(57)【要約】【課題】全ターゲットについて総合的に誤差を小さくするのに適した移動方向を算出できるセンサ移動計画システムを得る。【解決手段】センサ管理部２は、ターゲットからの信号を受信したセンサから受信波形を獲得する受信波形獲得機能２５と、受信波形の観測時刻におけるセンサの位置を獲得する位置情報獲得機能２４と、２つのセンサの受信波形を照合してセンサペアのターゲットまでの距離差及び相対速度差を求める受信波照合機能２６と、前記距離差及び相対速度差を満たす、ターゲットの観測位置及び観測速度を算出する整合算出機能２７とを有し、ターゲット管理部１は、ターゲットの観測位置及び観測速度から将来の時刻におけるターゲットの推定位置及び推定速度を算出する推定機能１３を有し、センサ行動算出部３は、各センサについて、位置及び速度誤差改善ベクトルを総合した誤差改善ベクトルを算出し、次の時刻におけるセンサの位置を決定する改善方向決定機能３１とを有する。【選択図】図１
2008170268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発信機能を持たないセンサ群の移動を指示するセンサ移動計画システムであって、
ターゲットを管理するとともに、前記センサ群によるターゲットの観測結果に含まれる情報を記録する観測目標データベース、及び想定される仮想ターゲットの情報を記録する仮想目標データベースを有するターゲット管理部と、
センサを管理するとともに、前記センサ群の情報を記録するセンサデータベース、前記センサ群の２つのセンサによって観測された情報を記録するセンサペアデータベース、及び前記センサ群に属するセンサから構成されたセンサグループへのターゲットの割当であるセンサ割当を記録するとともに、センサグループによって観測されたターゲットに関する情報を記録するセンサグループデータベースを有するセンサ管理部と、
センサの行動を算出するセンサ行動算出部と
を備えたことを特徴とするセンサ移動計画システム。
【請求項２】
前記センサ管理部は、
ターゲットからの信号を受信したセンサから受信波形を獲得して前記センサデータベースに記録する受信波形獲得機能と、
前記受信波形の観測時刻におけるセンサの位置を獲得して前記センサデータベースに記録する位置情報獲得機能と、
前記センサグループデータベースを参照してターゲットについてセンサペア群を獲得し、前記センサペア群に属する各センサペアにおいて、センサペアに属する２つのセンサの受信波形を照合して前記センサペアのターゲットまでの距離差及び相対速度差を求める受信波照合機能と、
各ターゲットについて、対応するセンサグループに属するセンサペアで得られた距離差及び相対速度差を満たす、ターゲットの観測位置及び観測速度を算出して前記観測目標データベースに記録する整合算出機能とを有する
ことを特徴とする請求項１記載のセンサ移動計画システム。
【請求項３】
前記ターゲット管理部は、
前記観測目標データベースに記録されたターゲットの観測位置及び観測速度から想定される、将来の時刻におけるターゲットの推定位置及び推定速度を算出して前記仮想目標データベースに記録する推定機能を有する
ことを特徴とする請求項１記載のセンサ移動計画システム。
【請求項４】
前記センサ行動算出部は、
各ターゲットの観測位置及び推定位置、各センサの位置及び位置誤差、並びに前記距離差から、各センサについて位置誤差を小さくする位置誤差改善ベクトルを算出する位置誤差改善ベクトル算出機能と、
各ターゲットの観測位置、推定位置、観測速度及び推定速度、各センサの位置及び位置誤差、並びに前記相対速度差から、各センサについて速度誤差を小さくする速度誤差改善ベクトルを算出する速度誤差改善ベクトル算出機能と、
各センサについて、前記位置誤差改善ベクトル及び速度誤差改善ベクトルを総合した誤差改善ベクトルを算出し、次の時刻におけるセンサの位置を決定する改善方向決定機能と、
各ターゲットの位置測定に用いるセンサペアを割当てて前記センサグループデータベースに記録する割当機能とを有する
ことを特徴とする請求項１記載のセンサ移動計画システム。
【請求項５】
前記ターゲット管理部は、
監視範囲をユーザから受付ける監視範囲指定機能をさらに有し、
前記センサ行動算出部の位置誤差改善ベクトル算出機能及び速度誤差改善ベクトル算出機能において、前記監視範囲に属する仮想ターゲットも用いて位置誤差改善ベクトル及び速度誤差改善ベクトルをそれぞれ算出する
ことを特徴とする請求項４記載のセンサ移動計画システム。
【請求項６】
前記ターゲット管理部は、
ターゲット毎時刻毎に優先度を決定するための優先度規則をユーザから受付ける優先度規則指定機能と、
前記優先度規則に従ってターゲット毎時刻毎に優先度を算出し付与する優先度決定機能とをさらに有し、
前記センサ行動算出部の位置誤差改善ベクトル算出機能及び速度誤差改善ベクトル算出機能において、各ターゲットを優先度によって重みつけしたうえで位置誤差改善ベクトル及び速度誤差改善ベクトルをそれぞれ算出する
ことを特徴とする請求項４記載のセンサ移動計画システム。
【請求項７】
各センサは移動可能であり、各センサと本システムが通信可能であり、
前記センサ管理部は、
ターゲットからの信号を受信したセンサから受信波形を獲得して前記センサデータベースに記録する受信波形獲得機能と、
前記受信波形の観測時刻におけるセンサの位置を獲得して前記センサデータベースに記録する位置情報獲得機能とを有し、
前記センサ管理部の位置情報獲得機能及び受信波形獲得機能は、各センサとの通信によってセンサの位置及び受信波形を獲得し、
前記センサ行動算出部は、
前記誤差改善ベクトル、並びにセンサの現在の位置及び速度とから、センサ位置改善方向に近い方向への運動を実現するための、運動可能範囲での加速度ベクトルを算出する改善ベクトル制限機能をさらに有し、
前記センサ管理部は、
前記加速度ベクトルを各センサに通信で伝える
