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JP3218441B2 - Filter device - Google Patents
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JP3218441B2 - Filter device - Google Patents

Filter device

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JP3218441B2
JP3218441B2 JP11902692A JP11902692A JP3218441B2 JP 3218441 B2 JP3218441 B2 JP 3218441B2 JP 11902692 A JP11902692 A JP 11902692A JP 11902692 A JP11902692 A JP 11902692A JP 3218441 B2 JP3218441 B2 JP 3218441B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、カルマンフィルタを備
えたフィルタ装置に係り、特には、観測される状態変数
のパラメータが少ない場合においても、高雑音抑圧度を
有し、かつ、高応答性が得られるようにするための技術
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a filter device having a Kalman filter, and more particularly to a filter device having high noise suppression and high responsiveness even when the number of observed state variables is small. It relates to the technology for obtaining it.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、白色雑音を抑圧して真の信号を
抽出するために有効な手段として、移動平均を求めるも
のや、カルマンフィルタなどの技術がある。
2. Description of the Related Art In general, techniques for obtaining a moving average and techniques such as a Kalman filter are effective means for extracting a true signal by suppressing white noise.

【0003】前者の移動平均を求めるものでは、雑音抑
圧度と応答性とが正にトレードオフの関係にあって、雑
音抑圧度を高めるためには観測データのデータ量を増や
すと、それだけ応答性が悪くなり、逆に、応答性を高め
ようとすると、雑音抑圧度が劣化するという難点があ
る。
In the former method for obtaining a moving average, the noise suppression degree and the responsiveness are in a exactly trade-off relationship. To increase the noise suppression degree, if the data amount of observation data is increased, the responsiveness is correspondingly increased. On the other hand, there is a problem that the noise suppression is degraded when trying to increase the responsiveness.

【0004】これに対して、後者のカルマンフィルタ
は、真の信号の生成過程を状態モデル化し、各種の計測
器で得られる状態変数(たとえば、位置、速度、加速度
等)の観測データに基づいて最小二乗推定を行うもので
あって、単位時間ごとに上記の状態変数が更新される機
構を有しているため、各単位時間ごとに状態変数が得ら
れるならば、そのデータの蓄積によって推定誤差が次第
に小さくなり、高雑音抑圧度をもち、かつ、高応答性の
ものとなる。
[0004] On the other hand, the latter Kalman filter forms a state model of a true signal generation process and generates a minimum signal based on observation data of state variables (for example, position, velocity, acceleration, etc.) obtained by various measuring instruments. It performs square estimation and has a mechanism to update the above state variables every unit time, so if a state variable can be obtained for each unit time, the estimation error can be reduced by accumulating the data. It becomes smaller gradually, has a high noise suppression degree, and has high responsiveness.

【0005】このカルマンフィルタにおいては、周知の
ように、状態変数(位置、速度、加速度等)の測定データ
Zm(t)が得られるならば、ある時刻tで推定した時刻tに
おける推定値X(t/t)は、次式で与えられる。
In this Kalman filter, as is well known, if measurement data Zm (t) of state variables (position, velocity, acceleration, etc.) can be obtained, an estimated value X (t) at a time t estimated at a certain time t is obtained. / T) is given by the following equation.

【0006】 X(t/t)=X(t/t−1)+G(t)・Zr(t) (1) ここに、 X(t/t−1)=Ф(t)・X(t−1/t−1) (2) Zr(t)=Zm(t)−H(t)・X(t/t−1) (3) であり、X(t/t−1)は時刻t−1で推定した時刻tにお
ける推定値、X(t−1/t−1)は時刻t−1で推定した
時刻t−1における推定値、G(t)はフィルタゲイン、Z
r(t)は観測残差、H(t)は観測マトリックス、Ф(t)は遷
移マトリックスである。
X (t / t) = X (t / t−1) + G (t) · Zr (t) (1) where X (t / t−1) = Ф (t) · X (t) −1 / t−1) (2) Zr (t) = Zm (t) −H (t) · X (t / t−1) (3) where X (t / t−1) is the time t X (t−1 / t−1) is the estimated value at time t−1 estimated at time t−1, G (t) is the filter gain,
r (t) is an observation residual, H (t) is an observation matrix, and Ф (t) is a transition matrix.

