WO2018154632A1 - 信号検出装置および信号検出方法 - Google Patents

信号検出装置および信号検出方法 Download PDF

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threshold
spectrogram
detection
frequency
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康義 能田
重紀 谷
靖貴 山下
元吉　克幸
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/345—Interference values

Definitions

  • the present invention relates to a signal detection device and a signal detection method for detecting a signal.
  • wireless communication technologies that do not require a license, such as a wireless LAN (Local Area Network) and Bluetooth (registered trademark), are used.
  • a wireless LAN Local Area Network
  • Bluetooth registered trademark
  • Some apparatuses used in these wireless communication technologies are equipped with a function of measuring interference sources, adaptively selecting frequencies or transmission times, and avoiding interference.
  • it is difficult for a device equipped with such a function to detect a signal of a type in which power is locally distributed in a time-frequency space, such as a frequency hopping signal, without prior knowledge.
  • Patent Document 1 discloses a technique for detecting a signal by generating a spectrogram indicating a power for each region divided by a time frequency from a received signal.
  • a point where edges are continuous in frequency on a spectrogram is recognized as a reception start time, that is, a rising edge in the time direction of a signal, or a reception end time, that is, a falling edge in the time direction of a signal. .
  • the signal falls or rises on the assumption that the edge is continuously observed in the frequency direction at a certain time, that is, the bandwidth of the signal to be frequency hopped is constant. Is detected. For this reason, there is a problem in that the detection accuracy of the signal may deteriorate in a modulation method in which the instantaneous spectrum shape of the signal is not stable in a narrowband signal or a wideband signal.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a signal detection device capable of improving the signal detection accuracy for a narrowband signal or a signal whose instantaneous spectrum is not stable.
  • the signal detection apparatus of the present invention uses a spectrogram generating unit that generates a spectrogram representing a received power value of a received signal in two dimensions of time and frequency, and a spectrogram. And generating a cumulative distribution function of received power values, and using a second threshold to set a received power value at a point exceeding the first threshold in the cumulative distribution function, and a second threshold, from the spectrogram And a signal extraction unit that detects a time-frequency region in which the detection target signal exists.
  • the signal detection apparatus has an effect that the detection accuracy of a signal in a reception environment including noise can be improved for a narrow band signal or a signal whose instantaneous spectrum is not stable.
  • Block diagram showing a configuration example of a signal detection device Flow chart showing signal detection processing of signal detection device
  • region of a detection target The figure which shows the example of an apparatus structure at the time of implement
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a signal detection apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the signal detection apparatus 10 includes an antenna 1, a signal acquisition unit 2, a spectrogram generation unit 3, a threshold setting unit 4, a signal extraction unit 5, a synchronization processing unit 6, and an output unit 7.
  • the antenna 1 receives signals around the signal detection device 10.
  • the signal acquisition unit 2 performs frequency conversion processing, A / D (Analog to Digital) conversion, and the like on the reception signal received by the antenna 1.
  • the spectrogram generating unit 3 generates a spectrogram representing the received power value of the received signal in two dimensions of time and frequency.
  • the threshold setting unit 4 generates a cumulative distribution function (CDF: Cumulative Distribution Function) of received power values using a spectrogram, and sets the received power value at a point exceeding the threshold Cth in the CDF as the threshold Pth.
  • CDF Cumulative Distribution Function
  • the signal extraction unit 5 detects a time frequency region where the detection target signal exists from the spectrogram using the threshold value Pth.
  • the synchronization processing unit 6 corrects the detection result of the detection target signal by performing a synchronization process corresponding to the specified signal format.
  • the output unit 7 outputs the region detection result to an external device.
  • FIG. 2 is a flowchart showing signal detection processing of the signal detection device 10 according to the present exemplary embodiment.
  • the signal acquisition unit 2 down-converts the received signal received by the antenna 1 to a frequency band suitable for digital signal processing, and performs A / D conversion on the down-converted signal to obtain digital data.
  • Signal acquisition processing such as conversion into a column is performed (step S1).
  • the received signal includes a noise signal in addition to the detection target signal.
  • the processing content of the signal acquisition unit 2 for the received signal is the same as the processing content performed by a general receiving device.
  • the signal acquisition unit 2 generates digital waveform data of the received signal by signal acquisition processing and outputs the digital waveform data to the spectrogram generation unit 3.
  • the signal acquisition unit 2 performs frequency conversion with different frequencies while maintaining the analysis target band as an analog signal.
  • the processing to be performed may be executed in parallel, and the signal of each frequency band may be divided by a band pass filter or the like, and processing such as A / D conversion may be performed separately.
  • the signal detection apparatus 10 may execute all the processes described below in parallel for each frequency band.
  • the spectrogram generation unit 3 performs a spectrogram generation process that represents the received power value of the received signal in a two-dimensional space of time frequency from the acquired digital waveform data by a generally known spectrogram generation process (step S2). ). Specifically, the spectrogram generation unit 3 takes out a specified number of samples from the acquired digital waveform data, performs a fast Fourier transform (FFT), and performs a process of converting to a power spectrum for each FFT. A spectrogram is generated by repeatedly performing a process executed while shifting.
  • FFT fast Fourier transform
  • the spectrogram generation unit 3 may use discrete Fourier transform (DFT: Discrete Fourier Transform) or discrete wavelet transform instead of FFT. Further, the spectrogram generation unit 3 performs a process of multiplying a data string of digital waveform data to be subjected to FFT by a time window function such as a Hanning window, a Blackman window, and a Kaiser window before the FFT. It is desirable.
  • DFT discrete Fourier transform
  • discrete wavelet transform instead of FFT.
  • the spectrogram generation unit 3 performs a process of multiplying a data string of digital waveform data to be subjected to FFT by a time window function such as a Hanning window, a Blackman window, and a Kaiser window before the FFT. It is desirable.
  • the spectrogram generation unit 3 executes two-dimensional filtering processing in a two-dimensional space of time and frequency used in the field of image processing, for example, data processing processing such as Gaussian filter processing, on the generated spectrogram (step S3). ).
  • the spectrogram generation unit 3 can suppress steep fluctuations in the detection result by filtering the spectrogram. That is, the signal detection apparatus 10 can suppress a phenomenon in which a portion detected depending on an instantaneous spectrum and a portion not detected appear alternately when binarization is performed in a determination based on a threshold described later.
