WO2020008706A1 - 情報収集装置及びこれを搭載した無人航空機 - Google Patents

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WO2020008706A1
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moving body
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PCT/JP2019/016882
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鈴木　太郎
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Ｔｅｒｒａ Ｄｒｏｎｅ株式会社
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    • G01S19/54—Determining attitude using carrier phase measurements; using long or short baseline interferometry

Definitions

  • the present disclosure relates to an information collection device and an unmanned aerial vehicle equipped with the information collection device, and for example, relates to an information collection device used for surveying.
  • GCP ground control point
  • the present disclosure is to provide an information collection device that can obtain observation data for estimating the position and orientation with high accuracy and that is low in manufacturing cost, and an unmanned aerial vehicle equipped with such an information collection device With the goal.
  • a first aspect of the present disclosure relates to an information collection device that collects information about a position and a posture.
  • This information collecting device includes N (N is an integer of 3 or more) receivers for receiving positioning signals broadcast from a plurality of satellites, and N antennas of the N receivers. And a fixed frame. N antennas for receiving positioning signals at the N receivers are arranged in a ring at equal intervals.
  • the frame includes a main body and N arms extending in directions away from a virtual center line passing through the main body. The N antennas are fixed to one end of each of the N arms separated from the main body.
  • the main body is fixed to the main body frame supporting the other ends of the N arms, a mobile body connecting portion detachably connected to the mobile body positioned on the virtual center line, and the main body frame and the mobile body connecting portion. And a vibration isolator that suppresses propagation of vibrations from the moving body connecting portion to the main body frame.
  • the N antennas are located on a common virtual plane perpendicular to the virtual center line, and the common virtual plane is separated from the moving body connected to the moving body connecting unit. .
  • the main body frame is suspended from the moving body via the vibration isolating unit and the moving body coupling unit. It becomes.
  • 2A second aspect of the present disclosure relates to an unmanned aerial vehicle equipped with the information collection device according to the first aspect.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a system according to the present embodiment.
  • 2A and 2B are diagrams showing an example of a UAV equipped with an information collecting device.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the information collection device.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration of the information processing apparatus.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining an operation of collecting information by an information collection device mounted on a UAV and creating a three-dimensional map.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example of the UAV according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an information collecting device mounted on the UAV shown in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view of the main body of the information collecting device as viewed from above.
  • FIG. 9 is an enlarged perspective view of the main body of the information collecting device as viewed from below.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a state in which one arm is folded.
  • FIG. 11 is an enlarged perspective view of an anti-vibration section and a moving body connecting section of the main body.
  • FIG. 12 is an enlarged perspective view of the vicinity of the rod-shaped member connecting portion in the arm portion, and shows a state in which the first rod-shaped member and the second rod-shaped member are connected by the rod-shaped member connecting portion.
  • FIG. 13 is an enlarged perspective view of the vicinity of the rod-shaped member connecting portion in the arm portion, and shows a state where the first rod-shaped member and the second rod-shaped member are separated.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a state in which each arm of the information collection device is folded.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a system according to the present embodiment.
  • the system according to the present embodiment periodically receives positioning signals broadcast from a plurality of satellites 7 in a UAV (unmanned eaerial vehicle) 1 as a mobile body, estimates the position and attitude of the UAV 1, The distance and the direction from the UAV 1 to the ground 9 are measured in synchronization with the signal reception timing.
  • This system creates a three-dimensional map of the ground surface 9 by collecting the estimation result of the position and attitude of the UAV 1 and the measurement result of the distance and direction from the UAV 1 to the ground surface 9.
  • the information processing device 5 inputs observation data and distance measurement data acquired by the UAV 1 flying above and observation data acquired by the ground reference station 3 installed on the ground, and processes these data. , A three-dimensional map of the ground surface 9 is created.
  • Observation data acquired by the UAV 1 and the ground reference station 3 are data generated based on positioning signals broadcast from a plurality of satellites 7, and distances from the plurality of satellites 7 (distance from the satellite 7 to the antenna) ). As described later, since the UAV 1 has a plurality of receivers, the UAV 1 acquires observation data of the plurality of receivers.
  • the ranging data acquired by the UAV 1 includes a measured value of the distance from the UAV 1 to the ground surface 9 and information on a measurement direction viewed from the UAV 1 when measuring the distance.
  • the distance measurement data includes, for example, a measured value of a distance obtained based on a reflected light of the laser light emitted toward the ground surface 9 as shown in FIG.
  • Observation data acquired by the UAV 1 and the ground reference station 3 and ranging data acquired by the UAV 1 are acquired at substantially the same time in a predetermined cycle (for example, a cycle of 1 second).
  • FIGS. 2A and 2B are views showing an example of the UAV 1 on which the information collecting device is mounted, FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a front view.
  • the UAV 1 shown in FIGS. 2A and 2B has a propeller type drone 24 and an information collecting device 10 connected to the drone 24.
  • the drone 24 includes a main body 25 and six arms 27-1 to 27-6 extending in directions away from a virtual center line VL passing through the main body 25 (hereinafter referred to as “arm 27” without distinction).
  • arm 27 virtual center line
  • six propellers 26-1 to 26-6 provided at one end of the arm portions 27-1 to 27-6 (hereinafter, sometimes referred to as "propeller 26" without distinction).
  • the six propellers 26 are annularly arranged at equal intervals around the virtual center line VL.
  • the information collecting apparatus 10 includes six antennas 19-1 to 19-6 (hereinafter, sometimes referred to as "antenna 19" without distinction) for receiving positioning signals from the satellite 7, respectively, and six antennas. And a frame 11 to which an antenna 19 is fixed. When viewed from a direction parallel to the virtual center line VL as shown in FIG. 2A, the six antennas 19 are annularly arranged at equal intervals around the virtual center line VL.
  • the frame 11 has a main body 12 and six arms 17-1 to 17-6 supported by the main body 12 (hereinafter, sometimes referred to as "arms 17" without distinction).
  • the virtual center line VL passes through the main body 12, and the six arms 17 extend in directions away from the virtual center line VL.
  • the antenna 19 is fixed to one end of the arm 17 distant from the main body 12.
  • the arm 17 extends in the horizontal direction from the main body 12, bends in an L shape from the horizontal in the middle, and a disk-shaped antenna 19 is fixed to the end of the arm 17 extending upward.
  • the six antennas 19 are located on a common virtual plane VP perpendicular to the virtual center line VL.
  • the arm 17 when viewed from a direction parallel to the virtual center line VL, the arm 17 extends in a direction that divides an angle formed by two adjacent arms 27 into approximately two equal parts.
  • the six antennas 19 fixed to one end of the arm 17 are farther from the virtual center line VL than the propeller 26 of the drone 24 and are located above the propeller 26.
  • the main body 12 of the information collecting device 10 is connected to the lower surface of the main body 25 of the drone 24.
  • the information collection device 10 flies with the drone 24 while being suspended by the drone 24.
  • a distance measuring device 20 is attached to a lower surface of the main body 12 of the information collecting device 10, and a laser beam for distance measuring is irradiated from the distance measuring device 20 toward the ground surface 9.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the information collection device 10 mounted on the UAV 1.
  • the information collecting apparatus 10 shown in FIG. 3 includes six receivers 18-1 to 18-6 used for estimating the position and orientation (hereinafter, may be referred to as “receiver 18” without distinction). It has a distance measuring device 20, a receiver 18A used for setting measurement timing of the distance measuring device 20, and a control device 21.
  • the receiver 18 receives a signal broadcast from the satellite 7 at the antenna 19.
  • the receiver 18 receives positioning signals broadcast on the plurality of satellites 7 and, based on the received signals, determines a distance between the plurality of satellites 7 and a reception position where the positioning signal is received on the antenna 19.
  • Generate observation data containing information about
  • the observation data includes information on the carrier phase of a signal broadcast from each of the plurality of satellites 7.
  • the receiver 18 receives a signal from the satellite 7 periodically (for example, at a cycle of 1 second) at a timing synchronized with a system clock precisely managed in the satellite 7, and generates observation data.
  • the receiver 18A receives a signal broadcast from the satellite 7 at the antenna 19A.
  • the receiver 18A outputs to the distance measuring device 20 a signal indicating the periodic reception timing synchronized with the system clock based on the reception signal from the satellite 7.
  • the distance measuring device 20 is located at a reference point for estimating the position in the UAV 1 and measures the distance from the reference point to the object.
  • the distance measuring device 20 is, for example, a laser scanner, and measures a distance between one point on the ground surface 9 and a reference point based on a phase or a time difference of reflected light with respect to the laser light applied to one point on the ground surface 9.
  • the distance measuring device 20 measures distances at many positions on the ground surface 9 by scanning the ground surface 9 with laser light.
  • the distance measuring device 20 measures the distance at a timing synchronized with the reception of the signal from the satellite 7 by the six receivers 18 based on the reception timing signal output from the receiver 18A.
  • the distance measuring device 20 generates distance measurement data including information on the measured value of the distance and the measurement direction (irradiation direction of the laser beam).
  • the control device 21 records the observation data generated by the receivers 18-1 to 18-6 and the distance measurement data generated by the distance measurement device 20.
  • the control device 21 includes a processing unit 22 and a storage unit 23.
  • the processing unit 22 records the observation data obtained by the six receivers 18 and the distance measurement data obtained by the distance measurement device 20 in the storage unit 23 in association with the data obtained at the same time. As a result, sets of observation data and ranging data obtained at the same time are stored in the storage unit 23 in chronological order.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of the information processing device 5.
  • 4 includes an interface unit 51, a display unit 52, a processing unit 53, and a storage unit 54.
  • the interface unit 51 includes a user interface device (a keyboard, a mouse, a touch pad, a touch panel, and the like) for inputting information according to a user operation to the processing unit 53. Further, the interface unit 51 includes a communication interface for exchanging information between an external device and the processing unit 53, a general-purpose input / output interface such as a USB, and a recording medium reading device.
  • a user interface device a keyboard, a mouse, a touch pad, a touch panel, and the like
  • the interface unit 51 includes a communication interface for exchanging information between an external device and the processing unit 53, a general-purpose input / output interface such as a USB, and a recording medium reading device.
  • the display unit 52 is a device that displays an image under the control of the processing unit 53, and includes a display device (a liquid crystal display, an organic EL display, or the like).
  • the processing unit 53 is a device that performs various types of information processing, and includes, for example, a computer that executes processing according to an instruction code of a program 541 stored in the storage unit 54.
  • the processing unit 53 may execute at least a part of the processing by dedicated hardware.
  • the processing unit 53 includes a posture estimating unit 531, a position estimating unit 532, and a three-dimensional map creating unit 533.
  • the processing unit 53 inputs the data (observation data and distance measurement data) stored in the storage unit 23 (FIG. 3) of the information collection device 10 in the interface unit 51, and these units (the posture estimation unit 531 and the position estimation unit) 532 and a three-dimensional map creation unit 533).
  • the attitude estimating unit 531 is based on observation data generated based on signals received from the plurality of satellites 7 in each of the six receivers 18 installed in the UAV 1 and position data on the positions of the plurality of satellites 7. , UAV1.
  • the position data is data including information on the position of each satellite 7 orbiting each predetermined orbit at each time, and is acquired based on publicly known information.
  • the position estimating unit 532 estimates the position of the reference point in the UAV 1 based on the above-mentioned observation data and position data. That is, the position estimating unit 532 calculates an “estimated receiving position PE” at which one or more receivers 18 estimate the position at which the antenna 19 receives a signal from the satellite 7 based on the position data and the observation data. The position estimating unit 532 calculates the estimated position PX of the reference point in the UAV1 based on the attitude of the UAV1 estimated by the attitude estimating unit 531 and the calculated one or more estimated receiving positions PE.
  • the three-dimensional map creation unit 533 includes a posture of the UAV 1 estimated by the posture estimation unit 531, an estimated position PX of the reference point estimated by the position estimation unit 532, a measured value of the distance by the distance measuring device 20, and a distance measurement.
  • Information on the irradiation direction of the laser beam in the device 20 is acquired for each time, and three-dimensional coordinates of each position on the ground 9 are calculated based on the acquired data for each time.
