JP2002181926A - Method and apparatus for tracking of target - Google Patents

Method and apparatus for tracking of target

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JP2002181926A
JP2002181926A JP2000382800A JP2000382800A JP2002181926A JP 2002181926 A JP2002181926 A JP 2002181926A JP 2000382800 A JP2000382800 A JP 2000382800A JP 2000382800 A JP2000382800 A JP 2000382800A JP 2002181926 A JP2002181926 A JP 2002181926A
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JP
Japan
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target
observation
value
covariance
equation
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JP2000382800A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadao Hamaguchi
忠夫 浜口
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Furuno Electric Co Ltd
Original Assignee
Furuno Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a method in which a target is tracked with high accuracy by a radar or the like and to obtain its apparatus. SOLUTION: A target judgment part 14, to which an observed value is inputted, gives an observation residual to an adaptive Kalman filter 5 and a parameter estimation part 6. The filter 5 finds the covariance of a preliminarily estimated value and the observation residual from the observed value, and the covariance is given to the part 4. The part 6 estimates a parameter (the standard deviation of a target speed and a correlation time constant) on the basis of the observation residual from the part 4 and on the basis of the covariance of the observation residual from the filter 5, and the parameter is given to the filter 5. The filter 5 uses the parameter received from the part 6, and it self-adjusts a transition matrix and a system noise. Thereby, the target is converged to an optimum filter, and the target is tracked with satisfactory accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、レーダ等により
目標を高精度に追尾する方法およびその装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and a device for tracking a target with high accuracy using a radar or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーダ等により目標を追尾する方法に
は、従来からカルマンフィルタ(以下、単に「フィル
タ」という。)がよく使われている。フィルタを使った
目標追尾方法では、目標の運動を表すシステム方程式
は、目標の運動をマルコフ過程でモデル化することによ
り、離散時間系のLangevin方程式で記述される(参考文
献1:特開平10−160831、参考文献2:R.J.FI
TZGERALD;Simple Tracking Filter:Steady-State Fil
tering and Smoothing Performance,IEEE Trans.Aero
sp.Electron.Sys .Vol .AES-16 No .6 1980 )。
2. Description of the Related Art A Kalman filter (hereinafter, simply referred to as a "filter") has been often used as a method of tracking a target with a radar or the like. In a target tracking method using a filter, a system equation representing a target motion is described by a discrete-time Langevin equation by modeling the target motion in a Markov process. 160831, Reference 2: RJFI
TZGERALD; Simple Tracking Filter: Steady-State Fil
tering and Smoothing Performance, IEEE Trans. Aero
sp. Electron. Sys. Vol. AES-16 No. 6 1980).

【0003】フィルタは、このシステム方程式とレーダ
等による観測値を表す観測方程式とから構成され、移動
目標の位置、速度を最適推定し、目標を追尾する。
[0003] The filter is composed of this system equation and an observation equation representing an observation value by a radar or the like, and optimally estimates the position and speed of the moving target and tracks the target.

【0004】この場合、目標の運動が未知であるため、
マルコフ過程を特徴づける自己相関関数の標準偏差と相
関時定数を仮定することになり、システム方程式の遷移
行列およびシステム雑音は、一般に実際とは異なったも
のになる。このような遷移行列とシステム雑音が実際と
は異なったフィルタでは、目標を精度よく追尾すること
はできない。
In this case, since the movement of the target is unknown,
Since the standard deviation of the autocorrelation function and the correlation time constant characterizing the Markov process are assumed, the transition matrix of the system equation and the system noise generally differ from the actual one. With such a filter in which the transition matrix and the system noise are different from the actual one, the target cannot be accurately tracked.

