JP7645834B2 - Tracking device, tracking method, and tracking program - Google Patents
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Description
本開示は、追尾装置、追尾方法、及び追尾プログラムに関する。 This disclosure relates to a tracking device, a tracking method, and a tracking program.
追尾装置においては、センサ情報を基にして、目標の運動諸元を推定しつつ、観測時刻ごとに当該運動諸元を更新し、目標の位置又は経路を推定する処理を実施する。運動諸元には、位置、速度、及び加速度等が含まれる。また、センサ情報には、目標の運動諸元に関する観測値と、目標を観測した時刻である観測時刻とが含まれる。従来技術では、特許文献1に示されるように、複数のモデルを用いて運動諸元を推定するフィルタとして、インタラクティング多重モデル(IMM:Interacting Multiple Model)フィルタ、又はマルチインタラクティング多重モデル(M-IMM:Multi-Interacting Multiple Model)フィルタが用いられる。
The tracking device estimates the target's motion parameters based on sensor information, updates the motion parameters for each observation time, and performs processing to estimate the target's position or path. The motion parameters include position, speed, acceleration, etc. The sensor information also includes observed values related to the target's motion parameters and the observation time at which the target was observed. In the prior art, as shown in
IMM方式では、単一の平滑計算内に複数の運動モデルを搭載することによって未来における目標航跡の位置を予測し、また、予測精度を向上するためには運動モデル数の追加が必要である。また、運動モデルごとの線形性の確保が必要であるため、蛇行運動のために周期モデルを搭載し、旋回運動のために加速度モデルを搭載するというように、パラメータが互いに異なる複数のモデルを搭載することが困難である。
一方、M-IMM方式は、IMM方式を並列化した方式であり、非線形性のある複数の運動モデルを並列に処理することができる。
In the IMM method, the future position of the target trajectory is predicted by incorporating multiple motion models in a single smooth calculation, and in order to improve the prediction accuracy, it is necessary to add more motion models. In addition, since it is necessary to ensure linearity for each motion model, it is difficult to incorporate multiple models with different parameters, such as incorporating a periodic model for meandering motion and an acceleration model for turning motion.
On the other hand, the M-IMM method is a parallelized version of the IMM method, and is capable of processing multiple nonlinear motion models in parallel.
IMMフィルタでは、考慮すべきパラメータの全てのパターンに対して、全ての組み合わせの各々に対応する運動モデルを作成する。そのため、目標の運動が複雑になるほど、また、パターンの刻み幅を細かくするほど、並列計算数が増え、処理負荷が高くなる。
ここで、運動モデルの数を限定すれば処理負荷が抑制されるが、運動モデルの数を単純に限定した場合、目標の運動を、加速度モデル等の簡易な運動に近似して扱うことになる。従って、IMMフィルタが有する運動モデルの数を単純に限定した場合、目標の経路の予測精度が低下する、即ち、目標の追尾精度が低下する。
In the IMM filter, a motion model corresponding to each of all combinations for all patterns of parameters to be considered is created. Therefore, the more complex the target motion is, and the finer the pattern step size is, the more parallel calculations are required, resulting in a higher processing load.
Here, if the number of motion models is limited, the processing load is suppressed, but if the number of motion models is simply limited, the target motion will be approximated to a simple motion such as an acceleration model, etc. Therefore, if the number of motion models in the IMM filter is simply limited, the prediction accuracy of the target path will decrease, that is, the target tracking accuracy will decrease.
また、IMMフィルタの派生として、可変構造化IMM(VS-IMM:Variable Structure-Interacting Multiple Model)フィルタが提案されている。可変構造化IMM方式では、環境の制約条件に基づいて目標の運動諸元を推定する際に用いる運動モデルを動的に切り替える。そのため、加速度変化を伴う運動に対して比較的高い追尾精度が実現される。しかし、可変構造化IMM方式では、運動モデルを先見情報又は期待値等に基づいて適宜切り替えるものの、運動モデルの切り替えによって追加された運動モデルの平滑誤差共分散及び期待値がリセットされる。そのため、運動モデルを切り替えた後に収束性が悪化する懸念がある。 In addition, a variable structure IMM (VS-IMM: Variable Structure-Interacting Multiple Model) filter has been proposed as a derivative of the IMM filter. In the variable structure IMM method, the motion model used when estimating the motion parameters of a target is dynamically switched based on environmental constraints. As a result, relatively high tracking accuracy is achieved for motion accompanied by acceleration changes. However, in the variable structure IMM method, although the motion model is appropriately switched based on foresight information or expected values, the smooth error covariance and expected values of the motion model added by switching the motion model are reset. As a result, there is a concern that convergence may deteriorate after switching the motion model.
本開示は、追尾装置において、複数の運動モデルを有するフィルタが有する運動モデルの数を限定した場合であっても目標の追尾精度を比較的高くすること、及び運動モデルの切り替えを抑制することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a tracking device with relatively high target tracking accuracy and suppress switching of motion models even when the number of motion models in a filter having multiple motion models is limited.
