JPH0643241A - 多目標追尾方法及びその装置 - Google Patents

多目標追尾方法及びその装置

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JPH0643241A
JPH0643241A JP21868492A JP21868492A JPH0643241A JP H0643241 A JPH0643241 A JP H0643241A JP 21868492 A JP21868492 A JP 21868492A JP 21868492 A JP21868492 A JP 21868492A JP H0643241 A JPH0643241 A JP H0643241A
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JP
Japan
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target
motion
motion models
calculated
detection data
Prior art date
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JP21868492A
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English (en)
Inventor
Yukitoshi Endo
行俊 遠藤
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Japan Steel Works Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の目標およびクラッタ等の不要信号か
ら、位置の他に距離変化率等の探知情報が得られる環境
下において、目標の位置および速度を推定しながら旋回
目標に対しても精度よく追尾できる多目標追尾方法を得
る。 【構成】 同一次元の複数のn個の定数ベクトルにより
構成される目標のn個の運動モデルを設定し、探知情報
に基づいたn個の各運動モデルの信頼度を時々刻々算出
しながらn個の運動モデル全体を総合的に評価し、さら
に各運動モデルにおける平滑、予測計算では距離変化率
の情報を利用できるよう拡張カルマンフィルタを適用す
ることによって、目標位置、速度の最適な推定値を算出
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機、飛翔体等の移
動物体を目標とし、レーダ等の電波センサや赤外線カメ
ラ等の光学センサに代表される目標観測装置を用い、目
標観測装置による複数の目標及び目標以外のクラッタ等
からの信号検出結果に基づき、目標の位置や速度等の真
値を推定していくことにより、複数の目標の運動を追尾
する多目標追尾方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図9は、例えばIEEE TRANSA
CTIONS ONAUTOMATIC CONTRO
L VOL.AC−23,AUGUST1978,P6
18−626 「Tracking Methods
ina Multitarget Environme
nt」のなかで「Probabulistic Dat
a AssociationFilter」として示さ
れた従来の多目標追尾方法を示す処理手順、図10は図
9の従来の多目標追尾方法に対応した従来の多目標追尾
装置の構成図である。
【0003】図9において、従来の多目標追尾方法は、
ステップ1で目標位置の観測結果をもとに通常のカルマ
ンフィルタ理論に基づき目標位置、速度の平滑値及び平
滑誤差共分散行列の初期値を設定し、ステップ12で例
えば目標の運動モデルを等速直進運動モデルで設定した
のち、ステップ13で等速直進運動モデルにより現時刻
より1サンプリング後の目標位置、速度の予測値を算出
し、ステップ14で上記等速直進運動モデルによる予測
値の誤差を推定した等速直進運動モデルによる予測誤差
共分散行列を算出し、ステップ6で目標観測位置を目標
観測装置よりの信号検出結果である探知データとして入
力し、ステップ7で追尾目標と相関のある探知データと
して、等速直進運動モデルによる目標予測位置を中心に
等速直進運動モデルによる予測誤差共分散行列を使用し
て定まる空間のある領域内に存在する探知データを選択
し、ステップ15でステップ7において選択された探知
データが追尾対象目標からの探知データであるか否かの
信頼度を等速直進運動モデルによる予測値及び等速直進
運動モデルによる予測誤差共分散行列を使用して算出
し、ステップ9で目標運動諸元の平滑に使用するゲイン
行列を算出し、ステップ16で等速直進運動モデルによ
る目標位置、速度の平滑値及び等速直進運動モデルによ
る平滑誤差共分散行列を算出し、ステップ11において
追尾終了になるまでこの一連の流れを繰り返すようにな
っていた。
【0004】図10は従来の方法による多目標追尾装置
の構成図であり、図10において、17は追尾目標及び
追尾目標以外のクラッタ等からの信号検出結果である目
標観測位置を探知データとして出力する目標観測装置、
18は目標観測装置17の探知データを入力し、等速直
進運動モデルにより現時刻より1サンプリング前に算出
しておいた目標予測位置を中心にして等速直進運動モデ
ルにより現時刻より1サンプリング前に算出しておいた
予測誤差共分散行列を使用して求まる空間のある領域内
に存在する探知データを選択する相関器、34は等速直
進運動モデルにより現時刻より1サンプリング前に算出
しておいた目標予測位置と等速直進運動モデルにより現
時刻より1サンプリング前に算出しておいた予測誤差共
分散行列を用い、相関器18で選択した探知データが追
尾対象目標からの探知データであるか否かの信頼度を算
出する探知データの信頼度算出器である。
【0005】また、31は等速直進運動モデルにより現
時刻より1サンプリング前に算出しておいた予測誤差共
分散行列により目標運動諸元の平滑に使用するゲイン行
列を算出するゲイン行列算出器、35は相関器18で選
択された探知データと探知データの信頼度算出器34で
算出した探知データの信頼度と等速直進運動モデルによ
り現時刻より1サンプリング前に算出しておいた予測値
及びゲイン行列算出器31で算出したゲイン行列を使用
して目標位置、速度の平滑値を算出する等速直進運動モ
デルによる平滑器、33は等速直進運動モデルによる平
滑器35で算出した平滑値をもとに等速直進運動モデル
により現時刻より1サンプリング後の目標位置、速度の
予測値を算出する等速直進運動モデルによる予測器、3
9は等速直進運動モデルによる予測器33で算出した予
測値を1サンプリング遅延させて相関器18、探知デー
タの信頼度算出器34及び等速直進運動モデルによる平
滑器35へ出力する第8の遅延回路である。
【0006】36は等速直進運動モデルによる予測器3
3で現時刻より1サンプリング前に算出しておいた予測
値、ゲイン行列算出器31で算出したゲイン行列、相関
器18で選択された探知データ、探知データの信頼度算
出器34で算出した探知データの信頼度及び等速直進運
動モデルにより現時点より1サンプリング前に算出して
おいた予測誤差共分散行列を用いて目標位置、速度の平
滑誤差の評価値を算出する等速直進運動モデルによる平
滑誤差評価器、37は等速直進運動モデルによる平滑誤
差評価器36で算出した平滑誤差共分散行列をもとに目
標位置、速度の予測誤差の評価値を算出する等速直進運
動モデルによる予測誤差評価器、38は等速直進運動モ
デルによる予測誤差評価器37で算出した予測誤差共分
散行列を1サンプリング遅延させてゲイン行列算出器3
1、探知データの信頼度算出器34、相関器18及び等
速直進運動モデルによる平滑誤差評価器36へ出力する
第7の遅延回路である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の多
目標追尾方法及びその装置においては、図10の相関器
18は、追尾目標が等速直進運動モデルに従うとして等
速直進運動モデルによる予測器33で算出した追尾目標
の予測位置を中心とし、等速直進運動モデルによる予測
誤差評価器37で算出した予測誤差共分散行列を使用し
て得られる空間のある領域内に目標観測装置17より入
力された探知データが存在した場合に、上記探知データ
を追尾目標より探知された可能性がある探知データであ
ると判定していたため、目標が旋回運動を行うと相関範
囲を決める中心点が大きくずれる、あるいは相関をとる
べき空間の領域の大きさが目標の旋回状況を考慮しない
ために不当に小さく評価されるなどの問題が発生し、追
尾性能は劣化せざるを得なかった。