  • the signal detection device 10 can collectively detect a group of detection target signals in the determination based on the threshold value, and can improve detection accuracy.
  • the spectrogram generation unit 3 may execute data processing as necessary, and can be omitted.
  • the spectrogram generation unit 3 outputs the generated spectrogram to the threshold setting unit 4.
  • the threshold value setting unit 4 sets a threshold value for binarizing in which time frequency domain the detection target signal exists from the acquired spectrogram.
  • the threshold value setting unit 4 is, for example, a binarization processing result Q (t, f) indicating the presence or absence of a detection target signal with respect to a received power value P (t, f) of a spectrogram at a certain time frequency (t, f)
  • a threshold value Pth which is a power threshold value for defining, is set. Note that t indicates time and f indicates frequency.
  • the binarization processing result Q (t, f) can be defined as, for example, the following expression (1).
  • the area where the detection target signal exists is continuously “1”, and the other areas are “0”.
  • the detection target signal is a frequency hopping signal
  • the signal region for one hop of the frequency hopping signal is “1”.
  • “0” and “1” in the binarization processing result Q (t, f) are only problems of definition, and even if “0” and “1” are inverted and defined. Good.
  • the threshold setting unit 4 receives, for example, the received power value P (t, f) in a certain time domain T1 ⁇ t ⁇ T2 and a certain frequency domain F1 ⁇ f ⁇ F2 with respect to the received power value P (t, f).
  • a histogram indicating the distribution of the number is generated (step S4).
  • the threshold value setting unit 4 generates a cumulative distribution function by accumulating values for each class of the histogram (step S5).
  • the CDF indicates the ratio of the area where the received power value p is below the received power value p to the received power value p, and can be expressed as a monotonically increasing function C (p) for p.
  • Threshold setting unit 4 to the function C (p), obtains the p 1 point exceeding the threshold value Cth is a predetermined power threshold, set the received power value of the point p 1 as the threshold value Pth (step S6) .
  • the threshold Cth is set as the first threshold
  • the threshold Pth is set as the second threshold.
  • the threshold setting unit 4 may divide into small areas and perform the process from generation of a histogram to setting of the threshold for each area.
  • the threshold setting unit 4 divides a region for generating a histogram by the received power value P (t, f), and sets the threshold Pth separately for each region.
  • the threshold value setting unit 4 sets the threshold value Pth as a different value for each region, whereby the signal detection device 10 can improve resistance to noise that varies depending on time or frequency.
  • the threshold value setting unit 4 sets T1, T2, F1, and F2 indicating the region ranges for each region so that each region is a different region in the process of generating the histogram in step S4 described above. .
  • the threshold setting unit 4 generates a histogram for each region (step S4), generates a CDF (step S5), and sets a threshold Pth (step S6). If the threshold Pth has not been set in all the divided areas (step S7: No), the threshold setting unit 4 repeatedly executes the processing from step S4 to step S6 until there is no area for which the threshold Pth is not set. .
  • the threshold value setting unit 4 outputs the threshold value Pth set for each region to the signal extraction unit 5 when the setting of the threshold value Pth is completed in all the divided regions (step S7: Yes).
  • the threshold setting unit 4 divides the spectrogram into a plurality of regions on the time-frequency space, generates a CDF of the received power value P (t, f) for each region, and exceeds the threshold Cth in the CDF.
  • the received power value of p 1 is set to the threshold value Pth.
  • the threshold setting unit 4 outputs the set threshold Pth to the signal extraction unit 5 after the process of step S6.
  • the threshold setting unit 4 may perform equivalent processing using a complementary cumulative distribution function (CCDF) in place of the CDF.
  • CCDF complementary cumulative distribution function
  • the threshold value Pth is described as the threshold value Pth (t, f) as it is set for each area.
  • the threshold value Pth (t, f) is also set as the second threshold value, similarly to the threshold value Pth.
  • the signal extraction unit 5 acquires a spectrogram from the spectrogram generation unit 3 and acquires a threshold value Pth (t, f) from the threshold setting unit 4.
  • the signal extraction unit 5 first performs binarization processing (step S8).
  • the threshold value Pth is a different threshold value Pth (t, f) for each region
  • the threshold value Pth (t, f) is discontinuous on the boundary line of the region, so that the detection result depends on the region setting at the time of detection. May be partially cut off.
  • the signal extraction unit 5 converts the threshold value Pth (t, f) into a threshold value that maintains continuity on the region boundary line using a two-dimensional filtering that smoothes the threshold value Pth (t, f) as necessary, for example, a Gaussian filter. Good.
  • the signal extraction unit 5 determines whether or not the detection target signal has been detected for each region by using the threshold value Pth (t, f) for each region.
  • the signal extraction unit 5 performs binarization processing.
  • the binarization process is a process for obtaining the binarization process result Q (t, f) using the following equation (2).
  • the definitions of “1” and “0” in the binarization processing result Q (t, f) are the same as those in the above-described equation (1).
  • the signal extraction unit 5 converts the region where the binarization processing result Q (t, f) is “1”, that is, the region where the detection target signal exists, into region information of bandwidth and time width. Region detection processing is performed (step S9). Specifically, the signal extraction unit 5 performs a process of converting the binarization processing result Q (t, f) obtained continuously into “1”, that is, a circumscribed rectangle surrounding the region where the detection target signal exists. .
  • the conversion process to the circumscribed rectangle can be executed by a technique generally provided in the field of image processing.
  • the signal extraction unit 5 calculates the time width and the frequency width of the region occupied by the detection target signal from the detection result of the detection target signal as the conversion process to the circumscribed rectangle, and calculates a region area that is a product of the time width and the frequency width. It is also possible to ask for it.
  • the number of areas K0 is the total number of areas where the detection target signal is supposed to exist.
  • Each region R (k) has end point coordinate information, time width information, and frequency width information.
  • the end point coordinate information is, for example, coordinates corresponding to at least one of a start time or a start frequency when a signal is received by the signal detection device 10.
