JP2014115086A

JP2014115086A - 目標追尾システム、目標追尾装置、目標追尾方法、及び目標追尾プログラム

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Publication number: JP2014115086A
Application number: JP2012266976A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tajima; 優一田嶋; Koichi Fukutani; 晃一福谷; Yuichi Abe; 祐一阿部
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2032-12-06
Also published as: JP6277580B2

Abstract

【課題】プロットがマルチパスの影響を受けて位置が不正確になった場合に、航跡に対応するプロットを正しく相関し、継続して航跡の更新すること。
【解決手段】信号処理装置１０と、目標追尾装置１１とを備え、目標追尾装置１１は、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であった場合に、マルチパス対処の状況を判定し、目標物体検出情報がマルチパス影響領域外であった場合と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であってマルチパス対処済みである場合と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であってマルチパス未対処である場合と、で異なる値の観測誤差を付与する。
【選択図】図１

Description

本発明は、目標追尾システム、目標追尾装置、目標追尾方法、及び目標追尾プログラムに関する。

三次元レーダーは、電波を目標物体に照射し、その目標物体から反射して返ってきた電波を受信して、目標物体の距離や方位角や仰角を観測する。そのとき、電波は、地表面や海面または構造物等に反射する。そのため、目標物体からの反射波をレーダーが受信する際に、レーダーに直接届く直接波以外に、地表面等に反射してからレーダーに届く間接波も受信してマルチパスになる。このマルチパスにより、三次元レーダーは、主に仰角が正確に観測できない。そして、目標追尾システムがこのマルチパスの影響を受けたプロットを入力した場合、位置情報が不正確なプロットを基に、目標追尾を行うことになる。

このような三次元レーダーにおいては、入力されたプロットがマルチパスの影響を受けたものか否かに関わらず、同一基準で観測誤差を付与していた。また、この三次元レーダーは、レーダーがマルチパスに対処しその影響を解消または軽減しているか否かに関わらず、同一基準で観測誤差を付与していた。そのため、この三次元レーダーは、航跡との相関ゲート判定とが正しく行われなかった。この三次元レーダーは、例えば、航跡に対応するプロットであるにもかかわらず相関せず、航跡の更新ができない。また、この三次元レーダーは、航跡とプロットが相関した場合に、位置情報が不正確なプロットを使用して航跡を更新し、航跡が間違った位置に更新される。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

例えば、特許文献１には、レーダー装置等を用いて車両、航空機等の移動目標物を検出し、移動目標物の位置情報、追尾結果等を表示装置において表示させる目標検出装置が記載されている。より具体的に説明すると、この目標検出装置は、目標物体がマルチパスエコー発生付近を通過するような場合に、目標物体及び偽目標物体のそれぞれにおいて互いの影響をそれぞれ加味して相関計算を実施する。このようにして、この目標検出装置は、目標物体の追尾処理がマルチパスエコーによる偽目標物体のプロット情報へ乗移ってしまうという追尾はずれ等の現象が軽減されることにより、安定した追尾処理を実施できる。

また、例えば、特許文献２には、追尾レーダー装置が記載されている。より具体的に説明すると、この追尾レーダー装置は、比較器が出力を発生して、マルチパスの影響が及ぼされている期間は、加算器によって補正前誘導信号に逆極性のノイズ信号成分を加算する。そのため、この追尾レーダー装置は、誘導信号よりノイズ成分を取り除き、角度追尾に必要な成分のみを持った波形を生成する。これにより、この追尾レーダー装置は、マルチパス環境下において、安定に目標を捕捉して追尾することができる。

特許第３９８５７８３号公報特開２００２−３１０５９７号公報

特許文献１、及び特許文献２に記載の技術は、いずれもマルチパスの影響を受けずに目標追尾を行うものの、プロットがマルチパスの影響を受けて位置が不正確になった場合に、航跡に対応するプロットを正しく相関し、継続して航跡の更新ができない。

本発明の目的は、上述した課題を解決する目標追尾システム、目標追尾装置、目標追尾方法、及び目標追尾プログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、目標追尾システムであって、レーダーの電波を目標物体に照射して目標物体からの反射波を検出する信号処理装置と、反射波を基に目標物体を観測する目標追尾装置とを備え、目標追尾装置は、プロットとして入力されたレーダーからの目標物体検出情報がマルチパス影響領域内か否かの判定を行い、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であった場合は、マルチパス対処の状況を判定し、目標物体検出情報がマルチパス影響領域外であった場合と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であってマルチパス対処済みである場合と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であってマルチパス未対処である場合と、で異なる値の観測誤差を付与する。