【0008】さらに従来の多目標追尾方法及びその装置
においては、目標観測装置より得られる探知データとし
て目標観測位置のみを仮定しているため、目標位置に加
え、さらに例えば直交座標における目標位置、速度の一
般に非線形な関数として表される目標距離変化率等が目
標観測装置からの探知データとして入力される場合にお
いても、この目標距離変化率の情報を探知データの相
関、及び目標位置、速度等の平滑値の算出に有効的に利
用することができなかった。
【0009】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、複数の目標及びクラッタ等の不要信号
から、位置及び距離変化率等の信号検出結果が探知デー
タとして得られる環境下において、旋回目標に対しても
精度よく追尾できる多目標追尾方法及びその装置を得る
ことを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第1の発明
は、目標位置、速度等の平滑値及び平滑値の誤差を推定
した平滑誤差共分散行列の初期値を設定し、同一次元の
複数のn個の定数ベクトルを用いることによる目標のn
個の運動モデルを設定したのち、n個の各運動モデル毎
に目標位置、速度等の予測値及びその誤差を推定した予
測誤差共分散行列を算出し、n個の運動モデル全体を用
いることによる目標位置、速度等の予測値を算出し、探
知データとして目標位置、及び例えば目標距離変化率の
ような目標位置、速度等の非線形な関数で表される目標
運動諸元の観測値を誤探知データを含め複数個入力し、
上記複数個の探知データの中から追尾目標と相関の可能
性のある探知データのみをいくつか選択し、複数のn個
の各運動モデル及び選択された各探知データの信頼度を
算出し、上記各運動モデルで同一のゲイン行列を算出
し、n個の運動モデル全体による目標位置、速度等の平
滑値及びその誤差を推定した平滑誤差共分散行列を算出
し、追尾終了になるまでこの一連の流れを繰り返す多目
標追尾方法である。
【0011】本発明に係る第2の発明は、目標位置、速
度等の平滑値及び平滑値の誤差を推定した平滑誤差共分
散行列の初期値を設定し、同一次元の複数のn個の定数
ベクトルを用いることによる目標のn個の運動モデルを
設定したのち、n個の各運動モデル毎に目標位置、速度
等の予測値及びその誤差を推定した予測誤差共分散行列
を算出し、n個の運動モデル全体を用いた場合の予測値
の誤差を推定したn個の運動モデル全体による予測誤差
共分散行列を算出し、探知データとして目標位置、及び
例えば目標距離変化率のような目標位置、速度等の非線
形な関数として表される目標運動諸元の観測値を誤探知
データを含め複数個入力し、上記複数個の探知データか
ら追尾目標と相関の可能性のある探知データのみをいく
つか選択し、複数のn個の各運動モデル及び選択された
各探知データの信頼度を算出し、上記各運動モデルで同
一のゲイン行列を算出し、n個の運動モデル全体による
目標位置、速度等の平滑値及びその誤差を推定した平滑
誤差共分散行列を算出し、追尾終了になるまでこの一連
の流れを繰り返す多目標追尾方法である。
【0012】本発明に係る第3の発明は、目標位置、速
度等の平滑値及び平滑値の誤差を推定した平滑誤差共分
散行列の初期値を設定し、同一次元の複数のn個の定数
ベクトルを用いることによる目標のn個の運動モデルを
設定したのち、n個の各運動モデル毎に目標位置、速度
等の予測値及びその誤差を推定した予測誤差共分散行列
を算出し、n個の運動モデル全体を用いることによる予
測値を算出し、n個の運動モデル全体による予測値の誤
差を推定したn個の運動モデル全体による予測誤差共分
散行列を算出し、探知データとして目標位置、及び例え
ば目標距離変化率のような目標位置、速度等の一般に非
線形な関数として表される目標運動諸元の観測値を誤探
知データを含め一般に複数個入力し、上記複数個の探知
データの中から追尾目標と相関の可能性のある探知デー
タのみをいくつか選択し、複数のn個の各運動モデル及
び選択された各探知データの信頼度を算出し、上記各運
動モデルで同一のゲイン行列を算出し、n個の運動モデ
ル全体による目標位置、速度等の平滑値及びその誤差を
推定した平滑誤差共分散行列を算出し、追尾終了になる
までこの一連の流れを繰り返す多目標追尾方法である。
【0013】本発明に係る第4の発明は、第1の発明の
多目標追尾方法を実現するための装置であって、同一次
元の複数のn個の定数ベクトルより構成される目標のn
個の運動モデルによる目標位置、速度などの予測値を算
出するn個の運動モデルによる予測器と、例えば目標観
測位置と目標観測距離変化率を用いて追尾目標と相関の
可能性のある探知データを選択する相関器と、上記複数
のn個の運動モデル及び上記相関器で選択された探知デ
ータの信頼度を算出するn個の運動モデルによる信頼度
算出器と、上記複数のn個の運動モデルによる平滑器と
この平滑値の誤差を推定したn個の運動モデルによる平
滑誤差共分散行列を算出するn個の運動モデルによる平
滑誤差評価器とを設けたものである。
【0014】本発明に係る第5の発明は、第2の発明の
多目標追尾方法を実現するための装置であって、同一次
元の複数のn個の定数ベクトルより構成される目標のn
個の運動モデルによる目標位置、速度などの予測値の誤
差を推定したn個の運動モデルによる予測誤差共分散行
列を算出するn個の運動モデルによる予測誤差評価器
と、例えば目標観測位置と目標観測距離変化率を用いて
追尾目標と相関の可能性のある探知データを選択する相
関器と、上記複数のn個の運動モデル及び相関器で選択
された探知データの信頼度を算出するn個の運動モデル
による信頼度算出器と、上記複数のn個の運動モデルに
よる平滑器とこの平滑値の誤差を推定したn個の運動モ
デルによる平滑誤差共分散行列を算出するn個の運動モ
デルによる平滑誤差評価器とを設けたものである。
【0015】本発明に係る第6の発明は、第3の発明の
多目標追尾方法を実現するための装置であって、同一次
元の複数のn個の定数ベクトルより構成される目標のn
個の運動モデルによる目標位置、速度などの予測値を算
出するn個の運動モデルによる予測器と、この予測値の
誤差を推定したn個の運動モデルによる予測誤差共分散
行列を算出するn個の運動モデルによる予測誤差評価器
と、例えば目標観測位置と目標観測距離変化率を用いて
追尾目標と相関の可能性のある探知データを選択する相
関器と、上記複数のn個の運動モデル及び相関器で選択
された探知データの信頼度を算出するn個の運動モデル
による信頼度算出器と、上記複数のn個の運動モデルに
よる平滑器とこの平滑値の誤差を推定したn個の運動モ
デルによる平滑誤差共分散行列を算出するn個の運動モ
デルによる平滑誤差評価器とを設けたものである。
【0016】本発明における相関器は、目標の位置、速
度等の予測値より例えば目標距離変化率の予測値を算出
し、また目標の位置、速度等の予測値及び目標の位置、
速度等の予測誤差共分散行列より目標の位置と距離変化
率全体の予測誤差共分散行列を算出し、3次元の位置諸
元に距離変化率を加えた4次元の空間において、目標の
位置及び距離変化率の予測値で与えられる点を中心に目
標の位置及び距離変化率全体の予測誤差共分散行列を使
用して定まる領域内に存在する探知データを追尾目標と
相関の可能性のある探知データとして選択するように構
成したものである。
【0017】本発明におけるn個の運動モデルによる信
頼度算出器、ゲイン行列算出器、n個の運動モデルによ
る平滑器及びn個の運動モデルによる平滑誤差評価器
は、位置、速度等の非線形な関数として表される例えば
距離変化率を目標位置、速度等の予測値のまわりで線形
1次近似する手法を用いることにより、目標距離変化率
の探知データの情報をn個の運動モデル及び探知データ
の信頼度の算出、ゲイン行列の算出、目標位置、速度等
の平滑値の算出及びその平滑値の誤差を推定した平滑誤
差共分散行列の算出に有効的に利用できるよう構成した
ものである。
【0018】
【作用】本発明においては、例えば複数のn個の目標の
運動モデルとして等速直進運動モデルに零ベクトルを含
むn個の定数加速度ベクトルを付加した運動モデルを使
用し、n個の運動モデルによる目標位置、速度の予測値
を、複数個の運動モデルおのおのの信頼度及び複数個の
運動モデルを構成する定数加速度ベクトルを使用して予
測における加速度の影響項を算出し、この諸元に現時刻
の平滑値をもとに等速直進運動予測により算出した1サ
ンプリング後の予測値を加算することにより算出し、複
数個の運動モデルおのおのの信頼度及び複数個の運動モ
デルを構成する定数加速度ベクトルを使用し運動モデル
が一意的に定まらないことにより予測誤差の評価である
予測誤差共分散行列を増大させる諸元を算出し、この諸
