JPH0317581A - 移動体追跡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固定側から移動体を光学式に追跡する装置に
関し、特に沿岸作業船台の位置決めシステムや海上測量
システムに用いて好適なものである。

〔発明の概要〕

移動体側から放射状多光軸のガイド光を発信し、固定側
においてガイド光と受光軸とが合うように光軸偏向する
視準装置を設けて移動体を追跡するようにし、移動体が
高速移動しても、どれか１つのガイド光が光軸偏向サー
ボの引込み範囲に入るようにして追跡性能を高めた移動
体追跡装置である。

〔従来の技術〕

土木工事、港湾工事、沿岸工事等において、ブルドーザ
ー、浚渫船、作業船台等の移動体の位置又は距離を固定
位置から計測するシステムが求められている。

また無人測量船の位置を陸上から制御しながら、水深、
水温、塩分濃度、濁度、潮流の速度、方向等を測定し、
海図を作戒するシステムが求められている。

従来、固定位置及び移動体の一方に光波距離計、他方に
反射器（コーナキューブプリズム等）を設け、これらの
光軸をお互いに一致させる自動視準式にして、船台等の
移動体が描動しても支障無く位置計測ができるようにし
たシステムが知られている（例えば実公昭５９−８２２
１号公報）。

公知の自動視準式光波距離計は、距離計と平行な視準サ
ーボ用光軸を有し、測定目標点からの視準サーボ光を４
分割受光素子（受光面を水平、垂直の４象限に分割した
ホトダイオード等〉で受けて、上下左右の入射角度のず
れを検出し、その検出出力を水平、垂直の首振りモータ
にフィードバンクして、受光素子の原点にサーボ光を結
像させるようなサーボ系を備えている。

この公知の自動視準式光波距離計は、船台が移動すると
、反射器側にある視準サーボ光の光軸を視準装置に向け
直して修正しなければならない不便があった。そこで本
発明の発明者は、固定側と移動側の双方に視準装置及び
視準サーボ光源を設けた双方向自動視準式位置測定シス
テムを提案している（例えば特願昭６１−２６６１４２
号、特願昭６２−２８６３４０号）。

この位置測定システムでは、固定側及び移動側の自動視
準装置が夫々相手側からの視準サーボ光に視準し合う。

従って移動体（船台）の移動位置を固定側から追跡して
位置測定することができ、船台の自動運転又は自動位置
決めが可能となる．〔発明が解決しようとする課題〕 上述の双方向自動視準式システムは、作業船台等の比較
的ゆっくりとした移動には追従するが、移動速度が速く
なると、光軸外れが生じ易くなり、互に追跡対象を見失
うことがあった。また固定側と移動側との距離が短い場
合にも、視準光軸の大巾な角度変動が生じ易くなるので
、追跡不能になることがあった。

本発明は、この問題を解消し、高速に移動する移動体や
掻く近距離で移動する移動体を確実に追跡することがで
き、しかも簡単な構戒の追跡装置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〕

本発明の移動体追跡装置は、移動体側に、仮想中心点か
ら放射状に延びる多数の光軸の夫々に沿ってガイド光を
放射する多数の発光源を備える。

固定局側は、上記ガイド光の１つを受光して、受光軸と
ガイド光との角度差が無くなるように光軸を自動偏向す
る視準装置を備える。

〔作用〕

移動体が高速で移動又は回転したときに、移動体からの
ガイド光に固定局の受光軸を合致させる自動視準サーボ
が外れても、隣接ガイド光が直ちに自動視準サーボの引
込み範囲に入るので、追跡対象を見失うことがなく、移
動体の動きに確実に追従する。

一つのガイド光は一般に発散角を有していて、距離が長
ければビーム面積が広がる。発光源の個数が多ければ、
ガイド光を狭指向性ビームにして、小出力発光源でも限
界距離を延ばすことが可能となる。

ガイド光路をデータ送信チャンネルとし、また固定局の
追跡装置を受信装置として、移動体からのデータを収集
する測量システムを構成することができる。

また固定局の光軸偏向装置に角度計を組込み、２台の固
定局を使用して移動体の位置を測定することができる。

従って位置と収集データを基にした分布図を作或する自
動作図システムを構成することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の移動体追跡装置を適用した海洋測量シ
ステムのブロック図である。

