(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測手段により得られた観測情報に基づいて目標の追尾処理を実行する目標追尾装置において、
前記観測情報並びに前回推定された目標の位置および速度ベクトルから各追尾中の目標について予測ベクトルを計算する予測情報計算手段と、
前記観測情報に基づく現時刻における各観測ベクトルが前記予測ベクトルから所定の範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段と、
前記所定の範囲内に存在するすべての、または複数の前記観測ベクトルおよび前記予測ベクトルから目標の位置および速度ベクトルを推定する目標推定手段と、
前記所定の範囲の大きさに対応した航跡信頼度を前記観測情報から計算する航跡信頼度計算手段と、
前記航跡信頼度に基づいて前記追尾中の目標が消滅したか否かを判定する第２の判定手段と
を備えることを特徴とする目標追尾装置。
【請求項２】
航跡信頼度計算手段は、目標が存在しないで追尾を行なっている確率である前記所定の範囲の大きさに対応した第１の確率と目標が存在してメモリトラックを行なっている確率である第２の確率との比を航跡信頼度として計算する
ことを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
【請求項３】
第２の判定手段は、航跡信頼度に基づいて、目標が消滅したと判定するか、目標が存在すると判定するか、または判定を保留する
ことを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
【請求項４】
第２の判定手段により消滅したと判定されなかった目標の位置を表示する表示手段を備える
ことを特徴とする請求項１または請求項３記載の目標追尾装置。
【請求項５】
予測情報計算手段は、観測手段により得られる観測雑音のクロスレンジ方向のばらつきの大きさに応じて、所定の期間だけ目標の速度ベクトルを固定して予測ベクトルを計算する
ことを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
【請求項６】
第２の判定手段は、追尾用と表示用の２種類のしきい値を使用して目標が消滅したか否かをそれぞれ判定し、
表示手段は、前記表示用のしきい値での判定により消滅したと判定されなかった目標の位置を表示する
ことを特徴とする請求項４記載の目標追尾装置。
【請求項７】
オペレータの操作に応じた時刻から目標消滅の判定を第２の判定手段に実行させる判定開始時刻制御手段を備える
ことを特徴とする請求項４記載の目標追尾装置。
【請求項８】
観測手段により得られた観測情報に基づいて目標の追尾処理を実行する目標追尾方法において、
前記観測情報並びに前回推定された目標の位置および速度ベクトルから各追尾中の目標について予測ベクトルを計算するステップと、
前記観測情報に基づく現時刻における各観測ベクトルが前記予測ベクトルから所定の範囲内にあるか否かを判定するステップと、
前記所定の範囲内に存在するすべての、または複数の前記観測ベクトルおよび前記予測ベクトルから目標の位置および速度ベクトルを推定するステップと、
前記所定の範囲の大きさに対応した航跡信頼度を前記観測情報から計算するステップと、
前記航跡信頼度に基づいて前記追尾中の目標が消滅したか否かを判定するステップと
を備えることを特徴とする目標追尾方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、観測手段により得られた観測情報に基づいて目標の追尾処理を実行する目標追尾装置および目標追尾方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は例えば特開平７−２０２３９号公報に記載の従来の目標追尾装置の構成を表すブロック図である。図１２において、１はレーダシステムなどのセンサや信号処理回路を有し、極座標（すなわち、距離、仰角および方位角）で得られる観測値を北基準直交座標に座標変換して観測ベクトルを計算し、目標信号と不要信号との比であるＳ／Ｎ比、目標が探知される確率である探知確率、不要信号を目標信号と誤る確率である誤警報確率および不要信号発生頻度を計算し、さらに、極座標（すなわち、距離、仰角および方位角）で得られる観測雑音ベクトルの共分散行列を計算する観測手段である。
【０００３】
１０１は観測手段１により探知された目標を追尾するために、後述の予測処理、平滑処理およびゲート処理を実行するα−βフィルタによる追尾処理手段である。なお、α−βフィルタとは、カルマンフィルタにおいてサンプリング間隔を一定として、また、フィルタゲインを一定として、座標系の１軸のみのデータを他の軸の情報を無視して処理するフィルタである。
【０００４】
３は追尾中の目標の位置などを表示する表示手段であり、１０２は追尾している目標の航跡信頼度を計算する航跡信頼度計算手段であり、１０３は航跡信頼度に基づいて目標が消滅したか否かを判定する航跡信頼度判定手段である。
【０００５】
ここで、観測手段１に係わる座標系について説明する。図１３は観測手段１に係わる座標系を説明する図である。
【０００６】
図において、Ｏはセンサの位置であり、Ｔは追尾目標の位置であり、Ｒは追尾目標の位置Ｔとセンサの位置Ｏとの間の距離であり、Ｅはセンサの位置Ｏと追尾目標の位置Ｔとを結ぶ線分ＯＴがＸＹ平面となす仰角であり、Ｂはセンサの位置Ｏと追尾目標の位置Ｔとを結ぶ線分ＯＴのＸＹ平面への正射影ベクトルがＸ軸となす方位角である。さらに、［Ｒ，Ｅ，Ｂ］は極座標を表し、［Ｘ，Ｙ，Ｚ］は北基準直交座標を表す。以下、特に断わらない場合、「座標」というときは、北基準直交座標［Ｘ，Ｙ，Ｚ］を表すこととする。
【０００７】
次に動作について説明する。
