(57)【要約】【課題】多数の目標の状況を正確かつ迅速に把握することを可能とする。【解決手段】第１の座標変換手段により、観測したセンサ中心空間の座標を地球中心空間の座標に変換し地球中心座標記憶手段に記憶し、目標の位置を管理する目標リストを用いて、航跡管理手段により、異なるセンサにより得られた複数の観測値および異なる時刻に得られた複数の観測値を地球中心空間の座標と比較して同一の目標に対応するかを判定し、判定結果に基づき目標の位置情報を更新し、第２の座標変換手段により、記憶された地球中心空間の座標をスクリーン座標に変換してスクリーン座標記憶手段に記憶し、画像生成手段により、目標のリストに基づいてスクリーン座標記憶手段から所定の目標座標情報を読み出し、当該読み出した座標の位置に目標を表すシンボルの画像を生成する。【選択図】図１
2010145239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサで観測した目標の位置を画面上に表示する状況表示装置において、
入力されたセンサの観測値をセンサ中心空間の座標で表現して記憶するセンサ中心座標記憶手段と、
前記センサ中心空間の座標を地球中心空間の座標に変換する第１の座標変換手段と、
前記変換された地球中心空間の座標を記憶する地球中心座標記憶手段と、
目標の位置を管理する目標リストを用いて、異なるセンサにより得られた複数の観測値または異なる時刻に得られた複数の観測値を前記地球中心空間の座標と比較して同一の目標に対応するかを判定し、判定結果に基づき目標の位置情報を更新する航跡管理手段と、
前記地球中心座標記憶手段に記憶された地球中心空間の座標をスクリーン座標に変換する第２の座標変換手段と、
前記変換されたスクリーン座標を記憶するスクリーン座標記憶手段と、
前記航跡管理手段が保持する目標のリストに基づいて前記スクリーン座標記憶手段から所定の目標座標情報を読み出し、当該読み出した座標の位置に目標を表すシンボルの画像を生成する画像生成手段を備えたことを特徴とする状況表示装置。
【請求項２】
センサ中心空間の座標から地球中心空間の座標への変換を定める変換行列を生成する第１の変換行列生成手段と、
前記第１の変換行列生成手段により生成された変換行列を予め記憶する第１の変換行列記憶手段を備え、
第１の座標変換手段は、前記第１の変換行列記憶手段に記憶された変換行列を適用してセンサ中心座標記憶手段に記憶された目標のセンサ中心空間の座標を地球中心空間の座標に変換することを特徴とする請求項１記載の状況表示装置。
【請求項３】
地球中心空間の座標からスクリーン座標への変換を定める変換行列を生成する第２の変換行列生成手段と、
前記第２の変換行列生成手段により生成された変換行列を予め記憶する第２の変換行列記憶手段を備え、
第２の座標変換手段は、前記第２の変換行列記憶手段に記憶された変換行列を適用して地球中心座標記憶手段に記憶された目標の地球中心空間の座標をスクリーン座標に変換することを特徴とする請求項１または請求項２記載の状況表示装置。
【請求項４】
予め読み込んだ背景図形を位置づける座標を地球中心空間の座標に変換し、背景図形座標情報として地球中心座標記憶手段に記憶すると共に、背景図形リストを保持する背景図形管理手段を備え、
第２の変換手段は、前記地球中心座標記憶手段に記憶された目標と背景図形の地球中心空間の座標をスクリーン座標に変換し、
画像生成手段は、航跡管理手段が保持する目標リストおよび前記背景図形管理手段が保持する背景図形リストに基づいてスクリーン座標記憶手段に記憶された目標座標情報および背景図形座標情報を読み出し、目標の位置を示すシンボルと背景図形とを重畳した画像を生成することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の状況表示装置。
【請求項５】
指定された選択基準に応じて表示すべき基準となる地点を地球中心空間の座標により表現し、地球中心空間の座標の選択基準として設定する選択基準設定手段と、
前記地球中心空間の座標の選択基準として設定された表示すべき基準となる地点と航跡管理手段が保持する目標リストにリストされた目標との位置関係とを地球中心空間において評価し、評価結果に基づき表示すべき目標または表示属性を変更する目標を選択する選択手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の状況表示装置。
【請求項６】
地球中心座標記憶手段は、与えられた地球中心空間の点を、地球中心空間の原点を始点とし、与えられた点から地表面に下ろした鉛直線の足を終点とするベクトルと、上記鉛直線の足を始点とし、与えられた点を終点とするベクトルに分解して表現することを特徴とする請求項５記載の状況表示装置。
【請求項７】
指定された選択基準に応じて表示すべき基準となる地点を地球中心空間の座標により表現し、地球中心空間の座標の選択基準として設定する選択基準設定手段と、
前記設定された地球中心空間の座標の選択基準に応じた行列演算を設定し、選択基準として設定された表示すべき基準となる地点を表すベクトルデータと航跡管理手段が保持する目標リストにリストされた目標の位置情報を表すベクトルデータとを入力ベクトルとし、当該入力ベクトルに対して前記設定された行列演算を施した結果に基づいて、表示すべき目標または表示属性を変更する目標を選択する選択手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の状況表示装置。
【請求項８】
センサで観測した目標の位置を画面上に表示する状況表示装置において、
目標の地球中心空間の座標を記憶する地球中心座標記憶手段と、
目標の位置を管理する目標リストを用いて、異なるセンサにより得られた複数の観測値または異なる時刻に得られた複数の観測値を地球中心空間の座標と比較して同一の目標に対応するかを判定し、判定結果に基づき目標の位置情報を更新する航跡管理手段と、
前記地球中心座標記憶手段に記憶された地球中心空間の座標をスクリーン座標に変換する座標変換手段と、
前記変換されたスクリーン座標を記憶するスクリーン座標記憶手段と、
前記航跡管理手段が保持する目標のリストに基づいて前記スクリーン座標記憶手段から所定の目標座標情報を読み出し、当該読み出した座標の位置に目標を表すシンボルの表示位置を生成する画像生成手段を備えたことを特徴とする状況表示装置。
【請求項９】
センサで観測した目標の位置を画面上に表示する状況表示装置において、
入力されたセンサの観測値をセンサ中心空間の座標で表現して記憶するセンサ中心座標記憶手段と、
センサ中心空間の座標を地球中心空間の座標に変換する第１の座標変換手段と、
前記変換された地球中心空間の座標を記憶する地球中心座標記憶手段と、
指定された選択基準に応じて表示すべき基準となる地点を地球中心空間の座標により表現し、地球中心空間の座標の選択基準として設定する選択基準設定手段と、
前記地球中心空間の座標の選択基準として設定された表示すべき基準となる地点と目標との位置関係とを地球中心空間において評価し、評価結果に基づき表示すべき目標または表示属性を変更する目標を選択する選択手段と、
地球中心空間の座標をスクリーン座標に変換する第２の座標変換手段と、
前記変換されたスクリーン座標を記憶するスクリーン座標記憶手段と、
前記選択手段によって選択された目標について、目標を表すシンボルの表示位置をスクリーン座標記憶手段から読み出し、前記選択手段により設定された表示属性で表示するよう画像を生成する画像生成手段を備えたことを特徴とする状況表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ等のセンサで観測した航空機や船舶等の目標の位置を画面上に表示する状況表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
センサで目標を観測した結果は、通常、センサを中心とした距離や方位角の観測値によって与えられる。状況表示装置は、これらの観測値に基づき画面上の適切な位置にシンボル等を表示することにより、利用者に迅速、かつ正確に目標の位置を把握させることを目的として用いられる。
ここで、観測値に基づきシンボルを表示する位置を計算する方法について考える。センサから目標までの距離Ｒｄ と、方位角Ａが与えられたものとする。なお、方位角は、北方向を０とし、時計回り方向を正とした角度により表す。典型的な表示方法を図２８（ａ）に示す。この例では、センサ位置を画面中心に対応させて表示している。画面中心を原点とし、右方向をｕ軸、上方向をｖ軸としたスクリーン座標（ｕ，ｖ）により画面上の位置を表すものとすると、観測値（Ｒｄ ，Ａ）とスクリーン座標（ｕ，ｖ）の関係は次式のようになる。
ｕｋ＝Ｒｄ ｃｏｓＡ
ｖｋ＝Ｒｄ ｓｉｎＡ
ここで、ｋは、スクリーン座標の１単位に対する実空間での距離を示す定数であり、縮尺の逆数に相当する。
船舶等にセンサが搭載されており、そのセンサで観測した目標の位置を、その船舶内で把握することを目的とする場合は、自位置（状況表示装置を使用する場所）とセンサ位置が一致する。この場合、自位置が画面中心に対応し、利用者にとって分かりやすい表示となる。
【０００３】
