JP4783929B2 - Direction information acquisition method - Google Patents
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Description
本発明は、ＧＰＳ(Global Positioning System：全地球測位システム）衛星より送信される信号を受けて方向情報を取得する方法に関する。 The present invention relates to a method for obtaining direction information by receiving a signal transmitted from a GPS (Global Positioning System) satellite.
既に本発明者は、地表使用を前提にする限りにおいては、ＧＰＳ衛星より送信されてくる信号により、それまでのように単に位置情報、ＧＰＳ時刻等の測位情報を得るのみならず、下記特許文献１において、一対の平面パッチアンテナを用いて方位情報をも取得する方法を提案した。
すなわち、この特許文献１では、一対のＧＰＳアンテナを互いに平行かつ背向するように垂直に配置し、各ＧＰＳアンテナは、向いている方向の上空四分の一の天球にアンテナ感度及び上空覆域を持つようにさせ、それぞれのアンテナに接続されている受信機部より受信した全てのＧＰＳ衛星の信号強度値を取り出し、この取り出した信号強度の比較に基づいて、それぞれの信号を送信したＧＰＳ衛星がどちらのアンテナの上空覆域に存在していたかの判定を行い、この衛星の存在領域判定結果の環状の数列が含む情報に基づいて計測方向の方位を限定または特定した。
That is, in this
さらに、本発明者は、こうした方位情報取得方法を市販のＧＰＳ受信機構成を活用して実現するため、下記特許文献２に認められるように、一対のパッチアンテナを互いに平行かつ背向するように垂直に配置し、一対のＧＰＳ受信機をデータ送信部とデータ受信部が互いに対面するように配置することで、一方のＧＰＳ受信機で受信したＧＰＳ衛星のデータを他方のＧＰＳ受信機へ送信させ得るようにし、これにより、二つのデータをデータ処理部で処理し、もって方位情報を容易に取得する構成も提案した。
また、下記特許文献３に認められる通り、一対の平面アンテナを用いる点では上記特許文献２と同じであるが、一対の平面アンテナを互いに平行ではなく、非平行に配置しても高精度に方位情報を取得し得る方法も提案した。つまり、一対の平面アンテナを互いに非平行かつ背向するように垂直に配置し、各平面アンテナは、向いている方向の上空四分の一の天球にアンテナ感度及び上空覆域を持つようにさせ、それぞれのアンテナに接続されている受信機部より受信した全てのＧＰＳ衛星の信号強度値を取り出し、この取り出した信号強度の比較に基づいて、それぞれの信号を送信したＧＰＳ衛星がどちらのアンテナの上空覆域に存在していたかの判定を行い、この衛星の存在領域判定結果の環状の数列が含む情報に基づいて計測方向の方位を限定または特定した。
本発明者はこうした発明をさらに発展させ、下記特許文献４において、これもまた地表使用を前提とした上での対策ではあるが、一枚のみのＧＰＳ平面アンテナを地表に垂直に用いることで、方位情報を取得する方法を提案した。またそれだけでは精度が不足する場合には、そのアンテナの向きを反転させて計測することにより、二枚の平行かつ背向のアンテナの組が存在する場合と同じ精度を実現する方法を提案した。すなわち、一枚のＧＰＳ平面アンテナを地表に垂直に配置し、ＧＰＳ平面アンテナは、向いている方向の上空四分の一の天球にアンテナ感度及び上空覆域を持つようにさせ、そのアンテナに接続されている受信機部より受信した全てのＧＰＳ衛星の信号強度値を取り出し、この取り出した信号強度に基づいて、それぞれの信号を送信したＧＰＳ衛星がアンテナの上空覆域に存在していたかの判定を行い、この衛星の存在領域判定結果の環状の数列が含む情報に基づいて計測方向の方位を限定または特定した。
以上のような特許文献１〜４の持つ意味、すなわち産業界への貢献度は極めて大きい。ＧＰＳ衛星の信号による方位情報は、磁場に影響されるコンパスによって求める方位情報に比べ、信頼性が高いからである。
The meanings of
しかし、本発明者は、これら特許文献１〜４にて開示の方位情報取得方法にも、未だ改良の余地があると認めた。すなわち、これら特許発明は、いずれも、あくまで地表上での使用をのみ想定しており、換言すれば次の二点の限定があったと言える。
（限定１）平面アンテナの配向は、「大地に垂直に設置」のみ。
（限定２）出力は「方位」情報のみ。
However, the present inventor has recognized that there is still room for improvement in the orientation information acquisition methods disclosed in
(Limitation 1) The orientation of the planar antenna is only “installed perpendicular to the ground”.
(Limit 2) The output is only “direction” information.
これらの限定１，２は、地表活動における人間の自然な行動や移動体の動作の特性に基礎を置いた至極自然なものであり、その意味で、地表上での使用をのみ考慮すればよいのであるならば、特許文献１〜４に開示の技術は十分に満足なものである。
These
しかし、時代の変化と共に、人間の活動範囲が広がり、人類は、後述する新たな行動環境に直面しつつある。同時に、それに応じた技術的支援が求められてきた。そこで本発明者は、既述した二点の限定についてこれを解除せんと考えた。すなわち、それぞれを本発明の改良目的として捕らえるのならば、次のようになる。 However, with the changing times, the range of human activities has expanded, and humankind is facing a new behavioral environment to be described later. At the same time, technical support has been required. Therefore, the present inventor considered that the limitation of the two points described above was not lifted. That is, if each of them is regarded as an improvement object of the present invention, the following is obtained.
（改良目的１）ＧＰＳ平面アンテナの配向は、「大地に垂直に設置のみ」、という従前の限定を解除し、「任意の方向に自在に設置」された状態でも、従前同様、即座かつ簡便、廉価に結果を得られるようにする。
（改良目的２）出力は「方位」情報のみに限るという従前の限定を解除し、より活用性の高い「方向」情報（方位情報のみならず仰角情報をも加えられたもの）までも得られるようにする。
(Improvement Objective 1) The orientation of the GPS planar antenna is the same as in the past, even if it is in the state of being “installed freely in any direction” in the state where the previous limitation of “installation perpendicular to the ground only” is released. Make the results cheaper.
(Improvement objective 2) The previous limitation that the output is limited to only “azimuth” information is released, and even more highly useful “direction” information (which includes not only azimuth information but also elevation angle information) can be obtained. Like that.
本発明は、これら改良目的１，２を達成する技術を提案するものであるが、そのために従前の上記特許文献１〜４にて開示の発明が持っていた長所が損なわれるようなことはないようにする。例えば、簡便かつ廉価であって即時性を備え、全地球表面上およびその上空でも使用可能な、非移動・非回転の静止状態でも結果が得られ、実際にも将来の市民等に役立つ技術である，というような利点はそのままに維持するべく図る。
The present invention proposes a technique for achieving these improved
上記の改良目的１に就き詳しく述べると、従前の既掲特許群におけるように、ＧＰＳ平面アンテナを「大地に垂直に設置」する，ということは、「鉛直軸に沿って設置」する，と言い換えられる。鉛直軸は重力方向であるから、鉛直軸に垂直に交わる平面が大地あるいは水平面であると考えてよい。地表において活動中の人間にとっては、鉛直軸・重力方向の認識は容易であると同時に、行動の基礎となる外界認識の大前提である。鉛直軸と体躯軸のあらかたの一致性に関しては、通常の正常な活動では維持されていて、大きく変動することはあまりない。すなわち、直立歩行移動をしている場合が多いので、その状態でも、従前の方向情報取得装置を体側や側頭部に配備して用いれば、常に大地に垂直という条件は満たされており、従前技術の即時利用可能性を高めていた。仮に身体から離して、大地に垂直に設置するのも、僅か一瞬に成し得る容易なことであり、特段の苦労もなかった。これも地表において鉛直軸の認識がきわめて容易であるが故である。仮に人が横に寝ていたりする場合は、活動休止中であることが多く、方位を求める必要もさほどない状況であり、これも特段の問題はない。移動体の側面への貼り付けも、同様に、旅客を主とする陸上移動体や旅客を主とする海上移動体が正常な地表活動（運行）をなしている場合においては、鉛直軸の移動体上下軸の大きな不一致は、実際上殆どないため、アンテナなどの垂直設置は、極めて妥当かつ簡便性を推進する仮定であった。
To describe in detail the purpose of
ところが、宇宙空間軌道上における母船外活動者等のように、重力軸（鉛直軸）と体躯の中心軸が大きくずれたまま、つまり一致しないまま、作業を行うことがむしろ通常の活動様式が現れた。この例では、重力軸（鉛直軸）と体躯の中心軸が一致しない活動時間の方が、むしろ、作業時間の大半を占める。またそれら両軸が一致していないという自覚も作業者にはほとんどない。宇宙船自体も、陸上移動体や海上移動体、旅客機等の航空移動体とは異なり、鉛直軸上下方向といわゆる機体上下軸の一致も前提としていない。この状況下では、地表上では前提とできた、鉛直軸と体躯中心軸の一致性を十分に活用して、計測の簡便さの増進を図るとの便法は適切ではない。 However, as in the case of an off-board activist in outer space orbit, it is rather a normal activity mode to work without the gravity axis (vertical axis) and the center axis of the body being greatly deviated, that is, inconsistent. It was. In this example, the activity time in which the gravity axis (vertical axis) and the central axis of the body do not coincide with each other occupies most of the work time. Also, the worker has little awareness that the two axes do not match. The spacecraft itself is not premised on the coincidence between the vertical direction of the vertical axis and the so-called vertical axis of the aircraft, unlike air vehicles such as land vehicles, marine vehicles, and passenger aircraft. Under this circumstance, it is not appropriate to use the coincidence between the vertical axis and the central axis of the body, which was assumed on the ground surface, to improve the convenience of measurement.
この環境において、なおも、上記特許文献１〜４にて開示の方位情報取得方法をそのまま直裁的に実施しようとすると煩雑なことになる。例えば「鉛直方向にあるいは大地に垂直に、平面アンテナを設置して・・・」という作業は、宇宙船外作業で通常は意識しなくても済むはずの鉛直方向を意識させ、予想外の事前準備作業と心理的当惑を使用者に負荷する。軌道上の微小重力環境では人間が感知するには極めて微小で、残念なことに人間の生来的な重力センサーはその知覚ができる程には鋭敏でない。力を抜いた腕や柔軟性のある衣類の垂下する方向として地表では判断も可能であった重力方向が、軌道上の微小重力環境下では明らかとはならない。軌道上での船内・船外活動は、一般に宇宙遊泳と呼ばれる状態が実現するのはこれが故である。
In this environment, it is still complicated if the azimuth information acquisition method disclosed in
仮に重力方向の探知は暫く措くとして、「大地に対して」における「大地」を探索するにしても、既にそれは宇宙船から最早数百km以上の遠方であって、常に大地が視野にあることの保障はない上に、地球方向の探索自体が大きな作業負荷となる。地表では予想し得なかったことではあるが、「鉛直に」も「大地に垂直に」のいずれも、その配向条件自体が、準備負荷を激増させ、本来の利点の即時性・簡便性を傷つけてしまうのである。 Even if the detection of the direction of gravity is taken for a while, even if you search for “earth” in “to the earth”, it is already far away from the spaceship several hundred km, and the earth is always in view. There is no guarantee, and the search in the direction of the earth itself is a heavy workload. Although unpredictable on the surface of the earth, the orientation conditions of both “vertically” and “perpendicular to the ground” increase the preparation load and hurt the immediacy and simplicity of the original advantages. It will end up.
大地の視認も困難かつ、鉛直軸（あるいはそれへの垂直面としての水平面）の体感的認知も困難な、微小重力環境（いわゆる無重力環境：具体的には宇宙空間や軌道上）も最早人間の活動範囲となってきた現在、この環境で上記特許文献１〜４にて開示の方位情報取得方法を実施しようとすれば、一々鉛直方向を検出し、その方向に平面アンテナを沿わせるという作業負荷を生じ、それから、上記特許文献１〜４にて開示の方位情報取得方法を実施するという、実に作業負荷の多い煩雑な手続きとなる。そこで本発明では、本来の即時性を活かす装置の考案を成すとの基本姿勢に立ち、煩雑な作業なしに、いかなる姿勢でいてもそのままに、即座かつ簡便かつ廉価に結果が得られる方法を提案せんとする。
The microgravity environment (so-called zero-gravity environment: specifically in space and orbit), which is difficult to see the earth and difficult to perceive the vertical axis (or the horizontal plane as a vertical plane to it) is no longer human. Currently, it has become an activity range, and if it is going to carry out the azimuth information acquisition method disclosed in
次に、上記の改良目的２に就いて詳述する。「方位」は水平面内という２次元平面内における向きの概念であり、「方向」は３次元空間における向きの概念であると区別する。すると両者の特性がイメージを伴って良く差別化できる。 Next, the improvement purpose 2 will be described in detail. “Orientation” is a concept of orientation in a two-dimensional plane, that is, in a horizontal plane, and “direction” is distinguished from a concept of orientation in a three-dimensional space. Then, both characteristics can be well differentiated with an image.
「方位」は、「天頂を通過する子午線の片側方向が、南北子午線の北側方向となす角度」ではあるが、その結果は、水平面内という２次元平面内に閉じている中での向きの概念である。それに対し、「方向」は、水平面内に閉じるとの制限を超えて、その水平面内から飛び出す向き、すなわち（この場合はいわゆる）「仰角」も含めた組で、３次元空間内における向きを示す概念である。例えば「方位」は方位角で表現し、「北方向を基準にして時計回りに35度」等と言う。すなわちこれは、地球の一点における接平面としての水平面（鉛直軸に垂直な面）を考え、その平面内に閉じた内での向きを表現している。東西南北等、古くから使われる語や、それらの語の組み合わせ（東北東など）で言い習わしてきたことからも推察されるように、人類に馴染みが深い概念である。地表面や重力の影響の強い圏内での人類の活動に供するには、非常に有用かつ強力な行動決定支援情報で、簡素な表現の割に、歩行支援、航海術等の領域で高度かつ十分な実用性が認められてきた。 "Orientation" is "the angle formed by one side of the meridian passing through the zenith and the north side of the north-south meridian", but the result is the concept of the orientation while closed in a two-dimensional plane in the horizontal plane It is. On the other hand, the “direction” indicates the direction in the three-dimensional space in a set including the direction of jumping out of the horizontal plane beyond the limit of closing in the horizontal plane, that is, the “elevation angle” (in this case). It is a concept. For example, “azimuth” is expressed as an azimuth angle, and is “35 degrees clockwise with respect to the north direction”. In other words, this represents a horizontal plane (plane perpendicular to the vertical axis) as a tangent plane at one point of the earth, and represents the orientation within the plane. It is a concept familiar to humanity, as can be inferred from words that have been used for a long time, such as east, west, south, and north, and combinations of those words (east and northeast). Very useful and powerful action decision support information, which is highly useful and powerful in areas such as walking support and navigation, in order to be used for human activities within the area where the influence of the ground surface and gravity is strong. Practical utility has been recognized.
一方、「方向」は、３次元空間内の向きであるため、形式的にはベクトル表現で簡素に表すべきものである。ここにベクトル等という近代科学の用語が用いられること自体が、上記の方位（東西南北という日常語）として人類史で親しまれてきた情報との間の溝の大きさを示しているとも言えよう。が、より直感的に、方位角のアナロジーとして、方位角と仰角の組み合わせ等により表現も可能である。 On the other hand, since the “direction” is the direction in the three-dimensional space, it should be expressed simply in vector form in terms of form. It can be said that the use of the terminology of modern science, such as vector, here indicates the size of the gap between the above-mentioned direction (the everyday word of east, west, south, and north) and information that has been popular in human history. . However, it can be expressed more intuitively by a combination of azimuth and elevation as an analogy of azimuth.
「方位」でなく「方向」の提供は、地表面や重力の影響の強い圏内を「越えた」場所での人類の活動に、多大な効果を奏する。その効果が顕著である例の一端を以下に示す。 Providing “direction” instead of “orientation” has a great effect on human activities in a place “beyond” the area where the influence of the ground surface and gravity is strong. One example of an example in which the effect is remarkable is shown below.
宇宙空間においては、「姿勢」の認知は、安全の観点からして、極めて重要な意味を持つ。宇宙空間では、なんらかの物体との接触は一般に極めて危険な事象とされる。危険浮遊物（宇宙塵等、一般に高速であることが多い）が機体座標軸表現である数値方向から接近して来るとの報知を無線通報により受けた場合、数値的な座標表現ではなく、自分の身体との関係において、一体、どちらかから危険物が数秒後に到来するのか、そして、上下前後左右、あるいはその複合方向の、どちらの方向に回避行動を即時取るべきかは、姿勢検知の検知が迅速に成され得た後に始めて可能となる。また危険が迫ってきたのかそうでないのかには拘わらず、例えば母船に戻るような場合にも、現在の自らの姿勢が判明していないと、宇宙服のゴーグルの視野限定のために母船位置の視認だけを目的にして、自らが装備する貴重な推薬を消費する回転運動の要が生じ、有限の貴重な推薬を浪費するとともに時間や労力も共に浪費する。 In outer space, the recognition of “posture” is extremely important from the viewpoint of safety. In outer space, contact with any object is generally considered a very dangerous event. If you are notified by radio notification that dangerous suspended matter (cosmic dust, etc., which is generally high-speed) is approaching from the numerical direction of the aircraft coordinate axis representation, it is not your numerical coordinate representation but your body In relation to, the detection of posture detection is quicker as to whether dangerous goods will arrive in a few seconds later, and whether to take immediate avoidance action in the direction of up / down, front / back, left / right, or their combined direction. Only after it can be made possible. Regardless of whether the danger is imminent or not, for example, when returning to the mother ship, if the current attitude of the ship is not known, the position of the mother ship position will be limited to limit the field of view of the goggles in the space suit. For the purpose of visual recognition only, a pivotal motion that consumes the valuable propellant that it equips is generated, which wastes a finite amount of valuable propellant as well as time and labor.
これら煩雑で意味の乏しい作業量の増加が災害リスクに遭遇する確率の増加を招き、また作業時間の延長が潜在的な危険（宇宙服を透過する強力宇宙線による恒常的な不可避被爆量）の増大を招く事実を考え併せれば、廉価かつ迅速に、小型薄型の装置で簡便に姿勢検知が常時成立していることは、軌道上での活動者の安全の維持のために多大な効果を奏する上、主観的にも安心の増大という心理面の安定も齎し、これにより極低温環境・高放射線被爆環境・無数の物理的作業制約環境の下にある極限状態の軌道上空間において緊張の連続を強いられる中での作業における、深刻なヒューマンエラーの低減にも役立つ。 These complicated and meaningless increases in work volume increase the probability of encountering disaster risks, and extended work time is a potential danger (constant inevitable exposure due to strong cosmic rays that penetrate space suits). Considering the facts that lead to the increase, the fact that posture detection is always established simply and easily with a small and thin device at a low cost has a great effect on maintaining the safety of the activists on the track. In addition to the performance, the psychological stability of increased peace of mind is also subjectively felt, which makes continuous tension in an orbital space in an extreme state under a cryogenic environment, a high radiation exposure environment, and a myriad of physical work constraints. It helps to reduce serious human errors in work while being forced to.
