特開 2024-60739 測位システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024060739

(43)【公開日】2024-05-07

(54)【発明の名称】測位システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/12 20060101AFI20240425BHJP

   G01S 13/84 20060101ALI20240425BHJP

   G01S 3/46 20060101ALI20240425BHJP

【ＦＩ】

G01S5/12

G01S13/84

G01S3/46

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022168211

(22)【出願日】2022-10-20

(71)【出願人】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 太樹

(72)【発明者】

【氏名】高井 大輔

【テーマコード（参考）】

5J062

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J062AA05

5J062CC14

5J070AB10

5J070AC02

5J070AC12

5J070AD08

5J070AE04

5J070AF01

5J070AK22

5J070BC13

5J070BD07

(57)【要約】

【課題】測角誤差を低減可能な測位システムを提供する。
【解決手段】測位システムは、飛行体の高度を測定する高度測定部と、第１及び第２通信部の間での信号の伝搬時間又は位相に基づき第１通信部と飛行体の間の距離を測定し、第１及び第２通信部が通信する信号を第１又は第２通信部で受信した際の位相に基づいて第１通信部に対する飛行体の第１仰角を算出し、高度測定部によって取得された高度と距離測定部によって測定された距離との差を補正値として算出し、補正値が算出された後に、第１仰角の絶対値が第１所定角度よりも大きい第２所定角度以上である場合には、高度測定部によって取得された高度を補正値で補正した値を距離測定部によって測定された距離で除した値の逆余弦を第２仰角として算出し、第１仰角の値に基づいて、第１仰角と第２仰角のいずれかを選択する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１通信部と、
前記第１通信部に対して移動可能な飛行体と、
前記飛行体に搭載され、前記第１通信部と通信する第２通信部と、
前記飛行体に搭載され、前記第１通信部に対する前記飛行体の高度を測定する高度測定部と、
前記第１通信部と前記第２通信部との間で通信される信号の伝搬時間又は位相に基づいて、前記第１通信部と前記飛行体との間の距離を測定する距離測定部と、
前記第１通信部と前記第２通信部との間で通信される信号を前記第１通信部又は前記第２通信部の複数のアンテナ素子で受信した際の位相に基づいて、前記第１通信部に対する前記飛行体の第１仰角を算出する仰角算出部と、
前記第１仰角の絶対値が第１所定角度以下の場合に、前記高度測定部によって取得された高度と、前記距離測定部によって測定された距離との差を補正値として算出する補正値算出部と
を備え、
前記仰角算出部は、前記補正値算出部によって前記補正値が算出された後に、前記第１仰角の絶対値が前記第１所定角度よりも大きい第２所定角度以上である場合には、前記高度測定部によって取得された高度を前記補正値で補正した値を前記距離測定部によって測定された距離で除した値の逆余弦を第２仰角として算出し、前記第１仰角の値に基づいて、前記第１仰角と前記第２仰角のいずれかを選択する、測位システム。

【請求項2】

前記第１仰角はＡｏＡ形式で算出され、前記第２仰角はＴｏＡを利用して算出される、請求項１に記載の測位システム。

【請求項3】

前記第１所定角度は、前記第１通信部の真上における仰角が所定の挟角範囲になる角度である、請求項１に記載の測位システム。

【請求項4】

前記補正値算出部は、前記第１仰角の絶対値が前記第１所定角度以下になると、前記高度測定部によって取得された高度と、前記距離測定部によって測定された距離との差を前記補正値として算出し、前記補正値を更新する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測位システム。

【請求項5】

前記高度測定部は、気圧に基づいて前記飛行体の高度を測定する気圧センサである、請求項１に記載の測位システム。

【請求項6】

前記距離測定部、前記仰角算出部、及び前記補正値算出部は、前記第１通信部側に設けられており、
前記第１通信部は、３つ以上のアンテナ素子を有する、請求項１に記載の測位システム。

