JP5854926B2 - Falling motion judgment device - Google Patents
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Description
この発明は、目標物が落下運動していることを検知する落下運動判定装置に関するものである。 The present invention relates to a falling motion determination device that detects that a target is in a falling motion.
レーダ等のセンサシステムでは、目標物の位置を観測するセンサから得られる時系列に沿った観測値から目標物の有無を判定し、目標物が存在する場合に目標物の位置、速度を推定する追尾処理により目標物の運動諸元の推定を必要とする場合がある。また、その推定された運動諸元より目標物の運動状態の変化を判定することが必要となる場合がある。 In a sensor system such as a radar, the presence / absence of a target is determined from observations along a time series obtained from a sensor that observes the position of the target, and if the target exists, the position and speed of the target are estimated. In some cases, it is necessary to estimate the motion specifications of the target by the tracking process. Further, it may be necessary to determine a change in the motion state of the target from the estimated motion specifications.
レーダ等のセンサにより目標物を観測して得られる観測値を用いて目標物を追尾する技術については多くの論文や特許文献等で取り上げられており、それらを実現する装置および方法については様々な提案がなされている。 Techniques for tracking a target using observation values obtained by observing the target with a sensor such as a radar have been taken up in many papers and patent documents, and there are various devices and methods for realizing them. Proposals have been made.
ここで、例えば追尾していた航空機に故障が発生した場合に、航空機が落下する、あるいは、等速直進運動していた航空機がある時点で落下運動に転じる場合がある。このような落下運動及び直進運動の状態から落下運動状態への変化を航空機の運動諸元の推定値から素早く、かつ正確に検知することにより、落下している航空機に対する素早い対処が可能となる。 Here, for example, when a failure occurs in an aircraft that has been tracked, the aircraft may fall, or may turn into a falling motion at a point in time when there is an aircraft that has been moving straight at a constant speed. By quickly and accurately detecting the change from the falling motion state and the straight motion state to the falling motion state from the estimated value of the aircraft motion specifications, it is possible to quickly cope with the falling aircraft.
落下運動の判定には正確さが要求され、目標物は等速直進運動以外にも進行方向加速度運動、横旋回運動、下方旋回運動といった様々な運動を行う可能性がある。これら運動を落下運動であると誤判定することなく、落下運動のみを正しく検出する必要がある。
例えば非特許文献1には、追尾処理によって算出された残差から、目標物の運動が直進から旋回等の他の運動に転じたことを判定する方式が開示されている。
The determination of the falling motion requires accuracy, and the target may perform various motions such as a traveling direction acceleration motion, a lateral turning motion, and a downward turning motion in addition to the constant-velocity linear motion. It is necessary to correctly detect only the falling motion without misjudging these motions as falling motion.
For example, Non-Patent
非特許文献1に記載された方式を落下判定に適用した落下判定システムは、センサ、追尾フィルタ部、加速度推定部から構成される。追尾フィルタ部は、等速直進運動状態の運動モデルに基づく追尾フィルタを用いて、センサの目標物の位置の観測値から目標物の運動諸元を推定し、サンプリング時刻ごとに運動諸元推定処理を行い、残差を算出する。
ここで残差とは、目標物が等速直進運動をしていると仮定した場合における予測位置と観測位置の差分のベクトルであり、この残差ベクトルを加速度推定部に入力する。
A drop determination system that applies the method described in Non-Patent
Here, the residual is a vector of the difference between the predicted position and the observed position when it is assumed that the target is moving straight at a constant speed, and this residual vector is input to the acceleration estimation unit.
加速度推定部は、スライディングウィンドウ内の残差の集積により、加速度推定値を最小二乗法により算出する。このスライディングウィンドウは、1サンプリング時刻を経過する度に時刻を前方に1つずつずらして得られる、最新サンプリング時刻を含む連続するnサンプリング時刻分のデータである。加速度推定部は、この平均加速度の下方向成分が推定誤差の範囲内で重力加速度(1G,9.8m/s2)相当である場合に、目標物が落下していると判定する。 The acceleration estimating unit calculates an acceleration estimated value by a least square method by accumulating residuals in the sliding window. This sliding window is data for n consecutive sampling times including the latest sampling time, which is obtained by shifting the time forward one by one every time one sampling time elapses. The acceleration estimation unit determines that the target is falling when the downward component of the average acceleration is equivalent to the gravitational acceleration (1G, 9.8 m / s 2 ) within the estimation error range.
ここで、センサの観測値は目標物の位置を正確に反映している訳でなく、ある程度の誤差を伴う。この観測誤差が大きい場合、発生する残差が落下運動に起因するのか、観測誤差に起因するのか区別するのが難しくなる。このような場合には、スライディングウィンドウの範囲を長くして、観測誤差によるランダム成分を除去することにより、落下運動を判定する必要がある。 Here, the observed value of the sensor does not accurately reflect the position of the target, and involves some error. When this observation error is large, it is difficult to distinguish whether the generated residual is caused by a drop motion or an observation error. In such a case, it is necessary to determine the falling motion by extending the sliding window range and removing random components due to observation errors.
