JP2002090450A - Target tracking apparatus - Google Patents

Target tracking apparatus

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JP2002090450A
JP2002090450A JP2000283119A JP2000283119A JP2002090450A JP 2002090450 A JP2002090450 A JP 2002090450A JP 2000283119 A JP2000283119 A JP 2000283119A JP 2000283119 A JP2000283119 A JP 2000283119A JP 2002090450 A JP2002090450 A JP 2002090450A
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Japan
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covariance matrix
error covariance
observation
vector
calculating
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JP2000283119A
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Japanese (ja)
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Akio Yamaya
明男 山家
Shingo Tsujimichi
信吾 辻道
Yoshio Kosuge
義夫 小菅
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a target tracking apparatus which enables the using thereof without modifying a tracking filter designed for the processing of observation values of a mechanically driven type radar by reducing coordination conversion processing for the shortening of tracking processing time. SOLUTION: This apparatus is provided with an observation value calculator 2 for calculating a three-dimensional observation value comprising the distance to a target and bidirectional cosine, a coordinate conversion device 3 for converting the observation value to a north reference orthogonal coordinate system, devices 9 and 10 which performs a calculation of a predicted vector and for a forecast error covariance matrix at the subsequent sampling time, delay means 14 and 15 which perform a single sampling delay for the predicted vector and the forecast error covariance matrix, a Karman gain matrix calculation means 4 and a smooth vector calculator 5 for calculating a smooth vector based on the predicted vector, a Karman gain matrix and the observation value and a smooth error covariance matrix calculator 6 which performs a calculation for a smooth error covariance matrix from the Karman gain matrix and the forecast error covariance matrix.

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】この発明は目標追尾装置に関
し、特に、フェーズドアレーレーダにおいて観測される
目標情報をもとにした目標追尾装置に関するものであ
る。
The present invention relates to a target tracking device, and more particularly, to a target tracking device based on target information observed in a phased array radar.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3および4は、特開平5−52945
号公報に示された、従来のフェーズドアレーレーダの観
測値を利用した目標追尾装置の処理手順を示した流れ図
および構成を示したブロック図である。
2. Description of the Related Art FIGS.
FIG. 1 is a flowchart showing a processing procedure of a target tracking device using an observation value of a conventional phased array radar, and a block diagram showing a configuration, which is shown in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. H11-209,004.

【0003】図3において、ステップS101が観測値
算出処理、ステップS102が観測値のレーダ座標への
座標変換処理、ステップS103がカルマンゲイン行列
算出処理、ステップS104が観測近似値算出処理、ス
テップS105が平滑ベクトル算出処理、ステップS1
06が平滑誤差共分散行列算出処理、ステップS107
が平滑ベクトルの北基準直交座標への座標変換処理、ス
テップS108が平滑誤差共分散行列の北基準直交座標
への座標変換処理、ステップS109が予測ベクトル算
出処理、ステップS110が予測誤差共分散行列算出処
理、ステップS111が予測ベクトルのレーダ座標への
座標変換処理、ステップS112が予測誤差共分散行列
のレーダ座標への座標変換処理、ステップS113が1
サンプリング遅延処理である。
In FIG. 3, step S101 is an observation value calculation process, step S102 is a coordinate conversion process of the observation value into radar coordinates, step S103 is a Kalman gain matrix calculation process, step S104 is an observation approximation value calculation process, and step S105 is an observation value calculation process. Smooth vector calculation processing, step S1
06 is a smooth error covariance matrix calculation process, step S107
Is a coordinate conversion process of the smooth vector to the north reference rectangular coordinates, step S108 is a coordinate conversion process of the smooth error covariance matrix to the north reference rectangular coordinates, step S109 is a prediction vector calculation process, and step S110 is a prediction error covariance matrix calculation. Processing, step S111 is a coordinate conversion process of the prediction vector into the radar coordinates, step S112 is a coordinate conversion process of the prediction error covariance matrix into the radar coordinates, and step S113 is 1
This is a sampling delay process.

【0004】また、図4において、101はレーダ装
置、102は観測値算出装置、103は第1の座標変換
装置、104はカルマンゲイン行列算出装置、105は
平滑ベクトル算出装置、106は平滑誤差共分散行列算
出装置、107は第2の座標変換装置、108は第3の
座標変換装置、109は予測ベクトル算出装置、110
は予測誤差共分散行列算出装置、111は第4の座標変
換装置、112は第5の座標変換装置、113は観測近
似値算出装置、114は第1の遅延装置、115は第2
の遅延装置である。
In FIG. 4, 101 is a radar device, 102 is an observation value calculation device, 103 is a first coordinate transformation device, 104 is a Kalman gain matrix calculation device, 105 is a smooth vector calculation device, and 106 is a smooth error A variance matrix calculation device, 107 is a second coordinate conversion device, 108 is a third coordinate conversion device, 109 is a predicted vector calculation device, 110
Is a prediction error covariance matrix calculation device, 111 is a fourth coordinate conversion device, 112 is a fifth coordinate conversion device, 113 is an observation approximate value calculation device, 114 is a first delay device, and 115 is a second delay device.
Of the delay device.

