JP2004012351A - Equipment, method, and program for tracking target - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はレーダの観測情報に基づいて複数の目標の航跡を推定する目標追尾装置及び方法並びにプログラムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
レーダによる位置の観測情報に基づいて各目標の航跡を推定し、目標の運動諸元を算出する追尾装置あるいは追尾方法を示す従来文献として、例えば特開平8−271617号公報(以下、文献1と呼ぶ)や、D.B.Reid, “AnAlgorithm for Tracking Multiple Targets”, IEEE Transactions on Automatic Control, AC−24, pp.843−845, 1979.(以下、文献2と呼ぶ)がある。
【0003】
これらの文献では、前時刻までに得られた既存の各航跡に対し、追尾フィルタを用いて現時刻の位置を予測する。さらに、各航跡の現時刻の観測値に対する存在期待領域(以下、この領域をゲートと呼ぶ)を算出して、上記ゲート内に取得された観測値と各航跡との相関処理を行う。これにより、現時刻の目標の航跡を推定している。
【0004】
ここで、実際には、レーダから目標以外の誤信号が得られたり、逆にレーダが目標の観測に失敗して目標の観測値が得られない場合もある。また、複数の目標が狭い領域に密集していると、1つの航跡のゲート内に他の既追尾目標の観測値が得られたり、あるいは、これまで探知されていなかった新たな目標の観測値が得られる場合もある。
【0005】
このような状況においても、複数の目標を正しく追尾するために、上記文献では、各観測値がいずれの航跡に対応するかの相関について複数の仮説を立てて、各仮説ごとに追尾処理を続行し、次時刻以降に確率の高いものを選択する延期決定型の方式がとられている。
【0006】
例えば、図8は文献1に示された目標追尾装置の構成に、文献2に示された追尾フィルタ処理の機能を明示的に加えた従来の目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図において、100は目標観測装置であって、レーダなどのセンサを用いて空間中の目標の位置ベクトルを観測して観測値を取得し目標追尾装置101に送出する。101は目標追尾装置で、目標観測装置100から得られる観測値に基づいて目標の追尾を行う。102は目標表示装置であって、ディスプレイ上に航跡を表示し追尾している目標の状態をユーザに提示する。
【0007】
103は既存の各クラスタに含まれる各航跡に対して現時刻のゲートを算出するゲート算出部である。ここで、各サンプリング時刻より高々1個(0個の場合は、その時刻に航跡の観測値が探知されなかったことを想定する)の観測値を選択することによって得られる1本の時系列データを航跡と呼ぶ。一般に、1つの目標に対して複数の航跡が計算される。
【0008】
104は観測値選択部であって、目標観測装置100によって取得された現時刻における全ての目標の観測値のうちからゲート算出部103が算出した各航跡のゲートに含まれる観測値を選択する。105は目標追尾装置101内のクラスタの状態を示したシステム内クラスタ表を格納する記憶部である。
【0009】
106はクラスタ新設・統合部であって、観測値選択部104からの観測値とシステム内クラスタ表における既存のクラスタとの関係に基づいて既存のクラスタを統合し、また新しいクラスタを作成する。後述するように、航跡の推定では、空間内の全ての航跡を互いにゲートが重なり合う航跡群ごとに一括して相関の仮説を構成して処理する。このような仮説作成処理の単位となる航跡群をクラスタと呼んでいる。また、仮説とは、クラスタ内のいくつかの航跡を選択して構成される航跡の集合である。さらに、各仮説は、クラスタ内のいずれの航跡の組み合わせが正しいかを判断させるものである。
【0010】
107はクラスタ新設・統合部106によって作成されるクラスタ内観測ベクトル表を格納する記憶部である。クラスタ内観測ベクトル表は、観測値選択部104から入力した観測値を各クラスタごとの観測値群として格納する。
【0011】
108はクラスタ内仮説状況データ群を格納する記憶部で、クラスタ内仮説表、仮説内航跡表及びクラスタ内航跡−観測ベクトル表を格納する。108aは記憶部108中でクラスタ内にある全ての仮説を示したクラスタ内仮説表として機能する記憶領域である。108bは記憶部108中で各仮説ごとに仮説内にある全ての航跡を示した仮説内航跡表として機能する記憶領域である。108cは記憶部108中でクラスタ内にある全ての航跡とこれらを構成する観測値との関係を示したクラスタ内航跡−観測ベクトル表として機能する記憶領域である。
【0012】
109はゲート内判定行列算出部であって、クラスタ内観測ベクトル表及びクラスタ内仮説状況データ群からのデータを入力してクラスタ内ゲート内判定行列を算出する。110はクラスタ内の現時刻の観測値と航跡との関係を示すクラスタ内ゲート内判定行列を格納する記憶部である。111はクラスタ内ゲート内判定行列を入力してクラスタ内航跡相関行列を算出する航跡相関行列算出部である。112はクラスタ内で仮説の拡張可能性を示すクラスタ内航跡相関行列を格納する記憶部である。
【0013】
113は仮説更新部で、前時刻までの観測値による仮説の状況とクラスタ内航跡相関行列から現時刻に入力した観測値に対応する新たな仮説を作成する。114は仮説縮小部であって、クラスタ内の各仮説の確からしさ(信頼度)の評価を行いその評価結果より一部の仮説を削除することで仮説数を縮小する。115はクラスタ内に複数の仮説が存在する場合にその中から最善の仮説を1つ選択して目標の数とその航跡を決定する航跡決定部である。
【0014】
116はクラスタ内の各航跡に対しカルマンフィルタの平滑処理を施すことによって、位置や速度の平滑化を行う航跡平滑部である。117はクラスタ分離部であって、仮説縮小後のクラスタを分離できるか否かを調べ、分離できる場合に、分離後のそれぞれのクラスタの仮説を再構成する。
【0015】
次に動作について説明する。
図9は図8中の目標追尾装置の動作を示すフロー図であり、この図に沿って説明する。
先ず、時刻tkに目標観測装置100から観測値を入力すると(ステップST100)、目標追尾装置101内のゲート算出部103は、既存のクラスタ群に含まれる全ての航跡に対してカルマンフィルタの予測処理を施し、現時刻tkにおける観測値の存在期待領域であるゲートを算出する(ステップST101)。このあと、観測値選択部104は、各航跡のゲート内にいずれの観測値が存在するかを調べ、各航跡に相関し得る観測値を決定する(ステップST102)。
【0016】
次に、クラスタ新設・統合部106は、いずれのクラスタ内の航跡とも相関し得ない孤立した観測値から構成される新たなクラスタを新設してシステム内クラスタ表に定義する。また、ある観測値が互いに異なるクラスタに含まれる複数の航跡のゲート内に存在する場合、これらのクラスタを1つのクラスタとして統合し、システム内クラスタ表に再定義する(ステップST103)。このとき、観測値選択部104は、システム内クラスタ表に定義されている各クラスタに対して、このクラスタ内のいずれかの航跡と相関し得る観測値として選択されたものの全体を、クラスタ内観測値表に書き込む。
【0017】
続いて、目標追尾装置101は、システム内クラスタ表に定義された各クラスタの状態を更新するため、ステップST104からステップST107までの一連の処理を実行する。先ず、ゲート内判定行列算出部109は、クラスタ内の現時刻tkの全ての観測値と航跡とが相関し得るか否かを示すクラスタ内ゲート内判定行列を算出する(ステップST104)。
【0018】
ここで、クラスタ内ゲート内判定行列は、現時刻tkでのクラスタ内の観測値数がmk、現時刻tkでのクラスタ内の既存航跡、即ち前時刻tk−1までに既に作成されたクラスタ内の航跡の数がNk−1(Nk−1=0の場合を含む)、現時刻tkでのクラスタ内の航跡数がNk=Nk−1+mkの時に、下記式(1)のように定義される。
【数5】
【0019】
但し、上記式(1)で示すクラスタ内ゲート内判定行列の各行は、現時刻tkの観測値zk,j(j=1,2,・・・,mk)に対応する。また、各列は、現時刻tkでのクラスタ内の航跡Tt(t=0,1,2,・・・,Nk)に対応する。行列の各要素は、行に対応する観測値が列に対応する航跡のゲート内にあるか否かを表している。具体的には、以下のように設定される。
【0020】
先ず、t=0の列は、観測値が誤信号による値である場合を示している。実際に全ての観測値は誤信号である可能性があるとして、ωj,0=1のように設定する。
【0021】
次に、1≦t≦Nk−1の各列は、クラスタ内の既存の航跡Ttに対応している。ここで、観測値zk,j(j=1,2,・・・,mk)が、既存の航跡Tt(t=0,1,2,・・・,Nk)のゲートに含まれる場合、ωj,t=1のように設定する。また、観測値zk,jが、既存の航跡Ttのゲートに含まれない場合には、ωj,t=0のように設定する。
【0022】
さらに、Nk−1+1≦t≦Nkの各列は、現時刻tkで新たに現れたクラスタ内の航跡に対応する。これら列は、全ての観測値がそれぞれ新たに発見された目標である可能性を表すものである。ここで、1個の観測値が1本の新たな航跡に対応するように要素を設定する。つまり、j=t−Nk−1の場合には、ωj,t=1のように設定する。反対に、j≠t−Nk−1の場合には、ωj,t=0のように設定する。
【0023】
続いて、航跡相関行列算出部111は、クラスタ内ゲート内判定行列から全てのクラスタ内航跡相関行列を算出する(ステップST105)。ここで、クラスタ内航跡相関行列とは、実際に仮説として取り得るクラスタ内の観測値と航跡との相関関係を示すものである。一般に、1つのクラスタ内ゲート内判定行列から複数のクラスタ内航跡相関行列が生成される。現時刻tkにおける、s=1,2,・・・,SのS個のクラスタ内航跡相関行列は、クラスタ内ゲート内判定行列から下記式(2)に示すように定義される。
【数6】
【0024】
ここで、クラスタ内航跡相関行列の各行は、クラスタ内ゲート内判定行列の場合と同様に、現時刻tkでのクラスタ内の観測値に対応しており、各列はクラスタ内の航跡に対応している。また、行列の各要素は、行に対応する観測値が列に対応する航跡と相関しているか否かを示すものである。具体的には、以下のように設定される。
【0025】
先ず、観測値zk,j(j=1,2,・・・,mk)が航跡Tt(t=0,1,2,・・・,Nk)と相関がある場合には、ωj,t s=1のように設定する。また、観測値zk,jが航跡Ttと相関がないと、ωj,t s=0のように設定する。
【0026】
実際に、航跡相関行列算出部111がクラスタ内ゲート内判定行列からクラスタ内航跡相関行列を作成する際には、次に示す(ア)から(ウ)までの3つの基準を同時に満たす全ての組み合わせを、各々別個のクラスタ内航跡相関行列として算出する。
【0027】
(ア)クラスタ内ゲート内判定行列において、1である要素に対応するクラスタ内航跡相関行列の要素のみを1とでき、その他の要素は0とする。
(イ)クラスタ内航跡相関行列のt=0の列以外の全ての列では、高々1つの要素のみを1とし他の要素は0とする。
(ウ)クラスタ内航跡相関行列の全ての行では、必ず1つの要素を1とし他の要素は0とする。
【0028】
次に、クラスタ内の仮説を更新するため、仮説更新部113は、クラスタ内の既存の仮説、即ち前時刻tk−1で作成された仮説に対し、この仮説と組み合わせ可能な航跡相関行列を選択する。そして、両者の組み合わせから、現時刻tkに対応した新たな仮説を作成する。この操作を繰り返し実行することで、クラスタ内の仮説が更新される(ステップST106)。
【0029】
ここで、クラスタ内から選択した既存の仮説を親仮説、新たな仮説を子仮説と呼ぶことがある。実際には、航跡相関行列において観測値と相関があるとされている既存航跡が親仮説内に含まれていない場合、両者を組み合わせることはできないものとする。以下に、ステップST106における詳細な動作を説明する。
【0030】
先ず、仮説更新部113は、クラスタ内の既存の仮説を親仮説として1個選択し、この親仮説から派生する子仮説群を導くために、記憶部112内のクラスタ内航跡相関行列の1個を選択する。このあと、仮説更新部113は、上記親仮説に対してクラスタ内航跡相関行列が組み合わせ可能か否かを判定する。
【0031】
具体的には、上述のようにして選択されたクラスタ内航跡相関行列において、いずれかの観測値に相関がある既存の航跡が親たな仮説内に含まれていない場合、両者を組み合わせ不可能とする。一方、その他の全ての場合を組み合わせ可能と判定する。
【0032】
次に、上述のようにして組み合わせ可能と判定された場合に限り、既存の仮説内の既存の航跡に対して、これと相関がある新しい観測値を追加して航跡を伸張すること、新たな航跡を仮説に追加すること、ある観測値を誤信号として取り扱うことによって子仮説を作成する。以上の処理は、ステップST105で算出したクラスタ内航跡相関行列を全て選択し終わるまで繰り返し実行される。
【0033】
このあと、仮説更新部113は、上述した一連の仮説更新処理を終了したか否かを判断しながら、クラスタ内の残余の仮説がなくなるまで上記処理を繰り返す。
【0034】
なお、多くの場合、1つの既存の仮説が複数のクラスタ内航跡相関行列と組み合わされて、複数の子仮説が作成される。このため、ステップST106の仮説更新処理によってクラスタ内の仮説数は増加する。
【0035】
次に、仮説縮小部114は、ステップST106で作成した現時刻tkの各仮説の信頼度評価値を算出し、全ての仮説の中から上記信頼度が高いものを残して他を削除するなどの方法で、仮説数の縮小を行う(ステップST107)。なお、上記信頼度評価値の具体的な算出方法は後述する。
【0036】
続いて、航跡平滑部116は、クラスタ内に作成された現時刻tkの各航跡に対してカルマンフィルタの平滑処理を施すことによって、位置、速度の平滑化を行う(ステップST108)。具体的には、現時刻tkより新たに開始された航跡に対して、位置と速度の情報で構成される状態ベクトル及びその誤差共分散行列の初期値を設定する。
【0037】
次に、現時刻tkの新たな観測値が追加された航跡に対し、この観測値を用いて上記状態ベクトル及び誤差共分散行列の平滑値を更新する。このあと、現時刻tkに対応する観測値が存在しないとされた航跡に対して、上記状態ベクトル及び誤差共分散行列の予測値を平滑値に置き換える、いわゆるメモリ追尾処理を実行する。
【0038】
続いて、目標追尾装置101は、システム内クラスタ表に定義された全てのクラスタについてステップST104からステップST108までの処理を実行したか否かを判断する(ステップST109)。ここで、全てのクラスタについて処理が終了した場合には、ステップST110の処理に移行する。
【0039】
ステップST110において、クラスタ分離部117は、クラスタ内の各航跡が有する観測値の構成を調べ、「現時刻tkに至るまでに少なくとも1つの観測値を共有した航跡同士は、同一のクラスタに属する」との条件に照らし、クラスタ内の航跡群が複数のクラスタに分離可能であるか否かを評価する。そして、分離可能である場合に、クラスタの分離と仮説の再構築を行い、クラスタ内仮説状況データ群を更新する。なお、このクラスタ分離処理によって、ある航跡がその開始以来はじめて単独の航跡のみで1つのクラスタを成すと判定された場合、この航跡は確立したものと判定される。
【0040】
このあと、航跡決定部115は、クラスタ内の現時刻tkの仮説中から最善の仮説を1つ選択することによって目標の数及び航跡を決定する(ステップST111)。これら航跡群は、目標表示装置102のディスプレイ上に表示される。
【0041】
以上述べた一連の処理は、目標追尾装置101によって追尾終了が検出されるまで繰り返し実行される(ステップST112)。
【0042】
次に、文献2に従って、ゲート算出部103、航跡平滑部116における追尾フィルタ処理、観測値選択部104によるゲート判定処理、仮説縮小部114による仮説の信頼度評価値の算出処理について説明する。これらの処理の中心となる追尾フィルタ処理は、いわゆるカルマンフィルタを利用して以下のように実施される。
【0043】
先ず、時刻tkにおける位置と速度により構成される追尾目標の状態ベクトルxkと、位置情報により構成される観測値ベクトルzkを、下記式(3)、(4)でそれぞれ定義する。ここで、Tは、行列の転置を表す記号である。また、xk,yk,zkは、目標の位置座標真値を表しており、vxk,vyk,vzkは、目標の速度成分真値を表している。さらに、xo k,yo k,zo kは、目標の観測位置座標を表し、レーダによる距離、仰角、方位角の極座標系での観測結果を、北基準直交座標系に座標変換した値である。
【0044】
【数7】
【0045】
ここで、追尾目標の状態ベクトルの時間的推移を表す運動モデルを、下記式(5)で定義する。また、レーダの観測モデルを下記式(6)で定義する。なお、Φkは状態遷移行列、Hkは観測行列である。また、wkは、平均ゼロ、共分散行列Qkの正規性白色雑音に従う駆動雑音ベクトルであり、vkは平均ゼロ、共分散行列Rkの正規性白色雑音に従う観測雑音ベクトルである。
【数8】
【0046】
上記式(5)の運動モデル式において、例えば目標の運動を等速直線運動とみなしてモデル化すれば、状態遷移行列を下記式(7)で定義することができる。ここで、I3,O3は、それぞれ3行3列の単位行列と零行列である。このとき、駆動雑音ベクトルwkは、目標運動を等速直線とみなしたことによる打ち切り誤差項を表現したものと捉えることができる。また、上記式(6)の観測モデル式における観測行列Hkは、状態ベクトルから位置情報を抽出するための行列であり、下記式(8)で定義される。
【数9】
【0047】
上記定義に基づいて、ゲート算出部103は、クラスタ内の各航跡に対して下記式(9)、(10)に示すカルマンフィルタの予測処理を実行する。ここで、xk−1|k−1は、時刻tk−1の状態ベクトルの平滑値を表している。また、xk|k−1は、時刻tkの状態ベクトルの予測値を表している。さらに、Pk−1|k−1,Pk|k−1は、それぞれ平滑値xk−1|k−1、予測値xk|k−1の誤差共分散行列を表している。
【数10】
【0048】
続いて、ゲート算出部103は、下記式(11)、(12)に従って、航跡の現時刻tkに対する予測位置zk|k−1と残差共分散行列Skを算出する。ここで、予測位置zk|k−1はゲートの中心位置に相当し、残差共分散行列Skはゲート領域の広がりを特徴づける諸元である。
【数11】
【0049】
一方、観測値選択部104は、上述のようにして算出された予測位置zk|k−1、残差共分散行列Skを使用して、下記式(13)を満たす観測値zkを、当該航跡のゲート内の観測値であると判定する。但し、dはゲートサイズを決めるパラメータである。
【数12】
【0050】
次に仮説縮小部114による各子仮説の信頼度評価値の算出方法を説明する。この評価値は、次の手順によって算出される。先ず、各子仮説H(i)の尤度γiを下記式(14)を用いて計算する。
【数13】
【0051】
ここで、βp(i)は、子仮説H(i)を生んだ親仮説の前時刻の信頼度評価値である。NDTは、子仮説内でいずれかの観測値により伸張された航跡の数であり、NMTは、子仮説内でいずれの観測値にも対応しないものとされた既存航跡の数を示している。NNTは、子仮説内で新たに開始された航跡の数であり、NFTは、子仮説内で誤信号として扱われた観測値の数を表している。また、PDは、レーダの探知確率である。PGは、ゲート内に観測値が捕捉される確率であり、βNTは、単位体積あたりの新目標発生数の平均値である。βFTは、単位体積あたりの誤信号発生数の平均値である。これらはパラメータである。
【0052】
gj,tは、航跡Ttが観測値zk,jにより伸張された場合の航跡の尤度である。この尤度gj,tを観測値が航跡Ttの予測位置zk|k−1を中心に共分散行列Skの3変量ガウス分布で発生すると仮定して、下記式(15)により計算する。
