JP6271047B2 - 衛星信号受信特性推定装置、その方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は衛星信号受信特性推定装置、その方法及びプログラムに関する。特に本発明は、衛星アンテナの設置に際して環境情報から受信特性を推定する技術に関する。
本願は、２０１５年２月１３日に日本へ出願された特願２０１５−０２６１３８号および２０１５年７月１０日に日本へ出願された特願２０１５−１３８５３６号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。

時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式のモバイル通信システムで必要となる、基地局間の高精度な時刻（位相）同期を実現する手段として、ＧＰＳ（Global Positioning System）をはじめとする衛星測位システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）の利用が拡大している。衛星測位システムの航法衛星は協定世界時（ＵＴＣ：Coordinated Universal Time）に同期した高精度な時計を搭載し、これに同期した航法衛星信号を電波により送信するが、地球上の任意の地点においてこの航法衛星信号を受信することによってＵＴＣに時刻同期することが可能となる。

衛星からの航法衛星信号（以下、衛星信号）は受信地点に到達するまでに伝播遅延を生じることから、遅延時間を補正するために少なくとも４基の衛星からの衛星信号を同時に受信し、衛星信号の受信位置の３次元座標情報（ｘ，ｙ，ｚ）及び受信時刻情報（ｔ）の４つのパラメータ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を特定する必要がある。ＧＰＳの場合、現在３０基以上の航法衛星（以下、衛星）を６つの準同期軌道（公転周期が１/２恒星日の衛星軌道）上で約１２時間の周期で地球を周回させて運用しているが、測位と時刻同期を定常的に実現するためにはこのうち少なくとも４基の衛星を常時捕捉可能な環境を選択する必要がある。

従来、航法衛星アンテナ（以下、衛星アンテナ）を設置する際の環境条件としては、一例として、（ａ）衛星アンテナの設置位置において水平面に対して仰角が一定以上の開空間が確保されていること、（ｂ）衛星アンテナの南側に障害物が存在しないこと、（ｃ）衛星信号の電波を反射する障害物が衛星アンテナの付近に存在しないこと、（ｄ）衛星信号の電波の周波数に近い無線信号を出力する無線通信機器が衛星アンテナの付近に存在しないこと、などの条件があり、これらの条件に従い、主として人為的な確認作業に基づいて衛星アンテナの設置位置を決定していた。

さらに、衛星の天空上の位置は経時的に変化するため、衛星アンテナを上記の環境条件に基づき一旦、仮設置した上で一定の期間（通常は１日間程度）、衛星信号の受信特性をモニタリングし、必要な数の衛星信号が定常的に捕捉できることを確認する必要があった。

このように衛星信号の受信特性のモニタリングを行った結果、受信特性が悪ければ衛星アンテナの設置位置を再度位置決めし直すことになり、こうしたトライ・アンド・エラーの手法に基づく衛星アンテナ設置の作業フローが作業を長引かせるだけではなく、作業効率の低下や作業コストの増大の要因となっていた。このため、衛星アンテナの設置における最適な位置判定の短時間化や作業の効率化が求められている。

その解決方法としては衛星アンテナの設置に際し、設置予定位置の座標における衛星信号の受信特性を予めシミュレーションにより推定する方法が挙げられる。衛星信号の受信特性のシミュレーション手法の従来技術としては、衛星信号の受信の障害となる建造物の影響を考慮して衛星信号の受信特性を推定するシステムが提案されている（非特許文献１，２参照）。

これらのシステムでは以下の３つのモデルに基づき、衛星信号の受信特性の解析を行う。
（１）衛星軌道モデル：公開されている衛星のケプラー軌道要素から、ケプラー軌道モデルに基づき衛星の軌道を計算し、衛星位置を推定する。
（２）信号伝播モデル：衛星の電波の直接波、回折波、反射波の影響を考慮し、衛星信号の電波伝搬モデルを推定する。
（３）３次元地図モデル：３次元地図データから衛星を直接見通すことのできない（Non-Line Of Sight：ＮＬＯＳ）状態の衛星信号の反射経路を推定し、擬似距離のエラー値を推定する。

これらのモデルにより、地図上の任意の地点における直接見通し可能な（Line of Sight：ＬＯＳ）状態の衛星数、衛星測位が利用可能なエリア、測位における位置誤差情報であるＰＤＯＰ（Position Dilution Of Precision）値を推定することが可能であるとされている。

袴田知弘、小西勇介、徐庸鉄、柴崎亮介、「３次元地図を用いたＧＮＳＳ有用性評価シミュレーションシステムの改良」、全国測量技術大会２００３、東京大学・空間情報科学研究センター・学生フォーラム、２００３年６月１１日 袴田知弘、「回折と反射を考慮した都市内測位環境シミュレーションシステム」、第１０回 高度測位社会基盤研究フォーラム、２００４年３月２６日