【0005】目標を精度よく追尾するために、観測値か
ら推定したシステム雑音を使って実際と異なるシステム
雑音を自己調整し、フィルタを最適フィルタに収束させ
るようにしたフィルタ(以下、「適応フィルタ」とい
う。)を用いた目標追尾方法が考えられている(参考文
献3:F.R.CASTELLA;An Adaptive Tow-Dimensional Ka
lman Tracking Filter,IEEE Trans Aerosp.Electron.S
ys.Vol.AES-16 No. 61980,参考文献4:P.GUTMAN,
M.VERGERT;Tracking Targets Using Adaptive Kalman
Filtering,IEEE Trans.Aerosp.Electron.Sys .Vo
l .AES-26 No .51990 )。
[0005] In order to accurately track a target, a filter (hereinafter referred to as an "adaptive filter") which self-adjusts system noise different from the actual one using system noise estimated from observation values and converges the filter to an optimum filter. (See Reference 3: FRCASTELLA; An Adaptive Tow-Dimensional Ka)
lman Tracking Filter, IEEE Trans Aerosp.Electron.S
ys.Vol.AES-16 No.61980, Reference 4: P.GUTMAN,
M.VERGERT; Tracking Targets Using Adaptive Kalman
Filtering, IEEE Trans. Aerosp. Electron. Sys. Vo
l. AES-26 No. 51990).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の適応フ
ィルタを用いた追尾方法では、システム雑音は自己調整
されるが、遷移行列が自己調整されないので、適応フィ
ルタが必ずしも最適フィルタに収束されず、目標を精度
よく追尾することができない。
However, in the tracking method using the conventional adaptive filter, the system noise is self-adjusted, but the transition matrix is not self-adjusted. Therefore, the adaptive filter does not always converge to the optimum filter. The target cannot be tracked accurately.

【0007】この発明の目的は、遷移行列とシステム雑
音の両方が自己調整されるようにして、目標を高精度に
追尾できるようにした目標追尾方法およびその装置を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a target tracking method and a target tracking apparatus capable of tracking a target with high accuracy by making both the transition matrix and the system noise self-adjusted.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は、目標の相対
位置の観測値zk を入力して、適応カルマンフィルタに
より目標の相対位置と速度を推定し、パラメータ推定部
で、前記観測値zk と、その推定値との差である観測残
差Δzk および観測残差の共分散Rakから前記適応カル
マンフィルタのパラメータを推定し、当該パラメータに
より前記遷移行列Ak およびシステム雑音の共分散V k
を自己調整する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for detecting a relative position of a target.
Position observation zkInto the adaptive Kalman filter
Estimate the relative position and speed of the target from the
And the observed value zkAnd the observation residue, which is the difference between
Difference ΔzkAnd the covariance R of the observed residualsakFrom said adaptive cal
Estimate the parameters of the Mann filter and add
From the transition matrix AkAnd system noise covariance V k
Self-adjust.

【0009】これにより、適応フィルタは、上記推定し
たパラメータを使って遷移行列とシステム雑音を更新周
期毎に自己調整し、フィルタを最適フィルタに収束させ
ていき、目標を精度よく追尾する。
Thus, the adaptive filter self-adjusts the transition matrix and system noise at each update cycle using the estimated parameters, converges the filter on the optimal filter, and tracks the target with high accuracy.

