JP4279697B2

JP4279697B2 - 目標追尾装置

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Publication number: JP4279697B2
Application number: JP2004018771A
Authority: JP
Inventors: 良二前川; 康小幡; 正義系; 義夫小菅
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: JP2005214665A

Description

この発明は、センサからの探知データを使って目標を追尾する目標追尾装置に関するものである。

目標の軌道である航跡を推定する目標追尾では、センサから得られる探知データについて、まず、目標からのものかまたは不要信号であるかを判定する。目標からのものと判定した場合は、それが既に追尾を行っている目標のものであるのか（既存の目標が複数ある場合はそのうちのどれであるのか）、または新たに発生した目標なのかを判定する。この判定には、既存目標の速度から該当時刻における位置を算出した予測値を中心とする空間領域であるゲートを利用する。

このゲート内に入った探知データは既存目標からのものである可能性が高く、どのゲートにも入らなかった探知データは不要信号または新目標である可能性が高いといえる。既存航跡から得られたと判定した探知データについては、既存航跡が持つ予測値を利用して探知データが探知された時刻における目標の真の位置と速度の推定値を計算する。

しかし、例えば、ゲート内に複数の探知データが得られると、航跡と探知データの相関について、いろいろな可能性が考えられる。可能性が多くある状況で、どれか一つに決定してしまうと、それが誤りであった場合には目標の追跡に失敗する危険性が高くなる。

そこで、割り当て方（仮説）を複数考えて、探知データと航跡の相関を仮説ごとに決定し、最終的に最も良い仮説を残せば、より正確な目標追尾が可能である。このやり方に基づいた従来の目標追尾装置として、探知データとそれの組み合わせである航跡と、航跡の組み合わせである仮説を互いに探知データを共有しないクラスタごとに処理を行うことによって、処理の効率化を図るものがある（例えば、特許文献１参照）。

ここで本発明が問題とする、「既追尾目標から複数の目標が分離される」状況とその対処方法について説明する。センサから得られる探知データを利用して目標の軌道である航跡を推定する目標追尾の機能は、
１．未知の目標を探知する追尾初期化機能
２．既知の目標を追跡する追尾維持機能
に大別することができる。前者については、各探知データについて新たに発生した目標からのものであるとする可能性を考慮する必要があるが、後者については、それが維持対象目標からのものであるかどうかのみを考えればよい。

追尾初期化機能では、各探知データについて新航跡を考慮し、新航跡から更新された仮航跡が本航跡に昇格されることにより目標が探知されたとすればよい。これに対して、追尾維持機能では、本航跡が始めからあることを仮定しており、各探知データについて新航跡を考慮せずに維持対象の本航跡との相関の有無のみを検査する。

遠方からセンサに近づく複数目標を観測する場合、センサの分解能が原因で遠方では１目標として観測されていたものが、ある時点から複数の目標として観測されるという場合が起こる。このような目標を追尾維持対象とする場合、維持対象目標から一つまたはそれ以上の別目標が分離され、それらと元の既追尾目標と併せて追尾しなければならない。このような場合、上記の追尾維持機能を適用しようとすると、追尾維持機能のみでは、分離された目標のどれか一つのみしか追尾できない。

また、追尾維持、初期化の両機能を備えた追尾方式では、分離された目標のうちのどれか一つを既追尾目標、他を分離発生した目標として扱う。新航跡として開始した航跡は仮航跡から成長して本航跡に昇格する。この方式により、分離後の全てを追尾することが可能である。しかし、この追尾初期化は、既存の本航跡からの分離を想定していないので、誤った航跡を本航跡に昇格させる可能性が高くなる。

そこで、分離発生した目標の可能性を考慮する探知データを追尾維持航跡のゲート内に入る探知データに限定することで、維持対象目標から分離した目標を追尾している可能性が高い航跡のみを効率よく生成する装置が提供されている（例えば、特許文献２参照）。

また、前時刻における全仮説中の本航跡が持つ予測に関する諸元を使って、代表的な予測に関する諸元を計算し、それを新航跡の運動諸元とすることで、精度の良い運動諸元を持った仮航跡を生成することができ、追尾処理を正確にかつ効率的に行う装置も提供されている。

特開平８−２７１６１７号公報特開２００３−１３９８５１号公報

従来は、上述したように、既追尾目標から複数の目標が分離される状況に対処してきた。しかし、従来の装置では、仮説ごとに、探知データと航跡の相関を決定し、航跡の真の位置と速度の推定値を計算するため、仮説ごとに航跡の運動諸元が異なる。それにもかかわらず、新航跡の運動諸元を、全仮説もしくは一部の仮説における本航跡の予測値の代表値としているため、各仮説に応じた新航跡の運動諸元を正確に与えられていない可能性がある。これにより、誤った運動諸元が与えられた新航跡は、次以降の探知データとの相関時、誤相関を起こし、誤った航跡を本航跡に昇格させる可能性があるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、新航跡の運動諸元を各仮説に応じて算出することで、従来より精度の良い運動諸元を持った仮航跡を生成することができ、維持対象目標から分離した目標を追尾している可能性が高い航跡のみを正確にかつ効率的に生成することができる目標追尾装置を提供することを目的とする。

