JP2002202367A - 目標追尾装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッシブ三次元追尾方式を用いた
追尾装置では、測定誤差などの影響で測距精度が悪化し
た場合に、追尾精度もそれに合わせて悪化するという問
題があった。 【解決手段】 パッシブ測距の精度を評価し、そ
の結果に基づきパッシブ二次元追尾処理とパッシブ三次
元追尾処理を切り替えることにより、より高い精度での
追尾を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は航空機、人工衛星
等の移動体に搭載され、撮像及びその他データ収集のた
めに目標を追尾する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】目標の位置の追尾を行なうための装置と
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追尾する方式（以下アクティブ３次
元追尾方式）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、エネルギー波を
目標に向けて発振するため装置の体積及び質量が増加す
るという欠点がある。

【０００３】それに対して、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測
定し、その結果から追尾する方式（以下パッシブ二次元
追尾方式）を用いるパッシブセンサを利用した装置が知
られている。

【０００４】また、同じく赤外線検出素子、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測定
しながら、目標の方位だけでなく、パッシブ測距の結果
と合わせて追尾する方式（以下パッシブ３次元追尾方
式）を用いるパッシブセンサを利用した装置が知られて
いる。ここでパッシブ測距とは目標の慣性空間上での方
位と追尾装置の位置から目標までの相対距離を推定する
ものである。

【０００５】図１９は従来の追尾装置のうちパッシブ二
次元追尾方式を用いた追尾装置の構成例を示すブロック
図である。移動する物体に搭載されるこの追尾装置はセ
ンサ部１、座標検出部２、観測データ座標変換部３、二
次元追尾演算部４、視軸制御演算部５とから構成され
る。センサ部１は目標からの信号６により目標方位７を
測定する。座標検出部２は追尾装置の位置及び姿勢角８
を検出する。観測データ座標変換部３は目標方位７と追
尾装置の姿勢角８とから装置原点北基準局所座標系目標
方位９を算出する。二次元追尾演算部４は、装置原点北
基準局所座標系目標方位９から、カルマンフィルタ等の
予測アルゴリズムを用い指定時間後の目標方位の予測値
１０を算出する。視軸制御演算部５では二次元追尾演算
部４からの目標方位予測値１０と座標検出部２からの追
尾装置の姿勢角８とからセンサ部１の指向角度指令１１
を算出する。センサ部１では視軸制御演算部５からの指
向角度指令１１どおりに視軸指向し、目標追尾を行う。

【０００６】図２０は追尾装置を搭載した航空機１２と
目標１３の相対位置関係と座標系を示した図である。図
２０のように装置原点北基準局所座標系１７での目標方
位９のうちエレベーション方位１４をθ、アジマス方位
１５をψとし、あわせて距離１６をｒとする。

【０００７】センサ部１としては例えば赤外線センサが
用いられる。図２１は赤外線センサを用いたセンサ部１
のブロック図を表わしたものである。センサ部１に入射
する目標１３から放出された赤外線１８は赤外光学系１
９を透過した後赤外検出素子２０に入射し光電変換がな
され、電気信号２１になる。各素子毎の出力した電気信
号２１はアンプ２２で増幅され、増幅された信号２３は
画像生成部２４により画像２５が生成される。画像２５
は目標抽出部２６と画面内目標方位計測部２７に入力さ
れ、画面内目標方位２８が出力される。図２２は生成さ
れる画像２５を示したものである。目標抽出部２６は生
成された画像２５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１３の領域を抽出し、目
標１３の領域の中心２９を計算する。画面内目標方位計
測部２７では、画像２５の画像中心３０と目標１３の領
域の中心２９との差３１から画面内目標方位２８を計算
し、出力する。また、画像２５は目標輝度計測部３２に
も出力される。目標輝度計測部３２では、画像２５中の
目標の領域の輝度３３を計測し、出力する。これらが視
軸方向を変更できるジンバル機構３４の上に載ってい
る。センサ部基準目標方位計測部３５では、ジンバル機
構３４の指向方向３６と画面内目標方位２８とからセン
サ部基準目標方位７を算出し、出力する。

【０００８】座標検出部２はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐ
ｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）及び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
追尾装置の位置及び装置原点北基準局所座標系を基準と
した追尾装置の姿勢角を検出し出力する。図２３に追尾
装置の基準軸３７、装置原点北基準局所座標系１７、及
び追尾装置の姿勢角８の関係を示す。

