JPS624752B2 - - Google Patents
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- JPS624752B2 JPS624752B2 JP197879A JP197879A JPS624752B2 JP S624752 B2 JPS624752 B2 JP S624752B2 JP 197879 A JP197879 A JP 197879A JP 197879 A JP197879 A JP 197879A JP S624752 B2 JPS624752 B2 JP S624752B2
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- prediction filter
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- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
Description
本発明は飛しよう体あるいは砲を制御するため
の目標の未来位置予測装置に関する。
移動物体を目標とする高射砲等の防衛システム
に於いては、目標の位置をレーダ等を用いて観測
し、目標の位置データをもとにして予測フイルタ
により目標の未来位置を予測する。しかる後、高
射砲等の飛翔特性より要撃計算を行うことによつ
て発射諸元(射角等の発射データ)を求めて発射
する。このような予測フイルタを使つた砲弾等の
発射装置において、要撃率を高めることが強く要
望されていた。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので目
標マヌーバの状況を検出し、この状況に適した予
測フイルタを選び、この選ばれた予測フイルタの
出力を要撃計算に使用して発射諸元を求めること
によつて、砲弾等の発射による目標要撃率を向上
し得る未来位置予測装置を提供するものである。
先ず予測フイルタについて説明する。予測フイ
ルタとしては最小2乗1次フイルタ、最小2乗2
次フイルタ、重み付き最小2乗1次フイルタ、重
み付き最小2乗フイルタ、α−βフイルタ、α−
β−γフイルタ、ウイナーフイルタ、カルマンフ
イルタ等が考えられる。これらの予測フイルタは
いずれも目標のマヌーバを仮定し、適当な評価関
数を設け、この評価関数を最小(又は最大)にな
るようにして決定したものであり、すべての目標
に対して万能ではない。このことを重み付き最小
2乗1次フイルタ(以下WLSと略記する。)を例
にとり説明する。いま防衛システムで適当に選ん
だ座標系を(X、Y、Z)とし、レーダ等を用い
て得られた目標の位置データを(x〓1、y〓1、
z〓1)……(x〓n、y〓n、z〓n)とする。
(x〓n、y〓n、z〓n)は最新のデータを意味
するものとし、各データの間隔をτとする。説明
を簡単にするために以下X軸についてのみ記す
が、Y、Z軸に関しても同様である。WLSは次
に示す(1)式を最小にするように目標の位置および
速度の推定値o、oを求めるものである。
Pステージ未来の目標の未来位置予測値x^pは
次の(2)式で与えられる。
x^p=o+o(τP) ……(2)
目標の位置観測誤差の標準偏差をσpとし、未来
位置予測値の誤差の標準偏差を σ^pとした
時、σ^p 2/σ^p 2はノイズゲインと呼ばれ、
レーダの観測精度による予測値のゆらぎを意味
し、ノイズゲインが小さいフイルタは雑音除去能
力の高いフイルタである。ノイズゲインはデータ
個数(n)に依存する。いま(1)式の重み係数wi
として次の(3)式を採用し、データ個数n=50の場
合のノイズゲインの計数結果を第2図に示す。
wi=kN-i(i=0、1、2……n−
1) ……(3)
0<k≦1
第2図より、kが1に近いほどノイズゲインが
小さいことが分る。
フイルタの性能諸元として前記ノイズゲインの
他に応答性がある。いま例えば第3図に示すよう
に一定速度で円旋回している目標について考えて
見る。反応性の良いフイルタは目標の未来位置方
向を図中点線ロ方向α(α″)として予測する
が、応答性の悪いフイルタでは図中点線イα(=
α″)として予測してしまい誤差を生ずる。ここ
で(3)式で示す重み係数で1マツハの速度で1G旋
回している目標に対してWLSを適用した場合の
目標の未来位置予測方向(第3図中のα)と目標
速度ベクトル方向(第3図中のθ)とを第4図に
示す。この第4図より、kが小さいほどフイルタ
の遅れ(θ−α)が小さく、応答性の良いことが
分る。
第2図、第4図からも分ることであるが、雑音
除去能力の高い(ノイズゲインが小さい)こと
と、フイルタの応答性が良いこととは、kの設定
上相反することであり、両方の特性を兼ね備えた
フイルタは実現できない。そして予測フイルタと
して雑音除去能力の高いフイルタが良いのか、応
答性の良いフイルタが良いかは、防衛システムが
対象としている目標の運動性によつて決まる。即
ち目標のマヌーバがあまりない場合には雑音除去
能力の高いフイルタを、逆に目標のマヌーバが激
しい場合には応答性の良いフイルタを使用すれば
良い。
上記の観点から、本発明では予測フイルタを複
数個用意し、当該予測フイルタの性質を考慮し
て、目標のマヌーバを検出し、目標のマヌーバに
適した予測フイルタを使用することにより、目標
の未来位置予測精度を高めようとするものであ
り、本発明の主たる構成は目標のマヌーバ検出用
予測フイルタと、複数個の目標の未来位置予測用
の予測フイルタと、フイルタ切換回路よりなる。
第5図は本発明の一実施例を示すものであり、
レーダ等により得られた目標位置データは第1の
予測フイルタ51、第2の予測フイルタ52、マ
ヌーバ検出用予測フイルタ53に導かれる。上記
第1の予測フイルタ51は、目標のマヌーバがあ
まり激しくない場合(例えば1G以下)は精度良
く目標の未来位置予測を行うためのフイルタであ
り、例えば前記WLSの場合にはk=1.0のものが
これに相当する。また第2の予測フイルタ52
は、目標のマヌーバがある程度のとき(例えば
1G以上)における目標の未来位置予測を行うの
に適したフイルタであり、例えばα−β−γフイ
ルタ等がこれに相当する。またマヌーバ検出用予
測フイルタ53は、目標のマヌーバに対する系の
応答性の要因と、ノイズゲインによる速度推定値
のばらつきの要因を考慮して両方のトレードオフ
として決定する必要がある。例えばマヌーバ検出
用予測フイルタとしてWLSを採用した場合を考
える。速度の推定値の標準偏差(σv)の二乗
と、観測値の標準偏差(σp)の二乗の比σv 2/
σp 2、いわゆる速度の推定値のノイズゲインを
第6図に示す。第6図の縦軸はτσv/σiで示し
ており、このτはデータ間隔であり、また横軸は
データ個数nである。第6図より分るようにノイ
ズゲインはデータ個数nと共に変化し、重み係数
Kが1に近いほど小さい。目標が定速度1G旋回
したとき、WLSを使つて、現在の速度ベクトル
の推定値と、2秒前の速度ベクトルの推定値との
差の2乗値
