JPS61169786A - Tracking filter - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は観測雑音を含んだ目標位置情報を目標観測装
置より入力し、目標位置の真値および速度・加速度等の
目標運動諸元を推定する追尾フィルタの精度向上の方法
について提案するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] This invention inputs target position information containing observation noise from a target observation device, and estimates the true value of the target position and target motion specifications such as velocity and acceleration. This paper proposes a method for improving the accuracy of tracking filters.
第2図は通常のカルマンフィルタで追尾フィルタを構成
した場合の図であ抄1図において(1)は観測雑音を含
んだ目標位置を計測する目標観測装置。Fig. 2 is a diagram of a tracking filter configured with a normal Kalman filter. In Fig. 1, (1) is a target observation device that measures a target position including observation noise.
(2)は目標位置および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を算出するためのゲイン行列
算出器、(3)は目標位置および目標運動諸元の平滑値
を算出する平滑器、(4)は現時点よす1サンプリング
後の目標位置および目標運動諸元の予測値を算出する予
測値算出器、(5)は第1の遅延回路、(8)は平滑値
の誤差を評価する平滑誤差評価装置、 (111は予測
値の誤差を評価する予測誤差評価装置、αりは第4の遅
延回路である。(2) is a gain matrix calculator for calculating the Kalman gain matrix used to calculate the smoothed values of the target position and target motion specifications; (3) is the smoother for calculating the smoothed values of the target position and target motion specifications. , (4) is a predicted value calculator that calculates the predicted values of the target position and target motion specifications after one sampling at the current time, (5) is the first delay circuit, and (8) is the evaluation of the error of the smoothed value. (111 is a prediction error evaluation device that evaluates the error of a predicted value, and α is a fourth delay circuit.
従来の追尾フィルタは上記のように構成され。A conventional tracking filter is configured as described above.
たとえば座標系としては固定直交座標、運動系モデルと
しては等速直線運動モデルが使用されていた。目標観測
装置(1)では、極座標における目標位置情報である観
測雑音を含んだ距離・高角・方位角を観測する。ゲイン
行列算出器(2)では、あらかじめ設定しである観測系
モデルより得られる極座標における観測雑音の共分散行
列を目標観測装置(1)より入力される極座標における
目標位置情報により固定直交座標における観測雑音の共
分散行列に変換し、この行列と1サンプリング前に予測
誤差評価装置で算出しておいた予測誤差の共分散行列と
によりカルマンフィルタの理論に従いゲイン行列を算出
する。平滑器(3)では、予測値算出器(4)より入力
される1サンプリング前に算出した現時点に対しての固
定直交座標における目標位置および目標速度の予測値を
、目標観測装置(1)より入力される固定直交座標に変
換後の目標位置の観測値と予測値算出器(4)よ抄入力
される固定直交座標における上記の現時点に対しての目
標位置の予測値との差にゲイン行列算出器(2)より入
力されるゲイン行列を乗算した値で修正し、目標位置お
よび目標速度の平滑値を算出する。予測値算出器(4)
では目標が等速直線運動を行なうとして平滑器(3)で
算出した目標位置および目標速度をもとに1サンプリン
グ後の目標位置および目標速度の予測値を算出する。平
滑誤差評価装置(8)ではあらかじめ設定された運動系
モデル通りに目標が運動し、あらかじめ設定された観測
系モデル通りに目標位置の観測値が得られた場合に算出
される平滑値と真値との差の共分散行列を算出する。予
測誤差評価装置では平滑誤差評価装置(8)よ抄入力さ
れる共分散行列をもとに目標が運動系モデル通りに運動
するとした場合の現時点よ#)lサンプリング後に発生
する予測値と真値との差の共分散行列を算出する。For example, fixed orthogonal coordinates were used as the coordinate system, and a uniform linear motion model was used as the motion system model. The target observation device (1) observes distance, height angle, and azimuth including observation noise, which is target position information in polar coordinates. The gain matrix calculator (2) calculates the observation noise covariance matrix in polar coordinates obtained from a preset observation system model using the target position information in polar coordinates input from the target observation device (1) for observation in fixed orthogonal coordinates. It is converted into a noise covariance matrix, and a gain matrix is calculated according to the Kalman filter theory using this matrix and the prediction error covariance matrix calculated by the prediction error evaluation device one sampling ago. The smoother (3) uses the predicted values of the target position and target speed in the fixed orthogonal coordinates for the current moment calculated one sampling ago, which are input from the predicted value calculator (4), from the target observation device (1). A gain matrix is applied to the difference between the observed value of the target position after conversion into the input fixed orthogonal coordinates and the predicted value of the target position for the above-mentioned current point in the fixed orthogonal coordinates inputted by the predicted value calculator (4). The gain matrix inputted from the calculator (2) is corrected by the multiplied value, and smoothed values of the target position and target velocity are calculated. Predicted value calculator (4)
Now, assuming that the target performs uniform linear motion, predicted values of the target position and target speed after one sampling are calculated based on the target position and target speed calculated by the smoother (3). The smoothing error evaluation device (8) calculates the smoothed value and true value when the target moves according to the preset motion system model and the observed value of the target position is obtained according to the preset observation system model. Calculate the covariance matrix of the difference between The prediction error evaluation device calculates the predicted value and true value that occur after sampling based on the covariance matrix inputted to the smoothing error evaluation device (8). Calculate the covariance matrix of the difference between
上記のような従来の追尾フィルタでは、目標が急旋回を
行なっている時でも、目標が等速直線運動を行なうとし
て、予測誤差評価装置@で予測誤差の共分散行列を算出
しているため誤差が生じ。In the conventional tracking filter as described above, even when the target is making a sharp turn, the prediction error evaluation device @ calculates the covariance matrix of the prediction error, assuming that the target is moving in a straight line at a constant velocity. occurs.
