JP6486263B2 - 制御計画生成装置、観測システム及び制御計画生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の観測対象を観測するセンサ機器で使用される制御計画を自動生成する技術に関する。

近年、地球の周りを、人工衛星及びスペースデブリ（宇宙ゴミ）などの無数の飛翔物体が高速で周回している。この種の飛翔物体は、ＲＳＯ（Ｒｅｓｉｄｅｎｔ Ｓｐａｃｅ Ｏｂｊｅｃｔ）と呼ばれており、ＲＳＯの軌道は、惑星の重力による摂動などの要因により時々刻々と変化していく。また、ＲＳＯは、現在運用中の人工衛星または宇宙ステーションに衝突した場合には甚大な被害を及ぼすため、各国の宇宙開発の脅威となっている。この脅威に対処するために、レーダ装置及び光学望遠鏡などのセンサ機器を用いてＲＳＯを監視することを目的とするＳＳＡ（Ｓｐａｃｅ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎａｌ Ａｗａｒｅｎｅｓｓ：宇宙状況監視）という概念の重要性が高まっている。

ＳＳＡに関する従来技術は、たとえば、特許文献１（特開２００２−２２００９９号公報）に開示されている。特許文献１には、固定された観測方向（たとえば、子午線）の設定範囲を通過する飛翔物体を光学装置を用いて常時監視する技術が開示されている。

特開２００２−２２００９９号公報

ＳＳＡでは、限られた観測時間内に、限られたセンサ資源（たとえば、１台のレーダ装置）を用いて出来るだけ多数のＲＳＯを監視しなければならない場合がある。このような場合には、或るセンサ資源が「いつ」，「どの方位を」観測するのかに関して、センサ資源の効率的な制御計画を作成することが望ましい。上記特許文献１の従来技術では、効率的な制御計画が作成されないため、センサ資源は非効率な観測しか行うことができない。

上記に鑑みて本発明の目的は、ＲＳＯなどの多数の観測対象を効率良く観測することを可能とする制御計画生成装置、観測システム及び制御計画生成方法を提供することである。

本発明の一態様による制御計画生成装置は、複数の観測対象を観測するセンサ機器で使用される制御計画を生成する制御計画生成装置であって、前記各観測対象の軌道情報を取得し、前記軌道情報を用いて観測期間における前記各観測対象の存在位置を示す座標情報を算出する位置演算部と、前記観測期間における指定時間ごとに前記複数の観測対象に対する前記センサ機器の観測動作状態を定める制御計画を生成する制御計画生成部とを備え、前記制御計画生成部は、前記センサ機器の性能諸元を示す諸元データ及び前記座標情報に基づき、前記指定時間ごとに前記センサ機器が前記各観測対象を観測することが可能な度合いを示す指標を算出し、前記指標に基づいて、前記指定時間ごとに前記センサ機器の観測動作状態の複数候補の中から一の観測動作状態を決定することにより前記制御計画を生成することを特徴とする。

本発明の他の態様による観測システムは、前記制御計画生成装置と、この制御計画生成装置で生成された制御計画に従って複数の観測対象を観測するセンサ機器とを備えることを特徴とする。

本発明の更に他の態様による制御計画生成方法は、情報処理装置において実行される制御計画生成方法であって、センサ機器により観測されるべき複数の観測対象の各々の軌道情報を取得するステップと、前記軌道情報を用いて観測期間における前記各観測対象の存在位置を示す座標情報を算出するステップと、前記センサ機器の性能諸元を示す諸元データ及び前記座標情報に基づき、前記観測期間における指定時間ごとに前記センサ機器が前記各観測対象を観測することが可能な度合いを示す指標を算出するステップと、前記指標に基づいて、前記指定時間ごとに前記センサ機器の観測動作状態の複数候補の中から一の観測動作状態を決定することにより制御計画を生成するステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、センサ機器の性能諸元を示す諸元データと各観測対象の存在位置を示す座標情報とに基づいて算出された指標を用いて、指定時間ごとのセンサ機器の観測動作状態を定める制御計画を生成することができる。したがって、センサ機器は、その制御計画に従って多数の観測対象を効率良く観測することが可能となる。

