JP2001264405A - Method for detecting three-dimensional position and angle of movable body and device therefor - Google Patents

Method for detecting three-dimensional position and angle of movable body and device therefor

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JP2001264405A
JP2001264405A JP2000072861A JP2000072861A JP2001264405A JP 2001264405 A JP2001264405 A JP 2001264405A JP 2000072861 A JP2000072861 A JP 2000072861A JP 2000072861 A JP2000072861 A JP 2000072861A JP 2001264405 A JP2001264405 A JP 2001264405A
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Japan
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radio wave
angle
dimensional
dimensional position
moving body
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JP2000072861A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunio Sato
邦夫 佐藤
Masayuki Satake
正行 佐竹
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Maspro Denkoh Corp
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Maspro Denkoh Corp
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Publication date
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  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for detecting the three-dimensional position and angle of a movable body, and a device therefor. SOLUTION: The incidence direction and angle of a satellite in a movable body are detected by an azimuth directional antenna 9 and an elevation angle directional antenna 17. The three-dimensional position of the satellite in a relative coordinate system is calculated by a relative coordinate value calculation circuit 7 based on these data. Subsequently, rotational vector that converts the relative coordinate system to the absolute coordinate system is calculated from the relative coordinate value of the satellite and the known absolute coordinate value by a rotational vector operating circuit 8, and the three-dimensional position information and the three-dimensional angle information (six-dimensional information) of the movable body are calculated. Therefore the six-dimensional information of the movable body can be detected without requiring an expensive reference station and data transmitting equipment.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、車輌等移動体の3
次元位置及びその地点における移動体の3次元角度を検
出する方法、及びその方法を実施する検出装置に関す
る。
[0001] The present invention relates to a moving object such as a vehicle.
The present invention relates to a method for detecting a three-dimensional angle of a moving body at a three-dimensional position and a point thereof, and a detection device for implementing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】無人で田畑を耕耘したり、造成地の盛土
を転圧するなど車輌の自律走行・自動作業を行う場合、
移動体用GPS受信機を車輌等の移動体に搭載し、複数
の電波発信機器、例えばGPS衛星から送信される電波
を受信することによって、移動体の絶対座標系(地球中
心を原点とし、地球に固定した直交3軸を座標軸とする
直交座標系)における3次元位置を検出し、その位置情
報をもとに移動体の走行を制御する技術が知られてい
る。しかしながら、移動体の位置情報だけでは移動体が
どちらの方向を向いているかが分からないために、予め
指定されたコースの方向も分からないという不具合を免
れない。ゆえに上記位置情報に加えて、その地点におけ
る移動体の姿勢、つまり方位角や仰角,傾斜角等の角度
情報が必要である。なお、以下では移動体の方位角など
1つの角度を1次元角度とし、これに仰角などを加えた
2つの角度を2次元角度、さらに傾斜角などを加えた3
つの角度を3次元角度とする。
2. Description of the Related Art Autonomous running and automatic work of vehicles such as uncultivated tilling of fields and compaction of embankment on lands,
A GPS receiver for a mobile object is mounted on a mobile object such as a vehicle and receives radio waves transmitted from a plurality of radio wave transmitting devices, for example, GPS satellites. There is known a technique of detecting a three-dimensional position in an orthogonal coordinate system having three orthogonal axes fixed to a coordinate system (i.e., a coordinate axis) and controlling the traveling of a moving body based on the position information. However, since it is not possible to know which direction the moving body is facing only from the position information of the moving body, it is inevitable that the direction of the course specified in advance is not known. Therefore, in addition to the position information, the posture of the moving body at that point, that is, angle information such as an azimuth angle, an elevation angle, and an inclination angle is required. In the following, one angle such as the azimuth of the moving object is defined as a one-dimensional angle, and two angles obtained by adding an elevation angle to the two-dimensional angle are added to a two-dimensional angle.
The three angles are three-dimensional angles.

【0003】上記移動体の位置情報及び角度情報を特定
する従来の技術として、特開平11−231038号公
報に記載のものが知られている。これは、無指向性アン
テナと指向性アンテナとを組み合わせ、無指向性アンテ
ナにてGPS測位を行って移動体の位置を特定し、次い
で、移動体の位置と特定のGPS衛星(衛星Tとする)
の位置とを比較することによって、移動体から見た衛星
Tの絶対方位角を演算するとともに、方位角方向に指向
性を有する指向性アンテナにて衛星Tから送信される電
波を受信し、その強弱を測定することによって、移動体
から見た衛星Tの相対方位角を検出し、これら絶対方位
角と相対方位角とから、移動体の絶対座標系における方
位角、つまり移動体の向きを演算している。
[0003] As a conventional technique for specifying the position information and the angle information of the moving body, there is known a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-231038. This involves combining an omni-directional antenna and a directional antenna, performing GPS positioning with the omni-directional antenna to specify the position of the mobile object, and then specifying the position of the mobile object and a specific GPS satellite (satellite T). )
By calculating the absolute azimuth of the satellite T viewed from the moving object, the radio wave transmitted from the satellite T is received by the directional antenna having directivity in the azimuth direction. By measuring the strength, the relative azimuth of the satellite T viewed from the mobile is detected, and the azimuth in the absolute coordinate system of the mobile, that is, the direction of the mobile, is calculated from the absolute azimuth and the relative azimuth. are doing.

【0004】しかしながら上記特開平11−23103
8号公報に記載の技術によれば、検出される移動体の角
度情報は、方位角情報のみ、つまり1次元角度であっ
て、その他ピッチ角・ロール角など2次元,3次元角度
を検出するものではない。このため、急斜面や起伏の激
しい路面を走行する場合には測定誤差が大きくなること
がある。これについて図5をもとに説明する。図5は、
衛星Tの移動体Cに対する相対方位角の測定誤差に関す
る説明図である。特定方向として移動体Cの進行方向
(X軸)を選択すれば、移動体Cが水平に保たれた同図
aに示す状態における上記相対方位角は、衛星TのX−
Y平面への投影Pと移動体の中心Oとを結ぶ直線OPと
X軸との角αとなるが、同じ地点で移動体Cがβだけ傾
斜すれば、上記相対方位角は同図bに示す如く、衛星T
のX−Y′平面への投影P′と移動体の中心Oとを結ぶ
直線OP′とX軸との角α′と検出されることになり、
誤差(α′−α)が生じる。ゆえに、より正確な角度情
報を得るためには、上記相対方位角の他に仰角などを追
加した2次元角度、さらに傾斜角などを追加した3次元
角度を検出する必要がある。
However, Japanese Patent Application Laid-Open No.
According to the technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8 (1999) -1995, the detected angle information of the moving body is only azimuth angle information, that is, a one-dimensional angle, and detects two-dimensional and three-dimensional angles such as a pitch angle and a roll angle. Not something. Therefore, when traveling on a steep slope or a rugged road surface, a measurement error may increase. This will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram relating to a measurement error of a relative azimuth angle of a satellite T with respect to a moving object C. If the traveling direction (X-axis) of the moving object C is selected as the specific direction, the relative azimuth in the state shown in FIG.
The angle α between the X axis and the straight line OP connecting the projection P on the Y plane and the center O of the moving object is obtained. If the moving object C is tilted by β at the same point, the relative azimuth angle becomes as shown in FIG. As shown, satellite T
Is detected as an angle α ′ between a straight line OP ′ connecting the projection P ′ onto the XY ′ plane and the center O of the moving object and the X axis,
An error (α′−α) occurs. Therefore, in order to obtain more accurate angle information, it is necessary to detect a two-dimensional angle obtained by adding an elevation angle and the like in addition to the relative azimuth angle, and a three-dimensional angle obtained by adding a tilt angle and the like.