本発明の第２の形態によると、目標追尾装置であって、プロットとして入力されたレーダーからの目標物体検出情報がマルチパス影響領域内か否かの判定を行い、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であった場合は、マルチパス対処の状況を判定し、目標物体検出情報がマルチパス影響領域外であった場合と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であってマルチパス対処済みである場合と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であってマルチパス未対処である場合と、で異なる値の観測誤差を付与する。

本発明の第３の形態によると、目標追尾方法であって、プロットとして入力されたレーダーからの目標物体検出情報がマルチパス影響領域内か否かの判定を行うステップと、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であった場合に、マルチパス対処の状況を判定するステップと、目標物体検出情報がマルチパス影響領域外であった場合と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であってマルチパス対処済みである場合と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であってマルチパス未対処である場合と、で異なる値の観測誤差を付与するステップとを含む。

本発明の第４の形態によると、目標追尾プログラムであって、プロットとして入力されたレーダーからの目標物体検出情報がマルチパス影響領域内か否かの判定を行う影響領域判定処理と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であった場合に、マルチパス対処の状況を判定するマルチパス対処状況判定処理と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域外であった場合と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であってマルチパス対処済みである場合と、目標物体検出情報がマルチパス影響領域内であってマルチパス未対処である場合と、で異なる値の観測誤差を付与する観測誤差付与処理とを含む。

なおまた、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。

以上の説明から明らかなように、この発明によっては、プロットがマルチパスの影響を受けて位置が不正確になった場合に、航跡に対応するプロットを正しく相関し、継続して航跡の更新することができる。

第１実施形態の目標追尾システムの機能ブロック図である。第１実施形態の目標追尾システムにおける観測誤差付与部の機能ブロック図である。第１実施形態の目標追尾システムの作用を説明するためのレーダーの覆域の横から見た断面図である。第１実施形態の目標追尾システムの制御動作を説明するフローチャートである。第２実施形態の目標追尾システムにおける観測誤差付与部の機能ブロック図である。第３実施形態の目標追尾システムにおける観測誤差付与部の機能ブロック図である。第４実施形態の目標追尾システムの機能ブロック図である。第４実施形態の目標追尾システムにおける観測誤差付与部の機能ブロック図である。第５実施形態の目標追尾システムにおける観測誤差付与部の機能ブロック図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１実施形態の目標追尾システムの機能ブロック図である。図１に示すように、目標追尾システム１は、信号処理装置１０と、目標追尾装置１１とを備える。信号処理装置１０は、目標検出部１２と、測角処理部１３とを備える。目標追尾装置１１は、観測誤差付与部１４と、相関ゲート判定部１５と、平滑化部１６と、予測部１７とを備える。

目標検出部１２は、レーダーの電波を照射した目標物体からの反射波を検出する。測角処理部１３は、検出した目標の仰角を測定する。より具体的に説明すると、距離、方位角、仰角、Ｓ／Ｎ比等の情報をプロットとして観測誤差付与部１４へ出力する。観測誤差付与部１４は、プロットの位置やレーダーの特性を基に、プロットに観測誤差を付与し、相関ゲート判定部１５へ出力する。相関ゲート判定部１５は、プロットと予測航跡とが相関するか否かの判定を行う。平滑化部１６は、相関したプロットを用いて予測航跡を平滑化し、航跡を外部へ出力する。平滑化部１６が出力した航跡は、画面に表示したり、他の装置へ伝送したりする。予測部１７は、平滑化した航跡を時間外挿し、相関ゲート判定部１５へ出力する。

図２は、目標追尾システム１における観測誤差付与部１４の機能ブロック図である。図２に示すように、観測誤差付与部１４は、影響領域設定部１８と、影響領域記憶部１９と、影響領域内外判定部２０と、マルチパス対処状況判定部２１と、観測誤差算出部２２とを備える。影響領域設定部１８は、マルチパスの影響がある領域を設定する手段を提供する。より具体的に説明すると、設定する手段としては、例えば、レーダーを設置した際に距離、方位角、仰角ごとに影響があるか否かを設定することである。また、設定する手段としては、レーダー運用中にオペレーターがマルチパス影響領域を変更することである。

