JP6698578B2

JP6698578B2 - アンテナ位置計測装置

Info

Publication number: JP6698578B2
Application number: JP2017082513A
Authority: JP
Inventors: 隆一石原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2037-04-19
Also published as: JP2018179865A

Description

この発明は、モービルマッピングシステム（以下、ＭＭＳと記す）のような、カメラ、レーザスキャナ、慣性計測装置（以下ＩＭＵ）及びＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）アンテナ等を備え、車両の屋根に搭載さる計測装置において、ＩＭＵと各ＧＰＳアンテナとの位置関係を計測する装置に関する。

従来の３つのＧＰＳアンテナを使用するＭＭＳでは、３つのＧＰＳアンテナを使用したＧＰＳジャイロを構築し、ＧＰＳ衛星が可視の状態での車両の姿勢演算が精密に実施されている。このとき、３つのＧＰＳアンテナはなるべく距離を離すことにより、より高精度なＧＰＳジャイロが構築される。また、これら３つのＧＰＳアンテナで形作られる３角形の平面と、別途車両に搭載されるＩＭＵとの位置及び角度関係が事前に精密に求められる必要がある。このため、従来システムでは、３つのＧＰＳアンテナとＩＭＵとの位置関係を剛体として計算するため、フレーム構造を採用していた（例えば特許文献１の図１）。

しかし、この構造は、フレームの車両への固定が強固になされる必要があるため、車上ユニット全体の着脱性やポータビリティが犠牲になるという課題がある。また、高精度を求めるためには各ＧＰＳアンテナの距離を離す必要があり、それによってますます大きなフレームになってしまい、コストとも相反するシステムとなってしまう。

一方フレームレス構造が考えられるが、ＧＰＳアンテナの位置を正確に求めることが難しいことにより、ＧＰＳアンテナ位置により作られるＧＰＳジャイロの三角形と、ＩＭＵとの位置及び角度関係を保証することが難しいという課題があった。

国際公開第２０１３／１４５０７２号パンフレット、図１

本発明は、車両の屋根に搭載されるＭＭＳ計測装置の取り付けをフレームレス構造とする場合に、ＧＰＳジャイロの三角形とＩＭＵとの位置関係を簡易な構成で決定する手段を提供することを目的とする。

この発明のアンテナ位置計測装置は、
慣性計測装置が固定されているベース部に、脱着可能に設置されるレーザ固定台と、
前記慣性計測装置に対する位置が既知の状態で前記レーザ固定台に固定され、測位衛星の送信する測位信号を受信する測位信号受信アンテナにレーザ光を照射して前記測位信号受信アンテナまでの距離を計測するレーザ距離計と、
前記レーザ距離計から前記測位信号受信アンテナへ向かう方向を計測するための方向計測器とを備える。

この発明により、車両の屋根に搭載されるＭＭＳ計測装置の取り付けをフレームレス構造とする場合に、ＧＰＳジャイロの三角形とＩＭＵとの位置関係を簡易な構成で決定する手段を提供できる。

実施の形態１の図で、フレームレス構造とする場合のＭＭＳ計測装置２０の外観を示す図。実施の形態１の図で、アンテナ位置計測装置１０の外観を示す図。実施の形態１の図で、アンテナ位置計測装置１０が車両３０の屋根３１に設置された状態を示す図。実施の形態１の図で、ベース部２１が固定される２本のルーフキャリア３２を示す図。

実施の形態１．
図１〜図４を参照して、実施の形態１のアンテナ位置計測装置１０を説明する。
図１は、フレームレス構造とする場合の、ＭＭＳ計測装置２０の外観を示す。ＭＭＳ計測装置２０は、ベース部２１、ベース部２１に固定されたＩＭＵ２２、ベース部２１に固定されたセンサ群２３、車両３０の屋根３１においてベース部２１とは別の箇所に配置された、第１のＧＰＳアンテナ２４及び第２のＧＰＳアンテナ２５、ベース部２１においてＩＭＵ２２に固定された第３のＧＰＳアンテナ２６を備えている。なお第１のＧＰＳアンテナ２４等は区別の必要がないときはＧＰＳアンテナと記載する場合がある。