一方、別の場所にあるセンサを用いて得た観測値を通信手段によって伝送し、この情報を画面に表示して利用者が状況を把握する場合、自位置を画面中心に対応させようとすると図２８（ｂ）に示すような表示方法となる。この場合、まず自位置を画面中心に対応させた上で、センサの位置に対応する画面上の位置を決定し、その位置を基準として与えられた距離、方位角に基づき目標に対するシンボルの位置を画面上で決定する必要がある。すなわち、自位置とセンサ位置が一致しない場合、自位置を画面中心に対応させて表示するためには、センサ位置を中心とした座標系から自位置を中心とした座標系への変換が必要となる。
また、複数のセンサにより目標を観測し、得られた観測情報を統合した上で、目標の位置を画面上に表示する場合を考えると、各々のセンサが別々の場所にある場合は、それぞれの観測情報は各々のセンサの位置を中心とした別々の座標系により表現されている。これらの観測情報を集めて１つの画面に表示する場合には、各々のセンサ位置を中心とした座標系から共通の座標系への変換を行い、さらに共通の座標系において位置情報の統合を行う必要がある。
【０００４】
これに対し、特許文献１には、観測値を基に共通の座標系である緯度、経度により目標の位置を表現し、これを更に平面座標に投影することにより、位置を表示装置に表示する方法が示されている。センサが観測した目標の位置は、センサからの距離と方位により与えられる。特許文献１の方法では、この観測値に基づき、球面三角法を用いて目標の緯度、経度を計算する。この計算は、以下の手順をとる。
１）センサから目標までの距離と、目標の高度の情報に基づき、地球を中心としたセンサと目標の角距離を求める。
２）上記角距離と、センサから目標までの方位、センサの緯度・経度の情報に基づき、球面三角法を適用して目標の緯度・経度を求める。
【０００５】
【特許文献１】特許２５１６２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示された従来の状況表示装置では、観測値を基に画面上にシンボル等を表示する位置を計算する際に、地表面が球面であることを仮定して計算を行っているため、誤差が生じる。座標値に誤差が生じると、例えば図２８（ｃ）に示すように海岸線などの地理要素を示す背景図形に目標の位置を重ねて表示する際、陸上にある目標が海上に表示されるなど、目標の位置と地理要素の位置関係が正しく表示されない可能性が生じる。また、異なる位置にある２つのセンサにより同一の目標を観測した場合、同一の目標に対して座標系の異なる２つの座標値が入力されることになる。これらの２つの座標値が同一の目標に対応することがわかれば、２つの観測結果を統合し１つの目標として取り扱うことになるが、２つの座標値が同一の目標に対応するかどうかを判定するためには、観測値をセンサ毎の座標系から共通の座標系へ変換する必要がある。この共通の座標系への変換において誤差が生じると、２つの座標値が同一の目標に対応するかどうかを判定できない可能性が生じる。誤って同一の目標を別々の目標であると判定してしまった場合、１つの目標に対して２つのシンボルが表示されてしまうという問題がある。
【０００７】
また、上記従来の状況表示装置では、目標の位置を表すための共通の座標系として緯度と経度、すなわち極座標を用いている。このため、センサの観測値を基に緯度、経度を求める計算、および緯度、経度をもとにシンボルを表示する位置を求める計算は、いずれも三角関数を用いた計算となる。この場合、特に目標の数が多いとセンサの観測値を得てから表示を完了するまでの処理時間が長くなるという問題がある。
さらに、上記従来の状況表示装置の場合は、目標の位置情報を２次元平面に投影して表示するようになっており、水平方向の位置関係は把握しやすいが、高さ方向の位置関係は視覚的に表示されないため把握しにくい状態となる。図２８（ａ）〜（ｃ）に示した例においても、自位置と目標の間の距離や方位を視覚的に把握することができるが、目標の高さは視覚的に表示されないので把握が難しくなる。特に、複数の目標を同時に表示した場合、それらの目標の間の高さを含んだ位置関係を把握することが難しい。また、山地など周辺の地理要素と目標の位置とを重ねて表示する場合にも、高さ方向の位置関係を把握することが難しいという問題がある。加えて、従来の状況表示装置では、表示対象とする目標の数が増加すると画面に表示されるシンボルの数が増えるため、利用者が注目すべき目標を見失いがちになるという問題がある。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、多数の目標の状況を正確かつ迅速に把握することを可能とする状況表示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】
【０００９】
この発明に係る状況表示装置は、センサで観測した目標の位置を画面上に表示する状況表示装置において、入力されたセンサの観測値をセンサ中心空間の座標で表現して記憶するセンサ中心座標記憶手段と、センサ中心空間の座標を地球中心空間の座標に変換する第１の座標変換手段と、変換された地球中心空間の座標を記憶する地球中心座標記憶手段と、目標の位置を管理する目標リストを用いて、異なるセンサにより得られた複数の観測値または異なる時刻に得られた複数の観測値を地球中心空間の座標と比較して同一の目標に対応するかを判定し、判定結果に基づき目標の位置情報を更新する航跡管理手段と、地球中心座標記憶手段に記憶された地球中心空間の座標をスクリーン座標に変換する第２の座標変換手段と、変換されたスクリーン座標を記憶するスクリーン座標記憶手段と、航跡管理手段が保持する目標のリストに基づいてスクリーン座標記憶手段から所定の目標座標情報を読み出し、当該読み出した座標の位置に目標を表すシンボルの画像を生成する画像生成手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、同一の目標に対応する複数の座標の追跡や統合を地球中心空間の座標を用いて行えるので、誤差を排除して正確に処理することが可能となる。また、地球中心空間の座標からスクリーン座標への変換は、様々な投影方法や視点位置を切り替えて表示することができるので、目標や地理要素の水平方向の位置関係の把握だけでなく、高さ方向の位置関係の把握も容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１． 
図１は、この発明による状況表示装置の基本的な機能構成を示すブロック図である。また、図２はこの発明の実施の形態１による状況表示装置の具体的な機能構成を示すブロック図である。
図２において、この発明の状況表示装置は、典型的には、センサ１００に接続されたセンサ側装置２００と、グラフィックディスプレイ５００に接続された表示側装置４００とを通信ネットワーク３００を介して接続することにより構成されるものである。センサ側装置２００は、コンピュータシステムで構成されるもので、状況表示装置の機能であるセンサ中心座標記憶手段２０１、第１の座標変換手段２０１、地球中心座標記憶手段２０３を備えている。また、表示側装置４００もコンピュータシステムで構成されるもので、地球中心座標記憶手段４０１、航跡管理手段４０２、第２の座標変換手段４０３、スクリーン座標記憶手段４０４、画像生成手段４０５を備えている。
センサ側装置２００と表示側装置４００は異なる場所にあっても良いし、同じ場所にあっても良い。また、図３に示すように、複数のセンサ側装置２００を配置して各々の観測結果を、後述する地球中心空間の座標を用いることで１つの表示側装置４００で統合処理するようにした構成としても良い。この発明は、センサ側装置と表示側装置が異なる場所にある場合、更には、センサ側装置が図３に示すように複数あり、それぞれの観測結果を統合して表示する場合に特に効果を奏する。
【００１２】
ここで、この発明における空間および平面の定義について説明する。
（Ａ）センサ中心空間
センサの位置を原点とし、天頂方向をｚ軸、これに直角に東方向にｘ軸、北方向にｙ軸をとることにより定義される３次元空間をセンサ中心空間とする。センサ中心空間における目標の位置は、センサ位置を原点とした直交座標（この座標を以下「センサ中心空間の座標」または「センサ中心座標」と呼ぶ）
【数１】
2010145239.tif 000003
により表わされる。
（Ｂ）地球中心空間
地球の重心を原点とし、Ｘ軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向、Ｙ軸を東経９０度の方向、Ｚ軸を北極の方向にとることにより定義される３次元空間を地球中心空間とする。地球中心空間における目標の位置は、地球中心を原点とした直交座標（この座標を以下「地球中心空間の座標」または「地球中心座標」と呼ぶ）
【数２】
2010145239.tif 000004
により表わされる。
（Ｃ）視点中心空間
視点位置を原点とし、Ｚ軸負方向を視線方向、Ｙ軸正方向を視線方向に対して上方向、Ｘ軸正方向を視線方向に対して右方向にとることにより定義される３次元空間を視点中心空間とする。視点中心空間における目標の位置は、視点を原点とした直交座標
【数３】
2010145239.tif 000005
により表わされる。
（Ｄ）スクリーン平面