  • the storage unit 54 stores a program 541 executed by the computer of the processing unit 53, data temporarily stored in the course of the processing of the processing unit 53, constants used for the processing of the processing unit 53, and the like.
  • the storage unit 54 includes one or more arbitrary storage devices such as a ROM, a RAM, a flash memory, a hard disk, and a magnetic recording medium.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining an operation of collecting information by the information collecting device 10 mounted on the UAV 1 to create a three-dimensional map.
  • a receiving position (a receiving position of a signal at each antenna 19) for receiving a signal from the satellite 7 is measured in each receiver 18 of the UAV 1 (ST100).
  • the receiving position of each receiver 18 is precisely measured as a relative position with respect to a reference point (the laser emission position of the distance measuring device 20).
  • the reception position of each receiver 18 is used as a reference when calculating the estimated attitude, and is also used for determining whether the estimated position calculated based on the observation data is appropriate.
  • the flight of UAV1 is performed, and information is collected by information collecting device 10 mounted on UAV1 (ST105). That is, the information collection device 10 periodically performs the reception of the signal by the six receivers 18 and the measurement of the distance by the distance measurement device 20 at the same timing. The information collection device 10 accumulates a set of observation data and ranging data obtained at the same timing as time-series data.
  • the ground reference station 3 may be installed by a public institution or may be installed by the user himself.
  • the ground reference station 3 receives a signal from each satellite 7 at a location whose position has been precisely measured in advance, and generates observation data including information on the distance to each satellite 7.
  • the information (observation data and distance measurement data) collected from the information collection device 10 is collected and input to the information processing device 5. Further, observation data obtained by the ground reference station 3 and position data indicating the position of each satellite 7 at each time are also input to the information processing device 5 (ST110).
  • the attitude estimation unit 531 of the information processing device 5 calculates the estimated attitude of the UAV 1 at each time based on the observation data of the six receivers 18 collected from the information collection device 10 and the position data of each satellite 7. (ST115).
  • the position estimating unit 532 of the information processing device 5 compares the observation data of the six receivers 18 collected from the information collection device 10, the position data of each satellite 7, and the observation data obtained by the ground reference station 3. Then, the estimated position PX of the reference point in UAV1 is calculated based on the already calculated estimated attitude of UAV1 (ST120).
  • the three-dimensional map creation unit 533 of the information processing device 5 calculates the estimated attitude of the UAV 1 at the same time, the estimated position PX of the reference point, and the distance measurement data (the measured value of the distance and the irradiation direction of the laser beam).
  • the three-dimensional coordinates of one point on the ground 9 are calculated.
  • three-dimensional data (three-dimensional map) in a certain range of the ground 9 is obtained (ST125).
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example of the UAV 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the information collecting apparatus 10 mounted on the UAV 1 shown in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view of the main body 12 of the information collection device 10 as viewed from above.
  • FIG. 9 is an enlarged perspective view of the main body 12 viewed from below.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a state in which one arm 17 is folded in the main body 12.
  • the main body 12 of the frame 11 includes a main body frame 13 that supports the other ends of the six arms 17 and a moving body detachably connected to a drone 24 (moving body). It has a connecting portion 16 and an anti-vibration portion 15 for suppressing propagation of vibration from the moving body connecting portion 16 to the main body frame 13.
  • the main body frame 13 includes a first plate-like member 131 and a second plate-like member 132 that are disposed to face each other, and a first plate-like member 131 and a second plate-like member 132. And six arm support mechanisms 14 interposed therebetween.
  • a distance measuring device 20 and a control device case 211 are attached to the second plate-like member 132 of the main body frame 13 as shown in FIG.
  • the control device case 211 contains the control device 21 and the receivers 18-1 to 18-6.
  • the antenna 19 attached to one end of each arm 17 is connected to each receiver 18 in the control device case 211 via each cable 191.
  • the cable 191 passes through the inside of a tubular member (a first rod-like member 171 and a second rod-like member 172 described later) of the arm 17.
  • the six arm support mechanisms 14 of the main body frame 13 support the other end of one arm 17 respectively.
  • the arm supporting mechanism 14 rotatably supports the other end of the arm 17 so that the angle of the arm 17 with respect to the virtual center line VL can be changed.
  • the arm support mechanism 14 enters a locked state in which the rotation of the arm 17 is stopped.
  • the locked state may be a state released by a user's operation (an unlocked state).
  • the six arm support mechanisms 14 are in the locked state, as shown in FIG. 2A, the six antennas 19 are arranged in a ring shape, and as shown in FIG. 2B, the six antennas 19 are placed in the virtual plane VP. It is in the state located at.
  • the arm support mechanism 14 includes a support base 145 fixed to the first plate-like member 131 and the second plate-like member 132 and the other end of the arm 17 (a first rod-like member to be described later). It has a rod holder 144 that holds one end of the member 171) and a shaft 141 that rotatably supports the rod holder 144 with respect to the support base 145.
  • the support base 145 has two walls facing each other with the rod holder 144 interposed therebetween, and the shaft 141 is supported by the two walls. The rotation direction of the rod holder 144 is guided by the two walls of the support base 145, and rattling in a direction parallel to the shaft 141 is suppressed.
  • the arm support mechanism 14 has a locking pin 142 for stopping the rotation of the rod holder 144 with respect to the support base 145.
  • the locking pin 142 is arranged over two walls of the support base 145. Both ends of the locking pin 142 are movable along an elongated hole 147 provided in the wall, and are urged toward one end of the elongated hole 147 by a spring (elastic member) 143, respectively.
  • a spring elastic member
  • the locking pin 142 is fitted into the locking groove 146 of the rod holder 144, and the rotation of the rod holder 144 with respect to the support base 145 is suppressed (locked state).
  • the locking pin 142 is moved toward the other end of the elongated hole 147 against the urging force of the spring 143, the locking pin 142 is disengaged from the locking groove 146 of the rod holder 144, and The holder 144 is in a state where the holder 144 can be rotated (an unlocked state).
  • FIG. 11 is an enlarged perspective view of the vibration isolating section 15 and the moving body connecting section 16 of the main body section 12.
  • the moving body connecting portion 16 has a structure that is detachably connected to the drone 24 (FIG. 2B) located at the virtual center line VL.
  • the mobile body connecting portion 16 includes two sets of connecting tools 162A and 162B that are connected to two rod-shaped members provided on the lower surface of the main body 25 of the drone 24. Having. Two connecting members 162A are connected to two portions of one bar-shaped member, and two connecting members 162B are connected to two portions of the other bar-shaped member.
  • the moving body connecting portion 16 has a third plate-like member 161 arranged to face the first plate-like member 131 of the main body frame 13 as shown in FIG.
  • the above-mentioned two sets of connecting members 162A and 162B are fixed to one surface of the third plate-like member 161 (the surface opposite to the surface facing the first plate-like member 131).
  • the drone 24 connected to the mobile unit connection unit 16 is separated from the virtual plane VP where the six antennas 19 are located as shown in FIG. 2B. Therefore, when the drone 24 flies in a state where the drone 24 is located below the virtual plane VP, since the six antennas 19 are located above the drone 24, the signal reaching the antenna 19 from the satellite is transmitted to the propeller of the drone 24. 26 and so on.
  • the vibration isolator 15 is fixed to the first plate-like member 131 of the main body frame 13 and the third plate-like member 161 of the moving body connecting part 16, and moves from the third plate-like member 161 to the first plate-like member 131.
  • the propagation of the vibration is suppressed.
  • the vibration isolator 15 includes a plurality of wires 151 (16 in the example of FIG. 11) that connect the first plate-like member 131 of the main body frame 13 and the third plate-like member 161 of the moving body connecting part 16. Book 151).
  • Each wire is fixed to the first plate-like member 131 by the wire fastener 152 and fixed to the third plate-like member 161 by the wire fastener 153.
  • the plurality of wires 151 may be connected inside the wire fasteners 152 and 153.
  • each of the arms 17 supported by the main body frame 13 includes a first rod-shaped member 171 extending parallel to the virtual plane VP and a second rod-shaped member 171 extending perpendicular to the virtual plane VP. It has a member 172 and a rod-shaped member connecting portion 173 that connects the first rod-shaped member 171 and the second rod-shaped member 172 in an L-shape.
  • One end of the first rod-shaped member 171 is supported by the arm support mechanism 14 of the main body 12, the antenna 19 is fixed to one end of the second rod-shaped member 172, and the other end of the first rod-shaped member 171 and the second rod-shaped member 172 are fixed. The other end is connected by a rod-shaped member connecting portion 173.
  • FIG. 12 is an enlarged perspective view of the vicinity of the bar-shaped member connecting portion 173 in the arm portion 17, and shows a state in which the first bar-shaped member 171 and the second bar-shaped member 172 are connected by the bar-shaped member connecting portion 173.
  • FIG. 13 is an enlarged perspective view of the vicinity of the rod-shaped member connecting portion 173 in the arm 17, and shows a state where the first rod-shaped member 171 and the second rod-shaped member 172 are separated.
  • the first rod-shaped member 171 and the second rod-shaped member 172 are, for example, cylindrical bodies having a circular cross section, and are formed of a lightweight and highly rigid material such as carbon fiber.
  • the rod-shaped member connecting portion 173 has an insertion hole 1730 into which the other end of the first rod-shaped member 171 is inserted, and an insertion hole into which the other end of the second rod-shaped member 172 is inserted. 1731. Since the insertion hole 1730 and the insertion hole 1731 are orthogonal to each other, the first rod-shaped member 171 and the second rod-shaped member 172 inserted into these holes are in an L-shaped state.
  • the rod-shaped member connecting portion 173 is broken in a vertical direction (a direction parallel to the virtual center line VL) substantially at the center of the insertion hole 1730, and a screw of a fastener 1732 provided at an end of the insertion hole 1730 is turned with a tool. Then, the diameter of the insertion hole 1730 increases or decreases. Thereby, the first rod-shaped member 171 can be separably connected to the rod-shaped member connection portion 173.
  • a fastening screw 1734 penetrates in a direction perpendicular to the insertion hole 1731 in an intermediate portion between the insertion hole 1730 and the insertion hole 1731 in the rod-shaped member connecting portion 173.
  • a fixture 101 that can be attached and detached is provided on the outer surface near the other end of the second rod-shaped member 172.
  • the fixing tool 101 By providing the fixing tool 101, the insertion depth of the second rod-shaped member 172 into the insertion hole 1731 of the rod-shaped member connecting portion 173 is kept substantially constant. Therefore, it is easy to keep the positional relationship between the antennas 19 constant, and it is possible to reduce the estimation error of the position and the posture.
  • FIG. 14 is a diagram showing a state in which each arm 17 of the information collecting device 10 is folded.
  • the first rod-shaped member 171 of each arm 17 is folded in a direction substantially parallel to the virtual center line VL, and the second rod-shaped member 172 of each arm 17 is connected to the rod-shaped member. Part 173.
  • the information collection device can be used by using the signals received by these receivers 18 without using the IMU. It is possible to highly accurately estimate the position and orientation of the ten positions. Further, since the six antennas 19 for receiving the positioning signals are arranged in a ring at equal intervals, the number of pairs of the antennas 19 far apart from each other increases, so that the estimation accuracy of the posture is improved. . Moreover, since the arrangement direction of the pair of antennas 19 that are far apart from each other is not deviated to a specific direction in the annular arrangement, the estimation accuracy variation of the posture according to the rotation direction of the posture (roll, pitch, yaw) is reduced. It is easy to be suppressed.
  • the six antennas 19 are fixed to one end of the six arm portions 17 extending in directions away from the virtual center line VL passing through the main body portion 12, the six antennas 19 are fixed by the frame 11 having a lightweight and simple structure. 19 can be arranged in a ring.
  • the other end of the arm 17 is rotatably supported by the arm support mechanism 14 of the main body 12, and the angle of the arm 17 with respect to the virtual center line VL can be changed. Therefore, by changing the angle of each arm 17 so that each of the six arms 17 approaches the virtual center line VL, the frame 11 is brought into a small state as a whole, and the storage and carrying of the information collection device 10 can be performed. Become easy.
