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フラクタル次元算出装置

国内特許コード P05A007969
整理番号 1986
掲載日 2005年12月2日
出願番号 特願2001-397752
公開番号 特開2003-194920
登録番号 特許第3503826号
出願日 平成13年12月27日(2001.12.27)
公開日 平成15年7月9日(2003.7.9)
登録日 平成15年12月19日(2003.12.19)
発明者
  • 荒木 完
  • 伊藤 秀雄
出願人
  • 防衛装備庁長官
  • 日本無線株式会社
発明の名称 フラクタル次元算出装置
発明の概要 【課題】 時系列データに含まれる雑音成分の影響を除去して高精度に該時系列データのフラクタル次元を算出する。
【解決手段】 電波高度計1から出力される高度データ等の時系列データX[j]の周波数スペクトルをFFT3により算出し、遮断周波数検出器4はその周波数スペクトルから所定アルゴリズムにより白色領域(雑音成分)と有色領域(信号成分)とを分ける遮断周波数fcを算出する。一方、差分回路6、LPF7、逆フラクタルフィルタ8、及び白色検定部9では、前記周波数スペクトルのうち遮断周波数fcを越える周波数領域が白色雑音であるか否かを判断する。そして、その周波数領域が白色雑音でなければ遮断周波数検出器4は遮断周波数fcを再計算する。そして、フラクタル次元算出器5は、遮断周波数fc以下の周波数領域の周波数スペクトルに基づいて時系列データX[j]のフラクタル次元を算出する。
従来技術、競合技術の概要


航空機等の飛しょう体の直下の地表面がどの様な種類の地表面であるかを推測する場合、従来は航空機等に搭載する電波高度計を利用して反射波の強度を測定し、その強度に基づいて地表面の種類を識別していた。この方法は例えば、海面上や湖水面上では反射波が強く、森林地帯では逆に反射波が弱くなる等の性質を利用したものである。
しかしながら、反射波の強度は、電波高度計の出力変動や飛しょう体の高度変動等、種々の条件によって同一の地表に対する場合でも大きく変動する。また、互いに異なる種類の地表が、ほぼ同程度の反射波の強さを持つこともしばしばある。従って、反射波の強さだけからでは地表を正確に識別することが困難であり、さらに何か別の情報(パラメータ)によって、地表識別の識別度を向上させる必要がある。
この点、特開平8-278366号公報に係る地表識別装置では、地表面からの反射波の強度のゆらぎ(fluctuation)の分散(dispersion)が該地表面の種類によって異なることを利用し、地表識別の精度向上を図っている。かかる技術によれば、反射波の強度を用いたフラクタル次元解析を行うことにより、電波高度計の出力変動や飛しょう体の高度変動に起因する反射波強度の変化の影響を低減して、より確実に地表面の種類を識別することができる。
この従来技術では、所定のサンプリング周期Δt毎に反射波の強度データを取得し、それを時系列データX[j]とするとともに、それが予め定めた所定数N個に達したときに、それら時系列データX[j]の各時刻jでの変位Z[j](=X[j]-X[j-1])の集合をデータ集合ΣZとしている。そして、データ集合ΣZの要素のうち絶対値がZp以上のものが、例えばn個存在する場合、次式(1)の関係を仮定してフラクタル次元を算出している。
【数1】P(=n/N)∝Zp-D … (1)
ここで、Pはデータ集合ΣZの各要素の絶対値がZp以上である確率を表し、Dはフラクタル次元を表している。
具体的には、上式の両辺の対数をとると、
【数2】logP∝-DlogZp … (2)
となることから、図4に示すように両対数グラフの両軸にPとZpをプロットし、その傾きをフラクタル次元Dとして算出している。
その他、等価な処理として、時系列データX[j]にFFT(高速フーリエ変換)を施して得られる周波数スペクトルを、図5に示すようにして両対数グラフに表し、その包絡線(エンベロープ)形状に基づいてフラクタル次元Dを算出する方法もある。

産業上の利用分野


本発明はフラクタル次元算出装置に関し、特に、時系列データの周波数スペクトルから白色雑音を除去して高精度なフラクタル次元を算出することのできるフラクタル次元算出装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
時系列データの周波数スペクトルを算出する周波数スペクトル算出手段と、
前記周波数スペクトルのうち所定遮断周波数を越える周波数領域が白色雑音であるか否かを判断する白色検定手段と、
前記白色検定手段により前記周波数領域が白色雑音であると判断されるよう前記所定遮断周波数を決定する遮断周波数決定手段と、
該遮断周波数決定手段により決定される前記所定遮断周波数以下の周波数領域の前記周波数スペクトルに基づいて前記時系列データのフラクタル次元を算出するフラクタル次元算出手段と、
を含むことを特徴とするフラクタル次元算出装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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