この発明に係る目標追尾装置は、センサからの探知データに基づいて目標を追尾する目標追尾装置であって、各クラスタに含まれる既存航跡から探知データの存在可能領域を算出するゲート算出部と、前記センサからの探知データ全体と前記ゲート算出部からの存在可能領域からクラスタ毎に航跡対応の探知データを選択する探知データ選択部と、前記探知データ選択部により選択された探知データと既存の本航跡の相関を検査して、その探知データが分離発生した目標となる可能性が高いか否かを決定する新目標用探知データ選択部と、前記新目標用探知データ選択部からの探知データが既存のクラスタ内の航跡と対応がとれない場合に新クラスタを作成すると共に、複数のクラスタ内の航跡と対応付けられる探知データがある場合に対応するクラスタを統合するクラスタ新設統合部と、既存航跡と探知データの相関具合よりゲート内判定行列を算出するゲート内判定行列算出部と、前記ゲート内判定行列算出部により算出されたゲート内判定行列を基に、各探知データに対する解釈の可能な組合せ全てを抽出して航跡相関行列を算出する航跡相関行列算出部と、前記航跡相関行列算出部により算出された航跡相関行列を既存の仮説と組み合わせて新たに仮説を生成更新する仮説更新部と、信頼度の低い仮説の削除、似た仮説の統合によって仮説数を削減する仮説縮小部と、航跡間の探知データの共有具合を基にクラスタを分離するクラスタ分離部と、目標である可能性の高い航跡を選択して本航跡とする航跡決定部と、仮説ごとに仮説に応じた新航跡の運動諸元を算出する分離目標運動諸元算出部とを備えたものである。

この発明によれば、新航跡の運動諸元を各仮説に応じて算出することで、従来より精度の良い運動諸元を持った仮航跡を生成することができ、維持対象目標から分離した目標を追尾している可能性が高い航跡のみを正確にかつ効率的に生成することができる。

以下、この発明を各実施の形態に従って説明する。
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の構成を示すブロック図である。図１に示す目標追尾装置１００は、空間中の目標を観測して探知データを得るためのセンサである目標観測装置２００から入力された探知データ全体と各航跡の存在可能領域からクラスタごとに航跡対応の探知データを選択する探知データ選択部１と、探知データ選択部１の出力に基づいて探知データと既存の本航跡の相関を検査して、その探知データが分離発生した目標となる可能性が高いか否かを決定する新目標用探知データ選択部１８と、目標追尾装置１００内全体のクラスタの状態を示すシステム内クラスタ表を格納したシステム内クラスタ表格納部２と、探知データ選択部１の出力とシステム内クラスタ表格納部２に格納されたクラスタ表に示された既存のクラスタの関係から、複数のクラスタ内の航跡と対応付けられる探知データがある場合に対応するクラスタを統合し、また既存のクラスタ内の航跡と対応がとれない探知データについて新クラスタを作成し、クラスタ内に含まれる探知データの全体を示すクラスタ内探知データ表を作成しクラスタ内探知データ表格納部４に格納するクラスタ新設統合部３とを備えている。

また、後述するクラスタ内仮説状況データ群格納部１０からの既存航跡とクラスタ内探知データ表格納部４からの探知データとの相関具合によりクラスタ内のゲート内判定行列を算出するゲート内判定行列算出部５と、クラスタ内の探知データと航跡の関係を示すクラスタ内ゲート内判定行列表を格納するクラスタ内ゲート内判定行列表格納部６と、クラスタ内ゲート内判定行列を基に各探知データに対する解釈の可能な組み合わせ全てを抽出する、クラスタ内の航跡相関行列を算出する航跡相関行列算出部７と、そのクラスタ内で仮説の拡張可能性を示すクラスタ内航跡相関行列表を格納するクラスタ内航跡相関行列表格納部８と、前時刻までの探知データによる既存の仮説状況とクラスタ内航跡相関行列を組み合わせて現時刻に入力した新たな探知データに対応して仮説を更新し、その仮説の信頼度を算出する仮説更新部９と、仮説ごとに新航跡の運動諸元を算出する分離目標運動諸元算出部２１とを備えている。

また、クラスタ内仮説状況データ群格納部１０を備えており、このクラスタ内仮説状況データ群格納部１０は、クラスタ内にある全ての仮説を示したクラスタ内仮説表を格納するクラスタ内仮説表格納部１１と、仮説ごとに仮説内にある全ての航跡を示した仮説内航跡表を格納する仮説内航跡表格納部１２と、クラスタ内にある全ての航跡に対して航跡を構成する探知データを示したクラスタ内航跡−探知データ表を格納するクラスタ内航跡−探知データ表格納部１３とを有する。

さらに、各クラスタに含まれる全ての既存航跡に対して次の探知データの存在可能領域を算出するゲート算出部１４と、信頼度の低い仮説の削除、似た仮説の統合によって仮説群を縮小する準最適化処理を実行する仮説縮小部１５と、航跡間の探知データの共有具合を基にクラスタ分離の処理を実行するクラスタ分離部１６と、仮航跡群の中から目標を追跡している可能性が極めて高い航跡を本航跡に昇格させ状況を出力する航跡決定部１７とを備えており、航跡決定部１７からの出力に基づいて目標表示装置３００は、ディスプレイ上に航跡を表示し目標の状態を使用者に示すようになされている。

次に、上記構成を備える実施の形態１に係る目標追尾装置１００の追尾手順動作を、図２に示すフローチャートに従って説明する。まず、「次サンプリングデータの読込」ステップ００１において、探知データ選択部１は、その時刻の探知データを、センサである目標観測装置２００から読み込む。次の「ゲート内判定」ステップ００２において、探知データ選択部１は、既存航跡のゲートと探知データの相関具合を調べ、入ってきた探知データがどのクラスタに属するのか決定する。ここで、クラスタとは、仮説作成の処理の単位となる航跡の集合を表す。

以下、図３に示す航跡と探知データの例を用いて説明する。あるクラスタにおいて時刻ｔ２までに１回航跡が確立して、図３のような本航跡と仮航跡が一つずつ存在する状態であったとする。ここで、目標であると判定された航跡を本航跡、判定保留中の航跡を仮航跡と呼ぶ。この時、各航跡を以下のように表記する。
Ｔｔ１：（本航跡）
Ｔｐ１：ｄ１１−ｄ２１
また、航跡を採択する仮説は、「ＩＤ：｛航跡組｝信頼度」なる形式で表記して、
Ｈ１：｛Ｔｔ１，Ｔｐ１｝ｒｅｌ１
Ｈ２：｛Ｔｔ１｝ｒｅｌ２
とする。

