(57)【要約】【課題】追尾性能の向上を可能とする追尾処理装置を得ること。【解決手段】追尾処理装置１は、送信ビームを照射して得られた受信ビームを処理することによってレーダ装置であるＤＢＦレーダ装置２から出力されたマルチビーム７を基に目標物を追尾する。追尾処理装置１は、マルチビーム７を構成するビームのスポットである受信スポットごとに目標物を検出する目標検出部４と、レーダ装置による送信ビームの照射を制御するレーダ制御部５と、を備える。レーダ制御部５は、目標物が検出された受信スポットを特定し、特定された受信スポットに基づいて、送信ビームを照射する方位を決定する。【選択図】図１
2020169951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信ビームを照射して得られた受信ビームを処理することによってレーダ装置から出力されたマルチビームを基に目標物を追尾する追尾処理装置であって、
前記マルチビームを構成するビームのスポットである受信スポットごとに前記目標物を検出する目標検出部と、
前記レーダ装置による前記送信ビームの照射を制御するレーダ制御部と、を備え、
前記レーダ制御部は、前記目標物が検出された前記受信スポットを特定し、特定された前記受信スポットに基づいて、前記送信ビームを照射する方位を決定することを特徴とする追尾処理装置。
【請求項２】
前記レーダ制御部は、前記マルチビームにおける前記受信スポットの各々に対応付けられた照射方位を示す照射方位情報を保持し、特定された前記受信スポットに対応する前記照射方位情報を読み出すことによって前記送信ビームを照射する方位を決定することを特徴とする請求項１に記載の追尾処理装置。
【請求項３】
前記目標検出部によって検出された前記目標物の追尾処理を実行する多目標追尾部を備え、
前記多目標追尾部は、互いに異なる方位への前記送信ビームの照射によって検出された前記目標物について位置および速度の各々を近似することによって前記目標物の近似航跡を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の追尾処理装置。
【請求項４】
前記多目標追尾部は、検出された前記目標物の航跡と前記近似航跡との相関の有無を判定することを特徴とする請求項３に記載の追尾処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標物を追尾する追尾処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
追尾処理装置は、指定された捜索範囲における送信ビームの照射によって得られた受信ビームを基に目標物を捜索して、検出された目標物を追尾する。捜索は、送信ビームの照射方位を変化させながら目標の検出を行う処理である。なお、以下の説明では、目標物を単に「目標」と称することがある。追尾処理装置は、互いに異なるタイミングの受信ビームにおいて検出された目標について、目標の運動諸元を表す航跡における相関の有無を判定する相関処理を行う。
【０００３】
特許文献１に開示されている追尾処理装置では、複数の目標を追尾するための多目標追尾アルゴリズムとしてＭＨＴ（Multiple  Hypothesis  Tracking）アルゴリズムを採用することによって、多数の航跡が生成され得る環境下における追尾性能の向上が図られている。また、特許文献１に開示されている追尾処理装置では、ＭＨＴアルゴリズムの処理を航跡管理とそれ以外の機能とに分けて並行させることにより、演算負荷の低減が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０８４５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
