JP2018174412A - Tracking antenna system and tracking antenna device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tracking antenna system capable of executing efficient and stable handover in tracking a plurality of aircrafts by a plurality of ground stations.SOLUTION: The tracking antenna system dynamically controls a direction in which a plurality of ground station antennas 10 and a ground station 200 to which each unmanned aircraft 100 connects by using position and attitude information of the moving unmanned aircraft 100, signal strength information, antenna directivity information and such. The tracking antenna system predicts reception power intensity at a plurality of times after a start of a current control cycle is started from prediction of a movement route of an unmanned aircraft and determines an unmanned aircraft 100 to be tracked by each ground station 200 in accordance with a prediction result at a time when the reception power intensity becomes the minimum.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、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。   The present invention relates to a tracking antenna device and a tracking antenna system for tracking a flying object.

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(UAV:Unmanned Aerial Vehicle)や無人ヘリコプタ(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。   In the event of a disaster such as an earthquake or fire, as a first response by a private news agency or government agency, the site was shot with a camera mounted on an unmanned aerial vehicle (UAV) or unmanned helicopter (photographing helicopter) There is a case where a technique is adopted in which captured video information is quickly transmitted to the ground station in real time. Since such video information is important information that becomes a determination source for initial response, it is required to transmit the video information without interruption at any time.

特に、広域を高精度にリアルタイムで観測するには複数機の運用が不可欠であり、飛行状態及び航空電子搭載機器のみならずミッション機器の情報をリアルタイムで地上にブロードバンド伝送し、必要なコマンドを地上より送信する通信システムが必須である。このようなシステムは、大規模災害等により携帯電話等の公衆系通信システムが利用できない場合においても運用できる必要があるため、通信システムは必然的に自営系システムとなる。また、検査・監視対象となる建造物の規模から、その通信可能エリアは1キロメートル四方程度をカバーする必要がある。   In particular, the operation of multiple aircraft is indispensable for observing a wide area in real time with high accuracy. Broadband transmission of not only flight status and avionics equipment but also mission equipment information to the ground in real time and necessary commands on the ground. A more transmitting communication system is essential. Since such a system needs to be able to operate even when a public communication system such as a mobile phone cannot be used due to a large-scale disaster or the like, the communication system is inevitably a self-supporting system. In addition, due to the scale of the building to be inspected and monitored, the communicable area needs to cover about 1 km square.

特許文献1には、定時間毎にGPSで無人航空機の位置が検出され、無人航空機の2時点の2つの位置の情報と、指向性アンテナの位置情報とに基づいて、指向性アンテナが無人航空機を追跡するのに必要なアンテナモーターの回転量をノート型パーソナル・コンピュータにより計算し、計算された回転量に応じてアンテナ・コントローラによりアンテナモーターが制御される構成が開示されている。   In Patent Document 1, the position of an unmanned aerial vehicle is detected by GPS every fixed time, and the directional antenna is an unmanned aerial vehicle based on information on two positions of the unmanned aircraft at two points in time and the positional information of the directional antenna. A configuration is disclosed in which the amount of rotation of the antenna motor necessary for tracking is calculated by a notebook personal computer, and the antenna motor is controlled by the antenna controller in accordance with the calculated amount of rotation.

特許文献1に開示の技術では、1台の追尾アンテナで1機のUAVを追尾するにあたり、UAVと追尾アンテナの最新の位置情報からアンテナの追尾方向を決定する。   In the technique disclosed in Patent Document 1, when one UAV tracks one UAV, the tracking direction of the antenna is determined from the latest position information of the UAV and the tracking antenna.

一方、非特許文献1には、航空機などの高速移動体の無線通信にミリ波帯を適用するために、長距離のミリ波帯通信を実現するアンテナの高性能化、移動体に搭載するための装置の小型・軽量化、航空機の姿勢に追随して電波の放射方向を高速に制御するアンテナ制御技術、ミリ波帯を用いた移動体通信に適したネットワーク技術が開示されている。   On the other hand, in Non-Patent Document 1, in order to apply the millimeter wave band to the radio communication of a high-speed moving body such as an aircraft, the performance of the antenna that realizes the long-distance millimeter wave band communication is increased. Have disclosed an antenna control technique for controlling the radiation direction of radio waves at high speed following the attitude of an aircraft, and a network technique suitable for mobile communication using the millimeter wave band.

非特許文献1の技術では、1台の航空機の航路予測に基づきハンドオーバーが実行され、航空機の移動を予測してハンドオーバー元とハンドオーバー先の追尾アンテナが追尾する構成である。   The technique of Non-Patent Document 1 is configured such that handover is executed based on the route prediction of one aircraft, and the movement of the aircraft is predicted and the tracking antenna of the handover source and the handover destination track.

特開2001−267829号公報JP 2001-267829 A

http://www.nict.go.jp/press/2010/06/23-1.html,「ミリ波を用いた航空機-地上間の大容量無線通信システムを開発」,独立行政法人 情報通信研究機構 プレスリリース 2010年6月23日http://www.nict.go.jp/press/2010/06/23-1.html, “Development of Aircraft-Ground Wireless Communication System Using Millimeter Wave”, Information and Communications Research, Incorporated Administrative Agency Organization Press Release June 23, 2010

現状、産業用無人航空機及び無人ヘリコプタテレビ中継(ヘリテレ)向け画像伝送用無線通信システムに対しては、1.2GHz帯においてチャネル当たり6MHzの周波数帯域が割り当てられている。しかしながら、複数のUAVを用いて1ストリーム当たり8〜10Mb/s程度のビットレートを有するブロードバンドリアルタイム動画像伝送を行うには、帯域が不足している。   At present, a frequency band of 6 MHz per channel in the 1.2 GHz band is allocated to a wireless communication system for image transmission for industrial unmanned aerial vehicles and unmanned helicopter television relays (Heli Tele). However, there is insufficient bandwidth to perform broadband real-time moving image transmission having a bit rate of about 8 to 10 Mb / s per stream using a plurality of UAVs.

このため、自営システムでこのような伝送を実現するにIEEE802.11g/n等に代表される無線LAN(Local Area Network)が最も有力である。ただし、一般的な無線LANデバイスの伝送可能距離は高々100m程度である。このため、大型建造物の周囲を周回する複数のUAVに対して十分な受信電力を安定して確保するには多数の地上局(BS)が必要となる。   For this reason, a wireless LAN (Local Area Network) represented by IEEE802.11g / n is the most promising for realizing such transmission in a private system. However, the transmission distance of a general wireless LAN device is about 100 m at most. Therefore, a large number of ground stations (BS) are required to stably secure sufficient received power for a plurality of UAVs that circulate around a large building.

少数の地上局においてUAVの飛行エリアをカバーする方法として、高利得の追尾アンテナを用いてUAVを追尾することにより、伝送可能距離を延長することが考えられる。ただし、各UAVとこれを追尾する地上局追尾アンテナの関係を一対一に固定すると、地上局からの距離と見通し範囲によってUAVの行動範囲が大きく制約される上、他の地上局と同一チャネル干渉が生じた場合における回避策の自由度も限定される。   As a method of covering the flight area of the UAV in a small number of ground stations, it is conceivable to extend the transmittable distance by tracking the UAV using a high-gain tracking antenna. However, if the relationship between each UAV and the ground station tracking antenna that tracks it is fixed one-to-one, the action range of the UAV is greatly restricted by the distance from the ground station and the line-of-sight range, and the same channel interference with other ground stations The degree of freedom of the workaround when this occurs is also limited.

このため、位置的に離れた複数の追尾アンテナで複数のUAVを追尾する必要がある。この際には、所要受信電力が確保できるよう、数10〜100km/h程度で移動する複数のUAVを地上局の追尾アンテナで捕捉することになる。   For this reason, it is necessary to track a plurality of UAVs with a plurality of tracking antennas that are distant from each other. At this time, a plurality of UAVs moving at several tens to 100 km / h are captured by the tracking antenna of the ground station so that the required received power can be secured.

しかし、特許文献1および非特許文献1に開示された技術は、同一エリアに存在する複数UAVの追尾を想定していない。   However, the techniques disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 do not assume tracking of a plurality of UAVs existing in the same area.

また、ハンドオーバー時に急激な追尾方向の変動があると、所要受信電力が確保できない時間が長くなる恐れがある。   Also, if there is a sudden change in the tracking direction at the time of handover, the time during which the required received power cannot be secured may become longer.

さらに、監視対象の建造物によるデッドスポット発生への対策も必要であり、複数の地上局を位置的に離して配置することで通信可能範囲を確保するだけでなく、UAVの飛行位置に応じて適切に通信先の地上局を切り替え(ハンドオーバー)を実行する必要がある。特に、UAVの追い越しやすれ違いに対して対応することも必要である。   In addition, it is necessary to take measures against dead spots caused by the buildings to be monitored. In addition to securing a communicable range by arranging a plurality of ground stations apart from each other, depending on the flight position of the UAV It is necessary to appropriately switch (handover) the communication destination ground station. In particular, it is necessary to cope with the overtaking and difference of UAV.

また、制御間隔の間でUAVの位置変動が無視できない程度に大きいと、地上局からのビーム範囲から外れて所望の受信電力が得られず制御が不安定になるおそれがあるという問題がある。あるいは、ビームパタンに凹凸がある場合、UAVの移動によって凹凸を通過することで受信電力が変動し、所望の受信電力が得られないおそれがあるという問題もある。   In addition, if the UAV position fluctuation is so large that it cannot be ignored during the control interval, there is a problem that the desired reception power cannot be obtained because the beam range from the ground station is not obtained and the control may become unstable. Alternatively, when the beam pattern has irregularities, there is a problem that the received power fluctuates by passing through the irregularities due to the movement of the UAV, and the desired received power may not be obtained.

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、複数の地上局による複数の飛翔体に対する追尾において、効率的かつ安定なハンドオーバーを実行することが可能な追尾アンテナシステムおよび追尾アンテナ装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a plurality of flight by a plurality of ground stations in a configuration in which a signal from a flying object is received while being tracked by the ground station. To provide a tracking antenna system and a tracking antenna device capable of performing an efficient and stable handover in tracking of a body.

