JPS63196880A - 運動予測方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーダ等で検出した追尾目標等の目標位置情
報から目標の針路及び速度を予測して表−示する運動予
測方式に関する。

（従来の技術） 従来、目標追尾装置、なかでもレーダ信号を用いた目標
追尾装置において目標（例えば船舶）の針路及び速度を
予測し表示する場合、例えば第４図に示すように、レー
ダ２１のアンテナ走査周期毎に得られる目標のレーダビ
デオ信号から目標検出手段２２によって目標の目標位置
信号を求め、この目標位置信号に基づき運動予測手段２
３において目標の針路及び速度の予測を行ない、さらに
ベクトル発生手段２４によって運動予測手段２３から出
力される目標の針路及び速度信号よりベクトル信号を発
生させ、表示器２５においてベクトル発生手段２４から
出力されるベクトル信号をレーダビデオ信号にｆｆ１ｚ
して表示している。

第５図は表示器２５の表示の一例を示１ものであり、レ
ーダ映像表示における目標９ａ〜９ｅの針路及び速度を
目標９ａ〜９ｅを始点とするベクトル１０ａ〜１０ｅに
よって表示する。ここで、ベクトル１０８〜１０ｅの各
向きが目［９８〜９ｅの針路を表し、ベクトル１０８〜
１０ｅの各長さが目標９ａ〜９ｅの速度を表す。

ところで、レーダビデオ信号には目標の信号の他にクラ
ッタ雑音や受信機雑音が含まれると共に、ざらには目標
の信号にもゆらぎがあるため、１４票検出手段２２から
出力される目標の目標位置信号には誤差が含まれる。し
たがって運動予測手段２３では安定した針路及び速度の
予測を行なうために、カルマンフィルタやα−βフィル
タ等の巡回型フィルタを用いるか、観測時刻の異なる２
点の位置変化と時刻差から求めた針路及び速度に移動平
均を施すか、または両者を組合わせるなどの方法により
平滑化を行なう必要があった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の運動予測方式において
は、目標が等速直進運動を行なっている場合には良好な
針路及び速度の予測がなされ、安定したベクトルが表示
されるが、目標が変針又は変速した場合の応答は非常に
遅くなり、変針又は変速があったにもかかわらず等速直
進運動を継続している如くベクトルが表示され、ベクト
ルが表す針路及び速度と実際の目標の針路及び速度が大
きく異なるという問題点があった。

第６図は上記の問題を具体的に説明するための図であり
、等速直進運動を行なっていた目標が急変針した場合の
針路及び速度のベクトル表示の一例を示す。

第６図において、Ｌは目標の運動の軌道、ＰＯ。

Ｐｉ、Ｐ２は運動過程の目標の位置である。目標が等速
直進運動を行なっているＰＯ点ではベクトル１０は目標
の針路及び速度を正しく表す。目標が変針を開始して間
もない２１点ではベクトル１０は目標が依然として等速
直進運動を継続している如く表示される。更に、目標が
大きく変針したＰ２点ではベクトル１０の表す針路及び
速度、特に針路は目標の変針に大きく遅れ、実際の目標
の針路及び速度とは大きく異なったものとなる。

このように、従来方式において目標の変針及び変速時に
目標の変針変速状態を速やかに予測できない点は、特に
衝突の危険度の高い目標の動向を知り避航計画を立てる
上で、大ぎな問題となっている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の点に沼意して成されたもので、追尾対
象となっている目標の危険度に従って、衝突の可能性の
低い目標に対しては、従来の通りの安定した運動予測を
行なうとともに、危険度の高い目標に対しては、追従性
の良好な運動予測を行なうことによって、目標の１１路
及び速度の予測を適切に行なうことのできる運動予測方
式を提供することを目的としている。

この目的を達成するため本発明は、目標位置検出装置か
ら得られる目標位置信号より平滑性を重視して運動予測
を行なう第１の運動予測手段と、同じく目標位置信号よ
り追従性を重視して運動予測を行なう第２の運動予測手
段と、自船運動検出装置より１ｑられる白船釘路信号、
自船速度信号、前記目標位置信号、及び前記第１もしく
は第２の運動予測手段のいずれか一方より得られる目標
針路速度信号より目標と自船との衝突の可能性を判定す
るための衝突判定信号を算出する衝突演算手段と、゛上
記衝突演算手段より得られる衝突判定信号と予め設定さ
れた基準値とを比較して衝突の度合を表す判定信号を出
力する判定手段と、衝突可能性が低いとする判定出力で
第１の運動予測手段の出力を、また衝突可能性が高いと
する判定出力で第２の運動予測手段の出力を切換選択し
て衝突演算手段に出力する切換手段とから構成される。

