JP7306030B2

JP7306030B2 - 目標運動推定装置及び目標運動推定方法

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Publication number: JP7306030B2
Application number: JP2019074719A
Authority: JP
Inventors: 了慈安達
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2039-04-10
Also published as: JP2020173155A

Description

本発明は、目標運動推定装置及び目標運動推定方法に関し、特にドップラーシフトを用いて目標運動を推定する技術に関する。

受動型センサを用いて、目標となる物体の位置・速度を推定する目標運動推定装置が提案されている。能動型センサは信号を発射して反射等を観測するのに対し、受動型センサは、信号を発射せず、対象が放射する信号を観測する。受信する信号の種類により、パッシブソーナー、パッシブレーダー、赤外線センサ等の種類がある。

特許文献１は、無指向性のパッシブソーナー装置を用いてドップラーシフト量から目標運動を推定する技術を開示している。本方法によれば、目標が放射する信号のドップラーシフトに基づいて、目標の針路と目標の存在する方位のなす角度を算出することができる。ここで、３個以上の無指向性パッシブソーナー装置を用いることにより、目標の位置及び針路が一つに定まる。

また、指向性を備えた受動型センサを用いると、１つのセンサで目標の方位を検出することができる。したがって、２つの受動型センサを用いて目標の存在する方位を検出すると、センサを起点とした方位線の交点から目標の存在位置を求めることができる。
そして、時間間隔を置いた後に、同様の方法で再度目標の存在位置を得て、存在位置の変化から目標の速度を推定することができる。

特開平０２－０６４４８１号公報

受動型センサを用いて、目標となる物体の位置・速度を推定する目標運動推定方法において短時間で目標の運動を推定できないという問題があった。

特許文献１の方法は、目標がＣＰＡ（ＣｌｏｓｅｓｔＰｏｉｎｔｏｆＡｐｐｒｏａｃｈ：最接近点）を通過する際に予め目標速度を取得する場合を想定している。したがって、速度が未知の目標について、短時間で目標運動を推定することはできない。

また、指向性を備えた受動型センサを用いた場合は、所定の時間間隔を置いて２回存在位置を求めなければならない。したがって、短時間で目標運動を推定することはできない。

本開示は上記課題を解決するためにされたものであって、目標が放射する信号のドップラーシフトを用いて、短時間で目標運動を推定することができる目標運動推定装置及び目標運動推定方法を提供することを目的とする。

本開示にかかる目標運動推定装置は、２以上の受動型センサ装置と、目標運動推定手段とを備え、前記受動型センサ装置は、指向性を備えた受動型センサと、前記受動型センサが受信した信号から目標が放射した放射信号を検出信号として検出し、目標が存在する目標方位と前記検出信号の周波数を特定する信号検出手段と、を備え、前記目標運動推定手段は、第１の受動型センサの位置を起点とした第１の目標方位と、第２の受動型センサの位置を起点とした第２の目標方位とに基づいて、前記目標の目標位置を推定する位置推定手段と、前記周波数と前記放射信号の周波数とのドップラーシフトに基づいて、第１の受動型センサ及び第２の受動型センサから見た前記目標のドップラ速度を、それぞれ第１及び第２のドップラ速度として算出する相対運動推定手段と、前記第１のドップラ速度と前記第２のドップラ速度を合成することにより、前記目標の運動を推定する運動推定手段と、を備えたものである。

本開示にかかる目標運動推定方法は、２以上の受動型センサ装置を用いる方法であって、指向性を備えた受動型センサを用いて周囲の信号を受信し、前記受動型センサが受信した信号から目標が放射した放射信号を検出信号として検出し、目標が存在する目標方位と前記検出信号の周波数を特定し、第１の受動型センサの位置を起点とした第１の目標方位と、第２の受動型センサの位置を起点とした第２の目標方位と、に基づいて前記目標の目標位置を推定し、前記周波数と前記放射信号の周波数とのドップラーシフトに基づいて、第１の受動型センサ及び第２の受動型センサから見た前記目標のドップラ速度を、それぞれ第１及び第２のドップラ速度として算出し、前記第１のドップラ速度と前記第２のドップラ速度を合成することにより、前記目標の運動を推定する、ものである。

本開示によれば、短時間で目標運動を推定することが可能となり、より早く目標の運動を認識することが可能となる。

本発明の第１の発明を実施するための形態の構成を示すブロック図である。第１の発明を実施するための形態における、目標運動と受動型センサから見た目標の相対運動の関係を示す図である。第２の発明を実施するための形態における、目標運動が取り得る範囲を示す図である。

＜第１実施形態＞
図１を用いて、本発明の実施の形態にかかる目標運動推定装置の構成について説明する。この目標運動推定装置は、図１に示されるように、複数の受動型センサ装置１０Ａ、１０Ｂ、目標運動推定部２０を備えている。