第１図において移動体Ｉは測量船である。固定局２はこ
の場合には陸上側に設けられ、移動体１からの送信光を
自動視準装置３で受光して、移動体ｌの追跡及び測量デ
ータの受信を行う。

第２図に示すように固定局１の自動視準装置３は、受光
レンズ４ａ及び視準用望遠レンズ４ｂを備える受光ユニ
ット４を有し、この受光ユニット４はＹ軸５ａ及びＹ軸
モータ５ｂにより垂直面内で角度変位される。受光ユニ
ソト４、Ｙ軸５ａ及びＹ軸モータ５ｂは架腕６上に設け
られ、これら全体が基台８上に設けられたＸ軸７ａ及び
Ｘ軸モータ７ｂにより水平面内で角度変位される。Ｙ軸
モータ５ｂ及びＸ軸モータ７ｂには、各軸の角度変位を
測定するロータリエンコーダ５ｃ、７ｃが夫々設けられ
ている。

移動体１には発光源１０が設けられ、固定局２に向けて
送信光１１を送出する。送信光１ｌは概念的にはデータ
光１１ａとサーボ用ガイド光１ｌｂとから戒る。これら
の光は別々の光源から波長を異ならせて送出されてよく
、或いは同一光源の光をデータ信号とサーボ信号（一定
周波数）とで二重変調してもよい。また、送信光１１が
キャリア抑圧形でない変調器でデータ信号により変調さ
れる場合には、キャリア戒分をガイド光１ｌｂとし、変
調戒分をデータ光１１ａとしてもよい。

発光ｓＩａは、第３図に示すように、部分曲面１０ａ上
に多数の発光素子１２を配列した構造である。この例で
は、曲面１０ａは球面であるが、円筒面又は多面体面で
もよい。各発光素子ｌ２は夫々の光軸が球状曲面１０ａ
の内部中心点から放射状に延びるように曲面１０ａ上の
全周にわたって配置されている。従って送信光１１は各
素子１２から放射状に発散する。なお発光素子１２は第
４図に示すようなレンズ付きＬＥＤであってよい．第２
図に示した固定局２の視準装Ｗ３は、移動体１からの上
記放射状ガイド光１ｌｂの１つを常に正準受光軸（光軸
中心）で受けるようにＹ軸５ａ及びＸ軸７ａを回転制御
する。従って視準装置３は移動体１の発光源１０の移動
を追跡する。この追跡動作は視準装置３のサーボ系の引
込み範囲内で行われる。

移動体ｌが視準装置３の追尾能力以上の高速で移動（回
転も含む）しているときには、追跡対象のガイド光１ｌ
ｂが視準装ｉ＆３のサーボ引込範囲から外れ易くなるが
、外れると同時に隣接ガイド光１ｌｂが即座に引込み範
囲に入る。従って追跡対象を見失うことなく、連続追跡
が可能である。

このため視準装置３に高い角度分解能で光軸のずれ検出
及び光軸偏向を夫々行うサーボ系を設けたために、応答
速度が幾分遅くなっていても、追跡システム全体として
は極めて高速に作動する。またこのような高速性能は、
移動体ｌ上に固定（光軸偏向機能が無い）の多光軸放射
発光源ＩＯを設けると云う極めて簡単な構戒で達或でき
る。

第１図において、移動体ｌからの送信光ｌ１は受光レン
ズ４ａで集光され、ビームスプリソタ４Ｃを介し、位置
センサ４ｄで受光される。またビームスブリッタ４Ｃで
分光された光はデータ検出用のフォトセンサ４ｅで受光
される。この例では、データ光１１ａ及びガイド光１ｌ
ｂは夫々同一波長の光を異なる周波数で多重変調したも
のである。

