JP2010014664A

JP2010014664A - 目標追尾装置および目標追尾方法

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Publication number: JP2010014664A
Application number: JP2008176969A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Harada; 哲治原田; Shoji Matsuda; 庄司松田; Ryoji Maekawa; 良二前川; Masayoshi Ito; 正義系; Akio Yamaya; 明男山家
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: JP5379415B2

Abstract

【課題】ウェイティングによる信号レベルの劣化を防ぐことができる目標追尾装置を提供する。
【解決手段】目標の信号を検出する目標検出器１０と、目標検出器１０により検出した信号に対してレーダー装置のレンジサイドローブパターンからレンジサイドローブとの相関の程度を計算し、レンジサイドローブ相関処理の相関計算結果から重み付け計算によって目標検出器１０により検出した信号に対し重み付けを行い、重み付け計算の結果を考慮したＭＨＴ（Multiple Hypothesis Tracking）により追尾処理を行う追尾処理器２０と、追尾処理器２０の結果を表示するための航跡表示器３０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機や船舶等の目標を探知するレーダー装置を用いた目標追尾装置および目標追尾方法に関する。

従来、レーダー装置の目標追尾方式として、例えば、特開２００２−９８７５５号公報（特許文献１）に記載された追尾方式（目標追尾措置）がある。
特許文献１（特開２００２−９８７５５号公報）には、「観測ベクトルと航跡の相関に関して、それぞれの観測ベクトルが既存航跡と相関する可能性、新航跡である可能性、誤信号である可能性を考慮し、複数の仮説を維持しつつ追尾処理を行う延期決定型の目標追尾装置において、航跡相関行列と既存の仮説から新しい仮説を作成する仮説更新部が、仮説の信頼度計算に目標観測装置からのそれぞれの観測ベクトル毎に得られる情報を利用することを特徴とする目標追尾装置」が記載されている。

特開２００２−９８７５５号公報における目標追尾方式では、仮説の信頼度を計算する際に、レーダー装置（目標観測装置）から得られる観測ベクトルおよび信号のＳ／Ｎ比による重み付けを考慮し行う。
なお、「時刻ｔ−１の航跡」に対し、「時刻ｔに検出した目標の信号」が、「時刻ｔ−１の航跡」の目標信号であると仮定した場合、その仮定を「仮説」といい、その仮定に対する確からしさを「信頼度」という。
特開２００２−９８７５５号公報

しかし、例えば特許文献１による従来の目標追尾方式では、仮説の信頼度計算に対して観測ベクトルに信号のＳ／Ｎ比の情報を適用する方法についての考え方は示しているが、信号のＳ／Ｎ比による重み付けの手法については示されていない。
また、従来のレーダー装置では、Ｓ／Ｎ比を具体的に目標追尾に組み込む方法は示されていない。
一般的に、目標を検出するためにパルス圧縮技術が用いられる。
パルス圧縮を実施すると、レンジサイドローブと呼ばれる不要信号が目標信号の近傍に現れる。

レンジサイドローブは目標信号よりも必ず低いＳ／Ｎ比となることが判っているので、目標信号とレンジサイドローブのレベル比（差）および距離を事前に予測することが可能である。（これをレンジサイドローブパターンと称することとする。）
従来では、レンジサイドローブの対策として、パルス圧縮時にウェイティング手法を利用してレンジサイドローブを用いているが、目標信号のＳ／Ｎ比が低くなるというデメリットがある。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、レンジサイドローブパターンがパルス圧縮の諸元（例えば、周波数の変化量やパルス幅）により予測できることに着目し、パルス圧縮におけるウェイティング無しで、レンジサイドローブにより発生する誤航跡を抑圧して、ウェイティングによる信号レベルの劣化を防ぐことができる目標追尾装置あるいは目標追尾方法を提供することを目的とする。

なお、「パルス圧縮」とは、長いパルスを短いパルスに圧縮する技術であって、送信平均電力を維持しつつ、短いパルスの距離分解能の性能を満足するための技術である。
パルス自体の電力は保持されるため、圧縮後のパルスの振幅は、圧縮前より大きくなり、目標を探知し易くなる。
また、「ウェイティング」とは、パルス圧縮時に発生するレンジサイドローブを抑圧する処理のことをいう。
一般に、ウェイティングを行うと、Ｓ／Ｎ比の劣化を伴い、探知距離が減る。
本発明では、Ｓ／Ｎ比の劣化を防ぐためにウェイティンクを削除している。

