(57)【要約】【課題】高い追跡精度で対象物体の移動方位及び速度を推定する。【解決手段】各送信装置が無線信号を送信し、物体により反射され又は反射されない無線信号を複数の受信装置が受信し、到達時間を無線信号の速度から距離に換算し、送信装置と受信装置とを焦点とした楕円上に物体が存在し、これを複数の他の受信装置において同様に楕円を取得することで複数の楕円が重なり合う位置を解析的に演算して物体の位置を決定する。送信装置の既知位置と、受信装置の既知位置と、決定された物体の位置とに基づいて、物体の姿勢と移動方位が一致している状態で、物体の移動方位を全周囲に離散的に仮定して、移動する物体によりドップラー現象による無線信号の周波数偏移量であるドップラーシフト量を演算することにより当該物体の速度推定値を、偽候補値を含むすべての探知候補値から算出した速度推定値を統合して推定する最尤速度ベクトル演算部を備える。【選択図】図１
2015190915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信装置と、複数の受信装置とを備え、複数の送信装置が１個ずつ所定の無線信号を送信し、対象物体により反射され又は反射されない無線信号を複数の受信装置が受信し、送信装置から受信装置までの到達時間を無線信号の速度から距離に換算し、送信装置と受信装置とを焦点とした楕円上に対象物体が存在し、これを複数の他の受信装置において同様に楕円を取得することで複数の楕円が重なり合う位置を解析的に演算して対象物体の位置を決定するマルチスタティック方式の物体検知システムのための物体の移動方位及び速度推定装置であって、
送信装置の既知位置と、受信装置の既知位置と、上記決定された対象物体の位置とに基づいて、上記対象物体の姿勢と移動方位が一致している状態で、対象物体の移動方位を全周囲に離散的に仮定して、移動する対象物体によりドップラー現象による無線信号の周波数偏移量であるドップラーシフト量を演算することにより当該対象物体の速度推定値を、偽候補値を含むすべての探知候補値から算出した速度推定値を統合して推定する最尤速度ベクトル演算部を備えることを特徴とする物体の移動方位及び速度推定装置。
【請求項２】
上記最尤速度ベクトル演算部は、各方向における速度推定値を、極座標形状の投票空間に対し点又は領域にて投票し、最終的な票数の得票分布に基づいて上記対象物体の移動方位及び速度を推定することを特徴とする請求項１記載の物体の移動方位及び速度推定装置。
【請求項３】
上記最尤速度ベクトル演算部は、投票時に異なる複数の受信装置からの投票同士を高く評価するよう重みを変えて投票し、上記対象物体の速度推定値を推定することを特徴とする請求項２記載の物体の移動方位及び速度推定装置。
【請求項４】
上記最尤速度ベクトル演算部は、投票時に所定の物理的制約条件に基づき、票の重みを変えて投票し、上記対象物体の速度推定値を推定することを特徴とする請求項２又は３記載の物体の移動方位及び速度推定装置。
【請求項５】
上記最尤速度ベクトル演算部は、投票時に受信装置の方位誤差又は周波数偏移量の計測誤差を元に投票範囲に幅を持たせた領域として投票し、上記対象物体の速度推定値を推定することを特徴とする請求項２〜４のうちのいずれか１つに記載の物体の移動方位及び速度推定装置。
【請求項６】
上記最尤速度ベクトル演算部は、投票された極座標状投票空間の得票分布から対象物体が取り得る速度又は方位を限定し、上記対象物体の速度推定値を推定することを特徴とする請求項２〜５のうちのいずれか１つに記載の物体の移動方位及び速度推定装置。
【請求項７】
複数の送信装置と、複数の受信装置とを備え、複数の送信装置が１個ずつ所定の無線信号を送信し、対象物体により反射され又は反射されない無線信号を複数の受信装置が受信し、送信装置から受信装置までの到達時間を無線信号の速度から距離に換算し、送信装置と受信装置とを焦点とした楕円上に対象物体が存在し、これを複数の他の受信装置において同様に楕円を取得することで複数の楕円が重なり合う位置を解析的に演算して対象物体の位置を決定するマルチスタティック方式の物体検知システムのための物体の移動方位及び速度推定方法であって、
最尤速度ベクトル演算部が、送信装置の既知位置と、受信装置の既知位置と、上記決定された対象物体の位置とに基づいて、上記対象物体の姿勢と移動方位が一致している状態で、対象物体の移動方位を全周囲に離散的に仮定して、移動する対象物体によりドップラー現象による無線信号の周波数偏移量であるドップラーシフト量を演算することにより当該対象物体の速度推定値を、偽候補値を含むすべての探知候補値から算出した速度推定値を統合して推定するステップを含むことを特徴とする物体の移動方位及び速度推定方法。
