(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、上記画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、上記空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出装置であって、
上記画像データ、上記空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、上記撮像機の視線方向を入力とし、上記Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出手段と、
地球上で実際に計測された上記Ｎ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出手段により算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測手段と、
上記ずれ量計測手段により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、上記空間航行体の上記位置３成分及び上記姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出手段と、
上記画像データ、上記空間航行体の上記位置３成分及び上記姿勢３成分を入力とし、上記線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出手段と
を備えたことを特徴とするナビゲーション算出装置。
【請求項２】
地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、上記画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、上記空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出装置であって、
上記画像データ、上記空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、上記撮像機の視線方向を入力とし、上記Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出手段と、
地球上で実際に計測された上記Ｎ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出手段により算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測手段と、
上記空間航行体と地上との距離を入力とし、位置オフセット誤差のＺ成分を消去することによる拘束条件を算出するＺ座標位置拘束条件設定部、
上記距離に基づいて、上記空間航行体の位置３成分のオフセット誤差中のＺ成分を消去し、ずれ量計測手段により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、上記空間航行体の位置２成分（Ｘ、Ｙ）及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出手段と、
上記画像データ、上記空間航行体の上記位置３成分及び上記姿勢３成分を入力とし、上記線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出手段と、
算出された上記位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分と上記距離とから、位置オフセット誤差のＺ成分を算出する位置Ｚ座標オフセット誤差量算出手段と
を備えたことを特徴とするナビゲーション算出装置。
【請求項３】
地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期せずに航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、上記画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、上記空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出装置であって、
上記画像データ、上記空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、上記撮像機の視線方向、及び、上記各観測点を上記撮像機が撮像した時刻を入力とし、上記時刻に該当する上記空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分および上記撮像機の視線方向から、上記Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出手段と、
地球上で実際に計測された上記Ｎ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出手段により算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測手段と、
上記ずれ量計測手段により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、上記時刻と上記空間航行体の上記位置３成分及び上記姿勢３成分との各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差、位置オフセット誤差及び時刻オフセット誤差を算出する姿勢、位置及び時刻のオフセット誤差量算出手段と、
上記画像データ、上記空間航行体の上記位置３成分、上記姿勢３成分、及び、上記時刻を入力とし、上記線形和の位置及び姿勢の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出手段と、
上記画像データ、上記空間航行体の位置３成分、上記姿勢３成分、及び、上記時刻を入力として、上記線形和の時刻の項の係数となる各観測点での当該成分の偏微分値に該当する各観測点での時刻に関する算出感度を算出する時刻感度算出手段と
を備えたことを特徴とするナビゲーション算出装置。
【請求項４】
算出された上記位置オフセット誤差及び上記姿勢オフセット誤差の値がゼロか否かの判定を行うゼロ判定手段をさらに備え、
上記ゼロ判定手段の判定がゼロとなるまで、位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するための計算を繰り返し行う
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のナビゲーション算出装置。
【請求項５】
地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、上記画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、上記空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出方法であって、
上記画像データ、上記空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、上記撮像機の視線方向を入力とし、上記Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出ステップと、
地球上で実際に計測された上記Ｎ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出ステップにより算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測ステップと、
上記ずれ量計測ステップにより計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、上記空間航行体の上記位置３成分及び上記姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出ステップと、
上記画像データ、上記空間航行体の上記位置３成分及び上記姿勢３成分を入力とし、上記線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出ステップと
を備えたことを特徴とするナビゲーション算出方法。
【請求項６】
地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、上記画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、上記空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出方法であって、
上記画像データ、上記空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、上記撮像機の視線方向を入力とし、上記Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出ステップと、
