― 1 ―
空間光通信における移動体捕捉追尾実験装置の開発
森田
賢太
，山下
泰輝
，村山
彰大
，森田直樹
，高山佳久
Development of an Acquisition and Tracking System for Free-Space
Optical Communication
by
Kenta MORITA
*1, Hiroki YAMASHITA
*2, Akihiro MURAYAMA
*2,
Naoki MOIRTA
*3and Yoshihisa TAKAYAMA
*4 ( received on Sep.30, 2016 & accepted on Dec.19, 2016 )あらまし 近 年，移 動体を 相手と する光通 信の研 究開発 が盛ん に行われ ている ．我々 は， 移 動体に反 射率を 変更で きる再 帰 反射鏡を設置し，地上局が再帰反射鏡に照射するレーザ光を利用して移動体が保有するデータを地上局へ伝送する 光通信回線の形成を目指している．これにより，移動体が地上局を捕捉追尾する必要がなくなるとともに，光回線 形成のために地上局が照射する高強度のビーコン光の安全性の問題も回避できると考えている． 本稿では，地上局から照射する送信ビームの拡がり角 をPUDGとし制御系の実験を行うための装置を開発し，その 装置について評価検討を行う． Abstract
We introduce an experimental production of a gimbal system used for studies on basic technologies in free -space laser communications. The specifications of the gimbal system are determined to satisfy requirements of optics to continuously expose the area of the diameter of 1m in the distance of 1km. We show the design of the gimbal system and the assembled equipment with some images.
キーワード： 空間光通信，地上局，粗追尾，捕捉追尾システム
Keywords: Free-Space optical communication, Grand Station, Coarse Pointing, Acquisition System, Tracking System
はじめに
近 年 ，移 動 体 を 相 手 と す る 空 間 光 通 信 の 研 究 開 発 が 盛 ん に 行 わ れ ，衛 星 や 航 空 機 を 相 手 と す る 実 証 実 験 や 成 功 例 が 報 告 さ れ て い る ．1,&7の 研 究 で は ，地 上 局 と 低 軌 道 衛 星 と の 間 で ，衛 星 機 上 で 撮 影 し た 画 像 の 地 上 へ の 光 通 信 に よ る 伝 送 に 成 功 し て い る ． 地 上 局 と 移 動 局 が 光 通 信 回 線 を 形 成 す る 手 順 は ，地 上 局 か ら 移 動 局 に 高 精 度 で ビ ー コ ン 光 を 照 射 し ，移 動 局 は 地 上 局 の ビ ー コ ン 光 を 追 尾 す る こ と に よ り ，光 回 線 を 形 成 す る ． 高 速 に 移 動 す る 低 軌 道 衛 星 や 8$9 8QPDQQHG$HULDO9HKLFOH な ど の 移 動 体 と の レ ー ザ 通 信 に は ，地 上 局 と 移 動 局 と も に 高 い 捕 捉 追 尾 精 度 が 必 要 で あ る ．我 々 は ，光 の 入 射 角 方 向 に 光 を 反 射 す る 再 帰 反 射 鏡 を 移 動 体 に 設 置 し ，地 上 局 が 再 帰 反 射 鏡 に 照 射 す る レ ー ザ 光 を 利 用 し て 移 動 体 が 保 有 す る デ ー タ を 地 上 局 へ 伝 送 す る 光 通 信 回 線 の 形 成 を 目 指 し て い る ．こ れ に よ り ，移 動 体 が 地 上 局 を 捕 捉 追 尾 す る 必 要 が な く な る と と も に ，光 回 線 形 成 の た め に 地 上 局 が 照 射 す る 高 強 度 の ビ ー コ ン 光 の 安 全 性 の 問 題 も 回 避 で き る と 考 え て い る ． レ ー ザ 光 を 用 い た 空 間 光 通 信 に お い て 通 信 相 手 に よ っ て 必 要 と な る 局 設 備 は 異 な る が ，基 盤 技 術 は 共 通 で あ る ．光 学 系 の 実 験 に 関 し て は 大 気 の 影 響 や 距 離 の 影 響 を 無 視 で き な い が ，制 御 系 の 実 験 に 関 し て は 大 気 の 影 響 な ど を 考 慮 す る 必 要 は な い ．ま た ，カ メ ラ が 捉 え る 被 写 体 の 大 き さ は 距 離 や 光 学 レ ン ズ の 倍 率 と 関 係 が あ る の で ， NP離 れ た 場 所 を 時 速 NPで 飛 行 す る 8$9 を 地 上 局 か ら 見 た 回 転 角 は ， P 先 の 物 体 が 秒 速 PPで 移 動 す る 回 転 角 と ほ ぼ 等 し い ．よ っ て 制 御 系 の 基 盤 技 術 の 研 究 開 発 に お い て は ，実 際 に 衛 星 と の 高 速 な 通 信 を 行 う 装 置 を 製 作 せ ず に ，室 内 な ど で 簡 易 で 取 り 扱 え る 実 験 装 置 を 利 用 す る こ と で も 技 術 の 本 質 に 焦 点 を あ て た 検 討 を 行 う こ と が で き る ． 本 研 究 の 目 的 は ，地 上 局 か ら 照 射 す る 送 信 ビ ー ム の 拡 が り 角 を PUDGと し て NP先 の 8$9に φ PPの 再 帰 反 射 鏡 を 搭 載 す る こ と を 想 定 し た 際 の 制 御 系 の 実 験 を ， 情 報 通 信 学 研 究 科 情 報 通 信 学 専 攻 修 士 課 程Graduate School of Information and Telecommunication Engineering, Course of Information and Telecommunication Engineering, Master’s Program
情 報 通 信 学 部 通 信 ネ ッ ト ワ ー ク 工 学 科 School of Information and Telecommunication Engineering, Department of Communication and Network Engineering
情 報 通 信 学 部 通 信 ネ ッ ト ワ ー ク 工 学 科 准 教 授 School of Information and Telecommunication Engineering, Department of Communication and Network Engineering, Associate Professor 情 報 通 信 学 部 通 信 ネ ッ ト ワ ー ク 工 学 科 教 授
School of Information and Telecommunication Engineering, Department of Communication and Network Engineering, Professor
― 1 ―
空間光通信における移動体捕捉追尾実験装置の開発
森田
賢太 ，山下 泰輝 ，村山 彰大 ，森田 直樹 ，高山 佳久
Development of an Acquisition and Tracking System for Free-Space
Optical Communication
by
Kenta MORITA
*1, Hiroki YAMASHITA
*2, Akihiro MURAYAMA
*2,
Naoki MORITA
*3and Yoshihisa TAKAYAMA
*4 ( received on Sep.30, 2016 & accepted on Dec.19, 2016 )あらまし 近 年，移 動体を 相手と する光通 信の研 究開発 が盛ん に行われ ている ．我々 は， 移 動体に反 射率を 変更で きる再 帰 反射鏡を設置し，地上局が再帰反射鏡に照射するレーザ光を利用して移動体が保有するデータを地上局へ伝送する 光通信回線の形成を目指している．これにより，移動体が地上局を捕捉追尾する必要がなくなるとともに，光回線 形成のために地上局が照射する高強度のビーコン光の安全性の問題も回避できると考えている． 本稿では，地上局から照射する送信ビームの拡がり角 を とし制御系の実験を行うための装置を開発し，その 装置について評価検討を行う． Abstract
We introduce an experimental production of a gimbal system used for studies on basic technologies in free -space laser communications. The specifications of the gimbal system are determined to satisfy requirements of optics to continuously expose the area of the diameter of 1m in the distance of 1km. We show the design of the gimbal system and the assembled equipment with some images.