この発明の1つの局面に従うと、追尾アンテナシステムであって、複数の飛翔体を備え、各複数の飛翔体は、自身の位置、速度および姿勢を把握するための測位手段と、無線信号を送受信可能な機体アンテナとを含み、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、複数の地上局の各々は、通信指向性を変更可能な追尾アンテナと、追尾制御指示に応じて、複数の飛翔体のうちの対応する飛翔体の方向に追尾アンテナの通信指向性を駆動する指向性制御手段と、飛翔体からの受信信号強度を計測する信号強度計測手段とを含み、追尾アンテナは、複数の飛翔体のうちから第1および第2の追尾対象を設定することが可能であり、複数の地上局の各々が接続する飛翔体を選択するとともに、複数の地上局の通信指向性を制御するための追尾制御指示を生成するための制御局をさらに備え、制御局は、各飛翔体の位置、速度および姿勢の情報に基づいて、複数時刻における飛翔体の位置を推定する飛翔体位置推定手段と、推定された飛翔体の複数の位置と受信信号強度の情報とに基づいて、各地上局において、飛翔体についての各時刻の伝搬損を推定し、推定された伝搬損に基づいて、複数時刻における受信電力を予測する受信電力予測手段と、予測された複数時刻における受信電力に基づき、受信状況が最も悪くなると予測される場合に応じて追尾方向を決定する追尾方向制御手段と、飛翔体の特定の組について通信中の地上局において、飛翔体が、現在通信中の地上局以外であって通信やハンドオーバ処理を行っていない地上局に接近中である場合に、交代先の地上局の第2の追尾対象に、交代が予測される飛翔体を加えるように、追尾制御信号を地上局に対して出力する地上局交代制御手段とを含む。   According to one aspect of the present invention, a tracking antenna system includes a plurality of flying bodies, and each of the plurality of flying bodies transmits and receives radio signals to and from positioning means for grasping its own position, speed, and posture. A plurality of ground stations for performing wireless communication with a plurality of flying bodies, each of the plurality of ground stations includes a tracking antenna capable of changing communication directivity, and tracking control In response to the instruction, directivity control means for driving the communication directivity of the tracking antenna in the direction of the corresponding flying object among the plurality of flying objects, and signal strength measuring means for measuring the received signal intensity from the flying object. The tracking antenna is capable of setting the first and second tracking targets from among a plurality of flying objects, selecting a flying object to which each of the plurality of ground stations is connected, and a plurality of ground stations Controls communication directivity A control station for generating a tracking control instruction for the vehicle, and the control station estimates the position of the flying object at a plurality of times based on information on the position, speed, and posture of each flying object. Based on the means, information on the estimated position of the flying object and the received signal strength, each ground station estimates the propagation loss at each time for the flying object, and based on the estimated propagation loss, A reception power prediction unit that predicts reception power at a plurality of times; a tracking direction control unit that determines a tracking direction according to a case where the reception situation is predicted to be worst based on the predicted reception power at a plurality of times; In a ground station that is communicating for a specific set of bodies, if the flying object is approaching a ground station other than the currently communicating ground station that is not performing communication or handover processing, A second tracking target upper station, to apply a projectile which substitution is predicted, and a ground station alternation control means for outputting a tracking control signal to the ground station.

好ましくは、ハンドオーバ処理は、所定の時間間隔で制御処理が実行され、複数時刻は、現在のハンドオーバ制御の処理遅延後の第1の時刻と、次回のハンドオーバ制御の処理遅延後の第2の時刻とを含む。   Preferably, the handover process is executed at a predetermined time interval, and the plurality of times are a first time after a process delay of the current handover control and a second time after a process delay of the next handover control. Including.

好ましくは、複数時刻は、第1の時刻と第2の時刻との間の第3の時刻を含む。   Preferably, the plurality of times includes a third time between the first time and the second time.

この発明の他の局面に従うと、複数の飛翔体に対して無線通信のための追尾を行うための追尾アンテナ装置であって、各複数の飛翔体は、自身の位置、速度および姿勢を把握するための測位手段と、無線信号を送受信可能な機体アンテナとを含み、通信指向性を変更可能な追尾アンテナと、飛翔体からの受信信号強度を計測する信号強度計測手段と、複数の飛翔体のうちの対応する飛翔体の方向に通信指向性を駆動する指向性制御手段とを備え、追尾アンテナは、複数の飛翔体のうちから第1および第2の追尾対象を設定することが可能であり、指向性制御手段は、各飛翔体の位置、速度および姿勢の情報に基づいて、複数時刻における飛翔体の位置を推定する飛翔体位置推定手段と、推定された飛翔体の複数の位置と受信信号強度の情報とに基づいて、各地上局において、飛翔体についての各時刻の伝搬損を推定し、推定された伝搬損に基づいて、複数時刻における受信電力を予測する受信電力予測手段と、予測された複数時刻における受信電力に基づき、受信状況が最も悪くなると予測される場合に応じて追尾方向を決定する追尾方向制御手段と、飛翔体の特定の組について通信中の地上局において、飛翔体が、現在通信中の地上局以外であって通信やハンドオーバ処理を行っていない地上局に接近中である場合に、交代先の地上局の第2の追尾対象に、交代が予測される飛翔体を加えるように、追尾制御信号を地上局に対して出力する地上局交代制御手段とを含む。
According to another aspect of the present invention, there is a tracking antenna device for tracking a plurality of flying objects for wireless communication, and each of the plurality of flying objects grasps its own position, speed, and posture. A tracking antenna capable of changing communication directivity, a signal strength measuring means for measuring the received signal strength from the flying object, and a plurality of flying objects. Directivity control means for driving communication directivity in the direction of the corresponding flying object, and the tracking antenna can set the first and second tracking targets from among the plurality of flying objects. The directivity control means includes a flying object position estimating means for estimating the position of the flying object at a plurality of times based on the information on the position, speed, and posture of each flying object, and the reception and reception of the estimated positions of the flying object. Signal strength information and Each ground station estimates the propagation loss at each time for the flying object, and based on the estimated propagation loss, the received power prediction means for predicting the received power at multiple times, and at the predicted multiple times Based on the received power, the flying object is currently communicating with the tracking direction control means that determines the tracking direction according to the case where the reception situation is predicted to be the worst, and the ground station that is communicating with a specific set of flying objects. When a ground station other than the above ground station is approaching a ground station that is not performing communication or handover processing, a projectile predicted to be replaced is added to the second tracking target of the replacement ground station. Ground station switching control means for outputting a tracking control signal to the ground station.

この発明の追尾アンテナシステムおよび追尾アンテナ装置によれば、複数の地上局による複数の飛翔体に対する追尾において、効率的かつ安定なハンドオーバーを実行することが可能である。   According to the tracking antenna system and the tracking antenna apparatus of the present invention, it is possible to execute an efficient and stable handover in tracking a plurality of flying objects by a plurality of ground stations.

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。It is a conceptual diagram which shows the structure of the radio | wireless communications system containing the tracking antenna apparatus of this Embodiment. 本実施の形態の無人航空機100の構成を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the structure of the unmanned aircraft 100 of this Embodiment. 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。3 is a functional block diagram for explaining a configuration of a system server 300. FIG. 無人航空機100.1および100.2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。It is a figure for demonstrating the concept of the process of the ground station 200 and the system server 300 at the time of tracking the unmanned aircraft 100.1 and 100.2. 無人航空機の位置の予測に基づき、無人航空機100に対する追尾処理を行う場合の第1の課題を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the 1st subject in the case of performing the tracking process with respect to the unmanned aircraft 100 based on the estimation of the position of the unmanned aircraft. 無人航空機の位置の予測に基づき、無人航空機100に対する追尾処理を行う場合の第2の課題を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the 2nd subject in the case of performing the tracking process with respect to the unmanned aircraft 100 based on the estimation of the position of the unmanned aircraft. 本実施の形態において予測処理の対象となる複数の時刻を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating several time used as the object of a prediction process in this Embodiment. 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。4 is a flowchart for explaining a processing flow of the wireless aircraft 100, the ground station 200, and the system server 300. システムサーバ300が、UAVについての追尾対象更新処理およびアンテナの追尾方向更新処理を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining tracking object update processing and antenna tracking direction update processing for UAV by system server 300. 各UAVの位置および伝搬損を予測する処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process which estimates the position and propagation loss of each UAV. 条件1の状態を説明するための概念図である。6 is a conceptual diagram for explaining a state of condition 1. FIG. 2機のUAVに対する追尾方向制御を行うアルゴリズムを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the algorithm which performs tracking direction control with respect to two UAV. ケースAの場合の予想受信電力を示す概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram showing expected received power in case A. ケースBの場合の予想受信電力を示す概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram showing expected received power in case B. ケースCの場合の予想受信電力を示す概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram showing expected received power in case C.

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。   Hereinafter, a radio communication system including a tracking antenna apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, components and processing steps given the same reference numerals are the same or equivalent, and the description thereof will not be repeated unless necessary.

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 Aerial 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。   In the following description, although not particularly limited, for example, a mobile station that is a flying object will be described as an unmanned aerial vehicle (UAV). However, for example, an unmanned helicopter or a drone may be used.

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、複数のUAVによる同時観測を可能にする、ブロードバンド無線通信システムである。より具体的には、移動するUAVの位置・速度・姿勢情報や信号強度情報、アンテナ指向性情報等を用いて、複数の地上局アンテナが追尾する方向、各UAVが接続する地上局、及び各通信リンクの使用チャネルを動的に制御する。   As will be described below, the wireless communication system according to the present embodiment is a broadband wireless communication system that enables simultaneous observation by a plurality of UAVs. More specifically, using the position / velocity / attitude information, signal strength information, antenna directivity information, etc. of the moving UAV, the tracking direction of the plurality of ground station antennas, the ground station to which each UAV is connected, and each Dynamically control the channel used for the communication link.

安定したハンドオーバー実現に向けて、各追尾アンテナは可能な限り、複数、たとえば、2機のUAV(「第1追尾対象」、「第2追尾対象」と呼ぶ)を追尾する。このとき、追尾方向の変動を抑えることにより、所望受信電力が所定値を下回る時間を減少させる。これにより、効率的なハンドオーバーの実現と、各UAVに対して所要受信電力の安定した確保を実現する。
[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。
To achieve a stable handover, each tracking antenna tracks a plurality of, for example, two UAVs (referred to as “first tracking target” and “second tracking target”) as much as possible. At this time, by suppressing the fluctuation in the tracking direction, the time during which the desired received power falls below the predetermined value is reduced. As a result, efficient handover is realized, and stable reception power required for each UAV is realized.
[Embodiment]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a wireless communication system including a tracking antenna device of the present embodiment.

本システムは、追尾アンテナを有する複数の地上局200.1〜200.M(以下、総称する場合は「地上局200」と呼ぶ。)、地上局200に対してアプリケーションデータの伝送を行う複数の無人航空機100.1〜100.2(以下、総称する場合は「無人航空機100」と呼ぶ)、ならびに集中制御的に各地上局・UAVのアンテナ制御を行うシステムサーバ300より構成される。   The system includes a plurality of ground stations 200.1 to 200. M (hereinafter collectively referred to as “ground station 200”), and a plurality of unmanned aircraft 100.1 to 100.2 (hereinafter collectively referred to as “unmanned”) that transmits application data to the ground station 200. And the system server 300 that performs antenna control of each ground station / UAV in a centralized manner.

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複数の追尾アンテナを用いて高速伝送に必要な伝送速度を確保可能な無線通信リンクを確保することになる。   When a large-scale disaster or accident occurs, it is necessary to capture and obtain information on the area as widely as possible in real time. In this case, it is necessary to receive images taken by a plurality of unmanned aerial vehicles 100.1 to 100.2 on the ground. For this reason, a transmission necessary for high-speed transmission using a plurality of tracking antennas for one unmanned aerial vehicle. A wireless communication link capable of securing the speed is secured.

各無人航空機100.1〜100.2は、後に説明するように、GPS(global positioning system)ハイブリッド慣性航法装置を搭載し、無人航空機100.1〜100.2の位置、速度、姿勢角度、ならびに姿勢各速度等のテレメトリデータを計測する。ここで、計測された各テレメトリデータは、テレメトリデータ伝送用の無線通信デバイスを用いて地上局200に伝送される。また、無人航空機100.1〜100.2には、特に限定されないが、たとえば、複数の指向性アンテナが搭載される。その場合はシステムサーバ300からの指令に基づき使用するアンテナを選択する。   As will be described later, each unmanned aerial vehicle 100.1-100.2 is equipped with a GPS (global positioning system) hybrid inertial navigation device, and the position, speed, attitude angle of unmanned aircraft 100.1-100.2, and Measure telemetry data such as posture speeds. Here, each measured telemetry data is transmitted to the ground station 200 using a radio communication device for telemetry data transmission. Moreover, although it does not specifically limit to unmanned aerial vehicle 100.1-100.2, For example, a some directional antenna is mounted. In that case, an antenna to be used is selected based on a command from the system server 300.