（作用） このような構成をもった本発明の運動予測方式によれば
、平滑性を重視して安定した目標針路速度信号を予測す
る第１の運動予測手段と、追従性を重視して目標の変針
及び変速には速やかに追従する目標針路速度信号を予測
する第２運動予測手段を設け、衝突演算手段より得られ
る衝突判定信号に基づき判定手段によって目標と自船と
の衝突の可能性を判定し、その判定結果を基に切り換え
手段によって、第１の運動予測手段もしくは第２の運動
予測手段のいずれか一方から出力される目標針路速度信
号を自動的に選択する。即ち、衝突の可能性が低いとき
には、第１の運動予測手段によって得られる平滑性の重
視された安定した目標針路速度信号を、一方、衝突の可
能性が高いときには第２の運動予測手段によって得られ
る追従性の重視された目標針路速度信号を選択すること
となり、衝突防止のための自動追尾等において適切な目
標の運動予測が可能となる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示したブロック図である。

第１図において、１は自船運動検出装置、２は目標検出
装置、３は第１の運動予測手段、４は第２の運動予測手
段、５は切換手段、６は衝突演算手段、７は判定手段、
８は表示手段である。

更に、各ブロックの構成を作用と共に詳細に説明すると
、まず自船運動検出装置１は、例えばジャイロ、ドツプ
ラーログ等の装置によって構成されており、自船の運動
状態、すなわち自船針路、及び自船速度を検・出するセ
ンサとなる。

目標検出装置２は、レーダ装置によって得られた目標の
映像ビデオ信号から目標を検出し、目標位置信号を出力
する。

また第１及び第２の運動予測手段３，４は目標検出装置
２から得られる目標位置信号に基づき目標の針路及び速
度を予測して、目標の針路・速度信号を出力する。この
目標の針路及び速度の予測は、目標位置信号を直交座標
成分に分解し、その各々の直交座標成分に対して運動予
測を行ない、その結果得られた目標速度信号を極座標に
変換して求めることができる。

更に、目標の運動予測は、例えばα−βフィルタを用い
て実現できる。例えば−次元のα−βフィルタによる運
動予測は以下の如く表される。

Ｘｓ（ｋ）　　＝Ｘｐ（ｋ）　　十ｃｘ　［Ｘｍ（ｋ）
−Ｘｐ（ｋ）］Ｖ　５（ｋ）　　＝　Ｖ　５（ｋ−１）
十β［Ｘ　ｍ（ｋ）　−Ｘ　ｐ（ｋ）］／ＴＸ　ｐ（ｋ
＋１）＝　Ｘ　５（ｋ）十Ｖ　５（ｋ−１）・ＴＸｍ　
：目標位置　　　　Ｘｓ：目標平滑位置Ｘｐ　：目標予
測位階　　ｖＳ：目標速度α、β：フィルタ定数　　Ｔ
　：観測間隔このα−βフィルタは、一種の低域通過型
フィルタであり、αもしくはβの値を小さくすると（Ｏ
に近イ」けると〉、フィルタの平滑特性が顕著となり、
αもしくはβの値を大きくすると（１に近付けると）、
フィルタの追従特性が顕著となる。−尚、α−βフィル
タの周波数特性については例えば文、献［Ｄ、　Ｅ、　
Ｍａｙｉａｔｉｓ　　”Ｃｏｍｐａｒｓｉｏｎ　ｏｆα
−βａｎｄ　　Ｋａｌｍａｎ　ｆｉｌｔｅｒ　ｉｎ　ｔ
ｒａｃｋ　ｗｈｉｌｅｓｃａｎ　ｒａｄａｒｓ”］に詳
細に説明されている。

従って、第１の運動予測手段３ではα−βフィルタのα
、βの値を小さい値に設定することによって、平滑性の
優れた目標の針路及び速度の予測結果を得ることができ
、第２の予測手段４ではα−βフィルタのα、βの値を
大きい値に設定することによって、追従性の優れた目標
の針路及び速度の予測結果を得ることができる。