キーワード： 空間光通信，地上局，粗追尾，捕捉追尾システム
Keywords: Free-Space optical communication, Grand Station, Coarse Pointing, Acquisition System, Tracking System
はじめに
近 年 ，移 動 体 を 相 手 と す る 空 間 光 通 信 の 研 究 開 発 が 盛 ん に 行 わ れ ，衛 星 や 航 空 機 を 相 手 と す る 実 証 実 験 や 成 功 例 が 報 告 さ れ て い る ． の 研 究 で は ，地 上 局 と 低 軌 道 衛 星 と の 間 で ，衛 星 機 上 で 撮 影 し た 画 像 の 地 上 へ の 光 通 信 に よ る 伝 送 に 成 功 し て い る ． 地 上 局 と 移 動 局 が 光 通 信 回 線 を 形 成 す る 手 順 は ，地 上 局 か ら 移 動 局 に 高 精 度 で ビ ー コ ン 光 を 照 射 し ，移 動 局 は 地 上 局 の ビ ー コ ン 光 を 追 尾 す る こ と に よ り ，光 回 線 を 形 成 す る ． 高 速 に 移 動 す る 低 軌 道 衛 星 や な ど の 移 動 体 と の レ ー ザ 通 信 に は ，地 上 局 と 移 動 局 と も に 高 い 捕 捉 追 尾 精 度 が 必 要 で あ る ．我 々 は ，光 の 入 射 角 方 向 に 光 を 反 射 す る 再 帰 反 射 鏡 を 移 動 体 に 設 置 し ，地 上 局 が 再 帰 反 射 鏡 に 照 射 す る レ ー ザ 光 を 利 用 し て 移 動 体 が 保 有 す る デ ー タ を 地 上 局 へ 伝 送 す る 光 通 信 回 線 の 形 成 を 目 指 し て い る ．こ れ に よ り ，移 動 体 が 地 上 局 を 捕 捉 追 尾 す る 必 要 が な く な る と と も に ，光 回 線 形 成 の た め に 地 上 局 が 照 射 す る 高 強 度 の ビ ー コ ン 光 の 安 全 性 の 問 題 も 回 避 で き る と 考 え て い る ． レ ー ザ 光 を 用 い た 空 間 光 通 信 に お い て 通 信 相 手 に よ っ て 必 要 と な る 局 設 備 は 異 な る が ，基 盤 技 術 は 共 通 で あ る ．光 学 系 の 実 験 に 関 し て は 大 気 の 影 響 や 距 離 の 影 響 を 無 視 で き な い が ，制 御 系 の 実 験 に 関 し て は 大 気 の 影 響 な ど を 考 慮 す る 必 要 は な い ．ま た ，カ メ ラ が 捉 え る 被 写 体 の 大 き さ は 距 離 や 光 学 レ ン ズ の 倍 率 と 関 係 が あ る の で ， 離 れ た 場 所 を 時 速 で 飛 行 す る を 地 上 局 か ら 見 た 回 転 角 は ， 先 の 物 体 が 秒 速 で 移 動 す る 回 転 角 と ほ ぼ 等 し い ．よ っ て 制 御 系 の 基 盤 技 術 の 研 究 開 発 に お い て は ，実 際 に 衛 星 と の 高 速 な 通 信 を 行 う 装 置 を 製 作 せ ず に ，室 内 な ど で 簡 易 で 取 り 扱 え る 実 験 装 置 を 利 用 す る こ と で も 技 術 の 本 質 に 焦 点 を あ て た 検 討 を 行 う こ と が で き る ． 本 研 究 の 目 的 は ，地 上 局 か ら 照 射 す る 送 信 ビ ー ム の 拡 が り 角 を と し て 先 の に φ の 再 帰 反 射 鏡 を 搭 載 す る こ と を 想 定 し た 際 の 制 御 系 の 実 験 を ， 情 報 通 信 学 研 究 科 情 報 通 信 学 専 攻 修 士 課 程Graduate School of Information and Telecommunication Engineering, Course of Information and Telecommunication Engineering, Master’s Program
情 報 通 信 学 部 通 信 ネ ッ ト ワ ー ク 工 学 科 School of Information and Telecommunication Engineering, Department of Communication and Network Engineering
情 報 通 信 学 部 通 信 ネ ッ ト ワ ー ク 工 学 科 准 教 授 School of Information and Telecommunication Engineering, Department of Communication and Network Engineering, Associate Professor 情 報 通 信 学 部 通 信 ネ ッ ト ワ ー ク 工 学 科 教 授 School of Information and Telecommunication Engineering, Department of Communication and Network Engineering, Professor
― 3 ― Fig.3 Communication Terminal System
の 位 置 と 移 動 局 の /('光 と の 位 置 の 差 か ら 動 か す 方 向 を 算 出 し ，ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 制 御 す る ．ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ は ， 望 遠 側 の タ ブ レ ッ ト が 86%に て マ イ コ ン と 通 信 し モ ー タ ド ラ イ バ を 制 御 す る ．ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ の 回 転 数 は ， 一 度 写 真 を 撮 り ， VWHSモ ー タ を 回 転 さ せ た 時 の 写 真 と 比 較 す る こ と に よ り ， ド ッ ト 当 た り の モ ー タ VWHS数 を 算 出 す る ． $QGURLGタ ブ レ ッ ト に て 移 動 局 の 発 見 か ら ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 制 御 す る ま で の 流 れ を 繰 り 返 し 行 う こ と で ，地 上 局 は 移 動 局 を 補 足 追 尾 す る こ と が で き る ． 軸 ス ラ イ ド 機 構 を 持 つ 移 動 局 )LJは 本 研 究 で 開 発 し た 移 動 局 で あ る ． 移 動 局 は φ PPの フ ォ ト ,&ダ イ オ ー ド と ， そ の 位 置 を 示 す た め の φ PP の 青 色 /(' を 搭 載 し た ． こ れ ら は 通 信 距 離 NPで φ PPの 再 帰 反 射 鏡 を 考 慮 し た サ イ ズ で あ る ． ま た ， 青 色 の /('を 採 用 し た 理 由 は ， カ メ ラ で 撮 影 し た と き に 他 の 色 に 比 べ は っ き り と 見 え る か ら で あ る ． こ れ ら の 移 動 局 は 軸 の ス ラ イ ド 機 構 で 移 動 す る 移 動 ス テ ー ジ に 張 り 付 い て い る ．移 動 ス テ ー ジ に は ゴ ム ベ ル ト が 取 り 付 け ら れ て お り ，φ PPの プ ー リ ー を 取 り 付 け た VWHS で 回 転 す る ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ に て 駆 動 す る ． つ の ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 適 切 に 動 か す こ と に よ り ，移 動 ス テ ー ジ は 同 一 平 面 状 を 自 由 に 移 動 す る こ と が で き る ．な お ，移 動 ス テ ー ジ の 稼 働 域 は PP四 方 で あ る ．
/(' 光の位置を発見する手法