【請求項7】

前記第２通信部は、１つのアンテナ素子を有する、請求項６に記載の測位システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、測位システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、複数のアンテナ素子で電波を受信した際の位相差を利用して、電波の到来角度を測定（推定）するＡｏＡ（Angle of Arrival）という到来角度の測定方法がある。ＡｏＡでは複数のアンテナ素子間の位相差を利用して電波の到来角度を測定するため、複数の矩形のアンテナ素子や複数の円形のアンテナ素子を有するアレイアンテナが用いられる。ＡｏＡに用いられるアレイアンテナは、複数のアンテナ素子を選択し、電波を受信するアンテナ素子を切り替えながら各アンテナ素子で電波を受信する際の位相を取得し、アンテナ素子間での位相差を取得して電波の到来方向を測定する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０２－２４５６８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述のようにアレイアンテナを使用してＡｏＡ形式で電波の到来方向を測定する際に、アレイアンテナの位相差の誤差は仰角が大きいときに増加するため、仰角が大きいときに仰角の誤差が大きくなるという問題がある。

【0005】

そこで、仰角の大きいときは高度測定部により補正した距離によって仰角を算出することにより、測角誤差を低減可能な測位システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の実施形態の測位システムは、第１通信部と、前記第１通信部に対して移動可能な飛行体と、前記飛行体に搭載され、前記第１通信部と通信する第２通信部と、前記飛行体に搭載され、前記第１通信部に対する前記飛行体の高度を測定する高度測定部と、前記第１通信部と前記第２通信部との間で通信される信号の伝搬時間又は位相に基づいて、前記第１通信部と前記飛行体との間の距離を測定する距離測定部と、前記第１通信部と前記第２通信部との間で通信される信号を前記第１通信部又は前記第２通信部の複数のアンテナ素子で受信した際の位相に基づいて、前記第１通信部に対する前記飛行体の第１仰角を算出する仰角算出部と、前記第１仰角の絶対値が第１所定角度以下の場合に、前記高度測定部によって取得された高度と、前記距離測定部によって測定された距離との差を補正値として算出する補正値算出部とを備え、前記仰角算出部は、前記補正値算出部によって前記補正値が算出された後に、前記第１仰角の絶対値が前記第１所定角度よりも大きい第２所定角度以上である場合には、前記高度測定部によって取得された高度を前記補正値で補正した値を前記距離測定部によって測定された距離で除した値の逆余弦を第２仰角として算出し、前記第１仰角の値に基づいて、前記第１仰角と前記第２仰角のいずれかを選択する。

【発明の効果】

【0007】

仰角の大きいときは高度測定部により補正した距離によって仰角を算出することにより、測角誤差を低減可能な測位システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態の測位システムの構成の一例を示す図である。

【図2】仰角算出部がＡｏＡ形式で算出するアンテナアレイに対する飛行体の仰角の誤差を示す図である。

【図3A】補正値の求め方を説明する図である。

【図3B】補正値を用いた高度の補正方法を説明する図である。

【図4A】実施形態の測位システムの制御装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。

【図4B】実施形態の測位システムの制御装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の測位システムを適用した実施形態について説明する。

【0010】

＜実施形態＞
図１は、測位システム１００の構成の一例を示す図である。測位システム１００は、アレイアンテナ１１０、制御装置１２０、及び飛行体１３０を含む。アレイアンテナ１１０は、第１通信部の一例である。

【0011】

測位システム１００の制御装置１２０は、アレイアンテナ１１０に対する飛行体１３０の仰角及び方位角をＡｏＡ形式で測定（推定）する。また、制御装置１２０は、ＴｏＡ(Time of Arrival)形式でアレイアンテナ１１０と飛行体１３０との間の距離を測定（推定）する。なお、仰角及び方位角は、アレイアンテナ１１０の表面の中心を原点Ｏとする極座標系で与えられる仰角及び方位角である。

【0012】

＜アレイアンテナ１１０＞
アレイアンテナ１１０は、基板１１１及び４つのアンテナ素子１１２を有する。基板１１１は、絶縁体製の基板であり、上面に４つのアンテナ素子１１２が設けられている。アレイアンテナ１１０は、一例として、地上や、地上に設けられた固定物に設置されており、配線を通じて制御装置１２０に接続されている。

【0013】

４つのアンテナ素子１１２は、基板１１１の上面に等間隔で配置されている。より具体的には、４つのアンテナ素子１１２は、各アンテナ素子１１２の平面視における中心が、平面視で正方形の頂点に位置するように配置されている。図１には平面視で円形のアンテナ素子１１２を示すが、アンテナ素子１１２は平面視で矩形であってもよい。