【数14】
【0053】
仮説縮小部114は、上記仮説尤度γiを全ての子仮説について算出した後、下記式(16)に示すように、これらの値を全仮説に渡って正規化したものを、各子仮説の現時刻tkの信頼度評価値βiとする。
【数15】
【0054】
次に、航跡平滑部116は、カルマンフィルタの平滑処理式に従い、以下の計算を実行する。即ち、航跡Ttに観測値zk,jが追加され伸張された場合、下記式(17)、(18)、(19)に従って平滑値の更新を実行する。
【数16】
【0055】
ここで、xk|k−1、Pk|k−1は、それぞれ上記式(9)、(10)で算出した航跡Ttの状態ベクトル予測値及び予測誤差共分散行列である。また、xk|kは、現時刻tkに対応する航跡Ttの状態ベクトル平滑値、Pk|kは、xk|kの誤差共分散行列である。なお、Kkは、カルマンゲイン行列である。一方、航跡Ttに対応する現時刻の観測値が存在しない場合、下記式(20)、(21)に示すメモリ追尾処理を実行する。
【数17】
【0056】
【発明が解決しようとする課題】
従来の目標追尾装置は以上のように構成されているので、レーダからの位置の観測情報のみに基づいて航跡の推定を行い、目標の運動諸元の算出を行っているので、誤警報やクラッタなどの誤信号が多く発生する観測環境では、たとえ延期決定型の相関方式であっても、追尾性能に限界が生じるという課題があった。
【0057】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、レーダから得られる位置の情報のみならず、ドップラ速度(距離の時間変化率)の情報を使用して延期決定型の相関方式を用いた追尾処理を実行する目標追尾装置及び方法並びにプログラムを得ることを目的とする。
【0058】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る目標追尾装置は、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における当該目標のドップラ速度について相関の可能性がある観測情報を抽出するドップラ速度観測値抽出手段と、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における目標位置について相関の可能性がある観測情報を抽出する位置情報観測値抽出手段と、両観測値抽出手段によって抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成手段と、仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小手段と、仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度を含む運動諸元にて平滑化を実行する平滑化手段と、仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択手段とを備えるものである。
【0059】
この発明に係る目標追尾装置は、仮説縮小手段が、仮説群中の各仮説の確からしさを評価するにあたり、前時刻までに求めた航跡が現時刻の目標の観測値により伸張された場合における当該目標の位置及びドップラ速度による航跡の尤度を求め、これら航跡の尤度を用いて前時刻までに求めた航跡から導かれる現時刻の仮説の尤度を評価結果として算出するものである。
【0060】
この発明に係る目標追尾装置は、仮説縮小手段が、前時刻までに求めた航跡Tt(tは仮説内の航跡数)が現時刻tkの目標の観測値zk,j(jは仮説内の観測値数)により伸張された場合における、当該目標の位置情報による航跡の尤度をgj,t、当該目標のドップラ速度による航跡の尤度をgD j,t、現時刻の仮説を導く前時刻までに求めた航跡Ttからなる仮説の前時刻の信頼度評価値をβp(i)、当該目標についての探知確率をPD、前時刻までに求めた航跡Ttと現時刻の観測値が目標位置及びドップラ速度について相関の可能性がある観測値情報として抽出される確率をPG、観測空間の単位体積当たりの新たな目標の発生数の平均値をβNT、観測空間の単位体積当たりの誤信号発生数の平均値をβFT、観測値zk,jに付随するドップラ速度の計測値をDro k,j、現時刻の仮説内でいずれかの観測値により伸張された航跡の数をNDT、現時刻の仮説内でいずれの観測値にも対応しないものとされた既存の航跡の数をNMT、現時刻の仮説内で新たに開始された航跡の数NNT、現時刻の仮説内で誤信号として扱われた観測値の数をNFTとし、観測値が航跡Ttの予測位置zk|k−1を中心に共分散行列Skの3変量ガウス分布で発生し、観測値のドップラ速度が航跡Ttのドップラ速度の予測値Drk|k−1を中心に残差共分散行列SD kの1変量ガウス分布で発生するものと仮定して、前時刻までに求めた航跡Ttから導かれる現時刻の仮説の尤度γiを、上記式から算出するものである。
【0061】
この発明に係る目標追尾装置は、仮説縮小手段が、前時刻までに求められた仮説の尤度に当該目標についての探知確率を乗算する探知確率乗算部と、探知確率乗算部の乗算結果に当該目標の観測値における目標位置に関する尤度を乗算する位置情報尤度乗算部と、位置情報尤度乗算部の乗算結果に当該目標の観測値におけるドップラ速度の尤度を乗算するドップラ速度尤度乗算部とを有する尤度乗算ブロック部と、前時刻までに求められた仮説の尤度に、観測空間の単位体積当たりの新たな目標の発生数の平均値である新目標発生率を乗算する新目標発生率乗算部と、前時刻までに求められた仮説の尤度に、当該仮説内の航跡に相関する観測値が位置及びドップラ速度について相関の可能性がある観測値情報として抽出されない度合いを示すゲート内非探知確率を乗算するゲート内非探知確率乗算部と、前時刻までに求めた仮説内の各航跡に対する現時刻の観測値の割り当て状態に応じて、探知確率乗算部、ゲート内非探知確率乗算部、及び新目標発生率乗算部のいずれか一に上記仮説の尤度を送出する航跡状態判定部と、前時刻までに求めた仮説の尤度に、観測空間の単位体積当たりの誤信号発生数の平均値である誤信号発生率を乗算する誤信号発生率乗算部と、前時刻までに求めた仮説内で観測値が誤信号と扱われている場合、前時刻までに求められた仮説の尤度を上記誤信号発生率乗算部に送る観測値状態判定部と、仮説作成手段が前時刻までに求めた仮説群を構成する全ての仮説の尤度の合計値を算出する仮説尤度集計部と、仮説尤度集計部が算出した合計値で仮説群内の各仮説の尤度を除算し、当該除算結果を各仮説の信頼度評価値として算出する仮説信頼度算出部と、仮説信頼度算出部が算出した仮説の信頼度評価値に基づいて仮説群中の仮説数を削減する仮説削減部とを有してなるものである。
【0062】
この発明に係る目標追尾装置は、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルについて相関の可能性がある観測情報を抽出する観測値選択手段と、観測値抽出手段によって抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成手段と、仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小手段と、仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルにて平滑化を実行する平滑化手段と、仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択手段とを備えるものである。
【0063】
この発明に係る目標追尾装置は、仮説縮小手段が、仮説群中の各仮説の確からしさを評価するにあたり、目標の位置ベクトルとドップラ速度とを合成した観測値ベクトルの尤度を求め、これら航跡の尤度を用いて前時刻までに求めた航跡から導かれる現時刻の仮説の尤度を評価結果として算出するものである。
【0064】
この発明に係る目標追尾装置は、仮説縮小手段が、前時刻までに求めた航跡Tt(tは仮説内の航跡数)が現時刻tkの目標の観測値zk,j(jは仮説内の観測値数)により伸張された場合における、当該目標の観測位置及びドップラ速度計測値からなる観測値ベクトルzM k,jの尤度をgM j,t、現時刻の仮説を導く前時刻までに求めた航跡Ttからなる仮説の前時刻の信頼度評価値をβp(i)、当該目標についての探知確率をPD、前時刻までに求めた航跡Ttと現時刻の観測値が位置及びドップラ速度について相関の可能性がある観測値情報として抽出される確率をPG、観測空間の単位体積当たりの新たな目標の発生数の平均値をβNT、観測空間の単位体積当たりの誤信号発生数の平均値をβFT、現時刻の仮説内でいずれかの観測値により伸張された航跡の数をNDT、現時刻の仮説内でいずれの観測値にも対応しないものとされた既存の航跡の数をNMT、現時刻の仮説内で新たに開始された航跡の数NNT、現時刻の仮説内で誤信号として扱われた観測値の数をNFTとし、観測値ベクトルが航跡Ttの予測位置zk|k−1を中心に残差共分散行列SM kの4変量ガウス分布で発生するものと仮定して、前時刻までに求めた航跡Ttから導かれる現時刻の仮説の尤度γiを、上記式から算出するものである。
【0065】
この発明に係る目標追尾装置は、仮説縮小手段が、前時刻までに求められた仮説の尤度に当該目標についての探知確率を乗算する探知確率乗算部と、探知確率乗算部の乗算結果に当該目標の観測値における目標位置及びドップラ速度とで規定される観測値ベクトルの尤度を乗算する尤度乗算部とを有する尤度乗算ブロック部と、前時刻までに求められた仮説の尤度に、観測空間の単位体積当たりの新たな目標の発生数の平均値である新目標発生率を乗算する新目標発生率乗算部と、前時刻までに求められた仮説の尤度に、当該仮説内の航跡に相関する観測値が相関の可能性がある観測値情報として抽出されない度合いを示すゲート内非探知確率を乗算するゲート内非探知確率乗算部と、前時刻までに求めた仮説内の各航跡に対する現時刻の観測値の割り当て状態に応じて、探知確率乗算部、ゲート内非探知確率乗算部、及び新目標発生率乗算部のいずれか一に仮説の尤度を送出する航跡状態判定部と、前時刻までに求めた仮説の尤度に、観測空間の単位体積当たりの誤信号発生数の平均値である誤信号発生率を乗算する誤信号発生率乗算部と、前時刻までに求めた仮説内で観測値が誤信号と扱われている場合、前時刻までに求められた仮説の尤度を誤信号発生率乗算部に送る観測値状態判定部と、仮説作成手段が前時刻までに求めた仮説群を構成する全ての仮説の尤度の合計値を算出する仮説尤度集計部と、仮説尤度集計部が算出した合計値で仮説群内の各仮説の尤度を除算し、当該除算結果を各仮説の信頼度評価値として算出する仮説信頼度算出部と、仮説信頼度算出部が算出した仮説の信頼度評価値に基づいて仮説群中の仮説数を削減する仮説削減部とを有してなるものである。
【0066】
この発明に係る目標追尾方法は、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における当該目標のドップラ速度について相関の可能性がある観測情報を抽出するドップラ速度観測値抽出ステップと、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における目標位置について相関の可能性がある観測情報を抽出する位置情報観測値抽出ステップと、両観測値抽出ステップにて抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成ステップと、仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小ステップと、仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度を含む運動諸元にて平滑化を実行する平滑化ステップと、仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択ステップとを備えるものである。
【0067】
この発明に係る目標追尾方法は、仮説縮小ステップにて、仮説群中の各仮説の確からしさを評価するにあたり、前時刻までに求めた航跡が現時刻の目標の観測値により伸張された場合における当該目標の位置及びドップラ速度による航跡の尤度を求め、これら航跡の尤度を用いて前時刻までに求めた航跡から導かれる現時刻の仮説の尤度を評価結果として算出するものである。
【0068】
この発明に係る目標追尾方法は、仮説縮小ステップにて、前時刻までに求めた航跡Tt(tは仮説内の航跡数)が現時刻tkの目標の観測値zk,j(jは仮説内の観測値数)により伸張された場合における、当該目標の位置情報による航跡の尤度をgj,t、当該目標のドップラ速度による航跡の尤度をgD j,t、現時刻の仮説を導く前時刻までに求めた航跡Ttからなる仮説の前時刻の信頼度評価値をβp(i)、当該目標についての探知確率をPD、前時刻までに求めた航跡Ttと現時刻の観測値が位置及びドップラ速度について相関の可能性がある観測情報として抽出される確率をPG、観測空間の単位体積当たりの新たな目標の発生数の平均値をβNT、観測空間の単位体積当たりの誤信号発生数の平均値をβFT、観測値zk,jに付随するドップラ速度の計測値をDro k,j、現時刻の仮説内でいずれかの観測値により伸張された航跡の数をNDT、現時刻の仮説内でいずれの観測値にも対応しないものとされた既存の航跡の数をNMT、現時刻の仮説内で新たに開始された航跡の数NNT、現時刻の仮説内で誤信号として扱われた観測値の数をNFTとし、観測値が航跡Ttの予測位置zk|k−1を中心に共分散行列Skの3変量ガウス分布で発生し、観測値のドップラ速度が航跡Ttのドップラ速度の予測値Drk|k−1を中心に残差共分散行列SD kの1変量ガウス分布で発生するものと仮定して、前時刻までに求めた航跡Ttから導かれる現時刻の仮説の尤度γiを、上記式から算出するものである。
【0069】
この発明に係る目標追尾方法は、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルについて相関の可能性がある観測情報を抽出する観測値選択ステップと、観測値抽出ステップにて抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成ステップと、仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小ステップと、仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルにて平滑化を実行する平滑化ステップと、仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択ステップとを備えるものである。
【0070】
この発明に係る目標追尾方法は、仮説縮小ステップにて、仮説群中の各仮説の確からしさを評価するにあたり、目標の位置ベクトルとドップラ速度とを合成した観測値ベクトルの尤度を求め、これら航跡の尤度を用いて前時刻までに求めた航跡から導かれる現時刻の仮説の尤度を評価結果として算出するものである。
【0071】
この発明に係る目標追尾方法は、仮説縮小ステップにて、前時刻までに求めた航跡Tt(tは仮説内の航跡数)が現時刻tkの目標の観測値zk,j(jは仮説内の観測値数)により伸張された場合における、当該目標のドップラ速度計測値を含む観測値ベクトルzM k,jの尤度をgM j,t、現時刻の仮説を導く前時刻までに求めた航跡Ttからなる仮説の前時刻の信頼度評価値をβp(i)、当該目標についての探知確率をPD、前時刻までに求めた航跡Ttと現時刻の観測値が位置及びドップラ速度について相関の可能性がある観測値情報として抽出される確率をPG、観測空間の単位体積当たりの新たな目標の発生数の平均値をβNT、観測空間の単位体積当たりの誤信号発生数の平均値をβFT、現時刻の仮説内でいずれかの観測値により伸張された航跡の数をNDT、現時刻の仮説内でいずれの観測値にも対応しないものとされた既存の航跡の数をNMT、現時刻の仮説内で新たに開始された航跡の数NNT、現時刻の仮説内で誤信号として扱われた観測値の数をNFTとし、観測値ベクトルが航跡Ttの予測位置zk|k−1を中心に残差共分散行列SM kの4変量ガウス分布で発生するものと仮定して、前時刻までに求めた航跡Ttから導かれる現時刻の仮説の尤度γiを、上記式から算出するものである。
【0072】
この発明に係るプログラムは、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における当該目標のドップラ速度について相関の可能性がある観測情報を抽出するドップラ速度観測値抽出手段、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における目標位置について相関の可能性がある観測情報を抽出する位置情報観測値抽出手段、両観測値抽出手段によって抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成手段、仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小手段、仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度を含む運動諸元にて平滑化を実行する平滑化手段、仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択手段としてコンピュータを機能させるものである。
【0073】
この発明に係るプログラムは、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルについて相関の可能性がある観測情報を抽出する観測値選択手段、観測値抽出手段によって抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成手段、仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小手段、仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルにて平滑化を実行する平滑化手段、仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択手段としてコンピュータを機能させるものである。
【0074】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による目標追尾装置の構成を示す図である。図において、1は実施の形態1による目標追尾装置であって、後述する各構成部を具現化するプログラムを実行するコンピュータ装置から構成される。2は空間中の目標の位置ベクトルとドップラ速度を観測して観測値を得るレーダとしての目標観測装置である。3はディスプレイ上に航跡を表示して追尾している目標の航跡などをユーザに提示する目標表示装置である。4aは上述した従来の目標追尾装置101によるものと同様に動作するゲート算出部であって、既存のクラスタ群に含まれる各航跡に対して現時刻の目標の位置情報に関する観測値の存在期待領域となるゲートを算出する。4bは既存のクラスタ群に含まれる各航跡に対して現時刻の目標のドップラ速度計測値に関する観測値の存在期待領域となるゲートを算出するゲート算出部である。
【0075】
5aは上述した従来の目標追尾装置101によるものと同様に動作する観測値選択部(位置情報観測値抽出手段)であって、観測値選択部5bによって選択された現時刻における全ての目標の観測値のうちからゲート算出部4aが算出した各航跡のゲートに含まれる観測値を選択する。5bは目標観測装置2から目標追尾装置1に入力された現時刻の全ての観測値のうち各航跡ごとにドップラ速度によるゲート内に含まれるドップラ速度計測値を有する観測値を選択する観測値選択部(ドップラ速度観測値抽出手段)である。6は目標追尾装置1内のクラスタの状態を示したシステム内クラスタ表を格納する記憶部である。
【0076】
