JP2010276475A - 目標追跡装置及び目標追跡方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低ＳＮＲ環境下においても目標を高精度に検出・追跡できるようにする。
【解決手段】目標追跡装置は、ＴＢＤ（Track Before Detect）アルゴリズムを用いて受信信号から目標を検出する第１検出処理器６と、その検出結果をもとに目標を追跡する第１追跡処理器とを備える第１信号処理部４と、第１検出処理器６より高レートで受信信号から目標を検出する第２検出処理器１０と、その検出結果をもとに目標を追跡する第２追跡処理器１１とを備える第２信号処理部８と、第１検出処理器６で目標が検出されなかった場合は第１信号処理部４のみを実行させ、第１検出処理器６で目標が検出され、かつ第２検出処理器１０で目標が検出されなかった場合は、第１信号処理部４と第２信号処理部８とを併用させ、第２検出処理１０で目標が検出された場合は第２信号処理部８のみを実行させるように、受信信号の処理系統を判定する処理判定器３とを具備する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、飛しょう体に搭載される目標追跡装置及び目標追跡方法に関する。

一般的に、飛しょう体に搭載される目標追跡装置は、小型化の観点から簡素な構造となっている。目標の検出には、受信した信号をフーリエ変換し、あらかじめ設定したしきい値を超えたものを目標と判定する。また、目標と判定された受信信号から和信号、差信号を求めてモノパルス測角処理により目標方向を求め、信号の遅延時間から目標距離を求める。また、目標の追跡には、目標距離、角度の情報から未来の位置を予測し、その方向にアンテナのビームを向け再度目標検出を行う。

しかしながら、低ＳＮＲ（signal to noise ratio）環境下においては、目標成分がしきい値を超えないため、目標を検出することができない。その一方、しきい値を下げると、目標以外の誤検出が増えてしまう。地上レーダで静止目標であれば観測時間を延ばすことでＳＮＲを改善できるが、飛しょう体では目標との距離変化が起きるためその効果が得られない。

そこで、この課題を解決する手段として、レーダ装置で観測を複数回繰り返し、ハフ変換（例えば、特許文献１参照。）やＴＢＤ（Track Before Detect）アルゴリズム（例えば、特許文献２を参照。）を用いて距離や速度の変化に対応する方法が考案されている。

特開２００４−３４０６９１号公報 特表２００６−５１６７２８号公報

ところが、上述のＴＢＤアルゴリズム等の方法だけでは目標の追跡および飛しょう体の制御に必要な精度の距離・角度情報が得られず、また長い観測時間が必要となるため、飛しょう体の制御が追いつかない。従って目標と飛しょう体の距離が近づきＳＮＲが確保された場合は、従来技術通りの短い信号処理サイクル（高レート）での検出・追跡処理を行う必要がある。

ＴＢＤアルゴリズム等から高レート検出処理への移行には、高レート検出処理に必要なＳＮＲの確保を確認する必要があるが、ＳＮＲはランダムに変動するため一意的に判定することができないという問題がある。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、低ＳＮＲ環境下においても目標を高精度に検出・追跡可能な目標追跡装置及び目標追跡方法を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明に係る目標追跡装置は、目標からの反射波を受信する受信手段と、ＴＢＤ（Track Before Detect）アルゴリズムを用いて前記反射波の受信信号から前記目標を検出する第１検出手段と、前記第１検出手段の検出結果をもとに前記目標を追跡する第１追跡手段とを備える第１処理系統と、前記第１検出手段より高レートで前記受信信号から前記目標を検出する第２検出手段と、前記第２検出手段の検出結果をもとに前記目標を追跡する第２追跡手段とを備える第２処理系統と、前記第１検出手段で前記目標が検出されなかった場合は前記第１処理系統のみを実行させ、前記第１検出手段で前記目標が検出され、かつ前記第２検出手段で前記目標が検出されなかった場合は、前記第１処理系統と前記第２処理系統とを併用させ、前記第２検出手段で前記目標が検出された場合は前記第２処理系統のみを実行させるように、前記受信信号の処理系統を判定する処理判定手段とを具備する。

また、この発明に係る及び目標追跡方法は、目標からの反射波を受信する受信処理と、ＴＢＤ（Track Before Detect）アルゴリズムを用いて前記反射波の受信信号から前記目標を検出する第１検出処理と、前記第１検出処理の検出結果をもとに前記目標を追跡する第１追跡処理とを行う第１信号処理と、前記第１検出処理より高レートで前記受信信号から前記目標を検出する第２検出処理と、前記第２検出処理の検出結果をもとに前記目標を追跡する第２追跡処理とを行う第２信号処理と、前記第１検出処理で前記目標が検出されなかった場合は前記第１信号処理のみを実行させ、前記第１検出処理で前記目標が検出され、かつ前記第２検出処理で前記目標が検出されなかった場合は、前記第１信号処理と前記第２信号処理とを併用させ、前記第２検出処理で前記目標が検出された場合は前記第２信号処理のみを実行させるように、前記受信信号の処理方式を判定する判定処理とを具備するものである。