従来方式の３次元地図データに基づく衛星信号の受信特性の推定方法における課題として、以下の点が挙げられる。
（１）衛星アンテナ設置拠点の近傍の受信障害物の影響の反映の課題：３次元地図データから読み取ることができない、衛星アンテナ設置位置の近傍に存在する衛星信号の受信障害物（壁、柱、柵などの建造物や樹木など）の影響を解析することができないため、衛星アンテナの周辺の環境を正確に反映した衛星信号の受信特性の推定（シミュレーション）が困難である。
（２）情報のリアルタイム性の課題：３次元地図データがリアルタイムに更新されない場合、実環境との不整合により誤った推定結果を生じる可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、航法衛星からの衛星信号の受信に適した衛星アンテナの設置位置の決定を短時間かつ簡易な手順で実現することを目的とする。より具体的には、本発明は、従来の３次元地図データを用いたシミュレーションでは反映できなかった、衛星アンテナの設置予定位置の周辺環境の空間情報をリアルタイムに収集し、衛星信号の受信特性に及ぼす影響を解析することによって、衛星アンテナの設置位置の最適化を行う上での精度を高め、衛星アンテナの設置フローを簡略化することにより作業の効率化を実現することを目的とする。

本発明では前記課題を解決するため、
衛星アンテナを最適な位置に設置するために、衛星からの衛星信号の受信特性を推定するための衛星信号受信特性推定装置であって、
前記衛星の軌道情報を収集して出力する衛星軌道情報収集部と、
前記衛星アンテナの設置位置の周辺環境の空間情報を収集して出力する周辺環境空間情報収集部と、
前記衛星アンテナの設置位置の位置情報を収集して出力する位置情報収集部と、
前記衛星軌道情報収集部、前記周辺環境空間情報収集部及び前記位置情報収集部から出力された前記軌道情報、前記空間情報および前記位置情報に基づき、前記衛星アンテナの設置位置における前記衛星信号の受信特性をシミュレーションにより推定するシミュレーション部とを具備した
衛星信号受信特性推定装置を提案する。

また、本発明では前記課題を解決するため、
衛星アンテナを最適な位置に設置するために、衛星からの衛星信号の受信特性を推定する衛星信号受信特性推定方法であって、
前記衛星アンテナの設置位置を仮決定する第１の工程と、
前記仮決定した衛星アンテナの設置位置の周辺環境の空間情報を収集する第２の工程と、
前記衛星アンテナの設置位置における前記衛星信号の受信特性を推定する第３の工程と、
前記受信特性の推定の結果から、前記衛星アンテナの設置位置が前記衛星アンテナの設置に適するか否かを判定し、前記衛星アンテナの設置位置が前記衛星アンテナの設置に適しなければ第１の工程に戻る第４の工程と、を含む
衛星信号受信特性推定方法を提案する。

なお、本発明を適用する衛星は航法衛星であっても、その他の衛星であっても良い。

本発明によれば、衛星アンテナの設置予定位置の周辺に存在する障害物が衛星信号の受信特性に与える影響を即時に解析し、衛星信号の受信に最適な衛星アンテナの設置位置を簡易な手順により高い精度で決定することができるため、衛星アンテナの設置作業の時間短縮による効率化を実現することができる。

また、本発明によりさらに以下の効果が得られる。
・３次元撮像カメラにより撮像した衛星アンテナの設置予定位置の周辺環境の３次元画像データや３次元レーザ計測により得られる衛星アンテナの設置予定位置の周辺の空間情報から、マルチパスの経路を推定し、衛星信号の受信特性に対するマルチパスの影響をシミュレーションすることで衛星アンテナの設置位置の最適化の精度を向上することができる。
・同じく衛星アンテナの設置予定位置の周辺の空間情報から衛星アンテナの設置位置の座標を移動させた場合の衛星信号の受信特性をシミュレーションすることにより、衛星アンテナの設置推奨位置をナビゲーションし、衛星アンテナ設置における作業効率をさらに高めることができる。
・衛星アンテナの設置予定位置の位置情報の誤差を衛星信号の受信特性の解析結果における誤差に反映することで、衛星アンテナの設置位置の最適化を容易にすることができる。
・衛星アンテナの運用中にその設置位置の周辺環境を継続的にモニタリングすることにより、保守運用性や信頼性を向上することができる。

本発明の一実施形態による衛星信号受信特性推定装置の基本構成図。 本発明の一実施形態による衛星信号受信特性推定装置における基本動作のシーケンス図。 シミュレーションサーバ部における動作のフローチャート。 開口エリア（スカイマップ上に投影）の計算手順の一例を説明する図（Ｎ＝４）。 開口エリア（スカイマップ上に投影）の計算手順の一例を説明する図（Ｎ＝２）。 従来技術における衛星アンテナ設置作業の流れ図。 本発明の一実施形態における衛星アンテナ設置作業の流れ図。 本発明の実施例１による衛星信号受信特性推定装置を含むシステムの概要図。 本発明の実施例２による衛星信号受信特性推定装置を含むシステムの概要図。 本発明の実施例３による衛星信号受信特性推定装置を含むシステムの概要図。 本発明の実施例４による衛星信号受信特性推定装置を含むシステムの概要図。 本発明の実施例５による衛星信号受信特性推定装置を含むシステムの概要図。 本発明の実施例６による衛星信号受信特性推定装置を含むシステムの概要図。 本発明の実施例７による衛星信号受信特性推定装置を含むシステムの概要図。

