JP2009212665A

JP2009212665A - ヘリコプター衛星通信方法、並びにその方法に使用するヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置

Info

Publication number: JP2009212665A
Application number: JP2008051924A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Munemasa; 英章宗正
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-03
Also published as: JP4710922B2

Abstract

【課題】ヘリコプターの回転翼により通信経路が遮断されずに送信する送信タイミングを高精度に推定し、地上局からヘリコプターへの送信における帯域利用効率に優れたヘリコプター衛星通信方法、並びにその方法に使用するヘリコプター搭載衛星通信装置及び地上局通信装置を得ることを目的とする。
【解決手段】ヘリコプター搭載通信装置９において、ミリ波帯アンテナ７を用いて回転翼によるミリ波の反射を検出する。送信タイミング推定部１４は遮断タイミングを推定し、送信タイミングを推定する。地上局通信装置１０はヘリコプター側へバースト送信要求信号を送信し、バースト応答信号を受信する。受信したバースト応答信号からヘリコプター搭載通信装置９での送信タイミングを検出し、ヘリコプター１と地上局３との間の通信信号の伝播遅延を考慮して、ヘリコプター搭載通信装置９へ送信する送信タイミングを推定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、ヘリコプターと地上局との間において通信衛星を介して通信を行うヘリコプター衛星通信方法、並びにその方法に使用するヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置に関するものである。

ヘリコプターと地上局との間において通信衛星を介して通信を行う場合、ヘリコプター側から送信する信号はヘリコプターの回転翼によって遮断される。この遮断前後における通信方法についての従来の一例が特許文献１に示されている。この公報に記載された従来のヘリコプター搭載の衛星通信装置では、回転翼の位置をその回転軸における角度検出して推定し、回転翼による送信波の遮断タイミングが求められる。ヘリコプターの回転翼による送信波の遮断タイミングの情報に基づいて、ヘリコプターからの送信フレーム中に不送信タイミング情報が挿入され、衛星経由で地上局へ送信される。地上局側は、復調後のデータから不送信タイミングを検出することにより、ヘリコプターの送信停止状態を認識することができるというものである。

特開２００２−３３００９２

特許文献１に記載された従来の方法によれば、ヘリコプターの回転翼の位置をその回転軸の角度検出により推定し、回転翼による送信波の遮断タイミングを検出するので、送受信アンテナと回転翼の距離や位置関係などの要因によって、回転翼による送信波の遮断タイミングの検出において誤差が生じるという問題があった。また、地上局通信装置からヘリコプター搭載通信装置への送信は、回転翼の遮断タイミングを認識することなく送信するために、回転翼による通信路の遮断が発生するものであり、地上局通信装置の送信は同一データを複数回に分けて繰り返し送信しなければヘリコプター搭載通信装置側で正しく受信することができず、送信帯域幅が伝送したいデータの帯域よりも広く占有されてしまうという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、ヘリコプターの回転翼により通信経路が遮断されずに送信する送信タイミングを高精度に推定し、地上局からヘリコプターへの送信における帯域利用効率に優れたヘリコプター衛星通信方法、並びにその方法に使用するヘリコプター搭載衛星通信装置及び地上局通信装置を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係るヘリコプター衛星通信方法は、通信衛星を介してヘリコプターと地上局との間で通信を行うヘリコプター衛星通信方法において、上記ヘリコプターから上記通信衛星に向けて送信する送信ビームが上記ヘリコプターの回転翼によって遮断されるタイミングを推定し、送信波を送信する送信タイミングを推定する第１の送信タイミング推定ステップと、上記地上局から上記ヘリコプターに対しバースト送信要求信号を送信し、上記ヘリコプターからのバースト応答信号に基づいて上記ヘリコプターの回転翼により通信路が遮断されずに上記地上局から上記ヘリコプターへ送信する送信タイミングを推定する第２の送信タイミング推定ステップとを備えたものである。

