JP2021101193A - 位置標定システム、および位置標定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態に係る位置標定システムの概略構成を示すブロック図である。位置標定システム1は、測角センサを用いて、例えば、捜索対象や欠陥などの対象物の位置を推定する。図1には、一例として、3つの測角センサS1,S2,S3を用いて、2つの対象物M1,M2の位置を推定する場合について説明する。本実施形態では、測角センサから対象物へと向かう所定の一方向をX方向とし、このX方向に水平方向に直交する方向をY方向とする。測角センサは、少なくとも3つ備えていれば数を限るものではなく、また、対象物についても、複数であれば数を限るものではない。ここで、2つの対象物M1,M2は、例えば、地表面のような同一平面(XY平面)上に存在する物体であり、静止するものであっても、自由に移動するものであってもよい。
第1実施形態では、上述のように、少なくとも3つの測角センサS1,S2,S3から延びる方位線l11,l21,l31からみなし交点P123を算出し、このみなし交点P123を対象物M1の位置と推定している。この構成では、すべて(例えば3つ)の測角センサS1,S2,S3が常時、対象物M1を検出(観測)する、すなわち検出確率が100%であることを前提としている。しかしながら、現実には、すべての測角センサS1,S2,S3が常時、すべて(例えば2つ)の対象物M1,M2を検出できるとは限らず、センサ処理系の性能に起因した検出確率に応じて、対象物M1,M2を見失う可能性がある。特に、対象物M1,M2が測角センサS1,S2,S3から遠い位置に存在する場合には、相対的に検出確率が低くなるため、各測角センサS1,S2,S3が検出できる対象物M1,M2は互いに異なることが想定される。従って、測角センサが対象物を常時検出できない場合には、みなし交点を正確に算出することができず、対象物の位置を推定する精度が悪い可能性があった。このため、第2実施形態では、測角センサが対象物を常時検出できない場合であっても、対象物の位置を精度良く推定できる構成について説明する。
この第3実施形態では、上記した第2実施形態の式(15)における虚像確率κ(z(k),Q(k))を、交点(観測値)zと全線交差点Q(k)との距離に基づいて算出する。図9は、全線交差点と各方位線の交点との配置関係の一例を示す図である。全線交差点qlの位置は、対象物の位置と考えられるため、この全線交差点qlに近い交点zほど虚像確率が低く、尤度が高いと考えられる。そこで、本実施形態では、選択された少数の測角センサで得た交点zと、全線交差点qlとの距離dをそれぞれ測定する。全線交差点qlの集合Q(k)はL´個の要素からなるため、虚像確率κ(z(k),Q(k))を、式(16)で定義することができる。
第4実施形態は、複数の対象物Mnが所定の範囲内に近接していることが判明している場合に有効な手法である。通常、複数の対象物Mnが所定の範囲内に近接している場合、観測誤差の影響を受けるため、各対象物Mnの分離検出が困難となる。一方、他のセンサもしくは、外部情報によって、複数の対象物Mnが所定の範囲内に近接していることが予め判明している場合には、その情報を位置状態の推定に利用することができる。具体的には、式(18)に示すように、一の状態候補(交点)の尤度wjを、その状態候補の所定範囲内に存在する他の状態候補(交点)の数n(xj T)に応じて高める補正をする。この式(18)において、Gが補正値であり、G>1である。
第5実施形態では、第2実施形態のステップS25において、交点(観測値)zを算出するために選択される測角センサSOmの数を検出確率に応じて変化させる。図10は、検出確率と選択される測角センサの数との関係の一例を示すグラフである。
第6実施形態では、第2実施形態における全線交差点qlの情報を過去に遡って保持する時間窓幅TM(所定期間)を対象物Mnの状態によって変更する。図11は、時間窓幅と、測角センサに対する測角センサの相対速度と測角センサの測定周期との積と、の関係を示すグラフである。上述したように、全線交差点qlの集合Q(k)は、現在時刻kのみならず過去の時刻k−1、k−2、・・の全線交差点qlも含まれる。これは、検出確率が低い(100%未満)場合であっても、一定数の全線交差点qlを確保するための処置である。ここで、対象物Mnが測角センサSOmに対して相対的に移動している場合、過去の全線交差点qlは対象物Mnの位置に対応しない。
10,30 演算処理部
12,32 交差判定部
13,36 位置推定部
14 補正部
16,39 制御部
33 記憶部