  • the signal extraction unit 5 performs signal selection processing for removing unnecessary detection results for each region R (k) (step S10). For example, when the threshold setting unit 4 performs threshold setting based on the CDF, the signal extraction unit 5 detects noise having a very narrow temporal frequency width as a signal, that is, signals a region without a detection target signal. May be detected as a certain area. In order to remove the erroneously detected area as described above, the signal extraction unit 5 uses the preset minimum time width and minimum frequency width of the detection target, and falls below the set minimum time width and minimum frequency width. Exclude regions from detection results.
  • the signal extraction unit 5 calculates the occupied time width and frequency width as described above, the calculated time width, frequency width, or area area, and the minimum time width, minimum frequency width, or minimum time width and Unnecessary detection results can be removed by comparison with the product of the minimum frequency width.
  • the number of areas K1 is the total number of areas where the detection target signal is expected to exist after the signal selection process.
  • a maximum value may be set for narrowing down the area.
  • a chirp signal used in a radar has a narrow frequency width instantaneously, but if the time observation length of the signal is increased, it becomes a wideband signal, and a wide time frequency region is obtained as a detection result of the signal extraction unit 5.
  • the signal extraction unit 5 can remove the unnecessary detection result by applying the case classification according to the detection result. it can.
  • the signal extraction unit 5 performs processing to narrow down the number of regions according to conditions, thereby eliminating a slight misdetection of remaining noise, and removing signals that are not of interest, such as radar waves, as necessary.
  • the signal can be classified according to the residual time or residual frequency of the signal.
  • the signal extraction unit 5 performs a selection signal correction process as necessary after the signal selection process (step S11).
  • This selection signal correction process improves the performance of the synchronization process in step S14 to be described later by widening the range of the detected area under a certain condition.
  • an error is included in information such as a start point, a bandwidth, and a time width of the detection target signal, which is generally used for communication. It is not as accurate as the synchronization technology that is available.
  • the signal extraction unit 5 assumes, for example, the band of the detection target signal that is assumed to be the detected region assuming that the range of the detected region is narrower than the assumed detection target signal by the selection signal correction process. You may expand to the value decided with respect to width and time length. Further, the signal extraction unit 5 partially converts the threshold value Pth (t, f) of the area around the detected area range into a small value by the selection signal correction process, and the detected area range is changed. You may perform the correction process which expands. As a result, the signal extraction unit 5 performs a synchronization process on the detected small area when the detection target signal format assumed in advance, for example, the wireless LAN format or the Bluetooth format, is known, thereby detecting the detection result. The accuracy can be further improved.
  • the signal extraction unit 5 determines whether or not to repeat the detection area number measurement process (step S12) and the binarization process according to the detected number of areas, that is, the threshold value Pth (t, f). It may be determined whether correction is necessary (step S13). For example, in the generation of the CDF, depending on the area ratio of the existing section of the detection target signal in the spectrogram, the setting of the illustrated 99% threshold Cth may not be appropriate. For this reason, the signal extraction unit 5 determines, for the number of regions K0 or K1, a region satisfying the condition on condition that either the bandwidth satisfying the condition, the time width, or the region area that is the product of the bandwidth and the time width is satisfied. Even if the total number of areas K2 is calculated, the threshold Cth for deriving the threshold Pth (t, f) is changed by the number of areas K2, and the threshold setting unit 4 performs the threshold setting process again. Good.
  • the detection result included in the number of areas K0 after the binarization process in step S8 may increase the necessary number of signal detections if a small area erroneously detected by noise is included to some extent. Is expensive.
  • the signal extraction unit 5 sets the number of areas having about several points to the number of areas K0 as K2, and the number of areas K2 or the number of areas K2 with respect to the number of areas K0.
  • the threshold Cth for redoing binarization is reset.
  • the signal extraction unit 5 determines that the threshold value Pth (t, f) needs to be corrected (step S13: Yes), and sets the threshold value Cth for the threshold value setting unit 4.
  • the signal extraction unit 5 determines that a sufficient number of regions have been obtained, that is, when the threshold value Cth is not reset, the signal extraction unit 5 determines that the correction of the threshold value Pth (t, f) is not necessary (step S13: No) and detects it.
  • a region detection result indicating a result detected as a region where the target signal exists is output to the synchronization processing unit 6.
  • the signal extraction unit 5 determines whether or not to change the threshold Cth based on the detection result of the detection target signal, and notifies the threshold setting unit 4 of the changed threshold Cth when the threshold Cth is changed. To do.
  • the threshold setting unit 4 performs a process of resetting the threshold value Pth using the notified threshold value Cth.
  • the signal extraction unit 5 decides to reset the threshold Cth, the signal extraction unit 5 notifies the threshold setting unit 4 only to reset the threshold Cth, and the threshold setting unit 4 resets the threshold Cth. You may do it.
  • the synchronization processing unit 6 acquires digital waveform data from the signal acquisition unit 2 and acquires a region detection result from the signal extraction unit 5.
  • the synchronization processing unit 6 performs synchronization processing for correcting the acquired region detection result (step S14). For example, the synchronization processing unit 6 cuts out a signal in the time direction with respect to the region detection result, and performs down-conversion processing with a center frequency of 0 Hz by frequency conversion to convert it into an IQ signal. Then, the synchronization processing unit 6 performs the synchronization process applied by the receiver that receives the candidate signal format as described above, and corrects the region detection result by AFC (Automatic Frequency Control) process or frame detection. The synchronization processing unit 6 outputs the corrected region detection result to the output unit 7.
  • AFC Automatic Frequency Control
  • the synchronization processing unit 6 may be configured to suppress unnecessary calculation processing without performing synchronization processing for signals that do not satisfy the assumed time width and bandwidth from the region detection result.
  • the synchronization processing unit 6 can improve the accuracy of the time frequency value of the signal formed from the signal detection result by performing the synchronization processing.
  • the output unit 7 outputs the corrected region detection result acquired from the synchronization processing unit 6 to a display or other device (not shown) in a prescribed format (step S15). As described above, the processing of the synchronization processing unit 6 improves the accuracy of the region detection result. When accuracy is not important, the signal extraction unit 5 may output the region detection result directly to the output unit 7.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a detection target signal and a detection target area that are detected by the signal detection device 10 according to the present exemplary embodiment.
  • the detection target region is divided into six parts in the time direction, and divided into four parts in the frequency direction, for a total of 24 parts.
  • the threshold setting unit 4 uses the spectrogram generated by the spectrogram generation unit 3 to set a large threshold Pth (t, f) in a high noise region, and in a low noise region, A threshold value Pth (t, f) smaller than the threshold value Pth (t, f) of the large region is set.
