JP2019035670A - 自機位置計測装置、自機位置計測方法及び自機位置計測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて軽い計算負荷で、外部信号に依らずに移動体の自機位置を高精度に計測する。【解決手段】自機位置計測装置１０は、無人機１に搭載されてその自機位置を計測するものであり、慣性航法装置１５と、海岸線データベース１６１及び天体データベース１７１と、制御部２０とを備える。制御部２０は、慣性航法位置に基づく無人機１の存在範囲ＥＲ内を区分して複数の参照点Ｓを生成し、慣性航法位置において地上及び天上の画像を取得し、各参照点Ｓにおける地上の推定画像Ｂと天体画像Ｃとを生成し、地上及び天上の画像を、各参照点Ｓにおける地上及び天上の推定画像Ｂ、Ｃと照合し、最も一致度の高い推定画像Ｂ、Ｃに対応する参照点Ｓの位置を地文航法位置及び天文航法位置として抽出し、地文航法位置及び天文航法位置に基づいて、慣性航法、地文航法及び天文航法のうち、より航法誤差の小さいものを選択する。【選択図】図３

Description

本発明は、移動体の自機位置を計測する技術に関する。

現在、無人航空機などの移動体の自機位置計測には、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した手法が広く用いられている。
しかし、ＧＰＳを利用した手法では、ＧＰＳ機器が偽のＧＰＳ信号によるなりすましやジャミングを受けた場合に、移動体が正確な自機位置を把握できなくなり、最悪の場合には迷走や墜落に至るおそれがある。

ＧＰＳ信号などの外部信号を利用しない自機位置計測技術としては、地文航法や天文航法がある。
例えば、特許文献１に記載の地文航法では、レーザ等により取得した地形情報を地形構造データベースと照合することで、位置の推定を行っている。
また、特許文献２に記載の天文航法では、カメラ等により収集したデータを天体データベース内に記憶された位置情報と比較することで、無人機の自機位置を算出している。