観測手段１は、センサから極座標（すなわち、距離、仰角および方位角）で得られる観測値を北基準直交座標に座標変換して観測ベクトルを計算する。さらに観測手段１は、目標信号と不要信号との電力比を表すＳ／Ｎ比、目標が探知される確率である探知確率、不要信号を目標信号と誤る確率である誤警報確率、不要信号発生頻度、および、極座標で得られる観測雑音ベクトルの誤差共分散行列を計算する。
【０００８】
次に、α−βフィルタによる追尾処理手段１０１は、α−βフィルタにより予測処理、ゲート判定および平滑処理を実行する。図１４はα−βフィルタによる追尾処理手段１０１における追尾処理を説明する図である。なお、図１４において、平滑値、予測値および観測値は平滑ベクトル、予測ベクトルおよび観測ベクトルをそれぞれ表すものとし、特に断りのない場合、平滑値、予測値および観測値は平滑ベクトル、予測ベクトルおよび観測ベクトルをそれぞれ表すものとする。
【０００９】
追尾処理では、図１４に示すように、１サンプリング前の平滑値から１サンプリング時間だけ外挿して現時刻の予測値が計算される。そして、現時刻の予測値を中心に、目標存在が期待される範囲であるゲートを考える。次にゲート内に存在する目標信号および不要信号を含む観測値のうち、ゲートの中心である予測値に最も近い観測値１を目標信号と推定する。さらにその観測値１および予測値から現時刻の平滑値が計算される。以下、この処理を目標が消滅したと判定されるまで繰り返し実行する。
【００１０】
次に予測処理、ゲート処理および平滑処理の詳細について説明する。
α−βフィルタによる予測処理は、式（１）に従って、目標の推定位置および速度を表す平滑ベクトルから予測ベクトルを計算することにより行なわれる。すなわち、１サンプリング前に得られた平滑ベクトルから目標の位置を１サンプリング分だけ外挿して、現時刻の予測ベクトルが計算される。
ｘk（−）＝Φk-1ｘk-1（＋）                            （１）
ただし、ｘk（−）は予測ベクトル、Φkは状態遷移行列、
ｘk（＋）は平滑ベクトルとする。
【００１１】
ここで、予測ベクトルは式（２）で表され、平滑ベクトルは式（３）で表され、状態遷移行列Φk は式（４）で表される。
ｘk（−）＝［ｘk（−）ｙk（−）ｚk（−）ｄｘk（−）ｄｙk（−）ｄｚk（−）］                                                          （２）
ただし、ｘk（−）は予測位置のｘ成分、ｄｘk（−）は予測速度のｘ成分、
ｙk（−）は予測位置のｙ成分、ｄｙk（−）は予測速度のｙ成分、
ｚk（−）は予測位置のｚ成分、ｄｚk（−）は予測速度のｚ成分
とする。
【００１２】
ｘk（＋）＝［ｘk（＋）ｙk（＋）ｚk（＋）ｄｘk（＋）ｄｙk（＋）ｄｚk（＋）］                                                          （３）
ただし、ｘk（＋）は平滑位置のｘ成分、ｄｘk（＋）は平滑速度のｘ成分、
ｙk（＋）は平滑位置のｙ成分、ｄｙk（＋）は平滑速度のｙ成分、
ｚk（＋）は平滑位置のｚ成分、ｄｚk（＋）は平滑速度のｚ成分
とする。
【００１３】
【数１】
0003739622.tif 000002
【００１４】
次にゲート処理について説明する。
ゲート処理では、現時刻の予測ベクトルを中心として目標存在が期待される範囲をゲートとして考え、そのゲート内に存在する観測ベクトルから目標信号と推定される１つの観測ベクトルが選択される。すなわち、予測値と観測値との残差が所定のしきい値以下の場合に観測値がゲート内であると判定され、残差が最小である観測ベクトルが目標信号として選択される。このときのしきい値、すなわちゲートサイズには、予め決められた固定値が使用される。
【００１５】
そしてα−βフィルタによる平滑処理は、式（５）に従って予測ベクトルおよび目標信号とされた観測ベクトルに基づいて平滑ベクトルを計算することにより行われる。すなわち、その観測ベクトルと予測ベクトルの位置成分との残差に対してゲイン行列Ｋk で重み付けをしたベクトルを予測ベクトルに加算して平滑ベクトルが計算される。
ｘk（＋）＝ｘk（−）＋Ｋk（ｚk−Ｈｘk（−））          （５）
ただし、Ｋkはゲイン行列、Ｈは観測行列、
ｚkは観測ベクトルとする。
【００１６】
ここで、観測ベクトルは式（６）で表され、観測行列Ｈは式（７）で表される。
ｚk＝［ｘk,0  ｙk,0  ｚk,0］                          （６）
ただし、ｘk,0は観測位置のｘ成分、ｙk,0は観測位置のｙ成分
ｚk,0は観測位置のｚ成分とする。
【００１７】
Ｈ＝［Ｉ  Ｏ］                                      （７）
なお、観測行列Ｈは、予測ベクトルや平滑ベクトルの位置成分を抽出する働きをする。
【００１８】
また、式（５）におけるゲイン行列Ｋk としては、ゲート内に観測ベクトルが存在する場合には式（８）に示すものを使用し、ゲート内に観測ベクトルが存在しない場合には式（９）に示すものを使用する。なお、式（８）における定数ａ，ｂの値は、目標真位置に対する観測の曖昧さや目標運動の曖昧さを考慮して例えば式（１０）を解いて設定する。
【数２】
0003739622.tif 000003
【００１９】
【数３】
0003739622.tif 000004
【００２０】
【数４】
0003739622.tif 000005
【００２１】
このようにして、予測処理、ゲート処理および平滑処理が実行される。そして、α−βフィルタによる追尾処理手段１０１は、ゲート処理において、観測値がゲート内に存在しなかった回数、つまりメモリトラックになる回数を航跡信頼度判定手段１０３に供給する。メモリトラックとは、式（５）に示す平滑処理におけるゲイン行列Ｋk を式（９）に示すように零行列として、平滑ベクトルとして予測ベクトルを使用することをいう。
【００２２】
一方、航跡信頼度計算手段１０２は、観測手段１により得られた目標の探知確率ＰD に基づいて式（１１）に従って航跡信頼度λk を計算する。