しかしながら、例えば非特許文献1に記載された方式では、加速度推定部により算出される加速度推定値はスライディングウィンドウ内の加速度の平均値である。このため、例えば、図13(a),(b)に示された時刻t1スライディングウィンドウ41のように、スライディングウィンドウの途中で観測値43に基づく目標軌道44が落下し始めても、重力加速度1Gに相当する加速度推定値45は算出されない。この方式により重力加速度に相当する加速度推定値45が算出されるためには、時刻t2スライディングウィンドウ42のように、スライディングウィンドウ内の全てのサンプリング時刻で目標物が落下運動をしている必要がある。
しかし、スライディングウィンドウを長く取った場合、スライディングウィンドウ内の目標物の運動が全て落下運動状態になるまでには時間がかかる。すなわち、目標物が実際に落下運動を始めてからその落下運動を検知するまでに大きな遅れが生じるという課題があった。
However, in the method described in
However, when the sliding window is taken long, it takes time until all the movements of the target object in the sliding window become the falling movement state. That is, there has been a problem that a large delay occurs between the time when the target object actually starts the drop motion and the detection of the drop motion.
また、従来の落下運動を検出する方式は、上記のように、スライディングウィンドウ内の加速度の平均値のみによって落下運動を判定するため、落下運動以外の運動、例えば下方に旋回する運動を誤って落下運動であると誤判定し易くなるという課題があった。 In addition, as described above, the conventional method for detecting the falling motion is to determine the falling motion only by the average value of the acceleration in the sliding window, so that the motion other than the falling motion, for example, the downward turning motion is erroneously dropped. There was a problem that it was easy to make an erroneous determination as an exercise.
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あり、目標物が落下運動を始めてから落下運動状態を検知するまでの検知ずれ時間を最小にし、また、落下運動以外の運動を落下運動であると誤判定するのを防止することができる落下運動判定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, minimizes the detection deviation time from when the target object starts the falling motion to the detection of the falling motion state, and exercises other than the falling motion. It is an object of the present invention to provide a falling motion determination device that can prevent erroneous determination of a falling motion.
上記目的を達成するため、この発明に係る落下運動判定装置は、センサから得られる目標物の位置の観測値を用いて目標物を追尾し、かつこの追尾から得られた情報及び観測値を用いて目標物の落下運動及び等速直進運動状態から落下運動状態への変化を判定する落下運動判定装置において、センサから得られる観測値に基づいて目標物の運動諸元を推定する追尾フィルタ部と、追尾フィルタ部からの情報が加えられた観測値が反映されるスライディングウィンドウ内における目標物の平均の加速度を算出する加速度推定部と、スライディングウィンドウを目標物の直進期間と落下期間に2分割するスライディングウィンドウ分割部とを備え、スライディングウィンドウ分割部は、分割する前のスライディングウィンドウの長さを3乗した値と、加速度の下方向成分と、重力加速度とに基づき、分割の区切りから落下期間側のスライディングウィンドウの長さを3乗した値を算出し、当該値から落下期間側のスライドウィンドウの長さを求めるものである。 In order to achieve the above object, a falling motion determination device according to the present invention tracks an object using an observed value of the position of the object obtained from a sensor, and uses information and an observed value obtained from the tracking. And a tracking filter unit for estimating the motion specifications of the target based on the observation value obtained from the sensor in the falling motion determination device for determining the falling motion of the target and the change from the constant-velocity linear motion state to the falling motion state an acceleration estimating unit that calculates an average acceleration of the target within the sliding window observed value information is added from the tracking filter unit is reflected, 2 divides the scan riding window straight period and falling period of the target and a sliding window dividing unit for, sliding window division unit length cubed value of the sliding window before dividing , A downward component of acceleration, based on the gravitational acceleration, the third power value the length of the sliding window of the fall period side from separated division is calculated, obtaining the length of the sliding window of the fall period side from the value Is.
また、この発明に係る落下運動判定装置は、センサから得られる目標物の位置の観測値を用いて目標物を追尾し、かつこの追尾から得られた情報及びセンサの観測値を用いて目標物の落下運動及び等速直進運動状態から落下運動状態への変化を判定する落下運動判定装置において、センサから得られる観測値に基づいて目標物の運動諸元を推定する追尾フィルタ部と、追尾フィルタ部からの情報が加えられた観測値が反映されるスライディングウィンドウ内における目標物の平均の加速度を算出する加速度推定部と、スライディングウィンドウを目標物の直進期間と落下期間に2分割するスライディングウィンドウ分割部と、観測値を用いて落下運動の尤度を算出し、最終的に目標物が落下しているか否かを判断する落下運動尤度判定部とを備え、スライディングウィンドウ分割部は、分割する前のスライディングウィンドウの長さを3乗した値と、加速度の下方向成分と、重力加速度とに基づき、分割の区切りから落下期間側のスライディングウィンドウの長さを3乗した値を算出し、当該値から落下期間側のスライドウィンドウの長さを求めるものである。 Further, the falling motion determination device according to the present invention tracks the target using the observed value of the position of the target obtained from the sensor, and uses the information obtained from the tracking and the observed value of the sensor to target the target. And a tracking filter unit for estimating a motion specification of a target based on an observation value obtained from a sensor in a falling motion determination apparatus for determining a falling motion and a change from a constant-velocity linear motion state to a falling motion state an acceleration estimating unit that calculates an average acceleration of the target within the sliding window observed value information is added from the parts are reflected, a sliding window divided into two scan riding window straight period and falling period of the target a dividing unit, calculates the likelihood of falling motion by using the observed values, final and falling motion likelihood determination unit which target to determine whether to fall The sliding window dividing unit calculates the length of the sliding window on the falling period side from the division boundary based on the value obtained by cubeing the length of the sliding window before dividing, the downward component of acceleration, and the gravitational acceleration. Is calculated to obtain the length of the sliding window on the drop period side .
