JP2008203095A - 運動諸元推定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のセンサ対による異なる各時刻での観測結果から検出された各センサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差の観測値と、予め仮定した目標の運動方程式に従い基準時刻における目標の運動諸元の初期推定値に対し該基準時刻との時刻差を反映させて算出した各時刻での各センサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差の概略推定値と、の差分により目標の運動諸元の修正量を算出し、収束演算によって差分が収束するまで運動諸元を修正することで基準時刻における目標の運動諸元を推定する。
【選択図】図1
Description
ここでは、説明の簡単のため、複数のセンサで構成される観測装置の観測モデルを下記式(1)のように仮定する。
センサが3つ以上の場合、上記式(2)(又は上記式(3))の方程式が2式以上得られるため、この連立方程式を解くことで状態ベクトルを求めることができる。しかしながら、観測誤差等の影響により、実際には上記式(1)となるため、一意に解が求まらない。そこで、下記のような方法を採用する。
図1は、この発明の実施の形態1による運動諸元推定装置の構成を示す図である。実施の形態1による運動諸元推定装置は、受信手段1、距離差/速度差観測値検出手段(検出手段)2、非同期測位手段4を備える。受信手段1は、センサ11〜1M(Mは、1より大きい整数)を備え、各センサ11〜1Mは、目標とセンサ11〜1Mのうちの任意の2センサ間(図1の例では、センサ11とセンサ12,・・・,センサ1(M−1)とセンサ1M)との距離差やドップラ周波数差を観測する。
但し、tは基準時刻であり、x(t)は基準時刻tにおける目標の運動諸元の真値を表す状態ベクトルである。また、ΔTは、基準時刻tからの時刻差である。
センサ11〜1Mのうちの任意の2センサ間の目標との距離差及びドップラ周波数差の観測値は、受信手段1から距離差/速度差観測値検出手段2に出力される。距離差/速度差観測値検出手段2では、受信手段1における任意の2センサによる観測値を距離差/速度差観測値検出部21〜2Nが入力する。図1の例では、受信手段1のセンサ11〜1Mのうち、センサ11及びセンサ12のセンサ出力が距離差/速度差観測値検出部21に入力され、センサ12及びセンサ13のセンサ出力が距離差/速度差観測値検出部22に入力され、同様に2センサの出力が距離差/速度差観測値検出部に逐次入力される。
図3は、この発明の実施の形態2による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図3において、実施の形態2による運動諸元推定装置の基本的な構成は、上記実施の形態1の図1で示したものと同様であるが、非同期測位手段5が距離差/速度差観測値検出部21〜2Nから観測精度を入力する点で異なる。
なお、他の構成は、図1と同一又はこれに相当する構成であるので同一符号を付して説明を省略する。
上記実施の形態1と異なる動作について主に説明する。
修正状態ベクトル算出部55は、修正量算出部541〜54Nから入力した状態ベクトルの修正量と、距離差/速度差観測値検出部21〜2Nから入力した距離差及びドップラ周波数差の観測精度を用い、該観測精度を重み付けした最小二乗法により目標の状態ベクトルの修正量とこれを状態ベクトルに反映させた修正状態ベクトルを出力する。例えば、下記式(18)のように観測精度Sを重み付けした式に従って目標の状態ベクトルの修正量と修正状態ベクトルを算出する。
図4は、この発明の実施の形態3による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図4に示すように、実施の形態3による運動諸元推定装置は、受信手段1、距離差/速度差観測値検出手段2、仮測位/初期値算出手段6及び非同期測位手段7を備える。なお、図4において、図1と同一又はこれに相当する構成要素に同一符号を付して説明を省略する。
仮測位/初期値算出手段6では、初期状態量設定部61により基準時刻及びこの基準時刻における目標の状態ベクトルの初期値が距離差/速度差概略値算出部621,622に設定される。距離差/速度差概略値算出部621,622では、初期状態量設定部61から入力した目標の状態ベクトルの初期値から目標と各センサ組との距離差及び速度差の概略値を算出して修正量算出部631,632にそれぞれ出力する。
図6は、この発明の実施の形態4による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図6に示すように、実施の形態4による運動諸元推定装置は、受信手段1、距離差/速度差観測値検出手段2、仮測位/初期値算出手段8及び非同期測位手段7を備える。なお、図6において、図1及び図4と同一又はこれに相当する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