【0010】また、この発明は、レーダ装置で測定され
た目標の相対位置の観測値を入力し、前記適応カルマン
フィルタから入力された事前推定値と観測残差の共分散
を用いて観測値が追尾中の目標からのものかどうかを判
定し、追尾中の目標からのものであれば、前記パラメー
タ推定部に観測残差を与えるとともに、前記適応カルマ
ンフィルタに観測値を与える目標判定部を備え、前記適
応カルマンフィルタは、前記観測値が入力されない場合
には伝播式を用いて、目標の相対位置と速度を推定す
る。これにより、誤った目標を追尾するのを防止する。
[0010] The present invention further provides an input of an observation value of a relative position of a target measured by a radar apparatus, and the observation value is tracked using a covariance of a prior estimation value and an observation residual input from the adaptive Kalman filter. Determine whether or not from the target in the middle, if it is from the target being tracked, while providing an observation residual to the parameter estimator, comprising a target determination unit to provide an observation value to the adaptive Kalman filter, When the observation value is not input, the adaptive Kalman filter estimates the relative position and velocity of the target using a propagation equation. This prevents tracking a wrong target.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の実施形態である
目標追尾装置の構成を示すブロック図である。ここで、
レーダ装置1は自船から所定方位に対して電波の送受信
を行い、エコー信号を基に、目標の自船に対する相対位
置を観測する。自船速度センサ2は自船の移動速度を測
定する。目標追尾装置の本体部分3は、目標判定部4、
適応カルマンフィルタ5およびパラメータ推定部6から
成る。目標判定部4は、レーダ装置1から観測値(目標
の相対位置)と自船速度を入力し、また適応カルマンフ
ィルタ5から事前推定値と観測残差の共分散を入力し、
適応カルマンフィルタ5へ観測値を、パラメータ推定部
6へ観測残差をそれぞれ与える。適応カルマンフィルタ
5は、観測値と自船速度から事前推定値および観測残差
の共分散を求め、これを目標判定部4へ与える。また、
パラメータ推定部6は目標判定部4から観測残差を入力
し、適応カルマンフィルタ5から観測残差の共分散を入
力し、観測残差とその共分散から、仮定したパラメータ
( 目標の速度の標準偏差と相関時定数) を推定し、これ
を適応カルマンフィルタ5へ与える。適応カルマンフィ
ルタ5は、パラメータ推定部6へ観測残差の共分散を与
え、パラメータ推定部6からパラメータの推定値を受け
取る。そして、このパラメータを使って遷移行列とシス
テム雑音を更新周期毎に自己調整することにより、最適
フィルタに収束させていき、目標を精度よく追尾する。
追尾中の目標の自船に対する相対位置と速度の最適推定
値は外部機器へ出力する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a target tracking device according to an embodiment of the present invention. here,
The radar device 1 transmits and receives radio waves from the own ship in a predetermined azimuth, and observes a relative position of the target to the own ship based on the echo signals. Own ship speed sensor 2 measures the moving speed of own ship. The main body 3 of the target tracking device includes a target determination unit 4,
It comprises an adaptive Kalman filter 5 and a parameter estimator 6. The target determination unit 4 inputs the observation value (the relative position of the target) and the own ship speed from the radar device 1, and inputs the pre-estimated value and the covariance of the observation residual from the adaptive Kalman filter 5,
The observation value is given to the adaptive Kalman filter 5, and the observation residual is given to the parameter estimating unit 6, respectively. The adaptive Kalman filter 5 obtains a covariance of a pre-estimated value and an observation residual from the observed value and the own ship speed, and supplies the obtained covariance to the target determination unit 4. Also,
The parameter estimating unit 6 receives the observation residual from the target determination unit 4, inputs the covariance of the observation residual from the adaptive Kalman filter 5, and calculates the assumed parameter from the observation residual and its covariance.
(The standard deviation of the target speed and the correlation time constant) are estimated and given to the adaptive Kalman filter 5. The adaptive Kalman filter 5 gives the covariance of the observation residual to the parameter estimating unit 6 and receives the parameter estimation value from the parameter estimating unit 6. Then, the transition matrix and the system noise are self-adjusted for each update cycle using these parameters, thereby converging to the optimum filter, and accurately tracking the target.
The optimum estimated value of the relative position and speed of the target being tracked with respect to the own ship is output to an external device.

【0012】上記目標判定部4は、適応カルマンフィル
タ5から入力された事前推定値と観測残差の共分散を用
いて、観測値が追尾中の目標からのものか否かを判定
し、追尾中の目標からのもであれば、観測値と自船速度
を適応カルマンフィルタ5へ、観測残差をパラメータ推
定部6へ、それぞれ入力し、目標からのものでなけれ
ば、それらを入力しない。
Using the covariance of the pre-estimated value and the observation residual input from the adaptive Kalman filter 5, the target judgment unit 4 judges whether or not the observed value is from the target being tracked. If it is from the target, the observation value and the own ship speed are inputted to the adaptive Kalman filter 5, and the observation residual is inputted to the parameter estimating unit 6, respectively.

【0013】上記適応カルマンフィルタ5は、観測値が
入力された場合は、観測値と自船速度から目標の相対位
置と速度を推定し、観測値が入力されない場合には、伝
播式を用いて目標の相対位置と速度を推定することによ
り、目標を追尾する。
The adaptive Kalman filter 5 estimates the relative position and speed of the target from the observation value and the own ship speed when the observation value is input, and uses the propagation equation when the observation value is not input. The target is tracked by estimating the relative position and speed of the target.

【0014】次に、システム方程式について説明する。 [1]システム方程式 目標の運動をマルコフ過程でモデル化すると、目標の速
度の自己相関関数は式(1) で表される。
Next, a system equation will be described. [1] System Equation If the motion of the target is modeled by a Markov process, the autocorrelation function of the speed of the target is expressed by equation (1).

【0015】[0015]

【数1】 (Equation 1)

【0016】したがって、目標の運動を表すシステム方
程式は式(2) のようになる。ただし、TS は更新周期、
kは時刻(kTS )、Tは転置を示す。
Therefore, the system equation representing the motion of the target is as shown in equation (2). Where T S is the update cycle,
k indicates time (kT S ), and T indicates transposition.

