JPS63196816A - 船舶用運動予測方式 - Google Patents

Abstract

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

Description

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

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

第４図は表示器２５の表示の一例を示すものであり、レ
ーダ映像表示における目標９ａ〜９ｅの針路及び速度を
目標９ａ〜９ｅを始点とするベクトル１０ａ〜１０ｅに
よって表示する。ここで・、ベクトル１０８〜１０ｅの
各向きが目標９ａ〜９ｅの針路を表し、ベクトル１０８
〜１０ｅの各長さが目標９ａ〜９ｅの速度を表す。

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

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

第５図は上記の問題を具体的に説明するための図であり
、等速直進運動を行なっていた目標が急変針した場合の
針路及び速度のベクトル表示の一例を示す。

第５図において、Ｌは目標の運動の軌道、Ｐｏ。

Ｐｌ、Ｐ２は運動過程の目標の位置でおる。目標が等速
直進運動を行なっているｐｏ点ではベクトル１０は目標
の針路及び速度を正しく表す。目標が変針を開始して間
もない２１点ではベクトル１０は目標が依然として等速
直進運動を継続している如く表示される。更に、目標が
大きく変針した２２点ではベクトル１０の表す針路及び
速度、特に針路は目標の変針に大きく遅れ、実際の目標
の針路及び速度とは大きく異なったものとなる。

このように、従来方式において目標の変針及び変速時に
目標の変針変速状態を速やかに予測できない点は、特に
高速で運動する目標の目標の動向を知り避航計画を立て
る上で、大きな問題となっている。

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

この目的を達成するため本発明の運動予測方式にあって
は、目標位置検出装置から得られる目標位置信号より平
滑性を重視して運動予測を行なう第１の運動予測手段と
、同じく目標位置信号より追従性を重視して運動予測を
行なう第２の運動予測手段と、前記第１もしくは第２の
運動予測手段のいずれか一方より得られる目標針路速度
信号と予め設定された基準値とを比較し、目標が低速で
運動しているか高速で運動しているかを判定する判定手
段と、低速運動している目標との判定出力で第１の運動
予測手段の出力を、また高速運動している目標との判定
出力で第２の運動予測手段の出力を切換選択する切換手
段とから構成される。

（作用） このような構成をもった本発明の運動予測方式によれば
、平滑性を重視して安定した目標針路速度信号を予測す
る第１の運動予測手段と、追従性を重視して目標の変針
及び変速には速やかに追従する目標針路速度信号を予測
する第２運動予測手段を設け、第１又は第２の運動予測
手段のいずれか一方より得られる目標針路速度信号に基
づき判定手段によって目標が低速運動しているか高速運
動しているかを判定し、その判定結果を基に切換手段に
よって、低速運動している目標との判定出力が得られた
ときは、第１の運動予測手段によって得られる平滑性の
重視された安定した目標針路速度信号を、一方、高速運
動している目標との判定出力が得られたときには第２の
運動予測手段によって得られる追従性の重視された目標
針路速度信号を選択し、目標の運動速度に応じた適切な
目標の運動予測が可能となる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示したブロック図である。

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

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

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

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

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

Ｘ５（ｋ）　　＝Ｘｐ（ｋ）　　＋ａ　［Ｘｍ（ｋ）−
Ｘｐ（ｋ）］Ｖ　５（ｋ）　　＝　Ｖ　５（ｋ−１）＋
β［Ｘ　ｍ（ｋ）　−Ｘ　ｐ（ｋ）］／ＴＸｐ（ｋ＋１
）＝ＸＳ（ｋ）十ＶＳ（ｋ−１）・ＴＸｍ　：目標位置
　　　　ＸＳ：目標平滑位置Ｘｐ　　：目標予測位置　
　ＶＳ：目標速度α、β：フィルタ定数　　丁　＝観測
間隔このα−βフィルタは、一種の低域通過型フィルタ
であり、αもしくはβの値を小さくすると（Ｏに近付け
ると）、フィルタの平滑特性が顕著となり、αもしくは
βの値を大きくすると（１に近付けると）、フィルタの
追従特性が顕著となる。

