JPH07306251A - Target motion analyzing method - Google Patents

Target motion analyzing method

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JPH07306251A
JPH07306251A JP10037394A JP10037394A JPH07306251A JP H07306251 A JPH07306251 A JP H07306251A JP 10037394 A JP10037394 A JP 10037394A JP 10037394 A JP10037394 A JP 10037394A JP H07306251 A JPH07306251 A JP H07306251A
Authority
JP
Japan
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target
motion analysis
azimuth
eigenvalue
state quantity
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10037394A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Okita
芳雄 沖田
Masao Igarashi
正夫 五十嵐
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication of JPH07306251A publication Critical patent/JPH07306251A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To determine an optimal timing for starting the motion analysis of a target. CONSTITUTION:An orientative information calculating section 12 receives a signal IN and calculates a direction observation amount beta (t) and an error standard deviation sigma(t) An initial value calculating section 14A receives the observation amount 4 (t) and determines an initial value #(vX0) of motion analysis which is then delivered to an information matrix calculating section 15 and an inner state amount estimating section 18A. The calculating section 15 receives the direction observation amount beta(t), the error standard deviation sigma(t), an acceleration signal and the initial value #(vX0) and calculates an estimated information matrix #F. An eigen value calculating section 16 receives the estimated information matrix #F and calculates an eigen value thereof. An observability deciding section 17 delivers an observability decision signal to the estimating section 18A based on the eigen value. The estimating section 18A delivers an estimated values #{vx2 (t)}, #{vx*2(t)} of the inner state amount of a target, determines based on the observability decision signal, from an output terminal OUT.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、目標から放射される音
を、運動可能な艦船等の航走体に取り付けた受波器セン
サアレイで受信し、雑音に乱された観測量から、移動し
ている目標の位置及び速度に関する内部状態量の推定を
行う目標運動解析方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention receives a sound radiated from a target by a receiver sensor array attached to a moving body such as a ship that can move, and moves it from an observation amount disturbed by noise. The present invention relates to a target motion analysis method for estimating an internal state quantity relating to the position and speed of a target being operated.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2は、従来の目標運動解析方法におけ
る観測系及び運動系を示す幾何学的説明図である。この
図2において、(X,Y)は原点Oの固定座標系であ
り、1は航走体、2は目標である。vx1 (t)(但
し、vはベクトルの意味)は時刻tにおける航走体1の
位置ベクトル、vx2 (t)は時刻tにおける目標2の
位置ベクトルである。又、r(t)は時刻tにおける航
走体1と目標2との間の距離‖vx2 (t)−vx
1 (t)‖(但し、‖ ‖はベクトルのノルムを表
す)、θ(t)は時刻tにおける航走体1から見たY軸
を基準とする目標2の方位角である。目標運動解析は、
目標が等速直線運動を行っていると仮定し、雑音に乱さ
れた目標音源の方位角及び周波数の観測時系列から、目
標の位置と速度とを同定するものである。
2. Description of the Related Art FIG. 2 is a geometrical explanatory view showing an observation system and a motion system in a conventional target motion analysis method. In FIG. 2, (X, Y) is a fixed coordinate system of the origin O, 1 is a moving body, and 2 is a target. vx 1 (t) (where v means a vector) is the position vector of the vehicle 1 at time t, and vx 2 (t) is the position vector of the target 2 at time t. Further, r (t) is the distance between the vehicle 1 and the target 2 at time t ‖vx 2 (t) -vx
1 (t) ‖ (where ‖ ‖ represents the norm of the vector), θ (t) is the azimuth angle of the target 2 with respect to the Y axis as seen from the navigation vehicle 1 at time t. The target motion analysis is
The target position and speed are identified from the observation time series of the azimuth angle and frequency of the target sound source disturbed by noise, assuming that the target is performing uniform linear motion.

【0003】従来技術の説明に先立ち、目標運動解析方
法の動作原理について説明する。時刻tにおける目標2
の方位角θ(t)の測定結果である方位観測量β(t)
を、次の(1)式のように表す。 β(t)=θ(t)+n(t) ・・・(1) 但し、 n(t);時刻tにおける平均値が0で、かつ時刻tに
おける分散がσ2 (t)である観測雑音 次に、目標2に対する観測者から見た相対位置ベクトル
vx(t)を次の(2)式のように表す。 vx(t)=vx2 (t)−vx1 (t) =[rx (t) ry (t)]T ・・・(2) 但し、 T;転置 時刻tにおける内部状態量vX(t)を次の(3)式の
ように表す。
Prior to the description of the prior art, the principle of operation of the desired motion analysis method will be described. Goal 2 at time t
Azimuth angle β (t), which is the measurement result of the azimuth angle θ (t) of
Is expressed by the following equation (1). β (t) = θ (t) + n (t) (1) where n (t); observation noise whose mean value at time t is 0 and whose variance at time t is σ 2 (t). Next, the relative position vector vx (t) viewed from the observer with respect to the target 2 is expressed by the following equation (2). vx (t) = vx 2 ( t) -vx 1 (t) = [r x (t) r y (t)] T ··· (2) where, T; internal state vX in transposed time t (t ) Is expressed by the following equation (3).

【数1】 但し、 *;1次微分 時刻t=t0 における内部状態量をvX0 =vX
(t0 )とするとき、時刻t=t1 ,・・・,tn にお
いて、時系列的に表される方位観測量β(t)の組から
内部状態量vX0 の評価関数L(vX0 )を次の(4)
式のように表す。
[Equation 1] However, *; the first-order derivative is the internal state quantity at time t = t 0 is vX 0 = vX
(T 0 ), at time t = t 1 , ..., T n , the evaluation function L (vX x of the internal state quantity vX 0 is calculated from the set of azimuth observation quantities β (t) expressed in time series. 0 ) to the next (4)
Expressed as an expression.