また、この発明に係る落下運動判定装置は、センサから得られる目標物の位置の観測値を用いて目標物を追尾し、かつこの追尾から得られた情報及びセンサの観測値を用いて目標物の落下運動及び等速直進運動状態から落下運動状態への変化を判定する落下運動判定装置において、センサから得られる観測値に基づいて目標物の運動諸元を推定する追尾フィルタ部と、追尾フィルタ部からの情報が加えられた観測値が反映されるスライディングウィンドウ内における目標物の平均の加速度を算出する加速度推定部と、スライディングウィンドウを目標物の直進期間と落下期間に2分割するスライディングウィンドウ分割部と、観測値に基づく有限個の落下運動候補のそれぞれに対する落下運動の尤度を算出すると共に、尤度の総和を用いて最終的に目標物が落下しているか否かを判断する落下運動適合判定部とを備え、スライディングウィンドウ分割部は、分割する前のスライディングウィンドウの長さを3乗した値と、加速度の下方向成分と、重力加速度とに基づき、分割の区切りから落下期間側のスライディングウィンドウの長さを3乗した値を算出し、当該値から落下期間側のスライドウィンドウの長さを求めるものである。 Further, the falling motion determination device according to the present invention tracks the target using the observed value of the position of the target obtained from the sensor, and uses the information obtained from the tracking and the observed value of the sensor to target the target. And a tracking filter unit for estimating a motion specification of a target based on an observation value obtained from a sensor in a falling motion determination apparatus for determining a falling motion and a change from a constant-velocity linear motion state to a falling motion state an acceleration estimating unit that calculates an average acceleration of the target within the sliding window observed value information is added from the parts are reflected, a sliding window divided into two scan riding window straight period and falling period of the target a division unit, to calculate the likelihood of falling motion for each of the finite number of falling motion candidates based on observations, most using the sum of the likelihood To a falling motion adaptation judgment unit which target to determine whether to fall, sliding window dividing section, a third power value the length of the previous sliding window split, downward component of acceleration Then, based on the gravitational acceleration, a value obtained by calculating the cube of the length of the sliding window on the falling period side from the division break is calculated, and the length of the sliding window on the falling period side is obtained from the value .
この発明によれば、目標物が落下運動を始めてから落下運動を検知するまでの検知ずれ時間を最小にすることができ、また、落下運動以外の運動状態を落下運動であると誤判定することを防ぐことができる。 According to the present invention, it is possible to minimize the detection deviation time from when the target object starts the falling motion to when the falling motion is detected, and erroneously determines that the motion state other than the falling motion is the falling motion. Can be prevented.
実施の形態1.
実施の形態1に係る落下運動判定装置を図面を用いて説明する。
図1は、この発明の実施の形態1に係る落下運動判定装置10のブロック構成図である。落下運動判定装置10は、図1に示すように、センサ4に接続されている。また、センサ4から得られる観測値に基づいて目標物の運動諸元を推定する追尾フィルタ部3が設けられている。また、追尾フィルタ部3からの情報が加えられた観測値が反映されるスライディングウィンドウを有して、目標物の加速度を算出する加速度推定部1が設けられている。また、スライディングウィンドウを2分割するスライディングウィンドウ分割部2が設けられている。
A falling motion determination device according to
FIG. 1 is a block configuration diagram of a falling
追尾フィルタ部3は、等速直進運動の運動モデルに基づく追尾フィルタを有し、センサ4から入力される目標物の位置の観測値から、追尾フィルタを用いてサンプリング時刻ごとに目標物の運動諸元を推定すると共に残差を算出するようになっている。
ここで、残差とは目標物が等速直進運動をしていると仮定した場合の予測位置と観測位置の差分ベクトルである。
The
Here, the residual is a difference vector between the predicted position and the observed position when it is assumed that the target is moving straight at a constant speed.
