JP5919805B2 - 飛翔物体観測データ管理装置及び管理方法 - Google Patents

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Description

この発明は、宇宙飛翔物体監視システムに係わり、宇宙飛翔物体を観測したデータを管理する装置及び方法に関する。より詳しくは、レーダや光学望遠鏡をはじめとする各種外部センサが観測した宇宙飛翔物体の観測情報及び外部機関から取得した観測情報に基づき、識別処理などを実施した宇宙飛翔物体のカタログ情報を管理、提供できる飛翔物体観測データ管理装置及び管理方法に関する。
近年、人工の地球周回軌道上浮遊物体であるスペースデブリや、隕石などの地球周辺の小天体に関して関心が高まっている。特に、スペースデブリは年々数が増え続けており、人工衛星が衝突する確率が増加している。このような衝突を避けるために、スペースデブリや隕石、既に宇宙に存在している人工衛星の軌道を正確に把握することが求められる。また、人工衛星やスペースデブリを判別するため、宇宙飛翔物体に関する高精度な軌道情報や識別情報を蓄積したデータベースが必要である。
宇宙飛翔物体の観測は光学望遠鏡およびレーダにより実施され、その観測結果をもとに衛星カタログと称されるデータが作成され、その一部は公開されている。光学望遠鏡からの観測データは、方位角及び仰角の2次元のデータによる光学画像を主とし、非常に高い角度分解能の観測データである特徴がある。レーダからの観測データは3次元の位置情報が得られることを特徴とし、電波画像データを含んでいる。
宇宙飛翔物体の自動監視方法及び装置として、例えば特許文献1には、子午線などの仮想線上を通過する宇宙飛翔物体を光学装置により観測して記録する方法が示されている。また特許文献2には、宇宙飛翔物体を識別する方式として、観測した大量の観測画像から自動的に恒星やその他の天体、及び宇宙飛翔物体とを画像処理により識別する方式が示されている。
特開2002−220099号公報(第1−5頁、第1図) 特開2002−310616号公報(第1−6頁、第1図)
現状の衛星カタログでは、情報量が不足しており、正確な観測情報を得ることが困難であった。また、光学望遠鏡やレーダにより新たに観測した宇宙飛翔物体の軌道推定及びこれに基づく識別処理や、複数回の周回で観測された宇宙飛翔物体が同一かどうか識別し更新する時間が長くなり、その間観測情報を受信できなかった。更に、性能の異なる複数の光学望遠鏡及びレーダ間で、観測された宇宙飛翔物体の識別処理が困難であり、観測情報を統合的に管理することも難しいという課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、現状の宇宙飛翔物体の状況に関する情報を正確に提供するために、宇宙飛翔物体の異種かつ大量な観測情報を高速で蓄積しつつ、自動的な生成機能、更新機能を備えた飛翔物体観測データ管理装置及び管理方法を得ることを目的とする。
宇宙飛翔物体の観測情報を蓄積し、同時に前記宇宙飛翔物体を見分ける識別処理を自動的に実施する飛翔物体観測データの管理装置であって、前記宇宙飛翔物体を複数の外部センサが観測した観測情報を受信し、それぞれ1次情報を生成する複数のレシーバと、前記1次情報のフォーマットを統一して蓄積する1次データベースと、前記宇宙飛翔物体に関する外部機関からの外部情報を受信し蓄積する外部情報レシーバと、データ処理された最新の観測情報である2次情報を格納し、ユーザインターフェースから検索要求を受信した場合に、前記2次情報を変換して前記ユーザインターフェースに送信する2次データベースと、前記ユーザインターフェースから要求情報を受信した場合に、前記要求情報に該当する1次情報及び前記外部機関の外部情報に基づき、前記2次情報の識別処理を行ない更新又は新たに生成するデータ処理部と、を備え、前記データ処理部は、前記ユーザインターフェースから前記要求情報を受信した場合に、前記要求情報に該当する1次情報を前記1次データベースから取得し、当該1次情報から軌道情報を算出し、この軌道情報と前記2次情報及び前記外部機関からの外部情報とを識別処理する識別処理手段と、前記識別処理手段の結果が新規でない場合は、前記1次情報の1次情報管理IDと、前記外部機関の軌道情報との識別処理の結果取得した衛星カタログ番号、国際衛星識別符号、及び衛星名称と、前記1次情報に含まれる観測付随情報とを前記2次情報に付与し、前記識別処理手段の結果が新規である場合は前記2次情報を新たに生成して前記2次データベースに送る更新生成手段と、を有する。
