JP3800746B2

JP3800746B2 - 監視装置

Info

Publication number: JP3800746B2
Application number: JP21447397A
Authority: JP
Inventors: 久幸迎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2017-08-08
Also published as: JPH1151688A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は人工衛星や航空機から地球表面を監視し、要監視対象物や災害発生地域等の監視目標地点の画像情報を撮像機で取得する監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の監視装置を説明するための図であり、図において１は飛翔体、２は撮像機、９は監視目標、１０は地球、１１は撮像機の視線である。人工衛星や航空機から地球表面の要監視対象物や災害発生地域等を監視する従来の監視装置では、飛翔体１が撮像機２を搭載して飛翔し、撮像機の視線１１が監視目標９を捉える範囲で撮像機２を作動することにより、監視目標地点の画像情報を取得していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の監視装置の中で、飛翔体として人工衛星を使用する監視装置では、予め人工衛星の軌道と撮像機の視野方向を解析した上で、撮像機の視野が監視目標を捉える範囲と時刻を予測して撮像をするため、軌道解析と撮像機視野範囲の解析の手間がかかり、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。また軌道や視野方向の予測誤差が大きいため、監視目標を捉える精度が悪いという課題があった。
【０００４】
また従来の監視装置の中で、飛翔体として航空機を使用する監視装置では、航空機の搭乗員が監視目標を視認して撮像機の方向を調整するため、人手と手間がかかるという課題があった。また監視可能領域が航空機の飛行可能範囲に限定される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、監視目標を撮像機の視野が捉えるための手続きが簡略で、かつ精度よく撮像機で画像情報を取得できる監視装置を提供している。また飛翔体として人工衛星を使用することにより地球全体のいかなる地域も監視可能な監視装置を提供できる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による監視装置は飛翔体、上記飛翔体に搭載され、地球表面を指向する撮像機、電波伝搬時間による測距用電波を発生する軌道上位置が既知の複数の航法衛星、上記飛翔体に搭載され、上記航法衛星から発する測距用電波を受信して飛翔体の位置座標を解析する航法衛星信号受信機、上記飛翔体の姿勢を検出する姿勢検出機、上記飛翔体に搭載され、飛翔体の姿勢を変更する姿勢変更機、上記航法衛星信号受信機から受信した上記飛翔体の位置情報と上記姿勢検出機から受信した上記飛翔体の姿勢角度情報を解析し、飛翔体の位置及び姿勢角度と、予め飛翔計画された目標値とのずれ量を解析して上記姿勢変更機に対して姿勢変更用の制御信号を発生する計算機、監視目標の位置を上記航法衛星の採用する座標系による位置座標に変換して記録すると共に上記計算機に送信する位置座標データベースにより構成し、監視目標の位置座標を上記計算機が姿勢変更機を制御するための制御目標値とするものである。
【０００７】
また第２の発明による監視装置は飛翔体、上記飛翔体に搭載され、地球表面を指向する撮像機、電波伝搬時間による測距用電波を発生する軌道上位置が既知の複数の航法衛星、上記飛翔体に搭載され、上記航法衛星から発する測距用電波を受信して飛翔体の位置座標を解析する航法衛星信号受信機、上記飛翔体の姿勢を検出する姿勢検出機、上記撮像機が視野方向を変更する視野方向変更機、上記航法衛星信号受信機から受信した上記飛翔体の位置情報と上記姿勢検出機から受信した上記飛翔体の姿勢角度情報を受信し、飛翔体の位置及び姿勢角度に基づき撮像機が指向する視野方向を解析し、予め計画された上記撮像機の視野方向の目標値とのずれ量を解析して、上記視野方向変更機に対して視野方向変更用の制御信号を発生する計算機、監視目標の位置を上記航法衛星の採用する座標系による位置座標に変換して記録すると共に上記計算機に送信する位置座標データベースにより構成し、監視目標の位置座標を上記計算機が視野方向変更機を制御するための制御目標値とするものである。
【０００８】