元に複数個の運動モデル毎の予測誤差共分散行列を加算
することによりn個の運動モデルによる予測誤差共分散
行列を算出する。
【0019】本発明における相関器は、3次元の目標位
置情報のみならず目標距離変化率をくわえた4次元の空
間において相関判定を行うため、例えば、位置情報のみ
からでは追尾対象目標と相関の可能性があると判断され
るが、距離変化率観測値が追尾対象目標の距離変化率予
測値とは大きくかけ離れているような探知データを排除
し、より信頼性の高い探知データのみを追尾対象目標と
相関の可能性のある探知データとして選択する。
【0020】本発明におけるn個の運動モデルによる信
頼度算出器、ゲイン行列算出器、n個の運動モデルによ
る平滑器及びn個の運動モデルによる平滑誤差評価器
は、例えば距離変化率のような位置以外の情報をも有効
的に利用することにより、特に目標観測装置による距離
変化率の観測精度が位置の観測精度より優れている場合
に、n個の運動モデル及び探知データの信頼度、ゲイン
行列、目標位置、速度等の平滑値及び平滑値の誤差を推
定した平滑誤差共分散行列を、観測位置情報のみを用い
た場合よりも精度よく算出し、結果として旋回目標対処
能力を含めた目標追尾性能を向上させる。
【0021】本発明に係る第1及び第4の発明において
は、多数の複数目標を同時に追尾しクラッタよりの探知
データも多い場合に対処可能とするため、追尾目標間で
相関をとるべき領域が重ならないよう、また、相関をと
るべき領域内の探知データを増加させないように、相関
をとるべき領域を広げずに計算機負荷の増大を抑えつつ
旋回目標対処能力を向上させるため、相関をとるべき中
心点の算出にn個の運動モデルによる予測値を使用する
が、相関をとるべき空間の領域の大きさ算出にn個の運
動モデルによる予測誤差共分散行列ではなく運動モデル
毎の予測誤差共分散行列を使用する。
【0022】本発明に係る第2及び第5の発明において
は、追尾目標数が少なく、クラッタも少ない環境下では
サンプリング間隔が長く観測精度の悪い目標観測装置に
よる多目標追尾を想定し、目標予測値の算出に加速度項
を付加した場合に観測精度の悪さに起因する追尾のがた
つきを表面化させずに旋回目標対処能力を向上させるた
め、相関をとるべき中心点の算出にはn個の運動モデル
による予測値ではなく、運動モデル毎の予測値の一つで
ある定数加速度ベクトルが零ベクトルの場合の等速直進
運動モデルによる予測値を使用し、相関をとるべき空間
の領域の大きさ算出にn個の運動モデルによる予測誤差
共分散行列を使用する。
【0023】本発明に係る第3及び第6の発明において
は、きわめて精度の高い追尾が要求され、目標観測装置
の精度が高く、サンプリング間隔が短く、高性能の計算
機システムを使用する場合の多目標追尾を想定し、相関
をとるべき中心点の算出にn個の運動モデルによる予測
値、相関をとるべき空間の領域の大きさ算出にn個の運
動モデルによる予測誤差共分散行列を使用する。
【0024】
【実施例】以下、本発明に係る多目標追尾方法及びその
装置の実施例を図面に従って説明する。
【0025】図1は本発明に係る第1の発明の多目標追
尾方法の一実施例の処理手順を示すフローチャート、図
2は本発明に係る第2の発明の多目標追尾方法の一実施
例の処理手順を示すフローチャート、図3は本発明に係
る第3の発明の多目標追尾方法の一実施例の処理手順を
示すフローチャートである。また、図4は本発明の第4
の発明の多目標追尾装置の一実施例の構成を示す構成
図、図5は本発明に係る第5の発明の多目標追尾装置の
一実施例の構成を示す構成図、図6は本発明に係る第6
の発明の多目標追尾装置の一実施例の構成を示す構成図
である。なお、図4、図5、図6の各多目標追尾装置は
それぞれ順番に図1、図2、図3の各多目標追尾方法を
実現するための装置に対応している。
【0026】以下、本発明の一実施例を図1〜図6にし
たがい説明する前に、まず本発明の根拠となる理論の骨
子を説明する。
【0027】目標の運動モデルについて次のように定義
する。すなわち、複数個をn個とした場合の目標の運動
モデルを式(1)とする。なお、以降ベクトルを表す記
号には、明細書本文内では例えば "ベクトルxk”のよ
うに記号の前に "ベクトル”という用語を付し、化学式
等を記載した書面ではxkにアンダーラインを付して表
す。
【数1】
【0028】式(1)において、ベクトルxkはサンプ
リング時刻tkにおける目標運動諸元の真値を表す状態
ベクトルであり、式(2)に示すように直交座標におけ
る目標位置、及び直交座標における目標速度を成分とす
るベクトルとする。また、Φk-1はサンプリング時刻t
k-1よりtkへの状態ベクトルxkの推移行列で目標が等
速直進運動を行うと仮定した場合、式(3)及び式
(4)で与えられる。ベクトルwkはサンプリング時刻
kにおける駆動雑音ベクトルであり、平均0の3次元
正規分布白色雑音で、Eを平均を表す記号として式
(5)、式(6)を満たすものとする。ここで、記号T
はベクトルの転置を表す。Γkはサンプリング時刻tk
おける駆動雑音ベクトルの変換行列で、例えば、目標の
運動モデルを等速直進運動と仮定したことによる打ち切
り誤差項を
【数2】 とみればベクトルwkは加速度ベクトル相当であり、Γk
は式(7)となる。ベクトルukはサンプリング時刻tk
おいてn個の運動モデルを構成する定数加速度ベクトル
で式(8)で表され、Γk′はサンプリング時刻tkにお
ける定数加速度ベクトルの変換行列であり、式(9)と
なる。
【数3】
【0029】図7は水平面に平行な面内で定数加速度ベ
クトルを説明する説明図であり、図において、Oは目標
観測装置を原点とした座標O−xyの原点、xは東方向
をx軸の正とした座標O−xyのx軸、Yは北方向をy
軸の正とした座標O−xyのy軸、a1はy軸の正方向
の定数加速度ベクトル、a2はx軸の正方向の定数加速
度ベクトル、a3はy軸の負方向の定数加速度ベクト
ル、a4はx軸の負方向の定数加速度ベクトルである。
図7における定数加速度ベクトルの大きさを10g(g
は重力加速度とする)とし、この他に加速度0の定数加
速度ベクトルa5を考えた運動モデルの場合、n=5で
あり、式(8)は式(10)のようにサンプリング時刻
に無関係に書ける。
【数4】
【0030】サンプリング時刻tkにおいて式(11)
が真であるとの仮説をψk,a(a=1,2,…,n)と
書く。さらにサンプリング時刻t1からtkまでの運動モ
デルに対する仮説の組み合わせをψk,p(p=1,2,
…,nk)と書く。すなわち式(12)とする。運動モ
デルの推移にはマルコフ性を仮定し、運動モデルψk,a
はサンプリング時刻tk-1の運動モデルより決まりサン
プリング時刻tk-2までの運動モデルには依存しないも
のとする。この時運動モデルの推移確率Pabを式(1
3)とする。
【数5】
【0031】次に観測系モデルを以下のように定義す
る。追尾対象目標よりの探知データはサンプリング時刻
kにおいて高々1つ得られるとし、その観測系モデル
を式(14)とする。
【数6】 但し、ベクトルZkは式(15)に示すようにサンプリ
ング時刻tkにおいて直交座標による目標観測位置と目
標距離変化率の観測値で構成される目標観測ベクトルで
あり、またg(ベクトルxk)は非線形関数で式(1
6)、式(17)で表される。ベクトルVkはサンプリ
ング時刻tkにおける目標観測ベクトルに対応した観測
雑音ベクトルで、平均ベクトル0の4次元正規白色雑音
であり式(18)、式(19)を満たすものとする。な
お、Rkはサンプリング時刻tkにおける観測雑音共分散
行列で運動モデルによらない値とする。
【数7】
【0032】追尾対象目標以外からの探知データは空間
に一様に分布しているとし、サンプリング時刻tkにお
ける単位体積あたりの発生頻度をβk FTとし、追尾目標
と相関をとるべき空間の領域の体積をVGkとしたとき、
追尾対象目標以外からの探知データが相関をとるべき領
域内に存在する総数は平均βk FTGkのポアソン分布に
従うとする。なお、ここでVGkは探知データが4次元で
あることから4次元空間の体積である。
【0033】サンプリング時刻tkにおいて相関をとる
べき領域内に入った探知データの全体をベクトル
k,1、ベクトルZk,2、ベクトルZk,mkとし、式(2
0)のように書き、さらにサンプリング時刻t1からtk
までの探知データの全体をZkすなわち、式(21)と
書く。また、サンプリング時刻t1からtkまでの探知デ
ータ数全体の情報をMkすなわち式(22)と書く。
【数8】
【0034】次に、目標の運動モデルについて若干の補
足を行う。複数個の運動モデルを構成している定数加速
度ベクトルαa(a=1,2,…,n)の条件付き確率
密度関数を離散系における確率論に従い式(23)、式
