JPH0690279B2 - Tracking filter - Google Patents
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- JPH0690279B2 JPH0690279B2 JP25112087A JP25112087A JPH0690279B2 JP H0690279 B2 JPH0690279 B2 JP H0690279B2 JP 25112087 A JP25112087 A JP 25112087A JP 25112087 A JP25112087 A JP 25112087A JP H0690279 B2 JPH0690279 B2 JP H0690279B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は観測雑音を含んだ目標位置情報を目標観測装
置より入力し,目標位置の真値および速度・加速度など
の目標運動諸元を推定する追尾フイルタの精度向上の方
法について提案するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention inputs target position information including observation noise from a target observation device, and estimates a true value of a target position and target motion parameters such as velocity and acceleration. We propose a method for improving the accuracy of the tracking filter.
第2図は例えばIEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND E
LECTRONIC SYSTEMS VOL.AES-13 NO.3「MANEUVERING TAR
GET TRACKING USING ADAPTIVE STATE ESTIMATION」で示
された複数個の運動モデルを有する場合の従来の追尾フ
イルタの構成図であり,図において(1)は観測雑音を
含んだ目標位置を計測する目標観測装置,(2)は複数
個の運動モデルおのおのに対して観測誤差を評価するた
めの運動モデルごとの観測誤差評価器,(3)は複数個
の運動モデルおのおのの信頼度を算出するための各運動
モデルの信頼度算出器,(4)は第1の遅延回路,
(5)は目標運動諸元の平滑値算出に使用するカルマン
ゲイン行列算出のためのゲイン行列算出器,(6)は目
標運動諸元の平滑値を算出する平滑器,(7)は複数個
の運動モデルおのおのについて現時点より1サンプリン
グ後の目標運動諸元の予測値を算出する運動モデルごと
の予測値算出器,(8)は第3の遅延回路,(9)は複
数個の運動モデルおのおのの平滑値と真値の差である平
滑誤差を評価する運動モデルごとの平滑誤差評価器,
(10)は複数個の運動モデルおのおのの予測値と真値の
差である予測誤差を評価する運動モデルごとの予測誤差
評価器,(11)は第2の遅延回路,(12)は第4の遅延
回路である。Figure 2 shows, for example, IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND E
LECTRONIC SYSTEMS VOL.AES-13 NO.3 「MANEUVERING TAR
FIG. 1 is a block diagram of a conventional tracking filter having a plurality of motion models shown in “GET TRACKING USING ADAPTIVE STATE ESTIMATION”. In the figure, (1) is a target observation device for measuring a target position including observation noise, (2) is an observation error evaluator for each motion model for evaluating the observation error for each of the motion models, and (3) is each motion model for calculating the reliability of each of the motion models. Reliability calculator, (4) is the first delay circuit,
(5) is a gain matrix calculator for calculating the Kalman gain matrix used to calculate the smooth value of the desired motion parameter, (6) is a smoother for calculating the smooth value of the target parameter, and (7) is a plurality. Prediction value calculator for each motion model that calculates the prediction value of the target motion parameters after one sampling from the present time, (8) is the third delay circuit, and (9) is each a plurality of motion models. Smoothing error evaluator for each motion model that evaluates the smoothing error that is the difference between the smoothed value and the true value of
(10) is a prediction error evaluator for each motion model that evaluates the prediction error that is the difference between the prediction value and the true value of each of the plurality of motion models, (11) is the second delay circuit, and (12) is the fourth Delay circuit.
従来の複数個の運動モデルを有する追尾フイルタは上記
のように構成され,たとえば固定直交座標を使用し,等
速直線運動モデルにサンプリング時刻によらない定数加
速度ベクトルが付加されたモデルを複数の異なつた加速
度レベルごとに有する場合が複数個の運動モデルとして
使用されていた。目標観測装置(1)では,極座標によ
る観測雑音を含んだ目標位置情報を直交座標に変換す
る。運動モデルごとの観測誤差評価器(2)では,運動
モデルごとの予測値算出器(7)より得られる現時点よ
り1サンプリング前に算出した目標位置予測ベクトルを
目標位置の平均ベクトルとし,運動モデルごとの予測誤
差評価器(10)より得られる現時点より1サンプリング
前に算出した予測誤差共分散行列およびあらかじめ設定
してある観測モデルより得られる観測雑音の共分散行列
より目標位置観測ベクトルと目標位置予測ベクトルの差
の共分散行列を求め,目標位置観測ベクトルが3次元正
規分布に従うとして複数個の運動モデルごとに,目標観
測装置より入力される目標観測位置の目標予測位置に対
する誤差を評価する。各運動モデルの信頼度算出器
(3)では,現時点より1サンプリング前に算出した複
数個の運動モデルおのおのの信頼度,運動モデルの推移
にマルコフ性を仮定しあらかじめ設定された運動モデル
の推移確率及び運動モデルごとの観測誤差評価器(2)
より入力される複数個の運動モデルごとの観測誤差評価
値より,複数個の運動モデルおのおのの信頼度を算出す
る。ゲイン行列算出器(5)では,あらかじめ設定して
ある観測モデルより得られる観測雑音共分散行列及び現
時点より1サンプリング前に運動モデルごとの予測誤差
評価器(10)で算出しておいた運動モデルごとの予測誤
差共分散行列よりカルマンフイルタの理論よりゲイン行
列を算出する。平滑器(6)では,現時点より1サンプ
リング前に算出しておいた平滑値,目標観測装置(1)
より入力される目標観測位置,ゲイン行列算出器(5)
より入力されるゲイン行列及び各運動モデルの信頼度算
出器(3)で求めた複数個の運動モデルおのおのの信頼
度により重みづけした複数個の運動モデルを構成してい
る定数加速度ベクトルの総和により目標位置及び目標速
度の平滑値を算出する。運動モデルごとの予測値算出器
(7)では,平滑器(6)で算出した目標位置及び目標
速度と複数個の運動モデルごとの定数加速度ベクトルに
より現時点より1サンプリング後の目標位置及び目標速
度の予測値を算出する。運動モデルごとの平滑誤差評価
器(9)では,目標位置及び目標速度の平滑値と真値の
差の共分散行列をゲイン行列算出器(5)で算出したゲ
イン行列及び現時点より1サンプリング前に運動モデル
ごとの予測誤差評価器(10)で算出しておいた予測誤差
共分散行列により算出する。運動モデルごとの予測誤差
評価器(10)では,運動モデルごとの平滑誤差評価器
(9)より入力される平滑誤差共分散行列とあらかじめ
設定してある運動モデルより得られる駆動雑音共分散行
列より現時点より1サンプリング後の予測値と真値との
差の共分散行列を算出する。A conventional tracking filter having a plurality of motion models is configured as described above, and, for example, using fixed Cartesian coordinates, a model in which a constant acceleration vector independent of the sampling time is added to a constant velocity linear motion model is used. The case of having each acceleration level is used as a plurality of motion models. The target observing device (1) converts target position information including observation noise in polar coordinates into Cartesian coordinates. In the observation error evaluator (2) for each motion model, the target position prediction vector calculated one sampling before the current time obtained from the prediction value calculator (7) for each motion model is set as the average vector of the target positions, and each motion model is calculated. Target position observation vector and target position prediction from the prediction error covariance matrix obtained from the prediction error evaluator (10) calculated 1 time before the present time and the observation noise covariance matrix obtained from the preset observation model The covariance matrix of the vector difference is obtained, and the error of the target observation position input from the target observation device with respect to the target predicted position is evaluated for each of a plurality of motion models assuming that the target position observation vector follows a three-dimensional normal distribution. In the reliability calculator (3) of each motion model, the reliability of each of the motion models calculated one sampling before the current time, and the transition probability of the motion model preset assuming Markov property in the motion model transition And observation error evaluator for each motion model (2)
The reliability of each of the multiple motion models is calculated from the observation error evaluation value input for each of the multiple motion models. In the gain matrix calculator (5), the observation noise covariance matrix obtained from the preset observation model and the motion model calculated by the prediction error evaluator (10) for each motion model one sampling before the present time The gain matrix is calculated from the Kalman filter theory from the prediction error covariance matrix for each. In the smoother (6), the smoothed value calculated one sampling before the current time, the target observation device (1)
Target observation position and gain matrix calculator input from (5)
Based on the sum of constant acceleration vectors that make up a plurality of motion models weighted by the gain matrix and the reliability of each motion model (3) The smoothed value of the target position and the target speed is calculated. The predicted value calculator (7) for each motion model uses the target position and target speed calculated by the smoother (6) and the constant acceleration vector for each motion model to calculate the target position and target speed one sampling after the current time. Calculate the predicted value. In the smoothing error evaluator (9) for each motion model, the covariance matrix of the difference between the smoothed value and the true value of the target position and the target velocity is calculated by the gain matrix calculator (5) and one sampling before the present time. It is calculated by the prediction error covariance matrix calculated by the prediction error evaluator (10) for each motion model. In the prediction error evaluator (10) for each motion model, the smoothing error covariance matrix input from the smoothing error evaluator (9) for each motion model and the driving noise covariance matrix obtained from the preset motion model are used. The covariance matrix of the difference between the predicted value and the true value after one sampling from the present time is calculated.
