(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標を観測し、前記目標の観測値を出力するセンサ部と、
前記センサ部から出力された前記目標の観測値に基づき、前記目標の運動諸元を航跡として推定する追尾処理部と、
前記追尾処理部で推定された第１の運動諸元情報を目標種類ごとに分類することなく格納する航跡記憶部と、
前記第１の運動諸元情報の推定された時刻と異なる時刻に前記追尾処理部で推定された第２の運動諸元情報及び前記航跡記憶部に格納された前記第１の運動諸元情報を比較して比較結果を出力する航跡比較部と、
前記航跡比較部から出力された比較結果のもつ特徴に基づき、前記第２の運動諸元情報を有する目標を２種類の目標のうちのいずれか１種類の目標に類別する類別判定部と、
を備えたことを特徴とする目標類識別装置。
【請求項２】
前記異なる時刻は、前記第１の運動諸元情報の推定された時刻よりも後の時刻であることを特徴とする請求項１に記載の目標類識別装置。
【請求項３】
前記運動諸元は前記目標の位置情報と速度情報を含む
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の目標類識別装置。
【請求項４】
前記２種類の目標は地上に存在する車両目標と空中に存在する在空目標である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の目標類識別装置。
【請求項５】
前記比較結果は、前記第２の運動諸元情報と前記第１の運動諸元情報との類似性の度合いを表すパラメータである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の目標類識別装置。
【請求項６】
前記類別判定部は、前記第２の運動諸元情報と類似する前記航跡記憶部に格納された前記第１の運動諸元情報の出現する頻度に基づき、前記第２の運動諸元情報を有する目標を前記２種類の目標のうちのいずれか１種類の目標に類別する
ことを特徴とする請求項５に記載の目標類識別装置。
【請求項７】
前記追尾処理部で推定された前記第２の運動諸元情報の速度情報を速度が逆方向の速度情報に変換する航跡方向変換部を備えた
ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の目標類識別装置。
【請求項８】
前記２種類の目標の中の１種類の目標である車両目標の移動可能範囲に関する移動可能範囲情報が格納された地図記憶部と、
前記地図記憶部に格納された移動可能範囲情報と前記航跡記憶部に格納されている前記第１の運動諸元情報とを照合することにより、前記航跡記憶部に格納されている前記第１の運動諸元情報の中の一部の運動諸元情報を削除する地図照合部と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の目標類識別装置。
【請求項９】
前記類別判定部で前記２種類の目標のうちの１種類の目標として類別された目標の前記第２の運動諸元情報を、前記２種類の目標のうちの他の１種類の目標として類別された目標と区別して表示する表示部
を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の目標類識別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はレーダ装置等によって探知された目標を少なくとも２つの種類の目標のいずれかに識別する目標類識別装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置等により地表を含む広域を観測する場合、航空機等の在空目標と道路を走行する車両目標がいずれも移動目標として抽出される。そのため、例えば在空機などの在空目標の観測を目的とする場合、車両目標が混在することにより在空目標の視認性が低下する。特に低速の在空目標を観測する場合や、地形及び構造物を経由する目標の反射波（マルチパス）によって高度方向の観測精度が著しく低い場合は、目標の速度情報または高度位置情報のみによって、移動目標を在空目標または車両目標に分類する判定（目標の類別）は低精度となる。
【０００３】
目標の類別における精度は複数の特徴量によって目標を類識別する目標類識別装置を用いることで向上することができる。これまでに、特許文献１では、予め目標の各機体と観測可能な特徴量が対応付けられているカタログデータを基に、観測された特徴量とカタログデータを照合することで目標を識別する目標類識別装置が開示されている。また、特許文献２では、観測した目標画像から目標の輪郭形状の特徴を表現する特徴ベクトルを抽出し、サポートベクターマシンと呼ばれる学習アルゴリズムによって評価基準を決定し、観測された特徴ベクトルが属するカテゴリを推定する目標類識別装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１０３１８８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２８５５８号公報
