JP6095899B2 - Target motion estimation device, target motion estimation method, and radar device - Google Patents
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Description
本発明は、電磁波の送受信により探知される船舶などの物標に関する情報に基づいて、その物標の運動を推定する物標運動推定装置に関する。 The present invention relates to a target motion estimation device that estimates motion of a target based on information about a target such as a ship detected by transmission and reception of electromagnetic waves.
以下、この発明を、レーダ装置に適用した場合について説明する。 Hereinafter, the case where this invention is applied to a radar apparatus will be described.
従来、レーダ装置を探知機器としたこの種の装置としては、例えば、船舶などとの衝突を予防することを目的とする自動衝突予防援助装置(TT:Target Tracking、あるいはARPA:Automatic Radar Plotting Aid)(以下、TTと言う。)が知られている。 Conventionally, as this type of device using a radar device as a detection device, for example, an automatic collision prevention assistance device (TT: Target Tracking or ARPA: Automatic Radar Plotting Aid) for the purpose of preventing a collision with a ship or the like. (Hereinafter referred to as TT) is known.
このTTは、図8に示すように、信号測定部101、運動推定部102、およびデータ表示部103を主体に構成されている。
As shown in FIG. 8, this TT is mainly configured by a signal measurement unit 101, a
信号測定部101は、図外のレーダ装置からの他船などの物標の観測位置に関するエコー信号、ジャイロコンパスでの自船針路に関するジャイロ信号、ログ装置からの自船速度に関するログ信号などの各信号を取り込み、これらの入力信号に基づいて物標の現時点での観測位置の情報(ここでは、物標のエコーデータ)を作成し、その情報を運動推定部102に出力する。
The signal measuring unit 101 includes an echo signal related to the observation position of a target such as another ship from a radar device (not shown), a gyro signal related to the own ship course in the gyro compass, and a log signal related to the own ship speed from the log device. Based on these input signals, information on the current observation position of the target (in this case, echo data of the target) is created, and the information is output to the
運動推定部102は、信号測定部101から順次時系列に送られてくるこれらの測定情報に基づいて、物標の運動を推定し、その推定した物標の予測位置の情報をデータ表示部103に出力する。
The
データ表示部103は、運動推定部102からの推定情報に基づいて、ターゲットである特定物標の針路や速度の推定値を、使用者にとって都合のよい表示、たとえばベクトル表示のためにグラフィックデータを作成して、これをディスプレイに表示する。
Based on the estimation information from the
ところで、信号測定部101において得られる観測位置の情報であるエコーデータには、クラッタや受信機の雑音などが含まれ、また、物標そのものからの信号にもゆらぎがあるなど、各種の外乱が含まれる。このような外乱が大きいと、運動推定部102での物標の運動の推定結果にも誤差を生じ、精度良い結果が得られない。
By the way, the echo data, which is information on the observation position obtained in the signal measuring unit 101, includes noises of clutter and receivers, and there are various disturbances such as fluctuations in the signal from the target itself. included. When such a disturbance is large, an error is also generated in the target motion estimation result in the
したがって、従来技術では、運動推定部102において、安定した推定結果が得られるように、αβトラッカやカルマンフィルタなどのデジタルフィルタを用いたり、移動平均をとったり、または、これらを組み合わせるなどして、平滑化を行って外乱の影響を低減するようにしている。
Therefore, according to the conventional technique, the
たとえば、運動推定部102がαβトラッカを含む構成とする場合には、次のような処理が行われる。図9は、位置平滑化定数をα、速度平滑化定数をβ、とする直線予測器として、レーダ装置のn回目のスキャンから次の(n+1)回目のスキャンについての物標の予測位置を求める様子を示している。すなわち、n回目のスキャンでの予測位置をXp(n)、観測位置をXo(n)とすると、追尾誤差Xop(n)は、
Xop(n)=Xo(n)−Xp(n)
である。平滑化された位置(推定位置)Xs(n)と平滑化された速度(推定速度)Vs(n)は、
Xs(n)=Xp(n)+α・Xop(n)
Vs(n)=Vs(n−1)+β・Xop(n)/T
となる。ここで、Tはサンプル周期である。このことより、(n+1)回目のスキャンでの予測位置Xp(n+1)は、
Xp(n+1)=Xs(n)+Vs(n)・T
で求められる。α=0は予測位置を、α=1は観測位置を推定位置とするわけで、αが小さいほど、平滑処理は強くなることを意味している。実際には、追尾目標とは無関係なエコーも入力されるため、予測位置情報と実際に入力される観測位置データとの差異の許容範囲、および多重相関の危険性を考慮したゲートがスキャン間隔毎に設定される。
For example, when the
X op (n) = X o (n) −X p (n)
It is. The smoothed position (estimated position) X s (n) and the smoothed speed (estimated speed) V s (n) are:
X s (n) = X p (n) + α · X op (n)
V s (n) = V s (n−1) + β · X op (n) / T
It becomes. Here, T is a sample period. From this, the predicted position X p (n + 1) in the (n + 1) -th scan is
X p (n + 1) = X s (n) + V s (n) · T
Is required. α = 0 is the predicted position, and α = 1 is the observed position. The smaller α is, the stronger the smoothing process is. In practice, echoes that are not related to the tracking target are also input, so a gate that takes into account the allowable range of difference between the predicted position information and the actually input observation position data and the risk of multiple correlations is set at each scan interval. Set to