  • the signal extraction unit 5 performs processing for detecting a detection target signal using a threshold value Pth (t, f) that differs depending on the region.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an apparatus configuration when a part of the signal detection apparatus 10 according to the present embodiment is realized using dedicated hardware.
  • the antenna 1 and the signal acquisition unit 2 are wireless receivers 91.
  • the output unit 7 is an output interface 93 that outputs a signal to the outside.
  • the spectrogram generation unit 3, the threshold setting unit 4, the signal extraction unit 5, and the synchronization processing unit 6 are realized by a processing circuit 92.
  • the processing circuit 92 is realized by dedicated hardware, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array). Or a combination of these.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a device configuration when a part of the signal detection device 10 according to the present embodiment is realized by software.
  • the spectrogram generation unit 3, the threshold setting unit 4, the signal extraction unit 5, and the synchronization processing unit 6 have the functions of the processor 94 reading and executing a program corresponding to each process of each component stored in the memory 95. Realized by a processing circuit.
  • the memory 95 is also used as a temporary memory in each process performed by the processor 94.
  • the processor 94 is a CPU (Central Processing Unit, a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, and a DSP (Digital Signal Processor)).
  • the memory is, for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Registered Trademark) (Electrically Portable Memory, etc.).
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
  • EEPROM Electrically Portable Memory
  • a volatile semiconductor memory a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD (Digital Versatile Disk), or the like is applicable.
  • the signal detection device 10 sets the threshold based on the spectrogram that is statistical data of the received power value of the received signal observed at each point in the two-dimensional space of the time frequency.
  • the detection target signal is detected using the set threshold value.
  • the signal detection device 10 can improve the detection accuracy of a signal in a reception environment including noise for a narrowband signal or a signal whose instantaneous spectrum is not stable.
  • the signal detection device 10 can be used for setting a transmission time and a frequency that are unlikely to cause interference in a separately provided signal transmission device by statistically measuring the usage status of each frequency band or each time zone. . Further, by using the communication device and the signal detection device 10 together, it can be used for monitoring the interference situation or evaluating the communication quality, and the receiver exists at an unknown frequency in a communication method in which transmission / reception resources are not strictly determined in advance. It can be used for receiving signals.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • 1 antenna 1 antenna, 2 signal acquisition unit, 3 spectrogram generation unit, 4 threshold setting unit, 5 signal extraction unit, 6 synchronization processing unit, 7 output unit, 10 signal detection device.

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Abstract