【特許文献３】特開平８−２７１６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された従来の目標類識別装置は目標の種類ごとの特徴量が既知であることを前提とする。そのため、反射断面積や速度が様々な在空機及び車両目標を分類するためには、膨大な規模のカタログデータが必要となり、そのようなカタログデータが入手できない場合は類識別できない課題がある。
【０００６】
また、特許文献２に開示された目標類識別装置は、目標の輪郭形状という多次元の特徴量が得られることを前提として、学習アルゴリズムにより識別する。しかしながら、広域を観測するレーダ装置等では目標の大きさが分解能より小さく、目標の輪郭形状は得られない。従って、観測によって得られる目標の特徴量の次元が少ない場合、特許文献２に開示された目標類識別装置では学習アルゴリズムによる評価基準の精度が著しく低下し、類識別の精度が低いとの課題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、目標の種類ごとの特徴量が観測開始の時点で未知でありかつ観測される目標の情報が少ない場合において、地上に存在する車両目標と空中に存在する在空目標を精度良く類別することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る目標類識別装置は、目標を観測し、前記目標の観測値を出力するセンサ部と、前記センサ部から出力された前記目標の観測値に基づき、前記目標の運動諸元を航跡として推定する追尾処理部と、前記追尾処理部で推定された第１の運動諸元情報を目標種類ごとに分類することなく格納する航跡記憶部と、前記第１の運動諸元情報の推定された時刻と異なる時刻に前記追尾処理部で推定された第２の運動諸元情報及び前記航跡記憶部に格納された前記第１の運動諸元情報を比較して比較結果を出力する航跡比較部と、前記航跡比較部から出力された比較結果のもつ特徴に基づき、前記第２の運動諸元情報を有する目標を２種類の目標のうちのいずれか１種類の目標に類別する類別判定部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、目標の種類ごとの事前情報を用いることなく、地上に存在する車両目標と空中に存在する在空目標を類別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る目標類識別装置１００の構成を示す図。
【図２】この発明の実施の形態１に係る目標類識別装置１００における類識別の動作を表す概念図。
【図３】この発明の実施の形態１に係る目標類識別装置１００における初期状態の動作を表す概念図。
【図４】この発明の実施の形態１に係る目標類識別装置１００の動作を示す図。
【図５】この発明の実施の形態１に係る航跡比較部５及び類別判定部６の動作を示す図。
【図６】現時刻航跡と過去航跡の類似度として用いる航跡間残差を示す概念図。
【図７】この発明の実施の形態２に係る目標類識別装置１００の構成を示す図。
【図８】この発明の実施の形態３に係る目標類識別装置１００の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る目標類識別装置１００の構成を示す図である。以下では、本発明の目標類識別装置１００をレーダ装置１０１を備えた構成に適用した場合について説明する。
【００１２】
この目標類識別装置１００は、図１に示すように、アンテナ１、受信機２、信号処理部３、追尾処理部４、航跡比較部５、類別判定部６、航跡記憶部７、表示器８を備えている。また、レーダ装置１０１はアンテナ１、受信機２、信号処理部３、追尾処理部４を備えている。センサ部１０２は、アンテナ１、受信機２、信号処理部３を備える。なお、図１では電波によって目標を観測する場合のセンサ部１０２を表しているが、センサ部１０２は光や音波などを用いて目標を観測し、目標の観測値を表す検出信号を出力する構成とすることも可能である。以降では、アンテナ１、受信機２、信号処理部３を用いて電波によって目標を観測する場合について説明する。
【００１３】
なお、図１において、アンテナ１、受信機２はそれぞれレーダ装置１０１に適した既存のアンテナ素子及び電気回路素子、光回路素子等により構成される。また、信号処理部３、追尾処理部４、航跡比較部５、類別判定部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の既存の制御装置により構成される。また、航跡記憶部７は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、メモリ等の既存の記憶装置により構成される。また、表示器８は液晶ディスプレイ等の既存の表示装置により構成される。
【００１４】
アンテナ１は、目標からの反射信号を受信する素子である。受信電力は受信機２へ出力される。
【００１５】