【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１は人工衛星等の飛翔体、２は上記飛翔体１に搭載され、地球表面を指向する撮像機、３は電波伝搬時間による測距用電波を発生する、軌道上位置が既知の航法衛星、４は上記飛翔体１に搭載され、複数の航法衛星３から発する測距用電波を受信して飛翔体１の位置座標を解析する航法衛星信号受信機、５は上記飛翔体１の姿勢を検出するジャイロやスターセンサなどの姿勢検出機、６は上記飛翔体１に搭載され、飛翔体１の姿勢を変更するスラスタやモーメンタムホイールなどの姿勢変更機、８は上記航法衛星信号受信機４から受信した上記飛翔体１の位置情報と上記姿勢検出機５から受信した上記飛翔体１の姿勢角度情報を解析し、飛翔体１の位置及び姿勢角度と、予め飛翔計画された目標値とのずれ量を解析して上記姿勢変更機５に対して姿勢変更用の制御信号を発生する計算機、９は災害発生地や要監視地域などの監視目標、１０は地球、１１は撮像機の視線、１２は監視目標を含む地上各地の位置座標を上記航法衛星３の採用する座標系に変換し、記録すると共に上記計算機８に送信する位置座標データベースである。図において航法衛星３、飛翔体１及び地球１０の上の任意の点の位置は、航法衛星３が使用する座標系によって一意に表現できるので、航法衛星信号受信機４による飛翔体１の位置座標と姿勢検出機５による飛翔体１の姿勢情報を使用して、撮像機２の視線１１の起点と方向を航法衛星３が採用する座標系の位置座標と方向ベクトルとして決定できる。監視目標９を含む地上各地の位置情報は位置座標データベース１２に予め記録してあるか、または計測して座標変換することにより上記航法衛星３の用いる座標系として表現する。座標系の具体例としてはＷｏｒｌｄＧｅｏｄｅｔｉｃＳｙｓｔｅｍ８４と呼ばれる測地座標系などが使用できる。
【０００９】
次に位置座標を目標値とした姿勢変更量の決定方法について図２により説明する。図において１は飛翔体、９は監視目標、１０は地球、１１は撮像機の視線、１２は位置座標データベース、１３は座標原点、１４は座標系、１５ａは第１の変更角度、１５ｂは第２の変更角度である。座標系として地球重力中心を座標原点１３とし、３次元位置座標を３つのパラメータＸ，Ｙ，Ｚで記述する座標系１４を採用すると、座標原点１３は（０、０、０）となり、監視目標９の位置座標は（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、飛翔体１の位置座標は（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）としてそれぞれ一意に決定される。撮像機の視線方向１１は飛翔体１の位置座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）と監視目標９の位置座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を結ぶベクトルとなるので、撮像機の視線１１が監視目標９を指向するための目標角度は第１の目標角度１５ａ及び第２の目標角度１５ｂとして一意に決定される。予め飛翔体１の指向している方向は角度検出機により計測し、計算機により解析されているので、第１の目標角度１５ａ及び第２の目標角度１５ｂとの差分を求めれば、計算機が姿勢変更機に指示すべき姿勢変更量が決定される。なおここでは姿勢変更量に関わる角度として２つのパラメータを用いた例を示したが、視線ベクトルの回転成分のパラメータを加えて３つの角度成分で扱うこともできるのは言うまでもない。
【００１０】
次に計算機８の中の処理について図３により説明する。図において４は航法衛星信号受信機、５は姿勢検出機、６は姿勢変更機、８は計算機、１２は位置座標データベースであり、図において計算機８では、航法衛星信号受信機４から受信する飛翔体の位置座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２と姿勢検出機５から受信する飛翔体の姿勢角度φ２、θ２、λ２と、予め計算機８の内部に記録している飛翔体と撮像機の視線方向の相対角度を示す初期値に基づき、特定の瞬間の撮像機の視線ベクトルを算出できる（ステップＳ₁ ）。
また同様にして計算機８では航法衛星信号受信機４から受信する飛翔体の位置座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２と位置座標データベース１２から受信する監視目標の位置座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１に基づき目標視線ベクトルを算出できる（ステップＳ２）。そこで上記撮像機の視線ベクトルと目標視線ベクトルの差分をして、姿勢角度変更量Δφ、Δθ、Δλを算出する（ステップＳ₃ ）。この結果を制御パラメータとして姿勢変更機６に送信し、姿勢変更機６を動作させる。このため飛翔体１の姿勢が変わり、撮像機２の視線１１は監視目標９を指向するよう制御される。
【００１１】
なお監視目標の位置座標は、予め地上で航法衛星受信機を用いて測定して位置座標データベース１２に記録しておいてもよいし、ＧＩＳ（ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）などのデータベースを位置座標データベース１２として流用することも可能である。また人工衛星からの立体視や航空写真の解析により実測した結果を位置座標データベース１２の座標変換機能を用いて航法衛星座標系に座標変換して用いてもよい。また撮像機として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。
