JP6861663B2 - センサ装置、誤差検出方法および誤差検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、目標を観測するセンサ装置、誤差検出方法および誤差検出プログラムに関する。

目標物体（以下、目標とする）が航空機などの飛しょう体の場合、目標のステルス化、目標が低い高度で飛行することなどに伴い、単一センサでの探知では、探知距離が短くなるなどの問題がある。特許文献１には、複数のセンサを備えたシステムにおいて、各センサで得られた航跡を各センサで共有し、探知距離を延伸する技術が開示されている。

特開２０１４−１７４１０８号公報

複数のセンサを備えるシステムでは、各センサの設置された位置、各センサにおいて設置時に設定された方位、各センサでの計測時刻などに起因する誤差であるシステムアライメント誤差が、各センサで得られたデータに含まれる可能性がある。システムアライメント誤差を検出する方法として、各センサで得られたデータを比較する方法がある。しかしながら、システムが備えるセンサの数が増加すると、比較処理が幾何級数的に増加するため、処理量が多くなる、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、処理量を抑制しつつ、複数のセンサの間で発生する誤差を検出可能なセンサ装置、誤差検出方法および誤差検出プログラムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、他のセンサ装置とともにセンサシステムを構成するセンサ装置である。センサ装置は、目標を観測するセンサの第１の観測結果に基づいて、第１の期間における目標の航跡である部分航跡を生成し、部分航跡の第１の誤差共分散行列を生成する第１の演算部と、部分航跡を送信するか否かを判定する送信判定部と、を備える。また、センサ装置は、送信判定部から受信した部分航跡、および他のセンサ装置から受信した部分航跡に基づいて、観測を開始してからの目標の航跡である航跡情報を生成し、航跡情報の第２の誤差共分散行列を生成する第２の演算部と、第１の観測結果に基づいて、観測を開始してからの目標の航跡の第３の誤差共分散行列を生成する第３の演算部と、を備える。また、センサ装置は、第３の誤差共分散行列と第２の誤差共分散行列とを比較し、他のセンサ装置で得られる第２の観測結果に対して第１の観測結果が誤差を含むか否かを判定する誤差共分散判定部と、誤差共分散判定部の判定結果を用いて、第１の誤差共分散行列に基づいて、第１の観測結果に含まれる誤差量を推定する誤差推定部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、センサ装置は、処理量を抑制しつつ、複数のセンサの間で発生する誤差を検出できる、という効果を奏する。

複数のセンサを備えるシステムにおけるシステムアライメント誤差の概念を示す図 センサシステムの構成例を示すブロック図 センサ装置においてシステムアライメント誤差を検出する動作を示すフローチャート センサ装置で生成される誤差共分散行列の例を示す図 誤差共分散判定部においてシステムアライメント誤差が含まれるか否かを判定する処理を示すフローチャート センサ装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図 センサ装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるセンサ装置、誤差検出方法および誤差検出プログラムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
まず、複数のセンサを備えるシステムにおけるシステムアライメント誤差の概念について説明する。図１は、複数のセンサを備えるシステムにおけるシステムアライメント誤差の概念を示す図である。第１のセンサおよび第２のセンサで得られるデータには、位置、方位、時刻などの各要素において、システムアライメント誤差が含まれる可能性がある。システムアライメント誤差は、カルマンフィルタなどの平滑計算によって軽減されるランダム誤差ではなく、センサの設置位置、設定された方位、観測時の基準時刻とのずれなどに内包されるバイアス誤差のことである。図１では、各センサで設定された方位がずれており、方位の要素においてシステムアライメント誤差が含まれる例を示している。

第１のセンサは、観測した目標の航跡である目標航跡を第２のセンサと共有するため、目標航跡を第２のセンサに送信する。このとき、第１のセンサは、図１の左図に示すように、第２のセンサの方位が第１のセンサの方位と一致しているものとみなして、目標航跡を送信する。第１のセンサから送信される目標航跡は、第１のセンサに設定されている方位に基づいて目標航跡の位置が特定される。しかしながら、実際には、図１の右図に示すように第２のセンサの方位が第１のセンサの方位と異なっている。すなわち、第２のセンサの方位と第１のセンサの方位との間にはシステムアライメント誤差がある。このように、システムアライメント誤差があると、目標航跡を正確に認識できない。図１の例では、第２のセンサは、第１のセンサから受信した目標航跡が図１の右図に示す実線の矢印の位置にあると認識してしまう。そのため、システムアライメント誤差を検出し、補正することが望まれる。

本実施の形態のセンサシステムでは、センサ装置において、システムアライメント誤差を検出する。以下、本実施の形態のセンサシステムの構成および動作について説明する。以降の説明において、システムアライメント誤差を単に誤差と呼ぶ場合がある。

図２は、本実施の形態にかかるセンサシステム１の構成例を示すブロック図である。センサシステム１は、センサ装置１００，１０１と、指揮統制装置１１０と、を備える。まず、センサ装置１００の構成について説明する。センサ装置１００は、センサ１０と、第１の演算部２０と、システムアライメント誤差推定部３０と、送信判定部４０と、第２の演算部５０と、システムアライメント誤差検出装置１２０と、を備える。システムアライメント誤差検出装置１２０は、第３の演算部６０と、誤差共分散判定部７０と、を備える。