【0004】[0004]

【数2】 この評価関数L(vX0 )が最小になる内部状態量vX
0 を求めることによって、次の(5)式で内部状態量v
X(t)の推定を行い、この内部状態量vX(t)の最
適値を求める。
[Equation 2] Internal state quantity vX that minimizes this evaluation function L (vX 0 ).
By calculating 0 , the internal state quantity v can be calculated by the following equation (5).
X (t) is estimated and the optimum value of this internal state quantity vX (t) is obtained.

【数3】 但し、 **;2次微分 評価関数L(vX0 )が最小になる内部状態量vX0
求める場合は、次の(6)式で表される非線形方程式を
解く必要がある。 ∂L(vX0 )/∂X0 =0 ・・・(6) この場合、(1)式において観測雑音n(t)を0と
し、次の(7)式で表される疑似線形方程式を解いて、
運動解析の初期値#(vX0 )を定める。
[Equation 3] However, in order to obtain the internal state quantity vX 0 that minimizes the **; second derivative evaluation function L (vX 0 ), it is necessary to solve the non-linear equation represented by the following equation (6). ∂L (vX 0 ) / ∂X 0 = 0 (6) In this case, the observation noise n (t) is set to 0 in the equation (1), and the pseudo-linear equation expressed by the following equation (7) is obtained. Solve,
The initial value of motion analysis # (vX 0 ) is determined.

【0005】[0005]

【数4】 次に、従来の目標運動解析方法を説明する。図3は、従
来の目標運動解析方法を実施するための目標運動解析装
置の機能ブロック図である。この目標運動解析装置は、
図2中の航走体1に取り付けられた図示しない受波器セ
ンサアレイからの信号inを入力する入力端子IN1を
有している。入力端子IN1は、方位情報算出部12の
入力側に接続されている。方位情報算出部12は、信号
inを入力して図2中の目標2の方位角θ(t)の測定
結果である方位観測量β(t)及び方位観測量β(t)
の誤差標準偏差σ(t)を時系列的に算出する手段であ
る。又、この目標運動解析装置は、加速度信号入力端子
IN2から入力される航走体1の加速度信号αを入力し
て運動解析の制御信号S13を生成する航走体マニュー
バ判定部13を備えている。一方、方位情報算出部12
の出力側は、方位観測量β(t)及び航走体マニューバ
判定部13の制御信号S13から運動解析の初期値#
(vX0 )を算出する初期値算出部14の入力側に接続
されている。初期値算出部14の出力側は、内部状態量
推定部18の入力側に接続されている。内部状態量推定
部18は、運動解析の初期値#(vX0 )と方位観測量
β(t)及び方位観測量β(t)の誤差標準偏差σ
(t)とを入力して目標運動の内部状態量である目標2
の位置ベクトルvx2 (t)の推定値#{vx
2 (t)}、及び目標2の速度ベクトルvx 2 (t)
の推定値#{vx 2 (t)}を算出する手段である。
内部状態量推定部17の出力側は、推定値#{vx
2 (t)},#{vx 2 (t)}を目標運動解析結果
として出力する出力端子OUT に接続されている。
[Equation 4] Next, a conventional desired motion analysis method will be described. FIG. 3 is a functional block diagram of a desired motion analysis device for implementing a conventional desired motion analysis method. This target motion analysis device
It has an input terminal IN1 for inputting a signal in from a wave receiver sensor array (not shown) attached to the vehicle 1 in FIG. The input terminal IN1 is connected to the input side of the azimuth information calculation unit 12. The azimuth information calculation unit 12 inputs the signal in, and is the azimuth observation amount β (t) and the azimuth observation amount β (t) which are the measurement results of the azimuth angle θ (t) of the target 2 in FIG.
Is a means for calculating the error standard deviation σ (t) of the above in a time series manner. Further, the target motion analysis device is provided with a running body maneuver determination unit 13 which receives the acceleration signal α of the running body 1 input from the acceleration signal input terminal IN2 and generates a control signal S13 for motion analysis. . On the other hand, the azimuth information calculation unit 12
On the output side of the azimuth observation amount β (t) and the initial value of motion analysis from the control signal S13 of the navigation vehicle maneuver determination unit 13
It is connected to the input side of the initial value calculation unit 14 for calculating (vX 0 ). The output side of the initial value calculation unit 14 is connected to the input side of the internal state quantity estimation unit 18. The internal state quantity estimating unit 18 determines the error standard deviation σ of the initial value # (vX 0 ) of the motion analysis, the azimuth observation amount β (t), and the azimuth observation amount β (t).
By inputting (t), the target 2 which is the internal state quantity of the target motion.
Of the position vector vx 2 (t) of
2 (t)}, and target 2 velocity vector vx * 2 (t)
Is a means for calculating an estimated value # {vx * 2 (t)} of
The output side of the internal state quantity estimation unit 17 has an estimated value # {vx
2 (t)}, # {vx * 2 (t)} are connected to the output terminal OUT which outputs the target motion analysis result.

