JPWO2019150581A1

JPWO2019150581A1 - 移動体の測位システム

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Publication number: JPWO2019150581A1
Application number: JP2019568546A
Authority: JP
Inventors: 修平茅野; 芳之安齊
Original assignee: Aegis Technologies Inc
Current assignee: Aegis Technologies Inc
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2038-02-05
Also published as: WO2019150581A1; JP6952228B2

Abstract

移動体の測位システム（１）は、第一の箇所（４１）に設置され、第一電波基地局（２１）と、第二電波基地局（２１）と、第三電波基地局（２３）と、レーザー光基地局（２１）と、第一電波基地局（２１）、第二電波基地局（２２）および第三電波基地局（２３）による電波の発信状況または受信状況により、移動体の水平方向の位置を導出する水平方向位置導出部（３１３）と、水平方向位置導出部（３１３）により導出された位置に対して、レーザー光基地局（２１）によるレーザーの発信状況または受信状況により、移動体の鉛直方向の位置を導出する鉛直方向位置導出部（３１４）と、を備える。

Description

この発明は、移動体の測位システムに関するものである。

移動体の位置を検出する移動体位置検出方式が、特開平２−１７００７６号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１には、地理的に一直線上に並ぶのを避けて設置され、既知の時間間隔で電波を送出する少なくとも３局の基地局送信装置と、基地局送信装置から送出された電波を受信し、受信された電波の受信時間間隔のずれより、基地局送信装置が設置されているそれぞれの基地までの距離差を算出する距離算出手段、算出された距離差より自らの現在位置を算出する位置算出手段、を有する移動局受信装置とを備えたことを特徴とする移動体位置検出方式が開示されている。

特開平０２−１７００７６号公報

橋梁の下側や建物の高所の老朽化を確認するために、大掛かりな設備や準備を行って点検が行われる。橋梁の下側や建物の高所を点検するためにドローン等の無人航空機が用いられる場合がある。これは、無人航空機が水平方向だけでなく鉛直方向にも移動が可能であり、大掛かりな設備や準備を必要とせずに、上記のような場所でも容易に飛行させることができるためである。

橋梁の下側や建物の高所の点検に無人航空機を用いる際に、撮影を行いながら点検を行う。このように撮影を行いながら点検を行う際には、鉛直方向における無人航空機の位置情報が必要となる場合があり、鉛直方向における無人航空機の位置を精度良く測位できることが求められる。なお、特許文献１に開示の技術では、上記した場合には対応できない。

この発明の目的は、移動体の位置を精度良く測位することができる移動体の測位システムを提供することである。

本発明に従った移動体の測位システムは、移動体の位置を計測する。移動体の測位システムは、移動体と、移動体を無線通信により操縦する操縦器と、第一の箇所に設置され、前記移動体との距離を計測する電波の発信または受信を行う第一電波基地局と、第一の箇所の水平方向の位置と異なる位置であり、第一の箇所の鉛直方向の位置と同じ位置である第二の箇所に設置され、移動体との距離を計測する電波の発信または受信を行う第二電波基地局と、第一の箇所および第二の箇所の水平方向の位置と異なる位置であり、第一の箇所の鉛直方向の位置と同じ位置である第三の箇所に設置され、移動体との距離を計測する電波の発信または受信を行う第三電波基地局と、第四の箇所に設置され、移動体との距離を計測するレーザー光の発信または受信を行うレーザー光基地局と、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局による電波の発信状況または受信状況により、移動体の水平方向の位置を導出する水平方向位置導出部と、水平方向位置導出部により導出された位置に対して、レーザー光基地局によるレーザーの発信状況または受信状況により、移動体の鉛直方向の位置を導出する鉛直方向位置導出部と、を備える。