地球上で実際に計測された上記Ｎ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出ステップにより算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測ステップと、
上記空間航行体と地上との距離を入力とし、位置オフセット誤差のＺ成分を消去することによる拘束条件を算出するＺ座標位置拘束条件設定ステップ、
上記距離に基づいて、上記空間航行体の位置３成分のオフセット誤差中のＺ成分を消去し、ずれ量計測ステップにより計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、上記空間航行体の位置２成分（Ｘ、Ｙ）及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出ステップと、
上記画像データ、上記空間航行体の上記位置３成分及び上記姿勢３成分を入力とし、上記線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出ステップと、
算出された上記位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分と上記距離とから、位置オフセット誤差のＺ成分を算出する位置Ｚ座標オフセット誤差量算出ステップと
を備えたことを特徴とするナビゲーション算出方法。
【請求項７】
地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期せずに航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、上記画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、上記空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出方法であって、
上記画像データ、上記空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、上記撮像機の視線方向、及び、上記各観測点を上記撮像機が撮像した時刻を入力とし、上記時刻に該当する上記空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分および上記撮像機の視線方向から、上記Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出ステップと、
地球上で実際に計測された上記Ｎ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出ステップにより算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測ステップと、
上記ずれ量計測ステップにより計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、上記時刻と上記空間航行体の上記位置３成分及び上記姿勢３成分との各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差、位置オフセット誤差及び時刻オフセット誤差を算出する姿勢、位置及び時刻のオフセット誤差量算出ステップと、
上記画像データ、上記空間航行体の上記位置３成分、上記姿勢３成分、及び、上記時刻を入力とし、上記線形和の位置及び姿勢の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出ステップと、
上記画像データ、上記空間航行体の位置３成分、上記姿勢３成分、及び、上記時刻を入力として、上記線形和の時刻の項の係数となる各観測点での当該成分の偏微分値に該当する各観測点での時刻に関する算出感度を算出する時刻感度算出ステップと
を備えたことを特徴とするナビゲーション算出方法。
【請求項８】
算出された上記位置オフセット誤差及び上記姿勢オフセット誤差の値がゼロか否かの判定を行うゼロ判定ステップをさらに備え、
上記ゼロ判定ステップの判定がゼロとなるまで、位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するための計算を繰り返し行う
ことを特徴とする請求項５から７までのいずれかに記載のナビゲーション算出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はナビゲーション算出装置及びナビゲーション算出方法に関し、特に、地球の上空を所定の高度で航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した画像データと、その画像データ中に含まれる特徴点の位置情報を用いて、空間航行体の位置、姿勢の誤差量を算出するナビゲーション算出装置及びナビゲーション算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１、２、３はナビゲーション算出原理を説明するための図であり、図１０は従来のナビゲーション算出方式を説明するための図である。図１は誤差がない場合の観測点算出を表わした図である。図１において、１は地球２の上空を所定の高度で航行する人工衛星や航空機ないしは飛行船などのいわゆる空間航行体、３は空間航行体１の中心、４は地球の中心、５は地球に固定した座標系、７は空間航行体１に搭載された撮像機、８は撮像機７による地球上の観測点、１０は空間航行体１に固定した座標系、１１は空間航行体１の制御目標としている座標系である。
【０００３】
空間航行体１の中心３の位置は、地球の中心４を座標の中心とした地球に固定した座標系５において、空間航行体１の中心３と地球の中心４との間の例えばベクトルとしての空間航行体の位置情報６として与える。空間航行体１に搭載した撮像機７の観測点８の算出は、次式（１）に示す空間航行体１の位置情報６（X0、Y0、Z0）、撮像機７の向いている方向９の単位ベクトル（Px、Py、Pz）とする直線と、長径をａ、短径をｂとする地球２の楕円体モデルの交点から算出する。撮像機７の向いている方向９は、撮像機７が空間航行体１に固定されていることから、空間航行体１に固定した座標系１０と空間航行体１の制御目標としている座標系１１とのずれ量である姿勢情報１２（すなわち、（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ））を用いて算出する。
【０００４】
【数１】
0004046476.tif 000002
【０００５】
図２は、空間航行体１の位置情報６に位置オフセット誤差１３、及び姿勢情報１２に姿勢オフセット誤差１４がある場合の観測点算出を表わした図である。位置オフセット誤差１３は、位置オフセット誤差をもつ場合の空間航行体の中心１５と誤差なしの場合の空間航行体１の中心３とのずれ量として表わし、姿勢オフセット誤差１４は、誤差がない場合の空間航行体１に固定した座標系７と姿勢オフセット誤差をもつ場合の空間航行体１に固定した座標系１６とのずれ量として表わす。位置オフセット誤差１３及び姿勢オフセット誤差１４がある場合の撮像機７の向いている方向１７は、姿勢オフセット誤差１４分だけ誤差がない場合の撮像機７の向いている方向９（図１参照）とずれており、位置オフセット誤差１３と合わせて上式（１）を用いて撮像機７の観測点を算出すると、それは誤差がない場合の観測点８と異なる観測点１８となる。
【０００６】
図３は、図１及び図２で説明した内容と撮像機７で取得した画像データ１９との関連を表わす図であり、２０は地上の基準となる情報であり、例えば地図などが該当する。図に示すように位置オフセット誤差１３及び姿勢オフセット誤差１４がある場合、画像１９中の観測点の位置算出結果１８と地図中の画像１９に該当する地球上の観測点８の位置とを比較することによって、ずれ量２１を算出する。地球上の特徴点を複数N点用意すれば、N点分のずれ量２１が得られる。
【０００７】
図１０は従来のナビゲーション算出装置の構成を示したブロック図であり、図において、２２は、画像データ１９、空間航行体１の位置情報６及び姿勢情報１２を入力とし、撮像機７の空間航行体１への取り付け及び空間航行体１の姿勢から画像データ１９中のN点の特徴点に対応した撮像機７の向いている方向１７を算出し、その方向が地球と交わる点１８を算出する観測点対応位置算出部、２３は、N点の特徴点位置８と観測点対応位置算出部２２の算出結果である観測点１８とのずれ量２１を計測するずれ量計測部、２６は、N点の特徴点を用い、空間航行体１の位置オフセット誤差１３及び姿勢オフセット誤差１４を含めた連立方程式から姿勢オフセット誤差１４及び位置オフセット誤差１３を逆算する姿勢及び位置のオフセット誤差逆算部である。
【０００８】
