(57)【要約】【課題】フレーム全体の振幅値が高くなることを回避し、且つ高振幅値のセル周辺のセルの振幅が高くなることを回避する。【解決手段】ＴＢＤ処理部１によるＴＢＤ処理での選択履歴情報を保持する選択履歴保持部２と、選択履歴情報を用いて、ＴＢＤ処理部１により抽出された上位のセルに対してバックトラック処理を行って加算経路を取得し、当該加算経路に従い、観測フレームを用いて信号の再加算を行うバックトラック再加算部４と、バックトラック再加算部４により処理されたフレームから再加算値が上位の信号を抽出する信号抽出部５と、信号抽出部５により抽出された信号に対し、セルの位置が重複している信号を統合した上で、目標信号として出力する目標信号抽出部６とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標を観測するセンサにより得られたフレームに対してセル毎に評価関数を用いてＴＢＤ（Ｔｒａｃｋ  Ｂｅｆｏｒｅ  Ｄｅｔｅｃｔ）処理を行い、当該ＴＢＤ処理後のフレームから前記評価関数が上位のセルを抽出するＴＢＤ処理部と、
前記ＴＢＤ処理部によるＴＢＤ処理でのセル毎の信号の加算元であるセルの選択履歴を示す情報を保持する選択履歴保持部と、
前記選択履歴保持部に保持された選択履歴を示す情報を用いて、前記ＴＢＤ処理部により抽出された上位のセルに対してバックトラック処理を行って加算経路を取得し、当該加算経路に従い、前記センサにより得られたフレームを用いて信号の再加算を行うバックトラック再加算部と、
前記バックトラック再加算部により処理されたフレームから再加算値が上位の信号を抽出する信号抽出部と、
前記信号抽出部により抽出された信号に対し、セルの位置が重複している信号を統合した上で、目標信号として出力する目標信号抽出部と
を備えた目標追尾装置。
【請求項２】
前記ＴＢＤ処理部により抽出された上位のセルに対し、前記選択履歴保持部に保持された選択履歴を示す情報から、セルの位置が重複している選択履歴のうち前記評価関数が上位の１つのセルの選択履歴以外の選択履歴を除外する競合解消部を備え、
前記バックトラック再加算部は、前記競合解消部による処理後の選択履歴を示す情報を用いて前記バックトラック処理を行う
ことを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標を観測するセンサにより得られたフレームに対してＴＢＤ（Ｔｒａｃｋ  Ｂｅｆｏｒｅ  Ｄｅｔｅｃｔ）処理を行い、目標信号を検出する目標追尾装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学センサ又はレーダ等の目標を観測するセンサにおいて、単一フレームの目標信号が微弱な場合には、複数フレームに渡る信号を加算することによって目標の信号強度を上げ、さらにランダムに発生する雑音等の信号を相殺する。その結果、目標信号を強調して抽出を容易とすることができる。
【０００３】
しかしながら、フレーム間に相当する時刻の間で目標の運動による移動幅が大きい場合、目標が位置するセル（分解能セル）がフレーム間で同一とはならない。そのため、フレーム間で同一セルの信号を加算しても目標信号は加算できない。よって、上記のような目標信号の強調の効果が期待できなくなる。
したがって、目標信号を加算するためには、フレーム間に相当する時刻の間における目標の運動分のセルの移動を考慮し、目標信号が含まれるセルをフレーム毎に選択しながら加算する必要がある。
【０００４】
これを実現する方式の一つとして、ＴＢＤ法が挙げられる（例えば非特許文献１参照）。
ＴＢＤ法は、セル単位で評価関数が最大となる加算元を探索する方法である。なお、評価関数とは、経路に沿った推移確率と振幅値の尤度との総和である。すなわち、図８に示すように、第ｋフレームの注目セル８０１では、１つ前の第ｋ−１フレームの探索領域８０２内で評価関数が最大となる相手８０３を加算元として選択する。なお図８において符号８０４は、フレーム間での目標の移動を示している。この処理を全セル及び全フレームで行うことで、動きを伴う信号加算が可能となる。
【０００５】
信号加算において目安となるトラックスコア、すなわち評価関数は、下式（１）から計算する。
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ここで、Ｐ（Ａｋ｜Ａｋ−１）は目標がセルＡｋ−１からセルＡｋへ状態遷移する確率であり、予め想定した目標の運動モデルより算出する。この運動モデルとしては、単純にフレーム空間を等速で移動するモデル、又は直交座標上での運動を２次元に射影した運動に基づくモデル等を用いる。また、ｐ（ｚｋ｜Ａｋ）は目標がセルＡｋに存在した場合の振幅値の確率密度であり、ｐ（ｚｋ｜Ｈ０）は目標が存在しない場合の振幅値の確率密度であり、受信機雑音モデルより算出する。
【０００６】
この評価関数を１フレーム前の信号の加算に適用することで、運動の尤もらしさと振幅値に関する尤度の高さを両立した信号を選択できる。そして、この再帰的処理を第ｋフレームから第１フレームまで遡って繰り返すことで、加算値（振幅値）の高い信号を目標信号として抽出することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】S.Buzzi,M.Lops and L.Venturino，“Track-before-detect procedures for early detection of moving target from airborne radars”，IEEE Trans. Aerospace Electron. Sys.，vol.41，no.3，pp.937-954，Jul. 2005.