(24)とする。ここで、デルタ関数δ(ベクトルx)
は式(25)の性質を有している。
【数9】
【0035】式(23)及び式(25)より式(26)
となる。すなわち、式(27)としたとき、式(28)
である。
【数10】
【0036】式(24)及び式(25)より式(29)
となる。すなわち、式(30)としたとき、式(31)
である。
【数11】
【0037】式(23)、式(28)及び式(25)よ
り式(32)が得られる。また式(24)及び式(2
5)より式(33)となる。
【数12】
【0038】次に、複数の各運動モデル及び複数の各探
知データの仮説に対する信頼度について定義する。ベク
トルZk,iが追尾対象目標からの探知データであるとの
仮説をχk,i(i=1,2,…,mk)と書き、追尾対象
目標から探知データが得られないとの仮説をχk,0と書
く。サンプリング時刻tkまでの探知データの情報によ
る仮説の信頼度を条件付き確率密度関数により、次式
(34)〜(37)のように定義する。
【数13】 ここで、式(38)、式(39)の仮定をおく。このと
き、式(13)及び式(39)より式(40)となる。
また確率論より式(41)〜式(49)が成立する。
【数14】
【0039】以下、上記のように目標の運動モデル、観
測系モデル、及び仮説とその信頼度が定義された場合
の、目標追尾方法について説明する。
【0040】まず、各仮説のもとでの平滑、予測処理の
方法について示す。すなわち、通常のカルマンフィルタ
の理論より、式(14)の観測系モデルを目標予測値の
まわりで線形1次近似を行い、拡張カルマンフィルタを
適用すると式(50)〜式(59)となる。
【数15】 ここで、ベクトルx^Pk k(−)は仮説ψk,Pkのもとでの
サンプリング時刻tkに対するベクトルxkの予測ベクト
ル(化学式等を記載した書面では文字「x」の上に記号
「^」が付加された表示となっている)で、条件付き平
均ベクトルで書けばカルマンフィルタの理論より式(6
0)である。また、ベクトルx^k(+)はサンプリング
時刻tkに対するベクトルxkの平滑ベクトルで式(6
1)である。ベクトルx^k,i,Pk(+)は仮説χk,i及び
ψk,Pkのもとでのサンプリング時刻tkに対するベクト
ルxkの平滑ベクトルで式(62)で表される。
【数16】
【0041】Pk(+)はサンプリング時刻tkにおける平
滑誤差共分散行列で式(63)である。また、P
Pk k(−)はサンプリング時刻tkにおける仮説ψk,Pkのも
とでの予測誤差共分散行列で式(64)である。Pk,i,
Pk(+)はサンプリング時刻tkにおける仮説χk,l及びψ
k,PKのもとでの平滑誤差共分散行列で式(65)であ
る。
【数17】
【0042】Kkはサンプリング時刻tkにおけるゲイン
行列である。また、拡張カルマンフィルタを通常適用す
る場合と同様にして初期値ベクトルx^0(+),P0(+)
は別途定まっているとする。なお、式(51)よりPPk
k(−)は仮説ψk,Pkによらない値なので、式(52)よ
りKk、式(56)よりPk,i,PK(+)(i=1,2,
…,mk)も仮説ψk,Pkによらない値となる。
【0043】次に、探知データと追尾目標の相関方法に
ついて示す。探知データベクトルZがdをパラメータと
して式(66)を満たすとき、探知データZは追尾目標
と相関があると判定される。ここで、ベクトルZk(−)
は式(67)で与えられ、ベクトルx^k(−)はサンプ
リング時刻tkに対するベクトルxkの予測ベクトルで式
(68)で表される。またSkは式(69)で与えられ
る。但し、Pk(−)はサンプリング時刻tkにおける予測
誤差共分散行列であり、式(70)で表される。
【数18】
【0044】図8は簡単な例として探知データの次元が
2次元の場合について式(66)による探知データと追
尾目標との相関を説明する図であり、図においてPは追
尾目標からの観測が予測される点である式(67)のベ
クトルZk(−)、Qは相関をとるべき範囲の内外を定め
る境界線でパラメータd及び式(69)のSkより線形
代数学より算出され、D1〜D4は探知データである。
【0045】追尾対象目標が相関をとるべき領域内に存
在する確率をPGKと書く。すなわち式(71)とする。
ここでGkは式(72)で表され、またL(ベクトル
k;ベクトルak、Ak)は平均ベクトルak、共分散行
列Akの4次元正規分布のベクトルZkにおける確率密度
関数である。なお、確率論よりPGKはdの値によって一
意的に定まる。
【数19】
【0046】次に、各仮説の信頼度の算出方法について
示す。仮説ψk,pkのもとでの探知データベクトルZk,i
の観測誤差epk(ベクトルZk,i)(Pk=1,2,…,
n;i=1,2,…,mk)を4次元正規分布で近似す
ればカルマンフィルタの理論より式(73)である。式
(73)よりわかるように、探知データベクトルZk,i
が観測諸元の予測ベクトルg{ベクトルx^pk k(−)}
に近いほどepk(ベクトルZk,i)の値は大きくなり、
ベクトルZk,iは目標が仮説ψk,pkのもとで運動したと
した場合に追尾目標から得られた探知データであるとの
信頼度が高く評価される。サンプリング時刻tkにおけ
る探知情報が得られない時点での仮説ψk-1,pk-1が仮説
ψk,pkに推移する信頼度は、仮説ψk-1,pk-1の信頼度で
ある式(36)のβpk- 1k及び推移確率である式の(1
3)のPpkpk-1より式(74)により求まる。そして目
標が探知される確率をPDとすれば、追尾対象目標が相
関をとるべき領域内に存在して探知される確率はPD
GKである。
【0047】したがってサンプリング時刻tkの探知情
報が得られた時点での仮説ψk-1,pk-1、ψk,pk及び仮説
χk,0が正しいとの信頼度は、サンプリング時刻tkにお
ける探知情報が得られない時点での信頼度である式(7
4)に追尾対象目標より相関をとるべき領域内から探知
データが得られない確率1−PDGK及びmk個の探知デ
ータすべてが追尾対象目標以外からの探知データである
との式βmk kを乗算した値、すなわち式(75)に比例
すると考えてよい。また、サンプリング時刻tkの探知
情報が得られた時点での仮説ψk-1,pk-1、ψk,pk及び仮
説χk,i(i=1,2,…,mk)が正しいとの信頼度
は、サンプリング時刻tkにおける探知情報が得られな
い時点での信頼度である式(74)に追尾対象目標が探
知される確率PD、仮説ψk,pkのもとでの探知データベ
クトルZk,iの評価値epk(ベクトルZk,i)及びmk
1個の探知データが追尾対象目標以外から得られている
との信頼度βmk-1 kを乗算した値、すなわち式(76)
に比例すると考えてよい。したがって、式(49)を使
用し、式(75)及び式(76)を正規化して式(7
7)〜式(79)を得る。
【数20】
【0048】すべての仮説のもとでの目標位置、速度の
平滑ベクトルは各仮説のもとでまとめた平滑ベクトルを
各仮説の信頼度を用いて統合することによって算出され
る。まず、式(37)及びベイズの定理より式(80)
が得られる。式(61)、式(62)、式(80)より
式(81)である。式(81)及び式(53)、式(5
5)、式(50)、式(46)、式(48)より式(8
2)〜式(85)である。
【数21】
【0049】上記、すべての仮説のもとでの目標位置、
速度の平滑ベクトルの平滑誤差共分散行列は以下のよう
に算出される。すなわち、まず式(63)、式(6
1)、式(81)、式(62)及び式(65)より式
(86)である。式(46)及び式(81)より式(8
7)であるから、式(86)及び式(87)より式(8
8)となる。式(88)に式(54)、式(56)、式
(52)、式(42)、式(53)、式(55)、式
(50)、式(82)〜式(85)及び式(48)を代
入し、Ppk k(−)及びPk,i,pk(+)がψk,pkに無関係な
ことに注意すれば式(89)が得られる。
【数22】
【0050】上記すべての仮説のもとでの平滑ベクトル
に基づく目標位置、速度の予測ベクトル及び予測誤差共
分散行列は次のように算出される。式(1)に式(6
8)、式(61)、式(5)及び式(30)を適用して
式(90)を得る。式(1)及び式(90)より式(9
1)である。式(70)に式(91)を代入し、式(6
3)、式(6)及び式(33)を適用しベクトル
k-1、ベクトルwk-1、ベクトルuk-1が互いに無相関
とすれば式(92)を得る。式(74)より確率論にし
たがい式(93)である。したがって、式(92)、式
(51)及び式(93)より式(94)である。ここ
で、式(31)及び式(93)より、式(95)であ
る。
【数23】
【0051】次に本発明の第1及び第4の発明を図1及
び図4にしたがって説明する。目標観測装置17より得