ことを特徴とする請求項６記載のセンサ移動計画システム。
【請求項８】
各センサは計算機内の仮想的センサであり、
前記センサ管理部は、
ターゲットからの信号を受信したセンサから受信波形を獲得して前記センサデータベースに記録する受信波形獲得機能と、
前記受信波形の観測時刻におけるセンサの位置を獲得して前記センサデータベースに記録する位置情報獲得機能とを有し、
前記センサ管理部の位置情報獲得機能及び受信波形獲得機能は、前記仮想的センサの模擬によって得たセンサの位置及び受信波形を記録し、
前記センサ行動算出部は、
前記誤差改善ベクトル、並びにセンサの現在の位置及び速度とから、センサ位置改善方向に近い方向への運動を実現するための、運動可能範囲での加速度ベクトルを算出する改善ベクトル制限機能をさらに有し、
前記加速度ベクトルによる移動結果を、前記センサデータベースに記録する
ことを特徴とする請求項６記載のセンサ移動計画システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自身に発信機能を有さないパッシブセンサなど、単独のセンサではターゲット（目標）情報の獲得が困難で、他のセンサとセンサペアをつくり、相互の情報の照合によってターゲット情報を獲得するタイプのセンサで構成されるセンサ群の配置あるいは移動計画を指示するセンサ移動計画システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、センサはターゲットの近くにある方が、ターゲット情報を小さい誤差で獲得できる。センサ群の配置あるいは移動計画を指示するシステムにおいて、センサをターゲットの近くに配置あるいは接近方向へ運用するだけの技術は周知である。
【０００３】
また、センサ群の配置あるいは移動計画を指示するシステムにおいて、ターゲット位置あるいはセンサ位置の誤差を小さくするために、１センサによる複数回の測定結果に基づき回帰分析を行う技術は周知である（例えば、特許文献１参照）。ここから容易に類推される、複数のセンサの測定結果に基づき回帰分析を行う技術も周知と考えられる。
【０００４】
また、センサ群の配置あるいは移動計画を指示するシステムにおいて、ターゲットまでの距離を測定するために、条件を変えた複数回の測定結果の照合によって距離を求める技術（例えば、特許文献２参照）、あるいは、一般に双曲線航法の名前で周知となっている、条件を変えた複数の装置を用いた同時測定結果の照合によって距離を求める技術は周知である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０２２３８号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
同じ数のセンサ群でも配置の違いにより、ターゲット（目標）の位置や速度の測定誤差が異なる。ターゲットは通常複数あるので、どのターゲットに対しても小さい測定誤差になるようなセンサ群の配置を求めることは困難である。
【０００７】
また、センサペアから見たターゲットの位置についてのトレードオフもある。例えば、ターゲットの位置誤差は、センサペアを結ぶ直線からなるべく角度の大きい場所にある方が小さい。これに対して、センサ間の距離は、大きい方が各センサの位置誤差から生じるセンサペアの角度誤差が小さくなる一方、小さい方がセンサペアの回転が高速になり、ターゲットの位置誤差を早急に小さくできる。
【０００８】
センサ位置に関する上記のようなトレードオフを含む諸条件の存在により、従来はセンサの位置を適切に決定できないという問題点があった。また、センサの移動計画も、適切に決定できないという問題点があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、全ターゲットの位置誤差及び速度誤差に関する諸条件の重みづけを高速に算出する機能を備えることにより、全ターゲットについて総合的に誤差を小さくするのに適した移動方向を算出することができ、センサの位置及びセンサの移動計画を適切に決定することができるセンサ移動計画システムを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るセンサ移動計画システムは、発信機能を持たないセンサ群の移動を指示するセンサ移動計画システムであって、ターゲットを管理するとともに、前記センサ群によるターゲットの観測結果に含まれる情報を記録する観測目標データベース、及び想定される仮想ターゲットの情報を記録する仮想目標データベースを有するターゲット管理部と、センサを管理するとともに、前記センサ群の情報を記録するセンサデータベース、前記センサ群の２つのセンサによって観測された情報を記録するセンサペアデータベース、及び前記センサ群に属するセンサから構成されたセンサグループへのターゲットの割当であるセンサ割当を記録するとともに、センサグループによって観測されたターゲットに関する情報を記録するセンサグループデータベースを有するセンサ管理部と、センサの行動を算出するセンサ行動算出部とを設けるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係るセンサ移動計画システムは、全ターゲットの位置誤差及び速度誤差に関する諸条件の重みづけを高速に算出する機能を備えることにより、全ターゲットについて総合的に誤差を小さくするのに適した移動方向を算出することができ、センサの位置及びセンサの移動計画を適切に決定することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムについて図１から図９までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムの構成を示すブロック図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１３】