例えば近年では、スペースシャトル・コロンビア号の大気圏再突入に際しての悲惨な事故があった。独立専門調査委員会によれば、打ち上げリフトオフ時に外部タンク表面から剥離落下した氷塊がシャトル本体の断熱パネルに与えた損傷箇所が、大気圏再突入時の高温にて破壊的な結果を招いたとされる。事故後、独立専門調査委員会は、軌道上での斯様な損傷の修理を可能ならしめる技術の確立を提言し、シャトルの宇宙サービス再開の条件とした。シャトルの宇宙サービス再開までには、長期間の中断を生じ、宇宙開発競争における米国の立ち遅れと、中国・ロシア・ＥＵ等、他諸国の追いつきを許してしまった歴史的事実が観察される。米国独立専門調査委員会によりシャトル再開の条件として勧告された船体表面の断熱パネルの修理能力の確保も、結局は船外活動に負う必要がある。このような船外修理活動にも、本発明はその船外活動者の作業の安心・安全の確保に役立つ。船体修理活動における安心・安全に基礎を置いた作業者の集中・専念を可能とすることは、その宇宙船の乗員全員の安心・安全を確保するのに貢献し、さらには上記の歴史に鑑みれば、一国の宇宙開発計画とそれが齎す経済活動の進捗の安定化に、多大な効果を奏し得る重大事である。 For example, in recent years there have been catastrophic accidents when the Space Shuttle Columbia re-entered the atmosphere. According to the Independent Expert Research Committee, the damage caused to the insulation panel of the shuttle body by the ice blocks that fell off the surface of the external tank at the time of launch lift-off caused destructive results at high temperatures during re-entry into the atmosphere. The After the accident, the Independent Expert Research Committee recommended the establishment of technology that would enable repair of such damage in orbit and made it a condition for resuming shuttle space services. By the time the shuttle space service resumes, there will be a long-term interruption, and there will be observed historical facts that have allowed the US to lag behind in space development competition and catch up with other countries such as China, Russia and the EU. Ensuring the repair capability of the thermal insulation panels on the hull surface, which was recommended as a condition for resuming the shuttle by the US Independent Research Committee, will ultimately need to be taken by extravehicular activities. For such outboard repair activities, the present invention is useful for ensuring the safety and security of the work of the outboard operator. Enabling the concentration and dedication of workers based on safety and security in hull repair activities contributes to ensuring the safety and security of all crew members of the spacecraft, and in view of the above history. For example, it is an important matter that can have a great effect on the stabilization of the progress of the national space development plan and the economic activities it entails.
ここで「姿勢」についても言及しておく。３次元空間中での、質点でない体積を持つ固体物において、「姿勢」は独立した２軸等の複数の方向の規定(限定)によって規定(限定)される。人体の関節等における柔軟性は、本書においてはさしあたり、便宜上無視する。人間を、ほぼ体躯中心軸と顔面正面方向を含むある平面について、左右対称の固体と措定する。この固体物質の姿勢は、例えば、顔面正面方向と右肩方向に関する、それぞれの規定(限定)によって、規定(限定)される。さらに言えば、顔面正面方向だけの規定(限定)が成されただけの状態でも(残る１自由度が解消されていないものの)、全くなんらの情報がない宇宙空間での不安定な状況に比して、視線方向の規定(限定)がなされ、視界中の視野天体の同定が可能であり、限定的にではあるが、重要な姿勢情報が与えられたと考えることも有用性の観点から適切であろう。 Here, “posture” is also mentioned. In a solid object having a volume that is not a mass point in a three-dimensional space, the “posture” is defined (limited) by defining (limited) a plurality of directions such as two independent axes. The flexibility in the joints of the human body is ignored for the sake of convenience in this document. A person is regarded as a symmetrical object about a plane that includes the center axis of the body and the front direction of the face. The posture of the solid substance is defined (limited) by, for example, the respective defined (limited) regarding the front face direction and the right shoulder direction. Furthermore, even if the regulation (limitation) only in the front direction of the face is made (although the remaining one degree of freedom has not been eliminated), it is compared with the unstable situation in outer space where there is no information at all. Therefore, the gaze direction is defined (limited), and it is possible to identify the celestial object in the field of view, but it is also appropriate from the viewpoint of usefulness to consider that important posture information is given to a limited extent. I will.
以上述べてきたことを纏めると次のようになる。従来の地表活動では、鉛直軸と体躯中心軸の一致が前提とでき、同時に、位置と体躯の正面の方位が分かれば（仰角が特段得られなくても）、行動決定には多くの場合、十分であり実用的であった。しかし、軌道上等の微小重力環境の宇宙空間、あるいは地表近くでも姿勢が変動するか、ないしは変動するイメージが重要となる個々の場合においては、鉛直軸と体躯中心軸位置の一致はむしろ稀であるため利便性の向上に活用できず、さらに位置と体躯正面の方位が得られても行動決定に十分でなく、位置と体躯正面の「方向」(方位角と仰角)まで得ることによってさらなる恩恵が生じる。そこで本発明では、こうした概念に従い、微小重力環境では検出しにくい鉛直の方向にわざわざアンテナ配向を沿わせる煩雑さがなく、装着時等の任意瞬間の配向のまま直ちに方向情報取得を簡便に実施できと共に、「方位」という、２次元平面内に閉じた情報のために３次元空間内では利活用に制約のある情報でなく、３次元空間内において即戦力となる「方向」を簡便かつ迅速に廉価な装置を提供せんとするものである。 The summary of what has been described above is as follows. Conventional surface activity can be premised on the coincidence of the vertical axis and the central axis of the body, and at the same time, if the position and orientation of the front of the body are known (even if the elevation angle is not particularly obtained), It was sufficient and practical. However, in the case of microgravity environments such as orbits, or in the individual cases where the posture changes even near the surface or where the changing image is important, the coincidence between the vertical axis and the central axis position of the body is rather rare. Therefore, it cannot be used to improve convenience, and even if the orientation of the position and the front of the body is obtained, it is not sufficient for determining the action, and further benefits can be gained by obtaining the `` direction '' (azimuth and elevation) of the position and the front of the body Occurs. Therefore, according to the present invention, in accordance with such a concept, there is no trouble of manually aligning the antenna orientation in the vertical direction that is difficult to detect in a microgravity environment, and it is possible to easily obtain direction information immediately while maintaining the orientation at an arbitrary moment such as wearing. At the same time, “direction” is information that is closed in the two-dimensional plane and is not limited to utilization in the three-dimensional space. It is intended to provide an inexpensive device.
もちろん、本発明では、可能であるからと言う理由により、仰角を計測するために別個の装置（例えば水準器付仰角計測器等）で計測するような手立ては採用しない。それでは測位のための携行機材も所持しつつ、さらに携行品容積と重量が増えることになり、作業の流れも複数となって煩雑性も高まるからである。それよりは、測位衛星を用いて位置を導出する過程で生成される情報を適切に活用・運用して方位角・仰角を導き、「方向」として使用者に与え、なおかつ、位置情報も一括して提供できることが最も望ましい。そうであってこそ、迅速な行動決定を支援できる簡便・迅速かつ有用な機器と呼べる。本発明ではそのような発想のもとに有用と考える技術を提案せんとする。 Of course, in the present invention, because it is possible, a measure for measuring the elevation angle using a separate device (for example, an elevation angle measuring instrument with a level) is not adopted. Then, while carrying carrying equipment for positioning, the volume and weight of carried goods will increase further, and the work flow will become more complicated, increasing the complexity. Instead, the information generated in the process of deriving the position using the positioning satellite is appropriately utilized and operated to derive the azimuth / elevation angle and give it to the user as the “direction”. It is most desirable that it can be provided. Only then can it be called a simple, quick and useful device that can support quick action decisions. The present invention proposes a technique that is considered useful based on such an idea.
言い換えると、上記特許文献１〜４にて開示の方位情報取得方法において重視されていた特徴群（即時性、簡便性、廉価性、全地球性、静止性ないし非移動非回転性、誤差明示性、類似情報統合提供性（測位と方位の類似情報の同一装置での同時提供））の中にあってその一つの「即時性」に関してのみでなく「類似情報統合提供性」をも宇宙空間作業等においても高い水準で維持するべく、本発明は成されたものである。「類似情報統合提供性」は地表では「測位と方位」であったが、宇宙空間などでは「測位と方向」に、高められて保持されることを目指している。
In other words, feature groups (immediateness, simplicity, inexpensiveness, globality, staticity or non-moving non-rotation, error clarification) emphasized in the orientation information acquisition methods disclosed in
もちろん本発明は地表上での使用を排斥するものではないが、上記の通り、本発明は特に鉛直軸の認知、すなわち姿勢の認知が困難な宇宙空間（宇宙空間や軌道上）でも方向情報提供を極めて簡便、確実にできる手法を提供せんとするものである。 Of course, the present invention does not exclude use on the surface of the earth, but as described above, the present invention provides direction information even in outer space (in space or in orbit) where recognition of the vertical axis, that is, posture is difficult. It is intended to provide a method that can be used in a very simple and reliable manner.
さらに加えて、本発明では副次的な目的として、上記のような手法を特定の装置構成をもって実現するに際しても、廉価で複雑な操作を必要とせず、小型軽量薄型な装置構造で即時性を持って結果を得ることができ、かつまた既存の製造技術を十分に流用することができるがために不具合の原因となり得る新規の開発要素を少なくでき、したがって新規開発コストも抑制できるようにすることや、上記特許文献１〜４に認められたような、環状の数列を用いる手法と等価ではあるが、３次元にもより適した表現方法を用いる手法の提供をも狙っている。
In addition, in the present invention, as a secondary purpose, even when the above-described method is realized with a specific apparatus configuration, it is not necessary to perform an inexpensive and complicated operation, and a compact, lightweight, and thin apparatus structure provides immediateness. To be able to obtain results, and to be able to divert existing manufacturing technology sufficiently, so that it is possible to reduce the number of new development elements that can cause defects, and therefore to reduce the cost of new development. Moreover, although it is equivalent to the method using a cyclic number sequence as recognized in the above-mentioned
上記目的を達成するべく、本発明においては、まず独立請求項で定義し得る第一の発明として、
半球のアンテナパターンを有する一つのＧＰＳアンテナを用い；
このＧＰＳアンテナに接続したＧＰＳ受信機にＧＰＳ衛星信号の捕捉を試みさせ；
得られた信号から覆域に存在する複数のＧＰＳ衛星を判定し；
測位地点から上記複数のＧＰＳ衛星の各々への方向を測位計算の過程から導出し；
導出された各ＧＰＳ衛星の各方向を統括してＧＰＳアンテナ方向を限定すること；
を含み；
導出された各ＧＰＳ衛星の各方向を統括してのＧＰＳアンテナ方向の限定は、上記の被判定各ＧＰＳ衛星方向とＧＰＳアンテナのビーム中心方向とのなす角が90度以下であるということに基づいて限定された各角度範囲を重ね合わせてなすこと；
を特徴とする方向情報取得方法を提案する。
In order to achieve the above object, in the present invention, as a first invention that can be defined in an independent claim,
Using one GPS antenna with a hemispherical antenna pattern;
Let the GPS receiver connected to this GPS antenna try to capture GPS satellite signals;
Determining a plurality of GPS satellites present in the coverage from the obtained signal;
Deriving the direction from the positioning point to each of the plurality of GPS satellites from the process of positioning calculation;
Constraining each direction of each derived GPS satellite to limit the direction of the GPS antenna;
Including:
The limitation of the GPS antenna direction that governs each direction of the derived GPS satellites is based on the fact that the angle formed by each of the GPS satellite directions to be determined and the beam center direction of the GPS antenna is 90 degrees or less. Overlapping each limited angle range ;
We propose a direction information acquisition method characterized by
本発明ではまた、独立請求項で定義し得る第二の発明として、
半球のアンテナパターンを有する複数のＧＰＳアンテナを相互に異なる配向で用い；
各ＧＰＳアンテナにそれぞれ接続した各ＧＰＳ受信機にＧＰＳ衛星信号の捕捉を試みさせ；
各ＧＰＳ受信機で得られた信号から各ＧＰＳアンテナの覆域に存在する複数のＧＰＳ衛星を判定し；
測位地点から上記複数のＧＰＳ衛星の各々への方向を測位計算の過程から導出し；
導出された各ＧＰＳ衛星の各方向を統括して各ＧＰＳアンテナ方向を一時的に限定した上で；
複数のＧＰＳアンテナの中、選ばれた一つのＧＰＳアンテナの方向の限定の情報と、選ばれた一つのＧＰＳアンテナ以外の他のＧＰＳアンテナの方向の限定を、相互に異なる既知の配向の記述に基づいて選ばれたＧＰＳアンテナの方向の限定へと変換した情報とを重ね合わせ、それら方向の限定の情報の積を取ることによって、選ばれたＧＰＳアンテナの一次的に限定された方向を二次的に一層限定すると共に、；
複数のＧＰＳアンテナのそれぞれの方向の限定に基づき姿勢を限定すること；
を含み；
導出された各ＧＰＳ衛星の各方向を統括しての各ＧＰＳアンテナ方向の一時的限定は、上記の被判定各ＧＰＳ衛星方向とＧＰＳアンテナのビーム中心方向とのなす角が90度以下であるということに基づいて限定された各角度範囲を重ね合わせてなすこと；
を特徴とする方向情報取得方法も提案する。
The present invention also provides a second invention that can be defined in the independent claim,
Using multiple GPS antennas with hemispherical antenna patterns in different orientations;
Causing each GPS receiver connected to each GPS antenna to attempt to capture a GPS satellite signal;
Determining a plurality of GPS satellites present in the coverage area of each GPS antenna from the signals obtained by each GPS receiver;
Deriving the direction from the positioning point to each of the plurality of GPS satellites from the process of positioning calculation;
Supervising each direction of each derived GPS satellite and temporarily limiting each GPS antenna direction;
Information on the limitation of the direction of the selected one of the plurality of GPS antennas and the limitation of the direction of other GPS antennas other than the selected one of the GPS antennas can be described in different known orientations. By superimposing the information converted into the limitation of the direction of the selected GPS antenna based on the product and taking the product of the information of the limitation of the direction, the primary limited direction of the selected GPS antenna is secondary And more limited;
Limiting the posture based on the limitation of the direction of each of the plurality of GPS antennas;
Including:
The temporary limitation of the direction of each GPS antenna that governs each direction of each derived GPS satellite is that the angle formed by each GPS satellite direction to be judged and the beam center direction of the GPS antenna is 90 degrees or less. Possibly overlapping each limited range of angles;
We also propose a direction information acquisition method characterized by
なお、
導出された各ＧＰＳ衛星の各方向を統括してのＧＰＳアンテナ方向の限定は、上記の被判定各ＧＰＳ衛星方向の天球上での対応点を中心点として描かれる天球上の各大円の内部領域の積によりＧＰＳアンテナのビーム中心方向を限定することでなすこと；
としてもよい。
In addition,
GPS antenna direction limiting oversees the direction of each GPS satellite issued guide is of the great circle on the celestial sphere drawn corresponding points in the sky above the object to be determined each GPS satellite direction around point By limiting the beam center direction of the GPS antenna by the product of the inner area;
It is good.
なお、
導出された各ＧＰＳ衛星の各方向を統括しての各ＧＰＳアンテナ方向の一時的限定は、上記の被判定各ＧＰＳ衛星方向の天球上での対応点を中心点として描かれる天球上の各大円の内部領域の積によりＧＰＳアンテナのビーム中心方向を限定することでなすこと；
としてもよい。
In addition ,
The temporary limitation of the direction of each GPS antenna that governs the respective directions of the derived GPS satellites is as follows. By limiting the beam center direction of the GPS antenna by the product of the inner area of the circle;
It is good.
さらに、本発明の特定の態様においては、天体、地物その他、母船とかスペースデブリ（宇宙ゴミ）等、母船外活動者に与えた方が便利と思われる参考物体の方向、または方向と当該参考物体までの距離情報をも併せて報知することも提案する。 Further, in a specific aspect of the present invention, the direction or direction of a reference object that is considered to be more convenient to be given to an activator of the mother ship, such as a celestial body, a feature, or other mother ship or space debris (space debris), and the reference. It is also proposed to notify the distance information to the object.
本発明では構造的観点に立っての工夫も提案し、上記の第二発明にて規定される構成に従った上でＧＰＳ平面アンテナを三つ用いる場合、その一つは母船外活動者の頭部に、他の一つは母船外活動者が背負う背負いモジュール等、着用モジュールの一側面に、そして残りの一つは当該着用モジュールの他の側面に装着する構造を用いる手法も提案する。 The present invention also proposes a device from a structural point of view. When three GPS planar antennas are used in accordance with the configuration defined in the second invention, one of them is the head of the mother outboard activist. In addition, a method using a structure in which the other one is mounted on one side of the wearing module, such as a backpack module carried by an off-board activist, and the other one is mounted on the other side of the wearing module is also proposed.
また、この構造とは異なり、母船外活動者の頭部への装着位置を可変できるようにしたＧＰＳ平面アンテナを、物としては一つのみ用いるが、当該頭部装着位置が所定の時間以内に変更された場合に、変更前と変更後の各位置にそれぞれＧＰＳ平面アンテナが設けられているものと見做し、上記において複数のＧＰＳ平面アンテナを用いる場合と同様として取り扱う方法も提案する。 Also, unlike this structure, only one GPS plane antenna that can change the mounting position of the mother outboard activist on the head is used as an object, but the head mounting position is within a predetermined time. When a change is made, it is considered that a GPS plane antenna is provided at each position before and after the change, and a method of handling the same as in the case of using a plurality of GPS plane antennas in the above is also proposed.
そして、上記のいずれの場合にも、報知に視覚情報を含ませる場合、限定された方向ないしはそれに近い方向にある上記のような星座，恒星，天体のどれか一つまたは幾つかの名称を二重写し可能なゴーグルを母船外活動者に装着させることも提案する。 In any of the above cases, when visual information is included in the notification, any one or several names of constellations, stars, celestial bodies as described above in a limited direction or a direction close thereto are given. It is also proposed that goggles that can be duplicated are worn by mother outboard activists.
加えて、従前の特許群との相違をより明確に表現し得る構成としては、上記第一、第二発明のいずれにおいても、ＧＰＳ平面アンテナの少なくとも一つ（第一発明の場合はそもそも一つであるが）のビーム中心を水平以外の方向に配置する，という構成要件も付加できる。水平とはもちろん、例え極めて微少な地球重力環境下においても当該重力方向と直交する方向であることは言うを俟たない。 In addition, as a configuration that can express the difference from the previous patent group more clearly, in either of the first and second inventions, at least one of the GPS planar antennas (in the first invention, one in the first place) However, a configuration requirement that the beam center is arranged in a direction other than horizontal can be added. It goes without saying that the direction is perpendicular to the direction of gravity, even in a very small earth gravity environment.
本発明によると、装置構成自体は既存の技術でも構築できる小型で信頼性の高いものを使用しながら、鉛直軸の認知が困難な宇宙空間（宇宙空間や軌道上）での姿勢情報を含めた方向情報取得が極めて簡単に、かつ精度良く行える。後述の実施形態からも明らかなように、本発明に従えば、結局、方向をある多角錘類似形状の範囲に簡単に絞り込むことができる。 According to the present invention, the device configuration itself includes a small and reliable one that can be constructed even by existing technology, and includes attitude information in outer space (space or in orbit) where the vertical axis is difficult to recognize. Direction information can be obtained very easily and accurately. As will be apparent from the embodiments described later, according to the present invention, the direction can be easily narrowed down to a range of a polygonal pyramid-like shape.