前述のような構成においては、ゲートによりゲート外の無関係なエコーは除外でき、ノイズを軽減できるものの、ゲート内の観測位置情報に誤差が含まれる場合には誤差を含んだ観測位置情報に基づいて推定位置および推定速度を決定しているため、スキャンごとの推定位置および推定速度に誤差が生じる。これにより、ターゲットである船舶などの特定物標が急に旋回した場合(急変針)や急に速度を変えた場合(急変速)に、推定位置が実際の位置から大きくずれ、推定速度に変化に応じてフィルタ係数を変化させる処理をしても、それは実際の特定物標の動作に追従できていないことがある。その結果、すれちがった物標や、付近にある物標のエコーに追尾対象が乗り移る現象(乗移り)や、追尾していた物標を見失う現象(ロスト)を引き起こすことがあった。 In the configuration as described above, the irrelevant echo outside the gate can be excluded by the gate, and noise can be reduced. However, if the observation position information in the gate contains an error, it is based on the observation position information including the error. Since the estimated position and estimated speed are determined, an error occurs in the estimated position and estimated speed for each scan. As a result, the estimated position deviates significantly from the actual position and changes to the estimated speed when a specific target such as a target ship suddenly turns (rapid change of needle) or suddenly changes speed (rapid shift). Even if the filter coefficient is changed according to the frequency, it may not be able to follow the action of the actual specific target. As a result, there are cases in which the tracking target changes to a passing target, the echo of a target in the vicinity (transfer), or a phenomenon that the target being tracked is lost (lost).
それら問題を解決するために、フィルタ係数を軽くする(αおよびβを大きくする)と、急変針や急変速に対応することができても、追尾している物標のベクトルがふらつき、急変針・急変速がない通常時において使用者にとって、かえって見辛くなるという問題点があった。 To solve these problems, if the filter coefficient is lightened (α and β are increased), the target vector being tracked will fluctuate even if it is possible to cope with sudden change or sudden change of speed. -There was a problem that it was difficult for the user to see at normal times when there was no sudden shift.
本発明は、かかる問題点を鑑みてなされたものであり、従来よりも乗移りやロストを低減し、高い精度で物標の追尾をする物標運動推定装置である。 The present invention has been made in view of such a problem, and is a target motion estimation apparatus that reduces transfer and lost as compared with the prior art and tracks a target with high accuracy.
本発明の一つの観点によれば、送信した電磁波が物標で反射することで得られるエコー信号を取得するエコー信号取得部と、電磁波送信源からの距離が略等しく方位が異なる、特定物標からの2以上のエコー信号間の位相変化情報を取得する位相変化情報取得部と、前記エコー信号取得部で取得したエコー信号に基づいて、前記特定物標の観測位置を取得する物標情報取得部と、前記位相変化情報取得部で得られた位相変化情報と、前記物標位置情報取得部で得られた観測位置情報とを用いて、次回スキャンで得られる前記特定物標の予想観測位置である予測位置を算出する予測部と、を備える、物標運動推定装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, an echo signal acquisition unit that acquires an echo signal obtained by reflecting a transmitted electromagnetic wave on a target, and a specific target having a substantially equal distance from the electromagnetic wave transmission source and different directions. Phase change information acquisition unit for acquiring phase change information between two or more echo signals from the target, and target information acquisition for acquiring an observation position of the specific target based on the echo signal acquired by the echo signal acquisition unit , The phase change information obtained by the phase change information acquisition unit, and the observation position information obtained by the target position information acquisition unit, the predicted observation position of the specific target obtained in the next scan There is provided a target motion estimation device including a prediction unit that calculates a predicted position.
本発明の別の観点によれば、送信した電磁波が物標で反射することで得られるエコー信号を取得し、電磁波送信源からの距離が略等しく方位が異なる、特定物標からの2以上のエコー信号間の位相変化情報を取得し、前記エコー信号に基づいて、前記特定物標の観測位置を取得し、前記位相変化情報と、前記観測位置情報とを用いて、次回スキャンで得られる前記特定物標の予想観測位置である予測位置を算出することを特徴とする物標運動推定方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, an echo signal obtained by reflecting a transmitted electromagnetic wave on a target is acquired, and the distance from the electromagnetic wave transmission source is approximately the same and has different azimuths. Obtaining phase change information between echo signals, obtaining an observation position of the specific target based on the echo signal, and using the phase change information and the observation position information, obtained in the next scan A target motion estimation method is provided that calculates a predicted position that is an expected observation position of a specific target.
