JP5623253B2

JP5623253B2 - 多目標追尾装置

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Publication number: JP5623253B2
Application number: JP2010262168A
Authority: JP
Inventors: 小幡　康; 康小幡; 洋志亀田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: JP2012112807A

Description

この発明は、目標を観測するセンサから得られる位置情報の観測値を用いて、目標航跡を生成する多目標追尾装置に関する。

センサシステムにおいては、目標位置を観測するセンサから得られる観測値を使って航跡を確立することによって、未知の目標を発見する追尾開始技術が必要となる。現在、レーダ等のセンサにより目標を観測して得られた観測値を用いて目標を追尾する技術については、すでに多くの論文や特許等の文献で取り挙げられており、その装置及び方法については、様々な提案がなされている。

一般的に、レーダからは目標の観測値以外にクラッタや誤警報といった不要信号が得られる。このため、未知の目標を発見するためには、観測値から不要信号を除去し、目標信号を選別する処理が必要となる。レーダで特定の観測領域を捜索する場合、ある周期（サンプリング間隔）をおいて、目標の観測値が得られる。この目標の観測値を繋げれば、規則的な軌道が得られるため、発生位置が不規則な不要信号との区別が可能となる。この規則的な軌道、即ち航跡の確立が追尾開始処理である。この追尾開始処理は、目標航跡をできるだけ早期に確立すること、及び誤って不要信号からなる誤航跡を確立しないことが重要となる。つまり、目標航跡の確立が早い程、また誤航跡の確立が少ない程、追尾開始方式の性能は高いといえる。

近接多目標や不要信号環境下での追尾開始処理では、相関の決定方法がその性能を左右する重要な部分である。相関とは、図９（ａ）に示すような各サンプリング時刻で複数の観測値が得られた状況において、「サンプリング時刻ｔ１からサンプリング時刻ｔ３に至るまでのどの観測値を同じ目標とみなすか」を示すものである。

この相関決定の方式としては、図９（ｂ）に示すように、サンプリング時刻毎に航跡候補を生成し、１サンプリング時刻前の航跡候補と最新サンプリング時刻の観測値との対応付けを行う方式が従来用いられた。この航跡候補と観測値の対応付けを決定する方法については、様々な方式がある。ある一例としては、各々の航跡候補に対して、相関の度合いが最も高い観測値を割り当てるＮＮ（Nearest Neighbor）法がある。このＮＮ法を用いた方式については、非特許文献１の第１章３．２節にその記述がある。

また、相関決定の方式の他の例としては、各々の航跡候補に対して可能な相関全てを考慮して仮説を構成し、各々の相関の尤もらしさを基に仮説の信頼度を計算するＭＨＴ（Multiple Hypothesis Tracking）法がある。この方式については、非特許文献２にその一例が示されている。

上記のような従来技術は、既存の航跡候補を１次元とし、最新のサンプリング時刻の観測値を１次元として、各次元の１対１対応を取る２次元の割り当てを決定する方式である。一方、更なる追尾開始性能の向上を目的として、図９（ｃ）に示すように、３以上の複数サンプリング時刻に跨る観測値の相関を一度に計算して航跡候補を生成する相関決定方式であるＭＦＡ（Multiple Frame Assignment）法が知られている。この技術については、非特許文献３にその一例が示されている。

また、この複数サンプリング時刻の観測値の割り当てを一度に決定する多次元相関決定法では、相関決定の問題をＮ次元割り当て問題に変換してLagrange緩和法を適用して解く。

上記のような多次元相関決定法による追尾処理方式では、追尾開始性能が高いものの、演算負荷の重さが課題である。この課題を解決するために、複数サンプリング時刻割当法による追尾方式と２次元相関による追尾方式とを併用する技術が特許文献１に示されている。この特許文献１に示された技術では、観測時刻を観測間隔で割った値（処理回数）が予めパラメータとして設定された値ｎ（ｎは整数）の倍数である場合には、多次元相関決定法による追尾処理を行い、そうでない場合には、２次元相関決定法による追尾処理を行う。

特開２００７−２１２２４４号公報

Samuel S.Blackman著 "Design and Analysis of Modern Tracking Systems" (ARTECH HOUSE) Donald B.Reid著 "An Algorithm for Tracking Multiple Targets"(IEEE Transactions on Automatic Control, Vol.AC-24, No6, December,1979) A.B.Poore and A.J.Robertson著 "A New Multi-dimensional Data Association Algorithm for Multisensor-Multitarget Tracking"(Proc. Of SPIE vol.2561,1995)

