JPH0695137B2 - Tracking filter - Google Patents
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- JPH0695137B2 JPH0695137B2 JP63205323A JP20532388A JPH0695137B2 JP H0695137 B2 JPH0695137 B2 JP H0695137B2 JP 63205323 A JP63205323 A JP 63205323A JP 20532388 A JP20532388 A JP 20532388A JP H0695137 B2 JPH0695137 B2 JP H0695137B2
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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及び目標距離
変化率を目標観測装置より入力し,目標位置の真値及び
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
向上方法について提案するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention inputs target position information including observation noise and a target distance change rate from a target observing device to obtain various target motions such as a true value and velocity of a target position. This paper proposes a method for improving the accuracy of the tracking filter that estimates the element.
第4図は例えばIEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND E
LECTRONIC SYSTEMS VOL AES−13 No.3,MAY 1977,P310〜
P317「MANEUVERING TARGET TRACKING USING ADAPTIVE E
STIMAION」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及び目標距離変化率を計測
する目標観測装置,(2)は複数個の運動モデルおのおの
に対して目標位置観測誤差を評価するための運動モデル
ごとの位置観測誤差評価器,(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 4 shows, for example, IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND E
LECTRONIC SYSTEMS VOL AES−13 No.3, MAY 1977, P310〜
P317 「MANEUVERING TARGET TRACKING USING ADAPTIVE E
It is a block diagram of a conventional tracking filter having a plurality of motion models indicated by "STIMAION".
Is a target observation device that measures the target position and target distance change rate including observation noise, and (2) is the position observation error evaluation for each motion model to evaluate the target position observation error for each of multiple motion models. Calculator, (3) reliability calculator of each motion model to calculate the reliability of each motion model, (4) first delay circuit, (5) smoothed value of target motion parameters The gain matrix calculator for calculating the Kalman gain matrix used for the calculation, (6) is a smoother for calculating the smoothed value of the target motion specifications, and (7) is the one after sampling for each of a plurality of motion models from the present time. Prediction value calculator for each motion model that calculates the prediction values of target motion specifications, (8) is the third
Delay circuit, (9) is a smooth error evaluator for each motion model that evaluates the smooth error which is the difference between the smooth value and the true value of each motion model, and (10) is the prediction of each motion model. Prediction error evaluator for each motion model that evaluates the prediction error, which is the difference between the true value and the true value, (11) is the second delay circuit, (12)
Is a 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。
運動モデルごとの位置観測誤差評価器(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位置観測誤差評価器(2)より入力
される複数個の運動モデルごとの目標位置観測誤差評価
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
点よりも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. In the target observation device (1), the target position information including the observation noise in polar coordinates is converted into Cartesian coordinates.
In the position observation error evaluator (2) for each motion model, 1 from the current time obtained from the predicted value calculator (7) for each motion model
The target position prediction vector calculated before sampling is used as the average vector of the target position, and the prediction error covariance matrix calculated one sampling before the current time obtained from the prediction error evaluator (10) for each motion model and preset The covariance matrix of the difference between the target position observation vector and the target position prediction vector is obtained from the covariance matrix of the observation noise obtained from the observation model, and the target position observation vector is assumed to follow a three-dimensional normal distribution. The error of the target observation position input from the observation device with respect to the target predicted position is evaluated. In the reliability calculator (3) for each motion model,
The reliability of each of a plurality of motion models calculated one sampling before the present time, the Markov property is assumed for the motion model transition, and the preset transition probability of the motion model and the position observation error evaluator for each motion model (2 ), The reliability of each of the plurality of motion models is calculated from the evaluation value of the target position observation error for each of the plurality of motion models. In the gain matrix calculator (5), the observation noise covariance matrix obtained from the preset observation model and the motion calculated by the prediction error evaluator (10) for each motion model one sampling before the current time The gain matrix is calculated from the Kalman filter theory from the prediction error covariance matrix of each model. In the smoother (6), the smoothed value calculated one sampling before the present time, the target observation position input from the target observation device (1), the gain matrix input from the gain matrix calculator (5) and each Calculator model reliability calculator (3)
The smoothed values of the target position and the target velocity are calculated from the sum of constant acceleration vectors constituting the plurality of motion models weighted by the reliability of each of the plurality of motion models obtained in step 1. In the predictive value calculator (7) for each motion model,
Predicted values of the target position and the target speed after one sampling from the present time are calculated from the target position and the target speed calculated by the smoother (6) and the constant acceleration vector for each of a plurality of motion models. 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 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. The prediction error estimator (10) for each motion model uses the smoothing error covariance matrix input from the smoothing error estimator (9) for each motion model and the driving noise covariance matrix obtained from the preset motion model. 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,パルスドプラレ
ーダのように目標観測装置(1)で目標距離変化率が観測
される場合においても目標位置情報のみで追尾フイルタ
が構成されていたため,目標旋回時に観測される目標距
離変化率の急激な変化が各運動モデルの信頼度算出器
(3)で求める複数個の運動モデルおのおのの信頼度に反
映されず,また,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
した値にもかかわらず,目標位置及び目標速度の予測値
の誤差を評価する機構は各運動モデルごとにしか存在し
なかつたため予測誤差の評価は従来のカルマンフイルタ
の理論によつており,運動モデルが一意的に定まるとし
て求めていたため,目標が旋回したことによつて生じる
予測誤差の増加が反映されず現実よりはるかによい評価
結果を算出するという欠点があつた。In the conventional tracking filter as described above, even when the target distance change rate is observed by the target observing device (1) like the pulse Doppler radar, the tracking filter is configured only by the target position information, so the observation is performed when the target turns. The rapid change in the target distance change rate is calculated by the reliability calculator of each motion model.
It is not reflected in the reliability of each of the multiple motion models obtained in (3), and the smoothed values of the target position and target velocity calculated by the smoother (6) are calculated by the reliability calculator (3) of each motion model. Despite the value that reflects the reliability for each of the obtained multiple motion models, the mechanism for evaluating the error in the predicted values of the target position and target speed does not exist only for each motion model, so the prediction error cannot be evaluated. This is based on the conventional Kalman filter theory, and was calculated assuming that the motion model is uniquely determined. Therefore, an increase in the prediction error caused by turning the target is not reflected and a much better evaluation result than in reality is calculated. There was a drawback.