【0005】上記のように構成された目標追尾装置の動
作を図3および4を用いて説明する。レーダ装置101
において受信された信号は観測値算出装置102に入力
される。観測値算出装置102では目標距離、方位角情
報、高角情報、距離変化率の4次元の観測値を算出する
(ステップS101)。上記の観測値は第1の座標変換
装置103に入力される。第1の座標変換装置103で
は上記観測値をレーダ座標系に変換し、平滑ベクトル算
出装置105に出力する(ステップS102)。カルマ
ンゲイン算出装置104では前サンプリング時刻におい
て算出された予測誤差共分散行列及びあらかじめ設定い
る観測精度情報をもとにカルマンゲイン行列を算出し、
平滑ベクトル算出装置105および平滑誤差共分散行列
算出装置106に出力する(ステップS103)。平滑
ベクトル算出装置105では平滑ベクトルを算出し、第
2の座標変換装置107に出力する(ステップS10
4)。平滑誤差共分散行列算出装置106では平滑誤差
共分散行列を算出し、第3の座標変換装置108に出力
する(ステップS105)。第2の座標変換装置107
では平滑ベクトルを北基準直交座標系に変換し、予測ベ
クトル算出装置109に出力される(ステップS10
6)。第3の座標変換装置108では平滑誤差共分散行
列を北基準直行座標系に変換し、予測誤差共分散行列算
出装置110に出力する(ステップS107)。予測誤
差共分散行列算出装置110では予測誤差共分散行列を
算出し、第5の座標変換装置112に出力する(ステッ
プS108,S109)。第4の座標変換装置111で
は予測ベクトルをレーダ座標系に変換し、第1の遅延装
置114に出力する(ステップS110)。第1の遅延
装置114では、予測ベクトルの1サンプリング遅延を
行い、観測近似値算出装置113に出力する(ステップ
S112)。観測近似値算出装置113では予測ベクト
ルから観測近似値を算出し、平滑ベクトル算出装置10
5に出力する(ステップS113)。第5の座標変換装
置112では予測誤差共分散行列をレーダ座標系に変換
し、第2の遅延装置115に出力する(ステップS11
1)。第2の遅延装置115では、予測誤差共分散行列
の1サンプリング遅延を行い、平滑誤差共分散行列算出
装置106およびカルマンゲイン算出装置104に出力
する(ステップS112)。
[0005] The operation of the thus configured target tracking device will be described with reference to Figs. Radar device 101
Is received by the observation value calculation device 102. The observation value calculation device 102 calculates four-dimensional observation values of the target distance, the azimuth information, the high angle information, and the distance change rate (step S101). The above observation value is input to the first coordinate conversion device 103. The first coordinate conversion device 103 converts the observation value into a radar coordinate system, and outputs it to the smoothed vector calculation device 105 (step S102). The Kalman gain calculation device 104 calculates a Kalman gain matrix based on the prediction error covariance matrix calculated at the previous sampling time and the observation accuracy information set in advance,
The output is output to the smoothing vector calculation device 105 and the smoothing error covariance matrix calculation device 106 (step S103). The smoothed vector calculation device 105 calculates a smoothed vector and outputs it to the second coordinate transformation device 107 (step S10).
4). The smoothing error covariance matrix calculating device 106 calculates a smoothing error covariance matrix and outputs it to the third coordinate transformation device 108 (step S105). Second coordinate conversion device 107
In step S10, the smoothed vector is converted to the north reference rectangular coordinate system and output to the predicted vector calculation device 109 (step S10).
6). The third coordinate conversion device 108 converts the smoothed error covariance matrix into the north reference orthogonal coordinate system, and outputs it to the prediction error covariance matrix calculation device 110 (step S107). The prediction error covariance matrix calculation device 110 calculates a prediction error covariance matrix and outputs it to the fifth coordinate transformation device 112 (steps S108 and S109). The fourth coordinate conversion device 111 converts the prediction vector into a radar coordinate system and outputs the result to the first delay device 114 (step S110). The first delay device 114 performs one sampling delay of the prediction vector, and outputs the result to the observation approximate value calculation device 113 (step S112). The observation approximate value calculation device 113 calculates the observation approximate value from the prediction vector, and
5 (step S113). The fifth coordinate conversion device 112 converts the prediction error covariance matrix into a radar coordinate system and outputs the result to the second delay device 115 (step S11).
1). The second delay device 115 performs one sampling delay of the prediction error covariance matrix and outputs the result to the smoothed error covariance matrix calculation device 106 and the Kalman gain calculation device 104 (step S112).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のフェーズドアレ
ーレーダを利用した目標追尾装置では、平滑処理時には
レーダ座標系に変換し(ステップS2)、予測処理時に
は北基準直交座標系に変換する(ステップS6,7)と
いう複雑な座標変換が何度も必要で、機械駆動型のレー
ダの観測値を処理するために設計された追尾装置をその
ままで利用できないという問題点があった。
In a conventional target tracking device using a phased array radar, the data is converted into a radar coordinate system at the time of smoothing processing (step S2), and is converted into a north reference orthogonal coordinate system at the time of prediction processing (step S6). , 7), a complicated coordinate transformation is required many times, and there is a problem that a tracking device designed to process observation values of a mechanical drive type radar cannot be used as it is.

【0007】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、座標変換処理を減らして追尾処
理にかかる時間を短縮するとともに、機械駆動型のレー
ダの観測値を処理するために設計された追尾フィルタを
変更を加えることなく使用することが可能な目標追尾装
置を得ることを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is intended to reduce the time required for tracking processing by reducing coordinate conversion processing and to process observation values of a machine-driven radar. It is an object of the present invention to obtain a target tracking device that can use a designed tracking filter without making any changes.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は、フェーズド
アレーアンテナを有するレーダ手段と、レーダ手段によ
り受信された信号が入力されて、信号に基づいて目標ま
での距離と2つの方向余弦とからなる3次元の観測値を
算出する目標観測手段と、観測値を北基準直交座標系に
変換する座標変換手段と、次サンプリング時刻における
予測ベクトルを算出する予測ベクトル算出手段と、次サ
ンプリング時刻における予測誤差共分散行列を算出する
予測誤差共分散行列算出手段と、予測ベクトル算出手段
から出力される予測ベクトルの1サンプリング遅延を行
う第1の遅延手段と、予測誤差共分散行列算出手段から
出力される上記予測誤差共分散行列の1サンプリング遅
延を行う第2の遅延手段と、第2の遅延手段から出力さ
れる前サンプリング時刻における予測誤差共分散行列を
もとにカルマンゲイン行列を算出するカルマンゲイン行
列算出手段と、第1の遅延手段から出力される前サンプ
リング時刻における予測ベクトル、カルマンゲイン行列
算出手段により算出されたカルマンゲイン行列、およ
び、座標変換手段から出力される座標変換された観測値
をもとに平滑ベクトルを算出し、予測ベクトル算出手段
に出力する平滑ベクトル算出手段と、カルマンゲイン行
列算出手段により算出されたカルマンゲイン行列および
第2の遅延手段から出力される前サンプリング時刻にお
ける予測誤差共分散行列から平滑誤差共分散行列を算出
し、予測誤差共分散行列算出手段に出力する平滑誤差共
分散行列算出装置とを備えた目標追尾装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises radar means having a phased array antenna, a signal received by the radar means being input, and a distance to a target and two direction cosine based on the signal. Target observation means for calculating a three-dimensional observation value, coordinate conversion means for converting the observation value to a north reference rectangular coordinate system, prediction vector calculation means for calculating a prediction vector at the next sampling time, and prediction error at the next sampling time A prediction error covariance matrix calculating means for calculating a covariance matrix, a first delay means for delaying one sampling of a prediction vector output from the prediction vector calculating means, and a signal output from the prediction error covariance matrix calculating means. Second delay means for delaying one sampling of the prediction error covariance matrix, and a pre-sampler output from the second delay means Kalman gain matrix calculation means for calculating a Kalman gain matrix based on the prediction error covariance matrix at the time, Kalman gain calculated by the Kalman gain matrix calculation means at the previous sampling time outputted from the first delay means The gain matrix and the smoothed vector calculating means for calculating the smoothed vector based on the coordinate-transformed observation value output from the coordinate converting means and outputting the calculated smoothed vector to the predicted vector calculating means, and the Kalman gain matrix calculating means. A smoothing error covariance matrix calculation device that calculates a smoothing error covariance matrix from the Kalman gain matrix and the prediction error covariance matrix at the previous sampling time output from the second delay unit, and outputs the smoothing error covariance matrix to the prediction error covariance matrix calculation unit This is a target tracking device provided with:

【0009】また、レーダ手段のアンテナ面を方位方向
に機械回転しながら仰角方向に電子走査する。
Further, electronic scanning is performed in the elevation angle direction while mechanically rotating the antenna surface of the radar means in the azimuth direction.

【0010】また、レーダ手段のアンテナ面を仰角方向
に機械回転しながら水平方向に電子走査する。
Further, electronic scanning is performed in the horizontal direction while mechanically rotating the antenna surface of the radar means in the elevation direction.

【0011】また、レーダ手段のアンテナ軸線上で目標
を観測する。
A target is observed on the antenna axis of the radar means.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】実施の形態1.以下に、この発明
の目標追尾装置および目標追尾方法の実施の形態1を説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, a first embodiment of a target tracking device and a target tracking method according to the present invention will be described.