この発明によれば、レーダ及び光学望遠鏡等からの異種かつ大量な観測情報を入手し、現状の衛星カタログより観測情報量を増やした拡張衛星カタログを作成することにより正確な観測結果を提供できる。また、時間を要しない統一フォーマットによる1次情報の蓄積と、時間の要する識別処理を含む2次情報の作成を分離することにより、異種かつ大量な観測情報を高速で自動的に蓄積しかつ、時間の要する識別処理を同時に自動的に実施できる。更に、必要に応じて所望の宇宙飛翔物体の軌道情報及び識別情報も提供できるという効果を奏する。
この発明の実施の形態1に係る構成を示す機能ブロック図である。図1Aは、データ処理部7の詳細ブロック図である。 この発明の実施の形態1に係る1次データベース構成を示す表である。 この発明の実施の形態1に係る2次データベース構成を示す表である。 この発明の実施の形態1に係る1次情報のデータ処理の流れを示すシーケンス図である。 この発明の実施の形態1に係る2次情報のデータ処理の流れ示すシーケンス図である。 この発明の実施の形態1に係るユーザによる参照処理の流れを示すシーケンス図である。 この発明を含む宇宙飛翔物体監視システム全体を示す図である。
実施の形態1.
この実施の形態を含む宇宙飛翔物体を監視する宇宙飛翔物体監視システム全体の運用概要を図7に示す。本発明は、宇宙飛翔物体監視システムにおいて、宇宙飛翔物体を観測したデータを取得し管理する飛翔物体観測データ管理装置100に関するものである。本実施の形態に係るデータ管理装置は、レーダ、ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radarの略:逆合成開口レーダ)、光学望遠鏡、SIGINT(Signal Intelligenceの略:通信、電磁波、信号等を媒介とした諜報活動のこと)、及び宇宙監視衛星などの各種外部センサが観測した観測結果である観測情報を、をネットワークを介して入手する。
また、外部機関から外部機関が管理する観測情報もネットワークを介して入手する。外部機関には、JspOC(Joint Space Operations Centerの略:米国戦略司令部の統合宇宙運用センター)、NSSDC(National Space Science Data Centerの略:国立宇宙科学データセンター)、ESA(European Space Agencyの略:欧州宇宙機関)、JAXA(Japan Aerospace Exploration Agencyの略:宇宙航空研究開発機構)等がある。
この各種外部センサ及び外部機関から取得した異種かつ大量な観測情報のデータベース作成、管理を行なうことにより、観測情報量を増やした衛星カタログをユーザに提供する。図1はこの発明の構成を示すブロック図である。この各構成部分を次に説明する。
レーダレシーバ1は、レーダから送信された宇宙飛翔物体の観測結果を1次データベース6に対応するデータフォーマットであるレーダ観測情報111への変換を行い、1次データベース6に送る。ISARレシーバ2は、ISARから送信された宇宙飛翔物体の観測結果を1次データベース6に対応するデータフォーマットであるISAR観測情報112への変換を行い、1次データベース6に送る。光学望遠鏡レシーバ3は、光学望遠鏡から送信された宇宙飛翔物体の観測結果を、同様に光学望遠鏡観測情報113への変換を行い、1次データベース6に送る。SIGINTレシーバ4は、SIGINTから送信された宇宙飛翔物体の観測結果を、同様にSIGINT観測情報114への変換を行い、1次データベース6に送る。宇宙監視衛星レシーバ5は、宇宙監視衛星から送信された宇宙飛翔物体の観測結果を宇宙監視衛星観測情報115への変換を行い、1次データベース6に送る。
