JP6774085B2 - アクティブセンサーの信号処理システム、信号処理方法及び信号処理プログラム - Google Patents
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Description
SN比=√(N)…(式1)
本発明の第1の実施の形態であるアクティブセンサーシステムについて説明する。本アクティブセンサーシステムは次のような信号処理を行う。
本発明の第2の実施の形態であるアクティブセンサーシステム100について説明する。アクティブセンサーシステム2は、船舶、航空機、水中航走体、車両等に搭載されるシステムである。以下、これらのアクティブセンサー2を搭載する移動体を搭載移動体と呼ぶものとする。アクティブセンサー2が放射波3を送信する。
緯度y1=y + SIN(A−θ)×L÷R…(式2)
経度x1=x + COS(A−θ)×L÷R×COS(y)…(式3)
ただし、アクティブセンサー2に関する値を次のように定める。絶対座標の緯度をy(deg)とする。経度をx(deg)とする。検出方位5をA(deg)とする。検出距離6をL(m)とする。基準方位をθとする。絶対位置座標に変換した緯度をy1(deg)とする。絶対位置座標に変換した経度をx1(deg)とする。また、地球の表面上で緯度1(deg)に相当する距離をR(m)で表す。経度1degの距離は緯度により変化するので、式2ではCOS(緯度)による補正を行っている。
W(deg)=√[{(x1−x2)×COS(y1)}^2+(y1−y2)^2]…(式4)
・アクティブセンサー2による受信信号の方位及び距離の測定精度が高いこと。
・航法装置18から入力する姿勢情報及び位置情報の測定精度が高いこと。
・膨大な組み合わせの推定軌跡積分処理を行う計算能力を有すること。
第2の実施の形態では、2次元の捜索を行うレーダーやソナー等のアクティブセンサーに本発明を適用した形態について説明した。本実施の形態では、3次元の捜索を行うアクティブセンサーに適用した形態について説明する。
A=(0,EG+AE)…(式5)
B=(cosθ1×AB,sinθ1×AB+EG+AE)…(式6)
C=(cosθ1×AB,EG+AE)…(式7)
D=(sinθ2×EG,cosθ2×EG)…(式8)
θ2=atan{(cosθ1×AB)÷(sinθ1×AB+EG+AE)}…(式9)
BG=√{(EG+AE+sinθ1×AB)^2+(cosθ1×AB)^2}…(式10)
BD=BG−EG…(式11)
θ3=atan[(y1−y0)÷{(x1−x0)×cos(y0)}]−θ0…(式12)
θ4=atan[(y2−y0)÷{(x2−x0)×cos(y0)}]−θ0…(式13)
θ5=(θ4−θ3)−θ0…(式14)
移動体に搭載されたアクティブセンサーから放射波を放射して、移動する物体で反射した前記放射波を受信して、受信信号を生成する前記アクティブセンサーの前記受信信号を処理するための信号処理システムであって、
前記アクティブセンサーは、予め定められた時間間隔毎に走査を行い、
前記信号処理システムは、
前記アクティブセンサーによる1回の前記走査によって得られる前記受信信号の分布であって、前記アクティブセンサーの位置を基準として定められる相対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である、相対座標受信信号分布を、絶対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である絶対座標受信信号分布に変換するための絶対位置座標変換処理手段と、
ひとつの前記走査である第0の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第0の絶対座標受信信号分布と、前記第0の走査の直前に行われた走査である第1の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第1の絶対座標受信信号分布と、前記第1の走査の直前に行われた走査である第2の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第2の絶対座標受信信号分布と、…、第N−1の走査の直前に行われた走査である第Nの走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第Nの絶対座標受信信号分布(Nは2以上の自然数)とを格納するための記憶手段と、
前記第0の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である起点座標の受信信号と、前記第1の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第1の座標の受信信号と、前記第2の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第2の座標の受信信号と、…、前記第Nの絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第Nの座標の受信信号とに基づいて積分処理を行い、前記積分処理の結果に基づいて、前記起点座標と、前記第1〜第Nの座標とからなる軌跡を辿って前記移動する物体の有無を検出するための推定軌跡積分処理手段と、
を備える、信号処理システム。
Xを1からNの任意の整数とするとき、
前記第Xの座標は、前記第Xの絶対座標受信信号分布において、前記起点座標に対応する座標から予め定められた距離内にある座標からなる候補座標群から選択された座標であり、
前記距離は、前記第0の走査から前記第Xの走査までの時間に関連して定められる、
付記1に記載の信号処理システム。