この発明はこのような課題を解決するためになされたも
ので,旋回目標に対しても精度よく追尾できる追尾フイ
ルタを得ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object thereof is to obtain a tracking filter capable of accurately tracking even a turning target.
この発明の追尾フイルタは,複数個の運動モデルおのお
のの信頼度算出に目標距離変化率を使用し,目標運動諸
元の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 according to the present invention uses the target distance change rate to calculate the reliability of each of a plurality of motion models, and uses the prediction error covariance that is the evaluation of the prediction error that is the difference between the predicted value of the target motion parameters and the true value. The reliability of each of the plurality of motion models is used to calculate the matrix.
この発明においては,目標距離変化率の観測値と複数個
の運動モデルおのおのの距離変化率の予測値との差の確
率密度(すなわち、目標距離変化率観測誤差評価値)を
複数個の運動モデルおのおのの予測値,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の評価
である複数個の運動モデルごとの予測誤差共分散行列及
び目標距離変化率観測雑音より算出し,複数個の運動モ
デルおのおのの信頼度算出の重みづけ係数として目標位
置情報より算出される複数個の運動モデルおのおのに対
する目標位置観測誤差評価値とともに使用し旋回目標に
対する複数個の運動モデルの合致度である複数個の運動
モデルおのおのに対する信頼度を目標位置情報のみより
算出する場合よりも適正に算出するとともに,このよう
にして算出した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している定数加速度
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,この諸元を複数個の運動モデル
ごとの予測誤差共分散行列に加算することにより複数個
の各運動モデルの影響を統合して得られる予測誤差共分
散行列を算出するようにしている。In the present invention, the probability density of the difference between the observed value of the target distance change rate and the predicted value of the distance change rate of each of the plurality of motion models (that is, the target distance change rate observation error evaluation value) is set to the plurality of motion models. Calculated from the prediction error covariance matrix and the target distance change rate observation noise for each motion model, which is the prediction error that is the difference between the prediction value of each motion model and the prediction value of each motion model and the true value, It is used together with the target position observation error evaluation value for each of the multiple motion models calculated from the target position information as a weighting factor for calculating the reliability of each of the multiple motion models. The reliability for each of a plurality of motion models is calculated more appropriately than in the case where only the target position information is calculated. Increase the prediction error covariance matrix, which is the estimation of the prediction error, by using the reliability for each motion model and the constant acceleration vector that composes multiple motion models, and the motion model is not uniquely determined. Calculate the parameters and add these parameters to the prediction error covariance matrix for each motion model to calculate the prediction error covariance matrix obtained by integrating the effects of each motion model. I have to.
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
予測値の予測誤差を評価する予測誤差評価器,(14)は運
動モデルごとの距離変化率観測誤差評価器である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. (1)
(12) is exactly the same as the above conventional device. (13) is the prediction error evaluator that evaluates the prediction error of the predicted value, and (14) is the distance change rate observation error evaluator for each motion model.
複数個をN個とした場合の運動モデルをx K =ΦK-1xk-1+ΓK-1 w K-1+Γ′K-1uK-1 ……(1) とする。The motion model in the case of N pieces 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, ・x K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 the state vector that represents the true value of the target motion parameters at 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x K 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 the transition matrix of the state vector x K from sampling time t K-1 to t K , assuming that the target performs a uniform linear motion. Is.
・w K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
交換行列で 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 は加速度ベクトル担当であり である。· W K is driven noise vector gamma K at the sampling time t K example a replacement matrix of drive noise vector at the sampling time t K, the truncation error term due to the assumed constant velocity linear motion target motion model gamma K- If we think of 1 w K-1 , w K is in charge of the acceleration vector. Is.
・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。 -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) and Γ ′ K is the transformation matrix of 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,A1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. X-axis of coordinates 0-xy, Y is the y-axis of coordinates 0-xy with the north direction as the positive y-axis, A1 is a constant acceleration vector in the positive direction of the y-axis, and A2 is a constant in the positive direction of the x-axis. An acceleration vector, A3 is a constant acceleration vector in the negative direction of the y-axis, and A4 is a constant acceleration vector in the negative direction of the x-axis. The magnitude of the constant acceleration vector in Fig. 3 is 10g (g is the gravitational acceleration), and in the case of a motion model that considers the constant acceleration vector with zero acceleration, 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 =α a(a=1,2,……,N) ……(5) が真であるとの仮説を ΨK,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 given by Ψ K, a (a = 1,2). , ……, N) …… (6) is written.
Eを平均をあらわす記号として,w Kは平均0の3次元正
規分布白色雑音で E〔w K〕=0 ……(7) E〔w K▲w T l▼〕=QK(K=lの時),0I(K≠lの時)
……(8) とする。Let E be a symbol representing the mean, and w K is a three-dimensional normally distributed white noise with mean 0 E [ w K ] = 0 (7) E [ w K ▲ w T l ▼] = Q K (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, 2.0 is zero vector, Q K are driven noise covariance matrix at sampling time t K, a T represents the transposed vector of the vector a.
目標位置観測モデルをz K =HK x K+v K ……(9) とする。The target position observation model is z K = H K x K + v K (9).
ここで, ・z K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目標位置観測ベクトル ・HKはサンプリング時刻tKにおける観測行列で HK=(Ι 0I) である。Here, · z K is the target position observation vector · H K by the orthogonal coordinates composed of observed values of the target position information at sampling time t K is = H K in observation matrix at sampling time t K (Ι 0I) .
・v Kはサンプリング時刻tKにおける目標位置観測雑音ベ
クトルであり,平均0の3次元正規分布白色雑音で E〔v K〕=0 E〔v K▲v T l▼〕=RK(K=lの時),0I(K≠lの時)
……(10) である。・V K is the target position observation noise vector at the sampling time t K, which is a three-dimensional normally distributed white noise with an average of 0 E [ v K ] = 0 E [ v K ▲ v T l ▼] = R K (K = 1), 0I (when K ≠ l)
… (10).
なお,RKはサンプリング時刻tKにおける目標位置観測雑
音共分散行列で,運動モデルによらない値とする。Note that R K is the target position observation noise covariance matrix at the sampling time t K , and is a value that does not depend on the motion model.