本開示に係る追尾装置は、
移動している目標の位置と経路との少なくともいずれかを推定する追尾装置であって、
複数の運動モデルを有するフィルタが有する各運動モデルが有する各パラメータを対象パラメータとしたとき、今回の対象時刻における前記目標の観測値を用いて次回の対象時刻における前記目標の位置と経路との少なくともいずれかを予測する際に、
前記今回の対象時刻における前記目標の観測値に対応する値であって、前記対象パラメータに対応する値である今回値と、前回の対象時刻において前記今回の対象時刻における前記目標の位置と経路との少なくともいずれかを予測した結果に対応する値であって、前記対象パラメータに対応する値である前回値との差に基づいて、前記対象パラメータを選定パラメータとするか否かを決定するモデル選別部と、
前記対象パラメータが前記選定パラメータとされた場合に前記対象パラメータを前記対象パラメータに対応する運動モデルのパラメータとし、前記対象パラメータが前記選定パラメータとされていない場合に、前記今回値を、前記フィルタが推定する状態量とする平滑部と
を備える。
The tracking device according to the present disclosure comprises:
A tracking device that estimates at least one of a position and a path of a moving target, comprising:
When each parameter of each motion model of a filter having a plurality of motion models is set as a target parameter, when predicting at least one of a position and a path of the target at a next target time using an observation value of the target at a current target time,
a model selection unit that determines whether or not the target parameter is to be a selected parameter based on a difference between a current value, which is a value corresponding to an observation value of the target at the current target time and corresponds to the target parameter, and a previous value, which is a value corresponding to a result of predicting at least one of a position and a path of the target at the previous target time and corresponds to the target parameter;
A smoothing unit sets the target parameter as a parameter of a motion model corresponding to the target parameter when the target parameter is set as the selected parameter, and sets the current value as a state quantity estimated by the filter when the target parameter is not set as the selected parameter.
本開示によれば、今回値と前回値との差に基づいて、運動モデルが有するパラメータに対して観測値に対応する値が用いられる。そのため、運動モデルの数が限定されるものの目標の追尾精度の低下は軽微であり、また、運動モデルの切り替えが抑制される。従って、本開示によれば、追尾装置において、複数の運動モデルを有するフィルタが有する運動モデルの数を限定した場合であっても目標の追尾精度を比較的高くすることができ、また、運動モデルの切り替えを抑制することができる。 According to the present disclosure, a value corresponding to an observed value is used for a parameter of a motion model based on the difference between the current value and the previous value. Therefore, although the number of motion models is limited, the decrease in target tracking accuracy is minor, and switching of motion models is suppressed. Therefore, according to the present disclosure, even if the number of motion models in a filter having multiple motion models is limited in a tracking device, it is possible to relatively increase the target tracking accuracy and suppress switching of motion models.
実施の形態の説明及び図面において、同じ要素及び対応する要素には同じ符号を付している。同じ符号が付された要素の説明は、適宜に省略又は簡略化する。図中の矢印はデータの流れ又は処理の流れを主に示している。また、「部」を、「回路」、「工程」、「手順」、「処理」又は「サーキットリー」に適宜読み替えてもよい。 In the description of the embodiments and the drawings, the same elements and corresponding elements are given the same reference numerals. Descriptions of elements given the same reference numerals are omitted or simplified as appropriate. Arrows in the drawings primarily indicate data flow or processing flow. In addition, "part" may be interpreted as "circuit," "step," "procedure," "processing," or "circuitry" as appropriate.
実施の形態1.
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
***構成の説明***
図1は、実施の形態1に係る追尾装置10の構成例を示している。追尾装置10は、混合部11と、平滑部12と、統合部13と、モデル切り替え部14と、モデル選別部15とから成る。追尾装置10は、移動している目標60の位置と経路との少なくともいずれかを推定し、また、IMMフィルタの派生に当たる技術を用いてモデルのパラメータを分割する。なお、モデルは典型的には運動モデルである。
***Configuration Description***
1 shows an example of the configuration of a
以下の説明において、記号又は表記の意味は下記の通りとする。
μ:モデル確率
k:サンプリング時刻tkを表すインデックス
k-1:前回のサンプリング時刻tk-1を表すインデックス
πij:モデルiからモデルjへの遷移確率
i,j:モデルを識別するインデックス
(i):モデルiにおける計算結果
(j):モデルjにおける計算結果
j|i:iに基づき算出されたjの値
x:目標状態量(位置、速度等)
P:誤差共分散行列
Σj:インデックスjによる総和
^:予測値
 ̄:平滑値(混合処理結果)
~(文字の上のチルダ):残差ベクトル
′:転置
Q:システム雑音行列
H:観測行列
R:観測雑音行列
F:状態遷移行列
S:残差共分散行列
K:カルマンゲイン行列
L:モデル尤度
N(z,a,A):平均がaであり、共分散行列がAである3変量正規分布のzにおける確率密度関数
k-m|k-n:時刻k-nまでのデータに基づいて求めた時刻k-mの値
dx:状態量の変動量
th:ユーザが指定する閾値
In the following description, the meanings of symbols and notations are as follows:
μ: model probability k: index representing sampling time t k k-1: index representing previous sampling time t k-1 π ij : transition probability from model i to model j i, j: index for identifying model (i): calculation result in model i (j): calculation result in model j j|i: value of j calculated based on i x: target state quantity (position, speed, etc.)