軌道上、あるいは、微小重力環境で、母船の傍の宇宙空間等で母船外活動する際、等速直線運動に近い移動を母船と共に無自覚にはしてはいても、実際にはその移動方向を視覚的に認知する適切な目標物もなく、加速度ないし重力も微小であるために体感も難しいことから、この意味での移動前後の測位差分でのみ方向が出ても、実用上の意味に極めて乏しい。それ故に、体躯のある部分と一致させられる方向情報が得られることが望まれていたが、本発明はこれに応え得る手法を提供する。 When moving outside the mother ship in orbit, or in a microgravity environment, in the outer space of the mother ship, etc., even if the movement near the constant velocity linear motion is not recognized with the mother ship, the movement direction is actually changed. Since there is no appropriate target to visually recognize and the acceleration or gravity is very small, it is difficult to experience.Therefore, even if the direction comes out only by the positioning difference before and after movement in this sense, it is extremely practical. poor. Therefore, it has been desired to obtain direction information matched with a certain part of the body, but the present invention provides a technique that can respond to this.
そして特に、本発明の特定の態様に従えば、複数のアンテナの配向情報を使うことにより、それら複数のアンテナの方向限定が自ずと装置使用者の姿勢の限定等となり、結局、宇宙空間における母船外活動者等、装置着用者の姿勢の限定ができるがため、これが大いなる利点となる。姿勢を知り得ることは、母船外活動者の安全を図る意味で極めて有用であり、また、進みたい方向への推進装置の駆動に際しても、推薬を浪費させないために効果的である。 And in particular, according to a specific aspect of the present invention, by using the orientation information of a plurality of antennas, the direction limitation of the plurality of antennas naturally becomes the limitation of the posture of the user of the device, and eventually the mother ship's outboard space in space. This can be a great advantage because the posture of the wearer, such as an activist, can be limited. Knowing the attitude is extremely useful in terms of the safety of the off-board activist, and is also effective in not propelling the propellant when driving the propulsion device in the desired direction.
本発明によればさらに、方向限定のために、母船外活動者等、装置装着者が自分でわざわざ移動するという時間の掛かる手法を採らずに済み、静止したまま方向情報の取得をなし得るし、計測のための長い基線を持たずにも済む。本発明方法を実現するにも、高価な位相差検出装置等を具備する必要もなく、現状の技術で既に廉価に提供されている量産型のＧＰＳ装置の回路を流用でき、本発明実施のために実際の装置では改変を要するにしても、廉価で簡易な微細改造を施す程度で簡便に実現できる。そもそも既存のＧＰＳ受信機はＤＳＰなので、プロセッサ付与は容易な上、付与するプロセッサは掛け算、足し算等、基本的な演算ができれば足り、旧世代の廉価な汎用品でも十分であって、本発明を実現するための装置としても、小型軽量で廉価なものとし得る。 Further, according to the present invention, in order to limit the direction, it is not necessary to take a time-consuming method in which the apparatus wearer such as the mother ship's extraordinary person moves by himself, and the direction information can be obtained while being stationary. You don't have to have a long baseline for measurement. In order to implement the method of the present invention, it is not necessary to provide an expensive phase difference detection device or the like, and a circuit of a mass production type GPS device already provided at a low cost with the current technology can be diverted. Even if an actual device needs to be modified, it can be realized simply by making a simple and inexpensive modification at a low price. In the first place, since the existing GPS receiver is a DSP, it is easy to add a processor, and it is sufficient that the processor to be added can perform basic operations such as multiplication and addition, and an inexpensive general-purpose product of the previous generation is sufficient. As a device for realizing it, it can be small, light and inexpensive.
加えて、本発明の特定の態様に従い、数列を利用しての表現ではなく、ＧＰＳ平面アンテナの方向と信号受信衛星方向とのなす角度が90度以下(内積は０以上)であるという事実を利用すれば、いずれもその本質は等価な表現とはいえ、アンテナ数が増大してもよりスマートに見通しのよい算出ができる。 In addition, according to a specific aspect of the present invention, the fact that the angle between the direction of the GPS planar antenna and the direction of the signal receiving satellite is 90 degrees or less (the inner product is 0 or more) is not expressed using a number sequence. If they are used, the essence is an equivalent expression, but even if the number of antennas increases, a smarter and more predictable calculation can be performed.
このように、本発明方法に従うならば、結局、本方法を実現する装置を構築するにも、大掛かりな装置系を必要としないため、薄い小型のものとして、便利なことに、例えば母船外活動者の頭部や背負いモジュール等に装着すること等もでき、こうすれば邪魔にならない。総合すると、本発明方法は即時性、簡便性、廉価性、全地球表面近傍での利用可能性、静止性（非移動非回転性）、誤差明示性（方向限定性）、類似情報統合提供性（測位と方位の類似情報の同一装置での同時提供）等々、多くの利点を生み得る実際的方法である。 As described above, if the method of the present invention is followed, an apparatus for realizing the method does not require a large-scale device system. It can also be attached to the person's head, backpack module, etc., and this will not get in the way. In summary, the method of the present invention is immediacy, simple, inexpensive, usable in the vicinity of the global surface, static (non-moving non-rotatable), error clarification (direction limited), and ability to provide similar information integration (Simultaneous provision of similar information on positioning and orientation on the same device), etc., is a practical method that can produce many advantages.
なお、以上においては主としては軌道上、宇宙空間といった、微小重力環境での応用について述べて来た。これは、有人宇宙時代、つまり、比較的多くの人が衛星軌道上で母船外活動し、微小重力環境の中で、巨大宇宙構造物の建築作業等に従事するような時代の到来が近く予想されている事情にあって、このような作業状況での母船外活動支援、宇宙塵等の高速接近等の危険報知と危険回避行動支援等に有用である。が、これに留まらず、本発明はまた、今後、技術の急進展と軌を同じくして急速な成長が期待される他の種々の環境においても多大な効果を奏し得る。 In the above, we have described applications in microgravity environments, mainly in orbit and outer space. This is the manned space age, that is, the arrival of a time when a relatively large number of people will be engaged in the construction work of giant space structures in a microgravity environment due to the extra-mother activities in the satellite orbit. Therefore, it is useful for supporting off-board activities in such work situations, for notifying hazards such as high-speed approach of space dust, and for supporting danger avoidance actions. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also exert a great effect in various other environments where rapid growth is expected in line with the rapid progress of technology in the future.
例えば、近年注目されている、絶壁を登攀するクライミング業務等への応用も考えられる。この業務では、ザイル等を用いて身体の一部に固着されたハーネスの数点を保持することがあるだけで、姿勢の制御が地表ほどには自在には利かず、刻々の不安定な姿勢変動を伴うことがむしろ通常である。危険予測と回避行動技術は極めて重要であるが、これまではクライミング業務者自身の経験と熟達にのみ任されてきた面が大きい。この職人芸的な熟達への要求が、優秀なクライミング業務従事者を多く育成しての高地動植物地質の採取による医薬研究開発の高度応用と言った新領域創生の取り組みへの現実的な障壁になっていた。この点に鑑みれば、本発明は、こうした分野においても、姿勢検出とそれに基づく行動決定支援に役立つのみならず、危険予測と回避行動への迅速な移行を支援することもできる。姿勢変動記録支援等に展開すれば、本人自身による登攀姿勢記録と登攀行動選択のチェックによる技術改善項目の分析と向上にも、そして後学者への指導にも役立つ。特に大きな自然岸壁登攀時には複数日を要する場合が少なくなく、夜間はザイルや鐙（あぶみ）と呼ばれる登攀補助機器を使用して、不安定な姿勢のまま仮眠を取るなどの状況もむしろ通常である。この場合にも、姿勢変動のモニター、ないし急激な姿勢変動による危険の推定と自動的な報知等に本発明は有効に用い得る。また、これらは同様の行動を人間でなく、ロボットにより作業させる場合の姿勢センサーとしても、当然、有効な活用が期待できる。 For example, it can be applied to climbing work that climbs the precipice, which has been attracting attention in recent years. In this work, only a few points of the harness secured to a part of the body using a zile or the like may be held, and posture control is not as flexible as the ground surface, and unstable posture every moment Rather it is usually accompanied by fluctuations. Danger prediction and avoidance behavior techniques are extremely important, but so far they have been left only to the experience and proficiency of climbers. This demand for craftsmanship proficiency is a realistic barrier to efforts to create new areas, such as advanced application of pharmaceutical research and development by collecting highland animals and plants geology by nurturing many excellent climbing workers It was. In view of this point, the present invention is not only useful for posture detection and action determination support based on it in such fields, but also can support quick transition to danger prediction and avoidance action. If it is developed to support posture change recording, etc., it will be useful for analysis and improvement of technical improvement items by checking the climbing posture recording and climbing behavior selection by the person himself, and also for teaching to later students. In particular, when climbing a large natural quay, multiple days are often required. At night, it is normal to use a climbing assist device called Zile or Abumi to take a nap with an unstable posture. is there. In this case as well, the present invention can be effectively used for monitoring posture fluctuations, estimating dangers due to sudden posture fluctuations, automatic notification, and the like. Of course, they can also be effectively used as posture sensors when a similar action is performed by a robot rather than a human.
さらに、スカイダイビング等は近年高齢者も参画する活動に変貌しつつあり、同時に集団での一斉降下と演技を競う競技へと成長と発展を続け、観客・観衆を動員するイベントとしての産業へと成長を続けている。また高度と自由な姿勢を活かした芸術的撮像とその販売を行う機会としてもその産業上の利用価値が高まっている。ここでも、刻一刻と姿勢が変動することがむしろ自然であって、それが降下速度・降下方向を制御する技術と密接に関係している。この場合も、姿勢変動記録支援等による本人自身による姿勢記録と行動選択のチェックによる技能改善項目の分析と向上、撮像方向の確認、および後学者への指導等に本発明を有効活用できる。万一の事故等発生時の事後検証に備えた自動記録、複数者の一斉競技の場合の衝突回避等の危険緊急一斉報知と回避行動の緊急選択支援等にも有効である。 In addition, Skydiving has recently been transformed into an activity involving senior citizens, and at the same time it has continued to grow and develop into a competition that competes for simultaneous descent and performance in the group, becoming an industry as an event to mobilize the audience and audience It continues to grow. In addition, the value of use in the industry is increasing as an opportunity to perform artistic imaging and sales that take advantage of its advanced and free attitude. Here again, it is natural that the posture changes every moment, which is closely related to the technology that controls the descent speed and descent direction. In this case as well, the present invention can be effectively used for analyzing and improving skill improvement items by checking posture recording and action selection by the person himself / herself with posture change recording support, confirming the imaging direction, and instructing a later student. It is also effective for automatic recording in preparation for subsequent verification in the event of an accident, etc., emergency emergency notifications such as collision avoidance in the case of multiplayer competition, and emergency selection support for avoidance actions.
また、夜間等に野外にて天体観望を試みるに際し、恒星や惑星・月・彗星・流星群・星座・銀河・星雲・星団等を肉眼や双眼鏡あるいは類似の簡便な装置で同定したい場合にも同様である。実際には、長時間に亘る場合、地表上にて立位あるいは座位あるいは仰臥位で観望を行うものであるにしても、これら天体物を同定する場合には、視線すなわち頭部の３次元的な向きに沿って、特に低学年の児童では、その体も自身のイメージの中では、その恒星等の対象の方向に向いている。また星座早見盤に代表される情報は存在しても、それを活用するための視線方向（特に仰角）を正確に知ることは簡単でない。そのため、視線方向と、可能ならば姿勢をも、なんらかの廉価で簡便な機器で迅速に判明することは重要である。恒星・惑星等は観察に際しどれも類似して見え、個数も多いため、仮に星座に関する全天の情報ないし現在の上空の情報（星座早見盤）があっても、視線方向の情報が不十分な場合、星座や恒星を即時に同定するのは経験を積まないと実はそれほど容易なことではない。しかしながら、身体の（この場合自分の視線方向の）３次元的な向き（すなわち方位角のみならず、仰角を含めた情報）も与えられた場合、同定は俄かに容易となる。これはランダムドットの中に構造を見出す作業において探索空間を限定してやることを意味する。探索空間の限定により計算量の爆発が回避されるのである。本発明はこうした要請に十分満足に応えることが出来る。 Also, when trying to observe astronomical objects outdoors at night, etc., if you want to identify stars, planets, moons, comets, meteor showers, constellations, galaxies, nebulae, star clusters, etc. with the naked eye, binoculars, or similar simple devices It is. Actually, in the case of a long time, even if the object is to be observed in a standing position, a sitting position, or a supine position on the ground surface, in order to identify these astronomical objects, the line of sight, that is, the three-dimensional view of the head. Along the direction, especially in the lower grades, their bodies are oriented in the direction of the object, such as their stars, in their own image. In addition, even if there is information represented by the constellation quick-view board, it is not easy to accurately know the viewing direction (especially the elevation angle) for utilizing it. Therefore, it is important to quickly determine the line-of-sight direction and, if possible, the posture with some inexpensive and simple device. Stars, planets, etc. all look similar and have a large number of observations, so even if there is all-sky information about the constellation or the current sky information (constellation chart), the information on the gaze direction is insufficient. In some cases, identifying constellations and stars immediately is not so easy without experience. However, identification is much easier if the three-dimensional orientation of the body (in this case, the direction of the line of sight) (ie, information including not only the azimuth angle but also the elevation angle) is given. This means that the search space is limited in finding the structure in the random dots. Explosion of the calculation amount is avoided by limiting the search space. The present invention can satisfy these requirements sufficiently satisfactorily.
野外星座観望で良く話題になるが、人間の直覚する仰角というのは意外と外れており、45度上空に対象の恒星があるので見るように指示されても、多くの人は45度と思って実は30度程度のところを捜していて対象が見つからないとか、あるいは他の恒星等を誤同定する等と言うことが極めて多い。これは野外天体観望の指導者なら頻繁に経験する有名な現象であって、仰角に関する人間の錯覚的認知の一種とされている。そこで、視線方向の情報を即座に与える装置を提供できれば、野外観察教育等に応用可能な教育支援装置としても有効に活用し得る。一人の指導者が多くの生徒を同時に指導する際にも全員が短時間に同定に成功でき満足できる欠くべからざる有効な補助機器となり、学習時間を有効に使える。本発明はまさしく、これを可能にすることができる。 Although it is often talked about in outdoor constellation observation, the elevation angle that humans perceive is unexpectedly different, and even if it is instructed to see because there is a target star above 45 degrees, many people think that it is 45 degrees In fact, it is very often said that the object is not found when searching for about 30 degrees, or other stars are misidentified. This is a well-known phenomenon that is frequently experienced by instructors in the field of celestial celestial bodies, and is regarded as a kind of human illusion about elevation. Therefore, if a device that provides information on the line of sight can be provided immediately, it can be effectively used as an educational support device that can be applied to field observation education and the like. Even when one instructor teaches many students at the same time, all of them can succeed in identification in a short time and become an indispensable and effective auxiliary equipment that can be used effectively, and learning time can be used effectively. The present invention can indeed make this possible.
ここで改めて、既掲の特許文献１〜４にて開示の方位情報取得方法との差異化をより明確に述べれば次のようになろう。上記特許文献１〜４にて開示の方位情報取得方法は、地表面での行動決定支援に有力かつ決定的な意味を持つ情報である「方位」（特段要求されていない方向でなく）の情報を使用者に与えることを主目的とし、そのために、限られた資源を活用して、それら資源の潜在力を一つも無駄にせず情報化することを主眼としていた。そのため、例えば極限的な状態では、ＧＰＳ衛星が一個しか信号捕捉しえないときでも、その１個の衛星信号から、最大限の情報を引き出せることを良しとした。これは遭難時などには極めて重要なことである。沢山の衛星を用いることができ、つまり資源が潤沢な場合は、正確な情報を与えるが、ある水準の条件を欠いたら慎重に沈黙してしまう，という思想のデバイスは、即時決定の遅れが状況の重大な悪化を招くことで確実な緊急時の行動選択には全く不適である。さらに述べれば、不適以上に危険であることすら予想に難くない。最悪に限りなく近い条件でも、人間にとって役立つ情報をできるだけ与えることができるのが行動決定支援のデバイスにとって良い姿勢である。
Here again, the difference from the azimuth information acquisition method disclosed in
このような発想の下に、既掲特許文献１〜４では、仮に１個しか衛星信号が捕捉し得ないときにも方位情報を出力できるように熟慮の結果、平面アンテナを「大地に垂直」に設置する（換言すれば、アンテナビーム中心を水平に設置する）ことにより、仮に１個しか衛星信号捕捉ができないときにも、少なくとも180度までの方位情報の有効な限定が可能となり、これを必要に応じ幾多の方位に向けて実施することで、さらに絞り込みが可能となるようにしたものである。どんな悪条件でも、出来る限りの情報を提供する緊急時手段という主旨において、本当に危険な状況や一刻を争う遭難状況での貢献を主眼にしたものであった。これがもし、「大地に垂直に設置」以外の角度を許容したならば、仮に１個の衛星捕捉の状況では、方位は全く限定され得ない。この場合、方位の可能性は、なにも計測せず方位限定も行われなかった場合と同じく、依然として全方位360度の可能性が残っているのみで、計測の努力は水泡に帰すばかりか時間と労力の無駄になるのであり、そのような危険を避ける設計を行ったのであった。すなわち、上記特許文献１〜４にて開示の方位情報取得方法は、方位以外の情報、つまり、水平面から飛び出す方向の角度情報（仰角）を、潔く一切捨象する代わりに、方位取得に対して最大の恩恵を齎すように巧緻な設計を施したものであった。
Based on such an idea, in
しかるに、本発明では、このような特許文献１〜４にて開示の方位情報取得方法と異なり、方位にそれほどの恩恵を齎すように（他の情報を一切捨象してまで方位情報取得に対して最大の恩恵を齎すように）設計する必要は無い。それどころか、方向そのもの（方位でなく）を客観的に必要とする状況（宇宙空間等）における人体・人命と安心・安全，財産の保全を最優先に考え、危険回避等に的確に貢献することを第一とするものである。ここでは、逆に方位というものを優遇する必然性は全くなく、淡々と、方向そのものに関して限定を加えていくことが最優遇事項となる。その最優遇事項を現実のものとするべく工夫を加えたものが本発明である。本発明によれば、仮に衛星信号が１個のみしか捕捉し得ない厳しい条件の下でも、方向を少なくともその衛星の方向を中心とする半天球にのみ限定することができる。この事実と、この事実がもたらす有用性に本発明の根本発想が現れているとも言える。
However, in the present invention, unlike the azimuth information acquisition methods disclosed in
以下、添付図面に基づき本発明に係る方向情報取得方法の望ましい実施形態に就き説明する。まず、図１には本発明に使用できる平面アンテナ11が模式的に示されているが、この平面アンテナ11のビーム中心、すなわち矢印で示している法線ベクトルの指向方向を計測方向Dmと呼ぶことにする。限定的ではないが、このように、平面アンテナの一般にビーム側法線ベクトルの方向を当該平面アンテナの方向Dmと観念するのが便利である。
Hereinafter, preferred embodiments of a direction information acquisition method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, FIG. 1 schematically shows a
平面アンテナ11には、既存のＧＰＳ衛星システムで用いられている右旋円偏波に対して半球のビームパターンを備えるものを用いる。半球ビームを持つアンテナパターンのことを文献によっては稀に「無指向性」と表現しているものがあるが、無指向性とは正確には「等方性（isotropic)」の意である。したがって本書では、半球のビームパターンを形容する用途に無指向性との語は用いない。
As the
このように平面アンテナ11を、ある配置に置くと、当該平面アンテナ11の覆域は、図１中で模式的に示した天球の半分CSと一致する。
Thus, when the
しかるに、ＧＰＳ衛星から発信されている測位用の電波(L1波)は、通常、1.5GHz付近のマイクロ波帯域を使用するため、光と同様に直進性が優れている。そのため、ＧＰＳ用平面アンテナ11にＧＰＳ受信機を接続させた場合、このＧＰＳ受信機はＧＰＳ用平面アンテナ11の上空覆域CS内にあるＧＰＳ衛星Saからの信号には同期できるが、当該平面アンテナ11の上空覆域CS内に存在しないＧＰＳ衛星Sbからの信号には同期できない。したがって、この同期の成立の有無を元に、ＧＰＳ衛星Saの存在領域を判定することができるし、そうしたＧＰＳ衛星の存在領域判定と、当該ＧＰＳ衛星の方向情報とを合併して計測方向Dmを限定することができる。つまり測位計算の過程で得られる、各ＧＰＳ衛星へのＧＰＳ平面アンテナ中心からの各方向ベクトル（図１において、斜め右上方向への矢印で示される）と、当該ＧＰＳ平面アンテナの法線ベクトル（すなわち図１におけるDm）のなす角度とは90度以下(すなわち内積は０以上)という事実を利用できる。つまり、これにより、当該ＧＰＳ平面アンテナの法線ベクトルDmの方向を限定できるのである。
However, a positioning radio wave (L1 wave) transmitted from a GPS satellite normally uses a microwave band near 1.5 GHz, and thus has excellent straightness like light. Therefore, when a GPS receiver is connected to the GPS
ところで、本発明でその使用を限定しているように、方向情報取得に用いるＧＰＳ平面アンテナ（実質的に平面パッチアンテナ）は、既存のものでもその大きな特徴として、小型軽量であり、製造容易で安価なことを挙げられる。ただ、平面パッチアンテナの作製において、実際には、設計時に無限大地板を仮定して理論的に計算された右旋円偏波ビーム幅である半球よりも若干広い立体角の右旋円偏波ビーム幅を構成する平面アンテナが完成してしまうことがある。これは理論計算上、無限地板を想定して設計する結果と、現実の様相とが異なることから生じる。これについては、下記非特許文献１，２に明示されている。
このようなビーム形状のずれを基板サイズやパッチサイズ等を僅かに変更しながら修正を施していき、所望のアンテナパターンを得ることは「アンテナ・パターン・シェーピング」として知られているし、また、設計時の計算と異なり、製作結果が半球よりも大きめのビームを持つ場合、不要な感度部分を除去するために、裏側に電波遮蔽素材から成る遮蔽物質を配置することで簡単に半球ビームアンテナを構成し得ることも知られている。 It is known as "antenna pattern shaping" to correct such beam shape deviation while slightly changing the substrate size, patch size, etc., and obtaining the desired antenna pattern, Unlike the calculation at the time of design, when the production result has a beam larger than the hemisphere, in order to remove unnecessary sensitivity parts, a hemispherical beam antenna can be easily installed by placing a shielding material made of radio wave shielding material on the back side. It is also known that it can be configured.