受信機２では、アンテナ１からの受信電力に対し、増幅、周波数変換、検波、アナログ―デジタル変換を行い、受信信号を出力する。受信信号は信号処理部３へ出力される。なお、この受信機２は、例えばスーパーヘテロダイン形受信機等の、レーダ装置１０１で一般的に用いられる装置により実現できる。
【００１６】
信号処理部３では、受信機２からの受信信号に対するデジタル信号処理・検出処理によって、観測範囲内に存在する目標の観測値を検出する。信号処理部３から出力される検出信号は、目標観測値として追尾処理部４に入力される。
【００１７】
追尾処理部４は、信号処理部３から入力された検出信号に基づいて、目標の運動諸元を推定するものである。追尾処理部４では、信号処理部３より得られた目標の位置情報等を時系列処理することで、各目標のより正確な位置及び速度を含む運動諸元を航跡として推定する。ここで、運動諸元は目標の位置・速度を含む運動情報として定義される。また、航跡は追尾処理部４によって推定された目標の時系列の運動諸元であり、目標の運動軌跡を表す。この追尾処理部４により出力された第１の運動諸元情報である目標の運動諸元の推定値（目標航跡情報）は、航跡比較部５及び航跡記憶部７に入力される。
【００１８】
航跡比較部５では、追尾処理部４から入力された第２の運動諸元情報である現時刻の目標航跡情報と、航跡記憶部７に記憶された過去航跡情報に基づき、現時刻の航跡と過去の航跡を比較し、航跡の類似度を計算する。計算された各類似度は類別判定部６に入力される。  
【００１９】
類別判定部６では、航跡比較部５から入力された現時刻航跡と過去航跡の各類似度に基づき、類似する過去航跡が多い現時刻航跡を車両目標、それ以外の現時刻航跡を在空目標と類別する。各目標航跡情報と類別の結果は表示器８に入力される。
【００２０】
なお、航跡比較部５と類別判定部６をまとめて航跡類識別部２０と呼ぶ。この航跡類識別部２０での処理は、航跡記憶部７に十分な過去航跡が記憶されていることを前提とする。したがって、図４に示すように、航跡記憶部７に過去航跡が十分保存されている、または観測開始から一定時間経過するまでは、航跡比較部５の処理は実行されないものとする。
【００２１】
航跡記憶部７は、追尾処理部４からの目標航跡情報を記憶するものである。なお、航跡記憶部７は記憶されている過去航跡を古いものから順に削除する機能を持っていてもよいものとする。
【００２２】
表示器８は、類別判定部６から入力された各目標航跡情報と類別結果を基に、目標航跡に関する情報をディスプレイ等の表示装置に表示する。
【００２３】
目標類識別装置１００の動作を表す概念図を図２に示す。追尾処理部４は目標の追尾処理を行い、目標の時系列の位置、速度などの情報を表す追尾航跡を出力する。図２では、空間の中の２つの次元をｘ軸方向、ｙ軸方向として表し、２次元座標における航跡５０−１、５０−２、５０−３を示している。例えば、ｘ軸、ｙ軸はそれぞれ南北、東西などの方位とすることができるし、それ以外の方位であっても構わない。目標類識別装置１００は追尾処理部４から出力された追尾航跡に対して、過去に追尾処理部４から出力され航跡記憶部７に記憶された追尾航跡と比較し、車両目標は在空目標と比べ同じ経路を移動する目標が多数存在することを前提として、類似する過去航跡の頻度によって在空目標と車両目標を類別する。なお、観測開始から一定時間を経過するまでは、航跡類別処理は実行されず、航跡記憶部７に航跡情報を記憶させるのみとする。
【００２４】
図３に航跡記憶部７に記憶される航跡情報の概念図を示す。図３に示すように、過去に追尾処理部４から出力された追尾航跡は航跡記憶部７に記憶され、時間的に航跡情報として蓄積される。この航跡情報は、観測開始から一定時間を経過するまでは、航跡類別処理は実行されない。
【００２５】
続いて、上述のように構成された実施の形態１の動作を図４に沿って説明する。「信号処理・検出処理」のステップ（ＳＴ１−１）では、信号処理部３が受信機２より入力された受信信号に基づき、ＭＴＩ（Moving Target Indicator）やＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理等のレーダ装置１０１で一般的に用いられる信号処理によって観測範囲内の目標の現時刻に関する情報（距離、方位、速度等）を検出信号として出力する。
【００２６】
続いて「追尾処理」のステップ（ＳＴ１−２）では、追尾処理部４が信号処理部３から出力される検出信号の時系列を用いて、現時刻における目標の正確な位置・速度を推定する。この追尾処理によって、例えば検出信号として目標の距離・方位のみが観測される場合においても、過去の検出信号から目標の速度を推定し、動的な目標の情報が得られるようになる。以下では、検出信号として目標の位置情報（距離・方位角）が得られた場合における追尾処理部４の処理詳細について説明する。
【００２７】
追尾処理部４ではまず始めに、前時刻までの検出信号を基に推定した各航跡の最新時刻における状態を予測する。前時刻のステップｋ−１（ｋは自然数）における、ある航跡の状態を表すベクトルｘｋ−１（＋）を式(1)で表す。
0006350329.tif 000002