【０００９】図２４は二次元追尾演算部４のブロック図
を表わす。二次元追尾演算部４は平滑推定演算処理部３
８、予測推定演算処理部３９、予測指令値演算処理部４
０、予測推定演算結果保持部４１、カルマンゲイン演算
処理部４２、平滑推定誤差共分散行列演算処理部４３、
予測推定誤差共分散行列演算処理部４４、及び予測推定
誤差共分散行列保持部４５からなる。二次元追尾演算部
４での追尾演算はカルマンフィルタ型のフィルタリング
処理によって行われるのが一般的である。カルマンフィ
ルタ処理については、例えば文献『片山徹著、「応用カ
ルマンフィルタ」、pp74-78、朝倉書店発行、1983年4月
20日』による。その原理を用い以下の処理を行う。

【００１０】平滑推定演算処理部３８では、観測データ
座標変換部３からのエレベーション方位１４及びアジマ
ス方位１５と、予測推定演算結果保持部４１からの予測
推定値保持値４６、カルマンゲイン演算処理部４２から
のカルマンゲイン４７、及び目標モデルにより予め定め
られている観測行列とから平滑推定値４８が算出され
る。予測推定演算処理部３９では平滑推定演算処理部３
８からの平滑推定値４８、及び予め定められている観測
時間間隔に基づく遷移行列とから予測推定値４９が算出
される。予測指令値演算処理部４０では予測推定値４９
から目標方位指令値の予測値１０を算出し出力する。こ
の時、予測推定演算結果保持部４１には予測推定値４９
が保存される。

【００１１】カルマンゲイン演算処理部４２では予測推
定誤差共分散行列保持部４５からの予測推定誤差共分散
行列保持値５０と、予め定められている観測行列、及び
観測雑音共分散行列とからカルマンゲイン４７を算出す
る。平滑推定誤差共分散行列演算処理部４３では予測推
定誤差共分散行列保持値５０、カルマンゲイン４７、及
び観測行列とから平滑推定誤差共分散行列５１を算出す
る。予測推定誤差共分散行列算出部４４では平滑推定誤
差共分散行列５１、予め定められている観測時間間隔に
基づく遷移行列、予測雑音共分散行列、及び予測雑音変
換行列とから予測推定誤差共分散行列５２を算出する。
予測推定誤差共分散行列保持部４５ではこの予測推定誤
差共分散行列５２を保持する。

【００１２】図２５は従来の追尾装置のうちパッシブ三
次元追尾方式を用いた追尾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追尾装置はセンサ部１、座
標検出部２、観測データ座標変換部３、パッシブ測距演
算部５３、三次元追尾演算部５４、視軸制御演算部５と
から構成される。座標検出部２は追尾装置の位置５５及
び姿勢角８を検出する。パッシブ測距演算部５３では追
尾装置の位置５５と装置原点北基準局所座標系目標方位
９とからパッシブ測距を行う。三次元追尾演算部５４
は、装置原点北基準局所座標系目標方位９、及びパッシ
ブ測距演算部５３の測距結果５６から、カルマンフィル
タ等の予測アルゴリズムを用い指定時間後の目標方位の
予測値５７を算出する。

【００１３】カルマンフィルタのアルゴリズムは二次元
追尾方式の場合と同様である。ただし、三次元追尾にお
いてはパッシブ測距の結果得られる相対距離が状態量ベ
クトルに加えられるため、予測推定誤差共分散行列、カ
ルマンゲインなどがそれに応じて次数が上がる。

【００１４】パッシブ測距には多くの方法がある。その
うち目標が大気圏外を弾道飛行または自由飛行するよう
な場合には、例えば特開平１０−２６８０１８号公報に
示された従来の標定装置のように最小二乗法を用いたバ
ッチフィルタによる位置標定を行い、目標の位置と追尾
装置の位置とから相対距離を算出することで測距を行
う。

【００１５】また、目標が地表面や海面上にある場合に
は、目標の方位角とセンサ部の高度とから三角測量を行
うことが一般的である。たとえば航空機１２の高度が低
い場合には地球の曲率が無視でき、エレベーション角８
及び高度とから距離は、

【００１６】

【数１】

【００１７】として算出される。なお、航空機１２の高
度が高い場合には地球の曲率を考慮して同様の計算を行
う。さらにこの方式では視軸方向と地表面が交点を持た
ない場合が考えられ、測距の可否自体も評価対象とな
る。

【００１８】更に想定される目標の運動モデルがより一
般的な場合には、例えば文献『David V. Stallard, Sc.
D 著、「An Angle-only Tracking Filter in Modified
Spherical Coordinates」、AIAA 87-2380、1987年』に
あるような拡張カルマンフィルタ型の逐次予測アルゴリ
ズムを用いたパッシブ測距が一般的である。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】従来の追尾装置のう
ち、アクティブ三次元追尾方式を用いた追尾装置には、
エネルギー波を目標に向けて発振するため、装置の体積
及び質量が増加するという欠点と、追尾装置での追尾の
実行を目標に容易に探知されるという問題があった。

