特開 2024-168389 飛行領域設定装置、飛行体、運航管理システム、飛行領域設定方法およびプログラム

(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】P2024168389

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】飛行領域設定装置、飛行体、運航管理システム、飛行領域設定方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B64U 20/80 20230101AFI20241128BHJP

   G01S 5/14 20060101ALI20241128BHJP

   B64U 80/30 20230101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

B64U20/80

G01S5/14

B64U80/30

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085003

(22)【出願日】2023-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】595095353

【氏名又は名称】株式会社三技協

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】松井 隆

(72)【発明者】

【氏名】日隈 功

(72)【発明者】

【氏名】林田 章吾

【テーマコード（参考）】

5J062

【Ｆターム（参考）】

5J062AA04

5J062BB03

5J062CC18

5J062HH03

5J062HH05

(57)【要約】

【課題】基地局等との通信可能な飛行領域を好適に設定可能な飛行領域設定装置等を提供する。
【解決手段】飛行領域設定装置１００は、測定平面設定部１０１と、測定データ取得部１０２と、領域設定部１０３と、を有する。測定平面設定部１０１は、予め設定された高度において互いに離間した複数の測定点を含む測定平面を設定する。測定データ取得部１０２は、複数の前記測定点においてそれぞれ受信した基地局アンテナから到来する電波の信号強度を測定した測定データを取得する。領域設定部１０３は、複数の測定点における信号強度に基づいて飛行体の飛行領域を設定する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

予め設定された高度において互いに離間した複数の測定点を含む測定平面を設定する測定平面設定部と、
複数の前記測定点においてそれぞれ受信した基地局アンテナから到来する電波の信号強度を測定した測定データを取得する測定データ取得部と、
複数の前記測定点における前記信号強度に基づいて飛行体の飛行領域を設定する領域設定部と、を備える
飛行領域設定装置。

【請求項2】

前記測定平面設定部は、水平面に平行な前記測定平面を設定する
請求項１に記載の飛行領域設定装置。

【請求項3】

前記領域設定部は、複数の前記測定点における前記信号強度に基づいて少なくとも一の前記測定点と前記基地局アンテナとの距離および方向を推定することにより前記飛行領域を設定する、
請求項１に記載の飛行領域設定装置。

【請求項4】

前記領域設定部は、
複数の前記測定点の内から定めた一の基準点における前記信号強度と、他の複数の前記測定点における前記信号強度との差分に基づいて、他の複数の前記測定点から前記基地局アンテナまでのそれぞれの距離を示す距離データ群を算出し、
前記距離データ群に基づいて、前記基準点と前記基地局アンテナとの距離および方向を推定することにより前記飛行領域を設定する、
請求項３に記載の飛行領域設定装置。

【請求項5】

前記領域設定部は、前記距離データ群から自由空間損失に一致する方向を前記基地局アンテナの方向と推定する、
請求項４に記載の飛行領域設定装置。

【請求項6】

前記領域設定部は、推定した前記基地局アンテナとの距離および方向から前記基地局アンテナが発信する電波の放射パタンをさらに推定し、
前記放射パタンに基づいて前記飛行領域を設定する、
請求項１～５のいずれか一項に記載の飛行領域設定装置。

【請求項7】

測位衛星からの位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報に基づいて移動可能に構成された駆動装置と、
請求項６に記載の飛行領域設定装置が設定した前記飛行領域を移動するよう制御する移動制御部と、を備える
飛行体。

【請求項8】

前記領域設定部は、前記飛行領域内の所定位置における前記信号強度を推定した推定値を生成し、
前記移動制御部は、前記所定位置において測定した前記信号強度と、前記推定値との差が所定の閾値以上の場合に、前記飛行領域設定装置に前記飛行領域を再設定させるための指示をする、
請求項７に記載の飛行体。

【請求項9】

測位衛星からの位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報に基づいて移動可能に構成された駆動装置と、を有する飛行体の運航を管理する運航管理システムであって、
請求項６に記載の飛行領域設定装置と、
前記飛行領域設定装置が設定した前記飛行領域に基づいて前記飛行体の運航を制御する運航制御装置と、を備える
運航管理システム。

【請求項10】

前記領域設定部は、前記飛行領域内の所定位置における前記信号強度を推定した推定値を生成し、
前記運航制御装置は、前記所定位置において前記飛行体が測定した前記信号強度と、前記推定値との差が所定の閾値以上の場合に、前記飛行領域設定装置に前記飛行領域を再設定させるための指示をする、
請求項９に記載の運航管理システム。

【請求項11】

予め設定された高度において互いに離間した複数の測定点を含む測定平面を設定し、
複数の前記測定点においてそれぞれ受信した基地局アンテナから到来する電波の信号強度を測定した測定データを取得し、
複数の前記測定点における前記信号強度に基づいて飛行体の飛行領域を設定する、
飛行領域設定方法。

【請求項12】

予め設定された高度において互いに離間した複数の測定点を含む測定平面を設定し、
複数の前記測定点においてそれぞれ受信した基地局アンテナから到来する電波の信号強度を測定した測定データを取得し、
複数の前記測定点における前記信号強度に基づいて飛行体の飛行領域を設定する、
飛行領域設定方法を、コンピュータに実行させる
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は飛行領域設定装置、飛行体、運航管理システム、飛行領域設定方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

