JPH0464080A - Analysis of doppler shift frequency - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To enable analysis of a frequency at a high accuracy in a short time by setting a sampling frequency for a maximum accuracy area to determine a Doppler shift frequency with the detection of a peak of a frequency spectrum by a linear prediction coefficient obtained. CONSTITUTION:A down sampling device 31 converts a sampling frequency so that the center of a frequency distribution of a received signal Si approaches near the center of an analysis as a maximum analysis accuracy area and the results are inputted into a prediction analyzer 32, which performs a linear prediction analysis based on an analysis parameter from an initial value setting device 30 to output a prediction coefficient ai obtained. A peak frequency detector 33 determines a spectrum from a prediction coefficient ai to output a peak frequency thereof. Then, a moving speed detector 34 determines a Doppler shift frequency fd from a difference between the peak frequency fp and a transmitting frequency fc to estimate a moving speed. Thus, even when a noise and a reverberation sound are contained in the received Si, the results of a frequency analysis ares obtained at a high accuracy in a short time thereby enabling highly accurate estimation of the moving speed.

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、音波または電波等の信号波が移動する物体で
反射した場合に受けるドツプラー偏移周波数を分析し、
その分析結果から物体の移動速度を推定する物体の移動
速度推定方法におけるドツプラー偏移周波数分析方法に
関するものである。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention analyzes the Doppler shift frequency received when a signal wave such as a sound wave or radio wave is reflected by a moving object,
The present invention relates to a Doppler shift frequency analysis method in a method for estimating the moving speed of an object, which estimates the moving speed of the object from the analysis result.

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、電子通信情報学
会編「レーダホログラフィ」初版（昭５５−２−１０）
Ｐ、４４−４５に記載されるものがあった。(Prior art) Conventionally, as a technology in this field, "Radar Holography" edited by Institute of Electronics, Communication and Information Engineers, first edition (February 10, 1980)
There was one described in P, 44-45.

第２図（ａ＞、（ｂ）は、前記文献に記載された従来の
物体の移動速度推定方法を説明するためのレンジドツプ
ラーレーダの原理説明図である。FIGS. 2(a) and 2(b) are explanatory diagrams of the principle of a range Doppler radar for explaining the conventional method for estimating the moving speed of an object described in the above-mentioned literature.

前記文献に記載されているように、レンジドツプラーレ
ーダとは、パルス信号の往復時間によって移動物体まで
の距離を測るパルスレーダと、ドツプラー効果によって
移動物体の速度を測るドツプラーレーダとを、組合わせ
たものである。As described in the above literature, range Doppler radar is a combination of a pulse radar that measures the distance to a moving object based on the round trip time of a pulse signal, and a Doppler radar that measures the speed of a moving object using the Doppler effect. It is something.

第２図（ａ）に示すようにアンテナ１ａを有するレーダ
送受信機１、及びプロセッサ２等を備えたレーダ系で、
２つの物体０１　（速度Ｖ１）と０２（速度Ｖ２）を分
離して、第２図（ｂ）のように距離ｒ／速速度弁分布図
求める場合を考える。As shown in FIG. 2(a), the radar system includes a radar transceiver 1 having an antenna 1a, a processor 2, etc.
Consider the case where two objects 01 (velocity V1) and 02 (velocity V2) are separated and a distance r/velocity valve distribution map is obtained as shown in FIG. 2(b).

いま、レーダ送受信機１のアンテナ１ａから、送信波（
角周波数ω０．振幅ａ（ｔ）、位相φ（ｔ）） ｕ　（ｔ＞ ＝ａ（ｔ）ｅｘｐ（ｊωｏ↑＋ｊφ（ｔ））・・・（１
） を発射するものとすれば、距離ｒにある静止物体からの
反射波は ｇ（ｔ） ｒ ｒ ＝ｒｕ（ｔ　− ）−４ａ（ｔ− ｒ ｒ 但し、「：レーダ方程式によって決まる受信量Ｃ；光速 と表せる。Now, from the antenna 1a of the radar transceiver 1, a transmission wave (
Angular frequency ω0. Amplitude a(t), phase φ(t)) u (t> =a(t)exp(jωo↑+jφ(t))...(1
), then the reflected wave from a stationary object at a distance r is g(t) r r =ru(t - )-4a(t- r r where: ": The received amount C determined by the radar equation ; Can be expressed as the speed of light.

