JPH0627808B2 - レ−ダ装置 - Google Patents
レ−ダ装置Info
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- JPH0627808B2 JPH0627808B2 JP59208903A JP20890384A JPH0627808B2 JP H0627808 B2 JPH0627808 B2 JP H0627808B2 JP 59208903 A JP59208903 A JP 59208903A JP 20890384 A JP20890384 A JP 20890384A JP H0627808 B2 JPH0627808 B2 JP H0627808B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- time
- tracking
- output
- phased array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、フェーズド・アレイ・アンテナを用いて、
他目標の追尾と捜索とを同時に行なうレーダ装置に係る
もので、追尾を行なう多数目標の個々の追尾状態に対応
して、アンテナ・ビームの最適配分を求め、その最適配
分に応じてアンテナ・ビームをランダムに走査すること
によって、多目標に対する追尾精度を向上させるように
したレーダ装置に関する。
他目標の追尾と捜索とを同時に行なうレーダ装置に係る
もので、追尾を行なう多数目標の個々の追尾状態に対応
して、アンテナ・ビームの最適配分を求め、その最適配
分に応じてアンテナ・ビームをランダムに走査すること
によって、多目標に対する追尾精度を向上させるように
したレーダ装置に関する。
（従来の技術） 従来の機械的駆動によるアンテナを用いたこの種のレー
ダ装置について、以下に、第３図、第４図を用いて説明
する。第３図は、従来のレーダ装置の構成例を示すブロ
ック図であり、第４図はアンテナ・ビームの走査を示す
説明図である。
ダ装置について、以下に、第３図、第４図を用いて説明
する。第３図は、従来のレーダ装置の構成例を示すブロ
ック図であり、第４図はアンテナ・ビームの走査を示す
説明図である。
第３図において、送信機１で発生した高周波パルス信号
は、機械駆動アンテナ２を介して外部空間に放射され
る。この時、機械駆動アンテナ２は、第４図に示すとお
り、ビーム幅θBのペンシルビーム１１で捜索領域１３
をすべて覆うようなビーム走査パター１２に沿ったビー
ム走査を行なう。このとき、目標１４aからの反射信号
が機械駆動アンテナ２により受信されると、その受信信
号は、受信機３に入力され、検波された後、信号処理器
４によって処理され、目標の位置、速度情報に変換さ
れ、情報処理器５に入力される。情報処理器５の内部で
は、入力された目標情報に対し、一致判定器６によっ
て、目標ファイル(記憶装置)８に登録された目標との相
関を計算し、一致が判定されると、その目標に関する目
標ファイル８の情報が追尾フィルタ７に入力され、追尾
フィルタ７によって推定・予測計算が実施され、その結
果は、目標ファイル８にストアされ、次回の推定・予測
計算に用いられる。一致する目標が存在しない場合に
は、新規目標として、目標ファイル８への登録が行なわ
れる。すべての目標(第４図の場合、目標１４a,１４b,
１４c)に対して同一の処理を行なうことにより、多数の
目標に対する追尾が可能になる。
は、機械駆動アンテナ２を介して外部空間に放射され
る。この時、機械駆動アンテナ２は、第４図に示すとお
り、ビーム幅θBのペンシルビーム１１で捜索領域１３
をすべて覆うようなビーム走査パター１２に沿ったビー
ム走査を行なう。このとき、目標１４aからの反射信号
が機械駆動アンテナ２により受信されると、その受信信
号は、受信機３に入力され、検波された後、信号処理器
４によって処理され、目標の位置、速度情報に変換さ
れ、情報処理器５に入力される。情報処理器５の内部で
は、入力された目標情報に対し、一致判定器６によっ
て、目標ファイル(記憶装置)８に登録された目標との相
関を計算し、一致が判定されると、その目標に関する目
標ファイル８の情報が追尾フィルタ７に入力され、追尾
フィルタ７によって推定・予測計算が実施され、その結
果は、目標ファイル８にストアされ、次回の推定・予測
計算に用いられる。一致する目標が存在しない場合に
は、新規目標として、目標ファイル８への登録が行なわ
れる。すべての目標(第４図の場合、目標１４a,１４b,
１４c)に対して同一の処理を行なうことにより、多数の
目標に対する追尾が可能になる。
（発明が解決しようとする問題点） ところで、従来のこの種のレーダ装置を用いると、アン
テナが機械走査であるため、アンテナの走査パターンが
固定となり、それぞれの目標に対する観測間隔はすべて
同一となる。一方、目標の推定・予測の誤差は、目標毎
の観測ノイズ、観測開始後の経過時間により異なるた
め、一定の観測間隔で観測を行なうと、誤差の小さい目
標に対しては、必要な追尾精度を得るための観測間隔よ
りも短い間隔で観測を行なうことになるため、追尾精度
が必要以上に向上するのに対し、誤差の大きい目標に対
しては、必要な追尾精度を得るための観測間隔よりも長
い間隔となり、追尾が行なえなくなる場合が生じ、全体
としての追尾精度は低いという欠点があった。
テナが機械走査であるため、アンテナの走査パターンが
固定となり、それぞれの目標に対する観測間隔はすべて