以上のように、追尾開始処理では、相関決定処理によって複数サンプリング時刻の観測値の対応付けを行い、生成された航跡候補の尤もらしさを算出して、その航跡候補の確立判定を行う必要がある。この追尾開始処理では、追尾開始性能が高く、かつ演算負荷が軽いことが望ましい。特許文献１の多目標追尾装置は、これらの両立を意図した装置であるが、２次元相関決定追尾処理を行うサンプリング時刻では処理負荷は軽いが、多次元相関決定追尾処理を行うサンプリング時刻では一時的に処理負荷が増加する可能性がある。

また、航跡候補の尤もらしさの算出では、追尾フィルタからサンプリング時刻毎に算出される航跡候補の残差、即ち航跡候補が描く目標軌道を外挿して得る予測値と観測値との差が小さい程、その航跡候補の尤度は大きくなる。但し、追尾フィルタは目標の運動を直進等に限定している。このため、図１０（ａ）に示すように、目標が途中で旋回したり速度や向きを変えたりする場合には、その残差が大きくなり、尤度が航跡の確立に必要な値まで達するのに時間がかかる。

さらに、目標信号の強度が小さい場合、検出閾値を超える確率が下がるため、図１０（ｂ）に示すように、目標の観測値が得られない探知抜けの現象が高頻度で起こる。このような場合にも、航跡候補の尤度が航跡の確立に必要な値まで達するのに時間がかかる。また、信号強度の低い目標に対する探知確率を上げるために検出閾値を下げると、受信機雑音に起因する誤警報が頻発し、相関決定処理において目標の航跡候補と誤警報とを対応付け、その結果誤った航跡が確立される可能性もある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、誤警報等の不要信号が発生する環境下で、信号強度が弱い場合でも、運動が変化する目標の航跡の確立を早期に行うことができるとともに、演算負荷を軽減させることができる多目標追尾装置を得ることを目的とする。

この発明の多目標追尾装置は、センサの観測によって得られる観測値を用いて目標航跡を確立するためのものであって、前記センサから入力された観測値を蓄積する観測値蓄積部と、前記センサからの観測値と航跡候補との２次元の相関決定により、新たな航跡候補を生成する２次元相関決定追尾処理部と、複数のサンプリング時刻に跨る観測値を用いて、３次元以上の多次元の相関決定により航跡候補を生成する多次元相関決定追尾処理部と、前記２次元相関決定追尾処理部で生成された航跡候補、及び前記多次元相関決定追尾処理部で生成された航跡候補のそれぞれについて、その確立の可否を判定する航跡確立判定部と、前記２次元相関決定追尾処理部で生成された航跡候補とその確立状況から、前記２次元相関決定追尾処理部による航跡確立の不確定領域を抽出する不確定領域判定部と、前記多次元相関決定追尾処理部に入力する観測値の次元数をサンプリング時刻毎に決定し、不確定領域における決定された次元数の観測値を前記多次元相関決定追尾処理部に入力する多次元サンプリング数制御部とを備える。

この発明の多目標追尾装置によれば、２次元相関決定追尾処理部が、全観測領域の観測値を用いて２次元相関決定追尾処理を行い、目標の有無が確定しない領域のみで、その領域で得られる観測値に対して、多次元相関決定追尾処理部が多次元相関決定追尾処理を行うので、誤警報等の不要信号が発生する環境下で、信号強度が弱い場合でも、運動が変化する目標の航跡の確立を早期に行うことができるとともに、演算負荷を軽減させることができる。

この発明の実施の形態１による多目標追尾装置を示すブロック図である。図１の多目標追尾装置による追尾開始処理を示すフローチャートである。追尾処理の際の推定値再計算の一例を説明するための説明図である。多次元相関決定のサンプリング数Ｎと関数値との推移例を示すグラフである。この発明の実施の形態２による多目標追尾装置を示すブロック図である。図５の多目標追尾装置による追尾開始処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３による多目標追尾装置を示すブロック図である。図７の多目標追尾装置による追尾開始処理を示すフローチャートである。多目標追尾における観測値と各方式による相関決定例とを説明するための説明図である。目標に対する追尾開始が困難となる例を説明するための説明図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による多目標追尾装置を示すブロック図である。
図１において、実施の形態１の多目標追尾装置１００は、センサとしてのレーダ１０から観測値の信号を受ける。また、多目標追尾装置１００は、観測値蓄積部１と、２次元相関決定追尾処理部２と、航跡確立判定部３と、不確定領域判定部４と、多次元相関決定追尾処理部５と、多次元サンプリング数制御部６とを有している。

