JP2017503385A - 無人航空機の通信方法及びシステム - Google Patents

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Abstract

無人航空機と地上端末との間でデータを交換するための無線送信プロトコル。無人航空機は、飛行中に、画像又はビデオメディアデータを送信できる。無人航空機及び地上端末は、時分割多重データアクセスプロトコルを用いる単一の通信チャネルを共有する。システムは、異なる複数のタイプの複数のデータ信号を送信するために異なる複数の通信プロトコルを用い、単一の通信チャネルを用いることによる低いアップリンク帯域幅及び高い送信レイテンシの複数の不利益を克服する。

Description

無人航空機(UAV)の多くの利用法のうちの1つは、UAV上のカメラによって撮られたビデオ又は他の画像を捕捉することである。UAVは、画像を撮って搭載されたメモリに格納することが可能な搭載されたスチル又はビデオカメラを有することができる。UAVが着陸する場合、ユーザは、メモリカードから画像をダウンロードすること又は着脱可能なメモリカードを単に取り外すことによって、画像を見るために、搭載されたメモリから画像を取り出すことができる。代替的には、UAVは、飛行中に、地上端末に画像データを転送できる。地上端末は、典型的には、モニタ上に画像を表示できるコンピュータに接続される。地上端末は、代替的には、モバイルコンピューティングデバイスのスクリーン上に画像を表示するモバイルコンピューティングデバイス(例えば、モバイルフォン又はタブレット等)であり得る。このように、ユーザは、地上端末でリアルタイムにUAVの画像を見ることができる。
ユーザは、概して、ハンドヘルド遠隔制御デバイスを介してUAVを制御する。遠隔制御デバイスは、UAVに飛行制御信号を送信する。遠隔制御は、また、特別な制御信号、例えば、カメラの写真撮影又はビデオ記録機能をトリガするための信号をUAVに送信できる。ハンドヘルド遠隔デバイスは、スタンドアロンの遠隔制御デバイスであり得、又は、地上端末においてコンピュータ又はモバイルコンピューティングデバイスに接続されることができる。高機能な地上端末装置は、UAVについてのリアルタイムのステータス情報を表示すること、UAVによって捕捉された画像を表示すること、及び例えば、飛行ルートを計画すること等の追加の機能を提供することが可能である。
UAVが飛行中に画像データを無線で送信することをユーザが望む場合、技術的な障害が生じる。画像データ送信信号は、多くの帯域幅を要求する。したがって、従来のUAVは、典型的には、画像信号のための無線チャネルと別個である、飛行制御信号のための無線チャネルを提供する。無線チャネルは、特定の周波数をおよそ中央とする周波数範囲である。例えば、2.4Gワイヤレスフィディリティプロトコルは、約2.4ギガヘルツで動作する。
2チャネルシステムの1つの不利益は、システムの増大した体積及び複雑さである。2チャネルシステムは、UAV上の画像送信デバイス及び地上端末に位置付けられる遠隔飛行制御送信デバイスの2つの別個の送信機を必要とする。2チャネルシステムは、また、地上局における画像受信デバイス及びUAV上の飛行制御受信デバイスの2つの受信機を必要とする。2チャネルシステムは、単一のユーザにとって扱い難く簡単に操作できないかもしれない。一人がUAVを操作し、一方で他の人がカメラを制御する必要があり得る。単一のチャネルを介して画像及び遠隔データを送信する現在の方法は、低い帯域幅の制限のために、高いレイテンシという不利益を有する。開示される実施形態は、選択的にハンドシェイク信号(例えば、確認応答信号等)を有利に送信することによってレイテンシを向上させる。つまり、全ての送信がハンドシェイク信号を用いるとは限らない。
開示される第1の態様は、地上端末から無人航空機(UAV)に地上端末−無人航空機(GT−UAV)データを通信する方法であり、GT−UAVデータは、UAVに一回又は複数回送信される。この方法は、次の手順を備える。
GT−UAVデータを受信する。
受信されたGT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されるか否かを判断する。
受信されたGT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されるべきと判断されること応じて、地上端末に確認応答信号を送信する。
この方法は、任意に、GT−UAVデータを受信することを試みること、及び試みが失敗した場合、GT−UAVデータを受信することを再度試みることをさらに備えることができる。
この方法は、任意に、UAVのステータスを判断すること、及びそのステータスを地上端末に送信することをさらに備えることができる。
そのステータスは、任意に、UAVが正常に動作しているか異常に動作しているかを示すことができる。
この方法は、任意に、1又は複数のUAV機能モジュールのステータスを判断すること、及びそのステータスに関するデータを地上端末に送信することさらに備えることができる。
そのステータスは、任意に、UAV機能モジュールが正常に動作しているか異常に動作しているかを示すことができる。
この方法は、任意に、GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されないことを判断することに応じて、GT−UAVデータに基づいてUAV機能モジュールにコマンドを送信することさらに備えることができる。
開示される方法の一実施形態において、前記判断することは、GT−UAVデータが飛行制御データ、離陸補助データ、着陸補助データ、及びリセット制御データのうちの少なくとも1つである場合、GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されないことを判断することを備える。
開示される方法の一実施形態において、前記判断することは、GT−UAVデータがカメラ設定データ、最大飛行高度データ、及び最大飛行距離データのうちの少なくとも1つである場合、GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されることを判断することを備える。
開示される第2の態様は、地上端末から無人航空機(UAV)に地上端末−無人航空機(GT−UAV)データを通信する方法である。この方法は、次の手順を備える。
ACKプロトコルに従ってGT−UAVデータを送信するか否かを判断する。
ACKプロトコルに従ってGT−UAVデータを送信することを判断することに応じて、地上端末がUAVから確認応答信号を受信するまで、ACKプロトコルに従ってUAVにGT−UAVデータを一回又は複数回送信する。
GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されてUAVによって受信されることに応じて、UAVから確認応答信号を受信する。
この方法は、任意に、ACKプロトコルに従ってGT−UAVデータを送信しないことを判断すること、及びUAVにGT−UAVデータを一回送信することをさらに備えることができる。
この方法は、任意に、UAVのステータスを示す状態信号をUAVから受信することをさらに備えることができる。
その状態信号は、任意に、UAVが正常に動作しているか異常に動作しているかを示すことができる。
この方法は、任意に、UAV機能モジュールのステータスを示す状態信号をUAVから受信することをさらに備えることができる。
その状態信号は、任意に、UAV機能モジュールが正常に動作しているか異常に動作しているかを示すことができる。
この方法は、任意に、GT−UAVデータが飛行制御データ、離陸補助データ、着陸補助データ、及びリセット制御データのうちの少なくとも1つである場合、ACKプロトコルに従わずにGT−UAVデータを送信することをさらに備えられる。
この方法は、任意に、GT−UAVデータがカメラ設定データ、最大飛行高度データ、及び最大飛行距離データのうちの少なくとも1つである場合、ACKプロトコルに従ってGT−UAVデータを送信することをさらに備えることができる。
開示される第3の態様は、次の構成を備える無人航空機である。
地上端末−無人航空機(GT−UAV)データを地上端末から受信することが可能である送受信機。
GT−UAVデータ送信信号がACKプロトコルに従って送信されるか否かを判断して確認応答信号を生成する、送受信機に接続される処理システム。
ACKプロトコルは、送受信機が成功裏にGT−UAVデータを受信するまで、地上端末がACKプロトコルに従ってGT−UAVデータを一回又は複数回送信することと、GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されるか否かを処理システムが判断することと、GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されることに応じて、送受信機が地上端末に確認応答信号を送信することとを備える。
処理システムは、任意に、機能モジュールについてのステータス情報を生成することがさらに可能であり、送受信機は、地上端末にそのステータス情報を送信することがさらに可能である。
