JP4652143B2 - Axis deviation angle estimation device and axis deviation angle estimation method - Google Patents

Axis deviation angle estimation device and axis deviation angle estimation method Download PDF

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Description

本発明は、電波、音波や光波を用いたレーダ、ソナー、レーザレーダ等のアライメントオフセット角の設置誤差である軸ずれ角を推定する軸ずれ角推定装置および軸ずれ角推定方法に関する。   The present invention relates to an axis misalignment angle estimation apparatus and an axis misalignment angle estimation method for estimating an axis misalignment angle that is an installation error of an alignment offset angle of radar, sonar, laser radar, or the like using radio waves, sound waves, or light waves.

従来の軸ずれ角推定装置は、反射物の相対速度qmとともに、別途用意した自速度センサの出力する自速度データVmを使用するものがある。そして、相対速度qmをその時刻の自速度センサ出力Vmで除した速度比(qm/Vm)を観測値とし、直接には、自速度誤差比Aとオフセット角φを未知パラメータと捉え、下式の連立方程式より2つの未知パラメータ[A、φ]を推定する(例えば、特許文献1参照)。なお、このφが求めたいオフセット角に相当する。   Some conventional axis deviation angle estimation apparatuses use self-speed data Vm output from a self-speed sensor prepared separately, together with the relative speed qm of the reflector. Then, the speed ratio (qm / Vm) obtained by dividing the relative speed qm by the own speed sensor output Vm at that time is used as an observation value, and the own speed error ratio A and the offset angle φ are directly regarded as unknown parameters. Two unknown parameters [A, φ] are estimated from these simultaneous equations (see, for example, Patent Document 1). Note that this φ corresponds to the offset angle to be obtained.

Figure 0004652143
Figure 0004652143

特開2002−228749号公報(第1頁、図1)JP 2002-228749 A (first page, FIG. 1)

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来の軸ずれ角推定装置は、オフセット角を推定演算するために、レーダ等で観測する反射物の相対速、到来角の観測データだけでなく、車速センサの出力する各観測時毎の車速データも必要とする。しかも、一般に、レーダ等の角度サーチ範囲は、広く取れないため、反射体の角度による相対速の変化は、数km/時しかない(すなわち、cos(θm−φ)の振れ幅は小さい)。よって、各観測時毎の車速データには、高い安定性が要求される。   However, the prior art has the following problems. In order to estimate and calculate the offset angle, the conventional off-axis angle estimation device uses not only the observation data of the relative speed and the arrival angle of the reflector observed by the radar, but also the vehicle speed data output from the vehicle speed sensor at each observation time. Also need. In addition, since the angle search range of a radar or the like cannot generally be made wide, the change in relative speed due to the angle of the reflector is only a few km / hour (that is, the fluctuation width of cos (θm−φ) is small). Therefore, high stability is required for the vehicle speed data at each observation time.

また、従来の軸ずれ角推定装置は、オフセット角を十分な精度で推定演算するために、レーダ等で観測する反射物の観測データを多数用いて、最小二乗法で[A、φ]を解く必要がある。このため、テーラー展開を用いた多次元行列による演算を行うことになり、多数の観測データを用いる推定処理では演算量が多くなる問題が存在する。さらに、この演算量の増加に伴って、ハードウェア規模が増大する点も問題となる。   Further, the conventional axis deviation angle estimation device solves [A, φ] by the least square method using a large number of observation data of the reflector observed by a radar or the like in order to estimate and calculate the offset angle with sufficient accuracy. There is a need. For this reason, computation is performed using a multidimensional matrix using Taylor expansion, and there is a problem that the amount of computation increases in the estimation processing using a large number of observation data. Furthermore, as the amount of computation increases, the hardware scale increases.

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、自速度の検出を不要とし、従来装置よりも演算量を削減してテーラー展開を用いずに軸ずれ角を推定することができる軸ずれ角推定装置および軸ずれ角推定方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. It eliminates the need for detecting the own speed, reduces the amount of calculation compared to the conventional apparatus, and estimates the axis deviation angle without using Taylor expansion. An object of the present invention is to obtain a shaft misalignment angle estimation device and a shaft misalignment angle estimation method.

本発明に係る軸ずれ角推定装置は、静止物体である複数のレーダ反射体のそれぞれについて、移動するレーダに対する相対速度と方位角度とを含む観測データを検知する検知手段と、レーダの移動方向とレーダ基準方向とのなす角をレーダのオフセット角の真値としたとき、複数のレーダ反射体のそれぞれについて検知した観測データに基づいてベクトル演算による最小二乗法によりレーダのオフセット角推定値を算出する演算手段とを備え、演算手段は、観測データに含まれる相対速度を観測データに含まれる方位角度を用いてレーダ軸方向に沿った軸速度に換算し、換算した軸速度と方位角度とを含む軸速度対応データを生成する軸速度演算手段と、複数のレーダ反射体のそれぞれについて生成された軸速度対応データに基づいて方位角度に対する軸速度の傾きをベクトル演算による最小二乗法により算出し、算出した傾きおよび方位角度がゼロのときの軸速度からレーダのオフセット角推定値を算出するベクトル最小二乗演算手段とを備えたものである。 An axis deviation angle estimation apparatus according to the present invention includes a detection unit that detects observation data including a relative speed and an azimuth angle with respect to a moving radar for each of a plurality of radar reflectors that are stationary objects, a radar moving direction, When the angle between the radar reference direction and the radar offset angle is the true value of the radar offset angle, the radar offset angle estimate is calculated by the least square method based on the vector calculation based on the observation data detected for each of the multiple radar reflectors. And calculating means for converting the relative speed included in the observation data into an axial speed along the radar axis direction using the azimuth angle included in the observation data, and including the converted axial speed and azimuth angle. Axis speed calculation means for generating axis speed correspondence data, and an azimuth angle based on the axis speed correspondence data generated for each of a plurality of radar reflectors In which the inclination of the shaft speed is calculated by the least squares method by vector operation, the calculated inclination and azimuth angle and a vector minimum square calculation means for calculating the offset angle estimated value of the radar from the axis velocity when zero for is there.