この発明に係る目標追尾装置は、目標の信号を検出する目標検出手段と、上記目標検出手段により検出した上記目標の信号に対してレーダー装置のレンジサイドローブパターンからレンジサイドローブ相関処理によりレンジサイドローブとの相関の程度を計算するレンジサイドローブ相関処理手段、上記レンジサイドローブ相関処理手段の相関計算結果から上記目標検出手段により検出した上記目標の信号に対して重み付け計算を行う重み付け計算手段、上記重み付け計算手段による重み付け計算の結果を反映して検出した信号の仮説の信頼度計算を実施して上記目標の信号の誤検出を抑圧するＭＨＴ（Multiple Hypothesis Tracking）で構成され、上記目標の追尾処理を行う追尾処理手段と、上記追尾処理手段による目標対追尾結果を表示する航跡表示手段を備えたものである。

また、この発明に係る目標追尾方法は、目標の信号を検出する目標検出カステップと、
上記目標検出ステップにおいて検出した上記目標の信号に対してレーダー装置のレンジサイドローブパターンからレンジサイドローブ相関処理によりレンジサイドローブとの相関の程度を計算するレンジサイドローブ相関処理ステップ、上記レンジサイドローブ相関処理ステップにおける相関計算結果から上記目標検出ステップにおいて検出した上記目標の信号に対して重み付け計算を行う重み付け計算ステップ、上記重み付け計算ステップにおける重み付け計算の結果を反映して検出した信号の仮説の信頼度計算を実施して上記目標の信号の誤検出を抑圧するＭＨＴ（Multiple Hypothesis Tracking）処理ステップを有し、上記目標の追尾処理を行う追尾処理ステップと、上記追尾処理ステップにおける目標対追尾結果を表示する航跡表示ステップからなるものである。

本発明によれば、Ｓ／Ｎ比による観測ベクトルへの重み付け（ウェイティング）の手法について明確化することで、仮説の信頼度計算の具体設計ができる。
また、パルス圧縮におけるウェイティングをすることなく、レンジサイドローブにより発生する誤航跡を抑圧することができるため、ウェイティングによる信号レベルの劣化を防ぐことができる。

実施の形態１．
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態１について説明する。
図１は、実施の形態１による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１０は受信信号から目標の信号（即ち、目標で反射されてくるレーダー信号）を検出するための目標検出器（目標検出手段）、２０は目標検出器（目標検出手段）１０が検出する検出信号に対し追尾処理を行うための追尾処理器（追尾処理手段）、３０は追尾処理器（追尾処理手段）２０により得られる追尾処理の結果（即ち、航跡）を表示するための航跡表示器（航跡表示手段）である。

追尾処理器（追尾処理手段）２０は、目標検出器（目標検出手段）１０が検出する検出信号に対してレンジサイドローブとの相関の程度を計算するためのレンジサイドローブ相関処理手段２１、該レンジサイドローブ相関処理手段２１がレンジサイドローブ相関処理を行う際に用いるレーダー装置のレンジサイドローブパターン２２、レンジサイドローブ相関処理手段２１によるレンジサイドローブ相関処理の結果から追尾処理器（追尾処理手段）２０により検出された信号の重み付けを計算する重み付け計算手段２３、追尾処理において、信号の観測ベクトルおよび重み付け（ウェイティング）計算手段２３の計算結果を用いて仮説の信頼度計算を実施するためのＭＨＴ（Multiple Hypothesis Tracking）２４で構成されている。

なお、前述したように、「時刻ｔ−１の航跡」に対し、「時刻ｔに検出した目標の信号」が、「時刻ｔ−１の航跡」の目標信号であると仮定した場合、その仮定を仮説という。
そして、その仮説は検出した信号分について発生する。
追尾動作を維持するためには、複数の仮説の中から航跡に対する目標信号を判定しなければならない。
従って、各仮説に対して、現在追尾中の目標である確率を計算し、航跡と目標信号との対応に様々な組み合わせが考えられて１つに決められない場合、確からしい複数の仮説を保持しながら追尾を維持する。このようなアルゴリズムを“ＭＨＴ”という。