【0007】図3に、上記の(1)式〜(3)式をモデル化
したカルマンフィルタFのブロック図を示す。同図にお
いて、1は観測残差Zr(t)を算出するための減算器、2
はフィルタゲインG(t)の掛算器、3は推定値X(t/t)
を算出するための加算器、4は加算器3の出力を所定時
間分だけ遅延させて出力する遅延回路、5は遷移マトリ
ックスФ(t)の掛算器、6は観測マトリックスH(t)の掛
算器である。
FIG. 3 shows a block diagram of a Kalman filter F that models the above equations (1) to (3). In the figure, 1 is a subtractor for calculating the observation residual Zr (t), 2
Is a multiplier of the filter gain G (t), 3 is an estimated value X (t / t)
, 4 is a delay circuit that delays the output of the adder 3 by a predetermined time and outputs the result, 5 is a multiplier for the transition matrix Ф (t), and 6 is a multiplier for the observation matrix H (t). It is a vessel.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図3に示す構成のカル
マンフィルタFにおいて、たとえば、状態変数の推定量
X(t/t)として速度データを得たい場合に、そのカルマ
ンフィルタのデータ入力部in1,in2に対して速度および
加速度の観測データZm1(t),Zm2(t)がそれぞれ入力さ
れるならば、速度観測量Zm1(t)の場合よりも、このカ
ルマンフィルタFで得られる推定量X(t/t)は、高雑音
抑圧度でかつ高応答性のものとなる。
In the Kalman filter F having the configuration shown in FIG. 3, for example, when it is desired to obtain speed data as the estimated amount X (t / t) of the state variable, the data input sections in 1 and in 1 of the Kalman filter are required. velocity and acceleration of the observed data Zm 1 relative in 2 (t), if Zm 2 (t) are input, than the rate observed amount Zm 1 of (t), obtained in this Kalman Filter F estimated The quantity X (t / t) has high noise suppression and high responsiveness.

【0009】たとえば、船舶が定速状態から負の加速度
を受けて停止する場合を例にとると、図4に示すよう
に、速度の観測データは図中の符号zで示す曲線のよう
に経時変化する。これに伴うカルマンフィルタFの速度
推定量は、図中の符号x1で示すように変化する。なお、
移動平均において、カルマンフィルタと同様な雑音抑圧
度をもつ信号出力を得る場合には、その出力は符号x3
示すように応答性が悪くなっている。
For example, assuming a case where a ship stops by receiving a negative acceleration from a constant speed state, as shown in FIG. Change. Speed estimator of the Kalman filter F with this is changed as shown by reference numeral x 1 in FIG. In addition,
In the moving average, in the case of obtaining a signal output having a Kalman filter similar to the noise suppression degree, the output response as shown by reference numeral x 3 is deteriorated.

【0010】ところで、カルマンフィルタFには、推定
量X(t/t)を得るために必要なだけの観測データZm(t)
が常に入力されるとは限らない。たとえば、船舶の場合
には、速度計のみを装備し、加速度計までは装備しない
ものがある。この場合には、カルマンフィルタFの一方
のデータ入力部in1にのみ速度の観測データZm1(t)が入
力されるだけなので、観測更新時刻での加速度推定性能
が悪くなり、この結果、応答性が悪くなる。特に、速度
の観測雑音が大きいために、雑音抑圧を大きくしたい場
合に問題となる。たとえば、図4に示した例では、カル
マンフィルタFの速度推定量は、図中の符号x2で示すよ
うになる。つまり、カルマンフィルタFの有する特性を
十分に発揮し得ない状態となる。
By the way, the Kalman filter F includes only the observation data Zm (t) necessary for obtaining the estimated amount X (t / t).
Is not always input. For example, some ships are equipped with only a speedometer and not an accelerometer. In this case, the velocity observation data Zm 1 (t) is input only to one of the data input sections in 1 of the Kalman filter F, and the acceleration estimation performance at the observation update time deteriorates. Gets worse. In particular, a problem arises when it is desired to increase noise suppression because the speed observation noise is large. For example, in the example shown in FIG. 4, the rate estimator of the Kalman filter F is as shown by reference numeral x 2 in FIG. In other words, the characteristics of the Kalman filter F cannot be sufficiently exhibited.

【0011】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、カルマンフィルタに入力される状態変数の
観測されるパラメータが少ない場合でも、カルマンフィ
ルタが本来有する高雑音抑圧度で、かつ高応答性という
特性が発揮されるようにすることを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a problem, and has a high noise suppression degree and a high response which the Kalman filter originally has even when the number of observed state variables input to the Kalman filter is small. It is an object of the present invention to exhibit the property of sex.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためになされたもので、次の構成を採る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has the following structure.