本発明に係る実施の形態１の観測システムの概略構成を示すブロック図である。 レーダ装置の例を模式的に示す図である。 ２台のレーダ装置に対する制御計画で定められる方位角の数値例を示すグラフである。 実施の形態１に係る位置演算処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。 ＲＳＯリストの内容の一例を示す図である。 実施の形態１に係る制御計画生成処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。 図６の制御計画生成処理により生成された制御計画の一例を示す図である。 実施の形態１の制御計画生成装置のハードウェア構成例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の制御システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示されるように、この制御システム１は、制御計画生成装置２及び制御計画実行部３を備えて構成されている。制御計画生成装置２は、所定観測期間Ｔ（たとえば、数時間〜２４時間）内に観測可能な多数のＲＳＯ（Ｒｅｓｉｄｅｎｔ Ｓｐａｃｅ Ｏｂｊｅｃｔ）を効率良く観測するために必要な制御計画を生成する機能を有している。ＲＳＯとしては、たとえば、地球などの惑星の周回軌道上に存在する観測対象（たとえば、現在運用されている人工衛星、現在運用されていない人工衛星及びスペースデブリ）が挙げられる。本実施の形態のＲＳＯは、惑星の周回軌道上に存在する観測対象だけでなく、惑星に衝突するおそれのある彗星及び流星などの小天体も含むものとする。制御計画実行部３は、その制御計画に従ってＲＳＯを観測する機能を有する。なお、ユーザからの要求を受け付けてから、その要求に応じて制御計画を生成し、この制御計画を制御計画実行部３へ送信するまでの一連の処理は、スケジューリングと呼ばれる。

制御計画実行部３は、少なくとも１台の天体観測用レーダ装置などのセンサ機器を含む。図２は、その種のレーダ装置３ａの一例を模式的に示す図である。このレーダ装置３ａは、ＲＳＯ３５に対する探索機能及び追尾機能を有している。すなわち、レーダ装置３ａの探索機能は、ＲＳＯ３５の初探知をフェンスビームＦＢを用いて行い、レーダ装置３ａの追尾機能は、初探知以後のＲＳＯ３５の追尾をトラッキングビームＴＢを用いて行うことができる。ここで、フェンスビームＦＢは、複数本の探索ビームを連ねて生成されるフェンス形状のレーダ波をいう。

本実施の形態では、制御計画実行部３は、地上に配置されたレーダ装置からなる。このレーダ装置は、制御計画で設定された観測期間Ｔ内の指定時間ごとに、制御計画で指定された観測動作状態で動作する。本実施の形態では、観測期間Ｔは、Ｎ個の指定時間Ｔ_１，Ｔ_２，…，Ｔ_Ｎ（Ｎは正整数）に分割されているものとする。たとえば、観測期間Ｔの長さが２４時間（＝８６４００秒）であり、１回の指定時間Ｔ_ｎが３０秒である場合、２８８０個（＝８６４００／３０）の指定時間Ｔ_１〜Ｔ_２８８０を設定することができる。制御計画実行部３は、指定時間Ｔ_ｎごとに、その制御計画で指定された方位角θ及び仰角φの方向に向けて、制御計画で指定されたパターンのフェンス形状のレーダ波を送信する。本明細書では、これら方位角θ、仰角φ及びフェンス形状の組み合わせをレーダ装置の「観測動作状態」と呼ぶこととする。「制御計画」は、指定時間Ｔ_ｎごとのセンサ機器の観測動作状態を定める情報をいう。

制御計画生成装置２は、指定時間Ｔ_ｎごとに、１台または複数台のセンサ機器の観測動作状態の複数候補Ω_１，Ω_２，Ω_３，…，Ω_Ｍ（Ｍは正整数）の中から一の観測動作状態を選択し、この一の観測動作状態を指定時間Ｔ_ｎに割り当てることで制御計画を生成する。方位角θの選択可能な値の個数をＮ_θ、仰角φの選択可能な値の個数をＮ_φ、フェンス形状の選択可能なパターンの個数をＮ_ｆとするとき、観測動作状態の候補数は、Ｎ_θ×Ｎ_φ×Ｎ_ｆとなる。たとえば、方位角θが０°〜３６０°の範囲内で１°刻みで３６０個の数値をとり得、仰角φが０°〜９０°の範囲内で１°刻みで９０個の数値をとり得、フェンス形状のパターン数が３つである場合、観測動作状態の候補数は、９７２００（＝３６０×９０×３）個となる。ただし、レーダ装置に限界駆動速度の制約が存在する場合には、指定時間Ｔ_ｎの間に駆動可能な角度が存在するため方位角θは限定される。たとえば、方位角θにおける限界駆動速度が毎秒１°で１回当たりの指定時間Ｔ_ｎが３０秒である場合には、１回前の指定時間Ｔ_ｎ−１における最適方位角±３０°の範囲（−３０°〜＋３０°の範囲）が、現在の指定時間Ｔ_ｎにおける方位角θの候補範囲である。