本発明は、従来の３次元地図データを用いたシミュレーションでは反映できなかった周辺環境の空間情報を収集し、これに基づき衛星アンテナの設置予定位置における衛星信号の受信特性を推定し、設置予定位置が衛星信号の受信に適するか否かを判定し、最適な設置位置の推定を短時間かつ簡易な手順で実現する技術に関するものである。

本発明の一実施形態による衛星信号受信特性推定装置１００の基本構成および基本動作のシーケンスをそれぞれ図１および図２により詳細に説明する。

本発明の一実施形態による衛星信号受信特性推定装置１００は、衛星軌道情報サーバ部（衛星軌道情報収集部）１、全方位撮像カメラ部（周辺環境空間情報収集部）２、位置情報サーバ部（位置情報収集部）３、シミュレーションサーバ部（シミュレーション部）４、表示・操作部５により構成される。

衛星軌道情報サーバ部１は衛星の軌道に関する情報（衛星軌道情報）を収集してこの情報をシミュレーションサーバ部４に供給する。全方位撮像カメラ部２は衛星アンテナの設置を予定する位置の周辺環境を撮像し、画像情報としての空間情報（周辺環境画像情報）を収集して、この空間情報をシミュレーションサーバ部４に供給する。位置情報サーバ部３は衛星アンテナの設置を予定する位置の位置情報を収集してこの位置情報をシミュレーションサーバ部４に供給する。シミュレーションサーバ部４は衛星軌道情報サーバ部１、全方位撮像カメラ部２及び位置情報サーバ部３から供給される情報に基づき、前記衛星アンテナの設置を予定する位置における衛星信号の受信特性の解析を行う。表示・操作部５は撮像された画像情報や衛星信号の受信特性の解析結果の表示および作業者の操作を仲介する。

衛星軌道情報サーバ部１、全方位撮像カメラ部２、位置情報サーバ部３および表示・操作部５はそれぞれデータ送受媒体Ａ〜Ｄによりシミュレーションサーバ部４に接続され、相互にデータ（情報）の送受信を行う。データ送受媒体Ａ〜Ｄとしてはイーサ・ネット（Ethernet）（登録商標）等の有線の通信媒体、モバイル通信、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の無線の通信媒体、および外部メモリ等のその他の情報伝達媒体を使用することが想定される。また、図１に示す各構成部は全てを同一のロケーションに配置しても良いし、一部を異なるロケーションに配置し、広域ネットワーク（ＷＡＮ：Wide Area Network）等を介して各構成部を接続し、リモート環境でデータの送受信を行っても良い。

衛星軌道情報サーバ部１は予め収集された衛星の軌道情報、即ち任意の時間における衛星の位置に関する情報をシミュレーションサーバ部４に供給する。衛星の軌道情報としてはアルマナックデータ、エフェメリスデータ等を使用することが想定される。衛星のアルマナックデータ、エフェメリスデータは米国のＵＳＣＧ（United States Coast Guard Navigation Center（ＵＲＬ：http://www.navcen.uscg.gov））やＪＡＸＡ（Japan Aerospace eXploration Agency（ＵＲＬ：http://qz-vision.jaxa.jp/USE/））等の公的機関により公表されている。また、衛星の軌道情報は衛星信号から取得することもできる。

衛星軌道情報サーバ部１はこうした衛星の軌道情報の公表されたデータを随時収集し、衛星の軌道情報を更新する。衛星の軌道情報はデータ送受媒体Ａを介してシミュレーションサーバ部４に供給され、上記の公表された軌道情報を基にシミュレーションサーバ部４において衛星アンテナの設置を予定する位置を中心とした天球上の衛星の軌道情報に変換され、衛星信号の受信特性の解析において使用される。

全方位撮像カメラ部２は衛星アンテナの設置を予定する位置に一時的に設置され、周辺環境の全方位の画像情報を撮像する。全方位撮像カメラ部２は撮影する空間領域を分担した複数のカメラにより構成しても良いし、全方位を一度に撮影可能な魚眼レンズ等を使用しても良い。また、後述のように３次元カメラを使用しても良い。

