(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する物体に搭載され目標の方位を継続的に測定するセンサ部と、標定装置の位置および姿勢角を検出する座標検出部と、上記目標の方位と上記位置および姿勢角データとから最小自乗法によるバッチ処理フィルタを用いて大気圏外を弾道飛行または自由飛行する目標の位置および速度を計算する標定演算部と、最小自乗法によるバッチ処理フィルタを利用した標定計算のための初期値を方位や輝度等目標の放出するエネルギー強度から計算した位置に基づいて生成する初期値生成部とを具備したことを特徴とする標定装置。
【請求項２】
上記標定演算部の目標軌道標定計算の収束を過去Ｎ回の標定計算から得られた位置および速度の分散を評価することにより判定する時系列分散評価収束判定部を具備したことを特徴とする請求項１記載の標定装置。
【請求項３】
複数の標定計算を実行する並列標定演算部と、方位や輝度等目標の放出するエネルギー強度から計算した位置に基づいて初期値を複数個生成する並列初期値生成部と、上記並列標定演算部において得られる複数個の目標軌道標定計算の収束を同一時刻に得られる全ての位置および速度の分散を評価することにより判定し出力する同一時刻分散評価収束判定部とを具備したことを特徴とする請求項１記載の標定装置。
【請求項４】
複数の標定計算を実行する並列標定演算部と、方位や輝度等目標の放出するエネルギー強度から計算した位置に基づいて初期値を複数個生成する並列初期値生成部と、上記並列標定演算部において得られる複数個の目標軌道標定計算の収束をそれぞれの過去Ｎ回の標定計算から得られた位置および速度の分散を評価することにより判定し最初に収束したものを標定結果として出力する最短時間収束標定結果判定部とを具備したことを特徴とする請求項１記載の標定装置。
【請求項５】
上記センサ部として赤外線の異なる２波長帯の各々に感度のある赤外光検出素子を有し移動目標の各波長帯毎の輝度と方位を継続的に測定する二波長帯センサ部と、上記初期値生成部として上記センサ部の２つの赤外光検出素子から得られた輝度情報と検出波長帯に対応する大気透過率とから上記標定演算部に対して初期値を与える二波長帯利用初期値生成部とを具備したことを特徴とする請求項１記載の標定装置。
【請求項６】
上記センサ部で測定した目標の方位と上記座標検出部からの位置および姿勢角データを送信するためのデータ送信部と、地上に設置され上記データ送信部からのデータを受信するデータ受信部とを具備したことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の標定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は移動する物体に搭載され、移動する目標の軌道を標定する標定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
目標の位置の標定を行うための装置としてはレーダ、レーザ測距装置、アクティブソナー等のように目標に向けて発振した電磁波、音波などのエネルギー波が反射して返ってくるまでの時間を計測し、エネルギー波の速度とから計算される距離とエネルギー波の到来方向を合わせて標定する方式（以下アクティブ標定方式）を用いるアクティブセンサを利用した装置が知られているが、これらの方式では目標の速度が大きい場合や目標までの距離が遠い場合には、エネルギー波を目標に当てられる確率が低くなる欠点がある。
【０００３】
また、赤外線検出素子、光検出素子、パッシブソナー等目標から発振されている電磁波、音等を捕らえるセンサを用い、目標の存在する方位を経時的に測定し、最小自乗法によるパッチ処理型フィルタと呼ばれるアルゴリズムを用いて目標の軌道を標定する方法（以下バッチ処理型パッシブ標定方式）を用いた標定装置が知られている。最小自乗法によるバッチ処理型フィルタは制御工学の分野で用いられるアルゴリズムで、制御する対象をモデル化し、その状態を表わすパラメータの一部が観測できるものとし、得られた観測値とパラメータの統計的な振舞いから制御する対象の状態を推定するものである。
【０００４】
図２４は従来の標定装置のブロック図である。移動する物体に搭載されるこの標定装置はセンサ部１、座標検出部２、および標定演算部３とから構成される。センサ部１は目標の方位を継続的に測定する。座標検出部２は標定装置の位置および姿勢角を検出する。標定演算部３は、センサ部１で測定した目標の方位と座標検出部２からの標定装置の位置および姿勢角データから最小自乗法によるバッチ処理フィルタを用いて大気圏外を弾道飛行または自由飛行する目標の位置および速度を計算する。
【０００５】
図２５は標定装置を搭載した航空機４と目標５の相対位置関係と座標系を示した図である。図２５のようにエレベーション方位６をθ、アジマス方位７をψ、距離８をｒとする（装置原点北基準局所座標系９で表わす）。
【０００６】