目標距離変化率観測モデルをφ (K)=(K)+v (K) ……(11) とする。Target distance change rate observation modelφ (K) = (K) + v (K) …… (11)
ここで, ・φ(K)はサンプリング時刻tKにおける目標距離変化
率の観測値 ・(K)はサンプリング時刻tKにおける目標距離変化率
の真値 ・v (K)はサンプリング時刻tKにおける目標距離変化
率観測雑音であり,平均0の1次元正規分布白色雑音で E〔v (K)〕=0 ……(12) E〔v (K)v (l)〕=▲σ2 ▼(K)(K=lの
時),0(K≠lの時) ……(13) なお,▲σ2 ▼(K)はサンプリング時刻tKにおける目
標距離変化率の分散で,運動モデルによらない値とす
る。here, ·φ(K) is the sampling time tKChange in target distance in
Observation of rate ・ (K) is sampling time tKChange rate of target distance in
True value of v (K) is the sampling time tKChange in target distance in
Is one-dimensional normally distributed white noise with an average of 0 and E [v (K)] = 0 ... (12) E [v (K) v (L)] = ▲ σTwo ▼ (K) (K = 1
0), 0 (when K ≠ l) (13) Note that ▲ σTwo ▼ (K) is sampling time tKEyes in
It is the variance of the gage change rate, and is a value that does not depend on the motion model.
It
また,目標距離をR(K) すなわち R2(K)=▲x2 K▼+▲y2 K▼+▲z2 K▼ ……(14) とすれば,式(14)の両辺を微分して である。If the target distance is R (K), that is, R 2 (K) = ▲ x 2 K ▼ + ▲ y 2 K ▼ + ▲ z 2 K ▼ (14), then both sides of equation (14) are differentiated. do it Is.
サンプリング時刻t1からtKまでの目標位置観測ベクトル
の全体をZK,目標距離変化率の観測値の全体をZK D,す
なわち ZK=〔Z 1,Z 2,……,Z K〕 ……(16) ▲ZK D▼=〔φ(1),φ(2),……φ(K) ……(1
7) と書く。The whole target position observation vector from sampling time t 1 to t K is Z K , and the whole target distance change rate observation value is Z K D , that is, Z K = [ Z 1 , Z 2 , ……, Z K ]. …… (16) ▲ Z K D ▼ = [ φ (1), φ (2),… φ (K) …… (1
Write 7).
以上から通常のカルマンフイルタの理論より ▲ a K▼(−)=ΦK−1 K−1(+)+Γ′K-1 α a
……(18) ▲Pa K▼(−)=ΦK-1PK-1(+)▲ΦT K-1▼+ΓK-1Q
K-1▲ΓT K-1▼ ……(19) ▲ a K▼(+)=▲ a K▼(−)+KK(z K−HK▲ a K▼
(−)) ……(20) KK=▲Pa K▼(−)▲HT K▼(HK▲Pa K▼(−)▲HT K▼+
RK)-1 ……(21) ▲Pa K▼(+)=▲Pa K▼(−)−KKHK▲Pa K▼(−) …
…(22) (a=1,2,……,N) である。From the above, from the usual theory of Kalman filter ▲ a K▼ (-) = ΦK-1 K-1(+) + Γ ′K-1 α a
…… (18) ▲ Pa K▼ (-) = ΦK-1PK-1(+) ▲ ΦT K-1▼ + ΓK-1Q
K-1▲ ΓT K-1▼ …… (19) ▲ a K▼ (+) = ▲ a K▼ (-) + KK(z K−HK▲ a K▼
(−)) …… (20) KK= ▲ Pa K▼ (-) ▲ HT K▼ (HK▲ Pa K▼ (-) ▲ HT K▼ +
RK)-1 …… (21) ▲ Pa K▼ (+) = ▲ Pa K▼ (-)-KKHK▲ Pa K▼ (-) ...
(22) (a = 1,2, ..., N)
ここで ・▲ a K▼(−)は仮説ΨK,aのもとでのサンプリング
時刻tKに対するx K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〔x K|ΨK,a,▲ZK-1,ZK-1 D▼〕 …
…(23) である。Where ▲ a K▼ (-) is hypothesis ΨK, aSampling under
Time tKAgainstx KThe prediction vector of
If you write in Tor, from the theory of Kalman filter ▲ a K▼ (-) = E [x K│ΨK, a, ▲ ZK-1, ZK-1 D▼]…
… (23).
・ K(+)はサンプリング時刻tKに対するx Kの平滑ベ
クトルで K (+)=E〔x K|ZK,▲ZK D▼〕 ……(24) である。・ K(+) Is sampling time tKAgainstx KThe smoothness of
In Khutor K (+) = E [x K| ZK, ▲ ZK D▼] It is (24).
・▲ a K▼(+)は仮説ΨK,aのもとでのサンプリング
時刻tKに対するx Kの平滑ベクトルで ▲ a K▼(+)=E〔x K|ΨK,a,ZK,▲ZK D▼〕 ……(2
5) である。・ ▲ a K▼ (+) is hypothesis ΨK, aSampling under
Time tKAgainstx KWith the smooth vector of ▲ a K▼ (+) = E [x K│ΨK, a, ZK, ▲ ZK D▼] …… (2
5)
・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〔(x K− K(+))(x K− K(+))T
|ZK,▲ZK D▼〕 ……(26) である。・ PK(+) Is sampling time tKCovariance of the smooth error at
It is a dispersion matrix, and from the theory of Kalman filter PK(+) = E [(x K− K(+)) (x K− K(+))T
| ZK, ▲ ZK D▼] It is (26).
・▲Pa K▼(−)はサンプリング時刻tKにおける仮説Ψ
,aのもとでの予測誤差共分散行列で ▲Pa K▼(−)=E〔(x K−▲ a K▼(−))(x K−▲
a K▼(−))T|ΨK,a,ZK-1,▲ZK-1 D▼〕 ……(27) である。・ ▲ Pa K▼ (-) is sampling time tKHypothesis Ψ at
, aPrediction error covariance matrix undera K▼ (-) = E [(x K-▲ a K▼ (-)) (x K-▲
a K▼ (-))T│ΨK, a,ZK-1, ▲ ZK-1 D▼] It is (27).