請求項２の発明に係るヘリコプター搭載通信装置は、ヘリコプターに搭載され、通信衛星を介して地上局と通信を行うヘリコプター搭載通信装置において、上記ヘリコプターの姿勢情報及び位置情報と通信衛星の軌道位置とに基づいて上記通信衛星への送信ビームの方向を算出する送信方向算出部と、この送信方向算出部により算出された送信方向に向けてビーム送信する送信機と、上記ヘリコプターの回転翼により上記送信ビームが遮断されるタイミングを推定し、送信波が遮断されない送信タイミングを推定する送信タイミング推定部とを備え、上記地上局からのバースト送信要求信号を受信してバースト応答信号を生成し、上記送信タイミング推定部により推定した上記送信タイミングにより、上記バースト応答信号を送信するものである。

請求項３の発明に係る地上局通信装置は、ヘリコプターから送信されるバースト信号を、通信衛星を介して受信する受信機と、この受信機により受信した信号を復調処理する復調器と、上記ヘリコプターへ向けてバースト送信要求信号を送信する送信機と、上記バースト送信要求信号に対する上記ヘリコプターからのバースト応答信号に基づいて上記ヘリコプターの回転翼によって通信路が遮断されない送信タイミングを推定する送信タイミング推定部と備えたものである。

請求項４の発明に係るヘリコプター衛星通信方法は、通信衛星を介してヘリコプターと地上局との間で通信を行うヘリコプター衛星通信方法において、上記ヘリコプターの回転翼をミリ波帯の電波を用いて検出する回転翼検出ステップと、この回転翼検出ステップによる回転翼の検出信号に基づいて、上記ヘリコプターから上記通信衛星に向けて送信する送信ビームが上記ヘリコプターの回転翼によって遮断されるタイミングを推定し、送信波を送信する送信タイミングを推定する第１の送信タイミング推定ステップと、上記地上局から上記ヘリコプターに対しバースト送信要求信号を送信し、上記ヘリコプターからのバースト応答信号に基づいて上記ヘリコプターの回転翼により通信路が遮断されずに上記地上局から上記ヘリコプターへ送信する送信タイミングを推定する第２の送信タイミング推定ステップとを備えたものである。

請求項５の発明に係るヘリコプター搭載通信装置は、ヘリコプターに搭載され、通信衛星を介して地上局と通信を行うヘリコプター搭載通信装置において、上記ヘリコプターの姿勢情報及び位置情報と通信衛星の軌道位置とに基づいて上記通信衛星への送信ビームの方向を算出する送信方向算出部と、この送信方向算出部により算出された送信方向に向けてビーム送信する送信機と、ミリ波帯アンテナから送出されるミリ波の上記ヘリコプターの回転翼による反射波を検出することにより、上記ヘリコプターの回転翼により上記送信ビームが遮断されるタイミングを推定し、送信波が遮断されない送信タイミングを推定する送信タイミング推定部とを備え、上記地上局からのバースト送信要求信号を受信してバースト応答信号を生成し、上記送信タイミング推定部により推定した上記送信タイミングにより、上記バースト応答信号を送信するものである。

請求項１乃至請求項３に記載の発明によれば、地上局からヘリコプターへのバースト送信要求信号に応じてヘリコプターから回転翼によって遮断されないタイミングでパースト応答信号が送信され、このバースト応答信号に基づいて地上局からの送信タイミングを推定するので、地上局からヘリコプターへの送信波がヘリコプターの回転翼によって遮断されず、繰り返し送信を抑制し、帯域利用効率を高めることができる。

請求項４及び請求項５に記載の発明によれば、ヘリコプター搭載通信装置において、ミリ波帯アンテナから送出されるミリ波の回転翼による反射波を検出し、送信タイミングを推定するので、高精度な送信タイミングの推定を行うことができる。

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信方法、並びにその方法に使用するヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置を図１から図５によって説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信方法に関する装置の全体を示す構成図、図２はこの発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置の構成を示すブロック図、図３はこの発明の実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信方法において通信する信号を説明する模式図、図４はこの発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置の処理フローを示すフローチャート、図５はこの発明の実施の形態１に係る地上局通信装置の処理フローを示すフローチャートである。

