JP2010002270A - 目標運動解析装置、目標運動解析方法プログラムおよび目標運動解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目標体の運動モデルを等速直進運動とすると、目標体が変針変速することにより、変針変速前後の目標の運動を正しく解析できないという問題があった。
【解決手段】本発明の目標運動解析方法は、目標体の変針変速を検出した上で、時系列観測データを用いて変針変速時刻を推定し、さらに時系列観測データを用いて、基準時刻における目標体位置座標および、推定した変針変速時刻前後の等速直進区間毎の目標体の針路、速力を推定パラメータとする非線形最適化問題を解くことである。
【選択図】図１１

Description

本発明は、目標体から放射される音波を時系列データとして観測し、目標体の位置、針路、速力等を推定する目標運動解析装置、目標運動解析方法プログラムおよび目標運動解析方法に関する。

目標運動解析方法は、移動可能な観測体に設けられた音響センサにより、目標体から放射される音波の到来方位および周波数を時系列観測データとして蓄積し、前記時系列観測データと時系列推定データの残差が最小となる目標体の運動モデルのパラメータを推定するものである。

これまでの目標運動解析方法は、特許文献１に記載のように目標体の運動モデルを等速直進運動として扱っており、推定するパラメータは基準時刻における目標体の位置座標、針路、速力、固有周波数であった。

前述した時系列観測データと時系列推定データの残差を最小化し、目標体の運動ベクトルを推定する問題は、非線形最適化問題として知られている。非線形最適化問題の解法は、カルマンフィルタによる方法、最小二乗法による方法、遺伝的アルゴリズムによる方法等がある。

また、等速直進運動ではない目標体、すなわち変針変速を行うような目標体について、特許文献２に記載のように、変針変速を検知し、オペレータに提示する方法がある。

図１を参照して、従来技術による目標運動解析のシミュレーション結果を説明する。ここで、図１は従来技術による目標運動解析のシミュレーション結果である。特に、図１（ａ)は時刻０ｓを基準とする航跡（６０×６０ｋｙｄ＾２、１ｙｄ＝０.９４４ｍ）、（ｂ）は観測体と目標体の距離（ｋｙｄ）、（ｃ）は目標体の速力（ｋｔ、１ｋｔ＝１.８２５ｋｍ／ｈ）、（ｄ）は目標体の針路（°）である。また、図１（ｂ）〜（ｄ）の横軸は時刻（ｓ）である。図１において、観測体の航跡２０１、目標体の航跡２０２、距離２０３、速力２０４、針路２０５は、シミュレーションの前提となる連続値である。一方、離散的な点で示す目標体の推定位置座標履歴２１２は、解析周期３０秒として目標運動解析を実施した時の目標体の推定位置座標である。同様に、目標体と観測体との相対距離２１３、目標運動解析結果による目標体の推定速力２１４、目標体の推定針路２１５を表している。シミュレーション開始後９００秒で目標体は、図１（ａ）および（ｄ）に示すように、針路を１８０°から１５０°に変針しており、目標体変針以降においては目標運動解析を正しく実施できていない事が分かる。

また、目標体の変針変速を何らかの検定手段により看破し、変針変速後の時系列データを用いて、解析を行う方法においては、変針変速直後は解析が不能となり、解析結果が不安定となるという問題があった。これは変針変速後には解析に使用するデータ数が減少するためである。

図２を参照して、何らかの検定手段により、変針変速を検出し、変針変速検出後は変針変速時刻以降の観測データを用いて目標の運動を解析する技術による目標運動解析のシミュレーション結果を説明する。ここで、図２は改良された目標運動解析のシミュレーション結果である。特に、図２（ａ)は時刻０ｓを基準とする航跡、（ｂ）は観測体と目標体の距離（ｋｙｄ）、（ｃ）は目標体の速力（ｋｔ）、（ｄ）は目標体の針路（°）である。また、図１（ｂ）〜（ｄ）の横軸は時刻（ｓ）である。図２において、観測体の航跡２０１、目標体の航跡２０２、距離２０３、速力２０４、針路２０５は、シミュレーションの前提となる連続値であり、図１と同様である。一方、離散的な点で示す目標体の推定位置座標履歴２３２は、解析周期３０秒として目標運動解析を実施した時の目標体の推定位置座標である。同様に、目標体と観測体との相対距離２３３、目標運動解析結果による目標体の推定速力２３４、目標体の推定針路２３５を表している。シミュレーション開始後９００秒で目標体は、針路を１８０°から１５０°に変針しており、目標体の変針以降は一度解析不能状態となり、約６００秒間は解析結果が不安定な状態となっていることが分かる。