図２６はセンサ部１のブロック図を表したものである。センサ部１に入射する目標５から放出された赤外線１０は赤外光学系１１を透過した後２次元アレイの赤外検出素子１２に入射し光電変換がなされ、電気信号１３になる。各素子毎の出力した電気信号１３はアンプ１４で増幅され、増幅された信号１５は画像生成部１６により画像１７が生成される。画像１７は目標抽出部１８と目標方位計測部１９に入力され、装置軸基準目標方位２０が出力される。図２７は生成される画像１７を示したものである。目標抽出部１８は生成された画像１７中から輝度が背景に比べ高い等の特徴的な領域を探すことにより目標５の領域を抽出し、目標５の領域の中心２１を計算する。目標方位計測部１９では、画像１７の画像中心２２と目標５の領域の中心２１との差２３から装置軸基準目標方位２０を計算し、出力する。また、画像１７は目標輝度計測部２４にも出力される。目標輝度計測部２４では、画像１７中の目標の領域の輝度２５を計測し、出力する。
【０００７】
座標検出部２はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）およびＩＲＵ（慣性基準装置）により、地球中心慣性座標系を基準とした標定装置の位置および装置原点北基準局所座標系を基準とした標定装置の姿勢角を検出し出力する。図２８に標定装置の基準軸２６、装置原点北基準局所座標系９、および標定装置の姿勢角２７の関係を示す。
【０００８】
図２９は標定演算部３のブロック図である。標定演算部３は観測量ベクトル計算部２８、観測量ベクトル記憶部２９、検出座標記憶部３０、標定計算部３１により構成される。センサ部１から得られるある時点での装置軸基準目標方位２０は観測量ベクトル計算部２８に出力される。同じ時点での座標検出部２の観測データのうち標定装置の位置３２は検出座標記憶部３０に、標定装置の姿勢角２７は観測量ベクトル計算部２８と検出座標記憶部３０に出力される。観測量ベクトル計算部２８では、センサ部１から得られる装置軸基準目標方位２０と、座標検出部２から得られる標定装置の姿勢角２７とから装置原点北基準局所座標系９における観測量ベクトル３３が計算され、観測量ベクトル記憶部２９に出力される。観測量ベクトル記憶部２９では入力される全ての観測量ベクトル３３を観測量ベクトル時系列３４として記憶し、標定計算部３１に出力する。検出座標記憶部３０では入力される標定装置の姿勢角２７および位置３２の全てを検出座標データ時系列３５として記憶し、標定計算部３１に出力する。標定計算部３１では観測量ベクトル記憶部２９から得られる観測量ベクトル時系列３４と、検出座標記憶部３０から得られる検出座標データ時系列３５と、予め定められた予測初期状態量ベクトル初期値３６とから最小自乗法によるバッチ処理フィルタの計算が行われ、最尤予測初期状態量ベクトル３７が得られる。そして最尤予測初期状態量ベクトル３７を用い各時刻で目標の最尤推定状態量ベクトルが計算される。
【０００９】
パッシブ標定のアルゴリズムでは観測できるパラメータを目標の方位とし、対象の状態を表わすパラメータ（状態量ベクトル）を地球中心慣性座標系における目標の絶対位置および速度ベクトルとする。また、目標の運動とセンサの移動による目標の方位の推移をモデル化することにより最小自乗法によるバッチ処理型フィルタのアルゴリズムを適用している。最小自乗法によるバッチ処理型フィルタのアルゴリズムを図３０に示す。大気圏外を弾道飛行または自由飛行する物体の運動は地球の重力のみを外力とする運動とみなせる。このような確定した運動をする物体の軌道を推定するには、ある決まった時刻での物体の状態を表わすパラメータ（以下状態量ベクトル）として地球中心慣性座標系における三次元絶対位置および速度ベクトルを推定すればよい。状態量ベクトルは数１と表せる。
【００１０】
【数１】
0003843529.tif 000002
【００１１】
目標はセンサ部１によって観測され、座標検出部２で計測される標定装置の姿勢角と合わせて、装置原点北基準局地座標系９での目標５のエレベーション方位およびアジマス方位が得られる。これらを観測量ベクトルと呼ぶ。時点ｉでの観測量ベクトルは数２と表せる。ただしψｉとθｉを時点ｉの観測におけるアジマス方位およびエレベーション方位とする。
【００１２】
【数２】
0003843529.tif 000003
【００１３】
時点０での状態量ベクトルを予測し、予測初期状態量ベクトル３８とする。特に標定開始時においては予め設定された予測初期状態量ベクトル初期値３６を用いる。予測初期状態量ベクトル３８は数３と表せる。
【００１４】
【数３】
0003843529.tif 000004
【００１５】
上記予測初期状態量ベクトル３８を用い、時点１からＮまでの全ての予測状態量ベクトルが計算され、予測状態量ベクトル時系列３９を得る。これらと時点０からＮまでのセンサ部の位置から各時点における予測観測量ベクトル時系列４０が得られる。時点ｉにおける予測観測量ベクトルは数４と表せる。
【００１６】
【数４】
0003843529.tif 000005
【００１７】
上記の時点０からＮにおける予測観測量ベクトルと、同一時点での実際の観測量ベクトルの差から、予測観測量誤差ベクトルが求められる。予測観測量誤差ベクトルは数５と表せる。
