JPH0362229B2 - - Google Patents
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- JPH0362229B2 JPH0362229B2 JP3024985A JP3024985A JPH0362229B2 JP H0362229 B2 JPH0362229 B2 JP H0362229B2 JP 3024985 A JP3024985 A JP 3024985A JP 3024985 A JP3024985 A JP 3024985A JP H0362229 B2 JPH0362229 B2 JP H0362229B2
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、レーダによる観測データから飛翔
体等の目標の状態(位置や速度)を予測する追尾
フイルタに関し、特にフエイズド・アレイ方式の
アンテナにより多目標を追尾する場合のアンテ
ナ・ビームの効率化を計るために、予測精度の高
いうちは観測を行わずに予測を続け、精度が劣化
しそうなら適当な時刻を選んで観測を行なうこと
により追尾を継続する追尾フイルタに関するもの
である。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a tracking filter that predicts the state (position and velocity) of a target such as a flying object from radar observation data, and particularly relates to a tracking filter that predicts the state (position and velocity) of a target such as a flying object from radar observation data. In order to improve the efficiency of antenna beams when tracking multiple targets, we continue to predict without performing observations while the prediction accuracy is high, and when the accuracy is likely to deteriorate, we select an appropriate time to perform observations. This relates to a tracking filter that continues.
第6図は、従来一般に用いられている追尾フイ
ルタ、特に外部から「観測データを入力して1時
刻未来を予測せよ」または「観測デーテ無しで1
時刻未来を予測せよ」なる指令を受けた場合に、
1時刻未来の予測状態とその誤差分散を出力して
追尾を継続する追尾フイルタの構成図であつて、
同図において1はフイルタリング指示器、2a,
2bは現時刻情報切り換え器、3a,3bは極座
標系から直交座標系への変換路、4は推定ゲイン
計算器、5は状態推定器、6は推定誤差分散計算
器、7は状態予測器、8は予測誤差分散計算器、
9a,9bは直交座標系から極座標系への変換
器、10a,10bは遅延要素である。
Figure 6 shows the tracking filters that have been commonly used in the past, especially those that allow external users to predict the future by inputting observation data.
If you receive a command to predict the future time,
A configuration diagram of a tracking filter that continues tracking by outputting a predicted state one time in the future and its error variance,
In the figure, 1 is a filtering indicator, 2a,
2b is a current time information switch; 3a and 3b are conversion paths from a polar coordinate system to a rectangular coordinate system; 4 is an estimation gain calculator; 5 is a state estimator; 6 is an estimation error variance calculator; 7 is a state predictor; 8 is a prediction error variance calculator,
9a and 9b are converters from an orthogonal coordinate system to a polar coordinate system, and 10a and 10b are delay elements.
次に、この従来の追尾フイルタの動作を説明す
るために、追尾動作をモデル化し、諸々の記号を
定義する。 Next, in order to explain the operation of this conventional tracking filter, the tracking operation will be modeled and various symbols will be defined.
まず、追尾目標の運動モデルを第1式のように
定める。 First, a motion model of the tracking target is determined as shown in Equation 1.
x(C) K+1=Φx(C) K+ΓW(C) K ……(1)
ここで、肩文字(C)は直交座標系を意味し、
添字Kはそれらが時刻Kにおける値であることを
示す。さらに、x(C) Kは目標の状態であり、これを
極座標のそれと共に示すと、それぞれ第2式、第
3式のようになる。 x (C) K+1 = Φx (C) K + ΓW (C) K ...(1) Here, the superscript (C) means orthogonal coordinate system,
The subscript K indicates that these are values at time K. Furthermore, x (C) K is the target state, and when this is expressed together with the polar coordinates, the second and third equations are obtained, respectively.
x(C) K=目標の位置(X方向)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃
〃 位置(Y方向)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃
〃 位置(Z方向)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃 〓
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〓K ……(2)
x(P) K=目標の位置(レンジ)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃
〃 位置(アジマス)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃
〃 位置(エレベーシヨン)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃 〓
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〓K
……(3)
である。ただし、肩文字(P)は極座標系を意味
し、座標のとり方は第2図に示されている。 x (C) K = Target position (X direction) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〃 Position (Y direction) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〃 Position (Z direction) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〓 | | | | | | || _ Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〓 | | | | | | | | | | | | 〓K
...(3). However, the superscript (P) means a polar coordinate system, and the method of determining the coordinates is shown in FIG.
また、Φ,Γは、それぞれ遷移行列、入力行列
と呼ばれ、それぞれ第4式、第5式で与えられ
る。 Further, Φ and Γ are called a transition matrix and an input matrix, respectively, and are given by the fourth equation and the fifth equation, respectively.
Γ=T3/6
T2/2
T
0
0
0
0
0
0 0
0
0
T3/6
T2/2
T
0
0
0 0
0
0
0
0
0
T3/6
T2/2
T ……(5)
ただし、ここでTは離散時間系の基本刻み巾で
ある。 Γ=T3/6 T2/2 T 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T3/6 T2/2 T 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T3/6 T2/2 T...(5) However, here T is the basic step width of the discrete time system.