前記移動する物体と前記アクティブセンサーの距離の2乗に比例して前記受信信号が減衰したことを前提として、前記減衰を打ち消すための処理を、前記アクティブセンサーが受信した受信信号に対して行うため受信信号正規化処理手段を更に備える、付記1または付記2に記載の信号処理システム。
前記積分処理によってある軌跡を辿って前記移動する物体を検出すると、その軌跡の始点と終点との間の直線距離と、始点から終点までの所要時間とに基づいて、前記移動する物体が前記始点から前記終点まで移動する速さを計算するための針路速度計算処理手段を更に備える、付記1乃至付記3のいずれかに記載の信号処理システム。
前記計算により得られた、前記移動する物体が前記始点から前記終点まで移動する速さと、検出対象とする物体、或いは、検出対象とはしない物体の速さに関する特徴とを比較して、前記検出対象とする物体に関する出力の抽出、及び、前記検出対象とはしない物体に関する出力の除外のうち、少なくとも一方を行う、付記4に記載の信号処理システム。
前記信号処理システムは、前記アクティブセンサーの絶対座標系における座標を測定するための測位手段と、前記アクティブセンサーの姿勢情報を取得するため姿勢情報取得手段とを更に備え、
絶対座標系における座標が予め分かっている基準目標に基づいて、前記姿勢情報取得手段の基準方位を補正するため、
前記アクティブセンサーの出力と、前記姿勢情報取得手段の出力とに基づいて、前記相対座標系における前記基準目標の方位である基準目標検出方位を求め、
予め分かっている絶対座標系における前記基準目標の座標と、前記測位手段を用いて測定した、絶対座標系における前記アクティブセンサーの座標とに基づいて、前記基準目標の方位である基準目標絶対方位を求め、
前記基準目標検出方位と前記基準目標絶対方位との差分に基づいて、前記基準方位を補正する、
付記1乃至付記5のいずれかに記載の信号処理システム。
移動体に搭載されたアクティブセンサーから放射波を放射して、移動する物体で反射した前記放射波を受信して、受信信号を生成する前記アクティブセンサーの前記受信信号を処理するための信号処理方法であって、
前記アクティブセンサーは、予め定められた時間間隔毎に走査を行い、
前記アクティブセンサーによる一回の前記走査によって得られる前記受信信号の分布であって、前記アクティブセンサーの位置を基準として定められる相対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である、相対座標受信信号分布を、絶対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である絶対座標受信信号分布に変換する絶対位置座標変換処理段階と、
ひとつの前記走査である第0の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第0の絶対座標受信信号分布と、前記第0の走査の直前に行われた走査である第1の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第1の絶対座標受信信号分布と、前記第1の走査の直前に行われた走査である第2の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第2の絶対座標受信信号分布と、…、第N−1の走査の直前に行われた走査である第Nの走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第Nの絶対座標受信信号分布(Nは2以上の自然数)とを格納する記憶段階と、
前記第0の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である起点座標の受信信号と、前記第1の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第1の座標の受信信号と、前記第2の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第2の座標の受信信号と、…、前記第Nの絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第Nの座標の受信信号とに基づいて積分処理を行い、前記積分処理の結果に基づいて、前記起点座標と、前記第1〜第Nの座標とからなる軌跡を辿って前記移動する物体の有無を検出する推定軌跡積分処理段階と、
を含む、信号処理方法。
Xを1からNの任意の整数とするとき、
前記第Xの座標は、前記第Xの絶対座標受信信号分布において、前記起点座標に対応する座標から予め定められた距離内にある座標からなる候補座標群から選択された座標であり、
前記距離は、前記第0の走査から前記第Xの走査までの時間に関連して定められる、
付記7に記載の信号処理方法。
前記移動する物体と前記アクティブセンサーの距離の2乗に比例して前記受信信号が減衰したことを前提として、前記減衰を打ち消すための処理を、前記アクティブセンサーが受信した受信信号に対して行う受信信号正規化処理段階を更に含む、付記7または付記8に記載の信号処理方法。
前記積分処理によってある軌跡を辿って前記移動する物体を検出すると、その軌跡の始点と終点との間の直線距離と、始点から終点までの所要時間とに基づいて、前記移動する物体が前記始点から前記終点まで移動する速さを計算する針路速度計算処理段階を更に含む、付記7乃至付記9のいずれかに記載の信号処理方法。
前記計算により得られた、前記移動する物体が前記始点から前記終点まで移動する速さと、検出対象とする物体、或いは、検出対象とはしない物体の速さに関する特徴とを比較して、前記検出対象とする物体に関する出力の抽出、及び、前記検出対象とはしない物体に関する出力の除外のうち、少なくとも一方を更に行う、付記10に記載の信号処理方法。
絶対座標系における座標が予め分かっている基準目標に基づいて、前記アクティブセンサーの姿勢情報を取得する際の基準方位を補正するため、