加速度推定部1は、nサンプリング時刻分の観測値および残差が反映されるスライディングウィンドウを有し、スライディングウィンドウ内の残差の集積により、目標物のスライディングウィンドウ内の加速度推定値を最小二乗法により算出するようになっている。
スライディングウィンドウ分割部2は、加速度推定部1により算出された加速度推定値とスライディングウィンドウの長さに基づいて、スライディングウィンドウを直進期間スライディングウィンドウと落下期間スライディングウィンドウとに分割して、加速度推定部1へ出力するようになっている。
The
The sliding
次に、落下運動判定装置10による落下運動判定の処理手順について説明する。図2は、この発明の実施の形態1に係る落下運動判定装置10の1サンプリング時刻分の処理の手順を示すフローチャートである。
図2に示すように、まず、追尾フィルタ部3が、センサ4から入力された目標物の位置情報から目標物の運動諸元を推定し、残差を算出する(ステップST11)。
Next, the process procedure of the fall motion determination by the fall
As shown in FIG. 2, first, the tracking
次に、加速度推定ステップST12において、加速度推定部1が、追尾フィルタ部3から観測値および残差を受け取り、スライディングウィンドウに追加して、スライディングウィンドウ内の加速度推定値を算出する(ステップST12)。
Next, in the acceleration estimation step ST12, the
加速度推定ステップST12の算出結果が、ステップST13に示すように、有意な加速度でない場合、加速度推定部1は、「目標は落下していない」と判定して処理を終了する。一方、加速度推定ステップST12の算出結果が、ステップST13に示すように、有意な加速度推定値である場合には、加速度推定部1がこの加速度推定値が推定誤差の範囲内で重力加速度に相当するか判定する(ステップST14)。
そして、ステップST14に示すように、加速度推定値が重力加速度に相当する場合、加速度推定部1が「目標は落下している」と判定して処理を終了する。一方、ステップST14に示すように、推定加速度が重力加速度に相当しない場合には、次のスライディングウィンドウ分割ステップST15に移行する。
If the calculation result of the acceleration estimation step ST12 is not a significant acceleration as shown in step ST13, the
Then, as shown in step ST14, when the acceleration estimated value corresponds to the gravitational acceleration, the
スライディングウィンドウ分割ステップST15では、スライディングウィンドウ分割部2が、ステップST12で算出された加速度推定値とスライディングウィンドウの長さに基づいて、スライディングウィンドウを直進期間スライディングウィンドウと落下期間スライディングウィンドウに2分割する(ステップST15)。
図3は、この発明の実施の形態1に係る落下運動判定装置10によるスライディングウィンドウの分割例を示す図であり、観測値23と目標軌道24上に示されたスライディングウィンドウ20の前半部分を直進期間スライディングウィンドウ21とし、後半部分を落下期間スライディングウィンドウ22として分割している。このスライディングウィンドウ20の分割の区切りは、以下に示す式(1)が成立するように決定する。
In the sliding window dividing step ST15, the sliding
FIG. 3 is a diagram showing an example of the sliding window division by the falling
ここで、式(1)の左辺のsは加速度推定ステップST12で適用した元のスライディングウィンドウの長さであり、
は加速度推定ステップST12で算出された加速度推定値の下方向の成分である。また右辺のgは重力加速度であり、s’は算出したい分割の区切りである。
Here, s on the left side of the equation (1) is the length of the original sliding window applied in the acceleration estimation step ST12,
Is a downward component of the acceleration estimated value calculated in the acceleration estimating step ST12. In addition, g on the right side is gravitational acceleration, and s ′ is a division break to be calculated.
図4は、この発明の実施の形態1に係る落下運動判定装置10のスライディングウィンドウの分割について説明する図である。図4には、加速度推定値による残差を示す特性線Aと実際の落下運動による残差を示す特性線Bが示されている。
加速運動中の目標物と等速直進運動中の目標物の位置の差異は各時刻で加速時間の2乗に比例する。また、スライディングウィンドウ内の残差の集積は、加速運動中の目標物と等速直進運動中の目標物の位置の差異を積分した値で3乗に比例すると見做す。
これにより、加速度推定ステップST12で算出された加速度推定値がスライディングウィンドウの全サンプリング時刻で発生した場合のこの残差(特性線A)の積分と、スライディングウィンドウ内のある途中のサンプリング時刻から発生した重力加速度(特性線B)の積分が一致することになる。これは式(1)が成立することを意味している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the division of the sliding window of the falling
The difference in position between the target during acceleration and the target during constant speed linear movement is proportional to the square of the acceleration time at each time. Also, the accumulation of residuals in the sliding window is considered to be proportional to the cube of the value obtained by integrating the difference in position between the target during acceleration and the target during constant speed linear movement.
As a result, the acceleration estimated value calculated in the acceleration estimation step ST12 is generated from the integration of this residual (characteristic line A) when it occurs at all sampling times of the sliding window, and from some sampling time in the sliding window. The integrals of gravitational acceleration (characteristic line B) coincide. This means that equation (1) holds.
算出されたs’より後のサンプリング時刻群で落下期間スライディングウィンドウを構成し、s’より前のサンプリング時刻群で直進期間スライディングウィンドウを構成する。 The falling period sliding window is configured by the sampling time group after the calculated s ′, and the straight traveling period sliding window is configured by the sampling time group before the s ′.
例えば、分割の区切りがスライディングウィンドウの外として算出された場合等、ステップST16に示すように、式(1)で分割の区切りが見つからない場合、スライディングウィンドウ分割部2が、「目標物は落下していない」と判定して処理を終了する。一方、ステップST16に示すように、分割の区切りが見つかった場合には、次の加速度再推定ステップST17に移行する。
For example, as shown in step ST16, when the division delimiter is not found in equation (1), such as when the division delimiter is calculated outside the sliding window, the sliding
加速度再推定ステップST17では、加速度推定部1がスライディングウィンドウ分割ステップST15で分割された直進期間スライディングウィンドウと落下期間スライディングウィンドウのそれぞれで加速度推定を再実行する(ステップST17)。
In the acceleration re-estimation step ST17, the
なお、上記のスライディングウィンドウの分割の区切りについては、加速度の推定誤差を考慮して、式(1)で決定された値から前後数サンプル分を候補とし、それぞれの分割の区切りにおける落下期間で重力加速度を算出し、重力加速度に最も近い加速度が得られた区切りを選択するとしてもよい。 As for the above-mentioned sliding window segmentation breaks, taking into account acceleration estimation errors, several samples before and after the value determined in Equation (1) are candidates, and gravity falls in the fall period at each segmentation break. It is also possible to calculate the acceleration and select a segment where the acceleration closest to the gravitational acceleration is obtained.