ここで、ｘ及びｖｘは東西方向の位置と速度を表し、ｙ及びｖｙは南北方向の位置と速度を表す。また、この航跡の４行４列の誤差共分散行列をＰｋ−１（＋）と表す。
【００２８】
そして、最新の時刻ステップｋにおける航跡の予測状態は式(2)で計算される。
0006350329.tif 000003
式(2)における推移行列Φｋ−１は各運動モデルに応じた行列として設定する。例えば、等速運動モデルを仮定した場合、式(3)のように表される。
0006350329.tif 000004
ここでＴｋ−１は時刻ステップｋ−１と時刻ステップｋの時間間隔を表す。
【００２９】
また、誤差共分散の最新の時刻ステップｋにおける予測値Ｐｋ（−）は式(4)で表される。
0006350329.tif 000005
ここで、Ｑｋ−１は運動モデルからの誤差を表す駆動雑音共分散行列であり、例えば式(5)で表される。
0006350329.tif 000006
ここで、ｑはパワースペクトル密度のパラメータであり、Ｉ２は２行２列の単位行列とする。
【００３０】
次いで、式(2)、(4)によって求めた航跡の予測値と、現時刻の検出信号によって現時刻の航跡を求める。まず、残差共分散行列Ｓｋを式(6)により求める。
0006350329.tif 000007
ここで、Ｈｋは観測行列、Ｒｋは観測誤差共分散行列を表すパラメータ、Γｋは極座標系で定義された観測誤差を直交座標系に変換する行列である。検出信号が距離、方位角として得られる場合、各々は式(7)〜(8)で表される。
0006350329.tif 000008
0006350329.tif 000009
なお、ここで０２は２行２列の零行列とし、σＲは距離の観測誤差標準偏差、σＢｙは方位角の観測誤差標準偏差を表すパラメータである。
【００３１】
そして、上記の残差共分散行列Ｓｋを用いて、各検出信号に対して航跡の予測値と相関する領域（ゲート）の内外判定を行う。航跡の予測値ｘｋ（―）と相関可能な検出信号ｚｋは以下の不等式(9)を満たすとする。
0006350329.tif 000010
ここで、ｄはゲートの範囲を決めるパラメータである。また検出信号ｚｋは、距離及び方位で表された検出信号を直交座標に変換した２行１列のベクトルとする。
【００３２】
ただし、複数の航跡が存在し、特定の検出信号が複数の航跡のゲート内に入った場合は、検出信号と航跡との最適な相関を決定する必要がある。最適な相関決定を求める方法は例えば特許文献３に開示されている方法等のこれまでに提案されている方法を用いる。
【００３３】
そして、ゲート内外判定によって相関した検出信号によって現時刻における航跡の状態ｘｋ（＋）を式(10)より計算する。
0006350329.tif 000011
ここでＫｋはフィルタゲインであり、式(11)より計算される。
0006350329.tif 000012
【００３４】
また、現時刻における誤差共分散行列Ｐｋ（＋）は式(12)で計算される。
0006350329.tif 000013
【００３５】
以上により、各航跡の推定値ｘｋ（＋）と、誤差共分散行列Ｐｋ（＋）が出力される。これらの情報（目標航跡情報）は航跡記憶部７にて記憶され、また条件によっては航跡比較部５にて過去航跡との比較に用いられる。
【００３６】
続いて、ＳＴ１−３では、観測開始から一定時間を経過したか否かを判定する。真ならば「航跡類識別処理」のステップ（ＳＴ１−４）へと移行し、偽ならば「航跡情報保存」のステップ（ＳＴ１−６）へと移行する。この判定は後述の航跡類識別処理ＳＴ１−４における前提が満たされているか否かの判定である。航跡類識別処理ＳＴ１−４では航跡記憶部７に十分な過去航跡情報が記憶されていることが前提とするため、過去航跡情報が十分に記憶されるまで航跡類識別処理は実行しないものとする。
【００３７】
ＳＴ１−３の判定が真であった場合、「航跡類識別処理」のステップ（ＳＴ１−４）へ移行する。ここでは、航跡比較部５及び類別判定部６が、追尾処理部４からの目標航跡情報と、航跡記憶部７からの過去航跡情報によって、現時刻の航跡を車両目標と在空目標に類別する。
【００３８】
航跡類識別処理ＳＴ１−４における類別の前提は以下のとおりとする。
（１）車両目標の特徴
（１−１）  移動経路が制限されており、特定の経路のみを移動する。
（１−２）  観測範囲内に多数存在するため、別個の車両目標が検出される頻度
は在空目標に比べ多い。
（２）在空目標の特徴
（２−１）  移動経路に制限は無い。
（２−２）  観測範囲内に存在する個数は車両目標に比べ少ないため、別個の在空                目標５１が検出される頻度は少ない。
上記の前提を踏まえ，現時刻航跡と各過去航跡の類似度を計算し、「類似する過去航跡がある」（移動経路が限定されている）かつ、「類似する過去航跡が多数ある」（観測範囲内に多数存在する）ならば、現時刻航跡を車両目標５１と類別し、それ以外の現時刻航跡を在空目標５０と類別する。なお、旅客機のように特定の経路を移動する在空目標が過去と現時刻に観測された場合、現時刻と類似度の高い過去航跡が保存されていることとなるが、単位時間当たりに観測領域内を移動する旅客機の個数が車両目標に比べ少なければ、旅客機の追尾航跡は在空目標と正しく類別される。
