JP2001235533A - Method and device for detecting three-dimensional position and three-dimensional angle of moving body - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for detecting the three-dimensional position and three-dimensional angle of a moving body. SOLUTION: Radio waves transmitted from at least four GPS satellites are received by a non-directional antenna 9 to detect the distance between the moving body and each satellite, and the incident directions of the radio waves transmitted from the respective satellites are detected by a directional antenna 11 directional in an azimuth direction. On the basis of the detected distance to each satellite and the incident direction data of the radio waves, the three- dimensional position of each satellite in a relative coordinate system with the moving body as an origin is computed by a relative coordinate value computing circuit 7. A rotation vector for converting the relative coordinate system into an absolute coordinate system is computed by a coordinate converting circuit 8 from the computed three-dimensional position information of each satellite and three-dimensional position information in the absolute coordinate system, and the three-dimensional position and three-dimensional angle in the absolute coordinate system of the moving body is computed on the basis of the rotation vector.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、車輌等移動体の３
次元位置及びその地点における移動体の３次元角度を検
出する方法、及びその方法で使用する検出装置に関す
る。[0001] The present invention relates to a moving object such as a vehicle.
The present invention relates to a method for detecting a three-dimensional position of a moving object at a three-dimensional position and a point thereof, and a detection device used in the method.

【０００２】[0002]

【従来の技術】無人で田畑を耕耘したり、造成地の盛土
を転圧するなど車輌の自律走行・自動作業を行う場合、
移動体用ＧＰＳ受信機を車輌等の移動体に搭載し、複数
の電波発信機器、例えばＧＰＳ衛星から送信される電波
を受信することによって、移動体の絶対座標系（地球中
心を原点とし、地球に固定した直交３軸を座標軸とする
直交座標系）における３次元位置を検出し、その位置情
報をもとに移動体の走行を制御する技術が知られてい
る。しかしながら、移動体の位置情報だけでは移動体が
どちらの方向を向いているかが分からないために、予め
指定されたコースの方向も分からないという不具合を免
れない。ゆえに上記位置情報に加えて、その地点におけ
る移動体の姿勢、つまり方位角や仰角，傾斜角等の角度
情報が必要である。なお、以下では移動体の方位角など
１つの角度を１次元角度とし、これに仰角などを加えた
２つの角度を２次元角度、さらに傾斜角などを加えた３
つの角度を３次元角度とする。2. Description of the Related Art Autonomous running and automatic work of vehicles such as uncultivated tilling of fields and compaction of embankment on lands,
A GPS receiver for a mobile object is mounted on a mobile object such as a vehicle and receives radio waves transmitted from a plurality of radio wave transmitting devices, for example, GPS satellites. There is known a technique of detecting a three-dimensional position in an orthogonal coordinate system having three orthogonal axes fixed to a coordinate system (i.e., a coordinate axis) and controlling the traveling of a moving body based on the position information. However, since it is not possible to know which direction the moving body is facing only from the position information of the moving body, it is inevitable that the direction of the course specified in advance is not known. Therefore, in addition to the position information, the posture of the moving body at that point, that is, angle information such as an azimuth angle, an elevation angle, and an inclination angle is required. In the following, one angle such as the azimuth of the moving object is defined as a one-dimensional angle, and two angles obtained by adding an elevation angle to the two-dimensional angle are added to a two-dimensional angle.
The three angles are three-dimensional angles.

【０００３】上記移動体の位置情報及び角度情報を特定
する従来の技術として、特開平１１−２３１０３８号公
報に記載のものが知られている。これは、無指向性アン
テナと指向性アンテナとを組み合わせ、無指向性アンテ
ナにてＧＰＳ測位を行って移動体の位置を特定し、次い
で、移動体の位置と特定のＧＰＳ衛星（衛星Ｓとする）
の位置とを比較することによって、移動体から見た衛星
Ｓの絶対方位角を算出するとともに、方位角方向に指向
性を有する指向性アンテナにて衛星Ｓから送信される電
波を受信し、その強弱を測定することによって、移動体
から見た衛星Ｓの相対方位角を検出し、これら絶対方位
角と相対方位角とから、移動体の絶対座標系における方
位角、つまり移動体の向きを算出している。[0003] As a conventional technique for specifying the position information and the angle information of the moving body, there is known a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-231038. This involves combining an omni-directional antenna and a directional antenna, performing GPS positioning with the omni-directional antenna to specify the position of the mobile object, and then specifying the position of the mobile object and a specific GPS satellite (satellite S). )
By calculating the absolute azimuth of the satellite S viewed from the moving object by comparing with the position of the mobile object, the radio wave transmitted from the satellite S is received by the directional antenna having directivity in the azimuth direction, and the By measuring the strength, the relative azimuth of the satellite S viewed from the mobile is detected, and the azimuth of the mobile in the absolute coordinate system, that is, the direction of the mobile, is calculated from the absolute azimuth and the relative azimuth. are doing.

【０００４】しかしながら上記特開平１１−２３１０３
８号公報に記載の技術によれば、検出される移動体の角
度情報は、方位角情報のみ、つまり１次元角度であっ
て、その他ピッチ角・ロール角など２次元，３次元角度
を検出するものではない。このため、急斜面や起伏の激
しい路面を走行する場合には測定誤差が大きくなること
がある。これについて、移動体における衛星の上記相対
方位角の測定誤差について図５をもとに説明する。特定
方向として移動体Ｃの進行方向（Ｘ軸）を選択すれば、
移動体Ｃが水平に保たれた同図ａに示す状態における上
記相対方位角は、衛星ＳのＸ−Ｙ平面への投影Ｐと移動
体の中心Ｏとを結ぶ直線ＯＰとＸ軸との角αとなるが、
同じ地点で移動体Ｃがβだけ傾斜すれば、上記相対方位
角は同図ｂに示す如く、衛星ＳのＸ−Ｙ′平面への投影
Ｐ′と移動体の中心Ｏとを結ぶ直線ＯＰ′とＸ軸との角
α′と検出されることになり、誤差（α′−α）が生じ
る。ゆえに、より正確な角度情報を得るためには、上記
相対方位角の他に仰角などを追加した２次元角度、さら
に傾斜角などを追加した３次元角度を検出する必要があ
る。However, Japanese Patent Application Laid-Open No.
According to the technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8 (1999) -1995, the detected angle information of the moving body is only azimuth angle information, that is, a one-dimensional angle, and detects two-dimensional and three-dimensional angles such as a pitch angle and a roll angle. Not something. Therefore, when traveling on a steep slope or a rugged road surface, a measurement error may increase. This will be described with reference to FIG. 5 regarding the measurement error of the relative azimuth of the satellite in the moving object. If the traveling direction (X axis) of the moving object C is selected as the specific direction,
The relative azimuth angle in the state shown in FIG. 7A in which the moving body C is kept horizontal is the angle between the straight line OP connecting the projection P of the satellite S onto the XY plane and the center O of the moving body and the X axis. α
If the moving object C is inclined by β at the same point, the relative azimuth angle becomes a straight line OP ′ connecting the projection P ′ of the satellite S on the XY ′ plane and the center O of the moving object as shown in FIG. And an angle α ′ between the angle and the X axis, and an error (α′−α) occurs. Therefore, in order to obtain more accurate angle information, it is necessary to detect a two-dimensional angle obtained by adding an elevation angle and the like in addition to the relative azimuth angle, and a three-dimensional angle obtained by adding a tilt angle and the like.