【００１８】
【数５】
0003843529.tif 000006
【００１９】
評価関数４１として時点０からＮまでの予測観測量誤差ベクトルの絶対値の総和をとる。この評価関数は数６と表せる。ただしＮは観測回数の合計である。
【００２０】
【数６】
0003843529.tif 000007
【００２１】
この評価関数４１は初期状態量ベクトルによって変化する。よってこの評価関数４１を最小化する予測初期状態量ベクトル３８が最尤推定となる。この最小化には最小自乗法４２を用いる。最小自乗法４２は統計計算で広く用いられる手法がある。最小自乗法４２を用いるためには関数形が１次式である必要があるが、上記予測初期状態量ベクトル３８と予測観測量ベクトルの関係は非線形である。そこで逐次線形化による繰り返し計算によって予測初期状態量ベクトル３８を修正する。
【００２２】
具体的には以下の例に示す手順となる。例えば時点ｉにおける予測観測量ベクトルを、ｋ回目の修正による予測初期状態量ベクトルを用いて計算した予測観測量ベクトルを基準にテーラー展開して１次の項までの近似で表わすと数７となる。
【００２３】
【数７】
0003843529.tif 000008
【００２４】
これを用いると評価関数４１は近似式として数８と表せる。
【００２５】
【数８】
0003843529.tif 000009
【００２６】
そして、この新たな評価関数４１が各予測初期状態量ベクトルに関して停留する条件を求めることとする。そのためには数９において、数１０となる予測初期状態量ベクトル修正量４３を計算してｋ回目の修正による予測初期状態量ベクトル３８に足し合わせて、これを新しいｋ＋１回目の修正による予測初期状態量ベクトル更新値４４とすればよい。
【００２７】
【数９】
0003843529.tif 000010
【００２８】
【数１０】
0003843529.tif 000011
【００２９】
数１０は適当なサイズの行列ＡとベクトルＢを用いて、数１１のように表わすことができる。
【００３０】
【数１１】
0003843529.tif 000012
【００３１】
よって予測初期状態量ベクトル修正量４３は数１２と表せる。
【００３２】
【数１２】
0003843529.tif 000013
【００３３】
そして新たに得られた予測初期状態量ベクトル３８に関し同様の計算を行い、修正値が十分に小さくなるまで繰り返し計算を行い、予測初期状態量ベクトル３８の収束を図ることにより、各時点で最も確からしいと推定される状態量ベクトルが得られる。バッチ処理型パッシブ標定方式を用いた標定装置は、上記のような方法で時点０での状態量ベクトルとして最も確からしいと推定される値（最尤予測初期状態量ベクトル３７）を計算している。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の最小自乗法によるバッチ処理型フィルタを用いた標定方式では、計算開始時に与えられる推定状態量ベクトル初期値は経験的な値（例えば赤外線を利用した装置であれば目標の最大探知距離を元にして生成した予測初期状態量ベクトル初期値）を元にしており、標定結果の計算値が許容誤差内に収まるまでの時間（標定時間）が長いという問題点があった。
【００３５】
従来の最小自乗法によるバッチ処理型フィルタを用いた標定方式では、標定計算の収束判定において一通りの標定計算の結果しか用いないため、場合によっては標定結果の計算値が許容誤差内に収まるまでの時間（標定時間）が長いという問題点があった。
【００３６】
また標定演算の高速化を可能とする高速な計算機は移動する物体に搭載できない場合があるという問題点があった。
【００３７】
この発明は、最小自乗法によるバッチ処理型フィルタを用いたパッシブ標定方式において、精度よく短時間で標定するために必要である正確な推定状態量ベクトル初期値を得ることを目的とする。
【００３８】
この発明は、最小自乗法によるバッチ処理型フィルタを用いたパッシブ標定方式において、精度よく短時間で標定するために必要である標定計算の収束判定の効率化を可能にすることを目的とする。
【００３９】
この発明は、パッシブ標定方式の標定装置の標定演算に要する時間を短縮するため、高速な計算機の利用を可能にすることを目的とする。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
第１、第２および第６の発明に係わる標定装置においては、パッシブ標定方式において標定計算を行う場合に、標定計算の正確さに対して影響の大きい初期値の正確さを向上させるために、最小自乗法によるバッチ型フィルタによる標定計算を行う前段階として概略の位置を目標の方位と目標の輝度から計算される距離とを用いることにより経験的な値よりも正確な初期値を生成する初期値生成部を備える。
【００４１】
第２の発明に係わる標定装置においては、バッチ処理型パッシブ標定方式において標定計算を行う場合に、標定計算に要する時間の長さに対して影響の大きい標定計算の収束判定を効率化するために、過去Ｎ回の標定計算から得られた位置および速度の分散を評価することにより判定する時系列分散評価収束判定部を備える。