次に、図２は、図１の多目標追尾装置１００による追尾処理を示すフローチャートである。以下では、図２のフローチャートに従って、追尾開始処理を説明する。まず、ステップＳ１の「観測値蓄積」では、レーダ１０によって観測された観測値が多目標追尾装置１００に入力され、観測値蓄積部１がそれらを記憶手段（ＲＡＭやＨＤＤ等）に記憶する。

次に、ステップＳ２の「２次元相関決定追尾処理」では、２次元相関決定追尾処理部２が既存の航跡候補と現サンプリング時刻に得られた観測値との対応付けを、従来の２次元相関決定追尾方式に従って実行する。この２次元相関決定追尾方式としては様々な方式が提案されているが、本実施の形態では、以下の２例を適用した場合について説明する。
（１）各々の既存航跡に対して、相関の度合いが最も高い探知データを割り当てるＮＮ（Nearest Neighbor)法
（２）各々の既存航跡候補に対して可能な相関全てを考慮して仮説を構成し，各々の相関の尤もらしさを基に仮説の信頼度を計算するＭＨＴ(Multiple Hypothesis Tracking)法
なお、上記の（１），（２）の各方式は、非特許文献１，２に示されており、ここでの説明を省略する。

次に、ステップＳ３の「航跡確立判定」では、航跡確立判定部３が先のステップＳ２での２次元相関決定追尾処理で導出された解に含まれる各航跡候補について、目標航跡として確立するかどうか判定する。この判定は、２次元相関決定追尾処理としてＮＮ法を用いる場合には航跡候補が尤度比によって判定し、また２次元相関決定追尾処理としてＭＨＴ法を用いる場合には航跡候補を含む仮説の信頼度の大きさによって判定する。

次に、ステップＳ４の「不確定領域判定」では、不確定領域判定部４が、観測領域の中に目標の有無が長期間不確定な領域が存在するか判定する。ここで、２次元相関決定追尾処理としてＮＮ法を用いる場合、この不確定領域は、一定時間以上、確立もせず、消されもせず残っている状態にある航跡候補のゲート内とする。この航跡候補の状態は、２次元相関決定追尾処理部２が追尾状況データとして記憶手段に記憶する。

他方、２次元相関決定追尾処理としてＭＨＴ法を利用する場合、この不確定領域は、以下のように、長時間不確定なまま存在するクラスタに該当する領域とする。ここで、クラスタとは、観測値の共有の有無に基づいて定義される同値類によって全航跡候補を分割してなる航跡候補の部分集合である。このクラスタの状態は、２次元相関決定追尾処理部２が追尾状況データとして記憶手段に記憶する。

また、クラスタが不確定であるか否かの判定は、各クラスタについて、そのクラスタが存続し続けている時間とそのクラスタ内での確立航跡の有無により行う。より具体的には、生成時からＭ_thサンプリング時刻経過し、かつ航跡が一つも確立されていないクラスタを不確定とする。この判定後、不確定の領域が存在しない場合は、１サンプリング時刻の追尾開始処理はこの時点で終了す
る。ここで、Ｍ_thは事前に設定するパラメータである。

そして、ステップＳ５では、多次元サンプリング数制御部６が、不確定領域（あるいは不確定なクラスタ）の有無を判断し、不確定領域がない場合には、図２の追尾開始処理を終了する。他方、不確定領域がある場合には、ステップＳ６へ移行する。

ステップＳ６の「過去の観測値の検索」では、多次元サンプリング数制御部６が、観測値蓄積部１に蓄積された観測値のうち、不確定領域クラスタに属しかつ現サンプリング時刻から過去Ｎサンプリング時刻に渡って得られた観測値を選別する。このＮは、最初にこのステップＳ６を実行する場合には３とする。

