(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャンの順に観測された目標の相対位置の列に基づいて前記目標の真ベクトルと相対ベクトルとの双方または何れか一方を推定する目標探知支援装置であって、
位置が一定である固定目標について前記スキャンの順に観測された相対位置を求める固定目標追尾手段と、
前記固定目標追尾手段によって求められた相対位置の列と、前記相対位置の基準である基準位置の列との相関が所定の閾値以上に確保される回数のスキャンの範囲で前記目標について観測された相対位置の列に基づいて、前記真ベクトルと前記相対ベクトルとの双方または何れか一方を推定する制御手段と
を備えたことを特徴とする目標探知支援装置。
【請求項２】
スキャンの順に観測された目標の相対ベクトルの列に基づいて前記目標の真ベクトルと相対ベクトルとの双方または何れか一方を推定する目標探知支援装置であって、
位置が一定である固定目標について前記スキャンの順に観測された相対ベクトルを求める固定目標追尾手段と、
前記固定目標追尾手段によって求められた相対位置の列と、前記相対位置の基準である基準位置の列との相関が所定の閾値以上に確保される回数のスキャンの範囲で前記目標について観測された相対ベクトルの列に基づいて、前記真ベクトルと前記相対ベクトルとの双方または何れか一方を推定する制御手段と
を備えたことを特徴とする目標探知支援装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の目標探知支援装置において、
前記固定目標となり得る目標から通知された位置と速度との双方または何れか一方に基づいて前記固定目標を識別する固定目標識別手段を備えた
ことを特徴とする目標探知支援装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の目標探知支援装置において、
操作者が与える指示に基づいて前記固定目標を識別する固定目標識別手段を備えた
ことを特徴とする目標探知支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置において、目標の速度または位置を相対的に示すベクトルを算出する目標探知支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置に搭載された目標追尾装置や衝突予防装置は、以下の処理を行うことによって、指示画面上における他船の航跡のプロットや作図等の煩雑さと航行業務上の負担の軽減とを図り、安全な航行を支援する。
【０００３】
(1) 近未来における他船の位置の予測
(2) その予測の結果に基づく各船舶の最接近の時点と、その時点における相対距離との算出
(3) 自船との衝突の可能性の評価
(4) 各船舶について上記処理(1)〜(3)により得られた航跡、警報、進路、速度、距離、方位等の指示画面上への反映
【０００４】
また、このような目標追尾装置や衝突予防装置によって行われる追尾の対象である船舶等の速度や位置には、以下の事項に起因して誤差が生じ得る。
【０００５】
(1) 分解能などの機器の性能
(2) 目標から到来する反射波のレベルの低下や変動
(3) 自船または目標の速度や位置の変化
【０００６】
また、上記(3) に起因する誤差は、その変化が生じた時点だけではなく、このような変化の形態に応じて後続する時間にも生じ得る。
図３は、目標追尾装置が搭載されたレーダ装置の構成例を示す図である。
【０００７】
図において、レーダ装置３０には、目標追尾装置３１が備えられ、これらは指示装置４０に接続される。
このような構成のレーダ装置３０は、他船等の目標が位置し得る海域に送信波を送信し、その送信波に応じて他船から到来した反射波に所定の処理を施し、その処理の結果を目標追尾装置３１に引き渡す。
【０００８】
目標追尾装置３１は、上記処理の結果として与えられる反射波に以下のベクトル演算を施すことにより、追尾目標の真ベクトルおよび相対ベクトルを算出し、指示装置４０の指示画面上にこれらの真ベクトルおよび相対ベクトルを表示する。
【０００９】
ここに、「真ベクトル」とは「他船の絶対的な速度の絶対値および方向を示すベクトル」を意味し、かつ「相対ベクトル」とは「自船に対する他船の相対速度の絶対値および方向を示すベクトル」を意味する。
【００１０】
〔ベクトル演算の手順〕