特開２００９−２９４２１４号公報 特開２０１５−３１６９９号公報

しかしながら、上述した地文航法や天文航法では、いずれも膨大なデータ量のデータベースを照合する処理が必要となるため、計算負荷が重くなり、長い処理時間を要してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来に比べて軽い計算負荷で、外部信号に依らずに移動体の自機位置を高精度に計測することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、移動体に搭載され、当該移動体の自機位置を計測する自機位置計測装置であって、
前記移動体の位置を計測する慣性航法装置と、
地理情報及び天体情報のうち少なくとも一方のデータベースと、
前記慣性航法装置に計測された慣性航法位置に基づいて前記移動体の存在範囲を推算し、当該存在範囲内を区分して複数の参照点を生成する参照点生成手段と、
前記慣性航法装置に計測された慣性航法位置において、前記データベースに対応する地上及び天上の少なくとも一方の情報を取得する情報取得手段と、
前記複数の参照点の各々において、前記データベースに対応する地上及び天上の少なくとも一方の情報を取得した場合に得られるであろう推定情報を、前記データベースに基づいて生成する情報生成手段と、
前記情報取得手段により取得された情報を、前記情報生成手段により生成された前記複数の参照点の各々における推定情報と照合し、最も一致度の高い推定情報に対応する一の参照点の位置を抽出する位置抽出手段と、
前記位置抽出手段により抽出された前記一の参照点の位置に基づいて、前記慣性航法装置による航法と、前記一の参照点の位置を求める航法とを含むもののうち、より航法誤差の小さいものを、前記自機位置を計測する航法として選択する航法選択手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の自機位置計測装置において、
位置情報を含むＧＰＳ信号をＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ受信機をさらに備え、
前記慣性航法装置は、前記ＧＰＳ信号に含まれる位置情報に基づいて慣性航法位置を補正し、
前記航法選択手段は、
前記ＧＰＳ信号に含まれる位置情報、前記慣性航法位置及び前記一の参照点の位置に基づいて、前記ＧＰＳ信号の信頼性を判定してその使用可否を判定するＧＰＳ使用可否判定手段と、
前記ＧＰＳ信号が使用不可と判定された場合に、当該ＧＰＳ信号が使用不可と判定されてから経過したＧＰＳ使用不可時間を計測するＧＰＳ使用不可時間計測手段と、
前記ＧＰＳ使用不可時間に基づいて、前記自機位置を計測する航法を選択する複合航法手段と、
を含むことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の自機位置計測装置において、
前記ＧＰＳ使用可否判定手段は、前記ＧＰＳ信号に含まれる位置情報と、前記慣性航法位置又は前記一の参照点の位置との差が所定の閾値以内である場合に、前記ＧＰＳ信号が使用可能と判定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の自機位置計測装置において、
前記複合航法手段は、前記ＧＰＳ使用不可時間が長くなるに連れて前記慣性航法位置の誤差が大きくなるとして、前記慣性航法装置による航法と、前記一の参照点の位置を求める航法とのうち、より航法誤差の小さいものを選択することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の自機位置計測装置において、
前記データベースとして、地理情報を有する地理データベースと、天体情報を有する天体データベースとを備え、
前記情報取得手段は、前記慣性航法位置において地上情報と天上情報とを個別に実際に取得し、
前記情報生成手段は、前記複数の参照点の各々において、地上情報を取得した場合の地上推定情報を前記地理データベースに基づいて生成するとともに、天上情報を取得した場合の天上推定情報を前記天体データベースに基づいて生成し、
前記位置抽出手段は、
前記地上情報を、前記複数の参照点の各々における前記地上推定情報と照合し、最も一致度の高い地上推定情報に対応する一の参照点の位置を地文航法位置として抽出し、
前記天上情報を、前記複数の参照点の各々における前記天上推定情報と照合し、最も一致度の高い天上推定情報に対応する一の参照点の位置を天文航法位置として抽出することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自機位置計測装置において、
前記存在範囲は、前記慣性航法位置を中心とし、前記慣性航法装置による当該慣性航法位置の計測誤差の範囲を半径とする円形範囲であることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の自機位置計測装置において、
前記情報取得手段は、画像情報を取得する撮像手段であり、
前記情報生成手段は、前記データベースに対応する地上及び天上の少なくとも一方を撮像した場合に得られるであろう推定画像を生成することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自機位置計測装置において、
前記移動体が無人航空機であることを特徴とする。

請求項９及び請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の自機位置計測装置と同様の特徴を具備する自機位置計測方法及び自機位置計測プログラムである。

本発明によれば、地理情報及び天体情報のうち少なくとも一方のデータベースを用い、実際に取得した情報を当該データベースに基づく推定情報と照合して、これらの一致度が最も高い位置が抽出される。
この際、慣性航法位置に基づく移動体の存在範囲内の複数の参照点のみを対象として、照合処理が行われる。これにより、照合処理に地形データベースや天体データベースを単純に利用していた従来に比べ、計算負荷を軽くすることができる。
そして、照合処理により抽出された位置に基づいて、より誤差の小さい航法が、自機位置を計測する航法として選択される。これにより、ＧＰＳ信号などの外部信号を利用することなく、移動体の自機位置の計測精度を向上させることができる。
したがって、従来に比べて軽い計算負荷で、外部信号に依らずに移動体の自機位置を高精度に計測することができる。

自機位置計測装置を備える無人機の機能構成を示すブロック図である。 自機位置計測装置の制御部の内部構成を示すブロック図である。 自機位置計測処理の流れを示すフローチャートである。 自機位置計測処理を説明するための図である。 自機位置計測処理を説明するための図である。 自機位置計測処理におけるＧＰＳ位置の使用可否判定の内容を示す図である。 自機位置計測処理における航法選択の内容を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

＜自機位置計測装置の構成＞
まず、本実施形態における自機位置計測装置１０の構成について説明する。
図１は、自機位置計測装置１０を備える無人機１の概略の機能構成を示すブロック図であり、図２は、自機位置計測装置１０が備える制御部２０の内部構成を示すブロック図である。

図１に示すように、自機位置計測装置１０は、無人機（無人航空機）１に搭載されて、この無人機１の自機位置を計測するものであり、より詳しくは、無人機１の慣性航法装置１５単体によるものよりも高い精度での自機位置計測を可能とするものである。