1次データベース6は、各種外部センサからネットワークを介して送付されたレーダ観測情報111、ISAR観測情報112、光学望遠鏡観測情報113、SIGINT観測情報114、宇宙監視衛星観測情報115などの観測情報を受信し、対応する1次情報116のフォーマットにそれぞれ変換して蓄積する。また、データ処理部7と2次データベース9からのデータ要求情報121に基づき、格納している当該1次情報116を送信する。
図1Aには、データ処理部7の詳細ブロック図を示す。データ処理部7は、ユーザの要求によりユーザインターフェース10が送信したリクエスト120(要求情報)を受け取る。このリクエスト120に該当する1次情報116及び外部機関の外部情報117に基づき、2次情報118の識別処理を行なう識別処理手段71と、この識別処理の結果を反映するために、2次情報118を更新又は新たに生成する更新生成手段72を有する。ここで、ユーザは定期的に、或いは必要となったときに、ユーザインターフェース10の設定を変更し要求を送信できる。以下にこれを詳細に説明する。
データ処理部7は、ユーザインターフェース10が送信したリクエスト120を取得し、1次データベース6へデータ要求情報121を送り、当該1次情報116を受信する。受信した1次情報116から、軌道計算に関する公知の技術に基づいて宇宙飛翔物体の軌道情報127(軌道要素・摂動係数・軌道精度)を算出する。続いて、2次データベース9を軌道情報127によって検索し、該当する2次情報118を取得する。あるいは観測付随情報128(RCS〜電波情報)を併用して類似検索を行い、最も該当する可能性の高い2次情報118を取得する。更には外部情報117や外部付随情報129(打上日〜関連情報)の、打上げ予定や軌道変更予定の参照も行う。
該当がない場合は、新たに2次情報118を生成し、2次データベース9へ送る。以下にこの詳細を説明する。該当がない場合は、新たに衛星管理番号123を生成し、1次情報116に衛星管理番号123を付与し、衛星管理番号毎の2次情報118を生成する。続いて、2次情報118に上記1次情報116の1次情報管理IDを付与する。次に、外部情報117との識別処理を行い、衛星カタログ番号124、国際衛星識別符号125、衛星名称126、外部付随情報129を付与する。外部情報との識別処理の結果、該当がない場合には、衛星名称を自動的に付与し、残りは非該当を示す値とする。
続いて、観測付随情報128を1次情報116から得て付与する。複数ある場合には、すべてを格納する。或いは、最新のもののみを格納することもできる。1次情報116からの観測付随情報128の付与は次の通りに行なう。すなわち、レーダ観測情報111・ISAR観測情報112・宇宙監視衛星観測情報115の受信諸元からRCSを算出する。ISAR観測情報112・光学望遠鏡観測情報113・宇宙監視衛星観測情報115からは画像を取得し、得られた画像からは識別のための形状に関わる特徴量を取得、同じく画像から対象の大きさや姿勢を取得する。SIGINT観測情報114からは対象と地上局の通信や対象が発している電波から電波情報を取得する。
外部情報レシーバ8は、外部機関から送信される外部情報を管理し、データ処理部7からの外部要求情報122に従い、外部情報117として送信する。2次データベース9は、データ処理部7からの軌道情報127に従って、該当する2次情報118を送信する。また、データ処理部7で更新された2次情報118を更新する。また、データ処理部7で生成された新たな2次情報118を格納する。また、ユーザインターフェース10からの検索要求130に従い、必要に応じて対応する1次情報116を1次情報管理IDによって検索し、外部提供情報119をユーザに送信する。ユーザインターフェース10は、ユーザが2次データベース9を参照するためのインターフェース機能も有している。2次データベース9に検索要求130を通知し、外部提供情報119を取得してユーザに示す。また、ユーザの指示によりリクエスト120(要求情報)をデータ処理部7に送る。
図2には、1次情報116を蓄積する1次データベース6の内容を示す。1次情報116は、図2に示すようにレーダ観測情報111、ISAR観測情報112、光学望遠鏡観測情報113、SIGINT観測情報114、宇宙監視衛星観測情報115を有している。
