JP6590614B2 - 観測器制御装置、観測器制御方法及び観測器制御プログラム - Google Patents
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Description
特許文献1の観測器の制御装置では、目標点の運動(目標点の位置及び対地速度の時間変化)と観測条件とから観測器の姿勢角指令値を求めると共に、それらの時間微分値を用いて観測器の姿勢角速度指令値を求める。このようにして目標点の運動と観測条件の両方に適合した観測を行う観測器の制御装置が開示されている。
地表面における複数の観測点の座標を観測点座標として取得し、取得した複数の観測点座標を含む連続する軌跡であって前記観測器から見た視点の軌跡を視点軌跡として算出する視点軌跡演算部と、
前記視点軌跡演算部により算出された前記視点軌跡を取得し、前記視点軌跡における視点位置と前記視点位置における視点移動速度とを視点運動として算出する視点運動演算部とを備える。
図1は、TDI型CCDを用いた観測におけるTDI条件について説明するための図である。
図1を用いて、本実施の形態の前提となるTDI型CCDを用いた観測におけるTDI条件について説明する。
また、地表面投影AT方向サイズは、AT方向CCDフットプリントサイズともいう。
具体的には、観測器が直下だけでなく角度をつけて斜め方向を観測する場合において、AT方向CCDフットプリントサイズの変化に対応した適切な視点移動速度を設定しなければ、画像の鮮鋭度が劣化する。また、高度変化を考慮せず視点軌跡を生成した場合、観測領域に大きな起伏があると、高度に応じたAT方向CCDフットプリントサイズの変化により視点速度誤差を生じ、画像の鮮鋭度劣化の要因となる。
そこで、AT方向CCDフットプリントサイズと観測器の視点の移動速度とに応じて適切なラインレートを設定し、観測を行う必要がある。
なお、観測器の視点あるいは視野とは、実際には観測器に搭載されたセンサの視点あるいは視野である。以下の説明において観測器の視点、観測器の視野と記載した場合には、センサ視点、センサ視野を意味するものとする。
図2は、本実施の形態に係る観測器制御装置100のブロック構成を示す図である。
図3は、本実施の形態に係る観測器制御装置100による視点位置及び視点移動速度の導出を説明するための図である。
観測器制御装置100は、飛翔体に搭載される観測器500であって地表面を観測する観測器500の姿勢を制御する。観測器制御装置100による観測器500の姿勢の制御には、例えば、飛翔体に取り付けられたジンバル機構等によって観測器500(センサ)の姿勢を制御する場合、飛翔体に固定された観測器500(センサ)を飛翔体自体の姿勢を変えることで制御する場合等が含まれる。
観測器500は、TDI型CCDを用いた観測を行う。
図2に示すように、観測器制御装置100は、入力受付部140、視点軌跡演算部110、視点運動演算部120、姿勢制御演算部130を備える。
入力受付部140は、使用者による複数の観測点座標210の入力を受け付け、視点軌跡演算部110に出力する。視点軌跡演算部110は、入力受付部140から出力された複数の観測点座標210を取得する。
なお、複数の観測点Pは、直線上になくても構わない。よって、視点軌跡1101は曲線を含む軌跡である。
また、観測点座標210は、経度と緯度と高度とを含む座標である。
なお、観測点とは代表点とも称される。
視点運動演算部120は、AT方向CCDフットプリントサイズと、CCDの1画素あたりの積分時間における観測器の視点の地表面での移動距離GSDとが等しくなるように、視点運動1201を算出する。すなわち、視点運動演算部120は、TDI条件を満たすように視点運動1201を算出する。
図4は、本実施の形態に係る観測器制御処理S100、すなわち観測器制御方法9100の動作の流れを示すフロー図である。
図3及び図4を用いて、観測器制御処理S100の概要について説明する。
視点軌跡演算部110は、観測中心地点Ptcを含む複数の観測点Pg1〜Pg4の位置、観測中心時刻等が与えられると、それらの複数地点を補間するようにセンサの視点軌跡1101を算出する。
視点運動演算部120は、視点軌跡演算部110で算出した視点軌跡1101に対し、センサ視野の中心におけるTDI条件を満足するように、センサ視点の地表面軌跡、速度、加速度といった視点運動1201を生成する。
姿勢制御演算部130は、生成した視点運動1201を実現する観測器500の姿勢運動目標値を求め、求めた目標値に観測器500の姿勢が追従するよう、姿勢制御演算を行い、観測器500の姿勢を制御する。なお、姿勢制御演算部130における視点運動1201に基づく観測器500の姿勢運動目標値の算出及び姿勢制御については、具体的には特許文献1に示す方法で実現する。