The present invention relates to a device for predicting the future position of a target for controlling a flying vehicle or a gun. In a defense system such as an anti-aircraft gun that targets a moving object, the position of the target is observed using a radar or the like, and a prediction filter predicts the future position of the target based on the target position data. Thereafter, the firing specifications (firing data such as firing angle) are determined by performing interception calculations based on the flight characteristics of the anti-aircraft gun, etc., and the gun is fired. There has been a strong demand for a firing device for artillery shells and the like that uses such a prediction filter to increase the intercept rate. The present invention was made in view of the above circumstances, and detects the target maneuver situation, selects a prediction filter suitable for this situation, and uses the output of the selected prediction filter for interception calculations to calculate launch specifications. The object of the present invention is to provide a future position prediction device that can improve the target interception rate by firing artillery shells or the like by determining the future position. First, the prediction filter will be explained. As a prediction filter, least squares linear filter, least squares 2
order filter, weighted least squares linear filter, weighted least squares filter, α-β filter, α-
Possible filters include a β-γ filter, a Wiener filter, and a Kalman filter. All of these prediction filters are determined by assuming the target maneuver, setting an appropriate evaluation function, and minimizing (or maximizing) this evaluation function, so they are not universal for all targets. . This will be explained using a weighted least squares linear filter (hereinafter abbreviated as WLS) as an example. Let the coordinate system arbitrarily selected for the defense system be (X, Y, Z), and the target position data obtained using radar etc. be (x〓 1 , y〓 1 ,
z〓 1 )... (x〓n, y〓n, z〓n). Let (x〓n, y〓n, z〓n) mean the latest data, and let the interval between each data be τ. To simplify the explanation, only the X axis will be described below, but the same applies to the Y and Z axes. WLS calculates estimated values o and o of the target position and velocity so as to minimize the following equation (1). The predicted future position value x^ p of the P stage future target is given by the following equation (2). x^ p = o + o (τP) ...(2) When the standard deviation of the target position observation error is σ p and the standard deviation of the error of the future position prediction value is σ^ p , σ^ p 2 / σ^ p 2 is called the noise gain,
This refers to fluctuations in predicted values due to radar observation accuracy, and a filter with a small noise gain is a filter with high noise removal ability. The noise gain depends on the number of data items (n). Now, the weighting coefficient w i of equation (1)
The following equation (3) is adopted as the number of data, and the noise gain counting result when the number of data n=50 is shown in FIG. w i =k Ni (i=0, 1, 2...n-
1) ...(3) 0<k≦1 From Fig. 2, it can be seen that the closer k is to 1, the smaller the noise gain is. In addition to the above-mentioned noise gain, the performance specifications of the filter include responsiveness. For example, consider a target that is turning in a circle at a constant speed, as shown in Figure 3. A filter with good responsiveness predicts the future position direction of the target as the direction α (α″) shown in the dotted line in the figure, but a filter with poor responsiveness predicts the direction of the future position of the target in the direction α (α″) indicated by the dotted line in the figure.
