JP3658959B2 - 観測装置、及び地上局 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は地球の上空を所定の高度で航行する空間航行体に搭載した撮像機を地上局で運用制御して、災害発生地域や監視を要する建造物や車両等の監視目標の画像情報を取得する観測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の観測装置を説明するための図であり、図において１は地球２の上空を所定の高度で航行する人工衛星や航空機ないしは飛行船などのいわゆる空間航行体、３は地上に設置されて上記空間航行体１の運用条件を設定したり、上記空間航行体１と信号やデータなどの情報授受をする地上局、４は上記地上局３から上記空間航行体１に送信される運用制御用のコマンド等の信号、５は上記空間航行体１から上記地上局３に対して送信される観測画像情報等のデータ、６は災害発生地域や監視を要する人造建造物や車両等の観測目標である。災害が発生して所定の地域の情報が必要になったような場合、地上局３から運用制御用の信号４を上記空間航行体１に送信し、次に上記空間航行体１が上記観測目標６を観測して画像情報を取得してデータ５として地上局３に送信する。
【０００３】
次に動作の詳細について図８を用いて説明する。図において１から５は図３と同様であり、７は上記地上局３に設置されて上記空間航行体１の軌道条件を計算する軌道計算機、８は冊子として装丁されて上記地上局３に常備された地図、９は上記空間航行体１に地球を指向して搭載され、地球表面の画像データを取得する撮像機である。図の如く構成された従来の観測装置においては、災害等が発生するとまず地上局３に待機している作業者が該当地域を上記地図８の中から探し、該当地域を観測目標として経度、緯度情報を上記地図８から読みとる。次に作業者は上記空間航行体１が観測目標の上空を通過する時刻と軌道条件を上記軌道計算機７を用いて算出する。次に作業者は撮像機９が観測目標を指向するために適した撮像時刻と軌道条件及び撮像機の指向方向決定して運用制御信号を作成し、次に図示されていない送信機を介して信号４として空間航行体１に送信する。一方上記空間航行体１においては取得した信号４に応じて撮像機９を動作して観測目標の画像情報を取得し、次に取得した画像情報を図示されていない送信機を介してデータ５として地上局３に送信していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の観測装置では、観測目標６を作業者が地図８で探索し、緯度、経度情報を調査した後に空間航行体１の軌道と撮像機９の視野方向を軌道計算機７で解析し、更に撮像機９の視野が観測目標６を捉える範囲と時刻を作業者が予測して空間航行体に撮像指示をするため、観測目標６の探索と、空間航行体１の軌道及び撮像機９の視野範囲を解析する手間がかかり、緊急時や災害発生時に即応するのが難しいという課題があった。また撮像条件の設定を特定の地上局３のみでしか実施できないので、観測目標を選択できる作業者と作業場所が限定されるという制約があった。また観測目標６を撮像する時刻を予め予約することは従来からできたが、作業者が予約を受けた個々の撮像条件を上記の如き手順で設定するため、多数の予約が発生すると、予約してから撮像するまでに長い時間を要するという課題があった。また単一の空間航行体しか航行していない場合や、運用管制を実施する地上局が限定される場合には、任意の観測目標を撮像するための待ち時間が長くなったり、同時に複数の観測目標を撮像できないという課題があった。また取得した画像データを受信する地上局が限定されると、空間航行体でデータを蓄積する手段が必要になるという課題があった。更に撮像機の視野方向が固定されていたり、視野範囲が限定される場合は所望の観測目標を撮像できる可能性が少なかったり、良好な条件で撮像できないという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を改善するためになされたものであり、いつでも、どこでも、誰でも端末にアクセスするだけで観測目標の探索及び決定と、撮像機の撮像条件設定が可能となり、しかもいかなる観測目標も迅速かつ良好な撮像条件で撮像が可能な観測装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による観測装置は地球の上空を所定の高度で航行する複数の空間航行体と、上記空間航行体に地球を指向するように搭載され、地球表面の画像データを取得する撮像機と、上記複数の空間航行体の運用条件と上記撮像機の撮像条件を解析する運用計画機、上記空間航行体と情報授受して空間航行体と撮像機を運用制御する運用管制装置、及び上記撮像機の撮像した画像データを受信し記録するレコーダとを備えた第１の地上局及び第２の地上局と、地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、空間航行体の軌道条件や地上通過時刻及び撮像機の視野範囲を記述した空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ、及び観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、及び上記第１から第３のメモリの格納するデータベースにアクセスして情報を処理するソフトウェアを格納した第４のメモリを備えた第３の地上局と、パーソナルコンピュータ等の計算機、及び上記第３の地上局の有するデータベースや第４のメモリにアクセスして上記計算機上で動作させるソフトウェアを格納した第５のメモリを備えた第４の地上局及び第５の地上局とにより構成され、上記第１から第５の地上局同士が互いに通信回線で接続されており、かつ上記運用計画機が、上記複数の空間航行体の中から、上記第３のメモリに格納された撮像予約データに対して最も近い距離に位置する第１または第２の地上局と、最も近い距離を航行する空間航行体とを選択して最も近い第１または第２の地上局から上記撮像機に撮像指示を与える手段を有するものである。
【０００７】
また第２の発明による観測装置は地球の上空を所定の高度で航行する複数の空間航行体と、上記空間航行体に地球を指向するように搭載され、地球表面の画像データを取得する撮像機と、上記空間航行体と情報授受して空間航行体と撮像機を運用制御する運用管制装置、及び上記撮像機の撮像した画像データを受信し記録するレコーダとを備えた第１の地上局及び第２の地上局と、上記複数の空間航行体の運用条件と上記撮像機の撮像条件を解析する運用計画機、地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、空間航行体の軌道条件や地上通過時刻及び撮像機の視野範囲を記述した空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ、及び観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、及び上記第１から第３のメモリの格納するデータベースにアクセスして情報を処理するソフトウェアを格納した第４のメモリを備えた第３の地上局と、パーソナルコンピュータ等の計算機、及び上記第３の地上局の有するデータベースや第４のメモリにアクセスして上記計算機上で動作させるソフトウェアを格納した第５のメモリを備えた第４の地上局及び第５の地上局とにより構成され、上記第１から第５の地上局同士が互いに通信回線で接続されており、かつ上記運用計画機が、上記複数の空間航行体の中から、上記第３のメモリに格納された撮像予約データに対して最も近い距離に位置する第１または第２の地上局と、最も近い距離を航行する空間航行体とを選択して最も近い第１または第２の地上局から上記撮像機に撮像指示を与える手段を有するものである。
【０００８】
また第３の発明による観測装置は空間航行体が運用管制装置の発する信号に基づき上記空間航行体の姿勢角度を変更する姿勢変更機を具備したものである。
【０００９】
また第４の発明による観測装置は空間航行体が運用管制装置の発する信号に基づき上記空間航行体の搭載する撮像機の視野方向を変更する視野変更機を具備したものである。
【００１０】
また第５の発明による観測装置は空間航行体が運用管制装置の発する信号に基づき上記空間航行体の進行方向または停留位置を変更する推進機を具備したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１はこの発明の実施の形態１を示す構成図であり、図において１ａは地球の上空を所定の高度で航行する第１の空間航行体、１ｂは地球の上空を所定の高度で航行する第２の空間航行体、２は地球、３は地上に設置されて上記空間航行体１の運用条件を設定したり、上記空間航行体１と信号やデータなどの情報授受をする地上局、４は上記地上局３から上記空間航行体１に送信される運用制御用のコマンド等の信号、５は上記空間航行体１から上記地上局３に対して送信される観測画像情報等のデータ、６ａは災害発生地域や監視を要する建造物や車両等の第１の観測目標、６ｂは第２の観測目標、１０は上記複数の地上局３同士を接続して信号やデータ授受の伝搬経路となる通信回線を示す。また複数の地上局の構成要素として、３ａは上記複数の空間航行体１の運用計画を立て運用管制と撮像指示を行う第１の地上局、３ｂは運用管制と撮像指示を行う第２の地上局、３ｃは地理情報や衛星軌道情報などの情報蓄積を行う第３の地上局、３ｄは観測目標設定をする第４の地上局、３ｅは観測目標設定をする第５の地上局である。
