JP2011153854A - 方位測定装置及び方位測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物体が向いている方位を高い精度で正確に計測可能で、簡便かつ小型の方位測定装置を提供する。
【解決手段】位置情報を測定するＧＰＳセンサ１１、ＧＰＳセンサ１１を長手方向に直線的に移動させるレール１２を備え、計算機１３がＧＰＳセンサ１１の移動前後で測定した２つの位置情報からＧＰＳセンサ１１の移動方向の方位を算出することで、レール１２の長手方向の方位を簡便かつ高い精度で計測することが可能となる。また、レール１２の先端にＧＰＳセンサ１１を取り付け、レール１２を伸縮可能とすることで、方位測定装置の小型化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、方位を測定する技術に関し、特に無線アンテナのメインビームの方向を測定する技術に関する。

ミリ波無線においては、送信機の出力が低く、また受信感度も悪い。そのため、１ｋｍ程度離れた位置でデータ伝送を行うには、アンテナのビーム幅が１度以下の非常に指向性が高いアンテナを使用する必要がある。ところが、このようなビーム幅が狭いアンテナを使用する場合、送信機−受信機のアンテナ方位が互いに高い精度で一致しない限り、受信機の最小感度以上の受信電力を得ることが出来ないことが多く、感度が得られるアンテナ方位を探すために時間がかかる。

無線通信の位置合わせについては、ＧＰＳ（Global Positioning System）から得られる位置情報を使用してアンテナの水平方向を決めるシステムが実用化されている（非特許文献１参照）。また、磁石等を用いて北の方位を探し、絶対角度を求めてアンテナの水平方向を決める方法もある。しかしながら、非特許文献１の方法や磁石等を用いる方法では、ミリ波無線の初期の位置合わせに使用するには精度が不足している。

他方、例えば、非特許文献２のＧＰＳコンパスを用いることで正確な方位情報を得ることが可能である。

"Transmission PRO 360 〜ヘリ自動追尾雲台（遠隔制御仕様）〜", [online], 株式会社松浦機械製作所, ［平成２１年１１月２日検索］, インターネット〈ＵＲＬ：http://www.matsuura-kikai.com/a/index_interbee1.html〉 "ヘミスフィアＤＧＰＳコンパス ＶＳ１００／ＶＳ１１０", [online], 株式会社ＧＩＳｕｐｐｌｙ, ［平成２１年１１月２日検索］, インターネット〈ＵＲＬ：http://www.gisup.com/product/pr_hemis_vs100.html〉

しかしながら、非特許文献２のＧＰＳコンパスは、ＧＰＳセンサを２つ必要とするため高額であるという問題がある。また、方位精度を０．１度以下にするためには２つのＧＰＳセンサの距離を２ｍ以上にする必要があるため、装置が大型化し、無線機に取り付けられないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、物体が向いている方位を高い精度で正確に計測可能で、簡便かつ小型の方位測定装置を提供することを目的とする。

第１の本発明に係る方位測定装置は、自身の位置情報を取得して出力する位置取得手段と、位置取得手段を取り付け、当該位置取得手段を直線的に移動させる移動手段と、位置取得手段の移動前後それぞれにおける位置情報を入力する入力手段と、入力した２つの位置情報に基づいて位置取得手段の移動方向の方位を算出する算出手段と、を有しており、移動距離は必要とする方位精度を得るために必要な長さ以上であることを特徴とする。例えば、0.1 度以上の方位精度を得るためには移動距離は 2 m 以上とする必要がある。

上記方位測定装置において、移動手段は伸縮可能な棒状体であり、位置取得手段は当該棒状体の端に取り付けられていることを特徴とする。

上記方位測定装置において、移動手段に取り付けられ、移動方向を回転可能にする回転手段を有することを特徴とする。

上記方位測定装置において、移動手段はアンテナに取り付けるものであり、移動手段をアンテナに取り付けた際に、移動方向が当該アンテナのメインビームの放射方向に対して平行であることを特徴とする。

第２の本発明に係る方位測定方法は、自身の位置情報を取得して出力する位置取得手段により、第１の位置情報を取得するステップと、位置取得手段を取り付けた移動手段により、位置取得手段を必要とする方位精度を得るために必要な長さ以上、直線的に移動させるステップと、位置取得手段を移動後に、第２の位置情報を取得するステップと、第１、第２の位置情報に基づいて位置移動手段の移動方向の方位を算出するステップと、を有することを特徴とする。

上記方位測定方法において移動手段は伸縮可能な棒状体であり、位置取得手段は当該棒状体の端に取り付けらており、移動させるステップは、棒状体を伸縮させることで位置取得手段を直線的に移動させることを特徴とする。

上記方位測定方法において方位を算出するステップの後に、移動方向を第２の移動方向へ回転させるステップと、移動方向を回転後に、位置取得手段により第３の位置情報を取得するステップと、第３の位置情報を取得後に、位置取得手段を直線的に移動させるステップと、位置取得手段を移動後に、第４の位置情報を取得するステップと、第３、第４の位置情報に基づいて位置移動手段の第２の移動方向の方位を算出するステップと、を有することを特徴とする。