【0014】

＜制御装置１２０＞
制御装置１２０は、アレイアンテナ１１０に接続されている。制御装置１２０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、入出力インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。

【0015】

制御装置１２０は、通信制御部１２１、距離測定部１２２、仰角算出部１２３、補正値算出部１２４、及びメモリ１２５を有する。通信制御部１２１、距離測定部１２２、仰角算出部１２３、及び補正値算出部１２４は、制御装置１２０が実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。また、メモリ１２５は、制御装置１２０のメモリを機能的に表したものである。

【0016】

通信制御部１２１は、アレイアンテナ１１０を通じて、飛行体１３０の通信部１３２と通信するための処理を行う。通信制御部１２１は、アレイアンテナ１１０の４つのアンテナ素子１１２の中から、通信に用いる１又は複数のアンテナ素子１１２を選択する。通信は、一例として、ＢＬＥ(Bluetooth Low Energy（登録商標）)又はＷＬＡＮ(Wireless Local Area Network)等で行う。以下では、一例として、制御装置１２０と飛行体１３０の通信部１３２とがＢＬＥで通信する形態について説明する。通信には、測距及び測角のための通信の他に、ＢＬＥの信号を受信した際の位相等のデータを含む通信を行うデータ通信が含まれる。

【0017】

距離測定部１２２は、アレイアンテナ１１０と飛行体１３０の通信部１３２との間で通信される信号の伝搬時間又は位相に基づいて、アレイアンテナ１１０と飛行体１３０との間の距離を測定する。より具体的には、距離測定部１２２は、アレイアンテナ１１０の４つのアンテナ素子１１２のうちの１つを利用して、ＴｏＡ形式で距離を測定する。

【0018】

一例として、距離測定部１２２は、アンテナ素子１１２から複数の周波数ｆ１～ｆＮ（Ｎは２以上の整数）の信号を飛行体１３０の通信部１３２に送信し、複数の周波数ｆ１～ｆＮの信号を飛行体１３０の通信部１３２からアンテナ素子１１２で受信する。距離測定部１２２は、各周波数の信号を飛行体１３０の通信部１３２が受信したときの位相を表すデータを飛行体１３０の通信部１３２から通信によって取得する。

【0019】

距離測定部１２２は、通信部１３２から各周波数の信号をアンテナ素子１１２が受信したときの位相と、各周波数の信号を飛行体１３０の通信部１３２が受信したときの位相との周波数毎の合計の位相（往復の位相）を求め、複数の周波数と、各周波数での往復の位相との関係から、アレイアンテナ１１０と飛行体１３０との間の距離を測定する。

【0020】

また、距離測定部１２２は、上述のような測距方法の代わりに、アンテナ素子１１２から飛行体１３０の通信部１３２に信号を送信したときの信号の伝搬時間、又は、飛行体１３０の通信部１３２からアンテナ素子１１２に信号を送信したときの信号の伝搬時間を測定し、測定した伝搬時間に光の速度を乗じることによって、アレイアンテナ１１０と飛行体１３０との間の距離を測定してもよい。なお、距離測定部１２２の処理の詳細については、図４Ａ及び図４Ｂのフローチャートを用いて後述する。

【0021】

仰角算出部１２３は、アレイアンテナ１１０の４つのアンテナ素子１１２のうちの２つ以上のアンテナ素子１１２を利用して、ＡｏＡ形式で、アレイアンテナ１１０に対する飛行体１３０の位置の極座標系における仰角及び方位角を測定する。仰角算出部１２３は、飛行体１３０の通信部１３２から送信されるＢＬＥの信号を２つ以上のアンテナ素子１１２で受信する際の位相差に基づいて、ＡｏＡ形式またはＴｏＡを利用して仰角及び方位角を測定する。仰角算出部１２３の処理の詳細については、図４Ａ及び図４Ｂのフローチャートを用いて後述する。

【0022】

補正値算出部１２４は、仰角算出部１２３によって算出される第１仰角の絶対値が第１所定角度以下の場合に、気圧センサ１３３によって取得された高度と、距離測定部１２２によって測定された距離との差を補正値として算出する。補正値については、図３Ａ及び図３Ｂを用いて後述する。

