JPWO2019167268A1 - Target monitoring device and target monitoring system - Google Patents

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Abstract

目標監視装置は、目標から複数の通信経路を経て到来した電波信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナで得られた複数の受信信号に基づいて当該目標の状態を推定する。目標監視装置は、複数の受信信号に基づいて複数の計測値を逐次算出する計測部(61)、複数の計測値に含まれる到来時間差または到来周波数差を監視して目標の動きの有無を検出する状態検出部(62A)と、測位演算および追尾演算を実行する演算部(63A,64A,65)とを備える。演算部(63A,64A,65)は、目標の動きが無いことが検出されたときは、測位演算を実行して目標の推定位置を示す状態推定値を算出し、目標の静止状態から移動状態への変化が検出されたときは、追尾演算を実行して当該目標の推定位置および移動状態の双方を示す状態推定値を逐次算出する。The target monitoring device estimates the state of the target based on a plurality of reception signals obtained by a plurality of reception antennas that respectively receive radio signals that have arrived from the target via a plurality of communication paths. The target monitoring device detects a movement of a target by monitoring a arrival time difference or arrival frequency difference included in the plurality of measurement values by a measurement unit (61) that sequentially calculates a plurality of measurement values based on the plurality of received signals. A state detection unit (62A) for performing the positioning calculation and a calculation unit (63A, 64A, 65) for performing positioning calculation and tracking calculation. When it is detected that there is no movement of the target, the calculation units (63A, 64A, 65) execute positioning calculation to calculate a state estimation value indicating the estimated position of the target, and move from the stationary state of the target to the moving state. When a change to is detected, a tracking calculation is executed to successively calculate a state estimation value indicating both the estimated position and the moving state of the target.

Description

本発明は、電波発信源から複数の衛星を経由して受信された電波に基づき、当該電波発信源の位置などの状態を推定する技術に関するものである。   The present invention relates to a technique for estimating a state such as a position of a radio wave transmission source based on a radio wave received from a radio wave transmission source via a plurality of satellites.

複数の衛星を用いて電波発信源の位置を推定する技術が知られている。たとえば、下記の非特許文献1には、電波発信源から複数の衛星を経由して受信された電波間の到来時間差(Time−Differences−Of−Arrival,TDOAs)に基づく測位方法と、当該受信された電波間のドップラー周波数差を示す到来周波数差(Frequency−Differences−Of−Arrival,FDOAs)および到来時間差(TDOAs)に基づく測位方法とが開示されている。   There is known a technique for estimating the position of a radio wave transmission source using a plurality of satellites. For example, Non-Patent Document 1 below describes a positioning method based on a time-of-arrival (Time-Differences-Of-Arrival, TDOAs) between radio waves received from a radio wave source via a plurality of satellites, and a method of receiving the received radio waves. And a positioning method based on an arrival frequency difference (Frequency-Differences-Of-Arrivals, FDOAs) and a time-of-arrival difference (TDOAs) indicating the Doppler frequency difference between the transmitted radio waves.

このような測位方法を採用する目標監視システムでは、電波発信源である目標から発信された電波は、複数の衛星にそれぞれ搭載されたトランスポンダ(Transponders)を経由した後に、地上の受信局における複数の受信アンテナで受信される。測位演算器は、当該複数の受信アンテナで得られた受信電波間の到来時間差(TDOAs)を測定し、あるいは、当該受信電波間の到来周波数差(FDOAs)および到来時間差(TDOAs)を計測する。そして、測位演算器は、計測された到来時間差、あるいは、計測された到来周波数差および到来時間差に基づき、電波発信源が地球の地表面に存在するとの仮定の下で、電波発信源の位置を推定することができる。当該複数の衛星の軌道位置は互いに異なるので、当該受信電波間で伝搬時間の差が生じる。これにより、当該受信電波間の到来時間差(TDOAs)の計測が可能となる。また、当該複数の衛星は、たとえ静止衛星であったとしても、地表面に対して若干運動しているため、当該受信電波間でドップラー周波数の差が生じる。これにより、当該受信電波間の到来周波数差(FDOAs)の計測が可能となる。   In a target monitoring system that employs such a positioning method, a radio wave transmitted from a target as a radio wave transmission source passes through transponders (Transponders) mounted on a plurality of satellites, respectively, and then transmits to a plurality of ground stations. Received by the receiving antenna. The positioning calculator measures the arrival time difference (TDOAs) between the received radio waves obtained by the plurality of receiving antennas, or measures the arrival frequency difference (FDOAs) and the arrival time difference (TDOAs) between the received radio waves. Then, based on the measured arrival time difference, or the measured arrival frequency difference and arrival time difference, the positioning calculator calculates the position of the radio wave source under the assumption that the radio wave source exists on the earth's surface. Can be estimated. Since the orbital positions of the plurality of satellites are different from each other, a difference in propagation time occurs between the received radio waves. This makes it possible to measure the time difference of arrival (TDOAs) between the received radio waves. Further, even if the plurality of satellites are geostationary satellites, since the satellites slightly move with respect to the ground surface, a difference in Doppler frequency occurs between the received radio waves. As a result, it is possible to measure the arrival frequency difference (FDOAs) between the received radio waves.

K. C. Ho and Y. T. Chan, ”Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 33, Issue 3, pp. 770-783, 1997.K. C. Ho and Y. T. Chan, "Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 33, Issue 3, pp. 770-783, 1997.

移動自在な電波発信源(たとえば、船舶)の状態を監視しようとする場合に、従来の目標監視システムでは、目標となる電波発信源が静止状態(船舶の場合は、当該船舶が停泊している状態)にあるときから監視が開始されることがある。このとき、目標が静止状態にあるときは当該目標の瞬時位置を推定する測位演算が実行され、当該目標が移動を開始した後は当該目標を追尾する追尾(tracking)演算が実行される。移動目標の追尾時には、移動目標の、時々刻々と変化する位置を推定することのみならず、時刻毎の移動速度を推定することが求められる。目標の状態が静止状態から移動状態へ変化すると、測位演算を追尾演算に切り替える必要がある。しかしながら、従来の目標監視システムでは、その変化に応じて測位演算を追尾演算へ切り替えるべきタイミングを正確に決定することができず、移動目標の追尾に失敗するおそれがあった。   When monitoring the state of a movable radio wave transmission source (for example, a ship), in the conventional target monitoring system, the target radio wave transmission source is in a stationary state (in the case of a ship, the ship is anchored). The monitoring may be started from the state (state). At this time, when the target is in a stationary state, a positioning operation for estimating the instantaneous position of the target is executed, and after the target starts moving, a tracking operation for tracking the target is executed. When tracking a moving target, it is necessary to estimate not only the position of the moving target that changes every moment, but also the moving speed at each time. When the state of the target changes from the stationary state to the moving state, it is necessary to switch the positioning calculation to the tracking calculation. However, in the conventional target monitoring system, it is not possible to accurately determine the timing at which the positioning calculation should be switched to the tracking calculation in accordance with the change, and the tracking of the moving target may fail.

上記に鑑みて本発明の目的は、電波発信源である目標の状態変化に応じて測位演算を追尾演算に切り替えるべきタイミングを正確に決定し、当該目標に対する高い追尾精度を確保することができる目標監視装置および目標監視システムを提供する点にある。   In view of the above, it is an object of the present invention to accurately determine a timing at which the positioning calculation should be switched to the tracking calculation in accordance with a change in the state of a target which is a radio wave source, and to achieve a high tracking accuracy with respect to the target. The object is to provide a monitoring device and a target monitoring system.

本発明の一態様による目標監視装置は、電波発信源である目標から3つ以上の通信経路を経て到来した電波信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナで得られた複数の受信信号に基づいて当該目標の状態を推定する目標監視装置であって、前記複数の受信信号に基づき、前記受信信号間の到来時間差、または前記受信信号間の到来時間差および到来周波数差を示す複数の計測値を逐次算出する計測部と、前記複数の計測値のうちの少なくとも1つの計測値の時間変動を監視して当該目標の動きの有無を検出する状態検出部と、前記状態検出部により前記目標の動きが無いことが検出されたときは、前記複数の計測値を用いた測位演算を実行して前記目標の推定位置を示す第1の状態推定値を算出する演算部とを備え、前記演算部は、前記状態検出部により前記目標の静止状態から移動状態への状態変化が検出されたときは、追尾演算を実行して当該目標の推定位置および移動状態の双方を示す第2の状態推定値を算出することを特徴とする。   A target monitoring device according to one embodiment of the present invention provides a target monitoring device based on a plurality of reception signals obtained by a plurality of reception antennas each receiving a radio signal arriving from a target that is a radio wave transmission source via three or more communication paths. A target monitoring apparatus for estimating a state of a target, wherein a plurality of measurement values indicating an arrival time difference between the reception signals or an arrival time difference and an arrival frequency difference between the reception signals are sequentially calculated based on the plurality of reception signals. A measuring unit that monitors the time variation of at least one of the plurality of measured values to detect the presence or absence of the movement of the target, and the target detecting unit detects no movement of the target. When detecting that the plurality of measured values, the computing unit performs a positioning operation using the plurality of measurement values to calculate a first state estimated value indicating the estimated position of the target, the computing unit, Condition When a state change of the target from the stationary state to the moving state is detected by the detection unit, a tracking operation is performed to calculate a second state estimated value indicating both the estimated position and the moving state of the target. It is characterized by.

本発明によれば、目標の静止状態から移動状態への状態変化に応じて測位演算を追尾演算に切り替えるべきタイミングを高い確度で決定することができる。したがって、当該目標に対する高い追尾精度を確保することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the timing which should switch a positioning calculation to a tracking calculation according to a state change from a stationary state of a target to a moving state can be determined with high accuracy. Therefore, high tracking accuracy for the target can be ensured.

本発明に係る実施の形態1である目標監視システムの構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a configuration of a target monitoring system according to a first embodiment of the present invention. 実施の形態1における受信器の構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a receiver according to the first embodiment. 実施の形態1における監視処理部の概略構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a monitoring processing unit according to the first embodiment. 実施の形態1の状態検出部の構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a configuration example of a state detection unit according to the first embodiment. 図5A,図5Bは、平滑値の時間変動の例を表すグラフである。FIG. 5A and FIG. 5B are graphs illustrating an example of the time variation of the smoothed value. カルマンフィルタによる反復推定処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the procedure of the iterative estimation process by a Kalman filter roughly. 実施の形態1における測位演算部、追尾演算部およびデータ移行部からなる演算部の構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a calculation unit including a positioning calculation unit, a tracking calculation unit, and a data transfer unit according to the first embodiment. 監視処理部の機能を実現するハードウェア構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a hardware configuration that implements a function of a monitoring processing unit. 本発明に係る実施の形態2における測位演算部、追尾演算部およびデータ移行部からなる演算部の構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram schematically showing a configuration of a calculation unit including a positioning calculation unit, a tracking calculation unit, and a data transfer unit according to a second embodiment of the present invention. 本発明に係る実施の形態3における監視処理部の概略構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a monitoring processing unit according to a third embodiment of the present invention. 実施の形態3における測位演算部、追尾演算部およびデータ移行部からなる演算部の構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram schematically showing a configuration of a calculation unit including a positioning calculation unit, a tracking calculation unit, and a data transfer unit according to Embodiment 3. 本発明に係る実施の形態4における測位演算部、追尾演算部およびデータ移行部からなる演算部の構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram schematically showing a configuration of a calculation unit including a positioning calculation unit, a tracking calculation unit, and a data transfer unit according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明に係る実施の形態5における監視処理部の概略構成を示すブロック図である。FIG. 17 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a monitoring processing unit according to a fifth embodiment of the present invention. 実施の形態5における状態検出部の概略構成を示すブロック図である。26 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a state detection unit according to Embodiment 5. FIG. 本発明に係る実施の形態6における監視処理部の概略構成を示すブロック図である。FIG. 21 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a monitoring processing unit according to a sixth embodiment of the present invention. 実施の形態6における状態検出部の概略構成を示すブロック図である。FIG. 21 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a state detection unit according to a sixth embodiment.

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。   Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components denoted by the same reference numerals throughout the drawings have the same configuration and the same function.

実施の形態1.
図1は、本発明に係る実施の形態1である目標監視システム1の構成を概略的に示す図である。図1に示されるように目標監視システム1は、監視エリアSA内の電波発信源である目標Tgtから複数の通信経路を経て到来した電波信号をそれぞれ受信して受信信号S1,S2,S3を出力する受信アンテナ(受信局)Rx1,Rx2,Rx3と、受信信号S1,S2,S3に基づいて目標Tgtの状態を推定する目標監視装置2とを備えて構成されている。本実施の形態では、受信アンテナRx1,Rx2,Rx3と目標Tgtとの間の3本の通信経路にそれぞれ3基の人工衛星St1,St2,St3(以下、単に「衛星St1,St2,St3」という。)が存在する。衛星St1,St2,St3に搭載されたトランスポンダ(中継器)は、目標Tgtから発信された電波信号を受信し、当該受信された電波信号を増幅してダウンリンク信号を生成し、これらダウンリンク信号を目標監視システム1の受信アンテナRx1,Rx2,Rx3にそれぞれ送信する。衛星St1,St2,St2としては、静止軌道に投入された静止衛星が想定されている。なお、3基の衛星St1,St2,St3に限定されずに2基またはN基の衛星(Nは4以上の整数)からそれぞれダウンリンク信号を受信可能なように本実施の形態の目標監視システム1の構成が変更されてもよい。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a target monitoring system 1 according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the target monitoring system 1 receives radio signals arriving via a plurality of communication paths from a target Tgt, which is a radio wave transmission source in a monitoring area SA, and outputs received signals S1, S2, and S3. And a target monitoring device 2 that estimates the state of the target Tgt based on the received signals S1, S2, and S3. In the present embodiment, three artificial satellites St1, St2, St3 (hereinafter simply referred to as “satellite St1, St2, St3”) are respectively provided on three communication paths between the receiving antennas Rx1, Rx2, Rx3 and the target Tgt. .) Exists. Transponders (repeaters) mounted on the satellites St1, St2, St3 receive the radio signals transmitted from the target Tgt, amplify the received radio signals to generate downlink signals, and generate these downlink signals. To the receiving antennas Rx1, Rx2, Rx3 of the target monitoring system 1 respectively. The satellites St1, St2, and St2 are assumed to be geostationary satellites put into geostationary orbit. The target monitoring system according to the present embodiment is not limited to the three satellites St1, St2, and St3, and can receive downlink signals from two or N satellites (N is an integer of 4 or more). 1 may be changed.

目標Tgtは、移動自在な電波発信源(船舶、航空機または車両などの移動体)であり、特定の周波数帯域の電波信号を衛星に向けて発信する機能を有する。しかしながら、目標Tgtから発信された電波信号が、地上の無線通信網または衛星通信網の送信電波と干渉して通信障害を引き起こすことがある。このような場合に、干渉波となる電波信号を発信する目標Tgtの位置を特定したいというニーズがある。また、目標Tgtから発信された捜索救助用のビーコン信号に基づいて目標Tgtの位置を特定したいというニーズもある。本実施の形態の目標監視装置2は、受信信号S1〜S3に基づいて、目標Tgtの動きの有無、すなわち目標Tgtの状態が静止状態または移動状態のいずれであるかを検出することができる。目標Tgtが静止状態にあるとき、目標監視装置2は、目標Tgtの推定位置(静止位置)を示す状態推定値を逐次算出することができ、目標Tgtが移動状態にあるときは、目標監視装置2は、目標Tgtの推定位置(追尾位置)および移動状態(たとえば速度)を示す状態推定値を逐次算出することができる。   The target Tgt is a movable radio wave transmission source (a moving object such as a ship, an aircraft, or a vehicle), and has a function of transmitting a radio signal in a specific frequency band to a satellite. However, a radio signal transmitted from the target Tgt may interfere with a transmission radio wave of a terrestrial wireless communication network or a satellite communication network to cause a communication failure. In such a case, there is a need to specify the position of a target Tgt for transmitting a radio signal serving as an interference wave. There is also a need to specify the position of the target Tgt based on a search and rescue beacon signal transmitted from the target Tgt. The target monitoring device 2 of the present embodiment can detect whether or not the target Tgt is moving, that is, whether the target Tgt is in a stationary state or a moving state, based on the received signals S1 to S3. When the target Tgt is in the stationary state, the target monitoring device 2 can sequentially calculate a state estimation value indicating the estimated position (stationary position) of the target Tgt. When the target Tgt is in the moving state, the target monitoring device 2 2 can sequentially calculate an estimated position (tracking position) and a state estimated value indicating a moving state (for example, speed) of the target Tgt.

目標監視装置2は、図1に示されるように、高周波帯域の受信信号S1,S2,S3をディジタル受信信号D1,D2,D3に変換する受信器10と、ディジタル受信信号D1,D2,D3に基づいて目標Tgtの状態を示す状態推定値を逐次算出する監視処理部11Aと、当該算出された状態推定値に基づく画像情報を表示する表示器12とを備える。   As shown in FIG. 1, the target monitoring device 2 converts a reception signal S1, S2, S3 in a high frequency band into digital reception signals D1, D2, D3, and a digital reception signal D1, D2, D3. The monitoring processing unit 11A sequentially calculates a state estimated value indicating the state of the target Tgt based on the calculated state estimated value, and the display unit 12 displays image information based on the calculated state estimated value.

図2は、実施の形態1における受信器10の構成例を示すブロック図である。図2に示される受信器10は、周波数変換用の局部発振信号を出力する局部発振器20と、高周波帯域の受信信号S1,S2,S3にそれぞれフィルタ処理を施すバンドパスフィルタ31,41,51と、局部発振信号を用いてバンドパスフィルタ31,41,51の高周波出力F1,F2,F3にそれぞれ周波数変換を施すダウンコンバータ32,42,52と、A/D変換器(ADC)33,43,53とを有している。ダウンコンバータ32,42,52は、高周波出力F1,F2,F3を局部発振信号と混合して、より低い周波数帯域のアナログ信号C1,C2,C3を生成する周波数変換器である。ADC33,43,53は、アナログ信号C1,C2,C3をそれぞれディジタル受信信号D1,D2,D3に変換し、当該ディジタル受信信号D1,D2,D3を監視処理部11Aに出力する。ディジタル受信信号D1,D2,D3の各々は、振幅成分と位相成分とを含む複素信号である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the receiver 10 according to the first embodiment. The receiver 10 shown in FIG. 2 includes a local oscillator 20 that outputs a local oscillation signal for frequency conversion, and band-pass filters 31, 41, and 51 that perform filter processing on received signals S1, S2, and S3 in a high-frequency band, respectively. Down converters 32, 42, and 52 for performing frequency conversion on high-frequency outputs F1, F2, and F3 of band-pass filters 31, 41, and 51 using local oscillation signals, respectively, and A / D converters (ADCs) 33 and 43; 53. The down converters 32, 42, and 52 are frequency converters that mix the high-frequency outputs F1, F2, and F3 with local oscillation signals and generate analog signals C1, C2, and C3 in a lower frequency band. The ADCs 33, 43, and 53 convert the analog signals C1, C2, and C3 into digital reception signals D1, D2, and D3, respectively, and output the digital reception signals D1, D2, and D3 to the monitoring processing unit 11A. Each of digital reception signals D1, D2, and D3 is a complex signal including an amplitude component and a phase component.

図3は、実施の形態1における監視処理部11Aの概略構成を示すブロック図である。図3に示される監視処理部11Aは、ディジタル受信信号D1,D2,D3に基づいて電波の到来時間差および到来周波数差の計測値を逐次算出する計測部61と、これら計測値のいずれかに基づいて目標Tgtの動きの有無を検出する状態検出部62Aと、目標Tgtの動きが無いことが検出されたときは、当該計測値を用いた測位演算を実行して目標Tgtの推定位置を示す状態推定値を逐次算出する測位演算部63Aと、目標Tgtの動きが有ることが検出されたきは、当該計測値を用いた追尾演算を実行して目標Tgtの推定位置および移動状態(たとえば推定速度)の双方を示す状態推定値を逐次算出する追尾演算部64Aと、測位演算部63Aおよび追尾演算部64Aの一方から他方へ演算結果のデータを移行させるデータ移行部65と、状態検出部62Aでの処理に必要なデータ(衛星軌道情報OD,監視エリア情報ADおよび目標揺動情報SD)を格納するデータ記憶部67と、外部サーバ(図示せず。)から当該データを取得するデータ取得部68とを有する。ここで、kは時刻tを示す整数である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the monitoring processing unit 11A according to the first embodiment. The monitoring processing unit 11A shown in FIG. 3 includes a measurement unit 61 that sequentially calculates the measured values of the arrival time difference and the arrival frequency difference of the radio wave based on the digital reception signals D1, D2, and D3, and a monitoring unit based on one of these measurement values. A state detection unit 62A that detects the presence or absence of movement of the target Tgt, and a state that indicates the estimated position of the target Tgt by executing positioning calculation using the measured value when it is detected that there is no movement of the target Tgt. A positioning calculation unit 63A that sequentially calculates an estimated value, and when it is detected that there is a movement of the target Tgt, a tracking calculation using the measured value is executed to estimate an estimated position and a moving state (for example, estimated speed) of the target Tgt. And a data transfer for transferring the calculation result data from one of the positioning calculation unit 63A and the tracking calculation unit 64A to the other. 65, a data storage unit 67 for storing data (satellite orbit information OD, monitoring area information AD, and target swing information SD) necessary for processing in the state detection unit 62A, and an external server (not shown). A data acquisition unit 68 for acquiring data. Here, k is an integer that indicates the time t k.

