JP2004077401A - マルチスタティックセンサ運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一定のフォーメーションでの捜索の目的に適したマルチスタティックセンサ配置を算出する。
【解決手段】単位時間あたりの捜索面積を目的達成度の指標として定式化し、この指標を大きくするようなセンサ配置を探索する。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリモートセンシングや水中音響情報処理の分野に関する。とくに、マルチスタティックセンサの性能評価・運用支援をおこなう装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リモートセンサには、観測ターゲットが放射する信号を直接受信するパッシブセンサと自らが信号を発射して観測ターゲットでの反射信号を受信するアクティブセンサとの２種類がある。アクティブセンサには、送信器・受信器が同一箇所に実装されたモノスタティックセンサ（以下単にアクティブセンサといえばこれをさす）と送信器・受信器が離れているマルチスタティックセンサとの２種類がある。
【０００３】
パッシブセンサ、アクティブセンサにはそれぞれ長所短所がある。たとえば、パッシブセンサは静かな（または暗い；　以下同様）ターゲットを観測したい場合には適さないが観測ターゲットに（信号反射体としての）受信器の存在を目立たせたくない場合には適している。アクティブセンサはその逆である。またアクティブセンサは、送信信号の残響などにより反射信号の受信に支障をきたすことがある。
【０００４】
マルチスタティックセンサは、パッシブセンサの長所とアクティブセンサの長所とを合わせもつと期待されるものである。図１はこのことを模式的にあらわしたものである。すなわち、送信器１１０を用いることにより静かなターゲット１２０を観測でき、また送信器１１０を離れた場所に設置することにより受信器１２０の存在を目立たなくしたり残響の影響を軽減したりすることができる、と期待される。その一方マルチスタティックセンサは、送受信器が複数箇所に分散しているという構成上、通常のアクティブセンサと異なる運用技術（良い配置の選び方など）を必要とする。
【０００５】
良い配置の選び方は目的に依存する。たとえば特願０１ー３４９５７２では、前方の不審船から重要艦船を警護する目的の場合について配置の良さの指標が定式化されている。図２はこれを模式的にあらわしたものである。この実施例では、重要艦船が危険にさらされる前に不審船を探知できる三角形状の配置のほうが、それをできない直線状の配置よりも良い配置であると言える。また図３は浮遊物の捜索を目的とした場合の配置の良さを比べる模式図である。この場合は逆に、単位時間あたりに捜索できる面積が大きい直線状の配置のほうが、三角形状の配置よりも良い配置であると言える。このように、マルチスタティックセンサの性能を引き出すには、目的に応じて配置を選ぶ必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、海上の浮遊物のようなほぼ静止した対象の捜索に適したマルチスタティックセンサ配置を算出する装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
単位時間あたりの捜索面積を目的達成度の指標として定式化し、この指標を大きくするようなセンサ配置を探索する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
第１の実施例として、センサ配置ｘから目的達成度の指標Ａ（ｘ）を算出する方法４００を、図４を用いて説明する。
【０００９】
ここでは、目的達成度の指標は単位時間あたりの捜索面積とする。入力は、全送受信器の配置　ｘ＝ｘ＿０　およびその速度（単位時間での移動量Δｘ；　全送受信機に共通）である。
【００１０】
知確率マップ作成処理　４２０　は、配置　ｘ＿ｋ　が与えられた場合の、観測ターゲットの配置　ｙ＝・での探知確率　Ｐｄ＝Ｐｄ（・｜ｘ＿ｋ）　のマップを作成する。
【００１１】
累積探知確率マップ作成処理　４３０　は、観測ターゲット各位置　ｙ　において過去ｋ　回の観測で少なくとも一度探知できた確率Ｑ＿ｋ＝Ｑ＿ｋ（ｙ）　を算出する。
【００１２】
運動処理部　４４０　では、全送受信器が共通の速度で等速直進するとし、これらをΔｘ　だけ平行移動させる。
【００１３】
終了判定処理　４５０　では、累積移動量　ｋ　Δｘ　が探知距離程度を越えたら終了（このとき、次の単位時間あたり捜索面積　４６０　はほぼ定常となる）、そうでなければ４２０　にもどって処理を繰り返す。ステップ　４６０　のＡが、所望の単位時間あたり捜索面積である。
【００１４】