時刻ｔ３において、「次サンプリングデータの読込」ステップ００１でこのクラスタと相関を持つ探知データとしてｄ３１，ｄ３２，ｄ３３が入力され、「ゲート内判定」ステップ００２でｄ３１，ｄ３２が本航跡のゲートに、ｄ３２，ｄ３３が仮航跡のゲートに入ったとする。

次の「新目標用探知データの選択」ステップ００３では、新目標用探知データ選択部１８が、前ステップ００２で相関有りと判定された探知データの集合より、分離発生した目標としての可能性を考慮する探知データを選択する。この選択は「本航跡のゲートに入ったか否か」という条件による判定で実施される。この例では、ｄ３１とｄ３２が分離発生した目標の可能性を考慮する探知データとして選択される。

次の「航跡および新クラスタの作成」ステップ００４では、クラスタ新設統合部３により、既存航跡ゲートと探知データの相関具合を元に、航跡が作成される。作成される航跡は以下の３つの種類がある。
（１）更新航跡：ゲート内に入った探知データを既存航跡に追加してできる航跡
（２）新航跡：既存航跡から分離発生した新規の航跡であり、ゲート内に入った探知データを既存航跡に追加してできる航跡
（３）メモリトラック航跡：既存航跡に対し「該当する時刻には相関する探知データがなかった」とする航跡
ただし、（２）の新航跡について、航跡に追加される探知データは、前ステップ００３において分離発生した目標の可能性を考慮する探知データに限られる。

航跡（１）、（３）において、既存航跡が本航跡の場合は、前時刻の本航跡のＩＤをひきつぐ。本航跡のＩＤとは、各本航跡固有のものであり、後述する航跡決定部１７で付与される。（２）の新航跡には、どの本航跡から分離発生したか記憶しておくため、分離元の本航跡のＩＤを分離元ＩＤとして付与する。

図３の例では、まず、更新航跡として、下記のように表記する。
Ｔｔ１１：Ｔｔ１−ｄ３１
Ｔｔ１２：Ｔｔ１−ｄ３２
Ｔｐ２１：ｄ１１−ｄ２１−ｄ３２
Ｔｐ２２：ｄ１１−ｄ２１−ｄ３３
新航跡としては、
Ｔｐ３１：Ｔｔ１−ｄ３１
Ｔｐ３２：Ｔｔ１−ｄ３２
が生成され、メモリトラック航跡としては、
Ｔｔ４１：Ｔｔ１
Ｔｐ４２：ｄ１１−ｄ２１
が作成される。

また、本ステップでは、どのクラスタとも相関がなかった探知データについては、その探知データを起点とする新たなクラスタを生成する。また、本ステップでは、この時刻における探知データにより後述する同値関係が複数のクラスタ間で発生した場合、それらのクラスタを統合する処理が行われる。

次の「クラスタ毎の航跡相関行列生成」ステップ００５では、まず、ゲート内判定行列算出部５によってゲート内判定行列が生成される。ゲート内判定行列は、探知データと航跡の可能な相関関係を示す表である。

このゲート内判定行列は、その各行が該当時刻にクラスタと相関した探知データを示している。図４に本例におけるゲート内判定行列とそれより得られる航跡相関行列のいくつかの例を示す。図４の（ａ）に示す例では、第１行が探知データｄ３１、第２行が探知データｄ３２、第３行が探知データｄ３３に相当する。また、列に関しては、第１列は不要信号であることを示し、第２、３列が既存航跡Ｔｔ１、Ｔｐ１を示し、第４、５列が既存航跡Ｔｔ１、Ｔｐ１から分離発生した新航跡を示す。全ての探知データは不要信号である可能性を持っているので、第１列の要素は全て１となる。第２列については、既存航跡Ｔｔ１と相関する探知データはｄ３１，ｄ３２であるので第１，２行が１となり第３行は０となる。第３列については、既存航跡Ｔｐ１と相関する探知データはｄ３２，ｄ３３であるので第２，３行が１となり第１行は０となる。第４列は、既存航跡Ｔｔ１から分離発生した新航跡を示すのだが、「新目標用探知データの選択」ステップ００３で、分離発生した目標の可能性を考慮する探知データとして選択されたのはｄ３１とｄ３２であるため、第１，２行が１となり第３行は０となる。第５列は、既存航跡Ｔｐ１から分離発生した新航跡を示すのだが、「新目標用探知データの選択」ステップ００３で仮航跡からは分離発生しないと考えているので、全行とも０となる。もちろん、ゲート内判定行列を作成する際、第５列のように、仮航跡から分離発生した新航跡を示す列は設けなくても良い。

次に、航跡相関行列算出部７により、このゲート内判定行列から航跡相関行列が作られる。航跡相関行列は、
・１となる要素と同一のゲート内判定行列の要素は必ず１となっている
・各行で１となる要素の数は１つのみ
・各列は高々１つの要素が１となる（ただし、第１列ならびに分離発生した新航跡の列はいくつ１の要素があってもよい）
という条件を満たす全ての行列である。これは、各探知データの互いに矛盾しない解釈の組み合わせである。