センサ１０は、目標８０を観測し、目標８０の観測位置などを含む観測結果を第１の演算部２０および第３の演算部６０に出力する。センサ１０は、例えば、飛しょう体を観測するレーダであるが、これに限定されない。センサ１０で得られた観測結果を第１の観測結果と呼ぶ場合がある。

第１の演算部２０は、センサ１０から出力された観測結果に対して平滑処理および予測処理を行い、第１の期間における目標８０の航跡である部分航跡を生成する。第１の期間は、センサ装置１００においてセンサ１０が観測を開始してから現在までの期間、または第１の演算部２０が保持する観測結果をリセットすなわち０にしてから現在までの期間である。また、第１の演算部２０は、部分航跡の誤差共分散行列である第１の誤差共分散行列を生成する。第１の演算部２０の動作の詳細については後述する。第１の演算部２０は、部分航跡および第１の誤差共分散行列をシステムアライメント誤差推定部３０に出力する。

システムアライメント誤差推定部３０は、誤差共分散判定部７０から判定結果を取得し、判定結果および第１の誤差共分散行列を用いて、観測結果に含まれる誤差量を推定する誤差推定部である。システムアライメント誤差推定部３０は、推定した誤差量に基づいて、部分航跡および第１の誤差共分散行列を補正する。システムアライメント誤差推定部３０は、補正した部分航跡および補正した第１の誤差共分散行列を送信判定部４０に出力する。なお、システムアライメント誤差推定部３０は、推定した誤差量に基づいて部分航跡のみを補正し、第１の誤差共分散行列については補正しなくてもよい。

送信判定部４０は、システムアライメント誤差推定部３０から部分航跡および第１の誤差共分散行列を取得し、第２の演算部５０から航跡情報および第２の誤差共分散行列を取得し、部分航跡を送信するか否かを判定する。航跡情報は、第２の演算部５０で生成された航跡であり、センサ装置１００においてセンサ１０が観測を開始してから現在までの期間における目標８０の航跡である。送信判定部４０は、部分航跡、航跡情報、第１の誤差共分散行列、および第２の誤差共分散行列に基づいて、部分航跡を用いることで第２の演算部５０において航跡情報の精度が向上すると判定した場合、部分航跡を第２の演算部５０に送信する。このとき、送信判定部４０は、部分航跡を、センサ装置１０１が備える第２の演算部５１、および指揮統制装置１１０が備える第２の演算部５２にも送信する。

第２の演算部５０は、送信判定部４０から受信した部分航跡、および後述するセンサ装置１０１の送信判定部４１から受信した部分航跡に基づいて、第１の演算部２０と同様の平滑処理および予測処理を行い、航跡情報を生成、すなわち更新する。また、第２の演算部５０は、航跡情報の誤差共分散行列である第２の誤差共分散行列を生成、すなわち更新する。第２の演算部５０は、送信判定部４０から部分航跡を受信したことを第１の演算部２０に通知する。この場合、第１の演算部２０は、第２の演算部５０から部分航跡を受信したことの通知を受けて、センサ１０から取得して保持している観測結果をリセットすなわち０にする。また、第２の演算部５０は、更新した航跡情報および第２の誤差共分散行列を送信判定部４０に出力する。また、第２の演算部５０は、更新した第２の誤差共分散行列を誤差共分散判定部７０に出力する。

第３の演算部６０は、センサ１０から出力された観測結果に基づいて、第１の演算部２０と同様の平滑処理および予測処理を行い、センサ装置１００においてセンサ１０が観測を開始してから現在までの期間における目標８０の航跡を生成する。第３の演算部６０は、生成した航跡の誤差共分散行列である第３の誤差共分散行列を生成する。第３の演算部６０は、第３の誤差共分散行列を誤差共分散判定部７０に出力する。

誤差共分散判定部７０は、第３の演算部６０から出力された第３の誤差共分散行列と第２の演算部５０から出力された第２の誤差共分散行列とを比較し、センサ１０で得られる観測結果にシステムアライメント誤差が含まれるか否かを判定する。すなわち、誤差共分散判定部７０は、センサ装置１０１のセンサ１１で得られる観測結果に対して、センサ１０で得られる観測結果が誤差を含むか否かを判定する。誤差共分散判定部７０は、判定結果をシステムアライメント誤差推定部３０に出力する。誤差共分散判定部７０の動作の詳細については後述する。

つぎに、センサ装置１０１の構成について説明する。センサ装置１０１は、センサ１１と、第１の演算部２１と、システムアライメント誤差推定部３１と、送信判定部４１と、第２の演算部５１と、を備える。センサ１１、第１の演算部２１、送信判定部４１、および第２の演算部５１は、センサ装置１００のセンサ１０、第１の演算部２０、送信判定部４０、および第２の演算部５０と同様の構成である。システムアライメント誤差推定部３１は、第１の誤差共分散行列を用いて、観測結果に含まれる誤差量を推定する。送信判定部４１は、部分航跡を第２の演算部５１に送信する場合、センサ装置１００が備える第２の演算部５０、および指揮統制装置１１０が備える第２の演算部５２にも部分航跡を送信する。センサ１１で得られた観測結果を第２の観測結果と呼ぶ場合がある。