次に、物体が距離方向に速度ｖ１で運動しているとして
、距離ｒを、 ｒ冨ｒ１＋Ｖ１ｉ ・・・（３〉 と表す。ａ及びｅｘｐ　（ｊφ〉は高周波搬送波成分ｅ
ｘｐ（ｊω０１　）に比べて、ゆるやかに変化する関数
とすると、 ・・・（４） と近似できる。そのため、反射波は ・・・（５） となる。ここで、（５）式の指数項は、いわゆるドツプ
ラー効果を表し、ドツプラー偏移周波数で与えられる。Next, assuming that the object is moving in the distance direction at a speed v1, the distance r is expressed as rtengthr1+V1i...(3>.a and exp (jφ> is the high frequency carrier component e
If it is a function that changes more slowly than xp(jω01), it can be approximated as follows (4). Therefore, the reflected wave becomes...(5). Here, the exponential term in equation (5) represents the so-called Doppler effect, and is given by the Doppler shift frequency.

また、送信波形ｕ　（ｔ）は時間遅ｔｄ＝ ・・・（７） を伴なって戻ってくることがわかる。従ってドツプラー
偏移周波数ｆｄと時間遅れ↑ｄを測定すれば、移動物体
までの距離ｒ１と速度Ｖ１を知ることができる。Also, it can be seen that the transmitted waveform u (t) returns with a time delay td= (7). Therefore, by measuring the Doppler shift frequency fd and the time delay ↑d, it is possible to know the distance r1 and velocity V1 to the moving object.

このように、移動する物体に音波を放射した場合、その
反射波のドツプラー偏移周波数ｆｄから、物体の移動速
度ｖ１を推定できる。そのため、ドツプラー偏移周波数
ｆｄに対する精度の高い周波数分析を行うことが、正確
な移動速度の推定につながる。従来のドツプラー偏移周
波数分析方法の構成例を第３図及び第４図に示す。In this way, when a sound wave is emitted to a moving object, the moving speed v1 of the object can be estimated from the Doppler shift frequency fd of the reflected wave. Therefore, performing highly accurate frequency analysis on the Doppler shift frequency fd leads to accurate estimation of the moving speed. An example of the configuration of a conventional Doppler shift frequency analysis method is shown in FIGS. 3 and 4.

第３図は、従来の位相微分法によるドツプラー偏移周波
数分析方法を用いた物体の移動速度推定装置の構成ブロ
ック図である。FIG. 3 is a block diagram of the configuration of an object moving speed estimating device using the conventional Doppler shift frequency analysis method based on the phase differential method.

この周波数分析方法では、乗算器１０．１１、基準信号
発生器１２、π／２・移相器１３、バンドパスフィルタ
１４，１５、位相微分値算出器１６、及び移動速度算出
器１７を用いて移動物体の移動速度を求めるようにして
いる。This frequency analysis method uses a multiplier 10.11, a reference signal generator 12, a π/2 phase shifter 13, bandpass filters 14, 15, a phase differential value calculator 16, and a moving speed calculator 17. I am trying to find the moving speed of a moving object.

即ち、移動物体からの受信信号３ｉ＝ａ−ｃ。That is, the received signal 3i=ac from the moving object.

Ｓ（ωを十ｂ）を乗算器１０．１１に入力し、基準信号
発生器１２により、その受信信号３ｉを直交化させるた
めのキャリア信号５１２＝Ｃ−Ｃ０Ｓ（ω。ｔ〉を発生
させて該乗算器１０及びπ／２・移相器１３に与える。S (ω = 10b) is input to the multiplier 10.11, and the reference signal generator 12 generates a carrier signal 512 = C−C0S (ω.t〉) for orthogonalizing the received signal 3i. The signal is applied to the multiplier 10 and the π/2 phase shifter 13.

π／２・移相器１３では、キャリア信号３１２を−π／
２移相することにより、直交成分５１３＝Ｃ−５ｉ　ｎ
　（ω。ｔ）を作り、乗算器１１へ与える。The π/2 phase shifter 13 converts the carrier signal 312 into −π/
By shifting the phase by 2, the orthogonal component 513=C-5i n
(ω.t) is generated and given to the multiplier 11.

一方の乗算器１０では、受信信号３ｉとキャリア信号Ｓ
１２との積をとった値ｘ（ｔ）を（８）式のように求め
、さらに他方の乗算器１１では、受信信号３ｉと直交成
分３１３との積をとった値ｙ（ｔ）を（９）式のように
求める。In one multiplier 10, the received signal 3i and the carrier signal S
The value x(t) obtained by multiplying the received signal 3i by the orthogonal component 313 is obtained as shown in equation (8), and the value y(t) obtained by multiplying the received signal 3i and the orthogonal component 313 by 9) Calculate as shown in the formula.