画面の中心を原点とし、右方向をｕ軸、上方向をｖ軸とする２次元平面をスクリーン平面とする。画面上の位置は、スクリーン座標（ｕ，ｖ）により表現される。
【００１３】
次に処理フローを、センサ側装置と表示側装置に分けて説明する。
センサ側メインループ：
図４にセンサ側メインループの処理フローを示す。センサ側メインループは、センサ情報を取り込み、観測値を表示側装置４００に送信する処理を繰り返す。
センサ中心座標記憶手段２０１は、センサ観測値が入力されると、目標の位置情報をセンサ中心空間の座標（またはセンサ中心座標）で表現して記憶する（ステップＳＴ１０１）。センサ観測値として、センサから観測対象とする目標までの距離Ｒｄ、方位角Ａ、高さＵが与えられたものとする。円筒座標（Ｒｄ ，Ａ，Ｕ）からセンサ中心座標系（ｘ，ｙ，ｚ）への変換は、次式によって行う。
ｘ＝Ｒｄ ｓｉｎＡ
ｙ＝Ｒｄ ｃｏｓＡ
ｚ＝Ｕ
【００１４】
次に、第１の座標変換手段２０２により、センサ中心座標記憶手段２０１にセンサ中心空間の座標として記憶されている観測値を地球中心空間の座標に変換し、地球中心座標記憶手段２０３に記憶する（ステップＳＴ１０２）。この地球中心空間の座標への変換は、具体的に以下のようにして行う。
センサの緯度をφ、経度をλ、高度をｈとする。センサ中心座標ｐから地球中心座標Ｐへの変換は、回転行列Ｒと並進行列Ｔを用いて次式により表される。
Ｐ＝Ｒｐ＋Ｔ                （１．１）
回転行列Ｒは、
【数４】
2010145239.tif 000006
ここで、Ｎは卯酉線曲率半径、ｅは楕円体の離心率、ａは楕円体の長半径である。
すなわち、センサ中心座標ｐから地球中心座標Ｐへの変換は、（１．２）式で定義した回転行列Ｒと（１．３）式で定義した並進行列Ｔを用い、（１．１）式により計算することができる。
次に、上記の計算により地球中心空間の座標に変換され、地球中心座標記憶手段２０３に記憶されたセンサ観測値を、通信ネットワーク３００を経由して表示側装置４００に送信する（ステップＳＴ１０３）。
【００１５】
表示側メインループ：
図５に表示側メインループの処理フローを示す。表示側メインループは、センサ側装置から観測値を受信し、最新の状況を画面に表示する処理を繰り返す。
センサ側装置２００から送信された観測値を受信すると、新たな観測情報として地球中心座標記憶手段４０１に記憶する（ステップＳＴ１１１）。すなわち、センサ側装置２００における地球中心座標記憶手段２０３のデータを地球中心座標記憶手段４０１に転送記憶する。この場合、表示側メインループにおける１つ前のループでの処理から現在のループでの処理までの間に受信した観測情報分が転送される。記憶されるデータの形態は、例えば図６（ａ）に示すような時刻ｔと座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を組にしたデータを要素とするテーブルの形を採る。
【００１６】
航跡管理手段４０２では、目標の位置を管理する目標リストを保持し、新たな観測情報に基づき目標の位置情報を更新する（ステップＳＴ１１２）。ここで使用する目標リストの例を図６（ｂ）に示す。目標リストは、航跡管理手段４０２で管理する各々の目標に関する座標データを保持する。各々の目標の座標の履歴は、図６（ａ）に示す「目標座標情報」として地球中心座標記憶手段４０１に記憶され、目標リストには、「目標座標情報」へのポインタがセットされる。この状態で、「新たな観測情報」の表に登録された各座標について、航跡管理手段４０２が管理する各々の目標との間で照合を行う。照合は、「目標座標情報」に記録された座標の履歴から、現在の目標の位置を推定し、その位置と「新たな観測情報」に登録された座標との間の地球中心空間における距離を評価することにより行われる。現在の目標の位置の推定は、等速直線運動を仮定した位置の推定を行っても良いし、等加速度運動を仮定した位置の推定を行っても良い。現在の目標の推定位置と「新たな観測情報」に登録された座標の間の距離が所定の長さより小さい場合は、その観測情報がその目標に対応するものと判定する。いずれの目標の推定位置も、「新たな観測情報」に登録された座標との距離が所定の長さより小さくならない場合は、新たな目標と判定し、目標リストに新たな目標として登録する。いずれの場合も、「新たな観測情報」に登録された座標を該当する目標に対する「目標座標情報」の表に追加し、目標の位置情報を更新する。
また、航跡管理手段４０２は、図３に示したような複数のセンサ側装置を配置した構成においては、異なるセンサで同一の目標を観測した際に得られる複数の観測データを統合する役割を担う。この統合の処理は上記と同様の処理をすべてのセンサ側装置から送信されたセンサ観測値に対して施すことにより実現される。
あるセンサで観測した目標が既に目標リストに登録されている状態で、別のセンサで観測したデータがセンサ側装置から送信されたとする。その座標値は「新たな観測情報」の表に登録され、さらにその座標値と既に登録された目標の座標情報との間で照合が行われる。この段階では、座標値は既に地球中心座標に変換されている。したがって、異なるセンサで観測したデータであっても同じセンサで観測したデータの処理と同様の処理で正しく照合を行うことができる。すなわち、異なるセンサで観測したデータの統合が可能である。
【００１７】
第２の座標変換手段４０３では、地球中心座標記憶手段４０１に記憶された目標の座標について、地球中心座標から視点中心座標への変換を行い、視点中心座標に対してさらに投影変換を施すことにより、スクリーン座標（ｕ，ｖ）を得る（ステップＳＴ１１３）。この結果をスクリーン座標記憶手段４０４に記憶する。図６（ｃ）に、スクリーン座標記憶手段４０４に格納された、スクリーン座標に変換された「目標座標情報」の例を示す。併せて、航跡管理手段４０２が保持する目標リストには、スクリーン座標記憶手段４０４の「目標座標情報」へのポインタをセットする。
【００１８】
ここで、上記ステップＳＴ１１３における地球中心座標をスクリーン座標へ変換する方法について詳述する。
投影方法は、視点位置と向きを与えることにより決定される。典型的な投影方法は、以下のようなものである。
正射方位図法：視点位置を無限遠に置き、視線方向は地球中心の方向とする。
平射方位図法：視点位置を地球表面上に置き、視線方向は地球中心の方向とする。
異種外射方位図法：視点位置を地球表面の外側の任意の位置に置く。
ここで、正射方位図法は、正射投影モデルに基づく投影方法、平射方位図法および異種外射方位図法は、透視投影モデルに基づく投影方法である。
投影方法は、利用者により選択され設定される。設定された投影方法により、地球中心座標Ｐをスクリーン座標（ｕ，ｖ）に変換するための変換行列が計算され、スクリーン座標記憶手段４０４に記憶される。
【００１９】
地球中心座標から視点中心座標への変換は、原点を地球中心から視点位置に平行移動し、さらに視線方向を地球中心座標におけるＺ軸方向から視点中心座標におけるＺ軸方向に回転することによって得られる。
地球中心座標Ｐに対応する視点中心座標をＰｉ とすると、回転行列Ｒｉ 、並進行列Ｔｉ を用いて、
Ｐｉ ＝Ｒｉ Ｐ＋Ｔｉ                                  （１．４）
により表される。
ここで、
【数５】
2010145239.tif 000007
（１．５）式においてφ、λは、視点位置の緯度および経度である。α、β、γは、視線方向を示す角度である。すなわち、図７に示すように、αは視線が向く方位を表した角度（ヘディング角）、βは、視線方向のベクトルと視点から鉛直方向を向くベクトルの成す角（ティルト角）、γは、視線方向に対して上方向を向くベクトルを左右に傾けた場合、傾ける量を示す角（ロール角）である。
【００２０】
（１．５）式において、
【数６】
2010145239.tif 000008
は、地球中心空間の座標から、緯度φ、経度λの地点に視点をおき鉛直方向を視線方向とした視点中心空間の座標への変換を規定する回転行列を生成する式である。また、Ｒｚ （γ）Ｒｙ （β）Ｒｚ （α）は、上記の鉛直方向を視線方向とした視点中心空間の座標系を回転させ、ヘディング角をα、ティルト角をβ、ロール角をγとするための回転行列を生成する式である。
また、並進行列Ｔｉ は、
【数７】
2010145239.tif 000009
ここで、Ｎは卯酉線曲率半径、ｅは楕円体の離心率、ａは楕円体の長半径である。
さらに、透視投影モデルにおける視点中心座標（Ｘｉ ，Ｙｉ ，Ｚｉ ）からスクリーン座標（ｕ，ｖ）への変換は、透視投影モデルの理論に基づき次式によって得られる。
【数８】
2010145239.tif 000010
ここで、ｆは透視投影モデルにおいて視点位置から画像平面までの距離を示す係数であり、画面のサイズに応じて設定する。
また、正射投影モデルにおける視点中心座標（Ｘｉ ，Ｙｉ ，Ｚｉ ）からスクリーン座標（ｕ，ｖ）への変換は、次式によって得られる。
【数９】
2010145239.tif 000011
ここで、ｓは、スケールを規定する係数であり、画面のサイズに応じて設定する。