前記アクティブセンサーの出力と、前記アクティブセンサーの姿勢情報とに基づいて、前記相対座標系における前記基準目標の方位である基準目標検出方位を求め、
予め分かっている絶対座標系における前記基準目標の座標と、絶対座標系における前記アクティブセンサーの既知の座標とに基づいて、前記基準目標の方位である基準目標絶対方位を求め、
前記基準目標検出方位と前記基準目標絶対方位との差分に基づいて、前記基準方位を補正する、
付記7乃至付記11のいずれかに記載の信号処理方法。
移動体に搭載されたアクティブセンサーから放射波を放射して、移動する物体で反射した前記放射波を受信して、受信信号を生成する前記アクティブセンサーの前記受信信号を処理するための信号処理プログラムであって、
前記アクティブセンサーは、予め定められた時間間隔毎に走査を行い、
コンピュータを、
前記アクティブセンサーによる1回の前記走査によって得られる前記受信信号の分布であって、前記アクティブセンサーの位置を基準として定められる相対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である、相対座標受信信号分布を、絶対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である絶対座標受信信号分布に変換するための絶対位置座標変換処理手段と、
ひとつの前記走査である第0の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第0の絶対座標受信信号分布と、前記第0の走査の直前に行われた走査である第1の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第1の絶対座標受信信号分布と、前記第1の走査の直前に行われた走査である第2の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第2の絶対座標受信信号分布と、…、第N−1の走査の直前に行われた走査である第Nの走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第Nの絶対座標受信信号分布(Nは2以上の自然数)とを格納するための記憶手段と、
前記第0の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である起点座標の受信信号と、前記第1の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第1の座標の受信信号と、前記第2の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第2の座標の受信信号と、…、前記第Nの絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第Nの座標の受信信号とに基づいて積分処理を行い、前記積分処理の結果に基づいて、前記起点座標と、前記第1〜第Nの座標とからなる軌跡を辿って移動した物体の有無を検出するための推定軌跡積分処理手段と、
として機能させるための信号処理プログラム。
Xを1からNの任意の整数とするとき、
前記第Xの座標は、前記第Xの絶対座標受信信号分布において、前記起点座標に対応する座標から予め定められた距離内にある座標からなる候補座標群から選択された座標であり、
前記距離は、前記第0の走査から前記第Xの走査までの時間に関連して定められる、
付記13に記載の信号処理プログラム。
前記移動する物体と前記アクティブセンサーの距離の2乗に比例して前記受信信号が減衰したことを前提として、前記減衰を打ち消すための処理を、前記アクティブセンサーが受信した受信信号に対して行うための受信信号正規化処理手段としてコンピュータを更に機能させる、付記13または付記14に記載の信号処理プログラム。
前記積分処理によってある軌跡を辿って前記移動する物体を検出すると、その軌跡の始点と終点との間の直線距離と、始点から終点までの所要時間とに基づいて、前記移動する物体が前記始点から前記終点まで移動する速さを計算するための針路速度計算処理手段としてコンピュータを更に機能させる、付記13乃至付記15のいずれかに記載の信号処理プログラム。
前記計算により得られた、前記移動する物体が前記始点から前記終点まで移動する速さと、検出対象とする物体、或いは、検出対象とはしない物体の速さに関する特徴とを比較して、前記検出対象とする物体に関する出力の抽出、及び、前記検出対象とはしない物体に関する出力の除外のうち、少なくとも一方を行う手段としてコンピュータを更に機能させる、付記16に記載の信号処理プログラム。
絶対座標系における座標が予め分かっている基準目標に基づいて、前記アクティブセンサーの姿勢情報を取得するための姿勢情報取得手段の基準方位を補正するため、
前記アクティブセンサーの出力と、前記姿勢情報取得手段の出力とに基づいて、前記相対座標系における前記基準目標の方位である基準目標検出方位を求める手段と、
予め分かっている絶対座標系における前記基準目標の座標と、前記測位手段を用いて測定した、絶対座標系における前記アクティブセンサーの座標とに基づいて、前記基準目標の方位である基準目標絶対方位を求める手段と、
前記基準目標検出方位と前記基準目標絶対方位との差分に基づいて、前記基準方位を補正する手段としてコンピュータを更に機能させる、付記13乃至付記17のいずれかに記載の信号処理プログラム。
2 アクティブセンサー
3 放射波
4 反射波
5 検出方位
6 検出距離
7 検出可能距離
8 SN比
9 基準方位
10 方位及び距離毎の受信信号レベル値の分布
11 絶対位置座標毎受信信号レベル分布データ
12 絶対位置座標毎受信信号レベル分布メモリ
13、28 起点座標
14、15、29、33、34 絶対位置座標