【0017】[0017]

【数2】 (Equation 2)

【0018】ここで、Eは確率変数の平均操作、Vk
システム雑音の2乗平均(システム雑音の共分散)であ
る。
Here, E is an average operation of a random variable, and V k is a root mean square (covariance of system noise) of system noise.

【0019】なお、uk が本来のシステム雑音である
が、説明を簡略化するために、以下ではBk k をシス
テム雑音として取扱うことにする。式(2) のシステム方
程式で、目標の速度の標準偏差と相関時定数が未知であ
るため、パラメータの初期値σ1k=0,τ1k=0とσ2k=0
τ2k=0は仮定した値である。したがって、遷移行列と、
システム雑音の共分散の初期値Ak=0 とVk=0 は実際と
は異なったものとなる。
Although u k is the original system noise, B k u k will be treated as system noise in the following for the sake of simplicity. Since the standard deviation of the target velocity and the correlation time constant are unknown in the system equation of Equation (2), the initial values of the parameters σ 1k = 0 , τ 1k = 0 and σ 2k = 0 ,
τ 2k = 0 is an assumed value. Therefore, the transition matrix and
The initial values A k = 0 and V k = 0 of the covariance of the system noise are different from the actual values.

【0020】[2]観測方程式 観測値を自船と目標間のx方向とy方向の距離とする
と、観測方程式は式(3)で表せる。
[2] Observation equation If the observed value is the distance between the ship and the target in the x and y directions, the observation equation can be expressed by equation (3).

【0021】[0021]

【数3】 (Equation 3)

【0022】式(3) の白色観測雑音は、たとえば、レー
ダの測角誤差の標準偏差σθと、目標までのスラントレ
ンジ(3次元の直接距離)Rk とからw1k=w2k=σθ
kとしてもよい。
The white observation noise of formula (3) is, for example, and the standard deviation Shigumashita the angle measurement error of the radar, slant range (three-dimensional direct distance) to the target and a R k w 1k = w 2k = σθ
R k may be used.

【0023】[3]適応フィルタ 相対位置と速度を推定する適応フィルタは、式(2) のシ
ステム方程式と式(3)の観測方程式から構成され、式(4)
、(5) で与えられる。
[3] Adaptive Filter The adaptive filter for estimating the relative position and velocity is composed of the system equation of equation (2) and the observation equation of equation (3).
, (5).

【0024】〈伝播式〉<Propagation formula>

【0025】[0025]

【数4】 (Equation 4)

【0026】〈更新式〉<Update type>

【0027】[0027]

【数5】 (Equation 5)

【0028】ここで、Zk −Cx^ k/k-1 は観測残差で
ある。なお、明細書の文中では、推定値を意味する ^
(ハット)付き記号を、付されるべき文字の右側に並べ
て2文字で表す。
Here, Z k -Cx k / k-1 is an observation residual. In the text of the specification, it means an estimated value ^
A symbol with a (hat) is represented by two characters arranged to the right of a character to be added.

【0029】式(4) 、(5) の適応フィルタは、目標判定
部から入力された観測値と自船速度を使って目標の相対
位置と速度を推定し、目標を精度よく追尾するとともに
外部機器に出力し、フィルタの計算中に得られる観測残
差の共分散Rak=CPk/k-1T +Wk をパラメータ推
定部に、事前推定値と観測残差の共分散を目標判定部に
出力する。また、実際とは異なる遷移行列Ak と、シス
テム雑音の共分散Vkを、パラメータ推定部から入力さ
れるパラメータの推定値σ1k+1,τ1k+1,σ2k +1,τ
2k+1を使って自己調整する。
The adaptive filters of Equations (4) and (5) estimate the relative position and speed of the target using the observation value input from the target determination unit and the own ship speed, accurately track the target, and and outputs to the device, the covariance R ak = CP k / k- 1 C T + W k of the observation residuals obtained during calculations of the filter parameter estimator, the target determines the covariance of pre estimate and the observed residual Output to the section. Further, a transition matrix A k different from the actual one and a covariance V k of the system noise are converted into estimated values σ 1k + 1 , τ 1k + 1 , σ 2k +1 , τ of the parameters input from the parameter estimating unit.
Self-adjust using 2k + 1 .

