JP2015087354A - 目標追尾装置及び目標追尾方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセンサによって、観測目標の２次元位置と３次元位置が取得される場合でも、高精度に観測目標の同一性を判定することができるようにする。
【解決手段】３次元追尾処理部４により推定されたグランド座標上での３次元位置及び速度をスラント座標上での２次元位置及び速度に変換するスラント座標変換部５を設け、同一目標判定部６が、２次元追尾処理部４により推定された２次元位置及び速度とスラント座標変換部５により変換された２次元位置及び速度を用いて、２次元追尾処理部３及び３次元追尾処理部４における追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、レーダやＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの複数のセンサを用いて、航空機、船舶、車両などの目標の位置を観測し、複数のセンサによる観測目標の位置の対応付けや、観測目標の位置を高精度に推定する目標追尾装置及び目標追尾方法に関するものである。

複数のセンサを用いて、目標を観測するシステムの例として、航空機を観測する航空管制支援システムがある。
複数のセンサを用いる航空機の観測では、航空機の安全を確保するため、航空機の現在位置を正確に把握する必要がある。航空機の現在位置を観測するセンサとして、例えば、空港監視レーダ（ＡＳＲ：Ａｉｒｐｏｒｔ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｒａｄａｒ）、航空路監視レーダ（ＡＲＳＲ：Ａｉｒ Ｒｏｕｔｅ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｒａｄａｒ）、広域マルチラテレーション（ＷＡＭ：Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｍｕｌｔｉｒａｔｅｌａｔｉｏｎ）、自動従属監視（ＡＤＳ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ）受信装置などがある。

上記の空港監視レーダＡＳＲは、主に、空港周辺の空域内で、飛行中の航空機などを探知するレーダである。空港監視レーダＡＳＲは、例えば、一次監視レーダ（ＰＳＲ：Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｒａｄａｒ）と、二次監視レーダ（ＳＳＲ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｒａｄａｒ）とを組み合わせたレーダである。
一次監視レーダＰＳＲは、一定の周期で１回転する指向性アンテナから電波を放射したのち、航空機などに反射して戻ってきた当該電波（反射波）を受信することで、アンテナと航空機等との距離や方位を探知するものである。

また、二次監視レーダＳＳＲは、一次監視レーダＰＳＲのアンテナと共に回転する指向性アンテナから１０３０ＭＨｚの電波（質問信号）を放射する。指向性アンテナから放射された電波（質問信号）は、航空機に搭載されたトランスポンダが受信し、そのトランスポンダが質問信号に対する応答として、１０９０ＭＨｚの電波（応答信号）を送信する。
二次監視レーダＳＳＲは、トランスポンダから送信された電波（応答信号）を受信することで、アンテナと航空機との距離や方位を探知する。なお、応答信号には、航空機の識別コード及び高度が含まれるため、距離や方位に加えて、航空機の高度を知ることができる。

広域マルチラテレーションＷＡＭでは、航空機に搭載されたトランスポンダが送信する航空機衝突防止装置の捕捉スキッタや、二次監視レーダＳＳＲの応答を複数の受信局で検出して到達時刻を測定する。
そして、広域マルチラテレーションＷＡＭは、その測定した到達時刻から受信局間の到達時刻差を求めて、航空機と各受信局間との距離差に変換し、各距離差からなる楕円双曲面同士の交点を求めることで、航空機の位置を算出するものである。

自動従属監視受信装置ＡＤＳは、航空機がＧＰＳ受信機や慣性航法装置（ＩＮＳ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）などを搭載して、ＧＰＳ受信機や慣性航法装置の出力から自らの位置や速度などを算出するとともに、その算出した情報を放送型自動従属監視（ＡＤＳ-Ｂ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ-Ｂｒｏａｄｃａｓｔ）装置を介して送信し、航空機から送信された上記情報を受信することで、航空機の位置を特定するものである。

以上の複数のセンサを利用する場合、センサが一次監視レーダＰＳＲであれば、アンテナから航空機までの距離と方位のみが得られ、高度が未知であるため、アンテナから航空機までの距離を水平面の距離に置き換えて、航空機の位置を表示する方法が取られる。以下、この表示座標を「スラント座標」と称する。
センサが二次監視レーダＳＳＲであれば、航空機の３次元位置（アンテナから航空機までの距離、方位、高度）が得られ、センサが広域マルチラテレーションＷＡＭや自動従属監視受信装置ＡＤＳであれば、ＷＧＳ（Ｗｏｒｌｄ Ｇｅｏｄｅｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ）８４等に基づく、経度、緯度、高度による３次元位置（経度、緯度、高度）が得られるため、水平面位置と高度を表示することが可能になる。以下、この表示座標を「グランド座標」と称する。

スラント座標とグランド座標では、同じ目標でも位置がずれるため、複数のセンサを跨がって目標の同一性を判定することが困難になる。
特に、複数のセンサの中でも、一次監視レーダＰＳＲでのみ位置が取得される航空機が含まれている場合、同一画面上にスラント座標とグランド座標が混在して、他の航空機との相対位置が実際の位置とずれてしまうため、表示の仕方が問題になる。
例えば、一次監視レーダＰＳＲ及び自動従属監視受信装置ＡＤＳにより取得された航空機の位置を同一画面上に表示する場合、一次監視レーダＰＳＲでは高度が未知であるため、距離を水平面距離に置き換えて表示する。そのため、図５に示すように、一次監視レーダＰＳＲと自動従属監視受信装置ＡＤＳの間で、航空機までの距離にバイアス誤差が発生することになる。
その結果、図６に示すように、同一目標の航空機でも、一次監視レーダと自動従属監視受信装置の間で同一性判定を誤り、別の目標として、二重に同一画面に表示してしまう可能性がある。

