JP6273164B2 - 観測支援装置、観測支援方法、及び観測支援プログラム - Google Patents

Description

本発明は、観測支援装置、観測支援方法、及び観測支援プログラムに関し、特に、軌道上を運動する移動物体の位置を推定する観測支援装置、観測支援方法、及び観測支援プログラムに関する。

光学系観測装置（例えば光学望遠鏡）を用いて、軌道上を運動する物体（例えば、人工衛星やスペースデブリ）の軌道を推定する場合、少なくとも３点の座標を検出する必要がある。しかし、光学系観測装置は、視野角が狭いため、一度の観測によって高速に移動する物体の座標を３点検出することは難しい。又、視野角が狭い観測機器による一度の観測によって移動物体の３つの座標を検出したとしても、当該座標を利用して推定された軌道は、大きな誤差を有することになる。

例えば、図１に示すように、視野１１０が比較的広い光学望遠鏡１０１の場合、視野１１０内において移動物体の３つの座標１２０−１、１２０−２、１２０−３を検出することができる。この場合、座標１２０−１、１２０−２、１２０−３を利用して軌道１３０−１を推定することができるが、その観測誤差を考慮すると、推定軌道は軌道１３０−２から軌道１３０−３の範囲で誤差が生じる。座標１２０−１、１２０−２、１２０−３は、狭い視野１１０内で検出されるため、その観測離角α１０は小さい。このため、推定される軌道１３０−２から軌道１３０−３に例示される誤差範囲は大きくなり、軌道推定精度が低くなってしまう。

このように光学望遠鏡の視野角は狭いため、高速に移動する物体の軌道を推定することは難しい。しかし、光学望遠鏡の角度分解能は高いため、精度の高い軌道推定を行うために、光学望遠鏡によって得られた座標を利用して軌道推定することが望まれている。例えば、特開２０１１−１５７０３０には、レーダと光学的望遠鏡を利用して飛しょう物体の軌道情報を高精度に取得する方法が記載されている（特許文献１参照）。

特許文献１では、レーダの探知結果に基づいて算出された軌道６要素を利用して、光学望遠鏡の観測時刻や観測視野角を決定する。これにより、角度分解能が高い光学望遠鏡によって、高速な角速度で移動する飛しょう物体の発見及び追尾が可能となることから、角度分解能が低いレーダによる監視を補完することができる。

特許文献１では、レーダの監視精度を補完することはできるが、光学望遠鏡の観測方向を決定するために軌道６要素を算出する必要がある。換言すると、軌道推定精度を向上させるために光学望遠鏡による追尾観測を行う場合、レーダの探知結果に基づいて軌道６要素を算出しなければならない。

又、特許文献１では、レーダによる探知結果に基づいて推定された軌道と、既知軌道との照合結果に基づいて監視対象の軌道が既知であるか否かを判定している。しかし、監視対象が既知であるか否かの判定は、軌道６要素によって特定可能な軌道（以下、全軌道と称す）を推定した後に行われるため、未知物体の発見の効率が悪い。

特開２０１１−１５７０３０

以上のことから、本発明の目的は、視野が所定の大きさよりも狭い観測機器によっても、全軌道の推定に必要な情報の取得を可能とする観測支援装置、観測支援方法、及び観測支援プログラムを提供することにある。

又、本発明の他の目的は、未知物体の発見効率が高い観測支援装置、観測支援方法、及び観測支援プログラムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための形態］で使用される番号・符号が付加されている。ただし、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。

一の観点において、本発明による観測支援装置（２）は、１度に観測可能な視野（１０）内において検出された移動物体の座標を特定する位置特定部（５０１）と、特定された座標に基づいて、視野（１０）内における移動物体の予測軌道（１００）を算出する軌道推定部（５０２）とを具備する。軌道推定部（５０２）は、予測軌道（１００）を用いて、視野（１０）の外側における移動物体の位置の推定に必要な情報を取得する。

本発明による観測支援装置（２）は、移動物体を検出した時刻を含む所定の期間における既知の軌道（２００）と、予測軌道（１００）との比較結果に基づいて、移動物体の全軌道（３０）が既知であるか否かを判定する軌道判定部（５０４）を更に具備することが好ましい。

ここで、本発明に係る予測軌道（１００）は、線形近似された１次曲線であることが好ましい。この場合、軌道判定部（５０４）は、予測軌道（１００）の傾きと既知の軌道（２００）の傾きが所定の誤差の範囲内で一致した場合、移動物体の全軌道（３０）が既知であると判定する。

本発明による軌道推定部（５０２）は、予測軌道（１００）の延長上に次の観測方向（１１）を決定することが好ましい。この際、軌道推定部（５０２）は、次の観測方向（１１）において検出された移動物体の座標を用いて、移動物体の全軌道を算出することが好ましい。

他の観点において、本発明による観測支援方法は、コンピュータによって実行され、１度に観測可能な視野（１０）内において検出された移動物体の座標に基づいて、視野（１０）内における移動物体の予測軌道（１００）を算出するステップと、予測軌道（１００）を用いて、視野（１０）の外側における移動物体の位置の推定に必要な情報を取得するステップとを具備する。

本発明に係る移動物体の位置の推定に必要な情報を取得するするステップは、移動物体を検出した時刻を含む所定の期間における既知の軌道（２００）と、予測軌道（１００）との比較結果に基づいて、移動物体の全軌道（３０）が既知であるか否かを判定するステップを備えることが好ましい。

