(57)【要約】【課題】高分解能のレーダセンサによる観測情報の時系列データに基づいて、目標の位置、速度と同時に目標の長さを推定する際に、目標の長さを安定的に推定する目標追尾装置を提供する。【解決手段】目標の位置、速度を推定する追尾フィルタである位置・速度推定部２１０と共に、目標の長さを推定する追尾フィルタである目標長さ推定部２２０を備える。位置・速度推定部２１０と目標長さ推定部２２０の間では、目標の位置、速度の各成分の平滑値と目標長さの平滑値を互いに相関させながら、目標の位置、速度と同時に目標の長さを推定する。【選択図】図１
2010112747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分解能のレーダセンサにより、１目標につき複数得られる観測値の時系列データに基づいて、前記目標の位置、速度と同時に目標長さを推定する目標追尾装置であって、
前記目標の位置、速度の運動諸元を推定する位置・速度推定用追尾フィルタである位置・速度推定部と、
前記目標の目標長さを推定する目標長さ推定用追尾フィルタである目標長さ推定部と、
を備え、
前記位置・速度推定用部と前記目標長さ推定部の間で前記目標の位置、速度と目標長さを推定する過程で前記目標の位置、速度の各成分と目標長さを互いに相関させることを特徴とする目標追尾装置。
【請求項２】
複数得られた観測値に対して同一目標判定処理を行う同一目標判定部を備え、
前記位置・速度推定部及び目標長さ推定部は、
前記同一目標判定部によって同一目標のものであると判定された観測値に対して前記目標の位置、速度の各成分と目標長さを互いに相関させ、前記の同一目標であると判定された観測値の組が複数組存在する場合には、かかる複数組の観測値の組それぞれに対して前記目標の位置、速度の各成分と目標長さを互いに相関させ、
前記同一目標判定部によって同一目標のものでないと判定された観測値に対しては、かかる観測値のそれぞれを個別の目標として扱い、それぞれの位置、速度のみを推定し、複数目標に対する位置、速度、目標長さの推定を行うことを特徴とする請求項１に記載の目標追尾装置。
【請求項３】
前記目標長さ推定部が、前記目標の目標長さ推定値である目標長さ平滑値の時系列の値を安定化させる目標長さ安定化部を含むことを特徴とする請求項１に記載の目標追尾装置。
【請求項４】
前記位置・速度推定部が、前記目標の運動諸元の推定値である位置、速度平滑値のうち、速度平滑値の時系列の値を安定化させる速度安定化部を含み、前記速度安定化部により安定化された速度平滑値を用いて前記目標の位置、速度および目標長さを推定することを特徴とする請求項１に記載の目標追尾装置。
【請求項５】
前記目標長さ推定部が、前記目標長さ平滑値と、前記目標長さ平滑値によって安定化された目標長さ平滑値のうち、適合度の高い値を選択する目標長さ最終値選択部を含むことを特徴とする請求項３に記載の目標追尾装置。
【請求項６】
前記目標長さ推定部が、前記目標長さ推定部による過去の目標長さ推定値の履歴に基づく目標長さ補間値を算出する目標長さ補間部を含み、１目標につき得られる観測値が１つである場合には前記目標長さ補間部によって算出された目標長さ補間値に基づいて目標の長さ方向の観測値数を補間することを特徴とする請求項１に記載の目標追尾装置。
【請求項７】
前記目標長さ推定部が、１サンプリング前の目標速度平滑値に応じて目標長さ予測値を補正する目標長さ予測値補正部を含むことを特徴とする請求項１に記載の目標追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、観測装置が観測した目標を追尾する目標追尾装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分解能のレーダセンサによる観測情報に基づき、目標の位置、速度、および目標の長さを推定する従来技術による目標追尾装置の構成の一例を図１６に、また、目標の長さを推定する状況をｘｙ平面内で表した例を図１７に示す。
例えば、レーダセンサとしてレンジ方向に高い分解能を持つレーダを用いる場合、目標が複数のレンジビンで観測される可能性がある。この特徴を利用し、次の手順で目標の位置、速度、および目標の長さを推定する。
【０００３】
アンテナ／送受信系１０１は、目標の観測情報のうち、位置情報を位置・速度推定部１０２に入力し、目標観測レンジビン数を長さ補正手段１０３に入力する。
位置・速度推定部１０２は、アンテナ／送受信系より入力されたた目標の位置情報に基づき、目標の位置と速度を推定する。また、目標の位置・速度の推定値を長さ補正手段１０３に入力する。
【０００４】
長さ補正手段１０３は、アンテナ送受信系１０１より入力された目標観測レンジビン数に基づき、目標レンジビン長Ｌ'を算出する。また、位置・速度推定部１０２より入力された目標の位置・速度の推定値に基づき、レーダ位置に対する目標の方位角θと、目標の進行方向Ψ(図１７のｘｙ平面ではｙ軸と目標の速度ベクトルのなす角)、および方位角θに対するアスペクト角β(図１７のｘｙ平面では目標の速度ベクトルとレーダセンサのレンジ方向のなす角)を算出する。そして、(１)式により、目標の長さを推定する。
【０００５】
【数１】
2010112747.tif 000003
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９８０２８号公報(請求項７)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような従来の目標追尾装置では、高分解能のレーダが観測する目標のレンジビン数は、サンプリング毎に絶えず変化する可能性があり、不安定である。また、一般的に、位置・速度推定部によって推定される目標速度の推定値は不安定である。従って、従来技術の構成では、不安定な目標レンジビン長と目標速度の推定値を用い、(１)式により直接目標の長さを推定している。このため、目標の長さの推定値が安定しないという課題があった。
【０００８】
この発明は、例えば、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高分解能のレーダセンサを用いて目標の位置、速度、および目標の長さを推定する場合において、目標の長さを安定的に推定する目標追尾装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、高分解能のレーダセンサにより、１目標につき複数得られる観測値の時系列データに基づいて、前記目標の位置、速度と同時に目標長さを推定する目標追尾装置であって、前記目標の位置、速度の運動諸元を推定する位置・速度推定用追尾フィルタである位置・速度推定部と、前記目標の目標長さを推定する目標長さ推定用追尾フィルタである目標長さ推定部と、を備え、前記位置・速度推定用部と前記目標長さ推定部の間で前記目標の位置、速度と目標長さを推定する過程で前記目標の位置、速度の各成分と目標長さを互いに相関させることを特徴とする目標追尾装置にある。
【００１０】
この発明にかかる目標追尾装置は、高分解能のレーダセンサによる観測値に基づき、目標の位置・速度および目標の長さの時系列データから、目標の位置・速度とともに目標の長さを推定する。このため、目標の位置・速度および目標の長さの時系列データから目標の位置・速度を推定する追尾フィルタを有する位置・速度推定部を備えるのに加え、目標の長さを推定する追尾フィルタを有する目標長さ推定部を備える。
【発明の効果】
【００１１】
この発明にかかる目標追尾装置によれば、高分解能のレーダセンサによって目標を観測する場合に、目標の位置・速度とともに目標の長さを安定的に推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下この発明を各実施の形態に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。図１において目標追尾装置は、アンテナ／送受信系２０１、信号処理部２０２、観測値重心算出部２０３、位置・速度推定部２１０、目標長さ推定部２２０、表示部２３０を備える。位置・速度推定部２１０は、内部に目標重心予測処理部２１１と、目標重心平滑処理部２１２と、減算部２１ａを備える。目標長さ推定部２２０は、内部に目標長さ予測処理部２２１と、目標長さ平滑処理部２２２と減算部２２ａを備える。
【００１３】
次に、各構成要素の機能について説明する。アンテナ／送受信系２０１は、観測結果であるビデオ信号を信号処理部２０２に入力する。
【００１４】
信号処理部２０２は、アンテナ／送受信系２０１より入力されたビデオ信号に対して信号処理を行い、目標を観測している各レンジビンの観測値を生成し、目標を観測しているレンジビンの数を算出する。そして、信号処理部２０２は、目標を観測している各レンジビンの観測値(以降、「目標レンジビン観測値」と称する)を観測値重心算出部２０３に入力し、目標を観測しているレンジビンの数(以降、目標レンジビン数と称する)を目標長さ推定部２２０に入力する。
【００１５】
観測値重心算出部２０３は、信号処理部２０２より入力された全ての目標レンジビン観測値(位置)に基づき、観測値重心を算出する。そして、観測値重心算出部２０３は算出された観測値重心を位置・速度推定部２１０に入力する。
【００１６】
位置・速度推定部２１０における目標重心予測処理部２１１は、目標重心平滑処理部２１２より１サンプリング前の目標重心平滑値を入力し、現サンプリング時における目標重心予測値を算出する。減算部２１ａは、観測値重心算出部２０３からの現サンプリングにおける観測値重心と、目標重心予測処理部２１１からの目標重心予測値との差(残差)を求める。