つぎに、指揮統制装置１１０の構成について説明する。指揮統制装置１１０は、第２の演算部５２を備える。第２の演算部５２は、センサ装置１００の第２の演算部５０と同様の構成である。センサシステム１は、指揮統制装置１１０に替えて、射撃管制装置などの他の装置を備えてもよい。

つづいて、センサ装置１００の動作について説明する。図３は、本実施の形態にかかるセンサ装置１００においてシステムアライメント誤差を検出する動作を示すフローチャートである。センサ１０は、目標８０を観測する（ステップＳ１）。センサ１０は、目標８０の観測位置などを含む観測結果を第１の演算部２０および第３の演算部６０に出力する。

第１の演算部２０は、センサ１０から出力された観測結果に対して平滑処理および予測処理を行い、未来時刻における目標８０の位置、速度、および加速度の予測結果を含む部分航跡、および第１の誤差共分散行列を生成する（ステップＳ２）。未来時刻は、現在時刻から規定された時間だけ先の時刻である。第１の演算部２０における平滑処理および予測処理は、一般的な手法による。第１の演算部２０は、例えば、目標８０の運動に対して感度の低いカルマンフィルタ処理、または目標８０の運動に対して感度の高いＭ３（Multiple Maneuver Model）フィルタ処理などの処理を適用することができる。ここで、第１の演算部２０において、平滑処理および予測処理の一例として、カルマンフィルタ処理を適用した場合の動作について説明する。

センサ１０から出力された観測結果に含まれる観測値および観測精度をベクトル量として、それぞれ「ｚ^→ _ｋ」および「ｖ^→ _ｋ」で表す。観測値には、目標８０の位置、速度、加速度などがあるが、説明を簡潔にするため、ここでは、目標８０の位置、および速度を対象とする。観測値ベクトルｚ^→ _ｋは、観測時刻ｔ_ｋにおいてセンサ１０で観測された目標８０に対する観測値を表すベクトルである。観測精度ベクトルｖ^→ _ｋは、観測時刻ｔ_ｋにおいてセンサ１０で観測された目標８０に対する観測値の観測精度を表すベクトルである。ここで、「ｚ^→ _ｋ」という表記は、「ｚ」の上部に矢印記号「→」が配置された文字の代替表記である。式を除く文章内では当該代替表記を使用する。

観測時刻ｔ_ｋにおける観測値ベクトルｚ^→ _ｋおよび観測精度ベクトルｖ^→ _ｋは、それぞれ、以下の（１）式および（２）式で表すことができる。ここで、観測値ベクトルｚ^→ _ｋは、基準となる直交座標系である追尾基準座標系で定義されたベクトルとする。追尾基準座標系の一例は、北基準直交座標系である。また、観測精度ベクトルｖ^→ _ｋは、センサ１０を基準とする極座標系であるセンサ基準極座標系で定義されたベクトルとする。

（１）式において、「ｘ_ｏｋ」は、観測時刻ｔ_ｋにおける観測値のｘ軸成分である。「ｙ_ｏｋ」は、観測時刻ｔ_ｋにおける観測値のｙ軸成分である。「ｚ_ｏｋ」は、観測時刻ｔ_ｋにおける観測値のｚ軸成分である。記号「Ｔ」は、転置を表す。この表記は、後述の数式においても同様である。また、（２）式において、「σ_ｒｋ」は、観測時刻ｔ_ｋにおける観測精度の距離方向の成分である。「σ_ｅｋ」は、観測時刻ｔ_ｋにおける観測精度の仰角方向の成分である。「σ_ｂｙｋ」は、観測時刻ｔ_ｋにおける観測精度の方位角方向の成分である。なお、観測精度の距離方向の成分を「距離精度」と呼び、観測精度の仰角方向の成分を「仰角精度」と呼び、観測精度の方位角方向の成分を「方位角精度」と呼ぶ場合がある。

観測誤差共分散行列を「Ｒ_ｋ」で表す。観測誤差共分散行列Ｒ_ｋは、目標運動諸元の真値が存在すると考えられる範囲を表す行列である。観測誤差共分散行列Ｒ_ｋは、以下の（３）式で表すことができる。

（３）式に示されるように、観測誤差共分散行列Ｒ_ｋは、（２）式に示した観測精度ベクトルｖ^→ _ｋの距離精度σ_ｒｋ、仰角精度σ_ｅｋ及び方位角精度σ_ｂｙｋの２乗成分を対角要素とする行列と、座標変換行列Ｇ_ｋとを用いて表すことができる。座標変換行列Ｇ_ｋは、センサ基準極座標系から基準となる直交座標系への変換行列である。