【０００５】上記２次元あるいは３次元角度を検出する
手段として、移動体の異なる２点あるいは３点にＧＰＳ
受信機を設置して測位し、その位置情報から移動体の２
次元角度あるいは３次元角度を算出する方法が知られて
いる。ただし、このような複数のＧＰＳ受信機の位置情
報から移動体の角度情報を検出する方法では、各ＧＰＳ
受信機の位置を数ｃｍオーダーの測位精度で特定する必
要がある。なぜならば、移動体に設置するＧＰＳ受信機
の設置間隔はせいぜい数ｍであり、それらの測位誤差が
数十ｃｍもあると角度情報に含まれる誤差が大きすぎ、
実用性を失うからである。このため、特定位置に設けら
れた基準局にて同様なＧＰＳ測位を行い、そのデータを
移動体に送信して移動体の測位データを補正することに
よって、誤差数ｃｍオーダーの測位精度を確保してい
る。しかしこの場合、１機例えば数百万円のＧＰＳ受信
機が３機乃至４機必要であるばかりでなく、基準局と、
基準局で得られた補正データを移動体に送信するための
データ送信設備も必要となり、システム費用が非常に高
価なものとなる。[0005] As means for detecting the two-dimensional or three-dimensional angle, a GPS is provided at two or three different points of the moving body.
A receiver is installed and positioning is performed.
Methods for calculating a three-dimensional angle or a three-dimensional angle are known. However, in such a method of detecting the angle information of the moving object from the position information of the plurality of GPS receivers, each GPS
It is necessary to specify the position of the receiver with positioning accuracy on the order of several cm. Because, the installation interval of the GPS receivers installed on the moving object is at most several meters, and if the positioning error is several tens cm, the error included in the angle information is too large,
This is because practicality is lost. For this reason, the same GPS positioning is performed at the reference station provided at the specific position, and the data is transmitted to the mobile unit to correct the positioning data of the mobile unit, thereby ensuring the positioning accuracy of the order of a few cm error. I have. In this case, however, not only three or four GPS receivers of, for example, several million yen are required, but also a reference station and
Data transmission equipment for transmitting the correction data obtained by the reference station to the mobile unit is also required, and the system cost becomes very high.

【０００６】そこで、移動体の２次元角度をＧＰＳ受信
機１機で検出する特許第２９１６６２５号に記載の技術
が提案されている。これは、移動体上を摺動移動可能な
ＧＰＳ受信機を移動体の前部及び後部にて測位し、それ
らの位置情報から移動体の２次元角度を算出するもので
ある。しかしながら、この技術によれば移動体が停止し
ている時しか２次元角度を検出することができず、しか
も検出に時間がかかるという難点を有する。Therefore, a technique disclosed in Japanese Patent No. 2916625 in which a two-dimensional angle of a moving object is detected by one GPS receiver has been proposed. In this method, a GPS receiver slidable on a moving body is positioned at a front portion and a rear portion of the moving body, and a two-dimensional angle of the moving body is calculated from the position information. However, according to this technique, the two-dimensional angle can be detected only when the moving body is stopped, and there is a disadvantage that the detection takes time.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
に鑑み、移動体の３次元位置に加えて、その地点におけ
る３次元角度を、安価にかつリアルタイムに検出可能な
検出方法及び検出装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a detection method and a detection apparatus capable of detecting a three-dimensional angle at a point in addition to a three-dimensional position of a moving body at low cost in real time. The purpose is to provide.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１に記載の発明は、地球中心を原点とする絶
対座標系における３次元位置が既知である、少なくとも
３個の電波発信機器から送信される電波を受信すること
により、移動体の３次元位置及び３次元角度を検出する
検出方法であって、前記移動体と前記各電波発信機器と
の距離、及び移動体における前記各電波発信機器から送
信される電波の入射方向を検出し、前記距離及び電波の
入射方向をもとに、移動体を原点とする相対座標系にお
ける各電波発信機器の３次元位置を算出した後、各電波
発信機器の前記絶対座標系における３次元位置情報と前
記相対座標系における３次元位置情報とから、移動体の
絶対座標系での３次元位置、及び移動体の向きを算出す
る方法にある。According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for transmitting at least three radio waves having a known three-dimensional position in an absolute coordinate system having an origin at the center of the earth. A method for detecting a three-dimensional position and a three-dimensional angle of a moving body by receiving a radio wave transmitted from a device, wherein the distance between the moving body and each of the radio wave transmitting devices, and each of the distances in the moving body. After detecting the incident direction of the radio wave transmitted from the radio wave transmitting device, based on the distance and the incident direction of the radio wave, after calculating the three-dimensional position of each radio wave transmitting device in the relative coordinate system with the moving body as the origin, A method of calculating a three-dimensional position of a moving body in an absolute coordinate system and a direction of the moving body from three-dimensional position information of each radio wave transmitting device in the absolute coordinate system and three-dimensional position information in the relative coordinate system. .

【０００９】また上記方法を具現化した請求項２に記載
の発明の構成は、地球中心を原点とする絶対座標系にお
ける３次元位置が既知である少なくとも３個の電波発信
機器から送信される電波を受信することにより、移動体
の３次元位置及び３次元角度を検出する検出装置であっ
て、前記移動体と前記各電波発信機器との距離を検出す
る距離検出手段と、移動体における前記各電波の入射方
向を検出する入射方向検出手段と、前記距離及び入射方
向をもとに、移動体を原点とする相対座標系における各
電波発信機器の３次元位置を算出する相対座標値算出手
段と、各電波発信機器の前記絶対座標系での３次元位置
情報と前記相対座標系での３次元位置情報とから、相対
座標原点の絶対座標系での３次元位置、及び相対座標各
軸の絶対座標系での方向余弦を算出する座標変換回路
と、を備えたものである。A second aspect of the present invention which embodies the above method is a radio wave transmitted from at least three radio wave transmitting devices whose three-dimensional position in an absolute coordinate system whose origin is the center of the earth is known. A distance detecting means for detecting a distance between the moving body and each of the radio wave transmitting devices, and a detecting device for detecting a three-dimensional position and a three-dimensional angle of the moving body. Incident direction detecting means for detecting an incident direction of a radio wave, and relative coordinate value calculating means for calculating a three-dimensional position of each radio wave transmitting device in a relative coordinate system having a moving body as an origin based on the distance and the incident direction; From the three-dimensional position information of each radio wave transmitting device in the absolute coordinate system and the three-dimensional position information in the relative coordinate system, the three-dimensional position of the relative coordinate origin in the absolute coordinate system and the absolute value of each relative coordinate axis In the coordinate system Those having a coordinate transformation circuit for calculating the direction cosines, the.

【００１０】さらに請求項３に記載の発明の構成は、請
求項２に記載の構成に加えて、前記入射方向検出手段
が、特定方向からの入射電波を遮蔽する遮蔽板を無指向
性アンテナの外縁部に少なくとも１つ回動自在に設けて
なる指向性アンテナと、前記遮蔽板を回動移動すること
により電波の遮蔽及び解除を行う指向性制御手段とを備
えたものである。According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect, the incident direction detecting means includes a shielding plate for shielding an incident radio wave from a specific direction. At least one directional antenna is rotatably provided on the outer edge portion, and directional control means for shielding and releasing radio waves by rotating the shielding plate.