特開平１０−６２５１１号公報 特開平１０−６２５０７号公報

前述した技術では、目標体の運動モデルを等速直進運動として扱っているため、目標体が変針変速を行うと、変針変速前後の目標の運動を正しく解析できないという問題があった。

前述の課題を解決する方法として、目標体の運動モデルとして等速直進運動ではなく、変針変速を考慮して、２区間以上の等速直進区間の組み合わせとして目標体の運動をモデル化する方法が考えられる（以降、このモデルを等速直進モデルに対して、変針変速モデルと呼ぶ）。しかし、変針変速モデルの時系列推定方位関数および時系列推定周波数関数は、不連続なものとなってしまい、カルマンフィルタあるいは最小二乗法のように評価値の導関数を使用する最適化手法を適用する事ができない。これに対して、遺伝的アルゴリズムへの変針変速モデルの適用は、比較的容易である。しかし、遺伝的アルゴリズムは、推定パラメータが増加すると、解析を収束させるための計算量は飛躍的に増加する。

そのため、計算量の大幅な増加を伴わずに変針変速前後の目標体の運動ベクトルを安定して出力する目標運動解析装置、目標運動解析方法プログラムおよび目標運動解析方法が求められている。

上述した課題は、音響センサから取得した目標体の方位および周波数と、航海センサから取得した観測体の位置座標および速力ベクトルとを時系列的に記録する第１のデータベースと、目標体の時系列的な変針変速時刻を記録する第２のデータベースとを保持し、変針変速検出部を含み、変針変速検出部は、第２のデータベースから最新の変針変速時刻を取得し、この最新の変針変速時刻以降の解析用データを第１のデータベースから取得し、解析用データを用いて変針変速検出処理を実施し、変針変速検出処理において、変針変速を検出したとき、変針変速時刻推定処理を実施し、推定された変針変速時刻を第２のデータベースに格納し、変針変速検出処理において、変針変速を検出しないとき、最新の変針変速有無の確認処理を実施する目標運動解析装置により、達成できる。

また、音響センサから取得した目標体の方位および周波数と、航海センサから取得した観測体の位置座標および速力ベクトルとを時系列的に記録する第１のデータベースと、目標体の時系列的な変針変速時刻を記録する第２のデータベースとをメモリに保持し、電子計算機を、第２のデータベースから最新の変針変速時刻を取得し、この最新の変針変速時刻以降の解析用データを第１のデータベースから取得し、解析用データを用いて変針変速検出処理を実施し、変針変速検出処理において、変針変速を検出したとき、変針変速時刻推定処理を実施し、推定された変針変速時刻を第２のデータベースに格納し、変針変速検出処理において、変針変速を検出しないとき、最新の変針変速有無の確認処理を実施する変針変速検出部として、機能させるための目標運動解析プログラムにより、達成できる。

さらに、音響センサから取得した目標体の方位および周波数と、航海センサから取得した観測体の位置座標および速力ベクトルとを時系列的に記録する第１のデータベースと、目標体の時系列的な変針変速時刻を記録する第２のデータベースとを保持し、第２のデータベースから最新の変針変速時刻を取得するステップと、この最新の変針変速時刻以降の解析用データを第１のデータベースから取得するステップと、解析用データを用いて変針変速検出処理を実施するステップと、変針変速検出処理において、変針変速を検出したとき、変針変速時刻推定処理を実施するステップと、推定された変針変速時刻を第２のデータベースに格納するステップと、変針変速検出処理において、変針変速を検出しないとき、最新の変針変速有無の確認処理を実施するステップとを含む目標運動解析方法により、達成できる。

本発明の一形態は、目標体から放射される音波の到来方位および周波数を音響センサにより観測した、時系列観測方位データおよび時系列観測周波数データから、目標体の位置および針路、速力を推定する目標運動解析方法である。その目標運動解析方法は、目標体の変針変速を検出した上で変針変速時刻を推定し、時系列観測データを用いて、基準時刻における目標体位置座標および、等速直進区間毎の目標体の針路、速力を推定パラメータとする非線形最適化問題を解くことである。