【００２０】従来の追尾装置のうち、パッシブ二次元追
尾方式を用いた追尾装置には、目標追尾演算に用いる状
態量の次元が三次元追尾に比べて低いことにより、追尾
精度が三次元追尾と比較して悪いという問題があった。

【００２１】従来の追尾装置のうち、パッシブ三次元追
尾方式を用いた追尾装置には、測定誤差などの要因で測
距精度が悪化した場合に追尾精度もそれに合わせて悪化
するという問題があった。

【００２２】この発明は、パッシブ追尾装置においてよ
り高い追尾精度を維持するために、パッシブ二次元追尾
またはパッシブ三次元追尾における精度の劣化を改善す
ることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】第１の発明による目標追
尾装置は、移動する物体に搭載され目標の方位を測定す
るセンサ部と、追尾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
データとから目標の装置原点北基準局所座標方位を算出
する観測データ座標変換部と、上記目標の装置原点北基
準局所座標方位から目標の装置原点北基準局所座標方位
の予測値を算出する二次元追尾演算部と、上記目標の装
置原点北基準局所座標方位と上記位置とから大気圏外を
弾道飛行または自由飛行する目標の位置を計算し、上記
目標の位置と上記追尾装置の位置とから相対距離を算出
するパッシブ測距部と、上記目標の装置原点北基準局所
座標方位と上記相対距離とから目標の装置原点北基準局
所座標方位及び相対距離の予測値を算出する三次元追尾
演算部と、上記パッシブ測距部からの相対距離の算出精
度を評価する測距演算評価部と、上記測距演算評価部の
評価結果に応じて上記二次元追尾演算部での目標の装置
原点北基準局所座標方位予測値と上記三次元追尾演算部
での目標の装置原点北基準局所座標方位予測値を選択す
る追尾指令選択部とを、備えたものである。

【００２４】第２の発明による目標追尾装置は、移動す
る物体に搭載され目標の方位を測定するセンサ部と、追
尾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目標
の装置原点北基準局所座標方位を算出する観測データ座
標変換部と、上記目標の装置原点北基準局所座標方位か
ら目標の装置原点北基準局所座標方位の予測値を算出す
る二次元追尾演算部と、上記目標の装置原点北基準局所
座標方位と上記高度とから目標までの距離を算出する高
度三角測量パッシブ測距部と、上記目標の装置原点北基
準局所座標方位と上記目標までの距離とから目標の装置
原点北基準局所座標方位及び相対距離の予測値を算出す
る三次元追尾演算部と、上記目標の装置原点北基準局所
座標方位と上記高度から視軸方向と地表面との交点の有
無を判別し相対距離の算出可否を評価する測距演算評価
部と、上記測距可否判定部の判定結果に応じて上記角度
追尾演算部での目標の装置原点北基準局所座標方位予測
値と上記三次元追尾演算部での目標の装置原点北基準局
所座標方位予測値を選択する追尾演算結果選択部とを備
えたものである。

【００２５】第３の発明による目標追尾装置は、移動す
る物体に搭載され目標の方位を測定するセンサ部と、追
尾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目標
の装置原点北基準局所座標方位を算出する観測データ座
標変換部と、上記目標の装置原点北基準局所座標方位か
ら目標の装置原点北基準局所座標方位の予測値を算出す
る二次元追尾演算部と、上記目標慣性方位並びに上記位
置とから拡張カルマンフィルタ等の逐次型の推定手段を
用いて目標の三次元位置を推定した上で測距を行うパッ
シブ測距部と、上記目標の装置原点北基準局所座標方位
と上記相対距離とから目標の装置原点北基準局所座標方
位及び相対距離の予測値を算出する三次元追尾演算部
と、上記パッシブ測距部の予測誤差共分散行列により測
距精度を評価する測距演算評価部と、測距演算評価部の
評価結果に応じて上記二次元追尾演算部での目標の装置
原点北基準局所座標方位予測値と上記三次元追尾演算部
での目標の装置原点北基準局所座標方位予測値を選択す
る追尾指令選択部とを備えたものである。