また、本発明に係る軸ずれ角推定方法は、静止物体である複数のレーダ反射体のそれぞれについて、移動するレーダに対する相対速度と方位角度とを含む観測データを検知するステップと、レーダの移動方向とレーダ基準方向とのなす角をレーダのオフセット角の真値としたとき、観測データに含まれる相対速度を観測データに含まれる方位角度を用いてレーダ軸方向に沿った軸速度に換算し、換算した軸速度と方位角度とを含む軸速度対応データを生成し、生成した軸速度対応データに基づいてベクトル演算による最小二乗法を用いてレーダのオフセット角推定値を算出するステップとを備え、レーダのオフセット角推定値を算出するステップは、軸速度対応データに基づいて方位角度に対する軸速度の傾きをベクトル演算による最小二乗法により算出するステップと、算出した傾きおよび方位角度がゼロのときの軸速度からレーダのオフセット角推定値を算出するステップとを備えたものである。 The axis deviation angle estimation method according to the present invention includes a step of detecting observation data including a relative speed and an azimuth angle with respect to a moving radar for each of a plurality of radar reflectors that are stationary objects, and a moving direction of the radar When the angle between the radar reference direction and the radar reference direction is the true value of the radar offset angle, the relative velocity included in the observation data is converted to the axial velocity along the radar axis direction using the azimuth angle included in the observation data. Generating axis velocity correspondence data including the converted axis velocity and azimuth angle, and calculating a radar offset angle estimate using a least square method based on vector calculation based on the generated axis velocity correspondence data , The step of calculating the radar offset angle estimate value is based on the axis velocity correspondence data, and the gradient of the axis velocity relative to the azimuth angle is calculated by the least-squares vector Calculating the one in which the calculated inclination and azimuth angle and a step of calculating an offset angle estimated value of the radar from the axis velocity when zero.

本発明によれば、車速とオフセット角を未知パラメータと捉え、複数のレーダ反射体のそれぞれについて得られた相対速度と方位角度とを含む観測データに基づいてベクトル演算による最小二乗法によりレーダのオフセット角推定値を算出することにより、自速度の検出を不要とし、従来装置よりも演算量を削減してテーラー展開を用いずに軸ずれ角を推定することができる軸ずれ角推定装置および軸ずれ角推定方法を得ることができる。   According to the present invention, the vehicle speed and the offset angle are regarded as unknown parameters, and the radar offset is calculated by the least square method based on the vector calculation based on the observation data including the relative speed and the azimuth angle obtained for each of the plurality of radar reflectors. By calculating the estimated angle, it is not necessary to detect the own speed, and the amount of calculation is reduced compared to the conventional device, and the misalignment angle estimator and the misalignment can be estimated without using Taylor expansion. An angle estimation method can be obtained.

以下、本発明の軸ずれ角推定装置および軸ずれ角推定方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明の軸ずれ角推定装置は、自速度Vmを使用せずに、反射物相対速度qmのみを観測値として使用して、オフセット角φを未知パラメータと捉え、下式(2)の連立方程式より未知パラメータφを推定することにより、車速vに依存せず、テーラー展開を用いないベクトル演算を実施し、演算量を抑えた設置オフセット角の推定を実現することを特徴とする。
Hereinafter, preferred embodiments of an axis deviation angle estimation device and axis deviation angle estimation method of the present invention will be described with reference to the drawings.
The axis deviation angle estimation apparatus of the present invention uses the reflector relative velocity qm as an observed value without using the own velocity Vm, and regards the offset angle φ as an unknown parameter, and the simultaneous equations of the following equation (2): By estimating the unknown parameter φ more, vector calculation without depending on the vehicle speed v and without using Taylor expansion is performed, and the installation offset angle is estimated with reduced calculation amount.

Figure 0004652143
Figure 0004652143

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における軸ずれ角推定装置の構成図である。図1の軸ずれ角推定装置100は、検知手段110および演算手段120で構成される。さらに、演算手段120は、軸速度演算手段121およびベクトル最小二乗演算手段122で構成される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of an axis deviation angle estimation device according to Embodiment 1 of the present invention. 1 includes a detection unit 110 and a calculation unit 120. Further, the calculation means 120 is composed of an axis speed calculation means 121 and a vector least square calculation means 122.

レーダ1は、反射点m(m=1、2、・・・、M)からのエコーの入射角θmと、エコーのドップラー周波数などから得られる相対速度qmとの対からなるM個の反射点の観測データ{qm、θm}(m=1、2、・・・、M)を観測する。   The radar 1 includes M reflection points each consisting of a pair of an incident angle θm of an echo from a reflection point m (m = 1, 2,..., M) and a relative velocity qm obtained from the Doppler frequency of the echo. Observation data {qm, θm} (m = 1, 2,..., M) are observed.

レーダの移動方向とレーダ基準方向とのなす角であるφは、レーダオフセット角の真値である。また、軸ずれ角推定装置100で演算により求められるφ(ハット)は、レーダオフセット角の推定値を意味する。ここで、以降の説明において、(ハット)と記載したものは、その前の文字の上に∧が付された文字を意味し、推定値を表すものとする。   Φ, which is an angle between the radar moving direction and the radar reference direction, is a true value of the radar offset angle. Further, φ (hat) obtained by calculation in the axis deviation angle estimation device 100 means an estimated value of the radar offset angle. Here, in the following description, what is described as (hat) means a character with a ∧ on the previous character, and represents an estimated value.

ここで、レーダ1の自速度をvとすると、相対速度qmは、図1に示したように、v×cos(θm−φ)で表される。   Here, when the radar 1's own speed is v, the relative speed qm is represented by v × cos (θm−φ) as shown in FIG.