そして、W(C) Kは、X,Y,Z各方向に対する加
速度変化率を現わす3次ベクトルである。各要素
は、零平均の正規白色雑音であり、その分散はQ
(3×3の行列)であるものとする。これを第6
式に示す。 Further, W (C) K is a cubic vector representing the rate of change in acceleration in each of the X, Y, and Z directions. Each element is normal white noise with zero mean, and its variance is Q
(3×3 matrix). This is the 6th
As shown in the formula.
E{W(C) K}=O,E{W(C) KW(C) lT}
=QδK,l ……(6)
ここで、右肩のTは転置、E{・}は平均化演
算、δはクロネツカーのデルタをそれぞれ意味す
る。 E{W (C) K }=O, E{W (C) K W (C) lT } =Qδ K,l ...(6) Here, T on the right shoulder is transposed, and E{・} is the average , and δ means Kronetzker's delta, respectively.
一方、観測方程式は第7式だ与えられる。 On the other hand, the observation equation is given by Equation 7.
Z(P) K=Cx(P) K+V(P) K ……(7)
ここで、観測値は極座標系で与えられることに
注意しなければならない。つまり、観測値は、レ
ーダでとらえられる位置を要素に持つ3次ベクト
ルとして、第8式で定義される。 Z (P) K = Cx (P) K +V (P) K ……(7) Here, it must be noted that the observed values are given in the polar coordinate system. In other words, the observed value is defined by Equation 8 as a third-order vector whose elements are positions detected by the radar.
Z(P) K=目標の観測位置(レンジ)
〃 (アジマス)
〃 (エレベーシヨン)〓
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〓K ……(8)
また、Cは観測行列と呼ばれるもので、第9式
で定義される。 Z (P) K = target observation position (range) 〃 (azimuth) 〃 (elevation)〓 | | | | | | | | | Defined by Eq.
C=100000000
000100000
000000100 ……(9)
そして、V(P)は、レンジ、アジマス、エレベー
シヨンのそれぞれの位置に於ける観測雑音を要素
に持つ3次ベクトルであつて、各要素とも零平均
の正規白色雑音であつて、その分散はR(P)(3×
3の行列)であるものとする。これを第10式に示
す。 C=100000000 000100000 000000100 ...(9) And V (P) is a cubic vector whose elements are observation noise at each position of range, azimuth, and elevation, and each element is a zero-average vector. It is normal white noise and its variance is R (P) (3×
3). This is shown in Equation 10.
E{V(P) K}O,E{V(P) KV(P) lT}=R(P) KδK,l……(1
0)
以上のようにモデル化した目標の運動と、その
観測に対して、変換器の追尾フイルタは以下のよ
うに働く。E{V (P) K }O, E{V (P) K V (P) lT }=R (P) K δ K,l ……(1
0) The tracking filter of the converter works as follows for the target motion modeled above and its observation.
まず、外部からの入力として、「観測データを
入力して1時刻未来を予測せよ」または「観測デ
ータ無しで1時刻未来を予測せよ」なる信号がフ
イルタリング指示器1に与えられる。この信号が
前者であれば現時刻情報切り換え器2a,2bを
いずれもa側に接続した状態で観測値Z(P) Kとその
誤差分散R(P) Kを入力する。これらの値は、座標変
換器3a,3bを経て、直交座標系でのそれぞれ
の値Z(C) K,R(C) Kに変換される。これらを状態推定
器第11式、第12式に示す。 First, as an input from the outside, a signal is given to the filtering indicator 1 such as "Predict the future one time by inputting observation data" or "Predict the future one time without observation data." If this signal is the former, the observed value Z (P) K and its error variance R (P) K are input with the current time information switchers 2a and 2b both connected to the a side. These values are converted into respective values Z (C) K and R (C) K in the orthogonal coordinate system via coordinate converters 3a and 3b. These are shown in the state estimator equations 11 and 12.
Z(C) K=目標の観測位置(X方向に相
当する分)
〃 (Y方向 〃 )
〃 (Z方向 〃 )〓
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〓K ……(11)
R(C) K〕E{(Z(C) K−Cx(C) K)
(Z(C) K−Cx(C) K)T} ……(12)
さて、ここで、直交座標系における推定状態x^
(C) Kと予測状態x〓 (C) K、およびこれらの誤差分散P^
(C) K,P〓 (C) Kについてそれぞれ第13式および第14式、
第15式、第16式に於いて定義しておく。 Z (C) K = Target observation position (corresponding to the X direction) 〃 (Y direction 〃 ) 〃 (Z direction 〃 )〓 | | | | | | | | | | 〓K……(11) R (C) K ]E {(Z (C) K −Cx (C) K ) (Z (C) K −Cx (C) K ) T } ...(12) Now, here, the estimated state x^ in the orthogonal coordinate system
(C) K and predicted state x〓 (C) K and their error variance P^
(C) K , P〓 (C) Equations 13 and 14 for K , respectively,
Define it in the 15th and 16th equations.
