JP5545725B2 - 観測装置 - Google Patents
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Description
また、被観測体を観測して得られる観測信号は、システムの熱雑音、移動体自身の姿勢や軌道の変動、及び観測エリアの地形などの影響を受けて実際の値と異なる信号強度を示してしまう。
このため、特定の観測角で観測された1つの観測信号に基づいて被観測体の材質や形状等の物理情報を特定することは困難である。
コニカルスキャン方式の観測装置はアンテナ回転軸を回転させることにより観測地点をアンテナで走査して観測を行う。
観測対象に対して互いに異なる方向から送信信号を送信し、観測対象から観測信号を互いに異なる方向から受信する複数のアンテナと、
軸方向に長さを有し、複数のアンテナを長さ方向の異なる位置に取り付け、長さ方向を軸にして回転するアンテナ回転軸と、
複数のアンテナそれぞれの送信信号を生成し、複数のアンテナが取り付けられた前記アンテナ回転軸を回転させ、複数のアンテナによって異なる方向から送信信号を送信し、複数のアンテナによって異なる方向から観測信号を受信し、複数のアンテナによって受信した複数の観測信号を記憶する制御装置とを備える。ここで、複数のアンテナは、送信/受信機能を兼ねる。ただし、例えば、カメラや放射計のようなパッシブ方式の観測システムを実現したい場合は、送信信号生成部は除外され、複数アンテナの送信機能も除外される。
前記制御装置は、前記アンテナ回転軸をアンテナ取付部毎に異なる速さで回転させる。
複数のアンテナは下に位置するものほど観測信号の受信方向が下向きである。
観測角が異なる複数のアンテナを備え、複数のアンテナを用いてコニカルスキャン方式で観測対象を観測する。
観測信号の観測角と観測信号の信号強度との関係を表すプロファイルデータを参照プロファイルとして地物の種類毎に記憶し、観測対象を観測して得られた複数の観測信号情報であって観測角が異なる複数の観測信号を表す複数の観測信号情報を記憶する観測データ記憶部と、
前記観測データ記憶部に記憶された複数の観測信号情報に基づいてプロファイルデータを観測プロファイルとして生成する観測プロファイル生成部と、
前記観測プロファイル生成部により生成された観測プロファイルを参照プロファイルと比較して前記観測対象の種類を推定する観測対象推定部とを備える。
観測角が異なる複数の観測信号を得られることにより、被観測体(観測対象)の推定精度を向上させることができる。
上空から移動を伴って地上の観測対象を観測する観測装置について説明する。
実施の形態1における多観測角観測装置100(観測装置の一例)の構成について、図1に基づいて以下に説明する。
図3は、従来のコニカルスキャン方式の観測装置801を用いた観測方法を示す図である。
図4は、従来のコニカルスキャン方式の観測装置801によって得られる観測データの一例を示す図である。
従来の観測装置801の進行方向を「アジマス方向」という。
アンテナ回転軸820には一つのアンテナ830が斜め下向きに取り付けられ、アンテナ830は斜め下方から電磁波を送受信し、制御装置810はアンテナ830が受信した電磁波の情報を記憶する。
以下、アンテナ830が受信する電磁波を「観測信号」という。
アンテナ回転軸820を回転させることにより観測信号を観測できる領域の幅を「観測幅」という。
つまり、従来の観測装置801は観測角θiでしか観測信号を得られない。
観測信号の信号強度は、観測信号の観測角および被観測体(観測対象)の材質、形状や状態によって異なる。
参照プロファイルは、被観測体の材質、形状や状態によって異なる。
以下、アンテナ回転軸120の分割部分を下から順に第一回転軸121、第二回転軸122、第三回転軸123および第四回転軸124という。
第一回転軸121〜第四回転軸124はそれぞれに支持棒121A〜124Aを有する。
支持棒121A〜支持棒124Aの先端にはアンテナ群130のアンテナが取り付けられている。
以下、支持棒121A〜支持棒124Aに取り付けられているアンテナを支持棒の順に、第一アンテナ131、第二アンテナ132、第三アンテナ133および第四アンテナ134という。
第一アンテナ131〜第四アンテナ134は下に位置するアンテナほど下向きであり、上に位置するアンテナほど上向き(横向き)である。下向き、上向きとはアンテナの取り付け角度または指向方向を意味している。
第一アンテナ131〜第四アンテナ134は下に位置するアンテナほど観測角θiが小さく、上に位置するアンテナほど観測角θiが大きい。
そこで、制御装置110は、第一アンテナ131〜第四アンテナ134それぞれの観測角θi(または取り付け角、指向方向)に基づいて観測点との距離を算出し、観測点との距離に基づいて観測信号の伝播時間を算出し、観測信号の伝播時間に基づいて第一回転軸121〜第四回転軸124それぞれの角速度を算出する。
制御装置110により算出される角速度は、第一アンテナ131〜第四アンテナ134それぞれが観測点で反射した観測信号を受信できる程度の速さである。
つまり、制御装置110は、通常、第一アンテナ131〜第四アンテナ134をアンテナ回転軸120に対して下向きのアンテナほど速く回転させ、上向き(横向き)のアンテナほど遅く回転させる。
実施の形態1における多観測角観測装置100の観測方法について、図5および図6に基づいて以下に説明する。
これにより、多観測角観測装置100は、第一アンテナ131(観測角θi 1)の観測幅の領域内であれば、どの観測点からでも4つの観測角θi 1〜θi 4で信号を送信、および観測信号を受信することができる。
多観測角観測装置100により得られる観測データについて、図7に基づいて以下に説明する。
制御装置110は、4つの観測信号それぞれの観測角と信号強度とに基づいて被観測体xの観測プロファイルを生成する。
被観測体xの観測プロファイルとは、4つの観測信号に対してより近似する信号強度を示すグラフデータである。
