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信号処理方法及び信号処理装置 コモンズ

国内特許コード P110005552
整理番号 2008-0085
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2009-062966
公開番号 特開2010-216940
登録番号 特許第5835681号
出願日 平成21年3月16日(2009.3.16)
公開日 平成22年9月30日(2010.9.30)
登録日 平成27年11月13日(2015.11.13)
発明者
  • 田川 憲男
  • 大久保 寛
  • 藤原 幹己
出願人
  • 公立大学法人首都大学東京
発明の名称 信号処理方法及び信号処理装置 コモンズ
発明の概要 【課題】パルス幅をより鋭くして高い空間分解能を得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。
【解決手段】信号処理方法が、周波数が時間とともに連続的に変化するチャープ信号を検出対象物に複数送信する送信工程(S01)と、検出対象物からの反射信号を受信する受信工程(S02)と、を備え、前記複数のチャープ信号が、所定の周波数帯域内で互いに異なる中心周波数を有し、それぞれ同一かつ前記周波数帯域を超えない帯域幅を備えている。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


超音波計測を用いた医用超音波画像化法(アコースティック・イメージング)、電磁波を用いたマイクロ波イメージグなど、波を照射し、その反射波信号を用いて画像化して検出対象物を検出する技術がある。これらの技術は、電磁波を用いるレーダー分野、超音波を用いる医用分野を中心に研究が展開されている。



例えば超音波によるイメージングでは、一般には照射(送信)信号のパルス幅が狭いほど空間分解能が高くなり,高精細な画像化が可能となる。しかし、ピーク音圧を固定したままパルス幅を狭くした場合には、バックグラウンドノイズに対する照射エネルギーが小さくなり、減衰を考慮するとSN比が小さくなることで測定できる距離が減少してしまう。一方、照射する音圧を上げる場合にはSN比は向上するものの、音圧が大きいと振動子が壊れたり、特に生体の画像化を行う場合などは送信ピーク音圧が制限されたりする。そのため、一定値以上に音圧を上げることができない。



そこで、パルス圧縮技術(Pulse Compression Technique:PCT)が提案されている。このPCTは、図8に示すように、照射する信号が低音圧でもSN比及び空間分解能を向上させることができる。パルス圧縮技術に用いられる符号化方法の代表的なものとして、送信信号の周波数を直線的に変化させるチャープ信号を利用する方式(例えば、特許文献1参照。)や、M系列などのPN符号を利用する方式がある。



PCTでは、送信信号と受信信号との相関処理によって圧縮を行う。例えば、図9に示すように、送信信号が3つの検出対象物にそれぞれ反射する場合を想定する。この場合、図10に示すようなチャープ信号を送信する。圧縮処理後の信号の時間幅は、送信信号の帯域幅(帯域幅とは、図8において、入射(送信)する波を波長の長い波から短い波へと変化させる時の変化幅である。)に逆比例して狭くなる。



つまり、帯域幅を広げることができれば空間分解能を向上させることができる。すなわち、ある程度の帯域を確保しなければ圧縮後の信号が鋭くならない。そこで、チャープ信号では掃引周波数の帯域を、M系列ではチップレートを確保することになる。

産業上の利用分野


本発明は、波動を用いて検出対象物を検出するための信号処理方法及び信号処理装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
周波数が時間とともに連続的に変化する複数のチャープ信号を検出対象物に送信する送信工程と、前記検出対象物からの反射信号を受信する受信工程とを備え、
前記複数のチャープ信号が、それぞれ所定の周波数帯域内で互いに異なる中心周波数を有し、各チャープ信号の周波数帯域幅がそれぞれ同一であると共に前記周波数帯域を超えない帯域幅であり、
更に、送受信した前記チャープ信号に対して受信信号を実部に相当するIn phase信号と虚部に相当するQuadrature phase信号とに変換し、前記の各受信信号に対して送信信号との相互相関による圧縮処理を行い、行列で表す圧縮工程と、
前記相互相関に基づいて構成される行列表示された式と、該式の複素共役転置したものとから共分散行列を算出し、自己相関波形のエンベロープから算出した相関行列との固有ベクトルを求め、該固有ベクトルを信号成分とノイズ成分とに分ける固有値算出工程と、
抽出した前記ノイズ成分の逆数を求め、得られた逆数を並列平均し、それぞれのエンベロープをとり、前記検出対象物を検出する検出工程と、
を備えていることを特徴とする信号処理方法。

【請求項2】
前記チャープ信号の各中心周波数が、順次増加又は減少していることを特徴とする請求項1に記載の信号処理方法。

【請求項3】
周波数が時間とともに連続的に変化する複数のチャープ信号を発生する信号発生部と、
信号処理部とを備え、
前記複数のチャープ信号が、それぞれ所定の周波数帯域内で互いに異なる中心周波数を有し、各チャープ信号の周波数帯域幅がそれぞれ同一であると共に前記周波数帯域を超えない帯域幅であり、
前記信号処理部は、
受信した前記チャープ信号に対して受信信号を実部に相当するIn phase信号と虚部に相当するQuadrature phase信号とに変換し、前記の各受信信号に対して送信信号との相互相関による圧縮処理を行い、行列で表す圧縮工程と、
前記相互相関に基づいて構成される行列表示された式と、該式の複素共役転置したものとから共分散行列を算出し、自己相関波形のエンベロープから算出した相関行列との固有ベクトルを求め、該固有ベクトルを信号成分とノイズ成分とに分ける固有値算出工程と、
抽出した前記ノイズ成分の逆数を求め、得られた逆数を並列平均し、それぞれのエンベロープをとり、前記検出対象物を検出する検出工程と、を行う、
ことを特徴とする信号処理装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009062966thum.jpg
出願権利状態 登録
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