JP5853489B2 - Target motion estimation system and method - Google Patents
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Description
本発明は、受信した電波、音波、光波等から検出した目標を追尾・追跡し、該目標の運動パラメータを推測する目標運動推測システム及び方法に関し、特に目標の速度及び該速度の時間変化を推測する目標運動推測システム及び方法に関する。 The present invention relates to a target motion estimation system and method for tracking and tracking a target detected from received radio waves, sound waves, light waves, etc., and estimating a motion parameter of the target, and in particular, estimating a target speed and a temporal change in the speed. The present invention relates to a target motion estimation system and method.
レーダー(Radar:Radio detecting and ranging)、ソーナー(Sonar:Sound navigation and ranging)、ライダー(Lidar:Light detecting and ranging)等を用いて目標を検出して追跡する方法としては、例えば特許文献1に記載されたMHT(Multiple Hypothesis Tracking:多重仮説追尾)法が知られている。また、目標の誤検出や検出漏れの頻度が低い場合は、周知のカルマンフィルタやパーティクルフィルタを用いることで、目標を検出して追跡することが可能である。 As a method for detecting and tracking a target using a radar (Radar: Radio detecting and ranging), a sonar (Sonar: Sound navigation and ranging), a rider (Lida: Light detecting and ranging), etc., for example, described in Patent Document 1 A known MHT (Multiple Hypothesis Tracking) method is known. In addition, when the frequency of false detection of a target or detection omission is low, the target can be detected and tracked by using a well-known Kalman filter or particle filter.
上記の何れの方法においても、複数回の探信で得られる目標の位置及び該位置の時間変化から該目標の速度や該速度の時間変化(加速度等)を推測できる。さらに、目標の位置だけではなく、受信した電波、音波、光波等の波の情報から求まる目標のドップラー速度を用いることで、より高精度に目標の速度や該速度の時間変化を推測できる。 In any of the above methods, it is possible to estimate the speed of the target and the temporal change (acceleration, etc.) of the target from the target position obtained by a plurality of searches and the temporal change of the position. Furthermore, by using the target Doppler velocity obtained from the wave information such as the received radio wave, sound wave, and light wave as well as the target position, the target velocity and the time change of the velocity can be estimated with higher accuracy.
上述したように、従来の方法ではカルマンフィルタやパーティクルフィルタ等の時系列フィルタを用いるため、目標の速度や該速度の時間変化を求めるためには複数回の探信が必要となる。そのため、目標の速度や加速度が大きいと、探信間隔によっては目標の速度や該速度の時間変化の推定精度が低下する可能性がある。 As described above, since the conventional method uses a time series filter such as a Kalman filter or a particle filter, multiple searches are required to obtain the target speed and the time change of the speed. For this reason, if the target speed or acceleration is large, the estimation accuracy of the target speed or temporal change of the speed may be lowered depending on the search interval.
また、カルマンフィルタやパーティクルフィルタの処理で目標のドップラー速度を利用する場合、ドップラー速度から速度ベクトルへの非線形変換において線形近似を用いることになるため、目標の速度の推定精度が大きく低下することがある。カルマンフィルタを利用するMHT法についても同様である。 In addition, when the target Doppler velocity is used in the Kalman filter or particle filter processing, the linear approximation is used in the nonlinear conversion from the Doppler velocity to the velocity vector, so that the target velocity estimation accuracy may be greatly reduced. . The same applies to the MHT method using the Kalman filter.
本発明は上述したような背景技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、各探信の度に目標の速度及び該速度の時間変化を取得できる目標運動推測システム及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the problems of the background art as described above, and provides a target motion estimation system and method capable of acquiring a target speed and a temporal change in the speed for each detection. The purpose is to do.
上記目的を達成するため本発明の目標運動推測システムは、複数のセンサを備え、該センサで得られる目標から発せられた波の時系列な変動を示す波形情報に基づき該目標の運動パラメータを推測する目標運動推測システムであって、
前記波形情報から前記目標を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記目標のドップラー速度を算出するドップラー速度算出手段と、
前記検出手段で検出された前記目標の方位を推定する方位推定手段と、
前記検出手段で検出された前記目標から波が発信された時刻を推定する発信時刻推定手段と、
未知のパラメータである前記目標の速度成分及びその時間変化成分から成る速度パラメータベクトルを生成し、前記未知のパラメータの数と同数以上の前記センサの観測データから得られるドップラー速度を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有するドップラーベクトルを生成し、前記未知のパラメータ数と同数以上の前記センサの観測データから得られる前記目標の方位及び該目標からの波の発信時刻を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有する方位行列を生成し、前記速度パラメータベクトルを前記ドップラーベクトルと前記方位行列の乗算結果で示す連立方程式を構築する方程式構築手段と、
前記連立方程式を解くことで前記速度パラメータベクトルを求め、該速度パラメータベクトルの各ベクトル成分から目標の速度成分及び該速度の時間変化成分を算出する速度パラメータ推定手段と、
前記センサの組み合わせ毎に得られる速度及び該速度の時間変化の統計値を算出し、該統計値を前記目標の真の速度成分及び真の速度の時間変化成分として出力する統計パラメータ算出手段と、
を有する。
In order to achieve the above object, a target motion estimation system according to the present invention includes a plurality of sensors, and estimates a target motion parameter based on waveform information indicating time-series fluctuations of waves generated from the target obtained by the sensors. A target motion estimation system,
Detecting means for detecting the target from the waveform information;
Doppler speed calculation means for calculating the target Doppler speed detected by the detection means;
Azimuth estimation means for estimating the azimuth of the target detected by the detection means;
Transmission time estimation means for estimating a time at which a wave was transmitted from the target detected by the detection means;
A velocity parameter vector composed of the target velocity component which is an unknown parameter and its time-varying component is generated, and the unknown parameter is obtained using Doppler velocity obtained from observation data of the sensor equal to or more than the number of the unknown parameters. Generate a Doppler vector having the same number of components as the number of parameters, and use the azimuth of the target obtained from the observation data of the sensor equal to or more than the number of unknown parameters and the wave transmission time from the target. An equation building means for generating an orientation matrix having the same number of components as the number of parameters, and constructing simultaneous equations indicating the velocity parameter vector by a multiplication result of the Doppler vector and the orientation matrix;
A speed parameter estimating means for obtaining the speed parameter vector by solving the simultaneous equations, and calculating a target speed component and a time change component of the speed from each vector component of the speed parameter vector;
A statistical parameter calculating means for calculating a speed obtained for each combination of the sensors and a statistical value of a temporal change in the speed, and outputting the statistical value as a target true speed component and a true speed temporal change component;
Have
または、複数のセンサを備え、該センサで得られる目標から発せられた波の時系列な変動を示す波形情報に基づき該目標の運動パラメータを推測する目標運動推測システムであって、
前記波形情報から前記目標を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記目標のドップラー速度を算出するドップラー速度算出手段と、
前記検出手段で検出された前記目標の方位を推定する方位推定手段と、
前記検出手段で検出された前記目標から波が発信された時刻を推定する発信時刻推定手段と、
未知のパラメータである前記目標の速度成分及びその時間変化成分から成る最適速度パラメータベクトルを生成し、前記未知のパラメータの数と同数以上の前記センサの観測データから得られるドップラー速度を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有するドップラーモーメントベクトルを生成し、前記未知のパラメータ数と同数以上の前記センサの観測データから得られる前記目標の方位及び該目標からの波の発信時刻を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有する方位モーメント行列を生成し、前記最適速度パラメータベクトルを前記ドップラーモーメントベクトルと前記方位モーメント行列の乗算結果で示す連立方程式を構築する方程式構築手段と、