【００４２】
第３および第４の発明に係わる標定装置においては、パッシブ標定方式において標定計算を行う場合に、標定計算の正確さに対して影響の大きい初期値の正確さを向上させるために、最小自乗法によるバッチ型フィルタによる標定計算を行う前段階として概略の位置を目標の方位と目標の輝度から計算される距離とを用いることにより経験的な値よりも正確な初期値を複数個生成する並列初期値生成部を備える。
【００４３】
第３の発明に係わる標定装置においては、バッチ処理型パッシブ標定方式において標定計算を行う場合に、標定計算に要する時間の長さに対して影響の大きい標定計算の収束判定を効率化するために、標定計算部を複数個備え、同一時刻における標定計算部から得られた全ての位置および速度の分散を評価することにより判定する同一時刻分散評価収束判定部を備える。
【００４４】
第４の発明に係わる標定装置においては、バッチ処理型パッシブ標定方式において標定計算を行う場合に、標定計算に要する時間の長さに対して影響の大きい標定計算の収束を判定を効率化するために、標定演算部の過去Ｎ回の標定計算から得られた位置および速度の分散を評価することにより判定する時系列分散評価収束判定部を複数個備え、同一時点における全ての標定計算機における標定計算から得られた位置および速度のうち最初に収束したものを標定結果として採用する最短時間収束標定結果判定部を備える。
【００４５】
第５の発明に係わる標定装置においては、バッチ処理型パッシブ標定方式において標定計算を行う場合に、標定計算の正確さに対して影響の大きい初期値の正確さを向上させるために、最小自乗法によるバッチ型フィルタによる標定計算を行う前段階として概略の位置を目標の方位と異なる二つの波長の赤外センサで観測される目標の輝度から計算される距離とを用いることにより経験的な値よりも正確な初期値を生成する二波長融合初期値生成部を備える。
【００４６】
第６の発明に係わる標定装置においては、パッシブ標定方式で標定する場合に、地上設置型の高速計算機を利用し標定計算に要する時間に対して影響の大きい計算機性能の改善をはかるために、センサ部を搭載した移動する物体から地上の標定演算部にデータを伝送するため移動する物体に送信部を地上には受信部を備える。
【００４７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明が適用される標定装置のブロック図は図１に示される。この発明の適用される標定装置はセンサ部１、座標検出部２、初期値生成部４５、標定演算部３、表示部４６から構成される。図２はこの発明の適用される標定装置の全体を示す概要図である。標定装置は航空機４の胴体上部および胴体内部に搭載されている。表示部４６は標定演算部３の標定結果を表示する。
【００４８】
図３は初期値生成部４５のブロック図を表したものである。初期値生成部４５は目標方位計算部４７、一次距離計算部４８、予測初期状態量ベクトル初期値計算部４９からなる。目標方位計算部４７では、センサ部１により得られる装置軸基準目標方位２０と、座標検出部２により得られる標定装置の姿勢角２７とから装置原点北基準局所座標系９での目標方位（エレベーション方位６およびアジマス方位７）を計算する。一次距離計算部４８では、センサ部１より入力される目標の輝度２５を用い、以下に示すように一次距離５０を計算する。予測初期状態量ベクトル初期値計算部４９では目標のエレベーション方位６およびアジマス方位７と一次距離５０に、予め定められた速度を組み合わせることにより標定演算部３に与える予測初期状態量ベクトル初期値３６を計算し、出力する。
【００４９】
輝度は大気透過率と距離の関数であり、大気透過率は大気条件により計算可能である。目標の放射エネルギーが定まれば、輝度は距離により一意に定まる。目標の放射エネルギーは目標の放射投影面積と放射率と温度とから計算される。放射投影面積と放射率とは大抵の場合既知であるので目標の温度を仮定することにより目標の放射エネルギーが計算できる。輝度と距離の関係を図４に示す。この関係を用い、センサ部１で測定された輝度２５から目標５までの一次距離５０を計算することが可能である。この一次距離５０と装置原点北基準局所座標系９での目標方位（エレベーション方位６およびアジマス方位７）および標定装置の地球中心慣性座標系４における位置から、目標５の地球中心慣性座標系４における一次位置を求めることができる。この目標５の地球中心慣性座標系における一次位置と仮定される速度によって予測初期状態量ベクトル初期値３６を計算する。
【００５０】
上記のようにして求めたより正確な予測初期状態量ベクトル初期値３６から標定計算を開始することにより従来経験的に定めた予測初期状態量ベクトル初期値を用いるよりも正確かつ短時間での目標軌道の標定が可能となる。標定のシミュレーション例を図５に示す。計算開始時に与える予測初期状態量ベクトル初期値３６をより正確なものにすることにより従来の標定時間５１から標定時間５２のように短縮することができる。