ここで、本発明に係る予測軌道（１００）は、線形近似された１次曲線であることが好ましい。上記判定するステップは、予測軌道（１００）の傾きと既知の軌道（２００）の傾きが所定の誤差の範囲内で一致した場合、移動物体の全軌道（３０）が既知であると判定する。

本発明による観測支援方法は、予測軌道（２００）の延長上に次の観測方向（１１）を決定するステップを更に具備する。又、本発明による観測支援方法は、この観測方向（１１）において検出された移動物体の座標を用いて、移動物体の全軌道（３０）を算出するステップを更に具備することが好ましい。

本発明による観測支援方法は、記録媒体に記録可能な、コンピュータによって実行される観測支援プログラムによって実現されることが好ましい。

本発明によれば、視野が所定の大きさよりも狭い観測機器によっても、全軌道の推定に必要な情報を取得することが可能となる。

又、未知物体の発見効率を向上させることが可能となる。

図１は、従来技術による軌道推定方法の一例を示す概念図である。 図２は、本発明による観測システムの構成の一例を示す図である。 図３は、本発明による観測支援装置の構成の一例を示す図である。 図４は、第１の実施の形態における観測支援装置の構成の一例を示す図である。 図５は、本発明による観測システムによって観測された移動物体と予測軌道の一例を示す図である。 図６は、本発明による観測支援装置における望遠鏡指向方向の設定例を示す図である。 図７は、実施の形態における観測方法の一例を示す図である。 図８は、第２の実施の形態における観測支援装置の構成の一例を示す図である。 図９は、実施の形態における観測方法（追尾方法）の一例を示す図である。 図１０は、本発明による軌道推定方法の一例を示す概念図である。 図１１は、第３の実施の形態における観測支援装置の構成の一例を示す図である。 図１２は、本発明に係る既知軌道データベースに記録された既知軌道の一例を示す図である。 図１３は、本発明に係る観測支援装置における既知軌道判定処理の一例を示す図である。 図１４は、第４の実施の形態における観測支援装置の構成の一例を示す図である。 図１５は、第４の実施の形態における観測方法の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図面において同一、又は類似の参照符号は、同一、類似、又は等価な構成要素を示している。構成要素を区別する場合、参照符号に追番を付し、区別しない場合、追番を付さずに説明する。以下の実施の形態では、視野角の狭い観測機器として光学望遠鏡を利用した観測システムを一例として説明する。

（概要）
本発明による観測支援装置は、観測された移動物体の座標や輝線形状から、観測視野内における予測軌道を算出する。本発明では、予測軌道の延長上に観測機器（例えば光学望遠鏡）の指向方向（観測方向）を設定する（第１の実施の形態）。これにより、狭い視野の観測機器を用いても高速に移動する物体の追尾が可能となる。又、本発明による観測支援装置２は、予測軌道に基づいて設定された指向方向において観測された移動物体の座標を利用して、当該物体の全軌道を推定する（第２の実施の形態）。これにより、狭い視野だが角度分解能の高い観測機器を用いて高速に移動する物体の全軌道を推定することができる。更に、本発明による観測支援装置２は、データベースに記録された既知軌道と、予測軌道との比較結果に基づいて移動物体（の軌道）が既知か未知かを判定する（第３の実施の形態）。このとき、未知と判定された場合、本発明による観測支援装置２は、第２の実施の形態と同様に物体の全軌道を推定する（第４の実施の形態）。本発明によれば、全軌道を推定せずに、視野内の予測軌道により移動物体の軌道が既知か未知かを判定するため、効率的に未知物体を発見できる。又、未知と判定された移動物体については、追尾観測により観測機器の視野角よりも大きな観測離角により、移動物体の座標を検出できるため、精度の高い全軌道を推定することが可能となる。

本発明による観測システム及び観測支援装置は、例えば、地球を周回する高度２００ｋｍ〜２０００ｋｍの低軌道を高速に移動する移動物体（人工衛星やスペースデブリ）の観測、既知判定、又は軌道推定に利用することが有効である。特に、光学望遠鏡１に対する仰角が所定の値より小さい位置で観測される移動物体の場合、視野内の軌道を線形近似した予測軌道を利用して観測機器の指向方向（観測方向）の決定や既知判定を行うことが好適である。

（観測システム、観測支援装置２の構成）
図２及び図３を参照して本発明による観測システム及び観測支援装置２の構成の詳細を説明する。図２は、本発明による観測システムの構成の一例を示す図である。図２を参照して、本発明による観測システムは、ネットワーク３を介して接続された光学望遠鏡１及び観測支援装置２を具備する。

光学望遠鏡１は、ＣＣＤセンサを備え、光学系を介して結像された画像をＣＣＤセンサによってデータ化し、ネットワーク３を介して観測支援装置２に出力する。光学望遠鏡１は、制御信号に応じて観測方向を変更する経緯台又は赤道儀に設置されることが好ましい。この際、光学望遠鏡１の観測方向は、観測支援装置２からの制御信号に応じて変更されることが好ましい。光学望遠鏡１は、良好な角度分解能を得られる大口径望遠鏡であることが好ましい。この際、口径が大きい光学望遠鏡１は、未知物体を検出するために観測方向を固定的に運用されることが好ましく、比較的軽量で、口径が小さく視野角が広い光学望遠鏡１は、移動物体の追尾用として運用されることが好ましい。