x^ (C) K=目標の推定位置(X方向)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃
〃 位置(Y方向)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃
〃 位置(Z方向)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃 〓
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〓K
……(13)
x〓(C) K=目標の予測位置(X方向)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃
〃 位置(Y方向)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃
〃 位置(Z方向)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃 K
……(14)
P^ (C) K=E{(x^ (C) K−x^ (C) K)
(x^ (C) K−x(C) K)T}…9×9行列 ……(15)
P〓 (C) K=E{(x〓 (C) K−x〓 (C) K)
(x〓 (C) K−x(C) K)T}…9×9行列……(16)
以下の動作は、平均二乗誤差が最小になるよう
に動的システムの状態を推定、予測するカルマ
ン・フイルタの理論を応用したものである。この
カルマン・フイルタについては、例えば、有本卓
「カルマン・フイルタ」(昭和52年、産業図書)に
詳記されている。 x^ (C) K = Estimated target position (X direction) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〃 Position (Y direction) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〃 Position (Z direction) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〓 | | | | | | | | | | | | | 〓K
...(13) x〓 (C) K = Target predicted position (X direction) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〃 Position (Y direction) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〃 Position (Z direction) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 K
...(14) P^ (C) K = E {(x^ (C) K −x^ (C) K ) (x^ (C) K −x (C) K ) T }...9×9 matrix ...(15) P〓 (C) K = E {(x〓 (C) K −x〓 (C) K ) (x〓 (C) K −x (C) K ) T }...9×9 matrix ...(16) The following operation is an application of the Kalman filter theory, which estimates and predicts the state of a dynamic system so that the mean square error is minimized. This Kalman filter is described in detail, for example, in Takashi Arimoto's "Kalman Filter" (1971, Sangyo Tosho).
直交座標系に変換された観測誤差分散R(C) Kと現
時刻の予測誤差分散P〓 (C) Kから、推定ゲイン計算器
4は、推定ゲインK(C) Kを第17式に示すように計算
する。 From the observation error variance R (C) K converted to the orthogonal coordinate system and the prediction error variance P〓 (C) K at the current time, the estimated gain calculator 4 calculates the estimated gain K (C) K as shown in Equation 17. Calculate as follows.
K(C) K=P〓 (C) KCT〔CP〓 (C) KCT+R(C) K〕-1
…9×3の行列 ……(17)
このゲインK(C) Kを用いて、状態推定器5は、推
定状態x^ (C) Kを第18式により計算する。K (C) K = P〓 (C) K C T [CP〓 (C) K C T +R (C) K ] -1 ...9x3 matrix ... (17) This gain K (C) K The state estimator 5 calculates the estimated state x^ (C) K using Equation 18.
x^ (C) K=x〓 (C) K+K(C) K〔Z(C) K−Cx〓 (C) K〕……
(18)
この推定の誤差分散は、推定誤差分散計算器6
によつて、推定ゲインK(C) Kと現時刻の予測誤差分
散P〓 (C) Kとから第19式に示すように計算される。 x^ (C) K =x〓 (C) K +K (C) K [Z (C) K −Cx〓 (C) K ]...
(18) The error variance of this estimation is calculated using the estimated error variance calculator 6.
is calculated as shown in Equation 19 from the estimated gain K (C) K and the prediction error variance P〓 (C) K at the current time.
P^ (C) K=P〓 (C) K−K(C) KCP〓 (C) K ……(19)
このようにして求められた推定状態x^ (C) Kと推定
誤差分散P^ (C) Kは、いま現時刻情報切り換え器2
a,2bがいずれもa側に接続されていることか
ら、それぞれを状態予測器7と予測誤差分散状態
推定器8に引き渡される。状態予測器7は、受け
とつた情報から、1時刻未来の予測状態x〓 (C) K+1を
第20式にしたがつて計算する。 P^ (C) K =P〓 (C) K −K (C) K CP〓 (C) K ……(19) Estimated state x^ (C) K obtained in this way and estimated error variance P ^ (C) K is the current time information switch 2
Since a and 2b are both connected to the a side, they are delivered to the state predictor 7 and the prediction error variance state estimator 8, respectively. The state predictor 7 calculates the predicted state x 〓 (C) K+1 one time in the future from the received information according to Equation 20.
x〓 (C) K+1=Φx^ (C) K ……(20)
また、予測誤差分散計算器8は、受けとつた情
報から、1時刻未来の予測誤差分散P〓 (C) K+1を第21
式にしたがつて計算する。 x〓 (C) K+1 = Φx^ (C) K ......(20) Also, the prediction error variance calculator 8 calculates the prediction error variance P〓 (C) K+ for one time in the future from the received information. 1 to 21st
Calculate according to the formula.
P〓 (C) K+1=ΦP^ (C) KΦT+ΓQΓT……(21)
最後に、これらの値は、直交座標系−極座標系
変換器9を経て、極座標系の値x〓 (P) K+1,P〓 (P) K+1
とし
てそれぞれ出力される。これらは第22式、第23式
で定義されている。 P〓 (C) K+1 = ΦP^ (C) K Φ T + ΓQΓ T ... (21) Finally, these values are converted to the polar coordinate system value x〓 via the Cartesian coordinate system - polar coordinate system converter 9. (P) K+1 ,P〓 (P) K+1
are output as respectively. These are defined in the 22nd and 23rd equations.
