目標追尾装置
【課題】ＰＲＩ内距離を目標の運動諸元の推定処理に利用できるようにして、目標の運動諸元の推定精度を高めることができる目標追尾装置を得ることを目的とする。
【解決手段】ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する推定値仮説生成部１５や、推定値仮説生成部１５により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新するＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６などを備える。
【解決手段】ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する推定値仮説生成部１５や、推定値仮説生成部１５により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新するＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６などを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ等のセンサから得られる目標の観測値の時系列から目標の位置及び速度を推定する目標追尾装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダから得られる目標の観測値を使用して目標を追尾する技術は、多くの論文や特許文献などで取り挙げられており、それらを実現する目標追尾装置や方法については様々な提案がなされている。
【０００３】
レーダから目標の観測値を得る際に、目標以外の反射信号に起因するクラッタが得られることがある。
このクラッタを使用して、目標の追尾処理を実施すると、誤った運動諸元の推定値が算出されるため、目標の推定精度を高めるにはクラッタを除去する必要がある。
このクラッタを除去する方式として、レーダの送信信号であるパルスを高頻度に発生させることで、追尾処理の前段の信号処理である周波数解析処理で、目標とクラッタを区別するパルスドップラ方式が知られている。
【０００４】
レーダの送信信号の波形をパルス状とするレーダ方式では、図１２に示すように、送信パルスと受信パルスの時間差から、目標の距離情報を算出することができる。以下、その距離情報を必要に応じて「ＰＲＩ内距離」と称する。
ただし、高頻度でパルスを送信する場合、各受信波が、何れの送信波に対応する反射波であるのかを特定することができず、距離情報であるＰＲＩ内距離に複数の候補が発生する。
これはアンビギュイティと呼ばれるが、このアンビギュイティのために、信号処理の後段にある追尾処理では距離情報を観測値として利用することができない。
【０００５】
一意に特定することができる距離情報を得るために、１サンプリング時刻の観測時間内の送信波形を図１３に示すように、パルスドップラ処理とＦＭ変調処理に２分割する方式が提案されている。
パルスドップラ処理でドップラ周波数が得られ、ＦＭ変調処理でビート周波数ｆｂkが得られる。
ビート周波数ｆｂkは、下記の式（１）に示すように、目標の距離と距離変化利率の一次結合であるため、ドップラ周波数から決まる距離変化率を代入することで目標の距離が得られる。
【０００６】
式（１）において、Ｒkは第ｋサンプリング時刻における目標の距離、Ｒkドット（本明細書では、電子出願の関係上、文字の上の・を記載することができないため、「Ｒkドット」のように記載する）は第ｋサンプリング時刻における目標の距離変化率である。
また、ＢはＦＭ変調の帯域幅、ｃは光速、Ｔは観測時間、ｆ0は送信周波数である。
【０００７】
図１３に示す波形制御では、観測時間Ｔをパルスドップラ処理とＦＭ変調処理を２分割しているため、全観測時間でパルスドップラ処理を行う場合と比べて、１サンプリング時刻の信号強度が半減して、探知確率が低下する問題がある。
そこで、図１４に示すように、全観測時間で、ＦＭ変調処理を行い、複数スキャンのビート周波数から距離と距離変化率を算出することを考える。
このビート周波数の観測値を用いて、カルマンフィルタによって、目標までの距離と距離変化率を推定する方式が以下の特許文献１に開示されている。
この方式は、図１５に示す装置構成によって、本出願で前提とするパルス繰り返し周波数が高いレーダに適用することができる。
【０００８】
この方式では、まず、初期の２サンプリング時刻のビート周波数ｆｂ0，ｆｂ1から以下の連立方程式を解くことにより、距離と距離変化率の初期推定値ｘ1ハット（＋）（本明細書では、電子出願の関係上、文字の上の＾を記載することができないため、「ｘ1ハット（＋）」のように記載する）を算出する。
式（２）において、Δｔはサンプリング間隔である。
ここでは、サンプリング間隔Δｔの時間内での目標の距離変化率の変化が極めて小さいと仮定している。
【０００９】
この方式では、この初期推定値を出発点として、ビート周波数ｆｂkが得られる毎に、カルマンフィルタを用いて、距離と距離変化率の推定値ｘkハット（＋）を更新する。
カルマンフィルタの状態変数は以下の通りである。
初期推定値ｘ1ハット（＋）の各成分（下記の式（５）を参照）は、式（２）（３）に示す連立方程式の解とするため、初期の２サンプリング時刻のビート周波数ｆｂ0，ｆｂ1の線形結合となる。
このため、以降のカルマンフィルタに基づく処理で必要となる推定誤差共分散行列の初期値Ｐ1（＋）の各成分は、ビート周波数の観測誤差標準偏差より算出することができる。
【００１０】
以下、サンプリング時刻ｋ（≧２）のビート周波数ｆｂkを用いた推定値の更新処理を説明する。
カルマンフィルタでは、以下の状態遷移モデルを仮定して、予測処理を行う。
ここで、Φkは状態遷移行列であり、以下の式（７）で定義される。
また、ｗkは運動に加わる外乱であり、以下の共分散を持つガウス分布に従うとする。
ここでＱkは事前に設定されるパラメータである。
【００１１】
この状態遷移モデルに基づいて、サンプリング時刻ｋ（≧２）の予測値ｘkハット（−），予測誤差共分散行列Ｐk-1（−）は、下記の式（９）（１０）に示すように、１つ前のサンプリング時刻ｋ−１の平滑値ｘk-1ハット（＋），平滑誤差共分散行列Ｐk-1（＋）から算出される。
【００１２】
予測処理の後に、平滑処理を実施して、最終的な推定値を算出する。
ここでは、以下の観測モデルを仮定する。
式（１１）において、Ｈbeatは観測行列であり、下記の式（１２）で定義される。
また、ｅfbはビート周波数の観測誤差であり、その分散Ｒfbがパラメータとして事前に与えられる。
【００１３】
この観測モデルに基づいて、サンプリング時刻ｋ（≧２）の平滑値ｘkハット（＋），平滑誤差共分散行列Ｐk（＋）は、下記の式（１４）（１５）に示すように、同サンプリング時刻の予測値ｘkハット（−），予測誤差共分散行列Ｐk（−）及び目標の観測値であるビート周波数ｆｂkから算出される。
ここで、Ｉは単位行列である。Ｋkはカルマンゲインであり、下記の式（１６）で算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１０−１９８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来の目標追尾装置は以上のように構成されているので、レーダの観測値であるビート周波数をカルマンフィルタに入力することで、目標までの距離と距離変化率を推定している。レーダの観測値であるＰＲＩ内距離をカルマンフィルタに入力して推定処理を実施することができれば、追尾精度が向上することが期待されるが、レーダの観測値であるＰＲＩ内距離はアンビギュイティがあり、複数の候補から距離を一意に特定することができないため、推定処理に利用することができない課題があった。
【００１６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ＰＲＩ内距離を目標の運動諸元の推定処理に利用できるようにして、目標の運動諸元の推定精度を高めることができる目標追尾装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る目標追尾装置は、レーダから得られる目標の観測値であるビート周波数を用いて、目標の運動諸元の推定値の初期値を算出する初期値算出手段と、初期値算出手段により推定値の初期値が算出された後、レーダにより観測されたビート周波数を受ける毎に、そのビート周波数を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第１の推定値更新手段と、レーダから目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受ける毎に、現時点での運動諸元の推定値を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施し、ゲート外にあるＰＲＩ内距離を破棄するゲート内外判定手段と、ゲート内外判定手段によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する推定値仮説生成手段と、推定値仮説生成手段により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第２の推定値更新手段とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、レーダから得られる目標の観測値であるビート周波数を用いて、目標の運動諸元の推定値の初期値を算出する初期値算出手段と、初期値算出手段により推定値の初期値が算出された後、レーダにより観測されたビート周波数を受ける毎に、そのビート周波数を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第１の推定値更新手段と、レーダから目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受ける毎に、現時点での運動諸元の推定値を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施し、ゲート外にあるＰＲＩ内距離を破棄するゲート内外判定手段と、ゲート内外判定手段によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する推定値仮説生成手段と、推定値仮説生成手段により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第２の推定値更新手段とを備えるように構成したので、ビート周波数だけでなく、アンビギュイティが解消されたＰＲＩ内距離が利用されて目標の運動諸元が推定されるようになり、その結果、運動諸元の推定精度が向上している目標追尾装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による目標追尾装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容（初期２サンプリング時刻までの処理）を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容（初期２サンプリング時刻までの処理）を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容（第３サンプリング時刻以降の処理）を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容（第３サンプリング時刻以降の処理）を示すフローチャートである。
【図６】距離変化率の推定例を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２による目標追尾装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態２による目標追尾装置の処理内容（初期２サンプリング時刻までの処理）を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２による目標追尾装置の処理内容（初期２サンプリング時刻までの処理）を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態２による目標追尾装置の処理内容（第３サンプリング時刻以降の処理）を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態２による目標追尾装置の処理内容（第３サンプリング時刻以降の処理）を示すフローチャートである。
【図１２】ＨＰＲＦレーダにおける送信パルスと受信パルスの一例を示す説明図である。
【図１３】ＨＰＲＦパルスドップラとＦＭ変調を併用する送信波形制御を示す説明図である。
【図１４】ＦＭ変調のみによる送信波形制御を示す説明図である。
【図１５】従来の目標追尾装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による目標追尾装置を示す構成図である。
図１において、レーダ１は繰り返し周波数が高いパルスを空間に放射する一方、空間に存在している目標に反射して戻ってきているパルスを受信することで、目標のビート周波数及びＰＲＩ内距離を観測し、その観測値であるビート周波数及びＰＲＩ内距離を目標追尾装置２に出力する装置である。
目標追尾装置２はレーダ１により観測されたビート周波数及びＰＲＩ内距離を用いて、目標の追尾処理を実施する装置である。
【００２１】
初期値算出部１１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、レーダ１から得られる目標の観測値であるビート周波数を用いて、目標の運動諸元（目標までの距離、目標の速度）の推定値の初期値を算出する処理を実施する。
ただし、初期値算出部１１は最初のサンプリング時刻におけるビート周波数と、次のサンプリング時刻におけるビート周波数との差が、目標の最大速度から算出されるビート周波数の差の最大変化より小さい場合に限り、目標の観測値であるビート周波数を用いて、運動諸元の推定値の初期値を算出する。
なお、初期値算出部１１は初期値算出手段を構成している。
【００２２】
ビート周波数フィルタ処理部１２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、初期値算出部１１により推定値の初期値が算出された後、レーダ１により観測されたビート周波数を受ける毎に、そのビート周波数を用いて、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値を更新し、更新後の推定値を推定結果格納部１３に格納する処理を実施する。なお、ビート周波数フィルタ処理部１２は第１の推定値更新手段を構成している。