×（↑） ＝ａ・ｃｏｓ（ωｔ＋ｂ）−Ｃ争ｃｏｓ（ωｃｔ）＝ａ
　−ｃ／２−　（ｃｏｓ（（ω。＋ω）　を十ｂ）＋Ｃ
０５（（ω　−ω）　ｔ−ｂ）　）　　　　・・・（８
）ｙ（ｔ） ＝　ａ　−ｃｏｓ（ωｔ＋ｂ）−ｃ　　φｓｉ口（ωｃ
ｔ）＝ａ　−ｃ／２　・（ｓｉｎ（（ω。＋ω）ｔ＋ｂ
）十ｓ＋ｎ（（ω。−ω）↑−ｂ）） ・・・（９） （８）式及び（９）式の値Ｘ（ｔ）、Ｖ（ｔ）を、中心
角周波数が（ω。十ω）であるバンドパスフィルタ１４
．１５をそれぞれ通過させることにより、（８）、（９
）式の各第２項はともに除去され、 （１０）、（１１）式のようになる。×(↑) =a・cos(ωt+b)−C conflict cos(ωct)=a
-c/2- (cos((ω.+ω) 10b)+C
05((ω −ω) t−b) ) ...(8
)y(t) = a −cos(ωt+b)−c φsimouth(ωc
t)=a −c/2 ・(sin((ω.+ω)t+b
) 10s+n((ω.-ω)↑-b)) ...(9) The values X(t) and V(t) of equations (8) and (9) are set when the central angular frequency is (ω. 10Ω) bandpass filter 14
．． By passing through 15, (8) and (9
) are removed, resulting in equations (10) and (11).

［Ｘ（ｔ）　コＢＰＦ ＝ａ拳Ｇ／２争ｃｏｓ（（ωＣ十ω）を十ｂ）・・・（
１０） ［ｙ（ｔ）］ＢｐＦ −ａ　−Ｃ／２　”　５ｉｎ（（ω。＋ω）　を十ｂ）
・・・（１１） このバンドパスフィルタ１４．１５の出力を位相微分値
算出器１６に与えれば、該位相微分値算出器１６により
、次式（１２）〜（１５）の演算が行われる。即ち、 ［ｘ（ｔ）　コＢＰＦ とおけば、 ｃｏｓ（（ω。十ω）を十ｂ） ・・・（１２） となり、これより、 ｊａｎ’　（Ｚ　（↑））＝（ω。＋ω）ｔ＋ｂ・・・
（１３） となる。そこで、時間がΔを経過した値との差をとれば
、 ・・・（１４） となり、次式により、角周波数ωを求めることができる
。[X(t) co BPF = a fist G/2 conflict cos ((ωC 10 ω) to 1 b)...(
10) [y(t)]BpF -a -C/2'' 5in ((ω.+ω) is 10b)
(11) When the outputs of the bandpass filters 14 and 15 are given to the phase differential value calculator 16, the following equations (12) to (15) are calculated by the phase differential value calculator 16. That is, if we set [x(t) coBPF, cos((ω. 10 ω) to 10 b) ...(12) From this, jan' (Z (↑)) = (ω. + ω) t+b...
(13) becomes. Therefore, if we take the difference from the value after the time Δ has elapsed, we get the following equation (14), and the angular frequency ω can be obtained from the following equation.

ω＝１／Δｔ・（（ｊａｎ’　（ｚ　（ｔ＋Δ１））−
ｔａｎ”　（ｚ　（ｔ）））−ω。ω=1/Δt・((jan' (z (t+Δ1))−
tan” (z (t)))−ω.

・・・（１５） そして、移動速度算出器１７では、送信した信号波の角
周波数と、（１５）式より求められた角周波数ωとの差
から、観測物体の移動速度Ｖを推定する。(15) Then, the moving speed calculator 17 estimates the moving speed V of the observed object from the difference between the angular frequency of the transmitted signal wave and the angular frequency ω obtained from equation (15).

第４図は、従来のロー７７　（ＬＯＦＡＲ）と呼ばれる
フーリエ変換を用いたドツプラー偏移周波数分析方法を
説明するためのドツプラー偏移周波数分析装置の構成ブ
ロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a Doppler shift frequency analyzer for explaining a conventional Doppler shift frequency analysis method using Fourier transform called LOFAR.