同一となる。一方、目標の推定・予測の誤差は、目標毎
の観測ノイズ、観測開始後の経過時間により異なるた
め、一定の観測間隔で観測を行なうと、誤差の小さい目
標に対しては、必要な追尾精度を得るための観測間隔よ
りも短い間隔で観測を行なうことになるため、追尾精度
が必要以上に向上するのに対し、誤差の大きい目標に対
しては、必要な追尾精度を得るための観測間隔よりも長
い間隔となり、追尾が行なえなくなる場合が生じ、全体
としての追尾精度は低いという欠点があった。
この発明は、上記のような従来の装置の欠点の改善を図
ったもので、追尾すべき多数目標の個々の追尾状態に対
応してアンテナ・ビームの最適配分を求め、それに応じ
て、アンテナ・ビームをランダムに走査することによ
り、多目標全体に対する追尾精度を向上させることが可
能なレーダ装置を提供することを目的とするものであ
る。
ったもので、追尾すべき多数目標の個々の追尾状態に対
応してアンテナ・ビームの最適配分を求め、それに応じ
て、アンテナ・ビームをランダムに走査することによ
り、多目標全体に対する追尾精度を向上させることが可
能なレーダ装置を提供することを目的とするものであ
る。
（問題点を解決するための手段） この発明では、送信機と、該送信機からの高周波信号を
外部空間に放射するフェーズド・アレイ・アンテナと、
該フェーズド・アレイ・アンテナの受信信号を検波する
受信機とを有し、観測フレーム毎に前記フェーズド・ア
レイ・アンテナのアンテナ・ビームを捜索と追尾とにそ
れぞれ割り当てて多目標の追尾、捜索の双方を行なうレ
ーダ装置において、 前記受信機の出力から目標情報を得る信号処理器と、該
信号処理器の出力を受ける情報処理器とを備え、 前記情報処理器は、前記信号処理器の出力である目標情
報と目標ファイルに登録された目標との一致を判定する
一致判定器と、該一致判定器で一致が判定された目標情
報を受けて推定・予測計算を実施する追尾フィルタと、
該追尾フィルタの出力を受ける前記目標ファイルと、前
記追尾フィルタの出力を前記目標ファイルを経由して受
けて前記フェーズド・アレイ・アンテナにビーム走査指
令を出力し、アンテナ・ビームをランダムに走査可能な
ビーム配分器とを有し、 該ビーム配分器においては、追尾を行なう多数目標につ
いて時刻ｉで予測した観測フレームの最終時刻Ｎでの予
測誤差をＸj(i)、時刻ｉ＋１で予測した最終時刻Ｎでの
予測誤差をＸj(i+1)で表したとき、 Ｘj(i+1)＝Ｘj(i)−Ｕj(i)Ｇ{Ｘj(i),i} （但し、添字ｊは目標ｊについてのものであることを示
し、Ｕj:ビーム割り当てを示す量で、時刻ｉで目標ｊに
対してビームを割り当てるとき“１”で、それ以外のと
き“０”をとる、Ｇ：目標の情報を受ける前記追尾フィ
ルタで与えられる関数）となる関係式を用いて各目標に
ついて前記観測フレームの最終時刻Ｎで推定した当該最
終時刻Ｎでの推定誤差Ｘj(N)を求め、微分可能な非負ス
カラー関数を用いた評価規準Ｊ （但し、ｗj:目標の性質による重みで、添字ｊは目標ｊ
についてのものであることを示す、ｆ：微分可能な非負
スカラー関数、n:目標数） を、最小にするようなアンテナ・ビームの割り当て量Ｕ
jを求め、該割り当て量Ｕjに基づきビーム走査指令を前
記フェーズド・アレイ・アンテナに与え、多目標に対す
る追尾精度を向上させる構成としている。
外部空間に放射するフェーズド・アレイ・アンテナと、
該フェーズド・アレイ・アンテナの受信信号を検波する
受信機とを有し、観測フレーム毎に前記フェーズド・ア
レイ・アンテナのアンテナ・ビームを捜索と追尾とにそ
れぞれ割り当てて多目標の追尾、捜索の双方を行なうレ
ーダ装置において、 前記受信機の出力から目標情報を得る信号処理器と、該
信号処理器の出力を受ける情報処理器とを備え、 前記情報処理器は、前記信号処理器の出力である目標情
報と目標ファイルに登録された目標との一致を判定する
一致判定器と、該一致判定器で一致が判定された目標情
報を受けて推定・予測計算を実施する追尾フィルタと、
該追尾フィルタの出力を受ける前記目標ファイルと、前
記追尾フィルタの出力を前記目標ファイルを経由して受
けて前記フェーズド・アレイ・アンテナにビーム走査指
令を出力し、アンテナ・ビームをランダムに走査可能な
ビーム配分器とを有し、 該ビーム配分器においては、追尾を行なう多数目標につ
いて時刻ｉで予測した観測フレームの最終時刻Ｎでの予
測誤差をＸj(i)、時刻ｉ＋１で予測した最終時刻Ｎでの
予測誤差をＸj(i+1)で表したとき、 Ｘj(i+1)＝Ｘj(i)−Ｕj(i)Ｇ{Ｘj(i),i} （但し、添字ｊは目標ｊについてのものであることを示
し、Ｕj:ビーム割り当てを示す量で、時刻ｉで目標ｊに
対してビームを割り当てるとき“１”で、それ以外のと
き“０”をとる、Ｇ：目標の情報を受ける前記追尾フィ
ルタで与えられる関数）となる関係式を用いて各目標に
ついて前記観測フレームの最終時刻Ｎで推定した当該最
終時刻Ｎでの推定誤差Ｘj(N)を求め、微分可能な非負ス
カラー関数を用いた評価規準Ｊ （但し、ｗj:目標の性質による重みで、添字ｊは目標ｊ
についてのものであることを示す、ｆ：微分可能な非負
スカラー関数、n:目標数） を、最小にするようなアンテナ・ビームの割り当て量Ｕ
jを求め、該割り当て量Ｕjに基づきビーム走査指令を前
記フェーズド・アレイ・アンテナに与え、多目標に対す
る追尾精度を向上させる構成としている。
（実施例） 以下、この発明に係るレーダ装置の一実施例を図面に従
って説明する。
って説明する。