【００１２】
この発明による観測装置は図の如く構成されており、災害が発生して所定の地域の情報が必要になったような場合、第４の地上局３ｄや第５の地上局３ｅで作業中の作業者は第３の地上局３ｃに蓄積された地理情報を通信回線１０を経由して参照し、観測目標６を設定し、設定情報を通信回線１０を経由して撮像予約情報として第３の地上局３ｃに蓄積する。次に第１の地上局３ａでは通信回線１０を経由して第３の地上局３ｃに蓄積された撮像予約情報を参照して、複数の空間航行体１の中から、撮像予約された観測目標６ａないし６ｂに対して最も近い位置にある地上局３ａまたは３ｂと、最も近い距離を航行する空間航行体１ａまたは１ｂを選択して撮像機の運用計画を立て、最も近い距離を航行する空間航行体に対して、最も近い位置にある地上局から運用制御用の信号４を発して送信する。図の例では第１の観測目標６ａを撮像する場合には第１の地上局３ａの方が第２の地上局３ｂよりも第１の観測目標６ａに近い位置にあり、また第１の空間航行体１ａの方が第２の空間航行体１ｂよりも第１の観測目標６ａに近い距離を航行しているため、第１の地上局から第１の空間航行体１ａに対して、観測目標６を撮像するよう運用制御用信号４を送信する。次に上記第１の空間航行体１ａが上記観測目標６を観測して画像情報を取得してデータ５として第１の地上局３ａに送信する。また第２の観測目標６ｂを撮像する場合には同様にして第２の地上局３ｂから第２の空間航行体１ｂに対して信号４を送信して同様に動作させる。
【００１３】
図において上記空間航行体１は低軌道で地球を周回する観測衛星や静止軌道から地球を観測する気象衛星等の人工衛星や、航空機、気球ないしは飛行船等であり、数量は２つに限定せずいくらでもよい。また撮像機９は視覚画像を取得する可視光学センサや合成開口レーダのようなイメージングレーダ、マイクロ波放射計、赤外線センサ、紫外線センサなどが使用可能である。また第１の地上局３ａ及び第２の地上局３ｂとしては人工衛星や航空機の追跡管制局が候補となるが、第３の地上局３ｃ、第４の地上局３ｄ、第５の地上局３ｅとしては衛星信号受信局、地方自治体組織、企業、個人宅、野営地など計算機を通信回線１０に接続可能な条件を満足すればいずれでもよい。更に第２の地上局や第４、第５の地上局の数量は１式に限定せず数量はいくらでもよい。
【００１４】
次に各地上局の動作の詳細について図２を用いて説明する。図において１ａは地球の上空を所定の高度で航行する第１の空間航行体、１ｂは地球の上空を所定の高度で航行する第２の空間航行体、３ａは上記複数の空間航行体１の運用計画を立て運用管制と撮像指示を行う第１の地上局、３ｂは運用管制と撮像指示を行う第２の地上局、３ｃは地理情報や衛星軌道情報などの情報蓄積を行う第３の地上局、３ｄは観測目標設定をする第４の地上局、３ｅは観測目標設定をする第５の地上局、４は上記地上局３から上記空間航行体１に送信される運用制御用のコマンド等の信号、５は上記空間航行体１から上記地上局３に対して送信される観測画像情報等のデータ、９は上記空間航行体１に地球を指向して搭載され、地球表面の画像データを取得する撮像機、１０は上記複数の地上局３同士を接続して信号やデータ授受の伝搬経路となる通信回線、１１は上記第１の地上局３ａに設置され、上記空間航行体１の軌道情報と撮像機９の指向方向を解析し、撮像機９が任意の観測目標を撮像できる運用条件を設定する運用計画機、１２は上記第１の地上局３ａ及び第２の地上局３ｂに設置され、上記空間航行体１とデータ授受し、軌道及び姿勢を制御し、かつ撮像機９に撮像指示を発信する運用管制装置、１３は上記第１の地上局３ａ及び第２の地上局３ｂに設置され、上記撮像機９の撮像した画像データを受信し記録するレコーダ、１４は上記第３の地上局３ｃに設置され、地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、１５は上記第３の地上局３ｃに設置され、衛星の軌道条件、地上通過時刻、撮像機の視野範囲などを記述した空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ、１６は上記第３の地上局３ｃに設置され、観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、１７ａは上記第３の地上局３ｃに設置され、上記地理情報データベースを格納した第１のメモリ１４にアクセスして観測目標を探索するルーチンと、観測目標を撮像可能な空間航行体情報を上記空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ１５で検索するルーチンと、撮像条件の予約を上記撮像予約データベースを格納した第３のメモリ１６に登録するルーチンを備えた探索予約第１のソフトウェアを格納した第４のメモリ、１７ｂは上記第４の地上局３ｄないし第５の地上局３ｅに設置され、上記第３の地上局３ｃの備える各データベースを格納したメモリ１４，１５，１６及び第４のメモリ１７ａにアクセスして計算機で動作させる第２のソフトウェアを格納した第５のメモリ、１８は上記第４の地上局３ｄないし第５の地上局３ｅに設置され、上記通信回線１０を経由して上記第３の地上局３ｃにアクセスするパーソナルコンピュータなどの計算機である。
【００１５】
運用管制と撮像指示を行う第１の地上局３ａにおいては、運用計画機１１が上記第１の空間航行体１ａ及び第２の空間航行体１ｂの軌道情報を解析し、特定の観測目標に対して最も近い距離を航行する空間航行体を選択する。次に選択した空間航行体１の軌道情報と搭載する撮像機９の指向方向を解析し、上記撮像機９が上記観測目標を撮像できる運用条件を設定する。更に観測目標に近い位置にある第１または第２の地上局３ａ，ｂを選択し、選択された地上局の備える運用管制装置１２に動作指示信号を送信する。次に運用管制装置１２は上記運用計画機１１が設定した運用条件を信号４として上記空間航行体１に送信し、空間航行体１の軌道及び姿勢を制御すると共に、上記撮像機９に対する撮像指示を発信する。上記空間航行体１は上記運用管制装置から受信した信号４に基づき運用制御されると共に、それぞれに搭載する撮像機９で観測目標の撮像情報を取得してデータ５として上記第１の地上局３ａまたは第２の地上局３ｂのいずれか距離の近い方に送信する。次に第１の地上局３ａまたは第２の地上局３ｂが具備するレコーダ１３において伝送されたデータ５を受信し、記録する。なお観測目標との相対距離に依存して選択される地上局３と空間航行体１が異なるので、例えば第１の地上局３ａと第２の空間航行体１ｂの組合せとなる場合もある。
【００１６】
一方第３の地上局３ｃは情報蓄積をしており、通信回線１０を経由して他の地上局からデータを参照したり、データを書き込むことが可能となっている。第３の地上局３ｃが備える第１のメモリ１４に格納された地理情報データベースにおいて地球上各地の地理情報及び位置情報を記録している。上記地理情報データベースは、地上各地の地理情報を位置情報と共に記述したものであり、データベース化された地図情報でもよいし、ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）などのデータベースを使用することも可能である。この際位置情報は航法衛星で利用しているＷｏｒｌｄ Ｇｅｏｄｅｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ８４と呼ばれる測地座標系の位置座標であるか、または緯度／経度情報でもよい。更に観測予定地については予め航法衛星を用いて位置座標を測定して上記地理情報データベースに記録しておいてもよいし、人工衛星や航空機から空間三角測量により実測した結果を地理情報データベースに記録しておいてもよい。また第２のメモリ１５に格納された空間航行体情報データベースは空間航行体１の軌道条件や地上通過時刻及び撮像機の視野範囲を記録している。また第３のメモリ１６に格納された撮像予約データベースは観測目標を設定して撮像予約したデータを記録している。更にソフトウェアを格納した第４のメモリ１７ａには地理情報データベースを格納した第１のメモリ１４にアクセスして観測目標を探索するルーチンと、観測目標を撮像可能な空間航行体情報を第２のメモリ１５に格納された空間航行体情報データベースで検索するルーチンと、撮像条件の予約を第３のメモリ１６に格納された撮像予約データベースに登録するルーチンを具備する探索予約ソフトウェアを格納している。
【００１７】
