JPH03148085A - Ship-signal processing method and radar system - Google Patents

Ship-signal processing method and radar system

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JPH03148085A
JPH03148085A JP1287188A JP28718889A JPH03148085A JP H03148085 A JPH03148085 A JP H03148085A JP 1287188 A JP1287188 A JP 1287188A JP 28718889 A JP28718889 A JP 28718889A JP H03148085 A JPH03148085 A JP H03148085A
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Abstract

PURPOSE:To estimate the true movement of a target accurately when own ship performs quick acceleration, deceleration and the like by estimating the true movement of the target based on the relative-movement estimating signal of the target with respect to own ship based on a radar video signal and the smoothed movement signal of own ship. CONSTITUTION:A radar video signal corresponding to the scanning of an antenna 311, a radar trigger signal and an antenna bearing signal are outputted from a radar apparatus. The signals are received, and observation with respect to a target that is captured with respect to the radar video signal is performed with a target observing part 321, and the distance and the bearing of the target are found. The obtained target distance and bearing are sent into an operating part 352 through an I/O interface part 351. A bow bearing signal (k) of own ship from a gyroscope 33 and an own-ship speed signal (l) from a speed log 34 are sent into the processing part 352 through the interface part 351. A CPU 353 performs smoothing processing based on the target distance/bearing signals and the signal received in the past, and the relative movement is estimated. The true movement of the target is obtained based on the obtained smoothed relative movement data and the smoothed own-ship movement data. The movement is converted into the coordinate values and the values are sent into a display-data forming part 322.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、船舶用自動衝突予防援助装置(以下ARPA
と略記する)等の追尾レーダ装置において、目標の真運
動を推定する船舶信号処理方式、および、真運動推定機
能を備えたレーダシステムに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to automatic collision prevention assistance system for ships (hereinafter referred to as ARPA).
The present invention relates to a radar system equipped with a ship signal processing method for estimating the true motion of a target and a true motion estimation function in a tracking radar device such as the following.

[従来の技術] 一般に、ARPA等の追尾レーダ装置においては、追尾
目標の相対位W(距離、方位等)、真運動(速度、針路
等)および相対運動(相対速度、相対針路等)を計測す
る機能を有している。
[Prior Art] In general, tracking radar devices such as ARPA measure the relative position W (distance, direction, etc.), true motion (speed, course, etc.), and relative motion (relative speed, relative course, etc.) of a tracked target. It has the function of

二こで、レーダ映像信号から直接得ら九るのは、自船か
らの相対的な位置を表わす距離、方位の観測信号である
。距離、方位の時間的変化から、まず、相対運動が算出
され、さらに、この相対運動に自船運動を加味して、真
運動が算出される。
What is directly obtained from the radar video signal are observation signals of distance and direction that represent the relative position from the own ship. First, relative motion is calculated from temporal changes in distance and direction, and then true motion is calculated by adding own ship motion to this relative motion.

このとき、レーダ映像信号から得られる目標の距離、方
位の観測信号には誤差が含まれるため、これを低減する
ために、平滑化、すなわち、一種の低域通過フィルタ処
理が施されている。
At this time, since the observation signal of the target distance and direction obtained from the radar image signal contains errors, smoothing, that is, a type of low-pass filter processing is performed to reduce this error.

[発明が解決しようとする課題] しかし、この従来の技術にあっては、低域通過フィルタ
により、観測誤差は、低減されることになるが、逆に、
相対運動の急激な変化に対しては遅れを生じることにな
る。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in this conventional technique, although the observation error is reduced by the low-pass filter, on the contrary,
A delay will occur in response to a sudden change in relative motion.

すなわち、目標または自船が急加減速、急変針した場合
には、相対運動に遅れを生じる。
That is, when the target or own ship suddenly accelerates, decelerates, or changes course, a delay occurs in the relative movement.

その結果、相対運動に自船運動を加味して算出される真
運動についても、目標または自船の急加減速、急変針に
より、誤差を生じることとなる。
As a result, the true motion calculated by adding the own ship's motion to the relative motion will also have errors due to sudden acceleration/deceleration or sudden changes in course of the target or own ship.

特に、自船運動の急激な変化に対しては、後述す3− 4− るように、非常に大きな真運動誤差を生じることになり
、船舶航行上1問題となっていた。
In particular, a sudden change in the own ship's motion causes a very large true motion error, which is a problem in ship navigation, as described in 3-4- below.

本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであ
り、ARPA等の追尾レーダ装置において、自船が急加
減速、急変針した場合にも、追尾目標の真運動を正確に
推定することができる船舶信号処理方式を提供すること
にある。
The present invention has been made to solve these problems, and is capable of accurately estimating the true motion of a tracking target in a tracking radar device such as ARPA, even when the own ship suddenly accelerates, decelerates, or changes course. The objective is to provide a ship signal processing system that enables

さらに、本発明の他の目的は、目標の真運動を正確に推
定できて、これをもとに、相対運動、および、CPA 
(最接近距離) 、TCPA (最接近点に至るまでの
時間)等の衝突予防データを正確に算出可能としたレー
ダシステムを提供することにある。
Furthermore, another object of the present invention is to be able to accurately estimate the true motion of a target, and based on this, calculate relative motion and CPA.
An object of the present invention is to provide a radar system that can accurately calculate collision prevention data such as (closest approach distance) and TCPA (time to closest point of approach).