送受信機は、任意に、機能モジュールを制御するコマンド信号を地上端末から受信することがさらに可能であり、処理システムは、そのコマンド信号を解釈することがさらに可能である。
無人航空機は、任意に、前記処理システムからの命令に応じて複数の画像を記録するカメラを備えることができ、送受信機は、前記カメラによって生成された画像を含む無人航空機−地上端末(UAV−GT)データを送信することがさらに可能である。
無人航空機は、任意に、処理システムからの命令に応じて測定を行うセンサを備えることができ、送受信機は、前記センサによって生成された測定データを含む無人航空機−地上端末(UAV−GT)データを一定間隔で送信することがさらに可能である。
開示される第4の態様は、次の構成を備える地上端末である。
地上端末−無人航空機(GT−UAV)データを無人航空機(UAV)に送信することが可能である送受信機。
GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されるか否かを判断して確認応答信号を分析する、送受信機に接続される処理システム。
ACKプロトコルは、GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されることをUAVが判断することに応じて、UAVによって生成された確認応答信号を送受信機が受信するまで、送受信機がACKプロトコルに従ってGT−UAVデータを一回又は複数回送信することと、UAVが地上端末に確認応答信号を送信することとを備える。
処理システムは、任意に、ACKプロトコルに従ってGT−UAVデータを送信しないことを判断することがさらに可能である。
送受信機は、任意に、UAVのステータスについてのセンサデータを受信することがさらに可能であり、処理システムは、そのセンサデータを分析することがさらに可能である。
送受信機は、任意に、UAVの機能モジュールのステータスについてのデータを受信することがさらに可能である。
UAVが地上端末と通信することを可能にする無人航空機(UAV)システムの実施形態を示す例示的な最上位のブロック図である。
図1のUAVの実施形態を示す例示的なブロック図である。
図1の地上端末の実施形態を示す例示的なブロック図である。
図1の地上端末の他の実施形態を示す例示的なブロック図である。
図1の地上端末のもう1つの他の実施形態を示す例示的なブロック図である。
図1の地上端末のもう1つの他の実施形態を示す例示的なブロック図である。
図1のUAVと地上端末との間の一連の時間多重アクセスプロトコルデータ送信信号の実施形態を示す例示的なタイムラインである。
図9の動的多重アクセスプロトコルで用いる動的リクエストバッファの実施形態を示す例示的なバッファデバイスである。 図9の動的多重アクセスプロトコルで用いる動的リクエストバッファの実施形態を示す例示的なバッファデバイスである。 図9の動的多重アクセスプロトコルで用いる動的リクエストバッファの実施形態を示す例示的なバッファデバイスである。
動的時間多重アクセスプロトコルを実施する方法の実施形態を示す例示的なフローチャートである。
図9の動的時間多重アクセスプロトコルに従う一連のデータ送信信号の実施形態を示す例示的なタイムラインである。
ACKプロトコルに従う一連のデータ送信信号の実施形態を示す例示的なタイムラインである。
図1の地上端末からUAVに送信される信号のためのACKプロトコルを選択的に実施する処理を示す例示的なフローチャートである。
図11及び12に記載される処理のためのACKルックアップテーブルの実施形態を示す例示的なルックアップテーブルである。
図11及び12に記載されるACKプロトコルを介して、図1の送信信号を送信するか否かを判断する方法の実施形態を示す例示的なフローチャートである。
図1の地上端末の視点からの、ACKプロトコルを選択的に実施する処理を示す例示的なフローチャートである。
図1の無人航空機の視点からの、ACKプロトコルを選択的に実施する処理を示す例示的なフローチャートである。
図面は一定の縮尺で描かれているものではなく、同様の構造又は機能の構成要素は、概して、例示の目的のために、図面を通して、同様の参照番号によって表されることに留意されたい。また、図面は好ましい実施形態の説明を容易にすることを目的としているだけであることに留意されたい。図面は、記載された実施形態のあらゆる態様を示すものではなく、本開示の範囲を限定するものではない。
現在利用可能な2チャネル通信システムは、2つの別個の送信機を必要とし、増大した体積及び複雑さを被るので、1より多い送信プロトコルに従って画像と複数の飛行制御信号との両方を選択的に送信する単一の無線チャネルを用いる通信システムは、望ましいものを証明でき、例えば、複数の無人航空機(UAV)システム等の広範囲の複数のシステム応用の基礎を提供できる。この結果は、本明細書に開示される一実施形態に従って、図1に示されるようなUAVシステム100によって達成されることができる。
図1を参照すると、UAVシステム100は、UAV110及び地上端末120を含むように示される。UAV110及び地上端末120は、望ましくは、1又は複数の無線送信信号の交換を通じて互いに通信する。UAV110は、例えば、UAV−地上端末(UAV−GT)データ送信信号130Bを地上端末120に送信できる。逆に、地上端末120は、地上端末−UAV(GT−UAV)データ送信信号130AをUAV110に送信できる。UAV110が飛行中の場合、UAV110と地上端末120との間で交換される複数の送信信号は、典型的に、複数の無線信号である。
好ましい実施形態において、UAVシステム100は、単一チャネルシステムである。無線チャネルは、特定の周波数をおよそ中央とする周波数範囲である。好ましい実施形態において、GT−UAVデータ送信信号130AとUAV−GTデータ送信信号130Bとの両方は、同一の無線チャネル130を用いる。したがって、UAV110及び地上端末120は、単一の無線チャネル130を共有する。
図2は、UAV110の実施形態を示す例示的なブロック図である。図2に示されるように、(図1に示される)UAV110は、UAV送受信機111を含むことができる。UAV送受信機111は、任意の適切なスピード及び/又はサイズの任意の適切なタイプの従来の送受信機を備えることができ、無線チャネル130で複数の無線信号を送信することと受信することとの両方が可能である。UAV110は、1又は複数の追加のUAVコンポーネントを含むことができ、UAV送受信機111は、UAV110の複数の追加のコンポーネントのうちの少なくとも1つと通信するように構成されることができる。複数のUAVコンポーネントの数及び構成は、例えば、UAV110に対して選択された用途に基づいて判断されることができる。
UAV110は、例えば、UAV送受信機111に接続されるUAVプロセッサ112を含むことができる。UAVプロセッサ112は、UAV送受信機111によって受信される(図1に示される)GT−UAVデータ送信信号130Aを受信して分析できる。さらに、UAVプロセッサ112は、(図1に示される)UAV−GTデータ送信信号130Bとして(図1に示される)地上端末120に送信されるべきデータをUAV送受信機111に送信できる。UAV送受信機111は、UAVプロセッサ112からの複数のコンピュータ可読信号を、地上端末120への送信のための複数の無線信号に変調できる。同様に、UAV送受信機111は、地上端末120から受信される複数の無線信号を、UAVプロセッサ112によって読み取られることが可能である複数の機械可読信号に復調できる。UAVプロセッサ112は、例えば、1又は複数のマイクロプロセッサ(μPs)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、中央処理装置(CPU)、及び/又はあらゆる種類のデジタル信号プロセッサ(DSP)等の任意のタイプの処理システムを備えることができる。
UAV110は、カメラ113をさらに含むことができる。カメラ113は、組み立てられたUAV110の一部として予め組み込まれることができる。代替的には、UAV110は、カメラ113を取り付ける及び/又は安定させるためのカメラホルダ/パン−チルトデバイス(不図示)を含むことができる。カメラ113は、スチル写真及び/又はビデオに用いるための複数の画像を捕捉できる。カメラ113は、また、複数の障害物を分析して安全を確保すべくUAV110を正しい飛行ルートに案内するプロセッサ112のための画像の全て又は一部を提供するために用いられることができる。カメラ113は、望ましくは、UAVプロセッサ112に接続される。UAVプロセッサ112は、望ましくは、例えば、カメラ113の位置を変更すること、及び/又は画像を捕捉するようにカメラ113に命令することによって、カメラ113を運ぶパン/チルトデバイスの動作を制御できる。