全方位撮像カメラ部２で撮像された周辺環境の画像情報はデータ送受媒体Ｂを介してシミュレーションサーバ部４に供給される。周辺環境の画像情報はシミュレーションサーバ部４において全方位撮像カメラ部２の設置位置を中心とした天球の座標上に投影されるが、全方位撮像カメラ部２を設置する際に物理的な方位、傾きの調整を行っても良いし、または、全方位撮像カメラ部２に磁気センサ、姿勢センサ等を搭載し、撮像された周辺環境の画像情報と合わせて、全方位撮像カメラ部２の方位・傾きの情報をシミュレーションサーバ部４に供給し、シミュレーションサーバ部４において天球上に周辺環境の画像情報を投影する過程で方位・傾きの調整、すなわち天球座標へのマッピングの補正を行っても良い。

また、シミュレーションサーバ部４において周辺環境の画像情報を３次元地図データと照合することにより、方位・傾きの補正を行っても良い。この他に衛星信号の受信特性の実測データを使用して方位・傾きの補正を行っても良い。

全方位撮像カメラ部２は３次元カメラを使用することにより、衛星アンテナの設置を予定する位置の周囲の空間的な３次元情報を収集することができる。また、より詳細な空間情報の取得のために３次元レーザ計測器を併用しても良い。

また、全方位撮像カメラ部２にＧＰＳ受信機を搭載するケースもあり、その場合、ＧＰＳ受信機により受信された測位情報から得られる位置情報を位置情報サーバ部３に代わってデータ送受媒体Ｂを介してシミュレーションサーバ部４に供給する（なお、この場合、全方位撮像カメラ部２は、請求項でいう周辺環境空間情報収集部及び位置情報収集部の両方を含んでいるものとする。）。

位置情報サーバ部３は衛星アンテナを設置する予定の位置、即ち全方位撮像カメラ部２を設置した位置の情報を３次元の座標情報として収集し、データ送受媒体Ｃを介してシミュレーションサーバ部４にこの位置情報を供給する。位置情報の生成方法としては衛星アンテナを設置する予定の位置において衛星信号を受信し測位する方法、地図上の地点を指定して地図データベースから位置情報を生成する方法、住所やフロア情報から位置情報を生成する方法、位置情報を座標として入力する方法などがある。

シミュレーションサーバ部４は衛星軌道情報サーバ部１、全方位撮像カメラ部２及び位置情報サーバ部３から供給されたデータに基づき、全方位撮像カメラ部２を設置した位置における衛星信号の受信特性をシミュレーションにより推定する。その動作の詳細については後述する。

シミュレーションサーバ部４は撮像された周辺環境の画像情報およびシミュレーションにより推定された、衛星信号を常時捕捉可能な天球上の開口エリアに関する情報や経時的な衛星捕捉数のシミュレーション結果、衛星アンテナの設置予定位置を中心とした天球上の衛星の軌道の情報等をデータ送受媒体Ｄを介して表示・操作部５に対して供給する。

表示・操作部５ではシミュレーションサーバ部４から受信した全方位撮像カメラ部２による撮像された周辺環境の画像、この画像に衛星の軌道や開口すべきエリアをオーバーレイした画像（衛星捕捉可能エリアのオーバーレイ画像）、経時的な衛星捕捉数のシミュレーションデータなどを表示する。表示・操作部５はまた、シミュレーションサーバ部４に対して操作データを送信してシミュレーションの実行や画像表示位置変更等の各種操作の指示を行う。

次にシミュレーションサーバ部４における動作を図３により説明する。

シミュレーションサーバ部４は衛星軌道情報サーバ部１から供給された衛星の軌道情報、全方位撮像カメラ部２から供給された周辺環境の画像情報および全方位撮像カメラ部２の方位・傾きの情報および位置情報サーバ部３から供給された全方位撮像カメラ部２の位置情報から以下の計算・解析を行う。

（１）天球上の衛星軌道の計算
衛星軌道はケプラーの法則に基づく軌道要素より決定される。軌道要素は元期、平均運動、離心率、軌道傾斜角、昇交点赤経、近地点離角、平均近点角より構成される。シミュレーションサーバ部４は衛星軌道情報サーバ部１から供給された衛星の衛星軌道情報および位置情報サーバ部３から供給された全方位撮像カメラ部２の位置情報に基づき、全方位撮像カメラ部２の設置地点を中心とした天球の座標上に描く衛星軌道を計算する。一度計算された軌道データは図示しないデータベースに保存することもできる。

（２）周辺環境における構造物の識別
全方位撮像カメラ部２で撮像された、衛星アンテナの設置が予定された地点の周辺環境の画像情報から、衛星信号の受信の障害となる構造物と衛星信号を直接見通すことができる開空間とを識別する。構造物と開空間を識別する方法としては、全方位撮像カメラ部２の周辺環境の画像情報の色調の差異による識別や、開空間または構造物の領域をマニュアル操作で指定することによる識別、また、３次元地図データおよび全方位撮像カメラ部２の位置・方位・傾きの情報を元に構造物の位置を推定することによる識別、等の方法がある。

