(57)【要約】【課題】効率的に準天頂衛星からの電波を利用して測位を行うことができる無人飛行体及び無人飛行体による測位方法を提供すること。【解決手段】無人飛行体１は、航法衛星２０２Ａ等及び準天頂衛星２０４からの測位用電波を受信する電波受信手段と、測位用電波を利用して測位を実施する測位手段と、所定条件を満たした場合に、航法衛星のうち、準天頂衛星２０４からの測位用電波を利用して測位する、電波選定手段と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航法衛星からの測位用電波を受信する電波受信手段と、
前記測位用電波を利用して測位を実施する測位手段と、
所定条件を満たした場合に、前記航法衛星のうち、準天頂衛星からの前記測位用電波を利用して測位する、電波選定手段と、
を有する無人飛行体。
【請求項２】
前記所定条件は、前記無人飛行体が所定領域内に位置することである、
請求項１に記載の無人飛行体。
【請求項３】
前記所定領域は、都市中心部及び／または山間部である、
請求項２に記載の無人飛行体。
【請求項４】
前記航法衛星の軌道情報に基づいて、前記無人飛行体を基準とする各前記航法衛星の方向を算出する衛星方向算出手段と、
各前記航法衛星の方向に前記測位用電波が前記無人飛行体に到達することを妨げる障碍が存在するか否かを判断する障碍判断手段と、
を有し、
前記所定条件は、測位に利用できる前記準天頂衛星以外の前記航法衛星の数が所定数以下であることである、
請求項１に記載の無人飛行体。
【請求項５】
前記所定条件を所定時間後において満たすか否かを予測する予測手段を有し、
前記電波選定手段は、前記予測手段の予測結果に従う、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無人飛行体。
【請求項６】
航法衛星からの測位用電波を受信する電波受信手段と、前記測位用電波を利用して測位を実施する測位手段と、を有する無人飛行体による測位方法であって、
所定条件を満たした場合に、前記航法衛星のうち、準天頂衛星からの前記測位用電波を利用して測位する電波選定ステップを有する、
無人飛行体による測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人飛行体及び無人飛行体による測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型無人飛行体（「ドローン」とも呼ばれる）の利用が提案されている。このようなドローンを利用して、画像撮影を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ドローンが画像撮影などの役務（ミッション）を行うときに、ドローン自体の位置を知る必要がある。ドローンは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）などの衛星からの電波を利用して、ドローン自体の位置を測位する。日本国内の上空に準天頂衛星が位置していれば、その準天頂衛星からの電波も利用して測位を行うことで、より精度のよい測位も可能である。ところが、ドローンに搭載できる電池（バッテリー）の容量は限定されているから、常に準天頂衛星からの電波を利用して測位を行うと、電池の消耗が早くなるという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる問題の解決を試みたものであり、効率的に準天頂衛星からの電波を利用して測位を行うことができる無人飛行体及び無人飛行体による測位方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の発明は、航法衛星からの測位用電波を受信する電波受信手段と、前記測位用電波を利用して測位を実施する測位手段と、所定条件を満たした場合に、前記航法衛星のうち、準天頂衛星からの前記測位用電波を利用して測位する、電波選定手段と、を有する無人飛行体である。
【０００７】
第一の発明の構成によれば、無人飛行体は、所定条件を満たした場合に限って、準天頂衛星からの前記測位用電波を受信することができるから、効率的に準天頂衛星からの電波を利用して測位を行うことができる。
【０００８】
第二の発明は、第一の発明の構成において、前記所定条件は、前記無人飛行体が所定領域内に位置することである、無人飛行体である。