したがってこの発明によれば、低ＳＮＲ環境下においても目標を高精度に検出・追跡可能な目標追跡装置及び目標追跡方法を提供することができる。

本発明に係る目標追跡装置の一実施形態を示す機能ブロック図。 目標追跡装置の全体の処理手順を示すフローチャート。 第１信号処理部の処理手順を示すフローチャート。 第２信号処理部の第１高レート検出処理の手順を示すフローチャート。 第２信号処理部の第２高レート検出処理の手順を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る目標追跡装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。

この目標追跡装置は、目標からの電波（反射波）を受信するアンテナ部１と、検波信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、このデジタル信号の処理方式を判定する処理判定器３と、ＴＢＤアルゴリズムを用いて目標の検出を行い航跡を求める第１信号処理部４と、第１信号処理部４より高レート・高精度で目標の検出を行い航跡を求める第２信号処理部８と、アンテナ部１のビーム走査を行うアンテナ制御器１２とを備える。

第１信号処理部４は、上記デジタル信号について演算を行い目標候補点を抽出する抽出処理器５と、目標を検出する第１検出処理器６と、目標の航跡を求める第１追跡処理器７とを備える。

第２信号処理部８は、デジタル信号のうち処理対象のデータ範囲を選択する距離選択処理器９と、上記選択されたデジタル信号について演算を行い目標を検出する第２検出処理器１０と、目標の航跡を求める第２追跡処理器１１とを備える。

次に、このように構成された目標追跡装置の動作について説明する。
図２は、この目標追跡装置の全体の処理手順を示すフローチャートである。
目標追跡装置は、アンテナ部１において目標からの反射波の受信処理を行う（ステップＳ１）。受信されたアナログの目標信号は、Ａ／Ｄ変換器２においてデジタル信号に変換される（ステップＳ２）。

処理判定器３は、第１検出処理器６での前回時刻の目標検出の判定結果（以下、第１判定結果とする）と、第２検出処理器１０での前回時刻の目標検出の判定結果（以下、第２判定結果とする）とに基づいて、ステップＳ２で変換されたデジタル信号の処理方式を判定する（ステップＳ３）。処理判定器３は、第１判定結果が「第１検出なし」である場合は、第１信号処理部４にのみ上記デジタル信号を出力する。第１信号処理部４は、上記デジタル信号に対して後述するＴＢＤアルゴリズム処理（ステップＳ４）を行い、目標の検出および追跡を行う。

一方、上記ステップＳ３で、処理判定器３は、第１判定結果が「第１検出あり」の場合は、第１信号処理部４と第２信号処理部８との両方に上記デジタル信号を出力する。第１信号処理部４は、上記デジタル信号に対してＴＢＤアルゴリズム処理（ステップＳ４）を行い、第２信号処理部８は、後述する第１高レート検出処理（ステップＳ５）を行い、目標の検出および追跡を行う。

また、上記ステップＳ３で、処理判定器３は、第２検出結果が「第２検出あり」の場合は、第２信号処理部８にのみ上記デジタル信号を出力する。第２信号処理部８は、後述する第２高レート検出処理（ステップＳ６）を行い、目標の検出および追跡を行う。アンテナ制御器１２は、上記ステップＳ５又はステップＳ６で第２信号処理部８から出力される目標方向角度の予測結果（第２角度追跡結果）に基づいて目標の方向へのアンテナのビーム走査を行う（ステップＳ７）。

図３は、第１信号処理部４におけるＴＢＤアルゴリズム処理の手順を示すフローチャートである。

抽出処理器５において、以下のステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を行う。抽出処理器５は、処理判定器３から入力されるデジタル信号をフーリエ変換し、距離と周波数の２つの引数を持つ信号（２次元振幅信号）に変換する（ステップＳ１１）。抽出処理器５は、前回時刻の目標候補点について現在時刻の移動予測点を求める（ステップＳ１２）。移動予測点の２次元振幅信号から評価関数を計算し、その値の大きいものを任意の数だけ抽出し、現在時刻の目標候補点とする（ステップＳ１３）。ステップＳ１２からＳ１３までの処理を所定の回数（Ｎ回）繰り返す（ステップＳ１４）。上記ステップＳ１３の処理については、例えば、逐次モンテカルロ法（粒子フィルタ）やダイナミックプログラミングの理論を適用することができる。