)LJ，)LJは 地 上 局 ジ ン バ ル が 駆 動 し て い る 時 に 移 動 局 の 青 色 /('光 を 撮 影 し た 写 真 で あ る ．)LJは 望 遠 側 ， )LJは 広 角 側 で 撮 影 し た 写 真 で あ る ． )LJ， )LJに 示 す よ う に 露 光 の 関 係 で 青 色 の /('光 は ，中 央 付 近 は 白 色 に 近 い 色 と な り ，さ ら に ，周 辺 に 分 布 す る 青 色 の 写 り 方 も 異 な る ．ま た ，カ メ ラ が 移 動 し な が ら の 撮 影 は 、 /('の 光 源 が 丸 で あ っ て も 写 真 に は 丸 で は な く 楕 円 形 の よ う な い び つ な 形 に な る ．こ れ ら に よ り ， 従 来 の 画 像 処 理 術 に よ る /('光 の 検 出 は 困 難 で あ る ． 本 研 究 で は ， さ ま ざ ま な 画 像 に 対 し て /('光 を 認 識 す る ア ル ゴ リ ズ ム を 開 発 し た ．具 体 的 に は ，対 象 の カ メ ラ が 捉 え た 画 像 の 中 か ら 特 徴 的 な 色 を 抽 出 し ，そ の 色 が 分 布 す る 座 標 の 平 均 座 標 を /('光 の 中 心 と み な す 方 法 で あ る ．こ こ で の 特 徴 的 な 色 と は ，あ ら か じ め /(' 光 を 撮 影 し た 画 像 中 に 出 現 す る 多 頻 出 な 色 で あ る ．特 徴 的 な 色 の 平 均 座 標 を 求 め る た め ， /('光 の サ イ ズ や 形 に と ら わ れ ず に /('光 の 中 心 を 求 め る こ と が で き る ．実験
本 章 で は ，開 発 し た 地 上 局 と 移 動 局 が 想 定 し て い る 通 信 モ デ ル を 考 慮 し た 性 能 を 有 す る か の 確 認 と 地 上 局 が 移 動 局 を 補 足 追 尾 で き る の か を 検 証 す る ． 軸 ジ ン バ ル の 駆 動 性 能 本 地 上 局 の 駆 動 性 能 を 確 か め る た め に ，最 小 回 転 精 度 ，ギ ア の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 ，最 大 回 転 速 度 を 実 測 す る ．Fig.5 Image of Blue LED by Wide Angle Camera Fig.4 Image of Blue LED by Tele Camera
― 2 ― 室 内 に て 実 施 可 能 な 実 験 装 置 の 開 発 で あ る ．
実験系の概要
我 々 が 想 定 す る 条 件 は ，地 上 局 か ら の 送 信 ビ ー ム の 拡 が り 角 を PUDGと し ， １ NP先 に い る 移 動 局 の 受 信 光 の 電 力 密 度 が μ : ㎡ 以 上 の 時 に 通 信 可 能 な こ と で あ る 。ま た ，移 動 局 の 受 信 光 の 検 出 に は 受 光 面 積 が 大 き い フ ォ ト デ ィ テ ク タ を 利 用 し て 光 軸 の 設 計 に 余 裕 を 持 た せ る こ と で 精 追 尾 機 能 を 必 要 と し な い 構 成 と す る ． 我 々 が 想 定 し て い る 通 信 モ デ ル の 概 略 図 を )LJに 示 す ．地 上 局 に は ，移 動 体 を 捉 え る 望 遠 カ メ ラ と ，望 遠 カ メ ラ の 死 角 を 補 う 広 角 カ メ ラ ，レ ー ザ 光 源 を 配 置 す る ．移 動 局 に は ，再 帰 反 射 鏡 と そ の マ ー カ ー と な る /('を 配 置 す る ． こ の 通 信 モ デ ル に お け る 光 回 線 形 成 に つ い て 説 明 す る ．ま ず ，地 上 局 は カ メ ラ を 用 い て 移 動 局 に 配 置 さ れ て い る /('光 を 発 見 す る ．通 常 こ の /(' 光 の 発 見 に は 望 遠 カ メ ラ を 用 い る が ，望 遠 カ メ ラ の 捕 ら え ら れ る 範 囲 外 に 移 動 体 が 移 動 し て し ま っ た と き に は ， 広 角 カ メ ラ を 用 い て /('光 の 発 見 を 行 う ． 地 上 局 は 移 動 局 の /('光 を 発 見 す る と ， ジ ン バ ル を 用 い て /('光 を 発 見 し た 方 向 へ レ ー ザ 光 を 照 射 す る ． レ ー ザ 光 を 照 射 さ れ た 移 動 局 は ，反 射 率 を 変 更 で き る 再 帰 反 射 鏡 を 用 い る こ と で 移 動 体 が 保 有 す る デ ー タ を 地 上 局 へ 伝 送 を 行 う ． 本 研 究 の 目 的 は ，地 上 局 か ら 照 射 す る 送 信 ビ ー ム の 拡 が り 角 を PUDG か つ NP 先 の 移 動 体 に φ PP の 再 帰 反 射 鏡 を 搭 載 し た 際 の 通 信 モ デ ル に お け る 制 御 系 の 技 術 を 得 る た め に ，室 内 に て レ ー ザ 光 を 照 射 し て デ ー タ を 地 上 局 が 受 信 す る 実 験 装 置 を 開 発 す る こ と で あ る ． 本 稿 で は そ の 一 歩 と し て ，室 内 で 実 験 す る た め に 想 定 す る 通 信 モ デ ル を NP か ら P に 縮 小 し た 際 の 地 上 局 と 移 動 体 を 開 発 し ，そ の 地 上 局 が 移 動 体 を 補 足 追 尾 で き る こ と を 目 的 と す る ．開発した実験装置
本 研 究 で 開 発 し た 実 験 装 置 は ， 軸 の ジ ン バ ル 機 構 を 持 つ 地 上 局 ， 軸 の ス ラ イ ド 機 構 を 持 つ 移 動 局 で あ る ． 今 回 は 実 際 に デ ー タ の や り 取 り を 行 わ な い た め ， φ PPの 再 帰 反 射 鏡 の 代 わ り に 受 光 面 積 が φ PPの フ ォ ト ,&ダ イ オ ー ド を 用 い ，レ ー ザ 光 が 再 帰 反 射 鏡 の 位 置 に 当 た る か を 確 認 で き る 設 計 に し た ． 軸 の ジ ン バ ル 機 構 を 持 つ 地 上 局 )LJは 本 研 究 で 開 発 し た 地 上 局 で あ る ． 地 上 局 は レ ー ザ 光 を 出 す 装 置 と 移 動 局 を 撮 影 し 発 見 す る た め の 台 の $QGURLGタ ブ レ ッ ト （ 望 遠 側 ： 光 学 倍 ×デ ジ タ ル 倍 ， 広 角 側 ： デ ジ タ ル 倍 ） を 搭 載 し た 回 転 ス テ ー ジ を 持 つ ．レ ー ザ 光 源 の 向 き は ，望 遠 側 の タ ブ レ ッ ト が 移 動 局 の /('光 を カ メ ラ の 中 央 で 捉 え た 時 に ， 照 射 し た 光 の 中 心 が 移 動 局 の フ ォ ト ,& ダ イ オ ー ド に 当 た る よ う に 設 置 す る ． ま た ， 地 上 局 は 軸 の ジ ン バ ル に よ り 回 転 ス テ ー ジ を 駆 動 す る ．こ れ に よ り 上 半 球 の ど こ で も 移 動 局 を 発 見 し レ ー ザ 光 を 向 け る こ と が で き る ． 本 機 で は ，方 位 角 ，仰 角 と も に ア ク チ ュ エ ー タ に ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 用 い る ． ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ は ， そ の 特 性 か ら 離 散 的 な 角 度 を 取 る た め ，ジ ン バ ル か ら 放 た れ る ビ ー ム が 全 天 を 満 遍 な く 照 射 す る に は ，ビ ー ム の 拡 が り 角 よ り 小 さ な 角 度 で ジ ン バ ル を 制 御 す る 必 要 が あ る ．本 機 で は ，VWHSで 回 転 す る ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 用 い ，モ ー タ の 回 転 を 平 歯 車 と ウ ォ ー ム ギ ア に よ っ て に 減 速 す る ． す な わ ち ， モ ー タ VWHS の 回 転 に 対 し 回 転 ス テ ー ジ が ° （ 約 PUDG） 回 転 す る 設 計 と し た ． こ れ に よ り ， NP先 で 光 が 照 射 す る 直 径 Pの 円 は ，そ の 直 径 の で 移 動 す る こ と が で き る ．こ れ は ，送 信 先 の 光 強 度 が ガ ウ ス 分 布 の 場 合 に は ，思 考 方 向 の 誤 差 に 起 因 す る 光 軸 中 心 の 強 度 変 動 量 が ，以 下 に 抑 え ら れ る こ と に 相 当 す る ． 地 上 局 に よ る 移 動 局 の 捕 捉 追 尾 の 方 法 を 説 明 す る 最 初 に 望 遠 側 の $QGURLGタ ブ レ ッ ト の カ メ ラ を 用 い て 撮 影 を 行 い ， マ ー カ ー と な る /('光 を 基 に 移 動 局 を 発 見 す る 望 遠 側 の $QGURLG タ ブ レ ッ ト が 移 動 局 を 発 見 で き な か っ た 場 合 は ，広 角 側 の タ ブ レ ッ ト が 移 動 局 を 発 見 す る ．台 の タ ブ レ ッ ト 間 の 通 信 は 8'3を 用 い て 移 動 局 の 発 見 状 況 な ど の や り 取 り を 行 っ て い る ．移 動 局 を 発 見 し た $QGURLGタ ブ レ ッ ト は ， カ メ ラ に 映 る 中 央Fig.1 System Diagram
