JP2017028605A - 飛行妨害装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】無線通信により遠隔操縦される小型無人飛行機が保護すべき領域へ侵入することを阻止し、かつ、かかる領域内外の通信への影響を抑え、また、必要とされるアンテナ装置の台数を抑えることができる飛行妨害装置を提供する。
【解決手段】無線通信により遠隔操縦される小型無人飛行機の飛行を妨害する飛行妨害装置であって、指向性アンテナから妨害電波を放射する一または複数のアンテナ装置を備え、前記指向性アンテナは、所定の周波数帯の妨害電波を放射する放射素子と、該妨害電波の放射方向に指向性を付与する反射器と、を有することを特徴とする飛行妨害装置により解決する。
【選択図】図３

Description

本発明は飛行妨害装置に関し、さらに詳しくは、無線通信により遠隔操縦される小型無人飛行機の飛行を妨害する飛行妨害装置に関する。
従来、産業用無人ヘリコプターに代表される小型の無人飛行機（ＵＡＶ）は、機体が高価で入手困難なうえ、安定して飛行させるためには操作に熟練が必要とされるものであった。しかし近年、高性能かつ取扱いも容易な加速度センサや角速度センサ、マイクロコントローラなどが廉価に入手可能となったことにより、機体の価格が下落するとともに、機体の制御操作の多くが自動化されたことで操作性が飛躍的に向上した。こうした背景から現在、特に小型のマルチコプターについては、趣味目的だけでなく、広範な分野における種々のミッションへの応用が試行されている。
マルチコプターは、複数のロータが搭載されたヘリコプターの一種であり、これら各ロータの回転速度を制御することにより機体のバランスをとりながら飛行する回転翼機である。マルチコプターは、ヘリコプターよりも簡易な構造のプロペラが使用可能であることから、整備性に優れ、また、比較的低いコストで機体を構成することが可能である。
特開２００５−１７８５５８号公報 特開２０００−３３２８９０号公報
一方、マルチコプターが容易に利用可能となったことにより、例えば壁やフェンスなどの遮蔽物を上空から迂回させて私有地や進入禁止区域の中へマルチコプターを侵入させたり、またマルチコプターを使って上空から盗撮を行うなど、マルチコプターの悪用に対する対策が急務とされている。
このような不審なマルチコプターに対処するにあたり、マルチコプターは無線通信により操縦されていることから、かかる通信を妨害し、操縦不能にさせることが有効であると考えられる。特に、現在市場を流通しているマルチコプターのうち、一般に入手が可能で、かつビデオカメラが搭載可能なスペックのものには、飛行中に操縦者との通信が途絶えたときに、自動的に離陸地点などへ帰還する帰巣機能が搭載されているものが多くある。そのため、侵入してきたマルチコプターに対して妨害電波を放射し、上記帰巣機能を作動させることにより、そのマルチコプターを操縦者の元へ追い返すことも可能と考えられる。
上記特許文献１には、主操縦者のメイン送信機と共同作業者のサブ送信機とで遠隔操作ヘリコプタを操縦し、共同作業者のサブ送信機からそのヘリコプタに対して妨害電波を送信することにより、ヘリコプタをホバリング状態に移行させる構成が開示されている。また、上記特許文献２には、携帯電話（セルラー移動電話システム）の周波数帯に応じた干渉電波を送信することにより携帯電話を通話不能にする携帯電話着信抑止装置が開示されている。
特許文献１の方法を用いる場合、不審なマルチコプターの接近を常に目視で監視する必要があり、保護すべき領域が広大であるときには現実的でない。また、妨害電波によりマルチコプターの侵入を阻止する場合には、保護すべき領域内における通信や、同領域外における無関係な通信にまで影響を及ぼさないよう注意しなければならないが、かかる影響を抑える施策については特許文献１には言及されていない。
保護すべき領域内外における無関係な通信に対する妨害電波の影響を抑えるためには、妨害電波の放射方向に指向性をもたせ、保護すべき領域へのマルチコプターの侵入路のみを塞ぐよう、壁状に妨害電波を張り巡らせることが必要であると考えられる。一方、妨害電波に指向性をもたせる場合、上で述べたような広大な領域を保護するためには、多数のアンテナ装置が必要になるという問題がある。
特許文献２の携帯電話着信抑止装置は、その課題や効果にも記載があるように、所定の領域内の全域における携帯電話等の着信を抑止することを目的としており、本発明とは解決課題及び技術思想を異にしている。特許文献２には干渉電波に指向性を持たせる旨の記載はあるものの、指向性を付与させる具体的な手段については触れられていない。また、特許文献２の指向性アンテナは、無指向性アンテナによる干渉領域の端部において限定的に用いられるものと考えられ、本発明のように指向性アンテナのみで妨害電波の壁を設けようとするものではないから、台数が多く必要になるという課題自体が存在しない。