【００３９】
このように、上記の車両目標と在空目標の特徴を前提とすることで、特許文献１のように目標種類ごとに予め分類された記憶部を用いることなく、車両目標と在空目標を類別できる。
【００４０】
以下では、航跡類識別処理ＳＴ１−４における動作を図５に沿って説明する。
まず始めに、「現時刻の目標航跡を選択」のステップ（ＳＴ２−１）では、航跡比較部５が現時刻の目標航跡を１つ選択する。ここで選択される現時刻の航跡は、現時刻の処理において未選択の航跡とする。以下では、ここで選択された現時刻の航跡の状態ベクトルをｘｃ、航跡の誤差共分散行列をＰｃと表す。
【００４１】
続いて、「類似航跡数を初期化」のステップ（ＳＴ２−２）では、類別判定部６が航跡ｘｃと類似する過去航跡の個数を表す値Ｎｓｉｍを０に設定する。
【００４２】
続いて、「過去の目標航跡を選択」のステップ（ＳＴ２−３）では、航跡比較部５が航跡記憶部７から過去航跡を１つ選択する。ここで、選択される過去航跡は、ＳＴ２−１が再度実行されるまでの間において未選択の航跡とする。以下では、このステップにて選択された過去航跡の状態ベクトルをｘｐ、航跡の誤差共分散行列をＰｐと表す。
【００４３】
続いて、「現時刻航跡と過去航跡との類似度計算」のステップ（ＳＴ２−４）では、航跡比較部５が、ＳＴ２−１とＳＴ２−４で選択された現時刻の航跡と過去航跡の類似性の度合いを表す量（類似度）を計算する。類似度の例として、ここでは式(13)で表される航跡間の誤差で規格化された残差εを用いる。
0006350329.tif 000014
式(13)のεは０以上のスカラー値であり、図６に示すような現時刻の航跡と過去航跡の位置及び速度の差を誤差で規格化した値を表す。
【００４４】
続いてＳＴ２−５のステップでは、類別判定部６がＳＴ２−４にて求めた類似度に対し一定値以上か否かを判定する。真ならばＳＴ２−６へ移行し、偽ならばＳＴ２−７へ戻る。式(13)で定義された残差εを類似度とした場合、このステップでの判定は以下の不等式で表される。
0006350329.tif 000015
ここで、εＴｈは類似度のしきい値であり、典型的な車道幅及び車両速度の分布より設定するパラメータである。
【００４５】
ＳＴ２−５の判定が真であった場合、「類似航跡数を＋１」のステップ（ＳＴ２−６）へ移行する。このステップでは、類別判定部６が現時刻航跡ｘｃに類似する過去航跡の個数Ｎｓｉｍを１増加させる。
【００４６】
続いて、ＳＴ２−７のステップでは、過去航跡がＳＴ２−３からＳＴ２−７の間においてすべて選択されたかを判定する。真ならばＳＴ２−８へ移行し、偽ならばＳＴ２−３へ戻る。
【００４７】
ＳＴ２−８のステップでは、類別判定部６が、現時刻航跡ｘｃに類似する過去航跡の個数Ｎｓｉｍに対し以下の不等式(15)による判定を行う。
0006350329.tif 000016
式(14)が真ならばＳＴ２−９へ移行し、偽ならばＳＴ２−１０へ移行する。ここでＮｓｉｍ、Ｔｈは、車両目標の出現頻度を表すパラメータである。Ｎｓｉｍ、Ｔｈは固定値としてもよいが、航跡記憶部７に記憶されている過去航跡情報の量が多いほど類似航跡数の平均値は大きくなることを考慮し、式のように定めてもよい。
0006350329.tif 000017
ここで、Ｔｏｂｓは観測開始から現時刻までの時間を表し、航跡記憶部７に記憶された過去航跡情報がどの程度の観測時間に相当するかを表す。またρｃａｒは単位時間当たりに観測領域に出現する車両目標の個数を表すパラメータとする。
【００４８】
ＳＴ２−８の判定が真であった場合、「車両目標の航跡と判定」のステップ（ＳＴ２−９）へ移行する。このステップでは、類別判定部６が現時刻航跡ｘｃを車両目標と判定し、その判定結果を表示器８へ出力する。
【００４９】
ＳＴ２−８の判定が偽であった場合、「在空目標の航跡と判定」のステップ（ＳＴ２−１０）へ移行する。このステップでは、類別判定部６が現時刻航跡ｘｃを在空目標５０と判定し、その判定結果を表示器８へ出力する。
【００５０】
続いてＳＴ２−１１のステップでは、現時刻の航跡がＳＴ２−１からＳＴ２−１１の間においてすべて選択されたかを判定する。真ならば航跡類識別処理ＳＴ１−４を終了し、偽ならばＳＴ２−１へ戻る。
【００５１】
以上の処理ＳＴ２−１〜ＳＴ２−１１により、現時刻における各航跡が車両目標または在空目標に類別された結果と共に出力される。この出力は表示器８へ出力され表示に用いられる。
【００５２】
また、以上の航跡類別処理ＳＴ１−４では目標の推定位置と推定速度を航跡情報として利用した場合について記したが、航跡速度の推定誤差は航跡位置の推定誤差に比べ大きいことを考慮し、推定速度は利用せずに「現時刻航跡と過去航跡の移動経路（航跡の推定間を繋ぐ線分）の差分」によって車両目標と在空目標を類別する方式としてもよい。
【００５３】
