(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星から送信された電波を受信する複数のアンテナと、前記アンテナで受信した信号を処理する信号処理装置と、前記信号処理装置から出力される信号に基づいて物体の位置範囲を検知する情報統合部とを有する物体検出システムであって、前記複数のアンテナは第１のアンテナと第２のアンテナを含み、前記情報統合部は、前記第１のアンテナで受信強度の変化のあった人工衛星を特定し、その人工衛星の方位として第１の方位情報を求め、前記第２のアンテナで受信強度の変化のあった人工衛星を特定し、その人工衛星の方位として第２の方位情報を求め、前記第１の方位情報及び前記第２の方位情報の両方の情報に基づいて物体の位置範囲を検知するように構成されていることを特徴とする物体検出システム。
【請求項２】
人工衛星から送信された電波を受信し、受信した信号に基づいて物体の位置範囲を検知する物体検出方法において、第１のアンテナで受信強度の変化のあった人工衛星を特定し、その人工衛星の方位として第１の方位情報を求め、第２のアンテナで受信強度の変化のあった人工衛星を特定し、その人工衛星の方位として第２の方位情報を求め、前記第１の方位情報及び前記第２の方位情報の両方の情報に基づいて物体の位置範囲を検知する物体検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地上を移動する物体の位置を検出する物体検出システムとその方法に係り、特に少ない設置個数で安価に物体の位置を検出できる物体検出システムとその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の物体位置検出装置については一例として国際公開Ｗ０９７／０４３３７号公報に記載されている。この従来技術には、移動体が走行する通路に格子状に配置された複数の移動体検知器を設け、移動体を検知した移動体検知器の配置に基づいて移動体の位置，移動方向，形状を検出することが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、アンテナの有効範囲内に物体が進入した際に「アンテナの有効範囲内に物体が存在する」という検知信号をアンテナ１台で出力する方式である為、有効範囲を広く設定すると検知信号に対する物体位置標定としての信頼性が低くなる。その為従来技術では物体検知に使用する人工衛星は地表からの仰角が高い衛星のみを利用し有効範囲を狭くする必要があり、その結果例えば空港のエプロンの様な広い空間に対しては物体の移動する路面に多数の移動体検知器を設置する必要があり、コストが上昇するという問題がある。また、検知器の数が多いため処理情報もそれに伴い多くなることから情報伝送路の確保及び情報伝送装置に対するコストも上昇し問題となる。
【０００４】
本発明の目的は少ない設置で物体の位置範囲を検知できる物体検出システムとその方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
従来技術ではアンテナ１つから得られる情報により、アンテナを中心とした有効範囲内において物体が存在すると判定する為、ＧＰＳ衛星から得られる衛星の地表からの仰角の情報を使用し、仰角の低い衛星の情報は使用しない手法を用いていた。
【０００６】
本発明の特徴は、複数のアンテナの設置されている座標と各アンテナで受信している全ての衛星からの情報に基づいて物体の位置範囲を特定する物体検出としての算出手段を備えたことにある。
【０００７】