・▲Pa K▼(+)はサンプリング時刻tKにおける仮説Ψ
K,aのもとでの平滑誤差共分散行列で ▲Pa K(+)=E〔(x K−▲ a K▼(+))(x K−▲ a
K▼(+))T|ΨK,a,ZK,▲ZK D▼〕 ……(28) である。・ ▲ Pa K▼ (+) is sampling time tKHypothesis Ψ at
K, aIs the smooth error covariance matrix undera K(+) = E [(x K-▲ a K▼ (+)) (x K-▲ a
K▼ (+))T│ΨK, a, ZK, ▲ ZK D▼] …… (28)
・KKはサンプリング時刻tKにおけるゲイン行列である。・ K K is the gain matrix at sampling time t K.
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 O(+),PO(+)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 O(+), PO(+) Is determined separately
To do.
式(19)より▲Pa K▼(−)は仮説ΨK,aによらない値なの
で,式(21)よりKK,式(22)より▲Pa K▼(+)も同様に
仮説ΨK,aによらない値となる。Since Eq. (19) indicates that ▲ P a K ▼ (−) is a value that does not depend on the hypothesis Ψ K, a , Eq. (21) indicates K K , and Eq. (22) also indicates ▲ P a K ▼ (+). The value does not depend on Ψ K, a .
サンプリング時刻tKまでの観測情報による仮説ΨK,aの
信頼度βK,aを条件つき確率密度関数により βK,a=P〔ΨK,a|ZK,▲ZK D▼〕 ……(29) (a=1,2,……,N) と書く。The reliability β K, a of the hypothesis Ψ K, a based on the observation information up to the sampling time t K is calculated by the conditional probability density function β K, a = P [Ψ K, a | Z K , ▲ Z K D ▼]… … (29) (a = 1,2, ……, N) is written.
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ΨK,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。Markov property is assumed for the transition of the motion model. That is, the motion model Ψ 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 .
この時,運動モデルの推移確率Pabを Pab=P〔ΨK,a|ΨK-1,b〕 ……(30) (a=1,2…,N;b=1,2,…,N) と書く。At this time, the transition probability P ab of the motion model is P ab = P [Ψ K, a │Ψ K-1, b ] ... (30) (a = 1,2 ..., N; b = 1,2, ... , N).
仮説ΨK,aのもとでの目標位置観測誤差の評価 fa(K)(a=1,2,…,N) ……(31) を3次元正規分布で近似すればカルマンフイルタの理論
より fa(K)=g(Z K;HK▲ a K▼(−),HK▲Pa K▼(−)▲
HT K+RK▼ ……(32) である。Hypothesis ΨK, aEvaluation of target position observation error under fa(K) (a = 1,2, ..., N) ・ ・ ・ (31) is approximated by a three-dimensional normal distribution, the theory of Kalman filter
Than fa(K) = g (Z K; HK▲ a K▼ (-), HK▲ Pa K▼ (-) ▲
HT K+ RK▼ …… (32).
ここで, g(Z K;a K,AK)は平均ベクトルa K,共分散行列AKの3
次元正規分布のZ Kにおける確率密度である。Here, g ( Z K ; a K , A K ) is 3 of the mean vector a K and the covariance matrix A K.
Probability density at Z K of the dimension normal distribution.
式(32)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ΨK,aのもとで運動した
との信頼度が高く評価される。第4図は目標位置観測誤
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z Kの示す目標位置,PAは
仮説ΨK,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。As can be seen from equation (32), the observation vector of the target positionZ KBut
Target position prediction vector HK▲ a K▼ The closer to (-), the more fa
The value of (K) becomes large and the goal is hypothesis ΨK, aExercised under
Is highly evaluated. Figure 4 shows incorrect target position observation.
Difference evaluation value faIt is a figure explaining (K) in one dimension,
In the figure, G is the horizontal axis representing the target position, and F is the probability density.
Vertical axis, Z is the observation vectorz KThe target position, PA is
Hypothesis ΨK, aTarget predicted position undera(K),
N is the average HK▲ a K▼ (-) dispersion HK▲ Pa K▼ (-) ▲ HT K
▼ + RKIt is a normal distribution curve determined by.
仮説ΨK,aのもとでのサンプリング時刻tKに対する目標
距離変化率の予測値を▲a p▼(K),すなわち ▲a p▼=E〔(K)|ΨK,a,ZK-1,▲ZK-1 D▼〕……(3
3) と書けば,式(15)より である。The predicted value of the target distance change rate for the sampling time t K under the hypothesis Ψ K, a is ▲ a p ▼ (K), that is, ▲ a p ▼ = E [(K) | Ψ K, a , Z K -1 , ▲ Z K-1 D ▼] …… (3
If you write 3), from equation (15) Is.
ここで は目標位置予測ベクトル は目標速度予測ベクトルである。here Is the target position prediction vector Is the target velocity prediction vector.
なお,式(14)より である。Note that from equation (14) Is.
また,全微分の性質より一次近似を行えば (K)−▲a p▼(K)≒hK(▲a K▼(−))(x K−▲
a K▼(−) ……(37) である。Moreover, if the first-order approximation is performed from the property of total differentiation, (K) − ▲a p▼ (K) ≒ hK(▲a K▼ (-)) (x K-▲
a K▼ (-) ... (37).
ここで, hK(▲ a K▼(−))は のx K=▲ a K▼(−)での値だから である。Where hK(▲ a K▼ (-) isofx K= ▲ a K▼ (-) is the valueIs.
式(11)及び式(37)よりφ (K)−▲a p▼(K)≒hK(▲a K▼(-))(x K−▲
a K▼(−))(x K−▲ a K▼(−))+v (K) ……
(39) である。From equation (11) and equation (37)φ (K)-▲a p▼ (K) ≒ hK(▲a K▼ (-)) (x K-▲
a K▼ (-)) (x K-▲ a K▼ (-)) + v (K) ......
(39).
式(39),式(23),式(12)及びv (K)が白色雑音の仮定
より E〔φ(K)−▲a p▼(K))|ΨK,a,ZK-1,▲Z
K-1 D▼〕=0 ……(40) だから,式(33)より E〔φ(K)|ΨK,a,ZK-1,▲ZK-1 D▼〕=▲a p▼(K)
……(41) である。Formula (39), Formula (23), Formula (12) and v Assumption that (K) is white noise
From E [φ(K)-▲a p▼ (K)) | ΨK, a, ZK-1, ▲ Z
K-1 D▼] = 0 (40) Therefore, from equation (33), E [φ(K) | ΨK, a, ZK-1, ▲ ZK-1 D▼] = ▲a p▼ (K)
… (41).