【００１７】
目標重心平滑処理部２１２は減算部２１ａからの差と、目標長さ推定部２２０の目標長さ平滑処理部２２２より目標重心に対する目標長さとの相関情報を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標重心平滑処理部２１２は現サンプリングにおける目標重心平滑値、および目標長さに対する目標重心の相関情報を算出する。さらに、目標重心平滑処理部２１２は算出された目標重心平滑値を表示部２３０、目標重心予測処理部２１１、および目標長さ推定部２２０の目標長さ予測処理部２２１に入力し、目標長さに対する目標重心との相関情報を目標長さ平滑処理部２２２に入力する。
【００１８】
目標長さ推定部２２０の目標長さ予測処理部２２１は、目標長さ平滑処理部２２２より１サンプリング前の目標長さ平滑値を入力し、位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２より１サンプリング前の目標重心平滑値を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標長さ予測処理部２２１は、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値を算出する。減算部２２ａは、信号処理部２０２からの現サンプリングにおける目標レンジビン数と、目標長さ予測処理部２２１からの目標レンジビン数予測値との差(残差)を求める。
【００１９】
目標長さ平滑処理部２２２は、減算部２２ａからの差と、位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２から目標長さに対する目標重心との相関情報を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標長さ平滑処理部２２２は、現サンプリングにおける目標長さ平滑値、および目標重心に対する目標長さの相関情報を算出する。さらに、目標長さ平滑処理部２２２は算出された目標長さ平滑値を目標長さ予測処理部２２１および表示部２３０に入力し、目標重心に対する目標長さの相関情報を位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２に入力する。
【００２０】
表示部２３０は、目標重心平滑処理部２１２より入力された目標重心平滑値と、目標長さ平滑処理部２２２より入力された目標長さ平滑値を、現サンプリングにおける目標状態の推定値として表示する。
【００２１】
図２はこの実施の形態の目標追尾装置における、１サンプリング分の動作を示したフローチャート、図３はレーダセンサと目標が２次元のｘｙ平面内にある場合のこの実施の形態の目標追尾装置により目標の状態を推定する状況を説明するための図であり、以下、図および数式を用いて動作を説明する。
【００２２】
(ステップＳ２０１)アンテナ／送受信系２０１は、観測結果であるビデオ信号を信号処理部２０２に入力する。
【００２３】
(ステップＳ２０２)信号処理部２０２は、アンテナ／送受信系２０１より入力されたビデオ信号に対して信号処理を行い、時刻ｋにおいて目標を観測しているno,k個のレンジビンそれぞれについて目標レンジビン観測値[Ro,i,k  Eo,i,k  Azo,i,k]T  (ｉ＝１，…，no,k)を生成する。なお、ベクトル[Ro,i,k  Eo,i,k  Azo,i,k]Tにおける上付きの添え字Ｔは、ベクトルおよび行列の転置を表す。また、この表記は以下でも同様である。そして、信号処理部２０２は、目標レンジビン観測値[Ro,i,k  Eo,i,k  Azo,i,k]T  (ｉ＝１，…，no,k)を観測値重心算出部２０３に入力し、目標レンジビンの数no,kを目標長さ推定部２２０に入力する。
【００２４】
(ステップＳ２０３)観測値重心算出部２０３は、信号処理部２０２より入力された目標レンジビン観測値[Ro,i,k  Eo,i,k  Azo,i,k]T  (ｉ＝１，…，no,k)に基づき、観測値重心[xo,G  yo,G  zo,G] Tを算出する。そして、観測値重心算出部２０３は算出された観測値重心[xo,G  yo,G  zo,G] Tを位置・速度推定部２１０に入力する。
【００２５】
位置・速度推定部２１０と目標長さ推定部２２０においては、時刻ｔｋにおける目標の状態を、(２)式のように３次元の目標重心位置とそれらの速度成分、および目標長さＬkで構成される７次元の状態ベクトルを用いて表す。また、目標の運動モデルを(３)式のように定義する。
【００２６】
【数２】
2010112747.tif 000004
【００２７】
なお、(３)式の第１式において、Φkは状態遷移行列、Δｔはサンプリング間隔を表す。また、ｗｋは平均０、共分散Ｑｋの駆動雑音ベクトルである。また(３)式の第２式において、Ｉ３×３は３次の単位行列、Ｏ３×３は３行３列の零行列を表す。
【００２８】
位置・速度推定部２１０と目標長さ推定部２２０においては、時刻ｔｋにおける目標の観測ベクトルを(４)式のように、３次元の観測値重心および目標レンジビン数no,kの４次元ベクトルで構成する。また、観測モデルを(５)式のように定義する。
【００２９】
【数３】
2010112747.tif 000005
【００３０】
(５)式の第１式において、ｖkは平均０、共分散のＲｋの観測雑音ベクトルである。(５)式の第２式において、βは図３に示すアスペクト角、ΔＲはレーダセンサにおける１レンジビンの長さを表す。
【００３１】
(ステップＳ２１１)目標重心予測処理部２１１は、目標重心平滑処理部２１２より１サンプリング前(時刻ｔk-1)の目標重心平滑値((ハット)ｘk-1|k-1の位置・速度成分)
【００３２】
【数４】
2010112747.tif 000006
【００３３】
を入力し、現サンプリング(時刻ｔｋ)における目標重心予測値
【００３４】
【数５】
2010112747.tif 000007
【００３５】
を算出する。
【００３６】
(ステップＳ２２１)目標長さ予測処理部２２１は、目標長さ平滑処理部２２２より１サンプリング前の目標長さ平滑値((ハット)ｘk-1|k-1の目標長さ成分)(ハット)Ｌk-1|k-1を入力し、位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２より１サンプリング前の目標重心平滑値
【００３７】
【数６】
2010112747.tif 000008
【００３８】
を入力する。
そして、これらの入力に基づき、目標長さ予測処理部２２１は、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値ｎｋ｜k-1を算出する。
【００３９】
ステップＳ２１１、Ｓ２２１の過程は、(６)〜(９)式で表される。
【００４０】
【数７】
2010112747.tif 000009
【００４１】
(７)式において、(ハット)βk-1|k-1は１サンプリング前における方位角に対するアスペクト角の平滑値、(ハット)θk-1|k-1は１サンプリング前における方位角の平滑値、(ハット)Ψk-1|k-1は１サンプリング前における進行方向の平滑値である。
(ハット)βk-1|k-1、(ハット)θk-1|k-1、(ハット)Ψk-1|k-1は、１サンプリング前の目標重心平滑値の位置および速度成分から、それぞれ(８)式のように算出される。(９)式において、Ｐｋ｜k-1は予測誤差共分散行列である。
【００４２】
(ステップＳ２１２)目標重心平滑処理部２１２は、観測値重心算出部２０３からの現サンプリングにおける観測値重心[xo,G  yo,G  zo,G] Tと、目標重心予測処理部２１１からの目標重心予測値
【００４３】
【数８】
2010112747.tif 000010
【００４４】
との残差を入力し、目標長さ平滑処理部２２２より目標重心に対する目標長さとの相関情報を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標重心平滑処理部２１２は現サンプリングにおける目標重心平滑値((ハット)ｘk|kの位置・速度成分)
【００４５】
【数９】
2010112747.tif 000011
【００４６】
および目標長さに対する目標重心の相関情報を算出する。
【００４７】
(ステップＳ２２２)目標長さ平滑処理部２２２は、信号処理部２０２からの現サンプリングにおける目標レンジビン数観測値no,kと、目標長さ予測処理部２２１からの目標レンジビン数予測値ｎｋ｜k-1との残差を入力し、目標重心平滑処理部２１２より目標長さに対する目標重心との相関情報を入力する。
そして、これらの入力に基づき、目標長さ平滑処理部２２２は、カルマンフィルタアルゴリズムに従い、現サンプリングにおける目標長さ平滑値((ハット)ｘk|kの目標長さ成分)(ハット)Ｌk|k、および目標重心に対する目標長さの相関情報を算出する。
【００４８】
ステップＳ２１２およびステップＳ２２２の過程は、(１０)〜(１３)で表される。
【００４９】
【数１０】
2010112747.tif 000012
【００５０】
(１０)式において、Ｋｋはカルマンフィルタのゲイン行列である。
(１１)式において、Ｐk|kは予測誤差共分散行列である。
(１３)式で定義される行列Ｈｋは、観測行列である。
また、Ｈｋの４行目は、目標重心位置・速度と目標レンジビン数との相関情報、および目標長さと目標レンジビン数との相関情報を表す。
【００５１】