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。   In the following, for the sake of simplicity of explanation, it is assumed that there are two unmanned aircraft, but the number may be larger.

図1においては、地上局200.1〜200.M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。   In FIG. 1, the ground stations 200.1 to 200. M has a tracking antenna device and can direct the antenna in the direction of unmanned aerial vehicles 100.1 to 100.2. Ground stations 200.1-200. M is the corresponding directional antenna 10.1-10. It is assumed that wireless communication is performed with a mobile station by M (M: natural number, hereinafter referred to as “directional antenna 10” when collectively referred to).

後に説明するように、システムサーバ300は、受信したテレメトリデータや受信強度に基づき、無人航空機の位置と速度から後述するような複数時刻における無人航空機の位置を線形予測により算出する。そして、システムサーバ300は、予測した位置でもシャドウイング量が同一と仮定して、伝搬損 (距離減衰+シャドウイング量)を算出し、予測を実行した複数時刻のうち受信電力が最小となるときの情報に基づき追尾方向を決定する。なお、特段の言及がない限り、以下の基準により各地上局の追尾対象となる無人航空機を決定する。   As will be described later, the system server 300 calculates the position of the unmanned aircraft at a plurality of times as described later from the position and speed of the unmanned aircraft based on the received telemetry data and the received intensity by linear prediction. The system server 300 calculates the propagation loss (distance attenuation + shadowing amount) on the assumption that the shadowing amount is the same at the predicted position, and when the received power becomes the minimum among a plurality of times when the prediction is executed. The tracking direction is determined based on the information. Unless otherwise specified, the unmanned aircraft to be tracked by each ground station is determined according to the following criteria.

i)当該地上局が通信中の無人航空機を第1追尾対象とする。     i) An unmanned aerial vehicle with which the ground station is communicating is set as a first tracking target.

ii)飛行経路の予測から当該地上局にハンドオーバーしようとしていると判断される無人航空機を第2追尾対象とする。     ii) An unmanned aerial vehicle that is determined to be handed over to the ground station from the predicted flight path is set as the second tracking target.

この場合、典型的には、複数の無人航空機100を運用している場合は、地上局の近傍に位置する無人航空機100(第1追尾対象)をサイドローブで追尾しつつ、遠方から接近する別の無人航空機100(第2追尾対象)をメインローブで捕捉することになる。   In this case, typically, when a plurality of unmanned aircrafts 100 are operated, the unmanned aircraft 100 (first tracking target) located in the vicinity of the ground station is tracked by the side lobe while approaching from a distance. The unmanned aerial vehicle 100 (second tracking target) is captured by the main lobe.

なお、複数の無人航空機100が同時にメインローブの範囲に入っている状態では、メインローブのみで、近傍側の無人航空機も遠方側の無人航空機も同時に追尾することになる。   In a state where a plurality of unmanned aircrafts 100 are simultaneously in the range of the main lobe, only the main lobe is used to track the unmanned aircraft on the near side and the unmanned aircraft on the far side at the same time.

図1では、指向性アンテナ10.1〜10.Mの指向性のメインローブの範囲を、ビーム方向BM.11〜BM.M1として、サイドローブの範囲を、ビーム方向BM.12〜BM.M2として示す。   In FIG. 1, the directional antennas 10.1-10. M directivity main lobe range is defined as beam direction BM. 11-BM. M1 as the range of the side lobe, the beam direction BM. 12-BM. Shown as M2.

各地上局200では、無人航空機100からのテレメトリデータ、ならびに無線LANにより伝送されるアプリケーションデータ(たとえば、画像データ)を受信する。その際、いずれかの無線インタフェースにおいて、受信電力計測部22.1〜22.M(総称する場合は、「受信電力計測部22」と呼ぶ。)が、各無人航空機100が送信した信号の受信電力を計測し、これらの情報をシステムサーバ300へ送信する。そして、システムサーバ300の指示に基づき追尾アンテナの追尾方向と無線LANの使用周波数チャネルを変更すると共に、使用周波数チャネル・無線LANの接続先地上局および使用指向性アンテナに関する情報を無人航空機100に伝送する。   Each ground station 200 receives telemetry data from the unmanned aerial vehicle 100 and application data (for example, image data) transmitted by the wireless LAN. At that time, in any of the wireless interfaces, the received power measuring units 22.1 to 22. M (referred to collectively as “reception power measurement unit 22”) measures the reception power of the signal transmitted by each unmanned aerial vehicle 100 and transmits the information to the system server 300. Then, the tracking direction of the tracking antenna and the use frequency channel of the wireless LAN are changed based on an instruction from the system server 300, and information on the use frequency channel, the connection destination ground station of the wireless LAN and the use directional antenna is transmitted to the unmanned aircraft 100. To do.

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伝送速度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。   The system server 300 includes unmanned aircraft 100.1 to 100.2 to ground stations 200.1 to 200. Position / attitude information of unmanned aerial vehicles 100.1 to 100.2 transmitted via M, and ground stations 200.1 to 200.200. Based on the signal strength information of the unmanned aerial vehicles 100.1 to 100.2 received at M, the wireless communication link capable of ensuring the transmission speed necessary for the intended communication is monitored, and as described later, the unmanned aircraft The ground stations that connect and track wireless communication with 100.1 to 100.2 are ground stations 200.1 to 200.200. M from time to time, and select the selected ground station, eg, ground stations 200.1 and 200. The tracking direction of M is controlled.

すなわち、システムサーバ30
0では、無人航空機100から送信されたテレメトリデータ、地上局にて計測した受信電力、地上局位置、そして各アンテナの指向性パタンから、無人航空機100と地上局200間の伝搬損(距離減衰およびシャドウイング)を算出する。また、後述するように複数時刻における各無人航空機100の位置を予測し、複数の時刻のうちで最小の受信電力となるときの情報に基づいて所望の通信機会が得られるよう、地上局アンテナの追尾方向と無人航空機100の使用アンテナ、各地上局における無線LANの使用周波数チャネル、ならびに各無人航空機100の接続先地上局を決定する。
That is, the system server 30
In 0, the propagation loss (distance attenuation and distance between the unmanned aircraft 100 and the ground station 200 is calculated from the telemetry data transmitted from the unmanned aircraft 100, the received power measured by the ground station, the ground station position, and the directivity pattern of each antenna. (Shadowing) is calculated. Further, as will be described later, the position of each unmanned aircraft 100 at a plurality of times is predicted, and a ground station antenna is obtained so that a desired communication opportunity is obtained based on information when the minimum reception power is obtained among the plurality of times. The tracking direction, the antenna used by the unmanned aircraft 100, the frequency channel used for the wireless LAN in each ground station, and the connection destination ground station of each unmanned aircraft 100 are determined.

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)
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機能ブロック図である。
Ground stations 200.1 and 200. M, tracking antenna control units 20.1 and 20.. M according to the tracking direction control signal from the system server 300, respectively. M is the drive unit 30.1 and 30. M are respectively controlled and driven to control the directional antennas 10.1 and 10. Control the direction of M. As a directivity driving method, for example, it may be configured to be driven by a gimbal mechanism having two or more axes, or the directivity may be controlled electronically as an array antenna.
(Configuration of unmanned aerial vehicle 100)
FIG. 2 is a functional block diagram for explaining the configuration of unmanned aerial vehicle 100 of the present embodiment.

無人航空機100は、複数の指向性アンテナ120と、指向性アンテナ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切換装置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。   Unmanned aerial vehicle 100 includes a plurality of directional antennas 120, a switching device 124 for selecting an antenna to be used for a wireless link among the antennas of directional antenna 120, and a wireless unit for performing communication using the selected antenna. 122, an onboard computer 128 for controlling the flight and communication of the unmanned aircraft 100, a hybrid navigation device 126 including a GPS and a gyro for measuring the position and orientation of the unmanned aircraft 100, and an image from above And an imaging device 130 for capturing (still images, moving images).

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、テレメトリデータとして、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。選択されたアンテナ120からの受信電波強度の情報は、地上局200で計測される。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200に対して送信される。   Information on the position, speed, attitude angle (yaw angle, roll angle, pitch angle) and attitude angular velocity of the unmanned aircraft 100 measured by the hybrid navigation device 126 is transmitted from the selected antenna to the ground station as telemetry data. For example, it is transmitted at regular time intervals. Information on the received radio wave intensity from the selected antenna 120 is measured by the ground station 200. Similarly, image data captured by the imaging device 130 in accordance with an instruction from the ground station is also transmitted to the ground station 200 from the selected antenna.

切換装置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、利得が最も大きくなるようなアンテナを随時選択するように構成することができる。   As a method of selecting a specific antenna among the antennas 120 by the switching device 124, for example, an antenna having the largest gain can be selected at any time.

ここで、無人航空機100の指向性アンテナ120については、上述のとおり複数個設けてもよいが、アンテナ数が1個であり、指向性を地上局からの指示により変更できるアンテナを設け、切換装置124により指向性を切換える構成としてもよい。   Here, a plurality of directional antennas 120 of unmanned aircraft 100 may be provided as described above, but the number of antennas is one, and an antenna that can change the directivity by an instruction from the ground station is provided, and a switching device The directivity may be switched by 124.

なお、以下では、説明の簡単のために、無人航空機100のアンテナ120の指向性は、原則として、等方的であるものとして説明する。指向性を有する場合は、無人飛行機100からの信号にその際に設定されている指向性アンテナの利得を考慮すればよい。   In the following description, for the sake of simplicity, the directivity of antenna 120 of unmanned aerial vehicle 100 is assumed to be isotropic in principle. In the case of having directivity, the gain of the directional antenna set at that time in the signal from the unmanned airplane 100 may be taken into consideration.

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。   FIG. 3 is a functional block diagram for explaining the configuration of the system server 300.

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。   The system server 300 is configured in the same manner as a known computer system, and an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit) performs arithmetic processing based on a program stored in a storage device, as shown in FIG. Each function shall be executed.

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。あるいは、無人航空機100のアンテナ120が指向性を変更できる構成であれば、利得最大となるように、その指向性を変更させる信号を追尾方向制御信号として併せて生成してもよい。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。以下では、便宜上、複数のアンテナから選択を行うものとして説明する。   The system server 300 includes a communication interface (hereinafter, communication I / F) 302 for communicating with the ground station 200 (in FIG. 3, the ground stations 200.m-1 and 200.m are illustrated). A position / attitude information acquisition unit 304 that acquires information on the position, velocity, attitude angle, and attitude angular velocity of the unmanned aircraft 100 transmitted from the unmanned aircraft 100 and received and transmitted by the ground station 200; Each of the ground stations 200 includes a tracking direction control unit 306 that generates a tracking direction control signal for controlling the direction in which the unmanned aircraft 100 is tracked based on information from the unit 304. The tracking direction control unit 306 uses information such as the position, speed, posture angle, posture angular velocity, and the like of the unmanned aircraft 100 transmitted from the unmanned aircraft 100 side in order to select the antenna 120 having a high gain in the unmanned aircraft 100. Thus, an instruction to select the antenna having the maximum gain is generated as a tracking direction control signal from the relative attitude angle with the ground tracking antenna 10 in charge of tracking. Alternatively, if the antenna 120 of the unmanned aerial vehicle 100 is configured to change the directivity, a signal for changing the directivity may be generated as the tracking direction control signal so that the gain is maximized. Each tracking direction control signal is transmitted to the corresponding ground station 200. Hereinafter, for the sake of convenience, description will be made assuming that selection is performed from a plurality of antennas.