アンテナ間を移動する物体については、従来技術では使用しなかった仰角の低い衛星の情報を中央で統合して処理する方式を導入したことにより仰角の低い衛星を利用しアンテナ間の距離を離すことを可能にし、設置個数を大幅に減らすことができ、コストを低くすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明の機器の構成例を示す。ＧＰＳ等の航法衛星からの信号は複数の受信アンテナ１により受信され、アンテナに対する信号処理装置２を介し、情報伝送装置３により伝送され、伝送経路４を介して情報統合部５で集約されその結果を結果表示部６に出力する。なお、信号処理装置２におけるＧＰＳ航法データの処理については、一般に知られているため、詳細な説明は省略する。また、信号処理装置２内の処理，情報伝送装置３から伝送経路４を経て情報統合部５に伝送する処理方法についても国際公開Ｗ０９７／04337
に記載されている為詳細な説明は省略する。
【００１０】
図２は受信可能なＧＰＳ衛星からの受信状態を示している。物体検知は基本的に衛星からの信号Ｅａ〜Ｅｆまでのいずれかが遮断もしくは減衰することにより行う。ここで、複数のアンテナを設置した場合、任意の限られた範囲内に設置する限りはアンテナに対する衛星信号の入射角度はすべて等しいと近似できる。
ＧＰＳ衛星からは衛星の個別認識番号、アンテナが設置された位置からの仰角，方位角、電波の受信強度等の情報が得られるが、Ａ１から情報統合部５に対しては遮断もしくは減衰した衛星の番号とそのアンテナの個別認識番号が出力されれば情報統合部で物体位置範囲の算出が可能である。
【００１１】
図３は航空機を検知対象とした実施の形態について、地上に対して垂直面の検知の流れと、２つのアンテナにより２つのアンテナ間に物体があることを検知する手法を説明した図である。アンテナＡ１よりアンテナＡ２への方向Ｘ１に移動する航空機Ａｉｒがある。この際アンテナＡ１で受信中の衛星からの信号Ｅａと、アンテナＡ２で受信中の衛星からの信号Ｅｆが遮断されたことにより、航空機ＡｉｒはＡ１，Ａ２間を移動していると算出できる。航空機Ａｉｒの大きさとアンテナ間の距離の設定については実測により求める。次に従来の技術との差異について述べる。従来は仰角の低い衛星は無視していた。これはアンテナ単体で物体検知を判断し、物体検知信号を出力していたため、仰角の低い衛星は直上を移動する物体の移動を検知する情報としては不向きであったためである。しかし、本発明ではアンテナ１個では物体検知を行わず、アンテナ単体からはアンテナの固有認識番号とそのアンテナにおいて信号変化のあった衛星番号を出力させ、情報統合部で複数のアンテナからの情報を合わせて判別することにより物体の検知を行う為、従来技術では無視していた仰角の低い衛星の情報も活用することを可能にしている。このことを利用して次に２つのアンテナでアンテナ間に物体が存在することを検知する流れを説明する。図中の航空機Ａｉｒについて、アンテナＡ１で検知中の衛星ＥａとアンテナＡ２で検知中の衛星Ｅｆが遮断されている。情報統合部５では各アンテナから送信されてくる遮断された衛星の方位とアンテナの位置を元に２つのアンテナ間に物体が存在することを検知する。
【００１２】
図４は航空機を検知対象とした実施の形態について、地上に対して水平面の検知の流れを示した図である。航空機Ａｉｒが方向Ｘ１に移動することにより、アンテナＡ１〜Ａ４で受信中のＧＰＳ衛星からの信号Ｅａ〜Ｅｆの受信強度に変化を及ぼす。順序としてアンテナＡ１の受信信号Ｅｆ、次にアンテナＡ３の信号
Ｅｅ、次にアンテナＡ４の信号Ｅｂ，Ｅｃ、そしてアンテナＡ２の信号Ｅａの受信強度に影響を与え、その情報がアンテナＡ１〜Ａ４より情報統合部５に送られる。航空機Ａｉｒが図中の位置に存在することを検知する流れについては図５〜図９で説明する。
【００１３】
図５は図４の各アンテナＡ１〜Ａ４で受信している衛星からの信号が航空機
Ａｉｒの通過により変化するタイムチャートを示している。ここで、（１）はアンテナＡ１の衛星Ｅｆの受信状態を表しており、時間ｔ１に強度がＨからＬに下がったことを示す。（２）はアンテナＡ２の衛星Ｅｅの受信状態を、同じく（３）はＡ４のＥｂ、（４）はＡ４のＥｃ、（５）はＡ２のＥａの受信状態を表している。ここで実験により求めた時間間隔Ｔの間に３つのアンテナＡ１，Ａ３，Ａ４の受信強度が変化した時、Ａ１，Ａ３，Ａ４の位置と衛星に対する仰角と方位を使用して図４の航空機Ａｉｒの存在する範囲を算出する。