これに対して、軸ずれ角推定装置100内の検知手段110は、ある時刻におけるM個の観測データ{qm、θm}をレーダ1から取得する。さらに、演算手段120は、M個の観測データ{qm、θm}に基づいて、テーラー展開を行わずに、ベクトル演算のみによる最小二乗法によりレーダのオフセット角推定値を算出する。   On the other hand, the detection means 110 in the axis deviation angle estimation apparatus 100 acquires M observation data {qm, θm} at a certain time from the radar 1. Further, the calculation means 120 calculates the radar offset angle estimated value based on the M observation data {qm, θm} by the least square method based only on vector calculation without performing Taylor expansion.

図2は、本発明の実施の形態1におけるある時刻のM個の観測データ{qm、θm}の分布を示した図である。検知手段110により、ある時刻において得られるM個の観測データ{qm、θm}(m=1、2、・・・、M)は、この図2のように分布する。ここで、速度qmを生成する自速度vがレーダ基準方向に沿っていると仮定した場合における、その軸上での速度値を軸速度ξ(θm)と定義すると、軸速度ξ(θm)は、次式(3)で表すことができる。   FIG. 2 is a diagram showing a distribution of M observation data {qm, θm} at a certain time in the first embodiment of the present invention. M observation data {qm, θm} (m = 1, 2,..., M) obtained at a certain time by the detection means 110 are distributed as shown in FIG. Here, when it is assumed that the own speed v for generating the speed qm is along the radar reference direction, and the speed value on the axis is defined as the axis speed ξ (θm), the axis speed ξ (θm) is Can be represented by the following formula (3).

Figure 0004652143
Figure 0004652143

軸速度演算手段121は、式(3)の関係から、軸速度ξ(θm)を算出する。図3は、本発明の実施の形態1における角度θに対する軸速度ξ(θm)の分布を示した図である。この軸速度ξ(θm)は、図3に示すように、角度θに対して直線状に分布し、角度θによる偏微分は、一般に、次式(4)となる。なお、軸速度演算手段121により算出された軸速度ξ(θm)とθmからなるデータ{ξ(θm)、θm}を、以下の説明では軸速度対応データと呼ぶ。   The shaft speed calculating means 121 calculates the shaft speed ξ (θm) from the relationship of the expression (3). FIG. 3 is a diagram showing the distribution of the axial velocity ξ (θm) with respect to the angle θ in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the axial speed ξ (θm) is distributed linearly with respect to the angle θ, and the partial differentiation by the angle θ is generally expressed by the following equation (4). The data {ξ (θm), θm} composed of the shaft speed ξ (θm) and θm calculated by the shaft speed calculation means 121 is referred to as axis speed correspondence data in the following description.

Figure 0004652143
Figure 0004652143

レーダ1の前方から得られる観測データ{qm、θm}においては、式(4)中のsin(φ)が支配的な特性を有する。レーダ1のオフセット角が存在しない場合、すなわちθ=0の場合には、偏微分δξ(θ)/δθ=0となる。よって、軸速度ξ(θm)の角度θによる偏微分値を零とする補正量φ(ハット)を推定する。   In the observation data {qm, θm} obtained from the front of the radar 1, sin (φ) in the equation (4) has a dominant characteristic. When the offset angle of the radar 1 does not exist, that is, when θ = 0, partial differential δξ (θ) / δθ = 0. Therefore, the correction amount φ (hat) is estimated so that the partial differential value of the shaft speed ξ (θm) with respect to the angle θ is zero.

離散的に得られる観測データ{qm、θm}から偏微分値を得ることは困難である。そこで、ベクトル最小二乗演算手段122は、軸速度対応データ{ξ(θm)、θm}における軸速度近似直線の傾きxを、次式(5)の最小二乗法から算出し、偏微分値を代用する。ここで、式(5)のベクトルθは、式(6)で表され、さらに、式(6)の平均角度であるθ(バー)は、式(7)で表される。また、式(5)のベクトルξは、式(8)で表され、さらに、式(8)の平均軸速度であるξ(バー)は、式(9)で表される。   It is difficult to obtain partial differential values from observation data {qm, θm} obtained discretely. Therefore, the vector least squares calculation means 122 calculates the inclination x of the axis speed approximate line in the axis speed correspondence data {ξ (θm), θm} from the least square method of the following equation (5), and substitutes the partial differential value. To do. Here, the vector θ in Expression (5) is expressed by Expression (6), and θ (bar) that is the average angle of Expression (6) is expressed by Expression (7). In addition, the vector ξ in Expression (5) is expressed by Expression (8), and ξ (bar) that is the average axial speed in Expression (8) is expressed by Expression (9).

Figure 0004652143
Figure 0004652143

以降の説明において、(バー)と記載したものは、その前の文字の上に−が付された文字を意味し、平均値を表すものとする。なお、式(5)は、ベクトル演算のみの最小二乗法であるため、テーラー展開による行列を用いた最小二乗推定方法の演算量と比較して40%以下となる。   In the following description, what is described as (bar) means a character with a-added on the preceding character, and represents an average value. Note that since Equation (5) is a least square method using only vector operations, it is 40% or less compared to the amount of calculation of the least square estimation method using a matrix by Taylor expansion.

さらに、ベクトル最小二乗演算手段122は、M個の軸速度対応データ{ξ(θm)、θm}、および式(5)により求められた傾きxから、軸速度ξ(θ)の切片ξ(0)を、次式(10)で得ることができる。   Further, the vector least squares calculation means 122 calculates the intercept ξ (0) of the axial velocity ξ (θ) from the M pieces of axial velocity correspondence data {ξ (θm), θm} and the gradient x obtained by the equation (5). ) Can be obtained by the following equation (10).

Figure 0004652143
Figure 0004652143

ここで、x/ξ(0)は、次式(11)の関係から。tanφに等しいこととなる。   Here, x / ξ (0) is from the relationship of the following equation (11). It is equal to tanφ.

