JP5196971B2

JP5196971B2 - 目標追尾装置

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Publication number: JP5196971B2
Application number: JP2007305893A
Authority: JP
Inventors: 康小幡; 洋志亀田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: JP2009128298A

Description

この発明は、センサを使って目標を観測し、得られた位置や速度に関する観測情報を使って目標の追尾を行う目標追尾装置に関し、特に機動性の高い目標に追従するために、複数の運動モデルに基づくフィルタを並行処理し、その推定結果を統合する目標追尾装置に関するものである。

センサから得られた観測値を使って目標を追尾してその運動諸元の推定を行う技術についてはすでに多くの論文、特許等の文献で取り挙げられており、その装置および方法については様々な提案がなされている。旋回する目標を追尾する場合の問題点として、追尾フィルタが想定する目標運動、すなわち運動モデルと実際の目標運動が合致せず、追尾を外し易くなることが挙げられる。この運動モデルと実際の目標を完全に合致させるのは困難であるが、追尾精度向上のために複数の運動モデルに基づく複数のフィルタを並行処理する技術がある。この技術の改良技術として、常に全てフィルタが動作するのではなく、追尾状況に応じて動作させるフィルタを選択する技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

この技術は地上の車両を追尾する場合を想定し、追尾状況に関する情報として車両が走行する道路の形状を用いている。この技術は、追尾状況に関する情報を目標の旋回の有無とする場合に適用可能である。

一般に、旋回する可能性がある目標を追尾するためのフィルタの選択および設定において、目標旋回時には運動諸元の推定値を旋回に可能な限り追従させ、目標直進時には追尾精度を確保するためにできるだけ観測雑音を除去したいという２つの要求が与えられる場合がある。この要求を満たすためには、例えば目標旋回時にはシステム雑用の共分散を大きくとってフィルタゲインを大きくし、システム雑音の共分散を小さくとって直進目標を追尾する場合にはフィルタゲインを絞るという対応方法がある。しかし、目標の旋回の有無に関する判定を誤って旋回目標を直進目標としてしまうと、レーダのビーム幅内に目標を捕捉できなくなる場合も有り得る。

よって、追尾目標の旋回の有無を判定する技術が重要となるが、その一例が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。

この技術では、旋回判定を以下の情報を用いて行っている。
・前フレームにおける航跡の速度ベクトル成分（ハット）Ｖ_ｋ−１
・現フレームにおけるドップラ速度の観測値Ｚ_{ｄｏｐｐ、ｋ}
レーダは一定周期での観測を繰り返すことを想定し、フレームとはその１観測時刻である。なお、（ハット）Ｖは、Ｖの上にハット（＾）があることを表す。

目標の運動が２次元平面上であることを前提とし、図１４に目標の前フレームの速度ベクトル（ハット）Ｖ_ｋ−１と現フレームのドップラ速度観測値Ｚ_{ｄｏｐｐ、ｋ}の例を示す。

目標を中心として半径を|（ハット）Ｖ_ｋ−１|とする円をＡとし、原点（レーダ）と目標を結ぶ線分と垂直に交わり、かつ目標からの距離がＺ_{ｄｏｐｐ、ｋ}である直線をＢとする。現フレームにおける速度の大きさが前フレームと変わらないとすると、現フレームにおける速度ベクトル（ハット）Ｖ_ｋは、図１に示す円Ａ上の何れかの点と目標を結ぶベクトルで表せる。また、ドップラ速度をＺ_{ｄｏｐｐ、ｋ}とするためには、現フレームの速度ベクトルは目標と直線Ｂ上の何れかの点を結ぶベクトルで表せる。よって、現フレームにおける速度ベクトルは、円Ａと直線Ｂが交わる点と目標を結ぶベクトルで表すことができ、２通りの何れかとなる。

以上の方法で算出される現フレームにおける速度ベクトル（ハット）Ｖ_ｋと、前フレームの速度ベクトル（ハット）Ｖ_ｋ−１、さらにフレーム間の時間間隔から目標の加速度を算出することができる。この値に閾値をもうけ、閾値を超えたら旋回目標用フィルタを選択し、超えなければ直進目標用フィルタを選択すればよい。

上記の旋回判定方法を用いた従来の目標追尾装置の構成及び動作は、図１５及び図１６の様に表せる。以下、この図１５及び図１６に従って、従来の目標追尾装置について説明する。

図１５において、従来の目標追尾装置は、レーダ１０と、追尾処理部２０と、航跡表示部３０とが設けられている。

また、追尾処理部２０は、複数フィルタ追尾処理部２１と、加速度計算部２２と、旋回判定部２３とが設けられている。

まず、ステップ９０１において、観測値を入力する。つまり、複数フィルタ追尾処理部２１は、レーダ１０から距離、仰角及び方位角からなる目標の位置観測値を入力する。また同時に、加速度計算部２２は、レーダ１０からドップラ速度からなる観測値を入力する。