受動型センサ装置１０Ａは、受動型センサ１１Ａ、信号検出部１２Ａを備えている。受動型センサ装置１０Ｂは、受動型センサ１１Ｂ、信号検出部１２Ｂを備えている。受動型センサ１１Ａ、１１Ｂは指向性を備えている。

受動型センサ１１Ａ、１１Ｂは、周囲から到来する信号を受信して電気信号に変換し、信号検出部１２Ａ、１２Ｂに出力する。受動型センサ１１Ａ、１１Ｂとしては、パッシブソーナー、パッシブレーダー、赤外線センサなどを用いることができる。
受動型センサ１１Ａ、１１Ｂの動作は同期しており、同一時刻において受信した信号に対して以下の処理が施される。

信号検出部１２Ａ、１２Ｂは、受動型センサ１１Ａ、１１Ｂが出力した電気信号から、目標が放射する放射信号を検出する。信号検出部１２Ａ、１２Ｂで検出した信号を検出信号とする。検出信号の検出には、目標が放射する放射信号の周波数特性を使用することができる。目標となる移動体は、例えば、車両、船舶、航空機である。目標毎に放射信号の周波数特性をデータベースとして備えてもよい。検出信号と放射信号には、ドップラーシフトによる周波数のずれが生じている。
そして、信号検出部１２Ａ、１２Ｂは、検出信号の周波数を特定し、目標運動推定部２０に出力する。
また、信号検出部１２Ａ、１２Ｂは、受動型センサ１１Ａ、１１Ｂが出力した電気信号から、受動型センサ１１Ａ、１１Ｂを起点として目標が存在する目標方位を算出し、目標運動推定部２０に出力する。受動型センサ１１Ａを起点とする目標方位を第１の目標方位とし、受動型センサ１１Ｂを起点とする目標方位を第２の目標方位とする。
受動型センサ装置１０Ａ、１０Ｂの両者が情報を出力するため、出力信号に識別番号を付加する必要がある。また、受動型センサ装置１０Ａ、１０Ｂごとに、固有の通信チャネルを用いても良い。

目標運動推定部２０は、位置推定部２１、相対運動推定部２２、運動推定部２３を備えている。

位置推定部２１は、受動型センサ１１Ａ、１１Ｂの位置情報を有している。受動型センサ装置１０Ａ、１０Ｂが移動する場合には、受動型センサ装置１０Ａ、１０Ｂとの間で通信を行う等の方法により、位置情報を更新しても良い。
位置推定部２１は、目標を検出した受動型センサ１１Ａ、１１Ｂの位置と、信号検出部１２Ａ、１２Ｂから出力された第１及び第２の目標方位に基づいて、目標の位置を推定する。
目標の位置を推定する方法としては、受動型センサ１１Ａの位置を起点とした第１の目標方位と、受動型センサ１１Ｂの位置を起点とした第２の目標方位の交点を、目標の位置と推定する方法がある。
位置推定部２１は、推定した目標の位置を運動推定部２３に出力する。

相対運動推定部２２は、目標の放射信号の周波数に関する情報を有している。
相対運動推定部２２は、受動型センサ１１Ａにおいて検出された検出信号の周波数と、目標の放射信号の周波数とのドップラーシフトに基づいて、受動型センサ１１Ａから見た目標のドップラ速度を算出する。これを第１のドップラ速度とする。また、相対運動推定部２２は、受動型センサ１１Ｂにおいて検出された検出信号の周波数と、目標の放射信号の周波数とのドップラーシフトに基づいて、受動型センサ１１Ｂから見た目標のドップラ速度を算出する。これを第２のドップラ速度とする。
相対運動推定部２２は、算出した第１及び第２のドップラ速度を運動推定部２３に出力する。

運動推定部２３は、位置推定部２１において推定された目標の目標位置を起点として、第１のドップラ速度と第２のドップラ速度を合成することにより、目標運動を推定する。目標運動は、例えば、移動速度及び移動方向の情報を含んでいる。
図２に、推定される目標運動と受動型センサ１１Ａ、１１Ｂから見た目標の相対運動との関係を示す。

本実施の形態にかかる目標運動推定装置は、複数の受動型センサ１１Ａ、１１Ｂから見た目標のドップラ速度を合成することによって目標の速度を推定するため、より短時間の検出で目標の運動を推定することができる。