第１図は本発明によるレーダ装置の実施例のブロック図
であり、第２図はアンテナ・ビームの走査例を示す説明
図である。
であり、第２図はアンテナ・ビームの走査例を示す説明
図である。
第１図において、送信機１で発生した高周波パルス信号
はフェーズド・アレイ・アンテナ１０を介して外部空間
に放射される。この時、フェーズド・アレイ・アンテナ
１０はビーム配分器９によるビーム走査指令により、第
２図に示すように、ビーム幅θBのペンシルビーム１１
で、捜索領域１３をすべて覆うとともに、登録済みの目
標に対し、観測間隔を最適にするようなランダム・ビー
ム走査を行なうビーム走査パターン１５による走査を行
なう。フェーズド・アレイ・アンテナを用いた場合、ア
ンテナの慣性が存在しないため、ランダムなビーム走査
が可能になる。
はフェーズド・アレイ・アンテナ１０を介して外部空間
に放射される。この時、フェーズド・アレイ・アンテナ
１０はビーム配分器９によるビーム走査指令により、第
２図に示すように、ビーム幅θBのペンシルビーム１１
で、捜索領域１３をすべて覆うとともに、登録済みの目
標に対し、観測間隔を最適にするようなランダム・ビー
ム走査を行なうビーム走査パターン１５による走査を行
なう。フェーズド・アレイ・アンテナを用いた場合、ア
ンテナの慣性が存在しないため、ランダムなビーム走査
が可能になる。
このとき、目標１４aからの反射信号フェーズド・アレ
イ・アンテナ１０により受信されると、その受信信号は
受信機３に入力され、検波された後、信号処理器４によ
って処理され、目標の位置、速度情報に変換されて、情
報処理器５に入力される。情報処理器５内部では、一致
判定器６によって、目標ファイル８に登録された目標と
の相関を計算し、一致が判定されると、その目標に関す
る目標ファイル８の情報が追尾ファイル７に入力され、
追尾フィルタ７によって推定・予測計算が実施され、そ
の結果は、目標ファイル８にストアされ、次回の一致・
予測計算に用いられるとともに、目標ファイル８を経由
して、ビーム配分器９に入力され、アンテナ・ビームの
最適走査計算に用いられる。ビーム配分器９での最適走
査計算の一例を以下に示す。
イ・アンテナ１０により受信されると、その受信信号は
受信機３に入力され、検波された後、信号処理器４によ
って処理され、目標の位置、速度情報に変換されて、情
報処理器５に入力される。情報処理器５内部では、一致
判定器６によって、目標ファイル８に登録された目標と
の相関を計算し、一致が判定されると、その目標に関す
る目標ファイル８の情報が追尾ファイル７に入力され、
追尾フィルタ７によって推定・予測計算が実施され、そ
の結果は、目標ファイル８にストアされ、次回の一致・
予測計算に用いられるとともに、目標ファイル８を経由
して、ビーム配分器９に入力され、アンテナ・ビームの
最適走査計算に用いられる。ビーム配分器９での最適走
査計算の一例を以下に示す。
今、アンテナ走査のフレーム時間（所定のビーム走査パ
ターン１５によりペンシルビーム１１で捜索領域１３を
すべて覆うのに要する時間）をＴFとし、その時間内に
ビームの割り当ての可能なビーム数をＮFとする。これ
らのビーム数ＮFのうち捜索に用いるビーム数をＮS個と
し、追尾に用いるビーム数をＮT個とする。追尾すべき
複数目標に対して、ＮT個のビームを最適に配分するこ
とにより、最適走査が可能となる。
ターン１５によりペンシルビーム１１で捜索領域１３を
すべて覆うのに要する時間）をＴFとし、その時間内に
ビームの割り当ての可能なビーム数をＮFとする。これ
らのビーム数ＮFのうち捜索に用いるビーム数をＮS個と
し、追尾に用いるビーム数をＮT個とする。追尾すべき
複数目標に対して、ＮT個のビームを最適に配分するこ
とにより、最適走査が可能となる。
追尾すべき目標の運動は、その三次元座標をx,y,zと表
記し、各方向での位置をxp(t)，yp(t)，zp(t)、速度をx
v(t)，yv(t)，zv(t)、加速度をxa(t)，ya(t)，za(t)、
目標の操縦者等の操作による運動の変化を表す雑音をδ
x(t)，δy(t)，δx(t)とする。（但し、(t)は時刻ｔに
おける値であることを示す）。
記し、各方向での位置をxp(t)，yp(t)，zp(t)、速度をx
v(t)，yv(t)，zv(t)、加速度をxa(t)，ya(t)，za(t)、
目標の操縦者等の操作による運動の変化を表す雑音をδ
x(t)，δy(t)，δx(t)とする。（但し、(t)は時刻ｔに
おける値であることを示す）。
このとき、時刻Ｔにおける値を用いて、 Ｔ＋ΔＴ秒での値は例えばx軸においては、 xp(Ｔ＋ΔＴ)＝xp(T)＋xv(T)・ΔＴ＋(1/2)・xa(T)(Δ
Ｔ)2 xv(Ｔ＋ΔＴ)＝xv(T)＋xa(T)・ΔＴ xa(Ｔ＋ΔＴ)＝xa(T)＋δx(T) 等となる。ここでΔＴを一定とし、時刻０，ΔＴ，２Δ
Ｔ，…，iΔＴ，…，NΔＴでの値を示すに０，１，２，
…，i,…，Nなる離散値で示するものとし、行列で表記
すれば であり、目標jの時刻iでの状態量をxj(i)としたとき、
時刻i＋1での目標jの運動を表す状態量xj(i＋1)は、 xj(i＋1)＝Φ・xj(i)＋δj(i)…(1) となる。ここで、多数の目標を区別するために添字jを
用いている（例えば、第１の目標ではj＝１、第２の目
標ではj＝２、第３の目標ではj＝３、…）。Φはいわゆ
る遷移行列である。
Ｔ)2 xv(Ｔ＋ΔＴ)＝xv(T)＋xa(T)・ΔＴ xa(Ｔ＋ΔＴ)＝xa(T)＋δx(T) 等となる。ここでΔＴを一定とし、時刻０，ΔＴ，２Δ