Figure 0004652143
Figure 0004652143

したがって、ベクトル最小二乗演算手段122は、補正量φ(ハット)の直接的な推定を、次式(12)を用いて行うことができる。   Therefore, the vector least squares calculation unit 122 can directly estimate the correction amount φ (hat) using the following equation (12).

Figure 0004652143
Figure 0004652143

なお、傾きxは、近似値であるため、式(5)と式(12)を反復計算することにより、補正量φ(ハット)の精度を高めることが有効である。具体的には、軸速度演算手段121は、式(12)で算出された補正量φ(ハット)により、M個の入射角θmを補正し、補正後の入射角θmを求める。   Since the slope x is an approximate value, it is effective to increase the accuracy of the correction amount φ (hat) by repeatedly calculating the equations (5) and (12). Specifically, the shaft speed calculation means 121 corrects the M incident angles θm with the correction amount φ (hat) calculated by the equation (12) to obtain the corrected incident angle θm.

さらに、軸速度演算手段121は、補正後の入射角θmに対応する補正後の軸速度ξ(θm)を求め、補正後の軸速度対応データを得る。そして、ベクトル最小二乗演算手段122は、M個の補正後の軸速度対応データ{ξ(θm)、θm}を用いて、式(5)により補正後の傾きxを求める。   Further, the axial speed calculation means 121 obtains a corrected axial speed ξ (θm) corresponding to the corrected incident angle θm, and obtains corrected axial speed correspondence data. Then, the vector least squares calculation means 122 obtains the corrected gradient x by the equation (5) using the M corrected shaft speed correspondence data {ξ (θm), θm}.

さらに、ベクトル最小二乗演算手段122は、M個の補正後の軸速度対応データ{ξ(θm)、θm}と、式(5)により求めた補正後の傾きxから、式(10)〜式(12)を用いて、新たな補正量φ(ハット)を求めることとなる。   Further, the vector least squares calculation means 122 calculates the equations (10) to (10) from the M corrected shaft speed correspondence data {ξ (θm), θm} and the corrected gradient x obtained by the equation (5). Using (12), a new correction amount φ (hat) is obtained.

演算手段120は、軸速度演算手段121およびベクトル最小二乗演算手段122による上述の一連の処理を繰り返すことにより、補正量φ(ハット)の精度を高めることが可能となる。演算手段120は、例えば、あらかじめ決められた所定回数だけ処理を繰り返すことにより、あるいは、補正量φハットの前回値と今回値との差が許容範囲内に収まるまで処理を繰り返すことにより、推定精度の向上を図ることができる。   The computing unit 120 can increase the accuracy of the correction amount φ (hat) by repeating the above-described series of processing by the axis speed computing unit 121 and the vector least squares computing unit 122. For example, the calculation means 120 repeats the processing by a predetermined number of times determined in advance, or by repeating the processing until the difference between the previous value and the current value of the correction amount φ hat falls within the allowable range, thereby estimating the accuracy of the estimation. Can be improved.

また、演算手段120は、ある時間帯k(k=1、・・・、K)におけるそれぞれの観測データに基づいて、K個の補正量φ(ハット)(k)(k=1、・・・、K)を求め、それらの平均により最終的な補正量φ(バー)を決めることも可能である。 In addition, the calculation means 120 calculates K correction amounts φ (hat) (k) (k = 1,... ) Based on the respective observation data in a certain time zone k (k = 1,..., K). It is also possible to obtain K) and determine the final correction amount φ (bar) by averaging them.

さらに、演算手段120は、時間帯kに渡ってK個の補正量φ(ハット)(k)を求める場合には、前回の時間帯k−1で求まった補正量φ(ハット)(k−1)を初期値として、今回の時間帯kにおける補正量φ(ハット)(k)を算出することにより、収束を早めて演算の繰り返し回数を低減することができる。 Furthermore, the calculating means 120, when the determination of K correction amount phi (hat) (k) over a time period k, the correction amount phi (hat) which Motoma' in the previous time slot k-1 (k- By calculating the correction amount φ (hat) (k) in the current time zone k using 1) as an initial value, convergence can be accelerated and the number of repetitions of the calculation can be reduced.

また、このように、前回の時間帯で求まった補正量を今回の補正量算出時の初期値として活用することにより、時間帯に応じて、あらかじめ決められた所定回数を徐々に減らしていくことも可能である。   In addition, in this way, by using the correction amount obtained in the previous time zone as the initial value when calculating the current correction amount, the predetermined number of times determined in advance according to the time zone is gradually reduced. Is also possible.

以上のように、実施の形態1によれば、換算した軸速度に基づいて、軸速度近似直線の傾きを利用することにより、テーラー展開を用いずに低演算量でオフセット角推定を行うことができる。さらに、自速度センサまたはその接続線を設置する必要がなく、装置全体として低価格で軽量、コンパクトにすることができ、機器設置の制約を少なくすることができる。   As described above, according to the first embodiment, the offset angle can be estimated with a small amount of computation without using the Taylor expansion by using the inclination of the axial speed approximation line based on the converted shaft speed. it can. Furthermore, it is not necessary to install a self-speed sensor or its connection line, and the entire apparatus can be made inexpensive and lightweight and compact, and restrictions on equipment installation can be reduced.

実施の形態2.
本実施の形態2は、実施の形態1における演算手段120の変形例について説明する。実施の形態1では、傾きxからオフセット角φを求める場合について説明した。本実施の形態2では、式(4)の偏微分値δξ(θ)/δθの符号を基準に用い、あらかじめ設定した方位角度補正量であるΔφだけオフセット角を更新していくことによりオフセット角を推定する方法について説明する。軸ずれ角推定装置100の構成は、実施の形態1で示した図1の構成と同様である。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, a modified example of the calculation unit 120 in the first embodiment will be described. In the first embodiment, the case where the offset angle φ is obtained from the inclination x has been described. In the second embodiment, the offset angle is updated by updating the offset angle by Δφ that is a preset azimuth angle correction amount using the sign of the partial differential value δξ (θ) / δθ of Equation (4) as a reference. A method of estimating the will be described. The configuration of the axis deviation angle estimation device 100 is the same as the configuration of FIG. 1 shown in the first embodiment.

