JP2009300380A - Target tracking device - Google Patents

Target tracking device Download PDF

Info

Publication number
JP2009300380A
JP2009300380A JP2008158106A JP2008158106A JP2009300380A JP 2009300380 A JP2009300380 A JP 2009300380A JP 2008158106 A JP2008158106 A JP 2008158106A JP 2008158106 A JP2008158106 A JP 2008158106A JP 2009300380 A JP2009300380 A JP 2009300380A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tracking
target
predicted value
value
positioning result
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008158106A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kosuke Maruyama
晃佐 丸山
Hiroshi Kameda
洋志 亀田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2008158106A priority Critical patent/JP2009300380A/en
Publication of JP2009300380A publication Critical patent/JP2009300380A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a target tracking device which can stabilize an estimated accuracy of an unscented Kalman filter without being based on observation condition. <P>SOLUTION: When motion model and observation model in a tracking filter are expressed with a nonlinear function, the tracking filter 2 which applies the unscented Kalman filter which approximates the nonlinear function by the unscented transformation is prepared. The tracking filter 2 reads serially a positioning result of the target computed based on received signal. The tracking filter includes a predicted value adaptation degree evaluation part 22 which computes serially the adaptation degree of the predicted value to the positioning result, based on the predicted value and the positioning result which are calculated with the application of the unscented Kalman filter from the positioning result, and a parameter set part 24 which updates serially scaling parameter of the unscented transformation in the unscented Kalman filter, based on the adaptation degree which is calculated serially at the predicted value adaptation degree evaluation part 22. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、観測装置が観測した目標を追尾する目標追尾装置に関する。   The present invention relates to a target tracking device that tracks a target observed by an observation device.

従来の目標追尾装置においては、次のような方法で、目標の位置および速度を推定している。まず、異なる位置に配置された複数の受信局によりネットワークを構成し、受信局間での電波到来時間差(Time Difference Of Arrival:以下、TDOAと称す)より換算される各受信局−目標間の距離の差(以下、距離差と称す)を求める。   In the conventional target tracking device, the position and speed of the target are estimated by the following method. First, a network is formed by a plurality of receiving stations arranged at different positions, and the distance between each receiving station and the target converted from the time difference of arrival of radio waves (time difference of arrival: hereinafter referred to as TDOA). Difference (hereinafter referred to as distance difference).

さらに、ドップラー周波数差(Frequency Difference Of Arrival:以下、FDOAと称す)より換算される各受信局−目標間のラジアル速度の差(以下、ラジアル速度差と称す)を求める。そして、目標追尾装置は、上述のようにして求められた距離差およびラジアル速度差を非同期に入力し、追尾処理を行うことで目標の位置および速度を推定する。   Further, a difference in radial speed between each receiving station and the target (hereinafter referred to as a radial speed difference) converted from a Doppler frequency difference (Frequency Difference Of Arrival: hereinafter referred to as FDOA) is obtained. Then, the target tracking device asynchronously inputs the distance difference and the radial speed difference obtained as described above, and estimates the target position and speed by performing tracking processing.

目標の状態変数ベクトルを、北基準直交座標系における位置、速度で定義すると、TDOAおよびFDOAは、非線形関数となる。そして、追尾目標の運動モデルは、非線形関数式(1)で表され、観測モデルは、非線形関数式(2)で表される。   When the target state variable vector is defined by the position and velocity in the north reference orthogonal coordinate system, TDOA and FDOA are nonlinear functions. The tracking target motion model is represented by a nonlinear function equation (1), and the observation model is represented by a nonlinear function equation (2).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

上式(1)および(2)において、xはサンプリング時刻tにおける目標の状態変数ベクトル、wは駆動雑音ベクトル(平均0、共分散行列Q)、Γは駆動雑音ベクトルに対する変換行列を表す。また、式(2)において、zはサンプリング時刻tにおける目標の観測値ベクトル、vは観測雑音ベクトル(平均0、共分散行列R)を表す。 In the above equations (1) and (2), x k is the target state variable vector at the sampling time t k , w k is the driving noise vector (mean 0, covariance matrix Q k ), and Γ 1 is the transformation to the driving noise vector Represents a matrix. In Equation (2), z k represents a target observed value vector at sampling time t k , and v k represents an observed noise vector (average 0, covariance matrix R k ).

このように、運動モデルと観測モデルが非線形関数となる場合、従来技術では、モデルの非線形性を考慮し、追尾フィルタとして拡張カルマンフィルタ(Extended Kalman Filter:以下、EKFと称す)を適用するのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。   As described above, when the motion model and the observation model are nonlinear functions, in the related art, an extended Kalman filter (hereinafter referred to as EKF) is generally applied as a tracking filter in consideration of the nonlinearity of the model. (For example, see Patent Document 1).

特開2006−201084号公報JP 2006-201084 A

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
EKFでは、非線形関数に対する部分的な線形一次近似によって、カルマンフィルタの理論を適用する。このため、問題の非線形性が強い場合には、線形一次近似による真値からの誤差が大きくなり、追尾フィルタによる推定値が真の期待値および誤差共分散から大きく外れる可能性がある。
However, the prior art has the following problems.
In EKF, Kalman filter theory is applied by a partial linear first-order approximation to a nonlinear function. For this reason, when the nonlinearity of the problem is strong, the error from the true value by the linear first-order approximation becomes large, and the estimated value by the tracking filter may greatly deviate from the true expected value and the error covariance.

このようなEKFにおける非線形関数の線形一次近似の問題を軽減するため、追尾フィルタとしてアンセンテッドカルマンフィルタ(Unscented Kalman Filter:以下、UKFと称す)を適用する。   In order to reduce such a linear first order approximation problem of the nonlinear function in EKF, an unscented Kalman filter (hereinafter referred to as UKF) is applied as a tracking filter.

UKFでは、アンセンテッド変換(Unscented Transformation:以下、UTと称す)により、非線形関数をテーラー展開の3次の項まで近似することができる。このため、EKFを適用する場合と比較して、非線形関数となるモデルにおける推定精度を、より高くすることが期待できる   In UKF, a nonlinear function can be approximated to a third-order term of Taylor expansion by unscented transformation (hereinafter referred to as UT). For this reason, compared with the case where EKF is applied, it can be expected that the estimation accuracy in the model that is a nonlinear function is higher.

UTでは、まず、2n+1個のシグマポイントを、下式(3)〜(5)に従って算出する。   In the UT, 2n + 1 sigma points are first calculated according to the following equations (3) to (5).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

上式(3)〜(5)において、x(^)k|kは、時刻tにおける追尾フィルタによる平滑値ベクトル、Pk|kは、平滑誤差共分散行列を表す(ここで、(^)という表記は、かっこの前の文字の上部に^が付されることを意味している)。特に、平滑誤差共分散行列Pk|kについては、下三角行列√(Pk|k)と上三角行列(√(Pk|k))に分解し、下式(6)のように表す。 In the above equations (3) to (5), x (^) k | k represents a smoothed value vector obtained by the tracking filter at time t k , and P k | k represents a smoothing error covariance matrix (where (^ ) Means that a ^ is attached to the top of the character before the parenthesis). In particular, the smooth error covariance matrix P k | k is decomposed into a lower triangular matrix √ (P k | k ) and an upper triangular matrix (√ (P k | k )) T , as shown in the following equation (6): To express.

Figure 2009300380
Figure 2009300380

また、上式(4)、(5)におけるλは、スケーリングパラメータであり、[√{(n+λ)Pk|k}]は、下三角行列√{(n+λ)Pk|k}の第i列を表す。 In the above equations (4) and (5), λ is a scaling parameter, and [√ {(n + λ) P k | k }] i is the value of the lower triangular matrix √ {(n + λ) P k | k }. Represents i columns.

UKFでは、UTによって上式(3)〜(5)で算出される2n+1個のシグマポイントが、モデルの非線形関数の非線形性を軽減する項となる。   In UKF, 2n + 1 sigma points calculated by the above equations (3) to (5) by the UT are terms that reduce the nonlinearity of the nonlinear function of the model.

しかし、上式(4)、(5)に示されるように、シグマポイントにはスケーリングパラメータλが含まれている。そして、適切なスケーリングパラメータの値の設定は、観測精度やサンプリングレートなどの観測条件によって異なる。従って、設定が不適切な場合には、推定値が発散する、あるいは、推定値の精度劣化を引き起こすなどの課題がある。   However, as shown in the above equations (4) and (5), the sigma point includes a scaling parameter λ. And the setting of the value of an appropriate scaling parameter changes with observation conditions, such as observation accuracy and a sampling rate. Therefore, when the setting is inappropriate, there is a problem that the estimated value diverges or the accuracy of the estimated value is deteriorated.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、アンセンテッドカルマンフィルタ(UKF)の推定精度を、観測条件によらずに安定化させることのできる目標追尾装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a target tracking device capable of stabilizing the estimation accuracy of an unscented Kalman filter (UKF) regardless of observation conditions. Objective.

本発明に係る目標追尾装置は、位置が未知である目標から送出される電波を位置が既知である複数の受信局で受信した受信信号に基づいて、目標の位置、速度の運動諸元を推定する追尾フィルタを備え、追尾フィルタにおける運動モデルと観測モデルが非線形関数で表される場合に、前記追尾フィルタとして非線形関数をアンセンテッド変換により近似するアンセンテッドカルマンフィルタを適用した目標追尾装置であって、追尾フィルタは、受信信号に基づいて算出された目標の測位結果を逐次読み込み、測位結果からアンセンテッドカルマンフィルタを適用して算出した予測値と測位結果とに基づいて、測位結果に対する予測値の適合度を逐次算出する予測値適合度評価部と、予測値適合度評価部で逐次算出された適合度に基づいて、アンセンテッドカルマンフィルタにおけるアンセンテッド変換のスケーリングパラメータを逐次更新するパラメータ設定部とを備えるものである。   The target tracking device according to the present invention estimates the motion parameters of the target position and speed based on the received signals received by a plurality of receiving stations whose positions are known by radio waves transmitted from the target whose position is unknown. A tracking device that applies an unscented Kalman filter that approximates the nonlinear function by unscented transformation as the tracking filter when the motion model and the observation model in the tracking filter are represented by a nonlinear function, The tracking filter sequentially reads the target positioning result calculated based on the received signal, and based on the predicted value calculated by applying the unscented Kalman filter from the positioning result and the positioning result, the fitness of the predicted value to the positioning result Based on the predicted value suitability evaluation unit that sequentially calculates and the suitability calculated sequentially by the predicted value suitability evaluation unit. In which and a parameter setting unit for sequentially updating a scaling parameter of unscented transformation in Sen Ted Kalman filter.

本発明に係る目標追尾装置によれば、運動モデルおよび観測モデルが非線形性関数となる場合において、測位結果と推定値に基づいて、観測毎にアンセンテッドカルマンフィルタ(UKF)のスケーリングパラメータを更新する構成を備えることにより、UKFの推定精度を、観測条件によらずに安定化させることのできる目標追尾装置を得ることができる。   According to the target tracking device of the present invention, in the case where the motion model and the observation model are nonlinear functions, the scaling parameter of the unscented Kalman filter (UKF) is updated for each observation based on the positioning result and the estimated value. With this, it is possible to obtain a target tracking device that can stabilize the estimation accuracy of UKF regardless of the observation conditions.