【0030】なお、本適応フィルタにおいて、標準偏差
と相関時定数は未知であるが、マルコフ過程で記述でき
る現象の状態を推定する場合にも適用できる。
Although the standard deviation and the correlation time constant are unknown in the present adaptive filter, the present invention can be applied to a case where a state of a phenomenon that can be described by a Markov process is estimated.

【0031】[4]パラメータ推定部 パラメータ推定部での、式(4) 、(5) の適応フィルタを
最適化するためのパラメータの推定方法について記載す
る。時刻kにおけるσ1k1k2k2kから時刻k
+1におけるσ1k+1,τ1k+1,σ2k+1,τ2k+1を推定す
るために観測残差について考える。
[4] Parameter Estimating Unit A method of estimating parameters for optimizing the adaptive filters of equations (4) and (5) in the parameter estimating unit will be described. From σ 1k , τ 1k , σ 2k , τ 2k at time k to time k
Consider the observation residuals for estimating σ 1k + 1 , τ 1k + 1 , σ 2k + 1 , τ 2k + 1 at +1 .

【0032】適応フィルタから入力される観測残差の共
分散Rakは式(6) で与えられる。
The covariance Rak of the observation residual input from the adaptive filter is given by equation (6).

【0033】[0033]

【数6】 (Equation 6)

【0034】実際の推定誤差の共分散をQk/k-1 とし、
k/k-1 に対応する観測残差の共分散Rrkは式(7) で表
せる。
Let the covariance of the actual estimation error be Q k / k−1 ,
The covariance R rk of the observation residual corresponding to Q k / k−1 can be expressed by equation (7).

【0035】[0035]

【数7】 (Equation 7)

【0036】実際のシステム雑音の共分散とVk との差
をΔVk とすると、式(7) は式(8)のようになる。
If the difference between the actual system noise covariance and V k is ΔV k , equation (7) becomes equation (8).

【0037】[0037]

【数8】 (Equation 8)

【0038】RrkとRakとの差をとれば、式(9) を得
る。
By calculating the difference between R rk and R ak , the following equation (9) is obtained.

【0039】[0039]

【数9】 (Equation 9)

【0040】ここでRakは既知であり、またRrkは、Q
k/k-1 が未知のため直接には求めることは出来ないが、
目標判定部から入力される観測残差Δzk =Zk −Cx
^ k/k- 1 を二乗平均して、式(10)により推定する。
Where R ak is known and R rk is Q
Since k / k-1 is unknown, it cannot be calculated directly, but
Observation residual Δz k = Z k −Cx input from the target determination unit
^ k / k- 1 is mean-squared and estimated by equation (10).

【0041】[0041]

【数10】 (Equation 10)

【0042】したがって、Rrkの代わりにR^ rkを使っ
て、式(9) によりシステム雑音の共分散の誤差ΔVk
推定できる。
[0042] Thus, by using the R ^ rk instead of R rk, error [Delta] V k of the covariance of the system noise by the formula (9) it can be estimated.

【0043】誤差ΔVk はσ1k,τ1k,σ2k,τ2kの実
際の値に対する誤差Δσ1k,Δτ1k,Δσ2k,Δτ2k
によって生じるので、これらの誤差を式(9) から求めれ
ばよい。行列の(R^ rk−Rak)の(1,1) の要素R11k
と誤差Δσ1k ,Δτ1kとの関係式を求める。
The error ΔV k is σ 1k, τ 1k, σ 2k , error Δσ 1k to the actual value of τ 2k, Δτ 1k, Δσ 2k , Δτ 2k,
Therefore, these errors may be obtained from equation (9). Element ( 11 ) of (1,1) of (R ^ rk- Rak ) of matrix
And the errors Δσ 1k and Δτ 1k are obtained.

【0044】CVk T の(1,1) の要素V11k は式(11)
で表される。
[0044] element V 11k of (1,1) of the CV k C T has the formula (11)
It is represented by

【0045】[0045]

【数11】 [Equation 11]

【0046】このV11k の偏微係数を使って、R11k
Δσ1k ,Δτ1kの関係式を求めると、式(12)を得る。
When the relational expression between R 11k and Δσ 1k , Δτ 1k is obtained by using the partial coefficient of V 11k , the following equation (12) is obtained.

【0047】[0047]

【数12】 (Equation 12)

【0048】γ1kは設計パラメータであるが、例えばτ
1k及びσ1kに関するV11k の偏微係数の比γ1k=−2τ
1k/σ1kとすれば、Δσ1k ,Δτ1kは、式(12)より、式
(13),(14) のように求めることができる。
Γ 1k is a design parameter, for example, τ
Ratio of the partial coefficient of V 11k with respect to 1k and σ 1k γ 1k = −2τ
Assuming that 1k / σ 1k , Δσ 1k and Δτ 1k are obtained from the equation (12) by the equations
(13), (14) can be obtained.