(ステップＳ２３０)表示部２３０は、目標重心平滑処理部２１２より入力された目標重心平滑値
【００５２】
【数１１】
2010112747.tif 000013
【００５３】
と、目標長さ平滑処理部２２２より入力された目標長さ平滑値(ハット)Ｌk|kを、現サンプリングにおける目標状態の推定値として表示する。
【００５４】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、高分解能のレーダセンサによる観測値重心と目標レンジビン数の時系列データに基づき、目標重心位置・速度と目標レンジビン数との相関、および目標長さと目標レンジビン数との相関を考慮しながら、目標状態である目標の位置、速度、および目標長さを推定している。このような構成により、目標の位置、速度と同時に目標長さを安定的に推定することができる。
【００５５】
この発明の実施の形態１では、レーダセンサと目標が図３のように２次元のｘｙ平面内にある場合を例として、高分解能のレーダセンサによる観測値に基づいて目標の位置、速度、目標長さを推定しているが、レーダセンサと目標の位置関係は３次元空間であっても良い。その場合、上記(７)(８)式、において、レーダセンサにより得られる仰角に対するアスペクト角、およびｚ軸方向の位置・速度成分を考慮すれば良い。また、この発明の実施の形態１では、観測値重心算出部２０３からの出力、位置・速度推定部２１０および目標長さ推定部２２０で用いる座標系として直交座標を用いたが、これは極座標であっても良い。これらは、以下の実施の形態においても同様である。
【００５６】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図、図５はこの実施の形態の目標追尾装置における、１サンプリング分の動作を示したフローチャートである。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。
【００５７】
図４に示すこの実施の形態では、先の実施の形態１における目標追尾装置の構成に対し、目標長さ推定部２２０内に目標長さ安定化部２２３が加わった場合であり、かつ、目標長さ平滑処理部２２２から目標長さ予測処理部２２１および表示部２３０への入力が、目標長さ安定化部２２３を介して行われる場合に相当する。
【００５８】
アンテナ／送受信系２０１、信号処理部２０２、観測値重心算出部２０３、目標重心予測処理部２１１、および目標重心平滑処理部２１２の機能は、上記実施の形態１と同一である。以下では、入出力関係が先の実施の形態１における構成と異なる目標長さ予測処理部２２１、目標長さ平滑処理部２２２、表示部２３０、および新たに加えられた目標長さ安定化部２２３の動作について説明する。
【００５９】
目標長さ推定部２２０の目標長さ予測処理部２２１は、目標長さ安定化部２２３より１サンプリング前の安定化された目標長さ平滑値を入力し、位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２より１サンプリング前の目標重心平滑値を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標長さ予測処理部２２１は、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値を算出する。
【００６０】
目標長さ平滑処理部２２２は、信号処理部２０２からの現サンプリングにおける目標レンジビン数観測値と、目標長さ予測処理部２２１からの目標レンジビン数予測値との残差である減算部２２ａの出力を入力し、さらに位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２より目標長さに対する目標重心との相関情報を入力する。
【００６１】
そして、これらの入力に基づき、目標長さ平滑処理部２２２は、現サンプリングにおける目標長さ平滑値、および目標重心に対する目標長さの相関情報を算出する。さらに、目標長さ平滑処理部２２２は算出された目標長さ平滑値を目標長さ安定化部２２３に入力し、目標重心に対する目標長さの相関情報を位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２に入力する。
【００６２】
目標長さ安定化部２２３は、目標長さ平滑処理部２２２より現サンプリングにおける目標長さ平滑値を入力し、かかる目標長さ平滑値に対する安定化処理を行う。そして、安定化された目標長さ平滑値(以降、安定化済み目標長さ平滑値と称する)を目標長さ予測処理部２２１および表示部２３０に入力する。
【００６３】
表示部２３０は、目標重心平滑処理部２１２より入力された目標重心平滑値と、目標長さ安定化部２２３より入力された安定化済み目標長さ平滑値を、現サンプリングにおける目標状態の推定値として表示する。
【００６４】
次に、この発明の実施の形態２に係る目標追尾装置の動作を、図５のフローチャートおよび数式を用いて説明する。
【００６５】
ステップＳ２０１〜Ｓ２０３、Ｓ２１１〜Ｓ２１２、およびステップＳ２２２における動作は、先の実施の形態１における構成と同一である。以下では、先の実施の形態１における構成と動作が異なるステップＳ２２１、Ｓ２３０、および新たに加わったステップＳ２２３について説明する。
【００６６】
(ステップＳ２２１)目標長さ予測処理部２２１は、目標長さ安定化部２２３より１サンプリング前の安定化済み目標長さ平滑値(ハット)Ｌ＊k-1|k-1を入力し、位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２より１サンプリング前の目標重心平滑値
【００６７】
【数１２】
2010112747.tif 000014
【００６８】
を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標長さ予測処理部２２１は、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値ｎk|k-1を算出する。この過程は、(７)式の(ハット)Ｌk-1|k-1が(ハット)Ｌ＊k-1|k-1に置き換えられた場合に相当する。
【００６９】
(ステップＳ２２３)目標長さ安定化部２２３は、目標長さ平滑処理部２２２より現サンプリングにおける目標長さ平滑値(ハット)Ｌk|kを入力し、かかる目標長さ平滑値に対する安定化処理を行う。目標長さ安定化部２２３における、目標長さ平滑値に対する安定化処理の方法としては、例えば(１４)式で表される一次フィルタを適用する。
【００７０】
【数１３】
2010112747.tif 000015
【００７１】
(１４)式において、(ハット)Ｌ＊k|kは現サンプリングにおける安定化済み目標長さ平滑値、λｋは(１５)式によって算出される重み付け係数である。また、(１５)式におけるτは時定数であり、事前に設定するパラメータである。
【００７２】
(ステップＳ２３０)表示部２３０は、目標重心平滑処理部２１２より入力された目標重心平滑値
【００７３】
【数１４】
2010112747.tif 000016
【００７４】
と、目標長さ安定化部２２３より入力された安定化済み目標長さ平滑値(ハット)Ｌ＊k|kを、現サンプリングにおける目標状態の推定値として表示する。
【００７５】
この発明の実施の形態２によれば、目標重心平滑処理部２１２より出力される目標重心平滑値の速度ベクトルが不安定になり、その結果、(８)式におけるアスペクト角(ハット)βk-1|k-1の算出結果が不安定となる場合において、目標長さ平滑値を安定化させることができる。
【００７６】
この実施の形態においては、目標長さ平滑値に対する安定化処理の方法の例として一次フィルタを適用したが、かかる安定化処理の方法は他のものであっても良い。
【００７７】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図、図７はこの実施の形態の目標追尾装置における、１サンプリング分の動作を示したフローチャートである。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。
【００７８】
図６に示すこの実施の形態では、先の実施の形態１における目標追尾装置の構成に対し、位置・速度推定部２１０内に速度安定化部２１３が加わった場合であり、かつ、目標重心平滑処理部２１２から目標重心予測処理部２１１、目標長さ予測処理部２２１および表示部２３０への入力が、速度安定化部２１３を介して行われる場合に相当する。
【００７９】
アンテナ／送受信系２０１、信号処理部２０２、観測値重心算出部２０３、および目標長さ平滑処理部２２２の機能は、先の実施の形態１における目標追尾装置の構成と同一である。以下では、入出力関係が先の実施の形態１における構成と異なる目標重心予測処理部２１１、目標重心平滑処理部２１２、目標長さ予測処理部２２１、表示部２３０、および新たに加えられた速度安定化部２１３の動作について説明する。
【００８０】
位置・速度推定部２１０における目標重心予測処理部２１１は、速度安定化部２１３より１サンプリング前の目標重心平滑値の位置成分、および速度安定化部２１３によって安定化された目標重心平滑値の速度成分を入力し、現サンプリング時における目標重心予測値を算出する。
【００８１】
目標重心平滑処理部２１２は、観測値重心算出部２０３からの現サンプリングにおける観測値重心と、目標重心予測処理部２１１からの目標重心予測値との残差である減算部２１ａの出力を入力し、さらに目標長さ推定部２２０の目標長さ平滑処理部２２２より目標重心に対する目標長さとの相関情報を入力する。