以下、本発明の目標追尾装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a target tracking device of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。この図1の目標追尾装置は、目標測位装置1、N個の追尾フィルタ2(1)〜2(N)、統合平滑処理部3、状態量更新部4、および表示部5を備えている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the target tracking device according to Embodiment 1 of the present invention. The target tracking device of FIG. 1 includes a target positioning device 1, N tracking filters 2 (1) to 2 (N), an integrated smoothing processing unit 3, a state quantity update unit 4, and a display unit 5.

ここで、m=1〜Nとすると、各追尾フィルタ2(m)は、予測値算出部21(m)、予測値適合度評価部22(m)、平滑値算出部23(m)、およびパラメータ設定部24(m)を備えている。   Here, if m = 1 to N, each tracking filter 2 (m) includes a predicted value calculation unit 21 (m), a predicted value suitability evaluation unit 22 (m), a smooth value calculation unit 23 (m), and A parameter setting unit 24 (m) is provided.

次に、各構成要素の機能について説明する。
目標測位装置1は、受信局によって受信された信号に基づいて、目標の位置、速度などの情報を測位結果として算出する。各追尾フィルタ2(m)は、目標測位装置1から、算出された測位結果および受信局の位置情報を入力し、目標の位置および速度を推定する。
Next, the function of each component will be described.
The target positioning device 1 calculates information such as the target position and speed as a positioning result based on the signal received by the receiving station. Each tracking filter 2 (m) receives the calculated positioning result and the position information of the receiving station from the target positioning device 1, and estimates the position and speed of the target.

追尾フィルタ2(m)において、予測値算出部21(m)は、目標測位装置1より目標の測位結果と受信局の位置情報を入力し、パラメータ設定部24(m)よりUKFのスケーリングパラメータの設定を入力する。そして、予測値算出部21(m)は、パラメータ設定部24(m)で設定されたスケーリングパラメータを持つUKFにより、目標の位置および速度の予測値を算出する。   In the tracking filter 2 (m), the predicted value calculation unit 21 (m) inputs the target positioning result and the position information of the receiving station from the target positioning device 1, and sets the scaling parameter of the UKF from the parameter setting unit 24 (m). Enter the settings. Then, the predicted value calculation unit 21 (m) calculates a predicted value of the target position and speed by UKF having the scaling parameter set by the parameter setting unit 24 (m).

予測値適合度評価部22(m)は、目標測位装置1より目標の測位結果を入力するとともに、予測値算出部21(m)より目標の位置および速度の予測値を入力する。そして、予測値適合度評価部22(m)は、予測値と観測値の差あるいは距離に基づいて、測位結果に対する予測値の適合度を算出し、適合度を統合平滑処理部3に対して出力する。   The predicted value suitability evaluation unit 22 (m) inputs the target positioning result from the target positioning device 1, and also inputs the target position and speed predicted values from the predicted value calculation unit 21 (m). Then, the predicted value suitability evaluation unit 22 (m) calculates the suitability of the predicted value with respect to the positioning result based on the difference or distance between the predicted value and the observed value, and the suitability is calculated with respect to the integrated smoothing processing unit 3. Output.

また、予測値適合度評価部22(m)は、適合度が所定値よりも低い場合には、スケーリングパラメータの設定を修正し、パラメータ設定部24(m)におけるスケーリングパラメータの設定を更新する。   The predicted value suitability evaluation unit 22 (m) modifies the setting of the scaling parameter and updates the setting of the scaling parameter in the parameter setting unit 24 (m) when the suitability is lower than the predetermined value.

平滑値算出部23(m)は、予測値算出部21(m)より目標の位置および速度の予測値を入力し、UKFの手順に従って目標位置の平滑値を算出する。   The smooth value calculation unit 23 (m) receives the predicted value of the target position and speed from the predicted value calculation unit 21 (m), and calculates the smooth value of the target position according to the procedure of UKF.

統合平滑処理部3は、N個の平滑値算出部23(1)〜23(N)より目標の位置および速度の平滑値を入力するとともに、N個の予測値適合度評価部22(1)〜22(N)より予測値の適合度を入力する。そして、統合平滑処理部3は、N個の平滑値をそれぞれに対応する適合度によって重み付けし、さらに平滑値の重み付け平均値を算出して統合平滑値とし、状態量更新部4および表示部5に対して出力する。   The integrated smoothing processing unit 3 inputs smooth values of the target position and speed from the N smoothing value calculating units 23 (1) to 23 (N), and the N predicted value matching degree evaluating units 22 (1). The degree of fit of the predicted value is input from ~ 22 (N). Then, the integrated smoothing processing unit 3 weights the N smooth values according to the matching degrees corresponding thereto, calculates a weighted average value of the smooth values to obtain an integrated smooth value, and updates the state quantity updating unit 4 and the display unit 5. Output for.

状態量更新部4は、統合平滑処理部3で算出されたN個の追尾フィルタ2(1)〜2(N)の統合平滑値を入力し、統合平滑値より距離差およびラジアル速度差の統合予測値を算出する。そして、状態量更新部4は、算出した統合予測値を目標測位装置1にフィードバックする。   The state quantity updating unit 4 inputs the integrated smooth values of the N tracking filters 2 (1) to 2 (N) calculated by the integrated smoothing processing unit 3, and integrates the distance difference and the radial speed difference from the integrated smooth value. Calculate the predicted value. Then, the state quantity update unit 4 feeds back the calculated integrated prediction value to the target positioning device 1.

表示部5は、統合平滑処理部3で算出されたN個の追尾フィルタ2(1)〜2(N)の統合平滑値を入力し、統合平滑値を現時刻における目標の位置および速度の推定値として表示する。   The display unit 5 inputs the integrated smooth values of the N tracking filters 2 (1) to 2 (N) calculated by the integrated smoothing processing unit 3, and estimates the target position and speed at the current time. Display as a value.

次に、TDOAおよびFDOAが得られ、目標と受信局の間の距離差およびラジアル速度差を観測値とする場合を例として、並列UKFによって目標を追尾するための各種定義事項について説明する。   Next, various definition items for tracking a target by parallel UKF will be described by taking, as an example, the case where TDOA and FDOA are obtained and the distance difference between the target and the receiving station and the radial velocity difference are observed values.

図2は、本発明の実施の形態1における受信局と信号源である目標との位置関係を示した図である。ここでは、目標の3次元運動を推定する場合を仮定する。   FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship between the receiving station and the signal source target in the first embodiment of the present invention. Here, it is assumed that the target three-dimensional motion is estimated.

図2において、s、sは、それぞれ受信局a、受信局bの位置ベクトルを表す。また、rは、受信局aから信号源までの距離、rは、受信局bから信号源までの距離をそれぞれ表す。uは、目標(信号源)の位置ベクトルを表す。 In FIG. 2, s a and s b represent position vectors of the receiving station a and the receiving station b, respectively. Further, r a is the distance from the receiving station a to the signal source, r b respectively represent the distance to the signal source from the reception station b. u represents a position vector of the target (signal source).

ここで、目標の運動モデルとして、下式(7)で表される等速直線運動を仮定する。   Here, a constant velocity linear motion represented by the following expression (7) is assumed as a target motion model.

Figure 2009300380
Figure 2009300380

上式(7)において、xは、位置および速度ベクトルで構成される目標の状態変数ベクトルを表す。また、上式(7)の各要素は、それぞれ下式(8)〜(13)で表される。 In the above equation (7), x k represents a target state variable vector composed of position and velocity vectors. Each element of the above formula (7) is represented by the following formulas (8) to (13).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

ここで、uは、信号源の位置ベクトルを表し、u(・)は、信号源の速度ベクトルを表す(ここで、(・)という表記は、かっこの前の文字の上部に・が付されることを意味している)。Φは、推移行列を表す。wは、駆動雑音ベクトル、Γ1、kは、駆動雑音ベクトルの変換行列である。 Here, u k represents the position vector of the signal source, and u k (•) represents the velocity vector of the signal source (where the notation (•) is a symbol at the top of the character preceding the parenthesis. Meaning it is attached). Φ k represents a transition matrix. w k is a driving noise vector, and Γ 1 and k are transformation matrices of the driving noise vector.

次に、観測モデルを定義する。
まず、TDOAが得られる場合における追尾方式(以下、TDOA追尾方式と称す)の観測モデルを示す。
Next, an observation model is defined.
First, an observation model of a tracking method (hereinafter referred to as a TDOA tracking method) when TDOA is obtained is shown.

TDOA方式における観測値ベクトルは、受信局間のTDOAより換算される受信局と信号源との距離r、rの差(距離差)である。この距離差を観測値として用いる場合の観測モデルを、下式(14)、(15)で定義する。 Observations vectors in TDOA scheme is the distance r a between the receiving station and the signal source are converted from the TDOA between the receiving stations, the difference between the r b (distance difference). An observation model when this distance difference is used as an observation value is defined by the following equations (14) and (15).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

上式(15)におけるrabは、距離差を表す。また、上式(14)におけるh(x)は、下式(16)で定義される。 In the above equation (15), r ab represents a distance difference. Further, h (x k ) in the above equation (14) is defined by the following equation (16).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

また、上式(14)における観測雑音ベクトルvについては、下式(17)のように距離差の成分として与える。 The observation noise vector v k in the above equation (14) is given as a distance difference component as in the following equation (17).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

次に、TDOAとFDOAが得られる場合における追尾方式(以下、TDOA/FDOA追尾方式と称す)の観測モデルを示す。   Next, an observation model of a tracking method (hereinafter referred to as a TDOA / FDOA tracking method) when TDOA and FDOA are obtained will be described.

TDOA/FDOA追尾方式における観測値ベクトルは、距離差とFDOAから換算される受信局と信号源との距離r、rの変化率の差(ラジアル速度差)であり、距離差とラジアル速度差を観測値として用いる場合の観測モデルを下式(18)〜(20)で定義する。 TDOA / FDOA observations vector in Track method is a distance difference and the distance r a between the receiving station and the signal source are converted from FDOA, the difference in the rate of change of r b (radial velocity difference), the distance difference and the radial velocity An observation model when the difference is used as an observation value is defined by the following equations (18) to (20).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

上式(18)における観測雑音ベクトルvについては、下式(21)のように距離差、ラジアル速度差の成分を持つベクトルとして与える。 The observation noise vector v k in the above equation (18) is given as a vector having components of distance difference and radial speed difference as in the following equation (21).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

次に、並列UKFの、各追尾フィルタ2(m)における追尾処理について説明する。
各追尾フィルタ2(m)において、まず、2n+1個のシグマポイントを、下式(22)〜(24)に従って算出する。
Next, the tracking process in each tracking filter 2 (m) of parallel UKF will be described.
In each tracking filter 2 (m), 2n + 1 sigma points are first calculated according to the following equations (22) to (24).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

上式(22)〜(24)において、x(^)m、k|kは、時刻tにおける追尾フィルタ2(m)による平滑値ベクトル、Pm、k|kは、追尾フィルタ2(m)による平滑誤差共分散行列を表す。特に、平滑誤差共分散行列Pm、k|kについては、下三角行列√(Pm、k|k)と上三角行列(√(Pm、k|k))に分解し、下式(25)のように表す。 In the above equations (22) to (24), x (^) m, k | k is a smoothed vector by the tracking filter 2 (m) at time t k , and P m, k | k is the tracking filter 2 (m ) Represents a smooth error covariance matrix. In particular, the smoothing error covariance matrix P m, k | k is decomposed into a lower triangular matrix √ (P m, k | k ) and an upper triangular matrix (√ (P m, k | k )) T , This is expressed as (25).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

また、上式(23)、(24)におけるλは、追尾フィルタ2(m)のパラメータ設定部24(m)により設定されるスケーリングパラメータであり、[√{(n+λ)Pm、k|k}]は、下三角行列√{(n+λ)Pm、k|k}の第i列を表す。 In the above equations (23) and (24), λ m is a scaling parameter set by the parameter setting unit 24 (m) of the tracking filter 2 (m), and [√ {(n + λ m ) P m, k | K }] i represents the i-th column of the lower triangular matrix √ {(n + λ m ) P m, k | k }.