【0049】[0049]

【数13】 (Equation 13)

【0050】[0050]

【数14】 [Equation 14]

【0051】同様にして、行列(R^ rk−Rak)の(2,
2) の要素R22k から誤差Δσ2k ,Δτ2kを求めると、
式(15),(16) のようになる。
Similarly, the matrix (R ^ rk- Rak ) of (2,
2) When the errors Δσ 2k and Δτ 2k are obtained from the element R 22k of
Equations (15) and (16) are obtained.

【0052】[0052]

【数15】 (Equation 15)

【0053】[0053]

【数16】 (Equation 16)

【0054】時刻k+1におけるパラメータσ1k+1
1k+12k+12k+1の推定値は式(13)〜(16)で求めた
誤差Δσ1k ,Δτ1k ,Δσ2k ,Δτ2kを使って式(17)〜
(20)から決められる。
Parameter σ 1k + 1 at time k + 1 , τ
The estimated values of 1k + 1 , σ 2k + 1 , and τ 2k + 1 are calculated using the errors Δσ 1k , Δτ 1k , Δσ 2k , and Δτ 2k found in Equations (13) to (16).
Determined from (20).

【0055】[0055]

【数17】 [Equation 17]

【0056】[0056]

【数18】 (Equation 18)

【0057】[0057]

【数19】 [Equation 19]

【0058】[0058]

【数20】 (Equation 20)

【0059】パラメータσ1k+11k+12k+1
2k+1は適応フィルタに入力される。適応フィルタは、こ
れらの推定値を使って、時刻k+1における遷移行列と
システム雑音の共分散を自己調整することにより、最適
フィルタに収束していく。
Parameters σ 1k + 1 , τ 1k + 1 , σ 2k + 1 , τ
2k + 1 is input to the adaptive filter. The adaptive filter self-adjusts the covariance of the transition matrix and the system noise at time k + 1 using these estimated values, thereby converging on the optimal filter.

【0060】なお、(10)式に示したように、パラメータ
推定に移動平均した観測残差を使うことにより、異常な
観測値がフィルタに入力された場合でも、パラメータを
安定に推定できるので、目標を安定に追尾できる。
As shown in equation (10), by using a moving averaged observation residual for parameter estimation, even when an abnormal observation value is input to the filter, the parameter can be stably estimated. The target can be tracked stably.

【0061】[5]目標判定部 目標判定部は、観測残差の共分散行列Rak=CPk/k-1
T +Wk-1 を使って、レーダの観測値が追尾中の目標
からの観測値であるかどうかを判定する。
[5] Target Judgment Unit The target judgment unit calculates the covariance matrix Rak = CPk / k-1 of the observation residual.
Using C T + W k−1 , it is determined whether or not the observation value of the radar is an observation value from the target being tracked.

【0062】観測残差Δzk =zk −Cx^ k/k-1 の正
規化した二次形式tk は式(21)で表すことができる。
The normalized quadratic form t k of the observation residual Δz k = z k −Cx ^ k / k−1 can be expressed by equation (21).

【0063】[0063]

【数21】 (Equation 21)

【0064】tk の分布は自由度2のχ(カイ)自乗分
布になることが知られており、その密度関数は式(22)と
なる。
It is known that the distribution of t k is a χ (chi) square distribution with two degrees of freedom, and its density function is given by equation (22).

【0065】[0065]

【数22】 (Equation 22)

【0066】tk がある閾値Thより小なるとき、観測
値は追尾中の目標からの観測値であるとすると、閾値T
hと、目標からの観測値であるにもかかわらず、目標か
らの観測値でないと判定する確率Pfaとの関係は式(22)
から式(23)のように求められる。
[0066] When the small consisting of a threshold Th there is a t k, when the observed value is assumed to be the observed value from the target of being tracked, the threshold T
The relationship between h and the probability P fa of determining that the observation value is not an observation value from the target despite being an observation value from the target is given by Equation (22).
Is obtained from Equation (23).