上記のような従来の追尾フイルタでは,平滑器(6)で
算出する目標位置及び目標速度の平滑値が各運動モデル
の信頼度算出器(3)で求めた複数個の運動モデルおの
おのに対する信頼度を反映しているのみで,平滑値の誤
差の評価,目標位置及び目標速度の予測値の算出及び予
測値の誤差の評価には複数個の運動モデルおのおのに対
する信頼度が反映されなかつた。このため,旋回目標に
対する追尾精度は劣化せざるをえなかつた。In the conventional tracking filter as described above, the smoothed values of the target position and the target velocity calculated by the smoother (6) are the reliability for each of the plurality of motion models obtained by the reliability calculator (3) of each motion model. However, the reliability of each motion model was not reflected in the evaluation of the error of the smoothed value, the calculation of the predicted value of the target position and the target speed, and the evaluation of the error of the predicted value. For this reason, the tracking accuracy with respect to the turning target must be degraded.
この発明の追尾フイルタは,平滑値と真値の差である平
滑誤差の評価である平滑誤差共分散行列,予測値の算出
及び予測値と真値の差である予測誤差の評価である予測
誤差共分散行列の算出に複数個の運動モデルおのおのの
信頼度を使用するようにしたものである。The tracking filter of the present invention is a smoothing error covariance matrix which is a smoothing error evaluation which is a difference between a smoothed value and a true value, a prediction error which is a calculation of a predicted value and a prediction error which is a difference between a predicted value and a true value. The reliability of each of a plurality of motion models is used to calculate the covariance matrix.
〔作用) この発明においては,複数個の運動モデルおのおのに対
する信頼度及び複数個の運動モデルを構成する定数加速
度ベクトルを使用し運動モデルが一意的に定まらないこ
とにより平滑誤差の評価である平滑誤差共分散行列を増
加させる諸元を算出し,この諸元に複数個の運動モデル
ごとの平滑誤差共分散行列を加算することにより平滑誤
差共分散行列を算出し,複数個の運動モデルおのおのに
対する信頼度及び複数個の運動モデルを構成する定数加
速度ベクトルを使用し予測における加速度の影響項を算
出し,この諸元に現時刻の平滑値をもとに等速直線運動
予測により算出した1サンプリング後の予測値を加算す
ることにより予測値を算出し,複数個の運動モデルおの
おのに対する信頼度及び複数個の運動モデルを構成する
定数加速度ベクトルを使用し運動モデルが一意的に定ま
らないことにより予測誤差の評価である予測誤差共分散
行列を増加させる諸元を算出し,この諸元に複数個の運
動モデルごとの予測誤差共分散行列を加算することによ
り予測誤差共分散行列を算出するようにしている。[Operation] In the present invention, the reliability of each of the plurality of motion models and the constant acceleration vector that forms the plurality of motion models are used, and the motion model is not uniquely determined. The smooth error covariance matrix is calculated by calculating the parameters for increasing the covariance matrix and adding the smooth error covariance matrix for each of the multiple motion models to this parameter, and the reliability for each of the multiple motion models is calculated. The degree of acceleration and the constant acceleration vector that composes multiple motion models are used to calculate the influence term of the acceleration in the prediction, and one sampling after the constant velocity linear motion prediction is calculated based on the smoothed value at the current time in these specifications. The predicted value is calculated by adding the predicted values of the above, and the reliability for each of the multiple motion models and the constant acceleration that constitutes the multiple motion models The parameters that increase the prediction error covariance matrix, which is the estimation of the prediction error, are calculated by using the motion vector that cannot be uniquely determined, and the prediction error covariance of each motion model is calculated based on these parameters. The prediction error covariance matrix is calculated by adding the matrices.
第1図はこの発明の一実施例を示す構成図であり,
(1)〜(12)は上記従来装置と全く同一のものであ
る。(13)は平滑値の平滑誤差を評価する平滑誤差評価
器,(14)は現時点より1サンプリング後の予測値を算
出する予測値算出器,(15)は現時点より1サンプリン
グ後の予測値の予測誤差を評価する予測誤差評価器であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention,
(1) to (12) are exactly the same as the above conventional device. (13) is a smoothing error evaluator that evaluates the smoothing error of the smoothed value, (14) is a predictive value calculator that calculates a predicted value one sampling after the current time, and (15) is a predicted value one sampling after the current time. It is a prediction error evaluator that evaluates a prediction error.
複数個をN個とした場合の運動モデルをx k=Φk-1 x k-1+Γk-1Wk-1+Γ′k-1 u k-1 …(1) とする。The motion model when the number of the plurality is N is x k = Φ k-1 x k-1 + Γ k-1 W k-1 + Γ ′ k-1 u k-1 (1).
ここで, ・xkはサンプリング時刻tkにおける目標運動諸元の真
値をあらわす状態ベクトルであり,直交座標における目
標位置ベクトルを 直交座標における目標速度ベクトルを とした時 である。Where: • x k is a state vector that represents the true value of the target motion specifications at the sampling time t k , and the target position vector in Cartesian coordinates is The target velocity vector in Cartesian coordinates When Is.
・Φk-1はサンプリング時刻tk-1よりtkへの状態ベクト
ルxkの推移行列で目標が等速直線運動を行うと仮定し
た場合 である。Φ k-1 is a transition matrix of the state vector x k from the sampling time t k-1 to t k , and it is assumed that the target makes a uniform linear motion. Is.
・Wkはサンプリング時刻tkにおける駆動雑音ベクトル Γkはサンプリング時刻tkにおける駆動雑音ベクトルの
変換行列で たとえば,目標の運動モデルを等速直線運動と仮定した
ことによる打切り誤差項をΓk-1 W k-1とみればW kは加速度ベクトル相当であり である。u k はサンプリング時刻tkにおいてN個の運動モデルを構
成する定数加速度ベクトルでu k =α 1又はu k=α 2又は……又はu k =α N …………(2) であり,Γ′kはサンプリング時刻tkにおける定数加速
度ベクトルの変換行列で である。· W k is a sampling time t drive noise vector Γk in k is for example a transformation matrix driving noise vector at sampling time t k, the truncation error term due to the assumed constant velocity linear motion target motion model gamma k-1 If we look at W k-1 , W k is equivalent to the acceleration vector. Is. u k is a constant acceleration vector forming N motion models at the sampling time t k , and u k = α 1 or u k = α 2 or ... or u k = α N ... (2) Γ ′ k is the transformation matrix of the constant acceleration vector at sampling time t k Is.