以上のように、地球中心座標Ｐから視点中心座標Ｐｉ への変換は、回転行列Ｒｉ と並進行列Ｔｉ を用いて（１．４）式により決まる。これらの行列は、視点位置および視線方向を与えることにより、（１．５）式、（１．６）式を用いて計算することができる。さらに、視点中心座標からスクリーン座標への変換は（１．７）式または（１．８）式により計算することができる。
【００２１】
図５のフローチャートに戻る。
次に、画像生成手段４０５は、航跡管理手段４０２が保持する目標リストとスクリーン座標記憶手段４０４に記憶された目標座標情報に基づいて画面に表示する目標を表わすシンボルの画像を生成する（ステップＳＴ１１４）。具体的には、目標リストに登録された各目標について、スクリーン座標記憶手段４０４から現在の目標座標情報を読み出し、その座標値の位置に所定のシンボルを描画するための目標描画命令を生成する。生成した目標描画命令に基づき表示画像を生成する。
生成された画像の例を図８に示す。図８（ａ）は、正射投影モデルによる表示を行った例、また図８（ｂ）は、透視投影モデルを用いて視線方向を斜めにして投影を行った例である。それぞれの表示において、シンボルＸは、その位置に目標があることを示している。また、図８（ｂ）の表示では、目標の位置から地球表面までの鉛直線を表示し、各目標の高度を視覚的に把握できるようにしている。このように、図８（ａ）の表示方法では各目標の高さ方向の位置関係を把握しにくいのに対し、図８（ｂ）の表示方法では各目標の高さ方向を含めた位置把握が容易になる。
【００２２】
以上のように、この実施の形態１によれば、センサ中心座標記憶手段２０１により、入力されたセンサの観測値をセンサ中心空間の座標で表現して記憶し、このセンサ中心空間の座標を第１の座標変換手段２０２によって地球中心空間の座標に変換し、変換された地球中心空間の座標を地球中心座標記憶手段４０１に記憶し、航跡管理手段４０２において、目標の位置を管理する目標リストを用いて、異なるセンサにより得られた複数の観測値または異なる時刻に得られた複数の観測値を地球中心空間の座標と比較して同一の目標に対応するかを判定し、判定結果に基づき目標の位置情報を更新するようにし、第２の座標変換手段４０３により、地球中心座標記憶手段４０１に記憶された地球中心空間の座標をスクリーン座標に変換してスクリーン座標記憶手段４０４に記憶し、画像生成手段４０５が、航跡管理手段４０２で保持する目標のリストに基づいてスクリーン座標記憶手段４０４から所定の目標座標情報を読み出し、当該読み出した座標の位置に目標を表すシンボルの画像を生成するようにしている。したがって、同一の目標に対応する複数の座標の追跡や統合を地球中心空間の座標を用いて行えるので、誤差を排除して正確に処理することが可能となる。また、地球中心座標からスクリーン座標への変換は、様々な投影方法や視点位置を切り替えて表示することができるので、目標や地理要素の水平方向の位置関係の把握だけでなく、高さ方向の位置関係の把握も容易となる。
【００２３】
実施の形態２．
この実施の形態２では、高速な座標変換を行えるようにするため、変換行列を予め生成して記憶しておく。そのため、メインループの処理に入る前に、事前準備を行う構成を備えている。
図９は、この発明の実施の形態２による状況表示装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図２に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその説明は省略する。この実施の形態２は、実施の形態１の構成に加え、センサ側装置２００に第１の変換行列生成手段２０４と第１の変換行列記憶手段２０５が設けられ、また表示側装置４００に第２の変換行列生成手段４０６と第２の変換行列記憶手段４０７が設けられた構成となっている。
【００２４】
図１０に実施の形態２における事前準備の処理フローを示すが、図１０（ａ）はセンサ側装置２００における事前準備１の処理、図１０（ｂ）は表示側装置４００における事前準備２の処理を表わす。
事前準備１：
第１の変換行列生成手段２０４にセンサの緯度φ、経度λ、高度ｈを入力する（ステップＳＴ１１）。実施の形態１で説明したように、センサ中心座標ｐから地球中心座標Ｐへの変換は、回転行列Ｒと並進行列Ｔを用いて、（１．１）式により規定されているから、第１の変換行列生成手段２０４では、この回転行列Ｒと並進行列Ｔを（１．２）式と（１．３）式により予め求め、第１の変換行列記憶手段２０５に記憶する（ステップＳＴ１２）。
事前準備２：
第２の変換行列生成手段４０６に視点位置の緯度φ、経度λ、高度ｈおよび視線方向α、β、γを入力する（ステップＳＴ２１）。実施の形態１で説明したように、地球中心座標Ｐから視点中心座標Ｐｉ への変換は、回転行列Ｒｉ と並進行列Ｔｉ を用いて、（１．４）式により規定されているから、第２の変換行列生成手段４０６では、この回転行列Ｒｉ と並進行列Ｔｉ を（１．５）式と（１．６）式により予め求め、第２の変換行列記憶手段４０７に記憶する（ステップＳＴ２２）。
【００２５】
センサ側メインループ：
図１１にセンサ側メインループの処理フローを示す。ステップＳＴ２０１〜ＳＴ２０３は、実施の形態１の図４のＳＴ１０１〜ＳＴ１０３と対応しているが、この実施の形態２では、ステップＳＴ２０２のセンサ中心座標を地球中心座標へ変換する処理において、上記事前準備１で作成され、第１の変換行列記憶手段２０５に記憶されている回転行列Ｒと並進行列Ｔを用いて行うようにしている。
表示側メインループ：
図１２に表示側メインループの処理フローを示す。ステップＳＴ２１１〜ＳＴ２１４は、実施の形態１の図５のＳＴ１１１〜ＳＴ１１４と対応しているが、この実施の形態２では、ステップＳＴ２１３の地球中心座標をスクリーン座標へ変換する処理において、上記事前準備２で作成され第２の変換行列記憶手段４０７に記憶されている回転行列Ｒｉ と並進行列Ｔｉ を用いて行うようにしている。
【００２６】
以上のように、この実施の形態２によれば、センサ中心空間の座標から地球中心空間の座標への変換、および地球中心空間の座標からスクリーン座標への変換は、予め算出しておいた変換行列を用いた行列演算によって求めるようにしたので、演算に三角関数の計算を含まないため、実施の形態１の場合よりも高速な処理を可能にする。
【００２７】
実施の形態３．
従来の状況表示装置においては、海岸線の情報などを予め所定の投影方法により２次元平面に投影したものを用意し、この上に目標を表すシンボルを重ねて表示する形態をとっていた。このため、必要に応じて投影方法や視点位置を変更して表示することが困難であった。また、背景図形に重ねて目標を表示する際に、目標の座標を背景図形と同じ投影方法で投影しないと、目標と背景図形の位置関係が正しく表示できない場合が生じた。さらに、センサで得られた目標の座標情報を背景図形の投影方法に合わせて座標変換する過程で誤差が生じるという問題もあった。そこで、この実施の形態３では、背景図形の上に目標を表すシンボルを正しい位置関係で表示することが可能で、かつ投影方法や視点位置を切り替えて表示できるようする手段について提案する。
【００２８】
図１３は、この発明の実施の形態３による状況表示装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図９に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその説明は省略する。この実施の形態３は、実施の形態２の構成に加え、表示側装置４００に背景図形管理手段４０８が設けられた構成となっている。
背景図形は、画面上に表示された目標の位置を利用者が把握するための補助として表示される、海岸線などの地理要素を表わす図形である。画面上に周辺の地理要素の情報と目標の情報を重ねて表示することにより、利用者は、より的確に状況を把握することができるようになる。そのため、この実施の形態３では、背景図形を予め入力し、背景図形座標情報として地球中心座標記憶手段４０１に記憶しておく事前準備３を行う。
事前準備１、事前準備２は、実施の形態２の図１０での説明と同じなので説明を省略する。
【００２９】
事前準備３：
図１４は事前準備３の処理フローを示す。背景図形管理手段４０８は、ファイルから背景図形を読み込む（ステップＳＴ３１）。背景図形は、都市などをシンボルで表す点図形、航空路などを表す線図形、行政区画などを表す面図形のいずれかに分類される。このうち、点図形は１つの座標により位置づけられる。また、線図形、面図形は複数の座標の列により位置づけられる。一般的な地図データは、上記の座標を緯度、経度により表現している。このステップでは、緯度・経度により表現された情報をファイルから読み込むものとする。
背景図形管理手段４０８は、読み込んだ背景図形を位置づける座標を地球中心空間の座標に変換し、背景図形座標情報として地球中心座標記憶手段４０１に記憶する（ステップＳＴ３２）。緯度φ、経度λ、高度ｈから地球中心空間の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）への変換は、次式によって行われる。
【数１０】
2010145239.tif 000012
ここで、Ｎは卯酉線曲率半径、ｅは楕円体の離心率、ａは楕円体の長半径である。
【００３０】