  • the drone 24 located on the virtual center line VL is connected to the main body 12, even if the drone 24 moves while the drone 24 and the main body 12 are connected, the weight of the main body 12 and The weight of the drone 24 has little effect on the six arms 17. Therefore, bending and distortion of the arm 17 due to the weight of the main body 12 and the drone 24 are easily avoided.
  • the center of gravity of the information collecting device 10 is substantially located in the main body portion 12 through which the virtual center line VL passes, the drone 24 is connected near the center of gravity of the information collecting device 10 so that the posture of the information collecting device 10 is changed. It is easy to keep stable. Further, since the main body 12 and the drone 24 are detachably connected to each other, the information collection device 10 can be easily stored and carried.
  • the six antennas 19 are located on the virtual plane VP perpendicular to the virtual center line VL, and the virtual plane VP is separated from the drone 24 connected to the moving body connection unit 16. I have. Therefore, when the information collecting device 10 is used such that the virtual center line VL is substantially parallel to the vertical direction and the virtual plane VP is located above the drone 24, signals of the satellites 7 from the six antennas 19 Reception is less likely to be interrupted by the drone 24.
  • the six antennas 19 are positioned above the drone 24 by a lightweight and simple structure for connecting the first rod-shaped member 171 and the second rod-shaped member 172 in an L-shape. Can be placed on the side.
  • the main body frame 13 supporting the other ends of the six arm portions 17 and the moving body connecting portion 16 are fixed to the vibration isolator 15, and the propagation of vibration from the moving body connecting portion 16 to the main body frame 13 is prevented. Since the vibration is suppressed by the vibration isolator 15, the vibration generated in the drone 24 is not easily transmitted to the antenna 19 and the receiver 18. As a result, it is possible to reduce the influence on the received signal due to transmission of the vibration to the antenna 19 and the receiver 18.
  • the six-arm support mechanism 14 that supports the other end of the arm 17 is disposed between the first plate-like member 131 and the second plate-like member 132, the six-arm support mechanism 14 has a lightweight and simple structure.
  • One arm 17 can be supported.
  • the third plate-like member 161 of the moving body connecting portion 16 and the first plate-like member 131 face each other, and the propagation of vibration therebetween is suppressed by the vibration isolator 15.
  • the first plate-shaped member 131 can be provided with an anti-vibration structure in a wide area where the anti-vibration structure opposes, and good anti-vibration performance can be obtained.
  • the distance measuring device 20 Since the distance measuring device 20 is provided, the distance to the object is measured in synchronization with the reception of the positioning signals in the six receivers 18, and the result of estimating the position and orientation of the UAV 1 , Accurate three-dimensional data of the target object can be obtained based on the measurement result of the distance by the distance measuring device 20.
  • the number (six) of the receivers 18 installed in the UAV 1 is an example, and may be any number equal to or more than three for which the posture can be estimated.
  • the cable 191 is connected even in a state where the rod-shaped member connecting portion 173 and the second rod-shaped member 172 are separated.
  • a connector is provided in the middle of the cable 191.
  • the cable 191 may be separated in a state where the rod-shaped member connecting portion 173 and the second rod-shaped member 172 are separated.
  • each arm 17 can be folded with respect to the main body 12 in the above-described embodiment.
  • each arm 17 can be detachably attached to the main body 12. Is also good.
  • the cable 191 may be separated by providing a connector in the middle of the cable 191.
  • the moving object according to the present disclosure is not limited to the UAV, and for example, a vehicle traveling on the ground or traveling on the sea. It may be a ship. Further, the moving body is not limited to the unmanned aerial vehicle, and may be a vehicle that carries a person and moves.
  • the UAV 1 flying over the sky is provided with the distance measuring device 20 such as a laser scanner, and creates a three-dimensional map using the measurement result of the distance measuring device 20 and the estimation result of the position and the attitude.
  • the present disclosure is not limited to this example.
  • a camera that photographs the ground surface may be mounted instead of the distance measuring device 20.
  • the estimation result of the position and orientation of the moving object can be used for various measurements other than surveying, and can be used for purposes other than measurement (for example, an application for automatically recording and managing the position and orientation of the moving object, For accurate estimation of
  • VL virtual center line
  • the N antennas (19-1 to 19-6) are fixed to one ends of the N arms (17-1 to 17-6) apart from the main body (12), respectively.
  • the main body (12) includes: A body frame (13) for supporting the other ends of the N arms (17-1 to 17-6); A moving body connecting portion (16) detachably connected to the moving body (1) located on the virtual center line (VL); An anti-vibration section (15) fixed to the main body frame (13) and the moving body connecting section (16) and suppressing propagation of vibration from the moving body connecting section (16) to the main body frame (13);
  • Including The N antennas (19-1 to 19-6) are located on a common virtual plane (VP) perpendicular to the virtual center line (VL),
  • the common virtual plane (VP) is separated from the mobile unit (1) connected to the mobile unit connection unit (16), When the virtual center line (VL) is parallel to the vertical direction and the common virtual plane (VP) is located above the moving body (1), the main body frame (13) is provided with the vibration isolation.
  • the mobile unit (1) is suspended via
  • the N receivers (18-1 to 18-6) receive positioning signals broadcast from the satellite (7). Therefore, the position and orientation of the information collection device (10) can be estimated with high accuracy by using the signals received by these receivers (18-1 to 18-6) without using the IMU. It becomes. Further, N antennas (19-1 to 19-6) for receiving positioning signals are arranged in a ring at equal intervals, so that antennas (19-1 to 19-6) located far apart from each other are arranged. ), The number of pairs increases, and the accuracy of posture estimation improves. Moreover, since the arrangement direction of the pair of antennas (19-1 to 19-6) far apart is not deviated to a specific direction in the annular arrangement, it depends on the rotation direction of the posture (roll, pitch, yaw). This makes it easier to suppress variations in estimation accuracy of the posture.
  • N antennas (19-1 to 19-6) are fixed. Therefore, it is possible to arrange the N antennas (19-1 to 19-6) in a ring shape by the frame (11) having a lightweight and simple structure.
  • the moving body (1) located on the virtual center line (VL) is connected to the main body (12).
  • the weight of the main body (12) and the weight of the moving body (1) are N pieces.
  • the center of gravity of the information collecting device (10) is substantially located in the main body (12) through which the virtual center line (VL) passes, the moving body (1) is connected near the center of gravity of the information collecting device (10). Accordingly, the posture of the information collecting device (10) is easily maintained stably. Further, since the main body (12) and the movable body (1) are detachably connected, the storage and carrying of the information collecting device (10) are facilitated.
  • the main body frame (13) supporting the other ends of the N arms (17-1 to 17-6) and the movable connecting portion are connected to the vibration isolating portion (15).
  • And propagation of vibration from the moving body connecting portion (16) to the main body frame (13) is suppressed by the vibration isolator (15).
  • the information collecting device is configured such that the virtual center line (VL) is substantially parallel to the vertical direction, and the virtual plane (VP) is positioned above the moving body (1).
  • the attitude of (10) is set, the reception of signals from the satellite (7) by the N antennas (19-1 to 19-6) is less likely to be hindered by the mobile unit (1).
  • the main body frame (13) is suspended from the moving body (1) via the vibration isolating part (15) and the moving body connecting part (16), the position of the center of gravity of the whole is low. Become. Therefore, even when the N antennas (19-1 to 19-6) are positioned above the mobile unit (1), the mobile unit (1) connected to the main body frame (13) can be used.
  • the N antennas (from the moving body (1) via the main body frame (13) are provided by the vibration isolator (15) between the main body frame (13) and the moving body (1). 19-1 to 19-6) and the vibrations propagating to the receivers (18-1 to 18-6) can be effectively reduced.
  • the N antennas (19-1 to 19-1) are provided by the structure in which the vibration isolator (15) is interposed between the main body frame (13) and the moving body (1).
  • -6) and the receivers (18-1 to 18-6) can be reduced in the number of vibration isolating members and simplified in structure as compared with the case where the vibration isolating members are provided in each of the receivers (18-1 to 18-6).
  • the relative positional relationship between the antennas (19-1 to 19-6) does not change due to the anti-vibration effect, the measurement error of the position and the attitude can be suppressed to a minute.
  • Each of the N arms (17-1 to 17-6) A first rod-shaped member (171) supported at one end by the main body (12) and extending in parallel with the common virtual plane (VP); One of the N antennas (19-1 to 19-6) fixed to one end, and a second rod-shaped member (172) extending perpendicular to the common virtual plane (VP); A rod-shaped member connecting portion (173) for connecting the first rod-shaped member (171) and the second rod-shaped member (172) in an L-shape; An information collection device (10) according to supplementary note 1.
  • the first rod-shaped member (171) and the second rod-shaped member (172) are connected in an L-shape, and are lightweight and simple. With the structure, it becomes possible to arrange the N antennas (19-1 to 19-6) above the mobile unit (1).
  • the rod-shaped member connecting portion (173) separably connects the first rod-shaped member (171) and the second rod-shaped member (172), An information collection device (10) according to supplementary note 2.
  • the first rod-shaped member (171) and the second rod-shaped member (172) can be separated, so that the information collection device (10) can be easily stored and carried.
  • the main body frame (13) A first plate-like member (131) and a second plate-like member (132) arranged opposite to each other; N arm support members disposed between the first plate member (131) and the second plate member (132) and supporting the other ends of the arm portions (17-1 to 17-6), respectively.
  • a mechanism (14) The moving body connecting portion (16) includes a third plate-shaped member (161) arranged to face the first plate-shaped member (131), The vibration isolator (15) suppresses propagation of vibration from the third plate-shaped member (161) to the first plate-shaped member (131).
  • the information collection device (10) according to any one of supplementary notes 1 to 3.
  • the N arm support mechanisms (14) supporting the other ends of the arms (17-1 to 17-6) include the first plate member (131) and the second plate member (132). ),
  • the N arms (17-1 to 17-6) are supported by a lightweight and simple structure.
  • the third plate-like member (161) and the first plate-like member (131) of the moving body connecting portion (16) face each other, and the propagation of vibration therebetween is suppressed by the vibration isolator (15). Therefore, it is possible to provide the vibration isolation structure in a wide area where the third plate-like member (161) and the first plate-like member (131) face each other, and it is easy to obtain good vibration isolation performance.
  • An information collection device (10) for collecting information about a position and a posture N (N is an integer of 3 or more) receivers (18-1 to 18-6) for receiving positioning signals broadcast from a plurality of satellites (7), respectively; A frame (11) in which N antennas (19-1 to 19-6) of the N receivers (18-1 to 18-6) are fixed; The N antennas (19-1 to 19-6) for receiving the positioning signals in the N receivers (18-1 to 18-6) are annularly arranged at equal intervals,
  • the frame (11) is A main body (12); N arms (17-1 to 17-6) extending in directions away from a virtual center line (VL) passing through the main body (12), respectively.
  • VL virtual center line
  • the N antennas (19-1 to 19-6) are fixed to one ends of the N arms (17-1 to 17-6) apart from the main body (12), respectively.
  • the main body (12) includes: A body frame (13) for supporting the other ends of the N arms (17-1 to 17-6); A moving body connecting portion (16) detachably connected to the moving body (1) located on the virtual center line (VL); An anti-vibration part (15) fixed to the main body frame (13) and the moving body connecting part (16) and suppressing propagation of vibration from the moving body connecting part (16) to the main body frame (13); Including The body frame (13) A first plate-like member (131) and a second plate-like member (132) arranged opposite to each other; N arm support members disposed between the first plate member (131) and the second plate member (132) and supporting the other ends of the arm portions (17-1 to 17-6), respectively.
  • the N arm support mechanisms (14) each include a support (145) fixed to the first plate member (131) and the second plate member (132), respectively.
  • the moving body connecting portion (16) includes a third plate-like member (161) arranged to face the first plate-like member (131),
  • the vibration isolator (15) suppresses propagation of vibration from the third plate-shaped member (161) to the first plate-shaped member (131).