第２の実施例として、目的達成度の大きい推奨マルチスタティックセンサ配置を算出する装置５００を、図５を用いて説明する。
【００１５】
これは第１の実施例における目的達成度算出装置４００に配置制御部５１０を加えた構成をもつ。
【００１６】
配置制御部５１０は外部から暫定的なセンサ配置ｘ０を初期値として入力し、それをもとに目的達成度Ａ＝Ａ（ｘ）の大きい配置を探索する。
【００１７】
探索方法としてはたとえば（１）Ａの数値微分を求めて最急降下法により∂Ａ／∂ｘ＝０の数値解を探索する、（２）モンテカルロ法的にｘを変化させ、その中でＡが最大のものを選択する、などが可能である。
第３の実施例として、目的達成度の大きい推奨マルチスタティックセンサ配置への移行方向を算出する装置６００を、図６を用いて説明する。
【００１８】
これは第１の実施例における目的達成度算出装置４００に微分・積分部６１０を加えた構成をもつ。
【００１９】
微分・積分部６１０は外部から暫定的なセンサ配置ｘ０を初期値として入力し、数値微分により目的達成度Ａの勾配∇Ａ（ｘ０）を算出し、出力する。あるいは、ｘ０　の近傍において数値積分を用いて∇Ａの積分曲線Γの一部を算出し、出力する。これが、ｘ０　において指標Ａが最も早く大きくなる配置変化の方向あるいは経路である。ただし積分曲線とは、ｄΓ（ｔ）／ｄｔ＝∇Ａ（Γ（ｔ））　を満たす曲線のことである。またこの実施例では、目的達成度Ａを第１の実施例の「単位時間あたり捜索面積」に限る必要はない。
第４の実施例として、実施例２〜３で得られる情報を表示する方法を、図７を用いて説明する。
【００２０】
表示用画面７００は、センサ搭載移動体７１０の位置とその速度７２０が表示されている画面に、実施例２で算出されたこのセンサ搭載移動体の推奨位置７３０や実施例３で算出されたこのセンサ搭載移動体の推奨移動経路７４０、推奨移動方向７５０を重畳表示したものである。
【００２１】
一般に、目的達成度Ａ＝Ａ（ｘ）の勾配の算出、積分曲線の算出、最大（極大）値の算出、については、後者ほど多くの計算量が必要になる。したがって実時間で推奨配置を算出することは困難でも、Ａの勾配や積分曲線の一部までなら算出することが可能な場合がある。
【００２２】
そこで第５の実施例として、マルチスタティックセンサ、ＧＰＳ、通信器を搭載した複数の移動体を目的達成度の大きい推奨配置に誘導する装置８００を、図８を用いて説明する。
【００２３】
この装置は、通信器部８１０、表示部７００、勾配算出部８２０、積分曲線算出部８３０、推奨配置算出部８４０からなる。
【００２４】
通信器部８１０は、マルチスタティックセンサ・ＧＰＳ・通信器搭載の各移動体から随時位置情報を得る。この位置情報は表示部７００、勾配算出部８２０、積分曲線算出部８３０、推奨配置算出部８４０に送られる。
【００２５】
表示部７００はこれに従って移動体の位置を表示しなおす。
【００２６】
勾配算出部８２０〜推奨配置算出部８４０は、古い位置情報に基づいて計算中であった場合はその計算を中止し、勾配算出部が新しい位置情報に基づいて推奨移動方向７５０　ｇｒａｄＡの計算を開始する。勾配算出部に置けるｇｒａｄＡの計算が終了したら、その結果は積分曲線算出部８３０と表示部７００とに送られる。積分曲線算出部は、新しい位置情報に基づいて実施例３のように積分曲線Γの計算を開始し、表示部７００は実施例４のように（必要なら古い推奨配置７３０〜推奨移動方向７５０を消去したのち）新しい推奨移動方向ｇｒａｄＡを表示する。
【００２７】
積分曲線算出部では、推奨経路がある程度計算進むごとにその結果を表示部７００に送る。このとき表示部７００は実施例４のように（必要なら古い推奨配置７３０〜推奨移動方向７５０を消去したのち）新しい推奨移動経路Γを表示する。積分曲線算出部におけるΓの計算が収束したら（たとえば、ｇｒａｄＡが所定の基準値よりも小さくなったら）、その結果は推奨配置算出部８４０に送られる。推奨配置算出部は、この積分曲線の終点を初期値として実施例２のように推奨配置を算出する。推奨配置の算出が完了したら、（必要なら古い推奨配置７３０〜推奨移動方向７５０を消去したのち）その結果を表示部７００に送る。表示部７００は実施例４のように推奨配置７３０を表示する。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明により海上の浮遊物などの捜索目的に適したマルチスタティックセンサ運用、とくにセンサ配置、を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マルチスタティックセンサの期待効果の説明図
【図２】不審船からの重要艦船の警護を目的とする場合の配置の良さの比較説明図
【図３】浮遊物の捜索を目的とする場合の配置の良さの比較説明図
【図４】センサ配置から単位時間あたり捜索面積を算出する方法・装置の説明図
