JP2019068284A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御する技術を提供する。【解決手段】制御装置５４は、第１無線通信システムの電波を受信可能な狭帯域通信用アンテナ１２と、第１無線通信システムよりも広帯域な第２無線通信システムの電波を送受信可能な複数の広帯域通信用アンテナ１４とを備える飛行装置１０に搭載可能である。第１制御部７０は、狭帯域通信用アンテナ１２において受信した電波には通信対象の装置の位置情報が含まれており、通信対象の装置の位置情報をもとに複数の広帯域通信用アンテナ１４の向きを調節する。第２制御部７２は、第１制御部７０が複数の広帯域通信用アンテナ１４の向きを調節した状態において、複数の広帯域通信用アンテナ１４のそれぞれにおいて受信した電波の受信電力をもとに、飛行装置１０を移動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、制御技術に関し、特にアンテナの方向を制御する制御装置に関する。

過般型無線送受信装置は、例えば屋外で使用されるので、全方位からの電波を受信したり、全方位に電波を送信したりする可能性がある。そこで、過般型無線送受信装置のアンテナの姿勢を制御する必要がある。例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）によって測位された通信対象の装置の緯度、経度、高度と、アンテナの固定位置情報から、アンテナ指定角度が算出され、算出した方向にアンテナが指向される（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−３２１５２２号公報

位置情報をもとに通信対象となる装置の方にアンテナを向けても電波の反射等により、その方向が通信に適した方向であるとは限らない。一方、通信の品質を向上させるためには、通信に適した方向にアンテナを向けることが望まれる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御する技術を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御装置は、第１無線通信システムの電波を受信可能な第１アンテナと、第１無線通信システムよりも広帯域な第２無線通信システムの電波を送受信可能な複数の第２アンテナとを備える移動体に搭載可能な制御装置であって、第１アンテナにおいて受信した電波には通信対象の装置の位置情報が含まれており、通信対象の装置の位置情報をもとに複数の第２アンテナの向きを調節する第１制御部と、第１制御部が複数の第２アンテナの向きを調節した状態において、複数の第２アンテナのそれぞれにおいて受信した電波の受信電力をもとに、移動体を移動させる第２制御部と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御できる。

実施例１に係る通信システムの構成を示す図である。 図１の飛行装置の構成を示す図である。 図２の第１広帯域通信用アンテナから第３広帯域通信用アンテナの指向性を示す図である。 図２の比較部に記憶されたテーブルのデータ構造を示す図である。 図２の比較部に記憶された別のテーブルのデータ構造を示す図である。 図１の飛行装置による制御手順を示すフローチャートである。 図１の飛行装置による面内の移動手順を示すフローチャートである。 図１の飛行装置による通信対象の装置の方向への移動手順を示すフローチャートである。 実施例２に係る通信装置の構造を示す図である。 図９の検知用アンテナ、方向特定用アンテナ、通信用アンテナの指向性を示す図である。 実施例２に係る通信装置の構成を示す図である。 図１１の通信装置による制御手順を示すフローチャートである。

（実施例１）
本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例１は、通信を実行する２つの通信装置のうちの少なくとも一方が移動可能である通信システムに関する。ここでは、一方の通信装置が移動体、例えば、ドローン等の無人飛行装置（以下、「飛行装置」という）に搭載され、他方の通信装置が固定される場合を想定する。以下では、前者の通信装置を飛行装置と呼び、後者の通信装置を基地局装置と呼ぶこともある。飛行装置と基地局装置は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のような広帯域の無線通信を実行する。このような広帯域の無線通信システム（以下、「広帯域無線通信システム」ということもある）の通信エリアは広くないので、それの拡大が望まれる。通信エリアを拡大するための１つの方法は、少なくとも飛行装置に指向性アンテナを使用し、基地局装置の方向にアンテナの指向性を向けることである。

これに対応するために、本実施例における飛行装置と基地局装置では、業務用無線システムのような狭帯域の無線通信も実行可能であるとともに、ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等による位置情報の測位が実行可能である。このような狭帯域の無線通信（以下、「狭帯域無線通信システム」ということもある）の通信エリアは、一般的に広帯域無線通信システムの通信エリアよりも広い。このような状況下において、広帯域無線通信システムによる飛行装置と基地局装置との間の通信距離を長くするために、飛行装置は、狭帯域無線通信システムを使用して基地局装置の位置情報を受信する。なお、広帯域と狭帯域は３ｋＨｚを境界として区別されるが、広帯域または狭帯域いずれかの周波数帯域の範囲内において、相対的に高い周波数と低い周波数の関係となる異なる２つの周波数を用いてもよい。