(1) 操作者によって設定された観測時間（または既定の最大観測時間）におけるスキャン毎の追尾目標の相対位置をメモリに蓄積する。上記観測時間におけるスキャン毎の追尾目標の相対位置と自船の真速度および真針路とに基づいて追尾目標の真位置を算出し、メモリに蓄積する（図４ステップＳ１）。
【００１１】
(2) 時系列の順に先行して算出された相対位置の数Ｎｒｐを識別する（図４ステップＳ２）。
【００１２】
(3) 最新のＬ個の相対位置に基づいて、追尾目標の相対ベクトルを算出する。追尾目標の相対ベクトルと自船の真速度および真針路とに基づいて追尾目標の真ベクトルを算出する（図４ステップＳ３）。
【００１３】
(4) 上記数Ｎｒｐが既定の閾値Ｑ未満である場合には、最新のＲ（＞Ｌ）個の真位置に基づいて、追尾目標の真ベクトルおよび相対ベクトルを算出して更新し（図４ステップＳ４）、後述する処理（図４ステップＳ５、Ｓ６）を省略して後続する処理（図４ステップＳ７）を行う。
【００１４】
(5) このようにして算出された追尾目標の真ベクトルの列について、時系列の順に直近の先行する真ベクトルとの間における変動分を求める（図４ステップＳ５）。
【００１５】
(5-1) その変動分が既定の閾値を上回る場合には、後述する処理（図４ステップＳ７）を起動するが、反対に下まわる場合には、後述する処理（図４ステップＳ８）を起動する（図４ステップＳ６）。
(5-2) 「追尾目標が速度の変更（加減速等）または針路の変更（変針）を行った」とみなすことにより、上記Ｌ個の相対位置に基づいて追尾目標の相対ベクトルを算出する。追尾目標の相対ベクトルと自船の真速度および真針路とに基づいて追尾目標の真ベクトルを算出して更新する（図４ステップＳ７）、後述する処理（図４ステップＳ９）を起動する。
【００１６】
(5-3) より多くのＲ個の相対位置に基づいて追尾目標の相対ベクトルを算出する。追尾目標の相対ベクトルと自船の真速度および真針路とに基づいて追尾目標の真ベクトルを算出して更新する（図４ステップＳ８）。
【００１７】
(6) 同様に先行して算出された追尾目標の相対ベクトルの列について、時系列の順に直近の先行する相対ベクトルとの間における変動分を求める（図４ステップＳ９）。
【００１８】
(6-1) その変動分が規定の閾値を上回る場合には、「追尾目標が速度の変更（加減速等）または針路の変更（変針）を行った」とみなすことにより、上記Ｌ個の相対位置に基づいて追尾目標の相対ベクトルを算出して更新する（図４ステップＳ１０）。
【００１９】
(6-2) 上記変動分が閾値を下回る場合には、より多くのＲ個の相対位置に基づいて追尾目標の相対ベクトルを算出して更新する（図４ステップＳ１１）。
【００２０】
すなわち、追尾目標の位置、進路および速度が変化しても、その追尾目標の真ベクトルおよび相対ベクトルの算出のために参照される真位置の数が過度に小さな値には設定されないため、精度が安定して高く維持される。
【００２１】
なお、本発明に関連する先行技術としては、以下に列記する特許文献１および特許文献２があった。
(1) 「目標を観測して観測ベクトルを得る観測手段と、目標の状態ベクトルの予測ベクトルを演算する予測手段と、目標の状態ベクトルの平滑ベクトルを演算する平滑手段と、所望の方向の単位ベクトルを格納した方向ベクトルデータベースと、前記データベースから入力した所望方向の単位ベクトルと、前記観測手段により観測された観測ベクトルのうち、前記予測手段で演算された予測ベクトルに最も近い観測ベクトルから前記予測ベクトルを減算することで得られる残差ベクトルを正規化した正規化後の残差ベクトルとの内積を算出する方向ベクトル内積演算手段と、前記方向ベクトル内積演算手段により算出された内積をスレッショルド判定して各単位ベクトルの方向に対する加速度運動の有無を判定することにより、特定方向の速度変化を検出する加速度検出手段とを備える」ことにより、「ランダム性の観測誤差の影響によって速度変化が誤って検出されるのを防ぐ」点に特徴がある目標追尾装置…特許文献１
【００２２】