【００１２】
実施の形態２．
図４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１は人工衛星等の飛翔体、２は上記飛翔体１に搭載され、地球表面を指向する撮像機、３は電波伝搬時間による測距用電波を発生する軌道上位置が既知の航法衛星、４は上記飛翔体１に搭載され、複数の航法衛星３から発する測距用電波を受信して飛翔体１の位置座標を解析する航法衛星信号受信機、５は上記飛翔体１の姿勢を検出する姿勢検出機、７は上記撮像機２に取付けられ、撮像機２の視線の方向を変更する視野方向変更機、８は上記航法衛星信号受信機４から受信した上記飛翔体１の位置情報と上記姿勢検出機５から受信した上記飛翔体１の姿勢角度情報を受信し、飛翔体１の位置及び姿勢角度に基づき撮像機２が指向する視野方向を解析し、予め設定された上記撮像機２の視野方向の目標値とのずれ量を解析して、上記視野方向変更機７に対して視野方向変更用の制御信号を発生する計算機、９は監視目標、１０は地球、１１は撮像機の視線、１２は位置座標データベースである。
【００１３】
図において航法衛星３、飛翔体１及び地球１０の上の任意の点の位置は、航法衛星３が採用する座標系によって一意に表現できるので、航法衛星信号受信機４による飛翔体１の位置座標と姿勢検出機５による飛翔体１の姿勢情報を使用して、撮像機２の視線１１の起点と方向を航法衛星３が採用する座標系の位置座標と方向ベクトルとして決定できる。また同様に監視目標９の位置座標も航法衛星３が採用する座標系の位置座標として決定できる。計算機８及び位置座標データベース１２の動作は実施形態１と同様である。
【００１４】
本発明による監視装置では監視目標９の位置を位置座標データベース１２で位置座標に変換した後に地上からコマンドとして計算機８に送信する。次に撮像機２の視線１１が監視目標９を指向するための視野方向変更量を計算機８が解析し、視野方向変更機７を動作させる。このため撮像機２の視線１１は監視目標９を指向するよう制御される。視野方向変更機としては、光学センサで反射ミラーを回動する方式や、センサ自体を回動する方式、または電波センサで電気的に視野方向を変更する方式、検出器の使用部分を選別する方式などを採用できる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明によれば、人工衛星の軌道や航空機の飛行経路の解析や、撮像機の視野方向を地上で解析する必要がないので、監視目標を撮像機の視野が捉えるための手続きが簡略であり、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。また監視目標の位置を直接制御系の目標値とするので誤差要因が少なく、精度よく撮像機で画像情報を取得できるという効果がある。また飛翔体として人工衛星を使用することにより地球全体のいかなる地域も監視可能な監視装置を提供できるという効果がある。
【００１６】
この発明によれば、監視目標を撮像機の視野が捉えるための手続きが簡略で、精度よく撮像機で画像情報を取得でき、いかなる地域も監視可能な監視装置を提供できるという点は実施形態１と同様であるが、これに加えて飛翔体自体の姿勢を変更するのに比較して少ない労力で視野変更が可能となるという効果がある。また撮像機を複数具備することで、同時に複数の監視目標を撮像可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による監視装置の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】この発明の実施形態１による監視装置で位置座標を目標値として姿勢変更量を決定する方法を示す図である。
【図３】この発明の実施形態１による監視装置で計算機の中の処理について示す図である。
【図４】この発明による監視装置の実施の形態２を示す構成図である。
【図５】従来の監視装置を示す図である。
【符号の説明】
１飛翔体、２撮像機、３航法衛星、４航法衛星信号受信機、５姿勢検出機、６姿勢変更機、７視野方向変更機、８計算機、９監視目標、１０地球、１２位置座標データベース。

Claims

人工衛星、
上記人工衛星に搭載され、地球表面を指向する撮像機、
上記人工衛星に搭載され、軌道上位置が既知の複数の航法衛星から発せられる測距用電波を受信して、電波伝搬時間により上記人工衛星の位置座標を解析する、上記人工衛星に搭載された航法衛星信号受信機、
上記人工衛星に搭載され、上記人工衛星の姿勢を検出する姿勢検出機、
上記人工衛星に搭載され、人工衛星の姿勢を変更する姿勢変更機、
及び上記人工衛星に搭載され、上記航法衛星信号受信機から受信した上記人工衛星の位置情報と上記姿勢検出機から受信した上記人工衛星の姿勢角度情報と、予め飛翔計画された目標値とのずれ量を解析して上記姿勢変更機に対して姿勢変更用の制御信号を発生する計算機と
により構成される監視装置において、
地上に設けられ、監視目標の位置を上記航法衛星の採用する座標系による位置座標に変換して記録すると共に上記計算機に送信する位置座標データベースを具備し、