追尾処理装置は、捜索が開始された初期段階において目標物の航跡が確立可能であることで、追尾性能の向上が可能となる。しかしながら、特許文献１に開示されるような従来の追尾処理装置では、かかる初期段階における航跡の確立を可能とするものではないため、追尾性能のさらなる向上を図ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、追尾性能の向上を可能とする追尾処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる追尾処理装置は、送信ビームを照射して得られた受信ビームを処理することによってレーダ装置から出力されたマルチビームを基に目標物を追尾する。本発明にかかる追尾処理装置は、マルチビームを構成するビームのスポットである受信スポットごとに目標物を検出する目標検出部と、レーダ装置による送信ビームの照射を制御するレーダ制御部と、を備える。レーダ制御部は、目標物が検出された受信スポットを特定し、特定された受信スポットに基づいて、送信ビームを照射する方位を決定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、追尾処理装置は、追尾性能の向上が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる追尾処理装置の機能構成を示すブロック図
【図２】図１に示す追尾処理装置が有するレーダ制御部の機能構成を示すブロック図
【図３】図１に示す追尾処理装置へ入力されるマルチビームの模式図
【図４】図２に示すレーダ制御部によるレーダ制御の手順を示すフローチャート
【図５】図２に示すレーダ制御部による照射方位の制御についての説明図
【図６】図１に示す追尾処理装置が有する多目標追尾部の機能構成を示すブロック図
【図７】図６に示す多目標追尾部による多目標追尾の手順を示すフローチャート
【図８】図６に示す多目標追尾部による多目標追尾についての説明図
【図９】実施の形態１にかかる追尾処理装置のハードウェア構成の例を示す第１の図
【図１０】実施の形態１にかかる追尾処理装置のハードウェア構成の例を示す第２の図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる追尾処理装置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。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる追尾処理装置の機能構成を示すブロック図である。実施の形態１にかかる追尾処理装置１は、ＤＢＦ（Digital  Beam  Forming）レーダ装置２と外部装置３とに接続されている。
【００１２】
ＤＢＦレーダ装置２は、送信ビームを照射して得られた受信ビームをＤＢＦ処理することによってマルチビーム７を形成し、マルチビーム７を追尾処理装置１へ出力するレーダ装置である。ＤＢＦレーダ装置２は、指定された捜索範囲へ送信ビームを照射する。追尾処理装置１は、マルチビーム７を基に目標を追尾する。
【００１３】
外部装置３は、ユーザによって指定された捜索範囲の情報を含むレーダ指令情報８を追尾処理装置１へ出力する。外部装置３は、追尾処理装置１から入力される航跡情報１１を処理する。外部装置３には、表示機器あるいは通信機器といった機器が含まれる。
【００１４】
追尾処理装置１は、マルチビーム７から分割された複数の受信スポットの各々から目標を検出する目標検出部４と、ＤＢＦレーダ装置２による送信ビームの照射を制御するレーダ制御部５と、目標検出部４によって検出された目標の追尾処理を実行する多目標追尾部６とを有する。目標検出部４は、目標の検出結果９をレーダ制御部５と多目標追尾部６とへ出力する。
【００１５】
レーダ制御部５は、目標の追尾を継続可能に送信ビームの照射を制御するためのレーダ制御情報１０を、レーダ指令情報８と検出結果９とに基づいて生成する。レーダ制御部５は、生成されたレーダ制御情報１０をＤＢＦレーダ装置２へ出力する。多目標追尾部６は、検出結果９に基づく追尾処理によって、航跡情報１１を生成する。多目標追尾部６は、生成された航跡情報１１を外部装置３へ出力する。多目標追尾部６による追尾の対象は、単一の目標であっても複数の目標であってもよい。
【００１６】
図２は、図１に示す追尾処理装置が有するレーダ制御部の機能構成を示すブロック図である。図３は、図１に示す追尾処理装置へ入力されるマルチビームの模式図である。ＤＢＦレーダ装置２は、送信ビームを照射して得られた受信ビーム３０を、ＤＢＦ処理によって分割する。マルチビーム７は、分割によって得られた複数のビームの束である。追尾処理装置１は、複数のビームの各々を単位として、目標の追尾のための処理を実行する。以下の説明では、マルチビーム７を構成する複数のビームの各々を、単位ビームと称することがある。