受信信号の受信電力値を時間および周波数の２次元で表したスペクトログラムを生成するスペクトログラム生成部（３）と、スペクトログラムを用いて受信電力値の累積分布関数を生成し、累積分布関数において第１の閾値を上回る点の受信電力値を第２の閾値に設定する閾値設定部（４）と、第２の閾値を用いて、スペクトログラムから検出対象信号の存在する時間周波数領域を検出する信号抽出部（５）と、を備える。

Description

信号検出装置および信号検出方法
　本発明は、信号を検出する信号検出装置および信号検出方法に関する。
　近年、無線通信を行う装置における伝送量の大容量化、および装置の個数の増加に伴い、有限な周波数リソースをこれまで以上に有効活用することが必要となっている。例えば、２．４ＧＨｚ帯では、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）など、免許を必要としない無線通信技術が活用されている。しかしながら、これらの無線通信技術では、各装置が協調制御を取る仕組みが不完全であり、干渉によって通信品質が劣化してしまう課題があった。これらの無線通信技術で使用される装置には、干渉源を測定して適応的に周波数または送信時間を選択し、干渉を回避する機能を搭載しているものがある。ただし、このような機能を搭載している装置でも、周波数ホッピング信号など、時間周波数空間上で局所的に電力を分散させるタイプの信号を事前知識なしに検出することは難しい。
　周波数ホッピング信号を検出する技術として、特許文献１には、受信信号から時間周波数で区切られた領域ごとの電力を示すスペクトログラムを生成し、信号を検出する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、スペクトログラム上でエッジが周波数上に連続している点を、受信開始時刻すなわち信号の時間方向の立ち上がり、または受信終了時刻すなわち信号の時間方向の立ち下がりとして認識する。
特開２０１６－５８８４１号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、ある時刻にエッジが周波数方向に連続して観測されること、すなわち周波数ホッピングする信号の帯域幅が一定程度あることを前提にして、信号の立ち下がりまたは立ち上がりを検出している。そのため、狭帯域信号、または広帯域信号において信号の瞬時スペクトラム形状が安定していない変調方式では、信号の検出精度が劣化するおそれがある、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、狭帯域信号または瞬時スペクトラムが安定しない信号に対して、信号の検出精度を向上可能な信号検出装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の信号検出装置は、受信信号の受信電力値を時間および周波数の２次元で表したスペクトログラムを生成するスペクトログラム生成部と、スペクトログラムを用いて受信電力値の累積分布関数を生成し、累積分布関数において第１の閾値を上回る点の受信電力値を第２の閾値に設定する閾値設定部と、第２の閾値を用いて、スペクトログラムから検出対象信号の存在する時間周波数領域を検出する信号抽出部と、を備えることを特徴とする。
　本発明にかかる信号検出装置は、狭帯域信号または瞬時スペクトラムが安定しない信号に対して、雑音を含む受信環境での信号の検出精度を向上できる、という効果を奏する。
信号検出装置の構成例を示すブロック図 信号検出装置の信号検出処理を示すフローチャート 信号検出装置が検出対象とする検出対象信号および検出対象の領域の例を模式的に示した図 信号検出装置の一部を専用のハードウェアを用いて実現する際の装置構成の例を示す図 信号検出装置の一部をソフトウェアで実現する際の装置構成の例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる信号検出装置および信号検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態にかかる信号検出装置１０の構成例を示すブロック図である。信号検出装置１０は、アンテナ１と、信号取得部２と、スペクトログラム生成部３と、閾値設定部４と、信号抽出部５と、同期処理部６と、出力部７と、を備える。
　アンテナ１は、信号検出装置１０周辺の信号を受信する。信号取得部２は、アンテナ１で受信された受信信号に対して、周波数変換処理、Ａ／Ｄ（Analog　to　Digital）変換などを行う。スペクトログラム生成部３は、受信信号の受信電力値を時間および周波数の２次元で表したスペクトログラムを生成する。閾値設定部４は、スペクトログラムを用いて受信電力値の累積分布関数（ＣＤＦ：Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を生成し、ＣＤＦにおいて閾値Ｃｔｈを上回る点の受信電力値を閾値Ｐｔｈに設定する。信号抽出部５は、閾値Ｐｔｈを用いて、スペクトログラムから検出対象信号の存在する時間周波数領域を検出する。同期処理部６は、検出対象信号の検出結果に対して、規定された信号フォーマットに対応した同期処理を行って補正する。出力部７は、領域検出結果を外部の装置に出力する。
　つづいて、信号検出装置１０において、広帯域に渡りある時間区間の間、連続的に受信した信号の信号波形から検出対象信号として通信信号が含まれている時間周波数領域を検出する動作について説明する。図２は、本実施の形態にかかる信号検出装置１０の信号検出処理を示すフローチャートである。
　まず、信号検出装置１０において、信号取得部２は、アンテナ１で受信された受信信号をデジタル信号処理に適した周波数帯にダウンコンバージョンし、ダウンコンバージョンした信号をＡ／Ｄ変換してデジタルのデータ列に変換するなどの信号取得処理を行う（ステップＳ１）。受信信号には、検出対象信号の他、雑音信号などが含まれる。受信信号に対する信号取得部２の処理内容は、一般的な受信装置で行われる処理内容と同様のものである。信号取得部２は、信号取得処理によって受信信号のデジタル波形データを生成し、スペクトログラム生成部３に出力する。
　なお、信号検出装置１０では、広帯域観測が必要でＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジが不足することが想定される場合、信号取得部２が、解析対象の帯域をアナログ信号のまま異なる周波数で周波数変換する処理を並列して実行し、各周波数帯の信号にバンドパスフィルタなどで分割して別々にＡ／Ｄ変換などの処理を行ってもよい。信号検出装置１０は、以降で説明する処理を周波数帯毎に全て並列に実行してもよい。
　スペクトログラム生成部３は、一般的に知られているスペクトログラム生成処理によって、取得したデジタル波形データから、時間周波数の２次元空間上で受信信号の受信電力値を表したスペクトログラム生成処理を行う（ステップＳ２）。具体的に、スペクトログラム生成部３は、取得したデジタル波形データから規定されたサンプル数を取り出して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行い、パワースペクトルに変換する処理をＦＦＴ毎に取得時間をずらしながら実行する処理を繰り返し行うことで、スペクトログラムを生成する。
　なお、スペクトログラム生成部３は、ＦＦＴに替えて、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、または離散ウェーブレット変換などを用いてもよい。また、スペクトログラム生成部３は、必須ではないが、ＦＦＴされるデジタル波形データのデータ列に対して、ＦＦＴに先だって、ハニング窓、ブラックマン窓、カイザー窓などの時間窓関数を乗算する処理を行うことが望ましい。
