JP2004351950A - 天体の立体観測方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】地球における静止衛星軌道1と略同じ大きさを成していると共に地球の赤道面Eに対して傾斜して日本Pの略天頂を通る円軌道3を設定し、円軌道3上に複数の準天頂通過衛星4a,4b,4cを投入して日本Pないしその周辺を常時2機以上で臨むべく配置し、日本Pないしその周辺を臨んでいる2機以上の準天頂通過衛星4a,4b,4cで得た複数の観測データ、及び静止衛星2a,2bで得た観測データを合成して日本Pないしその周辺を常に立体視する。
【選択図】 図1
Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば、地球(天体)における雲の動きを立体的に観察するのに好適な天体の立体観測方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、上記したような天体の立体観測方法としては、例えば、低軌道衛星を用いた立体観測方法や、静止衛星を用いた立体観測方法がある。
【0003】
低軌道衛星を用いた観測方法は、図2に示すように、観測対象Aを3機の低軌道衛星L1,L2,L3のそれぞれで撮影した異なる角度からの画像を合成して観測対象Aないしその周辺を立体視したり、1機の低軌道衛星によって観測対象Aを異なるタイミングで撮影した画像を合成して観測対象Aないしその周辺を立体視したりする方法である。
【0004】
また、これと類似する観測方法として、低軌道を航行するスペースシャトルの本体及びこの本体から伸びるマストにそれぞれ受信機を設けて合成開口レーダを構成し、両受信機により連続して受信した天体からのレーダ反射波を合成してドップラー周波数分析を施すことによって観測対象Aないしその周辺を立体視する方法がある。
【0005】
一方、静止衛星を用いた立体観測方法は、図3に示すように、静止衛星軌道上において観測対象Aを臨む複数機(図では3機)の静止衛星G1,G2,G3のそれぞれで撮影した経度方向にアングルが異なる画像を合成して観測対象Aないしその周辺を立体視する方法である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来において、低軌道衛星L1,L2,L3を用いる立体観測方法では、軌道高度を500kmとした場合、観測対象Aの位置に回帰するのに約40日を要することから、観測対象Aを常に撮影することができない、すなわち、観測対象Aの画像をリアルタイムで提供することができないという問題があった。
【0007】
一方、静止衛星G1,G2,G3を用いた立体観測方法では、ある程度の立体画像を得ることはできるものの、撮影アングルを経度方向だけにしかずらすことができず、その結果、立体視能力に欠けるという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【0008】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、立体視能力の向上を図りつつ、天体における観測対象ないしその周辺を常時立体的に観測することができる天体の立体観測方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係わる天体の立体観測方法は、天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と同じ略大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る円軌道を設定し、上記円軌道上に複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時2機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる2機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する構成としており、この天体の立体観測方法の構成を従来の課題を解決するための手段としている。
【0010】
本発明の請求項2に係わる天体の立体観測方法は、天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と同じ略大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る離心率≠0の楕円軌道を設定し、上記楕円軌道上に複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時2機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる2機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する構成としており、この天体の立体観測方法の構成を従来の課題を解決するための手段としている。
【0011】
本発明の請求項3に係わる天体の立体観測方法は、天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と同じ略大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る円軌道を設定し、上記静止衛星軌道には上記観測対象ないしその周辺を臨む静止衛星を投入すると共に上記円軌道上には複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時1機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる静止衛星及び1機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する構成としており、この天体の立体観測方法の構成を従来の課題を解決するための手段としている。
【0012】
