JP6470144B2

JP6470144B2 - 目標検出装置、目標検出方法及び目標検出プログラム

Info

Publication number: JP6470144B2
Application number: JP2015163822A
Authority: JP
Inventors: 英俊古川
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: JP2017040616A

Description

本実施形態は、目標を観測するセンサからの信号検出結果に基づいて目標を検出する目標検出装置、目標検出方法及び目標検出プログラムに関する。

従来より、レーダ装置、ソナー装置等の目標を観測するセンサからの信号検出結果に基づいて目標を検出する目標検出装置にあっては、目標を確実に検出するために、ＳＰＲＴ（Sequential Probability Ratio Test：逐次確率比検定）による目標検出処理（非特許文献１参照）が用いられる。このＳＰＲＴによる目標検出処理は、「目標が存在しない」とする仮説Ｈ_０と「目標が存在する」とする仮説Ｈ_１を設定し、仮説検定により「目標が存在する」とする仮説Ｈ_１が採択された場合に「目標検出」と判定する手法である。

特開２００３−４３１３２号公報

Samuel S. Blackman, Multiple-Target Tracking with Radar Applications, Artech House, 1986.

従来のＳＰＲＴを用いた目標検出装置では、予めサンプルサイズ（「標本の大きさ」と同じ意味）に対応する観測回数を定めないで、信号検出結果が入力される度に評価値を算出し、評価値が上側閾値以上の場合は「目標検出」、評価値が下側閾値以下の場合は「目標不検出」、評価値が下側閾値よりも大きく、上側閾値よりも小さい場合は「判定保留」と判定する。ところが、従来のＳＰＲＴを用いた目標検出装置では、評価値が下側閾値よりも大きく、上側閾値よりも小さい場合は「判定保留」と判定されるため、「目標検出」又は「目標不検出」の判定に要する観測回数は一定ではなく、判定に要する観測回数が非常に多くなるケースが発生するという課題がある。

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、「目標検出」又は「目標不検出」の判定に要する観測回数の増大を制限することができる目標検出装置、目標検出方法及び目標検出プログラムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本実施形態に係る目標検出装置は、評価値算出部と、評価値判定部と、観測回数判定部と、総合判定部とを備える。評価値算出部は、目標を観測して閾値を超える信号を検出するセンサからの信号検出結果を入力し、前記信号検出結果、偽目標の信号検出確率、真目標の信号検出確率に基づいて評価値を算出する。評価値判定部は、前記評価値算出部で算出される評価値について、前記評価値の上側閾値と下側閾値とそれぞれ比較して判定を行う。観測回数判定部は、前記信号検出結果における観測回数について、観測回数閾値に達した時点で判定終了の判定を行う。総合判定部は、前記評価値判定部による判定の結果と前記観測回数判定部による判定の結果に基づいて総合的に判定を行い、その判定の結果として「目標検出」、「目標不検出」、「判定保留」のいずれかを選択する。

実施形態に係る目標検出装置の構成を示すブロック図。実施形態に係る目標検出装置の処理の流れの具体例を示すフローチャート。ＳＰＲＴを用いた目標検出装置の基本構成を示すブロック図。図３に示した目標検出装置の処理の流れの具体例を示すフローチャート。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、本実施形態を説明するに先立ち、ＳＰＲＴを用いた目標検出装置の基本構成について説明する。

図３は、ＳＰＲＴを用いた目標検出装置の基本構成を示すブロック図である。図３に示す目標検出装置は、閾値算出部２１、尤度比算出部２２、判定部２３を備える。

上記閾値算出部２１は、評価値である尤度比の上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌを算出する。上記尤度比算出部２２は、目標を観測して閾値を超える信号を検出するセンサ（図示せず、例えばレーダ装置、ソナー装置等）からの信号検出結果として観測回数ｋにおける信号検出回数ｍを入力し、その信号検出結果に基づいて、観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）を算出する。上記判定部２３は、閾値算出部２１からの上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌ、尤度比算出部２２からの尤度比ＳＴ（ｋ）に基づいて、以下の（１）式により判定を行い、判定結果として「目標検出」、「目標不検出」、「判定保留」のいずれかを選択する。

図４は、図３に示した目標検出装置の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。同図に沿って、上記目標検出装置の処理の流れを説明する。

上記閾値算出部２１は、第一種の過誤率αと第二種の過誤率βに基づいて、尤度比に対する上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌを算出する（ステップＳ２０１）。上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌは、以下の（２）式で算出される。