偏微分値δξ(θ)/δθは、オフセット角φの符号によって正負が決まる。式(4)において、分母は、cos(θ)≧0であり、分子sin(φ)の正負は、レーダ軸ずれ角の真値が移動方向の左右どちらにあるかで決まるためである。また、式(5)で得られる近似直線の傾きxも同様である。オフセット角の真値は、偏微分値δξ(θ)/δθないし傾きxの符号が正負反転する区間に位置する。 The partial differential value δξ (θ) / δθ is positive or negative depending on the sign of the offset angle φ. In the equation (4), the denominator is cos 2 (θ) ≧ 0, and the sign of the numerator sin (φ) is determined depending on whether the true value of the radar axis deviation angle is on the left or right of the moving direction. The same applies to the slope x of the approximate straight line obtained by equation (5). The true value of the offset angle is located in a section where the sign of the partial differential value δξ (θ) / δθ or the gradient x is reversed.

本実施の形態2において、ベクトル最小二乗演算手段122は、実施の形態1で説明した手順により、式(5)の傾きxをまず始めに算出する。これに対して、軸速度演算手段121は、算出された傾きxの符号に応じて補正方向を切り換えて、観測データに含まれる入射角θmを所定の方位角度補正量である微小なステップサイズΔφで補正する。   In the second embodiment, the vector least squares calculation means 122 first calculates the slope x of the equation (5) by the procedure described in the first embodiment. On the other hand, the axis speed calculation means 121 switches the correction direction according to the sign of the calculated inclination x, and changes the incident angle θm included in the observation data to a minute step size Δφ that is a predetermined azimuth angle correction amount. Correct with.

さらに、軸速度演算手段121は、実施の形態1で説明した手順により、観測データに含まれる相対速度qmを、補正後の方位角度を用いて換算して補正後の軸速度対応データを生成する。   Furthermore, the axis speed calculation means 121 generates the corrected axis speed correspondence data by converting the relative speed qm included in the observation data using the corrected azimuth angle according to the procedure described in the first embodiment. .

これに対して、ベクトル最小二乗演算手段122は、補正後の軸速度対応データを用いて、式(5)の傾きxを、ベクトル演算による最小二乗法により求める。そして、演算手段120に含まれる軸速度演算手段121およびベクトル最小二乗演算手段122は、方位角度補正量を更新しながら傾きxを求める処理を繰り返す。   On the other hand, the vector least squares calculation means 122 calculates | requires the inclination x of Formula (5) by the least squares method by vector calculation using the corrected axial speed corresponding | compatible data. Then, the axis speed calculation means 121 and the vector least square calculation means 122 included in the calculation means 120 repeat the process of obtaining the inclination x while updating the azimuth angle correction amount.

最終的に、ベクトル最小二乗演算手段122は、傾きxの符号が反転する区間にて、繰り返しによる推定処理を完了し、この時の入射角θmに加算された方位角度補正量の総計を推定値φ(ハット)として推定する。   Finally, the vector least squares calculation means 122 completes the estimation process by repetition in the section where the sign of the gradient x is inverted, and the total value of the azimuth angle correction amount added to the incident angle θm at this time is an estimated value. Estimated as φ (hat).

また、ステップサイズΔφの設定値によっては、最終的にステップサイズΔφ程度の推定誤差となる場合もある。このため、符号が反転する区間に達するまでの更新毎に、ステップサイズΔφを変化させることが有効となる。一般には、更新が進むに連れて推定値φ(ハット)は、オフセット角へ近付くため、ステップサイズΔφを更新毎に小さくする。   Depending on the set value of the step size Δφ, there may be an estimation error of about the step size Δφ in the end. For this reason, it is effective to change the step size Δφ for each update until reaching the section where the sign is inverted. In general, as the update proceeds, the estimated value φ (hat) approaches the offset angle, so the step size Δφ is reduced for each update.

また、傾きxが反転する区間を推定するにあたって、ステップサイズΔφを徐々に変更してゼロに近づく傾きxを求める方法としては、次の手順も考えられる。例えば、初期は、大きめのΔφで補正したときの傾きxを算出していき、傾きxが反転したことによりΔφ/2だけ逆方向に補正し、徐々に前回の半分の補正量を補正しながらこの処理を繰り返すことにより、傾きxがゼロに近づく補正量を推測することも可能である。   Further, in estimating the section where the gradient x is reversed, the following procedure can be considered as a method of obtaining the gradient x approaching zero by gradually changing the step size Δφ. For example, in the initial stage, the slope x when corrected by a larger Δφ is calculated, and the slope x is inverted, and the correction is made in the reverse direction by Δφ / 2, and the correction amount is gradually corrected by half of the previous time. By repeating this process, it is also possible to estimate a correction amount in which the slope x approaches zero.

また、演算手段120は、ある時間帯k(k=1、・・・、K)におけるそれぞれの観測データに基づいて、K個の補正量φ(ハット)(k)(k=1、・・・、K)を求め、それらの平均により最終的な補正量φ(バー)を決めることも可能である。 In addition, the calculation means 120 calculates K correction amounts φ (hat) (k) (k = 1,... ) Based on the respective observation data in a certain time zone k (k = 1,..., K). It is also possible to obtain K) and determine the final correction amount φ (bar) by averaging them.

以上のように、実施の形態2によれば、観測データから変換された軸速度対応データの傾きがゼロとなるように、方位角度補正量を修正しながら繰り返し演算を施すにより、オフセット角の推定を行うことができる。さらに、補正量を徐々に小さくする、あるいは、複数の時間帯で求まったオフセット角を平均化することにより、推定精度の向上を図ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the offset angle is estimated by repeatedly performing the calculation while correcting the azimuth angle correction amount so that the inclination of the axial velocity correspondence data converted from the observation data becomes zero. It can be performed. Furthermore, the estimation accuracy can be improved by gradually reducing the correction amount or averaging the offset angles obtained in a plurality of time zones.