図１において、１はヘリコプター、２は通信衛星、３は地上局であり、通信衛星２を介してヘリコプター１と地上局３との間で通信を行う。４はヘリコプター１から地上局３への送信回線、５は地上局３からヘリコプター１への送信回線を示している。ヘリコプター１において、６は通信衛星２を介して地上局３へ送信し、また、地上局３からの送信信号を、通信衛星２を介して受信する送受信アンテナである。７は送受信アンテナ６に取り付けられた、回転翼へミリ波を送信し、回転翼によるミリ波の反射波を受信するミリ波帯アンテナである。８は、ヘリコプター１の回転翼であり、この回転翼８が回転することによって、送信回線４及び５が遮断されるものである。

次に図２によって、実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置の構成を説明する。９はヘリコプター１に搭載するヘリコプター搭載通信装置であり、１０は地上局３に設置する地上局通信装置である。また、ヘリコプター１には、機体の航行に必要な装置が搭載されており、これらの装置から姿勢情報などヘリコプター搭載通信装置９に必要な情報を入手する。１１はヘリコプター１に搭載された慣性航法装置である。この慣性航法装置１１は機体の位置データ、即ち機体の緯度、経度、高度に関する情報、及び機体の動揺データ、即ちロール軸、ピッチ軸、方位軸に関する姿勢情報を出力している。

図２のヘリコプター搭載通信装置９において、１２は通信衛星２の方向を算出する衛星方向算出部であり、慣性航法装置１１からの機体の位置データ、及び通信衛星２の軌道上における位置情報(緯度、経度、高度情報)に基づいて、ヘリコプター１から見た通信衛星２の方向を算出する。１３は衛星方向算出部１２により算出したヘリコプター１から見た通信衛星２の方向と、慣性航法装置１１からの機体の動揺データとに基づいて、ヘリコプター搭載通信装置１内の送信アンテナ６からの送信ビーム方向を算出する送信方向算出部である。この送信方向算出部１３において算出した送信ビーム方向にアンテナが向けられる。１４は送信方向算出部１３において算出した送信ビーム方向を回転翼が遮断するタイミングを推定し、送信可能なタイミングの推定及び送信フレーム長の決定を行う送信タイミング推定部である。１５は映像や音声等のデータを時間軸上で圧縮する時間圧縮回路であり、１６は送信タイミング推定部から入力される送信タイミングに合わせて送信フレーム毎に図３に示すＵＷ信号（ユニークワード信号）を付加する処理を行うフレーム処理部である。１７は、送信する信号をＢＰＳＫ変調やＱＰＳＫ変調により変調する変調器であり、１８は送信する信号を周波数変換及び高出力増幅する送信機である。ヘリコプター搭載通信装置９は、地上局通信装置１０からの送信信号を受信する受信系統も有しており、１９は受信信号を低雑音増幅及び周波数変換する受信機、２０は受信信号を復調する復調器、２１は復調した地上局通信装置１０からの音声信号を音声に変換したり、地上局通信装置１０からの制御信号に基づく処理を行ったりする受信信号処理部である。

一方、図２に示す地上局通信装置１０において、２２は通信衛星２からの信号を受信する受信アンテナであり、２３は受信した信号を低雑音増幅し周波数変換する受信機、２４は受信信号を復調する復調器である。２５は受信信号のフレームに同期して、受信信号から制御信号、データ信号を読み出す受信信号処理部であり、２６は復調されたデータからヘリコプター１の回転翼８が通信伝播路を遮断するタイミングを推定し、送信可能なタイミングの推定及び送信フレーム長の決定を行う送信タイミング推定部であり、２７は受信信号処理部２５により読み出されたデータを時間伸長する時間伸長回路である。地上局通信装置１０はヘリコプター搭載通信装置９への送信を行う送信系統も有しており、２８は音声信号や制御信号などの送信信号を送信タイミング推定部から入力される送信タイミングに合わせて送信フレーム毎に図３に示すＵＷ信号を付加する処理を行い、送信フレームを生成するフレーム処理部、２９は送信する信号を変調する変調器、３０は変調された送信信号を周波数変換及び高出力増幅する送信機、３１は通信衛星２へ送信する送信アンテナである。受信アンテナ２２と送信アンテナ３１とを共有する場合があり、その場合は共有アンテナに受信機２３と送信機３０とを接続する。