その結果がゲイン行列算出器(2)で算出しているゲイ
ン行列に伝達する。同様にして予測値算出器(4)で算
出する予測値にも誤差か生じる。平滑器(3)ではゲイ
ン行列および予測値を使用して平滑値を算出しているた
めlサンプリングごとく誤差が生じ。The result is transmitted to the gain matrix being calculated by the gain matrix calculator (2). Similarly, an error occurs in the predicted value calculated by the predicted value calculator (4). Since the smoother (3) calculates a smoothed value using the gain matrix and the predicted value, an error occurs every 1 samplings.
その誤差が累積することにより、平滑値はついKは真値
とまったくかけ離れた値となるという問題点があった。As the errors accumulate, there is a problem in that the smoothed value K becomes a value that is completely different from the true value.
また、固定直交座標において目標が等加速度運動を行な
うとした運動系モデルを採用してカルマンフィルタで追
尾フィルタを構成する方法もあるが、第3図に示すよう
に目標が等連日運動を行なう場合においても、速度・加
速度の大きさは一定であるが、それらの向きは時々刻々
と変化しているので固定直交座標おのおのの軸上で考え
た速度・加速度は正弦波状に変化しているため計算精度
はあまり向上されなかりた。ここで。There is also a method of configuring a tracking filter using a Kalman filter by adopting a motion system model in which the target moves with constant acceleration in fixed orthogonal coordinates, but as shown in Figure 3, when the target moves evenly every day, Also, the magnitude of velocity and acceleration is constant, but their direction changes from moment to moment, so the velocity and acceleration considered on each axis of the fixed orthogonal coordinates change in a sinusoidal manner, so the calculation accuracy is poor. was not improved much. here.
第3図において、Aは等連日運動目標の回転中心。In Figure 3, A is the rotation center of the equal daily exercise target.
Bはある時刻における目標の位置、Cは目標位置Bに対
する速度ベクトル、Dは目標位置Bに対する加速度ベク
トルである。B is the position of the target at a certain time, C is the velocity vector with respect to the target position B, and D is the acceleration vector with respect to the target position B.
この発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、速度ベクトルの向きを変化させながら飛行する
目標に対しても精度よく追尾できる追尾フィルタを構成
することを目的とする。The present invention was made to solve these problems, and it is an object of the present invention to construct a tracking filter that can accurately track a flying target while changing the direction of its velocity vector.
この発明の追尾フィルタは目標観測装置で観測し先金を
平滑化し目標の位置、速度、加速度などの運動諸元をカ
ルマンフィルタを使用した追尾フィルタにより算出する
さいに、速度ベクトルの方向を一軸とする目標の運動と
ともに変化する動的直交座標を使用するとともにあるサ
ンプリング時刻より次のサンプリング時刻に運動諸元が
推移する状態を表現する推移行列を算出するのに目標の
速度・加速度より目標の角速度を算出し、角速度を使用
するようにしたものである。The tracking filter of this invention uses the direction of the velocity vector as one axis when observing with a target observation device, smoothing the predetermined value, and calculating motion specifications such as the position, velocity, and acceleration of the target using a tracking filter using a Kalman filter. In addition to using dynamic orthogonal coordinates that change with the target's motion, we calculate the target's angular velocity from the target's velocity and acceleration in order to calculate the transition matrix that expresses the transition of motion parameters from one sampling time to the next sampling time. It is calculated using angular velocity.
この発明においては、目標の運動諸元を算出するのに従
来使用していた第4図のような目標観測装置を原点0.