P: Error covariance matrix Σ j : Sum by index j ^: Predicted value  ̄: Smoothed value (mixed processing result)
~ (tilde above the letter): Residual vector ': Transpose Q: System noise matrix H: Observation matrix R: Observation noise matrix F: State transition matrix S: Residual covariance matrix K: Kalman gain matrix L: Model likelihood N(z,a,A): Probability density function at z of a trivariate normal distribution with mean a and covariance matrix A
km|kn : value at time km calculated based on data up to time kn dx: amount of change in state quantity th: threshold value specified by user
混合部11は、平滑部12からの入力を受け付け、受け付けた入力を用いて、各モデル確率の予測値と、混合後の各種値とを算出する。
具体的には、混合部11は、[数1]に示すモデル確率の予測値と、[数2]に示す混合モデル確率と、[数3]に示す混合平滑値と、[数4]に示す混合平滑誤差共分散行列との各々を算出する。
The
Specifically, the
平滑部12は、センサ情報を入力とし、モデル及びフィルタを用いて次時刻以降における目標の状態量を推定し、混合部11及び統合部13の各々に推定した状態量を示す情報を出力する。この際、複数の運動モデルを有するフィルタが有する各運動モデルが有する各パラメータを対象パラメータとしたとき、今回の対象時刻における目標60の観測値を用いて次回の対象時刻における目標60の位置と経路との少なくともいずれかを予測する際に、平滑部12は、対象パラメータが選定パラメータとされた場合に対象パラメータを対象パラメータに対応する運動モデルのパラメータとし、対象パラメータが選定パラメータとされていない場合に、今回値を、フィルタが推定する状態量とする。複数の運動モデルを有するフィルタは、具体例としてインタラクティング多重モデルのフィルタである。インタラクティング多重モデルのフィルタには、インタラクティング多重モデルの派生手法のフィルタが含まれる。インタラクティング多重モデルの派生手法は、具体例として、M-IMM(Multi-Interacting Multiple Model)及びVS-IMM(Variable Structure-IMM)である。今回の対象時刻は、具体例として今回のサンプリング時刻である。次回の対象時刻は、具体例として次回のサンプリング時刻である。対象パラメータが選定パラメータであるか否かはモデル選別部15によって決定される。観測値はセンサ装置70によって観測された値である。今回値は、今回の対象時刻における目標60の観測値に対応する値であって、対象パラメータに対応する値である。観測値に対応する値は、観測値自体であってもよく、観測値に基づいて算出された値であってもよい。
具体的には、平滑部12は、モデル及びフィルタを用いて、[数5]に示すように目標の状態量の予測をするとともに、[数6]に示す予測誤差共分散行列と、[数7]に示す観測ベクトルの誤差ベクトルと、[数8]に示す残差共分散行列と、[数9]に示すカルマンゲイン行列と、[数10]に示す目標の状態量の平滑値と、[数11]に示す目標の状態量の平滑誤差共分散行列との各々を算出する。
The
Specifically, the
また、平滑部12は、更新処理として、[数12]に示すモデル尤度と、[数13]に示すモデル確率との各々を算出する。更新処理の演算結果は、平滑部12の遅延処理により混合部11にフィードバックされる。
In addition, as an update process, the
統合部13は、平滑部12からの入力を受け付け、受け付けた入力を用いて、各モデルの平滑値を各モデルに対応する信頼度に基づいて統合することにより統合平滑値を算出し、各モデルの共分散行列を各モデルに対応する信頼度に基づいて統合することにより統合平滑共分散行列を算出し、算出した統合平滑値及び統合平滑共分散行列の各々を示す情報をモデル切り替え部14に出力する。この際、統合部13は、前回の対象時刻において目標60の位置と経路との少なくともいずれかを推定した際に算出した各運動モデルに対応する平滑値を、各運動モデルに対応する信頼度に基づいて統合することによって統合平滑値を算出する。ここで、信頼度は、観測値の行列と、1時刻前における観測値、及び運動モデルを使用して予測した推定値(予測値)の行列との差分について観測誤差共分散で正規化した値である。なお、信頼度は運動モデルごとに定められる。また、統合部13は、前回の対象時刻において目標60の位置と経路との少なくともいずれかを推定した際に算出した各運動モデルに対応する平滑誤差共分散行列を、各運動モデルに対応する信頼度に基づいて統合することによって統合平滑誤差共分散行列を算出する。前回の対象時刻は、具体例として前回のサンプリング時刻である。
具体的には、統合部13は、[数14]に示す統合平滑値と、[数15]に示す統合平滑誤差共分散行列との各々を算出する。
The
Specifically, the
モデル切り替え部14は、統合部13からの入力を受け付け、受け付けた入力を用いてモデル選定情報を算出し、算出したモデル選定情報の各々を示す情報をモデル選別部15に出力する。モデル選定情報は、具体例として、高度と、加速度変化の方向等の観測値である。この際、モデル切り替え部14は、算出された統合平滑値と、算出された統合平滑誤差共分散行列とに基づいて、次回の対象時刻における目標60の位置と経路との少なくともいずれかを予測する際に用いられるフィルタが有する運動モデルを選定する。モデル切り替え部14は運動モデル切り替え部とも呼ばれる。
具体的には、モデル切り替え部14には統合平滑値及び統合平滑誤差共分散行列が入力され、モデル切り替え部14は、入力された統合平滑値及び統合平滑誤差共分散行列に基づいてモデル選定情報を算出する。
The model switching unit 14 receives an input from the
Specifically, the integrated smoothed value and the integrated smoothed error covariance matrix are input to the model switching unit 14, and the model switching unit 14 calculates model selection information based on the input integrated smoothed value and integrated smoothed error covariance matrix.