次の「仮説の作成」ステップ００６で、仮説更新部９が既存仮説を航跡相関行列によって更新する処理を実行する。各仮説の更新では、その仮説の中に含まれている航跡以外の航跡の存在を仮定している航跡相関行列を除いた全ての航跡相関行列を使用する。例えば、仮説Ｈ２ではＴｔ１のみが参照されている。図４の（ｂ）〜（ｆ）の航跡相関行列では、（ｅ）と（ｆ）が航跡Ｔｐ１の存在を仮定しているので、この２つの航跡相関行列は仮説Ｈ２の更新には用いられない。Ｈ１を図４の（ｂ）によって更新すると、これはｔ３の探知データが全て不要信号であることを示しているので、
Ｈ１１：｛Ｔｔ４１，Ｔｐ４２｝
となる。また、Ｈ１を（ｅ）によって更新すると、
Ｈ１２：｛Ｔｔ１１，Ｔｐ２２｝
となる。また、Ｈ１を（ｆ）によって更新すると、
Ｈ１３：｛Ｔｔ４１，Ｔｐ２２，Ｔｐ３２｝
となる。このようにして、可能な仮説と航跡相関行列の組み合わせによって既存仮説を更新し、新たな仮説を生成する。

更に、仮説更新部９では、このようにして更新した全ての仮説に対して仮説の信頼度を算出する。なお、仮説の信頼度はそれぞれの仮説が現実的なものであるかどうかを判断するための評価尺度となるものである。ここで、例えば、仮説Ｈ１３のように、新航跡を含む場合、次の「分離目標運動諸元計算」ステップ００６５で、分離目標運動諸元算出部２１が新航跡の運動諸元を算出する。この例では、仮説Ｈ１３に含まれる新航跡Ｔｐ３２の運動諸元は、既存航跡Ｔｔ１と、分離発生した目標の可能性のある探知データｄ３２との平滑処理で算出される。こうすることで、新航跡の運動諸元を各仮説に応じて算出することができる。

次の「準最適化とクラスタ分離」ステップ００７において、仮説縮小部１５は、信頼度の低い仮説の削除、似た仮説の統合によって仮説群を縮小する準最適化処理を実行し、さらに、クラスタ分離部１６は、それに伴うクラスタ分離の処理を実行する。

準最適化には様々な手法があり、
・信頼度に閾値を設け、それに満たない信頼度を持つ仮説を全て削除する
・仮説数の上限を設け、信頼度が高い順に、設定した個数の仮説のみを残し、その他を削除する
・過去Ｎ回の時刻における探知データの相関内容が同一の仮説を統合する
といった手法が知られている。

次の「本航跡判定」ステップ００８において、航跡決定部１７は、仮航跡群の中から、目標を追跡している可能性が極めて高い仮航跡を本航跡に昇格させる処理を行う。仮航跡を本航跡に昇格させた場合、各本航跡固有のＩＤを付与する。

以上のように、実施の形態１によれば、新航跡の運動諸元を各仮説に応じて算出するので、精度の良い運動諸元を持った仮航跡を生成することができ、維持対象目標から分離した目標を追尾している可能性が高い航跡のみを正確に、かつ効率的に生成することができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図５に示す目標追尾装置には、図１に示す実施の形態１の航跡相関行列算出部７の代わりに、ゲート内判定行列を基に、新航跡数に関する制限を考慮しながら、各探知データに対する解釈の可能な組合せ全てを抽出する分離目標数制限航跡相関行列算出部２２が備えられている。さらに、図１に示す実施の形態１の仮説更新部９の代わりに、新航跡数に関する制限を考慮した上で、既存仮説を航跡相関行列によって更新する分離目標数制限仮説更新部２３が備えられている。その他の構成は、図１に示す実施の形態１と同一なのでその説明を省略し、図１に示す実施の形態１と同一符号を付して示す。

また、図６は、分離目標数制限航跡相関行列算出部２２の構成を示す図である。図６に示すように、分離目標数制限航跡相関行列算出部２２は、ゲート内判定行列を基に各探知データに対する解釈の可能な組合せ全てを抽出する航跡相関行列算出部７と、この航跡相関行列算出部７が生成した航跡相関行列中の分離発生した目標数を検査し、指定数を超えていたらその航跡相関行列を除外する分離目標数検査部１０１とを有する。

次に、実施の形態２に係る目標追尾装置の追尾手順動作を、図７に示すフローチャートに従って説明する。図７においては、「分離目標数制限付き航跡相関行列生成」ステップ００５１、ならびに「分離目標数制限付き仮説の作成」ステップ００６１以外は、図２に示す実施の形態１のフローチャートにおける同名のステップと同一処理であるので、新たなステップのみについて説明する。

「分離目標数制限付き航跡相関行列生成」ステップ００５１では、分離目標数制限航跡相関行列算出部２２により、前ステップの「ゲート内判定行列生成」ステップ００４で作成されたゲート内判定行列を基に航跡相関行列が作成される。この航跡相関行列は、以下の条件を満たす。
・１となる要素と同一のゲート内判定行列の要素は必ず１となっている
・各行で１となる要素の数は１つのみ
・各列は高々１つの要素が１となる（ただし、第１列ならびに分離発生した新航跡の列はいくつ１の要素があってもよい）
・分離発生した新航跡が選択されている行数は予め指定された整数値以下である
この最後の条件で、特に、指定整数値を１とした場合を考える。なお、このとき、上記の３番目の条件は、下記のようになる。
・各列は高々１つの要素が１となる（ただし、第１列はいくつ１の要素があってもよい）

図３の例において作成されるゲート内判定行列、航跡相関行列は図８のようになる。新航跡の数は１以下としてあるため、（ｇ）に示す航跡相関行列は作成されない。この最後の条件を満たすか否かは図６に示す分離目標数制限航跡相関行列算出部２２の詳細構成図における分離目標数検査部１０１が行い、その他の処理は航跡相関行列算出部７が行う。後者は実施の形態１における構成図の同名の部分と同じものである。

次の「分離目標数制限付き仮説の作成」ステップ００６１で、分離目標数制限仮説更新部２３は、既存仮説を航跡相関行列によって更新する処理を実行する。実施の形態１における「仮説の作成」ステップ００６１と同様、各仮説の更新では、その中に含まれている航跡以外の航跡の存在を仮定している航跡相関行列を除いた全ての航跡相関行列を使用する。更に、分離目標数制限仮説更新部２３では、更新した全ての仮説に対して仮説の信頼度を算出する。