【図５】単位時間あたり捜索面積を大きくする推奨配置を算出する装置の説明図
【図６】単位時間あたりの捜索面積を大きくする推奨の配置変化方向および配置変化経路算出をする装置の説明図
【図７】表示系の説明図
【図８】マルチスタティックセンサの配置をリアルタイムに誘導する装置の説明図
【符号の説明】
１１０　送信器、１２０　観測ターゲット、１３０　受信器、４００　単位時間あたりの捜索面積を算出する方法、４１０　マルチスタティックセンサ配置と単位時間あたりの平行移動量、４２０　探知確率マップ作成処理、４３０　累積探知確率マップ作成処理、４４０　全マルチスタティックセンサの平行移動、４５０　終了判定、４６０　単位時間あたり捜索面積算出処理、４７０　単位時間あたり捜索面積、５００　マルチスタティックセンサ推奨配置算出装置、５１０　配置制御部、５２０　目的達成度指標算出部、６００　マルチスタティックセンサ配置の推奨変化方向または変化経路算出装置、６１０　微分・積分部、７００　解析結果表示用画面、７１０　マルチスタティックセンサ搭載移動体位置、７２０　同　速度、７３０　同　推奨位置、７４０　同　推奨移動経路、７５０　同　推奨移動方向、８００マルチスタティックセンサ搭載移動体誘導支援装置、８１０　通信部、８２０　勾配算出部、８３０　積分曲線算出部、８４０　推奨配置算出部、８５０　マルチスタティックセンサ・ＧＰＳ・通信器搭載移動体

Claims (5)

1. マルチスタティックセンサによる捜索効率の指標をセンサ配置ｘ＿０の関数として算出する指標算出方法において、
   探知確率マップ作成処理、累積探知確率マップ作成処理、運動処理、終了判定処理、単位時間あたり捜索面積算出処理からなり
   探知確率マップ作成処理は、
   全送信器・受信器の配置ｘ＝ｘ＿０　およびそれらの単位時間あたり移動量Δｘを外部からの入力とし、観測ターゲットが各仮想配置ｙ＝・にある場合の探知確率マップＰｄ（・｜ｘ＿０）を出力し、
   累積探知確率マップ作成処理は、
   初期値を恒等的に０とし、
   探知確率マップを入力とし、
   前回の累積探知確率マップと上記新しい探知確率マップとから、複数回にわたる観測結果に基づく探知確率のマップを作成し、
   運動処理は、
   観測時間間隔内での全センサの移動を計算し、
   終了判定処理は、
   所定の条件に基づいて探知確率マップ作成処理に戻るかまたは次の処理に進むか決定し、
   単位時間あたり捜索面積算出処理は、
   累積探知確率マップの差分に基づいて１回の観測における実質的な捜索面積を算出し、これを最終結果として出力することを特徴とする指標算出方法。
2. 捜索大きいセンサ配置を算出する配置制御装置において
   請求項１の指標算出方法に基づく指標算出部と配置制御部とからなり、
   指標算出部は、
   配置制御部から与えられたセンサ配置に対する目的達成度指標の値を算出して、配置制御部に返し、
   配置制御部は、
   外部からセンサの初期配置ｘ０　を入力し、数値解析的に目的達成度指標の大きい配置ｘ１　を探索して出力することを特徴とする配置制御装置。
3. マルチスタティックセンサによる捜索効率が大きいセンサ配置を算出する支援をする支援装置において、
   請求項１の指標算出方法に基づく指標算出部と微分・積分部とからなり、
   指標算出部は、
   微分・積分部から与えられたセンサ配置に対する目的達成度指標の値を算出して微分・積分部に返し、微分・積分部はセンサ配置ｘ＿０を入力とし、数値解析的にｘ０　における勾配　ｇｒａｄＡ（ｘ０）を推奨移動方向として算出し、または、ベクトル場　ｇｒａｄＡの積分曲線をｘ０　の近傍で推奨移動経路として算出し、これらの片方または両方を出力することを特徴とする支援装置。
4. マルチスタティックセンサ系の状態を表示する状態表示方法において、
   各センサの位置を画面座標系に写像して表示し、
   請求項２、３におけるセンサ推奨配置、推奨移動方向、推奨移動経路の
   一部または全部を重畳表示することを特徴とする状態表示方法。
5. マルチスタティックセンサ・自己測位装置・通信装置を搭載する複数の移動体を推奨配置に誘導する誘導装置において、
   通信部と表示部、勾配算出部と積分曲線算出部と推奨配置算出部の３つの一部または全部とからなり、
   通信部は、
   各移動体から随時位置情報を取得して、表示部および勾配算出部、積分曲線算出部、推奨配置算出部に出力し、
   勾配算出部、積分曲線算出部、推奨配置算出部それぞれは、
   通信部からデータを得るごとに請求項２、３のデータを算出しなおし、
   算出完了次第それぞれ結果を表示部に出力し、
   表示部は、
   各移動体の位置に加え、勾配算出部、積分曲線算出部、推奨配置算出部から得られる請求項４のデータを重畳表示することを特徴とする誘導装置。

Images