UAV110は、飛行制御装置114をさらに備えることができる。飛行制御装置114は、UAV110のピッチ、ロール、及びヨーを制御するために、UAV110に対する推進を制御するUAV110の複数の機械コンポーネントである。飛行制御装置114は、UAV110のスピード及び/又は位置を変更できる。飛行制御装置114は、望ましくは、UAVプロセッサ112に接続される。地上端末120は、ユーザ定義のルートプランのデータを含むGT−UAVデータ送信信号130Aを送信できる。UAV送受信機111は、GT−UAVデータ送信信号130Aを受信し、それをUAVプロセッサ112に伝達する。そして、UAVプロセッサ112は、飛行制御データを解釈し、適切な命令又は複数の命令のセットを飛行制御装置114に送信する。そして、飛行制御装置114は、UAV110のスピード又は位置を変更できる。
UAV110は、センサ115をさらに含むことができる。センサ115は、それぞれが少なくとも1つの選択されたタイプの測定を行う複数のセンサを備えることができる。UAV110の第1のセンサ115によって行われる複数のタイプの複数の測定は、第2のセンサ115によって行われる複数のタイプの複数の測定と同一である及び/又は異なることができる。例えば、選択されたセンサ115は、UAV110のスピード、高度、及び位置のうち少なくとも1つを測定できる。センサ115は、全地球測位衛星センサ、加速度計、気圧計、超音波検出器等を備えることができる。UAVプロセッサ112は、望ましくは、各センサ115に接続され、複数のセンサ115によって提供される複数の測定結果を分析することが可能である。また、センサ115から取得された複数の測定結果を含むUAV−GTデータ送信信号130Bを地上端末120に送信するように、UAVプロセッサ112は、UAV送受信機111に命令することによって、センサ115からの複数の測定結果を送信できる。センサ115によって提供されるデータを用いて、UAVプロセッサ112又は地上端末120は、UAV110のステータス正常か異常かを判断できる。例えば、それのバッテリ寿命がある閾値を下回る、それが飛行経路から逸れる、又はそれの高度がある値を超える場合、UAV110のステータスは異常であり得る。UAV110が正常に動作しているか異常に動作しているかを判断するための多くの可能性がある基準がある。これらの基準を用いて、UAVプロセッサ112は、UAV110が異常に動作していることを判断し、UAV110が異常に動作していることを地上端末120にアラートするために、地上端末120に信号を送信できる。
UAV110は、UAVメモリ116をさらに含むことができる。UAVメモリ116は、望ましくは、UAVプロセッサ112に接続される。UAVメモリ116は、UAVプロセッサ112が読み出して実行する複数の命令を格納するために用いられることができる。カメラ113は、また、UAVメモリ116に接続されることができる。カメラ113は、UAVメモリ116に画像データを格納できる。UAV110は、以下の手法で、地上端末120に複数の画像を送信できる。プロセッサ112は、UAVメモリ116又はカメラ113から画像を取り出す。そして、UAVプロセッサ112は、その画像を変調して、UAV送受信機111に送信し、そして、それは、画像を含むUAV−GTデータ送信信号130Bを地上端末120に送信する。
UAVメモリ116は、複数のハードウェアメモリデバイスを備えることができる。例えば、カメラ113及びUAVプロセッサ112は、専用のメモリデバイスをそれぞれ有することができる。望ましくは、不揮発性のメモリシステムを備え、UAVメモリ116は、これらに限定されないが、例えば、任意の電子、磁気、及び/又は光学記憶媒体等の任意の適切なタイプのメモリシステムを備えることができる。例示的な記憶媒体は、1又は複数のスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、フラッシュメモリ、又はハードドライブを含むことができる。第1のUAVコンポーネントに関連付けられる第1のUAVメモリデバイスは、第2のUAVコンポーネントに関連付けられる第2のUAVメモリデバイスと同一及び/又は異なってよい。代替的及び/又はさらには、第1のUAVメモリデバイスは、第2のUAVメモリデバイスと別個である、及び/又は少なくとも部分的に統合されることができる。
UAV110は、特化した複数のタスクを実行するために1又は複数の機能モジュールに論理的又は物理的に分割されることができる。機能モジュールは、UAV110の1又は複数のコンポーネントを備えることができる。例えば、気圧を測定する機能モジュールは、プロセッサ112の中のソフトウェア、及びセンサ115の中の気圧計、並びに気圧データを地上端末120に送信するUAV送受信機111を備えることができる。機能モジュールは、UAV110が異常に動作していることをUAV110又は地上端末120又は両方にアラートできる。例えば、高度を測定する機能モジュールは、高度の急激な減少を感知できる。そして、機能モジュールは、高度の異常な減少をUAVプロセッサ112にアラートできる。さらに、UAV110は、機能モジュールに関するデータを地上端末120に送信できる。したがって、地上端末120は、UAV110又は特定の機能モジュールが正常に動作しているか異常に動作しているかを判断するために、機能モジュールについてのステータス情報を受信してよい。さらに、地上端末120は、機能モジュールを制御する、例えば、機能モジュールからのステータス情報を要求するための複数のコマンドを含むGT−UAV送信信号130Aを送信できる。
図3は、(図1に示される)地上端末120の実施形態を示す例示的なブロック図である。図3に示されるように、地上端末120は、地上端末送受信機121を含むことができる。地上端末送受信機121は、任意の適切なスピード及び/又はサイズの任意の適切なタイプの従来の送受信機を備えることができ、無線チャネル130で複数の無線信号を送信することと受信することとの両方が可能である。地上端末120は、有利に、1又は複数の追加の地上端末コンポーネントを含むことができ、地上端末送受信機121は、地上端末120の複数の追加のコンポーネントのうちの少なくとも1つと通信するように構成されることができる。複数の地上端末コンポーネントの数及び構成は、例えば、(図1に示される)UAV110又は地上端末120に対して選択された用途に基づいて判断されることができる。
地上端末120は、例えば、地上端末送受信機121に接続される地上端末プロセッサ122を含むことができる。地上端末プロセッサ122は、地上端末送受信機121によって受信されるUAV−GTデータ送信信号130Bを受信して分析できる。さらに、地上端末プロセッサ122は、GT−UAVデータ送信信号130Aとして(図1に示される)UAV端末110に送信されるべきデータを地上端末送受信機121に送信できる。地上端末送受信機121は、地上端末プロセッサ122からの複数の信号を、UAV110への送信のための複数の無線信号に変調できる。同様に、地上端末送受信機121は、UAV110から受信される複数の無線信号を、地上端末プロセッサ121によって読み取られることが可能である複数の機械可読信号に復調できる。地上端末プロセッサ122は、例えば、1又は複数のマイクロプロセッサ(μPs)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、中央処理装置(CPU)、及び/又はあらゆる種類のデジタル信号プロセッサ(DSP)等の任意のタイプの処理システムを備えることができる。
地上端末120は、ディスプレイスクリーン123をさらに含むことができる。ディスプレイスクリーン123は、陰極線管(CRT)、液晶ディスプレイ(LCD)、薄膜トランジスタ(TFT)スクリーン、プラズマ等を含む任意のタイプのディスプレイスクリーンを備えることができる。ディスプレイスクリーン123は、望ましくは、UAV110のステータスを説明するオンスクリーンディスプレイ(OSD)情報を見る人に提示できる。例えば、ディスプレイスクリーン123は、UAV110の高度、スピード、位置等のうちの1又は複数を表示できる。UAVプロセッサ112は、複数の測定結果を含むUAV−GTデータ送信信号130Bを地上端末120に送信するようにUAV送受信機111に命令することによって、センサ115からの複数の測定結果を送信できる。そして、地上端末送受信機121は、これらの測定結果を地上端末プロセッサ122に伝達し、それは、地上端末120に接続されるディスプレイスクリーン123に、複数の測定結果を表示するように命令する。
さらに、ディスプレイスクリーン123は、望ましくは、カメラ113によって撮られた複数の画像を表示できる。UAVプロセッサ112は、画像を含むUAV−GT送信信号130Bを地上端末120に送信するようにUAV送受信機111に命令することによって、カメラ113又はUAVメモリ116からの複数の画像を送信できる。そして、地上端末送受信機121は、その画像を地上端末プロセッサ122に伝達し、そして、それは、画像を表示するようにディスプレイスクリーン123に命令する。
