JP6569139B2 - 移動物体観測システム、および、移動物体観測方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動物体観測システム、および、移動物体観測方法に関する。

近年、スペースデブリや人工衛星のような宇宙物体（宇宙空間に位置する物体をいう。）の観測の必要性が高まっている。特に、近年では地球周辺のスペースデブリが増加しており、スペースデブリ対策は宇宙利用において急務になっている。スペースデブリへの対処のためには、スペースデブリを正確に観測することが望まれる。また、正確な観測の必要性は、スペースデブリのみならず人工衛星の観測においてもあてはまる。

レーザ光を用いて宇宙物体を観測する技術が提案されている。レーザ光を用いた宇宙物体の観測は、宇宙物体の観測の精度の向上に有効である。

例えば、特許文献１（特開２０１１−２１８８３４号公報）は、人工衛星からレーザ光をスペースデブリの被測定空間に照射し、該人工衛星と同一の地球周回軌道上にある観測衛星に搭載したカメラにより該被測定空間を撮影し、撮影によって得られた画像の輝度情報から該被測定空間に存在するスペースデブリを特定する技術を開示している。

また、本願の特許出願時に未公開である特許文献２（特願２０１５−２２３４０６号）には、大気圏内に設けられたレーザ装置からのレーザ光を、宇宙物体に照射することにより、当該宇宙物体を観測する技術が記載されている。

なお、レーザ光を宇宙物体等の移動物体に照射して当該移動物体の観測を行うためには、十分な強度の反射光を得る必要がある。このため、レーザ光のビームスポット径（レーザ光の径）を小さくすることにより、目標（移動物体が存在すると想定される領域）に照射されるレーザ光のエネルギ密度を所定の値以上にする必要がある。しかし、移動物体の軌道推定の精度によっては、移動物体が存在すると想定される領域（換言すれば、存在想定領域）が大きくなる場合がある。このような場合、存在想定領域の全体を覆うようなビームスポット径を有するレーザ光を照射すると、目標に照射されるレーザ光のエネルギ密度が小さくなる。その結果、レーザの特性または受信性能（受光センサ、受信回路等の性能）によっては、観測に必要とされる信号強度（反射光の強度）が得られない可能性がある。

特開２０１１−２１８８３４号公報 特願２０１５−２２３４０６号

本発明の目的は、移動物体の存在確率の高い領域を優先して走査することにより、移動物体の観測確率を向上させることが可能な移動物体観測システム、および、移動物体観測方法を提供することにある。

この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。

以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。

いくつかの実施形態における移動物体観測システムは、軌道（１）上を移動する移動物体（２）を観測する移動物体観測システムである。移動物体観測システムは、レーザ光（１１ａ）を出射するように構成されたレーザ装置（２１）と、前記レーザ装置（２１）から前記レーザ光（１１ａ）が出射される方向である出射方向を調整する出射方向調整機構（２１ｃ）と、前記移動物体（２）による前記レーザ光の反射光である反射レーザ光（１１ｂ）を受光するレーザ光受光部（２４）と、制御装置（２５）とを具備する。前記制御装置（２５）は、前記移動物体の存在確率分布または前記移動物体の検出確率分布を示す第１確率分布に基づいて、前記移動物体の存在確率の合計値または前記移動物体の検出確率の合計値を示す第１合計値が第１閾値（ＴＨ１）以上となるように第１領域（３）を抽出する領域抽出処理を実行するように構成される。前記制御装置（２５）は、抽出された前記第１領域（３）が前記レーザ光（２１ａ）によって走査されるように、前記出射方向調整機構（２１ｃ）に出射方向調整指令を送信する。

上記移動物体観測システムにおいて、前記領域抽出処理は、前記移動物体（２）の存在が想定される複数のセル（６）の中からセルを抽出するセル抽出処理を含んでもいてもよい。前記制御装置（２５）は、前記セル抽出処理によって抽出された複数の前記セルによって構成される領域全体内における前記移動物体の前記存在確率の合計値または前記移動物体の検出確率の合計値を示す第２合計値が前記第１閾値以上となるまで、前記セル抽出処理を繰り返し実行してもよい。前記制御装置（２５）は、前記第２合計値が前記第１閾値（ＴＨ１）以上になると、前記セル抽出処理を終了してもよい。前記制御装置（２５）は、前記セル抽出処理の終了後、前記セル抽出処理によって抽出された複数の前記セルによって構成される領域全体を前記第１領域（３）として決定してもよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記制御装置（２５）は、前記第１領域（３）を構成する複数のセル（６）が、前記移動物体（２）の存在確率の高いセルから順番に、前記レーザ光（２１ａ）によって走査されるように、前記出射方向調整機構（２１ｃ）に出射方向調整指令を送信してもよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記制御装置（２５）は、前記第１領域（３）の走査に要する時間が出来る限り短くなるような順番で、前記第１領域（３）を構成する複数のセル（６）が走査されるように、前記出射方向調整機構（２１ｃ）に出射方向調整指令を送信してもよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記第１領域（３）の前記レーザ光の進行方向に垂直な断面は、前記存在確率または前記検出確率の高い領域に対応した細長形状であってもよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記第１領域（３）は、位置が固定されている領域であってもよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記第１領域を位置が固定されている領域とするのが適する例としては、前記第１領域を十分に短い時間で走査できる場合が考えられる。例えば、前記断面の大きさが、前記レーザ光（１１ａ）が前記移動物体（２）の推定軌道に到達する時の前記レーザ光（１１ａ）のビームスポット（４）の面積と、前記レーザ光（１１ａ）の単位時間当たりの出射回数を示す出射周波数との積よりも小さい場合、前記第１領域を十分に短い時間で走査できる。このような場合、前記第１領域の位置を固定するとよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記第１領域（３）は、時間と共に移動する領域であってもよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記第１領域を時間とともに移動する領域とするのが適する例としては、前記第１領域を十分に短い時間で走査できない場合が考えられる。例えば、前記断面の大きさが、前記レーザ光（１１ａ）が前記移動物体（２）の推定軌道に到達する時の前記レーザ光（１１ａ）のビームスポット（４）の面積と、前記レーザ光（１１ａ）の単位時間当たりの出射回数を示す出射周波数との積よりも大きい場合、前記第１領域を十分に短い時間で走査することができない。このような場合、前記第１領域の位置を時間と共に移動させるとよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記第１領域（３）は、時間と共に移動する領域であってもよい。前記第１領域（３）の形状は、前記移動物体（２）の推定軌道に垂直な方向に広がる薄板形状または線状形状であってもよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記移動物体（３）の推定軌道に垂直な方向に沿う１つの軸をＸ軸と定義する時、前記セル抽出処理は、既に抽出されたセルのうちのいずれかと前記Ｘ軸に沿った位置が同じであるセルを抽出対象候補から除くとの制約条件の下で実行されてもよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記制御装置（２５）は、前記第１領域が前記レーザ光によって繰り返し走査されるように、前記出射方向調整機構に前記出射方向調整指令を送信してもよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記制御装置（２５）は、前記第１領域（３）が走査される第１観測期間とは異なる第２観測期間における前記移動物体（２）の存在確率分布または前記移動物体（２）の検出確率分布を示す第２確率分布に基づいて、前記移動物体（２）の存在確率の積分値または前記移動物体（２）の検出確率の積分値が第２閾値（ＴＨ２）以上となるように第２領域（１０３）を抽出する第２領域抽出処理を実行するように構成されてもよい。また、前記制御装置（２５）は、前記第２領域（１０３）が前記レーザ光（１１ａ）によって走査されるように、前記出射方向調整機構（２１ｃ）に前記出射方向調整指令を送信してもよい。

上記移動物体観測システムにおいて、前記第２確率分布は、前記第１観測期間における前記移動物体の観測結果を反映して算出された確率分布であってもよい。

いくつかの実施形態における移動物体観測方法は、軌道（１）上を移動する移動物体（２）を観測する方法である。移動物体観測方法は、第１観測期間における前記移動物体（２）の存在確率分布または前記移動物体（２）の検出確率分布を示す第１確率分布を取得する工程と、前記第１確率分布に基づいて、前記移動物体の存在確率の合計値または前記移動物体の検出確率の合計値が第１閾値（ＴＨ１）以上となるように第１領域（３）を抽出する工程と、前記第１領域（３）がレーザ光（１１ａ）によって走査されるようにレーザ光（１１ａ）を出射する工程と、前記移動物体（２）による前記レーザ光の反射光である反射レーザ光（１１ｂ）を受光することにより、前記移動物体（２）を検出する工程とを具備する。

本発明により、移動物体の存在確率の高い領域を優先して走査することにより、移動物体の観測確率を向上させることが可能な移動物体観測システム、および、移動物体観測方法が提供できる。

図１は、第１の実施形態の移動物体観測システムと、移動物体との配置関係を模式的に示す概念図である。 図２Ａは、移動物体観測システムの構成の一例を示す機能ブロック図である。 図２Ｂは、移動物体観測システムの構成の他の一例を示す機能ブロック図である。 図３は、移動物体の存在確率分布を模式的に示すグラフである。 図４は、第１領域の例を模式的に示す図である。 図５は、レーザ光が、領域Ａを貫通してＹ軸方向に沿って進行する様子を模式的に示す図である。 図６は、各セル内における移動物体の存在確率の算出方法を説明するための図である。 図７は、移動物体の存在確率分布を模式的に示す図である。 図８は、第１領域の例を模式的に示す図である。 図９は、第１領域の例を模式的に示す図である。 図１０Ａは、固定座標系における第１領域の例を模式的に示す図である。 図１０Ｂは、セルに照射されるレーザ光の出射のタイミングを模式的に示す図である。 図１１は、第１領域と共に移動する座標系における第１領域の例を模式的に示す図である。 図１２は、移動する第１領域が複数回走査される様子を模式的に示す図である。 図１３は、第１領域が繰り返し照射される場合に、移動物体がレーザ光によって照射される回数の期待値を示すグラフである。 図１４は、第１領域の例を模式的に示す図である。 図１５は、移動物体の存在確率分布を模式的に示す図である。 図１６は、存在確率分布が、時間の関数であることを模式的に示す図である。 図１７は、第１領域の例を模式的に示す図である。 図１８Ａは、固定座標系における第１領域の例を模式的に示す図である。 図１８Ｂは、セルに照射されるレーザ光の出射のタイミングを模式的に示す図である。 図１９は、第１領域と共に移動する座標系における第１領域の例を模式的に示す図である。 図２０は、移動する第１領域が複数回走査される様子を模式的に示す図である。 図２１は、第１領域が繰り返し照射される場合に、移動物体がレーザ光によって照射される回数の期待値を示すグラフである。 図２２は、第１領域が繰り返し照射される場合に、移動物体がレーザ光によって照射される回数の期待値を示すグラフである。 図２３は、移動物体観測方法を模式的に示すフローチャートである。 図２４は、第２の実施形態の移動物体観測システムによる観測の様子を模式的に示す図である。 図２５は、第１の観測結果を反映して移動物体の存在確率分布を算出する例を示す概念図である。 図２６は、第１の観測結果を反映して第２領域の大きさを第１領域の大きさよりも大きくする例を示す概念図である。 図２７は、第３の実施形態の移動物体観測システムによる観測の様子を模式的に示す図である。

以下、実施形態に係る移動物体観測システム、移動物体観測方法に関して、添付図面を参照して説明する。なお、添付図面において、同一又は類似の構成要素は、同一又は対応する参照番号で参照されることがある。