すなわち、第１の運動予測手段３のフィルタ定数をα１
．β１、及び第２の運動予測手段４のフィルタ定数をα
２．β２とすると、α、βの関係は以下のごとくまとめ
られる。

α１くα２ β　１くβ２ 次に、切換手段５は第１及び第２の運動予測手段３，４
各々で得られた特性の異なった目標の針路及び速度の予
測結果として得られた目標の針路・速度信号のいずれか
一方を選択し出力する。

更に、衝突演算手段６は自船運動検出装置１より得られ
る自船針路信号及び自船速度信号、目標検出装置２より
得られる目標位置信号、及び切換手段５から得られる選
択されたいずれか一方の目標針路・速度信号より、目標
の衝突判定信すとなるＤＣＰＡ　（ｉ接近距離）、ＴＣ
ＰＡ（最接近距離に至るまでの時間）を求める。

この衝突演算手段５によって求められるＤＣＰＡ、ＴＣ
ＰＡを第２図によって説明する。

第２図は、自船と目標の運動を相対座標系で示したもの
で、３１は自船、３２は目標、Ｒｄは自船と目標との距
離、θｂは目標方位、ｖｒは目標の相対速度を、またｏ
ｒは目標の相対針路を示している。Ｒｄ、θｂ、ｙｒ及
び、ｏｒの値は自船針路信号、自船速度信号、目標位置
信号、及び目標針路速度信号より容易に算出される。

ここで、ＤＣＰＡ、ＴＣＰＡは以下のごとく算出できる
。

ＴＣＰＡ＝Ｒｄ＊ｃｏｓθ／Ｖｒ ＤＣＰＡ＝Ｒｄ＊ｓ　ｉ　ｎθ θ＝θｂ−θｒ＋π 尚、ＤＣＰＡ、ＴＣＰＡの求めかたについては例えば文
献［日本無線技法、ＮＯ８１９７４゜“衝突予防装置と
その海上試験″］に詳細が示されている。

ここにＤＣＰＡは、目標と自船が最接近するでおろう予
想地点く以下ＣＰＡと呼ぶ）と自船との距離を示してお
り、ＴＣＰＡは目標がＣＰＡに至るまでの時間を表して
いる。したがって、ＤＣＰＡが小さな値を示せば目標は
自船の近接海域を通過すると予想され、衝突の可能性が
高いと判断でき、またＴＣＰＡが小さな値を示せば目標
が最接近するまでの余裕時間が僅かということになり、
危険度が高いと判断できる。

判定手段７は衝突演算手段６で求められたＤＣＰＡ、Ｔ
ＣＰＡの値から、目標と自船との衝突の可能性を判定し
、その結果にしたがって切換手段５へ切換信号を出力す
る。

ここに衝突の可能性の判定法としては、予め定められた
基準ＤＣＰＡ、基準ＴＣＰＡと目標のＤＣＰＡ、ＴＣＰ
Ａとの比較によって行なうことができる。

例えば、 （ＤＣＰへ）≦　（基準ＤＣＰへ）更に（ＩＣＰ八）≦
　（基準ＴＣＰＡ）の場合は衝突の可能性が高く危険な
目標と判定し、また、 （ＤＣＰＡ）〉（基準ＤＣＰＡ　”）又は（丁ＣＰＡ）
＞　（基準ＴＣＰＡ）の場合は衝突の可能性が低く安全
な目標と判定する。

更に、判定手段７の判定結果に基づく切換手段５への切
換信号としては、目標が衝突の可能性が低く安全な目標
と判定できた場合は第１の運動予測手段３の出力結果を
選択するように切換信号を出力し、また目標が衝突の可
能性が高く危険な目標と判定された場合は第２の運動予
測手段４の出力結果を選択するように切換信号を出力す
る。

表示手段８は切換手段５より得られる目標釧路・速度信
号をベクトル表示として、目標検出装置２より１ワられ
るレーダ映像信号上に重畳して表示する。

第３図は本発明の他の実施例を示したブロック図である
。

即ち、第１図の上記実施例においては、目標針路速度信
号を求める手段として運動予測特性の異なる第１の運動
予測手段３と第２の運動予測手段４を設Ｃプて出力信号
を切換手段５によって選択しているが、第３図の実施例
にあっては運動予測手段を１個とし、判定手段７の出力
信号によって運動予測手段の運動予測特性を切り換える
ようにしたことを特徴とする。