前記連立方程式を解くことで前記最適速度パラメータベクトルを求め、該最適速度パラメータベクトルの各ベクトル成分から目標の速度成分及び該速度の時間変化成分を算出して出力する最適速度パラメータ推定手段と、
を有する。
Alternatively, a target motion estimation system that includes a plurality of sensors and estimates motion parameters of the target based on waveform information indicating time-series fluctuations of waves emitted from the target obtained by the sensors,
Detecting means for detecting the target from the waveform information;
Doppler speed calculation means for calculating the target Doppler speed detected by the detection means;
Azimuth estimation means for estimating the azimuth of the target detected by the detection means;
Transmission time estimation means for estimating a time at which a wave was transmitted from the target detected by the detection means;
An optimal speed parameter vector composed of the target speed component which is an unknown parameter and its time-varying component is generated, and the unknown parameter is obtained using Doppler speed obtained from observation data of the sensor equal to or more than the number of the unknown parameters. Generating a Doppler moment vector having the same number of components as the number of parameters, and using the direction of the target obtained from the observation data of the sensor equal to or more than the number of unknown parameters and the wave transmission time from the target An equation construction means for generating an azimuth moment matrix having the same number of components as the number of unknown parameters, and constructing simultaneous equations indicating the optimum velocity parameter vector by the multiplication result of the Doppler moment vector and the azimuth moment matrix;
An optimum speed parameter estimating means for obtaining the optimum speed parameter vector by solving the simultaneous equations, calculating a target speed component and a time change component of the speed from each vector component of the optimum speed parameter vector; and
Have
一方、本発明の目標運動推測方法は、複数のセンサを備え、該センサで得られる目標から発せられた波の時系列な変動を示す波形情報に基づき該目標の運動パラメータを推測するための目標運動推測方法であって、
コンピュータが、
前記波形情報から前記目標を検出し、
前記検出された前記目標のドップラー速度を算出し、
前記検出された前記目標の方位を推定し、
前記検出された前記目標から波が発信された時刻を推定し、
未知のパラメータである前記目標の速度成分及びその時間変化成分から成る速度パラメータベクトルを生成し、
前記未知のパラメータの数と同数以上の前記センサの観測データから得られるドップラー速度を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有するドップラーベクトルを生成し、
前記未知のパラメータ数と同数以上の前記センサの観測データから得られる前記目標の方位及び該目標からの波の発信時刻を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有する方位行列を生成し、
前記速度パラメータベクトルを前記ドップラーベクトルと前記方位行列の乗算結果で示す連立方程式を構築し、
前記連立方程式を解くことで前記速度パラメータベクトルを求め、該速度パラメータベクトルの各ベクトル成分から目標の速度成分及び該速度の時間変化成分を算出し、
前記センサの組み合わせ毎に得られる速度及び該速度の時間変化の統計値を算出し、該統計値を前記目標の真の速度成分及び真の速度の時間変化成分として出力する方法である。
On the other hand, the target motion estimation method of the present invention includes a plurality of sensors, and a target for estimating motion parameters of the target based on waveform information indicating time-series fluctuations of waves emitted from the target obtained by the sensors. A motion estimation method,
Computer
Detecting the target from the waveform information;
Calculating the detected Doppler velocity of the target;
Estimating the orientation of the detected target;
Estimating the time when a wave was transmitted from the detected target;
Generating a velocity parameter vector comprising the target velocity component which is an unknown parameter and its time-varying component;
Generate a Doppler vector having the same number of components as the number of unknown parameters using Doppler velocity obtained from observation data of the sensor equal to or more than the number of unknown parameters,
Generate an orientation matrix having the same number of components as the number of unknown parameters using the target orientation obtained from observation data of the sensor equal to or greater than the number of unknown parameters and the wave transmission time from the target,
Construct a simultaneous equation indicating the velocity parameter vector by the multiplication result of the Doppler vector and the orientation matrix,
The speed parameter vector is obtained by solving the simultaneous equations, a target speed component and a time change component of the speed are calculated from each vector component of the speed parameter vector,
This is a method of calculating a speed obtained for each combination of the sensors and a statistical value of the temporal change of the speed, and outputting the statistical value as a target true speed component and a true speed temporal change component.
または、複数のセンサを備え、該センサで得られる目標から発せられた波の時系列な変動を示す波形情報に基づき該目標の運動パラメータを推測するための目標運動推測方法であって、
前記波形情報から前記目標を検出し、
前記検出された前記目標のドップラー速度を算出し、
前記検出された前記目標の方位を推定し、
前記検出された前記目標から波が発信された時刻を推定し、
未知のパラメータである前記目標の速度成分及びその時間変化成分から成る最適速度パラメータベクトルを生成し、
前記未知のパラメータの数と同数以上の前記センサの観測データから得られるドップラー速度を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有するドップラーモーメントベクトルを生成し、
前記未知のパラメータ数と同数以上の前記センサの観測データから得られる前記目標の方位及び該目標からの波の発信時刻を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有する方位モーメント行列を生成し、
前記最適速度パラメータベクトルを前記ドップラーモーメントベクトルと前記方位モーメント行列の乗算結果で示す連立方程式を構築し、
前記連立方程式を解くことで前記最適速度パラメータベクトルを求め、該最適速度パラメータベクトルの各ベクトル成分から目標の速度成分及び該速度の時間変化成分を算出して出力する方法である。
Alternatively, a target motion estimation method comprising a plurality of sensors and for estimating a motion parameter of the target based on waveform information indicating time-series fluctuations of a wave emitted from the target obtained by the sensor,
Detecting the target from the waveform information;
Calculating the detected Doppler velocity of the target;
Estimating the orientation of the detected target;
Estimating the time when a wave was transmitted from the detected target;
Generating an optimal speed parameter vector composed of the target speed component which is an unknown parameter and its time-varying component;
Generate a Doppler moment vector having the same number of components as the number of unknown parameters using Doppler velocity obtained from observation data of the sensor equal to or more than the number of unknown parameters,
A azimuth moment matrix having the same number of components as the number of unknown parameters is generated using the azimuth of the target obtained from observation data of the sensor equal to or more than the number of unknown parameters and the time of wave transmission from the target. ,
Constructing simultaneous equations indicating the optimum velocity parameter vector by the multiplication result of the Doppler moment vector and the azimuth moment matrix;
In this method, the optimum speed parameter vector is obtained by solving the simultaneous equations, and a target speed component and a time change component of the speed are calculated and output from each vector component of the optimum speed parameter vector.
本発明によれば、各探信の度に目標の速度及び該速度の時間変化を取得できる。 According to the present invention, it is possible to acquire a target speed and a temporal change in the speed for each search.
次に本発明について図面を用いて説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の目標運動推測システムの一構成例を示すブロック図である。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a target motion estimation system according to the first embodiment.