次に、ステップ９０２において、加速度計算部２２は、複数フィルタ追尾処理部２１により前フレームで計算された航跡の速度ベクトル（ハット）Ｖ_ｋ−１と、レーダ１０からのドップラ速度観測値Ｚ_{ｄｏｐｐ、ｋ}とを用いて、現フレームの速度ベクトル（ハット）Ｖ_ｋの２通りの候補を算出する。さらに、以下の式により目標の加速度を算出する。

ここで、Ｔは現フレームと前フレームの観測時間差である。

（ハット）Ｖ_ｋは２通りあるため、（ハット）ａ_ｋ−１も２通りとなる。これを一意に決定するため、２つ加速度のうち、より現実的な方を選択する。この現実性については、例えば過去に追尾した目標の加速度の平均に近い方をより現実的と判断する。

次に、ステップ９０３において、旋回判定部２３は、フィルタを旋回目標用にするか直進目標用にするかを選択する。この選択のために、前ステップ９０２で算出した目標加速度の大きさと事前に設定した閾値を比較し、目標加速度の大きさが閾値を超えていれば旋回目標用のフィルタを選択し、超えていなければ直進目標用のフィルタを選択する。この選択結果は、旋回判定部２３から複数フィルタ追尾処理部２１に渡される。

そして、ステップ９０４において、複数フィルタ追尾処理部２１は、前ステップ９０３で選択されたフィルタを用いて、レーダ１０からの位置情報の観測値を入力して、航跡の状態推定の更新を行う。

T.Kirubarahan, Y.Bar-Shalom, K.R.Patipati and I.Kadar "Ground Target Tracking with Variable Structure IMM Estimator" IEEE Trans. on AES vol.36, no.1 pp26-46. Jan.2000 D.F.Bizup and D.B.Brown "Maneuver Detection Using the Range Rage Measurement." IEEE Trans. on AES vol.40, no.1 pp330-336, Jan. 2004

レーダから得られる観測情報の精度として、ドップラ速度は精度が良く、位置に関する情報は精度がドップラ速度ほどには良くない場合を考える。上記の前フレームの航跡の速度ベクトル（ハット）Ｖ_ｋ−１は、位置の観測情報を基にした推定結果であるため、推定精度が十分でない可能性がある。この様な場合に、上記の旋回判定方法では、判定の誤りを起こし易く、最悪の場合、レーダのビーム幅内に目標を捕えることができなくなるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、フィルタの速度推定値の精度が悪い場合でも追尾継続が可能な目標追尾装置を得るものである。

この発明に係る目標追尾装置は、観測情報として距離、仰角、方位角、及びドップラ速度が得られるレーダからの観測値を使って目標航跡を作り、複数の運動モデルに基づく複数のフィルタを並行して使用し、前記複数のフィルタを追尾状況に応じて選択して動作させる目標追尾装置であって、前記ドップラ速度に基づき計算したドップラ速度変化率が第１の閾値を超えるか否かを判断し、前記ドップラ速度変化率が第１の閾値を超えない場合には、直進目標用フィルタを選択し、前記ドップラ速度変化率が第１の閾値を超える場合には、旋回目標用フィルタを選択するとともに、この時点におけるヘディングの値をヘディング基準値に設定し、その後、前記旋回目標用フィルタを選択した場合に、判定保留期間が経過するまで前記旋回目標用モデルを選択し、前記判定保留期間中に、現フレームのヘディングと前記ヘディング基準値の差異であるヘディング変化が第２の閾値を超えるか否かを判断し、前記ヘディング変化が第２の閾値を超える場合には、前記判定保留期間が経過した以降も前記旋回目標用モデルを選択し続け、前記ヘディング変化が第２の閾値を超えない場合には、前記判定保留期間が経過した以降は前記直進目標用モデルを選択する追尾処理部を設けたものである。

この発明に係る目標追尾装置は、フィルタの速度推定値の精度が悪い場合でも追尾継続が可能であるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る目標追尾装置について図１から図６までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る目標追尾装置の構成を示すブロック図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この発明の実施の形態１に係る目標追尾装置は、レーダ１０と、追尾処理部２０Ａと、航跡表示部３０とが設けられている。

また、追尾処理部２０Ａは、複数フィルタ追尾処理部２１と、ドップラ速度フィルタ部２４と、ヘディング変化計算部２５と、旋回検出修正部２６と、旋回検出部２７と、モデル選択部２８とが設けられている。

つぎに、この実施の形態１に係る目標追尾装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る目標追尾装置の追尾処理部の概略動作を示すフローチャートである。

まず、ステップ１０１において、観測値を入力する。つまり、複数フィルタ追尾処理部２１は、レーダ１０から距離、仰角及び方位角からなる目標の位置観測値を入力する。また同時に、ドップラ速度フィルタ部２４は、レーダ１０からドップラ速度からなる観測値を入力する。