（座標系）
本明細書においては、説明のために、以下の３次元直交座標系を用いる。Ｚ軸は、移動物体の推定軌道に沿う軸である。＋Ｚ方向は、移動物体の推定軌道に沿う方向であって、移動物体の進行方向を意味する。Ｘ軸およびＹ軸は、それぞれ、Ｚ軸に垂直である。また、Ｘ軸は、Ｙ軸に垂直である。なお、Ｘ軸は、Ｚ軸に垂直な平面内において、どのような方向に配向されてもよい。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の移動物体観測システム１０と、移動物体２との配置関係を模式的に示す概念図である。移動物体観測システム１０は、移動物体２を観測（検出）するように構成されている。移動物体２は、地球周回軌道等の軌道１上を移動する移動物体である。移動物体２は、例えば、宇宙物体である。なお、宇宙物体は、宇宙空間に位置する物体と定義されてもよいし、大気圏外に存在する物体と定義されてもよい。なお、宇宙物体は、人工衛星であってもよいし、スペースデブリであってもよい。

図１から把握されるように、移動物体観測システム１０は、レーザ光１１ａを出射する。より具体的には、移動物体観測システム１０の本体１０ａ内のレーザ装置が、レーザ光１１ａを出射する。移動物体観測システム１０は、第１領域３がレーザ光１１ａによって走査されるように、レーザ光１１ａを第１領域３内の部分に向かって出射する。いくつかの実施形態および変形例では、第１領域３の抽出に特徴がある。第１領域３の抽出の詳細については、後述される。図１に記載の例では、レーザ光１１ａの照射範囲内、より具体的には、ビームスポット４内に、移動物体２が存在する。なお、ビームスポット４の径は、レーザ光１１ａの進行方向に垂直な断面におけるレーザ光の直径を意味してもよい。ビームスポット４の径は、例えば、当該断面におけるレーザ光の強度が、当該断面におけるレーザ光の最大強度の１／ｅ^２（ｅは自然対数の底）となる部分の直径であってもよい。

移動物体観測システム１０（より具体的には、後述のレーザ光受光部２４）は、移動物体２によるレーザ光の反射光である反射レーザ光１１ｂを受光する。反射レーザ光１１ｂを解析することにより、移動物体の位置が特定される。例えば、反射レーザ光１１ｂの受光に基づいて、レーザ光１１ａの照射方向には、移動物体２が存在すると判断されてもよい。付加的に、レーザ光１１ａの出射時刻と反射レーザ光１１ｂの受光時刻との差に基づいて、移動物体２と移動物体観測システム１０（より具体的には、レーザ装置２１）との間の距離が算出されてもよい。さらに反射光のドップラーシフトに基づいてレーザ出射方向の物体の速度が算出されてもよい。

なお、図１に記載の例では、移動物体観測システム１０が地上に設置されている。代替的に、移動物体観測システム１０の一部または全部が、地上以外の場所に設置されていてもよい。例えば、移動物体観測システム１０の一部または全部が、海上に設置されてもよいし、車両、航空機、船舶等の移動体上に設置されてもよいし、宇宙空間（人工衛星、あるいは、スペースステーションを含む）に設置されてもよい。

図２Ａは、移動物体観測システム１０の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２Ａに記載の例では、移動物体観測システム１０は、レーザ発振器２１ａと、照射光学系２１ｂと、分離ミラー２３と、レーザ光受光部２４と、制御装置２５とを備えている。

レーザ発振器２１ａと照射光学系２１ｂとは、レーザ光１１ａを出射するためのレーザ装置２１を構成している。詳細には、レーザ発振器２１ａは、移動物体２に照射すべきレーザ光１１ａを発生する。レーザ発振器２１ａによって発生されたレーザ光１１ａは、分離ミラー２３を通過して照射光学系２１ｂに入射される。図２Ａに記載の例では、レーザ発振器２１ａとして、パルスレーザ光を発生し、パルスエネルギーとパルス繰り返し周波数が調節可能であるパルスレーザが用いられる。なお、パルス繰り返し周波数は、レーザ光１１ａの単位時間当たりの出射回数を示す出射周波数と等価である。

一方、照射光学系２１ｂは、レーザ発振器２１ａから受け取ったレーザ光１１ａを第１領域３に向けて出射すると共に、移動物体２によるレーザ光１１ａの反射によって生成される反射レーザ光１１ｂを受光して、受光した反射レーザ光１１ｂを分離ミラー２３に向けて出射する。照射光学系２１ｂは、鏡筒及び該鏡筒を駆動する駆動部を備えていてもよい。該駆動部は、制御装置２５によって制御され、これにより、鏡筒の向き、即ち、レーザ光１１ａの出射方向（レーザ装置２１から出射されるレーザ光１１ａの光軸の方向）が制御される。図２Ａに記載の例では、鏡筒を駆動する駆動部が、レーザ光１１ａの出射方向を調整する出射方向調整機構２１ｃを構成している。換言すれば、鏡筒を駆動する駆動部（出射方向調整機構２１ｃ）によって、レーザ光１１ａの出射方向を変更可能である。代替的に、あるいは、付加的に、レーザ光１１ａを反射するミラーの角度を変更する駆動部が、出射方向調整機構２１ｃを構成していてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、移動物体観測システム１０の本体１０ａ自体を回動させる駆動部が出射方向調整機構２１ｃであり、本体１０ａ自体を回動させることにより、レーザ光１１ａの出射方向が変更されてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、光フェイズドアレイによりレーザ光１１aの出射方向が変更されてもよい。

また、第１の実施形態において、照射光学系２１ｂは、駆動部を用いて照射光学系２１ｂ内のレンズの位置を調整する等により、照射光学系２１ｂから出射されるレーザ光１１ａの広がり角が調節可能であるように構成されてもよい。すなわち、照射光学系２１ｂは、広がり角調節機構（ビームスポット径調節機構２１ｄ）を備えていてもよい。なお、レーザ光の広がり角とは、レーザ光の光軸中心と、レーザ光の出力ピーク値の１／２の強度の光成分（半値幅）とのなす角度と定義されてもよい。

分離ミラー２３は、レーザ光１１ａと反射レーザ光１１ｂの分離のために用いられる。分離ミラー２３は、レーザ光１１ａを通過させると共に、反射レーザ光１１ｂを反射する。代替的に、分離ミラー２３は、レーザ光１１ａを反射するとともに、反射レーザ光１１ｂを通過させてもよい。分離ミラー２３からの反射レーザ光１１ｂは、レーザ光受光部２４に入射する。

レーザ光受光部２４は、反射レーザ光１１ｂを受光して撮像する。本実施形態では、レーザ光１１ａの出射時刻と反射レーザ光１１ｂの受光時刻との差を解析することで、移動物体２と移動物体観測システム１０（より具体的には、レーザ装置２１）との間の距離を算出できる。なお、移動物体観測システム１０から移動物体までの距離とパルス繰返し周波数の関係によっては、レーザ光１１aを出射してから反射レーザ光１１bを受光するまでに複数のレーザ光１１aが出射されることになり、受光した反射レーザ光１１bがどのレーザ光１１aに対応するものかが特定できないことがある。この場合は、事前情報から算出される移動物体観測システム１０から移動物体までの概ねの距離に基づいて、レーザ光１１ａの出射時刻と反射レーザ光１１ｂの受光時刻との差を推定し、推定した時刻の差と実際に計測した時刻の差がもっとも近い値となるレーザ光１１aを、受光した反射レーザ光１１bに対応するレーザ光１１aとして特定してもよい。なお、前記事前情報は、移動物体観測システム１０が過去における計測によって取得したデータ（移動物体の存在確率分布データそのものであってもよいし、移動物体の位置データ、軌道データ、速度データ等であってもよい。）であってもよいし、他の観測装置を用いて事前に取得されたデータ（移動物体の位置データ、軌道データ、速度データ等）であってもよいし、他の観測局から提供されたデータ（移動物体の存在確率分布データそのものであってもよいし、移動物体の位置データ、軌道データ、速度データ等であってもよい。）であってもよい。

制御装置２５は、少なくともレーザ発振器２１ａおよび出射方向調整機構２１ｃの制御を行う。制御装置２５は、移動物体観測システム１０の全体を制御してもよい。また、制御装置２５は、移動物体観測システム１０による観測に必要な様々な演算を行う演算手段として機能する。例えば、制御装置２５は、第１領域３を抽出するための後述の領域抽出処理を実行するように構成される。また、制御装置２５は、レーザ光受光部２４によって撮像された反射レーザ光１１ｂを変換することにより得られる撮像データを処理して、移動物体２の位置、移動物体２の画像等を導出してもよい。制御装置２５は、１つのコンピュータによって構成されてもよいし、複数のコンピュータによって構成されてもよい。制御装置２５（コンピュータ）は、ＣＰＵと記憶装置を備えていてもよい。記憶装置は、演算に必要なデータを一時的に記憶し、後述の領域抽出処理等の演算を実行する演算プログラムを記憶する。

制御装置２５は、後述の領域抽出処理を実行することにより、第１領域３を抽出する。そして、制御装置２５は、第１領域３がレーザ光１１ａによって走査されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信する。付加的に、制御装置２５は、ビームスポット径調節機構２１ｄを制御して、照射光学系２１ｂから出射されるレーザ光１１ａの広がり角を調整（変更）してもよい。付加的に、制御装置２５は、第１領域３がレーザ光１１ａによって走査されるように、レーザ発振器２１ａの動作を制御してもよい。例えば、レーザ発振器２１ａの動作を制御することにより、パルスエネルギーとパルス繰り返し周波数が調整されてもよい。また、制御装置２５は、レーザ発振器２１ａの動作タイミングを制御すると共に、第１領域３に対応するデータが取得されるように、アクティブレンジゲーティングにおいてレーザ光受光部２４が反射レーザ光１１ｂを受光するタイミングを決定してもよい。

このような構成の移動物体観測システム１０では、移動物体２までの距離を特定するレーザ測距を実行可能である。加えて、移動物体観測システム１０では、レーザ光１１ａの出射方向（一例では、鏡筒の向きに一致する）および撮像画像に基づいて、移動物体２の方位（例えば、水平面内における角度を示す方位角及び鉛直面内における角度を示す仰角）を特定することが可能である。また、移動物体観測システム１０では、移動物体２までの距離と移動物体２の方位とに基づいて、移動物体２の３次元位置を特定することが可能である。

なお、レーザ光１１ａを第１領域３にむけて出射するための光学系と、反射レーザ光１１ｂを受光するための光学系とが分離されてもよい。図２Ｂは、このような構成の移動物体観測システム１０を図示する機能ブロック図である。図２Ｂにおける移動物体観測システム１０は、図２Ａにおける移動物体観測システム１０と同様に構成されているが、分離ミラー２３ではなく受光光学系２６を備えている。

図２Ｂにおける移動物体観測システム１０では、照射光学系２１ｂがレーザ発振器２１ａから受け取ったレーザ光１１ａを第１領域３に向けて出射する。また、受光光学系２６が移動物体２によるレーザ光１１ａの反射によって生成される反射レーザ光１１ｂを受光して、受光した反射レーザ光１１ｂをレーザ光受光部２４に入射する。照射光学系２１ｂと受光光学系２６のそれぞれは、鏡筒及び該鏡筒を駆動する駆動部を備えていてもよい。照射光学系２１ｂ及び受光光学系２６それぞれの該駆動部は、制御装置２５によって制御され、これにより、照射光学系２１ｂと受光光学系２６それぞれの鏡筒の向きが制御されてもよい。図２Ｂに記載の例では、鏡筒を駆動する駆動部が、レーザ光１１ａの出射方向を調整する出射方向調整機構２１ｃを構成している。換言すれば、鏡筒を駆動する駆動部（出射方向調整機構２１ｃ）によって、レーザ光１１ａの出射方向を変更可能である。代替的に、あるいは、付加的に、レーザ光１１ａを反射するミラーの角度を変更する駆動部が、出射方向調整機構２１ｃを構成していてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、光フェイズドアレイによりレーザ光１１aの出射方向が変更されてもよい。
図２Ｂにおける移動物体観測システム１０のその他の構成及び動作は、図２Ａにおける移動物体観測システム１０の構成及び動作と同様である。