推定結果格納部１３は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、最新の推定値（初期値算出部１１により算出された初期推定値、あるいは、ビート周波数フィルタ処理部１２又はＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６により更新された最も新しい推定値）を格納している。
【００２３】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受ける毎に、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施し、ゲート外にあるＰＲＩ内距離を破棄する処理を実施する。なお、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４はゲート内外判定手段を構成している。
【００２４】
推定値仮説生成部１５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する処理を実施する。なお、推定値仮説生成部１５は推定値仮説生成手段を構成している。
ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、推定値仮説生成部１５により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値を更新する処理を実施する。なお、ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は第２の推定値更新手段を構成している。
【００２５】
図１の例では、目標追尾装置の構成要素である初期値算出部１１、ビート周波数フィルタ処理部１２、推定結果格納部１３、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４、推定値仮説生成部１５及びＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、目標追尾装置がコンピュータで構成されていてもよい。
目標追尾装置がコンピュータで構成されている場合、初期値算出部１１、ビート周波数フィルタ処理部１２、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４、推定値仮説生成部１５及びＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２〜図５はこの発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００２６】
次に動作について説明する。
最初に、目標追尾装置２における追尾処理の開始当初（最初の数サンプリング時刻）の処理内容を説明する。
目標追尾装置２でのカルマンフィルタの状態変数は、下記の式（１７）に示す通りであり、従来技術と同様とする。
【００２７】
この場合、最初の２サンプリング時刻の観測値で処理を行う。
例えば、カルマンフィルタの状態変数を３つの諸元（距離、距離変化率、距離変化率の変化率）で構成する場合、最初の３サンプリング時刻の観測値で処理する。同様に、カルマンフィルタの状態変数をＪ個の諸元で構成する場合、最初のＪサンプリング時刻の観測値で処理する。
以下では、式（１７）の２つの諸元からなる状態変数を前提とする例を説明する。
【００２８】
カルマンフィルタの予測処理は、下記の式（１８）に示す状態遷移モデルに基づいて行う。
ここで、Φｋは状態遷移行列であり、下記の式（１９）で定義される。
また、ｗkは運動に加わる外乱であり、以下の共分散を持つガウス分布に従うとする。
ここで、Ｑkは事前に設定されるパラメータである。
【００２９】
まず、初期値算出部１１は、レーダ１から観測値として、第１サンプリング時刻のビート周波数と、第２サンプリング時刻のビート周波数が入力されると、それらのビート周波数を用いて、目標の運動諸元（目標までの距離、目標の速度）の推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’を算出するとともに、その推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’を算出する（図２のステップＳＴ１）。
この初期値の算出方法は、従来技術における初期値の算出方法と同等である。
なお、初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’及び推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’は推定結果格納部１３に格納される。
【００３０】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受けると、初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’及び推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施することで、ＰＲＩ内距離の候補の絞り込みを行う（ステップＳＴ２）。
目標の観測値であるＰＲＩ内距離は、下記の式（２２）で表される。
ここで、ｒｐｒｉ1はＰＲＩ内距離の候補の中で最短の距離、ΔＲｐｒｉはパルス間隔によって定まる折り返し幅である。
【００３１】
ゲート内外判定は下記の式（２３）の成否により決定され、無限個のＰＲＩ内距離の候補の中から、式（２３）が成立するＰＲＩ内距離はゲート内にあると判定されて、推定値仮説生成部１５に出力されるが、式（２３）が成立しないＰＲＩ内距離はゲート外にあると判定されて破棄される。
式（２３）において、ｄは事前に設定されるゲートサイズパラメータであり、ＳRはＰＲＩ内距離に関する残差共分散行列であり、下記の式（２４）で算出される。
ここで、ＨRpriはＰＲＩ内距離の観測行列、ＲRpriはＰＲＩ内距離の観測誤差共分散行列であり、下記の式（２５）に示す観測モデルを前提とする。
【００３２】
観測行列ＨRpriは、下記の式（２６）で表される。
また、ｅRpriは無限個のＰＲＩ内距離の候補の中から、ＰＲＩ内距離が折り返し回数の誤りなく選択された場合のＰＲＩ内距離の観測誤差であり、その共分散ＲRpriがパラメータとして事前に与えられる。
【００３３】
推定値仮説生成部１５は、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出する（ステップＳＴ３）。
この段階では、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の数だけ仮説が生成され、各仮説の信頼度γ1,iは、下記の式（２８）で算出される。
式（２８）式では、ｉ番目の仮説がＰＲＩ内距離の観測値としてＲｐｒｉ1nを選択していることを前提としている。
【００３４】
推定値仮説生成部１５は、各仮説の信頼度γ1,iを算出すると、その信頼度γ1,iに基づいて目標追尾装置の処理能力に見合った数の仮説を採択し、採択されなかった仮説を破棄する（ステップＳＴ４）。
例えば、信頼度γ1,iが高い上位Ｎ個の仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法や、信頼度γ1,iが所定の閾値より高い仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法などが考えられる。
【００３５】
ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は、推定値仮説生成部１５により採択された仮説毎に、当該仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、下記の式（２９）（３０）に示すように、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’、推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’）を更新する（ステップＳＴ５）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋ1はカルマンゲインであり、下記の式（３１）で算出される。
【００３６】
以上が最初の２サンプリング時刻の観測値での処理である。
この処理においては、追尾対象の目標の速度の最大値が既知であれば、図３に示す手順を実施することにより、不要信号を目標と見做す誤相関の確率を低減することができる。
図３では、初期値算出部１１が推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’等を算出する前に、「ビート周波数の概略ゲート内外判定」を実施している（ステップＳＴ０）点で、図２に示す手順と異なっている。
【００３７】
「ビート周波数の概略ゲート内外判定」は、初期値算出部１１が最初のサンプリング時刻におけるビート周波数ｆｂ0と、次のサンプリング時刻におけるビート周波数ｆｂ1との対応付けの可否を判定するものである。
この判定は、ビート周波数ｆｂ0とビート周波数ｆｂ1の差が、目標の最大速度Ｖmaxから算出されるビート周波数の差の最大変化より小さい場合に対応付けが可能であると判定するものであり、具体的には、下記の式（３２）が成立すれば、対応付けが可能であると判定し、不成立ならば、対応付け不可能であると判定する。
初期値算出部１１は、対応付けが可能であると判定すれば、ステップＳＴ１に移行するが、対応付けが不可能であると判定すれば、ステップＳＴ１に移行せずに、目標の観測値であるビート周波数ｆｂ1を破棄する。
式（３２）において、ｌは係数であり、事前に設定されるパラメータである。
【００３８】
初期値算出後は、１サンプリング時刻の観測値毎に処理を行う。
ビート周波数フィルタ処理部１２は、初期値算出部１１により初期値が算出された後、レーダ１により観測されたビート周波数ｆｂkを受ける毎に、そのビート周波数ｆｂkを用いて、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値を更新し、更新後の推定値を推定結果格納部１３に格納する。
【００３９】
即ち、ビート周波数フィルタ処理部１２は、下記の式（３３）に示すように、レーダ１により観測されたビート周波数ｆｂkと、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（初期値算出部１１により算出された初期推定値、または、ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６により更新された推定値）との相関判定を行う（図４のステップＳＴ１１）。
ここで、Ｈ（ｊ）は仮説の番号、ｘkH(j)ハット（−）は仮説Ｈ（ｊ）における予測値であり、下記の式（３４）で算出される。
また、Ｓfbは残差共分散行列であり、下記の式（３５）で算出される。
ここで、Ｐk（−）は予測誤差共分散行列であり、下記の式（３６）で算出される。
【００４０】
ビート周波数フィルタ処理部１２は、式（３３）が成立していなければ、そのビート周波数ｆｂkはゲート外にあると判定して、そのビート周波数ｆｂkを破棄する。
一方、式（３３）が成立していれば、そのビート周波数ｆｂkはゲート内にあると判定し、下記の式（３７）（３８）に示すように、そのビート周波数ｆｂkを用いて、推定結果格納部１３により格納されている各仮説の推定値であるｘkH(j)ハット（−），Ｐk（−）を更新し、更新後の推定値ｘkH(j)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’を推定結果格納部１３に格納する（ステップＳＴ１２）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋk’はカルマンゲインであり、下記の式（３９）で算出される。
【００４１】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受けると、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（ビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(j)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’）を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施することで、ＰＲＩ内距離の候補の絞り込みを行う（ステップＳＴ１３）。
ゲート内外判定は下記の式（４０）の成否により決定され、式（４０）が成立するＰＲＩ内距離はゲート内にあると判定されて、推定値仮説生成部１５に出力されるが、式（４０）が成立しないＰＲＩ内距離はゲート外にあると判定されて破棄される。
ここで、ＳRはＰＲＩ内距離に関する残差共分散行列であり、下記の式（４１）で算出される。
式（４１）において、Ｐk（＋）’はビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(j)ハット（＋）’の平滑誤差共分散行列である。
また、ＨRpriはＰＲＩ内距離の観測行列、ＲRpriはＰＲＩ内距離の観測誤差共分散行列であり、下記の式（４２）に示す観測モデルにより算出される。
【００４２】
観測行列ＨRpriは、下記の式（４３）で表される。
また、ｅRpriはＰＲＩ内距離の候補の中から、ＰＲＩ内距離が折り返し回数の誤りなく選択された場合のＰＲＩ内距離の観測誤差であり、その共分散ＲRpriがパラメータとして事前に与えられる。
【００４３】
ここでは、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４が、式（４０）が成立するか否かで、ＰＲＩ内距離がゲート内にあるか、ゲート外にあるかを判定するものを示したが、目標の角度情報が観測値として得られる場合、この観測値を用いて、更に上記のゲート内外判定を精密化することができる。
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、目標の角度情報が観測値として得られる場合、サンプリング時刻ｋのＰＲＩ内距離の候補Ｒｐｒｉknと、同時刻の角度観測値（仰角Ｅｌk0，方位角Ａｚk0）とから、このサンプリング時刻ｋの目標の３次元の位置を算出する。
また、サンプリング時刻ｋ−１の推定値ｘk-1H(j)（＋）の距離成分Ｒk-1ハット（下記の式（４５）を参照）と、同時刻の角度観測値（仰角Ｅｌk-10，方位角Ａｚk-10）とから、このサンプリング時刻ｋ−１の目標の３次元の位置を算出する。