本発明の更に別の観点によれば、アンテナと、前記アンテナを介して送信した電磁波が物標で反射することで得られるエコー信号を取得するエコー信号取得部と、電磁波送信源からの距離が略等しく方位が異なる、特定物標からの2以上のエコー信号間の位相変化情報を取得する位相変化情報取得部と、前記エコー信号取得部で取得したエコー信号に基づいて、前記特定物標の観測位置を取得する物標情報取得部と、前記位相変化情報取得部で得られた位相変化情報と、前記物標位置情報取得部で得られた観測位置情報とを用いて、次回スキャンで得られる前記特定物標の予想観測位置である予測位置を算出する予測部と、前記エコー信号に基づいた周囲の情報を表示する表示器と、を備えるレーダ装置が提供される。 According to still another aspect of the present invention, an antenna, an echo signal acquisition unit that acquires an echo signal obtained by reflecting an electromagnetic wave transmitted through the antenna by a target, and a distance from the electromagnetic wave transmission source are A phase change information acquisition unit that acquires phase change information between two or more echo signals from a specific target that is substantially the same and different in direction, and based on the echo signal acquired by the echo signal acquisition unit, Using the target information acquisition unit that acquires the observation position, the phase change information obtained by the phase change information acquisition unit, and the observation position information obtained by the target position information acquisition unit, it is obtained in the next scan. There is provided a radar apparatus comprising: a prediction unit that calculates a predicted position that is an expected observation position of the specific target; and a display that displays surrounding information based on the echo signal.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(実施の形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
はじめに、図1を参照して、本実施形態のレーダ装置10の全体構成について説明する。なお、本実施形態は、船舶用レーダ装置のTT機能として説明するが、本発明の物標運動推定装置の用途がTT機能に限られるものではない。 First, an overall configuration of the radar apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In addition, although this embodiment demonstrates as a TT function of the radar apparatus for ships, the use of the target motion estimation apparatus of this invention is not restricted to a TT function.
レーダ装置10は、図1に示すように、レーダアンテナ1、送受信部2、A/D変換部3、物標情報取得部4、位相変化情報取得部6、自船情報取得部7、予測部8、表示機9を備える。
As shown in FIG. 1, the radar apparatus 10 includes a
レーダアンテナ1は、所定の回転周期で同一平面内を回転しており、送受信部2はレーダアンテナ1を介して電磁波信号の送受信を繰り返し行うように構成されている。ここで、送受信部2が電磁波信号を送信してからエコー信号が返ってくるまでにかかる時間は、レーダアンテナ1を中心とした極座標で取得することができる。ここで、レーダアンテナ1が同一平面内を1回転する間に行う一連の動作を「スキャン」という。
The
送受信部2は、レーダアンテナ1を介して、指向性をもった信号(パルス状電波)を放射可能であるとともに、自装置周辺にある物標からのエコー信号を受信するように構成されている。なお、送受信部2は回転式アンテナを介するものに限られない。例えば、アンテナを固定した状態でビームを振ることが可能なシステム(フェイズドアレイレーダ)などで構成されていてもよい。この場合には、探知可能な所定の領域全てを探知する間に行う一連の動作を「スキャン」という。
The transmission /
ここで、送受信部2は、物標からのエコー信号以外にも海面反射など不要なエコー信号や干渉信号などを受信する。そこで、送受信部2が受信した物標からのエコー信号、海面反射などからの不要エコー信号、および干渉信号などは、「受信信号」と総称する。なお、受信信号にはホワイトノイズも含まれる。
Here, the transmission /
また、送受信部2は、受信信号の振幅および位相の情報を取得するために、直行検波(IQ位相検波)を行う。直行検波を行うことにより、I信号とQ信号からなる複素信号を得ることができる。ここで、直行検波について図2を参照して説明する。
Further, the transmission /
レーダアンテナ1から送信する電磁波信号の搬送波は、周波数f0のコサイン波であるとする。この場合、電磁波信号を送信してからの時間をt、送受信部2に入力される受信信号の振幅をX(t)とすると、受信信号S(t)は(数1)で表現することができる。ここで、φ(t)は、電磁波信号の搬送波に対する、受信信号の搬送波の位相である。(以下、位相)
A/D変換部3は、送受信部2から出力されたアナログ信号のI信号およびQ信号を複数ビットのデジタル信号(IQ受信データ)に変換して、ターゲット候補検出部41および位相変化情報取得部6に出力する。なお、上記のように送受信部2でアナログ信号のI信号及びQ信号を生成したあとに、A/D変換部3でデジタル変換する方式のほか、送受信部2で受信信号をサンプリングすることでデジタル信号のI信号およびQ信号を直接生成してもよい。この場合は、A/D変換部3を省略することができる。
The A / D conversion unit 3 converts the analog I signal and Q signal output from the transmission /
物標情報取得部4は、受信信号のうち、船舶などの物標、ブイなどの反射物からのエコー信号の中から、特定の物標のエコー信号を選別し、エコー信号に基づいたその特定物標の情報を出力する。物標情報取得部4は、ターゲット候補検出部41とターゲット選別部42を備える。
The target information acquisition unit 4 selects an echo signal of a specific target from among the received signals, a target such as a ship, and an echo signal from a reflective object such as a buoy, and specifies the echo signal based on the echo signal. Outputs target information. The target information acquisition unit 4 includes a target
ターゲット候補検出部41は、受信信号のうち、船舶などの物標、ブイなどの反射物からのエコー信号を検出し、反射物の位置、大きさ、および速度などの情報を生成する。このとき、反射物からのエコー信号の検出方法は、受信信号の閾値処理、形や大きさによる検出など、その方法は問わない。
The target
ターゲット選別部42は、ターゲット候補検出部41が今回スキャンで検出した複数の反射物の中から、予測部8で前回スキャンにおいて追尾・捕捉した特定物標を選別する。具体的には、位置、大きさ、又は速度などのスキャン毎の相関値に基づいて追尾・捕捉している物標を選別する。
The target sorting unit 42 sorts the specific target tracked and captured in the previous scan by the prediction unit 8 from the plurality of reflectors detected by the target
位相変化情報取得部6は、受信信号の位相変化量に基づいた位相変化情報を予測部8に出力する。位相変化情報取得部6は、図3に示すように、スイープメモリ61、位相変化量算出部62、および速度演算部63を備える。
The phase change
スイープメモリ61は、いわゆるバッファであり、必要なスイープ数のIQ受信データをリアルタイムで記憶する。ここで「スイープ」とは、電磁波信号を送信してから次の電磁波信号を送信するまでの一連の動作をいう。 The sweep memory 61 is a so-called buffer, and stores IQ reception data of a necessary number of sweeps in real time. Here, “sweep” refers to a series of operations from transmission of an electromagnetic wave signal to transmission of the next electromagnetic wave signal.