【0013】すなわち本発明のフィルタ装置は、カルマ
ンフィルタを備え、このカルマンフィルタのデータ入力
部の前段には、船舶の速度計から得られた複数の観測デ
ータを格納する観測データ記憶手段と、この観測データ
記憶手段に格納する観測データのデータ点数を決定する
サンプリング点数決定器からのデータ点数をプリセット
入力するカウンタと、前記観測データ記憶手段に格納さ
れた観測データに基づいて最小二乗回帰曲線を求め、こ
の最小二乗回帰曲線によって得られる速度の推定観測デ
ータおよび、この速度の推定観測データよりも高次微分
の加速度の推定観測データを、前記カウンタからの制御
信号が与えられる場合のみ接点が切換られる切換回路を
介して、前記カルマンフィルタに出力する最小二乗演算
手段とが設けられていることを特徴としている。
That is, the filter device of the present invention includes a Kalman filter, and an observation data storage means for storing a plurality of observation data obtained from a speedometer of a ship, in front of a data input section of the Kalman filter; Determine the number of observation data points to be stored in the storage means
Preset the number of data points from the sampling point decider
A counter to be input, and a counter stored in the observation data storage means.
A least-squares regression curve is calculated based on the
Of the velocity obtained by the least-squares regression curve
Data and higher-order derivatives than the estimated data at this speed
Control of the estimated observation data of the acceleration from the counter
A switching circuit that switches contacts only when a signal is given
And a least-squares calculating means for outputting the result to the Kalman filter.

【0014】[0014]

【作用】上記構成において、速度計等の計測器で得られ
る観測データの複数個が観測データ記憶手段に格納され
る。続いて、最小二乗演算手段は、これらの観測データ
に基づいて最小二乗回帰曲線を求め、この最小二乗回帰
曲線によって得られる推定観測データ、およびこの推定
観測データよりも高次微分の推定観測データをそれぞれ
決定する。そして、これらの推定観測データをカルマン
フィルタに出力する。したがって、カルマンフィルタに
は、状態変数のパラメータの不足分が補われたたかちで
入力されるので、高雑音抑圧度で、かつ高応答性の推定
量の出力が得られる。
In the above arrangement, a plurality of observation data obtained by a measuring instrument such as a speedometer is stored in the observation data storage means. Subsequently, the least-squares calculating means obtains a least-squares regression curve based on these observation data, and calculates estimated observation data obtained by the least-squares regression curve and estimated observation data of a higher-order derivative than the estimated observation data. Decide each. Then, these estimated observation data are output to the Kalman filter. Therefore, since the Kalman filter is input after the shortage of the parameter of the state variable has been compensated, an output of an estimator with high noise suppression and high responsiveness is obtained.

【0015】[0015]

【実施例】図1は本発明の実施例に係るフィルタ装置の
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a filter device according to an embodiment of the present invention.

【0016】同図において、符号Fはカルマンフィルタ
である。このカルマンフィルタFの構成は、図3に示し
たものと同じであるから、図3と対応する箇所には同一
の符号を付して詳細な説明は省略する。
In FIG. 1, reference numeral F denotes a Kalman filter. Since the configuration of this Kalman filter F is the same as that shown in FIG. 3, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG. 3, and the detailed description will be omitted.

【0017】この実施例のフィルタ装置の特徴は、カル
マンフィルタFのデータ入力部in1,in2の前段に設けら
れた構成部分にある。すなわち、図1において、Mは観
測データ記憶手段としてのメモリであって、このメモリ
Mは、本例では図外の速度計で得られる観測データ(こ
こでは速度データ)Zm0(t)の複数個(本例ではNs個)を
時系列に格納するもので、図外のCPUから与えられる
書込許容パルスRに同期して観測データZm0(t)を記憶
する。また、観測データZm0(t)がNs個分だけ格納され
た状態では、シフトレジスタのように、新しい一つの観
測データZm0(t)が入力されるたびに、最も古い観測デ
ータが破棄される構成となっている。
The feature of the filter device of this embodiment lies in the components provided before the data input units in 1 and in 2 of the Kalman filter F. That is, in FIG. 1, M is a memory as observation data storage means. In this example, the memory M is a plurality of observation data (here, velocity data) Zm 0 (t) obtained by a speedometer (not shown). (Ns in this example) are stored in chronological order, and the observation data Zm 0 (t) is stored in synchronization with a write permission pulse R given from a CPU (not shown). Further, in a state where only Ns pieces of observation data Zm 0 (t) are stored, the oldest observation data is discarded every time one new observation data Zm 0 (t) is input as in a shift register. Configuration.