次に、図３によって通信する信号の構成を説明し、ヘリコプター搭載通信装置９及び地上局通信装置１０の通信信号の送受信動作について説明する。ヘリコプター搭載通信装置９や地上局通信装置１０は映像や音声信号などのデータをバーストフレームに格納して通信を行う。図３に示すフレームの長さは回転翼８によって通信伝播路が遮断されずに通信可能な時間の長さによって決定される。図３において、３２はバースト引き込み用のプリアンブル（ＰＲ）、３３はバーストの先頭を意味するユニークワード（ＵＷ１）、３４はバーストの継続を意味するユニークワード（ＵＷ２）、３５はバーストの終了を意味するユニークワード（ＵＷ３）であり、３６はデータを意味するデータ列（ＤＡＴＡ）である。なお、ＵＷ２はＤＡＴＡの区切り位置に置かれることによって、送受信信号においてＵＷ２を付加・検出し、まとまりのあるＤＡＴＡ毎に処理を行うことができる。ヘリコプター搭載通信装置９及び地上局通信装置１０の受信処理において、ＵＷ１は復調動作の開始信号となり、ＵＷ３は復調動作の停止信号となる。また、ＵＷ２はＤＡＴＡの区切りを示しており、受信信号処理部２１及び２５ではその区切られたＤＡＴＡ毎に復調されたデータを処理する。このことから、復調開始と復調停止は受信信号が入力されることにより決定されるので、復調開始及び停止のタイミング判定を受信信号処理部２１及び２５で行う必要はなく、ヘリコプター搭載通信装置９及び地上局通信装置１０の受信機は受信するバーストフレームのフレーム長を認識せずに復調処理を行うことができる。

次に、図４によってヘリコプター搭載通信装置９における送信処理の流れについて説明する。まず、ステップＳ１において回転翼８の検出を判定する。この回転翼８の検出は、ヘリコプター１の送受信アンテナ６に設けたミリ波帯アンテナ７と送信タイミング推定部１４によって行われる。ミリ波帯アンテナ７からミリ波を送出した方向を回転翼８が横切ることにより、回転翼８にてミリ波が反射され、その反射波をミリ波帯アンテナ７で受信する。ミリ波帯アンテナ７によるミリ波の送信周期は回転翼８の回転周期より十分速いものとし（連続波でもよい）、受信した受信信号は送信タイミング推定部１４に入力される。送信タイミング推定部１４では、ミリ波帯アンテナ７による受信信号の信号レベルを所定のしきい値と比較し、しきい値より大きい場合には回転翼による遮断が発生している状態であると判定する。次にステップＳ２において送信タイミング推定部１４は送受信ビームが回転翼８により遮断されない送信タイミングを推定し、送信タイミング及び送信バーストフレーム長を推定し、フレーム処理部１６へ出力する。回転翼８によってミリ波が反射されているタイミングが、送信伝播路の遮断タイミングとなるので、ミリ波帯アンテナ７から入力される受信信号から遮断タイミングを検出することにより、送信タイミング推定部１４は回転翼による遮断がなく送信可能なタイミングを推定することができる。次にステップＳ３において送信可能であるかどうかの判別を行う。ステップＳ３での判定により、送信可能なタイミングである場合、ステップＳ４により前述のバーストフレームにてバースト送信を行う。ステップＳ５により、次のバースト送信を続けるかの判定を行い、続けて送信する場合は送信可能タイミングの判定を行うステップＳ３に戻る。
なお、送信ビームはビーム範囲を有しているので、回転翼がその送信ビーム範囲を遮断する時間にも幅があり、この幅を考慮して、送信タイミング推定部１４は、ミリ波帯アンテナから入力される回転翼８による反射波の先頭と終了及び次の反射波が入力するまでの時間に基づき、送信ビームの送信の先頭と終了を推定し、送信タイミングとする。また、フレーム処理部１６では、送信タイミング推定部１４からの入力に合わせて、時間圧縮回路１５から入力されたデータ列を送信バーストフレームに変換し、送信バーストフレーム中のデータＤＡＴＡ毎にＵＷ２を、バーストフレームの先頭にはＵＷ１を、バーストフレームの終了にはＵＷ３を付加する。