図7では、被観測体xの観測プロファイルが被観測体Bの参照プロファイルに近似しているため、被観測体xの材質や形状が被観測体Bに類似していると推定される。
実施の形態1における制御装置110の機能構成について、図8に基づいて以下に説明する。
観測データ記憶部119には、第一アンテナ131〜第四アンテナ134それぞれの観測角を予め記憶する。
観測データ記憶部119には、参照プロファイルを被観測体の種類(材質、形状など)毎に予め記憶する。
アクティブ方式の場合、観測信号通信部111は所定の波形を有する電磁波を観測信号として生成し、生成した観測信号をアンテナ群130から発信する。そして、観測信号通信部111は、被観測体で反射して後方散乱した観測信号をアンテナ群130で受信し、受信した観測信号の波形情報(信号強度、位相など)をアンテナの観測角や観測時刻に対応付けて観測データ記憶部119に記憶する。
パッシブ方式の場合、観測信号通信部111は被観測体から放射される電磁波をアンテナ群130で観測信号として受信する。観測信号通信部111は受信した観測信号の波形情報をアンテナの観測角や観測時刻に対応づけて観測データ記憶部119に記憶する。
被観測体推定部113は、観測プロファイルを各種の参照プロファイルと比較して被観測体の種類を推定する(被観測体推定処理)(図7参照)。
被観測体推定部113は、被観測体の推定結果を観測データ記憶部119に記憶する。
観測プロファイル算出処理と被観測体推定処理とは被観測体推定方法(観測対象推定方法の一例)を構成する。
CPUは、バスを介してROM、RAM、通信ボード、電源装置、バッテリー、モーターなどと接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。
ROMまたはRAMには、OS(オペレーティングシステム)、プログラム群、ファイル群が記憶されている。
プログラム群には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが含まれる。プログラムは、CPUにより読み出され実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものであり、また「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
ファイル群には、実施の形態において説明する「〜部」で使用される各種データ(入力、出力、判定結果、計算結果、処理結果など)が含まれる。
観測角が異なる複数のアンテナを備えることにより、観測角が異なる複数の観測信号を取得することができる。
観測角が異なる複数の観測信号に基づいて被観測体を推定することにより、被観測体の推定精度を高めることができる(図7参照)。
図10は、従来のプッシュブルーム方式のパッシブ観測装置802によって得られる観測データの一例を示す図である。
観測信号の観測角は観測点によって異なるが、一つの観測点からは一つの観測角でしか観測信号を得ることができない。
例えば、被観測体Aからは観測角θi aの観測信号しか得ることができず、被観測体Bからは観測角θi bの観測信号しか得ることができず、被観測体Cからは観測角θi cの観測信号しか得ることができない。
例えば、被観測体Aの観測信号は被観測体Aの参照プロファイルよりも被観測体Bの参照プロファイルの近くにプロットされ、被観測体Aは被観測体Bとして推定されてしまう。
これにより、第一アンテナ131〜第四アンテナ134それぞれの観測角を変化させることができる。
例えば、アンテナ制御部は、特定の地域または時間帯では第一アンテナ131〜第四アンテナ134の観測角を「0度〜90度」にし、別の地域または時間帯では第一アンテナ131〜第四アンテナ134の観測角を「20度〜40度」にする。
例えば、地表や海面の温度、地表や海面の粗さ、植生(例えば、農作物)の種類や生育や伐採状況、植生や地面の水含有量などを高い精度で推定することができる。
地表や海面の温度を推定できれば核施設や工場排水を特定でき、植生や地面の水含有量を推定できれば地滑りの可能性や通行規制を判断できる。
さらに、船舶や車両などの移動体(被観測体、観測対象の一例)の移動速度を推定する技術にも有用である。
Claims (5)
- 観測対象に対して互いに異なる方向から送信信号を送信し、観測対象から観測信号を互いに異なる方向から受信する複数のアンテナと、
軸方向に長さを有し、複数のアンテナのアンテナ毎にアンテナが取り付けられるアンテナ取付部を有し、各アンテナ取付部を長さ方向の異なる位置に有し、長さ方向を軸にして回転するアンテナ回転軸と、
複数のアンテナそれぞれの送信信号を生成し、複数のアンテナが取り付けられた前記アンテナ回転軸をアンテナ取付部毎に異なる速さで回転させ、複数のアンテナによって異なる方向から送信信号を送信し、複数のアンテナによって異なる方向から観測信号を受信し、複数のアンテナによって受信した複数の観測信号を記憶する制御装置と
を備えたことを特徴とする観測装置。 - 前記制御装置は、各アンテナ取付部をアンテナ取付部に取り付けられたアンテナが観測信号を受信する方向が下向きであるほど早く回転させる
ことを特徴とする請求項1記載の観測装置。 - 複数のアンテナは上に位置するものほどアンテナ取付部からの距離が遠く、
複数のアンテナは下に位置するものほど観測信号の受信方向が下向きである
ことを特徴とする請求項2記載の観測装置。 - 前記制御装置は複数のアンテナそれぞれに対して送信信号の送信方向と、観測信号の受信方向を変化させることを特徴とする請求項1〜請求項3いずれかに記載の観測装置。
- 前記制御装置は、観測信号の受信方向と観測信号の信号強度との関係を表すプロファイルデータを参照プロファイルとして地物の種類毎に記憶し、複数のアンテナで受信した複数の観測信号に基づいてプロファイルデータを観測プロファイルとして生成し、生成した観測プロファイルを参照プロファイルと比較して前記観測対象の種類を特定する
ことを特徴とする請求項1〜請求項4いずれかに記載の観測装置。
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