Fig.2 Gimbal System
― 3 ― Fig.3 Communication Terminal System
の 位 置 と 移 動 局 の /('光 と の 位 置 の 差 か ら 動 か す 方 向 を 算 出 し ，ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 制 御 す る ．ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ は ， 望 遠 側 の タ ブ レ ッ ト が 86%に て マ イ コ ン と 通 信 し モ ー タ ド ラ イ バ を 制 御 す る ．ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ の 回 転 数 は ， 一 度 写 真 を 撮 り ， VWHSモ ー タ を 回 転 さ せ た 時 の 写 真 と 比 較 す る こ と に よ り ， ド ッ ト 当 た り の モ ー タ VWHS数 を 算 出 す る ． $QGURLGタ ブ レ ッ ト に て 移 動 局 の 発 見 か ら ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 制 御 す る ま で の 流 れ を 繰 り 返 し 行 う こ と で ，地 上 局 は 移 動 局 を 補 足 追 尾 す る こ と が で き る ． 軸 ス ラ イ ド 機 構 を 持 つ 移 動 局 )LJは 本 研 究 で 開 発 し た 移 動 局 で あ る ． 移 動 局 は φ PPの フ ォ ト ,&ダ イ オ ー ド と ， そ の 位 置 を 示 す た め の φ PP の 青 色 /(' を 搭 載 し た ． こ れ ら は 通 信 距 離 NPで φ PPの 再 帰 反 射 鏡 を 考 慮 し た サ イ ズ で あ る ． ま た ， 青 色 の /('を 採 用 し た 理 由 は ， カ メ ラ で 撮 影 し た と き に 他 の 色 に 比 べ は っ き り と 見 え る か ら で あ る ． こ れ ら の 移 動 局 は 軸 の ス ラ イ ド 機 構 で 移 動 す る 移 動 ス テ ー ジ に 張 り 付 い て い る ．移 動 ス テ ー ジ に は ゴ ム ベ ル ト が 取 り 付 け ら れ て お り ，φ PPの プ ー リ ー を 取 り 付 け た VWHS で 回 転 す る ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ に て 駆 動 す る ． つ の ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 適 切 に 動 か す こ と に よ り ，移 動 ス テ ー ジ は 同 一 平 面 状 を 自 由 に 移 動 す る こ と が で き る ．な お ，移 動 ス テ ー ジ の 稼 働 域 は PP四 方 で あ る ．
/(' 光の位置を発見する手法
)LJ，)LJは 地 上 局 ジ ン バ ル が 駆 動 し て い る 時 に 移 動 局 の 青 色 /('光 を 撮 影 し た 写 真 で あ る ．)LJは 望 遠 側 ， )LJは 広 角 側 で 撮 影 し た 写 真 で あ る ． )LJ， )LJに 示 す よ う に 露 光 の 関 係 で 青 色 の /('光 は ，中 央 付 近 は 白 色 に 近 い 色 と な り ，さ ら に ，周 辺 に 分 布 す る 青 色 の 写 り 方 も 異 な る ．ま た ，カ メ ラ が 移 動 し な が ら の 撮 影 は 、 /('の 光 源 が 丸 で あ っ て も 写 真 に は 丸 で は な く 楕 円 形 の よ う な い び つ な 形 に な る ．こ れ ら に よ り ， 従 来 の 画 像 処 理 術 に よ る /('光 の 検 出 は 困 難 で あ る ． 本 研 究 で は ， さ ま ざ ま な 画 像 に 対 し て /('光 を 認 識 す る ア ル ゴ リ ズ ム を 開 発 し た ．具 体 的 に は ，対 象 の カ メ ラ が 捉 え た 画 像 の 中 か ら 特 徴 的 な 色 を 抽 出 し ，そ の 色 が 分 布 す る 座 標 の 平 均 座 標 を /('光 の 中 心 と み な す 方 法 で あ る ．こ こ で の 特 徴 的 な 色 と は ，あ ら か じ め /(' 光 を 撮 影 し た 画 像 中 に 出 現 す る 多 頻 出 な 色 で あ る ．特 徴 的 な 色 の 平 均 座 標 を 求 め る た め ， /('光 の サ イ ズ や 形 に と ら わ れ ず に /('光 の 中 心 を 求 め る こ と が で き る ．実験
本 章 で は ，開 発 し た 地 上 局 と 移 動 局 が 想 定 し て い る 通 信 モ デ ル を 考 慮 し た 性 能 を 有 す る か の 確 認 と 地 上 局 が 移 動 局 を 補 足 追 尾 で き る の か を 検 証 す る ． 軸 ジ ン バ ル の 駆 動 性 能 本 地 上 局 の 駆 動 性 能 を 確 か め る た め に ，最 小 回 転 精 度 ，ギ ア の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 ，最 大 回 転 速 度 を 実 測 す る ．Fig.5 Image of Blue LED by Wide Angle Camera Fig.4 Image of Blue LED by Tele Camera
― 2 ― 室 内 に て 実 施 可 能 な 実 験 装 置 の 開 発 で あ る ．
実験系の概要
我 々 が 想 定 す る 条 件 は ，地 上 局 か ら の 送 信 ビ ー ム の 拡 が り 角 を PUDGと し ， １ NP先 に い る 移 動 局 の 受 信 光 の 電 力 密 度 が μ : ㎡ 以 上 の 時 に 通 信 可 能 な こ と で あ る 。ま た ，移 動 局 の 受 信 光 の 検 出 に は 受 光 面 積 が 大 き い フ ォ ト デ ィ テ ク タ を 利 用 し て 光 軸 の 設 計 に 余 裕 を 持 た せ る こ と で 精 追 尾 機 能 を 必 要 と し な い 構 成 と す る ． 我 々 が 想 定 し て い る 通 信 モ デ ル の 概 略 図 を )LJに 示 す ．地 上 局 に は ，移 動 体 を 捉 え る 望 遠 カ メ ラ と ，望 遠 カ メ ラ の 死 角 を 補 う 広 角 カ メ ラ ，レ ー ザ 光 源 を 配 置 す る ．移 動 局 に は ，再 帰 反 射 鏡 と そ の マ ー カ ー と な る /('を 配 置 す る ． こ の 通 信 モ デ ル に お け る 光 回 線 形 成 に つ い て 説 明 す る ．ま ず ，地 上 局 は カ メ ラ を 用 い て 移 動 局 に 配 置 さ れ て い る /('光 を 発 見 す る ．通 常 こ の /(' 光 の 発 見 に は 望 遠 カ メ ラ を 用 い る が ，望 遠 カ メ ラ の 捕 ら え ら れ る 範 囲 外 に 移 動 体 が 移 動 し て し ま っ た と き に は ， 広 角 カ メ ラ を 用 い て /('光 の 発 見 を 行 う ． 