このステップにおいて、直進期間スライディングウィンドウで有意な加速度が算出されず、かつステップST18に示すように、落下期間スライディングウィンドウで重力加速度相当の加速度推定値が算出された場合、加速度推定部1は「目標物は落下している」と判定して、処理を終了する。
In this step, when a significant acceleration is not calculated in the straight period sliding window and an acceleration estimated value equivalent to the gravitational acceleration is calculated in the falling period sliding window as shown in step ST18, the
一方、ステップST18に示すように、落下期間スライディングウィンドウで重力加速度相当の加速度推定値が算出されない場合には、例えば直進期間スライディングウィンドウで有意な加速度が算出されるか、あるいは落下期間で落下に相当しない加速度推定値が算出された場合には、加速度推定部1は「目標物は落下していない」と判定して、処理を終了する。
On the other hand, as shown in step ST18, when the acceleration estimated value corresponding to the gravitational acceleration is not calculated in the falling period sliding window, for example, a significant acceleration is calculated in the straight traveling period sliding window, or equivalent to falling in the falling period. When the acceleration estimation value not to be calculated is calculated, the
以上のように、この実施の形態1では、センサ4から得られる観測値に基づいて目標物の運動諸元を推定する追尾フィルタ部3と、追尾フィルタ部3からの情報が加えられた観測値が反映されるスライディングウィンドウ内における目標物の平均の加速度を算出する加速度推定部1と、加速度とスライディングウィンドウの長さに基づき、スライディングウィンドウを目標物の直進期間と落下期間に2分割するスライディングウィンドウ分割部2とを具備し、スライディングウィンドウを分割して目標の直進期間と落下期間に分割して加速度推定を行うので、落下運動以外の運動を落下運動であると誤判定しないことは勿論のこと、スライディングウィンドウが長い場合でも、落下運動状態を検知するまでの検知ずれ時間を最小にして早期に落下判定ができる。また、スライディングウィンドウの分割の区切りを元のスライディングウィンドウで算出された加速度より決定するので、区切りを1つずつずらしながら最適な分割を探索する場合と比べて処理負荷が軽減される。
As described above, in the first embodiment, the tracking
実施の形態2.
実施の形態2に係る落下運動判定装置を図面を用いて説明する。
図5は、この実施の形態2に係る落下運動判定装置11の構成を示すブロック図である。この落下運動判定装置11は、センサ4の観測値を用いて落下運動の尤度を算出し、最終的に目標が落下しているか否かを判断する落下運動尤度判定部5を有する点で、実施の形態1の図1に示す落下運動判定装置10と異なる構成となっている。なお、実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
A falling motion determination device according to
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the falling
落下運動尤度判定部5は、加速度推定部1によって加速度推定値が重力加速度に相当すると判定されたスライディングウィンドウまたは落下期間スライディングウィンドウ(以下、「落下運動のスライディングウィンドウ」と呼ぶ。)における観測値により落下運動尤度判定を行うようになっている。
The fall motion
次に、落下運動判定装置11による落下運動判定の処理手順について説明する。図6は、この発明の実施の形態2に係る落下運動判定装置11の1サンプリング時刻分の処理の手順を示すフローチャートである。図6に示されたステップST21からステップST28までの処理は、実施の形態1の図2のステップST11からステップST18までの処理と同様であるため説明を省略する。
Next, the process procedure of the fall motion determination by the drop
図6に示すように、ステップST24において加速度推定値が重力加速度に相当すると判定された場合、または、ステップST28において加速度推定値が重力加速度に相当すると判定された場合に、落下運動尤度判定部5が、落下運動のスライディングウィンドウにおける観測値により落下運動尤度判定を行う(ステップST29)。これにより判定の精度を高めることができる。
As shown in FIG. 6, when it is determined in step ST24 that the estimated acceleration value corresponds to the gravitational acceleration, or when it is determined in step ST28 that the estimated acceleration value corresponds to the gravitational acceleration, the fall motion
落下運動の尤度に関する以下に示す不等式(2)が成り立つ場合、すなわち、ステップST30において落下運動尤度が大きい場合は、落下運動尤度判定部5が「目標物は落下している」と判定して処理を終了する。一方、落下運動の尤度に関する不等式(2)が成り立たない場合、すなわち、ステップST30において落下運動尤度が大きくない場合には、落下運動尤度判定部5が「目標物は落下していない」と判定して処理を終了する。
When the following inequality (2) regarding the likelihood of the drop motion is satisfied, that is, when the drop motion likelihood is large in step ST30, the drop motion
ここで、式(2)のZは、以下の式(3)に示すように、落下運動のスライディングウィンドウ内の全観測値である。
また、“fall”は目標物が落下しているという事象を示す。また、
thresholdは判定における閾値であり、事前に設定されるパラメータである。
不等式(2)の左辺の算出方法を以下の式(4)に示す。
Here, Z in equation (2) is all observed values within the sliding window of the drop motion, as shown in equation (3) below.
“Fall” indicates an event that the target is falling. Also,
“Threshold” is a threshold value in the determination, and is a parameter set in advance.
The calculation method of the left side of inequality (2) is shown in the following expression (4).