ネットワーク３は、インターネット、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、及びＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に例示されるネットワークや、専用回線に例示される通信回線である。

図３は、本発明による観測支援装置２の構成の一例を示す図である。図３を参照して、観測支援装置２は、それぞれがバス２０６を介して接続されたＣＰＵ２０１（演算装置とも称す）、メモリ２０２、入力装置２０３、出力装置２０４、記憶装置２０５、通信装置２０７を具備する。入力装置２０３は、キーボードやマウス等のユーザによって操作されることで、各種データをＣＰＵ２０１や記憶装置２０５に出力する。出力装置２０４は、モニタやプリンタに例示され、ＣＰＵ２０１から出力される観測結果データや軌道情報をユーザに対し視認可能に出力する。記憶装置１３はハードディスクやメモリ等に例示される外部記憶装置である。通信装置２０７は、ネットワーク３を介して光学望遠鏡１に接続され、光学望遠鏡１との間の通信を制御するインターフェースである。

記憶装置２０５には、観測支援プログラム５０が記録される。ＣＰＵ２０１は、記憶装置２０５内の観測支援プログラム５０を実行することで、後述する位置特定部５０１、軌道推定部５０２、制御部５０３、軌道判定部５０４のいずれかの機能を実現する。この際、記憶装置２０５からの各種データやプログラムはメモリ２０２に一時格納され、ＣＰＵ２０１は、メモリ２０２内のデータを用いて各種処理を実行する。

１．第１の実施の形態

図４から図７を参照して、本発明による観測システム及び観測支援装置２の第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態における観測支援装置２は、観測された移動物体の座標や輝線形状から、観測視野１０内における予測軌道１００を算出し、予測軌道１００の延長上に光学望遠鏡１の観測方向を設定する。図４は、第１の実施の形態における観測支援装置２の構成の一例を示す機能ブロック図である。図４を参照して、第１の実施の形態に係るＣＰＵ２０１は、観測支援プログラム５０を実行することで、位置特定部５０１、軌道推定部５０２、及び制御部５０３の各機能を実現する。

位置特定部５０１は、光学望遠鏡１で撮像された画像データを解析し、移動物体を特定する。例えば、光学望遠鏡１が、固定された所定の観測方向において、所定の時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間Ｔ１において露光撮像した場合、移動物体は、図５に示す輝線２１のように撮像される。この場合、位置特定部５０１は、画像データから、輝線の長さが所定の値よりも長い輝線２１を移動物体として特定する。あるいは、光学望遠鏡１が、固定された所定の観測方向において、所定の期間Ｔ１だけ離隔した時刻ｔ１及び時刻ｔ２のそれぞれにおいて撮像した場合、移動物体は、所定の距離だけ離隔した光点として撮像される（図示なし）。この場合、位置特定部５０１は、画像データから、光点間の距離が所定の値よりも長い光点を移動物体として特定する。位置特定部５０１は、移動物体として特定された輝線又は光点の座標２０を抽出し、記憶装置２０５に記録する。ここで得られる座標２０は、赤道系座標における赤経赤緯であることが好ましい。

軌道推定部５０２は、光学望遠鏡１の視野１０内の予測軌道１００を算出し、これを用いて光学望遠鏡１の指向方向（観測方向）を決定する。詳細には、軌道推定部５０２は、移動物体として特定された輝線２１の形状や、輝線２１上の座標から近似曲線を算出し、これを予測軌道１００として出力する。例えば、図６を参照して、軌道推定部５０２は、輝線２１の長手方向を延長した１次直線を予測軌道１００として算出する。あるいは、軌道推定部５０２は、移動物体として特定された輝線２１上の２点の座標を結ぶ直線を予測軌道１００として算出する。更には、軌道推定部５０２は、移動物体として特定された輝線２１上の複数の座標から２次以上の近似曲線を予測軌道１００として算出してもよい。又、図示しないが、２つ以上の光点の座標が移動物体として特定された場合、当該座標を用いた近似曲線（１次直線又は２次以上の近似曲線）が予測軌道１００として算出される。尚、所定の高さより低い軌道（例えば２０００ｋｍ以下）を移動する移動物体については線形近似によって求められた予測軌道１００が有効であり、所定の高さよりも高い軌道を移動する移動物体については２次以上の高次曲線近似によって求められた予測軌道１００が有効である。

軌道推定部５０２は、予測軌道１００を観測視野１０の外側に延長した線上に、光学望遠鏡１の指向方向１１を決定する。詳細には、図６に示すように、軌道推定部５０２は、所定の期間に観測された視野１０−１における予測軌道１００を視野１０−１の外側に延長して、追尾線４００を求める。軌道推定部５０２は、追尾線４００上において、視野１０−１における所定の座標に対し所定の観測離角だけ離れた座標を光学望遠鏡１の指向方向１１として設定する。ここで、指向方向１１を決める観測離角は、視野１０−１における観測期間Ｔ１及び輝線２１の長さによって求められる移動物体の角速度に応じて設定されることが好ましい。又、指向方向１１を決める基点となる視野１０−１における座標は、所定の時刻における輝線２１上の座標であることが好適である。指向方向１１は、記憶装置２０５に記録されることが好ましい。

