JP2008122127A - 目標位置標定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の観測点に位置し、目標3からの到来電波の方探機能を有する方位測定装置1と、第2の観測点に位置し、目標3から放射され建築物等の既知の反射面4で反射した到来電波の方探機能を有する方位測定装置2を備え、方位測定装置2は等価的に目標から見て第1の観測点と互いに直交する方向に近い方向から測定を実施することにより、高精度の目標位置標定を行うようにした。
【選択図】図1
Description
例えば、目標より送信される電波を受信することで目標の方位を測定する位置情報部と、自己位置を設定する位置設定部と、位置情報部に対して到来電波の方位の基準方位を設定する基準方位設定部とを備えた方位測定装置を少なくとも2つ用いて、目標位置を標定する目標位置標定装置において、互いに自己の有する位置情報部により相手の方位を測定すると共に相手の自己位置を取得し、相手の方位および相手の自己位置と、自分の自己位置とに基づいて目標方位を求める基準となる基準方位を演算することにより、基準方位の設定を高精度に行うようにした目標位置標定装置が知られている。(特許文献1参照)
これを解決するためには極力互いに直交する方向から目標の方位を測定する必要があるが、目標周辺に危険エリアが存在するなど、方位測定装置を搭載した航空機等の飛行可能領域に制約がある場合は、必ずしも互いに直交する方向から測定できないことになる。
この発明の実施の形態1における目標位置標定装置を図1〜図5に基づいて説明する。図1はこの発明の実施形態1のブロック構成図、図2は反射面を用いない場合の基本処理を示す処理内容の説明図、図3は近接した方向からの観測による位置標定結果の計算例を示す図、図4は反射面を用いた場合の処理内容の説明図、図5は等価的に離隔した方向からの観測による位置標定結果の計算例を示す図である。
なお上記した自己位置算出部12、22はGPS(GlobalPositioning System)受信機を用いて自己位置を自動的に測定してもよいし、手動で設定してもよい。また反射面情報保持部24に保持されている反射面4の位置座標(x3,y3)及び反射面角度(Θ3)の情報は既に知られているので、目標位置標定処理部25にメモリとして内蔵していてもよい。
図2(a)は、第1の観測点(以下観測点1という)にいる方位測定装置1と第2の観測点2(以下観測点2という)にいる方位測定装置2が、目標3を方探している状態の図で、図2(b)は、方位測定装置1、2がX−Y平面上にあり、基準方位をX軸として、観測点1および観測点2での方探結果(Θ1、Θ2)から目標位置を求める処理内容を示す図である。
図2において、真の目標位置座標を(x,y)=(0,0)とする。これは未知のものである。このとき観測点1及び観測点2の位置座標を以下のように極座標で表す。
観測点1の位置座標 (x1,y1)=(r1・cosθ1,r1・sinθ1)
観測点2の位置座標 (x2,y2)=(r2・cosθ2,r2・cosθ2)
ここで、θ1は観測点1と目標3を結ぶ線がX軸となす角度、θ2は観測点2と目標3を結ぶ線がX軸となす角度である。r1は観測点1と目標3との距離、r2は観測点2と目標3との距離である。
観測点1の方探結果y=a1・x+b1 ・・・(1)
a1=tan(θ1−φ1)
b1=r1sinθ1−tan(θ1−φ1)・r1cosθ1
=y1−tan(θ1−φ1)・x1
θ1−φ1=Θ1+180°
Θ1:観測点1における目標方探結果(方探結果1)
観測点2の方探結果y=a2・x+b2 ・・・(2)
a2=tan(θ2−φ2)
b2=r2sinθ2−tan(θ2−φ2)・r2cosθ2
=y2−tan(θ2−φ2)・x2
θ2−φ2=Θ2+180°
Θ2:観測点2における目標方探結果(方探結果2)
即ち、目標位置座標(目標位置標定結果)は、次の(3)式となる。
(x,y)=((b2-b1)/(a1-a2),(a1b2-a2b1)/(a1-a2))
・・・(3)
従って、観測点1における方位測定装置1の自己位置算出部12から得られる自己位置座標(x1,y1)及び目標方位算出部11から得られる方探結果1(Θ1)を通信部15により観測点2へ伝送し、観測点2における方位測定装置2の自己位置算出部22から得られる自己位置座標(x2,y2)及び目標方位算出部21から得られる方探結果2(Θ2)も用いることにより、観測点2にいる方位測定装置2の目標位置標定処理部25にて目標位置を標定することができる。