7はクラスタ新設・統合部(仮説作成手段)であって、観測値選択部5aからの観測値とシステム内クラスタ表における既存のクラスタとの関係に基づいて既存のクラスタを統合し、また新しいクラスタを作成する。後述するように、航跡の推定では、空間内の全ての航跡を互いにゲートが重なり合う航跡群ごとに一括して相関の仮説を構成して処理する。このような仮説作成処理の単位となる航跡群をクラスタと呼んでいる。また、仮説とは、クラスタ内のいくつかの航跡を選択して構成される航跡の集合である。さらに、各仮説は、クラスタ内のいずれの航跡の組み合わせが正しいかを判断させるものである。
【0077】
8はクラスタ新設・統合部7によって作成されるクラスタ内観測ベクトル表を格納する記憶部である。クラスタ内観測ベクトル表は、観測値選択部5aから入力した観測値を各クラスタごとの観測値群として格納する。9はクラスタ内仮説状況データ群を格納する記憶部であって、クラスタ内仮説表、仮説内航跡表及びクラスタ内航跡−観測ベクトル表を格納する。9aは記憶部9中でクラスタ内にある全ての仮説を示したクラスタ内仮説表として機能する記憶領域である。9bは記憶部9中で各仮説ごとに仮説内にある全ての航跡を示した仮説内航跡表として機能する記憶領域である。9cは記憶部9中でクラスタ内にある全ての航跡とこれらを構成する観測値との関係を示したクラスタ内航跡−観測ベクトル表として機能する記憶領域である。
【0078】
10はゲート内判定行列算出部(仮説作成手段)であって、クラスタ内観測ベクトル表及びクラスタ内仮説状況データ群からのデータを入力してクラスタ内ゲート内判定行列を算出する。11はクラスタ内の現時刻の観測値と航跡との関係を示すクラスタ内ゲート内判定行列を格納する記憶部である。12はクラスタ内ゲート内判定行列を入力してクラスタ内航跡相関行列を算出する航跡相関行列算出部(仮説作成手段)である。13はクラスタ内で仮説の拡張可能性を示すクラスタ内航跡相関行列を格納する記憶部である。
【0079】
14は仮説更新部(仮説作成手段)で、前時刻までの観測値による仮説の状況とクラスタ内航跡相関行列から現時刻に入力した観測値とに対応する新たな仮説を作成する。15は仮説縮小部(仮説縮小手段)であって、クラスタ内の各仮説の確からしさ(信頼度)の評価を行いその評価結果より一部の仮説を削除することで仮説数を縮小する。16はクラスタ内に複数の仮説が存在する場合にその中から最善の仮説を1つ選択して目標の数とその航跡を決定する航跡決定部(仮説選択手段)である。
【0080】
17aは上述した従来の目標追尾装置101の航跡平滑部と同様に動作する位置・速度平滑部(平滑化手段)であって、クラスタ内の各航跡に対しカルマンフィルタの平滑処理を施すことによって、位置や速度の平滑化を行う。17bはドップラ速度平滑部(平滑化手段)であって、クラスタ内の各航跡に対してドップラ速度の平滑化を行う。18はクラスタ分離部であって、仮説縮小後のクラスタを分離できるか否かを調べると共に、分離後のそれぞれのクラスタの仮説を再構成する。
【0081】
次に概要について説明する。
この実施の形態1による目標追尾装置1では、従来の目標追尾装置101における位置情報に対するゲートに加え、ドップラ情報に対するゲートを設けている。これにより、各航跡に対して相関し得る観測値をより厳しく選別することができ、誤相関を減らすことができる。このため、従来の目標追尾装置101で実施されていた位置情報を使用した追尾フィルタ処理に加えて、以下に説明するようなドップラ速度情報を対象とした追尾フィルタ処理を別個に設ける。
【0082】
先ず、ドップラ速度を追尾処理するため、上記式(3)とは異なる別の状態ベクトルxD kを下記式(22)のように定義する。ここで、Drkは、目標のドップラ速度(距離の時間変化率)であり、Drkドットはドップラ速度Drkの一階の時間微分である。また、レーダの観測値に付随してくるドップラ速度の計測結果をDro kとする。
【数18】
【0083】
さらに、目標のドップラ速度の時間的推移を表すドップラ速度の運動モデルを下記式(23)で、また、ドップラ速度の観測モデル(ドップラ速度の計測結果Dro k)を下記式(24)で定義する。ここで、ΦD kは、上記式(22)の状態ベクトルxD kに対する状態遷移行列である。HD kはドップラ速度の観測値に対する観測行列である。また、wD kは上記式(22)の状態ベクトルに対する駆動雑音ベクトルであって、平均ゼロ、共分散行列QD kの正規性白色雑音に従うものと仮定する。vD kはスカラの観測雑音であり、平均ゼロ、分散RD kの正規性白色雑音に従うものと仮定する。
【数19】
【0084】
例えば、目標のドップラ速度の運動を時間に対して線形的であると仮定すれば、上記式(23)における状態遷移行列は、下記式(25)で定義することができる。このとき、駆動雑音ベクトルwD kは、ドップラ速度の運動を線形的とみなしたことによる打ち切り誤差項を表現したものと捉えることができる。また、観測行列HD kは、上記式(22)の状態ベクトルxD kからドップラ速度の項を抽出するためのもので、下記式(26)で定義することができる。
【数20】
【0085】
次に動作について説明する。
図2は図1中の目標追尾装置の動作を示すフロー図であり、この図に沿って説明する。
先ず、時刻tkに目標観測装置2から観測値を入力する(ステップST1)と、目標追尾装置1内のゲート算出部4bは、既存のクラスタ群に含まれる全ての航跡に対して、上記式(22)の状態ベクトルxD kについての下記式(27)、(28)に示すカルマンフィルタの予測処理を施す(ステップST2)。ここで、xD k−1|k−1は、時刻tk−1の状態ベクトルの平滑値である。xD k|k−1は、時刻tkに対する状態ベクトルの予測値を表している。また、PD k−1|k−1、PD k|k−1はそれぞれxD k−1|k−1、xD k|k−1の誤差共分散行列である。
【数21】
【0086】
さらに、ゲート算出部4bは、下記式(29)、(30)に従って、各航跡の現時刻tkに対するドップラ速度予測値Drk|k−1と、残差分散SD kを算出する。このDrk|k−1はドップラ速度ゲートの中心値を表し、SD kはドップラ速度ゲートの広がりを特徴づける諸元である。
【数22】
【0087】
次に、観測値選択部5bは、ゲート算出部4bが算出した各航跡のドップラ速度ゲート内にいずれの観測値が存在するかを調べることにより、各航跡に相関し得る観測値の最初の選別を行う(ステップST3、ドップラ速度観測値抽出ステップ)。具体的には、各航跡に対して下記式(31)を満たすドップラ速度の計測値を有する観測値を、その航跡に相関し得る観測値として選び出す。但し、dDはドップラ速度ゲートのサイズを決定するパラメータである。
【数23】
【0088】
上述のようにしてドップラ速度に関する処理が完了すると、ゲート算出部4aは、全ての航跡に対して、上記式(3)の位置と速度の状態ベクトルについてカルマンフィルタの予測処理を施すことにより、現時刻tkにおける観測値の位置情報に関する存在期待領域であるゲートを算出する(ステップST4、位置情報観測値抽出ステップ)。この処理は、従来の目標追尾装置101の場合と同様である。
【0089】
続いて、位置情報による観測値選択部5aは、ドップラ速度情報による観測値選択部5bが各航跡ごとに選択した観測値に各々対して、各航跡の位置情報に関するゲート内にも存在するか否かを調べることで、各航跡に相関し得る観測値を最終的に決定する(ステップST5)。なお、この位置情報による観測値選択部5aによるゲート内判定の方法は、従来の目標追尾装置101の場合と同様である。
【0090】
このように、この実施の形態1による目標追尾装置1では、各航跡に相関し得る観測値を選択する場合、ドップラ速度に関するゲート内に存在することと、位置情報に関するゲート内に存在することの両方の条件を課すことによって、従来の目標追尾方式の場合に比べてより厳しい選別を行っている。
【0091】
以下、ステップST6からステップST10までの、クラスタ新設・統合部7、ゲート内判定行列算出部10、航跡相関行列算出部12、仮説更新部14、仮説縮小部15による処理は、従来の目標追尾装置101による図9に示すステップST103からステップST107までの処理と同様である。また、ステップST11における位置・速度平滑部17aによる処理は、従来の目標追尾装置101内の航跡平滑部116による図9に示すステップST108の処理と同様である。これらの処理ステップの説明は省略する。
【0092】
仮説縮小処理が完了すると、ドップラ速度平滑部17bは、カルマンフィルタの平滑処理式に従って、クラスタ内の各航跡に対して上記式(22)のドップラ速度の状態ベクトルについての平滑処理を実行する(ステップST12、平滑化ステップ)。具体的には、航跡Ttが現時刻tkの新たな観測値の追加によって伸張された場合、この観測値に付随するドップラ速度の計測結果Dro kを使用して、下記式(32)、(33)、(34)に従って平滑値の更新を実行する。
【数24】
【0093】
ここで、xD k|k−1、PD k|k−1は、上記式(27)、(28)で算出した航跡Ttの状態ベクトル予測値及び予測誤差共分散行列である。xD k|kはこの航跡の時刻tkの状態ベクトル平滑値であり、PD k|kはその誤差共分散行列である。また、KD kはカルマンゲイン行列である。
【0094】
以降のステップST13からステップST16までの処理は、従来の目標追尾装置101による図9に示すステップST109からステップST112までの処理と同様である。よって、説明を省略する。
【0095】
以上のように、この実施の形態1によれば、レーダからの位置の観測情報に加え、ドップラ速度の観測情報を活用することを目的として、位置、速度の平滑化を行うための追尾フィルタ処理とドップラ速度の平滑化を行うための追尾フィルタ処理とを実施し、各航跡に対して位置のゲートのみならずドップラ速度のゲート判定を行うので、各航跡に相関し得る観測値が厳しく選別され、航跡に対する観測値の誤相関が減少して追尾性能を向上させることができる。また、各航跡に相関可能な観測値の数が減少するため、結果的に装置内に作成される仮説の数が減少し、装置全体の処理効率も向上させることができる。
【0096】
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2による目標追尾装置における仮説縮小部の構成を示す図である。図において、15aは実施の形態2における仮説縮小部(仮説縮小手段)であって、後述するような従来の目標追尾装置101とは異なる機能を有し、上記実施の形態1の目標追尾装置に適用することができる。また、仮説縮小部15aは、実施の形態2による目標追尾装置として機能するコンピュータ装置に実行されるプログラムとして具現化することができる。19は親仮説信頼度設定器(親仮説信頼度設定部)で、仮説尤度の初期値として親仮説の前時刻における信頼度を設定する。20は航跡状態判定器(航跡状態判定部)であって、仮説内の各航跡に対する現時刻の観測値の割り当て状態を調べ、この結果に応じて探知確率乗算器22、ゲート内非探知確率乗算器24、新目標発生率乗算器21のいずれかに尤度計算値を送出する。
【0097】
21は仮説尤度計算値に新目標発生率を乗算する新目標発生率乗算器(新目標発生率乗算部)で、22は仮説尤度計算値に探知確率を乗算する探知確率乗算器(探知確率乗算部、尤度乗算ブロック部)である。また、23aは位置情報による尤度乗算器(尤度乗算部、尤度乗算ブロック部)であって、仮説尤度計算値に観測値の位置の尤度を乗算する。23bはドップラ速度情報による尤度乗算器(尤度乗算部、尤度乗算ブロック部)で、仮説尤度計算値に観測値のドップラ速度の尤度を乗算する。24は仮説尤度計算値にゲート内非探知確率を乗算するゲート内非探知確率乗算器(ゲート内非探知確率乗算部)である。
【0098】
25は観測値状態判定器(観測値状態判定部)であって、クラスタ内の各観測値に対する仮説内での扱われ方を調べ、観測値が誤信号と扱われている場合に限り、仮説尤度計算値を誤信号発生率乗算器26に送る。26は仮説尤度計算値に誤信号発生率を乗算する誤信号発生率乗算器(誤信号発生率乗算部)である。また、27はクラスタ内の各仮説の尤度計算結果を記憶しておく仮説尤度記憶部である。28はクラスタ内の全仮説についての仮説尤度の合計値を算出する仮説尤度集計器(仮説尤度集計部)である。29は仮説信頼度算出器(仮説信頼度算出部)であって、クラスタ内の各仮説の仮説尤度を上記全仮説に対する合計値で除算することで各仮説の信頼度評価値を算出する。30は仮説削減器(仮説削減部)で、仮説の信頼度評価値に従って信頼度の低い仮説を削除することによって仮説数を削減する。
【0099】
次に概要について説明する。
この実施の形態2による仮説縮小部15aは、各子仮説の信頼度評価値を位置の観測情報のみでなく、ドップラ速度の観測情報を使用して算出することを特徴とする。具体的には、各子仮説H(i)の尤度γiを、従来の目標追尾装置101の場合の上記式(14)に代わって、下記式(35)を用いて算出する。
【数25】
【0100】
ここで、上記式(35)は、従来の目標追尾装置101の場合の上記式(14)と異なって、右辺第2項の積演算にgD j,tが追加されている。gD j,tは、航跡Ttが観測値zk,jにより伸張された場合のドップラ速度情報による航跡の尤度である。また、このgD j,tは、観測値のドップラ速度が航跡Ttの予測値Drk|k−1を中心に分散SD kの1変量ガウス分布で発生するものと仮定して、下記式(36)により計算する。但し、Dro k,jは、観測値zk,jに付随するドップラ速度の計測結果である。なお、各仮説の信頼度評価値は、従来の目標追尾装置101の場合と同様に、上記式(35)による仮説尤度を上記式(16)によって正規化したものとする。
【数26】
【0101】
次に動作について説明する。
図4は図3中の仮説縮小部の動作を示すフロー図であり、この図に沿って実施形態2による仮説縮小処理を詳細に説明する。
先ず、親仮説信頼度設定器19は、クラスタ内の仮説H(i)を1つ選択して、この仮説の親仮説の信頼度βp(i)を仮説尤度計算値γiの初期値として設定する(ステップST1a)。この仮説尤度計算値は、航跡状態判定器20に送出される。
【0102】
次に、航跡状態判定器20は、親仮説信頼度設定器19が選択した仮説内の航跡を順次選択(ステップST2a)して、現時刻の観測値の割り当て状態を調べる(ステップST3a、ステップST5a)。即ち、選択した航跡が下記(1)から(3)までのいずれであるかを判断する。
【0103】
(1)現時刻に開始された新航跡
(2)前時刻の既存航跡に現時刻の新たな観測値が追加された航跡(伸張された航跡)
(3)前時刻の既存航跡に現時刻の観測値がないとして保持された航跡
【0104】
航跡状態判定器20は、上述した判断結果が上記(1)の場合には新目標発生率乗算器21に、上記(2)の場合には探知確率乗算器22に、また、上記(3)の場合にはゲート内非探知確率乗算器24に、仮説尤度計算値γiを送出する。
【0105】
ステップST3aにて現時刻に開始された新航跡であると判断されると、新目標発生率乗算器21は、航跡状態判定器20から入力した仮説尤度計算値γiに、観測空間の単位体積当たりの新たな目標の発生数の平均値である新目標発生率βNTを乗算して、乗算結果を再び航跡状態判定器20に返す(ステップST4a)。
【0106】
また、ステップST3aにて現時刻に開始された新航跡でなく、ステップST5aにて前時刻の既存航跡に現時刻の新たな観測値が追加された航跡(伸張された航跡)であると判断されると、探知確率乗算器22は、航跡状態判定器20から入力した仮説尤度計算値γiに探知確率PDを乗算し、乗算結果を位置情報による尤度乗算器23aに送る(ステップST6a)。
【0107】
位置情報による尤度乗算器23aでは、探知確率乗算器22から入力した乗算結果値に、上記式(15)で算出される位置情報による尤度gj,tを乗算し、乗算結果をドップラ速度情報による尤度乗算器23bに送る(ステップST7a)。さらに、ドップラ速度情報による尤度乗算器23bは、尤度乗算器23bから入力した乗算結果値に、上記式(36)で算出されるドップラ速度情報による尤度gD j,tを乗算する(ステップST8a)。この乗算結果は、再び航跡状態判定器20に送り返される。
【0108】
また、ステップST3aにて現時刻に開始された新航跡でなく、ステップST5aにて新たな観測値で伸張された航跡でなく、前時刻の既存航跡に現時刻の観測値がないものとして保持された航跡であると判断されると、ゲート内非探知確率乗算器24は、航跡状態判定器20から入力した仮説尤度計算値γiに対して、ゲート内に航跡の観測値が探知されない確率に相当する(1−PDPG)(ここでは、この値をゲート内非探知確率と呼ぶ)を乗算し、乗算結果を再び航跡状態判定器に送り返す(ステップST9a)。
【0109】
上述した一連の処理は、航跡状態判定器20が仮説内の全ての航跡を選択し終わるまで、繰り返し実行される(ステップST10a)。仮説内の全ての航跡について処理が終了すると、航跡状態判定器20は、仮説尤度計算値を観測値状態判定器25に送る。
【0110】
上記仮説尤度計算値を航跡状態判定器20から入力すると、観測値状態判定器25では、クラスタ内の各観測値を順次選択して(ステップST11a)、着目している仮説内で誤信号として扱われているかどうかを調べる(ステップST12a)。このとき、選択した観測値が誤信号と扱われていれば、仮説尤度計算値を誤信号発生率乗算器26に送る。
【0111】
誤信号発生率乗算器26では、観測値状態判定器25から入力した仮説尤度計算値に誤信号発生率βFTを乗算し、乗算結果を再び観測値状態判定器25に返す(ステップST13a)。観測値状態判定器25は、親仮説信頼度設定器19が選択した仮説内の全ての観測値を選択し終わるまで、上記操作を繰り返し実行する(ステップST14a)。
【0112】
また、親仮説信頼度設定器19による初期値設定から観測値状態判定器25による繰り返し処理までを終了すると、仮説尤度計算値には、着目した仮説に対する上記式(35)による仮説尤度γiの計算結果が得られることになる。この計算結果は、仮説尤度記憶部27に保存される。
【0113】
一方、仮説縮小部15aでは、上記仮説尤度を計算し、計算結果を仮説尤度記憶部27に保存する一連の処理を、クラスタ内の全ての仮説について順次実行する(ステップST15a)。ここで、クラスタ内の全ての仮説について仮説尤度の計算が終了すると、仮説尤度集計器28は、仮説尤度記憶部27に保存された前仮説の尤度を読み出して、その合計値を算出する(ステップST16a)。この結果は、仮説信頼度算出器29に送られる。仮説信頼度算出器29は、上記式(16)に従って、仮説尤度集計器28から入力した合計値で仮説尤度記憶部27から読み出した各仮説の尤度を除算して、各仮説の信頼度評価値βiを計算する(ステップST17a)。
【0114】
最後に、仮説削減器30は、上述のようにして算出された仮説の信頼度評価値に従って、信頼度の低い仮説を削除するなどの方法によって仮説数を削減する。
【0115】
以上のように、この実施の形態2によれば、レーダからの位置の観測情報に加え、ドップラ速度の観測情報を使用してクラスタ内に作成された仮説の信頼度評価値を算出し、当該評価値を用いて仮説数を削減するので、不必要な仮説をより効率的に削除することができる。この結果、誤相関が減少して追尾性能を向上させることができる。また、各時刻で装置内に残る仮説数が減少するため、装置全体の処理効率も向上させることができる。
【0116】
実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3による目標追尾装置の構成を示す図である。図において、1Aは実施の形態3による目標追尾装置であって、後述する各構成部を具現化するプログラムを実行するコンピュータ装置から構成される。4cはゲート算出部であって、既存のクラスタ群に含まれる各航跡に対して、現時刻の位置及びドップラ速度の4次元の観測値ベクトルに対する存在期待領域を算出する。5cは位置・ドップラ速度の合成情報による観測値選択部(観測値抽出手段)で、目標観測装置2から目標追尾装置1Aに入力された現時刻の観測値全体から、各航跡ごとに目標の位置及びドップラ速度に関するゲートに含まれる観測情報を有する観測値を選択する。17cは位置・ドップラ速度の合成情報による航跡平滑部(平滑化手段)であって、クラスタ内の各航跡に対して位置及びドップラ速度の観測情報を使用して、位置、速度の状態ベクトルを更新する。なお、図1と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0117】