【0013】まず、座標系とフェーズドアレーレーダで
得られる目標位置観測情報の定義を述べる。レーダ位置
を原点、東をx軸の正、北をy軸の正、水平面(xy平
面)に垂直で上方をz軸の正にとった直交座標を北基準
直交座標、また、レーダより目標までの距離をR、水平
面より目標までの仰角をE、水平面内で北方向より目標
までの方位角をByとした座標を極座標と呼ぶ。アンテ
ナ中心を始点として、アンテナ面と垂直で電波が照射さ
れる側の半直線をアンテナ軸線と呼ぶ。次に、アンテナ
中心を原点、アンテナ面内で水平面に平行で原点から見
てアンテナ軸線の右側をxA軸の正、アンテナ軸線上で
電波が照射される側をyA軸の正、アンテナ面内でアン
テナ軸線と垂直で上方をzA軸の正にとった直交座標を
アンテナ面直交座標と呼ぶ。
First, the definition of a coordinate system and target position observation information obtained by a phased array radar will be described. The origin is the radar position, the east is the positive x-axis, the north is the positive y-axis, the vertical coordinate perpendicular to the horizontal plane (xy plane) is the positive z-axis, and the north reference rectangular coordinates, and from the radar to the target. The distance R is called a polar coordinate, the elevation angle from the horizontal plane to the target is E, and the azimuth from the north to the target in the horizontal plane is By. A half line on the side irradiated with radio waves perpendicular to the antenna surface with the center of the antenna as a starting point is called an antenna axis. Next, the origin is the center of the antenna, the xA axis is positive on the right side of the antenna axis when viewed from the origin parallel to the horizontal plane in the antenna plane, and the yA axis is positive on the side on which the radio wave is irradiated on the antenna axis. The orthogonal coordinates perpendicular to the antenna axis and taking the positive direction of the zA axis upward are referred to as antenna plane orthogonal coordinates.

【0014】フェーズドアレーレーダにおいて観測され
る諸元は、目標までの距離と、アンテナ中心と目標とを
結ぶベクトルである目標位置ベクトルから得られる2個
の方向余弦である。ここでは、フェーズドアレーレーダ
において観測される諸元は、距離Rと目標位置ベクトル
上の単位ベクトル(l,m,n)のxA成分lおよびz
A成分nとする。
The parameters observed in the phased array radar are the distance to the target and two direction cosine obtained from a target position vector which is a vector connecting the antenna center and the target. Here, the parameters observed in the phased array radar are the distance R and the xA components l and z of the unit vector (l, m, n) on the target position vector.
A component is assumed to be n.

【0015】ここで、機械駆動型の通常のレーダにおけ
る追尾フィルタとして一般に使われるカルマンフィルタ
の処理アルゴリズムについて詳しく説明する。
Here, a processing algorithm of a Kalman filter generally used as a tracking filter in a normal mechanical drive type radar will be described in detail.

【0016】サンプリング時刻をtk(k=1,2,
…)とする。カルマンフィルタの理論では、まず、目標
の運動モデルを式(1)のように表現する。
The sampling time is set to t k (k = 1, 2,
…). In the Kalman filter theory, first, a target motion model is expressed as in equation (1).

【数1】 (Equation 1)

【0017】式(1)において、xkはサンプリング時
刻tkにおける目標運動諸元の真値を表すr次元状態ベ
クトル、Φ(tk-1,tk)はサンプリング時刻tk-1
らサンプリング時刻tkへの状態ベクトルxkの推移を表
すr*rの推移行列である。また、wkはサンプリング
時刻tkにおけるs次元駆動雑音ベクトルで、平均0、
共分散行列Qkのs変量正規分布に従う白色雑音系列で
あるとする。この駆動雑音は、実際の目標の動きが上記
設定した運動モデルに合致していない場合の状態ベクト
ルの乱れを励起するものである。Γ1(tk-1,tk)は
駆動雑音ベクトルの変換行列で、r*s行列である。
In the equation (1), x k is an r-dimensional state vector representing the true value of the target motion data at the sampling time t k , and Φ (t k−1 , t k ) is the sampling time from the sampling time t k−1 it is a transition matrix of r * r, which represents the transition of the state vector x k to the time t k. Further, w k is an s-dimensional driving noise vector at the sampling time t k , and has an average of 0,
And a white noise sequence in accordance with s variate normal distribution covariance matrix Q k. The driving noise excites the disturbance of the state vector when the actual target motion does not match the set motion model. Γ 1 (t k−1 , t k ) is a drive noise vector conversion matrix, which is an r * s matrix.

【0018】例えばxyzの北基準直交座標系における
目標の位置および速度を追尾する場合、式(1)の運動
モデルとして式(2)〜(4)のように設定することが
できる。ここで、駆動雑音wkはx、y、z各軸の加速
度相当の外乱入力を表す3次元ベクトルとする。なお、
n*nはn*nの単位行列を表す。
For example, when tracking the position and speed of a target in the xyz north reference rectangular coordinate system, the equations (2) to (4) can be set as the motion model of equation (1). Here, the drive noise w k is a three-dimensional vector representing a disturbance input corresponding to acceleration in each of the x, y, and z axes. In addition,
In * n represents an n * n unit matrix.

【0019】[0019]

【数2】 (Equation 2)

【0020】[0020]

【数3】 (Equation 3)

【0021】[0021]

【数4】 (Equation 4)

【0022】次に、観測装置の観測モデルを次式のよう
に表現する。
Next, an observation model of the observation device is expressed as follows.

【0023】[0023]

【数5】 (Equation 5)

【0024】式(5)において、zkはサンプリング時
刻tkにおけるのu次元観測値ベクトル、Hはu*nの
観測行列である。また、vkはサンプリング時刻tkにお
ける観測値ベクトルzkに対応したu次元観測雑音ベク
トルで、平均0、共分散行列Rkのu変量正規分布に従
う白色雑音系列であるとする。なお、駆動雑音ベクトル
kと観測雑音ベクトルvkは互いに独立であるとする。
In equation (5), zkIs for sampling
Time tk, The u-dimensional observation vector at, where H is the u * n
It is an observation matrix. Also, vkIs the sampling time tkIn
Vector zkU-dimensional observation noise vector corresponding to
Torr, mean 0, covariance matrix RkFollows the u-variate normal distribution of
Let it be a white noise sequence. Note that the driving noise vector
w kAnd the observation noise vector vkAre independent of each other.

【0025】例えば、観測装置の検出結果に基づき、x
yzの北基準直交座標系における目標位置が観測値とし
て得られる場合、式(5)の観測モデルとして式(6)
及び式(7)のように設定することができる。
For example, based on the detection result of the observation device, x
When the target position in the yz north reference rectangular coordinate system is obtained as an observation value, the expression (6) is used as the observation model of expression (5)
And Equation (7).

【0026】[0026]

【数6】 (Equation 6)

【0027】[0027]

【数7】 (Equation 7)

【0028】x,y,zの観測雑音の標準偏差をそれぞ
れσx(k)、σy(k)、σz(k)とすると、Rkは次
式となる。
Assuming that the standard deviations of the observation noise of x, y and z are σ x (k), σ y (k) and σ z (k), R k is given by the following equation.