次に、ステップＳ７の「多次元相関決定追尾処理」では、多次元相関決定追尾処理部５が、従来の多次元相関決定方式による追尾処理を実行する。なお、この処理内容は、非特許文献３にその一例が示されている。多次元相関決定方式による追尾処理では、相関処理を行う蓄積サンプリング時刻の次元数、即ちスライディングウィンドウを構成する観測値が過去何サンプリング時刻分であるかを決定する必要がある。この次元数をＮとし、最初にこのステップＳ７を実行する場合には値を３として、最新サンプリング時刻を含む過去３サンプリング時刻分の観測値で相関決定処理を行う。この結果得られた解に含まれる航跡候補の尤度比を多次元相関決定追尾処理部５が記憶手段に記憶する。

そして、ステップＳ８では、多次元サンプリング数制御部６が、事前に設定された上限値Ｍよりも次元数Ｎが小さいかどうかを判断し、次元数Ｎが上限値Ｍよりも小さい場合には、再びステップＳ６へ移行する。他方、次元数Ｎが上限値Ｍ以上である場合には、ステップＳ９へ移行する。

次に、ステップＳ８において次元数Ｎが上限値Ｍよりも小さい場合、Ｎ＝４として、多次元サンプリング数制御部６が再びステップＳ６の「過去の観測値の検索」を行い、次に、多次元相関決定追尾処理部５がステップＳ７の「多次元相関決定追尾処理」において過去４サンプリング時刻分の観測値で相関決定処理を行う。この結果得られた相関解に含まれる航跡候補の尤度比を多次元相関決定追尾処理部５が記憶手段に記憶する。

以降、５サンプリング時刻、６サンプリング時刻とサンプリング時刻数を１つずつ増やし、Ｍサンプリング時刻に至るまで、ステップＳ６の「過去の観測値の検索」及びステップＳ７の「多次元相関決定追尾処理」を繰り返し実行し、そのたびに相関解に含まれる航跡候補の尤度を多次元相関決定追尾処理部５が記憶手段に記憶する。

次に、ステップＳ８において次元数Ｎが上限値Ｍ以上である場合、ステップＳ９の「航跡確立再判定」では、航跡確立判定部３が多次元相関決定追尾処理で導出された解に含まれる各航跡候補について、目標航跡として確立させるどうか判定する。この航跡確立判定処理は、以下の通りである。多次元相関決定追尾処理部５に入力する観測値のサンプリング時刻数Ｎを３からＭまで変えたＭ−２個の解のうち、後述する同族グループに属する航跡候補で、以下の式（１）の評価関数が最大となる時点の航跡候補を選択する。

ここで、ｐ_Dは、センサの探知確率であり、ｇ(ｚ_m,i; ｚ_m,i(-); Ｓ_m,i)は、追尾フィルタが計算した予測位置ｚ_m,i(-)を中心とし、その残差Ｓ_m,iを広がりとするガウス分布関数に観測位置ｚ_m,iを適用して得られる確率密度である。また、β_m,iは、不要信号密度である。航跡候補が目標を追尾した結果得られる航跡である場合、目標の運動が追尾フィルタで想定する運動モデルと合致する時間帯においては、Ｎが大きい程、上記の評価関数は大きな値となる。

図３に追尾処理の際の推定値再計算の一例を示す。この例では、現サンプリング時刻から過去４サンプリング時刻の間の時間帯では、目標が直進しているので、Ｎ＝４まではＮの値を増やすほど評価関数の値は大きくなる。しかし、目標の運動が追尾フィルタで想定する運動モデルと合致しない場合、評価関数の値は減少する。図３の例では、現サンプリング時刻よりも５サンプリング時刻前の時刻で、目標は旋回しているので、Ｎ＝４以降では、Ｎの値を増やすと、評価関数の値は却って減少する。

このため、ステップＳ９における航跡確立判定では、追尾している目標の実際の運動と追尾フィルタで想定する運動モデルが合致すると考えられる過去の最長の期間であるＮ_mに得られる観測値によって構成される航跡候補を用いて航跡確立判定を行う。図４に多次元相関決定のサンプリング時刻数Ｎと関数値との推移例を示す。最長の期間とはこの図４におけるＮ_mである。図３の例に適用した場合、Ｎ_m＝４となり、過去４サンプリング時刻分の観測値を用いて生成した航跡候補を用いて航跡確立判定を行う。