次に概要について説明する。
この実施の形態3による目標追尾装置1Aは、従来の目標追尾装置101における位置情報のみに対するゲートに代わり、位置及びドップラ速度の4次元の観測値ベクトルに対するゲートを設けている。これにより、各航跡に対して相関し得る観測値がより厳しく選別されて、誤相関を減らすことができる。このため、従来の目標追尾装置101で実施されていた位置情報のみを使用した追尾フィルタ処理に代わり、位置とドップラ速度の4次元の観測情報を使用した別の追尾フィルタ処理を以下のように構成する。
【0118】
先ず、従来の目標追尾装置101の場合と同様に、時刻tkにおける位置と速度により構成される追尾目標の状態ベクトルxkを上記式(3)で定義する。また、追尾目標の状態ベクトルxkの時間的推移を表す運動モデルを上記式(5)で定義する。上記式(5)の運動モデルの設定方法の一例は、上記実施の形態1で説明したように、例えば目標の運動を等速直線運動とみなして、上記式(7)で状態遷移行列Φkを定義する。
【0119】
一方、時刻tkのレーダによる観測値ベクトルは、下記式(37)で定義する。ここで、xo k,yo k,zo kは、目標の観測位置座標を表している。また、Dro kは、ドップラ速度の計測結果を表している。下記式(37)は、観測値ベクトル対して目標の観測位置とドップラ速度の計測結果とを含めている点が、従来の目標追尾装置101における上記式(6)と異なっている。
【数27】
【0120】
また、レーダの観測モデルを下記式(38)、(39)、(40)の非線形関数で定義する。但し、vM kは、平均ゼロ、共分散行列RM kの4次元の正規性白色雑音に従う観測雑音ベクトルである。また、rkは目標の距離を表している。
【数28】
【0121】
上述したような観測モデルを設定して、この実施の形態3では、非線形モデルに適用可能な拡張カルマンフィルタを用いて、追尾フィルタ処理を実行する。このとき、上記非線形関数h(x)の線形一次係数行列HM(xk)が必要となる。この行列は、下記式(41)〜(47)によって計算することができる。
【数29】
【0122】
なお、線形一次係数値行列は、状態ベクトルの真値xkにおいて定義されるが、実際の追尾フィルタ処理では真値が得られないため、予測値xk|k−1における値を使用する。
【0123】
次に動作について説明する。
図6は図5中の目標追尾装置の動作を示すフロー図であり、この図に沿って動作の詳細を説明する。
先ず、目標観測装置2から時刻tkにおける観測値を入力(ステップST1b)すると、目標追尾装置1A内のゲート算出部4cは、既存のクラスタ群に含まれる全ての航跡に対して、上記式(3)の状態ベクトルxkについての予測処理を施す。ここで、目標の運動モデルは、従来の目標追尾装置101の場合と同様に定義している。このため、当該予測処理は、従来の場合と同様に上記式(9)、(10)による通常のカルマンフィルタの予測処理式で実行される。
【0124】
続いて、ゲート算出部4cは、各航跡について、上記式(37)の4次元の観測値ベクトルの現時刻tkに対する予測値zM k|k−1と残差共分散行列SM kを、下記式(48)、(49)に従って算出する(ステップST2b)。但し、xk|k−1、Pk|k−1は、上記式(9)、(10)による通常のカルマンフィルタの予測処理で算出した状態ベクトル予測値及びその誤差共分散行列である。また、観測値ベクトルの予測値zM k|k−1は、位置・ドップラ速度合成ゲートの中心を表し、残差共分散行列SM kはゲートの広がりを特徴づける諸元である。
【数30】
【0125】
次に、位置・ドップラ速度の合成情報による観測値選択部5cは、各航跡の位置・ドップラ速度合成ゲート内にいずれの観測値が存在するかを調べることにより、各航跡に相関し得る観測値を決定する(ステップST3b)。具体的には、各航跡に相関し得る観測値として、下記式(50)の条件を満たす観測値を選び出す。但し、dMは、位置・ドップラ速度合成ゲートのサイズを決定するパラメータである。
【数31】
【0126】
以下、ステップST4bからステップST8bまでの、クラスタ新設・統合部7、ゲート内判定行列算出部10、航跡相関行列算出部12、仮説更新部14、及び、仮説縮小部15による処理は、従来の目標追尾装置101による図9に示すステップST103からステップST107までの処理と同様である。よって、説明を省略する。
【0127】
続いて、位置・ドップラ速度の合成情報による航跡平滑部17cは、拡張カルマンフィルタの平滑処理式に従って、上記式(37)の4次元の観測値ベクトルを使用して、状態ベクトル平滑値及びその誤差共分散行列の更新を行う(ステップST9b)。具体的には、航跡が現時刻tkの新たな観測値の追加によって伸張された場合、この観測値によって下記式(51)〜(53)に従って平滑値の更新を行う。
【数32】
【0128】
ここで、xk|kは、上記式(3)の状態ベクトルに対する時刻tkの平滑値であり、Pk|kは、xk|kの誤差共分散行列である。また、KM kは、拡張カルマンフィルタのゲイン行列である。
【0129】
以降、ステップST10bからステップST13bまでの処理は、従来の目標追尾装置101による図9に示すステップST109からステップST112までの処理と同様である。よって、説明を省略する。
【0130】
以上のように、この実施の形態3によれば、レーダからの位置の観測情報に加え、ドップラ速度の観測情報を活用することを目的として、位置及びドップラ速度で構成される4次元の観測値ベクトルを使用して、目標の状態ベクトル平滑値の更新を行なうための追尾フィルタ処理と、位置及びドップラ速度の4次元の観測値ベクトルに対してゲート判定とを行うので、各航跡に相関し得る観測値が厳しく選別され、航跡に対する観測値の誤相関が減少して追尾性能を向上させることができる。また、各航跡に相関可能な観測値の数が減少することから装置内に作成される仮説の数が減少して装置全体の処理効率も向上させることができる。
【0131】
また、4次元の観測値ベクトルを定義することにより、位置とドップラ速度との観測誤差や推定誤差の分布の相関を考慮したゲート形成が可能となり、処理負荷が増大するものの、上記実施の形態1の目標追尾装置1と比較してより高い精度の追尾処理を期待することができる。
【0132】
実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4による目標追尾装置における仮説縮小部の構成を示す図である。図において、15bは実施の形態4の仮説縮小部(仮説縮小手段)であって、後述するような従来の目標追尾装置101とは異なる機能を有し、上記実施の形態3の目標追尾装置に適用することができる。また、仮説縮小部15bは、実施の形態3による目標追尾装置として機能するコンピュータ装置に実行されるプログラムとして具現化することができる。23cは位置とドップラ速度の合成情報による尤度乗算器(尤度乗算部、尤度乗算ブロック部)であって、仮説尤度計算値に位置及びドップラ速度で構成される4次元の観測値ベクトルの尤度を乗算する。なお、図3と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0133】
次に概要について説明する。
この実施の形態4による仮説縮小部15bは、各子仮説の信頼度評価値を位置及びドップラ速度の観測情報を使用して算出することを特徴とする。具体的には、各子仮説H(i)の尤度γiを、従来の目標追尾装置101の場合の上記式(14)に代わって、下記式(54)で計算する。
【数33】
【0134】
ここで、上記式(54)は、従来の目標追尾装置101の場合の上記式(14)と異なって、右辺第2項の積演算におけるgj,tがgM j,tに変更された部分が異なっている。このgM j,tは、航跡Ttが観測値zk,jにより伸張された場合の上記式(37)の観測値ベクトルの尤度である。この観測値ベクトルが上記式(48)の予測値zM k|k−1を中心に、上記式(49)の残差共分散行列SM kの4変量ガウス分布で発生するものと仮定し、下記式(55)を用いて算出する。但し、zM k,jは、観測値zk,jに対応する上記式(37)の観測値ベクトルである。なお、各仮説の信頼度評価値は、従来の目標追尾装置101の場合と同様に、上記式(54)による仮説尤度を上記式(16)によって正規化したものとする。
【数34】
【0135】
次に動作について説明する。
ここでは、上述した実施の形態と異なる仮説縮小部15bの動作を説明する。仮説縮小部15bでは、上記実施の形態2における尤度乗算器23a,23bが、位置及びドップラ速度の合成情報による尤度乗算器23cに置き換わっている。この尤度乗算器23cは、探知確率乗算器22から入力した仮説尤度計算値に上記式(55)で算出される位置及びドップラ速度の4次元観測値ベクトルによる尤度gM j,tを乗算して、乗算結果を航跡状態判定器20に返す。他の部位の動作手順は、上記実施の形態2の場合と同様であり、説明を省略する。
【0136】
以上のように、この実施の形態4によれば、位置及びドップラ速度の4次元観測値ベクトルによる尤度を用いてクラスタ内に作成された仮説の信頼度評価値を算出し、当該評価値を用いて仮説数を削減するので、位置とドップラ速度との観測誤差や推定誤差の分布の相関を考慮した尤度の計算が可能となり、処理負荷は増大するものの、上記実施の形態2の仮説縮小部15aと比較してより高い精度の追尾処理を期待することができる。
【0137】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における当該目標のドップラ速度について相関の可能性がある観測情報を抽出すると共に、現時刻における目標位置について相関の可能性がある観測情報を抽出し、当該抽出した観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成し、仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて仮説群中の仮説数を削減すると共に、仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度を含む運動諸元にて平滑化を実行し、仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択するので、各航跡に相関し得る観測値が厳しく選別され、航跡に対する観測値の誤相関が減少して追尾性能を向上させることができるという効果がある。
【0138】
この発明によれば、仮説縮小手段が、仮説群中の各仮説の確からしさを評価するにあたり、前時刻までに求めた航跡が現時刻の目標の観測値により伸張された場合における当該目標の位置及びドップラ速度による航跡の尤度を求め、これら航跡の尤度を用いて前時刻までに求めた航跡から導かれる現時刻の仮説の尤度を評価結果として算出するので、不必要な仮説をより効率的に削除することができ、誤相関が減少して追尾性能を向上させることができるという効果がある。また、各時刻で装置内に残る仮説数が減少するため、装置全体の処理効率も向上させることができるという効果がある。
【0139】
この発明によれば、追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルについて相関の可能性がある観測情報を抽出し、当該抽出した観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成し、仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて仮説群中の仮説数を削減すると共に、仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルにて平滑化を実行し、仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択するので、各航跡に相関し得る観測値が厳しく選別され、航跡に対する観測値の誤相関が減少して追尾性能を向上させることができるという効果がある。
【0140】
この発明によれば、仮説縮小手段が、仮説群中の各仮説の確からしさを評価するにあたり、目標の位置ベクトルとドップラ速度とを合成した観測値ベクトルの尤度を求め、これら航跡の尤度を用いて前時刻までに求めた航跡から導かれる現時刻の仮説の尤度を評価結果として算出するので、位置とドップラ速度との観測誤差や推定誤差の分布の相関を考慮した尤度の計算が可能となり、処理負荷は増大するものの、より高い精度の追尾処理を期待することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による目標追尾装置の構成を示す図である。
【図2】図1中の目標追尾装置の動作を示すフロー図である。
【図3】この発明の実施の形態2による目標追尾装置における仮説縮小部の構成を示す図である。
【図4】図3中の仮説縮小部の動作を示すフロー図である。
【図5】この発明の実施の形態3による目標追尾装置の構成を示す図である。
【図6】図5中の目標追尾装置の動作を示すフロー図である。
【図7】この発明の実施の形態4による目標追尾装置における仮説縮小部の構成を示す図である。
【図8】従来の目標追尾装置の構成を示すブロック図である。
【図9】図8中の目標追尾装置の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
1,1A 目標追尾装置、2 目標観測装置、3 目標表示装置、4a,4b,4c ゲート算出部、5a 観測値選択部(位置情報観測値抽出手段)、5b観測値選択部(ドップラ速度観測値抽出手段)、5c 観測値選択部(観測値抽出手段)、6 記憶部(システム内クラスタ表)、7 クラスタ新設・統合部(仮説作成手段)、8 記憶部(クラスタ内観測ベクトル)、9 記憶部(クラスタ内仮説状況データ群)、9a 記憶領域(クラスタ内仮説表)、9b 記憶領域(仮説内航跡表)、9c 記憶領域(クラスタ内航跡−観測ベクトル表)、10 ゲート内判定行列算出部(仮説作成手段)、11 記憶部(クラスタ内ゲート内判定行列)、12 航跡相関行列算出部(仮説作成手段)、13 記憶部(クラスタ内航跡相関行列)、14 仮説更新部(仮説作成手段)、15,15a,15b 仮説縮小部(仮説縮小手段)、16 航跡決定部(仮説選択手段)、17a 位置・速度平滑部(平滑化手段)、17b ドップラ速度平滑部(平滑化手段)、17c 航跡平滑部(平滑化手段)、18 クラスタ分離部、19親仮説信頼度設定器(親仮説信頼度設定部)、20 航跡状態判定器(航跡状態判定部)、21 新目標発生率乗算器(新目標発生率乗算部)、22 探知確率乗算器(探知確率乗算部、尤度乗算ブロック部)、23a,23b,23c 尤度乗算器(尤度乗算部、尤度乗算ブロック部)、24 ゲート内非探知確率乗算器(ゲート内非探知確率乗算部)、25 観測値状態判定器(観測値状態判定部)、26 誤信号発生率乗算器(誤信号発生率乗算部)、27 仮説尤度記憶部、28 仮説尤度集計器(仮説尤度集計部)、29 仮説信頼度算出器(仮説信頼度算出部)、30 仮説削減器(仮説削減部)。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a target tracking device, a method, and a program for estimating tracks of a plurality of targets based on radar observation information.
[0002]
[Prior art]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-271617 (hereinafter referred to as Document 1) discloses a tracking device or a tracking method for estimating a wake of each target based on observation information of a position by a radar and calculating a movement parameter of the target. Call) or D. B. Reid, "AnAlgorithm for Tracking, Multiple Targets", IEEE Transactions on Automatic Control, AC-24, pp. 843-845, @ 1979. (Hereinafter referred to as Document 2).
[0003]
In these documents, the position of the current time is predicted using a tracking filter for each existing wake obtained up to the previous time. Further, an expected existence area (hereinafter, this area is referred to as a gate) for the observed value of the current time of each track is calculated, and correlation processing between the observed value acquired in the gate and each track is performed. Thus, the target track at the current time is estimated.
[0004]
Here, in practice, an erroneous signal other than the target may be obtained from the radar, or conversely, the radar may fail to observe the target and may not obtain the target observation value. Also, if multiple targets are densely packed in a narrow area, observations of other tracked targets can be obtained in the gate of one track, or observations of new targets that have not been detected so far. In some cases.
[0005]
Even in such a situation, in order to correctly track a plurality of targets, in the above-mentioned document, a plurality of hypotheses are established regarding the correlation between each observation value and which track, and the tracking process is continued for each hypothesis. However, a postponement-decision type system is used in which a high probability is selected after the next time.
[0006]