【0067】[0067]

【数23】 (Equation 23)

【0068】目標判定部は、式(21)で計算したtk と設
定した確率Pfaに対して式(23)で計算した閾値Thとを
比較し、tk <Thの場合は観測値は目標からのもので
あると判定して観測残差を適応フィルタとパラメータ推
定部に出力し、tk ≧Thの場合は目標からのものでな
いと判定して観測残差を出力しない。
[0068] target determining unit compares the threshold value Th calculated by the equation (23) with respect to the probability P fa set as t k calculated in equation (21), the observed values in the case of t k <Th is it is determined as being from the target to output the observation residuals to the adaptive filter and the parameter estimation unit, in the case of t k ≧ Th does not output the observation residuals determined that not from the target.

【0069】このように、観測残差に関する確率密度関
数から求めた閾値と観測残差とを比較し、観測値が目標
からのものであるときにのみ、観測値と自船速度から目
標の相対位置と速度を推定することにより、誤目標を追
尾する確率が低くなる。
As described above, the threshold value obtained from the probability density function regarding the observation residual is compared with the observation residual, and only when the observation value is from the target, the relative value of the target from the observation value and the own ship speed is obtained. By estimating the position and speed, the probability of tracking an erroneous target is reduced.

【0070】次に、図1に示した目標追尾装置の処理手
順の一例を、図2を参照して説明する。先ず、ステップ
s1で、k=0とし、事後推定値x^ k=0 ,事後共分散
k=0,遷移行列Ak=1 ,システム雑音の共分散
k=1 ,観測雑音の共分散Wk=1 の初期設定を行う。
Next, an example of the processing procedure of the target tracking device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. First, in step s1, k = 0, the posterior estimated value x ^ k = 0 , the posterior covariance Pk = 0 , the transition matrix Ak = 1 , the system noise covariance Vk = 1 , and the observation noise covariance. Initial setting of W k = 1 is performed.

【0071】次のステップs2で時刻kを進め、ステッ
プs3で、式(4) により事前推定値x^ k/k-1 および事
前共分散P^ k/k-1 を計算する。
In the next step s2, the time k is advanced. In step s3, the prior estimated value x ^ k / k-1 and the prior covariance P ^ k / k-1 are calculated by the equation (4).

【0072】続くステップs4では、式(21)(23)により
k ,Thを求め、目標判定を行う。tk <Thなら、
観測値が追尾中の目標からの観測値であるとみなし、ス
テップs5で、(5) 式により事後推定値xk ^ 、フィル
タゲインKk 、事後共分散P k を計算し、ステップs6
で、(17)〜(20)式によりパラメータσ1k+1,τ1k+1,σ
2k+1,τ2k+1,を推定し、さらにステップs7で、A
k+1 とVk+1 を計算し、遷移行列Ak とシステム雑音の
共分散Vk を自己調整する。その後、ステップs8で、
事後推定値x^ k+1 を出力する。
In the following step s4, the following equations (21) and (23) are used.
tk, Th, and determine the target. tk<Th,
Assuming that the observation is from the target being tracked,
In step s5, the posterior estimated value x is calculated by the equation (5).k^ ,fill
Taggain Kk, Posterior covariance P kIs calculated, and step s6
Then, the parameter σ is given by the equations (17) to (20).1k + 1, Τ1k + 1, Σ
2k + 1, Τ2k + 1, And in step s7, A
k + 1And Vk + 1And the transition matrix AkAnd system noise
Covariance VkSelf-adjust. Then, in step s8,
Posterior estimate x ^k + 1Is output.

【0073】上記目標判定で、tk ≧Thなら、観測値
が追尾中の目標からの観測値でないものとみなし、ステ
ップs9で、上記事前推定値x^k/k-1 をそのまま出力
する。その後、ステップs2へ戻る。このようにして、
時刻kを進めながら同様の処理を繰り返す。
If t k ≧ Th in the above target determination, it is considered that the observed value is not the observed value from the target being tracked, and in step s9, the above preliminarily estimated value x ^ k / k−1 is output as it is. Thereafter, the process returns to step s2. In this way,
The same processing is repeated while advancing time k.

【0074】上記τk+1 の変化により(2) 式の遷移行列
k が変わる。また、τk+1 とσk+ 1 の変化により(2)
式の正規白色システム雑音uk が変わり、uk の変化に
よりシステム雑音の共分散Vk が変わる。これにより
(4) 式が変化する。このことで、遷移行列とシステム雑
音を自己調整し、フィルタを最適フィルタに収束させて
いき、目標を精度よく追尾する。
The transition matrix A k in the equation (2) changes according to the change in τ k + 1 . Also, due to the change of τ k + 1 and σ k + 1 , (2)
Changes the normal white system noise u k of the formula, the covariance V k of the system noise is changed by a change in u k. This
Equation (4) changes. Thus, the transition matrix and the system noise are self-adjusted, the filter is made to converge to the optimum filter, and the target is accurately tracked.