【００１７】
受信スポット３１は、単位ビームのスポットである。各受信スポット３１には、受信スポット３１同士を識別するための受信スポット番号２５が付与されている。なお、図３には、受信ビーム３０が９本の単位ビームに分割された場合における受信スポット３１を示している。受信ビーム３０の分割によって得られる単位ビームの数は複数であればよく、任意であるものとする。
【００１８】
目標検出部４は、マルチビーム７を構成する単位ビームの受信スポット３１ごとに目標を検出する。目標検出部４は、各受信スポット３１についての目標の検出結果９をレーダ制御部５へ出力する。
【００１９】
レーダ制御部５は、目標が検出された受信スポット３１を特定する受信スポット特定器２１と、送信ビームを照射する方位を、特定された受信スポット３１に基づいて決定する照射方位決定器２２と、決定された照射方位にしたがってＤＢＦレーダ装置２を制御する照射制御器２３と、照射方位の情報を保持する照射方位データベース（database：ＤＢ）２４とを備える。
【００２０】
図４は、図２に示すレーダ制御部によるレーダ制御の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、受信スポット特定器２１は、レーダ制御部５へ入力された検出結果９に基づいて、目標が検出された受信スポット３１を特定する。また、受信スポット特定器２１は、特定された受信スポット３１の受信スポット番号２５を照射方位決定器２２へ出力する。
【００２１】
ステップＳ２において、照射方位決定器２２は、受信スポット特定器２１から入力された受信スポット番号２５に基づいて、送信ビームの照射方位を決定する。また、照射方位決定器２２は、決定された照射方位を示す照射方位情報２６を照射制御器２３へ出力する。
【００２２】
マルチビーム７を構成する各受信スポット３１には、当該受信スポット３１にて目標が検出された場合における照射方位があらかじめ対応付けられている。照射方位ＤＢ２４には、各受信スポット３１を表す受信スポット番号２５とともに、当該受信スポット３１に対応付けられた照射方位情報２６が格納されている。照射方位決定器２２は、入力された受信スポット番号２５に対応する照射方位情報２６を照射方位ＤＢ２４から読み出して、読み出された照射方位情報２６を出力する。このように、照射方位決定器２２は、ステップＳ１において特定された受信スポット３１に対応する照射方位情報２６を読み出すことによって、送信ビームを照射する方位を決定する。
【００２３】
ステップＳ３において、照射制御器２３は、照射方位決定器２２から入力された照射方位情報２６とレーダ指令情報８とを基に生成されたレーダ制御情報１０をＤＢＦレーダ装置２へ出力することによって、送信ビームの照射方位を制御する。以上により、レーダ制御部５は、図４に示す手順によるレーダ制御を終了する。
【００２４】
ここで、図５を参照して、レーダ制御部５による照射方位の制御について説明する。図５は、図２に示すレーダ制御部による照射方位の制御についての説明図である。図５では、照射方位を変化させながらＮ回の送信ビームの照射をＤＢＦレーダ装置２が行った場合における受信スポット３１を模式的に表している。図５において、「Ｎ」は５よりも大きい整数とする。
【００２５】
送信ビームの１回目の照射が行われた時点において、９個の受信スポット３１の各々に対応する方位へ送信ビームが１回照射された状態である。図５に示すように、１回目の照射によって、９個の受信スポット３１のうち右端に位置する１個の受信スポット３３に対応する方位において目標が検出されたとする。受信スポット３３は、図３に示す９個の受信スポット３１のうち、受信スポット番号２５として「８」が付与されている受信スポット３１である。ここで、照射方位ＤＢ２４において、受信スポット番号２５が「８」である受信スポット３１に対して、図５における左の向きへ１個の受信スポット３３相当分だけ方位をずらすことを示す照射方位情報２６が対応付けられているとする。レーダ制御部５は、当該照射方位情報２６を基に生成されたレーダ制御情報１０をＤＢＦレーダ装置２へ出力することによって、ＤＢＦレーダ装置２は、２回目の照射において、１回目の照射のときから左の向きへ１個の受信スポット３１相当分だけ照射方位がずれた送信ビームを出力する。