【0005】上記2次元あるいは3次元角度を検出する
手段として、移動体の異なる2点あるいは3点にGPS
受信機を設置して測位し、その位置情報から移動体の2
次元角度あるいは3次元角度を演算する方法が知られて
いる。ただし、このような複数のGPS受信機の位置情
報から移動体の角度情報を検出する方法では、各GPS
受信機の位置を数cmオーダーの測位精度で特定する必
要がある。なぜならば、移動体に設置するGPS受信機
の設置間隔はせいぜい数mであり、それらの測位誤差が
数十cmもあると角度情報に含まれる誤差が大きすぎ、
実用性を失うからである。このため、特定位置に設けら
れた基準局にて同様なGPS測位を行い、そのデータを
移動体に送信して移動体の測位データを補正することに
よって、誤差数cmオーダーの測位精度を確保してい
る。しかしこの場合、1機例えば数百万円のGPS受信
機が3機乃至4機必要であるばかりでなく、基準局と、
基準局で得られた補正データを移動体に送信するための
データ送信設備も必要となり、システム費用が非常に高
価なものとなる。
[0005] As means for detecting the two-dimensional or three-dimensional angle, a GPS is provided at two or three different points of the moving body.
A receiver is installed and positioning is performed.
A method of calculating a three-dimensional angle or a three-dimensional angle is known. However, in such a method of detecting the angle information of the moving object from the position information of the plurality of GPS receivers, each GPS
It is necessary to specify the position of the receiver with positioning accuracy on the order of several cm. Because, the installation interval of the GPS receivers installed on the moving object is at most several meters, and if the positioning error is several tens cm, the error included in the angle information is too large,
This is because practicality is lost. For this reason, the same GPS positioning is performed at the reference station provided at the specific position, and the data is transmitted to the mobile unit to correct the positioning data of the mobile unit, thereby ensuring the positioning accuracy of the order of a few cm error. I have. In this case, however, not only three or four GPS receivers of, for example, several million yen are required, but also a reference station and
Data transmission equipment for transmitting the correction data obtained by the reference station to the mobile unit is also required, and the system cost becomes very high.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
に鑑み、移動体の3次元位置に加えて、その地点におけ
る3次元角度を安価に検出可能な検出方法及び検出装置
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a detection method and a detection apparatus capable of detecting a three-dimensional angle at a point in addition to a three-dimensional position of a moving body at low cost. With the goal.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項1に記載の発明の検出方法は、絶対座標系に
おける3次元位置が既知である少なくとも3個の電波発
信機器から送信される電波を移動体が受信することによ
り、移動体の3次元位置及び3次元角度を検出する検出
方法であって、前記移動体における前記各電波発信機器
から送信される電波の入射方向及び入射角を検出し、前
記入射方向及び入射角をもとに、移動体を原点とする相
対座標系における各電波発信機器の3次元位置を演算し
た後、各電波発信機器の前記絶対座標系における3次元
位置情報と前記相対座標系における3次元位置情報とか
ら、移動体の絶対座標系での3次元位置、及び移動体の
向きを演算することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a detection method for transmitting a signal transmitted from at least three radio wave transmitting devices whose three-dimensional positions in an absolute coordinate system are known. A method for detecting a three-dimensional position and a three-dimensional angle of a moving body by receiving the radio wave transmitted by the moving body, the incident direction and the incident angle of the radio wave transmitted from each of the radio wave transmitting devices in the moving body. After calculating the three-dimensional position of each radio wave transmitting device in the relative coordinate system with the moving body as the origin based on the incident direction and the incident angle, the three-dimensional position of each radio wave transmitting device in the absolute coordinate system is calculated. A three-dimensional position of the moving body in the absolute coordinate system and a direction of the moving body are calculated from the position information and the three-dimensional position information in the relative coordinate system.

【0008】また上記方法を具現化した請求項2に記載
の発明の検出装置は、絶対座標系における3次元位置が
既知である少なくとも3個の電波発信機器から送信され
る電波を移動体が受信することにより、移動体の3次元
位置及び3次元角度を検出する検出装置であって、前記
移動体における前記各電波の入射方向を検出する入射方
向検出手段と、前記移動体における前記各電波の入射角
を検出する入射角検出手段と、前記入射方向及び入射角
をもとに、移動体を原点とする相対座標系における各電
波発信機器の3次元位置を演算する相対座標値演算手段
と、相対座標各軸の絶対座標系での方向余弦を演算する
回転ベクトル演算手段と、を備えて構成される。
According to a second aspect of the present invention, the mobile device receives a radio wave transmitted from at least three radio wave transmitting devices whose three-dimensional positions in the absolute coordinate system are known. A detecting device for detecting a three-dimensional position and a three-dimensional angle of the moving object, an incident direction detecting means for detecting an incident direction of each of the radio waves on the moving object; Incident angle detecting means for detecting an incident angle, relative coordinate value calculating means for calculating a three-dimensional position of each radio wave transmitting device in a relative coordinate system having a moving body as an origin based on the incident direction and the incident angle; Rotation vector calculating means for calculating the direction cosine of the relative coordinates of each axis in the absolute coordinate system.

【0009】さらに請求項3に記載の発明の構成は、請
求項2に記載の構成に加えて、前記入射方向検出手段
が、電波発信機器から送信される電波を受信可能な受信
機と、該受信機の周囲に回動移動自在に設けられ、特定
方向からの入射電波を遮蔽する遮蔽板と、該遮蔽板を回
動移動して電波の遮蔽及び解除を行う指向性制御手段
と、を有することを特徴とする。
Further, according to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect, the incident direction detecting means includes a receiver capable of receiving a radio wave transmitted from a radio wave transmitting device; A shield plate is provided rotatably around the receiver and shields an incoming radio wave from a specific direction, and has a directivity control unit that turns and moves the shield plate to shield and release the radio wave. It is characterized by the following.

【0010】請求項4に記載の発明の構成は、請求項2
または3に記載の構成に加えて、前記入射角検出手段
が、電波発信機器から送信される電波を受信可能な受信
機と、該受信機と同レベルまたはそれより下方の位置か
ら螺旋状に1回転以内の回転で前記受信機上方に至る、
電波を遮蔽する遮蔽帯と、該遮蔽帯を受信機中心軸に対
して回動し、電波の遮蔽及び解除を行う指向性制御手段
と、を有することを特徴とする。ここで電波の入射方向
とは、電波の入射ベクトルを移動体の走行面に射影した
方向ベクトルのことをいい、移動体から見た電波発信機
器の方位角を与える。また、電波の入射角とは入射ベク
トルと前記走行面との角度のことをいい、移動体に対す
る電波発信機器の仰角を与える。
The structure of the invention described in claim 4 is the same as that of claim 2
Or In addition to the configuration described in 3, the incident angle detecting means comprises: a receiver capable of receiving a radio wave transmitted from a radio wave transmitting device; and a receiver spirally from a position at the same level or lower than the receiver. Rotation within the rotation reaches above the receiver,
It is characterized by having a shielding band for shielding the radio wave, and directivity control means for rotating the shielding band with respect to the center axis of the receiver to shield and release the radio wave. Here, the incident direction of the radio wave refers to a direction vector obtained by projecting the incident vector of the radio wave onto the running surface of the moving body, and gives the azimuth of the radio wave transmitting device viewed from the moving body. Further, the incident angle of the radio wave means an angle between an incident vector and the running surface, and gives an elevation angle of the radio wave transmitting device with respect to the moving body.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる移動体の3
次元位置及び3次元角度の検出装置(以下6次元情報検
出装置という)について、図面をもとに説明する。図1
は本発明にかかる6次元情報検出装置1の概要説明図で
ある。ここで便宜上、移動体を原点とし、移動体に固定
した直交3軸を座標軸とする相対座標系(x,y,z)
を選定する。また、地球の中心を原点とする絶対座標系
(X,Y,Z)が与えられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The following is a description of a mobile unit according to the present invention.
A three-dimensional position and three-dimensional angle detection device (hereinafter referred to as a six-dimensional information detection device) will be described with reference to the drawings. FIG.
1 is a schematic explanatory diagram of a six-dimensional information detection device 1 according to the present invention. Here, for the sake of convenience, a relative coordinate system (x, y, z) with the moving body as the origin and three orthogonal axes fixed to the moving body as coordinate axes
Is selected. Also, an absolute coordinate system (X, Y, Z) having the origin at the center of the earth is given.