（第１領域の概要）
図３および図４を参照して第１領域の概要について説明する。図３は、移動物体の存在確率分布を模式的に示すグラフである。図４は、第１領域の例を模式的に示す図である。

移動物体２の存在確率分布は、他の観測装置を用いて事前に取得されたデータ（移動物体の位置データ、軌道データ、速度データ等）に基づいて算出されてもよいし、他の観測局から提供されたデータ（移動物体の存在確率分布データそのものであってもよいし、移動物体の位置データ、軌道データ、速度データ等であってもよい。）に基づいて算出されてもよい。図３から、Ｚ軸に沿う方向（移動物体の推定軌道の方向）に対する存在確率分布は、Ｘ軸またはＹ軸に沿う方向に対する存在確率分布よりも、より分散していることが把握される。本願の発明者は、移動物体の速度の推定に誤差がある等の理由に起因して、Ｚ軸に沿う方向に対する存在確率分布は、拡散し易いことを認識している。図３において、斜線によって特定される領域Ａは、図４に示されるように、楕円球の形状を有する領域である。ある観測時刻において、領域Ａに移動物体２が存在する確率は、領域Ａ内の任意の微小領域に移動物体２が存在する確率の積分値（合計値）となる。第１の実施形態では、移動物体２の存在確率の積分値（合計値）が、第１閾値以上となるように、第１領域３（例えば、領域Ａ）が抽出される。図４に記載の例では、第１領域３は、楕円球形状を有する領域である。

（ビームスポット径）
図４には、４つのビームスポット４が記載されている。図４に記載の例では、４つのビームスポット４に対応する４回のレーザ光照射により、第１領域３の全体が走査される。第１領域３におけるビームスポット４の大きさ（換言すれば、ビームスポット径）は、上述のビームスポット径調節機構２１ｄによって調節されてもよい。制御装置２５は、レーザ光受光部２４によって受光される反射レーザ光１１ｂの強度を検出可能な強度以上にするとの制約条件の下、レーザ光１１ａが第１領域３に到達する時のビームスポット径（換言すれば、レーザ光１１ａが、移動物体２の推定軌道に到達する時のビームスポット径）を算出するビームスポット径算出処理を実行してもよい。なお、第１領域３の走査を素早く行うとの観点からは、ビームスポット径は、より大きい方が好ましい。制御装置２５は、ビームスポット径算出処理によって算出されたビームスポット径が実現されるように、ビームスポット径調節機構２１ｄに調節指令を送信する。

（第１領域の第１例）
図５乃至図１３を参照して、第１領域３の第１例について説明する。説明を複雑化させないために、レーザ光１１ａの進行方向が、Ｙ軸に一致する場合を想定する。この場合、図５に示されるように、レーザ光１１ａは、領域Ａを貫通してＹ軸方向に沿って進行するため、Ｙ軸方向に対する移動物体の存在確率分布は無視することが可能となる。換言すれば、Ｙ軸方向については、レーザ光の照射によって、実質的に漏れなく観測することが可能となる。

他方、ＸＺ面においては、移動物体の存在確率分布を考える必要がある。図６を参照して、ＸＺ面を分割するセル６内における移動物体２の存在確率の算出方法を説明する。なお、セル６のＹ軸方向の長さは、移動物体２の存在が想定される領域を十分にカバーする長さである。また、セル６の大きさ（例えば、セル６のＸＺ面における断面積）は、ビームスポット４の大きさに対応する。例えば、セル６の断面積の大きさは、ビームスポット４に内包される大きさのうち最大のものであってもよいし、ビームスポット４を数個に分割するものであってもよい。

例えば、図６の（ａ）に示されるように、ＸＺ面において、細かく分割された複数の小領域５の各々について、各小領域５内における移動物体２の存在確率が与えられている場合（換言すれば、各小領域５に対応して、移動物体２の存在確率分布が与えられている場合）、各セル６内における移動物体２の存在確率は、対応するセル６に内包される複数の小領域５における移動物体２の存在確率の積分値（合計値）となる。他方、図６の（ｂ）に示されるように、Ｘ軸に沿う方向に対する移動物体２の存在確率分布、および、Ｚ軸に沿う方向に対する移動物体２の存在確率分布が与えられている場合、例えば、図６の（ｄ）において斜線で示されるセル６内における移動物体２の存在確率は、図６の（ｃ）における区分Ｅにおける移動物体２の存在確率（斜線で示される部分の面積に対応）と、図６の（ｃ）における区分Ｆにおける移動物体２の存在確率（斜線で示される部分の面積に対応）との積によって近似的に算出することが可能である。なお、区分Ｅは、Ｘ軸方向に沿って分割された区分であって、存在確率算出対象のセル６に対応する区分であり、区分Ｆは、Ｚ軸方向に沿って分割された区分であって、存在確率算出対象のセル６に対応する区分である。

以上のようにして、各セル６内における移動物体２の存在確率が算出される。一例として、各セル６内における移動物体２の存在確率の算出結果を、図７に示す。図７は、移動物体２の存在確率分布を模式的に示す図である。図７において、各セル６の下段には、セルのＩＤ（例えば、「６−１」、「６−２」）が記載され、各セル６の上段には、当該セル内における移動物体２の存在確率が記載され（例えば、ＩＤが「６−１３」であるセル内における移動物体２の存在確率は、「０．１１（１１％）」である。）、各セル６の中段には、存在確率の高さの順が記載されている。例えば、ＩＤが「６−１３」であるセル内における移動物体２の存在確率は、全てのセルの中で「１」番目に高く、ＩＤが「６−１２」であるセル内における移動物体２の存在確率は、全てのセルの中で「２」番目に高い。

本実施形態では、制御装置２５は、移動物体２の存在確率分布に基づいて、移動物体の存在確率の積分値（合計値）が第１閾値ＴＨ１以上（または、第１閾値ＴＨ１以上第２閾値ＴＨ２以下）となるように第１領域３を抽出する領域抽出処理を実行する。制御装置２５は、図７に示される第１関連付けデータ、すなわち、セルＩＤと、移動物体の存在確率と、移動物体の存在確率の高さの順を示すデータとを関連付ける第１関連付けデータに基づいて、移動物体の存在確率の積分値（合計値）が第１閾値ＴＨ１以上（または、第１閾値ＴＨ１以上第２閾値ＴＨ２以下）となるように第１領域３を抽出する領域抽出処理を実行してもよい。

例えば、第１閾値ＴＨ１が、「０．６６」であり、第２閾値ＴＨ２が第１閾値より大きく「１．００」より小さい任意の値である場合を想定する。なお、第２閾値は、「０．６７」であってもよいし、「０．７０」であってもよいし、「０．９５」であってもよいが、「１．００」ではない。なお、制御装置２５が、移動物体の存在確率の積分値が第１閾値以上となった時点で、積分を終了するようにプログラムされていれば、第２閾値ＴＨ２の設定は不要である。

図７に記載の例では、丸印の付された複数のセル内における移動物体２の存在確率の合計値（積分値）が、「０．６６」となる。このため、制御装置２５は、丸印の付された複数のセルに対応する領域を第１領域として抽出してもよい。より具体的には、制御装置２５は、移動物体２の存在確率の高いセルから順に、セル内における移動物体２の存在確率を加算する処理を繰り返してもよい。当該加算は、加算による合計値（積分値）が、第１閾値ＴＨ１以上となるまで継続される。そして、制御装置２５は、存在確率の加算に使用された複数のセルに対応する領域を第１領域３として抽出する。例えば、図７に記載の例では、セル６−１３における存在確率「０．１１」、セル６−１２における存在確率「０．１０」、・・・、セル６−１５における存在確率「０．０２」、セル６−１１における存在確率「０．０１」が、この順番に加算される。１番目に存在確率が高いセル６−１から１１番目に存在確率が高いセル６−１１まで、存在確率が加算される結果、存在確率の合計値（積分値）が、第１閾値以上となる。このため、制御装置２５は、１番目に存在確率の高いセルからＮ番目（ここでは１１番目）に存在確率の高いセルまでによって構成される領域を第１領域３として抽出する。

換言すれば、制御装置２５によって実行される領域抽出処理には、セル抽出処理が含まれる。セル抽出処理は、移動物体２の存在が想定される複数のセル６（例えば、図７に記載の例では、セル６−１乃至セル６−２５からなる２５個のセル）の中から、セルを順番に抽出する処理である。制御装置２５は、セル抽出処理を、抽出された全てのセルによって構成される領域全体内における移動物体２の存在確率の合計値が第１閾値ＴＨ１以上となるまで、繰り返し実行する。制御装置２５は、抽出された全てのセルによって構成される領域全体内における移動物体２の存在確率の合計値が第１閾値ＴＨ１以上になると、セル抽出処理を終了する。そして、制御装置は、セル抽出処理の終了後、セル抽出処理によって抽出された全てのセルによって構成される領域全体を、第１領域３として決定する。

なお、上記のセル抽出処理では、セル６の断面積の大きさがビームスポット４に内包される大きさのうち最大のものである場合を想定している。セル６の断面積の大きさがビームスポット４を分割する大きさである場合には、一度のセル抽出処理でビームスポットに内包される全てのセル６を抽出し、抽出されたセル６に対応して、存在確率を加算する。存在確率を加算する際には、各セルを通過するビームの強度を考慮して、存在確率に係数を乗じることにより得られる値（存在確率に重みづけを付加することにより得られる値）を、加算してもよい。なお、セル６の断面積の大きさがビームスポット４に内包される大きさのうち最大のものとなるように設定することは、計算機への負荷を小さくし、領域抽出処理をより高速に実行するうえで望ましい。一方でセル６の断面積の大きさがビームスポット４を分割する大きさとなるように設定することは、存在確率の合計値をより正確に算出するうえで望ましい。

なお、図６および図７に記載の例では、セル６の形状は正方形（または、正方形断面を有し、Ｙ軸方向に伸びる直方体）であるが、セル６の形状は、正方形または直方体に限定されない。また、図５乃至図７に記載の例では、レーザ光１１ａの進行方向が、Ｙ軸に一致する場合を想定したが、レーザ光１１ａの進行方向は、Ｙ軸に一致しなくてもよい。なお、レーザ光１１ａの進行方向がＹ軸に一致しない場合には、Ｙ軸に沿う方向に対する移動物体２の存在確率分布も考慮する必要がある。この場合、例えば、空間を、ＸＹ平面に平行な面、ＹＺ平面に平行な面、および、ＺＸ平面に平行な面を有するセル６（直方体形状を有するセル）によって分割し、各セル６内における移動物体２の存在確率を取得する。すなわち、移動物体２の存在確率分布を取得する。そして、制御装置２５は、１番目に存在確率の高いセルからＮ番目に存在確率の高いセルまでによって構成される領域を第１領域３として抽出する。なお、「Ｎ」は、第１領域内における移動物体２の存在確率が、第１閾値ＴＨ１以上となるように選択される。

なお、図６および図７に記載の例では、移動物体２の存在確率分布は、ある観測時刻における移動物体２の存在確率分布である。代替的に、移動物体２の存在確率分布は、ある観測期間における移動物体の存在確率分布であってもよい。例えば、移動物体２の存在確率分布は、第１観測期間（例えば、１秒間）における移動物体の存在確率分布であってもよい。なお、観測時刻は、観測期間に包含される概念である。すなわち、観測期間を究極的に短くすれば、観測期間は観測時刻と等価になる。