実施の形態3.
実施の形態1および2で示した軸ずれ角推定方法は、第kの時間帯中のオフセット角推定値φ(ハット)が収束するまで最小二乗法を繰り返していた。本実施の形態3では、さらなる低演算量化を目的に、繰返し回数を少なくする方法について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the axis deviation angle estimation methods shown in the first and second embodiments, the least square method is repeated until the offset angle estimation value φ (hat) in the k-th time zone converges. In the third embodiment, a method for reducing the number of repetitions will be described for the purpose of further reducing the amount of calculation.

本実施の形態3における軸ずれ角推定装置100の構成は、実施の形態1における図1で示した軸ずれ角推定装置100と同様である。ただし、本実施の形態3における軸ずれ角推定装置100は、繰り返し回数を削減するために、次のような演算処理を行うことを特徴とする。   The configuration of the axis deviation angle estimation apparatus 100 in the third embodiment is the same as that of the axis deviation angle estimation apparatus 100 shown in FIG. However, the axis deviation angle estimation apparatus 100 according to the third embodiment is characterized by performing the following arithmetic processing in order to reduce the number of repetitions.

実施の形態1あるいは2においては、1つの時間帯におけるオフセット角推定値φ(ハット)を求めるために、その時間帯における観測データ{qm、θm}(m=1、2、・・・、M)を初期値として繰り返し演算を行っていた。したがって、1つの時間帯における収束するまでの反復演算量が膨大となり、また、第Kの時間帯までの平均処理を一括して行う場合には、さらに演算量が膨大となるおそれがある。   In the first or second embodiment, in order to obtain the offset angle estimated value φ (hat) in one time zone, observation data {qm, θm} (m = 1, 2,..., M in that time zone is obtained. ) Was repeated as an initial value. Therefore, the amount of iterative computation until convergence in one time zone becomes enormous, and when the averaging process up to the Kth time zone is performed in a lump, the amount of computation may further become enormous.

そこで、本実施の形態3では、1つの時間帯における反復演算回数を少数に限定し、平均処理を単純な加算処理に置き換えることで、演算処理の低演算量化を図っている。   Therefore, in the third embodiment, the number of iterations in one time zone is limited to a small number, and the averaging process is replaced with a simple addition process, thereby reducing the amount of computation.

具体的には、軸ずれ角推定装置100は、第kの時間帯で行う推定においては、軸速度演算手段121およびベクトル最小二乗演算手段122による演算反復回数を少数に限定し、オフセット角の推定値φ(ハット)を求める。   Specifically, in the estimation performed in the k-th time zone, the axis deviation angle estimation apparatus 100 limits the number of calculation iterations by the axis speed calculation unit 121 and the vector least square calculation unit 122 to a small number, and estimates the offset angle. The value φ (hat) is obtained.

そして、ベクトル最小二乗演算手段122は、第k−1の時間帯までの推定値を加算した補正量φ(ハット)(k−1)を算出する(k=1の時間帯では初期値を用いて取得する)。これに対して、軸速度演算手段121は、第kの時間帯でレーダから得られる各反射点の観測データに含まれる入射角θmを、第k−1の時間帯までの推定値を合計した補正量で補正した値(θm−φ(ハット)(k−1))を、第kの時間帯における初期角度とする。 Then, the vector least squares calculation unit 122 calculates a correction amount φ (hat) (k−1) obtained by adding the estimated values up to the (k−1) -th time zone (in the time zone where k = 1, the initial value is used). To get). On the other hand, the axis speed calculation means 121 sums up the estimated values up to the (k−1) -th time zone for the incident angle θm included in the observation data of each reflection point obtained from the radar in the k-th time zone. A value (θm−φ (hat) (k−1) ) corrected by the correction amount is set as an initial angle in the k-th time zone.

第kの時間帯において、観測データの初期値を{qm、θm−φ(ハット)(k−1)}(m=1、2、・・・、M)として、オフセット角推定値φ(ハット)を求めることにより、演算量の低減を図るとともに、前回時刻の推定結果を反映していくことにより、オフセット角の推定精度を向上させることができる。 In the k-th time zone, the initial value of the observation data is {qm, θm−φ (hat) (k−1) } (m = 1, 2,..., M), and the estimated offset angle φ (hat) ), The amount of calculation can be reduced and the estimation result of the previous time can be reflected to improve the estimation accuracy of the offset angle.

以上のように、実施の形態3によれば、今回時刻のオフセット角の推定値を算出する際に、繰り返し演算回数を減らす代わりに、前回時刻におけるオフセット角の推定値を今回時刻の観測データに反映させ、続く時間帯に同様の処理を施すことにより、演算量の削減と推定精度の向上の両立を図ることができる。   As described above, according to the third embodiment, when calculating the estimated value of the offset angle at the current time, instead of reducing the number of repeated calculations, the estimated value of the offset angle at the previous time is used as the observation data at the current time. By reflecting and performing the same processing in the subsequent time zone, it is possible to reduce both the amount of computation and improve the estimation accuracy.