位相変化量算出部62は、受信信号のうち、レーダアンテナ1からの距離が略等しく方位が異なる2点間の位相変化量を算出する。
The phase change
速度演算部63は、位相変化量算出部62が算出した位相変化量に基づいて、物標など反射物の相対速度の距離方向成分(以下、ドップラ速度と言う。)を算出し、その算出結果と自船情報取得部7から入力された自船情報とに基づいて物標など反射物の絶対速度の距離方向成分を算出することができる。
Based on the phase change amount calculated by the phase change
ここで、位相変化量とドップラ速度の具体的な算出方法について説明する。ドップラ情報を利用した速度測定の原理にパルスペア法がある。以下、パルスペア法について説明する。送信信号を、周波数f0、波長λ、時間幅τの正弦波パルスとし、「アンテナに対する反射物の相対速度ベクトル」のビーム方向をvとする。以下では、vを単に「速度」とし、「アンテナと反射物が接近する向き」を「vの正の向き」とする。このとき、スイープ間での位相変化量に基づいて速度vを測定する場合、送信繰返し間隔をT(=1/PRF)で表わすと、反射物がアンテナに接近する際に、両者の距離は1スイープ間にvTだけ短くなる。すなわち、アンテナから反射物までの往復伝播時間はΔt=2vT/cだけ短くなる(c;光速)。したがって、各スイープで「送信開始後に同一時間だけ経過した時刻」でサンプリングされた複素エンベロープ信号(以下「複素データ」)の系列に注目すると、隣接するスイープ間での複素データの位相変化量Δφは次式で表わされる。
位相変化量Δφの絶対値がπより小さいときは、隣接するスイープ間での複素データの位相差(=偏角の差)δφ(―π≦δφ≦π)と位相変化量Δφの値が一致する。一方、位相変化量の絶対値がπ以上の値をとるときは、Δφとδφは一致せず、両者の差は2πの整数倍となり、速度の折り返しが発生する。速度の折り返しが発生すると、正確な速度を得ることができない。これは、前述のように、送信周波数をPRFとしたときに測定可能なドップラ周波数fdmaxが、
本発明では、速度ではなく速度変化量に基づいて物標の運動推定を行っているため、上記のような速度の折り返しの影響を受ける可能性は少ないが、速度が折り返し速度付近のターゲットについては、影響を受けることが考えられる。この場合、物標の位置変化による速度変化量によりドップラ速度に折り返しが発生しているかを判断し、折り返していると判断される場合は、それを考慮して速度変化量を求めることができる。 In the present invention, since the motion of the target is estimated based on the speed change amount instead of the speed, there is little possibility of being affected by the speed return as described above. , May be affected. In this case, it is determined whether or not the Doppler speed is turned back based on the speed change amount due to the change in the position of the target. When it is determined that the Doppler speed is turned back, the speed change amount can be obtained in consideration thereof.
しかしながら、前述のパルスペア法では、(数6)(数7)により、位相変化量およびドップラ速度を求めることはできるが、実際に観測される位相には雑音が含まれるため、本実施形態ではパルスペア法を基に改良された自己相関法を用いてドップラ速度を算出している。
ここで、本実施例での自己相関法を用いた位相変化量およびドップラ速度の算出方法について説明する。
However, in the above-described pulse pair method, the phase change amount and the Doppler velocity can be obtained from (Equation 6) and (Equation 7), but noise is included in the actually observed phase. The Doppler velocity is calculated by using an autocorrelation method improved based on this method.
Here, a method of calculating the phase change amount and the Doppler velocity using the autocorrelation method in this embodiment will be described.