【0018】Lは最小二乗演算器であって、メモリMに
格納されたNs個の観測データに基づいて最小二乗回帰
曲線を求め、この最小二乗回帰曲線によって得られる推
定観測データZm1(t)およびこの推定観測データよりも
高次微分(本例では加速度)の推定観測データZm2(t)を
それぞれ出力するものである。
L is a least-squares arithmetic unit which obtains a least-squares regression curve based on the Ns observation data stored in the memory M, and estimates estimated data Zm 1 (t) obtained by the least-squares regression curve. And output the estimated observation data Zm 2 (t) of a higher order derivative (acceleration in this example) than the estimated observation data.

【0019】SはカルマンフィルタFの加算器1から出
力される観測残差Zr(t)のデータに基づいて、メモリM
に格納される観測データのデータ点数Nsを変更するデ
ータ格納量変更手段としてのデータ点数決定器である。
このデータ点数決定器Sを設けているのは次の理由によ
る。
S is a memory M based on the data of the observation residual Zr (t) output from the adder 1 of the Kalman filter F.
Is a data point number determiner as a data storage amount changing means for changing the data point number Ns of observation data stored in the data point.
This data point number determiner S is provided for the following reason.

【0020】一般に、カルマンフィルタFで得られる観
測残差Zr(t)は、定常状態に達した状態においては、観
測データに含まれる観測雑音成分のみとなる。一方、疑
似的な加速度の推定観測データZm2(t)を得るために、
データ点数Nsを過度に大きく設定すると、最小二乗回
帰推定で得られる速度および加速度に大きな時間遅れが
生じる。この結果、本発明自身の効果が期待できなくな
る。したがって、データ点数Nsは過度に大きくならな
いように適切な値に設定する必要がある。このように適
切なNsを設定すれば、ここで生じた遅れによる不具合
は最小二乗推定によって観測雑音が抑圧された速度およ
び加速度が得られるため、カルマンフィルタの観測雑音
パラメータRを小さく設定できることによる応答性向上
のメリットの方が勝ることになる。したがって、観測残
差Zr(t)の大小に応じてメモリMに格納する観測データ
のデータ点数Nsを最適値に変化させれば、観測雑音の
大きさに応じて常に適切な応答性が得られることにな
る。
Generally, the observation residual Zr (t) obtained by the Kalman filter F is only an observation noise component included in observation data when it reaches a steady state. On the other hand, in order to obtain estimated acceleration data Zm 2 (t) of pseudo acceleration,
If the number of data points Ns is set to be excessively large, a large time delay occurs in the speed and acceleration obtained by the least squares regression estimation. As a result, the effects of the present invention cannot be expected. Therefore, the number of data points Ns needs to be set to an appropriate value so as not to be excessively large. If the appropriate Ns is set in this way, the problem caused by the delay caused here is that the velocity and the acceleration in which the observation noise is suppressed by the least-squares estimation can be obtained. Therefore, the responsiveness due to the fact that the observation noise parameter R of the Kalman filter can be set small is obtained. The benefits of improvement will outweigh the benefits. Therefore, if the number Ns of data points of observation data stored in the memory M is changed to an optimum value according to the magnitude of the observation residual Zr (t), appropriate responsiveness can always be obtained according to the magnitude of observation noise. Will be.

【0021】Cはサンプル点数決定器Sからのデータ点
数Nsをプリセット入力するとともに、前記の書込許容
パルスRに応じてデータ点数Nsを減カウントしてメモ
リM、最小二乗演算器L、および後述の切換回路Kに制
御信号を出力するカウンタである。
In C, the number of data points Ns from the sample point number determiner S is preset and input, and the number of data points Ns is decremented in accordance with the write permission pulse R, and the memory M, the least square calculator L, and Is a counter that outputs a control signal to the switching circuit K.

【0022】KはカウンタCからの制御信号が与えられ
る場合にのみ常閉接点(黒印)側から切換接点(白印)側に
接続を切り換える切換回路である。
K is a switching circuit for switching the connection from the normally closed contact (black) to the switching contact (white) only when a control signal from the counter C is given.