今、分離発生した新航跡の指定整数値を１とした場合を考えると、次の式（１）で仮説の信頼度β_ｉを算出できる。

但し、β_ｐ（ｉ）：前時刻の仮説の信頼度
Ｎ_ＴＲＫ：前時刻の仮説内の既存航跡数
Ｎ_ＤＴ：前時刻の仮説内の既存航跡と相関した現サンプリングの探知データ数
Ｎ_ＦＴ：仮説に含まれる不要信号数
Ｎ_ＳＰ：仮説に含まれる分離発生した新航跡数
ｇ：既存航跡に対する探知データの尤度
Ｐ_Ｄ：探知確率
Ｐ_Ｇ：ゲート内捕捉確率
β_ＦＴｍ：不要信号密度(発生率)で、単位体積当たりの平均個数
Ｎ_ＣＴＲＫ：前時刻の仮説内の既存本航跡数
Ｐ_ＳＰ：目標が分離する確率

ここで、β_ｐ（ｉ）はクラスタ内仮説表格納部１１に保存されている値、Ｎ_ＴＲＫ、Ｎ_ＣＴＲＫは仮説内航跡表格納部１２に保存されている値、Ｎ_ＤＴ、Ｎ_ＦＴ、Ｎ_ＳＰは分離目標数制限航跡相関行列算出部２２で作成する航跡相関行列によって決まる値、ｇは既存航跡と探知データとの位置関係等で求められる値であり、分離目標数制限仮説更新部２３が既存仮説を航跡相関行列によって更新する際算出する値、Ｐ_Ｄ、Ｐ_Ｇ、β_ＦＴｍ、Ｐ_ＳＰは予め設定しておくパラメータである。

以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、新航跡の運動諸元を各仮説に応じて算出するので、精度の良い運動諸元を持った仮航跡を生成することができ、維持対象目標から分離した目標を追尾している可能性が高い航跡のみを正確に、かつ効率的に生成することができる。さらに、仮説中の新航跡数を予め制限することにより予想した分離数以上の新航跡を持つ仮説の生成が抑制されるため、分離目標を想定した追尾処理を効率的に行うことができる。また、余計な新航跡を作って誤った確立判定をしてしまう可能性が少なくなるため、より正確な追尾が可能となる。

実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図９に示す目標追尾装置には、図１に示す実施の形態１の航跡相関行列算出部７の代わりに、ゲート内判定行列を基に各探知データに対する解釈を制限しながら、可能な組合せ全てを抽出する仮説制限航跡相関行列算出部２４が備えられている。その他の構成は、図１に示す実施の形態１と同一なのでその説明を省略し、図１に示す実施の形態１と同一符号を付して示す。

また、図１０は、仮説制限航跡相関行列算出部２４の構成を示す図である。図１０に示すように、仮説制限航跡相関行列算出部２４は、ゲート内判定行列を基に各探知データに対する解釈の可能な組合せ全てを抽出する航跡相関行列算出部７と、この航跡相関行列算出部７が生成した航跡相関行列から各探知データに対する解釈を行い、想定しえない状況であるならばその航跡相関行列を除外する航跡相関行列検査部１０２とを有する。

ここで、想定しえない状況とは、例えば、次のような各探知データに対する解釈である。ゲート内に探知データが一つ得られた場合に、その探知データは分離発生した目標であり、既存航跡の探知データは得られなかったと解釈する。ゲート内に探知データが二つ得られた場合に、一つの探知データは分離発生した目標であり、もう一つの探知データは不要信号であり、既存航跡の探知データは得られなかったと解釈する。

次に、実施の形態３に係る目標追尾装置の追尾手順動作を、図１１に示すフローチャートに従って説明する。図１１においては、「仮説制限付き航跡相関行列生成」ステップ００５２以外は、図２に示す実施の形態１のフローチャートにおける同名のステップと同一処理であるので、新たなステップのみについて説明する。

「仮説制限付き航跡相関行列生成」ステップ００５２では、仮説制限航跡相関行列算出部２４が、前ステップの「ゲート内判定行列生成」ステップ００４で作成されたゲート内判定行列を基に、航跡相関行列を作成する。この航跡相関行列は、以下の条件を満たす。
・１となる要素と同一のゲート内判定行列の要素は必ず１となっている
・各行で１となる要素の数は１つのみ
・各列は高々１つの要素が１となる（ただし、第１列ならびに分離発生した新航跡の列はいくつ１の要素があってもよい）
・各探知データに対する解釈が、想定しうる状況である

この最後の条件を満たすか否かは、図１０に示す仮説制限航跡相関行列算出部２４の詳細構成図における航跡相関行列検査部１０２が行い、その他の処理は、航跡相関行列算出部７が行う。後者は実施の形態１における構成図の同名の部分と同じものである。

図３の例において作成されるゲート内判定行列、航跡相関行列は、図１２のようになる。ここで、例えば、下記のような状況は想定しないと予め設定していたとする。ゲート内に探知データが二つ得られた場合に、一つの探知データは分離発生した目標であり、もう一つの探知データは不要信号であり、既存航跡の探知データは得られなかったと解釈する。このとき、（ｆ）に示す航跡相関行列は作成されない。

以上のようにこの実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、新航跡の運動諸元を各仮説に応じて算出するので、精度の良い運動諸元を持った仮航跡を生成することができ、維持対象目標から分離した目標を追尾している可能性が高い航跡のみを正確に、かつ効率的に生成することができる。さらに、想定しうる状況を予め設定しておくことにより、想定しえない仮説の生成が抑制されるため、分離目標を想定した追尾処理を効率的に行うことができる。また、余計な新航跡を作って誤った確立判定をしてしまう可能性が少なくなるため、より正確な追尾が可能となる。