ここで、Rは観測誤差共分散行列である。また、落下以外の運動のふらつきの要素を観測誤差に加算した誤差共分散行列であってもよい。また、
は以下の式(5)に示すように、落下開始時刻から重力加速度がかかることを仮定して算出した、目標軌道の各サンプリング時刻における目標物の位置である。より具体的には、図7に示すように、落下期間スライディングウィンドウの開始時刻の追尾平滑値25を初期値とし、下方向に重力加速度がかかり続ける運動として目標軌道Cに示すような軌道の計算により特定される目標物の位置である。
Here, R is an observation error covariance matrix. Alternatively, an error covariance matrix obtained by adding an element of motion fluctuation other than falling to the observation error may be used. Also,
Is the position of the target at each sampling time of the target trajectory, calculated by assuming that gravitational acceleration is applied from the drop start time, as shown in the following equation (5). More specifically, as shown in FIG. 7, the tracking
なお、実施の形態2の処理の手順では、図6に示すように、加速度推定ステップ(ステップST22)または加速度再推定ステップ(ステップST27)において重力加速度に相当する加速度推定値が算出された場合に、その判定精度を高めるために落下運動尤度判定を行っている。
しかし、図8に示すように、加速度推定ステップ(ステップST32)において重力加速度に相当する加速度推定値が算出された場合(ステップST34)、または、加速度再推定ステップ(ステップST37)において重力加速度に相当する加速度推定値が算出された場合(ステップST38)は、「目標物は落下している」と判定して処理を終了し、加速度推定ステップST32または加速度再推定ステップST37において落下が検出されない場合に、落下運動尤度判定(ステップST39とステップST40)を行うとしてもよい。
In the processing procedure of the second embodiment, as shown in FIG. 6, when an acceleration estimated value corresponding to the gravitational acceleration is calculated in the acceleration estimating step (step ST22) or the acceleration re-estimating step (step ST27). In order to increase the determination accuracy, the fall motion likelihood determination is performed.
However, as shown in FIG. 8, when an acceleration estimated value corresponding to the gravitational acceleration is calculated in the acceleration estimating step (step ST32) (step ST34), or equivalent to the gravitational acceleration in the acceleration re-estimating step (step ST37). When the estimated acceleration value to be calculated is calculated (step ST38), it is determined that “the target is falling” and the process is terminated, and when no fall is detected in the acceleration estimation step ST32 or the acceleration re-estimation step ST37. The fall motion likelihood determination (step ST39 and step ST40) may be performed.
以上のように、実施の形態2によれば、センサ4から得られる観測値に基づいて目標物の運動諸元を推定する追尾フィルタ部3と、追尾フィルタ部3からの情報が加えられた観測値が反映されるスライディングウィンドウ内における目標物の平均の加速度を算出する加速度推定部1と、加速度とスライディングウィンドウの長さに基づき、スライディングウィンドウを目標物の直進期間と落下期間に2分割するスライディングウィンドウ分割部2と、観測値を用いて落下運動の尤度を算出し、最終的に目標物が落下しているか否かを判断する落下運動尤度判定部5とを具備するように構成したので、実施の形態1と同様の効果が得られると共に、加速度推定の後で観測値から落下運動への尤度を算出しながら最終的に落下を判定するので、誤判定の確率が低減される。
As described above, according to the second embodiment, the tracking
実施の形態3.
実施の形態3の落下運動判定装置を図面を用いて説明する。
図9は、この発明の実施の形態3に係る落下運動判定装置12のブロック構成図である。この落下運動判定装置12は、観測値を用いて落下運動を含む有限個の運動の候補に対する尤度を算出し,候補となる運動の尤度の総和に対する落下運動の尤度から最終的に目標が落下しているか否かを判断する落下運動適合判定部6を有している点で、実施の形態1に示す落下運動判定装置10と異なる構成となっている。なお、実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
落下運動適合判定部6は、加速度推定部1内の落下運動のスライディングウィンドウにおける観測値により落下運動適合判定を行うようになっている。
A falling motion determination apparatus according to
FIG. 9 is a block configuration diagram of a drop
The drop motion
次に落下運動判定装置12による落下運動判定の処理手順について説明する。図10は、この発明の実施の形態3に係る落下運動判定装置12の1サンプリング時刻分の処理の手順を示すフローチャートである。図10に示されたステップST41からステップST48までの処理は、実施の形態1の図2のステップST11からステップST18までの処理と同様であるため説明を省略する。
Next, a processing procedure for determining a falling motion by the falling
図10に示すように、ステップST44において、加速度推定値が重力加速度に相当すると判定された場合、または、ステップST48において、加速度推定値が重力加速度に相当すると判定された場合、落下運動適合判定部6が、落下運動のスライディングウィンドウにおけるセンサ測定値により落下運動適合判定を行う(ステップST49)。これにより判定の精度を高め、旋回等の落下と類似した運動の誤判定を防止する。
As shown in FIG. 10, when it is determined in step ST44 that the estimated acceleration value corresponds to the gravitational acceleration, or in step ST48, it is determined that the estimated acceleration value corresponds to the gravitational acceleration, the falling motion
事後確率に関する以下に示す不等式(6)が成り立つ場合、すなわち、ステップST49の落下運動適合判定の結果、ステップST50で落下運動に適合すると判定された場合は、落下運動適合判定部6が「目標物は落下している」と判定して処理を終了する。一方、落下運動の尤度に関する不等式(6)が成り立たない場合、すなわち、ステップST50で落下運動に適合しないと判定された場合には、落下運動適合判定部6が「目標物は落下していない」と判定して処理を終了する。
When the following inequality (6) relating to the posterior probability holds, that is, as a result of the fall motion suitability determination in step ST49, it is determined in step ST50 that the fall motion fit is determined, the fall motion
ここでZは、以下の式(7)に示すように落下運動のスライディングウィンドウ内の全観測値である。 Here, Z is all observed values in the sliding window of the falling motion as shown in the following formula (7).