図１において、この実施の形態１に係るセンサ移動計画システムは、ターゲット管理部１と、センサ管理部２と、センサ行動算出部３とが設けられている。
【００１４】
ターゲット管理部１は、センサ群によるターゲット（目標）の観測結果に含まれる情報を記録する観測目標データベース（観測目標ＤＢ）１１と、想定されるターゲットの情報を記録する仮想目標データベース（仮想目標ＤＢ）１２とを有する。
【００１５】
観測目標ＤＢ１１は、観測対象であるターゲット群の、ターゲット毎に観測して得られた諸情報を、センサ管理部２から受取り、保持する。『諸情報』には、「観測時刻」、該観測時刻におけるターゲットの「観測位置」、「観測速度」、「観測位置誤差」、「観測速度誤差」が含まれる。
【００１６】
仮想目標ＤＢ１２は、ユーザの指定した仮想ターゲット群に関する諸情報を有する。仮想ターゲット群には、観測したターゲットから後述の推定機能により推定された諸情報を有する仮想ターゲットが含まれる。仮想目標ＤＢ１２の諸情報には、観測時刻以外の複数の時刻における、観測ターゲットの諸情報、例えば「推定位置」、「推定速度」、「推定位置誤差」、「推定速度誤差」が含まれる。また、仮想ターゲット群には、ユーザにより指定された諸情報を有する仮想ターゲットが含まれる。この仮想ターゲットの諸情報には、ユーザの指定した時刻における「仮想位置」、「仮想速度」、「仮想位置誤差」、「仮想速度誤差」が含まれる。上記指定時刻は、特に後述の監視範囲の指定に用いる場合などにおいて、ある時刻範囲や全時刻範囲とする場合もある。
【００１７】
また、ターゲット管理部１は、推定機能１３と、優先度規則指定機能１４と、優先度決定機能１５と、監視範囲指定機能１６と、ユーザ提示機能１７と、ＤＢ情報提供機能１８とを有する。
【００１８】
推定機能１３は、観測目標ＤＢ１１の諸情報から仮想目標ＤＢ１２の諸情報を推定する。例えば、観測位置と観測速度から指定時刻における推定位置を算出し、該時刻における推定速度を現在時刻の観測速度と同じと見なす。あるいは、複数時刻の観測位置から指定時刻における推定位置を外挿し位置の差から推定速度を算出する。
【００１９】
優先度規則指定機能１４は、ターゲット毎時刻毎に優先度を決定するための優先度規則をユーザから受付ける。
【００２０】
優先度決定機能１５は、優先度規則に従ってターゲット毎時刻毎に優先度を算出し付与する。この優先度決定機能１５は、優先度規則と、ターゲット毎時刻毎の観測位置、観測速度、推定位置、推定速度のいずれか、あるいはすべてによって、優先度を決定する。例えば、優先度規則に、位置が指定範囲内の場合に高い優先度とし、範囲外であれば範囲から遠いほど優先度を低くするとあるなら、指定範囲内にある時刻毎のターゲットの優先度を高い優先度とし、範囲外にある時刻毎のターゲットの優先度を、優先度規則に従って低くする。仮想目標ＤＢ１２及び観測目標ＤＢ１１の諸情報には、ターゲット毎、時刻毎の「優先度」が含まれる。
【００２１】
監視範囲指定機能１６は、監視範囲及びその優先度をユーザから受付ける。この監視範囲指定機能１６により、ターゲットが未検出でもセンサの配置を決定できる。仮想目標ＤＢ１２の諸情報には、「監視範囲」及びその「優先度」が含まれる。監視範囲は、仮想ターゲットの集合で指定することもできる。ユーザの指定した範囲を、ユーザの定めた総数あるいはユーザの定めた密度でランダムに配置された、あるいはユーザの定めた配置規則に従って規則的に配置された仮想ターゲットの集合に変換して、仮想目標ＤＢ１２に記録する。これにより、範囲に関する行動ルールを、推定位置や観測位置などの位置に関する行動ルールと共通化でき、システム開発が容易になる。
【００２２】
ユーザ提示機能１７は、観測目標ＤＢ１１及び仮想目標ＤＢ１２に保持された各情報を提示する。
【００２３】
ＤＢ情報提供機能１８は、センサ行動算出部３に観測目標ＤＢ１１及び仮想目標ＤＢ１２の諸情報を提供する。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムにおけるターゲットとセンサの関係を示す図である。この図２では、具体的に、ターゲットＡ及びターゲットＢに対してセンサａからセンサｄまでの４つのセンサが行動するケースを示すとともに、ターゲット管理部１のユーザ提示機能１７のうち、情報を図示する例も示す。センサ群に受信波が観測されると、センサ管理部２から、現在時刻Ｔ１でのターゲット群の現在時刻の位置及び速度が観測目標ＤＢ１１に記録される。また、優先度決定機能１５により、現在時刻の位置での優先度が観測目標ＤＢ１１に記録される。また、推定機能１３により、時刻Ｔ２及び時刻Ｔ３での推定位置が算出され仮想目標ＤＢ１２に記録される。監視範囲にも監視範囲指定機能１６により、優先度が付与される。監視範囲は、仮想ターゲットの集合で表現することもできる。このときの優先度は共通とすることもできるし、優先度決定機能１５の利用するものと同一の優先度規則に基づいて決めることもできる。
【００２５】
センサ管理部２は、センサ群の情報を記録するセンサデータベース（センサＤＢ）２１と、該センサ群の２つのセンサによって観測された情報を記録するセンサペアデータベース（センサペアＤＢ）２２と、該センサ群に属するセンサから構成されたセンサグループへのターゲットの割当（センサ割当）と、該センサグループによって観測された該ターゲットに関する情報を記録するセンサグループデータベース（センサグループＤＢ）２３とを有する。
【００２６】
センサＤＢ２１は、観測手段であるセンサ群の、時刻毎センサ毎の諸情報を保持する。諸情報には、観測時刻におけるセンサの「位置」、「位置誤差」、「速度」、「速度誤差」が含まれる。また、センサＤＢ２１の諸情報には、各センサの今後の時刻毎の「位置」及び「速度」が含まれる。さらに、センサＤＢ２１の諸情報には、各センサの各時刻での「観測結果」、例えば「受信波形」が含まれる。