ドローン、無人航空機またはＵＡＳ（Unmanned Aircraft Systems）と呼ばれる飛行体が普及している。飛行体は、無線通信により遠隔制御される。このような飛行体の遠隔制御において、飛行体を制御する操作端末や基地局と飛行体との通信状態を維持する際に利用され得る種々の技術が存在する。

【0003】

特許文献１は、任意の起点から電界強度の閾値Ｋまで飛行し、一定角度間隔で回転し、最小電界強度位置を求め、２つの起点と最小位置を結ぶ直線の交点で送信アンテナ位置を推定するドローンについて開示している。

【0004】

特許文献２は、複数のアンテナが無線信号を受信し、複数の位置情報、準理論値、合成信号の信号強度に基づいて所定領域内の発信機の位置を推定するシステムについて開示している。

【0005】

特許文献３は、第１の複数ロケーションでのスキャンで信号源位置情報を生成し、第２の複数ロケーションでのスキャンで推定誤差を修正する電磁信号源の位置推定方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２２－０６０６２９号公報

【特許文献2】国際公開第２０２２／１３７７８４号

【特許文献3】特表２０１３－５１５９５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

飛行体が飛行する状況において、例えば基地局等の位置が推定できない場合には、移動した位置において良好な通信が維持できない可能性がある。

【0008】

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、基地局等との通信可能な飛行領域を好適に設定可能な技術を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示にかかる飛行領域設定装置は、測定平面設定部と、測定データ取得部と、領域設定部と、を有する。測定平面設定部は、予め設定された高度において互いに離間した複数の測定点を含む測定平面を設定する。測定データ取得部は、複数の前記測定点においてそれぞれ受信した基地局アンテナから到来する電波の信号強度を測定した測定データを取得する。領域設定部は、複数の測定点における信号強度に基づいて飛行体の飛行領域を設定する。

【0010】

本開示にかかる飛行体は、位置情報取得部と、駆動装置と、移動制御部と、を有する。位置情報取得部は、測位衛星からの位置情報を取得する。位置情報に基づいて移動可能に構成された駆動装置と、移動制御部は、上記の飛行領域設定装置が設定した飛行領域を移動するよう制御する。

【0011】

本開示にかかる運航管理システムは、測位衛星からの位置情報を取得する位置情報取得部と、位置情報に基づいて移動可能に構成された駆動装置と、を有する飛行体の運航を管理する運航管理システムである。運航管理システムは、上記の飛行領域設定装置と、飛行領域設定装置が設定した飛行領域に基づいて飛行体の運航を制御する運航制御装置と、を有する。

【0012】

本開示にかかる飛行領域設定方法は、コンピュータが以下の処理を実行する。コンピュータは、予め設定された高度において互いに離間した複数の測定点を含む測定平面を設定する。コンピュータは、複数の前記測定点においてそれぞれ受信した基地局アンテナから到来する電波の信号強度を測定した測定データを取得する。コンピュータは、複数の測定点における信号強度に基づいて飛行体の飛行領域を設定する。

【0013】

本開示にかかるプログラムは、コンピュータに以下の飛行領域設定方法を実行させる。コンピュータは、予め設定された高度において互いに離間した複数の測定点を含む測定平面を設定する。コンピュータは、複数の前記測定点においてそれぞれ受信した基地局アンテナから到来する電波の信号強度を測定した測定データを取得する。コンピュータは、複数の測定点における信号強度に基づいて飛行体の飛行領域を設定する。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、基地局等との通信可能な飛行領域を好適に設定可能な飛行領域設定装置等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施の形態１にかかる飛行体の運航状態を示す図である。

【図2】実施の形態１にかかる飛行体の構成を示す図である。

【図3】実施の形態１にかかる制御ブロックの機能構成図である。

【図4】実施の形態１にかかる飛行領域設定方法のフローチャートである。

【図5】飛行領域設定装置が設定する測定平面の図である。

【図6】測定平面で測定された信号強度の図である。

【図7】基準点とその他の測定点との信号強度の差分を示す図である。

【図8】基地局アンテナと各測定点との距離の推定値を示す図である。

【図9】基地局アンテナの推定方向と信号強度との関係を示す図である。

【図10】基地局のアンテナパタンを示す図である。

【図11】測定平面と基地局との位置関係を示す図である。

【図12】測定平面の第２の例を示す図である。

【図13】実施の形態２にかかる運航管理システムの使用状況を示す図である。

【図14】実施の形態２にかかる運航管理システムのハードウェア構成を示す図である。

【図15】運航管理システムの機能構成を示すブロック図である。

【図16】運航管理システムにおける飛行領域設定方法のフローチャートである。

【図17】飛行領域が重畳された地図を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

【0017】

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１にかかる飛行体１０の運航状態を示す図である。図１には、飛行体１０、基地局２０および操作者端末３０が示されている。飛行体１０は、ＵＡＳあるいはドローンと称される無人航空機である。飛行体１０は、基地局２０を介して操作者端末３０と無線通信可能に接続している。飛行体１０と基地局２０とは、例えば７００メガヘルツ～９００メガヘルツ帯、１．５ギガヘルツ～３．５ギガヘルツ帯、４．５ギガヘルツ帯または２８ギガヘルツ帯等の電波により無線通信を行う。

【0018】

飛行体１０は、飛行領域設定装置１００を含む。飛行領域設定装置１００は、基地局２０との無線通信が可能な領域を飛行体１０の飛行領域として設定する。なお、飛行体１０および飛行領域設定装置１００の詳細は後述する。

