JP2595225B2 - 船舶用運動予測方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーダ等で検出した追尾目標等の目標位置
情報から目標の針路及び速度を予測して表示する船舶用
運動予測方式に関する。

（従来の技術） 従来、目標追尾装置、なかでもレーダ信号を用いた目
標追尾装置において、目標（例えば船舶）の針路及び速
度を予測し表示する場合、例えば第３図に示すように、
レーダ21のアンテナ走査周期毎に得られる目標のレーダ
ビデオ信号から目標検出手段22によって目標の目標位置
信号を求め、この目標位置信号に基づき運動予測手段23
において目標の針路及び速度の予測を行ない、さらにベ
クトル発生手段24によって運動予測手段23から出力され
る目標の予測針路及び予測速度信号よりベクトル信号を
発生させ、表示器25においてベクトル発生手段24から出
力されるベクトル信号をレーダビデオ信号に重畳して表
示している。

第４図は表示器25の表示の一例を示すものであり、レ
ーダ映像表示における目標9a〜9eの予測針路及び予測速
度を目標9a〜9eを始点とするベクトル10a〜10eによって
表示する。ここで、ベクトル10a〜10eの各向きが目標9a
〜9eの予測針路を表し、ベクトル10a〜10eの各長さが目
標9a〜9eの予測速度を表す。

ところで、レーダビデオ信号には目標の信号の他にク
ラッタ雑音や受信機雑音が含まれると共に、さらには目
標の信号にもゆらぎがあるため、目標検出手段22から出
力される目標の目標位置信号には誤差が含まれる。した
がって運動予測手段23で安定した針路及び速度の予測を
行なうために、カルマンフィルタやα−βフィルタ等の
巡回型フィルタを用いるか、観測時刻の異なる２点の位
置変化と時刻差から求めた実針路及び実速度に移動平均
を施すか、または両者を組合わせるなどの方法により平
滑化を行なう必要があった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の運動予測方式におい
ては、目標が等速直進運動を行なっている場合には良好
な針路及び速度の予測がなされ、安定したベクトルが表
示されるが、目標が変針又は変速した場合の応答は非常
に遅くなり、変針又は変速があったにもかかわらず等速
直進運動を継続している如くベクトルが表示され、ベク
トルが表す予測針路及び予測速度と実際の目標の針路及
び予測速度が大きく異なるという問題点があった。

第５図は上記の問題を具体的に説明するための図であ
り、等速直進運動を行なっていた目標が急変針した場合
の予測針路及び予測速度のベクトル表示の一例を示す。

第５図において、Ｌは目標の運動の軌道、P₀,P1,P2は
運動過程の目標の実位置である。目標が等速直進運動を
行なっているP₀点ではベクトル10は目標の予測針路及び
予測速度を正しく表す。目標が変針が開始しても間もな
いP1点ではベクトル10は目標が依然として等速直進運動
を継続している如く表示される。更に、目標が大きく変
針したP2点ではベクトル10の表す予測針路及び予測速
度、特に予測針路は目標の変針に大きく遅れ、実際の目
標の針路及び速度とは大きく異なったものとなる。

このように、従来方式において目標の変針及び変速時
に目標の変針変速状態を速やかに予測できない点は、特
に高速で運動する目標の目標の動向を知り避航計画を立
てる上で、大きな問題となっている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の点に留意して成されたもので、追尾
対象となっている目標の予測速度に従って、低速に運動
している目標に対しては、従来の通りの安定した運動予
測を行なうとともに、高速に運動している目標に対して
は、追従性の良好な運動予測を行なうことによって、目
標の針路及び速度の予測を適切に行なうことのできる船
舶用運動予測方式を提供することを目的としている。

この目標を達成するため本発明の船舶用運動予測方式
にあっては、目標位置検出装置から得られる目標位置信
号より平滑性を重視して運動予測を行なう第１の運動予
測手段と、同じく目標位置信号より追従性を重視して運
動予測を行なう第２の運動予測手段と、前記第１もしく
は第２の運動予測手段のいずれか一方より得られる目標
針路速度信号と予め設定された基準値とを比較し、目標
が低速で運動しているか高速で運動しているかを判定す
る判定手段と、低速運動している目標との判定出力で第
１の運動予測手段の出力を、また高速運動している目標
との判定出力で第２の運動予測手段の出力を切換選択す
る切換手段とから構成される。