【0006】次に、この目標運動解析装置を用いた従来
の目標運動解析方法を説明する。加速度信号入力端子I
N2から入力される図2中の航走体1の加速度信号α
は、航走体マニューバ判定部13に入力される。航走体
マニューバ判定部13では、次の(8)式で示される加
速度信号αの積分値Sが、予め設定された閾値を越えた
場合、航走体1が変針(以下、マニューバという)した
ものと判定し、運動解析を開始するように初期値算出部
14へ制御信号S13を送る。
Next, a conventional desired motion analysis method using this desired motion analysis device will be described. Acceleration signal input terminal I
The acceleration signal α of the navigation vehicle 1 in FIG. 2 input from N2
Is input to the vehicle maneuver determination unit 13. In the navigation vehicle maneuver determination unit 13, when the integrated value S of the acceleration signal α represented by the following equation (8) exceeds a preset threshold value, the navigation vehicle 1 changes its needle (hereinafter referred to as a maneuver). The control signal S13 is sent to the initial value calculation unit 14 so as to start the motion analysis.

【数5】 一方、受波器センサアレイで受信された信号源からの信
号inが、入力端子IN1に入力し、方位情報算出部1
2に入力される。信号inが方位情報算出部12に入力
されると、方位観測量β(t)及び方位観測量β(t)
の誤差標準偏差σ(t)を算出する。初期値算出部14
では、t=t1 ,・・・,tn におけるn組の方位観測
量β(t)が入力され、かつ航走体マニューバ判定部1
3から制御信号S13が入力されると、(7)式に基づ
いて運動解析の初期値#(vX0)を求め、その結果を
内部状態量推定部18へ出力する。内部状態量推定部1
8は、初期状態量#(vX0 )を運動解析の初期値とし
て(6)式の非線形方程式を解き、目標運動の内部状態
量である目標2の位置ベクトルvx2 (t)の推定値#
{vx2 (t)}、及び目標2の速度ベクトルvx 2
(t)の推定値#{vx 2 (t)}を求め、その結果
を出力端子out から出力する。
[Equation 5] On the other hand, the signal in from the signal source received by the receiver sensor array is input to the input terminal IN1, and the azimuth information calculation unit 1
Entered in 2. When the signal in is input to the azimuth information calculation unit 12, the azimuth observation amount β (t) and the azimuth observation amount β (t).
The error standard deviation σ (t) of is calculated. Initial value calculation unit 14
Then, n sets of azimuth observation amounts β (t) at t = t 1 , ..., T n are input, and the maneuvering vehicle maneuver determination unit 1
When the control signal S13 is input from 3, the initial value # (vX 0 ) of the motion analysis is obtained based on the equation (7), and the result is output to the internal state quantity estimating unit 18. Internal state quantity estimation unit 1
Eighth is the estimated value of the position vector vx 2 (t) of the target 2 which is the internal state quantity of the target motion, by solving the non-linear equation (6) using the initial state quantity # (vX 0 ) as the initial value of the motion analysis.
{Vx 2 (t)} and velocity vector vx * 2 of target 2
An estimated value # {vx * 2 (t)} of (t) is obtained, and the result is output from the output terminal out.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
目標運動解析方法では、次のような問題点があった。即
ち、運動解析を開始するか否かを示す可観測性の判定
を、航走体1のマニューバの判定に基づいて行っている
ので、方位観測量β(t)の精度が不十分な場合、可観
測性の判定が不正確になる。そのため、目標2の運動解
析を開始する最適なタイミングが得られない場合があ
り、限られた計算資源を有効に活用できず、オペレータ
に意味のない解析結果を与える等の問題点があった。
However, the conventional target motion analysis method has the following problems. That is, since the observability determination indicating whether or not to start the motion analysis is performed based on the determination of the maneuver of the navigation body 1, if the accuracy of the bearing observation amount β (t) is insufficient, The observability judgment becomes inaccurate. Therefore, there is a case that the optimum timing for starting the motion analysis of the target 2 may not be obtained, the limited calculation resources cannot be effectively utilized, and there is a problem that the operator is given a meaningless analysis result.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】第1の発明では、前記課
題を解決するために、運動可能な航走体に取り付けた受
波器センサアレイで目標から放射される音を受信して該
目標の方位角を測定し、該方位角の測定結果である方位
観測量及び該方位観測量の精度を時系列的に算出する方
位情報算出処理と、方位観測量、該方位観測量の精度、
及び航走体の加速度の積分値から方位観測量の観測雑音
成分を0として得られる疑似線形方程式を解いて目標の
運動解析をするための初期状態量を算出する初期値算出
処理と、初期状態量を目標の運動解析の初期値とし、前
記方位観測量の時系列及び該方位観測量の精度の時系列
に基づいて目標の状態量の推定値を求める内部状態量推
定処理とを、順に施す目標運動解析方法において、次の
ような手段を講じている。即ち、前記方位観測量、該方
位観測量の精度、航走体の加速度の積分値及び前記初期
状態量に基づき、目標の状態量の推定誤差共分散行列の
逆行列である推定情報行列を算出する情報行列算出処理
と、推定情報行列の固有値を算出する固有値算出処理
と、前記固有値に基づいて目標の運動解析を開始するた
めの制御信号である可観測性判定信号を生成する可観測
性判定処理とを、施して可観測性判定信号に基づき前記
内部状態量推定処理を施すようにしている。第2の発明
では、第1の発明の目標運動解析方法において、推定情
報行列を特異値分解して求めた固有値に基づいて目標の
運動解析を開始するか否かを判定するようにしている。
第3の発明では、第1の発明の目標運動解析方法におい
て、最大固有値及び最小固有値のみを求めて目標の運動
解析を開始するか否かを判定するようにしている。第4
の発明では、第1の発明の目標運動解析方法において、
固有値の分布範囲を推定し、この推定した分布範囲に基
づいて目標の運動解析を開始するか否かを判定するよう
にしている。
According to the first aspect of the invention, in order to solve the above-mentioned problems, the sound emitted from a target is received by a receiver sensor array attached to a movable vehicle and the target is received. Azimuth angle is measured, the azimuth observation amount which is the measurement result of the azimuth angle and azimuth information calculation processing for calculating the accuracy of the azimuth observation amount in time series, the azimuth observation amount, the accuracy of the azimuth observation amount,
And an initial value calculation process for calculating an initial state quantity for solving a target motion analysis by solving a pseudo-linear equation obtained by setting the observation noise component of the azimuth observation amount to 0 from the integrated value of the acceleration of the vehicle Using the amount as the initial value of the target motion analysis, an internal state quantity estimation process for obtaining an estimated value of the target state quantity based on the time series of the azimuth observation quantity and the time series of the accuracy of the azimuth observation quantity is sequentially performed. The following measures are taken in the target motion analysis method. That is, based on the azimuth observation amount, the accuracy of the azimuth observation amount, the integrated value of the acceleration of the vehicle and the initial state amount, an estimated information matrix that is an inverse matrix of the estimation error covariance matrix of the target state amount is calculated. Information matrix calculation processing, eigenvalue calculation processing for calculating eigenvalues of the estimated information matrix, and observability determination that generates an observability determination signal that is a control signal for starting the motion analysis of the target based on the eigenvalues. Processing and the internal state quantity estimation processing based on the observability determination signal. In a second invention, in the desired motion analysis method of the first invention, it is determined whether or not to start the desired motion analysis based on the eigenvalue obtained by singular value decomposition of the estimated information matrix.
In the third invention, in the target motion analysis method of the first invention, only the maximum eigenvalue and the minimum eigenvalue are obtained to determine whether to start the target motion analysis. Fourth
In the invention of claim 1, in the target motion analysis method of the first invention,
The distribution range of eigenvalues is estimated, and it is determined whether or not to start the target motion analysis based on the estimated distribution range.