[課題を解決するための手段] 上記目的は、レーダ映像信号から得られる目標の距離お
よび方位に関する観測信号をもとに、目標の自船に対す
る相対運動を推定し、自船の運動を示す信号に対して、
結果として、上記相対運動の推定におけるフィルタ特性
と同一のフィルタ特性となるフィルタ処理により平滑化
を施し、相対運動推定信号と上記平滑化した自船運動信
号とから目標の真運動を推定することにより達成される
[Means for solving the problem] The above purpose is to estimate the relative movement of the target to the own ship based on observation signals regarding the distance and direction of the target obtained from radar image signals, and to generate a signal indicating the movement of the own ship. For,
As a result, the true motion of the target is estimated from the relative motion estimation signal and the smoothed own ship motion signal by performing smoothing through filter processing that has the same filter characteristics as the filter characteristics used in estimating the relative motion. achieved.

すなわち1本発明によれば、レーダ映像信号から得られ
る目標の距離および方位に関する観測信号をもとに、目
標の自船に対する相対運動の推定を行なう相対運動推定
手段と、自船の運動を示す信号に対して、結果として、
上記相対運動推定におけるフィルタ特性と同一のフィル
タ特性となるフィルタ処理により平滑化を施す自船運動
平滑化手段と、相対運動推定信号と上記平滑化した自船
運動信号とから目標の真運動を推定する真運動推定手段
とを備えることを特徴とする船舶信号処理方式が得られ
る。
That is, according to the present invention, there is provided a relative motion estimating means for estimating the relative movement of a target with respect to the own ship based on observation signals regarding the distance and direction of the target obtained from radar image signals; For the signal, as a result,
Own ship motion smoothing means performs smoothing through filter processing that has the same filter characteristics as the filter characteristics in the relative motion estimation, and estimates the true motion of the target from the relative motion estimation signal and the smoothed own ship motion signal. A ship signal processing method is obtained, which is characterized by comprising a true motion estimating means.

また、本発明によれば、上記船舶信号処理方式により目
標の真運動を推定する機能を備えたレーダシステムが得
られる。
Further, according to the present invention, a radar system having a function of estimating the true motion of a target can be obtained using the above-mentioned ship signal processing method.

かかるレーダシステムとしては1例えば、アンテナスキ
ャンを行なって、レーダ映像信号を出力するレーダ装置
と、レーダ装置からの信号に基づいて、目標の観測を行
なうと共に、前記レーダ装5− 6− 置に対する表示データを作成する観測データ処理装置と
、船首方位を検出する手段と、自船速度を検出する手段
と、前記目標の観測データ、船首方位および自船速度に
基づいて、目標の運動に関する演算を実行する演算処理
装置とを備え、かつ。
Such a radar system includes, for example, a radar device that performs antenna scanning and outputs a radar video signal, and a radar device that observes a target based on signals from the radar device and displays information on the radar device. An observation data processing device that creates data, a means for detecting the heading of the ship, a means for detecting the own ship's speed, and performs calculations regarding the motion of the target based on the observation data of the target, the heading, and the own ship's speed. and an arithmetic processing unit.

前記演算処理装置を、レーダ映像信号から得られる目標
の距離および方位に関する観測信号をもとに、目標の自
船に対する相対運動の推定を行なう機能と、自船の運動
を示す信号に対して、結果として、上記相対運動推定に
おけるフィルタ特性と同一のフィルタ特性となるフィル
タ処理により平滑化を施す機能と、相対運動推定信号と
上記平滑化した自船運動信号とから目標の真運動を推定
する機能とを備えて構成するものが得られる。
The arithmetic processing unit has a function of estimating the relative movement of the target with respect to the own ship based on observation signals regarding the distance and direction of the target obtained from the radar image signal, and a signal indicating the movement of the own ship. As a result, there is a function to perform smoothing through filter processing that has the same filter characteristics as the filter characteristics in the relative motion estimation, and a function to estimate the true motion of the target from the relative motion estimation signal and the smoothed own ship motion signal. A device comprising the following can be obtained.

[作用] 本発明の作用について、第2図を用いて説明する。[Effect] The operation of the present invention will be explained using FIG. 2.

第2図は本発明の作用および効果を説明するための信号
波形を模式的に示した波形図で、−次元の相対速度およ
び真速度を考え、目標の真速度が一定のまま自船速度が
ステップ状に変化することを想定したものである。
Fig. 2 is a waveform diagram schematically showing a signal waveform to explain the action and effect of the present invention. This is assumed to change in steps.

まず、本発明によらない場合について説明する。First, a case not based on the present invention will be described.

自船速度が第2図■の如く変化した場合、目標の相対速
度は、同図■のようになる。一方、レーダ映像信号から
得られた目標の距離、方位の観測信号を基に、相対運動
推定手段から算出される平滑化相対運動信号は、相対運
動推定手段における平滑化特性、すなわち低域通過フィ
ルタ特性のため、同図■のようになる。
When own ship speed changes as shown in Figure 2 (■), the target relative speed changes as shown in Figure 2 (■). On the other hand, the smoothed relative motion signal calculated by the relative motion estimating means based on the observation signal of the target distance and direction obtained from the radar image signal is determined by the smoothing characteristic of the relative motion estimating means, that is, the low-pass filter. Due to its characteristics, it becomes as shown in ■ in the same figure.