λk＝１−ＰD                                （１１）
ただし、λkは航跡信頼度、ＰDは目標の探知確率とする。
【００２３】
次に航跡信頼度判定手段１０３は、航跡信頼度計算手段１０２より計算された航跡信頼度λk に基づいて式（１２）の左辺に示す航跡信頼度の累積（メモリトラック期間のすべての航跡信頼度の積）を計算する。特に断りのない場合、この航跡信頼度の累積を航跡累積信頼度と呼ぶ。
【数５】
0003739622.tif 000006
【００２４】
そして、航跡信頼度判定手段１０３は、式（１２）に示す条件を満足しない場合、すなわち航跡累積信頼度が所定のしきい値ＴＨ０以上である場合、目標が消滅したと判定し、その目標についての追尾処理を終了する旨の制御信号をα−βフィルタによる追尾処理手段１０１に供給し、そうでない場合には、その目標についての追尾処理を継続する旨の制御信号を供給する。
【００２５】
そして、α−βフィルタによる追尾処理手段１０１は、航跡信頼度判定手段１０３から追尾処理を継続する旨の制御信号を供給されると、式（５）に従って計算した平滑ベクトルを表示手段３へ供給し、その平滑ベクトルを目標の位置として表示手段３に表示させる。一方、追尾処理を終了する旨の制御信号を供給されると、α−βフィルタによる追尾処理手段１０１は追尾処理を終了する。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の目標追尾装置および目標追尾方法は以上のように構成されているので、式（１１）のように航跡信頼度を計算する際に上述のゲートの大きさを考慮していないため、航跡信頼度が正確に計算されない可能性があるなどの課題があった。
【００２７】
ゲートが大きい場合には観測値が得られる可能性が高くなるのでメモリトラックになりにくくなり、逆にゲートが小さい場合にはメモリトラックになり易くなることから、本来、航跡信頼度はゲートの大きさに依存するものである。
【００２８】
また、式（１２）に示すように航跡累積信頼度が所定のしきい値ＴＨ０より小さいか否かを目標消滅の判定条件としているので、探知確率ＰD が一定である場合、消滅判定されるまでのメモリトラックの回数Ｎが一意に決定されてしまい、目標消滅の判定が正確に実行されない可能性があるという課題があった。
【００２９】
すなわち、目標の探知確率が小さい場合にはゲート内に目標信号が得られにくくなるのでメモリトラックになり易くなり、逆に目標の探知確率が大きい場合にはメモリトラックになりにくくなるので、不要信号が存在せずゲート内に目標信号のみが存在する自由空間の場合にはよいが、目標以外からの信号がゲート内に存在する不要信号環境の場合には、目標の探知確率が正確に反映されず目標消滅の判定が正確に実行されない可能性がある。さらに目標消滅の判定が正確でない場合、本来消滅している目標が継続して追尾されて誤航跡が増え、表示手段３に表示された本来の目標航跡をオペレータが確認することが困難になる可能性がある。
【００３０】
さらに、従来の目標追尾装置および目標追尾方法は以上のように構成されているので、クロスレンジ方向における観測雑音のばらつきが大きい場合、目標の真の速度ベクトルが正確に得られなくなるため、追尾の継続が困難になる可能性があるなどの課題があった。
【００３１】
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、予測ベクトルから所定の範囲内に各観測ベクトルがあるか否かを判定し、所定の範囲内に存在するすべての、または複数の観測ベクトルおよび予測ベクトルから目標の位置を推定し、その所定の範囲の大きさに対応した航跡信頼度を観測情報から計算し、その航跡信頼度に基づいて追尾中の目標が消滅したか否かを判定するようにして、航跡信頼度を正確に計算し、不要信号環境においても安定して目標消滅の判定を正確に実行することができる目標追尾装置および目標追尾方法を得ることを目的とする。
【００３２】
また、クロスレンジ方向における観測雑音のばらつきが大きい場合には所定期間だけ目標の速度ベクトルを固定するようにして、正確に追尾を継続することができる目標追尾装置および目標追尾方法を得ることを目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る目標追尾装置は、観測情報並びに前回推定された目標の位置および速度ベクトルから各追尾中の目標について予測ベクトルを計算する予測情報計算手段と、観測情報に基づく現時刻における各観測ベクトルが予測ベクトルから所定の範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段と、その所定の範囲内に存在するすべての、または複数の観測ベクトルおよび予測ベクトルから目標の位置および速度ベクトルを推定する目標推定手段と、その所定の範囲の大きさに対応した航跡信頼度を観測情報から計算する航跡信頼度計算手段と、その航跡信頼度に基づいて追尾中の目標が消滅したか否かを判定する第２の判定手段とを備えるものである。
【００３４】
この発明に係る目標追尾装置は、目標が存在しないで追尾を行なっている確率である所定の範囲の大きさに対応した第１の確率と目標が存在してメモリトラックを行なっている確率である第２の確率との比を航跡信頼度として計算するようにしたものである。
【００３５】
この発明に係る目標追尾装置は、第２の判定手段が航跡信頼度に基づいて、目標が消滅したと判定するか、目標が存在すると判定するか、または判定を保留するようにしたものである。
【００３６】
この発明に係る目標追尾装置は、消滅したと判定されなかった目標の位置を表示する表示手段を備えるようにしたものである。
【００３７】
この発明に係る目標追尾装置は、観測手段により得られる観測雑音のクロスレンジ方向のばらつきの大きさに応じて所定の期間だけ目標の速度ベクトルを固定して予測ベクトルを計算するようにしたものである。
【００３８】