【請求項８】
上記最尤速度ベクトル演算部が、各方向における速度推定値を、極座標形状の投票空間に対し点又は領域にて投票し、最終的な票数の得票分布に基づいて上記対象物体の移動方位及び速度を推定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７記載の物体の移動方位及び速度推定方法。
【請求項９】
上記最尤速度ベクトル演算部が、投票時に異なる複数の受信装置からの投票同士を高く評価するよう重みを変えて投票し、上記対象物体の速度推定値を推定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８記載の物体の移動方位及び速度推定方法。
【請求項１０】
上記最尤速度ベクトル演算部が、投票時に所定の物理的制約条件に基づき、票の重みを変えて投票し、上記対象物体の速度推定値を推定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８又は９記載の物体の移動方位及び速度推定方法。
【請求項１１】
上記最尤速度ベクトル演算部が、投票時に受信装置の方位誤差又は周波数偏移量の計測誤差を元に投票範囲に幅を持たせた領域として投票し、上記対象物体の速度推定値を推定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８〜１０のうちのいずれか１つに記載の物体の移動方位及び速度推定方法。
【請求項１２】
上記最尤速度ベクトル演算部が、投票された極座標状投票空間の得票分布から対象物体が取り得る速度又は方位を限定し、上記対象物体の速度推定値を推定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８〜１１のうちのいずれか１つに記載の物体の移動方位及び速度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば音波や電磁波などのエネルギーを反射しにくい物体を検知するための、マルチスタティック方式を用いた物体の移動方位及び速度推定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチスタティック方式による物体検知システム（例えば、特許文献１〜３参照）では、探索空間中に送信装置、受信装置を多数配置し、送信装置を切り替えながら全受信装置で観測する。通常、複数の受信装置から得られたドップラーシフト量から、対象物体の速度ベクトルを算出することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６８９３７号公報
【特許文献２】特開２００７−３０４０７１号公報
【特許文献３】特開２０１１−０５８９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、対象物体がエネルギーを反射しにくい構成物質又は構造の場合、受信装置で感知する反射波は非常に微弱となるため、しきい値を下げた結果ノイズ（白色雑音）を拾うことで偽候補点が生じるため、以下の理由により、解析的に速度ベクトルを算出することが困難となっている。
（１）受信装置に到達するエネルギーがしきい値に満たず、算出に必要なドップラーシフト量の速度ベクトル成分が一部しか得られない場合がある。
（２）白色雑音により生じる偽候補点より得られる多数の無関係な速度ベクトル成分（偽候補値）が真の成分と区別できない形で混ざり込む。
【０００５】
もし偽候補点による影響を抑えた上で、真の対象物体から得られるドップラーシフト情報を確実に保持し、移動方位及び速度を推定することができれば、送波毎に算出できる対象物体の移動に関する情報量は大幅に増大する結果、移動体の追跡精度の向上を達成し、目標特定までに必要な送波回数の減少など、探索手順の効率化にも大きく貢献する。しかし、このような物体の移動方位及び速度推定装置及び方法はいまだ開発されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して高い追跡精度で対象物体の移動方位及び速度を推定することができる物体の移動方位及び速度推定装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る物体の移動方位及び速度推定装置は、複数の送信装置と、複数の受信装置とを備え、複数の送信装置が１個ずつ所定の無線信号を送信し、対象物体により反射され又は反射されない無線信号を複数の受信装置が受信し、送信装置から受信装置までの到達時間を無線信号の速度から距離に換算し、送信装置と受信装置とを焦点とした楕円上に対象物体が存在し、これを複数の他の受信装置において同様に楕円を取得することで複数の楕円が重なり合う位置を解析的に演算して対象物体の位置を決定するマルチスタティック方式の物体検知システムのための物体の移動方位及び速度推定装置であって、