【０００９】
第三の発明は、第二の発明の構成において、前記所定領域は、都市中心部及び／または山間部である、無人飛行体である。
【００１０】
第四の発明は、第一の発明の構成において、前記航法衛星の軌道情報に基づいて、前記無人飛行体を基準とする各前記航法衛星の方向を算出する衛星方向算出手段と、各前記航法衛星の方向に前記測位用電波が前記無人飛行体に到達することを妨げる障碍が存在するか否かを判断する障碍判断手段と、を有し、前記所定条件は、測位に利用できる前記準天頂衛星以外の前記航法衛星の数が所定数以下であることである、無人飛行体である。
【００１１】
第五の発明は、第一の発明乃至第四の発明のいずれかの構成において、前記所定条件を所定時間後において満たすか否かを予測する予測手段を有し、前記電波選定手段は、前記予測手段の予測結果に従う、無人飛行体である。
【００１２】
第六の発明は、航法衛星からの測位用電波を受信する電波受信手段と、前記測位用電波を利用して測位を実施する測位手段と、を有する無人飛行体による測位方法であって、所定条件を満たした場合に、前記航法衛星のうち、準天頂衛星からの前記測位用電波を利用して測位する電波選定ステップを有する、無人飛行体による測位方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、効率的に準天頂衛星からの電波を利用して測位を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る無人飛行体の動作を示す概略図である。
【図２】無人飛行体を示す概略図である。
【図３】無人飛行体の機能ブロックを示す図である。
【図４】地形データの一例を示す概略図である。
【図５】無人飛行体の動作を示すフローチャートである。
【図６】第二の実施形態の無人飛行体の動作を示す概略図である。
【図７】第二の実施形態の無人飛行体が有する地形データの一例を示す概略図である。
【図８】無人飛行体の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。以下の説明においては、同様の構成には同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略する。なお、当業者が適宜実施できる構成については説明を省略し、本発明の基本的な構成についてのみ説明する。
【００１６】
＜第一の実施形態＞
図１に示すように、本実施形態の測位システムは、無人飛行体（以下、「無人機１」という。）と、無人機１と通信可能な基地局１００を有する。無人機１は、複数の航法衛星２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ，２０２Ｄ，２０２Ｅ，２０２Ｆ，２０２Ｇ及び２０２Ｈからの測位用電波を受信して測位することができる。航法衛星２０２Ａ等は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星である。以下、航法衛星２０２Ａ等を「ＧＰＳ衛星２０２Ａ等」と呼ぶ。また、無人機１は、準天頂衛星２０４からの測位用電波を受信して、上記ＧＰＳ衛星２０２Ａ等から受信した測位電波と併用して測位することができる。ここで、準天頂衛星とは、準天頂軌道、すなわち特定の一地域の上空に長時間とどまる軌道をとる人工衛星である。本実施形態においては、特定の一地域は、日本国の領土であり、無人機１は、常に、準天頂衛星２０４からの電波を受信し得るとして、以下、説明する。無人機１は、無人飛行体の一例である。ＧＰＳ衛星２０２Ａ等及び準天頂衛星２０４は、航法衛星の一例である。準天頂衛星２０４は、準天頂衛星の一例である。
【００１７】
無人機１は、通常は、ＧＰＳ衛星２０２Ａ等の測位用電波のみを受信して測位しており、所定条件を満たした場合に、準天頂衛星２０４からの測位用電波を利用して測位するようになっている。所定条件は、例えば、無人機１が所定領域に位置する場合である。
所定領域は、例えば、図１の都市中心部Ａ１、あるいは、山間部Ａ２である。安定した測位のためには、８個以上のＧＳＰ衛星２０２Ａ等からの測位用電波を受信するのが望ましいのであるが、都市中心部Ａ１や山間部Ａ２においては、８個以上のＧＳＰ衛星２０２Ａ等からの測位用電波を受信することができない可能性が高いから、準天頂衛星２０４からの測位用電波を併用して測位するのである。