  • the N arm support mechanisms (14) have a function of supporting one end of the N arms (17-1 to 17-6), and each support mechanism has a function of supporting one end.
  • the base (145) has a function of fixing the first plate-shaped member (131) and the second plate-shaped member (132) to each other. That is, the N arm support mechanisms (14) not only support the N arms (17-1 to 17-6), but also the first plate member (131) and the second plate member ( 132) also has a function of supporting the structure of the main body frame (13) including the same. Therefore, the strength required for the main body frame (13) can be ensured while having a relatively simple structure. Further, it is possible to reduce the number of parts of the main body frame (13) and to reduce the weight.
  • the third plate-like member (161) included in the moving body connecting portion (16) is arranged to face the first plate-like member (131),
  • the vibration isolator (15) When the third plate-like member (161) is connected to the moving body (1), the propagation of vibration from the third plate-like member (161) to the first plate-like member (131) is controlled by the vibration isolator (15). Is suppressed. Therefore, it is easy to secure a large area in a portion where the third plate-like member (161) and the first plate-like member (131) are opposed to each other, and a vibration isolation structure having good vibration isolation performance using this large area. Is easy to make.
  • the N antennas (19-1 to 19-1) are provided by the structure in which the vibration isolator (15) is interposed between the main body frame (13) and the moving body (1). -6) and the receivers (18-1 to 18-6) can be reduced in the number of vibration isolating members and simplified in structure as compared with the case where the vibration isolating members are provided in each of the receivers (18-1 to 18-6).
  • the relative positional relationship between the antennas (19-1 to 19-6) does not change due to the anti-vibration action, an extremely excellent effect that the measurement error of the position and the attitude can be suppressed minutely is obtained. can get.
  • the anti-vibration unit (15) includes a plurality of wires (151) that connect the main body frame (13) and the moving body connection unit (16).
  • the information collection device (10) according to any one of supplementary notes 1 to 5.
  • the main body (12) includes N arm support mechanisms (14) for supporting the other ends of the N arms (17-1 to 17-6), respectively.
  • the N arm support mechanisms (14) are respectively provided with the N arms (17-1 to 17-6) so that the angles of the N arms (17-1 to 17-6) with respect to the virtual center line (VL) can be changed.
  • the other ends of the arms (17-1 to 17-6) are rotatably supported,
  • An information collection device (10) according to any one of supplementary notes 1 to 6.
  • each of the arms (17-1 to 17-6) is rotatably supported by the arm support mechanism (14) of the main body (12), and the virtual center line (VL) is provided.
  • the angles of the arms (17-1 to 17-6) with respect to the angle can be changed. Therefore, by changing the angles of the arms (17-1 to 17-6) such that the N arms (17-1 to 17-6) approach the virtual center line (VL), the frame ( 11) is in a small state as a whole, so that the information collecting device (10) can be easily stored and carried.
  • the N antennas (19-1 to 19-6) are arranged in a ring, so that the virtual center line ( An error in position estimation and posture estimation due to a change in the angle of the arm (17-1 to 17-6) with respect to (VL) is suppressed.
  • Rod-shaped member connecting portion, 18-1 to 18-6, 18A Receiver, 19-1 to 19-6, 19A: Antenna
  • 20 Distance measuring device
  • 21 Control device
  • 22 Processing unit
  • 23 Storage unit
  • 24 ... Drone, 25 ... Body
  • 26-1 to 26-6 ... Pella
  • 27-1 to 27-6 Arm
  • 3 Ground reference station
  • 5 Information processing device
  • 54 storage unit

Landscapes

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Abstract

情報収集装置１０は、ドローン２４に取り付けられた状態で上空を飛行しながら、位置と姿勢に関する情報を収集する。情報収集装置１０は、複数の衛星７から放送される測位用の信号をそれぞれ受信する６つの受信機１８と、６つの受信機１８のアンテナ１９が固定されたフレーム１１とを有する。６つの受信機１８において測位用の信号を受信する６つのアンテナ１９が、等しい間隔で環状に配置されている。６つの受信機１８において衛星７から放送される測位用の信号がそれぞれ受信されるため、ＩＭＵを用いずとも、これらの受信機１８で受信された信号を用いることにより、位置と姿勢を高精度に推定することが可能となる。

Description

情報収集装置及びこれを搭載した無人航空機
　本開示は、情報収集装置及びこれを搭載した無人航空機に係り、例えば、測量に使用される情報収集装置に関するものである。
　一般に航空測量では、航空機に搭載したカメラやラインセンサによって地上を撮影し、その画像から地図が作成される（例えば、下記の特許文献１を参照）。また、近年では、ドローンなどのＵＡＶ（unmanned aerial vehicle：無人航空機）を使用した航空測量も実用化されている。
特開平１０－１５３４２６号公報
　ＵＡＶを使用して地上を撮影した画像から正確な地図を作成するためには、一般に、ＧＣＰ（ground control point）と呼ばれるマーカを予め地上に設置しておき、画像に含まれるＧＣＰの位置情報を利用して地図を補正する必要がある。そのため、ＧＣＰの設置に手間がかかるという問題や、ＧＣＰを設置できない環境には対応できないという問題がある。
　他方、近年では、ＵＡＶにレーザースキャナを搭載し、ＵＡＶから地上までの距離を測定する方法が実用化されている。この方法では、ＧＣＰを設置しなくても測量を行うことが可能である一方で、ＵＡＶの位置と姿勢を高い精度で推定することが要求される。高精度のＧＮＳＳ（global navigation satellite system：全地球測位システム）受信機やＩＭＵ（inertial measurement unit：慣性計測装置）を用いることにより、位置と姿勢の推定精度を高めることは可能である。しかしながら、そのような高精度の機器を用いた場合、製造コストが高くなるという問題がある。また、ＧＮＳＳ受信機とＩＭＵをそれぞれＵＡＶに搭載して測定を行う場合、これらの装置では測定原理が異なり、所望の性能を発揮するために配慮すべき点が異なることから、様々な測定環境において両者の性能要求を満たすことが難しいという問題がある。しかも、ＧＮＳＳ受信機とＩＭＵとでは測定データの性質が異なることから、データ処理が複雑になるという問題もある。
　そこで、本開示は、位置と姿勢を高精度に推定するための観測データを得ることができるとともに、製造コストが安い情報収集装置と、そのような情報収集装置を備えた無人航空機を提供することを目的とする。
　本開示の第１の態様は、位置と姿勢に関する情報を収集する情報収集装置に関する。この情報収集装置は、複数の衛星から放送される測位用の信号をそれぞれ受信するＮ個（Ｎは３以上の整数を示す。）の受信機と、Ｎ個の受信機のＮ個のアンテナが固定されたフレームとを有する。Ｎ個の受信機において測位用の信号を受信するＮ個のアンテナが、等しい間隔で環状に配置されている。フレームは、本体部と、本体部を通る仮想中心線からそれぞれ離れる方向に伸びたＮ個の腕部とを含む。Ｎ個のアンテナは、本体部から離れたＮ個の腕部の一端にそれぞれ固定されている。本体部は、Ｎ個の腕部の他端を支持する本体フレームと、仮想中心線上に位置する移動体と着脱可能に連結される移動体連結部と、本体フレームと移動体連結部とに固定され、移動体連結部から本体フレームへの振動の伝搬を抑制する防振部とを含む。Ｎ個のアンテナは、仮想中心線に対して垂直な共通の仮想平面上に位置しており、共通の仮想平面は、移動体連結部に連結された状態の移動体に対して離間している。仮想中心線が鉛直方向と平行になるとともに、共通の仮想平面が移動体よりも上空側に位置する場合、本体フレームは防振部及び移動体連結部を介して移動体に吊り下げられた状態となる。