【００２７】
センサペアＤＢ２２は、センサ群に属するセンサペア毎の、観測時刻における各センサの観測結果を照合して得られる諸情報を保持する。このセンサペアＤＢ２２の諸情報には、各ターゲットまでの「距離差」、各ターゲットの「相対速度差」が含まれる。諸情報は空値でもよい。
【００２８】
センサグループＤＢ２３は、ターゲット管理部１の観測目標ＤＢ１１及び仮想目標ＤＢ１２に記録された各ターゲットと、その観測に用いるべき「センサグループ」を保持する。各センサグループは、センサペアの集合からなる。センサ行動算出部３からセンサ割当を受取り、センサグループＤＢ２３に記録する。
【００２９】
図３は、この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムのセンサ、センサペア及びセンサグループの関係を示す図である。この図３は、センサＤＢ２１にセンサＡ、センサＢ、センサＣ、センサＤ、センサＥの５センサの情報が格納され、観測目標ＤＢ１１にターゲットＸ、ターゲットＹの２ターゲットの情報が格納されている状態を示している。図３では、センサ割当により、センサグループＡＢＣＤのセンサペアＡＢ、センサペアＢＣ、センサペアＣＤがターゲットＸに割当てられている。また、センサグループＡＢＣＥのセンサペアＡＢ、センサペアＢＥ、センサペアＣＥがターゲットＹに割当てられている。この図３によれば、例えばセンサグループＡＢＣＤ、センサグループＡＢＣＥ双方にセンサＡ、センサＢ及びセンサＣは含まれる。しかし、センサグループＡＢＣＤにセンサペアＢＣは含まれるが、センサグループＡＢＣＥにセンサペアＢＣは含まれない。
【００３０】
また、センサ管理部２は、位置情報獲得機能２４と、受信波形獲得機能２５と、受信波照合機能２６と、整合算出機能２７と、移動指示機能２８と、ＤＢ情報提供機能２９とを有する。
【００３１】
位置情報獲得機能２４は、例えば各センサが適当な既存の手段で自位置を計測した結果を、センサとの通信により受取り、センサＤＢ２１に記録する。
【００３２】
受信波形獲得機能２５は、例えば各センサが適当な既存の手段で受信した波形を、センサとの通信により受取り、センサＤＢ２１に記録する。
【００３３】
受信波照合機能２６は、各センサからターゲットまでの距離差及び相対速度差を求め、センサペアＤＢ２２に記録する。この受信波照合機能２６の適用をセンサ割当に記録されたセンサペアのみに制限する場合もある。それにより処理が高速化できる。
【００３４】
整合算出機能２７は、センサグループに含まれるセンサペア間の整合算出を行う。この整合算出機能２７により、ターゲットの観測位置及び観測速度を算出し、得られたターゲット観測位置をターゲット管理部１に提供する。
【００３５】
移動指示機能２８は、センサ行動算出部３へセンサＤＢ２１の情報を提供し、センサ位置改善方向を受取り、そのままセンサに伝達する。あるいは、センサの現在の速度を考慮し、加速度ベクトルとして伝達する。あるいは、加速度に限界を設定し、限界以内の加速度ベクトルを計算して伝達する。
【００３６】
ＤＢ情報提供機能２９は、センサ行動算出部３にセンサＤＢ２１、センサペアＤＢ２２、センサグループＤＢ２３の諸情報を提供する。
【００３７】
センサ行動算出部３は、改善方向決定機能３１と、位置誤差改善ベクトル算出機能３２と、速度誤差改善ベクトル算出機能３３と、改善ベクトル制限機能３４と、割当機能３５とを有する。
【００３８】
改善方向決定機能３１は、ターゲット管理部１の観測目標ＤＢ１１及び仮想目標ＤＢ１２、並びにセンサ管理部２のセンサＤＢ２１、センサペアＤＢ２２及びセンサグループＤＢ２３を参照し、各センサについて誤差改善ベクトルを算出してセンサ管理部２のセンサＤＢ２１に記録する。この誤差改善ベクトルは、位置誤差改善ベクトル算出機能３２により算出される位置誤差改善ベクトルと、速度誤差改善ベクトル算出機能３３により算出される速度誤差改善ベクトルの、重みつき和で定義される。この重みは、ユーザが予め与えることができる。あるいは、対等に１ずつとすることも考えられる。
【００３９】
位置誤差改善ベクトル算出機能３２は、位置誤差関数の集合を、各ターゲットについて、センサグループＤＢ２３の該ターゲットへのセンサ割当を参照して、該センサ割当のセンサグループを用いて算出し、該誤差関数集合の各誤差関数に基づき、各センサについて位置誤差を小さくする位置誤差改善要素ベクトルを算出し、その重みつき和によって位置誤差改善ベクトルを算出する。
【００４０】
速度誤差改善ベクトル算出機能３３は、速度誤差関数の集合を、各ターゲットについて、センサグループＤＢ２３のセンサ割当を参照し、該センサ割当のセンサグループを用いて算出し、該誤差関数集合の各誤差関数に基づき、各センサについて速度誤差を小さくする速度誤差改善要素ベクトルを算出し、その重みつき和によって位置誤差改善ベクトルを算出する。
【００４１】
改善ベクトル制限機能３４は、各センサの改善方向を制限する。改善ベクトルの大きさは、センサの性能として所与の、センサの最大加速度を上限とする。センサが移動速度ベクトルを持つ場合、改善ベクトルと該移動速度ベクトルの差として計算されるベクトルの大きさは、センサの性能として所与の、センサの方向転換に関する最大加速度を上限とする。
【００４２】
割当機能３５は、センサ割当を決定する。この割当機能３５は、上記センサ割当をセンサ管理部２のセンサグループＤＢ２３に記録する。割当機能３５とは、指定されたターゲットの位置測定に用いるセンサペアを割当てる機能を指す。例えば、指定ターゲットから距離が近い順に所与の数のセンサを選び、その全センサペアの誤差関数を、ターゲットの誤差の縮小に寄与する順に並べる。その上位から所与の数のセンサペアを、該ターゲットへのセンサ割当とする。
【００４３】