また、監視処理部11Aは、測位演算部63Aおよび追尾演算部64Aで算出された状態推定値を基に画像情報DDを生成する出力制御部66を備える。出力制御部66は、当該画像情報DDを液晶ディスプレイまたは有機ELディスプレイなどの表示器12に出力する。画像情報DDとしては、たとえば、目標Tgtの推定位置の座標値を表す英数字情報、その推定位置を視覚的に表す地図情報、目標Tgtの推定速度の値を示す英数字情報、および、その推定速度の遷移を視覚的に表すグラフが挙げられる。ユーザは、表示器12に表示された画像情報DDを視ることで目標Tgtの状態を把握することができる。   Further, the monitoring processing unit 11A includes an output control unit 66 that generates image information DD based on the state estimation value calculated by the positioning calculation unit 63A and the tracking calculation unit 64A. The output control unit 66 outputs the image information DD to the display 12 such as a liquid crystal display or an organic EL display. As the image information DD, for example, alphanumeric information indicating the coordinate value of the estimated position of the target Tgt, map information visually indicating the estimated position, alphanumeric information indicating the value of the estimated speed of the target Tgt, and the estimation thereof There is a graph that visually represents the transition of speed. The user can grasp the state of the target Tgt by looking at the image information DD displayed on the display 12.

計測部61は、ディジタル受信信号D1,D2,D3に基づき、受信信号S1,S2間の到来時間差TDOA12(k)、受信信号S2,S3間の到来時間差TDOA23(k)、受信信号S3,S1間の到来時間差TDOA31(k)、受信信号S1,S2間の到来周波数差FDOA12(k)、受信信号S2,S3間の到来周波数差FDOA23(k)、および、受信信号S3,S1間の到来周波数差FDOA31(k)の計測値を逐次算出する機能を有する。計測値を算出する具体的な方法としては、公知の方法が採用されればよく、特に限定されるものではない。たとえば、時間方向および周波数方向についてディジタル受信信号Di,Dj間の2次元の相互相関を算出し、当該算出された相互相関に現れるピークを検出し、当該ピークに対応する到来時間差TDOAij(k)および到来周波数FDOAij(k)の組を得るという算出法を採用することができる。ここで、i,jは、1〜3の範囲内の整数である(i≠j)。Based on the digital reception signals D1, D2, and D3, the measurement unit 61 calculates the arrival time difference TDOA 12 (k) between the reception signals S1 and S2, the arrival time difference TDOA 23 (k) between the reception signals S2 and S3, and the reception signal S3. The arrival time difference TDOA 31 (k) between S1, the arrival frequency difference FDOA 12 (k) between the reception signals S1 and S2, the arrival frequency difference FDOA 23 (k) between the reception signals S2 and S3, and the reception signals S3 and S1 It has a function of sequentially calculating the measured value of the incoming frequency difference FDOA 31 (k). As a specific method of calculating the measurement value, a known method may be employed, and is not particularly limited. For example, a two-dimensional cross-correlation between the digital reception signals Di and Dj in the time direction and the frequency direction is calculated, a peak appearing in the calculated cross-correlation is detected, and an arrival time difference TDOA ij (k) corresponding to the peak is calculated. And a calculation method of obtaining a set of arrival frequencies FDOA ij (k). Here, i and j are integers in the range of 1 to 3 (i ≠ j).

また、計測部61は、到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k),TDOA31(k)および到来周波数差FDOA12(k),FDOA23(k),FDOA31(k)の計測値を、状態検出部62A、測位演算部63Aおよび追尾演算部64Aに供給する。The measurement unit 61 also measures the arrival time difference TDOA 12 (k), TDOA 23 (k), TDOA 31 (k) and the arrival frequency difference FDOA 12 (k), FDOA 23 (k), and FDOA 31 (k). Is supplied to the state detection unit 62A, the positioning calculation unit 63A, and the tracking calculation unit 64A.

状態検出部62Aは、計測部61から逐次供給される計測値のうちの少なくとも1つを監視対象とし、この監視対象の計測値の時間変動を常時監視して目標Tgtの動きの有無を検出することができ、その検出結果を示す検出信号ESを測位演算部63A,追尾演算部64Aおよびデータ移行部65に供給する。   The state detection unit 62A monitors at least one of the measurement values sequentially supplied from the measurement unit 61, and constantly monitors the time variation of the measurement value of the monitoring target to detect whether or not the target Tgt has moved. The detection signal ES indicating the detection result is supplied to the positioning calculation unit 63A, the tracking calculation unit 64A, and the data transfer unit 65.

図4は、実施の形態1の状態検出部62Aの構成例を概略的に示すブロック図である。最初に、到来時間差TDOAij(k)を監視対象として選択した場合の状態検出部62Aの構成および動作について説明する。FIG. 4 is a block diagram schematically illustrating a configuration example of the state detection unit 62A according to the first embodiment. First, the configuration and operation of the state detection unit 62A when the arrival time difference TDOA ij (k) is selected as a monitoring target will be described.

図4に示される状態検出部62Aは、監視対象の計測値の時系列データにフィルタ処理を施して平滑値<TDOA>を算出する平滑値算出部81と、閾値TH1,TH2の組を設定する閾値設定部82Aと、平滑値<TDOA>を、閾値TH1を下限としかつ閾値TH2を上限とする数値範囲Δ(TH1,TH2)と比較して目標Tgtの状態が静止状態または移動状態のいずれであるかを判定する状態判定部83とを有する。ここで、kは時刻tを示す整数である。状態判定部83は、目標Tgtの状態が静止状態または移動状態のいずれであるかを示す判定結果ES1を判定出力部89に与える。たとえば、N個の到来時間差TDOAij(k−N+1),TDOAij(k−N+2),…,TDOAij(k−1),TDOAij(k)の計測値にフィルタ処理(たとえば、平均化)を施すことで、時刻tでの平滑値<TDOA>を算出することが可能である。到来時間差TDOAij(k)の値には、計測誤差に起因するバラツキが存在する。平滑値<TDOA>を使用することにより、そのようなバラツキの影響を低減させることが可能となる。The state detection unit 62A illustrated in FIG. 4 sets a set of a smoothed value calculation unit 81 that performs a filtering process on the time-series data of the measurement values to be monitored to calculate a smoothed value <TDOA> k , and thresholds TH1 and TH2. The threshold value setting unit 82A and the smoothed value <TDOA> k are compared with a numerical range Δ (TH1, TH2) having the lower limit of the threshold value TH1 and the upper limit of the threshold value TH2 to determine whether the state of the target Tgt is the stationary state or the moving state. And a state determination unit 83 that determines which one of them is used. Here, k is an integer that indicates the time t k. The state determination unit 83 provides the determination output unit 89 with a determination result ES1 indicating whether the state of the target Tgt is a stationary state or a moving state. For example, the N arrival time differences TDOA ij (k−N + 1), TDOA ij (k−N + 2),..., TDOA ij (k−1), and TDOA ij (k) are subjected to filtering (for example, averaging). by the applied, it is possible to calculate the smoothed value <TDOA> k at time t k. The value of the arrival time difference TDOA ij (k) has a variation due to a measurement error. By using the smoothed value <TDOA> k , it is possible to reduce the influence of such variations.

状態判定部83は、平滑値<TDOA>の時間変動を常時監視し、平滑値<TDOA>が一定期間T1の間、数値範囲Δ(TH1,TH2)内に継続して収まるときに、目標Tgtは静止状態にあると判定する。図5Aは、平滑値<TDOA>の時間変動の一例を表すグラフである。図5Aのグラフに示されるように、目標Tgtが静止状態にあるとき(t<tのとき)、平滑値<TDOA>は、閾値TH1,TH2間の数値範囲内に収まるように変動する。State determining unit 83 constantly monitors the time variation of smoothed value <TDOA> k, when the smoothed value <TDOA> k falls continuously for a period of time T1, the numerical range delta (TH1, TH2) in, It is determined that the target Tgt is in a stationary state. FIG. 5A is a graph illustrating an example of a temporal change of the smoothed value <TDOA> k . As shown in the graph of FIG. 5A, (when t <t m) when the target Tgt is stationary, smoothed value <TDOA> k varies to fit within the numerical range between thresholds TH1, TH2 .

平滑値<TDOA>が数値範囲Δ(TH1,TH2)内から数値範囲Δ(TH1,TH2)外へ変動したとき、状態判定部83は、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が生じたと判定する。図5Aの例では、平滑値<TDOA>は、時刻tで上限の閾値TH2を超えるように変動しているため、状態判定部83は、時刻tで目標Tgtの状態変化が生じたと判定することができる。When the smoothed value <TDOA> k changes from within the numerical range Δ (TH1, TH2) to outside the numerical range Δ (TH1, TH2), the state determination unit 83 determines that the state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state has occurred. It is determined that it has occurred. In the example of FIG. 5A, smoothed value <TDOA> k, since fluctuates to exceed the threshold value TH2 of the upper at time t m, the state determination section 83, at time t m and the state change of the target Tgt occurs Can be determined.

閾値TH1,TH2については、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化による平滑値<TDOA>の変動を速やかに検知することができるように数値範囲Δ(TH1,TH2)の幅を極力小さくする一方で、その状態変化以外の要因による平滑値<TDOA>の変動を検知しないように数値範囲Δ(TH1,TH2)の幅を大きくすることが望ましい。その状態変化以外の要因としては、主に、衛星Sti,Stjの動きが挙げられる。したがって、目標Tgtの状態変化による平滑値<TDOA>の変動と、衛星Sti,Stjの動きによる平滑値<TDOA>の変動とを考慮して、適切な閾値TH1,TH2を設定することが望ましい。Regarding the threshold values TH1 and TH2, the width of the numerical range Δ (TH1, TH2) is set as small as possible so that a change in the smoothed value <TDOA> k due to a change in the state of the target Tgt from the stationary state to the moving state can be detected quickly. On the other hand, it is desirable to increase the width of the numerical range Δ (TH1, TH2) so as not to detect a change in the smoothed value <TDOA> k due to a factor other than the state change. Factors other than the state change mainly include movements of the satellites Sti and Stj. Therefore, it is possible to set appropriate thresholds TH1 and TH2 in consideration of the fluctuation of the smoothed value <TDOA> k due to the change in the state of the target Tgt and the fluctuation of the smoothed value <TDOA> k due to the movement of the satellites Sti and Stj. desirable.

閾値設定部82Aは、データ記憶部67から供給された衛星軌道情報ODおよび監視エリア情報ADに基づき、次の状態判定式(1),(2)に示される閾値TH1,TH2の組を設定することができる。   The threshold setting unit 82A sets a set of thresholds TH1 and TH2 shown in the following state determination formulas (1) and (2) based on the satellite orbit information OD and the monitoring area information AD supplied from the data storage unit 67. be able to.


Figure 2019167268
ここで、TDOAminは、i番目の衛星Stiおよびj番目の衛星Stj(i≠j)の動きを考慮して設定された最小値であり、TDOAmaxは、衛星Sti,Stjの動きを考慮して設定された最大値である。また、σTDOAは、到来時間差の計測誤差の標準偏差である。3σTDOAは、到来時間差の計測誤差を考慮して標準偏差の3倍相当のマージンを与えるものである。
Figure 2019167268
Here, TDOA min is a minimum value set in consideration of the movement of the i-th satellite Sti and the j-th satellite Stj (i ≠ j), and TDOA max is considered in consideration of the movement of the satellites Sti and Stj. This is the maximum value set. Σ TDOA is the standard deviation of the measurement error of the arrival time difference. The 3σ TDOA gives a margin equivalent to three times the standard deviation in consideration of the measurement error of the arrival time difference.

状態判定部83は、状態判定式(1),(2)のいずれか一方が満たされたことを検知したときに、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が生じたと判定することができる。最小値TDOAminおよび最大値TDOAmaxは、衛星軌道情報ODおよび監視エリア情報ADを用いて算出可能である。監視エリア情報ADは、図1に示した監視エリアSAを定める座標情報である。衛星軌道情報ODは、衛星Sti,Stjの軌道計算に必要な軌道要素情報、または、軌道要素情報を用いた軌道計算アルゴリズムにより算出された軌道計算値であればよい。When detecting that one of the state determination formulas (1) and (2) is satisfied, the state determination unit 83 determines that the state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state has occurred. it can. The minimum value TDOA min and the maximum value TDOA max can be calculated using the satellite orbit information OD and the monitoring area information AD. The monitoring area information AD is coordinate information that defines the monitoring area SA shown in FIG. The satellite orbit information OD may be any orbit element information necessary for calculating the orbit of the satellites Sti and Stj, or an orbit calculation value calculated by an orbit calculation algorithm using the orbit element information.

たとえば、閾値設定部82Aは、あらかじめ、監視エリア情報ADで定められた監視エリアSA内の複数の地点Ψ,Ψ,…,Ψ(Lは正整数)に電波発信源が存在するとの仮定の下で、衛星Sti,Stjの最新の軌道計算値を用いて地点Ψ,Ψ,…,Ψにそれぞれ対応する到来時間差TDOA(Ψ,k),TDOA(Ψ,k),…,TDOA(Ψ,k)を予測する(kは時刻tを示す整数)。閾値設定部82Aは、予測された到来時間差TDOA(Ψ,k)〜TDOA(Ψ,k)のうちの最小値および最大値をそれぞれ最小値TDOAminおよび最大値TDOAmaxとして決定することができる。衛星Sti,Stjの軌道は24時間周期を持つため、閾値設定部82Aは、最新の軌道計算値を用いて24時間分の最小値TDOAmin(k)および最大値TDOAmax(k)をあらかじめ計算すれば十分である。また、閾値設定部82Aは、予測された到来時間差TDOA(Ψ,k)〜TDOA(Ψ,k)の中から、平滑値<TDOA>に近い到来時間差を選択し、当該選択された到来時間差に基づいて最小値TDOAminおよび最大値TDOAmaxを決定してもよい。For example, the threshold setting unit 82A determines that a radio wave transmission source exists at a plurality of points Ψ 1 , Ψ 2 ,..., L L (L is a positive integer) within the monitoring area SA defined in advance by the monitoring area information AD. under the assumption, the satellite Sti, point [psi 1 by using the latest trajectory calculation value of Stj, Ψ 2, ..., Ψ respectively L corresponding TDOA TDOA (Ψ 1, k), TDOA k (Ψ 2, k ), ..., TDOA (Ψ L , k) to predict the (k is an integer that indicates the time t k). Threshold setting unit 82A is able to determine the minimum and maximum values of the predicted arrival time difference TDOA (Ψ 1, k) ~TDOA (Ψ L, k) as the minimum value TDOA min and a maximum value TDOA max respectively it can. Since the orbits of the satellites Sti and Stj have a 24-hour period, the threshold setting unit 82A calculates the minimum value TDOA min (k) and the maximum value TDOA max (k) for 24 hours in advance using the latest orbit calculation value. That is enough. Also, the threshold setting unit 82A selects an arrival time difference close to the smoothed value <TDOA> k from the predicted arrival time differences TDOA (Ψ 1 , k) to TDOA (Ψ L , k), and selects the selected arrival time difference. The minimum value TDOA min and the maximum value TDOA max may be determined based on the arrival time difference.

次に、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が生じた場合、平滑値<TDOA>の変動幅が一定範囲内に収まる。この場合、状態判定部83は、平滑値<TDOA>が一定期間T1の間、数値範囲Δ(TH1,TH2)内に継続して収まることを検知したときに、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が生じたと判定する。一定期間T1の時間長は、パラメータ設定値である。図5Bは、平滑値<TDOA>の時間変動の他の例を表すグラフである。図5Bのグラフに示されるように、平滑値<TDOA>の変動幅が時刻t以後小さくなり、時刻t〜時刻tの間、平滑値<TDOA>は、数値範囲Δ(TH1,TH2)内に継続して収まるように推移している。このとき、状態判定部83は、時刻tで目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が生じたと判定することができる。Next, when the state of the target Tgt changes from the moving state to the stationary state, the fluctuation range of the smoothed value <TDOA> k falls within a certain range. In this case, when the state determination unit 83 detects that the smoothed value <TDOA> k is continuously within the numerical range Δ (TH1, TH2) during the certain period T1, the state determination unit 83 stops moving from the moving state of the target Tgt. It is determined that a state change to a state has occurred. The time length of the fixed period T1 is a parameter setting value. FIG. 5B is a graph illustrating another example of the temporal variation of the smoothed value <TDOA> k . As shown in the graph of FIG. 5B, the variation width of the smoothed value <TDOA> k will have after the time t d decreased, during time t d ~ time t s, smoothed value <TDOA> k are numerical range delta (TH1 , TH2). In this case, the state determination unit 83 may determine that the state change from the moving state of the target Tgt the stationary state occurs at time t s.

より具体的には、状態判定部83は、一定期間T1の間、次の状態判定式(3),(4)の双方が満たされることを継続して検知したときに、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が生じたと判定することができる。   More specifically, when the state determination unit 83 continuously detects that both of the following state determination formulas (3) and (4) are satisfied during the fixed period T1, the state determination unit 83 determines the moving state of the target Tgt. It can be determined that the state change from the state to the stationary state has occurred.


Figure 2019167268

Figure 2019167268

次に、図4を参照しつつ、到来周波数差FDOAij(k)を監視対象として選択した場合の状態検出部62Aの構成および動作について説明する。Next, the configuration and operation of the state detection unit 62A when the arrival frequency difference FDOA ij (k) is selected as a monitoring target will be described with reference to FIG.

図4に示される状態検出部62Aは、監視対象である計測値の時系列データにフィルタ処理を施して平滑値<FDOA>を算出する平滑値算出部85と、閾値TH3,TH4の組を設定する閾値設定部86Aと、平滑値<FDOA>を、閾値TH3を下限としかつ閾値TH4を上限とする数値範囲Δ(TH3,TH4)と比較して目標Tgtの状態が静止状態または移動状態のいずれであるかを判定する状態判定部87とを有する。ここで、kは時刻tを示す整数である。たとえば、N個の到来周波数差FDOAij(k−N+1),FDOAij(k−N+2),…,FDOAij(k−1),FDOAij(k)の計測値にフィルタ処理(たとえば、平均化)を施すことで、時刻tでの平滑値<FDOA>を算出することが可能である。到来周波数差FDOAij(k)の値には、計測誤差に起因するバラツキが存在する。平滑値<FDOA>を使用することにより、そのようなバラツキの影響を低減させることが可能となる。The state detection unit 62A shown in FIG. 4 performs a filtering process on the time-series data of the measurement values to be monitored to calculate a smoothed value <FDOA> k , and a set of threshold values TH3 and TH4. The threshold value setting unit 86A to be set and the smoothed value <FDOA> k are compared with a numerical range Δ (TH3, TH4) where the threshold value TH3 is a lower limit and the threshold value TH4 is an upper limit, and the state of the target Tgt is a stationary state or a moving state. And a state determination unit 87 that determines which of Here, k is an integer that indicates the time t k. For example, a filter processing (for example, averaging) is performed on the measured values of N arrival frequency differences FDOA ij (k−N + 1), FDOA ij (k−N + 2),..., FDOA ij (k−1), and FDOA ij (k). ) by the applied, it is possible to calculate the smoothed value <FDOA> k at time t k. The value of the arrival frequency difference FDOA ij (k) has a variation due to a measurement error. By using the smoothed value <FDOA> k , it is possible to reduce the influence of such variations.

状態判定部87は、平滑値<FDOA>の時間変動を常時監視し、平滑値<FDOA>が一定期間T2の間、数値範囲Δ(TH3,TH4)内に継続して収まるときに、目標Tgtは静止状態にあると判定することができる。また、平滑値<FDOA>が数値範囲Δ(TH3,TH4)内から数値範囲Δ(TH3,TH4)外へ変動したとき、状態判定部87は、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が生じたと判定することができる。State determination unit 87 constantly monitors the time variation of smoothed value <FDOA> k, while smoothed value <FDOA> k is constant period T2, the numerical range Δ when fit to continue (TH3, TH4) in, The target Tgt can be determined to be in a stationary state. Further, when the smoothed value <FDOA> k changes from within the numerical range Δ (TH3, TH4) to outside the numerical range Δ (TH3, TH4), the state determination unit 87 sets the state of the target Tgt from the stationary state to the moving state. It can be determined that a change has occurred.

閾値TH3,TH4については、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化による平滑値<FDOA>の変動を速やかに検知することができるように数値範囲Δ(TH3,TH4)の幅を極力小さくする一方で、その状態変化以外の要因による平滑値<FDOA>の変動を検知しないように数値範囲Δ(TH3,TH4)の幅を大きくすることが望ましい。その状態変化以外の要因としては、主に、衛星Sti,Stjの動きと、目標Tgtの姿勢変化などの動揺によるドップラー効果とが挙げられる。たとえば、目標Tgtが船舶の場合、波または風の影響による船舶の動揺(たとえば、縦揺れおよび横揺れ)が生じ、これに起因するドップラー効果が発生することがある。したがって、目標Tgtの状態変化による平滑値<FDOA>の変動と、人工衛星Sti,Stjの動きによる平滑値<FDOA>の変動と、目標Tgtの動揺による平滑値<FDOA>の変動とを考慮して、適切な閾値TH3,TH4を設定することが望ましい。Regarding the threshold values TH3 and TH4, the width of the numerical range Δ (TH3, TH4) is set as small as possible so that the fluctuation of the smoothed value <FDOA> k due to the change in the state of the target Tgt from the stationary state to the moving state can be detected quickly. On the other hand, it is desirable to increase the width of the numerical range Δ (TH3, TH4) so as not to detect the fluctuation of the smoothed value <FDOA> k due to factors other than the state change. Factors other than the state change mainly include the movements of the satellites Sti and Stj and the Doppler effect due to fluctuations such as a change in the attitude of the target Tgt. For example, when the target Tgt is a ship, the ship may be shaken (for example, pitching and rolling) due to the influence of a wave or wind, and the Doppler effect resulting therefrom may occur. Therefore, a variation of smoothed values <FDOA> k by the state change of the target Tgt, satellite Sti, the variation of the smoothed value <FDOA> k due to the motion of Stj, the variation of the smoothed value <FDOA> k according to upset the target Tgt In consideration of the above, it is desirable to set appropriate thresholds TH3 and TH4.