【0019】

基地局２０は、上述の電波による無線通信可能なアンテナや通信機等を含む。これにより基地局２０は、飛行体１０と無線通信可能に接続する。また基地局２０は、ネットワークＮ１に通信可能に接続し、ネットワークＮ１を介して操作者端末３０と通信可能に接続している。ネットワークＮ１は例えば携帯電話等の公衆通信回線である。ネットワークＮ１は、インターネット等のＷＡＮ（Wide Area Network）であってもよい。これにより、基地局２０は例えば、操作者端末３０が送信する制御信号を、飛行体１０に送信する。あるいは基地局２０は、飛行体１０が発信する信号を受信し、受信した信号を操作者端末３０に供給する。

【0020】

操作者端末３０は、ネットワークＮ１に通信可能に接続可能な端末である。操作者端末３０は例えば、飛行体１０を制御可能に設定された制御装置である。あるいは操作者端末３０は、飛行体１０を制御可能なアプリケーションプログラムがインストールされたスマートフォンやタブレット端末であってもよい。操作者は、操作者端末３０を操作することにより、飛行体１０を遠隔操作できる。

【0021】

次に、図２を参照して飛行体１０の構成の概要について説明する。図２は、実施の形態１にかかる飛行体１０の構成を示す図である。飛行体１０は主な構成として、制御ブロック１１、測位ブロック１２、ジャイロセンサ１３、通信ブロック１４、操作受付部１５、駆動装置１６、カメラ１７、バッテリ１８およびＬＥＤ部１９を有している。

【0022】

制御ブロック１１は、飛行体１０の各構成を制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）等を含む。また制御ブロック１１は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性メモリやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む。これにより、制御ブロック１１は、所定の通信バスを介して各構成から種々の信号を受け取り、受け取った信号を処理して、適宜、各構成に指示をする。

【0023】

制御ブロック１１は、飛行領域設定装置１００を含む。飛行領域設定装置１００は、ハードウェアにより構成されていてもよいし、ソフトウェアにより構成されていてもよい。また制御ブロック１１はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによりその機能が実現されるものであってもよい。飛行領域設定装置１００は例えば所定のプログラムが格納された記憶媒体であってもよい。この場合、飛行体１０がこのプログラムを実行することにより、飛行領域設定装置１００の機能を実現する。

【0024】

測位ブロック１２は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の信号を受信するアンテナを含む。測位ブロック１２は測位衛星から測位信号を受信し、受信した測位信号から位置情報を生成する。測位ブロック１２は生成した位置情報を制御ブロック１１に供給する。

【0025】

ジャイロセンサ１３は、飛行体１０の姿勢の変化および飛行体１０の動きを検出し、飛行体１０の移動方向や移動速度を測定する。ジャイロセンサ１３は、測定した姿勢変化や移動速度等に関するデータを制御ブロック１１に供給する。

【0026】

通信ブロック１４は、飛行体１０が基地局２０と無線通信をするためのアンテナ、および信号の送受信を行うための変調回路および復調回路を含む。通信ブロック１４は、基地局２０が発信した信号を受信し、制御ブロック１１に対して受信した信号を供給する。また通信ブロック１４は、飛行体１０から基地局２０に送信する所定の信号を制御ブロック１１から受け取り、受け取った信号を発信する。

【0027】

操作受付部１５は、スイッチやボタンを含み、飛行体１０を操作する操作者が行う起動操作等を受け付ける。操作受付部１５は、受け付けた操作に関する信号を、制御ブロック１１に供給する。

【0028】

駆動装置１６は、飛行体１０が移動するための手段である１つ以上のプロペラ、このプロペラを回転させるためのモータおよびモータを駆動するためのドライブ回路等を含む。駆動装置１６は、制御ブロック１１の指示に応じてプロペラを回転させる。駆動装置１６はプロペラの回転数に関するフィードバック信号を制御ブロック１１に供給し得る。

【0029】

カメラ１７は、レンズ、撮像素子および画像データを生成するための回路等を含む。カメラ１７は制御ブロック１１の指示に応じて撮影を行い、撮影した画像のデータである画像データを制御ブロック１１に供給する。カメラ１７は例えば１秒間に３０フレームの画像を撮影し、３０分の１秒毎に画像データを制御ブロック１１に供給する。

【0030】

バッテリ１８は、飛行体１０を動作させるための電源であり、飛行体１０が有する構成に適宜電力を供給する。またバッテリ１８は、電力の残量に関するデータを制御ブロック１１に供給する。ＬＥＤ部１９は飛行体１０の動作状態等を示すための１つ以上のパイロットランプである。ＬＥＤ部１９は制御ブロック１１の指示に応じて適宜点灯または点滅する。

【0031】

次に、図３を参照して制御ブロック１１についてさらに説明する。図３は、実施の形態１にかかる制御ブロック１１の機能構成図である。制御ブロック１１は主な構成として、飛行領域設定装置１００、位置情報取得部１１０、画像データ取得部１２０、移動制御部１３０および記憶部１４０を有している。

【0032】

飛行領域設定装置１００は、基地局２０から受信した電波を解析して、飛行領域を設定する。このとき飛行領域設定装置１００は、基地局２０の位置を推定し、推定した基地局２０の位置に応じて飛行領域を設定する。飛行領域設定装置１００は、測定平面設定部１０１、測定データ取得部１０２および領域設定部１０３を有している。