【0029】[0029]

【数8】 (Equation 8)

【0030】なお、機械駆動型のレーダによれば、目標
位置の観測情報は距離、仰角、方位角の極座標系で得ら
れるため、距離、仰角、方位角の観測雑音vk,pの標準
偏差をそれぞれσR(k)、σE(k)、σBy(k)とす
ると、その観測誤差共分散行列Rk,pは次式となる。
According to the mechanically driven radar, the observation information of the target position can be obtained in the polar coordinate system of the distance, the elevation angle and the azimuth angle. Therefore, the standard deviation of the observation noise v k, p of the distance, the elevation angle and the azimuth angle is obtained. Are respectively σ R (k), σ E (k), and σ By (k), and the observation error covariance matrix R k, p is as follows.

【0031】[0031]

【数9】 (Equation 9)

【0032】これは北基準直交座標系への変換行列Γ2
により北基準直交座標系の観測誤差共分散行列に変換で
きる。
This is a transformation matrix 北2 to the north reference rectangular coordinate system.
Can be converted to the observation error covariance matrix of the north reference rectangular coordinate system.

【0033】[0033]

【数10】 (Equation 10)

【0034】[0034]

【数11】 [Equation 11]

【0035】ここで、(R、E、By)は目標位置の極
座標系における真値である。
Here, (R, E, By) is a true value of the target position in the polar coordinate system.

【0036】サンプリング時刻tkまでの観測値ベクト
ルの集積を次のように表すこととする。
The accumulation of the observation value vectors up to the sampling time t k is represented as follows.

【0037】[0037]

【数12】 (Equation 12)

【0038】カルマンフィルタの理論によれば、上記モ
デルに従いサンプリング時刻tkで観測値が得られた場
合の、状態ベクトルxkの推定値xkハットは式(13)
〜(17)によって計算される。ただし、Qkは目標の
パラメータで、Rkはセンサのパラメータであるとす
る。なお、Tは行列の転置を表す。
According to the theory of the Kalman filter, when the observed value is obtained at the sampling time t k according to the above model, the estimated value x k of the state vector x k is given by the following equation (13).
17 (17). Here, it is assumed that Q k is a target parameter and R k is a sensor parameter. Note that T represents transposition of a matrix.

【0039】[0039]

【数13】 (Equation 13)

【0040】[0040]

【数14】 [Equation 14]

【0041】[0041]

【数15】 (Equation 15)

【0042】[0042]

【数16】 (Equation 16)

【0043】[0043]

【数17】 [Equation 17]

【0044】なお、サンプリング時刻tkで観測値が得
られなかった場合の、状態ベクトルxkの推定値xkハッ
トは式(18)〜(21)によって計算される。この処
理を一般に外挿と呼ぶ。
Note that the estimated value x k hat of the state vector x k when no observation value is obtained at the sampling time t k is calculated by the equations (18) to (21). This process is generally called extrapolation.

【0045】[0045]

【数18】 (Equation 18)

【0046】[0046]

【数19】 [Equation 19]

【0047】ただし、However,

【数20】 (Equation 20)

【0048】[0048]

【数21】 (Equation 21)

【0049】ここで、xkハット,xkティルダ,Pk
ット,Pkティルダはそれぞれ式(22)〜(25)の
ように定義される。ただし、E[・]は平均操作を表す
記号である。xkハットはサンプリング時刻tkまでの観
測情報Zkに基づくxkの条件付き平均値で、サンプリン
グ時刻tkまでの観測情報Zkに基づいてサンプリング時
刻tkの状態ベクトルの真値を推定した平滑ベクトルに
相当し、xkティルダはサンプリング時刻tk-1までの観
測情報Zk-1に基づくxkの条件付き平均値で、サンプリ
ング時刻tk-1までの観測情報Zk-1に基づいてサンプリ
ング時刻tkでの状態ベクトルの真値を推定した予測ベ
クトルに相当する。Pkハット、Pkティルダはそれぞれ
kハット,xkティルダの誤差共分散行列を表す平滑誤
差分散行列及び予測誤差共分散行列である。また、式
(16)のKkはカルマンゲイン行列と呼ばれ、u*n
行列である。なお、上記式(13)〜(21)により算
出される平滑ベクトルxkハットは、観測情報Zkの下で
の、推定誤差の平均がゼロで分散が最小となる意味で最
適な推定値となる。
Here, x k hat, x k tilde , P k hat, and P k tilde are defined as in equations (22) to (25), respectively. Here, E [•] is a symbol representing the averaging operation. x k hat is conditional mean value of x k based on the observation information Z k to the sampling time t k, estimating the true value of the state vector of the sampling time t k on the basis of the observation information Z k to the sampling time t k corresponds to the smoothed vector, x k tilde is conditional mean value of x k based on the observation information Z k-1 to the sampling time t k-1, observation information Z k-1 to the sampling time t k-1 corresponds to the prediction vector estimating the true value of the state vector at sampling time t k based on. P k hat and P k tilde are a smoothed error variance matrix and a prediction error covariance matrix representing an error covariance matrix of x k hat and x k tilder, respectively. K k in equation (16) is called a Kalman gain matrix, and u * n
It is a matrix. Note that the smoothed vector x k hat calculated by the above equations (13) to (21) is an optimum estimated value under the observation information Z k in the sense that the average of the estimation error is zero and the variance is minimized. Become.

【0050】[0050]

【数22】 (Equation 22)

【0051】[0051]

【数23】 (Equation 23)

【0052】[0052]

【数24】 (Equation 24)

【0053】[0053]

【数25】 (Equation 25)

【0054】図1は本発明の目標追尾装置の実施の形態
1の動作手順を説明するものであり、図2は本発明の目
標追尾装置の実施の形態1の構成について示したもので
ある。
FIG. 1 explains the operation procedure of the first embodiment of the target tracking device of the present invention, and FIG. 2 shows the configuration of the first embodiment of the target tracking device of the present invention.

【0055】図2において、1はレーダ装置、2は目標
までの距離と2個の方向余弦からなる3次元観測値を算
出する観測値算出装置、3は上記観測値を北基準直交座
標系に変換する座標変換装置、4は前サンプリング時刻
において算出されている予測誤差共分散行列をもとにカ
ルマンゲイン行列を算出するカルマンゲイン行列算出装
置、5は同様に前サンプリング時刻において算出されて
いる予測ベクトル、前記カルマンゲイン行列、および、
観測値をもとに平滑ベクトルを算出する平滑ベクトル算
出装置、6は前記カルマンゲイン行列および前記予測誤
差共分散行列から平滑誤差共分散行列を算出する平滑誤
差共分散行列算出装置、9は次サンプリング時刻におけ
る予測ベクトルを算出する予測ベクトル算出装置、10
は同様に予測誤差共分散行列を算出する予測誤差共分散
行列算出装置、14は前記予測ベクトルの1サンプリン
グ遅延を行う第1の遅延装置、15は前記予測誤差共分
散行列の1サンプリング遅延を行う第2の遅延装置であ
る。
In FIG. 2, 1 is a radar device, 2 is an observation value calculation device for calculating a three-dimensional observation value consisting of a distance to a target and two direction cosine, and 3 is a north reference rectangular coordinate system. A coordinate transformation device 4 for transforming is a Kalman gain matrix calculation device for calculating a Kalman gain matrix based on a prediction error covariance matrix calculated at the previous sampling time, and a prediction device 5 is also calculated at the previous sampling time. Vector, the Kalman gain matrix, and
A smoothing vector calculating device for calculating a smoothing vector based on the observed value; 6, a smoothing error covariance matrix calculating device for calculating a smoothing error covariance matrix from the Kalman gain matrix and the prediction error covariance matrix; Prediction vector calculation device for calculating a prediction vector at time, 10
Is a prediction error covariance matrix calculation device that similarly calculates a prediction error covariance matrix, 14 is a first delay device that performs one sampling delay of the prediction vector, and 15 is a one sampling delay of the prediction error covariance matrix. The second delay device.