レーダ観測情報111は、1次情報管理ID、レーダ観測日時、レーダ位置、レーダ観測目標位置/速度情報、及びレーダ観測情報を含む。ISAR観測情報112は、1次情報管理ID、ISAR観測日時、ISAR位置、ISAR観測目標位置/速度情報、ISAR観測情報、及びISAR画像情報を含む。光学望遠鏡観測情報113は、1次情報管理ID、光学望遠鏡観測日時、光学望遠鏡位置、光学望遠鏡観測目標位置/速度情報、及び光学望遠鏡画像情報を含み、SIGINT観測情報114は、1次情報管理ID、SIGINT観測日時、SIGINT位置、SIGINT観測目標位置、及びSIGINT電波情報を含んでいる。宇宙監視衛星観測情報115は、1次情報管理ID、宇宙監視衛星観測日時、宇宙監視衛星位置、宇宙監視衛星観測目標位置/速度情報、宇宙監視衛星レーダ観測情報、宇宙監視衛星画像情報、及び宇宙監視衛星電波情報を含む。
外部情報117は、外部衛星カタログ情報、外部衛星識別情報、外部衛星動向情報を含む。外部衛星カタログ情報と外部衛星識別情報は、外部機関が管理する衛星のカタログ情報と識別情報を示す。外部衛星動向情報は外部機関による衛星の打上、再突入、各種マニューバの予定などを含んでいる。
図3には、2次情報118を蓄積する2次データベース9の構成を示す。2次情報118は、図に示すように衛星管理番号123、衛星カタログ番号(JSpOC管理)124、国際衛星識別符号(NSSDC管理)125、衛星名称126、軌道情報127、識別情報としての観測付随情報128、関連情報としての外部付随情報129を含む。ここで、衛星カタログ番号とは、地球を周回する人工衛星を識別するためにアメリカ宇宙軍が割り振る5桁の一連番号である。米国戦略司令部の統合宇宙運用センターJSpOC:Joint Space Operations Centerの略)が管理している。また、国際衛星識別符号とは、COSPAR命名法、或いは米国ではNSSDC IDという名称でも呼ばれている、人工衛星の国際的な慣習的命名法のひとつである。この識別符号は、アメリカ航空宇宙局(NASA)の一部門である国立宇宙科学データセンター(NSSDC=National Space Science Data Centerの略)により管理されている。
2次データベース9では、軌道情報127、観測付随情報128に関しては、最新の観測情報が2次情報118に格納されている。1次データベース6に蓄積された過去の情報へのアクセス、間違った情報の修正が容易なように、1次情報116の管理IDを可変長リストで保持し、1次情報116とリンクしており、過去の情報が必要となった場合は随時1次情報116を参照可能である。
軌道情報127は、軌道要素、摂動係数、軌道精度を含む。軌道要素とは、衛星の軌道及び特定時刻における位置を示す。摂動係数とは、軌道要素の摂動を規定する係数を示す。軌道精度とは飛翔物体が一定以上の確率で存在する領域を示す。観測付随情報128は、対象のRCS、画像(ISAR画像/光学画像)、形状(特徴情報含む)、大きさ、姿勢、電波情報を含む。外部付随情報129は、対象の打上日、再突入日、打上国/組織、管理国/組織、状況、種類、活動内容や関係する外部情報を含む。
外部提供情報119は、拡張した衛星カタログとして2次データベース9に格納されている情報を、ユーザインターフェース10を介してユーザに送信する情報である。2次データベース9の情報を衛星名称126や軌道情報127などの2次情報118の全ての項目に基づいて参照する事を可能とし、最新の情報から過去の情報をも参照可能である。また、上記実施の形態で、軌道を決定するものとして軌道6要素としているが、一例であり、軌道を特定できるものであれば飛翔物体の時刻と位置と速度などを使用しても良い。