したがって、第2図■の自船速度信号と同図■の平滑化
相対運動信号から真運動を算出すると、同図のと■とを
加算して、同図■の如く、スパイク状の大きな誤差が生
じる。
Therefore, when the true motion is calculated from the own ship speed signal in Figure 2 ■ and the smoothed relative motion signal in Figure 2 occurs.

次に、本発明によると、第2図■に示した自船速度は、
自船運動平滑化手段により、結果として。
Next, according to the present invention, the own ship speed shown in Figure 2 (■) is
As a result, by means of own ship motion smoothing.

相対運動推定手段におけるフィルタ特性と同じ特性とな
るフィルタ処理を施され、第2図■に示す平滑化自船速
度信号が出力される。
A filter process is performed to have the same filter characteristics as the filter characteristics in the relative motion estimating means, and a smoothed own ship speed signal shown in FIG. 2 is output.

真運動推定手段は、この平滑化自船速度信号と=7− 8− 同図■の平滑化相対速度信号を加算して、同図■に示さ
れる誤差のない真運動を算出する。
The true motion estimating means adds this smoothed own ship speed signal and the smoothed relative speed signal shown in (2) in the figure to calculate the error-free true motion shown in (2) in the same figure.

また、本発明によれば、ジャイロコンパス、スピードロ
グから出力される自船運動信号に雑音が含まれる場合に
も、自船運動平滑化手段のフィルタ処理によりその雑音
が除去され、その結果、正確な目標真運動が推定できる
Further, according to the present invention, even if noise is included in the own ship motion signal output from the gyro compass and speed log, the noise is removed by the filter processing of the own ship motion smoothing means, and as a result, accurate The target true motion can be estimated.

[実施例] 次に、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。[Example] Next, one embodiment of the present invention will be described using the drawings.

第1図は、本発明の船舶信号処理方式を実現するための
一実施例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment for realizing the ship signal processing method of the present invention.

図において、1は相対運動推定手段、2は自船運動平滑
化手段、3は真運動推定手段である。
In the figure, 1 is a relative motion estimating means, 2 is an own ship motion smoothing means, and 3 is a true motion estimating means.

以下、各手段について詳細に説明を加えるが、その前に
、座標系について説明する。
Each means will be explained in detail below, but before that, the coordinate system will be explained.

レーダ映像信号から得られる目標位置の観測信号は、自
船からの距離、方位で、極座標系である。
The observation signal of the target position obtained from the radar image signal is the distance and direction from the own ship, and is in a polar coordinate system.

また、自船運動信号としては、ジャイロコンパスから出
力される船首方位信号と、スピードログから出力される
自船速度信号とが一般的であり、これも極座標系の信号
である。さらに、目標の真運動も、最終的には速度およ
び針路という極座標系で表わすことが多い。
In addition, as own ship motion signals, a heading signal outputted from a gyro compass and an own ship speed signal outputted from a speed log are generally used, and these are also polar coordinate system signals. Furthermore, the true motion of a target is often ultimately expressed in a polar coordinate system of speed and course.

しかしながら、途中の計算過程においては、必ずしも極
座標系で扱う必要はなく、極座標からX−Y直交座標に
変換してx−y座標系で扱ってもよい。
However, in the intermediate calculation process, it is not necessary to use the polar coordinate system, but it is also possible to convert the polar coordinates to X-Y orthogonal coordinates and use the x-y coordinate system.

本実施例においては、目標距離・方位観測信号および自
船運動信号をX−Y座標系に変換し、さらに真運動につ
いても、X−Y座標系で表わす場合を例にとって説明す
る。
In this embodiment, a case will be explained in which the target distance/azimuth observation signal and the ship's motion signal are converted into an X-Y coordinate system, and the true motion is also expressed in the X-Y coordinate system.

相対運動推定手段1は、レーダ映像信号から得られた目
標の距離・方位の観測信号を入力して。
The relative motion estimating means 1 receives an observation signal of the distance and direction of the target obtained from the radar image signal.

x−y座標系の平滑化相対運動信号を出力する。Outputs a smoothed relative motion signal in the x-y coordinate system.

まず、目標の距離・方位観測信号髪x−y座標系の位置
信号に変換し、x−y座標系で平滑相対速度を算出する
が、そのためには、例えば、位置信号のX、Y成分それ
ぞれに、α−βフィルタ処理を施せば良い。その目的は
、観測雑音が含まれ9− 1〇− る観測位置信号から、雑音を低減した平滑化位置を算出
し、さらに平滑化相対速度を算出することである。
First, the target distance/direction observation signal is converted into a position signal in the x-y coordinate system, and the smooth relative velocity is calculated in the x-y coordinate system. It is sufficient to perform α-β filter processing. The purpose is to calculate a smoothed position with reduced noise from an observed position signal that includes observation noise, and further to calculate a smoothed relative velocity.

一次元のα−βフィルタは、(1)式のごとく表される
。(1)式において、Xmはレーダ映像信号の中から観
測された目標位置、Xsは目標平滑化位置、Xpは目標
予測位置、Vsは目標平滑化相対速度、α、βはフィル
タ定数、Tは観測間隔である。
A one-dimensional α-β filter is expressed as in equation (1). In equation (1), Xm is the target position observed from the radar video signal, Xs is the target smoothed position, Xp is the predicted target position, Vs is the target smoothed relative velocity, α, β are filter constants, and T is This is the observation interval.