【0056】次に図1により動作について説明する。ま
ず、サンプリング時刻において目標までの距離と二つの
方向余弦からなる3次元の観測値R,l,nを入力する
(ステップS1)。この目標位置観測値(R,l,n)
を北基準直交座標系の位置(x,y,z)に変換する
(ステップS2)。ここで、目標位置(R,l,n)の
アンテナ面直交座標系での表現(xA,yA,zA)は式
(26)のようになる。
Next, the operation will be described with reference to FIG. First, at a sampling time, a three-dimensional observation value R, l, n including a distance to a target and two direction cosine is input (step S1). This target position observation value (R, l, n)
Is converted to the position (x, y, z) in the north reference rectangular coordinate system (step S2). Here, the expression (x A , y A , z A ) of the target position (R, l, n) in the antenna plane orthogonal coordinate system is as shown in Expression (26).

【0057】[0057]

【数26】 (Equation 26)

【0058】アンテナ面直交座標系での位置(xA
A,zA)から北基準直交座標系の位置(x,y,z)
への変換のための行列をΓ2,Nとする(式(27))。
The position (x A ,
y A , z A ) to the position (x, y, z) in the north reference rectangular coordinate system
A matrix for conversion into へ is defined as Γ 2, N (Equation (27)).

【0059】[0059]

【数27】 [Equation 27]

【0060】ここで、アンテナ面は方位角方向ByA
仰角方向EAを向いているとする。各方向の補正のため
の行列をそれぞれRByA,REAとすると、Γ2,Nは式(2
8)のように表せる。
Here, the antenna surface is in the azimuth direction By A ,
Suppose that it is facing the elevation direction EA. Assuming that the matrices for correction in each direction are R ByA and R EA , respectively, Γ 2, N is given by equation (2)
It can be expressed as 8).

【0061】[0061]

【数28】 [Equation 28]

【0062】[0062]

【数29】 (Equation 29)

【0063】[0063]

【数30】 [Equation 30]

【0064】すなわちステップS2では、式(31)を
使って目標観測値(R,l,n)を北基準直交座標系の
観測値zkに変換する。
That is, in step S2, the target observation value (R, l, n) is converted into the observation value z k in the north reference rectangular coordinate system using equation (31).

【0065】[0065]

【数31】 (Equation 31)

【0066】次に、ステップS3では、式(16)を用
いてカルマンゲイン行列を求める。このとき、フェーズ
ドアレーレーダの観測誤差の共分散行列Rk,PAから北基
準直交座標系における観測誤差の共分散行列Rkを以下
のように求める。
Next, in step S3, a Kalman gain matrix is obtained using equation (16). At this time, obtains a covariance matrix R k of the observation error of the phased array radar, the PA as follows covariance matrix R k of the observation error in the North reference orthogonal coordinate system.

【0067】[0067]

【数32】 (Equation 32)

【0068】ここで、距離R、方向余弦l,nの観測雑
音vk,PAの標準偏差をσR(k),σl(k),σ
n(k)とすると観測誤差行分散行列Rk,PAは次式とな
る。
Here, the standard deviation of the observation noise v k, PA of the distance R and the direction cosines l, n is represented by σ R (k), σ l (k), σ
Assuming n (k), the observation error row variance matrix R k, PA is given by the following equation.

【0069】[0069]

【数33】 [Equation 33]

【0070】Γ2,Aはフェーズドアレーレーダによる距
離と方向余弦の観測雑音vk,PAのアンテナ面直交座標系
の観測雑音vk,Aへの変換行列である。
[0070] is a gamma 2, A is the observed noise v k of the distance and direction cosines by phased array radar, observation noise v k of the antenna plane orthogonal coordinate system PA, transformation matrix to A.

【0071】[0071]

【数34】 (Equation 34)

【0072】次に、ステップS4において式(14)に
より目標状態の平滑ベクトルxkハットを算出する。
Next, in step S4, the smoothed vector x k in the target state is calculated by equation (14).

【0073】次に、ステップS5において式(17)に
より平滑誤差共分散行列Pkハットを算出する。
Next, in step S5, a smooth error covariance matrix P k hat is calculated by equation (17).

【0074】次に、ステップS6において式(13)に
より目標状態の予測ベクトルxk+1ティルダを算出す
る。
Next, in step S6, a predicted vector x k + 1 tilder of the target state is calculated by equation (13).

【0075】次に、ステップS7において式(15)に
より予測誤差共分散行列Pk+1ティルダを算出する。
Next, in step S7, a prediction error covariance matrix P k + 1 tilder is calculated by equation (15).

【0076】次に、ステップS8において、予測ベクト
ルおよび予測誤差共分散行列を1サンプリング遅延す
る。この一連の流れを追尾終了まで繰り返す。
Next, in step S8, the prediction vector and the prediction error covariance matrix are delayed by one sampling. This series of steps is repeated until tracking ends.

【0077】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、座標変換装置3が目標観測値と観測誤差とを北基準
直交座標系に変換するようにしたので、従来の機械駆動
型のレーダのために北基準直交座標系で設計されたカル
マンフィルタ(追尾フィルタ)を変更を加えることなく
使用することができる効果を奏する。
As described above, according to the first embodiment, since the coordinate conversion device 3 converts the target observation value and the observation error into the north reference rectangular coordinate system, the conventional mechanical drive type radar is used. Therefore, the Kalman filter (tracking filter) designed in the north reference rectangular coordinate system can be used without any change.

【0078】また、この実施の形態1によれば、座標変
換装置を1つに減らしたため、高速に追尾処理を実行で
きる効果を奏する。
Further, according to the first embodiment, since the number of coordinate conversion devices is reduced to one, an effect that the tracking processing can be executed at a high speed is achieved.

【0079】実施の形態2.以下に、この発明の目標追
尾装置及び目標追尾方法の実施の形態2を説明する。実
施の形態2における装置の構成はレーダ装置1以外は実
施の形態1と同様である。
Embodiment 2 Hereinafter, a second embodiment of the target tracking device and the target tracking method according to the present invention will be described. The configuration of the device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the radar device 1.

【0080】フェーズドアレーアンテナを備えるレーダ
装置1は、仰角方向にビーム走査を行いながら、方位方
向にはアンテナ面を機械駆動で動かすものとする。つま
り、目標はアンテナ軸線の真上または真下において捕ら
えられる。
The radar apparatus 1 equipped with a phased array antenna scans the antenna surface mechanically in the azimuth direction while performing beam scanning in the elevation direction. That is, the target is captured directly above or below the antenna axis.

