JP2006295698A - 選択受信方法及び受信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 従来は複数の受信機で受信した受信音声信号のうち、最も良いS/Nの音声信号だけを継続して聞くことは不可能であるため、最も良いS/Nの受信音声信号を選択するまでに不要な手順を要し、その結果、リアルタイム性に欠けるという課題がある。
【解決手段】 1つの信号源1から送信された送信信号を受信機2−1〜2−3でそれぞれ受信して植えられた音声信号#1〜#3が分配器31〜33を介して比較器34に入力される。比較器34は、入力音声信号の異なる2つの組み合わせの相互相関と、各音声信号の自己相関とをそれぞれ算出し、更にそれらに基づいて各音声信号のS/Nを算出し、その中で最もS/Nの良好な音声信号を選択スイッチ35により自動選択させるための選択信号を生成して出力する。これにより、音声出力部4から最もS/Nの良好な音声が発音されてオペレータにより聴音される。
【選択図】 図1

Description

本発明は選択受信方法及び受信装置に係り、特に1つの信号源からの送信信号を複数の受信手段で受信し、その複数の受信信号の中から最も品質の良い受信信号を選択する選択受信方法及び受信装置に関する。
受信音声の監視用途などに用いられる受信装置では、1つの信号源(電波発信源)からの送信信号(目標波)を設置場所の異なる複数の受信機で受信し、その受信信号の中から最も品質の良い受信信号を選択する。受信者であるオペレータは、受信信号が音声信号であるので、最も品質の良い受信音声信号を聴音にて判断する。
すなわち、同じ目標波でも、受信機の設置場所が異なれば、受信信号のS/N(信号対雑音比)も異なる。電波発信源が移動体である場合、電波発信源と受信機の距離の変化に応じてS/Nが変動する。また、電波発信源の近距離に受信機が位置することから比較的S/Nが高くても、障害物の影響で一時的にS/Nが悪化し、電波発信源から遠いが見通しのある位置に設置された受信機の方がS/Nが良くなることもある。そこで、オペレータは設置場所の異なる複数の受信機でそれぞれ受信して得られた目標波の受信音声信号のうち、最もS/Nの良い受信音声信号を聴音にて選択することが必要になる。
なお、上記の従来の受信装置に類似する受信装置として、高速で移動する水中物体の位置を検索するソーナー受信装置が従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1記載の従来の受信装置では、複数の受信回路の出力を記録回路に記録し、記録回路における送信時の信号とカーソルレンジ信号とによって指定された近傍の受信信号を切り出し、これを時間的に連続して繋ぎ合わせる処理を繰り返しつつ聴音回路に出力する構成とすることにより、操作員が映像による視覚と聴覚とを同時に併用することができるようにし、水中物体を効率良く捜索することができる。
また、信号源からの信号を複数の受波器素子で受信し、その複数の受波器素子からの受信信号をビームフォーミングして得られた受信信号の相関をとり、そのピーク位置を検出し信号源からの信号の到達時間差を推定し、その推定結果及び受波器素子の位置から信号源の位置を推定するパッシブレンジング装置も従来から知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開平1−233384号公報 特開平8−082666号公報
しかるに、設置場所の異なる複数の受信機でそれぞれ受信して得られた、一つの信号源の目標波の受信音声信号のうち、最もS/Nの良い受信音声信号を聴音にて選択する従来の受信装置では、オペレータが最も良いS/Nの受信音声信号を選択するためには、その他のS/Nの悪い受信音声信号も比較のため聞く必要があり、最も良いS/Nの音声信号だけを継続して聞くことは不可能である。そのため、最も良いS/Nの受信音声信号を選択するまでに不要な手順を要し、その結果、リアルタイム性に欠けるという課題がある。
また、特許文献1記載の従来の受信装置は、切替スイッチを操作員の手動の選択操作により、聴音信号を切り替える構成であり、操作員の操作が必要であり、上記の従来装置と同様に、やはり最も良いS/Nの受信音声信号を継続してリアルタイムで聴音することができない。
更に、特許文献2記載の従来の受信装置であるパッシブレンジング装置は、複数の受信機の各々が複数の受波器素子からなり、その複数の受波器素子からの受波信号をビームフォーミング処理部により、信号方位に最大感度を持つようにビームフォーミングする処理が必要であり、構成が複雑で高価であるという問題がある。また、到達時間差の分散値や相関値を算出することにより、SN比を算出するSN推定処理部が設けられているが、これは算出した分散値や相関値の比と、SN比の予め設定した対応テーブルから対応するSN比を推定して求める構成であり、得られたSN比の信頼性に問題がある。