送信装置の既知位置と、受信装置の既知位置と、上記決定された対象物体の位置とに基づいて、上記対象物体の姿勢と移動方位が一致している状態で、対象物体の移動方位を全周囲に離散的に仮定して、移動する対象物体によりドップラー現象による無線信号の周波数偏移量であるドップラーシフト量を演算することにより当該対象物体の速度推定値を、偽候補値を含むすべての探知候補値から算出した速度推定値を統合して推定する最尤速度ベクトル演算部を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記物体の移動方位及び速度推定装置において、上記最尤速度ベクトル演算部は、各方向における速度推定値を、極座標形状の投票空間に対し点又は領域にて投票し、最終的な票数の得票分布に基づいて上記対象物体の移動方位及び速度を推定することを特徴とする。
【０００９】
また、上記物体の移動方位及び速度推定装置において、上記最尤速度ベクトル演算部は、投票時に異なる複数の受信装置からの投票同士を高く評価するよう重みを変えて投票し、上記対象物体の速度推定値を推定することを特徴とする。
【００１０】
さらに、上記物体の移動方位及び速度推定装置において、上記最尤速度ベクトル演算部は、投票時に所定の物理的制約条件に基づき、票の重みを変えて投票し、上記対象物体の速度推定値を推定することを特徴とする。
【００１１】
またさらに、上記物体の移動方位及び速度推定装置において、上記最尤速度ベクトル演算部は、投票時に受信装置の方位誤差又は周波数偏移量の計測誤差を元に投票範囲に幅を持たせた領域として投票し、上記対象物体の速度推定値を推定することを特徴とする。
【００１２】
またさらに、上記物体の移動方位及び速度推定装置において、上記最尤速度ベクトル演算部は、投票された極座標状投票空間の得票分布から対象物体が取り得る速度又は方位を限定し、上記対象物体の速度推定値を推定することを特徴とする。
【００１３】
第２の発明に係る物体の移動方位及び速度推定方法は、複数の送信装置と、複数の受信装置とを備え、複数の送信装置が１個ずつ所定の無線信号を送信し、対象物体により反射され又は反射されない無線信号を複数の受信装置が受信し、送信装置から受信装置までの到達時間を無線信号の速度から距離に換算し、送信装置と受信装置とを焦点とした楕円上に対象物体が存在し、これを複数の他の受信装置において同様に楕円を取得することで複数の楕円が重なり合う位置を解析的に演算して対象物体の位置を決定するマルチスタティック方式の物体検知システムのための物体の移動方位及び速度推定方法であって、
最尤速度ベクトル演算部が、送信装置の既知位置と、受信装置の既知位置と、上記決定された対象物体の位置とに基づいて、上記対象物体の姿勢と移動方位が一致している状態で、対象物体の移動方位を全周囲に離散的に仮定して、移動する対象物体によりドップラー現象による無線信号の周波数偏移量であるドップラーシフト量を演算することにより当該対象物体の速度推定値を、偽候補値を含むすべての探知候補値から算出した速度推定値を統合して推定するステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
上記物体の移動方位及び速度推定方法において、上記最尤速度ベクトル演算部が、各方向における速度推定値を、極座標形状の投票空間に対し点又は領域にて投票し、最終的な票数の得票分布に基づいて上記対象物体の移動方位及び速度を推定するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
また、上記物体の移動方位及び速度推定方法において、上記最尤速度ベクトル演算部が、投票時に異なる複数の受信装置からの投票同士を高く評価するよう重みを変えて投票し、上記対象物体の速度推定値を推定するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
さらに、上記物体の移動方位及び速度推定方法において、上記最尤速度ベクトル演算部が、投票時に所定の物理的制約条件に基づき、票の重みを変えて投票し、上記対象物体の速度推定値を推定するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１７】