【0009】[0009]

【作用】第1の発明によれば、以上のように目標運動解
析方法を構成したので、情報行列算出処理において、方
位情報算出処理で算出された目標の方位観測量及び該方
位観測量の精度、航走体の加速度の積分値、及び初期値
算出処理で算出された初期状態量に基づき、目標の状態
量の推定誤差共分散行列の逆行列である推定情報行列が
算出される。次に、固有値算出処理において、推定情報
行列の固有値が算出される。更に可観測性判定処理にお
いて、前記固有値に基づいて目標の運動解析を開始する
ための制御信号である可観測性判定信号が生成される。
この可観測性判定信号に基づいて内部状態量推定処理が
施される。第2の発明によれば、第1の発明の固有値算
出処理において、推定情報行列を特異値分解して固有値
が求められる。可観測性判定処理において、その固有値
に基づいて目標の運動解析を開始するか否かが判定され
る。第3の発明によれば、第1の発明の可観測性判定処
理において、推定情報行列の最大固有値及び最小固有値
のみを求めて目標の運動解析を開始するか否かが判定さ
れる。第4の発明によれば、第1の発明の可観測性判定
処理において、推定された固有値の分布範囲に基づいて
目標の運動解析を開始するか否かが判定される。従っ
て、前記課題を解決できるのである。
According to the first aspect of the invention, since the target motion analysis method is configured as described above, in the information matrix calculation process, the target direction observation amount calculated in the direction information calculation process and the accuracy of the direction observation amount. An estimated information matrix, which is the inverse of the estimation error covariance matrix of the target state quantity, is calculated based on the integrated value of the acceleration of the vehicle and the initial state quantity calculated in the initial value calculation process. Next, in the eigenvalue calculation process, the eigenvalue of the estimated information matrix is calculated. Further, in the observability determination process, an observability determination signal which is a control signal for starting the motion analysis of the target is generated based on the eigenvalue.
Internal state quantity estimation processing is performed based on this observability determination signal. According to the second invention, in the eigenvalue calculation process of the first invention, the eigenvalue is obtained by performing singular value decomposition on the estimated information matrix. In the observability determination process, it is determined whether to start the target motion analysis based on the eigenvalue. According to the third aspect, in the observability determination process of the first aspect, it is determined whether or not to start the target motion analysis by obtaining only the maximum eigenvalue and the minimum eigenvalue of the estimated information matrix. According to the fourth aspect, in the observability determination process of the first aspect, it is determined whether to start the target motion analysis based on the estimated eigenvalue distribution range. Therefore, the above problem can be solved.

【0010】[0010]

【実施例】先ず、本発明の実施例の基礎となっている目
標運動解析方法の原理を説明する。時刻t=t1 ,・・
・,tn における目標運動解析の可観測性は、次の
(9)式に示す情報行列Fで定まり、Fが正則であれば
可観測であり、Fが正則でなければ非可観測である。
First, the principle of a desired motion analysis method, which is the basis of the embodiment of the present invention, will be described. Time t = t 1 , ...
The observability of the target motion analysis at t n is determined by the information matrix F shown in the following equation (9). If F is regular, it is observable, and if F is not regular, it is non-observable. .