【００２６】第４の発明による目標追尾装置は、移動す
る物体に搭載され目標の方位を測定するセンサ部と、追
尾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目標
の装置原点北基準局所座標方位を算出する観測データ座
標変換部と、上記目標の装置原点北基準局所座標方位か
ら目標の装置原点北基準局所座標方位の予測値を算出す
る二次元追尾演算部と、上記目標慣性方位並びに上記位
置とから上記目標の測距を行うパッシブ測距部と、上記
目標の装置原点北基準局所座標方位と上記相対距離とか
ら目標の装置原点北基準局所座標方位及び相対距離の予
測値を算出する三次元追尾演算部と、過去Ｎ回の測距デ
ータの分散により測距精度を評価する測距演算評価部
と、測距演算評価部の評価結果に応じて上記二次元追尾
演算部での目標の装置原点北基準局所座標方位予測値と
上記三次元追尾演算部での目標の装置原点北基準局所座
標方位予測値を選択する追尾指令選択部とを備えたもの
である。

【００２７】第５の発明の発明による目標追尾装置は、
第１から第4のいずれかの発明において、上記観測デー
タ座標変換部からの観測データを複数の目標毎に分配す
る多目標データ管理部と、上記多目標データ管理部から
分配された観測データに基づいて上記二次元追尾演算部
と上記三次元追尾演算部で各目標毎に算出された目標方
位の予測値を評価し、各目標毎に追尾指令を選択する目
標別追尾指令演算部と、目標別追尾指令演算部からの目
標別の追尾指令を指示時刻順の配列とし、当該指示時刻
順に追尾指令を出力する多目標追尾指令管理部とを備え
たものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明が適用さ
れる追尾装置のブロック図を図１に示す。この発明の適
用される追尾装置はセンサ部１、座標検出部２、観測デ
ータ座標変換部３、二次元追尾演算部４、パッシブ測距
演算部５３、測距演算評価部５８、三次元追尾演算部５
４，追尾指令選択部５９、及び視軸制御演算部５とから
構成される。図２はこの発明の適用される追尾装置の全
体を示す概要図である。追尾装置は航空機１２の胴体上
部および胴体内部に搭載されている。

【００２９】図３は測距演算評価部５８のブロック図を
表わす。最小二乗法によるバッチフィルタを用いたパッ
シブ測距演算部５３で算出される観測開始時の目標位置
推定ベクトル６０の過去Ｎ回の算出値は時系列データ生
成部６１で時系列データ６２として保存される。分散演
算部６３では時系列データ生成部６１からの過去Ｎ回の
時系列データ６２の分散６４を算出する。分散判定部６
５では、分散演算部６３からの分散６４の値と予め定め
られた分散評価基準値とを比較し、分散評価基準値以下
であれば測距演算評価ステータス６６を良とし、分散評
価基準より大きい場合は測距演算評価ステータス６６を
否とする。

【００３０】図１において追尾指令選択部５９では測距
演算評価部５８からの測距演算評価ステータス６６が良
の場合には三次元追尾演算部５４からの目標方位の予測
値５７を選択し追尾指令６７として出力する。また、測
距演算評価ステータス６６が否の場合には二次元追尾演
算部４からの目標方位の予測値１０を選択し追尾指令６
７として出力する。

【００３１】上記のように測距演算評価部５８を備える
ことにより、パッシブ二次元追尾とパッシブ三次元追尾
のうち高精度な追尾指令を切り替えて使用することが可
能となる。図４はこの発明に係わる追尾装置を用いたシ
ミュレーション例を示す。図のように、三次元追尾を選
択している間に追尾誤差が大きくなって、目標位置推定
ベクトル６０の分散６４の値が分散評価基準値（図の推
定位置分散閾値）より大きくなったときに、二次元追尾
を選択し、その後二次元追尾を選択している間に追尾誤
差が縮小して、目標位置推定ベクトル６０の分散６４の
値が分散評価基準値（図の推定位置分散閾値）より小さ
くなったときに、再び三次元追尾を選択することによ
り、追尾誤差が一定の範囲内でかつ精度の良い追尾を行
うことが可能となることが判る。このように、適切な分
散評価基準を予め設定することにより、三次元追尾演算
の精度が高くなったところでの追尾指令切替が可能にな
る。

【００３２】実施の形態２．この発明が適用される追尾
装置のブロック図を図５に示す。この発明の適用される
追尾装置はセンサ部１、座標検出部２、観測データ座標
変換部３、二次元追尾演算部４、パッシブ測距演算部６
８、測距演算評価部６９、三次元追尾演算部５４，追尾
指令選択部５９、及び視軸制御演算部５とから構成され
る。図６はこの発明の適用される追尾装置の全体を示す
概要図である。追尾装置は航空機１２の胴体上部および
胴体内部に搭載されている。