システムサーバ300は、さらに、地上局200で受信された無人航空機100からの受信信号強度に関する情報を取得する信号強度情報取得部310と、信号強度情報取得部310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接続局指示信号を生成する接続局制御部312とを備える。接続局指示信号は、それぞれ、対応する地上局200に伝送される。   The system server 300 further includes a signal strength information acquisition unit 310 that acquires information on the received signal strength from the unmanned aircraft 100 received by the ground station 200, and information of the unmanned aircraft 100 based on information from the signal strength information acquisition unit 310. And a connection station control unit 312 that generates a connection station instruction signal for controlling selection of a ground station provided with a tracking antenna in charge of tracking. Each connection station instruction signal is transmitted to the corresponding ground station 200.

接続局制御部312は、後述するように複数時刻における各無人航空機100位置を予測し、複数の時刻のうちで最小の受信電力となるときの情報に基づいて所望の通信機会が得られるよう、各地上局における無線LANの使用周波数チャネル、ならびに各無人航空機100の接続先地上局を決定するための処理を実行し、ハンドオーバーの準備ならびにハンドオーバーの実行を指示するための接続局指示信号を出力する。追尾方向制御部306は、後に説明するように、位置・姿勢情報取得部304からの情報および接続局制御部312からの情報に基づき、地上局アンテナの追尾方向と無人航空機100の使用アンテナを決定して追尾方向制御信号を生成する。   As will be described later, the connecting station control unit 312 predicts the position of each unmanned aircraft 100 at a plurality of times, so that a desired communication opportunity can be obtained based on information when the minimum reception power is obtained among the plurality of times. A process for determining the frequency channel used for the wireless LAN in each ground station and the ground station to which each unmanned aircraft 100 is connected is executed, and a connection station instruction signal for instructing the preparation for the handover and the execution of the handover is performed. Output. The tracking direction control unit 306 determines the tracking direction of the ground station antenna and the antenna used by the unmanned aircraft 100 based on the information from the position / posture information acquisition unit 304 and the information from the connection station control unit 312 as described later. Thus, a tracking direction control signal is generated.

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。   The system server 300 further includes an imaging data acquisition unit 320 that receives imaging information from the unmanned aerial vehicle 100 via the ground station 200, and a storage device 322 for storing the acquired imaging data.

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。   System server 300 may be installed as a single server for centrally managing a combination of a plurality of unmanned aircraft 100 and a plurality of tracking antennas 10, or may be configured by a plurality of servers arranged in a distributed manner. Good.

特に、本実施の形態においては、ハンドオーバー時における以下のような課題に対する、システムの処理について説明する。   In particular, in the present embodiment, system processing for the following problems during handover will be described.

地上局アンテナは鋭い指向性を持つため、複数の無人航空機100が異なる方向から同一地上局に近接すると、同時追尾が困難となる。そこで、良好な無人航空機100の追尾実現にはどの地上局がどの無人航空機100を追尾するかを適切に決定する必要がある。このためには、上述したような伝搬損や位置情報だけでなく、無人航空機の位置の複数時刻についての予測に基づき、無人航空機100の追い越しやすれ違いのような無人航空機相互の位置関係が、どのようになると予想されるかも考慮する必要がある。   Since the ground station antenna has a sharp directivity, simultaneous tracking becomes difficult when a plurality of unmanned aircraft 100 approaches the same ground station from different directions. Therefore, in order to realize good tracking of the unmanned aircraft 100, it is necessary to appropriately determine which ground station tracks which unmanned aircraft 100. For this purpose, not only the propagation loss and position information as described above, but also the positional relationship between the unmanned aircraft such as overtaking and passing of the unmanned aircraft 100 is determined based on the prediction of the position of the unmanned aircraft at a plurality of times. It is necessary to consider whether it is expected to become.

図4は、システムサーバ300により、無人航空機100.1および100.2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。   FIG. 4 is a diagram for explaining a concept of processing of the ground station 200 and the system server 300 when the system server 300 tracks the unmanned aircraft 100.1 and 100.2.

たとえば、図4の構成において、時刻t=t1において追尾アンテナ10.mおよび10.m−1により、無人航空機100.1を追尾していた状態から、一定時間τ後の時刻t=t1+τの状態、すなわち、1つの時刻における無線航空機の状態を推定して、追尾アンテナ10.mおよび10.m−1により、無人航空機100.1および100.2の追尾を続行するという構成も考えられるものの、その場合、以下に説明するような課題が存在する。   For example, in the configuration shown in FIG. 4, the tracking antenna 10. m and 10. m-1 is used to estimate the state of time t = t1 + τ after a certain time τ from the state in which the unmanned aircraft 100.1 is being tracked, that is, the state of the wireless aircraft at one time, and the tracking antenna 10. m and 10. Although a configuration in which the tracking of the unmanned aircraft 100.1 and 100.2 is continued by m−1 is considered, in that case, there is a problem as described below.

図5は、無人航空機の位置の予測に基づき、無人航空機100に対する追尾処理を行う場合の第1の課題を説明するための概念図である。   FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a first problem in the case where the tracking process for the unmanned aircraft 100 is performed based on the prediction of the position of the unmanned aircraft.

図6は、無人航空機の位置の予測に基づき、無人航空機100に対する追尾処理を行う場合の第2の課題を説明するための概念図である。   FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a second problem in the case where the tracking process for the unmanned aircraft 100 is performed based on the prediction of the position of the unmanned aircraft.

まず、図5を参照して第1の課題について説明する。   First, the first problem will be described with reference to FIG.

ここでは、追尾処理および地上局間のハンドオーバーの処理は、所定の時間間隔Thのサイクルで制御がされているものとする。追尾処理および地上局間のハンドオーバーの処理は、開始後、処理遅延τのうちに、1つのサイクルの処理が完了するものとする。   Here, it is assumed that the tracking process and the handover process between the ground stations are controlled in a cycle of a predetermined time interval Th. The tracking process and the handover process between the ground stations are assumed to be completed in one cycle within the processing delay τ after the start.

図5に示した例では、現在時刻において、2つのUAV1とUAV2とを地上局が追尾している状態を示している。   In the example shown in FIG. 5, the ground station is tracking two UAV1 and UAV2 at the current time.

そして、単に1つの将来時刻t=t1+τの状態のみに対して予測処理を実行するものと仮定する。ここで、たとえば、τとしては、Thよりも短い所定の時間であるものとする。この場合、予測位置において、2つのUAV1とUAV2とは、依然として、地上局の1つのビームで追尾可能という結果となり、ハンドオーバーは不要という判断がされることになる。しかし、さらに次回の制御時点であるt=t1+2×Thでは、2つのUAV1およびUAV2の双方が、地上局のビーム範囲から外れてしまい、それ以後は、いずれのUAVからも所望の受信電力が得られず制御が不安定となってしまう。   Then, it is assumed that the prediction process is executed only for the state at one future time t = t1 + τ. Here, for example, τ is a predetermined time shorter than Th. In this case, at the predicted position, the two UAV1 and UAV2 still can be tracked by one beam of the ground station, and it is determined that the handover is unnecessary. However, at t = t1 + 2 × Th, which is the next control point, both UAV1 and UAV2 are out of the beam range of the ground station, and thereafter, the desired received power can be obtained from any UAV. Otherwise, the control becomes unstable.

次に、図6を参照して、第2の課題について説明する。   Next, the second problem will be described with reference to FIG.

図6に示した例では、地上局のビームの強度分布に凸凹が存在している。   In the example shown in FIG. 6, there are irregularities in the beam intensity distribution of the ground station.

その結果、単に1つの将来時刻t=t1+τの状態のみに対して予測処理を実行するものとすると、たまたま、UAV1が、ハンドオーバーの制御タイミングにおいて、途中位置に存在している場合、想定より利得が小さくなり、受信電力が不足してしまうおそれがある。   As a result, assuming that the prediction process is executed only for the state of one future time t = t1 + τ, if UAV1 happens to be in the middle position at the handover control timing, the gain is larger than expected. May become small and reception power may be insufficient.

図7は、本実施の形態において予測処理の対象となる複数の時刻を説明するための概念図である。   FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a plurality of times that are targets of prediction processing in the present embodiment.

本実施の形態では、以下の複数の時刻のうち、少なくとも2つ以上の時刻を対象として予測処理を実行する。   In the present embodiment, prediction processing is executed for at least two or more times among the following times.

1)(制御開始時刻t1)+(処理遅延τ)の時刻:t1+τ
すなわち、これは、追尾処理のサイクルが開始される時刻から現在行う制御によってハンドオーバー処理がカバーすべき時刻の起点となる時刻である。
1) Time of (control start time t1) + (processing delay τ): t1 + τ
In other words, this is the time from which the handover process should be covered by the control currently performed from the time when the tracking process cycle is started.

2)(次回の制御開始時刻t2)+(処理遅延τ)の時刻:t2+τ
すなわち、これは、現在行うハンドオーバー処理の制御によってカバーすべき時刻の終点となる時刻である。
2) Time of (next control start time t2) + (processing delay τ): t2 + τ
That is, this is the time that is the end point of the time that should be covered by the control of the handover process that is currently performed.

3)時刻(t1+τ)〜時刻(t2+τ)までの間の時刻t3
これは、上記1)と2)との間の時刻であって、たとえば、この期間の少なくとも1つの時刻を予め設定しておくことができる。この時刻での予測も取り入れれば、上述したビーム形状の凸凹に対しても対応することができる。
3) Time t3 between time (t1 + τ) and time (t2 + τ)
This is the time between the above 1) and 2). For example, at least one time in this period can be set in advance. If prediction at this time is taken in, it is possible to cope with the above-described unevenness of the beam shape.

4)現在〜時刻(t1+τ)までの間、あるいは、時刻(t2+τ)からさらに所定の時間が経過する間ので間の時刻t4
これも、この期間の少なくとも1つの時刻を予め設定しておくことができる。この時刻での予測も取り入れれば、速度ベクトルの推定に誤差があり想定よりも角度変動が大きい場合への対応をすることが可能となる。
4) Time t4 between the present time and time (t1 + τ), or between the time (t2 + τ) and a predetermined time has elapsed.
Again, at least one time of this period can be set in advance. If prediction at this time is also taken in, it is possible to cope with a case where there is an error in the estimation of the velocity vector and the angle variation is larger than expected.

上述した複数の時刻のうち、本実施の形態では、ハンドオーバー処理を確実に行うために、時刻(t1+τ)と時刻(t2+τ)とにおける予測は、他の時刻での予測よりも優先して実行することが望ましい。   In the present embodiment, the prediction at the time (t1 + τ) and the time (t2 + τ) is performed in preference to the prediction at other times among the plurality of times described above in order to reliably perform the handover process. It is desirable to do.