第3図は水平面に平行な面内で定数加速度ベクトルを説
明する図であり,図において,0は目標観測装置を原点と
した座標0-xyの原点,Xは東方向をx軸の正とした座標0-
xyのx軸,Yは北方向をy軸の正とした座標0-xyのy軸,A
1はy軸の正方向の定数加速度ベクトル,A2はx軸の正の
方向の定数加速度ベクトル,A3はy軸の負の方向の定数
加速度ベクトル,A4はx軸の負の方向の定数加速度ベク
トルである。第3図における定数加速度ベクトルの大き
さを10g(gは重力加速度とする)とし,この他に加速
度0の定数加速度ベクトルを考えた運動モデルの場合 N=5 …(3) であり,式(2)は とサンプリング時刻tkに無関係に書ける。Fig. 3 is a diagram for explaining the constant acceleration vector in the plane parallel to the horizontal plane. In the figure, 0 is the origin of coordinates 0-xy with the target observation device as the origin, and X is the east direction with the positive x-axis. Coordinate 0-
The x-axis of xy, Y is the y-axis of coordinates 0-xy, where the north direction is the positive y-axis, A
1 is the constant acceleration vector in the positive direction of the y-axis, A2 is the constant acceleration vector in the positive direction of the x-axis, A3 is the constant acceleration vector in the negative direction of the y-axis, A4 is the constant acceleration vector in the negative direction of the x-axis Is. In the case of a motion model in which the magnitude of the constant acceleration vector in FIG. 3 is 10 g (g is the gravitational acceleration) and the constant acceleration vector with zero acceleration is considered, N = 5 (3) 2) is And can be written regardless of the sampling time t k .
次に,サンプリング時刻tkにおいてu k-1 =αa(a=1,2,……,N) …(5) が真であるとの仮説を φk,a(a=1,2,……,N) …(6) と書く。Next, the hypothesis that u k-1 = α a (a = 1,2, ..., N) (5) is true at the sampling time t k is φ k , a (a = 1,2, ... …, N)… (6) is written.
Eを平均をあらわす記号として,Wkは平均0の3次元
正規分布白色雑音で E〔Wk〕=0 …(7) E〔Wk▲W T l▼〕=Qk(k=lの時),0I(k≠lの
時) …(8) とする。E is a symbol representing the average, and W k is a three-dimensional normally distributed white noise with an average of 0 E [ W k] = 0 (7) E [ W k ▲ W T l ▼] = Qk (when k = 1 ), 0I (when k ≠ l) ... (8).
ここで, ・0は零ベクトル ・Qkはサンプリング時刻tkにおける駆動雑音共分散行列 であり,a T はベクトルaの転置ベクトルをあらわす。Here, 0 is a zero vector. Qk is a driving noise covariance matrix at sampling time tk, and a T represents a transposed vector of vector a.
観測モデルをz k=Hkxk+vk …(9) とする。The observation model is z k = Hk x k + v k (9).
ここで, ・zkはサンプリング時刻tkにおける目標位置情報の観
測値より構成される直交座標による観測ベクトル ・Hkはサンプリング時刻tkにおける観測行列で Hk=(I 0I) である。Where: z k is an observation vector in Cartesian coordinates composed of the observed values of the target position information at sampling time tk. Hk is the observation matrix at sampling time tk, where Hk = (I 0I).
・vkはサンプリング時刻tkにおける観測雑音ベクトル
であり,平均0の3次元正規分布白色雑音で E〔vk〕=0 E〔vk▲v T l▼〕=Rk(k=lの時),0I(k≠lの
時) …(10) である。・V k is the observation noise vector at the sampling time tk, and is three-dimensional normally distributed white noise with an average of 0 E [ v k] = 0 E [ v k ▲ v T l ▼] = Rk (when k = 1) , 0I (when k ≠ l) ... (10).
なお,Rkはサンプリング時刻tkにおける観測雑音共分散
行列で,運動モデルによらない値とする。Note that Rk is the observation noise covariance matrix at the sampling time tk and is a value that does not depend on the motion model.
また,サンプリング時刻t1からtkまでの観測ベクトル全
体をzk,すなわち zk=〔z1,z2,……,zk〕 …(11) と書く。Also, writing a whole observation vectors from the sampling time t 1 to tk zk, i.e. zk = [z 1, z 2, ......, z k ] ... (11).
以上のことより通常のカルマンフイルタの理論により ▲ a k▼(−)=Φk-1 k-1(+)Γ′k-1 αa …(1
2) ▲Pa k▼(−)=Φk-1Pk-1(+)▲ΦT k-1▼+Γk-1Q
k-1▲ΓT k-1▼ …(13) ▲ a k▼(+)=▲ a k▼(−)+Kk(zk−Hk▲ a k
▼(−)) …(14) Kk=▲Pa k▼(−)▲HT k▼(Hk▲Pa k▼(−)▲HT k▼+
Rk)-1 …(15) ▲Pa k▼(+)=▲Pa k▼(−)−KkHk▲Pa k▼(−) …
(16) (a=1,2,……,N) である。From the above, the usual Kalman filter theory a k▼ (-) = Φk-1 k-1(+) Γ ′k-1 αa… (1
2) ▲ Pa k▼ (-) = Φk-1Pk-1(+) ▲ ΦT k-1▼ + Γk-1Q
k-1▲ ΓT k-1▼… (13) ▲ a k▼ (+) = ▲ a k▼ (-) + Kk (zk-Hk ▲ a k
▼ (−))… (14) Kk = ▲ Pa k▼ (-) ▲ HT k▼ (Hk ▲ Pa k▼ (-) ▲ HT k▼ +
Rk)-1 … (15) ▲ Pa k▼ (+) = ▲ Pa k▼ (−) − KkHk ▲ Pa k▼ (-) ...
(16) (a = 1,2, ..., N).
ここで ・▲ a k▼(−)は仮説φk,aのもとでの観測ベクトル
z1,z2……z k-1よりのxkの予測ベクトルで,条件
つき平均ベクトルで書けばカルマンフイルタの理論より ▲ a k▼(−)=E〔xk l φk,a,zk-1〕 …(17) である。Where ▲ a k▼ (-) is the observation vector under hypothesis φk, a
z1,z2 ……z k-1Thanxa prediction vector of k
If you write it with the averaged vector, then from the theory of Kalman filter ▲ a k▼ (-) = E [xk l φk, a, zk-1] (17)
・ k(+)は観測ベクトルz1,z2……,zkよりの
xkの平滑ベクトルで k(+)=E〔xk l zk〕 …(18) である。・ k (+) is the observation vectorz1,z2 ...,zthan k
xwith a smooth vector of k k (+) = E [xk l zk] (18)
・▲ a k▼(+)は仮説φk,aのもとでの観測ベクトル
z1,z2……zkよりのxkの平滑ベクトルで ▲ a k▼(+)=E〔xk l φk,a,zk〕 …(19) である。・ ▲ a k▼ (+) is the observation vector under hypothesis φk, a
z1,z2 ……zthan kxk smooth vector ▲ a k▼ (+) = E [xk l φk, a, zk] (19).