【0012】6次元情報検出装置1は、地球上空26,
000kmの軌道上を周回している24基のGPS衛星
(以下単に衛星という)から、後述する条件を満たす4
基の衛星を選択する衛星選択回路2と、選択された衛星
から送信される電波の入射方向θを検出する入射方向検
出手段3と、前述の各電波の入射角φを検出する入射角
検出手段4と、絶対座標値出力回路5にて出力される各
衛星の位置情報(X,Y,Z)をもとに、各衛星間の距
離Lを演算する衛星間距離演算回路6と、それら各衛星
からの電波の入射方向θ及び入射角φと、前記各衛星間
距離Lとから、衛星の相対座標系における3次元位置
(x,y,z)を演算する相対座標値演算回路7と、前
記各衛星の相対座標値と絶対座標値とを比較することに
よって、相対座標原点の絶対座標系における3次元位
置、すなわち移動体の3次元位置(X C,YC,ZC) 、
及び相対座標各軸の絶対座標系における方向余弦、すな
わち移動体の3次元角度(λx,μx,νx),(λy,μ
y,νy),(λz,μz,νz)を演算する回転ベクトル
演算回路8と、を備えている。そして、回転ベクトル演
算回路8にて演算された6次元情報を、移動体制御装置
21に出力する6次元情報出力回路20が設けられてい
る。
[0012] The six-dimensional information detecting device 1 is provided with a 26
24 GPS satellites in orbit of 000km
(Hereinafter simply referred to as a satellite)
A satellite selection circuit 2 for selecting a base satellite, and a selected satellite
Direction detection to detect the incident direction θ of radio waves transmitted from
Output means 3 and an incident angle for detecting the incident angle φ of each radio wave described above.
Each of the signals output by the detecting means 4 and the absolute coordinate value output circuit 5
The distance between each satellite based on the satellite's position information (X, Y, Z)
An inter-satellite distance calculation circuit 6 for calculating the separation L;
Direction and angle of incidence of radio waves from
From the distance L, the three-dimensional position of the satellite in the relative coordinate system
A relative coordinate value calculation circuit 7 for calculating (x, y, z);
To compare the relative and absolute coordinate values of each satellite
Therefore, the three-dimensional position of the relative coordinate origin in the absolute coordinate system
Position, that is, the three-dimensional position (X C, YC, ZC),
And the relative cosine of the direction cosine in the absolute coordinate system,
That is, the three-dimensional angle (λx, Μx, Νx), (Λy, Μ
y, Νy), (Λz, Μz, ΝzRotation vector to calculate)
And an arithmetic circuit 8. And rotation vector performance
The six-dimensional information calculated by the arithmetic circuit 8 is transferred to the moving object control device.
And a six-dimensional information output circuit 20 for outputting the information to the
You.

【0013】図2は、図1における入射方向検出手段3
及び入射角検出手段4の説明図である。入射方向検出手
段3は、方位角方向に指向性を有する方位指向性アンテ
ナ9と、方位指向性アンテナ9が受信した電波の強度を
感知する受信レベル感知器10aと、受信レベル感知器
10aにて感知された電波強度情報をもとに、方位指向
性アンテナ9の指向性を制御する指向性制御回路11a
と、指向性制御回路11aの出力を受け、電波の入射方
向を相対座標値演算回路7に出力する入射方向出力回路
12と、から構成されている。
FIG. 2 shows the incident direction detecting means 3 in FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the incident angle detecting means 4. The incident direction detecting means 3 includes an azimuth directional antenna 9 having directivity in an azimuth direction, a reception level sensor 10a for detecting the intensity of a radio wave received by the azimuth directional antenna 9, and a reception level sensor 10a. A directivity control circuit 11a for controlling the directivity of the directional antenna 9 based on the sensed radio field intensity information.
And an incident direction output circuit 12 that receives the output of the directivity control circuit 11a and outputs the incident direction of the radio wave to the relative coordinate value calculation circuit 7.

【0014】方位指向性アンテナ9は、平板状グランド
プレーン13aの中心に、任意の方向から送信される電
波を受信可能なGPS受信機(以下単に受信機という)
14aが設置されているとともに、グランドプレーン外
縁部に、衛星からの電波を遮蔽する、仰角方向に広く方
位角方向に狭い4枚の遮蔽板15,15・・が回動移動
自在に設けられている。その遮蔽板裏面(受信機側)は
電波吸収素材で覆われており、電波の反射・撹乱を防止
している。また、それらの遮蔽板15,15・・をそれ
ぞれ独立に回動移動させる駆動手段16aが、グランド
プレーン外縁部に設けられている。
An azimuthally directional antenna 9 has a GPS receiver (hereinafter simply referred to as a receiver) which can receive a radio wave transmitted from an arbitrary direction at the center of the flat ground plane 13a.
14a are installed, and four shielding plates 15, 15,... Which are wide in the elevation direction and narrow in the azimuth direction are provided on the outer edge of the ground plane so as to be rotatable and movable. I have. The back surface of the shield plate (receiver side) is covered with a radio wave absorbing material to prevent reflection and disturbance of radio waves. Further, a driving means 16a for independently rotating the shielding plates 15, 15,... Is provided at the outer edge of the ground plane.

【0015】そして、受信機14aに受信レベル感知器
10aが接続されており、指定された衛星からの電波の
強度減衰を感知可能となっている。また受信レベル感知
器10aには、その電波強度の情報をもとに駆動手段1
6aを制御する指向性制御回路11aが接続されてい
る。さらに、遮蔽板15,15・・の回動角度情報から
指定された衛星からの電波の入射方向θを確定し、相対
座標値演算手段7に出力する入射方向出力回路12が、
指向性制御回路11aに接続されている。なお、図2に
は説明の都合上、遮蔽板15,15・・を3枚しか図示
していない。
A reception level sensor 10a is connected to the receiver 14a so that the attenuation of the intensity of radio waves from a designated satellite can be sensed. The receiving level sensor 10a has driving means 1 based on the information of the radio wave intensity.
The directivity control circuit 11a for controlling the control circuit 6a is connected. Further, the incident direction output circuit 12 that determines the incident direction θ of the radio wave from the designated satellite based on the rotation angle information of the shielding plates 15, 15,.
It is connected to the directivity control circuit 11a. 2 shows only three shielding plates 15, 15,... For convenience of explanation.

【0016】一方、入射角検出手段4は、仰角方向に指
向性を有する仰角指向性アンテナ17と、仰角指向性ア
ンテナ17が受信した電波の強度を感知する受信レベル
感知器10bと、受信レベル感知器10bにて感知され
た電波強度情報をもとに、仰角指向性アンテナ17の指
向性を制御する指向性制御回路11bと、指向性制御回
路11bの出力を受け、電波の入射角φを相対座標値演
算回路7に出力する入射角出力回路19と、から構成さ
れている。
On the other hand, the incident angle detecting means 4 comprises an elevation directional antenna 17 having directivity in the elevation direction, a reception level sensor 10b for detecting the intensity of the radio wave received by the elevation directional antenna 17, and a reception level sensor. A directivity control circuit 11b for controlling the directivity of the elevation directional antenna 17 based on the radio wave intensity information sensed by the device 10b, and an output of the directivity control circuit 11b, and the incident angle φ of the radio wave is relatively determined. And an incident angle output circuit 19 for outputting to the coordinate value calculation circuit 7.

【0017】仰角指向性アンテナ17は、平板状グラン
ドプレーン13bの中心に、任意の方向から送信される
電波を受信可能な受信機14bが設置されているととも
に、受信機と同レベル位置に相当するグランドプレーン
外縁部から螺旋状に1回転して受信機14bの上方に至
る、電波を遮蔽する遮蔽帯18が、グランドプレーン外
縁に沿って回動自在に設けられている。遮蔽帯裏面(受
信機側)は電波吸収素材で覆われており、電波の反射・
撹乱を防止している。また、受信機中心軸を回動中心と
して、グランドプレーン13bを回動させる駆動手段1
6bが、グランドプレーン基端部に設けられている。か
かる仰角指向性アンテナ17が移動体Cの上部に設置さ
れており、衛星選択回路2にて指定された衛星に時分割
対応、つまり所定の時間ずつ順に各衛星に対応可能とな
っている。
The elevation directional antenna 17 has a receiver 14b capable of receiving radio waves transmitted from an arbitrary direction at the center of the flat ground plane 13b, and corresponds to the same level position as the receiver. A shielding band 18 that shields radio waves from the outer edge of the ground plane and spirally makes one turn to reach above the receiver 14b is provided rotatably along the outer edge of the ground plane. The back of the shielding band (receiver side) is covered with radio wave absorbing material,
Prevents disturbance. Driving means 1 for rotating the ground plane 13b about the center axis of the receiver as the center of rotation;
6b is provided at the base end of the ground plane. The elevation directional antenna 17 is installed above the moving object C, and can correspond to the satellite designated by the satellite selection circuit 2 in a time-division manner, that is, it can correspond to each satellite in a predetermined time sequence.