【0081】また、実施の形態2の処理手順はステップ
S3の動作を除いて実施の形態1と同様である。
The processing procedure of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the operation of step S3.

【0082】実施の形態2では、ステップS3において
カルマンゲイン行列を算出する際に、観測雑音vk,PA
観測誤差共分散行列Rk,PAを極座標系の観測雑音vk,p
の観測誤差共分散行列Rk,pに変換する。
[0082] In the second embodiment, when calculating the Kalman gain matrix at step S3, the observation noise v k, the observation error covariance matrix R k of PA, observation noise v k of polar coordinate system the PA, p
Into an observation error covariance matrix R k, p .

【0083】フェーズドアレーレーダの観測雑音vk,PA
を極座標系の観測雑音vk,pに変換する行列をΓ2,Pとす
る。
Observation noise v k, PA of phased array radar
Let 行列2, P be a matrix that converts into polar observation noise v k, p .

【0084】[0084]

【数35】 (Equation 35)

【0085】ここで、RNPは北基準直交座標系での観測
雑音vkを極座標系での観測雑音vk ,pに変換する変換行
列である。
[0085] Here, R NP is observed noise v k, transformation matrix for transforming the p of the observation noise v k in North reference orthogonal coordinate system in a polar coordinate system.

【0086】[0086]

【数36】 [Equation 36]

【0087】フェーズドアレーレーダの観測雑音vk,PA
の観測誤差共分散行列Rk,PAは極座標系の観測雑音v
k,pの観測誤差共分散行列Rk,pに以下のようにして変換
できる。
Observation noise v k, PA of phased array radar
Is the observation error covariance matrix R k, PA of the observation noise v
k, the observation error covariance matrix R k of p, can be converted in the following manner p.

【0088】[0088]

【数37】 (37)

【0089】簡単のため、アンテナ面は水平面と垂直な
面内にあるとして、次式を仮定する。
For simplicity, the following equation is assumed assuming that the antenna plane is in a plane perpendicular to the horizontal plane.

【0090】[0090]

【数38】 (38)

【0091】このとき、At this time,

【0092】[0092]

【数39】 [Equation 39]

【0093】よって、極座標系の観測雑音はTherefore, the observation noise of the polar coordinate system is

【0094】[0094]

【数40】 (Equation 40)

【0095】すなわち、本実施の形態2による目標追尾
装置では、仰角の観測誤差はvn(k)をcosEで割
った値、vl(k)は仰角Eの観測誤差となる。
That is, in the target tracking device according to the second embodiment, the elevation angle observation error is a value obtained by dividing v n (k) by cosE, and v l (k) is the elevation angle E observation error.

【0096】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、レーダ装置が仰角方向にビーム走査を行いながら、
方位方向にはアンテナ面を機械駆動で動かすようにした
ので、周囲全体を見渡す捜索ができる。このとき、フェ
ーズドアレーレーダの観測誤差行分散行列を極座標の観
測誤差共分散行列に変換して、従来の機械駆動型のレー
ダを想定して設計された追尾フィルタがそのまま利用可
能できる。
As described above, according to the second embodiment, while the radar apparatus performs beam scanning in the elevation direction,
Since the antenna surface is moved mechanically in the azimuth direction, it is possible to search the entire surroundings. At this time, the observation error row variance matrix of the phased array radar is converted into a polar coordinate observation error covariance matrix, and a tracking filter designed assuming a conventional machine-driven radar can be used as it is.

【0097】また、観測雑音の変換が仰角Eによる補正
のみであるため、カルマンゲイン行列の算出が高速とな
り追尾処理時間が短縮される。これにより、余った時間
を捜索・追尾に振り分けて捜索・追尾性能を向上させる
ことができる。
Further, since the conversion of the observation noise is only correction by the elevation angle E, the calculation of the Kalman gain matrix is performed at high speed, and the tracking processing time is reduced. As a result, the surplus time can be allocated to search and tracking, and search and tracking performance can be improved.

【0098】実施の形態3.以下に、この発明の目標追
尾装置及び目標追尾方法の実施の形態3を説明する。実
施の形態3における装置の構成はレーダ装置1以外は実
施の形態1と同様である。
Embodiment 3 Hereinafter, a third embodiment of the target tracking device and the target tracking method of the present invention will be described. The configuration of the device according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment except for the radar device 1.

【0099】フェーズドアレーアンテナを備えるレーダ
装置1は、アンテナ面を仰角方向に機械回転しながら、
水平方向にビーム走査を行う。つまり、目標はアンテナ
軸線の真横において捕らえられる。
The radar apparatus 1 equipped with the phased array antenna, while mechanically rotating the antenna surface in the elevation direction,
Beam scanning is performed in the horizontal direction. That is, the target is captured right beside the antenna axis.

【0100】また、実施の形態3の処理手順はステップ
S3の動作を除いて実施の形態1と同様である。
The processing procedure of the third embodiment is the same as that of the first embodiment except for the operation of step S3.

【0101】実施の形態3では、ステップS3において
カルマンゲイン行列を算出する際に、式(37)を用い
て観測雑音vk,PAの観測誤差共分散行列Rk,PAを極座標
系の観測雑音vk,pの観測誤差共分散行列Rk,pに変換す
る。
[0102] In the third embodiment, when calculating the Kalman gain matrix at step S3, the observation using the equation (37) noise v k, the observation error covariance matrix R k of PA, observation noise in the polar coordinate system with PA v k, p is converted to an observation error covariance matrix R k, p .

【0102】簡単のため、アンテナ面は水平面と垂直な
面内にあるとして、次式を仮定する。
For simplicity, the following equation is assumed assuming that the antenna plane is in a plane perpendicular to the horizontal plane.

【0103】[0103]

【数41】 [Equation 41]

【0104】このとき、At this time,

【0105】[0105]

【数42】 (Equation 42)

【0106】よって、極座標系の観測雑音はTherefore, the observation noise of the polar coordinate system is

【0107】[0107]

【数43】 [Equation 43]

【0108】すなわち、本実施の形態3による目標追尾
装置では、仰角の観測誤差はvn(k)、方位角の観測
誤差はvl(k)をcos(By−ByA)で除算した値
となる。
That is, in the target tracking apparatus according to the third embodiment, the observation error of the elevation angle is v n (k), and the observation error of the azimuth angle is a value obtained by dividing v l (k) by cos (By−By A ). Becomes

【0109】以上のように、この実施の形態3によれ
ば、レーダ装置が方位方向にビーム走査を行いながら、
仰角方向にはアンテナ面を機械駆動で動かすようにした
ので、特定の方位角方向を集中的に捜索することができ
る。このとき、フェーズドアレーレーダの観測誤差行分
散行列を極座標の観測誤差共分散行列に変換して、従来
の機械駆動型のレーダを想定して設計された追尾フィル
タがそのまま利用可能できる。このようなアンテナを外
を向けて数枚丸く並べれば、周囲全体の捜索も高速に行
うことができる。
As described above, according to the third embodiment, while the radar apparatus performs beam scanning in the azimuth direction,
Since the antenna surface is moved mechanically in the elevation direction, a specific azimuth direction can be intensively searched. At this time, the observation error row variance matrix of the phased array radar is converted into a polar coordinate observation error covariance matrix, and a tracking filter designed assuming a conventional machine-driven radar can be used as it is. By arranging several such antennas in a round shape facing outward, it is possible to search the entire area at high speed.