このような移動体の測位システムによれば、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局による電波の発信状況または受信状況により、移動体の水平方向の位置を導出する。このように、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局との電波通信によって位置を計測することで、移動体の水平方向における位置を容易に導出することができる。また、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）における衛星からの電波を受信できないような橋梁の下でも、移動体の水平方向における位置を導出することができる。また、移動体の水平方向の位置を導出した後に、レーザー光基地局とのレーザー光による通信によって移動体の鉛直方向の位置を導出することで、精度良く鉛直方向の位置を導出することができる。したがって、移動体の位置を精度良く測位することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、操縦器は、水平方向位置導出部と、鉛直方向位置導出部と、を含むようにしてもよい。このような構成とすることで、移動体の水平方向における位置と、鉛直方向における位置を把握しながら、移動体を操縦することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、水平方向位置導出部は、電波を発信した際の時刻情報、および電波を受信した際の時刻情報から、移動体と、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局それぞれとの距離を算出し、移動体の水平方向の位置を導出するようにしてもよい。このように電波の発信時間および受信時間により位置を導出することで、移動体の水平方向の位置をより容易に導出することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、水平方向位置導出部は、電波を受信した際の電波強度から、移動体と、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局それぞれとの距離を算出し、移動体の水平方向の位置を導出するようにしてもよい。このように電波強度により位置を導出することで、移動体の水平方向の位置をより精度よく導出することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、水平方向位置導出部は、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局から発信される電波を移動体が受信して、移動体の水平方向の位置を導出し、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局から発信される電波は、パルス波であり、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局においてパルス波の波長が異なるように設定されているようにしてもよい。このような構成とすることで、第一電波発信部、第二電波発信部および第三電波発信部それぞれから発信される電波を区別しながら、移動体において受信することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、水平方向位置導出部は、移動体から発信される電波を第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局が受信して、移動体の水平方向の位置を導出するようにしてもよい。このような構成とすることで、移動体から発信される１つの電波を用いて、移動体の水平方向の位置を導出することができ、より効率的な測位を行うことができる。

上記移動体の測位システムにおいて、移動体との距離を計測する電波は、パルス波であり、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局においてパルス波の波長が異なるように設定されていてもよい。このような構成とすることで、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局から移動体に電波を発信したとしても、移動体においてそれぞれの基地局から発信される電波を区別することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、鉛直方向位置導出部は、水平方向位置導出部により導出された移動体の水平方向の位置に対し、鉛直方向に角度を変えながら発信されたレーザー光の発信した際の時刻情報、レーザー光を移動体が受信した際の時刻情報、および移動体がレーザー光を受信した際のレーザー光の水平方向に対する角度情報に基づいて、移動体の鉛直方向における位置を導出するようにしてもよい。このようにレーザー光の発信時間、受信時間および角度により位置を導出することで、移動体の鉛直方向の位置をより精度良く導出することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、第一の箇所、第二の箇所および第三の箇所は、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）により位置が特定されるようにしてもよい。このようにＧＰＳにより位置が特定されることで、第一の箇所、第二の箇所および第三の箇所の正確な位置をより容易に特定することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、第四の箇所は、第一の箇所、第二の箇所および第三の箇所のいずれか１つと同じ位置であるようにしてもよい。このような構成とすることで、システム全体の構成をより簡素化することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局のうちのいずれか１つは、レーザー光基地局を兼用するようにしてもよい。このように構成することでシステム全体を簡素化することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、第一の箇所、第二の箇所および第三の箇所の水平方向の位置と異なる位置であり、第一の箇所の鉛直方向の位置と同じ位置である第五の箇所に設置され、移動体との距離を計測する電波の発信または受信を行う第四電波基地局をさらに備えるようにしてもよい。このような構成とすることで、移動体の水平方向のより正確な位置を導出することができる。また、第一電波基地局、第二電波基地局および第三電波基地局のうちのいずれか１つから発信される電波が障害物等によって遮蔽されたとしても、第四電波基地局があることで移動体の水平方向の位置を導出することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、レーザー光基地局から発信されるレーザー光は、水平方向に所定の幅だけ往復しながら発信されるようにしてもよい。このような構成とすることで、移動体の鉛直方向の位置をより確実に導出することができる。

上記移動体の測位システムにおいて、第一電波基地局、第二電波基地局、第三電波基地局およびレーザー光基地局は、それぞれ第一の箇所、第二の箇所、第三の箇所および第四の箇所に着脱可能であるようにしてもよい。このような構成とすることで、移動体の位置を測位したい場所に第一の箇所、第二の箇所、第三の箇所および第四の箇所を設定し、第一電波基地局、第二電波基地局、第三電波基地局およびレーザー光基地局を設置し、移動体の位置を導出することができる。このため、より効率的に移動体の位置を導出することができる。