【0018】そして、上記受信機14bに受信レベル感
知器10bが接続されており、指定された衛星からの電
波の強度減衰が感知可能となっている。また受信レベル
感知器10bには、その電波強度の情報をもとに駆動手
段16bを制御する指向性制御回路11bが接続されて
いる。さらに、遮蔽帯18の回動角度情報と、上記入射
方向検出手段3にて検出された電波の入射方向の情報と
から、指定された衛星からの電波の入射角φを確定し、
その入射角φを相対座標値演算手段7に出力する入射角
出力回路19が、指向性制御回路11bに接続されてい
る。
A reception level sensor 10b is connected to the receiver 14b so that the attenuation of radio wave intensity from a designated satellite can be detected. The reception level sensor 10b is connected to a directivity control circuit 11b that controls the driving unit 16b based on the information on the radio wave intensity. Further, from the rotation angle information of the shielding band 18 and the information of the incident direction of the radio wave detected by the incident direction detecting means 3, the incident angle φ of the radio wave from the designated satellite is determined,
An incident angle output circuit 19 for outputting the incident angle φ to the relative coordinate value calculating means 7 is connected to the directivity control circuit 11b.

【0019】図3は本発明にかかる6次元情報検出装置
1における6次元情報演算のフローチャート図である。
以下、上記6次元情報検出装置1の作用について、図3
に即して説明する。まず、検出工程P1にて、24基の
衛星のうちから選択した4基の衛星Ti (i=1,2,
3,4)の絶対座標系における3次元位置(Xi,Yi
i) と、衛星Ti から送信される電波の入射方向θi
及び入射角φiを検出し、次の相対座標値演算工程P2
にて、これらのデータをもとに衛星Ti の相対座標系に
おける3次元位置(xi,yi,zi) を演算し、続く座
標変換工程P3にて、演算された衛星Ti の相対座標値
(xi,yi,zi )と、既知の情報である絶対座標値
(Xi,Yi,Zi) とを比較することにより、移動体C
の絶対座標系における3次元位置(XC,YC,ZC)、
及び3次元角度(λx,μx,νx),(λy,μy
νy),(λz,μz,νz)を演算する。以下ステップご
とに述べる。
FIG. 3 is a flow chart of the six-dimensional information calculation in the six-dimensional information detecting device 1 according to the present invention.
Hereinafter, the operation of the six-dimensional information detecting device 1 will be described with reference to FIG.
It will be described according to. First, in the detection step P1, four satellites T i (i = 1, 2, 2) selected from the 24 satellites
3-dimensional position in the absolute coordinate system of the 3,4) (X i, Y i ,
And Z i), the incident direction of the radio wave transmitted from a satellite T i theta i
And the incident angle φ i are detected, and the next relative coordinate value calculation step P2 is performed.
At the three-dimensional position in the relative coordinate system of the satellite T i on the basis of these data (x i, y i, z i) is calculated, and by the coordinate conversion step P3 followed, the computed satellite T i By comparing the relative coordinate values (x i , y i , z i ) with the absolute coordinate values (X i , Y i , Z i ) which are known information, the moving object C is obtained.
Three-dimensional position (X C , Y C , Z C ) in the absolute coordinate system of
And three-dimensional angles (λ x , μ x , ν x ), (λ y , μ y ,
ν y ) and (λ z , μ z , ν z ) are calculated. The following describes each step.

【0020】検出工程P1のステップ1(以下S1等と
略記する)にて、移動体Cの作業地点の大まかな位置情
報をもとに、衛星選択回路2にて、24基の衛星のう
ち、移動体Cの直上付近及び地平付近以外で、互いの方
位角方向の位相差が90度程度の4衛星を選択する。次
いでS2にて、選択された4基の衛星Ti の絶対座標値
(Xi,Yi,Zi) を、絶対座標値出力回路5が衛星間
距離演算回路6に出力し、S3で、その絶対座標値(X
i,Yi,Zi) のデータをもとに、衛星間距離演算回路
6が以下の式〔数1〕にしたがって各衛星間距離Lii+1
を演算し、相対座標値演算回路7に出力する。
In step 1 (hereinafter abbreviated as S1 or the like) of the detection process P1, the satellite selection circuit 2 selects one of the 24 satellites based on the rough position information of the work point of the moving object C. Four satellites having a phase difference of about 90 degrees in the azimuthal direction are selected outside the vicinity of the moving object C and the vicinity of the horizon. Next, in S2, the absolute coordinate value output circuit 5 outputs the absolute coordinate values (X i , Y i , Z i ) of the selected four satellites T i to the inter-satellite distance calculation circuit 6, and in S3, The absolute coordinate value (X
i , Y i , Z i ), the inter-satellite distance calculation circuit 6 calculates each inter-satellite distance L ii + 1 according to the following equation (Equation 1).
And outputs it to the relative coordinate value calculation circuit 7.

【数1】Lii+1 2 =(Xi+1−Xi2 +(Yi+1−Yi
2 +(Zi+1−Zi2
L ii + 1 2 = (X i + 1 −X i ) 2 + (Y i + 1 −Y i )
2 + (Z i + 1 -Z i ) 2

【0021】上記各衛星間距離Lii+1の演算と同時に、
S4にて、選択された4基の衛星T i に対して方位指向
性アンテナ9の4枚の遮蔽板15,15・・をそれぞれ
対応させるとともに、衛星Ti から送信される電波の受
信強度の最小値を受信レベル感知器10aが検出し、S
5にてその受信強度が最小値から増大したか否かを判別
する。受信強度が増大した場合は、S6にて受信強度が
減衰する方向に遮蔽板15,15・・を回動移動させ
る。換言すれば、指定された衛星Ti と受信機14aと
を遮蔽板15,15・・が常に遮るように、指向性制御
回路11aが駆動手段16を制御する。そして、受信強
度が最小となった場合はS7にて、その時の遮蔽板15
の基端中心と受信機14aの中心とを結ぶ直線aとx軸
との角度θ i を、入射方向出力回路12が相対座標値演
算回路7に出力する。
Each of the above-mentioned inter-satellite distances Lii + 1At the same time as
At S4, the selected four satellites T iOrientation oriented to
The four shielding plates 15, 15,...
The satellite TiReception of radio waves transmitted from
The reception level sensor 10a detects the minimum value of the signal strength,
Determine at 5 whether or not the reception strength has increased from the minimum value
I do. If the reception strength has increased, the reception strength is increased at S6.
Rotate the shielding plates 15, 15, ... in the direction of attenuation.
You. In other words, the designated satellite TiAnd the receiver 14a
Directivity control so that the shielding plates 15, 15
The circuit 11a controls the driving means 16. And the reception strength
When the degree becomes the minimum, in S7, the shielding plate 15 at that time is
A and the x-axis connecting the center of the base of the receiver and the center of the receiver 14a
Angle θ iFrom the input direction output circuit 12
Output to the arithmetic circuit 7.

【0022】一方、S8にて、上記選択された4基の衛
星Ti に対して仰角指向性アンテナ17を時分割対応さ
せるとともに、衛星Ti から送信される電波の受信強度
の最小値を検出し、S9にて受信強度が最小値から増大
したか否かを判別する。受信強度が増大した場合は、S
10にて受信強度が減衰する方向に仰角指向性アンテナ
17を回動させる。換言すれば、指定された衛星Ti
受信機14bとを遮蔽帯18が常に遮るように、指向性
制御回路11bが駆動手段16bを制御する。そして、
受信強度が最小となった場合はS11にて、その時の仰
角指向性アンテナ17の回動角と、上記S7にて検出さ
れた当該衛星Ti から送信される電波の入射方向θi
検出結果とから、入射角出力回路19が当該衛星の入射
角φi を演算し、相対座標値演算回路7に出力する。こ
こで、遮蔽帯18は受信機14bと同レベル位置から螺
旋状に1回転して受信機14b上方に至るように形成さ
れているので、電波の特定入射角に対して、それを遮蔽
する仰角指向性アンテナ17の回動角は一意的に確定す
る。なお、遮蔽帯18の形状を予め関数近似して入射角
出力回路19に入力しておけば、電波の入射角φを容易
に演算することができる。
On the other hand, at S8, it causes time division corresponding elevation directional antenna 17 with respect to the satellite T i of four which is the selected, detecting the minimum value of the reception intensity of the radio wave transmitted from a satellite T i Then, in S9, it is determined whether or not the reception strength has increased from the minimum value. If the reception strength increases, S
At 10, the elevation angle directional antenna 17 is rotated in a direction in which the reception intensity is attenuated. In other words, the directivity control circuit 11b controls the driving means 16b so that the shield band 18 always blocks the designated satellite T i and the receiver 14b. And
If the reception intensity becomes minimum at S11, and the rotation angle of the elevation directional antenna 17 at that time, the detection result of the incident direction theta i of the signals transmitted from the satellite T i detected by the S7 From this, the incident angle output circuit 19 calculates the incident angle φ i of the satellite and outputs it to the relative coordinate value calculation circuit 7. Here, since the shielding band 18 is formed so as to make a single helical turn from the same level position as the receiver 14b to reach above the receiver 14b, an elevation angle for shielding the specific incident angle of the radio wave is provided. The rotation angle of the directional antenna 17 is uniquely determined. If the shape of the shielding band 18 is approximated by a function in advance and input to the incident angle output circuit 19, the incident angle φ of the radio wave can be easily calculated.