【0110】また、観測雑音の変換が方位角(By−B
A)による補正のみであるため、カルマンゲイン行列
の算出が高速となり追尾処理時間が短縮される。これに
より、余った時間を捜索・追尾に振り分けて捜索・追尾
性能を向上させることができる。
The conversion of the observation noise is based on the azimuth (By-B
Since only the correction based on y A ) is performed, the calculation of the Kalman gain matrix is performed at high speed, and the tracking processing time is reduced. As a result, the surplus time can be allocated to search and tracking, and search and tracking performance can be improved.

【0111】実施の形態4.以下に、この発明の目標追
尾装置及び目標追尾方法の実施の形態4を説明する。実
施の形態4における装置の構成はレーダ装置1以外は実
施の形態1と同様である。
Embodiment 4 Hereinafter, a fourth embodiment of the target tracking device and the target tracking method of the present invention will be described. The configuration of the device according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment except for the radar device 1.

【0112】フェーズドアレーアンテナを備えるレーダ
装置1は、アンテナ軸線上で目標を観測するように構成
されているとする。
It is assumed that the radar apparatus 1 including the phased array antenna is configured to observe a target on the antenna axis.

【0113】また、実施の形態4の処理手順はステップ
S3の動作を除いて形態1と同様である。
The processing procedure of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment except for the operation of step S3.

【0114】目標がアンテナ軸線上で観測される場合に
は、
When a target is observed on the antenna axis,

【0115】[0115]

【数44】 [Equation 44]

【0116】よって、極座標系の観測雑音はTherefore, the observation noise of the polar coordinate system is

【0117】[0117]

【数45】 [Equation 45]

【0118】すなわち、本実施の形態4による目標追尾
装置では、仰角の観測誤差はvn(k),vl(k)は仰
角Eの観測誤差となる。
That is, in the target tracking device according to the fourth embodiment, the observation error of the elevation angle is v n (k) and v l (k) is the observation error of the elevation angle E.

【0119】つまり、実施の形態4では、ステップS3
においてカルマンゲイン行列を算出する際に、観測雑音
k,PAの観測誤差共分散行列Rk,PAを極座標系の観測雑
音v k,pの観測誤差共分散行列Rk,pとみなしてよい。
That is, in the fourth embodiment, step S3
When calculating the Kalman gain matrix in
vk, PAThe observation error covariance matrix Rk, PAIs the observation coordinate of the polar coordinate system.
Sound v k, pThe observation error covariance matrix Rk, pMay be considered.

【0120】以上のように、この実施の形態4によれ
ば、フェーズドアレーレーダの観測誤差行分散行列を極
座標の観測誤差共分散行列としてそのまま利用すること
ができ、従来の機械駆動型のレーダを想定して設計され
た追尾フィルタをまったくそのまま利用できる。
As described above, according to the fourth embodiment, the observation error row variance matrix of the phased array radar can be used as it is as the polar coordinate observation error covariance matrix, and the conventional mechanically driven radar can be used. The tracking filter designed assuming can be used as it is.

【0121】また、フェーズドアレーレーダの観測雑音
が極座標の観測雑音と見なしてよいため、観測雑音の変
換を行わなくてよい。よってカルマンゲイン行列の算出
が高速となり追尾処理時間が短縮される。これにより、
余った時間を捜索・追尾に振り分けて捜索・追尾性能を
向上させることができる。
Further, since the observation noise of the phased array radar may be regarded as the observation noise of the polar coordinates, the conversion of the observation noise does not need to be performed. Therefore, the calculation of the Kalman gain matrix is performed at high speed, and the tracking processing time is reduced. This allows
The surplus time can be allocated to search and tracking to improve search and tracking performance.

【0122】[0122]

【発明の効果】この発明は、フェーズドアレーアンテナ
を有するレーダ手段と、レーダ手段により受信された信
号が入力されて、信号に基づいて目標までの距離と2つ
の方向余弦とからなる3次元の観測値を算出する目標観
測手段と、観測値を北基準直交座標系に変換する座標変
換手段と、次サンプリング時刻における予測ベクトルを
算出する予測ベクトル算出手段と、次サンプリング時刻
における予測誤差共分散行列を算出する予測誤差共分散
行列算出手段と、予測ベクトル算出手段から出力される
予測ベクトルの1サンプリング遅延を行う第1の遅延手
段と、予測誤差共分散行列算出手段から出力される上記
予測誤差共分散行列の1サンプリング遅延を行う第2の
遅延手段と、第2の遅延手段から出力される前サンプリ
ング時刻における予測誤差共分散行列をもとにカルマン
ゲイン行列を算出するカルマンゲイン行列算出手段と、
第1の遅延手段から出力される前サンプリング時刻にお
ける予測ベクトル、カルマンゲイン行列算出手段により
算出されたカルマンゲイン行列、および、座標変換手段
から出力される座標変換された観測値をもとに平滑ベク
トルを算出し、予測ベクトル算出手段に出力する平滑ベ
クトル算出手段と、カルマンゲイン行列算出手段により
算出されたカルマンゲイン行列および第2の遅延手段か
ら出力される前サンプリング時刻における予測誤差共分
散行列から平滑誤差共分散行列を算出し、予測誤差共分
散行列算出手段に出力する平滑誤差共分散行列算出装置
とを備えた目標追尾装置であるので、複雑な座標変換処
理を減らして追尾処理にかかる時間を短縮することがで
きるとともに、機械駆動型のレーダの観測値を処理する
ために設計された追尾フィルタを変更を加えることなく
使用することができる。
According to the present invention, three-dimensional observation comprising a radar means having a phased array antenna, a signal received by the radar means, and a distance to a target and two direction cosine based on the signal. Target observation means for calculating a value, coordinate conversion means for converting the observed value to the north reference rectangular coordinate system, prediction vector calculation means for calculating a prediction vector at the next sampling time, and a prediction error covariance matrix at the next sampling time. Means for calculating a prediction error covariance matrix to be calculated, first delay means for delaying one sampling of a prediction vector output from the prediction vector calculation means, and the prediction error covariance output from the prediction error covariance matrix calculation means Second delay means for delaying one sampling of the matrix, and A Kalman gain matrix calculation means for calculating a Kalman gain matrix based on the measurement error covariance matrix,
A smooth vector based on the predicted vector at the previous sampling time output from the first delay means, the Kalman gain matrix calculated by the Kalman gain matrix calculation means, and the coordinate-transformed observation value output from the coordinate conversion means And a smoothing vector calculating means for outputting to the prediction vector calculating means, a smoothing from the Kalman gain matrix calculated by the Kalman gain matrix calculating means and the prediction error covariance matrix at the previous sampling time outputted from the second delay means. The target tracking device includes a smoothing error covariance matrix calculation device that calculates an error covariance matrix and outputs the error covariance matrix to the prediction error covariance matrix calculation means. Can be shortened and designed to handle machine-driven radar observations It can be used without changing the tail filter.