　本開示の第２の態様は、上記第１の態様に係る情報収集装置を搭載した無人航空機に関する。
　本開示によれば、位置と姿勢を高精度に推定するための観測データを得ることができるとともに、製造コストが安い情報収集装置と、そのような情報収集装置を備えた無人航空機を提供できる。
図１は、本実施形態に係るシステムの構成の一例を示す図である。 図２Ａ～図２Ｂは、情報収集装置が搭載されたＵＡＶの一例を示す図である。 図３は、情報収集装置の構成の一例を示す図である。 図４は、情報処理装置の構成の一例を示す図である。 図５は、ＵＡＶに搭載した情報収集装置により情報を収集して３次元地図を作成する動作を説明するためのフローチャートである。 図６は、本実施形態に係るＵＡＶの一例を示す斜視図である。 図７は、図６に示すＵＡＶに搭載された情報収集装置を示す斜視図である。 図８は、情報収集装置における本体部を上側から見た拡大斜視図である。 図９は、情報収集装置における本体部を下側から見た拡大斜視図である。 図１０は、１つの腕部が折り畳まれた状態を示す斜視図である。 図１１は、本体部の防振部及び移動体連結部の拡大斜視図である。 図１２は、腕部における棒状部材連結部付近の拡大斜視図であり、第１棒状部材と第２棒状部材とが棒状部材連結部によって連結された状態を示す。 図１３は、腕部における棒状部材連結部付近の拡大斜視図であり、第１棒状部材と第２棒状部材とが分離された状態を示す。 図１４は、情報収集装置の各腕部が折り畳まれた状態を示す図である。
　図１は、本実施形態に係るシステムの構成の一例を示す図である。本実施形態に係るシステムは、移動体としてのＵＡＶ（unmanned aerial vehicle）１において、複数の衛星７から放送される測位用の信号を周期的に受信し、ＵＡＶ１の位置及び姿勢を推定するとともに、信号の受信タイミングに同期して、ＵＡＶ１から地表９までの距離と方向を測定する。このシステムは、ＵＡＶ１の位置と姿勢の推定結果、並びに、ＵＡＶ１から地表９までの距離と方向の測定結果を収集することにより、地表９の３次元の地図を作成する。
　図１の例に示すシステムは、情報処理装置５を有する。情報処理装置５は、上空を飛行するＵＡＶ１において取得される観測データ及び測距データと、地上に設置された地上基準局３において取得される観測データとを入力し、これらのデータを処理することによって、地表９の３次元の地図を作成する。
　ＵＡＶ１及び地上基準局３において取得される観測データは、複数の衛星７から放送される測位用の信号に基づいて生成されるデータであり、複数の衛星７からの距離（衛星７からアンテナまでの距離）に関する情報を含む。後述するように、ＵＡＶ１は複数の受信機を有するため、ＵＡＶ１では複数の受信機の観測データが取得される。また、ＵＡＶ１において取得される測距データは、ＵＡＶ１から地表９までの距離の測定値と、その距離を測定する際のＵＡＶ１から見た測定方向の情報を含む。測距データは、例えば図１に示すように地表９に向けて照射されたレーザー光の反射光に基づいて得られる距離の測定値と、レーザー光の照射方向に関する情報を含む。ＵＡＶ１及び地上基準局３において取得される観測データと、ＵＡＶ１において取得される測距データは、それぞれ所定の周期（例えば１秒の周期）でほぼ同じ時刻に取得される。
　図２Ａ～図２Ｂは、情報収集装置が搭載されたＵＡＶ１の一例を示す図であり、図２Ａは平面図、図２Ｂは正面図を示す。図２Ａ～図２Ｂに示すＵＡＶ１は、プロペラ型のドローン２４と、ドローン２４に連結された情報収集装置１０とを有する。ドローン２４は、本体部２５と、本体部２５を通る仮想中心線ＶＬからそれぞれ離れる方向に伸びた６つの腕部２７－１～２７－６（以下、区別せずに「腕部２７」と記す場合がある。）と、腕部２７－１～２７－６の一端に設けられた６つのプロペラ２６－１～２６－６（以下、区別せずに「プロペラ２６」と記す場合がある。）とを有する。図２Ａに示すように仮想中心線ＶＬと平行な方向から見た場合、６つのプロペラ２６は、仮想中心線ＶＬを中心として環状に等間隔に配置されている。
　情報収集装置１０は、それぞれ衛星７からの測位用の信号を受信する６つのアンテナ１９－１～１９－６（以下、区別せずに「アンテナ１９」と記す場合がある。）と、６つのアンテナ１９が固定されたフレーム１１とを有する。図２Ａに示すように仮想中心線ＶＬと平行な方向から見た場合、６つのアンテナ１９は、仮想中心線ＶＬを中心として環状に等間隔に配置されている。
　フレーム１１は、本体部１２と、本体部１２に支持された６つの腕部１７－１～１７－６（以下、区別せずに「腕部１７」と記す場合がある。）を有する。仮想中心線ＶＬは本体部１２を通っており、６つの腕部１７は仮想中心線ＶＬからそれぞれ離れる方向に伸びている。アンテナ１９は、本体部１２から離れた腕部１７の一端に固定されている。図２Ｂの例において、腕部１７は本体部１２から水平方向に伸び、途中で水平方向から上方へＬ字状に折れ曲がり、上側へ伸びた腕部１７の末端に円盤状のアンテナ１９が固定されている。６つのアンテナ１９は、仮想中心線ＶＬに対して垂直な共通の仮想平面ＶＰ上に位置する。
　図２Ａに示すように仮想中心線ＶＬと平行な方向から見た場合、腕部１７は、隣接する２つの腕部２７がなす角をほぼ２等分する方向に伸びている。腕部１７の一端に固定された６つのアンテナ１９は、ドローン２４のプロペラ２６よりも仮想中心線ＶＬから離れており、かつ、プロペラ２６よりも上側に位置する。情報収集装置１０の本体部１２は、ドローン２４の本体部２５の下面に連結されている。情報収集装置１０は、ドローン２４により吊り下げられた状態でドローン２４とともに飛行する。情報収集装置１０の本体部１２の下面には、測距装置２０が取り付けられており、測距装置２０から地表９に向かって測距用のレーザー光が照射される。
　図３は、ＵＡＶ１に搭載された情報収集装置１０の構成の一例を示す図である。図３に示す情報収集装置１０は、位置と姿勢の推定に用いられる６つの受信機１８－１～１８－６（以下、区別せずに「受信機１８」と記す場合がある。）と、測距装置２０と、測距装置２０の測定タイミングの設定に用いられる受信機１８Ａと、制御装置２１とを有する。
　受信機１８は、衛星７から放送される信号をアンテナ１９において受信する。受信機１８は、複数の衛星７において放送される測位用の信号を受信し、その受信した信号に基づいて、複数の衛星７とアンテナ１９において測位用の信号が受信される受信位置との距離に関する情報を含んだ観測データを生成する。例えば観測データは、複数の衛星７の各々から放送された信号の搬送波位相に関する情報を含む。受信機１８は、衛星７において精密に管理されるシステム時計に同期したタイミングで、衛星７からの信号を周期的に（例えば１秒の周期で）受信し、観測データを生成する。
　受信機１８Ａは、衛星７から放送される信号をアンテナ１９Ａにおいて受信する。受信機１８Ａは、衛星７からの受信信号に基づいて、上述のシステム時計に同期した周期的な受信タイミングを知らせる信号を測距装置２０に出力する。
　測距装置２０は、ＵＡＶ１における位置の推定の基準点に位置しており、基準点から対象物までの距離を測定する。測距装置２０は、例えばレーザースキャナであり、地表９の一点に照射したレーザー光に対する反射光の位相や時間差などに基づいて、地表９の一点と基準点との距離を計測する。測距装置２０は、レーザー光によって地表９を走査することにより、地表９の多数の位置について距離を計測する。測距装置２０は、受信機１８Ａから出力される受信タイミングの信号に基づき、６個の受信機１８における衛星７からの信号の受信と同期したタイミングで距離の計測を行う。測距装置２０は、距離の測定値と測定方向（レーザー光の照射方向）に関する情報が含まれた測距データを生成する。
　制御装置２１は、受信機１８－１～１８－６において生成される観測データと、測距装置２０において生成される測距データとを記録する。図３の例において、制御装置２１は、処理部２２と記憶部２３を含む。処理部２２は、６つの受信機１８で得られた観測データと測距装置２０で得られた測距データとを、同じ時刻に得られたデータ同士で関連付けて記憶部２３に記録する。これにより、記憶部２３には、同じ時刻に得られた観測データ及び測距データのセットが時刻順に蓄積される。
　図４は、情報処理装置５の構成の一例を示す図である。図４に示す情報処理装置５は、インターフェース部５１と、表示部５２と、処理部５３と、記憶部５４を有する。
　インターフェース部５１は、ユーザの操作に応じた情報を処理部５３に入力するためのユーザーインターフェース機器（キーボード、マウス、タッチパッド、タッチパネルなど）を含む。またインターフェース部５１は、外部の機器と処理部５３との間で情報をやり取りするための通信インターフェースや、ＵＳＢなどの汎用入出力インターフェース、記録媒体の読み取り装置などを含む。
　表示部５２は、処理部５３の制御に従って映像を表示する装置であり、ディスプレイ装置（液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなど）を含む。
　処理部５３は、種々の情報処理を行う装置であり、例えば記憶部５４に記憶されるプログラム５４１の命令コードに従って処理を実行するコンピュータを含む。処理部５３は、少なくとも一部の処理を専用のハードウェアによって実行してもよい。
　図４の例において、処理部５３は、姿勢推定部５３１と、位置推定部５３２と、３次元地図作成部５３３とを有する。処理部５３は、情報収集装置１０の記憶部２３（図３）に蓄積されたデータ（観測データ、測距データ）をインターフェース部５１において入力し、これらのユニット（姿勢推定部５３１、位置推定部５３２、３次元地図作成部５３３）での処理に使用する。
　姿勢推定部５３１は、ＵＡＶ１に設置された６つの受信機１８の各々において複数の衛星７から受信した信号に基づいて生成された観測データと、複数の衛星７の位置に関する位置データとに基づいて、ＵＡＶ１の姿勢を推定する。位置データは、それぞれ所定の軌道を周回する各衛星７の各時刻での位置に関する情報を含んだデータであり、公開された既知の情報に基づいて取得される。
　位置推定部５３２は、上述した観測データと位置データとに基づいて、ＵＡＶ１における基準点の位置を推定する。すなわち位置推定部５３２は、位置データ及び観測データに基づいて、１以上の受信機１８がアンテナ１９において衛星７からの信号を受信する位置を推定した「推定受信位置ＰＥ」を算出する。位置推定部５３２は姿勢推定部５３１において推定されたＵＡＶ１の姿勢と、算出した１以上の推定受信位置ＰＥとに基づいて、ＵＡＶ１における基準点の推定位置ＰＸを算出する。
　３次元地図作成部５３３は、姿勢推定部５３１において推定されたＵＡＶ１の姿勢と、位置推定部５３２において推定された基準点の推定位置ＰＸと、測距装置２０における距離の測定値と、測距装置２０におけるレーザー光の照射方向の情報とを時刻ごとに取得し、取得した時刻ごとのデータに基づいて、地表９の各位置の３次元座標を算出する。
　記憶部５４は、処理部５３のコンピュータによって実行されるプログラム５４１や、処理部５３の処理の過程で一時的に保存されるデータ、処理部５３の処理に利用される定数などを記憶する。記憶部５４は、たとえばＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク、磁気記録媒体など、１以上の任意の記憶装置を含む。
　次に、上述した構成を有するシステムの動作の概要について説明する。
　図５は、ＵＡＶ１に搭載された情報収集装置１０により情報を収集して３次元地図を作成する動作を説明するためのフローチャートである。
　まず、ＵＡＶ１の各受信機１８において衛星７からの信号を受信する受信位置（各アンテナ１９における信号の受信位置）が計測される（ＳＴ１００）。各受信機１８の受信位置は、基準点（測距装置２０のレーザー出射位置）に対する相対的な位置として精密に計測される。各受信機１８の受信位置は、推定姿勢を算出する際の基準として用いられる他、観測データに基づいて算出された推定位置の適否を判定するために用いられる。
　次に、ＵＡＶ１の飛行が実施され、ＵＡＶ１に搭載された情報収集装置１０によって情報が収集される（ＳＴ１０５）。すなわち、情報収集装置１０は、６つの受信機１８における信号の受信と測距装置２０における距離の測定とを同じタイミングで周期的に実施する。情報収集装置１０は、同じタイミングで得られた観測データ及び測距データのセットを、時系列のデータとして蓄積する。
　また、ＵＡＶ１の情報収集装置１０における情報の収集と並行して、地上基準局３（図１）における衛星７の信号の受信も実施される。地上基準局３は、公共の機関によって設置されたものでもよいし、ユーザが自ら設置したものでもよい。地上基準局３は、予め精密に位置が測定された場所で各衛星７からの信号を受信し、各衛星７までの距離に関する情報を含んだ観測データを生成する。
　情報収集装置１０において所望の情報が収集されると、情報収集装置１０から収集された情報（観測データ及び測距データ）が回収され、情報処理装置５に入力される。また、地上基準局３で得られた観測データや、各衛星７の各時刻での位置を示す位置データも情報処理装置５に入力される（ＳＴ１１０）。