【0033】

測定平面設定部１０１は、測定平面を設定する。測定平面は、飛行体１０が受信する電波を測定する位置（測定位置）を含む仮想的な平面である。測定平面は、予め設定された高度に設定される。予め設定された高度は、飛行体１０が航行する空間の高度であって、例えば５０メートル、８０メートル、１２０メートル等である。測定平面として設定される高度は、周囲に無線通信の障害となりうる人工物等が存在しない高さであることが好ましい。測定平面は、互いに離間した複数の測定点を含む。測定点は、飛行体１０が解析する電波を受信する位置である。測定平面に含まれる測定点の数は、基地局２０の方向および飛行体１０から基地局２０までの距離が推定できる程度に設定されていることが好ましい。

【0034】

測定データ取得部１０２は、複数の測定点においてそれぞれ受信した電波の信号強度を測定した測定データを取得する。測定データは、それぞれの測定点に関する位置情報と、それぞれの測定点で測定された信号強度とが紐づけられているデータである。複数の測定点において飛行体１０が受信した電波は、基地局アンテナから到来する信号を含む。

【0035】

測定データ取得部１０２は、飛行体１０の通信ブロック１４から受信信号を受け取り、受け取った受信信号から信号強度を算出することにより、測定データを取得してもよい。あるいは測定データ取得部１０２は、通信ブロック１４が信号強度を算出する場合には、それぞれの測定点における信号強度を通信ブロック１４から取得してもよい。

【0036】

領域設定部１０３は、複数の測定点における信号強度にから飛行体１０の飛行領域を設定する。より具体的には、領域設定部１０３は、複数の測定点における信号強度から少なくとも一の測定点と基地局アンテナとの距離および方向を推定する。すなわち領域設定部１０３は、取得した測定データから基地局のアンテナの位置を推定する。そして領域設定部１０３は推定したアンテナの位置に基づいて、飛行領域を設定する。

【0037】

上述の構成により、飛行領域設定装置１００は、基地局等との通信可能な飛行領域を好適に設定できる。

【0038】

位置情報取得部１１０は、測位ブロック１２から位置情報を取得し、取得した位置情報を飛行領域設定装置１００または移動制御部１３０に供給する。画像データ取得部１２０は、カメラ１７から画像データを取得し、取得した画像データを通信ブロック１４に供給する。

【0039】

移動制御部１３０は、飛行体１０の移動を司る。例えば移動制御部１３０は操作者端末３０からの指示に基づいて、駆動装置１６を制御する。また移動制御部１３０は例えば、測定平面設定部１０１が設定した測定点へ飛行体１０が移動する場合に、駆動装置１６に対して、設定された測定点のそれぞれに移動するための制御を行う。記憶部１４０は、飛行体１０が本開示の機能を実現するためのプログラムおよび固有識別子等の認証データを記憶している。

【0040】

以上、制御ブロック１１が有する機能について説明した。制御ブロック１１は上述の機能に加えて、飛行体１０が自律飛行するための機能等を有している。上述の例は制御ブロック１１が飛行領域設定装置１００を含むが、飛行体１０において飛行領域設定装置１００と制御ブロック１１とは別個の構成であってもよい。その場合、飛行領域設定装置１００は、制御ブロック１１と連携して飛行領域を設定する。

【0041】

上述の構成により、飛行体１０の位置情報取得部１１０は、測位衛星からの位置情報を取得する。駆動装置１６は、位置情報に基づいて移動可能に構成されている。移動制御部１３０は、飛行領域設定装置１００が設定した飛行領域を移動するよう駆動装置１６を制御する。

【0042】

次に、図４を参照して、飛行領域設定装置１００が実行する処理について説明する。図４は、実施の形態１にかかる飛行領域設定方法のフローチャートである。飛行領域設定装置１００は例えば、操作者端末３０から飛行領域の設定をする指示を受け取った場合に、以下に示す処理を実行する。

【0043】

まず、測定平面設定部１０１は、予め設定された高度において互いに離間した複数の測定点を含む測定平面を設定する（ステップＳ１１）。このとき飛行体１０は、設定された複数の測定点に移動して、それぞれの測定点において基地局２０から発信された信号を受信する。また測定平面設定部１０１は、設定した測定平面に関する情報、すなわち測定点の位置情報を、測定データ取得部１０２に供給する。

【0044】

次に、測定データ取得部１０２は、複数の前記測定点においてそれぞれ受信した基地局アンテナから到来する電波の信号強度を測定した測定データを取得する（ステップＳ１２）。ここで測定データ取得部１０２は、それぞれの測定点に関する位置情報と、それぞれの測定点で測定された信号強度とが紐づけられている測定データを取得する。測定データ取得部１０２は取得した測定データを領域設定部１０３に供給する。

【0045】

次に、領域設定部１０３は、複数の測定点における信号強度に基づいて飛行体１０の飛行領域を設定する（ステップＳ１３）。ここで領域設定部１０３は、測定データを利用して、基地局２０の位置を推定し、推定した基地局２０の位置を利用して飛行領域を設定する。領域設定部１０３が飛行領域を設定すると、飛行領域設定装置１００は一連の処理を終了する。

【0046】

以上、飛行領域設定装置１００が実行する処理について説明した。飛行領域設定装置１００が上述の処理を行うことにより、飛行体１０は飛行領域を飛行する。これにより飛行体１０は、基地局２０との通信状態の悪化を抑制できる。

【0047】

次に、飛行領域設定装置１００の処理についてさらに説明する。図５は、飛行領域設定装置が設定する測定平面の図である。図５は、測定平面Ａ１０を飛行する飛行体１０と、基地局２０と、を含む。