【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、ＴＢＤ法では、全てのセルが、評価関数が最大となる加算元を選択する。そのため、図９に示すように、加算結果はフレーム全体で振幅値が高くなり、目標９０１付近全体で高振幅のセル群９０２を形成するようになるという課題があった。これは、目標信号のセル付近の雑音のみを成分とするセルが、ＴＢＤ法により目標の信号を加算して成長し、目標付近に誤った高振幅の信号として現れてしまうためである。図９の例では、目標が中心から左側に移動している場合を示している。
また、ＴＢＤ法では、振幅値の高い加算元を全セルが独立に選ぶ。そのため、振幅値の高いセルが存在する場合、その周辺は全体的に振幅が高くなる。よって、その近傍に別目標が存在すると、その目標を消失するという課題があった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＴＢＤ法を用いた目標信号抽出において、フレーム全体の振幅値が高くなることを回避し、且つ高振幅値のセル周辺のセルの振幅値が高くなることを回避できる目標追尾装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る目標追尾装置は、目標を観測するセンサにより得られたフレームに対してセル毎に評価関数を用いてＴＢＤ処理を行い、当該ＴＢＤ処理後のフレームから評価関数が上位のセルを抽出するＴＢＤ処理部と、ＴＢＤ処理部によるＴＢＤ処理でのセル毎の信号の加算元であるセルの選択履歴を示す情報を保持する選択履歴保持部と、選択履歴保持部に保持された選択履歴を示す情報を用いて、ＴＢＤ処理部により抽出された上位のセルに対してバックトラック処理を行って加算経路を取得し、当該加算経路に従い、センサにより得られたフレームを用いて信号の再加算を行うバックトラック再加算部と、バックトラック再加算部により処理されたフレームから再加算値が上位の信号を抽出する信号抽出部と、信号抽出部により抽出された信号に対し、セルの位置が重複している信号を統合した上で、目標信号として出力する目標信号抽出部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、上記のように構成したので、ＴＢＤ法を用いた目標信号抽出において、フレーム全体の振幅値が高くなることを回避し、且つ高振幅値のセル周辺のセルの振幅値が高くなることを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る目標追尾装置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に係る目標追尾装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る目標追尾装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る目標追尾装置の動作例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る目標追尾装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る目標追尾装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２に係る目標追尾装置の動作例を示す図である。
【図８】ＴＢＤ法の原理を説明する図である。
【図９】ＴＢＤ法による信号の加算結果例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る目標追尾装置の構成を示すブロック図である。
目標追尾装置は、光学センサ又はレーダ等の目標を観測するセンサ５０により得られたフレーム（観測フレーム）に対してＴＢＤ処理を行うことによって、単一フレームでは微弱で検出困難な目標信号を検出するものである。この目標追尾装置は、図１に示すように、ＴＢＤ処理部１、選択履歴保持部２、記録部３、バックトラック再加算部４、信号抽出部５及び目標信号抽出部６から構成されている。
【００１４】