【００１１】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる移動体の３
次元位置及び３次元角度検出装置（以下６次元情報検出
装置という）について、図面をもとに説明する。図１は
本発明にかかる６次元情報検出装置１の概要説明図であ
り、図２は図１における無指向性アンテナ９及び指向性
アンテナ１１の説明図である。ここで便宜上、移動体を
原点とし、移動体に固定した３軸を座標軸とする相対座
標系（ｘ，ｙ，ｚ）を選定する。また、地球の中心を原
点とする絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が与えられている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The following is a description of a mobile unit according to the present invention.
A three-dimensional position and three-dimensional angle detection device (hereinafter referred to as a six-dimensional information detection device) will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a six-dimensional information detecting device 1 according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of an omnidirectional antenna 9 and a directional antenna 11 in FIG. Here, for convenience, a relative coordinate system (x, y, z) having the moving body as the origin and three axes fixed to the moving body as coordinate axes is selected. Also, an absolute coordinate system (X, Y, Z) having the origin at the center of the earth is given.

【００１２】６次元情報検出装置１は、地球上空２６，
０００ｋｍの軌道上を周回している２４基のＧＰＳ衛星
（以下単に衛星という）から、後述する条件を満たす４
基の衛星を選択する衛星選択回路２と、移動体Ｃと選択
された衛星との距離ｄを検出する距離検出手段３と、各
衛星から送信される電波の入射方向を検出する入射方向
検出手段４と、絶対座標値出力回路５にて出力される衛
星の位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をもとに、各衛星間の距離
Ｌを算出する衛星間距離算出回路６と、それら衛星との
距離ｄと電波の入射方向θ、及び衛星間距離Ｌとから、
衛星の相対座標系における３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）を
算出する相対座標値算出回路７と、相対座標原点の絶対
座標系における３次元位置（Ｘ_C，Ｙ_C，Ｚ_C） 及び相対
座標各軸の絶対座標系における方向余弦（λ_x，μ_x，ν
_x），（λ_y，μ_y，ν_y），（λ_z，μ_z，ν_z） を算出す
る座標変換回路８と、を備えている。[0012] The six-dimensional information detecting device 1 is provided with a 26
From 24 GPS satellites (hereinafter simply referred to as “satellite”) orbiting 000 km,
A satellite selection circuit 2 for selecting a base satellite; a distance detecting means 3 for detecting a distance d between the mobile unit C and the selected satellite; and an incident direction detecting means for detecting an incident direction of a radio wave transmitted from each satellite. 4, an inter-satellite distance calculation circuit 6 for calculating a distance L between the satellites based on the position information (X, Y, Z) of the satellites output from the absolute coordinate value output circuit 5, From the distance d, the incident direction θ of the radio wave, and the distance L between the satellites,
A relative coordinate value calculating circuit 7 for calculating a three-dimensional position (x, y, z) in the relative coordinate system of the satellite; a three-dimensional position (X _C , Y _C , Z _C ) in the absolute coordinate system of the origin of the relative coordinate; Direction cosine (λ _x , μ _x , ν) of each axis in the absolute coordinate system
_x ), (λ _y , μ _y , ν _y ) and (λ _z , μ _z , ν _z ).

【００１３】距離検出手段３は、あらゆる方向の衛星か
ら送信される電波を同時に受信可能な無指向性アンテナ
９と、選択された４衛星と移動体Ｃとの距離ｄを算出す
る距離算出回路１０と、から構成されている。また入射
方向検出手段４は、方位角方向に指向性を有する指向性
アンテナ１１と、それらの受信強度を感知する受信レベ
ル感知器１２と、その強弱の情報をもとに、指向性アン
テナ１１の指向性を制御する指向性制御回路１３と、制
御されたアンテナの回動角度を出力する入射方向出力回
路１４と、から構成されている。なお上記無指向性アン
テナ９及び指向性アンテナ１１は、移動体Ｃの上部など
電波を受信しやすい箇所に設置される。The distance detecting means 3 includes an omnidirectional antenna 9 capable of simultaneously receiving radio waves transmitted from satellites in all directions, and a distance calculating circuit 10 for calculating a distance d between the selected four satellites and the moving object C. And is composed of The incident direction detecting means 4 includes a directional antenna 11 having directivity in the azimuth direction, a reception level sensor 12 for detecting the reception intensity of the directional antenna 11, and a directional antenna 11 based on the strength information. It comprises a directivity control circuit 13 for controlling the directivity, and an incident direction output circuit 14 for outputting a controlled rotation angle of the antenna. The omni-directional antenna 9 and the directional antenna 11 are installed at a location where radio waves can be easily received, such as above the moving object C.

【００１４】無指向性アンテナ９は、グランドプレーン
１５と、その中心に設置されたＧＰＳ受信機（以下単に
受信機という）１６とを備えており、受信機１６は衛星
選択回路２を経て受信レベル感知器に接続されている。
また、指向性アンテナ１１は、無指向性アンテナ９のグ
ランドプレーン外縁部に、仰角方向に広く方位角方向に
狭い４枚の遮蔽板１７，１７・・が回動移動自在に設け
られるとともに、遮蔽板１７，１７・・をそれぞれ独立
に回動移動する駆動手段１８が設けられている。また、
受信機１６は受信レベル感知器１２に接続されており、
指定された衛星からの電波の強度減衰を感知することが
できる。なお、遮蔽板１７裏面（受信機側）は電波吸収
素材で覆われており、電波の反射・撹乱を防止してい
る。また、図２には説明の都合上、遮蔽板１７を３枚し
か図示していない。The omni-directional antenna 9 includes a ground plane 15 and a GPS receiver (hereinafter simply referred to as a receiver) 16 installed at the center thereof. Connected to the sensor.
The directional antenna 11 has four shield plates 17, 17... Which are wide in the elevation direction and narrow in the azimuth direction and are rotatably provided on the outer edge of the ground plane of the non-directional antenna 9. A driving means 18 for independently rotating the plates 17, 17,... Is provided. Also,
The receiver 16 is connected to the reception level sensor 12,
Attenuation of the intensity of radio waves from the designated satellite can be sensed. The back surface of the shielding plate 17 (receiver side) is covered with a radio wave absorbing material to prevent reflection and disturbance of radio waves. FIG. 2 shows only three shielding plates 17 for convenience of explanation.

【００１５】図３は本発明にかかる６次元情報検出装置
１における６次元情報算出のフローチャート図である。
以下、上記６次元情報検出装置１の作用について、図３
に即して説明する。まず、検出工程Ｐ１にて、２４基の
衛星のうちから選択した４基の衛星Ｓ_i （ｉ＝１，２，
３，４）の絶対座標系における３次元位置（Ｘ_i，Ｙ_i，
Ｚ_i） と、衛星Ｓ_i と移動体Ｃとの距離ｄ_i 、及び衛星
Ｓ_i から送信される電波の入射方向θ_i とを検出し、次
の相対座標値算出工程Ｐ２にて、これらのデータをもと
に衛星Ｓ_i の相対座標系における３次元位置（ｘ_i，
ｙ_i，ｚ_i） を算出し、続く座標変換工程Ｐ３にて、算
出された衛星Ｓ_i の相対座標値（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i ）と、
既知の情報である絶対座標値（Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i） とを比
較することにより、移動体Ｃの絶対座標系における３次
元位置（Ｘ_C，Ｙ_C，Ｚ_C）、 及び３次元角度（λ_x，
μ_x，ν_x），（λ_y，μ_y，ν_y），（λ_z，μ_z，ν_z）を
算出する。以下ステップごとに述べる。FIG. 3 is a flowchart for calculating six-dimensional information in the six-dimensional information detecting apparatus 1 according to the present invention.
Hereinafter, the operation of the six-dimensional information detecting device 1 will be described with reference to FIG.
It will be described according to. First, in the detection step P1, four satellites S _i (i = 1, 2, 2) selected from the 24 satellites
3-dimensional position in the absolute coordinate system of the _{3,4) (X i, Y i} ,
Z _i ), the distance d _i between the satellite S _i and the moving object C, and the incident direction θ _{i of the} radio wave transmitted from the satellite S _i are detected, and these are detected in the next relative coordinate value calculation step P2. 3-dimensional position in the relative coordinate system of the satellite S _i on the basis of data (x _i,
y _i, calculates the z _i), in the subsequent coordinate conversion step P3, the relative coordinate values of the calculated satellite _{S i (x i, y i} , and z _i),
By comparing the absolute coordinate values (X _i , Y _i , Z _i ) which are known information, the three-dimensional position (X _C , Y _C , Z _C ) of the moving object C in the absolute coordinate system, and the three-dimensional position Angle (λ _x ,
μ _x , v _x ), (λ _y , μ _y , v _y ), and (λ _z , μ _z , v _z ) are calculated. The following describes each step.

