JP2004351950A

JP2004351950A - 天体の立体観測方法

Info

Publication number: JP2004351950A
Application number: JP2003148487A
Authority: JP
Inventors: Koji Oya; 晃示大矢; Mitsuya Sakamoto; 満也坂本; Jun Sasaki; 純佐々木; Kengo Yamamoto; 研吾山本
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】立体視能力の向上を図りつつ、天体における観測対象ないしその周辺を常時立体的に観測することができるようにする。
【解決手段】地球における静止衛星軌道１と略同じ大きさを成していると共に地球の赤道面Ｅに対して傾斜して日本Ｐの略天頂を通る円軌道３を設定し、円軌道３上に複数の準天頂通過衛星４ａ，４ｂ，４ｃを投入して日本Ｐないしその周辺を常時２機以上で臨むべく配置し、日本Ｐないしその周辺を臨んでいる２機以上の準天頂通過衛星４ａ，４ｂ，４ｃで得た複数の観測データ、及び静止衛星２ａ，２ｂで得た観測データを合成して日本Ｐないしその周辺を常に立体視する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば、地球（天体）における雲の動きを立体的に観察するのに好適な天体の立体観測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記したような天体の立体観測方法としては、例えば、低軌道衛星を用いた立体観測方法や、静止衛星を用いた立体観測方法がある。
【０００３】
低軌道衛星を用いた観測方法は、図２に示すように、観測対象Ａを３機の低軌道衛星Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のそれぞれで撮影した異なる角度からの画像を合成して観測対象Ａないしその周辺を立体視したり、１機の低軌道衛星によって観測対象Ａを異なるタイミングで撮影した画像を合成して観測対象Ａないしその周辺を立体視したりする方法である。
【０００４】
また、これと類似する観測方法として、低軌道を航行するスペースシャトルの本体及びこの本体から伸びるマストにそれぞれ受信機を設けて合成開口レーダを構成し、両受信機により連続して受信した天体からのレーダ反射波を合成してドップラー周波数分析を施すことによって観測対象Ａないしその周辺を立体視する方法がある。
【０００５】
一方、静止衛星を用いた立体観測方法は、図３に示すように、静止衛星軌道上において観測対象Ａを臨む複数機（図では３機）の静止衛星Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３のそれぞれで撮影した経度方向にアングルが異なる画像を合成して観測対象Ａないしその周辺を立体視する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来において、低軌道衛星Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を用いる立体観測方法では、軌道高度を５００ｋｍとした場合、観測対象Ａの位置に回帰するのに約４０日を要することから、観測対象Ａを常に撮影することができない、すなわち、観測対象Ａの画像をリアルタイムで提供することができないという問題があった。
【０００７】
一方、静止衛星Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３を用いた立体観測方法では、ある程度の立体画像を得ることはできるものの、撮影アングルを経度方向だけにしかずらすことができず、その結果、立体視能力に欠けるという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、立体視能力の向上を図りつつ、天体における観測対象ないしその周辺を常時立体的に観測することができる天体の立体観測方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる天体の立体観測方法は、天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と同じ略大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る円軌道を設定し、上記円軌道上に複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時２機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる２機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する構成としており、この天体の立体観測方法の構成を従来の課題を解決するための手段としている。
【００１０】
本発明の請求項２に係わる天体の立体観測方法は、天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と同じ略大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る離心率≠０の楕円軌道を設定し、上記楕円軌道上に複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時２機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる２機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する構成としており、この天体の立体観測方法の構成を従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】
本発明の請求項３に係わる天体の立体観測方法は、天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と同じ略大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る円軌道を設定し、上記静止衛星軌道には上記観測対象ないしその周辺を臨む静止衛星を投入すると共に上記円軌道上には複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時１機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる静止衛星及び１機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する構成としており、この天体の立体観測方法の構成を従来の課題を解決するための手段としている。