【００１４】
図６は図５に示す（１），（２），（３）の情報を元に、航空機Ａｉｒの位置範囲を算出する手順を示している。図５の（１），（２），（３）の各アンテナの衛星が時間Ｔ間に変動した時、図６のアンテナＡ１，Ａ３，Ａ４から情報統合部に対しアンテナ番号を送信する。情報統合部では既知のアンテナＡ１，Ａ３，Ａ４の座標より、航空機ＡｉｒがアンテナＡ１，Ａ３，Ａ４で囲まれる三角形の内部の領域を通過したことを算出する。この場合アンテナ側からは信号に変化のあったアンテナの番号のみを情報統合部７に送信すればよいので情報伝送量が最も少ない。アンテナから送られるアンテナ情報の例として、アンテナの番号でなく、アンテナの座標位置情報等を送っても良い。
【００１５】
図７は図６で示すゾーン標定の情報統合部７内の処理手順を示している。アンテナＡ１〜Ａｎから送られてくる情報のうち、時間Ｔの内に受信強度の変化のあったアンテナが３台あることを検出。その３台のアンテナで囲まれる三角形内に物体が存在すると判定。３台のアンテナ座標より物体位置範囲を算出し出力する。
【００１６】
図８は図５に示す（１），（２），（３）の情報を元に、図６とは別の手法で航空機Ａｉｒの位置範囲を算出する手順を示している。図５の（１），（２），（３）の各アンテナの衛星が時間Ｔ間に変動した時、図８のアンテナＡ１，Ａ３，Ａ４から情報統合部に対しアンテナ番号及び信号に変化のあった衛星の番号を送る。情報統合部では既知のアンテナＡ１，Ａ３，Ａ４の座標及び情報統合部自身で保有する各番号のＧＰＳ衛星の軌道情報より、航空機ＡｉｒがアンテナＡ１に対する信号Ｅｆの軌道、同じくＡ３に対するＥｅの軌道、Ａ４に対するＥｂの軌道で囲まれる三角形の内部の領域を通過したことを算出する。この場合アンテナ側からは信号に変化のあったアンテナの番号と衛星番号を情報統合部８に送信する必要があり図６の手法よりも情報伝送量が多いが、物体の位置範囲の特定については図６の手法よりも狭い範囲に限定できるため精度が高い。
【００１７】
図９は図８で示すゾーン標定の情報統合部８内の処理手順を示している。アンテナＡ１〜Ａｎから送られてくる情報のうち、時間Ｔの内に受信強度の変化のあったアンテナが３台あることを検出。その３台のアンテナの、それぞれの遮断された衛星の方位によって形成される三角形近傍に物体が存在すると判定。３台のアンテナ座標及び衛星の方位より物体の位置範囲を算出し、表示装置へ出力する。
【００１８】
図１０は物体のアンテナ１台当たりの検知有効範囲を示している。従来の技術には仰角の低い衛星は無視するとのみ記載されており、具体的な数値は記されていない。ここで衛星の仰角の下限値をαとすると、図１０において高さｈの物体がアンテナＡ１に対して方向Ｘ１に向かってくる際の物体検知可能となる有効半径ｒはｒ＝ｈ÷ｔａｎα  となる。ここで、物体の高さを５ｍ、衛星の最低仰角を４５°とするとｒ＝５ｍとなり、直径は１０ｍとなる。従来の方式は１つのアンテナで物体の存在のみ検出する方式であるため有効半径を大きくするほど位置に対する精度は落ち、４５°を最低仰角としても精度がかなり低くなることがわかる。
【００１９】
図１１は物体検知有効半径ｒのとき、従来の技術の物体検知において、物体の移動を連続的に検知するためにアンテナを複数（Ａ１〜Ａ４）設置する場合に必要なアンテナ間の間隔Ｔａを示した図である。なお、ここでは物体の高さｈのみ考慮し、物体の地表に平行な成分の長さは無視する。アンテナ１つ当りの有効検知半径がｒのとき、アンテナ間の間隔はＴａ＝２ｒ×ｃｏｓ４５°となる。ここで仮に従来の技術をα＝６０°、対象物の高さを５ｍとすると、従来の技術は有効検知半径ｒ＝２．９ｍ、アンテナ間距離Ｔａ＝４．１ｍとなる。
【００２０】