For example, FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a conventional target tracking device in which the function of the tracking filter processing shown in Document 2 is explicitly added to the configuration of the target tracking device shown in
[0007]
A
[0008]
An observation
[0009]
[0010]
A
[0011]
[0012]
[0013]
A
[0014]
[0015]
Next, the operation will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the target tracking device in FIG. 8, and description will be made along this diagram.
First, time tkWhen the observation value is input from the
[0016]
Next, the cluster new /
[0017]
Subsequently, the
[0018]
Here, the intra-cluster gate in-gate decision matrix is represented by the current time tkThe number of observations in a cluster at mk, Current time tkExisting track in the cluster atk-1The number of tracks in the cluster that has already been created by Nk-1(Nk-1= 0), the current time tkNumber of tracks in cluster at Nk= Nk-1+ MkIn this case, it is defined as the following equation (1).
(Equation 5)
[0019]
However, each row of the intra-cluster gate in-gate decision matrix represented by the above equation (1) is the current time tkObservation zk, j(J = 1, 2,..., Mk). Further, each column indicates the current time t.kTrack T in the cluster att(T = 0, 1, 2,..., Nk). Each element of the matrix indicates whether the observation corresponding to the row is within the wake gate corresponding to the column. Specifically, it is set as follows.
[0020]
First, the column of t = 0 shows a case where the observed value is a value due to an erroneous signal. Assuming that in fact all observations could be false signals, ωj, 0= 1.
[0021]
Next, 1 ≦ t ≦ Nk-1Are the existing tracks T in the cluster.tIt corresponds to. Where the observed value zk, j(J = 1, 2,..., Mk) Is the existing track Tt(T = 0, 1, 2,..., Nk) When included in the gatej, t= 1. Also, the observed value zk, jBut the existing wake TtIf not included in the gate ofj, t= 0.
[0022]
Furthermore, Nk-1+ 1 ≦ t ≦ NkIs the current time tkCorresponds to the track in the cluster that has newly appeared. These columns represent the possibility that all observations are each newly discovered targets. Here, the elements are set so that one observation value corresponds to one new track. That is, j = t−Nk-1In the case of ωj, t= 1. Conversely, j ≠ t−Nk-1In the case of ωj, t= 0.
[0023]
Subsequently, wake correlation
(Equation 6)
[0024]
Here, each row of the intra-cluster wake correlation matrix represents the current time tk, And each column corresponds to a track in the cluster. Each element of the matrix indicates whether or not the observation value corresponding to the row is correlated with the track corresponding to the column. Specifically, it is set as follows.
[0025]
First, the observed value zk, j(J = 1, 2,..., Mk) Is the wake Tt(T = 0, 1, 2,..., Nk) Is correlated with ωj, t s= 1. Also, the observed value zk, jIs the wake TtIs not correlated withj, t s= 0.
[0026]
Actually, when the wake correlation
[0027]
(A) In the intra-cluster gate decision matrix, only the element of the intra-cluster wake correlation matrix corresponding to the element of 1 can be set to 1 and the other elements are set to 0.
(A) In all columns other than the column of t = 0 of the intra-cluster wake correlation matrix, only one element at most is set to 1 and the other elements are set to 0.
(C) In every row of the intra-cluster wake correlation matrix, one element is always 1 and the other elements are 0.
[0028]
Next, in order to update the hypothesis in the cluster, the
[0029]
Here, an existing hypothesis selected from within a cluster may be called a parent hypothesis, and a new hypothesis may be called a child hypothesis. Actually, if an existing track that is considered to be correlated with the observed value in the track correlation matrix is not included in the parent hypothesis, it is assumed that the two cannot be combined. Hereinafter, the detailed operation in step ST106 will be described.
[0030]
First, the
[0031]
More specifically, in the track correlation matrix within the cluster selected as described above, if an existing track having a correlation with any observation value is not included in the parent hypothesis, the two cannot be combined. And On the other hand, it is determined that all other cases can be combined.
[0032]
Next, only when it is determined that the combination can be performed as described above, the existing track in the existing hypothesis is extended by adding a new observation value correlated with the existing track, and a new track is added. Create child hypotheses by adding wakes to hypotheses and treating certain observations as false signals. The above process is repeatedly executed until all the intra-cluster wake correlation matrices calculated in step ST105 have been selected.
[0033]
Thereafter, the
[0034]
In many cases, one existing hypothesis is combined with a plurality of intra-cluster wake correlation matrices to create a plurality of child hypotheses. Therefore, the number of hypotheses in the cluster increases by the hypothesis update processing in step ST106.
[0035]
Next, the
[0036]
Subsequently, the
[0037]
Next, the current time tkFor the wake to which the new observation value has been added, the state vector and the smoothed value of the error covariance matrix are updated using this observation value. After this, the current time tkA so-called memory tracking process of replacing the predicted value of the state vector and the error covariance matrix with a smoothed value is performed on the wake determined to have no observation value corresponding to.
[0038]
Subsequently, the
[0039]
In step ST110, the
[0040]
Thereafter, the
[0041]
The above-described series of processing is repeatedly executed until tracking end is detected by the target tracking device 101 (step ST112).
[0042]
Next, a description will be given of a tracking filter process in the
[0043]
First, time tkTracking target state vector x composed of position and velocity atkAnd an observation vector z composed of position informationkIs defined by the following equations (3) and (4), respectively. Here, T is a symbol representing the transposition of a matrix. Also, xk, Yk, ZkRepresents the true position coordinate value of the target, and vxk, Vyk, VzkRepresents the true value of the target speed component. Furthermore, xo k, Yo k, Zo kRepresents a target observation position coordinate, and is a value obtained by converting a result of observation in a polar coordinate system of a distance, an elevation angle, and an azimuth angle by a radar into a north reference rectangular coordinate system.
[0044]
(Equation 7)
[0045]
Here, a motion model representing a temporal transition of the state vector of the tracking target is defined by the following equation (5). The radar observation model is defined by the following equation (6). Note that ΦkIs the state transition matrix, HkIs the observation matrix. Also, wkIs the mean zero, the covariance matrix QkThe driving noise vector according to the normality white noise ofkIs mean zero, covariance matrix RkIs an observation noise vector according to the normal white noise of
(Equation 8)
[0046]
In the motion model equation of the above equation (5), if the target motion is modeled as a constant velocity linear motion, for example, the state transition matrix can be defined by the following equation (7). Where I3, O3Are the unit matrix and the zero matrix of 3 rows and 3 columns, respectively. At this time, the driving noise vector wkCan be regarded as expressing the terminating error term caused by regarding the target motion as a constant velocity straight line. Further, the observation matrix H in the observation model equation of the above equation (6)kIs a matrix for extracting position information from the state vector, and is defined by the following equation (8).
(Equation 9)
[0047]
Based on the above definition, the
(Equation 10)
[0048]
Subsequently, the
[Equation 11]
[0049]
On the other hand, the observation
(Equation 12)
[0050]
Next, a method of calculating the reliability evaluation value of each child hypothesis by the
(Equation 13)
[0051]
Where βp (i)Is the reliability evaluation value at the time before the parent hypothesis that generated the child hypothesis H (i). NDTIs the number of tracks stretched by any observation in the child hypothesis, and NMTIndicates the number of existing tracks that did not correspond to any observations in the child hypothesis. NNTIs the number of newly started tracks in the child hypothesis, NFTRepresents the number of observations treated as false signals in the child hypothesis. Also, PDIs the radar detection probability. PGIs the probability that an observation will be captured in the gate, and βNTIs the average value of the number of new target generations per unit volume. βFTIs the average value of the number of erroneous signals generated per unit volume. These are parameters.