図1に示すように、第1の実施の形態の目標運動推測システム1は、検出手段11、ドップラー速度算出手段12、方位推定手段13、発信時刻推定手段14、方程式構築手段15、速度パラメータ推定手段16及び統計パラメータ算出手段17を有する。
As shown in FIG. 1, the target motion estimation system 1 according to the first embodiment includes a
図1に示す目標運動推測システム1は、D/A変換器、A/D変換器、各種の論理回路を含むLSI等で実現してもよく、プログラムにしたがって処理を実行するCPUを備えた情報処理装置(コンピュータ)で実現することも可能である。目標運動推測システム1には、センサデータ入力手段4で観測された電波、音波、光波等の観測データが入力される。観測データは、目標運動推測システム1が備える検出手段11へ入力される。また、目標運動推測システム1で推測された目標の速度や該速度の時間変化は記録表示手段5へ出力され、記録表示手段5で表示される。 The target motion estimation system 1 shown in FIG. 1 may be realized by a D / A converter, an A / D converter, an LSI including various logic circuits, or the like, and is provided with a CPU that executes processing according to a program. It can also be realized by a processing device (computer). Observation data such as radio waves, sound waves and light waves observed by the sensor data input means 4 is input to the target motion estimation system 1. The observation data is input to the detection means 11 provided in the target motion estimation system 1. Further, the target speed estimated by the target motion estimation system 1 and the time change of the speed are output to the recording display means 5 and displayed on the recording display means 5.
センサデータ入力手段4は、到来する電波、音波、光波等を受信して電気信号に変換する、一つまたは複数のセンサを備えたレーダー、ソーナー、ライダー等である。センサデータ入力手段4の観測データには、目標から発せられた電波、音波、光波等の波長、振幅、位相、変調方式等が時系列に変動したデータである波形情報が含まれる。 The sensor data input means 4 is a radar, a sonar, a rider or the like provided with one or a plurality of sensors that receives incoming radio waves, sound waves, light waves, etc. and converts them into electrical signals. The observation data of the sensor data input means 4 includes waveform information that is data in which the wavelength, amplitude, phase, modulation method, etc. of radio waves, sound waves, light waves, etc. emitted from the target fluctuate in time series.
複数のセンサを備えたセンサデータ入力手段4では、一般に該複数のセンサが直線上に半波長間隔(検出波長の半波長間隔)で配置されることが多い。本実施形態では、センサデータ入力手段4が備えるセンサは、リング状、球面状、結晶格子形状と似た立体格子状等、どのよう形状で配置されていてもよい。また、各センサの感度特性や波長特性は同じであってもよく、異なっていてもよい。また、本実施形態では、電波、音波、光波等の波の送信源が1つであり、波を受信するセンサが複数となるマルチスタティック構成を想定しているが、周知の周波数分割やコード分割等を用いて各送信波どうしの干渉を避けることができれば、波の送信源は複数であってもよい。 In the sensor data input means 4 having a plurality of sensors, in general, the plurality of sensors are often arranged on a straight line at half-wavelength intervals (half-wavelength intervals of detection wavelengths). In the present embodiment, the sensor included in the sensor data input unit 4 may be arranged in any shape such as a ring shape, a spherical shape, or a three-dimensional lattice shape similar to the crystal lattice shape. Moreover, the sensitivity characteristic and wavelength characteristic of each sensor may be the same or different. In the present embodiment, a multi-static configuration is assumed in which there is one wave transmission source such as a radio wave, a sound wave, and a light wave and a plurality of sensors that receive the wave. As long as interference between the transmission waves can be avoided by using the above, a plurality of wave transmission sources may be used.
検出手段11は、センサデータ入力手段4から入力された観測データに対して追跡対象となる目標を検出するための目標検出処理を実施し、その検出結果をドップラー速度算出手段12、方位推定手段13及び発信時刻推定手段14へそれぞれ出力する。目標検出処理によって検出される目標の数は、0の場合、1の場合、あるいは複数の場合がある。検出手段11は、センサデータ入力手段4から入力された観測データに目標検出処理を直接実施してもよく、センサデータ入力手段4から入力された観測データを所定の直交関数で変換(例えば、フーリエ変換等)した後、目標検出処理を実施してもよい。
The detection means 11 performs target detection processing for detecting a target to be tracked on the observation data input from the sensor data input means 4, and the detection results are used as Doppler velocity calculation means 12 and direction estimation means 13. And the transmission time estimation means 14 respectively. The number of targets detected by the target detection process may be 0, 1 or a plurality of cases. The
検出手段11で実施する目標検出処理には、周知の目標検出方法を用いればよい。最も単純な方法としては、例えばセンサから送信された波が目標で反射され、その反射波(エコー)を受信することで目標を検出する方法がある。その場合、送信波の情報(周波数または波長)をテンプレートに用いて受信波との相関を取り、相関係数が予め設定したしきい値よりも大きい場合に目標であると判定する方法がある。また、様々な雑音環境下で目標から発信される波の情報を予め登録しておき、該登録した波の情報をテンプレートに用いて受信波との相関を取る方法、あるいは周知のニューラルネットワーク、サポートベクターマシン、アダブースト等の機械学習アルゴリズムを用いて学習することで目標から発信される波のテンプレートを作成し、該テンプレートに基づいて受信波をパターン認識することで目標が存在するか否かを判定する方法を用いてもよい。目標検出処理は、センサデータ入力手段4から観測データが入力される毎に実施してもよく、予め設定されたタイミングで定期的に実施してもよく、外部の他のセンサの出力信号やオペレータからの指示を契機にして実施してもよい。例えば、アクティブソーナーの観測データから目標検出処理を実施する場合、音波の送信時から一定期間はごく近距離の物体から反射した音波(雑音)が大きいため、目標検出処理を行わない等がある。
A well-known target detection method may be used for the target detection process performed by the
ドップラー速度算出手段12は、検出手段11で検出された、目標から発信された波、または目標で反射した波(以下、まとめて発信波と称す)の周波数または波長を測定し、予め保存された参照信号と該周波数または波長とを比較し、その変位からドップラー効果の式を用いて目標のドップラー速度を算出する。 The Doppler velocity calculation means 12 measures the frequency or wavelength of the wave transmitted from the target detected by the detection means 11 or the wave reflected from the target (hereinafter collectively referred to as a transmitted wave) and stored in advance. The reference signal is compared with the frequency or wavelength, and the target Doppler velocity is calculated from the displacement using the Doppler effect formula.
目標の発信波の周波数を求める方法としては、例えば観測データをフーリエ変換し、予め設定されたしきい値よりも大きいピーク値の周波数を、目標の発信波の周波数とする方法がある。参照信号は、アクティブレーダーやアクティブソーナーのように、センサから電波や音波等を送信する場合、その周波数や波長は既知である。一方、パッシブレーダーやパッシブソーナー等の場合、参照信号には、例えば船舶のエンジン音等、目標の特徴に対応する発信波の周波数成分のデータベースを予め用意しておけばよい。 As a method for obtaining the frequency of the target transmission wave, for example, there is a method in which the observation data is subjected to Fourier transform, and the frequency of the peak value larger than a preset threshold value is set as the frequency of the target transmission wave. The reference signal has a known frequency and wavelength when transmitting a radio wave, a sound wave, or the like from a sensor like an active radar or an active sonar. On the other hand, in the case of a passive radar, a passive sonar, or the like, the reference signal may be prepared in advance with a database of frequency components of the transmitted wave corresponding to the target characteristics, such as ship engine sound.
方位推定手段13は、検出手段11で検出された目標の方位を推定する。目標の方位を推定する方法としては、例えば様々な方位に受信ビームを形成して方位毎の波形情報を記録し、予め設定されたしきい値よりも大きいピーク値を有する方位を目標の真の方位とすればよい。また、目標の方位は、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法等の周知の方法を用いて推定してもよい。
The direction estimating means 13 estimates the target direction detected by the detecting
本実施形態では、上下方向を縦方向方位または垂直方向方位と称し、左右方向を横方向方位または水平方向方位と称する。縦方向方位は、迎角や俯角等、他にも様々な呼び方がある。横方向方位は、方位角や水平角等、他にも様々な呼び方がある。レーダーやソーナーでは、縦方向方位または横方向方位にのみ電波や音波を走査させることで所要の機能が十分に達成される場合がある。そのようなレーダーやソーナーでは、電波や音波の到来方向を単に方位あるいは目標方位等と呼ぶことがある。 In the present embodiment, the vertical direction is referred to as the vertical direction or the vertical direction, and the horizontal direction is referred to as the horizontal direction or the horizontal direction. There are various other ways to call the vertical direction, such as angle of attack and depression. There are various other ways of calling the horizontal direction, such as an azimuth angle and a horizontal angle. In a radar or sonar, a required function may be sufficiently achieved by scanning radio waves or sound waves only in the vertical direction or the horizontal direction. In such radar and sonar, the direction of arrival of radio waves and sound waves is sometimes simply referred to as azimuth or target azimuth.