図3に示したように目標3に対して近接した方向から方探を行って目標位置標定を実施する場合、2つの観測点1、2における方探結果の直線の傾きが近い値となるため、この2つの直線の交点の分布も大きくばらつく。その結果、観測点1のr1を80[NM(rms)]、θ1を250[deg]、観測点2のr2を100[NM(rms)]、θ2を284[deg]とした時、位置標定誤差は23.5[NM(rms)]となり、位置標定誤差が大きい。
等価的な方探結果2 Θ2’=2Θ3−Θ2
Θ2:観測点2における方探結果
Θ3:反射面の角度(反射面情報保持部24に予め登録)
(x2,y2):観測点2の位置座標
Θ4=2(Θ3−Θ2)
以上より反射波を用いて求めた等価的な方探結果2(Θ2’)及び等価的な観測点2の位置座標(x2’,y2’)をそれぞれ方探結果2(Θ2)、観測点2の位置座標(x2,y2)として反射面がない場合と同じ処理により位置標定を行うことによって、目標に対して離隔した方向(目標からみて互いに直交する方向に近い方向)から方探を行ったのと同様な高い精度での目標位置標定が可能となる。この処理は航空機B(観測点2)の方位測定装置2の目標位置標定処理部25で実施する。
図5に示したように、等価的に目標に対して離隔した方向から方探を行うことにより、2つの観測点1、2における方探結果の傾きが垂直に近くなるため、この2つの直線の交点も分布のばらつきは小さくなり高い精度での目標位置標定が可能となる。その結果、観測点1のr1を80[NM(rms)]、θ1を250[deg]、観測点2のr2を100[NM(rms)]、θ2を350[deg]とした時、位置標定誤差は4.6[NM(rms)]となり、位置標定誤差が小さい。
この発明の実施形態1では位置座標及び角度が既知の反射面4の情報を用いて目標位置標定を行う装置及び処理内容を示したが、実施形態1では、目標信号が反射面4で鏡面反射すること、及び反射面4の角度が既知であることが必要であった。この発明の実施形態2では反射面4ではなく反射点5を用い、目標信号が反射面で鏡面反射しなくても、観測点1及び観測点2に到来する目標信号の時間差を用いて双曲線法を組み合わせることにより目標位置標定が可能となるようにしたものである。
なお反射点情報保持部29に保持されている反射点5の位置座標(x3,y3)の情報は既に知られているので、目標位置標定処理部25にメモリとして内蔵していてもよい。
図7(a)は、第1の観測点(以下観測点1という)にいる方位測定装置1と第2の観測点2(以下観測点2という)にいる方位測定装置2が、目標3を方探している状態の図で、図7(b)は、方位測定装置1、2がX−Y平面上にあり、基準方位をX軸として、観測点1での方探結果(Θ1)および観測点2での信号到来時刻差から目標位置を求める処理内容を示す図である。
図7において、真の目標位置座標を(x,y)=(0,0)とする。これは未知のものである。このとき観測点1及び観測点2の位置座標を以下のように極座標で表す。
観測点1の位置座標 (x1,y1)=(r1・cosθ1,r1・sinθ1)
観測点2の位置座標 (x2,y2)=(r2・cosθ2,r2・cosθ2)
ここで、θ1は観測点1と目標3を結ぶ線がX軸となす角度、θ2は観測点2と目標3を結ぶ線がX軸となす角度である。r1は観測点1と目標3との距離、r2は観測点2と目標3との距離である。
観測点1における方探誤差をφ1として、観測点1における方探結果を直線の式で表すと以下のようになる。
観測点1の方探結果y=a1・x+b1 ・・・(5)
a1=tan(θ1−φ1)
b1=r1sinθ1−tan(θ1−φ1)・r1cosθ1
=y1−tan(θ1−φ1)・x1
θ1−φ1=Θ1+180°
Θ1:観測点1における目標方探結果(方探結果1)
信号到来時間差 Δt=t2−t1
t2:観測点2における信号到来時刻
t1:観測点1における信号到来時刻
上記の信号到来時間差Δtを用いて観測点1及び観測点2を焦点とする双曲線を求める。
x’2/a2−y’2/b2=1
a=(r2−r1)/2=Vc・Δt/2
Vc:光速 Δt:信号到来時間差
b=(c2−a2)1/2
c=((x2−x1)2+(y2−y1)2)1/2/2
ξ=tan-1((y2−y1)/(x2−x1))
xc,yc:観測点1及び観測点2の中点の座標
従って、観測点1における自己位置算出部12から得られる自己位置座標(x1,y1)、目標方位算出部11から得られる方探結果1(Θ1)及び信号到来時刻測定部17から得られる信号到来時刻(t1)を観測データ転送部13を介して通信部15により第2の観測点の方位測定装置2へ伝送し、第2の観測点における方位測定装置2の自己位置算出部22から得られる自己位置座標(x2,y2)、及び信号到来時刻測定部28から得られる信号到来時刻2(t2)も用いることにより、観測点2の方位測定装置2の目標位置標定処理部25にて目標位置を標定することができる。