本発明の実施の形態1における軸ずれ角推定装置の構成図である。It is a block diagram of the axial deviation angle estimation apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるある時刻のM個の観測データ{qm、θm}の分布を示した図である。It is the figure which showed distribution of M observation data {qm, (theta) m} of a certain time in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における角度θに対する軸速度ξ(θm)の分布を示した図である。It is the figure which showed distribution of axial velocity (xi) ((theta) m) with respect to angle (theta) in Embodiment 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーダ、100 軸ずれ角推定装置、110 検知手段、120 演算手段、121 軸速度演算手段、122 ベクトル最小二乗演算手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 radar, 100 axis deviation angle estimation apparatus, 110 detection means, 120 calculation means, 121 axis speed calculation means, 122 vector least squares calculation means

Claims (9)

静止物体である複数のレーダ反射体のそれぞれについて、移動するレーダに対する相対速度と方位角度とを含む観測データを検知する検知手段と、
レーダの移動方向とレーダ基準方向とのなす角をレーダのオフセット角の真値としたとき、前記複数のレーダ反射体のそれぞれについて検知した前記観測データに基づいてベクトル演算による最小二乗法によりレーダのオフセット角推定値を算出する演算手段と
を備え
前記演算手段は、
前記観測データに含まれる前記相対速度を前記観測データに含まれる前記方位角度を用いてレーダ軸方向に沿った軸速度に換算し、換算した前記軸速度と前記方位角度とを含む軸速度対応データを生成する軸速度演算手段と、
前記複数のレーダ反射体のそれぞれについて生成された前記軸速度対応データに基づいて前記方位角度に対する前記軸速度の傾きをベクトル演算による最小二乗法により算出し、算出した前記傾きおよび前記方位角度がゼロのときの軸速度から前記レーダのオフセット角推定値を算出するベクトル最小二乗演算手段と
を備えたことを特徴とする軸ずれ角推定装置。
Detecting means for detecting observation data including a relative velocity and an azimuth angle with respect to a moving radar for each of a plurality of radar reflectors that are stationary objects ;
When the angle between the radar moving direction and the radar reference direction is the true value of the radar offset angle, the radar is calculated by the least square method based on the observation data detected for each of the plurality of radar reflectors. Calculating means for calculating an estimated offset angle value ,
The computing means is
The relative velocity included in the observation data is converted into an axial velocity along the radar axis direction using the azimuth angle included in the observation data, and the axial velocity correspondence data including the converted axial velocity and the azimuth angle. Shaft speed calculation means for generating
Based on the axial velocity correspondence data generated for each of the plurality of radar reflectors, the inclination of the axial velocity with respect to the azimuth angle is calculated by a least square method using vector calculation, and the calculated inclination and the azimuth angle are zero. An axis deviation angle estimation device comprising: a vector least square calculation means for calculating an estimate value of the offset angle of the radar from the axis velocity at the time .
請求項に記載の軸ずれ角推定装置において、
前記軸速度演算手段は、前記ベクトル最小二乗演算手段により算出された前記レーダのオフセット角推定値を用いて前記観測データに含まれる前記方位角度を補正し、前記相対速度および補正後の方位角度を用いて補正後の軸速度対応データを生成し、
前記ベクトル最小二乗演算手段は、生成された前記補正後の軸速度対応データに基づいて前記レーダのオフセット角推定値を算出し、
前記演算手段は、前記軸速度演算手段による補正後の軸速度対応データの生成、および前記ベクトル最小二乗演算手段による前記補正後の軸速度対応データに基づく前記レーダのオフセット角推定値の算出を所定回数繰り返す
ことを特徴とする軸ずれ角推定装置。
In the axial deviation angle estimation apparatus according to claim 1 ,
The axial speed calculation means corrects the azimuth angle included in the observation data using the radar offset angle estimate calculated by the vector least square calculation means, and calculates the relative speed and the corrected azimuth angle. To generate corrected axis speed correspondence data,
The vector least squares calculation means calculates an estimated offset angle value of the radar based on the generated corrected shaft speed correspondence data,
The calculation means is configured to generate the corrected shaft speed correspondence data by the shaft speed calculation means and calculate the radar offset angle estimation value based on the corrected shaft speed correspondence data by the vector least square calculation means. An axis deviation angle estimation device characterized by being repeated a number of times.
請求項に記載の軸ずれ角推定装置において、
前記演算手段は、前記観測データに基づいて前記レーダのオフセット角推定値を時刻ごとに算出する際に、前記所定回数を時刻に応じて変更することを特徴とする軸ずれ角推定装置。
In the axial deviation angle estimation apparatus according to claim 2 ,
The calculation means changes the predetermined number of times according to time when calculating the radar offset angle estimated value for each time based on the observation data.
請求項に記載の軸ずれ角推定装置において、
前記ベクトル最小二乗演算手段は、前記軸速度対応データに基づいて前記方位角度に対する前記軸速度の傾きをベクトル演算による最小二乗法により算出し、
前記軸速度演算手段は、算出された前記傾きの符号に応じて、前記軸速度対応データに含まれるそれぞれの方位角度を所定の方位角度補正量で補正し、前記観測データに含まれる前記相対速度を前記補正後の方位角度を用いて換算した軸速度と前記補正後の方位角度とを含む補正後の軸速度対応データを生成し、
前記ベクトル最小二乗演算手段は、前記補正後の軸速度対応データに基づいて前記補正後の方位角度に対する前記軸速度の傾きをベクトル演算による最小二乗法により算出し、
前記演算手段は、前記軸速度演算手段による補正後の軸速度対応データの生成、および前記ベクトル最小二乗演算手段による前記補正後の軸速度対応データに基づく前記傾きの算出を繰り返し、傾きが最もゼロに近くなる方位角度補正量を求めることによりレーダのオフセット角推定値を算出する
ことを特徴とする軸ずれ角推定装置。
In the axial deviation angle estimation apparatus according to claim 1 ,
The vector least squares calculation means calculates the inclination of the axis speed with respect to the azimuth angle based on the axis speed correspondence data by a least square method by vector calculation,
The axial velocity calculation means corrects each azimuth angle included in the axial velocity correspondence data with a predetermined azimuth angle correction amount according to the calculated sign of the inclination, and the relative velocity included in the observation data. Generating corrected axis speed correspondence data including the converted axis speed using the corrected azimuth angle and the corrected azimuth angle,
The vector least square calculation means calculates the inclination of the axis speed with respect to the corrected azimuth angle based on the corrected axis speed correspondence data by a least square method by vector calculation,