ＴＢＤ処理部１は、センサ５０により得られた観測フレームに対し、セル毎に、評価関数を用いてＴＢＤ処理を行うものである。このＴＢＤ処理では、観測フレームのセル毎に、保持している過去の各観測フレームとの間で、目標の移動を仮定して信号の加算を繰り返す。そして、ＴＢＤ処理部１は、ＴＢＤ処理後のフレーム（加算フレーム）から、評価関数が上位のセルを抽出する。なお、評価関数が上位のセルを抽出する加算フレームは、最終フレームでもよいし、途中フレームでもよい。また、加算フレームから抽出する上位のセルとして、評価関数が上位から規定数のセルを抽出するようにしてもよいし、また、評価関数が閾値以上のセルを全て抽出するようにしてもよい。
このＴＢＤ処理部１により処理された加算フレームのセル毎の信号の加算元であるセルの選択履歴を示す情報（選択履歴情報）は、選択履歴保持部２に出力される。また、ＴＢＤ処理部１により抽出された評価関数が上位のセルを示す情報（上位セル情報）は、記録部３に出力される。
【００１５】
選択履歴保持部２は、ＴＢＤ処理部１からの選択履歴情報を記録するものである。この選択履歴保持部２に記録された選択履歴情報は、所定のタイミングで記録部３に出力される。
【００１６】
記録部３は、ＴＢＤ処理部１からの上位セル情報、選択履歴保持部２からの選択履歴情報、及びバックトラック再加算部４による信号の再加算結果（再加算フレーム）を記録するものである。この記録部３に記録された上位セルの選択履歴情報はバックトラック再加算部４により読み出され、また、再加算フレームは信号抽出部５により読み出される。
【００１７】
バックトラック再加算部４は、記録部３から読み出した上位セルの選択履歴情報を用いてバックトラック処理を行い、当該上位セルに対する加算経路を取得するものである。そして、バックトラック再加算部４は、取得した加算経路に従い、センサ５０により得られた観測フレームを用いて信号の再加算を行う。このバックトラック再加算部４により信号が再加算されたフレーム（再加算フレーム）は記録部３に出力される。
【００１８】
信号抽出部５は、記録部３から読み出した再加算フレームから、再加算値（信号の振幅値）が上位の信号を抽出するものである。この再加算フレームから抽出する上位の信号として、再加算値が上位から規定数の信号を抽出するようにしてもよいし、また、再加算値が閾値以上の信号を全て抽出するようにしてもよい。この信号抽出部５により抽出された信号は目標信号抽出部６に出力される。
【００１９】
目標信号抽出部６は、信号抽出部５からの信号に対し、セルの位置が重複している信号を統合した上で、目標信号として抽出するものである。
【００２０】
次に、上記のように構成された目標追尾装置を実現するためのハードウェア構成の一例を、図２を参照しながら説明する。
目標追尾装置のハードウェア構成は、例えば図２に示すように、プロセッサ１１及びメモリ１２から構成されている。
【００２１】
この図２において、図１に示す記録部３はメモリ１２で実現される。また、図１に示すＴＢＤ処理部１、選択履歴保持部２、バックトラック再加算部４、信号抽出部５及び目標信号抽出部６は、メモリ１２に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ１１により実現される。また、複数のプロセッサ１１及び複数のメモリ１２が連携して上記機能を実行してもよい。
【００２２】
次に、上記のように構成された目標追尾装置の動作について、図３，４を参照しながら説明する。実施の形態１の目標追尾装置では、ＴＢＤ処理部１による従来と同様の通常処理を行った後、バックトラック再加算処理、信号抽出処理及び目標信号抽出処理を行うことで、加算経路のセル重複選択を回避する。
【００２３】
この目標追尾装置の動作では、図３に示すように、まず、ＴＢＤ処理部１は、センサ５０により得られた観測フレームに対し、セル毎に、評価関数を用いてＴＢＤ処理を行う（ステップＳＴ３０１）。このＴＢＤ処理部１により処理された加算フレームのセル毎の信号の加算元であるセルの選択履歴を示す情報（選択履歴情報）は、選択履歴保持部２を介して記録部３に記録される。
【００２４】
次いで、ＴＢＤ処理部１は、ＴＢＤ処理後のフレーム（加算フレーム）から評価関数が上位のセルを抽出する（ステップＳＴ３０２）。ＴＢＤ処理部１により抽出された評価関数が上位のセルを示す情報（上位セル情報）は、記録部３に記録される。
このＴＢＤ処理部１によるステップＳＴ３０１，３０２の処理は、従来と同様の通常処理である。
【００２５】
次いで、バックトラック再加算部４は、記録部３から読み出した上位セルの選択履歴情報を用いてバックトラック処理を行い、当該上位セルに対する加算経路を取得する（ステップＳＴ３０３）。