【数6】 従って、情報行列Fは、方位観測量β(t)の観測雑音
の分散σ2 (t)の関数であり、航走体1と目標2との
運動シナリオが同一でも、方位観測量β(t)の測角精
度により可観測性が異なる。即ち、測角誤差が相対的に
小さい場合は、航走体1の加速度成分αの積分値が小さ
くても可観測となるが、測角誤差が相対的に大きい場合
は、可観測になるための航走体1の加速度成分αの積分
値の下限値が大きくなる。そのため、測角誤差が大きい
場合は、十分に大きい航走体1のマニューバが必要であ
り、一律に可観測性の判定を行うことができない。
[Equation 6] Therefore, the information matrix F is a function of the variance σ 2 (t) of the observation noise of the azimuth observation amount β (t), and the azimuth observation amount β (t ) Observability depends on the angle measurement accuracy. That is, when the angle measurement error is relatively small, it becomes observable even if the integrated value of the acceleration component α of the navigation body 1 is small, but when the angle measurement error is relatively large, it becomes observable. The lower limit value of the integrated value of the acceleration component α of the vehicle 1 is increased. Therefore, when the angle measurement error is large, a sufficiently large maneuver of the vehicle 1 is required, and the observability cannot be uniformly determined.

【0011】又、(9)式の情報行列Fは、内部状態量
の真値vX0 に対して定義されており、実際の目標運動
解析では使用できない。そのため、(7)式の疑似線形
方程式を解いて求めた解析の初期値#(vX0 )を用
い、次の(10)式に示す状態量vX0 の推定誤差共分
散行列の逆行列である推定情報行列#Fを求め、真の情
報行列Fの代わりに可観測性の判定に使用する。
The information matrix F of the equation (9) is defined for the true value vX 0 of the internal state quantity, and cannot be used in the actual target motion analysis. Therefore, it is an inverse matrix of the estimation error covariance matrix of the state quantity vX 0 shown in the following equation (10) using the initial value # (vX 0 ) of the analysis obtained by solving the pseudo linear equation of the equation (7). The estimated information matrix #F is obtained and used instead of the true information matrix F for observability determination.

【数7】 この推定情報行列#Fは、初期値#(vX0 )を用いて
(6)式の非線形方程式を解く際のグラジエントに相当
し、更に、次の(11)式に示す推定情報行列#Fの最
大固有値と最小固有値との比γを求めて予め定めた閾値
と比較することにより、(6)式の非線形方程式を解く
ことができるか否か、即ち、可観測性が満たされるか否
かの判定が可能となる。 γ=最大固有値/最小固有値 ・・・(11) 以上の説明では、例として解析時の内部状態量をX−Y
座標系を用いて表現したが、他の座標系、例えば、X−
Y−Z座標系、極座標、及び修正極座標等を用いた場合
でも同様である。又、固有値の算出方法は、通常の固有
値算出方法の他に、情報行列が対称正定値行列であり、
固有値と特異値とが一致することを利用する特異値分解
を用いた固有値算出方法を使用してもよい。更に、全て
の固有値を求めずに、最大固有値及び最小固有値のみを
求める方法や、固有値を算出せずに、固有値の分布範囲
を推定し、(11)式の最大固有値と最小固有値との比
γを求める方法により、計算量を削減した効率の良い固
有値の算出が行われる。
[Equation 7] This estimation information matrix #F corresponds to a gradient when solving the nonlinear equation of equation (6) using the initial value # (vX 0 ), and further, the estimation information matrix #F of equation (11) below is used. Whether the nonlinear equation of equation (6) can be solved by obtaining the ratio γ between the maximum eigenvalue and the minimum eigenvalue and comparing it with a predetermined threshold, that is, whether observability is satisfied Judgment is possible. γ = maximum eigenvalue / minimum eigenvalue (11) In the above description, as an example, the internal state quantity at the time of analysis is XY
Although expressed using the coordinate system, other coordinate systems such as X-
The same applies when a YZ coordinate system, polar coordinates, modified polar coordinates, and the like are used. In addition to the usual eigenvalue calculation method, the information matrix is a symmetric positive definite matrix,
An eigenvalue calculation method using singular value decomposition that utilizes the fact that the eigenvalue and the singular value match may be used. Further, a method of obtaining only the maximum eigenvalue and the minimum eigenvalue without obtaining all the eigenvalues, or estimating the distribution range of the eigenvalues without calculating the eigenvalues, and calculating the ratio γ between the maximum eigenvalue and the minimum eigenvalue of the equation (11) By the method of calculating, the eigenvalue is calculated efficiently with reduced calculation amount.