【0075】[0075]

【発明の効果】この発明によれば、遷移行列とシステム
雑音を自己調整することにより、遷移行列とシステム雑
音が実際と異なっている場合でも、適応フィルタを最適
フィルタに収束させることができるので、目標を精度よ
く追尾できる。
According to the present invention, the self-adjustment of the transition matrix and the system noise allows the adaptive filter to converge to the optimum filter even when the transition matrix and the system noise are different from the actual one. The target can be tracked with high accuracy.

【0076】また、この発明によれば、観測残差に関す
る確率密度関数から求めた閾値と観測残差を比較し、観
測値が目標からのものであるときにのみ、観測値と自船
速度から目標の相対位置と速度を推定することにより、
誤目標を追尾する確率が低くなる。
Further, according to the present invention, the threshold value obtained from the probability density function regarding the observation residual is compared with the observation residual, and only when the observation value is from the target, the observation value and the own ship speed are used. By estimating the relative position and speed of the target,
The probability of tracking an erroneous target is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施形態に係る目標追尾装置の構成
を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a target tracking device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同装置における処理手順を示すフローチャートFIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure in the apparatus.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 目標の相対位置の観測値zk を入力し
て、適応カルマンフィルタにより目標の相対位置と速度
を推定する処理と、 パラメータ推定部で、前記観測値zk と、その推定値と
の差である観測残差Δzk 、および観測残差の共分散R
akから前記適応カルマンフィルタのパラメータを推定
し、当該パラメータにより遷移行列Ak およびシステム
雑音の共分散Vkを自己調整する処理とを含んで成る目
標追尾方法。
We claim: 1. Enter the observed value z k of the target relative positions, the process of estimating the target of the relative position and speed by adaptive Kalman filter, the parameter estimation unit, and the observation value z k, and the estimated value Of the observation residual Δz k , and the covariance R of the observation residual
e. estimating parameters of the adaptive Kalman filter from a k and self-adjusting the transition matrix A k and the covariance V k of system noise with the parameters.
【請求項2】 目標の相対位置の観測値zk を入力し
て、目標の相対位置と速度を推定する適応カルマンフィ
ルタ手段と、 前記観測値zk と、その推定値との差である観測残差Δ
k および観測残差の共分散Rakから前記適応カルマン
フィルタのパラメータを推定し、当該パラメータにより
前記遷移行列Ak およびシステム雑音の共分散Vk を自
己調整するパラメータ推定手段とを備えて成る目標追尾
装置。
2. An adaptive Kalman filter means for inputting an observation value z k of a relative position of a target and estimating a relative position and a velocity of the target, and an observation residue which is a difference between the observation value z k and the estimated value. Difference Δ
a parameter estimating means for estimating the parameters of the adaptive Kalman filter from z k and the covariance R ak of the observation residual, and self-adjusting the transition matrix A k and the covariance V k of the system noise using the parameters. Tracking device.
【請求項3】 レーダ装置で測定された目標の相対位置
の観測値zk を入力し、前記適応カルマンフィルタから
入力された事前推定値と観測残差の共分散を用いて観測
値が追尾中の目標からのものかどうかを判定し、追尾中
の目標からのものであれば、前記パラメータ推定部に観
測残差を与えるとともに、前記適応カルマンフィルタに
観測値を与える目標判定部を備え、 前記適応カルマンフィルタは、前記観測値が入力されな
い場合には伝播式を用いて、目標の相対位置と速度を推
定するものとした、請求項2に記載の目標追尾装置。
3. An observation value z k of a relative position of a target measured by a radar device is input, and the observation value is being tracked by using a covariance of a prior estimation value and an observation residual input from the adaptive Kalman filter. Determine whether or not from the target, if it is from the target being tracked, while providing an observation residual to the parameter estimating unit, further comprising a target determining unit to provide an observation value to the adaptive Kalman filter, the adaptive Kalman filter The target tracking device according to claim 2, wherein when the observation value is not input, the relative position and the speed of the target are estimated using a propagation equation.
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