また、この航跡確立判定では、異なるサンプリング時刻数Ｎで得られた航跡候補を同族のグループに分けてグループ毎に評価関数が最大となる航跡候補を抽出して確立判定する。この同族のグループ分けの方法は、以下のいずれかとする。
（１）航跡候補を構成する観測値のうち、最新サンプリング時刻の観測値が一致する航跡候補を同族とする。
（２）航跡候補を構成する観測値が規定数ｍ_G以上の共通となる航跡候補を同族とする。ここで、ｍ_Gは事前に設定するパラメータである。
（３）航跡候補の最新サンプリング時刻における推定位置の差がdiff_G以内の航跡候補を同族とする。ここで、diff_Gは事前に設定するパラメータである。

同族の航跡候補の中で、最も評価関数の高い航跡候補に対して、次の式（２）に示すように、従来通りに尤度比により航跡確立判定を行う。

ここで、threshold(Ｎ_m)は、航跡が確立するための尤度比の閾値であり、航跡候補の推定値に使用した観測値のサンプリング時刻数の数Ｎ_mに応じて設定する。

この処理によって航跡候補が確立された場合、多目標追尾装置１００は、多目標確立された航跡の現時刻の位置、速度をユーザに表示する。また、多目標追尾装置１００は、この航跡が確立された目標のその後の軌跡を追うため、追尾開始処理から追尾維持処理への航跡情報を移管する。また、Ｍサンプリング時刻以上過去の観測値は、次のサンプリング時刻の処理では不要なので、多目標追尾装置１００は、追尾開始処理における最後の処理として、Ｍサンプリング時刻以上過去の観測値をこの時点で破棄する。

以上のように、実施の形態１によれば、まず全観測領域の観測値を用いて２次元相関決定追尾処理を行い、目標の有無が確定しない領域のみで、その領域で得られる観測値に対して多次元相関決定追尾処理を適用する。このため、全観測領域で多次元相関決定追尾処理を適用する場合に比べて、演算負荷を軽減させることができる。これに加えて、誤警報等の不要信号が発生する環境下で、信号強度の低い目標についても、早期に航跡を確立できる。

また、多次元相関決定追尾処理の適用において、蓄積サンプリング時刻数を変えて相関処理を行い、評価関数が大きくなるサンプリング時刻数における航跡候補の尤度を確立判定するため、目標の運動が途中で変化する場合でも、目標の航跡を早期に確立することができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による多目標追尾装置を示すブロック図である。図５において、実施の形態２の多目標追尾装置２００は、実施の形態１における多次元サンプリング数制御部６に代えて、低閾値多次元サンプリング数制御部２６を有している。他の実施の形態２の多目標追尾装置２００の構成は、実施の形態１の多目標追尾装置１００の構成と同様である。

次に、他の実施の形態２の多目標追尾装置２００による追尾開始処理について説明する。図６は、図５の多目標追尾装置２００による追尾開始処理を示すフローチャートである。ここで、実施の形態２の追尾開始処理の概要は、実施の形態１の追尾開始処理と同様であり、以下では、実施の形態１との違いを中心に説明する。

実施の形態２のステップＳ２での「２次元相関決定追尾処理」では、検出閾値として、仮検出閾値と再検出閾値との２通りの検出閾値が用いられる。いずれの閾値も固定値であるが、仮検出閾値は、全捜索領域で２次元相関決定追尾処理を適用しても処理時間が十分短くなるように、即ち誤警報の発生が少なくなるように、比較的高い値に設定する。これに対して、再検出閾値は、低い信号強度の目標でも検出できるように、仮検出閾値よりも低い値に設定する。

また、２次元相関決定追尾処理では、２次元相関決定追尾処理部２が、既存の航跡候補と現サンプリング時刻に得られた観測値との対応付けを、従来の２次元相関決定追尾方式に従って実行する。この２次元追尾処理としては、様々な方式が提案されているが、実施の形態２でも実施の形態１と同様に、ＮＮ法とＭＨＴ法との２例を適用できる。