仮測位/初期値算出手段8において、初期状態量設定部81が追尾フィルタ部821,822に基準時刻を設定し、基準時刻における目標の状態ベクトルの初期値を距離差/速度差概略値算出部831,832に設定する。
図8は、この発明の実施の形態5による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図8に示すように、実施の形態5による運動諸元推定装置は、受信手段1、距離差/速度差観測値検出手段2及び非同期測位手段9を備える。なお、図8において、図1と同一又はこれに相当する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
初期状態量設定部91は、追尾フィルタ部921〜92Nに基準時刻を設定し、基準時刻における目標の状態ベクトルの初期値を距離差/速度差概略値算出部931〜93Nに設定する。
図9は、この発明の実施の形態6による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図9に示すように、実施の形態6による運動諸元推定装置は、受信手段1、距離差/速度差観測値検出手段2及び非同期測位手段10を備える。なお、図9において、図1と同一又はこれに相当する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
以降では、実施の形態6による運動諸元推定装置に特有な動作について主に説明する。
先ず、収束判定部106が収束演算を行うにあたり、収束演算カウント部107は、カウント値を0に初期化し、カウントの限界値として計算回数限界値を設定する。上記実施の形態1と同様にして、修正状態ベクトル算出部105から修正量が入力されると、収束判定部106は、所定の閾値と該修正量を比較する。このとき、修正量が閾値より大きく収束しなかった場合、収束演算カウント部107は、カウント値を1増やす。
図10は、この発明の実施の形態7による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図10に示すように、実施の形態7による運動諸元推定装置は、受信手段1、距離差観測値検出手段2a及び非同期測位手段12aを備える。なお、図10において、図1と同一又はこれに相当する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
センサ11〜1Mのうちの任意の2センサ間の目標との距離差の観測値は、受信手段1から距離差観測値検出手段2aに出力される。距離差観測値検出手段2aでは、受信手段1における任意の2センサによる観測値を距離差観測値検出部111〜11Nが入力する。図10の例では、受信手段1のセンサ11〜1Mのうち、センサ11及びセンサ12のセンサ出力が距離差観測値検出部111に入力され、センサ12及びセンサ13のセンサ出力が距離差観測値検出部112に入力され、同様に2センサの出力が距離差観測値検出部に逐次入力される。
図11は、この発明の実施の形態8による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図11に示すように、実施の形態8による運動諸元推定装置の基本的な構成は、上記実施の形態7の図10に示したものと同様であるが、非同期測位手段13aが距離差観測値検出部111〜11Nから観測精度を入力する点で異なる。
上記実施の形態7と異なる動作について主に説明する。
修正状態ベクトル算出部135は、修正量算出部1341〜134Nから入力した状態ベクトルの修正量と、距離差観測値検出部1331〜133Nから入力した距離差の観測精度を用い、該距離差の観測精度を重み付けした最小二乗法により目標の状態ベクトルの修正量とこれを状態ベクトルに反映させた修正状態ベクトルを出力する。例えば、上記式(18)のように観測精度Sを重み付けした式に従って目標の状態ベクトルの修正量と修正状態ベクトルを算出する。
図12は、この発明の実施の形態9による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図12に示すように、実施の形態9による運動諸元推定装置は、受信手段1、距離差観測値検出手段2a、仮測位/初期値算出手段14a及び非同期測位手段15aを備える。なお、図12において、図10と同一又はこれに相当する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
仮測位/初期値算出手段14aでは、初期状態量設定部141により基準時刻及びこの基準時刻における目標の状態ベクトルの初期値が距離差概略値算出部1421,1422に設定される。距離差概略値算出部1421,1422では、初期状態量設定部141から入力した目標の状態ベクトルの初期値から各センサ組の2センサ間の目標との距離差の概略値を算出して修正量算出部1431,1432にそれぞれ出力する。