α''), which causes an error.Here, when WLS is applied to a target rotating at 1 G at a speed of 1 Matsuha using the weighting coefficient shown in equation (3), the predicted future position direction of the target ( Figure 4 shows α in Figure 3 and the target velocity vector direction (θ in Figure 3).From Figure 4, it can be seen that the smaller k is, the smaller the filter delay (θ-α) is, and the response As can be seen from Figures 2 and 4, high noise removal ability (small noise gain) and good filter response are related to the The settings are contradictory, and it is impossible to create a filter that has both characteristics.Whether a filter with high noise removal ability or a filter with good response is better as a predictive filter depends on the goal of the defense system. In other words, if the target does not make many maneuvers, a filter with high noise removal ability should be used, and conversely, if the target makes many maneuvers, a filter with good responsiveness should be used. Therefore, in the present invention, a plurality of prediction filters are prepared, the target maneuver is detected in consideration of the properties of the prediction filter, and a prediction filter suitable for the target maneuver is used to improve the accuracy of predicting the future position of the target. The main components of the present invention include a prediction filter for target maneuver detection, a prediction filter for predicting future positions of a plurality of targets, and a filter switching circuit. This shows an example of
Target position data obtained by a radar or the like is guided to a first prediction filter 51, a second prediction filter 52, and a maneuver detection prediction filter 53. The first prediction filter 51 is a filter for predicting the target's future position with high accuracy when the target's maneuver is not too violent (for example, 1G or less), and for example, in the case of the WLS, k = 1.0. corresponds to this. Also, the second prediction filter 52
is when the target maneuver is to a certain extent (e.g.
This is a filter suitable for predicting the future position of a target (at least 1G), such as an α-β-γ filter. Further, the maneuver detection prediction filter 53 needs to be determined as a trade-off between the factors of the responsiveness of the system to the target maneuver and the factors of variations in speed estimation values due to noise gain. For example, consider a case where WLS is adopted as a prediction filter for maneuver detection. The ratio of the square of the standard deviation of the estimated velocity (σ v ) to the square of the standard deviation of the observed value (σ p ) σ v 2 /
σ p 2 , the so-called noise gain of the velocity estimate, is shown in FIG. The vertical axis of FIG. 6 indicates τσ v /σ i , where τ is the data interval, and the horizontal axis indicates the number of data n. As can be seen from FIG. 6, the noise gain changes with the number of data items n, and the closer the weighting coefficient K is to 1, the smaller it becomes. When the target turns at a constant speed of 1G, use WLS to calculate the square value of the difference between the estimated value of the current velocity vector and the estimated value of the velocity vector 2 seconds ago.
【式】を計算し、ΔVと目標旋 回時間Calculate [Formula] and calculate ΔV and target rotation. times time
【式】との関係を第7図に示す。第7
図よりk=0.9の方が応答性が良いが、第6図よ
りノイズゲインに対してはk=0.95の方が良いこ
とが分る。
ところでΔVは目標の旋回G、即ち目標のマヌ
ーバに対応する数値であり、目標が直進の場合に
はΔV=0であり、目標が1G旋回した場合、予
測フイルタの遅れを無視すれば、第8図に示す関
係より求めることができる。第8図において、現
在の目標位置をAとすれば、BはT秒前の目標位
置であり、Oは目標旋回中心、Rは旋回半径、
V1,V2は目標位置A,Bにおける推定速度、θ
は目標旋回角度である。したがつてΔVは速度
V1ベクトルと速度V2ベクトルとの差ベクトルと
して与えられ、次式より求めることができる。
R=V2/G
θ=VT/R
ΔV≒|V1|・θ=GT
即ちΔVと目標旋回Gは1対1の対応関係があ
り、以下の説明の都合上ΔVとGとは区別しな
い。
一方、第5図において切換回路54では、マヌ
ーバ検出用予測フイルタ53から得られた旋回G
情報(ΔV)2により要撃計算に使う予測フイル
タを選択する。即ち1G以下では第1の予測フイ
ルタ51の出力を選択し、1G以上では第2の予
測フイルタ52の出力を選択する。このように選
択された最適予測値出力より計算装置55におい
て精度の高い目標未来位置を得ることができる。The relationship with [Formula] is shown in FIG. It can be seen from FIG. 7 that k=0.9 has better responsiveness, but FIG. 6 shows that k=0.95 is better for noise gain. By the way, ΔV is a value corresponding to the turning G of the target, that is, the maneuver of the target. If the target is going straight, ΔV = 0, and if the target is turning 1 G, ignoring the delay of the prediction filter, the 8th It can be determined from the relationship shown in the figure. In Fig. 8, if the current target position is A, B is the target position T seconds ago, O is the target turning center, R is the turning radius,
V 1 and V 2 are estimated velocities at target positions A and B, θ
is the target turning angle. Therefore ΔV is the velocity
It is given as the difference vector between the V 1 vector and the velocity V 2 vector, and can be obtained from the following equation. R=V 2 /G θ=VT/R ΔV≒|V 1 |・θ=GT In other words, there is a one-to-one correspondence between ΔV and target turning G, and for the sake of the following explanation, ΔV and G will not be distinguished. . On the other hand, in FIG. 5, the switching circuit 54 uses the turning G obtained from the maneuver detection predictive filter 53.