次に、ステップ１０２において、ドップラ速度をフィルタ処理する。つまり、ドップラ速度フィルタ部２４は、ドップラ速度とその変化率から構成される状態変数によるカルマンフィルタに基づく追尾処理を行う。より具体的には、その前フレームの観測時刻の状態変数の平滑諸元より予測計算を行い、さらに入力されたドップラ速度観測値を用いてフィルタリング処理を行い、最新時刻における平滑諸元を算出する。

次に、ステップ１０３において、複数フィルタで追尾処理する。つまり、複数フィルタ追尾処理部２１は、直前のフレームの観測値の処理の中で選択されたフィルタによる追尾処理を並行して行い、各フィルタの計算した個別平滑諸元を統合することによってフィルタ全体での平滑諸元を計算する。

次に、ステップ１０４において、旋回検出部２７は、ドップラ速度フィルタ部２４により算出した平滑諸元の一成分である、ドップラ速度変化率をあらかじめ設定した閾値と比較し、ドップラ速度変化率が閾値を超えるか否かを判断する。ドップラ速度変化率が閾値を超えない場合（Ｎｏ）には、次のステップ１０５へ進む。一方、ドップラ速度変化率が閾値を超える場合（Ｙｅｓ）には、ステップ１０６へ進む。

次に、ステップ１０５において、モデル選択部２８は、直進目標用モデル（フィルタ）を選択する。この後、処理を終了する。

ステップ１０６において、旋回検出部２７は、前フレームで旋回目標用モデルを選択していたか否かを調べる。旋回目標用モデルを選択していなかった場合（Ｎｏ）には、次のステップ１０７へ進む。一方、旋回目標用モデルを選択している場合（Ｙｅｓ）には、ステップ１０８へ進む。

次に、ステップ１０７において、ヘディング基準値を設定する。つまり、ヘディング変化計算部２５は、この時点の速度ベクトルのヘディングを計算し、ヘディング基準値とする。ここで、「ヘディング」とは、追尾航跡の速度ベクトルが特定の不動の方向（例えば、ｘ軸方向）となす角である。その後、ステップ１１１へ進む。

ステップ１０８において、旋回検出部２７は、前フレームで旋回用モデルを選択していた場合、直前のヘディング基準値設定から時間Ｔ_Ｈが経過しているか否かを判断する。ヘディング基準値設定から時間Ｔ_Ｈが経過していない場合（Ｎｏ）には、ステップ１１１へ進む。一方、ヘディング基準値設定から時間Ｔ_Ｈが経過している場合（Ｙｅｓ）には、次のステップ１０９へ進む。

次に、ステップ１０９において、ヘディング変化計算部２５は、現フレームにおけるヘディングを計算する。

次に、ステップ１１０において、旋回検出修正部２６は、この現フレームのヘディングとヘディング基準値を比較し、その差異であるヘディング変化があらかじめ設定してある閾値を超えるか否かを判断する。ヘディング変化が閾値を超える場合（Ｙｅｓ）には、ステップ１１１へ進む。一方、ヘディング変化が閾値を超えない場合（Ｎｏ）には、ステップ１０５へ進む。

次に、ステップ１１１において、モデル選択部２８は、旋回目標用モデル（フィルタ）を選択する。この後、処理を終了する。

この実施の形態１の最終段階では、ステップ１０５の直進目標用モデルの選択、またはステップ１１１の旋回目標用モデルの選択を実行するが、ステップ１０５の直進目標用モデルの選択では、あらかじめ直進目標用に設定されたモデルに基づくフィルタを選択する。選択されたフィルタは、次のフレームで複数フィルタ追尾処理部２１により起動される。ステップ１１１の旋回目標用モデルの選択では、あらかじめ旋回目標用に設定されたモデルに基づくフィルタを選択する。選択されたフィルタは、次のフレームで複数フィルタ追尾処理部２１により起動される。

目標運動に応じた運動モデル選択の例を２つ説明する。レーダ１０の位置と目標運動の関係を示した例を図３と図４に示す。図３は、追尾目標が旋回する例であり、図４は、追尾目標が直進する例である。

図５（ａ）及び（ｂ）は、図３の例（旋回）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とヘディングの関係を示す図である。

図５（ａ）のグラフ中にドップラ速度変化率の閾値を示す。この例では、時刻ｔ１まではドップラ速度変化率が閾値を超えていないため直進目標用モデルの選択が行われる。時刻ｔ１の時点で初めてドップラ速度変化率が閾値を超えるが、前の時刻までは直進目標用モデルが選択されていたので、この時刻ｔ１におけるヘディングの値Ｈ１がヘディング基準値となる。図５（ｂ）のグラフ中に、このＨ１をヘディング基準値とした場合のヘディングの閾値を示す。