られる目標位置及び目標距離変化率の情報をもとに通常
の拡張カルマンフィルタの理論に基づき、目標位置、速
度の平滑値及び平滑誤差共分散行列の初期値を設定し
(ステップ1)、図7のように零加速度ベクトルを含む
n個の定数加速度ベクトルよりなる目標のn個の運動モ
デルを設定した(ステップ2)のち、運動モデル毎の予
測器24において、n個の運動モデルによる平滑器20
より入力されるn個の運動モデルによる平滑値ベクトル
k-1(+)及びn個の運動モデルを構成している式(1
1)の定数加速度ベクトルαpkより式(50)にしたが
い運動モデル毎の予測値ベクトルx^pk k(−)を算出す
る。
【0052】運動モデル毎の予測誤差評価器27は、n
個の運動モデルによる平滑誤差評価器26より入力され
るn個の運動モデルによる平滑誤差共分散行列P
k-1(+)及びあらかじめ設定された式(6)の駆動雑音
共分散行列Qk-1より式(51)にしたがい運動モデル
毎の予測誤差共分散行列Ppk k(−)を算出し(ステップ
3)、次にn個の運動モデルによる予測器22において
は、n個の運動モデルによる平滑器20より式(61)
のn個の運動モデルによる平滑値ベクトルxk-1(+)を
入力して等速直進運動予測により
【数24】 を算出し、n個の運動モデルによる信頼度算出器19よ
り得られる式(36)の各運動モデルの信頼度βpk-1
k-1、あらかじめ設定された式(13)の推移確率P
pkpk-1及び式(11)の定数加速度ベクトルαpkより式
(95)にしたがいサンプリング時刻tkにおける探知
情報が得られない時点での加速度の影響項を推定して、
式(90)にしたがいn個の運動モデルによる予測値ベ
クトルx^k(−)を算出する(ステップ4)。
【0053】相関器19は目標観測装置17より目標及
びクラッタ等からの信号検出結果である位置及び距離変
化率の情報よりなる探知データを入力し(ステップ
6)、相関器18において、現時刻より1サンプリング
前に算出した式(68)のn個の運動モデルによる予測
値ベクトルxk^(−)を第2の遅延回路23を通しn個
の運動モデルによる予測器22より入力して、相関をと
るべき中心位置である式(67)のベクトルZk(−)を
式(16)により算出し、現時刻より1サンプリング前
に算出した式(64)の運動モデル毎の予想誤差共分散
行列Ppk k(−)を第4の遅延回路29を通し運動モデル
毎の予想誤差評価器27より入力して、これとあらかじ
め設定された式(19)の観測雑音共分散行列Rk
り、相関をとるべき領域の大きさ算出に使用する式(6
9)のSkをPk(−)の代わりにPpk k(−)を使用して求
め、式(66)により追尾対象目標と相関の可能性のあ
るmk個の探知データを選択し、これを式(20)のZk
とする(ステップ7)。
【0054】n個の運動モデルによる信頼度算出器19
は、現時刻より1サンプリング前に式(43)により算
出した各運動モデルの信頼度βpk-1 k-1を第6の遅延回
路32を通しn個の運動モデルによる信頼度算出器19
より入力し、現時刻より1サンプリング前に算出した式
(60)の運動モデル毎の予測値ベクトルx^pk k(−)
を第3の遅延回路25を通し運動モデル毎の予測器24
より入力し、現時刻より1サンプリング前に算出した式
(64)の運動モデル毎の予想誤差共分散行列P
pk k(−)を第4の遅延回路29を通して運動モデル毎の
予想誤差評価器27より入力して、あらかじめ設定され
た式(19)の観測雑音共分散行列Rkより式(7
3)、式(16)、式(17)及び式(57)、式(5
8)により仮説ψk,pkのもとでの相関器18よりの探知
データベクトルZk,iの信頼度epk(ベクトルZk,i)を
求め、あらかじめ設定された探知確率PD、式(71)
の追尾対象目標が相関をとるべき領域内に存在する確率
GK及び式(13)の運動モデルの推移確率Ppkpk-1
より式(77)〜式(79)及び式(43)、式(4
5)、式(47)にしたがい運動モデル及び探知データ
の信頼度を算出する(ステップ8)。
【0055】次にゲイン行列算出器31は現時刻より1
サンプリング前に算出した式(64)の運動モデル毎の
予測誤差共分散行列Ppk k(−)を第4の遅延回路29を
通し運動モデル毎の予測誤差評価器27より入力し、現
時刻より1サンプリング前に算出した式(68)のn個
の運動モデルによる予測値ベクトルxk^(−)を第2の
遅延回路23を通しn個の運動モデルによる予測器22
より入力し、あらかじめ設定された式(19)の観測雑
音共分散行列Rkより式(52)及び式(57)、式
(58)にしたがいゲイン行列を算出する(ステップ
9)。
【0056】n個の運動モデルによる平滑器20におい
ては、現時刻より1サンプリング前に算出しておいた式
(61)のn個の運動モデルによる平滑値ベクトルx^
k-1(+)を第1の遅延回路21を通し入力し、n個の運
動モデルによる信頼度算出器19より式(36)の各運
動モデルの信頼度βpk k及び式(37)の仮説ψk,pk
もとでの探知データベクトルZk,iの信頼度βk,i,pk
入力し、相関器18より探知データベクトルZk,1、ベ
クトルZk,2、…、ベクトルZk,mkを入力し、現時刻よ
り1サンプリング前に算出しておいた式(60)の運動
モデル毎の予測値ベクトルx^pk k(−)を第3の遅延回
路25を通し運動モデル毎の予測器24より入力し、ゲ
イン行列算出器31より式(52)のゲイン行列Kk
入力し、あらかじめ設定された式(11)の定数加速度
ベクトルαpkを用い、式(82)にしたがい、n個の運
動モデルによる平滑値を算出する。
【0057】またn個の運動モデルによる平滑誤差評価
器26はn個の運動モデルによる信頼度算出器19より
式(35)のβk,i、式(36)のβpk k及び式(37)
のβk,i,pkを入力し、現時刻より1サンプリング前に算
出した式(64)の運動モデル毎の予測誤差共分散行列
pk k(−)を第4の遅延回路29を通し運動モデル毎の
予測誤差評価器27より入力し、ゲイン行列算出器31
より式(52)のゲイン行列Kkを入力し、現時刻より
1サンプリング前に算出しておいた式(60)の運動モ
デル毎の予測値ベクトルx^pk k(−)を第3の遅延回路
25を通し運動モデル毎の予測器24より入力し、現時
刻より1サンプリング前に算出したn個の運動モデルに
よる予測値ベクトルx^k(−)を第2の遅延回路23を
通しn個の運動モデルによる予測器22より入力し、相
関器18より探知データベクトルZk,1、ベクトル
k,2、…、ベクトルZk,mkを入力し、あらかじめ設定
された式(11)の定数加速度ベクトルαpkを用い、式
(89)及び式(83)〜式(85)にしたがい式(6
3)のn個の運動モデルによる平滑誤差共分散行列P
k(+)を算出し(ステップ10)、追尾終了になるまで
この一連の流れを繰り返す(ステップ11)。
【0058】次に本発明の第2及び第5の発明を図2及
び図5にしたがって説明する。目標観測装置17より得
られる目標位置及び目標距離変化率の情報をもとに通常
の拡張カルマンフィルタの理論に基づき、目標位置、速
度の平滑値及び平滑誤差共分散行列の初期値を設定し
(ステップ1)、図7のように零加速度ベクトルを含む
n個の定数加速度ベクトルよりなる目標のn個の運動モ
デルを設定した(ステップ2)のち、運動モデル毎の予
測器24において、n個の運動モデルによる平滑器20
より入力されるn個の運動モデルによる平滑値ベクトル
x^k-1(+)及びn個の運動モデルを構成している式
(11)の定数加速度ベクトルαpkより式(50)にし
たがい運動モデル毎の予測値ベクトルx^pk k(−)を算
出する。
【0059】また運動モデル毎の予測誤差評価器27は
n個の運動モデルによる平滑誤差評価器26より入力さ
れるn個の運動モデルによる平滑誤差共分散行列P
k-1(+)及びあらかじめ設定された式(6)の駆動雑音
共分散行列Qk-1より式(51)にしたがい運動モデル
毎の予測誤差共分散行列Ppk k(−)を算出し(ステップ
3)、次にn個の運動モデルによる予測誤差評価器28
において、運動モデル毎の予測誤差評価器27より式
(64)の運動モデル毎の予測誤差共分散行列P
pk k(−)を入力し、n個の運動モデルによる信頼度算出
器19より得られる式(36)のβpk-1 k-1、あらかじ
め設定された式(13)の推移確率Ppkpk-1、あらかじ
め設定された定数加速度ベクトルαpk及び式(95)の
ベクトルu^k-1よりPk(−)の予測誤差を大きく評価す
る項を算出する。
【数25】
【0060】そして式(94)にしたがいn個の運動モ
デルによる予測誤差共分散行列Pk(−)を算出する(ス
テップ5)。相関器18は目標観測装置17より目標及
びクラッタ等からの信号検出結果である位置及び距離変
