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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- calculator
- prediction
- time
- observation
- Prior art date
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- Expired
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- 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。
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。
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。
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。
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。
るために、追尾動作をモデル化し、諸々の記号を
定義する。
まず、追尾目標の運動モデルを第１式のように
定める。
定める。
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。
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＝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。
……(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。
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。
と呼ばれ、それぞれ第４式、第５式で与えられ
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)
ただし、ここでＴは離散時間系の基本刻み巾で
ある。
ある。
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。
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。
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。
算、δはクロネツカーのデルタをそれぞれ意味す
る。
一方、観測方程式は第７式だ与えられる。
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。
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＝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。
で定義される。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 〃 ）〓 ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ 〓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。
当する分） 〃 （Ｙ方向 〃 ） 〃 （Ｚ方向 〃 ）〓 ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ 〓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。
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。
……（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。
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。
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。
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。
定状態x^ (C) Kを第18式により計算する。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 〃 〓 ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ 〓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。
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 〃 〓 ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ 〓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〓 (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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
再び繰り返されて、追尾が継続されることにな
る。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- １ 現時刻情報切り換え器、推定装置、予測装置
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024985A JPS61191977A (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 追尾フイルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024985A JPS61191977A (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 追尾フイルタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61191977A JPS61191977A (ja) | 1986-08-26 |
| JPH0362229B2 true JPH0362229B2 (ja) | 1991-09-25 |
Family
ID=12298432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3024985A Granted JPS61191977A (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 追尾フイルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61191977A (ja) |
-
1985
- 1985-02-20 JP JP3024985A patent/JPS61191977A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61191977A (ja) | 1986-08-26 |
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