次に、上式(22)〜(24)によって得たシグマポイントごとに、予測処理を下式(26)に従って行うとともに、予測値の統合処理を下式(27)、(28)に従って行う。   Next, for each sigma point obtained by the above equations (22) to (24), prediction processing is performed according to the following equation (26), and prediction value integration processing is performed according to the following equations (27) and (28).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

ここで、上式(27)、(28)におけるωm、iは、下式(29)、(30)に従って算出する。 Here, ω m, i in the above equations (27), (28) is calculated according to the following equations (29), (30).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

次に、上式(27)〜(30)の予測処理および予測値の統合処理を実施した後、rとrの距離差の予測値r(〜)m、ab、およびラジアル速度差の予測値r(・)(〜)m、abを、上式(27)で得た予測値ベクトルにより、下式(31)、(32)に従って算出する(ここで、(〜)という表記は、かっこの前の文字の上部に〜が付されることを意味し、(・)(〜)という表記は、かっこの前の文字の上部に・が付されたものにさらに〜が付されることを意味している)。 Then, after performing prediction processing and integration processing of the predicted value of the equation (27) ~ (30), r a and r b of the distance difference of the predicted value r (~) m, ab, and the radial velocity difference Predicted values r (·) (˜) m and ab are calculated according to the following equations (31) and (32) based on the predictive value vector obtained by the above equation (27). It means that ~ is added to the upper part of the character before the parenthesis, and the notation (·) (~) means that ~ is added to the character that is preceded by the character before the parenthesis. Meaning).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

次に、新たな観測値ベクトルが得られた場合の位置と速度の平滑値を得る、データ更新について説明する。まず、シグマポイント毎に得た予測値ベクトルx(〜)m、k+1|k、i、および統合後の予測値ベクトルx(〜)m、k+1|kより、下式(33)、(34)を計算する。 Next, data updating for obtaining a smooth value of position and velocity when a new observation value vector is obtained will be described. First, from the predicted value vectors x (˜) m, k + 1 | k, i obtained for each sigma point and the combined predicted value vectors x (˜) m, k + 1 | k , the following equations (33), (34) Calculate

Figure 2009300380
Figure 2009300380

次に、Pm、XZ、Pm、ZZおよび観測誤差共分散行列Rm、kによって残差共分散行列Sm、k|k-1、ゲイン行列Km、kをそれぞれ下式(35)、(36)に従って算出する。 Next, the residual covariance matrix S m, k | k−1 and the gain matrix K m, k are respectively expressed by the following equations (35) by P m, XZ , P m, ZZ and the observation error covariance matrix R m, k . , (36).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

次に、平滑値ベクトル、平滑誤差共分散行列を下式(37)、(38)に従って算出する。   Next, a smooth value vector and a smooth error covariance matrix are calculated according to the following equations (37) and (38).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

上述した式(22)〜(38)までに示した処理が、各追尾フィルタ2(m)において並列に行われるものとする。   It is assumed that the processing shown in the equations (22) to (38) described above is performed in parallel in each tracking filter 2 (m).

次に、本実施の形態1における目標追尾装置の一連の動作について説明する。
図3は、本発明の実施の形態1の目標追尾装置において、時刻tでの目標の位置および速度を推定する流れの一例を示すフローチャートである。図3において、ステップST2a(m)〜ステップST2e(m)(m=1〜N)は、図1における追尾フィルタ2(m)(m=1〜N)のそれぞれの動作を示す。以下、各ステップの動作について説明する。
Next, a series of operations of the target tracking device in the first embodiment will be described.
3, the target tracking device of the first embodiment of the present invention, is a flowchart showing an exemplary flow of estimating the position and velocity of the target at time t k. In FIG. 3, steps ST2a (m) to ST2e (m) (m = 1 to N) indicate the operations of the tracking filter 2 (m) (m = 1 to N) in FIG. Hereinafter, the operation of each step will be described.

ステップST1の動作
目標測位装置1は、複数の受信局による観測の結果、TDOAが得られている場合には、TDOAから距離差rabを算出する。また、目標測位装置1は、TDOAとFDOAが得られている場合には、TDOA/FDOAから距離差rabとラジアル速度差r(・)a、bを算出する。
Operation target positioning device 1 in step ST1, the result of observation by a plurality of receiving stations, if the TDOA is obtained, calculates the distance difference r ab from TDOA. The target positioning device 1, when the TDOA and FDOA is obtained, calculates the distance difference r ab and the radial speed difference r (·) a, and b from TDOA / FDOA.

そして、目標測位装置1は、距離差およびラジアル速度差に対して、相関ゲートによりマルチパス排除を行った結果を、目標の測位結果として追尾フィルタ2(m)に対して出力する。また、受信局の位置情報s、sを追尾フィルタ2(m)に対して出力する。 Then, the target positioning device 1 outputs the result of multipath exclusion for the distance difference and the radial speed difference by the correlation gate to the tracking filter 2 (m) as the target positioning result. Further, the position information s a and s b of the receiving station is output to the tracking filter 2 (m).

ステップST2a(m)(m=1〜N)の動作
追尾フィルタ2(m)において、予測値算出部21(m)は、目標測位装置1により算出された距離差rabとラジアル速度差r(・)a、bおよび受信局の位置情報を入力する。
Operation of Step ST2a (m) (m = 1 to N) In the tracking filter 2 (m), the predicted value calculation unit 21 (m) calculates the distance difference rab calculated by the target positioning device 1 and the radial speed difference r ( -) Enter a, b and the location information of the receiving station.

ステップST2b(m)(m=1〜N)の動作
追尾フィルタ2(m)において、予測値算出部21(m)は、目標測位装置1より目標の測位結果(距離差rabとラジアル速度差r(・)a、b)と受信局の位置情報(s、s)を入力する。さらに、予測値算出部21(m)は、パラメータ設定部24(m)よりUKFのスケーリングパラメータの設定λを入力する。
Operation of Step ST2b (m) (m = 1 to N) In the tracking filter 2 (m), the predicted value calculation unit 21 (m) receives a target positioning result (distance difference rab and radial speed difference) from the target positioning device 1. r (·) a, b ) and position information (s a , s b ) of the receiving station are input. Further, the predicted value calculation unit 21 (m) receives the setting λ m of the UKF scaling parameter from the parameter setting unit 24 (m).

そして、予測値算出部21(m)は、パラメータ設定部24(m)で設定されたスケーリングパラメータを持つUKFにより、目標の位置と速度の予測値x(〜)m、k+1|kおよび予測誤差共分散行列Pm、k+1|kを算出する。さらに、予測値算出部21(m)は、算出結果を平滑値算出部23(m)に対して出力する。 Then, the predicted value calculation unit 21 (m) uses the UKF having the scaling parameters set by the parameter setting unit 24 (m) to predict the target position and speed predicted values x (˜) m, k + 1 | k and the prediction error. A covariance matrix P m, k + 1 | k is calculated. Further, the predicted value calculation unit 21 (m) outputs the calculation result to the smooth value calculation unit 23 (m).

追尾フィルタの運動モデルとしては、上式(7)〜(13)で定義される運動モデルを使用する。また、観測モデルとしては、TDOAが得られる場合には、上式(14)〜(17)、TDOA/FDOAが得られる場合には、上式(18)〜(21)を使用する。   As the motion model of the tracking filter, the motion model defined by the above equations (7) to (13) is used. As the observation model, when TDOA is obtained, the above equations (14) to (17) are used, and when TDOA / FDOA is obtained, the above equations (18) to (21) are used.

目標の位置および速度の予測値を算出する手順は、上式(22)〜(30)による。
目標の位置および速度の予測値より、距離差の予測値r(〜)m、ab、およびラジアル速度差の予測値r(・)(〜)m、abを算出する。そして、予測値適合度評価部22(m)に対して出力する。
The procedure for calculating the predicted value of the target position and speed is based on the above equations (22) to (30).
From the target position and the predicted value of the speed, the predicted value r (˜) m, ab of the distance difference and the predicted value r (·) (˜) m, ab of the radial speed difference are calculated. And it outputs with respect to the predicted value adaptation evaluation part 22 (m).

目標の位置および速度の予測値から距離差の予測値およびラジアル速度差の予測値を算出する手順は、上式(31)、(32)による。   The procedure for calculating the predicted value of the distance difference and the predicted value of the radial speed difference from the predicted values of the target position and speed is based on the above equations (31) and (32).

ステップST2c(m)(m=1〜N)の動作
予測値適合度評価部22(m)は、予測値算出部21(m)によって算出された距離差の予測値r(〜)m、abおよびラジアル速度差の予測値r(・)(〜)m、abの適合度を評価する。さらに、予測値適合度評価部22(m)は、評価した適合度に応じてパラメータ設定部24(m)におけるスケーリングパラメータλの設定を変更する。
Operation in Step ST2c (m) (m = 1 to N) The predicted value suitability evaluation unit 22 (m) calculates the predicted value r (˜) m, ab of the distance difference calculated by the predicted value calculation unit 21 (m). And the predicted value r (·) (˜) of m, ab is evaluated for the radial speed difference. Further, the predicted value suitability evaluation unit 22 (m) changes the setting of the scaling parameter λ m in the parameter setting unit 24 (m) according to the evaluated suitability.

図4は、本発明の実施の形態1の予測値適合度評価部22(m)における適合度を評価の過程およびスケーリングパラメータλの設定を変更する過程の説明図である。予測値適合度評価部22(m)は、目標測位装置1より距離差rabとラジアル速度差r(・)a、bを入力する。さらに、予測値適合度評価部22(m)は、予測値算出部21(m)より距離差の予測値r(〜)m、abおよびラジアル速度差の予測値r(・)(〜)m、abを入力する。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the process of evaluating the fitness and the process of changing the setting of the scaling parameter λ m in the predicted value fitness evaluation unit 22 (m) according to the first embodiment of the present invention. The predicted value suitability evaluation unit 22 (m) inputs the distance difference r ab and the radial speed difference r (·) a, b from the target positioning device 1. Further, the predicted value suitability evaluation unit 22 (m) receives the predicted values r (˜) m and ab of the distance difference and the predicted value r (·) (˜) m of the radial speed difference from the predicted value calculator 21 (m). , Ab .

そして、予測値適合度評価部22(m)は、予測値と観測値の差あるいは距離に基づいて、予測値の測位結果に対する適合度を算出する。そして、予測値適合度評価部22(m)は、算出した適合度を統合平滑処理部3に対して出力する。   Then, the predicted value suitability evaluation unit 22 (m) calculates the suitability of the predicted value with respect to the positioning result based on the difference or distance between the predicted value and the observed value. Then, the predicted value suitability evaluation unit 22 (m) outputs the calculated suitability to the integrated smoothing processing unit 3.