より具体的な態様は、まず目標体の変針変速の時刻を仮定し、仮定した変針変速時刻の前後の区間のそれぞれを目標体は等速直進運動していると見なして、その等速直進運動区間毎に、時系列観測方位データを基にした時系列推定方位データと時系列観測周波数データを基にした時系列推定周波数データとを求め、時系列観測方位データと時系列推定方位データとの残差および時系列観測周波数データと時系列推定周波数データとの残差の和を評価値として、変針変速の時刻を推定する。この推定した変針変速の時刻の前後の区間のそれぞれを前記目標体は等速直進運動していると見なして、この等速直進運動区間毎に、時系列観測方位データを基にした時系列推定方位データと時系列観測周波数データを基にした時系列推定周波数データとを求め、時系列観測方位データと時系列推定方位データとの残差および時系列観測周波数データと時系列推定周波数データとの残差の和を評価値として、目標体の運動ベクトルを推定する。

さらに、変針変速の検出に誤りがあった場合には、運動ベクトルの推定精度を劣化させることになるので、検出した変針変速の妥当性を判定し、検出した変針変速が誤りであったと判定された場合には、誤りであった変針変速をキャンセルする。

本発明に拠れば、変針変速を繰り返すジグザグ運動をする目標体であっても、目標体の最新の運動ベクトルを安定して推定することができる。

以下、本発明による目標運動解析装置、目標運動解析方法プログラムおよび目標運動解析方法の実施の形態について図面を参照して説明する。

図３を参照して、目標運動解析装置の機能ブロックを説明する。ここで、図３は目標運動解析装置の機能ブロック図である。図３において、目標運動解析装置９０１は、観測情報データベース部１０１と、変針変速検出部１０２と、変針変速データベース部１０３と、目標運動解析部１０４と、解析履歴データベース部１０５で構成される。

変針変速検出部１０２は、観測情報データベース１０１と変針変速データベース１０３を参照し、新たな変針変速があったかを検出する。変針変速検出部１０２は、変針変速時刻を推定し、新たな変針変速が検出されなかった場合には、変針変速データベース１０３に保持する最新の変針変速の検出に誤りがなかったかを再判定する。目標運動解析部１０４は、観測情報データベース１０１と変針変速データベース１０３を参照し、基準時刻における目標体位置と等速直進毎の針路、速力を推定する解析を行う。目標運動解析部１０４は、解析履歴データベース１０５に解析結果を格納する。変針変速データベース１０３上に変針変速が登録されていない場合には、目標運動解析部１０４は、基準時刻における目標体の位置座標と針路、速力を推定する解析を行い、解析結果データベース１０５に解析結果を格納する。

図４および図５を参照して、観測情報データベースを説明する図である。ここで、図４は時系列観測方位データベースを説明する図である。図５は時系列周波数データベースを説明する図である。すなわち、観測情報データベース１０１は、時系列観測方位データベース１０１ａと時系列周波数データベース１０１ｂで構成される。

図４において、時系列観測方位データベース１０１ａは、観測方位情報［ ］と格納データ数で構成される。観測方位情報［ ］は、観測時刻、観測方位、観測方位誤差標準偏差、観測位置Ｘ座標、観測位置Ｙ座標で構成される。ここで、［ ］は、時系列にデータを蓄積するための２次元配列構造を示している。観測方位情報［ ］は、蓄積されているデータ数を格納データ数として、時系列観測方位データベース１０１ａに格納する。なお、観測方位誤差標準偏差および図５の観測周波数誤差標準偏差は、観測した情報の正確さを示すものである。観測方位誤差標準偏差および観測周波数誤差標準偏差は、必ずしも必要な情報ではないが、これを用いた解析を行う事により、より高精度の解析が可能である。

図５において、時系列観測周波数データベース１０１ｂは、観測周波数情報［ ］と格納データ数で構成される。観測周波数情報［ ］は、観測時刻、観測周波数、観測周波数誤差標準偏差、観測位置Ｘ座標、観測位置Ｙ座標、観測時観測体速力Ｘ成分、観測時観測体速力Ｙ成分で構成される。観測周波数情報［ ］は、蓄積されているデータ数を格納データ数として格納する。