その後、一定時間Ｔ_Ｈが経過する時刻ｔ２まで旋回目標用モデルが選択される。ここで、Ｔ_Ｈは事前に設定する目標の旋回の判定保留期間のパラメータである。この判定保留期間Ｔ_Ｈの間にヘディング変化（現フレームのヘディングとヘディング基準値の差異）が閾値を超えるかどうかを常に検査する。この例では、値Ｈ２でヘディング変化が閾値を超えていることが分かる。そのため、判定保留期間Ｔ_Ｈが経過した以降も旋回目標用モデルが選択され続ける。その後、時刻ｔ３でドップラ速度変化率が閾値を超えなくなり、この時点で直進目標用モデルが選択され、以降ずっと直進目標用モデルが選択される。

図６（ａ）及び（ｂ）は、図４の例（直進）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とヘディングの関係を示す図である。

この例では、時刻ｔ１まではドップラ速度変化率が閾値を超えないため直進目標用モデルの選択が行われる。時刻ｔ１の時点で初めてドップラ速度変化率が閾値を超えるが、前の時刻までは直進目標用モデルが選択されていたので、この時刻ｔ１におけるヘディングの値Ｈ１がヘディング基準値となる。

図６（ｂ）のグラフ中に、この値Ｈ１をヘディング基準値とした場合のヘディングの閾値を示す。その後、判定保留期間Ｔ_Ｈが経過する時刻ｔ２まで旋回目標用モデルが選択される。この判定保留期間Ｔ_Ｈの間にヘディング変化が閾値を超えるかどうかを常に検査する。この例では、ヘディング変化が閾値を超えないことが分かる。そのため、判定保留期間Ｔ_Ｈが経過した時刻ｔ２から以降、ずっと直進目標用モデルが選択される。

この実施の形態１では、ドップラ速度フィルタ部２４が計算するドップラ速度変化率を用いて目標の旋回の有無を仮判定し、旋回が仮判定されたら一定の判定保留期間を設けて、ヘディング変化の情報を用いてその結果を確認し、仮判定結果が誤りである場合は直進目標用モデルの選択に戻し、誤りでなければ旋回目標用モデルの選択を継続する。そのため、目標の実際の運動に合致したモデル選択を精度良く行うことができる。

なお、追尾フィルタのフィルタゲインから航跡のランダム誤差とバイアス誤差を推定できる場合には、上記のヘディングの閾値と判定保留期間の２つのパラメータを計算により設定してもよい。フィルタのランダム誤差とバイアス誤差をそれぞれσ_ｒｎｄとσ_ｂｉａｓとする。ヘディングの閾値ｔｈ_Ｈと判定保留期間Ｔ_Ｈを以下の様に計算する。

ここで、ω_Ｈｅａｄは旋回と判定して欲しい目標の加速度の最小値から求めた角速度である。

このパラメータ設定方法により、目標の旋回の有無を追尾フィルタの推定誤差を考慮して判定できるため、より正確な判定が可能となる。

この実施の形態１に係る目標追尾装置は、観測情報として距離、方位角、仰角、ドップラ速度が得られるレーダ１０からの観測値を使って目標航跡を作り、複数の運動モデルに基づく複数フィルタを並行して使用することを前提とする。また、複数あるフィルタを追尾状況に応じて選択して動作させることを前提とする。この追尾状況に応じたフィルタの選択の際に、ドップラ速度の変化率と目標の速度ベクトルの向き（ヘディング）の２つの情報を用いて目標の運動が直進、旋回の何れであるかを判定し、フィルタの選択を以下に様に行うことを特徴とする。
（１）ドップラ速度の変化率が閾値を超える場合、旋回目標用フィルタを選択する。
（２）ドップラ速度の変化率が閾値を超えない場合、直進目標用フィルタを選択する。
（３）上記（１）の条件により旋回目標用フィルタが選択されたら、以降のフレームでは航跡のヘディングを計算し、一定の判定保留期間のヘディングの変化が閾値を越える場合、旋回目標用フィルタを選択し、超えない場合、直進目標用のフィルタを選択する。

また、パラメータであるヘディングの閾値と判定保留期間を、フィルタゲインから計算されるランダム誤差とバイアス誤差の定常値を用いて計算して設定する。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る目標追尾装置について図７から図１０までを参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態２に係る目標追尾装置の構成を示すブロック図である。

図７において、この発明の実施の形態２に係る目標追尾装置は、レーダ１０と、追尾処理部２０Ｂと、航跡表示部３０とが設けられている。

また、追尾処理部２０Ｂは、複数フィルタ追尾処理部２１と、ドップラ速度フィルタ部２４と、旋回検出部２７と、モデル選択部２８とが設けられている。

つぎに、この実施の形態２に係る目標追尾装置の動作について図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態２に係る目標追尾装置の追尾処理部の動作を示すフローチャートである。

まず、ステップ２０１において、観測値を入力する。つまり、複数フィルタ追尾処理部２１は、レーダ１０から距離、仰角、方位角からなる目標の位置観測値を入力する。また同時に、ドップラ速度フィルタ部２４は、レーダ１０からドップラ速度からなる観測値を入力する。