【0012】上記固有値の算出方法は、次の文献に記載
されている。 文献;G.H.Golub&C.F.Van Loan, “Matrix Computation
s ”2nd ed. The Jhons Hopkins University Press,199
1 図1は、本発明の実施例の目標運動解析方法を実施する
ための目標運動解析装置の機能ブロック図であり、従来
の図3中の要素と共通の要素には共通の符号が付されて
いる。この目標運動解析装置は、図2中の航走体1に取
り付けられた図示しない受波器センサアレイからの信号
inを入力する入力端子IN1を有している。入力端子
IN1は、信号inを入力して図2中の目標2の方位角
θ(t)の測定結果である方位観測量β(t)及び方位
観測量β(t)の誤差標準偏差σ(t)を時系列的に算
出する方位情報算出部12の入力側に接続されている。
方位情報算出部12の出力側は、方位観測量β(t)か
ら運動解析の初期値#(vX0 )を算出する初期値算出
部14Aの入力側に接続されている。又、この目標運動
解析装置は、加速度信号入力端子IN2から入力される
航走体1の加速度信号α、初期値#(vX0 )、方位観
測量β(t)及び方位観測量β(t)の誤差標準偏差σ
(t)を入力して目標2の内部状態量vX0 の推定誤差
共分散行列の逆行列である推定情報行列#Fを算出する
情報行列算出部15を備えている。情報行列算出部15
の出力側は、推定情報行列#Fの固有値を算出する固有
値算出部16の入力側に接続されている。固有値算出部
16の出力側は、前記固有値に基づいて目標2の運動解
析を開始するための制御信号である可観測性判定信号S
17を生成する可観測性判定部17の入力側に接続され
ている。可観測性判定部17の出力側は、初期値#(v
0 )、方位観測量β(t)及び方位観測量β(t)の
誤差標準偏差σ(t)を入力し、可観測性判定信号S1
7に基づいて目標2の内部状態量である目標2の位置ベ
クトルvx2 (t)の推定値#{vx2 (t)}、及び
目標2の速度ベクトルvx 2 (t)の推定値#{vx
2 (t)}を算出する内部状態量推定部18Aに接続
されている。内部状態量推定部18Aの出力側は、推定
値#{vx2 (t)},#{vx 2 (t)}を目標2
の運動解析の結果として出力する出力端子OUT に接続さ
れている。
The method for calculating the above eigenvalue is described in the following document. Reference: GHGolub & C.F.Van Loan, “Matrix Computation
s ”2nd ed. The Jhons Hopkins University Press, 199
1 FIG. 1 is a functional block diagram of a desired motion analysis apparatus for carrying out a desired motion analysis method according to an embodiment of the present invention. Elements common to those in the conventional FIG. 3 are designated by common reference numerals. ing. This target motion analysis device has an input terminal IN1 for inputting a signal in from a wave receiver sensor array (not shown) attached to the vehicle 1 in FIG. The input terminal IN1 receives the signal in and receives the measurement result of the azimuth angle θ (t) of the target 2 in FIG. 2, which is the azimuth observation amount β (t) and the error standard deviation σ (of the azimuth observation amount β (t). It is connected to the input side of the azimuth information calculation unit 12 that calculates t) in time series.
The output side of the azimuth information calculation unit 12 is connected to the input side of an initial value calculation unit 14A that calculates an initial value # (vX 0 ) for motion analysis from the azimuth observation amount β (t). Further, this target motion analysis device is configured such that the acceleration signal α of the navigation vehicle 1 input from the acceleration signal input terminal IN2, the initial value # (vX 0 ), the azimuth observation amount β (t), and the azimuth observation amount β (t). Error standard deviation σ
An information matrix calculator 15 is provided which inputs (t) and calculates an estimated information matrix #F which is an inverse matrix of the estimated error covariance matrix of the internal state quantity vX 0 of the target 2. Information matrix calculation unit 15
The output side of is connected to the input side of the eigenvalue calculation unit 16 that calculates the eigenvalue of the estimated information matrix #F. The output side of the eigenvalue calculation unit 16 is an observability determination signal S which is a control signal for starting the motion analysis of the target 2 based on the eigenvalue.
It is connected to the input side of the observability determination unit 17 that generates 17. The output side of the observability determination unit 17 has an initial value # (v
X 0 ), the azimuth observation amount β (t), and the error standard deviation σ (t) of the azimuth observation amount β (t) are input, and the observability determination signal S1 is input.
Estimated value # {vx 2 (t)} of the position vector vx 2 (t) of the target 2 which is the internal state quantity of the target 2 and estimated value # of the velocity vector vx * 2 (t) of the target 2 based on 7. {Vx
It is connected to the internal state quantity estimation unit 18A that calculates * 2 (t)}. On the output side of the internal state quantity estimating unit 18A, the estimated values # {vx 2 (t)}, # {vx * 2 (t)} are targeted 2.
It is connected to the output terminal OUT which outputs as a result of the motion analysis of.