Ｔ，…，iΔＴ，…，NΔＴでの値を示すに０，１，２，
…，i,…，Nなる離散値で示するものとし、行列で表記
すれば であり、目標jの時刻iでの状態量をxj(i)としたとき、
時刻i＋1での目標jの運動を表す状態量xj(i＋1)は、 xj(i＋1)＝Φ・xj(i)＋δj(i)…(1) となる。ここで、多数の目標を区別するために添字jを
用いている（例えば、第１の目標ではj＝１、第２の目
標ではj＝２、第３の目標ではj＝３、…）。Φはいわゆ
る遷移行列である。
それぞれの目標に対して観測を行うに際し、位置、速
度、加速度の３者を測定することが理想であるが、位
置、速度、加速度の同時測定は困難な場合が多いので、
実際上は状態量の一部を観測することになり、例えば時
刻iで目標の位置xp(i)，yp(i)，zp(i)のみを観測する場
合、目標ｊについての実際の観測値yj(i)には誤差が含
まれるのでx軸方向の観測値をxpoj(i)，y軸方向の観測
値をypoj(i)，z軸方向の観測値をzpoj(i)とし、かつx軸
方向の誤差をnxj(i)，y軸方向の誤差をnyj(i)，z軸方向
の誤差をnzj(i)とし、行列で表示すれば と表記できる。ここでＭ(i)はいわゆる観測行列とな
り、nj(i)は観測の誤差を示す量となる。また、ここで
は各方向の位置を観測するものとしたが、目標の距離
と、角度等を測定する場合にも適切な観測行列を構成で
きることはもちろんである。
度、加速度の３者を測定することが理想であるが、位
置、速度、加速度の同時測定は困難な場合が多いので、
実際上は状態量の一部を観測することになり、例えば時
刻iで目標の位置xp(i)，yp(i)，zp(i)のみを観測する場
合、目標ｊについての実際の観測値yj(i)には誤差が含
まれるのでx軸方向の観測値をxpoj(i)，y軸方向の観測
値をypoj(i)，z軸方向の観測値をzpoj(i)とし、かつx軸
方向の誤差をnxj(i)，y軸方向の誤差をnyj(i)，z軸方向
の誤差をnzj(i)とし、行列で表示すれば と表記できる。ここでＭ(i)はいわゆる観測行列とな
り、nj(i)は観測の誤差を示す量となる。また、ここで
は各方向の位置を観測するものとしたが、目標の距離
と、角度等を測定する場合にも適切な観測行列を構成で
きることはもちろんである。
さらに、本発明においては、時刻iにおいて目標jに対し
ビームを割り当てて観測を行う場合と、目標にビームを
割り当てずに別の観測を行う場合があるため、ビーム割
り当てを示す量として、Ｕj(i)を用いるものとし、この
値は時刻iで目標jに対してビームを割り当てるとき
“１”で、それ以外のとき“０”をとるものとすると、 yj(i)＝Ｕj(i){Ｍ(i)・xj(i)＋nj(i)}…(2) により、観測値を表記でき、この観測値yj(i)は信号処
理器４の出力として得られる。但し、(2)式において、
ある時刻iに目標に割り当てられるビーム個数は１個以
下であり、目標jに対するＵj(i)が“１”のとき、他の
目標に対するＵ1(i)〜Ｕj-1(i)，Ｕj+1(i)〜Ｕn(i)は
“０”となる（ここで、nは目標全体の個数）。なお、
信号処理器４の出力にはyj(i)以外の信号も含まれるの
で、これをy(i)とする。
ビームを割り当てて観測を行う場合と、目標にビームを
割り当てずに別の観測を行う場合があるため、ビーム割
り当てを示す量として、Ｕj(i)を用いるものとし、この
値は時刻iで目標jに対してビームを割り当てるとき
“１”で、それ以外のとき“０”をとるものとすると、 yj(i)＝Ｕj(i){Ｍ(i)・xj(i)＋nj(i)}…(2) により、観測値を表記でき、この観測値yj(i)は信号処
理器４の出力として得られる。但し、(2)式において、
ある時刻iに目標に割り当てられるビーム個数は１個以
下であり、目標jに対するＵj(i)が“１”のとき、他の
目標に対するＵ1(i)〜Ｕj-1(i)，Ｕj+1(i)〜Ｕn(i)は
“０”となる（ここで、nは目標全体の個数）。なお、
信号処理器４の出力にはyj(i)以外の信号も含まれるの
で、これをy(i)とする。
上記のごとく、運動を表す方程式｛(1)式｝と観測を表
す方程式｛(2)式｝が与えられた場合に、観測値から目
標の予測値 を求める手順については、公知の文献（例えば、砂原善
文他４名編、「確率システム理論III(応用編)」、８３頁
乃至９１頁、発行１９８２年(昭和５７年)１０月５日発
行、朝倉書店、等）に詳述されているカルマンフィルタ
等の追尾フィルタ７を用いることができる。追尾フィル
タ７は(2)式の観測値から目標jの予測値 を求めて目標ファイル８に出力することができる。
す方程式｛(2)式｝が与えられた場合に、観測値から目
標の予測値 を求める手順については、公知の文献（例えば、砂原善
文他４名編、「確率システム理論III(応用編)」、８３頁
乃至９１頁、発行１９８２年(昭和５７年)１０月５日発
行、朝倉書店、等）に詳述されているカルマンフィルタ
等の追尾フィルタ７を用いることができる。追尾フィル
タ７は(2)式の観測値から目標jの予測値 を求めて目標ファイル８に出力することができる。
すなわち、前記文献等によるカルマンフィルタの理論に
よれば、時刻iにおける目標ｊの観測値をyj(i)、時刻i
における目標ｊの状態量xj(i)の測定値を 時刻i−1でのデータを用いて時刻iでの状態量xj(i)を予
測した場合の予測値を とするとき、 （但し、Ｋj(i)はフィルタのゲイン、Ｈ(i)は観測行列