[0052]
gj, tIs the wake TtIs the observed value zk, jIs the likelihood of the wake when it is expanded by This likelihood gj, tIs the wake TtPredicted position zk | k-1With covariance matrix SkIs calculated according to the following equation (15), assuming that this occurs in a three-variable Gaussian distribution.
[Equation 14]
[0053]
The
(Equation 15)
[0054]
Next, the
(Equation 16)
[0055]
Where xk | k-1, Pk | k-1Is the wake T calculated by the above equations (9) and (10), respectively.tIs a state vector prediction value and a prediction error covariance matrix. Also, xk | kIs the current time tkWake T corresponding totState vector smoothed value of Pk | kIs xk | kIs the error covariance matrix of Note that KkIs a Kalman gain matrix. On the other hand, wake TtIf there is no observation value at the current time corresponding to the above, the memory tracking processing shown in the following equations (20) and (21) is executed.
[Equation 17]
[0056]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional target tracking device is configured as described above, it estimates the wake only based on the observation information of the position from the radar and calculates the target motion data, so false alarms and clutter In an observation environment where many erroneous signals are generated, there is a problem that the tracking performance is limited even if the correlation method is of the postponing type.
[0057]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and uses a correlation method of a postponement determination type using not only information of a position obtained from a radar but also information of a Doppler velocity (a time rate of change of a distance). It is an object of the present invention to obtain a target tracking device, a method, and a program for executing a tracking process using a target.
[0058]
[Means for Solving the Problems]
A target tracking device according to the present invention is a Doppler velocity observation value extraction for extracting observation information that may have a correlation with the Doppler velocity of the target at the current time with respect to the track obtained before the time before the target to be tracked. Means, position information observation value extracting means for extracting observation information that may have a correlation with the target position at the current time with respect to the track obtained by the time before the target to be tracked, and both observation value extracting means Using the extracted observation information, a hypothesis creating means for creating a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation point of the target, and, for each hypothesis in the hypothesis group, an observation position of the target and A hypothesis reduction unit that evaluates the likelihood of the Doppler velocity and reduces the number of hypotheses in the hypothesis group based on the evaluation result. Those comprising a smoothing means for performing smoothing in motion specification including degrees, and a hypothesis selecting means for selecting the hypothesis that most accurately represent the goals of the exercise specifications at the current time from the hypotheses.
[0059]
In the target tracking device according to the present invention, when the hypothesis reduction unit evaluates the likelihood of each hypothesis in the hypothesis group, the hypothesis reduction unit determines whether the wake obtained by the previous time is extended by the target observation value at the current time. The likelihood of the wake based on the target position and the Doppler velocity is obtained, and the likelihood of the hypothesis at the current time derived from the wake obtained by the previous time is calculated using the likelihood of the wake as an evaluation result.
[0060]
In the target tracking apparatus according to the present invention, the hypothesis reduction means may determine the wake Tt(T is the number of tracks in the hypothesis) is the current time tkTarget observations zk, j(J is the number of observations in the hypothesis), and the likelihood of the wake based on the position information of the target is gj, t, The likelihood of the wake by the Doppler velocity of the target is gD j, t, The track T obtained by the time before deriving the hypothesis of the current timetIs the reliability evaluation value of the hypothesis consisting ofp (i), The detection probability for the target is PDThe track T obtained by the previous timetAnd the probability that the observation value at the current time is extracted as observation value information that may be correlated with the target position and the Doppler velocity is PG, The average value of the number of new targets generated per unit volume of observation space is βNT, The average number of erroneous signals generated per unit volume of the observation space is βFT, Observation zk, jIs the measured value of the Doppler velocity associated witho k, j, The number of tracks extended by any of the observations within the hypothesis at the current timeDT, The number of existing wakes determined not to correspond to any observation in the hypothesis at the current timeMT, The number of tracks newly started within the hypothesis at the current time, NNT, The number of observations treated as false signals in the hypothesis at the current time is NFTAnd the observed value is the wake TtPredicted position zk | k-1With covariance matrix SkGenerated by a three-variable Gaussian distribution oftDoppler velocity predicted value Drk | k-1With the residual covariance matrix SD kTrajectory T obtained up to the previous time, assuming that it occurs in a univariate Gaussian distribution oftLikelihood γ of the current time hypothesis derived fromiIs calculated from the above equation.
[0061]
In the target tracking device according to the present invention, the hypothesis reducing unit multiplies the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time by the detection probability of the target, and the multiplication result of the detection probability multiplication unit. A position information likelihood multiplication unit that multiplies the likelihood of the target position in the target observation value, and a Doppler velocity likelihood multiplication that multiplies the multiplication result of the position information likelihood multiplication unit by the likelihood of the Doppler velocity in the target observation value A new likelihood multiplication block unit having a new target occurrence rate, which is the average value of the number of new targets generated per unit volume of the observation space, to the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time. The target occurrence rate multiplying unit and the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time indicate the degree to which observation values correlated with the wakes in the hypothesis are not extracted as observation value information that may be correlated with respect to position and Doppler velocity. Show A non-gate detection probability multiplication unit in the gate that multiplies the non-detection probability in the gate, and a detection probability multiplication unit in the gate according to the assignment state of the observation value at the current time to each track in the hypothesis obtained up to the previous time. A wake-state determination unit that sends the likelihood of the above-mentioned hypothesis to one of the detection probability multiplication unit and the new target incidence multiplication unit; and the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time, the per unit volume of the observation space. A false signal rate multiplying unit that multiplies the false signal rate, which is the average value of false signal occurrences, and, if the observed value is treated as a false signal in the hypothesis determined by the previous time, obtains by the previous time An observation value state determination unit that sends the likelihood of the obtained hypothesis to the error signal occurrence rate multiplying unit, and a total value of likelihoods of all the hypotheses constituting the hypothesis group obtained by the previous time by the hypothesis creation unit is calculated. The hypothesis likelihood aggregation unit and the total value calculated by the hypothesis likelihood aggregation unit A hypothesis reliability calculator that divides the likelihood of the hypothesis and calculates the division result as a reliability evaluation value of each hypothesis; and a hypothesis group based on the reliability evaluation value of the hypothesis calculated by the hypothesis reliability calculator. And a hypothesis reduction unit for reducing the number of hypotheses.
[0062]
The target tracking device according to the present invention has a possibility that, with respect to the track obtained by the time before the target to be tracked, the correlation between the observed value vector defined by the Doppler velocity and the target position of the target at the current time is determined. An observation value selection unit that extracts certain observation information, and a hypothesis creation unit that creates a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation point of the target using the observation information extracted by the observation value extraction unit. A hypothesis reducing means for evaluating the likelihood of the target observation position and Doppler velocity for each hypothesis in the hypothesis group, and reducing the number of hypotheses in the hypothesis group based on the evaluation result; For each wake, a smoothing means for performing smoothing with an observation value vector defined by the Doppler velocity of the target and the target position, and the motion parameters of the target at the current time from the hypothesis group Also is intended and a hypothesis selecting means for selecting a hypothesis to express accurately.
[0063]
In the target tracking device according to the present invention, when the hypothesis reducing unit evaluates the likelihood of each hypothesis in the hypothesis group, the likelihood of an observation value vector obtained by combining the target position vector and the Doppler velocity is determined. The likelihood of the hypothesis at the current time derived from the track obtained up to the previous time using the likelihood of the previous time is calculated as an evaluation result.
[0064]
In the target tracking apparatus according to the present invention, the hypothesis reduction means may determine the wake Tt(T is the number of tracks in the hypothesis) is the current time tkTarget observations zk, j(J is the number of observations in the hypothesis), the observation value vector z composed of the observation position of the target and the measured value of the Doppler velocity when the target is expandedM k, jThe likelihood of gM j, t, The track T obtained by the time before deriving the hypothesis of the current timetIs the reliability evaluation value of the hypothesis consisting ofp (i), The detection probability for the target is PDThe track T obtained by the previous timetAnd the probability that the observation value at the current time is extracted as observation value information that may have a correlation with respect to the position and the Doppler velocity is PG, The average value of the number of new targets generated per unit volume of observation space is βNT, The average number of erroneous signals generated per unit volume of the observation space is βFT, The number of tracks extended by any of the observations within the hypothesis at the current timeDT, The number of existing wakes determined not to correspond to any observation in the hypothesis at the current timeMT, The number of tracks newly started within the hypothesis at the current time, NNT, The number of observations treated as false signals in the hypothesis at the current time is NFTAnd the observation vector is the wake TtPredicted position zk | k-1With the residual covariance matrix SM kTrack T obtained by the previous time, assuming that thetLikelihood γ of the current time hypothesis derived fromiIs calculated from the above equation.
[0065]
In the target tracking device according to the present invention, the hypothesis reducing unit multiplies the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time by the detection probability of the target, and the multiplication result of the detection probability multiplication unit. A likelihood multiplication block unit having a likelihood multiplication unit that multiplies the likelihood of the observation value vector defined by the target position and the Doppler velocity in the target observation value, and the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time. , A new target incidence rate multiplication unit that multiplies the new target incidence rate, which is the average value of the number of new targets generated per unit volume of the observation space, and the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time, A non-gate detection probability multiplying unit that multiplies the non-detection probability in the gate indicating the degree to which observation values correlated with the wake of the observation are not extracted as observation value information that may be correlated, and each of the hypotheses obtained by the previous time View of the current time for the wake In accordance with the value assignment state, a wake-up state determination unit that sends the likelihood of a hypothesis to any one of the detection probability multiplication unit, the in-gate non-detection probability multiplication unit, and the new target occurrence rate multiplication unit, An error signal rate multiplying unit that multiplies the likelihood of the determined hypothesis by the error signal occurrence rate, which is the average value of the number of error signals generated per unit volume of the observation space, and the observed value within the hypothesis obtained up to the previous time. Is treated as an erroneous signal, the observed value state determination unit that sends the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time to the erroneous signal occurrence rate multiplication unit, and the hypothesis group obtained by the hypothesis creation unit up to the previous time A hypothesis likelihood tallying unit that calculates the total value of the likelihoods of all the constituent hypotheses, and a likelihood of each hypothesis in the hypothesis group by the total value calculated by the hypothesis likelihood tallying unit. A hypothesis reliability calculator that calculates the reliability evaluation value of the hypothesis, and a hypothesis reliability calculator that calculates the hypothesis reliability evaluation value. It is made and a hypothesis reduction section for reducing the number of hypotheses in the hypotheses based on the reliability evaluation value for the hypothesis.
[0066]
A target tracking method according to the present invention includes a Doppler velocity observation value extraction for extracting observation information that may possibly correlate with a Doppler velocity of a target at a current time with respect to a track obtained up to a time before a target to be tracked. Step, a position information observation value extraction step of extracting observation information that may have a correlation with the target position at the current time with respect to the track obtained by the time before the target to be tracked, and both observation value extraction steps. Creating a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation time point of the target using the observation information extracted by the above, and, for each hypothesis in the hypothesis group, an observation position of the target. A hypothesis reduction step of reducing the number of hypotheses in the group of hypotheses based on the evaluation result and a probability of Doppler velocity. It comprises a smoothing step of performing smoothing with motion parameters including the target Doppler velocity, and a hypothesis selecting step of selecting a hypothesis that most accurately represents the target motion parameters at the current time from a group of hypotheses. is there.
[0067]
In the target tracking method according to the present invention, in the hypothesis reduction step, in evaluating the likelihood of each hypothesis in the hypothesis group, when the wake obtained by the previous time is extended by the target observation value at the current time, The likelihood of a wake based on the position of the target and the Doppler velocity is obtained, and the likelihood of the hypothesis at the current time derived from the wake obtained up to the previous time is calculated as an evaluation result using the likelihood of the wake.
[0068]
In the target tracking method according to the present invention, in the hypothesis reduction step, the wake Tt(T is the number of tracks in the hypothesis) is the current time tkTarget observations zk, j(J is the number of observations in the hypothesis), and the likelihood of the wake based on the position information of the target is gj, t, The likelihood of the wake by the Doppler velocity of the target is gD j, t, The track T obtained by the time before deriving the hypothesis of the current timetIs the reliability evaluation value of the hypothesis consisting ofp (i), The detection probability for the target is PDThe track T obtained by the previous timetAnd the probability that the observation value at the current time is extracted as observation information that may have a correlation with respect to the position and the Doppler velocity is PG, The average value of the number of new targets generated per unit volume of observation space is βNT, The average number of erroneous signals generated per unit volume of the observation space is βFT, Observation zk, jIs the measured value of the Doppler velocity associated witho k, j, The number of tracks extended by any of the observations within the hypothesis at the current timeDT, The number of existing wakes determined not to correspond to any observation in the hypothesis at the current timeMT, The number of tracks newly started within the hypothesis at the current time, NNT, The number of observations treated as false signals in the hypothesis at the current time is NFTAnd the observed value is the wake TtPredicted position zk | k-1With covariance matrix SkGenerated by a three-variable Gaussian distribution oftDoppler velocity predicted value Drk | k-1With the residual covariance matrix SD kTrajectory T obtained up to the previous time, assuming that it occurs in a univariate Gaussian distribution oftLikelihood γ of the current time hypothesis derived fromiIs calculated from the above equation.
[0069]
In the target tracking method according to the present invention, with respect to the track obtained before the time before the target to be tracked, there is a possibility that the observation value vector defined by the Doppler velocity of the target and the target position at the current time has a possibility of correlation. An observation value selection step of extracting certain observation information, and a hypothesis creation step of using the observation information extracted in the observation value extraction step to create a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation time of the target. And for each hypothesis in the group of hypotheses, a hypothesis reduction step of evaluating the likelihood of the observation position and Doppler velocity of the target, and reducing the number of hypotheses in the group of hypotheses based on the evaluation result; For each wake within, a smoothing step of performing smoothing with an observation value vector defined by the Doppler velocity of the target and the target position, and In which and a hypothesis selecting step of selecting hypotheses most accurately represent the target of motion specifications.
[0070]
In the target tracking method according to the present invention, in the hypothesis reduction step, in evaluating the likelihood of each hypothesis in the hypothesis group, the likelihood of an observation value vector obtained by combining the target position vector and the Doppler velocity is determined. The likelihood of the hypothesis at the current time derived from the track obtained up to the previous time using the likelihood of the track is calculated as an evaluation result.
[0071]
In the target tracking method according to the present invention, in the hypothesis reduction step, the wake Tt(T is the number of tracks in the hypothesis) is the current time tkTarget observations zk, j(J is the number of observations in the hypothesis), and the observation value vector z including the measured value of the Doppler velocity of the target in the case where it is expanded byM k, jThe likelihood of gM j, t, The track T obtained by the time before deriving the hypothesis of the current timetIs the reliability evaluation value of the hypothesis consisting ofp (i), The detection probability for the target is PDThe track T obtained by the previous timetAnd the probability that the observation value at the current time is extracted as observation value information that may have a correlation with respect to the position and the Doppler velocity is PG, The average value of the number of new targets generated per unit volume of observation space is βNT, The average number of erroneous signals generated per unit volume of the observation space is βFT, The number of tracks extended by any of the observations within the hypothesis at the current timeDT, The number of existing wakes determined not to correspond to any observation in the hypothesis at the current timeMT, The number of tracks newly started within the hypothesis at the current time, NNT, The number of observations treated as false signals in the hypothesis at the current time is NFTAnd the observation vector is the wake TtPredicted position zk | k-1With the residual covariance matrix SM kTrack T obtained by the previous time, assuming that thetLikelihood γ of the current time hypothesis derived fromiIs calculated from the above equation.