図１５は、事前準備３により得られる背景図形リストと背景図形座標情報のデータ構造を説明する図である。背景図形リストは、背景図形を構成する点図形、線図形、または面図形の各々に対応したデータを要素とする。背景図形座標情報は、各々の背景図形を位置づける座標を地球中心座標により表現する。背景図形リストは背景図形座標情報へのポインタを保持する。
【００３１】
センサ側メインループ：
この実施の形態３におけるセンサ側メインループの処理フローは、実施の形態２の図１１と同じであるので、説明を省略する。
表示側メインループ：
図１６に表示側メインループの処理フローを示す。ステップＳＴ３１１〜ＳＴ３１４は、実施の形態２の図１２のステップＳＴ２１１〜ＳＴ２１４と対応しているが、ステップＳＴ３１３およびＳＴ３１４において、以下のように背景図形に対する処理が加わっている。
第２の座標変換手段４０３は、地球中心座標記憶手段４０１に記憶された目標の座標および背景図形の座標について、地球中心座標から視点中心座標への変換を行い、視点中心座標に対してさらに投影変換を施すことにより、スクリーン座標（ｕ，ｖ）を得る（ステップＳＴ３１３）。この結果をスクリーン座標記憶手段４０４に記憶する。
【００３２】
次に、画像生成手段４０５は、航跡管理手段４０２が保持する目標リストと、背景図形管理手段４０８が保持する背景図形リスト、スクリーン座標記憶手段４０４に記憶された目標座標情報および背景図形座標情報に基づいて描画命令を生成し、描画命令に基づき画面に表示する画像を生成する（ステップＳＴ３１４）。
ステップＳＴ３１４の処理を、図１７を用いて具体的に説明すると、まず、背景図形リストＢ１に登録された各図形について、スクリーン座標記憶手段４０４から背景図形の位置情報Ｂ２を読み出し、その座標値の位置に所定の図形を描画するための背景図形描画命令Ｂ３を生成する。引き続き、目標リストＴ１に登録された各目標について、スクリーン座標記憶手段４０４から現在の目標座標情報Ｔ２を読み出し、その座標値の位置に所定のシンボルを描画するための目標描画命令Ｔ３を生成する。次に、生成した背景図形描画命令Ｂ３と目標描画命令Ｔ３に基づいて表示画像を生成する。
【００３３】
なお、この実施の形態３では、表示側装置４００のメインループの中のステップＳＴ３１４において毎回目標の描画と背景の描画を行うが、視点位置や投影方法を変更しない場合、背景図形は変化しない。この場合は、毎回描画命令を生成するのではなく、前に生成した背景図形描画命令を保存しておき、これを用いて描画を行えば時間を短縮することができる。あるいは、描画命令を保存するかわりに背景図形のみを描画した画像を保存しておき、この画像を読み出して、その上に目標描画命令に基づき目標のシンボルを描画しても良い。
【００３４】
以上のように、この実施の形態３によれば、センサにより観測した目標の位置を地球中心座標に変換し、予め地球中心座標により表現しておいた背景図形と重ねて表示するようにしたので、目標と背景図形（周辺の地理要素）の位置関係を正しく表示することができる。背景図形は、２次元座標ではなく、予め地球中心空間の３次元座標で表現してあるので、様々な投影方法に対応することができ、視点位置や視線方向を変更した場合でも、目標と背景図形の位置関係を正しく保つことができる。また、共通の座標系である地球中心座標を介して両者を重畳するので、背景図形の描画と目標の描画を別々に行うことができ、そのため背景図形に変化が無いときは目標だけを描画すれば良く、描画処理に要する時間を短縮することが可能となる。
【００３５】
実施の形態４．
上記各実施の形態の説明では、航跡管理手段４０２で管理するすべての目標を表示対象とするものとした。しかし、この構成では、航跡管理手段４０２で管理する目標の数が増加すると、表示側メインループにおける１回のループを完了するまでの時間が増加する。したがって、追跡対象とする目標の数が増加すると新たな観測値を入力してから表示が完了するまでの時間が長くなってしまう。これを回避するため、表示すべき目標の数の増加を抑えたいという要求がある。また、目標の数が増加し、画面に表示されるシンボルが増加すると、利用者が目標を見間違う可能性がある。この実施の形態４では、これらの問題に対応し、表示すべき目標を選択表示する、あるいは目標の種類や状態に応じて色を変えて表示するなど表示属性を変更する手段を提案する。
【００３６】
図１８は、この発明の実施の形態４による状況表示装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図１３に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその説明は省略する。この実施の形態４は、実施の形態３の構成に加え、表示側装置４００に選択基準設定手段４０９と選択手段４１０が設けられた構成となっている。また、この実施の形態４では、以下に説明する事前準備４を行うようにしている。
事前準備１、事前準備２は、実施の形態２の図１０で説明したと同じであり、また、事前準備３は実施の形態３の図１４で説明したと同じなので説明を省略する。
【００３７】
事前準備４：
図１９は事前準備４の処理フローを示す。
利用者の操作または外部システムからの入力により、選択基準設定手段４０９に対して選択基準を指定する（ステップＳＴ４１）。選択基準とは、以下の例のような「表示すべき基準となる地点」を表わすものである。
例１：緯度φ、経度λ、高度ｈの地点Ａからの距離がＤ以内の目標のみを表示する。（または色を変えて表示する。）
例２：経度λより東側のエリアの目標のみを表示する。（または色を変えて表示する。）
例３：緯度φより南側のエリアの目標のみを表示する。（または色を変えて表示する。）
例４：高度がｈより低い目標のみを表示する。（または色を変えて表示する。）
したがって、選択基準を指定するということは、基準の種類（距離、緯度、経度、高度）と条件（基準の値、基準の範囲）を指定することである。選択基準は、複数の基準を組み合わせることにより複雑な形態として指定することが可能となる。例えば、緯度がφ１ からφ２ の間、経度がλ１ からλ２ の間にあり、高度がｈ０ 以下の目標を選択する、などの選択基準を指定することができる。
【００３８】
次に、選択基準設定手段４０９は、指定された選択基準に応じて、表示すべき基準となる地点を地球中心空間の座標で表し、基準の種類、条件、基準点座標を保持する（ステップＳＴ４２）。
選択基準を記述した表の例を図２１に示す。
図２１において、基準番号１は、上記例１に対応し、地点Ａからの距離がＤ以内の目標を選択する選択基準を示したものである。基準点として地点Ａを選択し、地点Ａの緯度、経度、高度を地球中心空間の座標に変換して基準点座標として保持する。また、基準番号２は、上記例２に対応し、経度がλより大きい目標を選択する選択基準を示したものである。基準点として、経度がλである任意の地点を１つ選び、その地点の緯度、経度、高度を地球中心空間の座標に変換して基準点座標として保持する。また、基準番号３は、上記例３に対応し、緯度がφより小さい目標を選択する選択基準を示したものである。基準点座標として、緯度がφである任意の地点を１つ選び、その地点の緯度、経度、高度を地球中心空間の座標に変換し、基準点座標として保持する。また、基準番号４は、上記例４に対応し、高度がｈより低い目標を選択する選択基準を示したものである。基準点として、高度がｈである任意の地点を１つ選び、その地点の緯度、経度、高度を地球中心空間の座標に変換し、基準点座標として保持する。
【００３９】
センサ側メインループ：
この実施の形態４におけるセンサ側メインループの処理フローは、実施の形態２の図１１と同じであるので、説明を省略する。
表示側メインループ：
図２０に表示側メインループの処理フローを示す。ステップＳＴ４１１、ステップＳＴ４１２は、実施の形態３の図１６のステップＳＴ３１１、ステップＳＴ３１２と対応して同じである。
選択手段４１０は、選択基準設定手段４０９が保持する選択基準に基づき、表示する目標または表示属性を変更する目標を選択し、目標リストを更新する（ステップＳＴ４１３）。ここでは、目標リストにリストされた各目標点について、選択基準として設定された各選択基準を満たすかどうかを判定し、すべての選択基準を満たす場合は、この目標点を表示対象として選択する。または、目標点を強調色表示の対象として選択する。選択結果は、図２２に示す目標リストの「選択結果」および「表示属性」の欄に記載する。
【００４０】
上記各目標について選択基準を満たすかどうかの判定は以下のようにして行う。
ここで、基準点として指定された座標を（Ｘ０ ，Ｙ０ ，Ｚ０ ）、目標リストにリストされた目標点の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、原点から基準点（Ｘ０ ，Ｙ０ ，Ｚ０ ）までのベクトルをＰ０ 、原点から目標点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）までのベクトルをＰとする。
（１）選択基準として、基準点からの距離がＤより小さい（または大きい）目標を選択することが規定されている場合、与えられた目標点が選択基準を満たすための条件は次のようになる。
基準点から目標点までの距離はベクトルＰとベクトルＰ０ を用いて｜Ｐ−Ｐ０ ｜のように表されるので、条件は次式のように表される。