図６を参照して、変針変速データベースを説明する。ここで、図６は変針変速データベースを説明する図である。図６において、変針変則データベース１０３は、変針変速情報［ ］と変針変速回数で構成される。変針変速情報［ ］は、推定変針変速時刻を格納するレコードを持つ。

図７を参照して、解析履歴データベースを説明する。ここで、図７は解析履歴データベースを説明する図である。図７において、解析履歴データベース１０５は、レグ［ ］、目標体放射周波数、格納レグ数で構成される。レグ［ ］は、さらに解析基準時刻、目標体Ｘ座標、目標体Ｙ座標、速力Ｘ成分、速力Ｙ成分で構成される。解析履歴データベースにおいて、解析結果は、固有周波数（目標体放射周波数）とレグと呼ぶ等速直進区間の運動ベクトルで管理する。レグ［ ］に格納しているレコード数は、格納レグ数に保持する。

図８を参照して、目標運動解析部の処理を説明する。ここで、図８は目標運動解析部のフローチャートである。図８において、目標運動解析部１０４は、まず、変針変速データベース１０３を参照して、変針変速履歴があるか判定する（Ｓ６０１）。変針回数が０の場合（ＮＯ）、目標運動解析部１０４は、１レグ解析を実行する（Ｓ６０３）。ステップ６０１で変針変速回数が１以上の場合（ＹＥＳ）、目標運動解析部１０４は、２レグ解析を実行する（Ｓ６０２）。目標運動解析部１０４は、最後に、解析結果を解析履歴データベースに格納する（Ｓ６０４）。

ここで、１レグ解析は、最新の変針変速時刻（または基準時刻）から最新の観測時刻に至る区間の、目標体の運動モデルとして等速直進モデルを適用する解析である。１レグ解析は、解析基準時刻における目標体の位置座標、針路、速力、固有周波数を推定する。これに対して、２レグ解析は、目標体の運動モデルとして、最新の変針変速時刻を挟む２区間（２レグ）の等速直進区間について、それぞれ等速直進モデルを適用する解析である。２レグ解析も、解析基準時刻における目標体の位置座標、固有周波数、等速直進区間毎の針路、速力を推定する。

図９を参照して、変針変速検出部の処理を説明する。ここで、図９は変針変速検出部のフローチャートである。図９において、変針変速検出部１０２は、変針変速データベース１０３から最新の変針変速時刻と、観測情報データベース１０１の最新の変針変速時刻以降のデータ、すなわち最新の等速直進区間のデータ（以降、解析用データと記述）を取得する（Ｓ４０１）。ここで、最新の変針変速時刻とは、それ以前に推定した変針変速時刻の中で、最も新しい時刻データまたは基準時刻データである。したがって、最新の区間のデータとは、最新の変針変速時刻から最も新しい観測時刻までの時系列の観測情報（解析用データ）である。

変針変速検出部１０２は、解析用データを用いて変針変速検出処理を実施する（Ｓ４０２）。この変針変速検出処理は、解析用データから変針変速の有無を統計的な手段に検出する処理であり、たとえば、特許文献２に記載されている。このため、ここでの説明を省略する。変針変速検出部１０２は、変針変速が検出されたか判定する（Ｓ４０３）。変針変速が検出された場合、変針変速検出部１０２は、ステップ４０４以降の処理により変針変速時刻の推定を実施する。一方、ステップ４０３で変針変速が検出されなかった場合、変針変速検出部１０２は、変針変速データベースの最新の変針変速検出が正しいものであったかの判定を実施する。最新の変針変速検出が誤りであったと判定された場合、変針変速検出部１０２は、最新の変針変速時刻をキャンセルする。

変針変速時刻推定の考え方は最新の観測データ時刻から最新の変針変速時刻まで、変針変速時刻を仮定値として２レグ解析を実施して、最も評価値の良い仮定値を推定変針変速時刻とするものである。２レグ解析は、２つの等速直進区間の時系列観測データを用いて、基準時刻における目標体の位置座標、変針変速前後の針路、速力、固有周波数を推定し、評価値として正規化方位残差と正規化周波数残差の和を出力する。