本発明に使用する方向情報取得装置10の構成は、概略的には図２に示すようなものとすることができる。平面アンテナ11にはＧＰＳ受信部12が接続されている。このＧＰＳ受信部12の持つべき機能，仕様は、広く普及している、L1波利用で小型な携帯型測位装置が含むＧＰＳ受信機のそれと同等で良い。すなわち、民生用ＧＰＳ測位装置の小型軽量化に際して培われた小型性，量産性をそのままに受け継ぐことができる。民生用ＧＰＳ測位装置の小型軽量化では、平面パッチアンテナに応分のサイズのＧＰＳ受信機がすでに多く存在しており、容易に製造もできる。また、平面パッチアンテナ11とＧＰＳ受信部12が単一筐体を共有する一体型となっており、両者を併せても掌にすっぽり収まる程度に小型のものも既に安価に存在しており、製造技術上、何の問題もない。これら既存の小型化技術の蓄積を流用することができるので、本発明に使用する方向情報取得装置10は経済的に、かつ小型に構成できる。ただ、後述のように、本発明では複数のＧＰＳ平面アンテナ11を用いるが、この場合、それぞれのＧＰＳ平面アンテナに専用のＧＰＳ受信部12を用いても良いが、共用することもできる。時系列的に複数のＧＰＳ平面アンテナからの信号を順次処理し得るようには既存技術で十分可能である。
The configuration of the direction
チャネル数については、通常12や18が用いられている受信機が多い。近年では24チャネル（24ch）を持つ受信機も珍しくない。これらはチャネル数分の衛星の信号に並列同期できるもので、現在の標準的な仕様であるといえる。繰り返すが本発明では、これら普及型の廉価な携帯用L1波ＧＰＳ受信機と平面アンテナをほぼそのまま流用できる。 Regarding the number of channels, many receivers usually use 12 or 18. In recent years, receivers with 24 channels (24 channels) are not uncommon. These can be synchronized in parallel with satellite signals for the number of channels, and can be said to be the current standard specification. Again, in the present invention, these popular and inexpensive portable L1 wave GPS receivers and planar antennas can be used almost as they are.
さて、使用者が、母船としてスペースシャトル程度の軌道上の母船外活動をなしている母船外活動者であるような場合、地球（仮に足下とする）は全天球のどれだけの部分を遮蔽するかというと、地表に使用者がいる場合の遮蔽部分を仰角ほぼ0度以下とするならば、計算により仰角ほぼ‐14.2度以下が遮蔽部分となる。 Now, if the user is a mother outboard activist who is doing extramural activities on orbit like a space shuttle as a mother ship, the earth (assuming to be a step) will shield what part of the celestial sphere. If the shielding part when the user is on the ground surface is set to an elevation angle of approximately 0 degrees or less, the elevation angle is approximately -14.2 degrees or less by calculation.
このように、地表の場合の地球遮蔽の仰角マスク0度に比べ、スペースシャトル軌道高度程度では約-14.2度と、若干、可視範囲が広がっている。この分、可視な衛星数も僅かに増える訳であるが、その差は然程、大きくはないので、直近測位成立位置と現在位置の近傍であると見なせるならば、地表の12ch受信機を本発明の受信部12に単に流用しても、衛星信号捕捉に遜色ない結果が得られると考えられる。この場合、地表上において0度(ないし地物遮蔽を加味して5度等)に設定されている仰角マスクθを、例えば‐14.2度程度(ないし大気減衰を加味して12度程度等)に設定し直せば良い。これはファームウエアの書き換え等によってでも良いし、測位過程で得られる高度に応じて自動的に再計算されるように設定しても良い。
In this way, the visible range is slightly widened to about -14.2 degrees at the space shuttle orbital altitude compared to the
もちろん、既存の18ch受信機を受信部12としてそのまま流用してもよく、この場合、やはり直近測位成立位置と現在位置の近傍仮説が成立しているならば、仰角マスクθが地表より若干、低まっている恩恵、すなわち可視な衛星数の増加に対応して、方向精度が向上する利点を存分に享受できる可能性が高まる。この場合も、地表上において0度（ないし地物遮蔽を加味して5度等）に設定されている仰角マスクを、例えばファームウエアの書き換え等によって、-14.2度程度（ないし大気減衰を加味して12度程度等）に設定し直せば良い。 Of course, the existing 18ch receiver may be used as it is as the receiving unit 12. In this case, if the neighborhood hypothesis between the latest positioning establishment position and the current position is established, the elevation mask θ is slightly lower than the ground surface. Corresponding to the increase in the number of visible satellites, that is, the possibility that the advantage of improving the direction accuracy can be fully enjoyed. In this case as well, an elevation mask that is set to 0 degrees on the ground surface (or 5 degrees in consideration of feature shielding, etc.) is changed to about -14.2 degrees (or atmospheric attenuation is added by rewriting the firmware, for example). About 12 degrees).
さらに、これも既存の24ch受信機構成を受信部12として用いてももちろん良く、この場合、仰角マスクが地表より若干、低まっている恩恵はより一層、享受できるようになる上に、使用者が、測位成立後、一旦シャトルに戻り、一定距離を移動した後に、再び母船外活動をするような際（すなわち直近測位成立位置と現在位置の近傍仮説が崩れていて、可視衛星が予測不能の場合）の可視衛星の信号捕捉も、24の衛星信号を一度に探索できるので、迅速に行い得るという、大きな利点が追加される。近年は24ch受信機も廉価に発売されているので、可能であればこれを流用するのが最も良いであろう。 Furthermore, it is of course also possible to use the existing 24-channel receiver configuration as the receiving unit 12, and in this case, the benefits that the elevation mask is slightly lower than the ground surface can be further enjoyed, and the user can be enjoyed. However, after positioning is completed, once you return to the shuttle, move a certain distance, and perform extra-board activity again (that is, the vicinity hypothesis between the latest positioning position and the current position is broken, and the visible satellite is unpredictable) The acquisition of visible satellite signals in the case ()) can be performed quickly because 24 satellite signals can be searched at once. In recent years, 24ch receivers have been released at a low price, so it would be best to use this if possible.
結局の所、使用法によって、受信部12は時には12chで十分であるとも言えるし、24ch受信部の方が望ましい場合もあるとも言える。仮にチャネル数が24としても、宇宙機用の他の機器のコストの高さを考えれば、地上用民生品の部品流用によることは結局、廉価であり、12ch受信機の高々二倍ともならず、それが全体のコストの大幅な上昇をもたらすということにはならない。 After all, depending on the usage, it can be said that 12ch is sufficient for the receiving unit 12 sometimes, and it can be said that the 24ch receiving unit may be preferable. Even if the number of channels is 24, considering the high cost of other equipment for spacecraft, the use of ground-use civilian parts is still cheap, and it is not at most twice that of a 12-channel receiver. It does not mean that it will result in a significant increase in overall costs.
なお、上記した高度については、そのおおよその値を予め入力できるようにしておいても良い。これは100m刻みの荒いもので十分であろう。また、宇宙用のみに設定するならば常時200Km程度に設定しておいてもほぼ差し支えないと考えられる。 In addition, about the above-mentioned altitude, you may enable it to input the approximate value previously. A rough one in 100m increments will suffice. Moreover, if it is set only for space use, it is considered that it is almost safe to set it to about 200 km at all times.
ＧＰＳ受信部12には次のデータ列を例えば毎秒以下の周期で出力するもの、即ち、標準的な仕様のものを用いる。もっとも、データの出力を行う周期は特に限定されるものではなく、現在では毎秒程度での周期出力のＧＰＳ受信機が普及しているが、さらに短い周期で出力するものを用いることが可能ならば、そうしても良い。 For the GPS receiving unit 12, one that outputs the next data string at a cycle of, for example, every second or less, that is, a standard specification is used. However, the period for outputting data is not particularly limited, and currently GPS receivers with a period output of about every second are widespread, but if it is possible to use one that outputs at a shorter period You can do that.
ここで、受信部12の出力に含ませるべき測位データとしては次のようなものを挙げることができる。ただし、受信部12のチャネル数をＭとし、その各々のチャネル番号をｋで表す。
1:現在時刻
2:測位位置（緯度、経度、高度（測地座標系の場合））
3:衛星位置
4:測位計算時刻
5:測位計算モード（３衛星を用いた二次元測位か４衛星を用いた三次元測位かを示す）
6:チャネルｋ（１≦ｋ≦Ｍ）に割り当てられた衛星番号
7:チャネルｋに割り当てられた衛星の衛星仰角（地平座標の場合）
8:チャネルｋに割り当てられた衛星の衛星方位角（地平座標の場合）
9:チャネルｋに割り当てられた衛星からの信号との同期についてのチャネル状態
Here, the positioning data to be included in the output of the receiving unit 12 can include the following. However, the number of channels of the receiving unit 12 is M, and each channel number is represented by k.
1: Current time
2: Positioning position (latitude, longitude, altitude (for geodetic coordinate system))
3: Satellite position
4: Positioning calculation time
5: Positioning calculation mode (Indicates whether 2D positioning using 3 satellites or 3D positioning using 4 satellites)
6: Satellite number assigned to channel k (1 ≦ k ≦ M)
7: Satellite elevation angle of the satellite assigned to channel k (in the case of horizon coordinates)
8: Satellite azimuth of the satellite assigned to channel k (in the case of horizon coordinates)
9: Channel state for synchronization with signal from satellite assigned to channel k
なお、標準的な場合、現在位置は測地系座標（一般に緯度、経度、高度による表現)、衛星方向は地平座標(一般に仰角、方位角による表現)で表現する受信機が多い。ただし、現在位置、衛星方向の表現が常にそうした座標系であらねばらない必然性はない。測位計算原理は座標系に基本的には関係がなく、したがって現在位置、衛星方向の表現は、既存の公知な座標系の中から任意の座標系を用いて行って差し支えない。 In a standard case, there are many receivers in which the current position is expressed by geodetic coordinates (generally expressed by latitude, longitude, and altitude), and the satellite direction is expressed by horizontal coordinates (generally expressed by elevation and azimuth). However, there is no necessity that the representation of the current position and the satellite direction must always be in such a coordinate system. The positioning calculation principle is basically irrelevant to the coordinate system. Therefore, the current position and the satellite direction may be expressed using an arbitrary coordinate system from among existing known coordinate systems.
衛星位置、現在位置は、一般的にはベクトルで表現される。ベクトル表現すれば座標系によらない。衛星位置、使用者位置は、具体的にはどのような座標系を用いても測位計算できる。衛星方向も、使用者位置と衛星位置の差分として直ちに得られる。 The satellite position and the current position are generally expressed as vectors. If expressed in vector, it does not depend on the coordinate system. Specifically, the satellite position and the user position can be calculated using any coordinate system. The satellite direction is also immediately obtained as the difference between the user position and the satellite position.
参考までに、ＧＰＳでの衛星の位置、現在位置を取得する計算方法を記しておく。ただし、ベクトル表記は本書では(→)で表す。
衛星iと受信側装置アンテナの現在位置の間の距離について、次の式が成立する。
For reference, a calculation method for acquiring the satellite position and the current position by GPS will be described. However, vector notation is represented by (→) in this document.
The following formula is established for the distance between the satellite i and the current position of the receiving device antenna.
光速×（衛星ｉ信号発信時刻−受信機の現在時刻−受信機の時刻ずれ(未知)）
＝｜衛星ｉ信号発信時位置(→)−受信アンテナの現在位置(未知)(→)｜ .....(6)
Speed of light x (satellite i signal transmission time-receiver current time-receiver time lag (unknown))
= | Position at satellite i signal transmission (→) -Current position of receiving antenna (unknown) (→) | ..... (6)
式(6)は、衛星iはi=1,2,3,4...について成立しなければならないので、４連立方程式となる。また、「受信アンテナの現在位置(未知)」の要素として３つの未知数を含み、「受信機の現在時刻ずれ(未知)」として１つの未知数を含むので、合計４つの未知数を含んでいる。つまり、この式(6)は４元４連立方程式である。 Equation (6) is a four simultaneous equation because satellite i must hold for i = 1, 2, 3, 4. In addition, three unknowns are included as elements of “current position of receiving antenna (unknown)” and one unknown is included as “current time shift of receiver (unknown)”, so a total of four unknowns are included. That is, this equation (6) is a quaternary four simultaneous equation.
この式(6)を解析的ないし近似的に解けば良いが、式(6)右辺の「衛星ｉ信号発信時位置(→)」と「受信アンテナの現在位置(未知)(→)」とは、双方の座標系が一致してさえいれば、具体的にはどんな座標系でもよい。例えば、現在位置は、一般的に良く用いられる測地系座標に限定されず、地球固定赤道面座標系でも軌道面座標系でも、あるいはまた軌道上座標系でも慣性系固定座標でも、どれによって表現しても結果は正しく得ることができる。衛星方向も、一般的に良く用いられる、地平座標に限定されず、赤道座標ないし黄道座標、ないし銀河座標、どれによって表現しても結果は正しく得ることができる。出力された側が便利と感じる座標系を必要に応じて選べばよい。 This equation (6) can be solved analytically or approximately, but the right-hand side of equation (6) is “satellite i signal transmission position (→)” and “current position of receiving antenna (unknown) (→)” Any coordinate system may be used as long as both coordinate systems coincide with each other. For example, the current position is not limited to the commonly used geodetic system coordinates, and can be expressed by any of the earth fixed equatorial plane coordinate system or the orbital plane coordinate system, or the on-orbit coordinate system or the inertial system fixed coordinate. But the results can be obtained correctly. The satellite direction is not limited to the commonly used horizon coordinate, and the result can be obtained correctly if expressed in any of the equator coordinate, the equator coordinate, or the galactic coordinate. A coordinate system that the output side finds convenient can be selected as necessary.
座標変換には、
a)流用するＧＰＳ衛星受信機において既に切り替えスイッチがある場合はそれを使う，
b)スイッチがない場合は座標に係わるファームウエアを書き換え、使用者にとって好ましい座標系に基づく表現で示す（座標変換処理部分を追加するだけでよいので、コストは安い）
c)ファームウエアはそのままで、安価な汎用の小型プロセッサを付与し、好ましい座標系に座標変換する，
等の手法が採用できる。
For coordinate transformation,
a) If there is already a changeover switch in the diverted GPS satellite receiver, use it.
b) If there is no switch, rewrite the firmware related to the coordinates, and show the expression based on the coordinate system preferred for the user (the cost is low because it is only necessary to add the coordinate conversion processing part)
c) Leave the firmware as it is, add an inexpensive general-purpose small processor, and convert the coordinates to the preferred coordinate system.
Such a method can be adopted.
ここでは便宜上、上記b)の方法に従うものとするが、c)でも簡単，安価である。座標系相互の変換の仕方そのものは公知故、成書に譲るが、各種の座標系で、数値では様々に表現された方向（限定）も、地球，天球，他天体，人工物，使用者等を三次元的に図示すれば、結果は一つである。 Here, for the sake of convenience, the method b) is followed, but c) is simple and inexpensive. Since the method of mutual conversion between coordinate systems is well known, it is left to the book, but in various coordinate systems, the direction (limited) expressed in various ways is limited to the earth, celestial sphere, other celestial bodies, artifacts, users, etc. If we illustrate this three-dimensionally, the result is one.