次に、ステップ２０２において、ドップラ速度をフィルタ処理する。つまり、ドップラ速度フィルタ部２４は、ドップラ速度とその変化率からなる状態変数によるカルマンフィルタ処理を行う。より具体的には、その前フレームの観測時刻の状態変数の平滑諸元より予測計算を行い、さらに入力されたドップラ速度観測値を用いてフィルタリング処理を行い、最新時刻における平滑諸元を算出する。

次に、ステップ２０３において、複数フィルタで追尾処理する。つまり、複数フィルタ追尾処理部２１は、直前のフレームの観測値の処理の中で選択されたフィルタによる追尾処理を並行して行い、各フィルタの計算した個別平滑諸元を統合することによってフィルタ全体での平滑諸元を計算する。

次に、ステップ２０４において、旋回検出部２７は、ドップラ速度フィルタ部２４により算出した平滑諸元の一成分である、ドップラ速度変化率をあらかじめ設定した閾値と比較し、ドップラ速度変化率が閾値を超えるか否かを判断する。ドップラ速度変化率が閾値を超える場合（Ｙｅｓ）には、ステップ２０６へ進む。一方、ドップラ速度変化率が閾値を超えない場合（Ｎｏ）には、次のステップ２０５へ進む。

次に、ステップ２０５において、モデル選択部２８は、直進目標用モデルを選択する。その後、処理は終了する。

ステップ２０６において、旋回検出部２７は、ドップラ速度変化率が閾値を超える場合には、前フレームのモデル選択で旋回目標用モデルを選択していたか否かを調べる。旋回目標用モデルを選択していた場合（Ｙｅｓ）には、ステップ２０９へ進む。一方、旋回目標用モデルを選択していない場合（Ｎｏ）には、次のステップ２０７へ進む。

次に、ステップ２０７において、ドップラ速度フィルタ部２４は、前フレームで直進目標用モデルを選択していた場合には、ドップラ速度の２次微分を計算する。ドップラ速度フィルタ部２４は、直前のフレームにおいて算出したドップラ速度変化率（ハット・ドット）Ｄ_ｋ−１と、現在のドップラ速度変化率（ハット・ドット）Ｄ_ｋから以下の計算によりドップラ速度の２次微分（ハット・ダブルドット）Ｄ_ｋ−１を計算する。なお、（ハット・ドット）Ｄは、Ｄの上にドット（・）があり、さらのその上にハット（＾）があることを表す。また、（ハット・ダブルドット）Ｄは、Ｄの上にダブルドット（・・）があり、さらのその上にハット（＾）があることを表す。

ここで、Ｔは現フレームと直前のフレームの時間差である。

次に、ステップ２０８において、旋回検出部２７は、ドップラ速度２次微分があらかじめ設定してある閾値を超えるか否かを判断する。ドップラ速度２次微分が閾値を超える場合（Ｙｅｓ）には、ステップ２０９へ進む。一方、ドップラ速度２次微分が閾値を超えない場合（Ｎｏ）には、ステップ２０５へ進む。

ステップ２０９において、モデル選択部２８は、旋回目標用モデルを選択する。その後、処理は終了する。

この実施の形態２の最終段階では、ステップ２０５の直進目標用モデルの選択、またはステップ２０９の旋回目標用モデルの選択を実行するが、ステップ２０５の直進目標用モデルの選択では、あらかじめ直進目標用に設定されたモデルに基づくフィルタを選択する。選択されたフィルタは、次のフレームで複数フィルタ追尾処理部により起動される。ステップ２０９の旋回目標用モデルの選択では、あらかじめ旋回目標用に設定されたモデルに基づくフィルタを選択する。選択されたフィルタは、次のフレームで複数フィルタ追尾処理部により起動される。

目標運動に応じた運動モデル選択の例を２つ挙げる。レーダ１０の位置と目標運動の関係を示した例を、図３と図４に示す。図３は追尾目標が旋回する例であり、図４は追尾目標が直進する例である。

図９（ａ）及び（ｂ）は、図３の例（旋回）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とドップラ速度２次微分の関係を示す図である。

図９（ａ）のグラフ中にドップラ速度変化率の閾値を示す。この例では時刻ｔ１まではドップラ速度変化率が閾値を超えないため直進目標用モデルの選択が行われる。時刻ｔ１の時点で初めてドップラ速度変化率が閾値を超えるが、前の時刻までは直進目標用モデルが選択されていたので、この時刻ｔ１におけるドップラ速度２次微分を計算する。

図９（ｂ）のグラフ中にドップラ速度２次微分の閾値を示す。図９（ｂ）のグラフより、このときのドップラ速度２次微分はＤ１で示す値で、閾値を超える。よって、旋回目標用モデルが選択される。その後、時刻ｔ２までドップラ速度変化率が閾値を超えるため旋回目標用モデルが選択され続ける。時刻ｔ２より後ではドップラ速度変化率が閾値を超えないため、直進目標用モデルが選択される。