次に第４の地上局３ｄや第５の地上局３ｅにおいて観測目標設定をする手順について説明する。作業者はパーソナルコンピュータ等の計算機１８を動作させて、第５のメモリ１７ｂに格納されたソフトウェアを利用して、通信回線１０を経由して第３の地上局３ｃにアクセスする。次に第３の地上局３ｃの具備する第４のメモリ１７ａに格納された探索予約ソフトウェアを上記計算機１８にダウンロードする。次に探索予約ソフトウェアの具備する観測目標探索ルーチンを利用して上記地理情報データベースを格納した第１のメモリ１４にアクセスし、観測目標を探索して対象を選択する。観測目標の探索方法としては、視覚イメージとして地図をめくるように場所を探索するサブルーチンと、キーワード検索して探索するサブルーチン、及び緯度と経度の組合せで探索するサブルーチンを具備した観測目標探索ルーチンをプログラムする。探索して観測目標６が決定した後に、計算機１８の具備するポインティングデバイスで画面上の決定した場所をダブルクリックして該当個所が選択される。次に探索予約ソフトウェアの具備する空間航行体情報検索ルーチンを利用して空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ１４にアクセスし、上記目標探索ルーチンで選択した観測目標を撮像可能な空間航行体１の通過時刻や撮像機９の撮像可能範囲を調査し決定する。目標探索ルーチンでは該当観測目標を撮像するための空間航行体１の通過時刻や指向角度情報を一覧表示する。更に探索予約ソフトウェアの具備する撮像予約登録ルーチンを利用して撮像予約データベースを格納した第３のメモリ１５にアクセスして、撮像を希望する観測目標と撮像時刻を予約登録する。第４の地上局３ｄや第５の地上局３ｅにおける一連の観測目標設定手続きは、あたかも航空機の搭乗予約する際のフライト便検索と同様の手続きであり、計算機１８を用いて所望の撮像条件を設定した後に、撮像予約データベースを格納した第３のメモリにアクセスして予約情報を登録する。なお計算機１８は電話回線や衛星回線などの通信回線１０と接続していれば、砂漠やジャングル、海上等の建屋の存在しない条件下でも利用可能である。また第５のメモリ１７ｂが予め第４のメモリ１７ａに格納された探索予約ソフトウェアを格納していてもよい。
【００１８】
次に第１の地上局３ａの具備する運用計画機１１が通信回線１０を経由して第３の地上局３ｃにアクセスし、撮像予約データベースを格納した第３のメモリ１６及び空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ１５にアクセスして、撮像予約状況を把握し、撮像予約された観測目標６に対して最も近い地上局３と空間航行体１を選択した後に、空間航行体１に搭載した撮像機９を動作させる時刻及び撮像条件を計画及び決定する。この際撮像予約データベースに登録された複数の予約を同時に実現できない場合は優先順位を設定して予約の取捨選択を実施する。優先順位の設定手段としては、予約手続きが早い順にしてもよいし、データに価格を設定して価格の高い順にしてもよい。次に運用計画機１１は決定した空間航行体１の運用条件及び撮像条件を運用管制装置１２に送信する。運用管制装置１２では受信した空間航行体１の運用条件及び撮像条件に基づき空間航行体１に運用制御用の信号を送信し、所定の時刻に空間航行体１や撮像機９の指向方向を制御して観測目標の撮像を実施する。取得された画像情報は空間航行体１から第１の地上局及び第２の地上局３ａに設置されたレコーダ１３に送信される。レコーダ１３は通信回線１０に接続されているので、地理情報データベースを格納した第１のメモリ１４に取得した画像データを登録すると共に、撮像予約したユーザに対して画像データを送信する。
【００１９】
実施の形態２
図３はこの発明の実施の形態２を示す構成図であり、図において１ａは地球の上空を所定の高度で航行する第１の空間航行体、１ｂは地球の上空を所定の高度で航行する第２の空間航行体、３ａは運用管制と撮像指示を行う第１の地上局、３ｂは運用管制と撮像指示を行う第２の地上局、３ｃは地理情報や衛星軌道情報などの情報蓄積を行う第３の地上局、３ｄは観測目標設定をする第４の地上局、３ｅは観測目標設定をする第５の地上局、４は上記地上局３から上記空間航行体１に送信される運用制御用のコマンド等の信号、５は上記空間航行体１から上記地上局３に対して送信される観測画像情報等のデータ、９は上記空間航行体１に地球を指向して搭載され、地球表面の画像データを取得する撮像機、１０は上記複数の地上局３同士または各地上局の備えるデータベースを格納するメモリや各種装置を接続して信号やデータ授受の伝搬経路となる通信回線、１１は上記第３の地上局３ｃに設置され、上記複数の空間航行体１の軌道情報と撮像機９の指向方向を解析して運用計画を立て、撮像機９が任意の観測目標を撮像できる運用条件を設定する運用計画機、１２は上記第１の地上局３ａ及び第２の地上局３ｂに設置され、上記運用計画機１１の条件指示に基づき上記空間航行体１とデータ授受し、軌道及び姿勢を制御し、かつ撮像機９に撮像指示を発信する運用管制装置、１３は上記第１の地上局３ａ及び第２の地上局３ｂに設置され、上記撮像機９の撮像した画像データを受信し記録するレコーダ、１４は上記第３の地上局３ｃに設置され、地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、１５は上記第３の地上局３ｃに設置され、衛星の軌道条件、地上通過時刻、撮像機の視野範囲などを記述した空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ、１６は上記第３の地上局３ｃに設置され、観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、１７ａは上記第３の地上局３ｃに設置され、上記地理情報データベースを格納した第１のメモリにアクセスして観測目標を探索するルーチンと、観測目標を撮像可能な空間航行体情報を上記空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリで検索するルーチンと、撮像条件の予約を上記撮像予約データベースを格納した第３のメモリに登録するルーチンを備えた探索予約第１のソフトウェアを格納した第４のメモリ、１７ｂは上記第４の地上局３ｄないし第５の地上局３ｅに設置され、上記第３の地上局の備える各データベースを格納したメモリ及び第４のメモリ１７ａにアクセスして計算機で動作させる第２のソフトウェアを格納した第５のメモリ、１８は上記第４の地上局３ｄないし第５の地上局３ｅに設置され、上記通信回線１０を経由して上記第３の地上局３ｃにアクセスするパーソナルコンピュータなどの計算機である。
【００２０】
上記運用計画機１１は、空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ１５と撮像予約データベースを格納した第３のメモリと通信回線１０を経由して接続されており、第１の地上局３ａと第２の地上局３ｂから撮像予約された観測目標に対して近い距離にある地上局を選択する。この図の例では第２の地上局３ｂは１式しかないが、第２の地上局３ｂは１式に限定されず、複数存在してもよいので、多数の第２の地上局がある場合には観測目標に対して最も近い位置にある地上局を選択することになる。また同様にして運用計画機１１は、第１の空間航行体１ａと第２の空間航行体１ｂから撮像予約された観測目標に対して近い距離を航行する空間航行体１を選択する。この図の例では第２の空間航行体１ｂは１式しかないが、第２の空間航行体１ｂは１式に限定されず、複数存在してもよいので、多数の第２の空間航行体１ｂがある場合には観測目標に対して最も近い距離を航行する空間航行体を選択することになる。なお運用計画機は実施の形態１と異なり第３の地上局に備えられているが、通信回線を経由して各地上局及び地上局の備える装置と接続されているので、動作は実施の形態１と同様である。その他の動作も実施の形態１と同様である。
【００２１】
実施の形態３
図４はこの発明の実施の形態３を示す構成図であり、図において１から１８は実施の形態１と同様であり、１９は空間航行体１に搭載され、運用管制装置１２の発する信号４に基づき上記空間航行体１の姿勢角度を変更する姿勢変更機である。図において、撮像予約データベースに記録された観測目標に最も近い距離に位置する地上局３と空間航行体１を運用計画機１１において選択する動作までは実施の形態１と同様である。次に運用計画機１１では選択した空間航行体１の搭載する撮像機９の視野範囲が観測目標を指向するのに適した空間航行体１の姿勢角度を算出し、姿勢角度補正量を選択した地上局の備える運用管制装置１２に送信する。姿勢角度の算出方法としては、空間航行体１の進行方向側の側面の法線ベクトルと地球指向面の法線ベクトルを基準として、撮像機９の現状の視野方向と、視野範囲が観測目標を指向するための視野方向との差分を算出して、空間航行体１の現状姿勢角度に足した結果が目標姿勢角度となる。運用管制装置１２は他の運用管制に必要な信号４と共に上記姿勢角度補正量を空間航行体１の搭載する姿勢変更機１９に送信する。姿勢変更機１９は上記信号４に基づき動作し、空間航行体１の姿勢が変わり、撮像機９の視野方向が観測目標を指向することになる。なお姿勢変更機としては、空間航行体１として人工衛星を採用する場合にはモーメンタムホイールやスラスタなどを使用できる。また空間航行体として航空機を採用する場合は各種方向蛇が、また飛行船や気球を採用する場合は質量移動装置などを使用すればよい。
【００２２】
実施の形態４