次いで、バックトラック再加算部４は、取得した加算経路に従い、センサ５０により得られた観測フレームを用いて信号の再加算を行う（ステップＳＴ３０４）。レーダ信号の場合には、インコヒーレントに加算する。
【００２６】
ここで、ＴＢＤ処理部１により得られた加算フレームでは、目標の周囲のセルでの加算結果を含んだ状態となっている。そこで、バックトラック再加算部４では、バックトラック処理によって、上位セルの信号がどのような経路を辿ったかを把握し、その経路に沿って加算をし直す。これにより、セルの重複選択を回避でき、余計な加算を排除することができる。図４の例では、Ｎ個の上位セル（第１〜Ｎの仮目標）に対して、バックトラック処理を行い（図４の符号４０１）、信号の再加算を行った場合（図４の符号４０２）を示している。なお図４の例では、加算フレームでの評価関数が高い順に第１，２，…，Ｎの仮目標に設定している。
このバックトラック再加算部４により信号が再加算されたフレーム（再加算フレーム）は記録部３に記録される。
【００２７】
次いで、信号抽出部５は、記録部３から読み出した再加算フレームから、再加算値（信号の振幅値）が上位の信号を抽出する（ステップＳＴ３０５）。この信号抽出処理によって、再加算フレームから、振幅値の積み上がりが大きな信号のみを抽出する。そして、振幅値の積み上がりの小さい信号については、この時点で目標信号候補から除外する。図４の例では、第１，２の仮目標では信号が積み上がるが、第Ｎ−１，Ｎの仮目標では信号が積み上がらないため、この第Ｎ−１，Ｎの仮目標を除外している。この信号抽出部５により抽出された信号は目標信号抽出部６に出力される。
【００２８】
次いで、目標信号抽出部６は、信号抽出部５からの信号に対し、セルの位置が重複している信号を統合した上で、目標信号として抽出する（ステップＳＴ３０６）。図４の例では、第１，２の仮目標はセルの位置が異なるため、それぞれ異なる第１，２の目標として抽出している。
【００２９】
以上のように、この実施の形態１によれば、加算フレームの上位セルに対し、選択履歴からバックトラック処理により加算経路を取得し、当該加算経路に従って観測フレームを用いて信号の再加算を行うように構成したので、ＴＢＤ処理における信号の広がりによる目標信号の不確定性の拡大を抑えることができる。よって、ＴＢＤ法を用いた目標信号抽出において、フレーム全体の振幅値が高くなることを回避し、且つ高振幅値のセル周辺のセルの振幅が高くなることを回避できる。
【００３０】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る目標追尾装置の構成を示す図である。この図５に示す実施の形態２に係る目標追尾装置は、図１に示す実施の形態１に係る目標追尾装置に競合解消部７を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
【００３１】
競合解消部７は、記録部３から読み出した上位セルの選択履歴情報から、セルの位置が重複している選択履歴のうち評価関数が上位の１つのセルの選択履歴以外の選択履歴を除外するものである。この際、通常は、セルの位置が重複している選択履歴のうち評価関数が最上位のセルの選択履歴以外の選択履歴を除外する。この競合解消部７により処理された上位セルの選択履歴情報はバックトラック再加算部４に出力される。なお競合解消部７は、例えば図２に示すプロセッサ１１により実現される。
また、バックトラック再加算部４は、競合解消部７による処理後の上位セルの選択履歴情報を用いてバックトラック処理を行う。
【００３２】
次に、上記のように構成された目標追尾装置の動作について、図６，７を参照しながら説明する。実施の形態２の目標追尾装置では、ＴＢＤ処理部１による従来と同様の通常処理を行った後、競合解消処理、バックトラック再加算処理、信号抽出処理及び目標信号抽出処理を行うことで、加算経路のセル重複選択を回避する。
【００３３】
この目標追尾装置の動作では、図６に示すように、まず、ＴＢＤ処理部１は、センサ５０により得られた観測フレームに対し、セル毎に、評価関数を用いてＴＢＤ処理を行う（ステップＳＴ６０１）。このＴＢＤ処理部１により処理された加算フレームのセル毎の信号の加算元であるセルの選択履歴を示す情報（選択履歴情報）は、選択履歴保持部２を介して記録部３に記録される。
【００３４】