地 上 局 は 移 動 局 の /('光 を 発 見 す る と ， ジ ン バ ル を 用 い て /('光 を 発 見 し た 方 向 へ レ ー ザ 光 を 照 射 す る ． レ ー ザ 光 を 照 射 さ れ た 移 動 局 は ，反 射 率 を 変 更 で き る 再 帰 反 射 鏡 を 用 い る こ と で 移 動 体 が 保 有 す る デ ー タ を 地 上 局 へ 伝 送 を 行 う ． 本 研 究 の 目 的 は ，地 上 局 か ら 照 射 す る 送 信 ビ ー ム の 拡 が り 角 を PUDG か つ NP 先 の 移 動 体 に φ PP の 再 帰 反 射 鏡 を 搭 載 し た 際 の 通 信 モ デ ル に お け る 制 御 系 の 技 術 を 得 る た め に ，室 内 に て レ ー ザ 光 を 照 射 し て デ ー タ を 地 上 局 が 受 信 す る 実 験 装 置 を 開 発 す る こ と で あ る ． 本 稿 で は そ の 一 歩 と し て ，室 内 で 実 験 す る た め に 想 定 す る 通 信 モ デ ル を NP か ら P に 縮 小 し た 際 の 地 上 局 と 移 動 体 を 開 発 し ，そ の 地 上 局 が 移 動 体 を 補 足 追 尾 で き る こ と を 目 的 と す る ．開発した実験装置
本 研 究 で 開 発 し た 実 験 装 置 は ， 軸 の ジ ン バ ル 機 構 を 持 つ 地 上 局 ， 軸 の ス ラ イ ド 機 構 を 持 つ 移 動 局 で あ る ． 今 回 は 実 際 に デ ー タ の や り 取 り を 行 わ な い た め ， φ PPの 再 帰 反 射 鏡 の 代 わ り に 受 光 面 積 が φ PPの フ ォ ト ,&ダ イ オ ー ド を 用 い ，レ ー ザ 光 が 再 帰 反 射 鏡 の 位 置 に 当 た る か を 確 認 で き る 設 計 に し た ． 軸 の ジ ン バ ル 機 構 を 持 つ 地 上 局 )LJは 本 研 究 で 開 発 し た 地 上 局 で あ る ． 地 上 局 は レ ー ザ 光 を 出 す 装 置 と 移 動 局 を 撮 影 し 発 見 す る た め の 台 の $QGURLGタ ブ レ ッ ト （ 望 遠 側 ： 光 学 倍 ×デ ジ タ ル 倍 ， 広 角 側 ： デ ジ タ ル 倍 ） を 搭 載 し た 回 転 ス テ ー ジ を 持 つ ．レ ー ザ 光 源 の 向 き は ，望 遠 側 の タ ブ レ ッ ト が 移 動 局 の /('光 を カ メ ラ の 中 央 で 捉 え た 時 に ， 照 射 し た 光 の 中 心 が 移 動 局 の フ ォ ト ,& ダ イ オ ー ド に 当 た る よ う に 設 置 す る ． ま た ， 地 上 局 は 軸 の ジ ン バ ル に よ り 回 転 ス テ ー ジ を 駆 動 す る ．こ れ に よ り 上 半 球 の ど こ で も 移 動 局 を 発 見 し レ ー ザ 光 を 向 け る こ と が で き る ． 本 機 で は ，方 位 角 ，仰 角 と も に ア ク チ ュ エ ー タ に ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 用 い る ． ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ は ， そ の 特 性 か ら 離 散 的 な 角 度 を 取 る た め ，ジ ン バ ル か ら 放 た れ る ビ ー ム が 全 天 を 満 遍 な く 照 射 す る に は ，ビ ー ム の 拡 が り 角 よ り 小 さ な 角 度 で ジ ン バ ル を 制 御 す る 必 要 が あ る ．本 機 で は ，VWHSで 回 転 す る ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 用 い ，モ ー タ の 回 転 を 平 歯 車 と ウ ォ ー ム ギ ア に よ っ て に 減 速 す る ． す な わ ち ， モ ー タ VWHS の 回 転 に 対 し 回 転 ス テ ー ジ が ° （ 約 PUDG） 回 転 す る 設 計 と し た ． こ れ に よ り ， NP先 で 光 が 照 射 す る 直 径 Pの 円 は ，そ の 直 径 の で 移 動 す る こ と が で き る ．こ れ は ，送 信 先 の 光 強 度 が ガ ウ ス 分 布 の 場 合 に は ，思 考 方 向 の 誤 差 に 起 因 す る 光 軸 中 心 の 強 度 変 動 量 が ，以 下 に 抑 え ら れ る こ と に 相 当 す る ． 地 上 局 に よ る 移 動 局 の 捕 捉 追 尾 の 方 法 を 説 明 す る 最 初 に 望 遠 側 の $QGURLGタ ブ レ ッ ト の カ メ ラ を 用 い て 撮 影 を 行 い ， マ ー カ ー と な る /('光 を 基 に 移 動 局 を 発 見 す る 望 遠 側 の $QGURLG タ ブ レ ッ ト が 移 動 局 を 発 見 で き な か っ た 場 合 は ，広 角 側 の タ ブ レ ッ ト が 移 動 局 を 発 見 す る ．台 の タ ブ レ ッ ト 間 の 通 信 は 8'3を 用 い て 移 動 局 の 発 見 状 況 な ど の や り 取 り を 行 っ て い る ．移 動 局 を 発 見 し た $QGURLGタ ブ レ ッ ト は ， カ メ ラ に 映 る 中 央Fig.1 System Diagram
Fig.2 Gimbal System
― 5 ― 移 動 ス テ ー ジ の 駆 動 性 能 本 移 動 ス テ ー ジ の 駆 動 性 能 を 確 か め る た め に ，最 小 移 動 量 ，ギ ア・ゴ ム ベ ル ト の バ ッ ク ラ ッ シ ュ ，最 大 移 動 量 を 実 測 す る ． 最 小 移 動 量 移 動 ス テ ー ジ が 移 動 す る 同 一 平 面 と 平 行 に な る よ う に 紙 を セ ッ ト し ， 移 動 ス テ ー ジ に ペ ン を 取 り 付 け ， ペ ン の 軌 跡 を 分 析 す る ． )LJ は VWHS を 上 下 左 右 に 与 え た 時 に PP 方 眼 紙 に 描 い た ペ ン の 軌 跡 で あ る ．同 図 よ り ，移 動 量 は 約 PP で あ る こ と が 確 認 で き る ． こ れ に よ り ， VWHS当 た り の 移 動 量 は 約 PPで あ る ． ギ ア ・ ゴ ム ベ ル ト の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 ギ ア と ゴ ム ベ ル ト の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 を 確 認 す る た め に ，移 動 ス テ ー ジ を 左 右 に 行 っ た り 来 た り さ せ ， バ ッ ク ラ ッ シ ュ に よ る ズ レ が な い か を 確 認 す る ． )LJは +]の 周 波 数 に て 左 右 VHWS，下 VWHS を 数 回 与 え た 時 の ペ ン の 軌 跡 で あ る ．移 動 ス テ ー ジ を 左 右 に 数 回 動 か し て も 左 右 の 位 置 は 同 じ 場 所 に な っ て い る の で ，バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 は 極 め て 小 さ い こ と を 確 認 し た ． 最 大 移 動 速 度 地 上 局 同 様 に ，移 動 ス テ ー ジ に お け る 脱 調 寸 前 の パ ル ス 周 波 数 を 求 め た ． 結 果 ， +]で 脱 調 と な っ た ． そ の た め ， 許 容 最 大 周 波 数 を +] と す る ． 停 止 し た 場 所 か ら 秒 間 に VWHS与 え る と ， 移 動 局 は PP移 動 し た ． よ っ て ， 移 動 ス テ ー ジ の 最 大 移 動 速 度 は ，PPVで あ り ，P 離 れ た 地 上 局 か ら み た 角 速 度 は PUDGV 相 当 と な っ た ． レ ー ザ の 拡 が り 角 )LJ は 今 回 用 い た レ ー ザ の 拡 が り 角 を 測 定 し た 結 果 で あ る ． )LJは 受 光 面 積 φ PPの フ ォ ト ,&ダ イ オ ー ド に 光 軸 の 上 下 が 中 央 に 照 射 さ れ る よ う に 合 わ せ た レ ー ザ 光 を 左 端 か ら 右 端 に か け 照 射 し た 時 の セ ン サ の 受 光 電 圧 を 測 定 し た 結 果 で あ る ．