姿勢及び位置のオフセット誤差逆算部２６では、N点の各特徴点のずれ量をΔＰ［ｉ］（但し、ｉ＝０，・・・，ｎ−１）、各特徴点撮像時の空間航行体の位置情報をＰ［ｉ］、空間航行体の位置オフセット誤差をＰ'、各特徴点撮像時の空間航行体１から特徴点への正しい撮像機方向をｖ［ｉ］、各特徴点撮像時の正しい空間航行体１の位置から特徴点までの距離をｋ［ｉ］、各特徴点撮像時の空間航行体１の姿勢から算出する空間航行体１から特徴点への撮像機方向をｖ'［ｉ］、各特徴点撮像時の空間航行体１の各軸周りの姿勢をφ［ｉ］、θ［ｉ］、ψ［ｉ］、姿勢オフセット誤差をΔφ、Δθ、Δψ、空間航行体に固定した撮像機の取り付け方向をｖｐ［ｉ］とした次式（２）の連立方程式から、姿勢オフセット誤差Δφ、Δθ、Δψ、位置オフセット誤差Ｐ'を逆算する。ただし太字はベクトルを表わし、Ｃ１はＸ軸周り、Ｃ２はＹ軸周り、Ｃ３はＺ軸周りの回転を表わす。
【０００９】
【数２】
0004046476.tif 000003
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のナビゲーション算出装置においては、上述したような方法により、空間航行体の位置及び姿勢から算出した特徴点の地球上の位置と画像中から得られる対応する特徴点とのずれ量ΔＰを満足するような位置オフセット誤差Ｐ’及び姿勢オフセット誤差Δψ、Δθ、Δφを算出していた。算出にあたっては、複数（N個）の特徴点を設定することによって、N式の連立方程式を立て、空間航行体の位置オフセット誤差及び空間航行体の姿勢オフセット誤差を算出していた。このような方式では、計算過程で逆変換が生じたり、方程式中に三角関数を用いた座標変換があることから、計算が複雑になってしまい、高速に行うことが出来ないという問題点があった。
【００１１】
また、場合によっては、逆変換が困難なため、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出できない可能性があるという問題点があった。
【００１２】
さらに、特徴点の位置から逆算して位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出する方法は、空間航行体に搭載する撮像機に依存するため、撮像機が変更になれば、その撮像機固有の方式を採用しなければならないという問題点があった。
【００１３】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、空間航行体の位置オフセット誤差Ｐ’(Δx、Δy、Δz)、及び空間航行体姿勢オフセット誤差Δφ、Δθ、Δψを、空間航行体の位置及び姿勢から算出した特徴点と画像中から得られる対応した特徴点のずれ量ΔＰを用いて、逆変換を行うことなく順変換のみで計算することにより、高速に、精度良く、また、あらゆるセンサでの撮像に適用可能となるナビゲーション算出装置及びナビゲーション算出方法を得ることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出装置であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、撮像機の視線方向を入力とし、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出手段と、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出手段により算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測手段と、ずれ量計測手段により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体の上記位置３成分及び上記姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出手段と、画像データ、空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分を入力とし、線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出手段とを備えたナビゲーション算出装置である。
【００１５】
また、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出装置であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、撮像機の視線方向を入力とし、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出手段と、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出手段により算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測手段と、空間航行体と地上との距離を入力とし、位置オフセット誤差のＺ成分を消去することによる拘束条件を算出するＺ座標位置拘束条件設定部、距離に基づいて、空間航行体の位置３成分のオフセット誤差中のＺ成分を消去し、ずれ量計測手段により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体の位置２成分（Ｘ、Ｙ）及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出手段と、画像データ、空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分を入力とし、線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出手段と、算出された位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分と距離とから、位置オフセット誤差のＺ成分を算出する位置Ｚ座標オフセット誤差量算出手段とを備えたナビゲーション算出装置である。
【００１６】
また、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期せずに航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出装置であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、撮像機の視線方向、及び、各観測点を撮像機が撮像した時刻を入力とし、時刻に該当する空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分および撮像機の視線方向から、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出手段と、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出手段により算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測手段と、ずれ量計測手段により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、時刻と空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分との各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差、位置オフセット誤差及び時刻オフセット誤差を算出する姿勢、位置及び時刻のオフセット誤差量算出手段と、画像データ、空間航行体の位置３成分、姿勢３成分、及び、時刻を入力とし、線形和の位置及び姿勢の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出手段と、画像データ、空間航行体の位置３成分、姿勢３成分、及び、時刻を入力として、線形和の時刻の項の係数となる各観測点での当該成分の偏微分値に該当する各観測点での時刻に関する算出感度を算出する時刻感度算出手段とを備えたナビゲーション算出装置である。
【００１７】
また、算出された位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差の値がゼロか否かの判定を行うゼロ判定手段をさらに備え、ゼロ判定手段の判定がゼロとなるまで、位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するための計算を繰り返し行う。
【００１８】
また、この発明は、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出方法であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、撮像機の視線方向を入力とし、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出ステップと、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出ステップにより算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測ステップと、ずれ量計測ステップにより計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出ステップと、画像データ、空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分を入力とし、線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出ステップとを備えたナビゲーション算出方法である。