図6は、本実施の形態に係る視点運動演算処理S120の動作の流れを示すフロー図である。
まず、図3及び図5を用いて、視点軌跡演算部110における視点軌跡1101の生成方法について説明する。
S1101において、視点軌跡演算部110は、使用者から地理的に連続した複数の観測目標、すなわち観測点Pの中心位置座標である観測点座標210を取得する。観測点座標210を(Pgx1,Pgy1,Pgz1)〜(Pgxn,Pgyn,Pgzn)と表す。観測点座標210は、経度、緯度、高度から構成された座標である。
図3では、観測点Pとして、4つの観測点Pg1,Pg2,Pg3,Pg4が与えられているものとする。
視点軌跡演算部110は、具体的には、外部からのコマンド入力等により、使用者から複数の観測点座標210を取得する。
視点軌跡演算部110は、具体的には、多項式、スプライン曲線、1変数関数、1パラメータ曲線等の特定の関数を用いて、複数の観測点座標210を補間し、連続的な視点軌跡1101を生成する。図3に示すように、視点軌跡1101は、曲率を有する。
以降の説明では、記述簡素化のため3次元(Pgx(s),Pgy(s),Pgz(s))をまとめてPg(s)と記載する場合がある。
なお、観測点Pは3次元座標上の点として与えられ、局所座標における高度方向にも自由度を持つため、使用者は緯度及び経度だけでなく高度方向についても自由な値を設定可能となる。また、視点軌跡演算部110では、使用者の指定する形状の視点軌跡1101が生成される。
次に、図3及び図6を用いて、視点運動演算部120による視点運動1201の生成方法について説明する。
S1201において、視点運動演算部120は、視点軌跡演算部110から出力された視点軌跡1101を取得する。また、視点運動演算部120は、視点軌跡1101に加え、観測器500の位置情報である観測器位置情報220と観測領域中心での観測中心時刻tcとを取得する。観測器位置情報220は、観測器500の軌道位置と速度である。
視点運動演算部120における視点運動1201の生成方法について、以下に説明する。
視点軌跡1101に対する視点運動1201は、視点軌跡1101をなぞるように決定されるため、視点軌跡1101上の各点で、視点移動方向ベクトル(e→(s))が定まる。
観測中心時刻tcにおけるセンサ視点は、Pg(s(tc))と表され、視点方向ベクトルは(e→(s(tc))となる。観測器500との幾何的な関係により、AT方向CCDフットプリントサイズLATが求められる。TDI素子の電荷転送速度を一定δtとすると、センサ視野中心において画像のMTFが劣化しない、すなわち、TDI条件を満たすためには、V→δt=LAT、V→/|V→|=e→を満たす視点移動速度ベクトルV→が決定される。
このV→に基づき、観測中心時刻tcから時刻の前後に軌跡の両端まで、順時間及び逆時間の積分を行うことにより、全視点軌跡に渡って、時々刻々の視点位置12011及び視点移動速度12012がセンサ視野中心におけるTDI条件を満足するように決定される。
以上のように、視点運動演算部120では、任意の形状の視点軌跡1101の全域にわたり、センサ視野中心でのTDI条件を満足するような視点運動を算出する。
図7は、比較例の視点軌跡の設定を示す図である。
図8は、本実施の形態に係る観測器制御装置100における視点軌跡の設定を示す図である。
図7に示すように、比較例のTDI型CCDを用いた観測では、観測中心点の1点の座標と観測を行う方向、観測時間の長さに基づき、視点軌跡が直線として決定される。このため、観測領域を使用者の意図する形状に設定することができない。
図8に示すように、本実施の形態に係る観測器制御装置100では、視点軌跡1101を使用者が自由に設定できる。すなわち、使用者は観測点P1,P2,P3を指定することにより曲率を有する視点軌跡1101を含む観測領域を設定することができる。そして、この視点軌跡1101を用いて、視野中心でTDI条件を満足するように適切な姿勢指令値を演算する。これにより、使用者の望む視点軌跡1101の形状に沿った観測が可能となり、使用者の意図する複数の地点もしくは領域を観測範囲に包含できるようになる。よって、観測器による観測の効率化を図ることができる。
図10は、本実施の形態に係る観測器制御装置100における観測領域内の起伏に対する対応を示す図である。
図9に示すように、比較例では、高度変化を考慮せず視点軌跡を生成しているため、観測領域に大きな起伏があると高度に応じたAT方向CCDフットプリントサイズの変化により視点速度誤差を生じ、画像の鮮鋭度劣化の要因となる。
図10に示すように、本実施の形態に係る観測器制御装置100では、視点軌跡のパラメータに高度を含むことにより、地表面の起伏に応じた観測が可能となり、高度差による視点速度誤差を補正し、大きな起伏を含む観測領域も鮮鋭度を劣化させることなく観測することが可能となる。