この周波数分析方法は、船舶等で使用されており、受信
信号３ｉをフーリエ変換器２０に入力する。フーリエ変
換器２０では、受信信号Ｓ１のスペクトルを高速フーリ
エ変換（以下、ＦＦＴという）を用いて求め、そのスペ
クトルをスペクトル表示器２１に与える。スペクトル表
示器２１では、スペクトルパワーがある閾値を超えた時
に、記録用紙に点を打つ。観測者は定規を用いてピーク
周波数の変化を測定し、物体の移動速度を算出する。This frequency analysis method is used in ships and the like, and the received signal 3i is input to the Fourier transformer 20. The Fourier transformer 20 obtains the spectrum of the received signal S1 using fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT), and provides the spectrum to the spectrum display 21. The spectral display 21 marks a dot on the recording paper when the spectral power exceeds a certain threshold. An observer uses a ruler to measure changes in the peak frequency and calculates the object's moving speed.

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のドツプラー偏移周波数分析方法で
は、次のような課題があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, the above Doppler shift frequency analysis method has the following problems.

（ａ＞　　第３図の位相微分法を用いた周波数分析方法
では、受信信号３ｉとして１波の余弦波（または正弦波
）を仮定している。ところが、水中や空中おいて、実際
の受信信号には、雑音や残響音等が含まれているため、
位相微分法を用いて周波数分析を行うと、その周波数推
定値には誤差が多くなってしまう。(a> In the frequency analysis method using the phase differential method shown in Fig. 3, it is assumed that the received signal 3i is a single cosine wave (or sine wave). However, when underwater or in the air, the actual received signal contains noise, reverberation, etc.
If frequency analysis is performed using the phase differential method, the estimated frequency value will have many errors.

（ｂ）　　第４図のＬＯＦＡＲでは、フーリエ変換を用
いて周波数分析を行っている。しかし、フーリエ変換は
周波数分解能がデータ数に依存してしまうため、短時間
のデータから高精度な周波数分析を行うことはできない
。そのうえ、観測者は記録紙の上から定規によりドツプ
ラー周波数編径を求め、ざらにその値より物体の移動速
度を算出しなければならないため、人手による作業行程
が大変多い。(b) In the LOFAR shown in FIG. 4, frequency analysis is performed using Fourier transform. However, since the frequency resolution of Fourier transform depends on the number of data, highly accurate frequency analysis cannot be performed from short-time data. Furthermore, the observer must use a ruler to find the Doppler frequency diameter on the recording paper and roughly calculate the moving speed of the object from that value, which requires a large amount of manual work.

本発明は前記従来技術が持っていた課題として、周波数
分析精度が低い点、及び分析の短時間処理が困難な点に
ついて解決したドツプラー偏移周波数分析方法を提供す
るものである。The present invention provides a Doppler shift frequency analysis method that solves the problems of the prior art, such as low frequency analysis accuracy and difficulty in short-time analysis processing.

（課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、移動する物体によ
って信号波（例えば、送信された音波または電波の反射
波〉が受けるドツプラー偏移周波数を分析し、その分析
結果から前記物体の移動速度を推定する物体の移動速度
推定方法において、次のような手段を講じたものである
。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention analyzes the Doppler shift frequency received by a signal wave (for example, a transmitted sound wave or a reflected wave of a radio wave) by a moving object, and In the method for estimating the moving speed of an object, which estimates the moving speed of the object from the analysis result, the following measures are taken.

即ち、前記物体からの入力信号波に対し、サンプリング
周波数を精度最大領域（例えば、信号波における平均周
波数の約４倍）に設定し、線形予測分析を行って予測係
数を求める。次に、前記予測係数から周波数スペクトル
のピーク周波数を検出し、そのピーク周波数の変化から
前記ドツプラー偏移周波数を求めるようにしたものであ
る。That is, for the input signal wave from the object, the sampling frequency is set in the maximum precision region (for example, approximately four times the average frequency of the signal wave), and linear prediction analysis is performed to obtain prediction coefficients. Next, a peak frequency of the frequency spectrum is detected from the prediction coefficient, and the Doppler shift frequency is determined from a change in the peak frequency.

（作　用） 本発明によれば、以上のようにドツプラー偏移周波数分
析方法を構成したので、移動する物体からの入力信号波
のサンプリング周波数が精度最大領域に調整される。次
に、線型予測分析により、予測係数が求められ、その予
測係数から、周波数スペクトルのピーク周波数が検出さ
れる。その後、ピーク周波数と例えば送信周波数との差
から、ドツプラー偏移周波数が求められる。これにより
、周波数分析精度の向上と、短時間分析処理が行える。(Function) According to the present invention, since the Doppler shift frequency analysis method is configured as described above, the sampling frequency of the input signal wave from the moving object is adjusted to the maximum precision region. Next, a prediction coefficient is obtained by linear prediction analysis, and a peak frequency of the frequency spectrum is detected from the prediction coefficient. The Doppler shift frequency is then determined from the difference between the peak frequency and, for example, the transmission frequency. This allows for improved frequency analysis accuracy and short-time analysis processing.