[0072]
The program according to the present invention is a Doppler velocity observation value extraction means for extracting observation information that may have a correlation with respect to the Doppler velocity of the target at the current time, for a track obtained before the time before the target to be tracked, Position information observation value extraction means for extracting observation information that may be correlated with the target position at the current time for the track obtained before the time before the target to be tracked, and observations extracted by both observation value extraction means Hypothesis creation means for creating a group of hypotheses indicating combinations of wakes estimated at each observation point of the target using the information, and for each hypothesis in the group of hypotheses, certainty regarding the observation position and Doppler velocity of the target. Hypothesis reduction means for reducing the number of hypotheses in the hypothesis group based on the evaluation result, including the Doppler velocity of the target for each track in the hypothesis group Smoothing means for performing smoothing in kinematic specifications, those causing a computer to function as a hypothesis selecting means for selecting the hypothesis that most accurately represent the goals of the exercise specifications at the current time from the hypotheses.
[0073]
The program according to the present invention provides an observation method that has a possibility that the track obtained by the time before the target to be tracked has a correlation with the observation value vector defined by the Doppler velocity and the target position of the target at the current time. A hypothesis creating means for creating a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation point of the target using the observation information extracted by the observation value selecting means for extracting information, and the observation information extracted by the observation value extracting means; For each hypothesis, we evaluate the likelihood of the observation position and Doppler velocity of the target, and based on the evaluation result, reduce the number of hypotheses in the group of hypotheses. A smoothing means for performing smoothing with an observation value vector defined by the Doppler velocity of the target and the target position, and the most accurate movement parameters of the target at the current time from the group of hypotheses. Those causing a computer to function as a hypothesis selecting means for selecting the hypothesis that current.
[0074]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a target tracking device according to
[0075]
Reference numeral 5a denotes an observation value selection unit (position information observation value extraction means) that operates in the same manner as that of the above-described conventional
[0076]
[0077]
A
[0078]
[0079]
[0080]
[0081]
Next, an outline will be described.
In the
[0082]
First, to track the Doppler velocity, another state vector x different from the above equation (3) is used.D kIs defined as in the following equation (22). Where DrkIs the target Doppler velocity (distance rate of change of distance), and DrkDot is Doppler speed DrkIs the first-order time derivative of. In addition, the measurement result of the Doppler velocity accompanying the observation value of the radar is Dr.o kAnd
(Equation 18)
[0083]
Further, a motion model of the Doppler velocity representing a temporal transition of the target Doppler velocity is represented by the following equation (23), and an observation model of the Doppler velocity (Doppler velocity measurement result Dr)o k) Is defined by the following equation (24). Where ΦD kIs the state vector x in the above equation (22).D kIs a state transition matrix for. HD kIs the observation matrix for the Doppler velocity observations. Also, wD kIs a driving noise vector for the state vector of the above equation (22), and has a mean zero and a covariance matrix QD kSuppose that the normal white noise of vD kIs the observation noise of the scalar, with mean zero and variance RD kSuppose that the normal white noise of
[Equation 19]
[0084]
For example, assuming that the motion of the target Doppler velocity is linear with respect to time, the state transition matrix in the above equation (23) can be defined by the following equation (25). At this time, the driving noise vector wD kCan be regarded as expressing a truncation error term caused by regarding the motion of the Doppler velocity as linear. Also, the observation matrix HD kIs the state vector x in the above equation (22).D kTo extract the term of the Doppler velocity from the following equation, and can be defined by the following equation (26).
(Equation 20)
[0085]
Next, the operation will be described.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the target tracking device in FIG. 1, and description will be made with reference to FIG.
First, time tkWhen the observation value is input from the target observation device 2 to the target tracking device 2 (step ST1), the
(Equation 21)
[0086]
Further, the
(Equation 22)
[0087]
Next, the observation
[Equation 23]
[0088]
When the processing related to the Doppler velocity is completed as described above, the gate calculation unit 4a performs the Kalman filter prediction processing on the position and velocity state vectors of the above equation (3) for all wakes, thereby obtaining the current time. tk(Step ST4, position information observation value extraction step). This process is the same as that of the conventional
[0089]
Subsequently, the observation value selection unit 5a based on the position information determines whether the observation value selected by the observation
[0090]
As described above, in the
[0091]
Hereinafter, the processing from step ST6 to step ST10 by the cluster new /
[0092]
When the hypothesis reduction processing is completed, the Doppler velocity smoothing unit 17b executes the smoothing processing on the Doppler velocity state vector of the above equation (22) for each track in the cluster according to the Kalman filter smoothing equation (step ST12). , Smoothing step). Specifically, the wake TtIs the current time tkIs expanded by the addition of a new observation, the measurement result Dr of the Doppler velocity accompanying this observationo kIs used to update the smoothed value according to the following equations (32), (33), and (34).
(Equation 24)
[0093]
Where xD k | k-1, PD k | k-1Is the wake T calculated by the above equations (27) and (28).tIs a state vector prediction value and a prediction error covariance matrix. xD k | kIs the time t of this trackkIs the state vector smoothed value ofD k | kIs the error covariance matrix. Also, KD kIs the Kalman gain matrix.
[0094]
The subsequent processing from step ST13 to step ST16 is the same as the processing from step ST109 to step ST112 shown in FIG. 9 by the conventional
[0095]
As described above, according to the first embodiment, tracking filter processing for performing position and velocity smoothing for the purpose of utilizing Doppler velocity observation information in addition to position observation information from radar. And tracking filter processing for smoothing the Doppler velocity, and not only the position gate but also the Doppler velocity gate judgment is performed for each track, so observation values that can correlate with each track are strictly selected. In addition, it is possible to improve the tracking performance by reducing the cross-correlation of the observation value with respect to the wake. Further, since the number of observation values that can be correlated with each track is reduced, the number of hypotheses created in the apparatus is reduced as a result, and the processing efficiency of the entire apparatus can be improved.
[0096]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a hypothesis reduction unit in the target tracking device according to the second embodiment of the present invention. In the figure,
[0097]
21 is a new target occurrence rate multiplier (new target occurrence rate multiplication unit) that multiplies the hypothesis likelihood calculation value by the new target occurrence rate. A probability multiplication unit and a likelihood multiplication block unit).
[0098]
[0099]
Next, an outline will be described.
The
(Equation 25)
[0100]
Here, the above equation (35) is different from the above equation (14) in the case of the conventional
(Equation 26)
[0101]
Next, the operation will be described.
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the hypothesis reduction unit in FIG. 3, and the hypothesis reduction processing according to the second embodiment will be described in detail with reference to FIG.
First, the parent hypothesis
[0102]
Next, the track
[0103]
(1) New track started at the current time
(2) Tracks with new observations at the current time added to existing tracks at the previous time (stretched tracks)
(3) Tracks that were retained because there were no observations at the current time in existing tracks at the previous time
[0104]
The wake
[0105]
If it is determined in step ST3a that the track is a new track started at the current time, the new target
[0106]
In step ST3a, it is determined that the current track is not the new track started at the current time, but is the track (extended track) in which a new observation value at the current time is added to the existing track at the previous time in step ST5a. Then, the
[0107]
The
[0108]
Also, it is held that the new track started at the current time in step ST3a, the track expanded by the new observation value in step ST5a, and the existing track at the previous time have no observation value at the current time in step ST5a. If it is determined that the wake is a wake, the in-gate
[0109]
The above-described series of processing is repeatedly executed until the
[0110]
When the calculated hypothesis likelihood value is input from the wake
[0111]
The erroneous signal
[0112]
When the processing from the initial value setting by the parent hypothesis
[0113]
On the other hand, the
[0114]
Finally, the
[0115]
As described above, according to the second embodiment, the reliability evaluation value of the hypothesis created in the cluster is calculated using the Doppler velocity observation information in addition to the position observation information from the radar. Since the number of hypotheses is reduced using the evaluation value, unnecessary hypotheses can be more efficiently deleted. As a result, cross-correlation is reduced, and tracking performance can be improved. Further, since the number of hypotheses remaining in the device at each time is reduced, the processing efficiency of the entire device can be improved.
[0116]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a target tracking device according to
[0117]
Next, an outline will be described.
The
[0118]
First, as in the case of the conventional
[0119]
On the other hand, time tkIs defined by the following equation (37). Where xo k, Yo k, Zo kRepresents the target observation position coordinates. Also, Dro kRepresents the measurement result of the Doppler velocity. The following equation (37) is different from the above-mentioned equation (6) in the conventional
[Equation 27]
[0120]
Further, a radar observation model is defined by a nonlinear function of the following equations (38), (39), and (40). Where vM kIs the mean zero, the covariance matrix RM kIs an observation noise vector according to the four-dimensional normal white noise. Also, rkRepresents the target distance.
[Equation 28]
[0121]
In the third embodiment, an observation model as described above is set, and tracking filter processing is executed using an extended Kalman filter applicable to a nonlinear model. At this time, the linear first-order coefficient matrix H of the nonlinear function h (x)M(Xk)Is required. This matrix can be calculated by the following equations (41) to (47).
(Equation 29)
[0122]
Note that the linear primary coefficient value matrix is a true value x of the state vector.kHowever, since the true value cannot be obtained by the actual tracking filter processing, the predicted value xk | k-1Use the value in.
[0123]
Next, the operation will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the target tracking device in FIG. 5, and the operation will be described in detail with reference to FIG.
First, time t from the target observation device 2kIs input (step ST1b), the
[0124]
Subsequently, the
[Equation 30]
[0125]
Next, the observation
(Equation 31)
[0126]
Hereinafter, the processing from step ST4b to step ST8b by the cluster new /
[0127]
Subsequently, the
(Equation 32)
[0128]
Where xk | kIs the time t with respect to the state vector of the above equation (3).k, And Pk | kIs xk | kIs the error covariance matrix of Also, KM kIs the gain matrix of the extended Kalman filter.
[0129]
Thereafter, the processing from step ST10b to step ST13b is the same as the processing from step ST109 to step ST112 shown in FIG. 9 by the conventional
[0130]
As described above, according to the third embodiment, in order to utilize the Doppler velocity observation information in addition to the position observation information from the radar, the four-dimensional observation value composed of the position and the Doppler velocity is used. Since the vector is used to perform a tracking filter process for updating the smoothed value of the target state vector and to perform a gate determination on the position and Doppler velocity four-dimensional observation value vector, it is possible to correlate with each wake. Observed values are strictly selected, and cross-correlation of the observed values with respect to the wake is reduced, so that tracking performance can be improved. Further, since the number of observation values that can be correlated to each track decreases, the number of hypotheses created in the device decreases, and the processing efficiency of the entire device can be improved.
[0131]
Also, by defining a four-dimensional observation value vector, it is possible to form a gate in consideration of the correlation between the distribution of the observation error and the estimation error between the position and the Doppler velocity, and the processing load increases. It is possible to expect a higher-accuracy tracking process as compared with the
[0132]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a hypothesis reduction unit in the target tracking device according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure,
[0133]
Next, an outline will be described.
The
[Equation 33]
[0134]
Here, the above equation (54) is different from the above equation (14) in the case of the conventional
(Equation 34)
[0135]
Next, the operation will be described.
Here, the operation of the
[0136]
As described above, according to the fourth embodiment, the reliability evaluation value of the hypothesis created in the cluster is calculated using the likelihood of the position and the Doppler velocity based on the four-dimensional observation value vector, and the evaluation value is calculated. Since the number of hypotheses is reduced by using this method, the likelihood can be calculated in consideration of the correlation between the distribution of the observation error and the estimation error between the position and the Doppler velocity, and the processing load increases, but the hypothesis reduction of the second embodiment is performed. It is possible to expect a higher-accuracy tracking process as compared with the
[0137]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, observation information that may be correlated with the Doppler velocity of the target at the current time is extracted from the track obtained before the time before the target to be tracked. Observation information that may be correlated with the target position at the time is extracted, and using the extracted observation information, a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation time of the target is created. For each hypothesis, we evaluate the likelihood of the observation position and Doppler velocity of the target, reduce the number of hypotheses in the hypothesis group based on the evaluation result, and for each track in the hypothesis group, Smoothing is performed on the motion parameters including the Doppler velocity of the target, and a hypothesis that most accurately expresses the target's motion parameters at the current time is selected from the hypothesis group. It is strictly selected, there is an effect that cross correlation of the observed values for the track can be improved reduced by tracking performance.
[0138]
According to the present invention, when the hypothesis reducing unit evaluates the likelihood of each hypothesis in the hypothesis group, the position of the target in the case where the track obtained by the previous time is extended by the observation value of the target at the current time And the likelihood of the track based on the Doppler velocity is calculated, and the likelihood of the current time hypothesis derived from the track obtained up to the previous time is calculated as the evaluation result using the likelihood of the track, so that unnecessary hypotheses are calculated. There is an effect that it is possible to efficiently delete the data, reduce the cross-correlation, and improve the tracking performance. Further, since the number of hypotheses remaining in the device at each time decreases, there is an effect that the processing efficiency of the entire device can be improved.
[0139]
According to the present invention, with respect to the track obtained before the time before the target to be tracked, there is a possibility that there is a possibility that the observation value vector defined by the Doppler velocity of the target and the target position at the current time has a correlation. Is extracted, and using the extracted observation information, a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation time of the target is created, and for each hypothesis in the hypothesis group, the observation position of the target and Evaluate the likelihood of the Doppler speed, reduce the number of hypotheses in the hypothesis group based on the evaluation result, and for each track in the hypothesis group, specify the Doppler speed of the target and the target position Smoothing is performed using the observation value vector, and a hypothesis that most accurately expresses the target motion data at the current time is selected from the hypothesis group, so that observation values that can correlate with each wake are strictly selected, and That cross correlation of the observed value there is an effect that it is possible to improve the reduction to tracking performance.
[0140]
According to the present invention, the hypothesis reducing means calculates the likelihood of the observation value vector obtained by combining the target position vector and the Doppler velocity in evaluating the likelihood of each hypothesis in the hypothesis group, and calculates the likelihood of these wakes. Is used to calculate the likelihood of the hypothesis at the current time derived from the track obtained up to the previous time as the evaluation result, so that the likelihood is calculated in consideration of the correlation between the distribution of the observation error and the estimation error between the position and the Doppler velocity. Although the processing load increases, there is an effect that a tracking process with higher accuracy can be expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a target tracking device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an operation of the target tracking device in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a hypothesis reduction unit in a target tracking device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation of a hypothesis reducing unit in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a target tracking device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the target tracking device in FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a hypothesis reduction unit in a target tracking device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional target tracking device.
9 is a flowchart showing the operation of the target tracking device in FIG.
[Explanation of symbols]
1, 1A target tracking device, 2 target observation device, 3 target display device, 4a, 4b, 4c gate calculation unit, 5a observation value selection unit (position information observation value extraction means), 5b observation value selection unit (Doppler velocity observation value Extraction means), 5c observation value selection section (observation value extraction means), 6 storage section (cluster table in the system), 7 cluster new / integration section (hypothesis creation section), 8 storage section (intra-cluster observation vector), 9 storage Part (hypothesis situation data group in cluster), 9a storage area (hypothesis table in cluster), 9b storage area (hypothesis track table), 9c storage area (intracluster track-observation vector table), 10 gate in-gate judgment matrix calculation section (Hypothesis creation means), 11 storage section (intra-cluster gate in-gate decision matrix), 12 wake correlation matrix calculation section (hypothesis creation means), 13 storage section (intra-cluster wake correlation row) ), 14 hypothesis updating unit (hypothesis creation unit), 15, 15a, 15b hypothesis reduction unit (hypothesis reduction unit), 16 track determination unit (hypothesis selection unit), 17a position / velocity smoothing unit (smoothing unit), 17b Doppler Velocity smoothing unit (smoothing means), 17c wake smoothing unit (smoothing means), 18 cluster separation unit, 19 parent hypothesis reliability setting unit (parent hypothesis reliability setting unit), 20 wake state determination unit (wake state determination unit) ), 21 new target incidence rate multiplier (new target incidence rate multiplier), 22 detection probability multiplier (detection probability multiplier, likelihood multiplication block section), 23a, 23b, 23c likelihood multiplier (likelihood multiplication section) , Likelihood multiplication block unit), 24 non-detection probability in-gate multiplier (non-detection probability in-gate multiplication unit), 25 observation value state judgment unit (observation state judgment unit), 26 false signal occurrence rate multiplier (false signal Outbreak Multiplying unit), 27 the hypothesis likelihood storage unit, 28 hypothesis likelihood aggregation device (hypothesis likelihood counting unit), 29 hypotheses reliability calculator (hypothesis reliability calculation unit), 30 the hypothesis reducer (hypothesis reduction unit).