（３）経時的な衛星信号の受信特性の解析
衛星アンテナの設置予定位置を中心とする天球上の衛星の衛星軌道情報および衛星アンテナの設置予定位置の周辺環境の画像情報における構造物識別の結果から、ある時間において衛星信号が衛星アンテナ周辺の障害物により遮蔽されない見通し状態、即ちＬＯＳ（Line of Sight）状態にあるか、否かを判定することにより、当該時間における衛星信号の受信特性、すなわち衛星信号をＬＯＳ状態で良好に受信することが可能であるか、否かをプライマリに推定する。

具体的な推定方法としては、衛星アンテナの設置予定位置を中心とする天球上に投影された構造物と天球上に投影された衛星の位置とがオーバーラップした場合にはＬＯＳ状態にない、と判定する。また、天球上の情報を２次元平面上へ投影した、いわゆるスカイマップ上で構造物と衛星の位置のオーバーラップ状態を判定しても良い。その場合、周辺環境の画像の撮影の際に適用された射影方式に応じて衛星軌道を適宜変換して２次元平面上への投影を行う。例えば、魚眼レンズを使用してスカイマップを撮影する際には立体射影方式、等距離射影方式等の射影方式が適用される。衛星の衛星軌道情報に基づく衛星の各時刻における位置に対して同様な手順での解析を行い、経時的な衛星信号の受信特性を推定する。

さらに詳細に衛星信号の受信特性をシミュレーションするために後述の通り、全方位撮像カメラ部２で撮像された周辺環境の３次元画像情報や３次元レーザ計測器で計測された３次元空間情報を使用し、回折波・反射波の電波伝搬モデルに基づき、衛星アンテナ周辺における構造物で生じるマルチパスの経路を推定し、ＬＯＳ状態の衛星信号へのマルチパス信号の重畳の影響の推定やＮＬＯＳ（Non Line of Sight）状態の衛星信号の影響の解析を行うことにより、経時的な衛星信号の受信特性のシミュレーションの精度を向上することができる。

経時的な衛星信号の受信特性のシミュレーションを行う際の時間の長さは１日〜１年間以上とし、地軸のずれや季節変動による影響も考慮する。経時的な衛星信号の受信特性のシミュレーション結果は一例として、経時的な衛星捕捉数のデータとして表示・操作部５に供給され、ディスプレイ上に表示される。

（４）衛星信号を常時捕捉可能なエリアの解析
衛星の衛星軌道情報から、常時少なくともＮ基（Ｎは任意の整数）の衛星からの衛星信号をＬＯＳ状態で捕捉可能な、衛星アンテナの設置予定位置を中心とする天球上の開口エリアを計算することができる。開口エリアの計算手順の一例を以下に示す。

Ｎが３以上の場合、ある時刻Ｔにおける、衛星アンテナ設置予定地点（観測点）を中心とした衛星の軌道の計算結果から仰角の高い衛星から順にＮ基の衛星を選択し、これらを頂点とするＮ角形の領域Ｓ（Ｔ）を定める。次に時刻Ｔを変化させ、各時刻におけるＮ角形の領域Ｓ（Ｔ）の論理和ΣＳ（Ｔ）を求める。この論理和が開口エリアとなる。例えば図４に示すように、ある時刻Ｔにおける衛星アンテナ設置予定地点（観測点）を中心とした衛星の軌道の計算結果から仰角の高い順に４基の衛星を選択し、これらを頂点とする四角形の領域Ｓ（Ｔ）を定め、時刻Ｔを変化させたときの各時刻における四角形の領域Ｓ（Ｔ）の論理和ΣＳ（Ｔ）が開口エリアとなる。図４の例では、時刻Ｔにおいて、番号１、番号２、番号５、番号８の４つの衛星が選択され、これらを頂点とする四角形の領域Ｓ（Ｔ）が定められている。

Ｎが２の場合は、同様に、ある時刻Ｔにおいて仰角の高い順に２基の衛星を選択し、天頂を含む三角形Ｓ（Ｔ）の領域を定める。次に時刻Ｔを変化させ、各時刻Ｔにおける三角形Ｓ（Ｔ）の領域の論理和ΣＳ（Ｔ）として開口エリアを計算する。図５の例では、時刻Ｔにおいて、番号２、番号５の２つの衛星が選択され、これらと天頂を頂点とする三角形の領域Ｓ（Ｔ）が定められている。

Ｎが１の場合は、ある時刻Ｔにおいて仰角の最も高い衛星を選択し、天頂と衛星を結ぶ直線を引く。次に時刻Ｔを変化させ、直線が掃引する領域を計算し、この掃引領域を開口エリアとする。

上記の開口エリアの計算例は、Ｎ基の衛星からの衛星信号をＬＯＳ状態で捕捉可能な最も小さい開口エリアを導出する目的で仰角の高い順に衛星を選択した。一方、ＬＯＳ状態で捕捉可能な衛星から位置誤差情報であるＰＤＯＰ値や時刻誤差情報であるＴＤＯＰ（Time Dilution of Precision）値が最小となる衛星の組み合わせを選択するケースも考えられる。その場合にも上記と同様の手順で開口エリアを計算することができる。