【００２６】
送信ビームの２回目の照射が行われた時点において、１回目の照射における９個の受信スポット３１のうち左端に位置する３個の受信スポット３１ａに対応する方位へは送信ビームが１回照射された状態のままとなる。また、９個の受信スポット３１のうち左右方向における中央に位置する３個の受信スポット３１ｂに対応する方位と、９個の受信スポット３１のうち右端に位置する３個の受信スポット３１ｃに対応する方位とへは、送信ビームが２回照射された状態となる。
【００２７】
２回目の照射によって、１回目のときと同じ方位において目標が検出されたとすると、レーダ制御部５は、３回目の照射においても、２回目の照射のときと同様に、ＤＢＦレーダ装置２を制御する。ＤＢＦレーダ装置２は、３回目の照射において、２回目の照射のときから左の向きへ１個の受信スポット３１相当分だけ照射方位がずれた送信ビームを出力する。
【００２８】
送信ビームの３回目の照射が行われた時点において、１回目の照射における９個の受信スポット３１のうち右端に位置する３個の受信スポット３１ｃに対応する方位へは、送信ビームが３回照射された状態となる。これにより、追尾処理装置１は、捜索範囲において送信ビームを一通り照射させる間に、目標が検出された受信スポット３３へ送信ビームを３回照射して得られた動作諸元に基づいて、当該目標の航跡情報１１を生成することができる。
【００２９】
図６は、図１に示す追尾処理装置が有する多目標追尾部の機能構成を示すブロック図である。目標検出部４は、各受信スポット３１についての目標の検出結果９を多目標追尾部６へ出力する。
【００３０】
多目標追尾部６は、検出結果９である目標が過去に検出された目標と同一のものであるか否かを判定する目標判定器４１と、目標の近似航跡情報４８を生成する航跡近似器４２と、多目標追尾の実施により航跡情報１１を生成する多目標追尾器４３と、検出結果９を保持する目標検出結果ＤＢ４４と、航跡情報１１を保持する航跡ＤＢ４５とを備える。
【００３１】
図７は、図６に示す多目標追尾部による多目標追尾の手順を示すフローチャートである。目標検出部４は、目標判定器４１と目標検出結果ＤＢ４４と多目標追尾器４３とへ検出結果９を出力する。目標判定器４１は、過去の目標検出結果４６を目標検出結果ＤＢ４４から読み出す。ステップＳ１１において、目標判定器４１は、目標検出部４によって検出された目標が、目標検出結果４６により示される過去に検出された目標と同一であるか否かを判定して、目標判定結果４７を出力する。すなわち、目標判定器４１は、照射方位をずらして送信ビームを照射することによって検出された目標が同一の目標か否かを判定する。目標判定器４１は、例えば、同じ方位の受信スポット３１により検出された目標同士、あるいは目標間の距離が閾値以内である目標同士を、同一の目標と判定する。目標判定器４１は、同一か否かの判定結果である目標判定結果４７を航跡近似器４２へ出力する。
【００３２】
ステップＳ１２において、航跡近似器４２は、同一と判定された目標について位置および速度の各々を近似し、近似航跡情報４８を出力する。航跡近似器４２は、目標判定結果４７を基に、同一と判断された目標について、位置を表す座標の近似値と速度の近似値とを算出することによって、近似航跡情報４８を生成する。航跡近似器４２は、最小二乗法などの近似手法を用いて、近似航跡情報４８を生成する。航跡近似器４２は、生成された近似航跡情報４８を航跡ＤＢ４５へ出力する。近似航跡情報４８は、航跡ＤＢ４５に格納される。
【００３３】
ステップＳ１３において、多目標追尾器４３は、多目標追尾を実施して、更新された航跡情報１１を出力する。多目標追尾器４３は、既存の航跡情報４９を航跡ＤＢ４５から読み出す。多目標追尾器４３は、検出結果９と、既存の航跡情報４９とを基に、ＭＨＴアルゴリズムといった多目標追尾アルゴリズムによる多目標追尾を実施する。多目標追尾器４３は、多目標追尾の結果に基づいて既存の航跡情報４９を更新することによって、航跡情報１１を生成する。多目標追尾部６は、検出結果９である目標についての動作諸元が、既存の航跡情報４９に示されるいずれの追尾目標についての動作諸元であるかの相関処理に基づいて判定する。多目標追尾器４３は、更新された航跡情報１１を外部装置３と航跡ＤＢ４５とへ出力する。更新された航跡情報１１は、航跡ＤＢ４５に格納される。以上により、多目標追尾部６は、図７に示す手順による多目標追尾を終了する。