【００１２】
本発明の請求項４に係わる天体の立体観測方法は、天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と同じ略大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る離心率≠０の楕円軌道を設定し、上記静止衛星軌道には上記観測対象ないしその周辺を臨む静止衛星を投入すると共に上記楕円軌道上には複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時１機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる静止衛星及び１機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する構成としており、この天体の立体観測方法の構成を従来の課題を解決するための手段としている。
【００１３】
本発明の請求項５に係わる天体の立体観測方法において、複数の衛星で得た観測データと、天体に設けた観測施設（例えば、地上波局）からの観測データとを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する構成としている。
【００１４】
本発明で用いる準天頂通過衛星は、すなわち、静止衛星軌道と同じ略大きさを成し且つ天体の赤道面に対して傾斜する円軌道又は離心率≠０の楕円軌道を航行する準天頂通過衛星は、観測対象と同経度付近において８の字を描くようにして移動する。したがって、観測対象ないしその周辺を常時２機以上の準天頂通過衛星が臨むようにするためには、この準天頂通過衛星を上記円軌道又は楕円軌道に適宜間隔を持って少なくとも３機以上配置することが望ましい。
【００１５】
また、本発明の天体の立体観測方法において、光学カメラを用いて観測対象ないしその周辺を撮影する方式や、合成開口レーダを用いて観測対象ないしその周辺からの反射波を受信する方式を観測データの取得方式として採用することができるほか、夜間撮影を考慮して暗視装置を用いた観測データの取得方式を採用することができる。
【００１６】
ここで、本発明の天体の立体観測方法と低軌道衛星を用いた立体観測方法とを比較すると、本発明の天体の立体観測方法では、準天頂通過衛星によって高俯角からの画像をリアルタイムで取得することができる。これに対して、低軌道衛星を用いる場合、低軌道衛星の観測対象に対する通過速度が早いことから、高俯角からのリアルタイムの観測を行うためには低軌道上に多数の衛星を配置して、観測する衛星を次々に切替える必要がある。
【００１７】
低軌道上に配置した全ての衛星が常に同一高度でしかも均一な密度で分布するものと仮定し、本発明における複数個、例えば、３個の準天頂通過衛星を組み合わせて観測を行う場合の俯角（７２°程度）と同等の最低俯角を上記低軌道衛星で確保しようとすると、高度９００ｋｍでは約２０００個、高度５００ｋｍでは約５８００個の衛星が必要になるという試算結果が得られる。
【００１８】
つまり、本発明の天体の立体観測方法では、低軌道衛星を用いた立体観測方法と比べて、高俯角からのリアルタイム画像を極めて少ない衛星数で取得し得ることとなる。
【００１９】
次に、本発明の天体の立体観測方法と複数の静止衛星を用いた立体観測方法との差異を検討する。まず、本発明における準天頂通過衛星の軌道を円軌道として高度が常に静止衛星の高度と等しいと仮定し、観測対象を例えば東京（北緯３６度）とする。このとき、赤道上に位置する静止衛星の東京を見下ろす俯角は幾何学関係から約４５°となり、試算によれば、カメラの方向精度が１０^−３ｒａｄの場合において、カメラ視差（カメラを向ける方向の誤差）の影響による取得画像の天体上の位置誤差が５７．６ｋｍとなるのに対して、上記したように本発明における準天頂通過衛星の俯角は７２°程度であって、上記と同じくカメラの方向精度が１０^−３ｒａｄの場合には、カメラ視差の影響による取得画像の天体上の位置誤差が３４．６ｋｍとなる。
【００２０】
したがって、準天頂通過衛星を用いる場合、カメラを向ける方向の誤差が生じた際の観測点の位置誤差は、静止衛星を用いる場合と比較して４０％程度少なくなる（俯角が７２°よりも大きければ、位置誤差はより少なくなる。）。
【００２１】
このように、本発明の天体の立体観測方法では、準天頂通過衛星が観測対象と同経度付近において８の字を描くようにして移動するので、アングルを緯度方向にずらして撮影した画像、すなわち、高俯角からの画像をリアルタイムで取得することができ、撮影アングルを経度方向だけにしかずらすことができない複数の静止衛星を用いた立体観測方法よりも立体視能力が大幅に向上することとなる。
【００２２】
なお、試算によれば、観測対象の略天頂を通る円軌道上を航行する準天頂通過衛星の確保し得る最低俯角は７２°であり、一方、観測対象の略天頂を通る離心率≠０の楕円軌道上を航行する準天頂通過衛星の確保し得る最低俯角は８０°であり、したがって、より高い立体視能力を求める場合は、離心率≠０の楕円軌道上を航行する準天頂通過衛星を用いることが望ましい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の天体の立体観測方法によれば、上記した構成としているので、天体における観測対象ないしその周辺を常時立体的に観測することができるのは勿論のこと、静止衛星のみによる立体観測と比較して、立体視能力の大幅な向上を実現することが可能であり、その結果、地球上の雲を観測対象とした場合には、雲の立体的な動きをリアルタイムで観測することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は本発明に係わる天体の立体観測方法の一実施例を示しており、この実施例では、地球上における日本の雲の動きを立体視するのに本発明の天体の立体観測方法を用いた場合を示している。
【００２６】
この実施例による立体観測方法によって雲の動きを観測する場合、図１（ａ）に示すように、まず、静止衛星軌道１上に２機の静止衛星２ａ，２ｂを投入し、これらの静止衛星２ａ，２ｂがいずれも日本Ｐ（観測対象としての雲）を臨むように位置調整する。
【００２７】