以下の特許文献１では、レーダシステムとＧＰＳシステムにおける座標系の違いを考慮した表示方法が開示されている。
しかし、表示はユーザが手動で切り替える前提となっており、自動で座標系を切り替える処理は行っていない。
また、上記のレーダシステムは、二次監視レーダＳＳＲを前提としており、一次監視レーダＰＳＲで取得された航空機の位置を表示する方法については対象外である。

特開平９−５４３２号公報（図１）

従来の目標追尾装置は以上のように構成されているので、複数のセンサによって、観測目標の２次元位置と３次元位置が取得された場合、複数のセンサによる観測目標の２次元位置と３次元位置の対応付けを行うことができず、観測目標の同一性判定の判定精度が劣化してしまうなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数のセンサによって、観測目標の２次元位置と３次元位置が取得される場合でも、高精度に観測目標の同一性を判定することができる目標追尾装置及び目標追尾方法を得ることを目的とする。

この発明に係る目標追尾装置は、観測目標の２次元位置を観測するセンサから観測目標の２次元位置を取得する２次元位置取得手段と、観測目標の３次元位置を観測するセンサから観測目標の３次元位置を取得する３次元位置取得手段と、２次元位置取得手段により取得された２次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、スラント座標上での観測目標の２次元位置及び速度を推定する２次元追尾処理手段と、３次元位置取得手段により取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での観測目標の３次元位置及び速度を推定する３次元追尾処理手段と、３次元追尾処理手段により推定されたグランド座標上での３次元位置及び速度をスラント座標上での２次元位置及び速度に変換するスラント座標変換手段とを設け、同一目標判定手段が、２次元追尾処理手段により推定された２次元位置及び速度とスラント座標変換手段により変換された２次元位置及び速度を用いて、２次元追尾処理手段及び３次元追尾処理手段における追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定するようにしたものである。

この発明によれば、３次元追尾処理手段により推定されたグランド座標上での３次元位置及び速度をスラント座標上での２次元位置及び速度に変換するスラント座標変換手段を設け、同一目標判定手段が、２次元追尾処理手段により推定された２次元位置及び速度とスラント座標変換手段により変換された２次元位置及び速度を用いて、２次元追尾処理手段及び３次元追尾処理手段における追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定するように構成したので、複数のセンサによって、観測目標の２次元位置と３次元位置が取得される場合でも、高精度に観測目標の同一性を判定することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による目標追尾装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容（目標追尾方法）を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による目標追尾装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による目標追尾装置を示す構成図である。 スラント座標とグランド座標間の距離のバイアス誤差を示す説明図である。 二重に航跡が発生する旨を示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による目標追尾装置を示す構成図である。
図１において、２次元位置取得部１は観測目標（例えば、航空機、船舶、車両など）の２次元位置を観測するセンサ（例えば、一次監視レーダＰＳＲ）に対するインタフェース機器を備えており、そのセンサから観測目標の２次元位置を取得する処理を実施する。なお、２次元位置取得部１は２次元位置取得手段を構成している。
３次元位置取得部２は観測目標（例えば、航空機、船舶、車両など）の３次元位置を観測するセンサ（例えば、二次監視レーダＳＳＲ、放送型自動従属監視ＡＤＳ-Ｂ、広域マルチラテレーションＷＡＭなど）に対するインタフェース機器を備えており、そのセンサから観測目標の３次元位置を取得する処理を実施する。なお、３次元位置取得部２は３次元位置取得手段を構成している。

２次元追尾処理部３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、２次元位置取得部１により取得された２次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、スラント座標上での観測目標の２次元位置及び速度を推定する処理を実施する。なお、２次元追尾処理部３は２次元追尾処理手段を構成している。
３次元追尾処理部４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、３次元位置取得部２により取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での観測目標の３次元位置及び速度を推定する処理を実施する。なお、３次元追尾処理部４は３次元追尾処理手段を構成している。

スラント座標変換部５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、３次元追尾処理部４により推定されたグランド座標上での３次元位置及び速度をスラント座標上での２次元位置及び速度に変換する処理を実施する。なお、スラント座標変換部５はスラント座標変換手段を構成している。
同一目標判定部６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、２次元追尾処理部３により推定された２次元位置及び速度と、スラント座標変換部５により変換された２次元位置及び速度を用いて、２次元追尾処理部３及び３次元追尾処理部４における追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定する処理を実施する。なお、同一目標判定部６は同一目標判定手段を構成している。

表示航跡切り替え部７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、同一目標判定部６により２次元追尾処理部３及び３次元追尾処理部４における追尾処理が同一の観測目標に対するものであると判定された場合、スラント座標変換部５により変換された２次元位置及び速度をスラント座標表示部８に出力し、同一の観測目標に対するものでないと判定された場合、２次元追尾処理部３により推定された２次元位置及び速度をスラント座標表示部８に出力する処理を実施する。
スラント座標表示部８は例えばＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や液晶ディスプレイなどから構成されており、表示航跡切り替え部７から出力された２次元位置及び速度をスラント座標上に表示する処理を実施する。
なお、表示航跡切り替え部７及びスラント座標表示部８からスラント座標表示手段が構成されている。
グランド座標表示部９は例えばＧＰＵや液晶ディスプレイなどから構成されており、３次元追尾処理部４により推定された３次元位置及び速度をグランド座標上に表示する処理を実施する。なお、グランド座標表示部９はグランド座標表示手段を構成している。