このような移動体の測位システムによると、移動体の位置を精度良く測位することができる。

測位システムの構成を示すブロック図である。無人航空機の水平方向の位置を導出する場合の概略図である。無人航空機の鉛直方向の位置を導出する場合の概略図である。制御部の構成を示すブロック図である。実施の形態１における無人航空機の位置を計測する場合の処理の流れを示すフローチャートである。実施の形態２における無人航空機の位置を計測する場合の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る移動体の測位システムの構成を示すブロック図である。図１を参照して、測位システム１は、移動体としての無人航空機１１と、第一電波基地局２１と、第二電波基地局２２と、第三電波基地局２３と、レーザー光基地局２４と、無人航空機１１を無線通信により操縦する操縦器３１と、を備える。測位システム１は、無人航空機１１の位置を計測するシステムである。

図２は、無人航空機１１の水平方向の位置を導出する場合の概略図である。なお、図２における左右の方向はＸ軸方向であり、上下の方向はＹ軸方向である。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、水平方向である。水平方向に垂直な方向である鉛直方向は、Ｚ軸方向である。なお、図２は、無人航空機１１が橋梁下を飛行している場合を示している。理解の容易の観点から、一点鎖線はＸ軸方向に延びる橋Ｓの端部を示す。なお、橋Ｓの橋梁下では、ＧＰＳにおける衛星からの電波を受信することができない。図３は、無人航空機の鉛直方向の位置を導出する場合の概略図である。なお、図３において、左右の方向はＸ軸方向であり、上下の方向はＺ軸方向である。なお、図３は、無人航空機１１が橋Ｓの橋梁下を飛行している場合を示している。

第一電波基地局２１は、第一電波発信部２１１と、第一通信部２１２と、を含む。第一電波発信部２１１は、無人航空機１１と第一電波基地局２１との距離を計測するための電波を無人航空機１１に発信する。第一電波発信部２１１から発信される電波としては、例えば、パルス波等が用いられる。第一通信部２１２は、操縦器３１と無線通信により通信を行うことができる。同様に、第二電波基地局２２は、第二電波発信部２２１と、第二通信部２２２とを含む。第三電波基地局２３は、第三電波発信部２３１と、第三通信部２３２とを含む。なお、第一電波発信部２１１、第二電波発信部２２１および第三電波発信部２３１それぞれから発信される電波は、同時に無人航空機１１に対して発信される。第一電波発信部２１１、第二電波発信部２２１および第三電波発信部２３１それぞれから発信される電波は、区別できるようにするために、パルス波の周期を異なるように設定される。

レーザー光基地局２４は、レーザー光発信部２４１と、第五通信部２４２と、を含む。レーザー光発信部２４１は、無人航空機１１の鉛直方向における位置を計測するレーザー光を発信する。レーザー光発信部２４１から発信されるレーザー光の波長としては、例えば、約６００ｎｍ〜約１６００ｎｍの波長を有するレーザー光が用いられる。レーザー光基地局２４から発信されるレーザー光は、水平方向に所定の幅だけ往復しながら発信される。第五通信部２４２は、操縦器３１と無線通信により通信を行うことができる。

図２および図３を参照して、第一電波基地局２１は、第一の箇所４１に設置される。第二電波基地局２２は、第二の箇所４２に設置される。第三電波基地局２３は、第三の箇所４３に設置される。レーザー光基地局２４は、第四の箇所４４に設置される。第一の箇所４１は、橋Ｓから見てＹ軸方向下方側に位置する。第二の箇所４２は、橋Ｓから見てＹ軸方向上方側に位置する。第二の箇所４２は、第一の箇所４１に対してＸ軸方向に異なる位置である。第三の箇所４３は、橋Ｓから見てＹ軸方向下方側に位置する。第三の箇所４３は、第一の箇所４１および第二の箇所４２に対してＸ軸方向に異なる位置である。第四の箇所４４は、橋Ｓから見てＹ軸方向下方側に位置する。第四の箇所４４は、第一の箇所４１に対してＸ軸方向に異なる位置である。第一の箇所４１、第二の箇所４２、第三の箇所４３および第四の箇所４４のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置は、それぞれ異なるように配置される。なお、第一の箇所４１、第二の箇所４２、第三の箇所４３および第四の箇所４４のＺ軸方向の位置は、同一である。第一の箇所４１、第二の箇所４２、第三の箇所４３および第四の箇所４４を含む平面は、Ｘ−Ｙ平面に平行である。第一の箇所４１、第二の箇所４２、第三の箇所４３および第四の箇所４４は、Ｚ軸方向から平面的に見て、橋Ｓが配置される領域外に配置されている。第一の箇所４１、第二の箇所４２、第三の箇所４３および第四の箇所４４は、作業者による測量またはＧＰＳ等を用いて、位置が特定される場所である。