【００３３】図７は測距演算評価部６９のブロック図を
表わしたものである。高度三角測量によるパッシブ測距
演算部６８で算出される目標位置推定ベクトル７０の過
去Ｎ回の算出値は時系列データ生成部７１で時系列デー
タ７２として保存される。分散演算部７３では時系列デ
ータ生成部７１からの観測開始時の目標位置推定ベクト
ル７０の過去Ｎ回の時系列データ７２の分散７４を算出
する。測距可否及び分散判定部７５では、分散演算部７
３からの分散７４の値と予め定められた分散評価基準値
とを比較し、分散評価基準値以下であれば分散評価ステ
ータスを良とし、分散評価基準より大きい場合は分散評
価ステータスを不良とする。さらにパッシブ測距演算部
６８からの測距可否ステータス７６を利用し、測距可否
ステータス７６が可かつ分散評価ステータスが良の場合
に測距演算評価ステータス６６を良とし、測距可否ステ
ータス７６が可かつ分散評価ステータスが不良の場合及
び測距可否ステータス７６が不可の場合には測距演算評
価ステータス６６を否とする。

【００３４】上記のように測距演算評価部６９を備える
ことにより、パッシブ二次元追尾とパッシブ三次元追尾
のうち高精度な追尾指令を切り替えて使用することが可
能となる。

【００３５】実施の形態３．この発明が適用される追尾
装置のブロック図を図８に示す。この発明の適用される
追尾装置はセンサ部１、座標検出部２、観測データ座標
変換部３、二次元追尾演算部４、拡張カルマンフィルタ
型のパッシブ測距演算部７７、測距演算評価部７８、三
次元追尾演算部５４，追尾指令選択部５９、及び視軸制
御演算部５とから構成される。図９はこの発明の適用さ
れる追尾装置の全体を示す概要図である。追尾装置は航
空機１２の胴体上部および胴体内部に搭載されている。

【００３６】図１０は測距演算評価部７８のブロック図
を表わしたものである。パッシブ測距演算部７７で算出
される目標位置予測推定共分散行列７９のトレース８０
が共分散行列トレース演算部８１で算出される。共分散
行列評価部８２では目標位置予測推定共分散行列７９の
トレース８０と予め設定された共分散評価基準とを比較
し、共分散評価基準以下であれば測距演算評価ステータ
ス６６を良とし、共分散評価基準より大きい場合は測距
演算評価ステータス６６を否とする。

【００３７】上記のように測距演算評価部７８を備える
ことにより、パッシブ二次元追尾とパッシブ三次元追尾
のうち高精度な追尾指令を切り替えて使用することが可
能となる。

【００３８】実施の形態４．この発明が適用される追尾
装置のブロック図を図１１に示す。この発明の適用され
る追尾装置はセンサ部１、座標検出部２、観測データ座
標変換部３、二次元追尾演算部４、パッシブ測距演算部
８３、測距演算評価部８４、三次元追尾演算部５４，追
尾指令選択部５９、及び視軸制御演算部５とから構成さ
れる。図１２はこの発明の適用される追尾装置の全体を
示す概要図である。追尾装置は航空機１２の胴体上部お
よび胴体内部に搭載されている。

【００３９】図１３は測距演算評価部８４のブロック図
を表わしたものである。パッシブ測距演算部８３からの
測距データ８５は時系列データ生成部８６において時系
列データ８７として保存される。測距時系列データ分散
算出部８８では過去Ｎ回分の測距時系列データ８７の分
散８９を算出する。分散判定部９０では分散８９と予め
設定されている分散評価基準を比較し、分散評価基準以
下であれば測距演算評価ステータス６６を良とし、分散
評価基準より大きい場合は測距演算評価ステータス６６
を否とする。

【００４０】上記のように測距演算評価部８４を備える
ことにより、パッシブ二次元追尾とパッシブ三次元追尾
のうち高精度な追尾指令を切り替えて使用することが可
能となる。

【００４１】実施の形態５．この発明が適用される追尾
装置のブロック図を図１４に示す。この発明の適用され
る追尾装置はセンサ部１、座標検出部２、多目標データ
管理部９１、追尾すべき目標数分の目標別追尾演算部９
２、多目標追尾指令管理部９３、及び視軸制御演算部５
とから構成される。図１５は、この発明の適用される追
尾装置の全体を示す概要図である。追尾装置は航空機１
２の胴体上部および胴体内部に搭載されている。

【００４２】図１６は多目標データ管理部９１のブロッ
ク図を表わす。観測データ座標変換部 ３ではセンサ部
１からのセンサ部基準目標方位７が、座標検出部２から
の追尾装置の姿勢角８を用いて装置原点北基準局所座標
系１７での目標方位９に変換される。予測データ保持部
９４では多目標追尾指令管理部９３からの追尾指令９５
を予測データ９６として保持する。目標同定部９７では
観測データ座標変換部３からの目標方位９と予測データ
保持部９４からの予測データ９６を比較し、目標を同定
する。目標データ分配部９８では、目標同定部９７の同
定結果に基づき、目標別に目標方位９を分配する。

