratio shown in the first embodiment can be used.
【0021】さらに、以下に示すように、周波数尤度比
の算出と同様の方法で、方位尤度比を算出することもで
きる。すなわち、方位がφ、方位偏差がσθのトラック
と、方位がθのイベントとがあるとき、該イベントが該
トラックで表される狭帯域信号に基づくものである尤度
比Λθは、 Λθ=ln(1/((2π)1/2 σθ) −ln(1/2wθ) =-(θ−B)2 /2σθ 2 −lnσθ+lnwθ+1/2 ln2/π ・・・(21) さらに、イベントを選択する際の閾値wθをあらかじめ
σθの定数倍に等しくなるように可変しておけば、周波
数尤度比の算出方法は、次式(22)のように簡単なも
のになる。 Λθ=-(θ−B)2 /2σθ 2 +Cθ ・・・(22) 但し、Cθは定数で、Cθ=lnwθ/σθ+1/2 ln
2/πである。以上説明したように、本第2の実施形態に
よれば、複数のビームによって信号を受波し、信号の到
来方位に対して方位追尾を行う場合であっても、第1の
実施形態と同様に精密なパワー尤度比に基づく高精度の
追尾を行うことができる。なお、本発明は、上記実施形
態に限定されず種々の変形が可能である。その変形例と
しては、例えば次のようなものがある。Further, as described below, the azimuth likelihood ratio can be calculated by the same method as the calculation of the frequency likelihood ratio. That is, when there is a track with an azimuth φ and an azimuth deviation σ θ and an event with an azimuth θ, the likelihood ratio Λ θ based on the narrowband signal represented by the track is Λ θ θ = ln (1 / (( 2π) 1/2 σ θ) -ln (1 / 2w θ) = - (θ-B) 2 / 2σ θ 2 -lnσ θ + lnw θ +1/2 ln2 / π ··· (21) Furthermore, if the threshold value w θ for selecting an event is changed in advance so as to be equal to a constant multiple of σ θ , the frequency likelihood ratio calculation method is simplified as shown in the following expression (22). Λ θ =-(θ-B) 2 / 2σ θ 2 + C θ (22) where C θ is a constant and C θ = lnw θ / σ θ +1/2 ln
It is 2 / π. As described above, according to the second embodiment, even when the signal is received by a plurality of beams and the azimuth tracking is performed with respect to the arrival direction of the signal, the same as in the first embodiment. It is possible to perform highly accurate tracking based on a precise power likelihood ratio. Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, there are the following modifications.
【0022】(1) 図1および図5中の各ブロック
は、それぞれ電気回路で実現してもよいし、これらの一
部または全部をコンピュータプログラムで実現してもよ
い。 (2) 実施形態では、入力信号を音波としたが、本発
明はこれに限定されない。例えば、入力信号を電波とし
た場合には、図1および図5中において、音響センサ1
の代わりに受信アンテナを用いれば同様に機能する。 (3) パワー尤度比は直線補間により求めたが、中間
尤度テーブルに多くの中間尤度を記憶しておき、最も近
いυi0とαj0の組み合わせを求めて、そのΛa1(υi0,
αj0)を中間尤度としてもよい。(1) Each block in FIGS. 1 and 5 may be realized by an electric circuit, or a part or all of these may be realized by a computer program. (2) In the embodiment, the input signal is a sound wave, but the present invention is not limited to this. For example, when the input signal is a radio wave, in FIG. 1 and FIG.
If a receiving antenna is used instead of, the same operation is performed. (3) The power likelihood ratio was obtained by linear interpolation, but many intermediate likelihoods are stored in the intermediate likelihood table, the closest combination of ν i0 and α j0 is obtained, and Λ a1 (υ i0 ,
α j0 ) may be the intermediate likelihood.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1〜第5
の発明によれば、信号のモデルとして、従来の正規分布
に基づくモデルよりも現実に近い非中心χ2 乗分布に基
づくモデルを採用したので、自由度が小さいときでは、
精密なパワー尤度比に基づく高精度な追尾を行うことが
できる。しかも、従来と比べて、付加された演算はテー
ブル検索と加減算乗算のみであるため、演算量はわずか
の増加にとどまる。As described in detail above, the first to fifth embodiments
According to the invention, since a model based on a non-centered χ 2 distribution that is closer to reality than a model based on a conventional normal distribution is adopted as a signal model, when the degree of freedom is small,
It is possible to perform highly accurate tracking based on a precise power likelihood ratio. Moreover, since the added operations are only table search and addition / subtraction multiplication as compared with the conventional technique, the amount of operation is only slightly increased.