無人航空機１１は、人が搭乗して操縦せず、離隔した位置で人が無線により操縦するものである。本実施の形態においては、ドローン等のマルチコプターである。無人航空機１１は、電波受信部１１１と、レーザー光受信部１１２と、移動体通信部１１３とを含む。電波受信部１１１は、第一電波発信部２１１、第二電波発信部２２１および第三電波発信部２３１から発信される電波を受信する。レーザー光受信部１１２は、レーザー光発信部２４１から発信されるレーザー光を受信する。移動体通信部１１３は、操縦器３１と無線通信により通信を行うことができる。

操縦器３１は、操縦器通信部３１１と、制御部３１２と、を含む。操縦器通信部３１１は、第一通信部２１２、第二通信部２２２、第三通信部２３２、第五通信部２４２および移動体通信部１１３それぞれと無線通信により通信を行うことができる。制御部３１２は、操縦器３１全体の制御を行う。制御部３１２は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等から構成されており、一時的にデータを記憶する記憶部としての主記憶メモリ（図示せず）を含む。

次に、制御部３１２の構成について説明する。図４は、制御部３１２の構成を示すブロック図である。図４を参照して、制御部３１２は、水平方向位置導出部３１３と、鉛直方向位置導出部３１４と、を含む。水平方向位置導出部３１３は、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３による電波の発信状況または受信状況により、無人航空機１１の水平方向の位置を導出する。より具体的には、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３から発信される電波を無人航空機１１にて受信する。例えば、第一電波発信部２１１、第二電波発信部２２１および第三電波発信部２３１それぞれから発信される電波は、区別できるようにするために、パルス波の周期を異なるように設定される。なお、無人航空機１１から発信される電波を第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３が受信するようにしてもよい。このようにすることで、１つの電波を用いて無人航空機１１の水平方向の位置を導出することができる。鉛直方向位置導出部３１４は、水平方向位置導出部３１３により導出された位置に対して、レーザー光基地局２４によるレーザーの発信状況または受信状況により、無人航空機１１の鉛直方向の位置を導出する。より具体的には、レーザー光基地局２４から発信されるレーザー光を無人航空機１１にて受信する。これらの構成の詳細については、後に詳述する。

次に、無人航空機１１の位置を測位する場合について説明する。図５は、無人航空機１１の位置を計測する場合の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２、第三電波基地局２３およびレーザー光基地局２４が設置される。次に、第一の箇所４１、第二の箇所４２、第三の箇所４３、および第四の箇所４４の位置が特定される。より具体的には、ＧＰＳを用いて、第一の箇所４１、第二の箇所４２、第三の箇所４３、および第四の箇所４４のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置が特定される。なお、作業者による測量を行い、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置を特定するようにしてもよい。なお、第一の箇所４１、第二の箇所４２、第三の箇所４３、および第四の箇所の位置は、世界測地系に対応する三次元直交ＸＹＺ座標系による位置が特定される。

最初に、第一電波発信部２１１、第二電波発信部２２１および第三電波発信部２３１から無人航空機１１に電波を発信する（Ｓ１１）。第一電波発信部２１１、第二電波発信部２２１および第三電波発信部２３１から電波を発信した際の時間をＴ_１とする。電波を発信した際の時間情報は、第一通信部２１２、第二通信部２２２および第三通信部２３２を介して、操縦器通信部３１１に送信される。そして、無人航空機１１の電波受信部１１１において電波を受信する（Ｓ１２）。第一電波発信部２１１から発信された電波を電波受信部１１１において受信した際の時間を、Ｘ_１とする。同様に、第二電波発信部２２１から発信された電波を電波受信部１１１において受信した際の時間を、Ｘ_２とする。第三電波発信部２３１から発信された電波を電波受信部１１１において受信した際の時間を、Ｘ_３とする。電波を受信した際の時間情報は、移動体通信部１１３を介して、操縦器通信部３１１に送信される。