化率の情報よりなる探知データを入力する(ステップ
6)。
【0061】次に相関器18において、現時刻より1サ
ンプリング前に算出した式(60)の運動モデル毎の予
測値ベクトルx^pk k(−)を第3の遅延回路25を通し
運動モデル毎の予測器24より入力して、相関をとるべ
き中心位置である式(67)のベクトルZk(−)を式
(16)においてベクトルx^k(−)の代わりに定数加
速度ベクトルαpkが零ベクトルの場合のベクトルx^pk
k(−)を使用して算出し、現時刻より1サンプリング前
に算出した式(70)のn個の運動モデルによる予測誤
差共分散行列Pk(−)を第5の遅延回路30を通しn個
の運動モデルによる予測誤差評価器28より入力して、
これとあらかじめ設定された式(19)の観測雑音共分
散行列Pkより、相関をとるべき領域の大きさ算出に使
用する式(69)のSkを求め、式(66)により追尾
対象目標と相関の可能性のあるmk個の探知データを選
択し、これを式(20)のZkとする(ステップ7)。
【0062】n個の運動モデルによる信頼度算出器19
においては、現時刻より1サンプリング前に式(43)
により算出した各運動モデルの信頼度βpk-1 k-1を第6
の遅延回路32を通しn個の運動モデルによる信頼度算
出器19より入力し、現時刻より1サンプリング前に算
出した式(60)の運動モデル毎の予測値ベクトルx^
pk k(−)を第3の遅延回路25を通し運動モデル毎の予
測器24より入力し、現時刻より1サンプリング前に算
出した式(64)の運動モデル毎の予測誤差共分散行列
pk k(−)を第4の遅延回路29を通して運動モデル毎
の予測誤差評価器27より入力して、あらかじめ設定さ
れた式(19)の観測雑音共分散行列Rkより式(7
3)、式(16)、式(17)及び式(57)、式(5
8)により仮説ψk,pkのもとでの相関器18よりの探知
データベクトルZk,iの信頼度epk(ベクトルZk,i)を
求め、あらかじめ設定された探知確率PD、式(71)
の追尾対象目標が相関をとるべき領域内に存在する確率
GK及び式(13)の運動モデルの推移確率Ppkpk-1
より式(77)〜式(79)及び式(43)、式(4
5)、式(47)にしたがい運動モデル及び探知データ
の信頼度を算出する(ステップ8)。
【0063】次にゲイン行列算出器31において、現時
刻より1サンプリング前に算出した式(64)の運動モ
デル毎の予測誤差共分散行列Ppk k(−)を第4の遅延回
路29を通し運動モデル毎の予測誤差評価器27より入
力し、現時刻より1サンプリング前に算出した式(6
0)の運動モデル毎の予測値ベクトルx^pk k(−)を第
3の遅延回路25を通し運動モデル毎の予測器24より
入力し、あらかじめ設定された式(19)の観測雑音共
分散行列Rkより式(52)においてベクトルx^k(−)
の代わりに定数加速度ベクトルαpkが零ベクトルの場合
のベクトルx^pk k(−)を使用し、式(57)、式(5
8)を用いてゲイン行列を算出する(ステップ9)。
【0064】n個の運動モデルによる平滑器20におい
て、現時刻より1サンプリング前に算出しておいた式
(61)のn個の運動モデルによる平滑値ベクトルx^
k-1(+)を第1の遅延回路21を通し入力し、n個の運
動モデルによる信頼度算出器19より式(36)の各運
動モデルの信頼度βpk k及び式(37)の仮説ψk,pk
もとでの探知データベクトルZk,iの信頼度βk,i,pk
入力し、相関器18より探知データベクトルZk,1、ベ
クトルZk,2、…、ベクトルZk,mkを入力し、現時刻よ
り1サンプリング前に算出しておいた式(60)の運動
モデル毎の予測値ベクトルx^pk k(−)を第3の遅延回
路25を通し運動モデル毎の予測器24より入力し、ゲ
イン行列算出器31より式(52)のゲイン行列Kk
入力し、あらかじめ設定された式(11)の定数加速度
ベクトルαpkを用い、式(82)にしたがいn個の運動
モデルによる平滑値を算出する。
【0065】また、n個の運動モデルによる平滑誤差評
価器26においては、n個の運動モデルによる信頼度算
出器19より式(35)のβk,i、式(36)のβpkk
び式(37)のβk,i,pkを入力し、現時刻より1サンプ
リング前に算出した式(64)の運動モデル毎の予測誤
差共分散行列Ppk k(−)を第4の遅延回路29を通し運
動モデル毎の予測誤差評価器27より入力し、ゲイン行
列算出器31より式(52)のゲイン行列Kkを入力
し、現時刻より1サンプリング前に算出しておいた式
(60)の運動モデル毎の予測値ベクトルx^pk k(−)
を第3の遅延回路25を通し運動モデル毎の予測器24
より入力し、相関器18より探知データベクトル
k,1、ベクトルZk,2、…、ベクトルZk,mkを入力し、
あらかじめ設定された式(11)の定数加速度ベクトル
αpkを用い、式(89)においてベクトルx^k(−)の
代わりに定数加速度ベクトルαpkが零ベクトルの場合の
ベクトルx^pk k(−)を使用し、さらに式(83)〜式
(85)にしたがい式(63)のn個の運動モデルによ
る平滑誤差共分散行列Pk(+)を算出し(ステップ1
0)、追尾終了になるまでこの一連の流れを繰り返す
(ステップ11)。
【0066】次に本発明の第3及び第6の発明を図3及
び図6にしたがって説明する。目標観測装置17より得
られる目標位置及び目標距離変化率の情報をもとに通常
の拡張カルマンフィルタの理論に基づき、目標位置、速
度の平滑値及び平滑誤差共分散行列の初期値を設定し
(ステップ1)、図7のように零加速度ベクトルを含む
n個の定数加速度ベクトルよりなる目標のn個の運動モ
デルを設定した(ステップ2)のち、運動モデル毎の予
測器24において、n個の運動モデルによる平滑器20
より入力されるn個の運動モデルによる平滑値ベクトル
x^k-1(+)及びn個の運動モデルを構成している式
(11)の定数加速度ベクトルαpkより式(50)にし
たがい運動モデル毎の予測値ベクトルx^pk k(−)を算
出する。
【0067】運動モデル毎の予測誤差評価器27はn個
の運動モデルによる平滑誤差評価器26より入力される
n個の運動モデルによる平滑誤差共分散行列Pk-1(+)
及びあらかじめ設定された式(6)の駆動雑音共分散行
列Qk-1より式(51)にしたがい運動モデル毎の予測
誤差共分散行列Ppk k(−)を算出し(ステップ3)、次
にn個の運動モデルによる予測器22において、n個の
運動モデルによる平滑器20より式(61)のn個の運
動モデルによる平滑値ベクトルx^k-1(+)を入力して
等速直進運動予測により
【数26】 を算出し、n個の運動モデルによる信頼度算出器19よ
り得られる式(36)の各運動モデルの信頼度βpk-1
k-1、あらかじめ設定された式(13)の推移確率P
pkpk-1及び式(11)の定数加速度ベクトルαpkより式
(95)にしたがいサンプリング時刻tkにおける探知
情報が得られない時点での加速度の影響項を推定して、
式(90)にしたがいn個の運動モデルによる予測値x
k(−)を算出する(ステップ4)。
【0068】n個の運動モデルによる予測誤差評価器2
8は運動モデル毎の予測誤差評価器27より式(64)
の運動モデル毎の予測誤差共分散行列Ppk k(−)を入力
し、n個の運動モデルによる信頼度算出器19より得ら
れる式(36)のβpk-1 k-1、あらかじめ設定された式
(13)の推移確率Ppkpk-1、あらかじめ設定された定
数加速度ベクトルαpk及び式(95)のベクトルu^
k-1よりPk(−)の予測誤差を大きく評価する項の式(9
6)を算出し、式(94)にしたがいn個の運動モデル
による予測誤差共分散行列Pk(−)を算出する(ステッ
プ5)。相関器18は目標観測装置17より目標及びク
ラッタ等からの信号検出結果である位置及び距離変化率
の情報よりなる探知データを入力する(ステップ6)。
【0069】次に相関器18において、現時刻より1サ
ンプリング前に算出した式(68)のn個の運動モデル
による予測値ベクトルx^k(−)を第2の遅延回路23
を通しn個の運動モデルによる予測器22より入力し
て、相関をとるべき中心位置である式(67)のベクト
ルZk(−)を式(16)により算出し、現時刻より1サ
ンプリング前に算出した式(70)のn個の運動モデル
による予測誤差共分散行列Pk(−)を第5の遅延回路3
0を通しn個の運動モデルによる予測誤差評価器28よ
り入力して、これとあらかじめ設定された式(19)の
観測雑音共分散行列Rkより、相関をとるべき領域の大
きさ算出に使用する式(69)のSkを求め、式(6
6)により追尾対象目標と相関の可能性のあるmk個の
探知データを選択し、これを式(20)のZkとする
(ステップ7)。
【0070】n個の運動モデルによる信頼度算出器19