発信時刻推定手段14は、目標から波が発信された時刻を推定する。アクティブレーダーやアクティブソーナーにおいては、センサと目標との位置関係、並びにセンサからの波の送信時刻、センサによる波の受信時刻及び波の伝搬速度から各センサと目標との距離が分かり、送信した波が目標で反射した時刻を推定できる。一方、パッシブレーダーやパッシブソーナーにおいては、例えば複数のセンサで検出された目標の方位が交差する位置に真の目標が存在するとみなし、該真の目標までの距離と波の伝搬速度に基づき、目標から波が発信された時刻を推定できる。 The transmission time estimation means 14 estimates the time when the wave was transmitted from the target. In an active radar or active sonar, the distance between each sensor and the target can be determined from the positional relationship between the sensor and the target, the wave transmission time from the sensor, the wave reception time by the sensor, and the wave propagation speed. Can be estimated at the time of reflection at the target. On the other hand, in passive radar and passive sonar, for example, it is assumed that a true target exists at a position where the target orientations detected by a plurality of sensors intersect, and based on the distance to the true target and the wave propagation speed, The time when a wave is transmitted can be estimated.
方程式構築手段15は、目標の速度成分及びその時間変化成分を求めるための連立方程式を構築する。 The equation constructing means 15 constructs simultaneous equations for obtaining a target velocity component and its time-varying component.
まず、3次元空間上の目標の速度成分及びその時間変化成分を求める場合を例にして方程式構築手段15の処理について説明する。この場合、目標の速度成分及びその時間変化成分はそれぞれ3つのパラメータで表される。すなわち、未知のパラメータは6であるため、方程式構築手段15は、3次元空間に配置されたN個(Nは6以上)のセンサのうち、少なくとも6つのセンサの波形情報を選択して目標の速度成分及びその時間変化成分を求める。なお、検出対象の目標は1つであり、該目標の加速度は一定とする。複数の目標が検出された場合、検出された目標毎に同様の処理を実行すればよい。 First, the processing of the equation construction means 15 will be described by taking as an example the case of obtaining a target velocity component and its time change component in a three-dimensional space. In this case, the target velocity component and its time change component are each represented by three parameters. In other words, since the unknown parameter is 6, the equation construction means 15 selects the waveform information of at least 6 sensors out of N sensors (N is 6 or more) arranged in the three-dimensional space, and sets the target parameters. The velocity component and its time change component are obtained. Note that there is one target to be detected, and the acceleration of the target is constant. When a plurality of targets are detected, the same process may be executed for each detected target.
以下では、センサの位置を原点とする水平面にx軸及びy軸を設定し、該水平面と鉛直な方向をz軸(上方向が正)とする座標系で考える。 In the following, a coordinate system is considered in which the x-axis and y-axis are set on the horizontal plane with the sensor position as the origin, and the direction perpendicular to the horizontal plane is the z-axis (upward is positive).
このとき、センサnから見た目標の方位ベクトルを図4aに示すように定義し、目標の速度ベクトルを図4bに示すように定義し、目標の加速度ベクトルを図4cに示すように定義する。すなわち、センサnから見た目標の方位ベクトルは、x軸に対する目標の角度φnと、z軸に対する目標の角度θnとを用いて表す。また、目標の速度ベクトルは、目標の速度の大きさvと、x軸に対する角度ξと、z軸に対する角度ηとを用いて表す。目標の加速度ベクトルは、目標の加速度の大きさaと、x軸に対する角度σと、z軸に対する角度ρとを用いて表す。 At this time, the target azimuth vector viewed from the sensor n is defined as shown in FIG. 4a, the target velocity vector is defined as shown in FIG. 4b, and the target acceleration vector is defined as shown in FIG. 4c. That is, the target azimuth vector viewed from the sensor n is expressed by using the target angle φn with respect to the x-axis and the target angle θn with respect to the z-axis. The target velocity vector is expressed by using a target velocity magnitude v, an angle ξ with respect to the x axis, and an angle η with respect to the z axis. The target acceleration vector is expressed by using a target acceleration magnitude a, an angle σ with respect to the x-axis, and an angle ρ with respect to the z-axis.
ここで、センサn(n=1〜6)の波形情報から得られる目標のドップラー速度をVnとすると、目標のドップラーベクトルGは、Vnをドップラーベクトル成分とする Here, when the target Doppler velocity obtained from the waveform information of the sensor n (n = 1 to 6) is Vn, the target Doppler vector G has Vn as a Doppler vector component.
また、未知のパラメータである目標の速度成分及びその時間変化成分から成る速度パラメータベクトルXは Further, a speed parameter vector X composed of a target speed component which is an unknown parameter and its time-varying component is given by
センサnに到達する波のうち、目標から発信される波の時刻(発信時刻)をtnとし、 Of the waves that reach the sensor n, the time of the wave transmitted from the target (transmission time) is t n ,
したがって、上記ドップラーベクトルG、速度パラメータベクトルX及び方位行列Fから、解くべき連立方程式は Therefore, from the Doppler vector G, the velocity parameter vector X, and the orientation matrix F, the simultaneous equations to be solved are
ところで、目標の速度の時間微分(加速度)や加速度の時間微分等、より高位の階数の速度の時間微分成分を求める場合も、上記と同様の方法を用いて解くことができる。但し、各速度の時間微分はそれぞれ3次元ベクトルで表されるため、時間微分の階数が一つ増える毎に未知のパラメータ数が3つ増加し、解くべき連立方程式の数も3つ増えることになる。 By the way, when obtaining a time differential component of a higher rank speed, such as a target speed time differential (acceleration) or acceleration time differential, it can be solved using the same method as described above. However, since the time derivative of each speed is represented by a three-dimensional vector, the number of unknown parameters increases by three each time the rank of the time derivative increases by one, and the number of simultaneous equations to be solved also increases by three. Become.
例えば、速度に対するm階の時間微分のベクトルを求める場合、ドップラーベクトルGは For example, when obtaining a vector of m-th order time derivative with respect to speed, the Doppler vector G is
速度ベクトルのm階の時間微分の大きさをam、速度ベクトルのm階の時間微分のz軸に対する角度をηm、速度ベクトルのm階の時間微分のx軸に対する角度をξmとすると、速度パラメータベクトルXは、 Assuming that the magnitude of the m-th time derivative of the velocity vector is a m , the angle of the m-th derivative of the velocity vector with respect to the z-axis is η m , and the angle of the m-th derivative of the velocity vector with respect to the x-axis is ξ m. , The speed parameter vector X is
センサnに到達した波のうち、目標から発信される波の時刻(発信時刻)をtnと定義し、速度ベクトルのm階の時間微分を Of the waves that have reached sensor n, the time of the wave that is transmitted from the target (transmission time) is defined as t n, and the mth-order time derivative of the velocity vector is
したがって、上記ドップラーベクトルG、速度パラメータベクトルX及び方位行列Fから、解くべき連立方程式は Therefore, from the Doppler vector G, the velocity parameter vector X, and the orientation matrix F, the simultaneous equations to be solved are
次に、多くのレーダーやソーナーにとって重要な方位である、水平方向に電波、音波、光波等を走査させて目標の速度や加速度を求める例を示す。ここでは、検出対象の目標は1つであり、該目標の加速度が一定の場合を例にして説明する。 Next, an example in which the target speed and acceleration are obtained by scanning radio waves, sound waves, light waves, etc. in the horizontal direction, which is an important direction for many radars and sonars. Here, the case where there is one target to be detected and the acceleration of the target is constant will be described as an example.