図14は、この発明の実施の形態10による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図14に示すように、実施の形態10による運動諸元推定装置は、受信手段1、距離差観測値検出手段2a、仮測位/初期値算出手段16a及び非同期測位手段15aを備える。なお、図14において、図1、図6及び図10と同一又はこれに相当する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
仮測位/初期値算出手段16aにおいて、初期状態量設定部161が追尾フィルタ部1621,1622に基準時刻を設定し、基準時刻における目標の状態ベクトルの初期値を距離差概略値算出部1631,1632に設定する。
図16は、この発明の実施の形態11による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図16に示すように、実施の形態11による運動諸元推定装置は、受信手段1、距離差観測値検出手段2a及び非同期測位手段17aを備える。なお、図16において、図1、図8及び図10と同一又はこれに相当する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
初期状態量設定部171は、追尾フィルタ部1721〜172Nに基準時刻を設定し、基準時刻における目標の状態ベクトルの初期値を距離差概略値算出部1731〜173Nに設定する。
図17は、この発明の実施の形態12による運動諸元推定装置の構成を示す図である。図17に示すように、実施の形態12による運動諸元推定装置は、受信手段1、距離差観測値検出手段2a及び非同期測位手段18aを備える。なお、図17において、図1、図9及び図10と同一又はこれに相当する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
以降では、本実施の形態12による運動諸元推定装置に特有な動作を主に説明する。
先ず、収束判定部186が収束演算を行うにあたり、収束演算カウント部187は、カウント値を0に初期化し、カウントの限界値として計算回数限界値を設定する。上記実施の形態1と同様にして、修正状態ベクトル算出部185から修正量が入力されると、収束判定部186は、所定の閾値と該修正量を比較する。このとき、修正量が閾値より大きく収束しなかった場合、収束演算カウント部187は、カウント値を1増やす。
Claims (11)
- 目標の運動を観測する複数のセンサを有する受信手段と、
前記受信手段の複数のセンサのうち任意のセンサ対による同一時刻での観測結果から、該センサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差の観測値を検出する検出手段と、
複数のセンサ対による異なる各時刻での観測結果から検出された各センサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差の観測値と、予め仮定した目標の運動方程式に従い基準時刻における目標の運動諸元の初期値に対し該基準時刻との時刻差を反映させて算出した前記各時刻での各センサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差の概略推定値と、の差分より目標の運動諸元の修正量を算出し、収束演算によって差分が収束するまで運動諸元を修正することで前記基準時刻における目標の運動諸元を推定する非同期測位手段とを備えた運動諸元推定装置。 - 非同期測位手段は、観測値と概略推定値との差分より目標の運動諸元の修正量を最小二乗法によって算出し、収束演算によって差分が収束するまで目標の運動諸元を修正することで基準時刻における目標の運動諸元を推定することを特徴とする請求項1記載の運動諸元推定装置。
- 非同期測位手段は、観測値と概略推定値との差分に対してセンサの観測精度を重み付けして目標の運動諸元の修正量を算出することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の運動諸元推定装置。
- 複数のセンサのうち第1のセンサ対による観測結果から検出される該第1のセンサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差を追尾処理すると共に、前記第1のセンサ対とは異なる第2のセンサ対による同一時刻での観測結果から該第2のセンサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差が検出された場合、前記追尾処理結果から前記第2のセンサ対による観測時刻での前記第1のセンサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差を予測処理する追尾フィルタ部を備え、