【００１８】
図２に示すように、無人機１は、筐体２を有する。筐体２には、無人機１の各部を制御するコンピュータ、自律飛行装置、無線通信装置、航法衛星からの測位用電波を利用した測位装置、慣性センサー、気圧センサー、バッテリー等が配置されている。また、筐体２には、固定装置１２を介して、情報取得部１０が配置されている。情報取得部１０は、カメラ１０からなる。固定装置１２は、カメラ１０による撮影画像のぶれを最小化し、かつ、カメラ１０の光軸を任意の方向に制御することができる３軸の固定装置（いわゆる、ジンバル）である。
【００１９】
筐体２には、丸棒状のアーム４が接続されている。各アーム４にはモーター（図示せず）が接続されており、各モーターにはプロペラ６が接続されている。
【００２０】
アーム４には保護枠８が接続され、プロペラ６が外部の物体に直接接触することを防止している。アーム４及び保護枠８は、例えば、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、強度を保ちつつ、軽量に構成されている。
【００２１】
図３は、無人機１の機能構成を示す図である。図３に示すように、無人機１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５０、記憶部５２、無線通信部５４、衛星測位部５６、慣性センサー部５８、駆動制御部６０、画像処理部６２、及び、電源部６８を有する。
【００２２】
無人機１は、無線通信部５４によって、基地局１００と通信可能になっている。無人機１は、無線通信部５４によって、基地局１００から、発進等の指示を受信する。
【００２３】
無人機１は、衛星測位部５６と慣性センサー部５８によって、無人機１自体の位置を測定することができる。衛星測位部５６は、基本的に、４つ以上のＧＰＳ衛星２０２Ａ等または／及び準天頂衛星２０４からの電波を受信して無人機１の位置を計測する。慣性センサー部５８は、例えば、加速度センサー及びジャイロセンサーによって、出発点からの無人機１の移動を積算して、無人機１の位置を計測する。無人機１自体の位置情報は、無人機１の移動経路の決定及び自律移動のために使用するほか、画像処理部６２によって撮影した画像データと座標（位置）とを紐づけするために使用し、さらに、準天頂衛星２０４からの測位用電波を利用する測位を実施するか否かの判断に使用する。
【００２４】
画像処理部６２によって、無人機１はカメラ１０を作動させて、外部の画像を取得することができる。
【００２５】
駆動制御部６０によって、無人機１は、各プロペラ６に接続された各モーター（図示せず）の回転を制御し、上下水平移動や空中停止、傾きなどの姿勢を制御するようになっている。
【００２６】
電源部６８は、例えば、交換可能な可充電電池であり、無人機１の各部に電力を供給するようになっている。
【００２７】
記憶部５２には、出発点から目的位置まで自律移動するための移動計画を示すデータ等の自律移動に必要な各種データ及びプログラム、作業予定領域の地形、形状や構造物の位置を示す情報のほか、以下の各プログラムが格納されている。
【００２８】
記憶部５２には、飛行制御プログラム、及び、電波選定プログラムが格納されている。ＣＰＵ５０と電波選定プログラムは、電波選定手段の一例である。
【００２９】
無人機１は、飛行制御プログラムによって、無人機１の自律飛行を制御する。具体的には、無人機１は、各プロペラ６に接続された各モーター（図示せず）の出力を調整し、予め規定された経路及び高度を飛行するようになっている。
【００３０】
無人機１は、上述の電波選定プログラムによって、所定の条件を満たした場合に、準天頂衛星２０４からの測位用電波を利用して測位する。所定条件は、無人機１が、所定領域内に位置することである。所定領域は、例えば、都市中心部、あるいは、山間部（図１参照）である。
【００３１】
電波選定プログラムは、地形情報（図４参照）を含む。地形情報は、一定範囲の地理的範囲を緯度Ｌｏと経度Ｌａによって区画し、各区画について、その特徴を記載したものである。各区画は、例えば、１００ｍ（メートル）四方の広さである。地形情報は、予め作成しておく。
【００３２】