また、“fall”は目標物が落下しているという事象を示す。また
thresholdは判定における閾値であり、事前に設定するパラメータである。
“Fall” indicates an event that the target is falling. Threshold is a threshold value for determination, and is a parameter set in advance.
不等式(6)の左辺の算出方法を以下の式(8)に示す。ベイズの定理より以下のように展開できる。
The following equation (8) shows how to calculate the left side of inequality (6). From Bayes' theorem, it can be expanded as follows.
ここで“motion”は目標物がある特定の運動をしているという事象を示す。この運動は無数に有り得るが、この実施の形態3では、図11に示された落下運動26と、例えば第1の下方S字旋回27や第2の下方S字旋回28等の有限個の下方旋回運動に限定する。すなわち、それ以外の運動については本ステップ以前の処理により除外されたと見做すことにする。
Here, “motion” indicates an event that the target is performing a specific motion. Although this movement can be innumerable, in the third embodiment, the
式(8)の右辺の分子及び分母の第1項は、以下の式(9)に示すように、観測値に基く各運動の尤度である。 The first term of the numerator and denominator on the right side of Equation (8) is the likelihood of each motion based on the observed value, as shown in Equation (9) below.
ここで、Rは観測誤差共分散行列である。また、モデルを有限個に限定したモデル化誤差を観測誤差に加算した誤差共分散行列でもよい。また、
は、以下の式(10)に示すように、想定した運動モデルにより算出した目標軌道の各サンプリング時刻における目標物の位置である。
Here, R is an observation error covariance matrix. Further, an error covariance matrix obtained by adding modeling errors to a limited number of models may be used. Also,
Is the position of the target at each sampling time of the target trajectory calculated by the assumed motion model, as shown in the following equation (10).
落下運動のスライディングウィンドウの開始時刻の追尾平滑値より、各運動の軌道を以上の式を用いて計算し、図12に示された目標軌道を得る。ここで、図12(a)には、落下運動について、下方向に重力加速度がかかり続ける運動として算出した目標軌道Dが示されている。また、図12(b)には、下旋回運動について、一定期間29を旋回し、その後の一定期間30を逆旋回し、その後の期間31を直進する運動として算出した目標起動Eが示されている。
From the tracking smooth value at the start time of the sliding window of the falling motion, the trajectory of each motion is calculated using the above formula to obtain the target trajectory shown in FIG. Here, FIG. 12A shows the target trajectory D calculated as a motion in which the gravitational acceleration continues to be applied in the downward direction with respect to the falling motion. In addition, FIG. 12B shows the target activation E calculated as a motion of turning downward for a
式(10)の右辺の事前確率P(fall),P(motion)は全ての運動モデルについて等確率とする。また、目標物の位置以外の観測情報がセンサ4から得られるならば、それによって事前確率を重み付けしてもよい。 The prior probabilities P (fall) and P (motion) on the right side of Expression (10) are equal probabilities for all motion models. Further, if observation information other than the position of the target is obtained from the sensor 4, the prior probability may be weighted accordingly.
以上のように、この実施の形態3では、センサ4から得られる観測値に基づいて目標物の運動諸元を推定する追尾フィルタ部3と、追尾フィルタ部3からの情報が加えられた観測値が反映されるスライディングウィンドウ内における目標物の平均の加速度を算出する加速度推定部1と、加速度とスライディングウィンドウの長さに基づき、スライディングウィンドウを目標物の直進期間と落下期間に2分割するスライディングウィンドウ分割部2と、観測値に基づく有限個の落下運動候補のそれぞれに対する尤度を算出すると共に、尤度の総和を用いて最終的に目標物が落下しているか否かを判断する落下運動適合判定部6とを具備するように構成したので、実施の形態1と同様の効果が得られると共に、加速度推定の後で観測値から特定の運動への適合度を算出しながら最終的に落下を判定するのでより正確に判定できる。
As described above, in the third embodiment, the tracking
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。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 加速度推定部、2 スライディングウィンドウ分割部、3 追尾フィルタ部、4 センサ、5 落下運動尤度判定部、6 落下運動適合判定部、10,11,12 落下運動判定装置、20 スライディングウィンドウ、21 直進期間スライディングウィンドウ、22 落下期間スライディングウィンドウ、23 観測値、24 目標軌道、25 落下期間スライディングウィンドウの開始時刻の追尾平滑値、26 落下運動、27 第1の下方S字旋回、28 第2の下方S字旋回、29,30 一定期間、31 期間、41 時刻t1のスライディングウィンドウ、42 時刻t2のスライディングウィンドウ、43 観測値、44 目標軌道、45 加速度推定値。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
センサから得られる観測値に基づいて該目標物の運動諸元を推定する追尾フィルタ部と、
該追尾フィルタ部からの情報が加えられた前記観測値が反映されるスライディングウィンドウ内における前記目標物の平均の加速度を算出する加速度推定部と、
前記スライディングウィンドウを前記目標物の直進期間と落下期間に2分割するスライディングウィンドウ分割部とを備え、
前記スライディングウィンドウ分割部は、分割する前の前記スライディングウィンドウの長さを3乗した値と、前記加速度の下方向成分と、重力加速度とに基づき、分割の区切りから前記落下期間側のスライディングウィンドウの長さを3乗した値を算出し、当該値から前記落下期間側のスライドウィンドウの長さを求める
ことを特徴とする落下運動判定装置。 The target is tracked using the observed value of the target position obtained from the sensor, and the target is dropped from the falling motion state and the constant-velocity linear motion state using the information obtained from the tracking and the observed value. In the fall motion determination device that determines the change to the motion state,
A tracking filter unit that estimates the motion specifications of the target based on the observation value obtained from the sensor;
An acceleration estimation unit that calculates an average acceleration of the target in a sliding window in which the observation value to which the information from the tracking filter unit is added is reflected;
And a sliding window dividing section bisecting the previous SL sliding window straight period and falling period of the target,
The sliding window dividing unit is configured to calculate the sliding window of the falling period side from the division boundary based on a value obtained by cubeing the length of the sliding window before the division, the downward component of the acceleration, and the gravitational acceleration. A falling motion determination device characterized in that a value obtained by squaring the length is calculated, and the length of the sliding window on the falling period side is obtained from the value .