水平方向にのみ走査する場合、2次元空間上の目標を検出することになるため、目標の速度成分及びその時間変化成分はそれぞれ2つのパラメータで表される。すなわち、未知のパラメータは4であるため、方程式構築手段15は、2次元空間に配置されたN個(Nは4以上)のセンサのうち、少なくとも4つのセンサの波形情報を選択して連立方程式を構築する。なお、x軸の正の向きを北とし、y軸の正の向きを東とし、センサnから見た目標の速度ベクトル及び加速度ベクトルを図5のように定義する。すなわち、y軸に対するセンサnから見た目標の角度(方位)をφnとし、目標の速度ベクトルは、目標の速度の大きさvと、y軸に対する角度(方位)ξとを用いて表す。また、目標の加速度ベクトルは、目標の加速度の大きさaと、y軸に対する角度(方位)ηとを用いて表す。なお、x軸は、波の走査方向(水平方向)、すなわち予め指定された方向の軸を意味し、y軸は、該指定された軸と垂直な方向を意味する。
When scanning only in the horizontal direction, a target in a two-dimensional space is detected, so that the target velocity component and its time-varying component are each represented by two parameters. That is, since the unknown parameter is 4, the
このとき、センサnのから得られる目標のドップラー速度は、センサnに到達した波のうち、目標からの波の発信時刻をtnと定義すると、 At this time, the target Doppler velocity obtained from the sensor n is defined as t n when the wave transmission time from the target among the waves reaching the sensor n is defined as t n .
また、速度パラメータベクトルXは The speed parameter vector X is
また、 Also,
上記ドップラーベクトルG、速度パラメータベクトルX及び方位行列Fから、解くべき連立方程式は From the above Doppler vector G, velocity parameter vector X and orientation matrix F, the simultaneous equations to be solved are
このように2次元空間の場合は角度の定義に注意が必要であるが、3次元空間の場合と本質的に同じ方法で目標の速度や該速度の時間変化を求めることができる。また、目標の速度を時間微分する場合、あるいはより高い階数で時間微分する場合も同様である。 Thus, in the case of a two-dimensional space, attention must be paid to the definition of the angle. However, the target speed and the time change of the speed can be obtained by essentially the same method as in the case of the three-dimensional space. The same applies to the case where the target speed is time-differentiated or the time is differentiated with a higher rank.
次に、多くのレーダーやソーナーで目標検出に用いる重要な方位である球面座標における水平方向にのみ電波、音波、光波等を走査させて目標の速度や加速度を求める例を示す。ここでは、検出対象の目標は1つであり、該目標の加速度が一定の場合を例にして説明する。 Next, an example will be shown in which radio waves, sound waves, light waves, etc. are scanned only in the horizontal direction in spherical coordinates, which is an important orientation used for target detection by many radars and sonars, to obtain the target speed and acceleration. Here, the case where there is one target to be detected and the acceleration of the target is constant will be described as an example.
この場合も2次元空間の問題となるため、目標の速度やその時間変化を求めるには、N個(Nは4以上)のセンサのうち、4つのセンサから得られる波形情報を選択して連立方程式を構築すればよい。なお、北極点を基準に、センサnから見た目標の速度ベクトル及び加速度ベクトルを図6のように定義する。 Since this case also becomes a problem in a two-dimensional space, in order to obtain a target speed and its time change, waveform information obtained from four sensors among N sensors (N is 4 or more) is selected and set simultaneously. An equation should be constructed. Note that the target velocity vector and acceleration vector viewed from the sensor n are defined as shown in FIG.
図6において、aはセンサnを通る経線、cは目標を通る経線である。bは目標とセンサnを結ぶ大円であり、緯線ではない。φnはセンサから見た目標の方位、φn’は目標から見たセンサnと目標を結ぶ大円と経線との角度となる。 In FIG. 6, a is a meridian passing through the sensor n, and c is a meridian passing through the target. b is a great circle connecting the target and the sensor n, not a latitude line. φ n is the orientation of the target viewed from the sensor, and φ n ′ is the angle between the great circle connecting the sensor n and the target viewed from the target and the meridian.
また、目標を通る経線と目標とセンサnとを結ぶ大円との角度をθnとし、経線aと経線cの成す角をη、目標の速度ベクトルが経線cと成す角をξ、加速度ベクトルが経線cと成す角をλとする。θnついては、目標の座標とセンサの座標が分かれば球面三角における三角関数の公式を用いて容易に求めることができる。 The angle between the meridian passing through the target and the great circle connecting the target and the sensor n is θ n , the angle between the meridian a and the meridian c is η, the angle between the target velocity vector and the meridian c is ξ, the acceleration vector Is the angle formed by the meridian c. θ n can be easily obtained by using a trigonometric formula in a spherical triangle if the target coordinates and sensor coordinates are known.
この場合、センサn(n=1〜4)から得られる目標のドップラー速度Vnは、センサnに到達した波のうち、目標から発信される波の発信時刻をtnと定義すると、 In this case, if the target Doppler velocity V n obtained from the sensor n (n = 1 to 4) is defined as t n , the transmission time of the wave transmitted from the target among the waves reaching the sensor n is defined as:
式(20)は、式(13)と同じ構造であり、式(14)〜式(19)と同様に連立方程式を構築して目標の速度及び該目標の時間変化を求めることができる。 The equation (20) has the same structure as the equation (13), and the target speed and the change with time of the target can be obtained by constructing simultaneous equations as in the equations (14) to (19).
速度パラメータ推定手段16は、方程式構築手段15で構築された連立方程式を解くことで速度パラメータベクトルXを求め、速度パラメータベクトルXの各成分から目標の速度ベクトルや速度ベクトルの時間変化成分を算出する。連立方程式は、周知のガウスの消去法やLU分解法等を用いて解けばよい。 The speed parameter estimation means 16 obtains a speed parameter vector X by solving the simultaneous equations constructed by the equation construction means 15 and calculates a target speed vector and a time-varying component of the speed vector from each component of the speed parameter vector X. . The simultaneous equations may be solved using a well-known Gaussian elimination method, LU decomposition method, or the like.
統計パラメータ算出手段17は、全てのセンサの組合せから得られる目標の速度ベクトル及びその時間変化成分の平均値や中央値等の統計値を求め、該統計値を目標の真の速度ベクトル及び真の速度ベクトルの時間変化成分とする。そして、これら目標の真の速度ベクトル及び真の速度ベクトルの時間変化成分を外部の記録表示手段5に出力する。 The statistical parameter calculation means 17 obtains a statistical value such as a target velocity vector obtained from all sensor combinations and an average value or median value of its time-varying components, and calculates the statistical value as a target true velocity vector and a true value. Let it be the time-varying component of the velocity vector. Then, the target true speed vector and the time change component of the true speed vector are output to the external recording display means 5.
記録表示手段5は、例えばディスプレイを備えたコンピュータで実現される。 The recording display means 5 is realized by a computer provided with a display, for example.