図８は、制御装置２５による領域抽出処理により得られる第１領域３の一例を示す。図８において、斜線が付された領域が、第１領域３に対応する。なお、セル６内に付された数字は、存在確率の高さの順番を示す数字である。図８に示されるように、第１領域３のレーザ光の進行方向に垂直な断面（例えば、Ｙ軸に垂直な断面）の断面形状は、存在確率の高い領域に対応した細長形状である。図８に記載の例では、第１領域３は、Ｚ軸方向の長さがＸ軸方向の長さよりも長い形状である。

制御装置２５は、第１領域３がレーザ光によって走査されるように、上述の出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信する。例えば、制御装置２５は、第１領域３を構成する複数のセル６が、移動物体２の存在確率の高いセルから順番に、レーザ光１１ａによって走査されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信する。その結果、図８に記載の例では、セル６内に付された数字が示す順番に従って、複数のセル６が、レーザ光１１ａによって走査されることとなる。より具体的には、制御装置２５は、まず、「１」の数字が付されたセル６にレーザ光１１ａが照射されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信する。その結果、レーザ光１１ａの光軸が、「１」の数字が付されたセル６に向かうように照射光学系２１ｂが調整される。そして、レーザ発振器２１ａによって生成されたレーザ光１１ａが、「１」の数字が付されたセル６に照射される。次に、制御装置２５は、「２」の数字が付されたセル６にレーザ光１１ａが照射されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信する。その結果、レーザ光１１ａの光軸が、「２」の数字が付されたセル６に向かうように照射光学系２１ｂが調整される。そして、レーザ発振器２１ａによって生成されたレーザ光１１ａが、「２」の数字が付されたセル６に照射される。同様にして、「Ｋ」を「３」以上「Ｎ」以下の自然数とするとき、制御装置２５は、「Ｋ」の数字が付されたセル６にレーザ光１１ａが照射されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信する。その結果、レーザ光１１ａの光軸が、「Ｋ」の数字が付されたセル６に向かうように照射光学系２１ｂが調整される。そして、レーザ発振器２１ａによって生成されたレーザ光１１ａが、「Ｋ」の数字が付されたセル６に照射される。

なお、多くの場合、移動物体２の存在確率分布は時間の経過とともに変化するため、移動物体２の存在確率の高いセルから順番に、レーザ光１１ａによって走査されるようにすることは、移動物体２の観測確率（検出確率）の向上の観点から好ましいと言える。また、走査により得られた結果をすぐに解析できる場合には、移動物体２の存在確率の高いセルから順番に走査することが好適である。このような場合、反射レーザ光１１ｂが得られたら、現在進行中の走査を打ち切って、次の走査を開始することが可能である。代替的に、あるいは、付加的に、反射レーザ光１１ｂが得られた等の観測結果を、次の走査領域あるいは次の走査タイミング等の決定に反映することが可能である。

なお、セルが走査される順番は、必ずしも上記の順番に限定されない。例えば、制御装置２５は、第１領域３のレーザ光１１ａによる走査に要する時間が出来る限り短くなるような順番で、第１領域３を構成する複数のセル６が走査されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信してもよい。走査により得られた結果をすぐに解析できない場合には、第１領域３の走査に要する時間が出来る限り短くなるような順番で、複数のセル６を走査することが好適である。第１領域３の走査に要する時間を出来る限り短くすることにより、観測時間内での走査回数を増加させることが可能となる。その結果、移動物体２の観測確率（検出確率）が向上する。

なお、図８に記載の例では、第１観測期間（例えば、１秒間）において、第１領域３が移動しないことを想定している。換言すれば、第１領域３は、第１観測期間において、位置が固定されている領域である。レーザ光によって第１領域３を走査するのに要する時間が相対的に短い場合、第１領域３を、第１観測期間において、位置が固定されている領域とすることが有効である。例えば、図８に示される第１領域３の断面（レーザ光１１ａの進行方向に垂直な断面）の大きさが、レーザ光１１ａの出射周波数と、第１領域３内におけるレーザ光１１ａのビームスポット４の面積（換言すれば、レーザ光が移動物体の推定軌道に到達する時のレーザ光のビームスポットの面積）との積よりも小さい場合、第１領域３を、第１観測期間において、位置が固定されている領域とすることが有効である。

上述の例では、第１領域３は、レーザ光１１ａによって１回だけ走査されている。代替的に、第１領域３は、レーザ光１１ａによって繰り返し走査されてもよい。換言すれば、制御装置２５は、第１領域３がレーザ光１１ａによって繰り返し走査されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信してもよい。例えば、制御装置２５は、第１領域３を構成する複数のセル６が、移動物体２の存在確率の高いセルから順番に、レーザ光１１ａによって走査されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信する。その結果、図８に記載の例では、セル６内に付された数字が示す順番に従って、複数のセル６が、レーザ光１１ａによって走査されることとなる（１回目の走査）。次に、制御装置２５は、再度、第１領域３を構成する複数のセル６が、移動物体２の存在確率の高いセルから順番に、レーザ光１１ａによって走査されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信する。その結果、図８に記載の例では、セル６内に付された数字が示す順番に従って、複数のセル６が、再度レーザ光１１ａによって走査されることとなる（２回目の走査）。

なお、上述の例では、１回目の走査の対象領域と、２回目の走査の対象領域とが同一の領域である。代替的に、１回目の走査の対象領域と２回目の走査の対象領域とが異なる領域であってもよい。図９には、２回目の走査に対応する第１領域３ａが、１回目の走査に対応する第１領域３とは異なる例が示されている。図９に記載の例では、１回目の走査において、第１領域３がレーザ光１１ａによって走査され、２回目の走査において、第１領域３ａがレーザ光１１ａによって走査される。なお、図９に記載の例では、１回目の走査に対応する第１領域３と、２回目の走査に対応する第１領域３ａとは、形状および大きさが等しい。また、第１領域３ａは、第１領域３から＋Ｚ方向に距離Ｌだけ移動した位置にある。距離Ｌは、例えば、１回目の走査の開始時刻と２回目の走査の開始時刻との間の時間に、移動物体２の推定速度を乗じることにより得られる。換言すれば、制御装置２５は、第１領域３と、移動物体の推定速度に基づいて算出される距離Ｌとに基づいて、第１領域３ａを注するようにしてもよい。第１領域３ａ内の複数のセルが走査される順番は、第１領域３内の複数のセルが走査される順番と、同じであってもよい。すなわち、制御装置２５は、第１領域３内の複数のセルが走査される順番に基づいて、第１領域３ａ内の複数のセルが走査される順番を決定してもよい。

なお、本明細書において、走査間インターバルは、１回目の走査の終了時刻と、２回目の走査の開始時刻との間の時間を示す。例えば、図９に記載の例では、１回目の走査において、「１１」の数字が付されたセル６に向かってレーザ光が出射された時刻と、２回目の走査において、「１」の数字が付されたセルに向かってレーザ光が出射された時刻との間の時間が、走査間インターバルである。走査間インターバルの時間は、典型的には、後述の観測インターバルの時間よりも短い。走査間インターバルは、例えば、０．１秒以上１０秒以下の中から選択された期間であってもよい。走査間インターバルは、「ゼロ」であってもよい（すなわち、１回目の走査の直後に、２回目の走査が開始されてもよい。）。

（存在確率分布の時間的変動を考慮する場合）
レーザ光１１ａによって第１領域３を走査するのに要する時間が相対的に長い場合には、移動物体２の存在確率分布の時間的変動を考慮して、第１領域３を抽出することが有効である。例えば、図８に示される第１領域３の断面（レーザ光１１ａの進行方向に垂直な断面）の大きさが、レーザ光１１ａの出射周波数と、レーザ光１１ａの出射周波数と、第１領域３内におけるレーザ光１１ａのビームスポット４の面積（換言すれば、レーザ光が移動物体の推定軌道に到達する時のレーザ光のビームスポットの面積）との積よりも大きい場合、移動物体２の存在確率分布の時間的変動を考慮して、第１領域３を抽出することが有効である。

説明を複雑化させないために、図８に示される第１領域３が、レーザ光１１ａの照射間隔の間に、２つのセル６の長さ（Ｚ方向長さ）に対応する長さだけ＋Ｚ方向に移動することを想定する。換言すれば、第１領域３が時間と共に（時間の経過に伴い）、移動することを想定する。この場合、図１０Ａに示されるように、第１領域３の中心のセル（「１」の数字が付されたセル）は、レーザ光１１ａの照射間隔の間に、２つのセル６の長さに対応する長さだけ＋Ｚ方向に移動する。１回目のレーザ光１１ａの照射では、レーザ光１１ａは、「１」の数字および斜線が付された１番目のセルを通過する。２回目のレーザ光１１ａの照射では、レーザ光は、「２」の数字が付された２番目のセルを通過する。同様に「Ｋ」回目のレーザ光１１ａの照射では、レーザ光は、「Ｋ」の数字が付されたＫ番目のセルを通過する。なお、「Ｋ」は３以上Ｎ以下の任意の自然数である。

各セルに照射されるレーザ光１１ａの出射のタイミングは、図１０Ｂに示されるとおりである。図１０Ｂから把握されるように、レーザ光の照射間隔毎（Ｔ秒毎）に、数字によって示される順番に従って、セルに、レーザ光が照射されることとなる。すなわち、固定座標系であるＸＹＺ座標系において、レーザ光１１ａによって走査される第１領域３は、図１０Ａにおいて斜線で示される領域の全体となる。他方、第１領域とともに移動するＸ’Ｙ’Ｚ’座標系（なお、Ｚ’軸は、移動物体の推定軌道に沿う軸である）において、レーザ光１１ａによって走査される第１領域３は、図１１において斜線で示される領域の全体となる。なお、図１０Ａまたは図１１において、第１領域３を構成するセルの個数および配置は、各セルにレーザ光が照射される時刻において、当該セルに移動物体２が存在する確率の合計値（積分値）が、第１閾値ＴＨ１以上となるように設定されている。換言すれば、Ｎ回のレーザ光１１ａの照射によって、移動物体２にレーザ光が当たる確率が、第１閾値ＴＨ１以上となるように、第１領域３を構成するセルの個数および配置が設定されている。具体的な設定の仕方は、各セルに移動物体２が存在する確率の算出が、時間に応じて変動する存在確率分布に基づいて行われる点を除いて、図６および図７を用いて説明した上述の例と同様である。

図１０Ａおよび図１１に記載の例では、レーザ光１１ａの進行方向が、Ｙ軸（またはＹ’軸）に一致する場合を想定したが、レーザ光１１ａの進行方向は、Ｙ軸（またはＹ’軸）に一致しなくてもよい。なお、レーザ光１１ａの進行方向がＹ軸（またはＹ’軸）に一致しない場合には、Ｙ軸（またはＹ’軸）に沿う方向に対する移動物体２の存在確率分布も考慮する必要がある。この場合、例えば、空間を、Ｘ’Ｙ’平面に平行な面、Ｙ’Ｚ’平面に平行な面、および、Ｚ’Ｘ’平面に平行な面を有するセル６（直方体形状を有するセル）によって分割し、各セル６内における移動物体２の存在確率を取得する。すなわち、移動物体２の存在確率分布を取得する。なお、存在確率および存在確率分布は、時間の関数である。そして、制御装置２５は、１番目に存在確率の高いセルからＮ番目に存在確率の高いセルまでによって構成される領域を第１領域３として抽出する。なお、「Ｎ」は、第１領域内における移動物体２の存在確率が、第１閾値ＴＨ１以上となるように選択される。

なお、図１０Ａに対応する１回目の走査に加えて、時間と共に移動する第１領域３は、再度、レーザ光によって走査されてもよい。図１２は、時間と共に移動する第１領域３が複数回（例えば、２回）走査される様子を模式的に示す図である。なお、図１２において、距離Ｌは、１回目の走査の開始時刻と２回目の走査の開始時刻との間の時間に対応する距離である。距離Ｌは、例えば、１回目の走査の開始時刻と２回目の走査の開始時刻との間の時間と、移動物体２の推定速度とを乗じることにより得られる。