【0123】また、レーダ手段のアンテナ面を方位方向
に機械回転しながら仰角方向に電子走査するようにした
ので、周囲全体を見渡す捜索ができる。
Also, since the electronic scanning is performed in the elevation direction while mechanically rotating the antenna surface of the radar means in the azimuth direction, it is possible to search over the entire periphery.

【0124】また、レーダ手段のアンテナ面を仰角方向
に機械回転しながら水平方向に電子走査するようにした
ので、特定の方位角方向を集中的に捜索することができ
る。
Further, since the electronic scanning is performed in the horizontal direction while mechanically rotating the antenna surface of the radar means in the elevation direction, a specific azimuth direction can be intensively searched.

【0125】また、レーダ手段のアンテナ軸線上で目標
を観測するようにしたので、レーダ装置1の観測誤差共
分散行列を極座標の観測誤差共分散行列をとしてそのま
ま利用することができ、従来の機械駆動型のレーダを想
定して設計された追尾フィルタをまったく変更を加えず
にそのまま利用できる。
Since the target is observed on the antenna axis of the radar means, the observation error covariance matrix of the radar device 1 can be used as it is as the polar coordinate observation error covariance matrix. A tracking filter designed for a driven radar can be used without any changes.

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

【図1】 本発明の目標追尾装置の処理の流れを示した
流れ図である。
FIG. 1 is a flowchart showing a processing flow of a target tracking device of the present invention.

【図2】 本発明の目標追尾装置の構成を示したブロッ
ク図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a target tracking device of the present invention.

【図3】 従来の目標追尾装置の処理の流れを示した流
れ図である。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing flow of a conventional target tracking device.

【図4】 従来の目標追尾装置の構成を示したブロック
図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional target tracking device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101 レーダ装置、2,102 観測値算出装
置、3 座標変換装置、4,104 カルマンゲイン行
列算出装置、5,105 平滑ベクトル算出装置、6,
106 平滑誤差共分散行列算出装置、9,109 予
測ベクトル算出装置、10,110 予測誤差共分散行
列算出装置、14,114 第1の遅延装置、15,1
15 第2の遅延装置、103 第1の座標変換装置、
107 第2の座標変換装置、108 第3の座標変換
装置、111 第4の座標変換装置、112 第5の座
標変換装置。
1,101 radar device, 2,102 observation value calculation device, 3 coordinate conversion device, 4,104 Kalman gain matrix calculation device, 5,105 smooth vector calculation device, 6,
106 smooth error covariance matrix calculation device, 9,109 prediction vector calculation device, 10,110 prediction error covariance matrix calculation device, 14,114 first delay device, 15,1
15 a second delay device, 103 a first coordinate transformation device,
107 second coordinate conversion device, 108 third coordinate conversion device, 111 fourth coordinate conversion device, 112 fifth coordinate conversion device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小菅 義夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5J070 AC02 AC06 AC11 AC13 AD10 AH19 AJ02 AK13 AK40 BB04 BB06 BB16  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yoshio Kosuge 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term in Mitsubishi Electric Corporation (reference) 5J070 AC02 AC06 AC11 AC13 AD10 AH19 AJ02 AK13 AK40 BB04 BB06 BB16

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フェーズドアレーアンテナを有するレー
ダ手段と、 上記レーダ手段により受信された信号が入力されて、上
記信号に基づいて目標までの距離と2つの方向余弦とか
らなる3次元の観測値を算出する観測値算出手段と、 上記観測値を北基準直交座標系に変換する座標変換手段
と、 前サンプリング時刻における観測結果をもとに次サンプ
リング時刻における予測ベクトルを算出する予測ベクト
ル算出手段と、 上記前サンプリング時刻における観測結果をもとに上記
次サンプリング時刻における予測誤差共分散行列を算出
する予測誤差共分散行列算出手段と、 上記予測ベクトル算出手段から出力される上記予測ベク
トルの1サンプリング遅延を行う第1の遅延手段と、 上記予測誤差共分散行列算出手段から出力される上記予
測誤差共分散行列の1サンプリング遅延を行う第2の遅
延手段と、 上記第2の遅延手段から出力される前サンプリング時刻
における予測誤差共分散行列をもとにカルマンゲイン行
列を算出するカルマンゲイン行列算出手段と、 上記第1の遅延手段から出力される前サンプリング時刻
における予測ベクトル、上記カルマンゲイン行列算出手
段により算出された上記カルマンゲイン行列、および、
上記座標変換手段から出力される座標変換された観測値
をもとに平滑ベクトルを算出し、上記予測ベクトル算出
手段に出力する平滑ベクトル算出手段と、 上記カルマンゲイン行列算出手段により算出された上記
カルマンゲイン行列および上記第2の遅延手段から出力
される前サンプリング時刻における予測誤差共分散行列
から平滑誤差共分散行列を算出し、上記予測誤差共分散
行列算出手段に出力する平滑誤差共分散行列算出手段と
を備えたことを特徴とする目標追尾装置。
1. A radar means having a phased array antenna, a signal received by the radar means being input, and a three-dimensional observation value consisting of a distance to a target and two direction cosine based on the signal. An observation value calculation means for calculating, a coordinate conversion means for converting the observation value to the north reference rectangular coordinate system, a prediction vector calculation means for calculating a prediction vector at the next sampling time based on the observation result at the previous sampling time, Prediction error covariance matrix calculation means for calculating a prediction error covariance matrix at the next sampling time based on the observation result at the previous sampling time; and one sampling delay of the prediction vector output from the prediction vector calculation means. A first delay unit for performing the calculation, and the prediction error output from the prediction error covariance matrix calculation unit. Second delay means for delaying one sampling of the covariance matrix, and Kalman gain matrix calculation means for calculating the Kalman gain matrix based on the prediction error covariance matrix at the previous sampling time output from the second delay means A prediction vector at the previous sampling time output from the first delay means, the Kalman gain matrix calculated by the Kalman gain matrix calculation means, and
Calculating a smoothed vector based on the coordinate-transformed observation value output from the coordinate converting means and outputting the smoothed vector to the predicted vector calculating means; and the Kalman calculated by the Kalman gain matrix calculating means. Calculating a smooth error covariance matrix from the gain matrix and the prediction error covariance matrix at the previous sampling time output from the second delay means, and outputting the smooth error covariance matrix to the prediction error covariance matrix calculation means A target tracking device comprising:
【請求項2】 上記レーダ手段のアンテナ面を方位方向
に機械回転しながら仰角方向に電子走査することを特徴
とする請求項1記載の目標追尾装置。
2. The target tracking apparatus according to claim 1, wherein electronic scanning is performed in an elevation angle direction while mechanically rotating an antenna surface of said radar means in an azimuth direction.
【請求項3】 上記レーダ手段のアンテナ面を仰角方向
に機械回転しながら水平方向に電子走査することを特徴
とする請求項1記載の目標追尾装置。
3. The target tracking apparatus according to claim 1, wherein electronic scanning is performed in a horizontal direction while mechanically rotating an antenna surface of said radar means in an elevation direction.
【請求項4】 上記レーダ手段のアンテナ軸線上で目標
を観測することを特徴とする請求項1記載の目標追尾装
置。
4. The target tracking device according to claim 1, wherein a target is observed on an antenna axis of said radar means.
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