【００４４】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、サンプリング時刻ｋの目標の３次元位置とサンプリング時刻ｋ−１の目標の３次元位置の差分をサンプリング間隔で除算することにより速度ベクトルを算出し、図６に示すように、その速度ベクトルを距離方向に射影すれば、距離変化率Ｒk0ハットドットを算出することができる。
以下に示すように、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、この距離変化率と、サンプリング時刻ｋの推定値ｘkH(j)ハット（＋）’の距離変化率の成分Ｒk0ハットドット’とを照合する。
評価関数は、下記の式（４７）のように定義される。
【００４５】
評価関数の誤差共分散行列は、下記の式（４８）で算出される。
【００４６】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、上記の評価関数を用いて、下記の式（４９）のように、照合判定を行う。
【００４７】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４が、角度観測値を用いた照合を行う場合、式（４０）と式（４９）の双方が成立すれば、当該ＰＲＩ距離はゲート内にあると判定し、何れかが不成立であれば、当該ＰＲＩ距離はゲート外にあると判定する。
【００４８】
推定値仮説生成部１５は、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出する（ステップＳＴ１４）。
この段階では、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の数だけ仮説が生成され、各仮説の信頼度γk,iは、下記の式（５１）で算出される。
ここでは、現サンプリング時刻ｋのｉ番目の仮説Ｈ（ｉ）におけるサンプリング時刻ｋ−１の親仮説をＨ（ｊ）としている。つまり、この時刻の仮説の信頼度は、親仮説の信頼度に現サンプリング時刻のＰＲＩ内距離に関する尤度を積算することにより得られる。
【００４９】
なお、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４が、角度観測値を用いた照合を行っている場合、各仮説の信頼度γk,iは、下記の式（５２）で算出される。
【００５０】
推定値仮説生成部１５は、各仮説の信頼度γk,iを算出すると、その信頼度γk,iに基づいて目標追尾装置の処理能力に見合った数の仮説を採択し、採択されなかった仮説を破棄する（ステップＳＴ１５）。
例えば、信頼度γk,iが高い上位Ｎ個の仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法や、信頼度γk,iが所定の閾値より高い仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法などが考えられる。
【００５１】
ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は、推定値仮説生成部１５により採択された仮説毎に、当該仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、下記の式（５３）（５４）に示すように、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（ビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(i)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’）を更新する（ステップＳＴ１６）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋkはカルマンゲインであり、下記の式（５５）で算出される。
【００５２】
以上が第３サンプリング時刻以降の１サンプリング時刻の観測値での処理である。
なお、図４では、ステップＳＴ１１でビート周波数のゲート内外判定を実施し、ステップＳＴ１３でＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施するものを示したが、図５に示すように、ステップＳＴ１０で、ビート周波数のゲート内外判定とＰＲＩ内距離のゲート内外判定とを一括して実施するようにしてもよい。
即ち、ステップＳＴ１０は「観測値のゲート内外判定」であり、ビート周波数ｆｂk及びＰＲＩ内距離Ｒｐｒｉknのゲート内外判定を行っている。
【００５３】
このゲート内外判定では、下記の式（５６）が成立すれば、対応付けが可能であると判定し、不成立であれば、対応付け不可能であると判定する。
対応付けが可能であると判定すれば、ステップＳＴ１２に移行するが、対応付けが不可能であると判定すれば、ステップＳＴ１２に移行せずに、目標の観測値を破棄する。
ここで、ｚknは下記の式（５７）に示される観測ベクトルである。
Ｈzは観測行列であり、その要素は下記の式（５８）で表される。
【００５４】
ｘkH(j)ハット（−）は仮説Ｈ（ｊ）における予測値であり、上記の式（３４）で得られる。
Ｓzは残差共分散行列であり、下記の式（５９）で得られる。
Ｐk（−）は予測誤差共分散行列であり、上記の式（３６）で得られる。
また、Ｒzは観測行列であり、その要素は下記の式（６０）で表される。
【００５５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、レーダ１から得られる目標の観測値であるビート周波数を用いて、目標の運動諸元の推定値の初期値を算出する初期値算出部１１と、初期値算出部１１により推定値の初期値が算出された後、レーダ１により観測されたビート周波数を受ける毎に、そのビート周波数を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新するビート周波数フィルタ処理部１２と、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受ける毎に、現時点での運動諸元の推定値を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施し、ゲート外にあるＰＲＩ内距離を破棄するＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４と、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する推定値仮説生成部１５と、推定値仮説生成部１５により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新するＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６とを備えるように構成したので、ビート周波数だけでなく、アンビギュイティが解消されたＰＲＩ内距離が利用されて目標の運動諸元が推定されるようになり、その結果、運動諸元の推定精度が向上している目標追尾装置が得られる効果がある。
【００５６】
即ち、この実施の形態１では、ＰＲＩ内距離の候補の選択について複数の仮説を生成し、それらの仮説の信頼度に応じて絞り込みながらＰＲＩ距離の候補の特定を行うので、候補選択を誤る可能性が低減される。その結果、ＰＲＩ内距離の観測情報を推定に使うことができ、ビート周波数のみで推定する場合と比べて推定精度が大幅に向上する。
【００５７】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による目標追尾装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
推定値収束判定部１７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値が収束しているか否かを判定し、その推定値が収束していれば、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離を推定値仮説生成部１５に与える処理を実施する。なお、推定値収束判定部１７は推定値収束判定手段を構成している。
【００５８】
図７の例では、目標追尾装置の構成要素である初期値算出部１１、ビート周波数フィルタ処理部１２、推定結果格納部１３、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４、推定値仮説生成部１５、ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６及び推定値収束判定部１７のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、目標追尾装置がコンピュータで構成されていてもよい。
目標追尾装置がコンピュータで構成されている場合、初期値算出部１１、ビート周波数フィルタ処理部１２、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４、推定値仮説生成部１５、ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６及び推定値収束判定部１７の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図８〜図１１はこの発明の実施の形態２による目標追尾装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００５９】
次に動作について説明する。
最初に、目標追尾装置２における追尾処理の開始当初（最初の数サンプリング時刻）の処理内容を説明する。
以下、この実施の形態２では、上記実施の形態１と同様に、カルマンフィルタの状態変数が距離と距離変化率の２つの諸元から成る例を説明する。状態遷移モデル及び観測モデルも上記実施の形態１と同様であるとする。
【００６０】
まず、初期値算出部１１は、レーダ１から観測値として、第１サンプリング時刻のビート周波数と、第２サンプリング時刻のビート周波数が入力されると、それらのビート周波数を用いて、目標の運動諸元（目標までの距離、目標の速度）の推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’を算出するとともに、その推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’を算出する（図８のステップＳＴ２１）。
この初期値の算出方法は、従来技術における初期値の算出方法と同等である。
なお、初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’及び推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’は推定結果格納部１３に格納される。
【００６１】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受けると、初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’及び推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施することで、ＰＲＩ内距離の候補の絞り込みを行う（ステップＳＴ２２）。
目標の観測値であるＰＲＩ内距離は、下記の式（６２）で表される。
ここで、ｒｐｒｉ1はＰＲＩ内距離の候補の中で最短の距離、ΔＲｐｒｉはパルス間隔によって定まる折り返し幅である。
【００６２】
ゲート内外判定は下記の式（６３）の成否により決定され、無限個のＰＲＩ内距離の候補の中から、式（６３）が成立するＰＲＩ内距離はゲート内にあると判定されて、推定値仮説生成部１５に出力されるが、式（６３）が成立しないＰＲＩ内距離はゲート外にあると判定されて破棄される。
式（６３）において、ＳRはＰＲＩ内距離に関する残差共分散行列であり、下記の式（６４）で算出される。
ここで、ＨRpriはＰＲＩ内距離の観測行列、ＲRpriはＰＲＩ内距離の観測誤差共分散行列であり、下記の式（６５）に示す観測モデルを前提とする。
【００６３】
観測行列ＨRpriは、下記の式（６６）で表される。
また、ｅRpriは無限個のＰＲＩ内距離の候補の中から、ＰＲＩ内距離が折り返し回数の誤りなく選択された場合のＰＲＩ内距離の観測誤差であり、その共分散ＲRpriがパラメータとして事前に与えられる。
【００６４】
推定値収束判定部１７は、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値の収束度合いを判定する（ステップＳＴ２３）。
この推定値が十分に収束していれば、レーダ１の観測値であるＰＲＩ内距離の候補の絞込みが十分であるが、収束が不十分であれば、ＰＲＩ内距離の候補が十分に絞り込められておらず、そのＰＲＩ内距離の候補を使用して追尾処理を実施すると、後段の準最適化処理で正しい仮説を棄却してしまう危険性が高くなる。
【００６５】
推定値収束判定部１７は、下記の（１）又は（２）に該当する場合、推定値が十分に収束していると判定する。
（１）ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の個数が閾値Ｍpriより少なければ、推定値が十分に収束していると判定する。
（２）初期値算出部１１により算出された推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’の固有値の最大値が閾値ｅｉｇthより小さければ、推定値が十分に収束していると判定する。
ただし、閾値Ｍpri，閾値ｅｉｇthは事前に設定されるパラメータである。
なお、上記の（２）による判定は、ステップＳＴ２１における「ビート周波数による初期値の算出処理」の直後に実施することができるため、処理の実施手順は、図９のようになる。
【００６６】
推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していると判定された場合、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離を推定値仮説生成部１５に与えられるが、推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していないと判定された場合（ステップＳＴ２４）、ステップＳＴ２５の「推定値出力」に移行し、現時点の推定値ｘ11ハット（＋）’，Ｐ1（＋）’が目標追尾装置の最終推定値ｘ11ハット（＋），Ｐ1（＋）として出力され、現サンプリング時刻の処理を終了する。
なお、この時点では、ＰＲＩ内距離の観測値が推定処理に使用されていないため、仮説の数は唯一つである。
【００６７】
推定値仮説生成部１５は、推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していると判定された場合、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出する（ステップＳＴ２６）。