16 推定軌跡の例
17 受信信号正規化処理部
18 航法装置
19 絶対位置座標変換処理部
20 推定軌跡積分処理部
21 針路速度計算処理部
22 物体検出情報出力処理部
23 アクティブセンサー2の走査開始位置
24 走査開始時の基準方位
25 走査中の位置変化
26 アクティブセンサー2の走査終了位置
27 走査終了時の基準方位
30 X軸
31 Y軸
32 Z軸
35 ジャイロ基準方位
36 基準目標(検出位置)
37 基準目標検出方位
38 基準目標絶対位置
39 基準目標絶対方位
40 補正した基準方位
100 アクティブセンサーシステム
101 信号処理システム
Claims (10)
- 移動体に搭載されたアクティブセンサーから放射波を放射して、移動する物体で反射した前記放射波を受信して、受信信号により前記移動する物体を検出する前記アクティブセンサーの前記受信信号を処理するための信号処理システムであって、
前記アクティブセンサーは、予め定められた時間間隔毎に走査を行い、
前記信号処理システムは、
前記アクティブセンサーによる一回の前記走査によって得られる前記受信信号の分布であって、前記アクティブセンサーの位置を基準として定められる相対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である、相対座標受信信号分布を、絶対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である絶対座標受信信号分布に変換するための絶対位置座標変換処理手段と、
ひとつの前記走査である第0の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第0の絶対座標受信信号分布と、前記第0の走査の直前に行われた走査である第1の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第1の絶対座標受信信号分布と、前記第1の走査の直前に行われた走査である第2の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第2の絶対座標受信信号分布と、…、第N−1の走査の直前に行われた走査である第Nの走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第Nの絶対座標受信信号分布(Nは2以上の自然数)とを格納するための記憶手段と、
前記第0の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である起点座標の受信信号と、前記第1の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第1の座標の受信信号と、前記第2の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第2の座標の受信信号と、…、前記第Nの絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第Nの座標の受信信号とに基づいて積分処理を行い、前記積分処理の結果に基づいて、前記起点座標と、前記第1〜第Nの座標とからなる軌跡を辿って前記移動する物体の有無を検出するための推定軌跡積分処理手段と、
を備える、信号処理システム。 - Xを1からNの任意の整数とするとき、
前記第Xの座標は、前記第Xの絶対座標受信信号分布において、前記起点座標に対応する座標から予め定められた距離内にある座標からなる候補座標群から選択された座標であり、
前記距離は、前記第0の走査から前記第Xの走査までの時間に関連して定められる、
請求項1に記載の信号処理システム。 - 前記移動する物体と前記アクティブセンサーの距離の2乗に比例して前記受信信号が減衰したことを前提として、前記減衰を打ち消すための処理を、前記アクティブセンサーが受信した受信信号に対して行うための受信信号正規化処理手段を更に備える、請求項1または請求項2に記載の信号処理システム。
- 前記積分処理によってある軌跡を辿って前記移動する物体を検出すると、その軌跡の始点と終点との間の直線距離と、始点から終点までの所要時間とに基づいて、前記移動する物体が前記始点から前記終点まで移動する速さを計算するための針路速度計算処理手段を更に備える、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の信号処理システム。
- 前記計算により得られた、前記移動する物体が前記始点から前記終点まで移動する速さと、検出対象とする物体、或いは、検出対象とはしない物体の速さに関する特徴とを比較して、前記検出対象とする物体に関する出力の抽出、及び、前記検出対象とはしない物体に関する出力の除外のうち、少なくとも一方を行う、請求項4に記載の信号処理システム。
- 前記信号処理システムは、前記アクティブセンサーの絶対座標系における座標を測定するための測位手段と、前記アクティブセンサーの姿勢情報を取得するための姿勢情報取得手段とを更に備え、
絶対座標系における座標が予め分かっている基準目標に基づいて、前記姿勢情報取得手段の基準方位を補正するため、
前記アクティブセンサーの出力と、前記姿勢情報取得手段の出力とに基づいて、前記相対座標系における前記基準目標の方位である基準目標検出方位を求め、
予め分かっている絶対座標系における前記基準目標の座標と、前記測位手段を用いて測定した、絶対座標系における前記アクティブセンサーの座標とに基づいて、前記基準目標の方位である基準目標絶対方位を求め、
前記基準目標検出方位と前記基準目標絶対方位との差分に基づいて、前記基準方位を補正する、