【００８２】
そして、これらの入力に基づき、目標重心平滑処理部２１２は現サンプリングにおける目標重心平滑値、および目標長さに対する目標重心の相関情報を算出する。さらに、目標重心平滑処理部２１２は算出された目標重心平滑値を速度安定化部２１３に入力し、目標長さに対する目標重心との相関情報を目標長さ平滑処理部２２２に入力する。
【００８３】
速度安定化部２１３は、目標重心平滑処理部２１２より現サンプリングにおける目標重心平滑値を入力し、かかる目標重心平滑値の速度成分に対する安定化処理を行う。そして、目標重心平滑値の位置成分と、安定化された目標重心平滑値の速度成分(以降、安定化済み速度平滑値と称する)を目標重心予測処理部２１１、目標長さ推定部２２０の目標長さ予測処理部２２１、および表示部２３０に入力する。
【００８４】
目標長さ推定部２２０の目標長さ予測処理部２２１は、目標長さ平滑処理部２２２より１サンプリング前の目標長さ平滑値を入力し、位置・速度推定部２１０の速度安定化部２１３より１サンプリング前の目標重心平滑値の位置成分および安定化済み速度平滑値を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標長さ予測処理部２２１は、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値を算出する。
【００８５】
表示部２３０は、速度安定化部２１３より入力された目標重心平滑値の位置成分および安定化済み速度平滑値、および目標長さ平滑処理部２２２より入力された目標長さ平滑値を、現サンプリングにおける目標状態の推定値として表示する。
【００８６】
次に、この発明の実施の形態３に係る目標追尾装置の動作を、図７のフローチャートおよび数式を用いて説明する。
【００８７】
ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３、ステップＳ２１２、およびステップＳ２２２における動作は、先の実施の形態１における構成と同一である。以下では、先の実施の形態１における構成と動作が異なるステップＳ２１１、ステップＳ２２１、ステップＳ２３０、および新たに加わったステップＳ２１３について説明する。
【００８８】
(ステップＳ２１１)目標重心予測処理部２１１は、速度安定化部２１３より１サンプリング前の目標重心平滑値(ハット)ｘk-1|k-1の位置成分
【００８９】
【数１５】
2010112747.tif 000017
【００９０】
、および安定化済み速度平滑値
【００９１】
【数１６】
2010112747.tif 000018
【００９２】
を入力し、現サンプリングにおける目標重心予測値
【００９３】
【数１７】
2010112747.tif 000019
【００９４】
を算出する。この過程は、(６)式において、右辺の(ハット)ｘk-1|k-1の第４、５、６成分が１サンプリング前の安定化済み速度平滑値
【００９５】
【数１８】
2010112747.tif 000020
【００９６】
に置き換えられた場合に相当する。
【００９７】
(ステップＳ２２１)目標長さ予測処理部２２１は、目標長さ平滑処理部２２２より１サンプリング前の目標長さ平滑値((ハット)ｘk-1|k-1の目標長さ成分)(ハット)Ｌk-1|k-1を入力し、位置・速度推定部２１０の速度安定化部２１３より１サンプリング前の目標重心平滑値の位置成分
【００９８】
【数１９】
2010112747.tif 000021
【００９９】
および安定化済み速度平滑値
【０１００】
【数２０】
2010112747.tif 000022
【０１０１】
を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標長さ予測処理部２２１は、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値ｎk|k-1を算出する。この過程は、(７)(８)式において、１サンプリング前の目標重心平滑値の速度成分
【０１０２】
【数２１】
2010112747.tif 000023
【０１０３】
(ｘ、ｙ成分のみを表示)が安定化済み速度平滑値
【０１０４】
【数２２】
2010112747.tif 000024
【０１０５】
(ｘ、ｙ成分のみを表示)に置き換えられた場合に相当する。
【０１０６】
(ステップＳ２１３)速度安定化部２１３は、目標重心平滑処理部２１２より現サンプリングにおける目標重心平滑値
【０１０７】
【数２３】
2010112747.tif 000025
【０１０８】
を入力し、かかる目標重心平滑値の速度成分
【０１０９】
【数２４】
2010112747.tif 000026
【０１１０】
に対する安定化処理を行う。速度安定化部２１３における、目標重心平滑値の速度成分に対する安定化処理の方法としては、例えば(１６)式で表される一次フィルタを適用する。
【０１１１】
【数２５】
2010112747.tif 000027
【０１１２】
(１６)式において、(ハット・ドット)ｘ＊k|kは現サンプリングにおける安定化済み速度平滑値、λｋは(１７)式によって算出される重み付け係数である。また、(１５)式におけるτは時定数であり、事前に設定するパラメータである。
【０１１３】
(ステップＳ２３０)表示部２３０は、速度安定化部２１３より入力された目標重心平滑値の位置成分
【０１１４】
【数２６】
2010112747.tif 000028
【０１１５】
安定化済み速度平滑値
【０１１６】
【数２７】
2010112747.tif 000029
【０１１７】
および目標長さ平滑処理部２２２より入力された目標長さ平滑値(ハット)Ｌk|kを、現サンプリングにおける目標状態の推定値として表示する。
【０１１８】
この発明の実施の形態３によれば、目標重心平滑処理部２１２より出力される目標重心平滑値の速度ベクトルが不安定になり、その結果、(８)式におけるアスペクト角(ハット)βk-1|k-1の算出結果が不安定となる場合において、目標長さ平滑値を安定化させることができる。
【０１１９】
この発明の実施の形態３においては、目標重心平滑値の速度成分に対する安定化処理の方法の例として一次フィルタを適用したが、かかる安定化処理の方法は他のものであっても良い。
【０１２０】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図、図９はこの実施の形態の目標追尾装置における、１サンプリング分の動作を示したフローチャートである。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。
【０１２１】
図８は、先の実施の形態２における目標追尾装置の構成に対し、目標長さ推定部２２０内に目標長さ最終値選択部２２４が加わった場合であり、かつ、目標長さ安定化部２２３から目標長さ予測処理部２２１および表示部２３０への入力が、目標長さ最終値選択部２２４を介して行われる場合に相当する。
【０１２２】
アンテナ／送受信系２０１、信号処理部２０２、観測値重心算出部２０３、目標重心予測処理部２１１、および目標重心平滑処理部２１２の機能は、先の実施の形態２における目標追尾装置の構成と同一である。以下では、入出力関係が先の実施の形態１における構成と異なる、目標長さ予測処理部２２１、目標長さ平滑処理部２２２、目標長さ安定化部２２３、表示部２３０、および新たに加えられた目標長さ最終値選択部２２４の動作について説明する。
【０１２３】
目標長さ推定部２２０の目標長さ予測処理部２２１は、目標長さ最終値選択部２２４より目標長さ最終値を入力し、位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２より１サンプリング前の目標重心平滑値を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標長さ予測処理部２２１は、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値を算出する。
【０１２４】
目標長さ平滑処理部２２２は、信号処理部２０２からの現サンプリングにおける目標レンジビン数観測値と、目標長さ予測処理部２２１からの目標レンジビン数予測値との残差である減算部２２ａの出力を入力し、位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２より目標長さに対する目標重心との相関情報を入力する。
【０１２５】
そして、これらの入力に基づき、目標長さ平滑処理部２２２は、現サンプリングにおける目標長さ平滑値、および目標重心に対する目標長さの相関情報を算出する。さらに、目標長さ平滑処理部２２２は算出された目標長さ平滑値を目標長さ安定化部２２３および目標長さ最終値選択部２２４に入力し、目標重心に対する目標長さの相関情報を位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２に入力する。
【０１２６】
目標長さ安定化部２２３は、目標長さ平滑処理部２２２より現サンプリングにおける目標長さ平滑値を入力し、かかる目標長さ平滑値に対する安定化処理を行う。そして、安定化済み目標長さ平滑値を目標長さ最終値選択部２２４に入力する。
【０１２７】
目標長さ最終値選択部２２４は、目標長さ平滑処理部２２２より現サンプリングにおける目標長さ平滑値を入力し、目標長さ安定化部２２３より安定化済み目標長さ平滑値を入力する。そして、かかる目標長さ平滑値と安定化済み目標長さ平滑値とを比較し、適合度の高い方の値を目標長さ最終値として目標長さ予測処理部２２１および表示部２３０に入力する。