続いて「表示器に表示」のステップ（ＳＴ１−５）では、表示器８が、類別判定部６から入力された目標航跡情報と類別結果を基に、用途に応じた航跡情報を表示器８に表示する。例えば、在空目標を対象とする観測においては、道路上に多数検出される車両目標からの信号は不要であるため、在空目標に類別された航跡のみを表示する。また、例えば、在空目標と車両目標が共に観測対象である場合には、在空目標に類別された航跡と車両目標に類別された航跡を異なる色や記号により表示する。
【００５４】
以上のように構成された実施の形態１によれば、車両目標と在空目標を、予め用意された目標種類ごとの情報を用いることなく類別することができる。これは、車両目標が在空目標に比べ移動経路が制限されており、なおかつ、観測領域内に出現する頻度が多いとの特徴に着目したことで、高度情報を持たない過去の追尾処理結果のみから車両目標と在空目標を類別できる点で画期的である。
【００５５】
また、本実施の形態１では、現時刻の航跡と過去航跡を比較し類似性の度合いを求める際に、レーダ装置１０１の観測精度、同一車道を走行する車両目標の位置・速度のばらつき、車両目標の出現頻度を表すパラメータを設定することができる。したがって、各特徴量を等価と見なし無次元の多次元空間にてカテゴリ分けを行うサポートベクターマシン等の学習アルゴリズムに比べ、少種類の特徴量からでも高精度かつ迅速に目標を類別することができる。
【００５６】
なお、実施の形態１では、目標類識別装置１００をレーダ装置１０１を備えた構成に適用した場合について説明を行ってきた。そこでは、電波によって目標を観測する場合を想定して、アンテナ１、受信機２、信号処理部３を有するセンサ部１０２を扱ったが、実施の形態１の目標類識別装置１００はこの構成に限られるものではない。センサ部１０２は光や音波などを用いて目標を観測し、目標の観測値を表す信号を出力する構成とすることも可能である。すなわち、電波のみならず光や音波によって目標の運動諸元を観測するセンサ部１０２を備えた目標類識別装置１００も実施の形態１の本発明に含まれる。
【００５７】
これまでの説明では、第１の運動諸元情報を過去の目標の運動諸元の推定値（過去の目標航跡情報）、第２の運動諸元情報を現時刻の目標の運動諸元の推定値（目標航跡情報）としたが、原理的には第２の運動諸元情報が第１の運動諸元情報より新しい情報でなくても、第１の運動諸元情報と第２の運動諸元情報の推定される時刻が異なっていれば、本実施の形態１に記載の構成は動作可能となる。例えば、第２の運動諸元情報である目標の運動諸元の推定値がバッファ等を有する追尾処理部４に格納され、第２の運動諸元情報が第１の運動諸元情報の推定された時刻よりも前の時刻または第１の運動諸元情報の推定された時刻の途中に推定された情報である場合にも、航跡比較部５が第１の運動諸元情報と第２の運動諸元情報を比較し、類別判定部６が第２の運動諸元情報を類別することにより、本実施の形態１の目標類識別装置１００は第２の運動諸元情報を類別することができる。
【００５８】
このように、本実施の形態１の目標類識別装置１００は、目標を観測し、目標の観測値を出力するセンサ部１０２と、センサ部１０２から出力された前記目標の観測値に基づき、目標の運動諸元を航跡として推定する追尾処理部４と、追尾処理部４で推定された第１の運動諸元情報を格納する航跡記憶部７と、第１の運動諸元情報の推定された時刻と異なる時刻に追尾処理部４で推定された第２の運動諸元情報及び前記航跡記憶部７に格納された第１の運動諸元情報を比較して比較結果を出力する航跡比較部５と、航跡比較部５から出力された比較結果に基づき、第２の運動諸元情報を有する目標を２種類の目標のうちのいずれか１種類の目標に類別する類別判定部６と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、目標の種類ごとの特徴量などの事前情報を用いることなく、第２の運動諸元情報を有する目標の種類を２種類の目標のいずれか１種類に分類することができる。
【００５９】
また、本実施の形態１の目標類識別装置１００において、前記異なる時刻は、航跡記憶部７に格納された第１の運動諸元情報の推定された時刻よりも後の時刻であることを特徴とする。このような構成により、リアルタイム情報若しくは最新の情報を第２の運動諸元情報として用いることができ、過去の航跡を表す第１の運動諸元情報を用いて第２の運動諸元情報が表す最新の航跡を有する目標を２種類の目標のいずれか１種類の目標に分類することができる。
【００６０】
また、本実施の形態１の目標類識別装置１００において、運動諸元は目標の位置情報と速度情報を含むことを特徴とする。このような構成により、目標の基本的な運動情報である位置情報と速度情報を用いて目標の運動特性の違いに基づき類別することで、目標を精度よく類別することができる。
【００６１】
また、本実施の形態１の目標類識別装置１００において、２種類の目標は地上に存在する車両目標と空中に存在する在空目標であることを特徴とする。このような構成により、地上に存在する車両目標と空中に存在する在空目標の運動特性の違いに基づき、目標を精度よく類別することができる。
【００６２】