開口エリアの計算を行う際の対象とする時刻Ｔの条件としては現在時刻から連続する一定の期間を設定してもよいし、一日のうちに連続して一定時間、Ｎ基以上の衛星が捕捉可能であることを条件としてもよいし、一日のうちにＮ基以上の衛星が捕捉可能な時間の割合を条件として設定してもよい。また、開口エリアは上記の手順により算出された領域を含む形で設定してもよい。

この開口エリアの計算結果をAugmented Reality（ＡＲ）の手法により、全方位撮像カメラ部２で撮像した画像情報にオーバーレイする。この時、天球上の衛星の軌道および現在位置を合わせて画像情報にオーバーレイしても良い。オーバーレイの処理はシミュレーションサーバ部４で行っても良いし、表示・操作部５で行っても良い。

この処理により得られたデータを表示・操作部５に供給し、ディスプレイ上に出力することで、作業者が天球上の開口すべきエリアを衛星アンテナの設置予定位置の周辺環境の画像と併せて確認しながら衛星アンテナの設置作業を行うことができるため、最適な衛星アンテナの位置決めを容易に行うことができる。

次に、従来方式による衛星アンテナの設置作業のフローと本発明の一実施形態の方式を適用した場合の衛星アンテナの設置作業のフローとを図６Ａおよび図６Ｂにより比較する。

従来方式による衛星アンテナの設置フローでは、まず、衛星アンテナの設置位置を仮決定し（ｓ１）、続いて実際に衛星アンテナの設置およびケーブル配線作業を行う（ｓ２）。次に一定の時間、衛星信号の受信特性をモニタリングし（ｓ３）、必要な数以上の衛星信号が常時捕捉できていることを確認すれば（ｓ４：Ｙｅｓ）作業を完了する。

ここで一時的であっても衛星信号の捕捉数が必要な数を下回る場合（ｓ４：Ｎｏ）には衛星アンテナの設置位置の位置決め作業を再度やり直す必要があり、衛星アンテナの設置位置の仮決定の工程に戻る。衛星信号の受信特性をモニタリングする時間は衛星が地球を周回する周期に依存するが、ＧＰＳの場合は周期が約１２時間であるため、１日程度の期間で行うのが標準的である。

このため衛星アンテナの設置位置の仮決定から受信特性のモニタリングの完了の工程までには通常１日以上の時間を要する。これに加え、従来方式による衛星アンテナの設置フローは基本的にトライ・アンド・エラーの手法に基づく手順であり、作業の効率が低いことが課題である。

一方、本発明の一実施形態の方式による衛星アンテナの設置フローでは、まず、全方位撮像カメラ部２の設置位置の仮決定（ｓ１１）、および、全方位撮像カメラ部２の設置を行い（ｓ１２）、続いて全方位撮像カメラ部２で撮像された周辺環境の画像情報から経時的な衛星信号の受信特性を解析する（ｓ１３）。経時的な衛星信号の捕捉数が必要数以上であれば（ｓ１４：Ｙｅｓ）、全方位撮像カメラ部２の設置位置に衛星アンテナを設置し、ケーブル配線作業を実施して作業を完了する（ｓ１５）。

経時的な衛星信号の捕捉数は、周辺環境の画像情報から即時に解析することが可能である。仮に、経時的な衛星信号の捕捉数が必要数未満であった場合（ｓ１４：Ｎｏ）には全方位撮像カメラ部２の設置位置の仮決定のフローに戻る。この際、表示・操作部５に、衛星信号の受信に必要な開口すべきエリア、または、衛星の軌道および位置、または、開口すべきエリアならびに衛星の軌道および位置をＡＲにより周辺環境の画像情報にオーバーレイして表示する（ｓ１６）ことにより、適切な衛星アンテナの設置位置を容易に特定することができる。

全方位撮像カメラ部２の設置位置の仮決定から解析の完了までの過程でケーブル配線作業や受信特性のモニタリング作業を伴わないため、従来方式による衛星アンテナの設置フローと比較するとアンテナの位置決めの作業時間を大幅に短縮することが可能であり、数１０分程度で作業を完了することが見込まれる。

以上に示す通り、従来方式と本発明の一実施形態の方式を比較すると、本発明の一実施形態の方式において衛星アンテナ設置作業が大幅に効率化できることがわかる。

以上の機能により、本発明の一実施形態では衛星信号の受信特性を短時間に推定し、衛星アンテナの設置位置を短時間で簡易な手順で決定することが可能となるため、衛星アンテナの設置作業の効率化を実現することができる。また、本発明の一実施形態では、従来技術において周辺環境を正確に反映した衛星信号の受信特性の推定（シミュレーション）が困難であるという問題や３次元地図データがリアルタイムに更新されない場合、実環境との不整合により誤った結果を生じる可能性があるという問題を解決することができる。