本実施形態によれば、未知のパラメータである目標の速度成分及びその時間変化成分から成る速度パラメータベクトルを生成し、該未知のパラメータ数と同数以上のセンサの観測データから得られるドップラー速度を用いて未知のパラメータ数と同数の成分を有するドップラーベクトルを生成し、さらに該未知のパラメータ数と同数以上のセンサの観測データから得られる目標の方位及び該目標からの波の発信時刻を用いて未知のパラメータ数と同数の成分を有する方位行列を生成し、速度パラメータベクトルをドップラーベクトルと方位行列の乗算結果で示す連立方程式を構築する。そして、該連立方程式を解くことで、未知のパラメータである目標の速度成分及びその時間変化成分を求めることができる。そのため、各探信の度に目標の速度及び該速度の時間変化を取得できる。
(第2の実施の形態)
図2は、第2の実施の形態の目標運動推測システムの一構成例を示すブロック図である。
According to this embodiment, a velocity parameter vector composed of a target velocity component that is an unknown parameter and its time-varying component is generated, and a Doppler velocity obtained from observation data of sensors equal to or more than the number of unknown parameters is used. Generating a Doppler vector having the same number of components as the number of unknown parameters, and further using the direction of the target obtained from the sensor observation data equal to or greater than the number of unknown parameters and the time of wave transmission from the target. An azimuth matrix having the same number of components as the number of parameters is generated, and simultaneous equations indicating the velocity parameter vector as a result of multiplication of the Doppler vector and the azimuth matrix are constructed. Then, by solving the simultaneous equations, it is possible to obtain a target speed component and its time change component which are unknown parameters. Therefore, the target speed and the time change of the speed can be acquired for each search.
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the target motion estimation system according to the second embodiment.
図2に示すように、第2の実施の形態の目標運動推測システム2は、検出手段11、ドップラー速度算出手段12、方位推定手段13、発信時刻推定手段14、最適方程式構築手段25及び最適速度パラメータ推定手段26を有する。検出手段11には外部のセンサデータ入力手段4で測定された観測データが入力される。最適速度パラメータ推定手段26で算出されたパラメータは外部の記録表示手段5へ出力される。
As shown in FIG. 2, the target motion estimation system 2 according to the second embodiment includes a
センサデータ入力手段4、検出手段11、ドップラー速度算出手段12、方位推定手段13、発信時刻推定手段14及び記録表示手段5は、第1の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。 The sensor data input means 4, the detection means 11, the Doppler speed calculation means 12, the azimuth estimation means 13, the transmission time estimation means 14 and the recording display means 5 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted. .
図2に示す目標運動推測システム2は、第1の実施の形態と同様に、D/A変換器、A/D変換器、各種の論理回路を含むLSI等で実現してもよく、プログラムにしたがって処理を実行するCPUを備えた情報処理装置(コンピュータ)で実現することも可能である。 As in the first embodiment, the target motion estimation system 2 shown in FIG. 2 may be realized by a D / A converter, an A / D converter, an LSI including various logic circuits, etc. Therefore, it can be realized by an information processing apparatus (computer) including a CPU for executing processing.
以下では、図2に示す最適方程式構築手段25及び最適速度パラメータ推定手段26の処理について説明する。 Hereinafter, the processes of the optimum equation constructing means 25 and the optimum speed parameter estimating means 26 shown in FIG. 2 will be described.
本実施形態では、最も応用性が高い3次元空間における目標毎の速度及び速度のm階の時間微分まで求める例を示す。したがって、必要なセンサの波形情報の数Nは3(m+1)以上となる。座標や速度ベクトル等の設定方法は第1の実施の形態と同一とする。 In the present embodiment, an example is shown in which the speed for each target in the three-dimensional space with the highest applicability and the m-th time differential of the speed are obtained. Therefore, the required number N of sensor waveform information is 3 (m + 1) or more. The method for setting coordinates, velocity vectors, and the like is the same as in the first embodiment.
最適方程式構築手段25は、各センサの波形情報から得られるドップラー速度、発信時刻、目標方位に基づいて算出されるドップラーモーメントをベクトル成分として有するドップラーモーメントベクトルを目標毎に生成する。 Optimal equation construction means 25 generates a Doppler moment vector having a Doppler moment calculated based on the Doppler speed, transmission time, and target orientation obtained from the waveform information of each sensor as a vector component for each target.
センサnの波形情報から得られる目標のドップラー速度をVnとし、センサnに到達した目標からの波の発信時刻をtnとし、速度ベクトルのm階の時間微分に対して、式(9)と同様に The target Doppler velocity obtained from the waveform information of sensor n is Vn, the wave transmission time from the target that has reached sensor n is tn, and the m-th time differential of the velocity vector is the same as in equation (9). In
また、最適方程式構築手段25は、各センサの波形情報から得られる、目標の速度の大きさ、目標の速度の縦方向方位及び横方向方位、目標の速度の時間変化成分の大きさ、並びに目標の速度の時間変化成分の縦方向方位及び横方向方位をベクトル成分とする最適速度パラメータベクトルを生成する。あるいは、目標の速度の大きさ、予め指定された軸と垂直な方向に対する速度の方位、速度の時間変化成分の大きさ、並びに予め指定された軸と垂直な方向に対する速度の時間変化成分の方位をベクトル成分とする最適速度パラメータベクトルを生成する。 The optimum equation constructing means 25 obtains the target speed magnitude, the target speed longitudinal and lateral directions, the target speed time-varying component magnitude, and the target obtained from the waveform information of each sensor. An optimum speed parameter vector having the vertical direction azimuth and the horizontal direction azimuth of the time-varying component of the speed as vector components is generated. Alternatively, the magnitude of the target speed, the direction of the speed with respect to the direction perpendicular to the pre-specified axis, the magnitude of the time-varying component of the speed, and the direction of the time-varying component of the speed with respect to the direction perpendicular to the pre-specified axis To generate an optimum speed parameter vector.
最適速度パラメータベクトルXは、上記式(8)に一つ項が加わり、 The optimum speed parameter vector X has one term added to the above equation (8),
また、最適方程式構築手段25は、センサ毎の波形情報から得られる目標からの波の発信時刻と、目標の方位から算出される、目標の方位を成分として持つ方位モーメント行列を生成する。方位モーメント行列Fは式(21)で示した表記を用いると、 The optimum equation constructing means 25 generates an azimuth moment matrix having the target azimuth as a component calculated from the wave transmission time from the target obtained from the waveform information for each sensor and the target azimuth. For the azimuth moment matrix F, using the notation shown in equation (21),
このとき、解くべき連立方程式は At this time, the simultaneous equations to be solved are
なお、式(25)で示した連立方程式は、 Note that the simultaneous equations shown in equation (25) are
最適速度パラメータ推定手段26は、上記連立方程式において、センサデータ入力手段4の波形情報から算出できるドップラーモーメントベクトル及び方位モーメント行列から、未知パラメータである最適速度パラメータベクトルを求め、最適速度パラメータベクトルの各成分から目標の速度ベクトルや速度ベクトルの時間変化成分を算出する。 The optimum speed parameter estimation means 26 obtains an optimum speed parameter vector that is an unknown parameter from the Doppler moment vector and the azimuth moment matrix that can be calculated from the waveform information of the sensor data input means 4 in the simultaneous equations, and each optimum speed parameter vector A target speed vector and a time-varying component of the speed vector are calculated from the components.