飛行装置は、飛行装置の位置情報から基地局装置の位置情報に向かう方向に、広帯域無線通信システム用のアンテナ（以下、「広帯域通信用アンテナ」という）の方向を調節する。ここで、飛行装置には複数の広帯域通信用アンテナが備えられており、それらの指向性は面内において互いに異なるので、複数の広帯域通信用アンテナの中心方向が調節される。さらに、飛行装置は、複数の広帯域通信用アンテナのそれぞれにおいて受信した基地局装置からの電波の受信電力をもとに、面内の移動と、基地局装置と飛行装置とを結ぶ軸上の移動を実行する。以下の説明における「平行」、「直交」は、完全な平行、直交だけではなく、誤差の範囲で平行、直交からずれている場合も含む。また、「略」は、おおよその範囲で同一であるという意味である。

図１は、実施例１に係る通信システム１００の構成を示す。通信システム１００は、飛行装置１０、基地局装置２０を含む。飛行装置１０は、狭帯域通信用アンテナ１２、広帯域通信用アンテナ１４を含み、基地局装置２０は、狭帯域通信用アンテナ２２、広帯域通信用アンテナ２４を含む。飛行装置１０は、前述のごとく、ドローンであり、無人飛行が可能な装置である。飛行装置１０は、狭帯域無線通信システムに対応した通信機能を備え、狭帯域無線通信システムに対応した通信を実行する際に狭帯域通信用アンテナ１２を使用する。また、飛行装置１０は、広帯域無線通信システムに対応した通信機能を備え、広帯域無線通信システムに対応した通信を実行する際に広帯域通信用アンテナ１４を使用する。ここで、狭帯域通信用アンテナ１２は、無指向性のアンテナ特性を有しており、狭帯域通信エリア１６を形成し、広帯域通信用アンテナ１４は、１つの方向を向いた指向性を有しており、広帯域通信エリア１８を形成する。

基地局装置２０は、狭帯域無線通信システムに対応した通信機能を備え、狭帯域無線通信システムに対応した通信を実行する際に狭帯域通信用アンテナ２２を使用する。また、基地局装置２０は、広帯域無線通信システムに対応した通信機能を備え、広帯域無線通信システムに対応した通信を実行する際に広帯域通信用アンテナ２４を使用する。ここで、狭帯域通信用アンテナ２２は、無指向性のアンテナ特性を有しており、狭帯域通信エリア２６を形成し、広帯域通信用アンテナ２４も、無指向性のアンテナ特性を有しており、広帯域通信エリア２８を形成する。なお、広帯域通信用アンテナ２４は、広帯域通信用アンテナ１４と同様の指向性のアンテナ特性を有してもよい。

前述のごとく、狭帯域通信エリア１６が広帯域通信エリア１８よりも広く、かつ狭帯域通信エリア２６が広帯域通信エリア２８よりも広くなっており、狭帯域通信エリア１６と狭帯域通信エリア２６とが重なるので、飛行装置１０と基地局装置２０との間で狭帯域通信が実行される。一方、飛行装置１０が、広帯域通信用アンテナ１４における指向性の方向を基地局装置２０に向けなければ、広帯域通信エリア１８と広帯域通信エリア２８とが重ならず、飛行装置１０と基地局装置２０との間で広帯域通信が実行されないことがある。これに対応するために、飛行装置１０は、広帯域通信用アンテナ１４における指向性の方向を基地局装置２０に向けるための処理を実行する。その結果、広帯域通信エリア１８と広帯域通信エリア２８とが重なり、飛行装置１０と基地局装置２０との間で広帯域通信が実行される。

図２は、飛行装置１０の構成を示す。飛行装置１０は、通信装置３０、飛行制御部３２、駆動部３４を含む。通信装置３０は、狭帯域通信用アンテナ１２、広帯域通信用アンテナ１４と総称される第１広帯域通信用アンテナ１４ａ、第２広帯域通信用アンテナ１４ｂ、第３広帯域通信用アンテナ１４ｃ、狭帯域通信部４０、第１取得部４２、ＧＰＳアンテナ４４、ＧＰＳモジュール４６、電子コンパス４８、高度計５０、第２取得部５２、制御装置５４、調節部５６、広帯域通信部５８を含む。制御装置５４は、第１制御部７０、第２制御部７２を含み、第１制御部７０は、導出部８０を含み、第２制御部７２は、測定部８２、比較部８４を含む。