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の信号処理システム。 - 移動体に搭載されたアクティブセンサーから放射波を放射して、移動する物体で反射した前記放射波を受信して、受信信号により前記移動する物体を検出する前記アクティブセンサーの前記受信信号を処理するための信号処理方法であって、
前記アクティブセンサーは、予め定められた時間間隔毎に走査を行い、
前記アクティブセンサーによる一回の前記走査によって得られる前記受信信号の分布であって、前記アクティブセンサーの位置を基準として定められる相対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である、相対座標受信信号分布を、絶対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である絶対座標受信信号分布に変換する絶対位置座標変換処理段階と、
ひとつの前記走査である第0の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第0の絶対座標受信信号分布と、前記第0の走査の直前に行われた走査である第1の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第1の絶対座標受信信号分布と、前記第1の走査の直前に行われた走査である第2の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第2の絶対座標受信信号分布と、…、第N−1の走査の直前に行われた走査である第Nの走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第Nの絶対座標受信信号分布(Nは2以上の自然数)とを格納する記憶段階と、
前記第0の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である起点座標の受信信号と、前記第1の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第1の座標の受信信号と、前記第2の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第2の座標の受信信号と、…、前記第Nの絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第Nの座標の受信信号とに基づいて積分処理を行い、前記積分処理の結果に基づいて、前記起点座標と、前記第1〜第Nの座標とからなる軌跡を辿って前記移動する物体の有無を検出する推定軌跡積分処理段階と、
を含む、信号処理方法。 - Xを1からNの任意の整数とするとき、
前記第Xの座標は、前記第Xの絶対座標受信信号分布において、前記起点座標に対応する座標から予め定められた距離内にある座標からなる候補座標群から選択された座標であり、
前記距離は、前記第0の走査から前記第Xの走査までの時間に関連して定められる、
請求項7に記載の信号処理方法。 - 移動体に搭載されたアクティブセンサーから放射波を放射して、移動する物体で反射した前記放射波を受信して、受信信号により前記移動する物体を検出する前記アクティブセンサーの前記受信信号を処理するための信号処理プログラムであって、
前記アクティブセンサーは、予め定められた時間間隔毎に走査を行い、
コンピュータを、
前記アクティブセンサーによる一回の前記走査によって得られる前記受信信号の分布であって、前記アクティブセンサーの位置を基準として定められる相対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である、相対座標受信信号分布を、絶対座標で位置を表現した前記受信信号の分布である絶対座標受信信号分布に変換するための絶対位置座標変換処理手段と、
ひとつの前記走査である第0の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第0の絶対座標受信信号分布と、前記第0の走査の直前に行われた走査である第1の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第1の絶対座標受信信号分布と、前記第1の走査の直前に行われた走査である第2の走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第2の絶対座標受信信号分布と、…、第N−1の走査の直前に行われた走査である第Nの走査により生成された前記絶対座標受信信号分布である第Nの絶対座標受信信号分布(Nは2以上の自然数)とを格納するための記憶手段と、
前記第0の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である起点座標の受信信号と、前記第1の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第1の座標の受信信号と、前記第2の絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第2の座標の受信信号と、…、前記第Nの絶対座標受信信号分布に含まれるひとつの座標である第Nの座標の受信信号とに基づいて積分処理を行い、前記積分処理の結果に基づいて、前記起点座標と、前記第1〜第Nの座標とからなる軌跡を辿って前記移動する物体の有無を検出するための推定軌跡積分処理手段と、
として機能させるための信号処理プログラム。 - Xを1からNの任意の整数とするとき、
前記第Xの座標は、前記第Xの絶対座標受信信号分布において、前記起点座標に対応する座標から予め定められた距離内にある座標からなる候補座標群から選択された座標であり、
前記距離は、前記第0の走査から前記第Xの走査までの時間に関連して定められる、
請求項9に記載の信号処理プログラム。
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