図５はこの発明の実施の形態４を示す構成図であり、図において１から１８は実施の形態１と同様であり、２０は空間航行体１に搭載され、運用管制装置１２の発する信号４に基づき上記空間航行体１の搭載する撮像機９の視野方向を変更する視野変更機である。図において、撮像予約データベースに記録された観測目標に最も近い距離に位置する地上局３と空間航行体１を運用計画機１１において選択する動作までは実施の形態１と同様である。次に運用計画機１１では選択した空間航行体１の搭載する撮像機９の視野範囲が観測目標を指向するのに適した空間航行体１の搭載する撮像機９の視野角度を算出し、視野指向角度補正量を選択した地上局の備える運用管制装置１２に送信する。運用管制装置１２は他の運用管制に必要な信号４と共に上記視野方向角度補正量を空間航行体１の搭載する視野変更機２０に送信する。視野変更機２０は上記信号４に基づき動作し、撮像機９の視野方向が変わり、撮像機９が観測目標を指向することになる。なお視野変更機としては、撮像機の取付部の角度調整をする装置や、反射鏡を回動する装置などを採用すればよい。
【００２３】
実施の形態５
図６はこの発明の実施の形態５を示す構成図であり、図において１から１８は実施の形態１と同様であり、１９は空間航行体１に搭載され、運用管制装置１２の発する信号４に基づき上記空間航行体１の進行方向または停留位置を変更する推進機である。図において、撮像予約データベースに記録された観測目標に最も近い距離に位置する地上局３と空間航行体１を運用計画機１１において選択する動作までは実施の形態１と同様である。次に運用計画機１１では選択した空間航行体１が観測目標に接近するために推進機２１が動作すべき方向と推進量を算出し、情報を選択した地上局の備える運用管制装置１２に送信する。動作すべき方向としては、空間航行体１が飛行船など対地速度が遅い場合は、現状の空間航行体位置に対して直接観測目標方向に推進すればよいが、空間航行体１が人工衛星の場合には、推進機２１を動作して変更した後の軌道が観測目標上空を通過するように計算して推進方向と推進量を設定する。運用管制装置１２は他の運用管制に必要な信号４と共に上記情報を空間航行体１の搭載する推進機２１に送信する。推進機２１は上記信号４に基づき動作し、空間航行体１の進行方向または停留位置が変わり、上記空間航行体１が観測目標に接近するので、上記撮像機９の撮像条件が良好になる。なお推進機としては、空間航行体１として人工衛星を採用する場合にはスラスタなどを使用できる。また空間航行体として航空機を採用する場合は各種方向蛇が、また飛行船や気球を採用する場合はプロペラなどを使用すればよい。
【００２４】
【発明の効果】
第１の発明によれば、複数の空間航行体を同時に運用できるので、任意の観測目標を迅速に観測可能となるという効果がある。また同時に複数の観測目標を撮像可能となるという効果がある。また観測目標を迅速に設定できるという効果がある。また観測目標を撮像機の視野が捉えるための空間航行体の位置、軌道及び撮像条件を調査する作業を人手を介して実施する必要がないので、作業が省力化され、迅速な撮像が可能な観測が可能となり、災害発生時や緊急事態に対応して即座にデータを取得できるという効果がある。また各家庭や企業等に設置された計算機にアクセスするだけで観測目標の探索及び決定と、撮像機の撮像条件設定が可能となり、作業が身近でかつ直感的になるという効果がある。また通信回線さえ確保されていれば、地球上のいかなる地域からでも撮像予約が可能なので、未開地域等で緊急に近隣状況を知る必要がある場合などに即座に的確な情報を入手可能となるという効果がある。
【００２５】
また、第２の発明によれば、第１の発明と同様の効果があることはいうまでもないが、これに加えて、空間航行体の運用制御情報やデータベースの蓄積情報の管理を第３の地上局で一元管理できるという効果がある。また運用管制装置とレコーダを備えた第１及び第２の地上局を同一設計で製作することができ、しかもこれを２式に限定することなく大量生産すれば、効果的に空間航行体を運用制御する地上局を各地に設定可能となるという効果がある。
【００２６】
また、第３の発明によれば、空間航行体の視野角度を変更することにより撮像機の視野方向を変更できるので、視野範囲が限定されないため、所望の観測目標を撮像できる可能性が高くなるという効果がある。
【００２７】
また、第４の発明によれば、視野方向を変更できるので、視野範囲が限定されないため、所望の観測目標を撮像できる可能性が高くなるという効果がある。また同一の空間航行体上に複数の撮像機を搭載すれば、単一の空間航行体が同時に複数の観測目標を視野方向を最適化して撮像可能となるため、撮像運用の機動性が高いという効果がある。
【００２８】
また、第５の発明によれば、空間航行体を観測目標の上空まで移動させてから撮像できるので良好な条件で撮像できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による観測装置の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】 この発明による観測装置の実施の形態１を示す図である。
【図３】 この発明による観測装置の実施の形態２を示す図である。
【図４】 この発明による観測装置の実施の形態３を示す図である。
【図５】 この発明による観測装置の実施の形態４を示す図である。
【図６】 この発明による観測装置の実施の形態５を示す図である。
【図７】 従来の観測装置を示す図である。
【図８】 従来の観測装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１ 空間航行体
２ 地球
３ 地上局
４ 信号
５ データ
６ 観測目標
７ 軌道計算機
８ 地図
９ 撮像機
１０ 通信回線
１１ 運用計画機
１２ 運用管制装置
１３ レコーダ
１４ 第１のメモリ
１５ 第２のメモリ
１６ 第３のメモリ
１７ メモリ
１８ 計算機
１９ 姿勢変更機
２０ 視野変更機
２１ 推進機
【発明の属する技術分野】
この発明は地球の上空を所定の高度で航行する空間航行体に搭載した撮像機を地上局で運用制御して、災害発生地域や監視を要する建造物や車両等の監視目標の画像情報を取得する観測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の観測装置を説明するための図であり、図において１は地球２の上空を所定の高度で航行する人工衛星や航空機ないしは飛行船などのいわゆる空間航行体、３は地上に設置されて上記空間航行体１の運用条件を設定したり、上記空間航行体１と信号やデータなどの情報授受をする地上局、４は上記地上局３から上記空間航行体１に送信される運用制御用のコマンド等の信号、５は上記空間航行体１から上記地上局３に対して送信される観測画像情報等のデータ、６は災害発生地域や監視を要する人造建造物や車両等の観測目標である。災害が発生して所定の地域の情報が必要になったような場合、地上局３から運用制御用の信号４を上記空間航行体１に送信し、次に上記空間航行体１が上記観測目標６を観測して画像情報を取得してデータ５として地上局３に送信する。
【０００３】
次に動作の詳細について図８を用いて説明する。図において１から５は図３と同様であり、７は上記地上局３に設置されて上記空間航行体１の軌道条件を計算する軌道計算機、８は冊子として装丁されて上記地上局３に常備された地図、９は上記空間航行体１に地球を指向して搭載され、地球表面の画像データを取得する撮像機である。図の如く構成された従来の観測装置においては、災害等が発生するとまず地上局３に待機している作業者が該当地域を上記地図８の中から探し、該当地域を観測目標として経度、緯度情報を上記地図８から読みとる。次に作業者は上記空間航行体１が観測目標の上空を通過する時刻と軌道条件を上記軌道計算機７を用いて算出する。次に作業者は撮像機９が観測目標を指向するために適した撮像時刻と軌道条件及び撮像機の指向方向決定して運用制御信号を作成し、次に図示されていない送信機を介して信号４として空間航行体１に送信する。一方上記空間航行体１においては取得した信号４に応じて撮像機９を動作して観測目標の画像情報を取得し、次に取得した画像情報を図示されていない送信機を介してデータ５として地上局３に送信していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の観測装置では、観測目標６を作業者が地図８で探索し、緯度、経度情報を調査した後に空間航行体１の軌道と撮像機９の視野方向を軌道計算機７で解析し、更に撮像機９の視野が観測目標６を捉える範囲と時刻を作業者が予測して空間航行体に撮像指示をするため、観測目標６の探索と、空間航行体１の軌道及び撮像機９の視野範囲を解析する手間がかかり、緊急時や災害発生時に即応するのが難しいという課題があった。また撮像条件の設定を特定の地上局３のみでしか実施できないので、観測目標を選択できる作業者と作業場所が限定されるという制約があった。また観測目標６を撮像する時刻を予め予約することは従来からできたが、作業者が予約を受けた個々の撮像条件を上記の如き手順で設定するため、多数の予約が発生すると、予約してから撮像するまでに長い時間を要するという課題があった。また単一の空間航行体しか航行していない場合や、運用管制を実施する地上局が限定される場合には、任意の観測目標を撮像するための待ち時間が長くなったり、同時に複数の観測目標を撮像できないという課題があった。また取得した画像データを受信する地上局が限定されると、空間航行体でデータを蓄積する手段が必要になるという課題があった。