この２次元相関決定追尾処理では、観測値蓄積部１に蓄積された最新サンプリング時刻の観測値のうち、その信号強度が仮検出閾値を超える観測値を追尾処理に用いる。これと同時に、再検出閾値を越えた観測値についても航跡毎のゲート内外判定を行い、各観測値がどの航跡のゲート内に入ったかを記憶手段に記憶する。また、２次元相関決定追尾処理においてＭＨＴを適用した場合、どの観測値がどのクラスタに属するかについても記憶手段に記憶する。なお、以降のステップＳ３，Ｓ４の動作と、ステップＳ５において不確定な領域が存在しないと判定した場合の動作とについては、実施の形態１と同様である。

次に、ステップＳ５において、不確定な領域（あるいは不確定なクラスタ）が存在すると判定した場合の動作について説明する。ステップＳ２６の「過去の低閾値観測値の検索」では、低閾値多次元サンプリング数制御部２６が、観測値蓄積部１に蓄積された観測値のうち、不確定な領域（あるいは不確定なクラスタ）に属し、かつ現サンプリング時刻から過去Ｎサンプリング時刻に渡って得られ、かつ信号強度が再検出閾値を超える観測値を選別する。このＮは、最初にこのステップを実行する場合は３とする。

そして、４サンプリング時刻、５サンプリング時刻、６サンプリング時刻とサンプリング時刻数を１つずつ増やし、Ｍサンプリング時刻に至るまで、ステップＳ１６の「過去の低閾値観測値の検索」と、ステップＳ７の「多次元相関決定追尾処理」を繰り返し実行し、そのたびに相関解に含まれる航跡候補の尤度を記憶手段に記憶する。

次に、ステップＳ９の「航跡確立再判定」では、航跡確立判定部３が、多次元相関決定追尾処理で導出された解に含まれる各航跡候補について、多次元相関決定追尾処理に入力する観測値のサンプリング時刻数Ｎを３からＭまで変えたＭ−２個の解のうち、実施の形態１で説明した同族グループに属する航跡候補で、先の式（１）に示す関数が最大となる時点の航跡候補を選択する。なお、先の式（１）のパラメータのうち、ｐ_D及びβ_m,iは、検出閾値に依存するパラメータであり、検出閾値が低い程、共に値が大きくなる。実施の形態２の追尾開始処理における他の動作は、実施の形態１と同様である。

以上のように、実施の形態２によれば、まず比較的高い仮検出閾値で得られた観測値を用いて２次元相関決定追尾処理を行い、目標の有無が確定しない領域のみで低い値の再検出閾値で得られた観測値を用いて多次元相関決定追尾処理を行う。このため、全観測領域で実施の形態１のような検出閾値を適用して得られる観測値に多次元相関決定追尾処理を適用する場合に比べて、演算負荷を軽減させることができる。

また、多次元相関決定追尾処理の適用において、蓄積サンプリング数を変えて相関処理を行い、評価関数が大きくなるサンプリング時刻数における航跡候補の尤度を確立判定するため、目標の運動が途中で変化する場合でも、目標の航跡を早期に確立することができる。さらに、多次元相関決定追尾処理に適用する観測値の検出閾値としての再検出閾値を仮検出閾値よりも低く設定するので、高い検出閾値では目標が探知抜けを頻繁に起こす場合でも、早期に目標航跡を確立することができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による多目標追尾装置を示すブロック図である。図７において、実施の形態３の多目標追尾装置３００は、実施の形態１における多次元サンプリング数制御部６に代えて、多次元サンプリング数閾値制御部３６を有している。他の実施の形態３の多目標追尾装置３００の構成は、実施の形態１の多目標追尾装置１００の構成と同様である。

次に、他の実施の形態３の多目標追尾装置３００による追尾開始処理について説明する。図８は、図７の多目標追尾装置３００による追尾開始処理を示すフローチャートである。ここで、実施の形態３の追尾開始処理の概要は、実施の形態１の追尾開始処理と同様であり、以下では、実施の形態１との違いを中心に説明する。

実施の形態３のステップＳ２での「２次元相関決定追尾処理」では、検出閾値として、仮検出閾値と、再検出閾値と、その間の多段階の検出閾値とが用いられる。いずれの閾値も固定値であるが、仮検出閾値は、全捜索領域で２次元追尾処理を適用しても処理時間が十分短くなるように、即ち誤警報の発生が少なくなるように、比較的高い値に設定する。これに対して、再検出閾値は、低い信号強度の目標でも検出できるように、仮検出閾値よりも低い値に設定する。