であって(2)式におけるＵj(i)・Ｍ(i)に相当する。） また、時刻iにおける目標jの推定値 を用いて時刻i＋1の目標jの状態量を予測すると、その
予測値 は、 上記(2a)式を(2b)式の右辺に代入すると、 この(2c)式は予測値 が予測値 と観測値yj(i)とから得られることを表し、換言すれば
予測値 が予測値 と観測値ｙj(i-1)とから得られることを示している。従
って、初期値 を設定した後、追尾フィルタ７は各時刻での観測値デー
タを知ることにより予測値 を算出することができる。
よれば、時刻iにおける目標ｊの観測値をyj(i)、時刻i
における目標ｊの状態量xj(i)の測定値を 時刻i−1でのデータを用いて時刻iでの状態量xj(i)を予
測した場合の予測値を とするとき、 （但し、Ｋj(i)はフィルタのゲイン、Ｈ(i)は観測行列
であって(2)式におけるＵj(i)・Ｍ(i)に相当する。） また、時刻iにおける目標jの推定値 を用いて時刻i＋1の目標jの状態量を予測すると、その
予測値 は、 上記(2a)式を(2b)式の右辺に代入すると、 この(2c)式は予測値 が予測値 と観測値yj(i)とから得られることを表し、換言すれば
予測値 が予測値 と観測値ｙj(i-1)とから得られることを示している。従
って、初期値 を設定した後、追尾フィルタ７は各時刻での観測値デー
タを知ることにより予測値 を算出することができる。
今、観測フレーム(ビーム走査フレームに対応)の最終の
時刻Ｎでの目標状態量xj(N)の時刻ｉでの予測値を とするときの予測誤差を で表す。ここでＥ［ ］は、統計的な平均値をとるこ
と、Ｔは転置を表す。なお、最終の時刻Ｎでの目標状態
量xj(N)の時刻Ｎでの推定値を とするときは、(3)式のＸj(N)は推定誤差を表すことに
なる（式の意義は同じ）。
時刻Ｎでの目標状態量xj(N)の時刻ｉでの予測値を とするときの予測誤差を で表す。ここでＥ［ ］は、統計的な平均値をとるこ
と、Ｔは転置を表す。なお、最終の時刻Ｎでの目標状態
量xj(N)の時刻Ｎでの推定値を とするときは、(3)式のＸj(N)は推定誤差を表すことに
なる（式の意義は同じ）。
前記文献等によるカルマンフィルタの理論によれば、時
刻iにおける目標の推定誤差の共分散（状態量とその予
測置との差の２乗の統計的な平均値）をＰ(i)、時刻iで
のデータを用いて時刻i＋1での状態量を予測した場合の
予測誤差の共分散を 同様に時刻ｉ−１でのデータを用いて時刻iでの状態量
を予測した場合の予測誤差の共分散を と表記するとき、以下に示す関係が成立する。
刻iにおける目標の推定誤差の共分散（状態量とその予
測置との差の２乗の統計的な平均値）をＰ(i)、時刻iで
のデータを用いて時刻i＋1での状態量を予測した場合の
予測誤差の共分散を 同様に時刻ｉ−１でのデータを用いて時刻iでの状態量
を予測した場合の予測誤差の共分散を と表記するとき、以下に示す関係が成立する。
ここで、Ｈ(i)は観測行列であり、(2)式におけるＵj(i)
・Ｍ(i)に相当する。また、Ｑd(i)は目標の運動の変化
を表す雑音δの共分散である。Ｒd(i)は観測の誤差を表
す雑音nj(i)の共分散である。
・Ｍ(i)に相当する。また、Ｑd(i)は目標の運動の変化
を表す雑音δの共分散である。Ｒd(i)は観測の誤差を表
す雑音nj(i)の共分散である。
ここで、時刻iにおいて、最終の時刻Ｎの値を予測した
場合の誤差は現時刻i,i＋1,…，Nにわたって上式を繰り
返して計算することで求められる。すなわち、時刻iで
のデータを用いて(4)，(5)式の計算を行った後、(4)式
中のiをi＋1に変え、(5)式で得られた を(4)式に代入してＰ(i＋1)を求める。それから、(5)式
中のiをi＋1に変え、(4)式で得られたＰ(i＋1)を(5)式
に代入して を求める。以下同様にして、 を求めることができる。このときi時刻以降では、まだ
観測が行われないことからＨ(i＋1)…Ｈ(N)は０とおい
て良いことに注意して、繰り返し計算を行えば で表される。但し、ここでは遷移行列Φ(i)は常に一定
であることから、変数iを省略してΦとした。
場合の誤差は現時刻i,i＋1,…，Nにわたって上式を繰り
返して計算することで求められる。すなわち、時刻iで
のデータを用いて(4)，(5)式の計算を行った後、(4)式
中のiをi＋1に変え、(5)式で得られた を(4)式に代入してＰ(i＋1)を求める。それから、(5)式
中のiをi＋1に変え、(4)式で得られたＰ(i＋1)を(5)式
に代入して を求める。以下同様にして、 を求めることができる。このときi時刻以降では、まだ
観測が行われないことからＨ(i＋1)…Ｈ(N)は０とおい
て良いことに注意して、繰り返し計算を行えば で表される。但し、ここでは遷移行列Φ(i)は常に一定
であることから、変数iを省略してΦとした。
ここで、 は、ある特定の目標についての誤差の量であり、前記の
Ｘj(i)において、ｊを固定したものに相当するので、こ
の関係はＸj(i)に対しては、 等に対し目標を表す添字ｊをつけて 等と表記するものとして、 なる関係を得る。
Ｘj(i)において、ｊを固定したものに相当するので、こ
の関係はＸj(i)に対しては、 等に対し目標を表す添字ｊをつけて 等と表記するものとして、 なる関係を得る。
Ｘj(i＋1)についても を得る。従って Ｘj(i＋1)−Ｘj(i) ＝ΦN-i-1Ｐj(i＋1)(ΦT)N-i-1 −ΦN-1Ｐj(i)(ΦT)N-1 −ΦN-i-1Ｑd(i)(ΦT)N-i-1 ＝ΦN-i-1［Ｐj(i＋1)−ΦＰj(i)ΦT)N-i-1 −ΦN-i-1Ｑd(i)(ΦT)N-i-1…(8) となる。ここで、前出のＰ(i)とＰ(i＋1)に関する一般