地上端末120は、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)124をさらに含むことができる。GUI124は、例えば、キーボード又はキーパッド等の1又は複数の押しボタン、及び/又は例えば、マウス、トラックボール、ジョイスティック、又はスタイラス等のポインティングデバイスを備えることができる。GUI124は、オペレータによって定義される複数の飛行コマンドを受信し、これらの飛行コマンドを地上端末プロセッサ122に転送する。地上端末プロセッサ122は、これらの飛行コマンドを解釈し、複数の飛行コマンドを地上端末送受信機121に送信でき、それは、これらの飛行コマンドを含むGT−UAVデータ送信信号130Aを送信できる。UAV送受信機111は、これらの飛行コマンドを含むGT−UAVデータ送信信号130Aを受信し、これらの飛行コマンドをUAVプロセッサ112に伝達する。そして、UAVプロセッサ112は、これらの飛行コマンドを解釈し、それらを飛行制御装置114に送信し、それは、UAV110の飛行行動を制御することを進める。
地上端末120は、地上端末メモリ126をさらに含むことができる。望ましくは、不揮発性のメモリシステムを備え、地上端末メモリ126は、これらに限定されないが、例えば、任意の電子、磁気、及び/又は光学記憶媒体等の任意の適切なタイプのメモリシステムを備えることができる。例示的な記憶媒体は、1又は複数のスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、フラッシュメモリ、又はハードドライブ(HDD)を含むことができる。地上端末メモリ126は、望ましくは、地上端末プロセッサ122に接続される。地上端末プロセッサ122は、望ましくは、地上端末プロセッサ122が読み出して実行する複数の命令を格納するために地上端末メモリ126を用いる。第1の地上端末コンポーネントに関連付けられる第1の地上端末メモリデバイスは、第2の地上端末コンポーネントに関連付けられる第2の地上端末メモリデバイスと同一である及び/又は異なることができる。代替的及び/又はさらには、第1の地上端末メモリデバイスは、第2の地上端末メモリデバイスと別個である、及び/又は少なくとも部分的に統合されることができる。
図3に示される地上端末120は、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント、又は任意の他の類似のコンピューティングデバイスを備えることができる。
他の実施形態において、図4に示されるように、(図1に示される)地上端末120は、タッチスクリーン125の機能を有することできる。タッチスクリーン125は、ユーザに情報を表示することとユーザから複数の入力コマンドを受信することとの両方を可能にできる。適切なサイズの従来のタッチスクリーンは、タッチスクリーン125として用いられることができる。図4に示される地上端末120は、タブレットコンピュータ、オールインワンコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント、又はタッチスクリーンの機能を有する任意の他の類似のコンピューティングデバイスを備えることができる。
もう1つの他の実施形態において、図5に示されるように、(図1に示される)地上端末120は、地上端末局500及び地上端末遠隔制御装置510である2つの別個のデバイスを備える。地上端末局500は、地上端末送受信機121、地上端末プロセッサ122、ディスプレイスクリーン123、地上端末メモリ126、及び入力インターフェース127を備える。入力インターフェース127は、外部のデバイスから複数の入力を受信し、これらの入力を地上端末プロセッサ122に伝達する。複数の飛行制御コマンドは、入力インターフェース127が受信できる複数の入力の例である。入力インターフェース127は、従来の入出力デバイス、例えば、USB互換のインターフェースで構成されることができる。
地上端末遠隔制御装置510は、GUI124及び出力インターフェース128を備える。GUI124は、例えば、キーボード又はキーパッド等の1又は複数の押しボタン、及び/又は例えば、マウス、トラックボール、ジョイスティック、又はスタイラス等のポインティングデバイスを備えることができる。GUI124は、複数の飛行コマンドを受信し、これらの飛行コマンドを出力インターフェース128に転送する。出力インターフェース128は、従来の入出力デバイスで構成されることができる。出力インターフェース128は、これらの飛行コマンドをユーザインターフェースリンク129で入力インターフェース127に送信する。ユーザインターフェースリンク129は、例えば、金属ワイヤ等の任意の適切な通信リンクを備えることができる。ユーザインターフェースリンク129は、また、無線リンクであり得る。その場合、出力インターフェース128及び入力インターフェース127は、複数の無線信号、例えば、複数のブルートゥース信号、複数のワイヤレスフィディリティ(Wi−Fi)信号等を受信及び送信することが可能であり得る。
図6に示されるもう1つの他の実施形態において、地上端末遠隔制御510は、遠隔制御タッチスクリーン624を備える。遠隔制御タッチスクリーン624は、ユーザに情報を表示することとユーザから複数の入力コマンドを受信することとの両方が可能である。適切なサイズの従来のタッチスクリーンは、遠隔制御タッチスクリーン624として用いられることができる。遠隔制御タッチスクリーン624は、望ましくは、遠隔制御プロセッサ622に接続される。遠隔制御プロセッサ622は、遠隔制御タッチスクリーン624から複数の入力を分析し、遠隔制御タッチスクリーン624上のグラフィカルユーザインターフェースを表示する。遠隔制御タッチスクリーン624から複数の飛行制御入力を受信すると、それから、遠隔制御プロセッサ622は、これらの飛行制御入力を出力インターフェース128に伝達する。地上端末局500は、入力インターフェース127を備える。出力インターフェース128は、ユーザリンクインターフェース129を介して、複数の飛行制御入力を入力インターフェース127に伝達する。
(図1に示される)GT−UAVデータ送信信号130Aは、複数の飛行制御信号を備えることができる。ユーザがUAV110のスピード又は高度を増大することを望む場合、例えば、地上端末120は、それのスピード又は高度を変更するようにUAV110に命令するGT−UAVデータ送信信号130Aを送信できる。
GT−UAVデータ送信信号130Aは、また、特別な制御信号を備えることができる。UAV110は、自動離陸機能を含むことができる。GT−UAVデータ送信信号130Aは、自動的に離陸するようにUAV110に命令する自動離陸信号を備えることができる。UAV110は、着陸補助機能を含むことができる。GT−UAVデータ送信信号130Aは、着陸補助機能を設定又は解除するようにUAV110に命令できる。GT−UAVデータ送信信号130Aは、それのGPSホームポイントを再調整するように、UAV110に命令するリセット制御データを備えることができる。GT−UAVデータ送信信号130Aは、ユーザの位置にGPSホームポイントを更新するようにUAV110に命令する信号を備えることができる。
GT−UAVデータ送信信号130Aは、また、UAVカメラ113の動作を制御できる。例えば、GT−UAVデータ送信信号130Aは、カメラ113を設定するために、複数のカメラ設定制御を備えることができる。GT−UAVデータ送信信号130Aは、また、例えば、写真を撮る又はビデオを記録するために、カメラ113に対するコマンド等の複数のカメラ制御及び/又は複数の設定を備えることができる。そして、UAV110がジンバルを含む場合、GT−UAVデータ送信信号130Aは、また、ジンバルの使用及び制御を対象にされることができる。
(図1に示される)UAV−GTデータ送信信号130Bは、UAV110が地上端末120に送信するカメラ113からの画像データを含むことができる。さらに、センサ115は、センサデータを生成できる。UAV110は、このセンサデータを含むUAV−GTデータ送信信号130Bを地上端末120に送信できる。これは、地上端末120が重要なフィードバックをUAV110から受信することを可能にする。センサデータは、高度、姿勢、バッテリ残量、速度、及び(例えば、低バッテリ警告又はGPS信号の喪失等の)いくつかの緊急状態信号を含むことができる。UAV−GTデータ送信信号130Bは、また、後で記載されるように、ステータス又は複数のコマンド信号を含むことができる。
これらの例は、包括的であることが意図されていない。他の信号の複数のタイプは、GT−UAVデータ送信信号130A及びUAV−GTデータ送信信号130Bを備えてよい。
好ましい実施形態において、UAV110及び地上端末120は、(図1に示される)同一の無線チャネル130によって複数の信号を送信する。したがって、UAV110及び地上端末120は、望ましくは、UAV110及び地上端末120が無線チャネル130を適切に共有することを保証するために符号化法を用いる。好ましい実施形態において、UAV110及び地上端末120は、チャネルを共有するために時分割多重アクセスを用いる。時分割多重アクセスプロトコルのもとで、送信時間は、複数のタイムフレームに分割される。複数のタイムフレームは、次に、複数のタイムスロットに分割され、各タイムフレームは、複数のタイムスロットを備える。時分割多重アクセスは、概して、チャネル内のある複数のタイムスロットをUAV送受信機111が用いるために、及びチャネル内のある複数のタイムスロットを地上端末送受信機121が用いるために割り当てることで構成される。所与のタイムスロットは、UAV送受信機111と地上端末送受信機121との両方に割り当てられることができない。
