特許 6755481 追尾アンテナシステム、飛翔体および追尾アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6755481

(24)【登録日】2020年8月28日

(45)【発行日】2020年9月16日

(54)【発明の名称】追尾アンテナシステム、飛翔体および追尾アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/42 20060101AFI20200907BHJP

   H04W 4/029 20180101ALI20200907BHJP

   H01Q 1/28 20060101ALI20200907BHJP

【ＦＩ】

   G01S3/42 Z

   H04W4/029

   H01Q1/28

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-49744(P2015-49744)

(22)【出願日】2015年3月12日

(65)【公開番号】特開2016-170030(P2016-170030A)

(43)【公開日】2016年9月23日

【審査請求日】2018年3月9日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度、支出負担行為担当官、総務省大臣官房会計課企画官、研究テーマ「能動的３次元通信エリア制御を用いた複数無人航空機による同時観測技術の研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504193837

【氏名又は名称】国立大学法人室蘭工業大学

(73)【特許権者】

【識別番号】393031586

【氏名又は名称】株式会社国際電気通信基礎技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100109162

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 將行

(72)【発明者】

【氏名】樋口 健

(72)【発明者】

【氏名】上羽 正純

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 智明

(72)【発明者】

【氏名】有吉 正行

(72)【発明者】

【氏名】矢野 一人

(72)【発明者】

【氏名】北沢 祥一

【審査官】 ▲高▼場 正光

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−３２１５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第２７１９５７５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１４−１２７７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１２３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８５２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００８３２３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１１２７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３５７９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 矢野一人 外７名，“複数無人航空機による大型建造物監視のためのアンテナ追尾方式”，電子情報通信学会技術研究報告，日本，一般社団法人電子情報通信学会 The Institute of Electronics,Information and Communication Engineers，２０１５年 ２月１１日，Volume 114, Number 449，Pages 1-6，ISSN: 0913-5685

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ３／００ − Ｇ０１Ｓ ３／７４

Ｇ０１Ｓ １９／００ − Ｇ０１Ｓ １９／５５

Ｈ０１Ｑ １３／００ − Ｈ０１Ｑ １３／２８

Ｈ０４Ｂ ７／２４ − Ｈ０４Ｂ ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００ − Ｈ０４Ｗ ９９／００

Ｂ６４Ｃ １／００ − Ｂ６４Ｄ ４７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

追尾アンテナシステムであって、
複数の飛翔体を備え、
各前記複数の飛翔体は、
自身の位置、速度、姿勢角および姿勢角速度を把握する航法手段と、
把握された前記位置、速度、姿勢角および姿勢角速度を計測情報として地上局に送信するための無線通信手段と、
複数の方向に対して無線信号をそれぞれ送受信可能な複数の機体アンテナと、
対象となる無線通信リンクに対して、複数の前記機体アンテナのうち、所定の条件を満たす利得を有する機体アンテナを選択するためのアンテナ選択手段とを含み、
前記複数の前記機体アンテナは、前記飛翔体の外殻の第１の周のまわりの複数の所定の領域にそれぞれ設けられ、
前記複数の飛翔体との間で無線通信を行うための複数の地上局を備え、
前記複数の地上局の各々は、
指向性を有する追尾アンテナと、
追尾制御指示に応じて、前記複数の飛翔体のうちの対応する飛翔体の方向に前記追尾アンテナの通信指向性を駆動する指向性制御手段を含み、
前記複数の地上局の通信指向性を制御するための前記追尾制御指示を生成するとともに、前記機体アンテナを選択するための制御局をさらに備え、
前記制御局は、複数の前記地上局と複数の前記飛翔体間の周波数帯域幅確保が可能な無線通信リンクを監視して、前記追尾制御指示を前記地上局に対して出力し、
前記制御局は、前記地上局のうち前記飛翔体を追尾する前記追尾アンテナからみて、前記計測情報から推定される見込み角から、複数の前記機体アンテナのうち、利得が最も高いアンテナを選択し、
前記地上局は、前記選択された機体アンテナを指示するための信号を前記飛翔体の前記アンテナ選択手段に対して随時送信する、追尾アンテナシステム。