最適速度パラメータ推定手段26は、第1の実施の形態の速度パラメータ推定手段16と同様に、ガウスの消去法やLU分解法等の周知の方法を用いて、目標の速度ベクトルや速度ベクトルの時間変化成分を算出すればよい。最適速度パラメータ推定手段26は、求めた速度ベクトルや速度ベクトルの時間変化成分を外部の記録表示手段5へ出力する。 Similar to the speed parameter estimation means 16 of the first embodiment, the optimum speed parameter estimation means 26 uses a known method such as a Gaussian elimination method or an LU decomposition method to obtain a target speed vector or time of the speed vector. What is necessary is just to calculate a change component. The optimum speed parameter estimation means 26 outputs the obtained speed vector and the time change component of the speed vector to the external recording display means 5.
本実施形態によれば、最適方程式構築手段25によりドップラーモーメントベクトルG及び方位モーメント行列Fを生成し、最適速度パラメータ推定手段26によりドップラーモーメントベクトルG及び方位モーメント行列Fから最適速度パラメータベクトルを求めるため、第1の実施の形態のように統計パラメータ算出手段17が無くても、各センサの組み合わせから得られる目標の速度成分やその時間変化成分の平均値等に相当する値が得られる。そのため、第1の実施の形態の目標運動推測システム1よりも簡単な構成で、各探信の度に目標の速度及び該速度の時間変化を取得できる。
(第3の実施の形態)
図3は、第3の実施の形態の目標運動推測システムの一構成例を示すブロック図である。
According to the present embodiment, the optimum equation construction means 25 generates the Doppler moment vector G and the azimuth moment matrix F, and the optimum speed parameter estimation means 26 obtains the optimum speed parameter vector from the Doppler moment vector G and the azimuth moment matrix F. Even if there is no statistical parameter calculation means 17 as in the first embodiment, a value corresponding to the target speed component obtained from the combination of the sensors, the average value of the time-varying component, and the like can be obtained. Therefore, with a simpler configuration than the target motion estimation system 1 of the first embodiment, it is possible to acquire the target speed and the time change of the speed for each search.
(Third embodiment)
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the target motion estimation system according to the third embodiment.
図3示すように、第3の実施の形態の目標運動推測システム3は、図1に示した第1の実施の形態の目標運動推測システム1に不良状態検出手段38を追加した構成である。図3に示す不良状態検出手段38は、図2に示した第2の実施の形態の目標運動推測システム2に追加してもよい。 As shown in FIG. 3, the target motion estimation system 3 of the third embodiment has a configuration in which a defective state detection means 38 is added to the target motion estimation system 1 of the first embodiment shown in FIG. The defective state detection means 38 shown in FIG. 3 may be added to the target motion estimation system 2 of the second embodiment shown in FIG.
図3に示す目標運動推測システム3は、第1及び第2の実施の形態と同様に、D/A変換器、A/D変換器、各種の論理回路を含むLSI等で実現してもよく、プログラムにしたがって処理を実行するCPUを備えた情報処理装置(コンピュータ)で実現してもよい。 Similar to the first and second embodiments, the target motion estimation system 3 shown in FIG. 3 may be realized by a D / A converter, an A / D converter, an LSI including various logic circuits, or the like. Alternatively, it may be realized by an information processing apparatus (computer) including a CPU that executes processing according to a program.
不良状態検出手段38は、センサデータ入力手段4から各センサの位置を取得し、複数のセンサと目標とが同一直線上に並んでいる場合、あるいは複数のセンサと目標が同一平面内にある場合に不良状態として判定し、不良状態となるセンサの波形情報を除いた連立方程式を方程式構築手段15または最適方程式構築手段25に構築させる。 The defective state detection means 38 acquires the position of each sensor from the sensor data input means 4, and when the plurality of sensors and the target are aligned on the same straight line, or when the plurality of sensors and the target are in the same plane. Then, the equation construction means 15 or the optimum equation construction means 25 is made to construct simultaneous equations excluding the waveform information of the sensor that is in a defective state.
不良状態検出手段38は、例えば各センサと目標とを直線で結び、これらの直線が平行か否かで不良状態であるか否かを判定すればよい。各直線が平行であるか否かは、予め直線どうしの角度の許容範囲を決めておき、その範囲内の角度のときは、対応する直線が平行と見なせばよい。
For example, the defective
本実施形態によれば、第1または第2の実施の形態と同様の効果に加えて、不良状態検出手段38によって目標と同一直線上に並んでいるセンサ、あるいは目標に対して同一平面内にあるセンサの波形情報を除いて、方程式構築手段15または最適方程式構築手段25に上記連立方程式を構築させるため、目標の速度及び該速度の時間変化の推定精度が向上する。
According to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first or second embodiment, the sensors that are arranged on the same straight line as the target by the defective
1,2,3 目標運動推測システム
4 センサデータ入力手段
5 記録表示手段
11 検出手段
12 ドップラー速度算出手段
13 方位推定手段
14 発信時刻推定手段
15 方程式構築手段
16 速度パラメータ推定手段
17 統計パラメータ算出手段
25 最適方程式構築手段
26 最適速度パラメータ推定手段
38 不良状態検出手段
1, 2, 3 Target motion estimation system 4 Sensor data input means 5 Record display means 11 Detection means 12 Doppler speed calculation means 13 Direction estimation means 14 Transmission time estimation means 15 Equation construction means 16 Speed parameter estimation means 17 Statistical parameter calculation means 25 Optimal equation construction means 26 Optimal speed parameter estimation means 38 Defective state detection means
Claims (6)
前記波形情報から前記目標を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記目標のドップラー速度を算出するドップラー速度算出手段と、
前記検出手段で検出された前記目標の方位を推定する方位推定手段と、
前記検出手段で検出された前記目標から波が発信された時刻を推定する発信時刻推定手段と、
未知のパラメータである前記目標の速度成分及びその時間変化成分から成る速度パラメータベクトルを生成し、前記未知のパラメータの数と同数以上の前記センサの観測データから得られるドップラー速度を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有するドップラーベクトルを生成し、前記未知のパラメータ数と同数以上の前記センサの観測データから得られる前記目標の方位及び該目標からの波の発信時刻を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有する方位行列を生成し、前記速度パラメータベクトルを前記ドップラーベクトルと前記方位行列の乗算結果で示す連立方程式を構築する方程式構築手段と、
前記連立方程式を解くことで前記速度パラメータベクトルを求め、該速度パラメータベクトルの各ベクトル成分から目標の速度成分及び該速度の時間変化成分を算出する速度パラメータ推定手段と、
前記センサの組み合わせ毎に得られる速度及び該速度の時間変化の統計値を算出し、該統計値を前記目標の真の速度成分及び真の速度の時間変化成分として出力する統計パラメータ算出手段と、
を有する目標運動推測システム。 A target motion estimation system that includes a plurality of sensors and estimates a motion parameter of a target based on waveform information indicating time-series fluctuations of a wave emitted from a target obtained by the sensor,
Detecting means for detecting the target from the waveform information;
Doppler speed calculation means for calculating the target Doppler speed detected by the detection means;
Azimuth estimation means for estimating the azimuth of the target detected by the detection means;
Transmission time estimation means for estimating a time at which a wave was transmitted from the target detected by the detection means;
A velocity parameter vector composed of the target velocity component which is an unknown parameter and its time-varying component is generated, and the unknown parameter is obtained using Doppler velocity obtained from observation data of the sensor equal to or more than the number of the unknown parameters. Generate a Doppler vector having the same number of components as the number of parameters, and use the azimuth of the target obtained from the observation data of the sensor equal to or more than the number of unknown parameters and the wave transmission time from the target. An equation building means for generating an orientation matrix having the same number of components as the number of parameters, and constructing simultaneous equations indicating the velocity parameter vector by a multiplication result of the Doppler vector and the orientation matrix;
A speed parameter estimating means for obtaining the speed parameter vector by solving the simultaneous equations, and calculating a target speed component and a time change component of the speed from each vector component of the speed parameter vector;
A statistical parameter calculating means for calculating a speed obtained for each combination of the sensors and a statistical value of a temporal change in the speed, and outputting the statistical value as a target true speed component and a true speed temporal change component;
A target motion estimation system.