　情報処理装置５の姿勢推定部５３１は、情報収集装置１０から収集された６つの受信機１８の観測データと、各衛星７の位置データとに基づいて、各時刻におけるＵＡＶ１の推定姿勢を算出する（ＳＴ１１５）。
　次に、情報処理装置５の位置推定部５３２は、情報収集装置１０から収集された６つの受信機１８の観測データと、各衛星７の位置データと、地上基準局３で得られた観測データと、既に算出されたＵＡＶ１の推定姿勢とに基づいて、ＵＡＶ１における基準点の推定位置ＰＸを算出する（ＳＴ１２０）。
　情報処理装置５の３次元地図作成部５３３は、同一の時刻におけるＵＡＶ１の推定姿勢、基準点の推定位置ＰＸ、及び、測距データ（距離の測定値とレーザー光の照射方向）に基づいて、地表９の一点の３次元座標を算出する。各時刻について算出した地表９の３次元座標を集めることにより、地表９の一定の範囲における３次元データ（３次元地図）が得られる（ＳＴ１２５）。
　次に、本実施形態に係る情報収集装置１０のより詳細な構造について図６～図１４を参照して説明する。
　図６は、本実施形態に係るＵＡＶ１の一例を示す斜視図である。図７は、図６に示すＵＡＶ１に搭載された情報収集装置１０を示す斜視図である。図８は、情報収集装置１０の本体部１２を上側から見た拡大斜視図である。図９は、本体部１２を下側から見た拡大斜視図である。図１０は、１つの腕部１７が本体部１２において折り畳まれた状態を示す斜視図である。
　フレーム１１の本体部１２は、図７～図９に示すように、６つの腕部１７の他端をそれぞれ支持する本体フレーム１３と、ドローン２４（移動体）に着脱可能に連結される移動体連結部１６と、移動体連結部１６から本体フレーム１３への振動の伝搬を抑制する防振部１５とを有する。
　本体フレーム１３は、図８及び図９に示すように、対向して配置された第１板状部材１３１及び第２板状部材１３２と、第１板状部材１３１及び第２板状部材１３２の間に配置された６つの腕部支持機構１４とを含む。
　本体フレーム１３の第２板状部材１３２には、図９に示すように、測距装置２０と制御装置ケース２１１が取り付けられている。制御装置ケース２１１には、制御装置２１と受信機１８－１～１８－６が収納されている。各腕部１７の一端に取り付けられたアンテナ１９は、各ケーブル１９１を介して、制御装置ケース２１１内の各受信機１８と接続される。アンテナ１９と本体部１２の間において、ケーブル１９１は腕部１７の筒状部材（後述する第１棒状部材１７１及び第２棒状部材１７２）の内部を通っている。
　本体フレーム１３の６つの腕部支持機構１４は、それぞれ１つの腕部１７の他端を支持する。腕部支持機構１４は、図１０に示すように、仮想中心線ＶＬに対する腕部１７の角度が変更可能となるように、腕部１７の他端を回動可能に支持する。腕部支持機構１４は、仮想中心線ＶＬに対する腕部１７の角度が所定の角度（図２Ｂの例では約９０°）になると腕部１７の回動を止めるロック状態になる。このロック状態は、ユーザの操作によって解除された状態（ロック解除状態）にすることもできる。６つの腕部支持機構１４がロック状態の場合、図２Ａに示すように、６つのアンテナ１９が環状に配置された状態になり、また図２Ｂに示すように、６つのアンテナ１９が仮想平面ＶＰに位置した状態となる。
　腕部支持機構１４は、図９及び図１０の例において、第１板状部材１３１及び第２板状部材１３２に固定された支持台１４５と、腕部１７の他端（後述する第１棒状部材１７１の一端）を保持する棒保持具１４４と、支持台１４５に対して棒保持具１４４を回動可能に支持する軸１４１とを有する。支持台１４５は、棒保持具１４４を間に挟んで対向する２つの壁部を持ち、この２つの壁部に軸１４１が支えられている。棒保持具１４４は、支持台１４５の２つの壁部によって回動方向が案内されており、軸１４１に対して平行な方向へのがたつきが抑制されている。
　腕部支持機構１４は、支持台１４５に対する棒保持具１４４の回動を止めるための係止ピン１４２を有する。係止ピン１４２は、支持台１４５の２つの壁部に渡って配置されている。係止ピン１４２の両端は、壁部に設けられた長孔１４７に沿って移動可能であるとともに、それぞればね（弾性部材）１４３によって長孔１４７の一端に向かって付勢されている。仮想中心線ＶＬに対する腕部１７（第１棒状部材１７１）の角度が所定の角度（約９０°）になると、係止ピン１４２がばね１４３の付勢力によって長孔１４７の一方の端に留まるとともに、この状態で係止ピン１４２が棒保持具１４４の係止溝１４６に嵌まり込み、支持台１４５に対する棒保持具１４４の回動が抑止された状態（ロック状態）となる。ばね１４３の付勢力に逆らって係止ピン１４２を長孔１４７の他方の端に向かって移動させると、係止ピン１４２が棒保持具１４４の係止溝１４６から脱出し、支持台１４５に対する棒保持具１４４の回動が可能な状態（ロック解除状態）となる。
　図１１は、本体部１２の防振部１５及び移動体連結部１６の拡大斜視図である。
　移動体連結部１６は、仮想中心線ＶＬに位置するドローン２４（図２Ｂ）と着脱可能に連結される構造を持つ。例えば移動体連結部１６は、図８、図１０、図１１に示すように、ドローン２４の本体部２５の下面に設けられた２本の棒状部材に連結される２組の連結具１６２Ａ及び１６２Ｂを有する。２つの連結具１６２Ａが一方の棒状部材の２か所に連結され、２つの連結具１６２Ｂが他方の棒状部材の２か所に連結される。
　移動体連結部１６は、図１１に示すように、本体フレーム１３の第１板状部材１３１と対向して配置された第３板状部材１６１を有する。上述した２組の連結具１６２Ａ及び１６２Ｂは、第３板状部材１６１の一方の面（第１板状部材１３１と対向する面に対して反対側の面）に固定されている。
　移動体連結部１６に連結されたドローン２４は、図２Ｂに示すように、６つのアンテナ１９が位置する仮想平面ＶＰから離間した状態となっている。従って、ドローン２４が仮想平面ＶＰに対して下側に位置した状態で飛行すると、６つのアンテナ１９はドローン２４に対して上空側に位置するため、衛星からアンテナ１９に届く信号はドローン２４のプロペラ２６等によって妨げられない。
　防振部１５は、本体フレーム１３の第１板状部材１３１と移動体連結部１６の第３板状部材１６１とに固定されており、第３板状部材１６１から第１板状部材１３１への振動の伝搬を抑制する。防振部１５は、図１１に示すように、本体フレーム１３の第１板状部材１３１と移動体連結部１６の第３板状部材１６１とをつなぐ複数のワイヤ１５１（図１１の例では１６本のワイヤ１５１）を有する。各ワイヤは、ワイヤ留め具１５２によって第１板状部材１３１に固定されるとともに、ワイヤ留め具１５３によって第３板状部材１６１に固定される。複数のワイヤ１５１は、ワイヤ留め具１５２、１５３の内部でつながっていてもよい。
　本体フレーム１３に支持された各腕部１７は、図７に示すように、仮想平面ＶＰに対して平行に伸びた第１棒状部材１７１と、仮想平面ＶＰに対して垂直に伸びた第２棒状部材１７２と、第１棒状部材１７１及び第２棒状部材１７２をＬ字状に連結する棒状部材連結部１７３とを有する。第１棒状部材１７１の一端が本体部１２の腕部支持機構１４に支持され、第２棒状部材１７２の一端にアンテナ１９が固定され、第１棒状部材１７１の他端と第２棒状部材１７２の他端とが棒状部材連結部１７３によって連結される。
　図１２は、腕部１７における棒状部材連結部１７３付近の拡大斜視図であり、第１棒状部材１７１と第２棒状部材１７２とが棒状部材連結部１７３によって連結された状態を示す。図１３は、腕部１７における棒状部材連結部１７３付近の拡大斜視図であり、第１棒状部材１７１と第２棒状部材１７２とが分離された状態を示す。
　第１棒状部材１７１および第２棒状部材１７２は、例えば断面が円形の筒体であり、カーボンファイバーなどの軽量で剛性の高い材料により形成される。
　棒状部材連結部１７３は、図１２及び図１３に示すように、第１棒状部材１７１の他端部が挿入される挿入孔１７３０と、第２棒状部材１７２の他端部が挿入される挿入孔１７３１を有する。挿入孔１７３０と挿入孔１７３１とが直交しているため、これらの孔に挿入された第１棒状部材１７１及び第２棒状部材１７２はＬ字状に連結された状態となる。
　棒状部材連結部１７３は、挿入孔１７３０のほぼ中央において縦方向（仮想中心線ＶＬに平行な方向）に割れており、挿入孔１７３０の端部に設けられた留め具１７３２のネジを工具で回すと、挿入孔１７３０の径が拡大又は縮小する。これにより、第１棒状部材１７１を棒状部材連結部１７３に対して分離可能に連結することが可能である。
　また、棒状部材連結部１７３における挿入孔１７３０と挿入孔１７３１との中間部分には、挿入孔１７３１に対して垂直な方向に留めネジ１７３４が貫通している。留めネジ１７３４の両端のレバーを回転させると、両端のレバーの間隔が変化し、挿入孔１７３１の径が拡大又は縮小する。従って、図１２及び図１３に示すように、第２棒状部材１７２を棒状部材連結部１７３に対して容易に着脱することが可能である。
　図１３の例において、第２棒状部材１７２の他端部付近の外面には、取り付け・取り外しが可能な固定具１０１が設けられている。固定具１０１を設けることにより、棒状部材連結部１７３の挿入孔１７３１に対する第２棒状部材１７２の挿入の深さが概ね一定に保たれる。そのため、各アンテナ１９の位置関係を一定に保ち易くなり、位置や姿勢の推定誤差を低減できる。
　図１４は、情報収集装置１０の各腕部１７が折り畳まれた状態を示す図である。図１４の状態において、各腕部１７の第１棒状部材１７１が仮想中心線ＶＬに対してほぼ平行な方向に折り畳まれており、また、各腕部１７の第２棒状部材１７２が棒状部材連結部１７３から分離されている。
（まとめ）
　本実施形態によれば、次に述べるような効果が得られる。
（１）　６つ受信機１８において衛星７から放送される測位用の信号がそれぞれ受信されるため、ＩＭＵを用いずとも、これらの受信機１８で受信された信号を用いることにより、情報収集装置１０の位置と姿勢を高精度に推定することが可能となる。また、測位用の信号を受信する６つアンテナ１９が、等しい間隔で環状に配置されていることにより、位置が大きく離れたアンテナ１９のペアの数が多くなるため、姿勢の推定精度が向上する。しかも、位置が大きく離れたアンテナ１９のペアの配列方向が、環状の配置において特定の方向に偏っていないため、姿勢の回転方向（ロール、ピッチ、ヨー）に応じた姿勢の推定精度のばらつきが抑制され易くなる。
（２）　本体部１２を通る仮想中心線ＶＬからそれぞれ離れる方向に伸びた６つ腕部１７の一端に６つのアンテナ１９が固定されているため、軽量で簡易な構造のフレーム１１によって６つのアンテナ１９を環状に配置させることが可能となる。
（３）　本体部１２の腕部支持機構１４において腕部１７の他端が回動可能に支持されており、仮想中心線ＶＬに対する腕部１７の角度が変更可能となっている。そのため、６つ腕部１７がそれぞれ仮想中心線ＶＬに近づくように各腕部１７の角度を変更することにより、フレーム１１が全体的に小さくまとまった状態となり、情報収集装置１０の収納や持ち運びが容易になる。
（４）　６つの腕部支持機構１４がロック状態の場合、６つアンテナ１９が環状に配置された状態となるため、仮想中心線ＶＬに対する腕部１７の角度が変化することによる位置推定や姿勢推定の誤差が抑制される。
（５）　仮想中心線ＶＬ上に位置するドローン２４が本体部１２に連結されるため、ドローン２４と本体部１２とが連結された状態でドローン２４が移動しても、本体部１２の重量やドローン２４の重量は６つの腕部１７にほとんど作用しない。そのため、本体部１２やドローン２４の重量による腕部１７のたわみや歪みが回避され易くなる。また、情報収集装置１０の重心は仮想中心線ＶＬが通る本体部１２に概ね位置することから、情報収集装置１０の重心の近くにドローン２４が連結されることにより、情報収集装置１０の姿勢が安定に保たれ易くなる。更に、本体部１２とドローン２４とが着脱可能に連結されるため、情報収集装置１０の収納や持ち運びが容易になる。
（６）　仮想中心線ＶＬに対して垂直な仮想平面ＶＰ上に６つのアンテナ１９が位置しており、移動体連結部１６に連結された状態のドローン２４に対して仮想平面ＶＰが離間している。そのため、仮想中心線ＶＬが概ね鉛直方向と平行になり、仮想平面ＶＰがドローン２４よりも上空側に位置するように情報収集装置１０を使用した場合、６つのアンテナ１９における衛星７からの信号の受信がドローン２４によって妨げられ難くなる。
（７）　本体部１２がドローン２４によって吊り下げられる場合、第１棒状部材１７１と第２棒状部材１７２とをＬ字状に連結する軽量で簡易な構造により、６つのアンテナ１９をドローン２４より上空側に配置させることができる。
（８）　第１棒状部材１７１と第２棒状部材１７２とを分離することが可能となるため、情報収集装置１０の収納や持ち運びが容易になる。
（９）　６つの腕部１７の他端を支持する本体フレーム１３と移動体連結部１６とが防振部１５に固定されており、移動体連結部１６から本体フレーム１３への振動の伝搬が防振部１５によって抑制されるため、ドローン２４において発生した振動がアンテナ１９や受信機１８に伝わり難くなる。これにより、アンテナ１９や受信機１８へ振動が伝わることによる受信信号への影響を低減できる。
（１０）　本体フレーム１３と移動体連結部１６とを複数のワイヤ１５１でつなぐことにより、簡易な構成で本体フレーム１３への振動の伝搬を抑制できる。また、複数のワイヤ１５１を介して本体フレーム１３と移動体連結部１６とがつながれることにより、本体フレーム１３と移動体連結部１６とを十分な強度で結合できる。