式(39),式(41),式(27),式(13)及びv (K)が白色雑
音の仮定より E〔(φ(K)−E〔φ(K)|ΨK,a,ZK-1,▲Z
K-1 D▼〕)2|ΨK,a,ZK−1,▲ZK-1 D▼〕=hK(▲ a
K▼(-))▲Pa K▼(-)▲hT K▼(▲ a K▼(-))+▲σ2 ▼
(K) ……(42) である。Expression (39), Expression (41), Expression (27), Expression (13) and v (K) is white
From the assumption of sound E [(φ(K) -E [φ(K) | ΨK, a, ZK-1, ▲ Z
K-1 D▼])2│ΨK, a, ZK-1, ▲ ZK-1 D▼] = hK(▲ a
K▼ (-)) ▲ Pa K▼ (-) ▲ hT K▼ (▲ a K▼ (-)) + ▲ σTwo ▼
(K) …… (42).
式(41)及び式(42)より仮説ΨK,aのもとでの目標距離変
化率観測誤差の評価 ▲fa 2▼(K)(a=1,2,…,N) ……(43) を1次元正規分布で近似すれば fa(K)=g2(φ(K);▲a p▼(K),hK(▲ a K▼
(−))▲Pa K▼(-)▲hT K▼(▲ a K▼(-))+▲σ2 ▼
(K)) ……(44) である。From equations (41) and (42), hypothesis ΨK, aTarget distance change under
Evaluation of conversion rate observation error ▲ fa 2▼ (K) (a = 1,2, ..., N) …… (43) is approximated by a one-dimensional normal distribution fa(K) = g2(φ(K) ; ▲a p▼ (K), hK(▲ a K▼
(-)) ▲ Pa K▼ (-) ▲ hT K▼ (▲ a K▼ (-)) + ▲ σTwo ▼
(K)) ... (44).
ここで,g2(l;m,n)は平均m,分散nの1次元正規分布
のlにおける確率密度である。Here, g 2 (l; m, n) is the probability density in 1 of the one-dimensional normal distribution with mean m and variance n.
サンプリング時刻tKの観測情報Z K及びφ(K)が得られ
ない時点での仮説ΨK,aの信頼度P[ΨK,a|ZK-1,
ZD K-1]は,マルコフ性より,仮説ΨK,aが1サンプリン
グ前の各仮説ΨK-1,b (b=1,2,…,N)より推移して得られるので,ΨK-1,b
の信頼度である式(29)のβK-1,b及び推移確率である式
(30)のPabより として求まる。The reliability P [Ψ K, a | Z K−1 , of the hypothesis Ψ K, a at the time when the observation information Z K and φ (K) at the sampling time t K cannot be obtained.
Z D K-1 ] is obtained by the Markov property because the hypothesis Ψ K, a changes from each hypothesis Ψ K-1, b (b = 1,2, ..., N) one sampling before. K-1, b
Β K-1, b in Eq. (29), which is the reliability of
From P ab in (30) Is obtained as.
目標位置観測ベクトルz K及び目標距離変化率の観測値
φ(K)が得られた時点での仮説ΨK,aの信頼度βK,aは,
観測ベクトルz Kが得られない時点の仮説の信頼度P〔Ψ
K,a|ZK-1,▲ZK-1 D▼〕に仮説ΨK,aの目標位置観測ベク
トルz Kによる評価値▲fa▼(K)及び目標距離変化率の観
測値φ(K)による評価値▲fa 2▼(K)を乗算した値,す
なわち式(45),式(31)及び式(43)より に比例すると考えてよい。Observation value of target position observation vector z K and target distance change rate
The reliability β K, a of the hypothesis Ψ K, a when φ (K) is obtained is
The hypothesis reliability P [Ψ when the observation vector z K cannot be obtained
K, a | Z K-1 , ▲ Z K-1 D ▼], the evaluation value ▲ f a ▼ (K) of the hypothesis Ψ K, a by the target position observation vector z K and the observation value φ (of the target distance change rate) The value obtained by multiplying the evaluation value ▲ f a 2 ▼ (K) by K), that is, from equation (45), equation (31) and equation (43) It can be considered to be proportional to.
確率の性質より だから式(46)を正規化して である。From the nature of probability So normalize equation (46) Is.
式(29)及びペイズの定理より である。From equation (29) and Pais's theorem Is.
式(24),式(25)及び式(49)より だから である。From equation (24), equation (25) and equation (49) So Is.
式(50)及び式(20),式(18),式(47)より K (+)=ΦK-1 K-1(+)+Γ′K-1 K-1+KK〔z K−H
K(ΦK-1 K-1(+)+Γ′K-1 K-1)〕 ……(51) である。From equation (50) and equation (20), equation (18), and equation (47) K (+) = ΦK-1 K-1(+) + Γ ′K-1 K-1+ KK〔z K−H
K(ΦK-1 K-1(+) + Γ ′K-1 K-1)] …… (51).
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
α a(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〔u K-1|ΨK,a,ZK-1,▲ZK-1 D▼〕=δ(u K-1−
α -a) ……(53) 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 by P [ u K-1 | Ψ K, a , Z K-1 , ▲ Z K-1 D ▼ ] = Δ ( u K-1 −
α -a ) …… (53) And
ここで,デルタ関数δ(x)は ∫……∫G(x)δ(x)dx=G(0) ……(55) 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) ...... (55).
式(53)及び式(55)より E〔u K-1|ΨK,a,ZK-1,▲ZK-1 D▼〕=∫…∫u K-1P〔u
K-1|ΨK,a,ZK-1,▲ZK-1 D▼〕du K-1=∫…∫u K-1δ(u
K-1−α-a)du K-1=α -a ……(56) である。From Eqs. (53) and (55), E [ u K-1 | Ψ K, a , Z K-1 , ▲ Z K-1 D ▼] = ∫ ... ∫ u K-1 P [ u
K-1 │Ψ K, a , Z K-1 , ▲ Z K-1 D ▼] d u K-1 = ∫… ∫ u K-1 δ ( u
K-1 −α -a ) d u K-1 = α -a (56).