第１検出処理器６は、抽出処理器５で求めた目標候補点の中から評価関数があらかじめ設定したしきい値を超える点を求める等により目標を検出する（ステップＳ１５）。第１検出処理器６は、目標を検出した場合は「第１検出あり」、目標を検出しなかった場合は「第１検出なし」と判定し、判定結果を処理判定器３に出力する。なお、ステップＳ１４にて繰り返しを続けている間はステップＳ１５の処理を行わないため、その間は前回時刻の判定結果を保持して処理判定器３に出力する。

第１追跡処理器７は、第１検出処理器６の出力が「第１検出あり」のとき、目標として検出した点から、上記ステップＳ１２で予測してきた経路を逆にたどることにより、目標の距離、周波数変化を求め、これを目標の第１距離追跡結果・第１周波数追跡結果とする（ステップＳ１６）。第１距離追跡結果は第２信号処理部８の距離選択処理器９に出力される。

図４は、第２信号処理部８における上記ステップＳ５の第１高レート検出処理の手順を示すフローチャートである。
距離選択処理器９において、ステップＳ２１〜２３の処理を行う。第１距離追跡結果はＮ回毎にのみ出力されるため、距離選択処理器９は、ステップＳ２１にて第１距離追跡結果が出力されたときはステップＳ２２の距離選択処理Ａを実行し、第１距離追跡結果が出力されなかったときはステップＳ２３の距離選択処理Ｂを実行する。

ステップＳ２２では、距離選択処理器９は、第１距離追跡結果と第２距離追跡結果を比較し、その差が第１信号処理部４の距離分解能より大きい場合は第１距離追跡結果を優先し、上記差が距離分解能以内の場合は第２距離追跡結果を優先して処理判定器３から入力されるデジタル信号から目標の存在する距離付近のデータを選択する。

ステップＳ２３では、距離選択処理器９は、第２距離追跡結果より上記デジタル信号から目標の存在する距離付近のデータを選択する。

第２検出処理器１０は、距離選択処理器９で選択されたデジタル信号をフーリエ変換する（ステップＳ２４）。第２検出処理器１０は、上記変換結果において、あらかじめ定めたしきい値より大きな振幅を持つ点があるときは「検出あり」と判定し、しきい値より大きな振幅を持つ点がないときは「検出なし」と判定する（ステップＳ２５）。そして、直近のＭ回のうち、Ｎ回（Ｎ≦Ｍ）以上「検出あり」があったときは「第２検出あり」と判定し、それ以外は「第２検出なし」と判定する。この判定結果を第２判定結果として処理判定器３に出力する。

第２追跡処理器１１は、次回の距離および角度を予測する第２追跡処理を以下のように行う（ステップＳ２６）。すなわち、上記ステップＳ２５において「検出あり」の場合は、第２検出処理器１０の検出結果から今回の目標距離および目標方向角度を第１追跡処理器より高精度で求め、次回の距離および角度を予測する。一方、上記ステップＳ２５において「検出なし」の場合は、前回までの距離・角度予測結果から次回の距離・角度を予測する。第２追跡処理器１１は、距離の予測結果を第２距離追跡結果として距離選択処理器９に、角度の予測結果を第２角度追跡結果としてアンテナ制御器１２に出力する。目標距離の算出には、例えばスプリットゲート方式を用いることができる。目標方向角度の算出には、例えばモノパルス測角処理を用いることができる。次回の距離予測および角度予測の方法としては、例えばα−βフィルタや、カルマンフィルタを用いることができる。

図５は、第２信号処理部８における上記ステップＳ６の第２高レート検出処理の手順を示すフローチャートである。なお、第２高レート検出処理のステップＳ３１〜Ｓ３４の処理は上記図４で示した第１高レート検出処理のステップＳ２３〜Ｓ２６と同じである。

すなわち、距離選択処理器９は、第２距離追跡結果より上記デジタル信号から目標の存在する距離付近のデータを選択する（ステップＳ３１）。第２検出処理器１０は、距離選択処理器９で選択されたデジタル信号をフーリエ変換する（ステップＳ３２）。第２検出処理器１０は、上記変換結果において、あらかじめ定めたしきい値より大きな振幅を持つ点があるときは「検出あり」と判定し、しきい値より大きな振幅を持つ点がないときは「検出なし」と判定する（ステップＳ３３）。そして、直近のＭ回のうち、Ｎ回（Ｎ≦Ｍ）以上「検出あり」があったときは「第２検出あり」と判定し、それ以外は「第２検出なし」と判定する。この判定結果を第２判定結果として処理判定器３に出力する。