【0023】次に、上記構成のフィルタ装置の動作につ
いて説明する。なお、この実施例では、フィルタ装置に
は図外の速度計から速度データのみが観測データZm
0(t)として入力されるものとする。
Next, the operation of the filter device having the above configuration will be described. In this embodiment, only the speed data from the speedometer (not shown) is stored in the filter device as the observation data Zm.
It shall be input as 0 (t).

【0024】まず、メモリMに所定のデータ点数Nsの
観測データZm0(t)が未だ格納されいない状態では、カ
ウンタCはデータ点数設定器Sで設定されたデータ点数
Nmの値を書込許容パルスRが入力されるたびに減カウ
ントしている途中であり、このため、カウンタCから
は、何等制御信号が出力されない。したがって、切換回
路Kは最小二乗演算器Lに接続されず、速度計からの観
測データ(速度データ)Zm0(t)が切換回路Kを介してカ
ルマンフィルタFのデータ入力部in1に入力される。そ
のため、カルマンフィルタFで得られる速度推定値X(t
/t)の応答性は未だ不十分な状態にある。
First, in a state where the observation data Zm 0 (t) of the predetermined number of data points Ns has not yet been stored in the memory M, the counter C permits writing of the value of the number of data points Nm set by the data point number setting device S. Each time the pulse R is input, the count is in the process of being decremented. Therefore, no control signal is output from the counter C. Therefore, the switching circuit K is not connected to the least square calculator L, and the observation data (speed data) Zm 0 (t) from the speedometer is input to the data input unit in 1 of the Kalman filter F via the switching circuit K. . Therefore, the estimated speed X (t) obtained by the Kalman filter F
/ T) is still inadequate.

【0025】しかし、一旦メモリMに所定のサンプリン
グ点数Nsの観測データZm0(t)が時系列で格納される
と、それ以降は、カウンタCに対して書込許容パルスR
が入力されるたびに、カウンタCからは、メモリM、最
小二乗演算器L、および切換回路Kにそれぞれ制御信号
が出力される。
However, once the observation data Zm 0 (t) of the predetermined number of sampling points Ns is stored in the memory M in a time series, the write permission pulse R
Is input from the counter C to the memory M, the least-squares calculator L, and the switching circuit K, respectively.

【0026】メモリMは、書込許容信パルスRが入力さ
れるたびに入力される最新の観測データZm0(t)を格納
するとともに、最古の観測データを破棄する一方、カウ
ンタCからの制御信号に応答して、ここに格納されてい
るNs個の観測データ(最新のものを含む)を次段の最小
二乗演算器Lに転送する。
The memory M stores the latest observation data Zm 0 (t) inputted each time the write permission pulse R is inputted, and discards the oldest observation data, while discarding the oldest observation data. In response to the control signal, the Ns observation data (including the latest one) stored therein is transferred to the least-square calculator L in the next stage.

【0027】最小二乗演算器Lは、メモリMから転送さ
れてきたNs個の観測データZm(t)に基づいて、
図2に示すように、最小二乗回帰曲線を求める。たとえ
ば、最小二乗回帰曲線を一次式として求める場合には、
次式となる。
The least-squares calculator L calculates Ns observation data Zm 0 (t) transferred from the memory M,
As shown in FIG. 2, a least squares regression curve is obtained. For example, to find the least squares regression curve as a linear equation,
The following equation is obtained.

【0028】 y(t)=Zm2(t)・t+Zm1(t) (4) そこで、最小二乗演算器Lは、この(4)式における係数
Zm1(t)を速度の推定観測データとして、また、この推
定観測データZm1(t)よりも高次微分のZm2(t)を加速度
の推定観測データとしてそれぞれ決定し、これらのデー
タZm1(t)、Zm2(t)を共に切換回路Kに出力する。
Y (t) = Zm 2 (t) · t + Zm 1 (t) (4) Then, the least-squares calculator L uses the coefficient Zm 1 (t) in the equation (4) as estimated velocity observation data. also the estimated observation data Zm 1 (t) higher-order derivative of Zm 2 than (t) respectively determined as the estimated observation data of the acceleration, these data Zm 1 (t), Zm 2 a (t) both Output to the switching circuit K.