観測時刻ｔ_ｋにおける予測値のベクトルを「Ｘ^→ _{ｋ｜ｋ−１}」で表す。観測時刻ｔ_ｋにおける予測値ベクトルＸ^→ _{ｋ｜ｋ−１}は、以下の（４）式で表すことができる。

（４）式において、「ｘ_{ｋ｜ｋ−１}」は、観測時刻ｔ_ｋにおける位置予測値のｘ軸成分である。「ｙ_{ｋ｜ｋ−１}」は、観測時刻ｔ_ｋにおける位置予測値のｙ軸成分である。「ｚ_{ｋ｜ｋ−１}」は、観測時刻ｔ_ｋにおける位置予測値のｚ軸成分である。「ｘ^・ _{ｋ｜ｋ−１}」は、観測時刻ｔ_ｋにおける速度予測値のｘ軸成分である。「ｙ^・ _{ｋ｜ｋ−１}」は、観測時刻ｔ_ｋにおける速度予測値のｙ軸成分である。「z^・ _{ｋ｜ｋ−１}」は、観測時刻ｔ_ｋにおける速度予測値のz軸成分である。ここで、「ｘ^・ _{ｋ｜ｋ−１}」という表記は、「ｘ」の上部にドット記号「・」が配置された文字の代替表記である。「ｙ」および「ｚ」についても同様である。式を除く文章内では当該代替表記を使用する。

観測時刻ｔ_ｋ−１における平滑値のベクトルを「Ｘ^→ _{ｋ−１｜ｋ−１}」で表す。観測時刻ｔ_ｋ−１は、観測時刻ｔ_ｋから見ると、前回の観測時刻である。なお、観測時刻ｔ_ｋを「今回の観測時刻」と呼ぶ場合がある。前回の観測時刻ｔ_ｋ−１における平滑値ベクトルＸ^→ _{ｋ−１｜ｋ−１}は、以下の（５）式で表すことができる。

（５）式において、「ｘ_{ｋ−１｜ｋ−１}」は、前回の観測時刻ｔ_ｋ−１における位置平滑値のｘ軸成分である。「ｙ_{ｋ−１｜ｋ−１}」は、前回の観測時刻ｔ_ｋ−１における位置平滑値のｙ軸成分である。「ｚ_{ｋ−１｜ｋ−１}」は、前回の観測時刻ｔ_ｋ−１における位置平滑値のｚ軸成分である。「ｘ^・ _{ｋ−１｜ｋ−１}」は、前回の観測時刻ｔ_ｋ−１における速度平滑値のｘ軸成分である。「ｙ^・ _{ｋ−１｜ｋ−１}」は、前回の観測時刻ｔ_ｋ−１における速度平滑値のｙ軸成分である。「z^・ _{ｋ−１｜ｋ−１}」は、前回の観測時刻ｔ_ｋ−１における速度平滑値のｚ軸成分である。

前回の観測時刻ｔ_ｋ−１における平滑値ベクトルＸ^→ _{ｋ−１｜ｋ−１}と、今回の観測時刻ｔ_ｋにおける予測値ベクトルＸ^→ _{ｋ｜ｋ−１}との関係は、以下の（６）式で表すことができる。

（６）式において、Φ（ｔ_ｋ，ｔ_ｋ−１）は、前回の観測時刻ｔ_ｋ−１から今回の観測時刻ｔ_ｋまでの経過時間による目標諸元の変化を表す行列である。以下、この行列を「状態遷移行列」と呼ぶ。

（６）式に示した状態遷移行列Φ（ｔ_ｋ，ｔ_ｋ−１）を用いると、第１の演算部２０によって演算される観測時刻ｔ_ｋにおける予測誤差共分散行列Ｐ_{ｋ｜ｋ−１}は、以下の（７）式を用いて表すことができる。

（７）式において、「Ｐ_{ｋ−１｜ｋ−１}」は、前回の観測時刻ｔ_ｋ−１における平滑誤差共分散行列であり、「Ｑ_ｋ−１」は、前回の観測時刻ｔ_ｋ−１におけるシステム雑音を表すシステム雑音共分散行列である。また、観測時刻ｔ_ｋにおけるカルマンゲイン行列を「Ｋ_ｋ」で表す。カルマンゲイン行列Ｋ_ｋは、以下の（８）式で表すことができる。

（８）式において、「Ｐ_{ｋ｜ｋ−１}」は、（７）式で表される観測時刻ｔ_ｋにおける予測誤差共分散行列であり、「Ｒ_ｋ」は、（３）式で表される観測時刻ｔ_ｋにおける観測誤差共分散行列である。また、「Ｈ_ｋ」は、観測時刻ｔ_ｋにおける位置のセンサ観測行列である。センサ観測行列Ｈ_ｋは、以下の（９）式で表すことができる。

（９）式において、「Ｏ_３×３」は、３行３列の零行列である。位置のセンサ観測行列Ｈ_ｋは、位置と速度の成分からなるベクトルからｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の位置成分を取り出すための行列である。