無人機１は、当該無人機１を飛行させるための飛行機構１１のほか、光学カメラ１３、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機１４、慣性航法装置１５、地文航法装置１６、天文航法装置１７、記憶部１８及び制御部２０を備えている。
自機位置計測装置１０は、このうち、光学カメラ１３、ＧＰＳ受信機１４、慣性航法装置１５、地文航法装置１６、天文航法装置１７、記憶部１８及び制御部２０を備えて構成されている。

光学カメラ１３は、本実施形態においては、地上及び天上（天体）の画像情報を個別に取得可能な撮像手段である。
なお、光学カメラ１３は、地文航法装置１６及び天文航法装置１７の両方に用いられるものであるため、これら地文航法装置１６及び天文航法装置１７に個別に設けられていてもよい。

ＧＰＳ受信機１４は、無人機１の自機位置（現在位置）の情報を含むＧＰＳ信号を、ＧＰＳ衛星から受信するものである。このＧＰＳ受信機１４は、ＧＰＳ信号の受信状況や、ＧＰＳ信号から取得した無人機１の自機位置（以下、「ＧＰＳ位置」という。）の情報を、制御部２０へ出力する。
なお、「ＧＰＳ信号の受信状況」とは、信号受信状態の良否のみを意味しており、ＧＰＳ信号自体の真贋や情報精度とは無関係である。したがって、仮に受信状況が良好とされたＧＰＳ信号でも、偽のＧＰＳ信号に欺瞞（なりすまし）されている場合があり得る。

慣性航法装置１５は、ジャイロや加速度計により、外部からの電波に依ることなく無人機１の位置や速度等を計測可能なものである。この慣性航法装置１５は、適切な位置計測を実行可能な状態か否かの情報を有する計測可否信号と、当該慣性航法装置１５により取得した無人機１の自機位置（以下、「慣性航法位置」という。）の情報とを、制御部２０へ出力する。また、慣性航法装置１５は、誤差の累積を低減するために、ＧＰＳ位置に基づく補正を加えて慣性航法位置を出力する。

地文航法装置１６は、本実施形態においては、無人機１から観測される海岸線の形状に基づいて、無人機１の自機位置の情報を取得するものである。より詳しくは、地文航法装置１６は、海岸線の形状に位置情報（座標情報）が対応付けられた海岸線データベース（ＤＢ）１６１を備えており、地上の画像を海岸線データベース１６１と照合することにより、無人機１の自機位置の情報を取得する。そして、地文航法装置１６は、適切な位置計測を実行可能な状態か否かの情報を有する計測可否信号と、当該地文航法装置１６により取得した無人機１の自機位置（以下、「地文航法位置」という。）の情報とを、制御部２０へ出力する。
なお、地文航法装置１６が利用する地上の情報は、海岸線の形状に限定されず、地上の画像と照合して自機位置を特定可能なものであればよい。具体的には、この地上の情報として、地形情報に加え、道路や鉄道，建造物などの情報も含めた種々の地理情報を利用することができる。但し、この場合、該当する地理情報を有するデータベースが必要であることは勿論である。

天文航法装置１７は、無人機１から観測される天体情報に基づいて、無人機１の自機位置の情報を取得するものである。より詳しくは、天文航法装置１７は、天体（太陽，月，衛星，惑星，恒星及び人工天体）の情報に位置情報（座標情報）が対応付けられた天体データベース（ＤＢ）１７１を備えており、天上（天体）の画像を機体高度や天体方位、観測時間と合せて天体データベース１７１と照合することにより、無人機１の自機位置の情報を取得する。そして、天文航法装置１７は、適切な位置計測を実行可能な状態か否かの情報を有する計測可否信号と、当該天文航法装置１７により取得した無人機１の自機位置（以下、「天文航法位置」という。）の情報とを、制御部２０へ出力する。

記憶部１８は、自機位置計測装置１０の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、作業領域としても機能するメモリである。本実施形態においては、記憶部１８は、自機位置計測プログラム１８０を予め記憶している。
自機位置計測プログラム１８０は、後述の自機位置計測処理を制御部２０に実行させるためのプログラムである。