つぎに、この実施の形態１に係るセンサ移動計画システムの動作について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムの動作を示すフローチャートである。
【００４４】
観測ステップ１０１において、センサ管理部２は、いずれかのセンサがターゲットからの信号を受信すると、受信波形獲得機能２５を用いて受信センサから受信波形を獲得し、センサＤＢ２１に記録する。また、センサ管理部２は、位置情報獲得機能２４を用いて受信センサの観測時刻（受信時刻）の位置を獲得してセンサＤＢ２１に記録する。
【００４５】
次に、照合ステップ１０２において、センサ管理部２は、いずれか複数のセンサが信号を受信して、複数のセンサでの受信波形がセンサＤＢ２１に記録されると、受信センサ同士でつくられるセンサペア集合に属する各センサペアについて、受信波照合機能２６及び整合算出機能２７を用いて、各ターゲットの観測位置及び観測速度を算出する。このとき、各ターゲットについて、上記センサペア集合がセンサ割当を包含する場合、センサ割当に含まれるセンサペアのみを用いて各ターゲットの観測位置及び観測速度を算出する。
【００４６】
センサ管理部２は、センサグループＤＢ２３を参照して各ターゲットについてセンサペア群を獲得し、該センサペア群に属する各センサペアにおいて、該センサペアに属するセンサの受信波形を、受信波照合機能２６によって照合し、さらに、センサペア間の整合算出機能２７によってターゲットの観測位置及び観測速度を算出し、ターゲット管理部１の観測目標ＤＢ１１に記録する。
【００４７】
図５は、この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムにおけるターゲットまでの距離差について説明するための図である。ターゲットとセンサペアであるセンサ１及びセンサ２からなる三角形を考える。まず、位置情報獲得機能２４は、各センサの位置を獲得し、該位置をセンサＤＢ２１に記録する。また、受信波形獲得機能２５は、各センサで受信した受信波形を獲得し、該受信波形をセンサＤＢ２１に記録する。センサがパッシブの場合には、信号の発信時刻が不明なため、センサ１からターゲットまでの距離Ｒは、受信した波形からは、単独では特定できない。しかし、センサペアの受信波照合機能２６、すなわちセンサ２の測定結果との受信波形の照合処理により、センサ２からターゲットまでの距離との差ｒ１２が判明する。センサ間距離がｓ１２として与えられると、該三角形は距離Ｒを変数とする三角形集合として特定される。このターゲットに相当する位置の軌跡は、センサ間を結ぶ直線を回転軸とする双曲面である。空間中でこの距離Ｒを特定するには、センサペア間の整合算出機能２７により、さらに別の２つのセンサペアによる双曲面との照合を行えばよい。この結果、すべての双曲面の交わる点が、ターゲットの観測位置となる。
【００４８】
図６は、この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムにおけるターゲットの相対速度差について説明するための図である。この図６のターゲット及びセンサの位置関係は、図５と同様である。センサ１の受信波形からは、ターゲットの速度については、両者を結ぶ直線方向の成分（相対速度）しか測定できない。センサ２からも同様である。さらに、センサがパッシブの場合には、発信波形が不明なため、センサ１との相対速度Ｖは単独では測定できない。センサペアの受信波照合機能２６、すなわちセンサ２の測定結果との照合処理により、両相対速度の差ｖ１２（＝相対速度差）が判明する。
【００４９】
次に、推定ステップ１０３において、ターゲット管理部１は、観測位置及び観測速度をセンサ管理部２から受け取り、観測目標ＤＢ１１に記録し、推定機能１３を用いて、観測目標の将来時刻の像である仮想ターゲットの諸情報を推定し、該諸情報を仮想目標ＤＢ１２に記録する。
【００５０】
図２は、ターゲットＡ及びターゲットＢの現在時刻Ｔ１での位置及び速度、将来時刻Ｔ２及びＴ３での推定位置に対して、センサａからセンサｄまでの４つのセンサがそれぞれの将来時刻における位置を決定した様子を示す。センサＤＢ２１には、現在時刻Ｔ１における各センサの位置、速度、位置誤差、速度誤差が記録される。また、センサＤＢ２１には、現在時刻Ｔ１において観測された受信波形が記録される。さらに、センサＤＢ２１には、計画として将来時刻Ｔ２及びＴ３のそれぞれにおける各センサの位置及び速度が記録される。センサペアＤＢ２２には、各ターゲットの観測に用いた全センサペアについて、ターゲット照合情報が記録される。このターゲット照合情報には、例えば各ターゲットまでの距離差、各ターゲットの相対速度差が含まれる。例えば、時刻Ｔ２のターゲットＡに対し、センサペアａｂ、センサペアｂｃ、センサペアｃｄがセンサグループＤＢ２３にセンサ割当として記録されていたとすると、時刻Ｔ２のターゲットＡの位置とセンサａの位置との距離及びセンサｂとの距離の差がセンサペアａｂでの距離差としてセンサペアＤＢ２２に記録され、同様にセンサペアｂｃ、センサペアｃｄに距離差が記録される。センサペアａｃは、ターゲットＢに対しても受信波照合が行われなかった場合には、距離差は記録されない。
【００５１】
次に、誤差見積ステップ１０４において、センサ行動算出部３は、ターゲット管理部１の観測目標ＤＢ１１及び仮想目標ＤＢ１２、並びにセンサ管理部２のセンサＤＢ２１、センサペアＤＢ２２及びセンサグループＤＢ２３の情報を参照し、位置誤差改善ベクトル算出機能３２及び速度誤差改善ベクトル算出機能３３を用いて、各誤差要因について、各ターゲット、各センサ、各センサペア、各センサ割当による、各センサの誤差改善ベクトルを算出する。
【００５２】