予測値の適合度の算出方法としては、例えば、次のものが考えられる。予測値適合度評価部22(m)は、各追尾フィルタ2(m)のパラメータ設定部24(m)において設定されているスケーリングパラメータλに基づいて、追尾フィルタ2(m)の予測値を中心とするN個の確率密度関数式である下式(39)に、目標測位装置による測位結果を代入し、尤度として算出することができる。 For example, the following may be considered as a method for calculating the fitness of the predicted value. The predicted value suitability evaluation unit 22 (m) calculates the predicted value of the tracking filter 2 (m) based on the scaling parameter λ m set in the parameter setting unit 24 (m) of each tracking filter 2 (m). It is possible to calculate the likelihood by substituting the positioning result by the target positioning device into the following equation (39) which is N probability density function equations as the center.

Figure 2009300380
Figure 2009300380

ステップST2d(m)(m=1〜N)の動作
予測値適合度評価部22(m)は、上式(39)あるいはその他の計算式によって算出される予測値適合度を評価するための閾値Thplを有している。そして、予測値適合度評価部22(m)は、上式(39)による計算結果がThpl以上の場合には、スケーリングパラメータの設定を存続させる。
Operation in Step ST2d (m) (m = 1 to N) The predicted value suitability evaluation unit 22 (m) is a threshold for evaluating the predicted value suitability calculated by the above formula (39) or other formulas. Has Th pl . Then, the predicted value suitability evaluation unit 22 (m) continues the setting of the scaling parameter when the calculation result by the above equation (39) is equal to or greater than Th pl .

一方、予測値適合度評価部22(m)は、上式(39)による計算結果がThpl未満の場合には、スケーリングパラメータの設定を修正し、修正の結果をパラメータ設定部24(m)に対して出力する。この結果、パラメータ設定部24(m)におけるスケーリングパラメータの設定が更新される。ここで、閾値Thplは、あらかじめ設定するパラメータである。 On the other hand, when the calculation result by the above equation (39) is less than Th pl , the predicted value suitability evaluation unit 22 (m) corrects the setting of the scaling parameter, and the correction result is displayed in the parameter setting unit 24 (m). Output for. As a result, the setting of the scaling parameter in the parameter setting unit 24 (m) is updated. Here, the threshold value Th pl is a parameter set in advance.

スケーリングパラメータλの修正方法は、例えば、下式(40)による。下式(40)の右辺第2項のΔλは、スケーリングパラメータの修正量であり、例えば、下式(41)を用いる。下式(41)の右辺におけるεは、あらかじめ設定するパラメータである。 A method for correcting the scaling parameter λ m is, for example, according to the following equation (40). Δλ of the second term on the right side of the following equation (40) is a correction amount of the scaling parameter, and for example, the following equation (41) is used. Ε on the right side of the following equation (41) is a parameter set in advance.

Figure 2009300380
Figure 2009300380

ステップST2e(m)(m=1〜N)の動作
平滑値算出部23(m)は、予測値算出部21(m)より目標の位置と速度の予測値x(〜)m、k+1|kおよび予測誤差共分散行列Pm、k+1|kを入力し、UKFの手順に従って目標位置の平滑値x(^)m、k|kおよび平滑誤差共分散行列Pm、k|kを算出する。平滑値および平滑誤差共分散行列の算出手順は、上式(33)〜(38)による。
Operation in Step ST2e (m) (m = 1 to N) The smoothing value calculation unit 23 (m) uses the predicted value calculation unit 21 (m) to predict the target position and speed predicted values x (˜) m, k + 1 | k Then, the prediction error covariance matrix P m, k + 1 | k is input, and smooth values x (x) m, k | k and smooth error covariance matrices P m, k | k of the target position are calculated according to the procedure of UKF. The calculation procedure of the smooth value and the smooth error covariance matrix is based on the above equations (33) to (38).

本実施の形態1における目標追尾装置では、各追尾フィルタ2(m)において、上述したステップST2a(m)からステップST2e(m)(m=1〜N)までが並列に動作しているものとする。   In the target tracking device according to the first embodiment, in each tracking filter 2 (m), the above-described steps ST2a (m) to ST2e (m) (m = 1 to N) operate in parallel. To do.

ステップST3の動作
統合平滑処理部3は、平滑値算出部23(m)(m=1〜N)より目標の位置と速度の平滑値x(^)m、k|kを入力し、予測値適合度評価部22(m)より予測値の適合度P(λm|rab、r(・)ab)を入力する。そして、統合平滑処理部3は、N個の平滑値をそれぞれに対応する適合度によって重み付けし、平滑値の重み付け平均値x(^)k|kを算出する。さらに、統合平滑処理部3は、重み付け平均値を統合平滑値として、状態量更新部4および表示部5に対して出力する。
Operation in Step ST3 The integrated smoothing processing unit 3 inputs the smoothed values x (^) m, k | k of the target position and speed from the smoothing value calculating unit 23 (m) (m = 1 to N), and the predicted value fit P m of the predicted values from the fitness evaluation section 22 (m) | inputting the (λm r ab, r (· ) ab). Then, the integrated smoothing processing unit 3 weights the N smooth values according to the matching degrees corresponding thereto, and calculates a weighted average value x (^) k | k of the smooth values. Further, the integrated smoothing processing unit 3 outputs the weighted average value as an integrated smoothing value to the state quantity updating unit 4 and the display unit 5.

重み付け平均値の算出方法としては、適合度の算出方法が上式(39)である場合には、例えば、下式(42)による。   As a calculation method of the weighted average value, when the calculation method of the fitness is the above equation (39), for example, the following equation (42) is used.

Figure 2009300380
Figure 2009300380

ステップST4の動作
状態量更新部4は、統合平滑処理部3より追尾フィルタ2(m)(m=1〜N)の統合平滑値x(^)k|kを入力する。そして、状態量更新部4は、統合平滑値より距離差の統合予測値r(〜)ab、およびラジアル速度差の統合予測値r(・)(〜)abを算出し、これらの統合予測値を、目標測位装置1にフィードバックする。統合予測値の算出方法としては、下式(43)、(44)による。
Operation of Step ST4 The state quantity update unit 4 inputs the integrated smooth value x (^) k | k of the tracking filter 2 (m) (m = 1 to N) from the integrated smoothing processing unit 3. Then, the state quantity update unit 4 calculates the integrated prediction value r (˜) ab for the distance difference and the integrated prediction value r (·) (˜) ab for the radial speed difference from the integrated smooth value, and these integrated prediction values. Is fed back to the target positioning device 1. The calculation method of the integrated prediction value is based on the following equations (43) and (44).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

ステップST5の動作
表示部5は、統合平滑処理部3より追尾フィルタ2(m)(m=1〜N)の統合平滑値x(^)k|kを入力し、統合平滑値を現時刻における目標の位置および速度の推定値として表示する。
Operation of Step ST5 The display unit 5 inputs the integrated smoothing value x (^) k | k of the tracking filter 2 (m) (m = 1 to N) from the integrated smoothing processing unit 3, and outputs the integrated smoothing value at the current time. Display as an estimate of target position and speed.

以上のように、実施の形態1によれば、運動モデルおよび観測モデルが非線形性関数となる場合において、異なるスケーリングパラメータの設定を持つ複数のUKFを用いて、それぞれのUKFによる目標の位置および速度の予測値の適合度に基づいて、観測毎にそれぞれのUKFのスケーリングパラメータを更新している。このような構成により、観測条件によって適切なスケーリングパラメータの設定が異なるUKFを用いた追尾フィルタによる目標の位置と速度の推定精度を、観測条件によらずに安定させることができる。   As described above, according to the first embodiment, when the motion model and the observation model are nonlinear functions, a plurality of UKFs having different scaling parameter settings are used, and the target position and velocity by each UKF are used. Each UKF scaling parameter is updated for each observation based on the degree of fit of the predicted values. With such a configuration, it is possible to stabilize the estimation accuracy of the target position and velocity by the tracking filter using the UKF in which the setting of the appropriate scaling parameter differs depending on the observation condition regardless of the observation condition.

実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2における目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態2における目標追尾装置は、先の実施の形態1におけるN個の追尾フィルタ2(m)(m=1〜N)を1個とし、統合平滑処理部3を省いた場合に相当する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the target tracking device according to Embodiment 2 of the present invention. The target tracking device according to the second embodiment corresponds to a case where the N tracking filters 2 (m) (m = 1 to N) in the first embodiment are one and the integrated smoothing processing unit 3 is omitted. To do.

追尾フィルタ2における予測値算出部21とパラメータ設定部24の機能は、それぞれ先の実施の形態1における予測値算出部21(m)、パラメータ設定部24(m)と同一である。   The functions of the prediction value calculation unit 21 and the parameter setting unit 24 in the tracking filter 2 are the same as those of the prediction value calculation unit 21 (m) and the parameter setting unit 24 (m) in the first embodiment, respectively.

予測値適合度評価部22は、目標測位装置1より目標の測位結果を入力し、予測値算出部21より目標の位置および速度の予測値を入力する。そして、予測値適合度評価部22は、予測値の測位結果に対する残差を計算し、残差に基づいてパラメータ設定部24(m)におけるスケーリングパラメータの設定を更新する。   The predicted value suitability evaluation unit 22 inputs a target positioning result from the target positioning device 1 and inputs a predicted value of the target position and speed from the predicted value calculation unit 21. Then, the predicted value suitability evaluation unit 22 calculates a residual for the positioning result of the predicted value, and updates the setting of the scaling parameter in the parameter setting unit 24 (m) based on the residual.

平滑値算出部23は、予測値算出部21より目標の位置および速度の予測値を入力し、UKFの手順に従って目標位置の平滑値を算出する。そして、平滑値算出部23は、平滑値を状態量更新部4および表示部5に対して出力する。   The smooth value calculation unit 23 receives the predicted value of the target position and speed from the predicted value calculation unit 21, and calculates the smooth value of the target position according to the procedure of UKF. Then, the smooth value calculation unit 23 outputs the smooth value to the state quantity update unit 4 and the display unit 5.

また、状態量更新部4は、平滑値を目標測位装置1にフィードバックする。表示部5は、追尾フィルタ2の平滑値算出部23より追尾フィルタの平滑値を入力し、平滑値を現時刻における目標の位置および速度の推定値として表示する。   Further, the state quantity update unit 4 feeds back the smooth value to the target positioning device 1. The display unit 5 receives the smoothing value of the tracking filter from the smoothing value calculation unit 23 of the tracking filter 2 and displays the smoothed value as an estimated value of the target position and speed at the current time.

次に、本実施の形態2における目標追尾装置の動作について説明する。図6は、本発明の実施の形態2の目標追尾装置において、時刻tでの目標の位置および速度を推定する流れの一例を示すフローチャートである。以下、各ステップの動作について説明する。 Next, the operation of the target tracking device in the second embodiment will be described. 6, the target tracking device according to the second embodiment of the present invention, is a flowchart showing an exemplary flow of estimating the position and velocity of the target at time t k. Hereinafter, the operation of each step will be described.

ステップST1〜ステップST2bの動作
この図6におけるステップST1〜ステップST2bの動作は、それぞれ、先の実施の形態1におけるステップST1〜ステップST2b(m)と共通である。予測処理に用いる数式としては、上式(22)〜(32)において、m=1のみとした場合に相当する。
Operation of Step ST1 to Step ST2b The operation of Step ST1 to Step ST2b in FIG. 6 is the same as Step ST1 to Step ST2b (m) in the first embodiment, respectively. The mathematical formula used for the prediction process corresponds to the case where only m = 1 in the above formulas (22) to (32).