的な関係式、すなわち(4)式より また(5)式より を用い、(5)式より導いた を(4)式より導いたＰj(i＋1)の式に代入すると、 Ｐj(i＋1)＝ΦＰj(i)ΦT＋Ｑd(i) −{ΦＰj(i)ΦT＋Ｑd(i)}ＨT(i＋1) ×[Ｈ(i＋1){ΦＰj(i)ΦT＋Ｑd(i)} ×ＨT(i＋1)＋Ｒd(i＋1)]-1Ｈ(i＋1) ×{ΦＰj(i)ΦT＋Ｑd(i)} と表記できる。
的な関係式、すなわち(4)式より また(5)式より を用い、(5)式より導いた を(4)式より導いたＰj(i＋1)の式に代入すると、 Ｐj(i＋1)＝ΦＰj(i)ΦT＋Ｑd(i) −{ΦＰj(i)ΦT＋Ｑd(i)}ＨT(i＋1) ×[Ｈ(i＋1){ΦＰj(i)ΦT＋Ｑd(i)} ×ＨT(i＋1)＋Ｒd(i＋1)]-1Ｈ(i＋1) ×{ΦＰj(i)ΦT＋Ｑd(i)} と表記できる。
Ｐ(i＋1)がＰ(i)を用いて表されることが上記により示
されたが、ここで、(6)式からＰ(i)はＸjの関数として
表示されることは、すでに示されている通りであるので
前出のＸj(i＋1)−Ｘj(i)に関する(8)式の右辺をまとめ
て Ｘj(i＋1)−Ｘj(i)＝Ｆ[Ｘj(i)，i] なる形式にまとめることができる。ここで Ｆ[Ｘj(i)，i]は、Ｘj(i)とiによって決定される関数で
あることを示す。
されたが、ここで、(6)式からＰ(i)はＸjの関数として
表示されることは、すでに示されている通りであるので
前出のＸj(i＋1)−Ｘj(i)に関する(8)式の右辺をまとめ
て Ｘj(i＋1)−Ｘj(i)＝Ｆ[Ｘj(i)，i] なる形式にまとめることができる。ここで Ｆ[Ｘj(i)，i]は、Ｘj(i)とiによって決定される関数で
あることを示す。
さらに、Ｆ[Ｘj(i)，i]は、すべての項に Ｈ(i)＝Ｕj(i)Ｍ(i)を含むが、Ｕj(i)を関数の外に出す
ことにより Ｘj(i＋1)＝Ｘj(i)−Ｕj(i)Ｇ{Ｘj(i)，i}…(9) （但し、Ｕj(i)Ｇ{Ｘj(i)，i}＝−Ｆ[Ｘj(i)，i]であ
る。） を得る。ここでＧは、追尾フィルタ７により与えられる
関数であり、(9)式は観測による予測誤差の減少を示す
ものである。すなわち、観測フレームの時刻iでＵj(i)
＝１のとき（観測を行うとき）は、時刻i＋1で予測した
観測フレームの最終時刻Ｎでの予測誤差Ｘj(i＋1)は時
刻iで予測したときの最終時刻Ｎでの予測誤差Ｘj(i)よ
りも小さな値となる。
ことにより Ｘj(i＋1)＝Ｘj(i)−Ｕj(i)Ｇ{Ｘj(i)，i}…(9) （但し、Ｕj(i)Ｇ{Ｘj(i)，i}＝−Ｆ[Ｘj(i)，i]であ
る。） を得る。ここでＧは、追尾フィルタ７により与えられる
関数であり、(9)式は観測による予測誤差の減少を示す
ものである。すなわち、観測フレームの時刻iでＵj(i)
＝１のとき（観測を行うとき）は、時刻i＋1で予測した
観測フレームの最終時刻Ｎでの予測誤差Ｘj(i＋1)は時
刻iで予測したときの最終時刻Ｎでの予測誤差Ｘj(i)よ
りも小さな値となる。
上記(9)式で１個の目標について最終時刻Ｎで推定した
当該最終時刻Ｎでの推定誤差Ｘj(N)が計算でき、ｎ個の
目標全体に対しての追尾精度の評価はその最終時刻Ｎで
の推定誤差Ｘj(N)を用いて、評価基準Ｊ で規定する。ここでｗjは目標の性質による重み、ｆは
微分可能な非負スカラー関数、nは目標数である。例え
ば、目標の重みが同一（ｗj＝１）であるとし、ｆ{Ｘ
j(N)}＝{Ｘj(N)}1/2として推定誤差の平方根の総和を評
価基準Ｊとする場合には 等となるが、これ以外の関数についても適用が可能なこ
とはもちろんである。
当該最終時刻Ｎでの推定誤差Ｘj(N)が計算でき、ｎ個の
目標全体に対しての追尾精度の評価はその最終時刻Ｎで
の推定誤差Ｘj(N)を用いて、評価基準Ｊ で規定する。ここでｗjは目標の性質による重み、ｆは
微分可能な非負スカラー関数、nは目標数である。例え
ば、目標の重みが同一（ｗj＝１）であるとし、ｆ{Ｘ
j(N)}＝{Ｘj(N)}1/2として推定誤差の平方根の総和を評
価基準Ｊとする場合には 等となるが、これ以外の関数についても適用が可能なこ
とはもちろんである。
前記(2)式において示したように、ビームの配分はＵjに
よって定まり、ビームの最適分配は、(9)式の条件下で
各目標についての時刻Ｎでの推定誤差Ｘj(N)を計算して
(１０)式の評価基準Ｊを最少にする、換言すれば全目標
についての重み付けした推定誤差の総和を最小にするＵ
jによって与えられ、このようなＵjは繰り返し計算、近
似計算等で得られる。ビーム配分器９は、目標ファイル
８を経由した追尾フィルタ７からの に対応したＸj(i)の初期値を定め、(9)式及び(１０)式
の繰り返し計算、あるいは近似計算により(１０)式の評
価基準Ｊを最小にするＵjを求め、フェーズド・アレイ
・アンテナ１０に対しＵjに基づいてビーム走査指令を
与える。このとき、Ｕjに基づくビーム配分は多目標追
尾全体での推定誤差の和を最小にするようなアンテナ・
ビームの最適配分となり、多数の目標に対する追尾精度
は最良となる。
よって定まり、ビームの最適分配は、(9)式の条件下で
各目標についての時刻Ｎでの推定誤差Ｘj(N)を計算して
(１０)式の評価基準Ｊを最少にする、換言すれば全目標
についての重み付けした推定誤差の総和を最小にするＵ
jによって与えられ、このようなＵjは繰り返し計算、近