飛行制御部３２は、移動方向の指示を受けつけ、指示された移動方向に移動するように駆動部３４を制御する。駆動部３４は、飛行装置１０を飛行させるためのエンジン、モータ、プロペラ等を含む。駆動部３４は、飛行制御部３２からの制御内容に応じた処理を実行する。その結果、飛行装置１０は、指定された移動方向に移動する。

狭帯域通信部４０は、狭帯域無線通信システムに対応した通信機能を備えており、狭帯域通信用アンテナ１２を介して通信対象の装置、例えば図１の基地局装置２０と通信可能である。狭帯域通信部４０は、狭帯域通信用アンテナ１２を介して、狭帯域無線通信システムの電波を送受信する。狭帯域通信部４０は、接続対象の装置のリストを保持しており、ＵＩＤ（Ｕｓｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）を使用して各装置を個体識別する。また、狭帯域通信部４０は、Ａｎｙ接続も可能である。狭帯域通信部４０が受信した基地局装置２０からの電波には、基地局装置２０の位置情報が含まれている。狭帯域通信部４０は、受信した電波に対して、復調等の受信処理を実行して、処理結果を第１取得部４２に出力する。第１取得部４２は、狭帯域通信部４０から処理結果を受けつける。第１取得部４２は、処理結果から、基地局装置２０の位置情報を取得する。位置情報は、緯度、経度、高度等によって示される。第１取得部４２は、基地局装置２０の位置情報を第１制御部７０に出力する。

ＧＰＳアンテナ４４は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信する。ＧＰＳモジュール４６は、ＧＰＳアンテナ４４において受信した電波を処理する。ＧＰＳモジュール４６は、処理結果をもとに、飛行装置１０の位置座標を検出する。ＧＰＳモジュール４６は、検出した飛行装置１０の位置座標を第２取得部５２に出力する。電子コンパス４８は、地磁気を検出することによって飛行装置１０の方位を算出する。電子コンパス４８は、算出した方位を第２取得部５２に出力する。高度計５０は、飛行装置１０の標高（高度）を測定する。高度計５０は、飛行装置１０の高度を第２取得部５２に出力する。ＧＰＳアンテナ４４、ＧＰＳモジュール４６、電子コンパス４８、高度計５０には公知の技術が使用されればよい。

第２取得部５２は、ＧＰＳモジュール４６からの位置座標、電子コンパス４８からの方位、高度計５０から高度を受けつける。これにより、第２取得部５２は、飛行装置１０の位置座標、方位、高度が含まれた位置情報を取得する。第２取得部５２は、狭帯域通信部４０を介して基地局装置２０のような通信対象の装置に、飛行装置１０の位置情報を送信してもよい。つまり、通信システム１００と通信対象の装置との間で位置情報の交換がなされてもよい。第２取得部５２は、飛行装置１０の位置情報を第１制御部７０に出力する。

第１制御部７０は、第１取得部４２から基地局装置２０の位置情報を受けつけ、第２取得部５２から飛行装置１０の位置情報を受けつける。導出部８０は、飛行装置１０の位置情報から基地局装置２０の位置情報に向かう方向を導出する。方向の導出のために、例えば、ベクトル演算が実行される。第１制御部７０は、導出部８０において導出した方向が、複数の広帯域通信用アンテナ１４の中心方向となるように、複数の広帯域通信用アンテナ１４の向きを調節するように調節部５６に指示する。つまり、第１制御部７０は、基地局装置２０の位置情報をもとに複数の広帯域通信用アンテナ１４の向きを調節する。

ここで、調節部５６による処理を説明する前に、複数の広帯域通信用アンテナ１４を説明する。第１広帯域通信用アンテナ１４ａ、第２広帯域通信用アンテナ１４ｂ、第３広帯域通信用アンテナ１４ｃは、面内の互いに異なった方向を向いた指向性アンテナである。これらは、円の中心を支点として外に向きながら、円の面内において１２０°間隔で配置される。なお、広帯域通信用アンテナ１４の数は「３」に限定されない。広帯域通信用アンテナ１４の数が「３」以外である場合、複数の広帯域通信用アンテナ１４は、広帯域通信用アンテナ１４の数によって３６０°を除算した角度の間隔で配置される。