図１の例では、目標追尾装置の構成要素である２次元位置取得部１、３次元位置取得部２、２次元追尾処理部３、３次元追尾処理部４、スラント座標変換部５、同一目標判定部６、表示航跡切り替え部７、スラント座標表示部８及びグランド座標表示部９のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、目標追尾装置がコンピュータで構成されていてもよい。
目標追尾装置をコンピュータで構成する場合、２次元位置取得部１、３次元位置取得部２、２次元追尾処理部３、３次元追尾処理部４、スラント座標変換部５、同一目標判定部６、表示航跡切り替え部７、スラント座標表示部８及びグランド座標表示部９の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２はこの発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容（目標追尾方法）を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
２次元位置取得部１は、観測目標（例えば、航空機、船舶、車両など）の２次元位置を観測するセンサ（例えば、一次監視レーダＰＳＲ）に対するインタフェース機器を備えており、そのセンサから観測目標の２次元位置を取得する（図２のステップＳＴ１）。
ここでは、２次元位置取得部１が、センサから観測目標の２次元位置を取得するものとしているが、センサから観測目標の２次元位置として、アンテナから観測目標までの距離と方位を示すデータを取得し、２次元位置取得部１が、当該データが示す距離と方位からスラント座標における２次元位置（スラント位置）を算出するようにしてもよい。

３次元位置取得部２は、観測目標（例えば、航空機、船舶、車両など）の３次元位置を観測するセンサ（例えば、二次監視レーダＳＳＲ、放送型自動従属監視ＡＤＳ-Ｂ、広域マルチラテレーションＷＡＭなど）に対するインタフェース機器を備えており、そのセンサから観測目標の３次元位置を取得する（ステップＳＴ２）。
ここでは、３次元位置取得部２が、センサから観測目標の３次元位置を取得するものとしているが、例えば、センサが二次監視レーダＳＳＲであれば、センサから観測目標の３次元位置として、距離、方位及び高度を示すデータを取得し、３次元位置取得部２が、当該データが示す距離、方位及び高度からグランド座標における３次元位置（グランド位置）を算出するようにしてもよい。
ただし、例えば、センサが放送型自動従属監視ＡＤＳ-Ｂであれば、センサから得られるデータが緯度、経度及び高度であり、上記の二次監視レーダＳＳＲと座標系が異なる。このため、どのセンサからデータを用いても、共通の座標系であるグランド座標に変換する。座標系の変換方法自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

２次元追尾処理部３は、２次元位置取得部１が観測目標の２次元位置（スラント位置）を取得する毎に、その２次元位置（スラント位置）を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、スラント座標上での観測目標の２次元位置及び速度を推定し、その推定した２次元位置（スラント推定位置）及び速度（スラント推定速度）を同一目標判定部６及び表示航跡切り替え部７に出力する（ステップＳＴ３）。
ここでは、観測目標に対する追尾処理として、公知のカルマンフィルタ等を用いるものとし、カルマンフィルタ等で算出される推定誤差共分散行列を同一目標判定部６に出力する。

カルマンフィルタでは、サンプル時刻ｔ_kまでの観測結果（２次元位置取得部１により取得された２次元位置（スラント位置））に基づいて、時刻ｔ_kの位置・速度等の状態ベクトルを推定した平滑ベクトルｘ_k|kハット（明細書の本文中では、電子出願の関係上、文字の上に“＾”の記号を付することができないので、ｘ_k|kハットのように表記している）を算出するが、各種のセンサの観測時刻が異なるために、後述する同一目標判定部６が同一目標の判定処理を実施する際に、２次元追尾処理部３の追尾結果と３次元追尾処理部４の追尾結果の時刻が異なる場合がある。この時刻ずれを補正するために、下記の処理を追加で実施するようにしてもよい。

例えば、ある基準時刻ｔにおける位置・速度を算出する場合は、平滑ベクトルｘ_k|kハットと平滑誤差共分散行列Ｐ_k|k、及び時刻ｔ_kと基準時刻ｔとの時刻差より、下記の式（１）に示す時間外挿した推定値ｘ_tハットと、下記の式（２）に示す予測誤差共分散行列Ｐ_tを算出する。
式（２）におけるΦ（ｔ−ｔ_k）は、例えば、下記の式（３）に示すように、等速直線運動モデルの状態推移行列として定義するようにすればよい。
なお、Ｑ（ｔ−ｔ_k）は駆動雑音共分散行列、Ｉ_n×nはｎ行ｎ列の単位行列、０_n×nはｎ行ｎ列の零行列、上付き添え字のＴは転置の記号を意味する。

２次元追尾処理部３は、各種のセンサの観測時刻が同期している場合には、平滑誤差共分散行列Ｐ_k|kを推定誤差共分散行列として同一目標判定部６に出力し、各種のセンサの観測時刻が同期していない場合には、基準時刻ｔにおける予測誤差共分散行列を推定誤差共分散行列として同一目標判定部６に出力することとする。