（８）式および（９）式を用いると、観測時刻ｔ_ｋにおける平滑値ベクトルＸ^→ _ｋ｜ｋ、および観測時刻ｔ_ｋにおける平滑誤差共分散行列Ｐ_ｋ｜ｋは、それぞれ、以下の（１０）式および（１１）式で表すことができる。

図３のフローチャートの説明に戻る。システムアライメント誤差推定部３０は、後述する処理によって誤差共分散判定部７０で得られた判定結果、具体的には、システムアライメント誤差を含む位置、方位、時刻の各要素、および軸の推定結果を初期値として、第１の演算部２０から出力された部分航跡および第１の誤差共分散行列に対してシステムアライメント誤差の誤差量を推定する（ステップＳ３）。ここで、センサ１０が目標８０を観測した時点での観測結果は、センサ１０基準の極座標系すなわち相対距離、方位角、および仰角を成分とする座標系で定義されたものである。ただし、センサ１０は、各演算部に出力するまでの間に極座標系から直交座標系に座標変換して観測結果を出力している。システムアライメント誤差推定部３０は、センサ１０基準の極座標系において、相対距離、方位角、および仰角の各成分に対してどの程度のシステムアライメント誤差が生じているかを推測する。そして、システムアライメント誤差推定部３０は、部分航跡を直交座標系から極座標系に変換し、極座標系において推定したシステムアライメント誤差の誤差量に基づいて部分航跡を補正し、補正した部分航跡を極座標系から直交座標系に変換する。システムアライメント誤差推定部３０は、補正した部分航跡を極座標系から直交座標系に変換したものを、送信判定部４０に出力する補正した部分航跡とする。なお、システムアライメント誤差推定部３０は、第１の誤差共分散行列に対しても部分航跡と同様の方法で補正することができる。また、システムアライメント誤差推定部３０は、誤差共分散判定部７０で得られた判定結果を初期値として利用することで、システムアライメント誤差の誤差量を推定する際の誤差候補の範囲を限定することができ、処理負荷を低減することができるとともに、誤差の収束性を向上させることができる。システムアライメント誤差推定部３０は、補正した部分航跡および補正した第１の誤差共分散行列を送信判定部４０に出力する。

送信判定部４０は、システムアライメント誤差推定部３０から部分航跡および第１の誤差共分散行列を取得し、第２の演算部５０から航跡情報および第２の誤差共分散行列を取得する。送信判定部４０は、当該部分航跡を用いることで、第２の演算部５０が生成する航跡情報の精度が向上するか否かを判定する（ステップＳ４）。送信判定部４０は、第２の演算部５０において航跡情報の精度が規定された閾値以下に劣化することが見込まれる場合、または、部分航跡を送信することで第２の演算部５０において航跡情報の精度が規定された閾値以上改善することが見込まれる場合、部分航跡を送信すると判定する。第２の演算部５０において航跡情報の精度が規定された閾値以下に劣化することが見込まれる場合とは、例えば、第２の演算部５０で演算された第２の誤差共分散行列の速度成分の最大固有値が閾値以上になった場合である。また、部分航跡を送信することで第２の演算部５０において航跡情報の精度が規定された閾値以上改善することが見込まれる場合とは、部分航跡を送信しなかった場合の第２の演算部５０の航跡精度、すなわち第２の演算部５０で演算された第２の誤差共分散行列の速度成分の最大固有値と、部分航跡を送信した場合の第２の演算部５０の航跡情報の精度、すなわち部分航跡の第１の誤差共分散行列および第２の演算部５０の第２の誤差共分散行列から演算された平滑誤差共分散行列の速度成分の最大固有値と、を比較して規定された閾値以上の差が生じている場合である。送信判定部４０は、当該部分航跡を用いることで第２の演算部５０において航跡情報の精度が向上すると判定した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、部分航跡を第２の演算部５０〜５２に送信する（ステップＳ５）。送信判定部４０は、当該部分航跡を用いても第２の演算部５０において航跡情報の精度が向上しないと判定した場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、部分航跡を第２の演算部５０〜５２に出力せず処理を終了する。

第２の演算部５０は、送信判定部４０，４１の少なくとも１つから部分航跡を受信した場合、部分航跡に対して平滑処理および予測処理を行い、航跡情報を生成すなわち更新する。また、第２の演算部５０は、航跡情報の第２の誤差共分散行列を生成すなわち更新する（ステップＳ６）。第２の演算部５０における平滑処理および予測処理は、第１の演算部２０における平滑処理および予測処理と同様である。これにより、センサシステム１では、各第２の演算部５０〜５２において、部分航跡を共有し、航跡情報の等価性を確保することができる。なお、第２の演算部５０は、送信判定部４０から部分航跡を取得した場合、送信判定部４０から部分航跡を取得した旨を第１の演算部２０に通知する。第１の演算部２０は、第２の演算部５０から部分航跡を取得した旨の通知を受けると、リセット処理を行う。この場合、第１の演算部２０は、リセット処理後の時刻から、部分航跡および第１の誤差共分散行列を生成する。また、第２の演算部５０は、更新した航跡情報および第２の誤差共分散行列を送信判定部４０に出力する。また、第２の演算部５０は、更新した第２の誤差共分散行列を誤差共分散判定部７０に出力する。