本実施形態では、A/D変換部3によってデジタル変換された受信信号およびスイープメモリ61に記憶している受信信号に自己相関法を適用して位相変化量を算出する。仮に位相変化量がΔθのエコーがある時を想定する。この物標の距離に対応する距離番号をn0として、この物標からのエコーが受信される最初の方位の方位番号をk0とする。このとき、レーダアンテナ1からの距離が略等しい点から受信した近接するM個の受信データを、それぞれS[k0,n0]、S[k0+1,n0]、S[k0+2,n0]、・・・、S[k0+M−1,n0]と表わすことができる。そして、受信データz[m]を(数12)で表すことができる。
また、位相変化量に基づいて相対速度を以下のように算出することが出来る。レーダアンテナ1から物標までの往復伝播距離は、物標が相対速度vで接近するとき、送信周期Tの間に2vTだけ小さくなる。したがって、搬送波の周波数をf0、光速をcとすると、受信データz[m+1]の位相は、受信データz[m]の位相に対して、次式で表わされる1スイープあたりの位相変化量Δθだけ大きくなる。
以上のような手法で、レーダアンテナ1から距離が略等しく方位の異なる複数の受信信号の位相変化量に基づいて、自装置と物標との相対速度の距離方向成分を算出することができる。
The distance direction component of the relative speed between the own apparatus and the target can be calculated based on the amount of phase change of a plurality of received signals having substantially the same distance from the
自船情報取得部7は、自船速情報および方位情報を含む自船情報を位相変化情報取得部6に入力する。自船が大地に対して移動している場合、上記手法で得られる物標の速度は自船に対する相対速度の距離方向成分となる。したがって、得られた相対速度に対して自船情報を用いて補正を行うことで、物標の絶対速度の距離方向成分を得ることができる。自船情報は、GPSなどから得た情報や、大地に対する自船の速度(対地速度)、船首方位および針路方位に基づいた情報など、取得手段は問わない。物標の絶対速度の距離方向成分を算出することで、物標の急変針や急変速に対してより高い精度で追尾・捕捉をすることができる。なお、本実施形態では、絶対速度を算出する構成としているが、相対速度のまま処理を行ってもよい。(以降、上記手法で算出された特定物標の相対速度および絶対速度、の距離方向成分をドップラ速度と総称する。)
The own ship information acquisition unit 7 inputs own ship information including own ship speed information and direction information to the phase change
つづいて、予測部8は、前回スキャンで算出された特定物標の予測位置と、今回スキャンで得られた特定物標の観測位置と、スキャン毎の特定物標のドップラ速度の変化量と、に基づいて特定物標の推定位置を算出する推定位置算出手段と、前回スキャンで算出された特定物標の推定速度と、前回スキャンで算出された特定物標の予測位置から今回スキャンで得られた特定物標の観測位置への移動速度と、スキャン毎の特定物標のドップラ速度の変化量と、に基づいて特定物標の推定速度を算出する推定速度算出手段とを備え、推定位置と推定速度から、次回スキャンで得られる特定物標の観測位置の予測である予測位置を算出する。このような処理を繰り返すことで特定物標の追尾・捕捉を行う。なお、本実施例では、推定位置算出手段と推定速度算出手段の両方を備えた、最も効果的な実施方法について記載するが、いずれか一方の手段と従来技術を組み合わせた構成であってもよい。 Subsequently, the prediction unit 8 predicts the specific target calculated in the previous scan, the observation position of the specific target obtained in the current scan, the amount of change in the Doppler velocity of the specific target for each scan, Based on the estimated position calculation means that calculates the estimated position of the specific target, the estimated speed of the specific target calculated in the previous scan, and the predicted position of the specific target calculated in the previous scan. An estimated speed calculating means for calculating an estimated speed of the specific target based on the moving speed of the specific target to the observation position and the amount of change in the Doppler speed of the specific target for each scan, and the estimated position and From the estimated speed, a predicted position, which is a prediction of the observation position of the specific target obtained in the next scan, is calculated. The specific target is tracked and captured by repeating such processing. In the present embodiment, the most effective implementation method including both the estimated position calculation means and the estimated speed calculation means will be described, but a configuration in which any one of the means and the prior art may be combined may be used. .
予測部8は、図4に示すように、運動推定部81、推定係数決定部82、およびメモリ83を備える。
As illustrated in FIG. 4, the prediction unit 8 includes a
運動推定部81は、前述の推定位置算出手段と推定速度算出手段を備えており、いずれも安定した推定結果が得られるようにαβトラッカやカルマンフィルタなどのデジタルフィルタを用いている。具体的な処理については後段で説明する。
The
推定係数決定部82は、位相変化情報取得部6が算出した今回スキャンでの特定物標のドップラ速度と、前回スキャンでのドップラ速度とを比較して、運動推定部81でのフィルタ処理に用いられる係数kを出力する。
The estimation
メモリ83は、推定係数決定部82でスキャン毎に、今回スキャンでの特定物標のドップラ速度と比較する対象である前回スキャンでのドップラ速度の情報を記憶する。
The
ここで、本実施例における運動推定部81の具体的な運動推定方法について説明する。図5は、レーダ装置のn回目スキャンから次の(n+1)回目のスキャンについての特定物標の予測位置を求める様子を示している。いま、予測部で得られるn回目のスキャンでの予測位置をXp(n)、観測位置をXo(n)、(n+1)回目のスキャンでの予測位置をXp(n+1)とすると、このn回目の予測位置Xp(n)と観測位置Xo(n)とから現在の推定位置Xs(n)を算出する。また、(n―1)回目のスキャンでの推定速度をVs(n−1)と,n回目の予測位置Xp(n),観測位置Xo(n)とから、現在の推定速度Vs(n)を算出する。具体的な算出方法は次式で表わされる。
このようにして算出した推定位置Xs(n)とVs(n)とを用いて次の式
前述の処理の繰り返しを行うことで、ターゲットである特定物標の追尾・捕捉を従来よりも高い精度で行うことができる。 By repeating the above-described processing, it is possible to track and capture a specific target as a target with higher accuracy than in the past.