３次元追尾処理部４は、３次元位置取得部２が観測目標の３次元位置（グランド位置）を取得する毎に、その３次元位置（グランド位置）を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での観測目標の３次元位置及び速度を推定し、その推定した３次元位置（グランド推定位置）及び速度（グランド推定速度）をスラント座標変換部５及びグランド座標表示部９に出力する（ステップＳＴ４）。
ここでは、観測目標に対する追尾処理として、２次元追尾処理部３と同様に、公知のカルマンフィルタ等を用いるものとする。
ただし、後述する同一目標判定部６から、同一目標であると判定された観測目標の２次元位置（例えば、距離、方位等）が与えられる場合には、例えば、拡張カルマンフィルタ、アンセンテッドカルマンフィルタ、パーティクルフィルタ等の非線形フィルタを用いることで、高精度に観測目標の３次元位置及び速度を推定するようにする。
なお、３次元追尾処理部４は、各種のフィルタによって算出される推定誤差共分散行列をスラント座標変換部５に出力することとする。また、推定誤差共分散行列については、２次元追尾処理部３と同様、基準時刻ｔにおける予測誤差共分散行列を出力してもよいこととする。

スラント座標変換部５は、３次元追尾処理部４により推定されたグランド座標上での３次元位置（グランド推定位置）及びグランド推定速度をスラント座標上での２次元位置及び速度に変換する（ステップＳＴ５）。
即ち、スラント座標変換部５は、３次元追尾処理部４から出力されたグランド推定位置・グランド推定速度及び推定誤差共分散行列を入力し、そのグランド推定位置・グランド推定速度をスラント座標における位置・速度に変換して、変換後の位置・速度（変換後スラント推定ベクトル）を同一目標判定部６に出力するとともに、その推定誤差共分散行列をスラント座標における推定誤差共分散行列に変換して、変換後の推定誤差共分散行列（変換後推定誤差共分散行列）を同一目標判定部６に出力する。

例えば、グランド推定位置・グランド推定速度をスラント座標における位置・速度に変換する処理は、下記の式（４）〜（７）を用いて行われる。
また、スラント座標における推定誤差共分散行列に変換する処理は、下記の式（８）〜（９）を用いて行われる。

ここで、ｘは東西方向の位置、ｙは南北方向の位置、ｚは高度方向の位置である。
また、ｘドット（明細書の本文中では、電子出願の関係上、文字の上に“・”の記号を付することができないので、ｘドットのように表記している）は東西方向の速度、ｙドットは南北方向の速度、ｚドットは高度方向の速度である。
なお、添え付き文字がｇであれば、３次元追尾処理部４から出力されるグランド推定位置・速度の成分を意味し、添え付き文字がｓｌであれば、変換後のスラント位置・速度の成分を意味している。
また、Ｐ_t,gは３次元追尾処理部４から出力される推定誤差共分散行列、Γは変換行列、Ｐ_t,3Dは変換後推定誤差共分散行列である。

同一目標判定部６は、２次元追尾処理部３から出力されたスラント推定位置・スラント推定速度を示すスラント推定ベクトル及び推定誤差共分散行列と、スラント座標変換部５から出力された変換後スラント推定ベクトル及び変換後推定誤差共分散行列とを用いて、２次元追尾処理部３及び３次元追尾処理部４における追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定する（ステップＳＴ６）。
この判定には、統計学上の手法を用いることができる。この実施の形態１では、カイ二乗検定によって、同一の観測目標であるか否かを判定する例を説明する。

同一目標判定部６は、２次元追尾処理部３から出力されたスラント推定ベクトルをｘ_t,2Dハット、推定誤差共分散行列をＰ_t,2D、スラント座標変換部５から出力された変換後スラント推定ベクトルをｘ_t,3Dハット、変換後推定誤差共分散行列Ｐ_t,3Dとして、下記の式（１０）を計算することで、カイ二乗検定値εを求める。

同一目標判定部６は、カイ二乗検定値εを算出すると、そのカイ二乗検定値εと予め設定された閾値ε_thを比較する。
この閾値ε_thは、所定の有意水準に基づいて、例えば、カイ二乗分布表から求められるものである。例えば、有意水準５％で検定すると、危険率５％で本来同一である航跡が同一でない航跡と誤った判定がなされることを意味する。

同一目標判定部６は、下記の式（１１）の判定式を満足する場合（カイ二乗検定値εが閾値ε_th以上である場合）、２次元追尾処理部３及び３次元追尾処理部４における追尾処理が同一の観測目標に対するものではないと判定する。この場合、２次元位置取得部１により取得された観測目標の２次元位置（例えば、距離、方位等）は、同一目標判定部６から３次元追尾処理部４に与えられない。
同一目標判定部６は、下記の式（１１）の判定式を満足しない場合（カイ二乗検定値εが閾値ε_th未満である場合）、２次元追尾処理部３及び３次元追尾処理部４における追尾処理が同一の観測目標に対するものであると判定する。この場合、同一目標判定部６から、２次元位置取得部１により取得された観測目標の２次元位置（例えば、距離、方位等）あるいはスラント推定ベクトルｘ_t,2Dハットが３次元追尾処理部４に与えられる。
ε≧ε_th （１１）
なお、同一目標判定部６は、観測目標の同一性の判定結果を示す同一目標判定成立フラグ（ＯＮ＝同一、ＯＦＦ＝非同一）を表示航跡切り替え部７に出力する。

