JP2008268044A - 目標状態量推定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マニューバが検出された際には、マニューバ開始時刻およびマニューバ終了時刻を検出するステップと、マニューバ開始時刻における目標の推定状態量とその推定情報行列を、マニューバ終了時刻における目標の推定状態量とその推定情報行列に変換する変換ステップと、変換ステップで変換した目標の推定状態量とその推定情報行列に基づき構成した評価関数を最小化する状態量を求めることにより、目標の状態量を推定するステップと、を実行する。
【選択図】図2
Description
このため、目標がマニューバを開始してから終了するまでに時間が掛かるような場合、マニューバ検出時刻tdまでの観測値に基づいて推定した時刻tdにおける目標状態量の推定値の位置成分を次ステップの先見情報に用いても、実際の目標位置は変化してしまうため、次ステップにおける推定の誤差を大きくするという課題があった。
図1において、(X、Y)は原点oの固定座標系、1は航走体、2は状態量を推定する対象(以下、「目標」)である。各記号の意味は以下の通りである。
(1)x 1(t):時刻tにおける航走体1の位置ベクトル
(2)x 2(t):時刻tにおける目標2の位置ベクトル
(3)r(t):時刻tにおける航走体1と目標2間の距離‖x 2(t)−x 1(t)‖
(‖‖はベクトルのノルム)
(4)θ(t):時刻tにおける航走体1から見たY軸を基準とする目標2の方位角
そこでまず、目標状態量X 2(t0)の推定値を用いて、その推定値に対する情報推定行列を次の(式9)のように定義する。
例えば、時刻t=tdでマニューバが検出された場合、時刻tdにおける目標2の位置および固有周波数に関する推定状態量とその推定情報行列は、時刻td以降の状態量推定における先見情報として考えられる。
即ち、マニューバ検出時刻tdを改めてt=t0とし、(式12)の評価関数を最小化するX 2(t0)を求め、目標状態量X 2(t)を推定する。
図3において、11は受波器センサからの信号入力端子、12は受信信号から目標信号の到来方位の算出を行う方位情報算出部、13は受信信号から目標信号の周波数成分の算出を行う周波数情報算出部、14は状態量推定の推定初期値を設定する初期値設定端子、15は観測量時系列から目標のマニューバ検出を行うとともに、推定状態量及び推定情報行列を算出するマニューバ検出部、16は目標の状態量を推定する目標状態量推定部、17は目標状態量推定結果を出力する出力端子である。
算出結果は、マニューバ検出部15と目標状態量推定部16に出力される。
さらに、(式4)を用いて目標状態量X 2(t)の推定値を求め、出力端子17を介して出力する。
そして、目標状態量推定部16は、(式4)を用いて目標状態量X2(t)の推定値を出力端子17を介して出力する。
次に、各時刻t=t1・・・tmの(m)組の観測方位角θm(t)とその誤差分散σθ 2(t)、およびドップラシフト観測周波数成分νkm(t)とその誤差分散σνk 2(t)(k=1・・・p)に対して(式6)の評価関数を最小化する目標状態量推定を行って目標状態量の推定値を求め、マニューバ検出部15に送る。
また、(式4)を用いて目標状態量X 2(t)の推定値を求め、出力端子17を介して出力する。
図1に示すように、目標速度ベクトルは針路C、速力Mの関数となるので、針路、速力の誤差の誤差分散をそれぞれσC 2、σM 2とすると、目標速度ベクトルの誤差共分散行列は、(式14)で算出できる。
このように速度に関する誤差を増やした推定誤差共分散行列は、次の(式15)で算出する。
即ち、マニューバ終了時刻teを改めてt=t0とし、(式19)の評価関数を最小化するX 2(t0)を求めることにより、目標2がマニューバする前の情報を活かして、目標状態量X 2(t)を推定する。
図2において、21は受波器センサからの信号入力端子、22は受信信号から目標信号の到来方位および方位の誤差分散の算出を行なう方位情報算出部、23は受信信号から目標信号の周波数成分および周波数の誤差分散の算出を行う周波数情報算出部、24は状態量推定の推定初期値を設定する初期値設定端子、25は観測量時系列から目標のマニューバ検出を行うマニューバ検出部、26は目標の状態量を推定する目標状態量推定部、27は目標状態量推定結果を出力する出力端子、28は推定状態量及び推定情報行列の算出及び変換を行う情報量変換部、29は情報量変換部28に対して、針路誤差分散、速力誤差分散を設定する設定端子である。
