(57)【要約】【課題】自身の運動の影響を低減し、目標の運動の予測精度を向上させることができるようにする。【解決手段】目標の観測相対位置を時系列的に検出する目標検出手段１２と、自身の運動を検出する自運動検出手段１４と、目標の観測相対位置から運動予測用フィルタを適用して目標の予測相対運動を算出する相対運動予測手段１６と、を備える。相対運動予測手段１６は、運動予測用フィルタを適用する際に、自運動検出手段１４で検出された自身の運動の情報を使用して補正した運動予測用フィルタを用いて、自身の速度の変化の影響を低減した目標の予測相対運動の算出を行う。【選択図】図１
2013253942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標の観測相対位置を時系列的に検出する目標検出手段と、
自身の運動を検出する自運動検出手段と、
目標の観測相対位置から運動予測用フィルタを適用して目標の予測相対運動を算出する相対運動予測手段と、
を備えた目標運動予測装置において、
前記相対運動予測手段は、運動予測用フィルタを適用する際に、自運動検出手段で検出された自身の運動の情報を使用して補正した運動予測用フィルタを用いて、自身の速度の変化の影響を低減した目標の予測相対運動の算出を行うことを特徴とする目標運動予測装置。
【請求項２】
前記補正した運動予測用フィルタは、自身の位置の情報は使用せずに自身の速度の情報を使用することを特徴とする請求項１記載の目標運動予測装置。
【請求項３】
前記補正した運動予測用フィルタは、前記目標の観測相対位置を検出する時間間隔における自身の位置の変化の情報、または自身の速度の変化の情報を使用することを特徴とする請求項１記載の目標運動予測装置。
【請求項４】
前記補正した運動予測用フィルタは、前記目標の観測相対位置を検出する時間間隔の前後の自身の速度の平均速度の情報を使用することを特徴とする請求項１または２記載の目標運動予測装置。
【請求項５】
前記補正した運動予測用フィルタはα-βフィルタを補正したものであることを特徴とする請求項１記載の目標運動予測装置。
【請求項６】
前記補正した運動予測用フィルタは目標の真位置及び真速度に対して行うα-βフィルタと等価であることを特徴とする請求項５記載の目標運動予測装置。
【請求項７】
前記補正した運動予測用フィルタはα-βフィルタを自身の速度の情報を使用して補正したものであることを特徴とする請求項５記載の目標運動予測装置。
【請求項８】
前記相対運動予測手段で算出された目標の予測相対運動と自運動検出手段で検出された自身の運動とから目標の真運動を算出する真運動算出手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の目標運動予測装置。
【請求項９】
目標の観測相対位置を時系列的に検出すると共に、自身の運動を検出し、目標の観測相対位置から運動予測用フィルタを適用して目標の予測相対運動を算出する目標運動予測方法において、
前記運動予測用フィルタを適用する際に、自身の運動の情報を使用して補正した運動予測用フィルタを用いて、自身の速度の変化の影響を低減した目標の予測相対運動の算出を行うことを特徴とする目標運動予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置等からの信号を用いて船舶等の目標の運動予測を行う目標運動予測装置及び目標運動予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、船舶等の追尾を行うために、ＡＲＰＡ装置等（Automatic Radar Plotting Aids，Target Tracking）では、目標運動予測が行われている。
【０００３】
このような目標運動予測では、主としてレーダ装置からの観測信号を用いて、追尾している目標の観測位置から予測位置及び予測速度を求めて、予測位置に基づき追尾目標の特定を順次行っている。
【０００４】
観測信号には、雑音やゆらぎ等による誤差が含まれているため、かかる誤差の影響を受けずに安定した予測を行うために、カルマンフィルタやα−βフィルタが運動予測用フィルタとして一般的に用いられている。このような予測は、目標及び自身が等速直線運動を行っている場合には、良好な位置及び速度の予測ができるが、目標及び自身が変針または変速（以下、変針／変速と称する）を行った場合には、フィルタの応答が遅くなり、予測位置及び予測速度に誤差が生じるという問題がある。
【０００５】
かかる問題に対して、例えば、特許文献１では、α−βフィルタ平滑性を重視して予測した目標の速度と、追従性を重視して予測した目標の速度とのいずれか一方を基準値と比較して、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し、低速運動している場合には、平滑性を重視した運動モデルとし、高速運動している場合には、追従性を重視した運動モデルとして、運動モデルを選択し切換える方式を提案している。
【０００６】