Claims (16)
追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における目標位置について相関の可能性がある観測情報を抽出する位置情報観測値抽出手段と、
上記両観測値抽出手段によって抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成手段と、
上記仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて上記仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小手段と、
上記仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度を含む運動諸元にて平滑化を実行する平滑化手段と、
上記仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択手段と
を備えた目標追尾装置。Doppler velocity observation value extraction means for extracting observation information that may be correlated with respect to the Doppler velocity of the target at the current time with respect to the track obtained by the time before the target to be tracked,
Position information observation value extraction means for extracting observation information that may be correlated with the target position at the current time for the track obtained by the time before the target to be tracked;
Using the observation information extracted by the two observation value extraction means, a hypothesis creation means for creating a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation time of the target,
For each hypothesis in the group of hypotheses, a hypothesis reduction unit that evaluates the likelihood of the observation position and Doppler velocity of the target, and reduces the number of hypotheses in the group of hypotheses based on the evaluation result.
For each wake in the group of hypotheses, smoothing means for performing smoothing with motion parameters including the Doppler velocity of the target,
A target tracking device comprising: a hypothesis selecting unit that selects a hypothesis that most accurately expresses the target motion data at the current time from the hypothesis group.
前時刻までに求められた仮説の尤度に当該目標についての探知確率を乗算する探知確率乗算部と、上記探知確率乗算部の乗算結果に当該目標の観測値における目標位置に関する尤度を乗算する位置情報尤度乗算部と、上記位置情報尤度乗算部の乗算結果に当該目標の観測値におけるドップラ速度の尤度を乗算するドップラ速度尤度乗算部とを有する尤度乗算ブロック部と、
前時刻までに求められた仮説の尤度に、観測空間の単位体積当たりの新たな目標の発生数の平均値である新目標発生率を乗算する新目標発生率乗算部と、
前時刻までに求められた仮説の尤度に、当該仮説内の航跡に相関する観測値が位置及びドップラ速度について相関の可能性がある観測情報として抽出されない度合いを示すゲート内非探知確率を乗算するゲート内非探知確率乗算部と、
上記前時刻までに求めた仮説内の各航跡に対する現時刻の観測値の割り当て状態に応じて、上記探知確率乗算部、上記ゲート内非探知確率乗算部、及び上記新目標発生率乗算部のいずれか一に上記仮説の尤度を送出する航跡状態判定部と、
上記前時刻までに求めた仮説の尤度に、上記観測空間の単位体積当たりの誤信号発生数の平均値である誤信号発生率を乗算する誤信号発生率乗算部と、
上記前時刻までに求めた仮説内で観測値が誤信号と扱われている場合、上記前時刻までに求められた仮説の尤度を上記誤信号発生率乗算部に送る観測値状態判定部と、
仮説作成手段が前時刻までに求めた仮説群を構成する全ての仮説の尤度の合計値を算出する仮説尤度集計部と、
上記仮説尤度集計部が算出した合計値で上記仮説群内の各仮説の尤度を除算し、当該除算結果を各仮説の信頼度評価値として算出する仮説信頼度算出部と、
上記仮説信頼度算出部が算出した仮説の信頼度評価値に基づいて上記仮説群中の仮説数を削減する仮説削減部と
を有してなることを特徴とする請求項1記載の目標追尾装置。The hypothesis reduction means
A detection probability multiplication unit that multiplies the likelihood of the hypothesis obtained by the previous time by the detection probability of the target; and multiplies the multiplication result of the detection probability multiplication unit by the likelihood related to the target position in the observed value of the target. A position information likelihood multiplication unit, a likelihood multiplication block unit having a Doppler velocity likelihood multiplication unit that multiplies the multiplication result of the position information likelihood multiplication unit by the likelihood of the Doppler velocity in the target observation value,
A new target incidence multiplying unit that multiplies the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time by a new target incidence which is an average value of the number of occurrences of new targets per unit volume of the observation space;
The likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time is multiplied by the in-gate non-detection probability indicating the degree to which the observation value correlated with the wake in the hypothesis is not extracted as observation information that may be correlated with respect to position and Doppler velocity. A non-detection probability multiplication unit in the gate,
Any of the detection probability multiplying unit, the non-detection in-gate probability multiplying unit, and the new target occurrence rate multiplying unit according to the assignment state of the observation value at the current time to each track in the hypothesis obtained by the previous time. A wake state determination unit that sends the likelihood of the above hypothesis,
An error signal occurrence rate multiplying unit that multiplies the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time by an error signal occurrence rate that is an average value of the number of error signals generated per unit volume of the observation space,
When the observed value is treated as an erroneous signal in the hypothesis obtained by the previous time, an observation value state determination unit that sends the likelihood of the hypothesis obtained by the previous time to the erroneous signal occurrence rate multiplying unit; ,
A hypothesis likelihood tallying unit that calculates a total value of likelihoods of all hypotheses constituting a hypothesis group obtained by the hypothesis creation unit up to the previous time;
A hypothesis reliability calculation unit that divides the likelihood of each hypothesis in the hypothesis group by the total value calculated by the hypothesis likelihood aggregation unit and calculates the division result as a reliability evaluation value of each hypothesis,
2. The target tracking device according to claim 1, further comprising: a hypothesis reduction unit configured to reduce the number of hypotheses in the hypothesis group based on the reliability evaluation value of the hypothesis calculated by the hypothesis reliability calculation unit. .
上記観測値抽出手段によって抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成手段と、
上記仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて上記仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小手段と、
上記仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルにて平滑化を実行する平滑化手段と、
上記仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択手段と
を備えた目標追尾装置。Observation value selection that extracts observation information that may have a correlation with the observation value vector defined by the Doppler velocity of the target and the target position at the current time for the track obtained before the time before the target to be tracked Means,
Using the observation information extracted by the observation value extraction means, hypothesis creation means for creating a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation time of the target,
For each hypothesis in the group of hypotheses, a hypothesis reduction unit that evaluates the likelihood of the observation position and Doppler velocity of the target, and reduces the number of hypotheses in the group of hypotheses based on the evaluation result.
For each wake in the hypothesis group, smoothing means for performing smoothing with an observation value vector defined by the Doppler velocity of the target and the target position,
A target tracking device comprising: a hypothesis selecting unit that selects a hypothesis that most accurately expresses the target motion data at the current time from the hypothesis group.
前時刻までに求められた仮説の尤度に当該目標についての探知確率を乗算する探知確率乗算部と、上記探知確率乗算部の乗算結果に当該目標の観測値における目標位置及びドップラ速度とで規定される観測値ベクトルの尤度を乗算する尤度乗算部とを有する尤度乗算ブロック部と、
前時刻までに求められた仮説の尤度に、観測空間の単位体積当たりの新たな目標の発生数の平均値である新目標発生率を乗算する新目標発生率乗算部と、
前時刻までに求められた仮説の尤度に、当該仮説内の航跡に相関する観測値が相関の可能性がある観測情報として抽出されない度合いを示すゲート内非探知確率を乗算するゲート内非探知確率乗算部と、
上記前時刻までに求めた仮説内の各航跡に対する現時刻の観測値の割り当て状態に応じて、上記探知確率乗算部、上記ゲート内非探知確率乗算部、及び上記新目標発生率乗算部のいずれか一に上記仮説の尤度を送出する航跡状態判定部と、
上記前時刻までに求めた仮説の尤度に、上記観測空間の単位体積当たりの誤信号発生数の平均値である誤信号発生率を乗算する誤信号発生率乗算部と、
上記前時刻までに求めた仮説内で観測値が誤信号と扱われている場合、上記前時刻までに求められた仮説の尤度を上記誤信号発生率乗算部に送る観測値状態判定部と、
仮説作成手段が前時刻までに求めた仮説群を構成する全ての仮説の尤度の合計値を算出する仮説尤度集計部と、
上記仮説尤度集計部が算出した合計値で上記仮説群内の各仮説の尤度を除算し、当該除算結果を各仮説の信頼度評価値として算出する仮説信頼度算出部と、
上記仮説信頼度算出部が算出した仮説の信頼度評価値に基づいて上記仮説群中の仮説数を削減する仮説削減部と
を有してなることを特徴とする請求項5記載の目標追尾装置。The hypothesis reduction means
A detection probability multiplication unit that multiplies the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time by the detection probability of the target, and a multiplication result of the detection probability multiplication unit specified by a target position and a Doppler velocity in an observation value of the target. A likelihood multiplication block unit having a likelihood multiplication unit that multiplies the likelihood of the observed value vector to be obtained,
A new target incidence multiplying unit that multiplies the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time by a new target incidence which is an average value of the number of occurrences of new targets per unit volume of the observation space;
In-gate non-detection that multiplies the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time by the in-gate non-detection probability that indicates the degree to which observations correlated with the wakes in the hypothesis are not extracted as potentially correlated observation information A probability multiplier,
Any of the detection probability multiplying unit, the non-detection in-gate probability multiplying unit, and the new target occurrence rate multiplying unit according to the assignment state of the observation value at the current time to each track in the hypothesis obtained by the previous time. A wake state determination unit that sends the likelihood of the above hypothesis,
An error signal occurrence rate multiplying unit that multiplies the likelihood of the hypothesis obtained up to the previous time by an error signal occurrence rate that is an average value of the number of error signals generated per unit volume of the observation space,
When the observed value is treated as an erroneous signal in the hypothesis obtained by the previous time, an observation value state determination unit that sends the likelihood of the hypothesis obtained by the previous time to the erroneous signal occurrence rate multiplying unit; ,
A hypothesis likelihood tallying unit that calculates a total value of likelihoods of all hypotheses constituting a hypothesis group obtained by the hypothesis creation unit up to the previous time;
A hypothesis reliability calculation unit that divides the likelihood of each hypothesis in the hypothesis group by the total value calculated by the hypothesis likelihood aggregation unit and calculates the division result as a reliability evaluation value of each hypothesis,
The target tracking device according to claim 5, further comprising: a hypothesis reducing unit configured to reduce the number of hypotheses in the hypothesis group based on the reliability evaluation value of the hypothesis calculated by the hypothesis reliability calculation unit. .
追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における目標位置について相関の可能性がある観測情報を抽出する位置情報観測値抽出ステップと、
上記両観測値抽出ステップにて抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成ステップと、
上記仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて上記仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小ステップと、
上記仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度を含む運動諸元にて平滑化を実行する平滑化ステップと、
上記仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択ステップと
を備えた目標追尾方法。A Doppler velocity observation value extraction step of extracting observation information that may have a correlation with respect to the Doppler velocity of the target at the current time with respect to the track obtained by the previous time of the target to be tracked,
A position information observation value extraction step of extracting observation information that may be correlated with the target position at the current time with respect to the track obtained by the time before the target to be tracked,
Using the observation information extracted in both the observation value extraction step, a hypothesis creation step of creating a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation time of the target,
For each of the hypotheses in the hypothesis group, evaluate the likelihood of the observation position and Doppler velocity of the target, and based on the evaluation result, a hypothesis reduction step of reducing the number of hypotheses in the hypothesis group,
For each wake in the hypothesis group, a smoothing step of performing smoothing with motion parameters including the Doppler velocity of the target,
A hypothesis selecting step of selecting a hypothesis that most accurately expresses the target motion data at the current time from the hypothesis group.
上記観測値抽出ステップにて抽出された観測情報を用いて当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成ステップと、
上記仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて上記仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小ステップと、
上記仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルにて平滑化を実行する平滑化ステップと、
上記仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択ステップと
を備えた目標追尾方法。Observation value selection that extracts observation information that may have a correlation with the observation value vector defined by the Doppler velocity of the target and the target position at the current time for the track obtained before the time before the target to be tracked Steps and
A hypothesis creation step of creating a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation time of the target using the observation information extracted in the observation value extraction step,
For each of the hypotheses in the hypothesis group, evaluate the likelihood of the observation position and Doppler velocity of the target, and based on the evaluation result, a hypothesis reduction step of reducing the number of hypotheses in the hypothesis group,
For each track in the hypothesis group, a smoothing step of performing smoothing with an observation value vector defined by the Doppler velocity and the target position of the target,
A hypothesis selecting step of selecting a hypothesis that most accurately expresses the target motion data at the current time from the hypothesis group.
追尾すべき目標の前時刻までに求めた航跡に対して、現時刻における目標位置について相関の可能性がある観測情報を抽出する位置情報観測値抽出手段、
上記両観測値抽出手段によって抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成手段、
上記仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて上記仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小手段、
上記仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度を含む運動諸元にて平滑化を実行する平滑化手段、
上記仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択手段
としてコンピュータを機能させるプログラム。Doppler velocity observation value extraction means for extracting observation information that may have a correlation with the Doppler velocity of the target at the current time with respect to the track obtained by the time before the target to be tracked,
Position information observation value extraction means for extracting observation information that may be correlated with the target position at the current time with respect to the track obtained by the time before the target to be tracked,
Using the observation information extracted by the two observation value extraction means, a hypothesis creation means for creating a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation time of the target,
For each hypothesis in the hypothesis group, a hypothesis reduction unit that evaluates the likelihood of the observation position and Doppler velocity of the target and reduces the number of hypotheses in the hypothesis group based on the evaluation result.
Smoothing means for performing smoothing on each track in the hypothesis group with motion parameters including the Doppler velocity of the target,
A program that causes a computer to function as hypothesis selecting means for selecting a hypothesis that most accurately represents the target motion data at the current time from the group of hypotheses.
上記観測値抽出手段によって抽出された観測情報を用いて、当該目標の各観測時点で推定される航跡の組み合わせを示す仮説群を作成する仮説作成手段、
上記仮説群内の各仮説に対して、当該目標の観測位置及びドップラ速度に関する確からしさの評価を行い、当該評価結果に基づいて上記仮説群中の仮説数を削減する仮説縮小手段、
上記仮説群内の各航跡に対して、当該目標のドップラ速度と目標位置とで規定される観測値ベクトルにて平滑化を実行する平滑化手段、
上記仮説群から現時刻における目標の運動諸元を最も的確に表現する仮説を選択する仮説選択手段
としてコンピュータを機能させるプログラム。Observation value selection that extracts observation information that may have a correlation with the observation value vector defined by the Doppler velocity of the target and the target position at the current time for the track obtained before the time before the target to be tracked means,
Using the observation information extracted by the observation value extraction means, a hypothesis creation means for creating a hypothesis group indicating a combination of wakes estimated at each observation time of the target,
For each hypothesis in the hypothesis group, a hypothesis reduction unit that evaluates the likelihood of the observation position and Doppler velocity of the target and reduces the number of hypotheses in the hypothesis group based on the evaluation result.
For each wake in the hypothesis group, a smoothing unit that performs smoothing with an observation value vector defined by the Doppler velocity and the target position of the target,
A program that causes a computer to function as hypothesis selecting means for selecting a hypothesis that most accurately represents the target motion data at the current time from the group of hypotheses.
Priority Applications (1)
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