無人機１は、衛星測位部５６及び慣性センサー部５８によって、無人機１自体の位置を継続的に測位し、その位置が、領域Ａ１（図１及び図４参照）及び領域Ａ２（図１及び図４参照）であると判断した場合には、準天頂衛星２０４からの測位用電波を利用して測位する。例えば、領域Ａ１において、ＧＰＳ衛星２０２Ａ等のうち７つの衛星からの測位用電波と、準天頂衛星２０４からの測位用電波を利用して測位する。
【００３３】
領域Ａ１に入り、測位に使用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等の数が７個以下になっても、領域Ａ１に入る直前の位置はＧＰＳ衛星２０２Ａ等の数が８個以上であり、信頼度が高い。このため、領域Ａ１に入る直前の測位結果と、慣性センサー部５８からの出力と合わせて、無人機１が領域Ａ１に入ったか否かを判断することができる。
【００３４】
なお、無人機１は、準天頂衛星２０４からの測位用電波を常に受信しておいて、所定条件を満たした場合に測位に利用してもよい。あるいは、所定条件を満たさない場合には、準天頂衛星２０４からの電波を受信せず、所定条件を満たした場合に、準天頂衛星２０４からの電波を受信し、かつ、測位に利用するようにしてもよい。
【００３５】
以下、図５を参照して、無人機１の動作を概括する。無人機１は、基地局１００から発進指示を受信すると発進する（図５のステップＳＴ１）。続いて、無人機１は、ＧＰＳ衛星２０２Ａ等のからの測位用電波を受信して測位を開始する（ステップＳＴ２）。無人機１は、無人機１の位置が所定領域内か否かを判断し（ステップＳＴ３）、所定領域内であれば、準天頂衛星２０４からの測位用電波を利用して測位する（ステップＳＴ４）。ステップＳＴ４は、電波選定ステップの一例である。続いて、無人機１は、カメラ１０を作動させて、撮影などの任務を実施し、任務が完了したか否かを判断する（ステップＳＴ５）。無人機１は、任務が完了したと判断すると、基地局１００へ帰還する（ステップＳＴ６）。
【００３６】
＜第二の実施形態＞
第二の実施形態について、図６及び図７を参照して、第一の実施形態と相違する点について説明する。第一の実施形態と共通する点は説明を省略する。
【００３７】
第二の実施形態の無人機１Ａは、各ＧＰＳ衛星２０２Ａ等の軌道情報に基づいて、無人機１Ａを基準とする各ＧＰＳ衛星２０２Ａ等の方向を算出する。そして、各ＧＰＳ衛星２０２Ａ等の方向に測位用電波が無人機１Ａに到達することを妨げる障碍が存在するか否かを判断し、障碍が存在し、測位に利用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等の数が所定数以下である場合に、準天頂衛星２０４からの測位用電波を利用して測位する。
【００３８】
例えば、軌道情報に基づいて算出したＧＰＳ衛星２０２Ａの位置が図６のＣ１に示す位置であり、無人機１Ａが位置Ｂ１に位置すれば、障碍は存在しないが、ＧＰＳ衛星２０２Ａの位置がＣ２に示す位置であり、無人機１Ａが位置Ｂ２に位置すれば障碍が存在する。無人機１Ａは、無人機１Ａ及びＧＰＳ衛星２０２Ａ等の現在の位置ではなく、所定時間後の位置に基づいて、障碍の存否を判断する。無人機１は、ＧＰＳ衛星２０２Ａ等の軌道情報と時刻情報を参照して、ＧＰＳ衛星２０２Ａ等の所定時間後の位置を推測する。また、無人機１Ａは、例えば、無人機１Ａ自体の現在の飛行速度と飛行方向から、所定時間後の無人機１Ａ自体の位置を推測する。所定時間後とは、例えば、現在から５秒（ｓ）後である。例えば、無人機１Ａは、現在、図６の位置Ｂ１に位置するとして、５秒（ｓ）後に位置Ｂ２に位置するとし、ＧＰＳ衛星２０２Ａの５秒（ｓ）後の位置は、Ｃ２であるとすれば、５秒（ｓ）には障碍が存在する。このため、無人機１Ａは、５秒（ｓ）には、準天頂衛星２０４を併用した測位に切り替える。無人機１Ａは、継続的に、５秒（ｓ）後のＧＰＳ衛星２０２Ａ等の位置及び無人機１Ａ自体の位置の予測を行っている。無人機１Ａは、５秒（ｓ）後に障碍が存在し、測位に利用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等が７個以下であると予測した場合には、５秒（ｓ）経過するときに準天頂衛星２０４からの測位用電波を併用して測位するようになっている。
【００３９】
無人機１Ａの記憶部５２（図３参照）には、衛星方向算出プログラム、障碍判断プログラムが格納されている。ＣＰＵ５０と衛星方向算出プログラムは、衛星方向算出手段の一例である。ＣＰＵ５０と障碍判断プログラムは障碍判断手段の一例である。
【００４０】