【請求項2】

前記制御局は、前記地上局から伝送される前記計測情報に応じて、現在、通信中の機体アンテナの利得が所定レベル以下となった場合に、現在の機体アンテナよりも利得が高い機体アンテナが存在するときは、当該機体アンテナを選択する、請求項１記載の追尾アンテナシステム。

【請求項3】

各前記地上局は、前記飛翔体からの信号の受信信号強度を計測し、前記制御局に送信するための受信信号強度計測手段を備え、
前記制御局は、さらに、前記受信信号強度と前記計測情報の前記飛翔体の位置の情報とに基づき、前記追尾アンテナと前記飛翔体との間の自由空間伝搬損失を用いて、所望の周波数帯域幅が確保できなくなる可能性を常時計算し、確保不可能となる前に、各前記地上局にそれぞれ配備される複数の前記追尾アンテナのうちから、必要な周波数帯域幅を確保可能な追尾アンテナに切り換えるハンドオーバー処理を制御するための追尾アンテナ制御手段を含む、請求項１または２記載の追尾アンテナシステム。

【請求項4】

各前記飛翔体は、前記地上局からの信号の受信信号強度を計測し、前記地上局に送信するための受信信号強度計測手段を備え、
前記制御局は、さらに、前記地上局から送信される前記受信信号強度と前記計測情報の前記飛翔体の位置の情報とに基づき、前記追尾アンテナと前記飛翔体との間の自由空間伝搬損失を用いて、所望の周波数帯域幅が確保できなくなる可能性を常時計算し、確保不可能となる前に、各前記地上局にそれぞれ配備される複数の前記追尾アンテナのうちから、必要な周波数帯域幅を確保可能な追尾アンテナに切り換えるハンドオーバー処理を制御するための追尾アンテナ制御手段を含む、請求項１または２に記載の追尾アンテナシステム。

【請求項5】

前記複数の機体アンテナは、前記複数の所定の領域にそれぞれ設けられる複数のスロットアンテナである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の追尾アンテナシステム。

【請求項6】

前記複数の機体アンテナとして、前記飛翔体の外殻の前記第１の周に直交する第２の周のまわりの複数の所定の領域にそれぞれ設けられた複数のスロットアンテナをさらに有する、請求項５に記載の追尾アンテナシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、飛翔体、飛翔体を追尾するための追尾アンテナ装置、および追尾アンテナシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

地震や火災などの災害発生時では、民間報道機関や官省庁などによる初動対応として、無人飛行機やヘリコプタ（撮影用ヘリ）に搭載されたカメラにより現地が撮影され、撮影された映像情報がいち早くリアルタイムで地上局へ伝送されるというような技術が採用される場合がある。このような映像情報は、初動対応の判断源となる重要な情報であるため、映像情報を随時途切れさせることなく伝送することが要求される。

【0003】

無人航空機を代表とする飛翔体を追尾する手法としては、近年普及しているＧＰＳ（Global Positioning System）および搭載している無線通信装置によって送信し、それを地上側で追尾アンテナを用いて受信しつづけることによって、無線通信リンクを確保することが一般的になりつつある。

【0004】

しかしながら、この場合、飛翔体側のアンテナが、低利得の無指向アンテナであるときは、無線通信により得られる飛翔体情報はＧＰＳ情報であるため、その情報の内容は、位置及び速度に限定されている。

【0005】

一方、たとえば、特許文献１には、高速で移動し且つ急激な方向転換を伴う飛行体に搭載した場合にも、追尾対象を確実に捕捉できるようにしたアンテナ指向制御装置が開示されている。特許文献１に記載の技術では、飛行体に搭載される位置情報検出部は、飛行体の現在位置を検出する（ＧＰＳ受信装置）。方位検出部は、飛行体の現在向いている水平方位を検出する（地磁気センサ）。基地局位置情報源には、追尾対象となる基地局の緯度・経度を予め登録しておく。アンテナ方位角演算部は、飛行体が現在向いている位置および方位を算出する。基地局方位角演算部は、位置情報検出部と基地局位置情報源より、飛行体から目的の基地局へ指向させるべき方位ベクトルを算出する。目的方位角演算部は、現在向いているアンテナが回転すべき角度を算出する。アンテナ方位角制御部は、目的方位角演算部で算出された角度で指向アンテナが指向するように、アンテナ方位角駆動部を制御する。