従って、前記課題を解決できるのである。Therefore, the above problem can be solved.

（実施例） 第１図は、本発明の実施例を示すドツプラー周波数分析
方法を用いた物体の移動速度推定装置の機能ブロック図
である。(Embodiment) FIG. 1 is a functional block diagram of an object moving speed estimating device using a Doppler frequency analysis method showing an embodiment of the present invention.

この物体の移動速度推定装置は、初期値設定器３０を有
し、それにはダウンサンプリング器３１及び予測分析器
３２が接続されている。初期値設定器３０は、観測者か
ら与えられたダウンサンプリング周波数や、線型予測分
析に必要なパラメータ等の値をダウンサンプリング器３
１及び予測分析器３２へ与える回路である。This device for estimating the moving speed of an object has an initial value setter 30, to which a downsampler 31 and a prediction analyzer 32 are connected. The initial value setter 30 inputs values such as the downsampling frequency given by the observer and parameters necessary for linear predictive analysis to the downsampler 3.
1 and the predictive analyzer 32.

ダウンサンプリング器３１は、受信信号３ｉの周波数分
布の中心が、分析精度最大領域に近づくように、サンプ
リング周波数を変換し、その変換結果を予測分析器３２
へ与える回路である。予測分析器３２は、入力データを
分析パラメータに基づき線型予測分析を行い、その予測
係数ａ・を出力する機能を有している。The downsampler 31 converts the sampling frequency so that the center of the frequency distribution of the received signal 3i approaches the maximum analysis accuracy region, and uses the conversion result as a prediction analyzer 32.
This is the circuit that feeds the The prediction analyzer 32 has a function of performing linear predictive analysis on input data based on analysis parameters and outputting the prediction coefficient a.

この予測分析器３２には、ピーク周波数検出器３３が接
続され、ざらにその出力側に移動速度算出器３４が接続
されている。ピーク周波数検出器３３は、予測係数ａ・
からスペクトルを求め、そのピーク周波数ｆｐを出力す
る回路である。移動速度算出器３４は、ピーク周波数ｆ
ｐと送信周波数ｆｃの差から、ドツプラー偏移周波数ｆ
ｄを求め、物体の移動速度Ｖを推定し、観測者に表示す
る機能を有している。A peak frequency detector 33 is connected to this predictive analyzer 32, and a moving speed calculator 34 is connected roughly to its output side. The peak frequency detector 33 calculates the prediction coefficient a.
This is a circuit that obtains a spectrum from and outputs its peak frequency fp. The moving speed calculator 34 calculates the peak frequency f
From the difference between p and transmission frequency fc, Doppler shift frequency f
It has the function of determining d, estimating the moving speed V of the object, and displaying it to the observer.

次に、以上のような物体の移動速度推定装置を用いたド
ツプラー偏移周波数分析方法、及び物体の移動速度推定
方法について説明する。Next, a Doppler shift frequency analysis method using the object moving speed estimating device as described above and an object moving speed estimating method will be described.

先ず、線型予測法について説明する。First, the linear prediction method will be explained.

いま、ｐ個の過去値データ（Ｘｔ−’ｌ、　ｔ−２、・
・・、Ｘよ−。）から時刻ｔにおける値Ｘｔを予測する
線型予測式を、次式のように表す。Now, p pieces of past value data (Xt-'l, t-2, .
..., X. ) to predict the value Xt at time t is expressed as the following equation.

交ｔ＝　−、ｎａＨＸｔ　ｉ　　　　　・−（１６）つ
まり、予測鎖交はｐ個の過去値（分析次数）の線型結合
として記述されるものとする。このとき、予測誤差ｅｔ
は、 ｅ↑＝ＸＩ　　Ｘｔ＝ＸＱａｔＸ１− １＝１ ・・・（１７） である。Intersection t=-, naHXt i ·-(16) In other words, the predicted linkage is described as a linear combination of p past values (analytical orders). At this time, the prediction error et
is e↑=XI Xt=XQatX1- 1=1 (17).