位置誤差改善ベクトル算出機能３２とは、上述したように、下記に列挙するような「位置誤差関数」の集合を、各ターゲットについて、センサグループＤＢ２３の該ターゲットへのセンサ割当を参照して、該センサ割当のセンサグループを用いて算出し、該誤差関数集合の各誤差関数に基づき、各センサについて位置誤差を小さくする「位置誤差改善要素ベクトル」を算出し、その重みつき和によって「位置誤差改善ベクトル」を算出する機能を指す。
【００５３】
「位置誤差改善要素ベクトル」は、ひとつのセンサがひとつのターゲットの位置誤差を、「位置誤差関数」に基づいて小さくする方向及び大きさを有するベクトルである。上記の重みは例えば、ターゲットの優先度、あるいはその関数で与えられる。あるいは、誤差関数の種類毎に定めることができる。あるいは、すべて１として与えることも考えられる。
【００５４】
「位置誤差関数」の集合は、センサ１つ対ターゲット１つで決まるものを含む。この誤差関数の根拠は、信号の強度がターゲットとセンサの距離の関数で表現されることによる。該誤差関数は、各センサの位置及び位置誤差と、各ターゲットの位置を入力変数とし、各ターゲットの位置誤差を出力変数にもつ関数である。該誤差関数に基づく各センサの「位置誤差改善要素ベクトル」は、誤差関数値の変動を大きさに持ち、ターゲットに接近する方向のベクトルになる。
【００５５】
「位置誤差関数」の集合は、センサ２つ対ターゲット１つで決まるものを含む。この誤差関数の根拠は、センサペアを結ぶ線分と、２つのセンサとターゲットを結ぶ線分のなす角が、どちらも大きい方が誤差は小さいことによる。該誤差関数は、センサペアの各センサ位置及び位置誤差と、各ターゲット位置を入力変数とし、各ターゲットの位置誤差を出力変数にもつ関数である。該誤差関数に基づく各センサの「位置誤差改善要素ベクトル」は、誤差関数値の変動を大きさに持ち、上記角度が大きくなる方向のベクトルになる。
【００５６】
「位置誤差関数」の集合は、センサ３つ対ターゲット１つで決まるものを含む。この誤差関数の根拠は、ターゲットから見て両端に位置する２センサとターゲットを結ぶ２線分のなす角度が９０度に近いほど誤差は小さいことによる。該誤差関数は、３つのセンサの各センサ位置及び位置誤差と、各ターゲット位置を入力変数とし、各ターゲットの位置誤差を出力変数にもつ関数である。該誤差関数に基づく各センサの「位置誤差改善要素ベクトル」は、誤差関数値の変動を大きさに持ち、上記角度が９０度に近くなる方向のベクトルになる。
【００５７】
「位置誤差関数」の集合は、センサ４つ対ターゲット１つで決まるものを含む。この誤差関数の根拠は、３次元空間でターゲットから見て外縁に位置する３センサとターゲットを結ぶ３線分のそれぞれ２線分のなす角度が９０度に近いほど誤差は小さいことによる。該誤差関数は、４つのセンサの各センサ位置及び位置誤差と、各ターゲット位置を入力変数とし、各ターゲットの位置誤差を出力変数にもつ関数である。該誤差関数に基づく各センサの「位置誤差改善要素ベクトル」は、誤差関数値の変動を大きさに持ち、上記角度が９０度に近くなる方向のベクトルになる。
【００５８】
図７及び図８は、この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムの位置誤差見積を説明するための図である。
【００５９】
図７（ａ）に、誤差関数の図例として、ターゲットの位置誤差と、距離差の測定誤差の関係を示す。センサ１からターゲット候補１までの距離がＲ、センサ１からとセンサ２からの距離差がｒ１２、距離差の誤差がΔｒ１２とする。距離差が本当はｒ１２＋Δｒ１２だった場合、例えばターゲット候補２で示される位置にターゲットがあることになる。そのずれはセンサ１とセンサ２を結ぶ線分と、センサ１とターゲット候補１を結ぶ線分の角度θ１１と、センサ１とターゲット候補２を結ぶ線分の角度θ１２との差で見積ることができ、ターゲット候補１とターゲット候補２の距離すなわちターゲットの位置誤差は、そのＲ倍と見積ることができる。距離差が固定の場合、上記の各角度と距離Ｒの関係は双曲線（３次元空間中では双曲面）を描くことが公知である。
【００６０】
図７（ｂ）に、別の誤差関数の図例として、ターゲットの位置誤差と、距離差の測定誤差及びセンサ位置誤差の関係を示す。センサ１を固定したときのセンサ２の相対的な位置誤差をΔｓ１２とする。センサ１とセンサ２の距離をｓ１２とする。ターゲット候補２の位置は最大でおよそΔｓ１２／ｓ１２を正接（タンジェント）とする角度だけ上記θ１２から離れた位置となる。図７（ａ）の図例と比べ、該角度の分だけターゲット候補２の位置がずれ、ターゲットの位置誤差の幅も該角度の分だけ大きくなる。ターゲット候補の位置誤差は、θ１１が９０度に近くなるほど小さくなる。ターゲット候補は、センサ１とセンサ２を結ぶ線分の垂直二等分平面上にあることが好ましい。
【００６１】
図８（ａ）に、別の誤差関数の図例として、センサペア２つすなわちセンサ３つによる、ターゲットの位置誤差と、距離差の測定誤差の関係を示す。ターゲットの位置誤差は、ターゲットまでの距離Ｒをひとつ決めた場合、図７と同様に、センサペアからの角度の変化幅で表現できる。センサ１とセンサ２を結ぶ線分とターゲット候補とセンサ２を結ぶ線分との角度の変化幅と、センサ１とセンサ３を結ぶ線分とターゲット候補とセンサ３を結ぶ線分との角度の変化幅とを考えると、図８（ａ）のように、変化幅同士による四角形を考えることができ、この大きさがターゲットの位置誤差の大きさを表している。
【００６２】
図８（ｂ）には、センサ１とセンサ２の距離及びセンサ１とセンサ３の距離が近い場合の想定図例を示す。図８（ｂ）でわかる通り、この四角形の大きさはターゲット候補とセンサ２を結ぶ線分と、ターゲット候補とセンサ３を結ぶ線分とが９０度に近く交わるときに最小に近くなる。
【００６３】