【0013】次に、図1の目標運動解析装置を用いた本
実施例の目標運動解析方法を説明する。受波器センサア
レイで受信された図示しない信号源からの信号inが、
入力端子IN1を経て方位情報算出部12に入力する。
方位情報算出部12は、信号inを入力して方位観測量
β(t)及び方位観測量β(t)の誤差標準偏差σ
(t)を算出する。初期値算出部14Aは、t=t1
・・・,tn におけるn組の方位観測量β(t)を入力
し、(7)式に基づいて運動解析の初期値#(vX0
を求め、その結果を情報行列算出部15及び内部状態量
推定部18Aへ出力する。情報行列算出部15は、方位
観測量β(t)及び方位観測量β(t)の誤差標準偏差
σ(t)、加速度信号α及び初期値#(vX0 )を入力
し、(10)式を用いて推定情報行列#Fを算出する。
固有値算出部16は、推定情報行列#Fを入力して推定
情報行列#Fの固有値を算出する。可観測性判定部17
は、(11)式に示す最大固有値と最小固有値との比γ
を算出して予め定められた閾値と比較し、この比γが閾
値より小さければ可観測であり、そうでなければ非可観
測と判定し、可観測の場合、運動解析を開始するように
可観測性判定信号S17を内部状態量推定部18Aへ送
る。内部状態量推定部18Aは、可観測性判定信号S1
7が入力されると、初期値#(vX0 )を運動解析の初
期値として(6)式に示す非線形方程式を解き、目標2
の内部状態量である目標2の位置ベクトルvx2 (t)
の推定値#{vx2(t)}、及び目標2の速度ベクト
ルvx 2 (t)の推定値#{vx 2 (t)}を求
め、出力端子OUT から出力する。
Next, a target motion analysis method of this embodiment using the target motion analysis device of FIG. 1 will be described. The signal in from the signal source (not shown) received by the receiver sensor array is
Input to the azimuth information calculation unit 12 via the input terminal IN1.
The azimuth information calculation unit 12 receives the signal in and receives the azimuth observation amount β (t) and the error standard deviation σ of the azimuth observation amount β (t).
Calculate (t). The initial value calculation unit 14A uses t = t 1 ,
..., n sets of azimuth observation amount β (t) at t n are input, and the initial value of motion analysis # (vX 0 ) is calculated based on the equation (7).
And outputs the result to the information matrix calculation unit 15 and the internal state quantity estimation unit 18A. The information matrix calculator 15 inputs the azimuth observation amount β (t), the error standard deviation σ (t) of the azimuth observation amount β (t), the acceleration signal α, and the initial value # (vX 0 ), and formula (10) is used. To calculate the estimated information matrix #F.
The eigenvalue calculator 16 inputs the estimated information matrix #F and calculates the eigenvalue of the estimated information matrix #F. Observability determination unit 17
Is the ratio γ between the maximum eigenvalue and the minimum eigenvalue shown in equation (11).
Is calculated and compared with a predetermined threshold value. If this ratio γ is smaller than the threshold value, it is observable. Otherwise, it is determined as non-observable. If observable, it is possible to start the motion analysis. The observability determination signal S17 is sent to the internal state quantity estimation unit 18A. The internal state quantity estimation unit 18A uses the observability determination signal S1.
When 7 is input, the nonlinear equation shown in the equation (6) is solved using the initial value # (vX 0 ) as the initial value of the motion analysis, and the target 2
Position vector vx 2 (t) of target 2 which is the internal state quantity of
Estimate # {vx 2 (t)} , and obtains an estimate of the velocity vector of the target 2 vx * 2 (t) # {vx * 2 (t)}, from the output terminal OUT.

【0014】以上のように、本実施例では、目標2の方
位角θ(t)の測定結果である方位観測量β(t)、こ
の方位観測量β(t)の誤差標準偏差σ(t)、及び航
走体1の加速度信号αの積分値から、観測雑音成分を0
として得られる(7)式の疑似線形方程式を解き、得ら
れた運動解析の初期値#(vX0 )を用いて、推定情報
行列#Fを算出し、この推定情報行列#Fの固有値から
可観測性の判定を行って目標2の運動解析の開始時点を
制御するようにしたので、従来の航走体のマニューバを
用いて目標2の運動解析の開始時点を制御する方法に比
べて、運動解析を開始するためのタイミングを適切に決
定できる。
As described above, in this embodiment, the azimuth observation amount β (t), which is the measurement result of the azimuth angle θ (t) of the target 2, and the error standard deviation σ (t of the azimuth observation amount β (t). ), And the integrated value of the acceleration signal α of the navigation vehicle 1,
By solving the quasi-linear equation (7) obtained as follows, the estimated information matrix #F is calculated using the obtained initial value # (vX 0 ) of the motion analysis, and the estimated information matrix #F is calculated from the eigenvalues of the estimated information matrix #F. Since the start point of the motion analysis of the target 2 is controlled by determining the observability, compared with the conventional method of controlling the start time of the motion analysis of the target 2 by using the maneuver of the vehicle. The timing to start the analysis can be appropriately determined.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
によれば、目標の方位角の測定結果である方位観測量、
この方位観測量の精度、及び航走体の加速度成分の積分
値から、観測雑音成分を0として得られる疑似線形方程
式を解き、得られた運動解析の初期値を用いて、推定情
報行列を算出し、この推定情報行列の固有値から可観測
性の判定を行って目標の運動解析の開始時点を制御する
ようにしたので、従来の航走体のマニューバを用いて目
標の運動解析の開始時点を制御する方法に比べて、運動
解析を開始するためのタイミングを適切に決定できる。
第2の発明によれば、第1の発明の固有値を特異値分解
を用いた固有値算出方法を用いて算出するようにしたの
で、従来の航走体のマニューバを用いて目標の運動解析
の開始時点を制御する方法に比べて、運動解析を開始す
るためのタイミングを適切に決定できる。第3の発明に
よれば、第1の発明の固有値を算出するとき、最大固有
値及び最小固有値のみを求めるようにしたので、計算量
を削減した効率の良い固有値の算出を行うことができ
る。第4の発明によれば、第1の発明の固有値を算出せ
ずに、固有値の分布範囲を推定して最大固有値と最小固
有値との比を求めるようにしたので、計算量を削減した
効率の良い固有値の算出を行うことができる。
As described in detail above, according to the first invention, the azimuth observation amount, which is the measurement result of the azimuth angle of the target,
The estimated information matrix is calculated using the initial values of the obtained motion analysis by solving the pseudo-linear equation obtained by setting the observation noise component to 0 from the accuracy of this direction observation amount and the integrated value of the acceleration component of the navigation vehicle. However, since the observability is determined from the eigenvalues of this estimated information matrix to control the start time of the target motion analysis, the start time of the target motion analysis is determined using the conventional maneuver of the vehicle. Compared to the control method, the timing for starting the motion analysis can be appropriately determined.
According to the second invention, the eigenvalue of the first invention is calculated by using the eigenvalue calculation method using the singular value decomposition, so that the motion analysis of the target is started using the conventional maneuver of the vehicle. Compared with the method of controlling the time point, the timing for starting the motion analysis can be appropriately determined. According to the third invention, when the eigenvalue of the first invention is calculated, only the maximum eigenvalue and the minimum eigenvalue are obtained, so that it is possible to calculate the eigenvalue with high efficiency while reducing the calculation amount. According to the fourth invention, the eigenvalue of the first invention is not calculated, but the distribution range of the eigenvalues is estimated to obtain the ratio between the maximum eigenvalue and the minimum eigenvalue. A good eigenvalue can be calculated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例の目標運動解析方法を実施する
ための目標運動解析装置の機能ブロック図である。
FIG. 1 is a functional block diagram of a target motion analysis device for carrying out a target motion analysis method according to an embodiment of the present invention.