なお、本実施の形態では視点軌跡演算部と視点運動演算部とは共に観測器に搭載されたものとして説明した。しかし、視点軌跡演算部を観測器外部の地上管制局等に設置し、求めた視点軌跡を観測器にコマンドとして送信する構成としてもよい。逆に、使用者が与えた連続的な視点軌跡を観測点あるいは特定の関数のパラメータ等に変換し、観測器に送信する構成としてもよい。
また、本実施の形態では視点運動演算部においては、全視点軌跡にわたる時々刻々の視点位置及び視点移動速度を観測中心時刻tcを中心とした数値積分により求めた。しかし、視点軌跡演算部から与えられる視点軌跡の形式によっては、これらの値を解析的に求める構成とすることもできる。
最後に、図11を用いて、観測器制御装置100のハードウェア構成の一例について説明する。
観測器制御装置100はコンピュータである。
観測器制御装置100は、プロセッサ901、補助記憶装置902、メモリ903、通信装置904、入力インタフェース905、ディスプレイインタフェース906といったハードウェアを備える。
プロセッサ901は、信号線910を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
ディスプレイインタフェース906は、ディスプレイ908に接続されている。
プロセッサ901は、具体例は、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)である。
補助記憶装置902は、具体例は、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)である。
メモリ903は、具体例は、RAM(Random Access Memory)である。
通信装置904は、具体例は、通信チップ又はNIC(Network Interface Card)である。
入力インタフェース905は、具体例は、USB(Universal Serial
Bus)端子である。
ディスプレイインタフェース906は、ディスプレイ908のケーブル912が接続されるポートである。
ディスプレイインタフェース906は、具体例は、USB端子又はHDMI(登録商標)(High Definition Multimedia Interface)端子である。
入力装置907は、具体例は、マウス、キーボード又はタッチパネルである。
ディスプレイ908は、具体例は、LCD(Liquid Crystal Display)である。
以下において、視点軌跡演算部、視点運動演算部、姿勢制御演算部をまとめて「部」と表記する。
なお、入力受付部は、入力インタフェース905及び入力装置907により実現されていてもよい。
このプログラムは、メモリ903にロードされ、プロセッサ901に読み込まれ、プロセッサ901によって実行される。
そして、OSの少なくとも一部がメモリ903にロードされ、プロセッサ901はOSを実行しながら、「部」の機能を実現するプログラムを実行する。
また、「部」の処理の結果を示す情報とデータと信号値と変数値との少なくともいずれかが、メモリ903、補助記憶装置902、又は、プロセッサ901内のレジスタ又はキャッシュメモリに記憶される。
また、「部」の機能を実現するプログラムは、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ(登録商標)ディスク、DVD等の記憶媒体に記憶される。
また、「部」を「回路」又は「工程」又は「手順」又は「処理」に読み替えてもよい。
「回路」及び「プロセッシングサーキットリー」は、プロセッサ901だけでなく、ロジックIC又はGA(Gate Array)又はASIC(Application Specific Integrated Circuit)又はFPGA(Field−Programmable Gate Array)といった他の種類の処理回路をも包含する概念である。
また、観測器制御装置100は、1つの装置でなく、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
なお、上記の実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物及び用途の範囲を制限することを意図するものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