以上のように、スキャン毎の位相変化情報(ドップラ速度)に基づいてフィルタ係数を変更して推定位置および推定速度を算出する構成を取ることで、ドップラ速度は特定物標の瞬時速度を反映しているので、より追尾誤差を小さくすることができ、従来よりも高い精度で物標の追尾・捕捉をすることができる。 As described above, the Doppler speed reflects the instantaneous speed of a specific target by changing the filter coefficient based on the phase change information (Doppler speed) for each scan and calculating the estimated position and estimated speed. Therefore, the tracking error can be further reduced, and the target can be tracked and captured with higher accuracy than in the past.
(実施の形態2)
本実施例では、予測部を除く構成、その構成の機能・理論は同一であるので割愛する。
本実施例における予測部8では、観測時間毎のドップラ速度の変化量ΔVdd(n)rと、前回スキャンで算出された特定物標の予測位置から今回スキャンで得られる特定物標の観測位置までの移動速度(速度変化量)との比較に基づいてフィルタ係数を変更し、物標の運動を推定することで物標の追尾・捕捉を行う。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the configuration excluding the prediction unit and the function / theory of the configuration are the same, and are omitted.
In the prediction unit 8 according to the present embodiment, the Doppler velocity change amount ΔV dd (n) r for each observation time and the observation position of the specific target obtained in the current scan from the prediction position of the specific target calculated in the previous scan. The target is tracked / captured by changing the filter coefficient based on the comparison with the moving speed (speed change amount) up to and estimating the movement of the target.
予測部8は、図6に示すように、運動推定部801、推定係数決定部802、およびメモリ803を備える。
As illustrated in FIG. 6, the prediction unit 8 includes a
運動推定部801は、前述の推定位置算出手段と推定速度算出手段を備えており、いずれも安定した推定結果が得られるようにαβトラッカやカルマンフィルタなどのデジタルフィルタを用いている。具体的な処理については後段で説明する。
The
推定係数決定部802は、運動推定部801が前回スキャンで算出した特定物標の予測位置から、物標情報取得部が取得する今回スキャンで得られる特定物標の観測位置までの移動速度(速度変化量)を算出し、当該移動速度と、位相変化情報取得部6が算出したドップラ速度の観測時間毎の変化量ΔVdd(n)r(ΔVds(n)r)とを比較して、比較に基づいて、運動推定部801でのフィルタ処理に用いられる係数mを出力する。
The estimation
メモリ803は、推定係数決定部802でスキャン毎に、今回スキャンでの特定物標のドップラ速度と比較する対象である前回スキャンでのドップラ速度の情報を記憶する。
The
ここで、本実施例における運動推定部81の具体的な運動推定方法について説明する。図7は、レーダ装置のn回目スキャンから次の(n+1)回目のスキャンについての特定物標の予測位置を求める様子を示している。
Here, a specific motion estimation method of the
いま、予測部で得られるn回目のスキャンでの予測位置をXp(n)、観測位置をXo(n)、(n+1)回目のスキャンでの予測位置をXp(n+1)とすると、このn回目の予測位置Xp(n)と観測位置Xo(n)とから現在の推定位置Xs(n)を算出する。また、(n―1)回目のスキャンでの推定速度をVs(n−1)と,n回目の予測位置Xp(n),観測位置Xo(n)とから、現在の推定速度Vs(n)を算出する。具体的な算出方法は次式で表わされる。
予測位置Xp(n)は、物標が等速度運動をしているとして、過去の推定位置と推定速度から求めている。したがって、予測位置Xp(n)と観測位置Xo(n)との差は、等速度運動からのずれにより生じた位置変化を表わしていると考えられる。すなわち、その位置変化の時間微分は前回(n−1)から今回(n)での速度変化量ΔVop(n)rと言える。 The predicted position X p (n) is obtained from the past estimated position and estimated speed, assuming that the target is moving at a constant velocity. Therefore, it is considered that the difference between the predicted position X p (n) and the observed position X o (n) represents a position change caused by the deviation from the uniform velocity motion. That is, the time differentiation of the position change can be said to be the speed change amount ΔV op (n) r from the previous (n−1) to the current (n).
ここで、例えば、ΔVop(n)rとΔVdd(n)rについて、符号が同じ場合にはmを大きくし、符号が異なる場合にはm=0とする。具体的には、例えば、tを変化率、uをオフセット量として、m=t・(ΔVop(n)r−ΔVdd(n)r)+u、(α≦α+m≦1(または予め決めた1以下の上限値))のように定める。これによって、ドップラ速度に変化があるときは、ターゲットである特定物標の速度が変化したことを意味し、追従した運動推定を行うためにフィルタの係数をより軽い(α、βを大きくする)ものにし、追従することが可能である。 Here, for example, for ΔV op (n) r and ΔV dd (n) r , m is increased when the signs are the same, and m = 0 is set when the signs are different. Specifically, for example, m = t · (ΔV op (n) r −ΔV dd (n) r ) + u, (α ≦ α + m ≦ 1 (or predetermined value), where t is a change rate and u is an offset amount. The upper limit value is 1 or less)). As a result, when there is a change in the Doppler velocity, it means that the velocity of the target that is the target has changed, and the filter coefficients are lighter to increase the following motion estimation (increase α and β) It is possible to follow and follow.