表示航跡切り替え部７は、同一目標判定部６から出力された同一目標判定成立フラグがＯＮである場合（ステップＳＴ７）、同一の観測目標であるため、スラント座標変換部５により変換された２次元位置及び速度をスラント座標表示部８に出力する。
これにより、スラント座標表示部８によって、スラント座標変換部５により変換された２次元位置及び速度がスラント座標上に表示される（ステップＳＴ８）。
表示航跡切り替え部７は、同一目標判定部６から出力された同一目標判定成立フラグがＯＦＦである場合（ステップＳＴ７）、同一の観測目標ではないため、２次元追尾処理部３により推定された２次元位置（スラント推定位置）及びスラント推定速度をスラント座標表示部８に出力する。
これにより、スラント座標表示部８によって、２次元追尾処理部３により推定された２次元位置（スラント推定位置）及びスラント推定速度がスラント座標上に表示される（ステップＳＴ９）。
グランド座標表示部９は、３次元追尾処理部４により推定された３次元位置（グランド推定位置）及びグランド推定速度をグランド座標上に表示する（ステップＳＴ１０）。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、センサから観測目標の２次元位置を取得する２次元位置取得部１、センサから観測目標の３次元位置を取得する３次元位置取得部２と、２次元位置取得部１により取得された２次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、スラント座標上での観測目標の２次元位置及び速度を推定する２次元追尾処理部３と、３次元位置取得部２により取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での観測目標の３次元位置及び速度を推定する３次元追尾処理部４と、３次元追尾処理部４により推定されたグランド座標上での３次元位置及び速度をスラント座標上での２次元位置及び速度に変換するスラント座標変換部５とを設け、同一目標判定部６が、２次元追尾処理部３により推定された２次元位置及び速度とスラント座標変換部５により変換された２次元位置及び速度を用いて、２次元追尾処理部３及び３次元追尾処理部４における追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定するように構成したので、複数のセンサによって、観測目標の２次元位置と３次元位置が取得される場合でも、高精度に観測目標の同一性を判定することができる効果を奏する。

また、この実施の形態１によれば、同一目標判定部６により２次元追尾処理部３及び３次元追尾処理部４における追尾処理が同一の観測目標に対するものであると判定された場合、スラント座標変換部５により変換された２次元位置及び速度をスラント座標上に表示し、同一の観測目標に対するものでないと判定された場合、２次元追尾処理部３により推定された２次元位置及び速度をスラント座標上に表示するスラント座標表示部８と、３次元追尾処理部４により推定された３次元位置及び速度をグランド座標上に表示するグランド座標表示部９とを備えるように構成したので、観測目標に見合う座標に自動的に切り替えて、観測目標を表示することができる効果を奏する。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による目標追尾装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
表示航跡切り替え部１１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、同一目標判定部６から出力された同一目標判定成立フラグがＯＦＦである場合、同一の観測目標ではないため、２次元追尾処理部３により推定されたスラント推定位置及びスラント推定速度あるいは２次元位置取得部１により取得された２次元位置をグランド座標変換部１３に出力する処理を実施する。

高度データ記憶部１２は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、予め観測目標の飛行エリアや目標速度と対応付けられた観測目標の飛行高度を示す高度データ（観測目標に関連付けられている高度設定値）を記憶している。
グランド座標変換部１３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、高度データ記憶部１２により記憶されている高度データを用いて、表示航跡切り替え部１１から出力されたスラント推定位置及びスラント推定速度をグランド座標上での３次元位置及び速度に変換する処理を実施する。
なお、表示航跡切り替え部１１、高度データ記憶部１２及びグランド座標変換部１３からグランド座標変換手段が構成されている。

グランド座標表示部１４は例えばＧＰＵや液晶ディスプレイなどから構成されており、グランド座標変換部１３により変換された３次元位置及び速度をグランド座標上に表示するとともに、３次元追尾処理部４により推定された３次元位置及び速度をグランド座標上に表示する処理を実施する。なお、グランド座標表示部１４はグランド座標表示手段を構成している。

図３の例では、目標追尾装置の構成要素である２次元位置取得部１、３次元位置取得部２、２次元追尾処理部３、３次元追尾処理部４、スラント座標変換部５、同一目標判定部６、表示航跡切り替え部１１、高度データ記憶部１２、グランド座標変換部１３及びグランド座標表示部１４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、目標追尾装置がコンピュータで構成されていてもよい。
目標追尾装置をコンピュータで構成する場合、高度データ記憶部１２をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成するとともに、２次元位置取得部１、３次元位置取得部２、２次元追尾処理部３、３次元追尾処理部４、スラント座標変換部５、同一目標判定部６、表示航跡切り替え部１１、グランド座標変換部１３及びグランド座標表示部１４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に動作について説明する。
表示航跡切り替え部１１は、同一目標判定部６から出力された同一目標判定成立フラグを受けると、その同一目標判定成立フラグがＯＦＦである場合、同一の観測目標ではないため、２次元追尾処理部３により推定されたスラント推定位置及びスラント推定速度あるいは２次元位置取得部１により取得された２次元位置をグランド座標変換部１３に出力する。
なお、同一目標判定成立フラグがＯＮである場合、表示航跡切り替え部１１からグランド座標変換部１３には何も出力されない。

グランド座標変換部１３は、表示航跡切り替え部１１から出力されたスラント推定位置及びスラント推定速度等を受けると、高度データ記憶部１２から、そのスラント推定位置及びスラント推定速度と対応する観測目標の飛行高度を取得し、その飛行高度が、観測目標の高度であると仮定して、そのスラント推定位置及びスラント推定速度をグランド座標上での３次元位置及び速度に変換する。