またさらに、上記物体の移動方位及び速度推定方法において、上記最尤速度ベクトル演算部が、投票時に受信装置の方位誤差又は周波数偏移量の計測誤差を元に投票範囲に幅を持たせた領域として投票し、上記対象物体の速度推定値を推定するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
またさらに、上記物体の移動方位及び速度推定方法において、上記最尤速度ベクトル演算部が、投票された極座標状投票空間の得票分布から対象物体が取り得る速度又は方位を限定し、上記対象物体の速度推定値を推定するステップをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
従って、本発明に係る物体の移動方位及び速度推定装置及び方法によれば、従来技術に比較して高い追跡精度で対象物体の移動方位及び速度を推定することができる。これにより、本発明は以下の特有の効果を有する。
（１）偽候補が含まれる多数の探知候補点から、対象物体の速度ベクトルを推定できる。
（２）同一位置で重なりあう異なる移動方位を持った二つ以上の対象物体を識別できる。
（３）全方位に対する速度仮定を常に保持しているため、上位プロセスにおける対象物体追跡や対象物体判別における修正や見直しへの要求に柔軟に対応ができる。
（４）時系列間の対象物体移動の検証や評価に有用な特徴量を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る物体の移動方位及び速度推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の物体の移動方位及び速度推定装置の移動方位及び速度推定処理において送信装置１１と受信装置２１を焦点とした楕円上に対象物体３１の存在を限定できる場合を示す平面図である。
【図３】図２の場合にさらに空間上に複数の受信装置２２が存在する場合を示す平面図である。
【図４】図１の物体の移動方位及び速度推定装置の移動方位及び速度推定処理において全周囲に移動方位を仮定して対象物体の向きと移動方法が同一と仮定する場合を示す平面図である。
【図５】図１の物体の移動方位及び速度推定装置の移動方位及び速度推定処理において送信装置１１と受信装置２１と対象物体３１との関係を示す図であって、対象物体３１の速度ベクトルと、入射時にドップラー効果の影響を受ける速度ベクトルと、反射時にドップラー効果の影響を受ける速度ベクトルとを示す平面図である。
【図６】図１の物体の移動方位及び速度推定装置の移動方位及び速度推定処理において速度ベクトルを投票空間に領域的に又は点として投票する場合を示す平面図である。
【図７】図１の物体の移動方位及び速度推定装置の移動方位及び速度推定処理を示す図であって、（ａ）は極座標形状の速度投票空間を示す図であり、（ｂ）は投票空間の得票分布を示すグラフであり、（ｃ）は物体の移動方位を固定した得票分布を示す棒グラフであり、（ｄ）は物体の移動速度を固定した得票分布を示す棒グラフである。
【図８】図１の最尤速度ベクトル演算部１０１により実行される極座標形状の投票空間の投票処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態に係る物体の移動方位及び速度推定装置の構成を示すブロック図である。図１において、本実施形態に係る物体の移動方位及び速度推定装置は、複数の送信装置１１と、複数の受信装置２１とを備えた物体検知システムにおいて、各送信装置１１から１個ずつ所定の無線信号（音波、超音波、電波の信号）を送信し、複数の対象物体３１で反射された反射信号を複数の受信装置２１で受信したときの到達時間（送信装置１１からの送信時刻から受信装置２１の受信時刻までの時間）を測定することにより各対象物体３１の位置を検知するマルチスタティック方式を用いた物体検知システムであって、各対象物体３１の移動方位及び速度を推定することを特徴としている。ここで、物体の移動方位及び速度推定装置は、
（１）例えばキーボード及びマウスなどを含み、複数の送信装置１１の位置座標と、複数の受信装置２１の位置座標と、上述のように各受信装置２１により測定された到達時間とを入力する入力部１１０と、
（２）入力部１１０により入力データに基づいて、後述する最尤速度ベクトル演算処理を実行することにより最尤速度ベクトルを演算する最尤速度ベクトル演算部１０１を含む演算処理部１００と、
（３）例えばディスプレイなどの表示部及びプリンタなどを含み、演算処理部１００により演算された最尤速度ベクトルの演算結果を出力する出力部１２０とを備えて構成される。
【００２３】
まず、実施形態に係る物体の移動方位及び速度推定装置による最尤速度ベクトル演算処理の概要について以下に説明する。