【００１９】
また、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出方法であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、撮像機の視線方向を入力とし、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出ステップと、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出ステップにより算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測ステップと、空間航行体と地上との距離を入力とし、位置オフセット誤差のＺ成分を消去することによる拘束条件を算出するＺ座標位置拘束条件設定ステップ、距離に基づいて、空間航行体の位置３成分のオフセット誤差中のＺ成分を消去し、ずれ量計測ステップにより計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体の位置２成分（Ｘ、Ｙ）及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出ステップと、画像データ、空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分を入力とし、線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出ステップと、算出された位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分と距離とから、位置オフセット誤差のＺ成分を算出する位置Ｚ座標オフセット誤差量算出ステップとを備えたナビゲーション算出方法である。
【００２０】
また、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期せずに航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出方法であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、撮像機の視線方向、及び、各観測点を撮像機が撮像した時刻を入力とし、時刻に該当する空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分および撮像機の視線方向から、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出ステップと、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出ステップにより算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測ステップと、ずれ量計測ステップにより計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、時刻と空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分との各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差、位置オフセット誤差及び時刻オフセット誤差を算出する姿勢、位置及び時刻のオフセット誤差量算出ステップと、画像データ、空間航行体の位置３成分、姿勢３成分、及び、時刻を入力とし、線形和の位置及び姿勢の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出ステップと、画像データ、空間航行体の位置３成分、姿勢３成分、及び、時刻を入力として、線形和の時刻の項の係数となる各観測点での当該成分の偏微分値に該当する各観測点での時刻に関する算出感度を算出する時刻感度算出ステップとを備えたナビゲーション算出方法である。
【００２１】
また、算出された位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差の値がゼロか否かの判定を行うゼロ判定ステップをさらに備え、ゼロ判定ステップの判定がゼロとなるまで、位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するための計算を繰り返し行う。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図４は、この発明の実施の形態１によるナビゲーション算出装置の構成を示すブロック図である。図において、１９は、地球２（図２）の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体１（図２参照）に地球２を指向するように搭載された撮像機７（図２参照）で取得した地球表面の画像データであり、画像データ１９上には、オフセット誤差量を算出するためのＮ個の観測点（または特徴点）８が予め設定されている。２２は、画像データ１９、空間航行体１の位置情報（すなわち、位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ））６姿勢情報（すなわち、姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ））１２、及び、撮像機７の視線方向１７から、上記Ｎ個の観測点８に対応する姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差を含んだ場合の観測点１８の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出部、２３は、地球上で実際に計測された上記Ｎ個の観測点８の地球上の位置（緯経度）が入力されて、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出部２２により算出された観測点１８との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測部、２６は、ずれ量計測部２３により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体１の位置３成分及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差１４及び位置オフセット誤差１３を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出部、２４及び２５は、それぞれ、画像データ１９、空間航行体１の位置情報６及び空間航行体１の姿勢情報１２を入力とし、上記線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する感度算出部（姿勢）及び感度算出部（位置）である。
【００２３】
動作について説明する。まず、観測点対応位置算出部２２において、画像データ１９、空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２を入力とし、撮像機７の空間航行体１への取り付け、及び、空間航行体１の姿勢から画像データ１９中のN個の特徴点に対応した撮像機７の向いている方向１７を算出し、その方向１７が地球２と交わる点１８を算出する。次に、N個の特徴点８の位置と観測点対応位置算出部２２の算出結果である観測点１８とのずれ量２１（図３参照）をずれ量計測部２３にて計測する。一方、画像データ１９、空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２を入力とし、感度算出部（姿勢）２４及び感度算出部（位置）２５において、観測点対応位置算出部２２のN個の各特徴点での算出感度を算出する。ここでの算出感度とは、各特徴点での各要素の偏微分値に該当し、観測点対応位置算出部２２で使用する画像データ１９中の観測点に対応する地球上の位置の算出関数をF、空間航行体１の位置をＸ［ｉ］、Ｙ［ｉ］、Ｚ［ｉ］、位置オフセット誤差をΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、姿勢をφ［ｉ］、θ［ｉ］、ψ［ｉ］、姿勢オフセット誤差をΔφ、Δθ、Δψ、ずれ量計測部２３の計測結果をΔＰ［ｉ］とし、これらの関係を次式（３）の線形和で表わす。感度算出部（姿勢）２４及び感度算出部（位置）２５での各要素での偏微分値は、観測点対応位置算出部２２で使用する画像データ１９中の観測点に対応する地球上の位置の算出関数Ｆから、次式（４）にて算出する。ずれ量計測部２３の結果と感度算出部（姿勢）２４、感度算出部（位置）２５の結果から、姿勢及び位置のオフセット誤差量算出部２６にて、次式（５）に示す連立方程式を解くことによって位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）１３及び姿勢オフセット誤差（Δφ、Δθ、Δψ）１４を算出する。