【0006】

さらに、特許文献２には、撮影ヘリの送信部から送出される映像情報が別のヘリコプタ（中継用ヘリ）で中継されて地上受信局へ伝送される構成について開示がある。これにより、撮影カバーエリアが拡大され、たとえば２００ｋｍ近く離れた地上局へ伝送することもできる。特許文献２の技術では、撮影機の情報送信装置から送信用データｓｄが空中線を介して送信され、同送信用データｓｄが、中継機の中継用送信装置で空中線を介して受信されて地上局へ中継伝送される。情報送信装置では、撮影機の飛行状態を表す撮影機データｓａが中継機へ送信されると共に、中継機から飛行状態を表す中継機データｓｂが取得され、撮影機データｓａ及び中継機データｓｂに基づいて、適応的に、空中線の指向特性、送信用データｓｄの変調方式及び出力レベルが制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２−２６１５２６号公報

【特許文献2】特開２００９−２３９７５８号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】井上他，次世代ブロードバンド実現に向けた船舶用アンテナシステム， Journal of the JIME vol.41 ， No.6(2006)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上述したように、飛翔体側のアンテナが、低利得の無指向アンテナであるときは、必然的に地上側で高利得、即ち比較的大規模な追尾アンテナを用意して送受信を行うこととなり、今後様々な用途が想定される無人航空機そのものは小型で低コストでありながら、各種利用への発展にあたっては、大規模な追尾アンテナを使用しないと高速伝送ができないという問題があった。

【0010】

また、特許文献１に記載されたアンテナ指向制御装置は、相手側が基地局であることを前提として、駆動部の追尾性能内でアンテナの指向性が制御されるものであり、駆動部の追尾性能を超える場合には対応できない。また、本来であれば、小型・軽量化することが望ましい飛翔体側のアンテナ装置が大型化あるいは重量の増加を招いてしまう、という問題がある。

【0011】

さらに、特許文献２に記載された技術では、撮影カバーエリアは拡大されるものの、撮影機の他に、中継機を要する。しかも、飛行体において、空中線の指向性を制御するための構成も必要になるだけでなく、撮影機と中継機の間で、高い捕捉精度を制御処理の前提としている。しかし、実際の運用において常に高い捕捉精度が達成されているとは限らずないため、運用できる環境に制限がある。

【0012】

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、飛翔体からの信号を地上局で追尾しながら受信する構成において、飛翔体側および地上局側の装備を軽量化・簡略化することが可能な追尾アンテナシステム、飛翔体および追尾アンテナ装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

好ましくは、各前記地上局は、前記飛翔体からの信号の受信信号強度を計測し、前記制御局に送信するための受信信号強度計測手段を備え、前記制御局は、さらに、前記受信信号強度と前記計測情報の前記飛翔体の位置の情報とに基づき、前記追尾アンテナと前記飛翔体との間の自由空間伝搬損失を用いて、所望の周波数帯域幅が確保できなくなる可能性を常時計算し、確保不可能となる前に、各前記地上局にそれぞれ配備される複数の前記追尾アンテナのうちから、必要な周波数帯域幅を確保可能な追尾アンテナに切り換えるハンドオーバー処理を制御するための追尾アンテナ制御手段を含む。
好ましくは、各前記飛翔体は、前記地上局からの信号の受信信号強度を計測し、前記地上局に送信するための受信信号強度計測手段を備え、前記制御局は、さらに、前記地上局から送信される前記受信信号強度と前記計測情報の前記飛翔体の位置の情報とに基づき、前記追尾アンテナと前記飛翔体との間の自由空間伝搬損失を用いて、所望の周波数帯域幅が確保できなくなる可能性を常時計算し、確保不可能となる前に、各前記地上局にそれぞれ配備される複数の前記追尾アンテナのうちから、必要な周波数帯域幅を確保可能な追尾アンテナに切り換えるハンドオーバー処理を制御するための追尾アンテナ制御手段を含む。

【0014】

好ましくは、制御局は、地上局から伝送される計測情報に応じて、現在、通信中の機体アンテナの利得が所定レベル以下となった場合に、現在の機体アンテナよりも利得が高い機体アンテナが存在するときは、当該機体アンテナを選択する。