【００５１】
実施の形態２．
この発明が適用される標定装置のブロック図は図６に示される。この発明の適用される標定装置はセンサ部１、座標検出部２、初期値生成部４５、標定演算部３、時系列分散評価収束判定部５３、および表示部４６から構成される。図７はこの発明の適用される標定装置の全体を示す概要図である。標定装置は航空機４の胴体上部および胴体内部に搭載されている。
【００５２】
図８は時系列分散評価収束判定部５３のブロック図である。時系列分散評価収束判定部５３は成分別時系列生成部５４、分散演算部５５、分散評価部５６、および収束値生成部５７からなる。成分別時系列生成部５４は、観測データが得られる毎に起動される上記標定演算部３から得られる最尤予測初期状態量ベクトル３７を各成分に分解し、その時系列を保存する。分散演算部５５は上記成分別時系列生成部５４で生成された時系列から平均値および分散を算出する。分散評価部５６では上記分散演算部５５で算出された分散を予め定められた分散評価基準と比較し、その大小関係を出力する。収束値生成部５７では、上記分散演算部５５で算出された分散が上記分散評価部５６で予め定められた分散評価基準以下の場合に、上記分散演算部５５で算出された各成分の平均値を組み合わせて最尤予測初期状態量ベクトル収束値５８を生成し出力する。
【００５３】
上記のようにして求めたより正確な予測初期状態量ベクトル初期値３６から標定計算を開始することにより従来経験的に定めた予測初期状態量ベクトル初期値を用いるよりも正確かつ短時間での目標軌道の標定が可能となる。さらに、最尤予測初期状態量ベクトル３７の収束を時系列分散評価収束判定部５３で決定することにより、短時間での標定を可能とする。
【００５４】
実施の形態３．
この発明が適用される標定装置のブロック図は図９に示される。この発明の適用される標定装置はセンサ部１、座標検出部２、並列初期値生成部５９、並列標定演算部６０、同一時刻分散評価収束判定部６１、および表示部４６から構成される。図１０はこの発明の適用される標定装置の全体を示す概要図である。標定装置は航空機４の胴体上部および胴体内部に搭載されている。
【００５５】
図１１は並列初期値生成部５９のブロック図である。並列初期値生成部５９は目標方位計算部４７、複数個の一次距離計算部４８、および複数個の予測初期状態量ベクトル初期値計算部４９からなる。それぞれの一次距離計算部４８は、目標５について異なった温度を仮定することで、センサ部１で計測される目標の輝度２５から複数の一次距離５０を算出する。それぞれの一次距離５０はさらに複数の予測初期状態量ベクトル初期値計算部４９入力される。一個の一次距離計算部４８に対応する複数の予測初期状態量ベクトル初期値計算部４９では、目標の方位４、一次距離５０、およびそれぞれ異なる予め定められた速度ベクトルを組み合わせて予測初期状態量ベクトル初期値３６を算出する。
【００５６】
図１２は並列標定演算部６０のブロック図である。並列標定演算部６０は観測量ベクトル計算部２８、観測量ベクトル記憶部２９、検出座標記憶部３０、および上記並列初期値生成部５９中の予測初期状態量ベクトル初期値計算部４９と同数の標定計算部３１により構成される。それぞれの標定計算部３１では観測量ベクトル記憶部２９から得られる観測量ベクトル時系列３４と、検出座標記憶部３０から得られる検出座標データ時系列３５と、対応する並列初期値生成部５９から得られる予測初期状態量ベクトル初期値３６とから最小自乗法によるバッチ処理フィルタの計算が行われ、最尤予測初期状態量ベクトル３７が得られる。そして最尤予測初期状態量ベクトル３７を用い各時刻での目標の最尤推定状態量ベクトルが計算される。
【００５７】
図１３は同一時刻分散評価収束判定部６１のブロック図である。同一時刻分散評価収束判定部６１は同一時刻データ成分分解部６２、分散演算部５５、分散評価部５６、および収束値生成部５７から構成される。同一時刻データ成分分解部６２は同一観測時刻に上記並列標定演算部６０で計算される全ての最尤予測初期状態量ベクトル３７を各成分に分解しそれぞれの成分毎に異なる分散演算部５５に出力する。それぞれの分散演算部５５では上記同一時刻データ成分分解部６２で分解された全ての最尤予測初期状態量ベクトル３７の一つの成分について平均値および分散を計算する。分散評価部５６では上記分散演算部５５で算出された分散を予め定められた分散評価基準と比較し、その大小関係を出力する。収束値生成部５７では、上記分散演算部５５で算出された分散が上記分散評価部５６で予め定められた分散評価基準以下の場合に、上記分散演算部５５で算出された各成分の平均値を組み合わせて最尤予測初期状態量ベクトル収束値５８を生成し出力する。
【００５８】
上記のようにして求めた複数の予測初期状態量ベクトル初期値３６から標定計算を開始し、最尤予測初期状態量ベクトル３７の収束を同一時刻分散評価収束判定部６１で決定することにより、単一の予測初期状態量ベクトルを用いるよりも正確かつ短時間での目標軌道の標定が可能となる。
【００５９】
実施の形態４．