更に撮像機の視野方向が固定されていたり、視野範囲が限定される場合は所望の観測目標を撮像できる可能性が少なかったり、良好な条件で撮像できないという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を改善するためになされたものであり、いつでも、どこでも、誰でも端末にアクセスするだけで観測目標の探索及び決定と、撮像機の撮像条件設定が可能となり、しかもいかなる観測目標も迅速かつ良好な撮像条件で撮像が可能な観測装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による観測装置は地球の上空を所定の高度で航行する複数の空間航行体と、上記空間航行体に地球を指向するように搭載され、地球表面の画像データを取得する撮像機と、上記複数の空間航行体の運用条件と上記撮像機の撮像条件を解析する運用計画機、上記空間航行体と情報授受して空間航行体と撮像機を運用制御する運用管制装置、及び上記撮像機の撮像した画像データを受信し記録するレコーダとを備えた第１の地上局及び第２の地上局と、地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、空間航行体の軌道条件や地上通過時刻及び撮像機の視野範囲を記述した空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ、及び観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、及び上記第１から第３のメモリの格納するデータベースにアクセスして情報を処理するソフトウェアを格納した第４のメモリを備えた第３の地上局と、パーソナルコンピュータ等の計算機、及び上記第３の地上局の有するデータベースや第４のメモリにアクセスして上記計算機上で動作させるソフトウェアを格納した第５のメモリを備えた第４の地上局及び第５の地上局とにより構成され、上記第１から第５の地上局同士が互いに通信回線で接続されており、かつ上記運用計画機が、上記複数の空間航行体の中から、上記第３のメモリに格納された撮像予約データに対して最も近い距離に位置する第１または第２の地上局と、最も近い距離を航行する空間航行体とを選択して最も近い第１または第２の地上局から上記撮像機に撮像指示を与える手段を有するものである。
【０００７】
また第２の発明による観測装置は地球の上空を所定の高度で航行する複数の空間航行体と、上記空間航行体に地球を指向するように搭載され、地球表面の画像データを取得する撮像機と、上記空間航行体と情報授受して空間航行体と撮像機を運用制御する運用管制装置、及び上記撮像機の撮像した画像データを受信し記録するレコーダとを備えた第１の地上局及び第２の地上局と、上記複数の空間航行体の運用条件と上記撮像機の撮像条件を解析する運用計画機、地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、空間航行体の軌道条件や地上通過時刻及び撮像機の視野範囲を記述した空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ、及び観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、及び上記第１から第３のメモリの格納するデータベースにアクセスして情報を処理するソフトウェアを格納した第４のメモリを備えた第３の地上局と、パーソナルコンピュータ等の計算機、及び上記第３の地上局の有するデータベースや第４のメモリにアクセスして上記計算機上で動作させるソフトウェアを格納した第５のメモリを備えた第４の地上局及び第５の地上局とにより構成され、上記第１から第５の地上局同士が互いに通信回線で接続されており、かつ上記運用計画機が、上記複数の空間航行体の中から、上記第３のメモリに格納された撮像予約データに対して最も近い距離に位置する第１または第２の地上局と、最も近い距離を航行する空間航行体とを選択して最も近い第１または第２の地上局から上記撮像機に撮像指示を与える手段を有するものである。
【０００８】
また第３の発明による観測装置は空間航行体が運用管制装置の発する信号に基づき上記空間航行体の姿勢角度を変更する姿勢変更機を具備したものである。
【０００９】
また第４の発明による観測装置は空間航行体が運用管制装置の発する信号に基づき上記空間航行体の搭載する撮像機の視野方向を変更する視野変更機を具備したものである。
【００１０】
また第５の発明による観測装置は空間航行体が運用管制装置の発する信号に基づき上記空間航行体の進行方向または停留位置を変更する推進機を具備したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１はこの発明の実施の形態１を示す構成図であり、図において１ａは地球の上空を所定の高度で航行する第１の空間航行体、１ｂは地球の上空を所定の高度で航行する第２の空間航行体、２は地球、３は地上に設置されて上記空間航行体１の運用条件を設定したり、上記空間航行体１と信号やデータなどの情報授受をする地上局、４は上記地上局３から上記空間航行体１に送信される運用制御用のコマンド等の信号、５は上記空間航行体１から上記地上局３に対して送信される観測画像情報等のデータ、６ａは災害発生地域や監視を要する建造物や車両等の第１の観測目標、６ｂは第２の観測目標、１０は上記複数の地上局３同士を接続して信号やデータ授受の伝搬経路となる通信回線を示す。また複数の地上局の構成要素として、３ａは上記複数の空間航行体１の運用計画を立て運用管制と撮像指示を行う第１の地上局、３ｂは運用管制と撮像指示を行う第２の地上局、３ｃは地理情報や衛星軌道情報などの情報蓄積を行う第３の地上局、３ｄは観測目標設定をする第４の地上局、３ｅは観測目標設定をする第５の地上局である。
【００１２】
この発明による観測装置は図の如く構成されており、災害が発生して所定の地域の情報が必要になったような場合、第４の地上局３ｄや第５の地上局３ｅで作業中の作業者は第３の地上局３ｃに蓄積された地理情報を通信回線１０を経由して参照し、観測目標６を設定し、設定情報を通信回線１０を経由して撮像予約情報として第３の地上局３ｃに蓄積する。次に第１の地上局３ａでは通信回線１０を経由して第３の地上局３ｃに蓄積された撮像予約情報を参照して、複数の空間航行体１の中から、撮像予約された観測目標６ａないし６ｂに対して最も近い位置にある地上局３ａまたは３ｂと、最も近い距離を航行する空間航行体１ａまたは１ｂを選択して撮像機の運用計画を立て、最も近い距離を航行する空間航行体に対して、最も近い位置にある地上局から運用制御用の信号４を発して送信する。図の例では第１の観測目標６ａを撮像する場合には第１の地上局３ａの方が第２の地上局３ｂよりも第１の観測目標６ａに近い位置にあり、また第１の空間航行体１ａの方が第２の空間航行体１ｂよりも第１の観測目標６ａに近い距離を航行しているため、第１の地上局から第１の空間航行体１ａに対して、観測目標６を撮像するよう運用制御用信号４を送信する。次に上記第１の空間航行体１ａが上記観測目標６を観測して画像情報を取得してデータ５として第１の地上局３ａに送信する。また第２の観測目標６ｂを撮像する場合には同様にして第２の地上局３ｂから第２の空間航行体１ｂに対して信号４を送信して同様に動作させる。
【００１３】
図において上記空間航行体１は低軌道で地球を周回する観測衛星や静止軌道から地球を観測する気象衛星等の人工衛星や、航空機、気球ないしは飛行船等であり、数量は２つに限定せずいくらでもよい。また撮像機９は視覚画像を取得する可視光学センサや合成開口レーダのようなイメージングレーダ、マイクロ波放射計、赤外線センサ、紫外線センサなどが使用可能である。また第１の地上局３ａ及び第２の地上局３ｂとしては人工衛星や航空機の追跡管制局が候補となるが、第３の地上局３ｃ、第４の地上局３ｄ、第５の地上局３ｅとしては衛星信号受信局、地方自治体組織、企業、個人宅、野営地など計算機を通信回線１０に接続可能な条件を満足すればいずれでもよい。更に第２の地上局や第４、第５の地上局の数量は１式に限定せず数量はいくらでもよい。
【００１４】