東方向をX軸の正X、北方向をy軸の正Y、鉛直の上方
向を2軸の正2とする固定直交座標0− xyzの代わ
秒に、第5図のような追尾中心を原点0′、目標の速度
ベクトルをU軸の正U、水平面に平行な面内で速度ベク
トルに垂直で右手方向をV軸の正V、速度ベクトルに垂
直で下向きをW軸の正Wとする動的直交座標0’−uV
Wを採用した。ここで、第4図において、0は座標0−
xyzの原点、Xは座標0−xyzのX軸、Yは座標0
−xyzのy軸、2は座標0−xyzの2軸であり、第
5図において、0′は座標0’−uvwの原点。In this invention, the target observation device as shown in FIG. 4, which has been conventionally used to calculate the motion specifications of the target, is used at the origin 0.
Set the tracking center in seconds instead of 0-xyz in fixed orthogonal coordinates, with the east direction being the positive X of the X axis, the north direction being the positive Y of the y axis, and the vertical upward direction being the positive 2 of the two axes. The origin is 0', the target velocity vector is the positive U of the U axis, the direction perpendicular to the velocity vector and to the right in a plane parallel to the horizontal plane is the positive V of the V axis, and the downward direction perpendicular to the velocity vector is the positive W of the W axis. Dynamic orthogonal coordinates 0'-uV
W was adopted. Here, in FIG. 4, 0 is the coordinate 0-
Origin of xyz, X is coordinate 0 - X axis of xyz, Y is coordinate 0
-xyz y-axis, 2 is the coordinate 0-xyz two axes, and in FIG. 5, 0' is the origin of the coordinate 0'-uvw.
Uは座標o’−uvwのU軸、■は座標0’−uvwの
V軸、Wは座標0’ uvwのW軸、PはU軸回りの
角速度、QはV軸回りの角速度、RはW軸回りの角速度
である。さらに、目標の速度ベクトルの向きが刻々変化
する場合に生ずる目標の角速度を目標の速度・加速度よ
り算出し、動的直交座標0’−uvwにより速度、加速
度および角速度を使用して目標の運動諸元を算出するこ
とにより算出精度を上げようとしたものである。U is the U axis with coordinates o'-uvw, ■ is the V-axis with coordinates 0'-uvw, W is the W-axis with coordinates 0' uvw, P is the angular velocity around the U-axis, Q is the angular velocity around the V-axis, and R is This is the angular velocity around the W axis. Furthermore, the angular velocity of the target that occurs when the direction of the velocity vector of the target changes every moment is calculated from the velocity and acceleration of the target, and the motion parameters of the target are calculated using the velocity, acceleration, and angular velocity according to the dynamic orthogonal coordinates 0'-uvw. This is an attempt to improve calculation accuracy by calculating the original.
第1図はこの発明を最も有効に活用できる目標自動追尾
装置の一実施例の主要部分を示す構成図であり0図にお
いて(1)は目標観測装置、(2)はゲイン行列算出器
、(3)は平滑器、(4)は予測値算出器。FIG. 1 is a block diagram showing the main parts of an embodiment of an automatic target tracking device that can most effectively utilize the present invention. In FIG. 0, (1) is a target observation device, (2) is a gain matrix calculator, ( 3) is a smoother, and (4) is a predicted value calculator.
(5)は第1の遅延回路、(6)は直交座標0−xyz
と直交座標0−uvvr間の座標変換行列を算出する座
標変換行列算出器、(7)は第2の遅延回路、(8)は
平滑誤差評価装置、(9)はlサンプリング後の目標位
置および目標運動諸元を算出するのに使用する推移行列
を算出する推移行列算出器、αGは第3の遅延回路、(
1υは予測誤差評価装置、(12は第4の遅延回路、α
Jは目標観測装置(1)を目標に指向させるための駆動
装置である。(5) is the first delay circuit, (6) is the orthogonal coordinate 0-xyz
(7) is the second delay circuit, (8) is the smoothing error evaluation device, (9) is the target position after l sampling and A transition matrix calculator that calculates the transition matrix used to calculate the target motion specifications, αG is the third delay circuit, (
1υ is a prediction error evaluation device, (12 is a fourth delay circuit, α
J is a drive device for directing the target observation device (1) to the target.
第6図は目標姿勢角を説明するための図であり。FIG. 6 is a diagram for explaining the target attitude angle.
図においてHは速度ベクトル上の単位ベクトル。In the figure, H is a unit vector on the velocity vector.
■はベクトルHを水平面に射影したベクトル、Jは水平
面における目標の姿勢角で直交座標0− xyzのy軸
YよりベクトルItでの角度、には鉛直面における目標
の姿勢角でベクトルエよレベクトルHまでの角度、0は
直交座標0−xyzの原点、XはX軸、Yはy軸、2は
z軸である。第6図より速度ベクトルの直交座標0−x
yzに関する成分をである。■ is the vector obtained by projecting the vector H onto the horizontal plane, J is the attitude angle of the target on the horizontal plane, and the angle of the vector It from the y-axis Y of Cartesian coordinates 0-xyz is the attitude angle of the target on the vertical plane. 0 is the origin of the orthogonal coordinates 0-xyz, X is the X axis, Y is the y axis, and 2 is the z axis. From Figure 6, the orthogonal coordinates of the velocity vector 0-x
Here is the component related to yz.