上記方位測定方法において第１の位置情報を取得する前に、移動方向がアンテナのメインビームの放射方向に対して平行となるように移動手段を当該アンテナに取り付けるステップを有することを特徴とする。

本発明によれば、物体が向いている方位を高い精度で正確に計測可能で、簡便かつ小型の方位測定装置を提供することができる。

本実施の形態における方位測定装置の構成を示す概略構成図である。 上記方位測定装置を用いて方位を測定する処理の流れを示すフローチャートである。 上記方位測定装置をアンテナに設置し、アンテナの方位を測定する実施例を説明するための説明図である。 本実施の形態における別の方位測定装置の構成を示す概略構成図である。 本実施の形態におけるさらに別の方位測定装置の構成を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態における方位測定装置の構成を示す概略構成図である。同図に示す方位測定装置は、伸縮可能な棒状のレール１２、レール１２の先端に配置されたＧＰＳセンサ１１、および計算機１３を備える。図１（ａ）は、レール１２を縮めた状態を示し、図１（ｂ）は、レール１２を延ばした状態を示す。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、レール１２は振り出し構造で２ｍ以上伸縮可能である。レール１２を伸縮させることでＧＰＳセンサ１１を直線的に移動させることができ、ＧＰＳセンサ１１は、レール１２を縮めた状態におけるレール１２先端の位置情報とレール１２を延ばした状態におけるレール１２先端の位置情報を取得することが可能となる。つまり、ＧＰＳセンサ１１は、レール１２の伸縮方向に２ｍ以上離れた位置における位置情報を取得することができ、この結果、この装置の方位精度は 0.1 度以上となる。

計算機１３は、入力部１３１と算出部１３２を備える。入力部１３１は、ＧＰＳセンサ１１が測定した位置情報を入力し、計算機１３の備える記憶手段に記憶させる。算出部１３２は、ＧＰＳセンサ１１が移動前後において測定した２つの位置情報を記憶手段から読み出し、ＧＰＳセンサ１１の移動方向、つまり、レール１２の伸縮方向の方位を算出する。より具体的には、２つの位置情報の各成分の差分を取ってＧＰＳセンサ１１の移動ベクトルを求め、ＧＰＳセンサ１１の移動方向の方位を算出する。水平方向の方位は、位置情報の水平方向の成分から求めることができる。

図２は、本実施の形態における方位測定装置を用いて方位を測定する処理の流れを示すフローチャートである。

まず、レール１２の伸縮方向と測定したい方位が平行になるように方位測定装置を配置し、レール１２を縮めた状態でＧＰＳセンサ１１により位置情報を測定する（ステップＳ１１）。そして、測定した位置情報を計算機１３に伝送して記録する（ステップＳ１２）。ここで測定した位置情報を第１センサ位置とする。

続いて、レール１２を延ばし、レール１２を延ばした状態でＧＰＳセンサ１１により位置情報を測定する（ステップＳ１３）。そして、測定した位置情報を計算機１３に伝送して記録する（ステップＳ１４）。ここで測定した位置情報を第２センサ位置とする。

そして、算出部１３２は、第１、第２センサ位置を記憶手段から読み出し、第１、第２センサ位置からレール１２の伸縮方向の方位を算出する（ステップＳ１５）。

次に、無線機におけるアンテナの方位を測定するために本方位測定装置を使用する実施例について説明する。

図３は、本方位測定装置を用いてアンテナの方位を測定する方法を説明するための説明図である。なお、図３では、方位測定装置が備える計算機１３を図示していない。

図３（ａ）に示すように、アンテナ５１は無線機５２に取り付けられており、アンテナ５１はレール取付治具５３を備え、方位測定装置のレール１２はレール取付治具５３に取付可能である。

まず、図３（ｂ）に示すように、アンテナ５１のメインビームの放射方向と方位測定装置のレール１２の伸縮方向が平行になるように方位測定装置を取り付け、ＧＰＳセンサ１１をレール１２に取り付けてアンテナ５１上に配置する。そして、ＧＰＳセンサ１１により、位置情報を測定する。ここで測定した位置情報は、第１センサ位置であると同時に、アンテナ５１の位置情報でもある。

続いて、図３（ｃ）に示すように、レール１２を延ばしてＧＰＳセンサ１１の位置を直線的に移動させ、ＧＰＳセンサ１１により位置情報を測定し、第２センサ位置を取得する。

そして、計算機１３により、第１、第２センサ位置を用いてレール１２の伸縮方向、つまり、アンテナ５１の向いている方向を算出する。レール１２の伸縮により２ｍ以上離れた位置においてＧＰＳセンサ１１が位置情報を測定する場合、０．１度の分解能で方位を測定することができる。

図４は、本実施の形態における別の方位測定装置の構成を示す概略構成図である。

図４に示す方位測定装置は、図１で示した構成に加えて、レール１２の伸縮方向を正確に９０度回転させる蝶番１４を備える。

まず、図４（ａ），（ｂ）に示すように、レール１２を水平に配置して、レール１２を縮めた状態とレール１２を延ばした状態でＧＰＳセンサ１１により位置情報を測定し、水平方向の方位を測定する。

続いて、図４（ｃ）に示すように、蝶番１４によりレール１２を９０度回転させ、レール１２の伸縮方向が地面に対して垂直方向となるようにする。そして、レール１２を縮めた状態で位置情報を測定する。ここで測定した位置情報を第３センサ位置とする。

続いて、図４（ｄ）に示すように、レール１２を地面に対して垂直方向に延ばし、レール１２を延ばした状態で位置情報を測定する。ここで測定した位置情報を第４センサ位置とする。また、レール１２を延ばした距離、つまり、ＧＰＳセンサ１１の移動距離も測定する。

そして、算出部１３２は、第３、第４センサ位置とＧＰＳセンサ１１の移動距離から、レール１２を水平位置から９０度回転させたときの地面の鉛直方向に対するレール１２の傾きを算出する。

図５は、本実施の形態におけるさらに別の方位測定装置の構成を示す概略構成図である。

図５に示す方位測定装置は、伸縮可能なレールに替えて、直線状に伸びたレール２２を備え、ＧＰＳセンサ２１をレール２２上で長手方向に可動としたものである。ＧＰＳセンサ２１を可動とするには、ＧＰＳセンサ２１に車輪を付けたり、レール２２にベルトコンベアを備えてＧＰＳセンサ２１をベルトコンベアに配置する方法など考えられる。レール２２の一端でＧＰＳセンサ２１により位置情報を測定した後、ＧＰＳセンサ２１をレール２２の他端に移動させて位置情報を取得することで、レール２２の両端の位置情報に基づいてレール２２の長手方向の方位を算出することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、位置情報を測定するＧＰＳセンサ１１、ＧＰＳセンサ１１を長手方向に直線的に移動させるレール１２を備え、計算機１３がＧＰＳセンサ１１の移動前後で測定した２つの位置情報からＧＰＳセンサ１１の移動方向の方位を算出することで、レール１２の長手方向の方位を簡便かつ高い精度で計測することが可能となる。また、レール１２の先端にＧＰＳセンサ１１を取り付け、レール１２を伸縮可能とすることで、方位測定装置の小型化を図ることができる。

１１…ＧＰＳセンサ
１２…レール
１３…計算機
１３１…入力部
１３２…算出部
１４…蝶番
５１…アンテナ
５２…無線機
５３…レール取付治具
２１…ＧＰＳセンサ
２２…レール

Claims (8)

1. 自身の位置情報を取得して出力する位置取得手段と、
   前記位置取得手段を取り付け、当該位置取得手段を直線的に移動させる移動手段と、
   前記位置取得手段の移動前後それぞれにおける前記位置情報を入力する入力手段と、
   入力した２つの前記位置情報に基づいて前記位置取得手段の移動方向の方位を算出する算出手段と、
   を有しており、移動距離は必要とする方位精度を得るために必要な長さ以上であることを特徴とする方位測定装置。
2. 前記移動手段は伸縮可能な棒状体であり、前記位置取得手段は当該棒状体の端に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の方位測定装置。
3. 前記移動手段に取り付けられ、前記移動方向を回転可能にする回転手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の方位測定装置。
4. 前記移動手段はアンテナに取り付けるものであり、前記移動手段を前記アンテナに取り付けた際に、前記移動方向が当該アンテナのメインビームの放射方向に対して平行であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方位測定装置。
5. 自身の位置情報を取得して出力する位置取得手段により、第１の位置情報を取得するステップと、
   前記位置取得手段を取り付けた移動手段により、前記位置取得手段を必要とする方位精度を得るために必要な長さ以上、直線的に移動させるステップと、
   前記位置取得手段を移動後に、第２の位置情報を取得するステップと、
   第１、第２の位置情報に基づいて前記位置移動手段の移動方向の方位を算出するステップと、
   を有することを特徴とする方位測定方法。
6. 前記移動手段は伸縮可能な棒状体であり、前記位置取得手段は当該棒状体の端に取り付けらており、
   前記移動させるステップは、前記棒状体を伸縮させることで前記位置取得手段を直線的に移動させることを特徴とする請求項５記載の方位測定方法。
7. 前記方位を算出するステップの後に、前記移動方向を第２の移動方向へ回転させるステップと、
   前記移動方向を回転後に、前記位置取得手段により第３の位置情報を取得するステップと、
   前記第３の位置情報を取得後に、前記位置取得手段を直線的に移動させるステップと、
   前記位置取得手段を移動後に、第４の位置情報を取得するステップと、
   第３、第４の位置情報に基づいて前記位置移動手段の第２の移動方向の方位を算出するステップと、
   を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の方位測定方法。
8. 前記第１の位置情報を取得する前に、前記移動方向がアンテナのメインビームの放射方向に対して平行となるように前記移動手段を当該アンテナに取り付けるステップを有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の方位測定方法。

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