図９に戻って、変針変速検出部１０２は、まず、最良の評価値Φに初期値Φｉｎｉｔを設定する（Ｓ４０４）。評価値Φは、正規化方位残差と正規化周波数残差であるため、小さい方が良い評価値である。したがって、Φｉｎｉｔは十分に大きな値とする。次に、変針変速検出部１０２は、変針変速時刻の仮定値ｔｚｉｇに最新の解析用データの観測時刻ｔｎｅｗを設定する（Ｓ４０５）。ステップ４０６の２レグ解析において、変針変速検出部１０２は、変針変速時刻を仮定値ｔｚｉｇとして基準時刻における目標体の位置座標、変針変速前後の針路、速力、固有周波数を推定し、評価値φを出力する。変針変速検出部１０２は、最良の評価値Φと２レグ解析にて計算した評価値φを比較する（Ｓ４０７）。２レグ解析にて計算した評価値φの方がよければ（ＹＥＳ）、変針変速検出部１０２は、最良の評価値Φと、最良の評価値となる推定変針変速時刻Ｔｚｉｇを更新する（Ｓ４０８、Ｓ４０９）。変針変速検出部１０２は、変針変速時刻の仮定値ｔｚｉｇをｄｔだけ過去に遡る（Ｓ４１０）。ステップ４０７でＮＯのとき、変針変速検出部１０２は、ステップ４１０に遷移する。

変針変速検出部１０２は、遡った変針変速時刻の仮定値ｔｚｉｇが変針変速最古時刻Ｔｍａｘより過去か判定する（Ｓ４１１）。過去でなければ（ＮＯ）、変針変速検出部１０２は、ステップ４０６に遷移する。ステップ４１１で過去であれば（ＹＥＳ）、変針変速検出部１０２は、変針変速時刻Ｔｚｉｇを変針変速データベース１０３に格納して（Ｓ４１２）、終了する。

変針変速最古時刻Ｔｍａｘは、最新の区間の中の最も古い時刻の意であり、前述の最新の変針変速時刻である。図９の処理が時間を遡るように繰り返すために、変針変速時刻の仮定値をｄｔだけ過去に遡るようにしているのであって、図９の処理が変針変速最古時刻Ｔｍａｘから最新の観測時刻に向けて処理するならば、時間の推移は逆になることは自明であろう。またｄｔは、推定する変針変速時刻に要求される分解能より小さな値であればよい。

ステップ４１３以降の最新変針変速時刻のキャンセル判定の考え方は、次の通りである。（１）最新の変針変速時刻を挟む２区間の等速直進区間の観測データに対して、再度変針変速処理を実施する。（２）再変針変速処理で、変針変速が検出されれば、最新の変針変速検出は正しいものであったと判断する。（３）再変針変速処理で、変針変速が検出されなかった場合、最新の変針変速検出は誤りであったと判断して、変針変速データベース１０３から、最新の変針変速時刻のレコードを削除し、格納レグ数をデクリメントする。

変針変速検出部１０２は、変針変速データベース１０３を参照し、変針変速が登録されているか判定する（Ｓ４１３）。登録されている場合（ＹＥＳ）、変針変速検出部１０２は、ステップ４１４以降のキャンセル判定を実施する。ステップ４１３でＮＯのとき、変針変速検出部１０２は、そのまま終了する。

変針変速検出部１０２は、観測情報データベースから最新の変針変速時刻を挟む２区間の等速直進区間の観測情報を取得する（Ｓ４１４）。変針変速検出部１０２は、変針変速検出処理を実施する（Ｓ４１５）。その結果、変針変速検出部１０２は、変針変速を検出したか判定する（Ｓ４１６）。変針変速が検出されなければ（ＮＯ）、変針変速検出部１０２は、変針変速データベースから最新の変針変速を削除して（Ｓ４１７）、終了する。ステップ４１６でＹＥＳなら、変針変速検出部１０２は、そのまま終了する。

図１０を参照して、１レグ解析において推定する運動パラメータを説明する。ここで、図１０は観測体と目標体の幾何学的関係を示した図である。図１０において、観測体は運動軌跡７０１、目標体は運動軌跡７０２によって移動している。位置７０３〜７０５は目標体から放射される音波を観測した観測体の位置である。位置７０５が最新の観測データを取得した観測体の位置である。ここでは、最新観測データを取得した時刻を解析基準時刻とする。１レグ解析において推定するパラメータは、解析基準時刻における目標体位置７０６のＸ座標７０７、解析基準時刻における目標体位置７０６のＹ座標７０８、速力Ｘ成分７１０、速力Ｙ成分７１１および目標体固有周波数である。