閾値設定部86Aは、データ記憶部67から供給された衛星軌道情報OD,監視エリア情報ADおよび目標揺動情報SDに基づき、次の状態判定式(5),(6)に示される閾値TH3,TH4の組を設定することができる。   The threshold value setting unit 86A determines the threshold values TH3 and TH3 shown in the following state determination formulas (5) and (6) based on the satellite orbit information OD, the monitoring area information AD and the target swing information SD supplied from the data storage unit 67. A set of TH4 can be set.


Figure 2019167268
ここで、FDOAminは、i番目の衛星Stiおよびj番目の衛星Stj(i≠j)の動きを考慮して設定された最小値であり、FDOAmaxは、衛星Sti,Stjの動きを考慮して設定された最大値である。また、σFDOAは、到来周波数差の計測誤差の標準偏差である。3σFDOAは、到来周波数差の計測誤差を考慮して標準偏差の3倍相当のマージンを与えるものである。さらに、σmotionは、目標揺動情報SDに基づき、目標Tgtの動揺によるドップラー効果を考慮して設定された値であり、当該ドップラー効果に起因する到来周波数差の揺らぎを示す値である。たとえば、目標Tgtが船舶の場合、海洋上の多数の地点における波に関するデータが提供されている。データ取得部68は、外部サーバ(図示せず)から、このような波に関するデータを目標揺動情報SDとして取得することができるので、閾値設定部86Aは、目標揺動情報SDに基づき、任意の地点における船舶の動揺の見積もりを実行して到来周波数差の揺らぎを示す値σmotionを算出することができる。
Figure 2019167268
Here, FDOA min is a minimum value set in consideration of the movement of the i-th satellite Sti and the j-th satellite Stj (i ≠ j), and FDOA max is set in consideration of the movement of the satellites Sti and Stj. This is the maximum value set. Further, σ FDOA is a standard deviation of a measurement error of an arrival frequency difference. The 3σ FDOA gives a margin equivalent to three times the standard deviation in consideration of the measurement error of the arrival frequency difference. Further, σ motion is a value set in consideration of the Doppler effect due to the fluctuation of the target Tgt based on the target fluctuation information SD, and is a value indicating fluctuation of an incoming frequency difference caused by the Doppler effect. For example, if the target Tgt is a ship, data is provided on waves at a number of points on the ocean. The data acquisition unit 68 can acquire data on such a wave as the target swing information SD from an external server (not shown). The estimation of the motion of the ship at the point is performed, and the value σ motion indicating the fluctuation of the arrival frequency difference can be calculated.

閾値設定部86Aは、状態判定式(5),(6)のいずれか一方が満たされたことを検知したときに、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が生じたと判定することができる。最小値TDOAminおよび最大値TDOAmaxを算出する場合と同様に、最小値FDOAminおよび最大値FDOAmaxは、衛星軌道情報ODおよび監視エリア情報ADを用いて算出可能である。また、揺らぎσmotionは、目標Tgtの位置と衛星Sti,Stjの位置とが不変であるとの仮定の下、目標Tgtの動揺速度の分散値を含む目標揺動情報SDに基づいて算出可能である。目標Tgtの動揺速度の分散値が与えられれば、マージン3σmotionを算出することができる。When detecting that one of the state determination formulas (5) and (6) is satisfied, the threshold value setting unit 86A may determine that the state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state has occurred. it can. Similarly to the case where the minimum value TDOA min and the maximum value TDOA max are calculated, the minimum value FDOA min and the maximum value FDOA max can be calculated using the satellite orbit information OD and the monitoring area information AD. Further, the fluctuation σ motion can be calculated based on the target fluctuation information SD including the dispersion value of the fluctuation speed of the target Tgt under the assumption that the position of the target Tgt and the positions of the satellites Sti and Stj are invariable. is there. Given the variance of the fluctuation speed of the target Tgt, the margin 3σ motion can be calculated.

一方、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が生じる場合、平滑値<FDOA>の変動幅が一定範囲内に収まる。この場合、状態判定部87は、平滑値<FDOA>が一定期間T2の間、数値範囲Δ(TH3,TH4)内に継続して収まることを検知したときに、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が生じたと判定する。一定期間T2の時間長は、パラメータ設定値である。より具体的には、状態判定部87は、一定期間T2の間、次の状態判定式(7),(8)の双方が満たされることを継続して検知したときに、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が生じたと判定することができる。On the other hand, when the state change of the target Tgt from the moving state to the stationary state occurs, the fluctuation range of the smoothed value <FDOA> k falls within a certain range. In this case, when the state determination unit 87 detects that the smoothed value <FDOA> k is continuously within the numerical range Δ (TH3, TH4) during the certain period T2, the state determination unit 87 stops moving from the moving state of the target Tgt. It is determined that a state change to a state has occurred. The time length of the fixed period T2 is a parameter setting value. More specifically, when the state determination unit 87 continuously detects that both of the following state determination formulas (7) and (8) are satisfied during the fixed period T2, the state determination unit 87 moves the target Tgt. It can be determined that the state change from the state to the stationary state has occurred.


Figure 2019167268

Figure 2019167268

以上に説明したように、状態判定部83は、目標Tgtの動きの有無、すなわち、目標Tgtの状態が静止状態または移動状態のいずれであるかを判定し、その判定結果ES1を判定出力部89に与える。判定出力部89は、図3に示されるように、判定結果ES1を示す検出信号ESを測位演算部63A,追尾演算部64Aおよびデータ移行部65に供給する。   As described above, the state determination unit 83 determines whether the target Tgt is moving, that is, whether the target Tgt is in the stationary state or the moving state, and outputs the determination result ES1 to the determination output unit 89. Give to. The determination output unit 89 supplies a detection signal ES indicating the determination result ES1 to the positioning calculation unit 63A, the tracking calculation unit 64A, and the data transfer unit 65, as shown in FIG.

次に、測位演算部63A、追尾演算部64Aおよび追尾演算部64Aを詳細に説明する前に、実施の形態1および後述の実施の形態2〜4で使用されるカルマンフィルタおよび非線形最小二乗法について説明する。カルマンフィルタは、フィルタリング理論の一種である。   Next, before describing the positioning calculation unit 63A, the tracking calculation unit 64A, and the tracking calculation unit 64A in detail, the Kalman filter and the nonlinear least square method used in the first embodiment and the second to fourth embodiments described below will be described. I do. Kalman filter is a kind of filtering theory.

カルマンフィルタの目的は、時刻tにおいて雑音の混入した観測値系列z,…,zk−1,zが得られたとき、当該観測値系列と状態空間モデルとを用いて目標Tgtの静止状態および移動状態を示す物理量を推定することである。状態空間モデルは、目標Tgtの運動モデル(状態方程式)と観測モデル(観測方程式)とで構成される。運動モデルは次式(9)で与えられる。The purpose of the Kalman filter, the observed value series z 1 that mixing of the noise was at time t k, ..., when z k-1, z k is obtained, a stationary target Tgt by using the corresponding observation value series and a state space model It is to estimate physical quantities indicating the state and the moving state. The state space model includes a motion model (state equation) of the target Tgt and an observation model (observation equation). The motion model is given by the following equation (9).


Figure 2019167268
ここで、xは、時刻tにおけるn行1列の状態ベクトルであり、観測不能な真の状態を表している。nは2以上の整数である。wは、時刻tにおけるn行1列の雑音ベクトルであり、Fは、時刻tにおけるn行n列の状態遷移行列である。後述するように、状態ベクトルxの成分は、測位演算に適用される場合と追尾演算で適用される場合とで異なる。雑音ベクトルwの平均は零ベクトルとし、雑音ベクトルwの共分散行列はQで表現されるものとする。
Figure 2019167268
Here, x k is the state vector of n rows and one column at a time t k, represent unobservable true state. n is an integer of 2 or more. w k is the noise vector n -by-1 at time t k, F k is the state transition matrix of n rows and n columns at time t k. As described later, the components of the state vector xk are different between a case where the components are applied to the positioning calculation and a case where the components are applied to the tracking calculation. The mean of the noise vector w k is a zero vector, and the covariance matrix of the noise vector w k is represented by Q k .

一方、観測モデルは次式(10)で与えられる。   On the other hand, the observation model is given by the following equation (10).


Figure 2019167268
ここで、zは、時刻tにおけるm行1列の観測ベクトルであり、vは、時刻tにおけるm行1列の雑音ベクトルであり、mは正整数である。雑音ベクトルvの平均は零ベクトルとし、雑音ベクトルvの共分散行列はRで表現されるものとする。また、h[x]は、状態ベクトルxに関する観測関数であり、m行1列のベクトルである。m=1のとき、z,v,h[x]は、スカラー量となる。
Figure 2019167268
Here, z k is the observation vector of m rows and one column at a time t k, v k is the noise vector of m rows and one column at a time t k, m is a positive integer. The average of the noise vector v k is a zero vector, and the covariance matrix of the noise vector v k is represented by R k . H [x k ] is an observation function relating to the state vector x k and is a vector of m rows and 1 column. When m = 1, z k , v k , h [x k ] are scalar quantities.

カルマンフィルタによる推定処理(反復推定処理)は、予測処理、平滑化処理(更新処理)および外れ値判定処理を反復して実行することにより実現される。以下、x(k|p)は、時刻tの時点での時刻tの状態推定値からなるn行1列のベクトルを表すものとする。The estimation process by the Kalman filter (iterative estimation process) is realized by repeatedly executing a prediction process, a smoothing process (update process), and an outlier determination process. Hereinafter, x (k | p) denote the vector of n rows and one column consisting of state estimation value at time t k at the time of time t p.

予測処理では、次式(11),(12)に従い、事前状態推定ベクトルx(k|k−1)および事前誤差共分散行列P(k|k−1)が計算される。   In the prediction process, a prior state estimation vector x (k | k-1) and a prior error covariance matrix P (k | k-1) are calculated according to the following equations (11) and (12).


Figure 2019167268
ここで、F は、状態遷移行列Fに対する転置行列である。
Figure 2019167268
Here, F k T is a transposed matrix for the state transition matrix F k .

平滑化処理(更新処理)では、次式(13),(14)に従い、状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)が算出される。   In the smoothing processing (update processing), the state estimation vector x (k | k) and the posterior error covariance matrix P (k | k) are calculated according to the following equations (13) and (14).


Figure 2019167268
ここで、eは、観測値と状態推定値との間の残差からなる観測残差ベクトルである。また、Sは観測残差共分散行列、Kはカルマンゲイン、Hは観測行列である。観測残差ベクトルe、観測残差共分散行列SおよびカルマンゲインKは、それぞれ、次式(15),(16),(17)で与えられる。
Figure 2019167268
Here, ek is an observation residual vector composed of a residual between the observation value and the state estimation value. Further, S k is an observation residual covariance matrix, K k is a Kalman gain, and H k is an observation matrix. The observed residual vector e k , the observed residual covariance matrix S k and the Kalman gain K k are given by the following equations (15), (16) and (17), respectively.


Figure 2019167268

Figure 2019167268

観測行列Hは、次式(18)で示されるヤコビアン行列(Jacobian matrix)によって定義される。The observation matrix H k is defined by a Jacobian matrix expressed by the following equation (18).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

また、上記予測処理の後に、観測値が外れ値(outlier values)か否かを判定する外れ値判定処理が実行される。外れ値判定処理では、まず、次式(19)に基づいて、次式(20)で定義される観測残差共分散行列Sを用いた重み付き残差平方和Dが算出される。Further, after the prediction processing, an outlier determination processing for determining whether or not the observed value is an outlier value is executed. In the outlier determination processing, first, a weighted residual sum of squares D k using the observed residual covariance matrix S k defined by the following equation (20) is calculated based on the following equation (19).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

式(19)は、上式(15)で示される観測残差ベクトルeを用いれば、次式(21)として表現可能である。Equation (19), by using the observation residual vector e k represented by the above formula (15) can be expressed as the following equation (21).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

その後、次の判定式(22)が成立するか否かが判定される。   Thereafter, it is determined whether the following determination formula (22) is satisfied.


Figure 2019167268
ここで、γは、カイ二乗分布に従うゲートサイズパラメータである。
Figure 2019167268
Here, γ is a gate size parameter according to a chi-square distribution.

判定式(22)が成立する場合には、観測値は外れ値ではないと判定され、平滑化処理(更新処理)が実行される。一方、判定式(22)が成立しない場合には、観測値は外れ値であると判定されるので、平滑化処理は実行されない。この場合、上式(13),(14)の代わりに次式(23)に従って、状態推定値x(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)が算出される。   When the determination formula (22) holds, it is determined that the observed value is not an outlier, and a smoothing process (update process) is performed. On the other hand, when the determination formula (22) does not hold, the observation value is determined to be an outlier, and thus the smoothing process is not performed. In this case, the state estimation value x (k | k) and the posterior error covariance matrix P (k | k) are calculated according to the following equation (23) instead of the above equations (13) and (14).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

図6は、カルマンフィルタによる反復推定処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。まず、ステップST11では、初期化が実行される。すなわち、時刻t(k=0)における状態推定ベクトルx(0|0)および事後誤差共分散行列P(0|0)が与えられる。FIG. 6 is a flowchart schematically illustrating an example of a procedure of an iterative estimation process using a Kalman filter. First, in step ST11, initialization is performed. That is, state estimation vector x (0 | 0) and posterior error covariance matrix P (0 | 0) at time t 0 (k = 0) are provided.

次いで、時刻t(k=1)における観測値の組すなわち観測ベクトルzが得られるまで待機し(ステップST12のNO)。観測ベクトルzが得られると(ステップST12のYES)、時刻t(k=1)について上記予測処理が実行される(ステップST13)。この結果、事前状態推定ベクトルx(k|k−1)および事前誤差共分散行列P(k|k−1)が得られる。続けて、上記外れ値判定処理が実行される(ステップST14)。その結果、観測ベクトルzにおける観測値が外れ値ではないと判定されたときは(ステップST15のNO)、上記平滑化処理が実行される(ステップST20)。これにより、時刻t(k=1)における状態推定値x(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)が計算される。Next, the process waits until a set of observation values at time t 1 (k = 1), that is, an observation vector z k is obtained (NO in step ST12). When observation vector z k is obtained (YES in step ST12), the time t k (k = 1) the prediction process is performed for (step ST13). As a result, a prior state estimation vector x (k | k-1) and a prior error covariance matrix P (k | k-1) are obtained. Subsequently, the outlier determination processing is executed (step ST14). As a result, when the observed value in the observation vector z k is determined not to be outliers (NO in step ST15), the smoothing process is executed (step ST20). Thus, the time t k (k = 1) in the state estimate x (k | k) and post-error covariance matrix P (k | k) is calculated.

平滑化処理(ステップST20)の後、収束条件が満たされるか否かが判定される(ステップST21)。収束条件は、各時刻tにおける状態推定値x(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)が十分に収束していると推定される場合に満たされる条件である。収束条件が満たされない場合(ステップST21のNO)、事前状態推定ベクトルx(k|k−1)および事前誤差共分散行列P(k|k−1)が、ステップST20で算出された状態推定値x(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)でそれぞれ置き換えられる(ステップST22)。次いで、平滑化処理(ステップST20)が再度実行される。時刻tについて、最終的に収束条件が満たされた場合に(ステップST21のYES)、次のステップS24が実行される。このように収束条件が満たされるまで、平滑化処理を繰り返し実行すること(巡回処理)によって、精度の高い状態推定値x(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)を得ることができる。After the smoothing process (step ST20), it is determined whether a convergence condition is satisfied (step ST21). Convergence condition, each time t k at the state estimate x is a condition that | | (k k) is satisfied when it is estimated that sufficiently converged (k k) and post the error covariance matrix P. If the convergence condition is not satisfied (NO in step ST21), the prior state estimation vector x (k | k-1) and the prior error covariance matrix P (k | k-1) are used as the state estimation values calculated in step ST20. x (k | k) and the posterior error covariance matrix P (k | k) are respectively substituted (step ST22). Next, the smoothing process (step ST20) is performed again. For time t k, (YES in step ST21) when the final convergence condition is satisfied, the next step S24 is executed. By repeatedly executing the smoothing process (the cyclic process) until the convergence condition is satisfied, a highly accurate state estimation value x (k | k) and a posterior error covariance matrix P (k | k) are obtained. be able to.

ステップST21の収束条件は、たとえば、各時刻tについて平滑化処理があらかじめ設定された回数だけ繰り返し実行された場合、または、各時刻tについて、直近のj回目に算出された状態推定値x(k|k)とj−1回目に算出された状態推定値xj−1(k|k)との間のノルムが閾値以下となった場合に満たされるものとすることができる(jは、巡回処理における平滑化処理の繰り返し回数)。あるいは、直近のj回目に算出された事後誤差共分散行列P(k|k)とj−1回目に算出された事後誤差共分散行列Pj−1(k|k)との間のノルムが閾値以下となり、かつ、状態推定値x(k|k),xj−1(k|k)間のノルムが閾値以下となった場合にステップST21の収束条件が満たされてもよい。Convergence condition in step ST21, for example, if the smoothing process is repeatedly executed the number of times set in advance for each time t k, or, for each time t k, the last j-th to the calculated state estimate x It can be satisfied when the norm between j (k | k) and the state estimation value xj-1 (k | k) calculated at the j- 1th time is equal to or smaller than the threshold (j Is the number of repetitions of the smoothing process in the cyclic process). Alternatively, the norm between the latest posterior error covariance matrix P j (k | k) calculated at the j-th time and the posterior error covariance matrix P j-1 (k | k) calculated at the j−1-th time Is smaller than or equal to the threshold and the norm between the state estimation values x j (k | k) and x j−1 (k | k) is smaller than or equal to the threshold, the convergence condition of step ST21 may be satisfied.

一方、観測値が外れ値であると判定されたときは(ステップST15のYES)、ステップST20の平滑化処理は実行されず、上式(23)に従って、状態推定値x(k|k)および事前誤差共分散行列P(k|k)が算出される(ステップST16)。   On the other hand, when it is determined that the observed value is an outlier (YES in step ST15), the smoothing process in step ST20 is not performed, and the state estimation value x (k | k) and the state estimated value x (k | k) are calculated according to the above equation (23). A prior error covariance matrix P (k | k) is calculated (step ST16).

ステップST16またはステップST21の後、あらかじめ定められた反復条件が満たされると判定されたとき(ステップST24のYES)、次の時刻t(k=2)について上記処理手順が反復して実行される(ステップST25,ST12以後)。最終的に、反復条件が満たされないと判定されたときに(ステップST24のNO)、反復推定処理は終了する。After step ST16 or step ST21, the procedure is performed iteratively for when it is determined that the predetermined repetition condition is satisfied (YES in step ST24), the next time t k (k = 2) (After steps ST25 and ST12). Finally, when it is determined that the repetition condition is not satisfied (NO in step ST24), the repetition estimation process ends.

次に、非線形最小二乗法について説明する。   Next, the nonlinear least squares method will be described.

まず、次式(24)の観測モデル(観測方程式)が成立すると仮定する。   First, it is assumed that the observation model (observation equation) of the following equation (24) is established.


Figure 2019167268
ここで、yは、時刻tにおけるp行1列の観測ベクトルであり、ηは、時刻tにおけるp行1列の雑音ベクトルであり、pは2以上の整数である。雑音ベクトルηの平均は零ベクトルとし、雑音ベクトルηの共分散行列(観測雑音共分散行列)はΩで表現されるものとする。また、φ[χ]は、状態ベクトルχに関する観測関数であり、p行1列のベクトルである。
Figure 2019167268
Here, y k is the observation vector of p rows and one column at a time t k, the eta k is a noise vector of p rows and one column at a time t k, p is an integer of 2 or more. The mean of the noise vector η k is a zero vector, and the covariance matrix (observation noise covariance matrix) of the noise vector η k is represented by Ω k . Φ k [χ] is an observation function related to the state vector χ, and is a vector of p rows and 1 column.

K回の計測結果(Kは2以上の整数)に対して、観測残差の大きさを評価する評価関数J(χ)が次式(25)により定義される。   For K measurement results (K is an integer of 2 or more), an evaluation function J (χ) for evaluating the magnitude of the observation residual is defined by the following equation (25).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

評価関数J(χ)は、雑音環境下での観測ベクトルyとベクトルφ[χ]との間の距離(「マハラノビス距離(Mahalanobis distance)」と呼ばれる。)の二乗の総和を表している。The evaluation function J (χ) represents the sum of the squares of the distance between the observation vector y k and the vector φ k [χ] in a noise environment (referred to as “Mahalanobis distance”). .