【0023】続く相対座標値演算工程P2ではまず、前
工程P1で検出された衛星Ti の入射方向θi 及び入射
角φi から、衛星Ti の相対座標系における方向余弦
(λi,μi,νi) を以下のように決定する。
[0023] In the subsequent relative coordinate value calculating step P2 first, before the incident direction theta i and the incident angle phi i of the satellite T i detected in step P1, satellite T i of direction cosine in the relative coordinate system (lambda i, mu i , v i ) are determined as follows.

【数2】λi=cosφicosθi μi=cosφisinθi νi=sinφi [Number 2] λ i = cosφ i cosθ i μ i = cosφ i sinθ i ν i = sinφ i

【0024】そして、上記衛星Ti の方向余弦(λi
μi,νi) 及びS3で演算された各衛星間距離Lii+1
のデータを用いて、衛星Ti の相対座標値(xi,yi
i)を以下のように演算する。移動体Cと衛星Ti
の距離をdi とおけば、次式が成り立つ。ここでは、
(i=1,2,3)の3つに限って説明する。
[0024] Then, the direction cosine (λ i of the satellite T i,
μ i , ν i ) and the inter-satellite distance L ii + 1 calculated in S3
Using the data, relative coordinate values of the satellite T i (x i, y i ,
z i ) is calculated as follows. If the distance between the moving object C and the satellite T i is d i , the following equation is established. here,
The description will be limited to three (i = 1, 2, 3).

【数3】d1 2+d2 2−2α1212−L12 2 =0 d2 2+d3 2−2α2323−L23 2 =0 d3 2+d1 2−2α3131−L31 2 =0 αii+1=λiλi+1+μiμi+1+νiνi+1 そして、衛星Ti の相対座標値(xi,yi,zi) は次
式によって計算される。
Equation 3] d 1 2 + d 2 2 -2α 12 d 1 d 2 -L 12 2 = 0 d 2 2 + d 3 2 -2α 23 d 2 d 3 -L 23 2 = 0 d 3 2 + d 1 2 -2α 31 d 3 d 1 -L 31 2 = 0 α ii + 1 = λ i λ i + 1 + μ i μ i + 1 + ν i ν i + 1 Then, the relative coordinates of the satellite T i (x i, y i , z i ) is calculated by the following equation.

【数4】 (xi,yi,zi)=di(λi,μi,νi) 上記の関係を利用し、S12にて相対座標値演算回路7
が〔数3〕の3式に数値計算法を適用することによって
3個の未知数di (i=1,2,3)を解き、余剰解を
棄却する。さらに、S13で同様の計算を(i=4)を
含めて実行し、さらに余剰解を棄却して真の解di の精
度を高める。すなわち、衛星T1,T2,T4 の組、衛星
1,T3,T4 の組、衛星T2,T3,T4 の組から各衛
星との距離di を重複して演算し、これらを平均するこ
とによって、各衛星の方向余弦(λi,μi,νi) に含
まれる誤差を確率的に小さくする。そして、S14で衛
星の相対座標値(xi,yi,zi) を〔数4〕に従って
演算する。
(X i , y i , z i ) = d ii , μ i , v i ) Using the above relation, the relative coordinate value calculation circuit 7 is executed at S12.
Solves three unknowns d i (i = 1, 2, 3) by applying a numerical calculation method to the three equations of [Equation 3], and rejects the surplus solution. Furthermore, the same calculation in S13 executed, including (i = 4), further reject the excess solution improve the accuracy of the true solution d i. That is, the satellite T 1, T 2, T 4 sets, satellite T 1, T 3, T 4 set, from a set of satellites T 2, T 3, T 4 overlap distance d i between each satellite operation Then, by averaging these, the error included in the direction cosine (λ i , μ i , ν i ) of each satellite is stochastically reduced. The relative coordinate values of the satellite in S14 calculates (x i, y i, z i) the following [equation 4].

【0025】続いて、相対座標値演算工程P2で演算さ
れた衛星Ti の相対座標値(xi,yi,zi) と、既知
の情報である衛星Ti の絶対座標値(Xi,Yi,Zi
(i=1,2,3)とを比較して、相対座標原点つまり
移動体Cの3次元位置(X C,YC,ZC)、 及び相対座
標各軸の絶対座標系における方向余弦、つまり移動体の
3次元角度(λx, μx,νx),(λy,μy,νy),
(λz,μz,νz)を、回転ベクトル演算回路8が以下
のように演算する。
Subsequently, in the relative coordinate value calculation step P2,
Satellite TiRelative coordinate value (xi, Yi, Zi) And known
Satellite TiAbsolute coordinate value (Xi, Yi, Zi)
(I = 1, 2, 3), and the relative coordinate origin, that is,
The three-dimensional position (X C, YC, ZC), And relative seat
The direction cosine of the axis in the absolute coordinate system,
Three-dimensional angle (λx, Μx, Νx), (Λy, Μy, Νy),
z, Μz, Νz), The rotation vector operation circuit 8
Is calculated as follows.

【0026】[0026]

【数5】 とする回転ベクトルRを用いて、S15にて衛星Ti
相対座標値(xi,yi,zi) と絶対座標値(Xi
i,Zi) に関する連立2次方程式
(Equation 5) Using a rotating vector R to the relative coordinates of the satellite T i at S15 (x i, y i, z i) and the absolute coordinate values (X i,
Y i , Z i )

【数6】 (Equation 6)

【数7】λx 2+μx 2+νx 2=1 λy 2+μy 2+νy 2=1 λz 2+μz 2+νz 2=1 に数値計算法を適用し、相対座標各軸の絶対座標系にお
ける方向余弦(λx,μx,νx), (λy,μy
νy),(λz,μz,νz)を2組ずつ演算した後、座標
軸の直交条件等で余剰解を棄却して回転ベクトルRを演
算し、S16で相対座標各軸つまり移動体Cの3次元角
度(λx,μx,νx),(λy,μy,νy),(λz
μz,νz )を特定する。最後に、S17で移動体Cの
3次元位置(XC,YC,ZC) を〔数6〕より演算す
る。
The numerical calculation method is applied to λ x 2 + μ x 2 + ν x 2 = 1 λ y 2 + μ y 2 + ν y 2 = 1 λ z 2 + μ z 2 + ν z 2 = 1, and the relative coordinate of each axis is The direction cosine (λ x , μ x , ν x ), (λ y , μ y ,
ν y ) and (λ z , μ z , ν z ) are calculated two by two, and then the surplus solution is rejected under orthogonal conditions of the coordinate axes, and the rotation vector R is calculated. C three-dimensional angles (λ x , μ x , ν x ), (λ y , μ y , ν y ), (λ z ,
μ z , ν z ). Finally, in S17, the three-dimensional position (X C , Y C , Z C ) of the moving object C is calculated from [Equation 6].

【0027】上記のように演算された移動体Cの3次元
位置情報及び3次元角度情報(6次元情報)を、6次元
情報出力回路20が移動体制御装置21に出力し、移動
体Cの走行を制御する(S18)。移動体Cが移動した
ら再び電波の入射方向及び入射角を検出し(S4)、同
様に6次元情報を演算する。
The three-dimensional position information and the three-dimensional angle information (six-dimensional information) of the moving body C calculated as described above are output to the moving body control device 21 by the six-dimensional information output circuit 20, and the moving body C The traveling is controlled (S18). When the moving object C moves, the incident direction and the incident angle of the radio wave are detected again (S4), and the six-dimensional information is similarly calculated.