（作用） このような構成をもった本発明の船舶用運動予測方式
によれば、平滑性を重視して安定した目標針路速度信号
を予測する第１の運動予測手段と、追従性を重視して目
標の変針及び変速には速やかに追従する目標針路速度信
号を予測する第２運動予測手段を設け、第１又は第２の
運動予測手段のいずれか一方より得られる目標針路速度
信号に基づき判定手段によって目標が低速運動している
か高速運動しているか判定し、その判定結果を基に切換
手段によって、低速運動している目標との判定出力が得
られたときは、第１の運動予測手段によって得られる平
滑性の重視された安定した目標針路速度信号を、一方、
高速運動している目標との判定出力が得られたときには
第２の運動予測手段によって得られる追従性の重視され
た目標針路速度信号を選択し、目標の運動速度に応じた
適切な目標の運動予測が可能となる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示したブロック図であ
る。

第１図において、１は自船運動検出装置、２は目標検
出装置、３は第１の運動予測手段、４は第２の運動予測
手段、５は切換手段、７は判定手段、８は表示手段であ
る。

更に、各ブロックの構成を作用と共に詳細に説明する
と、まず自船運動検出装置１、例えばジャイロ、ドップ
ラーログ等の装置によって構成されており、自船の運動
状態、すなわち自船針路、及び自船速度を検出するセン
サとなる。

目標検出装置２は、レーダ装置によって得られた目標
の映像ビデオ信号から目標を検出し、目標の実位置信号
を出力する。

また第１及び第２の運動予測手段3,4は目標検出装置
２から得られる目標の実位置信号に基づき目標の針路及
び速度を予測して、目標の予測針路と予測速度を表すベ
クトル信号（以下、針路・速度信号と称する）を出力す
る。この目標の針路及び速度の予測は、目標の実位置信
号を直交座標成分に分解し、その各々の直交座標成分に
対して運動予測を行ない、その結果得られた目標の予測
速度信号を極座標に変換して求めることができる。

更に、目標の運動予測は、例えばα−βフィルタを用
いて実現できる。例えば一次元のα−βフィルタによる
運動予測は以下の如く表される。

Xs（ｋ）＝Xp（ｋ）＋α［Xm（ｋ）−Xp（ｋ）］ Vs（ｋ）＝Vs（ｋ−１）＋β［Xm（ｋ）−Xp（ｋ）］/T Xp（ｋ＋１）＝Xs（ｋ）＋Vs（ｋ−１）・Ｔ Xm:目標の実位置、Xs:目標の平滑位置 Xp:目標の予測位置、Vs:目標の予測速度 α，β：フィルタ定数、T:観測間隔 このα−βフィルタは、一種の低減通過型フィルタで
あり、αもしくはβの値を小さくすると（０に近付ける
と）、フィルタの平滑特性が顕著となり、αもしくはβ
の値を大きくすると（１に近付けると）、フィルタの追
従特性が顕著となる。尚、α−βフィルタの周波数特性
については例えば文献［D.E.Mayiatis“Comparsion of
α−β and Kalman filter in track whitle scan rada
rs"］に詳細に説明されている。

従って、第１の運動予測手段３ではα−βフィルタの
α，βの値を小さい値に設定することによって、平滑性
の優れた目標の針路及び速度の予測結果を得ることがで
き、第２の予測手段４ではα−βフィルタのα，βの値
を大きい値に設定することによって、追従性の優れた目
標の針路及び速度の予測結果を得ることができる。

即ち、第１の運動予測手段３のフィルタ定数をα1,β
１、及び第２の運動予測手段４のフィルタ定数をα2,β
２とすると、α、βの関係は以下の如くまとめられる。

α１＜α２ β１＜β２ 次に、切換手段５は第１及び第２の運動予測手段3,4
各々で得れら特性の異なった目標の針路及び速度の予測
結果として得られた目標の針路速度信号のいずれか一方
を選択して出力する。

判定手段７は切換手段５を介して得られた第１又は第
２の運動予測手段3,4のいずれか一方からの目標の予測
針路速度信号を予め定めた基準地とを比較して目標運動
の低速と高速を判定し、その結果に従って切換手段５へ
切換信号を出力する。

ここに目標速度の判定法としては、 （目標の予測速度）≦（基準速度） の場合は低速に運動している目標と判定し、また、 （目標の予測速度）＞（基準速度） の場合は高速に運動している目標と判定する。

更に、判定手段７は判定結果に基づく切換手段５への
切換信号としては、目標が低速に運動する目標と判定で
きた場合は第１の運動予測手段３の出力結果を選択する
ように切換信号を出力し、また目標が高速に運動する目
標と判定された場合は第２の運動予測手段４の出力結果
を選択するように切換信号を出力する。

表示手段８は切換手段５より得られる目標の針路・速
度信号をベクトル表示として、目標検出装置２より得ら
れるレーダ映像信号上に重畳して表示する。

この結果、第１図の実施例にあっては、高速で運等す
る目標を判定したときには、第２の予測運動予測手段４
により予測された目標の針路速度が例べばベクトル表示
されるため、高速運度する目標の運動予測表示に時間遅
れがなく、適切な予測判断ができるようになる。