この段階では、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の数だけ仮説が生成され、各仮説の信頼度γ1,iは、下記の式（７０）で算出される。
式（７０）式では、ｉ番目の仮説がＰＲＩ内距離の観測値としてＲｐｒｉ1nを選択していることを前提としている。
【００６８】
推定値仮説生成部１５は、各仮説の信頼度γ1,iを算出すると、その信頼度γ1,iに基づいて目標追尾装置の処理能力に見合った数の仮説を採択し、採択されなかった仮説を破棄する（ステップＳＴ２７）。
例えば、信頼度γ1,iが高い上位Ｎ個の仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法や、信頼度γ1,iが所定の閾値より高い仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法などが考えられる。
【００６９】
ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は、推定値仮説生成部１５により採択された仮説毎に、当該仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、下記の式（７１）（７２）に示すように、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’、推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’）を更新する（ステップＳＴ２８）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋ1はカルマンゲインであり、下記の式（７３）で算出される。
【００７０】
以上が最初の２サンプリング時刻の観測値での処理である。
以降のサンプリング時刻では、１サンプリング時刻の観測値毎に処理する。
ビート周波数フィルタ処理部１２は、初期値算出部１１により初期値が算出された後、レーダ１により観測されたビート周波数ｆｂkを受ける毎に、そのビート周波数ｆｂkを用いて、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値を更新し、更新後の推定値を推定結果格納部１３に格納する。
【００７１】
即ち、ビート周波数フィルタ処理部１２は、下記の式（７４）に示すように、レーダ１により観測されたビート周波数ｆｂkと、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（初期値算出部１１により算出された初期推定値、または、ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６により更新された推定値）との相関判定を行う（図１０のステップＳＴ３１）。
ここで、Ｈ（ｊ）は仮説の番号、ｘkH(j)ハット（−）は仮説Ｈ（ｊ）における予測値であり、下記の式（７５）で算出される。
また、Ｓfbは残差共分散行列であり、下記の式（７６）で算出される。
ここで、Ｐk（−）は予測誤差共分散行列であり、下記の式（７７）で算出される。
【００７２】
ビート周波数フィルタ処理部１２は、式（７４）が成立していなければ、そのビート周波数ｆｂkはゲート外にあると判定して、そのビート周波数ｆｂkを破棄する。
一方、式（７４）が成立していれば、そのビート周波数ｆｂkはゲート内にあると判定し、下記の式（７８）（７９）に示すように、そのビート周波数ｆｂkを用いて、推定結果格納部１３により格納されている各仮説の推定値であるｘkH(j)ハット（−），Ｐk（−）を更新し、更新後の推定値ｘkH(j)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’を推定結果格納部１３に格納する（ステップＳＴ３２）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋk’はカルマンゲインであり、下記の式（８０）で算出される。
【００７３】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受けると、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（ビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(j)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’）を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施することで、ＰＲＩ内距離の候補の絞り込みを行う（ステップＳＴ３３）。
ゲート内外判定は下記の式（８１）の成否により決定され、式（８１）が成立するＰＲＩ内距離はゲート内にあると判定されて、推定値仮説生成部１５に出力されるが、式（８１）が成立しないＰＲＩ内距離はゲート外にあると判定されて破棄される。
ここで、ＳRはＰＲＩ内距離に関する残差共分散行列であり、下記の式（８２）で算出される。
式（８２）において、Ｐk（＋）’はビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(j)ハット（＋）’の平滑誤差共分散行列である。
また、ＨRpriはＰＲＩ内距離の観測行列、ＲRpriはＰＲＩ内距離の観測誤差共分散行列であり、下記の式（８３）に示す観測モデルにより算出される。
【００７４】
観測行列ＨRpriは、下記の式（８４）で表される。
また、ｅRpriはＰＲＩ内距離の候補の中から、ＰＲＩ内距離が折り返し回数の誤りなく選択された場合のＰＲＩ内距離の観測誤差であり、その共分散ＲRpriがパラメータとして事前に与えられる。
【００７５】
推定値収束判定部１７は、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値の収束度合いを判定する（ステップＳＴ３４）。
この推定値が十分に収束していれば、レーダ１の観測値であるＰＲＩ内距離の候補の絞込みが十分であるが、収束が不十分であれば、ＰＲＩ内距離の候補が十分に絞り込められておらず、そのＰＲＩ内距離の候補を使用して追尾処理を実施すると、後段の準最適化処理で正しい仮説を棄却してしまう危険性が高くなる。
【００７６】
推定値収束判定部１７は、下記の（１）又は（２）に該当する場合、推定値が十分に収束していると判定する。
（１）ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の個数が閾値Ｍpriより少なければ、推定値が十分に収束していると判定する。
（２）ビート周波数フィルタ処理部１２により算出された誤差共分散行列Ｐk（＋）’の固有値の最大値が閾値ｅｉｇthより小さければ、推定値が十分に収束していると判定する。
ただし、閾値Ｍpri，閾値ｅｉｇthは事前に設定されるパラメータである。
なお、上記の（２）による判定は、ステップＳＴ３２における「ビート周波数の平滑処理」の直後に実施することができるため、処理の実施手順は、図１１のようになる。
【００７７】
推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していると判定された場合、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離を推定値仮説生成部１５に与えられるが、推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していないと判定された場合（ステップＳＴ３５）、ステップＳＴ３６の「推定値出力」に移行し、現時点の推定値ｘk1ハット（＋）’，Ｐk（＋）’が目標追尾装置の最終推定値ｘk1ハット（＋），Ｐk（＋）として出力され、現サンプリング時刻の処理を終了する。
【００７８】
推定値仮説生成部１５は、推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していると判定された場合、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出する（ステップＳＴ３７）。
この段階では、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の数だけ仮説が生成され、各仮説の信頼度γk,iは、下記の式（８８）で算出される。
ここでは、現サンプリング時刻ｋのｉ番目の仮説Ｈ（ｉ）におけるサンプリング時刻ｋ−１の親仮説をＨ（ｊ）としている。つまり、この時刻の仮説の信頼度は、親仮説の信頼度に現サンプリング時刻のＰＲＩ内距離に関する尤度を積算することにより得られる。
【００７９】
推定値仮説生成部１５は、各仮説の信頼度γk,iを算出すると、その信頼度γk,iに基づいて目標追尾装置の処理能力に見合った数の仮説を採択し、採択されなかった仮説を破棄する（ステップＳＴ３８）。
例えば、信頼度γk,iが高い上位Ｎ個の仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法や、信頼度γk,iが所定の閾値より高い仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法などが考えられる。
【００８０】
ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は、推定値仮説生成部１５により採択された仮説毎に、当該仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、下記の式（８９）（９０）に示すように、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（ビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(i)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’）を更新する（ステップＳＴ３９）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋkはカルマンゲインであり、下記の式（９１）で算出される。
【００８１】
この実施の形態２では、上記実施の形態１と同様に、ＰＲＩ内距離の候補の選択について複数の仮説を生成し、それらの仮説を信頼度に応じて絞り込みながら候補の特定を行うことを前提とするが、レーダ１の観測値であるビート周波数の推定値の精度に応じて、レーダ１の観測値であるＰＲＩ内距離の利用を決定しているので、候補選択を誤る危険性が上記実施の形態１より更に低減される。また、処理負荷についても上記実施の形態１より削減される。
【００８２】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１ レーダ、２ 目標追尾装置、１１ 初期値算出部（初期値算出手段）、１２ ビート周波数フィルタ処理部（第１の推定値更新手段）、１３ 推定結果格納部、１４ ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部（ゲート内外判定手段）、１５ 推定値仮説生成部（推定値仮説生成手段）、１６ ＰＲＩ内距離フィルタ処理部（第２の推定値更新手段）、１７ 推定値収束判定部（推定値収束判定手段）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ等のセンサから得られる目標の観測値の時系列から目標の位置及び速度を推定する目標追尾装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダから得られる目標の観測値を使用して目標を追尾する技術は、多くの論文や特許文献などで取り挙げられており、それらを実現する目標追尾装置や方法については様々な提案がなされている。
【０００３】
レーダから目標の観測値を得る際に、目標以外の反射信号に起因するクラッタが得られることがある。
このクラッタを使用して、目標の追尾処理を実施すると、誤った運動諸元の推定値が算出されるため、目標の推定精度を高めるにはクラッタを除去する必要がある。
このクラッタを除去する方式として、レーダの送信信号であるパルスを高頻度に発生させることで、追尾処理の前段の信号処理である周波数解析処理で、目標とクラッタを区別するパルスドップラ方式が知られている。
【０００４】
レーダの送信信号の波形をパルス状とするレーダ方式では、図１２に示すように、送信パルスと受信パルスの時間差から、目標の距離情報を算出することができる。以下、その距離情報を必要に応じて「ＰＲＩ内距離」と称する。
ただし、高頻度でパルスを送信する場合、各受信波が、何れの送信波に対応する反射波であるのかを特定することができず、距離情報であるＰＲＩ内距離に複数の候補が発生する。
これはアンビギュイティと呼ばれるが、このアンビギュイティのために、信号処理の後段にある追尾処理では距離情報を観測値として利用することができない。
【０００５】
一意に特定することができる距離情報を得るために、１サンプリング時刻の観測時間内の送信波形を図１３に示すように、パルスドップラ処理とＦＭ変調処理に２分割する方式が提案されている。
パルスドップラ処理でドップラ周波数が得られ、ＦＭ変調処理でビート周波数ｆｂkが得られる。
ビート周波数ｆｂkは、下記の式（１）に示すように、目標の距離と距離変化利率の一次結合であるため、ドップラ周波数から決まる距離変化率を代入することで目標の距離が得られる。
【０００６】
式（１）において、Ｒkは第ｋサンプリング時刻における目標の距離、Ｒkドット（本明細書では、電子出願の関係上、文字の上の・を記載することができないため、「Ｒkドット」のように記載する）は第ｋサンプリング時刻における目標の距離変化率である。
また、ＢはＦＭ変調の帯域幅、ｃは光速、Ｔは観測時間、ｆ0は送信周波数である。
【０００７】
図１３に示す波形制御では、観測時間Ｔをパルスドップラ処理とＦＭ変調処理を２分割しているため、全観測時間でパルスドップラ処理を行う場合と比べて、１サンプリング時刻の信号強度が半減して、探知確率が低下する問題がある。
そこで、図１４に示すように、全観測時間で、ＦＭ変調処理を行い、複数スキャンのビート周波数から距離と距離変化率を算出することを考える。
このビート周波数の観測値を用いて、カルマンフィルタによって、目標までの距離と距離変化率を推定する方式が以下の特許文献１に開示されている。
この方式は、図１５に示す装置構成によって、本出願で前提とするパルス繰り返し周波数が高いレーダに適用することができる。
【０００８】