実施の形態４．
図１３は、この発明の実施の形態４による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図１３に示す目標追尾装置には、図１に示す実施の形態１の構成の他に、クラスタ内仮説状況データ群格納部１０に同一内容の仮説がないか検査し、同一内容とみなせる仮説がある場合は、一つを残して他の仮説を削除する同一仮説削除部２５がさらに備えられている。その他の構成は、図１に示す実施の形態１と同一なのでその説明を省略し、図１に示す実施の形態１と同一符号を付して示す。

次に、実施の形態４に係る目標追尾装置の追尾手順動作を、図１４に示すフローチャートに従って説明する。図１４においては、「同一内容仮説削除」ステップ００７０以外は、図２に示す実施の形態１のフローチャートにおける同名のステップと同一処理であるので、新たなステップのみについて説明する。

「同一内容仮説削除」ステップ００７０では、同一仮説削除部２５が、クラスタ内仮説状況データ群１０に同一内容の仮説がないか検査し、同一内容とみなせる仮説がある場合は、一つを残して他の仮説を削除する。

例えば、実施の形態１で記した図３の例で示すと、仮説Ｈ１（Ｈ１：｛Ｔｔ１，Ｔｐ１｝）を図１５の（ｂ）によって更新した仮説Ｈ１４と、図１５の（ｃ）によって更新した仮説Ｈ１５は同一内容の仮説とみなせる。
Ｈ１４：｛Ｔｔ１１、Ｔｐ３２、Ｔｐ４２｝
Ｈ１５：｛Ｔｔ１２、Ｔｐ３１、Ｔｐ４２｝

仮説Ｈ１４は、既存本航跡Ｔｔ１が分離し、Ｔｔ１の探知データはｄ３１であり、分離発生した探知データはｄ３２であることを示す。一方、仮説Ｈ１５は、既存本航跡Ｔｔ１が分離し、Ｔｔ１の探知データはｄ３２であり、分離発生した探知データはｄ３１であることを示す。なお、仮説Ｈ１４、Ｈ１５とも、探知データｄ３３は不要信号であり、仮航跡Ｔｐ２に対する探知データがなかったことを示す。よって、仮説Ｈ１４、Ｈ１５は、既存本航跡Ｔｔ１が、探知データｄ３１、ｄ３２に分離し、探知データｄ３３は不要信号であったという同一内容の仮説であるとみなせる。

同様に、実施の形態１で記した図３の例で示すと、仮説Ｈ１（Ｈ１：｛Ｔｔ１，Ｔｐ１｝）を図１５の（ｄ）によって更新した仮説Ｈ１６と、図１５の（ｅ）によって更新した仮説Ｈ１７は、既存本航跡Ｔｔ１が、探知データｄ３１、ｄ３２に分離し、探知データｄ３３は仮航跡Ｔｐ２に対する探知データであったという同一内容の仮説であるとみなせる。

以上のように、実施の形態４によれば、実施の形態１と同様に、新航跡の運動諸元を各仮説に応じて算出するので、精度の良い運動諸元を持った仮航跡を生成することができ、維持対象目標から分離した目標を追尾している可能性が高い航跡のみを正確に、かつ効率的に生成することができる。さらに、同様の仮説を一つにすることで、多様な仮説の生成が抑制されるため、分離目標を想定した追尾処理を効率的に行うことができる。

実施の形態５．
図１６は、この発明の実施の形態５による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図１６に示す目標追尾装置には、図１に示す実施の形態１の構成の他に、クラスタ内仮説状況データ群格納部１０に過去Ｎ回の時刻における探知データの相関内容が同一の仮説がないか検査し、同一内容とみなせる仮説がある場合は、一つの仮説に統合する同一仮説統合部２６がさらに備えられている。その他の構成は、図１に示す実施の形態１と同一なのでその説明を省略し、図１に示す実施の形態１と同一符号を付して示す。

次に、実施の形態５に係る目標追尾装置の追尾手順動作を、図１７に示すフローチャートに従って説明する。図１７においては、「同一内容仮説統合付き本航跡判定」ステップ００８１以外は、図２に示す実施の形態１のフローチャートにおける同名のステップと同一処理であるので、新たなステップのみについて説明する。

「同一内容仮説統合付き本航跡判定」ステップ００８１において、航跡決定部１７が仮航跡群の中から、目標を追跡している可能性が極めて高い仮航跡を本航跡に昇格させる処理が行われる。

このとき、同一仮説統合部２６が、クラスタ内仮説状況データ群１０に、過去Ｎ回の時刻における探知データの相関内容が同一の仮説がないか検査する。ある仮説Ｈ１に含まれている仮航跡に付与された分離元ＩＤと、別の仮説Ｈ２に含まれている本航跡のＩＤが同一の場合は、その仮航跡と本航跡は同一の航跡とみなす。そして、過去Ｎ回の時刻において、それらの航跡がつないできた探知データが同一かどうかを検査する。

探知データが同一の場合は、仮説Ｈ１とＨ２が同一内容とみなすことができ、かつ、仮説Ｈ１とＨ２を一つの仮説に統合することで仮航跡の信頼度が十分高くなる場合は、それらの仮説を統合し、仮航跡を本航跡に昇格させる。例えば、図１８で示した状況を考える。時刻ｔ１において、本航跡Ｔｔ１（ＩＤ＝１１）が存在し、時刻ｔ２からｔ５で探知データが２つずつ得られたとする。

仮説Ｈ１では、本航跡Ｔｔ５１と仮航跡Ｔｐ５１が含まれ、仮説Ｈ２では、本航跡Ｔｔ５２と仮航跡Ｔｐ５２が含まれるものとする。
Ｔｔ５１：Ｔｔ１−ｄ２１−ｄ３１−ｄ４１−ｄ５１
Ｔｐ５１：Ｔｔ１−ｄ２２−ｄ３２−ｄ４２−ｄ５２
Ｔｔ５２：Ｔｔ１−ｄ２１−ｄ３２−ｄ４２−ｄ５２
Ｔｐ５２：Ｔｔ１−ｄ２２−ｄ３１−ｄ４１−ｄ５１