時刻t3および時刻t4における予測は、時刻(t1+τ)と時刻(t2+τ)とにおける予測を行うことを前提に、さらに、実行する構成としてもよい。   The prediction at the time t3 and the time t4 may be further executed on the assumption that the prediction at the time (t1 + τ) and the time (t2 + τ) is performed.

図8は、図4に示した概念を実行するための無人航空機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。   FIG. 8 is a flowchart for explaining the processing flow of unmanned aerial vehicle 100, ground station 200, and system server 300 for executing the concept shown in FIG.

図4および図8を参照して、まず、システムサーバ300において、ステップS300およびステップS200において、無人航空機100から受信し地上局から転送されているテレメトリデータや無人航空機100からの受信信号強度の情報に基づいて、最初の通信地上局の決定が実行される(S100)。なお、このような初期設定としては、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接続局指示信号を算出するものとすることができる。   4 and 8, first, in system server 300, telemetry data received from unmanned aerial vehicle 100 and transferred from a ground station in step S300 and step S200, and information on received signal strength from unmanned aerial vehicle 100 are shown. The first communication ground station is determined based on (S100). As such initial setting, for example, the system server 300 can calculate the tracking direction control signal and the connection station instruction signal based on information from all the ground stations 200.

このような最初の通信地上局の決定は、追尾方向制御部306により、現在の受信電力が、瞬時的、あるいは一定時間の間について、通信開始しきい値Pcomm以上となる地上局があれば、以下の要領で初期通信先の決定が実行される。   Such determination of the first communication ground station is performed by the tracking direction control unit 306 if there is a ground station whose current received power is equal to or higher than the communication start threshold value Pcomm for a moment or for a certain period of time. The initial communication destination is determined as follows.

a)通信やハンドオーバー処理を行っていない地上局の中で、一定時間後の予測伝搬損が最小のもの
b)条件a)を満たす地上局が無い場合に、他の無人航空機と通信中ではあるが、ハンドオーバー処理を行っていない地上局の中で一定時間後の予測伝搬損が最小のもの
上記a)を満たす地上局と無人航空機がある場合は、当該無人航空機を初期通信先地上局の第1追尾対象に設定する。
a) Among the ground stations that have not performed communication or handover processing, the predicted propagation loss after a certain time is the minimum. b) When there is no ground station that satisfies the condition a), it is in communication with another unmanned aircraft. If there is a ground station that satisfies the above a) and an unmanned aircraft among the ground stations that have not been handed over, the predicted propagation loss after a certain time is minimum. Is set as the first tracking target.

上記b)の場合は、当該無人航空機を初期通信先地上局の第2追尾対象に設定する。   In the case of b), the unmanned aircraft is set as the second tracking target of the initial communication destination ground station.

続いて、追尾方向制御部306は、追尾方向制御信号を生成して、地上局200に対して送信し(S101)、接続局制御部312が追尾を担当する追尾アンテナ(接続先地上局)の変更や無線LANの使用周波数チャネルの決定あるいは変更が必要であるかを判断して(S102でY)、接続局指示として、地上局200へ送信する(S104)。   Subsequently, the tracking direction control unit 306 generates a tracking direction control signal and transmits the tracking direction control signal to the ground station 200 (S101), and the connected station control unit 312 performs tracking of the tracking antenna (connected ground station). It is determined whether it is necessary to change or determine or change the use frequency channel of the wireless LAN (Y in S102), and transmit to the ground station 200 as a connection station instruction (S104).

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接続局指示信号の制御信号を受信し(S200)、接続局指示でハンドオーバーの準備や接続地上局の変更(ハンドオーバー)の指示がある場合(S202)は、ハンドオーバーのための指示を生成し(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)。   The ground station 200 receives the tracking direction control signal and the control signal of the connection station instruction signal from the system server 300 (S200), and the connection station instruction instructs to prepare for handover or change the connection ground station (handover). In some cases (S202), an instruction for handover is generated (S204), and the direction of the tracking antenna is controlled in accordance with the tracking direction control signal (S206).

地上局200は、さらに、無人航空機100に対して、必要に応じて、アンテナ120のうちから送受信に使用するアンテナを選択する指示をしたり、ハンドオーバーの指示をしたり、撮像情報の送信を指示する制御信号を、送信する(S208)。   The ground station 200 further instructs the unmanned aircraft 100 to select an antenna to be used for transmission / reception from among the antennas 120, instructs a handover, and transmits imaging information as necessary. A control signal to be instructed is transmitted (S208).

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)。   In the unmanned aircraft 100, the onboard computer 128 acquires information such as position and attitude from the hybrid completed navigation device (S300), and receives the control signal transmitted from the ground station 200 in S208 (S302).

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、切換装置124によりアンテナ120のうちの1つのアンテナの選択の処理や、ハンドオーバーが指示されている場合は、地上局を選択する処理を行う(S304)。   In the unmanned aerial vehicle 100, when the switching device 124 instructs the selection of one of the antennas 120 or the handover by the control of the onboard computer 128 based on the instruction from the ground station 200, Processing for selecting a ground station is performed (S304).

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)。   Subsequently, the unmanned aerial vehicle 100 transmits information on its own position, posture, and the like to the ground station 200 (S306), and transmits imaging information to the ground station 200 in response to an instruction from the ground station 200. (S308).

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における地上局200からの信号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)。   On the other hand, the ground station 200 receives information on the position, posture, and the like from the unmanned aerial vehicle 100 (S210), and acquires information on the signal reception strength of the unmanned aircraft 100 from the ground station 200 (S212). The imaging information from the unmanned aircraft 100 is received (S214), and the information received from the unmanned aircraft 100 is transmitted to the system server 300 (S216).

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接続局指示信号を算出する(S108)。
[UAVについての追尾対象更新処理およびアンテナの追尾方向更新処理]
以下では、図8のステップS108において、システムサーバ300が、追尾方向制御や接続局の制御(ハンドオーバー)を行う処理について説明する。
The system server 300 receives the signal transmitted from the ground station 200 in step S216 (S106), and calculates a tracking direction control signal and a connection station instruction signal for the ground station 200 (S108).
[Tracking target update process and antenna tracking direction update process for UAV]
In the following, a process in which the system server 300 performs tracking direction control and connection station control (handover) in step S108 in FIG. 8 will be described.

なお、以下では、記述の簡単のために、無人航空機を単に「UAV」と称する。   In the following, for the sake of simplicity, the unmanned aircraft is simply referred to as “UAV”.

図9は、システムサーバ300が、ステップS108として実行するUAVについての追尾対象更新処理およびアンテナの追尾方向更新処理を説明するフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart for explaining the tracking target update process and the antenna tracking direction update process for the UAV executed by the system server 300 as step S108.

図9を参照して、ステップS108の処理が開始されると(S400)、システムサーバ300の接続局制御部312は、地上局より取得したテレメトリデータおよび受信強度データにより、各UAVの上述した複数時刻での位置および伝搬損を予測する(S402)。   Referring to FIG. 9, when the process of step S108 is started (S400), the connecting station control unit 312 of the system server 300 uses the telemetry data and the received intensity data acquired from the ground station to execute the above-described plural of UAVs. The position and propagation loss at the time are predicted (S402).

ここで、図10は、このような各UAVの複数時刻での位置および伝搬損を予測する処理を説明するためのフローチャートである。   Here, FIG. 10 is a flowchart for explaining processing for predicting the position and propagation loss of each UAV at a plurality of times.

図10を参照して、まず、接続局制御部312は、処理の開始後(S500)、以下の「地上局アンテナ-UAV間の伝搬損の推定」を行うことで、地上局アンテナ-UAV間の伝搬損を推定する(S502)。   Referring to FIG. 10, first, connected station control section 312 performs the following “estimation of propagation loss between ground station antenna and UAV” after the start of processing (S500), so that the connection between ground station antenna and UAV is performed. Is estimated (S502).

[地上局アンテナ-UAV間の伝搬損の推定]
第m地上局(m=1,…,M)において、第nUAV(n=1,…,N)が送信した信号の受信電力pm,n[dBm]を測定し、システムサーバ300に送信する。なお、受信電力が小さく信号の復調に失敗した場合は、受信電力を所定の設定値pfail[dBm]に設定する。
[Estimation of propagation loss between ground station antenna and UAV]
In the m-th ground station (m = 1,..., M), the received power pm , n [dBm] of the signal transmitted by the n-th UAV (n = 1,..., N) is measured and transmitted to the system server 300. . When the received power is small and demodulation of the signal fails, the received power is set to a predetermined set value p fail [dBm].

次に、接続局制御部312は、第m地上局と第nUAVの距離dm,nに基づき、自由空間伝搬を仮定して距離減衰Lm,n[dB]を算出する。 Next, the connecting station control unit 312 calculates the distance attenuation L m, n [dB] assuming free space propagation based on the distance dm , n between the mth ground station and the nUAV.

続いて、接続局制御部312は、第nUAVの位置情報に基づき第m地上局から見て第nUAVが位置する方向を算出し、地上局アンテナが現在追尾している方向との間の角度差(θm,n,φm,n)(θm,nは水平方向、φm,nは垂直方向)を求め、地上局アンテナにおける指向性利得gbs(θm,n,φm,n)[dB]を算出する。 Subsequently, the connecting station control unit 312 calculates the direction in which the n-th UAV is located when viewed from the m-th ground station based on the position information of the n-th UAV, and the angle difference from the direction currently being tracked by the ground-station antenna. (θ m, n , φ m, n ) (θ m, n is in the horizontal direction, φ m, n is in the vertical direction), and the directivity gain g bsm, n , φ m, n in the ground station antenna) is obtained. ) [DB] is calculated.

最後に、接続局制御部312は、第nUAVの送信電力P[dBm]を用いて、第m地上局と第nUAVとの間のシャドウイングレベルSm,n[dB]を次式(1)より求める。送信電力Pは、予め規定された値であってもよいし、たとえば、所定のタイミングで、第nUAVから地上局200に送信されてくるものとしてもよい。 Finally, the connecting station control unit 312 uses the n-th UAV transmission power P [dBm] to set the shadowing level S m, n [dB] between the m-th ground station and the n-th UAV as follows: Ask more. The transmission power P may be a predetermined value, or may be transmitted from the n-th UAV to the ground station 200 at a predetermined timing, for example.

なお、接続局制御部312は、UAVのアンテナが指向性を有している、あるいはこれを制御できる場合は、第nUAVから見て第m地上局が位置する方向と第nUAVの姿勢方向との間の角度差(θm,nバー,φm,nバー)(文字Xの頭部に―を付したものを、Xバーとよぶ。)から、UAV側の指向性利得gUAV(θm,nバー,φm,nバー)[dB]を求めて、上記の式(1)に加算してもよい。 If the UAV antenna has directivity or can be controlled, the connecting station control unit 312 determines whether the m-th ground station is located in the direction of the n-th UAV and the attitude direction of the n-th UAV. Directional gain g UAVm on the UAV side) from the angle difference between them (θ m, n bar, φ m, n bar) (the one with the letter X attached to the head is called the X bar). , N bar, φ m, n bar) [dB] may be obtained and added to the above equation (1).

[UAVの複数時刻での位置予測]
次に、接続局制御部312は、各UAVの位置情報と速度情報から、図7で説明した複数時刻におけるUAV位置を線形予測により算出する(S504)。
[UAV position prediction at multiple times]
Next, the connecting station control unit 312 calculates the UAV position at a plurality of times described in FIG. 7 by linear prediction from the position information and speed information of each UAV (S504).