また、本実施の形態１の目標類識別装置１００において、航跡比較部５は第２の運動諸元情報と第１の運動諸元情報との類似性の度合いを表すパラメータを比較結果とすることを特徴とする。このような構成により、第２の運動諸元情報と第１の運動諸元情報との類似性に基づき、記憶された運動諸元と類似した目標として精度よく判別することができ、目標の種類ごとの特徴量などの事前情報を用いる必要がない。
【００６３】
また、本実施の形態１の目標類識別装置１００において、類別判定部６は、航跡記憶部７に格納された第１の運動諸元情報において第２の運動諸元情報と類似する第１の運動諸元情報の出現する頻度に基づき、第２の運動諸元情報を有する目標を２種類の目標のうちのいずれか１種類の目標に類別することを特徴とする。このような構成により、第２の運動諸元情報と類似する第１の運動諸元情報の出現頻度に基づき、記憶された運動諸元と類似した目標として精度よく判別することができ、目標の種類ごとの特徴量などの事前情報を用いなくても精度よく類別することができる。
【００６４】
また、本実施の形態１の目標類識別装置１００は、類別判定部６で類別された類別結果に基づき、２種類の目標のうちの特定の１種類の目標（在空目標など）として類別された目標の第２の運動諸元情報を表示する表示部８を備えたことを特徴とする。このような構成により、用途に応じた航跡情報を表示器８に表示することができる。
【００６５】
実施の形態２．
実施の形態１では、現時刻の目標航跡と位置・速度が同様の過去航跡を探索するよう構成したが、車両目標が一般的な車道を移動する場合、同じ経路を同じ方向に移動する過去航跡のみならず、同じ経路を逆方向に移動する過去航跡も在空目標に比べ多いと考えられる。そこで、実施の形態２では、現時刻の航跡に対し、経路が同様であり逆方向に移動する過去航跡の頻度も考慮した上で、車両目標と在空目標を類別する構成とする。
【００６６】
図７はこの発明の実施の形態２に係る目標類識別装置１００の構成を示す図である。図７に示す各装置のうち、アンテナ１、受信機２、信号処理部３、追尾処理部４、航跡記憶部７、表示器８の機能及び動作は実施機の形態１と同様である。
【００６７】
図７における航跡方向変換部９では、追尾処理部４から入力された現時刻の目標航跡に対し、航跡の移動方向を逆方向に反転させた航跡の情報を航跡比較部５ｂに出力する。例えば、追尾処理部４から入力された現時刻の目標航跡の状態ｘｋ（＋）を式(17)のように表す。
0006350329.tif 000018
ここで、ｘ及びｖｘは東西方向の位置と速度を表し、ｙ及びｖｙは南北方向の位置と速度を表す。式(17)の入力に対し、航跡方向変換部９は式(18)の航跡ｘ*ｋ（＋）を出力する。
0006350329.tif 000019
なお、入力された航跡の誤差共分散行列は出力後も変わらないものとする。
【００６８】
航跡比較部５ａでは、追尾処理部４から入力された現時刻の航跡ｘｃに対し、航跡記憶部７に記憶された過去航跡ｘｐと比較し、類似度を計算する。類似度は、例えば式(19)で表すような誤差によって規格化された位置・速度の残差εとする。
0006350329.tif 000020
ここで、現時刻の航跡ｘｃの誤差共分散行列をＰｃ、過去航跡ｘｐの誤差共分散行列をＰｐと表す。この航跡比較部５ａで計算された類似度は類別判定部６へ入力される。
【００６９】
航跡判定部５ｂでは、航跡方向変換部９から入力された移動方向反転後の現時刻航跡ｘ*ｃに対し、航跡記憶部７に記憶された過去航跡ｘｐと比較し、航跡反転部５ａと同一の類似度を計算する。航跡比較部５ｂで計算された類似度は類別判定部６へ入力される。
【００７０】
類別判定部６では、航跡比較部５ａ、５ｂから入力された現時刻航跡と過去航跡の類似度を基に、現時刻航跡をぞれぞれ車両目標と在空目標に類別する。類別に当たり、特定の現時刻航跡ｘｃとそれの移動方向が反転された航跡ｘ＊ｃに類似する過去航跡の個数を計算する。現時刻航跡ｘｃに対し、以下の不等式(20)を満たす航跡記憶部７に記憶されている過去航跡ｘｐの個数をＮｓｉｍとする。
0006350329.tif 000021
ここで、εＴｈが類似度のしきい値であり、車道の道路幅及び車両速度のばらつきから設定するパラメータである。また、ｘｃの移動方向が反転された航跡ｘ＊ｃに対し、以下の不等式(21)を満たす航跡記憶部７に記憶されている過去航跡ｘｐの個数をＮ＊ｓｉｍとする。
0006350329.tif 000022
【００７１】
そして、以下の不等式(22)について判定を行い、真ならば航跡ｘｃを車両目標と、偽ならば航跡ｘｃを在空目標と類別する。
0006350329.tif 000023
ここで、Ｎｓｉｍ、Ｔｈは、車両目標の出現頻度を表すパラメータである。Ｎｓｉｍ、Ｔｈは固定値としてもよいが、一般に航跡記憶部７に記憶されている過去航跡情報の量が多いほど類似航跡数の平均値は大きくなることから、式(23)のように定めてもよい。
0006350329.tif 000024