【0029】切換回路Kは、メモリMに観測データZm0
(t)が所定のデータ点数Ns分だけ格納された状態となっ
てカウンタCから制御信号が出力されるたびに、最小二
乗演算器Lの出力を選択するので、この最小二乗演算器
Lで得られた上記の各推定観測データZm1(t),Zm2(t)
がそれぞれ切換回路Kを介してカルマンフィルタFのデ
ータ入力部in1,in2に入力される。したがって、現実に
は、速度の観測データZm0(t)しか測定されていない場
合でも、カルマンフィルタFに対しては、速度の推定観
測データZm1(t)とともに、加速度の推定観測データZm
2(t)が入力されるので、いわば、状態変数のパラメータ
の不足分が補われたたかちとなり、カルマンフィルタF
で得られる速度推定量のデータX(t/t)は、高雑音抑圧
度で、かつ高応答性のものとなる。
The switching circuit K stores the observation data Zm 0 in the memory M.
(t) is stored for a predetermined number of data points Ns, and every time a control signal is output from the counter C, the output of the least-squares arithmetic unit L is selected. The above estimated observation data Zm 1 (t) and Zm 2 (t)
Are input to the data input sections in 1 and in 2 of the Kalman filter F via the switching circuit K, respectively. Therefore, in reality, even when only the speed observation data Zm 0 (t) is measured, the estimated acceleration data Zm 1 (t) and the estimated acceleration data Zm 1 (t) are supplied to the Kalman filter F.
2 (t) is input, so to say, the shortfall of the state variable parameter has been compensated, and the Kalman filter F
The data X (t / t) of the speed estimation amount obtained in (1) has a high noise suppression degree and a high responsiveness.

【0030】たとえば、図4に示すように、船舶が定速
状態から負の加速度を受けて停止する場合では、この実
施例におけるカルマンフィルタFの速度推定量X(t/t)
は、図中の符号x0で示す曲線のように、速度および加速
度の観測データを共に直接カルマンフィルタFに入力す
る場合の推定量の曲線x1に近似したものとなり、速度の
観測データのみをカルマンフィルタFに入力する場合の
推定量の曲線x2よりも応答性が優れたものとなる。
For example, as shown in FIG. 4, when the ship stops by receiving a negative acceleration from the constant speed state, the estimated speed X (t / t) of the Kalman filter F in this embodiment.
, As the curve indicated by symbol x 0 in the figure, it is an approximation to the curve x 1 of estimators When entering observation data speed and acceleration are both directly Kalman filter F, only the observed data rate Kalman filter and excellent responsiveness than the estimated amount of the curve x 2 for entering into F.

【0031】また、カルマンフィルタFの減算器1から
出力される観測残差Zr(t)のデータは、データ点数決定
器Sに入力されるので、データ点数決定器Sは、この観
測残差Zr(t)に基づいて、カウンタCに与えるデータ点
数Nsの大きさを変更する。本例の場合は、観測残差Zr
(t)の大きさに応じて段階的に上下のしきい値が設けら
れるとともに、各しきい値の範囲内ごとに観測残差Zr
(t)の大きさに対応するデータ点数Nsが予め設定されて
いるので、上下のしきい値の範囲に観測残差Zr(t)が含
まれる場合には、それに対応する最適なデータ点数Ns
がカウンタSに出力される。特に、観測データZm0(t)
の観測雑音が大きい場合には、データ点数Nsが大きく
なるため、応答性は有る程度悪くなるが、一般の移動平
均法の比べて雑音抑圧度および応答性能を改善すること
ができる。
Since the data of the observation residual Zr (t) output from the subtractor 1 of the Kalman filter F is input to the data point determiner S, the data point determiner S outputs the observation residual Zr (t). Based on t), the number of data points Ns given to the counter C is changed. In the case of this example, the observation residual Zr
Upper and lower thresholds are provided stepwise according to the magnitude of (t), and the observation residual Zr is set within each threshold.
Since the number of data points Ns corresponding to the magnitude of (t) is set in advance, if the range of the upper and lower thresholds includes the observation residual Zr (t), the optimum number of data points Ns
Is output to the counter S. In particular, the observation data Zm 0 (t)
When the observation noise is large, the number of data points Ns is large, so that the responsiveness is deteriorated to some extent. However, the noise suppression degree and the response performance can be improved as compared with the general moving average method.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、カルマンフィルタに
は、状態変数のパラメータの不足分が常に補われたたか
ちで入力されるので、高雑音抑圧度で、かつ高応答性の
推定量の出力特性が発揮されるようになる。
According to the present invention, since the Kalman filter is input after the shortage of the parameters of the state variables is always compensated for, the output of the estimator with high noise suppression and high responsiveness is output. Characteristics will be exhibited.