ここで、 を最小にするように予測係数ａ・を決定する場合を考え
る。Ｊをａｋで微分ｑて零とおくと、θＪ ａｋ ＝Ｏ から ・・・（１９） を得る。（Ｘｔ）は定常時系列であるから、Ｒｋ＝Ｅ（
ｘｔ　ｘｔ−ｋ　）　、　Ｒｋ−ｔ　＝Ｅ（ｘｔ、　ｘ
ｔ−ｋ　）は自己相関関数である。したがって（１９）
式は：に＝１．２．・・・、ｐ ・・・（２０） となる。これは最小２乗法における正規方程式である。Here, consider the case where the prediction coefficient a. is determined so as to minimize . If we differentiate q with respect to J and set it to zero, we obtain (19) from θJ ak =O. (Xt) is a stationary time series, so Rk=E(
xt xt-k), Rk-t = E(xt, x
tk) is an autocorrelation function. Therefore (19)
The formula is: = 1.2. ..., p ...(20). This is a normal equation in the least squares method.

もし相関関数Ｒｋ（ｋ＝ｏ、１．・・・ｐ）が既知であ
れば、（２０）式を解いて予測係数ａが定まり、時刻主
における値Ｘｔを予測することができる。If the correlation function Rk (k=o, 1...p) is known, the prediction coefficient a is determined by solving equation (20), and the value Xt at the time can be predicted.

このような線型予測法を用いてドツプラー周波数分析を
行う場合、観測者は音波からなる信号波（送信周波数ｆ
。）を移動する物体に向けて送信し、その物体からの反
射波を、受信信号３ｉの形でダウンサンプリング器３１
に入力する。初期値設定器３０は、観測者から与えられ
たダウンサンプリング周波数や、線形予測分析に必要な
パラメータ（分析時間、分析次数ｐ）等の値をダウンサ
ンプリング器３１及び予測分析器３２に送る。When performing Doppler frequency analysis using such a linear prediction method, an observer must detect a signal wave consisting of a sound wave (transmission frequency f
. ) to a moving object, and the reflected wave from the object is sent to a downsampler 31 in the form of a received signal 3i.
Enter. The initial value setter 30 sends values such as the downsampling frequency given by the observer and parameters necessary for linear predictive analysis (analysis time, analysis order p) to the downsampler 31 and the prediction analyzer 32.

予測分析による周波数分析範囲は、Ｏからサンプリング
周波数の１／２までである。そのうち周波数の分析精度
が最も高いのは、分析範囲の中心（サンプリング周波数
の１／４　（＝４倍）〉の付近である。よってダウンサ
ンプリング器３１では、高精度な分析を行うため、受信
信号Ｓ・の周波数分布の中心が、前記の条件に近づくよ
うに、サンプリング周波数を変換し、その変換結果を予
測分析器３２へ与える。The frequency analysis range by predictive analysis is from 0 to 1/2 of the sampling frequency. Among these, the frequency analysis accuracy is highest near the center of the analysis range (1/4 (=4 times) of the sampling frequency).Therefore, in the downsampler 31, the received signal is The sampling frequency is converted so that the center of the frequency distribution of S. approaches the above condition, and the conversion result is provided to the predictive analyzer 32.

予測分析器３２では、初期値設定器３０から与えられる
分析パラメータに基づき、（２０）式を用いてダウンサ
ンプリング器３１からのデータの線型予測分析を行い、
その予測係数ａ・をピーク周波数検出器３３へ出力する
。The predictive analyzer 32 performs linear predictive analysis of the data from the downsampler 31 using equation (20) based on the analysis parameters given from the initial value setter 30.
The prediction coefficient a. is output to the peak frequency detector 33.

ピーク周波数検出器３３では、次式を用い、予測係数ａ
・からスペクトル密度の推定値、つまりスペクトル周波
数５（ｆ）を求める。The peak frequency detector 33 uses the following equation to calculate the prediction coefficient a
・Obtain the estimated value of the spectral density, that is, the spectral frequency 5(f).

但し、　σ。；定数 Δ；サンプリング間隔 そして、スペクトル周波数５（ｆ）の最大値を求め、そ
の時の周波数、つまりピーク周波数ｆｐを移動速度算出
器３４へ出力する。However, σ. ;Constant Δ;Sampling interval Then, the maximum value of the spectral frequency 5(f) is determined, and the frequency at that time, that is, the peak frequency fp, is output to the moving speed calculator 34.

次に、物体の移動、速度を推定するため、移動速度算出
器３４では、次式に従い、ピーク周波数ｆｐと送信周波
数ｆ。どの差から、ドツプラー偏移周波数ｆｄを求める
。Next, in order to estimate the movement and speed of the object, the moving speed calculator 34 calculates the peak frequency fp and the transmission frequency f according to the following equation. From which difference, the Doppler shift frequency fd is determined.