ステップST2cの動作
予測値適合度評価部22は、目標測位装置1より距離差rabとラジアル速度差r(・)a、bを入力し、予測値算出部21より距離差の予測値r(〜)m、abおよびラジアル速度差の予測値r(・)(〜)m、abを入力する。そして、予測値適合度評価部22は、予測値と測位結果との残差を計算する。
Operation of Step ST2c The predicted value suitability evaluation unit 22 inputs the distance difference rab and the radial speed difference r (•) a, b from the target positioning device 1, and the predicted value r () of the distance difference from the predicted value calculation unit 21. ~) M, ab and the predicted value of radial velocity difference r (·) (~) Input m, ab . Then, the predicted value suitability evaluation unit 22 calculates a residual between the predicted value and the positioning result.

ステップST2dの動作
予測値適合度評価部22は、ステップST2cにおいて計算した残差に基づいて、パラメータ設定部24におけるスケーリングパラメータの設定を更新する。スケーリングパラメータの修正方法としては、例えば、下式(45)による。下式(45)の右辺第2項のΔλは、スケーリングパラメータの修正量であり、例えば、下式(46)を用いる。下式(46)の右辺におけるεは、あらかじめ設定するパラメータである。
Operation in Step ST2d The predicted value suitability evaluation unit 22 updates the setting of the scaling parameter in the parameter setting unit 24 based on the residual calculated in step ST2c. As a method for correcting the scaling parameter, for example, the following equation (45) is used. Δλ 2 in the second term on the right side of the following equation (45) is a correction amount of the scaling parameter, and for example, the following equation (46) is used. Ε 2 on the right side of the following equation (46) is a parameter set in advance.

Figure 2009300380
Figure 2009300380

ステップST2eの動作
平滑値算出部23は、予測値算出部21より目標の位置と速度の予測値x(〜)k+1|kおよび予測誤差共分散行列Pk+1|kを入力する。そして、平滑値算出部23は、UKFの手順に従って、目標位置の平滑値x(^)k|kおよび平滑誤差共分散行列Pk|kを算出し、状態量更新部4および表示部5に対して出力する。平滑値および平滑誤差共分散行列の算出には、上式(33)〜(38)において、m=1のみとした場合のものを用いる。
Operation in Step ST2e The smooth value calculation unit 23 receives the target position and speed prediction values x (˜) k + 1 | k and the prediction error covariance matrix P k + 1 | k from the prediction value calculation unit 21. Then, the smooth value calculation unit 23 calculates the smooth value x (^) k | k and the smooth error covariance matrix P k | k of the target position according to the procedure of UKF, and the state quantity update unit 4 and the display unit 5 Output. For the calculation of the smoothing value and the smoothing error covariance matrix, those in the above equations (33) to (38) where only m = 1 is used.

ステップST4の動作
状態量更新部4は、平滑値算出部23より追尾フィルタ2の平滑値x(^)k|kを入力し、平滑値より距離差の予測値r(〜)ab、およびラジアル速度差の予測値r(・)(〜)abを算出する。そして、状態量更新部4は、これらの予測値を目標測位装置1にフィードバックする。距離差およびラジアル速度差の予測値の算出方法は、上式(43)、(44)による。
Operation of Step ST4 The state quantity updating unit 4 inputs the smoothed value x (^) k | k of the tracking filter 2 from the smoothed value calculating unit 23, and predicts the distance difference predicted value r (˜) ab from the smoothed value, and the radial The predicted value r (•) (˜) ab of the speed difference is calculated. Then, the state quantity update unit 4 feeds back these predicted values to the target positioning device 1. The calculation method of the predicted value of the distance difference and the radial speed difference is based on the above equations (43) and (44).

以上のように、実施の形態2によれば、追尾フィルタには単一のUKFを用いつつ、観測毎にUKFのスケーリングパラメータを更新することにより、観測条件によらずに安定した推定精度を得ることができる。さらに、先の実施の形態1に比べ、目標追尾装置の構成を簡略化し、追尾処理の負荷を低減できる。   As described above, according to the second embodiment, a single UKF is used for the tracking filter, and the UKF scaling parameter is updated for each observation, thereby obtaining a stable estimation accuracy regardless of the observation conditions. be able to. Furthermore, compared with the first embodiment, the configuration of the target tracking device can be simplified and the load of tracking processing can be reduced.

なお、本実施の形態2おけるスケーリングパラメータの修正方法の例としては、予測値の残差に基づく方法を示した。しかしながら、スケーリングパラメータの修正方法は、他のものであってもよい。   As an example of the scaling parameter correction method in the second embodiment, a method based on the residual of the predicted value is shown. However, other scaling parameter correction methods may be used.

実施の形態3.
図7は、本発明の実施の形態3における目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態3における目標追尾装置は、先の実施の形態1の目標追尾装置に対して、追尾フィルタ制御部6をさらに備えている。そして、目標測位装置1から、追尾フィルタ制御部6を介して各追尾フィルタ2(m)(m=1〜N)の予測値算出部21(m)に接続されている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of the target tracking device according to Embodiment 3 of the present invention. The target tracking device according to the third embodiment further includes a tracking filter control unit 6 as compared with the target tracking device according to the first embodiment. The target positioning device 1 is connected to the predicted value calculation unit 21 (m) of each tracking filter 2 (m) (m = 1 to N) via the tracking filter control unit 6.

本実施の形態3における目標測位装置1、予測値算出部21(m)、平滑値算出部23(m)、パラメータ設定部24(m)、状態量更新部4の機能は、それぞれ、先の実施の形態1における目標追尾装置のものと同一である。   The functions of the target positioning device 1, the predicted value calculation unit 21 (m), the smooth value calculation unit 23 (m), the parameter setting unit 24 (m), and the state quantity update unit 4 in the third embodiment are This is the same as that of the target tracking device in the first embodiment.

また、統合平滑処理部3の機能は、追尾フィルタ制御部6によって動作する追尾フィルタが1つに限定されるまでは、先の実施の形態1における目標追尾装置のものと同一である。追尾フィルタ制御部6によって動作する追尾フィルタが1つに限定された後における、統合平滑処理部3の機能については、後述する。   The function of the integrated smoothing processing unit 3 is the same as that of the target tracking device in the first embodiment until the tracking filter operated by the tracking filter control unit 6 is limited to one. The function of the integrated smoothing processing unit 3 after the number of tracking filters operated by the tracking filter control unit 6 is limited to one will be described later.

本実施の形態3における予測値適合度評価部22(m)は、先の実施の形態1における予測値適合度評価部22(m)の機能を有するのに加え、算出した予測値の適合度を追尾フィルタ制御部6に入力する機能を有している。   In addition to having the function of the predicted value suitability evaluation unit 22 (m) in the first embodiment, the predicted value suitability evaluation unit 22 (m) in the third embodiment has the function of the calculated predicted value. Is input to the tracking filter control unit 6.

追尾フィルタ制御部6は、目標測位装置1から目標の測位結果と受信機の位置情報を入力し、追尾処理を開始してからあらかじめ設定した時間が経過するまでは、全ての追尾フィルタ#m(m=1〜N)に、測位結果と受信機の位置情報を入力する。   The tracking filter control unit 6 inputs the target positioning result and the position information of the receiver from the target positioning device 1 and starts tracking processing until a preset time elapses until all tracking filters #m ( In m = 1 to N), the positioning result and the position information of the receiver are input.

また、追尾フィルタ制御部6は、各追尾フィルタ2(m)の予測値適合度評価部22(m)より、追尾フィルタ2(m)による予測値の測位結果に対する適合度を入力する。そして、追尾フィルタ制御部6は、追尾処理を開始してからあらかじめ設定した時間が経過した時点で、最も予測値の適合度が高い追尾フィルタ1つのみを選択し、残る(N−1)個の追尾フィルタの動作を停止させる。   Further, the tracking filter control unit 6 inputs the fitness for the positioning result of the predicted value by the tracking filter 2 (m) from the predicted value fitness evaluation unit 22 (m) of each tracking filter 2 (m). Then, the tracking filter control unit 6 selects only one tracking filter with the highest predicted value fitness at the time when a preset time has elapsed since the tracking process was started, and the remaining (N−1) filters. The tracking filter operation is stopped.

動作する追尾フィルタが1つに限定された後では、統合平滑処理部3は、動作している追尾フィルタによる平滑値をそのまま統合平滑値とし、状態量更新部4および表示部5に対して出力する。   After the number of operating tracking filters is limited to one, the integrated smoothing processing unit 3 uses the smoothed value of the operating tracking filter as an integrated smoothing value as it is and outputs it to the state quantity updating unit 4 and the display unit 5. To do.

次に、本実施の形態3における目標追尾装置の動作について説明する。図8は、本発明の実施の形態3の目標追尾装置において、時刻tでの目標の位置および速度を推定する流れの一例を示すフローチャートである。以下、各ステップの動作について説明する。 Next, the operation of the target tracking device in the third embodiment will be described. 8, in the target tracking device of the third embodiment of the present invention, is a flowchart showing an exemplary flow of estimating the position and velocity of the target at time t k. Hereinafter, the operation of each step will be described.

ステップST1、ステップST2a(m)〜ステップST2e(m)、ステップST4、ステップST5の動作
これらの動作は、先の実施の形態1における図3のものと同一である。
Operations in Step ST1, Step ST2a (m) to Step ST2e (m), Step ST4, and Step ST5 These operations are the same as those in FIG. 3 in the first embodiment.

ステップST6の動作
追尾フィルタ制御部6は、追尾処理を開始してからの時間を計測し、所定の時間tchangeが経過した後、出力先として、かかる時点で最も予測値の適合度が高い追尾フィルタ1つのみを選択し、残るN−1個の追尾フィルタの動作を停止させる。時間tchangeは、あらかじめ追尾フィルタ制御部6に設定するパラメータである。
Operation of Step ST6 The tracking filter control unit 6 measures the time from the start of the tracking process, and after the predetermined time t change has elapsed, as the output destination, the tracking with the highest degree of fitness of the predicted value at that time Only one filter is selected and the remaining N-1 tracking filters are stopped. The time t change is a parameter set in advance in the tracking filter control unit 6.

ステップST3の動作
統合平滑処理部3の動作は、追尾フィルタ制御部6によって動作する追尾フィルタが1つに限定されるまでは、先の実施の形態1における目標追尾装置のものと同一である。一方、追尾フィルタ制御部6によって動作する追尾フィルタが1つに限定された後では、動作している追尾フィルタによる平滑値をそのまま統合平滑値とする。
Operation of Step ST3 The operation of the integrated smoothing processing unit 3 is the same as that of the target tracking device in the first embodiment until the number of tracking filters operated by the tracking filter control unit 6 is limited to one. On the other hand, after the number of tracking filters operated by the tracking filter control unit 6 is limited to one, the smooth value by the operating tracking filter is directly used as the integrated smooth value.