図7は、例示的な時分割多重アクセスプロトコル700の動作を示す。図7において、(図1に示される)UAV110及び(図1に示される)地上端末120は、(図1に示される)同一の無線チャネル130で複数の送信信号を交換する。図7は、2つの異なるタイムフレームである第1のタイムフレーム710及び第2のタイムフレーム720を示す。第1のフレーム710は、時間において第2のタイムフレーム720より早く発生する。第1のタイムフレーム710と第2のタイムフレーム720との両方は、3つのタイムスロットに分割される。第1のタイムフレーム710は、画像データスロット711、センサデータスロット712、及び飛行制御データスロット713に分割される。第2のタイムフレーム720は、画像データスロット721、センサデータスロット722、及び飛行制御データスロット723に分割される。この例において、第1のタイムフレーム710及び第2のタイムフレーム720は、3つのタイムスロットにそれぞれ分割されるが、例えば、(図1に示される)UAVシステム100によって用いられる信号の数、及びこれらの信号が交換されることを必要とする頻度に応じて、各タイムフレームを任意の適切なタイムスロットの数に分割することが可能である。例えば、1又は複数のタイムスロットが、特別な複数の制御信号に対して提供されることができる。さらに、タイムフレーム710、720は、異なる数のタイムスロットを含むことができる。
UAV110及び地上端末120は、(図1に示される)GT−UAVデータ送信信号130A又は(図1に示される)UAV−GTデータ送信信号130Bを送信するために、タイムスロット711−713、721−723のいくつかを用いる。UAV110は、第1のタイムフレームの画像データスロット711の間に画像データを含む第1のUAV−GTデータ送信信号130Bを、そして、第2のタイムフレームの画像データスロット721の間に追加の画像データを含む第2のUAV−GTデータ送信信号130Bを送信できる。UAV110は、第1のタイムフレームのセンサデータスロット712及び第2のタイムフレームのセンサデータスロット722の間に、センサデータを含むUAV−GTデータ送信信号130Bを送信できる。地上端末120は、第1のタイムフレームの飛行制御データスロット713及び第2のフレームの飛行制御データスロット723の間に、飛行制御データを有するGT−UAVデータ送信信号130Aを送信できる。
図7は、互いに隣接するものとしてタイムスロット711−713及び721−723を表す。望ましくは、タイムフレーム内の複数のタイムスロットは、複数のタイムスロットの間のバッファ時間を含む。例えば、第1のタイムフレーム710内に、画像データスロット711とセンサデータスロット712との間のバッファ時間があってよい。また、第1のタイムスロットのセンサデータスロット712と第1のタイムスロットの制御データスロット713との間のバッファ時間があってよい。
時分割多重アクセスプロトコル700は、静的時分割多重アクセスプロトコルである。静的時分割多重アクセスプロトコルにおいて、UAV110及び地上端末120は、UAV110又は地上端末120がそのタイムスロットの間に送信するための適切な信号を有するか否かに関わらず、複数のタイムスロットを割り当てられる。例えば、第1のタイムフレームの画像データスロット711は、UAV110が画像を含むUAV−GTデータ送信信号130Bを送信するために予約される。しかし、第1のタイムフレームの画像データスロット711に対応する時間の間に、UAV110が送信すべき画像を有しないことが可能である。
UAVシステム100の他の実施形態は、動的時分割多重アクセスプロトコルを用いる。この実施形態において、UAVシステム100は、図8a−8cに示されるように、動的リクエストバッファ800を有する。図8aは、例えば、空の動的リクエストバッファ800を示し、(図1に示される)UAV110も(図1に示される)地上端末120も(図1に示される)無線チャネル130を介して何らのデータを送信することを求めないことを意味する。図8bは、(図1に示される)UAV110が(図1に示される)無線チャネル130を介して画像データを送信することを望む場合の動的リクエストバッファ800を示す。動的リクエストバッファ800のエントリ(1)801は、画像データを含む(図1に示される)UAV−GTデータ送信信号130Bを送信する要求を含む。
図8cは、(図1に示される)UAV110が画像データを含む(図1に示される)UAV−GTデータ送信信号130Bを送信することを求め、(図1に示される)地上端末120が飛行制御データを含む(図1に示される)GT−UAVデータ送信信号130Aを送信することを求める場合の動的リクエストバッファ800を示す。望ましくは、各タイプの信号は、優先レベルを有する。より高い優先度のレベルを有する複数の信号は、最初に送信される。この例において、飛行制御データは、画像データより高い優先度のレベルを有する。したがって、動的リクエストバッファ800が、飛行制御データを送信するリクエストと画像データを送信するリクエストとの両方を含む場合、飛行制御データを送信するリクエストは、より高い優先度を有する。優先度は、動的リクエストバッファ800における複数のエントリによって表される。最上位のエントリ、つまりエントリ(1)801は、最も高い優先度の送信リクエストを含む。エントリ(2)802は、二番目に高い優先度の送信リクエストを含む。したがって、この例において、飛行制御データ送信リクエストは、第1のエントリ801に配置され、一方で、画像データリクエストは、第2のエントリ802に配置される。動的リクエストバッファ800は、望ましくは、全ての送信リクエストを受け入れるための十分なエントリを含む。
動的リクエストバッファ800は、(図2に示される)UAVメモリ116、又は(図3に示される)地上端末メモリ126、又は両方に位置付けられることができる。動的リクエストバッファ800は、スタンドアロンのメモリデバイスであり得、又はより大きいメモリ構造内の区画であり得る。動的リクエストバッファ800がUAVメモリ116内に位置付けられる場合、(図2に示される)UAVプロセッサ112は、動的リクエストバッファ800を制御できる。動的リクエストバッファ800が地上端末メモリ126内に位置付けられる場合、(図3に示される)地上端末プロセッサ122は、動的リクエストバッファ800を制御できる。
図9は、動的時分割多重アクセスプロトコルの動作の方法900を示す。この例において、(図3に示される)地上端末プロセッサ122は、(図8a−8cに示される)動的リクエストバッファ800を制御する。901において、動的リクエストバッファ800は、初期化される。902において、地上端末プロセッサ122は、(図1に示される)UAV110又は(図1に示される)地上端末120上のコンポーネントが(図1に示される)無線チャネル130を介して信号を送信することを求めるまで待つ。
903において、地上端末プロセッサ122が無線チャネル130を介してデータを送信する1又は複数リクエストを受信したか否かの判断がなされる。複数のリクエストは、地上端末120及び/又は地上端末プロセッサ122内のコンポーネントから到達してよい。代替的及び/又はさらに、UAV110のコンポーネントが無線チャネル130を介してデータを送信することを求める場合、複数のリクエストは、UAV110から到達してよい。
地上端末プロセッサ122が無線チャネル130を介してデータを送信する1又は複数リクエストを受信した場合、地上端末プロセッサ122は、動的リクエストバッファ800に送信リクエストを配置する。地上端末プロセッサ122は、図8a−8cを参照して上でより詳細に議論された手法における優先度の順序で、動的リクエストバッファ800にリクエストを配置する。すなわち、最も高い優先度のリクエストは、動的リクエストバッファ800の最上位又は最前部に配置される。904において、リクエストは、優先度の順序で、動的リクエストバッファ800に配置される。
ブロック905は、動的リクエストバッファ800における最も高い優先度のリクエストがUAV110から地上端末120に送信されるべき信号に対応するか否かの条件を表す。つまり、最も高い優先度のリクエストがUAV−GTデータ送信信号130Bのためのものであるか否かである。これは、例えば、送信がUAV110と地上端末120とのいずれから発生するかを示すためのステータスビットを送信リクエスト内に用意することによって実行されてよい。
動的リクエストバッファ800における最も高い優先度のリクエストがUAV110から地上端末120に送信されるべき信号、つまり、UAV−GTデータ送信信号130Bに対応する場合、地上端末120は、短い許可信号を無線チャネル130介してUAV110に送信し、最も高い優先度のリクエストに対応するUAV−GTデータ送信信号130Bを送信することを開始する許可をUAV110が有することをUAV110にアラートする。ブロック906において、地上端末120は、無線チャネル130を介してUAV−GTデータ送信信号130Bを送信する許可をUAV110に与える許可信号を送信する。許可信号を受信すると、ブロック907によって表されるように、UAV110は、高い優先度のリクエストに対応するUAV−GTデータ送信信号130Bを送信する。