この方式では、まず、初期の２サンプリング時刻のビート周波数ｆｂ0，ｆｂ1から以下の連立方程式を解くことにより、距離と距離変化率の初期推定値ｘ1ハット（＋）（本明細書では、電子出願の関係上、文字の上の＾を記載することができないため、「ｘ1ハット（＋）」のように記載する）を算出する。
式（２）において、Δｔはサンプリング間隔である。
ここでは、サンプリング間隔Δｔの時間内での目標の距離変化率の変化が極めて小さいと仮定している。
【０００９】
この方式では、この初期推定値を出発点として、ビート周波数ｆｂkが得られる毎に、カルマンフィルタを用いて、距離と距離変化率の推定値ｘkハット（＋）を更新する。
カルマンフィルタの状態変数は以下の通りである。
初期推定値ｘ1ハット（＋）の各成分（下記の式（５）を参照）は、式（２）（３）に示す連立方程式の解とするため、初期の２サンプリング時刻のビート周波数ｆｂ0，ｆｂ1の線形結合となる。
このため、以降のカルマンフィルタに基づく処理で必要となる推定誤差共分散行列の初期値Ｐ1（＋）の各成分は、ビート周波数の観測誤差標準偏差より算出することができる。
【００１０】
以下、サンプリング時刻ｋ（≧２）のビート周波数ｆｂkを用いた推定値の更新処理を説明する。
カルマンフィルタでは、以下の状態遷移モデルを仮定して、予測処理を行う。
ここで、Φkは状態遷移行列であり、以下の式（７）で定義される。
また、ｗkは運動に加わる外乱であり、以下の共分散を持つガウス分布に従うとする。
ここでＱkは事前に設定されるパラメータである。
【００１１】
この状態遷移モデルに基づいて、サンプリング時刻ｋ（≧２）の予測値ｘkハット（−），予測誤差共分散行列Ｐk-1（−）は、下記の式（９）（１０）に示すように、１つ前のサンプリング時刻ｋ−１の平滑値ｘk-1ハット（＋），平滑誤差共分散行列Ｐk-1（＋）から算出される。
【００１２】
予測処理の後に、平滑処理を実施して、最終的な推定値を算出する。
ここでは、以下の観測モデルを仮定する。
式（１１）において、Ｈbeatは観測行列であり、下記の式（１２）で定義される。
また、ｅfbはビート周波数の観測誤差であり、その分散Ｒfbがパラメータとして事前に与えられる。
【００１３】
この観測モデルに基づいて、サンプリング時刻ｋ（≧２）の平滑値ｘkハット（＋），平滑誤差共分散行列Ｐk（＋）は、下記の式（１４）（１５）に示すように、同サンプリング時刻の予測値ｘkハット（−），予測誤差共分散行列Ｐk（−）及び目標の観測値であるビート周波数ｆｂkから算出される。
ここで、Ｉは単位行列である。Ｋkはカルマンゲインであり、下記の式（１６）で算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１０−１９８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来の目標追尾装置は以上のように構成されているので、レーダの観測値であるビート周波数をカルマンフィルタに入力することで、目標までの距離と距離変化率を推定している。レーダの観測値であるＰＲＩ内距離をカルマンフィルタに入力して推定処理を実施することができれば、追尾精度が向上することが期待されるが、レーダの観測値であるＰＲＩ内距離はアンビギュイティがあり、複数の候補から距離を一意に特定することができないため、推定処理に利用することができない課題があった。
【００１６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ＰＲＩ内距離を目標の運動諸元の推定処理に利用できるようにして、目標の運動諸元の推定精度を高めることができる目標追尾装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る目標追尾装置は、レーダから得られる目標の観測値であるビート周波数を用いて、目標の運動諸元の推定値の初期値を算出する初期値算出手段と、初期値算出手段により推定値の初期値が算出された後、レーダにより観測されたビート周波数を受ける毎に、そのビート周波数を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第１の推定値更新手段と、レーダから目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受ける毎に、現時点での運動諸元の推定値を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施し、ゲート外にあるＰＲＩ内距離を破棄するゲート内外判定手段と、ゲート内外判定手段によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する推定値仮説生成手段と、推定値仮説生成手段により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第２の推定値更新手段とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、レーダから得られる目標の観測値であるビート周波数を用いて、目標の運動諸元の推定値の初期値を算出する初期値算出手段と、初期値算出手段により推定値の初期値が算出された後、レーダにより観測されたビート周波数を受ける毎に、そのビート周波数を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第１の推定値更新手段と、レーダから目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受ける毎に、現時点での運動諸元の推定値を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施し、ゲート外にあるＰＲＩ内距離を破棄するゲート内外判定手段と、ゲート内外判定手段によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する推定値仮説生成手段と、推定値仮説生成手段により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第２の推定値更新手段とを備えるように構成したので、ビート周波数だけでなく、アンビギュイティが解消されたＰＲＩ内距離が利用されて目標の運動諸元が推定されるようになり、その結果、運動諸元の推定精度が向上している目標追尾装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による目標追尾装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容（初期２サンプリング時刻までの処理）を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容（初期２サンプリング時刻までの処理）を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容（第３サンプリング時刻以降の処理）を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容（第３サンプリング時刻以降の処理）を示すフローチャートである。
【図６】距離変化率の推定例を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２による目標追尾装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態２による目標追尾装置の処理内容（初期２サンプリング時刻までの処理）を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２による目標追尾装置の処理内容（初期２サンプリング時刻までの処理）を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態２による目標追尾装置の処理内容（第３サンプリング時刻以降の処理）を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態２による目標追尾装置の処理内容（第３サンプリング時刻以降の処理）を示すフローチャートである。
【図１２】ＨＰＲＦレーダにおける送信パルスと受信パルスの一例を示す説明図である。
【図１３】ＨＰＲＦパルスドップラとＦＭ変調を併用する送信波形制御を示す説明図である。
【図１４】ＦＭ変調のみによる送信波形制御を示す説明図である。
【図１５】従来の目標追尾装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による目標追尾装置を示す構成図である。
図１において、レーダ１は繰り返し周波数が高いパルスを空間に放射する一方、空間に存在している目標に反射して戻ってきているパルスを受信することで、目標のビート周波数及びＰＲＩ内距離を観測し、その観測値であるビート周波数及びＰＲＩ内距離を目標追尾装置２に出力する装置である。
目標追尾装置２はレーダ１により観測されたビート周波数及びＰＲＩ内距離を用いて、目標の追尾処理を実施する装置である。
【００２１】
初期値算出部１１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、レーダ１から得られる目標の観測値であるビート周波数を用いて、目標の運動諸元（目標までの距離、目標の速度）の推定値の初期値を算出する処理を実施する。
ただし、初期値算出部１１は最初のサンプリング時刻におけるビート周波数と、次のサンプリング時刻におけるビート周波数との差が、目標の最大速度から算出されるビート周波数の差の最大変化より小さい場合に限り、目標の観測値であるビート周波数を用いて、運動諸元の推定値の初期値を算出する。
なお、初期値算出部１１は初期値算出手段を構成している。
【００２２】
ビート周波数フィルタ処理部１２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、初期値算出部１１により推定値の初期値が算出された後、レーダ１により観測されたビート周波数を受ける毎に、そのビート周波数を用いて、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値を更新し、更新後の推定値を推定結果格納部１３に格納する処理を実施する。なお、ビート周波数フィルタ処理部１２は第１の推定値更新手段を構成している。
推定結果格納部１３は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、最新の推定値（初期値算出部１１により算出された初期推定値、あるいは、ビート周波数フィルタ処理部１２又はＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６により更新された最も新しい推定値）を格納している。
【００２３】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受ける毎に、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施し、ゲート外にあるＰＲＩ内距離を破棄する処理を実施する。なお、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４はゲート内外判定手段を構成している。
【００２４】
推定値仮説生成部１５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する処理を実施する。なお、推定値仮説生成部１５は推定値仮説生成手段を構成している。
ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、推定値仮説生成部１５により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値を更新する処理を実施する。なお、ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は第２の推定値更新手段を構成している。
【００２５】
図１の例では、目標追尾装置の構成要素である初期値算出部１１、ビート周波数フィルタ処理部１２、推定結果格納部１３、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４、推定値仮説生成部１５及びＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、目標追尾装置がコンピュータで構成されていてもよい。
目標追尾装置がコンピュータで構成されている場合、初期値算出部１１、ビート周波数フィルタ処理部１２、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４、推定値仮説生成部１５及びＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２〜図５はこの発明の実施の形態１による目標追尾装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００２６】
次に動作について説明する。
最初に、目標追尾装置２における追尾処理の開始当初（最初の数サンプリング時刻）の処理内容を説明する。
目標追尾装置２でのカルマンフィルタの状態変数は、下記の式（１７）に示す通りであり、従来技術と同様とする。
【００２７】
この場合、最初の２サンプリング時刻の観測値で処理を行う。
例えば、カルマンフィルタの状態変数を３つの諸元（距離、距離変化率、距離変化率の変化率）で構成する場合、最初の３サンプリング時刻の観測値で処理する。同様に、カルマンフィルタの状態変数をＪ個の諸元で構成する場合、最初のＪサンプリング時刻の観測値で処理する。
以下では、式（１７）の２つの諸元からなる状態変数を前提とする例を説明する。
【００２８】
カルマンフィルタの予測処理は、下記の式（１８）に示す状態遷移モデルに基づいて行う。
ここで、Φｋは状態遷移行列であり、下記の式（１９）で定義される。
また、ｗkは運動に加わる外乱であり、以下の共分散を持つガウス分布に従うとする。
ここで、Ｑkは事前に設定されるパラメータである。
【００２９】
まず、初期値算出部１１は、レーダ１から観測値として、第１サンプリング時刻のビート周波数と、第２サンプリング時刻のビート周波数が入力されると、それらのビート周波数を用いて、目標の運動諸元（目標までの距離、目標の速度）の推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’を算出するとともに、その推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’を算出する（図２のステップＳＴ１）。
この初期値の算出方法は、従来技術における初期値の算出方法と同等である。