【0048】

なお、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものとして、図５は、右手系の直交座標系が付されている。また、以降の図において、直交座標系が付されている場合、図５のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向と、これらの直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向はそれぞれ一致している。図５において、地面と平行な水平面はＸＹ平面である。また図５において、地面に直交する方向である鉛直方向は、Ｚ軸と一致する。

【0049】

図に示す測定平面Ａ１０は、地面に平行に設定されている。すなわち測定平面設定部１０１は、水平面に平行な平面を測定平面Ａ１０として設定する。これにより、飛行領域を設定するための基地局アンテナの位置を好適に推定できる。このとき測定平面Ａ１０の高さは地面から高さＨ１０である。測定平面Ａ１０はＸ軸とＹ軸とのそれぞれに沿った矩形状である。測定平面Ａ１０に設定されている測定点は、Ｘ軸とＹ軸とに沿ったマトリクス状に配置されており、任意の測定点はＰ（x、y）と示される。本実施形態において示す測定点は、Ｘ軸方向に９か所、Ｙ軸方向に９か所の８１ポイントが設定されている。

【0050】

続いて、図６を参照して、測定点において測定した信号強度について説明する。図６は、測定平面で測定された信号強度の図である。なお、図６は横方向がＹ軸方向であり、右側がＹ軸プラス側となっている。また図６は縦方向がＸ軸方向であり、下側がＸ軸プラス側となっている。なお、以降の説明において信号強度は、受信信号強度またはＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）とも称され得る。

【0051】

左上に位置する測定点Ｐ（１、１）はＸ＝１、Ｙ＝１の測定点である。測定点Ｐ（１、１）の信号強度は、－３７．１ｄＢｍである。右上に位置する測定点Ｐ（１、９）は、Ｘ＝１、Ｙ＝９の測定点である。測定点Ｐ（１、９）の信号強度は、－３８．２ｄＢｍである。同様に、左下に位置する測定点Ｐ（９、１）はＸ＝９、Ｙ＝１の測定点である。測定点Ｐ（９、１）の信号強度は、－３７．４ｄＢｍである。右下に位置する測定点Ｐ（９、９）は、Ｘ＝９、Ｙ＝９の測定点である。測定点Ｐ（９、９）の信号強度は、－３８．４ｄＢｍである。その他の測定点においても、飛行体１０が受信した電波の信号強度が示されている。このように、飛行体１０は、設定されたそれぞれの測定点において基地局２０から到来する電波を受信するとともに、それぞれの位置に紐づいた電波の信号強度を測定する。

【0052】

次に、信号強度を用いた演算について説明する。図７は、基準点とその他の測定点との信号強度の差分を示す図である。飛行領域設定装置１００は、複数の測定点から１の基準点を設定する。本実施形態において、飛行領域設定装置１００は、基準点を測定点Ｐ（１、１）に設定している。図７に示す値は、図６において示した信号強度を用いて飛行領域設定装置１００が算出したものである。なお、以降の説明において、信号強度の差分はΔＲＳＳＩとも称される。

【0053】

任意の測定点におけるＲＳＳＩは以下の式（１）により算出される。

【数1】

ここで、Ｐｔｘは基地局の送信出力であり、Ｇｔｘは基地局アンテナの利得であり、Ｌｆｓは自由空間損失であり、Ｇｒｘは受信側である飛行体１０のアンテナの利得である。なお、自由空間損失は、自由空間伝搬損失とも称される。
自由空間損失Ｌｆｓは、以下の式（２）により定義される。

【数2】

式（２）において、ｄは基地局から飛行体１０までの距離であり、λは電波の波長である。
基準点とその他の測定点との距離をΔｄとすると、基地局２０からそれぞれの測定点Ｐ（ｘ、ｙ）までの距離は以下の式（３）により推定される。

【数3】

式（３）より、以下の式（４）が導かれる。

【数4】

ただし、Δｒは以下の式５の通りである。

【数5】

【0054】

図８は、基地局アンテナと各測定点との距離の推定値を示す図である。図８に示す値は、上述の式により各測定点における距離の推定値を算出した値を示している。また図８には、マトリクスの右下から、基準点である測定点Ｐ（１、１）に向かっている矢印Ｄ１０が重畳されている。この矢印Ｄ１０は、それぞれの測定点における距離の推定値の変化が、上述の式（２）に示した自由空間損失に対応する方向を示している。すなわち矢印Ｄ１０に沿った測定点は、基地局２０のアンテナパタンの角度による影響を受けず、自由空間損失と同様に減衰している。

【0055】

領域設定部１０３は、図８に示す距離の推定値から、基地局アンテナの方向である矢印Ｄ１０を判定する。また領域設定部１０３は、矢印Ｄ１０に対応する測定点における距離の推定値から、それぞれの測定点から基地局アンテナまでの距離を算出する。

【0056】

次に、図９を参照して、アンテナパタンの推定について説明する。図９は、基地局アンテナの推定方向と信号強度との関係を示す図である。図９は、飛行体１０が測定した信号強度と、図８において説明した矢印Ｄ１０とを重畳したものである。

【0057】

また図９は、矢印Ｄ１０に略直交する矢印Ｄ１１を示している。矢印Ｄ１１は、信号強度の分布から領域設定部１０３が推定するアンテナパタンの方向である。アンテナパタンの方向は、アンテナの利得が等しい点を結んだものである。領域設定部１０３は、信号強度の分布から、等しい信号強度の傾向を直線に近似してアンテナパタンの方向としている。