制御部２０は、自機位置計測装置１０を含む無人機１の各部を中央制御する。
本実施形態においては、図２に示すように、制御部２０は、ＧＰＳ使用可否判定器２１と、ＧＰＳ使用不可時間計測器２２と、複合航法器２３と、飛行誘導制御部２４とを備えている。

ＧＰＳ使用可否判定器２１は、ＧＰＳ受信機１４、慣性航法装置１５、地文航法装置１６及び天文航法装置１７から出力された情報に基づいて、ＧＰＳ位置（ＧＰＳ信号）の使用可否を判定する。具体的に、ＧＰＳ使用可否判定器２１は、ＧＰＳ位置を、各航法装置により計測された無人機１の自機位置と比較することにより、ＧＰＳ位置の信頼性（ＧＰＳ信号がなりすましやジャミングを受けていないか）を判定してその使用可否を判定する（図６参照）。詳細の判定手法については後述する。このＧＰＳ使用可否判定器２１は、ＧＰＳ位置の使用可否を判定した後、この使用可否の情報を含むＧＰＳ使用可否信号を、ＧＰＳ使用不可時間計測器２２へ出力する。

ＧＰＳ使用不可時間計測器２２は、ＧＰＳ使用可否判定器２１から出力されたＧＰＳ使用可否信号に基づいて、ＧＰＳ位置を使用できないと判定されてから経過した時間（ＧＰＳ使用不可時間）を計測する。そして、ＧＰＳ使用不可時間計測器２２は、計測したＧＰＳ使用不可時間を複合航法器２３へ出力する。

複合航法器２３は、ＧＰＳ使用不可時間計測器２２から出力されたＧＰＳ使用不可時間や、各航法装置から出力された計測可否信号に基づいて、使用可能なもののうち最も精度の高い（誤差の小さい）航法を、使用する航法（ＧＰＳ含む）として選択する（図７参照）。そして、複合航法器２３は、選択した航法により計測された無人機１の自機位置を、複合航法位置として飛行誘導制御部２４へ出力する。

飛行誘導制御部２４は、複合航法器２３から出力された複合航法位置を無人機１の自機位置として、無人機１の飛行制御を行う。

＜自機位置計測装置の動作＞
続いて、自機位置計測処理を実行する際の自機位置計測装置１０の動作について説明する。
図３は、自機位置計測処理の流れを示すフローチャートであり、図４及び図５は、自機位置計測処理を説明するための図である。また、図６は、自機位置計測処理におけるＧＰＳ位置の使用可否判定の内容を示す図であり、図７は、自機位置計測処理における航法選択の内容を示す図である。

自機位置計測処理は、慣性航法装置１５による慣性航法位置の計測精度を地文航法や天文航法で確認しつつ、必要に応じて他の航法位置を採用して、無人機１の自機位置を高精度に計測する処理である。この自機位置計測処理は、制御部２０が記憶部１８から自機位置計測プログラム１８０を読み出して展開することで実行され、例えば所定の時間間隔で繰り返し実行される。

図３及び図４に示すように、自機位置計測処理が実行されると、まず制御部２０は、慣性航法装置１５による計測位置（慣性航法位置）に基づいて、飛行中の或る時点における無人機１の存在範囲ＥＲを推算する（ステップＳ１）。
本実施形態では、制御部２０は、時刻Ｔ１における慣性航法位置Ｐ１（純慣性航法位置）を中心とし、この時点での慣性航法誤差の範囲を半径とする水平面内での円形範囲を、無人機１の真の自機位置を含む存在範囲ＥＲとする。慣性航法誤差は、例えば離陸時やＧＰＳ正常時など、正確な自機位置が取得できていた最後の過去の時刻Ｔ０における慣性航法位置（又はＧＰＳ位置）Ｐ０を基準とし、この時刻Ｔ０からＴ１までの時間経過に伴う位置計測誤差の累積として求められる。

次に、制御部２０は、存在範囲ＥＲ内をメッシュ区分して複数の参照点Ｓを生成する（ステップＳ２）。
本実施形態では、制御部２０は、存在範囲ＥＲ内を正方格子状に区分し、格子線（範囲境界線を含む）同士の各交点を参照点Ｓとする。なお、存在範囲ＥＲ内をどのように区分してどの程度の数量の参照点Ｓを生成するかは、特に限定されない。