においては、現時刻より1サンプリング前に式(43)
により算出した各運動モデルの信頼度βpk-1 k-1を第6
の遅延回路32を通しn個の運動モデルによる信頼度算
出器19より入力し、現時刻より1サンプリング前に算
出した式(60)の運動モデル毎の予測値ベクトルx^
pk k(−)を第3の遅延回路25を通し運動モデル毎の予
測器24より入力し、現時刻より1サンプリング前に算
出した式(64)の運動モデル毎の予測誤差共分散行列
pk k(−)を第4の遅延回路29を通して運動モデル毎
の予測誤差評価器27より入力して、あらかじめ設定さ
れた式(19)の観測雑音共分散行列Rkより式(7
3)、式(16)、式(17)及び式(57)、式(5
8)により仮説ψk,pkのもとでの相関器18よりの探知
データベクトルZk,iの信頼度epk(ベクトルZk,i)を
求め、あらかじめ設定された探知確率PD、式(71)
の追尾対象目標が相関をとるべき領域内に存在する確率
GK及び式(13)の運動モデルの推移確率Ppkpk-1
より式(77)〜式(79)及び式(43)、式(4
5)、式(47)にしたがい運動モデル及び探知データ
の信頼度を算出する(ステップ8)。
【0071】次にゲイン行列算出器31においては、現
時刻より1サンプリング前に算出した式(64)の運動
モデル毎の予測誤差共分散行列Ppk k(−)を第4の遅延
回路29を通し運動モデル毎の予測誤差評価器27より
入力し、現時刻より1サンプリング前に算出した式(6
8)のn個の運動モデルによる予測値ベクトルx^
k(−)を第2の遅延回路23を通しn個の運動モデルに
よる予測器22より入力し、あらかじめ設定された式
(19)の観測雑音共分散行列Rkより式(52)及び
式(57)、式(58)にしたがいゲイン行列を算出す
る(ステップ9)。
【0072】n個の運動モデルによる平滑器20は、現
時刻より1サンプリング前に算出しておいた式(61)
のn個の運動モデルによる平滑値ベクトルx^k-1(+)
を第1の遅延回路21を通し入力し、n個の運動モデル
による信頼度算出器19より式(36)の各運動モデル
の信頼度βpk k及び式(37)の仮説ψk,pkのもとでの
探知データベクトルZk,iの信頼度βk,i,pkを入力し、
相関器18より探知データベクトルZk,1、ベクトル
k,2、…、ベクトルZk,mkを入力し、現時刻より1サ
ンプリング前に算出しておいた式(60)の運動モデル
毎の予測値ベクトルx^pk k(−)を第3の遅延回路25
を通し運動モデル毎の予測器24より入力し、ゲイン行
列算出器31より式(52)のゲイン行列Kkを入力
し、あらかじめ設定された式(11)の定数加速度ベク
トルαpkを用い、式(82)にしたがいn個の運動モデ
ルによる平滑値を算出する。
【0073】n個の運動モデルによる平滑誤差評価器2
6においては、n個の運動モデルによる信頼度算出器1
9より式(35)のβk,i、式(36)のβpk k及び式
(37)のβk,i,pkを入力し、現時刻より1サンプリン
グ前に算出した式(64)の運動モデル毎の予測誤差共
分散行列Ppk k(−)を第4の遅延回路29を通し運動モ
デル毎の予測誤差評価器27より入力し、ゲイン行列算
出器31より式(52)のゲイン行列Kkを入力し、現
時刻より1サンプリング前に算出しておいた式(60)
の運動モデル毎の予測値ベクトルx^pk k(−)を第3の
遅延回路25を通し運動モデル毎の予測器24より入力
し、現時刻より1サンプリング前に算出したn個の運動
モデルによる予測値ベクトルx^k(−)を第2の遅延回
路23を通しn個の運動モデルによる予測器22より入
力し、相関器18より探知データベクトルZk,1、ベク
トルZk,2、…、ベクトルZk,mkを入力し、あらかじめ
設定された式(11)の定数加速度ベクトルαpkを用
い、式(89)、及び式(83)〜式(85)にしたが
い式(63)のn個の運動モデルによる平滑誤差共分散
行列Pk(+)を算出し(ステップ10)、追尾終了にな
るまでこの一連の流れを繰り返す(ステップ11)。
【0074】
【発明の効果】以上のように本発明の多目標追尾方法及
びその装置によれば、例えば距離変化率のような一般に
位置、速度等の非線形な関数として表される観測諸元を
追尾対象目標の位置、速度等の目標運動諸元算出に有効
的に利用でき、また、通常の目標自動追尾装置に特別の
付加装置を付けることもなく、目標運動諸元算出精度を
向上させることができる。なお、以上は等速直進運動モ
デルに定数加速度ベクトルが付加されたモデルの場合に
ついて説明したが、これ以外の複数個の運動モデルを有
して目標観測位置の情報より目標運動諸元を算出する多
目標追尾方法及び多目標追尾装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の発明の多目標追尾方法の実
施例の処理手順を示すフローチャートである。
【図2】本発明に係る第2の発明の多目標追尾方法の実
施例の処理手順を示すフローチャートである。
【図3】本発明に係る第3の発明の多目標追尾方法の実
施例の処理手順を示すフローチャートである。
【図4】本発明に係る第4の発明の多目標追尾装置の実
施例の構成を示す構成図である。
【図5】本発明に係る第5の発明の多目標追尾装置の実
施例の構成を示す構成図である。
【図6】本発明に係る第6の発明の多目標追尾装置の実
施例の構成を示す構成図である。
【図7】定数加速度ベクトルを説明する説明図である。
【図8】追尾目標と探知データの相関を説明する説明図
である。
【図9】従来の多目標追尾方法の一実施例の処理手順を
示すフローチャートである。
【図10】従来の多目標追尾装置の一実施例の構成を示
す構成図である。
【符号の説明】
1 初期値設定ステップ 2 運動モデル設定ステップ 3 運動モデル毎の予測値及び予測誤差共分散行列算出
ステップ 4 n個の運動モデルによる予測値算出ステップ 5 n個の運動モデルによる予測誤差共分散行列算出ス
テップ 6 探知データ入力ステップ 7 探知データ選択ステップ 8 運動モデル及び探知データの信頼度算出ステップ 9 ゲイン行列算出ステップ 10 n個の運動モデルによる平滑値及び平滑誤差共分
散行列算出ステップ 11 終了判定ステップ 12 等速直進運動モデル設定ステップ 13 等速直進運動モデルによる予測値算出ステップ 14 等速直進運動モデルによる予測誤差共分散行列算
出ステップ 15 探知データの信頼度算出ステップ 16 等速直進運動モデルによる平滑値及び平滑誤差共
分散行列算出ステップ 17 目標観測装置 18 相関器 19 n個の運動モデルによる信頼度算出器 20 n個の運動モデルによる平滑器 21 第1の遅延回路 22 n個の運動モデルによる予測器 23 第2の遅延回路 24 運動モデル毎の予測器 25 第3の遅延回路 26 n個の運動モデルによる平滑誤差評価器 27 運動モデル毎の予測誤差評価器 28 n個の運動モデルによる予測誤差評価器 29 第4の遅延回路 30 第5の遅延回路 31 ゲイン行列算出器 32 第6の遅延回路 33 等速直進運動モデルによる予測器 34 探知データの信頼度算出器 35 等速直進運動モデルによる平滑器 36 等速直進運動モデルによる平滑誤差評価器 37 等速直進運動モデルによる予測誤差評価器 38 第7の遅延回路 39 第8の遅延回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目標位置、速度等の平滑値及び平滑値の
    誤差を推定した平滑誤差共分散行列の初期値を設定し、
    同一次元の複数のn個の定数ベクトルを用いることによ
    る目標のn個の運動モデルを設定したのち、n個の各運
    動モデル毎に目標位置、速度等の予測値及びその誤差を
    推定した予測誤差共分散行列を算出し、n個の運動モデ
    ル全体を用いることによる目標位置、速度等の予測値を
    算出し、探知データとして目標位置、及び例えば目標距
    離変化率のような目標位置、速度等の非線形な関数で表
    される目標運動諸元の観測値を誤探知データを含め複数
    個入力し、上記複数個の探知データの中から追尾目標と
    相関の可能性のある探知データのみをいくつか選択し、
    複数のn個の各運動モデル及び選択された各探知データ
    の信頼度を算出し、上記各運動モデルで同一のゲイン行
    列を算出し、n個の運動モデル全体による目標位置、速
    度等の平滑値及びその誤差を推定した平滑誤差共分散行
    列を算出し、追尾終了になるまでこの一連の流れを繰り
    返すことを特徴とする多目標追尾方法。
  2. 【請求項2】 目標位置、速度等の平滑値及び平滑値の
    誤差を推定した平滑誤差共分散行列の初期値を設定し、