図１０（ａ）及び（ｂ）は、図４の例（直進）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とドップラ速度２次微分の関係を示す図である。

図１０（ａ）のグラフ中にドップラ速度変化率の閾値を示す。この例では時刻ｔ１まではドップラ速度変化率が閾値を超えないため直進目標用モデルの選択が行われる。時刻ｔ１の時点で初めてドップラ速度変化率が閾値を超えるが、前の時刻までは直進目標用モデルが選択されていたので、この時刻ｔ１におけるドップラ速度２次微分を計算する。

図１０（ｂ）のグラフ中にドップラ速度２次微分の閾値を示す。このときのドップラ速度２次微分は値Ｄ１で閾値を超えない。よって、直進目標用モデルが選択される。以降もドップラ速度変化率は閾値を超えるためドップラ速度２次微分の計算が行われるが、ドップラ速度２次微分は閾値を超えないため、直進目標用モデルが選択され続ける。

この実施の形態２では、ドップラ速度フィルタ部２４により計算するドップラ速度変化率とさらにその変化率であるドップラ速度２次微分を用いて目標の旋回の有無を判定するため、目標の実際の運動に合致したモデル選択を精度良く行うことができる。

この実施の形態２に係る目標追尾装置は、観測情報として距離、方位角、仰角、ドップラ速度が得られるレーダ１０からの観測値を使って目標航跡を作り、複数の運動モデルに基づく複数のフィルタを並行して使用することを前提とする。また、複数のフィルタを追尾状況に応じて選択して動作させることを前提とする。
この追尾状況に応じたフィルタの選択の際に、ドップラ速度の変化率と２次微分から目標の運動が直進、旋回の何れであるかを判定し、フィルタの選択を以下に様に行うことを特徴とする。
（１）ドップラ速度の変化率と２次微分が共に閾値を超える場合、旋回目標用フィルタを選択する。
（２）ドップラ速度の変化率が閾値を超えない場合、直進目標用フィルタを選択する。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る目標追尾装置について図１１から図１３までを参照しながら説明する。この発明の実施の形態３に係る目標追尾装置の構成は、上記の実施の形態２と同様である。

この発明の実施の形態３に係る目標追尾装置は、レーダ１０と、追尾処理部２０Ｂと、航跡表示部３０とが設けられている。

また、追尾処理部２０Ｂは、複数フィルタ追尾処理部２１と、ドップラ速度フィルタ部２４と、旋回検出部２７と、モデル選択部２８とが設けられている。なお、旋回検出部２７及びモデル選択部２８の機能は、後述するように、上記の実施の形態２の旋回検出部２７及びモデル選択部２８と異なる。

つぎに、この実施の形態３に係る目標追尾装置の動作について図面を参照しながら説明する。図１１は、この発明の実施の形態３に係る目標追尾装置の追尾処理部の動作を示すフローチャートである。

まず、ステップ３０１において、観測値を入力する。つまり、複数フィルタ追尾処理部２１は、レーダ１０から距離、仰角及び方位角からなる目標の位置観測値を入力する。また同時に、ドップラ速度フィルタ部２４は、レーダ１０からドップラ速度からなる観測値を入力する。

次に、ステップ３０２において、ドップラ速度をフィルタ処理する。つまり、ドップラ速度フィルタ部２４は、ドップラ速度とその変化率から構成される状態変数によるカルマンフィルタに基づく追尾処理を行う。より具体的には、その前フレームの観測時刻の状態変数の平滑諸元より予測計算を行い、さらに入力されたドップラ速度観測値を用いてフィルタリング処理を行い、最新時刻における平滑諸元を算出する。

次に、ステップ３０３において、ドップラ速度フィルタ部２４は、直前のフレームにおいて算出したドップラ速度変化率（ハット・ドット）Ｄ_ｋ−１と、現在のドップラ速度変化率（ハット・ドット）Ｄ_ｋから以下の計算によりドップラ速度の２次微分（ハット・ダブルドット）Ｄ_ｋ−１を計算する。

次に、ステップ３０４において、複数フィルタで追尾処理する。つまり、複数フィルタ追尾処理部２１は、直前のフレームの観測値の処理の中で選択されたフィルタによる追尾処理を並行して行い、各フィルタの計算した個別平滑諸元を統合することによってフィルタ全体での平滑諸元を計算する。

次に、ステップ３０５において、旋回検出部２７は、前フレームのモデル選択で旋回目標用モデルを選択していたか否かを調べる。旋回目標用モデルを選択していた場合（Ｙｅｓ）には、ステップ３０９へ進む。一方、旋回目標用モデルを選択していない場合（Ｎｏ）には、次のステップ３０６へ進む。