【図2】目標運動解析方法における観測系及び運動系を
示す幾何学的説明図である。
FIG. 2 is a geometrical explanatory diagram showing an observation system and a motion system in the target motion analysis method.

【図3】従来の目標運動解析方法を実施するための目標
運動解析装置の機能ブロック図である。
FIG. 3 is a functional block diagram of a desired motion analysis device for carrying out a conventional desired motion analysis method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 方位情報算出部 14A 初期値算出部 15 情報行列算出部 16 固有値算出部 17 可観測性判定部 18A 内部状態量推定部 12 azimuth information calculation unit 14A initial value calculation unit 15 information matrix calculation unit 16 eigenvalue calculation unit 17 observability determination unit 18A internal state quantity estimation unit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 運動可能な航走体に取り付けた受波器セ
ンサアレイで目標から放射される音を受信して該目標の
方位角を測定し、該方位角の測定結果である方位観測量
及び該方位観測量の精度を時系列的に算出する方位情報
算出処理と、 前記方位観測量、該方位観測量の精度、及び前記航走体
の加速度の積分値から、該方位観測量の観測雑音成分を
0として得られる疑似線形方程式を解いて前記目標の運
動解析をするための初期状態量を算出する初期値算出処
理と、 前記初期状態量を前記目標運動解析の初期値とし、前記
方位観測量の時系列及び該方位観測量の精度の時系列に
基づいて前記目標の状態量の推定値を求める内部状態量
推定処理とを、 順に施す目標運動解析方法において、 前記方位観測量、該方位観測量の精度、前記航走体の加
速度の積分値及び前記初期状態量に基づき、前記目標の
状態量の推定誤差共分散行列の逆行列である推定情報行
列を算出する情報行列算出処理と、 前記推定情報行列の固有値を算出する固有値算出処理
と、 前記固有値に基づいて前記目標の運動解析を開始するた
めの制御信号である可観測性判定信号を生成する可観測
性判定処理とを、 施して前記可観測性判定信号に基づき前記内部状態量推
定処理を施すようにしたことを特徴とする目標運動解析
方法。
1. An azimuth observation amount which is a measurement result of the azimuth angle when a sound emitted from the target is received by a receiver sensor array attached to a movable vehicle and the azimuth angle of the target is measured. And azimuth information calculation processing for calculating the accuracy of the azimuth observation amount in time series, and observation of the azimuth observation amount from the azimuth observation amount, the accuracy of the azimuth observation amount, and the integrated value of the acceleration of the navigation vehicle. An initial value calculation process of calculating an initial state quantity for performing a motion analysis of the target by solving a quasi-linear equation obtained with a noise component as 0, and the initial state quantity as an initial value of the target motion analysis, An internal state quantity estimation process of obtaining an estimated value of the state quantity of the target based on a time series of the observed quantity and a time series of the accuracy of the azimuth observed quantity, in the target motion analysis method for sequentially applying the azimuth observed quantity, Accuracy of azimuth observation amount, An information matrix calculation process of calculating an estimated information matrix that is an inverse matrix of the estimation error covariance matrix of the target state quantity based on the integral value of velocity and the initial state quantity, and an eigenvalue that calculates an eigenvalue of the estimated information matrix. A calculation process and an observability determination process for generating an observability determination signal that is a control signal for starting the motion analysis of the target based on the eigenvalue are performed, and the observability determination signal is generated based on the observability determination signal. A target motion analysis method characterized in that an internal state quantity estimation process is performed.
【請求項2】 前記情報行列を特異値分解して求めた固
有値に基づいて前記目標の運動解析を開始するか否かを
判定することを特徴とする請求項1記載の目標運動解析
方法。
2. The target motion analysis method according to claim 1, wherein whether or not to start motion analysis of the target is determined based on an eigenvalue obtained by singular value decomposition of the information matrix.
【請求項3】 最大固有値及び最小固有値のみを求めて
前記目標の運動解析を開始するか否かを判定することを
特徴とする請求項1記載の目標運動解析方法。
3. The target motion analysis method according to claim 1, wherein only the maximum eigenvalue and the minimum eigenvalue are obtained to determine whether to start the motion analysis of the target.
【請求項4】 前記固有値の分布範囲を推定し、該推定
した分布範囲に基づいて前記目標の運動解析を開始する
か否かを判定することを特徴とする請求項1記載の目標
運動解析方法。
4. The target motion analysis method according to claim 1, wherein the distribution range of the eigenvalues is estimated, and whether or not to start the motion analysis of the target is determined based on the estimated distribution range. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008268044A (en) * 2007-04-23 2008-11-06 Oki Electric Ind Co Ltd Method of estimating targeted state amount

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008268044A (en) * 2007-04-23 2008-11-06 Oki Electric Ind Co Ltd Method of estimating targeted state amount

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