上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、無線通信により遠隔操縦される小型無人飛行機が保護すべき領域へ侵入することを阻止し、かつ、かかる領域内外の通信への影響を抑え、また、必要とされるアンテナ装置の台数を抑えることができる飛行妨害装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の飛行妨害装置は、無線通信により遠隔操縦される小型無人飛行機の飛行を妨害する飛行妨害装置であって、指向性アンテナから妨害電波を放射する一または複数のアンテナ装置を備え、前記指向性アンテナは、所定の周波数帯の妨害電波を放射する放射素子と、該妨害電波の放射方向に指向性を付与する反射器と、を有することを特徴とする。
妨害電波を指向性アンテナから放射することにより、妨害電波による影響範囲を局所化することができ、影響範囲の制御が可能となる。これにより、不審な小型無人飛行機の通信以外の無関係な通信を意図せず妨害してしまうことを防ぐことができる。
また、前記指向性アンテナは、その仰角または方位角における所定の角度範囲を連続的に往復動作可能である構成としても良い。
指向性アンテナを所定の角度範囲で往復させることにより、一のアンテナ装置で妨害電波を放射可能な範囲を広げることができる。これにより、保護すべき領域が広大な場合でも、必要とされるアンテナ装置の台数を抑えることが可能となる。
また、前記指向性アンテナは、一の前記反射器に対して複数の前記放射素子を有し、前記複数の放射素子は、それぞれ異なる周波数帯の妨害電波を放射する構成としても良い。
一のアンテナ装置から複数の周波数帯の妨害電波を放射可能とすることにより、対処可能なマルチコプターの範囲をアンテナ装置の台数を増やすことなく広げることができる。
また、前記指向性アンテナは、前記放射素子を一次放射器とし、前記反射器が凹状の曲面を有するパラボラアンテナである構成としても良い。
パラボラアンテナは指向性アンテナの中でも利得が高く、かつサイドローブが小さいことから、不審な小型無人飛行機の通信以外の無関係な通信への影響をより小さくすることが可能となる。
また、前記各アンテナ装置は、前記小型無人機の侵入を阻止すべき地理的領域または空間の境界近傍に配置され、前記各アンテナ装置の前記指向性アンテナは、その仰角および方位角が、前記地理的領域または空間への侵入路に前記妨害電波が放射され、かつ、該妨害電波による前記地理的領域または空間への影響が少ない角度に設定されている構成としても良い。
保護すべき領域（小型無人機の侵入を阻止すべき地理的領域または空間）の侵入路に向けて妨害電波のメインローブを放射し、かつ、妨害電波のサイドローブが保護すべき領域内に及ぶ範囲が小さくなるようにアンテナ装置を配置することで、小型無人機の侵入阻止と保護すべき領域内における通信の保全との両立を図ることができる。
また、前記各アンテナ装置の前記指向性アンテナが前記所定の角度範囲を往復動作することにより、前記地理的領域または空間への侵入路の全面が前記妨害電波により走査される構成としても良い。
指向性アンテナを所定の角度範囲で往復させることにより、一のアンテナ装置で妨害電波を放射可能な範囲を広げることができる。これにより、保護すべき領域が広大な場合でも、アンテナ装置の必要台数を抑えつつ、その領域への侵入路の全面を妨害電波で網羅することが可能となる。
また、前記小型無人飛行機はマルチコプターであり、前記各アンテナ装置は２．４ＧＨｚ帯の妨害電波を放射する構成としても良い。
現在市場を流通しているマルチコプターは、一般に２．４ＧＨｚ帯の無線通信により操縦されている。そのため、アンテナ装置から２．４ＧＨｚ帯の妨害電波を不審なマルチコプターに対して放射することにより、大半のマルチコプターの制御を無効化することが可能と考えられる。
以上のように、本発明にかかる飛行妨害装置によれば、無線通信により遠隔操縦される小型無人飛行機が保護すべき領域へ侵入することを阻止し、かつ、かかる領域内外の通信への影響を抑え、また、必要とされるアンテナ装置の台数を抑えることが可能である。
実施形態にかかる飛行妨害装置を構成するアンテナ装置の外観を示す模式図である。 アンテナ装置の指向性を示す図である。 アンテナ装置による妨害電波の放射態様の一例を示す模式図である。 他の実施形態にかかる飛行妨害装置を構成するアンテナ装置の外観を示す正面図である。
以下、本発明にかかる飛行妨害装置の一実施形態について図面を用いて説明する。