これらのパラメータは最小二乗法により式（１）を最小化することにより推定する。ここで、ｔは解析基準時刻を０として正規化した時刻を表し、Ｃは音速、ｃｏ、ｍｏは観測体の針路、速力を表す。また、ｙｉ、ｚｉは時刻ｔｉにおける観測方位および観測周波数であり、式（２）（３）はそれぞれ推定方位、推定周波数である。また、ｘｏｉ、ｙｏｉは時刻ｔｉにおける観測体の位置（ｘｏｉ，ｙｏｉ）である。

特に、式（２）（３）から構成される評価値である式（１）はパラメータｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，ｘ５に対して非線形であるため、反復により解く必要があり、例えば、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法ではΔＸが十分小さくなるまで式（７）式（８）の計算繰り返し、実施する。なお、λは定数、Ｉは単位行列である。またｂは、ヤコビアン行列と残差ベクトルの積であり、ここでは、方位ヤコビアン行列の転置行列と方位残差ベクトルの積、および周波数ヤコビアン行列の転置行列と周波数残差ベクトルの積の二つの積の和である。

式（８）の行列Ａ、行列Ｂは方位情報および周波数情報のヤコビアン行列であり、次式となる。

図１１を参照して、ｎレグ解析において等速直進区間が２区間の場合に、推定する運動パラメータを説明する。ここで、図１１は観測体と目標体の幾何学的関係を示した図である。図１１において、観測体は運動軌跡８０１、目標体は運動軌跡８０２により移動している。位置８０３〜８０５は、観測体の観測位置である。観測体は、位置座標８０３で最古の観測データを取得し、８０４は推定変針変速時刻における観測体の位置座標８０４で目標体の変針変速を推定し、位置８０５が最新の観測体の位置座標である。また、位置８０６は、推定した変針変速時刻における目標体の位置であり、そのＸ座標を８０７で、そのＹ座標を８０８で表している。

解析基準時刻は最新の観測時刻とし、２レグ解析において推定するパラメータは解析基準時刻における目標体位置８１２のＸ座標８１３、解析基準時刻における目標体位置８１２のＹ座標８１４、変針変速前の速力８０９のＸ成分８１０、変針変速前の速力８０９のＹ成分８１１、変針変速後の速力８１５のＸ成分８１６、変針変速後の速力８１５のＹ成分８１７および固有周波数である。

これらのパラメータは１レグ解析と同様に式（１）を最小化することにより推定する。なお、図９のフローチャートでは、２レグ解析における式（１）のＳ（Ｘ）をΦで表している。ただし、推定方位および推定周波数は推定変針変速時刻をｔｚ（図９のフローチャートでは、Ｔｚｉｇと表記）として、式（２１）〜式（２９）となる。

Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法等により計算するためのヤコビアンは式（３０）〜（５６）となる。

図１２を参照して、目標運動解析装置のハードウェア構成を説明する。ここで、図１２は目標運動解析装置のハードウェアブロック図である。図１２において、目標運動解析装置９０１は、バス９１０に接続されたＣＰＵ９０４、メモリ９０５、出力装置９０６、Ｉ／Ｆ（インターフェース）９０７および９０８、入力装置９０９から構成される。Ｉ／Ｆ９０７には、音響センサ９０２が接続される。また、Ｉ／Ｆ９０８には、航海センサ９０３が接続される。メモリ９０５には、変針変速検出プログラム１０２、目標運動解析プログラム１０４、観測情報データベース１０１、変針変速データベース１０３、解析履歴データベースを保持する。図３と図１２との対比から明らかなように、目標運動解析装置９０１は、電子計算機のハードウェア資源とメモリに記憶されたソフトウェア資源の共同動作で実現可能である。目標運動解析装置９０１は、音響センサ９０２および航海センサ９０３に接続される。目標運動解析装置９０１のサイズや演算速度に対する制約により、専用装置として構成されても良い。