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、簡単な構成により、一つの信号源からの目標波を複数の受信機でそれぞれ受信して得られた受信音声信号のうち、最もS/Nの良好な受信音声信号を自動的に選択し得る選択受信方法及び受信装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、第1の発明は、受信した複数の情報信号の中で最もS/Nが良好な情報信号を選択する選択受信方法において、1つの信号源からの送信信号を複数の受信機で別々に受信する第1のステップと、複数の受信機によりそれぞれ受信して得られた情報信号のS/Nをそれぞれ算出し、その中で最もS/Nが良好な一の情報信号を選択する第2のステップと、第2のステップで選択された一の情報信号を出力する第3のステップとを含むことを特徴とする。
この発明では、複数の受信機によりそれぞれ受信して得られた情報信号(例えば、音声信号)のそれぞれのS/Nを算出し、その中で最もS/Nの良好な情報信号のみを選択して出力したものである。
また、上記の目的を達成するため、第2の発明は、第1の発明に加えて第2のステップで算出した複数の情報信号の各S/Nをそれぞれ表示する第4のステップを更に含むことを特徴とする。この発明では、S/Nの最も良好な情報信号の出力と表示とを同時に行うことができる。
また、上記の目的を達成するため、第3の発明の受信装置は、1つの信号源からの送信信号を別々に受信する複数の受信機と、複数の受信機によりそれぞれ受信して得られた情報信号のS/Nをそれぞれ算出し、その中で最もS/Nが良好な一の情報信号を選択する信号選択手段と、信号選択手段により選択された一の情報信号を出力する出力手段とを有することを特徴とする。この発明では、複数の受信機によりそれぞれ受信して得られた情報信号(例えば、音声信号)のそれぞれのS/Nを算出し、その中で最もS/Nの良好な情報信号のみを選択して出力することができる。
また、上記の目的を達成するため、第4の発明は、第3の発明の信号選択手段を、複数の受信機に対応して1対1に設けられており、受信機により受信して得られた情報信号を2分配する、全部で複数の分配器と、分配器で2分配された一方の複数の情報信号のうち各々異なる組み合わせの2つの情報信号間の相互相関と、各情報信号の自己相関とをそれぞれ算出すると共に、これら算出した複数の相互相関結果と自己相関結果とから複数の情報信号のそれぞれのS/Nを算出し、最も高いS/Nの情報信号を選択させるための選択信号を出力する比較器と、比較器から出力された選択信号に基づいて、分配器で2分配された他方の複数の情報信号の中から一の情報信号を選択して出力手段へ供給する選択スイッチとよりなる構成としたことを特徴とする。
また、上記の目的を達成するため、第5の発明の受信装置は、1つの信号源からの送信信号を別々に受信する複数の受信機と、複数の受信機によりそれぞれ受信して得られた情報信号のS/Nをそれぞれ算出する算出手段と、算出手段により算出された複数の情報信号の各S/Nの中で最もS/Nが良好な一の情報信号を選択する選択手段と、選択手段により選択された一の情報信号を出力する出力手段と、算出手段により算出された複数の情報信号の各S/Nを表示する表示手段とを有することを特徴とする。この発明では、この発明では、S/Nの最も良好な情報信号の出力と表示とを同時に行うことができる。
また、上記の目的を達成するため、第6の発明は第5の発明の選択手段が、複数の受信機に対応して1対1に設けられており、受信機により受信して得られた情報信号を2分配する、全部で複数の分配器と、選択信号に基づいて、分配器で2分配された一方の複数の情報信号の中から一の情報信号を選択して出力手段へ供給する選択スイッチとよりなり、算出手段が、分配器で2分配された他方の複数の情報信号のうち各々異なる組み合わせの2つの情報信号間の相互相関と、各情報信号の自己相関とをそれぞれ算出すると共に、これら算出した複数の相互相関結果と自己相関結果とから複数の情報信号のそれぞれのS/Nを算出して出力すると共に、最も高いS/Nの情報信号を選択させるための選択信号を出力する手段であることを特徴とする。
本発明によれば、1つの信号源からの送信信号を複数の受信手段で受信し、その受信信号の中から受信信号の相関をとることにより各受信信号のS/Nを算出し、その中で最もS/Nの良い受信信号を選択するようにしたため、オペレータは選択操作をすることなく、常に最もS/Nの良い受信情報信号を継続して選択出力することができる。