似計算等で得られる。ビーム配分器９は、目標ファイル
８を経由した追尾フィルタ７からの に対応したＸj(i)の初期値を定め、(9)式及び(１０)式
の繰り返し計算、あるいは近似計算により(１０)式の評
価基準Ｊを最小にするＵjを求め、フェーズド・アレイ
・アンテナ１０に対しＵjに基づいてビーム走査指令を
与える。このとき、Ｕjに基づくビーム配分は多目標追
尾全体での推定誤差の和を最小にするようなアンテナ・
ビームの最適配分となり、多数の目標に対する追尾精度
は最良となる。
第２図に示した走査例では、目標１４aに対しては４
回、目標１４bに対しては３回、目標１４cに対しては１
回の観測を行なっている。第５図は第２図に示した走査
例の場合の捜索動作と追尾動作のタイミングチャートで
あり、捜索動作と追尾動作とは時分割で行なわれる。す
なわち、アンテナ走査のフレーム時間ＴF中、全ての目
標についてＵj＝０のとき捜索動作を行い、ある時刻に
Ｕj＝１となると当該時刻ではｊ番目の追尾目標にアン
テナ・ビームが照射され、それ以外の目標の追尾及び捜
索動作は行わない。なお、観測順や回数は第２図に図示
の場合に限定されるものではない。
回、目標１４bに対しては３回、目標１４cに対しては１
回の観測を行なっている。第５図は第２図に示した走査
例の場合の捜索動作と追尾動作のタイミングチャートで
あり、捜索動作と追尾動作とは時分割で行なわれる。す
なわち、アンテナ走査のフレーム時間ＴF中、全ての目
標についてＵj＝０のとき捜索動作を行い、ある時刻に
Ｕj＝１となると当該時刻ではｊ番目の追尾目標にアン
テナ・ビームが照射され、それ以外の目標の追尾及び捜
索動作は行わない。なお、観測順や回数は第２図に図示
の場合に限定されるものではない。
観測に一致する目標が、目標ファイル８内に存在しない
場合、新規の目標として目標ファイル８に登録され、こ
れ以後のビーム配分計算、追尾計算に用いられる。
場合、新規の目標として目標ファイル８に登録され、こ
れ以後のビーム配分計算、追尾計算に用いられる。
上記のようにして１回の観測フレームが終了すると、そ
の時点を初期点として次回の観測フレームが同様にして
繰り返し実行される。
の時点を初期点として次回の観測フレームが同様にして
繰り返し実行される。
なお、上記実施例では、情報処理器５の構成を機能毎に
分割して示したが、これを一台あるいは複数の計算機に
よって実現することが可能である。
分割して示したが、これを一台あるいは複数の計算機に
よって実現することが可能である。
（発明の効果） 以上述べたごとく、この発明のレーダ装置によれば、ラ
ンダムな走査が可能なフェーズド・アレイ・アンテナと
ビーム配分器を組み合わせて用いることにより、多数目
標の個々の追尾状態に応じてアンテナ・ビームを最適に
配分することが可能となり、多数目標全体に対する追尾
精度を向上させることができる。
ンダムな走査が可能なフェーズド・アレイ・アンテナと
ビーム配分器を組み合わせて用いることにより、多数目
標の個々の追尾状態に応じてアンテナ・ビームを最適に
配分することが可能となり、多数目標全体に対する追尾
精度を向上させることができる。
第１図はこの発明に係るレーダ装置の実施例を示すブロ
ック図、第２図は実施例におけるアンテナ・ビームの走
査を示す説明図、第３図は従来のレーダ装置の構成例を
示すブロック図、第４図はアンテナ・ビームの走査例を
示す説明図、第５図は実施例における捜索と追尾動作の
タイミングチャートである。 １……送信機、２……機械駆動アンテナ、３……受信
機、４……信号処理器、５……情報処理器、６……一致
判定器、７……追尾フィルタ、８……目標ファイル、９
……ビーム配分器、１０……フェーズド・アレイ・アン
テナ、１１……ペンシル・ビーム、１２……ビーム走査
パターン、１３……捜索範囲、１４a,１４b,１４c……
目標、１５……ランダム・ビーム走査を行なうビーム走
査パターン。
ック図、第２図は実施例におけるアンテナ・ビームの走
査を示す説明図、第３図は従来のレーダ装置の構成例を
示すブロック図、第４図はアンテナ・ビームの走査例を
示す説明図、第５図は実施例における捜索と追尾動作の
タイミングチャートである。 １……送信機、２……機械駆動アンテナ、３……受信
機、４……信号処理器、５……情報処理器、６……一致
判定器、７……追尾フィルタ、８……目標ファイル、９
……ビーム配分器、１０……フェーズド・アレイ・アン
テナ、１１……ペンシル・ビーム、１２……ビーム走査
パターン、１３……捜索範囲、１４a,１４b,１４c……
目標、１５……ランダム・ビーム走査を行なうビーム走
査パターン。
Claims (1)
- 【請求項１】送信機と、該送信機からの高周波信号を外
部空間に放射するフェーズド・アレイ・アンテナと、該
フェーズド・アレイ・アンテナの受信信号を検波する受
信機とを有し、観測フレーム毎に前記フェーズド・アレ
イ・アンテナのアンテナ・ビームを捜索と追尾とにそれ
ぞれ割り当てて多目標の追尾、捜索の双方を行なうレー
ダ装置において、 前記受信機の出力から目標情報を得る信号処理器と、該
信号処理器の出力を受ける情報処理器とを備え、 前記情報処理器は、前記信号処理器の出力である目標情
報と目標ファイルに登録された目標との一致を判定する
一致判定器と、該一致判定器で一致が判定された目標情
報を受けて推定・予測計算を実施する追尾フィルタと、
該追尾フィルタの出力を受ける前記目標ファイルと、前
記追尾フィルタの出力を前記目標ファイルを経由して受