Xs(k)  =Xp(k)  +α[Xm(k)−X
p(k)]Vs(k)  =Vs(k−1)+β[Xm
(k ) −Xp(k )]/ TXp(k + 1)
−Xs(k)+Vs(k) ・T     −(1)こ
のα−βフィルタは、一種の低域通過型フィルタで、α
もしくはβの値を小さくすると、フィルタの平滑化特性
が顕著となり、αもしくはβの値を大きくすると、フィ
ルタの追従特性が顕著となる。α−βフィルタの周波数
特性については。
Xs(k) =Xp(k) +α[Xm(k)−X
p(k)]Vs(k) =Vs(k-1)+β[Xm
(k) −Xp(k)]/TXp(k+1)
-Xs(k)+Vs(k) ・T -(1) This α-β filter is a kind of low-pass filter, and α
Alternatively, if the value of β is decreased, the smoothing characteristic of the filter becomes more noticeable, and if the value of α or β is increased, the tracking characteristic of the filter becomes more noticeable. Regarding the frequency characteristics of the α-β filter.

例えば、文献CD 、 E 、 M ayiatis 
 ” Comparisonof  a−β and 
Kalman filter in track wh
ilescan radars” ]に詳細に説明され
ている。
For example, the literature CD, E. Mayiatis
” Comparison of a-β and
Kalman filter in track wh
ilescan radars”].

自船運動平滑化手段2は、例えば、ジャイロコンパスか
ら出力される船首方位信号とスピードログから出力され
る自船速度信号とから、X−Y座標系の自船運動信号(
自船速度信号)を生成し、それに対して、結果として相
対運動推定手段1におけるα−βフィルタ処理を施こし
たと同じフィルタ特性となるフィルタリングを施して、
平滑化自船運動信号を出力する。
The own-ship motion smoothing means 2 generates an own-ship motion signal (
own ship speed signal), and performs filtering on it that results in the same filter characteristics as the α-β filter processing in the relative motion estimating means 1,
Outputs smoothed own ship motion signal.

その理由および効果は、前述したように、相対運動推定
手段1から出力される相対速度信号と、フィルタリング
を施さない自船速度信号から真速度を算出する場合、自
船が急加減速、急変針すると、相対運動推定手段1のα
−βフィルタの低域通過特性により、相対速度信号に遅
れを生じ、真速度に大きな誤差が発生するが、自船速度
信号に、同じ特性となるフィルタリングを施して、相対
速度信号と同じ遅れを持たせることにより、真運動の誤
差を抑えるものである。
The reason and effect is that, as mentioned above, when calculating the true speed from the relative speed signal output from the relative motion estimating means 1 and the own ship speed signal without filtering, the own ship suddenly accelerates, decelerates, suddenly changes course. Then, α of the relative motion estimating means 1
- Due to the low-pass characteristics of the β filter, a delay occurs in the relative speed signal, causing a large error in the true speed. However, by applying filtering with the same characteristics to the own ship speed signal, the same delay as the relative speed signal is achieved. By having this, errors in true motion are suppressed.

また、自船速度信号に雑音が含ま九る場合には。Also, if your ship's speed signal contains noise.

自船速度を平滑化して、それを除去することにより、正
確な目標真速度を推定できるという効果を1− 12 有する。
By smoothing the own ship's speed and removing it, it has the effect of being able to accurately estimate the target true speed.

次に、相対運動推定手段1におけるα−βフィルタと同
じフィルタ特性となるフィルタリングを行うための具体
的方法について説明する。
Next, a specific method for performing filtering that has the same filter characteristics as the α-β filter in the relative motion estimating means 1 will be described.

まず、相対運動推定手段1におけるα−βフィルタ処理
によって、目標のam位置Xmから平滑相対速度Vsを
算出する場合の伝達関数Gvs(Z)を考える。
First, consider the transfer function Gvs(Z) when the smooth relative velocity Vs is calculated from the am position Xm of the target by α-β filter processing in the relative motion estimating means 1.

二こで、Adj*は*の余因子行列を表す。Here, Adj* represents the cofactor matrix of *.

したがって。therefore.

(以下余白) とおくと、(1)式は、 X(k)=AX(k−1)+BX++(k)  −(2
)Xp(k+1)=CX(k)        −(3
)と表わされる。
(Left below) Then, equation (1) becomes X(k)=AX(k-1)+BX++(k)-(2
)Xp(k+1)=CX(k)−(3
).

(2)式における伝達関数Gs(Z)は、X(k)、X
l(k)(7)Z変換X(Z)、Xm(Z)から、13
− 14− Gvs(Z)=Gxv(Z)・Gvv’  (Z)・・
(8) となる。
The transfer function Gs(Z) in equation (2) is X(k),
l(k) (7) From Z transformation X(Z), Xm(Z), 13
- 14- Gvs (Z) = Gxv (Z)・Gvv' (Z)...
(8) becomes.

次に、自船速度信号について考える。−次元の自船速度
信号V[k)は、−次元の自船位置信号X(k)と、 V(k)=(X(k)−X(k−1))/T  ・・・
(6)の関係にあると考えることができる。このとき、
X(k)からv(k)への伝達関数Gxv(Z)は、で
ある。
Next, consider the own ship speed signal. -Dimension own ship speed signal V[k) is -dimensional own ship position signal X(k), V(k)=(X(k)-X(k-1))/T...
It can be considered that the relationship (6) exists. At this time,
The transfer function Gxv(Z) from X(k) to v(k) is.