次に、制御部２０は、地文航法装置１６により地文航法位置を計測する（ステップＳ３）。
ここでは、まず制御部２０は、光学カメラ１３により、慣性航法位置Ｐ１において地上を撮像した画像を取得し、この画像から海岸線形状を抽出する（ステップＳ３１）。

次に、制御部２０は、地文航法装置１６により、存在範囲ＥＲ内の各参照点Ｓにおいて地上を撮像した場合に得られるであろう海岸線形状を含む推定画像Ｂ（図５（ａ）参照）を、当該参照点Ｓの緯度・経度、機体の高度、海岸線データベース１６１に基づいて生成する（ステップＳ３２）。

次に、地文航法装置１６は、光学カメラ１３により取得した画像の海岸線形状を、各参照点Ｓでの推定画像Ｂの海岸線形状と照合し、各参照点Ｓにおけるこれらの一致度を算出する（ステップＳ３３）。
そして、地文航法装置１６は、最も一致度の高い推定画像Ｂに対応する参照点Ｓを抽出し、この参照点Ｓの位置（座標）を、時刻Ｔ１における地文航法位置Ｇ１とする（ステップＳ３４）。

次に、制御部２０は、天文航法装置１７により天文航法位置を計測する（ステップＳ４）。
ここでは、まず制御部２０は、光学カメラ１３により慣性航法位置Ｐ１で天上（天体）を撮像した画像を取得し、この画像から主要天体（太陽、月、１等星など）を抽出する（ステップＳ４１）。

次に、制御部２０は、天文航法装置１７により、存在範囲ＥＲ内の各参照点Ｓにおいて天上を撮像した場合に得られるであろう天体画像Ｃ（図５（ｂ）参照）を、当該参照点Ｓの緯度・経度、機体の高度、天体データベース１７１に基づいて生成する（ステップＳ４２）。

次に、天文航法装置１７は、光学カメラ１３により取得した画像の主要天体を、各参照点Ｓでの天体画像Ｃと照合し、各参照点Ｓにおけるこれらの一致度を算出する（ステップＳ４３）。
そして、天文航法装置１７は、最も一致度の高い天体画像Ｃに対応する参照点Ｓを抽出し、この参照点Ｓの位置（座標）を、時刻Ｔ１における天文航法位置Ｈ１とする（ステップＳ４４）。
なお、図４では天文航法位置Ｈ１が地文航法位置Ｇ１と一致する例を示したが、これらは必ずしも一致するとは限らない。

次に、制御部２０は、ＧＰＳ使用可否判定器２１により、ＧＰＳ位置の使用可否を判定する（ステップＳ５）。
ここでは、ＧＰＳ使用可否判定器２１は、ＧＰＳ受信機１４から出力されたＧＰＳ信号の受信状況及びＧＰＳ位置と、慣性航法装置１５、地文航法装置１６、天文航法装置１７それぞれから出力された計測可否情報及び航法位置とに基づいて、ＧＰＳ位置の信頼性を判定する。
具体的には、図６に示すように、ＧＰＳ使用可否判定器２１は、まずＧＰＳ信号の受信状況が良好でない場合には、ＧＰＳ位置の使用を不可と判定する。ＧＰＳ信号の受信状況が良好な場合には、ＧＰＳ使用可否判定器２１は、各計測可否情報に基づいて、地文航法位置、天文航法位置、慣性航法位置のうち、適切な位置計測が実行されたものであって、最も計測精度が高いものを選択する。この場合、これらの航法位置の計測精度は、地文航法位置、天文航法位置、慣性航法位置の順に高い。
そして、ＧＰＳ使用可否判定器２１は、選択した航法位置をＧＰＳ位置と比較し、その差が所定の閾値以内であればＧＰＳ位置を使用できると判定し、閾値を超える場合にはＧＰＳ位置を使用できないと判定する。

ステップＳ５において、ＧＰＳ位置を使用できるとＧＰＳ使用可否判定器２１が判定した場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、制御部２０は、複合航法器２３により、図７に示すように、最も精度の高い（誤差の小さい）航法として、ＧＰＳ位置に基づくＧＰＳ航法を選択する（ステップＳ６）。
そして、複合航法器２３は、複合航法位置としてＧＰＳ位置を飛行誘導制御部２４へ出力し、自機位置計測処理を終了する。