図4には、1次情報116のデータ処理の流れを示す。各種外部センサが観測した観測結果は図に示すように、外部センサの種別毎に各レシーバ(レーダレシーバ1、ISARレシーバ2、光学望遠鏡レシーバ3、SIGINTレシーバ4、宇宙監視衛星レシーバ5)に通知され、取得される(ステップS41)。観測結果取得後は、外部センサの種別毎にレーダ観測情報111、ISAR観測情報112、光学望遠鏡観測情報113、SIGINT観測情報114、宇宙監視衛星観測情報115へそれぞれ変換される(ステップS42)。変換後、各観測情報は1次情報116として1次データベース6に一旦格納される(ステップS43)。
図5には、2次情報118のデータ処理の流れを示す。データ処理部7は、ユーザインターフェース10からのリクエスト120(要求情報)により、1次データベース6にデータ要求情報121を通知し、このリクエスト120に該当する1次情報116を受信する(ステップS52)。受信した1次情報116から軌道情報127、観測付随情報128を算出する(ステップS53、ステップS54)。ここで、宇宙飛翔物体の軌道情報127は、ケプラーの法則を初めとして研究されている物理法則を用いて算出する。また、外部要求情報122を外部情報レシーバ8に通知し、外部情報117を取得する(ステップS55)。
また、算出した軌道情報127、観測付随情報128を用いて2次データベース9を検索し、該当する2次情報118を取得する(ステップS56)。次に、1次データベース6の1次情報116と、外部情報レシーバ8の外部情報117を使用して宇宙飛翔物体の識別処理を実施し、新たな2次情報118又は更新すべき2次情報118を生成する(ステップS57)。生成した2次情報118を2次データベース9に通知し、2次情報118の追加又は更新を行う(ステップS58)。
ここで、識別処理は、観測情報と既存の衛星カタログを、軌道情報127を用いて比較し観測対象を特定する同定処理と、観測情報から対象が運用中なのかデブリなのか区別し、運用中であるならば用途や目的を推定する類識別処理と呼ばれる処理を含む。類識別処理は、軌道情報127や、観測付随情報128であるアンテナやパネルを含めた形状や大きさ、姿勢、電波情報を用いて、観測対象の用途や目的を含む外部付随情報129を推定することにより実施する。
図6には、ユーザからの要求による1次情報16、2次情報118のデータ処理の流れを示す。ユーザは、2次情報118が持つ全ての項目をキーとして参照可能である。まずユーザからの要求によりユーザインターフェース10は、検索要求130を2次データベース9に送信する(ステップS61)。2次データベース9は、検索要求130に該当する2次情報118を探索し、該当する外部提供情報119を送信する(ステップS62)。過去の観測情報をユーザが要求した場合には、必要に応じて2次データベース9はデータ要求情報121を送り(ステップS63)、1次データベース6を参照し、1次情報116を取得する(ステップS64)。取得した1次情報116を外部提供情報119に含めてユーザインターフェース10へ送信する(ステップS65)。
この発明によれば、レーダ及び光学望遠鏡等からの異種かつ大量な観測情報を入手し、現状の衛星カタログより観測情報量を増やした拡張衛星カタログを作成することにより正確な観測結果を提供できる。また、時間を要しない統一フォーマットによる1次情報の蓄積と、時間を要する識別処理を含む2次情報の作成を分離することにより、異種かつ大量な観測情報を高速で蓄積しかつ、時間の要する識別処理も可能である自動的な飛翔物体観測データ管理装置及び管理方法を構築できる。また、1次情報は2次情報作成後も更新されないようにする事により、随時2次情報を再作成中であっても、観測データ(一次情報)を受信できる。更に、必要に応じて所望の宇宙飛翔物体の軌道情報及び識別情報も提供できるという効果を奏する。
1 レーダレシーバ
2 ISARレシーバ
3 光学望遠鏡レシーバ
4 SIGINTレシーバ
5 宇宙監視衛星レシーバ
6 1次データベース
7 データ処理部
71 識別処理手段
72 更新生成処理手段
8 外部情報レシーバ
9 2次データベース
10 ユーザインターフェース
100 飛翔物体観測データ管理装置
111 レーダ観測情報
112 ISAR観測情報
113 光学望遠鏡観測情報
114 SIGINT観測情報
115 宇宙監視衛星観測情報
116 1次情報
117 外部情報
118 2次情報
119 外部提供情報