上記尤度比算出部２２は、偽目標の信号検出確率Ｐ_Ｆ、真目標の信号検出確率Ｐ_Ｄ、センサからの信号検出結果である観測回数ｋと信号検出回数ｍに基づいて、観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）を算出する（ステップＳ２０２）。観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）は、以下の（３）式で算出される。

上記判定部２３は、尤度比算出部２２からの観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）と閾値算出部２１からの上側閾値Ｔ_Ｕとを比較し（ステップＳ２０３）、尤度比ＳＴ（ｋ）が上側閾値Ｔ_Ｕ以上の場合に判定結果を「目標検出」とする（ステップＳ２０４）。また、尤度比ＳＴ（ｋ）が上側閾値Ｔ_Ｕよりも小さい場合には、尤度比ＳＴ（ｋ）と閾値算出部２１からの下側閾値Ｔ_Ｌとを比較し（ステップＳ２０５）、尤度比ＳＴ（ｋ）が下側閾値Ｔ_Ｌ以下の場合に判定結果を「目標不検出」とする（ステップＳ２０６）。上記以外の場合（尤度比ＳＴ（ｋ）が下側閾値Ｔ_Ｌよりも大きく、上側閾値Ｔ_Ｕよりも小さい場合）には、判定結果を「判定保留」とする（ステップＳ２０７）。そして、上記の判定結果を出力する（ステップＳ２０８）。判定部２３で「判定保留」と判定された場合、観測ｋ＋１回目の信号検出結果に基づいて、ステップＳ２０１からの処理が繰り返される。

ここで、上記構成による目標検出装置では、観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）が下側閾値Ｔ_Ｌよりも大きく、上側閾値Ｔ_Ｕよりも小さい場合、観測ｋ＋１回目の信号検出結果に基づいて、ステップＳ２０１からの処理が繰り返される。このため、「目標検出」又は「目標不検出」の判定に要する観測回数は一定ではなく、判定に要する観測回数が非常に少ないケースと共に、判定に要する観測回数が非常に多くなるケースも発生する。

そこで、以下に示す実施形態では、センサからの信号検出結果として観測回数ｋにおける信号検出回数ｍを入力し、信号検出結果、偽目標の信号検出確率Ｐ_Ｆ、真目標の信号検出確率Ｐ_Ｄに基づいて評価値として観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）を算出する。そして、その尤度比ＳＴ（ｋ）の上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌに基づいて尤度比ＳＴ（ｋ）についての判定を行うと共に、観測回数ｋに対する判定を行い、これらの判定に基づいて、総合的に「目標検出」、「目標不検出」及び「判定保留」を判定する。このようにして「目標検出」又は「目標不検出」の判定に要する観測回数の増大を制限するようにしている。

以下、図１及び図２を参照して、本実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る目標検出装置の構成を示すブロック図である。この目標検出装置は、尤度比閾値算出部１１、尤度比算出部１２、尤度比判定部１３、回数閾値選定部１４、観測回数判定部１５、総合判定部１６を備える。

上記尤度比閾値算出部１１は、第一種の過誤率αと第二種の過誤率βに基づいて、評価値である尤度比の上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌを算出する。上記尤度比算出部１２は、センサからの信号検出結果として観測回数ｋにおける信号検出回数ｍを入力し、偽目標の信号検出確率Ｐ_Ｆ、真目標の信号検出確率Ｐ_Ｄ、センサからの信号検出結果である観測回数ｋと信号検出回数ｍに基づいて、評価値として観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）を算出する。上記尤度比判定部１３は、尤度比閾値算出部１１からの上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌ、尤度比算出部１２からの尤度比ＳＴ（ｋ）に基づいて、以下の（４）式（（１）式と同じ）により判定を行い、尤度比判定結果として「目標検出」、「目標不検出」、「判定保留」のいずれかを選択する。

上記回数閾値選定部１４は、観測回数閾値Ｔ_ｋを選定する。上記観測回数判定部１５は、センサからの信号検出結果として入力した観測回数ｋと上記回数閾値選定部１４で選定された観測回数閾値Ｔ_ｋに基づいて、以下の（５）式により判定を行い、観測回数判定結果として「判定終了」、「判定保留」のいずれかを選択する。

上記総合判定部１６は、尤度比判定部１３からの尤度比判定結果と観測回数判定部１５からの観測回数判定結果に基づいて、総合判定結果として「目標検出」、「目標不検出」、「判定保留」のいずれかを選択する。総合判定の具体例を表１に示す。