このようにして算出した推定位置Xs(n)とVs(n)とを(数21)に適用することで(n+1)回目のスキャンでのターゲットである特定物標の予測位置が算出される。
前述の処理の繰り返しを行うことで、ターゲットである特定物標の追尾・捕捉を従来よりも高い精度で行うことができる。
By applying the estimated position X s (n) and V s (n) calculated in this way to (Expression 21), the predicted position of the specific target that is the target in the (n + 1) th scan is calculated. The
By repeating the above-described processing, it is possible to track and capture a specific target as a target with higher accuracy than in the past.
実施の形態1では、ΔVdd(n)rのみによって、速度変化を検知しているため、ΔVdd(n)rに誤差がある場合は誤った修正をする可能性がある。これに対して本実施例では、ΔVop(n)rとΔVdd(n)rから修正量を決めているため、誤った修正をする可能性が実施の形態1よりも低い。
なお、ここでは観測時間毎の予測位置から観測位置への送度変化量ΔVop(n)rとドップラ速度の変化量ΔVdd(n)rとしているが、ΔVdd(n)rの代わりに、n回目スキャンのドップラ速度Vd(n)rと(n−1)回目スキャンの推定速度Vs(n)rとの差ΔVds(n)rとして、同様の処理をしてもよい。
In the first embodiment, only by ΔV dd (n) r, because it senses the speed change, if there is an error in ΔV dd (n) r is likely to modifications incorrect. On the other hand, in the present embodiment, since the correction amount is determined from ΔV op (n) r and ΔV dd (n) r , the possibility of erroneous correction is lower than in the first embodiment.
It should be noted that here, the feed rate change amount ΔV op (n) r and the Doppler velocity change amount ΔV dd (n) r from the predicted position to the observation position for each observation time are used instead of ΔV dd (n) r . The same processing may be performed as a difference ΔV ds (n) r between the Doppler velocity V d (n) r of the n-th scan and the estimated velocity V s (n) r of the (n−1) -th scan.
1 レーダアンテナ
2 送受信部
3 A/D変換部
4 物標情報取得部
6 位相変化情報取得部
7 自船情報取得部
8 予測部
9 表示部
10 物標運動推定装置
41 ターゲット候補検出部
42 ターゲット選別部
61 スイープメモリ
62 位相変化量算出部
63 速度演算部
81 運動推定部
82 推定係数決定部
83 メモリ
801 運動推定部
802 推定係数決定部
802 メモリ
101 信号測定部
102 運動推定部
103 データ表示部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
送信した電磁波が物標で反射することで得られるエコー信号を取得するエコー信号取得部と、
電磁波送信源からの距離が略等しく方位が異なる、特定物標からの2以上のエコー信号間の位相変化量に基づいて前記特定物標のドップラ速度を算出し、取得する位相変化情報取得部と、
前記エコー信号取得部で取得したエコー信号に基づいて、前記特定物標の観測位置を取得する物標情報取得部と、
前記ドップラ速度と、前記観測位置とを用いて、次回スキャンで得られる前記特定物標の予想観測位置である予測位置を算出する予測部と、
を備え、
前記予測部は、
前回スキャンの前記特定物標の推定速度と、
前回スキャンの前記予測位置から今回スキャンの前記観測位置への移動速度と、
前回スキャンの前記ドップラ速度又は前記推定速度と今回スキャンの前記ドップラ速度との変化量と、前記移動速度と、の比較に基づいた推定速度重み付け量と、
を用いて、今回スキャンの前記推定速度を算出し、
今回スキャンの前記推定速度、今回スキャンの前記観測位置、及び前回スキャンの前記予測位置を用いて、次回スキャンの前記予測位置を算出することを特徴とする物標運動推定装置。 A target motion estimation device that scans a predetermined area by repeatedly transmitting and receiving electromagnetic waves,
An echo signal acquisition unit for acquiring an echo signal obtained by reflecting the transmitted electromagnetic wave on the target;
A phase change information acquisition unit for calculating and acquiring a Doppler velocity of the specific target based on a phase change amount between two or more echo signals from the specific target, the distance from the electromagnetic wave transmission source being substantially the same and different in azimuth; ,
Based on the echo signal acquired by the echo signal acquisition unit, a target information acquisition unit for acquiring the observation position of the specific target;
Using the Doppler velocity and the observation position, a prediction unit that calculates a predicted position that is an expected observation position of the specific target obtained in the next scan,
Equipped with a,
The prediction unit
The estimated speed of the specific target of the previous scan,
The moving speed from the predicted position of the previous scan to the observation position of the current scan,
An estimated speed weighting amount based on a comparison between the Doppler speed of the previous scan or the estimated speed and a change amount of the Doppler speed of the current scan and the moving speed;
To calculate the estimated speed of the current scan,
A target motion estimation apparatus that calculates the predicted position of the next scan using the estimated speed of the current scan, the observation position of the current scan, and the predicted position of the previous scan.
前記推定速度重み付け量は、前記変化量と、前記移動速度との差に基づいて決定されることを特徴とする物標運動推定装置 The target motion estimation apparatus according to claim 1 ,
The estimated speed weighting amount is determined based on a difference between the change amount and the moving speed.
前記推定速度重み付け量は、前記変化量の符号と、前記移動速度の符号との比較に基づいて決定されることを特徴とする物標運動推定装置。 The target motion estimation apparatus according to claim 1 or 2 ,
The estimated speed weighting amount is determined based on a comparison between a sign of the change amount and a sign of the moving speed .