図３は、制御計画で定められる方位角θの数値例を示すグラフである。図３に示されるように、制御計画実行部３を構成する２台のレーダ装置３ａ，３ｂの各々に対して、３０秒の指定時間Ｔ_ｎごとに方位角θの数値が定められている。なお、本発明の観測動作状態は、方位角θ、仰角φ及びフェンス形状の組み合わせに限定されるものではない。

次に、制御計画生成装置２の構成について詳細に説明する。図１に示されるように制御計画生成装置２は、制御計画の生成に必要な各種データが格納されているデータ格納部１０と、観測期間Ｔにおける各ＲＳＯの存在位置を示す座標情報を算出する位置演算部２１と、その座標情報を用いて制御計画を生成する制御計画生成部２２と、データ編集処理部２３とを備えて構成されている。

データ格納部１０は、軌道情報格納部１１、観測可能距離データ格納部１２、優先度データ格納部１３、センサ諸元格納部１４及び制御計画格納部１５を有する。軌道情報格納部１１には、各ＲＳＯの軌道情報とこの軌道情報の最終更新時間とが格納されている。軌道情報としては、たとえば、ＴＬＥ（Ｔｗｏ Ｌｉｎｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ：２行軌道要素）形式と呼ばれるフォーマットで管理されたＴＬＥ軌道情報を使用することができる。ＴＬＥ軌道情報では、観測対象となる飛翔物体の、地心座標系におけるケプラー軌道要素がテキスト形式で記述される。この種のＴＬＥ軌道情報は、たとえば、米国の宇宙監視網（ＳＳＮ：Ｓｐａｃｅ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）により提供されている。

観測可能距離データ格納部１２には、各種ＲＳＯの観測可能距離を示すデータが格納されている。観測可能距離としては、たとえば、ＲＳＯのＲＣＳ（Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ：レーダ反射断面積）を基に算出された値を使用すればよい。ＲＣＳについては、たとえば、ＲＳＯを観測する施設または機関からＲＣＳのデータを取得することができる。優先度データ格納部１３には、ユーザによる操作入力を基に数値化された優先度データが格納されている。優先度データの詳細については後述する。

また、センサ諸元格納部１４には、制御計画実行部３を構成するレーダ装置の性能諸元を示す諸元データが格納されている。諸元データは、たとえば、レーダ装置の設置緯度及び設置経度、最大処理距離、及びフェンスビームのフェンス形状パターンを示すデータを含む。制御計画格納部１５には、制御計画生成部２２で生成された制御計画のデータが格納されている。

なお、データ格納部１０は、必ずしも制御計画生成装置２に組み込まれている必要はない。たとえば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）または広域通信網などの電気通信網を介して制御計画生成装置２と接続された外部のデータ記録装置内にデータ格納部１０が構成されてもよい。また、軌道情報格納部１１、観測可能距離データ格納部１２、優先度データ格納部１３、センサ諸元格納部１４及び制御計画格納部１５は、必ずしも１台のデータ記録装置内に構成される必要はなく、複数台のデータ記録装置に分散して構成されてもよい。

位置演算部２１は、データ格納部１０にアクセスしてセンサ諸元格納部１４からセンサ機器の性能諸元を示す諸元データを取得し、軌道情報格納部１１からＲＳＯの軌道情報を取得する。位置演算部２１は、その諸元データと軌道情報とを用いて観測期間Ｔにおける各ＲＳＯの存在位置（予測位置）を示す座標情報を算出し、各ＲＳＯの座標情報が記述されたリスト（以下「ＲＳＯリスト」ともいう。）を生成する。言い換えれば、位置演算部２１は、各ＲＳＯの軌道情報を、制御計画生成部２２が容易に制御計画生成処理を実行することができる別の形式の軌道情報（ＲＳＯリスト）へ変換している。

制御計画生成部２２は、図１に示されるように指標算出部３０と動作状態決定部３１とを有する。指標算出部３０は、データ格納部１０内の各種データとＲＳＯリストとに基づいて、指定時間Ｔ_ｎごとに各ＲＳＯの観測可能な度合いを示す指標を算出する。この指標の詳細については後述する。動作状態決定部３１は、この指標に基づいて、指定時間Ｔ_ｎごとにセンサ機器の観測動作状態の複数候補Ω_１，Ω_２，Ω_３，…，Ω_Ｍの中から一の観測動作状態を決定することにより制御計画を生成する。この制御計画を示すデータは、制御計画実行部３に供給される。制御計画実行部３は、限られた観測期間Ｔ内に、その制御計画に従って多数のＲＳＯを効率良く観測することができる。