すなわち a K-1 =E〔u K-1|ΨK,a,ZK-1,▲ZK-1 D▼〕 ……(57) とした時 a K-1 =α a ……(58) である。Ie a K-1 = E [u K-1│ΨK, a, ZK-1, ▲ ZK-1 D▼] …… (57) a K-1 =α a … (58).
式(54)及び式(55)より である。From equation (54) and equation (55) Is.
すなわち K-1 =E〔u K-1|ZK-1,▲ZK-1 D▼〕 ……(60) とした時 である。Ie K-1 = E [u K-1| ZK-1, ▲ ZK-1 D▼] …… (60)Is.
式(53),式(58)及び式(55)より E〔(u K-1− a K-1)(u K-1− a K-1)T|ΨK,a,
ZK-1,▲ZK-1 D▼〕=∫…∫(u K-1−α-a)(u K-1−α
-a)T P〔u K-1|ΨK,a,ZK-1,▲ZK-1 D▼〕du K-1 =∫…∫(u K-1−α -a)(u K-1−α-aK)T δ(u K-1−α -a)du K-1=0I ……(62) である。From equation (53), equation (58) and equation (55), E [(u K-1− a K-1) (u K-1− a K-1)T│ΨK, a,
ZK-1, ▲ ZK-1 D▼] = ∫… ∫ (u K-1-Α-a) (u K-1-Α
-a)T P [u K-1│ΨK, a, ZK-1, ▲ ZK-1 D▼] du K-1 = ∫… ∫ (u K-1−α -a) (u K-1-Α-aK)T δ (u K-1−α -a) Du K-1= 0I ... (62).
式(54)及び式(55)より である。 K (−)をサンプリング時刻tKに対するx Kの予測ベク
トル,すなわち K (−)=E〔x K|ZK-1,▲ZK-1 D▼〕 ……(64) とする。From equation (54) and equation (55)Is. K (-) Is the sampling time tKAgainstx KPrediction of
Tor, ie K (-) = E [x K| ZK-1, ▲ ZK-1 D▼] …… (64)
式(1)に式(64),式(24),式(7)及び式(60)を適用して K (−)=φK-1 K-1(+)+Γ′K-1 K-1 ……(65) を得る。Applying equation (64), equation (24), equation (7) and equation (60) to equation (1) K (-) = ΦK-1 K-1(+) + Γ ′K-1 K-1 I get (65).
式(1)及び式(65)よりx K − K(-)=φK-1(x K-1− K-1(+))+ΓK-1 w K-1
+Γ′K-1(u K-1− K-1) ……(66) である。From equation (1) and equation (65)x K − K(-) = φK-1(x K-1− K-1(+)) + ΓK-1 w K-1
+ Γ ′K-1(u K-1− K-1) …… (66).
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〔(x K− K(-))(x K- K(-))T|ZK-1,▲Z
K-1 D▼〕 ……(67) とする。PK(-) Is the sampling time tKPrediction error covariance in
Matrix, ie PK(-) = E [(x K− K(-)) (x K- K(-))T| ZK-1, ▲ Z
K-1 D▼] …… (67)
式(67)に式(66)を代入し,式(26),式(8),及び式中(6
3)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 Eq. (66) into Eq. (67), Eq. (26), Eq. (8), and Eq.
If 3) is applied and x K-1 , w K-1 , and u K-1 are uncorrelated with each other, To get
従つて,式(45),式(19)及び式(68)より である。Therefore, from equation (45), equation (19) and equation (68) Is.
ここで,式(61)及び式(45)より である。Here, from equation (61) and equation (45) Is.
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)では目標距離変化率及び極座標で目標
位置観測を観測し,目標位置情報を直交座標に変換し,
式(11)の目標距離変化率の観測値φ(K)及び式(9)の目
標位置観測ベクトルz Kを出力する。運動モデルごとの位
置観測誤差評価器(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サンプリング時刻に
算出した式(18)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(19)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)の目標位置観測雑
音共分散行列RKより観測ベクトルz K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HK▲Pa K▼(−)▲HT K▼+RKを算出し,目標観測装置
(1)より入力される目標位置観測ベクトルz Kの複数個の
運動モデルおのおのに対する合致度である目標位置観測
誤差の評価値である式(31)のfa(K)を式(32)に従い算出
する。運動モデルごとの距離変化率観測誤差評価器(14)
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(18)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)を通し入力し式(34)及び式(35)に従い目標距離変
化率の予測値▲a p▼(K)を求めさらに式(38),式(3
5)及び式(36)より変換行列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(19)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(13)の目標距離変化率観測
雑音▲σ2 ▼(K)より目標距離変化率の観測値φ(K)
と予測値p(K)の分散である式(42)のhK(▲ a K▼
(−))▲Pa K▼(−)▲hT K▼(▲ a K▼(−))+▲
σ2 ▼(K)を算出し、目標観測装置(1)より入力される
目標距離変化率の観測値φ(K)の複数個の運動モデル
おのおのに対する合致度である目標距離変化率観測誤差
の評価値である式(43)の▲fa 2▼(K)を式(44)に従い算出
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
おのに対する信頼度である式(29)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(30)の推移確率Pabより目標観測情報z K及びφ(K)が
得られない時点での各運動モデルの信頼度である式(45)
の値を算出し,式(45)の値に目標位置観測ベクトルz K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位
置観測誤差評価器(2)より入力される式(31)のfa(K)及び
目標距離変化率φ(K)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距離変化率観測誤差評価器(14)
より入力される式(43)の▲fa 2▼(K)により重みづけし式
(48)に従い目標位置観測ベクトルz K及び目標距離変化率
φ(K)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(29)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)の目標位置観測雑音共分散行列RK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(21)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(24)の平滑ベクト
ル K-1(+)を第3の遅延回路(8)を通し入力して等速
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(29)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α
aにより式(52)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)の目標位置観測ベクト
ルz Kに対し,平滑ベクトル K(+)算出において観測
ベクトルz K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(51)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α aが予測に影響する項
Γ′K α a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(18)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(27)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(2
5)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(22)に従い算出する。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)より得られる式(28)の運動モデル
ごとの平滑誤差共分散行列▲Pa K▼(+)は先に述べた
ように仮説ΨK,aに無関係に定まるためPK a(+)を式(2
6)の平滑誤差共分散行列PK(+)とみなし,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(19)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x a K+1(−)を算出す
る。The target observation device (1) uses the target distance change rate and polar coordinates to target
Observe the position observation, convert the target position information to Cartesian coordinates,
Observed value of target distance change rate in equation (11)φEye of (K) and formula (9)
Position observation vectorz KIs output. Position per exercise model
In the position observation error evaluator (2), prediction value calculation for each motion model is performed.