非同期測位手段は、前記追尾フィルタ部の予測処理により同一時刻の観測に模擬された前記第1及び前記第2のセンサ対におけるセンサ間の目標との距離差及び速度差を観測値として収束演算を行い、基準時刻における目標の運動諸元を推定することを特徴とする請求項1記載の運動諸元推定装置。 - 複数のセンサ対の異なる各時刻での観測結果から得られた各センサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差の観測値を同一時刻で観測したものと仮定して測位を行い、前記時刻における目標の運動諸元の値を、非同期測位手段の収束演算で使用する基準時刻における目標の運動諸元の初期値として設定する仮測位/初期値算出手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の運動諸元推定装置。
- 複数のセンサのうち第1のセンサ対による観測結果から検出される該第1のセンサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差を追尾処理すると共に、前記第1のセンサ対とは異なる第2のセンサ対による同一時刻での観測結果から該第2のセンサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差が検出された場合、前記追尾処理結果から前記第2のセンサ対による観測時刻での前記第1のセンサ対のセンサ間の目標との距離差及び速度差を予測処理する追尾フィルタ部を備え、
仮測位/初期値算出手段は、前記追尾フィルタ部の予測処理により同一時刻の観測に模擬された前記第1及び前記第2のセンサ対におけるセンサ間の目標との距離差及び速度差を観測値として収束演算を行い、推定した基準時刻における目標の運動諸元を、非同期測位手段の収束演算で使用する基準時刻における目標の運動諸元の初期値として設定することを特徴とする請求項5記載の運動諸元推定装置。 - 検出手段は、受信手段の複数のセンサのうち任意のセンサ対による同一時刻での観測結果から該センサ対のセンサ間の目標との距離差の観測値を検出し、
非同期測位手段は、複数のセンサ対による異なる各時刻での観測結果から検出された各センサ対のセンサ間の目標との距離差の観測値と、予め仮定した目標の運動方程式に従い基準時刻における目標の運動諸元の初期値に対し該基準時刻との時刻差を反映させて算出した前記各時刻での各センサ対のセンサ間の目標との距離差の概略推定値と、の差分について収束演算を行い、前記基準時刻における目標の運動諸元を推定することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の運動諸元推定装置。 - 検出手段は、受信手段の複数のセンサのうち任意のセンサ対による同一時刻での観測結果から該センサ対のセンサ間の目標との距離差の観測値を検出し、
追尾フィルタ部は、前記複数のセンサのうち第1のセンサ対による観測結果から検出される該第1のセンサ対のセンサ間の目標との距離差を追尾処理すると共に、前記第1のセンサ対とは異なる第2のセンサ対による同一時刻での観測結果から該第2のセンサ対のセンサ間の目標との距離差が検出された場合、前記追尾処理結果から前記第2のセンサ対による観測時刻での前記第1のセンサ対のセンサ間の目標との距離差を予測処理し、
非同期測位手段は、前記追尾フィルタ部の予測処理により同一時刻の観測に模擬された前記第1及び前記第2のセンサ対におけるセンサ間の目標との距離差を観測値として収束演算を行い、基準時刻における目標の運動諸元を推定することを特徴とする請求項4記載の運動諸元推定装置。 - 仮測位/初期値算出手段は、複数のセンサ対の異なる各時刻での観測結果から得られた各センサ対のセンサ間の目標との距離差の観測値を同一時刻で観測したものと仮定して測位を行い、前記時刻における目標の運動諸元の値を、非同期測位手段の収束演算に使用する基準時刻における目標の運動諸元の初期値として設定することを特徴とする請求項5記載の運動諸元推定装置。
- 検出手段は、受信手段の複数のセンサのうち任意のセンサ対による同一時刻での観測結果から該センサ対のセンサ間の目標との距離差の観測値を検出し、
追尾フィルタ部は、前記複数のセンサのうち第1のセンサ対による観測結果から検出される該第1のセンサ対のセンサ間の目標との距離差を追尾処理すると共に、前記第1のセンサ対とは異なる第2のセンサ対による同一時刻での観測結果から該第2のセンサ対のセンサ間の目標との距離差が検出された場合、前記追尾処理結果から前記第2のセンサ対による観測時刻での前記第1のセンサ対のセンサ間の目標との距離差を予測処理し、
仮測位/初期値算出手段は、前記追尾フィルタ部の予測処理により同一時刻の観測に模擬された前記第1及び前記第2のセンサ対におけるセンサ間の目標との距離差を観測値として収束演算を行い、推定した基準時刻における目標の運動諸元を、非同期測位手段の収束演算に使用する基準時刻における目標の運動諸元の初期値として設定することを特徴とする請求項9記載の運動諸元推定装置。 - 収束演算の回数を所定の限度回数までカウントする収束演算カウント部を備え、
非同期測位手段は、前記収束演算カウント部によるカウントが限度回数まで達すると、収束演算を終了してその時点での運動諸元推定値を出力することを特徴とする請求項1から請求項10のうちのいずれか1項記載の運動諸元推定装置。
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