なお、空間中の任意のベクトルの直交座標〇−る成分[
uW]との間には目標姿勢角JおよびKによる直交行列
Fおよびその転置行列F1を使用すれば線形代数学によ
り
の関係がある。Note that the orthogonal coordinates of any vector in space are the components [
uW], there is a relationship based on linear algebra if an orthogonal matrix F based on the target attitude angles J and K and its transposed matrix F1 are used.
つまり、たとえば加速度ベクトルの直交座標0−xyz
およびO−uvwに関する成分をそれぞれとすれば
の関係がある。That is, for example, the orthogonal coordinates of the acceleration vector 0-xyz
and O-uvw, respectively.
また、直交座標0− uvwにおける各軸上の正の向き
の単位ベクトルをそれぞれ百u、eマ、でWとすれば、
ベクトル解析学の公式により、第5図の角速度P、Q、
Rを使用して。Also, if the unit vectors in the positive direction on each axis in the orthogonal coordinates 0-uvw are 100 u and e ma, respectively, then
According to the formula of vector analysis, the angular velocities P, Q,
using R.
一百マ=4Nll+p〜 ・−一一一一一
叫t
−ew = Q iFw −P My
−−−−−−−−αDt
の関係がある。ただし、U軸回りの角速度Pは目標追尾
には無関係なので
p = o
−−−−−(2)とする。また、追尾目標の角速
度は一定であり。100 Ma=4Nll+p~ ・-11111 Shout t -ew = Q iFw -P My
There is a relationship of ----------αDt. However, since the angular velocity P around the U axis is irrelevant to target tracking, p = o
-------- (2). Also, the angular velocity of the tracking target is constant.
進行方向の加速度も一定とする。すなわちとする。The acceleration in the direction of travel is also constant. That is to say.
直交座標0−uvwにおける目標の位置ベクトルを更、
目標の速度をf、すなわち
f=r匹y” −f−Vl =W葱7〒り・−Q4)と
すれば、座標系の取り方よりe Vu=f 、 Vv=
=Vw=0で
翌=f−ε・=−・τII −m−−−(
至)t
となる。Change the target position vector in Cartesian coordinates 0-uvw,
If the speed of the target is f, that is, f = r animals y" - f - Vl = W onion 7 - Q4), then from the way the coordinate system is set, e Vu = f , Vv =
=Vw=0 and next = f−ε・=−・τII −m−−−(
to) t.
従って、加速度ベクトルは
となる。式αGに式(9)を適用して
を得る。一方、加速度ベクトルの直交座標0−uvwf
Au== −−−−−−−−一止
t
Av = R−f −−−−−
−一 叩Aw =−Q−f −一
−−−−−−■となる。よって、角速度RおよびQは
Av
R= −−−−−−−−−−(211
V
Q = −−−−m−−−−−−−■
により求まる。Therefore, the acceleration vector becomes. By applying equation (9) to equation αG, we obtain. On the other hand, the orthogonal coordinates of the acceleration vector 0−uvwf Au== −−−−−−−−One stop t Av = R−f −−−−−
-1 hit Aw = -Q-f -1---■. Therefore, the angular velocities R and Q are determined by Av R = -------- (211 V Q = ----m------■).
式α樽より式αりは
−”’ = Au−Mu −1−(R,f )、ew
+(Q、f )” −−−−−63dt’
となる。From the formula α barrel, the formula α is −”’ = Au−Mu −1−(R, f ), ew
+(Q,f)''---63dt'.
さらに1式@は式叩及び式α印により と書ける。Furthermore, 1 type @ is given by the formula and the formula α mark. It can be written as
式のより
となる。武器に式(9)〜(至)を適用してを得る。さ
らに弐■に式叩を適用して
を得る。This is based on the formula. Apply equations (9) to (to) to the weapon to obtain. Furthermore, apply the formula to 2■ to obtain.
現時点よりt秒後の目標位置予測ベクトルをP、(t)
と書けば
値である。The target position prediction vector after t seconds from the current time is P, (t)
If you write it, it is a value.
目標自動追尾装置に要求される精度により異なるが、こ
こでは式(支)において4次以上の項を打ち切れば
となる。Although it depends on the accuracy required of the automatic target tracking device, here, it is necessary to truncate the terms of the fourth order or higher in the equation (support).
式■においてNojo)すなわち目標位置ベクトルの式
α91式(2)および式■により、3×3の単位行列を
Iと書けば
となる。ここで
である。Nojo in formula (2), that is, the target position vector formula α91 (2) and formula (2), the 3×3 unit matrix can be written as I. Here it is.
現時点よりt秒後の目標速度予測ベクトルを偽りと書け
ば1式国を微分することによりを得る。If we write the target speed prediction vector t seconds after the current time as false, we can obtain by differentiating the equation 1.