1 sampling time from the present time obtained from the generator (7)
Predicted vector for each calculated motion model of equation (18) ▲ a K
▼ (-) is input through the fourth delay circuit (12) and the target position
Prediction vector HK▲ a K▼ (-) is calculated and
1 sun from the present time obtained from the prediction error evaluator (10)
The prediction error for each motion model in Eq. (19) calculated before pulling
Difference covariance matrix ▲ Pa K▼ (-) is passed through the second delay circuit (11).
Input and then the covariance matrix H of the predicted position error for each motion modelK
▲ Pa K▼ (-) ▲ HT K▼ is calculated and this and preset
Of the target position in Eq. (10) obtained from an observation model
Sound covariance matrix RKMore observation vectorz KAnd for each exercise model
Target position prediction vector HK▲ a K▼ (-) difference covariance row
Row HK▲ Pa K▼ (-) ▲ HT K▼ + RKAnd the target observation device
Target position observation vector input from (1)z KA plurality of
Target position observation, which is the degree of agreement with each motion model
Calculate fa (K) in equation (31), which is the evaluation value of the error, according to equation (32)
To do. Distance change rate observation error evaluator for each motion model (14)
Is obtained from the predicted value calculator (7) for each motion model
The motion model of Equation (18) calculated one sampling before the present time.
Prediction vector for each Dell ▲ a K▼ (-) to the fourth delay time
Input through the road (12) and change the target distance according to Eqs. (34) and (35).
Forecasted conversion rate ▲a p▼ (K) is calculated, and equation (38) and equation (3
From 5) and equation (36), the transformation matrix hK(▲ a K▼ (-)) is calculated
Obtained from the prediction error evaluator (10) for each motion model
The motion model of Equation (19) calculated one sampling before the present time.
Prediction error covariance matrix for each Dell ▲ Pa K▼ (-) to the second
Input through the delay circuit (11) and set this in advance.
(13) target distance change rate observation obtained from the observation model
Noise ▲ σTwo Observed value of target distance change rate from (K)φ(K)
And the predicted valuepH in equation (42), which is the variance of (K)K(▲ a K▼
(-)) ▲ Pa K▼ (−) ▲ hT K▼ (▲ a K▼ (-)) + ▲
σTwo ▼ Calculate (K) and input from the target observing device (1)
Observed value of target distance change rateφ(K) multiple motion models
Target distance change rate observation error, which is the degree of agreement with each
▲ f in equation (43), which is the evaluation value ofa 2▼ Calculate (K) according to equation (44)
To do. The reliability calculator (3) for each motion model
Multiple motion models calculated one sampling before
Β in equation (29), which is the reliability for eachK-1, aThe first late
Input through the delay circuit (4) and preset with this
Transition probability P in equation (30)abMore target observation informationz Kas well asφ(K) is
Equation (45), which is the reliability of each motion model when it is not obtained
Of the target position observation vectorz Kof
The position of each motion model, which is the degree of agreement with each motion model
F of the equation (31) input from the position observation error evaluator (2)a(K) and
Target distance change rateφDegree of agreement of (K) with each motion model
Distance change rate observation error evaluator for each motion model (14)
▲ f of the equation (43) input froma 2▼ (K) weighted formula
Target position observation vector according to (48)z KAnd target distance change rate
φEach of the multiple motion models at the time when (K) was obtained
Β in Eq. (29), which is the reliability ofK, aTo calculate. Gain line
In the column calculator (5), the
Target position observation noise covariance matrix R in Eq. (10)Kas well as
Preliminary calculation for each exercise model calculated before 1 sampling
Input from the measurement error evaluator (10) through the second delay circuit (11)
Error covariance matrix for each motion model ▲ pa K▼
(-) And smooth vector according to Eq. (21) K(+) Arithmetic
The output gain matrix KKTo calculate. In the smoother (6),
Smooth vector of equation (24) calculated before sampling
Le K-1Input (+) through the third delay circuit (8)
Φ by linear motion predictionK-1 K-1(+) Is calculated and each exercise
Each motion in equation (29) obtained from the model reliability calculator (3)
Model confidence βK, aAnd the preset formula (5)
Constant acceleration vectors that make up several motion modelsα
aThe target acceleration according to equation (52) K-1And estimate K-1
Is the term Γ ′ that affects the predictionK-1 K-1And calculate these and the eye
Target position observation vector of equation (9) obtained from the target observation device (1)
Lez KFor a smooth vector K(+) Observation in calculation
vectorz KGain matrix calculator that determines the degree of contribution
Gain matrix K obtained from (5)KIs applied according to equation (51) and
Smooth vector KCalculate (+). Prediction for each exercise model
In the measured value calculator (7), the smooth vector obtained from the smoother (6)
Le KΦ from (+) based on constant velocity linear motion predictionK K(+)
Is calculated and a plurality of preset motion models are calculated.