算出結果は、マニューバ検出部25と目標状態量推定部26に出力される。
さらに、(式4)を用いて目標状態量X 2(t)の推定値を、出力端子27を介して出力する。
なお、針路誤差分散σC 2および速力誤差分散σM 2は、物理的に想定される範囲で適切に設定すれば良い。
(8)一方、情報量変換部28は、マニューバ開始時刻t=tsの推定状態量およびマニューバ終了時刻t=teの観測方位角θm(te)から、(式17)を用いて時刻teの目標位置を算出する。
(9)情報量変換部28は、マニューバ開始時刻t=tsの推定状態量の成分のうち、位置に関する成分をステップ(8)で算出した値、速度に関する成分をゼロとおいた推定状態量を算出する。
(10)情報量変換部28は、ステップ(9)で算出した新たな推定状態量と、ステップ(7)で算出した新たな推定情報行列を、目標状態量推定部26に送る。
次に、各時刻t=t1・・・tmの(m)組の観測方位角θm(t)とその誤差分散σθ 2(t)、およびドップラシフト観測周波数成分νkm(t)とその誤差分散σνk 2(t)(k=1・・・p)に対して、(式6)の評価関数を最小化する目標状態量推定を行って目標状態量の推定値を求め、マニューバ検出部25に送る。
また、(式4)を用いて目標状態量X 2(t)の推定値を求め、出力端子27を介して出力する。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上述の説明では、推定する目標状態量を、目標2の位置、速度及び固有音源周波数としているが、目標2の位置と速度だけを推定する場合にも適用可能である。
この場合には、(式3)、(式4)、(式6)、(式9)、(式12)から固有音源周波数及びドップラシフト周波数を取り除けばよい。
このため、目標マニューバ中の目標位置の変化による推定への悪影響を抑制することができ、推定精度の向上を実現することが可能となる。
Claims (4)
- 移動する目標から放射される音を、移動体に取り付けた受波器で受信し、その目標の位置と速度に関する状態量を推定する方法であって、
前記受波器で受信した信号に基づき前記目標の観測方位角とその誤差分散を算出する方位情報算出ステップと、
前記方位情報算出ステップの結果に基づき前記目標の状態量を推定する状態量推定ステップと、
前記方位情報算出ステップの結果に基づき前記目標のマニューバを検出するマニューバ検出ステップと、
を有し、
前記マニューバ検出ステップにおいてマニューバが検出された際には、
マニューバ開始時刻およびマニューバ終了時刻を検出するステップと、
マニューバ開始時刻における前記目標の推定状態量とその推定情報行列を、マニューバ終了時刻における前記目標の推定状態量とその推定情報行列に変換する変換ステップと、
前記変換ステップで変換した前記目標の推定状態量とその推定情報行列に基づき構成した評価関数を最小化する状態量を求めることにより、前記目標の状態量を推定するステップと、
を実行することを特徴とする目標状態量推定方法。 - 前記変換ステップにおいて、
前記目標がマニューバする前の推定状態に対して、針路と速力に関する誤差が増加したものと仮定し、その増加分を反映するように前記変換を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の目標状態量推定方法。 - 前記目標のマニューバによる針路誤差分散と速力誤差分散を入力するステップを有し、
前記変換ステップでは、
前記針路誤差分散と前記速力誤差分散を用いて前記変換を実行する
ことを特徴とする請求項2に記載の目標状態量推定方法。 - 前記受波器で受信した信号に基づき前記目標のドップラシフト観測周波数とその誤差分散を算出する周波数情報算出ステップ、
を有し、
前記状態量推定ステップでは、
前記方位情報算出ステップの結果と前記周波数情報算出ステップの結果に基づき前記目標の位置、速度、および固有音源周波数に関する状態量を推定し、
前記マニューバ検出ステップでは、
前記方位情報算出ステップと前記周波数情報算出ステップの結果に基づき前記目標のマニューバを検出する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の目標状態量推定方法。
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