一方、ステップＳ５において、ＧＰＳ位置を使用できないとＧＰＳ使用可否判定器２１が判定した場合には（ステップＳ５；Ｎｏ）、制御部２０は、ＧＰＳ使用不可時間計測器２２により、ＧＰＳ使用不可時間を計測する（ステップＳ７）。そして、ＧＰＳ使用不可時間計測器２２は、計測したＧＰＳ使用不可時間を複合航法器２３へ出力する。

次に、制御部２０は、ステップＳ７で計測されたＧＰＳ使用不可時間に基づいて、複合航法器２３により、慣性航法、地文航法、天文航法のなかから最も精度の高い（誤差の小さい）航法を選択する（ステップＳ８）。
ここでは、ステップＳ７で計測されたＧＰＳ使用不可時間と、慣性航法装置１５、地文航法装置１６、天文航法装置１７それぞれから出力された計測可否情報とに基づいて、最も精度の高い航法を選択する。より詳しくは、ＧＰＳ使用不可時間が長くなる程、慣性航法位置が補正されずに慣性航法誤差が累積して大きくなると考え、この慣性航法誤差と地文航法誤差及び天文航法誤差との関係から、最も精度の高い航法を選択する。また、地文航法誤差は、常に天文航法誤差よりも小さいものとする。

具体的には、図７に示すように、まず複合航法器２３は、計測されたＧＰＳ使用不可時間が、「短」「中」「長」の三段階に予め設定された時間範囲のうちのいずれに該当するかを判別する。
ＧＰＳ使用不可時間が「短」いと判別した場合には、複合航法器２３は、慣性航法誤差が地文航法誤差及び天文航法誤差よりも小さいものと判断する。
ＧＰＳ使用不可時間が「中」程度と判別した場合には、複合航法器２３は、慣性航法誤差が地文航法誤差及び天文航法誤差の間であると判断する。
ＧＰＳ使用不可時間が「長」いと判別した場合には、複合航法器２３は、慣性航法誤差が地文航法誤差及び天文航法誤差よりも大きいものと判断する。
そして、複合航法器２３は、これらの航法誤差の大小関係と各計測可否情報とに基づいて、地文航法、天文航法、慣性航法のうち、適切な位置計測が実行されたものであって、最も計測精度が高い（誤差が小さい）ものを、使用する航法として選択する。
そして、複合航法器２３は、選択した航法による航法位置を複合航法位置として飛行誘導制御部２４へ出力し、自機位置計測処理を終了する。

＜効果＞
以上のように、本実施形態によれば、海岸線データベース１６１や天体データベース１７１を用い、実際に取得した画像を当該データベースに基づく推定画像と照合して、これらの一致度が最も高い参照点Ｓの位置が抽出される。
この際、慣性航法位置に基づく無人機１の存在範囲ＥＲ内の複数の参照点Ｓのみを対象として、照合処理が行われる。これにより、照合処理に地形データベースや天体データベースを単純に利用していた従来に比べ、計算負荷を軽くすることができる。
そして、照合処理により抽出された参照点Ｓの位置に基づいて、より誤差の小さい航法が、自機位置を計測する航法として選択される。これにより、ＧＰＳ信号などの外部信号を利用することなく、無人機１の自機位置の計測精度を向上させることができる。
したがって、従来に比べて軽い計算負荷で、外部信号に依らずに無人機１の自機位置を高精度に計測することができる。

また、慣性航法位置、地文航法位置又は天文航法位置と、ＧＰＳ位置との差が所定の閾値以内である場合に、ＧＰＳ信号が使用可能と判定されるので、ＧＰＳ信号がジャミングやなりすましを受けているか否かの信頼性判定を簡便に行うことができる。

また、ＧＰＳ使用不可時間が長くなるに連れて慣性航法位置の誤差が大きくなるとして、慣性航法、地文航法及び天文航法のうち、より航法誤差の小さいものが選択されるので、この航法選択を、ＧＰＳ使用不可時間の長さだけで簡便に行うことができる。