【００１６】検出工程Ｐ１のステップ１（以下Ｓ１等と
略記する）にて、移動体Ｃの作業地点の大まかな位置情
報をもとに、衛星選択回路２にて、２４基の衛星のう
ち、移動体Ｃの直上付近及び地平付近以外で、互いの方
位角方向の位相差が９０度程度の４衛星を選択する。次
いでＳ２にて、選択された４基の衛星Ｓ_i の絶対座標値
（Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i） を、絶対座標値出力回路５が衛星間
距離算出回路６に出力する。そしてＳ３で、その絶対座
標値（Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i） のデータをもとに、衛星間距離
算出回路６が以下の式〔数１〕にしたがって各衛星間距
離Ｌ_ii+1を算出し、相対座標値算出回路７に出力する。In step 1 (hereinafter abbreviated as S1 or the like) of the detection process P1, the satellite selection circuit 2 selects one of the 24 satellites based on the rough position information of the work point of the moving object C. Four satellites having a phase difference of about 90 degrees in the azimuthal direction are selected outside the vicinity of the moving object C and the vicinity of the horizon. Next, at S2, the absolute coordinate values of the satellite S _i of four selected _{(X i, Y i, Z} i) of the absolute coordinate value output circuit 5 outputs to the satellite distance calculation circuit 6. Then, in S3, based on the data of the absolute coordinate values (X _i , Y _i , Z _i ), the inter-satellite distance calculation circuit 6 calculates each inter-satellite distance L _{ii + 1} according to the following equation (Equation 1). It is calculated and output to the relative coordinate value calculation circuit 7.

【数１】Ｌ_ii+1 ² ＝（Ｘ_i+1−Ｘ_i）² ＋（Ｙ_i+1−Ｙ_i）
² ＋（Ｚ_i+1−Ｚ_i）² L _{ii + 1} ² = (X _{i + 1} −X _i ) ² + (Y _{i + 1} −Y _i )
² + (Z _{i + 1} -Z _i ) ²

【００１７】上記各衛星間距離Ｌ_ii+1の算出と同時に、
Ｓ４にて、選択された４基の衛星Ｓ _i に対して通常のＧ
ＰＳ測位を行い、Ｓ５で移動体Ｃとの距離ｄ_i を距離算
出回路１０にて公知の方法でリアルタイムに算出し、そ
の距離情報を相対座標値算出回路７に出力する。またＳ
６にて、４基の衛星Ｓ_i に４枚の遮蔽板１７，１７・・
をそれぞれ対応させるとともに、対応する衛星Ｓ_i から
送信される電波の受信強度の極小値を検出し、Ｓ７にて
受信強度が極小値から増大したか否かを判別する。受信
強度が増大した場合は、Ｓ８にて受信強度が減衰する方
向に遮蔽板１７，１７・・を回動移動させる。換言すれ
ば、指定された衛星Ｓ_i と受信機１６とを遮蔽板１７，
１７・・が常に遮るように、指向性制御回路１３が駆動
手段１８を制御する。そして、受信強度が増大しない場
合はＳ９にて、その時の遮蔽板１７の基端中心と指向性
アンテナ１１の中心とを結ぶ直線ａとｘ軸との角度θ_i
を、入射方向出力回路１４にて相対座標値算出回路７に
出力する。The distance L between the above satellites_{ii + 1}At the same time
At S4, the four selected satellites S _iNormal G for
Performs PS positioning, and at S5, distance d from mobile unit C._iThe distance calculation
The output circuit 10 calculates in real time by a known method, and
Is output to the relative coordinate value calculation circuit 7. Also S
At 6, four satellites S_iFour shield plates 17, 17 ...
And the corresponding satellite S_iFrom
The minimum value of the reception intensity of the transmitted radio wave is detected, and in S7
It is determined whether the reception intensity has increased from the minimum value. Receiving
If the strength is increased, the receiving strength is attenuated in S8
Are rotated in the directions shown in FIG. Paraphrase
If the specified satellite S_iAnd the receiver 16 with the shielding plate 17,
The directivity control circuit 13 is driven so that 17.
Control means 18. And if the reception strength does not increase,
In S9, the center of the base end of the shielding plate 17 at that time and the directivity
Angle θ between straight line a connecting the center of antenna 11 and x-axis_i
To the relative coordinate value calculation circuit 7 by the incident direction output circuit 14.
Output.

【００１８】次に、検出工程Ｐ１で検出された各衛星間
距離Ｌ_ii+1と衛星Ｓ_i との距離ｄ_i、及び入射方向θ_i
とから、衛星Ｓ_i の相対座標値（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）をＳ
１０にて算出する。以下その原理を説明する。衛星Ｓ_i
との距離ｄ_i と、衛星Ｓ_i の相対座標系における方向余
弦（λ_i，μ_i，ν_i） との関係は次のように表すことが
できる。ここでは、（ｉ＝１，２，３）の３つに限って
説明を続ける。Next, the distance between each satellite detected by the detecting step P1 L _{ii + 1} and the satellite S _i distance between d _i, and the direction of incidence theta _i
From the relative coordinates of the satellite _{S i (x i, y i} , z i) the S
Calculated at 10. The principle will be described below. Satellite S _i
The relationship between the distance d _i, a satellite S _i of direction cosine in the relative coordinate system _{(λ i, μ i, ν} i) and the can be expressed as follows. Here, the description will be continued only for three (i = 1, 2, 3).

【数２】ｄ₁ ²＋ｄ₂ ²−２α₁₂ｄ₁ｄ₂−Ｌ₁₂ ² ＝０ ｄ₂ ²＋ｄ₃ ²−２α₂₃ｄ₂ｄ₃−Ｌ₂₃ ² ＝０ ｄ₃ ²＋ｄ₁ ²−２α₃₁ｄ₃ｄ₁−Ｌ₃₁ ² ＝０ α_ii+1＝λ_iλ_i+1＋μ_iμ_i+1＋ν_iν_i+1 [Number 2] ^{_{d 1 2 + d 2 2 -2α}} 12 d 1 d 2 -L 12 2 = 0 d 2 2 + d 3 2 -2α 23 d 2 d 3 -L 23 2 = 0 d 3 2 + d 1 2 -2α ₃₁ d ₃ d ₁ −L ₃₁ ² = 0 α _{ii + 1} = λ _i λ _{i + 1} + μ _i μ _{i + 1} + ν _i ν _{i + 1}

【００１９】また、衛星Ｓ_i の入射方向θ_i と方向余弦
（λ_i，μ_i，ν_i） との関係は、次の通りである。Further, the incident direction theta _i and the direction cosine of the satellite _{S i (λ i, μ i} , ν i) have a relationship as follows.