音響センサ９０２は、目標体から放射される音波を受波して、音波の到来方位および周波数を目標運動解析装置９０１に入力する。航海センサ９０３は、電磁ログ、ジャイロ、ＧＰＳ等を用いたものであり、観測体の位置、速力、針路を目標運動解析装置９０１に入力する。入力された音波の到来方位、周波数、観測体の位置、速力、針路は、メインメモリ９０５の観測情報データベース１０１に蓄積される。変針変速検出プログラム１０２および目標運動解析プログラム１０４は、前述した処理を行い、その結果を変針変速データベース１０３および解析履歴データベース１０５に格納する。

目標運動解析装置９０１は、メモリ９０５上で保有する観測情報データベース１０１、変針変速データベース１０３、解析履歴データベース１０５の内容をＣＲＴ等の出力装置９０６に表示し、オペレータに提示する。オペレータは、出力装置９０６に出力された観測情報データベース１０１、変針変速データベース１０３、解析履歴データベース１０５の内容を参照する事により、目標の変針変速を看破した場合、入力装置９０９により変針変速時刻を変針変速データベースに格納することも可能である。

図１３を参照して、出力装置の表示を説明する。ここで、図１３は出力装置の表示を説明する図である。図１３において、横軸に時刻、縦軸に観測方位とした目標体の位置表示である。ここで、図１３は、目標体の運動パターンを表１のとおりとした場合の、音響センサ９０２で観測される音波の到来方位である。図１３からも７００秒に観測方位の傾向が変化している事がわかる。

表１ 目標体の運動パターン
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
時刻〔秒〕 針路〔°〕 速力〔ｋｔ〕
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０〜 ７００ １８０ １９.４
７００〜１４００ ９０ １９.４
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しかしながら、実際に観測される方位は、音波伝搬中の屈折の影響や音響センサにおける計測誤差もあり、図１３のように鮮明な方位の傾向変化を読み取る事は難しい。このため、目標運動解析装置９０１は、統計的な手段により変針変速を看破する変針変速検出プログラム１０４を備えている。

図１４を参照して、目標運動解析のシミュレーション結果を説明する。ここで、図１４はキャンセル処理付き２レグ解析のシミュレーション結果を説明する図である。図１４（ａ）は時刻０ｓを基準とした観測体と目標体の絶対位置、（ｂ）は観測体と目標体の距離（ｋｙｄ）、（ｃ）は目標体の速力（ｋｔ）、（ｄ）は目標体の針路（°）である。（ｂ）〜（ｄ）の横軸は時刻（ｓ）である。いずれも実線２０１〜２０５は、図１、図２と同じシミュレーションの前提値である。また、離散的な点２１２〜２１５は、それぞれのシミュレーション結果（解析周期３０ｓ）である。シミュレーション開始後９００秒で目標体は針路を１８０°から１５０°に変針しており、目標体の変針以降も解析結果を安定して出力している。

図１５を参照して、背景技術である目標体の変針変速に対応していない解析（１レグ解析）、目標体の変針変速に対応しているが、検出した変針変速が誤りであった場合のキャンセル処理がない解析（マルチレグ解析）、マルチレグ解析に対して検出した変針変速が誤りであったと判定された場合には検出した変針変速をキャンセルする処理を付加した解析（キャンセル処理付きマルチレグ解析）の解析安定性説明する。ここで、図１５は複数の解析手法による解析安定性の時間経過を説明する図である。図１５において、横軸は時刻（ｓ）、縦軸は解析安定性（％）である。ここで、解析安定性は３０パターンの観測データに対してシミュレーションを実施し、解析誤差が基準値内に入っている割合である。白抜き四角は、１レグ解析、黒三角はマルチレグ解析、黒四角はキャンセル処理付きマルチレグ解析である。

目標体は、９００秒で変針している。このため、１レグ解析は、９００秒以降で解析安定性は０％となっている。マルチレグ解析およびキャンセル処理付きマルチレグ解析は、目標体の変針後も安定した解析精度である。但し、マルチレグ解析が９０〜９５％の解析安定性であるのに対して、キャンセル処理付きマルチレグ解析はほぼ１００％の解析安定性である。これは、マルチレグ解析において変針変速の検出または変針変速時刻の推定を誤っているからに他ならない。
上述した実施例に拠れば、目標体が変針変速している場合でも、安定した解析を実施する事ができる。