非線形最小二乗法の目的は、次式(26)に示されるように評価関数J(χ)を最小にするχの近似解χminを求めることである。The purpose of the nonlinear least squares method is to find an approximate solution χ min of χ that minimizes the evaluation function J (χ) as shown in the following equation (26).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

仮に、観測関数φ[χ]が、次式(27)に示されるように線形でかつ行列Γを用いて表現可能であるとする。It is assumed that the observation function φ k [χ] is linear and can be expressed using the matrix Γ k as shown in the following equation (27).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

このとき、非線形最小二乗法による近似解χminは、次式(28)で与えられる。At this time, the approximate solution min min by the nonlinear least squares method is given by the following equation (28).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

一方、観測関数φ[χ]が非線形である場合には、再帰最小二乗法(Recursive Least−Squares,RLS)アルゴリズムにより、近似解χminを求めることができる。たとえば、観測関数φ[χ]が、近似的に、次式(29)で示されるヤコビアン行列(関数行列)を用いて表現可能であるとする。On the other hand, when the observation function φ k [χ] is nonlinear, an approximate solution min min can be obtained by a recursive least-squares (RLS) algorithm. For example, it is assumed that the observation function φ k [χ] can be approximately expressed using a Jacobian matrix (function matrix) represented by the following equation (29).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

RLSアルゴリズムでは、たとえば、次の収束演算式(30),(31),(32)を使用することができる(mは、再帰処理における繰り返し回数)。   In the RLS algorithm, for example, the following convergence equations (30), (31), and (32) can be used (m is the number of repetitions in recursive processing).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

RLSアルゴリズムに基づく再帰処理の手順は以下のとおりである。まず、初期化が実行される。すなわち、解の候補の初期値χ(m=0)が設定される。次に、繰り返し回数m=1,2,…について、上式(30),(31),(32)に基づいた演算が反復して実行される。このとき、次式(33)で示される反復終了条件が満たされたときに再帰処理が正常に終了する。The procedure of the recursive processing based on the RLS algorithm is as follows. First, initialization is performed. That is, an initial value χ 0 (m = 0) of a solution candidate is set. Next, for the number of repetitions m = 1, 2,..., Calculations based on the above equations (30), (31), (32) are repeatedly executed. At this time, the recursive processing ends normally when the repetition end condition represented by the following equation (33) is satisfied.


Figure 2019167268
ここで、εは、微少な正の実数であり、Mは、繰り返し回数の上限値である。最終的に、反復終了条件を満たす解χが、近似解χminとして与えられる。
Figure 2019167268
Here, ε is a small positive real number, and M is the upper limit of the number of repetitions. Finally, a solution を 満 た すm satisfying the iteration termination condition is given as an approximate solution 近似min .

次に、測位演算部63Aの構成および動作について説明する。   Next, the configuration and operation of the positioning calculation unit 63A will be described.

測位演算部63Aは、計測部61から供給された到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k),TDOA31(k)の計測値の中から2以上の計測値の組を選択し、当該選択された計測値の組を観測ベクトルとして用いた測位演算を実行することにより目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)を逐次算出する機能を有する。これら計測値は、互いに同期して、または互いにほぼ同期して得られる値である。測位演算部63Aは、互いに同期して得られる到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k)の計測値の組を選択し、この組を観測ベクトルとして用いた測位演算を実行することができる。The positioning calculation unit 63A selects a set of two or more measurement values from the measurement values of the arrival time differences TDOA 12 (k), TDOA 23 (k), and TDOA 31 (k) supplied from the measurement unit 61, and It has a function of sequentially calculating a state estimation vector x po (k) indicating an estimated position of the target Tgt by executing a positioning operation using the selected set of measurement values as an observation vector. These measurement values are values obtained in synchronization with each other or almost in synchronization with each other. The positioning calculation unit 63A can select a set of measurement values of the arrival time differences TDOA 12 (k) and TDOA 23 (k) obtained in synchronization with each other, and execute a positioning calculation using this set as an observation vector. .

あるいは、測位演算部63Aは、計測部61から供給された到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k),TDOA31(k)および到来周波数差FDOA12(k),FDOA23(k),FDOA31(k)の計測値の中から、少なくとも1つの到来時間差および少なくとも1つの到来周波数差の計測値を選択し、当該選択された計測値の組を観測ベクトルとして用いた測位演算を実行することにより目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)を逐次算出する機能を有している。これら計測値は、互いに同期して、または互いにほぼ同期して得られる値である。たとえば、測位演算部63Aは、到来時間差TDOA12(k)と到来周波数差FDOA12(k)の計測値の組を選択し、この組を観測ベクトルとして用いた測位演算を実行することができる。Alternatively, the positioning operation unit 63A, measurement unit 61 TDOA supplied from TDOA 12 (k), TDOA 23 (k), TDOA 31 (k) and arriving frequency difference FDOA 12 (k), FDOA 23 (k), At least one measurement value of the arrival time difference and at least one arrival frequency difference is selected from the measurement values of the FDOA 31 (k), and a positioning operation is performed using the selected set of measurement values as an observation vector. Thus, a state estimation vector x po (k) indicating the estimated position of the target Tgt is sequentially calculated. These measurement values are values obtained in synchronization with each other or almost in synchronization with each other. For example, the positioning calculation unit 63A can select a set of measurement values of the arrival time difference TDOA 12 (k) and the arrival frequency difference FDOA 12 (k), and execute positioning calculation using this set as an observation vector.

図7は、実施の形態1における測位演算部63A、追尾演算部64Aおよびデータ移行部65からなる演算部の構成を概略的に示すブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a calculation unit including a positioning calculation unit 63A, a tracking calculation unit 64A, and a data transfer unit 65 according to the first embodiment.

図7に示されるように、測位演算部63Aは、単測位部91Aと反復推定部92Aとを有する。単測位部91Aは、当該選択された計測値の組を観測ベクトルとして用いた非線形最小二乗法による測位演算を実行して目標Tgtの位置を示す測位ベクトルPOSを算出し、当該測位ベクトルPOSを反復推定部92Aに出力する。反復推定部92Aは、測位ベクトルPOSを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を実行して目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)を算出する。As shown in FIG. 7, the positioning calculation unit 63A has a single positioning unit 91A and an iterative estimation unit 92A. The single positioning unit 91A calculates a positioning vector POS k indicating the position of the target Tgt by executing a positioning operation by the non-linear least squares method using the selected set of measurement values as an observation vector, and calculates the positioning vector POS k Is output to the iterative estimation unit 92A. The iterative estimating unit 92A calculates a state estimation vector x po (k) indicating the estimated position of the target Tgt by executing an iterative estimation process using a Kalman filter using the positioning vector POS k .

より具体的には、単測位部91Aは、上記した再帰最小二乗法(RLS)アルゴリズムに従い、当該選択された計測値の組を観測ベクトルyとして用いた再帰処理を実行することができる。たとえば、TDOA12(k),TDOA23(k)の計測値の組が観測ベクトルyとして選択されている場合、観測ベクトルyは、次式(34)で与えられる。More specifically, the single positioning unit 91A can be above the recursive least square method in accordance with (RLS) algorithm, it executes the recursive process using a set of the selected measured value as an observation vector y k. For example, TDOA 12 (k), if the set of measurements of TDOA 23 (k) is selected as the observation vector y k, the observation vector y k is given by the following equation (34).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

このとき、時刻tにおける観測関数φ[χ=ptgt]は、次式(35)で与えられる。At this time, the observation function φ k= p tgt] is at time t k, is given by the following equation (35).


Figure 2019167268
ここで、ptgtは、地球の重心を原点とする、目標Tgtの位置座標を示す位置ベクトルであり、p(k)は、時刻tでの衛星St1の位置座標を示す位置ベクトルであり、p(k)は、時刻tでの衛星St2の位置座標を示す位置ベクトルである。
Figure 2019167268
Here, p tgt is the origin of the center of gravity of the earth, a position vector indicating the position coordinates of the target Tgt, p 1 (k) is located at a position vector indicating the position coordinates of the satellites St1 at time t k , p 2 (k) is a position vector indicating the position coordinates of the satellite St2 at time t k.

観測雑音共分散行列Ωは、次式(36)で与えられるものとする。The observation noise covariance matrix Ω k is given by the following equation (36).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

単測位部91Aは、複数回の計測結果に対して上記したRLSアルゴリズムによる再帰処理を実行することにより、評価関数J(χ=ptgt)を最小にする近似解χminを測位ベクトルPOSとして算出することができる。単測位部91Aは、測位ベクトルPOSを反復推定部92Aに供給する。The single positioning unit 91A executes the recursive process by the above-described RLS algorithm on the measurement results of a plurality of times, and sets the approximate solution min min that minimizes the evaluation function J (χ = ptgt ) as the positioning vector POS k. Can be calculated. The single positioning unit 91A supplies the positioning vector POS k to the iterative estimation unit 92A.

単測位演算における理論的な測位誤差を表す誤差共分散行列Λは、次式(36A)で与えられる。

Figure 2019167268
ここで、Φ[χ]は、上式(29)で示されるヤコビアン行列である。An error covariance matrix 表 す representing a theoretical positioning error in the single positioning operation is given by the following equation (36A).
Figure 2019167268
Here, Φ k [χ] is a Jacobian matrix expressed by the above equation (29).

次に、反復推定部92Aは、上式(9),(10)で示される状態空間モデルを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を実行する。反復推定部92Aに適用される運動モデル(状態方程式)では、状態ベクトルx、状態遷移行列Fおよび共分散行列Qは、たとえば、次式(37),(38),(39)で与えられる。Next, the iterative estimating unit 92A executes an iterative estimating process by a Kalman filter using the state space model represented by the above equations (9) and (10). In the motion model (state equation) applied to the iterative estimation unit 92A, the state vector x k , the state transition matrix F k, and the covariance matrix Q k are, for example, expressed by the following equations (37), (38), and (39). Given.


Figure 2019167268
ここで、LN,LTは、目標Tgtの真の位置を示す経度および緯度である。目標Tgtは静止状態にあるので、状態遷移行列Fは単位行列である。また、目標Tgtの運動に不確かさがなく、雑音ベクトルwは零ベクトルとなる。よって、共分散行列Qは零行列である。
Figure 2019167268
Here, LN k and LT k are longitude and latitude indicating the true position of the target Tgt. Since the target Tgt is at rest, a state transition matrix F k is the identity matrix. In addition, there is no uncertainty in the movement of the target Tgt, noise vector w k is the zero vector. Therefore, the covariance matrix Q k is a zero matrix.

また、反復推定部92Aに適用される観測モデル(観測方程式)では、観測ベクトルz、観測行列Hおよび共分散行列Rは、たとえば、次式(40),(41),(42)で与えられる。In the observation model (observation equation) applied to the iterative estimation unit 92A, the observation vector z k , the observation matrix H k, and the covariance matrix R k are, for example, the following equations (40), (41), (42) Given by


Figure 2019167268
ここで、式(40)におけるOLN,OLTは、目標Tgtの観測位置を示す経度および緯度であり、式(42)におけるDOPは、精度劣化度(Dilution of Precision)と呼ばれ、本実施の形態では、単測位演算における理論的な測位誤差式によって与えられる。具体的には、DOPは、上式(36A)の誤差共分散行列Λに設定されればよい。
Figure 2019167268
Here, OLN k and OLT k in the equation (40) are the longitude and latitude indicating the observation position of the target Tgt, and the DOP in the equation (42) is called a degree of precision degradation (Dilution of Precision). Is given by a theoretical positioning error equation in a single positioning operation. Specifically, the DOP may be set to the error covariance matrix の of the above equation (36A).

反復推定部92Aは、上記状態空間モデルを用いてカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)を算出することができる。反復推定部92Aは、当該状態推定ベクトルx(k|k)を、目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)として出力する。上記のとおり、単測位部91Aは、複数回の計測結果(累積計測結果)を用いた非線形最小二乗法による測位演算を実行して高精度な測位ベクトルPOSを算出することができるので、反復推定部92Aは、高精度な測位ベクトルPOSに基づき、精度の高い測位演算結果を生成することができる。Iterative estimation unit 92A executes the iterative estimation process by the Kalman filter using the state space model (Fig. 6), the time t k for each of the state estimate vector x (k | k) and post-error covariance matrix P ( k | k) can be calculated. The iterative estimation unit 92A outputs the state estimation vector x (k | k) as the state estimation vector x po (k) indicating the estimated position of the target Tgt. As described above, the single positioning unit 91A can calculate the positioning vector POS k with high accuracy by executing the positioning operation by the non-linear least square method using the measurement results (cumulative measurement results) a plurality of times. The estimating unit 92A can generate a highly accurate positioning calculation result based on the highly accurate positioning vector POS k .

次に、追尾演算部64Aの構成および動作について説明する。   Next, the configuration and operation of the tracking calculation unit 64A will be described.

追尾演算部64Aは、計測部61から供給された到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k),TDOA31(k)の計測値の中から2以上の計測値の組を選択し、当該選択された計測値の組を観測ベクトルとして用いた追尾演算を実行することにより目標Tgtの推定位置および移動状態(たとえば推定速度)を示す状態推定ベクトルxtrk(k)を逐次算出する機能を有する。あるいは、追尾演算部64Aは、計測部61から供給された到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k),TDOA31(k)および到来周波数差FDOA12(k),FDOA23(k),FDOA31(k)の計測値の中から、少なくとも1つの到来時間差および少なくとも1つの到来周波数差の計測値を選択し、当該選択された計測値の組を観測ベクトルとして用いた追尾演算を実行することにより目標Tgtの推定位置および移動状態を示す状態推定ベクトルxtrk(k)を逐次算出する機能を有している。The tracking calculation unit 64A selects a set of two or more measurement values from the measurement values of the arrival time differences TDOA 12 (k), TDOA 23 (k), and TDOA 31 (k) supplied from the measurement unit 61, and A function of sequentially calculating a state estimation vector x trk (k) indicating an estimated position and a moving state (for example, estimated speed) of the target Tgt by executing a tracking operation using the selected set of measured values as an observation vector. . Alternatively, the tracking calculation unit 64A may calculate the arrival time difference TDOA 12 (k), TDOA 23 (k), TDOA 31 (k) and the arrival frequency difference FDOA 12 (k), FDOA 23 (k) supplied from the measurement unit 61. At least one measurement value of the arrival time difference and at least one arrival frequency difference is selected from the measurement values of the FDOA 31 (k), and a tracking operation using the selected set of measurement values as an observation vector is performed. Accordingly, a function of sequentially calculating a state estimation vector x trk (k) indicating an estimated position and a moving state of the target Tgt is provided.

より具体的には、追尾演算部64Aは、図7に示されるように単測位部93Aと反復推定部94Aとを有している。単測位部93Aの構成および機能は、単測位部91Aのそれらと同じである。反復推定部94Aは、単測位部93Aで生成された測位ベクトルPOSを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を追尾演算として実行することにより、目標Tgtの推定位置および移動状態を示す状態推定ベクトルxtrk(k)を算出することができる。More specifically, the tracking calculation section 64A has a single positioning section 93A and an iterative estimation section 94A as shown in FIG. The configuration and function of single positioning section 93A are the same as those of single positioning section 91A. The iterative estimating unit 94A executes, as a tracking operation, an iterative estimating process using a Kalman filter using the positioning vector POS k generated by the single positioning unit 93A, thereby obtaining a state estimation vector x trk indicating the estimated position and moving state of the target Tgt. (K) can be calculated.

反復推定部94Aは、上式(9),(10)で示される状態空間モデルを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を追尾演算として実行する。反復推定部94Aに適用される運動モデル(状態方程式)では、状態ベクトルx、状態遷移行列Fおよび共分散行列Qは、たとえば、次式(43),(44),(45)で与えられる。The iterative estimating unit 94A executes an iterative estimating process by a Kalman filter using the state space model represented by the above equations (9) and (10) as a tracking operation. In the motion model (state equation) applied to the iterative estimation unit 94A, the state vector x k , the state transition matrix F k and the covariance matrix Q k are, for example, expressed by the following equations (43), (44), and (45). Given.


Figure 2019167268
ここで、LN,LTは、目標Tgtの真の位置を示す経度および緯度、VLNは経度方向の速度、LTは緯度方向の速度であり、T=t−tk−1である。また、Iは2行2列の単位行列であり、qはパワースペクトラム密度と呼ばれ、運動モデルの不確かさを表す設定パラメータ値である。目標Tgtは移動状態にあるので、状態遷移行列Fは、等速直進運動を想定して設定されている。
Figure 2019167268
Here, LN k, LT k is the longitude and latitude indicating the true position of the target Tgt, VLN k longitude direction of the velocity, LT k is the speed of latitudinal, at T = t k -t k-1 is there. Also, I 2 is the identity matrix of two rows and two columns, q is called a power spectrum density, a setting parameter value representing the uncertainty of motion model. Since the target Tgt is in moving state, the state transition matrix F k is set assuming constant velocity rectilinear motion.

また、反復推定部94Aに適用される観測モデル(観測方程式)では、観測ベクトルz、観測行列Hおよび共分散行列Rは、たとえば、次式(46),(47),(48)で与えられる。In the observation model (observation equation) applied to the iterative estimation unit 94A, the observation vector z k , the observation matrix H k, and the covariance matrix R k are, for example, the following equations (46), (47), (48) Given by


Figure 2019167268
ここで、OLN,OLTは、目標Tgtの観測位置を示す経度および緯度であり、式(48)におけるDOPは、精度劣化度(Dilution of Precision)と呼ばれ、本実施の形態では、単測位演算における理論的な測位誤差式によって与えられる。具体的には、DOPは、上式(36A)の誤差共分散行列Λに設定されればよい。
Figure 2019167268
Here, OLN k and OLT k are the longitude and latitude indicating the observation position of the target Tgt, and the DOP in equation (48) is called the degree of precision degradation (Dilution of Precision). It is given by a theoretical positioning error formula in the positioning calculation. Specifically, the DOP may be set to the error covariance matrix の of the above equation (36A).

反復推定部94Aは、上記状態空間モデルを用いてカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)を算出することができる。反復推定部94Aは、当該状態推定ベクトルx(k|k)を、目標Tgtの推定位置および移動状態を示す状態推定ベクトルxtrk(k)として出力する。Iterative estimation unit 94A executes the iterative estimation process by the Kalman filter using the state space model (Fig. 6), the time t k for each of the state estimate vector x (k | k) and post-error covariance matrix P ( k | k) can be calculated. The iterative estimation unit 94A outputs the state estimation vector x (k | k) as a state estimation vector x trk (k) indicating the estimated position and the moving state of the target Tgt.

次に、状態検出部62Aが目標Tgtの状態変化を検出した場合の測位演算部63A、追尾演算部64Aおよびデータ移行部65の動作について説明する。   Next, operations of the positioning calculation unit 63A, the tracking calculation unit 64A, and the data transfer unit 65 when the state detection unit 62A detects a change in the state of the target Tgt will be described.

目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が検出されたとき、測位演算部63Aの反復推定部92Aは、検出信号ESに応じて、直近の測位演算結果である状態推定ベクトルxpo(k)(=x(k|k))および事後誤差共分散行列Ppo(k)(=P(k|k))をデータ移行部65を介して追尾演算部64Aに供給する。When the state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state is detected, the iterative estimation unit 92A of the positioning calculation unit 63A determines the state estimation vector x po (k) that is the latest positioning calculation result in accordance with the detection signal ES. ) (= X (k | k)) and the posterior error covariance matrix P po (k) (= P (k | k)) are supplied to the tracking calculation unit 64A via the data transfer unit 65.

このとき、追尾演算部64Aの反復推定部94Aは、測位演算部63Aから供給された状態推定ベクトルxpo(k)および事後誤差共分散行列Ppo(k)に基づいて、状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)の初期値x(0|0),P(0|0)を生成する。そして、反復推定部94Aは、それら初期値x(0|0),P(0|0)と測位ベクトルPOSとを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルxtrk(k)を算出することができる。At this time, the iterative estimation unit 94A of the tracking calculation unit 64A determines the state estimation vector x (k) based on the state estimation vector x po (k) and the posterior error covariance matrix P po (k) supplied from the positioning calculation unit 63A. k | k) and initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) of the posterior error covariance matrix P (k | k). Then, the iterative estimating unit 94A executes an iterative estimating process (FIG. 6) using a Kalman filter using the initial values x (0 | 0), P (0 | 0) and the positioning vector POS k , thereby obtaining the time t k for each of the state estimation vector x trk the (k) can be calculated.

この場合に、反復推定部94Aで使用される初期値x(0|0),P(0|0)は、たとえば、次式(49),(50)に示すように設定可能である。   In this case, the initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) used in the iterative estimating unit 94A can be set, for example, as shown in the following equations (49) and (50).


Figure 2019167268
ここで、02×1は2行1列の零行列、02×2は2行2列の零行列である。式(49)の状態推定ベクトルx(0|0)は、目標Tgtの初期速度が零となるように設定されている。また、式(50)の初期値P(0|0)は、推定速度成分に誤差はないとの仮定に基づいて設定されている。
Figure 2019167268
Here, 0 2 × 1 is a 2-row, 1-column zero matrix, and 0 2 × 2 is a 2-row, 2-column zero matrix. The state estimation vector x (0 | 0) in Expression (49) is set such that the initial speed of the target Tgt becomes zero. Further, the initial value P (0 | 0) in Expression (50) is set based on the assumption that there is no error in the estimated speed component.

一方、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が検出されたとき、追尾演算部64Aの反復推定部94Aは、検出信号ESに応じて、直近の追尾演算結果である状態推定ベクトルxtrk(k)(=x(k|k))および事後誤差共分散行列Ptrk(k)(=P(k|k))をデータ移行部65を介して測位演算部63Aに供給する。On the other hand, when a state change of the target Tgt from the moving state to the stationary state is detected, the iterative estimating unit 94A of the tracking calculating unit 64A determines the state estimation vector x trk which is the latest tracking calculation result according to the detection signal ES. (K) (= x (k | k)) and the posterior error covariance matrix P trk (k) (= P (k | k)) are supplied to the positioning calculation unit 63A via the data transfer unit 65.

このとき、測位演算部63Aにおける反復推定部92Aは、追尾演算部64Aから供給された状態推定ベクトルxtrk(k)および事後誤差共分散行列Ptrk(k)に基づいて、状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)の初期値x(0|0),P(0|0)を生成する。そして、反復推定部92Aは、それら初期値x(0|0),P(0|0)と測位ベクトルPOSとを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルxpo(k)を算出することができる。At this time, the iterative estimation unit 92A in the positioning calculation unit 63A determines the state estimation vector x (based on the state estimation vector x trk (k) and the posterior error covariance matrix P trk (k) supplied from the tracking calculation unit 64A. k | k) and initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) of the posterior error covariance matrix P (k | k). Then, the iterative estimating unit 92A executes an iterative estimating process (FIG. 6) using a Kalman filter using the initial values x (0 | 0), P (0 | 0) and the positioning vector POS k , thereby obtaining the time t k for each of the state estimation vector x po a (k) can be calculated.