モデル選別部15は、モデル切り替え部14からの入力と、センサ情報とに基づいて変動量を算出し、算出した変動量に基づいて使用するモデル及びパラメータを決定する。この際、モデル選別部15は、今回値と、前回値との差に基づいて、対象パラメータを選定パラメータとするか否かを決定する。前回値は、前回の対象時刻において今回の対象時刻における目標60の位置と経路との少なくともいずれかを予測した結果に対応する値であって、対象パラメータに対応する値である。モデル選別部15は運動モデル選別部とも呼ばれる。
モデル選別部15は、比較的大きな変動量に対応する観測値に対応する値をフィルタが推定する状態量とすることにより、モデルを用いて状態量を推定する際に、値域の制約により生じるモデルの切り替え処理を省略することができる。
モデル選別部15がパラメータを切り替える方法として、以下の2つの方法がある。
The
The
There are two methods for the
(第1切り替え方式:閾値による切り替え)
モデル選別部15は、モデルのパラメータ毎に、あらかじめ閾値を定め、対象時刻において、定めた閾値とパラメータに対応する変動量とを比較する。[数16]は変動量を示している。モデル選別部15は、[数17]に示すように、変動量が閾値未満である場合に変動量に対応するパラメータをモデルのパラメータとし、変動量が閾値以上である場合に変動量に対応するパラメータに対応する観測値に対応する値をフィルタが推定する状態量とする。即ち、モデル選別部15は、対象パラメータに対応する今回値と、対象パラメータに対応する前回値との間の距離が閾値未満である場合に、対象パラメータを選定パラメータとすることを決定する。当該距離は、具体例として今回値と前回値との差の絶対値である。
(First switching method: switching based on threshold value)
The
(第2切り替え方式:状態量の個数による切り替え)
モデル選別部15は、各パラメータに対応する値について対象時刻における単位時間当たりの変動率を算出し、算出した変動率に基づいて各パラメータを比較する。モデル選別部15は、あらかじめフィルタが推定する状態量として扱うパラメータの数を定めておき、変動率が大きい順に変動率に対応するパラメータを定めた数だけ抽出し、抽出したパラメータに対応する観測値に対応する値をフィルタが推定する状態量とする。即ち、モデル選別部15は、対象パラメータに対応する今回値と、対象パラメータに対応する前回値とに対応する変動率の大きさの順位が、対象パラメータに対応する運動モデルが有する全てのパラメータの各々に対応する変動率の大きさの中において、閾値よりも下である場合に対象パラメータを選定パラメータとすることを決定する。
(Second switching method: switching based on the number of state quantities)
The
図2は、本実施の形態に係る追尾装置10のハードウェア構成例を示している。追尾装置10はコンピュータから成る。追尾装置10は複数のコンピュータから成ってもよい。
Figure 2 shows an example of the hardware configuration of the
追尾装置10は、本図に示すように、プロセッサ21と、メモリ22と、補助記憶装置23と、入出力IF(Interface)24と、通信装置25等のハードウェアを備えるコンピュータである。これらのハードウェアは、信号線29を介して適宜接続されている。
As shown in the figure, the
プロセッサ21は、演算処理を行うIC(Integrated Circuit)であり、かつ、コンピュータが備えるハードウェアを制御する。プロセッサ21は、具体例として、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、又はGPU(Graphics Processing Unit)である。
追尾装置10は、プロセッサ21を代替する複数のプロセッサを備えてもよい。複数のプロセッサはプロセッサ21の役割を分担する。
The
The
メモリ22は、典型的には揮発性の記憶装置であり、具体例としてRAM(Random Access Memory)である。メモリ22は、主記憶装置又はメインメモリとも呼ばれる。メモリ22に記憶されたデータは、必要に応じて補助記憶装置23に保存される。
The
補助記憶装置23は、典型的には不揮発性の記憶装置であり、具体例として、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、又はフラッシュメモリである。補助記憶装置23に記憶されたデータは、必要に応じてメモリ22にロードされる。
メモリ22及び補助記憶装置23は一体的に構成されていてもよい。
The
The
入出力IF24は、入力装置及び出力装置が接続されるポートである。入出力IF24は、具体例として、USB(Universal Serial Bus)端子である。入力装置は、具体例として、キーボード及びマウスである。出力装置は、具体例として、ディスプレイである。 The input/output IF 24 is a port to which an input device and an output device are connected. As a specific example, the input/output IF 24 is a USB (Universal Serial Bus) terminal. As a specific example, the input device is a keyboard and a mouse. As a specific example, the output device is a display.