次に、無人航空機１１において、電波を発信した際の時間情報、および電波を受信した際の時間情報を取得したか否かが判断される（Ｓ１３）。電波を発信した際の時間情報、および電波を受信した際の時間情報を取得したと判断されれば（Ｓ１３においてＹＥＳ）、無人航空機１１と第一電波基地局２１との距離と、無人航空機１１と第二電波基地局２２との距離と、無人航空機１１と第三電波基地局２３との距離が算出される。より具体的には、無人航空機１１と第一電波基地局２１との距離は、時間差（Ｘ_１−Ｔ_１）に光速を掛けて算出する。そして、無人航空機１１と第一電波基地局２１との距離を半径とする球面５１と、無人航空機１１と第二電波基地局２２との距離を半径とする球面５２と、無人航空機１１と第三電波基地局２３との距離を半径とする球面５３との交点Ｔを算出する。その結果、第一電波基地局２１と交点Ｔとの距離Ｍ_１、第二電波基地局２２と交点Ｔとの距離Ｍ_２、第三電波基地局２３と交点Ｔとの距離Ｍ_３が導出される（Ｓ１４）。そして、第一の箇所４１、第二の箇所４２および第三の箇所４３の位置から交点のＸ軸方向の位置およびＹ軸方向の位置が導出される（Ｓ１５）。導出された無人航空機１１のＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置情報は、操縦器通信部３１１を介して第五通信部２４２に送信される。なお、この時点で電波による無人航空機１１のＺ軸方向の位置は、一旦導出される。

導出された無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置に対して、レーザー光発信部２４１からレーザー光を発信する（Ｓ１６）。より具体的には、レーザー光発信部２４１からＺ軸方向に角度を変えながらレーザー光を発信する。併せて、発信されるレーザー光のＸ軸方向に対する角度情報を随時取得しておく。そして、無人航空機１１のレーザー光受信部１１２がレーザー光を受信するまで、レーザー光発信部２４１はレーザー光を発信する（Ｓ１７）。なお、レーザー光を最初に発信した際の時間を、Ｔ_２とする。レーザー光受信部１１２においてレーザー光を受信した際の時間を、Ｘ_４とする。レーザー光受信部１１２においてレーザー光を受信した際のレーザー光のＸ軸方向に対する角度をαとする。レーザー光を発信した際の時間情報およびレーザー光の角度情報は、第五通信部２４２を介して、操縦器通信部３１１に送信される。レーザー光を受信した際の時間情報は、移動体通信部１１３を介して、操縦器通信部３１１に送信される。

次に、無人航空機１１において、レーザー光を発信した際の時間情報、レーザー光を受信した際の時間情報、およびレーザー光の角度情報を取得したか否かが判断される（Ｓ１８）。レーザー光を発信した際の時間情報、レーザー光を受信した際の時間情報、およびレーザー光の角度情報を取得したと判断されれば（Ｓ１８においてＹＥＳ）、無人航空機１１とレーザー光基地局２４との距離Ｌ_１を算出する（Ｓ１９）。より具体的には、レーザー光を受信した際の時間と、レーザー光を発信した際の時間との時間差に光速を掛けることで算出される。例えば、距離Ｌ_１は、時間差（Ｘ_４−Ｔ_２）に光速を掛けて算出する。そして、無人航空機１１とレーザー光基地局２４とのＺ軸方向における距離Ｌ_２を算出する。例えば、距離Ｌ_２は、角度αの正弦値に距離Ｌ_１を掛けて算出する。そして、鉛直方向位置導出部３１４により、無人航空機１１のＺ軸方向の位置が導出される（Ｓ２０）。例えば、第四の箇所４４の位置および算出された距離Ｌ_２から無人航空機１１のＺ軸方向の位置が導出される。