また、本発明の一実施形態では、さらに以下を実施することにより一層の設置作業の効率化が図られる。

・全方位撮像カメラ部２において３次元カメラにより撮像された衛星アンテナの設置予定位置の周辺環境の３次元画像情報や３次元レーザ計測から得られる空間情報に基づく衛星信号の受信特性のシミュレーションにより、衛星アンテナの設置位置を変位させた場合の衛星信号の受信特性を推定することが可能となり、衛星アンテナを設置する推奨位置をナビゲーションし、衛星アンテナ設置作業をさらに効率化する。

・全方位撮像カメラ部２において３次元カメラにより撮像された衛星アンテナの設置予定位置の周辺環境の３次元画像情報や３次元レーザ計測から得られる空間情報から、衛星アンテナ周辺における構造物で生じるマルチパスの経路を推定し、衛星信号の受信特性における影響をシミュレーションすることで衛星アンテナ設置の一層の最適化を実現する。特に仰角の小さい位置の衛星信号の受信特性はマルチパスの影響を受けやすい。

・全方位撮像カメラ部２の位置情報や方位・傾きの情報の誤差を衛星信号の受信特性の解析結果における誤差に反映することで、衛星アンテナの設置の最適化の精度を高めることができる。具体的には、位置情報や方位・傾きの情報の誤差を経時的な衛星捕捉数のシミュレーションデータにおける時間軸の誤差や衛星アンテナの設置予定位置を中心とした天球上の開口すべきエリア、衛星の軌道のシミュレーション結果における衛星の位置および軌道の誤差に反映することによって位置情報や方位・傾きの誤差の影響を考慮した衛星アンテナの設置位置の最適化を行うことができる。

・衛星アンテナの設置場所においては、災害や樹木の成長や人為的な活動などにより周辺の環境が経時的に変化することが想定される。その場合には衛星アンテナ付近に全方位撮像カメラ部２を設置することで衛星アンテナの運用中にアンテナ設置位置の周辺環境を常時モニタリングし、仮に周辺環境が変化した場合には即時に環境変化が衛星信号の受信特性に与える影響を解析することが可能となり、必要な措置を講ずることができる。こうした運用中の継続的なアンテナ設置位置の周辺環境のモニタリングによりシステムの保守運用性、信頼性を向上する効果が期待される。

図１に示した本発明の一実施形態による衛星信号受信特性推定装置１００を構成する各部の機能の物理的な機能配備が異なっている場合であっても、また、各機能を配置するロケーションが異なっていても同様の効果を得られることも言うまでもない。たとえば、全ての機能を一台の装置に収容することもできるし、機能（全方位撮像カメラ部を除く）の一部を設置場所と異なるロケーションに設置し、ＷＡＮを介してデータの送受を行うケースも想定される。また、シミュレーションサーバ部４をクラウド上に配置することも想定される。図７〜図１３にそのような機能配備のバリエーションの実施例１〜７を示す。

即ち、図７は衛星信号受信特性推定装置１００の各機能をそれぞれ個別に配置した実施例１を示す。なお、図７において、符号６は衛星アンテナ、符号７は衛星信号の障害物、符号８は衛星である。また、図８は衛星軌道情報サーバ部１及び位置情報サーバ部３をデータセンタ９に設置し、ＷＡＮ１０を介してこれらをシミュレーションサーバ部４に接続するようにした実施例２を示す。

また、図９は衛星軌道情報サーバ部１、位置情報サーバ部３及びシミュレーションサーバ部４をデータセンタ９に設置し、ＷＡＮ１０を介してシミュレーションサーバ部４と全方位撮像カメラ部２及び表示・操作部５を接続するようにした実施例３を示す。また、図１０は実施例３においてシミュレーションサーバ部４に衛星軌道情報を入力済みとすることで、衛星軌道情報サーバ部１を省略した実施例４を示す。

また、図１１は実施例２において全方位撮像カメラ部２にＧＰＳ受信機を搭載することで、位置情報サーバ部３を省略した実施例５を示す。また、図１２は実施例３において全方位撮像カメラ部２にＧＰＳ受信機を搭載することで、位置情報サーバ部３を省略した実施例６を示す。また、図１３は実施例６においてシミュレーションサーバ部４に衛星軌道情報を入力済みとすることで、衛星軌道情報サーバ部１を省略し、全方位撮像カメラ部２（ＧＰＳ受信機付属）と表示・操作部５を一体化した実施例７を示す。なお、これ以外にも様々なオプションが可能である。

また、複数の衛星アンテナの設置位置における天球上の衛星の軌道情報や衛星信号の受信に必要な開口すべきエリアのデータを予めシミュレーションサーバ部４において計算し、データベースに記憶したものを必要に応じて表示・操作部５の操作で読み出すようにしても良い。