【0023】

メモリ１２５は、制御装置１２０が処理を行うために実行するプログラムや処理に必要なデータ等を格納する。

【0024】

＜飛行体１３０＞
飛行体１３０は、一例としてドローンであり、無人航空機(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)である。飛行体１３０には、制御装置１３１、通信部１３２、及び気圧センサ１３３が搭載されている。

【0025】

飛行体１３０は、図示しないリモートコントローラから送信される操縦信号に応じて飛行する。飛行体１３０には、一例としてカメラが搭載されている。飛行体１３０は、一例として、リモートコントローラから送信される撮影信号に基づいて、カメラを操作し、静止画（写真）や動画（ビデオ）を撮影する。

【0026】

制御装置１３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。図１では飛行体１３０がリモートコントローラから操縦信号を受信する受信部を省くが、制御装置１３１は、リモートコントローラから受信した操縦信号に応じて、飛行体１３０の飛行制御等を行う。

【0027】

通信部１３２は、アンテナ素子１３２Ａを有し、アレイアンテナ１１０とＢＬＥでの通信を行う。通信部１３２は、第２通信部の一例である。通信には、測距及び測角のための通信の他に、データ通信が含まれる。

【0028】

気圧センサ１３３は、気圧を高度に変換して出力するセンサであり、アレイアンテナ１１０に対する飛行体１３０の高度を測定する。気圧センサ１３３は、高度測定部の一例である。高度を表すデータは、制御装置１３１によって通信部１３２を通じてアレイアンテナ１１０に送信され、制御装置１２０に入力される。

【0029】

なお、ここでは、気圧センサ１３３が気圧を高度に変換して出力する形態について説明するが、気圧センサ１３３は気圧を表すデータを出力してもよく、この場合には、制御装置１２０が気圧を高度に変換する処理を行えばよい。また、ここでは、飛行体１３０の高度を測定するために気圧センサ１３３を用いる形態について説明するが、飛行体１３０の高度を測定可能な気圧センサ１３３以外の装置等を用いてもよい。

【0030】

＜測角で得られる仰角の誤差＞
図２は、仰角算出部１２３がＡｏＡ形式で算出するアレイアンテナ１１０に対する飛行体１３０の仰角の誤差を示す図である。図２において、横軸は、実際の仰角を示し、縦軸は、算出される仰角を示す。実線は、仰角算出部１２３によってＡｏＡ形式で算出される仰角の理論値と実際の仰角の関係を表し、破線は、仰角算出部１２３によって実際にＡｏＡ形式で算出される仰角と実際の仰角との関係を表す。仰角算出部１２３によってＡｏＡ形式で算出される仰角の理論値とは、４つのアンテナ素子１１２に、基板１１１上の配置や環境の違いが存在せずに、位相特性が同一である場合に算出される仰角である。

【0031】

実際のアレイアンテナ１１０の４つのアンテナ素子１１２は、基板１１１上の配置や、周囲のグランド電位の物体との位置関係等の環境の違いによって位相特性が異なるため、図２に示すように、算出される仰角の絶対値が約６０度以上になると、理論値との差が無視できない程度に大きくなる。

【0032】

実施形態の測位システム１００では、ＡｏＡ形式で算出される仰角の絶対値が約６０度以上になると誤差が大きくなるため、仰角算出部１２３は、ＡｏＡ形式ではなく、ＴｏＡを利用した方法によって仰角を算出する。以下では、仰角算出部１２３がＡｏＡ形式で算出する仰角を仰角１と称し、ＴｏＡを利用した方法で算出する仰角を仰角２と称す。仰角１は、第１仰角の一例であり、仰角２は、第２仰角の一例である。なお、仰角算出部１２３がＡｏＡ形式で算出する飛行体１３０の方位角については、理論値との差が許容範囲内である。このため、飛行体１３０の方位角については、仰角算出部１２３がＡｏＡ形式で算出する方位角を用いる。

【0033】

＜補正値を用いた高度の補正方法＞
図３Ａは、補正値の求め方を説明する図である。図３Ｂは、補正値を用いた高度の補正方法を説明する図である。

【0034】

図３Ａには、飛行体１３０に搭載された気圧センサ１３３によって測定される高度を破線で示し、飛行体１３０がアレイアンテナ１１０の真上にいる場合に距離測定部１２２によってＴｏＡ形式で測定される距離を実線で示す。飛行体１３０がアレイアンテナ１１０の真上にいる場合には、距離測定部１２２によってＴｏＡ形式で測定される距離は、飛行体１３０の高度に相当する。