【００４３】図１７は目標別追尾演算部９２のブロック
図を表わす。目標別追尾演算部９２は、二次元追尾演算
部４、パッシブ測距演算部９９、測距演算評価部１０
０、三次元追尾演算部５４、追尾指令選択部５９からな
る。それぞれの処理は実施の形態１から４までと同等で
ある。

【００４４】図１８は多目標追尾指令管理部９３のブロ
ック図を表わす。多目標追尾指令統合部１０１では目標
別追尾演算部９２からの追尾指令６７を、その指示時刻
順の追尾指令配列１０２にする。追尾指令出力部１０３
は多目標追尾指令統合部９７からの追尾指令配列１０２
を指示時刻順に追尾指令９５として出力する。

【００４５】上記のように多目標データ管理部９１及び
多目標追尾指令管理部９３を備えることにより、多目標
追尾時に目標別にパッシブ二次元追尾とパッシブ三次元
追尾のうち高精度な追尾指令を切り替えて使用すること
が可能となる。

【００４６】なお、この発明の実施の形態１から５にお
いては、センサ部は赤外線を利用するものとして説明し
たが、それ以外でも目標の方位を測定できるような装置
（電波を捉えて発信源の方位を測定するようなパッシブ
レーダー、音波を捉えて発信源の方向を測定するような
パッシブソナー等）であれば適用可能である。

【００４７】また、この発明の実施の形態１から５にお
いては、センサ部に視軸を指向するためのジンバル機構
を備えているが、ジンバル機構の代わりに目標追尾装置
を搭載する移動する物体の方位・姿勢角を直接制御し視
軸を指向する形態にも適用可能である。

【００４８】また、この発明の実施の形態１から５にお
いては、目標追尾装置のすべての構成品を移動する物体
に搭載しているが、センサ部以外の構成品については地
上に設置し、移動する物体と地上に設置した構成品間に
データ通信を用いて動作する形態にも適用可能である。

【００４９】

【発明の効果】第１の発明から第５の発明によれば、パ
ッシブ二次元追尾とパッシブ三次元追尾をパッシブ測距
の精度により切り替えることで、常に高い精度での追尾
が可能になるという利点がある。

【００５０】また、第１の発明によれば、最小二乗法型
のバッチフィルタを用いたパッシブ測距結果に対し、パ
ッシブ二次元追尾とパッシブ三次元追尾をパッシブ測距
の精度により切り替えることで、常に高い精度での追尾
が可能になるという利点がある。

【００５１】また、第２の発明によれば、高度三角測量
を用いたパッシブ測距結果に対し、パッシブ二次元追尾
とパッシブ三次元追尾をパッシブ測距の精度により切り
替えることで、常に高い精度での追尾が可能になるとい
う利点がある。

【００５２】また、第３の発明によれば、拡張カルマン
フィルタ型のパッシブ測距結果に対し、パッシブ二次元
追尾とパッシブ三次元追尾をパッシブ測距の精度により
切り替えることで、常に高い精度での追尾が可能になる
という利点がある。

【００５３】また、第５の発明においては、多目標の追
尾時にもすべての目標に対して高い追尾精度を実現でき
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１の適用される目標追尾装置のブ
ロック図