(2) 「レーダ装置によって得られた目標の映像ビデオ信号から目標を検出し、目標の実位置信号を出力する目標検出装置と、前記目標の実位置信号を直交座標成分に分解したものをα−βフィルタによって平滑性を重視して運動予測し各成分毎の目標の予測速度信号を求め、その予測速度信号を極座標に変換して目標の予測針路・予測速度を表す出力信号を送出する第１の運動予測手段と、前記目標の実位置信号を直交座標成分に分解したものをα−βフィルタによって追従性を重視して運動予測し各成分毎の目標の予測速度信号を求め、その目標の予測速度信号を極座標に変換して目標の予測針路・予測速度を表す出力信号を送出する第２の運動予測手段と、前記第１又は第２の運動予測手段のいずれか一方より得れる出力信号と基準値とを比較し、低速運動している目標か高速運動している目標かを判定する判定手段と、該判定手段が低速運動している目標との判定出力を生じたときに前記第１の運動予測手段の出力信号を、また高速に運動している目標との判定出力を生じたときには前記第２の運動予測手段の出力信号を選択切換して出力する切換手段とを備える」ことにより、「予測針路速度信号を得ることが容易であり、その予測針路速度信号によってα−βフィルタの特性を切り換えるようにしたことから、自動的に低速に運動する目標に対しては、針路及び速度の安定した運動予測を行ない、また高速に運動する目標に対しては、その針路、速度の変化に速やかに追従した運動予測が行なわれるため、目標との衝突を回避し安全で適切な運航を行なうことが可能となる」点に特徴がある船舶用運動予測方式…特許文献2
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特許第３９７０５８５号公報
【特許文献２】特許第２５９５２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ところで、上述した従来例では、追尾目標の相対ベクトルは、その追尾目標の真ベクトルの変化に基づいて精度の低下が抑制されていたため、このような真ベクトルそのものの精度より高い精度では得られなかった。
【００２５】
また、従来例では、追尾の精度は、一般に、等速直線運動をする追尾目標については、該当する追尾目標のベクトル表示のためには平滑性が重視されることが望ましいが、反対に進路が高速に変化する追尾目標については、同様のベクトル表示のためには平滑性ではなく追従性が重視されなければならない。
【００２６】
すなわち、従来例では、追尾目標の運動を精度よく予測する手段と、上記ベクトル表示の平滑性と追従性とを適正な比率で組み合わせることができる手段とが備えなければならないために、構成が複雑となり、かつコスト高であった。
【００２７】
さらに、特許文献１および特許文献２では、予測ベクトルや平滑ベクトル等の運動モデルとの差異に基づいて自船と追尾目標の相対ベクトルの変化が検出されるため、それぞれの運動モデルに基づいて演算が行われ、運動モデル間の誤差も累積され得るため、追尾目標の相対ベクトルの精度が低くなる可能性が高かった。
【００２８】
本発明は、自船の速度や進路が変化しても、構成が大幅に複雑化することなく、目標の速度または位置を相対的に示すベクトルを精度よく安定に算出できる目標探知支援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】
【００２９】
請求項１に記載の発明では、スキャンの順に観測された目標の相対位置の列に基づいて前記目標の真ベクトルと相対ベクトルとの双方または何れか一方を推定する目標探知支援装置において、固定目標追尾手段は、位置が一定である固定目標について前記スキャンの順に観測された相対位置を求める。制御手段は、前記固定目標追尾手段によって求められた相対位置の列と、前記相対位置の基準である基準位置の列との相関が所定の閾値以上に確保される回数のスキャンの範囲で前記目標について観測された相対位置の列に基づいて、前記真ベクトルと前記相対ベクトルとの双方または何れか一方を推定する。
【００３０】
すなわち、目標の真ベクトルや相対ベクトルの推定のために参照される演算対象は、固定目標の相対位置の列と、その相対位置の基準である基準位置との相関が上記閾値を下回らない回数のスキャンの過程で該当する目標について観測された相対位置に限定される。
【００３１】
請求項２に記載の発明では、スキャンの順に観測された目標の相対ベクトルの列に基づいて前記目標の真ベクトルと相対ベクトルとの双方または何れか一方を推定する目標探知支援装置において、固定目標追尾手段は、位置が一定である固定目標について前記スキャンの順に観測された相対ベクトルを求める。制御手段は、前記固定目標追尾手段によって求められた相対位置の列と、前記相対位置の基準である基準位置の列との相関が所定の閾値以上に確保される回数のスキャンの範囲で前記目標について観測された相対ベクトルの列に基づいて、前記真ベクトルと前記相対ベクトルとの双方または何れか一方を推定する。