【0035】

気圧センサ１３３によって測定される高度は、距離測定部１２２によってＴｏＡ形式で測定される距離よりも高精度に測定されることから、気圧センサ１３３によって測定される高度と、距離測定部１２２によってＴｏＡ形式で測定される距離とには差がある。

【0036】

ここでは、気圧センサ１３３によって測定される高度から、距離測定部１２２によってＴｏＡ形式で測定される距離を減じた値を補正値として求める。補正値を求める処理は、補正値算出部１２４が行う。補正値は、仰角算出部１２３がＴｏＡを利用した方法によって仰角を算出する際に、気圧センサ１３３によって測定される高度をＴｏＡ用の値に補正する際に用いられる。

【0037】

図３Ｂに示すように、飛行体１３０の仰角θが大きく、第２所定角度以上である場合には、飛行体１３０に搭載された気圧センサ１３３によって測定される高度Ｈから補正値を減じた高度Ｈｃを、距離測定部１２２によってＴｏＡ形式で測定される距離で除算した値の逆余弦（ａｃｏｓ）を求めることで、仰角θを求める。この処理は、仰角算出部１２３が実行する処理であり、仰角算出部１２３がＴｏＡを利用した方法によって仰角２を算出する方法である。高度Ｈｃ＝高度Ｈ－補正値である。

【0038】

仰角２は、次式（１）で求められる。気圧センサ１３３の精度は数ｃｍ程度であるのに対してＴｏＡの精度は数１０ｃｍ程度と差があるため、気圧センサ１３３の値で仰角２を補正している。
仰角２＝ａｃｏｓ｛（高度Ｈ－補正値）／距離｝ （１）

【0039】

＜フローチャート＞
図４Ａ及び図４Ｂは、制御装置１２０が実行する処理の一例を表すフローチャートである。

【0040】

図４Ａは、飛行体１３０の電源がオンにされた直後に実行する処理である。図４Ａの処理の前提として、飛行体１３０は、電源がオンにされると、仰角の絶対値が５度以下になるように制御されるモードで飛行する。飛行体１３０は、制御装置１２０と通信しながら、仰角算出部１２３によって算出される仰角の絶対値が５度以下になるように飛行する。

【0041】

飛行体１３０の仰角の絶対値が５度以下であれば、飛行体１３０は、アレイアンテナ１１０の真上にいると考えられる。飛行体１３０がアレイアンテナ１１０の真上にいる状態で補正値を算出するため、飛行体１３０は、電源がオンにされた直後に、仰角の絶対値が５度以下になるように飛行する。５度は、第１所定角度の一例であり、アレイアンテナ１１０の真上における飛行体１３０の仰角が所定の挟角範囲になる角度である。所定の挟角範囲は、アレイアンテナ１１０の略真上に飛行体１３０が存在すると考えられる範囲である。なお、ここでは、第１所定角度が５度である形態について説明するが、第１所定角度は５度に限定されるものではなく、測位システム１００の利用において求められる精度や、飛行体１３０の飛行範囲等に応じて、アレイアンテナ１１０の略真上に飛行体１３０が存在すると考えられる角度として適切な値に設定すればよい。

【0042】

＜図４Ａに示す処理＞
仰角算出部１２３は、処理をスタートさせると、ＡｏＡ形式で方位角と仰角１を算出する（ステップＳ０）。

【0043】

仰角算出部１２３は、飛行体１３０の仰角の絶対値が５度以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１）。

【0044】

仰角算出部１２３は、飛行体１３０の仰角の絶対値が５度以下ではない（Ｓ１：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ０にリターンする。また、仰角算出部１２３は、飛行体１３０の仰角の絶対値が５度以下である（Ｓ１：ＹＥＳ）と判定すると、フローをステップＳ２に進める。

【0045】

次いで、距離測定部１２２は、ＴｏＡ形式で距離を測定する（ステップＳ２）。

【0046】

次いで、仰角算出部１２３は、飛行体１３０から気圧センサ１３３によって検出された高度を取得する（ステップＳ３）。これにより、飛行体１３０の方位角、仰角１、及び高度が揃う。