x〓(P) K=目標の予測位置(レンジ
方向)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃
〃 位置(アジマス角)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃
〃 位置(エレベーシヨン角)
〃 速度 〃
〃 加速度 〃 〓
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〓K ……(22)
P〓 (P) K=E{(x〓 (P) K−x〓 (P) K)(x(P) K−x(P) K
)T}
……(23)
一方、現時刻情報切り換え器1が受けた信号が
「観測データ無しで1時刻未来を予測せよ」であ
る場合には、この現時刻情報切り換え器1が情報
切り換え器2a,2bの接片をいずれもb側に切
替える。よつて、状態予測器7と予測誤差分散計
算器8には、それぞれ現時刻の予測状態x〓 (C) Kとそ
の誤差分散P〓 (C) Kが入力されて、1時刻未来の予測
はこれらを更新して行われることになる。つま
り、第20式と第21式の代わりに、第24式、第25式
の計算が行われる。 x〓 (P) K = Target predicted position (range direction) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〃 Position (azimuth angle) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〃 Position (elevation angle) 〃 Velocity 〃 〃 Acceleration 〃 〓 | | | | | | | | | | | | | 〓K ……(22 ) P〓 (P ) K = E P) K
) T }
...(23) On the other hand, if the signal received by the current time information switch 1 is "Predict one hour in the future without observation data", the current time information switch 1 switches between the information switches 2a and 2b. Switch both contact pieces to the b side. Therefore, the predicted state x〓 (C) K and its error variance P〓 (C) K at the current time are input to the state predictor 7 and the prediction error variance calculator 8, respectively, and the prediction for one time in the future is These will be updated. That is, instead of the 20th and 21st equations, the 24th and 25th equations are calculated.
x〓 (C) K+1=Φx〓 (C) K ……(24)
P〓 (C) K+1=ΦP〓 (C) KΦT+ΓQΓT ……(25)
最後に、これらの値が、直交座標−極座標系へ
の変換器9a,9bを経てx〓 (P) K+1,P〓 (P) K+1とし
て出
力されることは、前述した場合と同じである。 x〓 (C) K+1 =Φx〓 (C) K ……(24) P〓 (C) K+1 =ΦP〓 (C) K Φ T +ΓQΓ T ……(25) Finally, these values are outputted as x〓 (P) K+1 and P〓 (P) K+1 through the converters 9a and 9b to the orthogonal coordinates-polar coordinate system, as in the case described above.
なお、遅延要素10a,10bは、1時刻未来
の予測状態x〓 (C) K+1とその誤差分散P〓 (C) K+1が、次
のス
テツプで、現時刻におけるそれらの値x〓 (C) K,P〓 (C
) K
として使われることを意味している。 Note that the delay elements 10a and 10b are used to calculate the predicted state x〓 (C) K+1 and its error variance P〓 (C) K+1 at the next step, and their values at the current time x〓 (C) K , P〓 (C
) K
It means to be used as.
しかしながら、上記従来の追尾フイルタに於い
ては、観測データの有無にかかわらず追尾を継続
できる形式のものであつても、観測データをどの
時点で入力すべきかどうかの判断は全く外部に依
存しなければならない。ところが、多目標追尾や
追尾、捜索同時処理(Track While Scan)にお
いて、アンテナ・ビームを複数の目標に対する追
尾と捜索に効率よく振り向けるためには、追尾フ
イルタの予測情報に基づいた個々の目標毎の判断
が必要である。そこで、追尾フイルタ自体に、次
の観測をどの時点で行うべきか、そのときのアン
テナ・ビームはどの方向に振り向ければよいかの
判断機能を持たせることが望まれていた。
However, in the conventional tracking filter described above, even if it is of a type that can continue tracking regardless of the presence or absence of observation data, the judgment of when observation data should be input must be completely dependent on an external device. Must be. However, in multi-target tracking and tracking/search simultaneous processing (Track While Scan), in order to efficiently direct the antenna beam to track and search multiple targets, it is necessary to judgment is necessary. Therefore, it has been desired that the tracking filter itself has the ability to determine when the next observation should be made and in which direction the antenna beam should be directed at that time.
この発明は、かかる問題点を解決するためにな
されたもので、追尾の予測精度と、アンテナと目
標の関係から、次の観測時刻とその方向を自分で
決定し、追尾を継続する追尾フイルタを得ること
を目的とする。 This invention was made to solve these problems, and it uses a tracking filter that determines the next observation time and direction by itself based on the tracking prediction accuracy and the relationship between the antenna and the target and continues tracking. The purpose is to obtain.
この発明に係る追尾フイルタは、アンテナ方向
計算器、入射角計算器、存在期待領域計算器、捕
捉可否判定器、次回観測判断器から成る次回観測
指示装置を設けたものである。
The tracking filter according to the present invention is provided with a next observation instruction device comprising an antenna direction calculator, an incident angle calculator, an expected existence area calculator, a capture possibility determiner, and a next observation determiner.
この発明による追尾フイルタによれば、新たな
観測を行わなくとも予測が正確なうちは、観測デ
ータ無しで予測を更新して行き、予測精度が劣化
しそうになつたならば、目標の予測位置とアンテ
ナ方向の関係から観測可能な時点を選んで、次回
の観測の指示を発することにより、観測のための
アンテナ・ビームを効果的に使いながら予測精度
を保つた追尾を行なうものである。
According to the tracking filter according to the present invention, as long as the prediction is accurate without performing new observations, the prediction is updated without observation data, and when the prediction accuracy is about to deteriorate, the predicted position of the target is updated. By selecting an observable time point based on the antenna direction and issuing instructions for the next observation, tracking can be performed while maintaining prediction accuracy while effectively using the antenna beam for observation.