【図1】本発明の第1の実施形態の狭帯域信号追尾方法
を実施するための狭帯域信号追尾装置の機能ブロック図
である。FIG. 1 is a functional block diagram of a narrowband signal tracking device for carrying out a narrowband signal tracking method according to a first embodiment of the present invention.
【図2】従来の狭帯域信号追尾方法を実施するための狭
帯域信号追尾装置の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of a narrowband signal tracking device for implementing a conventional narrowband signal tracking method.
【図3】従来の問題点の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a conventional problem.
【図4】中間尤度比の値を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a value of an intermediate likelihood ratio.
【図5】本発明の第2の実施形態の狭帯域信号追尾方法
を実施するための狭帯域信号追尾装置の機能ブロック図
である。FIG. 5 is a functional block diagram of a narrowband signal tracking device for carrying out the narrowband signal tracking method according to the second embodiment of the present invention.
1 音響センサ 2,22 周波数分析装置 3,23 積分装置 5,25 イベント検出装置 6,26 トラッキング装置 7,27 トラックファイル 11 自由度算出装置 13 乗算器 14 中間尤度比テーブル 15 テーブル検索装置 16 パワー尤度比算出装置 21 整相装置 1 Acoustic Sensor 2,22 Frequency Analyzer 3,23 Integrator 5,25 Event Detector 6,26 Tracking Device 7,27 Track File 11 Freedom Calculator 13 Multiplier 14 Intermediate Likelihood Ratio Table 15 Table Search Device 16 Power Likelihood ratio calculation device 21 Phase adjusting device
Claims (6)
の周波数分析幅に従って周波数分析を行い、周波数上の
信号パワーの分布を求める周波数分析処理と、 所定の積分時間に従って前記信号パワーを時間的に積分
する積分処理と、 前記積分された信号パワーが従うχ2 乗分布の自由度υ
を算出する自由度算出処理と、 前記積分された信号パワーがχ2 乗分布に従うと仮定
し、前記積分された信号パワーの標準偏差と前記自由度
に基づいて、前記積分された信号パワーに対して、正規
化をする正規化処理と、 前記積分された信号パワーの分布の極大点でかつ所定の
閾値を越える値を持つ点を検出してイベントとするイベ
ント検出処理と、 周波数が近接したイベントの時間的な連なりからトラッ
クを形成し、新たに検出されたイベントの周波数と既存
トラックの平滑化周波数との差が閾値wf 以下であり、
それを満たすイベントが複数ある場合には、パワー尤度
比に基づいて、イベントをそのトラックに統合するとと
もに、トラックの平滑化パワーAを算出するトラッキン
グ処理と、 前記正規化されたイベントのパワーxとトラックの平滑
化パワーAから積Axを算出する乗算処理と、 所定の間隔で定められた複数の数値υi (i≧2の整
数),αj (j≧2の整数)に対して、中間尤度比 【数1】 を与える中間尤度比テーブルを参照して、(υ,α)の
中間尤度比Aa1(υ,Ax)を求める中間尤度比算出処
理と、 前記中間尤度比Aa1(υ,Ax)から前記パワー尤度比 Λa =Λa1(υ,Ax)−A/2 を求めるパワー尤度比算出処理とを、 実行して狭帯域信号の追尾を行うことを特徴とする狭帯
域信号追尾方法。1. A frequency analysis process for performing a frequency analysis on an input signal at a predetermined time interval according to a predetermined frequency analysis width to obtain a distribution of signal power on a frequency, and the signal power according to a predetermined integration time. Integral processing that integrates in time, and the degree of freedom ν of the χ 2 distribution that the integrated signal power follows
A degree of freedom calculation process for calculating, and assuming that the integrated signal power follows a χ 2 distribution, based on the standard deviation of the integrated signal power and the degree of freedom, with respect to the integrated signal power Normalization processing for normalization, event detection processing for detecting a point having a maximum value of the distribution of the integrated signal power and having a value exceeding a predetermined threshold value as an event, and an event having a frequency close to each other. A track is formed from the temporal continuity of, and the difference between the frequency of the newly detected event and the smoothing frequency of the existing track is less than or equal to the threshold value w f ,
When there are a plurality of events that satisfy the conditions, the event is integrated into the track based on the power likelihood ratio, and the tracking process for calculating the smoothed power A of the track, and the normalized event power x And a multiplication process for calculating the product Ax from the smoothing power A of the track, and a plurality of numerical values υ i (integer of i ≧ 2) and α j (integer of j ≧ 2) defined at predetermined intervals, Intermediate likelihood ratio [Equation 1] With reference to the intermediate likelihood ratio table giving, (upsilon, alpha) intermediate likelihood ratio A a1 (υ, Ax) of the intermediate likelihood ratio calculation processing for obtaining the intermediate likelihood ratio A a1 (υ, Ax And a power likelihood ratio calculating process for obtaining the power likelihood ratio Λ a = Λ a1 (υ, Ax) -A / 2 from the above), and a narrowband signal is tracked. Tracking method.