制御部５０３は、軌道推定部５０２によって得られた指向方向１１に基づいて、光学望遠鏡１の観測方向（指向方向）を制御する。このとき、制御部５０３は、移動物体を検出した光学望遠鏡１と同じ光学望遠鏡１を制御してもよいし、これとは異なる光学望遠鏡１を制御してもよい。例えば、図７に示すように、観測システムが、観測方向が固定された複数の光学望遠鏡１−１と、追尾用の光学望遠鏡１−２を備える場合、光学望遠鏡１−１によって検出された移動物体の座標に基づいて算出された指向方向１１に、光学望遠鏡１−２を制御してもよい。移動物体を検出する光学望遠鏡１−１と追尾する光学望遠鏡１−２を用意することで、高速で移動する物体を追尾し易くなる。又、図７に示すように、固定的に観測する光学望遠鏡１−１を複数用意し、所定の位置で待ち受けるとことで、軌道が未知の移動物体の検出が容易となる。尚、制御部５０３は、光学望遠鏡１の観測方向を変更するための制御信号を出力してもよいが、指向方向１１を示す情報を光学望遠鏡１に出力してもよい。又、制御部５０３は省略してもよい。

移動物体の角速度に基づいて推定される当該移動物体の指向方向１１への到達時刻よりも前に、光学望遠鏡１の観測方向を指向方向１１に向けることで、次の視野１０−２内に移動物体を捉えることが可能となる。又、本実施の形態における観測支援装置２は、追尾後の視野１０−２内に移動物体（例えば輝線２１）が観測されると、上述と同様な方法により予測軌道１００を算出し、これを利用して次の指向方向１１を特定するとともに、光学望遠鏡１を当該指向方向１１に制御することができる。このように、本発明による観測支援装置２によれば、視野１０が所定の大きさよりも小さい観測装置（例えば光学望遠鏡１）によっても、全軌道の推定に必要な情報（ここでは、追尾に必要な指向方向１１や、移動物体の座標）を取得することが可能となる。又、本発明によれば、光学望遠鏡１のみで、全軌道が知られていない移動物体の追尾観測が可能になる。

本実施の形態では、光学望遠鏡１の視野１０内において観測された移動物体の軌跡（輝線２１）を利用して、当該視野１０外における移動物体の位置を予測できるため、光学望遠鏡１の視野角をよりも大きな観測離角にて、移動物体の座標を取得することが可能となる。又、本実施の形態では、移動物体の軌道６要素を算出することなく、視野１０内における予測軌道１００に基づいて移動物体を追尾しているため、追尾に要する観測コストを削減するとともに、軌道６要素によって特定される全軌道を算出する際の誤差リスクを排除できる。

２．第２の実施の形態
図８から図１０を参照して、本発明による観測システム及び観測支援装置２の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態における観測支援装置２は、第１の実施の形態と同様な方法により移動物体を追尾しながら、大きな観測離角にて検出した移動物体の座標を用いて、当該移動物体の全軌道（例えば周回軌道）を推定する。図８は、第２の実施の形態における観測支援装置２の構成の一例を示す機能ブロック図である。図８を参照して、第２の実施の形態に係るＣＰＵ２０１は、観測支援プログラム５０を実行することで、位置特定部５０１、軌道推定部５０２、及び制御部５０３の各機能を実現する。

位置特定部５０１は、第１の実施の形態と同様に、光学望遠鏡１で撮像された画像データを解析し、移動物体を特定する。位置特定部５０１は、移動物体として特定した輝線２１上又は光点の座標２０を、観測結果情報として記憶装置２０５に記録する。尚、移動物体の位置として記録される座標２０は、所定の時刻の輝線２１上の座標であることが好ましい。

軌道推定部５０２は、第１の実施の形態と同様に、光学望遠鏡１の視野１０内の予測軌道１００を算出し、これを用いて光学望遠鏡１の指向方向１１を決定する。又、本実施の形態における軌道推定部５０２は、移動物体の座標２０として記録された観測結果情報に基づいて当該移動物体の全軌道３０を算出する。詳細には、本実施の形態における観測支援装置２は、第１の実施の形態と同様な方法により、光学望遠鏡１の指向方向１１の計算及び指向方向１１における移動物体の座標２０の検出を繰り返すことで少なくとも３点の移動物体の座標を記録する。軌道推定部５０２は、少なくとも３点の移動物体の座標（赤経、赤緯）に基づいて、所定のアルゴリズム（例えば、ガウス法、ＷＲ法、又はグーディング法）に従い、軌道６要素（軌道長半径、離心率、軌道傾斜角、昇交赤経、近地点引数、近点離角）によって特定可能な全軌道３０を算出する。算出された全軌道３０は、軌道データベース３００に記録されることが好ましい。この軌道データベース３００は、観測支援装置２に設けられてもよいし、外部装置に設けられてもよい。