さて、ＧＰＳ平面アンテナ11を通してＧＰＳ受信部12は衛星信号に対する同期，復号を試み、そして測位を試みる。ＧＰＳ受信部12には、通常の携帯型衛星測位装置のＧＰＳ受信機同様、存在することが期待されている全ＧＰＳ衛星の信号探索を行わせる。衛星信号を捕捉、同期、復号、すなわち信号解析を始めさせる。信号フォーマットに就いては成書に譲るが、参考にすることができ、かつ、標準的で公知のものとしては、下記非特許文献３を挙げることができる
各ＧＰＳ衛星から送信される電波には、全ＧＰＳ衛星の概略軌道情報（アルマナック・データ）も含まれており、これは全ての衛星から送信されている。また、自分自身のＧＰＳ衛星の精密軌道情報（エフェメリス・データ）も個別に送信されている。同期，復号，信号解析する過程で、上記(6)式におけるすべての既知数（信号発信時刻と４衛星のエフェメリス・データ等に基づく信号発信位置等の値）が得られる。既知数である「受信機の現在時刻」は当然受信機から得られる。こうして既知数と未知数を埋め込まれた(6)式の４元４連立方程式ができる。この４元４連立を解けば「測位成立」となる。「測位成立」とは、「受信アンテナの現在位置」と「受信機の現在時刻ずれ」が求まることである。測位成立とは、上記のように、４元４連立方程式を解いて、４変数（「受信アンテナの現在位置」と「受信機の現在時刻ずれ」）が確定するか、少なくとも近似値として求まったことであるから、当該測位成立時には「受信アンテナの現在位置」と「受信機における現在時刻」が分かることになる。 The radio wave transmitted from each GPS satellite also includes general orbit information (almanac data) of all GPS satellites, which is transmitted from all the satellites. In addition, precise orbit information (ephemeris data) of one's own GPS satellite is also transmitted individually. In the process of synchronization, decoding, and signal analysis, all known numbers in the above equation (6) (value of signal transmission position based on signal transmission time and ephemeris data of four satellites, etc.) are obtained. The “current time of the receiver”, which is a known number, is naturally obtained from the receiver. In this way, the quaternion four simultaneous equations of the formula (6) in which the known number and the unknown number are embedded can be obtained. Solving this quaternary 4 system will result in “positioning established”. “Positioning establishment” means that “the current position of the receiving antenna” and “the current time difference of the receiver” are obtained. As described above, positioning is determined by solving a quaternary four-part equation and determining four variables ("current position of receiving antenna" and "current time difference of receiver") or at least an approximate value. Therefore, when the positioning is established, the “current position of the receiving antenna” and the “current time at the receiver” are known.
そして、「測位成立」時点では、各衛星から放送されているアルマナック(全GPS衛星軌道)・データの採取も完了している筈であるから、現在時刻とアルマナック(全GPS衛星軌道)・データとで衛星概略位置を割り出し、現在位置との差分をとれば、当該時点において、測位に使用した衛星は当然のこと、それ以外の衛星も含め、全衛星の方向を定めることができる。エフェメリス・データ(衛星の起動詳細情報)が得られていれば、それを用いて衛星の位置を割り出し、衛星の方向を定めても良い。 At the time of `` Positioning '', the collection of almanac (all GPS satellite orbits) and data broadcast from each satellite should have been completed, so the current time, almanac (all GPS satellite orbits) and data By calculating the approximate position of the satellite and taking the difference from the current position, the satellites used for positioning can be naturally determined at that time, and the directions of all the satellites including other satellites can be determined. If ephemeris data (satellite start-up detailed information) is obtained, the position of the satellite may be determined using the data and the satellite direction may be determined.
この時また、受信部12が、つまり、ＧＰＳ平面アンテナ11がいずれの衛星信号を受信しているかも分かる。全ＧＰＳ衛星は同じ周波数で信号を送信するが、疑似雑音符号による拡散スペクトル（Spread Spectrum）通信方式という技術を用いているために、同じ周波数を用いていても混信はしない。疑似雑音(PN: Pseudo Noise)符号と呼ばれる、論理値０と論理値１が一見不規則に交代するデジタル符号の配列を、それぞれのＧＰＳ衛星に違う配列のものとして割り当てることで、各衛星からの信号を識別し、分離受信が可能となっている。したがってこのPN符号が同期している場合、そのPN符号が割り当てられた衛星番号の衛星の信号を受信している、と言えるのである。既存のＧＰＳ受信機はこの同期状態を出力するものが多い。これは後に活用する。
At this time, the receiving unit 12, that is, the
ＧＰＳ受信部12から得る各項目データはデータ処理部13に入力する。データ処理部13では、これらの項目を以下のように処理する。まず、チャネル状態を調べ、PN符号が同期している衛星番号を割り出す。この衛星番号の衛星から発せられている信号は、ＧＰＳアンテナ11によって受信されている。よって、その衛星信号を発している衛星番号の衛星方向は、ＧＰＳアンテナ11の半球ビーム内に存在することがわかる。
Each item data obtained from the GPS receiver 12 is input to the data processor 13. The data processing unit 13 processes these items as follows. First, the channel state is checked, and the satellite number with which the PN code is synchronized is determined. A signal emitted from the satellite having this satellite number is received by the
一方、ＧＰＳ衛星方向は、既に述べたように、測位成立後ならば測位に利用した衛星は当然のこと、それ以外の全衛星についても判明しており、その情報は一般的なＧＰＳ受信機であれば出力に含んでいることが通常である（既述の原理により、算出も容易）。つまり、ＧＰＳ受信機12において同期している衛星信号を発している衛星番号の衛星方向(既知)は、ＧＰＳアンテナ11の半球ビーム内方向(未知)に存在していることとなる。換言すれば、ＧＰＳアンテナ11の半球ビームの主軸の方向(未知)と、同期中の信号を発している衛星方向(既知)のなす角度は90度以下であることになる。この事実により、ＧＰＳアンテナ11の半球ビームの方向は、即座に限定され、結局は当該ＧＰＳアンテナ11の法線ベクトル方向Dmが向く可能性のある方向範囲が限定されるのである。
On the other hand, as already mentioned, the GPS satellite direction is known for all other satellites as well as the satellites used for positioning after positioning is established. If present, it is usually included in the output (calculation is also easy due to the principle described above). That is, the satellite direction (known) of the satellite number emitting the synchronized satellite signal in the GPS receiver 12 exists in the hemispherical beam inward direction (unknown) of the
そして、通常は複数の衛星信号が受信されているから、複数の衛星方向に関して上記照合を行うことにより、法線ベクトルDmの限定ができる。これを数式群を用いて説明すると下記のようになる。ただし、以下では特定の座標系でなく一般的に表現する。 Usually, since a plurality of satellite signals are received, the normal vector Dm can be limited by performing the above collation with respect to a plurality of satellite directions. This will be described below using a group of mathematical expressions. However, in the following, it is expressed in general rather than a specific coordinate system.
空間座標は、一般に三次元ベクトルで表現される。ＧＰＳ平面アンテナ11を一つのみ用いる場合には、便宜上、これを第一のＧＰＳ平面アンテナと名付けるとして、当該第一のＧＰＳ平面アンテナ11に関し、その法線方向単位ベクトルをx1(→)とし、捕捉したｉ番目衛星の方向単位ベクトルをa1i(→)（＝衛星ｉ位置(→)−現在位置(→)）として、捕捉衛星数をn1とすると、
0 ≦x1(→)・a1i(→) (i=1,…,n1) .....(7)
となる。この(7)式は、x1(→)の方向は天球上に描かれたn1個の大円による区画域で示される方向に制限されることを意味している。したがって、当該x1(→)は、衛星数n1が多い程、良く制限されることになる。
Spatial coordinates are generally expressed as a three-dimensional vector. When only one
0 ≤ x1 (→) ・ a1i (→) (i = 1, ..., n1) ..... (7)
It becomes. This equation (7) means that the direction of x1 (→) is limited to the direction indicated by the n1 great circles drawn on the celestial sphere. Therefore, x1 (→) is more limited as the number of satellites n1 increases.
本発明の特定の態様に従い、次に、ＧＰＳアンテナの数を第一、第二の二つにした場合について述べる。第一のアンテナに関しては上記同様とした上で、第二のＧＰＳアンテナに関し、その法線方向単位ベクトルをx2(→)，捕捉したｉ番目衛星の方向単位ベクトルをa2i(→)，そして捕捉した衛星数をn2とすると、同様に、
0 ≦x2(→)・a2i(→) (i=1,…,n2) ......(8)
となり、x2(→)の方向は天球上に描かれたn2個の大円による区画域で示される方向に制限され、やはり衛星数n2が多い程、良く制限される。
Next, according to a specific aspect of the present invention, a case where the number of GPS antennas is first and second will be described. Same as above for the first antenna, but for the second GPS antenna, the normal direction unit vector was x2 (→), the direction unit vector of the captured i-th satellite was a2i (→), and captured. Similarly, if the number of satellites is n2,
0 ≤ x2 (→) ・ a2i (→) (i = 1, ..., n2) ...... (8)
Thus, the direction of x2 (→) is limited to the direction indicated by the area defined by n2 great circles drawn on the celestial sphere.
ＧＰＳアンテナがこのように二つあると、x1(→)単体時より、x2(→)を利用することにより、x1(→)を一層限定できる。x2(→), x1(→)の配置が、回転写像 f（x1,x2) (f(x1,x2)は、x1,x2の張る平面において、その法線を軸に、x1を必要最小の回転でx2の方向に重ね、さらに定数倍して大きさもx2に合わせる操作をさすものとする。) とすると、
x2(→)＝f(x1,x2）x1(→) ......(9)
When there are two GPS antennas in this way, x1 (→) can be further limited by using x2 (→) rather than x1 (→) alone. The arrangement of x2 (→) and x1 (→) is the transfer image f (x1, x2) (f (x1, x2) is the minimum necessary in the plane extending by x1, x2 with its normal as the axis Rotate it in the direction of x2 and further multiply it by a constant to match the size to x2.)
x2 (→) = f (x1, x2) x1 (→) ...... (9)
上記した(8)式にこの(9)式を代入すると、下式(10)を得る。
0≦f(x1,x2）x1(→)・a2i(→) (i=1,…,n2) .....(10)
Substituting this equation (9) into the above equation (8) yields the following equation (10).
0 ≦ f (x1, x2) x1 (→) ・ a2i (→) (i = 1,…, n2) ..... (10)
したがって、第一のアンテナのみの時のx1(→)の限定は(7)式だけに基づきn1個の式、第一、第二のアンテナが存在するときは、x1(→)の限定は(7)式と(10)式に基づき(n1+n2)個の式に従うことになり、アンテナ二個の方が一つの時より、x1(→)は一層限定できることになる。 Therefore, the limitation of x1 (→) when there is only the first antenna is based on the equation (7) only, and when there are n1 equations, the first and second antennas, the limitation of x1 (→) is ( Based on the formulas (7) and (10), (n1 + n2) formulas are followed, and x1 (→) can be more limited than when two antennas are used.
逆の視点からして、x2(→)単体時より、もう一つ、x1(→)がある場合、x2(→)を一層限定できる。x2(→), x1(→)の配置が、回転写像 f（x2,x1）とすると、
x1(→)＝f(x2, x1）x2(→) ......(11)
From the opposite viewpoint, when there is another x1 (→) than when x2 (→) alone, x2 (→) can be further limited. If the arrangement of x2 (→) and x1 (→) is the retransfer image f (x2, x1),
x1 (→) = f (x2, x1) x2 (→) ...... (11)
上記した(7)式にこの(11)式を代入すると、下式(12)を得る。
0≦f(x2,x1) x2(→)・a1i(→) (i=1,…,n1) .....(12)
Substituting this equation (11) into the above equation (7) yields the following equation (12).
0 ≦ f (x2, x1) x2 (→) ・ a1i (→) (i = 1,…, n1) ..... (12)
したがって、x2(→)だけのときの当該x2(→)の限定は(8)式だけに基づきn2個の式だが、第一、第二のアンテナが存在するときは、x2(→)の限定は(8)式と(12)式に基づき(n2+n1)個の式に従うことになり、アンテナ二個の方が一つの時より、x2(→)は一層限定できることになる。x1(→)、x2(→)が限定されることは、すなわち、「姿勢」が限定される，と言うことができる。 Therefore, the limitation of x2 (→) when only x2 (→) is n2 formulas based only on equation (8), but when the first and second antennas exist, the limitation of x2 (→) Will follow (n2 + n1) equations based on equations (8) and (12), and x2 (→) can be more limited than when there are two antennas. That x1 (→) and x2 (→) are limited, that is, it can be said that the “posture” is limited.
当然のことながら、用いるアンテナ数のさらなる増加により、測位精度ないし姿勢限定精度も増す。例えば、上記に加え、さらに第三のＧＰＳアンテナ11を用いたとした場合、当該第三ＧＰＳアンテナの法線方向単位ベクトルをx3(→)，捕捉したｉ番目衛星の方向単位ベクトルをa3i(→)，そしてn3を捕捉衛星数とすると、下式(13)が得られる。
0 ≦x3(→)・a3i(→) (i=1,…,n3) ......(13)
As a matter of course, the positioning accuracy or the posture limitation accuracy is also increased by further increasing the number of antennas used. For example, if the
0 ≤ x3 (→) ・ a3i (→) (i = 1,…, n3) ...... (13)
x3(→)方向は天球上に描かれたn3個の大円による区画域で示される方向に限定され、そのために衛星数n3が多いほど制限される。この限定結果は、使用者に図などで示すとより解りやすい。念のため、上記同様、x1(→)単体時よりx1(→)がx2(→),x3(→)の存在で一層限定できる様子を示しておく。 The x3 (→) direction is limited to the direction indicated by the area defined by n3 great circles drawn on the celestial sphere, and is limited as the number of satellites n3 increases. This limited result is easier to understand if it is shown to the user with a diagram or the like. As a precaution, as in the case described above, a state in which x1 (→) can be further limited by the presence of x2 (→) and x3 (→) from the case of x1 (→) alone is shown.
今、x3(→), x2(→),x1(→)があって、x3（→）と、x1（→）の配置を回転写像 f（x1,x3)で表現されるものとすると、
x3(→)＝f（x1,x3）x1(→) ....(14)
となるので、当該(14)式を上記(13)式に代入することで、下式(15)が得られる。
0≦f（x1, x3）x1(→)・a3i(→) (i=1,…,n3) .....(15)
Now, if there are x3 (→), x2 (→), x1 (→), and the arrangement of x3 (→) and x1 (→) is expressed by the reprinted image f (x1, x3),
x3 (→) = f (x1, x3) x1 (→) .... (14)
Therefore, the following equation (15) is obtained by substituting the equation (14) into the equation (13).
0 ≦ f (x1, x3) x1 (→) ・ a3i (→) (i = 1,…, n3) ..... (15)
既に述べた所と照らして明らかなように、アンテナx1(→)だけの場合は限定式は、n1個だけであったが、アンテナ3個の場合は、x1(→)，x2(→),x3(→)の存在により、上記(7)式，(10)式，(15)式に基づき、x1(→)の限定は(n1+n2+n3)個もの式に基づくことになる。既に述べた所から理解されるように、x2(→)もx3(→)もそれぞれ(n1+n2+n3)個もの式で一層限定できる。 As is clear from the above, the limiting equation is only n1 when there are only antennas x1 (→), but x1 (→), x2 (→), Due to the presence of x3 (→), the limitation of x1 (→) is based on (n1 + n2 + n3) equations based on the above equations (7), (10), and (15). As can be understood from the foregoing, both x2 (→) and x3 (→) can be further limited by (n1 + n2 + n3) equations.
もちろん、ＧＰＳアンテナ11の個数は任意個数に展開でき、数が多い程、方向を一層限定できる。これには例えばxα(→)以外の軸の限定情報を全部、xα(→)の限定情報に畳み込んでいく。この際、xα(→)，xβ(→)，xγ(→)の配置情報は回転写像 f(xα, xβ) , f(xβ, xγ) として表現され得るが、これは配備した瞬間に相互位置関係で決まるものであるから既知であり、データ処理部13に報知される。
Of course, the number of
次に結果出力に含めることができる項目について述べる。図２に示されている結果出力部14は、データ処理部13から得られた方向限定結果を観察者に出力する。結果出力部14からの出力項目は、方向情報だけでなく、例えば次のものも含ませることができる。
i) 関心方向の方向情報
ii) 現在位置（緯度、経度、高度（測地系座標表現の場合））
iii)現在時刻、最終測位時刻
iv) 例外処理の場合の観察者への勧告
上記iv)は、例えば、抽出された衛星が０個であったなどの例外的事象に対して、観察者に対し、より天空の開けている場所での使用を促すのである。
Next, items that can be included in the result output are described. The result output unit 14 shown in FIG. 2 outputs the direction-limited result obtained from the data processing unit 13 to the observer. The output items from the result output unit 14 can include not only the direction information but also the following items, for example.
i) Direction information of direction of interest
ii) Current position (latitude, longitude, altitude (in the case of geodetic coordinate expression))
iii) Current time, last positioning time
iv) Recommendations to the observer in the case of exception handling The above iv) is for places where the sky is more open to the observer for exceptional events such as, for example, zero extracted satellites. It is encouraged to use it.
次に測位機能も同時に保持していることについて述べる。図２に示した装置構成から明らかなように、本装置は、測位に必要な機器(つまり、ＧＰＳ平面アンテナ11、ＧＰＳ受信部12、結果出力部14)も温存・具備しており、本実施形態に係る方向情報取得装置10で方向情報のみならず、測位情報の取得も実現できる。通常、中緯度地域の地表において上空半天球には常時、ほぼ８個から12個のＧＰＳ衛星が観測できる。本発明の原理上、最低３個の衛星で二次元測位が可能であり、最低４個のＧＰＳ衛星で三次元測位が可能であるから、上空半天球の半分でも十分測位ができることを示している。測位結果は、ＧＰＳ受信部12からデータ処理部13へ送られる測位結果をそのまま結果出力部14から出力させれば良い。
Next, we will describe that the positioning function is also maintained. As is apparent from the apparatus configuration shown in FIG. 2, this apparatus also includes equipment necessary for positioning (that is, the GPS
測位能力の温存的保持について、さらに比較的なことを言うと、地表で受信する時は、地平線近くの衛星からの信号は、大気減衰が大きいとか地物遮蔽確率が大きい等の理由により、信号受信をあまり十分に期待はしていない場合が多い。これに対し、宇宙空間での利用では、天頂に対する垂直方向にある衛星からの信号について大気減衰が大きいとか地物遮蔽確率が大きい等と言うおそれは殆どなく、信号受信の期待は決して小さくない。そのため、測位に利用可能な衛星数の母集団も、地表時より宇宙時の方が期待値は増える。母集団が増えるから、より良い配置での衛星選択も可能となり、測位精度も上がる。よって、測位能力を温存しているに加え、そのための環境的条件も宇宙空間では整っているので、測位に関しても十分な機能を期待し得る。また、受信衛星数が増えることは、測位のみならず、方向限定についても、方向限定にかかる既述の拘束式数をより増大させることから、方向限定の能率，精度が改善し、的確な方向情報の取得が期待できる。 Comparing the preservation of positioning capability, the signal from satellites near the horizon is a signal that has a high atmospheric attenuation or a high probability of feature shielding. In many cases, the reception is not expected enough. On the other hand, when used in outer space, there is almost no fear that a signal from a satellite in the direction perpendicular to the zenith has a large atmospheric attenuation or a high probability of feature shielding, and the expectation of signal reception is not small. For this reason, the population of the number of satellites that can be used for positioning is expected to be higher in space than at the surface. As the population increases, satellites can be selected in a better location and positioning accuracy is improved. Therefore, in addition to preserving the positioning ability, the environmental conditions for that purpose are well established in outer space, so a sufficient function can be expected for positioning. In addition, the increase in the number of receiving satellites increases not only the positioning but also the number of constraints described above for the direction limitation, thereby improving the efficiency and accuracy of the direction limitation and improving the direction. We can expect information acquisition.
出力について、それも、本発明の主眼である「方向」情報の出力について論を戻すと、例えば、次のような情報として利用者に出力することが利便性を高めると考えられる。
A) 体躯正面（あるいは顔正面）が向いている方向を出力する。
B) 体躯右側面が向いている方向を出力する。
With regard to the output, if we return the argument about the output of the “direction” information, which is the main point of the present invention, it is considered that, for example, outputting to the user as the following information will improve the convenience.
A) Output the direction that the front of the body (or the front of the face) is facing.
B) Output the direction that the right side of the body is facing.