ス ペ ク ト ル 半 値 を 信 号 の ス レ ッ シ ョ ー ル ド 電 圧 と す る と そ の 区 間 は VWHS で あ る た め ， レ ー ザ の 拡 が り 全 角 は 約 PUDGで あ っ た ． 地 上 局 捕 捉 追 尾 性 能 本 実 験 で の ジ ン バ ル の 回 転 制 御 は ， 認 識 し た /('光 と カ メ ラ 中 央 と の ピ ク セ ル の 差 が ピ ク セ ル 以 内 の 時 は VWHSV（ 秒 あ た り °回 転 ） ， ピ ク セ ル 以 上 の 時 は VWHSVと し た ． 初 め に ， 移 動 局 の /('光 を 認 識 し 捕 捉 可 能 か 実 験 し た ．広 角 カ メ ラ に は /('光 が 写 る が 望 遠 カ メ ラ に は /(' 光 が 映 ら な い 状 態 か ら ，静 止 し た 移 動 体 の 捕 捉 実 験 を 試 み た ． 結 果 ， 望 遠 カ メ ラ の 中 央 に /('光 を 捉 え る こ と に 成 功 し ，そ の 時 に 照 射 し た レ ー ザ が フ ォ ト ,&ダ イ オ ー ド の ス レ ッ シ ョ ー ル ド 以 上 の 電 圧 に な る こ と を 確 認 し た ． こ れ に よ り ， /('光 の 写 り 込 み 方 が 変 わ っ て も 認 識 し 正 し い 位 置 を 算 出 で き て い る こ と ，広 角 カ メ ラ と 望 遠 カ メ ラ の 連 携 が で き て い る こ と を 確 認 し た ． 次 に ，移 動 体 を 左 上 に 移 動 さ せ 追 尾 可 能 か 実 験 し た ． 結 果 を )LJ に 示 す ． 本 実 験 で は ， 移 動 体 の 動 き が
Fig.9 Trajectory of Stage Motion
Fig.10 Backlash of the Rubber Belt
Fig.11 Output of Photo IC
Fig.12 Tracking Characteristics of the Gimbal System
― 4 ― 最 小 回 転 精 度 ジ ン バ ル の 最 小 回 転 角 の 精 度 を 確 認 す る た め に ，回 転 ス テ ー ジ に レ ー ザ 光 源 を 設 置 し ， P離 れ た 場 所 の 光 源 の 移 動 量 が VWHS当 た り PPに な る か 実 測 す る ． )LJは ，ジ ン バ ル を 左 方 向 に VWHSず つ 回 転 さ せ た 時 の 写 真 （ PP方 眼 紙 を 裏 か ら 撮 影 し て い る た め 光 は 右 に 動 い て い る よ う に 写 る ）で あ り ，)LJ%は ，)LJ$ に 対 し て VWHS分 回 転 さ せ た 時 の 写 真 で あ り ， )LJ& は ，)LJ$に 対 し て VWHS分 回 転 さ せ た 時 の 写 真 で あ る ．)LJ$と )LJ&の 光 軸 の 中 心 の 差 は ，約 PPで あ っ た ．な お ，)LJ$を 基 準 に 撮 影 し た VWHS分 の す べ て の 区 間 に お い て VWHS 分 の 光 軸 の 中 心 の 差 も ， 約 PPで あ っ た ． ま た ， ジ ン バ ル の 仰 角 方 向 の 計 測 も ， 同 様 の 結 果 と な っ た ．こ れ ら に よ り ，モ ー タ の 回 転 角 は PUDG の 駆 動 精 度 を 満 足 し て い る こ と を 確 認 し た ． ギ ア の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 ギ ア の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 を 確 認 す る た め に ，正 転 逆 転 を 繰 り 返 し た 時 の 光 軸 の ず れ の 大 き さ を 実 測 す る ． 方 位 角 方 向 は 時 計 回 り に °回 転 さ せ ， 仰 角 方 向 は 水 平 状 態 か ら 上 方 に ° 回 転 し た 後 ， 下 方 に ° 回 転 さ せ 移 動 前 と 移 動 後 の 光 軸 の 中 心 の ず れ を 比 較 す る ．な お ，正 転 逆 転 と も に 秒 当 た り °回 転 す る 速 さ で ， 正 転 方 向 に °， 逆 転 方 向 に °連 続 し て 回 転 を 与 え た ． )LJは 方 位 角 方 向 に 回 転 さ せ た 時 の 写 真 で あ り ， )LJは 仰 角 方 向 に 回 転 さ せ た 時 の 写 真 で あ る ． 両 図 と も に 図 上 が 移 動 前 ，図 下 が 移 動 後 の 写 真 で あ る ．方 位 角 方 向 に 正 転 逆 転 を 繰 り 返 し た 回 数 は ，約 回 で あ り ， 仰 角 方 向 に 正 転 逆 転 を 繰 り 返 し た 回 数 は ， 約 回 で あ る ． )LJ ， )LJ よ り 光 軸 の 差 は と も に PP以 内 で あ っ た ． 正 転 逆 転 回 あ た り の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 は ， 仰 角 方 向 で 約 μ UDG相 当 ， 方 位 角 方 向 で 約 μ UDG相 当 と な る ． ビ ー ム の 拡 が り 角 の PUDGに 比 べ て 非 常 に 小 さ い 値 と な っ た た め ， 通 信 に 影 響 し な い と 考 え る ．な お ，仰 角 方 向 の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 が 方 位 角 方 向 の 影 響 よ り 大 き く な っ た 要 因 と し て ， 回 転 機 構 の 重 心 移 動 の 影 響 で あ る と 考 え る ． 最 大 回 転 速 度 ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ の 回 転 速 度 は ，パ ル ス 周 波 数 に 比 例 す る ．あ る 値 を 超 え る と パ ル ス の 変 動 に 追 従 で き な い 脱 調 を お こ し 正 確 な 回 転 が 得 ら れ な い ．そ の た め ， 脱 調 す る 寸 前 の パ ル ス 周 波 数 を 求 め る ． 結 果 ，N+]で 脱 調 と な っ た ．そ の た め ，許 容 最 大 周 波 数 を N+]と す る ．回 転 ス テ ー ジ の 最 大 回 転 速 度 は ， 秒 速 °， PUDGVと な る ． こ れ は ， 地 上 局 か ら み た NP先 の 8$9が 時 速 約 NPで 飛 行 す る 角 速 度 と 等 し い ．
Fig.7 Motion of Beam Spot in Azimuth Direction
Fig.8 Motion of Bean Spot in Elevation direction Fig.6 Measurement of Minimum Driving Angle in
Azimuth Direction