【００２４】
本実施形態においては、対象物体３１の移動方位を事前に決定できれば、単一の受信装置２１で検出した周波数偏移量から対象物体３１の移動速度を推定できる。そこで、対象物体３１の移動方位をあらかじめ全方位に対して仮定し、各移動方位における速度推定値をそれぞれ算出する。偽候補点を含む全ての探知候補点から算出した各移動方位の速度推定値を統合することで、偽候補による偽候補値の影響を消去し、対象物体が取り得る最尤な速度ベクトルを算出できる。
【００２５】
ここで、具体的な速度推定値の統合方法として、各方位をキーとして方位円状に投票空間を持つ極座標形状の速度投票空間を定義する。仮定した各移動方位において算出した速度推定値を該当する方位の投票空間に投票すると、ドップラー現象等の物理的根拠に基づく投票同士は投票空間上で重なり合い、白色雑音が原因となる偽候補の投票は投票空間上で分散する。そのため、投票空間上での重なりは、対象物体３１が取り得る速度ベクトルの尤もらしさを示している。この投票空間の得票分布から、重なりの高い箇所をしきい値検出もしくはピーク検出することで、偽候補による影響を受けずに対象物体が取り得る最尤な速度ベクトルを推定することが可能となる。
【００２６】
これにより、単一の受信装置２１で得られた周波数偏移量から再現できる速度成分には限界がある。そのため、異なる受信装置２１からの投票同士を高く評価するよう重みをつけて投票することで、複数方向からの速度成分を根拠にした推定結果を得ることができる。
【００２７】
また、対象物体３１がもつ物理的制約条件（限界速度、送信装置１１及び受信装置２１との距離、入射角及び反射角、表面材質の反射率等）に基づく重みを付加することで、得票分布に対して、対象物体３１の存在率を示す指標を加えることができる。例えば、対象物体３１がもつ物理的制約条件を満たすとき、１の重みを付加して投票することで対象物体３１付近の投票が多くなり、白色雑音など物理的制約条件を満たさないとき、０の重みを付加して投票することでその投票が少なくなり、棄却される。
【００２８】
さらに、速度推定の精度向上には投票空間の密度を上げる必要があるが、速度推定値を点として投票した場合、投票空間上に疎に分布してしまい有意な得票の重なりが得られない。そこで、周波数偏移量の測定誤差及び受信装置の方位観測誤差等のバラつきを用い、投票空間への投票を領域的に拡張することで、投票空間の密度に依存しない一定の重なりを再現する投票が可能となる。
【００２９】
次いで、本実施形態に係るマルチスタティック方式による物体検知について以下説明する。
【００３０】
探知対象物体３１が存在する空間に対して、送信装置１１と受信装置２１を多数分布させる。複数の送信装置１１から１個ずつ所定の無線信号を送信し、多数の受信装置２１でこれを受信する。
【００３１】
図２は図１の物体の移動方位及び速度推定装置の移動方位及び速度推定処理において送信装置１１と受信装置２１を焦点とした楕円上に対象物体３１の存在を限定できる場合を示す平面図である。図２の実線矢印に示すように、送信装置１１が送信した無線信号のエネルギーが対象物体３１と反射して、ある受信装置２１で検知された場合、送信装置１１から受信装置２１までの到達時間は伝搬波の速度より距離に換算できるため、送信装置１１と受信装置２１を焦点とした楕円上に対象物体の存在を限定できる。
【００３２】
図３は図２の場合にさらに空間上に複数の受信装置２２，２３が存在する場合を示す平面図である、図３において、さらに空間上には複数の受信装置２２，２３が存在するため、他の受信装置２２，２３においても同様に楕円が取得でき、この楕円が重なりあう位置を解析的に計算して、対象物体の位置を決定できる。このような物体探知方法をマルチスタティック方式と呼ぶ。実際には、静止状態の対象物体３１だけでなく移動状態の対象物体３１も存在し、そのような対象物体３１からはドップラー現象による周波数偏移（ドップラーシフト）が発生する。対象物体３１の移動により生じる無線信号の波の伸縮効果がドップラーシフトの原因であり、その偏移量から対象物体３１の速度ベクトルを逆算できるが、ドップラー現象を生じる速度成分は伝搬路への射影成分に限られるため、単一の受信装置２１で得られた偏移量から速度ベクトルを決定することはできない。複数の受信装置２１で探知が得られている場合に限り、それぞれが持つ偏移量から異なる方向を示す移動方位成分が算出でき、最小二乗法などの多変数パラメータの解析的な方法を用いて、対象物体３１の移動方位及び速度を決定することができる。
【００３３】
ところが、対象物体３１が非常にエネルギーを反射しにくい構成物質又は構造の