第３の演算部６０は、第１の演算部２０と同様、センサ１０から出力された観測結果に対して平滑処理および予測処理を行い、目標８０の未来時刻における位置、速度、および加速度を予測し、第３の誤差共分散行列を生成する（ステップＳ７）。第３の演算部６０が第３の誤差共分散行列を生成する処理は、前述の第１の演算部２０の処理と同様である。なお、第３の演算部６０は、第１の演算部２０と異なり、第２の演算部５０が部分航跡を取得した場合でも、第２の演算部５０が航跡情報を維持している間はリセット処理されない。ステップＳ７の処理については、ステップＳ２からステップＳ６の処理と並行して行われてもよい。第１の誤差共分散行列、第２の誤差共分散行列、および第３の誤差共分散行列を区別しない場合、誤差共分散行列と呼ぶ場合がある。

誤差共分散判定部７０は、第３の演算部６０から出力された第３の誤差共分散行列と第２の演算部５０から出力された第２の誤差共分散行列とを比較し、観測結果にシステムアライメント誤差が含まれているか否かを判定する（ステップＳ８）。誤差共分散判定部７０は、判定結果をシステムアライメント誤差推定部３０に出力する（ステップＳ９）。

ここで、誤差共分散行列について説明する。図４は、本実施の形態にかかるセンサ装置１００で生成される誤差共分散行列の例を示す図である。図４に示す誤差共分散行列は、位置と速度に関する誤差量の相関関係を示す行列である。図４において、枠Ａで示される箇所の誤差成分は、位置に関する成分の誤差量を示す成分である。また、枠Ｂ，Ｄで示される箇所の誤差成分は、位置と速度の相関成分の誤差量を示す成分である。また、枠Ｃで示される箇所の誤差成分は、速度に関する成分の誤差量を示す成分である。図４に示すように、位置と速度の誤差成分の成分は、ｘ成分、ｙ成分、およびｚ成分によって表される。誤差共分散行列では、図４に示す各成分の大きさによって、誤差が発生している要素および誤差の大きさを示すことができる。誤差共分散行列において、各成分が目標８０の位置を特定する座標系の軸毎、具体的にはｘ成分、ｙ成分、およびｚ成分で表される。

図５は、本実施の形態にかかる誤差共分散判定部７０においてシステムアライメント誤差が含まれるか否かを判定する処理を示すフローチャートである。誤差共分散判定部７０は、第３の演算部６０で生成された第３の誤差共分散行列の各成分と第２の演算部５０で生成された第２の誤差共分散行列の各成分とを比較し、誤差共分散行列の特定の成分において差異が生じているか否かを判定する（ステップＳ２１）。誤差共分散判定部７０は、誤差共分散行列の特定の成分において差異が生じていないと判定した場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、システムアライメント誤差は無いと判定し（ステップＳ２２）、処理を終了する。

誤差共分散判定部７０は、誤差共分散行列の特定の成分において差異が生じていると判定した場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、誤差共分散行列の特徴量について、複数の目標間における相関関係を分析する。誤差共分散判定部７０は、センサ装置１００が探知対象としている目標８０に対する誤差共分散行列で差異が生じている成分と、目標８０と異なる目標である異目標に対する誤差共分散行列で差異が生じている成分とが同一か否かを判定する。すなわち、誤差共分散判定部７０は、異目標においても目標８０と同一成分で差異が生じているか否かを判定する（ステップＳ２３）。

誤差共分散判定部７０は、異目標においても同一成分で差異が生じていると判定した場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、位置に関するシステムアライメント誤差が発生していると判定し（ステップＳ２４）、処理を終了する。誤差共分散判定部７０は、異目標において同一成分で差異が生じていないと判定した場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、センサ１０と各目標の位置関係から誤差共分散行列において差異が生じている成分によって特定される方位を計算する。誤差共分散判定部７０は、異目標において差異が生じている成分が方位に相関があるか否かを判定する（ステップＳ２５）。誤差共分散判定部７０は、図４の例では、誤差共分散行列のうち枠Ａで示される位置に関する成分を用いる。

誤差共分散判定部７０は、異目標において差異が生じている成分が方位に相関があると判定した場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、方位に関するシステムアライメント誤差が発生していると判定し（ステップＳ２６）、処理を終了する。誤差共分散判定部７０は、異目標において差異が生じている成分が方位に相関がないと判定した場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、今回生成された目標８０についての誤差共分散行列の特徴量と、過去に生成された同一目標８０についての誤差共分散行列の特徴量とを比較する。誤差共分散判定部７０は、同一目標８０において、誤差共分散行列で差異が生じている成分の時系列変化と目標進行方向との間に相関があるか否かを判定する（ステップＳ２７）。誤差共分散判定部７０は、図４の例では、誤差共分散行列のうち枠Ｃで示される速度に関する成分を用いる。