・Pk(+)はサンプリング時刻tkにおける平滑誤差共分
散行列であり,カルマンフイルタの理論より Pk(+)=E〔(xk− k(+))(xk− k
(+))T l zk〕 …(20) である。・ Pk (+) is the smooth error co-component at sampling time tk
It is a dispersion matrix, and from the theory of Kalman filter, Pk (+) = E [(xk- k (+)) (xk- k
(+))T l zk] (20).
・▲Pa k▼(−)はサンプリング時刻tkにおける仮説φ
k,aのもとでの予測誤差共分散行列で ▲Pa k▼(−)=E〔(xk−▲ a k▼(−))(xk
−▲ a k▼(−))T l φk,a,zk-1〕 …(21) である。・ ▲ Pa k▼ (-) is hypothesis φ at sampling time tk
Prediction error covariance matrix under k, a ▲ Pa k▼ (-) = E [(xk- ▲ a k▼ (-)) (xk
-▲ a k▼ (-))T l φk, a, zk-1] (21)
・▲Pa k▼(+)はサンプリング時刻tkにおける仮説φ
k,aのもとでの平滑誤差共分散行列で ▲Pa k▼(+)=E〔(xk−▲ a k▼(+))(xk
−▲ a k▼(+))T l φk,a,zk〕 …(22) である。・ ▲ Pa k▼ (+) is hypothesis φ at sampling time tk
The smooth error covariance matrix under k, a ▲ Pa k▼ (+) = E [(xk- ▲ a k▼ (+)) (xk
-▲ a k▼ (+))T l φk, a, zk] (22)
・Kkはサンプリング時刻tkにおけるゲイン行列である。・ Kk is the gain matrix at the sampling time tk.
なお,ATは行列Aの転置行列をあらわす。Note that AT represents the transposed matrix of matrix A.
また,カルマンフイルタを通常適用する場合と同様にし
て,初期値 0(+),P0(+)は別途定まつていると
する。Also, in the same way as when applying the Kalman filter normally.
Initial value 0 (+) and P0 (+) are determined separately
To do.
式(13)より▲Pa k▼(−)は仮説φk,aによらない値な
ので,式(15)よりKk,式(16)より▲Pa k▼(+)も同
様に仮説φk,aによらない値となる。Equation (13) from ▲ P a k ▼ (-) because value that does not depend on the hypothesis φ k, a, Kk the equation (15), ▲ P a from the equation (16) k ▼ (+) likewise hypothesis phi The value does not depend on k or a .
観測ベクトルz1,z2,……,zkが得られた時の仮説φ
k,aの信頼度βk,aを条件つき確率密度関数により βk,a=P〔φk,alzk〕 …(23) (a=1,2,……,N) と書く。Hypothesis φ when the observation vectors z 1, z 2, ..., Z k are obtained
k, β k, a = P by the conditional probability density function of the reliability β k, a of a [φ k, a lz k] ... (23) write (a = 1,2, ......, N ) and.
運動モデルの推移にマルコフ性を仮定する。すなわち運
動モデルφk,aはサンプリング時刻tk-1の運動モデルよ
り決まりサンプリング時刻tk-2までの運動モデルには依
存しないとする。この時,運動モデルの推移確率Pabを Pab=P〔φk,a l φk−1,b〕 …(24) (a=1,2,……,N;b=1,2,……,N) と書く。Markov property is assumed for the transition of the motion model. That is, the motion model φ k , a is determined from the motion model at the sampling time t k−1 and does not depend on the motion model up to the sampling time t k−2 . At this time, the transition probability Pab of the motion model is Pab = P [φk, al φk−1, b]… (24) (a = 1,2, ……, N; b = 1,2, ……, N) Write.
仮説φk,aのもとでの観測誤差の評価 fa(k)(a=1,2,……,N) …(25) を3次元正規分布で近似すれはカルマンフイルタの理論
より fa(k)=g(zk;Hk▲ a k▼(−),Hk▲Pa k▼(−)
▲Ha k▼+Rk) …(26) である。Evaluation of observation error under hypothesis φk, a Approximating fa (k) (a = 1,2, ..., N) (25) with a three-dimensional normal distribution is the theory of Kalman filter.
From fa (k) = g (zk; Hk ▲ a k▼ (−), Hk ▲ Pa k▼ (-)
▲ Ha k▼ + Rk) It is (26).
ここで, g(zk;ak.Ak)は平均ベクトルak,共分散行列Akの3
次元正規分布のzkにおける確率密度である。Here, g ( z k; ak.Ak) is 3 of the mean vector a k and the covariance matrix Ak.
It is the probability density in z k of the dimensional normal distribution.
式(26)よりわかるように,目標位置の観測ベクトルz
kが目標位置の予測ベクトルHk▲ a k▼(−)に近いほ
どfa(k)の値は大きくなり目標が仮説φk,aのもとで
運動したとの信頼度が高く評価される。第4図は観測誤
差の評価値fa(k)を1次元において説明する図であ
り,図において,Gは目標位置をあらわす横軸,Fは確率密
度をあらわす縦軸,Zは観測ベクトルzkの示す目標位
置,PAは仮説φk,aのもとでの目標予測位置,FAは確率密
度fa(k),Nは平均Hk▲ a k▼(−)分散Hk▲Pa k▼
(−)▲HT k▼+Rkによつて定まる正規分布曲線であ
る。観測ベクトルzkが得られていない時点での仮説φ
k,aの信頼度P{φk,a l zk-1}は,マルコフ性より,
仮説φk,aが1サンプリング前の各仮説φk-1,b(b=1,
2,……,N)より推移して得られるので,φk-1,bの信頼
度である式(23)のβk-1,b及び推移確率である式(2
4)のPabより として求まる。As can be seen from equation (26), the observation vector of the target positionz
k is the target position prediction vector Hk ▲ a k▼ Close to (-)
However, the value of fa (k) becomes large and the target is under the hypothesis φk, a.
The reliability of having exercised is highly evaluated. Figure 4 shows incorrect observation
It is a figure explaining the evaluation value fa (k) of a difference in one dimension.
In the figure, G is the horizontal axis representing the target position, and F is the probability density.
Degree of vertical axis, Z is the observation vectorzgoal indicated by k
, PA is the target predicted position under the hypothesis φk, a, and FA is the probability density.
Degree fa (k), N is the average Hk ▲ a k▼ (-) Dispersion Hk ▲ Pa k▼
(-) ▲ HT k▼ + Rk is a normal distribution curve determined by
It Observation vectorzHypothesis φ when k is not obtained
k, a reliability P {φk, a l zk-1} Is the Markov property,
Hypothesis φk, a is one hypothesis φ before one samplingk-1, b (b = 1,
2, ..., N)k-1trust in b
Β in equation (23), which is the degreek-1, b and the transition probability equation (2
From 4) PabIs obtained as.
観測ベクトルzkが得られた時点での仮説φk,aの信頼
度βk,aは,観測ベクトルzkが得られない時点の仮説
φk,aの信頼度P〔φk,a l zk-1〕に仮説φk,aの観測ベ
クトルzkによる評価値fa(k)を乗算した値,すなわ
ち式(27)及び式(25)より に比例すると考えてよい。Measurement hypothesis at the time the vector z k is obtained .phi.k, a reliability .beta.k, a is the observation vector z k can not be obtained when the hypothesis .phi.k, a reliability P [φk, alz k-1] to A value obtained by multiplying the evaluation value fa (k) by the observation vector z k of the hypothesis φ k, a, that is, from Equation (27) and Equation (25) It can be considered to be proportional to.
確率の性質より だから,式(28)を正規化して である。From the nature of probability Therefore, normalize equation (28) Is.
式(23)及びベイズの定理より である。From equation (23) and Bayes' theorem Is.
式(18),式(19)及び式(31)より だから である。From equation (18), equation (19) and equation (31) So Is.