また、地文航法と天文航法の両方を利用可能に構成されているので、冗長性が担保され、例えば無人機１の上方又は下方が雲に覆われるなどした場合にも好適に対応させることができる。

＜変形例＞
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、自機位置計測装置１０が地文航法装置１６と天文航法装置１７の両方を備えており、地文航法と天文航法の両方を利用できることとしたが、これら地文航法と天文航法の少なくともいずれか一方を利用できるように構成されていればよい。

また、地文航法位置を計測するときには光学カメラ１３により地上の画像を取得することとしたが、この光学カメラ１３に代えて、レーダーなどの測距可能な機器を用い、地上の情報を取得することとしてもよい。

また、本発明に係る移動体は、無人機（無人航空機）に限定されず、例えば有人の航空機であってもよいし、有人又は無人の船舶や車両などであってもよい。

１ 無人機
１０ 自機位置計測装置
１３ 光学カメラ
１４ ＧＰＳ受信機
１５ 慣性航法装置
１６ 地文航法装置
１７ 天文航法装置
２０ 制御部
２１ ＧＰＳ使用可否判定器
２２ ＧＰＳ使用不可時間計測器
２３ 複合航法器
１６１ 海岸線データベース
１７１ 天体データベース
１８０ 自機位置計測プログラム
Ｂ 推定画像
Ｃ 天体画像
ＥＲ 存在範囲
Ｇ１ 地文航法位置
Ｈ１ 天文航法位置
Ｐ１ 慣性航法位置
Ｓ 参照点

Claims (10)