通信装置25は、レシーバ及びトランスミッタである。通信装置25は、具体例として、通信チップ又はNIC(Network Interface Card)である。
The
追尾装置10の各部は、他の装置等と通信する際に、入出力IF24及び通信装置25を適宜用いてもよい。
Each part of the
補助記憶装置23は追尾プログラムを記憶している。追尾プログラムは、追尾装置10が備える各部の機能をコンピュータに実現させるプログラムである。追尾プログラムは、メモリ22にロードされて、プロセッサ21によって実行される。追尾装置10が備える各部の機能は、ソフトウェアにより実現される。
The
追尾プログラムを実行する際に用いられるデータと、追尾プログラムを実行することによって得られるデータ等は、記憶装置に適宜記憶される。追尾装置10の各部は記憶装置を適宜利用する。記憶装置は、具体例として、メモリ22と、補助記憶装置23と、プロセッサ21内のレジスタと、プロセッサ21内のキャッシュメモリとの少なくとも1つから成る。なお、データと情報とは同等の意味を有することもある。記憶装置は、コンピュータと独立したものであってもよい。
メモリ22及び補助記憶装置23の機能は、他の記憶装置によって実現されてもよい。
Data used when executing the tracking program and data obtained by executing the tracking program are appropriately stored in the storage device. Each part of the
The functions of the
追尾プログラムは、コンピュータが読み取り可能な不揮発性の記録媒体に記録されていてもよい。不揮発性の記録媒体は、具体例として、光ディスク又はフラッシュメモリである。追尾プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
本実施の形態に係る他の装置のハードウェア構成は、追尾装置10のハードウェア構成と同様であってもよい。
The tracking program may be recorded in a computer-readable non-volatile recording medium. Specific examples of the non-volatile recording medium include an optical disk and a flash memory. The tracking program may be provided as a program product.
The hardware configuration of the other devices according to this embodiment may be similar to the hardware configuration of the
***動作の説明***
追尾装置10の動作手順は追尾方法に相当する。また、追尾装置10の動作を実現するプログラムは追尾プログラムに相当する。
*** Operation Description ***
The operation procedure of the
図3は、追尾システム9の概念図を示している。追尾システム9は、図3に示すように、目標60と、センサ装置70と、射撃管制装置80と、発射装置90と、飛しょう体100とから成る。
目標60は、追尾装置10の追尾対象である移動体である。
センサ装置70は、目標60の位置及び速度等を検出する機能を備えており、検出した結果を示す情報を射撃管制装置80に出力する。センサ装置70は、飛しょう体100の位置及び速度等を検出する機能を備えていてもよい。
射撃管制装置80は、センサ装置70が取得したセンサ情報に基づいて飛しょう体100を誘導するための情報を飛しょう体100に出力する。
発射装置90は、飛しょう体100を発射する装置である。
飛しょう体100は、発射装置90によって発射され、射撃管制装置80からの出力に基づいて飛しょうする。
3 shows a conceptual diagram of the
The target 60 is a moving object that is to be tracked by the
The
The
The launching device 90 is a device that launches the flying
The projectile 100 is launched by a launcher 90 and flies based on the output from the
図4は、追尾システム9の機能概念図を示している。
センサ装置70は、目標60を捕捉し、目標60を追尾し、ある時刻tにおいて検出した目標60の位置及び速度等の観測値を示す情報を追尾装置10に出力する。
追尾装置10は、センサ装置70から受け取った観測値を示す情報に基づいて目標60の位置及び速度を予測する。
射撃管制装置80は、追尾装置10及び要撃誘導計算部81から成る。
要撃誘導計算部81は、追尾装置10の出力と飛しょう体センサ103の出力とを用いて飛しょう体100の誘導諸元を算出し、算出した誘導諸元を示す情報を誘導制御部101に出力する。
飛しょう体100は、誘導制御部101と、飛しょう部102と、飛しょう体センサ103とを有する。
誘導制御部101は、要撃誘導計算部81が出力した誘導諸元を示す情報に基づいて、飛しょう体100を飛しょうさせるための旋回指令を計算し、計算した結果を飛しょう部102に出力する。
飛しょう部102は、誘導制御部101が出力した旋回指令を示す情報に基づいて、飛しょう体100に対する物理的な加速度を発生する。
飛しょう体センサ103は、飛しょう体100の位置及び速度の推定値を要撃誘導計算部81に出力する。
FIG. 4 shows a functional conceptual diagram of the
The
The
The
The interception
The flying
The
The flying
The
追尾装置10が推定するパラメータとして、位置と、速度と、加速度と、加加速度と、空力係数等の各々を示すパラメータが挙げられる。従来技術によれば、フィルタが有するモデルとしてこれらのパラメータが有するパターンの全ての組み合わせの各組み合わせに対応するモデルが作成される。そのため、モデルの数は、各パラメータが有するパターンの数の積である。ここで、当該モデルの数はIMMにおける並列計算数に該当する。