ここで、このような無人航空機１１の測位システム１によれば、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３による電波の発信状況または受信状況により、無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を導出する。このように、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３との電波通信によって位置を計測することで、無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向における位置を容易に導出することができる。また、ＧＰＳにおける衛星からの電波を受信できないような橋梁の下でも、無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向における位置を導出することができる。また、レーザー光基地局２４とのレーザー光による通信によって無人航空機１１のＺ軸方向の位置を導出することで、精度良くＺ軸方向の位置を導出することができる。したがって、無人航空機１１の位置を精度良く測位することができる。

なお、上記実施の形態においては、移動体は無人航空機である構成としたが、これに限られるものではなく、移動体は車等の車両であってもよい。

なお、上記実施の形態においては、第一の箇所４１、第二の箇所４２および第三の箇所４３は、ＧＰＳにより位置が特定される。このようにＧＰＳにより位置が特定されることで、第一の箇所４１、第二の箇所４２および第三の箇所４３の位置をより容易に特定することができる。

なお、上記実施の形態においては、第四の箇所４４のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置は、第一の箇所４１、第二の箇所４２および第三の箇所４３と異なるようにしたが、これに限られるものではなく、第一の箇所４１、第二の箇所４２および第三の箇所４３のいずれか１つと同じ位置であるようにしてもよい。このような構成とすることで、システム全体の構成をより簡素化することができる。

なお、上記実施の形態においては、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３とは別にレーザー光基地局２４を設ける構成としたが、これに限られるものではなく、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３のうちのいずれか１つは、レーザー光基地局２４を兼用するようにしてもよい。このように構成することでシステム全体を簡素化することができる。

なお、上記実施の形態においては、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３から発信される電波を無人航空機１１において受信する構成としたが、これに限られるものではなく、無人航空機１１から発信される電波を第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３が受信するようにしてもよい。このような構成とすることで、無人航空機１１から発信される１つの電波を用いて、無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を導出することができ、より効率的な測位を行うことができる。

なお、上記実施の形態においては、無人航空機１１との距離を計測する電波は、パルス波であり、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３においてパルス波の波長が異なるように設定されている。このような構成とすることで、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３から無人航空機１１に電波を発信したとしても、無人航空機１１においてそれぞれの基地局から発信される電波を区別することができる。

なお、上記実施の形態においては、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３による構成としたが、これに限られるものではなく、無人航空機１１との距離を計測する電波の発信または受信を行う第四電波基地局２５をさらに備える構成としてもよい。なお、第四電波基地局２５は、第一の箇所４１、第二の箇所４２および第三の箇所４３のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置と異なる位置であり、第一の箇所４１のＺ軸方向の位置と同じ位置である第五の箇所に設置される。このような構成とすることで、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３のうちのいずれか１つから発信される電波が障害物等によって遮蔽されたとしても、第四電波基地局２５があることで無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を導出することができる。

なお、上記実施の形態においては、レーザー光基地局２４から発信されるレーザー光は、Ｘ軸方向に所定の幅だけ往復しながら発信される。このような構成とすることで、移動体の鉛直方向の位置をより精度良く導出することができる。

なお、上記実施の形態においては、レーザー光基地局２４からレーザー光を発信し、無人航空機１１にて受信する構成としたが、これに限られるものではなく、無人航空機１１からレーザー光を発信し、レーザー光基地局２４で受信する構成としてもよい。

なお、上記実施の形態においては、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２、第三電波基地局２３およびレーザー光基地局２４は、それぞれ第一の箇所４１、第二の箇所４２、第三の箇所４３および第四の箇所４４に着脱可能である。このような構成とすることで、無人航空機１１の位置を測位したい場所に第一の箇所４１、第二の箇所４２、第三の箇所４３および第四の箇所４４を設定し、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２、第三電波基地局２３およびレーザー光基地局２４を設置し、無人航空機１１の位置を導出することができる。このため、より効率的に無人航空機１１の位置を導出することができる。

なお、上記実施の形態においては、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３の構成としたが、これに限られるものではなく、無人航空機１１との距離を計測する電波の発信または受信を行う第四電波基地局２５をさらに備えるようにしてもよい。第四電波基地局２５は、第一の箇所４１、第二の箇所４２および第三の箇所４３のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置と異なる位置であり、第一の箇所４１のＺ軸方向の位置と同じ位置である第五の箇所に設置される。第四電波基地局２５は、第四電波発信部２５１と、第四通信部２５２とを含む。このような構成とすることで、無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向のより正確な位置を導出することができる。また、第一電波基地局２１、第二電波基地局２２および第三電波基地局２３のうちのいずれか１つから発信される電波が障害物等によって遮蔽されたとしても、第四電波基地局２５があることで無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を導出することができる。