【０１２８】
表示部２３０は、目標重心平滑処理部２１２より入力された目標重心平滑値と、目標長さ最終値選択部２２４より入力された目標長さ最終値を、現サンプリングにおける目標状態の推定値として表示する。
【０１２９】
次に、この発明の実施の形態４に係る目標追尾装置の動作を、図９のフローチャートおよび数式を用いて説明する。
【０１３０】
ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３、ステップＳ２１１〜ステップＳ２１２、およびステップＳ２２２における動作は、先の実施の形態１における構成と同一である。以下では、先の実施の形態１における構成と動作が異なるステップＳ２２１、ステップＳ２３０、および新たに加わったステップＳ２２４について説明する。
【０１３１】
(ステップＳ２２１)目標長さ予測処理部２２１は、目標長さ最終値選択部２２４より１サンプリング前の目標長さ最終値(ハット)Ｌ＊＊k-1|k-1を入力し、位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２より１サンプリング前の目標重心平滑値
【０１３２】
【数２８】
2010112747.tif 000030
【０１３３】
を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標長さ予測処理部２２１は、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値ｎk|k-1を算出する。この過程は、(７)式の(ハット)Ｌk-1|k-1が(ハット)Ｌ＊＊k-1|k-1に置き換えられた場合に相当する。
【０１３４】
(ステップＳ２２４)目標長さ最終値選択部２２４は、目標長さ平滑処理部２２２より現サンプリングにおける目標長さ平滑値(ハット)Ｌk|kを入力し、目標長さ安定化部２２３より現サンプリングにおける安定化済み目標長さ(ハット)Ｌ＊k|kを入力する。そして、かかる(ハット)Ｌk|kと(ハット)Ｌ＊k|kとを適切な方法で比較し、適切な方を現サンプリングにおける目標長さ最終値(ハット)Ｌ＊＊k|kとして選択し、目標長さ予測処理部２２１および表示部２３０に入力する。
【０１３５】
ステップＳ２２４において(ハット)Ｌk|kと(ハット)Ｌ＊k|kとを比較し、適切な方を選択する手段として、例えば、１サンプリング前の目標長さ最終値(ハット)Ｌ＊＊k-1|k-1との差が小さい方を、現サンプリングにおける目標長さ最終値(ハット)Ｌ＊＊k|kとして採用する方法を適用する。
【０１３６】
(ステップＳ２３０)表示部２３０は、目標重心平滑処理部２１２より入力された目標重心平滑値
【０１３７】
【数２９】
2010112747.tif 000031
【０１３８】
と、目標長さ最終値選択部２２４より入力された安定化済み目標長さ平滑値(ハット)Ｌ＊＊k|kを、現サンプリングにおける目標状態の推定値として表示する。
【０１３９】
この発明の実施の形態４によれば、先の実施の形態２の構成に対して、最終的に出力される目標長さ平滑値を適正化することができる。
【０１４０】
この実施の形態４においては、目標長さ最終値選択部２２４において適切な値を選択する手段の例として、目標長さ平滑値と安定化済み目標長さ平滑値のうち１サンプリング前の目標長さ最終値との差が小さい方を採用する方法を適用したが、かかる選択手段は他のものであっても良い。
【０１４１】
実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図、図１１はこの実施の形態の目標追尾装置における、１サンプリング分の動作を示したフローチャートである。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。
【０１４２】
図１０は、先の実施の形態１における目標追尾装置の構成に対し、目標長さ推定部２２０内に目標長さ補間部２２５が加わった場合であり、かつ、信号処理部２０２から目標長さ補間部２２５を介して目標長さ平滑処理部２２２へ入力され、目標長さ平滑処理部２２２からの出力先として目標長さ補間部２２５が加わっている場合に相当する。
【０１４３】
アンテナ／送受信系２０１、観測値重心算出部２０３、目標重心予測処理部２１１、目標重心平滑処理部２１２、目標長さ予測処理部２２１、および表示部２３０の機能は、先の実施の形態１における目標追尾装置の構成と同一である。以下では、入出力関係が先の実施の形態１における構成と異なる、信号処理部２０２、目標長さ平滑処理部２２２、および新たに加えられた目標長さ補間部２２５の動作について説明する。
【０１４４】
信号処理部２０２は、アンテナ／送受信系２０１より入力されたビデオ信号に対して信号処理を行い、目標を観測している各レンジビンの観測値を生成し、目標レンジビン数を算出する。そして、信号処理部２０２は、目標レンジビン観測値を観測値重心算出部２０３に入力し、目標レンジビン数を目標長さ補間部２２５に入力する。
【０１４５】
目標長さ補間部２２５は、目標長さ平滑処理部２２２よりサンプリング毎に目標長さ平滑値を入力し、かかるサンプリング毎の目標長さ平滑値に基づく目標長さ補間値を算出する。目標長さ補間部２２５は、信号処理部２０２より入力された目標レンジビン数に応じて、下記の機能を担う。
【０１４６】
目標長さ補間部２２５は、目標レンジビン数が１となった場合、信号処理部２０２より入力された目標レンジビン数を、上記で算出された目標長さ補間値に基づく値に置き換えて出力する。目標レンジビン数が２以上の場合は、信号処理部２０２より入力された目標レンジビン数をそのまま出力する。
【０１４７】
目標長さ平滑処理部２２２は、目標長さ補間部２２５からの現サンプリングにおける目標レンジビン数(信号処理部２０２より入力された目標レンジビン数が１の場合は、目標長さ補間値に基づく値)と、目標長さ予測処理部２２１からの目標レンジビン数予測値との残差である減算部２２ａの出力を入力し、位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２より目標長さに対する目標重心との相関情報を入力する。
【０１４８】
そして、これらの入力に基づき、目標長さ平滑処理部２２２は、現サンプリングにおける目標長さ平滑値、および目標重心に対する目標長さの相関情報を算出する。さらに、目標長さ平滑処理部２２２は算出された目標長さ平滑値を目標長さ予測処理部２２１、目標長さ補間部２２５、および表示部２３０に入力し、目標重心に対する目標長さの相関情報を位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２に入力する。
【０１４９】
次に、この発明の実施の形態５に係る目標追尾装置の動作を、図１１のフローチャートおよび数式を用いて説明する。
【０１５０】
ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３、ステップＳ２１１〜ステップＳ２１２、およびステップＳ２２２における動作は、先の実施の形態１における構成と同一である。以下では、先の実施の形態１における構成と動作が異なるステップＳ２２２、および新たに加わったステップＳ２２５ａ、ステップＳ２２５ｂ、ステップＳ２２５ｃについて説明する。
【０１５１】
(ステップＳ２２５ａ)目標長さ補間部２２５は、信号処理部２０２より入力されたレンジビン数ｎｏ，ｋが１の場合、ステップＳ２２５ｂの処理(ｎｏ，ｋ＝１の側のフロー)に進む。信号処理部２０２より入力されたレンジビン数ｎｏ，ｋが２以上の場合は、かかるレンジビン数をそのまま目標長さ予測処理部２２１側に入力し、ステップＳ２２１の処理(ｎｏ，ｋ≧２の側のフロー)に進む。すなわちそのままの目標レンジビン数が出力されて、目標長さ予測処理部２２１、目標長さ平滑処理部２２２が動作する。
【０１５２】
(ステップＳ２２５ｂ)目標長さ補間部２２５は、ｎｏ，ｋ＝１の時、１サンプリング前までのサンプリング毎の目標長さ平滑値(ハット)Ｌi|i(i=1, …,k-1)に基づく目標長さ補間値(オーバーバー)Ｌk-1からレンジビン数補間値(オーバーバー)ｎｏ，ｋを算出し、ステップＳ２２１の処理に進む。上記のレンジビン数補間値(オーバーバー)ｎｏ，ｋは、例えば(１８)式のように算出する。
【０１５３】
【数３０】
2010112747.tif 000032
【０１５４】
上記の目標長さ補間値(オーバーバー)Ｌk-1の算出方法については、(ステップＳ２２５ｃ)の説明において述べる。
【０１５５】
(ステップＳ２２２)目標長さ平滑処理部２２２は、目標長さ補間部２２５からの現サンプリングにおける目標レンジビン数補間値(オーバーバー)ｎｏ，ｋ(目標レンジビン数が１の場合)または目標レンジビン数観測値no,k(目標レンジビン数が２以上の場合)と目標長さ予測処理部２２１からの目標レンジビン数予測値ｎk|k-1との残差(減算部２２ａの出力)を入力し、目標重心平滑処理部２１２より目標長さに対する目標重心との相関情報を入力する。そしてこれらの入力に基づき、目標長さ平滑処理部２２２は、カルマンフィルタアルゴリズムに従い、現サンプリングにおける目標長さ平滑値(ハット)Ｌｋ|ｋ、および目標重心に対する目標長さの相関情報を算出する。
【０１５６】
上記のステップＳ２２２の過程は、(１０)〜(１３)式のうち、(１０)式に入力される観測ベクトルｚｋの第４成分が、信号処理部２０２で算出される目標レンジビン数no,kに応じて、(１９)式のように変化する場合に相当する。
【０１５７】