（Ｐ−Ｐ０ ）・（Ｐ−Ｐ０ ）＜Ｄ２          
変形すると,
Ｐ・Ｐ−２Ｐ・Ｐ０ ＋Ｐ０ ・Ｐ０ −Ｄ２
ここで、Ｅａ ＝Ｐ０ ・Ｐ０ −Ｄ２ と置くと、
Ｐ・Ｐ−２Ｐ・Ｐ０ ＋Ｅａ ＜０              （４．１）
【００４１】
（２）選択基準として、基準点よりも経度が大きい（または小さい）位置の目標を選択することが規定されている場合、与えられた目標点が選択基準を満たすための条件は次のようになる。
Ｚ軸と基準点Ｐ０ が作る平面を考えると、この平面の法線ベクトルＰ１ は、
Ｐ１ ＝          ｅｚ ×Ｐ０
により計算できる。ここで、ｅｚ をＺ軸方向の単位ベクトルである。
目標点が基準点よりも経度が大きいという条件は、上記法線ベクトルを用いて、
Ｐ・Ｐ１ ＞０                              （４．２）
と表される。
【００４２】
（３）選択基準として、基準点よりも緯度が大きい（または小さい）位置の目標を選択することが規定されている場合、与えられた目標点が選択基準を満たすための条件は次のようになる。
基準点Ｐ０ から地表面に下ろした鉛直線の足をＱ０ とする。ベクトルＱ０ とＺ軸がなす角をθ０ とすると、
ｃｏｓ            θ０ ＝Ｑ０ ・ｅｚ
同様に、目標点Ｐから地表面に下ろした鉛直線の足をＱとする。ベクトルＱとＺ軸がなす角をθとすると
ｃｏｓ            θ＝Ｑ・ｅｚ
目標点の緯度が基準点よりも大きくなるための条件は、
ｃｏｓ            θ＞ｃｏｓθ０
であるから、目標点が条件を満たすための条件は、次のように表される。
Ｑ・ｅｚ           −Ｑ０ ・ｅｚ           ＞０
ここでＥｃ ＝Ｑ０ ・ｅｚ とすると、
Ｑ・ｅｚ           −Ｅｃ               ＞０                      （４．３）
目標点Ｐ（または基準点Ｐ０ ）から地表面に下ろした鉛直線の足Ｑ（またはＱ０ ）を求める方法は、実施の形態５で詳しく説明するので、ここでは省略する。
【００４３】
（４）選択基準として、基準点よりも高度が大きい（または小さい）位置の目標を選択することが規定されている場合、与えられた目標点が選択基準を満たすための条件は次のようになる。
基準点Ｐ０ から地表面に下ろした鉛直線の足をＱ０ とすると、基準点の高度は｜Ｐ０ −Ｑ０ ｜で表される。同様に、目標点Ｐから地表面に下ろした鉛直線の足をＱとすると目標点の高度は｜Ｐ−Ｑ｜で表される。従って、目標点が基準点より高度が大きいという条件は、
｜Ｐ−Ｑ｜＞｜Ｐ０ −Ｑ０ ｜
変形すると、
（Ｐ−Ｑ）・（Ｐ−Ｑ）＞｜Ｐ０ −Ｑ０ ｜２
と表される。ここで、Ｅｄ ＝｜Ｐ０ −Ｑ０ ｜２ とおくと、
（Ｐ−Ｑ）・（Ｐ−Ｑ）−Ｅｄ ＞０            （４．４）
【００４４】
以上の条件が成り立つかどうかを判定することにより、目標点が条件を満たすかが判定できる。（１）から（４）の例では、（４．１）式から（４．４）式を計算することにより条件の判定ができる。（４．１）式から（４．４）式において、定数Ｅａ 、Ｅｃ 、Ｅｄ およびベクトルＰ０ 、Ｐ１ 、ｅｚ は予め計算が可能である。したがって、ベクトルＰを入力とし、ベクトルＱ、およびベクトルＰ−Ｑを計算し、さらにベクトルＰ０ 、Ｐ１ またはｅｚ との内積を計算し、さらにこの計算結果を判定式に適用することにより条件を判定することができる。式からわかるように、これらの計算は三角関数の計算を含まない。
目標リストとして与えられた座標に対して選択基準への適合判定を行うためのテーブルの例を図２３に示す。各目標に対してベクトルＰを入力として内積計算を行い、結果をテーブルに記入する。内積計算の結果を用いて適合判定を行うことにより適合判定を行い、その結果をさらにテーブルに記入してゆく。全ての基準に対して条件を満たす目標が選択される。
上記の結果に従い、目標リストの選択結果および表示属性の欄を更新する。
【００４５】
次に、第２の座標変換手段４０３は、地球中心座標記憶手段４０１に記憶された目標の座標について、地球中心座標から視点中心座標への変換を行い、視点中心座標に対してさらに投影変換を施すことにより、スクリーン座標（ｕ，ｖ）を得る（ステップＳＴ４１４）。この結果をスクリーン座標記憶手段４０４に記憶する。このステップは、実施の形態３の図１６のＳＴ３１３と同じである。
画像生成手段４０５は、航跡管理手段４０２が保持する目標リストとスクリーン座標記憶手段４０４に記憶された目標座標情報に基づき画面に表示する画像を生成する（ステップＳＴ４１５）。このステップは実施の形態３のＳＴ３１４と同様であるが、選択基準に基づき更新された目標リストに従い、選択された目標について、設定された表示属性に従って表示画像を生成する。
【００４６】
以上のように、この実施の形態４によれば、航跡管理手段が保持する目標リストにリストされた各目標について、予め設定された選択基準に基づき選択を行い、選択された目標のみを表示する、あるいは選択された目標のみを強調表示するようにしたので、目標の数が増えても目標を見失うことは無くなり、また目標の分別しやすい表示を可能にする。また、目標点が選択基準を満たすかどうかの判定において、目標点の座標が地球中心座標で与えられ、一方選択基準が緯度、経度、高度で与えられた場合、地球中心座標から緯度、経度、高度への変換を行うようにすると、三角関数を含む計算を行うことになり処理時間が増大する。これに対し、この実施の形態４では選択基準として与えられた緯度、経度、または高度の値を予め地球中心空間における基準点に対応させ、選択基準として保持する。このため条件を満たすかどうかの判定は、三角関数の計算を含まないため処理が簡単になり、高速化が可能となる。
【００４７】
実施の形態５．
上記実施の形態４においては、選択基準として地球中心空間における基準点を設定し、これと目標の位置情報とを比較することにより表示する目標の選択あるいは表示属性の変更を行う構成を示した。このため実施の形態４においては、地球中心空間における点Ｐを与え、点Ｐから地表面に下ろした鉛直線の足Ｑを求める処理が必要となる。この処理について以下に述べる。
まず、地球を半径ｒの球と仮定した場合、ベクトルＱは以下の式で求められる。
【数１１】
2010145239.tif 000013
上記の計算は地球が球であることを仮定しているため、高い精度は得られない。
Ｐ次に、地球を楕円体と仮定した場合について考える。点から下ろした鉛直線がＺ軸と交わる点をＧとすると、
Ｇ＝（０，０，−Ｎｅ２ｓｉｎφ）
となることが知られている。ここで、φは緯度、すなわちベクトル（Ｐ−Ｇ）とＸＹ平面が成す角度、ｅは楕円体の離心率、ａは楕円体の長半径、Ｎは卯酉線曲率半径すなわちベクトル（Ｑ−Ｇ）の長さである。
卯酉線曲率半径は、次の式により求められる。
【数１２】
2010145239.tif 000014
となる。
【００４８】
したがって、Ｑを求めるためにはＮとＧを求める必要があるが、そのためには緯度φを求める必要がある。ところが、緯度φを求めるためには点Ｇを決める必要があるため、精度良く解を得るためには繰り返し計算が必要となる。具体的には、Ｇ０＝（０，０，０）を出発点として、次の処理を繰り返す。
点Ｇｉ と点Ｐの座標値に基づき緯度φｉ を求める。
緯度φｉ に基づき、
【数１３】
2010145239.tif 000015
を求め、さらに
Ｇｉ＋１＝（０，０，−Ｎｉｅ２ｓｉｎφｉ）
を計算する。収束した時点でのＧｉ、ＮｉをそれぞれＧ、Ｎとし、これを（５．１）式に適用することによりベクトルＱを求める。
【００４９】
上記のように、ベクトルＱを高精度で求めるためには地球を楕円体と仮定した計算方法が必要となるが、地球を楕円体と仮定した計算方法は三角関数の計算を含む繰り返し計算が必要となるため、多くの計算時間を要する。
そこで、この実施の形態５では、地球中心座標記憶手段２０３は、与えられた地球中心空間の点を、地球中心空間の原点を始点とし、与えられた点から地表面に下ろした鉛直線の足を終点とするベクトルと、上記鉛直線の足を始点とし、与えられた点を終点とするベクトルに分解して表現する。
図２４に地点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の座標をベクトルＱと、ベクトルＨに分解して表現した例を示す。このようにベクトルを分解しておくと、緯度、経度、高度と地球中心座標との相互変換が容易になるという利点がある。
【００５０】
以下に、この実施の形態５における処理の流れを説明する。
この実施の形態５では、図１０で説明した実施の形態２と同じ事前準備１、事前準備２、図１４で説明した実施の形態３と同じ事前準備３、および図１９で説明した実施の形態４と同じ事前準備４を行うが、説明を省略する。
センサ側メインループ：
この実施の形態５におけるセンサ側メインループの処理フローは、実施の形態２から４と同様であるが、以下の処理が加わる。例えば図１１のステップＳＴ２０２の処理において得られた地球中心座標Ｐに対して点Ｐから地表面に下ろした鉛直線の足Ｑを求める処理を行う。この処理により、ベクトルＰは、ベクトルＱとベクトルＨ＝Ｐ−Ｑに分解される。この結果は、図２４に示すように目標座標情報として地球中心座標記憶手段２０３に記憶される。また、ステップＳＴ２０３の処理において、観測値を表示側装置４００の地球中心座標記憶手段４０１に送信するが、その際、ベクトルＰの代わりにベクトルＱとベクトルＨの座標を送信する。