このように、二つの方向A),B) が限定的に示されると、姿勢が限定的に判明する。このとき、当該結果出力に常時、ある角度分だけ角度変換して出力すれば観察者の利便性が高まる場合には、そのようにすればよい。 As described above, when the two directions A) and B) are shown in a limited manner, the posture becomes limited. At this time, if the convenience of the observer is improved if the result output is always converted and output by a certain angle, this may be done.
例えば、ヘルメットの構造等の理由で、背中に平面アンテナ11を装着した場合には、計測方向は背中方向へ向くので、結果を、法線ベクトルの基点に対して対称の値として常時示すことにすれば、常に観察者にとって体躯正面向限定結果が得られるため、有用性、利便性が高くなる。装着位置が後頭部の場合は、同様にして、前頭部方向と結果が一致することとなり、これも利便性が高い。
For example, when the
結果出力をどのような表現形式で観察者に与えるかにも幾つか考えられる。理解が及べばどれでも良いのはもちろんであるが、例えば、天球上座標は赤緯，赤経で表わすものとして、下記表１にも掲げるように、四種類程の第一義的な形式[1]〜[4]が考えられる。
[1]天球上に複数の大円で区画される領域として表現する。
[2]天球上の格子点の集合としての面領域として表現する。
[3]天球上に底面を持つ円（多角）錐近似（の軸方向・中心角）として表現する。
（この場合、上記[1]の領域をほぼ含む円錐・多角錐で近似しても良い。中心軸方向が概略方向 x(→)となるので、中心角の半分が片側誤差に相当する。例えば、赤道座標表現でx1(→)＝(赤緯82度，赤経138度)の概略方向、7度の片側誤差等のように表現する。）
[4]上記[1]の領域の重心（方向）と平均片側誤差（角距離）で表現する。
（同様に例えば、赤道座標表現でx1(→)＝(赤緯82度，赤経138度)の概略方向、7度の片側誤差等のように表現する。）
There are several possible ways of giving the result output to the observer. Of course, as long as understanding is possible, for example, the coordinates on the celestial sphere are expressed in declination and ascension, and as shown in Table 1 below, there are four types of primary formats. [1] to [4] can be considered.
[1] Expressed as an area partitioned by multiple great circles on the celestial sphere.
[2] Express as a surface area as a set of lattice points on the celestial sphere.
[3] Expressed as a circular (polygonal) cone approximation (with its axial direction and central angle) with a bottom on the celestial sphere.
(In this case, it may be approximated by a cone / polygonal pyramid substantially including the region [1]. Since the central axis direction is the approximate direction x (→), half the central angle corresponds to a one-sided error. For example, (In the equatorial coordinates, x1 (→) = (Approximate direction of declination 82 degrees, Red longitude 138 degrees), 7 degrees one-sided error, etc.)
[4] Expressed by the center of gravity (direction) and average one-sided error (angular distance) of the area of [1] above.
(Similarly, for example, the equator coordinates are expressed as x1 (→) = (rough direction of declination 82 degrees, red longitude 138 degrees), one-sided error of 7 degrees, etc.)
いずれの表現形式でも、「正確さ」，「情報量」，「第一義的データ形式のままでの了解性」，「図に変換された場合の了解性」，そして「音声に変換された場合の了解性」の各性能基準においてそれぞれ一長一短がある。原理的にはどの表現形式で観察者に与えても、その数値的意味に特段の変わりはないので、種々の事情を勘案し、所望する形式を選択すれば良い。なお、「第一義的データ形式のままでの了解性」とは、第一義形式として規定したデータをそのままの形で観察者に与えた場合、観察者がどの程度にそれを了解し易いか，を指す。例えば、上記[1]の形式、すなわち天球上に複数の大円で区画される領域として表現する場合、生のデータは複数の大円内部の積集合で示される。これは連立方程式で表現され、球面上で、複雑な形となる。従って、こうした連立方程式のまま、「第一義的」データとして観察者に与えても、正確ではあるが、具体的にはどちらの方向なのか、どのくらいの誤差幅があるのか、つまり向きと形を、直ちには了解でき得ず、下記表１に記載の通り、この場合の了解性は「低」と言って良いであろう。「図に変換された場合の了解性」は視覚に訴える表示をなすこと、「声に変換された場合の了解性」は聴覚に訴える表示をなすことである。 In any expression format, “accuracy”, “amount of information”, “intelligibility in the primary data format”, “intelligibility when converted to a diagram”, and “converted into speech” There are advantages and disadvantages in each performance criterion of “intelligibility in case”. In principle, no matter what expression format is given to the observer, there is no particular change in the numerical meaning thereof, so that a desired format may be selected in consideration of various circumstances. “Understanding in the primary data format” means how easy it is for the observer to understand the data defined as the primary format as it is. Or For example, when expressed in the above [1] format, that is, as an area partitioned by a plurality of great circles on the celestial sphere, raw data is represented by a product set inside the plurality of great circles. This is expressed by simultaneous equations and has a complicated shape on a spherical surface. Therefore, even if these simultaneous equations are given to the observer as “primary” data, it is accurate, but specifically, in which direction, how much error range, that is, direction and shape. However, as shown in Table 1 below, it can be said that the intelligibility in this case is “low”. “Intelligibility when converted to a diagram” is a visually appealing display, and “intelligibility when converted to a voice” is an auditory display.
また、方向情報の伝達媒体にもいくつか考えられ、例えば観察者だけでなく、デジタル機器等への入力も考えた場合、以下のような媒体A〜Cを考えることもできる。
A：電気的信号：計算機・デジタル機器等への入力目的に適合する。表現形式は上記[1]〜[3]の何れにも適す。
B：聴覚的提示：音声等に相当。出力装置自身も小型化でき、行動を妨げず伝達可能である。表現形式は上記[3]が特に適す。
C：視覚的提示：液晶等での３次元図表示等に相当する。表現形式は上記[1]，[2]，[3]のいずれにも適す。
There are some possible media for transmitting direction information. For example, when considering not only the observer but also input to a digital device, the following media A to C can be considered.
A: Electrical signal: Suitable for input purposes to computers and digital devices. The expression format is suitable for any of the above [1] to [3].
B: Auditory presentation: equivalent to voice. The output device itself can also be miniaturized and transmitted without disturbing the action. The above expression [3] is particularly suitable.
C: Visual presentation: Corresponds to a three-dimensional display on a liquid crystal or the like. The expression format is suitable for any of the above [1], [2], and [3].
視覚に訴える表示に関しては、中空の天球表示の中心点は観察者中心でも、地球中心でも、宇宙船中心でも良い。観察者を中心におくのは観察者中心座標という観点で利が在るとも言える。一方、理解の容易さも考慮すると、半透明の中空表示の天球と、その中に位置するいろいろな関心物体を配備する方法も適していると思われる。中空表示の天球の中心部には小さな半透明の色を変えた地球を位置させるのが良いと思われる。また、天球面には次の視覚表現[a]〜[e]を付しても良いし、それらを希望に応じて、ないしは使用目的に応じて変換できるようにしても良い。
[a]赤緯・赤経 赤道座標
[b]黄緯・黄経 黄道座標
[c]白緯・白経 白道座標
[d]母船の機体座標のX軸方向を原点、XY軸面を赤道面にし、Z軸を点の北極にした赤道座標
[e]母船および母船外活動者双方の軌道座標のX軸方向を原点、XY軸面を赤道面にし、Z軸を点の北極にした赤道座標
As for the visual appealing display, the center point of the hollow celestial sphere display may be the observer center, the earth center, or the spaceship center. It can be said that placing the observer at the center is advantageous in terms of observer center coordinates. On the other hand, in view of ease of understanding, a method of deploying a translucent hollow display celestial sphere and various objects of interest located therein is also suitable. It seems to be better to place a small translucent earth in the center of the hollow celestial sphere. Further, the following visual expressions [a] to [e] may be attached to the celestial sphere, and these may be converted according to the request or according to the purpose of use.
[a] Declination and longitude
[b] Ecliptic / Yellow longitude Zodiac coordinates
[c] White latitude and white longitude
[d] Equatorial coordinates where the X-axis direction of the aircraft coordinate of the mother ship is the origin, the XY-axis plane is the equator plane, and the Z-axis is the north pole of the point
[e] Equatorial coordinates with the X-axis direction of the orbital coordinates of both the mother ship and the off-board activator as the origin, the XY-axis plane as the equator plane, and the Z-axis as the north pole of the point
さらに、天球面に示される方向限定の領域に色付けしても良いし、必要に応じ、赤緯，赤経の他、地球、宇宙船、月、太陽、星座、星座名、恒星名、春分点記号、秋分点記号、黄道、白道等、近傍に存在するべき宇宙機・周辺に存在するべき飛翔体等の方向や位置等を視覚表記しても良い。 Furthermore, the direction-limited area shown on the celestial sphere may be colored, and if necessary, in addition to declination and red longitude, the earth, spacecraft, moon, sun, constellation, constellation name, stellar name, equinox symbol The direction and position of the spacecraft that should be in the vicinity and the flying object that should be in the vicinity, such as the autumn equinox symbol, the ecliptic, the white road, etc., may be visually indicated.
また、方向の直感的理解を助けるためには、例えば、「体躯正面方向は、ほぼ水瓶座の方向に限定された。右肩方向はほぼ天秤座方向に限定された。」等々、その方向に該当する星座名，近い主要な恒星名，天体名等を同時に音声出力（対聴覚表現）ないしは映像出力（対視覚表現）するのが良い配慮であり、それは飛躍的に利便性を向上させることになろう。星座方向で伝達的に語るのは一見不思議なようにも思われるが、天球概念や、天球面上での各種座標軸の相互関係、恒星図の知識の前提は母船外活動者には半ば基本的常識として期待できるし、結局は赤緯，赤経で語るのと同一で、天球上の春分点方向や天球上の北極を基準にして語るのと同じことである。星座はまた、即時被認識適性が高い上、人間が方向情報に期待し得る程度の小さ過ぎない離角を各々が保持して天球面に存在している（単純計算によれば1/8天球面に平均約11星座が存す計算となるが、作業時の人間の視野の広さは広くてもほぼこのオーダーであることが考えられる）事実に鑑みても、瞬時の判断を要求される緊急時の行動決定支援のための、方向概略値の提供記号として使用することで、ミッション従事者の安全確保に好適に貢献できる。 Also, in order to help intuitive understanding of the direction, for example, “the front direction of the body was limited to the direction of the Aquarius. The right shoulder direction was limited to the direction of the Libra”. It is a good idea to output the name of the constellation, the name of the closest major star, the name of the celestial body, etc. at the same time (audio expression for auditory sense) or video output (for visual expression), which will dramatically improve convenience. Let's go. It seems strange to talk in a constellation direction at first glance, but the premise of the celestial sphere concept, the interrelationship of various coordinate axes on the celestial sphere, and the knowledge of stellar maps is semi-basic for mother outboard activists It can be expected as common sense, and in the end, it is the same as speaking with declination and red longitude, and it is the same as speaking based on the equinox direction on the celestial sphere and the north pole on the celestial sphere. The constellations are also present on the celestial sphere, each of which is highly recognizable and has a separation angle that is not too small for humans to expect from directional information. (It is a calculation with an average of about 11 constellations on the sphere, but it is possible that the human field of view at the time of work is wide, but this order is considered to be almost this order.) By using it as a symbol for providing approximate direction values for supporting action decisions in an emergency, it is possible to suitably contribute to ensuring the safety of mission workers.
また、参考になる情報を天球面に描画すると、方向の瞬時の視覚的理解，直感的理解の促進や安全性確保等にも有効である。例えば、「体躯正面方向は、ほぼ水瓶座の方向に限定された。右肩方向はほぼ天秤座方向に限定された。母船方向はほぼ右後方足側方向である。」等々、母船の方向等、安全な母船外活動に随時必要な情報を算出して入れ込んでも良い。例えば、視覚情報と共に、視線方向の先にある星座や惑星、彗星、衛星、地物等の名称を二重写し可能にするために用いるゴーグルも、既存技術で既に入手可能である。 In addition, drawing useful information on the celestial sphere is effective for instant visual understanding of directions, promotion of intuitive understanding, and safety assurance. For example, “the front direction of the body was limited to the direction of the Aquarius. The direction of the right shoulder was limited to the direction of the Libra. The direction of the mother ship was almost the direction of the right rear foot.” Information necessary for safe mother outboard activities may be calculated and inserted as needed. For example, goggles used for making it possible to duplicate the names of constellations, planets, comets, satellites, and features ahead of the line of sight along with visual information are already available in existing technology.
このようにすると、推力燃料の残り少ない時等、母船方向を探すために試行的な回転運動をする等のためにスラスタ燃料を無駄にしたり、自己の姿勢を目視確認するためだけに行う本来無用な回転や移動で時間をロスしたりせずに、母船帰還への最小エネルギーロスと最小所要時間による行動（例えば、母船の存在方向を振り返り視認するなどの無用な動作や時間を消費することなく、本発明で、瞬時に母船が背後に存在することに確信が持てた瞬間に背後への反り返り運動による移動制御等）をもって迅速に母船帰還行動に移ることも可能となり、宇宙塵の高速衝突で宇宙服の破けなどが発生することもある、各種の危険の存在する宇宙空間での、一刻を争う判断と迅速な行動が求められる遭難回避などの行動に、多大に貢献し得る。 In this way, when the thrust fuel is low, etc., the thruster fuel is wasted for trial rotation to find the direction of the mother ship, etc. Without losing time due to rotation or movement, actions with minimum energy loss and minimum required time to return to the mother ship (for example, without spending unnecessary operations and time such as looking back and checking the direction of the mother ship's presence, In the present invention, it becomes possible to quickly return to the mother ship return action at the moment when it is confident that the mother ship exists in the back, etc. It can greatly contribute to actions such as distress avoidance that require prompt judgment and prompt action in outer space where various dangers exist.
こうした情報を与えるためには、参考とすべき対象物体、例えば母船等の軌道情報あるいは位置情報等が必要となるが、それは母船との通信機能で実現しても良いし、予め付与することが容易なメモリを具備させ、母船等の軌道要素を記憶させておいても良いし、もちろん、両者を組み合わせても良い。当然のことながら、軌道要素から母船の現在位置の算出には母船外活動者の測位結果の一部である現在時刻を利用でき、位置情報は、母船等が近傍を精査した浮遊物体最新情報や既知の宇宙空間浮遊物の位置と位置変化の情報と、母船外活動者の位置，方向，姿勢の情報の突き合わせで得ることが可能となる。 In order to provide such information, it is necessary to provide target information to be referred to, such as trajectory information or position information of the mother ship, etc., which may be realized by a communication function with the mother ship or may be given in advance. An easy memory may be provided and trajectory elements such as mother ships may be stored, and of course, both may be combined. As a matter of course, the current time that is a part of the positioning results of the mother ship's activities can be used to calculate the current position of the mother ship from the trajectory elements. It can be obtained by matching the information on the position and position change of known outer space suspended objects with the information on the position, direction, and posture of the mother extravehicular activist.
もっとも、母船外活動者が自らそのようなデータベースを持っても良い。浮遊物体の軌道情報を持っていれば、測位によって時刻も出るので、位置も速度も分かり、実際的であろう。ＧＰＳ受信機の実態および、本発明で付与する部分は、既に述べたように、実際にはマイクロプロセッサで構成されるので、そのようなシンプルなデータベース機能の作り込みは相性が良く、メモリへ書き込むことで安価かつ簡単に実現できる。ＧＰＳ時刻も出るのであるから、軌道要素が既知の惑星、天体、宇宙機、軌道既知飛翔体の位置も解る。 However, mother outboard activists may have such databases themselves. If you have the trajectory information of the floating object, the time is also obtained by positioning, so you know the position and speed, which is practical. As described above, the actual situation of the GPS receiver and the part to be given in the present invention are actually composed of a microprocessor, so that the creation of such a simple database function is compatible and is written in the memory. This can be realized inexpensively and easily. Since the GPS time is also output, the positions of planets, celestial bodies, spacecraft, and orbits with known orbital elements are also known.
参考とすべき対象物体までの例えば距離感表現も視覚的理解，直感的理解の促進や安全性確保等のために有用である。理解すべき方向の遠距離でない場所に、当該参考物体が存在する場合、その記号，画像，名称等を観察者と天球面の間に距離感を適切に反映させて描画し、もって空間の直感的理解を助けてもよい。例えば、「体躯正面方向は、ほぼ水瓶座の方向に限定された。右肩方向はほぼ天秤座方向に限定された。母船方向はほぼ右後方上部方向700mである。観察者の左後下側方向、2800mの地点にあるスペースデブリが観察者方向に時速150km程度で接近中であるので注意が必要。頭頂方向に5mほど遊泳することで危険を一層減少させることが可能。」等と視覚的に、あるいはまた聴覚的に、ないしは双方の手段によって表示して良い。スペースデブリとは所謂「宇宙ゴミ」のことであるが、一般に高速であり宇宙空間での接触は極めて危険とされている。 For example, a sense of distance to the target object to be used as a reference is also useful for visual understanding, promotion of intuitive understanding, safety assurance, and the like. If the reference object exists in a place that is not far away in the direction that should be understood, the symbol, image, name, etc. are drawn with the distance between the observer and the celestial sphere appropriately reflected, so that the intuition of the space May help to understand the situation. For example, “The front direction of the body was limited to the direction of the Aquarius. The direction of the right shoulder was limited to the direction of the Libra. The direction of the mother ship was approximately 700 m to the upper right rear. The lower left rear direction of the observer. The space debris at a point of 2800m is approaching the observer at a speed of about 150km / h, so be careful.Swimming about 5m in the direction of the head can further reduce the danger. " Alternatively, it may be displayed audibly or by both means. Space debris is so-called “space debris”, but it is generally high speed and contact in outer space is considered extremely dangerous.
このように、宇宙空間で関心概略方向が瞬時に解るということは、危険回避行動を取る上で大いに有意義である。上記のような情報が得られるならば、例えば観察者は、「念のため回避行動を“頭上やや右前方方向に”スラスタ推力を通常出力で3秒間分即座に実施するのが良い。」等、三次元空間で一瞬の判断が可能となることがある。即座に行動方向まで既知となることは、軌道上での即座の安全行動実行に重要なのである。 Thus, the fact that the approximate direction of interest can be understood instantaneously in outer space is very significant in taking danger avoidance behavior. If the above information can be obtained, for example, the observer should “perform the avoidance action“ above head and slightly forward right ”for 3 seconds at a normal output immediately for the thruster thrust, etc.” In some cases, it is possible to make an instantaneous decision in a three-dimensional space. Being able to know the direction of action immediately is important for immediate safety action execution in orbit.