現時点よりを砂径の目標加速度予測ベクトルをA−(0
と書けば1式国を微分することによりを得る。From the present moment, the target acceleration prediction vector of the sand diameter is set as A-(0
By writing, we obtain by differentiating the equation 1 country.
式■1式■および式(至)より、サンプリング時刻ti
、における直交座標Q−uvvを使用して、運動系モデ
ルを
x1=Φに+1 ” x−+ハ(K−t ) ・W(−
1−−一−−−−CtSと嘗ける。ここで、x、は、サ
ンプリング時刻t、における目標運動諸元の真値である
状態ベクトル。From formula ■1 formula■ and formula (to), sampling time ti
, using the orthogonal coordinates Q-uvv in
1--1-----CtS. Here, x is a state vector that is the true value of the target motion specifications at sampling time t.
すなわち
であり、0m−1はサンプリング時刻t、−6から1.
への状態ベクトルの推移行列であり、Iを3X3の単位
行列とすれば
であり、B!にはサンプリング時刻t。Kおける式(支
)を算出した場合の打切誤差の4次の項に相当する駆動
雑音ベクトルで
WEI =舊’Uw ) ’ −−−
−−−−−−(至)であり、Eを平均をあられす記号と
してwKは平均主の多変量正規分布に従うとし
B [!、] =且 、−−−−−一一囮E
〔菫凹]=QK(K=jの時)、O工(K〜jの時)−
、(4υとする。That is, 0m-1 is the sampling time t, from -6 to 1.
is the transition matrix of the state vector to , and if I is a 3×3 unit matrix, then B! is the sampling time t. The driving noise vector corresponding to the fourth order term of the truncation error when calculating the equation (support) in K is WEI = 舊'Uw ) ' ---
------- (to), and let E be the symbol representing the mean, and wK follows the mean-dominant multivariate normal distribution. B [! , ] = and , ------11 decoy E
[Radio-concave] = QK (when K = j), O (when K ~ j) -
, (4υ.
また、目標観測装置からは第7図に示すような極座標系
で目標位置情報が得られるとする。ここで、第7図にお
いて、Bはある時刻における目標の位置、0は座標0−
xyzの原点、Xは座標系o−xyzのX軸、 YVi
、軸、z′fiz軸、Lは目標までの距離1Mは目標の
方位角、Nは目標の高角である。第7図よ抄
Px = L −ctsN −sinM
−−−−−−−(BPy = L−■N−(2)M
−−−−−−一 關P、= L −sin
M −−−−−−−14)である。こ
こで、目標位置ベクトルpの直交座標式(社)〜式(財
)により直交座標o−xyzにおける微小両者の微小量
の関係を線型近似すれば、全微分の公式より
となる。It is also assumed that target position information is obtained from the target observation device in a polar coordinate system as shown in FIG. Here, in FIG. 7, B is the target position at a certain time, and 0 is the coordinate 0-
The origin of xyz, X is the X axis of the coordinate system o-xyz, YVi
, axis, z'fiz axis, L is the distance to the target, 1M is the azimuth angle of the target, and N is the high angle of the target. Figure 7: Px = L -ctsN -sinM
−−−−−−−(BPy = L−■N−(2)M
−−−−−−1 關P, = L −sin
M -------14). Here, if the relationship between the two minute amounts in the orthogonal coordinates o-xyz is linearly approximated using the orthogonal coordinate equations of the target position vector p, the total differential formula is obtained.
従って、直交座標0− u vwK関する観測系モデル
は、サンプリング時刻t1における八及び式(5)のF
をそれぞれ7’、(x)、 Pkとし
とすれば、サンプリング時刻t、での直交座標0−uv
wにおける真値は”ZG*、Xiだから
Z−=HG: G −x−+ F:nQ4 v−−−−
−−−(481と書ける。ここでILzはサンプリング
時刻t、における観測ベクトルHは観測行列で
H−(I OI OI) −−一−−−
−f41!1はサンプリング時刻t、における極座標表
示による観測雑音ベクトルで!1は平均qの多変量正規
分布に従い
g[ylI]=立 −一−−−−−・
団E[yxyす=P、(K〜jの時)、0I(K〜jの
時)−(財)とする。また、yl、w、はお互いに無相
間、すなわち
E[y菖!r、 1= OI (すべてのに、jについ
て)−〇埠とする。Therefore, the observation system model regarding the orthogonal coordinates 0- u vwK is 8 at sampling time t1 and F of equation (5)
are 7', (x), and Pk, respectively, then the orthogonal coordinates 0-uv at sampling time t,
The true value at w is "ZG*, Xi, so Z-=HG: G -x-+ F:nQ4 v----
---(It can be written as 481. Here, ILz is the sampling time t, and the observation vector H is the observation matrix H-(I OI OI) ---1--
-f41!1 is the observation noise vector expressed in polar coordinates at sampling time t! 1 follows the multivariate normal distribution with mean q, and g[ylI] = standing -1-----
Group E[yxys=P, (when K~j), 0I (when K~j) - (goods). Also, yl and w are mutually phaseless, that is, E[y iris! r, 1 = OI (for all, j) - 〇 埠.