けて前記フェーズド・アレイ・アンテナにビーム走査指
令を出力し、アンテナ・ビームをランダムに走査可能な
ビーム配分器とを有し、 該ビーム配分器においては、追尾を行なう多数目標につ
いて時刻ｉで予測した観測フレームの最終時刻Ｎでの予
測誤差をＸj(i)、時刻ｉ＋１で予測した最終時刻Ｎでの
予測誤差をＸj(i＋1)で表したとき、 Ｘj(i＋1)＝Ｘj(i)−Ｕj(i)Ｇ{Ｘj(i),i} （但し、添字ｊは目標ｊについてのものであることを示
し、Ｕj：ビーム割り当てを示す量で、時刻ｉで目標ｊ
に対してビームを割り当てるとき“１”で、それ以外の
とき“０”をとる、Ｇ：目標の情報を受ける前記追尾フ
ィルタで与えられる関数）となる関係式を用いて各目標
について前記観測フレームの最終時刻Ｎで推定した当該
最終時刻Ｎでの推定誤差Ｘj(N)を求め、微分可能な非負
スカラー関数を用いた評価相準Ｊ （但し、ｗj：目標の性質による重みで、添字ｊは目標
ｊについてのものであることを示す、ｆ：微分可能な非
負スカラー関数、n：目標数） を、最小にするようなアンテナ・ビームの割り当て量Ｕ
jを求め、該割り当て量Ｕjに基づきビーム走査指令を前
記フェーズド・アレイ・アンテナに与え、多目標に対す
る追尾精度を向上させることを特徴とするレーダ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59208903A JPH0627808B2 (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | レ−ダ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59208903A JPH0627808B2 (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | レ−ダ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6186671A JPS6186671A (ja) | 1986-05-02 |
| JPH0627808B2 true JPH0627808B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=16564030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59208903A Expired - Lifetime JPH0627808B2 (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | レ−ダ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627808B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0823582B2 (ja) * | 1987-08-20 | 1996-03-06 | 三菱電機株式会社 | レ−ダ装置 |
| JPH02122291A (ja) * | 1988-11-01 | 1990-05-09 | Mitsubishi Electric Corp | 目標追跡の方法とその装置 |
| JPH0711567B2 (ja) * | 1988-11-10 | 1995-02-08 | 三菱電機株式会社 | アンテナ駆動装置 |
| JP2595354B2 (ja) * | 1989-09-20 | 1997-04-02 | 三菱電機株式会社 | レーダ装置 |
| JPH04328481A (ja) * | 1991-04-26 | 1992-11-17 | Nec Corp | ３次元レーダ装置 |
| JPH0566942U (ja) * | 1992-02-14 | 1993-09-03 | ダイヤモンド電機株式会社 | 内燃機関用点火コイル |
| JP3604314B2 (ja) | 2000-02-03 | 2004-12-22 | 松下電器産業株式会社 | Ｘｓｒケーブルコネクタ |
| JP4597717B2 (ja) * | 2005-03-04 | 2010-12-15 | 三菱電機株式会社 | レーダ装置 |
| JP5183543B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2013-04-17 | 三菱電機株式会社 | レーダ装置 |
| JP7156817B2 (ja) * | 2018-05-15 | 2022-10-19 | 株式会社デンソーテン | 物標検出装置および物標検出方法 |
| CN113109804B (zh) * | 2020-11-28 | 2022-11-22 | 耿文东 | 相控阵雷达群目标跟踪的工作方式 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS601937B2 (ja) * | 1980-08-06 | 1985-01-18 | タツタ電線株式会社 | 耐酸化性鉛錫半田用母合金 |
-
1984
- 1984-10-04 JP JP59208903A patent/JPH0627808B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6186671A (ja) | 1986-05-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |