JP2016164497A - 位置検出システム、位置検出装置、飛翔体、および位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物体の位置を精度良く検出することができる位置検出システム、位置検出装置、飛翔体、および位置検出方法を提供することである。【解決手段】実施形態の位置検出システムは、地上レーダ装置と、探索レーダ装置と、決定部とをもつ。地上レーダ装置は、地上に設けられ、所定の電波を放射する物体により放射された電波を受信する。探索レーダ装置は、飛翔体に搭載される１つ以上の探索レーダ装置であって、物体に向けて電波を放射し、物体により反射される電波を受信する。決定部は、探索レーダ装置により受信された電波に含まれる情報と、地上レーダ装置により受信された電波に含まれる情報とに基づいて、交会法により物体の位置を決定する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、位置検出システム、位置検出装置、飛翔体、および位置検出方法に関する。

複数の地点から同一の対象物体に対して電波を放射し対象物体の位置を検出する技術が知られている。しかしながら、従来の技術では、対象物体が特定の電波を発する場合、対象物体の位置を精度良く検出できない場合があった。

特開２０１０−２０４０５４号公報

本発明が解決しようとする課題は、対象物体の位置を精度良く検出することができる位置検出システム、位置検出装置、飛翔体、および位置検出方法を提供することである。

実施形態の位置検出システムは、地上レーダ装置と、探索レーダ装置と、決定部とをもつ。地上レーダ装置は、地上に設けられ、所定の電波を放射する物体により放射された電波を受信する。探索レーダ装置は、飛翔体に搭載される１つ以上の探索レーダ装置であって、物体に向けて電波を放射し、物体により反射される電波を受信する。決定部は、探索レーダ装置により受信された電波に含まれる情報と、地上レーダ装置により受信された電波に含まれる情報とに基づいて、交会法により物体の位置を決定する。地上レーダ装置と探索レーダ装置は、電波を送信し、反射波を観測するものの他、受信のみするものであっても良い。

第１の実施形態における位置検出システム１の構成の一例を示す概略図。 第１の実施形態における位置検出システムの機能構成の一例を示す図。 ２点交会法を用いる際に２本の延長線が３次元空間上において交わらない場合の一例を示す図。 ２点交会法を用いる際に角度幅Δθ１が示す平面と角度幅Δθ２が示す平面とが３次元空間上において交わらない場合の一例を示す図。 ３点交会法を用いる際に３本の延長線全てが１点で交わらない場合の一例を示す図。 飛翔体制御部３２４による飛翔体２００を上空に射出させた制御結果の一例を示す図。 経路算出部３２０により算出される飛翔経路Ｒが楕円軌道である場合の一例を示す図。 経路算出部３２０において、飛翔中の飛翔体２００から取得されるサブ反射波に基づいて飛翔経路Ｒが飛翔経路Ｒ＃に再設定される様子を示す図。 第１の実施形態における位置検出装置３００により実行される処理の流れを示すフローチャート。 第２の実施形態における位置検出システム１の構成の一例を示す概略図。 子機４００の飛翔経路Ｒ＃の一例を示す図。 第２の実施形態における位置検出システム１の構成の他の例を示す概略図。

以下、実施形態の位置検出システム、位置検出装置、飛翔体、および位置検出方法を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における位置検出システム１の構成の一例を示す概略図である。本実施形態における位置検出システム１は、所定の電波を発する対象物体ＯＢに対して、複数のレーダ装置から電波を放射し、当該対象物体ＯＢの位置Ｐを検出するシステムである。所定の電波とは、例えば、後述する地上レーダ装置１００や、探索レーダ装置２１０−１から２１０−ｎにより放射される電波の周波数と同一の周波数を含む電波である。本実施形態において、対象物体ＯＢは、上述した所定の電波を常に発したり、ランダムに発したりするものとして説明する。以下、対象物体ＯＢが発する所定の電波を、「目標が発する電波」と記載する。

位置検出システム１は、例えば、地上に設けられた地上レーダ装置１００と、対象物体ＯＢに向けて飛翔する複数の飛翔体２００−１から２００−ｎと、位置検出装置３００と、を備える。

地上レーダ装置１００は、例えば、任意の方向に電波のビームを向けることが可能なフェーズドアレイレーダである。地上レーダ装置１００は、他の装置と通信を行う通信部１０８と、位置検出装置３００とを内部に備える。地上レーダ装置１００は、送受信した電波の情報を、通信部１０８を介して位置検出装置３００に送信する。なお、地上レーダ装置１００は、地上に設けられるものに限られず、例えば、車両、船舶、または航空機の移動体に備えられるものであってもよい。また、位置検出装置３００は、地上レーダ装置１００内部に備えられるものとして説明するがこれに限られない。例えば、位置検出装置３００は、地上レーダ装置１００から独立した単独の装置であってもよい。

位置検出装置３００は、地上レーダ装置１００により送受信された電波の情報を当該地上レーダ装置１００から取得するとともに、飛翔体２００−１から２００−ｎにより送受信された電波の情報を対応した飛翔体から取得し、これら取得した情報を解析して対象物体ＯＢの位置Ｐを算出する。以下、位置検出装置３００が搭載される装置（本実施形態では地上レーダ装置１００）から放射される電波を「メイン電波」と記載し、当該装置（地上レーダ装置１００）により受信される電波を「メイン反射波」と記載する。また、位置検出装置３００が搭載されない装置（本実施形態では探索レーダ２１０−１から２１０−ｎ）から放射される電波を「サブ電波」と記載し、当該装置（本実施形態では探索レーダ２１０−１から２１０−ｎ）により受信される電波を「サブ反射波」と記載する。

飛翔体２００−１から２００−ｎは、それぞれ探索レーダ装置２１０−１から２１０−ｎと、他の装置と通信を行う通信部２３０−１から２３０−ｎとを内部に備える。例えば、飛翔体２００−１から２００−ｎは、送受信した電波の情報や自装置の姿勢を示す情報を、対応した通信部２３０を介して位置検出装置３００に送信する。以下、複数の飛翔体２００−１から２００−ｎを特段区別しない場合には、単に「飛翔体２００」と記載し、対応する探索レーダ装置２１０−１から２１０−ｎ、および通信部２３０−１から２３０−ｎも特段区別しない場合には、単に「探索レーダ装置２１０」および「通信部２３０」と記載する。

図２は、第１の実施形態における位置検出システムの機能構成の一例を示す図である。 地上レーダ装置１００は、アンテナ１０２と、指向制御部１０４と、送受信制御部１０６と、前述した通信部１０８とを備える。

アンテナ１０２は、入力された信号を電波に変換する。また、アンテナ１０２は、受信した電波を信号に変換する。アンテナ１０２は、例えば、アクティブ電子走査アレイ（Active electronically scanned array；ＡＥＳＡ）式のフェーズドアレイアンテナである。なお、アンテナ１０２は、対象物体ＯＢに対して電波を放射することができれば、どのような形式のアンテナであってもよい。アンテナ１０２は、上述した電子式に位相を変えるアンテナだけでなく、例えば、パラボラアンテナのような開口面アンテナを機械的に稼働し、指向方向を走査するアンテナであってもよい。

指向制御部１０４は、アンテナ１０２に設けられた図示しない移相器を制御して、アンテナ１０２の指向角を制御する。指向制御部１０４は、例えば、アンテナ１０２の電波感度が最も良いビームを対象物体ＯＢに向けるように制御する。

送受信制御部１０６は、アンテナ１０２を介して送信する電波の周波数や、強度、放射時間、放射時刻等のパラメータを決定して、決定したパラメータを有する信号をアンテナ１０２に送信する。この結果、送受信制御部１０６は、上述したパラメータを有する電波をアンテナ１０２に放射させる。送受信制御部１０６は、例えば、アンテナ１０２にパルス波を放射させるように制御する。なお、この際、送受信制御部１０６は、アンテナ１０２に送信する信号に対して適宜変調を行う。

また、送受信制御部１０６は、アンテナ１０２を介して受信された電波の信号に対して復調を行う。なお、送受信制御部１０６は、例えば、当該信号に対して、ノイズの除去、ゲイン増幅、ハイパスやバンドパス等のフィルタリング処理を行ってもよい。

通信部１０８は、電波等の無線接続あるいは光ファイバ等の有線接続によって他装置と通信を行う。通信部１０８は、例えば、アンテナ１０２により受信されて変換された信号を位置検出装置３００に送信する。

飛翔体２００は、探索レーダ装置２１０と、姿勢制御部２２０と、前述した通信部２３０とを備える。探索レーダ装置２１０は、アンテナ２１２と、指向制御部２１４と、送受信制御部２１６とを備える。飛翔体２００は、例えば、飛行機、ヘリコプター、または無人航空機である。

アンテナ２１２は、入力された信号を電波に変換する。また、アンテナ２１２は、受信した電波を信号に変換する。アンテナ２１２は、例えば、アクティブ電子走査アレイ（Active electronically scanned array；ＡＥＳＡ）式のフェーズドアレイアンテナである。なお、アンテナ２１２は、対象物体ＯＢに対して電波を放射することができれば、どのような形式のアンテナであってもよい。アンテナ２１２は、上述した電子式に位相を変えるアンテナだけでなく、例えば、パラボラアンテナのような開口面アンテナを機械的に稼働し、指向方向を走査してもよい。

指向制御部２１４は、アンテナ２１２に設けられた図示しない移相器を制御して、アンテナ２１２の指向角を制御する。指向制御部２１４は、例えば、アンテナ２１２の電波感度が最も良いビームを対象物体ＯＢに向けるように制御する。

送受信制御部２１６は、アンテナ２１２を介して送信する電波の周波数や、強度、放射時間、放射時刻等のパラメータを決定して、決定したパラメータを有する信号をアンテナ２１２に送信する。この結果、送受信制御部２１６は、上述したパラメータを有する電波をアンテナ２１２に放射させる。送受信制御部２１６は、例えば、アンテナ２１２にパルス波を放射させるように制御する。なお、この際、送受信制御部２１６は、アンテナ２１２に送信する信号に対して適宜変調を行う。

また、送受信制御部２１６は、アンテナ２１２を介して受信された電波の信号に対して復調を行う。なお、送受信制御部２１６は、例えば、当該信号に対して、ノイズの除去、ゲイン増幅、ローパスやバンドパス等のフィルタリング処理を行ってもよい。

姿勢制御部２２０は、位置検出装置３００における飛翔体制御部３２４の制御内容を示す信号に基づいて、飛翔体２００の姿勢を制御する。

通信部２３０は、電波等の無線接続あるいは光ファイバ等の有線接続によって他装置と通信を行う。通信部２３０は、例えば、アンテナ２１２により受信されて変換された信号を位置検出装置３００に送信する。

位置検出装置３００は、制御部３１０と、記憶部３３０とを備える。制御部３１０は、取得部３１２と、判定部３１４と、角度算出部３１６と、位置決定部３１８と、経路算出部３２０と、地上レーダ制御部３２２と、飛翔体制御部３２４とを備える。制御部３１０の機能部のうち一部または全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが記憶部３３０に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、制御部３１０の機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。上述した機能部のうち、位置決定部３１８は「決定部」の一例であり、飛翔体制御部３２４は「制御部」の一例である。

記憶部３３０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の不揮発性の記憶媒体（非一時的な記憶媒体）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ等の揮発性の記憶媒体とを有する。記憶部３３０に記憶される情報は、メイン電波を示す情報、メイン反射波を示す情報、サブ電波を示す情報、サブ反射波を示す情報、飛翔体２００の姿勢を示す情報、アンテナ１０２の指向角を示す情報、アンテナ２１２の指向角を示す情報、第１の角度θ１、第２の角度θ２、第３の角度θ３、対象物体ＯＢの位置情報、飛翔体２００の飛翔経路等を含む。

取得部３１２は、地上レーダ装置１００（アンテナ１０２）から放射したメイン電波を示す情報と、地上レーダ装置１００（アンテナ１０２）により受信されたメイン反射波を示す情報との双方を当該地上レーダ装置１００（通信部１０８）から取得する。また、取得部３１２は、飛翔体２００（アンテナ２１２）により放射されたサブ電波を示す情報と、飛翔体２００（アンテナ２１２）により受信されたサブ反射波を示す情報との双方を当該飛翔体２００（通信部２３０）から取得する。また、取得部３１２は、飛翔体２００が備える図示しないジャイロセンサ等の加速度計から飛翔体２００の姿勢を示す情報を取得する。

判定部３１４は、取得部３１２により取得されたメイン電波を示す情報とメイン反射波を示す情報とに基づいて、対象物体ＯＢから目標が発する電波が放射されているか否かを判定する。判定部３１４は、例えば、電波を放射してからその電波の反射波を受信するまでの時間を計測する方式（所謂、電波到達時間差方式ＴＤＯＡ(Time Difference of Arrival)）を用いて、メイン電波の到達時間の算出を行い、当該算出の可否に応じて対象物体ＯＢから目標が発する電波が放射されているか否かを判定する。

具体的には、判定部３１４は、メイン電波の到達時間が算出できない場合に、対象物体ＯＢから目標が発する電波が放射されていると判定し、メイン電波の到達時間が算出できる場合に、対象物体ＯＢから目標が発する電波が放射されていないと判定する。なお、判定部３１４は、サブ電波とサブ反射波とを用いてサブ電波の到達時間の算出を行い、当該算出の可否に応じて対象物体ＯＢから目標が発する電波が放射されているか否かを判定してもよい。具体的には、判定部３１４は、サブ電波の到達時間が算出できない場合に、対象物体ＯＢから目標が発する電波が放射されていると判定し、サブ電波の到達時間が算出できる場合に、対象物体ＯＢから目標が発する電波が放射されていないと判定する。

また、判定部３１４は、後述する位置決定部３１８により、２点交会法を用いて決定された対象物体ＯＢの位置Ｐと３点交会法を用いて決定された対象物体ＯＢの位置Ｐ＃とが一致するか否かを判定する。判定部３１４は、位置Ｐと位置Ｐ＃とが一致しない場合、位置Ｐに誤差が含まれていると判定し、位置Ｐと位置Ｐ＃とが一致する場合、位置Ｐに誤差が含まれていないと判定する。なお、判定部３１４は、上述した判定において、一定の許容範囲を設けてもよい。このような場合、判定部３１４は、位置Ｐと位置Ｐ＃とが一致するか否かの判定を、例えば、位置Ｐが示す座標と位置Ｐ＃が示す座標との座標間の距離が閾値以上か否かを判定することによって行う。

角度算出部３１６は、メイン反射波を示す情報のうち、メイン反射波の電波強度を示す情報と、地上レーダ装置１００におけるアンテナ１０２の指向角を示す情報とに基づいて、地上レーダ装置１００から見て対象物体ＯＢが存在する可能性が高い方向（角度θ）を算出する。以下、この角度θを、「第１の角度θ１」と記載する。具体的には、角度算出部３１６は、電波受信強度方式ＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indicator)を用いて、メイン反射波を示すビームの強度が最大値となる角度θを、第１の角度θ１として算出する。なお、角度算出部３１６が算出する第１の角度θ１は、ある程度の幅（許容範囲）を有していてもよい。例えば、角度算出部３１６は、対象物体ＯＢの存在確率が高い角度幅Δθ１を、角度３０°から４０°の範囲であると算出する。

また、角度算出部３１６は、対象物体ＯＢの存在確率にいくつかのレベル（段階）を設けて角度幅Δθ１を算出してもよい。このような場合、例えば、角度算出部３１６は、最も対象物体ＯＢの存在確率が高い角度幅Δθ１を、角度３０°から４０°の範囲であると算出し、次点で対象物体ＯＢの存在確率が高い角度幅Δθ１を、角度２０°から３０°と角度４０°から５０°との両範囲であると算出する。

また、角度算出部３１６は、上述した処理と同様に、サブ反射波を示す情報のうち、サブ反射波の電波強度を示す情報と、探索レーダ装置２１０におけるアンテナ２１２の指向角を示す情報と、飛翔体２００の姿勢を示す情報とに基づいて、飛翔体２００（探索レーダ装置２１０）から見て対象物体ＯＢが存在する可能性が高い方向（角度θ）を算出する。以下、この角度を、「第２の角度θ２」と記載する。また、飛翔体２００が飛翔している際に受信したサブ反射波から算出される第２の角度θ２を、特に「第３の角度θ３」と記載する。すなわち、未飛翔の飛翔体２００において受信されたサブ反射波から算出する角度θを、「第２の角度θ２」と称し、飛翔中の飛翔体２００において受信されたサブ反射波から算出する角度θを、「第３の角度θ３」と称することとする。なお、第２の角度θ２における角度幅Δθ２、および第３の角度θ３における角度幅Δθ３の算出方法は、上述したメイン反射波の電波強度を用いた第１の角度θ１における角度幅Δθ１の算出方法と同様であるため説明を省略する。

位置決定部３１８は、角度算出部３１６により算出された第１の角度θ１と、第２の角度θ２とに基づいて、対象物体ＯＢの位置Ｐを決定する。位置決定部３１８は、例えば、２点交会法を用いて、地上レーダ装置１００を基準とした第１の角度θ１が指し示す方向の延長線と、探索レーダ装置２１０（飛翔体２００）を基準とした第２の角度θ２が指し示す方向の延長線との交点を、対象物体ＯＢの位置Ｐとして決定する。なお、位置決定部３１８は、上述した２本の延長線が３次元空間上において交わらない場合、図３に例示するような位置を対象物体ＯＢの位置Ｐとして決定する。

図３は、２点交会法を用いる際に２本の延長線が３次元空間上において交わらない場合の一例を示す図である。図３に示すように、２本の直線がねじれの位置にある場合、交点を得ることができない。この場合、位置決定部３１８は、例えば、２本の延長線それぞれの法線を兼ねる直線Ｄの中点（重心）Ｇの位置を、対象物体ＯＢの位置Ｐとして決定する。

また、位置決定部３１８は、角度算出部３１６により角度幅Δθ１およびΔθ２が算出されている場合、当該角度幅ごとに重心ベクトルＶ_θ１およびＶ_θ２をそれぞれ算出し、算出した２つの重心ベクトルＶ_θ１およびＶ_θ２に基づいて対象物体ＯＢの位置Ｐを決定してもよい。

図４は、２点交会法を用いる際に角度幅Δθ１が示す平面と角度幅Δθ２が示す平面とが３次元空間上において交わらない場合の一例を示す図である。図４に示す例の場合、位置決定部３１８は、例えば、角度幅Δθ１の半値の角度（Δθ１／２）を通るベクトルを重心ベクトルＶ_θ１として算出し、また、角度幅Δθ２の半値の角度（Δθ２／２）を通るベクトルを重心ベクトルＶ_θ２として算出する。すなわち、位置決定部３１８は、対象物体ＯＢの存在確率が最も高い角度幅における平均の角度を重心ベクトルとして算出する。位置決定部３１８は、図３に示す具体例と同様に、算出した重心ベクトルＶ_θ１と重心ベクトルＶ_θ２とのそれぞれの法線を兼ねる直線Ｄの中点（重心）Ｇの位置を、対象物体ＯＢの位置Ｐとして決定する。

また、位置決定部３１８は、角度算出部３１６により算出された第１の角度θ１と、第２の角度θ２と、第３の角度θ３とに基づいて、対象物体ＯＢの位置Ｐを決定してもよい。位置決定部３１８は、例えば、３点交会法を用いて、地上レーダ装置１００を基準とした第１の角度θ１が指し示す方向の延長線と、未飛翔の飛翔体２００を基準とした第２の角度θ２が指し示す方向の延長線と、飛翔中の飛翔体２００を基準とした第３の角度θ３が指し示す方向の延長線との交点を、対象物体ＯＢの位置Ｐとして決定する。なお、位置決定部３１８は、上述した２本の延長線が交わらない場合と同様に、３本の延長線全てが１点で交わらない場合、図５に例示するような位置を対象物体ＯＢの位置Ｐとして決定する。

図５は、３点交会法を用いる際に３本の延長線全てが１点で交わらない場合の一例を示す図である。図５に示す例の場合、位置決定部３１８は、例えば、３本の延長線により形成される三角形の重心Ｇの位置を対象物体ＯＢの位置Ｐとして決定する。

経路算出部３２０は、位置決定部３１８により決定された対象物体ＯＢの位置Ｐに基づいて、現在の飛翔体２００の位置から当該対象物体ＯＢの位置Ｐまでを繋ぐ好適な経路（以下、「飛翔経路Ｒ」と称する）を算出する。ここで。好適な飛翔経路Ｒとは、例えば、探索レーダ装置２１０の電波放射面（アンテナ２１２）が対象物体ＯＢの方向を必ず向きつつ、且つ対象物体ＯＢに近づくことが可能な経路のことを指す。経路算出部３２０は、例えば、最短経路をとる直線軌道を描くように飛翔経路Ｒを算出してもよいし、楕円軌道を描くように飛翔経路Ｒを算出してもよい。

地上レーダ制御部３２２は、判定部３１４により対象物体ＯＢから目標が発する電波が放射されていないと判定された場合、地上レーダ装置１００におけるアンテナ１０２の指向角を、現在の指向角とは異なる方向に向けるように指向制御部１０４を制御する。この結果、地上レーダ装置１００は、現在の電波放射方向と異なる方向に電波を放射して、目標が発する電波を発する対象物体ＯＢを見つけるまで対象物体ＯＢを探索する。

また、地上レーダ制御部３２２は、位置決定部により決定された対象物体ＯＢの位置ＰまたはＰ＃に基づいて、アンテナ１０２の指向角を変更するように指向制御部１０４を制御する。

飛翔体制御部３２４は、角度算出部３１６により算出された第１の角度θ１（或いは角度幅Δθ１）が示す方向に向けてサブ電波を放射させるように、探索レーダ装置２１０における指向制御部２１４および送受信制御部２１６を制御する。また、飛翔体制御部３２４は、２点交会法により算出された飛翔経路Ｒを飛翔させるため、飛翔体２００を上空に射出させて、姿勢制御部２２０を制御して射出させた飛翔体２００の姿勢を制御する。

図６は、飛翔体制御部３２４による飛翔体２００を上空に射出させた制御結果の一例を示す図である。このような図示の結果を得るために、飛翔体制御部３２４は以下の処理を行う。まず、飛翔体制御部３２４は、射出前の状態である飛翔体２００のサブ電波の放射方向と異なる方向に当該飛翔体２００を射出する。すなわち、飛翔体制御部３２４は、第２の角度θ２とは異なる方向に飛翔体２００を射出する。

次に、飛翔体制御部３２４は、射出した飛翔体２００の姿勢を制御し、飛翔中の飛翔体２００が備える探索レーダ装置２１０の電波放射面（アンテナ２１２）を対象物体ＯＢに向ける。具体的には、飛翔体制御部３２４は、取得部３１２により取得された飛翔体２００の姿勢を示す情報と、位置決定部３１８により２点交会法を用いて算出された対象物体ＯＢの位置Ｐを示す情報とを用いて、射出した飛翔体２００の姿勢を対象物体ＯＢが存在する方向に向けるように制御する。次に、飛翔体制御部３２４は、対象物体ＯＢの方向を向いた飛翔中の飛翔体２００に対して、サブ電波を放射させるように探索レーダ装置２１０における送受信制御部２１６を制御する。この結果、飛翔中の飛翔体２００は、対象物体ＯＢに向けてサブ電波を放射する。位置検出装置３００は、このように飛翔操作した飛翔体２００と通信を行い、サブ反射波を示す情報を取得し、第３の角度θ３を算出する。

図７は、経路算出部３２０により算出される飛翔経路Ｒが楕円軌道である場合の一例を示す図である。経路算出部３２０は、例えば、飛翔体２００の射出時の射出角度（仰角）や射出速度、２点交会法を用いて算出された対象物体ＯＢの位置Ｐを示す情報、重力加速度、地心重力定数等のパラメータを用いてケプラーの法則に示される方程式を解くことにより、楕円軌道の飛翔経路Ｒを算出する。位置検出装置３００は、楕円軌道の飛翔経路Ｒを飛翔中の飛翔体２００に対して、所定周期Ｔでサブ電波を放射させるように制御し、所定周期Ｔごとに３点交会法を用いて対象物体ＯＢの位置Ｐを決定する。このような場合、２点交会法を用いて算出された対象物体ＯＢの位置Ｐと、３点交会法を用いて算出された対象物体ＯＢの位置Ｐとが異なる場合がある。従って、経路算出部３２０は、２点交会法よりも精度が高い３点交会法による対象物体ＯＢの位置情報を用いて算出した飛翔経路Ｒ＃を、新たな飛翔経路Ｒとして設定する。

図８は、経路算出部３２０において、飛翔中の飛翔体２００から取得されるサブ反射波に基づいて飛翔経路Ｒが飛翔経路Ｒ＃に再設定される様子を示す図である。図８の例の場合、位置検出装置３００は、時刻ｔ０において、２点交会法を用いて対象物体ＯＢの位置Ｐを決定しておき、飛翔体２００を飛翔させた後の時刻である、例えば時刻ｔ１において、３点交会法を用いて対象物体ＯＢの位置Ｐ＃を決定する。位置検出装置３００は、決定した位置Ｐと位置Ｐ＃とが異なる場合、３点交会法を用いて決定した対象物体ＯＢの位置Ｐ＃に基づいて新しい飛翔経路Ｒ＃を算出し、算出した当該飛翔経路Ｒ＃に沿って飛翔体２００を飛翔させるように姿勢制御部２２０を制御する。なお、位置検出装置３００は、時刻ｔ１以降に時刻ｔ２やｔ３等においても上述した処理と同様に、対象物体ＯＢの位置Ｐを算出し、適宜飛翔経路Ｒを修正してもよい。

図９は、第１の実施形態における位置検出装置３００により実行される処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態における位置検出装置３００は、例えば、所定周期で本フローチャートの処理を行う。

まず、地上レーダ制御部３２２は、地上レーダ装置１００にメイン電波を放射させるように地上レーダ装置１００における送受信制御部１０６を制御する（ステップＳ１００）。これにより、地上レーダ装置１００は、所定の指向角が示す方向に向けてメイン電波を放射する。

次に、取得部３１２は、地上レーダ装置１００から、メイン電波を示す情報とメイン反射波を示す情報と地上レーダ装置１００におけるアンテナ１０２の指向角を示す情報とを取得する（ステップＳ１０２）。次に、判定部３１４は、取得部３１２により取得されたメイン電波を示す情報とメイン反射波を示す情報とに基づいて、対象物体ＯＢから目標が発する電波が放射されているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

位置検出装置３００は、目標が発する電波がない場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、アンテナ１０２の指向角を、現在の指向角とは異なる方向に向けるように指向制御部１０４を制御する（ステップＳ１０６）。この結果、地上レーダ装置１００は、次回以降、現在の電波放射方向と異なる方向に電波を放射する。これによって、位置検出装置３００は、本フローチャートの処理を終了する。

角度算出部３１６は、目標が発する電波がある場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、メイン反射波の電波強度を示す情報と、アンテナ１０２の指向角を示す情報とに基づいて、第１の角度θ１を算出する（ステップＳ１０８）。次に、飛翔体制御部３２４は、角度算出部３１６により算出された第１の角度θ１が示す方向に向けて、探索レーダ装置２１０にサブ電波を放射させるように送受信制御部２１６を制御する（ステップＳ１１０）。なお、位置検出装置３００は、上述したステップＳ１０８およびステップＳ１１０の処理を、ステップＳ１００の処理と同時に行ってもよい。すなわち、位置検出装置３００は、飛翔体２００における探索レーダ装置２１０を地上レーダ装置１００に同期させて、メイン電波の放射方向に向けてサブ電波を放射させるように制御してもよい。

次に、取得部３１２は、飛翔体２００から、サブ反射波を示す情報と探索レーダ装置２１０におけるアンテナ２１２の指向角を示す情報と飛翔体２００の姿勢を示す情報とを取得する（ステップＳ１１２）。次に、角度算出部３１６は、サブ反射波の電波強度を示す情報と、アンテナ２１２の指向角を示す情報と、飛翔体２００の姿勢を示す情報とに基づいて、第２の角度θ２を算出する（ステップＳ１１４）。

次に、位置決定部３１８は、角度算出部３１６により算出された第１の角度θ１と第２の角度θ２とに基づいて、２点交会法により対象物体ＯＢの位置Ｐを決定する（ステップＳ１１６）。次に、経路算出部３２０は、位置決定部３１８により決定された対象物体ＯＢの位置Ｐに基づいて、飛翔経路Ｒを算出する（ステップＳ１１８）。

次に、飛翔体制御部３２４は、第１の角度θ１とは異なる方向に飛翔体２００を射出する（ステップＳ１２０）。次に、飛翔体制御部３２４は、電波放射面（アンテナ２１２）を対象物体ＯＢに向けるように射出した飛翔体２００の姿勢を制御する（ステップＳ１２２）。次に、位置検出装置３００は、地上レーダ装置１００にメイン電波を放射させるように送受信制御部１０６を制御すると共に、未飛翔の飛翔体２００における探索レーダ装置２１０と飛翔中の飛翔体２００における探索レーダ装置２１０との双方にサブ電波を放射させるように、それぞれの送受信制御部２１６を制御する（ステップＳ１２４）。

次に、取得部３１２は、地上レーダ装置１００から、メイン反射波を示す情報とアンテナ１０２の指向角を示す情報とを取得し、未飛翔の飛翔体２００および飛翔中の飛翔体２００の双方から、サブ反射波を示す情報とアンテナ２１２の指向角を示す情報と飛翔体２００の姿勢を示す情報とをそれぞれ取得する（ステップＳ１２６）。

次に、角度算出部３１６は、ステップＳ１２６によって取得された各種情報を用いて、第１の角度θ１と、第２の角度θ２と、第３の角度θ３とを算出する（ステップＳ１２８）。次に、位置決定部３１８は、角度算出部３１６により算出された第１の角度θ１と第２の角度θ２と第３の角度θ３とに基づいて、３点交会法により対象物体ＯＢの位置Ｐ＃を決定する（ステップＳ１３０）。

次に、判定部３１４は、位置Ｐと位置Ｐ＃とが一致するか否かを判定して、位置Ｐに誤差が含まれているか否かを判定する（ステップＳ１３２）。経路算出部３２０は、位置Ｐに誤差が含まれている場合（ステップＳ１３２；Ｙｅｓ）、３点交会法による対象物体ＯＢの位置情報を用いて飛翔経路Ｒ＃を算出する（ステップＳ１３４）。次に、飛翔体制御部３２４は、経路算出部３２０により算出された飛翔経路Ｒ＃を飛翔中の飛翔体２００が飛翔するように、飛翔中の飛翔体２００における姿勢制御部２２０を制御する（ステップＳ１３６）。

次に、位置検出装置３００は、アンテナ１０２の指向角を、位置Ｐ＃の方向に向けるように指向制御部１０４を制御する（ステップＳ１３８）。次に、位置検出装置３００は、上述したステップＳ１２４の処理に戻り、ステップＳ１２４からステップＳ１３０の一連の処理を行う。

位置検出装置３００は、位置Ｐに誤差が含まれていない場合（ステップＳ１３２；Ｎｏ）、飛翔中の飛翔体２００の位置と対象物体ＯＢの位置Ｐ＃との距離が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ１４０）。位置検出装置３００は、飛翔中の飛翔体２００の位置と対象物体ＯＢの位置Ｐ＃との距離が閾値を超える場合（ステップＳ１４０；Ｎｏ）、上述したステップＳ１２４の処理に戻り、ステップＳ１２４からステップＳ１３０の一連の処理を行う。位置検出装置３００は、飛翔中の飛翔体２００の位置と対象物体ＯＢの位置Ｐ＃との距離が閾値以下の場合（ステップＳ１４０；Ｙｅｓ）、本フローチャートの処理を終了する。

以上説明した第１の実施形態における位置検出システム１によれば、地上レーダ装置１００に対象物体ＯＢに向けてメイン電波を放射させ、放射させたメイン電波の反射波を示すメイン反射波に含まれる情報を地上レーダ装置１００から取得するとともに、飛翔体２００に搭載される探索レーダ装置２１０に上述した対象物体ＯＢに向けてサブ電波を放射させ、放射させたサブ電波の反射波を示すサブ反射波に含まれる情報を飛翔体２００から取得し、取得したこれら情報に基づいて、交会法により対象物体ＯＢの位置Ｐを決定する。この結果、第１の実施形態の位置検出システム１は、対象物体の位置を精度良く検出することができる。

また、第１の実施形態の位置検出システム１によれば、飛翔体２００を飛翔させ、飛翔中の飛翔体２００に搭載される探索レーダ装置２１０に対して、対象物体ＯＢに向けてサブ電波を放射させ、サブ反射波を受信させるように制御する。これにより、第１の実施形態の位置検出システム１は、異なる３方向を示す角度から対象物体ＯＢの位置Ｐ＃を決定する。この結果、第１の実施形態の位置検出システム１は、対象物体の位置をより精度良く検出することができる。

また、第１の実施形態の位置検出システム１によれば、射出前の状態である飛翔体２００のサブ電波の放射方向と異なる方向に飛翔体２００を射出することにより、より離れた地点からサブ電波を放射することができる。この結果、第１の実施形態の位置検出システム１は、対象物体の位置をより精度良く検出することができる。

また、第１の実施形態の位置検出システム１によれば、飛翔体２００を飛翔させて対象物体ＯＢの方向に飛ばす間、対象物体ＯＢに向けて繰り返しサブ電波を放射させることにより、対象物体の位置をより精度良く検出することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態における位置検出システム１について説明する。第２の実施形態における位置検出システム１では、位置検出装置３００がいずれか１つ以上の飛翔体２００に搭載され、飛翔体２００から無人航空機（所謂ドローン）のような小型の飛翔体４００を射出する点で、第１の実施形態における位置検出システム１と相違する。従って、係る相違点を中心に説明し、共通する部分についての説明は省略する。ここでは、第１実施形態との相違点として、飛翔体２００に搭載される位置検出装置３００により取得される情報と、これら情報に基づいて算出する飛翔体４００の飛翔経路とについて説明する。以下、上述した第１の実施形態と共通する機能等についての説明は省略する。

図１０は、第２の実施形態における位置検出システム１の構成の一例を示す概略図である。複数の飛翔体２００のうち、例えば、飛翔体２００−１は、探索レーダ装置２１０−１と、姿勢制御部２２０−１と、通信部２３０−１と、位置検出装置３００と、飛翔体４００とを備える。本実施形態における飛翔体４００は、例えば、飛翔体２００が備える、探索レーダ装置、姿勢制御部、および通信部（いずれも不図示）を備えている。以下、第２の実施形態における飛翔体２００を「親機２００」と記載し、飛翔体４００を「子機４００」と記載する。

第２の実施形態では、親機２００−１と、親機２００−２と、子機４００との３つの飛翔体からそれぞれ電波を放射することで、３点交会法を用いて対象物体ＯＢの位置Ｐ＃を検出する。

図１０に示す例の場合、親機２００−１に搭載された位置検出装置３００は、子機４００と通信を行い、子機４００を射出する。位置検出装置３００は、射出した子機４００に対して対象物体ＯＢの方向に向けてサブ電波を放射させ、サブ反射波を受信させる。また、位置検出装置３００は、親機２００−１とは異なる親機２００−２と通信を行い、親機２００−２に対して対象物体ＯＢの方向に向けてサブ電波を放射させ、サブ反射波を受信させる。また、位置検出装置３００は、自機である親機２００−１に対して対象物体ＯＢの方向に向けてメイン電波を放射させ、メイン反射波を受信させる。

位置検出装置３００は、メイン反射波を示す情報を親機２００−１から取得し、サブ反射波を示す情報を親機２００−２および子機４００からそれぞれ取得する。位置検出装置３００は、取得した３種の情報に基づいて、３点交会法により対象物体ＯＢの位置Ｐ＃を決定する。

また、第２実施形態における位置検出装置３００は、子機４００を対象物体ＯＢに近づける間、親機２００−１（探索レーダ装置２１０−１）、親機２００−２（探索レーダ装置２１０−２）、および子機４００（図示しない探索レーダ装置）から繰り返し電波を放射させて、対象物体ＯＢが移動しているか否かを判定してもよい。位置検出装置３００は、対象物体ＯＢが移動している場合、対象物体ＯＢの動きに合わせて子機４００を飛翔させてもよい。

図１１は、子機４００の飛翔経路Ｒ＃の一例を示す図である。図１１に示す例の場合、位置検出装置３００は、過去のある時刻において対象物体ＯＢの位置を位置Ｐ＃１であると決定し、現在の時刻において対象物体ＯＢの位置を位置Ｐ＃２であると決定している。

このような場合、判定部３１４は、過去に決定された対象物体ＯＢの位置Ｐ＃１と位置Ｐ＃２とを比較し、これら位置が一致しない場合に、対象物体ＯＢが移動していると判定する。また、判定部３１４は、位置Ｐ＃１と位置Ｐ＃２とが一致する場合に、対象物体ＯＢが移動していないと判定する。なお、判定部３１４は、上述した判定において、一定の許容範囲を設けてもよい。この場合、判定部３１４は、位置Ｐ＃１と位置Ｐ＃２とが一致するか否かの判定を、例えば、位置Ｐ＃１および位置Ｐ＃２の座標間の距離が閾値以上か否かを判定することによって行う。判定部３１４は、座標間の距離が閾値未満の場合に、対象物体ＯＢが移動していないと判定し、座標間の距離が閾値以上の場合に、対象物体ＯＢが移動していると判定する。

角度算出部３１６は、判定部３１４により対象物体ＯＢが移動していると判定された場合、上述した対象物体ＯＢの位置Ｐ＃１と位置Ｐ＃２とに基づいて、対象物体ＯＢの移動速度と移動方向とを算出する。位置決定部３１８は、角度算出部３１６により算出された対象物体ＯＢの移動速度および移動方向を用いて対象物体ＯＢの移動距離を導出し、導出した距離とメイン電波の放射間隔（時間）とに基づいて、未来の対象物体ＯＢの位置Ｐ＃３を決定する。

経路算出部３２０は、位置決定部３１８により決定された位置Ｐ＃１と位置Ｐ＃２と位置Ｐ＃３とを繋ぎ、対象物体ＯＢの移動経路を算出する。経路算出部３２０は、算出した対象物体ＯＢの移動経路を子機４００の飛翔経路Ｒ＃として決定する。なお、経路算出部３２０は、対象物体ＯＢの移動経路を算出する際、最小二乗法やラグランジュ補間等の数値解析を行い、より好適な経路を算出してもよい。

飛翔体制御部３２４は、経路算出部３２０により算出された飛翔経路Ｒ＃を通るように子機４００を制御する。この結果、子機４００は、移動する対象物体ＯＢの進行方向の後方から常に追従することができる。

以上説明した第２の実施形態における位置検出システム１によれば、複数の飛翔体にそれぞれ搭載された探索レーダ装置に対して、対象物体ＯＢに向けて所定の電波を放射させて、放射させた電波の反射波を受信させ、各飛翔体から反射波を示す情報をそれぞれ取得し、取得したこれら複数の情報に基づいて、３点交会法により対象物体ＯＢの位置Ｐ＃を決定する。この結果、第２の実施形態における位置検出システム１は、上述した第１の実施形態と同様に、対象物体の位置をより精度良く検出することができる。

（その他の実施形態）
第２の実施形態における位置検出システム１は、図１２に示す構成であってもよい。図１２は、第２の実施形態における位置検出システム１の構成の他の例を示す概略図である。第２の実施形態における位置検出システム１は、例えば、親機２００と、２つの子機４００−１および４００−２とを備える。

このような場合、親機２００に搭載される位置検出装置３００は、子機４００−１および４００−２と通信を行い、子機４００−１および４００−２の双方を射出する。位置検出装置３００は、射出した子機４００−１および４００−２の双方に対して対象物体ＯＢの方向に向けてサブ電波を放射させ、サブ反射波を受信させる。また、位置検出装置３００は、自機である親機２００に対して対象物体ＯＢの方向に向けてメイン電波を放射させ、メイン反射波を受信させる。

位置検出装置３００は、メイン反射波を示す情報を親機２００から取得し、サブ反射波を示す情報を子機４００−１および４００−２の双方からそれぞれ取得する。位置検出装置３００は、取得した３種の情報に基づいて、３点交会法により対象物体ＯＢの位置Ｐ＃を決定する。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、地上レーダ装置１００に対象物体ＯＢに向けてメイン電波を放射させ、放射させたメイン電波の反射波を示すメイン反射波に含まれる情報を地上レーダ装置１００から取得するとともに、飛翔体２００に搭載される探索レーダ装置２１０に上述した対象物体ＯＢに向けてサブ電波を放射させ、放射させたサブ電波の反射波を示すサブ反射波に含まれる情報を飛翔体２００から取得し、取得したこれら情報に基づいて、交会法により対象物体ＯＢの位置Ｐを決定する。この結果、対象物体の位置を精度良く検出することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…位置検出システム、１００…地上レーダ装置、１０２…アンテナ、１０４…指向制御部、１０６…送受信制御部、１０８…通信部、２００、２００−１〜２００−ｎ…飛翔体、２１０、２１０−１〜２１０−ｎ…探索レーダ装置、２１２…アンテナ、２１４…指向制御部、２１６…送受信制御部、２２０…姿勢制御部、２３０、２３０−１〜２３０−ｎ…通信部、３００…位置検出装置、３１０…制御部、３１２…取得部、３１４…判定部、３１６…角度算出部、３１８…位置決定部、３２０…経路算出部、３２２…地上レーダ制御部、３２４…飛翔体制御部、３３０…記憶部、ＯＢ…対象物体

Claims (9)

1. 地上に設けられ、所定の電波を放射する物体により放射された電波を受信する地上レーダ装置と、
   飛翔体に搭載される１つ以上の探索レーダ装置であって、前記物体に向けて電波を放射し、前記物体により反射される電波を受信する探索レーダ装置と、
   前記探索レーダ装置により受信された電波に含まれる情報と、前記地上レーダ装置により受信された電波に含まれる情報とに基づいて、交会法により前記物体の位置を決定する決定部と、
   を備える位置検出システム。
2. 複数の前記飛翔体に搭載される２つ以上の探索レーダ装置と、
   前記決定部により決定された位置に向けて前記複数の飛翔体のうち少なくとも１つを飛翔させる制御部とを備え、
   前記制御部は、前記飛翔させた飛翔体上において、前記物体に向けて電波を放射させ、前記物体により反射される電波を受信させるように前記探索レーダ装置を制御する、
   請求項１記載の位置検出システム。
3. 前記物体により放射された電波を受信する際の前記地上レーダ装置の指向角と、前記地上レーダ装置により受信された電波の強度とに基づいて前記物体の方向を示す第１の角度を算出し、
   前記制御部により飛翔させられる前の飛翔体の姿勢と、前記物体により反射される電波を受信する際の前記制御部により飛翔させられる前の飛翔体に搭載される探索レーダ装置の指向角と、前記制御部により飛翔させられる前の飛翔体に搭載される探索レーダ装置により受信された電波の強度とに基づいて前記物体の方向を示す第２の角度を算出し、
   前記制御部により飛翔させられた後の飛翔体の姿勢と、前記物体により反射される電波を受信する際の前記制御部により飛翔させられた後の飛翔体に搭載される探索レーダ装置の指向角と、前記制御部により飛翔させられた後の飛翔体に搭載される探索レーダ装置により受信された電波の強度とに基づいて前記物体の方向を示す第３の角度を算出する角度算出部を備え、
   前記決定部は、前記角度算出部により算出された第１の角度と第２の角度と第３の角度とに基づいて、交会法により前記物体の位置を決定する、
   請求項２記載の位置検出システム。
4. 前記制御部は、前記角度算出部により算出された第２の角度と異なる方向から前記物体に接近するように前記飛翔体を飛翔させる、
   請求項３記載の位置検出システム。
5. 前記決定部により時系列に決定された複数の位置が互いに異なる場合、前記複数の位置に基づいて前記物体の移動経路を算出する経路算出部を備え、
   前記制御部は、前記経路算出部により算出された移動経路に基づいて前記飛翔体を飛翔させる、
   請求項２から４のうちいずれか一項記載の位置検出システム。
6. 飛翔体に搭載された複数の探索レーダ装置であって、所定の電波を放射する物体により放射された電波を受信するとともに、前記物体に向けて電波を放射し、前記物体により反射される電波を受信する探索レーダ装置と、
   前記複数の探索レーダ装置のそれぞれにより受信された電波に含まれる情報に基づいて、交会法により前記物体の位置を決定する決定部と、
   を備える位置検出システム。
7. 所定の電波を放射する物体により放射された電波に含まれる情報と、前記物体に向けて電波を放射し、前記物体により反射される電波に含まれる情報とに基づいて、交会法により前記物体の位置を決定する、
   位置検出装置。
8. 飛翔する前に、所定の電波を放射する物体に向けて電波を放射し、前記物体により反射される電波を受信するとともに、飛翔した後に、前記物体に向けて電波を放射し、前記物体により反射される電波を受信することを繰り返す、
   飛翔体。
9. 地上に設けられた地上レーダ装置と、飛翔体に搭載される１つ以上の探索レーダ装置とを制御するコンピュータが、
   前記地上レーダ装置に所定の電波を放射する物体により放射された電波を受信させ、
   前記探索レーダ装置に前記物体に向けて電波を放射させると共に、前記物体により反射される電波を受信させ、
   前記探索レーダ装置により受信させた電波に含まれる情報と、前記地上レーダ装置により受信させた電波に含まれる情報とに基づいて、交会法により前記物体の位置を決定する、
   位置検出方法。

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