次いで、ＴＢＤ処理部１は、ＴＢＤ処理後のフレーム（加算フレーム）から、評価関数が上位のセルを抽出する（ステップＳＴ６０２）。ＴＢＤ処理部１により抽出された評価関数が上位のセルを示す情報（上位セル情報）は、記録部３に記録される。
このＴＢＤ処理部１によるステップＳＴ６０１，６０２の処理は、従来と同様の通常処理である。
【００３５】
次いで、競合解消部７は、記録部３から読み出した上位セルの選択履歴情報から、セルの位置が重複している選択履歴のうち評価関数が上位の１つのセルの選択履歴以外の選択履歴を除外する（ステップＳＴ６０３）。図７の例では、加算フレームでの評価関数が高い順に第１，２，…，Ｎの仮目標に設定し、このＮ個の上位セル（仮目標）について選択履歴の照合を行っている。そして、第１の仮目標と第２の仮目標の選択履歴において同一のセルを選択している（図７の符号７０１）。この場合、第１，２の仮目標は同一の目標信号であると見做し、評価関数が最上位である選択履歴（第１の仮目標）のみを抽出し、それ以外（第２の仮目標）は除外する。また、図７の例では、第Ｎ−１の仮目標と第Ｎの仮目標の選択履歴でも同一のセルを選択しているため、評価関数が最上位である選択履歴（第Ｎ−１の仮目標）のみを抽出し、他方（第Ｎの仮目標）を除外する。この競合解消部７により処理された選択履歴を示す情報はバックトラック再加算部４に出力される。
【００３６】
次いで、バックトラック再加算部４は、競合解消部７による処理後の上位セルの選択履歴情報を用いてバックトラック処理を行い、上位セルに対する加算経路を取得する（ステップＳＴ６０４）。
次いで、バックトラック再加算部４は、取得した加算経路に従い、センサ５０により得られた観測フレームを用いて信号の再加算を行う（ステップＳＴ６０５）。レーダ信号の場合には、インコヒーレントに加算する。
【００３７】
ここで、ＴＢＤ処理部１により得られた加算フレームでは、目標の周囲のセルでの加算結果を含んだ状態となっている。そこで、バックトラック再加算部４では、バックトラック処理によって、上位セルの信号がどのような経路を辿ったかを把握し、その経路に沿って加算をし直す。これにより、セルの重複選択を回避でき、余計な加算を排除することができる。図７の例では、競合解消部７による処理後の（Ｎ−２）個の上位セルに対して、バックトラック処理を行い（図７の符号７０２）、信号の再加算を行った場合（図７の符号７０３）を示している。
このバックトラック再加算部４により信号が再加算されたフレーム（再加算フレーム）は記録部３に記録される。
【００３８】
次いで、信号抽出部５は、記録部３から読み出した再加算フレームから、再加算値（信号の振幅値）が上位の信号を抽出する（ステップＳＴ６０６）。この信号抽出処理によって、再加算フレームから、振幅値の積み上がりが大きな信号のみを抽出する。そして、振幅値の積み上がりの小さい信号については、この時点で目標信号候補から除外する。図７の例では、第１の仮目標では信号が積み上がるが、第Ｎ−１の仮目標では信号が積み上がらないため、この第Ｎ−１の仮目標を除外している。この信号抽出部５により抽出された信号は目標信号抽出部６に出力される。
【００３９】
次いで、目標信号抽出部６は、信号抽出部５からの信号に対し、セルの位置が重複している信号を統合した上で、目標信号として抽出する（ステップＳＴ６０７）。図７の例では、第１の仮目標を第１の目標として抽出している。
【００４０】
以上のように、この実施の形態２によれば、上位セルの選択履歴情報から、セルの位置が重複している選択履歴のうち評価関数が上位の１つの選択履歴以外の選択履歴を除外した後、バックトラック処理を行うように構成したので、実施の形態１における効果をより高めることができる。
【００４１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ＴＢＤ処理部、２  選択履歴保持部、３  記録部、４  バックトラック再加算部、５  信号抽出部、６  目標信号抽出部、７  競合解消部、１１  プロセッサ、１２  メモリ、５０  センサ。
【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】
2016127530.tif 000010
【図８】
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【図９】
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