（１１）　腕部１７の他端をそれぞれ支持する６つ腕部支持機構１４が第１板状部材１３１と第２板状部材１３２との間に配置されるため、軽量で簡易な構造により６つの腕部１７を支持できる。また、移動体連結部１６の第３板状部材１６１と第１板状部材１３１とが対向し、これら間における振動の伝搬が防振部１５によって抑制されることから、第３板状部材１６１と第１板状部材１３１とが対向する広面積の領域に防振構造を設けることが可能になり、良好な防振性能を得ることができる。
（１２）　測距装置２０を設けたことにより、６つの受信機１８における測位用の信号の受信と同期して対象物までの距離が測定されるため、ＵＡＶ１の位置及び姿勢を推定した結果と、測距装置２０における距離の測定結果とに基づいて、対象物の精密な３次元データを得ることができる。
　以上、本実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。
　上述した実施形態においてＵＡＶ１（情報収集装置１０）に設置される受信機１８の個数（６個）は一例であり、姿勢の推定が可能となる３以上の個数であればよい。
　図１３の例では、棒状部材連結部１７３と第２棒状部材１７２とを分離した状態でもケーブル１９１がつながっているが、本実施形態の他の例では、ケーブル１９１の途中にコネクタを設けることにより、棒状部材連結部１７３と第２棒状部材１７２とを分離した状態でケーブル１９１も切り離せるようにしてよい。
　上述した実施形態では、本体部１２に対して各腕部１７を折り畳むことができる構造を示したが、本実施形態の他の例では、本体部１２から各腕部１７を着脱できるようにしてもよい。この場合も、ケーブル１９１の途中にコネクタを設けることによってケーブル１９１を切り離せるようにしてよい。
　上述した実施形態では、情報収集装置１０がＵＡＶ１に搭載される例を挙げているが、本開示における移動体はＵＡＶに限定されるものではなく、例えば地上を走行する車両や、海上を航行する船舶でもよい。また、移動体は無人機に限定されるものではなく、人を乗せて移動する乗り物でもよい。
　上述した実施形態では、上空を飛行するＵＡＶ１がレーザースキャナ等の測距装置２０を備えており、測距装置２０の測定結果と位置及び姿勢の推定結果とを利用して３次元の地図を作成する例を挙げたが、本開示はこの例に限定されない。本開示の他の例では、測距装置２０の代わりに地表を撮影するカメラを搭載してもよい。また、移動体の位置及び姿勢の推定結果は測量以外の種々の測定にも利用可能であり、測定以外の用途（例えば、移動体の位置及び姿勢を自動的に記録して管理する用途、方位を精密に推定する用途など）にも利用可能である。
　本実施形態に関する付記を以下に記す。
［付記１］
　位置と姿勢に関する情報を収集する情報収集装置（１０）であって、
　複数の衛星（７）から放送される測位用の信号をそれぞれ受信するＮ個（Ｎは３以上の整数を示す。）の受信機（１８－１～１８－６）と、
　前記Ｎ個の受信機（１８－１～１８－６）のＮ個のアンテナ（１９－１～１９－６）が固定されたフレーム（１１）とを有し、
　前記Ｎ個の受信機（１８－１～１８－６）において前記測位用の信号を受信する前記Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）が、等しい間隔で環状に配置されており、
　前記フレーム（１１）は、
　　本体部（１２）と、
　　前記本体部（１２）を通る仮想中心線（ＶＬ）からそれぞれ離れる方向に伸びたＮ個の腕部（１７－１～１７－６）とを含み、
　前記Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）は、前記本体部（１２）から離れた前記Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）の一端にそれぞれ固定されており、
　前記本体部（１２）は、
　　前記Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）の他端を支持する本体フレーム（１３）と、
　　前記仮想中心線（ＶＬ）上に位置する移動体（１）と着脱可能に連結される移動体連結部（１６）と、
　　前記本体フレーム（１３）と前記移動体連結部（１６）とに固定され、前記移動体連結部（１６）から前記本体フレーム（１３）への振動の伝搬を抑制する防振部（１５）とを含み、
　前記Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）は、前記仮想中心線（ＶＬ）に対して垂直な共通の仮想平面（ＶＰ）上に位置しており、
　前記共通の仮想平面（ＶＰ）は、前記移動体連結部（１６）に連結された状態の前記移動体（１）に対して離間しており、
　前記仮想中心線（ＶＬ）が鉛直方向と平行になるとともに、前記共通の仮想平面（ＶＰ）が前記移動体（１）よりも上空側に位置する場合、前記本体フレーム（１３）は前記防振部（１５）及び前記移動体連結部（１６）を介して前記移動体（１）に吊り下げられた状態となる、
　情報収集装置（１０）。
　上記情報収集装置（１０）によれば、Ｎ個の受信機（１８－１～１８－６）において衛星（７）から放送される測位用の信号がそれぞれ受信される。そのため、ＩＭＵを用いずとも、これらの受信機（１８－１～１８－６）で受信された信号を用いることにより、情報収集装置（１０）の位置と姿勢を高精度に推定することが可能となる。また、測位用の信号を受信するＮ個のアンテナ（１９－１～１９－６）が、等しい間隔で環状に配置されていることにより、位置が大きく離れたアンテナ（１９－１～１９－６）のペアの数が多くなるため、姿勢の推定精度が向上する。しかも、位置が大きく離れたアンテナ（１９－１～１９－６）のペアの配列方向が、環状の配置において特定の方向に偏っていないため、姿勢の回転方向（ロール、ピッチ、ヨー）に応じた姿勢の推定精度のばらつきが抑制され易くなる。
　また、上記情報収集装置（１０）によれば、本体部（１２）を通る仮想中心線（ＶＬ）からそれぞれ離れる方向に伸びたＮ個の腕部（１７－１～１７－６）の一端にＮ個のアンテナ（１９－１～１９－６）が固定されている。そのため、軽量で簡易な構造のフレーム（１１）によって、Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）を環状に配置させることが可能となる。
　また、上記情報収集装置（１０）によれば、仮想中心線（ＶＬ）上に位置する移動体（１）が本体部（１２）に連結される。これにより、移動体（１）と本体部（１２）とが連結された状態で移動体（１）が移動しても、本体部（１２）の重量や移動体（１）の重量はＮ個の腕部（１７－１～１７－６）にほとんど作用しない。そのため、本体部（１２）や移動体（１）の重量による腕部（１７－１～１７－６）のたわみや歪みが回避され易くなる。また、情報収集装置（１０）の重心は仮想中心線（ＶＬ）が通る本体部（１２）に概ね位置することから、情報収集装置（１０）の重心の近くに移動体（１）が連結されることにより、情報収集装置（１０）の姿勢が安定に保たれ易くなる。更に、本体部（１２）と移動体（１）とが着脱可能に連結されるため、情報収集装置（１０）の収納や持ち運びが容易になる。
　また、上記情報収集装置（１０）によれば、Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）の他端を支持する本体フレーム（１３）と移動連結部とが防振部（１５）に固定されており、移動体連結部（１６）から本体フレーム（１３）への振動の伝搬が防振部（１５）によって抑制される。これにより、移動体（１）において発生した振動がアンテナ（１９－１～１９－６）や受信機（１８－１～１８－６）に伝わり難くなる。そのため、アンテナ（１９－１～１９－６）や受信機（１８－１～１８－６）へ振動が伝わることによる受信信号への影響が低減される。
　また、上記情報収集装置（１０）によれば、仮想中心線（ＶＬ）が概ね鉛直方向と平行になり、仮想平面（ＶＰ）が移動体（１）よりも上空側に位置するよう情報収集装置（１０）の姿勢を設定した場合に、Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）における衛星（７）からの信号の受信が移動体（１）によって妨げられ難くなる。
　また、この場合、本体フレーム（１３）が防振部（１５）及び移動体連結部（１６）を介して移動体（１）に吊り下げられた状態となるため、全体の重心の位置が低くなる。従って、Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）を移動体（１）よりも上空側に位置させた状態であっても、本体フレーム（１３）に連結された移動体（１）の姿勢を安定に保ち易くなる。
　更にこの場合、本体フレーム（１３）と移動体（１）との間に防振部（１５）が介在することによって、移動体（１）から本体フレーム（１３）を介してＮ個のアンテナ（１９－１～１９－６）や受信機（１８－１～１８－６）に伝搬する振動を効果的に低減できる。
　また、上記情報収集装置（１０）によれば、本体フレーム（１３）と移動体（１）との間に防振部（１５）を介在させる構造によって、Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）や受信機（１８－１～１８－６）の各々に防振用部材を設ける場合に比べて防振用部材の点数を削減し、構造を単純化できる。また、アンテナ（１９－１～１９－６）同士の相対的位置関係が防振作用によって変化することがないため、位置や姿勢の測定誤差を微小に抑えることができる。
［付記２］
　前記Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）の各々は、
　　前記本体部（１２）により一端を支持されており、前記共通の仮想平面（ＶＰ）に対して平行に伸びた第１棒状部材（１７１）と、
　　前記Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）の１つが一端に固定されており、前記共通の仮想平面（ＶＰ）に対して垂直に伸びた第２棒状部材（１７２）と、
　　前記第１棒状部材（１７１）と前記第２棒状部材（１７２）とをＬ字状に連結する棒状部材連結部（１７３）とを含む、
　付記１に記載の情報収集装置（１０）。
　この構成によれば、本体部（１２）が移動体（１）によって吊り下げられる場合、第１棒状部材（１７１）と第２棒状部材（１７２）とをＬ字状に連結する軽量で簡易な構造により、Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）を移動体（１）よりも上空側に配置させることが可能となる。
［付記３］
　前記棒状部材連結部（１７３）は、前記第１棒状部材（１７１）と前記第２棒状部材（１７２）とを分離可能に連結する、
　付記２に記載の情報収集装置（１０）。
　この構成によれば、第１棒状部材（１７１）と第２棒状部材（１７２）とを分離することが可能となるため、情報収集装置（１０）の収納や持ち運びが容易になる。
［付記４］
　前記本体フレーム（１３）は、
　　対向して配置された第１板状部材（１３１）及び第２板状部材（１３２）と、
　　前記第１板状部材（１３１）及び前記第２板状部材（１３２）の間に配置され、それぞれ前記腕部（１７－１～１７－６）の他端を支持するＮ個の腕部支持機構（１４）とを含み、
　前記移動体連結部（１６）は、前記第１板状部材（１３１）と対向して配置された第３板状部材（１６１）を含み、
　前記防振部（１５）は、前記第３板状部材（１６１）から前記第１板状部材（１３１）への振動の伝搬を抑制する、
　付記１～３のいずれか１つに記載の情報収集装置（１０）。
　この構成によれば、腕部（１７－１～１７－６）の他端を支持するＮ個の腕部支持機構（１４）が第１板状部材（１３１）及び第２板状部材（１３２）の間に配置されるため、軽量で簡易な構造によりＮ個の腕部（１７－１～１７－６）が支持される。また、移動体連結部（１６）の第３板状部材（１６１）と第１板状部材（１３１）とが対向し、これら間における振動の伝搬が防振部（１５）によって抑制されることから、第３板状部材（１６１）と第１板状部材（１３１）とが対向する広面積の領域に防振構造を設けることが可能になり、良好な防振性能が得られ易くなる。
［付記５］
　位置と姿勢に関する情報を収集する情報収集装置（１０）であって、
　複数の衛星（７）から放送される測位用の信号をそれぞれ受信するＮ個（Ｎは３以上の整数を示す。）の受信機（１８－１～１８－６）と、
　前記Ｎ個の受信機（１８－１～１８－６）のＮ個のアンテナ（１９－１～１９－６）が固定されたフレーム（１１）とを有し、
　前記Ｎ個の受信機（１８－１～１８－６）において前記測位用の信号を受信する前記Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）が、等しい間隔で環状に配置されており、
　前記フレーム（１１）は、
　　本体部（１２）と、
　　前記本体部（１２）を通る仮想中心線（ＶＬ）からそれぞれ離れる方向に伸びたＮ個の腕部（１７－１～１７－６）とを含み、
　前記Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）は、前記本体部（１２）から離れた前記Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）の一端にそれぞれ固定されており、