【００３２】
すなわち、目標の真ベクトルや相対ベクトルの推定のために参照される演算対象は、固定目標の相対位置の列と、その相対位置の基準である基準位置との相関が上記閾値を下回らない回数のスキャンの過程で該当する目標について観測された相対ベクトルに限定される。
【００３３】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の目標探知支援装置において、固定目標識別手段は、前記固定目標となり得る目標から通知された位置と速度との双方または何れか一方に基づいて前記固定目標を識別する。
【００３４】
すなわち、移動し得る目標であっても、その目標から通知された位置や速度に基づいて静止していると見なされ得るならば、本発明では、固定目標として適用される。
【００３５】
請求項４に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の目標探知支援装置において、固定目標識別手段は、操作者が与える指示に基づいて前記固定目標を識別する。
【００３６】
すなわち、移動し得るが、静止(停止）していると操作者によって識別された目標は、位置や速度を通知する機能を有さない場合であっても、本発明では、固定目標として適用される。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る目標探知支援装置と連係するレーダ装置は、そのレーダ装置が備えられた移動体が多様に移動しても、所望の目標の探知および追尾を安定に精度よく継続することが可能となる。
また、本発明に係る目標探知支援装置と連係するレーダ装置は、本来的に移動し得ない物標が周辺に存在しない場合であっても、位置や速度を通知でき、かつ静止していると見なされ得る物標がある場合には、所望の目標の探知および追尾を安定に精度よく継続することが可能となる。
さらに、本発明に係る目標探知支援装置と連係するレーダ装置は、本来的に移動し得ない物標が周辺に存在しない場合であっても、所望の目標の探知および追尾を安定に精度よく継続することが可能となる。
したがって、本発明が適用された航法系は、多様な移動体に対する容易な搭載が可能となり、その移動体が如何なる形態で移動しても精度が高く安定に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本実施形態の動作フローチャートである。
【図３】目標追尾装置が搭載されたレーダ装置の構成例を示す図である。
【図４】従来のレーダ装置の動作フローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
図において、図３に示すものと機能および構成が同じものについては、同じ符号を付与し、ここではその説明を省略する。
【００４０】
本実施形態と図３に示す従来例との構成の相違点は、目標追尾装置３１に代えて目標追尾装置１１が備えられた点にある。
図２は、本実施形態において行われるベクトル演算のフローチャートである。
【００４１】
以下、図１および図２を参照して本実施形態の動作を説明する。
本実施形態に係るレーダ装置は、図３に示す従来例と同様に他船等の目標が位置し得る海域に送信波を送信し、その送信波に応じて他船から到来した反射波に所定の処理を施して目標追尾装置１１に引き渡す。
【００４２】
目標追尾装置１１は、上記処理の結果として与えられる反射波に後述するベクトル演算を施すことにより、追尾目標の真ベクトルおよび相対ベクトルを算出し、指示装置４０の指示画面上にこれらの真ベクトルおよび相対ベクトルを所定の指示方式で表示する。
【００４３】
本発明の特徴は、本実施形態では、ベクトル演算が目標追尾装置１１によって後述する手順に基づいて行われる点にある。
本実施形態において行われるベクトル演算の手順は、以下の通りである。
【００４４】
(1) 時系列ｉの順に行われるスキャン毎に、以下の値を求め、かつ所定のバッファメモリに蓄積する（図２ステップＳ１）。
(1-a) 自船の位置（例えば、自立航法系、無線航法系、衛星航法系等の航行支援系によって計測される。）Ｌｃ(i) 
【００４５】
(1-b) 本来的に位置が変わることがない既知の目標（以下、「固定目標」という。）の自船に対する相対位置Ｐｆ(i) 
(1-c) 自船に対する他船（ここでは、一艘のみであると仮定する。）の相対位置Ｐｏ(i) 
【００４６】
(2) 上記処理(1) に後続してスキャン毎に以下の処理(2-1)、(2-2)を行う。