従って例えば５ＭＨｚのデータ信号と５ＫＨｚサーボ信
号とは各センサ４ｄ、４ｅで光電変換された後、帯域分
離される。

位置センサ４ｄは、例えば受光した光スポットの原点か
らの位置を検出する二次元（Ｘ−Ｙ平面）の半導体位置
検出素子であってよい。この素子は方形受光面を持つフ
ォトダイオードの四辺に４つの電極（Ｘ，Ｙ二対）を設
けた構造を有し、光スポットが当たった位置に生戒され
た電荷が、光電流として各電極までの距離に反比例して
受光面の抵抗層によって電圧分割されて各電極から取出
されるように威されている。

第１図において、位置センサ４ｄの各電極の出力は、電
流一電圧変換アンプ２Ｑａ−ｄ、バンドパスフィルタ２
１　ａ−ｄを通り、検波器２２ａ〜ｄで同期検波されて
、受光位置に対応したレベル値のＤＣレベル信号に変換
される．４極の検波出力は、上下（Ｕ，Ｄ）及び左右（
Ｌ，Ｒ）の位置検出信号として、Ａ／Ｄ変換器２３でデ
イジタル値に変換されてから、システムコントローラ２
４内のマイクロプロセッサに取込まれる。

マイクロプロセッサ内では、Ｕ，Ｄ．．Ｌ，Ｒの位置検
出データから位置センサ４ｄの受光面における受光スポ
ットのＸ−Ｙ座標位置が演算される。

システムコントローラ２４はこの座標位置データに基づ
いて各軸のモータドライブ回路２５Ｘ、２５Ｙに駆動パ
ルスを導出し、これによりＹ軸、Ｘ軸のモータ５ｂ，７
ｂが夫々駆動される。位置センサ４ｄからモータ５ａ，
７ｂに至るサーボループは、センサ４ｄに当たる受光ス
ポットが受光面のＸ−Ｙ座標の原点に位置するように動
作する。

視準装置３の光軸の向きをマニュアルで微調整する手段
が設けられている。第１図ではこの微調整手段はジョイ
スティック２６であるが、各Ｘ−Ｙ軸のモータ５ｂ，７
ｂのギヤ系にｍｌＭ整ツマミを設けてもよい。ジョイス
ティック２６のＸ方向及びＹ方向の操作に対応した電圧
出力がＡ／Ｄ変換器２７を介してシステムコントローラ
２４に送られ、コントローラ２４からモータドライブ回
路２５Ｘ，２５Ｙに微調用駆動パルスが導出されて各モ
ータ５ｂ、７ｂが微動される。従ってオペレータは例え
ば受光ユニット４の視準望遠鏡４ｆを覗きながらジョイ
スティック２６を操作して、初期設定のために移動体１
を視準する。

位置センサ４ｄによって検出された光軸のずれ等は、デ
ィスプレイ２８において位置センサ４ｄの受光面に対応
した４象限の座標データ２８ａ及び受光レベルデータ２
８ｂの形で表示される。

フォトセンサ４ｅで受光されたデータ光１１ａに対応す
るデータ信号は、アンブ３０、バンドパスフィルタ３ｌ
を通り、復調器３２で復調されて、システムコントロー
ラ２４に与えられる。なお移動体ｌから送られて来るデ
ータは、例えば水深、水温、塩分濃度、濁度なとである
。

第５図（Ａ）は移動体１の発光源１０を駆動する回路の
一例を示し、データ信号とサーボ信号とを変調／ドライ
ブ回路１４に供給して多重変調し、並列接続の発光素子
１２を駆動している。ガイド光（５ＫＨｚＡＭ）とデー
タ光（５ＭＨｚＦＭ）とは、第５図（Ｂ）に示すように
振幅方向に５０％づつの変調度で多重されて送光される
。なおサーボ信号の周波数が低いのは、固定局２におけ
る４象限の位置検出系（４ｄ、２０、２ｌ、２２）の固
有レベル差をできるだけ少なくするためであって、５Ｍ
Ｈｚ帯で位置検出系が所要の性能を示すならば、データ
信号のキャリアをサーボ信号としてもよい。

第６図（Ａ）は、発光源１０の駆動回路の別の例を示し
、発光素子１２をデータ用の素子１２ａとサーボ用の素
子１２ｂとに分け、送信データを変調／ドライブ回路１
４に供給して並列素子１２ａを駆動し、発振／ドライブ
回路ｌ５の５ＫＨｚ出力で素子１２ｂを駆動している。