この発明に係る目標追尾装置は、追尾用と表示用の２種類のしきい値を使用して目標が消滅したか否かをそれぞれ判定し、表示用のしきい値での判定により消滅したと判定されなかった目標のみについてその位置を表示手段が表示するようにしたものである。
【００３９】
この発明に係る目標追尾装置は、オペレータの操作に応じた時刻から目標消滅の判定を第２の判定手段に実行させる判定開始時刻制御手段を備えるようにしたものである。
【００４０】
この発明に係る目標追尾方法は、観測情報並びに前回推定された目標の位置および速度ベクトルから各追尾中の目標について予測ベクトルを計算するステップと、観測情報に基づく現時刻における各観測ベクトルが予測ベクトルから所定の範囲内にあるか否かを判定するステップと、その所定の範囲内に存在するすべての、または複数の観測ベクトルおよび予測ベクトルから目標の位置および速度ベクトルを推定するステップと、その所定の範囲の大きさに対応した航跡信頼度を観測情報から計算するステップと、その航跡信頼度に基づいて追尾中の目標が消滅したか否かを判定するステップとを備えるものである。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図１において、１はレーダシステムなどのセンサや信号処理回路を有し、極座標（すなわち、距離、仰角および方位角）で得られる観測値を北基準直交座標に座標変換して観測ベクトルを計算し、目標信号と不要信号との比であるＳ／Ｎ比、目標が探知される確率である探知確率ＰD 、不要信号を目標信号と誤る確率である誤警報確率および不要信号発生頻度βＦＴk を計算し、さらに、極座標（すなわち、距離、仰角および方位角）で得られる観測雑音ベクトルの共分散行列Ｂk を計算する観測手段である。
【００４２】
２は観測手段１により探知された目標を追尾するためにカルマンフィルタに基づいて予測処理、ゲート処理および後述のＡＮ（All Neighbor）法による平滑処理を実行する追尾処理手段（予測情報計算手段、第１の判定手段、目標推定手段）であり、３は追尾中の目標の位置、すなわち航跡などを表示する表示手段である。
【００４３】
４は追尾処理手段２によるゲート処理の結果に応じて、ゲートサイズに対応した航跡信頼度を観測情報から計算する航跡信頼度計算手段であり、５はその航跡信頼度に基づいて追尾中の目標が消滅したか否かを判定する航跡信頼度判定手段（第２の判定手段）である。
【００４４】
ここで、観測手段１に係わる座標系について説明する。
図１３において、Ｏはセンサの位置であり、Ｔは追尾目標の位置であり、Ｒは追尾目標の位置Ｔとセンサの位置Ｏとの間の距離であり、Ｅはセンサの位置Ｏと追尾目標の位置Ｔとを結ぶ線分ＯＴがＸＹ平面となす仰角であり、Ｂはセンサの位置Ｏと追尾目標の位置Ｔとを結ぶ線分ＯＴのＸＹ平面への正射影ベクトルがＸ軸となす方位角である。さらに、［Ｒ，Ｅ，Ｂ］は極座標を表し、［Ｘ，Ｙ，Ｚ］は北基準直交座標を表す。以下、特に断わらない場合、「座標」というときは、北基準直交座標［Ｘ，Ｙ，Ｚ］を表すこととする。
【００４５】
観測手段１は、センサから極座標（すなわち、距離、仰角および方位角）で得られる観測値を北基準直交座標に座標変換して観測ベクトルを計算する。さらに観測手段１は、目標信号と不要信号との電力比を表すＳ／Ｎ比、目標が探知される確率である探知確率ＰD 、不要信号を目標信号と誤る確率である誤警報確率、不要信号発生頻度βＦＴk 、および、極座標で得られる観測雑音ベクトルの誤差共分散行列Ｂk を計算する。
【００４６】
次に動作について説明する。
図２はこの実施の形態１による目標追尾装置の動作について説明するフローチャートである。
【００４７】
まずステップＳＴ１において、追尾処理手段２は予測処理を実行し、現時刻の予測ベクトルおよび予測誤差共分散行列Ｐk （−）を予測情報として計算する。
【００４８】
このとき追尾処理手段２は、式（１）と同様に式（１３）に従って現時刻の予測ベクトルを計算し、式（１４）に従って１サンプリング前の平滑処理により計算された平滑誤差共分散行列Ｐk （＋）および１サンプリング前の状態遷移行列Φk-1 から現時刻の予測誤差共分散行列Ｐk （−）を計算する。
ｘｋ（−）＝Φk-1ｘk-1（＋）                    （１３）
ただし、ｘｋ（−）は予測ベクトル、Φkは状態遷移行列、
ｘk（＋）は平滑ベクトルとする。
【００４９】
【数６】
0003739622.tif 000007
【００５０】
なお、式（１４）の右辺第２項は、運動の位置の曖昧さを決める駆動雑音ベクトルの共分散行列Ｑk を駆動雑音ベクトルの変換行列Γ１k により変換したものであって運動の速度の曖昧さを表すものであり、予め計算しておく。また、状態遷移行列Φk は式（４）に示すものである。
【００５１】
なお、駆動雑音ベクトルおよびその変換行列は、予め仮定されている目標の運動モデルに基づいて定められる。目標の運動モデルの一例を式（１５）に示す。この運動モデルでは、式（１６）に示すように駆動雑音ベクトルが平均ベクトルおよび共分散行列Ｑk に基づく２変量白色正規分布に従って変動するものと仮定する。
ｘk＝Φk-1ｘk-1＋Γ１k-1ｗk-1                      （１５）
ただし、ｘkは目標の位置および速度の真値を示すベクトル、
ｗk-1は駆動雑音ベクトル
【００５２】
ｗk〜Ｎ（ｏ，Ｑk）                            （１６）
ただし、ｏは平均ベクトルとする。
【００５３】
なお、式（１６）における駆動雑音ベクトルの共分散行列Ｑk は式（１７）に示すものであり、式（１５）における駆動雑音ベクトルの変換行列Γ１k は式（１８）に示すものである。
【００５４】
Ｑk＝ｑＩ，ｑ＝σa2・Ｔ                      （１７）
【００５５】
【数７】
0003739622.tif 000008
【００５６】