【0015】

好ましくは、各地上局は、飛翔体からの信号の受信信号強度を計測し、制御局に送信するための受信信号強度計測手段を備え、制御局は、さらに、受信信号強度と計測情報の飛翔体の位置の情報とに基づき、追尾アンテナと飛翔体との間の自遊空間伝搬損失を用いて、所望の周波数帯域幅が確保できなくなる可能性を常時計算し、確保不可能となる前に、各地上局にそれぞれ配備される複数の追尾アンテナのうちから、必要な周波数帯域幅を確保可能な追尾アンテナに切り換えるハンドオーバー処理を制御するための追尾アンテナ制御手段を含む。
好ましくは、各飛翔体は、地上局からの信号の受信信号強度を計測し、地上局に送信するための受信信号強度計測手段を備え、制御局は、さらに、地上局から送信される受信信号強度と計測情報の飛翔体の位置の情報とに基づき、追尾アンテナと飛翔体との間の自遊空間伝搬損失を用いて、所望の周波数帯域幅が確保できなくなる可能性を常時計算し、確保不可能となる前に、各地上局にそれぞれ配備される複数の追尾アンテナのうちから、必要な周波数帯域幅を確保可能な追尾アンテナに切り換えるハンドオーバー処理を制御するための追尾アンテナ制御手段を含む。

【0016】

好ましくは、複数の機体アンテナは、複数の所定の領域にそれぞれ設けられる複数のスロットアンテナである。

【0017】

好ましくは、複数の機体アンテナとして、飛翔体の外殻の第１の周に直交する第２の周のまわりの複数の所定の領域にそれぞれ設けられた複数のスロットアンテナをさらに有する。

【発明の効果】

【0021】

この発明の追尾アンテナシステム、飛翔体および追尾アンテナ装置によれば、飛翔体側および地上局側の装備を軽量化・簡略化することが可能である。

【0022】

また、飛翔体の姿勢や位置に応じて、安定した無線通信リンクを維持することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本実施の形態の追尾アンテナ装置を含む無線通信システムの構成を示す概念図である。

【図2】本実施の形態の無人航空機１００の構成を説明するための図である。

【図3】システムサーバ３００の構成を説明するための機能ブロック図である。

【図4】システムサーバ３００により、無人航空機１００．１を追尾する際の地上局２００およびシステムサーバ３００の処理の概念を説明するための図である。

【図5】無線航空機１００、地上局２００およびシステムサーバ３００の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態の追尾アンテナ装置を含む無線通信システムについて、図に従って説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。

【0025】

なお、以下では、特に限定されないが、たとえば、飛翔体である移動局は無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned Air Vehicle）であるものとして説明する。ただし、たとえば、無人ヘリコプター、ドローンなどでもよい。

【0026】

以下に説明するように、本実施の形態の無線通信システムは、ある空域を飛行する複数の無人航空機と地上の追尾アンテナによって構成される無線通信システムであって、地上から無人航空機を追尾する複数の追尾アンテナを備えている。無人航空機は、切替型の複数の高利得アンテナおよびハイブリッド慣性航法装置を搭載する。そして、無人飛行機は、計測した当該航空機の位置、速度、姿勢情報を地上に伝送し、この情報を用いて、地上局側の制御システム（システムサーバ）は、使用する地上追尾アンテナ及び当該航空機のアンテナを所定の伝送速度が維持可能となるように使用する地上追尾アンテナおよび航空機側での切替型アンテナを選定する。
[実施の形態]
図１は、本実施の形態の追尾アンテナ装置を含む無線通信システムの構成を示す概念図である。

【0027】

空中や海上など、地上局から見通しの良い領域で無線通信を行う場合、高利得の指向性アンテナで移動局を追尾する方法により到達距離を長くできる。

【0028】

大規模な災害・事故発生時には当該エリアの情報を可能な限り同時に広く、リアルタイムで撮影、入手する必要がある。この場合、複数の無人航空機１００．１〜１００．２（以下、総称する場合は「無人航空機１００」と呼ぶ）での撮影した画像を地上で受信する必要があり、このため１つの無人航空機に対して１つの追尾アンテナを用いて高速伝送に必要な周波数帯域幅を確保可能な無線通信リンクを確保することになる。