Information (ΔV) 2 selects the prediction filter used for interception calculation. That is, the output of the first prediction filter 51 is selected for 1G or less, and the output of the second prediction filter 52 is selected for 1G or more. A highly accurate target future position can be obtained in the calculation device 55 from the optimal predicted value output selected in this way.
第1図は座標系上の目標の位置データのX軸成
分について説明するために示す図、第2図は重み
付き最小2乗1次フイルタにおけるノイズゲイン
特性を示す図、第3図は目標と予測フイルタの応
答性との関係を示す図、第4図は重み付き最小2
乗1次フイルタの応答性を示す図、第5図は本発
明に係る未来位置予測装置の一実施例を示すブロ
ツクダイヤグラム、第6図は第5図のマヌーバ検
出用予測フイルタとして最小2乗1次フイルタを
使用した場合のノイズゲイン特性を示す図、第7
図は目標旋回時における旋回時間と速度ベクトル
差との関係を示す特性図、第8図a,bは速度ベ
クトル、速度ベクトル差を説明するために示す図
である。
51……第1の予測フイルタ、52……第2の
予測フイルタ、53……マヌーバ検出用予測フイ
ルタ、54……切換回路、55……要撃計算装
置。
Fig. 1 is a diagram shown to explain the X-axis component of the target position data on the coordinate system, Fig. 2 is a diagram showing the noise gain characteristics in a weighted least squares linear filter, and Fig. 3 is a diagram showing the target position data. A diagram showing the relationship with the response of the prediction filter, Figure 4 shows the weighted minimum 2
FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the future position prediction device according to the present invention. FIG. 6 is a diagram showing the response of the first-order filter for maneuver detection. Diagram showing the noise gain characteristics when using the following filter, 7th
The figure is a characteristic diagram showing the relationship between the turning time and the speed vector difference during the target turning, and FIGS. 8a and 8b are diagrams shown to explain the speed vector and the speed vector difference. 51...First prediction filter, 52...Second prediction filter, 53...Prediction filter for maneuver detection, 54...Switching circuit, 55...Interceptor calculation device.
Claims (1)
と、応答性が良好な第2の予測フイルタと、要撃
すべき移動目標のマヌーバを検出する目標マヌー
バ検出用予測フイルタと、このフイルタの検出出
力に応じて前記第1、第2の予測フイルタのうち
からマヌーバの状況に適した予測フイルタを選択
する手段と、この手段による予測フイルタ出力を
用いて目標の未来位置を求める計算手段を具備す
ることを特徴とする未来位置予測装置。1. A first prediction filter with good noise gain, a second prediction filter with good responsiveness, a target maneuver detection prediction filter that detects the maneuver of a moving target to be intercepted, and a and means for selecting a prediction filter suitable for the maneuver situation from among the first and second prediction filters, and calculation means for calculating the future position of the target using the prediction filter output by this means. Future position prediction device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP197879A JPS5595177A (en) | 1979-01-11 | 1979-01-11 | Forecasting unit for future position |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP197879A JPS5595177A (en) | 1979-01-11 | 1979-01-11 | Forecasting unit for future position |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5595177A JPS5595177A (en) | 1980-07-19 |
| JPS624752B2 true JPS624752B2 (en) | 1987-01-31 |
Family
ID=11516620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP197879A Granted JPS5595177A (en) | 1979-01-11 | 1979-01-11 | Forecasting unit for future position |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5595177A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0105432B1 (en) * | 1982-09-30 | 1990-01-24 | General Electric Company | Aircraft automatic boresight correction |
| JP2749727B2 (en) * | 1991-03-08 | 1998-05-13 | 三菱電機株式会社 | Route prediction device |
| JP6681849B2 (en) * | 2017-03-10 | 2020-04-15 | 三菱電機株式会社 | Flight guidance device and its program |
-
1979
- 1979-01-11 JP JP197879A patent/JPS5595177A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5595177A (en) | 1980-07-19 |
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