【００３４】
ここで、図８を参照して、多目標追尾部６による多目標追尾について説明する。図８は、図６に示す多目標追尾部による多目標追尾についての説明図である。ここでは、多目標追尾器４３によって実施される相関処理について主に説明する。
【００３５】
送信ビームの３回目の照射が行われた時点までにおいて、互いに同じ方位に対応する受信スポット３３により目標が３回検出されて、航跡近似器４２が当該目標についての近似航跡３４を示す近似航跡情報４８を生成したとする。また、その後、送信ビームのＮ回目の照射によって目標３７が検出されたとする。
【００３６】
多目標追尾器４３は、近似航跡３４においてそれぞれ近似された位置および速度に基づいて、Ｎ回目の照射の時点における近似航跡３４の予測位置３５を算出する。多目標追尾器４３は、予測位置３５を中心としたゲート３６の中に目標３７がある場合、受信スポット３３により検出された目標の近似航跡３４と目標３７の航跡とに相関があると判定する。また、多目標追尾器４３は、ゲート３６の中に目標３７が無い場合、受信スポット３３により検出された目標の近似航跡３４と目標３７の航跡とに相関は無いと判定する。このようにして、多目標追尾器４３は、検出された目標３７の航跡と近似航跡３４との相関の有無を判定する。なお、多目標追尾器４３は、ゲート３６に基づく判定に代えて、予測位置３５と目標３７との距離３８が閾値以内であるか否かによって、相関の有無を判定しても良い。
【００３７】
追尾処理装置１は、複数の受信スポット３１のうちいずれの受信スポット３１で目標が検出されたかによって送信ビームの照射方位を決定することによって、捜索の初期段階で同じ目標からの検出結果９を複数回得ることが可能となる。追尾処理装置１は、捜索の初期段階において、当該目標についての検出結果９から航跡の位置および速度をそれぞれ近似することが可能となる。これにより、追尾処理装置１は、航跡を早期に確立することができる。また、追尾処理装置１は、追尾処理に要する時間の短縮化が可能となる。
【００３８】
追尾処理装置１は、捜索範囲において送信ビームを一通り照射させる１回の捜索において、各目標についての検出結果を複数回得ることができる。追尾処理装置１は、１回の捜索において各目標についての検出結果を１回のみ得る場合と比べて、各目標の航跡の確立に要する捜索回数の低減が可能となる。これにより、追尾処理装置１は、各目標の航跡の確立に要する時間の短縮が可能となる。
【００３９】
従来技術では、空間的に互いに離れた位置で目標が検出されたとしても、航跡の予測位置と速度が算出されていない場合には、それらの検出結果が相関している判定されることがあり得る。追尾処理装置１は、検出された目標についての近似航跡３４を早期に確立可能であることで、このような不要な相関決定処理を抑制できる。また、追尾処理装置１は、不要な相関決定処理による不要な航跡の生成を抑制できることによって、演算負荷の低減が可能となる。
【００４０】
次に、追尾処理装置１が有するハードウェア構成について説明する。追尾処理装置１が有する目標検出部４、レーダ制御部５および多目標追尾部６の機能は、処理回路を使用して実現される。処理回路は、追尾処理装置１に搭載される専用のハードウェア、または、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサである。
【００４１】
図９は、実施の形態１にかかる追尾処理装置のハードウェア構成の例を示す第１の図である。図９には、図１に示す目標検出部４、レーダ制御部５および多目標追尾部６の各機能が専用のハードウェアを使用して実現される場合におけるハードウェア構成を示している。追尾処理装置１は、各種処理を実行する処理回路５１と、追尾処理装置１の外部の機器との接続インタフェースであるインタフェース５２と、各種情報を記憶する外部記憶装置５３とを備える。図９に示す追尾処理装置１の各部は、バスを介して相互に接続されている。
【００４２】
専用のハードウェアである処理回路５１は、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、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）、又はこれらの組み合わせである。目標検出部４、レーダ制御部５および多目標追尾部６の各機能は、処理回路５１を用いて実現される。