以上のことより通常のカルマンフィルタの理論と同様に
して、サンプリング時刻t、における直交座標0−Of
f を使用して
翫@(→=Φ1k(→ −−−−−−6
JP、、(→=Φ筐・p、(→・Φ:+ハ帽も・君(ト
)1−−−一(財)願←ααg XK(→+4・(至)
−H・((・へ、翫←)l −−−=(至)を得る。こ
こで
1、(→は、観測ベクトル&、L、・・・、j□ようの
Xtの予測ベクトル
xi(→は、観測ベクトル!@ I !l I ・・・
、hようの6に対する平滑ベクトル
P、(→は、サンプリング時刻−における平滑誤差共分
散行列、すなわち
p、(→=B [(y、(+3−C1;へ<5J(3t
J→−に’4−cxJ’] −−−−−−−(5’eP
、0は、サンプリング時刻t3における予測誤差共分散
行列、すなわち
P、(→=E[(址) Xt)(b(−)−x工+”]
−−−−−−−(2)鴫は、サンプリング時刻t
1におけるゲイン行列であり
鴫=べ良P召G;1へH’(Hべへ0.&(→GLへ「
+y:r、cqB、八(19’Ftl’
・−−−−−−−−−Hである。From the above, in the same way as the normal Kalman filter theory, the orthogonal coordinates 0-Of at sampling time t,
Using f, 翫@(→=Φ1k(→ −−−−−−6
JP,, (→=Φ筐・p, (→・Φ:+Hahatmo・Kimi (T) 1----1 (Wealth) request←ααg XK(→+4・(To)
−H・((・へ、翫←)l −−−=(to) is obtained. Here, 1, (→ is the predicted vector xi( → is the observation vector!@I !l I...
, h for 6 such that P, (→ is the smoothed error covariance matrix at sampling time −, i.e., p, (→=B [(y, (+3−C1;
J→- to '4-cxJ'] ----------(5'eP
, 0 is the prediction error covariance matrix at the sampling time t3, that is, P, (→=E[(址)Xt)(b(−)−x工+”]
−−−−−−−(2) Shizuku is the sampling time t
It is a gain matrix at 1, and it is H' to 1 (H' to 0. & (→ to GL
+y: r, cqB, eight (19'Ftl'
・-----H.
次にこの釘型の追尾フィルタの動作を第1図に従って説
明する。Next, the operation of this nail-shaped tracking filter will be explained with reference to FIG.
なお、カルマンフィルタを通常適用する場合と同様にし
て、初期値であるサンプリング時刻−1t、 Kおける
値は定まっているとし、サンプリング時刻t、以降の場
合について説明する。Note that, in the same way as when the Kalman filter is normally applied, it is assumed that the initial value at sampling time -1t, K is fixed, and the case after sampling time t will be described.
目標観測装置(1)では極座標で目標位置情報を観測し
、結果を直交座標0−xyzに関する目標位置情報に変
換する。ゲイン行列算出器(2)では目標観測装置(1
)で観測した目標までの距離り、高角N、方位角Mによ
り式禰に従いサンプリング時刻t、におけるnの値7:
(K)を算出し、あらかじめ設定しである式(財)の
鳥、サンプリング時刻1.で予測したサンプリング時刻
t1における式(5)のF3および式(資)のへを第2
の遅延回路(7)を通して座標変換行列算出器(61よ
り入力し、またサンプリング時刻t、で予測したサンプ
リング時刻t、 K対する式(ロ)のPよ(→を第4の
遅延回路0を通して予測誤差評価装置αDより入力し0
式(4!JのHとによ抄式員に従いカルマンゲイン行列
4を算出する。平滑器(3)では、第2の遅延回路(7
)を通して座標変換行列算出器より入力する式(資)の
へ、目標観測装置(1)より入力する直交座標0−xy
zに関する目標観測位置を上記G、によりサンプリング
時刻t、l’(おける直交座標0−+rvwに関する目
標観測位置に変換した値である式咽のり。The target observation device (1) observes target position information using polar coordinates, and converts the result to target position information regarding orthogonal coordinates 0-xyz. The gain matrix calculator (2) uses the target observation device (1
), the value of n at sampling time t according to Shikune is 7:
Calculate (K), preset the formula (goods) bird, sampling time 1. F3 of equation (5) at sampling time t1 predicted by
The coordinate transformation matrix calculator (61 is input through the delay circuit (7) of Input from error evaluation device αD and 0
The Kalman gain matrix 4 is calculated according to the formula (4!H of J). In the smoother (3), the second delay circuit (7
), the orthogonal coordinates 0-xy input from the target observation device (1) to the formula (factor) input from the coordinate transformation matrix calculator
The equation is a value obtained by converting the target observation position with respect to z into the target observation position with respect to the orthogonal coordinates 0-+rvw at the sampling times t and l' (at G).