宇宙空間では物体との不用意な接触は大変危険である。母船の乗組員であるならば、各種の情報や落ち着いた環境精査により、外部危険浮遊物の存在を容易に感知することもできよう。しかし、特殊環境（例えば、地表より圧倒的に低圧の宇宙船内気圧よりも、宇宙服与圧は構造の制約からにさらに低圧であるため、宇宙服作業の前には１時間以上の低気圧馴化が必須とされる特殊な環境である）でミッションに従事していて、視界も限られており、各種の実施手順，注意義務に関心が振り分けられている母船外活動者にはその存在が未知なことも多い。危険浮遊物の位置と移動情報は母船による精査で割り出せても、そしてそれを母船外活動者に数値で伝えても、母船外活動者には、その数値が具体的に、いったいどの方向から迫ってくるものなのか、瞬時には、通常不明で、またあわててしまうことで、一層退避すべき方向がわからなくなり、迅速なる回避行動を取り得ないことが多い。 In space, careless contact with objects is very dangerous. If you are a crew member of the mother ship, you can easily detect the presence of external dangerous suspended solids through various information and calm environmental scrutiny. However, since the space suit pressure is lower than the spacecraft atmospheric pressure, which is much lower than the ground surface, due to structural limitations, the acclimatization of the low pressure for 1 hour or more is required before the space suit work. Is a special environment that is indispensable) and has a limited field of view, and its presence is unknown to offshore activists who are interested in various implementation procedures and attention obligations. There are also many things. Even if the location and movement information of the dangerous suspended solids can be determined by scrutiny by the mother ship, and even if it is conveyed numerically to the mother outboard activists, the figures are approached to the mother outboard activists in any direction. It is usually unclear whether or not it is coming, and it is often confused, so it is often impossible to know the direction to be further evacuated and to take quick avoidance action.
したがって、上記のような表現を得て母船外活動者が自ら自分の姿勢を瞬時に知り得ること、退避すべき方向を示唆されることは大変に大きな意味がある。体躯方向や姿勢が判明すると、背後方向等、視野外と思われる方向にある、ないしはそうした方向から接近しつつある浮遊物体があった場合、母船外活動者に対し、その事実を体躯に対しての方向も含め通報することで、数値情報がどっちの方向か分らないためきょろきょろさせたり、危険物を探しさせたりする時間的、労力的、燃料的なロスを減らし、瞬時の危険回避行動を促すことが出来る。さらに言えば、母船外活動者に低コストかつ低プロフィール（出っ張り等も少ないこと）で薄型で小型かつ、軽量性と廉価性を備え、何等の複雑な動作も必要無く、瞬時に方向情報を与え得る装置が、本発明により提供できることは、人々が母船外活動に従事するに際して、危険回避行動を妨げる方向喪失感を即座に除去できる点で、母船外活動での危険通報，安全情報通報に関する重要な基礎として、軌道上母船外活動が増大する近い将来、極めて高い意義を持つのである。 Therefore, it is very significant that the above-mentioned expression can be obtained by the mother outboard activist by himself / herself, and that the direction to be evacuated is suggested. When the body direction and posture are determined, if there is a floating object in a direction that seems to be out of the field of view, such as the back direction, or approaching from such a direction, the fact to the mother outboard By reporting, including the direction, the time, labor, and fuel losses that cause numerical information to be unclear and to search for dangerous goods are reduced, and instant risk avoidance actions are encouraged. I can do it. Furthermore, low-cost, low-profile (less projecting, etc.), low profile, small size, light weight and low cost, and no need for any complicated movements, giving instant direction information to mother outboard activists. The device that can be obtained by the present invention is that it is possible to immediately eliminate the sense of loss of direction that hinders risk avoidance behavior when people engage in offshore activities. As a basic basis, it will have extremely high significance in the near future when the off-board activity will increase.
本発明に従い、姿勢をも検出可能なことは、さらに多くの利点を産む。現在地点から決して進行してはいけない方向範囲が既知であり、これから進行しようとする方向が少なくともその方向ではないことを行動中にすばやく確認したい時に便利である。例えば、ある点ないしある方向から遠ざかる方向に迅速に危険回避行動を要請され、緊急自助移動をする場合等がこれに相応する。正確な方向測定に時間をかけたり、自分以外の母船等による情報処理の結果の方向通知の結果が得られるまで待ったり、時間を掛けて方向特定等をしていることは、以降、重大な被害を増すことになる。 The ability to detect even posture according to the present invention yields many more advantages. This is useful when you know the direction range that you should never travel from the current location and want to quickly confirm during action that the direction you are about to travel is not at least that direction. For example, this corresponds to a case where a risk avoidance action is requested promptly in a direction away from a certain point or a certain direction, and an emergency self-help movement is performed. It is important to take time for accurate direction measurement, wait until the result of direction notification of information processing results by other mother ships, etc. is obtained, and spend time to specify the direction. The damage will increase.
浮遊物地帯を横切る際に、迅速に行動し続けることが必要であり、かつ、ある特に危険な方向，領域に進路が向いていないことを確認しながら進行する場合等にも有効である。なんとならば、微少重力環境（宇宙空間）中では、直進しているつもりでも、進行方向の修正フィードバックを視覚的に掛けるべき、方向ないし距離が既知である物体が瞬時に得られなかったり、何らかの理由で視界が利かない場合も多く、そもそも視覚情報から進路制御へのフィードバックが不可能となり、いつの間にか曲線的な航跡となり、危険領域に踏み込んでいる場合が間々あるからである。このような局面では、それまでに行っていた行動をそのまま継続しながらも、回転等もせずに瞬時に体躯方向あるいは視線方向の方向限定が即時実行できることは大変有用である。 When crossing a floating zone, it is necessary to continue to act quickly, and it is also effective when advancing while confirming that the course is not directed to a particularly dangerous direction or area. If, in a microgravity environment (space), even if you intend to go straight ahead, you should not be able to instantly obtain an object with a known direction or distance, which should be visually applied with correction feedback of the direction of travel. The reason is that the field of view is often unsatisfactory, and in the first place feedback from the visual information to the course control becomes impossible, and there is a case where it becomes a curving wake and is stepping into the dangerous area. In such a situation, it is very useful to be able to immediately execute direction limitation in the body direction or the line-of-sight direction without rotating, etc., while continuing the actions that have been performed so far.
逆に、なんらかの関心がある具体的方向に関して、粗精度で良いから方向を迅速に知りたいと言うような時にももちろん便利である。特定の星や人工浮遊物が視野に入った場合に、全天上に類似のものが複数存在していて、方向限定なしには類似のいずれであるか同定し得ないことがある。わざわざ労力と時間を掛けて、あるいは現在進行中の作業を中断して方向特定を行い、その上で天体や人工浮遊物を同定する程の時間はないが、視線方向の概略の方向情報さえ得られれば、それだけで当該対象を数個の可能な選択肢から、ある特定の恒星ないし惑星であるとか、ある特定の注目すべき人工浮遊物であるとかの同定ができる場合がある。こうした時にも、本発明に従えば、回転動作を要さないため、活動に不自由の多い母船外活動をしながらも、即座に方向限定ができるという利点を活かせる。 On the other hand, it is of course convenient when you want to know the direction quickly because it is good with coarse accuracy for a specific direction of interest. When a specific star or artificial suspended object enters the field of view, there are multiple similar objects on the whole sky, and it may not be possible to identify which one is similar without limiting the direction. It takes time and effort, or interrupts the work currently in progress and specifies the direction, and there is not enough time to identify celestial bodies and artificial suspended objects. If so, it may be possible to identify the object as a particular star or planet or a particular artificial suspension from several possible options. Even in such a case, according to the present invention, since the rotation operation is not required, the advantage that the direction can be immediately limited while performing the activities outside the mother ship with many inconveniences can be utilized.
本発明を実際の装置構成を用いて実施する場合にも、当該装置に関しては、既に述べた通り、安価で小型なものを用いることができる。ここで改めてもう少し詳しく述べておくと、近年のＧＰＳ受信装置の物理的実体は信号処理用マイクロプロセッサ及びそれに伴う電子基板であり、小型である。実際、現在の携帯型ＧＰＳ受信装置は、掌に容易に収まるサイズであるものが安価に存在している。本発明に係る方向情報取得方法を実施するために組む方向情報取得装置10（図２）としても、これらの携帯型ＧＰＳ受信装置で用いられている部品を活用して構成することができるので、容積を抑えて小さく構成し得る。例えばＧＰＳ受信部12，データ処理部13及び結果出力部14は、実質的に平面パッチアンテナ11の背面に一体的に収納する構造とすることができる。結果出力部14からはスピーカやイヤホンで音声出力することが可能である。液晶表示についても近年では眼鏡型のディスプレイもあるし、宇宙空間用のヘルメットの透明ガラス面に表示させることも可能である。
Even when the present invention is implemented using an actual apparatus configuration, as described above, an inexpensive and small-sized apparatus can be used. Here again, in more detail, the physical substance of recent GPS receivers is a signal processing microprocessor and its associated electronic board, which is small. Actually, there are inexpensive portable GPS receivers that are easily sized to fit in the palm. Since the direction information acquisition device 10 (FIG. 2) to be assembled to implement the direction information acquisition method according to the present invention can be configured by utilizing the parts used in these portable GPS receivers, The volume can be reduced and the size can be reduced. For example, the GPS receiving unit 12, the data processing unit 13, and the result output unit 14 can be configured to be housed integrally on the back surface of the
こうした方向情報取得装置10を、ないし少なくともその平面パッチアンテナ11を、使用者のどの部分に装着させるかについては、便宜であればもちろん、何処でも良いのではあるが、一つには宇宙空間用ヘルメットに装着させることが便利と考えられる。こうした場合、まず一般的に考えてみるに、方向情報取得装置10をヘルメットに対し、円弧のように付与する，ということが考えられる。また、スライド型として、例えば二つのＧＰＳアンテナの空間配置（２法線ベクトルの成す角度）をデータ処理部13に通知し、データ処理部13はそれを利用して２つの方向を限定、すなわち姿勢限定するということが考えられる。もちろん、用いるＧＰＳアンテナの数が増えれば、それらからのデータを追加利用可能である。
As for convenience, of course, it is possible to install the direction
そうではなくて、ヘルメットを正多面体の約半分ないし多面体の約半分となるような概観形状に構成し、各面にはピンプラグの嵌合するピンジャックのような差し込み穴を開けておいても良い。そして、差し込まれた場合に通電するように構成し、それにより差し込まれた面はどれか、またその面が（複数の場合にはそれらの面が相互に）ヘルメットにおいてどのような配置であるかも分るようにすると良い。さらに、ピンジャック相互に通信可能として、複数の方向情報取得装置10のピンプラグが同時期に差し込まれている場合、いずれの装置10のデータ処理部がマスターになるか、ルールを決めておけばよい。例えばジャックごとに番号割をしておき、番号がもっとも小さいものがマスターになる等のルール決めを行なえる。こうしたことで、既に述べた本発明方法において複数の方向情報取得装置10を用いる場合に有効な物的構成が得られる。
Instead, the helmet may be configured to have an outline shape that is about half of the regular polyhedron or about half of the polyhedron, and each side may have a hole such as a pin jack that fits a pin plug. . And it is configured to energize when plugged in, which is the surface that is plugged in, and how that surface is arranged in the helmet (in the case of multiple, these surfaces are mutually) It is good to understand. Furthermore, if pin jacks of a plurality of direction
個々の方向情報取得装置10を例えば脇から出ているケーブルで接続する手法等により、複数の方向情報取得装置10を有機的に結合して用いることもできるし、単体では測位に使える。複数の方向情報取得装置10間の角度や配向は例えば複数のダイアル式で変えられるようにすると共に、それらの値をデータ処理部13に直接報知することもできる。
For example, a plurality of direction
ある程度に配置の認識を自動化するには、図３に示すような構造も提案できる。方向情報取得装置10の平面パッチアンテナ11を一表面に有する方向情報取得装置10の単一筐体15内に、本図では図示していないが既述のようにＧＰＳ受信部12，データ処理部13，結果出力部14を内蔵させる一方、内部の適当な位置に、例えば図３にて仮想線で示すような扁平な四角錐を倒立させた如き空隙16S を作り、全部で五つの各頂点（四角錐頂点に一つ、底辺四隅に各一つずつの四つで計五つ）16....のそれぞれに接点スイッチ（図示せず）を配備し、かつ、磁性体球（一般に鉄球で良いので、以下では鉄球とする）17を内蔵させる。
In order to automate the recognition of the arrangement to some extent, a structure as shown in FIG. 3 can be proposed. In the
一方で、図４に示すように、使用者の着用するヘルメット18の頭頂部、前頭部辺縁、後頭部辺縁、左側頭部辺縁、右側頭部辺縁には、それぞれ磁石（永久磁石が望ましい）19を内蔵させる（図示の場合は説明のため、かなり突出するように示してあるが）。なお、図示の場合は模式的に使用者の右横顔を示しているので（宇宙服用としてのへルメット密閉構造や宇宙服等は簡単化のため、図示していない）、左側頭部辺縁に設けられた磁石は図中では見えていない。これらの磁石は微少重力環境で鉄球17を引き付ける引力を生むために設けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 4, magnets (permanent magnets) are respectively provided on the top of the
これも模式的に単なる線で示しているが、望ましくはヘルメット18の溝20，21をガイド溝として、また、図面では見えないが前頭部から頭頂部を経て後頭部に至る輪郭線22にも沿って設けられた溝22もガイド溝として、これらガイド溝20〜22から非意図的には外れないが、これらガイド溝20〜22に沿って動かし得るように構成された方向情報取得装置10をスライド的に動かせるようにしておく。
This is also schematically shown as a simple line, but preferably the
こうした構成において、例えば図４(A) に示されているように、方向情報取得装置10がヘルメット18の頭頂部に位置しているときは、鉄球17が頭頂部に備えられている磁石19に引かれて、四角錐を倒立させた如き空隙16S の当該四角錐頂点16に到達し、図示していないがここに設けられている接点を閉成し、これにとって現在、方向情報取得装置10が頭頂部配置であることを認識できる。
In such a configuration, for example, as shown in FIG. 4 (A), when the direction
同様に、アンテナ11が図４(B) に示すように前頭部に位置したときは、鉄球17が前頭部の磁石19に引かれ、四角錐を倒立させた如き空隙16S の中、当該四角錐の底辺四隅の頂点16....の中でそのときに図中で一番下に位置する頂点16に到達し、ここで電気的接触を完成して、現在、方向情報取得装置10は前頭部配置であることを認識できる。
Similarly, when the
アンテナ11が図４(C) に示すように右側頭部に位置したときも全く同様であって、鉄球17が右側頭部に設けられている磁石19に引かれ、四角錐を倒立させた如き空隙16S の中、そのときに図示のように最も下に位置する頂点16に到達し、そこで電気的接触を完成することにより、方向情報取得装置10が現在、右側頭部配置であることを認識できる。
The same is true when the
ひとつの配置における結果が得られて直後の定められた時間以内、例えば５秒以内に他の配置にさせられた場合、そこでの新たな配置の結果を前の配置の結果に加えて、あたかも二つないしそれ以上の配置での結果として出力することもできる。これは、アンテナ11の装着位置を変更するのみで、任意数のアンテナ数があるかの如き状態とし得る。
When the result of one arrangement is obtained and the other arrangement is made within a predetermined time immediately after, for example, 5 seconds, the result of the new arrangement there is added to the result of the previous arrangement, as if two It can also be output as a result of one or more arrangements. This can be as if there is an arbitrary number of antennas only by changing the mounting position of the
一般的な使用法としては、通常、簡単には顔面正面の方向だけで良いことも多いが、時折であっても二つ以上の方向を得て姿勢情報を得たい場合には、上記の様に複数のアンテナ11があるかのようにすることは極めて便利である。その上、複数のアンテナ配置における情報が多く取得できる程、方向情報は限定され、正確になる。
In general, it is usually easy to use only the direction of the front of the face. However, if you want to obtain posture information by obtaining two or more directions even occasionally, use It is very convenient to make it have a plurality of
繰り返して述べるが、二つ以上の方向情報が限定されることは有用な姿勢情報を得られることになり、それも上記のような工夫を施せば、一個の方向情報取得装置10のみで、複数の方向情報取得装置10があるかのごとき高い精度と有用性を同時に成立させる結果取得が簡便かつ廉価に実現できるのである。
As described repeatedly, if two or more direction information is limited, useful posture information can be obtained, and if it is devised as described above, only one direction
もっとも、宇宙空間における母船外活動者が着用する場合を考慮すると、三つのＧＰＳ平面アンテナ11ないし一つであっても移動可能にすることで実質的に三つ以上と看做せるＧＰＳ平面アンテナを全てヘルメット18に装着するのは、宇宙空間のように姿勢が自由になってしまう特殊状況下では好ましくない場合もある。地表上では通常、使用者は立ったままであるから、頭上空間はどの方向にも通常、常に開かれている。ところが、宇宙空間では、姿勢の如何により、例えば側頭部に装着した、ないし側頭部に位置したＧＰＳ平面アンテナ11に対し、肩による遮蔽が生じたりすることが考えられる。また、後頭部に装着した、ないしは後頭部に位置したＧＰＳ平面アンテナに対しても、通常、母船外活動者が背負う背負いモジュール等の着用モジュールによって遮蔽が生じる惧れがある。
However, in consideration of the case worn by mothers outboard in space, GPS plane antennas that can be regarded as substantially three or more by making even three
そこで、図５に示すように、母船外活動者Omのヘルメット18の頭頂部にＧＰＳ平面アンテナ11(11-1)を一つ装着したならば、他の一つのＧＰＳ平面アンテナ11-2はその背負いモジュール等、着用モジュール31の一側面に、そして残りの一つ11-3は着用モジュール31の他の側面に装着する等はとても良い配置となる。全てのＧＰＳ平面アンテナの視野が最も広い状態とし得るからである。各ＧＰＳ平面アンテナの法線のなす角度は、簡単にはいずれも90度とするのが良いが、原理的にはこれに限らない。
Therefore, as shown in FIG. 5, if one GPS plane antenna 11 (11-1) is mounted on the top of the
この場合、夫々の平面アンテナの配向は、データ処理部13において、事前に入力されていることが必要である。その際、夫々の平面アンテナの配向については、使用者をある側面に顔の画かれた円筒棒状のものと仮にみなして、それに関連した座標、例えば、使用者の体躯の中心軸で頭上方向（Ｚ軸）、それに垂直で顔面（体躯正面）方向（Ｘ軸）と、その両者に垂直で体躯右側方向（Ｙ軸）などを基本とした、使用者中心座標におけるそれぞれのアンテナの配向をデータ処理部13に、入力しておく必要がある。これは事前にファームウエアに書き込んでおいても良い(図５の場合では、平面アンテナ11-1は(1,0,0)方向、平面アンテナ11-2は(0,0,1)方向、平面アンテナ11-3は(0,-1,0)方向と入力しておけば良い）。入力が簡単になるように特化した、専用のインタフェースを設けておけば、配向を変化させて際にも対応でき利便性が高くなる。 In this case, the orientation of each planar antenna needs to be input in advance in the data processing unit 13. At this time, regarding the orientation of each planar antenna, the user is assumed to be a cylindrical rod having a face drawn on a side surface, and the coordinates related thereto, for example, the overhead direction in the central axis of the user's body ( Data processing of the orientation of each antenna in the center coordinates of the user based on the Z axis), the face (front of body) direction perpendicular to it (X axis), and the right side of the body and the right side of the body (Y axis) Part 13 needs to be input. This may be written in advance in the firmware (in the case of FIG. 5, the planar antenna 11-1 is in the (1,0,0) direction, the planar antenna 11-2 is in the (0,0,1) direction, For the planar antenna 11-3, the (0, -1,0) direction may be input). Providing a dedicated interface specially designed to make input simple will make it easier to respond to changes in orientation and increase convenience.
また、平面アンテナ11-1,11-2,11-3の背面に、対応するＧＰＳ受信部、データ処理部、結果出力部を格納しておいても良い。近年は小型化・薄型が急速に進みこの程度の容量で実現可能である。 In addition, a corresponding GPS receiving unit, data processing unit, and result output unit may be stored behind the planar antennas 11-1, 11-2, and 11-3. In recent years, miniaturization and thinning have progressed rapidly, and this can be realized with such a capacity.