式(32)及び式(14),式(12),式(29)より k(+)=Φk−1 k-1(+)+Γ′k-1 k-1+Kk
〔zk−Hk(Φk−1 k-1(+)Γ′k-1 k-1)…(3
3) である。From equation (32) and equation (14), equation (12), and equation (29) k (+) = Φk-1 k-1 (+) + Γ 'k-1 k-1+ Kk
〔zk-Hk(Φk-1 k-1 (+) Γ ′k-1 k-1) ... (3
3)
ここで, である。here, Is.
複数個の運動モデルを構成している定数加速度ベクトル
αa(a=1,2,……,N)の条件つき確率密度関数を離散
系における確率論に従い P〔uk-1 l φk,a,Zk-1〕=δ(uk-1−αa) …(3
5) とする。Constant acceleration vector that composes multiple motion models
The conditional probability density function of α a (a = 1, 2, ..., N) is calculated according to the probability theory in the discrete system as follows: P [ u k-1 l φk, a, Z k-1 ] = δ ( u k-1 − Α a)… (3
Five) And
ここで,デルタ関数δ(x)は ∫…∫G(x)δ(x)dx=G(0) …(37) の性質を有している。Here, delta function [delta] (x) has the property of ∫ ... ∫G (x) δ ( x) d x = G (0) ... (37).
式(35)及び式(37)より E〔uk-1 l φk,a,Zk-1〕=∫…∫uk-1P〔uk-1 l φ
k,a,Zk-1〕duk-1=∫…∫uk-1δ(uk-1−αa)d
uk-1=αa …(38) である。From equations (35) and (37), E [ u k-1 l φk, a, Z k-1 ] = ∫ ... ∫ u k-1P [ u k-1 l φ
k, a, Z k-1 ] d u k-1 = ∫ ... ∫ u k-1δ ( u k-1− α a) d
u k-1 = α a (38)
すなわち ▲ a k-1▼=E〔uk-1 l φk,a,Zk-1〕 …(39) とした時 ▲ a k-1▼=αa …(40) である。That is ▲ a k-1▼ = E [uk-1 l φk, a, Zk-1]… (39) ▲ a k-1▼ =αa ... (40).
式(36)及び式(37)より である。From equation (36) and equation (37) Is.
すなわち K−1=E〔uk-1 l Zk-1 …(42) とした時 である。Ie K-1 = E [uk-1 l Zk-1 … (42)Is.
式(35),式(40)及び式(37)より E〔(uk-1−▲ a k-1▼)(uk-1−▲ a k-1▼)T l
φk,a,Zk-1〕=∫…∫(uk-1−αa)(uk-1−α
a)TP〔uk-1 l φk,a,Zk-1〕duk-1=∫…∫(uk
-1−αa)(uk-1−αa)Tδ(uk-1−αa)duk-
1=0I …(44) である。From equation (35), equation (40) and equation (37), E [(uk-1− ▲ a k-1▼) (uk-1− ▲ a k-1▼)T l
φk, a, Zk-1] = ∫… ∫ (uk-1−αa) (uk-1−α
a)TP [uk-1 l φk, a, Zk-1] Duk-1 = ∫… ∫ (uk
-1-αa) (uk-1−αa)Tδ (uk-1−αa) duk-
1 = 0I (44).
式(36)及び式(37)より である。 k(−)を観測ベクトルz1,z2……,z k-1よりの
xkの予測ベクトル,すなわち k(−)=E〔xk l Zk-1〕 …(46) とする。From equation (36) and equation (37)Is. k (-) is the observation vectorz1,z2 ...,z k-1Than
xthe prediction vector of k, ie k (−) = E [xk l Zk-1] (46)
式(1)に式(46),式(18),式(7)及び式(42)
を適用して k(−)=Φk−1 k-1(+)+Γ′k-1 K−1…
(47) を得る。In equation (1), equation (46), equation (18), equation (7) and equation (42)
Apply k (−) = Φk−1 k-1 (+) + Γ 'k-1 K-1 ...
Get (47).
式(1)及び式(47)よりx k− k(−)=Φk−1(xk-1− K−1
(+))+Γk-1 Wk-1+Γ′k-1(uk-1 k−1) …
(48) である。From equation (1) and equation (47)x k- k (−) = Φk−1 (xk-1− K-1
(+)) + Γk-1 Wk-1 + Γ 'k-1(uk-1 k-1) ...
(48)
Pk(−)をサンプリング時刻tkにおける予測誤差共分散
行列,すなわち Pk(−)=E〔(xk− k(−))(xk− k
(−))T l Zk-1〕 …(49) とする。Pk (−) is the prediction error covariance at sampling time tk
Matrix, that is, Pk (−) = E [(xk- k (-)) (xk- k
(-))T l Zk-1]… (49)
式(49)に式(48)を代入し,式(20),式(8)及び
式(45)を適用し,x k-1,W k-1,u k-1が互いに無相
関とすれば を得る。Substituting equation (48) into equation (49) and applying equation (20), equation (8) and equation (45), x k-1 , W k-1 , and u k-1 are uncorrelated with each other. if To get
従つて,式(27),式(13)及び式(50)より である。Therefore, from equation (27), equation (13) and equation (50) Is.
ここで,式(43)及び式(27)より である。Here, from equation (43) and equation (27) Is.
式(20)及び式(18)より Pk(+)=E〔xk▲x T k▼ l Zk〕− k(+) T k
(+) …(53) である。From equation (20) and equation (18), Pk (+) = E [xk ▲x T k▼ l Zk] − k (+) T k
(+) ... (53).
式(31)より だから,式(53)より である。From formula (31) Therefore, from equation (53) Is.
式(22)及び式(19)より ▲Pa k▼(+)=E〔xk▲x T k▼ l φk,a,Zk〕−▲
a k▼(+)▲ a k▼(+)T …(55) すなわち ▲Pa k▼(+)=∫…∫xk▲x T k▼P〔xk l φk,a,Z
k〕dx k−▲ a k▼(+)▲ a k▼(+)T だから,式(54)より である。From equation (22) and equation (19) ▲ Pa k▼ (+) = E [xk ▲x T k▼ l φk, a, Zk]-▲
a k▼ (+) ▲ a k▼ (+)T … (55) That is ▲ Pa k▼ (+) = ∫… ∫xk ▲x T k▼ P [xk l φk, a, Z
k] Dx k-▲ a k▼ (+) ▲ a k▼ (+)T Therefore, from equation (54)Is.
式(29)及び式(32)より だから,▲Pa k▼(+)がaに無関係なこと,式(29)
及び式(56)より である。From equation (29) and equation (32) Therefore, ▲ P a k ▼ (+) is unrelated to a, equation (29)
And from equation (56) Is.
式(14)及び式(12)より ▲ a k▼(+)=Φk-1 k-1(+)+Γ′k-1 αa+Kk
〔Z k−Hk(Φk-1 k-1(+)+Γ′k-1 αa)〕 …(5
9) である。From formula (14) and formula (12) ▲ a k▼ (+) = Φk-1 k-1(+) + Γ ′k-1 αa + Kk
〔Z k−Hk(Φk-1 k-1(+) + Γ ′k-1 αa)]… (5
9)
式(59)及び式(33)より ▲ a k▼(+)− k+=(I−KkHk)Γ′k-1(αa−
k-1) …(60) だから,式(58)より である。From Equation (59) and Equation (33) ▲ a k▼ (+)- k+ = (I−KkHk) Γ ′k-1(αa-
k-1) (60) Therefore, from equation (58)Is.