また、制御計画生成装置２は、図１に示されるように、ディスプレイ装置４及び操作入力部５に接続されたインタフェース部（Ｉ／Ｆ部）２４を備えている。ディスプレイ装置４は、たとえば、液晶表示パネルまたは有機ＥＬ表示パネルなどの画像表示デバイスである。また、操作入力部５は、ユーザによる操作入力を受け付ける入力ボタン及び入力キーを有している。データ編集処理部２３は、Ｉ／Ｆ部２４を介してユーザによる操作入力を受け付け、この操作入力に応じてデータ格納部１０に格納されている各種データの設定値を編集可能とする機能を有する。具体的には、データ編集処理部２３は、ディスプレイ装置４にデータ編集用画面を表示させることができる。ユーザは、そのデータ編集用画面を視認しつつ操作入力部５を操作してデータ編集処理部２３に情報を入力することが可能である。また、ユーザは、操作入力部５を操作して制御計画の生成要求を位置演算部２１に入力することもできる。

次に、上記制御計画生成装置２の動作について説明する。図４は、位置演算部２１により実行される位置演算処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。

図４を参照すると、位置演算部２１は、ＲＳＯリストを初期化し（ステップＳＴ１）、次いで、センサ諸元格納部１４からレーダ装置の性能諸元（たとえば、レーダ装置の設置緯度及び設置経度、並びに最大処理距離）を示す諸元データを取得する（ステップＳＴ２）。そして、位置演算部２１は、ＲＳＯを１つ選択する（ステップＳＴ３）。具体的には、ＲＳＯ識別番号ＩＤ_１を指定して当該ＲＳＯを選択することができる。また、位置演算部２１は、軌道情報格納部１１から当該ＲＳＯの軌道情報を取得する（ステップＳＴ４）。

次に、位置演算部２１は、レーザ装置の諸元データ及び当該ＲＳＯの軌道情報に基づき、ユーザによって指定された観測期間Ｔ内の各時刻におけるＲＳＯの座標情報を算出し（ステップＳＴ５）、この座標情報をＲＳＯリストに追加する（ステップＳＴ６）。具体的には、位置演算部２１は、当該レーダ装置を中心とし且つ最大処理距離を半径とする半球内に当該ＲＳＯが存在する時刻を、或る時間単位（たとえば、０．５秒〜１．０秒）で算出するとともに、各時刻におけるＲＳＯの存在位置を算出する。

次に、位置演算部２１は、全てのＲＳＯについて座標情報が算出されたか否かを判定する（ステップＳＴ７）。全てのＲＳＯについて座標情報が算出されていないとき（ステップＳＴ７のＮＯ）、位置演算部２１は、次のＲＳＯを１つ選択する（ステップＳＴ８）。具体的には、ＲＳＯ識別番号ＩＤ_ｋ（ｋ＝２）を指定することで当該次のＲＳＯを選択することができる。その後、ステップＳＴ４〜ＳＴ７の処理が実行される。全てのＲＳＯについて座標情報が算出されたときは（ステップＳＴ７のＹＥＳ）、位置演算部２１は、位置演算処理を終了して、ＲＳＯリストを制御計画生成部２２に供給する。

図５は、ＲＳＯリストの内容の一例を示す図である。図５に示されるＲＳＯリストにおいては、ＲＳＯ識別番号ＩＤ_ｋ（ｋは、１〜Ｋのうちの任意整数：Ｋは正整数）ごとに、ユーザにより指定された観測期間Ｔにおける時刻τ（ｋ，１），τ（ｋ，２），…と、これら時刻τ（ｋ，１），τ（ｋ，２），…にそれぞれ対応する当該ＲＳＯの位置座標Ｐｏｓ（ｋ，１），Ｐｏｓ（ｋ，２），…とが記述されている。

次に、図６を参照しつつ、制御計画生成部２２の動作について説明する。図６は、制御計画生成処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。制御計画生成部２２は、操作入力部５からＩ／Ｆ部２４を介して制御計画の生成要求が入力されると、この生成要求に応じて制御計画生成処理を開始する。

図６を参照すると、先ず、指標算出部３０は、制御計画を初期化する（ステップＳＴ１１）。このとき、後述する全ての全体評価値も初期化される。次いで、指標算出部３０は、データ格納部１０にアクセスして、制御計画の生成に必要な各種データを取得するとともに（ステップＳＴ１２）、位置演算部２１からＲＳＯリストを取得する（ステップＳＴ１３）。そして、指標算出部３０は、観測期間Ｔにおける指定時間Ｔ_ｎを初期時間Ｔ_１に設定し（ステップＳＴ１４）、観測動作状態の候補Ω_ｍを初期観測動作状態Ω_１に設定し（ステップＳＴ１５）、且つ、ＲＳＯ識別番号ＩＤ_ｋを１番目のＲＳＯ識別番号ＩＤ_１に設定する（ステップＳＴ１６）。