図8に示したように目標3に対して近接した方向から方探及び信号到来時間差の測定を行って目標位置標定を実施する場合、観測点1における方探結果の直線及び観測点1、2間の信号到来時間差から求めた双曲線の傾きが近い値となるため、交点の分布も大きくばらつき、位置標定誤差が大きい。
等価的な信号到来時刻t2’は次の式となる。
t2’=t2−((x3−x2)2+(y3−y2)2)1/2/Vc
Vc:光速
x2,y2:観測点2の位置座標
x3,y3:反射点の位置座標(反射点情報保持部29に予め登録)
図10に示したように、等価的に目標3に対して離隔した方向から観測を行うことにより、観測点1における方探結果の傾きと観測点2で算出した双曲線の傾きが垂直に近くなるため、交点も分布のばらつきは小さくなり、高い精度での目標位置標定が可能となる。
この発明の実施形態1及び実施形態2では、航空機A(観測点1)の方位測定装置1から必要なデータを通信手段により航空機B(観測点2)の方位測定装置2が受け取り、航空機B(観測点2)の方位測定装置2が有する目標位置標定処理部25にて目標位置標定処理を実施したが、航空機A(観測点1)の方位測定装置1が有する記録部14及び航空機B(観測点2)の方位測定装置2が有する表示記録部26に観測データを記録しているので、これら観測データを地上に設けた目標位置標定処理装置でオフラインにより目標位置標定処理を行っても同じ効果が期待できる。なおこの場合、反射面4または反射点5の位置座標と反射面角度のデータは既知であるので、このデータは予め地上に設けた目標位置標定処理装置に保持していてもよい。
また、航空機A(観測点1)の方位測定装置1及び航空機B(観測点2)の方位測定装置2から必要なデータを通信手段により、それぞれの観測点以外のプラットフォームに伝送し、リアルタイムで目標位置標定処理を行っても同じ効果が期待できる。
3:目標 4:反射面
5:反射点
10:第1の目標電波受信部 11:第1の目標方位算出部
12:第1の自己位置算出部 13:第1の観測データ転送部
14:第1の記録部 15:第1の通信部
16:第1のGPS受信機 17:第1の信号到来時刻測定部
20:第2の目標電波受信部 21:第2の目標方位算出部
22:第2の自己位置算出部 23:第2の通信部
24:反射面情報保持部
25:第2の観測データ転送部及び目標位置標定処理部
26:第2の記録部(表示記録部) 27:第2のGPS受信機
28:第2の信号到来時刻測定部 29:反射点情報保持部
Claims (10)
- 少なくとも2箇所の観測点に設けた方位測定装置からの目標方位の観測結果に基づき目標位置の標定を行う目標位置標定装置において、
目標からの電波を受信する第1の目標電波受信部と、この第1の目標電波受信部で受信した目標電波を用いて目標方位を算出する第1の目標方位算出部と、自機位置の座標を算出する第1の自己位置算出部と、前記第1の目標方位算出部で求めた方探結果1及び前記第1の自己位置算出部で求めた自己位置座標のデータを通信部又は記録部へ転送する第1の観測データ転送部とを設けた第1の観測点の方位測定装置、
目標から放射され既知の反射面で反射した電波を受信する第2の目標電波受信部と、この第2の目標電波受信部で受信した目標電波を用いて目標方位を算出する第2の目標方位算出部と、自機位置の座標を算出する第2の自己位置算出部と、前記第2の目標方位算出部で求めた方探結果2及び前記第2の自己位置算出部で求めた自己位置座標のデータを通信部又は記録部へ転送する第2の観測データ転送部とを設けた第2の観測点の方位測定装置、
前記第1の観測データ転送部からの方探結果1(Θ1)と自己位置座標(x1,y1)、及び第2の観測データ転送部からの方探結果2(Θ2)と自己位置座標(x2,y2)、及び前記反射面の反射面位置座標(x3,y3)と反射面角度(Θ3)に基づいて演算処理し、目標位置の標定を行う目標位置標定処理部、
を備えたことを特徴とする目標位置標定装置。 - 第1の観測点の方位測定装置には、第1の観測データ転送部からの方探結果1及び自己位置座標のデータを記録する第1の記録部を設け、第2の観測点の方位測定装置には、第2の観測データ転送部からの方探結果2及び自己位置座標のデータを記録する第2の記録部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の目標位置標定装置。
- 第1の観測点の方位測定装置には、第1の観測データ転送部からの方探結果1及び自己位置座標のデータを第2の観測点の方位測定装置に送信する第1の通信部を設け、