また、特許文献２では、対地固定された比較目標を追尾して比較目標の相対ベクトルから自身の真ベクトルを演算し、この際にメモリに蓄積されたデータにより観測時間を変えて自身の真ベクトルを演算して、これを、高精度の計測器（ＧＰＳ等）を用いて得られた自身の真ベクトルと比較して、差が最も小さくなる観測時間を最適観測時間として求めている。そして、追尾目標について、短い観測時間である最新のデータから求めた真ベクトルと、より多くのデータから求めた真ベクトルとの差を比較して、差が小さい場合には、最適観測時間で追尾目標の相対ベクトルを求め、差が大きい場合には、目標が変針／変速を行ったものとして、前記観測時間と前記最適観測時間とを比較し、より短い方の観測時間で追尾目標の相対ベクトルを求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−１９６８１６号公報
【特許文献２】特開２００９−２２９４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の運動モデルは自身と目標との相対運動に基づいているために、自身が変針／変速した場合に、その影響を受けるという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２においては、追尾目標の真ベクトルを用いて追尾目標が変針／変速を行ったか否かを判定しており、この際、追尾目標の真ベクトルを求めるためには、自身の真ベクトルが必要になるが、その際の自身の真ベクトルをどのように扱うかについて不明である。
【００１０】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、自身の運動の影響を低減し、目標の運動の予測精度を向上させることができる目標運動予測装置及び目標運動予測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、
目標の観測相対位置を時系列的に検出する目標検出手段と、
自身の運動を検出する自運動検出手段と、
目標の観測相対位置から運動予測用フィルタを適用して目標の予測相対運動を算出する相対運動予測手段と、
を備えた目標運動予測装置において、
前記相対運動予測手段は、運動予測用フィルタを適用する際に、自運動検出手段で検出された自身の運動の情報を使用して補正した運動予測用フィルタを用いて、自身の速度の変化の影響を低減した目標の予測相対運動の算出を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記補正した運動予測用フィルタは、自身の位置の情報は使用せずに自身の速度の情報を使用することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記補正した運動予測用フィルタは、前記目標の観測相対位置を検出する時間間隔における自身の位置の変化の情報、または自身の速度の変化の情報を使用することを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記補正した運動予測用フィルタは、前記目標の観測相対位置を検出する時間間隔の前後の自身の速度の平均速度の情報を使用することを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記補正した運動予測用フィルタはα-βフィルタを補正したものであることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記補正した運動予測用フィルタは目標の真位置及び真速度に対して行うα-βフィルタと等価であることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記補正した運動予測用フィルタはα-βフィルタを自身の速度の情報を使用して補正したものであることを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発明において、前記相対運動予測手段で算出された目標の予測相対運動と自運動検出手段で検出された自身の運動とから目標の真運動を算出する真運動算出手段を、さらに備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の発明は、目標の観測相対位置を時系列的に検出すると共に、自身の運動を検出し、目標の観測相対位置から運動予測用フィルタを適用して目標の予測相対運動を算出する目標運動予測方法において、
前記運動予測用フィルタを適用する際に、自身の運動の情報を使用して補正した運動予測用フィルタを用いて、自身の速度の変化の影響を低減した目標の予測相対運動の算出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、自身の運動の情報を使用して補正した運動予測用フィルタを用いて目標の予測相対運動の算出を行うので、自身が変針／変速を行ったとしても、その影響を低減することができ、より正確な運動予測を行うことができる。運動予測用フィルタに自身の運動の情報を組み込むようにすることによって、目標の予測のために目標の真位置及び真速度を直接扱わずにすむようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による目標運動予測方法に従った目標運動予測装置の実施形態を表すブロック図である。
【図２】相対運動予測手段で用いる運動予測用フィルタの概念図であり、（ａ）は従来、（ｂ）及び（ｃ）は本発明の場合をそれぞれ表す。