したがって、相対運動推定手段1におけるα−βフィル
タと同じ特性となるフィルタリングを自船速度に施すた
めには、次式を満足するような伝達関数Gvv’ (Z
)を持つフィルタとすればよい。
Therefore, in order to apply filtering to the ship's speed that has the same characteristics as the α-β filter in the relative motion estimating means 1, the transfer function Gvv' (Z
) can be used as a filter.

(9) ここで、自船速度1k)に施すフィルタを、v′(k)
=c1v′0c−1)+c2v’ (k−2)+(1−
Cz−C2)V(k)・・・(10) ただし、V’ (k)は平滑化−加速度とすれば、(1
0)式の伝達関数avv’ (z)は。
(9) Here, the filter applied to own ship speed 1k) is v′(k)
=c1v'0c-1)+c2v'(k-2)+(1-
Cz-C2)V(k)...(10) However, if V'(k) is smoothed-acceleration, then (1
The transfer function avv' (z) of equation 0) is.

となり、(9)式、(11)式より、 C□=2−α−β C2=−(1−α)       ・・・(12)とす
ればよい。
Then, from equations (9) and (11), C□=2-α-β C2=-(1-α) (12).

真運動推定手段3は、相対運動推定手段1から出力され
る平滑化相対運動信号と、自船運動平滑化手段2から出
力される平滑化自船運動信号とから、目標の真運動を推
定する。
The true motion estimation means 3 estimates the true motion of the target from the smoothed relative motion signal output from the relative motion estimation means 1 and the smoothed own ship motion signal output from the own ship motion smoothing means 2. .

具体的には、X−Y座標で表わされた平滑比相5− 16 対速度信号と平滑化自船速度信号を加算することにより
、X−Y座標系の真速度を算出する。
Specifically, the true speed in the X-Y coordinate system is calculated by adding the smoothed ratio phase 5-16 speed signal expressed in the X-Y coordinates and the smoothed own ship speed signal.

真運動推定手段3で得られた目標の真運動信号は、必要
に応じて、さらに平滑化してもよい。
The true motion signal of the target obtained by the true motion estimating means 3 may be further smoothed if necessary.

また、以上の手順で求められた真運動信号を基に相対運
動信号を算出しなおすことにより、自船が急加減速、急
変針した場合にも、正確に目標相対運動が推定できる。
Furthermore, by recalculating the relative motion signal based on the true motion signal obtained through the above procedure, the target relative motion can be accurately estimated even when the own ship suddenly accelerates, decelerates, or changes course.

このときは、真運動信号と、フィルタリングを施してい
ない自船運動信号から相対運動を算出すればよい。
In this case, the relative motion may be calculated from the true motion signal and the unfiltered own ship motion signal.

さらに、CPA、TCPA等の衝突予防データについて
も正確に算出できることになり、船舶の安全航行上も非
常に有効である。
Furthermore, collision prevention data such as CPA and TCPA can be calculated accurately, which is very effective for safe navigation of ships.

なお、以上の実施例においては、相対運動推定手段lに
おける平滑化相対運動信号の算出は、α−βフィルタに
よるものとしたが、この他にも、α−β−γフィルタ、
カルマンフィルタ等、様々な方法がある。また、α−β
フィルタのVsをさらに移動率均等によって平滑化した
り、α−βフィルタのXsをもとに平滑化相対速度を算
出してもよい。自船運動平滑化手段2におけるフィルタ
が相対運動推定手段1に応じて設定されることはいうま
でもない。
In addition, in the above embodiment, the calculation of the smoothed relative motion signal in the relative motion estimating means l was performed using an α-β filter, but in addition to this, an α-β-γ filter,
There are various methods such as Kalman filter. Also, α−β
The Vs of the filter may be further smoothed by equalizing the movement rate, or the smoothed relative velocity may be calculated based on the Xs of the α-β filter. It goes without saying that the filter in the own ship motion smoothing means 2 is set according to the relative motion estimating means 1.

次に、上述した船舶信号処理方法を実現する手段を含ん
だレーダシステムの一実施例について図面を参照して説
明する。
Next, an embodiment of a radar system including means for implementing the above-described ship signal processing method will be described with reference to the drawings.

第3図に本発明のレーダシステムの一実施例の構成を示
す。
FIG. 3 shows the configuration of an embodiment of the radar system of the present invention.

本実施例のレーダシステムは、レーダ装置31と、該レ
ーダ装置31からの信号に基づいて目標の観測を行なう
と共に、レーダ装置31に対する表示データを作成する
観測データ処理装置32と、船首の方位を検出して、船
首方位信号を出力するジャイロ33と、自船の速度を検
出して自船速度信号を出力するスピードログ34と、シ
ステムの制御を行なうと共に、上述した各部で得られた
信号に基づいて各種演算を実行する演算処理装置35と
を備えて構成される。
The radar system of this embodiment includes a radar device 31, an observation data processing device 32 that observes a target based on a signal from the radar device 31, and creates display data for the radar device 31, and an observation data processing device 32 that determines the heading of the ship. A gyro 33 detects the ship's own ship's speed and outputs a heading signal, and a speed log 34 detects the ship's own ship's speed and outputs a own ship's speed signal.In addition to controlling the system, it also uses signals obtained from the above-mentioned parts. and an arithmetic processing device 35 that executes various arithmetic operations based on the information.