ただし、この運動モデルは一例であり、目標の運動に応じて他の運動モデルを使用することも勿論可能である。その場合には、上記の駆動雑音ベクトルの共分散行列Ｑk および駆動雑音ベクトルの変換行列Γ１k は、その運動モデルに対応するものに変更する。
【００５７】
次にステップＳＴ２において、観測手段１により得られた現時刻の観測ベクトル、観測雑音ベクトルの共分散行列Ｂk 、探知確率ＰD 、不要信号発生頻度βＦＴk などの各種観測情報が適宜各部に供給される。
【００５８】
そしてステップＳＴ３において、追尾処理手段２はゲート処理を実行する。このとき追尾処理手段２はまずオペレータにより設定された（または予め設定された）ゲート内確率ＰGkに対応するゲートサイズｄのゲートを設定し、現時刻の各観測ベクトルについてゲートの内外判定を行なう。
【００５９】
目標信号をゲートに含めることができるゲートサイズｄの分布がカイ２乗分布に従うものとすると、ゲート内確率ＰGkとゲートサイズｄとの関係は式（１９）に示すようになるので、予め両者の関係をテーブルとして保持し、設定されたゲート内確率ＰGkに対応するゲートサイズｄをそのテーブルを参照して決定する。ｎ＝３の場合、このテーブルは例えば下記のようになる。
【数８】
0003739622.tif 000009
【００６０】
【表１】
0003739622.tif 000010
【００６１】
そして追尾処理手段２は、予測ベクトルからゲートサイズの範囲内に各観測ベクトルがあるか否かを判定し、ゲート内に存在する観測ベクトルを抽出する。
【００６２】
上記のようにゲートサイズを決定することにより、式（２０）に示すように、観測ベクトルと予測ベクトルとの残差の誤差共分散がゲートサイズ以下になる。
【数９】
0003739622.tif 000011
【００６３】
ここで、予測観測ベクトルは式（２１）に示すものであり、予測観測値の誤差共分散行列Ｓk は式（２２）に示すものである。
ｚk（−）＝Ｈｘk（−）                        （２１）
ただし、Ｈは観測行列とする。
【００６４】
【数１０】
0003739622.tif 000012
【００６５】
なお、観測雑音ベクトルおよびその変換行列は、予め仮定されている観測モデルに基づいて定められる。観測モデルの一例を式（２３）に示す。この観測モデルでは、式（２４）に示すように観測雑音ベクトルが平均ベクトルおよび共分散行列Ｂk に基づく２変量白色正規分布に従って変動するものと仮定する。
ｚk＝Ｈｘk＋Γ２k＋ｖk                      （２３）
ただし、ｖkは観測雑音ベクトルとする。
【００６６】
ｖk〜Ｎ（ｏ，Ｂk）                          （２４）
【００６７】
なお、式（２４）における観測雑音ベクトルの共分散行列Ｂk は式（２５）に示すようになり、式（２３）における観測雑音ベクトルの変換行列Γ２k は式（２６）に示すようになる。
【００６８】
【数１１】
0003739622.tif 000013
【００６９】
【数１２】
0003739622.tif 000014
【００７０】
ただし、この観測モデルは一例であり、他の観測モデルを使用することも勿論可能である。その場合には、上記の観測雑音ベクトルの共分散行列Ｂk および観測雑音ベクトルの変換行列Γ２k は、その観測モデルに対応するものに変更する。
【００７１】
次にステップＳＴ４において、航跡信頼度計算手段４はゲートサイズｄに対応するゲート内確率ＰGkをパラメータとして観測情報から航跡信頼度θk を計算する。
【００７２】
図３は実施の形態１による目標追尾装置において観測された各観測ベクトルの尤度および信頼度の一例を示す図である。例えば図３（ａ），（ｂ）に示すように、各観測ベクトル（図３では観測ベクトル１，２）についてゲートの中心である予測ベクトルからの相対距離およびその相対距離の場合の確率に対応する信頼度βk,i および尤度γk,i が計算される。航跡信頼度計算手段４は、式（２７）に従ってメモリトラックの尤度γk,0 を計算し、式（２８）に従って各ゲート内観測ベクトルについて尤度γk,i を計算した後、式（２９）に従ってメモリトラックの信頼度βk,0 を計算する。このとき、予測観測値の誤差共分散行列Ｓk は式（２２）に従って計算され、ゲート内観測ベクトル、その個数ｍk 、および予測誤差共分散行列Ｐk （−）は追尾処理手段２より供給され、観測情報については観測手段１より供給される。
【数１３】
0003739622.tif 000015
【００７３】
γk,i＝ｇ（ｚk,i；ｚk（−），Ｓk）ＰD              （２８）
ただし、γk,iは現時刻におけるゲート内観測ベクトルの尤度（ｉ＞０）、
ｚk,iは現時刻におけるゲート内の観測ベクトルとし、
ｇ（）は正規分布を表す。
【００７４】
【数１４】
0003739622.tif 000016
【００７５】
そして航跡信頼度計算手段４は、式（３０）に従って航跡信頼度θk を計算する。このとき、目標の探知確率ＰD は観測手段１より供給される。
【数１５】
0003739622.tif 000017
【００７６】
なお、式（３０）では、目標が存在しないで追尾を行なっている確率（１−ＰD ・ＰGk）と、目標が存在してメモリトラックを行なっている確率、すなわちメモリトラックの信頼度βk,0 との比が航跡信頼度θk とされている。したがって、ゲートサイズｄに対応するゲート内確率ＰGkが式（３０）に含まれるため、ゲートサイズｄを考慮した航跡信頼度θk が計算される。
【００７７】
次に航跡信頼度判定手段５が、ステップＳＴ５において、航跡信頼度計算手段４により計算された航跡信頼度θk から航跡累積信頼度（式（３１）、式（３２）の左辺）を計算し、ステップＳＴ６において、目標が消滅したか否かを判定し、その判定結果を追尾処理手段２に供給する。このとき航跡信頼度判定手段５は、式（３１）を満足する場合には目標が消滅したと判定し、式（３２）を満足する場合には目標が存在すると判定し、それ以外の場合（すなわち式（３３）を満足する場合）には判定を保留する。