【0029】

なお、以下では、説明の簡単のために、無人航空機は、２機であるものとして説明するが、その数は、より多くてもよい。

【0030】

図１においては、地上局２００．１〜２００．Ｍ（以下、総称する場合は「地上局２００」と呼ぶ。）は、追尾アンテナ装置を有し、無人航空機１００．１〜１００．２の方向にアンテナを指向させることが可能である。地上局２００．１〜２００．Ｍは、それぞれ、対応する指向性アンテナ１０．１〜１０．Ｍ（Ｍ：自然数。以下、総称する場合は「指向性アンテナ１０」と呼ぶ）により、移動局と無線通信をするものとする。指向性アンテナ１０．１〜１０．Ｍの指向性の範囲を、図１では、ビーム方向ＢＭ．１〜ＢＭ．Ｍとして示す。また、無人航空機１００．１〜１００．２は、後に詳しく説明するように、高利得アンテナ１２０を備える。

【0031】

システムサーバ３００は、無人航空機１００．１〜１００．２から地上局２００．１〜２００．Ｍ経由で伝送される無人航空機１００．１〜１００．２の位置・姿勢情報と、地上局２００．１〜２００．Ｍで受信する無人航空機１００．１〜１００．２の信号強度の情報に基づいて、目的とする通信に必要な周波数帯域幅確保が可能な無線通信リンクを監視し、後に説明するように、無人航空機１００．１〜１００．２と無線通信を接続し追尾する地上局を、地上局２００．１〜２００．Ｍのうちから、随時、選択し、選択した地上局、たとえば、地上局２００．１および２００．Ｍの追尾方向の制御を行う。

【0032】

地上局２００．１および２００．Ｍでは、それぞれ、システムサーバ３００からの追尾方向の制御信号に応じて、追尾アンテナ制御部２０．１および２０．Ｍが、駆動部３０．１および３０．Ｍをそれぞれ制御し駆動して、指向性アンテナ１０．１および１０．Ｍの方向を制御する。指向性の駆動方法としては、たとえば、２軸以上の軸数を有するジンバル機構により駆動される構成としてもよいし、あるいは、アレーアンテナとして電子的に指向性を制御してもよい。
（無人航空機１００の構成）
前述したように、従来、無人航空機には、ホイップアンテナを代表とする全方位の低利得アンテナが使用されることが多い。これにより、無人航空機に搭載したＧＰＳ受信機より計測した情報を地上追尾アンテナ側に送信することにより、当該地上追尾アンテナの位置関係から対象無人航空機の相対、方位角を計算し、対象無人航空機を追尾可能とする構成をとる場合があった。

【0033】

図２は、本実施の形態の無人航空機１００の構成を説明するための図である。

【0034】

図２を参照して、図２（ａ）に示すように、無人航空機１００の円筒形状の胴体１１０のまわりに、ホイップアンテナより高利得なアンテナ、たとえば、スロットアンテナ１２０．１〜１２０．３（以下、総称する場合は「アンテナ１２０」と呼ぶ）が、３個設けられている。スロットアンテナ１２０．１〜１２０．３は、胴体形状に適合したアンテナ形状をもつ。なお、スロットアンテナの個数は、３個よりも多くてもよい。

【0035】

ここで、「スロットアンテナ」とは、長手方向に約１／２波長、幅３／４波長の大きさの金属板（または金属箔、網）の中央に、幅１／２波長、高さ約０．０１波長程度のスロットを設けたものである。スロットの長辺の中央の２点、あるいは中央から少しずらした位置に給電する。多数のループアンテナをスタックにしたものと同じ形になり、利得が高い。特に、図２（ａ）に示した形状のものは、金属板を円筒形に丸めたシリンドリカル・スロットアンテナと呼ばれる。

【0036】

図２（ａ）では、無人航空機１００の胴体の一部が、円筒形状であることから、このようなシリンドリカル・スロットアンテナを、円筒形状の中心軸Ｃ−Ｃ´のまわりに複数配置した構成となっている。したがって、無人航空機１００の胴体全周を覆う形で、複数のスロットアンテナを取り付け、機体軸まわりに、ホイップアンテナよりも数ｄＢ以上の高利得化を図ることができる。