【数３】μ_i／λ_i＝ｔａｎθ_i （ｉ＝１，２，３） さらに、幾何学の条件Μ _i / λ _i = tan θ _i (i = 1,2,3)

【数４】λ_i ²＋μ_i ²＋ν_i ²＝１ （ｉ＝１，２，３） が成り立つ。そして、衛星Ｓ_i の相対座標値（ｘ_i，
ｙ_i，ｚ_i） は次式によって計算される。Λ _i ² + μ _i ² + ν _i ² = 1 (i = 1, 2, 3) holds. The satellite S relative coordinate values of _i (x _i,
y _i , z _i ) is calculated by the following equation.

【数５】（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）＝ｄ_i（λ_i，μ_i，ν_i） 上記の関係を利用し、相対座標値算出回路７が、〔数
２〕の３式と〔数３〕の３式、及び〔数４〕の３式の合
計９式に数値計算法を適用することによって９個の未知
数（λ_i，μ_i，ν_i） を解き、可能な限り余剰解を棄却
する。さらに、Ｓ１１にて同様の計算を（ｉ＝４）を含
めて実行し、さらに余剰解を棄却し、真の解（λ_i， μ
_i，ν_i）を決定するとともに、方向余弦（λ_i，μ_i，ν
_i） の精度を高める。すなわち、衛星Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₄ の
組、衛星Ｓ₁，Ｓ₃，Ｓ₄ の組、衛星Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄ の組
から各衛星の方向余弦を重複して算出し、これらを平均
することによって、方向余弦（λ_i，μ_i，ν_i） に含ま
れる誤差を確率的に小さくする。そして、Ｓ１２で衛星
の相対座標値（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i） を〔数５〕に従って算
出する。(X _i , y _i , z _i ) = d _i (λ _i , μ _i , v _i ) Using the above relationship, the relative coordinate value calculation circuit 7 calculates Nine unknowns (λ _i , μ _i , ν _i ) are solved by applying a numerical calculation method to a total of nine equations of the three equations of [Equation 3] and the three equations of [Equation 4]. Reject the solution. Further, in S11, the same calculation including (i = 4) is executed, the surplus solution is rejected, and the true solution (λ _i , μ
_i , v _i ) and the direction cosine (λ _i , μ _i , v
_i ) Increase accuracy. That is, the satellite S _1, S _2, S ₄ sets, satellite S _1, S _3, S ₄ sets, calculates duplicate direction cosines of each satellite from the set of satellites _{S 2, S 3, S 4} , By averaging these, the error included in the direction cosine (λ _i , μ _i , ν _i ) is reduced stochastically. The relative coordinate values of the satellite in _{S12 (x i, y i,} z i) is calculated according to the [Equation 5].

【００２０】続いて、相対座標値算出工程Ｐ２で算出さ
れた衛星Ｓ_i の相対座標値（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i） と、既知
の情報である衛星Ｓ_i の絶対座標値（Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i）
（ｉ＝１，２，３）とを比較して、相対座標原点つまり
移動体Ｃの３次元位置（Ｘ _C，Ｙ_C，Ｚ_C）、 及び相対座
標各軸の絶対座標系における方向余弦、つまり移動体の
３次元角度（λ_x， μ_x，ν_x），（λ_y，μ_y，ν_y），
（λ_z，μ_z，ν_z）を、座標変換回路８が以下のように
算出する。Subsequently, in the relative coordinate value calculating step P2,
Satellite S_iRelative coordinate value (x_i, Y_i, Z_i) And known
Satellite S which is the information of_iAbsolute coordinate value (X_i, Y_i, Z_i)
(I = 1, 2, 3), and the relative coordinate origin, that is,
The three-dimensional position (X _C, Y_C, Z_C), And relative seat
The direction cosine of the axis in the absolute coordinate system,
Three-dimensional angle (λ_x, Μ_x, Ν_x), (Λ_y, Μ_y, Ν_y),
(Λ_z, Μ_z, Ν_z) By the coordinate conversion circuit 8 as follows:
calculate.

【数６】 とする回転ベクトルＲを用いて、Ｓ１３にて衛星Ｓ_i の
相対座標値（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i） と絶対座標値（Ｘ_i，
Ｙ_i，Ｚ_i） に関する連立２次方程式(Equation 6) Using a rotating vector R to the relative coordinates of the satellite S _i at _{S13 (x i, y i,} z i) and the absolute coordinate values (X _i,
Y _i , Z _i )

【数７】 (Equation 7)

【数８】λ_x ²＋μ_x ²＋ν_x ²＝１ λ_y ²＋μ_y ²＋ν_y ²＝１ λ_z ²＋μ_z ²＋ν_z ²＝１ を解き、相対座標各軸の絶対座標系における方向余弦
（λ_x，μ_x，ν_x）， （λ_y，μ_y，ν_y），（λ_z，
μ_z，ν_z）を２組ずつ算出した後、座標軸の直交条件等
で余剰解を棄却して回転ベクトルＲを算出し、Ｓ１４で
相対座標各軸（λ_x，μ_x，ν_x），（λ_y，μ_y，ν_y），
（λ_z，μ_z，ν_z） つまり移動体Ｃの３次元角度を特
定する。最後に、Ｓ１５で移動体Ｃの３次元位置
（Ｘ_C，Ｙ_C，Ｚ_C） を〔数７〕より算出する。Equation 8] ^{_{λ x 2 + μ x 2 +}} ν x 2 = 1 λ y 2 + μ y 2 + ν y 2 = 1 λ z 2 + μ z 2 + ν z 2 = 1 solves, direction in the absolute coordinate system of relative coordinates axes Cosines (λ _x , μ _x , v _x ), (λ _y , μ _y , v _y ), (λ _z ,
μ _z , ν _z ) are calculated two by two, and then a surplus solution is rejected under orthogonal conditions of the coordinate axes and the like, and a rotation vector R is calculated. At S14, relative coordinate axes (λ _x , μ _x , ν _x ), (Λ _y , μ _y , ν _y ),
(Λ _z , μ _z , ν _z ) That is, the three-dimensional angle of the moving object C is specified. Finally, in S15, the three-dimensional position (X _C , Y _C , Z _C ) of the moving object C is calculated from [Equation 7].

【００２１】上記のように算出された移動体Ｃの３次元
位置情報及び３次元角度情報（６次元情報）を、６次元
情報出力回路１９が移動体制御装置２０に出力し、移動
体Ｃの走行を制御する。The six-dimensional information output circuit 19 outputs the three-dimensional position information and three-dimensional angle information (six-dimensional information) of the moving object C calculated as described above to the moving object control device 20, and Control running.