また、２次元相関決定追尾処理では、２次元相関決定追尾処理部２が、既存の航跡候補と現サンプリング時刻に得られた観測値との対応付けを、従来の２次元相関決定追尾方式に従って実行する。この２次元追尾処理としては、様々な方式が提案されているが、実施の形態３でも実施の形態１と同様に、ＮＮ法とＭＨＴ法との２例を適用できる。

この２次元相関決定追尾処理では、実施の形態２と同様に、観測値蓄積部１に蓄積された最新サンプリング時刻の観測値のうち、その信号強度が仮検出閾値を超える観測値を追尾処理に用いる。これと同時に、再検出閾値を越えた観測値についても航跡毎のゲート内外判定を行い、各観測値がどの航跡のゲート内に入ったかを記憶手段に記憶する。また、２次元相関決定追尾処理においてＭＨＴを適用した場合、どの観測値がどのクラスタに属するかについても記憶手段に記憶する。なお、以降のステップＳ３，Ｓ４の動作と、ステップＳ５において不確定な領域が存在しないと判定した場合の動作とについては、実施の形態１と同様である。

次に、ステップＳ５において、不確定な領域（あるいは不確定なクラスタ）が存在すると判定した場合の動作について説明する。ステップＳ３６の「過去の指定閾値観測値の検索」では、多次元サンプリング数閾値制御部３６が、観測値蓄積部１に蓄積された観測値のうち、不確定な領域（あるいは不確定なクラスタ）に属し、かつ現サンプリング時刻から過去Ｎサンプリング時刻に渡って得られ、かつ信号強度が再検出閾値を超える観測値を選別する。このＮは、最初にこのステップを実行する場合は３とする。

次に、ステップＳ３７の「多次元相関決定追尾処理」では、多次元相関決定追尾処理部５が、実施の形態１，２と同様に、従来の多次元相関決定に基づく追尾処理を実行する。多次元相関決定方式による追尾処理では、相関処理を行う蓄積サンプリング時刻の次元数、即ちスライディングウィンドウを構成する観測値が過去何サンプリング時刻分を決定する必要がある。この次元数をＮとし、最初のこのステップを実行する場合は値を３として、最新サンプリング時刻を含む過去３サンプリング時刻分の観測値で相関決定処理を行う。この結果得られた解に含まれる航跡候補の実施の形態１で説明した同族グループに属する航跡候補について、次の式（３）に示す評価関数を計算する。

次に、Ｎ＝４として、再びステップＳ３６の「過去の指定閾値観測値の検索」を行い、その後にステップＳ３７の「多次元相関決定追尾処理」において、過去４サンプリング時刻分の観測値で相関決定処理を行う。

以降では、サンプリング時刻数Ｎを１つずつ増やして、そのたびに評価関数を計算するが、サンプリング時刻数Ｎにおける評価関数の値がサンプリング時刻数Ｎ−１における評価関数が下がった場合は、サンプリング時刻数Ｎを固定したまま、検出閾値を下げていき、多次元相関決定追尾処理を行う。２次元追尾処理での検出閾値、即ち仮検出閾値をth₀とすると、この時点の検出閾値をth₁＝th₀−Δthとする。この検出閾値の下げ幅Δthは事前に設定するパラメータである。

この検出閾値によって得られたＮサンプリング時刻分の観測値に多次元相関決定追尾処理を適用し、同様に評価関数を計算する。この評価関数の値が、仮検出閾値th₀での評価関数の値よりも同等、あるいは上昇した場合には更に検出閾値をΔth下げて、検出閾値th₂＝th₁−Δthによって得られたＮサンプリング時刻分の観測値に多次元相関決定追尾処理を適用し、同様に評価関数を計算する。以降、評価関数が下がるまで検出閾値をΔth下げて、多次元サンプリング時刻数がＭに達するか、又は検出閾値が再検出閾値（下限）に達するまで、得られた観測値に対して多次元相関決定追尾処理を適用する（ステップＳ３６〜Ｓ３９）。

次に、ステップＳ４０の「航跡確立再判定」では、航跡確立判定部３が、多次元相関決定追尾処理で導出された解に含まれる各航跡候補について、ステップＳ３７で計算した同族グループに属する航跡候補で、評価関数が最大となる時点の航跡候補を選択する。選択された航跡候補に対して、次の式（４）に示すような従来の尤度比による航跡確立判定を行う。実施の形態３の追尾開始処理における他の動作は、実施の形態１と同様である。