この発明が適用される標定装置のブロック図は図１４に示される。この発明の適用される標定装置はセンサ部１、座標検出部２、並列初期値生成部５９、並列標定演算部６０、最短時間収束標定結果判定部６２、および表示部４６から構成される。図１５はこの発明の適用される標定装置の全体を示す概要図である。標定装置は航空機４の胴体上部および胴体内部に搭載されている。
【００６０】
図１６は最短時間収束標定結果判定部６３のブロック図である。最短時間収束標定結果判定部６３は同一観測時刻に上記並列標定演算部６０により算出される最尤予測初期状態量ベクトル３７と同数の上記時系列分散評価収束判定部５３、および収束判定検知部６４からなる。収束判定検知部６４は複数の上記時系列分散評価収束判定部５３のうち、一番最初に収束と判定された時系列分散評価収束判定部５３を検知し、その時系列分散評価収束判定部５３から出力された最尤予測初期状態量ベクトル収束値５８を最短時間最尤予測初期状態量ベクトル収束値６５として出力する。
【００６１】
上記のようにして並列初期値生成部５９で求めた複数の予測初期状態量ベクトル初期値３６から標定計算を開始し、それぞれの予測初期状態量ベクトル初期値３６に対応する最尤予測初期状態量ベクトル３７の収束を最短時間収束標定結果判定部６３で決定することにより、単一の予測初期状態量ベクトル初期値を用いるよりも正確かつ短時間での目標軌道の標定が可能となる。
【００６２】
実施の形態５．
この発明が適用される標定装置のブロック図は図１７に示される。この発明の適用される標定装置は二波長帯センサ部６６、座標検出部２、二波長帯利用初期値生成部６７、標定演算部３、および表示部４６から構成される。図１８はこの発明の適用される標定装置の全体を示す概要図である。標定装置は航空機４の胴体上部および胴体内部に搭載されている。
【００６３】
図１９は二波長帯センサ部６６のブロック図を表したものである。二波長帯センサ部６６に入射する目標航空機３の放出した赤外線１０は第１の赤外光学系６８、第２の赤外光学系６９を透過した後第１の赤外検出素子７０、第２の赤外検出素子７１に入射する。第１の赤外検出素子７０は３〜５μｍ帯に、第２の赤外検出素子７１は８〜１２μｍ帯に感度を持っている。第１の赤外検出素子７０と第２の赤外検出素子７１に入射した赤外線のうち、各々の感度波長帯の赤外線のみが光電変換され、電気信号７２、および電気信号７３となる。電気信号７２、および電気信号７３は第１のアンプ７４、第２のアンプ７５により増幅されて第１の増幅された信号７６、第２の増幅された信号７７となり、さらに第１の画像生成部７８と第２の画像生成部７９で第１の画像８０、第２の画像８１となる。第１の画像８０は目標抽出部１８と目標方位計測部１９に入力され、装置軸基準目標方位２０が出力される。また、第１の画像８０は第１の輝度計測部８２に、第２の画像８１は第２の輝度計測部８３にも出力される。第１の画像８０、第２の画像８１は同じ視野を写した画像になっているので、第１の輝度計測部８２では領域中心２１、第２の輝度計測部８３では第１の画像８０中の領域中心２１に対応する点の輝度を計測することにより目標５の各々の波長帯での輝度を計測できる。第１の輝度計測部８２では３〜５μｍ帯の輝度８４、第２の輝度計測部８３では８〜１２μｍの輝度８５を出力する。
【００６４】
図２０は二波長帯利用初期値生成部６７のブロック図を表したものである。二波長帯利用初期値生成部６７は目標方位計算部４７、二波長帯利用一次距離計算部８６、予測初期状態量ベクトル初期値計算部４９からなる。二波長帯利用一次距離計算部８６では、二波長帯センサ部６６より入力される目標の３〜５μｍ帯の輝度８４および８〜１２μｍ帯の輝度８５を用い、以下に示すように二波長帯利用一次距離８７を計算する。予測初期状態量ベクトル初期値計算部４９では、目標のエレベーション方位６およびアジマス方位７と二波長帯利用一次距離８７に、予め定められた速度を組み合わせることにより標定演算部３に与える予測初期状態量ベクトル初期値３６を計算し、出力する。
【００６５】
輝度は大気透過率と距離の関数であり、大気透過率は大気条件により計算可能である。輝度は、目標の放射エネルギーが定まれば距離により一意的に定まる。目標の放射エネルギーは、目標の放射投影面積、放射率および温度から計算される。また、放射率、および放射投影面積は既知であるので、目標の温度を仮定することにより目標の放射エネルギーが計算できる。しかし、実運用上、温度が不明である場合も考えられる。その際には、１波長帯のみの測定では、輝度を満足する目標の距離、温度の組み合わせは無限にあり、一意に距離を定めることはできない。そこで、別の波長帯で測定した輝度データを元に、上記と同様な目標の距離、温度の組み合わせ条件を計算する。図２１に想定される目標の距離、温度の組を算出した結果を示す。目標の放射エネルギー、大気透過率は波長帯により異なるため、想定される目標の距離、温度の組をプロットして得られる曲線は波長帯によって異なるものとなる。よって、異なる２波長帯輝度からそれぞれ想定される目標の距離、温度の組を計算し、双方の組み合わせが一致する組み合わせ条件を求めることにより、目標５の位置を計算することが可能である。これにより、予め設定できないような特殊な温度を持った目標に対してもより正確な予測初期状態量ベクトル初期値を求められる利点がある。