図１２は物体検知有効半径ｒのとき、本発明の実施の形態の一例として２つ以上のアンテナを用いた物体検出のアンテナ間距離を示した図である。この場合、隣接するアンテナ間距離を検知有効範囲にすることによりアンテナ間の物体検出を２つ以上のアンテナで検知する。ここで、検出対象物の高さを５ｍ、仰角をα＝２０°とすると、それにより本実施の形態は有効検知半径ｒ＝１３．７ｍ  、アンテナ間距離Ｔａ＝１３．７ｍ  となる。この計算によると従来ではアンテナが１６個必要な空間に対し本実施の形態では４個のアンテナで検知できることになり、大幅に設置個数を減らせることがわかる。ここで、本実施の形態の２つのアンテナを用いた物体検知の手法における有効検知半径ｒはアンテナを図１２の様に複数配置することを前提としており、また、補足できる衛星数に限りがあるため有効検知半径を上記の理論値よりは小さく設定する必要があり詳細は実験で求める。
【００２１】
図１３は本発明の実施の形態の一例として３つのアンテナを用いた物体検出のアンテナ間距離を示した図である。アンテナ１つによる検出では、検知有効半径を大きくすると検出位置精度が悪くなる。しかし本願発明では、３つのアンテナを用いて検出するためアンテナ間を広げても物体検出位置精度に影響を与えない。そして３つのアンテナで検知することにより仰角が低い人工衛星も利用できるため検知有効半径を大きくとれる。理論上ではアンテナ間距離は無限であるが、実際には捕捉できる人工衛星の数などを考慮して設定する必要がある。
【００２２】
また、上記実施の形態では、航空機移動の位置範囲の特定のみについて説明したが、情報統合部で航空機の形状，特徴をあらかじめ保持し、物体通過検出した複数の衛星の軌道を統合した結果と照合することにより航空機の種類の判別が可能である。人工衛星としてはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ），ＮＮＳＳ（Ｎａｖｙ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）等が挙げられる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によりＧＰＳ受信アンテナの設置間隔を広げることが可能になり設置個数を少なくできることから安価に物体の位置を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である物体検出システムの構成図である。
【図２】ＧＰＳ衛星と受信器の関係を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例である航空機の物体検出について、地表に対し垂直面の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態の一例である航空機の物体検出について、地表に対し水平面の構成図である。
【図５】図４におけるタイムチャートを示している。
【図６】本発明の実施の形態の一例である航空機のゾーン標定における、位置範囲の特定手法を示す図である。
【図７】図６の位置範囲の特定手法を用いる場合の、情報統合部内の処理の流れを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態である航空機のゾーン標定における、図６とは異なる方法による位置範囲の特定手法を示す図である。
【図９】図８の位置範囲の特定手法を用いる場合の、情報統合部内の処理の流れを示す図である。
【図１０】従来の技術と本発明の実施の形態の、アンテナ１台当たりの物体検知有効半径を示す図である。
【図１１】従来の技術のアンテナを用いた物体検知のアンテナ間距離を示す図である。
【図１２】２つ以上のアンテナを用いた物体検出のアンテナ間距離を示す図である。
【図１３】３つ以上のアンテナを用いた物体検出のアンテナ間距離を示す図である。
【符号の説明】
１…受信アンテナ、２…信号処理装置、３…情報伝送装置、４…伝送経路、５，７，８…情報統合部、６…結果表示部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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