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図1は本発明になる受信装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図において、本実施の形態の受信装置は、1つの信号源1からの送信信号をそれぞれ互いに独立して受信する3台の受信機2−1〜2−3と、これら3台の受信機2−1〜2−3で受信し復調して得られた受信音声信号の中から最もS/Nが良い音声信号を自動的に選択する音声信号選択部3と、音声を出力する音声出力部4とから構成される。
音声信号選択部3は、受信機2−1、2−2、2−3に1対1に対応して設けられて入力された音声信号を2分配する分配器31、32、33と、分配器31〜33から出力された音声信号をレベル比較してS/Nの最も良好な音声信号を選択するための選択信号を出力する比較器34と、分配器31〜33から出力された音声信号のうち、選択信号に応じた一の音声信号を選択して音声出力部4へ出力する選択スイッチ35とから構成される。
図2は上記の比較器34の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、比較器34は、入力された音声信号をそれぞれ乗算して出力する乗算器340〜345と、乗算器340、341及び342の各出力信号に基づいて第1の相関係数correl(1,2)を演算出力する演算器346と、乗算器340、345、344の各出力信号に基づいて第2の相関係数correl(3,1)を演算出力する演算器347と、乗算器342、343、344の各出力信号に基づいて第3の相関係数correl(2,3)を演算出力する演算器348と、演算器346、347、348の各出力信号を演算して各音声信号のS/Nを算出し、その中から最もS/Nの良好な音声信号を選択させるための選択信号を生成して出力する演算器349とから構成される。
次に、図1及び図2の動作について説明する。図1の信号源1から送信された送信信号は、別々の位置に設置された3台の受信機2−1、2−2及び2−3によりそれぞれ互いに独立して受信される。受信機2−1、2−2及び2−3は、受信信号を復調して音声信号#1、#2、#3をそれぞれ出力する。分配器31は入力された音声信号#1を2分配して一方は選択スイッチ35の第1の入力端子に入力すると共に、他方は比較器34に供給する。同様に、分配器32は入力された音声信号#2を2分配して一方は選択スイッチ35の第2の入力端子に入力すると共に、他方を比較器34に供給し、分配器33は入力された音声信号#3を2分配して一方は選択スイッチ35の第3の入力端子に入力すると共に、他方は比較器34に供給する。
ここで、音声信号#1、#2、#3は、それぞれ信号成分S1、S2、S3と、雑音成分N1、N2、N3との和で表わされる。すなわち、音声信号#1のレベルは、信号成分S1と雑音成分N1との和である(S1+N1)で表わされる。同様に、音声信号#2のレベルは、信号成分S2と雑音成分N2との和である(S2+N2)で表わされ、音声信号#3のレベルは、信号成分S3と雑音成分N3との和である(S3+N3)で表わされる。
また、一般に、2つの量的変数XとYの間の相関係数:correl(X,Y)は、分散:var(X)、var(Y)、共分散:covar(X,Y)から計算することができ、定義式は以下のとおりである。
correl(X,Y)
=covar(X,Y)/(√var(X)・√var(Y)) (1)
従って、音声信号#1と音声信号#2の相関係数をcorrel(1,2)、共分散をcovar(1,2)とし、音声信号#1の分散をvar(1)、音声信号#2の分散をvar(2)とすると、相関係数correl(1,2)は、以下の式で表される。
correl(1,2)
=covar(1,2)/(√var(1)・√var(2)) (2)
ここで、covar(1,2)は音声信号#1と音声信号#2の相互相関、var(1)は音声信号#1の自己相関、var(2)は音声信号#2の自己相関である。また、信号成分と雑音成分、異なる雑音成分は相関がないため乗算値は無視できることから、以下の近似式が成り立つ。
covar(1,2)=S1・S2 (3)
var(1)=S1+N1 (4)
var(2)=S2+N2 (5)
以上により、1/{correl(1,2)}を求め、因数分解すると以下の式を得る。
1/{correl(1,2)}
={1+(N1/S1)}・{1+(N2/S2)} (6)
同様に、音声信号#2と音声信号#3の相関係数をcorrel(2,3)、音声信号#3と音声信号#1の相関係数をcorrel(3,1)とすると、以下の式を得る。
1/{correl(2,3)}
={1+(N2/S2)}・{1+(N3/S3)} (7)
1/{correl(3,1)}
={1+(N3/S3)}・{1+(N1/S1)} (8)