本実施例の演算処理装置35は、後述するように動作す
ることによって、第1図に示す相対運動17− 18 推定手段1、自船運動平滑化手段2および真運動推定手
段3としても機能する。
The arithmetic processing unit 35 of this embodiment operates as described later, thereby functioning also as the relative motion 17-18 estimation means 1, own ship motion smoothing means 2, and true motion estimation means 3 shown in FIG. .

レーダ装置31は、レーダ電波の送受波を行なうアンテ
ナ311と、該アンテナ311によりレーダ電波の送受
信を行なう送受信器312と、レーダ映像を表示し、か
つ、観測データ処理装置32からの表示データを表示す
る指示器313とを有している。なお、アンテナ311
からは、アンテナ方位信号が、送受信器312からは、
レーダビデオ信号およびレーダトリガ信号が出力される
The radar device 31 includes an antenna 311 that transmits and receives radar radio waves, a transceiver 312 that transmits and receives radar radio waves using the antenna 311, displays radar images, and displays display data from the observation data processing device 32. It has an indicator 313 to Note that the antenna 311
The antenna direction signal is transmitted from the transmitter/receiver 312.
A radar video signal and a radar trigger signal are output.

観測データ処理装置32は、後述する演算処理装置35
の制御の下に、上記レーダビデオ信号、レーダトリガ信
号およびアンテナ方位信号に基づいて、目標の距離と方
位とを示す目標距離・方位信号を求める目標観測部32
1と、演算処理装置35からの目標位置信号、目標相対
運動信号および/または目標真運動信号に基づいて目標
の状態を示す表示データを作成する表示データ作成部3
22と、上記表示データ作成部322に対して、作成す
べきデータの指示等の、システムに対するオペレータに
よる各種指示に応じて上記表示データ作成部322およ
びシステムを制御するパネル制御部323とを有してい
る。
The observation data processing device 32 includes an arithmetic processing device 35, which will be described later.
a target observation unit 32 that obtains a target range/direction signal indicating the distance and direction of the target based on the radar video signal, radar trigger signal, and antenna direction signal under the control of the target observation unit 32;
1, and a display data creation section 3 that creates display data indicating the state of the target based on the target position signal, target relative motion signal, and/or target true motion signal from the arithmetic processing device 35.
22, and a panel control unit 323 that controls the display data creation unit 322 and the system in response to various instructions from an operator to the system, such as instructions for data to be created, to the display data creation unit 322. ing.

なお、方位は、真北を基準(0度)とする値であり、自
船の船首方位を表すジャイロ信号によって補正すること
により、求める。
Note that the heading is a value with true north as a reference (0 degrees), and is obtained by correcting it using a gyro signal representing the heading direction of the own ship.

演算処理装置35は、各種信号の入出力インタフェース
として機能する工/○インタフェース部351と、演算
処理を実行する演算処理部352とを有して構成される
。演算処理部352は、中央処理ユニット(以下CPU
と略記する)353と、CPU353のプログラムおよ
び演算データ等を記憶するメモリ354とを有している
The arithmetic processing unit 35 includes a work/○ interface section 351 that functions as an input/output interface for various signals, and an arithmetic processing section 352 that executes arithmetic processing. The arithmetic processing unit 352 is a central processing unit (hereinafter referred to as CPU).
) 353, and a memory 354 for storing programs, calculation data, etc. of the CPU 353.

本実施例のレーダシステムは、レーダビデオ信号から手
動または自動により目標を捕捉し、これを追尾する機能
を有する。
The radar system of this embodiment has a function of manually or automatically capturing a target from a radar video signal and tracking the target.

次に、本実施例のレーダシステムの動作について説明す
る。
Next, the operation of the radar system of this embodiment will be explained.

レーダ装置31からアンテナ311のスキャン=19− 0− に対応してレーダビデオ信号、レーダトリガ信号および
アンテナ方位信号が出力される。これを受けて、目標観
測部321は、レーダビデオ信号について、捕捉された
目標に関する観測を行なって、その距離および方位を得
る。なお、この観測の手法については、既に知られてい
るので、ここでは説明を省略する。また、目標の捕捉は
、図示しない自動捕捉機能により自動的に行なうか、ま
たは、パネル制御部323からオペレータがカーソル等
を用いて指示することにより手動的に行なうことができ
る。
The radar device 31 outputs a radar video signal, a radar trigger signal, and an antenna azimuth signal in response to scan=19-0- of the antenna 311. In response to this, the target observation unit 321 performs observation regarding the captured target on the radar video signal to obtain its distance and direction. Note that this observation method is already known, so a description thereof will be omitted here. Furthermore, target acquisition can be performed automatically by an automatic acquisition function (not shown) or manually by an operator using a cursor or the like from the panel control section 323.

このようにして、各目標について得られた目標距離・方
位信号はI10インタフェース部351を介して演算処
理部352に送られる。また、ジャイロ33からは自船
の船首方位信号が、スピードログ34からは自船速度信
号が各々I10インタフェース部351を介して演算処
理部352に送られる。
In this way, the target distance/azimuth signal obtained for each target is sent to the arithmetic processing section 352 via the I10 interface section 351. Further, the gyro 33 sends the own ship's heading signal, and the speed log 34 sends the own ship speed signal to the arithmetic processing section 352 via the I10 interface section 351.