この場合のデータ光及びガイド光１１ａ、ｌｌｂの変調
度は１００％である。

この場合には、第６図（Ｂ）に示すように、データ光用
発光素子１２ａとガイド光用発光素子ｌ２ｂとをに交互
に配列すると良い。

なお、素子１２ａと１２ｂとで発光波長を変えてもよい
。この場合は、固定局２の受光ユニソト４内のビームス
プリッタ４ｂには、波長分光能力のあるグイクロイック
ミラー又はカソトフィルタを使用して、光軸分離性能を
高めることができる．移動体１である測量船から送られ
てくる水深、水温、塩分濃度、濁度等のデータは、例え
ば、第７図に示す海図の自動作戒システムに使用される
．このシステムでは、第８図に示すような簡易三角測量
により、移動体の位置が決定される。即ち、距離τ丁が
既知の定点Ａ，Ｂに第１図の固定局２を置き、夫々から
移動体ｌを追跡する。各固定局２のＸ軸７ａに設けられ
たロータリエンコーダ７Ｃの測角値θ．、θ．と距離τ
■とにより三角法計算を行えば、移動体１の位置を決定
することができる。

第７図に示すように、各局２からの測角値θ．、θ，を
図形処理装置４０に入力し、移動体１の位置を計算し、
計算した位置と移動体１から時々刻々送られて来る例え
ば水深データとを組合わせてプロッタ４１により固定座
標にプロットすれば、海底地形図（コンタ図）を作或す
ることができる。

このような海図作戒システムは容易に自動化できる。

なお、移動体１とＡ，Ｂ点の固定局２との間の高低差を
計算する場合には、Ｙ軸５ａに設けられたロータリエン
コーダ５Ｃの測角値を用いる。

更に、固定局２の追跡機能を利用して移動体１の遠隔操
縦を行うことができる．第７図の処理装置４０にはディ
スプレイ４２が接続されていて、第９図に示すように表
示面上に予定コース！ｌ５Ｉ４３が表示してある。移動
体１の位置を時間の経過に伴なって記憶し、その航路軌
跡４４をディスプレイ４２上に表示する。これらの予定
コース線４３と航路軌跡４４とを見ながら、予定コース
を外れないように移動体１を陸上から操縦することがで
きる。操縦データＣは例えば無線発信機４５から移動体
１に送信する。

なお遠隔操縦のために、移動体１の進行方向を知る必要
がある場合には、ジャイロコンパスを移動体１上に搭載
し、進行方向データをデータ光１１ａに乗せて送信する
ようにしてもよい。ディスプレイ４２上には進行方向ベ
クトルＤを表示する。

なお移動体ｌの速度が比較的低い場合には、航跡４４を
モニタしているだけで容易に遠隔操縦できる． 第１０図は移動体１上の発光源ＩＯの変形例を示す。こ
の場合には曲面１０ａ上に第１１図のレンズ筒１６を各
光軸仮想中心点から放射するように多数配置してある。

各レンズ筒１６にはレンズ１７と発光源１２が組込まれ
ている。この構或は、遠距離の追跡に適する。曲面１０
ａは部分球面であるが、円筒面、多角形面であってもよ
い。Ｑ萬・請求項１の発明は上述のように放射光軸を威
す多数の発光源を移動体に設けて、この発光源からの放
射ガイド光の１つを例えば首振り式の自動視準装置が追
尾する構成であるから、移動体１が高速で移動、回転し
てガイド光が光軸サーボ範囲から外れても、別のガイド
光が視準装置の視準サーボの引込み範囲内に即座に入る
ので、対象を見失うことが無い．従って移動体の高速の
動きに確実に追従する高性能の追跡装置が移動体側のガ
イド光源の簡単な改良によって得られる。

請求項２の発明では、ガイド光路を利用データチャンネ
ルを形成したので、追尾式光データ通信システムを簡単
に構戒することができる。

請求項３の発明では、視準装置の首振り角度の検出によ
り、移動体の移動データを固定局側で観測して得ること
ができるようになる。

請求項４の発明では、２台の固定局を使用し三角法で移
動体の位置を決定することができるので、高価なジャイ
ロコンパスや光波距離計等を使用せずに、安価でまた高
速応答する位置測定システムを構或することができる。