この場合に、反復推定部92Aで使用される初期値x(0|0),P(0|0)は、たとえば、次式(51),(52)に示すように設定可能である。   In this case, the initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) used in the iterative estimation unit 92A can be set, for example, as shown in the following equations (51) and (52).


Figure 2019167268
ここで、[xtrk(k)]1,1は、状態推定ベクトルxtrk(k)の1行1列目成分(1番目成分)、[xtrk(k)]2,1は、状態推定ベクトルxtrk(k)の2行1列目成分(2番目成分)である。また、[Ptrk(k)]1,1は、事後誤差共分散行列Ptrk(k)の1行1列目成分、[Ptrk(k)]2,1は、事後誤差共分散行列Ptrk(k)の2行1列目成分、[Ptrk(k)]1,2は、事後誤差共分散行列Ptrk(k)の1行2列目成分、[Ptrk(k)]2,2は、事後誤差共分散行列Ptrk(k)の2行2列目成分である。
Figure 2019167268
Here, [x trk (k)] 1,1 is the first row, first column component (first component) of the state estimation vector x trk (k), and [x trk (k)] 2,1 is the state estimation vector x trk (k). This is the second row, first column component (second component) of the vector x trk (k). [P trk (k)] 1,1 is the first row and first column component of the posterior error covariance matrix P trk (k), and [P trk (k)] 2,1 is the posterior error covariance matrix P the second row and first column component of trk (k), [P trk (k)] 1,2 is first row second column component of posterior error covariance matrix P trk (k), [P trk (k)] 2 , 2 are the second row and second column components of the posterior error covariance matrix P trk (k).

以上に説明したように、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が検出されたとき、追尾演算部64Aの反復推定部94Aは、直近の測位演算結果xpo(k),Ppo(k)を初期値として用いかつ計測値を用いた追尾演算を実行することができる。逆に、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が検出されたときは、測位演算部63Aの反復推定部92Aは、直近の追尾演算結果xtrk(k),Ptrk(k)を初期値として用いかつ計測値を用いた測位演算を実行することができる。As described above, when the state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state is detected, the iterative estimating unit 94A of the tracking calculating unit 64A sets the latest positioning calculation result x po (k), P po ( The tracking calculation using the measured value can be performed using k) as an initial value. Conversely, when a state change from the moving state of the target Tgt to the stationary state is detected, the iterative estimating unit 92A of the positioning calculation unit 63A calculates the latest tracking calculation results x trk (k) and P trk (k). It is possible to execute a positioning calculation using the measurement value as an initial value.

上記した監視処理部11Aのハードウェア構成は、たとえば、DSP(Digital Signal Processor),ASIC(Application Specific Integrated Circuit)またはFPGA(Field−Programmable Gate Array)などの半導体集積回路を有する単数または複数のプロセッサで実現されればよい。あるいは、監視処理部11Aのハードウェア構成は、不揮発性メモリから読み出されたソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、CPU(Central Processing Unit)またはGPU(Graphics Processing Unit)などの演算装置を含む単数または複数のプロセッサで実現されてもよい。DSPなどの半導体集積回路とCPUなどの演算装置との組み合わせを含む単数または複数のプロセッサで監視処理部11Aのハードウェア構成が実現されてもよい。   The hardware configuration of the above-described monitoring processing unit 11A is, for example, a single or multiple semiconductor integrated circuit such as a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array). It should just be realized. Alternatively, the hardware configuration of the monitoring processing unit 11A includes a single unit including an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit) that executes a program code of software or firmware read from the nonvolatile memory. Alternatively, it may be realized by a plurality of processors. The hardware configuration of the monitoring processing unit 11A may be realized by one or more processors including a combination of a semiconductor integrated circuit such as a DSP and an arithmetic device such as a CPU.

図8は、監視処理部11Aの機能を実現するハードウェア構成例である信号処理装置70の概略構成を示すブロック図である。図8に示される信号処理装置70は、プロセッサ71、メモリ72、入力インタフェース部73、出力インタフェース部74、通信回路75および信号路76を含んで構成されている。信号路76は、プロセッサ71、メモリ72、入力インタフェース部73、出力インタフェース部74および通信回路75を相互に接続するためのバスである。入力インタフェース部73は、外部から入力されたディジタル受信信号D1,D2,D3を信号路76を介してプロセッサ71に転送する機能を有する。プロセッサ71は、転送されたディジタル受信信号D1,D2,D3に基づいて測位演算および追尾演算を実行することで目標Tgtの静止状態および移動状態を示す状態推定値を算出することができる。また、プロセッサ71は、算出された状態推定値を基に画像情報DDを生成し、この画像情報DDを信号路75および出力インタフェース部74を介して外部に出力することができる。   FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a signal processing device 70 that is a hardware configuration example that implements the function of the monitoring processing unit 11A. The signal processing device 70 illustrated in FIG. 8 includes a processor 71, a memory 72, an input interface unit 73, an output interface unit 74, a communication circuit 75, and a signal path 76. The signal path 76 is a bus for mutually connecting the processor 71, the memory 72, the input interface unit 73, the output interface unit 74, and the communication circuit 75. The input interface unit 73 has a function of transferring digital reception signals D1, D2, and D3 input from the outside to the processor 71 via the signal path 76. The processor 71 can calculate a state estimation value indicating the stationary state and the moving state of the target Tgt by executing the positioning operation and the tracking operation based on the transferred digital reception signals D1, D2, and D3. Further, the processor 71 can generate image information DD based on the calculated state estimation value and output the image information DD to the outside via the signal path 75 and the output interface unit 74.

ここで、通信回路75は、外部サーバ(図示せず)と通信して状態検出部62Aでの処理に必要なデータを受信する回路である。また、メモリ72は、プロセッサ71がディジタル信号処理を実行する際に使用されるデータ記憶領域である。プロセッサ71がCPUなどの演算装置を内蔵する場合には、メモリ72は、プロセッサ71により実行されるソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを記憶するデータ記憶領域を有する。メモリ72としては、たとえば、ROM(Read Only Memory)およびSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)などの半導体メモリを使用することが可能である。   Here, the communication circuit 75 is a circuit that communicates with an external server (not shown) and receives data necessary for processing in the state detection unit 62A. The memory 72 is a data storage area used when the processor 71 executes digital signal processing. When the processor 71 incorporates an arithmetic device such as a CPU, the memory 72 has a data storage area for storing program codes of software or firmware executed by the processor 71. As the memory 72, for example, a semiconductor memory such as a ROM (Read Only Memory) and an SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) can be used.

以上に説明したように実施の形態1の目標監視装置2においては、状態検出部62Aは、複数の計測値のうちの少なくとも1つの計測値の時間変動を監視して目標Tgtの動きの有無を検出し、その検出結果を示す検出信号ESを測位演算部63A、追尾演算部64Aおよびデータ移行部65に供給するので、測位演算部63Aおよび追尾演算部64Aは、測位演算を追尾演算に切り替えるべきタイミング、あるいは、追尾演算を測位演算に切り替えるべきタイミングを高い確度で決定することができる。したがって、監視処理部11Aは、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化、あるいは目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化に応じて精度の高い演算を実行することができる。   As described above, in the target monitoring device 2 according to the first embodiment, the state detection unit 62A monitors the time variation of at least one of the plurality of measurement values to determine whether the target Tgt has moved. Since the detection signal ES indicating the detection result is supplied to the positioning calculation unit 63A, the tracking calculation unit 64A, and the data transfer unit 65, the positioning calculation unit 63A and the tracking calculation unit 64A should switch the positioning calculation to the tracking calculation. The timing or the timing at which the tracking calculation should be switched to the positioning calculation can be determined with high accuracy. Therefore, the monitoring processing unit 11A can execute highly accurate calculation according to a state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state or a state change of the target Tgt from the moving state to the stationary state.

また、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が検出されたとき、追尾演算部64Aの反復推定部94Aは、直近の測位演算結果xpo(k),Ppo(k)を初期値として用いかつ計測値の組を用いた追尾演算を実行することができる。したがって、測位演算が追尾演算に切り替えられたとしても、目標Tgtに対する高い追尾精度を確保することができる。When a state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state is detected, the iterative estimation unit 94A of the tracking calculation unit 64A sets the latest positioning calculation result x po (k) and P po (k) to the initial values. And a tracking calculation using a set of measurement values can be performed. Therefore, even if the positioning calculation is switched to the tracking calculation, high tracking accuracy with respect to the target Tgt can be ensured.

実施の形態2.
次に、本発明に係る実施の形態2について説明する。図9は、本発明に係る実施の形態2における測位演算部63B、追尾演算部64Bおよびデータ移行部65からなる演算部の構成を概略的に示すブロック図である。本実施の形態の目標監視システムおよび目標監視装置(監視処理部を含む。)の構成は、図3の測位演算部63Aおよび追尾演算部64Aに代えて、図9の測位演算部63Bおよび追尾演算部64Bを有する点を除いて、上記実施の形態1の目標監視システム1および目標監視装置2の構成と同じである。
Embodiment 2 FIG.
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. FIG. 9 is a block diagram schematically showing a configuration of a calculation unit including a positioning calculation unit 63B, a tracking calculation unit 64B, and a data transfer unit 65 according to Embodiment 2 of the present invention. The configuration of the target monitoring system and the target monitoring device (including the monitoring processing unit) of the present embodiment is different from the positioning calculation unit 63A and the tracking calculation unit 64A of FIG. 3 in that the positioning calculation unit 63B and the tracking calculation unit of FIG. The configuration is the same as that of the target monitoring system 1 and the target monitoring device 2 of the first embodiment, except that the configuration includes a unit 64B.

本実施の形態の測位演算部63Bは、図9に示されるように反復推定部92Bを有する。反復推定部92Bは、計測部61から供給された到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k),TDOA31(k)の計測値の中から2以上の計測値の組を選択し、当該選択された計測値の組を観測ベクトルとして用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を測位演算として実行することにより、目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)を逐次算出する機能を有する。これら計測値は、互いに同期して、または互いにほぼ同期して得られる値である。たとえば、反復推定部92Bは、互いに同期して得られる到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k)の計測値を選択し、これら計測値の組を観測ベクトルとして用いた測位演算を実行することができる。The positioning calculation section 63B of the present embodiment has an iterative estimation section 92B as shown in FIG. The iterative estimating unit 92B selects a set of two or more measured values from the measured values of the arrival time differences TDOA 12 (k), TDOA 23 (k), and TDOA 31 (k) supplied from the measuring unit 61, and It has a function of sequentially calculating a state estimation vector x po (k) indicating an estimated position of the target Tgt by executing iterative estimation processing by a Kalman filter using the selected set of measurement values as an observation vector as a positioning operation. These measurement values are values obtained in synchronization with each other or almost in synchronization with each other. For example, the iterative estimating unit 92B selects measurement values of the arrival time differences TDOA 12 (k) and TDOA 23 (k) obtained in synchronization with each other, and executes a positioning operation using a set of these measurement values as an observation vector. be able to.

あるいは、反復推定部92Bは、計測部61から供給された到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k),TDOA31(k)および到来周波数差FDOA12(k),FDOA23(k),FDOA31(k)の計測値の中から、少なくとも1つの到来時間差および少なくとも1つの到来周波数差の計測値を選択し、当該選択された計測値の組を観測ベクトルとして用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を測位演算として実行することにより、目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)を逐次算出する機能を有する。これら計測値は、互いに同期して、または互いにほぼ同期して得られる値である。たとえば、反復推定部92Bは、互いに同期して得られる到来時間差TDOA12(k)および到来周波数差FDOA12(k)の計測値を選択し、これら計測値の組を観測ベクトルとして用いた測位演算を実行することができる。Alternatively, the iterative estimating unit 92 </ b> B receives the arrival time difference TDOA 12 (k), TDOA 23 (k), TDOA 31 (k) and the arrival frequency difference FDOA 12 (k), FDOA 23 (k) supplied from the measurement unit 61. Iterative estimation processing by a Kalman filter using at least one arrival time difference and at least one arrival frequency difference measurement value among the measurement values of the FDOA 31 (k) and using the selected set of measurement values as an observation vector Is executed as a positioning calculation, thereby sequentially calculating a state estimation vector x po (k) indicating the estimated position of the target Tgt. These measurement values are values obtained in synchronization with each other or almost in synchronization with each other. For example, iterative estimation section 92B selects measurement values of arrival time difference TDOA 12 (k) and arrival frequency difference FDOA 12 (k) obtained in synchronization with each other, and performs a positioning operation using a set of these measurement values as an observation vector. Can be performed.

より具体的には、測位演算部63Bの反復推定部92Bは、上式(9),(10)で示される状態空間モデルを用いてカルマンフィルタによる反復推定処理を測位演算として実行することができる。反復推定部92Bに適用される運動モデル(状態方程式)では、状態ベクトルx、状態遷移行列Fおよび共分散行列Qは、たとえば、次式(53),(54),(55)で与えられる。More specifically, the iterative estimating unit 92B of the positioning operation unit 63B can execute the iterative estimation process by the Kalman filter as the positioning operation using the state space model represented by the above equations (9) and (10). In the motion model (state equation) applied to the iterative estimation unit 92B, the state vector x k , the state transition matrix F k, and the covariance matrix Q k are, for example, expressed by the following equations (53), (54), and (55). Given.


Figure 2019167268
ここで、LN,LTは、目標Tgtの真の位置を示す経度および緯度である。目標Tgtは静止状態にあるので、状態遷移行列Fは単位行列である。また、目標Tgtの運動に不確かさがなく、雑音ベクトルwは零ベクトルとなる。よって、共分散行列Qは零行列である。
Figure 2019167268
Here, LN k and LT k are longitude and latitude indicating the true position of the target Tgt. Since the target Tgt is at rest, a state transition matrix F k is the identity matrix. In addition, there is no uncertainty in the movement of the target Tgt, noise vector w k is the zero vector. Therefore, the covariance matrix Q k is a zero matrix.

また、反復推定部92Bに適用される観測モデル(観測方程式)では、観測ベクトルz、観測関数h[x]および共分散行列Rは、たとえば、次式(56),(57),(58)で与えられる。In the observation model (observation equation) applied to the iterative estimation unit 92B, the observation vector z k , the observation function h [x k ], and the covariance matrix R k are, for example, the following equations (56), (57), (58).


Figure 2019167268
ここで、観測関数h[x]は、上式(18)に従い、ヤコビアン行列Hに変換される。
Figure 2019167268
Here, the observation function h [x k ] is converted into a Jacobian matrix H k according to the above equation (18).

反復推定部92Bは、上記状態空間モデルを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)を算出することができる。反復推定部92Bは、当該状態推定ベクトルx(k|k)を、目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)として出力する。Iterative estimation unit 92B executes the iterative estimation process (Figure 6) by the Kalman filter using the state space model, the time t k for each of the state estimate vector x (k | k) and post-error covariance matrix P ( k | k) can be calculated. The iterative estimation unit 92B outputs the state estimation vector x (k | k) as the state estimation vector x po (k) indicating the estimated position of the target Tgt.

一方、追尾演算部64Bは、図9に示されるように反復推定部94Bを有する。反復推定部94Bは、計測部61から供給された到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k),TDOA31(k)の計測値の中から2以上の計測値の組を選択し、当該選択された計測値の組を観測ベクトルとして用いた追尾演算を実行することにより目標Tgtの推定位置および移動状態(たとえば推定速度)を示す状態推定ベクトルxtrk(k)を逐次算出する機能を有する。当該選択された計測値は、互いに同期して、または互いにほぼ同期して得られる値である。あるいは、追尾演算部64Bは、計測部61から供給された到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k),TDOA31(k)および到来周波数差FDOA12(k),FDOA23(k),FDOA31(k)の計測値の中から、少なくとも1つの到来時間差および少なくとも1つの到来周波数差の計測値を選択し、当該選択された計測値の組を観測ベクトルとして用いた追尾演算を実行することにより目標Tgtの推定位置および移動状態を示す状態推定ベクトルxtrk(k)を逐次算出する機能を有する。当該選択された計測値は、互いに同期して、または互いにほぼ同期して得られる値である。On the other hand, the tracking calculation unit 64B has an iterative estimation unit 94B as shown in FIG. The iterative estimation unit 94B selects a set of two or more measurement values from the measurement values of the arrival time differences TDOA 12 (k), TDOA 23 (k), and TDOA 31 (k) supplied from the measurement unit 61, and A function of sequentially calculating a state estimation vector x trk (k) indicating an estimated position and a moving state (for example, estimated speed) of the target Tgt by executing a tracking operation using the selected set of measured values as an observation vector. . The selected measurement values are values obtained in synchronization with each other or almost in synchronization with each other. Alternatively, the tracking calculation unit 64B may calculate the arrival time differences TDOA 12 (k), TDOA 23 (k), TDOA 31 (k) and the arrival frequency differences FDOA 12 (k), FDOA 23 (k) supplied from the measurement unit 61. At least one measurement value of the arrival time difference and at least one arrival frequency difference is selected from the measurement values of the FDOA 31 (k), and a tracking operation using the selected set of measurement values as an observation vector is performed. Accordingly, a state estimation vector x trk (k) indicating the estimated position and the moving state of the target Tgt is sequentially calculated. The selected measurement values are values obtained in synchronization with each other or almost in synchronization with each other.

より具体的には、反復推定部94Bは、上式(9),(10)で示される状態空間モデルを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を追尾演算として実行する。反復推定部94Bに適用される運動モデル(状態方程式)では、状態ベクトルx、状態遷移行列Fおよび共分散行列Qは、たとえば、次式(59),(60),(61)で与えられる。More specifically, the iterative estimating unit 94B executes the iterative estimating process by the Kalman filter using the state space model represented by the above equations (9) and (10) as a tracking operation. In the motion model (state equation) applied to the iterative estimation unit 94B, the state vector x k , the state transition matrix F k, and the covariance matrix Q k are represented by, for example, the following equations (59), (60), and (61). Given.


Figure 2019167268
ここで、LN,LTは、目標Tgtの真の位置を示す経度および緯度、VLNは経度方向の速度、LTは緯度方向の速度であり、T=t−tk−1である。また、Iは2行2列の単位行列であり、qはパワースペクトラム密度と呼ばれ、運動モデルの不確かさを表す設定パラメータ値である。
Figure 2019167268
Here, LN k, LT k is the longitude and latitude indicating the true position of the target Tgt, VLN k longitude direction of the velocity, LT k is the speed of latitudinal, at T = t k -t k-1 is there. Also, I 2 is the identity matrix of two rows and two columns, q is called a power spectrum density, a setting parameter value representing the uncertainty of motion model.

また、反復推定部92Bに適用される観測モデル(観測方程式)では、観測ベクトルz、観測関数h[x]および共分散行列Rは、たとえば、次式(62),(63),(64)で与えられる。In the observation model (observation equation) applied to the iterative estimation unit 92B, the observation vector z k , the observation function h [x k ], and the covariance matrix R k are, for example, the following equations (62), (63), (64).


Figure 2019167268
ここで、観測関数h[x]は、上式(18)に従い、ヤコビアン行列Hに変換される。
Figure 2019167268
Here, the observation function h [x k ] is converted into a Jacobian matrix H k according to the above equation (18).

反復推定部94Bは、上記状態空間モデルを用いてカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)を算出することができる。反復推定部94Bは、当該状態推定ベクトルx(k|k)を、目標Tgtの推定位置および移動状態を示す状態推定ベクトルxtrk(k)として出力する。Iterative estimation unit 94B executes the iterative estimation process by the Kalman filter using the state space model (Fig. 6), the time t k for each of the state estimate vector x (k | k) and post-error covariance matrix P ( k | k) can be calculated. The iterative estimating unit 94B outputs the state estimation vector x (k | k) as a state estimation vector x trk (k) indicating the estimated position and the moving state of the target Tgt.

次に、目標Tgtの状態変化が検出された場合の測位演算部63B、追尾演算部64Bおよびデータ移行部65の動作について説明する。   Next, operations of the positioning calculation unit 63B, the tracking calculation unit 64B, and the data transfer unit 65 when a change in the state of the target Tgt is detected will be described.

目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が検出されたとき、測位演算部63Bの反復推定部92Bは、検出信号ESに応じて、直近の測位演算結果である状態推定ベクトルxpo(k)(=x(k|k))および事後誤差共分散行列Ppo(k)(=P(k|k))をデータ移行部65を介して追尾演算部64Bに供給する。When the state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state is detected, the iterative estimation unit 92B of the positioning calculation unit 63B determines the state estimation vector x po (k) that is the latest positioning calculation result according to the detection signal ES. ) (= X (k | k)) and the posterior error covariance matrix P po (k) (= P (k | k)) are supplied to the tracking operation unit 64B via the data transfer unit 65.

このとき、追尾演算部64Bの反復推定部94Bは、測位演算部63Bから供給された状態推定ベクトルxpo(k)および事後誤差共分散行列Ppo(k)に基づいて、状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)の初期値x(0|0),P(0|0)を生成する。そして、反復推定部94Bは、それら初期値x(0|0),P(0|0)と観測ベクトルとを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルxtrk(k)を算出することができる。この場合に、反復推定部92Bで使用される初期値x(0|0),P(0|0)は、たとえば、上式(49),(50)に示すように設定可能である。At this time, the iterative estimation unit 94B of the tracking calculation unit 64B determines the state estimation vector x (k) based on the state estimation vector x po (k) and the posterior error covariance matrix P po (k) supplied from the positioning calculation unit 63B. k | k) and initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) of the posterior error covariance matrix P (k | k). The iterative estimation unit 94B, they initial value x (0 | 0), P | by executing (0 0) and the observation vector and the iterative estimation process by the Kalman filter using (6), each time t k The state estimation vector x trk (k) can be calculated. In this case, the initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) used in the iterative estimating unit 92B can be set as shown in the above equations (49) and (50), for example.