グランド座標表示部１４は、グランド座標変換部１３がスラント推定位置及びスラント推定速度をグランド座標上での３次元位置及び速度に変換すると、その３次元位置及び速度をグランド座標上に表示する。
また、グランド座標表示部１４は、３次元追尾処理部４により推定された３次元位置及び速度をグランド座標上に表示する。
なお、３次元位置及び速度をグランド座標上に表示する際、どちらが２次元位置が観測された観測目標で、どちらが３次元位置が観測された観測目標であるのかを識別するフラグ等の情報を表示するようにしてもよい。

この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる他、全ての観測目標について、グランド座標を表示することが可能になる効果が得られる。
また、どちらが２次元位置が観測された観測目標で、どちらが３次元位置が観測された観測目標であるのかを識別するフラグ等の情報を表示することで、観測目標の識別が容易になり、ユーザの正確な判断に寄与する効果が得られる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による目標追尾装置を示す構成図であり、図において、図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２次元追尾処理部２１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、３次元位置取得部２により取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での観測目標の２次元位置及び速度を推定する処理を実施する。なお、２次元追尾処理部２１は第２の２次元追尾処理手段を構成している。
この実施の形態３では、２次元追尾処理部３は第１の２次元追尾処理手段を構成している。

高度追尾処理部２２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、３次元位置取得部２により取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での観測目標の高度を推定する処理を実施する。なお、高度追尾処理部２２は高度追尾処理手段を構成している。
同一目標判定部２３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、２次元追尾処理部３により推定されたスラント座標上での観測目標の２次元位置及び速度と、２次元追尾処理部２１により推定されたグランド座標上での観測目標の２次元位置及び速度と、高度追尾処理部２２により推定されたグランド座標上での観測目標の高度とを用いて、２次元追尾処理部３及び２次元追尾処理部２１における追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定する処理を実施する。なお、同一目標判定部２３は同一目標判定手段を構成している。

図４の例では、目標追尾装置の構成要素である２次元位置取得部１、３次元位置取得部２、２次元追尾処理部３、２次元追尾処理部２１、高度追尾処理部２２、同一目標判定部２３、表示航跡切り替え部１１、高度データ記憶部１２、グランド座標変換部１３及びグランド座標表示部１４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、目標追尾装置がコンピュータで構成されていてもよい。
目標追尾装置をコンピュータで構成する場合、高度データ記憶部１２をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成するとともに、２次元位置取得部１、３次元位置取得部２、２次元追尾処理部３、２次元追尾処理部２１、高度追尾処理部２２、同一目標判定部２３、表示航跡切り替え部１１、グランド座標変換部１３及びグランド座標表示部１４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に動作について説明する。
２次元追尾処理部２１は、３次元位置取得部２が観測目標の３次元位置（グランド位置）を取得する毎に、その３次元位置（グランド位置）を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での観測目標の２次元位置及び速度を推定する。
ここでは、観測目標に対する追尾処理として、２次元追尾処理部３と同様に、公知のカルマンフィルタ等を用いるものとする。
ただし、後述する同一目標判定部２３から、同一目標であると判定された観測目標の２次元位置（例えば、距離、方位等）が与えられる場合には、例えば、拡張カルマンフィルタ、アンセンテッドカルマンフィルタ、パーティクルフィルタ等の非線形フィルタを用いることで、高精度に観測目標の２次元位置及び速度を推定するようにする。

２次元追尾処理部２１は、グランド座標上での観測目標の２次元位置及び速度の推定結果である２次元の位置・速度ベクトルｘ_t,3Dハットと、各種のフィルタによって算出される推定誤差共分散行列Ｐ_t,3Dとを同一目標判定部２３に出力する。

なお、２次元追尾処理部２１は、３次元位置取得部２から観測目標のグランド位置の水平面位置が入力される場合や、観測目標のグランド座標上の位置が得られる場合でも、２次元追尾処理部３と同様の追尾処理を実施する。

高度追尾処理部２２は、３次元位置取得部２が観測目標の３次元位置（グランド位置）を取得する毎に、その３次元位置（グランド位置）における観測目標の高度だけを用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での観測目標の高度ｚ_gを推定する。
ここでは、観測目標に対する追尾処理として、２次元追尾処理部３と同様に、公知のカルマンフィルタ等を用いるものとする。

同一目標判定部２３は、２次元追尾処理部３から出力されたスラント推定位置・スラント推定速度を示すスラント推定ベクトルｘ_t,2Dハット及び推定誤差共分散行列Ｐ_t,2Dと、２次元追尾処理部２１から出力された２次元の位置・速度ベクトルｘ_t,3Dハット及び推定誤差共分散行列Ｐ_t,3Dとを用いて、上記の式（１０）より、カイ二乗検定値εを算出する。
同一目標判定部２３は、カイ二乗検定値εを算出すると、図１の同一目標判定部６と同様に、そのカイ二乗検定値εと予め設定された閾値ε_thを比較し、上記の式（１１）の判定式を満足する場合（カイ二乗検定値εが閾値ε_th以上である場合）、２次元追尾処理部３及び２次元追尾処理部２１における追尾処理が同一の観測目標に対するものではないと判定する。この場合、２次元位置取得部１により取得された観測目標の２次元位置（例えば、距離、方位等）は、同一目標判定部２３から２次元追尾処理部２１に与えられない。
一方、式（１１）の判定式を満足しない場合（カイ二乗検定値εが閾値ε_th未満である場合）、２次元追尾処理部３及び２次元追尾処理部２１における追尾処理が同一の観測目標に対する可能性があると判定する。
ただし、式（１１）における閾値ε_thは、上記実施の形態１，２で用いている閾値ε_thと別の閾値（例えば、上記実施の形態１，２で用いている閾値ε_thより大きな閾値）を用いるようにしてもよい。