次に各地上局の動作の詳細について図２を用いて説明する。図において１ａは地球の上空を所定の高度で航行する第１の空間航行体、１ｂは地球の上空を所定の高度で航行する第２の空間航行体、３ａは上記複数の空間航行体１の運用計画を立て運用管制と撮像指示を行う第１の地上局、３ｂは運用管制と撮像指示を行う第２の地上局、３ｃは地理情報や衛星軌道情報などの情報蓄積を行う第３の地上局、３ｄは観測目標設定をする第４の地上局、３ｅは観測目標設定をする第５の地上局、４は上記地上局３から上記空間航行体１に送信される運用制御用のコマンド等の信号、５は上記空間航行体１から上記地上局３に対して送信される観測画像情報等のデータ、９は上記空間航行体１に地球を指向して搭載され、地球表面の画像データを取得する撮像機、１０は上記複数の地上局３同士を接続して信号やデータ授受の伝搬経路となる通信回線、１１は上記第１の地上局３ａに設置され、上記空間航行体１の軌道情報と撮像機９の指向方向を解析し、撮像機９が任意の観測目標を撮像できる運用条件を設定する運用計画機、１２は上記第１の地上局３ａ及び第２の地上局３ｂに設置され、上記空間航行体１とデータ授受し、軌道及び姿勢を制御し、かつ撮像機９に撮像指示を発信する運用管制装置、１３は上記第１の地上局３ａ及び第２の地上局３ｂに設置され、上記撮像機９の撮像した画像データを受信し記録するレコーダ、１４は上記第３の地上局３ｃに設置され、地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、１５は上記第３の地上局３ｃに設置され、衛星の軌道条件、地上通過時刻、撮像機の視野範囲などを記述した空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ、１６は上記第３の地上局３ｃに設置され、観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、１７ａは上記第３の地上局３ｃに設置され、上記地理情報データベースを格納した第１のメモリ１４にアクセスして観測目標を探索するルーチンと、観測目標を撮像可能な空間航行体情報を上記空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ１５で検索するルーチンと、撮像条件の予約を上記撮像予約データベースを格納した第３のメモリ１６に登録するルーチンを備えた探索予約第１のソフトウェアを格納した第４のメモリ、１７ｂは上記第４の地上局３ｄないし第５の地上局３ｅに設置され、上記第３の地上局３ｃの備える各データベースを格納したメモリ１４，１５，１６及び第４のメモリ１７ａにアクセスして計算機で動作させる第２のソフトウェアを格納した第５のメモリ、１８は上記第４の地上局３ｄないし第５の地上局３ｅに設置され、上記通信回線１０を経由して上記第３の地上局３ｃにアクセスするパーソナルコンピュータなどの計算機である。
【００１５】
運用管制と撮像指示を行う第１の地上局３ａにおいては、運用計画機１１が上記第１の空間航行体１ａ及び第２の空間航行体１ｂの軌道情報を解析し、特定の観測目標に対して最も近い距離を航行する空間航行体を選択する。次に選択した空間航行体１の軌道情報と搭載する撮像機９の指向方向を解析し、上記撮像機９が上記観測目標を撮像できる運用条件を設定する。更に観測目標に近い位置にある第１または第２の地上局３ａ，ｂを選択し、選択された地上局の備える運用管制装置１２に動作指示信号を送信する。次に運用管制装置１２は上記運用計画機１１が設定した運用条件を信号４として上記空間航行体１に送信し、空間航行体１の軌道及び姿勢を制御すると共に、上記撮像機９に対する撮像指示を発信する。上記空間航行体１は上記運用管制装置から受信した信号４に基づき運用制御されると共に、それぞれに搭載する撮像機９で観測目標の撮像情報を取得してデータ５として上記第１の地上局３ａまたは第２の地上局３ｂのいずれか距離の近い方に送信する。次に第１の地上局３ａまたは第２の地上局３ｂが具備するレコーダ１３において伝送されたデータ５を受信し、記録する。なお観測目標との相対距離に依存して選択される地上局３と空間航行体１が異なるので、例えば第１の地上局３ａと第２の空間航行体１ｂの組合せとなる場合もある。
【００１６】
一方第３の地上局３ｃは情報蓄積をしており、通信回線１０を経由して他の地上局からデータを参照したり、データを書き込むことが可能となっている。第３の地上局３ｃが備える第１のメモリ１４に格納された地理情報データベースにおいて地球上各地の地理情報及び位置情報を記録している。上記地理情報データベースは、地上各地の地理情報を位置情報と共に記述したものであり、データベース化された地図情報でもよいし、ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）などのデータベースを使用することも可能である。この際位置情報は航法衛星で利用しているＷｏｒｌｄ Ｇｅｏｄｅｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ８４と呼ばれる測地座標系の位置座標であるか、または緯度／経度情報でもよい。更に観測予定地については予め航法衛星を用いて位置座標を測定して上記地理情報データベースに記録しておいてもよいし、人工衛星や航空機から空間三角測量により実測した結果を地理情報データベースに記録しておいてもよい。また第２のメモリ１５に格納された空間航行体情報データベースは空間航行体１の軌道条件や地上通過時刻及び撮像機の視野範囲を記録している。また第３のメモリ１６に格納された撮像予約データベースは観測目標を設定して撮像予約したデータを記録している。更にソフトウェアを格納した第４のメモリ１７ａには地理情報データベースを格納した第１のメモリ１４にアクセスして観測目標を探索するルーチンと、観測目標を撮像可能な空間航行体情報を第２のメモリ１５に格納された空間航行体情報データベースで検索するルーチンと、撮像条件の予約を第３のメモリ１６に格納された撮像予約データベースに登録するルーチンを具備する探索予約ソフトウェアを格納している。
【００１７】
次に第４の地上局３ｄや第５の地上局３ｅにおいて観測目標設定をする手順について説明する。作業者はパーソナルコンピュータ等の計算機１８を動作させて、第５のメモリ１７ｂに格納されたソフトウェアを利用して、通信回線１０を経由して第３の地上局３ｃにアクセスする。次に第３の地上局３ｃの具備する第４のメモリ１７ａに格納された探索予約ソフトウェアを上記計算機１８にダウンロードする。次に探索予約ソフトウェアの具備する観測目標探索ルーチンを利用して上記地理情報データベースを格納した第１のメモリ１４にアクセスし、観測目標を探索して対象を選択する。観測目標の探索方法としては、視覚イメージとして地図をめくるように場所を探索するサブルーチンと、キーワード検索して探索するサブルーチン、及び緯度と経度の組合せで探索するサブルーチンを具備した観測目標探索ルーチンをプログラムする。探索して観測目標６が決定した後に、計算機１８の具備するポインティングデバイスで画面上の決定した場所をダブルクリックして該当個所が選択される。次に探索予約ソフトウェアの具備する空間航行体情報検索ルーチンを利用して空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ１４にアクセスし、上記目標探索ルーチンで選択した観測目標を撮像可能な空間航行体１の通過時刻や撮像機９の撮像可能範囲を調査し決定する。目標探索ルーチンでは該当観測目標を撮像するための空間航行体１の通過時刻や指向角度情報を一覧表示する。更に探索予約ソフトウェアの具備する撮像予約登録ルーチンを利用して撮像予約データベースを格納した第３のメモリ１５にアクセスして、撮像を希望する観測目標と撮像時刻を予約登録する。第４の地上局３ｄや第５の地上局３ｅにおける一連の観測目標設定手続きは、あたかも航空機の搭乗予約する際のフライト便検索と同様の手続きであり、計算機１８を用いて所望の撮像条件を設定した後に、撮像予約データベースを格納した第３のメモリにアクセスして予約情報を登録する。なお計算機１８は電話回線や衛星回線などの通信回線１０と接続していれば、砂漠やジャングル、海上等の建屋の存在しない条件下でも利用可能である。また第５のメモリ１７ｂが予め第４のメモリ１７ａに格納された探索予約ソフトウェアを格納していてもよい。
【００１８】
次に第１の地上局３ａの具備する運用計画機１１が通信回線１０を経由して第３の地上局３ｃにアクセスし、撮像予約データベースを格納した第３のメモリ１６及び空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ１５にアクセスして、撮像予約状況を把握し、撮像予約された観測目標６に対して最も近い地上局３と空間航行体１を選択した後に、空間航行体１に搭載した撮像機９を動作させる時刻及び撮像条件を計画及び決定する。この際撮像予約データベースに登録された複数の予約を同時に実現できない場合は優先順位を設定して予約の取捨選択を実施する。優先順位の設定手段としては、予約手続きが早い順にしてもよいし、データに価格を設定して価格の高い順にしてもよい。次に運用計画機１１は決定した空間航行体１の運用条件及び撮像条件を運用管制装置１２に送信する。運用管制装置１２では受信した空間航行体１の運用条件及び撮像条件に基づき空間航行体１に運用制御用の信号を送信し、所定の時刻に空間航行体１や撮像機９の指向方向を制御して観測目標の撮像を実施する。取得された画像情報は空間航行体１から第１の地上局及び第２の地上局３ａに設置されたレコーダ１３に送信される。レコーダ１３は通信回線１０に接続されているので、地理情報データベースを格納した第１のメモリ１４に取得した画像データを登録すると共に、撮像予約したユーザに対して画像データを送信する。
【００１９】
実施の形態２