【００２４】
【数３】
0004046476.tif 000004
【００２５】
【数４】
0004046476.tif 000005
【００２６】
【数５】
0004046476.tif 000006
【００２７】
以上のように、本実施の形態においては、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出する際、ずれ量計測部２３により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体１の位置３成分及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、また、各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出してそれらを上記線形和の各項の係数として、線形和で表されたＮ個のずれ量の関数を連立方程式として解くようにしたので、逆変換を行うことがなく順変換のみで演算が行えるようになったため、高速に計算することが可能となるという効果がある。また、特徴点の位置から逆算してオフセット誤差を算出する必要がなくなったため、撮像機７に依存しなくてすむので、撮像機が変更になった場合等においても適用可能となるという効果がある。
【００２８】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２を示すブロック図である。図において、２７は、所定の地上局（図示せず）から空間航行体１までの距離を測定した測距データ、２８は、測距データ２７を入力とし、位置オフセット誤差のＺ成分を消去することによる拘束条件を算出するＺ座標位置拘束条件設定部、２９は、上記測距データから空間航行体の位置３成分のオフセット誤差中のＺ成分を消去し、ずれ量計測部２３により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体１の位置２成分及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差１４及び位置オフセット誤差Ｘ成分及びＹ成分（ΔＸ，ΔＹ）１３ａを算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出部、３０は、算出された位置オフセット誤差Ｘ成分及びＹ成分と測距データ２７とから、位置オフセット誤差Ｚ成分（ΔＺ）１３ｂを算出する位置Ｚ座標オフセット誤差量算出部である。他の構成については、上述の実施の形態１と同一であるため、ここではその説明を省略する。
【００２９】
動作について説明する。まず、実施の形態１と同様に観測点対応位置算出部２２にて、画像データ１９、空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２を入力とし、画像データ１９中の観測点を算出し、ずれ量計測部２３にてずれ量を計測する。また、実施の形態１と同様に、画像データ１９、空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２を入力とし、感度算出部（姿勢）２４、感度算出部（位置）２５において、観測点対応位置算出部２２のN点各点での算出感度を算出する。次に、地上局から空間航行体までの距離を測定した測距データ２７を入力とし、次式（６）に示す位置オフセット誤差のＺ成分を消去することによる拘束条件をＺ座標位置拘束条件設定部２８にて算出する。ここで、式（６）中では、空間航行体の位置を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、位置オフセット誤差を（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）、地上局の位置を（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）、計測した距離（測距データ）をＬとしている。ずれ量計測部２３の結果、感度算出部（姿勢）２４及び感度算出部（位置）２５の結果、及び、Ｚ座標位置拘束条件設定部２８の結果から、姿勢及び位置（Ｘ，Ｙ）のオフセット誤差量算出部２９にて、次式（７）に示す連立方程式を解くことによって、位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ）１３ａ及び姿勢オフセット誤差（Δφ、Δθ、Δψ）１４を算出する。次に、位置Ｚ座標オフセット誤差量算出部３０にて、算出された位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ）１３ａから、式（６）を用いて位置オフセット誤差Ｚ成分（ΔＺ）１３ｂを算出する。なお、上記説明においては、測距データ２７を地上局と空間航行体との間の距離としたが、その場合に限らず、地上局でなくとも所定の地球上の一点（すなわち、地上）であればいずれの場所でもよい。
【００３０】
【数６】
0004046476.tif 000007
【００３１】
【数７】
0004046476.tif 000008
【００３２】
以上のように、本実施の形態においては、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出する際、ずれ量計測部２３により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体１の位置２成分及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、また、各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出してそれらを上記線形和の各項の係数として、線形和で表されたＮ個のずれ量の関数を連立方程式として解くようにしたので、逆変換を行うことがなく順変換のみで演算が行えるようになったため、高速に計算することが可能となるという効果がある。さらに、本実施の形態においては、連立方程式を解く際に、位置Ｚ成分を消去して演算を行うようにしたので、計算時間の短縮をより図ることができる。また、特徴点の位置から逆算してオフセット誤差を算出する必要がなくなったため、撮像機７に依存しなくてすむので、撮像機が変更になった場合等においても適用可能となるという効果がある。
【００３３】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３を示すブロック図である。図において、３１は各観測点を撮像機が撮像した時刻、３２は、画像データ１９、空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２、及び、時刻３１を入力として、各観測点での時刻に関する算出感度を算出する感度算出部（時刻）、３３は、ずれ量計測部２３により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、観測点を取得した時刻、空間航行体１の位置３成分及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差１４、位置オフセット誤差１３及び時刻オフセット誤差３４を算出する姿勢、位置及び時刻のオフセット誤差量算出部、３４は、当該オフセット誤差量算出部３３で算出された時刻オフセット誤差である。他の構成については、上述の実施の形態１または２と同様であるため、ここでは説明を省略する。但し、本実施の形態においては、空間航行体１が地球の自転と同期せずに航行しているものとし、この点が実施の形態１及び２と異なる。
【００３４】
次に、動作について説明する。画像データ１９、空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２、時刻３１を入力とし、特徴点を取得した時刻に該当する空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２及び撮像機の視線方向から、実施の形態１と同様に、観測点対応位置算出部２２にて画像中の観測点を算出し、ずれ量計測部２３にてずれ量を計測する。また、実施の形態１と同様に、画像データ１９、空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２、時刻３１を入力とし、感度算出部（姿勢）２４及び感度算出部（位置）２５において、観測点対応点算出部２２のN点各点での算出感度を算出する。さらに、感度算出部（時刻）３２にて時刻に関する感度を算出する。本実施の形態の場合、観測点対応位置算出部２２で使用する画像データ中の観測点に対応する地球上の位置の算出関数をＦ、空間航行体の位置をＸ［ｉ］、Ｙ［ｉ］、Ｚ［ｉ］、位置オフセット誤差をΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、姿勢をφ［ｉ］、θ［ｉ］、ψ［ｉ］、姿勢オフセット誤差をΔφ、Δθ、Δψ、各特徴点を撮像機が撮像した時刻をｔ［ｉ］、時刻オフセット誤差をΔｔ、ずれ量計測部２３の計測結果をΔＰ［ｉ］とし、これらの関係を次式（８）の線形和で表わす。感度算出部（姿勢）２４、感度算出部（位置）２５、感度算出部（時刻）３２での各要素での偏微分値は、観測点対応位置算出部２２で使用する画像データ中の観測点に対応する地球上の位置の算出関数Ｆから、次式（９）にて算出する。ずれ量計測部２３の結果と感度算出部（姿勢）２４、感度算出部（位置）２５、感度算出部（時刻）３２の結果から、姿勢、位置及び時刻のオフセット誤差量算出部３３にて、次式（１０）に示す連立方程式を解くことによって位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）１３、姿勢オフセット誤差（Δφ、Δθ、Δψ）１４、時刻オフセット誤差（Δｔ）３４を算出する。