同一目標判定部２３は、２次元追尾処理部３及び２次元追尾処理部２１における追尾処理が同一の観測目標に対する可能性があると判定すると、高度追尾処理部２２により推定されたグランド座標上での観測目標の高度ｚ_gが、２次元追尾処理部３が追尾処理している観測目標の高度であると仮定し、下記の式（１３）（１４）に示すように、グランド座標上での観測目標の高度ｚ_gを用いて、２次元追尾処理部３から出力されたスラント座標上での観測目標の２次元位置をグランド座標上での２次元位置（ｘ_g2，ｙ_g2）に変換する。

同一目標判定部２３は、スラント座標上での観測目標の２次元位置をグランド座標上での２次元位置（ｘ_g2，ｙ_g2）に変換すると、その２次元位置（ｘ_g2，ｙ_g2）に対応する２次元の位置・速度ベクトルｘ_t,2Dハット及び推定誤差共分散行列Ｐ_t,2Dと、２次元追尾処理部２１から出力された２次元の位置・速度ベクトルｘ_t,3Dハット及び推定誤差共分散行列Ｐ_t,3Dとを用いて、上記の式（１０）より、カイ二乗検定値εを算出する。
同一目標判定部２３は、カイ二乗検定値εを算出すると、図１の同一目標判定部６と同様に、そのカイ二乗検定値εと予め設定された閾値ε_thを比較し、上記の式（１１）の判定式を満足する場合（カイ二乗検定値εが閾値ε_th以上である場合）、２次元追尾処理部３及び２次元追尾処理部２１における追尾処理が同一の観測目標に対するものではないと判定する。この場合、２次元位置取得部１により取得された観測目標の２次元位置（例えば、距離、方位等）は、同一目標判定部２３から２次元追尾処理部２１に与えられない。

一方、式（１１）の判定式を満足しない場合（カイ二乗検定値εが閾値ε_th未満である場合）、２次元追尾処理部３及び２次元追尾処理部２１における追尾処理が同一の観測目標に対するものであると判定する。この場合、同一目標判定部２３から、２次元位置取得部１により取得された観測目標の２次元位置（例えば、距離、方位等）あるいは２次元の位置・速度ベクトルｘ_t,2Dハットが２次元追尾処理部２１に与えられる。

なお、同一目標判定部２３は、観測目標の同一性の判定結果を示す同一目標判定成立フラグ（ＯＮ＝同一、ＯＦＦ＝非同一）を表示航跡切り替え部１１に出力する。
以降の処理は、上記実施の形態２と同様であるため詳細な説明を省略する。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、同一目標判定部２３が、２次元追尾処理部３により推定されたスラント座標上での観測目標の２次元位置及び速度と、２次元追尾処理部２１により推定されたグランド座標上での観測目標の２次元位置及び速度と、高度追尾処理部２２により推定されたグランド座標上での観測目標の高度とを用いて、２次元追尾処理部３及び２次元追尾処理部２１における追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定するように構成したので、上記実施の形態１，２と同様に、複数のセンサによって、観測目標の２次元位置と３次元位置が取得される場合でも、高精度に観測目標の同一性を判定することができる効果を奏する。
また、上記実施の形態１，２のように、グランド座標上での３次元位置及び速度をスラント座標上での２次元位置及び速度に変換するスラント座標変換部５を設ける必要がないため、処理の簡略化を図ることができる効果を奏する。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ ２次元位置取得部（２次元位置取得手段）、２ ３次元位置取得部（３次元位置取得手段）、３ ２次元追尾処理部（２次元追尾処理手段、第１の２次元追尾処理手段）、４ ３次元追尾処理部（３次元追尾処理手段）、５ スラント座標変換部（スラント座標変換手段）、６ 同一目標判定部（同一目標判定手段）、７ 表示航跡切り替え部（スラント座標表示手段）、８ スラント座標表示部（スラント座標表示手段）、９ グランド座標表示部（グランド座標表示手段）、１１ 表示航跡切り替え部（グランド座標変換手段）、１２ 高度データ記憶部（グランド座標変換手段）、１３ グランド座標変換部（グランド座標変換手段）、１４ グランド座標表示部（グランド座標表示手段）、２１ ２次元追尾処理部（第２の２次元追尾処理手段）、２２ 高度追尾処理部（高度追尾処理手段）、２３ 同一目標判定部（同一目標判定手段）。

Claims (7)