以上のように、実施の形態3によれば、追尾精度が安定しない追尾開始直後の時間帯に並列UKFによる追尾を行う過程でUKFのスケーリングパラメータとして最適な値を算出する。そして、一定時間経過後は、最適なスケーリングパラメータを持ったUKFによる追尾フィルタのみを動作させる。これにより、観測条件によらずに安定した推定精度を得ることができると同時に、追尾開始直後の時間帯より後の追尾処理にかかわる負荷を低減することができる。   As described above, according to the third embodiment, an optimal value is calculated as a UKF scaling parameter in the process of performing tracking by parallel UKF in the time zone immediately after the start of tracking where the tracking accuracy is not stable. Then, after a predetermined time has elapsed, only the tracking filter based on UKF having the optimum scaling parameter is operated. As a result, stable estimation accuracy can be obtained regardless of the observation conditions, and at the same time, the load related to the tracking process after the time zone immediately after the start of tracking can be reduced.

実施の形態4.
図9は、本発明の実施の形態4における目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態4における目標追尾装置は、先の実施の形態1の目標測位装置に対して、遅延観測値処理部7をさらに備えている。そして、目標測位装置1から、遅延観測値処理部7を介して各追尾フィルタ2(m)(m=1〜N)の予測値算出部21(m)に接続されている。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the target tracking device according to Embodiment 4 of the present invention. The target tracking device according to the fourth embodiment further includes a delay observation value processing unit 7 as compared with the target positioning device according to the first embodiment. Then, the target positioning device 1 is connected to the predicted value calculation unit 21 (m) of each tracking filter 2 (m) (m = 1 to N) via the delay observation value processing unit 7.

本実施の形態4における目標測位装置1は、実施の形態1における目標測位装置と同様に目標を測位し、測位結果を遅延観測値処理部7に対して出力する。遅延観測値処理部7は、目標測位装置1より目標に対する測位結果を入力し、状態量更新部4より統合平滑処理後の統合予測値を入力し、測位結果の時刻と最新の統合予測値の時刻とを比較する。   The target positioning device 1 according to the fourth embodiment measures the target in the same manner as the target positioning device according to the first embodiment, and outputs the positioning result to the delayed observation value processing unit 7. The delayed observation value processing unit 7 inputs a positioning result for the target from the target positioning device 1, inputs an integrated prediction value after integrated smoothing processing from the state quantity update unit 4, and calculates the time of the positioning result and the latest integrated prediction value. Compare the time.

測位結果に付与されている時刻が最新の統合予測値に付与されている時刻よりも新しい場合(すなわち、測位結果が追尾フィルタに対して遅延なく入力された場合)には、遅延観測値処理部7は、測位結果をそのまま各追尾フィルタ2(m)の予測値算出部21(m)と予測値適合度評価部22(m)に対して出力する。   When the time given to the positioning result is newer than the time given to the latest integrated prediction value (that is, when the positioning result is input to the tracking filter without delay), the delayed observation value processing unit 7 outputs the positioning result as it is to the predicted value calculation unit 21 (m) and the predicted value suitability evaluation unit 22 (m) of each tracking filter 2 (m).

一方、測位結果に付与されている時刻が最新の統合予測値に付与されている時刻よりも古い場合には、遅延観測値処理部7は、最新の統合予測値に基づいて、受信機毎の目標に対するラジアル速度とラジアル加速度を推定する。   On the other hand, when the time given to the positioning result is older than the time given to the latest integrated prediction value, the delay observation value processing unit 7 performs the process for each receiver based on the latest integrated prediction value. Estimate radial velocity and acceleration relative to the target.

遅延観測値処理部7は、ラジアル速度、ラジアル加速度、および最新の統合予測値に付与されている時刻と測位結果に付与されている時刻との時間差により、観測値であるTDOAおよびFDOAを外挿する。   The delayed observation value processing unit 7 extrapolates the observed values TDOA and FDOA according to the radial velocity, the radial acceleration, and the time difference between the time given to the latest integrated prediction value and the time given to the positioning result. To do.

遅延観測値処理部7は、外挿により得られたTDOAより距離差を算出し、TDOA/FDOAよりラジアル速度差を算出する。そして、遅延観測値処理部7は、予測値算出部21(m)および予測値適合度評価部22(m)に対して算出結果を出力する。   The delay observation value processing unit 7 calculates a distance difference from TDOA obtained by extrapolation, and calculates a radial speed difference from TDOA / FDOA. Then, the delayed observation value processing unit 7 outputs the calculation result to the predicted value calculation unit 21 (m) and the predicted value suitability evaluation unit 22 (m).

本実施の形態4における追尾フィルタ2(m)および追尾フィルタ2(m)の各部、表示部5の機能は、先の実施の形態1と同様である。   The functions of the tracking filter 2 (m), each part of the tracking filter 2 (m), and the display unit 5 in the fourth embodiment are the same as those in the first embodiment.

統合平滑処理部3は、先の実施の形態1と同様の機能を持つのに加え、各追尾フィルタ2(m)の予測値の適合度、各追尾フィルタ2(m)のパラメータ設定部24(m)におけるスケーリングパラメータの値を状態量更新部4に対して出力する。   The integrated smoothing processing unit 3 has the same functions as those of the first embodiment, in addition, the matching value of the predicted value of each tracking filter 2 (m), and the parameter setting unit 24 (for each tracking filter 2 (m) The value of the scaling parameter in m) is output to the state quantity update unit 4.

状態量更新部4は、統合平滑処理部3より追尾フィルタ2(m)(m=1〜N)の統合平滑値、予測値の適合度を入力する。そして、状態量更新部4は、統合平滑値より距離差およびラジアル速度差の統合予測値を算出し、統合予測値を目標測位装置1と遅延観測値処理部7にフィードバックする。   The state quantity update unit 4 inputs the degree of matching between the integrated smoothing value and the predicted value of the tracking filter 2 (m) (m = 1 to N) from the integrated smoothing processing unit 3. Then, the state quantity update unit 4 calculates an integrated prediction value of the distance difference and the radial speed difference from the integrated smooth value, and feeds back the integrated prediction value to the target positioning device 1 and the delayed observation value processing unit 7.

次に、本実施の形態4における目標追尾装置の動作について説明する。図10は、本発明の実施の形態4の目標追尾装置において、時刻tでの目標の位置および速度を推定する流れの一例を示すフローチャートである。以下、各ステップの動作について説明する。 Next, the operation of the target tracking device in the fourth embodiment will be described. 10, in the target tracking device of the fourth embodiment of the present invention, is a flowchart showing an exemplary flow of estimating the position and velocity of the target at time t k. Hereinafter, the operation of each step will be described.

ステップST2a(m)〜ステップST2e(m)、ステップST3、ステップST4、ステップST5の動作
これらの動作は、先の実施の形態1における図3のものと同一である。
Operations in Step ST2a (m) to Step ST2e (m), Step ST3, Step ST4, and Step ST5 These operations are the same as those in FIG. 3 in the first embodiment.

ステップST7aの動作
遅延観測値処理部7は、目標測位装置1より目標に対する測位結果を入力し、状態量更新部4より平滑値を入力し、測位結果の時刻と最新の平滑値の時刻とを比較する。
Operation of Step ST7a The delay observation value processing unit 7 inputs a positioning result for the target from the target positioning device 1, inputs a smooth value from the state quantity update unit 4, and obtains the time of the positioning result and the time of the latest smooth value. Compare.

測位結果に付与されている時刻が最新の平滑値に付与されている時刻よりも新しい場合(Yesの側のフロー)、遅延観測値処理部7は、測位結果をそのまま各追尾フィルタ2(m)の予測値算出部21(m)と予測値適合度評価部22(m)に対して出力する。   When the time given to the positioning result is newer than the time given to the latest smoothed value (Yes-side flow), the delayed observation value processing unit 7 uses the positioning result as it is for each tracking filter 2 (m). To the predicted value calculation unit 21 (m) and the predicted value suitability evaluation unit 22 (m).

ステップST7bの動作
測位結果に付与されている時刻が最新の平滑値に付与されている時刻よりも古い場合((ステップST7a)におけるNoの側のフロー)、遅延観測値処理部7は、平滑値に基づいて、受信機毎の目標に対するラジアル速度とラジアル加速度を推定する。
Operation of Step ST7b When the time given to the positioning result is older than the time given to the latest smoothed value (No-side flow in (Step ST7a)), the delay observation value processing unit 7 Based on the above, the radial velocity and the radial acceleration with respect to the target for each receiver are estimated.

遅延観測値処理部7は、推定によるラジアル速度、ラジアル加速度、および最新の平滑値に付与されている時刻と測位結果に付与されている時刻との時間差により、平滑値の時刻よりも遅延した測位結果に対する時刻補正を行う。   The delayed observation value processing unit 7 performs positioning that is delayed from the time of the smooth value due to the estimated radial velocity, radial acceleration, and the time difference between the time given to the latest smooth value and the time given to the positioning result. Perform time correction on the result.

遅延観測値処理部7は、外挿により得られたTDOAより距離差を算出し、TDOA/FDOAよりラジアル速度差を算出する。そして、遅延観測値処理部7は、予測値算出部21(m)および予測値適合度評価部22(m)に対して出力する。   The delay observation value processing unit 7 calculates a distance difference from TDOA obtained by extrapolation, and calculates a radial speed difference from TDOA / FDOA. Then, the delayed observation value processing unit 7 outputs to the predicted value calculation unit 21 (m) and the predicted value suitability evaluation unit 22 (m).

遅延観測値処理部7におけるラジアル速度とラジアル加速度の推定、および遅延した測位結果に対する時刻補正は、例えば、次の手順による。まず、追尾フィルタ2(m)による平滑値に付与されている時刻tと、測位結果に付与されている時刻t'より、下式(47)より時刻差Δtを得る。 The estimation of the radial velocity and the radial acceleration in the delay observation value processing unit 7 and the time correction for the delayed positioning result are performed by the following procedure, for example. First, the time difference Δt is obtained from the following equation (47) from the time t k given to the smooth value by the tracking filter 2 (m) and the time t k 'given to the positioning result.

Figure 2009300380
Figure 2009300380

測位結果の伝送に遅延が生じた場合は、Δt<0であり、この場合はステップST7bとして、下記の観測値補正処理を実施する。ここでは、TDOAが得られている場合の、遅延した測位結果に対する時刻補正の手順を、数式を用いて説明する。   When a delay occurs in the transmission of the positioning result, Δt <0. In this case, the following observation value correction process is performed as step ST7b. Here, the procedure of time correction for the delayed positioning result when TDOA is obtained will be described using mathematical expressions.

距離差に関する観測精度が時間によらず一定であると見なし、まず、下式(48)を計算することにより、時刻t'におけるラジアル速度差を推定する。 Assuming that the observation accuracy regarding the distance difference is constant regardless of time, first, the radial velocity difference at time t k ′ is estimated by calculating the following equation (48).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

上式(48)におけるsa、k'、sb、k'は、時刻t'におけるセンサの位置ベクトルであり、s(・)a、k'、s(・)b、k'は、時刻t'におけるセンサの速度ベクトルであり、いずれも既知量である。 In the above equation (48), s a, k ′ , s b, k ′ are the position vectors of the sensor at time t k ′, and s (•) a, k ′ , s (•) b, k ′ are This is the velocity vector of the sensor at time t k ′, both of which are known quantities.