なお,運動モデルが一意的に定まる時,たとえば βk,1=1,βk,a=0(a=2,3…,N) …(62) の時式(61)及び式(34)より Pk(+)=▲Pa k▼(+) …(63) であり,複数個の運動モデルおのおのの平滑誤差共分散
行列▲Pa k▼(+)は平滑誤差共分散行列Pk(+)と等
しくなる。すなわち,式(61)の第2項は運動モデルが
一意的に定まらないことにより平滑誤差共分散行列を大
きくする項である。Note that when the motion model is uniquely determined, for example, when βk, 1 = 1, βk, a = 0 (a = 2,3 ..., N) (62), Pk is calculated from equations (61) and (34). (+) = ▲ P a k a ▼ (+) ... (63) , a plurality of motion models each error covariance matrix ▲ P a k ▼ (+) and the error covariance matrix Pk (+) Will be equal. That is, the second term of equation (61) is a term that increases the smoothing error covariance matrix because the motion model is not uniquely determined.
次にこの発明の追尾フイルタの動作を第1図に従つて説
明する。Next, the operation of the tracking filter of the present invention will be described with reference to FIG.
なお,カルマンフイルタを追尾フイルタに通常適用する
場合と同様にして,初期値はあらかじめ定まつていると
する。It is assumed that the initial value is previously determined in the same manner as when the Kalman filter is normally applied to the tracking filter.
目標観測装置(1)では極座標で目標位置情報を観測
し,結果を直交座標による目標位置情報に変換し,式
(9)の観測ベクトルZkを出力する。運動モデルごと
の観測誤差評価器(2)では,運動モデルごとの予測値
算出器(7)より得られる現時点より1サンプリング前
に算出した式(12)の運動モデルごとの予測ベクトル▲
a k▼(−)を第4の遅延回路(12)を通して入力し目
標位置予測ベクトルHk▲ a k▼(−)を算出し,運動モ
デルごとの予測誤差評価器(10)より得られる現時点よ
り1サンプリング前に算出した式(13)の運動モデルご
との予測誤差共分散行列▲Pa k▼(−)を第2の遅延回
路(11)を通し入力し運動モデルごとの予測位置誤差の
共分散行列Hk▲Pa k▼(−)▲HT k▼を算出しこれとあら
かじめ設定してある観測モデルより得られる式(10)の
観測雑音共分散行列Rkより観測ベクトルZkと運動モデ
ルごとの目標位置予測ベクトルHk▲ a k▼(−)の差の
共分散行列を算出し,目標観測装置(1)より入力され
る観測ベクトルZkの複数個の運動モデルおのおのに対
する合致度である観測誤差の評価値である式(25)のfa
(k)を式(26)に従い算出する。各運動モデルの信頼
度算出器(3)では,サンプリング時刻tk-1で算出した
複数個の運動モデルおのおのに対する信頼度である式
(23)のβk-1,aを第1の遅延回路(4)を通して入力
しこれとあらかじめ設定された式(24)の推移確率Pab
より観測ベクトルzkが得られない時点での各運動モデ
ルの信頼度である式(27)の値を算出し,式(27)の値
に観測ベクトルZkの各運動モデルに対する合致度であ
る運動モデルごとの観測誤差評価器(2)より入力され
る式(25)のfa(k)を重みづけし式(30)に従い観測
ベクトルZkが得られた時点での複数個の運動モデルお
のおのの信頼度である式(23)のβk,aを算出する。ゲ
イン行列算出器(5)では,あらかじめ設定された観測
モデルより得られる式(10)の観測雑音共分散行列及び
1サンプリング前に算出しておいた運動モデルごとの予
測誤差評価器(10)より第2の遅延回路(11)を通して
入力される運動モデルごとの予測誤差共分散行列▲Pa k
▼(−)とにより式(15)に従い平滑ベクトル k
(+)算出に使用するゲイン行列Kkを算出する。平滑器
(6)では,1サンプリング前に算出しておいた式(18)
の平滑ベクトル k-1(+)を第3の遅延回路(8)を
通し入力し等速直線運動予測によりΦk-1 k-1(+)を
算出し,各運動モデルの信頼度算出器(3)より得られ
る式(30)の各運動モデルの信頼度βk,aとあらかじめ
設定された式(5)の複数個の運動モデルを構成してい
る定数加速度ベクトルαaより式(34)に従い目標の加
速度 k-1を推定し k-1が予測に影響する項Γ′k-1
k-1を算出し,これらと目標観測装置(1)より得られ
る式(9)の観測ベクトルZkに対し,平滑ベクトル
k(+)算出において観測ベクトルZkが寄与する度合
を決定するゲイン行列算出器(5)より得られるゲイン
行列Kkを式(33)に従い適用し平滑ベクトル k(+)
を算出する。運動モデルごとの予測値算出器(7)で
は,平滑器(6)より得られる平滑ベクトル k(+)
より等速直線運動予測によりΦk k(+)を算出し,あ
らかじめ設定された複数個の運動モデルを構成する定数
加速度ベクトルαaが予測に影響する項Γ′k αaを算
出し、現時点より1サンプリング後のサンプリング時刻
tk+1に対する複数個の運動モデルごとの予測ベクトル▲
a k+1▼(−)を式(12)に従い算出する。運動モデル
ごとの平滑誤差評価器(9)では,1サンプリング前に算
出しておいた式(21)の運動モデルごとの予測誤差共分
散行列▲Pa k▼(−)を運動モデルごとの予測誤差評価
器(10)より第2の遅延回路(11)を通して入力し,ゲ
イン行列算出器(5)より得られるゲイン行列Kkとによ
り,式(19)の運動モデルごとの平滑ベクトル▲ a k▼
(+)の平滑誤差の評価値である複数個の運動モデルご
との平滑誤差共分散行列▲Pa k▼(+)を式(16)に従
い算出する。The target observation device (1) observes the target position information in polar coordinates.
Then, the result is converted into target position information in Cartesian coordinates,
Observation vector of (9)ZOutput k. For each exercise model
In the observation error evaluator (2), the predicted value for each motion model
One sampling before the current time obtained from the calculator (7)
Prediction vector calculated for each motion model of equation (12) ▲
a k▼ Input (-) through the fourth delay circuit (12) and
Position prediction vector Hk ▲ a k▼ (-) is calculated and
The present time obtained from the prediction error evaluator (10) for each Dell
The motion model of equation (13) calculated before sampling
Prediction error covariance matrix with ▲ Pa k▼ (-) to the second delay time
The predicted position error of each motion model is input through the road (11).
Covariance matrix Hk ▲ Pa k▼ (-) ▲ HT k▼ is calculated and this
In equation (10) obtained from the observation model that has been set
Observation vector from observation noise covariance matrix RkZk and motion model
Target position prediction vector Hk for each a k▼ (-) difference
The covariance matrix is calculated and input from the target observing device (1).
Observation vectorZFor each of several motion models of k
Fa in Eq. (25) that is the evaluation value of the observation error
(K) is calculated according to the equation (26). Trust of each movement model
In the degree calculator (3), sampling time tk-1Calculated by
An expression that is the reliability for each of a plurality of motion models
Β in (23)k-1, aInput through the first delay circuit (4)
Shib and the transition probability Pab of the preset equation (24)
More observation vectorzEach motion model when k is not obtained
Value of equation (27), which is the reliability of the
To the observation vectorZis the degree of agreement of k with each motion model.