従来技術による目標運動解析のシミュレーション結果である。 改良された目標運動解析のシミュレーション結果である。 目標運動解析装置の機能ブロック図である。 時系列観測方位データベースを説明する図である。 時系列周波数データベースを説明する図である。 変針変速データベースを説明する図である。 解析履歴データベースを説明する図である。 目標運動解析部のフローチャートである。 変針変速検出部のフローチャートである。 等速直進モデルの目標運動解析における観測体と目標体の幾何学的関係を示した図である。 変針変速モデルの目標運動解析における観測体と目標体の幾何学的関係を示した図である。 目標運動解析装置のハードウェアブロック図である。 目標が変針した場合の音波の到来方位を時系列に示したグラフである。いて目標運動解析を適用した場合のシミュレーション結果である。 キャンセル処理付き２レグ解析のシミュレーション結果を説明する図である。 複数の解析手法による解析安定性の時間経過を説明する図である。

符号の説明

１０１…観測情報データベース部、１０２…変針変速検出部（プログラム）、１０３…変針変速データベース部、１０４…目標運動解析部（プログラム）、１０５…解析履歴データベース部、９０１…目標運動解析装置、９０２…音響センサ、９０３…航海センサ、９０４…ＣＰＵ、９０５…メモリ、９０６…出力装置、９０７…インターフェース、９０８…インターフェース、９０９…入力装置。

Claims (5)

1. 音響センサから取得した目標体の方位および周波数と、航海センサから取得した観測体の位置座標および速力ベクトルとを時系列的に記録する第１のデータベースと、前記目標体の時系列的な変針変速時刻を記録する第２のデータベースとを保持し、変針変速検出部を含む目標運動解析装置において、
   前記変針変速検出部は、前記第２のデータベースから最新の変針変速時刻を取得し、この最新の変針変速時刻以降の解析用データを前記第１のデータベースから取得し、前記解析用データを用いて変針変速検出処理を実施し、
   前記変針変速検出処理において、変針変速を検出したとき、変針変速時刻推定処理を実施し、推定された変針変速時刻を前記第２のデータベースに格納し、
   前記変針変速検出処理において、変針変速を検出しないとき、前記最新の変針変速有無の確認処理を実施することを特徴とする目標運動解析装置。
2. 請求項１に記載の目標運動解析装置であって、
   さらに、前記目標体の推定位置座標と推定速力ベクトルとを記録する第３のデータベースとを保持し、さらに、目標運動解析部を含み、
   前記目標運動解析部は、前記第３のデータベースを更新することを特徴とする目標運動解析装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の目標運動解析装置であって、
   前記変針変速検出部は、前記確認処理において、変針変速を検出しなかったとき、前記第２のデータベースから前記最新の変針変速時刻を削除することを特徴とする目標運動解析装置。
4. 音響センサから取得した目標体の方位および周波数と、航海センサから取得した観測体の位置座標および速力ベクトルとを時系列的に記録する第１のデータベースと、前記目標体の時系列的な変針変速時刻を記録する第２のデータベースとをメモリに保持し、
   電子計算機を、
   前記第２のデータベースから最新の変針変速時刻を取得し、この最新の変針変速時刻以降の解析用データを前記第１のデータベースから取得し、前記解析用データを用いて変針変速検出処理を実施し、
   前記変針変速検出処理において、変針変速を検出したとき、変針変速時刻推定処理を実施し、推定された変針変速時刻を前記第２のデータベースに格納し、
   前記変針変速検出処理において、変針変速を検出しないとき、前記最新の変針変速有無の確認処理を実施する変針変速検出部として、
   機能させるための目標運動解析プログラム。
5. 音響センサから取得した目標体の方位および周波数と、航海センサから取得した観測体の位置座標および速力ベクトルとを時系列的に記録する第１のデータベースと、前記目標体の時系列的な変針変速時刻を記録する第２のデータベースとを保持し、
   前記第２のデータベースから最新の変針変速時刻を取得するステップと、
   この最新の変針変速時刻以降の解析用データを前記第１のデータベースから取得するステップと、
   前記解析用データを用いて変針変速検出処理を実施するステップと、
   前記変針変速検出処理において、変針変速を検出したとき、変針変速時刻推定処理を実施するステップと、推定された変針変速時刻を前記第２のデータベースに格納するステップと、
   前記変針変速検出処理において、変針変速を検出しないとき、前記最新の変針変速有無の確認処理を実施するステップとを含む目標運動解析方法。

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