ｆｄ＝ｆｐ−ｆ。fd=fp-f.

・・・（２２） その後、（６）式に基づき、物体の移動速度ｖ１を推定
し、観測者に表示する。(22) Then, based on equation (6), the moving speed v1 of the object is estimated and displayed to the observer.

本実施例では、次のような利点を有している。This embodiment has the following advantages.

第５図（ａ）〜（Ｃ）は、従来と本実施例の周波数分析
結果の比較結果を示す波形図である。FIGS. 5(a) to 5(C) are waveform diagrams showing comparison results of frequency analysis results of the conventional method and this embodiment.

第５図（ａ）は、試験用音響信号を移動物体へ放射した
ときの反射波を示し、その反射波のほぼ中央の箇所で、
ドツプラー効果が表われている。Figure 5(a) shows the reflected wave when the test acoustic signal is radiated to a moving object, and at approximately the center of the reflected wave,
The Doppler effect appears.

同図（ｂ）は従来の位相微分法による周波数分析結果、
同図（Ｃ）は本実施例の方法の周波数分析結果である。Figure (b) shows the frequency analysis results using the conventional phase differential method.
(C) of the same figure shows the frequency analysis results of the method of this embodiment.

いずれも、物体の移動速度を算出する前のピーク周波数
の波形図である。Both are waveform diagrams of peak frequencies before calculating the moving speed of the object.

第５図（ｂ）に示すように、従来の１波の余弦波（また
は正弦波）を仮定している位相微分法では、第５図（ａ
）に示すような雑音や残響音のある実際の音響信号を用
いた場合、周波数分析を行うと、位相が不連続になって
しまい、周波数が不安定になることがわかる。これに対
し、本実施例では、線型予測によるスペクトル解析方法
を用いて周波数分析を行っているので、第５図（Ｃ）に
示すように、安定した周波数トラッキングができており
、高精度な周波数分析結果が得られる。As shown in Figure 5(b), in the conventional phase differential method that assumes a single cosine wave (or sine wave), Figure 5(a)
) When using an actual acoustic signal with noise and reverberation as shown in Figure 2, frequency analysis reveals that the phase becomes discontinuous and the frequency becomes unstable. In contrast, in this example, frequency analysis is performed using a spectrum analysis method based on linear prediction, so as shown in Figure 5 (C), stable frequency tracking is possible and highly accurate frequency tracking is possible. Analysis results are obtained.

ざらに、本実施例では、予測分析の分析時間を長く取る
ことにより、より安定したピーク周波数％を得ることも
可能である。また、予測次数ｐを多くすることにより、
信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が悪い場合にも対応でき、高
精度な分析結果が得られる。Roughly speaking, in this embodiment, it is also possible to obtain a more stable peak frequency % by taking a longer analysis time for predictive analysis. Also, by increasing the prediction order p,
It can be used even when the signal-to-noise ratio (S/N ratio) is poor, and highly accurate analysis results can be obtained.

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば次ようなも
のがある。Note that the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications are possible. Examples of such modifications include the following.

（ａ）　　サンプリング周波数を分析音波の平均周波数
の約１／４（約４倍〉としたが、これに限定されず、そ
の付近であれば、従来よりも高精度な分析結果が得られ
る。(a) Although the sampling frequency was set to approximately 1/4 (approximately 4 times) the average frequency of the analysis sound waves, the present invention is not limited to this, and as long as it is around that frequency, more accurate analysis results than conventional ones can be obtained.

（ｂ）　　観測者が送信波を送信し、物体からの反射波
が受けるドツプラー偏移周波数を解析しているが、別の
場所に送信波用の音源があれば、その音源を利用して物
体からの反射波より、周波数分析を行ってもよい。(b) An observer transmits a transmitted wave and analyzes the Doppler shift frequency received by the reflected wave from an object, but if there is a sound source for the transmitted wave in another location, that sound source can be used to detect the object. Frequency analysis may be performed using the reflected waves from the

（Ｃ）　　音波以外の電波等の信号波を用いて周波数解
析を行っても、上記実施例とほぼ同様の作用、効果が得
られる。(C) Even if frequency analysis is performed using a signal wave such as a radio wave other than a sound wave, almost the same operation and effect as in the above embodiment can be obtained.