Input from the observation error evaluator (2) for each motion model
Observed according to formula (30) by weighting fa (k) of formula (25)
vectorZA plurality of motion models at the time when k is obtained
Calculate βk, a in equation (23), which is the reliability of each. Ge
The in-matrix calculator (5) uses preset observations
The observation noise covariance matrix of Equation (10) obtained from the model and
Preliminary calculation for each exercise model calculated before 1 sampling
Through the second delay circuit (11) from the measurement error evaluator (10)
Prediction error covariance matrix for each input motion model ▲ Pa k
▼ (-) and smooth vector according to equation (15) k
(+) The gain matrix Kk used for calculation is calculated. Smoother
In (6), equation (18) calculated before 1 sampling
Smooth vector of k-1(+) To the third delay circuit (8)
Φ through constant velocity linear motion predictionk-1 k-1(+)
Calculated and obtained from the reliability calculator (3) for each motion model
Reliability of each motion model in equation (30)k, aAnd in advance
Configures multiple motion models of the set equation (5)
Constant acceleration vectorαFrom a, add the target according to equation (34).
speed k-1And estimate k-1Is the term Γ ′ that affects the predictionk-1
k-1Obtained from these and the target observing device (1)
(9) observation vectorZsmooth vector for k
kObservation vector in (+) calculationZdegree to which k contributes
Gain obtained from the gain matrix calculator (5) that determines
Apply the matrix Kk according to equation (33) and apply the smooth vector k(+)
To calculate. Prediction value calculator (7) for each motion model
Is a smooth vector obtained from the smoother (6) k(+)
More uniform linear motion prediction Φk k(+) Is calculated and
Constants that make up multiple motion models that are randomly set
Acceleration vectorαa is a term that influences the prediction Γ ′k αCalculate a
Sampling time, sampling time after 1 sampling from the present time
tk + 1Prediction vector for multiple motion models for
a k + 1▼ (-) is calculated according to equation (12). Exercise model
The smoothing error evaluator (9) for each
Prediction error co-component for each motion model of equation (21)
Matrix ▲ Pa k▼ (-) is the prediction error evaluation for each motion model
Input from the device (10) through the second delay circuit (11)
According to the gain matrix Kk obtained from the IN matrix calculator (5)
Then, the smooth vector for each motion model in Eq. (19) ▲ a k▼
For multiple motion models that are evaluation values of (+) smoothing error
Smooth error covariance matrix with and ▲ Pa k▼ (+) according to formula (16)
Calculate.
平滑誤差評価器(13)では,各運動モデルの信頼度算出
器(3)より得られる各運動モデルの信頼度βk,a,ゲイ
ン行列算出器(5)より得られるケイン行列Kk及びあら
かじめ設定された定数加速度ベクトルαaより式(34)
を使用し運動ベクトルが一意的に定まらないことにより
平滑誤差が大きくなると評価する項 を算出し,これに運動モデルごとの平滑誤差評価器
(9)より得られる運動モデルごとの平滑誤差共分散行
列▲Pa k▼(+)を加算し平滑誤差の評価である平滑誤
差共分散行列Pk(+)を式(61)に従い算出する。In the smoothing error evaluator (13), the reliability βk, a of each motion model obtained from the reliability calculator (3) of each motion model, the Kane matrix Kk obtained from the gain matrix calculator (5) and the preset (34) from the constant acceleration vector α a
The term that evaluates that the smoothing error increases because the motion vector is not uniquely determined by using Is calculated, and the smoothing error covariance matrix ▲ P a k ▼ (+) for each motion model obtained from the smoothing error evaluator (9) for each motion model is added to this to calculate the smoothing error covariance that is the evaluation of the smoothing error. The matrix Pk (+) is calculated according to the equation (61).
運動モデルごとの予測誤差評価器(10)では,平滑誤差
評価器(13)より得られる平滑誤差共分散行列Pk(+)
とあらかじめ設定された運動モデルより得られる式
(8)の駆動雑音共分散行列Qkとにより式(13)に従い
現時点より1サンプリング後のサンプリング時刻tk+1に
対する複数個の運動モデルごとの予測ベクトル▲ a k+1
▼(−)の予測誤差の評価である予測誤差共分散行列▲
Pa k+1▼(−)を算出する。予測値算出器(14)では,
平滑器(6)より式(18)の平滑ベクトル k(+)を
入力し等速直線運動予測によりΦk k(+)を算出
し,各運動モデルの信頼度算出器(3)より得られる式
(30)の各運動モデルの信頼度βk,aとあらかじめ設定
された式(24)の推移確率Pabより観測ベクトルz k+1が
得られない時点での式(27)の各運動モデルの信頼度 を算出しこれとあらかじめ設定された複数個の運動モデ
ルを構成している式(5)の定数加速度ベクトルαaよ
り観測ベクトルZ k+1が得られない時点での目標加速度を と推定しこの加速度が予測に影響する項 を算出することにより式(47)及び式(52)に従い現時
点より1サンプリング後の予測ベクトル k+1(−)を
算出する。In the prediction error evaluator (10) for each motion model, smoothing error
Smoothing error covariance matrix Pk (+) obtained from the evaluator (13)
And the expression obtained from the preset motion model
According to the equation (13) by the driving noise covariance matrix Qk of (8)
Sampling time t after 1 sampling from the present timek + 1To
Prediction vector for each of multiple motion models ▲ a k + 1
▼ Prediction error covariance matrix that is the evaluation of (-) prediction error ▲
Pa k + 1▼ (-) is calculated. In the predicted value calculator (14),
Smoothing vector of equation (18) from smoother (6) k (+)
Φk by inputting and predicting uniform linear motion Calculate k (+)
Then, the formula obtained from the reliability calculator (3) for each motion model
(30) Reliability βk, a of each motion model and preset
From the transition probability Pab of the equation (24)z k + 1But
The reliability of each motion model in equation (27) when it is not obtainedAnd a plurality of preset motion models.
Constant acceleration vector of equation (5) that composesαa
Observation vectorZ k + 1The target acceleration at the time whenIt is estimated that this acceleration affects the predictionIs calculated according to formula (47) and formula (52)
Prediction vector one sampling after the point k + 1(-)
calculate.
予測誤差評価器(15)では,各運動モデルの信頼度算出
器(3)より得られるβk,b,あらかじめ設定された式
(24)の推移確率Pab及びあらかじめ設定された複数個
の運動モデルを構成している式(5)の定数加速度ベク
トルαaより式(52)を使用し現時点より1サンプリン
グ後の予測ベクトル k+1(−)の予測誤差の評価であ
る予測誤差共分散行列Pk+1(−)を大きくする項 を算出し,これに運動モデルごとの予測誤差評価器(1
0)より得られる運動モデルごとの予測誤差共分散行列
▲Pa k+1▼(−)を加算し予測誤差の評価である予測誤
差共分散行列Pk+1(−)を式(51)に従い算出する。The prediction error evaluator (15) calculates the reliability of each motion model.
Βk, b obtained from the instrument (3), preset equation
(24) Transition probability Pabs and preset multiples
Constant acceleration vector of equation (5) that constitutes the motion model of
TollαFrom equation (52) from a, using one sample from the present
Prediction vector after k + 1It is an evaluation of the prediction error of (-)
Prediction error covariance matrix Pk + 1The term to increase (-)And the prediction error evaluator (1
0) prediction error covariance matrix for each motion model
▲ Pa k + 1▼ (-) is added to estimate the prediction error
Difference covariance matrix Pk + 1Calculate (-) according to equation (51).
以上のようにこの発明によれば通常の目標自動追尾装置
に特別の付加装置を付けることなく安価に目標運動諸元
算出精度を向上させることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to improve the accuracy of target motion parameter calculation at low cost without attaching a special additional device to the normal target automatic tracking device.
なお以上は等速直線運動モデルに定数加速度ベクトルが
付加されたモデルの場合について説明したが,これ以外
の複数個の運動モデルを有して目標観測装置の情報より
目標運動諸元を算出する追尾フイルタに適用できる。In the above, the case of a model in which a constant acceleration vector is added to the constant velocity linear motion model has been described. However, tracking that calculates the target motion parameters from the information of the target observation device with multiple motion models other than this Applicable to filters.
