JPS6111681A - Tracking filter - Google Patents
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- JPS6111681A JPS6111681A JP13369584A JP13369584A JPS6111681A JP S6111681 A JPS6111681 A JP S6111681A JP 13369584 A JP13369584 A JP 13369584A JP 13369584 A JP13369584 A JP 13369584A JP S6111681 A JPS6111681 A JP S6111681A
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- 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
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、レーダなどによる観測データから飛翔体等
の位置や速度を推定又は予測する追尾フィルタに関する
ものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a tracking filter that estimates or predicts the position and velocity of a flying object or the like from observation data obtained by radar or the like.
従来この種の追尾フィルタでは、サンプリング時間前に
予測された位置と、レーダなどにより新たに観測された
位置とから、現在の位置を推定する時に、上記二者の位
置の寄与の比率を決める推定ゲインは、目標の運動特性
の仮定により内部計算によって処理されているため、推
定又は予測の結果はフィードバックされることはなかっ
た。この様な追尾フィルタによれば、観測回数が増える
にしたがって、観測データはだんだんに無視される様に
なり、推定の際の寄与は漸次に小さくなって行く。しか
るに1目標が急旋回等によって運動特性を変えた場合に
は、それまでの運動特性に基づいた予測値よりも、最新
の観測データの寄与を再び大きくしなければならないは
ずである。従来の追尾フィルタでは、この様な対応がで
きないので、目標の運動特性が変化して、元の仮定が成
り立たなくなった場合には、推定や予測に大きな誤差を
生ずることになり、時には目標を見失うことがあるとい
う欠点があった。Conventionally, with this type of tracking filter, when estimating the current position from the position predicted before the sampling time and the position newly observed by radar etc., an estimation method is used to determine the ratio of the contribution of the two positions. Since the gain was processed by internal calculation based on the assumption of the target motion characteristics, the results of estimation or prediction were not fed back. According to such a tracking filter, as the number of observations increases, the observed data is gradually ignored, and its contribution to estimation gradually becomes smaller. However, if one target changes its motion characteristics due to a sharp turn or the like, the contribution of the latest observation data should be made larger again than the predicted value based on the previous motion characteristics. Conventional tracking filters cannot handle this kind of response, so if the motion characteristics of the target change and the original assumptions no longer hold, large errors will occur in estimation and prediction, and the target may sometimes be lost. There were some drawbacks.
この発明は、上記の様な従来のものの欠点を改善する目
的でなされたもので、サンプリング時間前に予測された
位置と、レーダなどにより新たに観測された位置との残
差の分散から、目標位置の推定に関する観測データの寄
与の大小を常に最適にする推定ゲインを用いることによ
り、現在の目標位置を最適に推定する様にして、目標の
運動特性が変化した場合にも、目標位置の推定又は予測
に大きな誤差を生じることがない追尾フィルタを提供す
るものである。This invention was made with the aim of improving the drawbacks of the conventional methods as described above. By using an estimation gain that always optimizes the magnitude of the contribution of observation data to position estimation, the current target position is optimally estimated, and the target position can be estimated even when the motion characteristics of the target change. Alternatively, the present invention provides a tracking filter that does not cause large errors in prediction.
通常、目標は3次元空間で運動するが、ここでは、1方
向の運動として、この発明の追尾フィルタを説明するが
、このことは、現実に一般性を失うことではない。Normally, the target moves in three-dimensional space, but here the tracking filter of the present invention will be described as moving in one direction, without any loss of generality in practice.
さて、追尾フィルタは、サンプリング時間τ5で作動す
るディジタル系を成している。移動目標のサンプリング
時間τ8ごとの位置をとり、時系列(yt)とする。し
かして、この時系列(yt )における位置ytのレー
ダによる観測値21には、必ず観測誤差vtが加わって
いる。Now, the tracking filter is a digital system that operates at sampling time τ5. The position of the moving target at every sampling time τ8 is taken as a time series (yt). Therefore, the observation error vt is always added to the radar observation value 21 at the position yt in this time series (yt).