次に、図５によって地上局通信装置１０の送信処理の流れを説明する。ステップＳ６により、地上局通信装置１０はバースト送信を行う前にヘリコプター搭載通信装置９に対し、バースト送信要求信号を通信経路確立まで連続で送信する。このバースト送信要求信号は、例えば、図３のＰＲ、ＵＷ１、ＵＷ３のみ等の短いデータ列で構成してよい。ステップＳ７により、ヘリコプター搭載通信装置９は通信伝播路が回転翼に遮断されないタイミング及び送信バーストフレーム長でバースト送信要求応答信号を地上局通信装置１０へ応答する。地上局通信装置１０はヘリコプター搭載通信装置９からの送信要求応答信号を受信すると、ステップＳ８において、その応答信号のバーストフレーム長及びバースト送信の間隔から通信伝播路が回転翼８によって遮断されないタイミング情報を読み取り、ヘリコプター１の現在位置、通信衛星２及び地上局３の位置の情報から、通信衛星２を介した通信伝播路における伝播遅延を算出し、上記の遮断されないタイミング情報と伝播遅延情報から、地上局通信装置１０から送信するバースト送信波が回転翼８によって遮断されることのないバースト送信タイミングを送信タイミング推定部２６により推定する。次にステップＳ９において、バースト送信可能と判定された場合、ステップＳ１０により地上局通信装置１０はバースト送信を行う。ステップＳ１１により、次のバーストフレームを送信するかの判定を行い、続けて送信する場合は送信可能タイミングの判定を行うステップＳ８に戻る。その結果、ヘリコプター２の回転翼８により、バーストフレームが遮断されることなくバースト送信を行うことが可能となる。また、フレーム処理部２８では、送信タイミング推定部２６からの入力に合わせて、時間圧縮回路２７から入力されたデータ列を送信バーストフレームに変換し、送信バーストフレーム中のデータ（ＤＡＴＡ）毎にＵＷ２を、バーストフレームの先頭にはＵＷ１を、バーストフレームの終了にはＵＷ３を付加する。

以上のように、ミリ波帯アンテナ７を用いたミリ波の送受信により回転翼によるミリ波の反射を検出して送信タイミングを推定することにより、回転翼の角度検出によって幾何学的に送信タイミングを推定するよりも、より正確に送信タイミングの推定を行うことができ、また、地上局通信装置１０において、受信した受信信号からヘリコプター搭載通信装置９での送信タイミングを検出し、通信衛星２を介したヘリコプター１と地上局３との間の通信信号の伝播遅延を考慮して、ヘリコプター搭載通信装置９へ送信する送信タイミングを推定することにより、地上局通信装置１９からヘリコプター搭載通信装置９への送信回線において、回転翼８によって遮断されることのないバースト送信タイミングでの送信を行うことができる。したがって、地上局通信装置９からヘリコプター搭載通信装置１０への送信において、データを複数回に分けて繰り返し送信する必要が無いので、遮断があることを前提に複数回に分けて繰り返し地上局通信装置１０からデータ送信する場合にデータ帯域幅の数倍の広い送信帯域幅が必要であったことに比較して、情報速度に対する帯域利用効率を高めることができる。

この発明の実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信方法に関する装置の全体を示す構成図である。この発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信方法において通信する信号を説明する模式図である。この発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置の処理フローを示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係る地上局通信装置の処理フローを示すフローチャートである。