　スペクトログラム生成部３は、生成したスペクトログラムに対して、画像処理の分野で用いられる時間および周波数の２次元空間上の２次元フィルタリング処理、例えば、ガウシアンフィルタ処理などのデータ加工処理を実行する（ステップＳ３）。スペクトログラム生成部３は、スペクトログラムに対してフィルタリング処理することで、急峻な検出結果の変動を抑えることができる。すなわち、信号検出装置１０は、後述する閾値による判定において、２値化した際に瞬時スペクトラムに依存して検出した部分と検出されなかった部分とが交互に出現する現象を抑えることができる。信号検出装置１０は、閾値による判定において、ひとまとまりの検出対象信号をまとめて検出することが可能になり、検出精度を向上することができる。なお、スペクトログラム生成部３は、データ加工処理については、必要に応じて実行すればよく、省略することも可能である。スペクトログラム生成部３は、生成したスペクトログラムを閾値設定部４に出力する。
　閾値設定部４は、取得したスペクトログラムから、どの時間周波数領域に検出対象信号が存在しているかを２値化するための閾値を設定する。閾値設定部４は、例えば、ある時間周波数（ｔ，ｆ）におけるスペクトログラムの受信電力値Ｐ（ｔ，ｆ）に対して、検出対象信号の有無を示す２値化処理結果Ｑ（ｔ，ｆ）を定義するための電力閾値である閾値Ｐｔｈを設定する。なお、ｔは時間を示し、ｆは周波数を示す。２値化処理結果Ｑ（ｔ，ｆ）については、例えば、以下の式（１）のように定義することができる。
　Ｑ（ｔ，ｆ）＝１　（Ｐ（ｔ，ｆ）－Ｐｔｈが０以上のとき）
　Ｑ（ｔ，ｆ）＝０　（Ｐ（ｔ，ｆ）－Ｐｔｈが０未満のとき）　…（１）
　２値化処理結果Ｑ（ｔ、ｆ）は、検出対象信号が存在する領域が連続的に「１」となり、それ以外の領域が「０」となる。例えば、検出対象信号が周波数ホッピング信号とすると、周波数ホッピング信号の１ホップ分の信号の領域は「１」となる。なお、式（１）において、２値化処理結果Ｑ（ｔ，ｆ）の「０」および「１」は定義のみの問題であり、「０」および「１」を反転させて定義してもよい。
　まず、閾値設定部４は、例えば、受信電力値Ｐ（ｔ，ｆ）について、ある時間領域Ｔ１≦ｔ＜Ｔ２、およびある周波数領域Ｆ１≦ｆ＜Ｆ２での受信電力値Ｐ（ｔ，ｆ）の分布を示すヒストグラムを生成する（ステップＳ４）。閾値設定部４は、ヒストグラムの階級ごとの値を累積していくことで、累積分布関数を生成する（ステップＳ５）。ＣＤＦは、受信電力値ｐに対して、ヒストグラムを生成した領域の中で受信電力値ｐを下回っている領域の割合を示し、ｐに関する単調増加の関数Ｃ（ｐ）と表現できる。閾値設定部４は、関数Ｃ（ｐ）に対して、予め設定された電力閾値である閾値Ｃｔｈを超える点ｐ1を求め、点ｐ1の受信電力値を閾値Ｐｔｈとして設定する（ステップＳ６）。閾値Ｃｔｈを第１の閾値とし、閾値Ｐｔｈを第２の閾値とする。
　一般に、受信信号は受信電力が未知であることが多く、また、雑音電力も周囲の環境、また、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）などの影響を受け、２値化するための閾値を予め設定することは困難である。また、雑音電力の統計値、例えば分散などを精度よく直接測定することも困難である。しかしながら、雑音電力は、十分なサンプル数が取得できれば、雑音電力のヒストグラムがガウス雑音の分散値に比例して電力方向にシフトして観測されることが期待できる。一方、検出対象信号が存在する領域は、ＣＤＦの受信電力値が大きい部分に現れることが多い。そのため、例えばＣＤＦ＝９９％の点を閾値Ｃｔｈとして設定しておくことで、雑音を取り込むことによる誤検出を防ぐことができ、かつ、検出対象信号の検出精度を向上することが可能になるという効果を得られる。
　ここで、閾値設定部４は、ヒストグラムを生成してから閾値を設定するまでの処理について、小さな領域に分割して領域毎に行ってもよい。この場合、閾値設定部４は、受信電力値Ｐ（ｔ，ｆ）でヒストグラムを生成する領域を分割し、領域毎に別々に閾値Ｐｔｈを設定する。閾値設定部４が領域毎に閾値Ｐｔｈを別々な値として設定することで、信号検出装置１０では、時間または周波数に依存して変動する雑音への耐性を向上することが可能になる。
　閾値設定部４は、具体的に、前述のステップＳ４のヒストグラムを生成する処理において、各領域が異なる領域になるよう、領域の範囲を示すＴ１，Ｔ２，Ｆ１，およびＦ２を領域毎に設定する。閾値設定部４は、領域毎にヒストグラムを生成し（ステップＳ４）、ＣＤＦを生成し（ステップＳ５）、閾値Ｐｔｈを設定する（ステップＳ６）。閾値設定部４は、分割した全ての領域で閾値Ｐｔｈの設定が終わっていない場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、閾値Ｐｔｈを設定していない領域が無くなるまでステップＳ４からステップＳ６の処理を繰り返し実行する。閾値設定部４は、分割した全ての領域で閾値Ｐｔｈの設定が終わった場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、各領域について設定した閾値Ｐｔｈを信号抽出部５に出力する。このように、閾値設定部４は、スペクトログラムを時間周波数空間上の複数の領域に分割し、領域毎に、受信電力値Ｐ（ｔ，ｆ）のＣＤＦを生成し、ＣＤＦにおいて閾値Ｃｔｈを上回る点ｐ1の受信電力値を閾値Ｐｔｈに設定する。なお、閾値設定部４は、領域を分割しない場合、ステップＳ６の処理の後、設定した閾値Ｐｔｈを信号抽出部５に出力する。
　なお、閾値設定部４は、ＣＤＦに替えて相補累積分布関数（ＣＣＤＦ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いて同等の処理を行ってもよい。以降の説明では、領域が分割されていた場合を想定して、閾値Ｐｔｈについては、領域毎に設定したとものとして閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）と記載する。閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）についても閾値Ｐｔｈと同様、第２の閾値とする。
　信号抽出部５は、スペクトログラム生成部３からスペクトログラムを取得し、閾値設定部４から閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）を取得する。信号抽出部５は、まず、２値化処理を行う（ステップＳ８）。ここで、閾値Ｐｔｈが領域毎に異なる閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）の場合、閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）は領域の境界線上で不連続となるため、検出時に領域設定に依存して検出結果が部分的に切り取られるおそれがある。そのため、信号抽出部５は、必要に応じて閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）をスムージングする２次元フィルタリング、例えばガウスフィルタなどを用いて、領域境界線上で連続性を保つような閾値に変換してもよい。信号抽出部５は、領域毎の閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）を用いて、領域毎に検出対象信号を検出できたか否かを判定する。具体的に、信号抽出部５は、２値化処理を行う。信号抽出部５において、２値化処理は、以下の式（２）を用いて２値化処理結果Ｑ（ｔ，ｆ）を求める処理となる。なお、２値化処理結果Ｑ（ｔ，ｆ）の「１」および「０」の定義は、前述の式（１）のときと同様である。
　Ｑ（ｔ，ｆ）＝１　（Ｐ（ｔ，ｆ）－Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）が０以上のとき）
　Ｑ（ｔ，ｆ）＝０　（Ｐ（ｔ，ｆ）－Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）が０未満のとき）　…（２）