無人機１Ａは、衛星方向算出プログラムによって、各ＧＰＳ衛星２０２Ａ等の軌道情報に基づいて、無人機１Ａを基準とする各ＧＰＳ衛星２０２Ａ等の所定時間後の方向を算出する。ここで、所定時間後とは、例えば、５秒（ｓ）後である。
【００４１】
無人機１Ａは、障碍判断プログラムによって、各ＧＰＳ衛星２０２Ａ等の方向に測位用電波が無人機１Ａに到達することを妨げる障碍が存在するか否かを判断する。無人機１Ａは、電波選定プログラムによって、測位に使用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等が所定数以下の場合に、準天頂衛星２０４からの測位用電波を利用して測位する。所定数以下とは、例えば、７個以下である。すなわち、測位に使用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等の数が７個以下の場合には、準天頂衛星２０４からの測位用電波を併用して測位する。
【００４２】
図７は、無人機１Ａの障碍判断プログラムに含まれる地形情報の一例である。図７に示すように、地形情報は、一定範囲の地理的範囲を緯度Ｌｏと経度Ｌａによって区画し、各区画について、その特徴を記載したものである。各区画は、例えば、１００ｍ（メートル）四方の広さである。地形情報は、各区画の標高を示す情報を含む。例えば、領域Ａ１において、ある区画の標高はＨ１（例えば、１００メートル）であり、他のある区画の標高はＨ４（例えば、２００メートル）である。領域Ａ１内においても、標高が色々であるから、無人機１Ａが測位に利用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等の数は異なる。標高を含む地形情報は、予め作成しておく。
【００４３】
領域Ａ１内において、測位に利用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等の数が７個以上である場合もあるし、逆に、領域Ａ１の外において、測位に利用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等の数が７個以下である場合もある。この点、無人機１Ａは、電波選定プログラムによって、未来において測位に使用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等の数を常に確認する。無人機１Ａは、領域Ａ１内に位置するか否かに関わらず、８個以上のＧＰＳ衛星２０２Ａ等または／及び準天頂衛星２０４からの電波で測位するために、測位に利用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等の数によって、準天頂衛星２０４からの測位用電波を併用するか否かを決定する。
【００４４】
以下、図８を参照して、無人機１Ａの動作を概括する。無人機１Ａは、基地局１００から発進指示を受信すると発進する（図８のステップＳＴ１）。続いて、無人機１は、ＧＰＳ衛星２０２Ａ等のからの測位用電波を受信して測位を開始する（ステップＳＴ２）。無人機１は、所定時間後に所定条件を満たすか否かを判断する（ステップＳＴ３Ａ）。所定時間後とは、例えば、５秒（ｓ）である。所定条件とは、例えば、所定時間後のＧＰＳ衛星２０２Ａ等と無人機１Ａの位置の間に、測位用電波の無人機１Ａへの到達を妨げる障碍が存在して、測位に使用できるＧＰＳ衛星２０２Ａ等の数が７個以下であることである。無人機１Ａは、所定時間後に所定条件を満たすと判断した場合には、所定時間の経過時に、準天頂衛星２０４からの測位用電波を利用して測位する（ステップＳＴ４Ａ）。ステップＳＴ４Ａは、電波選定ステップの一例である。続いて、無人機１は、カメラ１０を作動させて、撮影などの任務を実施し、任務が完了したか否かを判断する（ステップＳＴ５）。無人機１は、任務が完了したと判断すると、基地局１００へ帰還する（ステップＳＴ６）。
【００４５】
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１，  １Ａ  無人飛行体（無人機）
２  筐体
１０  カメラ
１００  基地局
【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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