図９および図１２に記載の例に関し、第１領域３が繰り返し照射される場合に、移動物体２がレーザ光１１ａによって照射される回数の期待値を数値計算によって求めた。図１３は、数値計算によって得られた結果を示すグラフである。なお、数値計算における前提条件は下記のとおりである。
前提条件：
（１）Ｘ軸方向の軌道の広がり：第１パラメータ
（２）Ｚ軸方向の軌道の広がり：Ｘ方向の軌道の広がりの２倍であると仮定する。
（３）Ｘ軸方向の軌道の広がり、および、Ｚ方向の軌道の広がりは、観測可能時間の範囲内で変化しないものと仮定する。
（４）移動物体の存在確率分布：ガウス分布を仮定する。
（５）観測可能時間：１００秒（高度７００ｋｍを想定）
（６）移動物体速度：７．５ｋｍ／ｓ（高度７００ｋｍを想定）
（７）レーザ光のパルス繰り返し周波数（出射周波数）：１ｋＨｚ
（８）ビームスポット径：第２パラメータ
（９）走査間インターバル：１秒
（１０）移動物体の存在確率閾値（第１閾値）：第３パラメータ

図１３の（ａ）を参照すると、ビームスポット径が１０ｍである場合、存在確率閾値が「１」である時（換言すれば、第１領域を設定しない時）に、移動物体２がレーザ光によって照射される回数の期待値は、「１」である。これに対し、存在確率閾値が「０．６」である時（換言すれば、移動物体の存在確率の合計値が６０％である第１領域をレーザ光で走査する時）、移動物体２がレーザ光によって照射される回数の期待値は、最大約「２２」である。よって、実施形態における移動物体観測システムでは、移動物体が観測される確率が大幅に向上することが把握される。

図１３の（ｂ）を参照すると、ビームスポット径が２０ｍである場合、存在確率閾値が「１」である時（換言すれば、第１領域を設定しない時）に、移動物体２がレーザ光によって照射される回数の期待値は、「１」である。これに対し、存在確率閾値が「０．８」である時（換言すれば、移動物体の存在確率の合計値が８０％である第１領域をレーザ光で走査する時）、移動物体２がレーザ光によって照射される回数の期待値は、最大約「４２」である。よって、実施形態における移動物体観測システムでは、移動物体が観測される確率が大幅に向上することが把握される。

図１３の（ｃ）を参照すると、ビームスポット径が８０ｍである場合、存在確率閾値が「１」である時（換言すれば、第１領域を設定しない時）に、移動物体２がレーザ光によって照射される回数の期待値は、「１」である。これに対し、存在確率閾値が「０．９」である時（換言すれば、移動物体の存在確率の合計値が９０％である第１領域をレーザ光で走査する時）、移動物体２がレーザ光によって照射される回数の期待値は、最大約「６０」である。よって、実施形態における移動物体観測システムでは、移動物体が観測される確率が大幅に向上することが把握される。

図１３の（ａ）乃至（ｃ）に示されるグラフを参酌すると、移動物体２の存在確率の積分値（合計値）が、「０．１（第１閾値）」以上「０．９８（第２閾値）」以下の範囲に属する値となるように、第１領域３を抽出した場合、好適な観測結果が得られることが期待される。

（第１領域の第２例）
図１４乃至図２２を参照して、第１領域３の第２例について説明する。

第２例では、第１領域３の形状は、推定軌道（推定軌道は、実際の軌道１に概ね一致する。）に垂直な方向に伸びる薄板形状（例えば、平板形状または曲面板形状）または線状形状（例えば、直線形状または曲線形状）の領域である。図１４に記載の例では、時刻ｔ＝ｔ２の時、薄板形状の第１領域３がレーザ光１１ａによって走査される。図１４に記載の例では、第１領域３の形状は、Ｚ軸方向に長い円柱状領域の断面形状、すなわち、円板形状である。

説明を複雑化させないために、レーザ光１１ａの進行方向が、Ｙ軸に一致する場合を想定する。この場合、レーザ光１１ａは、第１領域３を貫通してＹ軸方向に沿って進行するため、Ｙ軸方向に対する移動物体の存在確率分布は無視することが可能となる。換言すれば、Ｙ軸方向については、レーザ光の照射によって、実質的に漏れなく観測することが可能となる。

他方、ＸＺ面においては、移動物体の存在確率分布を考える必要がある。ＸＺ面を分割するセル６内における移動物体２の存在確率は、例えば、図６に示されるような方法で算出される。なお、セル６のＹ軸方向の長さは、移動物体２の存在が想定される領域を十分にカバーする長さである。また、また、セル６の大きさ（例えば、セル６のＸＺ面における断面積）は、ビームスポット４の大きさに対応する。例えば、セル６の断面積の大きさは、ビームスポット４に内包される大きさのうち最大のものであってもよい。

各セル６内における移動物体２の存在確率の算出方法は、図６を参照して説明した上述の方法と同様であるため、繰り返しとなる説明は省略する。図１５に、各セル６内における移動物体２の存在確率の算出結果の一例を示す。図１５は、移動物体２の存在確率分布を示す。なお、例えば、存在確率分布は、時間の関数である（必要であれば、図１６を参照。）。図１５において、各セル６の下段には、セルのＩＤ（例えば、「６−１」、「６−２」）が記載され、各セル６の上段には、当該セル内における移動物体２の存在確率が記載され（例えば、ＩＤが「６−７」であるセル内における移動物体２の存在確率は、「０．１２（１２％）」である。）、各セル６の中段には、存在確率の高さの順が記載されている。例えば、ＩＤが「６−７」であるセル内における移動物体２の存在確率は、全てのセルの中で「１」番目に高く、ＩＤが「６−１１」であるセル内における移動物体２の存在確率は、全てのセルの中で「２」番目に高い。

本実施形態では、制御装置２５は、移動物体２の存在確率分布に基づいて、移動物体の存在確率の積分値が第１閾値ＴＨ１以上（または、第１閾値ＴＨ１以上第２閾値ＴＨ２以下）となるように第１領域３を抽出する領域抽出処理を実行する。制御装置２５は、図１５に示される第１関連付けデータ、すなわち、セルＩＤと、移動物体の存在確率と、移動物体の存在確率の高さの順を示すデータとを関連付ける第１関連付けデータに基づいて、移動物体の存在確率の積分値が第１閾値ＴＨ１以上（または、第１閾値ＴＨ１以上第２閾値ＴＨ２以下）となるように第１領域３を抽出する領域抽出処理を実行してもよい。

例えば、第１閾値が、「０．２７」であり、第２閾値が第１閾値より大きく「１．００」より小さい任意の値である場合を想定する。なお、第２閾値は、「０．２８」であってもよいし、「０．３０」であってもよいが、「１．００」ではない。なお、制御装置２５が、移動物体の存在確率の積分値が第１閾値以上となった時点で、積分を終了するようにプログラムされていれば、第２閾値の設定は不要である。

図１５に記載の例では、丸印の付された複数のセル内における移動物体２の存在確率の合計値（積分値）が、「０．２７」となる。このため、制御装置２５は、丸印の付された複数のセルに対応する領域を第１領域３として抽出してもよい。より具体的には、制御装置２５は、移動物体２の存在確率の高いセルから順に、セル内における移動物体２の存在確率を加算する処理を繰り返してもよい。この時、制御装置２５は、Ｘ軸方向（Ｚ軸に垂直な方向）に沿った位置が同じである複数のセルの中からは、移動物体２の存在確率の最も高いセルを１つだけ抽出する。例えば、図１５に記載の例では、制御装置２５は、まず、移動物体２の存在確率の最も高いセル６−７を抽出する。また、存在確率の合計値（積分値）を、「０．１２」に設定する。そして、制御装置２５は、セル６−７とＸ軸方向に沿った位置が同じであるセル６−５、セル６−６、セル６−８は抽出しないことを決定する。セル６−５、セル６−６、セル６−８を抽出しないようにするためには、セル６−５、セル６−６、セル６−８のそれぞれに、抽出不可のフラグを付与するか、あるいは、セル６−５、セル６−６、セル６−８のそれぞれにおける移動物体の存在確率を、ゼロに書き換えればよい。次に、制御装置２５は、抽出可能なセルの中から、移動物体２の存在確率の最も高いセル６−１１を抽出する。また、制御装置２５は、存在確率の合計値（積分値）に、「０．１１」を加算する。その結果、存在確率の合計値（積分値）は、「０．２３」になる。そして、制御装置２５は、セル６−１１とＸ軸方向に沿った位置が同じであるセル６−９、セル６−１０、セル６−１２は抽出しないことを決定する。次に、制御装置２５は、抽出可能なセルの中から、移動物体２の存在確率の最も高いセル６−３を抽出する。また、制御装置２５は、存在確率の合計値（積分値）に、「０．０４」を加算する。その結果、存在確率の合計値（積分値）は、「０．２７」になる。制御装置２５は、存在確率の合計値（積分値）が、第１閾値以上になると、セルの抽出を終了する。このようにして、図１５に記載の例では、制御装置２５は、セル６−７、セル６−１１、セル６−３からなる領域を第１領域３として抽出する。

図１５に記載の例では、制御装置２５は、Ｘ軸方向（Ｚ軸に垂直な方向）に沿った位置が同じである複数のセルの中からは、１つのセルだけしか抽出しないとの制約条件の下、移動物体２の存在確率の高いセルから順に、セル内における移動物体２の存在確率を繰り返し加算していく。当該加算は、加算による合計値（積分値）が、第１閾値以上となるまで継続される。そして、制御装置２５は、存在確率の加算に使用された複数のセルに対応する領域を第１領域３として抽出する。

なお、図１５に記載の例では、移動物体２の存在確率分布は、ある観測時刻における移動物体２の存在確率分布である。代替的に、移動物体２の存在確率分布は、ある観測期間における移動物体の存在確率分布であってもよい。例えば、移動物体２の存在確率分布は、第１観測期間（例えば、１秒間）における移動物体の存在確率分布であってもよい。なお、観測時刻は、観測期間に包含される概念である。すなわち、観測期間を究極的に短くすれば、観測期間は観測時刻と等価である。

代替的に、Ｋ番目（「Ｋ」は１以上の自然数）に照射されることとなるセルを「第Ｋセル」と定義する時、制御装置２５は、第１セルへのレーザ光の照射時刻における移動物体２の存在確率分布に基づいて、当該第１セルにおける移動物体の存在確率を算出し、算出された存在確率を存在確率の合計値（積分値）に加算し、第Ｋセルへのレーザ光の照射時刻における移動物体２の存在確率分布に基づいて、当該第Ｋセルにおける移動物体の存在確率を算出し、算出された存在確率を存在確率の合計値（積分値）に加算し、次に、第Ｋ＋１セルへのレーザ光の照射時刻における移動物体２の存在確率分布に基づいて、当該第Ｋ＋１セルにおける移動物体の存在確率を算出し、算出された存在確率を存在確率の合計値（積分値）に加算するという処理を、存在確率の合計値（積分値）が第１閾値を超えるまで繰り返し実行してもよい。そして、制御装置２５は、存在確率の加算に使用された複数のセルに対応する領域を第１領域３として抽出する。なお、第１セルへのレーザ光の照射時刻をＴ１とする時、第Ｋセルへのレーザ光の照射時刻は、Ｔ１に、レーザ光の照射間隔（出射周波数の逆数）に「Ｋ−１」を乗じることにより得られる値を加算することにより取得されてもよい。この際、制御装置２５は、第Ｋ＋１セルを抽出する処理において、第１セル乃至第Ｋセルのいずれかと、Ｘ軸に沿った方向の位置が同じであるセルは除くとの制約条件の下、最も移動物体の存在確率の高いセルを第Ｋ＋１セルとして抽出してもよい。代替的に、制御装置２５は、第Ｋ＋１セルを抽出する処理において、第１セル乃至第Ｋセルは除くとの制約条件、かつ、第１セルとＺ軸に沿った方向の位置が同じであるセルのみを抽出候補にするとの制約条件の下、最も移動物体の存在確率の高いセルを第Ｋ＋１セルとして抽出してもよい。この場合、第１領域３は、第１セルをとおり、Ｚ軸に垂直な平板形状の領域、または、Ｚ軸に垂直な直線形状の領域となる。