【数３１】
2010112747.tif 000033
【０１５８】
(ステップＳ２２５ｃ)目標長さ補間部２２５は、目標長さ平滑処理部２２２より入力されたサンプリング毎の目標長さ平滑値(ハット)Ｌｋ|ｋに基づき、目標長さ補間値(オーバーバー)Ｌk-1を算出する。上記の目標長さ補間値(オーバーバー)Ｌk-1としては、例えば(２０)式のように、第１サンプリングから最新サンプリングまでの目標長さ平滑値の平均値を採用する。
【０１５９】
【数３２】
2010112747.tif 000034
【０１６０】
また、上記の目標長さ補間値(オーバーバー)Ｌk-1としては、(２１)式のように、最新サンプリングまでのＭサンプリング分の目標長さ平滑値の平均値を採用しても良い。
【０１６１】
【数３３】
2010112747.tif 000035
【０１６２】
この発明の実施の形態５によれば、先の実施の形態１の構成において、アンテナ／送受信系２０１で得られる受信電力の変化が大きくなること等が原因で、目標レンジビン数が１となった場合に対して、目標長さ推定の安定性を確保することができる。
【０１６３】
この発明の実施の形態５では、目標長さ補間部２２５における目標長さ補間値の算出方法の例として、過去の目標長さ平滑値の平均値を採用する方法を２通り挙げたが、かかる目標長さ補間値の算出方法は、他のものであっても良い。
【０１６４】
実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図、図１３はこの実施の形態の目標追尾装置における、１サンプリング分の動作を示したフローチャートである。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。
【０１６５】
図１２は、先の実施の形態１における目標追尾装置の構成に対し、目標長さ推定部２２０内に目標長さ予測値補正部２２６が加わった場合であり、かつ、目標重心平滑処理部２１２から目標長さ予測処理部２２１への入力、および目標長さ平滑処理部２２２から目標長さ予測処理部２２１への入力が目標長さ予測値補正部２２６を介して行われる場合に相当する。
【０１６６】
アンテナ／送受信系２０１、信号処理部２０２、観測値重心算出部２０３、目標重心予測処理部２１１、および表示部２３０の機能は、先の実施の形態１における目標追尾装置の構成と同一である。以下では、入出力関係が先の実施の形態１における構成と異なる、目標重心平滑処理部２１２、目標長さ予測処理部２２１、目標長さ平滑処理部２２２、および新たに加えられた目標長さ予測値補正部２２６の動作について説明する。
【０１６７】
目標重心平滑処理部２１２は、観測値重心算出部２０３からの現サンプリングにおける観測値重心と、目標重心予測処理部２１１からの目標重心予測値との残差である減算部２１ａの出力を入力し、目標長さ推定部２２０の目標長さ平滑処理部２２２より目標重心に対する目標長さとの相関情報を入力する。
【０１６８】
そして、これらの入力に基づき、目標重心平滑処理部２１２は現サンプリングにおける目標重心平滑値、および目標長さに対する目標重心の相関情報を算出する。さらに、目標重心平滑処理部２１２は算出された目標重心平滑値を目標重心予測処理部２１１、表示部２３０、および目標長さ予測値補正部２２６に入力し、目標長さに対する目標重心との相関情報を目標長さ平滑処理部２２２に入力する。
【０１６９】
目標長さ平滑処理部２２２は、信号処理部２０２からの現サンプリングにおける目標レンジビン数観測値と、目標長さ予測処理部２２１からの目標レンジビン数予測値との残差である減算部２２ａの出力を入力し、位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２より目標長さに対する目標重心との相関情報を入力する。
【０１７０】
そして、これらの入力に基づき、目標長さ平滑処理部２２２は、現サンプリングにおける目標長さ平滑値、および目標重心に対する目標長さの相関情報を算出する。さらに、目標長さ平滑処理部２２２は算出された目標長さ平滑値を目標長さ予測値補正部２２６および表示部２３０に入力し、目標重心に対する目標長さの相関情報を位置・速度推定部２１０の目標重心平滑処理部２１２に入力する。
【０１７１】
目標長さ予測値補正部２２６は、目標重心平滑処理部２１２より入力された目標重心平滑値から計算される１サンプリング前のアスペクト角平滑値、および目標長さ平滑処理部２２２より入力された１サンプリング前の目標長さ平滑値を記憶する。そして、目標長さ予測値補正部２２６は、目標重心平滑処理部２１２より目標長さ予測値補正部２２６に入力された１サンプリング前の目標重心平滑値に応じて、下記のように機能する。
【０１７２】
１サンプリング前のアスペクト平滑値が直角から一定値以内の場合、目標長さ予測値補正部２２６は、１サンプリング前のアスペクト角平滑値を自身が記憶している２サンプリング前のアスペクト角平滑値で置き換え、１サンプリング前の目標長さ平滑値を２サンプリング前の目標長さ平滑値で置き換える。そして、上記の２サンプリング前のアスペクト角平滑値と２サンプリング前の目標長さ平滑値を目標長さ予測処理部２２１に入力する。
【０１７３】
１サンプリング前のアスペクト平滑値が直角から一定値の範囲を超えている場合、目標長さ予測値補正部２２６は、目標重心平滑処理部２１２から入力された１サンプリング前のアスペクト角平滑値と、目標長さ平滑処理部２２２から入力された１サンプリング前の目標長さ平滑値をそのまま目標長さ予測処理部２２１に入力する。
【０１７４】
目標長さ予測処理部２２１は、目標長さ予測値補正部２２６より２サンプリング前のアスペクト平滑値と目標長さ平滑値(１サンプリング前のアスペクト角平滑値が上述の直角から一定値以内の場合)、または１サンプリング前のアスペクト平滑値と目標長さ平滑値(１サンプリング前のアスペクト角平滑値が上述の直角から一定値の範囲を超えた値である場合)を入力する。そして、これらの入力に基づき、目標長さ予測処理部２２１は、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値を算出する。
【０１７５】
次に、この発明の実施の形態６に係る目標追尾装置の動作を、図１３のフローチャートおよび数式を用いて説明する。
【０１７６】
ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３、ステップＳ２１１〜ステップＳ２１２、およびステップＳ２２２における動作は、先の実施の形態１における構成と同一である。以下では、先の実施の形態１における構成と動作が異なるステップＳ２２１、および新たに加わったステップＳ２２６ａ、ステップＳ２２６ｂ、ステップＳ２２６ｃについて説明する。
【０１７７】
(ステップＳ２２６ａ)目標長さ予測値補正部２２６における処理は、目標重心平滑処理部２１２より入力される１サンプリング前のアスペクト角が
π／２−Δβ≦(ハット)βｋ−１｜ｋ−１≦π／２＋Δβ
または
−π／２−Δβ≦(ハット)βｋ−１｜ｋ−１≦−π／２＋Δβ
である場合、ステップＳ２２６ｂ(「直角から一定値以内」のフロー)へ進む。目標重心平滑処理部２１２より入力される１サンプリング前のアスペクト角が上記の範囲外の場合、ステップＳ２２１(「直角から一定値の範囲外」のフロー)へ進む。なお、上記において、Δβは事前に定めるパラメータである。
【０１７８】
(ステップＳ２２６ｂ)目標長さ予測値補正部２２６は、目標重心平滑処理部２１２より入力された１サンプリング前のアスペクト角平滑値(ハット)βｋ−１｜ｋ−１を２サンプリング前のアスペクト角平滑値(ハット)βｋ−２｜ｋ−２で置き換える。また、目標長さ平滑処理部２２２より入力された１サンプリング前の目標長さ平滑値(ハット)Ｌｋ−１｜ｋ−１を２サンプリング前の目標長さ平滑値(ハット)Ｌｋ−２｜ｋ−２でおきかえる。そして、上記、(ハット)βｋ−２｜ｋ−２、(ハット)Ｌｋ−２｜ｋ−２の値を目標長さ予測処理部２２１に入力する。
【０１７９】
(ステップＳ２２１)目標長さ予測処理部２２１は、ステップＳ２２６ａから当処理へ直接進んできた場合、目標長さ予測値補正部２２６より１サンプリング前のアスペクト角平滑値(ハット)βｋ−１｜ｋ−１と１サンプリング前の目標長さ平滑値(ハット)Ｌｋ−１｜ｋ−１を入力し、これらの入力に基づき、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値ｎk|k-1を算出する。
【０１８０】
ステップＳ２２６ａからステップＳ２２６ｂを経て当処理へ進んできた場合は、目標長さ予測値補正部２２６より２サンプリング前のアスペクト角平滑値(ハット)βｋ−２｜ｋ−２と２サンプリング前の目標長さ平滑値(ハット)Ｌｋ−２｜ｋ−２を入力し、これらの入力に基づき、現サンプリングにおける目標レンジビン数予測値ｎk|k-1を算出する。
【０１８１】
上記ステップＳ２２１の過程は、ステップＳ２２６ａからステップＳ２２１へ直接進んできた場合には(７)式で表され、ステップＳ２２６ａからステップＳ２２６ｂを経てステップＳ２２１へ進んできた場合には(７)式を(２２)式で置き換えた場合に相当する。
【０１８２】
【数３４】
2010112747.tif 000036
【０１８３】
(ステップＳ２２６ｃ)目標長さ予測値補正部２２６は、目標重心平滑処理部２１２より入力された目標重心平滑値から計算される１サンプリング前のアスペクト角平滑値(ハット)βｋ−１｜ｋ−１、および目標長さ平滑処理部２２２より入力された１サンプリング前の目標長さ平滑値(ハット)Ｌｋ−１｜ｋ−１を記憶する。