第2の観測点の方位測定装置には、前記第1の通信部からの方探結果1及び自己位置座標のデータを受信する第2の通信部と、反射面の位置座標及び反射面の角度の情報を予め保持する反射面情報保持部と、前記第2の通信部からの方探結果1(Θ1)と自己位置座標(x1,y1)、及び第2の観測データ転送部からの方探結果2(Θ2)と自己位置座標(x2,y2)、及び前記反射面情報保持部からの反射面位置座標(x3,y3)と反射面角度(Θ3)に基づいて演算処理し、目標位置の標定を行う目標位置標定処理部を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の目標位置標定装置。 - 目標位置標定処理部に入力されるデータ情報を記録し、目標位置標定結果をユーザに表示する表示記録部を第2の観測点の方位測定装置に備えた請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の目標位置標定装置。
- 第1の記録部及び第2の記録部からのデータを地上に設けた目標位置標定処理部に入力し、前記目標位置標定処理部は前記入力データと反射面位置座標(x3,y3)と反射面角度(Θ3)とに基づいて演算処理し、目標位置の標定を行うようにした請求項2に記載の目標位置標定装置。
- 少なくとも2箇所の観測点に設けた方位測定装置からの目標方位の観測結果に基づき目標位置の標定を行う目標位置標定装置において、
目標からの電波を受信する第1の目標電波受信部と、この第1の目標電波受信部で受信した目標電波を用いて目標方位を算出する第1の目標方位算出部と、自機位置の座標を算出する第1の自己位置算出部と、第1の観測点と第2の観測点の間で時刻同期をとるための第1のGPS受信機と、この第1のGPS受信機からの信号と前記第1の目標電波受信部で受信した目標電波を用いて信号到来時刻を測定する第1の信号到来時刻測定部と、前記第1の目標方位算出部で求めた方探結果1、前記第1の自己位置算出部で求めた自己位置座標及び前記第1の信号到来時刻測定部で求めた信号到来時刻1のデータを通信部又は記録部へ転送する第1の観測データ転送部とを設けた第1の観測点の方位測定装置、
目標から放射され既知の反射点で反射・散乱した電波を受信する第2の目標電波受信部と、自機位置の座標を算出する第2の自己位置算出部と、第1の観測点と第2の観測点の間で時刻同期をとるための第2のGPS受信機と、この第2のGPS受信機からの信号と前記第2の目標電波受信部で受信した目標電波を用いて信号到来時刻を測定する第2の信号到来時刻測定部と、前記第2の自己位置算出部で求めた自己位置座標、前記第2の信号到来時刻測定部で求めた信号到来時刻のデータを通信部又は記録部へ転送する第2の観測データ転送部とを設けた第2の観測点の方位測定装置、
前記第1の観測データ転送部からの方探結果1(Θ1)と自己位置座標(x1,y1)と信号到来時刻(t1)、及び第2の観測データ転送部からの自己位置座標(x2,y2)と信号到来時刻(t2)、及び前記反射点の位置座標(x3,y3)に基づいて演算処理し、目標位置の標定を行う目標位置標定処理部、
を備えたことを特徴とする目標位置標定装置。 - 第1の観測点の方位測定装置には、第1の観測データ転送部からの方探結果1及び自己位置座標及び信号到来時刻のデータを記録する第1の記録部を設け、第2の観測点の方位測定装置には、第2の観測データ転送部からの自己位置座標及び信号到来時刻のデータを記録する第2の記録部を設けたことを特徴とする請求項6に記載の目標位置標定装置。
- 第1の観測点の方位測定装置には、第1の観測データ転送部からの方探結果1及び自己位置座標及び信号到来時刻のデータを第2の観測点の方位測定装置に送信する第1の通信部を設け、
第2の観測点の方位測定装置には、前記第1の通信部からの方探結果1及び自己位置座標及び信号到来時刻のデータを受信する第2の通信部と、反射点の位置座標の情報を予め保持する反射点情報保持部と、前記第2の通信部からの方探結果1(Θ1)と自己位置座標(x1,y1)と信号到来時刻(t1)、及び第2の観測データ転送部からの自己位置座標(x2,y2)と信号到来時刻(t2)、及び前記反射点情報保持部からの反射点位置座標(x3,y3)に基づいて演算処理し、目標位置の標定を行う目標位置標定処理部を設けたことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の目標位置標定装置。 - 目標位置標定処理部に入力されるデータ情報を記録し、目標位置標定結果をユーザに表示する表示記録部を第2の観測点の方位測定装置に備えた請求項6乃至請求項8のいずれか1つに記載の目標位置標定装置。
- 第1の記録部及び第2の記録部からのデータを地上に設けた目標位置標定処理部に入力し、前記目標位置標定処理部は前記入力データと反射点位置座標(x3,y3)とに基づいて演算処理し、目標位置の標定を行うようにした請求項7に記載の目標位置標定装置。
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