図３はこの発明の実施の形態２を示す構成図であり、図において１ａは地球の上空を所定の高度で航行する第１の空間航行体、１ｂは地球の上空を所定の高度で航行する第２の空間航行体、３ａは運用管制と撮像指示を行う第１の地上局、３ｂは運用管制と撮像指示を行う第２の地上局、３ｃは地理情報や衛星軌道情報などの情報蓄積を行う第３の地上局、３ｄは観測目標設定をする第４の地上局、３ｅは観測目標設定をする第５の地上局、４は上記地上局３から上記空間航行体１に送信される運用制御用のコマンド等の信号、５は上記空間航行体１から上記地上局３に対して送信される観測画像情報等のデータ、９は上記空間航行体１に地球を指向して搭載され、地球表面の画像データを取得する撮像機、１０は上記複数の地上局３同士または各地上局の備えるデータベースを格納するメモリや各種装置を接続して信号やデータ授受の伝搬経路となる通信回線、１１は上記第３の地上局３ｃに設置され、上記複数の空間航行体１の軌道情報と撮像機９の指向方向を解析して運用計画を立て、撮像機９が任意の観測目標を撮像できる運用条件を設定する運用計画機、１２は上記第１の地上局３ａ及び第２の地上局３ｂに設置され、上記運用計画機１１の条件指示に基づき上記空間航行体１とデータ授受し、軌道及び姿勢を制御し、かつ撮像機９に撮像指示を発信する運用管制装置、１３は上記第１の地上局３ａ及び第２の地上局３ｂに設置され、上記撮像機９の撮像した画像データを受信し記録するレコーダ、１４は上記第３の地上局３ｃに設置され、地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、１５は上記第３の地上局３ｃに設置され、衛星の軌道条件、地上通過時刻、撮像機の視野範囲などを記述した空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ、１６は上記第３の地上局３ｃに設置され、観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、１７ａは上記第３の地上局３ｃに設置され、上記地理情報データベースを格納した第１のメモリにアクセスして観測目標を探索するルーチンと、観測目標を撮像可能な空間航行体情報を上記空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリで検索するルーチンと、撮像条件の予約を上記撮像予約データベースを格納した第３のメモリに登録するルーチンを備えた探索予約第１のソフトウェアを格納した第４のメモリ、１７ｂは上記第４の地上局３ｄないし第５の地上局３ｅに設置され、上記第３の地上局の備える各データベースを格納したメモリ及び第４のメモリ１７ａにアクセスして計算機で動作させる第２のソフトウェアを格納した第５のメモリ、１８は上記第４の地上局３ｄないし第５の地上局３ｅに設置され、上記通信回線１０を経由して上記第３の地上局３ｃにアクセスするパーソナルコンピュータなどの計算機である。
【００２０】
上記運用計画機１１は、空間航行体情報データベースを格納した第２のメモリ１５と撮像予約データベースを格納した第３のメモリと通信回線１０を経由して接続されており、第１の地上局３ａと第２の地上局３ｂから撮像予約された観測目標に対して近い距離にある地上局を選択する。この図の例では第２の地上局３ｂは１式しかないが、第２の地上局３ｂは１式に限定されず、複数存在してもよいので、多数の第２の地上局がある場合には観測目標に対して最も近い位置にある地上局を選択することになる。また同様にして運用計画機１１は、第１の空間航行体１ａと第２の空間航行体１ｂから撮像予約された観測目標に対して近い距離を航行する空間航行体１を選択する。この図の例では第２の空間航行体１ｂは１式しかないが、第２の空間航行体１ｂは１式に限定されず、複数存在してもよいので、多数の第２の空間航行体１ｂがある場合には観測目標に対して最も近い距離を航行する空間航行体を選択することになる。なお運用計画機は実施の形態１と異なり第３の地上局に備えられているが、通信回線を経由して各地上局及び地上局の備える装置と接続されているので、動作は実施の形態１と同様である。その他の動作も実施の形態１と同様である。
【００２１】
実施の形態３
図４はこの発明の実施の形態３を示す構成図であり、図において１から１８は実施の形態１と同様であり、１９は空間航行体１に搭載され、運用管制装置１２の発する信号４に基づき上記空間航行体１の姿勢角度を変更する姿勢変更機である。図において、撮像予約データベースに記録された観測目標に最も近い距離に位置する地上局３と空間航行体１を運用計画機１１において選択する動作までは実施の形態１と同様である。次に運用計画機１１では選択した空間航行体１の搭載する撮像機９の視野範囲が観測目標を指向するのに適した空間航行体１の姿勢角度を算出し、姿勢角度補正量を選択した地上局の備える運用管制装置１２に送信する。姿勢角度の算出方法としては、空間航行体１の進行方向側の側面の法線ベクトルと地球指向面の法線ベクトルを基準として、撮像機９の現状の視野方向と、視野範囲が観測目標を指向するための視野方向との差分を算出して、空間航行体１の現状姿勢角度に足した結果が目標姿勢角度となる。運用管制装置１２は他の運用管制に必要な信号４と共に上記姿勢角度補正量を空間航行体１の搭載する姿勢変更機１９に送信する。姿勢変更機１９は上記信号４に基づき動作し、空間航行体１の姿勢が変わり、撮像機９の視野方向が観測目標を指向することになる。なお姿勢変更機としては、空間航行体１として人工衛星を採用する場合にはモーメンタムホイールやスラスタなどを使用できる。また空間航行体として航空機を採用する場合は各種方向蛇が、また飛行船や気球を採用する場合は質量移動装置などを使用すればよい。
【００２２】
実施の形態４
図５はこの発明の実施の形態４を示す構成図であり、図において１から１８は実施の形態１と同様であり、２０は空間航行体１に搭載され、運用管制装置１２の発する信号４に基づき上記空間航行体１の搭載する撮像機９の視野方向を変更する視野変更機である。図において、撮像予約データベースに記録された観測目標に最も近い距離に位置する地上局３と空間航行体１を運用計画機１１において選択する動作までは実施の形態１と同様である。次に運用計画機１１では選択した空間航行体１の搭載する撮像機９の視野範囲が観測目標を指向するのに適した空間航行体１の搭載する撮像機９の視野角度を算出し、視野指向角度補正量を選択した地上局の備える運用管制装置１２に送信する。運用管制装置１２は他の運用管制に必要な信号４と共に上記視野方向角度補正量を空間航行体１の搭載する視野変更機２０に送信する。視野変更機２０は上記信号４に基づき動作し、撮像機９の視野方向が変わり、撮像機９が観測目標を指向することになる。なお視野変更機としては、撮像機の取付部の角度調整をする装置や、反射鏡を回動する装置などを採用すればよい。
【００２３】
実施の形態５
図６はこの発明の実施の形態５を示す構成図であり、図において１から１８は実施の形態１と同様であり、１９は空間航行体１に搭載され、運用管制装置１２の発する信号４に基づき上記空間航行体１の進行方向または停留位置を変更する推進機である。図において、撮像予約データベースに記録された観測目標に最も近い距離に位置する地上局３と空間航行体１を運用計画機１１において選択する動作までは実施の形態１と同様である。次に運用計画機１１では選択した空間航行体１が観測目標に接近するために推進機２１が動作すべき方向と推進量を算出し、情報を選択した地上局の備える運用管制装置１２に送信する。動作すべき方向としては、空間航行体１が飛行船など対地速度が遅い場合は、現状の空間航行体位置に対して直接観測目標方向に推進すればよいが、空間航行体１が人工衛星の場合には、推進機２１を動作して変更した後の軌道が観測目標上空を通過するように計算して推進方向と推進量を設定する。運用管制装置１２は他の運用管制に必要な信号４と共に上記情報を空間航行体１の搭載する推進機２１に送信する。推進機２１は上記信号４に基づき動作し、空間航行体１の進行方向または停留位置が変わり、上記空間航行体１が観測目標に接近するので、上記撮像機９の撮像条件が良好になる。なお推進機としては、空間航行体１として人工衛星を採用する場合にはスラスタなどを使用できる。また空間航行体として航空機を採用する場合は各種方向蛇が、また飛行船や気球を採用する場合はプロペラなどを使用すればよい。
【００２４】
【発明の効果】
第１の発明によれば、複数の空間航行体を同時に運用できるので、任意の観測目標を迅速に観測可能となるという効果がある。また同時に複数の観測目標を撮像可能となるという効果がある。また観測目標を迅速に設定できるという効果がある。また観測目標を撮像機の視野が捉えるための空間航行体の位置、軌道及び撮像条件を調査する作業を人手を介して実施する必要がないので、作業が省力化され、迅速な撮像が可能な観測が可能となり、災害発生時や緊急事態に対応して即座にデータを取得できるという効果がある。また各家庭や企業等に設置された計算機にアクセスするだけで観測目標の探索及び決定と、撮像機の撮像条件設定が可能となり、作業が身近でかつ直感的になるという効果がある。また通信回線さえ確保されていれば、地球上のいかなる地域からでも撮像予約が可能なので、未開地域等で緊急に近隣状況を知る必要がある場合などに即座に的確な情報を入手可能となるという効果がある。
【００２５】
また、第２の発明によれば、第１の発明と同様の効果があることはいうまでもないが、これに加えて、空間航行体の運用制御情報やデータベースの蓄積情報の管理を第３の地上局で一元管理できるという効果がある。また運用管制装置とレコーダを備えた第１及び第２の地上局を同一設計で製作することができ、しかもこれを２式に限定することなく大量生産すれば、効果的に空間航行体を運用制御する地上局を各地に設定可能となるという効果がある。
【００２６】
また、第３の発明によれば、空間航行体の視野角度を変更することにより撮像機の視野方向を変更できるので、視野範囲が限定されないため、所望の観測目標を撮像できる可能性が高くなるという効果がある。