第３図において、自船運動検出装置１、目標検出装置２
、衝突演算手段６、判定手段７及び表示手段８は、第１
図と同様である。４０は運動予測手段であって判定手段
７の出力信号である切換信号に従って、運動予測特性を
選択して目標の運動予測を行ない、目標針路・速度信号
を出力する手段である。

この運動予測手段４０としては、例えば、運動予測を行
なうためのα−βフィルタのフィルタ定数α、βの値を
小さい値に設定プることによって、平滑性の優れた目標
の釧路及び速度の予測結果を得ることができ、またα−
βフィルタのフィルタ定数α、βの値を大きい値に設定
することによって、追従性の優れた目標の針路及び速度
の予測結果を１ｑることかできる。

すなわち、判定手段７からの切換信号に従ってフィルタ
定数α、βの値の大小を切り換えることによって、平滑
性を重視して安定した目標の針路速度を予測するか、追
従性を重視して目標の変針には速やかに追従する目標の
針路速度を予測するか、いずれか一方の運動予測特性を
選択して目標の運動予測を行ない、目標針路速度信号を
出力する運動予測手段を実現できる。

ここに、判定手段７より出力される切換信号としては、
目標が衝突の可能性が低く安全な目標と判定できた場合
は運動予測手段４０での運動予測特性を平滑性を重視し
た予測特性に選択するように切換信号を出力し、また目
標が衝突の可能性が高く危険な目標と判定された場合は
、該運動予測特性を追従性を重視した予測特性に選択す
るように切換信号を出力する。

尚、上記の実施例においては目標検出装置２としてレー
ダ装置を例にとっているが、この他にソナーヤレーザ装
置など目標位置情報が検出できるセンサについても、同
様にして本発明を適用できる。

また上記の実施例としては、船舶用の運動予測方式につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されず、航空機の
運動予測、産業用ロボットの制御等、適宜の移動体を対
象とした利用が可能である。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、自動的に衝突
の危険度の低い目標に対しては、針路及び速度の安定し
た運動予測を行ない、また衝突の危険度の高い目標に対
しては、その針路、速度の変化に速やかに追従した運動
予測が行なわれるため、目標との衝突を回避し安全で適
切な運航を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロック図、第２図
は衝突演専のための自船と目標の関係を示した説明図、
第３図は本発明の他の実施例を示したブロック図、第４
図は従来方式の一例を示したブロック図、第５図は表示
器の表示の一例を示した説明図、第６図は従来のヱ１路
及び速度のベクトル表示の一例を示した説明図である。 １：自船運動検出装置 ２：目標検出装置 ３：第１の運動予測手段 ４：第２の運動予測手段 ５：切換手段 ６：衝突演輝手段 ７：判定手段 ８：表示手段 ９：追尾目標 １０：ベクトル ２１：レーダ ２２：目標検出手段 ２３：運動推定手段 ２４：ベクトル発生手段 ２５：表示器 ３１：自船 ３２：目標 ４０：運動予測手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 目標検出装置から出力される目標位置信号より目標の針
   路及び速度を予測する運動予測方式において、 前記目標位置信号より平滑性を重視して予測された目標
   の針路・速度信号を出力する第１の運動予測手段と、 前記目標位置信号より追従性を重視して予測された目標
   の針路・速度信号を出力する第２の運動予測手段と、 前記第１又は第２の運動予測手段のいずれか一方より得
   られる目標の針路・速度信号と自己の針路・速度信号と
   に基づいて目標との衝突の可能性を判定するための衝突
   判定信号を出力する衝突演算手段と、 該衝突演算手段より得られる衝突判定信号と予め設定さ
   れた基準値とを比較して衝突可能性の度合を判定する判
   定手段と、 該判定手段が衝突の可能性が低いとする判定出力を生じ
   たときに前記第１の運動予測手段の出力を、また衝突の
   可能性が高いとする判定出力を生じたときには前記第２
   の運動予測手段の出力を選択切換して前記衝突演算手段
   に出力する切換手段とを備えたことを特徴とする運動予
   測方式。