影響領域記憶部１９は、入力したマルチパス影響領域を記憶しておく。影響領域内外判定部２０は、入力したプロットの距離、方位角、仰角を検査し、マルチパス影響領域内か否かを判定する。マルチパス対処状況判定部２１は、プロット位置がマルチパスの影響のある領域内であった場合に、以下の処理を行う。この処理とは、信号処理装置１０がマルチパスに対処し、その影響を解消または軽減しているかの状況を判定するマルチパス対処状況判定のことである。このマルチパス対処状況判定は、信号処理装置１０のマルチパス対処状況を表す指標を使って判定し、例えば、マルチパス対処能力がプロットのＳ／Ｎ比に依存するのであれば、プロットのＳ／Ｎ比がその指標となる。

観測誤差算出部２２は、マルチパスの対処状況に合わせた観測誤差を算出する。より具体的に説明すると、観測誤差算出部２２は、例えば、マルチパス影響領域内であり、信号処理装置１０によるマルチパス未対処の場合は、プロットに対し、仰角方向に大きな観測誤差を追加で付与する。また、観測誤差算出部２２は、マルチパス影響領域内であり、信号処理装置１０によるマルチパス対処済みで、その影響を解消している場合は、プロットに対し、通常の観測誤差を付与する。これにより、観測誤差算出部２２は、マルチパスの影響を正しく反映した観測誤差を付与する。

図３は、目標追尾システム１におけるレーダーの覆域の横から見た断面図である。図３に示すように、三次元レーダーにおいては、主に仰角を正確に観測できない影響がある。つまり、図１に示した測角処理部１３において、正しい仰角を測定できない。通常、マルチパスは、地理的形状により発生し易い領域がおおよそ固定的であり、仰角の中では低い領域においてマルチパスが発生し易い。そのため、図３中に斜線で示した領域がマルチパス影響領域Ｂに相当する。目標追尾システム１は、プロットがマルチパスの影響領域Ｂ内か否かの判定を行い、影響領域Ｂ内ではその影響を考慮した観測誤差を付与する。また、目標追尾システム１は、プロットがマルチパス影響領域Ｂ内であっても、信号処理装置１０によるマルチパス対処状況を判定し、対処状況に合わせた観測誤差を付与する。

図４は、目標追尾システム１の制御動作を説明するフローチャートである。ここでは、主として観測誤差付与部１４の処理について説明する。図４に示すように、まず、はじめに、レーダーの設置者等がマルチパスの影響がある領域を調査し、影響領域設定部１８にて、マルチパス影響領域Ｂを設定しておく。このとき、例えば、レーダーの設置者等は、距離、方位角、仰角ごとに影響があるか否かを設定しておく。そして、影響領域記憶部１９は、入力したマルチパス影響領域を記憶しておく。

影響領域内外判定部２０がプロットを入力する。すると、影響領域内外判定部２０は、影響領域記憶部１９を参照しながらからプロットの位置がマルチパス影響領域Ｂ内か否かの判定を行う（ステップＳ１０１）。このとき、判定は、入力したプロットの距離、方位角、仰角を検査しマルチパス影響領域Ｂ内か否かで判定する。影響領域内外判定部２０は、ステップＳ１０１でマルチパス影響領域Ｂ内であった場合、マルチパス対処状況判定部２１において、マルチパス対処状況判定を行う（ステップＳ１０２）。そのため、信号処理装置１０がマルチパスに対処し、その影響を解消または軽減しているかの状況を判定する。このマルチパス対処状況判定は、信号処理装置１０のマルチパス対処状況を表す指標を使って判定するが、例えば、マルチパス対処能力がプロットのＳ／Ｎ比に依存するのであれば、プロットのＳ／Ｎ比を指標として判定する。信号処理装置１０では、Ｓ／Ｎ比が大きければマルチパス対処が可能であり、その影響を解消しており、対処済みとする。信号処理装置１０では、逆に、Ｓ／Ｎ比が小さければ対処不可であり未対処とする。

観測誤差算出部２２は、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の判定結果により、マルチパスの対処状況に合わせた観測誤差を算出する。観測誤差算出部２２は、ステップＳ１０１でマルチパス影響領域Ｂ外と判定した場合は、マルチパスの影響が無い場合の観測誤差を算出する（ステップＳ１０３）。この場合、観測誤差算出部２２は、通常の観測誤差を算出する。観測誤差算出部２２は、ステップＳ１０１でマルチパス影響領域Ｂ内と判定し、ステップＳ１０２で対処済みと判定した場合は、例えば、マルチパス影響領域Ｂ内であったが信号処理装置１０で対処済みであるとして、マルチパスの影響が軽微であると想定する。そして、観測誤差算出部２２は、通常の観測誤差に加え、仰角に小さな観測誤差を追加で付与する（ステップＳ１０４）。観測誤差算出部２２は、ステップＳ１０１でマルチパス影響領域Ｂ内と判定し、ステップＳ１０２で未対処と判定した場合は、マルチパス影響領域Ｂ内であり、信号処理装置１０で未対処であるとして、マルチパスの影響があると想定する。そして、観測誤差算出部２２は、通常の観測誤差に加え、仰角に大きな観測誤差を追加で付与する（ステップＳ１０５）。このように、観測誤差算出部２２は、マルチパスの影響を正しく反映した観測誤差を算出し、付与する。