【0033】特に、最小二乗回帰による推定観測データ
を得ているので、観測データをそのままカルマンフィル
タに入力する場合と比較すると、カルマンフィルタに対
して一層観測雑音が低減された観測量が入力されるので
カルマンフィルタの観測雑音のパラメータを少なくする
ことができ、高応答性が維持される。
In particular, since the estimated observation data obtained by the least squares regression is obtained, compared with the case where the observation data is directly input to the Kalman filter, the observation amount in which the observation noise is further reduced is input to the Kalman filter. , The parameters of the observation noise can be reduced, and high responsiveness is maintained.

【0034】また、観測残差の大きさに応じて観測デー
タの記憶点数を変化させるようにしたので、観測雑音の
多少によって常に適切な応答性が得られることになる。
Further, since the number of storage points of observation data is changed according to the magnitude of the observation residual, an appropriate response can always be obtained depending on the level of observation noise.

【0035】本発明は、たとえばドップラーソナー等を
用いた船速計等に適用する場合に有効である。
The present invention is effective when applied to, for example, a speedometer using a Doppler sonar or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に係るフィルタ装置のブロック
図である。
FIG. 1 is a block diagram of a filter device according to an embodiment of the present invention.

【図2】最小二乗演算手段による最小二乗回帰曲線の決
定方法の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method of determining a least squares regression curve by a least squares calculating means.

【図3】一般的なカルマンフィルタのブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram of a general Kalman filter.

【図4】船舶が定速状態から負の加速度を受けて停止す
る場合のカルマンフィルタの速度推定量の経時変化を示
す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change over time in a speed estimation amount of a Kalman filter when a ship receives a negative acceleration from a constant speed state and stops.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

F…カルマンフィルタ、in1,in2…データ入力部、M…
観測データ記憶手段(メモリ)、L…最小二乗演算手段
(最小二乗演算器)、S…データ格納量変更手段(サンプ
ル点数決定器)、C…カウンタ。
F: Kalman filter, in 1 , in 2 ... data input section, M ...
Observation data storage means (memory), L ... Least square calculation means
(Least square calculator), S: data storage amount changing means (sample point number determiner), C: counter.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 カルマンフィルタを備え、このカルマン
フィルタのデータ入力部の前段には、船舶の速度計から
得られた複数の観測データを格納する観測データ記憶手
段と、この観測データ記憶手段に格納する観測データ
データ点数を決定するサンプリング点数決定器からのデ
ータ点数をプリセット入力するカウンタと、前記観測デ
ータ記憶手段に格納された速度観測データに基づいて最
小二乗回帰曲線を求め、この最小二乗回帰曲線によって
得られる速度の推定観測データおよび、この速度の推定
観測データよりも高次微分の加速度の推定観測データ
を、前記カウンタからの制御信号が与えられる場合のみ
接点が切換られる切換回路を介して、前記カルマンフィ
ルタに出力する最小二乗演算手段とが設けられているこ
とを特徴とするフィルタ装置。
A Kalman filter is provided, and a Kalman filter is provided in front of a data input unit with a speedometer of a ship.
Observation data storage means for storing the obtained plurality of observation data; and observation data storage means for storing the observation data in the observation data storage means .
Data from the sampling point determiner that determines the number of data points
A counter for presetting the number of data points and the observation data
Data based on the speed observation data stored in the data storage means.
Find the least squares regression curve and use this least squares regression curve
Obtained estimated speed data and estimated speed
Estimated observation data of acceleration of higher derivative than observation data
Only when a control signal from the counter is given.
A filter device , comprising: a least-squares calculating means for outputting to the Kalman filter via a switching circuit for switching a contact .
【請求項2】 カルマンフィルタでの船舶速度観測残差
データに基づいて、前記観測データ記憶手段におけるデ
ータ格納量を変更させるデータ格納量変更手段を備える
ことを特徴とする請求項1記載のフィルタ装置。
2. The filter device according to claim 1, further comprising a data storage amount changing unit that changes a data storage amount in the observation data storage unit based on ship speed observation residual data in the Kalman filter.
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