図１７は、制御装置２５による領域抽出処理により得られる第１領域３の一例を示す。図１７に記載の例では、第１セルへのレーザ光の照射時刻と、最後にレーザ光が照射される第Ｎセル（図１７に記載の例では第３セル）へのレーザ光の照射時刻との間に、移動物体がほとんど移動しないこと、換言すれば、レーザ光の照射間隔が究極的に短い場合の例を示している。図１７において、斜線が付された領域が、第１領域３に対応する。なお、セル６内に付された数字は、存在確率の高いセルの順番に対応する数字である。図１７に示されるように、第１領域３の形状は、Ｚ軸に垂直な方向に広がる薄板形状（より具体的には、平板形状）である。

図１８Ａは、制御装置２５による領域抽出処理により得られる第１領域３の一例を示す。図１８Ａに記載の例では、第１セルへのレーザ光の照射時刻と、最後にレーザ光が照射される第Ｎセル（図１８Ａに記載の例では第３セル）へのレーザ光の照射時刻との間に、移動物体が相対的に大きな距離を移動する場合を想定している。なお、図１８Ａでは、説明を複雑化させないために、図１７に示される第１領域３が、レーザ光１１ａの照射間隔毎に、２つのセル６の長さ（Ｚ方向長さ）に対応する長さだけ＋Ｚ方向に移動することを想定している。この場合、図１８Ａに示されるように、第１領域３の第１セルは、レーザ光１１ａの照射間隔毎に、２つのセル６の長さに対応する長さだけ＋Ｚ方向に移動する。１回目のレーザ光１１ａの照射では、レーザ光１１ａは、「１」の数字および斜線が付された１番目のセルを通過する。２回目のレーザ光１１ａの照射では、レーザ光は、「２」の数字が付された２番目のセルを通過する。同様に「Ｋ」回目のレーザ光１１ａの照射では、レーザ光は、「Ｋ」の数字が付されたＫ番目のセルを通過する。なお、「Ｋ」は３以上Ｎ以下の任意の自然数である。

各セルに照射されるレーザ光１１ａの出射のタイミングは、図１８Ｂに示されるとおりである。図１８Ｂから把握されるように、レーザ光の照射間隔毎（Ｔ秒毎）に、数字によって示される順番に従って、セルに、レーザ光が照射されることとなる。すなわち、固定座標系であるＸＹＺ座標系において、レーザ光１１ａによって走査される第１領域３は、図１８Ａにおいて斜線で示される領域の全体となる。他方、第１領域とともに移動するＸ’Ｙ’Ｚ’座標系（なお、Ｚ’軸は、移動物体の推定軌道に沿う軸である）において、レーザ光１１ａによって走査される第１領域３は、図１９において斜線で示される領域の全体となる。第１領域とともに移動する座標系においては、第１領域３の形状は、Ｚ’軸に垂直な方向に広がる薄板形状（より具体的には、平板形状）である。

図１８Ａまたは図１９において、第１領域３を構成するセルの個数および配置は、各セルにレーザ光１１ａが照射される時刻において、当該セルに移動物体２が存在する確率の合計値（積分値）が、第１閾値ＴＨ１以上となるように設定されている。換言すれば、Ｎ回のレーザ光の照射によって、移動物体２にレーザ光が当たる確率が、第１閾値ＴＨ１以上となるように、第１領域３を構成するセルの個数および配置が設定されている。具体的な設定の仕方は、上述の例と同様である。

図１８Ａおよび図１９に記載の例では、レーザ光１１ａの進行方向が、Ｙ軸（またはＹ’軸）に一致する場合を想定したが、レーザ光１１ａの進行方向は、Ｙ軸（またはＹ’軸）に一致しなくてもよい。なお、レーザ光１１ａの進行方向がＹ軸（またはＹ’軸）に一致しない場合には、Ｙ軸に沿う方向に対する移動物体２の存在確率分布も考慮する必要がある。この場合、例えば、空間を、Ｘ’Ｙ’平面に平行な面、Ｙ’Ｚ’平面に平行な面、および、Ｚ’Ｘ’平面に平行な面を有するセル６（直方体形状を有するセル）によって分割し、各セル６内における移動物体２の存在確率を取得する。すなわち、移動物体２の存在確率分布を取得する。なお、存在確率および存在確率分布は、時間の関数である。そして、制御装置２５は、１番目に存在確率の高いセルからＮ番目に存在確率の高いセルまでによって構成される領域を第１領域３として抽出する。なお、「Ｎ」は、第１領域内における移動物体２の存在確率が、第１閾値ＴＨ１以上となるように選択される。

なお、図１８Ａに対応する１回目の走査に加えて、時間と共に移動する第１領域３は、再度、レーザ光によって走査されてもよい。図２０は、時間と共に移動する第１領域３が複数回（例えば、２回）走査される様子を模式的に示す図である。なお、図２０において、距離Ｌは、１回目の走査の開始時刻と２回目の走査の開始時刻との間の時間に対応する距離である。距離Ｌは、例えば、１回目の走査の開始時刻と２回目の走査の開始時刻との間の時間と、移動物体２の推定速度とを乗じることにより得られる。

図２０に記載の例に関し、第１領域３が繰り返し照射される場合に、移動物体２がレーザ光１１ａによって照射される回数の期待値を数値計算によって求めた。図２１は、数値計算によって得られた結果を示すグラフである。なお、数値計算における前提条件は下記のとおりである。
前提条件：
（１）Ｘ軸方向の軌道の広がり：第１パラメータ
（２）Ｚ軸方向の軌道の広がり：Ｘ方向の軌道の広がりの２倍であると仮定する。
（３）Ｘ軸方向の軌道の広がり、および、Ｚ方向の軌道の広がりは、観測可能時間の範囲内で変化しないものと仮定する。
（４）移動物体の存在確率分布：ガウス分布を仮定する。
（５）観測可能時間：１００秒（高度７００ｋｍを想定）
（６）移動物体速度：７．５ｋｍ／ｓ（高度７００ｋｍを想定）
（７）レーザ光のパルス繰り返し周波数（出射周波数）：１ｋＨｚ
（８）ビームスポット径：第２パラメータ
（９）走査間インターバル：１秒
（１０）移動物体の存在確率閾値：第３パラメータ

なお、比較を容易にするために、図２１において、存在確率閾値は、第１閾値を正規化することによって得られた閾値である。すなわち、図２１における存在確率閾値は、第１閾値を、第１セルと同じＺ方向位置を有する全てのセルからなる領域において移動物体が存在する確率で除して得られる正規化された閾値である。

図２１の（ａ）を参照すると、ビームスポット径が１０ｍである場合、正規化された存在確率閾値が「０．９９」である時、移動物体２がレーザ光によって照射される回数の期待値は、最大約「１．５」である。よって、実施形態における移動物体観測システムでは、移動物体が観測される確率が向上することが把握される。

図２１の（ｂ）を参照すると、ビームスポット径が２０ｍである場合、正規化された存在確率閾値が「０．９９」である時、移動物体２がレーザ光によって照射される回数の期待値は、最大約「３．０」である。よって、実施形態における移動物体観測システムでは、移動物体が観測される確率が向上することが把握される。

図２１の（ｃ）を参照すると、ビームスポット径が３０ｍである場合、正規化された存在確率閾値が「０．９９」である時、移動物体２がレーザ光によって照射される回数の期待値は、最大約「４．５」である。よって、実施形態における移動物体観測システムでは、移動物体が観測される確率が向上することが把握される。

（比較例）
図２１に対する比較例として、時間と共に移動しない第１領域３が繰り返し照射される場合に、移動物体２がレーザ光１１ａによって照射される回数を数値計算によって求めた。数値計算の結果を図２２に示す。なお、数値計算における前提条件は、図２１に対応する数値計算における前提条件と同じである。図２１を参照すると、ビームスポット径が１０ｍである場合、２０ｍである場合、３０ｍである場合のいずれの場合においても、移動物体２がレーザ光によって照射される回数の期待値は、最大約「１．１」であった。よって、比較例では、移動物体が観測される確率の向上があまり期待できないと言える。しかし、移動物体の観測確率の向上が少なくてもよい場合、あるいは、レーザ光１１ａによる第１領域３の走査が極めて高速で実行される場合等には、本比較例も本発明の一つの実施形態になり得る。

（移動物体の観測方法）
次に、上述の移動物体観測システムを利用した移動物体の観測方法を説明する。図２３は、実施形態における移動物体観測方法を模式的に示すフローチャートである。

第１ステップＳ１において、第１観測期間における移動物体の存在確率分布が取得される。存在確率分布は、時間の関数であってもよい。代替的に、第１観測期間が短い期間である場合には、存在確率分布は、第１観測期間の間一定であると近似されてもよい（換言すれば、時間の関数でなくてもよい）。存在確率分布は、他の観測装置を用いて事前に取得されたデータに基づいて、制御装置２５によって算出されてもよいし、他の観測局から提供されたデータに基づいて、制御装置２５によって算出されてもよい。代替的に、既に他の装置によって算出された存在確率分布が、制御装置２５に送信されることにより、制御装置２５が存在確率分布を取得してもよい。

第２ステップＳ２において、取得された存在確率分布に基づいて、移動物体の存在確率の合計値が第１閾値ＴＨ１以上となるように第１領域３が抽出される。当該第１領域の抽出は、制御装置２５によって行われる。第１領域の抽出方法としては、図６乃至図８、図１０Ａ乃至図１１、図６および図１５乃至図１７、または、図１８Ａ乃至図１９を用いて説明した上述の方法のうちのいずれかが採用されてもよい。

第３ステップＳ３において、第１領域３がレーザ光１１ａによって走査されるようにレーザ光１１ａが出射される。レーザ光１１ａは、上述のレーザ装置２１を用いて出射される。なお、第１領域内の各セル６が順番に走査されるように、制御装置２５は、上述の出射方向調整機構２１ｃに、出射方向調整指令を送信する。出射方向調整機構２１ｃは、出射方向調整指令を受信すると、レーザ光１１ａの光軸が照射されるべきセルに向かうように、照射光学系２１ｂの駆動部を駆動させる。レーザ光１１ａが、移動物体２に照射されると、移動物体２により反射レーザ光１１ｂが生成される。

第４ステップＳ４において、レーザ光受光部２４が反射レーザ光１１ｂを受光する。反射レーザ光１１ｂの受光により、移動物体２が検出される。より具体的には、レーザ光受光部２４によって受光された反射レーザ光１１ｂに対応するデータが制御装置２５等の解析装置に送信され、当該解析装置によるデータの解析により、移動物体２の検出が確認される。なお、反射レーザ光１１ｂの受光は、第３ステップＳ３の実行中に行われる場合もあるし、第３ステップＳ３の実行後に行われる場合もある。