　信号抽出部５は、２値化処理結果Ｑ（ｔ，ｆ）が「１」となっている領域、すなわち検出対象信号が存在している領域について、帯域幅および時間幅の領域情報に変換するための領域検出処理を行う（ステップＳ９）。具体的に、信号抽出部５は、連続して得られた２値化処理結果Ｑ（ｔ，ｆ）が「１」、すなわち検出対象信号が存在する領域を囲む外接矩形に変換する処理を行う。外接矩形への変換処理については、画像処理の分野で一般的に提供されている技術で実行することが可能である。信号抽出部５は、外接矩形への変換処理として、検出対象信号の検出結果から検出対象信号が占有する領域の時間幅および周波数幅を算出し、時間幅および周波数幅の積である領域面積を求めることも可能である。信号抽出部５は、領域検出の結果、検出対象信号が存在すると思われる複数の領域Ｒ（ｋ）（ｋ＝１，…，領域数Ｋ０）を得る。領域数Ｋ０は、検出対象信号が存在すると思われる領域の合計数である。各領域Ｒ（ｋ）は、端点の座標情報、時間幅情報、および周波数幅情報を持っている。端点の座標情報とは、例えば、信号検出装置１０で信号を受信したときの開始時刻または開始周波数の少なくとも１つに対応する座標である。
　信号抽出部５は、各領域Ｒ（ｋ）に対して、不要な検出結果を取り除くための信号選択処理を行う（ステップＳ１０）。例えば、閾値設定部４がＣＤＦに基づいて閾値設定を行うことで、信号抽出部５は、局所的に非常に狭い時間周波数幅を持つ雑音を信号として検出、すなわち検出対象信号のない領域を信号がある領域として検出してしまうことがある。このように誤った検出をした領域を取り除くため、信号抽出部５は、予め設定された検出対象の最小時間幅、および最小周波数幅を用いて、設定された最小時間幅および最小周波数幅を下回る領域を検出結果から除外する。信号抽出部５は、前述のように占有する時間幅および周波数幅を算出していれば、算出した時間幅、周波数幅、または領域面積と、最小時間幅、最小周波数幅、または最小時間幅および最小周波数幅の積との比較によって、不要な検出結果を除去することができる。これにより、検出対象信号が存在すると思われる領域数はＫ１≦Ｋ０を満たす新たな値である領域数Ｋ１になり、領域Ｒ1（ｋ）（ｋ＝１，…，領域数Ｋ１）となる。領域数Ｋ１は、信号選択処理後において検出対象信号が存在すると思われる領域の合計数である。
　なお、領域の絞り込みについては、最大値を設定してもよい。例えば、レーダーで使われるチャープ信号は、瞬時的には狭い周波数幅であるが、信号の時間観測長を大きくすると広帯域信号となり、信号抽出部５の検出結果として広い時間周波数の領域が得られる。レーダー波を検出対象から除外する場合、または逆にレーダー波を検出対象にする場合でも、信号抽出部５は、検出結果に応じた場合分けを適用することで、不要な検出結果を取り除くことができる。信号抽出部５は、条件に応じて領域数を絞り込む処理を行うことで、僅かに残っている雑音の誤検出を排除でき、興味対象外の信号例えばレーダー波などを必要に応じて取り除くことができ、また、信号の残留時間または残留周波数に応じた信号の分類が可能となる。
　信号抽出部５は、信号選択処理の後、必要に応じて選択信号補正処理を行う（ステップＳ１１）。この選択信号補正処理は、検出された領域の範囲を一定の条件で広くすることで、後述するステップＳ１４における同期処理の性能を向上させるものである。領域Ｒ1（ｋ）には、設定された閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）によっては、検出対象信号の始点、帯域幅、時間幅などの情報に誤差が含まれ、一般的に通信で用いられている同期技術で得られるほどの精度とはなっていない。
　そのため、信号抽出部５は、例えば、選択信号補正処理によって、検出された領域の範囲が想定される検出対象信号より狭い場合を想定して、検出された領域を想定される検出対象信号の帯域幅および時間長に対して決まる値に拡大してもよい。また、信号抽出部５は、選択信号補正処理によって、検出された領域の範囲の周辺の領域の閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）を部分的に小さい値に変換して、検出された領域の範囲を拡大する補正処理を行ってもよい。これにより、信号抽出部５は、予め想定される検出対象信号のフォーマット、例えば無線ＬＡＮのフォーマットまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈのフォーマットなどが既知の場合、検出した小領域に対して同期処理を施すことで、検出結果の精度をさらに向上することができる。
　信号抽出部５は、選択信号補正処理の後、検出領域数測定処理（ステップＳ１２）、および検出した領域数に応じて２値化処理をやり直すか否か、すなわち閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）の修正が必要か否かの判断（ステップＳ１３）を行ってもよい。例えば、ＣＤＦの生成において、スペクトログラムに占める検出対象信号の存在区間の面積比次第では、例示した９９％の閾値Ｃｔｈの設定が適切ではない場合がある。そのため、信号抽出部５は、領域数Ｋ０またはＫ１に対して、条件を満たす帯域幅、時間幅、または帯域幅および時間幅の積である領域面積のいずれかを条件として、条件を満たす領域の合計数である領域数Ｋ２を算出し、領域数Ｋ２によって閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）を導出するための閾値Ｃｔｈを変更し、閾値設定部４に対して再度閾値設定の処理をやり直しさせてもよい。
　例えば、ステップＳ８の２値化処理後の領域数Ｋ０に含まれる検出結果には、一定程度雑音によって誤検出された小領域が含まれる程度の方が、必要な信号検出数を高められる可能性が高い。この場合、信号抽出部５は、検出領域数測定処理として、領域数Ｋ０に対して、領域数が数点程度のものの領域数をＫ２とし、領域数Ｋ２、または領域数Ｋ０に対する領域数Ｋ２の比が、設定値を下回る場合、２値化をやり直すための閾値Ｃｔｈを再設定する。信号抽出部５は、例えば閾値Ｃｔｈ＝９９％を閾値Ｃｔｈ＝９７％に変更する。閾値Ｃｔｈを再設定できるようにすることで、信号検出装置１０は、閾値Ｃｔｈを事前にチューニングする手間を削減しつつ、検出対象信号の検出精度を向上することができる。
　信号抽出部５は、閾値Ｃｔｈを再設定した場合は閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）の修正が必要と判断して（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、閾値設定部４に対して閾値Ｃｔｈを設定する。信号抽出部５は、十分な領域数を得たと判断した場合、すなわち閾値Ｃｔｈを再設定しない場合、閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）の修正が必要ないと判断して（ステップＳ１３：Ｎｏ）、検出対象信号が存在する領域として検出された結果を示す領域検出結果を同期処理部６に出力する。このように、信号抽出部５は、検出対象信号の検出結果に基づいて閾値Ｃｔｈを変更するか否かを判定し、閾値Ｃｔｈを変更する場合は変更後の閾値Ｃｔｈを閾値設定部４に通知する。閾値設定部４は、信号抽出部５から閾値Ｃｔｈの通知を受けた場合、通知された閾値Ｃｔｈを用いて閾値Ｐｔｈを再設定する処理を行う。
　なお、信号抽出部５は、閾値Ｃｔｈを再設定することを決定した場合、閾値Ｃｔｈを再設定することのみを閾値設定部４に通知し、閾値Ｃｔｈの再設定については閾値設定部４で行うようにしてもよい。
　同期処理部６は、信号取得部２からデジタル波形データを取得し、信号抽出部５から領域検出結果を取得する。同期処理部６は、取得した領域検出結果を補正する同期処理を行う（ステップＳ１４）。同期処理部６は、例えば、領域検出結果に対して、信号を時間方向に切り出し、周波数変換により中心周波数を０Ｈｚとするダウンコンバージョン処理を行ってＩＱ信号に変換する。そして、同期処理部６は、前述のように候補となる信号フォーマットを受信する受信機で適用される同期処理を行い、ＡＦＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理またはフレーム検出によって領域検出結果の補正を行う。同期処理部６は、補正した領域検出結果を出力部７に出力する。