【０１８４】
この発明の実施の形態６によれば、先の実施の形態１の構成に対し、アスペクト角平滑値が直角となって(７)式右辺の計算結果が０となること、また、アスペクト平滑値が直角に非常に近い値となって(７)式右辺の計算結果が不当に小さい値となることを回避し、目標長さ推定の安定性を確保することができる。
【０１８５】
この発明の実施の形態６においては、アスペクト角平滑値が直角に近い値となった場合の、目標長さ予測値補正方法として、２サンプリング前のアスペクト角平滑値と目標長さ平滑値を用いて目標レンジビン数予測値を算出する方法を示したが、この補正方法は他のものであっても良い。
【０１８６】
実施の形態７．
図１４はこの発明の実施の形態７による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図、図１５はこの実施の形態の目標追尾装置における、１サンプリング分の動作を示したフローチャートである。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。
【０１８７】
この発明の実施の形態７における目標追尾装置は、アンテナ／送受信系２０１、信号処理部３０２、同一目標判定部３０３、観測値重心算出部３０４、位置・速度推定部３１０、目標長さ推定部３２０、表示部２３０を備える。位置・速度推定部３１０は、内部に目標重心予測処理部３１１と目標重心平滑処理部３１２と減算部３１ａを備える。目標長さ推定部３２０は、内部に目標長さ予測処理部３２１と目標長さ平滑処理部３２２と減算部３２ａを備える。アンテナ／送受信系２０１、および表示部２３０の機能は、実施の形態１における構成と同一である。
【０１８８】
信号処理部３０２は、アンテナ／送受信系２０１より入力されたビデオ信号に対して信号処理を行い、目標を観測している各レンジビンの観測値(目標レンジビン観測値)を生成する。そして、生成した観測値を同一目標判定部３０３に入力する。
【０１８９】
同一目標判定部３０３は信号処理部３０２より目標レンジビン観測値を入力し、入力された各目標レンジビンに対して同一目標のものであるかを判定する処理を行う。同一目標判定部３０３は、入力された目標レンジビン観測値が同一目標のものであるか、同一目標のものでないかによって、下記のように機能する。
【０１９０】
入力された複数の目標レンジビンが同一目標のものであると判定された場合には、同一目標判定部３０３は、かかる複数の目標レンジビンに同一目標フラグを付与し、目標レンジビン観測値を観測値重心算出部３０４に入力する。また、上記の同一目標フラグを付与された目標レンジビン数を目標長さ推定部３２０に入力する。
【０１９１】
入力された複数の目標レンジビンが同一目標のものでないと判定された場合には、同一目標判定部３０３は、かかる複数の目標レンジビンを個別の目標と見なし、目標レンジビン観測値を観測値重心算出部３０４に入力する。また、この場合、同一目標判定部３０３から目標長さ推定部３２０への入力は行われない。
【０１９２】
観測値重心算出部３０４は、同一目標判定部３０３より入力された目標レンジビン観測値に同一目標フラグが付与されているか、同一目標フラグが付与されていないかで、下記のように機能する。
【０１９３】
同一目標判定部より入力された目標レンジビン観測値に同一目標フラグが付与されている場合、観測値重心算出部３０４は、同一目標フラグが付与されている目標レンジビンの重心を算出する。そして、算出された観測値重心を位置・速度推定部３１０に入力する。
【０１９４】
同一目標判定部より入力された目標レンジビン観測値に同一目標フラグが付与されていない場合、観測値重心算出部３０４は、入力された目標レンジビン観測値それぞれを目標重心として、位置・速度推定部３１０に入力する。
【０１９５】
目標重心予測処理部３１１は、目標重心平滑処理部３１２より１サンプリング前の目標重心平滑値を入力し、現サンプリング時における目標重心予測値を算出する。
【０１９６】
目標重心平滑処理部３１２は、観測値重心算出部３０４からの現サンプリングにおける観測値重心と、目標重心予測処理部３１１からの目標重心予測値との残差である減算部３１ａの出力を入力し、上記の同一目標フラグ付与における処理で同一目標判定部３０３に入力された複数の目標レンジビンが同一目標のものであると判定されている場合には、目標長さ推定部３２０の目標長さ平滑処理部３２２より目標重心に対する目標長さとの相関情報を入力する。
【０１９７】
そして、これらの入力に基づき、目標重心平滑処理部３１２は現サンプリングにおける目標重心平滑値、上記の同一目標フラグ付与における処理で同一目標判定部３０３に入力された複数の目標レンジビンが同一目標のものであると判定されている場合には目標長さに対する目標重心の相関情報を算出する。
【０１９８】
さらに、目標重心平滑処理部３１２は算出された目標重心平滑値を表示部２３０、目標重心予測処理部３１１に入力し、上記の同一目標フラグ付与における処理で同一目標判定部３０３に入力された複数の目標レンジビンが同一目標のものであると判定されている場合には目標重心平滑値を目標長さ推定部３２０の目標長さ予測処理部３２１に入力し、目標長さに対する目標重心との相関情報を目標長さ平滑処理部３２２に入力する。
【０１９９】
目標長さ予測処理部３２１、目標長さ平滑処理部３２２は、上記の同一目標フラグ付与における処理で同一目標判定部３０３に入力された複数の目標レンジビンが同一目標のものであると判定されている場合には、それぞれ実施の形態１における目標長さ予測処理部２２１、目標長さ平滑処理部２２２と同一の機能を有する。上記の同一目標フラグ付与における処理で同一目標判定部３０３に入力された複数の目標レンジビンが同一目標のものでないと判断されている場合は、目標長さ予測処理部３２１および目標長さ平滑処理部３２２は動作しない。
【０２００】
次に、この発明の実施の形態７に係る目標追尾装置の動作を、図１５のフローチャートおよび数式を用いて説明する。
【０２０１】
ステップＳ２０１およびステップＳ２３０の動作は、実施の形態１における構成と同一である。
【０２０２】
(ステップＳ３０２)信号処理部３０２は、アンテナ／送受信系２０１より入力されたビデオ信号に対して信号処理を行い、時刻ｋにおいて目標を観測しているno,k個のレンジビンそれぞれについて目標レンジビン観測値[Ro,i,k  Eo,i,k  Azo,i,k]T  (ｉ＝１，…，no,k)を生成する。そして、信号処理部３０２は、目標レンジビン観測値[Ro,i,k  Eo,i,k  Azo,i,k]T  (ｉ＝１，…，no,k)を同一目標判定部３０３に入力する。
【０２０３】
(ステップＳ３０３ａ)同一目標判定部３０３は信号処理部３０２より目標レンジビン観測値[Ro,i,k  Eo,i,k  Azo,i,k]T  (ｉ＝１，…，no,k)を入力し、かかる各目標レンジビン観測値[Ro,i,k  Eo,i,k  Azo,i,k]Tに対して同一目標のものであるかを判定する処理を行う。同一目標であると判定した目標レンジビン観測値については、ステップＳ３０３ｂの処理(「Ｙｅｓ」の側のフロー)に進む。同一目標ではないと判定した目標レンジビン観測値については、各目標レンジビン観測値を個別の目標として扱い、ステップＳ３０４ａの処理(「Ｎｏ」の側のフロー)に進む。
【０２０４】
(ステップＳ３０３ｂ)同一目標判定部３０３は、信号処理部３０２より入力された目標レンジビン観測値[Ro,i,k  Eo,i,k  Azo,i,k]T  (ｉ＝１，…，no,k)のうち、ステップＳ３０３ａで同一目標と判定された目標レンジビンに同一目標フラグを付与する。例えば、上記目標レンジビン観測値のうち、ｍ１番目からｍ２番目までの観測値が同一目標であると判定されている場合には、[R(m1)o,j,k  E(m1)o,j,k  Az(m1)o,j,k]T  (ｊ＝ｍ１，…，ｍ２)のように同一目標フラグを付与する。そして、上記の同一目標フラグが付与された目標レンジビン観測値[R(m1)o,j,k  E(m1)o,j,k  Az(m1)o,j,k]T  (ｊ＝ｍ１，…，ｍ２)を観測値重心算出部３０４に入力し、ステップＳ３０４に進む。また、上記の同一目標フラグを付与された目標レンジビン数(上記の目標の場合は、ｍ２−ｍ１−１)を目標長さ推定部３２０に入力し、ステップＳ３２１に進む。
【０２０５】
なお、上記では観測値のうちｍ１番目からｍ２番目までの一組が同一目標と判定された状況を例として数式を示しているが、同一目標と判定される観測値が複数組存在する場合には、かかる観測値の組毎に同一目標フラグが付与された目標レンジビン観測値を観測値重心算出部３０４に入力し、対応する目標レンジビン数を目標長さ推定部３２０に入力すれば良い。
【０２０６】
(ステップＳ３０４ａ)観測値重心算出部３０４は、同一目標フラグが付与されていない目標レンジビン観測値(上記ステップＳ３０３ｂにおいてｍ１番目からｍ２番目までの観測値が同一目標と判定されている場合は、それ以外の観測値である[Ro,i,k  Eo,i,k  Azo,i,k]T  (ｉ＝１，…ｍ１−１，ｍ２＋１，…，no,k))のそれぞれを観測値重心[xo,i,G  yo,i,G  zo,i,G] T  (ｉ＝１，…ｍ１−１，ｍ２＋１，…，no,k)とする。
【０２０７】
(ステップＳ３０４ｂ)観測値重心算出部３０４は、同一目標フラグが付与されている目標レンジビン観測値[R(m1)o,j,k  E(m1)o,j,k  Az(m1)o,j,k]T  (ｊ＝ｍ１，…，ｍ２)の重心[x(m1)o,G  y(m1)o,G  z(m1)o,G] Tを算出する。そして、観測値重心算出部３０４は算出された観測値重心[x(m1)o,G  y(m1)o,G  z(m1)o,G] Tを位置・速度推定部３１０に入力する。