制御部５０３は、第１の実施の形態と同様に、軌道推定部５０２によって得られた指向方向１１に基づいて、光学望遠鏡１の観測方向（指向方向）を制御する。

図９及び図１０を参照して、本実施の形態における観測システムによる移動物体の軌道推定方法の具体例を説明する。図９を参照して、光学望遠鏡１−１によって視野１０−１内に移動物体の座標２０−１が検出されると、観測支援装置２は、視野１０−１内において予測軌道１００を算出し、これを用いて次の指向方向１１を設定する。光学望遠鏡１−２は、所定の時刻に、設定された指向方向１１に対して観測し、視野１０−２内に移動物体の座標２０−２を検出する。このとき、観測支援装置２は、視野１０−２内において予測軌道１００を算出し、これを用いて次の指向方向１１を設定する。光学望遠鏡１−２は、所定の時刻に、設定された指向方向１１に対して観測し、視野１０−３内に移動物体の座標２０−３を検出する。このとき、観測支援装置２は、視野１０−３内において予測軌道１００を算出し、これを用いて次の指向方向１１を設定する。以下同様に、光学望遠鏡１−２は、視野１０−４内に座標２０−４、視野１０−５内に座標２０−５、・・・を検出する。

図１０を参照して、観測支援装置２は、検出された座標２０のうち、少なくとも３点（例えば座標２０−１、２０−２、２０−３）に基づいて全軌道３０−１を算出する。ここで、座標２０−１、２０−２、２０−３のそれぞれは観測誤差を有するため、算出された軌道も、全軌道３０−２から全軌道３０−３の範囲で誤差が生じる。しかし、本発明では、観測された移動物体の座標２０間における観測離角α１は、視野１０の視野角よりも大きい。すなわち、図１に示す従来例の観測離角α１０よりも大きな観測離角α１であり、全軌道３０の誤差範囲が小さく、精度の高い軌道推定が可能となる。

第２の実施の形態における観測支援装置２によれば、第１の実施の形態と同様に、視野１０が所定の大きさよりも小さい観測装置（例えば光学望遠鏡１）によっても、全軌道の推定に必要な情報（ここでは、追尾に必要な指向方向１１や、移動物体の座標）を取得することが可能となる。又、光学望遠鏡１のみで、全軌道が知られていない移動物体の追尾観測が可能になる。

又、本実施の形態では、光学望遠鏡１の視野１０内において観測された移動物体の軌跡（輝線２１）を利用して、当該視野１０外における移動物体の位置を予測できるため、光学望遠鏡１の視野角をよりも大きな観測離角にて、移動物体の座標を取得することが可能となる。更に、本実施の形態では、移動物体の軌道６要素を算出することなく、視野１０内における予測軌道１００に基づいて移動物体を追尾しているため、追尾に要する観測コストを削減するとともに、軌道６要素を算出する際の誤差リスクを排除できる。

更に、本実施の形態おける観測支援装置２は、視野角よりも大きな観測離角にて移動物体の座標（赤経、赤緯）を検出し、これを軌道推定に利用しているため、軌道６要素によって特定される全軌道３０（例えば周回軌道）を精度よく推定することができる。

３．第３の実施の形態
図１１から図１３を参照して、本発明による観測システム及び観測支援装置２の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態における観測支援装置２は、データベースに記録された既知軌道と、観測視野１０内における予測軌道との比較結果に基づいて、移動物体（の軌道）が既知か未知かを判定する。図１１は、第３の実施の形態における観測支援装置２の構成の一例を示す機能ブロック図である。図１１を参照して、第３の実施の形態に係るＣＰＵ２０１は、観測支援プログラム５０を実行することで、位置特定部５０１、軌道推定部５０２、及び軌道判定部５０４の各機能を実現する。

位置特定部５０１は、第１の実施の形態と同様に、光学望遠鏡１で撮像された画像データを解析し、移動物体を特定する。軌道推定部５０２は、第１の実施の形態と同様に、光学望遠鏡１の視野１０内の予測軌道１００を算出する。

軌道判定部５０４は、軌道データベース３００に記録された全軌道が既知の移動物体の情報（以下、既知軌道と称す）と、軌道推定部５０２によって算出された予測軌道１００とを比較し、両者が所定の範囲内で一致する場合、観測された移動物体（の軌道）が既知であると判定し、一致しない場合、当該物体（の軌道）が未知であると判定する。

詳細には、軌道データベース３００には、軌道６要素によって特定可能な移動物体の軌道に関する情報が記録されている。軌道判定部５０４は、移動物体を撮像したときの観測時刻（又は観測期間）に基づいて、軌道データベース３００から、当該観測時刻（又は観測期間）及び当該指向方向（観測方向）における当該視野１０内の既知軌道２００を抽出する。この際、既知軌道２００を抽出する際の時間範囲は、観測時刻を含む期間が設定されることが好ましい。例えば、観測時刻を中心としてその前後に誤差範囲“ΔＴ”を追加した期間の軌道が既知軌道２００として抽出されることが好ましい。誤差範囲“ΔＴ”は、移動物体の進行方向に対する位置推定誤差から見積もられた時間誤差を示す。例えば、公開ＴＬＥ（Ｔｗｏ Ｌｉｎｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）の軌道推定精度から求められた移動物体の進行方向誤差を時間誤差に変換することで誤差範囲“ΔＴ”が求められる。具体的には、既知軌道高度におけるＴＬＥ軌道推定精度で公表された「軌道推定されてから所定の期間後（例えばＸ日後）の進行方向誤差」から誤差範囲“ΔＴ”が求められる。図１２は、図５に示す観測結果と同じ指向方向（観測方向）及び視野１０における既知軌道２００の一例を示す図である。ここでは、図５に示す観測結果の観測時間に対して時間誤算“ΔＴ”を追加した期間内に、視野１０内を通過する移動物体の既知軌道２００−１、２００−２、２００−３が示される。尚、既知判定を行うために抽出する既知軌道２００の抽出範囲は、予測軌道１００と比較できる期間であればよく、任意の期間に設定し得る。