【００２２】ここで、上記検出工程Ｐ１にて使用される
入射方向検出手段４の測定誤差について評価するため
に、以下の実験を行った。図２に示す指向性アンテナ１
１に設置された遮蔽板１７を、受信機１６との距離ｌ
と、板幅ｗとを変えて衛星からの電波を遮蔽し、受信レ
ベル感知器１２にて電波強度の減衰度を測定した。その
結果を平均して、図４に示す実験データを得た。グラフ
の横軸は受信機１６との距離ｌ〔ｃｍ〕、縦軸は受信電
波の減衰度〔ｄＢ〕である。これを見ると、遮蔽板１７
の板幅ｗを１ｃｍとし、受信機１６からの距離ｌを１５
ｃｍとして電波を遮蔽した場合でも、平均して約１０ｄ
Ｂの減衰を記録していることが分かる。従って、このレ
ベルの強度減衰を感知できる感知器を使用すれば、遮蔽
板１７の板幅ｗを１ｃｍとしても、遮蔽板１７を常に衛
星方向に回動移動させるように制御することができる。
例えば、受信レベル感知器１２で感知される電波の受信
強度が極小値より平均的に１０ｄＢ増大した場合に、遮
蔽板１７を左右いずれかに回動移動させて、受信強度が
減衰する方向を選択する、などの制御方法をとることが
できる。この場合、図２に示す受信機中心と遮蔽板１７
の基端部中心とを結ぶ直線ａと、受信機中心と衛星とを
結ぶ直線ｂとがなす角δが測定誤差であるが、仮に、遮
蔽板１７が衛星からずれて電波が直接受信機１６に入っ
た瞬間に、受信電波強度が極小値より１０ｄＢ増大する
とすれば、最大測定誤差をδ_MAX として、Here, the following experiment was conducted in order to evaluate the measurement error of the incident direction detecting means 4 used in the detecting step P1. Directional antenna 1 shown in FIG.
1 and the distance l from the receiver 16
And the board width w were changed to shield the radio wave from the satellite, and the reception level sensor 12 measured the degree of attenuation of the radio wave intensity. The results were averaged to obtain experimental data shown in FIG. The horizontal axis of the graph is the distance l [cm] from the receiver 16, and the vertical axis is the attenuation [dB] of the received radio wave. Looking at this, the shielding plate 17
And the distance l from the receiver 16 is 15 cm.
about 10d on average, even when blocking radio waves as cm
It can be seen that the decay of B was recorded. Therefore, if a sensor capable of detecting this level of intensity attenuation is used, even if the width w of the shield plate 17 is set to 1 cm, it is possible to control the shield plate 17 to always rotate and move toward the satellite.
For example, when the reception intensity of the radio wave detected by the reception level sensor 12 is increased by 10 dB on average from the minimum value, the shielding plate 17 is rotated left or right to select a direction in which the reception intensity is attenuated. Control method. In this case, the receiver center shown in FIG.
The angle δ formed by a straight line a connecting the center of the base end of the receiver and a straight line b connecting the center of the receiver to the satellite is a measurement error. Assuming that the received signal strength increases by 10 dB from the minimum value at the moment of entering, the maximum measurement error is δ _MAX ,

【数９】ｔａｎ（δ_MAX）≒ｗ／（２・ｌ） と近似できる。よってこの場合には、入射方向の測定誤
差δは２度程度に抑えることができる。そして、この誤
差δを含む入射方向θ_i から導出される衛星Ｓ _i の方向
余弦（λ_i，μ_i，ν_i） にも当然誤差が生じるが、前述
したようにＳ１２で（ｉ＝４）を適用して各衛星の方向
余弦を重複して算出し、これを平均することにより誤差
を確率的に小さくすることができる。なお、４機の指向
性アンテナ１１，１１・・の設置部位の差異による電波
の入射方向のずれは、衛星への距離を考慮すれば無視で
きるオーダーである。Tan (δ_MAX) ≒ w / (2 · l). Therefore, in this case, measurement error in the incident direction
The difference δ can be suppressed to about 2 degrees. And this mistake
Incident direction θ including difference δ_iSatellite S derived from _iDirection
Cosine (λ_i, Μ_i, Ν_i) Also has an error,
As described above, applying (i = 4) in S12, the direction of each satellite
Calculate the cosine duplicatively and average it to get the error
Can be stochastically reduced. The orientation of the four aircraft
Radio waves due to differences in the installation locations of the directional antennas 11, 11
The deviation of the incident direction of the satellite is negligible considering the distance to the satellite.
It is an order that can be done.

【００２３】ところで、ＧＰＳ受信機を移動体に４機，
基準局に１機設置して測位し、それらの位置情報から移
動体の３次元角度を算出する従来の装置を用いた場合の
測定誤差について、移動体に設置した各受信機の設置間
隔はせいぜい１〜３ｍであるから、測位精度が数ｃｍの
オーダーであっても、算出される角度情報には１〜３°
の測定誤差が含まれる。してみれば、上記６次元情報検
出装置１は、基準局からデータを送信して補正する従来
の検出装置と比較しても、何ら遜色のない測定精度であ
るといえる。By the way, four GPS receivers are mounted on a mobile body,
Regarding the measurement error when using a conventional apparatus that installs and measures the position of one receiver at the reference station and calculates the three-dimensional angle of the mobile from the position information, the installation interval of each receiver installed on the mobile is at most 1 ３3 m, even if the positioning accuracy is on the order of several cm, the calculated angle information contains 1１〜３3 °.
Measurement error is included. Thus, it can be said that the six-dimensional information detecting device 1 has measurement accuracy comparable to that of a conventional detecting device that transmits and corrects data from a reference station.

【００２４】以上詳述したように、上記６次元情報検出
装置１によれば、距離検出手段としての無指向性アンテ
ナ９及び距離検出回路１０によって、電波発信機器とし
てのＧＰＳ衛星Ｓ_i と移動体Ｃとの距離をリアルタイム
に検出し、また入射方向検出手段としての指向性アンテ
ナ１１，１１・・と受信レベル感知器１２，指向性制御
回路１３，遮蔽板１７，１７・・，及び駆動手段１８，
１８・・によって、移動体Ｃにおける特定方向に対する
衛星の入射方向をリアルタイムに検出し、それらの位置
及び入射方向のデータをもとに、相対座標値算出回路７
にて衛星の相対座標系における３次元位置を算出し、そ
の相対座標値と既知の絶対座標値とから、座標変換回路
８にて相対座標系を絶対座標系に変換する回転ベクトル
Ｒを算出することによって、移動体Ｃの３次元位置情報
及び３次元角度情報（６次元情報）を算出しているの
で、高価な基準局やデータ送信設備を要せずして、移動
体Ｃの６次元情報すべてを、移動中・停止中ともに充分
な精度で検出することができる。しかも、無指向性アン
テナ８の外縁部に設置した４枚の遮蔽板をそれぞれ独立
に制御することにより、各衛星から送信される電波の入
射方向を検出しているので、高価なＧＰＳ受信機を２機
しか必要とせず、装置を低コスト化に抑えることができ
る。さらに、移動体Ｃにて検出されたデータを基準局等
外部から補正する必要がないので、データ処理に要する
時間が短く、ほぼリアルタイムに上記６次元情報が算出
される。したがって、起伏の激しい作業路面において
も、移動体Ｃをより的確に制御することができる。[0024] As described above in detail, according to the six-dimensional information detecting device 1, the omnidirectional antenna 9 and the distance detection circuit 10 serving as a distance detecting means, the moving body and the GPS satellite S _i as the radio signal transmitting device , And a directional antenna 11, 11,... And a reception level sensor 12, a directivity control circuit 13, shielding plates 17, 17,. ,
.., The incident direction of the satellite with respect to the specific direction on the moving object C is detected in real time, and the relative coordinate value calculating circuit 7 is calculated based on the data on the position and the incident direction.
Calculates the three-dimensional position of the satellite in the relative coordinate system, and calculates a rotation vector R for converting the relative coordinate system to the absolute coordinate system in the coordinate conversion circuit 8 from the relative coordinate values and the known absolute coordinate values. Thus, since the three-dimensional position information and the three-dimensional angle information (six-dimensional information) of the mobile unit C are calculated, all the six-dimensional information of the mobile unit C can be used without an expensive reference station or data transmission equipment. Can be detected with sufficient accuracy both during movement and during stoppage. In addition, since the direction of incidence of radio waves transmitted from each satellite is detected by independently controlling the four shielding plates installed at the outer edge of the omnidirectional antenna 8, an expensive GPS receiver can be used. Only two units are required, and the cost of the apparatus can be reduced. Further, since it is not necessary to correct data detected by the mobile unit C from the outside such as a reference station, the time required for data processing is short, and the six-dimensional information is calculated almost in real time. Therefore, the moving body C can be controlled more accurately even on a work road surface with severe ups and downs.