The parameters estimated by the
具体例として、モデルが有するパラメータの数が5個であり、各パラメータが有するパターンの数が5個であると仮定した場合、IMM方式におけるモデルの数は、図5に示す通り55個である。
一方、具体例として、モデル選別部15が、第2切り替え方式を用い、変動率が相対的に大きな3つのパラメータの各々に対応する値を状態量として推定する場合を考える。この場合において、モデルが有するパラメータの数は2つであり、本方式におけるモデルの数は図6に示す通り52個である。
処理負荷はモデルの数についての関数により表現される。そのため、前述の具体例に係る処理負荷は、従来のIMM方式においては55×(M3フィルタ)であり、第2切り替え方式においては52×(M3フィルタ)である。ここで、M3はMultiple Maneuver Modelの略記である。また、相対的に大きな変動量に対応するパラメータに対応する値をフィルタが推定する状態量とすることにより、モデルの切り替えが抑制される。
As a specific example, assuming that a model has five parameters and each parameter has five patterns, the number of models in the IMM method is 55 , as shown in FIG.
On the other hand, as a specific example, consider a case where the
The processing load is expressed by a function of the number of models. Therefore, the processing load according to the above-mentioned specific example is 5 5 × (M3 filter) in the conventional IMM method, and 5 2 × (M3 filter) in the second switching method. Here, M3 is an abbreviation of Multiple Maneuver Model. In addition, model switching is suppressed by setting a value corresponding to a parameter corresponding to a relatively large amount of fluctuation as a state quantity estimated by the filter.
***実施の形態1の効果の説明***
以上のように、本実施の形態によれば、変動量を基準として推定するパラメータを分割し、モデルとフィルタに分けて処理することにより、同時に処理するモデルの数を削減することができる。従って、本実施の形態によれば、追尾精度を担保しつつ計算負荷を減らすことができる。また、本実施の形態によれば、目標60の運動を簡易な運動に近似することなくより多くのパラメータを扱うことができるため、より精緻に目標60の運動を表現することができ、より精緻に目標60の運動を推定することができる。また、本実施の形態によれば、モデルの数を減らすことにより並列処理数を減らすことができるため、処理負荷が低減される。
また、従来のIMMフィルタにおいて、各運動モデルが扱うパラメータに関しては、各運動モデルにおいて取り得る値域が決まっている。そのため、パラメータ値の変動量が大きい場合、運動モデルを切り替える必要がある。従って、従来のIMMフィルタは目標60の追従性に劣る。一方、本実施の形態によれば、相対的に大きな変動量に対応するパラメータに対応する観測値に対応する値をフィルタが推定する状態量とすることにより、当該パラメータは値域の制約を受けない。従って、値域の制約に応じてモデルを切り替えることなくフィルタ処理を実施することができるため、本実施の形態によれば目標60の追従性が比較的高い。
なお、本実施の形態は、IMM、M-IMM、及びVS-IMMにおいて適用することができる。
***Description of Effect of First Embodiment***
As described above, according to this embodiment, the parameters to be estimated based on the amount of variation are divided and processed separately into models and filters, thereby reducing the number of models to be processed simultaneously. Therefore, according to this embodiment, the calculation load can be reduced while ensuring tracking accuracy. Furthermore, according to this embodiment, since more parameters can be handled without approximating the movement of the target 60 to a simple movement, the movement of the target 60 can be expressed more precisely, and the movement of the target 60 can be estimated more precisely. Furthermore, according to this embodiment, the number of parallel processes can be reduced by reducing the number of models, thereby reducing the processing load.