(2-1) 時系列ｉの逆順に連なる自船の位置の列（Ｌｃ(i-1)，…，Ｌｃ(i-m)）と、同様に連なる 固定目標の相対位置（Ｐｆ(i-1)，…，Ｐｆ(i-m)）との相関が既定の下限値ｔｈ以上に維持される最大の個数ｍを求める（図２ステップＳ２）。
【００４７】
(2-2) 時系列ｉの逆順に連なるｍ個の他船の相対位置（Ｐｏ(i-1)，…，Ｐｏ(i-m)）に基づいて、その他船の真ベクトルと相対ベクトルとの双方または何れか一方を推定する（図２ステップＳ３）。
【００４８】
すなわち、他船の位置、進路、速度の何れが変化しても、その他船の真ベクトルおよび相対ベクトルの算出のために参照される真位置の数ｍは、過度に小さな値には設定されない。
【００４９】
しかも、このようなｍは、他船の真ベクトルの変化とはほぼ無相関であり、かつ予測ベクトルや平滑ベクトル等の運動モデルの切り替えや最適化と、スキャン間における非再帰的な演算との何れも伴わない単純な演算によって求められる。
【００５０】
したがって、本実施形態によれば、従来例に比べて、他船の位置、進路、速度の何れが変化しても、処理量が大幅に増減することなく、かつスキャン間に誤差が無用に蓄積されることなく、他船の真ベクトルや相対ベクトルが実時間で安定して精度よく求められる。
【００５１】
なお、本実施形態では、上記個数ｍは、以下の要件を満たす値域内の値に適宜設定されたり更新されてもよい。
(1) スキャンが行われるべき周期、探知や追尾の対象となるべき目標が位置し得るレンジ等に適する。
(2) 実現されるべき実時間性、応答性、精度等が満たされる。
【００５２】
また、本実施形態では、他船の真ベクトルや相対ベクトルは、ｍ個の他船の相対位置の列（Ｐｏ(i-1)，…，Ｐｏ(i-m)）に基づいて推定されている。
【００５３】
しかし、本実施形態は、このような構成に限定されず、これらの他船の真ベクトルや相対ベクトルは、上記ｍ個の他船の相対位置の列（Ｐｏ(i-1)，…，Ｐｏ(i-m)）に代わる他船の相対ベクトル（Ｖｏ(i-1)，…，Ｖｏ(i-m)）に基づいて推定されてもよい。
【００５４】
さらに、本実施形態では、図２ステップＳ２、Ｓ３に示す処理は、スキャン毎に、図２ステップＳ１に示す処理が完了した後に起動されるならば、以下の形態で行われてもよい。
【００５５】
(1) 個数ｍは、時系列ｉの逆順に連なる自船の位置の列（Ｌｃ(i)，…，Ｌｃ(i-m+1)）と、同様に連なる 固定目標の相対位置（Ｐｆ(i)，…，Ｐｆ(i-m+1)）との相関が既定の下限値ｔｈ以上に維持される最大の値として求められる。
【００５６】
(2) 他船の真ベクトルと相対ベクトルとの双方または何れか一方は、時系列ｉの逆順に連なるｍ個の他船の相対位置（Ｐｏ(i)，…，Ｐｏ(i-m+1)）に基づいて推定される。
【００５７】
また、本実施形態では、真ベクトルや相対ベクトルの推定の対象となる他船の数は、「１」に限定されず、処理量等の制約の下で応答性、精度その他の要求が満たされるならば、多数に亘ってもよく、かつ広範に増減してもよい。
【００５８】
さらに、本実施形態では、固定目標は、本来的に位置が変わることがない既知の目標に限定されず、例えば、以下の何れであってもよい。
【００５９】
(1) ＡＩＳ等を介して通知された情報に基づいて、静止し、あるいは静止していると見なされ得る船舶等の移動体
(2) 操作者の目視や判断に基づいて特定され、かつ指示された船舶等の移動体
【００６０】
また、本発明は、以下の何れの場合にも、同様に適用可能である。
(1) スキャンの周期が一定ではない。
(2) 時系列ｉの順に行われるスキャンの内、所定の頻度や周期で間引かれた残りのスキャンがベクトル演算の演算対象として適用される。
【００６１】
さらに、本発明は、目標の真ベクトルや相対ベクトルを算出する機能を有するパッケージ、モジュール、装置、ソフトウェアの何れとして構成されてもよく、かつ船舶用のレーダ装置や衝突予防装置に限定されず、多様な用途の航法機器に備えられてもよい。
【００６２】
また、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１１，３１  目標追尾装置
３０  レーダ装置
４０  指示装置
【図１】
0006456090.tif 000002
【図２】
0006456090.tif 000003
【図３】
0006456090.tif 000004
【図４】
0006456090.tif 000005