【００３５】
【数８】
0004046476.tif 000009
【００３６】
【数９】
0004046476.tif 000010
【００３７】
【数１０】
0004046476.tif 000011
【００３８】
以上のように、本実施の形態においては、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出する際、ずれ量計測部２３により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体１の位置２成分及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、また、各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出してそれらを上記線形和の各項の係数として、線形和で表されたＮ個のずれ量の関数を連立方程式として解くようにしたので、逆変換を行うことがなく順変換のみで演算が行えるようになったため、高速に計算することが可能となるという効果がある。さらに、本実施の形態においては、各特徴点を撮像機が撮像した時刻に関するデータを入力して、時刻オフセット誤差も求めるようにしたので、地球の自転に同期せずに航行する空間航行体についても適用可能である。また、特徴点の位置から逆算してオフセット誤差を算出する必要がなくなったため、撮像機７に依存しなくてすむので、撮像機が変更になった場合等においても適用可能となるという効果がある。
【００３９】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４を示すブロック図であり、図において、３５は、姿勢及び位置のオフセット誤差量算出部２６により算出された位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）１３及び姿勢オフセット誤差（Δφ、Δθ、Δψ）１４の値がゼロか否かの判定を行うゼロ判定部である。本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成に、このゼロ判定部３５を追加したものであり、ゼロ判定部３５での判定がゼロとなるまで計算を繰り返し行うようにしたものである。
【００４０】
動作について説明する。画像データ１９、空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２を入力とし、実施の形態１と同様に、観測点対応位置算出部２２、ずれ量計測部２３、感度算出部（姿勢）２４、感度算出部（位置）２５、姿勢、及び位置のオフセット誤差量算出部２６にて、位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）１３及び姿勢オフセット誤差（Δφ、Δθ、Δψ）１４を算出する。算出した位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）１３及び姿勢オフセット誤差（Δφ、Δθ、Δψ）１４は、ゼロ判定部３５にてゼロか否かの判定が行なわれ、ゼロの場合には計算を終了し、観測点対応位置算出部２２に設定しているオフセット誤差量を位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差とする。ゼロでない場合は、算出した位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を観測点対応位置算出部２２のオフセット量に加算し、再度、位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出し、ゼロ判定部３５での判定がゼロとなるまで計算を繰り返し行う。
【００４１】
以上のように、本実施の形態においては、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出する際、ずれ量計測部２３により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体１の位置３成分及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、また、各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出してそれらを上記線形和の各項の係数として、線形和で表されたＮ個のずれ量の関数を連立方程式として解くようにしたので、逆変換を行うことがなく順変換のみで演算が行えるようになったため、高速に計算することが可能となるという効果がある。さらに、ゼロ判定部を備え、オフセット誤差量がゼロになるまで繰り返し計算を行うようにしたので、精度を確保することができる。また、特徴点の位置から逆算してオフセット誤差を算出する必要がなくなったため、撮像機７に依存しなくてすむので、撮像機が変更になった場合等においても適用可能となるという効果がある。
【００４２】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５を示すブロック図であり、図に示すように、本実施の形態は、上述の実施の形態２の構成に、実施の形態４で示したゼロ判定部３５を追加したものである。
【００４３】
動作について説明する。画像データ１９、空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２、測距離データ２７を入力とし、実施の形態２と同様に、観測点対応位置算出部２２、ずれ量計測部２３、感度算出部（姿勢）２４、感度算出部（位置）２５、姿勢、及び位置のオフセット誤差量算出部２６、Ｚ座標位置拘束条件設定部２７、姿勢及び位置（Ｘ、Ｙ）のオフセット誤差量算出部２９、位置Ｚ座標オフセット誤差量算出部３０にて、位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）１３及び姿勢オフセット誤差（Δφ、Δθ、Δψ）１４を算出する。算出した位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）１３及び姿勢オフセット誤差（Δφ、Δθ、Δψ）１４は、ゼロ判定部３５にてゼロか否かの判定を行い、ゼロの場合には計算を終了し、観測点対応位置算出部２２に設定しているオフセット量を位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差とする。ゼロでない場合は、算出した位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差を観測点対応位置算出部２２のオフセット量に加算し、再度位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差を算出し、ゼロ判定部３５での判定がゼロとなるまで計算を繰り返し行う。
【００４４】
以上のように、本実施の形態においては、実施の形態２により得られる効果に加えて、さらに、ゼロ判定部を備え、オフセット誤差量がゼロになるまで繰り返し計算を行うようにしたので、精度を確保することができる。
【００４５】
実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６を示すブロック図であり、図に示すように、本実施の形態は、上述の実施の形態３の構成に、実施の形態４で示したゼロ判定部３５を追加したものである。
【００４６】
動作について説明する。画像データ１９、空間航行体の位置情報６、姿勢情報１２、時刻３１を入力とし、実施の形態３と同様に、観測点対応位置算出部２２、ずれ量計測部２３、感度算出部（姿勢）２４、感度算出部（位置）２５、感度算出部（時刻）３２、姿勢、位置、及び時刻のオフセット誤差量算出部３３にて、位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）、姿勢オフセット誤差（Δφ、Δθ、Δψ）１４、時刻オフセット誤差（Δｔ）３４を算出する。算出した位置オフセット誤差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）１３、姿勢オフセット誤差（Δφ、Δθ、Δψ）１４、時刻オフセット誤差（Δｔ）３４は、ゼロ判定部３５にてゼロか否かの判定を行い、ゼロの場合には計算を終了し、観測点対応位置算出部２２に設定しているオフセット量を、位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差及び時刻オフセット誤差とする。ゼロでない場合は、算出した位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差及び時刻オフセット誤差を観測点対応位置算出部２２のオフセット量に加算し、再度、位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差、時刻オフセット誤差を算出し、ゼロ判定部３５での判定がゼロとなるまで計算を繰り返し行う。