本発明の請求項4に係わる天体の立体観測方法は、天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と同じ略大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る離心率≠0の楕円軌道を設定し、上記静止衛星軌道には上記観測対象ないしその周辺を臨む静止衛星を投入すると共に上記楕円軌道上には複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時1機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる静止衛星及び1機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する構成としており、この天体の立体観測方法の構成を従来の課題を解決するための手段としている。
【0013】
本発明の請求項5に係わる天体の立体観測方法において、複数の衛星で得た観測データと、天体に設けた観測施設(例えば、地上波局)からの観測データとを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する構成としている。
【0014】
本発明で用いる準天頂通過衛星は、すなわち、静止衛星軌道と同じ略大きさを成し且つ天体の赤道面に対して傾斜する円軌道又は離心率≠0の楕円軌道を航行する準天頂通過衛星は、観測対象と同経度付近において8の字を描くようにして移動する。したがって、観測対象ないしその周辺を常時2機以上の準天頂通過衛星が臨むようにするためには、この準天頂通過衛星を上記円軌道又は楕円軌道に適宜間隔を持って少なくとも3機以上配置することが望ましい。
【0015】
また、本発明の天体の立体観測方法において、光学カメラを用いて観測対象ないしその周辺を撮影する方式や、合成開口レーダを用いて観測対象ないしその周辺からの反射波を受信する方式を観測データの取得方式として採用することができるほか、夜間撮影を考慮して暗視装置を用いた観測データの取得方式を採用することができる。
【0016】
ここで、本発明の天体の立体観測方法と低軌道衛星を用いた立体観測方法とを比較すると、本発明の天体の立体観測方法では、準天頂通過衛星によって高俯角からの画像をリアルタイムで取得することができる。これに対して、低軌道衛星を用いる場合、低軌道衛星の観測対象に対する通過速度が早いことから、高俯角からのリアルタイムの観測を行うためには低軌道上に多数の衛星を配置して、観測する衛星を次々に切替える必要がある。
【0017】
低軌道上に配置した全ての衛星が常に同一高度でしかも均一な密度で分布するものと仮定し、本発明における複数個、例えば、3個の準天頂通過衛星を組み合わせて観測を行う場合の俯角(72°程度)と同等の最低俯角を上記低軌道衛星で確保しようとすると、高度900kmでは約2000個、高度500kmでは約5800個の衛星が必要になるという試算結果が得られる。
【0018】
つまり、本発明の天体の立体観測方法では、低軌道衛星を用いた立体観測方法と比べて、高俯角からのリアルタイム画像を極めて少ない衛星数で取得し得ることとなる。
【0019】
次に、本発明の天体の立体観測方法と複数の静止衛星を用いた立体観測方法との差異を検討する。まず、本発明における準天頂通過衛星の軌道を円軌道として高度が常に静止衛星の高度と等しいと仮定し、観測対象を例えば東京(北緯36度)とする。このとき、赤道上に位置する静止衛星の東京を見下ろす俯角は幾何学関係から約45°となり、試算によれば、カメラの方向精度が10−3radの場合において、カメラ視差(カメラを向ける方向の誤差)の影響による取得画像の天体上の位置誤差が57.6kmとなるのに対して、上記したように本発明における準天頂通過衛星の俯角は72°程度であって、上記と同じくカメラの方向精度が10−3radの場合には、カメラ視差の影響による取得画像の天体上の位置誤差が34.6kmとなる。
【0020】
したがって、準天頂通過衛星を用いる場合、カメラを向ける方向の誤差が生じた際の観測点の位置誤差は、静止衛星を用いる場合と比較して40%程度少なくなる(俯角が72°よりも大きければ、位置誤差はより少なくなる。)。
【0021】
このように、本発明の天体の立体観測方法では、準天頂通過衛星が観測対象と同経度付近において8の字を描くようにして移動するので、アングルを緯度方向にずらして撮影した画像、すなわち、高俯角からの画像をリアルタイムで取得することができ、撮影アングルを経度方向だけにしかずらすことができない複数の静止衛星を用いた立体観測方法よりも立体視能力が大幅に向上することとなる。
【0022】
なお、試算によれば、観測対象の略天頂を通る円軌道上を航行する準天頂通過衛星の確保し得る最低俯角は72°であり、一方、観測対象の略天頂を通る離心率≠0の楕円軌道上を航行する準天頂通過衛星の確保し得る最低俯角は80°であり、したがって、より高い立体視能力を求める場合は、離心率≠0の楕円軌道上を航行する準天頂通過衛星を用いることが望ましい。
【0023】
【発明の効果】
本発明の天体の立体観測方法によれば、上記した構成としているので、天体における観測対象ないしその周辺を常時立体的に観測することができるのは勿論のこと、静止衛星のみによる立体観測と比較して、立体視能力の大幅な向上を実現することが可能であり、その結果、地球上の雲を観測対象とした場合には、雲の立体的な動きをリアルタイムで観測することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0024】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0025】
図1は本発明に係わる天体の立体観測方法の一実施例を示しており、この実施例では、地球上における日本の雲の動きを立体視するのに本発明の天体の立体観測方法を用いた場合を示している。
【0026】
この実施例による立体観測方法によって雲の動きを観測する場合、図1(a)に示すように、まず、静止衛星軌道1上に2機の静止衛星2a,2bを投入し、これらの静止衛星2a,2bがいずれも日本P(観測対象としての雲)を臨むように位置調整する。
【0027】
次いで、上記静止衛星軌道1と同じほぼ大きさを成していると共に赤道面Eに対して傾斜角iだけ傾いて日本P付近のほぼ天頂を通る円軌道3(地球表面からの高さが約36000kmの円軌道)を設定し、この円軌道3上に複数(この実施例では3機)の準天頂通過衛星4a,4b,4cを投入する。
【0028】