【0058】

以上のように、領域設定部１０３は、複数の測定点の内から定めた一の基準点における信号強度と、他の複数の測定点における信号強度との差分を算出する。そして領域設定部１０３は、この差分に基づいて、他の複数の測定点から基地局アンテナまでのそれぞれの距離を示す距離データ群を算出する。さらに領域設定部１０３は、距離データ群に基づいて、基準点と基地局アンテナとの距離および方向を推定する。また、領域設定部１０３は、距離データ群から自由空間損失に一致する方向を基地局アンテナの方向と推定する。これにより、領域設定部１０３は、飛行領域を設定する。

【0059】

次に図１０を参照してアンテナパタンの例について説明する。図１０は、基地局２０のアンテナパタンＣ２０を示す図である。一般にアンテナパタンまたはアンテナの放射パタンにおける利得の分布は、基地局アンテナから楕円ないし長円に近い形に分布している。またアンテナパタンＣ２０は、０°の方向で利得が最大となっている。なお、アンテナパタンは、ここで示す形状に限られない。例えばアンテナパタンＣ２０はサイドローブを有していても良い。

【0060】

上述のアンテナパタンにおいて、領域設定部１０３は、図９に示した矢印Ｄ１０と矢印Ｄ１１とが当てはまる位置を推定する。すなわち領域設定部１０３は、算出した基地局２０までの距離および方向から、基地局２０の相対的な位置を設定する。さらに領域設定部１０３は、測定した複数の測定点における電波強度の分布から、アンテナパタンにおける飛行体１０の位置を推定する。これにより、飛行領域設定装置１００は、飛行領域を設定する。

【0061】

図１１を参照して、領域設定部１０３が推定した基地局２０の相対的な位置についてさらに説明する。図１１は、測定平面Ａ１０と基地局との位置関係を示す図である。領域設定部１０３は、図９に示した矢印Ｄ１０、矢印Ｄ１１および信号強度を、図１０に示したアンテナパタンに当て嵌める処理を行う。

【0062】

上述の処理を試みた結果、測定平面Ａ１０は、アンテナパタンＣ２０の内側に配置されている。このとき、測定点Ｐ（１、１）の位置は、基地局２０から距離Ｌ２０であって、アンテナパタンの最大利得の方向０°から角度Ｒ２０の方向である。このように、飛行領域設定装置１００は、アンテナパタンにおけるどの領域に飛行体１０が位置しているかを推定できる。

【0063】

上述のとおり、領域設定部１０３は、推定した基地局アンテナとの距離および方向から基地局アンテナが発信する電波の放射パタンをさらに推定し、推定した放射パタンから飛行領域を設定する。放射パタンを推定することにより、飛行領域設定装置１００は、好適に飛行領域を設定できる。なお、飛行領域設定装置１００は、基地局２０のアンテナパタンの特性を予め記憶しておき、記憶しているアンテナパタンを用いて飛行領域を設定してもよい。

【0064】

図１２を参照して、測定平面のバリエーションについて説明する。図１２は、測定平面の第２の例を示す図である。図１２は、測定平面Ａ１１を示している。測定平面Ａ１１は、所定の中心点Ｐ０から放射状に複数の測定点Ｐｎが配置されている。飛行体１０は例えば、中心点Ｐ０から矢印の方向に向かって渦巻き状に拡がりながら複数の測定点Ｐｎを通過する。これにより、飛行体１０は測定平面Ａ１１に設定された測定点において基地局２０から到来する電波を受信する。

【0065】

なお、測定平面のパタンは上述のものに限られない。測定平面は、矩形や円形以外の多角形、楕円形、その他の異形パタンでもよい。

【0066】

以上、実施の形態１について説明したが、飛行体１０および飛行領域設定装置１００は上述の構成に限定されない。例えば測定平面設定部１０１は、飛行体１０が撮影した飛行体１０の周辺の画像から、障害物による影響を抑制可能な高度を設定してもよい。これにより飛行領域設定装置１００はより精度良く基地局２０の位置を推定し、飛行領域を好適に設定できる。

【0067】

飛行領域設定装置１００は、図４に示したフローチャートを実行した後に、算出した結果に応じて、測定平面Ａ１０の位置を変更して再度処理を繰り返しても良い。このような処理を行うことにより、飛行領域設定装置１００は基地局２０の位置の推定精度を向上させることができる。

【0068】

飛行体１０は例えば、予め設定された期間ごとに基地局２０から受信する電波の信号強度を測定し、信号強度が閾値を下回った場合に、飛行領域設定装置１００に図４の処理を実行させてもよい。このような処理を実行することにより、飛行体１０は飛行領域を好適に更新できる。

【0069】

飛行体１０は、飛行中に飛行領域の再設定をする機能を有していても良い。この場合、例えば、領域設定部１０３は、飛行領域内の所定位置における信号強度を推定した推定値を生成する。また移動制御部１３０は、所定位置において測定した信号強度と、推定値との差が所定の閾値以上の場合に、飛行領域設定装置１００に飛行領域を再設定させるための指示をする。これにより、飛行体１０は基地局２０との通信状態の悪化を抑制できる。

【0070】

本実施の形態にかかる飛行領域設定装置１００は、飛行体１０と着脱可能な態様により構成されていてもよい。また飛行領域設定装置１００は、飛行体１０の一部として不可分な態様により構成されていてもよい。すなわちこの場合、飛行領域設定装置１００は、飛行体１０が有する機能の一部であるということもできる。