【数１６】
0003739622.tif 000018
【００７８】
式（３１）〜式（３３）における第１種の誤りの確率ＰeIおよび第２種の誤りの確率ＰeII は、統計学において、帰無仮説が真であるにも関わらず真でないとする誤りをする確率、および帰無仮説が真でないにも関わらず真であるとする誤りをする確率をそれぞれ表している。この場合の帰無仮説は「目標が実際に存在しない」ことである。またその対立仮説は「目標が実際に存在する」ことである。下記の表は、第１種の誤りの確率ＰeIおよび第２種の誤りの確率ＰeII と帰無仮説および対立仮説との関係を示している。
【００７９】
【表２】
0003739622.tif 000019
【００８０】
なお、式（３１）〜式（３３）における第１種の誤りの確率ＰeIおよび第２種の誤りの確率ＰeII は、判定の厳しさに応じてオペレータが事前に決めておく。例えばＰeI＝ＰeII ＝０．２と設定すると、式（３１）〜式（３３）の２つのしきい値ＰeII ／（１−ＰeI），（１−ＰeII ）／ＰeIは０．２５と４．０になる。
【００８１】
そして目標が消滅した場合、ステップＳＴ７においてその目標についての追尾処理を終了し、それ以外の場合、その目標についての追尾処理を継続し、ステップＳＴ８に進む。
【００８２】
ステップＳＴ８において、追尾処理手段２は、目標が存在する旨または判定保留の判定結果を供給されると、その目標についての平滑ベクトルおよび平滑誤差共分散行列Ｐk （＋）を平滑情報として計算する。
【００８３】
このとき追尾処理手段２はまず式（３４）に従って予測ベクトルおよびゲート内観測ベクトルに基づいて平滑ベクトルを計算する。
ｘk（＋）＝ｘk（−）＋Ｋkｖk                    （３４）
ただし、ｘk（＋）は平滑ベクトル、Ｋkはゲイン行列、
ｖkは信頼度で重みづけした残差の総和とする。
【００８４】
ここで、信頼度で重み付けした残差の総和は式（３５）および式（３６）に従って計算され、ゲイン行列Ｋk は式（３７）に従って計算される。
【数１７】
0003739622.tif 000020
【００８５】
ｖk,i＝ｚk,i−Ｈｘk（−）  （ｉ＝１，・・・，ｍk）      （３６）
ただし、ｚk,iは現時刻におけるゲート内の各観測ベクトルとする。
【００８６】
【数１８】
0003739622.tif 000021
【００８７】
なお、各ゲート内観測ベクトルの信頼度βk,i は式（２９）に従って計算される。このとき各ゲート内観測ベクトルの尤度γk,i は航跡信頼度計算手段４より供給される。
【００８８】
そして追尾処理手段２は式（３８）および式（３９）に従って平滑誤差共分散行列Ｐk （＋）を計算する。
【数１９】
0003739622.tif 000022
【００８９】
Ｐk’（＋）＝（Ｉ−ＫkＨ）Ｐk（−）              （３９）
【００９０】
このように、従来の目標追尾装置におけるＮＮ（Nearest Neighbor）法と比較すると、ＮＮ法ではゲートの中心である予測値に最も近い観測値のみを平滑処理の対象とするが、ＡＮ法ではゲート内のすべての観測値を平滑処理の対象として平滑値を計算する。なお、ゲート内の観測値のうちのすべてではなく、そのうちの複数の観測値から平滑値を計算するようにしてもよい。
【００９１】
次にステップＳＴ９において、追尾処理手段２は、計算した平滑ベクトルを現時刻での目標の位置として表示手段３に供給する。表示手段３は、存在すると判定された目標についての平滑ベクトルに基づくその目標の位置と、判定が保留された目標についての平滑ベクトルに基づくその目標の位置とを別個に表示する。すなわち、表示手段３は１つの表示画面において両者を切り換えて表示したり、２つの表示画面において両者をそれぞれ表示したりする。
【００９２】
そしてステップＳＴ１０において、装置の処理を終了するか否かを判断し、処理を終了しない場合、ステップＳＴ１１において、サンプリング時刻ｔk の番号ｋをｋ＋１に更新して、次のサンプリング時刻ｔk+1 についてのステップＳＴ１〜ステップＳＴ９の処理を実行する。
【００９３】
以上のように、この実施の形態１によれば、予測ベクトルから所定の範囲のゲート内に各観測ベクトルがあるか否かを判定し、ゲート内に存在するすべての、または複数の観測ベクトルおよび予測ベクトルから目標の位置を推定し、そのゲートの大きさに対応した航跡信頼度を観測情報から計算し、その航跡信頼度に基づいて追尾中の目標が消滅したか否かを判定するようにしたので、航跡信頼度を正確に計算し、不要信号環境においても安定して目標消滅の判定を正確に実行することができるという効果が得られる。
【００９４】
また、この実施の形態１によれば、航跡信頼度に基づいて、目標が消滅したと判定するか、目標が存在するか、または判定を保留するようにしたので、消滅しそうな目標については判定が保留されやすくなり、判定が保留された目標の位置を別個に表示することにより目標の追尾状態を把握することができるという効果が得られる。
【００９５】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図４において、１１は観測手段１により得られる観測雑音のクロスレンジ方向のばらつきの大きさが所定のしきい値以上になった場合、追尾処理手段２における予測ベクトルのうちの予測速度（ｄｘk （−），ｄｙk （−），ｄｚk （−））（目標の速度ベクトル）を所定のサンプリング数の期間だけ固定させるゲート中心固定制御手段である。なお、図４におけるその他の構成要素については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００９６】
次に動作について説明する。
図５はこの発明の実施の形態２による目標追尾装置の動作について説明するフローチャートであり、図６は観測雑音のクロスレンジ方向のばらつきの大きい場合の予測ベクトルについて説明する図である。