上式(48)におけるu(〜)k'|k、u(・)(〜)k'|kは、それぞれ時刻t'における目標の位置ベクトルおよび速度ベクトルの推定値であり、時刻tにおける目標の位置の平滑値および速度ベクトルの平滑値から算出する。u(〜)k'|k、u(・)(〜)k'|kの算出方法としては、例えば、下式(49)、(50)による。 In the above equation (48), u (˜) k ′ | k and u (•) (˜) k ′ | k are estimated values of the target position vector and velocity vector at time t k ′, respectively, and time t k Is calculated from the smooth value of the target position and the smooth value of the velocity vector. The calculation method of u (˜) k ′ | k , u (•) (˜) k ′ | k is based on, for example, the following equations (49) and (50).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

次に、時刻tにおける観測モデルを下式(51)で定義する。 Next, define the observation model at time t k by the following equation (51).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

上式(51)の右辺第1項のz'は、時刻t'における観測値ベクトルである。また、上式(51)の右辺第2項のv'は、観測雑音ベクトルである。さらに、上式(51)の右辺第3項の括弧内に、上式(48)によって算出された時刻t'におけるラジアル速度差の推定値を代入し、遅延して得られた観測値ベクトルz'の時刻を現時刻tに補正した結果を得る。 Z k ′ of the first term on the right side of the above equation (51) is an observation value vector at time t k ′. In addition, v k ′ of the second term on the right side of the above equation (51) is an observation noise vector. Further, the estimated value of the radial speed difference at time t k ′ calculated by the above equation (48) is substituted in the parenthesis of the third term on the right side of the above equation (51), and the observed value vector obtained by delaying the time of the z k 'get the result of the correction to the current time t k.

次に、TDOA/FDOAが得られている場合の、遅延した測位結果に対する時刻補正の手順を、数式を用いて説明する。速度差に関する観測精度が時間によらず一定であると見なし、まず、下式(52)を計算することにより、時刻t'におけるラジアル加速度の差を推定する。 Next, the procedure of time correction for the delayed positioning result when TDOA / FDOA is obtained will be described using mathematical expressions. Assuming that the observation accuracy regarding the speed difference is constant regardless of time, first, the difference in radial acceleration at time t k ′ is estimated by calculating the following equation (52).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

式(52)におけるsa、k'、sb、k'は、時刻t'におけるセンサの位置ベクトルであり、s(・)a、k'、s(・)b、k'は、時刻t'におけるセンサの速度ベクトルであり、いずれも既知量である。 In the equation (52), s a, k ′ , s b, k ′ are sensor position vectors at time t k ′, and s (•) a, k ′ , s (•) b, k ′ are time The velocity vector of the sensor at t k ′, both of which are known quantities.

上式(52)におけるu(〜)k'|k、u(・)(〜)k'|kは、それぞれ時刻t'における目標の位置ベクトルおよび速度ベクトルであり、時刻tにおける目標の位置の平滑値および速度ベクトルの平滑値から算出する。u(〜)k'|k、u(・)(〜)k'|kの算出方法としては、例えば、上式(49)、(50)による。 U in the above equation (52) (~) k ' | k, u (·) (~) k' | k is the position vector and the velocity vector of the target at each time t k ', of the target at time t k It is calculated from the smooth value of the position and the smooth value of the velocity vector. The calculation method of u (˜) k ′ | k , u (•) (˜) k ′ | k is based on, for example, the above formulas (49) and (50).

次に、時刻tにおける観測モデルを式(53)で定義する。 Next, the observation model at time t k defined by the equation (53).

Figure 2009300380
Figure 2009300380

上式(53)の右辺第1項のz'は、時刻t'における観測値ベクトルである。また、上式(53)の右辺第2項のv'は、観測雑音ベクトルである。さらに、上式(53)の右辺第3項の括弧内に、式(52)によって算出された時刻t'におけるラジアル加速度の差の推定値を代入し、遅延して得られた観測値ベクトルz'の時刻を現時刻tに補正した結果を得る。 Z k ′ of the first term on the right side of the above equation (53) is an observation value vector at time t k ′. Further, v k ′ of the second term on the right side of the above equation (53) is an observation noise vector. Furthermore, the estimated value of the difference in radial acceleration at time t k ′ calculated by the equation (52) is substituted in the parenthesis of the third term on the right side of the above equation (53), and the observed value vector obtained by delaying the time of the z k 'get the result of the correction to the current time t k.

以上のように、実施の形態4によれば、複数の受信局間でのTDOAあるいはTDOA/FDOAが得られる。この結果、距離差およびラジアル速度差を観測値ベクトルとしてUKFによって目標の位置と速度の推定を行う場合に、観測条件によらずに安定した推定精度を得ることができる。さらに、ネットワークの状況によって測位結果の転送に遅延が生じ、同時刻に得られる測位結果データの一部に欠落を生じた場合でも、追尾を維持することができる。   As described above, according to Embodiment 4, TDOA or TDOA / FDOA between a plurality of receiving stations can be obtained. As a result, stable estimation accuracy can be obtained regardless of the observation conditions when the target position and velocity are estimated by UKF using the distance difference and the radial velocity difference as observation value vectors. Furthermore, tracking can be maintained even when there is a delay in the transfer of positioning results depending on network conditions, and a portion of the positioning result data obtained at the same time is missing.

なお、上述の実施の形態1〜4では、複数の受信局間でのTDOAあるいはTDOA/FDOAが得られ、距離差およびラジアル速度差を観測値ベクトルとして目標の位置と速度を推定する例を示した。しかしながら、観測装置の形式は、他のものでもよく、観測値ベクトルの要素は、距離差およびラジアル速度差でなく、例えば、位置あるいは位置と速度で構成されていてもよい。   In the first to fourth embodiments described above, an example in which TDOA or TDOA / FDOA between a plurality of receiving stations is obtained, and the target position and speed are estimated using the distance difference and the radial speed difference as an observation value vector. It was. However, the type of the observation device may be other, and the elements of the observation value vector may be configured by, for example, a position or a position and a velocity, not a distance difference and a radial velocity difference.

また、観測モデルにおける非線形項は、上式(16)や(20)の形式に限らず、他の形式のものであってもよい。   Further, the nonlinear term in the observation model is not limited to the form of the above formulas (16) and (20), but may be of another form.

また、上述の実施の形態1〜4における予測値の観測値に対する適合度を算出方法の例としては、パラメータ設定部24(m)において設定されているスケーリングパラメータλに基づく、追尾フィルタ2(m)の予測値を中心とするN個の確率密度関数によって尤度として算出する方法を示した。しかしながら、適合度の算出方法は、これに限定されず、他のものであってもよい。 In addition, as an example of a method for calculating the degree of fitness of the predicted value with respect to the observed value in the first to fourth embodiments, the tracking filter 2 (based on the scaling parameter λ m set in the parameter setting unit 24 (m) is used. The method of calculating the likelihood by N probability density functions centered on the predicted value of m) was shown. However, the calculation method of the fitness is not limited to this, and other methods may be used.

また、上述の実施の形態1〜4において、予測値の観測値に対する適合度の低い追尾フィルタ2(m)のスケーリングパラメータの変更方法の例として、予測値の残差の2次形式に基づく数式を挙げた。しかしながら、変更方法は、他のものであってもよい。   Further, in the above-described first to fourth embodiments, as an example of a method for changing the scaling parameter of the tracking filter 2 (m) having a low fitness with respect to the observation value of the prediction value, a mathematical formula based on the quadratic form of the prediction value residual Mentioned. However, other modification methods may be used.

本発明の実施の形態1における目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the target tracking apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における受信局と信号源である目標との位置関係を示した図である。It is the figure which showed the positional relationship of the receiving station and the target which is a signal source in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の目標追尾装置において、時刻tでの目標の位置および速度を推定する流れの一例を示すフローチャートである。In target tracking apparatus according to the first embodiment of the present invention, it is a flowchart showing an exemplary flow of estimating the position and velocity of the target at time t k. 本発明の実施の形態1の予測値適合度評価部22(m)における適合度を評価の過程およびスケーリングパラメータλの設定を変更する過程の説明図である。It is explanatory drawing of the process of changing the setting of the scaling parameter (lambda) m , and the process of evaluating the fitness in the predicted value adaptation evaluation part 22 (m) of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the target tracking apparatus in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2の目標追尾装置において、時刻tでの目標の位置および速度を推定する流れの一例を示すフローチャートである。In target tracking apparatus according to the second embodiment of the present invention, it is a flowchart showing an exemplary flow of estimating the position and velocity of the target at time t k. 本発明の実施の形態3における目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the target tracking apparatus in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3の目標追尾装置において、時刻tでの目標の位置および速度を推定する流れの一例を示すフローチャートである。In target tracking apparatus according to the third embodiment of the present invention, it is a flowchart showing an exemplary flow of estimating the position and velocity of the target at time t k. 本発明の実施の形態4における目標追尾装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the target tracking apparatus in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4の目標追尾装置において、時刻tでの目標の位置および速度を推定する流れの一例を示すフローチャートである。In target tracking apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, it is a flowchart showing an exemplary flow of estimating the position and velocity of the target at time t k.

符号の説明Explanation of symbols

1 目標測位装置、2、2(1)〜2(N) 追尾フィルタ、21、21(1)〜21(N) 予測値算出部、22、22(1)〜22(N) 予測値適合度評価部、23、23(1)〜23(N) 平滑値算出部、24、24(1)〜24(N) パラメータ設定部、3 統合平滑処理部、4 状態量更新部、5 表示部、6 追尾フィルタ制御部、7 遅延観測値処理部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Target positioning device, 2, 2 (1) -2 (N) Tracking filter, 21, 21 (1) -21 (N) Predicted value calculation part, 22, 22 (1) -22 (N) Predicted value adaptability Evaluation unit, 23, 23 (1) to 23 (N) Smooth value calculation unit, 24, 24 (1) to 24 (N) Parameter setting unit, 3 Integrated smoothing processing unit, 4 State quantity update unit, 5 Display unit, 6 Tracking filter control unit, 7 Delay observation value processing unit.

Claims (5)