その後、指標算出部３０は、ステップＳＴ１７〜ＳＴ１９において、ＲＳＯリストと、データ格納部１０から取得された諸元データ及び観測可能距離データとに基づき、指定時間Ｔ_ｋごとにＲＳＯの観測可能な度合いを示す指標を算出する。ステップＳＴ１７では、指標算出部３０は、ＲＳＯの探知可能個数ｆ_ｎｕｍ（ＩＤ_ｋ）を演算により予測する。この探知可能個数ｆ_ｎｕｍ（ＩＤ_ｋ）は、第１の指標値である。具体的には、方位角θ、仰角φ及びフェンス形状の組が指定されると、レーダ波によって走査されるべきフェンス範囲が確定する。指標算出部３０は、ＲＳＯリスト及び各ＲＳＯの観測可能距離を参照して、観測期間Ｔ内に１秒でもフェンス範囲内に存在するＲＳＯを探知可能と判定することができる。ＲＳＯが探知可能である場合には探知可能個数ｆ_ｎｕｍ（ＩＤ_ｋ）は「１」の値に設定され、ＲＳＯが探知不能である場合には探知可能個数ｆ_ｎｕｍ（ＩＤ_ｋ）は「０」の値に設定される。

次のステップＳＴ１８では、指標算出部３０は、指定時間Ｔ_ｎにおけるＲＳＯの観測可能時間ｆ_ｔｉｍｅ（ＩＤ_ｋ）を演算により予測する。具体的には、指標算出部３０は、観測動作状態の候補Ω_ｍ（方位角θ、仰角φ及びフェンス形状）により、フェンスビームのフェンス形状と、レーダ波が走査可能な覆域とを確定させる。次いで、指標算出部３０は、ＲＳＯリスト及び各ＲＳＯの観測可能距離を参照して、観測期間Ｔ中にＲＳＯがフェンスビームで探知されてから覆域外に出るまでの時間をカウントすることで、第２の指標値である観測可能時間ｆ_ｔｉｍｅ（ＩＤ_ｋ）を算出することができる。

次のステップＳＴ１９では、指標算出部３０は、ＲＳＯの追尾可能時間ｆ_{ｔｒａｃｋ}（ＩＤ_ｋ）を演算により予測する。具体的には、指標算出部３０は、ＲＳＯリスト及びＲＳＯの観測可能距離を参照して、前回の指定時間Ｔ_ｎ−１から連続して追尾可能なＲＳＯに対し、指定時間Ｔ_ｎ内にこのＲＳＯが覆域外に出るまでの時間をカウントすることで、第３の指標値である追尾可能時間ｆ_{ｔｒａｃｋ}（ＩＤ_ｋ）を算出することができる。

その後、動作状態決定部３１は、指定時間Ｔ_ｎにおける観測動作状態の候補Ω_ｍを評価するＲＳＯ単位の評価値Ｆ_ｋ（Ω_ｍ；Ｔ_ｎ）を算出する（ステップＳＴ２０）。具体的には、動作状態決定部３１は、次式（１）に示されるように、上記第１〜第３の指標値ｆ_ｎｕｍ（ＩＤ_ｋ），ｆ_ｔｉｍｅ（ＩＤ_ｋ），ｆ_{ｔｒａｃｋ}（ＩＤ_ｋ）の線形結合によりＲＳＯ単位の評価値Ｆ_ｋ（Ω_ｍ；Ｔ_ｎ）を算出することができる。

上式（１）中、線形結合係数ｂは、零以上で且つ１以下の重み付け係数であり、線形結合係数ｃは、評価値調整用の正の定数であり、線形結合係数ｄは、零以上で且つ１以下の重み付け係数である。これら重み付け係数ｂ，ｃ，ｄは、ユーザによる操作入力で指定された値に設定可能な値である。これら重み付け係数ｂ，ｃ，ｄを調整することでユーザが所望する制御計画を作成することができる。たとえば、重み付け係数ｂの値を高くすることにより、指定時間Ｔ_ｎにおいて探知可能なＲＳＯの個数を多くする観測動作状態の評価を高いものとすることができる。また、係数ｃは、ＲＳＯの探知可能な個数及び評価値のオーダを揃えて、第１〜第３の指標値ｆ_ｎｕｍ（ＩＤ_ｋ），ｆ_ｔｉｍｅ（ＩＤ_ｋ），ｆ_{ｔｒａｃｋ}（ＩＤ_ｋ）の全体のバランスをとるための値である。