符号の説明

１ヘリコプター
２通信衛星
３地上局
７ミリ波帯アンテナ
９ヘリコプター搭載通信装置
１０地上局通信装置
１４送信タイミング推定部（ヘリコプター側）
１６フレーム処理部
１８送信機（ヘリコプター側）
１９受信機（ヘリコプター側）
２３受信機（地上局側）
２４復調器
２６送信タイミング推定部（地上局側）
３０送信機（地上局側）

Claims

通信衛星を介してヘリコプターと地上局との間で通信を行うヘリコプター衛星通信方法において、上記ヘリコプターから上記通信衛星に向けて送信する送信ビームが上記ヘリコプターの回転翼によって遮断されるタイミングを推定し、送信波を送信する送信タイミングを推定する第１の送信タイミング推定ステップと、上記地上局から上記ヘリコプターに対しバースト送信要求信号を送信し、上記ヘリコプターからのバースト応答信号に基づいて上記ヘリコプターの回転翼により通信路が遮断されずに上記地上局から上記ヘリコプターへ送信する送信タイミングを推定する第２の送信タイミング推定ステップとを備えたことを特徴とするヘリコプター衛星通信方法。
ヘリコプターに搭載され、通信衛星を介して地上局と通信を行うヘリコプター搭載通信装置において、上記ヘリコプターの姿勢情報及び位置情報と通信衛星の軌道位置とに基づいて上記通信衛星への送信ビームの方向を算出する送信方向算出部と、この送信方向算出部により算出された送信方向に向けてビーム送信する送信機と、上記ヘリコプターの回転翼により上記送信ビームが遮断されるタイミングを推定し、送信波が遮断されない送信タイミングを推定する送信タイミング推定部とを備え、上記地上局からのバースト送信要求信号を受信してバースト応答信号を生成し、上記送信タイミング推定部により推定した上記送信タイミングにより、上記バースト応答信号を送信することを特徴とするヘリコプター搭載通信装置。
ヘリコプターから送信されるバースト信号を、通信衛星を介して受信する受信機と、この受信機により受信した信号を復調処理する復調器と、上記ヘリコプターへ向けてバースト送信要求信号を送信する送信機と、上記バースト送信要求信号に対する上記ヘリコプターからのバースト応答信号に基づいて上記ヘリコプターの回転翼によって通信路が遮断されない送信タイミングを推定する送信タイミング推定部と備えたことを特徴とする地上局通信装置。
通信衛星を介してヘリコプターと地上局との間で通信を行うヘリコプター衛星通信方法において、上記ヘリコプターの回転翼をミリ波帯の電波を用いて検出する回転翼検出ステップと、この回転翼検出ステップによる回転翼の検出信号に基づいて、上記ヘリコプターから上記通信衛星に向けて送信する送信ビームが上記ヘリコプターの回転翼によって遮断されるタイミングを推定し、送信波を送信する送信タイミングを推定する第１の送信タイミング推定ステップと、上記地上局から上記ヘリコプターに対しバースト送信要求信号を送信し、上記ヘリコプターからのバースト応答信号に基づいて上記ヘリコプターの回転翼により通信路が遮断されずに上記地上局から上記ヘリコプターへ送信する送信タイミングを推定する第２の送信タイミング推定ステップとを備えたことを特徴とするヘリコプター衛星通信方法。
ヘリコプターに搭載され、通信衛星を介して地上局と通信を行うヘリコプター搭載通信装置において、上記ヘリコプターの姿勢情報及び位置情報と通信衛星の軌道位置とに基づいて上記通信衛星への送信ビームの方向を算出する送信方向算出部と、この送信方向算出部により算出された送信方向に向けてビーム送信する送信機と、ミリ波帯アンテナから送出されるミリ波の上記ヘリコプターの回転翼による反射波を検出することにより、上記ヘリコプターの回転翼により上記送信ビームが遮断されるタイミングを推定し、送信波が遮断されない送信タイミングを推定する送信タイミング推定部とを備え、上記地上局からのバースト送信要求信号を受信してバースト応答信号を生成し、上記送信タイミング推定部により推定した上記送信タイミングにより、上記バースト応答信号を送信することを特徴とするヘリコプター搭載通信装置。