【００６６】
上記のようにして求めたより正確な予測初期状態量ベクトル初期値３６から標定計算を開始することにより従来経験的に定めた予測初期状態量ベクトル初期値を用いるよりも正確かつ短時間での目標軌道の標定が可能となる。
【００６７】
実施の形態６．
この発明が適用される標定装置のブロック図は図２２に示される。この発明の適用される標定装置はセンサ部１、座標検出部２、データ送信部８８、データ受信部８９、初期値生成部４５、標定演算部３、表示部４６から構成される。図２３はこの発明の適用される標定装置の全体を示す概要図である。標定装置は航空機４の胴体外部、胴体内部、および地上施設９０に配置される。
【００６８】
上記のようにして求めたより正確な予測初期状態量ベクトル初期値３６から標定計算を開始することにより従来経験的に定めた予測初期状態量ベクトル初期値を用いるよりも正確かつ短時間での目標軌道の標定が可能となる。さらにデータ送信部８８およびデータ受信部８９を用いることにより標定演算を航空機４で行う必要がなくなる。これにより航空機搭載が困難な超高速演算器を使用でき、より短時間での標定演算が可能となる。
【００６９】
なお、この発明の実施の形態１から４および６においては、測距装置は赤外線を利用するものとして説明したが、方位を測定できるような装置（電波をとらえて発信源の方位を測定するようなパッシブレーダ、音波をとらえて発信源の方向を測定するソナー等）であれば適用が可能である。
【００７０】
また、この発明の実施の形態１から６において航空機が適用されているが、これは人工衛星など標定装置を搭載可能な移動する物体であれば適用可能である。
【００７１】
また、この発明の実施の形態２から５では標定装置は全て移動する物体に搭載されているが、第６の発明と同様にデータ送信部およびデータ受信部を用いることにより、航空機搭載環境下では使用できない高速の計算機の使用を可能とし、その結果標定時間を短縮する形態も適用可能である。
【００７２】
また、この発明の実施の形態５においては標定計算に、この発明の実施の形態２と同様の収束判定を時系列データを用いて行うことにより従来の方式に比較して標定計算の結果の信頼度を早期に判定する方式も適用可能である。
【００７３】
また、この発明の実施の形態５においては標定計算に、この発明の実施の形態３と同様の複数の初期値をもとに最小自乗法を用いたバッチフィルタによる標定計算を並列的に行い、同時刻での標定計算結果の分散を評価し収束を判定することにより、従来の方式に比較して標定計算の結果の信頼度を早期に判定する方式も適用可能である。
【００７４】
また、この発明の実施の形態５においては標定計算に、この発明の実施の形態４と同様の複数の初期値をもとに最小自乗法を用いたバッチフィルタによる標定計算を並列的に行い、それぞれの標定計算の収束判定を時系列データを用いて行い、最初に収束と判定した標定結果を採用することにより、従来の方式に比較して標定時間が短縮する方式も適用可能である。
【００７５】
また、この発明の実施の形態６においては航空機搭載のデータ送信部と地上のデータ受信部とを直接結ぶ形態としたが、この間に人工衛星等の適当な中継器を置く形態にも適用可能である。
【００７６】
【発明の効果】
第１の発明から第６の発明によれば、最小自乗法を用いたバッチフィルタによる標定計算を行う以前に目標の方位、および輝度からより正確な初期値が生成され、その初期値を用いて標定計算を行うために従来の方式に比較して標定時間が短縮され、精度の向上がなされるという利点がある。
【００７７】
また、第２の発明によれば、最小自乗法を用いたバッチフィルタによる標定計算の収束判定を時系列データを用いて行うことにより、従来の方式に比較して標定計算の結果の信頼度を早期に判定できるという利点がある。
【００７８】
また、第３の発明によれば、複数の初期値をもとに最小自乗法を用いたバッチフィルタによる標定計算を並列的に行い、同時刻での標定計算結果の分散を評価し収束を判定することにより、従来の方式に比較して標定計算の結果の信頼度を早期に判定できるという利点がある。
【００７９】
また、第４の発明によれば、複数の初期値をもとに最小自乗法を用いたバッチフィルタによる標定計算を並列的に行い、それぞれの標定計算の収束判定を時系列データを用いて行い、最初に収束と判定した標定結果を採用することにより、従来の方式に比較して標定時間が短縮される。
【００８０】
また、第５の発明によれば、異なる二波長帯で観測される目標の輝度をもとに、より正確な目標の初期値を算出できるため、従来の方式に比較して標定時間が短縮され、精度の向上がなされるという利点がある。
【００８１】
また、第６の発明によれば、データ送信部およびデータ受信部を用いることにより、航空機搭載環境下では使用できない高速の計算機の使用を可能とし、その結果標定時間が短縮されるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の適用される標定装置のブロック図である。