第1図はこの発明による追尾フイルタの一実施
例を示す構成図であつて、第6図と同一部分は同
一記号を用いてその詳細説明を省略してある。同
図に於いて、11は新たに設けられた次回観測指
示装置であつて、アンテナ方向計算器12、入射
角計算器13、存在期待領域計算器14、捕捉可
否判定器15、次回観測判断器16とによつて構
成されている。3cは次回観測判断器16から発
生される予測状態x〓 (C) K+lを入力として直交座標系
から極座標系への変換を行なう変換器、10cは
変換器3cに於いて変換された極座標を状態推定
器5に供給する遅延要素、10dは次回観測判断
器16から出力される「観測データを入力して1
時刻未来を予測せよ」なる信号を遅延してフイル
タリング指示器1に供給する遅延要素である。た
だし、次回観測判断器16から出力される「観測
データ無しで1時刻未来を予測せよ」なる信号は
ダイレクトにフイルタリング指示器1に供給され
るようになつている。10eは次回観測判断器1
6から出力される誤差分散P〓 (P) K+lを遅延する遅延
要素、3dは遅延要素10eの出力信号を直交座
標系から極座標系への変換を行なつて推定ゲイン
計算器4および推定誤差分散計算器に供給する変
換器、10fは次回観測判断器16から出力され
る誤差分散P〓 (P) K+lを遅延して変換器3bに供給す
る遅延要素である。なお、26は推定装置、27
は予測装置を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a tracking filter according to the present invention, and the same parts as in FIG. 6 are denoted by the same symbols, and detailed explanation thereof is omitted. In the figure, 11 is a newly installed next observation instruction device, which includes an antenna direction calculator 12, an incident angle calculator 13, an expected existence area calculator 14, a capture availability determiner 15, and a next observation determiner. 16. 3c is a converter that converts the orthogonal coordinate system to a polar coordinate system by inputting the predicted state x 〓 (C) K+l to be generated from the next observation judger 16, and 10c is the polar coordinates converted by the converter 3c. A delay element 10d supplies the state estimator 5 with "1
This is a delay element that delays the signal "Predict the future time" and supplies it to the filtering indicator 1. However, the signal "Predict one hour in the future without observation data" output from the next observation judger 16 is directly supplied to the filtering indicator 1. 10e is the next observation judger 1
6, a delay element that delays the error variance P〓 (P) K+l , 3d converts the output signal of the delay element 10e from the rectangular coordinate system to the polar coordinate system, and converts the output signal of the delay element 10e to the estimated gain calculator 4 and the estimation The converter 10f that supplies the error variance calculator is a delay element that delays the error variance P〓 (P) K+l output from the next observation judger 16 and supplies it to the converter 3b. In addition, 26 is an estimation device, 27
indicates a prediction device.
第2図は、第1図に示すアンテナ方向計算器1
2が、時間lTだけ未来の(lは正の整数)アン
テナの向き19を計算し、その時刻に予測される
目標のアジマス位置20との関係から、入射角計
算器13が、その時刻に於ける目標のアンテナに
対するアジマス方向の入射角′K+l21を計算す
る。つまり、19は時間lTだけ未来のアンテナ
の向き、20は状態予測器7の出力を直交座標系
から極座標系に変換する変換器9aを介して得ら
れる時間lTだけ未来に予測される目標位置、2
1は入射角計算器13によつて計算される時間
lTだけ未来に予測される目標を見た時の入射角、
22はアンテナの回転方向を示している。 FIG. 2 shows the antenna direction calculator 1 shown in FIG.
2 calculates the direction 19 of the antenna in the future by a time lT (l is a positive integer), and from the relationship with the target azimuth position 20 predicted at that time, the incident angle calculator 13 calculates the direction 19 of the antenna at that time. Calculate the angle of incidence in the azimuth direction ′ K+l 21 with respect to the target antenna. That is, 19 is the direction of the antenna in the future by time lT, 20 is the target position predicted in the future by time lT obtained through the converter 9a that converts the output of the state predictor 7 from the rectangular coordinate system to the polar coordinate system. 2
1 is the time calculated by the incident angle calculator 13
The angle of incidence when looking at the target predicted in the future by lT,
22 indicates the rotation direction of the antenna.
第3図は、第2図に於いて示した座標のとり方
と共に、存在期待領域の定義を示したものであ
る。新たに観測値を得た時刻をKとしよう。その
以後は観測値無しで、予測を1時刻ずつ更新し
て、時刻K+l(lは正の整数)の予測状態x〓 (P) K+l
とその誤差分散P〓 (P) K+lを得たとしよう。この場合、
新たな観測情報を得ることなく予測を続けている
わけであるから、lが増すにしたがつて予測精度
は劣化していく。これを定量的に表わしているの
がP〓 (P) K+lであり、この1,1要素はレンジ方向の
予測誤差分散であり、4,4要素、7,7要素は
それぞれアジマス角、エレベーシヨン角のそれら
である。これらの平方根をとり、それぞれσ〓,
σ,σ〓とすると、これらはレンジ、アジマス、
エレベーシヨンそれぞれの予測誤差の標準偏差と
なる。 FIG. 3 shows how to take the coordinates shown in FIG. 2 as well as the definition of the expected existence area. Let K be the time when a new observed value is obtained. After that, the prediction is updated one time at a time without any observed values, and the predicted state x = (P) K+l at time K + l (l is a positive integer)
Suppose we obtain the error variance P〓 (P) K+l . in this case,
Since prediction continues without obtaining new observation information, the prediction accuracy deteriorates as l increases. This is expressed quantitatively by P〓 (P) K+l , where the 1 and 1 elements are the prediction error variance in the range direction, and the 4 and 4 elements and the 7 and 7 elements are the azimuth angle and the 7 and 7 elements, respectively. Those are the elevation angles. Take the square roots of these and get σ〓,
If σ, σ〓, these are range, azimuth,
This is the standard deviation of the prediction error for each elevation.