【0037】

ただし、飛翔体がより一般的な形状であれば、このように、円筒形状の軸の周りに配置する構成に必ずしも限定されない。すなわち、飛翔体の外形形状に合わせて、航空力学的に許容できる範囲で、極力、多くの方向、望ましくは全方向からの電波を受信し、あるいは、逆に電波を送信できるように、スロットアンテナを配置した構成とすることができる。たとえば、外殻が球形形状のドローンであれば、外殻の第１の周（たとえば、定常状態で水平な周）のまわりの所定の複数領域に、複数のスロットアンテナを設け、この第１の周に直交する第２の周のまわりの所定の複数領域に、複数のスロットアンテナを設ける構成とすることも可能である。

【0038】

飛行にあたって、空気抵抗が大きく影響するような無人航空機では、スロットアンテナのような板状アンテナを上述のように、機体の胴体を覆うように設けることが望ましい。ただし、ドローンのように、機体の空気抵抗の影響が比較的低い場合は、モノポールあるいはダイポールアンテナのような線状アンテナを、機体から突き出るように設けて、複数のアンテナを組み合わせて、機体から見てあらゆる方向に所定以上の利得が確保できるように構成することも可能である。

【0039】

図２（ｂ）は、無人航空機１００の機能ブロック図である。

【0040】

無人航空機１００は、図２（ａ）に示したような構成を有するアンテナ１２０と、アンテナ１２０のアンテナのうち、無線リンクに使用するアンテナを選択するための高周波スイッチ１２４と、選択されたアンテナにより通信を行うための無線部１２２と、無人航空機１００の飛行の制御や通信の制御を行うための搭載コンピュータ１２８と、無人航空機１００の位置や姿勢を計測するためのＧＰＳおよびジャイロを含むハイブリッド航法装置１２６と、上空からの画像（静止画、動画）を撮影するための撮像装置１３０とを含む。

【0041】

高周波スイッチ１２４については、切替えによる損失を発生させないために、例えば高周波用のリレーや半導体スイッチを用い，搭載コンピュータ１２８の指示によりアンテナを切り替える。

【0042】

ハイブリッド航法装置１２６により計測された無人航空機１００の位置、速度、姿勢角（ヨー角、ロール角、ピッチ角）、姿勢角速度の情報は、計測情報として、選択されたアンテナから地上局に対して、たとえば、一定時間間隔で送信される。また、地上局からの指示に従って、撮像装置１３０で撮影された画像データも、同様にして、選択されたアンテナから地上局に対して送信される。

【0043】

なお、選択されたアンテナ１２０からの受信電波強度の情報を、無線部１２２が計測し、搭載コンピュータ１２８の制御にしたがって、選択されたアンテナから地上局２００に対して送信し、さらに、受信電波強度の情報を地上局２００からシステムサーバ３００に伝送する構成としてもよい。あるいは、無人航空機１００からの信号の受信電波強度については、地上局２００で計測して、受信電波強度の情報を地上局２００からシステムサーバ３００に伝送する構成としてもよい。以下では、地上局２００側で、受信電波強度を測定するものとして説明する。

【0044】

高周波スイッチ１２４により、アンテナ１２０のうちの特定のアンテナを選択する方法としては、たとえば、以下のような方法のいずれかを用いて、あるいは、必要に応じて、制御モードを切り替えて行うことができる。

【0045】

１）地上局２００からの制御により、複数のアンテナ１２０．１〜１２０．Ｌ（Ｌ：自然数）のうちから、地上局２００との間の無線リンクとして、最も利得が高くなるアンテナを随時選択する。なお、この制御は、無人航空機１００側が地上局の位置の情報を予め記憶するなどすることで、地上局からの制御ではなく、搭載コンピュータ１２８により、無人航空機側で自律的に行ってもよい。

【0046】

２）地上局からの制御により、複数のアンテナ１２０．１〜１２０．Ｌ（Ｌ：自然数）のうちから、地上局との間の無線リンクとして、現在、通信中のアンテナの利得が所定レベル以下となった場合に、現在のアンテナよりも利得が高いアンテナが存在するときは、そのアンテナを選択する。なお、この制御も、地上局からの制御ではなく、搭載コンピュータ１２８により、無人航空機側で自律的に行ってもよい。