なお、上記表１に示す具体例では、尤度比判定部１３からの尤度比判定結果が「判定保留」であり、観測回数判定部１５からの観測回数判定結果が「判定終了」の場合、総合判定結果を「目標検出」とする例を示したが、総合判定結果を「目標不検出」とするように構成することもできる。また、上記以外の対応関係に設定することもできる。

図２は、本実施形態に係る目標検出装置の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。同図に沿って、本実施形態に係る目標検出装置の処理の流れを説明する。

上記尤度比閾値算出部１１は、第一種の過誤率αと第二種の過誤率βに基づいて、上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌを算出する（ステップＳ１０１）。上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌの概略値は、以下の（６）式で算出される。

上記尤度比算出部１２は、偽目標の信号検出確率Ｐ_Ｆ、真目標の信号検出確率Ｐ_Ｄ、センサからの信号検出結果である観測回数ｋと信号検出回数ｍに基づいて、観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）を算出する（ステップＳ１０２）。観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）は、以下の（７）式で算出される。

また、観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）は、センサからの信号検出結果として観測ｋ回目の信号検出の有無が入力できる場合や、観測ｋ−１回目の信号検出結果と観測ｋ回目の信号検出結果の差分に基づいて、以下の（８）式で算出するように構成することもできる。

ここで、偽目標の信号検出確率が観測毎に変化する場合には、観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）は、観測ｋ回目の偽目標の信号検出確率Ｐ_Ｆ（ｋ）を用いて、以下の（９）式で算出するように構成することもできる。

上記尤度比判定部１３は、尤度比算出部１２からの尤度比ＳＴ（ｋ）と尤度比閾値算出部１１からの上側閾値Ｔ_Ｕとを比較し（ステップＳ１０３）、尤度比ＳＴ（ｋ）が上側閾値Ｔ_Ｕ以上の場合に尤度比判定結果を「目標検出」とする（ステップＳ１０４）。尤度比ＳＴ（ｋ）が上側閾値Ｔ_Ｕよりも小さい場合には、尤度比ＳＴ（ｋ）と尤度比閾値算出部１１からの下側閾値Ｔ_Ｌとを比較し（ステップＳ１０５）、尤度比ＳＴ（ｋ）が下側閾値Ｔ_Ｌ以下の場合に尤度比判定結果を「目標不検出」とする（ステップＳ１０６）。上記以外の場合（尤度比ＳＴ（ｋ）が下側閾値Ｔ_Ｌよりも大きく、上側閾値Ｔ_Ｕよりも小さい場合）には、尤度比判定結果を「判定保留」とする（ステップＳ１０７）。

上記回数閾値選定部１４は、観測回数閾値Ｔ_ｋを選定する（ステップＳ１０８）。上記観測回数判定部１５は、センサからの信号検出結果である観測回数ｋと選定された観測回数閾値Ｔ_ｋとを比較し（ステップＳ１０９）、観測回数ｋが観測回数閾値Ｔ_ｋ以上の場合に観測回数判定結果を「判定終了」とする（ステップＳ１１０）。上記以外の場合（観測回数ｋが観測回数閾値Ｔ_ｋよりも小さい場合）には、観測回数判定結果を「判定保留」とする（ステップＳ１１１）。

上記総合判定部１６は、尤度比判定部１３からの尤度比判定結果と観測回数判定部１５からの観測回数判定結果に基づいて、総合判定結果として「目標検出」、「目標不検出」、「判定保留」のいずれかを選択し（ステップＳ１１２）、選択された総合判定結果を出力する（ステップＳ１１３）。総合判定部１６で「判定保留」と判定された場合には、観測ｋ＋１回目の信号検出結果に基づいて、ステップＳ１０１からの処理が繰り返される。

なお、上記実施形態では、評価値として尤度比を用いる例を示したが、ＳＰＲＴ（逐次確率比検定）の名前の通り、評価値として確率比を用いることができる。

また、目標検出装置の基本構成に示したように、それぞれの値を対数変換した対数尤度比（や対数確率比）を用いて処理を行うように構成することができる。この場合、上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌの概略値は、以下の（１０）式で算出される。