120 リクエスト(要求情報)
121 データ要求情報
122 外部要求情報
123 衛星管理番号
124 衛星カタログ番号
125 国際衛星識別符号
126 衛星名称
127 軌道情報
128 観測付随情報
129 外部付随情報
130 検索要求(要求情報)

Claims (2)

  1. 宇宙飛翔物体の観測情報を蓄積し、同時に前記宇宙飛翔物体を見分ける識別処理を自動的に実施する飛翔物体観測データの管理装置であって、
    前記宇宙飛翔物体を複数の外部センサが観測した観測情報を受信し、それぞれ1次情報を生成する複数のレシーバと、
    前記1次情報のフォーマットを統一して蓄積する1次データベースと、
    前記宇宙飛翔物体に関する外部機関からの外部情報を受信し蓄積する外部情報レシーバと、
    データ処理された最新の観測情報である2次情報を格納し、ユーザインターフェースから検索要求を受信した場合に、前記2次情報を変換して前記ユーザインターフェースに送信する2次データベースと、
    前記ユーザインターフェースから要求情報を受信した場合に、前記要求情報に該当する1次情報及び前記外部機関の外部情報に基づき、前記2次情報の識別処理を行ない更新又は新たに生成するデータ処理部と、
    を備え
    前記データ処理部は、
    前記ユーザインターフェースから前記要求情報を受信した場合に、前記要求情報に該当する1次情報を前記1次データベースから取得し、当該1次情報から軌道情報を算出し、この軌道情報と前記2次情報及び前記外部機関からの外部情報とを識別処理する識別処理手段と、
    前記識別処理手段の結果が新規でない場合は、前記1次情報の1次情報管理IDと、前記外部機関の軌道情報との識別処理の結果取得した衛星カタログ番号、国際衛星識別符号、及び衛星名称と、前記1次情報に含まれる観測付随情報とを前記2次情報に付与し、
    前記識別処理手段の結果が新規である場合は前記2次情報を新たに生成して前記2次データベースに送る更新生成手段と、
    を有する
    ことを特徴とする飛翔物体観測データ管理装置。
  2. 宇宙飛翔物体の観測情報を蓄積し、同時に前記宇宙飛翔物体を見分ける識別処理を自動的に実施する飛翔物体観測データの管理方法であって、
    前記宇宙飛翔物体を複数の外部センサが観測した観測情報を複数のレシーバがそれぞれ受信し1次情報を生成する1次情報生成ステップと、
    前記1次情報のフォーマットを統一して1次データベースに蓄積する1次情報蓄積ステップと、
    前記宇宙飛翔物体に関する外部機関からの外部情報を外部情報レシーバが受信し蓄積する外部情報蓄積ステップと、
    前記2次データベースが、データ処理された最新の観測情報である2次情報を格納し、ユーザインターフェースから検索要求を受信した場合に、前記2次情報を変換して前記ユーザインターフェースに送信する検索要求応答ステップと、
    前記ユーザインターフェースから要求情報を受信した場合に、データ処理部が前記要求情報に該当する1次情報及び前記外部機関の外部情報に基づき、前記2次情報の識別処理を行ない更新又は新たに生成するデータ処理ステップと、
    を備え、
    前記データ処理ステップは、
    前記ユーザインターフェースから前記要求情報を受信した場合に、前記要求情報に該当する1次情報を前記1次データベースから取得し、当該1次情報から軌道情報を算出し、この軌道情報と前記2次情報及び前記外部機関からの外部情報とを識別処理する識別処理ステップと、
    前記識別処理手段の結果が新規でない場合は、前記1次情報の1次情報管理IDと、前記外部機関の軌道情報との識別処理の結果取得した衛星カタログ番号、国際衛星識別符号、及び衛星名称と、前記1次情報に含まれる観測付随情報とを前記2次情報に付与し、
    前記識別処理手段の結果が新規である場合は前記2次情報を新たに生成して前記2次データベースに送る更新生成ステップと、
    を有する
    ことを特徴とする飛翔物体観測データ管理方法。
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