【0047】

なお、以下では、地上局からの制御により、最も利得が高くなるアンテナが随時選択されるものとして説明する。

【0048】

したがって、高利得アンテナの選択は、地上からのコマンドにより実行され、特に限定されないが、複数の高利得アンテナのうち、最も利得が高くなるアンテナとして選択された１つのみが使用されるものとする。ここで、「最も利得が高くなるアンテナ」とは、たとえば、地上の追尾アンテナからみて、無人飛行機１００の位置・姿勢・速度から推定される見込み角から、最も高利得となるアンテナが選択されるものとすることができる。

【0049】

図３は、システムサーバ３００の構成を説明するための機能ブロック図である。システムサーバ３００は、周知のコンピュータシステムと同様に構成され、記憶装置に格納されたプログラムに基づいて、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置が、演算処理を行うことで、図３に示すような各機能を実行するものとする。

【0050】

システムサーバ３００は、地上局２００（図３では、例示的に地上局２００．ｍ−１および２００．ｍを示す）との間で通信するための通信インタフェース（以下、通信Ｉ／Ｆ）３０２と、無人航空機１００から送信され地上局２００で受信されて伝送されてきた無人航空機１００の位置、速度、姿勢角、姿勢角速度の情報を取得する位置・姿勢情報取得部３０４と、位置・姿勢情報取得部３０４からの情報により、地上局２００の各々が、無人航空機１００を追尾する方向を制御するための追尾方向制御信号を生成する追尾方向制御部３０６とを備える。追尾方向制御部３０６は、無人航空機１００において高利得となるアンテナ１２０を選択するために、無人航空機１００側から送信されてくる無人航空機１００の位置、速度、姿勢角及び姿勢角速度等の情報を用いて、追尾を担当している地上追尾アンテナ１０との相対姿勢角より、最大利得となるアンテナを選択する指示を、追尾方向制御信号として併せて生成する。追尾方向制御信号は、それぞれ、対応する地上局２００に伝送される。

【0051】

システムサーバ３００は、さらに、地上局２００と無人航空機１００との間の通信の受信信号強度に関する情報を地上局２００から取得する信号強度情報取得部３０４と、信号強度情報取得部３０４からの情報により、無人航空機１００の追尾を担当する追尾アンテナを備えた地上局の選択を制御するための追尾アンテナ変更指示信号を生成する追尾アンテナ制御部３１２とを備える。追尾アンテナ変更指示信号は、それぞれ、対応する地上局２００に伝送される。

【0052】

追尾アンテナ制御部３１２は、無人航空機１００から送信され、地上追尾アンテナ１０で受信される電波の強度およびＧＰＳ位置情報等により算出可能な自由空間伝搬損失の値を用いて、所望の周波数帯域幅が確保できなくなる可能性を常時計算し、確保不可能となる前に、地上局２００に配備している複数の追尾アンテナ１０のうち、必要な周波数帯域幅を確保可能な追尾アンテナに切り換えるための処理を実行する。

【0053】

システムサーバ３００は、さらに、無人航空機１００からの撮像情報を地上局２００経由で受信する撮像データ取得部３２０と、取得した撮像データを格納するための記憶装置３２２とを備える。

【0054】

なお、システムサーバ３００は、複数の無人航空機１００および複数の追尾アンテナ１０の組合せを集中管理するために１つのサーバーとして設置されてもよいし、あるいは分散配置された複数のサーバーによって構成されてもよい。

【0055】

図４は、システムサーバ３００により、無人航空機１００．１を追尾する際の地上局２００およびシステムサーバ３００の処理の概念を説明するための図である。

【0056】

また、図５は、図４に示した概念を実行するための無線航空機１００、地上局２００およびシステムサーバ３００の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

【0057】

なお、図４においては、時刻ｔ＝ｔ１において追尾アンテナ１０．ｍにより、無人航空機１００．１を追尾していた状態から、時刻ｔ＝ｔ１＋Δにおいて、無人航空機１００．１が移動したことで、追尾アンテナ１０．ｍ−１により、無人航空機１００．１を追尾する状態に移行する際の概念を示している。