【0028】ここで、上記検出工程P1にて使用される
入射方向検出手段3及び入射角検出手段4の測定誤差に
ついて評価するために、以下の実験を行った。図2に示
す方位指向性アンテナ9に設置された遮蔽板15を、受
信機14aとの距離lと、板幅wとを変えて衛星からの
電波を遮蔽し、受信レベル感知器10aにて電波強度の
減衰度を測定した。その結果を平均して、図4に示す実
験データを得た。グラフの横軸は受信機14aとの距離
l〔cm〕、縦軸は受信電波の減衰度〔dB〕である。
これを見ると、遮蔽板15の板幅wを1cmとし、受信
機14aからの距離lを15cmとして電波を遮蔽した
場合でも、平均して約10dBの減衰を記録しているこ
とが分かる。従って、このレベルの強度減衰を感知でき
る感知器を使用すれば、遮蔽板15の板幅wを1cmと
しても、遮蔽板15を常に衛星方向に回動移動させるよ
うに制御することができる。例えば、受信レベル感知器
10aで感知される電波の受信強度が最小値より平均的
に10dB増大した場合に、遮蔽板15を左右いずれか
に回動移動させて、受信強度が減衰する方向を選択す
る、などの制御方法をとることができる。この場合、図
2に示す受信機中心と遮蔽板15の基端部中心とを結ぶ
直線aと、受信機中心と衛星とを結ぶ直線bとがなす角
δが測定誤差であるが、仮に、遮蔽板15が衛星からず
れて電波が直接受信機14aに入った瞬間に、受信電波
強度が最小値より10dB増大するとすれば、入射方向
θの測定誤差の最大値δMAX は、
Here, the following experiment was conducted to evaluate the measurement error of the incident direction detecting means 3 and the incident angle detecting means 4 used in the detecting step P1. The shield plate 15 installed on the directional antenna 9 shown in FIG. 2 shields radio waves from the satellite by changing the distance l from the receiver 14a and the plate width w, and the radio wave is received by the reception level sensor 10a. The intensity attenuation was measured. The results were averaged to obtain experimental data shown in FIG. The horizontal axis of the graph is the distance l [cm] from the receiver 14a, and the vertical axis is the attenuation [dB] of the received radio wave.
From this, it can be seen that even when the width of the shielding plate 15 is set to 1 cm and the distance 1 from the receiver 14a is set to 15 cm to shield radio waves, attenuation of about 10 dB is recorded on average. Therefore, if a sensor capable of detecting this level of intensity attenuation is used, it is possible to control the shield plate 15 to always rotate and move in the satellite direction even if the plate width w of the shield plate 15 is 1 cm. For example, when the reception intensity of the radio wave sensed by the reception level sensor 10a is increased by 10 dB on average from the minimum value, the shield plate 15 is rotated left or right to select a direction in which the reception intensity is attenuated. Control method. In this case, an angle δ formed by a straight line a connecting the center of the receiver and the center of the base end of the shield plate 15 shown in FIG. 2 and a straight line b connecting the center of the receiver and the satellite is a measurement error. Assuming that the intensity of the received radio wave increases by 10 dB from the minimum value at the moment when the shielding plate 15 is displaced from the satellite and the radio wave directly enters the receiver 14a, the maximum value δ MAX of the measurement error in the incident direction θ is:

【数8】tan(δMAX)≒w/(2・l) と近似できる。よってこの場合には、入射方向の測定誤
差δは2度程度に抑えることができる。
## EQU8 ## It can be approximated as tan (δ MAX ) ≒ w / (2 · l). Therefore, in this case, the measurement error δ in the incident direction can be suppressed to about 2 degrees.

【0029】また、電波の入射角検出手段4における測
定誤差に関しては、遮蔽帯18の幅をw′、遮蔽帯の傾
斜角をα、電波の遮蔽地点と受信機との距離をl′とす
れば、入射角φの測定誤差の最大値εMAX は、
Regarding the measurement error in the radio wave incident angle detecting means 4, the width of the shield band 18 is w ', the inclination angle of the shield band is α, and the distance between the radio wave shield point and the receiver is l'. For example, the maximum value ε MAX of the measurement error of the incident angle φ is

【数9】 tan(εMAX)≒w′/(2・l′cosα) と近似できる。よってこの場合も、α=30度程度とす
れば入射角の測定誤差εを2〜4度程度に抑えることが
できる。
## EQU9 ## tan (ε MAX ) ≒ w ′ / (2 · l′ cosα) can be approximated. Therefore, also in this case, if α = about 30 degrees, the measurement error ε of the incident angle can be suppressed to about 2 to 4 degrees.

【0030】そして、上記の誤差δを含む入射方向θi
及び誤差εを含む入射角φi から導出される衛星Ti
方向余弦(λi,μi,νi) にも当然誤差が生じるが、
前述したようにS13で(i=4)を適用して各衛星の
方向余弦を重複して演算し、これを平均することによ
り、誤差を確率的に小さくすることができる。なお、方
位指向性アンテナ9と仰角指向性アンテナ17との設置
部位の差異による電波の入射方向・入射角のずれは、移
動体Cと衛星Tとの距離を考慮すれば無視できるオーダ
ーである。
Then, the incident direction θ i including the above error δ
And the direction cosines (λ i , μ i , ν i ) of the satellite T i derived from the angle of incidence φ i including the error ε also have errors.
As described above, by applying (i = 4) in S13 to repeatedly calculate the direction cosine of each satellite and averaging them, the error can be stochastically reduced. Note that the shift in the incident direction and angle of the radio wave due to the difference in the installation positions of the azimuth directional antenna 9 and the elevation directional antenna 17 is on the order of negligible considering the distance between the moving object C and the satellite T.

【0031】ところで、GPS受信機を移動体に4機,
基準局に1機設置してGPS測位を行い、それらの位置
情報から移動体の3次元角度を演算する従来の装置を用
いた場合の測定誤差について、移動体に設置した各受信
機の設置間隔はせいぜい1〜3mであるから、測位精度
が数cmのオーダーであっても、演算される角度情報に
は1〜3°の測定誤差が含まれる。してみれば、上記6
次元情報検出装置1は、角度情報において、基準局から
データを送信して補正する従来の検出装置と比較しても
何ら遜色のない測定精度であるといえる。
By the way, four GPS receivers are mounted on a mobile body,
Regarding measurement errors when using a conventional device that performs GPS positioning with one device installed at the reference station and calculates the three-dimensional angle of the mobile object from the position information, the installation interval of each receiver installed on the mobile object is as follows: Since the distance is at most 1 to 3 m, even if the positioning accuracy is on the order of several cm, the calculated angle information includes a measurement error of 1 to 3 °. Then, the above 6
It can be said that the dimensional information detecting device 1 has measurement accuracy comparable to that of a conventional detecting device that corrects angle information by transmitting data from a reference station.

【0032】以上詳述したように、上記6次元情報検出
装置1によれば、入射方向検出手段としての方位指向性
アンテナ9と受信レベル感知器10a,及び指向性制御
回路11aによって、移動体Cにおける衛星の入射方向
を検出するとともに、入射角検出手段としての仰角指向
性アンテナ17と受信レベル感知器10b,及び指向性
制御回路11bによって、移動体Cにおける衛星の入射
角を検出し、それら入射方向及び入射角のデータをもと
に、相対座標値演算回路7にて衛星の相対座標系におけ
る3次元位置を演算し、その相対座標値と既知の絶対座
標値とから、回転ベクトル演算回路8にて相対座標系を
絶対座標系に変換する回転ベクトルRを演算することに
よって、移動体Cの3次元位置情報及び3次元角度情報
(6次元情報)を演算しているので、高価な基準局やデ
ータ送信設備を要せずして、移動体Cの6次元情報すべ
てを検出することができる。しかも、移動体Cにて検出
されたデータを基準局等外部から補正する必要がないの
で、データ処理に要する時間が短く、ほぼリアルタイム
に上記6次元情報が演算される。したがって、起伏の激
しい作業路面においても、移動体Cをより的確に制御す
ることができる。加えて、仰角指向性アンテナ17にお
いては、通常の無指向性アンテナのグランドプレーン外
縁部に螺旋状の遮蔽帯18を取り付けてなるシンプルな
構成であり、安価で簡単に形成することができる。
As described in detail above, according to the six-dimensional information detecting device 1, the mobile object C is controlled by the directional antenna 9 as the incident direction detecting means, the reception level sensor 10a, and the directivity control circuit 11a. , The elevation angle directional antenna 17 as the incident angle detecting means, the reception level sensor 10b, and the directivity control circuit 11b detect the satellite incident angle on the moving object C, and Based on the data on the direction and the angle of incidence, a relative coordinate value calculation circuit 7 calculates a three-dimensional position of the satellite in the relative coordinate system, and calculates a rotation vector calculation circuit 8 from the relative coordinate values and the known absolute coordinate values. By calculating the rotation vector R for converting the relative coordinate system to the absolute coordinate system, the three-dimensional position information and the three-dimensional angle information (six-dimensional information) of the moving object C are calculated. Since the calculation can be without requiring expensive reference station and data transmission equipment, it detects all six-dimensional information of the mobile C. Moreover, since it is not necessary to correct the data detected by the mobile unit C from outside such as a reference station, the time required for data processing is short, and the six-dimensional information is calculated almost in real time. Therefore, the moving body C can be controlled more accurately even on a work road surface with severe ups and downs. In addition, the elevation directional antenna 17 has a simple configuration in which a spiral shielding band 18 is attached to the outer edge of the ground plane of a normal omnidirectional antenna, and can be formed easily at low cost.