図３は、第１広帯域通信用アンテナ１４ａから第３広帯域通信用アンテナ１４ｃの指向性を示す。図示のごとく、第１広帯域通信用アンテナ１４ａの指向性の中心は天頂を向くように配置される。天頂を向く方向は「第１方向」と呼ばれる。また、第１方向から右回りに６０°ごとに第２方向、第３方向、・・・、第６方向が規定される。第２広帯域通信用アンテナ１４ｂの指向性の中心は第３方向を向くように配置され、第３広帯域通信用アンテナ１４ｃの指向性の中心は第５方向を向くように配置される。ここで、第１広帯域通信用アンテナ１４ａから第３広帯域通信用アンテナ１４ｃのそれぞれの指向性の幅は１２０°にされる。図２に戻る。

調節部５６は、各広帯域通信用アンテナ１４と広帯域通信部５８とを搭載したジンバルの角度を調節する。ここで、ジンバルは、１つの軸を中心として物体を回転させる回転台の一種であり、首振りアーム、サーボ機構アームに相当する。調節部５６は、第１制御部７０から指示された方向に、複数の広帯域通信用アンテナ１４の中心Ｃの方向が向くように調節する。

広帯域通信部５８は、広帯域無線通信システムに対応した通信機能を備えており、複数の広帯域通信用アンテナ１４を介して通信対象の装置、例えば図１の基地局装置２０と通信可能である。一般的に広帯域無線通信システムの通信エリアは狭い。例えば、高度１００ｍの位置で２４０ｍＷ（２３Ｂｍ）の出力による通信距離は８．９ｋｍとされる。そこで、広帯域通信部５８は、調節部５６によって複数の広帯域通信用アンテナ１４の方向が調節されると、複数の広帯域通信用アンテナ１４を介して、広帯域無線通信システムの電波を送受信する。また、広帯域通信部５８は、Ａｎｙ接続も可能である。

測定部８２は、広帯域通信部５８に接続され、複数の広帯域通信用アンテナ１４のそれぞれにおいて受信した電波の受信電力、例えばＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を測定する。測定部８２は、測定結果を比較部８４に出力する。比較部８４は、第１広帯域通信用アンテナ１４ａから第３広帯域通信用アンテナ１４ｃのそれぞれにおいて受信した電波の受信電力の大小関係を比較する。ここで、比較部８４は、第１しきい値と第２しきい値とを規定しており、これらを大小関係の比較に使用する。以下では、第１広帯域通信用アンテナ１４ａにおいて受信した電波を「第１広帯域信号」と呼び、第２広帯域通信用アンテナ１４ｂにおいて受信した電波を「第２広帯域信号」と呼び、第３広帯域通信用アンテナ１４ｃにおいて受信した電波を「第３広帯域信号」と呼ぶ。

ここでは、２つの受信電力の差異が第２しきい値よりも小さい場合、これらの受信電力は同等であるといえ、２つの受信電力の差異が第１しきい値よりも大きい場合、これらの受信電力は大きく異なるといえる。図４は、比較部８４に記憶されたテーブルのデータ構造を示す。第２広帯域信号の受信電力と第３広帯域信号の受信電力とが同等であり、かつこれらよりも第１広帯域信号の受信電力が大きく異なりながら大きい場合、比較部８４は第１方向への移動を決定する。第１広帯域信号の受信電力と第３広帯域信号の受信電力とが同等であり、かつこれらよりも第２広帯域信号の受信電力が大きく異なりながら大きい場合、比較部８４は第３方向への移動を決定する。第１広帯域信号の受信電力と第２広帯域信号の受信電力とが同等であり、かつこれらよりも第３広帯域信号の受信電力が大きく異なりながら大きい場合、比較部８４は第５方向への移動を決定する。

第１広帯域信号の受信電力と第２広帯域信号の受信電力とが同等であり、かつこれらよりも第３広帯域信号の受信電力が大きく異なりながら小さい場合、比較部８４は第２方向への移動を決定する。第２広帯域信号の受信電力と第３広帯域信号の受信電力とが同等であり、かつこれらよりも第１広帯域信号の受信電力が大きく異なりながら小さい場合、比較部８４は第４方向への移動を決定する。第１広帯域信号の受信電力と第３広帯域信号の受信電力とが同等であり、かつこれらよりも第２広帯域信号の受信電力が大きく異なりながら小さい場合、比較部８４は第６方向への移動を決定する。つまり、比較部８４は、指向性電波の方向を正面として、一番電波の強い方向に向かって上下左右への移動を決定する。