第２図は本発明の他の実施例を示したブロック図であ
る。

即ち、第１図の実施例においては、目標の針路速度信
号を求める手段として運動予測特性の異なる第１の運動
予測手段３と第２の運動予測手段４を設けて出力信号を
切換手段５によって選択しているが、第２図の実施例に
あっては運動予測手段を１個とし、判定手段７の出力信
号によって運動予測手段の運動予測特性を切り換えるよ
うにしたことを特徴とする。

第２図において、自船運動検出装置１、目標検出装置
２、判定手段７及び表示手段８は、第１図と同様であ
る。40は運動予測手段であって判定手段７の出力信号で
ある切換信号に従って、運動予測特性を選択して目標の
運動予測を行ない、目標の針路・速度信号を出力する手
段である。

この運動予測手段40としては、例えば、運動予測を行
なうためのα−βフィルタのフィルタ定数α，βの値を
小さい値に設定することによって、平滑性の優れた目標
の針路及び速度の予測結果を得ることができ、またα−
βフィルタのフィルタ定数α，βの値を大きい値に設定
することによって、追従性の優れた目標の針路及び速度
の予測結果を得ることができる。

すなわち、判定手段７からの切換手段に従ってフィル
タ定数α，βの値の大小を切り換えることによって、平
滑性を重視して安定した目標の針路速度を予測するか、
追従性を重視して目標の変針には速やかに追従する目標
の針路速度を予測するか、いずれか一方の運動予測特性
を選択して目標の運動予測を行ない、目標針路速度信号
を出力する運動予測手段を実現できる。

ここに、判定手段７より出力される切換信号として
は、目標が低速に運動する目標と判定できた場合は運動
予測手段40での運動予測特性を平滑性を重視した予測特
性を選択するように切換信号を出力し、また目標が高速
に運動する目標と判定された場合は、該運動予測特性を
追従性を重視した予測特性を選択するように切換信号を
出力する。

尚、上記の実施例においては目標検出装置２としてレ
ーダ装置を例にとっているが、この値にソナーやレーザ
装置など目標位置情報が検出できるセンサについても、
同様にして本発明を適用できる。

このように構成した装置は次の理由によって船舶用に
用いることが適している。

通常の船舶はエネルギ効率の点で、直線航路を等速で
運動することが一般的である。更に他船を避ける場合や
屈曲した航路を運行する場合は、加減速することなく、
一定の旋回率でほぼ円弧運動を行う。従って、船舶用に
は針路・速度信号に基づき運動予測を行うものが適して
いる。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、船舶は主に
等速運動をするので、予測針路速度信号を得ることが容
易であり、その予測針路速度信号によってα−βフィル
タの特性を切り換えるようにしたことから、自動的に低
速に運動する目標に対しては、針路及び速度の安定した
運動予測を行ない、また高速に運動する目標に対して
は、その針路、速度の変化に速やかに追従した運動予測
が行なわれるため、目標との衝突を回避し安全で適切な
運航を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロック図、第２図
は本発明の他の実施例を示したブロック図、第３図は従
来方式の一例を示したブロック図、第４図は表示器の表
示の一例を示した説明図、第５図は従来の針路及び速度
のベクトル表示の一例を示した説明図である。 1:自船運動検出装置 2:目標検出装置 3:第１の運動予測手段 4:第２の運動予測手段 5:切換手段 7:判定手段 8:表示手段 9:追尾目標 10:ベクトル 21:レーダ 22:目標検出手段 23:運動推定手段 24:ベクトル発生手段 25:表示器 40:運動予測手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−25467（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−205883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−196880（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−110996（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーダ装置によって得られた目標の映像ビ
   デオ信号から目標を検出し、目標の実位置信号を出力す
   る目標検出装置と、 前記目標の実位置信号を直交座標成分に分解したものを
   α−βフィルタによって平滑性を重視して運動予測し各
   成分毎の目標の予測速度信号を求め、その予測速度信号
   を極座標に変換して目標の予測針路・予測速度を表す出
   力信号を送出する第１の運動予測手段と、 前記目標の実位置信号を直交座標成分に分解したものを
   α−βフィルタによって追従性を重視して運動予測し各
   成分毎の目標の予測速度信号を求め、その目標の予測速
   度信号を極座標に変換して目標の予測針路・予測速度を
   表す出力信号を送出する第２の運動予測手段と、 前記第１又は第２の運動予測手段のいずれか一方より得
   れる出力信号と基準値とを比較し、低速運動している目
   標か高速運動している目標かを判定する判定手段と、 該判定手段が低速運動している目標との判定出力を生じ
   たときに前記第１の運動予測手段の出力信号を、また高
   速に運動している目標との判定出力を生じたときには前
   記第２の運動予測手段の出力信号を選択切換して出力す
   る切換手段とを備えたことを特徴とする船舶用運動予測
   方式。