実施形態における移動物体観測方法では、移動物体の存在確率の高い領域（第１領域）が優先して捜索される。このため、移動物体の観測確率を向上させることが可能である。

なお、上述の移動物体観測方法において、上述の第１領域３は、レーザ光１１ａによる走査期間中、固定された領域であってもよいし、移動物体２の移動と共に移動する領域であってもよい。また、上述の移動物体観測方法において、第１領域３は、レーザ光１１ａによって複数回走査されてもよい。２回目の走査で走査される第１領域３ａの形状は、１回目の走査で走査された第１領域３の形状と同じであってもよいし、多少異なっていてもよい。２回目の走査期間における移動物体の存在確率分布の形状が、１回目の走査期間における移動物体の存在確率分布の形状と、相対的に大きく異なる場合には、２回目の走査で走査される第１領域３ａの形状は、１回目の走査で走査された第１領域３の形状と異なる方がよい。

なお、第１領域３を複数回走査する場合には、図１３、図２１に示されるように、ビームスポット径または第１閾値ＴＨ１を変更することにより、照射回数期待値（移動物体がレーザ光によって照射される回数の期待値）が変わる。このため、制御装置２５は、第１領域３の抽出に先立ち、ビームスポット径および／または第１閾値の決定処理を実行してもよい。すなわち、制御装置２５は、移動物体２の存在確率分布に基づいて、照射回数期待値が最適（例えば最大）となるように、ビームスポット径および／または第１閾値ＴＨ１を決定する。例えば、制御装置２５が、第１閾値ＴＨ１と、照射回数期待値と、ビームスポット径と、軌道の広がりとの関係を示す第２の関連付けデータを予め取得しておき、制御装置２５は、移動物体２の存在確率分布にマッチする軌道の広がりと、第２の関連付けデータとに基づいて、照射回数期待値が最適化されるように、第１閾値ＴＨ１および／またはビームスポット径を決定するようにしてもよい。決定された第１閾値ＴＨ１は、第１領域３の算出のために使用される。また、決定されたビームスポット径が実現されるように、制御装置２５は、ビームスポット径調節機構２１ｄに調節指令を送信する。ビームスポット径調節機構２１ｄは、調節指令を受信すると、第１領域３に到達するレーザ光のビームスポット径が決定されたビームスポット径となるように、照射光学系２１ｂの駆動部を駆動させる。

例えば、移動物体の存在確率分布の広がりが大きい場合（移動物体の存在位置の推定精度が低い場合）には、移動物体の存在確率分布の広がりが小さい場合（移動物体の存在位置の推定精度が高い場合）と比較して、第１閾値の値が小さく設定された方が、移動物体の観測確率（検出確率）が向上する場合がある。このため、制御装置２５は、移動物体の存在分布確率の広がりが大きくなるにつれて、第１閾値の値が小さくなるように第１閾値の値を変更する第１閾値変更処理を実行するように構成されてもよい。

（第２の実施形態）
図２４は、第２の実施形態の移動物体観測システム１０による観測の様子を模式的に示す図である。第２の実施形態の移動物体観測システム１０は、第１の実施形態の移動物体観測システムと同じ構成要素を備える。移動物体観測システム１０の各構成要素についての繰り返しとなる説明は省略する。第２の実施形態では、複数回の観測期間が設定されている。第１の観測は、時刻ＯＴ１から時刻ＯＴ２の間に実行される観測である。また、第２の観測は、時刻ＯＴ３から時刻ＯＴ４の間に実行される観測である。

第１の観測は、図２３を参照して説明された移動物体観測方法を用いて実行される。簡単に説明すると、制御装置２５は、第１観測期間における移動物体２の存在確率分布に基づいて、移動物体の存在確率の積分値（合計値）が第１閾値ＴＨ１以上となるように第１領域３を抽出する第１領域抽出処理を実行する。そして、制御装置２５は、第１領域３がレーザ光によって走査されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信する。

第２の観測は、図２３を参照して説明された移動物体観測方法を用いて実行される。簡単に説明すると、制御装置２５は、第１の観測が実行される第１観測期間とは異なる第２観測期間における移動物体の存在確率分布に基づいて、移動物体２の存在確率の積分値（合計値）が第２閾値ＴＨ２以上となるように第２領域１０３を抽出する第２領域抽出処理を実行する。なお、第２閾値ＴＨ２の設定は、上述の第１閾値ＴＨ１の設定と同様にして行われる。そして、制御装置２５は、第２領域１０３がレーザ光によって走査されるように、出射方向調整機構２１ｃに出射方向調整指令を送信する。

第１の観測と第２の観測との間には、観測インターバルが設定されてもよい。観測インターバルは、典型的には、上述の走査間インターバルよりも長い。例えば、観測インターバルは、３秒以上２００秒以下の中から選択された期間であってもよい。観測インターバルは、第１の観測の終了時刻ＯＴ２（例えば、レーザ光１１ａの出射を終了した時刻）と、第２の観測の開始時刻ＯＴ３（例えば、レーザ光１１ａの出射を再開した時刻）との間の期間である。第２の実施形態では、複数回の観測期間が設定されることにより、移動物体の観測確率（検出確率）が向上する。なお、第１観測期間と第２観測期間とは、観測確率が高い時間領域となるように制御装置２５によって決定されてもよい。例えば、制御装置２５は、移動物体観測システム１０の周囲の環境に応じて、第１観測期間と、第２観測期間と、第１の観測と第２の観測との間の観測インターバルを決定してもよい。周囲の環境は、例えば、上空における雲の分散状況、太陽の方位、航空機の運航状況、その他の障害物の分布等である。例えば、移動物体観測システム１０のレーザ装置２１と、ある第１時刻において移動物体の存在確率が高い領域との間に雲が存在する場合、制御装置２５は、第１の観測の期間または第２観測期間（複数の観測期間）中に、当該第１時刻が含まれないように、第１観測期間および第２観測期間（複数の観測期間）を設定する。換言すれば、制御装置２５は、第１の時刻が、第１観測期間の前になるか、第２観測期間の後になるか、あるいは、観測インターバル中になるように、第１観測期間および第２観測期間（複数の観測期間）を設定する。この場合、制御装置２５は、移動物体２の存在確率分布の時間的変化に加え、他のシステムから気象データ（雲の分散状況の時間的変化）を取得するように構成されていればよい。

代替的に、あるいは、付加的に、移動物体観測システム１０のレーザ装置２１から、ある第１時刻において移動物体の存在確率が高い領域に向かう直線上あるいは当該直線の近傍に太陽が存在する場合、制御装置２５は、第１観測期間または第２観測期間（複数の観測期間）中に、当該第１時刻が含まれないように、第１観測期間および第２観測期間（複数の観測期間）を設定してもよい。この場合、制御装置２５は、移動物体２の存在確率分布の時間的変化に加え、太陽の方位の時間的変化のデータを取得するように構成されていればよい。

制御装置２５が、移動物体観測システム１０の周囲の環境に応じて、第１観測期間と、第２観測期間とを決定する場合、移動物体の観測確率（検出確率）が更に向上する。

なお、第２観測期間における移動物体の存在確率分布（第２確率分布）は、第１の観測の結果（第１観測期間における移動物体の観測結果）を反映して算出された確率分布であってもよい。例えば、第１の観測において、移動物体２が観測されなかった場合、制御装置２５によって、第１領域３には、移動物体２が存在しない確率が高いと判断されてもよい。例えば、制御装置２５は、存在確率分布（第２確率分布）の算出に際し、第１観測期間の第１領域３に対応する領域（例えば、時刻ＯＴ１と時刻ＯＴ３との間に、第１領域３が移動物体２の推定速度で移動すると仮定することにより得られる、移動後の第１領域）における移動物体の存在確率を下げる処理を実行してもよい。図２５に、第１の観測結果を反映して存在確率分布を算出する上述の例を示す概念図を示す。図２５に記載の例では、第２観測期間においてレーザ光１１ａによって走査される第２領域１０３（斜線で示される領域）は、移動後の第１領域（第１領域３に対応する領域）を除外した領域である。

代替的に、あるいは付加的に、第１の観測において、移動物体２が観測されなかった場合、制御装置２５は、第２観測期間においてレーザ光１１ａによって走査される第２領域１０３が、第１観測期間においてレーザ光１１ａによって走査された第１領域３よりも広い領域となるように、第２領域１０３を設定してもよい。例えば、制御装置２５は、上述の第２閾値ＴＨ２が、上述の第１閾値ＴＨ１よりも小さな値となるよう第２閾値ＴＨ２を設定する。その結果、第２領域１０３が第１領域３よりも広くなる。図２６に、第１の観測結果を反映して第２領域の大きさを拡大する上述の例を示す概念図を示す。図２６に記載の例では、第２観測期間においてレーザ光１１ａによって走査される第２領域１０３（斜線で示される領域）は、移動後の第１領域（第１領域３に対応する領域）を含み、移動後の第１領域よりも広い領域である。

また、第１の観測において、移動物体２が観測された場合、制御装置２５は、第２観測期間においてレーザ光１１ａによって走査される第２領域１０３が、第１観測期間においてレーザ光１１ａによって走査された第１領域３よりも小さな領域となるように、第２領域１０３を設定してもよい。すなわち、第１観測期間における観測結果に基づいて、新たに移動物体２の存在位置データが算出された場合、第２観測期間においては、当該存在位置データに基づいて、より小さな領域が集中的に観測される。

なお、第１の観測で移動物体２が観測されたか否かについての分析に時間を要する場合、換言すれば、第１の観測で移動物体２が観測されたか否かが、第２観測期間の直前まで不明である場合、第２観測期間においてレーザ光１１ａによって走査される第２領域１０３（斜線で示される領域）は、移動後の第１領域（第１領域３に対応する領域）そのものであってもよい。

なお、第１観測期間と第２観測期間の両方において、移動物体２が観測された場合、制御装置２５は、第１観測期間における移動物体の存在位置データと、第２観測期間における移動物体の存在位置データとに基づいて、移動物体２の速度を算出することが可能である。また、第１観測期間と第２観測期間の両方において、移動物体２が観測された場合、第１観測期間における移動物体の存在位置データと、第２観測期間における移動物体の存在位置データとに基づいて、制御装置２５は、移動物体２の高度が増加中であるか、移動物体２の高度が低下中であるか、あるいは、移動物体２の高度が維持されているかを算出することが可能である。

なお、実施形態では、第１観測期間と第２観測期間に加え、他の観測期間（例えば、第３観測期間等）が設定されてもよい。また、第２観測期間と第３観測期間との間、換言すれば、第２の観測の終了時刻ＯＴ４と、第３の観測の開始時刻との間に、第２の観測インターバルが設けられてもよい。第２の観測インターバルは、上述の走査間インターバルよりも、長いインターバルであってもよい。また、第２の観測インターバルは、第１観測期間と第２観測期間との間の観測インターバルと同じ長さの期間であってもよいし、異なる長さの期間であってもよい。

（第３の実施形態）
図２７を参照して、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態における移動物体観測システム１０は、第１の実施形態における移動物体観測システムの構成要素をすべて含む。加えて、第３の実施形態における移動物体観測システム１０は、電波観測装置６０、および／または、光学観測装置７０を備える。電波観測装置６０、および／または、光学観測装置７０は、移動物体２の存在確率分布を取得するために使用される。

電波観測装置６０は、電波（典型的にはマイクロ波）を宇宙空間に向かって放射し、該電波が移動物体２によって反射されて発生した反射波を観測する。一方、光学観測装置７０は、移動物体２からの太陽光の反射光を観測する。例えば、光学観測装置７０は、地上に設置した天体望遠鏡と撮像装置と備えており、該撮像装置によって移動物体２の画像を取得することにより、移動物体２を観測することができる。