1. 移動体に搭載され、当該移動体の自機位置を計測する自機位置計測装置であって、
   前記移動体の位置を計測する慣性航法装置と、
   地理情報及び天体情報のうち少なくとも一方のデータベースと、
   前記慣性航法装置に計測された慣性航法位置に基づいて前記移動体の存在範囲を推算し、当該存在範囲内を区分して複数の参照点を生成する参照点生成手段と、
   前記慣性航法装置に計測された慣性航法位置において、前記データベースに対応する地上及び天上の少なくとも一方の情報を取得する情報取得手段と、
   前記複数の参照点の各々において、前記データベースに対応する地上及び天上の少なくとも一方の情報を取得した場合に得られるであろう推定情報を、前記データベースに基づいて生成する情報生成手段と、
   前記情報取得手段により取得された情報を、前記情報生成手段により生成された前記複数の参照点の各々における推定情報と照合し、最も一致度の高い推定情報に対応する一の参照点の位置を抽出する位置抽出手段と、
   前記位置抽出手段により抽出された前記一の参照点の位置に基づいて、前記慣性航法装置による航法と、前記一の参照点の位置を求める航法とを含むもののうち、より航法誤差の小さいものを、前記自機位置を計測する航法として選択する航法選択手段と、
   を備えることを特徴とする自機位置計測装置。
2. 位置情報を含むＧＰＳ信号をＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ受信機をさらに備え、
   前記慣性航法装置は、前記ＧＰＳ信号に含まれる位置情報に基づいて慣性航法位置を補正し、
   前記航法選択手段は、
   前記ＧＰＳ信号に含まれる位置情報、前記慣性航法位置及び前記一の参照点の位置に基づいて、前記ＧＰＳ信号の信頼性を判定してその使用可否を判定するＧＰＳ使用可否判定手段と、
   前記ＧＰＳ信号が使用不可と判定された場合に、当該ＧＰＳ信号が使用不可と判定されてから経過したＧＰＳ使用不可時間を計測するＧＰＳ使用不可時間計測手段と、
   前記ＧＰＳ使用不可時間に基づいて、前記自機位置を計測する航法を選択する複合航法手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の自機位置計測装置。
3. 前記ＧＰＳ使用可否判定手段は、前記ＧＰＳ信号に含まれる位置情報と、前記慣性航法位置又は前記一の参照点の位置との差が所定の閾値以内である場合に、前記ＧＰＳ信号が使用可能と判定することを特徴とする請求項２に記載の自機位置計測装置。
4. 前記複合航法手段は、前記ＧＰＳ使用不可時間が長くなるに連れて前記慣性航法位置の誤差が大きくなるとして、前記慣性航法装置による航法と、前記一の参照点の位置を求める航法とのうち、より航法誤差の小さいものを選択することを特徴とする請求項２又は３に記載の自機位置計測装置。
5. 前記データベースとして、地理情報を有する地理データベースと、天体情報を有する天体データベースとを備え、
   前記情報取得手段は、前記慣性航法位置において地上情報と天上情報とを個別に実際に取得し、
   前記情報生成手段は、前記複数の参照点の各々において、地上情報を取得した場合の地上推定情報を前記地理データベースに基づいて生成するとともに、天上情報を取得した場合の天上推定情報を前記天体データベースに基づいて生成し、
   前記位置抽出手段は、
   前記地上情報を、前記複数の参照点の各々における前記地上推定情報と照合し、最も一致度の高い地上推定情報に対応する一の参照点の位置を地文航法位置として抽出し、
   前記天上情報を、前記複数の参照点の各々における前記天上推定情報と照合し、最も一致度の高い天上推定情報に対応する一の参照点の位置を天文航法位置として抽出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の自機位置計測装置。
6. 前記存在範囲は、前記慣性航法位置を中心とし、前記慣性航法装置による当該慣性航法位置の計測誤差の範囲を半径とする円形範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の自機位置計測装置。
7. 前記情報取得手段は、画像情報を取得する撮像手段であり、
   前記情報生成手段は、前記データベースに対応する地上及び天上の少なくとも一方を撮像した場合に得られるであろう推定画像を生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の自機位置計測装置。
8. 前記移動体が無人航空機であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の自機位置計測装置。
9. 移動体の自機位置を計測する自機位置計測方法であって、
   前記移動体の位置を計測する慣性航法装置と、地理情報及び天体情報のうち少なくとも一方のデータベースとを備え、前記移動体に搭載された自機位置計測装置が、
   前記慣性航法装置に計測された慣性航法位置に基づいて前記移動体の存在範囲を推算し、当該存在範囲内を区分して複数の参照点を生成する参照点生成工程と、
   前記慣性航法装置に計測された慣性航法位置において、前記データベースに対応する地上及び天上の少なくとも一方の情報を取得する情報取得工程と、
   前記複数の参照点の各々において、前記データベースに対応する地上及び天上の少なくとも一方の情報を取得した場合に得られるであろう推定情報を、前記データベースに基づいて生成する情報生成工程と、
   前記情報取得工程で取得した情報を、前記情報生成工程で生成された前記複数の参照点の各々における推定情報と照合し、最も一致度の高い推定情報に対応する一の参照点の位置を抽出する位置抽出工程と、
   前記位置抽出工程で抽出された前記一の参照点の位置に基づいて、前記慣性航法装置による航法と、前記一の参照点の位置を求める航法とを含むもののうち、より航法誤差の小さいものを、前記自機位置を計測する航法として選択する航法選択工程と、
   を実行することを特徴とする自機位置計測方法。
10. 移動体の自機位置を計測する自機位置計測プログラムであって、
    前記移動体の位置を計測する慣性航法装置と、地理情報及び天体情報のうち少なくとも一方のデータベースとを備え、前記移動体に搭載された自機位置計測装置を、
    前記慣性航法装置に計測された慣性航法位置に基づいて前記移動体の存在範囲を推算し、当該存在範囲内を区分して複数の参照点を生成する参照点生成手段、
    前記慣性航法装置に計測された慣性航法位置において、前記データベースに対応する地上及び天上の少なくとも一方の情報を取得する情報取得手段、
    前記複数の参照点の各々において、前記データベースに対応する地上及び天上の少なくとも一方の情報を取得した場合に得られるであろう推定情報を、前記データベースに基づいて生成する情報生成手段、
    前記情報取得手段により取得した情報を、前記情報生成手段により生成された前記複数の参照点の各々における推定情報と照合し、最も一致度の高い推定情報に対応する一の参照点の位置を抽出する位置抽出手段、
    前記位置抽出手段に抽出された前記一の参照点の位置に基づいて、前記慣性航法装置による航法と、前記一の参照点の位置を求める航法とを含むもののうち、より航法誤差の小さいものを、前記自機位置を計測する航法として選択する航法選択手段、
    として機能させることを特徴とする自機位置計測プログラム。

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