なお、初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’及び推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’は推定結果格納部１３に格納される。
【００３０】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受けると、初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’及び推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施することで、ＰＲＩ内距離の候補の絞り込みを行う（ステップＳＴ２）。
目標の観測値であるＰＲＩ内距離は、下記の式（２２）で表される。
ここで、ｒｐｒｉ1はＰＲＩ内距離の候補の中で最短の距離、ΔＲｐｒｉはパルス間隔によって定まる折り返し幅である。
【００３１】
ゲート内外判定は下記の式（２３）の成否により決定され、無限個のＰＲＩ内距離の候補の中から、式（２３）が成立するＰＲＩ内距離はゲート内にあると判定されて、推定値仮説生成部１５に出力されるが、式（２３）が成立しないＰＲＩ内距離はゲート外にあると判定されて破棄される。
式（２３）において、ｄは事前に設定されるゲートサイズパラメータであり、ＳRはＰＲＩ内距離に関する残差共分散行列であり、下記の式（２４）で算出される。
ここで、ＨRpriはＰＲＩ内距離の観測行列、ＲRpriはＰＲＩ内距離の観測誤差共分散行列であり、下記の式（２５）に示す観測モデルを前提とする。
【００３２】
観測行列ＨRpriは、下記の式（２６）で表される。
また、ｅRpriは無限個のＰＲＩ内距離の候補の中から、ＰＲＩ内距離が折り返し回数の誤りなく選択された場合のＰＲＩ内距離の観測誤差であり、その共分散ＲRpriがパラメータとして事前に与えられる。
【００３３】
推定値仮説生成部１５は、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出する（ステップＳＴ３）。
この段階では、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の数だけ仮説が生成され、各仮説の信頼度γ1,iは、下記の式（２８）で算出される。
式（２８）式では、ｉ番目の仮説がＰＲＩ内距離の観測値としてＲｐｒｉ1nを選択していることを前提としている。
【００３４】
推定値仮説生成部１５は、各仮説の信頼度γ1,iを算出すると、その信頼度γ1,iに基づいて目標追尾装置の処理能力に見合った数の仮説を採択し、採択されなかった仮説を破棄する（ステップＳＴ４）。
例えば、信頼度γ1,iが高い上位Ｎ個の仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法や、信頼度γ1,iが所定の閾値より高い仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法などが考えられる。
【００３５】
ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は、推定値仮説生成部１５により採択された仮説毎に、当該仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、下記の式（２９）（３０）に示すように、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’、推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’）を更新する（ステップＳＴ５）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋ1はカルマンゲインであり、下記の式（３１）で算出される。
【００３６】
以上が最初の２サンプリング時刻の観測値での処理である。
この処理においては、追尾対象の目標の速度の最大値が既知であれば、図３に示す手順を実施することにより、不要信号を目標と見做す誤相関の確率を低減することができる。
図３では、初期値算出部１１が推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’等を算出する前に、「ビート周波数の概略ゲート内外判定」を実施している（ステップＳＴ０）点で、図２に示す手順と異なっている。
【００３７】
「ビート周波数の概略ゲート内外判定」は、初期値算出部１１が最初のサンプリング時刻におけるビート周波数ｆｂ0と、次のサンプリング時刻におけるビート周波数ｆｂ1との対応付けの可否を判定するものである。
この判定は、ビート周波数ｆｂ0とビート周波数ｆｂ1の差が、目標の最大速度Ｖmaxから算出されるビート周波数の差の最大変化より小さい場合に対応付けが可能であると判定するものであり、具体的には、下記の式（３２）が成立すれば、対応付けが可能であると判定し、不成立ならば、対応付け不可能であると判定する。
初期値算出部１１は、対応付けが可能であると判定すれば、ステップＳＴ１に移行するが、対応付けが不可能であると判定すれば、ステップＳＴ１に移行せずに、目標の観測値であるビート周波数ｆｂ1を破棄する。
式（３２）において、ｌは係数であり、事前に設定されるパラメータである。
【００３８】
初期値算出後は、１サンプリング時刻の観測値毎に処理を行う。
ビート周波数フィルタ処理部１２は、初期値算出部１１により初期値が算出された後、レーダ１により観測されたビート周波数ｆｂkを受ける毎に、そのビート周波数ｆｂkを用いて、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値を更新し、更新後の推定値を推定結果格納部１３に格納する。
【００３９】
即ち、ビート周波数フィルタ処理部１２は、下記の式（３３）に示すように、レーダ１により観測されたビート周波数ｆｂkと、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（初期値算出部１１により算出された初期推定値、または、ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６により更新された推定値）との相関判定を行う（図４のステップＳＴ１１）。
ここで、Ｈ（ｊ）は仮説の番号、ｘkH(j)ハット（−）は仮説Ｈ（ｊ）における予測値であり、下記の式（３４）で算出される。
また、Ｓfbは残差共分散行列であり、下記の式（３５）で算出される。
ここで、Ｐk（−）は予測誤差共分散行列であり、下記の式（３６）で算出される。
【００４０】
ビート周波数フィルタ処理部１２は、式（３３）が成立していなければ、そのビート周波数ｆｂkはゲート外にあると判定して、そのビート周波数ｆｂkを破棄する。
一方、式（３３）が成立していれば、そのビート周波数ｆｂkはゲート内にあると判定し、下記の式（３７）（３８）に示すように、そのビート周波数ｆｂkを用いて、推定結果格納部１３により格納されている各仮説の推定値であるｘkH(j)ハット（−），Ｐk（−）を更新し、更新後の推定値ｘkH(j)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’を推定結果格納部１３に格納する（ステップＳＴ１２）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋk’はカルマンゲインであり、下記の式（３９）で算出される。
【００４１】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受けると、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（ビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(j)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’）を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施することで、ＰＲＩ内距離の候補の絞り込みを行う（ステップＳＴ１３）。
ゲート内外判定は下記の式（４０）の成否により決定され、式（４０）が成立するＰＲＩ内距離はゲート内にあると判定されて、推定値仮説生成部１５に出力されるが、式（４０）が成立しないＰＲＩ内距離はゲート外にあると判定されて破棄される。
ここで、ＳRはＰＲＩ内距離に関する残差共分散行列であり、下記の式（４１）で算出される。
式（４１）において、Ｐk（＋）’はビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(j)ハット（＋）’の平滑誤差共分散行列である。
また、ＨRpriはＰＲＩ内距離の観測行列、ＲRpriはＰＲＩ内距離の観測誤差共分散行列であり、下記の式（４２）に示す観測モデルにより算出される。
【００４２】
観測行列ＨRpriは、下記の式（４３）で表される。
また、ｅRpriはＰＲＩ内距離の候補の中から、ＰＲＩ内距離が折り返し回数の誤りなく選択された場合のＰＲＩ内距離の観測誤差であり、その共分散ＲRpriがパラメータとして事前に与えられる。
【００４３】
ここでは、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４が、式（４０）が成立するか否かで、ＰＲＩ内距離がゲート内にあるか、ゲート外にあるかを判定するものを示したが、目標の角度情報が観測値として得られる場合、この観測値を用いて、更に上記のゲート内外判定を精密化することができる。
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、目標の角度情報が観測値として得られる場合、サンプリング時刻ｋのＰＲＩ内距離の候補Ｒｐｒｉknと、同時刻の角度観測値（仰角Ｅｌk0，方位角Ａｚk0）とから、このサンプリング時刻ｋの目標の３次元の位置を算出する。
また、サンプリング時刻ｋ−１の推定値ｘk-1H(j)（＋）の距離成分Ｒk-1ハット（下記の式（４５）を参照）と、同時刻の角度観測値（仰角Ｅｌk-10，方位角Ａｚk-10）とから、このサンプリング時刻ｋ−１の目標の３次元の位置を算出する。
【００４４】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、サンプリング時刻ｋの目標の３次元位置とサンプリング時刻ｋ−１の目標の３次元位置の差分をサンプリング間隔で除算することにより速度ベクトルを算出し、図６に示すように、その速度ベクトルを距離方向に射影すれば、距離変化率Ｒk0ハットドットを算出することができる。
以下に示すように、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、この距離変化率と、サンプリング時刻ｋの推定値ｘkH(j)ハット（＋）’の距離変化率の成分Ｒk0ハットドット’とを照合する。
評価関数は、下記の式（４７）のように定義される。
【００４５】
評価関数の誤差共分散行列は、下記の式（４８）で算出される。
【００４６】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、上記の評価関数を用いて、下記の式（４９）のように、照合判定を行う。
【００４７】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４が、角度観測値を用いた照合を行う場合、式（４０）と式（４９）の双方が成立すれば、当該ＰＲＩ距離はゲート内にあると判定し、何れかが不成立であれば、当該ＰＲＩ距離はゲート外にあると判定する。
【００４８】
推定値仮説生成部１５は、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出する（ステップＳＴ１４）。
この段階では、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の数だけ仮説が生成され、各仮説の信頼度γk,iは、下記の式（５１）で算出される。
ここでは、現サンプリング時刻ｋのｉ番目の仮説Ｈ（ｉ）におけるサンプリング時刻ｋ−１の親仮説をＨ（ｊ）としている。つまり、この時刻の仮説の信頼度は、親仮説の信頼度に現サンプリング時刻のＰＲＩ内距離に関する尤度を積算することにより得られる。
【００４９】
なお、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４が、角度観測値を用いた照合を行っている場合、各仮説の信頼度γk,iは、下記の式（５２）で算出される。
【００５０】
推定値仮説生成部１５は、各仮説の信頼度γk,iを算出すると、その信頼度γk,iに基づいて目標追尾装置の処理能力に見合った数の仮説を採択し、採択されなかった仮説を破棄する（ステップＳＴ１５）。
例えば、信頼度γk,iが高い上位Ｎ個の仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法や、信頼度γk,iが所定の閾値より高い仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法などが考えられる。
【００５１】
ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は、推定値仮説生成部１５により採択された仮説毎に、当該仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、下記の式（５３）（５４）に示すように、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（ビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(i)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’）を更新する（ステップＳＴ１６）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋkはカルマンゲインであり、下記の式（５５）で算出される。
【００５２】
以上が第３サンプリング時刻以降の１サンプリング時刻の観測値での処理である。
なお、図４では、ステップＳＴ１１でビート周波数のゲート内外判定を実施し、ステップＳＴ１３でＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施するものを示したが、図５に示すように、ステップＳＴ１０で、ビート周波数のゲート内外判定とＰＲＩ内距離のゲート内外判定とを一括して実施するようにしてもよい。
即ち、ステップＳＴ１０は「観測値のゲート内外判定」であり、ビート周波数ｆｂk及びＰＲＩ内距離Ｒｐｒｉknのゲート内外判定を行っている。
【００５３】
このゲート内外判定では、下記の式（５６）が成立すれば、対応付けが可能であると判定し、不成立であれば、対応付け不可能であると判定する。