（実施の形態２）
次に、本願の測位システム１の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有する。しかし、実施の形態２においては、水平方向位置導出部３１３による無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置の導出方法が、実施の形態１の場合と異なっている。以下、主に実施の形態１の場合と異なる点について説明する。

図６は、実施の形態２における無人航空機１１の位置を計測する場合の処理の流れを示すフローチャートである。第一電波発信部２１１、第二電波発信部２２１および第三電波発信部２３１から無人航空機１１に電波を発信する（Ｓ２１）。なお、第一電波発信部２１１、第二電波発信部２２１、または第三電波発信部２３１から発信される電波に関する伝搬距離と、電波強度との関係を示す減衰特性が予め測定されているものとする。第一電波発信部２１１、第二電波発信部２２１および第三電波発信部２３１それぞれから発信される電波を区別できるようにするために、パルス波の周期を異なるように設定する。電波を発信した際の電強強度に関する情報は、第一通信部２１２、第二通信部２２２および第三通信部２３２を介して、操縦器通信部３１１に送信される。そして、無人航空機１１の電波受信部１１１において電波を受信する（Ｓ２２）。この時に、第一電波発信部２１１から発信された電波の電波強度Ｕ_１を計測する。同様に、第二電波発信部２２１および第三電波発信部２３１それぞれから発信された電波の電波強度Ｕ_２、Ｕ_３を計測する。計測された電波強度Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３に関する情報は、移動体通信部１１３を介して、操縦器通信部３１１に送信される。

次に、無人航空機１１において、電波強度に関する情報を取得したか否かが判断される（Ｓ２３）。電波強度に関する情報を取得したと判断されれば（Ｓ２３においてＹＥＳ）、無人航空機１１と第一電波基地局２１との距離が算出される。同様に、無人航空機１１と第二電波基地局２２との距離が算出される。無人航空機１１と第三電波基地局２３との距離が算出される。例えば、第一電波発信部２１１から発信された電波が受信された時の電波強度Ｕ_１と、予め測定された減衰特性とから無人航空機１１と第一電波基地局２１との距離が算出される。無人航空機１１と第一電波基地局２１との距離を半径とする球面５１と、無人航空機１１と第二電波基地局２２との距離を半径とする球面５２と、無人航空機１１と第三電波基地局２３との距離を半径とする球面５３との交点Ｔを算出する。その結果、第一電波基地局２１と交点Ｔとの距離Ｍ_１、第二電波基地局２２と交点Ｔとの距離Ｍ_２、第三電波基地局２３と交点Ｔとの距離Ｍ_３が導出される（Ｓ２４）。そして、水平方向位置導出部３１３により、無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置が導出される（Ｓ２５）。その後のＳ２６〜Ｓ３０は、Ｓ１６〜Ｓ２０と同様の処理が行われる。このように電波強度により無人航空機１１の位置を導出することで、無人航空機１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置をより精度よく導出することができる。

上記実施の形態２の測位システム１によっても、実施の形態１と同様に、移動体の位置を精度良く測位することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明に係る移動体の測位システムは、移動体の位置を精度良く測位することが要求される場合に、特に有効に利用される。

１測位システム、１１無人航空機、２１第一電波基地局、２２第二電波基地局、２３第三電波基地局、２４レーザー光基地局、２５第四電波基地局、３１操縦器、４１第一の箇所、４２第二の箇所、４３第三の箇所、４４第四の箇所、５１，５２，５３球面、１１１電波受信部、１１２レーザー光受信部、１１３移動体通信部、２１１第一電波発信部、２１２第一通信部、２２１第二電波発信部、２２２第二通信部、２３１第三電波発信部、２３２第三通信部、２４１レーザー光発信部、２４２第五通信部、２５１第四電波発信部、２５２第四通信部、３１１操縦器通信部、３１２制御部、３１３水平方向位置導出部、３１４鉛直方向位置導出部。