速度誤差改善ベクトル算出機能３３とは、上述したように、下記に列挙するような「速度誤差関数」の集合を、各ターゲットについて、センサグループＤＢ２３のセンサ割当を参照し、該センサ割当のセンサグループを用いて算出し、該誤差関数集合の各誤差関数に基づき、各センサについて速度誤差を小さくする「速度誤差改善要素ベクトル」を算出し、その重みつき和によって「位置誤差改善ベクトル」を算出する機能を指す。
【００６４】
「速度誤差改善要素ベクトル」は、ひとつのセンサがひとつのターゲットの速度誤差を、「速度誤差関数」に基づいて小さくする方向及び大きさを有するベクトルである。上記の重みは例えば、ターゲットの優先度、あるいはその関数で与えられる。あるいは、誤差関数の種類毎に定めることができる。あるいは、すべて１として与えることも考えられる。
【００６５】
「速度誤差関数」の集合は、センサ１つ対ターゲット１つで決まるものを含む。この誤差関数の根拠は、信号の強度がターゲットとセンサの距離の関数で表現されることによる。該誤差関数は、各センサの位置、位置誤差、速度、速度誤差と、各ターゲットの位置及び速度を入力変数とし、各ターゲットの速度誤差を出力変数にもつ関数である。該誤差関数に基づく各センサの「速度誤差改善要素ベクトル」は、誤差関数値の変動を大きさに持ち、ターゲットに接近する方向とターゲットの速度ベクトルとの、重みつき和のベクトルになる。
【００６６】
「速度誤差関数」の集合は、センサ２つ対ターゲット１つで決まるものを含む。この誤差関数の根拠は、ターゲットから見たセンサペアの各センサ間の角度が、９０度に近い方が誤差は小さいことによる。該誤差関数は、センサペアの各センサ位置、位置誤差、速度、速度誤差と、各ターゲット位置及び速度を入力変数とし、各ターゲットの速度誤差を出力変数にもつ関数である。該誤差関数に基づく各センサの「速度誤差改善要素ベクトル」は、誤差関数値の変動を大きさに持ち、上記角度が９０度に近くなる方向のベクトルになる。
【００６７】
図９は、この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムのセンサ毎の誤差改善ベクトルと、位置誤差改善要素ベクトル及び速度誤差改善要素ベクトルの関係を示す図である。
【００６８】
この図９では、観測目標ＤＢ１１にターゲットＸ及びターゲットＹの２ターゲットが格納され、センサＤＢ２１にセンサＡ、センサＢ、センサＣ、センサＤの４センサが格納されている例のうち、センサＡ及びセンサＢの誤差改善ベクトルに関係する部分の概略を示している。「位置誤差改善要素ベクトル」は、各ターゲット、各センサ、各センサペア、各センサグループに含まれるセンサ集合に対して計算される。「速度誤差改善要素ベクトル」も同様に、各ターゲット、各センサ、各センサペア、各センサグループに含まれるセンサ集合に対して計算される。
【００６９】
センサ毎の誤差改善ベクトルは、関係する「位置誤差改善要素ベクトル」及び「速度誤差改善要素ベクトル」を重みつき集計したものになるので、センサＡの誤差改善ベクトルは、「位置誤差改善要素ベクトルＰＡＸ」、「位置誤差改善要素ベクトルＰＡＹ」、「位置誤差改善要素ベクトルＰＡＢＸ」、「位置誤差改善要素ベクトルＰＡＢＹ」、「位置誤差改善要素ベクトルＰＡＢＣＤＸ」及び「位置誤差改善要素ベクトルＰＡＢＣＤＹ」と、「速度誤差改善要素ベクトルＶＡＸ」、「速度誤差改善要素ベクトルＶＡＹ」、「速度誤差改善要素ベクトルＶＡＢＸ」、「速度誤差改善要素ベクトルＶＡＢＹ」、「速度誤差改善要素ベクトルＶＡＢＣＤＸ」及び「速度誤差改善要素ベクトルＶＡＢＣＤＹ」を集計したものになる。
【００７０】
同様に、センサＢの誤差改善ベクトルは、「位置誤差改善要素ベクトルＰＢＸ」、「位置誤差改善要素ベクトルＰＢＹ」、「位置誤差改善要素ベクトルＰＡＢＸ」、「位置誤差改善要素ベクトルＰＡＢＹ」、「位置誤差改善要素ベクトルＰＡＢＣＤＸ」及び「位置誤差改善要素ベクトルＰＡＢＣＤＹ」と、「速度誤差改善要素ベクトルＶＢＸ」、「速度誤差改善要素ベクトルＶＢＹ」、「速度誤差改善要素ベクトルＶＡＢＸ」、「速度誤差改善要素ベクトルＶＡＢＹ」、「速度誤差改善要素ベクトルＶＡＢＣＤＸ」及び「速度誤差改善要素ベクトルＶＡＢＣＤＹ」を集計したものになる。
【００７１】
次に、割当ステップ１０５において、センサ行動算出部３は、割当機能３５を用いてターゲットにセンサグループを割当てる。つまり、割当機能３５を用いてセンサペア、ターゲット割当を決定する。
【００７２】
割当機能３５とは、上述したように、指定されたターゲットの位置測定に用いるセンサペアを割当てる機能を指す。例えば、指定ターゲットから距離が近い順に所与の数のセンサを選び、その全センサペアの誤差関数を、ターゲットの誤差の縮小に寄与する順に並べる。その上位から所与の数のセンサペアを、該ターゲットへのセンサ割当とする。
【００７３】
図２において、センサペア３つをセンサ割当とする場合を考える。時刻Ｔ３のターゲットＡの測定誤差縮小には、時刻Ｔ３におけるセンサペアａｂ、センサペアｂｃ、センサペアｃｄ、センサペアｂｄの順に寄与する場合、上位３センサペアであるセンサペアａｂ、センサペアｂｃ、センサペアｃｄをセンサグループＤＢ２３に記録する。該センサペア、ターゲット割当によって、一部のターゲットに対してセンサペア情報の照合処理を省略する。これで、照合処理を行っても、どのターゲットの誤差の改善にも貢献しないようなセンサペアの照合処理を省くこととなり、算出が高速化する。
【００７４】
そして、移動計画策定ステップ１０６において、センサ行動算出部３は、誤差見積ステップ１０４で求めた誤差改善ベクトルと、センサ管理部２のセンサＤＢ２１、センサペアＤＢ２２及びセンサグループＤＢ２３の情報を参照し、上記センサ割当に従って、改善方向決定機能３１を用いてセンサの次の位置を決定してセンサ管理部２に記録し、改善方向決定機能３１により各センサの改善方向を決定して移動指示を出す。
【００７５】
センサが信号を受信するたびに各ステップ１０１〜１０６を順に反復する。
【００７６】