【図３】本発明により補正されたα-βフィルタと、従来のα-βフィルタを用いた場合のそれぞれの予測精度を表すシミュレーション結果であり、（ａ）は予測位置誤差、（ｂ）は目標の予測真速力、（ｃ）は目標の予測真針路を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１は、本発明による目標運動予測方法に従った目標運動予測装置１０の実施形態のブロック図を表している。この例の目標運動予測装置１０は、周囲の海上または空中の船舶または飛行体といった目標を監視するために移動体に搭載することができる。この実施形態では、目標運動予測装置（以下、単に「装置」ともいう）１０が搭載された移動体を自船（自身）とし、運動を予測する対象である追尾他船を目標とする。
【００２４】
図示したように、目標運動予測装置１０は、大別して、目標の位置を検出する目標検出手段１２と、自船の運動を検出する自運動検出手段１４と、目標の予測相対運動を算出する相対運動予測手段１６と、目標の予測真運動を算出する真運動算出手段１８と、表示手段２０とを備える。
【００２５】
尚、「運動」とは、位置及び／または速度及び／または加速度を意味する。位置は、座標または位置ベクトルであり、速度は速力（速さ）、針路または速度ベクトルであり、同様に、加速度も大きさ、向き、または加速度ベクトルとすることができる。相対運動とは、自船に対する目標の運動を表す。
【００２６】
目標検出手段１２は、レーダ装置で得られたレーダ信号から目標を検出し、それを観測位置として求めるものである。観測位置は、サンプリングタイムに相当するレーダ装置の１回転に相当する１スキャン毎に時系列的に得られ、ここで得られるのは、目標の相対位置である。
【００２７】
自運動検出手段１４は、自船の運動を検出するもので、任意の手段を用いて求めることができる。速度を求める手段としては、スピードログ、ジャイロ、ＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）またはこれらの組み合わせを使用することができ、検出する速度は、対水速度、対地速度のいずれかとすることができる。自船と目標とが同じ潮流または風等の影響を受ける場合には対水速度とすることで十分である。また、位置を求める手段としては、ＧＮＳＳ、ロランＣ、またはレーダ装置で得られる固定物標の信号から自船の位置を求めるものとすることができる。また、自運動検出手段１４は、レーダ装置のサンプリングタイミングと異なる、より短いサンプリングタイミングで運動を検出することが可能である。
【００２８】
相対運動予測手段１６は、目標検出手段１２からの目標の観測相対位置及び自運動検出手段１４からの自船の運動の情報を使用して、自船の速度の変化の影響を低減した目標の予測相対位置及び予測相対速度を求めるものである。
【００２９】
自船が変針／変速を行っていないと仮定した場合、現在の時刻ｔからΔｔ後の目標の予測相対位置Ｘｐ（ｔ＋Δｔ）及び目標の予測相対速度Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）は、位置及び速度に対応する運動予測用フィルタをそれぞれｆ、ｇとすると、現在または過去の目標の観測相対位置Ｘｍ（ｔ−ｎ・Δｔ）、（ｎ＝０，１，２，・・・）の関数として、以下のように表すことができる（図２（ａ）参照）。
【００３０】
【数１】
2013253942.tif 000003
【００３１】
しかしながら、目標の観測相対位置Ｘｍ（ｔ−ｎ・Δｔ）は、自船からの相対位置として観測されるから、自船の運動の影響を受ける。そのため、上式で求められる予測相対位置及び予測相対速度も、自船の運動の影響を受けてしまう。これに対して目標の真位置を用いれば、自船の運動の影響を受けないようにすることができる。つまり、
【００３２】
【数２】
2013253942.tif 000004
【００３３】
とすればよいことになる。ここで、Ｘｔｐ（ｔ）は目標の予測真位置、Ｘｔｍ（ｔ）は目標の観測真位置、Ｖｔｐ（ｔ）は目標の予測真速度を表す。これら真運動は、自船の位置をＸｏ（ｔ）、速度をＶｏ（ｔ）とすると、
【００３４】
【数３】
2013253942.tif 000005
の関係があるから、（２）式は、
【００３５】
【数４】
2013253942.tif 000006
【００３６】
と表すことができる（図２（ｂ）参照）。上式から、自船の位置及び速度を運動予測用フィルタに組み込んだ補正用運動予測用フィルタｆ’、ｇ’を用いることで、目標の予測相対位置及び予測相対速度を求めることができることが分かる。
【００３７】
さらには、補正用運動予測用フィルタｆ’、ｇ’を近似して、自船の位置の情報を使わずに、自船の速度を運動予測用フィルタに組み込んだ補正用運動予測用フィルタｆ”、ｇ”を用いることも可能である。即ち、
【００３８】
【数５】
2013253942.tif 000007
【００３９】
と表すことができる（図２（ｃ））。ここで、ｔk（ｋ＝０，１，・・・）はｔk≦ｔ＋Δｔを満たす任意の時刻である。自船の位置の情報よりも速度の情報の方が扱いやすいため、その点で補正用運動予測用フィルタｆ”、ｇ”は好ましい。
【００４０】
運動予測用フィルタに自船の運動の情報を組み込むようにすることによって、予測のために目標の真位置及び真速度を直接扱わずにすむようになる。