電波観測装置６０、および／または、光学観測装置７０は、移動物体観測システム１０の制御装置２５に事前観測情報９０ａ、９０ｂを送信する。事前観測情報は、電波観測装置６０、および／または、光学観測装置７０（これらは、いずれも事前観測局として機能する）による観測によって得られた情報である。事前観測情報は、移動物体２が観測された時刻と、当該時刻における移動物体２の位置とを含む情報であってもよい。代替的に、事前観測情報は、移動物体２が観測された時刻と、当該時刻における移動物体２の位置および速度を含む情報であってもよい。なお、移動物体の位置情報は、電波観測装置６０、または、光学観測装置７０から移動物体２に向かう方向の方位角情報および迎角情報を含んでいてもよい。また、移動物体の位置情報は、電波観測装置６０または光学観測装置７０から、移動物体２までの距離情報を含んでいてもよい。

電波観測装置６０、および／または、光学観測装置７０それぞれによる観測における観測領域は、例えば、他事業者から得た観測情報である外部事前観測情報によって決められてもよい。外部事前観測情報に移動物体２の推定軌道範囲８０（即ち、移動物体２の軌道が存在すると推定される範囲）が示されている場合には、推定軌道範囲８０から電波観測装置６０および光学観測装置７０それぞれによる観測の観測時刻において移動物体２が存在すると推定される位置の範囲が算出され、算出された当該範囲に合わせて電波観測装置６０および光学観測装置７０それぞれによる観測の観測領域が決定されてもよい。また、外部事前観測情報に直接に移動物体２の推定軌道範囲８０が示されていない場合には、該外部事前観測情報から推定軌道範囲８０が算出されてもよい。

続いて、電波観測装置６０、および／または、光学観測装置７０によって得られた事前観測情報９０ａ、９０ｂに基づいて、制御装置２５は、移動物体２の移動物体２の存在確率分布を算出する。移動物体２の存在確率分布は、少なくとも第１観測期間（または、第１観測期間および第２観測期間）における移動物体２の存在確率分布を含む。移動物体２の存在確率分布は、時間の関数であってもよい。

なお、移動物体２の存在確率分布の算出においては、電波観測装置６０、および／または、光学観測装置７０によって得られた事前観測情報９０ａ、９０ｂに加え、他事業者から得られた観測情報である外部事前観測情報が用いられてもよい。また、移動物体２の存在確率分布の算出においては、電波観測装置６０、および、光学観測装置７０によって得られた事前観測情報９０ａ、９０ｂの一方の代わりに他事業者から得えられた外部事前観測情報が用いられてもよい。代替的に、移動物体２の存在確率分布の算出においては、電波観測装置６０、および、光学観測装置７０を用いずに、他事業者から得られた外部事前観測情報に基づいて、存在確率分布の算出が行われてもよい。

図２７に記載の例では、レーザ装置２１を用いた移動物体２の観測の直前（例えば、２４時間以内）に、電波観測装置６０、および／または、光学観測装置７０を用いて、事前観測情報９０ａ、９０ｂを取得することが可能である。直前に取得された事前観測情報９０ａ、９０ｂを用いる場合、移動物体２の存在位置の推定精度を高くすることが可能である。よって、直前に取得された事前観測情報９０ａ、９０ｂを用いて、移動物体２の存在確率分布の算出する場合、算出された移動物体２の存在確率分布の広がりは小さくなる傾向がある。よって、図２７に記載の例では、移動物体２の存在確率分布の広がりが小さくなるため、レーザ光１１ａによる走査対象範囲（第１領域３の大きさ）を絞ることが可能となる。その結果、移動物体２の観測確率（検出確率）が向上する。

（変形例）
変形例における移動物体観測システム１０は、第１の実施形態における移動物体観測システムの構成要素をすべて含む。すなわち、移動物体観測システムは、図１、および、図２Ａまたは図２Ｂに記載の構成要素を含む。上述の実施形態では、制御装置２５が、移動物体の存在確率分布に基づいて、移動物体の存在確率の合計値が第１閾値ＴＨ１以上となるように第１領域３を抽出する領域抽出処理を実行する例について説明した。これに対し、変形例では、制御装置２５は、移動物体の検出確率分布に基づいて、移動物体の検出確率の合計値が第１閾値ＴＨ１以上となるように第１領域３を抽出する領域抽出処理を実行する。換言すれば、上述の実施形態の説明において、「存在確率分布」および「存在確率」が、それぞれ、「検出確率分布」および「検出確率」に読み替えれば、変形例における移動物体観測システムの説明となる。

移動物体２の存在確率分布と、他の移動物体２の存在確率分布とが同じである場合であっても、移動物体２の大きさ、高度、形状、姿勢、材質等が、他の移動物体２の大きさ、高度、形状、姿勢、材質等と異なる時、移動物体２の検出確率分布と、他の移動物体２の検出確率分布とは異なる。このため、制御装置２５が、移動物体２の検出確率分布に基づいて、移動物体の検出確率の合計値が第１閾値ＴＨ１以上となるように第１領域３を抽出する領域抽出処理を実行する場合、制御装置２５は、移動物体の存在確率分布と、移動物体の物理パラメータ（例えば、大きさ、高度、形状、姿勢、材質等）とに基づいて、移動物体２の検出確率分布を算出するようにすればよい。例えば、移動物体２の大きさが小さい程、移動物体２の検出確率は小さくなる。また、移動物体２の高度が高い程、移動物体２の検出確率は小さくなる。また、移動物体２の形状、姿勢、材質等によって、ＲＣＳ（Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ）が小さくなればなる程、移動物体２の検出確率は小さくなる。

移動物体の物理パラメータは、上述の事前観測情報９０ａ、９０ｂ（例えば、移動物体２の画像データ）に基づいて取得されてもよいし、複数の移動物体２の物理パラメータ情報（例えば、大きさ情報、高度情報、形状情報、姿勢情報、材質情報等）を記憶した記憶装置（図示せず）から、観測された移動物体に対応する物理パラメータを抽出することにより取得されてもよい。

変形例における移動物体観測システムでは、移動物体２のＲＣＳが小さな場合であっても、移動物体の観測確率（検出確率）を向上させることが可能となる。

本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態又は変形例で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態又は変形例にも適用可能である。

１ ：軌道
２ ：移動物体
３ ：第１領域
４ ：ビームスポット
５ ：小領域
６ ：セル
１０ ：移動物体観測システム
１０ａ ：本体
１１ａ ：レーザ光
１１ｂ ：反射レーザ光
２１ ：レーザ装置
２１ａ ：レーザ発振器
２１ｂ ：照射光学系
２１ｃ ：出射方向調整機構
２１ｄ ：ビームスポット径調節機構
２３ ：分離ミラー
２４ ：レーザ光受光部
２５ ：制御装置
２６ ：受光光学系
６０ ：電波観測装置
７０ ：光学観測装置
８０ ：推定軌道範囲
９０ａ ：事前観測情報
９０ｂ ：事前観測情報
１０３ ：第２領域

Claims (15)

1. 軌道上を移動する移動物体を観測する移動物体観測システムであって、
   レーザ光を出射するように構成されたレーザ装置と、
   前記レーザ装置から前記レーザ光が出射される方向である出射方向を調整する出射方向調整機構と、
   前記移動物体による前記レーザ光の反射光である反射レーザ光を受光するレーザ光受光部と、
   制御装置と
   を具備し、
   前記制御装置は、前記移動物体の存在確率分布または前記移動物体の検出確率分布を示す第１確率分布に基づいて、前記移動物体の存在確率の合計値または前記移動物体の検出確率の合計値を示す第１合計値が第１閾値以上となるように第１領域を抽出する領域抽出処理を実行するように構成され、
   前記制御装置は、抽出された前記第１領域が前記レーザ光によって走査されるように、前記出射方向調整機構に出射方向調整指令を送信する
   移動物体観測システム。
2. 前記領域抽出処理は、前記移動物体の存在が想定される複数のセルの中からセルを抽出するセル抽出処理を含み、
   前記制御装置は、前記セル抽出処理によって抽出された複数の前記セルによって構成される領域全体内における前記移動物体の前記存在確率の合計値または前記移動物体の検出確率の合計値を示す第２合計値が前記第１閾値以上となるまで、前記セル抽出処理を繰り返し実行し、
   前記制御装置は、前記第２合計値が前記第１閾値以上になると、前記セル抽出処理を終了し、
   前記制御装置は、前記セル抽出処理の終了後、前記セル抽出処理によって抽出された複数の前記セルによって構成される領域全体を前記第１領域として決定する
   請求項１に記載の移動物体観測システム。
3. 前記制御装置は、前記第１領域を構成する複数のセルが、前記移動物体の存在確率の高いセルから順番に、前記レーザ光によって走査されるように、前記出射方向調整機構に出射方向調整指令を送信する
   請求項１に記載の移動物体観測システム。
4. 前記制御装置は、前記第１領域の走査に要する時間が出来る限り短くなるような順番で、前記第１領域を構成する複数のセルが走査されるように、前記出射方向調整機構に出射方向調整指令を送信する
   請求項１に記載の移動物体観測システム。
5. 前記第１領域の前記レーザ光の進行方向に垂直な断面は、前記存在確率または前記検出確率の高い領域に対応した細長形状である
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の移動物体観測システム。
6. 前記第１領域は、位置が固定されている領域である
   請求項５に記載の移動物体観測システム。
7. 前記断面の大きさは、前記レーザ光が前記移動物体の推定軌道に到達する時の前記レーザ光のビームスポットの面積と、前記レーザ光の単位時間当たりの出射回数を示す出射周波数との積よりも小さい
   請求項６に記載の移動物体観測システム。
8. 前記第１領域は、時間と共に移動する領域である
   請求項５に記載の移動物体観測システム。
9. 前記断面の大きさは、前記レーザ光が前記移動物体の推定軌道に到達する時の前記レーザ光のビームスポットの面積と、前記レーザ光の単位時間当たりの出射回数を示す出射周波数との積よりも大きい
   請求項８に記載の移動物体観測システム。
10. 前記第１領域は、時間と共に移動する領域であり、
    前記第１領域の形状は、前記移動物体の推定軌道に垂直な方向に広がる薄板形状または線状形状である
    請求項１乃至４のいずれか一項に記載の移動物体観測システム。
11. 前記移動物体の推定軌道に垂直な方向に沿う１つの軸をＸ軸と定義する時、前記セル抽出処理は、既に抽出されたセルのうちのいずれかと前記Ｘ軸に沿った位置が同じであるセルを抽出対象候補から除くとの制約条件の下で実行される
    請求項２に記載の移動物体観測システム。
12. 前記制御装置は、前記第１領域が前記レーザ光によって繰り返し走査されるように、前記出射方向調整機構に前記出射方向調整指令を送信する
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の移動物体観測システム。
13. 前記制御装置は、前記第１領域が走査される第１観測期間とは異なる第２観測期間における前記移動物体の存在確率分布または前記移動物体の検出確率分布を示す第２確率分布に基づいて、前記移動物体の存在確率の積分値または前記移動物体の検出確率の積分値が第２閾値以上となるように第２領域を抽出する第２領域抽出処理を実行するように構成され、
    前記制御装置は、前記第２領域が前記レーザ光によって走査されるように、前記出射方向調整機構に前記出射方向調整指令を送信する
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の移動物体観測システム。
14. 前記第２確率分布は、前記第１観測期間における前記移動物体の観測結果を反映して算出された確率分布である
    請求項１３に記載の移動物体観測システム。
15. 軌道上を移動する移動物体を観測する移動物体観測方法であって、
    第１観測期間における前記移動物体の存在確率分布または前記移動物体の検出確率分布を示す第１確率分布を取得する工程と、
    前記第１確率分布に基づいて、前記移動物体の存在確率の合計値または前記移動物体の検出確率の合計値が第１閾値以上となるように第１領域を抽出する工程と、
    前記第１領域がレーザ光によって走査されるようにレーザ光を出射する工程と、
    前記移動物体による前記レーザ光の反射光である反射レーザ光を受光することにより、前記移動物体を検出する工程と
    を具備する
    移動物体観測方法。
    
    

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