【００２５】なお、本発明の６次元情報検出装置は、上
記実施の形態に何ら限定されるものではなく、電波発信
機器，衛星選択回路，距離検出手段，入射方向検出手
段，相対座標値算出手段，座標変換回路等、本発明の趣
旨に逸脱しない範囲で適宜変更できる。例えば、電波発
信機器にあっては、実施形態のＧＰＳ衛星に限定され
ず、静止衛星など各時刻における３次元位置が既知のも
のならば何でもよい。また、距離検出手段にあって、無
指向性のＧＰＳ受信機を採用する場合には、移動体にＧ
ＰＳ受信機を１機のみならず複数機搭載し、その測位精
度を向上させる構成としても差し支えない。さらに、入
射方向検出手段について、上記実施形態では無指向性ア
ンテナのグランドプレーン外縁部に設置した４枚の遮蔽
板をそれぞれ独立に制御することにより電波の入射方向
を検出する構成について説明したが、遮蔽板を１本のみ
グランドプレーン外縁部に固定し、アンテナ基端部を方
位角方向に回動可能とした指向性アンテナを４機搭載す
る構成とすることもできる。また、上記遮蔽板に代え
て、下端縁から仰角方向にスリットを設けた半球状のド
ームを受信機にかぶせ、電波の受信レベルが高くなった
方向をもって電波の入射方向とする構成としてもよい。
また指向性アンテナの設置数も４個に限定するものでは
ない。さらに、上記実施形態では方位角方向に指向性を
持たせたアンテナを採用しているが、仰角方向に指向性
を持たせたアンテナを用いても同等の結果を得ることが
できる。加えて、上記実施形態では無指向性アンテナと
指向性アンテナとを別個に設けた構成について述べた
が、１つのアンテナの無指向性・指向性をソフト的に切
り替える構成とすることも可能である。このようにすれ
ば、高価なＧＰＳ受信機の設置数を１機のみとすること
ができ、装置をさらに低コストに抑えることができる。It should be noted that the six-dimensional information detecting device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes a radio wave transmitting device, a satellite selecting circuit, a distance detecting means, an incident direction detecting means, and a relative coordinate value calculating means. , Coordinate conversion circuit, etc. can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the radio wave transmitting device is not limited to the GPS satellite of the embodiment, but may be any device such as a geostationary satellite as long as its three-dimensional position at each time is known. In the case where an omnidirectional GPS receiver is used in the distance detecting means, the moving body is
A configuration may be adopted in which not only one PS receiver but also a plurality of PS receivers are mounted to improve the positioning accuracy. Furthermore, as for the incident direction detecting means, in the above-described embodiment, the configuration has been described in which the incident direction of the radio wave is detected by independently controlling the four shielding plates provided at the outer edge of the ground plane of the omnidirectional antenna. It is also possible to adopt a configuration in which only one shielding plate is fixed to the outer edge of the ground plane, and four directional antennas whose base end is rotatable in the azimuthal direction are mounted. Further, instead of the shielding plate, a hemispherical dome provided with a slit in the elevation angle direction from the lower edge may be placed over the receiver, and the direction in which the radio wave reception level becomes higher may be used as the radio wave incident direction.
The number of directional antennas is not limited to four. Furthermore, in the above embodiment, an antenna having directivity in the azimuth direction is employed, but the same result can be obtained by using an antenna having directivity in the elevation direction. In addition, in the above-described embodiment, the configuration in which the omnidirectional antenna and the directional antenna are separately provided has been described. However, a configuration in which the omnidirectional / directivity of one antenna is switched by software may be employed. . In this way, the number of expensive GPS receivers can be reduced to only one, and the cost of the apparatus can be further reduced.

【００２６】また、上記実施形態では４基の衛星からの
情報を利用した算出工程について説明したが、より多く
の衛星からの情報を活用すれば、測定精度をさらに向上
させることができる。なお、本発明の６次元情報検出装
置は、トラクター，転圧機等どのような移動体にも設置
可能であることは勿論であり、受信機の配置等も任意で
ある。In the above embodiment, the calculation step using information from four satellites has been described. However, if information from more satellites is used, measurement accuracy can be further improved. In addition, it goes without saying that the six-dimensional information detecting device of the present invention can be installed on any moving body such as a tractor and a compactor, and the arrangement of the receiver is arbitrary.

【００２７】[0027]

【発明の効果】請求項１に記載の３次元位置及び３次元
角度検出方法によれば、移動体の３次元位置及び３次元
角度のすべてが検出される。また、基準局やデータ送信
設備を必要としないので、前記３次元位置及び３次元角
度を低コストに検出することが可能である。また請求項
２に記載の３次元位置及び３次元角度検出装置によれ
ば、高価な基準局やデータ送信設備を要せずして、移動
体の３次元位置及び３次元角度のすべてを検出すること
ができる。また、移動体にて検出されたデータを基準局
等外部から補正する必要がないので、データ処理に要す
る時間が短く、前記３次元位置及び３次元角度がほぼリ
アルタイムに算出される。これにより、起伏の激しい作
業路面においても、移動体をより的確に制御することが
可能となる。さらに請求項３に記載の発明において、無
指向性アンテナの外縁部に遮蔽板を複数設置し、１機の
受信機で複数の電波発信機器からの電波の入射方向を検
出する構成とした場合には、請求項２の効果に加え、受
信機の設置数を減らすことができ、装置をさらに低コス
トに抑えることができる。According to the three-dimensional position and three-dimensional angle detection method of the present invention, all of the three-dimensional position and three-dimensional angle of the moving object are detected. Further, since no reference station or data transmission equipment is required, the three-dimensional position and the three-dimensional angle can be detected at low cost. According to the three-dimensional position and three-dimensional angle detecting device of the second aspect, all of the three-dimensional position and three-dimensional angle of the moving object can be detected without requiring an expensive reference station or data transmission equipment. Can be. Further, since it is not necessary to correct the data detected by the mobile unit from outside such as a reference station, the time required for data processing is short, and the three-dimensional position and the three-dimensional angle are calculated almost in real time. This makes it possible to more accurately control the moving body even on a work road surface with undulations. Further, in the invention according to claim 3, when a plurality of shielding plates are provided at the outer edge of the omnidirectional antenna, and one receiver detects the incident directions of radio waves from a plurality of radio wave transmitting devices, In addition to the effect of claim 2, the number of receivers can be reduced, and the apparatus can be further reduced in cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明にかかる移動体の３次元位置及び３次元
角度検出装置の概要説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a three-dimensional position and three-dimensional angle detection device of a moving object according to the present invention.