場合、受信装置２１で感知できる反射波は非常に微弱となるため、複数の受信装置２１で同時に探知を得るのは難しい。それ故にしきい値を下げて受信装置２１の感度を向上させる必要があるが、その結果多くのノイズを拾い多量の「偽」候補点が生じることになる。「偽」候補点には、対象物体の真の移動とは全く無関係な白色雑音を起因とする情報が含まれており、対象物体３１を捉えた真の探知候補点との区別が全くつかず、解析的に速度を導出するための妨げとなっている。
【００３４】
次いで、最尤速度ベクトル演算部１０１が行う移動方位の仮定と速度の棄却について以下に説明する。
【００３５】
図４は図１の物体の移動方位及び速度推定装置の移動方位及び速度推定処理において全周囲に移動方位を仮定して対象物体の向きと移動方位が同一と仮定する場合を示す平面図である。また、図５は図１の物体の移動方位及び速度推定装置の移動方位及び速度推定処理において送信装置１１と受信装置２１と対象物体３１との関係を示す図であって、対象物体３１の速度ベクトルと、入射時にドップラー効果の影響を受ける速度ベクトルと、反射時にドップラー効果の影響を受ける速度ベクトルとを示す平面図である。
【００３６】
単一の受信装置２１から得られるドップラーシフト量の算出式は、送信装置１１と受信装置２１は静止状態で位置が既知であり、対象物体の姿勢と移動方位が一致していると仮定すると、ドップラーシフト量ＤＳは次式で表される。
【００３７】
【数１】
2015190915.tif 000003
【００３８】
ここで、各ベクトルは正規化されており、ｃは搬送波の速度である。対象物体の移動方位ベクトルをＶｐ、対象物体の速度をＶ、入射ベクトルをＰＳ、反射ベクトルをＲＰとしたとき、式（１）の右辺の括弧内の式はそれぞれへ射影成分を加算したものになる。これは対象物体３１の移動方位ベクトルを事前に定めることができれば、ドップラーシフト値から対象物体の速度を決定できることを示している。
【００３９】
ここで、あらかじめ対象物体３１の移動方位ベクトルを適当に仮置きすると、対象物体３１がその方向へ移動した場合の推定速度が求まる。しかし、実際には対象物体３１が取り得ることが可能な速度には物理的な制約条件が存在し、推定した対象物体の速度が現実的な速度を逸脱している場合、適当な仮置きを棄却することができる。この仮定と棄却の考え方を全周囲に対して実施すると、対象物体３１が取り得る可能性が高い速度ベクトルを複数導出でき、非現実的な方向に対する推定は事前に棄却できる。
【００４０】
さらに、最尤速度ベクトル演算部１０１が行う極座標形状の速度投票空間の作成について以下に説明する。
【００４１】
図６は図１の物体の移動方位及び速度推定装置の移動方位及び速度推定処理において速度ベクトルを投票空間に領域的に又は点として投票する場合を示す平面図である。また、図７は図１の物体の移動方位及び速度推定装置の移動方位及び速度推定処理を示す図であって、図７（ａ）は極座標形状の速度投票空間を示す図であり、図７（ｂ）は投票空間の得票分布を示すグラフであり、図７（ｃ）は物体の移動方位を固定した得票分布を示す棒グラフであり、図７（ｄ）は物体の移動速度を固定した得票分布を示す棒グラフである。
【００４２】
上記のような仮定と棄却を効率的に実施するために、図６及び図７（ａ）に示すように、指定した方位をキーとした方位円のメッシュで構築される、極座標形状の速度投票空間を考える。この投票空間では、先の「対象物体の移動方位ベクトルの仮置き」を「投票角度の選択」と置き換え、「対象物体が取り得る速度の物理的制約」を「投票時の重み」として表現する。偽候補を含む複数の探知候補点を投票すると、図７（ｂ）に示すように、ドップラー現象等の物理的根拠を元にした投票同士は重なり得票値は高くなり、白色雑音等の根拠のない投票は分散するため得票値が低くなる。つまり、この投票空間から得られる得票分布は、図７（ｃ）及び（ｄ）に示すように、対象物体が取り得る移動方位及び速度の可能性の高さを示していると捉えることができる。また、対象物体の移動方位が自明である場合には速度分布が、対象物体の速度が自明である場合には方位分布が取得でき、対象物体の移動状態の検証や時系列間の移動追跡等に有効な特徴量として利用できる。
【００４３】
図８は図１の最尤速度ベクトル演算部１０１により実行される極座標形状の投票空間の投票処理を示すフローチャートである。
【００４４】