一方、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が検出されたとき、追尾演算部64Bの反復推定部94Bは、検出信号ESに応じて、直近の追尾演算結果である状態推定ベクトルxtrk(k)(=x(k|k))および事後誤差共分散行列Ptrk(k)(=P(k|k))をデータ移行部65を介して測位演算部63Bに供給する。On the other hand, when the state change from the moving state of the target Tgt to the stationary state is detected, the iterative estimating unit 94B of the tracking calculating unit 64B determines the state estimation vector x trk which is the latest tracking calculation result according to the detection signal ES. (K) (= x (k | k)) and the posterior error covariance matrix P trk (k) (= P (k | k)) are supplied to the positioning calculation unit 63B via the data transfer unit 65.

このとき、測位演算部63Bの反復推定部92Bは、追尾演算部64Bから供給された状態推定ベクトルxtrk(k)および事後誤差共分散行列Ptrk(k)に基づいて、状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)の初期値x(0|0),P(0|0)を生成する。そして、反復推定部92Bは、それら初期値x(0|0),P(0|0)と観測ベクトルとを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルxpo(k)を算出することができる。この場合に、反復推定部92Bで使用される初期値x(0|0),P(0|0)は、たとえば、次式(51),(52)に示すように設定可能である。At this time, the iterative estimation unit 92B of the positioning calculation unit 63B determines the state estimation vector x (k) based on the state estimation vector x trk (k) and the posterior error covariance matrix P trk (k) supplied from the tracking calculation unit 64B. k | k) and initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) of the posterior error covariance matrix P (k | k). The iterative estimation unit 92B, they initial value x (0 | 0), P | by executing (0 0) and the observation vector and the iterative estimation process by the Kalman filter using (6), each time t k Can be calculated as the state estimation vector x po (k). In this case, the initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) used in the iterative estimation unit 92B can be set, for example, as shown in the following equations (51) and (52).

以上に説明したように実施の形態2の目標監視装置は、実施の形態1の目標監視装置2と同様に状態検出部62Aを有するので、測位演算部63Bおよび追尾演算部64Bは、測位演算を追尾演算に切り替えるべきタイミング、あるいは、追尾演算を測位演算に切り替えるべきタイミングを高い確度で決定することができる。したがって、実施の形態2の監視処理部は、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化、あるいは目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化に応じて精度の高い演算を実行することができる。また、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が検出されたとき、追尾演算部64Bの反復推定部94Bは、直近の測位演算結果xpo(k),Ppo(k)を初期値として用い、かつ計測値の組を用いた追尾演算を実行することができる。したがって、測位演算が追尾演算に切り替えられたとしても、目標Tgtに対する高い追尾精度を確保することができる。As described above, the target monitoring device according to the second embodiment includes the state detection unit 62A similarly to the target monitoring device 2 according to the first embodiment, so that the positioning calculation unit 63B and the tracking calculation unit 64B perform the positioning calculation. The timing to switch to the tracking calculation or the timing to switch from the tracking calculation to the positioning calculation can be determined with high accuracy. Therefore, the monitoring processing unit according to the second embodiment can execute highly accurate calculation according to a state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state or a state change of the target Tgt from the moving state to the stationary state. it can. When a state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state is detected, the iterative estimating unit 94B of the tracking calculating unit 64B sets the latest positioning calculation results x po (k) and P po (k) to the initial values. And a tracking operation using a set of measured values can be performed. Therefore, even if the positioning calculation is switched to the tracking calculation, high tracking accuracy with respect to the target Tgt can be ensured.

実施の形態3.
次に、本発明に係る実施の形態3について説明する。上記実施の形態1,2では、時刻t毎の観測ベクトルの成分として使用される複数の計測値(たとえば、到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k)の計測値)は、互いに同期して、または互いにほぼ同期して得られる観測値である。これに対し、本実施の形態では、複数の計測値は、互いに非同期に得られる観測値、言い換えれば、同時刻に同時に得られない観測値である。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. In the first and second embodiments, a plurality of measurement values to be used as components of the observation vector for each time t k (e.g., the measurement value of TDOA TDOA 12 (k), TDOA 23 (k)) are synchronized with each other Or observations obtained almost synchronously with each other. On the other hand, in the present embodiment, the plurality of measurement values are observation values obtained asynchronously with each other, in other words, observation values that cannot be obtained simultaneously at the same time.

たとえば、受信アンテナ(受信局)が3つある場合には、到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k)の計測値を互いに同期する形で同時に得ることができる。これに対し、使用可能な受信アンテナ(受信局)が2つのみである場合には、衛星St1,St2間の計測値と衛星St2,St3間の計測値との組を得るために、アンテナ指向方向の切り替えを行う必要がある。しかしながら、その切り替えに時間ずれが生じると、それら2種類の計測値が互いに非同期に得られることがある。また、到来時間差TDOA12(k),TDOA23(k)の計測値が同時に得られたとしても、これら計測値の一方が外れ値であると判定された場合など何らかの理由で欠落する可能性がある。本実施の形態の監視処理部は、非同期に得られた複数の計測値を用いて測位演算および追尾演算を実行することができる。For example, when there are three receiving antennas (receiving stations), the measured values of the arrival time differences TDOA 12 (k) and TDOA 23 (k) can be obtained simultaneously in a synchronized manner. On the other hand, when only two reception antennas (reception stations) can be used, the antenna pointing is used to obtain a set of the measurement value between the satellites St1 and St2 and the measurement value between the satellites St2 and St3. You need to switch directions. However, if a time lag occurs in the switching, the two types of measurement values may be obtained asynchronously with each other. Further, even if the measured values of the arrival time differences TDOA 12 (k) and TDOA 23 (k) are obtained at the same time, there is a possibility that one of these measured values is missing for some reason such as when it is determined to be an outlier. is there. The monitoring processing unit according to the present embodiment can execute the positioning calculation and the tracking calculation using a plurality of measurement values obtained asynchronously.

図10は、本発明に係る実施の形態3における監視処理部11Cの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態の目標監視システムの構成は、図3の監視処理部11Aに代えて図10の監視処理部11Cを有する点を除いて、上記実施の形態1の目標監視システム1の構成と同じである。監視処理部11Cは、ディジタル受信信号D1,D2,D3に基づいて電波の到来時間差TDOAij(k)および到来周波数差FDOAij(k)の計測値を逐次算出する計測部61Cを備える。到来時間差TDOAij(k)は、到来時間差TDOA12(k)またはTDOA23(k)のいずれか一方であり、到来周波数差FDOAij(k)は、到来周波数差FDOA12(k)またはFDOA23(k)のいずれか一方である。たとえば、時刻tk1に到来時間差TDOA12(k1)の計測値が得られ、時刻tk2(≠tk1)に到来時間差TDOA23(k2)の計測値が得られる場合、到来時間差TDOA12(k1),TDOA23(k2)の計測値は、互いに非同期に得られた観測値である。FIG. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the monitoring processing unit 11C according to the third embodiment of the present invention. The configuration of the target monitoring system according to the present embodiment is the same as the configuration of the target monitoring system 1 according to the first embodiment except that a monitoring processing unit 11C shown in FIG. 10 is used instead of the monitoring processing unit 11A shown in FIG. It is. The monitoring processing unit 11C includes a measuring unit 61C for sequentially calculating the measurement values of the radio wave arrival time difference TDOA ij (k) and the arrival frequency difference FDOA ij (k) based on the digital reception signals D1, D2, and D3. The arrival time difference TDOA ij (k) is one of the arrival time differences TDOA 12 (k) and TDOA 23 (k), and the arrival frequency difference FDOA ij (k) is the arrival frequency difference FDOA 12 (k) or FDOA 23. (K). For example, the measurement value is obtained in the arrival time difference at time t k1 TDOA 12 (k1), the time t k2 when the measurement value of TDOA TDOA 23 (k2) to (≠ t k1) is obtained, TDOA TDOA 12 (k1 ), TDOA 23 (k2) are observed values obtained asynchronously with each other.

監視処理部11Cは、さらに、到来時間差TDOAij(k)および到来周波数差FDOAij(k)の計測値のうちのいずれかの計測値の時間変動を常時監視して目標Tgtの動きの有無を検出する状態検出部62Aと、目標Tgtの動きが無いことが検出されたときは、当該計測値を用いた測位演算を実行して目標Tgtの推定位置を示す状態推定値を逐次算出する測位演算部63Cと、目標Tgtの動きが有ることが検出されたきは、当該計測値を用いた追尾演算を実行して目標Tgtの推定位置および移動状態(たとえば推定速度)の双方を示す状態推定値を算出する追尾演算部64Cと、測位演算部63Cおよび追尾演算部64Cの一方から他方へ演算結果のデータを移行させるデータ移行部65と、状態検出部62Aでの処理に必要なデータを格納するデータ記憶部67とを有する。Further, the monitoring processing unit 11C constantly monitors the time variation of any one of the measured values of the arrival time difference TDOA ij (k) and the arrival frequency difference FDOA ij (k) to determine whether or not the target Tgt has moved. The state detection unit 62A that detects the position of the target Tgt, and the position calculation that sequentially calculates the state estimated value indicating the estimated position of the target Tgt by executing the position calculation using the measured value when the movement of the target Tgt is detected. When it is detected that there is a movement of the target Tgt, the unit 63C performs a tracking operation using the measured value to obtain a state estimated value indicating both the estimated position and the moving state (for example, estimated speed) of the target Tgt. A tracking operation unit 64C for calculating, a data transfer unit 65 for transferring the data of the operation result from one of the positioning operation unit 63C and the tracking operation unit 64C to the other, and a process performed by the state detection unit 62A. And a data storage section 67 for storing data necessary for

図11は、実施の形態3における測位演算部63C、追尾演算部64Cおよびデータ移行部65からなる演算部の構成を概略的に示すブロック図である。本実施の形態の測位演算部63Cは反復推定部92Cを有する。反復推定部92Cは、計測部61で非同期に得られた到来時間差TDOA12(k1),TDOA23(k2)の計測値(k1≠k2)の組を用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を測位演算として実行することにより、目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)を算出する機能を有する。FIG. 11 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a calculation unit including a positioning calculation unit 63C, a tracking calculation unit 64C, and a data transfer unit 65 according to the third embodiment. The positioning calculation section 63C of the present embodiment has an iterative estimation section 92C. The iterative estimating unit 92C uses a Kalman filter using a set of measured values (k1 ≠ k2) of the arrival time differences TDOA 12 (k1) and TDOA 23 (k2) obtained asynchronously by the measuring unit 61 as a positioning operation. When executed, it has a function of calculating a state estimation vector x po (k) indicating the estimated position of the target Tgt.

あるいは、反復推定部92Cは、計測部61で非同期に得られた到来時間差TDOA12(k1)と到来周波数差FDOA23(k2)の計測値(k1≠k2)の組を用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を測位演算として実行することにより、目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)を算出してもよい。Alternatively, iterative estimation section 92C performs iterative estimation by a Kalman filter using a set of measurement values (k1 ≠ k2) of arrival time difference TDOA 12 (k1) and arrival frequency difference FDOA 23 (k2) obtained asynchronously by measurement section 61. By executing the processing as a positioning operation, the state estimation vector x po (k) indicating the estimated position of the target Tgt may be calculated.

より具体的には、測位演算部63Cの反復推定部92Cは、上式(9),(10)で示される状態空間モデルを用いてカルマンフィルタによる反復推定処理を測位演算として実行することができる。反復推定部92Cに適用される運動モデル(状態方程式)では、状態ベクトルx、状態遷移行列Fおよび共分散行列Qは、たとえば、次式(65),(66),(67)で与えられる。More specifically, the iterative estimating unit 92C of the positioning operation unit 63C can execute the iterative estimation process using the Kalman filter as the positioning operation using the state space model represented by the above equations (9) and (10). In the motion model (state equation) applied to the iterative estimation unit 92C, the state vector x k , the state transition matrix F k, and the covariance matrix Q k are represented by, for example, the following equations (65), (66), and (67). Given.


Figure 2019167268
ここで、LN,LTは、目標Tgtの真の位置を示す経度および緯度である。目標Tgtは静止状態にあるので、状態遷移行列Fは単位行列である。また、目標Tgtの運動に不確かさがなく、雑音ベクトルwは零ベクトルとなる。よって、共分散行列Qは零行列である。
Figure 2019167268
Here, LN k and LT k are longitude and latitude indicating the true position of the target Tgt. Since the target Tgt is at rest, a state transition matrix F k is the identity matrix. In addition, there is no uncertainty in the movement of the target Tgt, noise vector w k is the zero vector. Therefore, the covariance matrix Q k is a zero matrix.

また、反復推定部92Cに適用される観測モデル(観測方程式)では、観測値z、観測関数h[x]および共分散Rは、たとえば、次式(68),(69),(70)で与えられる。Further, in the observation model (observation equation) applied to the iterative estimation unit 92C, the observation value z k , the observation function h [x k ], and the covariance R k are, for example, the following expressions (68), (69), (69) 70).


Figure 2019167268
ここで、式(68),(69)における(i,j)は、各時刻tで(1,2)または(2,3)のいずれかである。たとえば、時刻tk1では、到来時間差TDOA12(k1)の観測値(計測値)が得られ(i=1;j=2)、時刻tk2ではTDOA23(k2)の観測値(計測値)が得られる(i=2;j=3)。
Figure 2019167268
Here, equation (68), (i, j) in (69) is either at each time t k (1, 2) or (2,3). For example, at time t k1 , an observation value (measurement value) of arrival time difference TDOA 12 (k1) is obtained (i = 1; j = 2), and at time t k2 , an observation value (measurement value) of TDOA 23 (k2). Is obtained (i = 2; j = 3).

反復推定部92Cは、上記状態空間モデルを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)を算出することができる。反復推定部92Cは、当該状態推定ベクトルx(k|k)を、目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)として出力する。Iterative estimation unit 92C executes the iterative estimation process (Figure 6) by the Kalman filter using the state space model, the time t k for each of the state estimate vector x (k | k) and post-error covariance matrix P ( k | k) can be calculated. The iterative estimation unit 92C outputs the state estimation vector x (k | k) as the state estimation vector x po (k) indicating the estimated position of the target Tgt.

一方、追尾演算部64Cは、図11に示されるように反復推定部94Cを有する。反復推定部94Cは、計測部61で非同期に得られた到来時間差TDOA12(k1),TDOA23(k2)の計測値(k1≠k2)の組を用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を追尾演算として実行することにより、目標Tgtの推定位置および移動状態(たとえば推定速度)を示す状態推定ベクトルxtrk(k)を逐次算出する機能を有する。On the other hand, the tracking calculation unit 64C has an iterative estimation unit 94C as shown in FIG. The iterative estimating unit 94C uses the Kalman filter using a set of measured values (k1 ≠ k2) of the arrival time differences TDOA 12 (k1) and TDOA 23 (k2) obtained asynchronously by the measuring unit 61 as a tracking operation. By executing, a state estimation vector x trk (k) indicating an estimated position and a moving state (for example, estimated speed) of the target Tgt is sequentially calculated.

あるいは、追尾演算部64Cは、計測部61で非同期に得られた到来時間差TDOA12(k1)および到来周波数差FDOA23(k2)の計測値(k1≠k2)の組を用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を追尾演算として実行することにより、目標Tgtの推定位置および移動状態(たとえば推定速度)を示す状態推定ベクトルxtrk(k)を算出してもよい。Alternatively, the tracking calculation unit 64C performs iterative estimation by a Kalman filter using a set of measurement values (k1 ≠ k2) of the arrival time difference TDOA 12 (k1) and the arrival frequency difference FDOA 23 (k2) obtained asynchronously by the measurement unit 61. By executing the processing as a tracking operation, a state estimation vector x trk (k) indicating the estimated position and the moving state (for example, the estimated speed) of the target Tgt may be calculated.

より具体的には、反復推定部94Cは、上式(9),(10)で示される状態空間モデルを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を追尾演算として実行する。反復推定部94Cに適用される運動モデル(状態方程式)では、状態ベクトルx、状態遷移行列Fおよび共分散行列Qは、たとえば、次式(71),(72),(73)で与えられる。More specifically, the iterative estimating unit 94C executes the iterative estimating process by the Kalman filter using the state space model represented by the above equations (9) and (10) as a tracking operation. In the motion model (state equation) applied to the iterative estimation unit 94C, the state vector x k , the state transition matrix F k, and the covariance matrix Q k are represented by, for example, the following equations (71), (72), and (73). Given.


Figure 2019167268
ここで、LN,LTは、目標Tgtの真の位置を示す経度および緯度、VLNは経度方向の速度、LTは緯度方向の速度であり、T=t−tk−1である。また、Iは2行2列の単位行列であり、qはパワースペクトラム密度と呼ばれ、運動モデルの不確かさを表す設定パラメータ値である。
Figure 2019167268
Here, LN k, LT k is the longitude and latitude indicating the true position of the target Tgt, VLN k longitude direction of the velocity, LT k is the speed of latitudinal, at T = t k -t k-1 is there. Also, I 2 is the identity matrix of two rows and two columns, q is called a power spectrum density, a setting parameter value representing the uncertainty of motion model.

また、反復推定部94Cに適用される観測モデル(観測方程式)では、観測値z、観測関数h[x]および共分散Rは、たとえば、次式(74),(75),(76)で与えられる。In the observation model (observation equation) applied to the iterative estimation unit 94C, the observation value z k , the observation function h [x k ], and the covariance R k are, for example, the following equations (74), (75), (75) 76).


Figure 2019167268
ここで、式(74),(75)における(i,j)は、各時刻tで(1,2)または(2,3)のいずれかである。たとえば、時刻tk1では、到来時間差TDOA12(k1)の計測値が得られ(i=1;j=2)、時刻tk2ではTDOA23(k2)の計測値が得られる(i=2;j=3)。
Figure 2019167268
Here, equation (74), (i, j) in (75) is either at each time t k (1, 2) or (2,3). For example, at time t k1 , a measured value of arrival time difference TDOA 12 (k1) is obtained (i = 1; j = 2), and at time t k2 , a measured value of TDOA 23 (k2) is obtained (i = 2; j = 3).

反復推定部94Cは、上記状態空間モデルを用いてカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)を算出することができる。反復推定部94Cは、当該状態推定ベクトルx(k|k)を、目標Tgtの推定位置および移動状態を示す状態推定ベクトルxtrk(k)として出力する。Iterative estimation unit 94C executes the iterative estimation process by the Kalman filter using the state space model (Fig. 6), the time t k for each of the state estimate vector x (k | k) and post-error covariance matrix P ( k | k) can be calculated. The iterative estimation unit 94C outputs the state estimation vector x (k | k) as a state estimation vector x trk (k) indicating the estimated position and the moving state of the target Tgt.

次に、目標Tgtの状態変化が検出された場合の測位演算部63C、追尾演算部64Cおよびデータ移行部65の動作について説明する。   Next, operations of the positioning calculation unit 63C, the tracking calculation unit 64C, and the data transfer unit 65 when a change in the state of the target Tgt is detected will be described.

目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が検出されたとき、測位演算部63Cの反復推定部92Cは、検出信号ESに応じて、直近の測位演算結果である状態推定ベクトルxpo(k)(=x(k|k))および事後誤差共分散行列Ppo(k)(=P(k|k))をデータ移行部65を介して追尾演算部64Cに供給する。When the state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state is detected, the iterative estimation unit 92C of the positioning calculation unit 63C determines the state estimation vector x po (k) that is the latest positioning calculation result according to the detection signal ES. ) (= X (k | k)) and the posterior error covariance matrix P po (k) (= P (k | k)) are supplied to the tracking calculation unit 64C via the data transfer unit 65.

このとき、追尾演算部64Cの反復推定部94Cは、測位演算部63Cから供給された状態推定ベクトルxpo(k)および事後誤差共分散行列Ppo(k)に基づいて、状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)の初期値x(0|0),P(0|0)を生成する。そして、反復推定部94Cは、それら初期値x(0|0),P(0|0)と観測値(計測値)とを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルxtrk(k)を算出することができる。この場合に、反復推定部92Bで使用される初期値x(0|0),P(0|0)は、たとえば、上式(49),(50)に示すように設定可能である。At this time, the iterative estimation unit 94C of the tracking calculation unit 64C determines the state estimation vector x (k) based on the state estimation vector x po (k) and the posterior error covariance matrix P po (k) supplied from the positioning calculation unit 63C. k | k) and initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) of the posterior error covariance matrix P (k | k). Then, the iterative estimating unit 94C executes an iterative estimating process (FIG. 6) using a Kalman filter using the initial values x (0 | 0), P (0 | 0) and the observed value (measured value). time t k for each of the state estimation vector x trk the (k) can be calculated. In this case, the initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) used in the iterative estimating unit 92B can be set as shown in the above equations (49) and (50), for example.

一方、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が検出されたとき、追尾演算部64Cの反復推定部94Cは、検出信号ESに応じて、直近の追尾演算結果である状態推定ベクトルxtrk(k)(=x(k|k))および事後誤差共分散行列Ptrk(k)(=P(k|k))をデータ移行部65を介して測位演算部63Cに供給する。On the other hand, when a state change of the target Tgt from the moving state to the stationary state is detected, the iterative estimation unit 94C of the tracking calculation unit 64C determines the state estimation vector x trk which is the latest tracking calculation result according to the detection signal ES. (K) (= x (k | k)) and the posterior error covariance matrix P trk (k) (= P (k | k)) are supplied to the positioning calculation unit 63C via the data transfer unit 65.