本実施の形態１は、全ターゲットの位置誤差及び速度誤差に関する諸条件の重みづけを高速に算出する機能を備えることにより、全ターゲットについて総合的に誤差を小さくするのに適したセンサ移動を算出できるようにし、センサの位置及びセンサの移動計画を適切に決定できる。
【００７７】
また、本実施の形態１は、将来のターゲット位置及び速度を推定し、該位置及び速度における位置誤差及び速度誤差を小さくするのに適したセンサ移動を算出できるようにし、センサの位置及びセンサの移動計画を適切に決定できる。
【００７８】
また、本実施の形態１は、ターゲット管理部１が、監視範囲をユーザから受付ける監視範囲指定機能１６をさらに有し、センサ行動算出部３の位置誤差改善ベクトル算出機能３２及び速度誤差改善ベクトル算出機能３３において、監視範囲に属する仮想ターゲットも用いて位置誤差改善ベクトル及び速度誤差改善ベクトルをそれぞれ算出するもので、監視範囲を定め、該監視範囲における位置誤差及び速度誤差を小さくするのに適したセンサ移動を算出できるようにし、センサの位置およびセンサの移動計画を適切に決定できる。
【００７９】
また、本実施の形態１は、ターゲット管理部１が、ターゲット毎時刻毎に優先度を決定するための優先度規則をユーザから受付ける優先度規則指定機能１４と、優先度規則に従ってターゲット毎時刻毎に優先度を算出し付与する優先度決定機能１５とをさらに有し、センサ行動算出部３の位置誤差改善ベクトル算出機能３２及び速度誤差改善ベクトル算出機能３３において、各ターゲットを優先度によって重みつけしたうえで位置誤差改善ベクトル及び速度誤差改善ベクトルをそれぞれ算出するもので、ターゲットの優先度を考慮することにより、重要なターゲットの位置誤差及び速度誤差を小さくするのに適したセンサ移動を算出できるようにし、センサの位置及びセンサの移動計画を適切に決定できる。
【００８０】
また、本実施の形態１は、各センサが移動可能であり、各センサと本システムが通信可能であり、センサ管理部２の位置情報獲得機能２４及び受信波形獲得機能２５は、各センサとの通信によってセンサの位置及び受信波形を獲得し、センサ行動算出部３は、誤差改善ベクトル、並びにセンサの現在の位置及び速度とから、センサ位置改善方向に近い方向への運動を実現するための、運動可能範囲での加速度ベクトルを算出する改善ベクトル制限機能３４をさらに有し、センサ管理部２は、加速度ベクトルを各センサに通信で伝えるもので、センサと連携するシステムであり、決定したセンサの移動計画を伝達することにより、位置誤差及び速度誤差のより小さいターゲット位置測定を可能にする。
【００８１】
さらに、本実施の形態１は、各センサが計算機内の仮想的センサであり、センサ管理部２の位置情報獲得機能２４及び受信波形獲得機能２５は、仮想的センサの模擬によって得たセンサの位置及び受信波形を記録し、センサ行動算出部３は、誤差改善ベクトル、並びにセンサの現在の位置及び速度とから、センサ位置改善方向に近い方向への運動を実現するための、運動可能範囲での加速度ベクトルを算出する改善ベクトル制限機能３４をさらに有し、加速度ベクトルによる移動結果を、センサＤＢ２１に記録するもので、センサと連携しないシステムであり、実際のセンサを使わずにセンサ移動計画を立案し検討できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムの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に係るセンサ移動計画システムにおけるターゲットとセンサの関係を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムのセンサ、センサペア及びセンサグループの関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムの動作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に係るセンサ移動計画システムにおけるターゲットまでの距離差について説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムにおけるターゲットの相対速度差について説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムの位置誤差見積を説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムの位置誤差見積を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係るセンサ移動計画システムのセンサ毎の誤差改善ベクトルと、位置誤差改善要素ベクトル及び速度誤差改善要素ベクトルの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  ターゲット管理部、２  センサ管理部、３  センサ行動算出部、１３  推定機能、１４  優先度規則指定機能、１５  優先度決定機能、１６  監視範囲指定機能、１７  ユーザ提示機能、１８  ＤＢ情報提供機能、２４  位置情報獲得機能、２５  受信波形獲得機能、２６  受信波照合機能、２７  整合算出機能、２８  移動指示機能、２９  ＤＢ情報提供機能、３１  改善方向決定機能、３２  位置誤差改善ベクトル算出機能、３３  速度誤差改善ベクトル算出機能、３４  改善ベクトル制限機能、３５  割当機能。
【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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【図９】
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