れたビームを形成する整相処理と、 前記各方位のビームで受信した入力信号に対して、所定
の時間毎に、所定の周波数分析幅に従って周波数分析を
行い、方位×周波数の2次元空間上の信号パワーの分布
を求める周波数分析処理と、 所定の積分時間に従って前記信号パワーを時間的に積分
する積分処理と、 前記積分された信号パワーが従うχ2 乗分布の自由度υ
を算出する自由度算出処理と、 前記積分された信号パワーがχ2 乗分布に従うと仮定
し、前記積分された信号パワーの標準偏差と前記自由度
に基づいて、前記積分された信号パワーに対して、正規
化をする正規化処理と、 前記積分された信号パワーの分布の極大点でかつ所定の
閾値を越える値を持つ点を検出してイベントとするイベ
ント検出処理と、 方位および周波数が共に近接したイベントの時間的な連
なりからトラックを形成し、新たに検出されたイベント
の周波数と既存トラックの平滑化周波数との差が閾値w
f 以下であり、かつそのイベントの方位とそのトラック
の平滑化方位との差が閾値wθ以下であり、それらを満
たすイベントが複数ある場合には、パワー尤度比に基づ
いて、イベントをトラックに統合するとともに、トラッ
クの平滑化パワーAおよび平滑化周波数を算出するトラ
ッキング処理と、 前記正規化されたイベントのパワーxとトラックの平滑
化パワーAから積Axを算出する乗算処理と、 所定の間隔で定められた複数の数値υi (i≧2の整
数),αj (j≧2の整数)に対して、中間尤度比 【数2】 を与える中間尤度比テーブルを参照して、(υ,α)の
中間尤度比Aa1(υ,Ax)を求める中間尤度比算出処
理と、 前記中間尤度比Aa1(υ,Ax)から前記パワー尤度比 Λa =Λa1(υ,Ax)−A/2 を求めるパワー尤度比算出処理とを、 実行して狭帯域信号の追尾を行うことを特徴とする狭帯
域信号追尾方法。2. A phasing process for forming a beam directed to a plurality of azimuths with respect to an input signal, and a predetermined frequency for every predetermined time with respect to the input signal received by the beam of each azimuth. Frequency analysis is performed according to the analysis width to obtain a distribution of signal power in a two-dimensional space of azimuth × frequency; integration processing for temporally integrating the signal power according to a predetermined integration time; and the integration Degree of freedom χ 2 distribution of signal power υ
A degree of freedom calculation process for calculating, and assuming that the integrated signal power follows a χ 2 distribution, based on the standard deviation of the integrated signal power and the degree of freedom, with respect to the integrated signal power The normalization processing for normalization, the event detection processing for detecting a point having a maximum value of the integrated signal power distribution and having a value exceeding a predetermined threshold as an event, and the azimuth and frequency are both A track is formed from a time series of adjacent events, and the difference between the frequency of the newly detected event and the smoothing frequency of the existing track is a threshold value w.
If it is less than or equal to f , and the difference between the azimuth of the event and the smoothed azimuth of the track is less than or equal to the threshold value w θ and there are multiple events that satisfy them, the event is tracked based on the power likelihood ratio. Tracking processing for calculating the smoothed power A and smoothed frequency of the track, and multiplication processing for calculating the product Ax from the normalized event power x and the smoothed power A of the track. For a plurality of numerical values υ i (integers of i ≧ 2) and α j (integers of j ≧ 2) defined by intervals, the intermediate likelihood ratio With reference to the intermediate likelihood ratio table giving, (upsilon, alpha) intermediate likelihood ratio A a1 (υ, Ax) of the intermediate likelihood ratio calculation processing for obtaining the intermediate likelihood ratio A a1 (υ, Ax And a power likelihood ratio calculating process for obtaining the power likelihood ratio Λ a = Λ a1 (υ, Ax) -A / 2 from the above), and a narrowband signal is tracked. Tracking method.