― 5 ― 移 動 ス テ ー ジ の 駆 動 性 能 本 移 動 ス テ ー ジ の 駆 動 性 能 を 確 か め る た め に ，最 小 移 動 量 ，ギ ア・ゴ ム ベ ル ト の バ ッ ク ラ ッ シ ュ ，最 大 移 動 量 を 実 測 す る ． 最 小 移 動 量 移 動 ス テ ー ジ が 移 動 す る 同 一 平 面 と 平 行 に な る よ う に 紙 を セ ッ ト し ， 移 動 ス テ ー ジ に ペ ン を 取 り 付 け ， ペ ン の 軌 跡 を 分 析 す る ． )LJ は VWHS を 上 下 左 右 に 与 え た 時 に PP 方 眼 紙 に 描 い た ペ ン の 軌 跡 で あ る ．同 図 よ り ，移 動 量 は 約 PP で あ る こ と が 確 認 で き る ． こ れ に よ り ， VWHS当 た り の 移 動 量 は 約 PPで あ る ． ギ ア ・ ゴ ム ベ ル ト の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 ギ ア と ゴ ム ベ ル ト の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 を 確 認 す る た め に ，移 動 ス テ ー ジ を 左 右 に 行 っ た り 来 た り さ せ ， バ ッ ク ラ ッ シ ュ に よ る ズ レ が な い か を 確 認 す る ． )LJは +]の 周 波 数 に て 左 右 VHWS，下 VWHS を 数 回 与 え た 時 の ペ ン の 軌 跡 で あ る ．移 動 ス テ ー ジ を 左 右 に 数 回 動 か し て も 左 右 の 位 置 は 同 じ 場 所 に な っ て い る の で ，バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 は 極 め て 小 さ い こ と を 確 認 し た ． 最 大 移 動 速 度 地 上 局 同 様 に ，移 動 ス テ ー ジ に お け る 脱 調 寸 前 の パ ル ス 周 波 数 を 求 め た ． 結 果 ， +]で 脱 調 と な っ た ． そ の た め ， 許 容 最 大 周 波 数 を +] と す る ． 停 止 し た 場 所 か ら 秒 間 に VWHS与 え る と ， 移 動 局 は PP移 動 し た ． よ っ て ， 移 動 ス テ ー ジ の 最 大 移 動 速 度 は ，PPVで あ り ，P 離 れ た 地 上 局 か ら み た 角 速 度 は PUDGV 相 当 と な っ た ． レ ー ザ の 拡 が り 角 )LJ は 今 回 用 い た レ ー ザ の 拡 が り 角 を 測 定 し た 結 果 で あ る ． )LJは 受 光 面 積 φ PPの フ ォ ト ,&ダ イ オ ー ド に 光 軸 の 上 下 が 中 央 に 照 射 さ れ る よ う に 合 わ せ た レ ー ザ 光 を 左 端 か ら 右 端 に か け 照 射 し た 時 の セ ン サ の 受 光 電 圧 を 測 定 し た 結 果 で あ る ．ス ペ ク ト ル 半 値 を 信 号 の ス レ ッ シ ョ ー ル ド 電 圧 と す る と そ の 区 間 は VWHS で あ る た め ， レ ー ザ の 拡 が り 全 角 は 約 PUDGで あ っ た ． 地 上 局 捕 捉 追 尾 性 能 本 実 験 で の ジ ン バ ル の 回 転 制 御 は ， 認 識 し た /('光 と カ メ ラ 中 央 と の ピ ク セ ル の 差 が ピ ク セ ル 以 内 の 時 は VWHSV（ 秒 あ た り °回 転 ） ， ピ ク セ ル 以 上 の 時 は VWHSVと し た ． 初 め に ， 移 動 局 の /('光 を 認 識 し 捕 捉 可 能 か 実 験 し た ．広 角 カ メ ラ に は /('光 が 写 る が 望 遠 カ メ ラ に は /(' 光 が 映 ら な い 状 態 か ら ，静 止 し た 移 動 体 の 捕 捉 実 験 を 試 み た ． 結 果 ， 望 遠 カ メ ラ の 中 央 に /('光 を 捉 え る こ と に 成 功 し ，そ の 時 に 照 射 し た レ ー ザ が フ ォ ト ,&ダ イ オ ー ド の ス レ ッ シ ョ ー ル ド 以 上 の 電 圧 に な る こ と を 確 認 し た ． こ れ に よ り ， /('光 の 写 り 込 み 方 が 変 わ っ て も 認 識 し 正 し い 位 置 を 算 出 で き て い る こ と ，広 角 カ メ ラ と 望 遠 カ メ ラ の 連 携 が で き て い る こ と を 確 認 し た ． 次 に ，移 動 体 を 左 上 に 移 動 さ せ 追 尾 可 能 か 実 験 し た ． 結 果 を )LJ に 示 す ． 本 実 験 で は ， 移 動 体 の 動 き が
Fig.9 Trajectory of Stage Motion
Fig.10 Backlash of the Rubber Belt
Fig.11 Output of Photo IC
Fig.12 Tracking Characteristics of the Gimbal System
― 4 ― 最 小 回 転 精 度 ジ ン バ ル の 最 小 回 転 角 の 精 度 を 確 認 す る た め に ，回 転 ス テ ー ジ に レ ー ザ 光 源 を 設 置 し ， P離 れ た 場 所 の 光 源 の 移 動 量 が VWHS当 た り PPに な る か 実 測 す る ． )LJは ，ジ ン バ ル を 左 方 向 に VWHSず つ 回 転 さ せ た 時 の 写 真 （ PP方 眼 紙 を 裏 か ら 撮 影 し て い る た め 光 は 右 に 動 い て い る よ う に 写 る ）で あ り ，)LJ%は ，)LJ$ に 対 し て VWHS分 回 転 さ せ た 時 の 写 真 で あ り ， )LJ& は ，)LJ$に 対 し て VWHS分 回 転 さ せ た 時 の 写 真 で あ る ．)LJ$と )LJ&の 光 軸 の 中 心 の 差 は ，約 PPで あ っ た ．な お ，)LJ$を 基 準 に 撮 影 し た VWHS分 の す べ て の 区 間 に お い て VWHS 分 の 光 軸 の 中 心 の 差 も ， 約 PPで あ っ た ． ま た ， ジ ン バ ル の 仰 角 方 向 の 計 測 も ， 同 様 の 結 果 と な っ た ．こ れ ら に よ り ，モ ー タ の 回 転 角 は PUDG の 駆 動 精 度 を 満 足 し て い る こ と を 確 認 し た ． ギ ア の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 ギ ア の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 を 確 認 す る た め に ，正 転 逆 転 を 繰 り 返 し た 時 の 光 軸 の ず れ の 大 き さ を 実 測 す る ． 方 位 角 方 向 は 時 計 回 り に °回 転 さ せ ， 仰 角 方 向 は 水 平 状 態 か ら 上 方 に ° 回 転 し た 後 ， 下 方 に ° 回 転 さ せ 移 動 前 と 移 動 後 の 光 軸 の 中 心 の ず れ を 比 較 す る ．な お ，正 転 逆 転 と も に 秒 当 た り °回 転 す る 速 さ で ， 正 転 方 向 に °， 逆 転 方 向 に °連 続 し て 回 転 を 与 え た ． )LJは 方 位 角 方 向 に 回 転 さ せ た 時 の 写 真 で あ り ， )LJは 仰 角 方 向 に 回 転 さ せ た 時 の 写 真 で あ る ． 両 図 と も に 図 上 が 移 動 前 ，図 下 が 移 動 後 の 写 真 で あ る ．方 位 角 方 向 に 正 転 逆 転 を 繰 り 返 し た 回 数 は ，約 回 で あ り ， 仰 角 方 向 に 正 転 逆 転 を 繰 り 返 し た 回 数 は ， 約 回 で あ る ． )LJ ， )LJ よ り 光 軸 の 差 は と も に PP以 内 で あ っ た ． 正 転 逆 転 回 あ た り の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 は ， 仰 角 方 向 で 約 μ UDG相 当 ， 方 位 角 方 向 で 約 μ UDG相 当 と な る ． ビ ー ム の 拡 が り 角 の PUDGに 比 べ て 非 常 に 小 さ い 値 と な っ た た め ， 通 信 に 影 響 し な い と 考 え る ．な お ，仰 角 方 向 の バ ッ ク ラ ッ シ ュ の 影 響 が 方 位 角 方 向 の 影 響 よ り 大 き く な っ た 要 因 と し て ， 回 転 機 構 の 重 心 移 動 の 影 響 で あ る と 考 え る ． 最 大 回 転 速 度 ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ の 回 転 速 度 は ，パ ル ス 周 波 数 に 比 例 す る ．あ る 値 を 超 え る と パ ル ス の 変 動 に 追 従 で き な い 脱 調 を お こ し 正 確 な 回 転 が 得 ら れ な い ．そ の た め ， 脱 調 す る 寸 前 の パ ル ス 周 波 数 を 求 め る ． 結 果 ，N+]で 脱 調 と な っ た ．そ の た め ，許 容 最 大 周 波 数 を N+]と す る ．回 転 ス テ ー ジ の 最 大 回 転 速 度 は ， 秒 速 °， PUDGVと な る ． こ れ は ， 地 上 局 か ら み た NP先 の 8$9が 時 速 約 NPで 飛 行 す る 角 速 度 と 等 し い ．