目標追尾システム１は、プロットがマルチパスの影響を受けて位置が不正確になった場合においても、航跡に対応するプロットを正しく相関し、継続して航跡の更新が可能である。その理由は、プロットに対しマルチパスの影響を考慮した観測誤差を付与し、相関ゲート検査において正しく判定したためである。

目標追尾システム１は、プロットがマルチパスの影響を受けて位置が不正確になったが、相関ゲート検査で相関した場合においても、航跡を正しい位置に更新することが可能である。その理由は、プロットに対しマルチパスの影響を考慮した観測誤差を付与し、航跡の平滑化にマルチパスの影響を反映したためである。

目標追尾システム１は、プロットがマルチパスの影響を受ける領域内であるが、信号処理装置１０においてマルチパスに対処済みの場合においても、マルチパスへの対処状況を正しく観測誤差に反映し、目標追尾を正しく実施することが可能である。その理由は、信号処理装置１０におけるマルチパスの対処状況を判定して判定結果に基づいて観測誤差を付与したためである。

第１実施形態の目標追尾システム１によれば、プロットがマルチパスの影響を受けて位置が不正確になった場合に、航跡に対応するプロットを正しく相関し、継続して航跡の更新することができる。

第１実施形態の目標追尾装置１１によれば、プロットがマルチパスの影響を受けて位置が不正確になった場合に、航跡に対応するプロットを正しく相関し、継続して航跡の更新できる目標追尾システム１を得ることができる。

第１実施形態の目標追尾方法によれば、プロットがマルチパスの影響を受けて位置が不正確になった場合に、航跡に対応するプロットを正しく相関し、継続して航跡の更新することができる。

第１実施形態の目標追尾プログラムによれば、プロットがマルチパスの影響を受けて位置が不正確になった場合に、航跡に対応するプロットを正しく相関し、継続して航跡の更新することができる。

次に、第２実施形態について図５を参照しながら説明するが、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。図５は、第２実施形態の目標追尾システムにおける観測誤差付与部３２の機能ブロック図である。観測誤差付与部３２は、マルチパス対処状況を表す指標をＳ／Ｎ比ではなく、信号処理装置１０から直接入力する。マルチパス対処状況判定部３３は、信号処理装置１０がマルチパスに対処し、その影響を解消または軽減しているかの状況を判定する際に、マルチパス対処状況を表す指標を信号処理装置１０から直接に入力する。より具体的に説明すると、観測誤差付与部３２は、信号処理装置１０のマルチパス対処状況を数値化して出力し、それをマルチパス対処状況判定部３３へ入力する。

第２実施形態によれば、信号処理装置１０の数値化したマルチパス対処状況を直接入力するために、マルチパス対処状況を表す指標にＳ／Ｎ比を用いた場合と比べて、マルチパス対処状況を詳細に取得できる。

次に、第３実施形態について図６を参照しながら説明するが、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。図６は、第３実施形態の目標追尾システムにおける観測誤差付与部４２の機能ブロック図である。観測誤差付与部４２は、マルチパス影響領域Ｂとして、影響があるか否かの二値ではなく、複数段階で保持する。または、さらに、観測誤差付与部４２は、複数段階ではなく、無段階で保持する。影響領域内外判定部４３は、プロットを入力すると、影響領域記憶部１９を参照しながら、プロットの位置がマルチパス影響領域Ｂ内か否かの判定を行う際に、マルチパス影響領域Ｂとして、影響大、影響中、影響小、影響無しの４段階を設定している。そして、観測誤差付与部４２は、観測誤差算出部４４において、各段階に対応した観測誤差を付与する。なお、マルチパス影響領域Ｂは、複数段階からさらに拡張し、無段階の実数値としてもよい。

第３実施形態によれば、観測誤差付与部４２の影響大、影響中、影響小、影響無しの４段階のマルチパス影響領域Ｂを用いるために、単一のマルチパス影響領域を用いる場合と比べて、観測精度を向上できる。