    同一次元の複数のn個の定数ベクトルを用いることによ
    る目標のn個の運動モデルを設定したのち、n個の各運
    動モデル毎に目標位置、速度等の予測値及びその誤差を
    推定した予測誤差共分散行列を算出し、n個の運動モデ
    ル全体を用いた場合の予測値の誤差を推定したn個の運
    動モデル全体による予測誤差共分散行列を算出し、探知
    データとして目標位置、及び例えば目標距離変化率のよ
    うな目標位置、速度等の非線形な関数として表される目
    標運動諸元の観測値を誤探知データを含め複数個入力
    し、上記複数個の探知データから追尾目標と相関の可能
    性のある探知データのみをいくつか選択し、複数のn個
    の各運動モデル及び選択された各探知データの信頼度を
    算出し、上記各運動モデルで同一のゲイン行列を算出
    し、n個の運動モデル全体による目標位置、速度等の平
    滑値及びその誤差を推定した平滑誤差共分散行列を算出
    し、追尾終了になるまでこの一連の流れを繰り返すこと
    を特徴とする多目標追尾方法。
  3. 【請求項3】 目標位置、速度等の平滑値及び平滑値の
    誤差を推定した平滑誤差共分散行列の初期値を設定し、
    同一次元の複数のn個の定数ベクトルを用いることによ
    る目標のn個の運動モデルを設定したのち、n個の各運
    動モデル毎に目標位置、速度等の予測値及びその誤差を
    推定した予測誤差共分散行列を算出し、n個の運動モデ
    ル全体を用いることによる予測値を算出し、n個の運動
    モデル全体による予測値の誤差を推定したn個の運動モ
    デル全体による予測誤差共分散行列を算出し、探知デー
    タとして目標位置、及び例えば目標距離変化率のような
    目標位置、速度等の一般に非線形な関数として表される
    目標運動諸元の観測値を誤探知データを含め一般に複数
    個入力し、上記複数個の探知データの中から追尾目標と
    相関の可能性のある探知データのみをいくつか選択し、
    複数のn個の各運動モデル及び選択された各探知データ
    の信頼度を算出し、上記各運動モデルで同一のゲイン行
    列を算出し、n個の運動モデル全体による目標位置、速
    度等の平滑値及びその誤差を推定した平滑誤差共分散行
    列を算出し、追尾終了になるまでこの一連の流れを繰り
    返すことを特徴とする多目標追尾方法。
  4. 【請求項4】 追尾目標及び追尾目標以外のクラッタ等
    からの、位置及び例えば距離変化率のような位置、速度
    等の非線形な関数として表される運動諸元の信号検出結
    果を探知データとして出力する目標観測装置と、追尾目
    標と相関の可能性のある探知データを選択し出力する相
    関器と、同一次元の複数のn個の定数ベクトルを用いる
    ことにより構成される目標のn個の運動モデル及び上記
    相関器で選択された探知データの信頼度を算出するn個
    の運動モデルによる信頼度算出器と、上記n個の運動モ
    デルによる平滑器と、上記n個の運動モデルによる平滑
    器で算出した平滑値を1サンプリング分遅延させる第1
    の遅延回路と、上記n個の運動モデルによる目標位置、
    速度等の予測値を算出するn個の運動モデルによる予測
    器と、上記n個の運動モデルによる目標位置、速度によ
    る予測器で算出した予測値を1サンプリング分遅延させ
    る第2の遅延回路と、上記n個の各運動モデル毎に目標
    位置、速度等の予測値を算出する運動モデル毎の予測器
    と、上記運動モデル毎の予測器で算出した各予測値を1
    サンプリング分遅延させる第3の遅延回路と、上記n個
    の運動モデルによる平滑誤差を評価するn個の運動モデ
    ルによる平滑誤差評価器と、上記n個の各運動モデル毎
    の予測誤差を評価する運動モデル毎の予測誤差評価器
    と、上記運動モデル毎の予測誤差評価器で算出した予測
    誤差評価値を1サンプリング分遅延させる第4の遅延回
    路と、上記n個の各運動モデルで同一のゲイン行列を算
    出するゲイン行列算出器と、上記n個の運動モデルによ
    る信頼度算出器で算出した信頼度を1サンプリング分遅
    延させる第6の遅延回路とを具備したことを特徴とする
    多目標追尾装置。
  5. 【請求項5】 追尾目標及び追尾目標以外のクラッタ等
    からの、位置及び例えば距離変化率のような位置、速度
    等の非線形な関数として表される運動諸元の信号検出結
    果を探知データとして出力する目標観測装置と、追尾目
    標と相関の可能性のある探知データを選択し出力する相
    関器と、同一次元の複数のn個の定数ベクトルを用いる
    ことにより構成される目標のn個の運動モデル及び上記
    相関器で選択された探知データの信頼度を算出するn個
    の運動モデルによる信頼度算出器と、上記n個の運動モ
    デルによる平滑器と、上記n個の運動モデルによる平滑
    器で算出した平滑値を1サンプリング分遅延させる第1
    の遅延回路と、上記n個の運動モデル毎に目標位置、速
    度等の予測値を算出する運動モデル毎の予測器と、上記
    運動モデル毎の予測器で算出した各予測値を1サンプリ
    ング分遅延させる第3の遅延回路と、上記n個の運動モ
    デルによる平滑誤差を評価するn個の運動モデルによる
    平滑誤差評価器と、上記n個の各運動モデル毎の予測誤
    差を評価する運動モデル毎の予測誤差評価器と、上記n
    個の運動モデル全体の予測誤差を評価するn個の運動モ
    デルによる予測誤差評価器と、上記運動モデル毎の予測
    誤差評価器で算出した予測誤差評価値を1サンプリング
    分遅延させる第4の遅延回路と、上記n個の各運動モデ
    ルによる予測誤差評価器で算出した予測誤差評価値を1
    サンプリング分遅延させる第5の遅延回路と、上記n個
    の各運動モデルで同一のゲイン行列を算出するゲイン行
    列算出器と、上記n個の運動モデルによる信頼度算出器
    で算出した信頼度を1サンプリング分遅延させる第6の
    遅延回路とを具備したことを特徴とする多目標追尾装
    置。
  6. 【請求項6】 追尾目標及び追尾目標以外のクラッタ等
    からの、位置及び例えば距離変化率のような位置、速度
    等の非線形な関数として表される運動諸元の信号検出結
    果を探知データとして出力する目標観測装置と、追尾目
    標と相関の可能性のある探知データを選択し出力する相
    関器と、同一次元の複数のn個の定数ベクトルを用いる
    ことにより構成される目標のn個の運動モデル及び上記
    相関器で選択された探知データの信頼度を算出するn個
    の運動モデルによる信頼度算出器と、上記n個の運動モ
    デルによる平滑器と、上記n個の運動モデルによる平滑
    器で算出した平滑値を1サンプリング分遅延させる第1
    の遅延回路と、上記n個の運動モデルによる目標位置、
    速度等の予測値を算出するn個の運動モデルによる予測
    器と、上記n個の運動モデルによる目標位置、速度によ
    る予測器で算出した予測値を1サンプリング分遅延させ
    る第2の遅延回路と、上記n個の各運動モデル毎に目標
    位置、速度等の予測値を算出する運動モデル毎の予測器
    と、上記運動モデル毎の予測器で算出した各予測値を1
    サンプリング分遅延させる第3の遅延回路と、上記n個
    の運動モデルによる平滑誤差を評価するn個の運動モデ
    ルによる平滑誤差評価器と、上記n個の各運動モデル毎
    の予測誤差を評価する運動モデル毎の予測誤差評価器
    と、上記n個の運動モデル全体の予測誤差を評価するn
    個の運動モデルによる予測誤差評価器と、上記運動モデ
    ル毎の予測誤差評価器で算出した予測誤差評価値を1サ
    ンプリング分遅延させる第4の遅延回路と、上記n個の
    各運動モデルによる予測誤差評価器で算出した予測誤差
    評価値を1サンプリング分遅延させる第5の遅延回路
    と、上記n個の各運動モデルで同一のゲイン行列を算出
    するゲイン行列算出器と、上記n個の運動モデルによる
    信頼度算出器で算出した信頼度を1サンプリング分遅延
    させる第6の遅延回路とを具備したことを特徴とする多
    目標追尾装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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