そして、日本Pを常時1機以上で臨むべく3機の準天頂通過衛星4a,4b,4cの間隔を設定して、上記静止衛星2a,2b及び1機以上の準天頂通過衛星(図示例の状態では1機の準天頂通過衛星4c)から日本Pないしその周辺をそれぞれ光学カメラで撮影する。
【0029】
この際、準天頂通過衛星4a,4b,4cは、図1(b)に示すように、日本Pと同経度付近において8の字を描くようにして移動するので、すなわち、南北に移動するので、アングルを緯度方向にずらして撮影した画像も得ることができることとなり、したがって、静止衛星2a,2b及び1機の準天頂通過衛星4cから得た複数の画像(観測データ)を合成すれば、日本Pないしその周辺の高度な立体視を行い得ることとなる。
【0030】
また、3機の準天頂通過衛星4a,4b,4cのうちの1機が常時日本Pを臨むようにしているので、高度な立体視能力を有しつつ日本Pないしその周辺を常時立体的に観測することができ、その結果、日本Pの上空における雲の立体的な動きをリアルタイムで観測し得ることとなる。
【0031】
上記した実施例では、3機の準天頂通過衛星4a,4b,4cだけでなく、2機の静止衛星2a,2bをも用いて観測するようにしているが、3機の準天頂通過衛星4a,4b,4cのみで立体観測することも可能である。
【0032】
また、上記した実施例では、赤道面Eに対して傾斜角iだけ傾いて日本P付近のほぼ天頂を通る地球表面からの高さが約36000kmの円軌道3に3機の準天頂通過衛星4a,4b,4cを投入して航行させる場合を示したが、これに限定されるものではなく、赤道面Eに対して傾斜角iだけ傾いて日本P付近のほぼ天頂を通る離心率≠0の楕円軌道に3機の準天頂通過衛星4a,4b,4cを投入するようにしてもよい。
【0033】
さらに、上記した実施例では、観測データの取得方式を光学カメラとした場合を示したが、これに限定されるものではなく、観測データの取得方式として合成開口レーダを用いたり、暗視装置を用いたりすることができ、観測データの取得方式として合成開口レーダを用いた場合には、地上の観測施設、例えば、地上波局からの観測データも合わせて合成すれば、より一層高度な立体視が可能となる。
【0034】
さらにまた、上記した実施例では、観測対象の天体が地球である場合を示したが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる天体の立体観測方法の一実施例を示す衛星の軌道説明図(a)及び地球に対する準天頂通過衛星の動きを説明する図(b)である。
【図2】従来における天体の立体観測方法を示す低軌道衛星による観測状況を示す図である。
【図3】従来における他の天体の立体観測方法を示す静止衛星による観測状況を示す図である。
【符号の説明】
1 静止衛星軌道
2a,2b 静止衛星
3 円軌道
4a,4b,4c 準天頂通過衛星
E 地球の赤道面
P 日本(上空の雲;観測対象)
Claims (5)
- 天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と略同じ大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る円軌道を設定し、上記円軌道上に複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時2機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる2機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視することを特徴とする天体の立体観測方法。
- 天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と略同じ大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る離心率≠0の楕円軌道を設定し、上記楕円軌道上に複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時2機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる2機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視することを特徴とする天体の立体観測方法。
- 天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と略同じ大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る円軌道を設定し、上記静止衛星軌道には上記観測対象ないしその周辺を臨む静止衛星を投入すると共に上記円軌道上には複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時1機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる静止衛星及び1機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視することを特徴とする天体の立体観測方法。
- 天体に設定した観測対象ないしその周辺を立体的に観測する方法であって、上記天体における静止衛星軌道と略同じ大きさを成していると共に上記天体の赤道面に対して傾斜して上記観測対象の略天頂を通る離心率≠0の楕円軌道を設定し、上記静止衛星軌道には上記観測対象ないしその周辺を臨む静止衛星を投入すると共に上記楕円軌道上には複数の準天頂通過衛星を投入して上記観測対象ないしその周辺を常時1機以上で臨むべく配置し、上記観測対象ないしその周辺を臨んでいる静止衛星及び1機以上の準天頂通過衛星で得た複数の観測データを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視することを特徴とする天体の立体観測方法。
- 複数の衛星で得た観測データと、天体に設けた観測施設からの観測データとを合成して観測対象ないしその周辺を常に立体視する請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の天体の立体観測方法。
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