【０２０８】
(ステップＳ３１１)実施の形態１におけるステップＳ２１１と同様の処理により、ステップＳ３０４ａを経た、同一目標フラグが付与されていない観測値重心[xo,i,G  yo,i,G  zo,i,G] T  (ｉ＝１，…ｍ１−１，ｍ２＋１，…，no,k)に対応する目標重心予測値、およびステップＳ３０４ｂを経た、同一目標フラグが付与された観測値重心[x(m1)o,G  y(m1)o,G  z(m1)o,G] Tに対応する目標重心予測値を算出する。
【０２０９】
(ステップＳ３２１)実施の形態１におけるステップＳ２２１と同様の処理により、ステップＳ３０３ｂを経た観測値に対応した、目標長さ予測値を算出する。
【０２１０】
ステップＳ３１１およびステップＳ３２１の過程は、下記(２３)(２４)式または下記(２５)〜(２８)式で表される。
【０２１１】
ステップＳ３０４ａを経た、個別の目標と判定されている観測値に対応する予測値算出の処理は、それぞれの目標について目標長さを１レンジビン分(ΔＲ)と固定して上記(６)(９)式を適用する場合に相当し、下記(２３)(２４)式で表される。この場合、ステップＳ３２１にフローが進まないため、上記(７)(８)式に相当する処理は行わない。
【０２１２】
【数３５】
2010112747.tif 000037
【０２１３】
ステップＳ３０４ｂを経た、同一目標フラグ付きの観測値重心[x(m1)o,G  y(m1)o,G  z(m1)o,G] Tに対応する予測値の算出には上記(６)〜(９)を適用し、同一目標フラグの表示を考慮して下記(２５)〜(２８)式で表される。
【０２１４】
【数３６】
2010112747.tif 000038
【０２１５】
なお、ステップＳ３０３ｂで同一目標フラグを付与された観測値が複数組存在する場合は、かかる組の観測値重心に対応する予測値ベクトル毎に上記(２５)〜(２８)式を適用すれば良い。
【０２１６】
(ステップＳ３１２)実施の形態１におけるステップＳ２１２と同様の処理により、ステップＳ３０４ａを経た、同一目標フラグが付与されていない観測値重心[x(i)o,G  y(i)o,G  z(i)o,G] T  (ｉ＝１，…ｍ１−１，ｍ２＋１，…，no,k)に対応する目標重心平滑値、およびステップＳ３０４ｂを経た、同一目標フラグが付与された観測値重心[x(m1)o,G  y(m1)o,G  z(m1)o,G] Tに対応する目標重心平滑値を算出する。
【０２１７】
(ステップＳ３２２)実施の形態１におけるステップＳ３２２と同様の処理により、ステップＳ３０３ｂを経た観測値に対応した、目標長さ平滑値を算出する。ステップＳ３１２およびステップＳ３２２の過程は、下記(２９)〜(３２)式および下記(３３)〜(３６)式で表される。
【０２１８】
ステップＳ３０４ａを経た、個別の目標と判定されている観測値に対しては、位置・速度についてのみ平滑値を算出する。これは、それぞれの目標について目標長さ平滑値を１レンジビン分(ΔＲ)と固定して上記(１０)〜(１３)式を適用する場合に相当し、下記(２９)〜(３２)式で表される。
【０２１９】
【数３７】
2010112747.tif 000039
【０２２０】
この場合、ステップＳ３２１、ステップＳ３２２にフローが進まないため、目標長さ推定部３２０が動作しない。従って、位置・速度平滑値と目標長さ平滑値が相関しないため、(３２)式における観測行列Ｈｋの第４行の構成が上記(１３)式と異なっている。
【０２２１】
ステップＳ３０４ｂを経た、同一目標フラグ付きの観測値重心[x(m)o,G  y(m)o,G  z(m)o,G] Tに対応する位置・速度平滑値算出には上記(１０)〜(１３)式を適用し、同一目標フラグの表示を考慮して下記(３３)〜(３６)式で表される。
【０２２２】
【数３８】
2010112747.tif 000040
【０２２３】
なお、ステップＳ３０３ｂで同一目標フラグを付与された観測値が複数組存在する場合は、かかる組の観測値重心に対応する平滑値ベクトル毎に上記(３３)〜(３６)式を適用すれば良い。
【０２２４】
この発明の実施の形態７によれば、信号処理部より得られた複数の観測値が同一目標のものであるかを判定し、かかる観測値が同一目標のものであると判定された場合には実施の形態１と同様の処理を行っている。
また、同一目標のものでないと判定された場合には、かかる観測値を個別の目標のものとして扱い、各目標の位置・速度のみを推定している。
上記のような処理により、実施の形態１における目標追尾装置に対し、複数の観測値を用いて目標の位置、速度および目標長さを推定する過程に異なる目標から得られた観測値を誤って用いることを防止するという効果を奏する。
また、これにより、実施の形態１における目標追尾装置を複数の目標に対する位置、速度および目標長さの推定に対応させ、かつ目標の位置、速度および目標長さの推定をより安定的に行うことができるという効果を奏する。
【０２２５】
この発明の実施の形態７の同一目標判定部３０３における同一目標判定処理の方法としては、いかなる方法を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０２２６】
【図１】この発明の実施の形態１による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による目標追尾装置における動作を示したフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による目標追尾装置のレーダセンサと目標が２次元のｘｙ平面内にある場合の目標の状態を推定する状況を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態２による目標追尾装置における動作を示したフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態３による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態３による目標追尾装置における動作を示したフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態４による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態４による目標追尾装置における動作を示したフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態５による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態５による目標追尾装置における動作を示したフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態６による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態６による目標追尾装置における動作を示したフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態７による目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１５】この発明の実施の形態７による目標追尾装置における動作を示したフローチャートである。
【図１６】従来の目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１７】従来の目標追尾装置での目標長さを推定する状況を説明するための図である。
【符号の説明】
【０２２７】
２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ  減算部、２０１  アンテナ／送受信系、２０２，３０２  信号処理部、２０３，３０４  観測値重心算出部、２１０，３１０  位置・速度推定部、２１１，３１１  目標重心予測処理部、２１２，３１２  目標重心平滑処理部、２１３  速度安定化部、２２０，３２０  目標長さ推定部、２２１，３２１  目標長さ予測処理部、２２２，３２２  目標長さ平滑処理部、２２３  目標長さ安定化部、２２４  目標長さ最終値選択部、２２５  目標長さ補間部、２２６  目標長さ予測値補正部、２３０  表示部、３０３  同一目標判定部。
【図１】
2010112747.tif 000041
【図２】
2010112747.tif 000042
【図３】
2010112747.tif 000043
【図４】
2010112747.tif 000044
【図５】
2010112747.tif 000045
【図６】
2010112747.tif 000046
【図７】
2010112747.tif 000047
【図８】
2010112747.tif 000048
【図９】
2010112747.tif 000049
【図１０】
2010112747.tif 000050
【図１１】
2010112747.tif 000051
【図１２】
2010112747.tif 000052
【図１３】
2010112747.tif 000053
【図１４】
2010112747.tif 000054
【図１５】
2010112747.tif 000055
【図１６】
2010112747.tif 000056
【図１７】
2010112747.tif 000057