【図２】図１における無指向性アンテナ及び指向性アン
テナの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an omnidirectional antenna and a directional antenna in FIG. 1;

【図３】本発明にかかる３次元位置及び３次元角度検出
装置における、３次元位置及び３次元角度算出のフロー
チャート図である。FIG. 3 is a flowchart for calculating a three-dimensional position and a three-dimensional angle in the three-dimensional position and three-dimensional angle detection device according to the present invention.

【図４】図２に示す指向性アンテナに設置された遮蔽板
を、受信機との距離と板幅とを変えて衛星からの電波を
遮蔽し、その受信電波の減衰度を測定して得た実験結果
の平均値を示すグラフである。FIG. 4 shows a shielding plate installed on the directional antenna shown in FIG. 2 shielded from a satellite by changing the distance to the receiver and the plate width, and measuring the attenuation of the received radio wave. 9 is a graph showing average values of experimental results obtained.

【図５】衛星の方位角の従来の測定方法における測定誤
差に関する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram relating to a measurement error in a conventional method of measuring the azimuth of a satellite.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１・・６次元情報検出装置、２・・衛星選択回路、３・
・距離検出手段、４・・入射方向検出手段、５・・絶対
座標値出力回路、６・・衛星間距離算出回路、７・・相
対座標値算出回路、８・・座標変換回路、９・・無指向
性アンテナ、１０・・距離算出回路、１１・・指向性ア
ンテナ、１２・・受信レベル感知器、１３・・指向性制
御回路、１４・・入射方向出力回路、１５・・グランド
プレーン、１６・・ＧＰＳ受信機、１７・・遮蔽板、１
８・・駆動手段、１９・・６次元情報出力回路、２０・
・移動体制御装置、Ｃ・・移動体、Ｓ・・衛星。1. 6-dimensional information detection device 2. Satellite selection circuit 3.
.. Distance detecting means, 4... Incident direction detecting means, 5... Absolute coordinate value output circuit, 6... Inter-satellite distance calculating circuit, 7... Relative coordinate value calculating circuit, 8. Non-directional antenna, 10 distance calculation circuit, 11 directional antenna, 12 reception level sensor, 13 directional control circuit, 14 incident direction output circuit, 15 ground plane, 16 ..GPS receivers, 17 shield plates, 1
8 ··· Drive means, 19 ·· 6-dimensional information output circuit, 20 ···
-Mobile control unit, C-Mobile, S-Satellite.

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｑ 15/18 Ｈ０１Ｑ 15/18 21/28 21/28 Ｆターム(参考） 5J020 AA03 BA06 BA08 BC02 BC08 BD01 BD04 CA02 DA10 5J021 BA01 DA03 DA04 DA05 DA06 DA07 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 GA02 HA03 HA04 HA05 HA07 5J062 AA01 AA09 AA11 BB01 BB08 DD22 GG02 Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H01Q 15/18 H01Q 15/18 21/28 21/28 F term (Reference) 5J020 AA03 BA06 BA08 BC02 BC08 BD01 BD04 CA02 DA10 5J021 BA01 DA03 DA04 DA05 DA06 DA07 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 GA02 HA03 HA04 HA05 HA07 5J062 AA01 AA09 AA11 BB01 BB08 DD22 GG02

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 地球中心を原点とする絶対座標系におけ
る３次元位置が既知である、少なくとも３個の電波発信
機器から送信される電波を受信することにより、移動体
の３次元位置及び３次元角度を検出する検出方法であっ
て、前記移動体と前記各電波発信機器との距離、及び移
動体における前記各電波発信機器から送信される電波の
入射方向を検出し、前記距離及び電波の入射方向をもと
に、移動体を原点とする相対座標系における各電波発信
機器の３次元位置を算出した後、各電波発信機器の前記
絶対座標系における３次元位置情報と前記相対座標系に
おける３次元位置情報とから、移動体の絶対座標系での
３次元位置、及び移動体の向きを算出することを特徴と
する移動体の３次元位置及び３次元角度の検出方法。1. A three-dimensional position and a three-dimensional position of a moving object by receiving radio waves transmitted from at least three radio wave transmitting devices whose three-dimensional position in an absolute coordinate system whose origin is the center of the earth is known. A method for detecting an angle, comprising detecting a distance between the moving object and each of the radio wave transmitting devices, and an incident direction of a radio wave transmitted from each of the radio wave transmitting devices on the moving object, and detecting the distance and the incidence of the radio wave. After calculating the three-dimensional position of each radio wave transmitting device in the relative coordinate system with the moving body as the origin based on the direction, the three-dimensional position information of each radio wave transmitting device in the absolute coordinate system and the three-dimensional position information in the relative coordinate system are calculated. A method for detecting a three-dimensional position and a three-dimensional angle of a moving body, comprising calculating a three-dimensional position of the moving body in an absolute coordinate system and a direction of the moving body from the three-dimensional position information. 【請求項２】 地球中心を原点とする絶対座標系におけ
る３次元位置が既知である少なくとも３個の電波発信機
器から送信される電波を受信することにより、移動体の
３次元位置及び３次元角度を検出する検出装置であっ
て、前記移動体と前記各電波発信機器との距離を検出す
る距離検出手段と、移動体における前記各電波の入射方
向を検出する入射方向検出手段と、前記距離及び入射方
向をもとに、移動体を原点とする相対座標系における各
電波発信機器の３次元位置を算出する相対座標値算出手
段と、各電波発信機器の前記絶対座標系での３次元位置
情報と前記相対座標系での３次元位置情報とから、相対
座標原点の絶対座標系での３次元位置、及び相対座標各
軸の絶対座標系での方向余弦を算出する座標変換回路
と、を備えた移動体の３次元位置及び３次元角度の検出
装置。2. A three-dimensional position and a three-dimensional angle of a moving object by receiving radio waves transmitted from at least three radio wave transmitting devices whose three-dimensional positions in an absolute coordinate system having the origin at the center of the earth are known. A detecting device for detecting a distance between the moving body and each of the radio wave transmitting devices, an incident direction detecting means for detecting an incident direction of each of the radio waves on the moving body, the distance and Relative coordinate value calculating means for calculating the three-dimensional position of each radio wave transmitting device in a relative coordinate system with the moving body as the origin based on the incident direction; and three-dimensional position information of each radio wave transmitting device in the absolute coordinate system And a coordinate conversion circuit for calculating a three-dimensional position of the relative coordinate origin in the absolute coordinate system and a direction cosine of each relative coordinate axis in the absolute coordinate system from the three-dimensional position information in the relative coordinate system. Moving body 3 A three-dimensional position and three-dimensional angle detection device. 【請求項３】 入射方向検出手段が、特定方向からの入
射電波を遮蔽する遮蔽板を無指向性アンテナの外縁部に
少なくとも１つ回動自在に設けてなる指向性アンテナ
と、前記遮蔽板を回動移動することにより電波の遮蔽及
び解除を行う指向性制御手段とを有することを特徴とす
る請求項２に記載の移動体の３次元位置及び３次元角度
の検出装置。3. The directional antenna, wherein the incident direction detecting means is provided with at least one shielding plate for shielding incident radio waves from a specific direction at an outer edge of the omnidirectional antenna, and 3. The three-dimensional position and three-dimensional angle detecting device according to claim 2, further comprising: a directivity control unit configured to block and release a radio wave by rotating.