【００９７】
ステップＳＴ２１において、ゲート中心固定制御手段１１は、観測手段１により得られる観測雑音のクロスレンジ方向のばらつきの大きさが所定のしきい値以上になった場合、予測ベクトルのうちの予測速度（ｄｘk （−），ｄｙk （−），ｄｚk （−））を所定のサンプリング数の期間だけ固定させる制御信号を追尾処理手段２に供給する。追尾処理手段２はその制御信号を受け取ると、所定のサンプリング数の期間だけ、その制御信号を受け取る直前の平滑速度に予測速度を固定して上述の各種処理を実行する。
【００９８】
なお、図５に示すその他の動作については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００９９】
例えば図６に示すように、時刻ｔk+2 において、観測雑音のクロスレンジ方向のばらつきの大きさが所定のしきい値以上になった場合、時刻ｔk+2 ，ｔk+3 における予測速度が時刻ｔk+1 の平滑速度に固定される。このようにすることにより、図６に示す例において時刻ｔk+4 での観測値がゲート内に入る可能性が高くなる。
【０１００】
以上のように、この実施の形態２によれば、クロスレンジ方向における観測雑音のばらつきが大きい場合には所定期間だけ目標の速度ベクトルを固定するようにしたので、正確に追尾を継続することができるという効果が得られる。
【０１０１】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図７において、２１は航跡信頼度判定手段５を制御して、追尾用の第１種および第２種の誤りの確率の組み（ＰeI，ＰeII ）に基づいて判定を実行させるとともに、その組みより目標が消滅判定されやすい表示用の第１種および第２種の誤りの確率の組み（ＰeI，ＰeII ）に基づいて判定を実行させ、追尾処理手段２を制御して、表示用の組みでの判定により消滅したと判定されなかった目標の平滑ベクトルを現時刻での目標の位置として表示手段３に供給させ、追尾用の組みでの判定により消滅したと判定されなかった目標についての追尾処理を実行させる表示制御手段である。なお、図７におけるその他の構成要素については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【０１０２】
次に動作について説明する。
図８はこの発明の実施の形態３による目標追尾装置の動作について説明するフローチャートである。
【０１０３】
表示制御手段２１は、ステップＳＴ３１において、航跡信頼度判定手段５を制御して、表示用の第１種および第２種の誤りの確率の組みに基づいて判定を実行させ、ステップＳＴ６において、追尾用の第１種および第２種の誤りの確率の組みに基づいて判定を実行させる。
【０１０４】
そしてステップＳＴ７において、追尾処理手段２は、追尾用の組みでの判定結果に基づいて目標が消滅したと判断した目標の追尾処理を終了する。さらにステップＳＴ８において、追尾処理手段２は、追尾用の組みでの判定結果に基づいて消滅しなかったと判断された目標のみについて平滑処理を実行する。
【０１０５】
次にステップＳＴ９において、表示制御手段２１は、追尾処理手段２を制御して、表示用の組みでの判定により消滅したと判定されなかった目標の平滑ベクトルを現時刻での目標の位置として表示手段３に供給させる。
【０１０６】
なお、図８に示すその他の動作については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【０１０７】
このように上述の追尾用と表示用の２種類の確率の組み（ＰeI，ＰeII ）により２種類のしきい値の組み（式（３１）の右辺の値と式（３２）の右辺の値）をそれぞれ設定して判定を実行すると、表示用のしきい値により消滅したと判定されなかった目標は、追尾用のしきい値により消滅したと判定されなかった目標より少なくなるため、表示手段３により表示される目標が追尾中の目標より少なくなる。
【０１０８】
以上のように、この実施の形態３によれば、追尾用と表示用の２種類のしきい値を使用して目標が消滅したか否かをそれぞれ判定し、表示用のしきい値での判定により消滅したと判定されなかった目標のみについてその位置を表示するようにしたので、表示手段３により表示される目標が追尾中の目標より適度に少なくなり、目標の航跡や位置などを視認し易くすることができるという効果が得られる。
【０１０９】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図９において、３１はオペレータの操作に応じた時刻から目標消滅の判定を追尾処理手段２に実行させる判定開始時刻制御手段である。なお、図９におけるその他の構成要素については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【０１１０】
次に動作について説明する。
図１０はこの発明の実施の形態４による目標追尾装置における判定開始時刻制御手段３１の動作について説明するフローチャートであり、図１１はこの発明の実施の形態４による目標追尾装置の動作について説明するフローチャートである。
【０１１１】
判定開始時刻制御手段３１は、ステップＳＴ４１において、オペレータの操作があるまで待機し、オペレータの操作があると、ステップＳＴ４２において、その操作により設定された時刻を航跡信頼度計算手段４および航跡信頼度判定手段５に供給し、その時刻からステップＳＴ４〜ステップＳＴ７の処理を実行させる。なお、図示せぬ操作部に対するオペレータによる操作の情報がその操作部から判定開始時刻制御手段３１に供給される。
【０１１２】
そして航跡信頼度計算手段４および航跡信頼度判定手段５は、その開始時刻に到達したか否かをステップＳＴ５１において判定し、その開始時刻に到達していると判断した場合には、ステップＳＴ４〜ステップＳＴ７の処理を実行し、そうでない場合には、目標が存在する旨の制御信号を追尾処理手段２に供給し、追尾処理を実行させる。