このとき、測位演算部63Cの反復推定部92Cは、追尾演算部64Cから供給された状態推定ベクトルxtrk(k)および事後誤差共分散行列Ptrk(k)に基づいて、状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)の初期値x(0|0),P(0|0)を生成する。そして、反復推定部92Cは、それら初期値x(0|0),P(0|0)と観測値(計測値)とを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルxpo(k)を算出することができる。この場合に、反復推定部92Bで使用される初期値x(0|0),P(0|0)は、たとえば、次式(51),(52)に示すように設定可能である。At this time, the iterative estimation unit 92C of the positioning calculation unit 63C determines the state estimation vector x (k) based on the state estimation vector x trk (k) and the posterior error covariance matrix P trk (k) supplied from the tracking calculation unit 64C. k | k) and initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) of the posterior error covariance matrix P (k | k). Then, the iterative estimation unit 92C executes an iterative estimation process (FIG. 6) using a Kalman filter using the initial values x (0 | 0), P (0 | 0) and the observed value (measured value). time t k for each of the state estimation vector x po a (k) can be calculated. In this case, the initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) used in the iterative estimation unit 92B can be set, for example, as shown in the following equations (51) and (52).

以上に説明したように実施の形態3の目標監視装置は、実施の形態1の目標監視装置2と同様に状態検出部62Aを有するので、測位演算部63Cおよび追尾演算部64Cは、測位演算を追尾演算に切り替えるべきタイミング、あるいは、追尾演算を測位演算に切り替えるべきタイミングを高い確度で決定することができる。したがって、実施の形態3の監視処理部11Cは、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化、あるいは目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化に応じて精度の高い演算を実行することができる。また、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が検出されたとき、追尾演算部64Cの反復推定部94Cは、直近の測位演算結果xpo(k),Ppo(k)を初期値として用い、かつ計測値を用いた追尾演算を実行することができる。したがって、測位演算が追尾演算に切り替えられたとしても、目標Tgtに対する高い追尾精度を確保することができる。As described above, the target monitoring device according to the third embodiment includes the state detection unit 62A similarly to the target monitoring device 2 according to the first embodiment, so that the positioning calculation unit 63C and the tracking calculation unit 64C perform the positioning calculation. The timing to switch to the tracking calculation or the timing to switch from the tracking calculation to the positioning calculation can be determined with high accuracy. Therefore, the monitoring processing unit 11C according to the third embodiment executes highly accurate calculation according to a state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state or a state change of the target Tgt from the moving state to the stationary state. Can be. When a state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state is detected, the iterative estimating unit 94C of the tracking calculating unit 64C sets the latest positioning calculation result x po (k) and P po (k) to the initial values. And a tracking operation using the measured value can be performed. Therefore, even if the positioning calculation is switched to the tracking calculation, high tracking accuracy with respect to the target Tgt can be ensured.

実施の形態4.
次に、本発明に係る実施の形態4について説明する。上記実施の形態3では、測位演算部63Cは、各時刻tに計測値が入力される度に測位演算を逐次的に実行する。これに対し、実施の形態4の測位演算は、複数回分の計測値を一括して処理するバッチ型の測位演算である。
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described. In the third embodiment, the positioning operation section 63C performs sequentially positioning calculation whenever the measured values in the respective times t k are input. On the other hand, the positioning calculation according to the fourth embodiment is a batch-type positioning calculation that collectively processes a plurality of measured values.

図12は、本発明に係る実施の形態4における測位演算部63D、追尾演算部64Cおよびデータ移行部65からなる演算部の構成を概略的に示すブロック図である。本実施の形態の目標監視システムおよび目標監視装置の構成は、図10の測位演算部63Cに代えて図10の測位演算部63Dを有する点を除いて、上記実施の形態3の目標監視システムおよび目標監視装置の構成と同じである。   FIG. 12 is a block diagram schematically showing a configuration of a calculation unit including positioning calculation unit 63D, tracking calculation unit 64C, and data transfer unit 65 according to Embodiment 4 of the present invention. The configuration of the target monitoring system and the target monitoring device according to the present embodiment is the same as that of the target monitoring system and the target monitoring system according to the third embodiment except that a positioning operation unit 63D in FIG. 10 is provided instead of the positioning operation unit 63C in FIG. The configuration is the same as that of the target monitoring device.

本実施の形態の測位演算部63Dには、計測部61C(図10)から到来時間差TDOAij(k)および到来周波数差FDOAij(k)の計測値が入力される。到来時間差TDOAij(k)は、到来時間差TDOA12(k)またはTDOA23(k)のいずれか一方であり、到来周波数差FDOAij(k)は、到来周波数差FDOA12(k)またはFDOA23(k)のいずれか一方である。たとえば、時刻tk1に到来時間差TDOA12(k1)の計測値が得られ、時刻tk2(≠tk1)に到来時間差TDOA23(k2)の計測値が得られる場合、到来時間差TDOA12(k1),TDOA23(k2)の計測値は、互いに非同期に得られた観測値である。Measurement values of the arrival time difference TDOA ij (k) and the arrival frequency difference FDOA ij (k) are input to the positioning calculation unit 63D of the present embodiment from the measurement unit 61C (FIG. 10). The arrival time difference TDOA ij (k) is one of the arrival time differences TDOA 12 (k) and TDOA 23 (k), and the arrival frequency difference FDOA ij (k) is the arrival frequency difference FDOA 12 (k) or FDOA 23. (K). For example, the measurement value is obtained in the arrival time difference at time t k1 TDOA 12 (k1), the time t k2 when the measurement value of TDOA TDOA 23 (k2) to (≠ t k1) is obtained, TDOA TDOA 12 (k1 ), TDOA 23 (k2) are observed values obtained asynchronously with each other.

本実施の形態の測位演算部63Dは、図12に示されるようにバッファメモリ100とバッチ型反復推定部92Dとを有している。バッファメモリ100は、少なくとも、時刻tk−K+1から時刻tk−1までのK−1回分の過去の計測値を記憶する容量を有している。バッチ型反復推定部92Dは、時刻tにおける現在の計測値が得られる度に、バッファメモリ100からK−1回分の過去の計測値を読み出す。そして、バッチ型反復推定部92Dは、当該過去の計測値と当該現在の計測値とを一括して用いた非線形最小二乗法によるバッチ処理を測位演算として実行することにより、目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)を算出することができる。The positioning calculation unit 63D of the present embodiment has a buffer memory 100 and a batch-type repetition estimation unit 92D as shown in FIG. The buffer memory 100 has a capacity to store at least K-1 past measured values from time tk -K + 1 to time tk -1 . Batch iterative estimation unit 92D, each time the current measured value at time t k can be obtained, read out past measurement value of the K-1 times from the buffer memory 100. Then, the batch-type iterative estimating unit 92D executes the batch processing by the non-linear least square method using the past measurement value and the current measurement value collectively as the positioning operation, thereby calculating the estimated position of the target Tgt. The calculated state estimation vector x po (k) can be calculated.

より具体的には、バッチ型反復推定部92Dは、上記した再帰最小二乗法(RLS)アルゴリズムに従い、次式(77)に示される観測値yを用いた再帰処理を実行することができる。More specifically, the batch-type iterative estimating unit 92D can execute a recursive process using the observed value y k shown in the following equation (77) according to the above-described recursive least squares (RLS) algorithm.


Figure 2019167268

Figure 2019167268

このとき、時刻tにおける観測関数φ[χ=ptgt]は、次式(78)で与えられる。At this time, the observation function phi k at time t k [χ = p tgt] is given by the following equation (78).


Figure 2019167268
ここで、ptgtは、地球の重心を原点とする、目標Tgtの位置座標を示す位置ベクトルであり、p(k)は、時刻tでの衛星Stiの位置座標を示す位置ベクトルであり、p(k)は、時刻tでの衛星Stjの位置座標を示す位置ベクトルである。
Figure 2019167268
Here, p tgt is the origin of the center of gravity of the earth, a position vector indicating the position coordinates of the target Tgt, p i (k) is located at a position vector indicating the position coordinates of the satellite Sti at time t k , p j (k) is a position vector indicating the position coordinates of the satellite Stj at time t k.

観測雑音共分散Ωは、次式(79)で与えられるものとする。The observation noise covariance Ω k is given by the following equation (79).


Figure 2019167268

Figure 2019167268

バッチ型反復推定部92Dは、K回の計測結果に対して上記したRLSアルゴリズムによる再帰処理を実行することにより、評価関数J(χ=ptgt)を最小にする近似解χminを、目標Tgtの推定位置を示す状態推定ベクトルxpo(k)として算出することができる。Batch iterative estimation unit 92D executes the recursive process by RLS algorithm described above for K times the measurement results, an approximate solution chi min evaluating function J a (χ = p tgt) to minimize target Tgt Can be calculated as a state estimation vector x po (k) indicating the estimated position of.

次に、目標Tgtの状態変化が検出された場合の測位演算部63D、追尾演算部64Cおよびデータ移行部65の動作について説明する。   Next, operations of the positioning calculation unit 63D, the tracking calculation unit 64C, and the data transfer unit 65 when a change in the state of the target Tgt is detected will be described.

目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が検出されたとき、測位演算部63Dの反復推定部92Dは、検出信号ESに応じて、直近の測位演算結果である状態推定ベクトルxpo(k)(=x(k|k))および事後誤差共分散行列Ppo(k)(=P(k|k))をデータ移行部65を介して追尾演算部64Cに供給する。When the state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state is detected, the iterative estimating unit 92D of the positioning calculation unit 63D determines the state estimation vector x po (k) that is the latest positioning calculation result in accordance with the detection signal ES. ) (= X (k | k)) and the posterior error covariance matrix P po (k) (= P (k | k)) are supplied to the tracking calculation unit 64C via the data transfer unit 65.

このとき、追尾演算部64Cの反復推定部94Cは、測位演算部63Dから供給された状態推定ベクトルxpo(k)および事後誤差共分散行列Ppo(k)に基づいて、状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)の初期値x(0|0),P(0|0)を生成する。そして、反復推定部94Cは、それら初期値x(0|0),P(0|0)と観測値(計測値)とを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルxtrk(k)を算出することができる。At this time, the iterative estimation unit 94C of the tracking calculation unit 64C calculates the state estimation vector x (k) based on the state estimation vector x po (k) and the posterior error covariance matrix P po (k) supplied from the positioning calculation unit 63D. k | k) and initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) of the posterior error covariance matrix P (k | k). Then, the iterative estimating unit 94C executes an iterative estimating process (FIG. 6) using a Kalman filter using the initial values x (0 | 0), P (0 | 0) and the observed value (measured value). time t k for each of the state estimation vector x trk the (k) can be calculated.

一方、目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化が検出されたとき、追尾演算部64Cの反復推定部94Cは、検出信号ESに応じて、直近の追尾演算結果である状態推定ベクトルxtrk(k)(=x(k|k))および事後誤差共分散行列Ptrk(k)(=P(k|k))をデータ移行部65を介して測位演算部63Dに供給する。On the other hand, when a state change of the target Tgt from the moving state to the stationary state is detected, the iterative estimation unit 94C of the tracking calculation unit 64C determines the state estimation vector x trk which is the latest tracking calculation result according to the detection signal ES. (K) (= x (k | k)) and the posterior error covariance matrix P trk (k) (= P (k | k)) are supplied to the positioning calculation unit 63D via the data transfer unit 65.

このとき、測位演算部63Dの反復推定部92Dは、追尾演算部64Cから供給された状態推定ベクトルxtrk(k)および事後誤差共分散行列Ptrk(k)に基づいて、状態推定ベクトルx(k|k)および事後誤差共分散行列P(k|k)の初期値x(0|0),P(0|0)を生成する。そして、反復推定部92Dは、それら初期値x(0|0),P(0|0)と観測値(計測値)とを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理(図6)を実行することにより、時刻t毎の状態推定ベクトルxpo(k)を算出することができる。この場合に、反復推定部92Dで使用される初期値x(0|0),P(0|0)は、たとえば、次式(51),(52)に示すように設定可能である。At this time, the iterative estimation unit 92D of the positioning calculation unit 63D determines the state estimation vector x (k) based on the state estimation vector x trk (k) and the posterior error covariance matrix P trk (k) supplied from the tracking calculation unit 64C. k | k) and initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) of the posterior error covariance matrix P (k | k). Then, the iterative estimation unit 92D executes an iterative estimation process (FIG. 6) using a Kalman filter using the initial values x (0 | 0), P (0 | 0) and the observed value (measured value). time t k for each of the state estimation vector x po a (k) can be calculated. In this case, the initial values x (0 | 0) and P (0 | 0) used in the iterative estimation unit 92D can be set, for example, as shown in the following equations (51) and (52).

以上に説明したように実施の形態4の目標監視装置は、実施の形態1の目標監視装置2と同様に状態検出部62Aを有するので、測位演算部63Dおよび追尾演算部64Cは、測位演算を追尾演算に切り替えるべきタイミング、あるいは、追尾演算を測位演算に切り替えるべきタイミングを高い確度で決定することができる。したがって、実施の形態4の監視処理部は、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化、あるいは目標Tgtの移動状態から静止状態への状態変化に応じて精度の高い演算を実行することができる。また、目標Tgtの静止状態から移動状態への状態変化が検出されたとき、追尾演算部64Cの反復推定部94Cは、直近の測位演算結果xpo(k),Ppo(k)を初期値として用い、かつ計測値を用いた追尾演算を実行することができる。したがって、測位演算が追尾演算に切り替えられたとしても、目標Tgtに対する高い追尾精度を確保することができる。As described above, the target monitoring device according to the fourth embodiment includes the state detection unit 62A similarly to the target monitoring device 2 according to the first embodiment, so that the positioning calculation unit 63D and the tracking calculation unit 64C perform the positioning calculation. The timing to switch to the tracking calculation or the timing to switch from the tracking calculation to the positioning calculation can be determined with high accuracy. Therefore, the monitoring processing unit according to the fourth embodiment can execute highly accurate calculation according to a state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state or a state change of the target Tgt from the moving state to the stationary state. it can. When a state change of the target Tgt from the stationary state to the moving state is detected, the iterative estimating unit 94C of the tracking calculating unit 64C sets the latest positioning calculation result x po (k) and P po (k) to the initial values. And a tracking operation using the measured value can be performed. Therefore, even if the positioning calculation is switched to the tracking calculation, high tracking accuracy with respect to the target Tgt can be ensured.

実施の形態5.
次に、本発明に係る実施の形態5について説明する。実施の形態1の状態検出部62A(図4)においては、閾値設定部82Aは、監視エリアSAを定める監視エリア情報ADを用いて閾値TH1,TH2を設定し、閾値設定部86Aも、監視エリア情報ADを用いて閾値TH3,TH4を設定している。実施の形態5,6では、監視エリア情報ADに代えて、直近の測位演算結果または直近の追尾演算結果を用いて閾値TH1,TH2,TH3,TH4が設定される。
Embodiment 5 FIG.
Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described. In the state detection unit 62A (FIG. 4) of the first embodiment, the threshold setting unit 82A sets the thresholds TH1 and TH2 using the monitoring area information AD that defines the monitoring area SA. The threshold values TH3 and TH4 are set using the information AD. In the fifth and sixth embodiments, threshold values TH1, TH2, TH3, and TH4 are set using the latest positioning calculation result or the latest tracking calculation result instead of monitoring area information AD.

図13は、実施の形態5における監視処理部11Eの概略構成を示すブロック図である。監視処理部11Eの構成は、図3の状態検出部62Aに代えて図13の状態検出部62Eおよび遅延素子78,79を有する点を除いて、実施の形態1の監視処理部11Aの構成と同じである。図13に示されるように、一方の遅延素子78は、現在の時刻tよりも1回前の時刻tk−1での測位演算結果である状態推定ベクトルxpo(k−1)を状態検出部62Eに供給し、他方の遅延素子79は、時刻tk−1での追尾演算結果である状態推定ベクトルxtrk(k−1)を状態検出部62Eに供給する。FIG. 13 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the monitoring processing unit 11E according to the fifth embodiment. The configuration of the monitoring processing unit 11E is the same as that of the monitoring processing unit 11A according to the first embodiment except that the monitoring processing unit 11E has a state detection unit 62E and delay elements 78 and 79 in FIG. 13 instead of the state detection unit 62A in FIG. Is the same. As shown in FIG. 13, one delay element 78, the state estimate vector x po (k-1) a condition that is positioning calculation result at the current time t k of one time before than time t k-1 The delay element 79 supplies the state estimation vector x trk (k-1), which is the tracking operation result at time tk -1 , to the state detection unit 62E.

図14は、実施の形態5における状態検出部62Eの概略構成を示すブロック図である。状態検出部62Eの構成は、図4の閾値設定部82A,86Aに代えて図14の閾値設定部82E,86Eを有する点を除いて、上記状態検出部62Aの構成と同じである。閾値設定部82Eは、測位演算結果xpo(k−1)または追尾演算結果xtrk(k−1)のいずれか一方と衛星軌道情報ODとに基づき、上式(1),(2)に示される閾値TH1,TH2の組を設定することができる。また、閾値設定部86Eは、測位演算結果xpo(k−1)または追尾演算結果xtrk(k−1)のいずれか一方と衛星軌道情報ODと目標揺動情報SDとに基づき、上式(5),(6)に示される閾値TH3,TH4の組を設定することができる。FIG. 14 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a state detection unit 62E according to the fifth embodiment. The configuration of the state detection unit 62E is the same as the configuration of the above-described state detection unit 62A, except that threshold value setting units 82A and 86A in FIG. 4 are replaced with threshold value setting units 82E and 86E in FIG. Based on one of the positioning calculation result x po (k-1) or the tracking calculation result x trk (k-1) and the satellite orbit information OD, the threshold value setting unit 82E calculates the above equation (1) or (2). A set of indicated threshold values TH1 and TH2 can be set. The threshold setting unit 86E calculates the above equation based on one of the positioning calculation result x po (k-1) or the tracking calculation result x trk (k-1), the satellite orbit information OD, and the target swing information SD. A set of thresholds TH3 and TH4 shown in (5) and (6) can be set.

以上に説明したように実施の形態5では、目標Tgtに関する状態推定ベクトルxpo(k−1),xtrk(k−1)を使用して閾値TH1,TH2,TH3,TH4が設定されるので、目標Tgtの状態変化を検知するための信頼性の高い数値範囲Δ(TH1,TH2),Δ(TH3,TH4)を決定することが可能となる。As described above, in the fifth embodiment, the threshold values TH1, TH2, TH3, and TH4 are set using the state estimation vectors x po (k-1) and x trk (k-1) for the target Tgt. , It is possible to determine a highly reliable numerical range Δ (TH1, TH2), Δ (TH3, TH4) for detecting a change in the state of the target Tgt.

実施の形態6.
次に、本発明に係る実施の形態6について説明する。図15は、実施の形態6における監視処理部11Fの概略構成を示すブロック図である。監視処理部11Fの構成は、図3の状態検出部62Aに代えて図15の状態検出部62Fおよび遅延素子78,79,91,92を有する点を除いて、実施の形態1の監視処理部11Aの構成と同じである。図15に示されるように、遅延素子78,91は、現在の時刻tよりも1回前の時刻tk−1での測位演算結果である状態推定ベクトルxpo(k−1)および事後誤差共分散行列Ppo(k−1)を状態検出部62Eに供給し、遅延素子79,92は、時刻tk−1での追尾演算結果である状態推定ベクトルxtrk(k−1)および事後誤差共分散行列Ptrk(k−1)を状態検出部62Eに供給する。
Embodiment 6 FIG.
Next, a sixth embodiment according to the present invention will be described. FIG. 15 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the monitoring processing unit 11F according to the sixth embodiment. The configuration of the monitoring processing unit 11F is the same as that of the monitoring processing unit of the first embodiment except that the monitoring processing unit 11F includes a state detection unit 62F and delay elements 78, 79, 91, and 92 in FIG. 15 instead of the state detection unit 62A in FIG. The configuration is the same as 11A. As shown in FIG. 15, the delay elements 78,91 are positioning calculation result at the current than the time t k of one time before the time t k-1 state estimate vector x po (k-1) and post The error covariance matrix P po (k-1) is supplied to the state detection unit 62E, and the delay elements 79 and 92 calculate the state estimation vector x trk (k-1) and the tracking operation result at the time tk -1. The posterior error covariance matrix P trk (k−1) is supplied to the state detection unit 62E.

図16は、実施の形態6における状態検出部62Fの概略構成を示すブロック図である。状態検出部62Fの構成は、図4の閾値設定部82A,86Aに代えて図16の閾値設定部82E,86Eおよび誤差楕円算出部84,88を有する点を除いて、上記状態検出部62Aの構成と同じである。   FIG. 16 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a state detection unit 62F according to the sixth embodiment. The configuration of the state detection unit 62F is the same as that of the state detection unit 62A except that threshold value setting units 82E and 86E and error ellipse calculation units 84 and 88 in FIG. 16 are provided instead of the threshold value setting units 82A and 86A in FIG. The configuration is the same.

誤差楕円算出部84は、測位演算結果xpo(k−1),Ppo(k−1)に基づいて、次式(80)に示される誤差楕円で定まる領域データを閾値設定部82F,86Fに供給する。The error ellipse calculation unit 84 converts the region data determined by the error ellipse represented by the following equation (80) into the threshold setting units 82F and 86F based on the positioning operation results x po (k-1) and P po (k-1). To supply.


Figure 2019167268
ここで、ζは、設定パラメータである。誤差楕円とは、測位結果の誤差範囲を示す確率的な範囲のことであり、測位位置を中心とする楕円状の領域内に目標Tgtの真の位置があることを意味する。
Figure 2019167268
Here, ζ is a setting parameter. The error ellipse is a stochastic range indicating an error range of the positioning result, and means that the true position of the target Tgt is located within an elliptical area centered on the positioning position.