ラックの周波数偏差σf から、周波数尤度比 【数3】 を求める周波数尤度算出処理と、 前記パワー尤度比と前記周波数尤度比の和を算出する尤
度比加算処理とを、 実行し、 前記トラッキング処理は、 前記パワー尤度比と前記周波数尤度比の和に基づいて、
該イベントをトラックに統合するようにした、 ことを特徴とする請求項1、又は2記載の狭帯域信号追
尾方法。3. From the smoothed frequency φ of the track and the frequency deviation σ f of the track, the frequency likelihood ratio And a likelihood ratio adding process for calculating a sum of the power likelihood ratio and the frequency likelihood ratio, the tracking process including: the power likelihood ratio and the frequency likelihood ratio. Based on the sum of the ratios,
The narrowband signal tracking method according to claim 1 or 2, wherein the event is integrated into a track.
ックの方位標準偏差σθ、およびイベントの方位θか
ら、前記イベントの方位尤度比 【数4】 を求める方位尤度算出処理と、 前記パワー尤度比と前記方位尤度比の和を算出する尤度
比加算処理とを、 実行し、 前記トラッキング処理は、 前記パワー尤度比と前記方位尤度比の和に基づいて、イ
ベントをトラックに統合するようにした、 ことを特徴とする請求項2記載の狭帯域信号追尾方法。4. The azimuth likelihood ratio of the event from the smoothing azimuth B of the track, the azimuth standard deviation σ θ of the track, and the azimuth θ of the event. And a likelihood ratio addition process for calculating the sum of the power likelihood ratio and the azimuth likelihood ratio, and the tracking process performs the power likelihood ratio and the azimuth likelihood. The narrow band signal tracking method according to claim 2, wherein the event is integrated into the track based on a sum of the ratios.
と、 請求項4記載の方位尤度比算出処理と、 前記パワー尤度比と前記周波数尤度比と前記方位尤度比
の和を算出する尤度比加算処理とを実行し、 前記トラッキング処理は、 前記パワー尤度比と前記周波数尤度比と前記方位尤度比
の和に基づいて、該イベントをトラックに統合するよう
にした、 ことを特徴とする請求項2記載の狭帯域信号追尾方法。5. A frequency likelihood ratio calculation process according to claim 3, an azimuth likelihood ratio calculation process according to claim 4, and a sum of the power likelihood ratio, the frequency likelihood ratio, and the azimuth likelihood ratio. And a tracking process for integrating the event into a track based on the sum of the power likelihood ratio, the frequency likelihood ratio, and the azimuth likelihood ratio. The narrowband signal tracking method according to claim 2, wherein
記パワー尤度比テーブルより与えられるAa1(υi0,α
j0),Aa1(υi0,αj0+1),Aa1(υi0+1,αj0),
Aa1(υi0+1,αj0+1)から補間処理によって、前記中
間尤度比Aa1(υ,α)を求めるようにしたことを特徴
とする請求項1又は2記載の狭帯域信号追尾方法。6. The intermediate likelihood ratio calculation process is performed by A a1 (υ, which is given from the power likelihood ratio table, for ν i0 ≦ υ <υ i0 + 1 and α j0 ≦ α <α j0 + 1 . i0 , α
j0 ), A a1 (υ i0 , α j0 + 1 ), A a1 (υ i0 + 1 , α j0 ),
The narrow band signal according to claim 1 or 2, wherein the intermediate likelihood ratio A a1 (υ, α) is obtained by interpolation processing from A a1 (υ i0 + 1 , α j0 + 1 ). Tracking method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19847895A JPH0943330A (en) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | Narrow band signal tracking signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19847895A JPH0943330A (en) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | Narrow band signal tracking signal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0943330A true JPH0943330A (en) | 1997-02-14 |
Family
ID=16391784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19847895A Withdrawn JPH0943330A (en) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | Narrow band signal tracking signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0943330A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019225147A1 (en) * | 2018-05-24 | 2019-11-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Airborne object detection device, airborne object detection method, and airborne object detection system |
-
1995
- 1995-08-03 JP JP19847895A patent/JPH0943330A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019225147A1 (en) * | 2018-05-24 | 2019-11-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Airborne object detection device, airborne object detection method, and airborne object detection system |
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