軌道判定部５０４は、既知軌道２００と、検出した輝線２１に基づいて算出された予測軌道１００とを比較する。この際、軌道判定部５０４は、予測軌道１００と既知軌道２００が所定の範囲（判定条件と称す）内で一致するかを判定する。例えば、予測軌道１００が１次直線を示す場合、予測軌道１００の傾き“θ’”と、既知軌道２００（又は既知軌道２００の近似１次直線）の傾き“θ”との差“｜θ−θ’｜”が、判定条件“Δθ”よりも小さく、輝線２１における所定の座標２２に最も近い既知軌道２００上の点との距離“ρ”が判定条件“Δρ”よりも小さいとき、予測軌道１００と既知軌道２００が判定条件下で一致すると判定する。図１３は、図５に示す観測結果と図１２に示す既知軌道を重ねて表示した判定処理の一例を示す図である。図１３を参照して、予測軌道１００の傾き“θ’”との差が“Δθ”よりも小さく、輝線２１上の所定の座標２２（ここでは、一例として輝線２１の中心点）との最短距離“ρ”が、Δρよりも小さい既知軌道２００−１が予測軌道１００と判定条件下で一致すると判定される。ここで、判定条件を満足する既知軌道２００がある場合、すなわち、予測軌道１００と判定条件下で一致する既知軌道２００がある場合、軌道判定部５０４は、観測された移動物体（の軌道）が既知であると判定する。一方、判定条件を満足する既知軌道２００がない場合、すなわち、抽出された既知軌道２００の全てが予測軌道１００と判定条件下で一致しない場合、軌道判定部５０４は、観測された移動物体（の軌道）が未知であると判定する。ここで、判定条件“Δθ”は、例えば光学望遠鏡１に設定された観測誤差が設定されることが好ましい。又、判定条件“Δρ”は、公開ＴＬＥの位置誤差であることが好ましい。例えば、既知軌道高度におけるＴＬＥ軌道推定精度で規定された位置誤差がΔρとして設定される。尚、判定条件“Δθ”は、観測した輝線２１の形状（長さ）、観測仰角、露光時間によって可変であることが好ましい。又、判定条件“Δρ”は誤差範囲“ΔＴ”と同様に、各既知軌道の推定された日時を基に各既知軌道に対して可変であることが好ましい。これにより、さらに高い効率で軌道推定を行うことが可能となる。

本発明では、所定の時刻における移動物体の座標と、既知軌道上の座標と差ではなく、所定の期間内の予測軌道１００と既知軌道の傾きの差を、既知判定の判定条件（許容誤差）としている。軌道データベース３００に登録された既知軌道の誤差は進行方向の誤差を含む。このため、位置を時間で微分した“傾き”によって既知判定を行うことで、進行方向の誤差を排除して既知判定を行うことが可能となる。これにより、軌道データベース３００に登録された既知軌道の誤差の影響を受けずに、移動物体の既知判定を行うことが可能となる。

本実施の形態における観測支援装置２は、１回の観測において検出された視野内の移動物体の軌跡（輝線２１）に基づいて、当該移動物体（の軌道）が既知であるか未知であるかを判定する。換言すると、本実施の形態における観測支援装置２は、既知軌道のうち、所定の観測時間の軌道に基づいて移動物体の既知判定を行う。すなわち、観測支援装置２は、全軌道を推定せずに所定の観測期間内の観測結果を利用して移動物体の既知判定ができるため、効率的に未知物体を発見することができる。

第３の実施の形態における観測支援装置２によれば、視野１０が所定の大きさよりも小さい観測装置（例えば光学望遠鏡１）によっても、全軌道の推定に必要な情報（ここでは、検出された移動物体が既知であるか未知であるかを示す情報）を取得することが可能となる。又、本実施の形態では、移動物体の軌道６要素を算出することなく、視野１０内における予測軌道１００に基づいて移動物体が既知であるか否かを判定しているため、既知判定に要する観測コストを削減することができる。

４．第４の実施の形態
図１４から図１５を参照して、本発明による観測システム及び観測支援装置２の第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態における観測システム及び観測支援装置２は、第１から第３の実施の形態を組み合わせた動作を行う。すなわち、第４の実施の形態における観測システム及び観測支援装置２は、第３の実施の形態と同様な方法により、移動物体の既知判定を行い、未知物体と判定した場合、第２の実施の形態と同様な方法により当該移動物体の全軌道（例えば周回軌道）推定を行う。図１４は、第４の実施の形態における観測支援装置２の構成の一例を示す機能ブロック図である。図１４を参照して、第４の実施の形態に係るＣＰＵ２０１は、観測支援プログラム５０を実行することで、位置特定部５０１、軌道推定部５０２、制御部５０３、及び軌道判定部５０４の各機能を実現する。