Furthermore, in the conventional IMM filter, the range of values that each motion model can take is determined for the parameters that each motion model handles. Therefore, when the amount of variation in the parameter value is large, it is necessary to switch the motion model. Therefore, the conventional IMM filter is inferior in tracking the target 60. On the other hand, according to this embodiment, the value corresponding to the observation value corresponding to the parameter corresponding to a relatively large amount of variation is set as the state quantity to be estimated by the filter, so that the parameter is not restricted by the value range. Therefore, since the filter processing can be performed without switching the model according to the value range restriction, according to this embodiment, the tracking ability of the target 60 is relatively high.
This embodiment can be applied to IMM, M-IMM, and VS-IMM.
***他の構成***
<変形例1>
図7は、本変形例に係る追尾装置10のハードウェア構成例を示している。
追尾装置10は、プロセッサ21、プロセッサ21とメモリ22、プロセッサ21と補助記憶装置23、あるいはプロセッサ21とメモリ22と補助記憶装置23とに代えて、処理回路28を備える。
処理回路28は、追尾装置10が備える各部の少なくとも一部を実現するハードウェアである。
処理回路28は、専用のハードウェアであってもよく、また、メモリ22に格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
***Other configurations***
<
FIG. 7 shows an example of the hardware configuration of the
The
The
The
処理回路28が専用のハードウェアである場合、処理回路28は、具体例として、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)又はこれらの組み合わせである。
追尾装置10は、処理回路28を代替する複数の処理回路を備えてもよい。複数の処理回路は、処理回路28の役割を分担する。
When processing
The
追尾装置10において、一部の機能が専用のハードウェアによって実現されて、残りの機能がソフトウェア又はファームウェアによって実現されてもよい。
In the
処理回路28は、具体例として、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせにより実現される。
プロセッサ21とメモリ22と補助記憶装置23と処理回路28とを、総称して「プロセッシングサーキットリー」という。つまり、追尾装置10の各機能構成要素の機能は、プロセッシングサーキットリーにより実現される。
The
***他の実施の形態***
実施の形態1について説明したが、本実施の形態のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、本実施の形態を部分的に実施しても構わない。その他、本実施の形態は、必要に応じて種々の変更がなされても構わず、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施されても構わない。
なお、前述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示と、その適用物と、用途の範囲とを制限することを意図するものではない。説明した手順は、適宜変更されてもよい。
***Other embodiments***
Although the first embodiment has been described, it is possible to combine a plurality of parts of the present embodiment. Alternatively, it is possible to partially implement the present embodiment. In addition, the present embodiment may be modified in various ways as necessary, and may be implemented in any combination, either as a whole or in part.
The above-described embodiment is essentially a preferred example, and is not intended to limit the scope of the present disclosure, its applications, and uses. The described procedure may be modified as appropriate.
9 追尾システム、10 追尾装置、11 混合部、12 平滑部、13 統合部、14 モデル切り替え部、15 モデル選別部、21 プロセッサ、22 メモリ、23 補助記憶装置、24 入出力IF、25 通信装置、28 処理回路、29 信号線、60 目標、70 センサ装置、80 射撃管制装置、81 要撃誘導計算部、90 発射装置、100 飛しょう体、101 誘導制御部、102 飛しょう部、103 飛しょう体センサ。 9 Tracking system, 10 Tracking device, 11 Blending section, 12 Smoothing section, 13 Integration section, 14 Model switching section, 15 Model selection section, 21 Processor, 22 Memory, 23 Auxiliary storage device, 24 Input/output IF, 25 Communication device, 28 Processing circuit, 29 Signal line, 60 Target, 70 Sensor device, 80 Fire control device, 81 Intercept guidance calculation section, 90 Launching device, 100 Missile, 101 Guidance control section, 102 Missile section, 103 Missile sensor.
Claims (7)
複数の運動モデルを有するフィルタが有する各運動モデルが有する各パラメータを対象パラメータとしたとき、今回の対象時刻における前記目標の観測値を用いて次回の対象時刻における前記目標の位置と経路との少なくともいずれかを予測する際に、
前記今回の対象時刻における前記目標の観測値に対応する値であって、前記対象パラメータに対応する値である今回値と、前回の対象時刻において前記今回の対象時刻における前記目標の位置と経路との少なくともいずれかを予測した結果に対応する値であって、前記対象パラメータに対応する値である前回値との差に基づいて、前記対象パラメータを選定パラメータとするか否かを決定するモデル選別部と、
前記対象パラメータが前記選定パラメータとされた場合に前記対象パラメータを前記対象パラメータに対応する運動モデルのパラメータとし、前記対象パラメータが前記選定パラメータとされていない場合に、前記今回値を、前記フィルタが推定する状態量とする平滑部と
を備える追尾装置。 A tracking device that estimates at least one of a position and a path of a moving target, comprising:
When each parameter of each motion model of a filter having a plurality of motion models is set as a target parameter, when predicting at least one of a position and a path of the target at a next target time using an observation value of the target at a current target time,
a model selection unit that determines whether or not the target parameter is to be a selected parameter based on a difference between a current value, which is a value corresponding to an observation value of the target at the current target time and corresponds to the target parameter, and a previous value, which is a value corresponding to a result of predicting at least one of a position and a path of the target at the previous target time and corresponds to the target parameter;
a smoothing unit that sets the target parameter as a parameter of a motion model corresponding to the target parameter when the target parameter is set as the selected parameter, and sets the current value as a state quantity estimated by the filter when the target parameter is not set as the selected parameter.