第２制御部７２は、比較部８４において決定した方向への移動を飛行制御部３２に指示する。飛行制御部３２は、第２制御部７２からの指示を受けつけ、指示された移動方向に移動するように駆動部３４を制御する。つまり、第２制御部７２は、複数の広帯域通信用アンテナ１４のそれぞれにおいて受信した電波の受信電力の大小関係をもとに、面内において飛行装置１０を移動させる。なお、このような処理は、第１広帯域信号の受信電力と第２広帯域信号の受信電力と第３広帯域信号の受信電力とが同等になるまで繰り返し実行される。あるいは、図４に示された条件がいずれも満たされなくなるまで繰り返し実行されてもよい。

飛行装置１０の移動が終了すると、測定部８２は、複数の広帯域通信用アンテナ１４のそれぞれにおいて受信した電波の受信電力を測定する。測定部８２は、測定結果を比較部８４に出力する。比較部８４は、第１広帯域通信用アンテナ１４ａから第３広帯域通信用アンテナ１４ｃのそれぞれにおいて受信した電波の受信電力の和を計算する。あるいは、比較部８４は、第１広帯域通信用アンテナ１４ａから第３広帯域通信用アンテナ１４ｃのそれぞれにおいて受信した電波の受信電力のうちの１つ、例えば最大値を選択する。以下では、受信電力の和、あるいは選択された受信電力を単に「受信電力」という。比較部８４は、受信電力に対する範囲を規定しており、受信電力と範囲とを比較する。

図５は、比較部８４に記憶された別のテーブルのデータ構造を示す。受信電力が範囲の下限よりも小さい場合、比較部８４は、基地局装置２０に近づくような飛行装置１０の移動を決定する。受信電力が範囲の上限よりも大きい場合、比較部８４は、基地局装置２０から離れるような飛行装置１０の移動を決定する。それ以外の場合、比較部８４は、飛行装置１０の現在位置の維持を決定する。図３に戻る。これは、基地局装置２０から受信した電波の受信電力を範囲内に収めるための移動である。つまり、比較部８４は、複数の広帯域通信用アンテナ１４のそれぞれにおいて受信した電波の受信電力のうちの少なくとも１つをもとに、基地局装置２０に近づく、あるいは遠ざかるような飛行装置１０の移動を決定する。

第２制御部７２は、比較部８４において決定した方向への移動を飛行制御部３２に指示する。飛行制御部３２は、第２制御部７２からの指示を受けつけ、指示された移動方向に移動するように駆動部３４を制御する。なお、このような処理は、比較部８４において、飛行装置１０の現在位置の維持が決定されるまで繰り返し実行される。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

以上の構成による通信システム１００の動作を説明する。図６は、飛行装置１０による制御手順を示すフローチャートである。狭帯域通信部４０が狭帯域信号を受信しない場合（Ｓ１０のＮ）、待機する。狭帯域通信部４０が狭帯域信号を受信した場合（Ｓ１０のＹ）、第１取得部４２は基地局装置２０の位置情報を取得する（Ｓ１２）。導出部８０は、飛行装置１０から基地局装置２０への相対位置を導出する（Ｓ１４）。相対位置における距離がしきい値以内でなければ（Ｓ１６のＮ）、ステップ１０に戻る。相対位置における距離がしきい値以内であれば（Ｓ１６のＹ）、調節部５６は複数の広帯域通信用アンテナ１４の方向を調節する（Ｓ１８）。広帯域信号を受信しなければ（Ｓ２０のＮ）、ステップ１０に戻る。広帯域信号を受信した場合（Ｓ２０のＹ）、第２制御部７２は、複数の広帯域通信用アンテナ１４が面内の移動をするように、飛行装置１０を移動させる（Ｓ２２）。第２制御部７２は、基地局装置２０に近づく、あるいは離れる方向に飛行装置１０を移動させる（Ｓ２４）。

図７は、飛行装置１０による面内の移動手順を示すフローチャートである。これは、図６のステップ２２に相当する。測定部８２は、第１広帯域通信用アンテナ１４ａ〜第３広帯域通信用アンテナ１４ｃに対する受信電力を測定する（Ｓ５０）。比較部８４は、複数の受信電力を比較し（Ｓ５２）、比較結果をもとに移動方向を決定する（Ｓ５４）。第２制御部７２は、決定した移動方向への移動を制御する（Ｓ５６）。