【0047】

補正値算出部１２４は、ステップＳ２で測定された距離と、ステップＳ３で取得された高度とを用いて補正値を算出し、メモリ１２５に格納する（ステップＳ４）。補正値は、高度から距離を減算することで算出される。

【0048】

以上で、図４Ａの処理は終了する（エンド）。制御装置１２０は、図４Ａに示す処理を終えると、図４Ｂに示す処理を開始する。

【0049】

＜図４Ｂに示す処理＞
仰角算出部１２３は、図４Ｂに示す処理をスタートさせると、ＡｏＡ形式で方位角と仰角１を算出する（ステップＳ１１）。図４Ｂに示す処理を開始すると、飛行体１３０は、仰角の絶対値が５度以下になるように制御されるモードが解除され、リモートコントローラの操縦信号によって自由に飛行可能になる。

【0050】

次いで、距離測定部１２２は、ＴｏＡ形式で距離を測定する（ステップＳ１２）。

【0051】

次いで、仰角算出部１２３は、飛行体１３０から気圧センサ１３３によって検出された高度を取得する（ステップＳ１３）。

【0052】

仰角算出部１２３は、ステップＳ１１で算出した仰角１の絶対値が６０度未満であるかどうかを判定する（ステップＳ１４）。６０度は、図２に示したように、仰角算出部１２３によって算出される仰角と理論値との差が無視できない程度に大きくなる境界の角度であり、第２所定角度の一例である。第２所定角度の一例としての６０度は、第１所定角度の一例としての５度よりも大きい。なお、第２所定角度の６０度は、一例であり、第２所定角度は６０度に限られるものではない。第２所定角度は、測位システム１００に求められる精度や、飛行体１３０の飛行範囲等に応じて、仰角１の代わりに仰角２を用いた方がよいと考えられる角度に設定すればよい。

【0053】

仰角算出部１２３は、ステップＳ１１で算出した仰角１の絶対値が６０度未満である（Ｓ１４：ＹＥＳ）と判定すると、仰角１を現在の飛行体１３０の仰角として出力する（ステップＳ１５）。仰角算出部１２３は、飛行体１３０の通信部１３２から送信されるＢＬＥの信号を２つ以上のアンテナ素子１１２で受信する際の位相差に基づいて、ＡｏＡ形式で仰角測定する。すなわち、仰角算出部１２３は、アレイアンテナ１１０と通信部１３２との間で通信される信号をアレイアンテナ１１０又は通信部１３２の複数のアンテナ素子で受信した際の位相に基づいて、アレイアンテナ１１０に対する飛行体１３０の仰角１を算出する。

【0054】

次いで、仰角算出部１２３は、飛行体１３０の仰角１の絶対値が５度以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１６）。

【0055】

仰角算出部１２３によって飛行体１３０の仰角の絶対値が５度以下である（Ｓ１６：ＹＥＳ）と判定されると、補正値算出部１２４は、ステップＳ１２で測定された距離と、ステップＳ１３で取得された高度とを用いて補正値を算出し、メモリ１２５に格納されている補正値を更新する（ステップＳ１７）。これにより、補正値が最新の補正値に更新される。補正値は、高度から距離を減算することで算出される。

【0056】

また、仰角算出部１２３は、ステップＳ１４において、ステップＳ１１で算出した仰角１が６０度未満ではない（Ｓ１４：ＮＯ）と判定すると、ステップＳ１２で測定された距離と、ステップＳ１３で取得された高度と、メモリ１２５に格納された補正値とを用いて、式（１）で仰角２を算出する（ステップＳ１８）。すなわち、仰角算出部１２３は、仰角１が６０度以上である場合には、気圧センサ１３３によって取得された高度を補正値で補正した値を距離測定部１２２によって測定された距離で除した値の逆余弦で与えられる仰角２を算出する。

【0057】

仰角算出部１２３は、ステップＳ１１で算出した仰角１の代わりに、ステップＳ１５で算出した仰角２を現在の飛行体１３０の仰角として出力する（ステップＳ１９）。仰角算出部１２３は、ステップＳ１９の処理を終えると、フローをステップＳ１６に進める。