ブロック905における条件が満たされない場合、動的リクエストバッファ800における最も高い優先度のリクエストがGT−UAVデータ送信信号130Aに対応することを意味する場合、ブロック908によって表されるように、地上端末120は、GT−UAVデータ送信信号130Aを送信することを開始する。
しかしながら、GT−UAVデータ送信信号130A又はUAV−GTデータ送信信号130Bの送信は、必ずしも、送信されるべきデータの完全な転送でない。ブロック907及びブロック908によって表される送信は、タイムフレームにおける1つのタイムスロットに対応する。しかし、いくつかの信号は、完全に送信されるために1より多いタイムスロットを必要とする。したがって、ブロック907又はブロック908によって表される送信信号が発生した後に、地上端末プロセッサ122は、ブロック907又はブロック908によって表される送信信号が最も高い優先度のリクエストに対応する最後の送信信号であったか否かを判断する。要求されたデータ転送は、信号が送信されることが終えられたことを示すものとして地上端末プロセッサ122が認識するエンドコードでエンコードされることができる。ブロック909は、ブロック907又はブロック908で表される送信信号が最も高い優先度のリクエストに対する最後の送信信号であったか否かの条件を表す。
ブロック909の条件が偽であり、ブロック907又はブロック908によって表される送信信号が最も高い優先度のリクエストの最後の送信信号でなかった場合、地上端末プロセッサ122は、再度、任意の新しい送信リクエストが到達したか否かを判断するために確認する。つまり、地上端末は、再度、ブロック903によって表される手順を実行する。
ブロック909の条件が真であり、ブロック907又はブロック908によって表される送信信号が最も高い優先度のリクエストに対する最後の送信信号であった場合、最も高い優先度のリクエストは、(図8a−8cに示される)動的リクエストバッファ800の(図8a−8cに示される)エントリ(1)801からフラッシュされる。ブロック910は、動的リクエストバッファ800のエントリ(1)801から最も高い優先度のリクエストをフラッシュすることを表す。地上端末プロセッサ122は、また、地上端末プロセッサ122が任意の新しい送信リクエストを受信したか否かを判断する、つまり、ブロック903によって表される判断を行う。
図10は、(図9に示される)動的時分割多重アクセスプロトコル900の例を示す。図10において、4つのデータタイムスロット1011−1014がある。また、4つのバッファスロット1031がある。
複数のバッファスロット1031は、有利に、UAV110が(図1に示される)UAV−GTデータ送信信号130Bを地上端末120に送信することを求めることを、(図1に示される)UAV110が(図1に示される)地上端末120にアラートすることを可能にする。複数のバッファスロット1031は、また、UAV110がそれの最も高い優先度の信号に対応するUAV−GTデータ送信信号130B送信する許可を有することを、(図1に示される)無線チャネル130を介して送信される許可信号を介して地上端末120がUAV110にアラートすることを可能にする。
図10の例において、送信されるべき第1の信号は、UAV110からの画像を含むUAV−GTデータ送信信号130Bである。UAV110は、無線チャネル130を占有し、第1のデータスロット1011において、画像データを含むUAV−GTデータ送信信号130Bを送信する。UAV110は、また、同様に、第2のデータスロット1012において、画像データを含むUAV−GTデータ送信信号130Bを送信する。しかし、第3のデータスロット1013が発生する前に、(図3に示される)地上端末プロセッサ112は、(図3に示される)ユーザインターフェース124から複数の飛行制御を受信する。この例において、複数の飛行制御は、画像データより高い優先度を有するので、飛行制御リクエストは、(図8a−8cに示される)第1のエントリ801において動的リクエストバッファ800に配置され、画像リクエストは、第2のエントリ802に移動される。結果として、第3のデータスロット1013の間に、地上端末120は、飛行制御データを含むGT−UAVデータ送信信号130をUAV110に送信する。送信がデータスロット1013において完了すると、動的リクエストバッファ800のエントリ(1)801における飛行制御リクエストは、フラッシュされ、第2のエントリ802からの画像送信リクエストは、第1のエントリ801移動される。飛行制御データが送信することを完了すると、UAV110は、第4のデータスロット1014における画像データを送信することを再開する。望ましくは、複数のバッファスロット1031の時間長は、複数のデータスロット1011−1014の時間長ほど長くない。
複数のある信号に対して、UAV110又は地上端末120は、ACKプロトコルとも称される確認応答プロトコルを用いて、無線チャネル130を介してデータを送信できる。ACKプロトコルは、データの受信を確認する確認応答信号を送信することをデータの受信者に要求することによって、送信信号130の信頼性を向上させる。しかしながら、ACKプロトコルの確認応答処理は、遅延をもたらし得る。したがって、ACKプロトコルを用いて、UAV110と地上端末120との間の全ての信号を送信することは望ましくない。ACKプロトコルの代替手段は、確認応答信号がデータの受信者によって送信されないリアルタイム非確認応答(rt−nACK)プロトコルであり、低減したレイテンシをもたらす。ACKプロトコルを用いるか否かの判断は、送信されるデータのタイプ、及び信頼性対レイテンシの所望のトレードオフによって決まる。非限定的な例として、連続的に変化している又は高低に変化しているデータは、ACKプロトコルの使用を必要とし得ない。
図11は、好ましい実施形態において用いられるACKプロトコルを示す例示的なACKプロトコルのタイムライン1100を示す。図11の例において、複数の飛行制御データタイムスロット1101は、UAV110に飛行制御データを送信するために、地上端末120に割り当てられる。複数の画像データタイムスロット1102は、地上端末120に画像データを送信するために、UAV110に割り当てられる。また、UAV110がUAV−GTデータ送信信号130Bを地上端末120に送信するための、複数のセンサ/ACKデータタイムスロット1103がある。複数のセンサ/ACKデータタイムスロット1103の間に、UAV110は、センサ115からのセンサデータを送信してよく、又はそれはACK信号を地上端末120に転送してよい。センサデータは、スピード、位置、及びUAV110の軌道についての有益なフィードバックを地上端末120に提供する。UAV110は、それがACKプロトコルを用いる地上端末120からの送信を成功裏に受信する場合、ACK信号を送信する。例えば、飛行制御信号がACKプロトコルを用いて送信され、UAV110が第2の飛行制御データスロット1101の間に飛行制御信号を成功裏に受信する場合、UAV110は、次のセンサ/ACKデータタイムスロット1103の間にACK信号を送信する。
図12は、ACKプロトコル1200を選択的に実施する処理の動作を示す。この例において、地上端末120は、ある複数のGT−UAV信号送信信号130Aを送信するために、ACKプロトコルを用いる。ブロック1201は、例えば、(図11に示される)飛行制御データタイムスロット1101の間に、地上端末120が飛行制御データを含むGT−UAVデータ送信信号130Aを送信することを表す。地上端末120は、ブロック1202によって表されるように、ACKプロトコルを用いて、飛行制御データを送信するか否かを判断する。図12におけるブロック1202は、ブロック1201の後に発生するように表されるが、地上端末120は、代替的には、飛行制御データを送信する前に、又は地上端末120が飛行制御データを送信すると同時に、ACKプロトコルを用いるか否かを判断してよい。飛行制御データがACKプロトコルを用いない場合、1208において、ACKプロトコルは終了する。
地上端末120が飛行制御データを送信した後、UAV110は、それが送信すべきものを有する場合、画像データを送信する。この送信は、(図11に示される)画像データタイムスロット1102の間に発生してよい。ブロック1204において、UAV110が飛行制御データ送信信号を成功裏に受信する場合、それに応じて、UAV110は、1207において、ACK信号を送信し、その後1208において、プロトコルは終了する。UAV110は、(図11に示される)センサ/ACKデータタイムスロット1103の間にACK信号を送信できる。
UAV110が飛行制御データ送信信号を成功裏に受信せず、地上端末120がACK信号を受信しない場合、地上端末120は、それが飛行制御データを送信することを何回試みたかを判断し、ブロック1205において、それを試みの最大数と比較する。この比較は、地上端末プロセッサ122によって、ソフトウェアでなされることができる。代替的には、それは、例えば、カウンタ及びコンパレータによって、ハードウェアでなされることができる。