[伝搬損の予測]
そして、接続局制御部312は、第m地上局と複数時刻における第nUAVの予測位置との間の距離「dm,nハット(Tn)」(予測された量を表す文字Yの頭部に^を付したものを、Yハットとよぶ。)(Tnは、t1+τ、t2+τ、t3、t4のうちの少なくとも2つ)に基づき、複数時刻における距離減衰Lm,nハット(Tn)を推定する。
[Prediction of propagation loss]
The connecting station control unit 312 then sets the distance “dm , n hat (Tn)” between the m-th ground station and the predicted position of the n- th UAV at a plurality of times (on the head of the letter Y representing the predicted amount). The one with ^ is called a Y hat.) (Tn is a distance attenuation L m, n hat (Tn) at a plurality of times based on at least two of t1 + τ, t2 + τ, t3, and t4). .

続いて、接続局制御部312は、シャドウイングの発生状況が複数時刻の間で変化しないものとして、予測される伝搬損Hmnハット(Tn)を以下の式により導出する(S506)。     Subsequently, the connecting station control unit 312 derives a predicted propagation loss Hmn hat (Tn) from the following equation, assuming that the occurrence state of shadowing does not change between a plurality of times (S506).

ここで、UAV側でアンテナの指向性を有する、あるいは制御できる場合は、接続局制御部312は、τ経過後に第nUAVから見て第m地上局が位置する方向と第nUAVの姿勢方向との間の角度差(θm,nハット,φm,nハット)を算出し、これに基づきUAV側の指向性利得gUAV(θm,nハット,φm,nハット)を求め、伝搬損Hmnハット(Tn)において、この利得gUAV(θm,nハット,φm,nハット)を減算することとしてもよい。
[受信電力の予測]
続いて、追尾方向制御部306は、各地上局200での各UAVについて、推定した伝搬損Hmnハット(Tn)により、アンテナの追尾可能範囲における複数時刻における受信電力を予想する(S508)。
Here, when the antenna has directivity or can be controlled on the UAV side, the connecting station control unit 312 determines the direction in which the m-th ground station is located from the n-th UAV and the attitude direction of the n-th UAV after τ has elapsed. The angle difference (θ m, n hat, φ m, n hat) is calculated, and the directivity gain g UAVm, n hat, φ m, n hat) on the UAV side is calculated based on this difference. In the Hmn hat (Tn), this gain g UAVm, n hat, φ m, n hat) may be subtracted.
[Prediction of received power]
Subsequently, the tracking direction control unit 306 predicts the received power at a plurality of times in the antenna tracking possible range for each UAV in each ground station 200 based on the estimated propagation loss Hmn hat (Tn) (S508).

続いて、追尾方向制御部306は、図9のステップS404に処理を復帰させる(S510)。   Subsequently, the tracking direction control unit 306 returns the process to step S404 in FIG. 9 (S510).

再び、図9に戻って、接続局制御部312は、現在、あるUAVについて、地上局間で、ハンドオーバー(以下、HOと略記する)処理中であるかを判断し、HO処理中であり(S404でY)、HOが成功すれば(S406でY)、各地上局における追尾対象を、HO後の対象に更新し(S408)、処理を、ステップS420へ移行させる。   Referring back to FIG. 9 again, the connecting station control unit 312 determines whether a handover (hereinafter abbreviated as HO) processing is currently being performed between ground stations for a certain UAV, and the HO processing is in progress. If HO is successful (Y in S404) (Y in S406), the tracking target in each ground station is updated to the target after HO (S408), and the process proceeds to step S420.

一方、接続局制御部312は、HO処理が成功しなかった場合(S406でN)、さらに所定時間が経過してタイムアウトになれば(S410でY)、HO処理を取りやめることとして(S412)処理をステップS420へ移行させ、または、タイムアウトにならなかったときは(S410でN)、処理をステップS420へ移行させる。   On the other hand, if the HO process is not successful (N in S406), the connected station control unit 312 cancels the HO process (S412) if a predetermined time elapses and a timeout occurs (Y in S410). The process proceeds to step S420, or if the timeout has not occurred (N in S410), the process proceeds to step S420.

続いて、接続局制御部312は、現在、あるUAVについて、地上局間で、後に説明するように、HO準備中であるかを判断し、HO準備中であり(S420でY)、HO先が決定されれば(S422でY)、HO対象の地上局100においてHO処理を開始し(S424)、処理を、ステップS440へ移行させる。   Subsequently, the connecting station control unit 312 determines whether or not a UA is currently being prepared for a certain UAV between ground stations, and is preparing for HO (Y in S420). Is determined (Y in S422), the HO process is started in the HO target ground station 100 (S424), and the process proceeds to step S440.

一方、接続局制御部312は、HO先が決定されていない場合(S422でN)、さらに所定時間が経過してタイムアウトになれば(S426でY)、HO準備を取りやめることとして(S428)処理をステップS440へ移行させ、または、タイムアウトにならなかったときは(S426でN)、処理をステップS440へ移行させる。   On the other hand, if the HO destination has not been determined (N in S422), the connected station control unit 312 cancels the HO preparation if a predetermined time has elapsed and timed out (Y in S426) (S428). The process proceeds to step S440, or if the timeout has not occurred (N in S426), the process proceeds to step S440.

続いて、接続局制御部312は、地上局100が、全ての追尾対象のUAVと通信中であるかを判断し、通信中である場合(S440でY)、通信中のUAVについて、以下のようなHO準備開始条件が充足されるかを判断する(S442)。   Subsequently, the connecting station control unit 312 determines whether the ground station 100 is communicating with all tracking target UAVs. If the ground station 100 is communicating (Y in S440), It is determined whether such a HO preparation start condition is satisfied (S442).

そして、以下の条件1)〜条件4)のいずれかの条件を満たしたら(S442でY)、ハンドオーバー予定のUAVをハンドオーバー予定先の地上局の第2追尾対象に設定することで、各地上局の追尾対象を更新して(S444)、ハンドオーバー準備の開始を指示する(S446)。このとき、すでに、ハンドオーバー予定先の地上局に、第2追尾対象が設定されている場合は、適切なハンドオーバー先を選定できなかったと判断する(S422でN)。   If any one of the following conditions 1) to 4) is satisfied (Y in S442), the UAV scheduled for handover is set as the second tracking target of the ground station to which the handover is scheduled, The tracking target of the upper station is updated (S444), and an instruction to start handover preparation is given (S446). At this time, if the second tracking target is already set for the ground station scheduled for handover, it is determined that an appropriate handover destination could not be selected (N in S422).

ここで、図11は、以下の条件1の状態を説明するための概念図である。   Here, FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the state of Condition 1 below.

条件1)隣接地上局間で通信中のUAVの交換(スワッピング)が可能である。   Condition 1) Exchange (swapping) of UAV during communication between adjacent ground stations is possible.

そのためには、以下のことが満たされる必要がある。   For that purpose, the following needs to be satisfied.

1−1)隣接する地上局BSaおよび地上局BSbが、それぞれ異なるUAVaおよびUAVbと通信中であることを前提にして、
1−2)両方のUAVaおよびUAVbがそれぞれ通信中でない方の地上局に接近中である場合か(たとえば、UAVaが地上局BSbに接近中であり、UAVbが地上局BSaに接近中である)(図11(a))、あるいは、
1−3)同一地上局(たとえば、BSb)に双方のUAVaおよびUAVbが接近中で、地上局BSbと通信中のUAVbが、UAVaに追い抜かれる場合に(図11(b))、
1−4)複数時刻における予測受信電力の最小値Ppredが通信開始しきい値Pcomm以上であるとき。
1-1) Assuming that adjacent ground stations BSa and BSb are communicating with different UAVA and UAVb, respectively,
1-2) Whether both UAVa and UAVb are approaching to the ground station that is not communicating with each other (for example, UAVa is approaching to ground station BSb and UAVb is approaching to ground station BSa) (Fig. 11 (a)) or
1-3) When both UAVa and UAVb are approaching the same ground station (for example, BSb), and UAVb in communication with the ground station BSb is overtaken by UAVa (FIG. 11 (b)).
1-4) When the minimum value Ppred of predicted reception power at a plurality of times is equal to or greater than the communication start threshold value Pcomm.

なお、1−4)については、必ずしも必須の条件とする必要はないものの、このような条件が満たされることが望ましい。   In addition, although it is not always necessary for 1-4) to be an indispensable condition, it is desirable that such a condition is satisfied.

条件2)UAVが、現在通信中の地上局以外で、通信やハンドオーバー処理を行っていない地上局に接近中で、かつ複数時刻における予測受信電力の最小値Ppred が通信開始しきい値Pcomm 以上である場合。   Condition 2) The UAV is approaching to a ground station that is not communicating or performing a handover process other than the currently communicating ground station, and the minimum value Ppred of predicted reception power at a plurality of times is equal to or greater than the communication start threshold value Pcomm. If it is.

この条件2は、移動先にある地上局と早めにハンドオーバーを行い、現在通信中の地上局に別のUAVをハンドオーバーできるようにするためである。   This condition 2 is for performing handover earlier with the ground station at the destination and allowing another UAV to be handed over to the currently communicating ground station.

条件3)UAVが現在通信中の地上局の現在の受信電力Pcbsが、しきい値Phoを下回る場合。   Condition 3) The current received power Pcbs of the ground station with which the UAV is currently communicating is below the threshold Pho.

この条件3は、受信電力Pcbsが、所要受信電力Preq(<Pho)より小さくなる前にハンドオーバーするためである。通常は、通信開始しきい値Pcomm≧所要受信電力Preqである。   This condition 3 is for handover before the received power Pcbs becomes smaller than the required received power Preq (<Pho). Usually, communication start threshold value Pcomm ≧ required received power Preq.

条件4)UAVの複数時刻における予測伝搬損の最大値が、現在通信中の地上局よりも小さい地上局が少なくとも1つ存在する場合。   Condition 4) When there is at least one ground station having a maximum predicted propagation loss at a plurality of times of UAV that is smaller than the ground station currently communicating.

この条件4は、ハンドオーバーにより受信電力が高くなると期待されるためである。   This condition 4 is because reception power is expected to increase due to handover.

これらの条件のいずれかが満たされると、条件に該当する地上局においては、HOをするために、当該地上局の追尾対象を更新し(S444)、HO準備開始を指示することになる。   When any of these conditions is satisfied, the ground station corresponding to the condition updates the tracking target of the ground station in order to perform HO (S444), and instructs the start of HO preparation.

すなわち、システムサーバ300は、ハンドオーバー準備開始条件が満たされると判断してから一定時間(地上局のアンテナ追尾対象を変更してから、追尾が行われるまでに必要な時間)を経過したら、ハンドオーバー先で所要受信電力が得られるかどうかを確認し(S406)、所要受信電力が得られるときは、ハンドオーバー処理を該当する地上局が開始する(S408)。   That is, when it is determined that the handover preparation start condition is satisfied, the system server 300 passes the hand after a certain period of time (the time required until tracking is performed after changing the antenna tracking target of the ground station). It is confirmed whether the required received power can be obtained at the over destination (S406), and when the required received power is obtained, the corresponding ground station starts the handover process (S408).