【0058】

以上で、方位角、距離、仰角１、または仰角２が取得できるため測位を完了し、一連の処理が終了する（エンド）。制御装置１２０は、図４Ｂに示す処理を繰り返し実行する。

【0059】

＜効果＞
測位システム１００は、アレイアンテナ１１０と、アレイアンテナ１１０に対して移動可能な飛行体１３０と、飛行体１３０に搭載され、アレイアンテナ１１０と通信する通信部１３２と、飛行体１３０に搭載され、アレイアンテナ１１０に対する飛行体１３０の高度を測定する気圧センサ１３３と、アレイアンテナ１１０と通信部１３２との間で通信される信号の伝搬時間又は位相に基づいて、アレイアンテナ１１０と飛行体１３０との間の距離を測定する距離測定部１２２と、アレイアンテナ１１０と通信部１３２との間で通信される信号をアレイアンテナ１１０又は通信部１３２の複数のアンテナ素子で受信した際の位相に基づいて、アレイアンテナ１１０に対する飛行体１３０の仰角１を算出する仰角算出部１２３と、仰角１の絶対値が第１所定角度（一例として５度）以下の場合に、気圧センサ１３３によって取得された高度と、距離測定部１２２によって測定された距離との差を補正値として算出する補正値算出部１２４とを備える。仰角算出部１２３は、仰角１の絶対値が第１所定角度（一例として５度）よりも大きい第２所定角度（一例として６０度）以上である場合には、気圧センサ１３３によって取得された高度を補正値で補正した値を距離測定部１２２によって測定された距離で除した値の逆余弦を仰角２として算出する。このため、仰角１の絶対値が第１所定角度（一例として５度）よりも大きい第２所定角度（一例として６０度）以上であって、アレイアンテナ１１０の複数のアンテナ素子１１２で受信した際の位相に基づいて算出した仰角１の誤差が大きい場合に、仰角１の代わりに、気圧センサ１３３によって取得された高度と、補正値とを用いて仰角２を算出することができる。

【0060】

したがって、仰角の大きいときは気圧センサ１３３により補正した距離によって仰角を算出することにより、測角誤差を低減可能な測位システム１００を提供することができる。

【0061】

また、第１所定角度（一例として５度）は、アレイアンテナ１１０の真上における仰角が所定の挟角範囲になる角度であり、所定の挟角範囲は、アレイアンテナ１１０の真上に飛行体１３０が存在すると考えられる範囲である。このため、アレイアンテナ１１０の略真上に飛行体１３０が存在するときに、距離測定部１２２によってＴｏＡ形式で測定される距離（飛行体１３０の高度に相当する距離）と、気圧センサ１３３によって測定される高度とを用いて、補正値を算出することができる。

【0062】

また、補正値算出部１２４は、仰角１の絶対値が第１所定角度（一例として５度）以下になると、気圧センサ１３３によって取得された高度と、距離測定部１２２によって測定された距離との差を補正値として算出し、補正値を更新するので、アレイアンテナ１１０の略真上に飛行体１３０が存在するときに、補正値を最新の補正値に更新することができる。

【0063】

また、気圧センサ１３３は、気圧に基づいて飛行体１３０の高度を測定する気圧センサであるので、飛行体１３０の高度を正確に検出することができ、補正値を高精度に算出することができる。そして、アレイアンテナ１１０の複数のアンテナ素子１１２で受信した際の位相に基づいて算出した仰角１の誤差が大きい場合に、仰角１の代わりに、気圧センサ１３３によって取得された高度と、補正値とを用いて、高精度に仰角２を算出することができる。

【0064】

また、距離測定部１２２、仰角算出部１２３、及び補正値算出部１２４は、アレイアンテナ１１０側に設けられており、アレイアンテナ１１０は、３つ以上のアンテナ素子１１２を有する。このため、地上や地上に設けられた固定物に設置された制御装置１２０で、安定的にアレイアンテナ１１０と飛行体１３０との間の距離と補正値を算出できるとともに、３つ以上のアンテナ素子１１２を用いて求められる位相差を用いて仰角１を安定的に算出することができる。また、安定的に算出した距離及び補正値を用いて、仰角２を安定的に算出することができる。