いま、その時刻の予測状態x〓 (P) K+lによる目標の
予測位置17を中心に、各方向に±Fσ〓3±Fσ,
±Fσ〓の領域をとる。ただしFは適当な係数(正
の実数)である。このとき、この領域は、時刻K
+lに、ある確率以上で目標の存在が予測される
領域となる。この領域を「存在期待領域」18と
定義する。 Now, the predicted state at that time x〓 (P) ± Fσ〓3±Fσ,
Take the area of ±Fσ〓. However, F is an appropriate coefficient (positive real number). At this time, this area is at time K
+l is a region where the existence of a target is predicted with a certain probability or more. This area is defined as the "existence expected area" 18.
この存在期待領域の大きさは、第1図に示す存
在期待領域計算器14に於いて計算される。この
存在期待領域の大きさは、新たな観測がないとし
だいに広がつていく。しかし、これが大きくなり
すぎると、ビーム巾より大きくなつて捕捉が難し
くなつたり、別の目標と区別がつかなくなつてし
まう。そこで、3方向に対してそれぞれ閾値を設
け、Fσ〓,Fσ,Fσ〓の1つでもこれを越えること
が予測される時刻になると、それまで「捕捉可」
の信号を出していたのが、「捕捉不可」の信号を
出すようになる捕捉可否判定器15を取り付ける
ことにする。 The size of this expected existence area is calculated by the expected existence area calculator 14 shown in FIG. The size of this expected region will gradually expand if there are no new observations. However, if this becomes too large, it becomes larger than the beam width, making it difficult to capture or making it impossible to distinguish it from another target. Therefore, thresholds are set for each of the three directions, and when the time when even one of Fσ〓, Fσ, Fσ〓 is predicted to be exceeded, "capture possible" is set until then.
We will install a capture availability determiner 15 which will now output a "capturing not possible" signal instead of the "capturing not possible" signal.
ここまでの説明により、各部の動作を明らかに
したが、次に次回観測判断器16の動作を説明す
る。これはフイルタリング指示器1に信号を送つ
て、従来の追尾フイルタに当る部分を制御する。 The explanation so far has clarified the operation of each part, and next, the operation of the next observation determination device 16 will be explained. This sends a signal to the filtering indicator 1 to control what corresponds to a conventional tracking filter.
第4図は、次回観測判断器16の動作を示すフ
ローチヤートであり、第5図は、この動作におい
てデータを書き込んだり読み出したりするための
予測情報表である。これらに沿つて、次回観測判
断器16の動作について説明する。まず、ステツ
プS1に於いて現在の時刻をKとする。そして、こ
の時刻に、考えている目標に対して観測が行われ
たものとする。この時刻の、フイルタリング指示
器1への入力は「観測データを入力して1時刻未
来を予測せよ」であつたものとする。従つて、こ
の時刻に次回観測判断器16は、まず、現時刻の
予測データと観測データに基づく予測状態x〓 (P) K+1
と、その誤差分散P〓 (P) K+1を入力することになる。
これらを予測情報表に書き込む。次にステツプS2
に於いてl=1とし、ステツプS3に於いて入射角
計算器13から、1時刻未来の目標の入射角
′K+1を入力し、表に書き込む。さらに、ステツ
プS4に於いては捕捉可否判定器15から信号を入
力し、これがステツプS5に於いて「観測可」であ
れば、ステツプS6に於いてl=l+1として、ス
テツプS7に於いてフイルタリング指示器に「観測
データ無しで予測を1時刻分更新せよ」という信
号を送る。そして、ステツプS8に於いては、その
更新された予測x〓 (P) K+l,P〓 (P) K+lを入力し、表に
書き
込む。前回と同様に、時刻K+lにおける目標の
入射角′K+lを入力し、表に書き込み、捕捉可否
判定信号を入力する。これが「捕捉可」であるう
ちは、上記のことを繰り返す。この信号が「捕捉
不可」なつたら、このループを抜け出してステツ
プS9に移行する。次に、ステツプS7に於いては、
表からその時刻に予測される入射角′K+lを読み
出す。次にステツプS10に於いては、この入射角
がアンテナ方向にまわりの、ある範囲内に入つて
いた時刻を逆登つて捜していく。ここでは、この
範囲を、−π/3≦′K+l≦π/3としている。入
射角′K+lがその指定範囲に入つていた時刻がみ
つかれば、その時刻を次回観測時刻とする。も
し、この時刻をステツプS11,S12の処理によつて
捜して行くことにより時刻K+1まで逆登つて来
てしまつた場合は、この時刻K+1をステツプ
S12からステツプS13に移行することによつて強制
的に次回観測時刻とする。次回観測時刻が決まつ
たら、ステツプS14に於いてこの時刻をK+Lと
し、時刻K+1からK+Lまでの予測状態x〓 (P) K+l
とその誤差分散P〓 (P) K+l(l=1,2,…,L)を
第5図に示す予測情報表を読み出す。ここで、2
3は次回観測判断器16が書き込んだり読み出し
たりして使う予測情報表、24は実際に書き込ん
だり読み出したりする部分、25は捕捉可否判定
器15に於いて「捕捉不可」と判定される時点ま
で書き込まれる部分をそれぞれ示している。 FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the next observation determination unit 16, and FIG. 5 is a prediction information table for writing and reading data in this operation. The operation of the next observation determination unit 16 will be explained along these lines. First, in step S1 , the current time is set to K. It is assumed that observation is performed on the target at this time. It is assumed that the input of this time to the filtering indicator 1 was "input observation data and predict the future by one hour". Therefore, at this time, the next observation judgment unit 16 first determines the predicted state x〓 (P) K+1 based on the predicted data and observed data at the current time.