【図２】 実施の形態１の適用される目標追尾装置の全
体を示す概要図

【図３】 測距演算評価部５８のブロック図

【図４】 この発明に係わる目標追尾装置を用いたシミ
ュレーション例

【図５】 実施の形態２の適用される目標追尾装置のブ
ロック図

【図６】 実施の形態２の適用される目標追尾装置の全
体を示す概要図

【図７】 測距演算評価部６９のブロック図

【図８】 実施の形態３の適用される目標追尾装置のブ
ロック図

【図９】 実施の形態３の適用される目標追尾装置の全
体を示す概要図

【図１０】 測距演算評価部７８のブロック図

【図１１】 実施の形態４の適用される目標追尾装置の
ブロック図

【図１２】 実施の形態４の適用される目標追尾装置の
全体を示す概要図

【図１３】 測距演算評価部８４のブロック図

【図１４】 実施の形態５の適用される目標追尾装置の
ブロック図

【図１５】 実施の形態５の適用される目標追尾装置の
全体を示す概要図

【図１６】 多目標データ管理部９１のブロック図

【図１７】 目標別追尾演算部９２のブロック図

【図１８】 多目標追尾指令管理部９３のブロック図

【図１９】 従来のパッシブ二次元追尾方式を用いた目
標追尾装置の構成例を示すブロック図

【図２０】 目標追尾装置を搭載した航空機１２と目標
１３の相対位置関係と座標系を示した図

【図２１】 センサ部１のブロック図

【図２２】 生成される画像２５

【図２３】 目標追尾装置の基準軸３７、装置原点北基
準局所座標系１７、及び目標追尾装置の姿勢角８の関係

【図２４】 二次元追尾演算部４のブロック図

【図２５】 従来の目標追尾装置のうちパッシブ三次元
追尾方式を用いた目標追尾装置のブロック図

【符号の説明】

１ センサ部、 ２ 座標検出部 ３ 観測データ座標変換部 ４ 二次元追尾演算部 ５ 視軸制御演算部 ６ 目標からの信号 ７ 目標方位 ８ 追尾装置の姿勢角 ９ 装置原点北基準局所座標系目標方位 １０ 目標方位予測値 １１ 指向角度指令 １２ 航空機 １３ 目標 １４ エレベーション方位 １５ アジマス方位 １６ 距離 １７ 装置原点北基準局所座標系 １８ 赤外線 １９ 赤外光学系 ２０ ２次元アレイの赤外検出素子 ２１ 電気信号 ２２ アンプ ２３ 信号 ２４ 画像生成部 ２５ 画像 ２６ 目標抽出部 ２７ 画面内目標方位計測部 ２８ 画面内目標方位 ２９ 目標の領域の中心 ３０ 画像中心 ３１ 差 ３２ 目標輝度計測部 ３３ 目標の領域の輝度 ３４ ジンバル機構 ３５ センサ部基準目標方位計測部 ３６ ジンバル機構の指向方向 ３７ 追尾装置の基準軸 ３８ 平滑推定演算処理部 ３９ 予測推定演算処理部 ４０ 予測指令値演算処理部 ４１ 予測推定演算結果保持部 ４２ カルマンゲイン演算処理部 ４３ 平滑推定誤差共分散行列演算処理部 ４４ 予測推定誤差共分散行列演算処理部 ４５ 予測推定誤差共分散行列保持部 ４６ 予測推定値保持値 ４７ カルマンゲイン ４８ 平滑推定値 ４９ 予測推定値 ５０ 予測推定誤差共分散行列保持値 ５１ 平滑推定誤差共分散行列 ５２ 予測推定誤差共分散行列 ５３ パッシブ測距演算部 ５４ 三次元追尾演算部 ５５ 追尾装置の位置 ５６ 測距結果 ５７ 目標方位の予測値 ５８ 測距演算評価部 ５９ 追尾指令選択部 ６０ 観測開始時の目標位置推定ベクトル ６１ 時系列データ生成部 ６２ 時系列データ ６３ 分散演算部 ６４ 分散 ６５ 分散判定部 ６６ 測距演算評価ステータス ６７ 追尾指令 ６８ パッシブ測距演算部 ６９ 測距演算評価部 ７０ 目標位置推定ベクトル ７１ 時系列データ生成部 ７２ 時系列データ ７３ 分散演算部 ７４ 分散 ７５ 測距可否及び分散判定部 ７６ 測距可否ステータス ７７ パッシブ測距部 ７８ 測距演算評価部 ７９ 目標位置予測推定共分散行列 ８０ トレース ８１ 共分散行列トレース演算部 ８２ 共分散行列評価部 ８３ パッシブ測距演算部 ８４ 測距演算評価部 ８５ 測距データ ８６ 時系列データ生成部 ８７ 時系列データ ８８ 測距時系列データ分散算出部 ８９ 分散 ９０ 分散判定部 ９１ 多目標データ管理部 ９２ 目標別追尾演算部 ９３ 多目標追尾指令管理部 ９４ 予測データ保持部 ９５ 追尾指令 ９６ 予測データ ９７ 目標同定部 ９８ 目標データ分配部 ９９ パッシブ測距演算部 １００ 測距演算評価部 １０１ 多目標追尾指令統合部 １０２ 追尾指令配列 １０３ 追尾指令出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳沢 宏 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 AA02 AC02 AC13 AE04 AE06 AF06 AF08 AH14 AH19 AH39 AK21 AK22 BB04 BB06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動する物体に搭載され目標の方位を測
   定するセンサ部と、追尾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
   勢角データとから目標の装置原点北基準局所座標方位を