演算処理部352は、入力される各種信号について、第
4図に示すフローチャートに従って演算処理を実行する
The arithmetic processing unit 352 performs arithmetic processing on various input signals according to the flowchart shown in FIG.

先ず、目標距離・方位信号および自船船首方位・速度信
号を、I10インタフェース部351を介して取り込み
、メモリ354内に格納する(ステップ41.42)。
First, the target distance/azimuth signal and own ship's heading/speed signal are taken in via the I10 interface unit 351 and stored in the memory 354 (step 41.42).

なお、これらの信号はI10インタフェース部351に
入力するまでに、ディジタルデータに変換されている。
Note that these signals have been converted into digital data before being input to the I10 interface section 351.

例えば、目標観測部321は、入力するレーダビデオ信
号をアナログ/ディジタル変換して、以後、ディジタル
信号として取り扱い、ディジタルの目標距離・方位信号
を出力する。ジャイロ33およびスピードログ34につ
いても、同様に、A/D変換機能を備え、ディジタルデ
ータを出力する。
For example, the target observation unit 321 converts the input radar video signal from analog to digital, treats it as a digital signal, and outputs a digital target distance/azimuth signal. Similarly, the gyro 33 and speed log 34 have an A/D conversion function and output digital data.

取り込んだ各種信号は、極座標データであるので、これ
を直交座標系に変換する(ステップ43)。
Since the various signals taken in are polar coordinate data, this is converted into a rectangular coordinate system (step 43).

なお、極座標データのまま取り扱ってもよい。Note that the polar coordinate data may be handled as is.

次に、CPU353は、前記目標距離・方位信号および
過去に取り込まれたそれらの信号に基づいて、前述した
α−βフィルタによる平滑化処理を行ない、相対運動を
推定する(ステップ44)。
Next, the CPU 353 performs the smoothing process using the α-β filter described above based on the target distance/azimuth signal and those signals captured in the past, and estimates the relative movement (step 44).

21 22 すなわち、前記(8)式を満足する伝達関数Gvs(Z
)を持つフィルタ処理を行なう。
21 22 In other words, the transfer function Gvs(Z
).

また、CPU353は、前記自船船首方位・速度信号に
対して、前述したように、結果として、α−βフィルタ
処理したと同様のフィルタ特性となるフィルタによる平
滑化処理を行なう(ステップ45)。すなわち、前記(
8)式を満足する伝達関数Gvv’ (Z)を持つフィ
ルタ処理を行なう。
Further, the CPU 353 performs smoothing processing on the own ship's heading/velocity signal using a filter, which results in filter characteristics similar to those obtained through α-β filter processing, as described above (step 45). That is, the above (
8) Perform filter processing with a transfer function Gvv' (Z) that satisfies the equation.

CPU353は、このようにして得られた平滑化相対運
動データおよび平滑化自船運動データにより、目標の真
運動を求める(ステップ46)。
The CPU 353 determines the true motion of the target based on the smoothed relative motion data and the smoothed own ship motion data obtained in this way (step 46).

そして、CPU353は、前述した平滑化相対運動デー
タ、平滑化自船運動データおよび真運動データについて
、直交座標系から極座標系に座標変換を行なって、これ
を■/○インタフェース部351を介して表示データ作
成部322に送る(ステップ47)。
Then, the CPU 353 converts the coordinates of the smoothed relative motion data, smoothed own ship motion data, and true motion data from the orthogonal coordinate system to the polar coordinate system, and displays this via the ■/○ interface section 351. The data is sent to the data creation section 322 (step 47).

CPU353は、このような処理を各目標毎に行なって
、そのデータを出力する。表示データ作成部322は、
これを受けると、パネル制御部323により指示された
運動信号1例えば、真運動信号について、表示データを
作成する。作成された表示データは、レーダ装置31の
指示器313に送られ、表示される。
The CPU 353 performs such processing for each target and outputs the data. The display data creation unit 322
Upon receiving this, display data is created for the motion signal 1, for example, the true motion signal, instructed by the panel control unit 323. The created display data is sent to the indicator 313 of the radar device 31 and displayed.

なお、パネル制御部323での指示が変わると、他の信
号、例えば、目標相対運動信号について表示データの作
成が行な抛れる。この指示は、オペレータによってパネ
ルのスイッチ等を操作することにより1行なうことがで
きる。
Note that when the instruction at the panel control unit 323 changes, the creation of display data for other signals, for example, the target relative motion signal, is stopped. This instruction can be given by the operator by operating a switch or the like on the panel.

このように、本実施例のレーダシステムは、相対運動推
定をα−βフィルタにより平滑化して行なうと共に、自
船運動推定についても、結果として、α−βフィルタ処
理と同じフィルタ特性となる、すなわち、遅れが同一と
なるフィルタ特性を持つフィルタによって平滑化して行
なう。従って、相対運動データおよび自船運動データに
よって真運動を推定する際に、フィルタ処理による誤差
を生じることが防止される。
In this way, the radar system of this embodiment performs relative motion estimation by smoothing it using the α-β filter, and also estimates the own ship's motion with the same filter characteristics as the α-β filter processing, i.e. , smoothing is performed using a filter with filter characteristics that provide the same delay. Therefore, when estimating true motion using relative motion data and own ship motion data, errors due to filter processing are prevented from occurring.