誤差共分散判定部７０は、誤差共分散行列で差異が生じている成分の時系列変化と目標進行方向との間に相関があると判定した場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、時刻に関するシステムアライメント誤差が発生していると判定し（ステップＳ２８）、処理を終了する。誤差共分散判定部７０は、誤差共分散行列で差異が生じている成分の時系列変化と目標進行方向との間に相関がないと判定した場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）、システムアライメント誤差は発生しているが、複数の要因が複合して発生しているなどの状態で発生要因を特定することは困難であり、発生要因は不明と判定し（ステップＳ２９）、処理を終了する。

誤差共分散判定部７０は、システムアライメント誤差の発生要因が、位置、方位、または時刻のどの要素であるかを判定できた場合、システムアライメント誤差が発生していると判定した要素、および誤差共分散行列においてシステムアライメント誤差が発生している軸を判定結果としてシステムアライメント誤差推定部３０に出力する。

このように、誤差共分散判定部７０は、第３の誤差共分散行列および第２の誤差共分散行列の対応する各成分から得られる特徴量に基づいて、観測結果において位置、方位、および時刻の各要素に誤差が含まれるか否かを判定する。誤差共分散判定部７０は、誤差が含まれると判定した要素について誤差が含まれる要素の成分の軸を推定する。誤差共分散判定部７０は、誤差が含まれると判定した要素、および推定した軸を判定結果としてシステムアライメント誤差推定部３０に出力する。システムアライメント誤差推定部３０は、誤差共分散判定部７０から取得した判定結果を、システムアライメント誤差を推定する際の初期値として使用し、システムアライメント誤差の誤差量を推定する。これにより、システムアライメント誤差推定部３０は、システムアライメント誤差推定の際の処理負荷を低減できるとともに、誤差の収束性を向上させることができる。

つづいて、センサ装置１００のハードウェア構成について説明する。センサ装置１００において、センサ１０は計測器である。送信判定部４０において部分航跡をセンサ装置１０１および指揮統制装置１１０に出力する機能、および第２の演算部５０においてセンサ装置１０１から部分航跡を取得する機能はインタフェース回路により実現される。第１の演算部２０、システムアライメント誤差推定部３０、送信判定部４０のその他の機能、第２の演算部５０、第３の演算部６０、および誤差共分散判定部７０は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。

図６は、本実施の形態にかかるセンサ装置１００が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、センサ装置１００の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、センサ装置１００の各構成要素の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。また、これらのプログラムは、センサ装置１００の各構成要素の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。図６において、計測器９４は前述の計測器である。インタフェース回路９５は前述のインタフェース回路である。

ここで、プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであってもよい。また、メモリ９２には、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

図７は、実施の形態１にかかるセンサ装置１００が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図７に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。センサ装置１００の各構成要素の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。

なお、センサ装置１００の各構成要素の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、センサシステム１において、センサ装置１００は、センサ１０で得られた観測結果に基づいて部分航跡および第１の誤差共分散行列を生成し、部分航跡および他のセンサ装置１０１から受信した部分航跡に基づいて航跡情報および第２の誤差共分散行列を生成し、観測結果に基づいて観測を開始してからの第３の誤差共分散行列を生成する。センサ装置１００は、第３の誤差共分散行列と第２の誤差共分散行列とを比較して、観測結果にシステムアライメント誤差が含まれているか否かを判定し、判定結果を用いてシステムアライメント誤差を推定することとした。これにより、センサ装置１００は、装置の規模の増大を抑制しつつ、複数のセンサ装置の間で発生する誤差を検出できることができる。

なお、本実施の形態では、センサシステム１が２つのセンサ装置を備え、２つのセンサ装置のうちセンサ装置１００がシステムアライメント誤差検出装置１２０を備える構成について説明したが、これに限定されない。センサシステム１は、３つ以上のセンサ装置を備えてもよい。また、センサシステム１では、複数のセンサ装置のうち、システムアライメント誤差検出装置１２０を備えるセンサ装置の数は１つでもよいし、複数でもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ センサシステム、１０，１１ センサ、２０，２１ 第１の演算部、３０，３１ システムアライメント誤差推定部、４０，４１ 送信判定部、５０，５１，５２ 第２の演算部、６０ 第３の演算部、７０ 誤差共分散判定部、８０ 目標、１００，１０１ センサ装置、１１０ 指揮統制装置、１２０ システムアライメント誤差検出装置。

Claims (9)