Zt=y1 + vt、 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(1)ここで、サフィ
ックスのtは、時刻tにおける値であることを示してい
る。この観測誤差Viは、平均零であり、分散Rtの正
規白色雑音系列であるとする。すなわち、B(・)を平
均化オペレータとすると、
E(vl)=0 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(2)となる。Zt=y1+vt, ・・・・・・・・・・・・
(1) Here, the suffix t indicates the value at time t. It is assumed that this observation error Vi is a regular white noise sequence with an average of zero and a variance Rt. That is, if B(・) is the averaging operator, E(vl)=0 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(2)
この様に観測誤差N/iの加わった観測値から、真の位
置を推定又は予測するのが追尾フィルタの役割である。The role of the tracking filter is to estimate or predict the true position from the observed value to which the observation error N/i is added.
時刻tにおいて、この時刻tの位置△
を推定した値をyBtと書くこととし、この時刻tにお
ゆるサンプ朱イグ時間τS後の位置を予測した値ヲ9t
++ l tと書くことにする。また、これらの誤差分
散をそれぞれPflip Pt+11t とすると、
Pt1t =E((ytlt −yt)”)P t+1
1t = E ((yt+tlt−yt+t)2)とな
る。At time t, the estimated value of the position △ at this time t is written as yBt, and the predicted value of the position after the sampling time τS at this time t is 9t.
Let's write it as ++ l t. Moreover, if these error variances are respectively Pflip Pt+11t, Pt1t = E((ytlt - yt)") P t+1
1t = E ((yt+tlt-yt+t)2).
以下、この発明の実施例を図について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図はこの発明の一実施例である追尾フィルタを示すブロ
ック構成図である。まず、新たにレーダにより得られた
観測位置Ztとサンプリング時間τ5前に予測した現在
の予測位置11t−s との差をとり、この残差をPt
とすると、
Pt ”Zl 3’tlt−s °=°゛−°
°“°゛°°°゛°゛°(4)となる。この残差νtの
時系列(Pt) をイノベーション過程と呼ばれる。図
中、1は観測位置と予測位置との残差の分散を推定する
分散推定器であり、この分散推定器1は、イノベーショ
ンνtを入力して、その分散をオンラインで推定して出
力する。このイノベーションνtの推定分散をetとす
る。2は位置の推定における観測データの寄与を決める
推定ゲイン制御装置であり、この推定ゲイ△
ン制御装置2は、推定分散Stを・入力とし、移動目標
の現在の位置を推定する際に、観測データの寄与の大小
を決める推定ゲインKLを最適に割算して出力する。3
は推定ゲインに1により目標位置を推定する最適推定器
であり、この最適推定器3は、推定ゲインKtとイノベ
ーションνtと予()Ill△
位置Yt 1t−sを入力とし、現在の最適な推定目標
△
位置yt1tを計算1−て出力する。4は過去から現在
までの推定位置よりサンシリング時間τ8後の目標位置
を予測する目標運動シミュ1/−夕であり、この目標運
動シミュレータ4は、推定目標位置△
yetを入力とし、位置だけの非定常な時系列でモデル
化した目標の運動特性から、サンプリング時間τ5後の
目標位置を予測して出力する。この△
予測目標位置をyt−1−+4tとする。5はサンプリ
ング時間τ5だげ時間を遅らせる遅延素子であり、この
遅延素子5によりサンプリング時間τ5だけ時間が遅れ
る。よって、現在からサンプリング時△
間τS後を予測した予測目標位置yt+tltは、サン
プリング時間τS前に現在を予測した予測位置△
へ
Yt l t−sとなる。この予測位置)’tlt−t
は、新しい観測値21と計算されて、再びイノベーショ
ンνtを作るのに用いられ、る。The figure is a block configuration diagram showing a tracking filter that is an embodiment of the present invention. First, take the difference between the observed position Zt newly obtained by the radar and the current predicted position 11t-s predicted before the sampling time τ5, and calculate this residual as Pt
Then, Pt "Zl 3'tlt-s °=°゛-°
°“°゛°°°゛°゛° (4) The time series (Pt) of this residual νt is called the innovation process. In the figure, 1 represents the variance of the residual between the observed position and the predicted position. This variance estimator 1 inputs an innovation νt, estimates its variance online, and outputs it. The estimated variance of this innovation νt is set to et. 2 is a variance estimator for position estimation. This is an estimated gain control device that determines the contribution of observed data, and this estimated gain control device 2 receives the estimated variance St as input, and when estimating the current position of the moving target, it determines the magnitude of the contribution of observed data. The estimated gain KL to be determined is optimally divided and output.3
is an optimal estimator that estimates the target position with an estimated gain of 1, and this optimal estimator 3 inputs the estimated gain Kt, innovation νt, and prediction ()Ill△ position Yt 1t-s, and calculates the current optimal estimation. The target Δ position yt1t is calculated and output. Reference numeral 4 denotes a target motion simulator 1/- which predicts the target position after a period of time τ8 from the estimated position from the past to the present. The target position after sampling time τ5 is predicted and output from the motion characteristics of the target modeled in an unsteady time series. This Δ predicted target position is assumed to be yt-1-+4t. Reference numeral 5 denotes a delay element that delays the time by the sampling time τ5, and this delay element 5 delays the time by the sampling time τ5. Therefore, the predicted target position yt+tlt predicted after sampling time △ τS from the current time is the predicted target position △ predicted at the present time before sampling time τS.