試みの最大数に達していた場合、ブロック1209において、UAV110は、飛行制御データが失敗したことを示すエラーメッセージを地上端末120において表示できる。試みの最大数に達していなかった場合、ブロック1206において、地上端末120は、飛行制御データを再送信し、そして、ブロック1203において、新しい画像データが送信される(画像データは再送信されない)。どちらが最初に発生するとしても、飛行制御データがUAV110によって成功裏に受信される(これはUAV110がACK信号を送信することをもたらす)、又は試みの最大数に達するまで、飛行制御データは再送信される。
好ましい実施形態において、UAV110及び地上端末120は、データを送信する場合、必ずしもACKプロトコルを用いるわけではない。いくつかの信号に対して、データを送信する場合、ACKプロトコルを用いることが望ましい。カメラを設定する場合、例えば、地上端末120が送信する複数のカメラ設定制御信号は、望ましくは、ACKプロトコルを用いて送信される。同様に、GPSホームポイントをユーザの位置に更新する場合、地上端末が送信するユーザの位置への更新GPSホームポイント信号は、望ましくは、ACKプロトコルを用いて送信される。また、例えば、UAV110に対する最大高度を設定する信号等のある複数の制御信号は、有利に、ACKプロトコルを用いて送信される。
しかし、他の複数の信号に対して、ACKプロトコルを用いて複数のデータ信号を送信しないことが望ましい。例えば、UAV110の動きを制御する複数の飛行制御信号は、望ましくは、ACKプロトコルを用いることなく、地上端末120から送信される。着陸補助機能又は離陸補助機能をトグルでオン又はオフする複数の信号は、同様に、望ましくは、ACKプロトコルを用いて送信されない。同様に、写真を撮る又はビデオを記録する複数の信号は、望ましくは、ACKプロトコルを用いないで送信される。
多くのパラメータが、ACKプロトコルを介して送信信号を送信することが有利か否かを決定し、信号が送信される頻度、信号のサイズ、及びUAV110の安全な動作に対する信号の重要性を含む。
ACKテーブルを用いていくつかの信号だけを送信する1つの方法は、ルックアップテーブル1300を用いることである。ルックアップテーブル1300は、ソフトウェアによって、(図3に示される)地上端末メモリ126又は(図2に示される)UAVメモリ116又は両方において生成されることができる。代替的には、地上端末120又はUAV110又は両方は、専用のハードウェアのルックアップテーブル1300を有することができる。ルックアップテーブル1300は、また、外部ソースから、例えば、地上端末120に接続される外部メモリデバイスを介して提供されることができる。他の実施形態において、ACKプロトコルを介して信号を送信するか否かは、地上端末120及び/又はUAV110内の非メモリハードウェアによって判断されることができる。信号それ自体は、ACKプロトコルを用いるか否かを示す、それの内部のエンコードされたACKビットを含むことができる。例えば、組み合わせ論理及び/又は複数のマルチプレクサ及び/又は複数のデマルチプレクサは、特定のハードウェアのパス又は複数のパスを介して、信号又は複数の信号をルーティングするために用いられることができる。ACK制御信号は、送信されるべきデータ信号内に位置付けられることができ、複数のマルチプレクサ及び複数のデマルチプレクサを制御する選択信号として用いられることができる。
図13は、ACKプロトコルを用いて所与の信号を送信するか否かを判断するためのルックアップテーブル1300を示す。ルックアップテーブル1300は、複数のエントリを有する。各エントリ、例えば、エントリ(1)1301は、特定のタイプ(又は複数のタイプ)の信号がACKプロトコルを用いて送信されるべきか否かを格納する。ルックアップテーブル1300は、1ビット幅であり得、各エントリがストレージの1ビットだけを有することを意味する。代替的には、ルックアップテーブル1300は、各特定の信号についてのより詳細な情報を含むことができ、ルックアップテーブルが1ビット幅より長いことを意味する。概して、2つの無線プロトコルだけが用いられる場合、1ビットだけが、特定の信号がACKプロトコルを用いて送信されるべきか否かを格納するために必要とされ、そのビットはACKビットと呼ばれる。しかしながら、2より多い無線送信プロトコルが用いられる場合、複数のACKビットが必要とされる。
特定の信号を記述する情報は、ルックアップテーブル1300におけるいくつかのエントリにわたってよい。例えば、ルックアップテーブル1300が8ビット幅であり、送信されるべき各タイプのデータ信号は、16のステータスビットを有する場合、ルックアップテーブル1300の2つの列、例えば、エントリ(1)1301及びエントリ(2)1302は、各データ信号タイプについての情報を格納するために用いられる。
図14は、ACKプロトコルを用いて信号を送信するか否かを判断するための例示的な処理1400を示す。ブロック1401は、(図3に示される)地上端末メモリ126及び(図2に示される)UAVメモリ116の両方において、(図13に示される)ルックアップテーブル1300を生成すること、(図1に示される)UAV110及び(図1に示される)地上端末120が交換できる可能性がある複数の信号を記述するステータス情報を含むルックアップテーブル1300を追加することを表す。ルックアップテーブル1300は、不揮発性メモリを介して追加されることができる。ルックアップテーブル1300は、代替的には、(図3に示される)地上端末プロセッサ122及び/又は(図2に示される)UAVプロセッサ122によって追加されることができる。ルックアップテーブル1300は、1又は複数のACKビットを含む。
地上端末120が無線で送信するデータを有する場合、地上端末プロセッサ122は、送信されるべき信号に対応するメモリアドレスで、地上端末メモリ126内のルックアップテーブル1300においてリードコマンドを実行する。ブロック1402は、このメモリ読み出しを表す。そして、地上端末プロセッサ122は、ブロック1403によって表されるように、ルックアップテーブル1300からのACKビットを分析する。ACKビットが「ハイ」である場合、地上端末120は、最終的に、ブロック904によって表されるように、ACKプロトコルを用いてデータを送信する。ACKビットが「ロー」である場合、データは、ACKプロトコルを用いずに、つまり、無線チャネル130を介してデータを単に送信することによって、転送されるべきである。ブロック1405は、ACKプロトコルを用いずに、送信信号130を送信することを表す。
図15は、地上端末120の視点から、ACKプロトコルを実施する処理1500を示す。1501において、地上端末120は、送信されるべきデータのデータタイプを評価する。1502において、地上端末120は、データがACKプロトコルによって送信されるべきか否かを判断する。ACKプロトコルが必要でない場合、1503において、地上端末120は、単に、無線チャネル130を介してデータを一回送信する。しかしながら、データがACKプロトコルを介して送信されるべきである場合、1504において、地上端末120は、ACKプロトコルに従って無線チャネル130を介してデータを送信する。地上端末120は、UAV110がデータを成功裏に受信したことを示す確認応答信号をUAV110が地上端末120に送信するまで、必要な限りの多くの回数、データを再送信する。例えば、離陸補助、着陸補助、飛行制御、及び複数のリセット制御信号等のデータに対してACKプロトコルを用いないことが有利である。例えば、複数のカメラ設定信号、及び例えば、最大飛行高度又は距離データ等の他の複数のコンフィギュレーション信号等のデータに対してACKプロトコルを用いることが有利である。
図16は、UAV110の視点から、ACKプロトコルを実施する処理1600を示す。1601において、UAV110は、地上端末120からデータを受信し、送信されるデータのデータタイプを評価する。1602において、UAV110は、ACKプロトコルによって送信されることが必要とされるデータであるか否かを判断する。ACKプロトコルが必要でない場合、1603において、UAV110は、単に、地上端末120によって要求されたタスクを実行する。しかしながら、データがACKプロトコルを介して送信される場合、1604において、UAV110は、UAV110がデータを成功裏に受信したことを示す確認応答信号を地上端末120に送信し、地上端末120によって要求されたタスクを実行する。例えば、離陸補助、着陸補助、飛行制御、及び複数のリセット制御信号等のデータに対してACKプロトコルを用いないことが有利である。例えば、複数のカメラ設定信号、及び例えば、最大飛行高度又は距離データ等の他の複数のコンフィギュレーション信号等のデータに対してACKプロトコルを用いることが有利である。さらに、UAVプロセッサ112は、受信されたGT−UAV送信信号130Aに基づいて、コマンドをUAV機能モジュールに送信できる。望ましくは、UAVプロセッサ112は、ACKプロトコルに従って送信されないGT−UAVデータであることを判断することに応じて、そうする。