一方、誤差楕円算出部88は、追尾演算結果xtrk(k−1),Ptrk(k−1)に基づいて、次式(81)に示される誤差楕円で定まる領域データを閾値設定部82F,86Fに供給する。On the other hand, based on the tracking operation results x trk (k−1) and P trk (k−1), the error ellipse calculation unit 88 converts the region data determined by the error ellipse represented by the following equation (81) into the threshold setting unit 82F , 86F.


Figure 2019167268
ここで、ζ’は、設定パラメータである。
Figure 2019167268
Here, ζ ′ is a setting parameter.

閾値設定部82Fは、式(80)または(81)で示される誤差楕円で定まる領域データと衛星軌道情報ODとに基づき、上式(1),(2)に示される閾値TH1,TH2の組を設定することができる。また、閾値設定部86Fは、式(80)または(81)で示される誤差楕円で定まる領域データと衛星軌道情報ODと目標揺動情報SDとに基づき、上式(5),(6)に示される閾値TH3,TH4の組を設定することができる。   The threshold value setting unit 82F is a set of threshold values TH1 and TH2 shown in the above equations (1) and (2) based on the area data determined by the error ellipse shown in the equation (80) or (81) and the satellite orbit information OD. Can be set. Further, the threshold value setting unit 86F calculates the above equations (5) and (6) based on the area data determined by the error ellipse shown by the equation (80) or (81), the satellite orbit information OD, and the target swing information SD. A set of indicated threshold values TH3 and TH4 can be set.

以上に説明したように実施の形態6では、誤差楕円で定まる領域データを使用して閾値TH1,TH2,TH3,TH4が設定されるので、目標Tgtの状態変化を検知するための信頼性の高い数値範囲Δ(TH1,TH2),Δ(TH3,TH4)を決定することが可能となる。また、領域データを人為的に設定する必要がないという利点がある。   As described above, in the sixth embodiment, since the thresholds TH1, TH2, TH3, and TH4 are set using the area data determined by the error ellipse, the reliability for detecting the state change of the target Tgt is high. It is possible to determine the numerical ranges Δ (TH1, TH2), Δ (TH3, TH4). Also, there is an advantage that it is not necessary to set the area data artificially.

実施の形態1〜6の変形例.
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、上記実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。
Modifications of the first to sixth embodiments.
As described above, various embodiments according to the present invention have been described with reference to the drawings. However, the above embodiments are merely examples of the present invention, and various embodiments other than these embodiments can be adopted.

たとえば、測位演算部63A〜63Dのうちから選択された任意の測位演算部と、追尾演算部64A〜63Cのうちから選択された任意の追尾演算部と、データ移行部65との組み合わせを有する監視処理部を構成することが可能である。   For example, a monitor having a combination of an arbitrary positioning operation unit selected from the positioning operation units 63A to 63D, an arbitrary tracking operation unit selected from the tracking operation units 64A to 63C, and a data transfer unit 65 It is possible to configure a processing unit.

また、上記実施の形態2〜5の各監視処理部のハードウェア構成は、実施の形態1の場合と同様に、たとえば、DSP,ASICまたはFPGAなどの半導体集積回路を有する単数または複数のプロセッサで実現されればよい。あるいは、監視処理部11Aのハードウェア構成は、不揮発性メモリから読み出されたソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、CPUまたはGPUなどの演算装置を含む単数または複数のプロセッサで実現されてもよい。DSPなどの半導体集積回路とCPUなどの演算装置との組み合わせを含む単数または複数のプロセッサで各監視処理部のハードウェア構成が実現されてもよい。さらには、実施の形態2〜5の各監視処理部のハードウェア構成は、図8に示した信号処理装置70により実現されてもよい。   The hardware configuration of each monitoring processing unit in the second to fifth embodiments is, for example, one or more processors having a semiconductor integrated circuit such as a DSP, an ASIC, or an FPGA, as in the first embodiment. It should just be realized. Alternatively, the hardware configuration of the monitoring processing unit 11A may be realized by a single or a plurality of processors including an arithmetic device such as a CPU or a GPU that executes a program code of software or firmware read from a nonvolatile memory. . The hardware configuration of each monitoring processing unit may be realized by one or more processors including a combination of a semiconductor integrated circuit such as a DSP and an arithmetic device such as a CPU. Furthermore, the hardware configuration of each monitoring processing unit according to the second to fifth embodiments may be realized by the signal processing device 70 illustrated in FIG.

本発明の範囲内において、上記実施の形態1〜6の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。   Within the scope of the present invention, any combination of the above-described first to sixth embodiments, modification of any component of each embodiment, or omission of any component of each embodiment is possible.

本発明に係る目標監視装置および目標監視システムは、複数の衛星を用いて、船舶、航空機または車両などの移動自在な電波発信源である目標の位置および移動速度などの状態を高い精度で推定することができるので、たとえば、目標追尾システムおよび捜索救助システムへの使用に適している。   A target monitoring device and a target monitoring system according to the present invention use a plurality of satellites to estimate, with high accuracy, a position and a moving speed of a target which is a movable radio wave source such as a ship, an aircraft or a vehicle. Suitable for use in, for example, a target tracking system and a search and rescue system.

St1〜St3 人工衛星、Rx1〜Rx2 受信アンテナ、SA 監視エリア、Tgt 目標、1 目標監視システム、2 目標監視装置、10 受信器、11A,11C,11E,11F 監視処理部、12 表示器、20 局部発振器、31,41,51 バンドパスフィルタ、32,42,52 ダウンコンバータ、33,43,53 A/D変換器(ADC)、61,61C 計測部、62A,62E 状態検出部、63A,63B,63C,63D 測位演算部、64A,64B,64C 追尾演算部、65 データ移行部、66 出力制御部、67 データ記憶部、70 信号処理装置、71 プロセッサ、72 メモリ、73 入力インタフェース部、74 出力インタフェース部、75 通信回路、76 信号路、78,79 遅延素子、81 平滑値算出部、82A,82B,82H,82E,82F 閾値設定部、83 状態判定部、84 誤差楕円算出部、85 平滑値算出部、86A,86B,86H,86E,86F 閾値設定部、87 状態判定部、88 誤差楕円算出部、89 判定出力部、91A 単測位部、92A 反復推定部、92B 反復推定部、92C 反復推定部、92D バッチ型反復推定部、93A 単測位部、94A 反復推定部、94B 反復推定部、94C 反復推定部、100 バッファメモリ、101 バッファメモリ。   St1 to St3 satellites, Rx1 to Rx2 receiving antenna, SA monitoring area, Tgt target, 1 target monitoring system, 2 target monitoring devices, 10 receivers, 11A, 11C, 11E, 11F monitoring processing unit, 12 display, 20 local Oscillator, 31, 41, 51 band-pass filter, 32, 42, 52 down converter, 33, 43, 53 A / D converter (ADC), 61, 61C measuring unit, 62A, 62E state detecting unit, 63A, 63B, 63C, 63D positioning operation unit, 64A, 64B, 64C tracking operation unit, 65 data transfer unit, 66 output control unit, 67 data storage unit, 70 signal processing unit, 71 processor, 72 memory, 73 input interface unit, 74 output interface Part, 75 communication circuit, 76 signal path, 78, 79 delay element, 8 Smoothed value calculation unit, 82A, 82B, 82H, 82E, 82F threshold value setting unit, 83 state determination unit, 84 error ellipse calculation unit, 85 smoothed value calculation unit, 86A, 86B, 86H, 86E, 86F threshold value setting unit, 87 state Judgment unit, 88 error ellipse calculation unit, 89 judgment output unit, 91A single positioning unit, 92A repetition estimation unit, 92B repetition estimation unit, 92C repetition estimation unit, 92D batch-type repetition estimation unit, 93A single positioning unit, 94A repetition estimation unit , 94B iterative estimator, 94C iterative estimator, 100 buffer memory, 101 buffer memory.

本発明の一態様による目標監視装置は、電波発信源である目標から、複数の衛星を含む3つ以上の通信経路を経て到来した電波信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナで得られた複数の受信信号に基づいて当該目標の状態を推定する目標監視装置であって、前記複数の受信信号に基づき、前記受信信号間の到来時間差、または前記受信信号間の到来時間差および到来周波数差を示す複数の計測値を逐次算出する計測部と、前記複数の計測値のうちの少なくとも1つの計測値の時間変動を監視して当該目標の動きの有無を検出する状態検出部と、前記状態検出部により前記目標の動きが無いことが検出されたときは、前記複数の計測値を用いた測位演算を実行して前記目標の推定位置を示す第1の状態推定値を算出し、前記状態検出部により前記目標の静止状態から移動状態への状態変化が検出されたときは、追尾演算を実行して当該目標の推定位置および移動状態の双方を示す第2の状態推定値を算出する演算部とを備え、前記状態検出部は、監視エリアを定める座標情報、前記測位演算もしくは前記追尾演算により算出された当該目標の推定位置、または誤差楕円のいずれか1つと、前記複数の衛星それぞれの軌道計算値とに基づいて数値範囲を設定し、前記状態検出部は、前記少なくとも1つの計測値にフィルタ処理を施して平滑値を算出し、当該平滑値が、前記数値範囲内から当該数値範囲外へ変動したときに、前記目標の静止状態から移動状態への状態変化が生じたと判定することを特徴とする。 A target monitoring device according to one embodiment of the present invention includes a plurality of reception antennas which receive radio signals arriving from a target serving as a radio wave transmission source via three or more communication paths including a plurality of satellites , respectively. A target monitoring apparatus for estimating a state of the target based on a received signal, wherein a plurality of arrival time differences between the received signals or a plurality of arrival time differences and arrival frequency differences between the received signals are indicated based on the plurality of received signals. A measurement unit that sequentially calculates the measurement values of the plurality of measurement values, a state detection unit that monitors the time variation of at least one of the plurality of measurement values to detect the presence or absence of the movement of the target, and the state detection unit. When it is detected that there is no movement of the target, a position calculation using the plurality of measurement values is executed to calculate a first state estimation value indicating the estimated position of the target, and the state detection unit Yo When the state changes to the moving state from the stationary state of the target is detected, and a calculation unit for calculating a second state estimate running tracking calculation indicates both the estimated position and movement status of the target The state detection unit includes: one of coordinate information that defines a monitoring area, an estimated position of the target calculated by the positioning calculation or the tracking calculation, or an error ellipse, and an orbit calculation value of each of the plurality of satellites. And the state detection unit performs a filtering process on the at least one measured value to calculate a smoothed value, and the smoothed value changes from the numerical value range to outside the numerical value range. Then, it is determined that a state change of the target from a stationary state to a moving state has occurred .

Claims (19)

電波発信源である目標から3つ以上の通信経路を経て到来した電波信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナで得られた複数の受信信号に基づいて当該目標の状態を推定する目標監視装置であって、
前記複数の受信信号に基づき、前記受信信号間の到来時間差、または前記受信信号間の到来時間差および到来周波数差を示す複数の計測値を逐次算出する計測部と、
前記複数の計測値のうちの少なくとも1つの計測値の時間変動を監視して当該目標の動きの有無を検出する状態検出部と、
前記状態検出部により前記目標の動きが無いことが検出されたときは、前記複数の計測値を用いた測位演算を実行して前記目標の推定位置を示す第1の状態推定値を算出する演算部と
を備え、
前記演算部は、前記状態検出部により前記目標の静止状態から移動状態への状態変化が検出されたときは、追尾演算を実行して当該目標の推定位置および移動状態の双方を示す第2の状態推定値を算出する、
ことを特徴とする目標監視装置。
A target monitoring device for estimating the state of a target based on a plurality of reception signals obtained by a plurality of reception antennas respectively receiving radio signals arriving via three or more communication paths from a target which is a radio wave transmission source. hand,
A measurement unit that sequentially calculates a plurality of measurement values indicating the arrival time difference between the reception signals, or the arrival time difference and the arrival frequency difference between the reception signals, based on the plurality of reception signals,
A state detection unit that monitors a time variation of at least one measurement value of the plurality of measurement values and detects whether or not the target moves;
When the state detection unit detects that the target does not move, an operation of executing a positioning operation using the plurality of measurement values to calculate a first state estimated value indicating the estimated position of the target Department and
When the state detection unit detects a change in the state of the target from a stationary state to a moving state, the calculation unit performs a tracking calculation to indicate both the estimated position and the moving state of the target. Calculate state estimates,
A target monitoring device, characterized in that:
請求項1記載の目標監視装置であって、前記状態検出部は、前記少なくとも1つの計測値にフィルタ処理を施して平滑値を算出し、当該平滑値が、設定された数値範囲内から当該数値範囲外へ変動したときに、前記目標の静止状態から移動状態への状態変化が生じたと判定することを特徴とする目標監視装置。   2. The target monitoring device according to claim 1, wherein the state detection unit performs a filtering process on the at least one measured value to calculate a smoothed value, and calculates the smoothed value from the set numerical value range. 3. A target monitoring apparatus characterized in that it is determined that a state change of the target from a stationary state to a moving state has occurred when the target has moved out of the range. 請求項2記載の目標監視装置であって、前記状態検出部は、前記平滑値が前記数値範囲外から当該数値範囲内へ変動した後に、前記平滑値が当該数値範囲内に一定期間の間、継続して収まるときに、前記目標の移動状態から静止状態への状態変化が生じたと判定することを特徴とする目標監視装置。   3. The target monitoring device according to claim 2, wherein the state detection unit is configured such that, after the smoothed value changes from outside the numerical range to within the numerical range, the smoothed value remains within the numerical range for a certain period of time. A target monitoring device characterized in that it is determined that a state change from a moving state of the target to a stationary state has occurred when the target is continuously stopped. 請求項2または請求項3記載の目標監視装置であって、
前記複数の通信経路は、複数の衛星を含み、
前記状態検出部は、監視エリアを定める座標情報、前記測位演算もしくは前記追尾演算により算出された当該目標の推定位置、または誤差楕円のいずれか1つと、前記複数の衛星それぞれの軌道計算値とに基づいて前記数値範囲を設定することを特徴とする目標監視装置。
The target monitoring device according to claim 2 or 3, wherein
The plurality of communication paths include a plurality of satellites,
The state detection unit is configured to calculate one of the coordinate information defining the monitoring area, the estimated position of the target calculated by the positioning calculation or the tracking calculation, or the error ellipse, and the orbit calculation value of each of the plurality of satellites. A target monitoring device, wherein the numerical value range is set based on the target value.
請求項1または請求項2記載の目標監視装置であって、前記演算部は、前記状態検出部により前記目標の静止状態から移動状態への状態変化が検出されたときは、前記測位演算で得られた直近の演算結果を初期値として用い、かつ前記計測部で算出された複数の計測値を用いて前記追尾演算を実行することを特徴とする目標監視装置。   3. The target monitoring device according to claim 1, wherein the calculation unit is configured to obtain the target by the positioning calculation when the state detection unit detects a state change of the target from a stationary state to a moving state. 4. A target monitoring apparatus, wherein the tracking operation is executed using a latest calculation result obtained as an initial value and using a plurality of measurement values calculated by the measurement unit. 請求項3記載の目標監視装置であって、前記演算部は、前記状態検出部により前記目標の移動状態から静止状態への状態変化が検出されたときは、前記追尾演算により得られた直近の演算結果を初期値として用い、かつ前記計測部で算出された複数の計測値を用いて前記測位演算を実行することを特徴とする目標監視装置。   4. The target monitoring device according to claim 3, wherein when the state detection unit detects a state change from a moving state of the target to a stationary state, the calculation unit calculates the latest obtained by the tracking calculation. 5. A target monitoring device, wherein the positioning calculation is performed using a calculation result as an initial value and using a plurality of measurement values calculated by the measurement unit. 請求項1または請求項2記載の目標監視装置であって、
前記演算部は、
前記複数の計測値の組を観測ベクトルとして用いた非線形最小二乗法による演算を実行して測位ベクトルを算出する単測位部と、
前記測位ベクトルを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を実行して前記第1の状態推定値を算出する反復推定部と
を含むことを特徴とする目標監視装置。
The target monitoring device according to claim 1 or 2, wherein:
The arithmetic unit includes:
A single positioning unit that calculates a positioning vector by performing an operation according to a non-linear least squares method using the set of the plurality of measurement values as an observation vector,
A target monitoring apparatus comprising: an iterative estimating unit configured to execute an iterative estimation process using a Kalman filter using the positioning vector to calculate the first state estimation value.
請求項1または請求項2記載の目標監視装置であって、
前記複数の計測値は、時刻毎に互いに同期して、または互いにほぼ同期して得られる観測値であり、
前記演算部は、前記複数の計測値の組を観測ベクトルとして用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を前記測位演算として実行することを特徴とする目標監視装置。
The target monitoring device according to claim 1 or 2, wherein:
The plurality of measurement values are observation values obtained in synchronization with each other at each time or substantially in synchronization with each other,
The target monitoring device, wherein the calculation unit executes, as the positioning calculation, an iterative estimation process using a Kalman filter using the set of the plurality of measurement values as an observation vector.
請求項1または請求項2記載の目標監視装置であって、
前記複数の計測値は、互いに非同期に得られる観測値であり、
前記演算部は、前記複数の計測値を用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を前記測位演算として実行することを特徴とする目標監視装置。
The target monitoring device according to claim 1 or 2, wherein:
The plurality of measurement values are observation values obtained asynchronously with each other,
The target monitoring device according to claim 1, wherein the calculation unit performs an iterative estimation process using a Kalman filter using the plurality of measurement values as the positioning calculation.
請求項1または請求項2記載の目標監視装置であって、
前記複数の計測値は、互いに非同期に得られる観測値であり、
前記演算部は、前記複数の計測値の複数回分を一括して用いた非線形最小二乗法によるバッチ処理を前記測位演算として実行することを特徴とする目標監視装置。
The target monitoring device according to claim 1 or 2, wherein:
The plurality of measurement values are observation values obtained asynchronously with each other,
The target monitoring device, wherein the calculation unit executes a batch process by a non-linear least squares method using a plurality of times of the plurality of measurement values collectively as the positioning calculation.
請求項7記載の目標監視装置であって、前記カルマンフィルタによる反復推定処理は、前記測位ベクトルが外れ値か否かを判定する外れ値判定処理を含むことを特徴とする目標監視装置。   8. The target monitoring device according to claim 7, wherein the iterative estimation process using the Kalman filter includes an outlier determination process for determining whether the positioning vector is an outlier. 請求項8記載の目標監視装置であって、前記カルマンフィルタによる反復推定処理は、前記観測ベクトルが外れ値か否かを判定する外れ値判定処理を含むことを特徴とする目標監視装置。   9. The target monitoring apparatus according to claim 8, wherein the iterative estimation processing by the Kalman filter includes an outlier determination processing for determining whether the observation vector is an outlier. 請求項1または請求項2記載の目標監視装置であって、
前記演算部は、
前記複数の計測値の組を観測ベクトルとして用いた非線形最小二乗法による演算を実行して測位ベクトルを算出する単測位部と、
前記測位ベクトルを用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を実行して前記第2の状態推定値を算出する反復推定部と
を含むことを特徴とする目標監視装置。
The target monitoring device according to claim 1 or 2, wherein:
The arithmetic unit includes:
A single positioning unit that calculates a positioning vector by performing an operation according to a non-linear least squares method using the set of the plurality of measurement values as an observation vector,
A target monitoring apparatus comprising: an iterative estimating unit that performs iterative estimation processing by a Kalman filter using the positioning vector to calculate the second state estimation value.
請求項1または請求項2記載の目標監視装置であって、
前記複数の計測値は、時刻毎に互いに同期して、または互いにほぼ同期して得られる観測値であり、
前記演算部は、前記複数の計測値を用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を前記追尾演算として実行することを特徴とする目標監視装置。
The target monitoring device according to claim 1 or 2, wherein:
The plurality of measurement values are observation values obtained in synchronization with each other at each time or substantially in synchronization with each other,
The target monitoring device, wherein the calculation unit performs an iterative estimation process using a Kalman filter using the plurality of measurement values as the tracking calculation.
請求項1または請求項2記載の目標監視装置であって、
前記複数の計測値は、互いに非同期に得られる観測値であり、
前記演算部は、前記複数の計測値を用いたカルマンフィルタによる反復推定処理を前記追尾演算として実行することを特徴とする目標監視装置。
The target monitoring device according to claim 1 or 2, wherein:
The plurality of measurement values are observation values obtained asynchronously with each other,
The target monitoring device, wherein the calculation unit performs an iterative estimation process using a Kalman filter using the plurality of measurement values as the tracking calculation.
請求項13記載の目標監視装置であって、前記カルマンフィルタによる反復推定処理は、前記測位ベクトルが外れ値か否かを判定する外れ値判定処理を含むことを特徴とする目標監視装置。   14. The target monitoring device according to claim 13, wherein the iterative estimation process using the Kalman filter includes an outlier determination process for determining whether the positioning vector is an outlier. 請求項14記載の目標監視装置であって、前記カルマンフィルタによる反復推定処理は、前記複数の計測値が外れ値か否かを判定する外れ値判定処理を含むことを特徴とする目標監視装置。   15. The target monitoring device according to claim 14, wherein the iterative estimation process using the Kalman filter includes an outlier determination process for determining whether the plurality of measured values are outliers. 請求項15記載の目標監視装置であって、前記カルマンフィルタによる反復推定処理は、前記複数の計測値が外れ値か否かを判定する外れ値判定処理を含むことを特徴とする目標監視装置。   16. The target monitoring device according to claim 15, wherein the iterative estimation process using the Kalman filter includes an outlier determination process for determining whether the plurality of measured values are outliers. 請求項1から請求項18のうちのいずれか1項記載の目標監視装置と、
前記複数の受信信号を出力する複数の受信アンテナと
を備えることを特徴とする目標監視システム。
A target monitoring device according to any one of claims 1 to 18,
A target monitoring system, comprising: a plurality of receiving antennas that output the plurality of reception signals.
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