第1の遅延回路(5)を通して予測値算出器(4)より
入力するサンプリング時刻1.4で予測したサンプリン
グ時刻t、に対する予測値である式(至)のh(七 ゲ
イン行列算出器(2)よ抄入力する式(至)のK・およ
び式(41のHとKより式(2)に従い平滑ベクトルX
X(→を算出する。予測値算出器(4)では観測値平滑
器(3)より入力するX1K(→および第3の遅延回路
叫を通して推移行列算出器(9)より入力するサンプリ
ング時刻tl−4で算出したサンプリング時刻t、に対
する式(5)のΦ、により式(至)に従いサンプリング
時刻t1においてサンプリング時刻t、、に対する予測
ベクトルX*、r←)を算出する。座標変換行列算出器
(6)では予測値算出器(4)より入力する予測ベクト
ルに−s (−1を式(4?lのG、によ抄直交座標0
−xyzの表現0区X、、(→に変換したのちの速度成
分により式(1)および式(2)により式(5)のすZ
ブリング時刻t−に対するF、lおよび式(資)のG轄
を算出する。平滑誤差評価装置(8)ではゲイン行列算
出器(2)より入力する式(財)のに7゜第2の遅延回
路(71を通して座標変換行列算出器(6)よし入力す
るサンプリング時刻t、−1で算出したサンプリング時
刻t1に対する式(4?lの01.第4の遅延回路αり
を通して予測誤差評価装置αDより入力するサンプリン
グ時刻’E−+で算出したサンプリング時刻t1に対す
るPl(→および式(49のHにより式−に従い平滑誤
差共分散行列p、(→を算出する。推移行列算出器(9
)では予測値算出器(4)より入力されるに、(→を使
用しサンプリング時刻1に+1に対する式圓の速度の大
きさf1式12Dおよび式■の角速度R,Q。Gain matrix calculator (2 ) to input the equation (to) K and the equation (H and K in 41, the smooth vector
The predicted value calculator (4) calculates X1K (→ and the sampling time tl- input from the transition matrix calculator (9) through the third delay circuit) The predicted vector X*, r←) for the sampling time t, , is calculated at the sampling time t1 according to the equation (to) using Φ in equation (5) for the sampling time t calculated in step 4.The coordinate transformation matrix calculator ( 6), the predicted vector input from the predicted value calculator (4) is -s
Expression of -xyz 0 section
Calculate F, l, and G of the equation (equation) for the ring time t-. In the smoothing error evaluation device (8), the equation inputted from the gain matrix calculator (2) is input to the coordinate transformation matrix calculator (6) through the second delay circuit (71), and the sampling time t, - Pl for the sampling time t1 calculated at the sampling time 'E-+ input from the prediction error evaluation device αD through the fourth delay circuit α (Calculate the smoothed error covariance matrix p, (→ by H in 49 according to formula -. Transition matrix calculator (9
), the predicted value calculator (4) inputs the velocity magnitude f1 of the equation circle for +1 at sampling time 1 using (→), equation 12D, and the angular velocities R and Q of equation (2).
式C311鼾よび式■の行列C,,D、を算出し式(ロ
)のサンプリング時刻t、に対するΦ、−を算出する。Calculate the matrices C, , D of Equation C311 and Equation (2), and calculate Φ and - for the sampling time t of Equation (B).
予測誤差評価装置αυでは第3の遅延回路ααを通して
推移行列算出器(9)よゆ入力されるサンプリング時刻
t1に対する式(9)の推移行列Φ8.平滑誤差評価装
蓋(8)より入力される式(ロ)の平滑誤差共分散行列
P、(→およびあらかじめ机上で算出されている式CD
のQlと式(至)のハ(ト)により式(ロ)に従いサン
プリング時刻tE、に対する予測誤差共分散行列P、、
(→を算出する。In the prediction error evaluation device αυ, transition matrix Φ8. The smoothing error covariance matrix P of the equation (b) inputted from the smoothing error evaluation unit (8), (→ and the equation CD calculated on the desk in advance)
According to equation (b), the prediction error covariance matrix P for the sampling time tE is obtained by
(Calculate →.
駆動装置03では予測値算出器(4)より入力される予
測ベクトル3ユ←)のうち位置情報をもとにサンプリン
グ時刻t、に目標観測装置(1)が指向すべき高角およ
び方位角を算出しその方向に指向するよう目標観測装置
(1)を制御する。The drive device 03 calculates the height angle and azimuth at which the target observation device (1) should point at sampling time t based on the position information among the predicted vectors 3 (←) input from the predicted value calculator (4). The target observation device (1) is controlled to point in that direction.