以上説明したレーダシステムは、−例であって、本発明
はこれに限らず他の構成のレーダについて23− 24 も適用することができる。
The radar system described above is an example, and the present invention is not limited to this, and can also be applied to radars with other configurations.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、自船が急加減速、
急変針した場合にも、目標の真運動を正確に推定するこ
とが可能となり、船舶航行の安全に寄与するところ大で
ある。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, own ship can suddenly accelerate or decelerate,
Even in the event of a sudden course change, it is possible to accurately estimate the target's true motion, which greatly contributes to the safety of ship navigation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の船舶信号処理方式を実現するための一
実施例の構成を示すブロック図、第2図は本発明の船舶
信号処理方式の作用について示す波形図、第3図は本発
明のレーダシステムの一実施例の構成を示すブロック図
、第4図は上記実施例における演算処理装置の動作を示
すフローチャートである。 1・・・相対運動推定手段、2・・・自船運動平滑化手
段、3・・・真運動推定手段、31・・・レーダ装置、
32・・・観測データ処理装置、33・・・ジャイロ、
34・・・スピードログ、35・・・演算処理装置。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment for realizing the ship signal processing method of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the ship signal processing method of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the ship signal processing method of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the radar system, and FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the arithmetic processing unit in the above embodiment. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Relative motion estimation means, 2... Own ship motion smoothing means, 3... True motion estimation means, 31... Radar device,
32... Observation data processing device, 33... Gyro,
34... Speed log, 35... Arithmetic processing unit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、レーダ映像信号から得られる目標の距離および方位
に関する観測信号をもとに、目標の自船に対する相対運
動を推定し、 自船の運動を示す信号に対して、結果として、上記相対
運動の推定におけるフィルタ特性と同一のフィルタ特性
となるフィルタ処理により平滑化を施し、 相対運動推定信号と上記平滑化した目標運動信号とから
目標の真運動を推定することを特徴とする船舶信号処理
方式。 2、レーダ映像信号から得られる目標の距離および方位
に関する観測信号をもとに、目標の自船に対する相対運
動の推定を行なう相対運動推定手段と、 自船の運動を示す信号に対して、結果として、上記相対
運動の推定におけるフィルタ特性と同一のフィルタ特性
となるフィルタ処理により平滑化を施す自船運動平滑化
段と、 相対運動推定信号と上記平滑化した自船運動信号とから
目標の真運動を推定する真運動推定手段とを備えること
を特徴とする船舶信号処理装置。 3、請求項2記載の船舶信号処理装置により目標の真運
動を推定する機能を備えたレーダシステム。 4、アンテナスキャンを行なって、レーダ映像信号を出
力するレーダ装置と、レーダ装置からの信号に基づいて
、目標の観測を行なうと共に、前記レーダ装置に対する
表示データを作成する観測データ処理装置と、船首方位
を検出する手段と、自船速度を検出する手段と、前記目
標の観測データ、船首方位および自船速度に基づいて、
目標の運動に関する演算を実行する演算処理装置とを備
え、 前記演算処理装置は、レーダ映像信号から得られる目標
の距離および方位に関する観測信号をもとに、目標の自
船に対する相対運動を推定する機能と、自船の運動を示
す信号に対して、結果として、上記相対運動推定におけ
るフィルタ特性と同一のフィルタ特性となるフィルタ処
理により平滑化を施す機能と、相対運動推定信号と上記
平滑化した自船運動信号とから目標の真運動を推定する
機能と を備えることを特徴とするレーダシステム。
[Claims] 1. Estimating the relative movement of the target with respect to the own ship based on observation signals regarding the distance and direction of the target obtained from radar video signals, and calculating the result with respect to the signal indicating the movement of the own ship. The method is characterized in that the true motion of the target is estimated from the relative motion estimation signal and the smoothed target motion signal by performing smoothing by a filter process that has the same filter characteristics as the filter characteristic in the estimation of the relative motion. Ship signal processing method. 2. Relative motion estimating means for estimating the relative motion of the target to its own ship based on observation signals regarding the distance and direction of the target obtained from radar image signals; Then, the own ship motion smoothing stage performs smoothing by filtering with the same filter characteristics as the filter characteristics used in estimating the relative motion, and the target truth is calculated from the relative motion estimation signal and the smoothed own ship motion signal. A ship signal processing device comprising true motion estimating means for estimating motion. 3. A radar system having a function of estimating the true motion of a target using the ship signal processing device according to claim 2. 4. A radar device that performs an antenna scan and outputs a radar image signal; an observation data processing device that observes a target based on the signal from the radar device and creates display data for the radar device; and a bow a means for detecting the heading, a means for detecting the own ship's speed, and based on the observation data of the target, the heading and the own ship's speed,
an arithmetic processing unit that executes calculations regarding the movement of the target, the arithmetic processing unit estimating the relative movement of the target with respect to its own ship based on observation signals regarding the distance and direction of the target obtained from the radar image signal. A function to smooth the signal indicating the movement of own ship through filter processing that results in the same filter characteristics as the filter characteristics in the relative movement estimation, and A radar system characterized by having a function of estimating the true motion of a target from own ship motion signals.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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