また、上式（１）中のＴＥは、駆動誤差係数と呼ばれる値である。駆動誤差係数ＴＥは、前回の指定時間Ｔ_ｎ−１からのレーダ装置の駆動回転角度が大きくなるほど、評価値のペナルティを大きくする値である。これは、レーダ装置が駆動することにより生じる誤差を考慮した値である。なお、１°当たりペナルティの値は、ユーザによる操作入力で指定された値に設定可能である。

更に、上式（１）中のＡ_ｋは、上記第１〜第３の指標値ｆ_ｎｕｍ（ＩＤ_ｋ），ｆ_ｔｉｍｅ（ＩＤ_ｋ），ｆ_{ｔｒａｃｋ}（ＩＤ_ｋ）の全体に重み付けられる優先度係数である。この優先度係数Ａ_ｋは、各ＲＳＯに関して指定時間単位で変動する重み付け係数であり、ユーザの操作入力により設定される観測優先度と、前回観測された時間からの未観測時間長とに依存する設定値である。よって、ユーザにより高い観測優先度が設定されたＲＳＯに対応する優先度係数Ａ_ｋは高い値となる。また、前回観測された時間から長時間経過しているＲＳＯに対応する優先度係数Ａ_ｋも高い値となる。このようにすることにより、ユーザにより高い観測優先度が設定されたＲＳＯ、あるいは前回の観測時から長時間経過しているＲＳＯを優先的に観測することができるように観測動作状態の候補Ω_ｍを評価することが可能となる。

その後、ＲＳＯ番号ｋが上限値Ｋに到達していない場合は（ステップＳＴ２１のＮＯ）、動作状態決定部３１は、ＲＳＯ番号ｋを１だけインクリメントし（ステップＳＴ２２）、次いでステップＳＴ１７〜ＳＴ２０を実行する。

一方、ＲＳＯ番号ｋが上限値Ｋに到達している場合は（ステップＳＴ２１のＹＥＳ）、動作状態決定部３１は、次式（２）に従って、全てのＲＳＯに関する全体評価値Ｆ（Ω_ｍ；Ｔ_ｎ）を算出する（ステップＳＴ２３）。

その後、今回の全体評価値Ｆ（Ω_ｍ；Ｔ_ｎ）が、指定時間Ｔ_ｎについて今までの算出済みの既存の全体評価値Ｆ（Ω_ο；Ｔ_ｎ）（ο≠ｍ）よりも高い場合には（ステップＳＴ２４のＹＥＳ）、動作状態決定部３１は、指定時間Ｔ_ｎに対する観測動作状態の割り当てを更新する（ステップＳＴ２５）。すなわち、今までの最も高い全体評価値Ｆ（Ω_ο；Ｔ_ｎ）を有していた候補Ω_οに代えて、今回の候補Ω_ｍが指定時間Ｔ_ｎに割り当てられる。一方、今回の全体評価値Ｆ（Ω_ｍ；Ｔ_ｎ）が今までの算出済みの既存の全体評価値よりも高く無い場合（ステップＳＴ２１のＮＯ）、動作状態決定部３１は、次のステップＳＴ２６に処理を移行させる。

ステップＳＴ２６では、候補Ω_ｍの番号ｍが上限値Ｍに到達したか否かが判定される。番号ｍが上限値Ｍに到達していない場合（ステップＳＴ２６のＮＯ）、動作状態決定部３１は、番号ｍを１だけインクリメントして次の観測動作状態を選択し（ステップＳＴ２７）、ステップＳＴ１６に処理を移行させる。

一方、番号ｍが上限値Ｍに到達している場合（ステップＳＴ２６のＹＥＳ）、動作状態決定部３１は、指定時間Ｔ_ｎに割り当てられる観測動作状態を確定させ、更に、指定時間Ｔ_ｎの番号ｎが上限値Ｎに到達したか否かを判定する（ステップＳＴ２８）。番号ｎが上限値Ｎに到達していない場合（ステップＳＴ２８のＮＯ）、動作状態決定部３１は、番号ｎを１だけインクリメントして次の指定時間を選択し（ステップＳＴ２９）、ステップＳＴ１５に処理を移行させる。最終的に、番号ｎが上限値Ｎに到達したと判定された場合（ステップＳＴ２８のＹＥＳ）、上記制御計画生成処理は終了する。たとえば、観測期間Ｔが２４時間（＝８６４００秒）で１回分の指定時間が３０秒である場合、２８８０回の指定時間Ｔ_１〜Ｔ_２８８０の各々について最適な観測動作状態を決定することができる。