前記前回の対象時刻において前記目標の位置と経路との少なくともいずれかを推定した際に算出した各運動モデルに対応する平滑値を、各運動モデルに対応する信頼度に基づいて統合することによって統合平滑値を算出し、前記前回の対象時刻において前記目標の位置と経路との少なくともいずれかを推定した際に算出した各運動モデルに対応する平滑誤差共分散行列を、各運動モデルに対応する信頼度に基づいて統合することによって統合平滑誤差共分散行列を算出する統合部と、
算出された統合平滑値と、算出された統合平滑誤差共分散行列とに基づいて、前記次回の対象時刻における前記目標の位置と経路との少なくともいずれかを予測する際に用いられるフィルタが有する運動モデルを選定するモデル切り替え部と
を備える請求項1から3のいずれか1項に記載の追尾装置。 The tracking device further comprises:
an integration unit that calculates an integrated smoothed value by integrating smoothed values corresponding to each motion model calculated when at least one of the target position and the path was estimated at the previous target time based on a reliability corresponding to each motion model, and calculates an integrated smoothed error covariance matrix by integrating smoothed error covariance matrices corresponding to each motion model calculated when at least one of the target position and the path was estimated at the previous target time based on a reliability corresponding to each motion model;
The tracking device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a model switching unit that selects a motion model of a filter used when predicting at least one of the position and the path of the target at the next target time based on the calculated integrated smoothed value and the calculated integrated smoothed error covariance matrix.
前記コンピュータが、前記今回の対象時刻における前記目標の観測値に対応する値であって、前記対象パラメータに対応する値である今回値と、前回の対象時刻において前記今回の対象時刻における前記目標の位置と経路との少なくともいずれかを予測した結果に対応する値であって、前記対象パラメータに対応する値である前回値との差に基づいて、前記対象パラメータを選定パラメータとするか否かを決定し、
前記コンピュータが、前記対象パラメータが前記選定パラメータとされた場合に前記対象パラメータを前記対象パラメータに対応する運動モデルのパラメータとし、前記対象パラメータが前記選定パラメータとされていない場合に、前記今回値を、前記フィルタが推定する状態量とする追尾方法。 A tracking method in which a computer estimates at least one of a position and a path of a moving target, the method comprising the steps of: when each parameter of each motion model of a filter having a plurality of motion models is set as a target parameter, predicting at least one of a position and a path of the target at a next target time using an observation value of the target at a current target time,
the computer determines whether or not to set the target parameter as a selected parameter based on a difference between a current value, which is a value corresponding to an observation value of the target at the current target time and which corresponds to the target parameter, and a previous value, which is a value corresponding to a result of predicting at least one of a position and a path of the target at the previous target time and which corresponds to the target parameter,
The computer sets the target parameter as a parameter of a motion model corresponding to the target parameter when the target parameter is set as the selected parameter, and sets the current value as a state quantity estimated by the filter when the target parameter is not set as the selected parameter.
前記今回の対象時刻における前記目標の観測値に対応する値であって、前記対象パラメータに対応する値である今回値と、前回の対象時刻において前記今回の対象時刻における前記目標の位置と経路との少なくともいずれかを予測した結果に対応する値であって、前記対象パラメータに対応する値である前回値との差に基づいて、前記対象パラメータを選定パラメータとするか否かを決定するモデル選別処理と、
前記対象パラメータが前記選定パラメータとされた場合に前記対象パラメータを前記対象パラメータに対応する運動モデルのパラメータとし、前記対象パラメータが前記選定パラメータとされていない場合に、前記今回値を、前記フィルタが推定する状態量とする平滑処理と
を前記追尾装置に実行させる追尾プログラム。 A tracking program executed by a tracking device which is a computer that estimates at least one of a position and a path of a moving target, the tracking program comprising: a filter having a plurality of motion models, each of which has a parameter of the motion model; and a filter having the motion models, the filter having the plurality of motion models, the filter having the parameter of the moving target, the filter having the parameter of the motion model of the target, the filter having the parameter ...
a model selection process for determining whether or not the target parameter is to be a selected parameter based on a difference between a current value, which is a value corresponding to an observation value of the target at the current target time and corresponds to the target parameter, and a previous value, which is a value corresponding to a result of predicting at least one of a position and a path of the target at the previous target time and corresponds to the target parameter, at the previous target time;
a smoothing process for setting the target parameter as a parameter of a motion model corresponding to the target parameter when the target parameter is set as the selected parameter, and setting the current value as a state quantity estimated by the filter when the target parameter is not set as the selected parameter.
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