これら、図５では一見、離れているかに画かれているように画かれている平面アンテナ11-1, 11-2, 11-3の位置にある夫々のユニットは、内部的にフレキシブルケーブルで連結されていても良い。また、近年、ワイド・エリア・ネットワーク(Wide Area Network)やローカル・エリア・ネットワーク(Local Area Network)に続き、人体程度の距離の装置間を無線通信で繋ぐボディ・エリア・ネットワーク(Body Area Network)の概念が広まっているが、これを用いても簡便に構築可能で利便性が向上する。 These units at the positions of the planar antennas 11-1, 11-2, and 11-3, which are drawn as if they are separated at a glance in FIG. 5, are internally connected by a flexible cable. May be. In addition, in recent years, following a wide area network (Wide Area Network) and a local area network (Local Area Network), a body area network (Body Area Network) that connects devices at a distance of the human body by wireless communication However, it can be easily constructed and the convenience is improved.
複数のユニットが夫々にデータ処理部を持つ場合は、最終的にそれらの方向限定を取り纏めるいわゆるマスターにどのユニットがなるかについては、なんらかの規則を決めておきさえすればよい。先に入力した(1,0,0)等といった平面アンテナの方向入力時に、マスターとなるべきものを、{(1,0,0), 1}等のように(最後の１がマスターを示すとして)指定しても良い。Body Area Networkを通じた相互通信の結果、シリアル番号の若いものがその任務を受け持つ、等とルールを明確化しておけば実装が簡単なる。ディップスイッチを持たせておき、マスターとスレーブを明示的に使用者が設定するなど他の方法でも良い。
マスターとなったユニットのデータ処理部13は、自ユニットの平面アンテナ11の方向限定を行うと共に、他ユニットのデータ処理部13から送られてきたそれぞれの平面アンテナ11の方向限定結果を、事前に入力されている平面アンテナ相互の配向情報に沿って自ユニットの平面アンテナの方向限定情報に変換して、自ユニット方向限定の積集合を精度よく得る。同様に、他ユニットの平面アンテナ11の方向限定に、自ユニットの平面アンテナ11の方向限定とさらにそれ以外の平面アンテナ11の方向限定情報を変換して、該当ユニット方向限定の積集合を精度よく得る。（これはただの座標変換であるからそれほどのＣＰＵパワーがなくても可能である。しかし他のユニットのデータ処理部13に負荷分散させても構わない。）この作業によって、夫々の平面アンテナ11の方向限定が一層精度よく得られたので、マスターとなったユニットのデータ処理部13は得られた結果を、同ユニットの結果出力部14に通知する。
When a plurality of units each have a data processing unit, it is only necessary to determine a certain rule as to which unit will eventually become a so-called master that summarizes the direction restrictions. When the planar antenna direction input (1,0,0) etc. is input earlier, what should be the master, such as {(1,0,0), 1}, etc. (the last 1 indicates the master) As). As a result of mutual communication through the Body Area Network, implementation is easier if the rules such as those with younger serial numbers are responsible for their duties are clarified. Other methods such as having a dip switch and explicitly setting the master and slave by the user may be used.
The data processing unit 13 of the unit that became the master limits the direction of the
結果出力部14は、例えば使用者が装着するゴーグルないしイヤホン等に結果情報を伝達する。この場合も、ゴーグルないしイヤホンそのものに、Body Area Networkの端末として通信可能なインテリジェント機能を持たせておけば活用が簡易にでき、利便性が高い。 The result output unit 14 transmits the result information to, for example, goggles or earphones worn by the user. Also in this case, if the goggle or the earphone itself has an intelligent function capable of communicating as a Body Area Network terminal, it can be used easily and is highly convenient.
図６は、上述してきた本発明方向情報取得方法で方向限定を行う際の複数の衛星配置とＧＰＳ平面アンテナ11との関係の一例を示している。なお、この図面では簡単化のため、母船外活動者Omが装着しているＧＰＳ平面アンテナ11ないし方向情報取得装置10は、頭頂部に装着された一つしか示していないし、とりあえずまた、これに着目して説明する。本図における球面の図面は、観察者（母船外活動者）Omを球の中心とする天球を想定した図である。小丸はＧＰＳ衛星の位置を表すが、当該小丸の外周線が実線のものはこちら側の天球面上を示し、仮想線（点線）で示されているものは向こう側の天球面上を示す。さらに、小丸の内部にドット模様が付されているものは、方向情報取得装置10のＧＰＳ平面アンテナ11の覆域に存在すると後に判定されるべき諸ＧＰＳ衛星（後述の通りここではS2，S7，S8，S12，S15，S20，S22）であり、他の白抜き小丸印はそれ以外の諸ＧＰＳ衛星である。なお、添字数字が同じで記号Cで始まる大円は、それぞれ上記衛星S2，S7，S8，S12，S15，S20，S22を中心に持つ大円C2，C7，C8，C12，C15，C20，C22である。
FIG. 6 shows an example of the relationship between the plurality of satellite arrangements and the GPS
観察者Omにとっては、自らの位置から見る天球面上における各衛星の配置状況は分からない。方向に関して何ら情報をもっていない観察者Omによって、ＧＰＳ平面アンテナ11が図６の中に示されるように無作為に設置された模様を表したのが、この図であるとも言える。また、ここではＧＰＳ平面アンテナ11（方向情報取得装置10）は観察者Omの頭頂部に配置されている。
Observer Om does not know the position of each satellite on the celestial sphere viewed from his position. It can be said that this figure shows a pattern in which the
方向情報取得装置10を作動させると、図２に示したＧＰＳ受信部12に接続されたデータ処理部13では、チャネル状態が同期した衛星群について、具体的には図６中の衛星S2，S7，S8，S12，S15，S20，S22についての諸方向 、例えば下記表２に示されるような赤緯，赤経データ、を得ることとなり、これにより計測方向Dm を限定できる。各衛星には単純に衛星番号を割り振ってよく、例えば衛星S2の衛星番号は２としておく。
When the direction
表２中からは除かれているように、図６中ではアンテナ覆域中に位置して居るように見える衛星S21が同期していないとすると、それは地物遮蔽や母船遮蔽による結果等と推定される。このような地物遮蔽や母船遮蔽は軌道上母船外活動で時折普通に生じるもので、正常な状態である。 As excluded from Table 2, assuming that satellite S21, which appears to be located in the antenna coverage in Fig. 6, is not synchronized, it is estimated that it is the result of feature shielding or mother ship shielding. Is done. Such feature shields and mother ship shields are normal, as they occur from time to time in orbital mother extravehicular activities.
図６においては、地球の陰の大勢はアンテナ11の感度領域にはないものとした。
In FIG. 6, it is assumed that many shades of the earth are not in the sensitivity region of the
いずれにしても、上記のようなデータが得られれば、本発明に従い、計測方向Dmは限定される。具体的には、天球上で各衛星番号2，7，8，12，15，20，22をそれぞれ中心に持つ大円C2，C7，C8，C12，C15，C20，C22の内部領域に相当する半天球表面領域の積集合としての領域Rdm(一般に天球上の不規則な球面閉多角形図形となり、各辺に相当するのは先に述べた各大円の一部分）に、計測方向Dmは限定できる。当該領域Rdmには図６中、斜線を付して示してある。このようにして、計測方向Dmをある範囲に限定できる。
In any case, if the above data is obtained, the measurement direction Dm is limited according to the present invention. Specifically, it corresponds to the inner region of the great circles C2, C7, C8, C12, C15, C20, C22 with
今述べてきた、図６における平面アンテナ11は、図５における平面アンテナ11−1に相当するものと考え、図５における平面アンテナ11-1の方向の限定がこのようにできたとする。図５において、残る平面アンテナ11−2、および、平面アンテナ11-3についても、図６において、（図が煩雑になるため画かれてはいないが）オーバーラップさせて、同様に考えることができる。図５における平面アンテナ11-2は、図６における使用者の右肩側面に貼り付けられていると考える。図５における平面アンテナ11−3は図６における使用者の背面に貼り付けられていると考える。平面アンテナ11−1が頭頂部方向の半天球に存在する衛星の信号を捕捉できたように、平面アンテナ11-2は右肩方向の半天球に存在する衛星の信号を捕捉でき、平面アンテナ11−3は背後方向の半天球に存在する衛星の信号を捕捉できる。それぞれが分担する覆域に関して、衛星信号の捕捉を試み、同様に方向の限定ができる。平面アンテナ11-1〜11-3は、相互に配向が異なって配置されているのであるから、図６において、平面アンテナ11-1が捕捉できなかった衛星信号を平面アンテナ11-2や11-3が捕捉して活用できることとなり、その結果それぞれの平面アンテナの方向情報は、それぞれに異なる有益な方向限定となる。
The
つまり、平面アンテナ11-2および平面アンテナ11-3がそれぞれの独自の覆域に存在する衛星信号の捕捉に基づいて生成した方向限定情報は、平面アンテナ11−1のそれとは当然異なった情報の組に基づくものであるから、平面アンテナの11-2および平面アンテナ11-3の方向限定情報を、それぞれの配向情報にしたがって平面アンテナ11-1の方向限定情報に変換すれば、その結果積集合として抽出され、一層制約される方向の限定の情報も、精度の高い実用性の高いものとなるのである。 In other words, the direction-limited information generated based on the capture of the satellite signals existing in the respective coverage areas of the planar antenna 11-2 and the planar antenna 11-3 is naturally different from that of the planar antenna 11-1. Because it is based on the set, if the direction-limited information of the planar antenna 11-2 and the planar antenna 11-3 is converted into the direction-limited information of the planar antenna 11-1 according to the respective orientation information, the resulting product set As a result, the limited information in the direction further restricted is also highly accurate and practical.
同様に、平面アンテナ11-2の方向限定も、さらに平面アンテナ11-1の方向限定と平面アンテナ11-3の方向限定の情報を、それぞれの配向情報にしたがって平面アンテナ11-2の方向の限定への変換した情報を重ね合わせ、積集合を抽出することによって、また平面アンテナ11-3の方向限定も、平面アンテナ11-1 の方向限定および平面アンテナ11-2の方向限定を、それぞれの配向情報にしたがって平面アンテナ11-2の方向に限定へと変換した情報を重ね合わせ、積集合を抽出することによって、高精度で実用的な範囲に絞り込むことができるのである。またこれらを組み合わせることで、姿勢の限定情報を得ることができるのである。 Similarly, for the direction limitation of the planar antenna 11-2, the direction limitation of the planar antenna 11-1 and the direction limitation of the planar antenna 11-3 are further limited according to the respective orientation information. By superimposing the transformed information to extract the product set, the direction limitation of the planar antenna 11-3, the direction limitation of the planar antenna 11-1 and the direction limitation of the planar antenna 11-2, By superimposing the information converted into the limitation in the direction of the planar antenna 11-2 according to the information and extracting the product set, it is possible to narrow down to a practical range with high accuracy. Further, by combining these, it is possible to obtain posture limitation information.
以上、本発明の望ましい実施形態を図面に即して説明したが、本発明は上記した実施形態に限ることなく、本願要旨構成に従う限り、任意の改変が自由である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and any modifications can be freely made as long as the gist of the present invention is followed.
10 方向情報取得装置
11 ＧＰＳ平面アンテナ
12 ＧＰＳ受信部
13 データ処理部
14 結果出力部
15 方向情報取得装置の筐体
16 空隙16S の各頂点
17 磁性体球（鉄球）
18 ヘルメット
19 永久磁石
20，21，22 ガイド溝
Dm 計測方向
Om 観察者
10 Direction information acquisition device
11 GPS plane antenna
12 GPS receiver
13 Data processing section
14 Result output section
15 Enclosure of direction information acquisition device
16 Each vertex of the
17 Magnetic ball (iron ball)
18 Helmet
19 Permanent magnet
20, 21, 22 Guide groove
Dm Measuring direction
Om observer
Claims (9)
該ＧＰＳアンテナに接続したＧＰＳ受信機にＧＰＳ衛星信号の捕捉を試みさせ；
得られた信号から覆域に存在する複数のＧＰＳ衛星を判定し；
測位地点から上記各ＧＰＳ衛星の各々への方向を測位計算の過程から導出し；
該導出された上記各ＧＰＳ衛星の上記方向を統括して該ＧＰＳアンテナ方向を限定すること；
を含み；
前記導出された前記各ＧＰＳ衛星の上記各方向を統括しての該ＧＰＳアンテナ方向の限定は、前記被判定各ＧＰＳ衛星方向と該ＧＰＳアンテナのビーム中心方向とのなす角が90度以下であるということに基づいて限定された各角度範囲を重ね合わせてなすこと；
を特徴とする方向情報取得方法。 Using one GPS antenna with a hemispherical antenna pattern;
Causing a GPS receiver connected to the GPS antenna to attempt to capture a GPS satellite signal;
Determining a plurality of GPS satellites present in the coverage from the obtained signal;
Deriving the direction from the positioning point to each of the GPS satellites from the process of positioning calculation;
Consolidating the directions of the derived GPS satellites to limit the direction of the GPS antenna;
Including:
The limitation of the GPS antenna direction that governs the respective directions of the derived GPS satellites is that the angle formed by the direction of each GPS satellite to be determined and the beam center direction of the GPS antenna is 90 degrees or less. Overlapping each limited angle range based on that ;
The direction information acquisition method characterized by this.
該各ＧＰＳアンテナにそれぞれ接続した各ＧＰＳ受信機にＧＰＳ衛星信号の捕捉を試みさせ；
該各ＧＰＳ受信機で得られた信号から該各ＧＰＳアンテナの上記覆域に存在する複数のＧＰＳ衛星を判定し；
測位地点から上記複数のＧＰＳ衛星の各々への方向を測位計算の過程から導出し；
該導出された上記各ＧＰＳ衛星の上記方向を統括して該各ＧＰＳアンテナ方向を一時的に限定した上で；
該複数のＧＰＳアンテナの中、選ばれた一つのＧＰＳアンテナの上記方向の限定の情報と、該選ばれた一つのＧＰＳアンテナ以外の他のＧＰＳアンテナの方向の限定を、上記相互に異なる既知の配向の記述に基づいて上記選ばれたＧＰＳアンテナの方向の限定へと変換した情報とを重ね合わせ、それら方向の限定の情報の積を取ることによって、上記選ばれたＧＰＳアンテナの上記一次的に限定された方向を二次的に一層限定すると共に；
上記複数のＧＰＳアンテナのそれぞれの方向の上記限定より姿勢を限定すること；
を含み；
前記導出された前記各ＧＰＳ衛星の上記各方向を統括しての該ＧＰＳアンテナ方向の限定は、前記被判定各ＧＰＳ衛星方向と該ＧＰＳアンテナのビーム中心方向とのなす角が90度以下であるということに基づいて限定された各角度範囲を重ね合わせてなすこと；
を特徴とする方向情報取得方法。 Using multiple GPS antennas with hemispherical antenna patterns in different orientations;
Causing each GPS receiver connected to each GPS antenna to attempt to capture a GPS satellite signal;
Determining a plurality of GPS satellites existing in the coverage area of each GPS antenna from the signals obtained by the respective GPS receivers;
Deriving the direction from the positioning point to each of the plurality of GPS satellites from the process of positioning calculation;
Supervising the directions of the derived GPS satellites and temporarily limiting the directions of the GPS antennas;
Among the plurality of GPS antennas, the limitation information on the direction of the selected one of the GPS antennas and the limitation on the direction of the other GPS antennas other than the selected one of the GPS antennas are different from each other. By superimposing the information converted into the direction limitation of the selected GPS antenna based on the description of the orientation and taking the product of the information on the limitation of the direction, the primary of the selected GPS antenna While further restricting the limited direction secondarily;
Limiting the posture from the above limitation of the direction of each of the plurality of GPS antennas;
Including:
The limitation of the GPS antenna direction that governs the respective directions of the derived GPS satellites is that the angle formed by the direction of each GPS satellite to be determined and the beam center direction of the GPS antenna is 90 degrees or less. Overlapping each limited angle range based on that ;
The direction information acquisition method characterized by this.
宇宙空間における母船外活動者に対し、上記限定された方向の情報を報知するに際し、該限定された方向ないしはそれに近い方向にある星座，恒星，天体のどれか一つまたは幾つかの名称を当該報知に含ませること；
を特徴とする方向情報取得方法。 A direction information acquisition method according to claim 1 or 2;
When reporting information on the above-mentioned limited directions to spacecraft extraterrestrials in outer space, the name of any one or several of constellations, stars, celestial bodies in the limited direction or in the direction close to it Include in the notification ;
The direction information acquisition method characterized by this.
上記母船外活動者に与えた方が便利と思われる参考物体の方向、または方向と該参考物体までの距離情報をも併せて報知すること；
を特徴とする方向情報取得方法。 The direction information acquisition method according to claim 3 ;
Notifying the direction of the reference object that is more convenient to give to the above-mentioned mother outboard activist, or the direction and distance information to the reference object together ;
The direction information acquisition method characterized by this.
上記ＧＰＳアンテナを三つ用い、その一つは宇宙空間における母船外活動者の頭部に、他の一つは該母船外活動者が背負う着用モジュールの一側面に、そして残りの一つは該着用モジュールの他の側面に装着すること；
を特徴とする方向情報取得方法。 A direction information acquisition method according to claim 2;
Three GPS antennas are used, one on the mother's head in outer space, the other on one side of the wearing module carried by the mother's extravehavior, and the other on the side To be attached to the other side of the wearing module ;
The direction information acquisition method characterized by this.
上記ＧＰＳアンテナは、宇宙空間における母船外活動者の頭部に装着し、該頭部への装着位置を可変できるようにすると共に；
該頭部の装着位置が所定の時間以内に変更された場合に、変更前と変更後の各位置にそれぞれ異なる上記ＧＰＳアンテナが設けられているものと見做し、それにより上記複数のＧＰＳアンテナが用いられているものとすること；
を特徴とする方向情報取得方法。 A direction information acquisition method according to claim 2;
The GPS antenna is attached to the head of an off-board mother activator in outer space so that the mounting position on the head can be varied;
When the mounting position of the head is changed within a predetermined time, it is considered that the GPS antennas different from each other are provided at the positions before and after the change, and thereby the plurality of GPS antennas are provided. Shall be used ;
The direction information acquisition method characterized by this.
上記報知に視覚情報を含ませる場合、上記限定された方向ないしはそれに近い方向にある上記星座，上記恒星，上記天体のどれか一つまたは幾つかの上記名称を二重写し可能なゴーグルを上記母船外活動者に装着させること；
を特徴とする方向情報取得方法。 The direction information acquisition method according to claim 3 or 4,
When visual information is included in the notification, goggles capable of double-copying any one or several of the names of the constellation, the star, and the celestial body in the limited direction or the direction close thereto are described above. To be fitted to mother outboard activists ;
The direction information acquisition method characterized by this.
上記ＧＰＳ平面アンテナのビーム中心を水平以外の方向に配置したこと；
を特徴とする方向情報取得方法。 The direction information acquisition method according to claim 1,
The GPS flat antenna beam center is positioned in a direction other than horizontal ;
The direction information acquisition method characterized by this.
上記ＧＰＳ平面アンテナの少なくとも一つのビーム中心を水平以外の方向に配置したこと；
を特徴とする方向情報取得方法。 The direction information acquisition method according to claim 2 ,
Arranging at least one beam center of the GPS plane antenna in a direction other than horizontal ;
The direction information acquisition method characterized by this.
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