この他に位置情報に対応した衛星軌道データをアシスト型ＧＰＳ（Assisted ＧＰＳ, Ａ−ＧＰＳ）サーバから取得する方法もある。

以上、図面を参照して本発明の実施形態および実施例を説明してきたが、上記実施形態および実施例は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施形態および実施例に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲での構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。

なお、上述した衛星信号受信特性推定装置１００をコンピュータで実現してもよい。その場合、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（Operating System）および周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークまたは電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバまたはクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）または電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。あるいは、上述した衛星信号受信特性推定装置１００は、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

本発明の衛星アンテナ周辺の環境情報から受信特性を推定する技術は衛星アンテナの設置作業においてだけでなく、衛星信号を利用する様々な用途において利用することができる。

１ 衛星軌道情報サーバ部（衛星軌道情報収集部）
２ 全方位撮像カメラ部（周辺環境空間情報収集部）
３ 位置情報サーバ部（位置情報収集部）
４ シミュレーションサーバ部（シミュレーション部）
５ 表示・操作部
６ 衛星アンテナ
７ 衛星信号の障害物
８ 衛星
９ データセンタ
１０ ＷＡＮ
１００ 衛星信号受信特性推定装置。

Claims (7)

1. 衛星アンテナを最適な位置に設置するために、衛星からの衛星信号の受信特性を推定するための衛星信号受信特性推定装置であって、
   前記衛星の軌道情報を収集して出力する衛星軌道情報収集部と、
   前記衛星アンテナの設置位置の周辺環境の空間情報を収集して出力する周辺環境空間情報収集部と、
   前記衛星アンテナの設置位置の位置情報を収集して出力する位置情報収集部と、
   前記衛星軌道情報収集部、前記周辺環境空間情報収集部及び前記位置情報収集部から出力された前記軌道情報、前記空間情報および前記位置情報に基づき、前記衛星アンテナの設置位置における前記衛星信号の受信特性をシミュレーションにより推定するシミュレーション部と
   を具備し、
   前記衛星アンテナの設置位置における前記衛星信号の受信特性の推定のために、前記シミュレーション部で行う計算および解析は、（１）天球上の衛星軌道の計算、（２）前記周辺環境における構造物の識別、（３）経時的な衛星信号の受信特性の解析、（４）前記衛星信号を常時捕捉可能な天球上の開口エリアの解析を含むことを特徴とする衛星信号受信特性推定装置。
2. 前記周辺環境空間情報収集部で収集される前記空間情報とは、前記設置位置に設置されたカメラによって撮像された全方位の画像情報である請求項１に記載の衛星信号受信特性推定装置。
3. 前記シミュレーション部で行う前記衛星信号を常時捕捉可能なエリアの解析は、前記天球上の衛星軌道の計算で得られた衛星軌道と、前記周辺環境における構造物の識別により得られた識別結果に基づき、前記衛星アンテナの設置位置から直接見通し可能な（Line of Sight：ＬＯＳ）状態の衛星であって仰角の高い衛星から順にＮ基（Ｎは任意の整数）の衛星を選択し、選択した衛星の位置に基づき前記衛星信号の受信に必要な開口すべきエリアを算出することを含む請求項１に記載の衛星信号受信特性推定装置。
4. 前記シミュレーション部で行う前記衛星信号を常時捕捉可能なエリアの解析は、前記天球上の衛星軌道の計算で得られた衛星軌道と、前記周辺環境における構造物の識別により得られた識別結果に基づき、前記衛星アンテナの設置位置から直接見通し可能な（Line of Sight：ＬＯＳ）状態の衛星であって該衛星の位置誤差情報値又は時刻誤差情報値が最小となる衛星の組み合わせを選択し、選択した衛星の位置に基づき前記衛星信号の受信に必要な開口すべきエリアを算出することを含む請求項１に記載の衛星信号受信特性推定装置。
5. 衛星アンテナを最適な位置に設置するために、衛星からの衛星信号の受信特性を推定する衛星信号受信特性推定方法であって、
   前記衛星アンテナの設置位置を仮決定する第１の工程と、
   前記仮決定した衛星アンテナの設置位置の周辺環境の空間情報を収集する第２の工程と、
   前記衛星アンテナの設置位置における前記衛星信号を常時捕捉可能な天球上の開口エリアを推定する第３の工程と、
   前記受信特性の推定の結果から、前記衛星アンテナの設置位置が前記衛星アンテナの設置に適するか否かを判定し、前記衛星アンテナの設置位置が前記衛星アンテナの設置に適しなければ第１の工程に戻る第４の工程と、
   を含む衛星信号受信特性推定方法。
6. 前記衛星信号の受信に必要な開口すべきエリア、または、衛星の軌道および位置、または、前記開口すべきエリアならびに前記衛星の軌道および位置を前記周辺環境の空間情報にオーバーレイ表示させた上で第１の工程に戻る第５の工程をさらに含む請求項５に記載の衛星信号受信特性推定方法。
7. コンピュータに、請求項５に記載の衛星信号受信特性推定方法の各工程を実行させるプログラム。

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