なお、本実施形態の内容は上述した説明に限定されない。
本発明は、最小で２つの受動型センサ装置１０Ａ、１０Ｂを用いることで実施できるが、３つ以上の受動型センサ装置を用いることで目標運動の推定結果の精度を高めることができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、目標の放射信号の周波数が特定されていない場合である。かかる状況でも目標運動の取り得る範囲を限定することが可能である。
なお、装置の構成は図１と同じであり、受動型センサ装置１０Ａ、１０Ｂと位置推定部２１の動作は共通しているため、説明を省略する。

目標の放射信号の周波数が特定されていない場合、目標運動推定部２０は放射信号の周波数を変数として扱い、変数が取り得る範囲で、目標運動を推定する。放射信号の周波数に関する情報がない場合は、変数の下限を十分小さな値とし、変数の上限を十分に大きな値とする必要がある。

目標の放射信号の周波数を表す変数をｆとする。
相対運動推定部２２は、受動型センサ１１Ａにおいて検出された信号の周波数と、周波数ｆとのドップラーシフトに基づいて、受動型センサ１１Ａから見た目標のドップラ速度を算出する。また、相対運動推定部２２は、受動型センサ１１Ｂにおいて検出された信号の周波数と、周波数ｆとのドップラーシフトに基づいて、受動型センサ１１Ｂから見た目標のドップラ速度を算出する。

運動推定部２３は、位置推定部２１において推定された目標の位置を起点として、受動型センサ１１Ａから見た目標のドップラ速度と、受動型センサ１１Ｂから見た目標のドップラ速度と、を合成することにより、周波数ｆについての目標運動を推定する。

運動推定部２３が、周波数ｆを取り得る値で動かすことにより、目標運動が取り得る範囲を限定することができる。
図３に目標運動が取り得る範囲の例を示す。受動型センサ装置１０Ａでの検出周波数が、受動型センサ装置１０Ｂでの検出周波数よりも高い場合の例である。目標運動、つまり単位時間後の目標の位置は鎖線上に限定される。
このことにより、目標の移動方向を指定すると目標の移動速度を推定でき、目標の移動速度を指定すると、目標の移動方向を推定することが可能となる。

本実施の形態にかかる目標運動推定装置は、目標の放射信号の周波数が特定されていない状況においても、短時間の検出で目標の運動を限定することができる。

１０Ａ，１０Ｂ受動型センサ装置
１１Ａ，１１Ｂ受動型センサ
１２Ａ，１２Ｂ信号検出部
２０目標運動推定部
２１位置推定部
２２相対運動推定部
２３運動推定部

Claims

２以上の受動型センサ装置と、目標運動推定手段と、を備え、
前記受動型センサ装置は、
指向性を備えた受動型センサと、
前記受動型センサが受信した信号から目標が放射した放射信号を検出信号として検出し、目標が存在する目標方位と前記検出信号の周波数を特定する信号検出手段と、を備え、
前記目標運動推定手段は、
第１の受動型センサの位置を起点とした第１の目標方位と、第２の受動型センサの位置を起点とした第２の目標方位とに基づいて、前記目標の目標位置を推定する位置推定手段と、
前記周波数と前記放射信号の周波数とのドップラーシフトに基づいて、第１の受動型センサ及び第２の受動型センサから見た前記目標のドップラ速度を、それぞれ第１及び第２のドップラ速度として算出する相対運動推定手段と、
前記第１のドップラ速度と前記第２のドップラ速度を合成することにより、前記目標の運動を推定する運動推定手段と、を備え、
前記受動型センサはパッシブソーナーであり、
前記相対運動推定手段は、前記放射信号の周波数を変数として、前記第１及び第２のドップラ速度を算出し、
前記運動推定手段は、前記変数が取り得る範囲にわたって前記目標の運動を推定し、前記目標の運動が取り得る範囲を限定する、
目標運動推定装置。
２以上の受動型センサ装置を用いる方法であって、
指向性を備えた受動型センサを用いて周囲の信号を受信し、
前記受動型センサが受信した信号から目標が放射した放射信号を検出信号として検出し、目標が存在する目標方位と前記検出信号の周波数を特定し、
第１の受動型センサの位置を起点とした第１の目標方位と、第２の受動型センサの位置を起点とした第２の目標方位と、に基づいて前記目標の位置を推定し、
前記周波数と前記放射信号の周波数とのドップラーシフトに基づいて、第１の受動型センサ及び第２の受動型センサから見た前記目標のドップラ速度を、それぞれ第１及び第２のドップラ速度として算出し、
前記第１のドップラ速度と前記第２のドップラ速度を合成することにより、前記目標の運動を推定し、
前記受動型センサはパッシブソーナーであり、
前記第１及び第２のドップラ速度は、前記目標の放射信号の周波数を変数として算出され、
前記目標の運動は前記変数が取り得る範囲にわたって推定され、前記目標の運動の取り得る範囲が限定される
目標運動推定方法。