to Yt l t-s. this predicted position)'tlt-t
is calculated as a new observed value 21 and used again to create the innovation νt.
次に、上記分散推定器1について見るに、イノベーショ
ンνtの時系列(ν1)の分散はゆっくりと変化するも
のとして、忘却重みIを使って推定する。この忘却重み
9は、
0〈31≦1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・(5ン△
である。すなわち、推定分散Stは、
として得られる。この計算をオンラインすると、次の様
なアルゴリズムになる。Next, regarding the variance estimator 1, the variance of the time series (ν1) of the innovation νt is estimated using the forgetting weight I, assuming that the variance of the time series (ν1) of the innovation νt changes slowly. This forgetting weight 9 is 0〈31≦1・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・(5n△) In other words, the estimated variance St is obtained as follows. When this calculation is performed online, the following algorithm is obtained.
初期値(1=0)では、
G、=1.0 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(7)△
So= νo2 ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・(8)t≧1では、
Wi:、F−Gj−、・・・・・・・・・(9ンGt
=1.0+Wt ・・・・・自・・・・・
・・・・旧・−(1’01t<=t+1として、上記(
9)式から繰り返す。At the initial value (1=0), G,=1.0 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(7)△ So= νo2 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(8) When t≧1, Wi:, F−Gj−,・・・・・・・・・(9nGt
=1.0+Wt・・・・・・Self・・・・・・
・・・・Old・−(1'01t<=t+1, above (
9) Repeat from equation.
また、上記最適推定器3について見ると、移動△
目標の推定目標位置yt1tは、イノベーションνt△
とサンプリング時間τ8前からの予測位置ytlt−t
との線形結合である、
△ △
ytlt ” )’tlt−t +Kt yt ”
””−−−−(1り・とじて得られる。この際の推定ゲ
インKtは、推定ゲイン制御装置2の出力として得られ
る。Also, regarding the optimal estimator 3, the estimated target position yt1t of the movement △ target is calculated from the innovation νt△ and the predicted position ytlt−t from before the sampling time τ8.
△ △ ytlt ”)'tlt-t +Kt yt ”
"" --- (obtained by combining 1. The estimated gain Kt at this time is obtained as the output of the estimated gain control device 2.
また、上記推定ゲイン制御装置2について見るに、推定
ゲインKtは、目標位置の推定の際の観測データの寄与
の大小を決める係数であり、これは推定誤差分散ptl
tが最小になる様に決定する。Regarding the estimated gain control device 2, the estimated gain Kt is a coefficient that determines the magnitude of the contribution of observation data when estimating the target position, and this is the estimated error variance ptl.
Determine so that t is minimized.
この推定誤差分散Pt1tは、次式の様に求められる。This estimation error variance Pt1t is obtained as shown in the following equation.
Pt1t==(I Kt)”tIt−を十KIR1・
・・・−・(13)ここで、Pt1t−1は、サンプリ
ング時間τ、前からの予測誤差分散である。推定誤差分
散Pt1t を最小にする最適の推定ゲインKtは、
となる。Pt1t==(I Kt)"tIt- is 10 KIR1・
(13) Here, Pt1t-1 is the sampling time τ and the prediction error variance from before. The optimal estimation gain Kt that minimizes the estimation error variance Pt1t is as follows.