対応する観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）は、以下の（１１）式で算出される。

更に、センサからの信号検出結果を入力する代わりに、特許文献１に記載された相関手段や仮目標登録更新手段で処理された信号検出結果を入力するように構成することができる。これにより、誤警報環境下、複数目標環境下、及びこれらの複合環境下において、誤りの少ない信号検出結果を入力して、判定を行うことができる。逆に、センサからの信号検出結果として観測ｋ回目の信号検出の有無のみ入力できる場合、観測回数と信号検出回数の各々をカウントする回数計数手段を構成に追加することができる。

また、上記の処理は、１回の信号検出結果が入力される度に処理を行う逐次処理の他に、複数回（例えば、観測ｋ回目から観測ｋ＋２回目までの３回分）の信号検出結果を纏めて処理を行うミニバッチ処理によって実施するように構成することができる。更に、ミニバッチ処理では、複数回の信号検出結果を用いて、評価値として尤度比を算出し、算出された尤度比について、判定を行うように構成することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る目標検出装置によれば、センサからの信号検出結果を入力し、信号検出結果、偽目標の信号検出確率Ｐ_Ｆ、真目標の信号検出確率Ｐ_Ｄに基づいて評価値として観測ｋ回目の尤度比ＳＴ（ｋ）を算出する。そして、その尤度比ＳＴ（ｋ）の上側閾値Ｔ_Ｕと下側閾値Ｔ_Ｌに基づいて尤度比ＳＴ（ｋ）についての判定を行うと共に、観測回数ｋに対する判定を行い、これらの判定に基づいて、総合的に「目標検出」、「目標不検出」及び「判定保留」を判定する。このように、観測回数ｋに対する判定を加味して総合判定を行うことで、「目標検出」又は「目標不検出」の判定に要する観測回数の増大を制限することができる。

なお、上記実施形態に係る目標検出処理は、尤度比閾値算出部１１、尤度比算出部１２、尤度比判定部１３、回数閾値選定部１４、観測回数判定部１５、総合判定部１６それぞれの処理機能をコンピュータに実行させるプログラムとして構成することができる。

上記実施形態は、いずれもレーダ装置、ソナー装置等のセンサからの信号検出結果に基づいて、目標を検出する目標検出装置に適用可能である。

その他、本実施形態は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…尤度比閾値算出部、
１２…尤度比算出部、
１３…尤度比判定部、
１４…回数閾値選定部、
１５…観測回数判定部、
１６…総合判定部。

Claims

目標を観測して閾値を超える信号を検出するセンサからの信号検出結果を入力し、前記信号検出結果、偽目標の信号検出確率、真目標の信号検出確率に基づいて評価値を算出する評価値算出部と、
前記評価値算出部で算出される評価値について、前記評価値の上側閾値と下側閾値とそれぞれ比較して判定を行う評価値判定部と、
前記信号検出結果における観測回数について、前記観測回数が閾値に達した時点で判定終了の判定を行う観測回数判定部と、
前記評価値判定部による判定の結果と前記観測回数判定部による判定の結果に基づいて総合的に判定を行い、その判定の結果として「目標検出」、「目標不検出」、「判定保留」のいずれかを選択する総合判定部と
を具備する目標検出装置。
目標を観測して閾値を超える信号を検出するセンサからの信号検出結果を入力し、前記信号検出結果、偽目標の信号検出確率、真目標の信号検出確率に基づいて評価値を算出し、
前記評価値について、前記評価値の上側閾値と下側閾値とそれぞれ比較して判定を行い、
前記信号検出結果における観測回数について、観測回数閾値に達した時点で判定終了の判定を行い、
前記評価値について判定を行った結果と前記観測回数について判定を行った結果に基づいて総合的に判定を行い、その判定の結果として「目標検出」、「目標不検出」、「判定保留」のいずれかを選択する目標検出方法。
目標を検出する処理をコンピュータに実行させるための目標検出プログラムであって、
目標を観測して閾値を超える信号を検出するセンサからの信号検出結果を入力し、前記信号検出結果、偽目標の信号検出確率、真目標の信号検出確率に基づいて評価値を算出する評価値算出ステップと、
前記評価値算出ステップで算出される評価値について、前記評価値の上側閾値と下側閾値とそれぞれ比較して判定を行う評価値判定ステップと、
前記信号検出結果における観測回数について、観測回数閾値に達した時点で判定終了の判定を行う観測回数判定ステップと、
前記評価値判定ステップによる判定の結果と前記観測回数判定ステップによる判定の結果に基づいて総合的に判定を行い、その判定の結果として「目標検出」、「目標不検出」、「判定保留」のいずれかを選択する総合判定ステップと
を具備する目標検出プログラム。