次に、動作について説明する。
まず、目標検出器１０により検出された目標の信号が追尾処理器２０へ出力される。
次に、目標検出器１０から出力された信号は、追尾処理器２０において、以前の追尾結果から算出された目標の予測位置と目標検出器１０から出力される信号との相関を計算し、追尾対象となる目標の信号を算出する追尾処理を行う。
追尾処理の際に、レンジサイドローブによる誤目標追尾を抑圧するため、レンジサイドローブ相関処理手段２１は、検出した目標の観測ベクトルとＳ／Ｎ比からレンジサイドローブパターン２２との相関を計算し、レンジサイドローブである確からしさを求め、レンジサイドローブである確からしさが高い目標については相関対象から外す処理を行う。

以上の追尾処理の結果から、次に目標検出器から検出される信号の位置を予測し、前述の追尾処理を繰り返すことにより追尾維持を行う。
このように、本実施の形態においては、レンジサイドローブによる誤目標追尾が抑圧できるため、レンジサイドローブ自体を抑圧する際に生じる、信号レベルの劣化を防ぐことができ、レーダーの性能は向上することが期待できる。

レンジサイドローブパターン２２の適用方法について説明する。
レンジサイドローブパターン２２は、予めシミュレーション等により、ビームごとに、ノイズフリーで第１サイドローブから第ｋサイドローブ（ｋはパラメータ）までのメインローブとのレンジ差ΔＲｋ、Ｓ／Ｎ差ΔＰｋを求めておく。

図２は、レンジサイドローブで検出された信号（不要信号）を判別するための重み付け算出フローを示す図である。
また、重み付けを考慮したＭＨＴの信頼度計算を式（１）に示す。
なお、ＭＨＴ信頼度計算式を示す式（１）において、Ｐｌ（Ｚｍ）およびＰｓ（Ｚｍ）が重み付けに相当している。

図２のフローチャートに基づいて、本実施の形態における重み付け算出ステップについて説明する。
まず、当該信号（即ち、目標検出器１０にて検出された信号）を中心にした所定の距離、方位角、仰角のゲート内に、当該信号のＳ／Ｎ比より大きい信号(信号（ａ）と呼ぶ)の有無を調べる。（ステップＳ１０１）
信号（ａ）が無い場合、当該信号については、重み付けを行わないが、信号（ａ）が有る場合、当該信号についてレンジ差およびＳ／Ｎ差から、レンジサイドローブパターンにおいて、該当すると思われるレンジサイドローブを抽出する。（ステップＳ１０２）

レンジサイドローブ相関処理手段２１は、抽出されたレンジサイドローブパターンと当該信号について相関を実施し、重み付け計算手段２３は、相関結果により信号の重み付け（レンジサイドローブである確率：Ｐｓ、目標である確率：Ｐｔ）を算出する。
ステップＳ１０１において、目標検出器１０にて検出された信号を中心にした所定の距離、方位角、仰角のゲート内に、当該信号のＳ／Ｎ比より大きい信号(信号（ａ）が有る場合、当該信号とレンジサイドローブのレンジ差△ＲｋおよびＳ／Ｎ比の差△Ｐｋから、当該信号と信号（ａ）とのレンジ差△Ｒ_０およびＳ／Ｎ比の差△Ｐ_０との分散値を算出し、パラメータとして設定しているレンジ差およびＳ／Ｎ比の差の分散値σＲｋ^２、σＰｋ^２と比較した結果を式（２）の２次形式λｋとして算出する。
信号（ａ）に対して、第１レンジサイドローブから第ｎレンジサイドローブについて、式（２）を算出する。（ステップＳ１０３）

次に、Ｓ１０３において算出したサイドローブ（ステップＳ１０４）について最もλｋが小さい値（λmin）となるものを選択し（ステップＳ１０５）、選択したサイドローブのλminが所定の閾値（Ｂ）以下であるかを判定する。（ステップＳ１０６）
ステップＳ１０６での判定後、λminが所定の閾値（Ｂ）以下でない場合には、レンジサイドローブとの相関はなく、目標とは異なるとして扱う。
ステップＳ１０６での判定後、λminが所定の閾値（Ｂ）以下であると判定した場合は、正規分布の密度関数から尤度ｇを式（３）に基づいて算出する。（ステップＳ１０７）