仮航跡Ｔｐ５１の分離元ＩＤは１１であり、本航跡Ｔｔ５２のＩＤと同一である。一方、仮航跡Ｔｐ５２の分離元ＩＤは１１であり、本航跡Ｔｔ５１のＩＤと同一である。よって、仮航跡Ｔｐ５１と本航跡Ｔｔ５２、仮航跡Ｔｐ５２と本航跡Ｔｔ５１はそれぞれ同一航跡であるとみなせる。

さらに、過去Ｎ（ここではＮ＝３）回の時刻において各航跡がつないできた探知データを調べると、仮航跡Ｔｐ５１と本航跡Ｔｔ５２はｄ３２−ｄ４２−ｄ５２で同一、仮航跡Ｔｐ５２と本航跡Ｔｔ５１はｄ３１−ｄ４１−ｄ５１で同一である。

これらより、仮説Ｈ１とＨ２は同一内容とみなすことができ、仮航跡Ｔｐ５１、Ｔｐ５２が目標を追跡している可能性が極めて高い場合は、一つの仮説に統合する。ここでは、仮説Ｈ２を仮説Ｈ１に統合するとして、仮航跡Ｔｐ５１を本航跡に昇格させる。

以上のように、実施の形態５によれば、実施の形態１と同様に、新航跡の運動諸元を各仮説に応じて算出するので、精度の良い運動諸元を持った仮航跡を生成することができ、維持対象目標から分離した目標を追尾している可能性が高い航跡のみを正確に、かつ効率的に生成することができる。さらに、仮航跡の本航跡判定時、過去Ｎ回の時刻における探知データの相関内容、ならびに本航跡ＩＤ、分離元ＩＤが同一とみなせる本航跡、仮航跡を統合することで、より早期に分離発生した仮航跡を本航跡に昇格させることができる。

実施の形態６．
図１９は、この発明の実施の形態６による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図１９に示す目標追尾装置には、図１に示す実施の形態１の構成の他に、探知データのＳ／Ｎ（信号対雑音電力比）などの属性情報と、その時刻までに航跡がつないできた探知データの属性情報の類似度を算出する類似度算出部２９がさらに備えられており、また、図１に示す実施の形態１の仮説更新部７の代わりに、前時刻までの探知データによる既存の仮説状況とクラスタ内航跡相関行列を組み合わせて現時刻に入力した新たな探知データに対応して仮説を更新し、類似度算出部２９が算出した属性情報の類似度も用いて仮説の信頼度を算出する仮説更新部３０が備えられている。その他の構成は、図１に示す実施の形態１と同一なのでその説明を省略し、図１に示す実施の形態１と同一符号を付して示す。

次に、実施の形態６に係る目標追尾装置の追尾手順動作を、図２０に示すフローチャートに従って説明する。図２０においては、「類似度算出」ステップ００５４以外は、図２に示す実施の形態１のフローチャートにおける同名のステップと同一処理であるので、新たなステップのみについて説明する。

「類似度算出」ステップ００５４では、類似度算出部２９が、その探知データの属性情報と、その探知データと相関する航跡がその時刻までにつないできた探知データの属性情報の類似度を算出する。探知データと航跡との相関関係は、前ステップの「クラスタ毎の航跡相関行列生成」ステップ００５で作成する航跡相関行列で表される。

そして、次の「仮説の作成」ステップ００６０で、仮説更新部３０が既存仮説を航跡相関行列によって更新する処理を実行する。各仮説の更新では、その中に含まれている航跡以外の航跡の存在を仮定している航跡相関行列を除いた全ての航跡相関行列を使用する。

さらに、仮説更新部３０では、前ステップ「類似度算出」ステップ００５４で算出した、属性情報類似度も用いて、更新した全ての仮説に対して仮説の信頼度を算出する。例えば、航跡がつないできた探知データのＳ／Ｎがすべて大きいときを考える。航跡と相関するとした探知データのＳ／Ｎが大きく、不要信号であるとした探知データのＳ／Ｎが小さい場合は、その仮説は確からしいと考えられる。

逆に、航跡と相関するとした探知データのＳ／Ｎが小さく、不要信号であるとした探知データのＳ／Ｎが大きい場合は、その仮説は確からしくないと考えられる。

また、航跡と相関するとした探知データのＳ／Ｎが中、航跡が分離して発生したとした探知データのＳ／Ｎも中の場合は、その仮説は確からしいと考えられる。

以上のように、実施の形態６によれば、実施の形態１と同様に、新航跡の運動諸元を各仮説に応じて算出するので、精度の良い運動諸元を持った仮航跡を生成することができ、維持対象目標から分離した目標を追尾している可能性が高い航跡のみを正確に、かつ効率的に生成することができる。さらに、探知データの属性情報と、その時刻までに航跡がつないできた探知データの属性情報の類似度を算出し、その類似度も用いて仮説の信頼度を算出することで、仮説の確からしさをより正確に求めることができるため、分離目標を想定した追尾処理を効率的に行うことができる。また、余計な新航跡を作って誤った確立判定をしてしまう可能性が少なくなるため、より正確な追尾が可能となる。