1. 他のセンサ装置とともにセンサシステムを構成するセンサ装置であって、
   目標を観測するセンサの第１の観測結果に基づいて、第１の期間における前記目標の航跡である部分航跡を生成し、前記部分航跡の第１の誤差共分散行列を生成する第１の演算部と、
   前記部分航跡を送信するか否かを判定する送信判定部と、
   前記送信判定部から受信した前記部分航跡、および前記他のセンサ装置から受信した部分航跡に基づいて、観測を開始してからの前記目標の航跡である航跡情報を生成し、前記航跡情報の第２の誤差共分散行列を生成する第２の演算部と、
   前記第１の観測結果に基づいて、観測を開始してからの前記目標の航跡の第３の誤差共分散行列を生成する第３の演算部と、
   前記第３の誤差共分散行列と前記第２の誤差共分散行列とを比較し、前記他のセンサ装置で得られる第２の観測結果に対して前記第１の観測結果が誤差を含むか否かを判定する誤差共分散判定部と、
   前記誤差共分散判定部の判定結果を用いて、前記第１の誤差共分散行列に基づいて、前記第１の観測結果に含まれる誤差量を推定する誤差推定部と、
   を備えることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記第３の誤差共分散行列および前記第２の誤差共分散行列を表す成分として位置、方位、および時刻の要素を含み、各成分が前記目標の位置を特定する座標系の軸毎に表されている場合、
   前記誤差共分散判定部は、前記第３の誤差共分散行列および前記第２の誤差共分散行列の対応する各成分から得られる特徴量に基づいて、前記第１の観測結果において位置、方位、および時刻の各要素に誤差が含まれるか否かを判定し、誤差が含まれると判定した要素について誤差が含まれる要素の成分の軸を推定し、誤差が含まれると判定した要素、および推定した軸を前記判定結果として前記誤差推定部に出力し、
   前記誤差推定部は、前記誤差共分散判定部から前記判定結果として取得した要素および軸を初期値として、前記誤差量を推定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記第１の期間は、前記送信判定部が前記部分航跡を前記第２の演算部に送信し、前記第１の演算部が前記第２の演算部から前記部分航跡を受信したことの通知を受けてリセットしてからの期間、または前記センサが観測を開始してからの期間である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記送信判定部は、前記第１の演算部から前記誤差推定部を介して取得した前記部分航跡および前記第１の誤差共分散行列と、前記第２の演算部から取得した前記航跡情報および第２の誤差共分散行列とに基づいて、前記部分航跡を用いることで前記航跡情報の精度が向上すると判定した場合、前記部分航跡を前記第２の演算部および前記他のセンサ装置へ送信する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のセンサ装置。
5. 他のセンサ装置とともにセンサシステムを構成するセンサ装置の誤差検出方法であって、
   第１の演算部が、目標を観測するセンサの第１の観測結果に基づいて、第１の期間における前記目標の航跡である部分航跡を生成し、前記部分航跡の第１の誤差共分散行列を生成する第１のステップと、
   送信判定部が、前記部分航跡を送信するか否かを判定する第２のステップと、
   第２の演算部が、前記送信判定部から受信した前記部分航跡、および前記他のセンサ装置から受信した部分航跡に基づいて、観測を開始してからの前記目標の航跡である航跡情報を生成し、前記航跡情報の第２の誤差共分散行列を生成する第３のステップと、
   第３の演算部が、前記第１の観測結果に基づいて、観測を開始してからの前記目標の航跡の第３の誤差共分散行列を生成する第４のステップと、
   誤差共分散判定部が、前記第３の誤差共分散行列と前記第２の誤差共分散行列とを比較し、前記他のセンサ装置で得られる第２の観測結果に対して前記第１の観測結果が誤差を含むか否かを判定する第５のステップと、
   誤差推定部が、前記誤差共分散判定部の判定結果を用いて、前記第１の誤差共分散行列に基づいて、前記第１の観測結果に含まれる誤差量を推定する第６のステップと、
   を含むことを特徴とする誤差検出方法。
6. 前記第３の誤差共分散行列および前記第２の誤差共分散行列を表す成分として位置、方位、および時刻の要素を含み、各成分が前記目標の位置を特定する座標系の軸毎に表されている場合、
   前記第５のステップにおいて、前記誤差共分散判定部は、前記第３の誤差共分散行列および前記第２の誤差共分散行列の対応する各成分から得られる特徴量に基づいて、前記第１の観測結果において位置、方位、および時刻の各要素に誤差が含まれるか否かを判定し、誤差が含まれると判定した要素について誤差が含まれる要素の成分の軸を推定し、誤差が含まれると判定した要素、および推定した軸を前記判定結果として前記誤差推定部に出力し、
   前記第６のステップにおいて、前記誤差推定部は、前記誤差共分散判定部から前記判定結果として取得した要素および軸を初期値として、前記誤差量を推定する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の誤差検出方法。
7. 前記第１の期間は、前記送信判定部が前記部分航跡を前記第２の演算部に送信し、前記第１の演算部が前記第２の演算部から前記部分航跡を受信したことの通知を受けてリセットしてからの期間、または前記センサが観測を開始してからの期間である、
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の誤差検出方法。
8. 前記第２のステップにおいて、前記送信判定部は、前記第１の演算部から前記誤差推定部を介して取得した前記部分航跡および前記第１の誤差共分散行列と、前記第２の演算部から取得した前記航跡情報および第２の誤差共分散行列とに基づいて、前記部分航跡を用いることで前記航跡情報の精度が向上すると判定した場合、前記部分航跡を前記第２の演算部および前記他のセンサ装置へ送信する、
   ことを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の誤差検出方法。
9. 請求項５から８のいずれか１つに記載の誤差検出方法をコンピュータに実行させることを特徴とする誤差検出プログラム。

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