前記波形情報から前記目標を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記目標のドップラー速度を算出するドップラー速度算出手段と、
前記検出手段で検出された前記目標の方位を推定する方位推定手段と、
前記検出手段で検出された前記目標から波が発信された時刻を推定する発信時刻推定手段と、
未知のパラメータである前記目標の速度成分及びその時間変化成分から成る最適速度パラメータベクトルを生成し、前記未知のパラメータの数と同数以上の前記センサの観測データから得られるドップラー速度を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有するドップラーモーメントベクトルを生成し、前記未知のパラメータ数と同数以上の前記センサの観測データから得られる前記目標の方位及び該目標からの波の発信時刻を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有する方位モーメント行列を生成し、前記最適速度パラメータベクトルを前記ドップラーモーメントベクトルと前記方位モーメント行列の乗算結果で示す連立方程式を構築する方程式構築手段と、
前記連立方程式を解くことで前記最適速度パラメータベクトルを求め、該最適速度パラメータベクトルの各ベクトル成分から目標の速度成分及び該速度の時間変化成分を算出して出力する最適速度パラメータ推定手段と、
を有する目標運動推測システム。 A target motion estimation system that includes a plurality of sensors and estimates a motion parameter of a target based on waveform information indicating time-series fluctuations of a wave emitted from a target obtained by the sensor,
Detecting means for detecting the target from the waveform information;
Doppler speed calculation means for calculating the target Doppler speed detected by the detection means;
Azimuth estimation means for estimating the azimuth of the target detected by the detection means;
Transmission time estimation means for estimating a time at which a wave was transmitted from the target detected by the detection means;
An optimal speed parameter vector composed of the target speed component which is an unknown parameter and its time-varying component is generated, and the unknown parameter is obtained using Doppler speed obtained from observation data of the sensor equal to or more than the number of the unknown parameters. Generating a Doppler moment vector having the same number of components as the number of parameters, and using the direction of the target obtained from the observation data of the sensor equal to or more than the number of unknown parameters and the wave transmission time from the target An equation construction means for generating an azimuth moment matrix having the same number of components as the number of unknown parameters, and constructing simultaneous equations indicating the optimum velocity parameter vector by the multiplication result of the Doppler moment vector and the azimuth moment matrix;
An optimum speed parameter estimating means for obtaining the optimum speed parameter vector by solving the simultaneous equations, calculating a target speed component and a time change component of the speed from each vector component of the optimum speed parameter vector; and
A target motion estimation system.
コンピュータが、
前記波形情報から前記目標を検出し、
前記検出された前記目標のドップラー速度を算出し、
前記検出された前記目標の方位を推定し、
前記検出された前記目標から波が発信された時刻を推定し、
未知のパラメータである前記目標の速度成分及びその時間変化成分から成る速度パラメータベクトルを生成し、
前記未知のパラメータの数と同数以上の前記センサの観測データから得られるドップラー速度を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有するドップラーベクトルを生成し、
前記未知のパラメータ数と同数以上の前記センサの観測データから得られる前記目標の方位及び該目標からの波の発信時刻を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有する方位行列を生成し、
前記速度パラメータベクトルを前記ドップラーベクトルと前記方位行列の乗算結果で示す連立方程式を構築し、
前記連立方程式を解くことで前記速度パラメータベクトルを求め、該速度パラメータベクトルの各ベクトル成分から目標の速度成分及び該速度の時間変化成分を算出し、
前記センサの組み合わせ毎に得られる速度及び該速度の時間変化の統計値を算出し、該統計値を前記目標の真の速度成分及び真の速度の時間変化成分として出力する目標運動推測方法。 A target motion estimation method for estimating a motion parameter of a target based on waveform information including a plurality of sensors and indicating time-series fluctuations of a wave emitted from the target obtained by the sensor,
Computer
Detecting the target from the waveform information;
Calculating the detected Doppler velocity of the target;
Estimating the orientation of the detected target;
Estimating the time when a wave was transmitted from the detected target;
Generating a velocity parameter vector comprising the target velocity component which is an unknown parameter and its time-varying component;
Generate a Doppler vector having the same number of components as the number of unknown parameters using Doppler velocity obtained from observation data of the sensor equal to or more than the number of unknown parameters,
Generate an orientation matrix having the same number of components as the number of unknown parameters using the target orientation obtained from observation data of the sensor equal to or greater than the number of unknown parameters and the wave transmission time from the target,
Construct a simultaneous equation indicating the velocity parameter vector by the multiplication result of the Doppler vector and the orientation matrix,
The speed parameter vector is obtained by solving the simultaneous equations, a target speed component and a time change component of the speed are calculated from each vector component of the speed parameter vector,
A target motion estimation method of calculating a speed obtained for each combination of the sensors and a statistical value of a temporal change in the speed, and outputting the statistical value as a true speed component of the target and a temporal change component of the true speed.
前記波形情報から前記目標を検出し、
前記検出された前記目標のドップラー速度を算出し、
前記検出された前記目標の方位を推定し、
前記検出された前記目標から波が発信された時刻を推定し、
未知のパラメータである前記目標の速度成分及びその時間変化成分から成る最適速度パラメータベクトルを生成し、
前記未知のパラメータの数と同数以上の前記センサの観測データから得られるドップラー速度を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有するドップラーモーメントベクトルを生成し、
前記未知のパラメータ数と同数以上の前記センサの観測データから得られる前記目標の方位及び該目標からの波の発信時刻を用いて前記未知のパラメータ数と同数の成分を有する方位モーメント行列を生成し、
前記最適速度パラメータベクトルを前記ドップラーモーメントベクトルと前記方位モーメント行列の乗算結果で示す連立方程式を構築し、
前記連立方程式を解くことで前記最適速度パラメータベクトルを求め、該最適速度パラメータベクトルの各ベクトル成分から目標の速度成分及び該速度の時間変化成分を算出して出力する目標運動推測方法。 A target motion estimation method for estimating a motion parameter of a target based on waveform information including a plurality of sensors and indicating time-series fluctuations of a wave emitted from the target obtained by the sensor,
Detecting the target from the waveform information;
Calculating the detected Doppler velocity of the target;
Estimating the orientation of the detected target;
Estimating the time when a wave was transmitted from the detected target;
Generating an optimal speed parameter vector composed of the target speed component which is an unknown parameter and its time-varying component;
Generate a Doppler moment vector having the same number of components as the number of unknown parameters using Doppler velocity obtained from observation data of the sensor equal to or more than the number of unknown parameters,
A azimuth moment matrix having the same number of components as the number of unknown parameters is generated using the azimuth of the target obtained from observation data of the sensor equal to or more than the number of unknown parameters and the time of wave transmission from the target. ,
Constructing simultaneous equations indicating the optimum velocity parameter vector by the multiplication result of the Doppler moment vector and the azimuth moment matrix;
A target motion estimation method for obtaining the optimum speed parameter vector by solving the simultaneous equations, calculating a target speed component and a time-varying component of the speed from each vector component of the optimum speed parameter vector, and outputting them.
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