動作状態決定部３１は、生成された制御計画を示すデータを制御計画実行部３に供給する。図７は、生成された制御計画の一例を示す図である。図７の例では、指定時間Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４，…にそれぞれ観測動作状態Ω_α，Ω_β，Ω_γ，Ω_δ，…が割り当てられている。制御計画実行部３を構成する１台または複数台のレーダ装置は、指定時間Ｔ_ｎごとに制御計画で指定された観測動作状態で動作することにより多数のＲＳＯを効率良く観測することができる。この観測結果を用いれば、ＲＳＯの軌道情報を最新版に更新することが可能となる。

上記制御計画生成装置２のハードウェア構成は、たとえば、ワークステーションまたはメインフレームなどのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）内蔵のコンピュータで実現可能である。あるいは、上記制御計画生成装置２のハードウェア構成は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）により実現されてもよい。

図８は、制御計画生成装置２のハードウェア構成例を概略的に示すブロック図である。図８の例では、制御計画生成装置２は、ＣＰＵを含むプロセッサ４０、メモリ４１、センサインタフェース部４２、表示インタフェース部４３及び入力インタフェース部４４により構成されており、プロセッサ４０、センサインタフェース部４２、表示インタフェース部４３及び入力インタフェース部４４は、バス回路などの信号路４５を介して相互に接続されている。

プロセッサ４０は、上記した位置演算部２１、制御計画生成部２２及びデータ編集処理部２３の機能を実現するハードウェアである。センサインタフェース部４２は、制御計画実行部３と通信して制御計画のデータを制御計画実行部３に出力することができる。表示インタフェース部４３は、上記ディスプレイ装置４と接続され、入力インタフェース部４４は、上記操作入力部５と接続されている。そして、上記データ格納部１０は、メモリ４１により実現可能である。メモリ４１としては、たとえば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）またはＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）などの不揮発性メモリを使用することができる。

以上に説明したように本実施の形態の制御計画生成装置２は、センサ機器の性能諸元を示す諸元データと各観測対象の存在位置を示す座標情報とに基づいて算出された第１〜第３の指標値ｆ_ｎｕｍ（ＩＤ_ｋ），ｆ_ｔｉｍｅ（ＩＤ_ｋ），ｆ_{ｔｒａｃｋ}（ＩＤ_ｋ）を用いて、制御計画を生成することができる。よって、「軌道を周回し」「ある時刻、ある位置に出現することが分かっている」ＲＳＯの軌道情報を活かして、監視対象となる飛翔物体を効率良く且つ偏りなく観測することができるように制御計画を作成することが可能である。

以上、図面を参照して本発明に係る実施の形態について述べたが、この実施の形態は本発明の例示であり、この実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、本実施の形態の観測対象は、地球の周回軌道上に存在する飛翔物体に限らず、他の惑星または恒星の周回軌道上に存在する飛翔物体であってもよい。

また、上記実施の形態の観測システム１は、好適なセンサ機器としてレーダ装置を使用しているが、これに限定されるものではない。レーダ装置以外のセンサ機器（たとえば光学望遠鏡）を使用できるように制御計画生成装置２の構成を適宜変更してもよい。

なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態の構成要素の自由な組み合わせ、上記実施の形態の任意の構成要素の変形、または上記実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 観測システム、２ 制御計画生成装置、３ 制御計画実行部、４ ディスプレイ装置、５ 操作入力部、１０ データ格納部、１１ 軌道情報格納部、１２ 観測可能距離データ格納部、１３ 優先度データ格納部、１４ センサ諸元格納部、１５ 制御計画格納部、２１ 位置演算部、２２ 制御計画生成部、２３ データ編集処理部、２４ インタフェース部（Ｉ／Ｆ部）、３０ 指標算出部、３１ 動作状態決定部、３５ ＲＳＯ、４０ プロセッサ、４１ メモリ、４２ センサインタフェース部、４３ 表示インタフェース部、４４ 入力インタフェース部、４５ 信号路。

Claims (15)