この発明の実施の形態１による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１における目標追尾装置の動作の概略を説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態１における航跡と探知データの例を説明する図である。この発明の実施の形態１におけるゲート内判定行列と航跡相関行列の例を説明する図である。この発明の実施の形態２による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図５に示す分離目標数制限航跡相関行列算出部２２の構成図である。この発明の実施の形態２における目標追尾装置の動作の概略を説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態２におけるゲート内判定行列と航跡相関行列の例を説明する図である。この発明の実施の形態３による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。図９に示す仮説制限航跡相関行列算出部２４の構成図である。この発明の実施の形態３における目標追尾装置の動作の概略を説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態３におけるゲート内判定行列と航跡相関行列の例を説明する図である。この発明の実施の形態４による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態４における目標追尾装置の動作の概略を説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態４におけるゲート内判定行列と航跡相関行列の例を説明する図である。この発明の実施の形態５による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態５における目標追尾装置の動作の概略を説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態５の概念図である。この発明の実施の形態６による目標追尾装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態６における目標追尾装置の動作の概略を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１探知データ選択部、２システム内クラスタ表格納部、３クラスタ新設統合部、４クラスタ内探知データ表格納部、５ゲート内判定行列算出部、６クラスタ内ゲート内判定行列表格納部、７航跡相関行列算出部、８クラスタ内航跡相関行列表格納部、９仮説更新部、１０クラスタ内仮説状況データ群格納部、１１クラスタ内仮説表格納部、１２仮説内航跡表格納部、１３クラスタ内航跡−探知データ表格納部、１４ゲート算出部、１５仮説縮小部、１６クラスタ分離部、１７航跡決定部、１８新目標用探知データ選択部、２１分離目標運動諸元算出部、２２分離目標数制限航跡相関行列算出部、２４仮説制限航跡相関行列算出部、２５同一仮説削除部、２６同一仮説統合部、２９類似度算出部、３０仮説更新部、１００目標追尾装置、１０１分離目標数検査部、２００目標観測装置（センサ）、３００目標表示装置。

Claims

センサからの探知データに基づいて目標を追尾する目標追尾装置であって、
各クラスタに含まれる既存航跡から探知データの存在可能領域を算出するゲート算出部と、
前記センサからの探知データ全体と前記ゲート算出部からの存在可能領域からクラスタ毎に航跡対応の探知データを選択する探知データ選択部と、
前記探知データ選択部により選択された探知データと既存の本航跡の相関を検査して、その探知データが分離発生した目標となる可能性が高いか否かを決定する新目標用探知データ選択部と、
前記新目標用探知データ選択部からの探知データが既存のクラスタ内の航跡と対応がとれない場合に新クラスタを作成すると共に、複数のクラスタ内の航跡と対応付けられる探知データがある場合に対応するクラスタを統合するクラスタ新設統合部と、
既存航跡と探知データの相関具合よりゲート内判定行列を算出するゲート内判定行列算出部と、
前記ゲート内判定行列算出部により算出されたゲート内判定行列を基に、各探知データに対する解釈の可能な組合せ全てを抽出して航跡相関行列を算出する航跡相関行列算出部と、
前記航跡相関行列算出部により算出された航跡相関行列を既存の仮説と組み合わせて新たに仮説を生成更新する仮説更新部と、
信頼度の低い仮説の削除、似た仮説の統合によって仮説数を削減する仮説縮小部と、
航跡間の探知データの共有具合を基にクラスタを分離するクラスタ分離部と、
目標である可能性の高い航跡を選択して本航跡とする航跡決定部と、
仮説ごとに仮説に応じた新航跡の運動諸元を算出する分離目標運動諸元算出部と
を備えた目標追尾装置。
請求項１に記載の目標追尾装置において、
前記航跡相関行列算出部の代わりに、ゲート内判定行列を基に、新航跡数に関する制限を考慮しながら、各探知データに対する解釈の可能な組合せ全てを抽出する分離目標数制限航跡相関行列算出部を備えると共に、
前記仮説更新部の代わりに、新航跡数に関する制限を考慮した上で、既存の仮説と航跡相関行列を組み合わせて仮説を更新する仮説更新部を備え、
前記仮説更新部は、更新した全ての仮説に対して仮説の信頼度β_ｉを、下式に従って算出する

但し、β_ｐ（ｉ）：前時刻の仮説の信頼度
Ｎ_ＴＲＫ：前時刻の仮説内の既存航跡数
Ｎ_ＤＴ：前時刻の仮説内の既存航跡と相関した現サンプリングの探知データ数
Ｎ_ＦＴ：仮説に含まれる不要信号数
Ｎ_ＳＰ：仮説に含まれる分離発生した新航跡数
ｇ：既存航跡に対する探知データの尤度
Ｐ_Ｄ：探知確率
Ｐ_Ｇ：ゲート内捕捉確率
β_ＦＴｍ：不要信号密度(発生率)で、単位体積当たりの平均個数
Ｎ_ＣＴＲＫ：前時刻の仮説内の既存本航跡数
Ｐ_ＳＰ：目標が分離する確率
ことを特徴とする目標追尾装置。
請求項１に記載の目標追尾装置において、
前記航跡相関行列算出部の代わりに、ゲート内判定行列を基に各探知データに対する解釈を制限しながら、可能な組合せ全てを抽出する仮説制限航跡相関行列算出部を備えた
ことを特徴とする目標追尾装置。
請求項１に記載の目標追尾装置において、
クラスタ内仮説状況データ群格納部に同一内容の仮説がないか検査し、同一内容とみなせる仮説がある場合は、一つを残して他の仮説を削除する同一仮説削除部をさらに備えた
ことを特徴とする目標追尾装置。
請求項１に記載の目標追尾装置において、
クラスタ内仮説状況データ群格納部に、過去Ｎ回の時刻における探知データの相関内容が同一の仮説がないか検査し、同一内容とみなせる仮説がある場合は、一つの仮説に統合する同一仮説統合部をさらに備えた
ことを特徴とする目標追尾装置。
請求項１に記載の目標追尾装置において、
探知データの属性情報と、その時刻までに航跡がつないできた探知データの属性情報の類似度を算出する類似度算出部をさらに備え、
前記仮説更新部は、前記類似度算出部が算出した属性情報の類似度も用いて仮説の信頼度を算出する
ことを特徴とする目標追尾装置。