, and its error variance P〓 (P) K+1 will be input.
Write these into the prediction information table. Next step S 2
In step S3 , the incident angle ' K+1 of the target one time in the future is inputted from the incident angle calculator 13 and written in the table. Furthermore, in step S4 , a signal is input from the capture availability determiner 15, and if this signal is "observable" in step S5 , l=l+1 is set in step S6 , and the process proceeds to step S7 . At this point, a signal is sent to the filtering indicator to ``update the forecast by one hour without observation data.'' Then, in step S8 , the updated predictions x〓 (P) K+l and P〓 (P) K+l are input and written in the table. As in the previous case, input the target incident angle 'K+l at time K+l , write it in the table, and input the acquisition possibility determination signal. Repeat the above as long as it is "captureable". When this signal becomes "uncaptureable", this loop is exited and the process moves to step S9 . Next, in step S7 ,
Read out the expected angle of incidence ′ K+l at that time from the table. Next, in step S10 , the time when this angle of incidence was within a certain range around the antenna direction is searched backwards. Here, this range is defined as −π/3≦′ K+l ≦π/3. If a time when the incident angle ′ K+l is within the specified range is found, that time is set as the next observation time. If, by searching for this time through the processing in steps S 11 and S 12 , you have climbed backwards to time K+1, step K+1 is
By moving from step S12 to step S13 , the next observation time is forced. Once the next observation time is determined, in step S14 , set this time to K+L and calculate the predicted state x from time K+1 to K+L (P) K+l
and its error variance P〓 (P) K+l (l=1, 2, . . . , L) from the prediction information table shown in FIG. Here, 2
3 is a prediction information table that is written or read out by the next observation judger 16, 24 is a part that is actually written or read out, and 25 is a table up to the point in time when the capture possibility judger 15 determines that "capturing is not possible". Each section shows the part to be written.
次にステツプS15に於いては、観測誤差が目標
のエコー入射角(アジマスおよびエレベーシヨ
ン)によつて変化するので、観測時刻に於けるこ
れらの予測値から観測誤差分散を計算する。 Next, in step S15 , since the observation error changes depending on the target echo incident angle (azimuth and elevation), the observation error variance is calculated from these predicted values at the observation time.
次にステツプS16に於いては、次回観測の時刻
K+Lと、それまでの予測状態x〓 (P) K+lとその誤差
分散P〓 (P) K+l(l=1,2,…,L)を出力する。
これらは、本来望まれている追尾フイルタリング
結果であると同時に、その一部、次回観測時刻K
+Lと、そのときの目標位置Cx〓 (P) K+Lは、アンテ
ナ・ビーム制御部にも送られて、目標の観測値を
得るのにも用いられる。 Next, in step S16 , the next observation time K+L, the predicted state x〓 (P) K+l and its error variance P〓 (P) K+l (l=1, 2,... , L).
These are the originally desired tracking filtering results, and at the same time, some of them are the next observation time K.
+L and the current target position Cx〓 (P) K+L are also sent to the antenna beam controller and used to obtain the observed value of the target.
最後に、ステツプS17に於いて、「観測データを
入力して1時刻未来を予測せよ」の信号と、次回
観測時刻における予測状態x〓 (P) K+L、予測誤差分散
P〓 (P) K+L、観測誤差分散R(P) K+Lが出力される。これ
ら
の値は、L時刻経た後に、新たな観測値Z(P) K+Lと共
に、観測データを用いた予測をするのに用いられ
る。 Finally, in step S17 , the signal "Input observation data to predict the future one hour", the predicted state x〓 (P) K+L at the next observation time, and the prediction error variance
P〓 (P) K+L and observation error variance R (P) K+L are output. These values, together with the new observation value Z (P) K+L , are used after L time has elapsed to make a prediction using observation data.
次回観測時刻K+Lには、上述と同様の動作が
再び繰り返されて、追尾が継続されることにな
る。 At the next observation time K+L, the same operation as described above is repeated again, and tracking is continued.