1. 複数の観測対象を観測するセンサ機器で使用される制御計画を生成する制御計画生成装置であって、
   前記各観測対象の軌道情報を取得し、前記軌道情報を用いて観測期間における前記各観測対象の存在位置を示す座標情報を算出する位置演算部と、
   前記観測期間における指定時間ごとに前記複数の観測対象に対する前記センサ機器の観測動作状態を定める制御計画を生成する制御計画生成部と
   を備え、
   前記制御計画生成部は、前記センサ機器の性能諸元を示す諸元データ及び前記座標情報に基づき、前記指定時間ごとに前記センサ機器が前記各観測対象を観測することが可能な度合いを示す指標を算出し、前記指標に基づいて、前記指定時間ごとに前記センサ機器の観測動作状態の複数候補の中から一の観測動作状態を決定することにより前記制御計画を生成することを特徴とする制御計画生成装置。
2. 請求項１記載の制御計画生成装置であって、前記指標は、前記指定時間ごとに前記各観測対象の探知が可能であるか否かを示す第１の指標値と、前記指定時間ごとに前記各観測対象の探知が可能な時間長を示す第２の指標値と、前記指定時間ごとに前記各観測対象の追尾が可能な時間長を示す第３の指標値とのうちから選択された１つ以上の指標値からなることを特徴とする制御計画生成装置。
3. 請求項１または請求項２記載の制御計画生成装置であって、前記制御計画生成部は、前記指標を用いて、前記指定時間ごとに前記観測動作状態の複数候補をそれぞれ評価する複数の評価値を算出するとともに、前記複数の評価値に基づいて前記複数候補の中から一の観測動作状態を決定することにより前記制御計画を生成することを特徴とする制御計画生成装置。
4. 請求項２記載の制御計画生成装置であって、
   前記制御計画生成部は、前記指標を用いて、前記指定時間ごとに前記観測動作状態の複数候補をそれぞれ評価する複数の評価値を算出するとともに、前記複数の評価値に基づいて前記複数候補の中から一の観測動作状態を決定することにより前記制御計画を生成し、
   前記各評価値は、前記第１の指標値、前記第２の指標値及び前記第３の指標値のうちから選択された複数の指標値を線形結合することにより算出されることを特徴とする制御計画生成装置。
5. 請求項４記載の制御計画生成装置であって、前記各評価値は、前記複数の指標値にそれぞれ重み付けられる複数の重み係数を線形結合係数として含むことを特徴とする制御計画生成装置。
6. 請求項５記載の制御計画生成装置であって、ユーザによる操作入力を受け付けるデータ編集処理部を更に備え、
   前記データ編集処理部は、前記線形結合係数の各々を前記操作入力で指定された値に設定することを特徴とする制御計画生成装置。
7. 請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の制御計画生成装置であって、前記各評価値は、前記指標に重み付けられる優先度係数を含むことを特徴とする制御計画生成装置。
8. 請求項７記載の制御計画生成装置であって、
   前記優先度係数は、前記各観測対象の観測優先度に応じた値に設定されており、
   前記制御計画生成部は、前記観測優先度の値が大きくなるほど、前記優先度係数の値を大きくすることを特徴とする制御計画生成装置。
9. 請求項８記載の制御計画生成装置であって、ユーザによる操作入力を受け付けるデータ編集処理部を更に備え、
   前記データ編集処理部は、前記観測優先度を前記操作入力で指定された値に設定することを特徴とする制御計画生成装置。
10. 請求項７から請求項９のうちのいずれか１項記載の制御計画生成装置であって、前記制御計画生成部は、前記各観測対象の未観測時間が長くなるほど、前記優先度係数の値を大きくすることを特徴とする制御計画生成装置。
11. 請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の制御計画生成装置であって、前記複数の観測対象は、惑星の周回軌道上に存在する飛翔物体を含むことを特徴とする制御計画生成装置。
12. 請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載の制御計画生成装置と、
    前記制御計画生成装置で生成された制御計画に従って複数の観測対象を観測するセンサ機器と
    を備えることを特徴とする観測システム。
13. 請求項１２記載の観測システムであって、前記センサ機器は、前記複数の観測対象の各々にレーダ波を照射して当該複数の観測対象を観測するレーダ装置を含むことを特徴とする観測システム。
14. 情報処理装置において実行される制御計画生成方法であって、
    センサ機器により観測されるべき複数の観測対象の各々の軌道情報を取得するステップと、
    前記軌道情報を用いて観測期間における前記各観測対象の存在位置を示す座標情報を算出するステップと、
    前記センサ機器の性能諸元を示す諸元データ及び前記座標情報に基づき、前記観測期間における指定時間ごとに前記センサ機器が前記各観測対象を観測することが可能な度合いを示す指標を算出するステップと、
    前記指標に基づいて、前記指定時間ごとに前記センサ機器の観測動作状態の複数候補の中から一の観測動作状態を決定することにより制御計画を生成するステップと
    を備えることを特徴とする制御計画生成方法。
15. 請求項１４記載の制御計画生成方法であって、前記指標は、前記指定時間ごとに前記各観測対象の探知が可能であるか否かを示す第１の指標値と、前記指定時間ごとに前記各観測対象の探知が可能な時間長を示す第２の指標値と、前記指定時間ごとに前記各観測対象の追尾が可能な時間長を示す第３の指標値とのうちから選択された１つ以上の指標値からなることを特徴とする制御計画生成方法。

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