次に、ステップ３０６において、旋回検出部２７は、直進目標用モデルを選択していた場合には、ドップラ速度変化率が閾値を超えるか否かを判断する。ドップラ速度変化率が閾値を超える場合（Ｙｅｓ）には、次のステップ３０７へ進む。一方、ドップラ速度変化率が閾値を超えない場合（Ｎｏ）には、ステップ３１０へ進む。

次に、ステップ３０７において、旋回検出部２７は、ドップラ速度変化率が閾値を超える場合には、ドップラ速度２次微分が閾値を超えるか否かを判断する。ドップラ速度２次微分が閾値を超える場合（Ｙｅｓ）には、次のステップ３０８へ進む。一方、ドップラ速度２次微分が閾値を超えない場合（Ｎｏ）には、ステップ３１０へ進む。

次に、ステップ３０８において、モデル選択部２８は、旋回目標用モデルを選択する。その後、処理は終了する。

ステップ３０９において、旋回検出部２７は、前フレームで旋回目標用モデルを選択していた場合には、ドップラ速度２次微分が閾値を超えるか否かを判断する。ドップラ速度２次微分が閾値を超える場合（Ｙｅｓ）には、ステップ３１０へ進む。一方、ドップラ速度２次微分が閾値を超えない場合（Ｎｏ）には、ステップ３０８へ進む。

ステップ３１０において、モデル選択部２８は、直進目標用モデルを選択する。その後、処理は終了する。

この実施の形態３の最終段階では、ステップ３１０の直進目標用モデルの選択、またはステップ３０８の旋回目標用モデルの選択を実行するが、ステップ３１０の直進目標用モデルの選択では、あらかじめ直進目標用に設定されたモデルに基づくフィルタを選択する。選択されたフィルタは、次のフレームで複数フィルタ追尾処理部２１により起動される。一方、ステップ３０８の旋回目標用モデルの選択では、あらかじめ旋回目標用に設定されたモデルに基づくフィルタを選択する。選択されたフィルタは、次のフレームで複数フィルタ追尾処理部２１により起動される。

目標運動に応じた運動モデル選択の例を２つ挙げる。レーダ１０の位置と目標運動の関係を示した例を２つ、図３と図４に示す。図３は追尾目標が旋回する例であり、図４は追尾目標が直進する例である。

図１２（ａ）及び（ｂ）は、図３の例（旋回）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とドップラ速度２次微分の関係を示す図である。

図１２（ａ）のグラフ中にドップラ速度変化率の閾値、図１２（ｂ）のグラフ中にドップラ速度２次微分の閾値を示す。この例では時刻ｔ１までは直進目標用モデルの選択が行われる。時刻ｔ１の時点でドップラ速度変化率が閾値を超え、かつドップラ速度２次微分が閾値を超える。よって、旋回目標用モデルが選択される。その後、時刻ｔ２までドップラ速度２次微分が閾値を超えないため旋回目標用モデルが選択され続ける。時刻ｔ２ではドップラ速度２次微分が閾値を超えるため、直進目標用モデルが選択される。

図１３（ａ）及び（ｂ）は、図４の例（直進）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とドップラ速度２次微分の関係を示す図である。

図１３（ａ）のグラフ中にドップラ速度変化率の閾値、図１３（ｂ）のグラフ中にドップラ速度２次微分の閾値を示す。この例では、時刻ｔ１までは直進目標用モデルの選択が行われる。時刻ｔ１の時点で初めてドップラ速度変化率が閾値を超えるが、ドップラ速度２次微分は値Ｄ１で閾値を超えない。よって、直進目標用モデルが選択される。以降もドップラ速度変化率は閾値を超えるがドップラ速度２次微分は閾値を超えないため、直進目標用モデルが選択され続ける。

この実施の形態３では、ドップラ速度フィルタ部２４が計算するドップラ速度変化率とさらにその変化率であるドップラ速度２次微分を用いて目標の旋回の有無を判定するため、目標の実際の運動に合致したモデル選択を精度良く行うことができる。

この実施の形態３に係る目標追尾装置は、観測情報として距離、方位角、仰角、ドップラ速度が得られるレーダ１０からの観測値を使って目標航跡を作り、複数の運動モデルに基づく複数のフィルタを並行して使用することを前提とする。また、複数のフィルタを追尾状況に応じて選択して動作させることを前提とする。
この追尾状況に応じたフィルタの選択の際に、ドップラ速度の変化率と２次微分から目標の運動が直進、旋回の何れであるかを判定し、フィルタの選択を以下に様に行うことを特徴とする。
（１）ドップラ速度の変化率と２次微分が共に閾値を超えた場合、旋回目標用フィルタを選択する。
（２）上記（１）の条件により旋回目標用フィルタが選択されたフレーム以降のフレームでは旋回目標用フィルタを選択するが、ドップラ速度の２次微分が閾値を超えない場合、直進目標用フィルタを選択する。