34 交点算出部
35 尤度判定部
P123,Ppqr みなし交点
P12,Ppq 交点
Rerr 誤差半径
dmin 距離
M1,M2,Mn 対象物
S1,S2,S3,SO1,SO2,SO3,SO4,SOm 測角センサ
Claims (12)
- 互いに独立して配置され、複数の対象物に対する方位線の方向ベクトルを規定する方位角及び天頂角をそれぞれ測定する少なくとも3つの測角センサと、
現在または過去の所定期間内に、すべての前記測角センサから一の対象物へそれぞれ延びるすべての前記方位線が交差した全線交差点を記憶する記憶部と、
任意に選択された複数の前記測角センサから該対象物へそれぞれ延びる前記方位線が交差する複数の交点を算出する交点算出部と、
前記全線交差点に基づき、複数の前記交点の尤度をそれぞれ判定する尤度判定部と、
尤度の大きさに基づいて一の交点を抽出し、該交点を一の前記対象物の位置と推定する位置推定部と、
を備えたことを特徴とする位置標定システム。 - 前記尤度判定部は、前記全線交差点との距離が最も短い前記交点の尤度を最も高く判定することを特徴とする請求項1に記載の位置標定システム。
- 予め複数の対象物が近接して存在することが判明している場合、
前記尤度判定部は、一の交点の尤度を、該交点の所定範囲内に存在する他の交点の数に応じて高める補正をすることを特徴とする請求項1または2に記載の位置標定システム。 - 前記交点算出部は、前記測角センサが前記対象物を検出する検出確率が高くなるにつれて、選択される前記測角センサの数を増やすことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の位置標定システム。
- 前記記憶部は、前記対象物と前記測角センサとの相対速度と、前記測角センサの測定周期との積が大きくなるにつれて、前記所定期間を短くすることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の位置標定システム。
- すべての前記測角センサから一の前記対象物へそれぞれ延びるすべての前記方位線の最接近点を算出すると共に、この最接近点を中心とした所定の誤差領域内を、すべての方位線が通過する場合に、該最接近点を前記全線交差点と判定する交差判定部を備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の位置標定システム。
- 少なくとも3つの測角センサを用いて、複数の対象物に対する方位線の方向ベクトルを規定する方位角及び天頂角をそれぞれ測定する測角ステップと、
現在または過去の所定期間内に、すべての前記測角センサから一の対象物へそれぞれ延びるすべての前記方位線が交差した全線交差点を算出して記憶する全線交差点記憶ステップと、
任意に選択された複数の前記測角センサから該対象物へそれぞれ延びる前記方位線が交差する複数の交点を算出する交点算出ステップと、
前記全線交差点に基づき、複数の前記交点の尤度をそれぞれ判定する尤度判定ステップと、
尤度の大きさに基づいて一の交点を抽出し、該交点を一の前記対象物の位置と推定する位置推定ステップと、
を備えたことを特徴とする位置標定方法。 - 前記尤度判定ステップにおいて、前記全線交差点との距離が最も短い前記交点の尤度を最も高く判定することを特徴とする請求項7に記載の位置標定方法。
- 予め複数の対象物が近接して存在することが判明している場合、
前記尤度判定ステップにおいて、一の交点の尤度を、該交点の所定範囲内に存在する他の交点の数に応じて高める補正をすることを特徴とする請求項7または8に記載の位置標定方法。 - 前記交点算出ステップにおいて、前記測角センサが前記対象物を検出する検出確率が高くなるにつれて、選択される前記測角センサの数が増えることを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の位置標定方法。
- 前記全線交差点記憶ステップは、前記対象物と前記測角センサとの相対速度と、前記測角センサの測定周期との積が大きくなるにつれて、前記所定期間が短く設定されることを特徴とする請求項7から10のいずれか一項に記載の位置標定方法。
- すべての前記測角センサから一の前記対象物へそれぞれ延びるすべての前記方位線の最接近点を算出すると共に、この最接近点を中心とした所定の誤差領域内を、すべての方位線が通過する場合に、該最接近点を前記全線交差点と判定する交差判定ステップを備えることを特徴とする請求項7から11のいずれか一項に記載の位置標定方法。
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