Constant acceleration vectorα aTerm affects prediction
Γ ′K α aIs calculated, and the
Sampling time tK + 1For multiple motion models for
Prediction vector a K + 1(-) Is calculated according to the equation (18). luck
In the smoothing error evaluator for each dynamic model (9), 1 sampling
Prediction error for each motion model of equation (27) calculated previously
Covariance matrix Pa K(-) Is the prediction error evaluation for each motion model
Input from the device (10) through the second delay circuit (11) and gain
Gain matrix K obtained from matrix calculator (5)KAnd the expression (2
Smooth vector for each motion model in 5) a K(+) Smooth error
The difference of smoothing error is
Covariance matrix ▲ Pa K▼ (+) is calculated according to equation (22). motion
In the prediction error evaluator (10) for each model,
Eq. (28) motion model obtained from the smooth error estimator (9)
Error covariance matrix for eacha K▼ (+) is the one mentioned above
Hypothesis ΨK, aP is determined regardless ofK a(+) Is changed to the expression (2
6) Smooth error covariance matrix PKPresumed to be (+),
The driving noise coefficient of Eq. (8) obtained from the set motion model
Covariance matrix QKAnd according to formula (19), 1 sample from the present
Sampling time t afterK + 1Multiple motion modes for
Prediction vector for each Dell ▲ a K + 1▼ (-) of the prediction error
Prediction error covariance matrix that is the evaluationx a K + 1Calculate (-)
It
予測誤差評価器(13)では,各運動モデルの信頼度算出器
(3)より得られる式(48)の各運動モデルの信頼度βK,a,
あらかじめ設定された式(30)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α aより式(70)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(10)
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(69)に従い算出する。The prediction error evaluator (13) is a reliability calculator for each motion model.
The reliability β of each motion model in Eq. (48) obtained from (3)K, a,
The transition probability P of the preset equation (30)abAnd Araka
The formulas that make up multiple kinetic models that are pre-set
Constant acceleration vector of (5)α aUsing equation (70)
Predicted vector after one sampling K + 1(-)
Prediction error covariance matrix P, which is the evaluation of the measurement errorK + 1Large (-)
TermAnd the prediction error estimator for each motion model (10)
Prediction error covariance matrix for each motion model obtained bya
K + 1▼ (-) is added to calculate the prediction error
Covariance matrix PK + 1(-) Is calculated according to the equation (69).
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図は目標位置観測誤差
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
の位置観測誤差評価器,(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)は予測
誤差評価器,(14)は運動モデルごとの距離変化率観測誤
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 a target position observation error evaluation value. In the figure, (1) is a target observation device, (2) is a position observation error evaluator for each motion model, (3) is a reliability calculator for each motion model, (4) is the first delay circuit, (5 ) Is a gain matrix calculator,
(6) is a smoother, (7) is a predictive value calculator for each motion model,
(8) is the third delay circuit, (9) is the smoothing error evaluator for each motion model, (10) is the prediction error evaluator for each motion model, (11)
Is a second delay circuit, (12) is a fourth delay circuit, (13) is a prediction error evaluator, and (14) is a distance change rate observation error evaluator for each motion model. In the drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals.
Claims (1)
する目標観測装置と、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各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
度である目標位置観測誤差評価値を算出する運動モデル
ごとの位置観測誤差評価器と、上記各運動モデルおのお
のと上記目標観測装置より入力される目標距離変化率と
の合致度である目標距離変化率観測誤差評価値を算出す
る運動モデルごとの距離変化率観測誤差評価器と、上記
運動モデルごとの位置観測誤差評価器で算出した上記各
運動モデルおのおのに対する目標位置観測誤差評価値お
よび上記運動モデルごとの距離変化率観測誤差評価器で
算出した上記各運動モデルおのおのに対する目標距離変
化率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
た上記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で観測
した目標位置情報とを入力し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上記
目標運動諸元の平滑値を入力し上記運動モデルごとの位
置観測誤差評価器および上記運動モデルごとの距離変化
率観測誤差評価器で使用する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
列算出器で算出した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、上記運動モデル
ごとの平滑誤差評価器で算出した上記各運動モデルおの
おのに対する平滑誤差の評価値を入力し遅延回路を通し
上記運動モデルごとの距離変化率観測誤差評価器と上記
運動モデルごとの位置観測誤差評価器と上記ゲイン行列
算出器と上記運動モデルごとの平滑誤差評価器とで使用
する上記各運動モデルおのおのに対する目標運動諸元予
測値の誤差を評価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
モデルおのおの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
予測誤差の評価値とを入力し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 and a target distance change rate, a plurality of different motion models each composed of a plurality of constant vectors of the same dimension, and the target observing device. Match between the position observation error evaluator for each motion model that calculates the target position observation error evaluation value that is the degree of matching with the target position information, and each of the motion models and the target distance change rate input from the target observation device. Target distance change rate, which is the degree of observation error, The target position observation error for each of the above motion models calculated by the distance change rate observation error evaluator for each motion model and the position observation error evaluator for each motion model Evaluation value and distance change rate observation error for each movement model Evaluation target distance change rate observation error for each movement model calculated by the evaluator To calculate the reliability of each of the above exercise models, the reliability calculator of each of the exercise models, the gain matrix calculator of calculating the same gain matrix in each of the exercise models, and the reliability of each of the exercise models It is obtained by inputting the reliability of each of the above-mentioned motion models calculated by the calculator, the gain matrix calculated by the gain matrix calculator, and the target position information observed by the target observation device, and integrating the influence of each of the motion models. The smoothing device for calculating the smoothed value of the target motion data such as the target position and speed, and the smoothing value of the target motion data calculated by the smoother are input to input the position observation error evaluator for each motion model and the motion. Distance change rate for each model Calculation of predicted value for each motion model to calculate predicted value after one sampling of target motion specifications for each of the above motion models used in the evaluation error evaluator And a smoothing error evaluator for each motion model that inputs the gain matrix calculated by the gain matrix calculator and evaluates the error of the target motion specification smooth value for each of the above motion models, and a smoothing error evaluation for each motion model The evaluation value of the smoothing error for each of the above motion models calculated by the input device is input and through the delay circuit the distance change rate observation error evaluator for each motion model, the position observation error evaluator for each motion model, and the gain matrix calculation Error evaluator for each motion model that evaluates the error of the target motion parameter prediction value for each of the motion models used by the motion calculator and the smoothing error evaluator for each motion model, and the reliability of each motion model The reliability of each motion model calculated by the calculator and the prediction error of each motion model A tracking filter, comprising: a prediction error evaluator that inputs a prediction error evaluation value and evaluates an error of a prediction value of target motion data obtained by integrating influences of the respective motion models.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63205323A JPH0695137B2 (en) | 1988-08-18 | 1988-08-18 | Tracking filter |
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| JPH0253317A JPH0253317A (en) | 1990-02-22 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH052067A (en) * | 1991-06-26 | 1993-01-08 | Nec Corp | Three-dimensional radar device |
-
1988
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| JPH0253317A (en) | 1990-02-22 |
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