【００５１】
表示側メインループ：
この実施の形態５における表示側メインループの処理フローは、実施の形態４の図２０と同様であるが、さらに以下の処理が加わる。
すなわち、図２０のステップＳＴ４１１の処理において、受信した観測値のベクトルＱとベクトルＨの座標値を地球中心座標記憶手段４０１に記憶するとともに、ベクトルＱとベクトルＨを足し合わせることによりベクトルＰの値を求め、記憶しておく。これにより、以下の処理でベクトルＰの座標値を参照する場合は、実施の形態１〜４と同様に処理ができる。一方、予めベクトルＰを計算して記憶しておく代わりに必要になった時点でベクトルＰの座標を計算する構成としても良い。
また、ステップＳＴ４１３の処理において、表示する目標または表示属性を変更する目標を選択する際、緯度や高度により示された選択基準を満たすかどうかを判定する処理では、ベクトルＱやベクトルＨを求める必要があるが、この実施の形態５ではこれらの値を予め求めてあるので、その値を用いれば良い。
【００５２】
以上のように、この実施の形態５によれば、目標の座標を原点から地表面までのベクトルと地表面から目標までのベクトルに分解して管理するので、緯度、経度、高度との相互変換が容易となり、選択的表示、表示属性の変更の処理を高速化することができる。
【００５３】
実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、センサ側装置２００、表示側装置４００におけるそれぞれの処理を中央処理装置において実行する形態を説明してきたが、この実施の形態６では、描画処理装置を併せて用いることで、描画処理特有の処理を高速に実行できるようにすることについて提案する。これにより、この発明の効果を一層顕著にする。
図２５は、この発明の実施の形態６による状況表示装置の機能構成を示すブロック図で、主に表示側装置４００の構成を中心に示したものである。図において、図１８に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその説明は省略する。
この実施の形態６では、表示側装置４００の内部構成を、中央処理装置と描画処理装置に分けて構成し、互いが連動して動作するようにしている。そのため、
中央処理装置側にはデータ転送手段４１１が設けられ、描画処理装置側には中心座標記憶手段４０１と対応する地球中心座標記憶手段４０１Ｂが設けられている。
【００５４】
以下に、この実施の形態６における処理の流れを説明する。
この実施の形態６では、図１０で説明した実施の形態２と同じ事前準備１、事前準備２、図１４で説明した実施の形態３と同じ事前準備３、および図１９で説明した実施の形態４と同じ事前準備４を行うが、説明を省略する。
センサ側メインループ：
この実施の形態６におけるセンサ側メインループの処理フローは、実施の形態２の図１１と同じであるので、説明を省略する。
中央処理装置のメインループ：
図２６に中央処理装置のメインループの処理フローを示す。センサ側装置２００から通信ネットワーク３００を通じて送信された観測値を受信し、新たな観測情報として地球中心座標記憶手段４０１に記憶する（ステップＳＴ６１１）。このステップは、実施の形態４の図２０のステップＳＴ４１１と同じである。航跡管理手段４０２は、目標リストを保持し、新たな観測情報に基づき、保持する目標リストの目標の位置情報を更新する（ステップＳＴ６１２）。このステップは、実施の形態４の図２０のステップＳＴ４１２と同じである。データ転送手段４１１は、航跡管理手段４０２が保持する目標リストと背景図形管理手段４０８が保持する背景図形リストに基づき、地球中心座標記憶手段４０１から表示の更新が必要な目標または背景図形を選択し、選択された目標または背景図形について、これらを表示するために必要な地球中心空間の座標である目標座標情報または背景図形座標情報を描画処理装置側に転送し、描画を指示する（ステップＳＴ６１３）。
【００５５】
描画処理装置のメインループ：
図２７に描画処理装置のメインループの処理フローを示す。地球中心座標記憶手段４０１Ｂは、ステップＳＴ６１３において中央処理装置から目標座標情報または背景図形座標情報を受信し記憶する（ステップＳＴ６２１）。選択手段４１０は、中央処理装置の選択基準設定手段４０９で事前準備４により予め設定された選択基準に基づいて表示すべき目標または表示属性を変更する目標を選択する（ステップＳＴ６２２）。第２の座標変換手段４０３では、地球中心座標記憶手段４０１Ｂから選択された目標および背景図形の地球中心座標を、事前準備２で作成された変換行列を用いて視点中心座標に変換し、さらにスクリーン座標に変換してスクリーン座標記憶手段４０４に記憶する（ステップＳＴ６２３）。次に、画像生成手段４０５では、スクリーン座標記憶手段４０４に記憶された目標および背景図形の座標情報に基づき画面に表示する画像を生成する（ステップＳＴ６２４）。
【００５６】
以上のように、描画処理装置においては、中央処理装置側から転送された座標情報を基に、後述する（ア）選択基準に基づく目標の選択と（イ）地球中心座標からスクリーン座標への変換とを行い、その結果に基づき画像を生成する。一般に描画処理装置には、行列演算を高速に行う仕組が組み込まれているため、この仕組を活用するよう処理を構成する。
（ア）選択基準に基づく目標の選択
上記実施の形態４で示したように、選択基準に基づく目標の選択の処理は、ベクトルＰ、ベクトルＱ、およびベクトルＨ＝Ｐ−Ｑを判定式に代入することにより判定を行う処理である。判定式は、ベクトルＰ０ 、Ｐ１ 、ｅｚ 、定数Ｅａ 、Ｅｃ 、Ｅｄ などを用いて表現される。
（ａ）選択基準として、基準点からの距離がＤ以内である目標を選択することが規定されている場合、判定式は上記（４．１）式となる。この判定式を、内積を計算するための行列Ａと、条件を示す行列Ｂにより表現する。
座標Ｐ＝（ＸＰ ，ＹＰ ，ＺＰ ）、座標Ｐ０ ＝（Ｘ０ ，Ｙ０ ，Ｚ０ ）とし、
【数１４】
2010145239.tif 000016
となるので、この結果の正負を判定すれば良い。
【００５７】
（ｂ）選択基準として、基準点よりも経度が大きい（または小さい）位置の目標を選択することが規定されている場合、判定式は上記（４．２）式となる。
座標Ｐ＝（ＸＰ ，ＹＰ ，ＺＰ ）、座標Ｐ１ ＝（Ｘ１ ，Ｙ１ ，Ｚ１ ）とし、
【数１５】
2010145239.tif 000017
となるので、この結果の正負を判定すれば良い。
【００５８】
（ｃ）選択基準として、基準点よりも緯度が大きい（または小さい）位置の目標を選択することが規定されている場合、判定式は上記（４．３）式となる。
座標Ｑ＝（ＸＱ ，ＹＱ ，ＺＱ ）とし、        
【数１６】
2010145239.tif 000018
となるので、この結果の正負を判定すれば良い。
【００５９】
（ｄ）選択基準として、基準点よりも高度が大きい（または小さい）位置の目標を選択することが規定されている場合、判定式は上記（４．４）式となる。
座標Ｈ＝Ｐ−Ｑ＝（ＸＨ ，ＹＨ ，ＺＨ ）とし、
【数１７】
2010145239.tif 000019
となるので、この結果の正負を判定すれば良い。
【００６０】
上記の（ａ）から（ｄ）の選択基準例では、それぞれ単独の条件を判定する処理について説明したが、一般には複数の条件を組み合わせることが必要となる。以下にｎ個の条件をすべて満たす目標を選択する場合を考える。
入力データを、Ｐ＝（ＸＰ ，ＹＰ ，ＺＰ ）、Ｑ＝（ＸＱ ，ＹＱ ，ＺＱ ）、Ｈ＝（ＸＨ ，ＹＨ ，ＺＨ ）とする。また、これらの入力データとの間で内積を計算するための４次元ベクトルをＰ１ ，Ｐ２ ，…Ｐｍ とし、内積計算の結果を用いた判定条件を表すｍ次元ベクトルをＤ１ ，Ｄ２ ，…Ｄｎ とする。
【数１８】
2010145239.tif 000020
を計算すると、ｎ×３行列が生成される。この行列の各行について、条件によって定まる列の数値の正負を判定し、すべての行が正であれば、条件を満たすことになる。
【００６１】
この処理は、例えば以下のようにする。
まず、下記のようなｎ×３のマスク行列を用意する。ここで、各行で値が１または−１となっている列が正負を判定すべき列である。１は結果が正であることを条件とし、−１は結果が負であることを条件とする。
【数１９】
2010145239.tif 000021
Ｔの各要素Ｔ（ｉ，ｊ）と、Ｔｍａｓｋの各要素Ｔｍａｓｋ（ｉ，ｊ）に対して「Ｔｍａｓｋ（ｉ，ｊ）＝０またはＴｍａｓｋ（ｉ，ｊ）・Ｔ（ｉ，ｊ）＞０」なる論理演算を施し、全ての要素がＴｒｕｅとなれば、条件を満たしたことになる。
以上のように、選択基準に基づく目標の選択の処理は、ベクトルデータに対する行列演算に帰着することができる。
【００６２】
（イ）地球中心座標からスクリーン座標への変換
地球中心座標からスクリーン座標への変換は、上記実施の形態１で示したように、地球中心座標から視点中心座標への変換と、視点中心座標からスクリーン座標への変換により実現される。地球中心座標から視点中心座標への変換は、回転行列Ｒｉ 、並進行列Ｔｉ を用いて、Ｐｉ ＝Ｒｉ Ｐ＋Ｔｉ により表される。