【０１１３】
なお、図１１に示すその他の動作については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【０１１４】
これにより、オペレータは、多くの目標や不要信号が存在する高密度環境であると判断した場合には目標消滅判定を実行させずに、高密度環境と判断した場合に図示せぬ操作部を操作して目標消滅の判定の開始時刻を判定開始時刻制御手段３１に供給する。なお、目標消滅の判定の開始時刻の代わりとして目標消滅の判定の開始命令を供給して、その時点から目標消滅の判定を開始させるようにしてもよい。
【０１１５】
以上のように、この実施の形態４によれば、オペレータの操作に応じた時刻から目標消滅の判定を実行させる判定開始時刻制御手段を備えるようにしたので、例えば高密度環境の場合のみ、オペレータの操作に応じて柔軟に目標消滅判定を実行させることができるという効果が得られる。
【０１１６】
なお、上記実施の形態においては、運動系および観測系が３次元であるが、２次元の場合でも同様に本発明を適用することができる。
【０１１７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、観測情報並びに前回推定された目標の位置および速度ベクトルから各追尾中の目標について予測ベクトルを計算し、観測情報に基づく現時刻における各観測ベクトルが予測ベクトルから所定の範囲内にあるか否かを判定し、その所定の範囲内に存在するすべての、または複数の観測ベクトルおよび予測ベクトルから目標の位置および速度ベクトルを推定し、その所定の範囲の大きさに対応した航跡信頼度を観測情報から計算し、その航跡信頼度に基づいて追尾中の目標が消滅したか否かを判定するように構成したので、航跡信頼度を正確に計算し、不要信号環境においても安定して目標消滅の判定を正確に実行することができるという効果がある。
【０１１８】
この発明によれば、航跡信頼度に基づいて、目標が消滅したと判定するか、目標が存在するか、または判定を保留するようにしたので、消滅しそうな目標については判定が保留されやすくなり、判定が保留された目標の位置を別個に表示することにより目標の追尾状態を把握することができるという効果がある。
【０１１９】
この発明によれば、観測手段により得られる観測雑音のクロスレンジ方向のばらつきの大きさに応じて所定の期間だけ目標の速度ベクトルを固定して予測ベクトルを計算するように構成したので、正確に追尾を継続することができるという効果がある。
【０１２０】
この発明によれば、追尾用と表示用の２種類のしきい値を使用して目標が消滅したか否かをそれぞれ判定し、表示用のしきい値での判定により消滅したと判定されなかった目標のみについてその位置を表示するように構成したので、表示手段により表示される目標が追尾中の目標より適度に少なくなり、目標の航跡や位置などを視認し易くすることができるという効果がある。
【０１２１】
この発明によれば、オペレータの操作に応じた時刻から目標消滅の判定を第２の判定手段に実行させる判定開始時刻制御手段を備えるようにしたので、例えば高密度環境の場合のみ、オペレータの操作に応じて柔軟に目標消滅判定を実行させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  この実施の形態１による目標追尾装置の動作について説明するフローチャートである。
【図３】  実施の形態１による目標追尾装置において観測された各観測ベクトルの尤度および信頼度の一例を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。
【図５】  この発明の実施の形態２による目標追尾装置の動作について説明するフローチャートである。
【図６】  観測雑音のクロスレンジ方向のばらつきの大きい場合の予測ベクトルについて説明する図である。
【図７】  この発明の実施の形態３による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。
【図８】  この発明の実施の形態３による目標追尾装置の動作について説明するフローチャートである。
【図９】  この発明の実施の形態４による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】  この発明の実施の形態４による目標追尾装置における判定開始時刻制御手段の動作について説明するフローチャートである。
【図１１】  この発明の実施の形態４による目標追尾装置の動作について説明するフローチャートである。
【図１２】  従来の目標追尾装置の構成を表すブロック図である。
【図１３】  観測手段に係わる座標系を説明する図である。
【図１４】  α−βフィルタによる追尾処理手段における追尾処理を説明する図である。
【符号の説明】
１  観測手段、２  追尾処理手段（予測情報計算手段、第１の判定手段、目標推定手段）、３  表示手段、４  航跡信頼度計算手段、５  航跡信頼度判定手段（第２の判定手段）、３１  判定開始時刻制御手段。
【図１】
0003739622.tif 000023
【図２】
0003739622.tif 000024
【図３】
0003739622.tif 000025
【図４】
0003739622.tif 000026
【図５】
0003739622.tif 000027
【図６】
0003739622.tif 000028
【図７】
0003739622.tif 000029
【図８】
0003739622.tif 000030
【図９】
0003739622.tif 000031
【図１０】
0003739622.tif 000032
【図１１】
0003739622.tif 000033
【図１２】
0003739622.tif 000034
【図１３】
0003739622.tif 000035
【図１４】
0003739622.tif 000036