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、サンプリ
ング周波数を精度最大領域に設定し、線形予測分析を行
い、周波数スペクトルのピークを検出し、周波数の変化
を求めてドツプラー偏移周波数を分析するようにしたの
で、受信信号に雑音や残響音等が含、まれいても、短時
間で、しかも精度の高い周波数分析結果が得られる。従
って、その周波数分析結果を用いて物体の移動速度を求
めれば、高精度な移動速度の推定が可能となる。(Effects of the Invention) As explained in detail above, according to the present invention, the sampling frequency is set in the maximum precision region, linear predictive analysis is performed, the peak of the frequency spectrum is detected, and the change in frequency is determined and the Doppler Since the shift frequency is analyzed, even if the received signal contains noise, reverberation, etc., highly accurate frequency analysis results can be obtained in a short time. Therefore, if the moving speed of the object is determined using the frequency analysis results, it becomes possible to estimate the moving speed with high accuracy.

また、サンプリング周波数を分析信号波の平均周波数の
約４倍とすれば、高い周波数分析精度が得られる。Further, if the sampling frequency is set to about four times the average frequency of the analysis signal wave, high frequency analysis accuracy can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の実施例を示すドツプラー周波数分析方
法を用いた物体の移動速度推定装置の機能ブロック図、
第２図（ａ）、（ｂ）はレンジドツプラーレーダの原理
の説明図、第３図は従来の位相微分法によるドツプラー
偏移周波数分析方法を用いた物体の移動速度推定装置の
構成ブロック図、第４図は従来のＬＯＦＡＲで用いられ
ているドツプラー偏移周波数分析方法を説明するための
ドツプラー偏移周波数分析装置の構成ブロック図、第５
図（ａ）〜（Ｃ＞は従来と本実施例の周波数分析結果の
波形図である。 ３０・・・初期値設定器、３１・・・ダウンサンプリン
グ器、３２・・−予測分析器、３３・・・ピーク周波数
検出器、３４・・・移動速度算出器、ａ・・・・予測係
数、ｆ、・・・ピーク周波数。FIG. 1 is a functional block diagram of an object moving speed estimating device using the Doppler frequency analysis method showing an embodiment of the present invention;
Figures 2 (a) and (b) are explanatory diagrams of the principle of range Doppler radar, and Figure 3 is a block diagram of the configuration of an object moving speed estimation device using a Doppler shift frequency analysis method based on the conventional phase differential method. , FIG. 4 is a block diagram of the configuration of a Doppler shift frequency analyzer for explaining the Doppler shift frequency analysis method used in the conventional LOFAR.
Figures (a) to (C> are waveform diagrams of frequency analysis results of the conventional method and the present embodiment. 30...Initial value setter, 31...Downsampler, 32...-Predictive analyzer, 33 ...Peak frequency detector, 34...Moving speed calculator, a...Prediction coefficient, f,...Peak frequency.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、移動する物体によつて信号波が受けるドップラー偏
移周波数を分析し、その分析結果から前記物体の移動速
度を推定する物体の移動速度推定方法において、 前記物体からの入力信号波に対し、サンプリング周波数
を精度最大領域に設定し、線形予測分析を行つて予測係
数を求め、 前記予測係数から周波数スペクトルのピーク周波数を検
出し、そのピーク周波数の変化から前記ドップラー偏移
周波数を求めることを特徴とするドップラー偏移周波数
分析方法。２、請求項１記載のドップラー偏移周波数分
析方法において、 前記信号波は音波または電波とし、 前記サンプリング周波数は前記信号波における平均周波
数の約４倍とした、 ドップラー偏移周波数分析方法。 ３、請求項１記載のドップラー偏移周波数分析方法にお
いて、 送信波を前記物体へ放射し、その物体からの反射波が受
けるドップラー偏移周波数を分析するようにした、 ドップラー偏移周波数分析方法。[Claims] 1. A method for estimating the moving speed of an object, which analyzes the Doppler shift frequency that a signal wave receives from a moving object, and estimates the moving speed of the object from the analysis result, comprising: For the input signal wave, set the sampling frequency to the maximum accuracy region, perform linear prediction analysis to obtain a prediction coefficient, detect the peak frequency of the frequency spectrum from the prediction coefficient, and calculate the Doppler shift from the change in the peak frequency. A Doppler shift frequency analysis method characterized by determining the frequency. 2. The Doppler shift frequency analysis method according to claim 1, wherein the signal wave is a sound wave or a radio wave, and the sampling frequency is about four times the average frequency of the signal wave. 3. The Doppler shift frequency analysis method according to claim 1, wherein a transmitted wave is radiated to the object and a Doppler shift frequency received by a reflected wave from the object is analyzed.