   算出する観測データ座標変換部と、上記目標の装置原点
   北基準局所座標方位から目標の装置原点北基準局所座標
   方位の予測値を算出する二次元追尾演算部と、上記目標
   の装置原点北基準局所座標方位と上記位置とから大気圏
   外を弾道飛行または自由飛行する目標の位置を計算し、
   上記目標の位置と上記追尾装置の位置とから相対距離を
   算出するパッシブ測距部と、上記目標の装置原点北基準
   局所座標方位と上記相対距離とから目標の装置原点北基
   準局所座標方位及び相対距離の予測値を算出する三次元
   追尾演算部と、上記パッシブ測距部からの相対距離の算
   出精度を評価する測距演算評価部と、上記測距演算評価
   部の評価結果に応じて上記二次元追尾演算部での目標の
   装置原点北基準局所座標方位予測値と上記三次元追尾演
   算部での目標の装置原点北基準局所座標方位予測値を選
   択する追尾指令選択部とを、備えた目標追尾装置。
2. 【請求項２】 移動する物体に搭載され目標の方位を測
   定するセンサ部と、追尾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
   勢角データとから目標の装置原点北基準局所座標方位を
   算出する観測データ座標変換部と、上記目標の装置原点
   北基準局所座標方位から目標の装置原点北基準局所座標
   方位の予測値を算出する二次元追尾演算部と、上記目標
   の装置原点北基準局所座標方位と上記高度とから目標ま
   での距離を算出する高度三角測量パッシブ測距部と、上
   記目標の装置原点北基準局所座標方位と上記目標までの
   距離とから目標の装置原点北基準局所座標方位及び相対
   距離の予測値を算出する三次元追尾演算部と、上記目標
   の装置原点北基準局所座標方位と上記高度から視軸方向
   と地表面との交点の有無を判別し相対距離の算出可否を
   評価する測距演算評価部と、上記測距可否判定部の判定
   結果に応じて上記角度追尾演算部での目標の装置原点北
   基準局所座標方位予測値と上記三次元追尾演算部での目
   標の装置原点北基準局所座標方位予測値を選択する追尾
   演算結果選択部とを、備えた目標追尾装置。
3. 【請求項３】 移動する物体に搭載され目標の方位を測
   定するセンサ部と、追尾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
   勢角データとから目標の装置原点北基準局所座標方位を
   算出する観測データ座標変換部と、上記目標の装置原点
   北基準局所座標方位から目標の装置原点北基準局所座標
   方位の予測値を算出する二次元追尾演算部と、上記目標
   慣性方位並びに上記位置とから拡張カルマンフィルタ等
   の逐次型の推定手段を用いて目標の三次元位置を推定し
   た上で測距を行うパッシブ測距部と、上記目標の装置原
   点北基準局所座標方位と上記相対距離とから目標の装置
   原点北基準局所座標方位及び相対距離の予測値を算出す
   る三次元追尾演算部と、上記パッシブ測距部の予測誤差
   共分散行列により測距精度を評価する測距演算評価部
   と、測距演算評価部の評価結果に応じて上記二次元追尾
   演算部での目標の装置原点北基準局所座標方位予測値と
   上記三次元追尾演算部での目標の装置原点北基準局所座
   標方位予測値を選択する追尾指令選択部とを、備えた目
   標追尾装置。
4. 【請求項４】 移動する物体に搭載され目標の方位を測
   定するセンサ部と、追尾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
   勢角データとから目標の装置原点北基準局所座標方位を
   算出する観測データ座標変換部と、上記目標の装置原点
   北基準局所座標方位から目標の装置原点北基準局所座標
   方位の予測値を算出する二次元追尾演算部と、上記目標
   慣性方位並びに上記位置とから上記目標の測距を行うパ
   ッシブ測距部と、上記目標の装置原点北基準局所座標方
   位と上記相対距離とから目標の装置原点北基準局所座標
   方位及び相対距離の予測値を算出する三次元追尾演算部
   と、過去Ｎ回の測距データの分散により測距精度を評価
   する測距演算評価部と、測距演算評価部の評価結果に応
   じて上記二次元追尾演算部での目標の装置原点北基準局
   所座標方位予測値と上記三次元追尾演算部での目標の装
   置原点北基準局所座標方位予測値を選択する追尾指令選
   択部とを、備えた目標追尾装置。
5. 【請求項５】 上記観測データ座標変換部からの観測デ
   ータを複数の目標毎に分配する多目標データ管理部と、
   上記多目標データ管理部から分配された観測データに基
   づいて上記二次元追尾演算部と上記三次元追尾演算部で
   各目標毎に算出された目標方位の予測値を評価し、各目
   標毎に追尾指令を選択する目標別追尾指令演算部と、目
   標別追尾指令演算部からの目標別の追尾指令を指示時刻
   順の配列とし、当該指示時刻順に追尾指令を出力する多
   目標追尾指令管理部とを備えたことを特徴とする請求項
   １から請求項４のいずれかに記載の目標追尾装置。