【００４７】
以上のように、本実施の形態においては、実施の形態３により得られる効果に加えて、さらに、ゼロ判定部を備え、オフセット誤差量がゼロになるまで繰り返し計算を行うようにしたので、精度を確保することができる。
【００４８】
【発明の効果】
この発明は、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出装置であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、撮像機の視線方向を入力とし、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出手段と、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出手段により算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測手段と、ずれ量計測手段により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体の上記位置３成分及び上記姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出手段と、画像データ、空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分を入力とし、線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出手段とを備えたナビゲーション算出装置であるので、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体の位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差を算出する際、逆変換を行うことなく順変換のみで、高速に計算することが可能となるという効果がある。また逆変換を必要としていないので、撮像機によらず適用可能となるという効果がある。
【００４９】
また、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出装置であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、撮像機の視線方向を入力とし、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出手段と、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出手段により算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測手段と、空間航行体と地上との距離を入力とし、位置オフセット誤差のＺ成分を消去することによる拘束条件を算出するＺ座標位置拘束条件設定部、距離に基づいて、空間航行体の位置３成分のオフセット誤差中のＺ成分を消去し、ずれ量計測手段により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体の位置２成分（Ｘ、Ｙ）及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出手段と、画像データ、空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分を入力とし、線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出手段と、算出された位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分と距離とから、位置オフセット誤差のＺ成分を算出する位置Ｚ座標オフセット誤差量算出手段とを備えたナビゲーション算出装置であるので、地上局から距離を測定しながら地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体の位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差を算出する際、逆変換を行うことなく順変換のみで、高速に計算することが可能となるという効果がある。また逆変換を必要としていないので、撮像機によらず適用可能となるという効果がある。
【００５０】
また、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期せずに航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出装置であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、撮像機の視線方向、及び、各観測点を撮像機が撮像した時刻を入力とし、時刻に該当する空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分および撮像機の視線方向から、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出手段と、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出手段により算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測手段と、ずれ量計測手段により計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、時刻と空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分との各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差、位置オフセット誤差及び時刻オフセット誤差を算出する姿勢、位置及び時刻のオフセット誤差量算出手段と、画像データ、空間航行体の位置３成分、姿勢３成分、及び、時刻を入力とし、線形和の位置及び姿勢の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出手段と、画像データ、空間航行体の位置３成分、姿勢３成分、及び、時刻を入力として、線形和の時刻の項の係数となる各観測点での当該成分の偏微分値に該当する各観測点での時刻に関する算出感度を算出する時刻感度算出手段とを備えたナビゲーション算出装置であるので、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期せずに航行する空間航行体の位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差、時刻オフセット誤差を算出する際、逆変換を行うことなく順変換のみで、高速に計算することが可能となるという効果がある。また逆変換を必要としていないので、撮像機によらず適用可能となるという効果がある。
【００５１】
また、算出された位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差の値がゼロか否かの判定を行うゼロ判定手段をさらに備え、ゼロ判定手段の判定がゼロとなるまで、位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するための計算を繰り返し行うようにしたので、高速に、かつ、精度を確保しつつ計算することが可能になるという効果がある。
【００５２】
また、この発明は、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出方法であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、撮像機の視線方向を入力とし、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出ステップと、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出ステップにより算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測ステップと、ずれ量計測ステップにより計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出ステップと、画像データ、空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分を入力とし、線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出ステップとを備えたナビゲーション算出方法であるので、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体の位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差を算出する際、逆変換を行うことなく順変換のみで、高速に計算することが可能となるという効果がある。また逆変換を必要としていないので、撮像機によらず適用可能となるという効果がある。