そこで、比較器34内の演算器346は、乗算器340から出力された音声信号#1の2乗出力(S1+N1)と、乗算器341から出力された音声信号#1と#2の乗算出力{(S1+N1)・(S2+N2)}と、乗算器342から出力された音声信号#2の2乗出力(S2+N2)とに基づいて、(6)式の逆数の1/2乗出力である相関係数correl(1,2)を演算して出力する。
同様に、演算器347は、乗算器340から出力された音声信号#1の2乗出力(S1+N1)と、乗算器345から出力された音声信号#1と#3の乗算出力{(S1+N1)・(S3+N3)}と、乗算器344から出力された音声信号#3の2乗出力(S3+N3)とに基づいて、(8)式の逆数の1/2乗出力である相関係数correl(3,1)を演算出力し、また、演算器348は、乗算器342から出力された音声信号#2の2乗出力(S2+N2)と、乗算器343から出力された音声信号#2と#3の乗算出力{(S2+N2)・(S3+N3)}と、乗算器344から出力された音声信号#3の2乗出力(S3+N3)とに基づいて、(7)式の逆数の1/2乗出力である相関係数correl(2,3)を演算出力する。
ここで、1/{correl(1,2)}、1/{correl(2,3)}、1/{correl(3,1)}をそれぞれA、B、Cとすると、(6)式〜(8)式は次式で表される。
A={1+(N1/S1)}・{1+(N2/S2)} (9)
B={1+(N2/S2)}・{1+(N3/S3)} (10)
C={1+(N3/S3)}・{1+(N1/S1)} (11)
(9)式〜(11)式により、それぞれのS/Nは次式で表わされる。
S1/N1=√(1/(|√(A・C/B)−1)|) (12)
S2/N2=√(1/(|√(A・B/C)−1)|) (13)
S3/N3=√(1/(|√(B・C/A)−1)|) (14)
そこで、図2に示した比較器34内の演算器349は、演算器346〜348の各相関係数出力に基づいて、(12)式〜(14)式の演算を行い、これにより求めたS1/N1、S2/N2、S3/N3のうち、最も高い値を選択し、その選択したS/Nを示す音声信号を選択する選択信号を生成し、図1の選択スイッチ35へ送出する。
このようにして、音声信号#1、#2及び#3のうち最もS/Nの良好な音声信号が選択スイッチ35により自動選択されて音声出力部4に供給され、これにより電気−音響変換されて最もS/Nの良好な音声が発音されてオペレータにより聴音される。このように、本実施の形態によれば、オペレータは、従来のように選択操作をすることなく、常に最もS/Nの良い音声を継続して聞くことが可能になる。これにより、オペレータは、信号源1が送信する音声情報の内容や特徴を、試験信号などを用いずに、運用中に正確に監視することができる。また、本実施の形態によれば、予め設定した対応テーブルなどを使用して受信音声信号のS/Nを推定するのではなく、複数の受信音声信号それぞれのS/Nそのものを比較して、その中から最もS/Nが良好な音声信号を選択するようにしているため、より信頼性の高い音声信号選択ができる。
なお、図1は1つの信号源1からの送信信号を3つの受信機2−1〜2−3で受信し、復調した3つの音声信号#1〜#3の中から最もS/Nの良い音声信号を選択する場合の実施の形態であるが、図3に示すように、受信機をN台(ただし、Nは4以上の自然数)に設けた構成であってもよい。この場合、音声信号選択部5内には、受信機2−1〜2−Nに1対1に対応して設けられた分配器51−1〜51−Nと、分配器51−1〜51−Nの音声信号#1〜#Nを図2と同様の構成で最もS/Nの良好な音声信号を選択するための選択信号を生成する比較器52と、選択スイッチ53とにより構成される。
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図4は本発明になる受信装置の他の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図4において、音声信号選択部6は3台の受信機2−1、2−2、2−3に1対1に対応して設けられた分配器61、62、63と、分配器61、62、63から出力された音声信号のうちの一の音声信号を選択して音声出力部4へ出力する選択スイッチ64とから構成されている。
また、S/N算出器7は分配器61、62、63から出力された全部で3つの音声信号#1〜#3の中から、比較器34とほぼ同様の構成により、(12)式〜(14)式で表わされる各音声信号のS/Nを示すS/N情報を出力すると共に選択信号も出力する。S/N表示器8は、S/N算出器7で算出された各音声信号のS/Nを表示する。