前記予測部は、
前回スキャンの前記予測位置と、
今回スキャンの前記観測位置と、
前回スキャンの前記ドップラ速度又は前記推定速度と今回スキャンの前記ドップラ速度との変化量と、前記移動速度と、の比較に基づいた推定位置重み付け量と、
を用いて、今回スキャンの前記特定物標の推定位置を更に算出し、
今回スキャンの前記推定速度と今回スキャンの前記推定位置とを用いて、次回スキャンの前記予測位置を算出することを特徴とする物標運動推定装置。 The target motion estimation device according to any one of claims 1 to 3,
The prediction unit
The predicted position of the previous scan;
The observation position of the scan this time,
An estimated position weighting amount based on a comparison between the Doppler speed of the previous scan or the estimated speed and the change amount of the Doppler speed of the current scan and the moving speed;
To further calculate the estimated position of the specific target of the current scan,
A target motion estimation apparatus that calculates the predicted position of the next scan using the estimated speed of the current scan and the estimated position of the current scan.
前記推定位置重み付け量は、前記変化量と、前記移動速度との差に基づいて決定されることを特徴とする物標運動推定装置 The target motion estimation device according to claim 4 ,
The estimated position weighting amount is determined based on a difference between the change amount and the moving speed.
前記推定位置重み付け量は、前記変化量の符号と、前記移動速度の符号との比較に基づいて決定されることを特徴とする物標運動推定装置。 The target motion estimation apparatus according to claim 4 , wherein:
The estimated position weighting amount is determined based on a comparison between a sign of the change amount and a sign of the moving speed .
前記電磁波を送受信するアンテナと、An antenna for transmitting and receiving the electromagnetic wave;
前記エコー信号に基づいた周囲の情報を表示する表示器と、を備えるレーダ装置。And a display for displaying surrounding information based on the echo signal.
送信した電磁波が物標で反射することで得られるエコー信号を取得するエコー信号取得行程と、
電磁波送信源からの距離が略等しく方位が異なる、特定物標からの2以上のエコー信号間の位相変化量に基づいて前記特定物標のドップラ速度を算出し、取得する位相変化情報取得行程と、
前記エコー信号に基づいて、前記特定物標の観測位置を取得する物標情報取得行程と、
前記ドップラ速度と、前記観測位置とを用いて、次回スキャンで得られる前記特定物標の予想観測位置である予測位置を算出する予測行程と、
を有し、
前記予測行程は、
前回スキャンの前記特定物標の推定速度と、
前回スキャンの前記予測位置から今回スキャンの前記観測位置への移動速度と、
前回スキャンの前記ドップラ速度又は前記推定速度と今回スキャンの前記ドップラ速度との変化量と、前記移動速度と、の比較に基づいた推定速度重み付け量と、
を用いて、今回スキャンの前記推定速度を算出し、
今回スキャンの前記推定速度、今回スキャンの前記観測位置、及び前回スキャンの前記予測位置を用いて、次回スキャンの前記予測位置を算出することを特徴とする物標運動推定方法。
A target motion estimation method that scans a predetermined area by repeatedly transmitting and receiving electromagnetic waves,
An echo signal acquisition process for acquiring an echo signal obtained by reflecting the transmitted electromagnetic wave on the target;
A phase change information acquisition step of calculating and acquiring a Doppler velocity of the specific target based on a phase change amount between two or more echo signals from the specific target, the distance from the electromagnetic wave transmission source being substantially the same and different in azimuth; ,
Based on the echo signal, the target information acquisition process for acquiring the observation position of the specific target,
Using the Doppler velocity and the observation position, a prediction process for calculating a prediction position that is an expected observation position of the specific target obtained in the next scan,
Have
The prediction process is
The estimated speed of the specific target of the previous scan,
The moving speed from the predicted position of the previous scan to the observation position of the current scan,
An estimated speed weighting amount based on a comparison between the Doppler speed of the previous scan or the estimated speed and a change amount of the Doppler speed of the current scan and the moving speed;
To calculate the estimated speed of the current scan,
A target motion estimation method, wherein the predicted position of the next scan is calculated using the estimated speed of the current scan, the observation position of the current scan, and the predicted position of the previous scan.
前記予測行程は、
前回スキャンの前記予測位置と、
今回スキャンの前記観測位置と、
前回スキャンの前記ドップラ速度又は前記推定速度と今回スキャンの前記ドップラ速度との変化量と、前記移動速度と、の比較に基づいた推定位置重み付け量と、
を用いて、今回スキャンの前記特定物標の推定位置を更に算出し、
今回スキャンの前記推定速度と今回スキャンの前記推定位置とを用いて、次回スキャンの前記予測位置を算出することを特徴とする 物標運動推定方法。 The target motion estimation method according to claim 8,
The prediction process is
The predicted position of the previous scan;
The observation position of the scan this time,
An estimated position weighting amount based on a comparison between the Doppler speed of the previous scan or the estimated speed and the change amount of the Doppler speed of the current scan and the moving speed;
To further calculate the estimated position of the specific target of the current scan,
A target motion estimation method , wherein the predicted position of the next scan is calculated using the estimated speed of the current scan and the estimated position of the current scan .
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