図１は本実施形態にかかる飛行妨害装置９０を構成するアンテナ装置１０の外観を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）、および斜視図（ｃ）である。アンテナ装置１０は、マルチコプターの通信信号に対して、ノイズ変調が施された２．４ＧＨｚ帯の妨害電波（以下単に「妨害電波」という。）を放射する装置である。尚、本発明でいう「マルチコプター」とは小型の無人飛行機（ＵＡＶ）であるマルチコプターを意味している。現在市場を流通しているマルチコプターは、一般に２．４ＧＨｚ帯の無線通信により操縦されていることから、２．４ＧＨｚ帯の通信を妨害することにより、大半のマルチコプターの制御を無効化することが可能と考えられる。
アンテナ装置１０は、指向性アンテナであるパラボラアンテナ１１を備えている。パラボラアンテナ１１は、一次放射器１１１（放射素子）と、妨害電波の放射方向に指向性を付与する凹状の曲面からなる反射鏡１１２（反射器）と、を有している。
パラボラアンテナ１１は、アジャスター１５とアーム１４を介して回転台１３に連結されている。回転台１３は、アーム１４の向きと角度をモータの駆動力により制御するユニットである。アンテナ装置１０は回転台１３を有することにより、パラボラアンテナ１１の仰角Ａおよび方位角Ｂを遠隔操作することが可能とされている。また、アーム１４とパラボラアンテナ１１の間にはアジャスター１５が配置されており、パラボラアンテナ１１の向きや角度はアジャスター１５によっても調節することができる。これにより、回転台１３とアーム１４のみでは困難なパラボラアンテナ１１の角度配置が可能となり、パラボラアンテナ１１の放射角度をより柔軟に調節することが可能とされている。
回転台１３は、図示しないアンテナマストや壁面などに固定具により固定されている。回転台１３の機構には、例えば垂直間接型ロボットアームの駆動機構など、公知のモータ駆動機構を用いることができる。また、本発明における「仰角」とは、回転台１３の設置面に対するパラボラアンテナ１１の垂直方向の向きをいい、「方位角」とは、回転台１３の設置面に対するパラボラアンテナ１１の水平方向の向きをいう。
パラボラアンテナ１１および回転台１３は、同軸ケーブルなどからなる制御ケーブル１６を介して制御装置１７に接続されている。制御装置１７はパラボラアンテナ１１への高周波電流の供給や、回転台１３への制御信号の送信などを行う装置である。制御装置１７は、複数の制御装置１７の動作を一元管理する図示しない上位の管理装置に接続されていてもよい。
図２（ａ）はアンテナ装置１０の指向性を示す図である。アンテナ装置１０は、水平面内指向性および垂直面内指向性ともに、ほぼ同形状の指向性を有している。アンテナ装置１０はパラボラアンテナ１１により指向性を付与していることから、アンテナ装置１０のメインローブＭＬの利得は指向性アンテナの中でも比較的高く、かつサイドローブＳＬの漏れも小さい。これにより、妨害電波による影響範囲を局所化することができ、影響範囲を制御することが可能とされている。つまり、マルチコプターの通信信号以外の無関係な通信への影響を小さくすることが可能とされている。
アンテナ装置１０は、パラボラアンテナ１１の仰角または方位角を、回転台１３により所定の角度範囲内で連続的に往復動作させることが可能である。パラボラアンテナ１１を所定の角度範囲で往復させることにより、一のアンテナ装置１０で妨害電波を放射可能な範囲を広げることができる。これにより、保護すべき領域が広大な場合でも、必要とされるアンテナ装置１０の台数を抑えることが可能とされている。
図２（ｂ）は、パラボラアンテナ１１の往復動作による妨害電波の走査範囲を示す図である。上でも述べたように、パラボラアンテナ１１の往復動作は、仰角において行っても、方位角において行っても良い。図２（ｂ）のパラボラアンテナ１１は９０度の範囲内で往復動作を行っているが、その角度範囲は回転台１３の設置位置や向き、後述する保護施設９５（小型無人機の侵入を阻止すべき地理的領域または空間）の広さ、配置可能なアンテナ装置１０の台数などに応じて適宜好適な範囲に変更することができる。
図３は、アンテナ装置１０による妨害電波の放射態様の一例を示す図である。図３（ａ）の中央に示された角丸の矩形は保護施設９５を表している。保護施設９５の囲む点線の帯は保護施設９５の境界近傍に示されたＸ印はアンテナ装置１０を表しており、Ｘ印に付記された矢印はそのアンテナ装置１０によるメインローブＭＬの放射方向を表している。図３（ｂ）は図３（ａ）の保護施設９５および妨害電波モデルをＣ−Ｃ方向から見た断面図である。
保護施設９５の周囲には複数のアンテナ装置１０が配置されており、各アンテナ装置１０のパラボラアンテナ１１の仰角および方位角は、保護施設９５へのマルチコプターの侵入路（保護施設９５の場合、その全周における上空）に妨害電波が放射され、かつ、当該妨害電波による保護施設９５への影響が少ない角度に設定されている。