位置が未知である目標から送出される電波を位置が既知である複数の受信局で受信した受信信号に基づいて、前記目標の位置、速度の運動諸元を推定する追尾フィルタを備え、前記追尾フィルタにおける運動モデルと観測モデルが非線形関数で表される場合に、前記追尾フィルタとして前記非線形関数をアンセンテッド変換により近似するアンセンテッドカルマンフィルタを適用した目標追尾装置であって、
前記追尾フィルタは、
前記受信信号に基づいて算出された前記目標の測位結果を逐次読み込み、前記測位結果から前記アンセンテッドカルマンフィルタを適用して算出した予測値と前記測位結果とに基づいて、前記測位結果に対する前記予測値の適合度を逐次算出する予測値適合度評価部と、
前記予測値適合度評価部で逐次算出された前記適合度に基づいて、前記アンセンテッドカルマンフィルタにおける前記アンセンテッド変換のスケーリングパラメータを逐次更新するパラメータ設定部と
を備えることを特徴とする目標追尾装置。
A tracking filter for estimating movement parameters of the position and speed of the target based on reception signals received by a plurality of receiving stations with known positions of radio waves transmitted from a target whose position is unknown; and the tracking When a motion model and an observation model in a filter are represented by a nonlinear function, a target tracking device applying an unscented Kalman filter that approximates the nonlinear function by unscented transformation as the tracking filter,
The tracking filter is
The target positioning result calculated based on the received signal is sequentially read, and the predicted value for the positioning result based on the predicted value calculated by applying the unscented Kalman filter from the positioning result and the positioning result. A predicted value fitness evaluation unit that sequentially calculates the fitness of
A target tracking device comprising: a parameter setting unit that sequentially updates a scaling parameter of the unscented transform in the unscented Kalman filter based on the fitness values sequentially calculated by the predicted value fitness evaluation unit.
請求項1に記載の目標追尾装置において、
前記予測値適合度評価部は、前記予測値と前記測位結果との残差に基づいて、前記測位結果に対する前記予測値の適合度を逐次算出することを特徴とする目標追尾装置。
The target tracking device according to claim 1,
The target tracking device, wherein the predicted value suitability evaluation unit sequentially calculates the suitability of the predicted value with respect to the positioning result based on a residual between the predicted value and the positioning result.
請求項1に記載の目標追尾装置において、
前記追尾フィルタは、前記スケーリングパラメータが異なる複数の追尾フィルタで構成され、
前記複数の追尾フィルタのそれぞれは、算出した前記予測値の平滑値を算出する平滑値算出部をさらに備え、
前記複数の追尾フィルタのそれぞれの平滑値算出部で算出された複数の平滑値と、前記複数の追尾フィルタのそれぞれの予測値適合度評価部で算出された複数の適合度とを読み込み、前記複数の平滑値を前記複数の適合度により加重平均化した統合平滑値を算出することにより前記目標の最終的な予測値を算出する統合平滑処理部
をさらに備えることを特徴とする目標追尾装置。
The target tracking device according to claim 1,
The tracking filter is composed of a plurality of tracking filters having different scaling parameters,
Each of the plurality of tracking filters further includes a smooth value calculation unit that calculates a smooth value of the calculated predicted value,
Reading the plurality of smooth values calculated by the respective smoothing value calculation units of the plurality of tracking filters and the plurality of matching degrees calculated by the respective predicted value matching degree evaluation units of the plurality of tracking filters; A target tracking device, further comprising: an integrated smoothing unit that calculates a final predicted value of the target by calculating an integrated smoothed value obtained by performing weighted averaging of the smoothed value of the target with the plurality of matching degrees.
請求項3に記載の目標追尾装置において、
前記複数の追尾フィルタの前段に設けられ、前記受信信号に基づいて算出された前記目標の測位結果を読み込むとともに、前記複数の追尾フィルタのそれぞれの予測値適合度評価部で算出された複数の適合度を読み込み、追尾処理開始から所定時間経過するまでは、前記複数の追尾フィルタの全てに対して前記測位結果を出力して前記複数の追尾フィルタの全てを動作させ、前記所定時間経過後は、読み込んだ前記複数の適合度に基づいて最も適合度の高い1つの追尾フィルタを特定し、特定した前記1つの追尾フィルタに対して前記測位結果を出力して前記1つの追尾フィルタのみを動作させて残りの追尾フィルタの動作を停止させる追尾フィルタ制御部をさらに備え、
前記統合平滑処理部は、前記所定時間経過後においては、特定された前記1つの追尾フィルタに対応する平滑値算出部で算出された平滑値を前記目標の最終的な予測値として算出する
ことを特徴とする目標追尾装置。
In the target tracking device according to claim 3,
Provided in a preceding stage of the plurality of tracking filters, read the target positioning result calculated based on the received signal, and a plurality of adaptations calculated by each predicted value adaptation evaluation unit of the plurality of tracking filters Until the predetermined time has elapsed from the start of the tracking process, the positioning results are output to all of the plurality of tracking filters, and all of the plurality of tracking filters are operated. One tracking filter with the highest fitness is identified based on the read fitness, and the positioning result is output to the identified tracking filter to operate only the one tracking filter. A tracking filter control unit that stops the operation of the remaining tracking filters;
The integrated smoothing processing unit calculates the smoothed value calculated by the smoothing value calculating unit corresponding to the specified one tracking filter as the final predicted value of the target after the predetermined time has elapsed. Feature target tracking device.
請求項3に記載の目標追尾装置において、
前記複数の追尾フィルタの前段に設けられ、前記受信信号に基づいて算出された前記目標の測位結果を読み込むとともに、前記統合平滑処理部で算出された前記目標の最終的な予測値を読み込み、前記測位結果に付与された第1時刻と前記最終的な予測値に付与された第2時刻とを比較し、前記第2時刻が前記第1時刻よりも過去の時刻である場合には、前記複数の追尾フィルタの全てに対して前記測位結果を出力し、前記第1時刻が前記第2時刻よりも過去の時刻である場合には、前記第1時刻における測位結果に基づいて前記第2時刻における推定測位結果を求め、前記複数の追尾フィルタの全てに対して前記推定測位結果を前記第2時刻における測位結果として出力する遅延観測値処理部をさらに備えることを特徴とする目標追尾装置。
In the target tracking device according to claim 3,
Provided in a preceding stage of the plurality of tracking filters, and reading the positioning result of the target calculated based on the received signal, and reading the final predicted value of the target calculated by the integrated smoothing processing unit, The first time given to the positioning result is compared with the second time given to the final predicted value, and when the second time is a time earlier than the first time, the plurality of times The positioning result is output to all of the tracking filters, and when the first time is earlier than the second time, the second time is determined based on the positioning result at the first time. A target tracking device, further comprising a delayed observation value processing unit that obtains an estimated positioning result and outputs the estimated positioning result as a positioning result at the second time for all of the plurality of tracking filters.
JP2008158106A 2008-06-17 2008-06-17 Target tracking device Pending JP2009300380A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008158106A JP2009300380A (en) 2008-06-17 2008-06-17 Target tracking device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008158106A JP2009300380A (en) 2008-06-17 2008-06-17 Target tracking device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009300380A true JP2009300380A (en) 2009-12-24

Family

ID=41547426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008158106A Pending JP2009300380A (en) 2008-06-17 2008-06-17 Target tracking device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009300380A (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102025430A (en) * 2010-11-19 2011-04-20 中兴通讯股份有限公司 Closed loop-based automatic calibration method and equipment
CN102680762A (en) * 2011-10-11 2012-09-19 国电联合动力技术有限公司 Unscented-Kalman-filter-based wind farm generator terminal voltage measuring method and application thereof
CN102930171A (en) * 2012-11-15 2013-02-13 北京理工大学 Nonlinear filtering method based on polytope differential inclusion
JP2013074365A (en) * 2011-09-27 2013-04-22 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Method, program and system for processing kalman filter
JP2013149203A (en) * 2012-01-23 2013-08-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optimal model estimation device, method and program
JP2015532485A (en) * 2012-10-01 2015-11-09 スネクマ Multi-sensor measurement method and system
WO2019167268A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-06 三菱電機株式会社 Target monitoring device and target monitoring system
CN110277978A (en) * 2019-07-04 2019-09-24 苏州妙益科技股份有限公司 A kind of Kalman filtering current acquisition method based on variable fading factor
CN111489377A (en) * 2020-03-27 2020-08-04 北京迈格威科技有限公司 Target tracking self-evaluation method and device
WO2020166058A1 (en) * 2019-02-15 2020-08-20 三菱電機株式会社 Positioning device, positioning system, mobile terminal, and positioning method
CN112526450A (en) * 2020-11-19 2021-03-19 西安电子科技大学 Time difference positioning and tracking method based on clock deviation and station address error
CN115792796A (en) * 2023-02-13 2023-03-14 鹏城实验室 Cooperative positioning method, device and terminal based on relative observation equivalent model

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102025430A (en) * 2010-11-19 2011-04-20 中兴通讯股份有限公司 Closed loop-based automatic calibration method and equipment
JP2013074365A (en) * 2011-09-27 2013-04-22 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Method, program and system for processing kalman filter
CN102680762A (en) * 2011-10-11 2012-09-19 国电联合动力技术有限公司 Unscented-Kalman-filter-based wind farm generator terminal voltage measuring method and application thereof
JP2013149203A (en) * 2012-01-23 2013-08-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optimal model estimation device, method and program
JP2015532485A (en) * 2012-10-01 2015-11-09 スネクマ Multi-sensor measurement method and system
CN102930171A (en) * 2012-11-15 2013-02-13 北京理工大学 Nonlinear filtering method based on polytope differential inclusion
JP6625295B1 (en) * 2018-03-02 2019-12-25 三菱電機株式会社 Target monitoring device and target monitoring system
WO2019167268A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-06 三菱電機株式会社 Target monitoring device and target monitoring system
WO2020166058A1 (en) * 2019-02-15 2020-08-20 三菱電機株式会社 Positioning device, positioning system, mobile terminal, and positioning method
JPWO2020166058A1 (en) * 2019-02-15 2021-05-20 三菱電機株式会社 Positioning device, positioning system, mobile terminal and positioning method
GB2594413A (en) * 2019-02-15 2021-10-27 Mitsubishi Electric Corp Positioning device, positioning system, mobile terminal, and positioning method
GB2594413B (en) * 2019-02-15 2022-04-20 Mitsubishi Electric Corp Positioning device, positioning system, mobile terminal, and positioning method
CN110277978A (en) * 2019-07-04 2019-09-24 苏州妙益科技股份有限公司 A kind of Kalman filtering current acquisition method based on variable fading factor
CN111489377A (en) * 2020-03-27 2020-08-04 北京迈格威科技有限公司 Target tracking self-evaluation method and device
CN111489377B (en) * 2020-03-27 2023-11-10 北京迈格威科技有限公司 Target tracking self-evaluation method and device
CN112526450A (en) * 2020-11-19 2021-03-19 西安电子科技大学 Time difference positioning and tracking method based on clock deviation and station address error
CN112526450B (en) * 2020-11-19 2022-10-21 西安电子科技大学 Time difference positioning and tracking method based on clock deviation and station address error
CN115792796A (en) * 2023-02-13 2023-03-14 鹏城实验室 Cooperative positioning method, device and terminal based on relative observation equivalent model

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009300380A (en) Target tracking device
CN109472418B (en) Maneuvering target state prediction optimization method based on Kalman filtering
US10415975B2 (en) Motion tracking with reduced on-body sensors set
JP4775478B2 (en) Position calculation method and position calculation apparatus
US8560234B2 (en) System and method of navigation based on state estimation using a stepped filter
JP2011064484A (en) Sensor bias estimation device
US9977113B2 (en) Method of determining position and cooperative positioning system using same
US20140214317A1 (en) Position calculating method and position calculating device
JP2014048228A (en) Moving state calculation method and moving state calculation device
JP2011127939A (en) Moving body position estimating/tracking device, method of estimating/tracking position of moving body, and moving body position estimating/tracking program
KR102172145B1 (en) Tightly-coupled localization method and apparatus in dead-reckoning system
KR20090019488A (en) Apparatus and method for determining the position
KR101502721B1 (en) Method and apparatus for providing precise positioning information using adaptive interacting multiple model estimator
Wang et al. Maximum correntropy cubature Kalman filter and smoother for continuous-discrete nonlinear systems with non-Gaussian noises
JP2010066073A (en) Movable body position estimation system, movable body position estimation method, and movable body position estimation program
JP2001174275A (en) Hybrid navigation and its apparatus
JP5348093B2 (en) Position calculation method and position calculation apparatus
CN110007298B (en) Target advanced prediction tracking method
JP4882544B2 (en) TRACKING PROCESSING DEVICE, ITS METHOD, AND PROGRAM
Yong et al. An asynchronous sensor bias estimation algorithm utilizing targets’ positions only
JP4080722B2 (en) Target tracking device and target tracking method
JP6041547B2 (en) Tracking device
JP2012052954A (en) Position finding apparatus
CN114611068A (en) High maneuvering target tracking method
JP2004144566A (en) Position measurement method for mobile station