姿勢制御演算部、140 入力受付部、1101 視点軌跡、1201 視点運動、210 観測点座標、220 観測器位置情報、tc 観測中心時刻、500 観測器、901 プロセッサ、902 補助記憶装置、903 メモリ、904 通信装置、905 入力インタフェース、906 ディスプレイインタフェース、907 入力装置、908 ディスプレイ、910 信号線、911,912 ケーブル、9041 レシーバー、9042 トランスミッター、9100 観測器制御方法、9200 観測器制御プログラム、12011 視点位置、12012 視点移動速度、S100 観測器制御処理、S110 視点軌跡演算処理、S120 視点運動演算処理、S130 姿勢制御演算処理、Pg1〜Pg4 複数の観測点、P 観測点。
Claims (6)
- 飛翔体に搭載される観測器であって、地表面をTDI(Time Delay and
Integration)型CCD(Charge Coupled Device)を用いて観測する観測器と、
使用者により設定された地表面における複数の観測点の高度を含む座標を複数の観測点座標として取得し、取得した複数の観測点座標を含む連続した軌跡であって前記観測器から見た視点の高度を含む軌跡を視点軌跡として算出する視点軌跡演算部と、
前記視点軌跡演算部により算出された前記視点軌跡を取得し、前記視点軌跡における視点位置と前記視点位置における視点移動速度とを視点運動として算出する視点運動演算部であって、前記視点運動について、前記観測器の視野中心におけるアロングトラック方向CCDフットプリントサイズと、CCDの1画素あたりの積分時間における前記観測器の視野中心の地表面での移動距離とが等しくなるように算出することで、前記視点軌跡に沿って観測を行うとともに、前記視点軌跡全体で視野中心の視点速度誤差を0とする視点運動演算部と、
前記視点運動演算部により算出された前記視点運動を実現するように前記観測器の姿勢を制御する姿勢制御演算部と
を備える観測器制御装置。 - 前記視点運動演算部は、
前記視点運動について高度に応じたアロングトラック方向CCDフットプリントサイズの変化により生じた前記視野中心の視点速度誤差を補正する請求項1に記載の観測器制御装置。 - 前記視点軌跡演算部は、
曲線を含む前記視点軌跡を算出する請求項1または請求項2に記載の観測器制御装置。 - 前記観測器制御装置は、
前記複数の観測点座標の入力を受け付け、受け付けた前記複数の観測点座標を前記視点軌跡演算部に出力する入力受付部を備える請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の観測器制御装置。 - 飛翔体に搭載された観測器が、地表面をTDI(Time Delay and Integration)型CCD(Charge Coupled Device)を用いて観測し、
視点軌跡演算部が、使用者により設定された地表面における複数の観測点の高度を含む座標を観測点座標として取得し、取得した複数の観測点座標を含む連続した軌跡であって前記観測器からの視点の高度を含む軌跡を視点軌跡として算出し、
視点運動演算部が、前記視点軌跡演算部により算出された前記視点軌跡を取得し、前記視点軌跡における視点位置と前記視点位置における視点移動速度とを視点運動として算出するとともに、前記視点運動について、前記観測器の視野中心におけるアロングトラック方向CCDフットプリントサイズと、CCDの1画素あたりの積分時間における前記観測器の視野中心の地表面での移動距離とが等しくなるように算出することで、前記視点軌跡に沿って観測を行うとともに、前記視点軌跡全体で視野中心の視点速度誤差を0とし、
姿勢制御演算部が、前記視点運動演算部により算出された前記視点運動を実現するように前記観測器の姿勢を制御する観測器制御方法。 - 飛翔体に搭載された観測器が、地表面をTDI(Time Delay and Integration)型CCD(Charge Coupled Device)を用いて観測する観測処理と、
使用者により設定された地表面における複数の観測点の高度を含む座標を観測点座標として取得し、取得した複数の観測点座標を含む連続した軌跡であって前記観測器から見た視点の高度を含む軌跡を視点軌跡として算出する視点軌跡演算処理と、
前記視点軌跡演算処理により算出された前記視点軌跡を取得し、前記視点軌跡における視点位置と前記視点位置における視点移動速度とを視点運動として算出するとともに、前記視点運動について、前記観測器の視野中心におけるアロングトラック方向CCDフットプリントサイズと、CCDの1画素あたりの積分時間における前記観測器の視野中心の地表面での移動距離とが等しくなるように算出することで、前記視点軌跡に沿って観測を行うとともに、前記視点軌跡全体で視野中心の視点速度誤差を0とする視点運動演算処理と、
前記視点運動演算処理により算出された前記視点運動を実現するように前記観測器の姿勢を制御する姿勢制御演算処理と
をコンピュータに実行させる観測器制御プログラム。
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