【0033】なお、本発明の6次元情報検出装置は上記
実施の形態に何ら限定されるものではなく、電波発信機
器,衛星選択回路,入射方向検出手段,入射角検出手
段,相対座標値演算手段,回転ベクトル演算手段等、本
発明の趣旨に逸脱しない範囲で適宜変更できる。例え
ば、電波発信機器にあっては、実施形態のGPS衛星に
限定されず、静止衛星など各時刻における3次元位置が
既知のものならば何でもよい。また、入射方向検出手段
について、上記実施形態ではグランドプレーン中心にG
PS受信機を設置するとともに、外縁部に4枚の遮蔽板
を設置してそれぞれ独立に制御することにより、電波の
入射方向を検出する構成について説明したが、遮蔽板を
1本のみグランドプレーン外縁部に固定し、グランドプ
レーン基端部を方位角方向に回動可能とした方位指向性
アンテナを4機搭載する構成とすることもできる。ま
た、上記遮蔽板に代えて、下端縁から仰角方向にスリッ
トを設けた半球状のドームを受信機にかぶせ、電波の受
信レベルが高くなった方向をもって電波の入射方向とす
る構成としてもよい。さらに、入射角検出手段におい
て、上記実施形態では1機の仰角指向性アンテナが各衛
星に時分割対応する例を説明したが、移動体に仰角指向
性アンテナを4機設置し、1基の衛星に1機の仰角指向
性アンテナが対応する構成とすることもできる。このよ
うにすれば各衛星の仰角をリアルタイムに検出可能とな
り、より正確な6次元情報を得ることができる。また、
実施形態では螺旋状の遮蔽帯をアンテナ外縁部に取り付
け、その基端部を回動可能とした仰角指向性アンテナに
ついて述べたが、下端縁から同様な螺旋状にスリットを
設けたドームをグランドプレーンにかぶせ、電波の受信
レベルが高くなった方向をもって電波の入射角とする構
成も考えられる。
It should be noted that the six-dimensional information detecting apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes a radio wave transmitting device, a satellite selecting circuit, an incident direction detecting means, an incident angle detecting means, a relative coordinate value calculating means. , Rotation vector calculation means, etc., can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the radio wave transmitting device is not limited to the GPS satellite of the embodiment, but may be any device such as a geostationary satellite as long as its three-dimensional position at each time is known. Further, in the above embodiment, the incident direction detecting means is located at the center of the ground plane.
A configuration has been described in which a PS receiver is installed and four shielding plates are installed on the outer edge to control the radio waves independently, thereby detecting the direction of radio wave incidence. Azimuthally directional antenna, which can be fixed to the base and the base end of the ground plane can be rotated in the azimuth direction. Further, instead of the shielding plate, a hemispherical dome provided with a slit in the elevation angle direction from the lower edge may be placed over the receiver, and the direction in which the radio wave reception level becomes higher may be used as the radio wave incident direction. Further, in the above embodiment, in the incident angle detecting means, one elevation directional antenna is used for each satellite in a time-division manner. However, four elevation directional antennas are installed on a moving body, and one satellite is installed. A configuration in which one elevation directional antenna corresponds to FIG. In this way, the elevation angle of each satellite can be detected in real time, and more accurate six-dimensional information can be obtained. Also,
In the embodiment, the helical shielding band is attached to the outer edge of the antenna, and the elevation directional antenna in which the base end is rotatable has been described. However, a dome having a similar spiral slit from the lower end is ground plane. It is also conceivable to adopt a configuration in which the direction in which the reception level of the radio wave becomes higher is set as the incident angle of the radio wave.

【0034】また、上記の各指向性アンテナに加えて、
無指向性アンテナを1機または複数機移動体に搭載して
通常のGPS測位を行い、得られた衛星との距離情報を
利用することによって、6次元情報の測定精度を高める
こともできる。加えて、それらの指向性アンテナと無指
向性アンテナとを別個に設けるのではなく、1つの受信
機の指向性・無指向性をソフト的に切り替える構成とす
ることも可能である。
In addition to the above directional antennas,
One or more omnidirectional antennas are mounted on a mobile object to perform normal GPS positioning, and the obtained distance information from a satellite is used to improve the measurement accuracy of six-dimensional information. In addition, instead of separately providing the directional antenna and the omnidirectional antenna, it is also possible to adopt a configuration in which the directional and omnidirectionality of one receiver is switched by software.

【0035】また、上記実施形態では4基の衛星からの
情報を利用した演算工程について説明したが、より多く
の衛星からの情報を活用すれば、測定精度をさらに向上
させることができる。なお、本発明の6次元情報検出装
置は、トラクター,転圧機等どのような移動体にも設置
可能であることは勿論であり、受信機の配置等も任意で
ある。
Further, in the above embodiment, the calculation process using information from four satellites has been described. However, if information from more satellites is used, the measurement accuracy can be further improved. In addition, it goes without saying that the six-dimensional information detecting device of the present invention can be installed on any moving body such as a tractor and a compactor, and the arrangement of the receiver is arbitrary.

【0036】[0036]

【発明の効果】請求項1に記載の3次元位置及び3次元
角度検出方法によれば、移動体の3次元位置及び3次元
角度のすべてが検出される。また、基準局やデータ送信
設備を必要としないので、前記3次元位置及び3次元角
度を低コストに検出することが可能である。
According to the three-dimensional position and three-dimensional angle detection method of the present invention, all of the three-dimensional position and three-dimensional angle of the moving object are detected. Further, since no reference station or data transmission equipment is required, the three-dimensional position and the three-dimensional angle can be detected at low cost.

【0037】また請求項2に記載の3次元位置及び3次
元角度検出装置によれば、高価な基準局やデータ送信設
備を要せずして、移動体の3次元位置及び3次元角度の
すべてを検出することができる。また、移動体にて検出
されたデータを基準局等外部から補正する必要がないの
で、データ処理に要する時間が短く、前記3次元位置及
び3次元角度がほぼリアルタイムに演算される。これに
より、起伏の激しい作業路面においても、移動体をより
的確に制御することが可能となる。
According to the three-dimensional position and three-dimensional angle detecting device of the present invention, all of the three-dimensional position and three-dimensional angle of the moving object can be obtained without using an expensive reference station or data transmission equipment. Can be detected. Further, since it is not necessary to correct the data detected by the mobile unit from the outside such as a reference station, the time required for data processing is short, and the three-dimensional position and the three-dimensional angle are calculated almost in real time. This makes it possible to more accurately control the moving body even on a work road surface with undulations.

【0038】さらに請求項3に記載の発明において、受
信機の周囲に遮蔽板を複数設置してそれぞれ独立に制御
することにより、1機の受信機で複数の電波発信機器か
らの電波の入射方向を検出する構成とした場合には、請
求項2の効果に加え、受信機の設置数を減らすことがで
き、装置の低コスト化につながる。
According to the third aspect of the present invention, a plurality of shielding plates are provided around the receiver and independently controlled so that the direction of incidence of radio waves from a plurality of radio wave transmitting devices can be controlled by one receiver. Is detected, the number of receivers can be reduced in addition to the effect of claim 2, which leads to a reduction in the cost of the apparatus.