センサから得られる観測値に基づいて該目標物の運動諸元を推定する追尾フィルタ部と、
該追尾フィルタ部からの情報が加えられた前記観測値が反映されるスライディングウィンドウ内における前記目標物の平均の加速度を算出する加速度推定部と、
前記スライディングウィンドウを前記目標物の直進期間と落下期間に2分割するスライディングウィンドウ分割部と、
前記観測値を用いて落下運動の尤度を算出し、最終的に前記目標物が落下しているか否かを判断する落下運動尤度判定部とを備え、
前記スライディングウィンドウ分割部は、分割する前の前記スライディングウィンドウの長さを3乗した値と、前記加速度の下方向成分と、重力加速度とに基づき、分割の区切りから前記落下期間側のスライディングウィンドウの長さを3乗した値を算出し、当該値から前記落下期間側のスライドウィンドウの長さを求める
ことを特徴とする落下運動判定装置。 The target is tracked using the observed value of the position of the target obtained from the sensor, and the falling motion and the constant-velocity linear motion state of the target are obtained using the information obtained from the tracking and the observed value of the sensor. In the falling motion determination device for determining the change from the falling motion state to the
A tracking filter unit that estimates the motion specifications of the target based on the observation value obtained from the sensor;
An acceleration estimation unit that calculates an average acceleration of the target in a sliding window in which the observation value to which the information from the tracking filter unit is added is reflected;
A sliding window dividing section bisecting the previous SL sliding window falling period and the straight period of the target,
A drop motion likelihood determination unit that calculates the likelihood of the drop motion using the observation value, and finally determines whether or not the target is falling ;
The sliding window dividing unit is configured to calculate the sliding window of the falling period side from the division boundary based on a value obtained by cubeing the length of the sliding window before the division, the downward component of the acceleration, and the gravitational acceleration. A falling motion determination device characterized in that a value obtained by squaring the length is calculated, and the length of the sliding window on the falling period side is obtained from the value .
センサから得られる観測値に基づいて該目標物の運動諸元を推定する追尾フィルタ部と、
該追尾フィルタ部からの情報が加えられた前記観測値が反映されるスライディングウィンドウ内における前記目標物の平均の加速度を算出する加速度推定部と、
前記スライディングウィンドウを前記目標物の直進期間と落下期間に2分割するスライディングウィンドウ分割部と、
前記観測値に基づく有限個の落下運動候補のそれぞれに対する落下運動の尤度を算出すると共に、該尤度の総和を用いて最終的に前記目標物が落下しているか否かを判断する落下運動適合判定部とを備え、
前記スライディングウィンドウ分割部は、分割する前の前記スライディングウィンドウの長さを3乗した値と、前記加速度の下方向成分と、重力加速度とに基づき、分割の区切りから前記落下期間側のスライディングウィンドウの長さを3乗した値を算出し、当該値から前記落下期間側のスライドウィンドウの長さを求める
ことを特徴とする落下運動判定装置。 The target is tracked using the observed value of the position of the target obtained from the sensor, and the falling motion and the constant-velocity linear motion state of the target are obtained using the information obtained from the tracking and the observed value of the sensor. In the falling motion determination device for determining the change from the falling motion state to the
A tracking filter unit that estimates the motion specifications of the target based on the observation value obtained from the sensor;
An acceleration estimation unit that calculates an average acceleration of the target in a sliding window in which the observation value to which the information from the tracking filter unit is added is reflected;
A sliding window dividing section bisecting the previous SL sliding window falling period and the straight period of the target,
A fall motion that calculates the likelihood of a fall motion for each of a finite number of fall motion candidates based on the observed value and finally determines whether the target is falling using the sum of the likelihoods A conformity determination unit ,
The sliding window dividing unit is configured to calculate the sliding window of the falling period side from the division boundary based on a value obtained by cubeing the length of the sliding window before the division, the downward component of the acceleration, and the gravitational acceleration. A falling motion determination device characterized in that a value obtained by squaring the length is calculated, and the length of the sliding window on the falling period side is obtained from the value .
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