この実施の形態では、S/N算出器7で算出された各音声信号のS/NがS/N表示器8で表示されると共に、S/N算出器7から最もS/Nの良好な音声信号を選択するための選択信号が選択スイッチ64に供給され、選択スイッチ64により最もS/Nの良好な音声信号が選択されて音声出力部4へ出力される。この実施の形態では、オペレータは、従来のように選択操作をすることなく、常に最もS/Nの良い音声を継続して聞きながら、各音声信号のS/NをS/N表示器8にて視認することができる。
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図4の実施の形態も図3と同様に受信機をN台設けるようにしてもよい。また、以上の実施の形態では、受信機は受信した信号を復調して音声信号を出力するように説明したが、音声信号以外の他の情報信号(例えば、映像信号など)を受信するようにしてもよい。
本発明の一実施の形態のブロック図である。 図1中の比較器の一実施の形態のブロック図である。 図1の変形例を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態のブロック図である。
符号の説明
1 信号源
2−1〜2−N 受信機
3 音声信号選択部
4 音声出力部
7 S/N算出器
8 S/N表示器
31〜33、51−1〜51−N、61〜63 分配器
34、52 比較器
35、53、64 選択スイッチ
340〜345 乗算器
346〜349 演算器


Claims (6)

  1. 受信した複数の情報信号の中で最もS/Nが良好な情報信号を選択する選択受信方法において、
    1つの信号源からの送信信号を複数の受信機で別々に受信する第1のステップと、
    前記複数の受信機によりそれぞれ受信して得られた情報信号のS/Nをそれぞれ算出し、その中で最もS/Nが良好な一の情報信号を選択する第2のステップと、
    前記第2のステップで選択された前記一の情報信号を出力する第3のステップと
    を含むことを特徴とする選択受信方法。
  2. 前記第2のステップで算出した前記複数の情報信号の各S/Nをそれぞれ表示する第4のステップを更に含むことを特徴とする請求項1記載の選択受信方法。
  3. 1つの信号源からの送信信号を別々に受信する複数の受信機と、
    前記複数の受信機によりそれぞれ受信して得られた情報信号のS/Nをそれぞれ算出し、その中で最もS/Nが良好な一の情報信号を選択する信号選択手段と、
    前記信号選択手段により選択された前記一の情報信号を出力する出力手段と
    を有することを特徴とする受信装置。
  4. 前記信号選択手段は、
    前記複数の受信機に対応して1対1に設けられており、前記受信機により受信して得られた前記情報信号を2分配する、全部で複数の分配器と、
    前記分配器で2分配された一方の前記複数の情報信号のうち各々異なる組み合わせの2つの情報信号間の相互相関と、各情報信号の自己相関とをそれぞれ算出すると共に、これら算出した複数の相互相関結果と自己相関結果とから前記複数の情報信号のそれぞれのS/Nを算出し、最も高いS/Nの情報信号を選択させるための選択信号を出力する比較器と、
    前記比較器から出力された前記選択信号に基づいて、前記分配器で2分配された他方の前記複数の情報信号の中から一の情報信号を選択して前記出力手段へ供給する選択スイッチと
    よりなることを特徴とする請求項3記載の受信装置。
  5. 1つの信号源からの送信信号を別々に受信する複数の受信機と、
    前記複数の受信機によりそれぞれ受信して得られた情報信号のS/Nをそれぞれ算出する算出手段と、
    前記算出手段により算出された前記複数の情報信号の各S/Nの中で最もS/Nが良好な一の情報信号を選択する選択手段と、
    前記選択手段により選択された前記一の情報信号を出力する出力手段と、
    前記算出手段により算出された前記複数の情報信号の各S/Nを表示する表示手段と
    を有することを特徴とする受信装置。
  6. 前記選択手段は、
    前記複数の受信機に対応して1対1に設けられており、前記受信機により受信して得られた前記情報信号を2分配する、全部で複数の分配器と、
    選択信号に基づいて、前記分配器で2分配された一方の前記複数の情報信号の中から一の情報信号を選択して前記出力手段へ供給する選択スイッチとよりなり、
    前記算出手段は、前記分配器で2分配された他方の前記複数の情報信号のうち各々異なる組み合わせの2つの情報信号間の相互相関と、各情報信号の自己相関とをそれぞれ算出すると共に、これら算出した複数の相互相関結果と自己相関結果とから前記複数の情報信号のそれぞれのS/Nを算出して出力すると共に、最も高いS/Nの情報信号を選択させるための前記選択信号を出力する手段であることを特徴とする請求項5記載の受信装置。
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