第４の実施の形態における軌道推定部５０２は、既知判定結果に応じて軌道推定を行うか否かを決定する。具体的には、軌道推定部５０２は、検出された移動物体が既知である場合、軌道推定を行わず、予測軌道１００と判定条件下で一致すると判定された既知軌道２００を、当該移動物体の軌道として特定する。一方、検出された移動物体が未知である場合、第２の実施の形態と同様に、軌道推定部５０２は指向方向１１を算出し、制御部５０３によって光学望遠鏡１の観測方向を制御し追尾観測が行われる。そして、軌道推定部５０２は、光学望遠鏡１の観測結果に基づいて軌道６要素によって特定可能な全軌道（例えば周回軌道）を算出する。これらの機能以外の動作は、第１から第３の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は割愛する。

図１５は、第４の実施の形態における観測システムの動作の一例を示すフロー図である。図１５を参照して、観測支援装置２は、ユーザによる操作に応じて、観測計画を立てる（ステップＳ１０１）。例えば、移動物体の捜索観測を行う光学望遠鏡１−１の指向方向（観測方向）やその時刻、移動物体検出後において追尾する光学望遠鏡１−２の観測可能領域の設定等が観測計画として規定される。

観測支援装置２は、観測計画に基づき、図５に示すような観測方向が固定的に設定された光学望遠鏡１−１を制御し、捜索観測を実行させる（ステップＳ１０２）。光学望遠鏡１−１は、所定の時刻、所定の期間、観測支援装置２から指示された観測方向を撮像する。この際の撮像パラメータ（例えば、露出時間、焦点距離、視野角、倍率、絞り等）は、予め観測計画によって設定されていることが好ましい。又、捜索観測を行う光学望遠鏡１−１は、複数設けられることが好ましく、それぞれが連携することで、広範囲の領域を空間的に連続して撮像することが好ましい。

移動物体が検出されると、観測支援装置２は、移動物体の座標を抽出する（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。この際、観測支援装置２は、移動物体の位置を示す座標と、予測軌道１００の計算に用いる座標を抽出する。ただし、両者は同じ座標であってもよい。ここで、抽出される座標は赤道座標系の赤経、赤緯であることが好ましい。例えば、観測支援装置２は、検出された移動物体を示す輝線２１（軌跡）の２つの端点の座標を予測軌道１００を算出するための座標として抽出し、所定の時刻における輝線２１上の座標を移動物体の位置を示す座標として抽出する。例えば、観測支援装置２は、輝線２１の２つの端点の一方（例えば、観測時刻が古い方）、あるいは、輝線２１の中央の点を移動物体の位置を示す座標として抽出する。

観測支援装置２は、検出された移動物体（の軌道）が既知か未知かを判定する（ステップＳ１０５）。ここでは、第３の実施の形態と同様な方法により、予測軌道１００が算出されるとともに、軌道データベース３００内の既知軌道との照合により移動物体の既知判定が行われる。ここで、観測支援装置２は、移動物体が既知であると判定すると、判定条件下で一致した軌道を、当該移動物体の全軌道として出力装置２０４より視認可能に出力し、軌道検出処理を終了する（ステップＳ１０５Ｙｅｓ）。一方、移動物体が未知であると判定すると、観測支援装置２は、輝線２１に基づいて予測軌道１００を利用して指向方向１１を決定し、追尾用の光学望遠鏡１−２を制御して移動物体の追尾を開始する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６において観測支援装置２は、第２の実施の形態と同様に、予測軌道１００を延長した追尾線４００上に、光学望遠鏡１の次の指向方向１１を設定する。追尾用の光学望遠鏡１−２は、設定された指向方向１１にて移動物体を待ち受け、所定の時刻において移動物体を観測する。ステップＳ１０６において移動物体を検出すると、ステップＳ１０４と同様に、移動物体の位置を示す座標と、予測軌道１００の計算に用いる座標を抽出する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０６、Ｓ１０７の動作は、軌道推定に必要な数（例えば規定量）の座標を取得するまで繰り返し行われる（ステップＳ１０８Ｎｏ）。尚、ステップＳ１０６における追尾によって、移動物体による輝線２１を検出し、ステップＳ１０５と同様に既知判定を行ってもよい。すなわち、既知判定は、追尾後の観測結果に応じて複数回行われてもよい。

移動物体の座標が３つ以上取得されると、観測支援装置２は、第２の実施の形態と同様な方法により、当該座標を用いて全軌道の推定を行う（ステップＳ１０９）。特定された全軌道は軌道データベース３００に記録される（ステップＳ１１０）。

以上のように、本実施の形態における観測支援装置２は、１回の観測において検出された視野内の移動物体の軌跡（輝線２１）に基づいて、既知判定を行い、判定結果に応じて軌道算出のための追尾観測を行うか否かを決定している。本実施の形態における観測支援装置２は、第３の実施の形態と同様に、全軌道を推定せずに所定の観測期間内の観測結果を利用して移動物体の既知判定ができるため、効率的に未知物体を発見することができる。

又、第４の実施の形態における観測支援装置２によれば、第１の実施の形態と同様に、視野１０が所定の大きさよりも小さい観測装置（例えば光学望遠鏡１）によっても、全軌道の推定に必要な情報（追尾に必要な指向方向１１、移動物体の座標、あるいは、検出された移動物体が既知であるか否かを示す情報）を取得することが可能となる。又、光学望遠鏡１のみで、全軌道が知られていない移動物体の追尾観測及び全軌道３０の推定が可能になる。