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 target motion specification calculation accuracy at low cost without adding a special additional device to a normal automatic target tracking device.
なお以上は目標自動追尾装置の場合について説明したが
目標観測装置より目標運動諸元を算出する通常の追尾フ
ィルタに適用できる。Note that although the case of an automatic target tracking device has been described above, the present invention can be applied to a normal tracking filter that calculates target motion specifications from a target observation device.
第1図はこの発明の一実施例の構成を説明する図、第2
図は従来の追尾フィルタの構成を説明する図、第3図は
等連日運動目標を説明する図、第4図は固定直交座標0
−ryzを説明する図、第5図は動的直交座標0−」胃
を説明する図、第6図は目標姿勢角を説明する図、第7
図は極座標を説明する図である、図において(1)は目
標観測装置、(2)はゲイン行列算出器、(3)は平滑
器、(4)は予測値算出器、(5)は第1の遅延回路、
(6)は座標変換行列算出器、C7)は第2の遅延回路
、(8)は平滑誤差評価装置。
(9)は推移行列算出器、C1は第3の遅延回路、aυ
は予測誤差評価装置、C2は第4の遅延回路、 Qlは
駆動装置である。
なお、各図中間−あるいは相当部分には同一符号を付し
て示しである。Fig. 1 is a diagram illustrating the configuration of an embodiment of the present invention;
The figure is a diagram explaining the configuration of a conventional tracking filter, Figure 3 is a diagram explaining an equal daily exercise goal, and Figure 4 is a diagram explaining the fixed orthogonal coordinate 0.
-ryz, Figure 5 is a diagram to explain the dynamic orthogonal coordinate 0-' stomach, Figure 6 is a diagram to explain the target posture angle, and Figure 7 is a diagram to explain the target posture angle.
The figure is a diagram explaining polar coordinates. In the figure, (1) is the target observation device, (2) is the gain matrix calculator, (3) is the smoother, (4) is the predicted value calculator, and (5) is the 1 delay circuit,
(6) is a coordinate transformation matrix calculator, C7) is a second delay circuit, and (8) is a smoothing error evaluation device. (9) is a transition matrix calculator, C1 is the third delay circuit, aυ
is a prediction error evaluation device, C2 is a fourth delay circuit, and Ql is a drive device. In addition, the same reference numerals are attached to the middle or corresponding portions in each figure.
Claims (1)
構成し、上記目標観測装置より得られる目標位置の観測
値を平滑化し目標位置、速度、加速度などの固定直交座
標における目標運動諸元を算出する追尾フィルタにおい
て、上記目標観測装置で観測中の目標の速度ベクトルを
一軸とする動的直交座標を使用するとともに観測中の目
標の角速度を算出し使用するように構成したことを特徴
とする追尾フィルタ。The device consists of a target observation device, a smoother, and a predicted value calculator, and smoothes the observed value of the target position obtained from the target observation device to calculate the target motion specifications in fixed orthogonal coordinates such as the target position, velocity, and acceleration. A tracking filter configured to use dynamic orthogonal coordinates with one axis being the velocity vector of the target being observed by the target observation device, and to calculate and use the angular velocity of the target being observed. filter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP936985A JPS61169786A (en) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | Tracking filter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP936985A JPS61169786A (en) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | Tracking filter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61169786A true JPS61169786A (en) | 1986-07-31 |
JPH0429034B2 JPH0429034B2 (en) | 1992-05-15 |
Family
ID=11718556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP936985A Granted JPS61169786A (en) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | Tracking filter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61169786A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01223377A (en) * | 1988-03-03 | 1989-09-06 | Nec Corp | Radar tracking filter system |
JPH04350582A (en) * | 1991-05-27 | 1992-12-04 | Mitsubishi Electric Corp | Antenna controller |
JP2009187550A (en) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Gwangju Inst Of Science & Technology | Haptic interaction method in augmented reality and system thereof |
JP2011117734A (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-16 | Research Organization Of Information & Systems | Measurement device, measurement system, and measurement method |
WO2023157157A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | 三菱電機株式会社 | Target tracking device and target tracking method |
-
1985
- 1985-01-22 JP JP936985A patent/JPS61169786A/en active Granted
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01223377A (en) * | 1988-03-03 | 1989-09-06 | Nec Corp | Radar tracking filter system |
JPH04350582A (en) * | 1991-05-27 | 1992-12-04 | Mitsubishi Electric Corp | Antenna controller |
JP2009187550A (en) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Gwangju Inst Of Science & Technology | Haptic interaction method in augmented reality and system thereof |
JP2011117734A (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-16 | Research Organization Of Information & Systems | Measurement device, measurement system, and measurement method |
WO2023157157A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | 三菱電機株式会社 | Target tracking device and target tracking method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0429034B2 (en) | 1992-05-15 |
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