かつ上記計算機は、上記位置座標データベースから受信した監視目標の位置座標と上記航法衛星信号受信機から受信した上記人工衛星の位置情報に基づいて目標視線ベクトルを算出し、当該人工衛星の位置情報及び上記姿勢検出機で得られた姿勢角度情報に基づいて上記撮像機の視線ベクトルを算出し、算出された目標視線ベクトルと視線ベクトルとの差分に基づいて姿勢角度変更量を算出し、当該算出結果に基づいた上記姿勢変更用の制御信号を発生して、当該監視目標の位置座標を制御目標値として上記撮像機が当該監視目標を指向するように上記姿勢変更機を制御することを特徴とする監視装置。
人工衛星、
上記人工衛星に搭載され、地球表面を指向する撮像機、
上記人工衛星に搭載され、軌道上位置が既知の複数の航法衛星から発せられる測距用電波を受信して、電波伝搬時間により上記人工衛星の位置座標を解析する、上記人工衛星に搭載された航法衛星信号受信機、
上記人工衛星に搭載され、上記人工衛星の姿勢を検出する姿勢検出機、
上記人工衛星に搭載され、上記撮像機が視野方向を変更する視野方向変更機、
及び上記人工衛星に搭載され、上記航法衛星信号受信機から受信した上記人工衛星の位置情報と上記姿勢検出機から受信した上記人工衛星の姿勢角度情報に基づき撮像機が指向する視野方向を解析し、予め計画された上記撮像機の視野方向の目標値とのずれ量を解析して、上記視野方向変更機に対して視野方向変更用の制御信号を発生する計算機と
により構成される監視装置において、
地上に設けられ、監視目標の位置を上記航法衛星の採用する座標系による位置座標に変換して記録すると共に上記計算機に送信する位置座標データベースを具備し、
かつ上記計算機は、上記位置座標データベースから受信した監視目標の位置座標と上記航法衛星信号受信機から受信した上記人工衛星の位置情報に基づいて目標視線ベクトルを算出し、当該人工衛星の位置情報及び上記姿勢検出機で得られた姿勢角度情報に基づいて上記撮像機の視線ベクトルを算出し、算出された目標視線ベクトルと視線ベクトルとの差分に基づいて姿勢角度変更量を算出し、当該算出結果に基づいた上記視野方向変更用の制御信号を発生して、当該監視目標の位置座標を制御目標値として上記撮像機が当該監視目標を指向するように上記姿勢変更機を制御することを特徴とする監視装置。
人工衛星、
上記人工衛星に搭載され、地球表面を指向する撮像機、
上記人工衛星に搭載された航法衛星信号受信機、
上記人工衛星に搭載され、上記人工衛星の姿勢を検出する姿勢検出機、
上記人工衛星に搭載され、人工衛星の姿勢を変更する姿勢変更機、
及び上記人工衛星に搭載され、上記航法衛星信号受信機から受信した上記人工衛星の位置情報と上記姿勢検出機から受信した上記人工衛星の姿勢角度情報と、予め飛翔計画された目標値とのずれ量を解析して上記姿勢変更機に対して姿勢変更用の制御信号を発生する計算機と
により構成される監視装置において、
上記計算機は、
上記航法衛星の採用する座標系による位置座標で表現された監視目標の位置座標を、地上に設けられた位置座標データベースから受信する受信手段を具備し、
上記受信手段で受信した監視目標の位置座標と上記航法衛星信号受信機で受信した上記人工衛星の位置情報に基づいて目標視線ベクトルを算出し、当該人工衛星の位置情報及び上記姿勢検出機で得られた姿勢角度情報に基づいて上記撮像機の視線ベクトルを算出し、算出された目標視線ベクトルと視線ベクトルとの差分に基づいて姿勢角度変更量を算出し、当該算出結果に基づいた上記姿勢変更用の制御信号を発生して、当該監視目標の位置座標を制御目標値として上記撮像機が当該監視目標を指向するように上記姿勢変更機を制御することを特徴とする監視装置。
人工衛星、
上記人工衛星に搭載され、地球表面を指向する撮像機、
上記人工衛星に搭載された航法衛星信号受信機、
上記人工衛星に搭載され、上記人工衛星の姿勢を検出する姿勢検出機、
上記人工衛星に搭載され、上記撮像機の視野方向を変更する視野方向変更機、
及び上記人工衛星に搭載され、上記航法衛星信号受信機から受信した上記人工衛星の位置情報と上記姿勢検出機から受信した上記人工衛星の姿勢角度情報に基づき撮像機が指向する視野方向を解析し、予め計画された上記撮像機の視野方向の目標値とのずれ量を解析して、上記視野方向変更機に対して視野方向変更用の制御信号を発生する計算機とにより構成される監視装置において、
上記計算機は、
上記航法衛星の採用する座標系による位置座標で表現された監視目標の位置座標を、地上に設けられた位置座標データベースから受信する受信手段を具備し、
上記受信手段で受信した監視目標の位置座標と上記航法衛星信号受信機で受信した上記人工衛星の位置情報に基づいて目標視線ベクトルを算出し、当該人工衛星の位置情報及び上記姿勢検出機で得られた姿勢角度情報に基づいて上記撮像機の視線ベクトルを算出し、算出された目標視線ベクトルと視線ベクトルとの差分に基づいて姿勢角度変更量を算出して、当該算出結果に基づいた上記姿勢変更用の制御信号を発生して、当該監視目標の位置座標を制御目標値として上記撮像機が当該監視目標を指向するように上記姿勢変更機を制御することを特徴とする監視装置。