一実施形態において、システムは、複数の送信が成功する可能性を増大させるために、画像データを小さい複数のスライスに分割する。受信すると、地上局は、画像データの複数のスライスを再構築する。例えば、画像データは、例えば、図7、10、及び11に記載されるように、複数のタイムスロットにわたって転送されることができる。
開示される実施形態は、様々な変更及び代替的な形式の対象たり得るものであり、これらの具体例は、図面において、例として示され、本明細書において詳細に記載される。しかしながら、開示された実施形態は、開示された特定の形式又は方法に限定されるものではなく、逆に、開示された実施形態は、全ての変更、均等物及び代替手段を包含するものであることに留意されたい。

Claims (26)

  1. 端末から無人航空機(UAV)に端末−無人航空機(GT−UAV)データを通信する方法であって、前記GT−UAVデータは、UAVに一回又は複数回送信されるものであり、
    前記GT−UAVデータを受信するステップと、
    受信された前記GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されるか否かを判断するステップと、
    受信された前記GT−UAVデータが前記ACKプロトコルに従って送信されるべきと判断されることに応じて、確認応答信号を前記端末に送信するステップと
    を含む方法。
  2. 前記GT−UAVデータを受信することを試みるステップと、
    試みが失敗した場合、前記GT−UAVデータを受信することを再度試みるステップと
    をさらに備える請求項1に記載の方法。
  3. 前記UAVのステータスを判断するステップと、
    前記ステータスを前記端末に送信するステップと
    をさらに備える請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記ステータスは、前記UAVが正常に動作しているか異常に動作しているかを示す請求項3に記載の方法。
  5. 1又は複数のUAV機能モジュールのステータスを判断するステップと、
    前記ステータスに関するデータを前記端末に送信するステップと
    をさらに備える請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記ステータスは、前記UAV機能モジュールが正常に動作しているか異常に動作しているかを示す請求項5に記載の方法。
  7. 前記GT−UAVデータが前記ACKプロトコルに従って送信されないことを判断することに応じて、前記GT−UAVデータに基づいてUAV機能モジュールにコマンドを送信するステップ
    をさらに備える請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記判断するステップは、前記GT−UAVデータが飛行制御データ、離陸補助データ、着陸補助データ、及びリセット制御データのうちの少なくとも1つである場合、前記GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されないことを判断するステップを備える請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記判断するステップは、前記GT−UAVデータがカメラ設定データ、最大飛行高度データ、及び最大飛行距離データのうちの少なくとも1つである場合、前記GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されることを判断するステップを備える請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 端末から無人航空機(UAV)に端末−無人航空機(GT−UAV)データを通信する方法であって、
    ACKプロトコルに従って前記GT−UAVデータを送信するか否かを判断するステップと、
    ACKプロトコルに従って前記GT−UAVデータを送信することを判断することに応じて、前記端末が前記UAVから確認応答信号を受信するまで、ACKプロトコルに従って前記UAVに前記GT−UAVデータを一回又は複数回送信するステップと、
    前記GT−UAVデータが前記ACKプロトコルに従って送信され、前記UAVに受信されることに応じて、前記UAVから確認応答信号を受信するステップと
    を備える方法。
  11. ACKプロトコルに従って前記GT−UAVデータを送信しないことを判断するステップと、
    前記UAVに前記GT−UAVデータを一回送信するステップと
    をさらに備える請求項10に記載の方法。
  12. 前記UAVのステータスを示す状態信号を前記UAVから受信するステップ
    をさらに備える請求項10又は11に記載の方法。
  13. 前記状態信号は、前記UAVが正常に動作しているか異常に動作しているかを示す請求項12に記載の方法。
  14. UAV機能モジュールのステータスを示す第2の状態信号を前記UAVから受信するステップ
    をさらに備える請求項10から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記第2の状態信号は、前記UAV機能モジュールが正常に動作しているか異常に動作しているかを示す請求項14に記載の方法。
  16. 前記GT−UAVデータが飛行制御データ、離陸補助データ、着陸補助データ、及びリセット制御データのうちの少なくとも1つである場合、ACKプロトコルに従わずに前記GT−UAVデータを送信するステップ
    をさらに備える請求項10から15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記GT−UAVデータがカメラ設定データ、最大飛行高度データ、及び最大飛行距離データのうちの少なくとも1つである場合、ACKプロトコルに従って前記GT−UAVデータを送信するステップ
    を備える請求項10から16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 無人航空機(UAV)であって、
    端末−無人航空機(GT−UAV)データを端末から受信する送受信機と、
    前記GT−UAVデータの送信信号がACKプロトコルに従って送信されるか否かを判断して確認応答信号を生成し、前記送受信機に接続される処理システムと
    を備え、
    前記ACKプロトコルは、前記送受信機が成功裏に前記GT−UAVデータを受信するまで、前記端末が前記ACKプロトコルに従ってGT−UAVデータを一回又は複数回送信することと、前記GT−UAVデータが前記ACKプロトコルに従って送信されるか否かを前記処理システムが判断することと、前記GT−UAVデータが前記ACKプロトコルに従って送信されることに応じて、前記送受信機が確認応答信号を前記端末に送信することとを備える無人航空機。
  19. 前記処理システムは、機能モジュールについてのステータス情報を生成し、前記送受信機は、前記端末に前記ステータス情報を送信する、請求項18に記載の無人航空機。
  20. 前記送受信機は、機能モジュールを制御するコマンド信号を前記端末から受信し、前記処理システムは、前記コマンド信号を解釈する、請求項18又は19に記載の無人航空機。
  21. 前記処理システムからの複数の命令に応じて複数の画像を記録するカメラ
    をさらに備え、
    前記送受信機は、前記カメラによって生成された画像を含む無人航空機−端末(UAV−GT)データを送信する、請求項18から20のいずれか一項に記載の無人航空機。
  22. 前記処理システムからの命令に応じて測定を行うセンサ
    をさらに備え、
    前記送受信機は、前記センサによって生成された測定データを含む無人航空機−端末(UAV−GT)データを一定間隔で送信する、請求項18から21のいずれか一項に記載の無人航空機。
  23. 端末−無人航空機(GT−UAV)データを無人航空機(UAV)に送信する送受信機と、
    前記GT−UAVデータがACKプロトコルに従って送信されるか否かを判断して確認応答信号を分析し、前記送受信機に接続される処理システムと
    を備え、
    前記ACKプロトコルは、前記GT−UAVデータが前記ACKプロトコルに従って送信されることを前記UAVが判断することに応じて、前記UAVによって生成された確認応答信号を前記送受信機が受信するまで、前記送受信機が前記ACKプロトコルに従ってGT−UAVデータを一回又は複数回送信することと、前記UAVが前記端末に前記確認応答信号を送信することとを備える端末。
  24. 前記処理システムは、ACKプロトコルに従って前記GT−UAVデータを送信しないことを判断する、請求項23に記載の端末。
  25. 前記送受信機は、前記UAVのステータスについてのセンサデータを受信し、前記処理システムは、前記センサデータを分析する、請求項23又は24に記載の端末。
  26. 前記送受信機は、前記UAVの機能モジュールのステータスについてのデータを受信する、請求項23から25のいずれか一項に記載の端末。
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