The calculation means repeats generation of corrected axis speed correspondence data by the axis speed calculation means and calculation of the inclination based on the corrected axis speed correspondence data by the vector least square calculation means, so that the inclination is zeroest An offset angle estimation apparatus for calculating an offset angle estimate value of a radar by obtaining an azimuth angle correction amount close to.
請求項に記載の軸ずれ角推定装置において、
前記ベクトル最小二乗演算手段は、前記傾きの算出を繰り返す際に、繰り返し回数に応じて前記方位角度補正量を更新してレーダのオフセット角推定値を算出することを特徴とする軸ずれ角推定装置。
In the axial deviation angle estimation apparatus according to claim 4 ,
The vector least squares calculation means, when repeating the calculation of the inclination, updates the azimuth angle correction amount according to the number of repetitions to calculate a radar offset angle estimation value, .
請求項またはに記載の軸ずれ角推定装置において、
前記ベクトル最小二乗演算手段は、前記軸速度対応データに基づいて前記レーダのオフセット角推定値を時刻ごとに算出する際に、前記傾きの算出の繰り返し回数を時刻に応じて変更することを特徴とする軸ずれ角推定装置。
The axis deviation angle estimation device according to claim 4 or 5 ,
The vector least square calculation means, when calculating the offset angle estimation value of the radar for each time based on the axis velocity correspondence data, changes the number of times the inclination is calculated repeatedly according to the time. An off-axis angle estimation device.
請求項1ないしのいずれか1項に記載の軸ずれ角推定装置において、
前記演算手段は、今回時刻のオフセット角推定値を算出する際に、前回時刻で算出されたオフセット角推定値を用いて、今回時刻における観測データに含まれる方位角度を補正し、補正後の観測データを初期値としてベクトル演算による最小二乗法によりレーダのオフセット角推定値を算出することを特徴とする軸ずれ角推定装置。
In the axis deviation angle estimation device according to any one of claims 1 to 6 ,
The calculation means corrects the azimuth angle included in the observation data at the current time using the offset angle estimated value calculated at the previous time when calculating the offset angle estimated value at the current time, and performs the corrected observation. An axis misalignment angle estimation apparatus that calculates an offset angle estimation value of a radar by a least square method based on a vector operation using data as an initial value.
静止物体である複数のレーダ反射体のそれぞれについて、移動するレーダに対する相対速度と方位角度とを含む観測データを検知するステップと、
レーダの移動方向とレーダ基準方向とのなす角をレーダのオフセット角の真値としたとき、前記観測データに含まれる前記相対速度を前記観測データに含まれる前記方位角度を用いてレーダ軸方向に沿った軸速度に換算し、換算した前記軸速度と前記方位角度とを含む軸速度対応データを生成し、生成した前記軸速度対応データに基づいてベクトル演算による最小二乗法を用いてレーダのオフセット角推定値を算出するステップと
を備え
前記レーダのオフセット角推定値を算出するステップは、
前記軸速度対応データに基づいて前記方位角度に対する前記軸速度の傾きをベクトル演算による最小二乗法により算出するステップと、
算出した前記傾きおよび前記方位角度がゼロのときの軸速度から前記レーダのオフセット角推定値を算出するステップと
を備えたことを特徴とする軸ずれ角推定方法。
Detecting observation data including a relative velocity and an azimuth angle with respect to a moving radar for each of a plurality of radar reflectors that are stationary objects ;
When the angle between the radar moving direction and the radar reference direction is the true value of the radar offset angle, the relative velocity included in the observation data is converted into the radar axis direction using the azimuth angle included in the observation data. Is converted into a shaft speed along the axis, and the axis speed correspondence data including the converted axis speed and the azimuth angle is generated. Based on the generated axis speed correspondence data, the radar offset is calculated using a least square method based on a vector operation. Calculating an angle estimate , and
Calculating the radar offset angle estimate,
Calculating a gradient of the axial speed with respect to the azimuth angle based on the axial speed correspondence data by a least square method by a vector operation;
Calculating an estimated value of the offset angle of the radar from the calculated axial velocity when the tilt and the azimuth angle are zero; and
Axial deviation angle estimating method characterized by comprising a.
請求項に記載の軸ずれ角推定方法において、
前記レーダのオフセット角推定値を算出するステップは、
前記軸速度対応データに基づいて前記方位角度に対する前記軸速度の傾きをベクトル演算による最小二乗法により算出するステップと、
算出した前記傾きの符号に応じて、前記軸速度対応データに含まれるそれぞれの方位角度を所定の方位角度補正量で補正し、前記観測データに含まれる前記相対速度を前記補正後の方位角度を用いて換算した軸速度と前記補正後の方位角度とを含む補正後の軸速度対応データを生成するステップと、
前記補正後の軸速度対応データに基づいて前記補正後の方位角度に対する前記軸速度の傾きをベクトル演算による最小二乗法により算出するステップと、
前記補正後の軸速度対応データを生成するステップ、および前記軸速度の傾きをベクトル演算による最小二乗法により算出するステップを繰り返し、算出した傾きが最もゼロに近くなる方位角度補正量を求めることによりレーダのオフセット角推定値を算出するステップと
を備えたことを特徴とする軸ずれ角推定方法。
In the axial deviation angle estimation method according to claim 8 ,
Calculating the radar offset angle estimate,
Calculating a gradient of the axial speed with respect to the azimuth angle based on the axial speed correspondence data by a least square method by a vector operation;
According to the calculated sign of the inclination, each azimuth angle included in the axial velocity correspondence data is corrected with a predetermined azimuth angle correction amount, and the relative velocity included in the observation data is changed to the corrected azimuth angle. Generating corrected shaft speed correspondence data including the converted shaft speed and the corrected azimuth angle;
Calculating a slope of the axis speed with respect to the corrected azimuth angle based on the corrected axis speed correspondence data by a least square method by vector calculation;
By repeating the step of generating the corrected axis velocity correspondence data and the step of calculating the gradient of the axis velocity by the least square method by vector calculation, and obtaining the azimuth angle correction amount at which the calculated gradient is closest to zero A method for estimating an axis offset angle, comprising: calculating an estimated offset angle value of the radar.
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