【0039】請求項4に記載の発明によれば、電波発信
機器からの電波の入射角を安価で簡単に検出することが
できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the angle of incidence of a radio wave from a radio wave transmitting device can be easily detected at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる移動体の3次元位置及び3次元
角度検出装置の概要説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a three-dimensional position and three-dimensional angle detection device of a moving object according to the present invention.

【図2】図1における入射方向検出手段及び入射角検出
手段の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an incident direction detecting unit and an incident angle detecting unit in FIG.

【図3】本発明にかかる3次元位置及び3次元角度検出
装置における、3次元位置及び3次元角度演算のフロー
チャート図である。
FIG. 3 is a flowchart of a three-dimensional position and three-dimensional angle calculation in the three-dimensional position and three-dimensional angle detection device according to the present invention.

【図4】図2に示す受信機及び遮蔽板を用い、受信機と
の距離・板幅を変えて衛星からの電波を遮蔽し、その受
信電波の減衰度を測定して得た実験結果の平均値を示す
グラフである。
FIG. 4 shows an experimental result obtained by shielding a radio wave from a satellite using the receiver and the shield plate shown in FIG. 2 and changing a distance and a plate width from the receiver, and measuring an attenuation of the received radio wave. It is a graph which shows an average value.

【図5】衛星の方位角の従来の測定方法における測定誤
差に関する説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram relating to a measurement error in a conventional method of measuring the azimuth of a satellite.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・6次元情報検出装置、2・・衛星選択回路、3・
・入射方向検出手段、4・・入射角検出手段、5・・絶
対座標値出力回路、6・・衛星間距離演算回路、7・・
相対座標値演算回路、8・・回転ベクトル演算回路、9
・・方位指向性アンテナ、10a,10b・・受信レベ
ル感知器、11a,11b・・指向性制御回路、12・
・入射方向出力回路、13a,13b・・グランドプレ
ーン、14a,14b・・GPS受信機、15・・遮蔽
板、16a,16b・・駆動手段、17・・仰角指向性
アンテナ、18・・遮蔽帯、19・・入射角出力回路、
20・・6次元情報出力回路、21・・移動体制御装
置、C・・移動体、T・・衛星。
1. 6-dimensional information detection device 2. Satellite selection circuit 3.
.Incident direction detecting means, 4... Incident angle detecting means, 5... Absolute coordinate value output circuit, 6.
Relative coordinate value calculation circuit, 8 ... rotation vector calculation circuit, 9
..Azimuth directional antennas, 10a, 10b reception level detectors, 11a, 11b directional control circuits, 12.
-Incident direction output circuit, 13a, 13b-Ground plane, 14a, 14b-GPS receiver, 15-Shielding plate, 16a, 16b-Driving means, 17-Elevation directional antenna, 18-Shielding band , 19..incident angle output circuit,
20..6-dimensional information output circuit, 21..mobile unit control device, C..mobile unit, T..satellite.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J021 AA02 AA13 BA01 DA03 EA03 EA04 FA20 FA25 GA07 HA01 HA07 HA10 JA10 5J062 AA01 AA11 BB01 CC07 CC14 DD22 GG02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5J021 AA02 AA13 BA01 DA03 EA03 EA04 FA20 FA25 GA07 HA01 HA07 HA10 JA10 5J062 AA01 AA11 BB01 CC07 CC14 DD22 GG02

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶対座標系における3次元位置が既知で
ある少なくとも3個の電波発信機器から送信される電波
を移動体が受信することにより、移動体の3次元位置及
び3次元角度を検出する検出方法であって、前記移動体
における前記各電波発信機器から送信される電波の入射
方向及び入射角を検出し、前記入射方向及び入射角をも
とに、移動体を原点とする相対座標系における各電波発
信機器の3次元位置を演算した後、各電波発信機器の前
記絶対座標系における3次元位置情報と前記相対座標系
における3次元位置情報とから、移動体の絶対座標系で
の3次元位置、及び移動体の向きを演算することを特徴
とする移動体の3次元位置及び3次元角度の検出方法。
1. A three-dimensional position and a three-dimensional angle of a moving body are detected by the moving body receiving radio waves transmitted from at least three radio wave transmitting devices whose three-dimensional positions in an absolute coordinate system are known. A detection method, comprising detecting an incident direction and an incident angle of a radio wave transmitted from each of the radio wave transmitting devices in the moving body, and based on the incident direction and the incident angle, a relative coordinate system having a moving body as an origin. After calculating the three-dimensional position of each radio wave transmitting device in the above, the three-dimensional position information of the moving body in the absolute coordinate system is obtained from the three-dimensional position information of each radio wave transmitting device in the absolute coordinate system and the three-dimensional position information in the relative coordinate system. A method for detecting a three-dimensional position and a three-dimensional angle of a moving body, wherein the method calculates a three-dimensional position and a direction of the moving body.
【請求項2】 絶対座標系における3次元位置が既知で
ある少なくとも3個の電波発信機器から送信される電波
を移動体が受信することにより、移動体の3次元位置及
び3次元角度を検出する検出装置であって、前記移動体
における前記各電波の入射方向を検出する入射方向検出
手段と、前記移動体における前記各電波の入射角を検出
する入射角検出手段と、前記入射方向及び入射角をもと
に、移動体を原点とする相対座標系における各電波発信
機器の3次元位置を演算する相対座標値演算手段と、相
対座標各軸の絶対座標系での方向余弦を演算する回転ベ
クトル演算手段と、を備え、求めた方向余弦から移動体
の3次元角度を演算することを特徴とする移動体の3次
元位置及び3次元角度の検出装置。
2. The three-dimensional position and three-dimensional angle of a mobile object are detected by the mobile object receiving radio waves transmitted from at least three radio wave transmitting devices whose three-dimensional positions in the absolute coordinate system are known. A detection device, an incident direction detecting means for detecting an incident direction of each radio wave on the moving body, an incident angle detecting means for detecting an incident angle of each radio wave on the moving body, the incident direction and the incident angle A relative coordinate value calculating means for calculating a three-dimensional position of each radio wave transmitting device in a relative coordinate system having a moving body as an origin, and a rotation vector for calculating a direction cosine of each relative coordinate axis in an absolute coordinate system Calculating means for calculating a three-dimensional angle of the moving object from the obtained direction cosine, thereby detecting a three-dimensional position and a three-dimensional angle of the moving object.
【請求項3】 入射方向検出手段が、電波発信機器から
送信される電波を受信可能な受信機と、該受信機の周囲
に回動移動自在に設けられ、特定方向からの入射電波を
遮蔽する遮蔽板と、該遮蔽板を回動移動して電波の遮蔽
及び解除を行う指向性制御手段と、を有することを特徴
とする請求項2に記載の移動体の3次元位置及び3次元
角度の検出装置。
3. An incident direction detecting means is provided for a receiver capable of receiving a radio wave transmitted from a radio wave transmitting device, and is rotatably movable around the receiver to shield an incident radio wave from a specific direction. The three-dimensional position and the three-dimensional angle of the moving body according to claim 2, further comprising: a shielding plate; and a directivity control unit that rotates and moves the shielding plate to shield and release radio waves. Detection device.
【請求項4】 入射角検出手段が、電波発信機器から送
信される電波を受信可能な受信機と、該受信機と同レベ
ルまたはそれより下方の位置から螺旋状に1回転以内の
回転で前記受信機上方に至る、電波を遮蔽する遮蔽帯
と、該遮蔽帯を受信機中心軸に対して回動し、電波の遮
蔽及び解除を行う指向性制御手段と、を有することを特
徴とする請求項2または3に記載の移動体の3次元位置
及び3次元角度の検出装置。
4. An incident angle detecting means, comprising: a receiver capable of receiving a radio wave transmitted from a radio wave transmitting device; and a helical rotation within one rotation from a position at or below the same level as the receiver. Claims: It has a shielding band reaching the upper part of a receiver for shielding a radio wave, and directivity control means for rotating the shielding band with respect to a center axis of the receiver to shield and release the radio wave. Item 3. The three-dimensional position and three-dimensional angle detection device for a moving object according to item 2 or 3.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007024617A (en) * 2005-07-14 2007-02-01 National Institute Of Information & Communication Technology Directional information acquisition method
KR101885069B1 (en) * 2017-02-24 2018-08-03 김태희 Tilt sensor and method for detecting tilt of antenna using the same

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