一方、イノベーションνtの分散Sjと予測誤差分散P
t1t−xには1
fJ=Ptlt−r +Rt ・・・・・・
・−・・・・・・・・・・09という関係がある。この
分散Sjの代わシに、分散推定器1の出力である推定分
散会tを用いて、8、−>仏 091
.1090061120000.aωとして、上記I式
を書き直せば、
となる。この様に推定ゲイン制御装置2は、推定分散会
i k入力して、推定への観測データの寄与の大小を最
適にする推定ゲインKt?、上記00式から計算して出
力する。On the other hand, the variance Sj of innovation νt and the prediction error variance P
1 for t1t-x fJ=Ptlt-r +Rt...
There is a relationship of ・・・・・・・・・・・・09. In place of this variance Sj, using the estimated variance t which is the output of the variance estimator 1, 8, -> France 091
.. 1090061120000. If we rewrite the above formula I as aω, we get the following. In this way, the estimation gain control device 2 inputs the estimation variance i k and estimates the gain Kt? that optimizes the contribution of observed data to the estimation. , calculate from the above formula 00 and output.
また、上記目標運動シミュレータ4について見るに、こ
の目標運動シミュレータ4は、製法から現在までに得ら
れた推定値から、1つのサンプリング時間τ3だげ未来
の目標位置を予測して出力するものである。この予測の
ために、この目標運動シミュレータ4は、目標の運動を
1次回帰過程の加速度による運動としてモデル化して、
これを利用している。これは、位置の非定常な時系列と
して、
(1+aZ−’)(1−Z−”)yt=Wt −−
・・・・・(isとなる。ここで、Z−1は遅延演算子
、Wtは平均零の正規白色雑音である。上記(1,81
式は、また、yt++ =(2−a)yt + (2a
−1)yt−+ayt−2−? Wt+t −−
−−・= (19)とも表わせる。予測には、上記(2
)式を利用するが、平均零の正規白色雑音Wtは分から
ないから、その平均値であるOで置き変えて、位置の真
値も分からないので推定値に置き変える。すなわち、△
△ △
yi+x lt =(2−a )VBt +(2a
−1)yt−tlt−t△
aVt−zlt−2・・・・・・・・・・・・・・・(
20)を使用する。さらに、隣り合うサンプリング点で
△
あるyt−+1t−x (i−0+ L 2)を使用す
ると、誤差が効いてくるので、実際には、2点おき、3
点おきの値を使用したり、平滑値を用いたりする。Further, regarding the target motion simulator 4, this target motion simulator 4 predicts and outputs the future target position within one sampling time τ3 from the estimated values obtained from the manufacturing method up to the present. . For this prediction, the target motion simulator 4 models the target motion as a motion due to acceleration in a linear regression process.
I'm using this. This is expressed as (1+aZ-')(1-Z-'')yt=Wt-- as a non-stationary time series of positions.
......(is. Here, Z-1 is a delay operator, and Wt is regular white noise with a mean of zero. The above (1,81
The formula is also yt++ = (2-a) yt + (2a
-1) yt-+ayt-2-? Wt+t --
−−・= (19) can also be expressed. For prediction, the above (2)
) is used, but since the normal white noise Wt with an average of zero is unknown, its average value O is used instead, and since the true value of the position is also unknown, it is replaced with an estimated value. That is, △
△ △ yi+x lt = (2-a)VBt + (2a
-1) yt-tlt-t△ aVt-zlt-2・・・・・・・・・・・・・・・(
20) is used. Furthermore, if Δyt-+1t-x (i-0+L 2) is used at adjacent sampling points, the error will come into play, so in reality, every second sampling point, 3
Use point-by-point values or smooth values.
上述した様に、この発明の追尾フィルタによれば、イノ
ペーション過程の分散から、上記α9式により最適の推
定ゲインKtを求め、これによって観測データの寄与の
大小を常に最適にて推定を行うことができるので、目標
が運動特性を変えた場合にも、これに対応した追尾が可
能である。As described above, according to the tracking filter of the present invention, the optimal estimated gain Kt is determined from the variance of the innovation process using the above α9 formula, and thereby the magnitude of the contribution of observed data can always be optimally estimated. Therefore, even if the target changes its motion characteristics, corresponding tracking is possible.
なお、上記実施例では、レーダによる観測値を用いた飛
翔目標の追尾について説明したが、この発明はこれに限
定されず、水中の追尾や宇宙の追尾、又は工業測定にお
ける観測雑音の除去等にも使用が可能である。In addition, although the above embodiment describes the tracking of a flying target using observed values by radar, the present invention is not limited to this, and can be applied to underwater tracking, space tracking, removal of observation noise in industrial measurements, etc. can also be used.