又、本実施の形態では、光学望遠鏡１の視野１０内において観測された移動物体の軌跡（輝線２１）を利用して、当該視野１０外における移動物体の位置を予測できるため、光学望遠鏡１の視野角よりも大きな観測離角にて、移動物体の座標を取得することが可能となる。更に、本実施の形態では、移動物体の軌道６要素を算出することなく、視野１０内における予測軌道１００に基づいて移動物体を追尾しているため、追尾に要する観測コストを削減するとともに、軌道６要素を算出する際の誤差リスクを排除できる。

更に、本実施の形態おける観測支援装置２は、視野角よりも大きな観測離角にて移動物体の座標（赤経、赤緯）を検出し、これを軌道推定に利用しているため、軌道６要素によって特定される全軌道３０（例えば周回軌道）を精度よく推定することができる。

以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。又、第１から第４の実施の形態は、技術的な矛盾が生じない範囲で組み合わせて利用することが可能である。尚、本発明によって推定される全軌道は周回軌道に限らず、移動物体の放物線軌道でも構わない。

１、１−１、１−２ ：光学望遠鏡
２ ：観測支援装置
３ ：ネットワーク
１０ ：視野
１１ ：指向方向
２０、２２ ：座標
２１ ：輝線
３０ ：全軌道
５０ ：観測支援プログラム
１００ ：予測軌道
２００ ：既知軌道
２０６ ：バス
２０７ ：通信装置
３００ ：軌道データベース
４００ ：追尾線
５０１ ：位置特定部
５０２ ：軌道推定部
５０３ ：制御部
５０４ ：軌道判定部

Claims (13)

1. １度に観測可能な第１観測方向の視野内において検出された移動物体の複数の第１位置を特定する位置特定部と、
   前記複数の第１位置に基づいて、前記移動物体が移動する前記視野内の軌跡を算出する軌道推定部と
   を具備し、
   前記軌道推定部は、
   前記視野内の軌跡を用いて、前記視野の外側における前記移動物体の第２位置を推定し、
   前記第２位置を前記視野内に含む第２観測方向を決定し、
   前記第２観測方向において検出された前記移動物体の第２位置と前記複数の第１位置とに基づいて、前記移動物体の軌道を算出する
   観測支援装置。
2. 請求項１に記載の観測支援装置において、
   前記移動物体を検出した時刻を含む所定の期間における既知の軌道から得られる軌跡と、前記視野内の軌跡との比較結果に基づいて、前記移動物体の全軌道が既知であるか否かを判定する軌道判定部を更に具備する
   観測支援装置。
3. 請求項２に記載の観測支援装置において、
   前記視野内の軌跡は、線形近似された１次直線であり、前記軌道判定部は、前記視野内の軌跡の傾きと前記既知の軌道から得られる軌跡の傾きが所定の誤差の範囲内で一致した場合、前記移動物体の全軌道が既知であると判定する
   観測支援装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の観測支援装置において、
   前記軌道推定部は、前記視野内の軌跡の延長上に前記第２位置を推定する
   観測支援装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の観測支援装置において、
   前記第１位置と前記第２位置とは、光学式望遠鏡によって検出される
   観測支援装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の観測支援装置において、
   前記第１位置と前記第２位置とは、赤道座標で規定される
   観測支援装置。
7. コンピュータによって実行される観測支援方法であって、
   １度に観測可能な第１観測方向の視野内において検出された移動物体の複数の第１位置に基づいて、前記移動物体が移動する前記視野内の軌跡を算出するステップと、
   前記視野内の軌跡を用いて、前記視野の外側における前記移動物体の第２位置を推定するステップと、
   前記第２位置を前記視野内に含む第２観測方向を決定するステップと、
   前記第２観測方向において検出された前記移動物体の第２位置と前記複数の第１位置とに基づいて、前記移動物体の軌道を算出するステップと
   を具備する
   観測支援方法。
8. 請求項７に記載の観測支援方法において、
   前記第２位置を推定するステップは、前記移動物体を検出した時刻を含む所定の期間における既知の軌道から得られる軌跡と、前記視野内の軌跡との比較結果に基づいて、前記移動物体の全軌道が既知であるか否かを判定するステップを備える
   観測支援方法。
9. 請求項８に記載の観測支援方法において、
   前記視野内の軌跡は、線形近似された１次直線であり、前記判定するステップは、前記視野内の軌跡の傾きと前記既知の軌道から得られる軌跡の傾きが所定の誤差の範囲内で一致した場合、前記移動物体の全軌道が既知であると判定する
   観測支援方法。
10. 請求項７から９のいずれか１項に記載の観測支援方法において、
    前記第２位置を推定するステップは、前記視野内の軌跡の延長上に前記第２位置を推定する
    観測支援方法。
11. 請求項７から１０のいずれか１項に記載の観測支援方法において、
    前記第１位置と前記第２位置とは、光学式望遠鏡によって検出される
    観測支援方法。
12. 請求項７から１１のいずれか１項に記載の観測支援方法において、
    前記第１位置と前記第２位置とは、赤道系座標で規定される
    観測支援方法。
13. 請求項７から１２のいずれか１項に記載の観測支援方法をコンピュータに実行させる観測支援プログラム。
    

Images