JP2019054490A5

JP2019054490A5 - 通信中継装置、システム及び管理装置

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Publication number: JP2019054490A5
Application number: JP2017179088A
Authority: JP
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2037-09-19

Description

本発明の一態様に係る通信中継装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、自律制御又は外部からの制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置であって、気流の風速及び風向を含む環境情報に基づいて、気流を利用した飛行を行うように制御する飛行制御手段を備える。

図１に示すように、通信システムは、複数の空中浮揚型の通信中継装置としての高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）１０，２０を備えている。ＨＡＰＳ１０，２０は、所定高度の空域に位置して、所定高度のセル形成目標空域４０に図中ハッチング領域で示すような３次元セル（３次元エリア）４１，４２を形成する。ＨＡＰＳ１０，２０は、自律制御又は外部からの制御により地面又は海面から１００［ｋｍ］以下の高高度の空域（浮揚空域）５０に浮遊あるいは飛行して位置するように制御される浮揚体（例えば、ソーラープレーン、飛行船）に、無線中継局が搭載されたものである。

図６は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の一構成例を示すブロック図である。
図６の無線中継局１１０，２１０はリピータータイプの無線中継局の例である。無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、３Ｄセル形成アンテナ部１１１と、送受信部１１２と、フィード用アンテナ部１１３と、送受信部１１４と、リピーター部１１５と、監視制御部１１６と、電源部１１７とを備える。更に、無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、ＨＡＰＳ間通信などに用いる光通信部１２５と、ビーム制御部１２６とを備える。

図１３は、実施形態のＨＡＰＳの飛行制御の他の例を示すシーケンス図である。図１３の例は、図１２の飛行制御系に対応する遠隔制御型の飛行制御の例である。
図１３において、遠隔制御装置８５は、前述のＨＡＰＳ１０で用いる複数種類の飛行パターンから一つの飛行パターンを選択する（Ｓ２０１）。一方、ＨＡＰＳ１０は、環境情報及び装置状態情報の最新情報を取得し（Ｓ２０２）、遠隔制御装置８５に送信する（Ｓ２０３）。次に、遠隔制御装置８５は、選択した飛行パターンについて、ＨＡＰＳ１０から受信した環境情報及び装置状態情報に基づいて飛行制御データベースを参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、その目標飛行経路でＨＡＰＳ１０を飛行させるための飛行制御内容（例えば、複数のプロペラ１０３それぞれの回転駆動の制御パラメータの値）を決定し（Ｓ２０４）、その決定した飛行制御内容をＨＡＰＳ１０に送信する（Ｓ２０５）。ＨＡＰＳ１０は、遠隔制御装置８５から受信した飛行制御内容に基づいて飛行制御を実行する（Ｓ２０６）。次に、ＨＡＰＳ１０は、飛行制御中又は飛行制御後に飛行結果情報（例えば、実際の飛行経路及び消費電力量の実測値）を取得し（Ｓ２０７）、取得した飛行結果情報を遠隔制御装置８５に送信する（Ｓ２０８）。遠隔制御装置８５は、ＨＡＰＳ１０から受信した飛行結果情報と前述の目標飛行経路及び消費電力量の予測結果とに基づいて前述の機械学習を行い（Ｓ２０９）、省エネルギー飛行制御の精度を高めるように飛行制御データベースを更新する（Ｓ２１０）。