請求項５の発明では、移動体の位置の時間変化を移動軌
跡として表示するので、移動軌跡を固定局側で見ながら
移動体の操縦を行う遠隔操縦システムを構戒することが
できる。

請求項６の発明では、移動体の位置とその点の測定量と
により、地形図等を作戒する自動測量作図システムを比
較的簡単な構戒で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した海洋測量システムの系統図、
第２図は第ｌ図における視準装置の正面図、第３図は第
１図の移動体上の発光源を示す側面図、第４図は発光源
の構戒要素であるＬＥＤＯ図、第５図Ａは発光素子の駆
動回路図、第５図Ｂはガイド光とのデータ光の波形図、
第６図Ａは発光素子駆動回路の別の例を示す回路図、第
６図Ｂは発光素子の配列を示す図、第７図は海図作戒シ
ステムのブロック図、第８図は三角法による位置決定シ
ステムを示す図、第９図は航跡を表示したディスプレイ
の図、第１０図は移動体発光源の別の例を示す側面図、
第１１図は第ｌＯのレンズ筒の断面図である。 なお図面に用いた符号において、 ｌ−・・−・−・−・・−・・・移動体２−・一・−・
−・−・・・−−−一一一・固定局３・−−−一−−・
・・−・・−・・・一・・視準装置４　　　　・一一一
一一一受光ユニット４ａ　−・〜−一一−−−−−・−
・受光レンズ４ｄ　−　　　一・位置センサ ４　　ｅ　　−−−−−−一・一一〜一一・一・−５ｂ
　　−・・一−一一−・−・−・ ５　ｃ　・・−一−−・・・−一−−−−一・７　ｂ　
・・・・・一一−−−・−−−−・７　Ｃ　−・・一一
−一一・・・一一一〜・・１　０　・　　　　　・・−
・ １　ｌ　・一−−−・・−・・−−−−・・一−−・１
　　１　　ａ　　−・−−−・一・−・・−・１ｌ　　
ｂ　−　　　　−一〜−・ １　２　・−−〜−−　　　　−・ ４　０　　　　　・一−−−・・一・・４　１　−・−
・−・−−−−−−−−・４　２　・・・・−・−−−
−一−・・・−−一−・である。 フォ１・センサ Ｙ軸モータ ロータリエンコーダ Ｘ軸モータ ロータリエンコーダ 発光源 送信光 データ光 ガイド光 発光素子 図形処理装置 プロフタ ディスプレイ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動体上に設けられた仮想中心点から放射状に延び
   る多数の光軸の夫々に沿ってガイド光を放射する多数の
   発光源と、 固定局に設けられ、上記ガイド光の１つと受光軸との角
   度差を修正するように、受光信号に基いて光軸を自動偏
   向する視準装置とを備える移動体追跡装置。 ２、上記移動体がガイド光と共にデータ光を送信すると
   共に、上記固定局の受光系にデータ用受信装置が結合さ
   れている請求項１の移動体追跡装置。 ３、上記固定局の視準装置が受光軸の偏向角検出器を備
   えている請求項１又は２の移動体追跡装置。 ４、上記請求項３における固定局が既知距離の２点の夫
   々に配置され、上記２点間の基準線と、その両端にとけ
   る上記偏向角検出器の検出角とに基いて上記移動体の位
   置を三角法に基いて計算する手段を備える請求項３の移
   動体追跡装置。 ５、固定座標系に対しての上記移動体の時間経過に伴な
   う移動軌跡を表示する図形処理装置を備える請求項４の
   移動体追跡装置。 ６、上記移動体が移動点ごとの水深等の測定量を上記ガ
   イド光の送光路に乗せて送信するデータ発信装置を備え
   、 上記固定局が上記移動体からのデータを受けて、固定座
   標系に分布した上記測定量をコンタ図等により表示する
   図形処理装置を備える請求項４の移動体追跡装置。