ところで上記の説明では、これらの発明を、位
置だけの観測(レンジ、アジマス、エレベーシヨ
ン)で、各方向で加速度までの推定、予測を対象
として、標準的なカルマン型追尾フイルタでフイ
ルタリングをする場合について述べたが、この他
にも観測データとしてレンジレートが得られる場
合、各方向で速度までの推定、予測を対象とする
場合、LOS(Line of Sight)の座標系を利用する
フイルタリングを採用する場合、遷移行列Φや入
力行列Γのとり方を変えた場合等の、追尾フイル
タに応用しても有効である。 By the way, in the above explanation, these inventions are based on observation of only position (range, azimuth, elevation) and estimation and prediction of acceleration in each direction, and filtering is performed using a standard Kalman-type tracking filter. In addition to this case, when range rate is obtained as observation data, and when estimating and predicting speed in each direction, filtering using the LOS (Line of Sight) coordinate system can be used. When adopted, it is also effective to apply it to a tracking filter, such as when the transition matrix Φ and the input matrix Γ are changed.
この発明は、以上説明したとおり、予測精度が
高いうちは新たな観測を行なわずに追尾を続け、
精度が劣化してきた場合には目標を見逃す前に観
測を行うものであるために、アンテナ・ビームを
効果的に使いながら、精度を保つた追尾を継続す
ることが出来る優れた効果を有する。
As explained above, this invention continues tracking without making new observations while the prediction accuracy is high.
If the accuracy deteriorates, observation is performed before the target is missed, so it has the excellent effect of being able to continue tracking while maintaining accuracy while effectively using the antenna beam.
第1図はこの発明による追尾フイルタの一実施
例を示す構成図、第2図は入射角の計算を説明す
る図、第3図は座標のとり方と存在期待領域を説
明する図、第4図は次回観測判断器の動作を示す
フローチヤート図、第5図は予測情報表を示す
図、第6図は従来の追尾フイルタを示す構成図で
ある。
図において、1はフイルタリング指示器、2は
現時刻情報切り換え器、11は次回観測指示装
置、12はアンテナ方向計算器、13は入射角計
算器、14は存在期待領域計算器、15は捕捉可
否判定器、16は次回観測判断器、26は推定装
置、27は予測装置である。なお、各図中同一符
号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the tracking filter according to the present invention, FIG. 2 is a diagram explaining the calculation of the angle of incidence, FIG. 3 is a diagram explaining how to take coordinates and the expected existence area, and FIG. 4 is a diagram explaining the calculation of the angle of incidence. 5 is a flowchart showing the operation of the next observation judgment device, FIG. 5 is a diagram showing a prediction information table, and FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional tracking filter. In the figure, 1 is a filtering indicator, 2 is a current time information switch, 11 is a next observation indicator, 12 is an antenna direction calculator, 13 is an incident angle calculator, 14 is an expected existence area calculator, and 15 is an acquisition 16 is a next observation determination device, 26 is an estimation device, and 27 is a prediction device. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
を制御するフイルタリング指示器と、上記予測装
置への入力を選択する現時刻情報切り換え器と、
観測信号と予測信号を取り入れて推定信号を出力
する推定装置と、推定信号または予測信号を取り
入れて新たな予測信号を出力する予測装置を有す
る追尾フイルタにおいて、未来のある時刻にアン
テナが向いている方向を出力するアンテナ方向計
算器と、このアンテナ方向計算器の出力と上記追
尾フイルタから出力される予測信号とを入力して
目標のアンテナに対する入射角を計算する入射角
計算器と、上記追尾フイルタの予測信号を入力と
して存在期待領域の大きさを出力する存在期待領
域計算器と、この存在期待領域計算器の出力を入
力として未来のある時刻に目標が捕捉可能である
かどうかの信号を出力する捕捉可否判断器と、上
記追尾フイルタから出力される予測信号、入射角
計算器の出力および捕捉可否判定器の出力を入力
としてフイルタリング指示器への信号および次回
観測時刻とそれまでの予測信号から次回観測の誤
差分散を出力する次回観測判断器とによつて構成
される次回観測指示装置とを備えた追尾フイル
タ。1. A filtering indicator that controls a current time information switch, an estimation device, and a prediction device; a current time information switch that selects input to the prediction device;
In a tracking filter that includes an estimation device that takes in an observed signal and a predicted signal and outputs an estimated signal, and a prediction device that takes in the estimated signal or predicted signal and outputs a new predicted signal, the antenna is oriented at a certain time in the future. an antenna direction calculator that outputs a direction; an incident angle calculator that inputs the output of the antenna direction calculator and a prediction signal output from the tracking filter to calculate an incident angle to the target antenna; and the tracking filter. An expected existence area calculator that takes the predicted signal as input and outputs the size of the expected existence area, and an output of this expected existence area calculator that takes the output of this expected existence area calculator as input and outputs a signal indicating whether the target can be captured at a certain time in the future. The prediction signal output from the above-mentioned tracking filter, the output of the incident angle calculator, and the output of the capture possibility judgment device are input to the signal to the filtering indicator, and the next observation time and the prediction signal up to that point are input. A tracking filter comprising: a next observation determining device that outputs the error variance of the next observation; and a next observation instruction device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024985A JPS61191977A (en) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | Tracking filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024985A JPS61191977A (en) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | Tracking filter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61191977A JPS61191977A (en) | 1986-08-26 |
| JPH0362229B2 true JPH0362229B2 (en) | 1991-09-25 |
Family
ID=12298432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3024985A Granted JPS61191977A (en) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | Tracking filter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61191977A (en) |
-
1985
- 1985-02-20 JP JP3024985A patent/JPS61191977A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61191977A (en) | 1986-08-26 |
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