ＧＰＳアンテナ２４，２５，２６は測位信号受信アンテナの例である。測位信号受信アンテナは例えば準天頂衛星から送信される測位信号を受信してもよい。第１のＧＰＳアンテナ２４と第２のＧＰＳアンテナ２５が車両３０の屋根３１において車両後方に配置されている。第３のＧＰＳアンテナ２６は、車両３０の屋根３１において車両前方に配置されている。センサ群２３は複数台のカメラ及び複数台のレーザスキャナ等である。黒丸で示す基準位置２４ｓ、２５ｓ、２６ｓは、それぞれ第１のＧＰＳアンテナ２４、第２のＧＰＳアンテナ２５、第３のＧＰＳアンテナ２６の基準位置であり、これらを結んでできる三角形がＧＰＳジャイロの三角形２７である。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２は、実施の形態１のアンテナ位置計測装置１０を示し、ベース部２１にアンテナ位置計測装置１０が配置された状態を示す。
図３は、アンテナ位置計測装置１０が車両３０の屋根３１に設置された状態を示す。図３を参照してアンテナ位置計測装置１０の構成を説明する。アンテナ位置計測装置１０は、レーザ距離計１１、レーザ固定台１２及び方向計測器１３を備えている。

レーザ距離計１１は、ＩＭＵ２２に対する位置が既知の状態でレーザ固定台１２に固定され、測位衛星の送信する測位信号を受信するＧＰＳアンテナにレーザ光を照射してＧＰＳアンテナまでの距離を計測する。ベース部２１は車両３０の屋根３１に配置されている。３つのＧＰＳアンテナのうち二つは、ベース部２１には配置されておらず、かつ、屋根３１のうちベース部２１が配置される領域と異なる領域に配置されている。

レーザ固定台１２は、ＩＭＵ２２が固定されているベース部２１の上面２１ａに、脱着可能に設置されている。レーザ固定台１２は、４本の脚部１２ａと台座１２ｂを備えている。

方向計測器１３は、レーザ距離計１１からＧＰＳアンテナへ向かう方向を計測するための計測器である。方向計測器１３は台座１２ｂに取り付けられる。

レーザ距離計１１は、レーザ固定台１２によってベース部２１に精密に高い再現性で取り付け可能である。ＩＭＵ２２とレーザ距離計１１との位置関係は既知である。具体的には、ＩＭＵ２２の基準位置２２ｓ及びレーザ距離計１１の基準位置１１ｓは既知である。よって、基準位置２２ｓ及び基準位置１１ｓのそれぞれを始点、終点とするベクトルＡの始点、終点は既知である。一方、それぞれのＧＰＳアンテナの基準位置２４ｓ、２５ｓ、２６ｓの位置は未定である。

レーザ距離計１１から照射されるレーザ光により、第１のＧＰＳアンテナ２４、第２のＧＰＳアンテナ２５、第３のＧＰＳアンテナ２６までの各距離が計測できる。各距離の計測のときのレーザ距離計１１の姿勢を計測することで、基準位置１１ｓから各基準位置２４ｓ、２５ｓ、２６ｓへの方向ベクトルを求めることができる。方向計測器１３は、レーザ距離計１１の姿勢を検出する例えば姿勢計測器である。姿勢計測器はダイヤル式の姿勢計測器を用いることができる。
図２及び図３に示すように、方向計測器１３は、目盛を有すると共にレーザ距離計１１が回転可能に取り付けられる円盤１３ａと、円盤１３ａに対してレーザ距離計１１が回転した場合に、円盤１３ａの目盛から回転角度を読み取るための針１３ｂを備えている。方向計測器１３によって、針１３ｂの基準位置１３ｃに対する角度を求めることができる。なお、図２及び図３に示す方向計測器１３は、説明のわかり易さのための一例であるので、これに限定されない。例えば、デジタルで角度が表示されるデジタル計の方式でもよい。

第１のＧＰＳアンテナ２４を例に説明する。レーザ距離計１１から照射されるレーザ光によりレーザ距離計１１の基準位置１１ｓと、第１のＧＰＳアンテナ２４の第１のＧＰＳアンテナ２４との距離Ｌ１がわかる。しかし、長さＬ１のベクトルＢ１の方向が定まっていない。そこで、例えば姿勢計測器である方向計測器１３によってベクトルＢ１の方向を決定することで、長さＬ１のベクトルＢ１の方向が決まる。よってベクトルＢ１の終点である基準位置２４ｓがわかる。つまり、ベクトルＡ及びベクトルＢ１が既知となるのでベクトルＢ１の終点である基準位置２４ｓが確定する。