ステップＳ３４では、上記ステップＳ３３において「検出あり」の場合は、第２検出処理器１０の検出結果から今回の目標距離および目標方向角度を第１追跡処理器より高精度で求め、次回の距離および角度を予測する。一方、上記ステップＳ３３において「検出なし」の場合は、前回までの距離・角度予測結果から次回の距離・角度を予測する。第２追跡処理器１１は、距離の予測結果を第２距離追跡結果として距離選択処理器９に、角度の予測結果を第２角度追跡結果としてアンテナ制御器１２に出力する。

以上述べたように、本実施形態では、低ＳＮＲ環境においてＴＢＤアルゴリズムにより目標を検出し、目標が検出された後は高レート検出処理で目標を検出・追跡を行うようにする。したがって、常時十分なＳＮＲが得られないような環境下において、高レート検出処理で一時的に目標を検出できなくても、ＴＢＤアルゴリズムによる検出・追跡結果を参照することにより、目標を見失うことなく高精度で追跡を継続することができ、飛しょう体の追跡性能を向上させることが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…アンテナ部、２…Ａ／Ｄ変換器、３…処理判定器、４…第１信号処理部、５…抽出処理器、６…第１検出処理器、７…第１追跡処理器、８…第２信号処理部、９…距離選択処理器、１０…第２検出処理器、１１…第２追跡処理器、１２…アンテナ制御器。

Claims (4)

1. 目標からの反射波を受信する受信手段と、
   ＴＢＤ（Track Before Detect）アルゴリズムを用いて前記反射波の受信信号から前記目標を検出する第１検出手段と、前記第１検出手段の検出結果をもとに前記目標を追跡する第１追跡手段とを備える第１処理系統と、
   前記第１検出手段より高レートで前記受信信号から前記目標を検出する第２検出手段と、前記第２検出手段の検出結果をもとに前記目標を追跡する第２追跡手段とを備える第２処理系統と、
   前記第１検出手段で前記目標が検出されなかった場合は前記第１処理系統のみを実行させ、前記第１検出手段で前記目標が検出され、かつ前記第２検出手段で前記目標が検出されなかった場合は、前記第１処理系統と前記第２処理系統とを併用させ、前記第２検出手段で前記目標が検出された場合は前記第２処理系統のみを実行させるように、前記受信信号の処理系統を判定する処理判定手段と
   を具備することを特徴とする目標追跡装置。
2. 前記第２処理系統は、前記第１追跡手段から距離追跡結果が出力された場合は、前記第１追跡手段の距離追跡結果と前記第２追跡手段の距離追跡結果との差が前記第１処理系統の距離分解能より大きい場合は前記第１追跡手段の距離追跡結果を優先し、前記差が前記距離分解能以内の場合は前記第２追跡手段の距離追跡結果を優先して前記受信信号から前記目標の存在する距離付近のデータを選択する距離選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の目標追跡装置。
3. 目標からの反射波を受信する受信処理と、
   ＴＢＤ（Track Before Detect）アルゴリズムを用いて前記反射波の受信信号から前記目標を検出する第１検出処理と、前記第１検出処理の検出結果をもとに前記目標を追跡する第１追跡処理とを行う第１信号処理と、
   前記第１検出処理より高レートで前記受信信号から前記目標を検出する第２検出処理と、前記第２検出処理の検出結果をもとに前記目標を追跡する第２追跡処理とを行う第２信号処理と、
   前記第１検出処理で前記目標が検出されなかった場合は前記第１信号処理のみを実行させ、前記第１検出処理で前記目標が検出され、かつ前記第２検出処理で前記目標が検出されなかった場合は、前記第１信号処理と前記第２信号処理とを併用させ、前記第２検出処理で前記目標が検出された場合は前記第２信号処理のみを実行させるように、前記受信信号の処理方式を判定する判定処理と
   を具備することを特徴とする目標追跡方法。
4. 前記第２信号処理は、前記第１追跡処理で距離追跡結果が出力された場合は、前記第１追跡処理の距離追跡結果と前記第２追跡処理の距離追跡結果との差が前記第１信号処理の距離分解能より大きい場合は前記第１追跡処理の距離追跡結果を優先し、前記差が前記距離分解能以内の場合は前記第２追跡処理の距離追跡結果を優先して前記受信信号から前記目標の存在する距離付近のデータを選択する距離選択処理をさらに具備することを特徴とする請求項３記載の目標追跡方法。

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