次に、ステップＳ１０７で求めた尤度ｇを用いて、式（４）のとおりレンジサイドローブである確率Ｐｓを算出する。

目標の信号である確率であるＰｔは、Ｐｔ＝１−Ｐｓより求める。
Ｐｓは０から１の値でありね１に近いほどレンジサイドローブである可能性が高いと見なす。
重み付けについては、式（１）のＭＨＴ信頼度計算式にステップ１０６で求めた確率が反映されている。
レンジサイドローブである確率Ｐｓが大きいならば、当該信号を不要信号として扱い、航跡確立の確立を低くし、誤航跡の発生を抑圧する。

以上説明したように、本実施の形態による目標追尾装置は、目標の信号を検出する目標検出手段（目標検出器）１０と、目標検出手段１０により検出した目標の信号に対してレーダー装置のレンジサイドローブパターンからレンジサイドローブ相関処理によりレンジサイドローブとの相関の程度を計算するレンジサイドローブ相関処理手段２１、該レンジサイドローブ相関処理手段２１の相関計算結果から目標検出手段１０により検出した目標の信号に対して重み付け計算を行う重み付け計算手段２３、該重み付け計算手段２３による重み付け計算の結果を反映して検出した信号の仮説の信頼度計算を実施して目標の信号の誤検出を抑圧するＭＨＴ（Multiple Hypothesis Tracking）で構成され、目標の追尾処理を行う追尾処理手段（追尾処理器）２０と、該追尾処理手段２０による目標対追尾結果を表示する航跡表示手段（航跡表示器）３０を備えている。

従って、本実施の形態によれば、パルス圧縮におけるウェイティングをすることなく、レンジサイドローブにより発生する誤航跡を抑圧することが可能であり、ウェイティングによる信号レベルの劣化を防ぐことができる。

この発明は、ウェイティングによる信号レベルの劣化を防ぐことができる目標追尾装置の実現に有用である。

実施の形態１による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。レンジサイドローブで検出された信号を判別するための重み付け算出フローを示す図である。

符号の説明

１０目標検出器（目標検出手段）
２０追尾処理器（追尾処理手段）
２１レンジサイドローブ相関処理手段
２２レンジサイドローブパターン
２３重み付け（ウェイティング）計算手段
２４ＭＨＴ（Multiple Hypothesis Tracking）
３０航跡表示器（航跡表示手段）

Claims

目標の信号を検出する目標検出手段と、
上記目標検出手段により検出した上記目標の信号に対してレーダー装置のレンジサイドローブパターンからレンジサイドローブ相関処理によりレンジサイドローブとの相関の程度を計算するレンジサイドローブ相関処理手段、上記レンジサイドローブ相関処理手段の相関計算結果から上記目標検出手段により検出した上記目標の信号に対して重み付け計算を行う重み付け計算手段、上記重み付け計算手段による重み付け計算の結果を反映して検出した信号の仮説の信頼度計算を実施して上記目標の信号の誤検出を抑圧するＭＨＴ（Multiple Hypothesis Tracking）で構成され、上記目標の追尾処理を行う追尾処理手段と、
上記追尾処理手段による目標対追尾結果を表示する航跡表示手段を備えたことを特徴とする目標追尾装置。
目標の信号を検出する目標検出カステップと、
上記目標検出ステップにおいて検出した上記目標の信号に対してレーダー装置のレンジサイドローブパターンからレンジサイドローブ相関処理によりレンジサイドローブとの相関の程度を計算するレンジサイドローブ相関処理ステップ、上記レンジサイドローブ相関処理ステップにおける相関計算結果から上記目標検出ステップにおいて検出した上記目標の信号に対して重み付け計算を行う重み付け計算ステップ、上記重み付け計算ステップにおける重み付け計算の結果を反映して検出した信号の仮説の信頼度計算を実施して上記目標の信号の誤検出を抑圧するＭＨＴ（Multiple Hypothesis Tracking）処理ステップを有し、上記目標の追尾処理を行う追尾処理ステップと、
上記追尾処理ステップにおける目標対追尾結果を表示する航跡表示ステップからなることを特徴とする目標追尾方法。