【0071】

以上、本実施の形態は、基地局等との通信可能な飛行領域を好適に設定可能な飛行領域設定装置、飛行領域設定方法、飛行体等を提供できる。

【0072】

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２について説明する。図１３は、実施の形態２にかかる運航管理システムの使用状況を示す図である。本実施の形態は、飛行領域設定装置１００が運航管理システム４０に含まれる点が、実施の形態１と異なる。図１３は、飛行体５０、基地局２０および運航管理システム４０を含む。

【0073】

飛行体５０は、上述の飛行体１０と異なり、飛行領域設定装置１００を含まない。飛行体５０は、基地局２０と無線通信を行う。飛行体５０は、基地局２０を介して運航管理システム４０と種々のデータのやり取りを行う。例えば飛行体５０は、基地局２０から受信した電波の信号強度と飛行体５０の位置情報とを含む測定データを運航管理システム４０に供給する。

【0074】

運航管理システム４０は、飛行体５０の運航を管理する。運航管理システム４０は、ネットワークＮ１に通信可能に接続しており、基地局２０を解して飛行体５０を制御する。運航管理システム４０は例えば通信機能を有するサーバまたはコンピュータである。運航管理システム４０は飛行領域設定装置１００を含む。

【0075】

図１４を参照して、運航管理システム４０のハードウェア構成の概要について説明する。図１４は、実施の形態２にかかる運航管理システム４０のハードウェア構成を示す図である。運航管理システム４０は主な構成として、処理装置４１、メモリ４２、入出力インタフェース４３、記憶装置４４および通信インタフェース４５を有している。また上述の構成は、所定の通信バスにより通信可能に接続している。

【0076】

処理装置４１は、ＣＰＵ、ＧＰＵまたはＦＰＧＡなどの演算装置である。メモリ４２は、ＲＡＭなどを用いて実現される揮発性の記憶装置である。入出力インタフェース４３は、運航管理システム４０と入出力デバイスとを接続するためのインタフェースである。例えば入出力インタフェース４３には、キーボードなどの入力装置や、ディスプレイ装置などの出力装置が接続される。

【0077】

記憶装置４４は、ハードディスク、ＳＳＤ、メモリカードなどを用いて実現される不揮発性の記憶装置である。不揮発性の記憶装置には、所望の機能を実現するためのプログラムが格納されている。処理装置４１は、このプログラムをメモリ４２に読み出して実行することで本実施の形態にかかる機能を実現する。

【0078】

通信インタフェース４５は、運航管理システム４０をネットワークＮ１に接続するためのインタフェースである。

【0079】

次に、図１５を参照して運航管理システム４０の機能構成について説明する。図１５は、運航管理システムの機能構成を示すブロック図である。運航管理システム４０は主な機能構成として、飛行領域設定装置１００、運航制御装置４１０、記憶部４２０、インタフェース部４３０および通信部４４０を有している。

【0080】

本実施の形態にかかる飛行領域設定装置１００は、通信部４４０を介して飛行体５０に所定の情報のやり取りを行う。より具体的には、飛行領域設定装置１００の測定平面設定部１０１は、所定の高度に測定平面を設定し、設定した測定平面に関する情報を飛行体５０に供給する。測定平面に関する情報は、測定平面の高度および複数の測定位置を含む。

【0081】

本実施の形態にかかる測定データ取得部１０２は、飛行体５０から測定データを取得する。測定データは、複数の測定点の位置情報と、それぞれの測定点で飛行体５０が測定した信号強度を含む。

【0082】

領域設定部１０３は、測定データ取得部１０２から受け取った測定データから飛行領域を設定すると、設定した飛行領域に関する情報を、飛行領域情報４２２として記憶部４２０に格納する。運航管理システム４０は、記憶部４２０に格納された飛行領域情報４２２を用いて飛行体５０を制御する。

【0083】

運航制御装置４１０は、運航管理システム４０の各構成を制御する。運航制御装置４１０は例えば飛行領域設定装置１００の処理の開始タイミングについて判断し、所定のタイミングで運航制御装置４１０に処理開始の指示をする。また運航制御装置４１０は、飛行体５０の制御に関する種々の処理を行う。換言すると、運航制御装置４１０は、飛行体５０と情報のやり取りを行いながら飛行体５０を遠隔操作する。

【0084】

記憶部４２０は、地図情報４２１および飛行領域情報４２２を記憶する。地図情報４２１は、飛行体５０が飛行する領域の地図情報である。飛行領域情報４２２は例えばディスプレイに表示可能な態様となっている。この場合、運航制御装置４１０は、ディスプレイに地図を表示させるとともに、表示した地図に飛行体５０の位置を重畳させる。飛行領域情報４２２は、飛行領域設定装置１００が設定した飛行領域に関する情報である。記憶部４２０は地図情報４２１に重畳可能な態様により飛行領域情報４２２を記憶する。よって運航管理システム４０は、ディスプレイに地図を表示するとともに、表示した地図に、上述の飛行体５０の位置に加えて、飛行領域を重畳する。これにより運航管理システム４０は、認識容易な態様により、基地局等との通信可能な飛行領域をユーザに提示する。

【0085】

次に図１６を参照して、運航管理システム４０が有する飛行領域設定装置１００の処理について説明する。図１６は、運航管理システム４０における飛行領域設定方法のフローチャートである。飛行領域設定装置１００は例えば、運航制御装置４１０から飛行領域の設定をする指示を受け取った場合に、以下に示す処理を実行する。