レーザ距離計１１は、レーザ固定台１２に対する姿勢を変更可能であり、姿勢の変更後に第１のＧＰＳアンテナ２４と異なる第２のＧＰＳアンテナ２５にレーザ光を照射して第２のＧＰＳアンテナ２５までの距離Ｌ２（図示していない）を計測する。第１のＧＰＳアンテナ２４の場合と同様に、方向計測器１３によって基準位置１１ｓから基準位置２５ｓへ向かう方向ベクトルがわかる。よって、始点が基準位置１１ｓであり終点が基準位置２５ｓであるベクトルＢ２（図示していない）の終点がわかる。第３のＧＰＳアンテナ２６についても、第１のＧＰＳアンテナ２４及び第２のＧＰＳアンテナ２５と同様に、始点が基準位置１１ｓ、終点が基準位置２６ｓであるベクトルＢ３（図示していない）の終点がわかる。よって、ベクトルＡ及びベクトルＢ２、Ｂ３が既知となるのでベクトルＢ２、Ｂ３の終点である基準位置２５ｓ、２６ｓが確定する。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
以上により、アンテナ位置計測装置１０によるアンテナ位置の計測の結果、ＩＭＵ２２の基準位置２２ｓに対する、第１のＧＰＳアンテナ２４の基準位置２４ｓと、第２のＧＰＳアンテナ２５の基準位置２５ｓと、第３のＧＰＳアンテナ２６の基準位置２６ｓとが求められる。従って、以下の（１）から（５）の効果がある。
（１）ＩＭＵ２２と３つのＧＰＳアンテナとの位置関係が精密に求められるので、ＩＭＵ２２とＧＰＳジャイロの三角形２７との位置及び角度関係を精密に求めることが可能となり、ＭＭＳとしてのシステム要件を満たすことが可能となる。これにより、ボンネットあるいはトランクへのアンテナ配置も自由となり、ＭＭＳ計測器２０を搭載する車両の選択条件が大幅に緩和される。
（２）図４はベース部２１が固定される２本のルーフキャリア３２を示す。図４に示すように、ルーフキャリア３２は２本で充足することが可能となる。つまり、ＭＭＳ計測装置２０は屋根３１に配置された２本のルーフキャリア３２によって支持できる。
（３）フレームレス構造が実現されることによりＭＭＳ計測装置２０のサイズ及び重量を減らすことができるので、ＭＭＳ計測装置２０の可搬性、着脱性等が向上する。
（４）車両が大きい場合には、互いのＧＰＳアンテナの位置を離すことにより、精度が向上する。
（５）また、コスト削減にも貢献する。

１０アンテナ位置計測装置、１１レーザ距離計、１１ｓ基準位置、１２レーザ固定台、１２ａ脚部、１２ｂ台座、１３方向計測器、２０ＭＭＳ計測装置、２１ベース部、２２ＩＭＵ、２２ｓ基準位置、２３センサ群、２４第１アンテナ、２４ｓ，２５ｓ，２６ｓ基準位置、２５第２アンテナ、２６第３アンテナ、２７ＧＰＳジャイロの三角形、３０車両、３１屋根、３２ルーフキャリア。

Claims

慣性計測装置が固定されているベース部に、脱着可能に設置されるレーザ固定台と、
前記慣性計測装置に対する位置が既知の状態で前記レーザ固定台に固定され、測位衛星の送信する測位信号を受信する測位信号受信アンテナにレーザ光を照射して前記測位信号受信アンテナまでの距離を計測するレーザ距離計と、
前記レーザ距離計から前記測位信号受信アンテナへ向かう方向を計測するための方向計測器と
を備えるアンテナ位置計測装置。
前記レーザ距離計は、
前記レーザ固定台に対する姿勢を変更可能であり、前記姿勢の変更後に前記測位信号受信アンテナと異なる別の測位信号受信アンテナにレーザ光を照射して別の測位信号受信アンテナまでの距離を計測し、
前記方向計測器は、
前記レーザ距離計から前記別の測位信号受信アンテナへ向かう方向を計測可能である請求項１に記載のアンテナ位置計測装置。
前記ベース部は、
車両の屋根に配置されており、
前記測位信号受信アンテナと前記別の測位信号受信アンテナとのすくなくともいずれかは、
前記ベース部に配置されておらず、かつ、前記屋根のうち前記ベース部が配置される領域とは異なる領域に配置されている請求項２に記載のアンテナ位置計測装置。
前記ベース部は、
前記屋根に配置された２本のルーフキャリアによって支持される請求項３に記載のアンテナ位置計測装置。