次に、第４実施形態について図７及び図８を参照しながら説明するが、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。図７は、第４実施形態の目標追尾システムの機能ブロック図である。図８は、第４実施形態の目標追尾システムにおける観測誤差付与部の機能ブロック図である。図７に示すように、目標追尾システム４は、目標追尾装置５１を備える。目標追尾システム４は、対処済みか未対処の二値のマルチパス対処状況を複数段階で保持する信号処理装置５２を備える。または、さらに、目標追尾システム４は、対処済みか未対処の二値のマルチパス対処状況を、段階ではなく、無段階で保持する。より具体的に説明すると、信号処理装置５２の保持するマルチパス対処状況とは、補正強、補正弱、未対処の３段階である。そのため、図８に示すように、観測誤差付与部５３の観測誤差算出部５４において、各段階に対応した観測誤差を付与する。なお、マルチパス対処状況は、複数段階からさらに拡張し、無段階の実数値としてもよい。

第４実施形態の目標追尾システム４によれば、信号処理装置５２の補正強、補正弱、未対処の３段階のマルチパス対処状況を用いるために、単一のマルチパス対処状況を用いる場合と比べて、観測精度を向上できる。

次に、第５実施形態について図９を参照しながら説明するが、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。図９は、第５実施形態の目標追尾システムにおける観測誤差付与部６２の機能ブロック図である。観測誤差付与部６２は、マルチパスの影響領域を信号処理装置１０の動作状況等に応じて自動的に設定する影響領域設定部６３を備える。より具体的に説明すると、影響領域設定部６３は、マルチパスの影響のある領域を自動的に判定する機能を有しており、マルチパスの影響のある領域を自動的に設定する。

第５実施形態によれば、信号処理装置１０の動作状況等に応じて、自動的にマルチパスの影響領域を設定するために、マルチパス影響領域に変動のある場合においても、精度の高い観測を行うことができる。

なお、本発明の目標追尾システム、目標追尾装置、目標追尾方法、及び目標追尾プログラムは、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。

１目標追尾システム
４目標追尾システム
１０信号処理装置
１１目標追尾装置
５１目標追尾装置
５２信号処理装置

Claims

レーダーの電波を目標物体に照射して目標物体からの反射波を検出する信号処理装置と、
前記反射波を基に前記目標物体を観測する目標追尾装置と
を備え、
前記目標追尾装置は、プロットとして入力された前記レーダーからの目標物体検出情報がマルチパス影響領域内か否かの判定を行い、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であった場合は、マルチパス対処の状況を判定し、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域外であった場合と、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であって前記マルチパス対処済みである場合と、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であって前記マルチパス未対処である場合と、で異なる値の観測誤差を付与する
ことを特徴とする目標追尾システム。
前記目標追尾装置は、前記マルチパス影響領域を複数のレベルに分けて登録、検出し、検出した前記レベルに応じた観測誤差を付与する
ことを特徴とする請求項１に記載の目標追尾システム。
前記目標追尾装置は、前記マルチパス対処状況を複数のレベル登録、検出し、検出した前記レベルに応じた観測誤差を付与する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の目標追尾システム。
前記目標追尾装置は、前記マルチパス影響領域情報の登録に際し、前記レーダーの前記信号処理装置の動作状況等を基に影響領域を自動的に設定、登録する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の目標追尾システム。
プロットとして入力されたレーダーからの目標物体検出情報がマルチパス影響領域内か否かの判定を行い、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であった場合は、マルチパス対処の状況を判定し、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域外であった場合と、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であって前記マルチパス対処済みである場合と、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であって前記マルチパス未対処である場合と、で異なる値の観測誤差を付与する
ことを特徴とする目標追尾装置。
プロットとして入力されたレーダーからの目標物体検出情報がマルチパス影響領域内か否かの判定を行うステップと、
前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であった場合に、マルチパス対処の状況を判定するステップと、
前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域外であった場合と、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であって前記マルチパス対処済みである場合と、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であって前記マルチパス未対処である場合と、で異なる値の観測誤差を付与するステップと
を備えることを特徴とする目標追尾方法。
プロットとして入力されたレーダーからの目標物体検出情報がマルチパス影響領域内か否かの判定を行う影響領域判定処理と、
前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であった場合に、マルチパス対処の状況を判定するマルチパス対処状況判定処理と、
前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域外であった場合と、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であって前記マルチパス対処済みである場合と、前記目標物体検出情報が前記マルチパス影響領域内であって前記マルチパス未対処である場合と、で異なる値の観測誤差を付与する観測誤差付与処理と
を含むことを特徴とする目標追尾プログラム。