具体的には、図３（ｂ）に示すように、各アンテナ装置１０は、そのサイドローブＳＬが保護施設９５に届かない程度に、保護施設９５から離れた位置に配置されている。各アンテナ装置１０の妨害電波は、保護施設９５の周壁に対して平行に放射され、かつ地面とほぼ平行となる放射角度と、そこから上方へ３０度ほど傾けた放射角度との間を連続的に往復動作するよう設定されている。これにより、保護施設９５内および保護施設９５外における無関係な通信の保全が図られるとともに、アンテナ装置１０の配置台数を抑えつつ、保護施設９５へのマルチコプターの進入路全面を妨害電波により走査することが可能とされている。
（他の実施形態）
以下に、本発明の他の実施形態にかかる飛行妨害装置９０ｂについて図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、先の実施形態と同様または同一の機能を有する構成については、先の実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図４は他の実施形態にかかる飛行妨害装置９０ｂを構成するアンテナ装置１０ｂの外観を示す正面図である。アンテナ装置１０ｂは、指向性アンテナであるパラボラアンテナ１１ｂを備えている。パラボラアンテナ１１ｂは、複数の一次放射器１１１ｂ（放射素子）と、妨害電波の放射方向に指向性を付与する凹状の曲面からなる反射鏡１１２（反射器）と、を有している。
複数の一次放射器１１１ｂは、マルチコプター用にノイズ変調が施された、２．４ＧＨｚ帯および他の周波数帯におけるそれぞれ異なる周波数の妨害電波を放射する。一のアンテナ装置１０ｂから複数の周波数帯の妨害電波を放射可能とすることにより、対処可能なマルチコプターの範囲をアンテナ装置１０ｂの台数を増やすことなく広げることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば、本実施形態においては指向性アンテナとしてパラボラアンテナを採用しているが、これは八木アンテナや平面アレイアンテナなど、他の指向性アンテナを用いることも可能である。
本発明は、マルチコプターの不法侵入など、無線通信により遠隔操縦される不審な小型無人飛行機への対抗手段として有用である。
９０ 飛行妨害装置
９０ｂ 飛行妨害装置
１０ アンテナ装置
１０ｂ アンテナ装置（他実施形態）
１１ パラボラアンテナ（指向性アンテナ）
１１ｂ パラボラアンテナ（他実施形態）
１１１ 一次放射器（放射素子）
１１２ 反射鏡（反射器）
１１２ｂ 反射鏡（他実施形態）
１１１ 一次放射器（放射素子）
１３ 回転台
１４ アーム
１５ アジャスター
１６ 制御ケーブル
１７ 制御装置
９５ 保護施設（小型無人機の侵入を阻止すべき地理的領域または空間）

Claims (7)

  1. 無線通信により遠隔操縦される小型無人飛行機の飛行を妨害する飛行妨害装置であって、
    指向性アンテナから妨害電波を放射する一または複数のアンテナ装置を備え、
    前記指向性アンテナは、所定の周波数帯の妨害電波を放射する放射素子と、該妨害電波の放射方向に指向性を付与する反射器と、を有することを特徴とする飛行妨害装置。
  2. 前記指向性アンテナは、その仰角または方位角における所定の角度範囲を連続的に往復動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の飛行妨害装置。
  3. 前記指向性アンテナは、一の前記反射器に対して複数の前記放射素子を有し、
    前記複数の放射素子は、それぞれ異なる周波数帯の妨害電波を放射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飛行妨害装置。
  4. 前記指向性アンテナは、前記放射素子を一次放射器とし、前記反射器が凹状の曲面を有するパラボラアンテナであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の飛行妨害装置。
  5. 前記各アンテナ装置は、前記小型無人機の侵入を阻止すべき地理的領域または空間の境界近傍に配置され、
    前記各アンテナ装置の前記指向性アンテナは、その仰角および方位角が、前記地理的領域または空間への侵入路に前記妨害電波が放射され、かつ、該妨害電波による前記地理的領域または空間への影響が少ない角度に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の飛行妨害装置。
  6. 前記各アンテナ装置の前記指向性アンテナが前記所定の角度範囲を往復動作することにより、前記地理的領域または空間への侵入路の全面が前記妨害電波により走査されることを特徴とする請求項２を引用する請求項５に記載の飛行妨害装置。
  7. 前記小型無人飛行機はマルチコプターであり、
    前記各アンテナ装置は２．４ＧＨｚ帯の妨害電波を放射することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の飛行妨害装置。
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