【００２７】
また、第４の発明によれば、視野方向を変更できるので、視野範囲が限定されないため、所望の観測目標を撮像できる可能性が高くなるという効果がある。また同一の空間航行体上に複数の撮像機を搭載すれば、単一の空間航行体が同時に複数の観測目標を視野方向を最適化して撮像可能となるため、撮像運用の機動性が高いという効果がある。
【００２８】
また、第５の発明によれば、空間航行体を観測目標の上空まで移動させてから撮像できるので良好な条件で撮像できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による観測装置の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】 この発明による観測装置の実施の形態１を示す図である。
【図３】 この発明による観測装置の実施の形態２を示す図である。
【図４】 この発明による観測装置の実施の形態３を示す図である。
【図５】 この発明による観測装置の実施の形態４を示す図である。
【図６】 この発明による観測装置の実施の形態５を示す図である。
【図７】 従来の観測装置を示す図である。
【図８】 従来の観測装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１ 空間航行体
２ 地球
３ 地上局
４ 信号
５ データ
６ 観測目標
７ 軌道計算機
８ 地図
９ 撮像機
１０ 通信回線
１１ 運用計画機
１２ 運用管制装置
１３ レコーダ
１４ 第１のメモリ
１５ 第２のメモリ
１６ 第３のメモリ
１７ メモリ
１８ 計算機
１９ 姿勢変更機
２０ 視野変更機
２１ 推進機
Claims (5)
- 地球表面の画像データを取得する撮像機、及び推進機を有する複数の人工衛星と、
上記人工衛星の軌道情報と撮像機の指向方向を解析し、上記人工衛星に搭載した撮像機が観測目標を撮像できる運用条件を設定する運用計画機と、
上記運用計画機で設定された運用条件に従い、上記人工衛星と情報授受して人工衛星と撮像機を運用制御し、所定の動作時刻に上記撮像機の指向方向を制御して観測目標の撮像を指示する運用管制装置、及び上記撮像機の撮像した画像データを受信し記録するレコーダとを備えた複数の第１の地上局と、
地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、
上記人工衛星の軌道条件や地上通過時刻及び撮像機の視野範囲の情報を記述した衛星情報データベースを格納した第２のメモリ、
観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、
及び上記第１のメモリの格納する地理情報データベースに接続し、観測目標を探索して対象を選択する目標探索ルーチン、上記第２のメモリの格納する衛星情報データベースに接続し、目標探索ルーチンで選択した観測目標を撮像可能な人工衛星の通過時刻や撮像機の撮像可能範囲を調査し決定するための衛星情報検索ルーチン、上記第３のメモリの格納する撮像予約データベースに接続し、撮影を希望する観測目標と撮像時刻を予約登録する撮像予約登録ルーチン、を具備したソフトウェアを格納した第４のメモリを備えた第２の地上局と、
計算機、及び上記計算機上で動作し、上記第２の地上局に接続して第４のメモリに格納されたソフトウェアの上記各ルーチンを利用して、撮影を希望する観測目標の撮像予約登録を行う第２のソフトウェアを格納した第５のメモリ、を備えた第３の地上局と、
を備え、
上記運用計画機及び第１から第３の地上局は、互いに通信回線で接続され、
上記運用計画機は、上記第３のメモリの撮影予約データベースに接続し、複数の人工衛星の中から撮影予約された観測目標に対して最も近い距離にある人工衛星と、撮影予約された観測目標に対して最も近い距離に位置する第１の地上局とを選択して、予約登録された撮像予約状況に基づいて、上記選択した人工衛星の撮像機の動作時刻及び撮像条件を設定し、設定した運用条件を上記選択した地上局の運用管制装置に送信し、
上記運用管制装置は、上記観測目標上空を通過するように、上記選択した人工衛星の推進機を動作させる
ことを特徴とする観測装置。 - 地球表面の画像データを取得する撮像機を搭載する複数の人工衛星の軌道情報と当該撮像機の指向方向を解析し、上記人工衛星に搭載した撮像機が観測目標を撮像できる運用条件を設定する運用計画機と、
上記運用計画機で設定された運用条件に従い、上記人工衛星と情報授受して人工衛星と撮像機を運用制御し、所定の動作時刻に上記撮像機の指向方向を制御して観測目標の撮像を指示する運用管制装置、及び上記撮像機の撮像した画像データを受信し記録するレコーダとを備えた複数の第１の地上局と、
地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、
上記人工衛星の軌道条件や地上通過時刻及び撮像機の視野範囲の情報を記述した衛星情報データベースを格納した第２のメモリ、
観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、
及び上記第１のメモリの格納する地理情報データベースに接続し、観測目標を探索して対象を選択する目標探索ルーチン、上記第２のメモリの格納する衛星情報データベースに接 続し、目標探索ルーチンで選択した観測目標を撮像可能な人工衛星の通過時刻や撮像機の撮像可能範囲を調査し決定するための衛星情報検索ルーチン、上記第３のメモリの格納する撮像予約データベースに接続し、撮影を希望する観測目標と撮像時刻を予約登録する撮像予約登録ルーチン、を具備したソフトウェアを格納した第４のメモリを備えた第２の地上局と、
計算機、及び上記計算機上で動作し、上記第２の地上局に接続して第４のメモリに格納されたソフトウェアの上記各ルーチンを利用して、撮影を希望する観測目標の撮像予約登録を行う第２のソフトウェアを格納した第５のメモリ、を備えた第３の地上局と、
を備え、
上記運用計画機及び第１から第３の地上局は、互いに通信回線で接続され、
上記運用計画機は、上記第３のメモリの撮影予約データベースに接続し、複数の人工衛星の中から撮影予約された観測目標に対して最も近い距離にある人工衛星と、撮影予約された観測目標に対して最も近い距離に位置する第１の地上局とを選択して、予約登録された撮像予約状況に基づいて、上記選択した人工衛星の撮像機の動作時刻及び撮像条件を設定し、設定した運用条件を上記選択した地上局の運用管制装置に送信し、
上記運用管制装置は、上記観測目標上空を通過するように、上記選択した人工衛星の推進機を動作させることを特徴とする観測装置。 - 地球表面の画像データを取得する撮像機を搭載する複数の人工衛星の軌道情報と当該撮像機の指向方向を解析し、上記人工衛星に搭載した撮像機が観測目標を撮像できる運用条件を設定し、設定された運用条件を、上記人工衛星と情報授受して人工衛星と撮像機を運用制御し上記観測目標上空を通過するように上記人工衛星の推進機を動作させる運用管制装置に対して、送信する運用計画機と、
上記撮像機の撮像した画像データを受信し記録するレコーダと、
地球上各地の地理情報及び位置情報を記述した地理情報データベースを格納した第１のメモリ、
上記人工衛星の軌道条件や地上通過時刻及び撮像機の視野範囲の情報を記述した衛星情報データベースを格納した第２のメモリ、
観測目標を設定して撮像予約したデータを記述する撮像予約データベースを格納した第３のメモリ、
及び上記第１のメモリの格納する地理情報データベースに接続し、観測目標を探索して対象を選択する目標探索ルーチン、上記第２のメモリの格納する衛星情報データベースに接続し、目標探索ルーチンで選択した観測目標を撮像可能な人工衛星の通過時刻や撮像機の撮像可能範囲を調査し決定するための衛星情報検索ルーチン、上記第３のメモリの格納する撮像予約データベースに接続し、撮影を希望する観測目標と撮像時刻を予約登録する撮像予約登録ルーチン、を具備したソフトウェアを格納した第４のメモリを備えた地上局と、
上記地上局及びレコーダに接続し、上記第４のメモリに格納されたソフトウェアの上記各ルーチンを利用して、撮影を希望する観測目標の撮像予約登録を行う他の地上局に接続する通信回線と、
を備え、
上記運用計画機は、上記第３のメモリの撮影予約データベースに接続し、複数の人工衛星の中から撮影予約された観測目標に対して最も近い距離にある人工衛星を選択するとともに、複数の上記運用管制装置の中から撮影予約された観測目標に対して最も近い距離に位置する運用管制装置を選択して、予約登録された撮像予約状況に基づいて、上記選択した人工衛星の撮像機の動作時刻及び撮像条件を設定し、設定した運用条件を上記選択した運用管制装置に送信する、
ことを特徴とする観測装置。 - 人工衛星が運用管制装置の発する信号に基づき上記人工衛星の姿勢角度を変更する姿勢変更機を具備することを特徴とした請求項１から請求項３のいずれかに記載の観測装置。
- 人工衛星が運用管制装置の発する信号に基づき上記人工衛星の搭載する撮像機の視野方向を変更する視野変更機を具備することを特徴とした請求項１から請求項３のいずれかに記載の観測装置。
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