　ここで、信号フォーマット毎に時間幅および帯域幅が決まっているため、この時間幅および帯域幅を満たさない信号に対して同期処理を行っても精度の改善は望めない。そのため、同期処理部６は、領域検出結果から、想定される時間幅および帯域幅を満たさない信号については同期処理をせず、無駄な計算処理を抑える構成としてもよい。信号検出装置１０では、同期処理部６が、同期処理を実施することにより、信号の検出結果からなる信号の時間周波数値の精度を向上することが可能となる。
　出力部７は、同期処理部６から取得した補正後の領域検出結果を、規定されたフォーマットで図示しないディスプレイまたは他の装置に出力する（ステップＳ１５）。なお、前述のように、同期処理部６の処理は領域検出結果の精度を改善するものである。精度を重視しない場合、信号抽出部５は、直接出力部７に領域検出結果を出力してもよい。
　図３は、本実施の形態にかかる信号検出装置１０が検出対象とする検出対象信号および検出対象の領域の例を模式的に示した図である。ここでは、検出対象の領域を、時間方向で６分割し、周波数方向で４分割し、合計２４個に分割した例を示している。信号検出装置１０において、閾値設定部４は、スペクトログラム生成部３で生成されたスペクトログラムを用いて、雑音の大きい領域では大きな閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）を設定し、雑音の小さい領域では、雑音の大きい領域の閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）よりも小さな閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）を設定する。信号抽出部５は、領域によって異なる閾値Ｐｔｈ（ｔ，ｆ）を用いて、検出対象信号を検出する処理を行う。
　つづいて、信号検出装置１０のハードウェア構成について説明する。図４は、本実施の形態にかかる信号検出装置１０の一部を専用のハードウェアを用いて実現する際の装置構成の例を示す図である。信号検出装置１０において、アンテナ１および信号取得部２は、無線受信器９１である。出力部７は外部に信号を出力する出力インタフェース９３である。スペクトログラム生成部３、閾値設定部４、信号抽出部５、および同期処理部６は処理回路９２により実現される。処理回路９２は、専用のハードウェアで実現される場合、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。
　図５は、本実施の形態にかかる信号検出装置１０の一部をソフトウェアで実現する際の装置構成の例を示す図である。スペクトログラム生成部３、閾値設定部４、信号抽出部５、および同期処理部６の機能は、プロセッサ９４が、メモリ９５に記憶された各構成要素の各々の処理に対応するプログラムを読み出して実行する処理回路により実現される。また、メモリ９５は、プロセッサ９４が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。ここで、プロセッサ９４とは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）である。メモリとは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒy）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）などが該当する。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、信号検出装置１０は、時間周波数の２次元空間の各点で観測される受信信号の受信電力値の統計データであるスペクトログラムに基づいて閾値を設定し、設定した閾値を用いて、検出対象信号の検出を行うこととした。信号検出装置１０は、閾値を可変にすることで、狭帯域信号、または瞬時スペクトラムが安定しない信号に対して、雑音を含む受信環境での信号の検出精度を向上することができる。
　また、信号検出装置１０は、各周波数帯域または各時間帯の使用状況を統計的に測定することで、別途設ける信号送信装置において、干渉を起こしにくい送信時間および周波数の設定に使用することができる。また、通信装置と信号検出装置１０を併用することで、干渉状況のモニタリングまたは通信品質評価に活用でき、事前に送受信リソースが厳密に決まっていない通信方式において、受信機が未知の周波数に存在する信号を受信する用途に活用することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　アンテナ、２　信号取得部、３　スペクトログラム生成部、４　閾値設定部、５　信号抽出部、６　同期処理部、７　出力部、１０　信号検出装置。

Claims (7)

  1. 　受信信号の受信電力値を時間および周波数の２次元で表したスペクトログラムを生成するスペクトログラム生成部と、
    　前記スペクトログラムを用いて前記受信電力値の累積分布関数を生成し、前記累積分布関数において第１の閾値を上回る点の受信電力値を第２の閾値に設定する閾値設定部と、
    　前記第２の閾値を用いて、前記スペクトログラムから検出対象信号の存在する時間周波数領域を検出する信号抽出部と、
    　を備えることを特徴とする信号検出装置。
  2. 　前記閾値設定部は、前記スペクトログラムを時間周波数空間上の複数の領域に分割し、領域毎に、前記受信電力値の累積分布関数を生成し、前記累積分布関数において前記第１の閾値を上回る点の受信電力値を前記第２の閾値に設定し、
    　前記信号抽出部は、領域毎の前記第２の閾値を用いて、領域毎に前記検出対象信号を検出できたか否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の信号検出装置。
  3. 　前記信号抽出部は、前記検出対象信号の検出結果から算出した、前記検出対象信号が占有する時間幅、周波数幅、または前記時間幅および前記周波数幅の積である領域面積に基づいて、不要な検出結果を除去する、
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の信号検出装置。
  4. 　前記信号抽出部は、前記検出対象信号の検出結果に基づいて前記第１の閾値を変更するか否かを判定し、前記第１の閾値を変更する場合は変更後の第１の閾値を前記閾値設定部に通知し、
    　前記閾値設定部は、前記信号抽出部から前記第１の閾値の通知を受けた場合、通知された前記第１の閾値を用いて前記第２の閾値を再設定する、
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の信号検出装置。
  5. 　前記検出対象信号の検出結果に対して、規定された信号フォーマットに対応した同期処理を行って補正する同期処理部、
    　を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の信号検出装置。
  6. 　前記スペクトログラム生成部は、生成した前記スペクトログラムに対して、時間および周波数の２次元空間上のフィルタリング処理を行う、
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の信号検出装置。
  7. 　スペクトログラム生成部が、受信信号の受信電力値を時間および周波数の２次元で表したスペクトログラムを生成するスペクトログラム生成ステップと、
    　閾値設定部が、前記スペクトログラムを用いて前記受信電力値の累積分布関数を生成し、前記累積分布関数において第１の閾値を上回る点の受信電力値を第２の閾値に設定する閾値設定ステップと、
    　信号抽出部が、前記第２の閾値を用いて、前記スペクトログラムから検出対象信号の存在する時間周波数領域を検出する信号抽出ステップと、
    　を含むことを特徴とする信号検出方法。
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