この発明の実施の形態１に係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に係る目標追尾装置の追尾処理部の概略動作を示すフローチャートである。追尾目標が旋回する例を示す図である。追尾目標が直進する例を示す図である。図３の例（旋回）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とヘディングの関係を示す図である。図４の例（直進）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とヘディングの関係を示す図である。この発明の実施の形態２に係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２に係る目標追尾装置の追尾処理部の動作を示すフローチャートである。図３の例（旋回）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とドップラ速度２次微分の関係を示す図である。図４の例（直進）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とドップラ速度２次微分の関係を示す図である。この発明の実施の形態３に係る目標追尾装置の追尾処理部の動作を示すフローチャートである。図３の例（旋回）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とドップラ速度２次微分の関係を示す図である。図４の例（直進）における観測時刻とドップラ速度変化率の関係と、観測時刻とドップラ速度２次微分の関係を示す図である。目標の前フレームの速度ベクトル（ハット）Ｖ_ｋ−１と現フレームのドップラ速度観測値Ｚ_{ｄｏｐｐ、ｋ}の例を示す図である。従来の目標追尾装置の構成を示すブロック図である。従来の目標追尾装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０レーダ、２０Ａ、２０Ｂ追尾処理部、２１複数フィルタ追尾処理部、２４ドップラ速度フィルタ部、２５ヘディング変化計算部、２６旋回検出修正部、２７旋回検出部、２８モデル選択部、３０航跡表示部。

Claims

観測情報として距離、仰角、方位角、及びドップラ速度が得られるレーダからの観測値を使って目標航跡を作り、複数の運動モデルに基づく複数のフィルタを並行して使用し、前記複数のフィルタを追尾状況に応じて選択して動作させる目標追尾装置であって、
前記ドップラ速度に基づき計算したドップラ速度変化率が第１の閾値を超えるか否かを判断し、前記ドップラ速度変化率が第１の閾値を超えない場合には、直進目標用フィルタを選択し、前記ドップラ速度変化率が第１の閾値を超える場合には、旋回目標用フィルタを選択するとともに、この時点におけるヘディングの値をヘディング基準値に設定し、
その後、前記旋回目標用フィルタを選択した場合に、判定保留期間が経過するまで前記旋回目標用モデルを選択し、前記判定保留期間中に、現フレームのヘディングと前記ヘディング基準値の差異であるヘディング変化が第２の閾値を超えるか否かを判断し、前記ヘディング変化が第２の閾値を超える場合には、前記判定保留期間が経過した以降も前記旋回目標用モデルを選択し続け、前記ヘディング変化が第２の閾値を超えない場合には、前記判定保留期間が経過した以降は前記直進目標用モデルを選択する追尾処理部
を備えたことを特徴とする目標追尾装置。
前記第２の閾値及び判定保留期間を、フィルタゲインから計算されるランダム誤差及びバイアス誤差に基づき計算して設定する
ことを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
観測情報として距離、仰角、方位角、及びドップラ速度が得られるレーダからの観測値を使って目標航跡を作り、複数の運動モデルに基づく複数のフィルタを並行して使用し、前記複数のフィルタを追尾状況に応じて選択して動作させる目標追尾装置であって、
前記ドップラ速度に基づき計算したドップラ速度変化率が第１の閾値を超え、かつ直前のフレーム及び現フレームのドップラ速度変化率に基づき計算したドップラ速度２次微分が第２の閾値を超えるときには、旋回目標用フィルタを選択し、この旋回目標用フィルタを選択している間に、前記ドップラ速度変化率が第１の閾値を超えなくなる場合には、直進目標用フィルタを選択し、
前記ドップラ速度変化率が第１の閾値を超えない場合及び前記ドップラ速度変化率が第１の閾値を超え、かつ前記ドップラ速度２次微分が第２の閾値を超えない場合には、前記直進目標用フィルタを選択する追尾処理部
を備えたことを特徴とする目標追尾装置。
観測情報として距離、仰角、方位角、及びドップラ速度が得られるレーダからの観測値を使って目標航跡を作り、複数の運動モデルに基づく複数のフィルタを並行して使用し、前記複数のフィルタを追尾状況に応じて選択して動作させる目標追尾装置であって、
前記ドップラ速度に基づき計算したドップラ速度変化率が第１の閾値を超え、かつ直前のフレーム及び現フレームのドップラ速度変化率に基づき計算したドップラ速度２次微分が第２の閾値を超えるときには、旋回目標用フィルタを選択し、この旋回目標用フィルタを選択している間に、前記ドップラ速度２次微分が第２の閾値を超える場合には、直進目標用フィルタを選択し、
前記ドップラ速度変化率が第１の閾値を超えない場合及び前記ドップラ速度変化率が第１の閾値を超え、かつ前記ドップラ速度２次微分が第２の閾値を超えない場合には、前記直進目標用フィルタを選択する追尾処理部
を備えたことを特徴とする目標追尾装置。