Claims

移動体の位置を計測する移動体の測位システムであって、
移動体と、
前記移動体を無線通信により操縦する操縦器と、
第一の箇所に設置され、前記移動体との距離を計測する電波の発信または受信を行う第一電波基地局と、
前記第一の箇所の水平方向の位置と異なる位置であり、前記第一の箇所の鉛直方向の位置と同じ位置である第二の箇所に設置され、前記移動体との距離を計測する電波の発信または受信を行う第二電波基地局と、
前記第一の箇所および前記第二の箇所の水平方向の位置と異なる位置であり、前記第一の箇所の鉛直方向の位置と同じ位置である第三の箇所に設置され、前記移動体との距離を計測する電波の発信または受信を行う第三電波基地局と、
第四の箇所に設置され、前記移動体との距離を計測するレーザー光の発信または受信を行うレーザー光基地局と、
前記第一電波基地局、前記第二電波基地局および前記第三電波基地局による電波の発信状況または受信状況により、前記移動体の水平方向の位置を導出する水平方向位置導出部と、
前記水平方向位置導出部により導出された位置に対して、前記レーザー光基地局によるレーザーの発信状況または受信状況により、前記移動体の鉛直方向の位置を導出する鉛直方向位置導出部と、を備える、移動体の測位システム。
前記操縦器は、前記水平方向位置導出部と、前記鉛直方向位置導出部と、を含む、請求項１に記載の移動体の測位システム。
前記水平方向位置導出部は、
前記電波を発信した際の時刻情報、および前記電波を受信した際の時刻情報から、前記移動体と、前記第一電波基地局、前記第二電波基地局および前記第三電波基地局それぞれとの距離を算出し、前記移動体の水平方向の位置を導出する、請求項１または請求項２に記載の移動体の測位システム。
前記水平方向位置導出部は、
前記電波を受信した際の電波強度から、前記移動体と、前記第一電波基地局、前記第二電波基地局および前記第三電波基地局それぞれとの距離を算出し、前記移動体の水平方向の位置を導出する、請求項１または請求項２に記載の移動体の測位システム。
前記水平方向位置導出部は、前記第一電波基地局、前記第二電波基地局および前記第三電波基地局から発信される電波を前記移動体が受信して、前記移動体の水平方向の位置を導出し、
前記第一電波基地局、前記第二電波基地局および前記第三電波基地局から発信される電波は、パルス波であり、前記第一電波基地局、前記第二電波基地局および前記第三電波基地局において前記パルス波の波長が異なるように設定されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の移動体の測位システム。
前記水平方向位置導出部は、前記移動体から発信される電波を前記第一電波基地局、前記第二電波基地局および前記第三電波基地局が受信して、前記移動体の水平方向の位置を導出する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の移動体の測位システム。
前記鉛直方向位置導出部は、
前記水平方向位置導出部により導出された前記移動体の水平方向の位置に対し、鉛直方向に角度を変えながら前記レーザー光基地局から発信された前記レーザー光の発信した際の時刻情報、前記レーザー光を前記移動体が受信した際の時刻情報、および前記移動体が前記レーザー光を受信した際の前記レーザー光の水平方向に対する角度情報に基づいて、前記移動体の鉛直方向における位置を導出する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の移動体の測位システム。
前記第一の箇所、前記第二の箇所および前記第三の箇所は、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）により位置が特定される、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の移動体の測位システム。
前記第四の箇所は、前記第一の箇所、前記第二の箇所および前記第三の箇所のいずれか１つと同じ位置である、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の移動体の測位システム。
前記第一電波基地局、前記第二電波基地局および前記第三電波基地局のうちのいずれか１つは、前記レーザー光基地局を兼用する、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の移動体の測位システム。
前記第一の箇所、前記第二の箇所および前記第三の箇所の水平方向の位置と異なる位置であり、前記第一の箇所の鉛直方向の位置と同じ位置である第五の箇所に設置され、前記移動体との距離を計測する電波の発信または受信を行う第四電波基地局をさらに備える、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の移動体の測位システム。
前記レーザー光基地局から発信される前記レーザー光は、水平方向に所定の幅だけ往復しながら発信される、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の移動体の測位システム。
前記第一電波基地局、前記第二電波基地局、前記第三電波基地局および前記レーザー光基地局は、それぞれ前記第一の箇所、前記第二の箇所、前記第三の箇所および前記第四の箇所に着脱可能である、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の移動体の測位システム。