【００４３】
追尾処理装置１は、インタフェース５２を介してＤＢＦレーダ装置２へレーダ制御情報１０を出力する。追尾処理装置１は、インタフェース５２を介して外部装置３へ航跡情報１１を出力する。外部装置３からのレーダ指令情報８は、インタフェース５２を介して追尾処理装置１へ入力される。レーダ制御部５が有する照射方位ＤＢ２４と多目標追尾部６が有する目標検出結果ＤＢ４４および航跡ＤＢ４５との各機能は、外部記憶装置５３を用いて実現される。
【００４４】
図１０は、実施の形態１にかかる追尾処理装置のハードウェア構成の例を示す第２の図である。図１０には、プログラムを実行するハードウェアを用いて目標検出部４、レーダ制御部５および多目標追尾部６の各機能が実現される場合におけるハードウェア構成を示している。プロセッサ５４およびメモリ５５は、インタフェース５２および外部記憶装置５３と相互に接続されている。
【００４５】
プロセッサ５４は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）である。プロセッサ５４は、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、又はＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）であっても良い。目標検出部４、レーダ制御部５および多目標追尾部６の各機能は、プロセッサ５４と、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、内蔵メモリであるメモリ５５に格納される。メモリ５５は、不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであって、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）である。
【００４６】
実施の形態１によると、追尾処理装置１は、目標が検出された受信スポット３１を特定し、特定された受信スポット３１に基づいて、送信ビームを照射する方位を決定する。追尾処理装置１は、捜索が開始された初期段階において目標の航跡を確立可能であることによって、追尾性能の向上が可能となる。これにより、追尾処理装置１は、追尾性能の向上が可能となるという効果を奏する。
【００４７】
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。
【符号の説明】
【００４８】
１  追尾処理装置、２  ＤＢＦレーダ装置、３  外部装置、４  目標検出部、５  レーダ制御部、６  多目標追尾部、７  マルチビーム、８  レーダ指令情報、９  検出結果、１０  レーダ制御情報、１１  航跡情報、２１  受信スポット特定器、２２  照射方位決定器、２３  照射制御器、２４  照射方位ＤＢ、２５  受信スポット番号、２６  照射方位情報、３０  受信ビーム、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３３  受信スポット、３４  近似航跡、３５  予測位置、３６  ゲート、３７  目標、３８  距離、４１  目標判定器、４２  航跡近似器、４３  多目標追尾器、４４  目標検出結果ＤＢ、４５  航跡ＤＢ、４６  目標検出結果、４７  目標判定結果、４８  近似航跡情報、４９  航跡情報、５１  処理回路、５２  インタフェース、５３  外部記憶装置、５４  プロセッサ、５５  メモリ。
【図１】
2020169951.tif 000003
【図２】
2020169951.tif 000004
【図３】
2020169951.tif 000005
【図４】
2020169951.tif 000006
【図５】
2020169951.tif 000007
【図６】
2020169951.tif 000008
【図７】
2020169951.tif 000009
【図８】
2020169951.tif 000010
【図９】
2020169951.tif 000011
【図１０】
2020169951.tif 000012