また、上述した条件3および条件4により、ハンドオーバー準備を開始した場合は、以下の要領でハンドオーバー先を決定する(S444)。なお、該当する候補が見つからない場合は、HO処理は、ペンディングとする(S412)。   When the handover preparation is started according to the above conditions 3 and 4, the handover destination is determined in the following manner (S444). When no corresponding candidate is found, the HO process is pending (S412).

i)現在通信中の地上局以外で、通信やハンドオーバー処理を行っていない地上局であって、予測伝搬損が最小のものをハンドオーバー先に選択する。       i) A ground station other than the currently communicating ground station that is not performing communication or handover processing and that has the smallest predicted propagation loss is selected as the handover destination.

ii)上記i)に該当する地上局が無い場合は,他のUAV1機と通信中で,かつハンドオーバー処理をしていない地上局があれば、これを選択する。       ii) If there is no ground station corresponding to the above i), if there is a ground station that is communicating with another UAV1 unit and is not performing the handover process, this is selected.

そして、接続局制御部312は、ハンドオーバーに成功した場合は、ハンドオーバーする前の通信地上局の追尾対象からハンドオーバーに成功したUAVを削除することになる(S408)。   Then, if the handover is successful, the connecting station control unit 312 deletes the UAV that has succeeded in the handover from the tracking target of the communication ground station before the handover (S408).

また、接続局制御部312は、上述のとおり、タイムアウト時間内にハンドオーバー処理が成功しなかった場合(S410でY)、あるいは、適切なハンドオーバー先を選定できなかった場合(S422でN)、HO処理を取りやめるか(S412)、HO準備を取りやめることになる(S428)。   Further, as described above, the connection station control unit 312 determines that the handover process has not been successful within the timeout period (Y in S410), or if an appropriate handover destination cannot be selected (N in S422). The HO process is canceled (S412), or the HO preparation is canceled (S428).

再び、図9にもどって、続いて、接続局制御部312は、いずれの地上局とも通信中でないUAVが存在するかを判断する(S460)。   Returning to FIG. 9 again, subsequently, the connecting station control unit 312 determines whether there is any UAV that is not communicating with any of the ground stations (S460).

接続局制御部312は、いずれの地上局とも通信中でないUAVが存在する場合(S460でY)、たとえば、S444と同様にして、「通信やハンドオーバー処理を行っていない地上局であって、予測伝搬損が最小の地上局」あるいは「他のUAV1機と通信中で,かつハンドオーバー処理をしていない地上局」を選択して、通信先を決定できる場合は(S462でY)、該当する地上局の追尾対象を更新して(S464)、未通信であったUAVと決定された地上局との間での通信の開始を指示する(S466)。   When there is a UAV that is not communicating with any ground station (Y in S460), the connecting station control unit 312 is, for example, in the same manner as in S444, “a ground station that is not performing communication or handover processing, If the communication destination can be determined by selecting the “ground station with the smallest predicted propagation loss” or “the ground station that is communicating with another UAV1 and has not been handed over” (Y in S462) The tracking target of the ground station to be updated is updated (S464), and the start of communication between the UAV that has not communicated and the determined ground station is instructed (S466).

さらに、接続局制御部312は、地上局の中に、通信もハンドオーバー処理もいずれも実行していない地上局がある場合(S480でY)、いずれかのUAVについて、予測される伝搬損により一定時間後の予測受信電力Ppred が所定の値以上となる地上局については、この地上局の追尾対象に、当該UAVを加える。ただし、実際に通信を開始するのは、HO条件が満たされると判断された後である。   Furthermore, when there is a ground station that is not performing any communication or handover processing among the ground stations (Y in S480), the connecting station control unit 312 determines whether or not any UAV has an estimated propagation loss. For a ground station whose predicted received power Ppred after a certain time is equal to or greater than a predetermined value, the UAV is added to the tracking target of this ground station. However, the actual communication is started after it is determined that the HO condition is satisfied.

接続局制御部312による処理の実行でステップS480でNとなった場合、あるいは、ステップS482の処理が終わった場合は、後述するように、追尾方向制御部306が、各地上局のアンテナの追尾方向の制御の処理を実行し(S484)、処理は、図8のステップS101に復帰する。
(UAVへの追尾方向制御)
以下では、図9のステップS484において、システムサーバ300の追尾方向制御部306が、追尾方向制御や接続局の制御を行う処理について説明する。
When the process by the connected station control unit 312 results in N in step S480, or when the process in step S482 ends, the tracking direction control unit 306 tracks the antenna of each ground station as described later. A direction control process is executed (S484), and the process returns to step S101 in FIG.
(Tracking direction control to UAV)
Hereinafter, processing in which the tracking direction control unit 306 of the system server 300 performs tracking direction control and connection station control in step S484 in FIG. 9 will be described.

ハイブリッド慣性航法装置126にて計測されたテレメトリデータは、地上局200へ無線インタフェースにて伝送された後、システムサーバ300に集約される。   Telemetry data measured by the hybrid inertial navigation device 126 is transmitted to the ground station 200 through a wireless interface, and then collected in the system server 300.

このため、システムサーバ300が収集したテレメトリデータは測定が完了してから多少なり時間が経過したものである。また、地上局アンテナの追尾方向を決定してから制御が反映されて指向方向が静定するまでにも数100msオーダの時間を要する。また、制御サイクルの次のタイミングでの制御の安定性を確保する必要もある。そこで、上述のとおり、UAV追尾の処理では、複数時刻での各UAVの位置を線形予測し、複数の時刻のうちで最小の受信電力となるときの情報に基づいて所望の通信機会が得られるよう、地上局アンテナの追尾方向を決定する。   For this reason, the telemetry data collected by the system server 300 has been a little over time since the measurement was completed. In addition, it takes a time of several hundreds of milliseconds from the determination of the tracking direction of the ground station antenna to the stabilization of the pointing direction after the control is reflected. It is also necessary to ensure control stability at the next timing of the control cycle. Therefore, as described above, in the UAV tracking process, the position of each UAV at a plurality of times is linearly predicted, and a desired communication opportunity is obtained based on information when the minimum reception power is obtained at a plurality of times. Thus, the tracking direction of the ground station antenna is determined.

以下に説明するように、本実施の形態では、主として、各地上局が状況に応じて、最大2機のUAVを追尾するものとする。なお、同時追尾するUAVは、地上局の追尾能力によっては、これ以上の機数を同時追尾してもよい。   As described below, in the present embodiment, it is assumed that each ground station mainly tracks up to two UAVs depending on the situation. Note that UAVs that track simultaneously may simultaneously track more aircraft depending on the tracking capability of the ground station.

広いエリアにおいて複数の地上局アンテナにより複数のUAVを追尾する場合、各地上局は基本的に自身の近傍に位置するUAVを追尾するのが適切である。
[2機のUAVの同時追尾ための方向制御]
図12は、2機のUAVに対する追尾方向制御を行うアルゴリズムを説明するためのフローチャートである。
When a plurality of UAVs are tracked by a plurality of ground station antennas in a wide area, it is appropriate that each ground station basically tracks a UAV located in the vicinity of itself.
[Direction control for simultaneous tracking of two UAVs]
FIG. 12 is a flowchart for explaining an algorithm for performing tracking direction control for two UAVs.

接続局制御部312は、上述のとおり、各地上局は、基本的に、予測される伝搬損と予測される受信電力に基づいて、条件を満たすUAVを追尾対象となるように接続地上局を選択するものとし、追尾方向制御部306は、当該UAVの位置する方向を追尾方向とする。   As described above, the connected station control unit 312 basically sets the connected ground station so that the UAV satisfying the condition is tracked based on the predicted propagation loss and the predicted received power. The tracking direction control unit 306 selects the direction in which the UAV is located as the tracking direction.

以下、図9の前提として、接続局制御部312は、図10に示した通り、各地上局200での第1追尾対象と第2追尾対象のUAVについて、予測される伝搬損Hmnハット(Tn)により、アンテナの追尾可能範囲における複数時刻での受信電力を予測している(S508)。   Hereinafter, as a premise of FIG. 9, the connecting station control unit 312 performs the predicted propagation loss Hmn hat (Tn) for the UAVs of the first tracking target and the second tracking target in each ground station 200 as shown in FIG. ) Is used to predict received power at a plurality of times within the antenna tracking range (S508).

そこで、図12においては、まず、追尾方向制御部306は、複数時刻をカウントするための変数PLを1に初期化した(S520)後に、ステップS522において、追尾方向制御部306は、各追尾方向における予測受信電力と次式で示される受信電力しきい値pthre[dBm]の比較を行う。 Therefore, in FIG. 12, the tracking direction control unit 306 first initializes a variable PL for counting a plurality of times to 1 (S520), and then in step S522, the tracking direction control unit 306 determines each tracking direction. The predicted received power at is compared with the received power threshold p thre [dBm] expressed by the following equation.

ここで、preq[dBm]は所要受信電力、pmrgn[dB]は所要受信電力に対するマージン量である。 Here, p req [dBm] is a required received power, and p mrgn [dB] is a margin amount for the required received power.

本アルゴリズムでは以下の3種類のケースがあることを想定して、追尾方向制御部306が追尾方向を決定する。   In this algorithm, assuming that there are the following three cases, the tracking direction control unit 306 determines the tracking direction.

図13は、ケースAの場合の予想受信電力を示す概念図である。   FIG. 13 is a conceptual diagram showing the expected received power in case A.

図14は、ケースBの場合の予想受信電力を示す概念図である。   FIG. 14 is a conceptual diagram showing the expected received power in case B.

図15は、ケースCの場合の予想受信電力を示す概念図である。   FIG. 15 is a conceptual diagram showing the expected received power in case C.

図12と図13〜図15を参照して、以下のように、追尾方向制御部306は、ケースを分類する。   With reference to FIGS. 12 and 13 to 15, the tracking direction control unit 306 classifies cases as follows.

ケースA:第1追尾対象UAVの予測受信電力が受信電力しきい値以上となる追尾方向が存在しない場合(S522でN)
ケースB:第1追尾対象UAVの予測受信電力が受信電力しきい値以上となる追尾方向が存在するが、そこでは第2追尾対象UAVの予測受信電力が受信電力しきい値に満たない場合(S524で1機の場合)
ケースC:両追尾対象UAVの受信電力が同時に受信電力しきい値以上となる追尾方向が存在する場合(S524で2機の場合)
追尾方向制御部306は、現在の処理対象の予測位置がいずれのケースに該当するかを判断し(S526)、これまでの処理対象の予測位置について最も悪条件であるケースを記憶する。具体的には、これまでの処理対象あるいは現在の処理対象の予測位置にケースAに該当する場合が含まれていればケースAと判断し、これまでの処理対象にケースAに該当する場合が含まれておらず、現在の処理対象の予測位置がケースBに該当する場合はケースBと判断し、これまでの処理対象にケースAあるいはケースBに該当する場合が含まれておらず、現在の処理対象の予測位置がケースCに該当する場合はケースCと判断する(S528)。
Case A: When there is no tracking direction in which the predicted received power of the first tracking target UAV is greater than or equal to the received power threshold (N in S522)
Case B: Although there is a tracking direction in which the predicted received power of the first tracking target UAV is equal to or greater than the received power threshold, the predicted received power of the second tracking target UAV is less than the received power threshold ( (In the case of one aircraft in S524)
Case C: When there is a tracking direction in which the received power of both tracking target UAVs simultaneously exceeds the received power threshold (in the case of two aircraft in S524)
The tracking direction control unit 306 determines which case the predicted position of the current process target corresponds to (S526), and stores the case that is the worst condition for the predicted position of the process target so far. Specifically, if the case corresponding to case A is included in the predicted position of the current processing target or the current processing target, it is determined as case A, and the case where the current processing target corresponds to case A If it is not included and the predicted position of the current processing target corresponds to Case B, it is determined as Case B, and the processing target so far does not include the case corresponding to Case A or Case B. If the predicted position to be processed corresponds to case C, it is determined as case C (S528).