ここで、地球中心空間における点Ｐ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、同次座標を用いて
【数２０】
2010145239.tif 000022
と書ける。したがって、同次座標と４×４の変換行列Ｍを用いることにより、１回の行列演算で地球中心座標から視点中心座標へ変換することができる。
【００６３】
次に、視点中心座標からスクリーン座標への変換は、投影方法により、
【数２１】
2010145239.tif 000023
は、（６．２）式と同等な式となり、平射投影や外射投影など、透視投影モデルに基づく投影が可能となる。
【００６４】
また、変換行列Ｍ０ を
【数２２】
2010145239.tif 000024
は、（６．３）式と同等な式となり、正射投影が実現できる。
【００６５】
以上をまとめると、地球中心空間における点Ｐ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）からスクリーン座標（ｕ，ｖ）への変換は、同次座標
【数２３】
2010145239.tif 000025
を適用することによって、計算できる。ここで、（６．６）式は透視投影モデルに基づく変換を行う場合の式、（６．７）式は正射投影を行う場合の式である。ＭＰ ＭおよびＭ０ Ｍは予め計算して４×４行列として格納しておくことができるので、上記の計算は１回の行列の乗算により実現することができる。
上記（ア）、（イ）で示したように、この実施の形態６では実施の形態４で示した目標の選択のための計算や実施の形態１で示した座標変換の計算を行列演算に帰着させる。一般に、描画処理装置はベクトルデータに対する行列演算を一括して行うので高速な処理が可能となる。
【００６６】
以上のようにこの実施の形態６によれば、選択手段４１０の処理において、選択基準設定手段４０９で設定した地球中心空間の座標の選択基準に応じた行列演算を設定し、選択基準として設定された表示すべき基準となる地点を表すベクトルデータと航跡管理手段４０２が保持する目標リストにリストされた目標の位置情報を表すベクトルデータとを入力ベクトルとし、当該入力ベクトルに対して上記設定された行列演算を施した結果に基づいて、表示すべき目標または表示属性を変更する目標を選択するようにしている。したがって、目標を選択する処理や変換行列を用いた座標変換の処理を、ベクトルデータに対する行列演算により実現するので、行列演算を高速に実行可能な描画処理装置を用いることにより、処理時間を短縮できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明による状況表示装置の基本的な機能構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による状況表示装置の具体的な機能構成を示すブロック図である。
【図３】この発明による状況表示装置を複数センサ側装置と１つの表示側装置で分担し観測データを統合処理する構成の例を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るセンサ側装置の処理を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る表示側装置の処理を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１に係る表示側装置の処理で扱う各データ構成を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る地球中心座標から視点中心座標への変換時の視線方向のとり方について示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る状況表示装置で生成表示された画像例を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２による状況表示装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る事前準備の処理を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態２に係るセンサ側装置の処理を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る表示側装置の処理を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態３による状況表示装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１４】この発明の実施の形態３に係る事前準備の処理を示すフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る背景図形リストと背景図形座標情報のデータ構造を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態３に係る表示側装置の処理を示すフローチャートである。
【図１７】この発明の実施の形態３に係る画像生成手段による描画命令および表示画像の生成を表わす説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態４による状況表示装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１９】この発明の実施の形態４に係る事前準備の処理を示すフローチャートである。
【図２０】この発明の実施の形態４に係る表示側装置の処理を示すフローチャートである。
【図２１】この発明の実施の形態４に係る選択基準の表の例を示す説明図である。
【図２２】この発明の実施の形態４に係る目標リストの例を示す説明図である。
【図２３】この発明の実施の形態４に係る選択基準への適合判定を行うためのテーブル例を示す説明図である。
【図２４】この発明の実施の形態５に係る地点の座標をベクトルに分解して表現する方法を示す説明図である。
【図２５】この発明の実施の形態６による状況表示装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２６】この発明の実施の形態６に係る中央処理装置の処理を示すフローチャートである。
【図２７】この発明の実施の形態６に係る描画処理装置の処理を示すフローチャートである。
【図２８】従来の状況表示装置による表示方法について示す説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００  センサ、２００  センサ側装置、２０１  中心座標記憶手段、２０２  第１の座標変換手段、２０３，４０１，４０１Ｂ  地球中心座標記憶手段、２０４  第１の変換行列生成手段、２０５  第１の変換行列記憶手段、３００  通信ネットワーク、４００  表示側装置、４０２  航跡管理手段、４０３  第２の座標変換手段、４０４  スクリーン座標記憶手段、４０５  画像生成手段、４０６  第２の変換行列生成手段、４０７  第２の変換行列記憶手段、４０８  背景図形管理手段、４０９  選択基準設定手段、４１０  選択手段、４１１  データ転送手段、５００  グラフィックディスプレイ。
【図１】
2010145239.tif 000026
【図２】
2010145239.tif 000027
【図３】
2010145239.tif 000028
【図４】
2010145239.tif 000029
【図５】
2010145239.tif 000030
【図６】
2010145239.tif 000031
【図７】
2010145239.tif 000032
【図８】
2010145239.tif 000033
【図９】
2010145239.tif 000034
【図１０】
2010145239.tif 000035
【図１１】
2010145239.tif 000036
【図１２】
2010145239.tif 000037
【図１３】
2010145239.tif 000038
【図１４】
2010145239.tif 000039
【図１５】
2010145239.tif 000040
【図１６】
2010145239.tif 000041
【図１７】
2010145239.tif 000042
【図１８】
2010145239.tif 000043
【図１９】
2010145239.tif 000044
【図２０】
2010145239.tif 000045
【図２１】
2010145239.tif 000046
【図２２】
2010145239.tif 000047
【図２３】
2010145239.tif 000048
【図２４】
2010145239.tif 000049
【図２５】
2010145239.tif 000050
【図２６】
2010145239.tif 000051
【図２７】
2010145239.tif 000052
【図２８】
2010145239.tif 000053