ここで、Ｔｏｂｓは観測開始から現時刻までの時間を表し、航跡記憶部７に記憶された過去航跡情報がどの程度の観測時間に相当するかを表す。また、ρｃａｒは単位時間当たりに出現する車両目標の個数を表すパラメータとする。
【００７２】
以上のように構成された実施の形態２によれば、移動方向が逆の航跡を含む同一の経路を移動する過去航跡の頻度によって、車両目標と在空目標を類別することで、車両目標の移動方向に偏りがある経路を移動する目標を精度よく類別することができる。例えば、観測領域内のある車道を移動する車両目標の多くが上り方向に移動する場合においても、下り方向へ移動する少数の車両目標の航跡を車両目標として正しく類別することができる。
【００７３】
なお、航跡方向変換部９からの出力を航跡比較部５ｂに入力する代わりに、航跡記憶部７へ記憶させることでも同様の効果を得ることができる。
【００７４】
このように、本実施の形態２の目標類識別装置１００は、追尾処理部４で推定された第２の運動諸元情報の速度情報を速度が逆方向の速度情報に変換する航跡方向変換部９を備えたことを特徴とする。このような構成により、観測領域内のある車両目標の多くが上り方向に移動する場合においても、下り方向へ移動する少数の車両目標の航跡を車両目標として正しく類別することができる。
【００７５】
実施の形態３．
実施の形態１及び２では、航跡記憶部７に目標の種類を問わず航跡情報を保存し、車両目標の出現頻度が在空目標に比べ多いことを前提として車両目標と在空目標の類別を行う。従って、複数の在空機が同一経路を頻繁に移動する場合、例えば編隊飛行する航空機や空港付近の旅客機等の観測、において在空目標を誤って車両目標と類別する恐れがある。そこで、実施の形態３では、上述した類別の誤りを防止するために、事前に用意された地図記憶部を用いて、車両目標である可能性が低い過去航跡を航跡記憶部７から削除する構成とする。
【００７６】
図８は本発明の実施の形態３に係る目標類識別装置１００の構成を示した図である。図８に示す各装置のうち、アンテナ１、受信機２、信号処理部３、追尾処理部４、航跡比較部５、類別判定部６、表示器８の機能及び動作は実施の形態１と同様である。実施の形態３に係る目標類識別装置１００は、地図記憶部１０と地図照合部１１を含む。
【００７７】
地図記憶部１０は、観測領域における車両目標が走行可能な範囲（道路）の情報が予め記憶されている装置であり、ＨＤＤ、ＤＶＤ、メモリ等によって構成される。なお、地図記憶部１０には観測範囲内におけるすべての道路地図が記憶されている必要はなく、車両目標が特に頻繁に出現する範囲、例えば幹線道路等、のみが記憶されている場合でもよい。
【００７８】
地図照合部１１は、地図記憶部１０に記憶されている道路地図の情報と、航跡記憶部７に記憶されている過去航跡情報を参照し、道路から一定距離以上離れた位置の過去航跡を航跡記憶部７から削除する。なお、過去航跡を削除する条件においては、レーダ装置１０１の観測精度を加味するものとしてもよい。
【００７９】
以上のように構成された実施の形態３によれば、予め用意された道路地図によって車両目標である可能性の低い過去航跡を航跡比較の対象から削除することで、道路とは異なる経路を複数の在空目標が頻繁に移動する場合においても、在空目標を車両目標と類別する誤りを防止することができる。
【００８０】
なお、地図照合部１１が航跡記憶部７に記憶された過去航跡を削除する代わりに、地図照合部１１が、類別判定部６において車両目標と類別された現時刻の航跡に対し、地図記憶部１０に記憶された道路地図情報を基に、「道路外を移動する車両目標」を抽出し表示器８へ出力することでも同様の効果が得られる。
【００８１】
このように、本実施の形態３の目標類識別装置１００は、車両目標の移動可能範囲に関する情報が格納された地図記憶部１０と、地図記憶部１０に格納された情報と航跡記憶部７に格納されている第１の運動諸元情報とを照合することにより、航跡記憶部７に格納されている第１の運動諸元情報の中の一部の運動諸元情報を削除する地図照合部１１と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、道路とは異なる経路を複数の在空目標が頻繁に移動する場合においても、在空目標を車両目標と類別する誤りを防止することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１：アンテナ、２：受信機、３：信号処理部、４：追尾処理部、５、５ａ、５ｂ：航跡比較部、６：類別判定部、７：航跡記憶部、８：表示器、９：航跡方向変換部、１０：地図記憶部、１１：地図照合部、２０：航跡類識別部、５０−１、５０−２、５０−３：航跡、１００：目標類識別装置、１０１：レーダ装置、１０２：センサ部
【図１】
0006350329.tif 000025
【図２】
0006350329.tif 000026
【図３】
0006350329.tif 000027
【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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