【0058】

図４および図５を参照して、まず、システムサーバ３００において、それまでに無人航空機１００から受信している計測情報に基づいて、追尾方向制御部３０６が追尾方向制御信号を生成して、地上局２００に対して送信し（Ｓ１００）、追尾アンテナ制御部３１２が追尾を担当する追尾アンテナの変更が必要であるかを算出して（Ｓ１０２でＹ）であれば、追尾アンテナ変更指示として、地上局２００へ送信する（Ｓ１０４）。

【0059】

なお、初期設定としては、たとえば、全ての地上局２００からの情報に基づいて、システムサーバ３００が、追尾方向制御信号および追尾アンテナ変更指示信号を算出するものとすることができる。

【0060】

地上局２００は、システムサーバ３００からの追尾方向制御信号や追尾アンテナ変更指示信号の制御信号を受信し（Ｓ２００）、追尾アンテナ変更指示がされている場合（Ｓ２０２）は、追尾アンテナを切り替えるためのハンドオーバー処理を実行し（Ｓ２０４）、追尾方向制御信号に応じて、追尾アンテナの指向方向の制御を実行する（Ｓ２０６）。

【0061】

地上局２００は、さらに、無人航空機１００に対して、アンテナ１２０のうちから利得が所定の条件を満たすアンテナを選択する指示や、撮像情報の送信を指示する制御信号を、送信する（Ｓ２０８）。

【0062】

無人航空機１００では、搭載コンピュータ１２８が、ハイブリッド完成航法装置から位置や姿勢等の情報を取得し（Ｓ３００）、Ｓ２０８で地上局２００から送信された制御信号を受信する（Ｓ３０２）。

【0063】

無人航空機１００では、さらに、地上局２００からの指示に基づく搭載コンピュータ１２８の制御により、高周波スイッチ１２４によりアンテナ１２０のうちの１つのアンテナの選択を行う（Ｓ３０４）。

【0064】

続いて、無人航空機１００では、自身の位置や姿勢等に関する情報を地上局２００に対して送信し（Ｓ３０６）、地上局２００からの指示に応じて、撮像情報を地上局２００に対して送信する（Ｓ３０８）。

【0065】

一方、地上局２００では、無人航空機１００からの位置や姿勢等に関する情報を受信し（Ｓ２１０）、併せて、無人航空機１００からの信号の地上局２００での受信強度に関する情報を取得し（Ｓ２１２）、無人航空機１００からの撮像情報を受信して（Ｓ２１４）、無人航空機１００から受信した情報をシステムサーバ３００に伝送する（Ｓ２１６）。

【0066】

システムサーバ３００では、地上局２００からステップＳ２１６で送信された信号を受信して（Ｓ１０６）、地上局２００に対する追尾方向制御信号および追尾アンテナ変更指示信号を算出する（Ｓ１０８）。

【0067】

以上のように、本実施の形態の追尾アンテナシステム、飛翔体および追尾アンテナ装置によれば、災害・事故発生等によるある空域を飛行する無人航空機と地上追尾アンテナによる無線通信において、無人航空機側においてはその姿勢に依存することなく、地上の追尾アンテナとのリンクを確保するのに最適な利得のアンテナを選択することができる。

【0068】

また、地上側でも無人航空機を小規模な追尾アンテナにより確実な追尾を実現し、高速伝送可能な無線通信リンクを維持することが可能である。

【0069】

今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0070】

１０．１〜１０．Ｍ 指向性アンテナ、３０．１〜３０．Ｍ 駆動部、１００．１，１００．２ 無人航空機、１２０ アンテナ、２００．１〜２００．Ｍ 地上局、１２２ 無線部、１２４ 高周波スイッチ、１２６ ハイブリッド慣性航法装置、１２８ 搭載コンピュータ、１３０ 撮像装置、３００ システムサーバ、３０２ 通信Ｉ／Ｆ、３０４ 位置・姿勢情報取得部、３０６ 追尾方向制御部、３１０ 信号強度情報取得部、３１２ 追尾アンテナ制御部、３２０ 撮像データ取得部、３２２ 記憶装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】