対応付けが可能であると判定すれば、ステップＳＴ１２に移行するが、対応付けが不可能であると判定すれば、ステップＳＴ１２に移行せずに、目標の観測値を破棄する。
ここで、ｚknは下記の式（５７）に示される観測ベクトルである。
Ｈzは観測行列であり、その要素は下記の式（５８）で表される。
【００５４】
ｘkH(j)ハット（−）は仮説Ｈ（ｊ）における予測値であり、上記の式（３４）で得られる。
Ｓzは残差共分散行列であり、下記の式（５９）で得られる。
Ｐk（−）は予測誤差共分散行列であり、上記の式（３６）で得られる。
また、Ｒzは観測行列であり、その要素は下記の式（６０）で表される。
【００５５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、レーダ１から得られる目標の観測値であるビート周波数を用いて、目標の運動諸元の推定値の初期値を算出する初期値算出部１１と、初期値算出部１１により推定値の初期値が算出された後、レーダ１により観測されたビート周波数を受ける毎に、そのビート周波数を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新するビート周波数フィルタ処理部１２と、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受ける毎に、現時点での運動諸元の推定値を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施し、ゲート外にあるＰＲＩ内距離を破棄するＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４と、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する推定値仮説生成部１５と、推定値仮説生成部１５により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新するＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６とを備えるように構成したので、ビート周波数だけでなく、アンビギュイティが解消されたＰＲＩ内距離が利用されて目標の運動諸元が推定されるようになり、その結果、運動諸元の推定精度が向上している目標追尾装置が得られる効果がある。
【００５６】
即ち、この実施の形態１では、ＰＲＩ内距離の候補の選択について複数の仮説を生成し、それらの仮説の信頼度に応じて絞り込みながらＰＲＩ距離の候補の特定を行うので、候補選択を誤る可能性が低減される。その結果、ＰＲＩ内距離の観測情報を推定に使うことができ、ビート周波数のみで推定する場合と比べて推定精度が大幅に向上する。
【００５７】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による目標追尾装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
推定値収束判定部１７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値が収束しているか否かを判定し、その推定値が収束していれば、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離を推定値仮説生成部１５に与える処理を実施する。なお、推定値収束判定部１７は推定値収束判定手段を構成している。
【００５８】
図７の例では、目標追尾装置の構成要素である初期値算出部１１、ビート周波数フィルタ処理部１２、推定結果格納部１３、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４、推定値仮説生成部１５、ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６及び推定値収束判定部１７のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、目標追尾装置がコンピュータで構成されていてもよい。
目標追尾装置がコンピュータで構成されている場合、初期値算出部１１、ビート周波数フィルタ処理部１２、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４、推定値仮説生成部１５、ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６及び推定値収束判定部１７の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図８〜図１１はこの発明の実施の形態２による目標追尾装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００５９】
次に動作について説明する。
最初に、目標追尾装置２における追尾処理の開始当初（最初の数サンプリング時刻）の処理内容を説明する。
以下、この実施の形態２では、上記実施の形態１と同様に、カルマンフィルタの状態変数が距離と距離変化率の２つの諸元から成る例を説明する。状態遷移モデル及び観測モデルも上記実施の形態１と同様であるとする。
【００６０】
まず、初期値算出部１１は、レーダ１から観測値として、第１サンプリング時刻のビート周波数と、第２サンプリング時刻のビート周波数が入力されると、それらのビート周波数を用いて、目標の運動諸元（目標までの距離、目標の速度）の推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’を算出するとともに、その推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’を算出する（図８のステップＳＴ２１）。
この初期値の算出方法は、従来技術における初期値の算出方法と同等である。
なお、初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’及び推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’は推定結果格納部１３に格納される。
【００６１】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受けると、初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’及び推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施することで、ＰＲＩ内距離の候補の絞り込みを行う（ステップＳＴ２２）。
目標の観測値であるＰＲＩ内距離は、下記の式（６２）で表される。
ここで、ｒｐｒｉ1はＰＲＩ内距離の候補の中で最短の距離、ΔＲｐｒｉはパルス間隔によって定まる折り返し幅である。
【００６２】
ゲート内外判定は下記の式（６３）の成否により決定され、無限個のＰＲＩ内距離の候補の中から、式（６３）が成立するＰＲＩ内距離はゲート内にあると判定されて、推定値仮説生成部１５に出力されるが、式（６３）が成立しないＰＲＩ内距離はゲート外にあると判定されて破棄される。
式（６３）において、ＳRはＰＲＩ内距離に関する残差共分散行列であり、下記の式（６４）で算出される。
ここで、ＨRpriはＰＲＩ内距離の観測行列、ＲRpriはＰＲＩ内距離の観測誤差共分散行列であり、下記の式（６５）に示す観測モデルを前提とする。
【００６３】
観測行列ＨRpriは、下記の式（６６）で表される。
また、ｅRpriは無限個のＰＲＩ内距離の候補の中から、ＰＲＩ内距離が折り返し回数の誤りなく選択された場合のＰＲＩ内距離の観測誤差であり、その共分散ＲRpriがパラメータとして事前に与えられる。
【００６４】
推定値収束判定部１７は、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値の収束度合いを判定する（ステップＳＴ２３）。
この推定値が十分に収束していれば、レーダ１の観測値であるＰＲＩ内距離の候補の絞込みが十分であるが、収束が不十分であれば、ＰＲＩ内距離の候補が十分に絞り込められておらず、そのＰＲＩ内距離の候補を使用して追尾処理を実施すると、後段の準最適化処理で正しい仮説を棄却してしまう危険性が高くなる。
【００６５】
推定値収束判定部１７は、下記の（１）又は（２）に該当する場合、推定値が十分に収束していると判定する。
（１）ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の個数が閾値Ｍpriより少なければ、推定値が十分に収束していると判定する。
（２）初期値算出部１１により算出された推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’の固有値の最大値が閾値ｅｉｇthより小さければ、推定値が十分に収束していると判定する。
ただし、閾値Ｍpri，閾値ｅｉｇthは事前に設定されるパラメータである。
なお、上記の（２）による判定は、ステップＳＴ２１における「ビート周波数による初期値の算出処理」の直後に実施することができるため、処理の実施手順は、図９のようになる。
【００６６】
推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していると判定された場合、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離を推定値仮説生成部１５に与えられるが、推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していないと判定された場合（ステップＳＴ２４）、ステップＳＴ２５の「推定値出力」に移行し、現時点の推定値ｘ11ハット（＋）’，Ｐ1（＋）’が目標追尾装置の最終推定値ｘ11ハット（＋），Ｐ1（＋）として出力され、現サンプリング時刻の処理を終了する。
なお、この時点では、ＰＲＩ内距離の観測値が推定処理に使用されていないため、仮説の数は唯一つである。
【００６７】
推定値仮説生成部１５は、推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していると判定された場合、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出する（ステップＳＴ２６）。
この段階では、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の数だけ仮説が生成され、各仮説の信頼度γ1,iは、下記の式（７０）で算出される。
式（７０）式では、ｉ番目の仮説がＰＲＩ内距離の観測値としてＲｐｒｉ1nを選択していることを前提としている。
【００６８】
推定値仮説生成部１５は、各仮説の信頼度γ1,iを算出すると、その信頼度γ1,iに基づいて目標追尾装置の処理能力に見合った数の仮説を採択し、採択されなかった仮説を破棄する（ステップＳＴ２７）。
例えば、信頼度γ1,iが高い上位Ｎ個の仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法や、信頼度γ1,iが所定の閾値より高い仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法などが考えられる。
【００６９】
ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は、推定値仮説生成部１５により採択された仮説毎に、当該仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、下記の式（７１）（７２）に示すように、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（初期値算出部１１により算出された推定値の初期値ｘ1ハット（＋）’、推定誤差共分散の初期値Ｐ1（＋）’）を更新する（ステップＳＴ２８）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋ1はカルマンゲインであり、下記の式（７３）で算出される。
【００７０】
以上が最初の２サンプリング時刻の観測値での処理である。
以降のサンプリング時刻では、１サンプリング時刻の観測値毎に処理する。
ビート周波数フィルタ処理部１２は、初期値算出部１１により初期値が算出された後、レーダ１により観測されたビート周波数ｆｂkを受ける毎に、そのビート周波数ｆｂkを用いて、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値を更新し、更新後の推定値を推定結果格納部１３に格納する。
【００７１】
即ち、ビート周波数フィルタ処理部１２は、下記の式（７４）に示すように、レーダ１により観測されたビート周波数ｆｂkと、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（初期値算出部１１により算出された初期推定値、または、ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６により更新された推定値）との相関判定を行う（図１０のステップＳＴ３１）。
ここで、Ｈ（ｊ）は仮説の番号、ｘkH(j)ハット（−）は仮説Ｈ（ｊ）における予測値であり、下記の式（７５）で算出される。
また、Ｓfbは残差共分散行列であり、下記の式（７６）で算出される。
ここで、Ｐk（−）は予測誤差共分散行列であり、下記の式（７７）で算出される。
【００７２】
ビート周波数フィルタ処理部１２は、式（７４）が成立していなければ、そのビート周波数ｆｂkはゲート外にあると判定して、そのビート周波数ｆｂkを破棄する。
一方、式（７４）が成立していれば、そのビート周波数ｆｂkはゲート内にあると判定し、下記の式（７８）（７９）に示すように、そのビート周波数ｆｂkを用いて、推定結果格納部１３により格納されている各仮説の推定値であるｘkH(j)ハット（−），Ｐk（−）を更新し、更新後の推定値ｘkH(j)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’を推定結果格納部１３に格納する（ステップＳＴ３２）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋk’はカルマンゲインであり、下記の式（８０）で算出される。
【００７３】
ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４は、レーダ１から目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受けると、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（ビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(j)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’）を用いて、そのＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施することで、ＰＲＩ内距離の候補の絞り込みを行う（ステップＳＴ３３）。
ゲート内外判定は下記の式（８１）の成否により決定され、式（８１）が成立するＰＲＩ内距離はゲート内にあると判定されて、推定値仮説生成部１５に出力されるが、式（８１）が成立しないＰＲＩ内距離はゲート外にあると判定されて破棄される。
ここで、ＳRはＰＲＩ内距離に関する残差共分散行列であり、下記の式（８２）で算出される。
式（８２）において、Ｐk（＋）’はビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(j)ハット（＋）’の平滑誤差共分散行列である。
また、ＨRpriはＰＲＩ内距離の観測行列、ＲRpriはＰＲＩ内距離の観測誤差共分散行列であり、下記の式（８３）に示す観測モデルにより算出される。
【００７４】
観測行列ＨRpriは、下記の式（８４）で表される。
また、ｅRpriはＰＲＩ内距離の候補の中から、ＰＲＩ内距離が折り返し回数の誤りなく選択された場合のＰＲＩ内距離の観測誤差であり、その共分散ＲRpriがパラメータとして事前に与えられる。
【００７５】
推定値収束判定部１７は、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値の収束度合いを判定する（ステップＳＴ３４）。
この推定値が十分に収束していれば、レーダ１の観測値であるＰＲＩ内距離の候補の絞込みが十分であるが、収束が不十分であれば、ＰＲＩ内距離の候補が十分に絞り込められておらず、そのＰＲＩ内距離の候補を使用して追尾処理を実施すると、後段の準最適化処理で正しい仮説を棄却してしまう危険性が高くなる。
【００７６】
推定値収束判定部１７は、下記の（１）又は（２）に該当する場合、推定値が十分に収束していると判定する。
（１）ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の個数が閾値Ｍpriより少なければ、推定値が十分に収束していると判定する。
（２）ビート周波数フィルタ処理部１２により算出された誤差共分散行列Ｐk（＋）’の固有値の最大値が閾値ｅｉｇthより小さければ、推定値が十分に収束していると判定する。
ただし、閾値Ｍpri，閾値ｅｉｇthは事前に設定されるパラメータである。
なお、上記の（２）による判定は、ステップＳＴ３２における「ビート周波数の平滑処理」の直後に実施することができるため、処理の実施手順は、図１１のようになる。
【００７７】
推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していると判定された場合、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離を推定値仮説生成部１５に与えられるが、推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していないと判定された場合（ステップＳＴ３５）、ステップＳＴ３６の「推定値出力」に移行し、現時点の推定値ｘk1ハット（＋）’，Ｐk（＋）’が目標追尾装置の最終推定値ｘk1ハット（＋），Ｐk（＋）として出力され、現サンプリング時刻の処理を終了する。
【００７８】
推定値仮説生成部１５は、推定値収束判定部１７により推定値が十分に収束していると判定された場合、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、その仮説の信頼度を算出する（ステップＳＴ３７）。
この段階では、ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部１４によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の数だけ仮説が生成され、各仮説の信頼度γk,iは、下記の式（８８）で算出される。
ここでは、現サンプリング時刻ｋのｉ番目の仮説Ｈ（ｉ）におけるサンプリング時刻ｋ−１の親仮説をＨ（ｊ）としている。つまり、この時刻の仮説の信頼度は、親仮説の信頼度に現サンプリング時刻のＰＲＩ内距離に関する尤度を積算することにより得られる。
【００７９】
推定値仮説生成部１５は、各仮説の信頼度γk,iを算出すると、その信頼度γk,iに基づいて目標追尾装置の処理能力に見合った数の仮説を採択し、採択されなかった仮説を破棄する（ステップＳＴ３８）。
例えば、信頼度γk,iが高い上位Ｎ個の仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法や、信頼度γk,iが所定の閾値より高い仮説を残して、それ以外の仮説を破棄する方法などが考えられる。
【００８０】
ＰＲＩ内距離フィルタ処理部１６は、推定値仮説生成部１５により採択された仮説毎に、当該仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、下記の式（８９）（９０）に示すように、推定結果格納部１３により格納されている現時点での運動諸元の推定値（ビート周波数フィルタ処理部１２により更新された推定値ｘkH(i)ハット（＋）’，Ｐk（＋）’）を更新する（ステップＳＴ３９）。
ここで、Ｉは単位行列、Ｋkはカルマンゲインであり、下記の式（９１）で算出される。
【００８１】
この実施の形態２では、上記実施の形態１と同様に、ＰＲＩ内距離の候補の選択について複数の仮説を生成し、それらの仮説を信頼度に応じて絞り込みながら候補の特定を行うことを前提とするが、レーダ１の観測値であるビート周波数の推定値の精度に応じて、レーダ１の観測値であるＰＲＩ内距離の利用を決定しているので、候補選択を誤る危険性が上記実施の形態１より更に低減される。また、処理負荷についても上記実施の形態１より削減される。
【００８２】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１ レーダ、２ 目標追尾装置、１１ 初期値算出部（初期値算出手段）、１２ ビート周波数フィルタ処理部（第１の推定値更新手段）、１３ 推定結果格納部、１４ ＰＲＩ内距離ゲート内外判定部（ゲート内外判定手段）、１５ 推定値仮説生成部（推定値仮説生成手段）、１６ ＰＲＩ内距離フィルタ処理部（第２の推定値更新手段）、１７ 推定値収束判定部（推定値収束判定手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダから得られる目標の観測値であるビート周波数を用いて、上記目標の運動諸元の推定値の初期値を算出する初期値算出手段と、上記初期値算出手段により推定値の初期値が算出された後、上記レーダにより観測されたビート周波数を受ける毎に、上記ビート周波数を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第１の推定値更新手段と、上記レーダから目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受ける毎に、現時点での運動諸元の推定値を用いて、上記ＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施し、ゲート外にあるＰＲＩ内距離を破棄するゲート内外判定手段と、上記ゲート内外判定手段によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、上記仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する推定値仮説生成手段と、上記推定値仮説生成手段により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第２の推定値更新手段とを備えた目標追尾装置。
【請求項２】
初期値算出手段は、目標の観測値である最初のサンプリング時刻におけるビート周波数と、次のサンプリング時刻におけるビート周波数との差が、上記目標の最大速度から算出されるビート周波数の差の最大変化より小さい場合に限り、上記目標の観測値であるビート周波数を用いて、推定値の初期値を算出することを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
【請求項３】
ゲート内外判定手段は、レーダから得られる目標の観測値である角度情報を用いて、目標の距離変化率を算出し、上記目標の距離変化率と現時点での運動諸元の推定値における距離変化率の成分との照合判定を実施して、所定の関係が認められなければ、ＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施して、上記ＰＲＩ内距離がゲート内にあると判定しても、上記ＰＲＩ内距離を破棄することを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
【請求項４】
推定値仮説生成手段は、前サンプリング時刻における仮説の信頼度に対して、照合の尤度を積算することで、現サンプリング時刻における仮説の信頼度を算出することを特徴とする請求項３記載の目標追尾装置。
【請求項５】
ゲート内外判定手段は、ＰＲＩ内距離とビート周波数からなる２次元の観測値のゲート内外判定を実施し、ゲート外にある観測値を破棄することを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
【請求項６】
運動諸元の推定値が収束しているか否かを判定し、上記推定値が収束していれば、ゲート内外判定手段によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離を推定値仮説生成手段に与える推定値収束判定手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の目標追尾装置。
【請求項７】
推定値収束判定手段は、ゲート内外判定手段によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の個数が所定の閾値より少なければ、推定値が収束していると判定することを特徴とする請求項６記載の目標追尾装置。
【請求項８】
推定値収束判定手段は、第１の推定値更新手段により推定値が更新される際に算出される誤差共分散行列の固有値の最大値が所定の閾値より小さければ、推定値が収束していると判定することを特徴とする請求項６記載の目標追尾装置。
【請求項１】
レーダから得られる目標の観測値であるビート周波数を用いて、上記目標の運動諸元の推定値の初期値を算出する初期値算出手段と、上記初期値算出手段により推定値の初期値が算出された後、上記レーダにより観測されたビート周波数を受ける毎に、上記ビート周波数を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第１の推定値更新手段と、上記レーダから目標の観測値であるＰＲＩ内距離を受ける毎に、現時点での運動諸元の推定値を用いて、上記ＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施し、ゲート外にあるＰＲＩ内距離を破棄するゲート内外判定手段と、上記ゲート内外判定手段によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離毎に推定値の仮説を生成して、上記仮説の信頼度を算出し、１以上の仮説の中で、信頼度が高い仮説を採択する推定値仮説生成手段と、上記推定値仮説生成手段により採択された仮説に係るＰＲＩ内距離を用いて、現時点での運動諸元の推定値を更新する第２の推定値更新手段とを備えた目標追尾装置。
【請求項２】
初期値算出手段は、目標の観測値である最初のサンプリング時刻におけるビート周波数と、次のサンプリング時刻におけるビート周波数との差が、上記目標の最大速度から算出されるビート周波数の差の最大変化より小さい場合に限り、上記目標の観測値であるビート周波数を用いて、推定値の初期値を算出することを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
【請求項３】
ゲート内外判定手段は、レーダから得られる目標の観測値である角度情報を用いて、目標の距離変化率を算出し、上記目標の距離変化率と現時点での運動諸元の推定値における距離変化率の成分との照合判定を実施して、所定の関係が認められなければ、ＰＲＩ内距離のゲート内外判定を実施して、上記ＰＲＩ内距離がゲート内にあると判定しても、上記ＰＲＩ内距離を破棄することを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
【請求項４】
推定値仮説生成手段は、前サンプリング時刻における仮説の信頼度に対して、照合の尤度を積算することで、現サンプリング時刻における仮説の信頼度を算出することを特徴とする請求項３記載の目標追尾装置。
【請求項５】
ゲート内外判定手段は、ＰＲＩ内距離とビート周波数からなる２次元の観測値のゲート内外判定を実施し、ゲート外にある観測値を破棄することを特徴とする請求項１記載の目標追尾装置。
【請求項６】
運動諸元の推定値が収束しているか否かを判定し、上記推定値が収束していれば、ゲート内外判定手段によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離を推定値仮説生成手段に与える推定値収束判定手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の目標追尾装置。
【請求項７】
推定値収束判定手段は、ゲート内外判定手段によりゲート内にあると判定されたＰＲＩ内距離の個数が所定の閾値より少なければ、推定値が収束していると判定することを特徴とする請求項６記載の目標追尾装置。
【請求項８】
推定値収束判定手段は、第１の推定値更新手段により推定値が更新される際に算出される誤差共分散行列の固有値の最大値が所定の閾値より小さければ、推定値が収束していると判定することを特徴とする請求項６記載の目標追尾装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−２８４１（Ｐ２０１３−２８４１Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１３４１（Ｐ２０１１−１３１３４１）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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