【００５３】
また、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出方法であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、及び、撮像機の視線方向を入力とし、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出ステップと、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出ステップにより算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測ステップと、空間航行体と地上との距離を入力とし、位置オフセット誤差のＺ成分を消去することによる拘束条件を算出するＺ座標位置拘束条件設定ステップ、距離に基づいて、空間航行体の位置３成分のオフセット誤差中のＺ成分を消去し、ずれ量計測ステップにより計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、空間航行体の位置２成分（Ｘ、Ｙ）及び姿勢３成分各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差及び位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分を算出する姿勢及び位置のオフセット誤差量算出ステップと、画像データ、空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分を入力とし、線形和の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出ステップと、算出された位置オフセット誤差のＸ成分及びＹ成分と距離とから、位置オフセット誤差のＺ成分を算出する位置Ｚ座標オフセット誤差量算出ステップとを備えたナビゲーション算出方法であるので、地上局から距離を測定しながら地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期して航行する空間航行体の位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差を算出する際、逆変換を行うことなく順変換のみで、高速に計算することが可能となるという効果がある。また逆変換を必要としていないので、撮像機によらず適用可能となるという効果がある。
【００５４】
また、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期せずに航行する空間航行体に搭載した撮像機で取得した地球表面の画像データと、画像データに含まれる予め定められたＮ個の観測点の位置情報とを用いて、空間航行体の位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するためのナビゲーション算出方法であって、画像データ、空間航行体の位置３成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢３成分（ロールφ、ピッチθ、ヨーψ）、撮像機の視線方向、及び、各観測点を撮像機が撮像した時刻を入力とし、時刻に該当する空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分および撮像機の視線方向から、Ｎ個の観測点に対応するオフセット誤差を含んだ場合の観測点の地球上の位置（緯経度）を算出する観測点対応位置算出ステップと、地球上で実際に計測されたＮ個の観測点の地球上の位置（緯経度）を入力とし、Ｎ個の観測点それぞれについて、観測点対応位置算出ステップにより算出された観測点との緯経度のずれ量を計測するずれ量計測ステップと、ずれ量計測ステップにより計測されたＮ個のずれ量のそれぞれを、時刻と空間航行体の位置３成分及び姿勢３成分との各々のオフセット誤差量によるずれ量の線形和で表し、それらを連立方程式として、当該連立方程式を解くことにより、姿勢オフセット誤差、位置オフセット誤差及び時刻オフセット誤差を算出する姿勢、位置及び時刻のオフセット誤差量算出ステップと、画像データ、空間航行体の位置３成分、姿勢３成分、及び、時刻を入力とし、線形和の位置及び姿勢の各項の係数となる各観測点での各成分の偏微分値に該当する算出感度を算出する姿勢及び位置感度算出ステップと、画像データ、空間航行体の位置３成分、姿勢３成分、及び、時刻を入力として、線形和の時刻の項の係数となる各観測点での当該成分の偏微分値に該当する各観測点での時刻に関する算出感度を算出する時刻感度算出ステップとを備えたナビゲーション算出方法であるので、地球の上空を所定の高度で地球の自転と同期せずに航行する空間航行体の位置オフセット誤差、姿勢オフセット誤差、時刻オフセット誤差を算出する際、逆変換を行うことなく順変換のみで、高速に計算することが可能となるという効果がある。また逆変換を必要としていないので、撮像機によらず適用可能となるという効果がある。
【００５５】
また、算出された位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差の値がゼロか否かの判定を行うゼロ判定ステップをさらに備え、ゼロ判定ステップの判定がゼロとなるまで、位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差を算出するための計算を繰り返し行うようにしたので、高速に、かつ、精度を確保しつつ計算することが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ナビゲーション算出原理を説明するための説明図である。
【図２】  ナビゲーション算出原理を説明するための説明図である。
【図３】  ナビゲーション算出原理を説明するための説明図である。
【図４】  この発明の実施の形態１によるナビゲーション算出装置の構成を示すブロック図である。
【図５】  この発明の実施の形態２によるナビゲーション算出装置の構成を示すブロック図である。
【図６】  この発明の実施の形態３によるナビゲーション算出装置の構成を示すブロック図である。
【図７】  この発明の実施の形態４によるナビゲーション算出装置の構成を示すブロック図である。
【図８】  この発明の実施の形態５によるナビゲーション算出装置の構成を示すブロック図である。
【図９】  この発明の実施の形態６によるナビゲーション算出装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】  従来のナビゲーション算出装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１  空間航行体、２  地球、３  空間航行体の中心、４  地球の中心、５  地球に固定した座標系、６  空間航行体の位置情報、７  撮像機、８  地球上の観測点（特徴点）、９  撮像機の向いている方向、１０  空間航行体に固定した座標系、１１  制御目標としている座標系、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  姿勢情報、１３  位置オフセット誤差、１４  姿勢オフセット誤差、１５  位置オフセット誤差をもつ場合の空間航行体の中心、１６  姿勢オフセット誤差をもつ場合の空間航行体に固定した座標系（姿勢）、１７  位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差がある場合の撮像機の向いている方向、１８  位置オフセット誤差及び姿勢オフセット誤差がある場合の地球上の観測点、１９  画像データ、２０  地上の基準情報、２１  地球上の観測点（特徴点）と観測点算出結果とのずれ量、２２  観測点対応位置算出部、２３  ずれ量計測部、２４  感度算出部（姿勢）、２５  感度算出部（位置）、２６  姿勢及び位置のオフセット誤差量算出部、２７  測距データ、２８  Ｚ座標位置拘束条件設定部、２９  姿勢及び位置（Ｘ、Ｙ）のオフセット誤差量算出部、３０  位置Ｚ座標オフセット誤差量算出部、３１  時刻、３２  感度算出部（時刻）、３３  姿勢、位置及び時刻のオフセット誤差量算出部、３４  時刻オフセット誤差、３５  ゼロ判定部、３６  姿勢及び位置のオフセット誤差逆算部。
【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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