【００４１】
以上の（４）式（図２（ｂ））及び（５）式（図２（ｃ））の補正用運動予測用フィルタを状況に合わせて使い分けることも可能である。
【００４２】
より具体的にα-βフィルタの運動モデルを用いた場合について、以下に説明する。
【００４３】
従来の一般的なα-βフィルタは、レーダ装置で得られた目標の観測相対位置を用いて、目標の予測相対位置及び目標の予測相対速度を求めるためのものであり、以下の式で表すことができる。
【００４４】
【数６】
2013253942.tif 000008
【００４５】
ここで、
2013253942.tif 000009
である。
【００４６】
以上の目標の相対位置及び相対速度を真位置及び真速度に置き換えると、次のようになる。
【００４７】
【数７】
2013253942.tif 000010
【００４８】
ここで、
2013253942.tif 000011
である。
【００４９】
目標の真位置及び真速度は、目標の相対位置及び相対速度と自船の位置及び速度とを使うと、次のように書き換えることができる。
【００５０】
【数８】
2013253942.tif 000012
【００５１】
ここで、
2013253942.tif 000013
である。
【００５２】
（８）式を（７）式に代入すると、次の式を得る。
【００５３】
【数９】
2013253942.tif 000014
【００５４】
（９）式は、目標の真運動に基づくα-βフィルタを変形した補正α-βフィルタに相当し、目標の観測相対位置が得られる時間間隔Δｔにおける自船の位置の変化、自船の速度の変化及び自船の速度を使用してα-βフィルタを補正したものとなっている。この補正α-βフィルタを用いることにより、自船の運動の影響を除去することができる。
【００５５】
従って、相対運動予測手段１６は（９）式に従って、目標の予測相対位置及び予測相対速度を求めることができる。尚、フィルタ定数α、βは定数とすることもできるが、任意の条件（目標の速度の大きさ、目標の変針／変速の可能性の高さ等）によって変化する変数とすることもできる。
【００５６】
または、（９）式をレーダスキャンに合わせて書き換えると、次のように表すこともできる。即ち、ｎをスキャン数とすれば、
【００５７】
【数１０】
2013253942.tif 000015
である。
【００５８】
任意には、相対運動予測手段１６は、（９）式の代わりに、以下で説明するように、近似式を用いて簡素な式を用いることもできる。即ち、自船位置を時間間隔Δｔの間の平均速度を用いて次のように近似する。
【００５９】
【数１１】
2013253942.tif 000016
この近似式を（９）式に代入すると、
【００６０】
【数１２】
2013253942.tif 000017
となる。ここで、
【００６１】
【数１３】
2013253942.tif 000018
と置いた。
【００６２】
（１２）式を用いることで、時刻ｔ、ｔ-Δｔにおける自船の速度のみを使用して補正した簡単な式で、目標の予測相対位置及び予測相対速度を求めることができる。尚、この自船の速度の情報は、時刻ｔ、ｔ−Δｔにおける速度とする代わりに、任意の時刻の速度を使用することも可能であり、例えば、時刻ｔ−Δｔ、ｔ−２Δｔにおける速度を使用してもよいし、または、その他任意の方法で近似した速度差ΔＶｏを使用することもできる。
【００６３】
真運動算出手段１８は、相対運動予測手段１６で得られた目標の予測相対速度に自船速度を加算することにより目標の真速度を求める。また、相対運動予測手段１６で求められた目標の予測相対位置から目標の追尾を行う。
【００６４】
真運動算出手段１８で求めた真速度及び相対運動予測手段１６で得られた目標の予測相対位置の情報は、表示手段２０へと送られて表示される。
【００６５】
図３は、上記（６）式の従来のα-βフィルタを用いた場合（点線で示す）と、（１２）式の補正α-βフィルタを用いた場合（太線で示す）におけるシミュレーション結果を示したものである。目標及び自船の速力は４５ｋｔで、目標は直進運動を行い、自船は時刻１８０〜１９８ｓの間に１０ｄｅｇ／ｓで１８０ｄｅｇ旋回し、それ以外は直進運動を行うものとした。α＝０．４、β＝０．１とした。
【００６６】
図３から、本発明で提案する補正α-βフィルタを用いた場合は、従来のα-βフィルタと比較して予測位置誤差を２桁小さくでき、目標の真速力及び真針路誤差についても、２桁以上小さくできることが分かった。
【００６７】
以上のように、自身が変針／変速を行ったとしても目標の正しい運動予測ができるので、目標の追尾を行っている場合に、追尾目標のロスト、または、追尾目標から他の目標への乗り移りが発生することを防止することができる。また、近年の高速で移動する目標または自船における目標追尾にも好適に対応することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０  目標運動予測装置
１２  目標検出手段
１４  自運動検出手段
１６  相対運動予測手段
１８  真運動算出手段
【図１】
2013253942.tif 000019
【図２】
2013253942.tif 000020
【図３】
2013253942.tif 000021