第1図はこの発明の一実施例の構成を説明する図,第2
図は従来の追尾フイルタを説明する図,第3図は定数加
速度ベクトルを説明する図,第4図は観測誤差評価値を
説明する図である。 図において,(1)は目標観測装置,(2)は運動モデ
ルごとの観測誤差評価器,(3)は各運動モデルの信頼
度算出器,(4)は第1の遅延回路,(5)はゲイン行
列算出器,(6)は平滑器,(7)は運動モデルごとの
予測値算出器,(8)は第3の遅延回路,(9)は運動
モデルごとの平滑誤差評価器,(10)は運動モデルごと
の予測誤差評価器,(11)は第2の遅延回路,(12)は
第4の遅延回路,(13)は平滑誤差評価器,(14)は予
測値算出器,(15)は予測誤差評価器である。 なお,各図中同一あるいは相当部分には同一符号を付し
て示してある。FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional tracking filter, FIG. 3 is a diagram illustrating a constant acceleration vector, and FIG. 4 is a diagram illustrating an observation error evaluation value. In the figure, (1) is a target observation device, (2) is an observation error evaluator for each motion model, (3) is a reliability calculator of each motion model, (4) is a first delay circuit, (5) Is a gain matrix calculator, (6) is a smoother, (7) is a predicted value calculator for each motion model, (8) is a third delay circuit, (9) is a smoothing error evaluator for each motion model, ( 10) is a prediction error evaluator for each motion model, (11) is a second delay circuit, (12) is a fourth delay circuit, (13) is a smoothing error evaluator, (14) is a prediction value calculator, (15) is a prediction error evaluator. In the drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals.
Claims (1)
同一次元の複数個の定数ベクトルより構成される異なる
複数個の運動モデルおのおのと上記目標観測装置より入
力される目標位置情報との合致度である観測誤差評価値
を算出する運動モデルごとの観測誤差評価器と、上記運
動モデルごとの観測誤差評価器より上記各運動モデルお
のおのに対する観測誤差評価値を入力し上記各運動モデ
ルおのおのの信頼度を算出する各運動モデルの信頼度算
出器と、上記各運動モデルで同一のゲイン行列を算出す
るゲイン行列算出器と、上記各運動モデルの信頼度算出
器で算出した各運動モデルおのおのの信頼度と上記ゲイ
ン行列算出器で算出したゲイン行列と上記目標観測装置
より入力される目標位置情報を使用して上記各運動モデ
ルの影響を統合して得られる目標位置・速度などの目標
運動諸元の平滑値を算出する平滑器と、上記平滑器で算
出した目標運動諸元の平滑値を入力し上記各運動モデル
おのおのに対する目標運動諸元の1サンプリング後の予
測値を算出し上記各運動モデルごとの観測誤差評価器へ
上記各運動モデルおのおのに対する予測値を出力する運
動モデルごとの予測値算出器と、上記ゲイン行列算出器
よりゲイン行列を入力し上記各運動モデルおのおのに対
する目標運動諸元の平滑値の誤差を評価する運動モデル
ごとの平滑誤差評価器と、上記各運動モデルおのおのに
対する目標運動諸元の予測値の誤差を評価し上記ゲイン
行列算出器と上記運動モデルごとの平滑誤差評価器およ
び上記運動モデルごとの観測誤差評価器へ上記各運動モ
デルおのおのに対する予測誤差の評価値を出力する運動
モデルごとの予測誤差評価器と、上記各運動モデルの信
頼度算出器で算出した各運動モデルの信頼度と上記運動
モデルごとの平滑誤差評価器で算出した各運動モデルお
のおのに対する平滑誤差の評価値および上記ゲイン行列
器で算出したゲイン行列を入力し上記各運動モデルの影
響を統合して得られる平滑値の誤差を評価し上記運動モ
デルごとの予測誤差評価器へ上記平滑誤差の評価値を出
力する平滑誤差評価器と、上記各運動モデルの信頼度算
出器で算出した各運動モデルの信頼度および上記平滑器
で算出した目標運動諸元の平滑値を使用して上記各運動
モデルの影響を統合して得られる目標運動諸元の1サン
プリング後の予測値を算出する予測値算出器と、上記各
運動モデルの信頼度算出器で算出した各運動モデルの信
頼度および上記運動モデルごとの予測誤差評価器で算出
した各運動モデルおのおのに対する予測誤差の評価値を
入力し上記各運動モデルの影響を統合して得られる予測
値の誤差を評価する予測誤差評価器とを備えたことを特
徴とする追尾フィルタ。1. A target observing device for observing target position information,
An observation error for each motion model that calculates an observation error evaluation value that is the degree of agreement between each of a plurality of different motion models composed of a plurality of constant vectors of the same dimension and the target position information input from the above target observation device The reliability calculator for each motion model that inputs the observation error evaluation value for each motion model from the evaluation device and the observation error evaluator for each motion model, and calculates the reliability for each motion model, and the above A gain matrix calculator that calculates the same gain matrix in the motion model, the reliability of each motion model calculated by the reliability calculator of each motion model, the gain matrix calculated by the gain matrix calculator, and the target observation Smoothed values of target motion parameters such as target position and velocity obtained by integrating the effects of each motion model using target position information input from the device. The smoothing device to be calculated and the smoothing value of the target motion data calculated by the smoothing device are input to calculate the predicted value of the target motion data for each of the above motion models after one sampling, and the observation error for each of the motion models is calculated. Prediction value calculator for each motion model that outputs the prediction value for each of the above motion models to the evaluator, and the gain matrix is input from the above gain matrix calculator, and the error of the smoothed value of the target motion parameters for each of the above motion model A smoothing error evaluator for each motion model, and evaluating the error of the predicted value of the target motion specifications for each of the above motion models, and calculating the gain matrix calculator, the smoothing error evaluator for each motion model, and the above motion model. The prediction error evaluator for each motion model that outputs the evaluation value of the prediction error for each motion model above to the observation error evaluator for each The reliability of each motion model calculated by the reliability calculator of each motion model, the evaluation value of the smoothing error for each motion model calculated by the smoothing error evaluator for each motion model, and the gain matrix calculated by the gain matrix device And a smoothing error evaluator that outputs the evaluation value of the smoothing error to a prediction error evaluator for each of the motion models and evaluates the error of the smoothing value obtained by integrating the effects of the respective motion models, and each of the motions. Using the reliability of each motion model calculated by the model reliability calculator and the smoothed value of the target motion parameters calculated by the smoother, the target motion parameters obtained by integrating the effects of each motion model are calculated. Calculated by a predictive value calculator that calculates a predicted value after one sampling, a reliability of each exercise model calculated by the reliability calculator of each exercise model, and a prediction error evaluator for each exercise model A tracking filter comprising: a prediction error evaluator that inputs a prediction error evaluation value for each of the motion models and evaluates the error of the prediction value obtained by integrating the effects of the motion models.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25112087A JPH0690279B2 (en) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | Tracking filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25112087A JPH0690279B2 (en) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | Tracking filter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0192678A JPH0192678A (en) | 1989-04-11 |
| JPH0690279B2 true JPH0690279B2 (en) | 1994-11-14 |
Family
ID=17217959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25112087A Expired - Lifetime JPH0690279B2 (en) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | Tracking filter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0690279B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4875010B2 (en) * | 2008-02-27 | 2012-02-15 | 株式会社東芝 | Exercise class classification device and tracking processing device |
-
1987
- 1987-10-05 JP JP25112087A patent/JPH0690279B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0192678A (en) | 1989-04-11 |
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