1. 観測目標の２次元位置を観測するセンサから前記観測目標の２次元位置を取得する２次元位置取得手段と、
   観測目標の３次元位置を観測するセンサから前記観測目標の３次元位置を取得する３次元位置取得手段と、
   前記２次元位置取得手段により取得された２次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、スラント座標上での前記観測目標の２次元位置及び速度を推定する２次元追尾処理手段と、
   前記３次元位置取得手段により取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での前記観測目標の３次元位置及び速度を推定する３次元追尾処理手段と、
   前記３次元追尾処理手段により推定されたグランド座標上での３次元位置及び速度をスラント座標上での２次元位置及び速度に変換するスラント座標変換手段と、
   前記２次元追尾処理手段により推定された２次元位置及び速度と前記スラント座標変換手段により変換された２次元位置及び速度を用いて、前記２次元追尾処理手段及び前記３次元追尾処理手段における追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定する同一目標判定手段と
   を備えた目標追尾装置。
2. 前記同一目標判定手段により前記２次元追尾処理手段及び前記３次元追尾処理手段における追尾処理が同一の観測目標に対するものであると判定された場合、前記スラント座標変換手段により変換された２次元位置及び速度をスラント座標上に表示し、同一の観測目標に対するものでないと判定された場合、前記２次元追尾処理手段により推定された２次元位置及び速度をスラント座標上に表示するスラント座標表示手段と、
   前記３次元追尾処理手段により推定された３次元位置及び速度をグランド座標上に表示するグランド座標表示手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
3. 前記同一目標判定手段により前記２次元追尾処理手段及び前記３次元追尾処理手段における追尾処理が同一の観測目標に対するものでないと判定された場合、予め観測目標に関連付けられている高度設定値を用いて、前記２次元追尾処理手段により推定された２次元位置及び速度をグランド座標上での３次元位置及び速度に変換するグランド座標変換手段と、
   前記グランド座標変換手段により変換された３次元位置及び速度をグランド座標上に表示するとともに、前記３次元追尾処理手段により推定された３次元位置及び速度をグランド座標上に表示するグランド座標表示手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
4. 前記同一目標判定手段は、前記２次元追尾処理手段により推定された２次元位置及び速度と前記スラント座標変換手段により変換された２次元位置及び速度を用いて、カイ二乗検定値を算出し、前記カイ二乗検定値が予め設定された閾値未満であれば、同一の観測目標に対する追尾処理であると判定し、前記カイ二乗検定値が前記閾値以上であれば、同一の観測目標に対する追尾処理でないと判定することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の目標追尾装置。
5. 観測目標の２次元位置を観測するセンサから前記観測目標の２次元位置を取得する２次元位置取得手段と、
   観測目標の３次元位置を観測するセンサから前記観測目標の３次元位置を取得する３次元位置取得手段と、
   前記２次元位置取得手段により取得された２次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、スラント座標上での前記観測目標の２次元位置及び速度を推定する第１の２次元追尾処理手段と、
   前記３次元位置取得手段により取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での前記観測目標の２次元位置及び速度を推定する第２の２次元追尾処理手段と、
   前記３次元位置取得手段により取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での前記観測目標の高度を推定する高度追尾処理手段と、
   前記第１及び第２の２次元追尾処理手段により推定された２次元位置及び速度と、前記高度追尾処理手段により推定された高度とを用いて、前記第１及び第２の２次元追尾処理手段における追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定する同一目標判定手段と
   を備えた目標追尾装置。
6. ２次元位置取得手段が、観測目標の２次元位置を観測するセンサから前記観測目標の２次元位置を取得する２次元位置取得処理ステップと、
   ３次元位置取得手段が、観測目標の３次元位置を観測するセンサから前記観測目標の３次元位置を取得する３次元位置取得処理ステップと、
   ２次元追尾処理手段が、前記２次元位置取得処理ステップで取得された２次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、スラント座標上での前記観測目標の２次元位置及び速度を推定する２次元追尾処理ステップと、
   ３次元追尾処理手段が、前記３次元位置取得処理ステップで取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での前記観測目標の３次元位置及び速度を推定する３次元追尾処理ステップと、
   スラント座標変換手段が、前記３次元追尾処理ステップで推定されたグランド座標上での３次元位置及び速度をスラント座標上での２次元位置及び速度に変換するスラント座標変換処理ステップと、
   同一目標判定手段が、前記２次元追尾処理ステップで推定された２次元位置及び速度と前記スラント座標変換処理ステップで変換された２次元位置及び速度を用いて、前記２次元追尾処理ステップ及び前記３次元追尾処理ステップにおける追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定する同一目標判定処理ステップと
   を備えた目標追尾方法。
7. ２次元位置取得手段が、観測目標の２次元位置を観測するセンサから前記観測目標の２次元位置を取得する２次元位置取得処理ステップと、
   ３次元位置取得手段が、観測目標の３次元位置を観測するセンサから前記観測目標の３次元位置を取得する３次元位置取得処理ステップと、
   第１の２次元追尾処理手段が、前記２次元位置取得処理ステップで取得された２次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、スラント座標上での前記観測目標の２次元位置及び速度を推定する第１の２次元追尾処理ステップと、
   第２の２次元追尾処理手段が、前記３次元位置取得処理ステップで取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での前記観測目標の２次元位置及び速度を推定する第２の２次元追尾処理ステップと、
   高度追尾処理手段が、前記３次元位置取得処理ステップで取得された３次元位置を用いて、観測目標に対する追尾処理を実施して、グランド座標上での前記観測目標の高度を推定する高度追尾処理ステップと、
   同一目標判定手段が、前記第１及び第２の２次元追尾処理ステップで推定された２次元位置及び速度と、前記高度追尾処理ステップで推定された高度とを用いて、前記第１及び第２の２次元追尾処理ステップにおける追尾処理が同一の観測目標に対するものであるか否かを判定する同一目標判定処理ステップと
   を備えた目標追尾方法。

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