図８において、まず、ステップＳ１において、指定位置付近（指定位置から所定の範囲）に点在する探知候補点を探索する。次いで、ステップＳ２において全方位に対して離散的に対象物体３１の移動方位を仮定する。ステップＳ３Ａで仮定した移動方位において、ドップラーシフト量から対象物体３１の速度を推定する。そして、ステップＳ３Ｂにおいて、推定した速度に対して、所定の物理的制約条件に基づく重みを付加する。さらに、ステップＳ３Ｃで投票空間の推定方位に対して、点又は領域で投票する。ステップＳ４では、０度から３６０度まで全方位でステップＳ３Ａ〜Ｓ３Ｃの処理を繰り返す。また、ステップＳ５では、ステップＳ２〜Ｓ４までの処理を点在する探知点候補の全てに対して繰り返すことで投票処理を行う。
【００４５】
以上のように構成された本実施形態に係る物体の移動方位及び速度推定装置によれば、対象物体の移動方位を事前に決定できれば、単一の受信装置で検出した周波数偏移量から速度が算出できる。そこで、あらかじめ全周囲に対して対象物体の移動方位を仮定し、各方向における速度を算出。偽候補を含む全ての探知候補から算出した速度推定値を統合することで、偽候補による影響を消去することができる。ここで、具体的な方法として、極座標形状の速度投票空間を定義する。指定した方位における速度推定値を、投票空間に点又は領域で投票する。ドップラー現象等の物理的根拠に基づく投票は空間上で重なり合い、白色雑音が原因の偽候補からの投票は空間上で分散する。投票空間の得票分布上でのピークを検出することで、偽候補による影響を受けない対象物体の移動方位及び速度の推定が可能となる。また、投票時に、異なる受信装置同士の投票が高く評価されるよう重みをつけることで、複数方向からの根拠を元にした推定を強制することができる。
【００４６】
従って、本実施形態によれば、偽候補の影響を受けず、対象物体の移動方位及び速度の推定が可能となる。また、速度投票空間の得票分布は、付近空間で対象物体が取り得る速度の確率分布として扱え、移動方位の検証、静止対象物体の判定、時系列での移動体追跡、および複数の移動体の重なり検出等の特徴量として利用できる。さらに、偽候補が含まれる多数の探知候補点から、対象物体の速度ベクトルを推定できる。また、同一位置で重なりあう異なる移動方位を持った二つ以上の対象物体を識別できる。さらに、全方位に対する速度仮定を常に保持しているため、上位プロセスにおける対象物体追跡や対象物体判別における修正や見直しへの要求に柔軟に対応ができる。時系列間の対象物体移動の検証や評価に有用な特徴量を算出できる。
【００４７】
なお、以上の実施形態において、対象物体３１が水中で移動する水中物体であるときは、本実施形態は、水中物体を検知するための水中物体検知システムとなる。ここで、送信装置１１は送波用送信装置であり、受信装置２１は受波用受信装置であり、対象物体３１は水中を移動する水中移動体である。
【００４８】
また、投票時に限界速度、送信装置１１および受信装置２１との距離、入射角と反射角、表面材質の反射率等の対象物体の物理的制約に基づき、票の重みを変えて投票してもよい。
【００４９】
さらに、投票時に受信装置の方位誤差や周波数偏移量の計測誤差を元に投票範囲に幅を持たせた領域として投票してもよい。
【００５０】
また、投票された極座標状投票空間の最終的な得票分布から、対象物体が取り得る最尤な速度ベクトルを推定してもよい。ここで、得票分布からの速度ベクトルの抽出には、しきい値処理やピーク処理などを用いることができる。
【００５１】
さらに、投票された極座標状投票空間の得票分布から、対象物体が取り得る速度又は方位を仮定することで、限定した方位分布又は速度分布を取得してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上詳述したように、本発明に係る物体の移動方位及び速度推定装置及び方法によれば、従来技術に比較して高い追跡精度で対象物体の移動方位及び速度を推定することができる。これにより、本発明は以下の特有の効果を有する。
（１）偽候補が含まれる多数の探知候補点から、対象物体の速度ベクトルを推定できる。
（２）同一位置で重なりあう異なる移動方位を持った二つ以上の対象物体を識別できる。
（３）全方位に対する速度仮定を常に保持しているため、上位プロセスにおける対象物体追跡や対象物体判別における修正や見直しへの要求に柔軟に対応ができる。
（４）時系列間の対象物体移動の検証や評価に有用な特徴量を算出できる。
【符号の説明】
【００５３】
１１…送信装置、
２１，２２，２３…受信装置、
３１，３２…対象物体、
１００…演算処理部、
１０１…最尤速度ベクトル演算部、
１１０…入力部、
１２０…出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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