Claims

端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、
自律制御又は外部からの制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置であって、
複数種類の飛行パターンのそれぞれについて、最も省エネルギーとなると予測される目標飛行経路で前記通信中継装置を飛行させるための飛行制御内容と、環境情報及び前記通信中継装置自体の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを記憶した飛行制御データベースと、
飛行パターンごとに前記飛行制御データベースを参照して飛行を制御する飛行制御手段と、を備えることを特徴とする通信中継装置。
請求項１の通信中継装置において、
前記飛行制御データベースは、前記飛行制御内容と、前記環境情報及び前記装置状態情報と、実際の飛行結果情報とに基づいて機械学習して前記関係データを更新する機能を有することを特徴とする通信中継装置。
請求項２の通信中継装置において、
前記機械学習は、前記複数種類の飛行パターンのそれぞれについて、飛行経路、飛行時間及び電力消費量の少なくとも一つの予測値と実際の測定値との差異が小さくなるように前記関係データを修正するように行うことを特徴とする通信中継装置。
請求項２又は３の通信中継装置において、
当該通信中継装置の飛行制御中又は飛行制御後に取得された飛行結果情報と目標飛行経路及び消費電力量の予測結果とに基づいて前記機械学習を行い、省エネルギー飛行制御の精度を高めるように飛行制御データベースを更新することを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至４のいずれかの通信中継装置において、
前記複数種類の飛行パターンは、離陸するときの飛行パターン、所定の高度範囲まで上昇するときの飛行パターン、所定の高度範囲内の滞在目標上空エリアに留まる飛行パターン、所定の高度範囲から下降するときの飛行パターン及び着陸するときの飛行パターンを含むことを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至５のいずれかの通信中継装置において、
前記複数種類の飛行パターンは、所定の高度範囲に移動した後に滞在目標上空エリアまで横移動する飛行パターン、所定の姿勢を維持する時間帯を最大化する飛行パターン、２つの滞在目標上空エリア間を移動する飛行パターン、複数の滞在目標上空エリア間を巡回する巡回飛行パターン及び滞在目標上空エリアで時間帯に応じて上下移動する飛行パターンの少なくとも一つを含むことを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至６のいずれかの通信中継装置において、
前記環境情報は、複数の高度それぞれにおける気流の風速及び風向を含み、過去の高層気象観測データの統計値、直近の高層気象観測データ及び当該通信中継装置に設けられた測定装置で測定された測定データの少なくとも一つから取得することを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至７のいずれかの通信中継装置において、
複数の飛行パターンから次の飛行で用いる飛行パターンを選択し、選択した飛行パターンについて、前記環境情報及び前記装置状態情報の最新取得データに基づいて飛行制御データベースを参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、その目標飛行経路で当該通信中継装置を飛行させるための飛行制御内容を決定することにより、当該通信中継装置の飛行を自律制御することを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至８のいずれかの通信中継装置において、
前記環境情報は気流の風速及び風向を含み、
前記飛行制御手段は、気流を利用した飛行を行うように制御することを特徴とする通信中継装置。
請求項９の通信中継装置において、
前記環境情報は、複数の高度それぞれにおける気流の風速及び風向を含むことを特徴とする通信中継装置。
請求項９又は１０の通信中継装置において、
前記環境情報は、複数の高度それぞれにおける気圧及び気温を含むことを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至１１のいずれかの通信中継装置において、
前記環境情報は、過去の高層気象観測データの統計値、直近の高層気象観測データ及び前記通信中継装置自体に設けられた測定装置で測定された測定データの少なくとも一つから取得されることを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至１２のいずれかの通信中継装置において、
前記装置状態情報は、前記通信中継装置自体の現在位置及び予め設定された設定飛行ルートの情報を含むことを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至１３のいずれかの通信中継装置において、
前記装置状態情報は、前記通信中継装置自体の対気速度、対地速度及び推進方向の少なくとも一つの情報を含むことを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至１４のいずれかの通信中継装置において、
前記環境情報に基づいて又は前記環境情報及び前記装置状態情報に基づいて決定された前記通信中継装置自体の飛行制御内容の情報を、前記通信中継装置を管理する地上又は上空の外部装置から受信する手段を備え、
前記飛行制御手段は、前記受信した飛行制御内容に基づいて飛行制御することを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至１５のいずれかの通信中継装置において、
前記飛行制御内容は、前記通信中継装置自体の出発地点から目標地点までの目標飛行ルートを含み、
前記飛行制御手段は、前記目標飛行ルートを飛行するように制御することを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至１６のいずれかの通信中継装置において、
前記飛行制御内容は、前記環境情報及び前記装置状態情報の互いに異なる複数種類の条件で実行された複数回の飛行試験により得られた学習結果に基づいて決定されることを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至１７のいずれかの通信中継装置において、
遠隔制御装置から受信した飛行制御内容に基づいて飛行制御を実行することを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至１８のいずれかの通信中継装置において、
バッテリー及び太陽光発電システムの少なくとも一方を備え、電力で飛行することを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至１９のいずれかの通信中継装置において、
地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成し、
前記セル形成目標空域の高度は１０［ｋｍ］以下であることを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至２０のいずれかの通信中継装置において、
１００［ｋｍ］以下の高度に位置することを特徴とする通信中継装置。
請求項１乃至２１のいずれかの通信中継装置を複数備えるシステムであって、
前記複数の通信中継装置は、飛行時の空気抵抗を低減する相互位置関係を有する編隊を組んで飛行することを特徴とするシステム。
端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、外部からの制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置を管理する地上又は上空に位置する管理装置であって、
前記通信中継装置の複数種類の飛行パターンのそれぞれについて、最も省エネルギーとなると予測される目標飛行経路で前記通信中継装置を飛行させるための飛行制御内容と、環境情報及び前記通信中継装置自体の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを記憶した飛行制御データベースと、
飛行パターンごとに前記飛行制御データベースを参照して前記通信中継装置の飛行制御内容を決定する手段と、
前記決定した飛行制御内容を前記通信中継装置に送信する手段と、を備えることを特徴とする管理装置。
請求項２３の管理装置において、
前記通信中継装置で用いる複数種類の飛行パターンから一つの飛行パターンを選択し、
前記環境情報及び前記装置状態情報の最新情報を前記通信中継装置から受信し、
前記選択した飛行パターンについて、前記通信中継装置から受信した前記環境情報及び前記装置状態情報に基づいて飛行制御データベースを参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、
前記目標飛行経路で前記通信中継装置を飛行させるための飛行制御内容を決定し、
前記決定した飛行制御内容を前記通信中継装置に送信する、ことを特徴とする管理装置。
請求項２３の管理装置において、
前記通信中継装置で用いる複数種類の飛行パターンから一つの飛行パターンを選択し、
前記環境情報の最新情報を取得し、
前記装置状態情報の最新情報を前記通信中継装置から受信し、
前記選択した飛行パターンについて、前記自装置が取得した前記環境情報と前記通信中継装置から受信した前記置状態情報とに基づいて飛行制御データベースを参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、
前記目標飛行経路で前記通信中継装置を飛行させるための飛行制御内容を決定し、
前記決定した飛行制御内容を前記通信中継装置に送信する、ことを特徴とする管理装置。