この発明は以上説明した様に、追尾フィルタにおいて、
サンプリング時間前に予測された位置と、レーダなどに
より新たに観測された位置との残差の分散から、目標位
置の推定に関する観測データの寄与の大小を常に最適に
する推定ゲインを用いることにより、現在の目標位置を
最適に推定する様にしたので、従来のこの種の追尾フィ
ルタの様に、目標の運動特性が変化したのに、新しい観
測データを経机して過去からの観測による予測値を重視
してしまって、推定、予測に大きな誤差を生じることが
なく、目標の運動特性の変化に対応して極めて正確な追
尾が可能となるから、特にレーダなどに応用して優れた
効果を奏するものである。As explained above, in the tracking filter of this invention,
By using an estimation gain that always optimizes the magnitude of the contribution of observation data to estimating the target position, from the variance of the residual between the position predicted before the sampling time and the position newly observed by radar etc. Since the current target position is optimally estimated, unlike conventional tracking filters of this type, even if the motion characteristics of the target change, the predicted value based on past observations can be calculated using new observation data. It is particularly effective when applied to radar, etc., because it does not cause large errors in estimation and prediction due to overemphasis, and allows extremely accurate tracking in response to changes in the target's motion characteristics. It is something.
図はこの発明の一実施例である追尾フィルタを示すブロ
ック構成図である。
図において、1・・・分散推定器、2・・・推定ゲイン
制御装置、3・・・最適推定器、4・・・目標運動シミ
ュレータ、5・・・遅延素子である。The figure is a block configuration diagram showing a tracking filter that is an embodiment of the present invention. In the figure, 1...dispersion estimator, 2...estimation gain control device, 3...optimum estimator, 4...target motion simulator, 5...delay element.
Claims (1)
を推定又は予測する追尾フィルタにおいて、サンプリン
グ時間前に予測された位置と、前記レーダなどにより新
たに観測された位置との残差の分散を調べる分散推定器
と、この分散推定器により推定された分散から目標位置
の推定に関する観測データの寄与の大小を最適にする推
定ゲイン制御装置と、この推定ゲイン制御装置の推定ゲ
インにより、前記残差と新たな観測データから現在の目
標位置を最適に推定する最適推定器と、位置だけの非定
常な時系列モデルに基づき、過去から現在までの推定位
置よりサンプリング時間後の目標位置を予測する目標運
動シミユレータとで構成されたことを特徴とする追尾フ
ィルタ。In a tracking filter that estimates or predicts the position and speed of a flying object from observation data from radar, etc., examine the variance of the residual between the position predicted before the sampling time and the position newly observed by the radar, etc. A variance estimator, an estimation gain control device that optimizes the magnitude of the contribution of observation data regarding estimation of the target position from the variance estimated by the variance estimator, and an estimation gain of the estimation gain control device to calculate the residual error and An optimal estimator that optimally estimates the current target position from new observation data, and a target motion that predicts the target position after a sampling period from the estimated position from the past to the present based on a non-stationary time series model of only the position. A tracking filter comprising a simulator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13369584A JPS6111681A (en) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | Tracking filter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13369584A JPS6111681A (en) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | Tracking filter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6111681A true JPS6111681A (en) | 1986-01-20 |
Family
ID=15110715
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13369584A Pending JPS6111681A (en) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | Tracking filter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6111681A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8016636B2 (en) | 2003-01-14 | 2011-09-13 | Orda Korea Co., Ltd. | Joining apparatus with rotatable magnet therein and built-up type toy with the same |
-
1984
- 1984-06-28 JP JP13369584A patent/JPS6111681A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8016636B2 (en) | 2003-01-14 | 2011-09-13 | Orda Korea Co., Ltd. | Joining apparatus with rotatable magnet therein and built-up type toy with the same |
US8016635B2 (en) | 2003-01-14 | 2011-09-13 | Orda Korea Co., Ltd. | Joining apparatus with rotatable magnet therein and built-up type toy with the same |
US8100735B2 (en) | 2003-01-14 | 2012-01-24 | Orda Korea Co., Ltd. | Joining apparatus with rotatable magnet therein and built-up type toy with the same |
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