【0065】

また、通信部１３２は、１つのアンテナ素子１３２Ａを有するので、地上側の制御装置１２０が、距離、補正値、仰角１、及び仰角２を算出するという前提の下で、飛行体１３０の通信部１３２が、アレイアンテナ１１０から送信される信号を受信したときの位相の測定と、ＡｏＡ形式で制御装置１２０が飛行体１３０の仰角及び方位角を測定する際の信号の送信とを行う構成にすることができ、飛行体１３０側の構成を簡略化することができる。

【0066】

＜変形例＞
なお、以上では、地上側の制御装置１２０がＴｏＡ形式での距離の測定、ＡＯＡでの仰角１及び方位角の測定、補正値の算出、及び、仰角２の算出を行う形態について説明した。しかしながら、飛行体１３０の制御装置１３１が、ＴｏＡ形式での距離の測定、ＡＯＡ形式での仰角１及び方位角の測定、補正値の算出、及び、仰角２の算出を行ってもよい。この場合には、飛行体１３０の通信部１３２は、ＡＯＡ形式で仰角１及び方位角を測定する際に、信号の位相差を検出するために、複数のアンテナ素子１３２Ａを有していればよい。また、この場合に、地上側では、アレイアンテナ１１０の代わりに、少なくとも１つのアンテナ素子１１２を設ければよい。

【0067】

以上、本開示の例示的な実施形態の測位システムについて説明したが、本開示は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【0068】

以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
第１通信部と、
前記第１通信部に対して移動可能な飛行体と、
前記飛行体に搭載され、前記第１通信部と通信する第２通信部と、
前記飛行体に搭載され、前記第１通信部に対する前記飛行体の高度を測定する高度測定部と、
前記第１通信部と前記第２通信部との間で通信される信号の伝搬時間又は位相に基づいて、前記第１通信部と前記飛行体との間の距離を測定する距離測定部と、
前記第１通信部と前記第２通信部との間で通信される信号を前記第１通信部又は前記第２通信部の複数のアンテナ素子で受信した際の位相に基づいて、前記第１通信部に対する前記飛行体の第１仰角を算出する仰角算出部と、
前記第１仰角の絶対値が第１所定角度以下の場合に、前記高度測定部によって取得された高度と、前記距離測定部によって測定された距離との差を補正値として算出する補正値算出部と
を備え、
前記仰角算出部は、前記補正値算出部によって前記補正値が算出された後に、前記第１仰角の絶対値が前記第１所定角度よりも大きい第２所定角度以上である場合には、前記高度測定部によって取得された高度を前記補正値で補正した値を前記距離測定部によって測定された距離で除した値の逆余弦を第２仰角として算出し、前記第１仰角の値に基づいて、前記第１仰角と前記第２仰角のいずれかを選択する、測位システム。
（付記２）
前記第１仰角はＡｏＡ形式で算出され、前記第２仰角はＴｏＡを利用して算出される、付記１に記載の測位システム。
（付記３）
前記第１所定角度は、前記第１通信部の真上における仰角が所定の挟角範囲になる角度である、付記１又は２に記載の測位システム。
（付記４）
前記補正値算出部は、前記第１仰角の絶対値が前記第１所定角度以下になると、前記高度測定部によって取得された高度と、前記距離測定部によって測定された距離との差を前記補正値として算出し、前記補正値を更新する、付記１乃至３のいずれか１項に記載の測位システム。
（付記５）
前記高度測定部は、気圧に基づいて前記飛行体の高度を測定する気圧センサである、付記１乃至４のいずれか１項に記載の測位システム。
（付記６）
前記距離測定部、前記仰角算出部、及び前記補正値算出部は、前記第１通信部側に設けられており、
前記第１通信部は、３つ以上のアンテナ素子を有する、付記１乃至５のいずれか１項に記載の測位システム。
（付記７）
前記第２通信部は、１つのアンテナ素子を有する、付記６に記載の測位システム。

【符号の説明】

【0069】

１００ 測位システム
１１０ アレイアンテナ（第１通信部の一例）
１１１ 基板
１１２ アンテナ素子
１２０ 制御装置
１２１ 通信制御部
１２２ 距離測定部
１２３ 仰角算出部
１２４ 補正値算出部
１２５ メモリ
１３０ 飛行体
１３１ 制御装置
１３２ 通信部（第２通信部の一例）
１３２Ａ アンテナ素子
１３３ 気圧センサ（高度測定部の一例）

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】