　前記本体部（１２）は、
　　前記Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）の他端を支持する本体フレーム（１３）と、
　　前記仮想中心線（ＶＬ）上に位置する移動体（１）と着脱可能に連結される移動体連結部（１６）と、
　　前記本体フレーム（１３）と前記移動体連結部（１６）とに固定され、前記移動体連結部（１６）から前記本体フレーム（１３）への振動の伝搬を抑制する防振部（１５）とを含み、
　前記本体フレーム（１３）は、
　　対向して配置された第１板状部材（１３１）及び第２板状部材（１３２）と、
　　前記第１板状部材（１３１）及び前記第２板状部材（１３２）の間に配置され、それぞれ前記腕部（１７－１～１７－６）の他端を支持するＮ個の腕部支持機構（１４）とを含み、
　前記Ｎ個の腕部支持機構（１４）は、前記第１板状部材（１３１）及び前記第２板状部材（１３２）に固定された支持台（１４５）をそれぞれ含み、
　前記移動体連結部（１６）は、前記第１板状部材（１３１）と対向して配置された第３板状部材（１６１）を含み、
　前記防振部（１５）は、前記第３板状部材（１６１）から前記第１板状部材（１３１）への振動の伝搬を抑制する、
　情報収集装置（１０）。
　上記情報収集装置（１０）によれば、Ｎ個の腕部支持機構（１４）は、Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）の一端を支持する機能を持つとともに、各々の支持台（１４５）と第１板状部材（１３１）及び第２板状部材（１３２）とを互いに固定する機能を持つ。すなわち、Ｎ個の腕部支持機構（１４）は、Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）を支持するだけでなく、第１板状部材（１３１）及び第２板状部材（１３２）を含んだ本体フレーム（１３）の構造を支える機能も持つ。そのため、比較的単純な構造でありながら、本体フレーム（１３）に必要な強度を確保できる。また、本体フレーム（１３）の部品点数を削減して重量を軽くすることが可能となる。
　また、上記情報収集装置（１０）によれば、移動体連結部（１６）に含まれた第３板状部材（１６１）が第１板状部材（１３１）と対向して配置されており、第３板状部材（１６１）が移動体（１）に連結された場合、第３板状部材（１６１）から第１板状部材（１３１）への振動の伝搬が防振部（１５）によって抑制される。従って、第３板状部材（１６１）と第１板状部材（１３１）とが対向する部分において広い面積を確保し易くなり、この広い面積を使って良好な防振性能を持った防振構造を作り易くなる。
　また、上記情報収集装置（１０）によれば、本体フレーム（１３）と移動体（１）との間に防振部（１５）を介在させる構造によって、Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）や受信機（１８－１～１８－６）の各々に防振用部材を設ける場合に比べて防振用部材の点数を削減し、構造を単純化できる。また、アンテナ（１９－１～１９－６）同士の相対的位置関係が防振作用によって変化することがないため、位置や姿勢の測定誤差を微小に抑えることができるという非常に優れた効果が得られる。
［付記６］
　前記防振部（１５）は、前記本体フレーム（１３）と前記移動体連結部（１６）とをつなぐ複数のワイヤ（１５１）を含む、
　付記１～５のいずれか１つに記載の情報収集装置（１０）。
　この構成によれば、簡易な構成で本体フレーム（１３）への振動の伝搬を抑制することが可能となる。また、複数のワイヤ（１５１）を介して本体フレーム（１３）と移動体連結部（１６）とがつながれるため、本体フレーム（１３）と移動体連結部（１６）とが十分な強度で結合される。
［付記７］
　前記本体部（１２）は、それぞれ前記Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）の他端を支持するＮ個の腕部支持機構（１４）を含み、
　前記Ｎ個の腕部支持機構（１４）は、前記仮想中心線（ＶＬ）に対する前記Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）の角度が変更可能となるように、それぞれ前記Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）の他端を回動可能に支持する、
　付記１～６のいずれか１つに記載の情報収集装置（１０）。
　この構成によれば、本体部（１２）の腕部支持機構（１４）において腕部（１７－１～１７－６）の他端が回動可能に支持されており、仮想中心線（ＶＬ）に対する腕部（１７－１～１７－６）の角度が変更可能となっている。そのため、Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）がそれぞれ仮想中心線（ＶＬ）に近づくように各腕部（１７－１～１７－６）の角度を変更することにより、フレーム（１１）が全体的に小さくまとまった状態となり、情報収集装置（１０）の収納や持ち運びが容易になる。
［付記８］
　前記Ｎ個の腕部（１７－１～１７－６）における１つの腕部の前記仮想中心線（ＶＬ）に対する角度が所定の角度になった場合、前記Ｎ個の腕部支持機構（１４）の対応する１つの腕部支持機構が、前記１つの腕部の回動を止めるロック状態となり、
　前記ロック状態は解除可能であり、
　前記Ｎ個の腕部支持機構（１４）が前記ロック状態の場合、前記Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）が前記環状に配置された状態となる、
　付記７に記載の情報収集装置（１０）。
　この構成によれば、Ｎ個の腕部支持機構（１４）がロック状態の場合、Ｎ個のアンテナ（１９－１～１９－６）が環状に配置された状態となるため、仮想中心線（ＶＬ）に対する腕部（１７－１～１７－６）の角度が変化することによる位置推定や姿勢推定の誤差が抑制される。
［付記９］
　前記Ｎ個の受信機（１８－１～１８－６）による前記測位用の信号の受信と同期して対象物までの距離を測定する測距装置（２０）を有する、
　付記１～８のいずれか１つに記載の情報収集装置（１０）。
　　この構成によれば、移動体（１）の位置及び姿勢を推定した結果と、測距装置（２０）における距離の測定結果とに基づいて、対象物の精密な３次元データを得ることが可能となる。
［付記１０］
　付記１～９のいずれか１つに記載の情報収集装置（１０）を搭載した無人航空機（１）。
１…ＵＡＶ、１０…情報収集装置、１０１…固定具、１１…フレーム、１２…本体部、１３…本体フレーム、１３１…第１板状部材、１３２…第２板状部材、１４…腕部支持機構、１４１…軸、１４２…係止ピン、１４３…ばね、１４４…棒保持具、１４５…支持台、１４６…係止溝、１５…防振部、１５１…ワイヤ、１５２，１５３…ワイヤ留め具、１６…移動体連結部、１６１…第３板状部材、１６２Ａ，１６２Ｂ…連結具、１７－１～１７－６…腕部、１７１…第１棒状部材、１７２…第２棒状部材、１７３…棒状部材連結部、１８－１～１８－６，１８Ａ…受信機、１９－１～１９－６，１９Ａ…アンテナ、２０…測距装置、２１…制御装置、２２…処理部、２３…記憶部、２４…ドローン、２５…本体部、２６－１～２６－６…プロペラ、２７－１～２７－６…腕部、３…地上基準局、５…情報処理装置、５１…インターフェース部、５２…表示部、５３…処理部、５３１…姿勢推定部、５３２…位置推定部、５３３…３次元地図作成部、５４…記憶部、５４１…プログラム、７…衛星、９…地表
 

Claims (10)

  1. 　位置と姿勢に関する情報を収集する情報収集装置であって、
    　複数の衛星から放送される測位用の信号をそれぞれ受信するＮ個（Ｎは３以上の整数を示す。）の受信機と、
    　前記Ｎ個の受信機のＮ個のアンテナが固定されたフレームとを有し、
    　前記Ｎ個の受信機において前記測位用の信号を受信する前記Ｎ個のアンテナが、等しい間隔で環状に配置されており、
    　前記フレームは、
    　　本体部と、
    　　前記本体部を通る仮想中心線からそれぞれ離れる方向に伸びたＮ個の腕部とを含み、
    　前記Ｎ個のアンテナは、前記本体部から離れた前記Ｎ個の腕部の一端にそれぞれ固定されており、
    　前記本体部は、
    　　前記Ｎ個の腕部の他端を支持する本体フレームと、
    　　前記仮想中心線上に位置する移動体と着脱可能に連結される移動体連結部と、
    　　前記本体フレームと前記移動体連結部とに固定され、前記移動体連結部から前記本体フレームへの振動の伝搬を抑制する防振部とを含み、
    　前記Ｎ個のアンテナは、前記仮想中心線に対して垂直な共通の仮想平面上に位置しており、
    　前記共通の仮想平面は、前記移動体連結部に連結された状態の前記移動体に対して離間しており、
    　前記仮想中心線が鉛直方向と平行になるとともに、前記共通の仮想平面が前記移動体よりも上空側に位置する場合、前記本体フレームは前記防振部及び前記移動体連結部を介して前記移動体に吊り下げられた状態となる、
    　情報収集装置。
  2. 　前記Ｎ個の腕部の各々は、
    　　前記本体部により一端を支持されており、前記共通の仮想平面に対して平行に伸びた第１棒状部材と、
    　　前記Ｎ個のアンテナの１つが一端に固定されており、前記共通の仮想平面に対して垂直に伸びた第２棒状部材と、
    　　前記第１棒状部材と前記第２棒状部材とをＬ字状に連結する棒状部材連結部とを含む、
    　請求項１に記載の情報収集装置。
  3. 　前記棒状部材連結部は、前記第１棒状部材と前記第２棒状部材とを分離可能に連結する、
    　請求項２に記載の情報収集装置。
  4. 　前記本体フレームは、
    　　対向して配置された第１板状部材及び第２板状部材と、
    　　前記第１板状部材及び前記第２板状部材の間に配置され、それぞれ前記Ｎ個の腕部の他端を支持するＮ個の腕部支持機構とを含み、
    　前記移動体連結部は、前記第１板状部材と対向して配置された第３板状部材を含み、
    　前記防振部は、前記第３板状部材から前記第１板状部材への振動の伝搬を抑制する、
    　請求項１に記載の情報収集装置。
  5. 　位置と姿勢に関する情報を収集する情報収集装置であって、
    　複数の衛星から放送される測位用の信号をそれぞれ受信するＮ個（Ｎは３以上の整数を示す。）の受信機と、
    　前記Ｎ個の受信機のＮ個のアンテナが固定されたフレームとを有し、
    　前記Ｎ個の受信機において前記測位用の信号を受信する前記Ｎ個のアンテナが、等しい間隔で環状に配置されており、
    　前記フレームは、
    　　本体部と、
    　　前記本体部を通る仮想中心線からそれぞれ離れる方向に伸びたＮ個の腕部とを含み、
    　前記Ｎ個のアンテナは、前記本体部から離れた前記Ｎ個の腕部の一端にそれぞれ固定されており、
    　前記本体部は、
    　　前記Ｎ個の腕部の他端を支持する本体フレームと、
    　　前記仮想中心線上に位置する移動体と着脱可能に連結される移動体連結部と、
    　　前記本体フレームと前記移動体連結部とに固定され、前記移動体連結部から前記本体フレームへの振動の伝搬を抑制する防振部とを含み、
    　前記本体フレームは、
    　　対向して配置された第１板状部材及び第２板状部材と、
    　　前記第１板状部材及び前記第２板状部材の間に配置され、それぞれ前記Ｎ個の腕部の他端を支持するＮ個の腕部支持機構とを含み、
    　前記Ｎ個の腕部支持機構は、前記第１板状部材及び前記第２板状部材に固定された支持台をそれぞれ含み、
    　前記移動体連結部は、前記第１板状部材と対向して配置された第３板状部材を含み、
    　前記防振部は、前記第３板状部材から前記第１板状部材への振動の伝搬を抑制する、
    　情報収集装置。
  6. 　前記防振部は、前記本体フレームと前記移動体連結部とをつなぐ複数のワイヤを含む、
    　請求項１又は５に記載の情報収集装置。
  7. 　前記本体部は、それぞれ前記Ｎ個の腕部の他端を支持するＮ個の腕部支持機構を含み、
    　前記Ｎ個の腕部支持機構は、前記仮想中心線に対する前記Ｎ個の腕部の角度が変更可能となるように、それぞれ前記Ｎ個の腕部の他端を回動可能に支持する、
    　請求項１又は５に記載の情報収集装置。
  8. 　前記Ｎ個の腕部における１つの腕部の前記仮想中心線に対する角度が所定の角度になった場合、前記Ｎ個の腕部支持機構の対応する１つの腕部支持機構が、前記１つの腕部の回動を止めるロック状態となり、
    　前記ロック状態は解除可能であり、
    　前記Ｎ個の腕部支持機構が前記ロック状態の場合、前記Ｎ個のアンテナが前記環状に配置された状態となる、
    　請求項７に記載の情報収集装置。
  9. 　前記Ｎ個の受信機による前記測位用の信号の受信と同期して対象物までの距離を測定する測距装置を有する、
    　請求項１又は５に記載の情報収集装置。
  10. 　請求項１又は５に記載の情報収集装置を搭載した無人航空機。
     
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