尚、α−βフィルタの周波数特性については例えば文献
［Ｄ、　Ｅ、　ＭａｙｉａｔｉＳ　Ｃ０ＩＩｌｐａｒＳ
ｉＯｎ　ｏｆα−β　ａｎｄ　　Ｋａ＋ｍａｎ　ｆｉｌ
ｔｅｒ　ｉｎ　ｔｒａＣｋ　ｗｈｉｌｅｓｃａｎ　ｒａ
ｄａｒｓ　”　］に詳細に説明されている。

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

即ち、第１の運動予測手段３のフィルタ定数をα１．β
１、及び第２の運動予測手段４のフィルタ定数をα２．
β２とすると、α、βの関係は以下の如くまとめられる
。

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

判定手段７は切換手段５を介して得られた第１又は第２
の運動予測手段３，４のいずれか一方からの目標針路・
速度信号を予め定めた基準値と比較して目標運動の低速
と高速を判定し、その結果にしたがって切換手段５へ切
換信号を出力する。

ここに目標速度のの判定法としては、 （目標針路速度信号）≦（基準針路速度信号）の場合は
低速に運動している目標と判定し、また、（目標針路速
度信号〉〉（基準針路速度信号）の場合は高速に運動し
ている目標と判定する。

更に、判定手段７の判定結果に基づく切換手段５への切
換信号としては、目標が低速に運動する目標と判定でき
た場合は第１の運動予測手段３の出力結果を選択するよ
うに切換信号を出力し、また目標が高速に運動する目標
と判定された場合は第２の運動予測手段４の出力結果を
選択するように切換信号を出力する。

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

この結果、第１図の実施例にあっては、高速で運等する
目標を判定したときには、第２の予測運動予測手段４に
より予測された目標の針路速度が例えばベクトル表示さ
れるため、高速運動する目標の運動予測表示に時間遅れ
がなく、適切な予測判断ができるようになる。

第２図は本発明の他の実施例を示したブロック図である
。

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

第２図において、自船運動検出装置１、目標検出装置２
、判定手段７及び表示手段８は、第１図と同様である。

４０は運動予測手段であって判定手段７の出力信号であ
る切換信号に従って、運動予測特性を選択して目標の運
動予測を行ない、目標針路・速度信号を出力する手段で
ある。

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

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

ここに、判定手段７より出力される切換信号としては、
目標が低速に運動する目標と判定できた場合は運動予測
手段４０での運動予測特性を平滑性を重視した予測特性
に選択するように切換信号を出力し、また目標が高速に
運動する目標と判定された場合は、該運動予測特性を追
従性を重視した予測特性に選択するように切換信号を出
力する。

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

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

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

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロック図、第２図
は本発明の他の実施例を示したブロック図、第３図は従
来方式の一例を示したブロック図、第４図は表示器の表
示の一例を示した説明図、第５図は従来の針路及び速度
のベクトル表示の一例を示した説明図である。 １：自船運動検出装置 ２：目標検出装置 ３：第１の運動予測手段 ４：第２の運動予測手段 ５：切換手段 ７：判定手段 ８：表示手段 ９：追尾目標 １０：ベクトル ２１：レーダ ２２：目標検出手段 ２３：運動推定手段 ２４：ベクトル発生手段 ２５：表示器 ４０：運動予測手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 目標検出装置から出力される目標位置信号より目標の針
   路及び速度を予測する運動予測方式において、 前記目標位置信号より平滑性を重視して予測された目標
   の針路・速度信号を出力する第１の運動予測手段と、 前記目標位置信号より追従性を重視して予測された目標
   の針路・速度信号を出力する第２の運動予測手段と、 前記第１又は第２の運動予測手段のいずれか一方より得
   られる目標の針路・速度信号と基準値とを比較し、低速
   運動している目標か高速運動している目標かを判定する
   判定手段と、 該判定手段が低速運動している目標との判定出力を生じ
   たときに前記第１の運動予測手段の出力を、また高速に
   運動している目標との判定出力を生じたときには前記第
   ２の運動予測手段の出力を選択切換して出力する切換手
   段とを備えたことを特徴とする運動予測方式。