【図２】  この発明の適用される標定装置の概要図である。
【図３】  初期値生成部のブロック図である。
【図４】  目標の輝度と目標までの距離の相関を表した図である。
【図５】  この発明の標定時間への効果を示す図である。
【図６】  この発明が適用される標定装置のブロック図である。
【図７】  この発明が適用される標定装置の概要図である。
【図８】  時系列分散評価収束判定部のブロック図である。
【図９】  この発明が適用される標定装置のブロック図である。
【図１０】  この発明が適用される標定装置の概要図である。
【図１１】  並列初期値生成部のブロック図である。
【図１２】  並列標定演算部のブロック図である。
【図１３】  同一時刻分散評価収束判定部のブロック図である。
【図１４】  この発明が適用される標定装置のブロック図である。
【図１５】  この発明が適用される標定装置の概要図である。
【図１６】  最短時間収束標定結果判定部のブロック図である。
【図１７】  この発明が適用される標定装置のブロック図である。
【図１８】  この発明が適用される標定装置の概要図である。
【図１９】  二波長帯センサ部のブロック図である。
【図２０】  二波長帯利用初期値生成部のブロック図である。
【図２１】  目標の輝度により計算される目標の距離と目標の速度のとりうる組み合わせをプロットした図である。
【図２２】  この発明が適用される標定装置のブロック図である。
【図２３】  この発明が適用される標定装置の概要図である。
【図２４】  従来の標定装置のブロック図である。
【図２５】  標定装置を搭載した航空機と目標の相対位置関係と座標系を示した図である。
【図２６】  センサ部のブロック図である。
【図２７】  生成される画像を示した図である。
【図２８】  標定装置の基準軸、装置原点北基準局所座標系、および標定装置の姿勢角の関係を示した図である。
【図２９】  標定演算部のブロック図である。
【図３０】  従来の最小自乗法バッチ処理型フィルタのアルゴリズムを示す流れ図である。
【符号の説明】
１  センサ部、２  座標検出部、３  標定演算部、４  航空機、５  目標、６エレベーション方位、７  アジマス方位、８  距離、９  装置原点北基準局所座標系、１０  赤外線、１１  赤外光学系、１２  赤外検出素子、１３  電気信号、１４  アンプ、１５  増幅された信号、１６  画像生成部、１７  画像、１８  目標抽出部、１９  目標方位計測部、２０  装置基準軸目標方位、２１  領域の中心、２２  画像中心、２３  領域中心と画像中心の差、２４  目標輝度計測部、２５  目標の領域の輝度、２６  標定装置軸、２７  標定装置の姿勢角、２８  観測量ベクトル計算部、２９  観測量ベクトル記憶部、３０  検出座標記憶部、３１  標定計算部、３２  標定装置の位置、３３  観測量ベクトル、３４観測量ベクトル時系列、３５  検出座標データ時系列、３６  予測初期状態量ベクトル初期値、３７  最尤予測初期状態量ベクトル、３８  予測初期状態量ベクトル、３９  予測状態量ベクトル時系列、４０  予測観測量ベクトル時系列、４１  評価関数、４２  最小自乗法、４３  予測初期状態量ベクトル修正量、４４  予測初期状態量ベクトル更新値、４５  初期値生成部、４６  表示部、４７目標方位計算部、４８  一次距離計算部、４９  予測初期状態量ベクトル初期値計算部、５０  一次距離、５１  従来の標定時間、５２  標定時間、５３  時系列分散評価収束判定部、５４  成分別時系列生成部、５５  分散演算部、５６分散評価部、５７  収束値生成部、５８  最尤予測初期状態量ベクトル収束値、５９  並列初期値生成部、６０  並列標定演算部、６１  同一時刻分散評価収束判定部、６２  同一時刻データ成分分解部、６３  最短時間収束標定結果判定部、６４  収束判定検知部、６５  最短時間最尤予測初期状態量ベクトル収束値、６６  二波長帯センサ部、６７  二波長帯利用初期値生成部、６８  第１の赤外光学系、６９  第２の赤外光学系、７０  第１の赤外検出素子、７１  第２の赤外検出素子、７２  電気信号、７３  電気信号、７４  第１のアンプ、７５  第２のアンプ、７６  第１の増幅された信号、７７  第２の増幅された信号、７８  第１の画像生成部、７９  第２の画像生成部、８０  第１の画像、８１  第２の画像、８２  第１の輝度計測部、８３  第２の輝度計測部、８４  ３〜５μｍ帯の輝度、８５  ８〜１２μｍ帯の輝度、８６  二波長帯利用一次距離計算部、８７  二波長帯利用一次距離、８８  データ送信部、８９  データ受信部、９０  地上施設。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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