Fig.7 Motion of Beam Spot in Azimuth Direction
Fig.8 Motion of Bean Spot in Elevation direction Fig.6 Measurement of Minimum Driving Angle in
Azimuth Direction
東海大学紀要 情報通信学部 Vol.xx, No.xx , 20xx, pp.xxx -xxx ― 1 ―
ニュース投稿をリツイートしたユーザの投稿に着目した
災害関連情報の自動収集に向けた一検討
眞中
絢美
*1，児玉
史緒里
*2，内田
理
*3，石井
啓之
*4，宇津
圭祐
*5A Study on Collection of Disaster-related Information
by Focusing on Posts by Users who Retweeted News Posts
by
Ayami MANAKA
*1, Shiori KODAMA
*2, Osamu UCHIDA
*3, Hiroshi ISHII
*4and Keisuke UTSU
*5 ( received on Sep.30, 2016 & accepted on Dec.28, 2016 )あらまし 東日本大震災（2011年）以降，災害時における情報共有の手段として，ソーシャルメディアの活用について注目さ れている．著者らは，災害時においてソーシャルメディアのひとつであるTwitterに投稿される情報を被災者支援に活 用することを目的に検討を行っている．そして，災害に関するニュース投稿（告知投稿）のリツイート直後の投稿に 着目し，ここから災害関連情報を抽出することについて検討している ．先行研究においては，2015年の小笠原諸島西 方沖地震発生時の投稿をサンプルに分析を行っている． そして本論文では，サンプルから告知投稿に関連する投稿を 判別する方法について検討を行っている． Abstract
Twitter is noticed as the useful social media for collecting disaster-related information especially after the Great East Japan Earthquake in 2011. We have studied the utilization of posts on Twitter which is one of social media, to support victim. Then, to obtain disaster-related information, we focus on tweets posted immediately after retweets of a disaster-related announcement post. In our precious study, we analyze “sample posts” that were tweeted as a result of the earthquake off the west coast of Ogasawara Islands in 2015. In this paper, we study a method to collected disaster-related information from the sample posts. キーワード：災害関連情報，ツイッター
Keywords: Disaster-related information, Twitter, social media
はじ め に
災 害 発 生 時 に は ，被 害 状 況 の 収 集 が 重 要 で あ る ．テ レ ビ や ラ ジ オ は こ の 目 的 で 広 く 利 用 さ れ て い る ．一 方 ， こ れ ら は 放 送 型 の メ デ ィ ア で あ り ，個 人 的 な 情 報 発 信 に は 使 え な い ． し か し 現 在 で は ，SNS （ Social Networking Service）など の ソー シ ャル メ ディ ア を利 用 す る こ と に よ り ，被 災 者 が 単 に 情 報 を 受 け 取 る だ け で な く ，自 ら が 情 報 を 発 信 す る こ と が 可 能 と な っ て い る ． ソ ー シ ャ ル メ デ ィ ア の 代 表 例 の ひ と つ にTwitter1)が あ る ．Twitterに お い て は ， 140文 字 以 内 の 短 文 を 投 稿 す る こ と が で き ，写 真 等 の 画 像 を 添 付 す る こ と も 可 能 で あ る ．ユ ー ザ 数 は 約3億2,000万人（2015年9月30日 現 在 ）2)で あ り ， 日 本 に も 多 く の ユ ー ザ が 存 在 す る ． ユ ー ザ 数 が 多 い 理 由 の 一 つ と し て ，容 易 な 手 順 で 情 報 を 発 信 で き る こ と が 考 え ら れ る ．Twitterに お いて ，特 定 の ア カ ウ ン ト に よ る 投 稿 が 自 身 の ホ ー ム 画 面 の タ イ ム ラ イ ン に 表 示 さ れ る よ う に な る 仕 組 み の こ と を“フ ォ ロ ー”とい い ，あ るア カ ウン ト をフ ォロ ー して い る ユ ー ザ の こ と を“フォロワー ”という．また，他のアカ ウ ン ト の 投 稿 を 自 分 の フ ォ ロ ワ ー と 共 有 す る 機 能 の こ と を“リツイート ”という ． Twitterは ユ ー ザ が 思 っ た り 感 じ た り し た こ と を 気 軽 に 投 稿 で き る と い う 特 性 か ら ，即 時 性 が 高 い メ デ ィ ア で あ る と 言 え る ．こ の 特 性 に 着 目 し ，投 稿 さ れ た 膨 大 な 量 の 情 報 の 中 か ら ，有 益 な 情 報 を 抽 出 す る 試 み が 行 わ れ て い る ．ま た ，災 害 発 生 時 に お け る 情 報 共 有 に も 利 用 さ れ て い る ． 例 え ば2011年 3月 11日 に 東 日 本 大 震 災 が 発 生 し た 際 ，Twitterを通 し て自 身 の状 況 を知 ら せ る こ と で 安 否 の 確 認 に 繋 が っ た こ と や ，停 電 な ど で テ レ ビ や ラ ジ オ か ら 情 報 を 入 手 で き な い 人 々 に 向 け て 警 報 や 避 難 場 所 な ど の 情 報 が 多 数 投 稿 ，拡 散 さ れ た *1 情報 通 信学 研 究科 情報 通信 学 専攻 修 士 課程Graduate School of Information and Telecommunication Engineering, Course of Information and Telecommunication Engineering, Master’s Program
*2 情報 通 信学 部 通信 ネッ トワ ー ク工 学 科 学部 生 School of Information and Telecommunication Engineering, Department of Communication and Network Engineering
*3 情報 理 工学 部 情報 科学 科 教 授
School of Information Science and Technology, Department of Human and Information Science, Professor
*4 情 報 通信 学 部通 信 ネッ トワ ー ク工 学 科 教 授 School of Information and Telecommunication Engineering, Department of Communication and Network Engineering, Professor
*5 情報 通 信学 部 通信 ネッ トワ ー ク工 学 科 講 師 School of Information and Telecommunication Engineering, Department of Communication and Network Engineering, Assistant professor