以上のように、実施の形態３によれば、まず比較的高い仮検出閾値で得られた観測値を用いて２次元相関決定追尾処理を行い、目標の有無が確定しない領域のみで低い値の再検出閾値で得られた観測値に対して多次元相関決定追尾処理を行う。さらに検出閾値を高い値から低い値に段階的に変えて、評価関数が最大となる条件において、航跡の確立判定を行う。このため、実施の形態２のような全観測領域で低い値の再検出閾値を適用して得られる観測値に多次元相関決定追尾処理を適用する場合に比べて、処理負荷を軽減することができる。これに加えて、信号強度の低い目標についても、早期に航跡を確立することができる。

また、多次元相関決定追尾処理の適用において、サンプリング時刻数を変えて相関処理を行い、評価関数が大きくなるサンプリング時刻数における航跡候補の尤度を確立判定するため、目標の運動が途中で変化する場合でも、目標の航跡を早期に確立することができる。さらに、多次元相関決定追尾処理に適用する観測値の検出閾値を段階的に低く設定するので、高い検出閾値では目標が探知抜けを頻繁に起こす場合でも、早期に目標航跡を確立することができる。

１観測値蓄積部、２次元相関決定追尾処理部、３航跡確立判定部、４不確定領域判定部、５多次元相関決定追尾処理部、６多次元サンプリング数制御部、１０レーダ（センサ）、２６低閾値多次元サンプリング数制御部（多次元サンプリング数制御部）、３６多次元サンプリング数閾値制御部（多次元サンプリング数制御部）、１００，２００，３００多目標追尾装置。

Claims

センサの観測によって得られる観測値を用いて目標航跡を確立するための多目標追尾装置であって、
前記センサからの観測値を蓄積する観測値蓄積部と、
前記センサからの観測値と航跡候補との２次元の相関決定により、新たな航跡候補を生成する２次元相関決定追尾処理部と、
入力された複数のサンプリング時刻に跨る観測値を用いて、３次元以上の多次元の相関決定により航跡候補を生成する多次元相関決定追尾処理部と、
前記２次元相関決定追尾処理部で生成された航跡候補、及び前記多次元相関決定追尾処理部で生成された航跡候補のそれぞれについて、その確立の可否を判定する航跡確立判定部と、
前記２次元相関決定追尾処理部で生成された航跡候補とその確立状況から、前記２次元相関決定追尾処理部による航跡確立の不確定領域を抽出する不確定領域判定部と、
前記多次元相関決定追尾処理部に入力する観測値の次元数をサンプリング時刻毎に決定し、不確定領域における決定された次元数の観測値を前記多次元相関決定追尾処理部に入力する多次元サンプリング数制御部と
を備えることを特徴とする多目標追尾装置。
前記多次元サンプリング数制御部は、決定された次元数で、かつ前記２次元相関決定追尾処理部に適用した検出閾値よりも低い検出閾値での不確定領域における観測値を、前記多次元相関決定追尾処理部に入力する
ことを特徴とする請求項１記載の多目標追尾装置。
前記多次元サンプリング数制御部は、
観測値の次元数に加えて、検出閾値をさらに決定し、
決定された次元数で、かつ決定された検出閾値での不確定領域における観測値を前記多次元相関決定追尾処理部に入力する
ことを特徴とする請求項１記載の多目標追尾装置。
前記２次元相関決定追尾処理部は、複数の既存航跡のそれぞれに対して相関の度合いが最も高い探知データを割り当てるＮＮ（Nearest Neighbor）法による相関決定を行い、
前記不確定領域判定部は、前記ＮＮ法によって計算された航跡候補のゲート内で不確定領域を決定する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の多目標追尾装置。
前記２次元相関決定追尾処理部は、複数の既存航跡のそれぞれに対して可能な相関全てを考慮して仮説を構成し、各々の相関の尤もらしさを基に仮説の信頼度を計算するＭＨＴ（Multiple Hypothesis Tracking）法による相関決定を行い、
前記不確定領域判定部は、前記ＭＨＴ法によって計算されたクラスタに属する航跡候補のゲート内で、不確定領域を決定する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の多目標追尾装置。