次いで、上記静止衛星軌道１と同じほぼ大きさを成していると共に赤道面Ｅに対して傾斜角ｉだけ傾いて日本Ｐ付近のほぼ天頂を通る円軌道３（地球表面からの高さが約３６０００ｋｍの円軌道）を設定し、この円軌道３上に複数（この実施例では３機）の準天頂通過衛星４ａ，４ｂ，４ｃを投入する。
【００２８】
そして、日本Ｐを常時１機以上で臨むべく３機の準天頂通過衛星４ａ，４ｂ，４ｃの間隔を設定して、上記静止衛星２ａ，２ｂ及び１機以上の準天頂通過衛星（図示例の状態では１機の準天頂通過衛星４ｃ）から日本Ｐないしその周辺をそれぞれ光学カメラで撮影する。
【００２９】
この際、準天頂通過衛星４ａ，４ｂ，４ｃは、図１（ｂ）に示すように、日本Ｐと同経度付近において８の字を描くようにして移動するので、すなわち、南北に移動するので、アングルを緯度方向にずらして撮影した画像も得ることができることとなり、したがって、静止衛星２ａ，２ｂ及び１機の準天頂通過衛星４ｃから得た複数の画像（観測データ）を合成すれば、日本Ｐないしその周辺の高度な立体視を行い得ることとなる。
【００３０】
また、３機の準天頂通過衛星４ａ，４ｂ，４ｃのうちの１機が常時日本Ｐを臨むようにしているので、高度な立体視能力を有しつつ日本Ｐないしその周辺を常時立体的に観測することができ、その結果、日本Ｐの上空における雲の立体的な動きをリアルタイムで観測し得ることとなる。
【００３１】
上記した実施例では、３機の準天頂通過衛星４ａ，４ｂ，４ｃだけでなく、２機の静止衛星２ａ，２ｂをも用いて観測するようにしているが、３機の準天頂通過衛星４ａ，４ｂ，４ｃのみで立体観測することも可能である。
【００３２】
また、上記した実施例では、赤道面Ｅに対して傾斜角ｉだけ傾いて日本Ｐ付近のほぼ天頂を通る地球表面からの高さが約３６０００ｋｍの円軌道３に３機の準天頂通過衛星４ａ，４ｂ，４ｃを投入して航行させる場合を示したが、これに限定されるものではなく、赤道面Ｅに対して傾斜角ｉだけ傾いて日本Ｐ付近のほぼ天頂を通る離心率≠０の楕円軌道に３機の準天頂通過衛星４ａ，４ｂ，４ｃを投入するようにしてもよい。
【００３３】
さらに、上記した実施例では、観測データの取得方式を光学カメラとした場合を示したが、これに限定されるものではなく、観測データの取得方式として合成開口レーダを用いたり、暗視装置を用いたりすることができ、観測データの取得方式として合成開口レーダを用いた場合には、地上の観測施設、例えば、地上波局からの観測データも合わせて合成すれば、より一層高度な立体視が可能となる。
【００３４】
さらにまた、上記した実施例では、観測対象の天体が地球である場合を示したが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる天体の立体観測方法の一実施例を示す衛星の軌道説明図（ａ）及び地球に対する準天頂通過衛星の動きを説明する図（ｂ）である。
【図２】従来における天体の立体観測方法を示す低軌道衛星による観測状況を示す図である。
【図３】従来における他の天体の立体観測方法を示す静止衛星による観測状況を示す図である。
【符号の説明】
１静止衛星軌道
２ａ，２ｂ静止衛星
３円軌道
４ａ，４ｂ，４ｃ準天頂通過衛星
Ｅ地球の赤道面
Ｐ日本（上空の雲；観測対象）

Claims

天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と略同じ大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る円軌道を設定し、上記円軌道上に複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時２機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる２機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視することを特徴とする天体の立体観測方法。
天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と略同じ大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る離心率≠０の楕円軌道を設定し、上記楕円軌道上に複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時２機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる２機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視することを特徴とする天体の立体観測方法。
天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と略同じ大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る円軌道を設定し、上記静止衛星軌道には上記観測対象ないしその周辺を臨む静止衛星を投入すると共に上記円軌道上には複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時１機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる静止衛星及び１機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視することを特徴とする天体の立体観測方法。
天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と略同じ大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る離心率≠０の楕円軌道を設定し、上記静止衛星軌道には上記観測対象ないしその周辺を臨む静止衛星を投入すると共に上記楕円軌道上には複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時１機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる静止衛星及び１機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視することを特徴とする天体の立体観測方法。
複数の衛星で得た観測データと、天体に設けた観測施設からの観測データとを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の天体の立体観測方法。