追尾方向制御部306は、複数の時刻に相当する予測位置の処理が終了していなければ(S530でN)、処理をステップS522に復帰させ、処理が終了していれば(S530でY)、対象となる地上局に関して、最終的に最も悪条件であるケースがどれであるかを判断する(S534)。   The tracking direction control unit 306 returns the process to step S522 if the process of the predicted position corresponding to a plurality of times has not been completed (N in S530), and if the process has been completed (Y in S530). It is finally determined which case is the worst condition for the target ground station (S534).

ケースAであれば、第1追尾対象UAVの予測受信電力が最大となる方向を追尾方向に設定する(S540)。   In case A, the direction in which the predicted received power of the first tracking target UAV is maximized is set as the tracking direction (S540).

ケースBであれば、第1追尾対象UAVの予測受信電力が受信電力しきい値pthre以上となる追尾方向の中で、第2追尾対象UAVの予測受信電力が最大となる方向を追尾方向に設定する(S542)。 In case B, the direction in which the predicted received power of the second tracking target UAV is the largest in the tracking direction in which the predicted received power of the first tracking target UAV is equal to or greater than the received power threshold p thre is the tracking direction. Set (S542).

ケースCであれば、両追尾対象UAVの予測受信電力が同時に受信電力しきい値pthre以上となる追尾方向の中で、第1追尾対象UAVの予測受信電力と第2追尾対象UAVの予測受信電力の小さい方の値が最大となる方向を追尾方向に設定する(S544)。 In case C, the predicted received power of the first tracking target UAV and the predicted received power of the second tracking target UAV in the tracking direction in which the predicted received powers of both tracking target UAVs simultaneously exceed the received power threshold p thre. The direction in which the value with the smaller power is maximized is set as the tracking direction (S544).

以上のように制御することで、可能なかぎり、各地上局200が、2機の無人航空機100を同時に追尾している状態が実現できるので、ハンドオーバーが必要となったときには、ハンドオーバー元の地上局で追尾している無人航空機100を、ハンドオーバー先の地上局でも追尾している状態となっている確率を高めることができ、効率的なハンドオーバーを実現することができる。しかも、ハンドオーバー元とハンドオーバー先で受信電力が所定のしきい値以上に維持される確率も高めることができるので、所要受信電力が確保できない時間を小さく抑えることが可能である。   By controlling as described above, it is possible to realize a state in which each ground station 200 tracks two unmanned aircraft 100 at the same time as much as possible. Therefore, when a handover is necessary, The probability that the unmanned aircraft 100 being tracked by the ground station is also being tracked by the ground station as the handover destination can be increased, and efficient handover can be realized. In addition, since the probability that the received power is maintained at a predetermined threshold value or higher at the handover source and the handover destination can be increased, the time during which the required received power cannot be ensured can be kept small.

以上のように、本実施の形態の追尾アンテナシステムおよび追尾アンテナ装置によれば、複数の地上局による複数の飛翔体に対する追尾において、効率的かつ安定なハンドオーバーを実行することが可能である。   As described above, according to the tracking antenna system and the tracking antenna apparatus of the present embodiment, it is possible to execute an efficient and stable handover in tracking a plurality of flying objects by a plurality of ground stations.

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。   Embodiment disclosed this time is an illustration of the structure for implementing this invention concretely, Comprising: The technical scope of this invention is not restrict | limited. The technical scope of the present invention is shown not by the description of the embodiment but by the scope of the claims, and includes modifications within the wording and equivalent meanings of the scope of the claims. Is intended.

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 切替装置、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 接続局制御部、320 撮像データ取得部、322 記憶装置。   10.1-10. M directional antenna, 30.1-30. M drive unit, 100.1, 100.2 unmanned aircraft, 120 antenna, 200.1-200. M ground station, 122 radio unit, 124 switching device, 126 hybrid inertial navigation device, 128 on-board computer, 130 imaging device, 300 system server, 302 communication I / F, 304 position / attitude information acquisition unit, 306 tracking direction control unit, 310 signal strength information acquisition unit, 312 connection station control unit, 320 imaging data acquisition unit, 322 storage device.

Claims (4)

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、速度および姿勢を把握するための測位手段と、
無線信号を送受信可能な機体アンテナとを含み、
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、
通信指向性を変更可能な追尾アンテナと、
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と、
前記飛翔体からの受信信号強度を計測する信号強度計測手段とを含み、
前記追尾アンテナは、前記複数の飛翔体のうちから第1および第2の追尾対象を設定することが可能であり、
前記複数の地上局の各々が接続する飛翔体を選択するとともに、前記複数の地上局の通信指向性を制御するための追尾制御指示を生成するための制御局をさらに備え、
前記制御局は、
前記各前記飛翔体の位置、速度および姿勢の情報に基づいて、複数時刻における前記飛翔体の位置を推定する飛翔体位置推定手段と、
前記推定された飛翔体の複数の位置と前記受信信号強度の情報とに基づいて、各前記地上局において、前記飛翔体についての各時刻の伝搬損を推定し、推定された前記伝搬損に基づいて、前記複数時刻における受信電力を予測する受信電力予測手段と、
予測された前記複数時刻における受信電力に基づき、受信状況が最も悪くなると予測される場合に応じて追尾方向を決定する追尾方向制御手段と、
前記飛翔体の特定の組について通信中の前記地上局において、前記飛翔体が、現在通信中の地上局以外であって通信やハンドオーバ処理を行っていない地上局に接近中である場合に、交代先の地上局の前記第2の追尾対象に、交代が予測される飛翔体を加えるように、前記追尾制御信号を前記地上局に対して出力する地上局交代制御手段とを含む、追尾アンテナシステム。
A tracking antenna system,
With multiple flying objects,
Each of the plurality of projectiles is
A positioning means for grasping its own position, speed and posture;
A fuselage antenna capable of transmitting and receiving wireless signals,
A plurality of ground stations for performing wireless communication with the plurality of flying objects,
Each of the plurality of ground stations is
A tracking antenna that can change communication directivity,
In response to the tracking control instruction, directivity control means for driving the communication directivity of the tracking antenna in the direction of the corresponding flying object among the plurality of flying objects;
Signal strength measuring means for measuring the received signal strength from the flying object,
The tracking antenna can set first and second tracking targets from the plurality of flying objects,
A control station for selecting a flying object to which each of the plurality of ground stations is connected, and for generating a tracking control instruction for controlling communication directivity of the plurality of ground stations;
The control station
Flying object position estimating means for estimating the position of the flying object at a plurality of times based on the information on the position, speed, and posture of each of the flying objects;
Based on the estimated plurality of positions of the flying object and the received signal strength information, each ground station estimates a propagation loss at each time for the flying object, and based on the estimated propagation loss. Receiving power prediction means for predicting received power at the plurality of times,
Based on the predicted received power at the plurality of times, tracking direction control means for determining the tracking direction according to the case where the reception situation is predicted to be worst,
In the ground station in communication with respect to the specific set of flying objects, when the flying object is approaching a ground station other than the currently communicating ground station that is not performing communication or handover processing, A tracking antenna system including ground station replacement control means for outputting the tracking control signal to the ground station so as to add a projectile whose replacement is predicted to the second tracking target of the previous ground station. .
前記ハンドオーバ処理は、所定の時間間隔で制御処理が実行され、
前記複数時刻は、現在のハンドオーバ制御の処理遅延後の第1の時刻と、次回のハンドオーバ制御の処理遅延後の第2の時刻とを含む、請求項1記載の追尾アンテナシステム。
In the handover process, a control process is executed at predetermined time intervals,
2. The tracking antenna system according to claim 1, wherein the plurality of times include a first time after a processing delay of a current handover control and a second time after a processing delay of a next handover control.
前記複数時刻は、前記第1の時刻と前記第2の時刻との間の第3の時刻を含む、請求項2記載の追尾アンテナシステム。   The tracking antenna system according to claim 2, wherein the plurality of times includes a third time between the first time and the second time. 複数の飛翔体に対して無線通信のための追尾を行うための追尾アンテナ装置であって、各前記複数の飛翔体は、自身の位置、速度および姿勢を把握するための測位手段と、無線信号を送受信可能な機体アンテナとを含み、
通信指向性を変更可能な追尾アンテナと、
前記飛翔体からの受信信号強度を計測する信号強度計測手段と、
前記複数の飛翔体のうちの対応する飛翔体の方向に通信指向性を駆動する指向性制御手段とを備え、
前記追尾アンテナは、前記複数の飛翔体のうちから第1および第2の追尾対象を設定することが可能であり、
前記指向性制御手段は、
前記各前記飛翔体の位置、速度および姿勢の情報に基づいて、複数時刻における前記飛翔体の位置を推定する飛翔体位置推定手段と、
前記推定された飛翔体の複数の位置と前記受信信号強度の情報とに基づいて、各前記地上局において、前記飛翔体についての各時刻の伝搬損を推定し、推定された前記伝搬損に基づいて、前記複数時刻における受信電力を予測する受信電力予測手段と、
予測された前記複数時刻における受信電力に基づき、受信状況が最も悪くなると予測される場合に応じて追尾方向を決定する追尾方向制御手段と、
前記飛翔体の特定の組について通信中の前記地上局において、前記飛翔体が、現在通信中の地上局以外であって通信やハンドオーバ処理を行っていない地上局に接近中である場合に、交代先の地上局の前記第2の追尾対象に、交代が予測される飛翔体を加えるように、前記追尾制御信号を前記地上局に対して出力する地上局交代制御手段とを含む、追尾アンテナ装置。
A tracking antenna apparatus for tracking a plurality of flying objects for wireless communication, wherein each of the plurality of flying objects includes positioning means for grasping its own position, velocity, and attitude, and a radio signal Including a fuselage antenna capable of transmitting and receiving,
A tracking antenna that can change communication directivity,
Signal strength measuring means for measuring the received signal strength from the flying object;
Directivity control means for driving communication directivity in the direction of the corresponding flying object among the plurality of flying objects,
The tracking antenna can set first and second tracking targets from the plurality of flying objects,
The directivity control means includes
Flying object position estimating means for estimating the position of the flying object at a plurality of times based on the information on the position, speed, and posture of each of the flying objects;
Based on the estimated plurality of positions of the flying object and the received signal strength information, each ground station estimates a propagation loss at each time for the flying object, and based on the estimated propagation loss. Receiving power prediction means for predicting received power at the plurality of times,
Based on the predicted received power at the plurality of times, tracking direction control means for determining the tracking direction according to the case where the reception situation is predicted to be worst,
In the ground station in communication with respect to the specific set of flying objects, when the flying object is approaching a ground station other than the currently communicating ground station that is not performing communication or handover processing, A tracking antenna apparatus including ground station replacement control means for outputting the tracking control signal to the ground station so as to add a projectile whose replacement is predicted to the second tracking target of the previous ground station. .
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