【0086】

まず、測定平面設定部１０１は、予め設定された高度において互いに離間した複数の測定点を含む測定平面を設定する（ステップＳ２１）。次に測定平面設定部１０１は、通信部４４０を介して、設定された複数の測定点に移動して、それぞれの測定点において基地局２０から発信された信号を受信し、測定データを生成することを飛行体５０に指示する（ステップＳ２２）。

【0087】

次に、測定データ取得部１０２は、飛行体５０から測定データを取得する（ステップＳ２３）。測定データ取得部１０２は取得した測定データを領域設定部１０３に供給する。

【0088】

次に、領域設定部１０３は、複数の測定点における信号強度に基づいて飛行体５０の飛行領域を設定する（ステップＳ２４）。ここで領域設定部１０３は、設定した飛行領域に関する情報（飛行領域情報）を、記憶部４２０に格納する。領域設定部１０３が飛行領域情報を記憶部４２０に格納すると、飛行領域設定装置１００は一連の処理を終了する。

【0089】

以上、本実施の形態にかかる飛行領域設定装置１００が実行する処理について説明した。飛行領域設定装置１００が上述の処理を行うことにより、運航管理システム４０は飛行領域を取得する。またこれにより運航管理システム４０を利用するユーザは、飛行領域を把握し、好適に飛行体５０を制御できる。

【0090】

次に、図１７を参照して、飛行領域設定装置１００の処理についてさらに説明する。図１７は、飛行領域が重畳された地図Ｇ４０を示す図である。地図Ｇ４０は、飛行体アイコンＧ４１、基地局アイコンＧ４２およびバーチャルウォールＧ４３を含む。

【0091】

飛行体アイコンＧ４１は、飛行体５０の位置を地図に重畳したアイコンである。飛行体アイコンＧ４１は、地図Ｇ４０の中央に位置しており、北北西に進路を取って進んでいる状態を示している。

【0092】

基地局アイコンＧ４２は、基地局２０の位置を示すアイコンである。基地局アイコンＧ４２の位置は、飛行領域設定装置１００が算出した基地局２０の推定位置である。

【0093】

バーチャルウォールＧ４３は、飛行領域の外縁部を示している。バーチャルウォールＧ４３は、飛行領域設定装置１００が算出した飛行領域の外縁部ということもできる。地図Ｇ４０において、飛行体アイコンＧ４１は、バーチャルウォールＧ４３の内側に存在している。つまり地図Ｇ４０は、飛行体５０が基地局２０と通信可能な領域を飛行していることを示している。運航管理システム４０を使用するユーザは、地図Ｇ４０を視認しながら飛行体５０を制御可能である。

【0094】

以上、実施の形態２について説明した。なお、実施の形態２にかかる運航管理システム４０は、複数の飛行体を上述のように制御可能であってもよい。この場合、運航管理システム４０は、例えば図１７に示す地図に、複数の飛行体アイコンと、複数のバーチャルウォールを表示可能であってもよい。

【0095】

実施の形態２にかかる運航管理システム４０は、上述の構成に加えて例えばパーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等の携帯端末であってもよい。また運航管理システム４０は、飛行体５０を遠隔操作するための専用機であってもよい。

【0096】

運航管理システム４０における飛行領域設定装置１００は、アプリケーションプログラムであってもよい。すなわちこの場合、飛行領域設定装置１００は運航管理システム４０のオペレーティングシステムにインストールされるプログラムであって、運航管理システム４０に飛行領域設定装置１００が実行する処理を実行させる。またこの場合、アプリケーションプログラムは、所定のメモリカード等に格納されたものであってもよい。

【0097】

運航管理システム４０は、飛行体５０が飛行中に飛行領域の再設定をする機能を有していても良い。この場合、例えば、領域設定部１０３は、飛行領域内の所定位置における信号強度を推定した推定値を生成する。そして
運航制御装置４１０は、所定位置において飛行体５０が測定した信号強度と、推定値との差が所定の閾値以上の場合に、飛行領域設定装置１００に飛行領域を再設定させるための指示をする。これにより、運航管理システム４０は、飛行体５０と基地局２０との通信が悪化することを抑制できる。

【0098】

以上、本実施の形態は、基地局等との通信可能な飛行領域を好適に設定可能な飛行領域設定装置、飛行領域設定方法、運航管理システム等を提供できる。

【0099】

なお、上述したプログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

【0100】

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

【符号の説明】

【0101】

１０ 飛行体
１１ 制御ブロック
１２ 測位ブロック
１３ ジャイロセンサ
１４ 通信ブロック
１５ 操作受付部
１６ 駆動装置
１７ カメラ
１８ バッテリ
１９ ＬＥＤ部
２０ 基地局
３０ 操作者端末
４０ 運航管理システム
４１ 処理装置
４２ メモリ
４３ 入出力インタフェース
４４ 記憶装置
４５ 通信インタフェース
５０ 飛行体
１００ 飛行領域設定装置
１０１ 測定平面設定部
１０２ 測定データ取得部
１０３ 領域設定部
１１０ 位置情報取得部
１２０ 画像データ取得部
１３０ 移動制御部
１４０ 記憶部
４１０ 運航制御装置
４２０ 記憶部
４２１ 地図情報
４２２ 飛行領域情報
４３０ インタフェース部
４４０ 通信部
Ａ１０ 測定平面
Ａ１１ 測定平面
Ｃ２０ アンテナパタン
Ｇ４０ 地図
Ｎ１ ネットワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】