図８は、飛行装置１０による通信対象の装置の方向への移動手順を示すフローチャートである。これは、図６のステップ２４に相当する。受信電力が範囲の下限よりも小さければ（Ｓ１００のＹ）、比較部８４は、基地局装置２０に近づく方向への移動を決定する（Ｓ１０２）。受信電力が範囲の下限よりも小さくなく（Ｓ１００のＮ）、受信電力が範囲の上限よりも大きければ（Ｓ１０４のＹ）、比較部８４は、基地局装置２０から離れる方向への移動を決定する（Ｓ１０６）。受信電力が範囲の上限よりも大きくなければ（Ｓ１０４のＮ）、処理は終了される。

本実施例によれば、狭帯域通信用アンテナにおいて受信した電波に含まれた基地局装置の位置情報をもとに、複数の広帯域通信用アンテナの向きを調節するので、複数の広帯域通信用アンテナの指向性を基地局装置の方に向けることができる。また、複数の広帯域通信用アンテナの指向性を基地局装置の方に向けるので、基地局装置からの電波の受信電力を向上できる。また、基地局装置からの電波の受信電力が向上するので、通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御できる。また、複数の広帯域通信用アンテナの指向性を基地局装置の方に向けるので、基地局装置における電波の受信電力を向上できる。また、基地局装置における電波の受信電力が向上するので、通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御できる。また、複数の広帯域通信用アンテナの向きを調節した状態において、複数の広帯域通信用アンテナのそれぞれにおいて受信した電波の受信電力をもとに、移動体を移動させるので、通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御できる。

また、飛行装置の位置情報から基地局装置の位置情報に向かう方向が、複数の広帯域通信用アンテナの中心方向となるように、複数の広帯域通信用アンテナの向きを調節するので、通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御できる。また、複数の広帯域通信用アンテナのそれぞれにおいて受信した電波の受信電力の大小関係をもとに、面内において飛行装置を移動させるので、通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御できる。また、複数の広帯域通信用アンテナのそれぞれにおいて受信した電波の受信電力のうちの少なくとも１つをもとに、基地局装置に近づく、あるいは遠ざかるように飛行装置を移動させるので、通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御できる。

（実施例２）
次に、実施例２を説明する。実施例２は、実施例１と同様に、通信を実行する２つの通信装置のうちの少なくとも一方が移動可能である通信システムに関する。ここでも、飛行装置と基地局装置との間で広帯域無線通信システムによる通信が実行される。一方、実施例２においては、狭帯域無線通信システムによる通信が実行されない。このような状況下において、広帯域無線通信システムによる飛行装置と基地局装置との間の通信距離を長くするために、実施例２における飛行装置では、複数種類のタイプのアンテナを備え、それらを使用することによって、基地局装置の方向にアンテナの指向性を向ける。ここでは、これまでとの差異を中心に説明するとともに、飛行装置に含まれる通信装置を説明する。

図９は、実施例２に係る通信装置３０の構造を示す。ここでは、通信装置３０のアンテナを中心とした構造を示す。通信装置３０は、検知用アンテナ２００、方向特定用アンテナ２０２と総称される第１方向特定用アンテナ２０２ａ、第２方向特定用アンテナ２０２ｂ、第３方向特定用アンテナ２０２ｃ、調節部２０４、通信用アンテナ２０６を備える。ここで、検知用アンテナ２００、方向特定用アンテナ２０２、通信用アンテナ２０６は、いずれも広帯域無線通信システム用のアンテナである。

検知用アンテナ２００は、無指向性のアンテナであり、周囲の任意の方向からの電波を受信可能である。例えば、検知用アンテナ２００は、無給電タイプのアンテナである。検知用アンテナ２００の周囲には、第１方向特定用アンテナ２０２ａ、第２方向特定用アンテナ２０２ｂ、第３方向特定用アンテナ２０２ｃが設置される。第１方向特定用アンテナ２０２ａ、第２方向特定用アンテナ２０２ｂ、第３方向特定用アンテナ２０２ｃは、面内の互いに異なった方向を向いた指向性アンテナである。これらは、円の中心を支点として外に向きながら、円の面内において１２０°間隔で配置される。なお、方向特定用アンテナ２０２の数は「３」に限定されない。方向特定用アンテナ２０２の数が「３」以外である場合、複数の方向特定用アンテナ２０２は、方向特定用アンテナ２０２の数によって３６０°を除算した角度の間隔で配置される。例えば、複数の方向特定用アンテナ２０２は無給電タイプのアンテナである。

調節部２０４は、検知用アンテナ２００、複数の方向特定用アンテナ２０２、通信用アンテナ２０６の向きを水平方向(左右）、垂直方向（上下）に変えるジンバルを含む。水平方向(左右）の変化によって、検知用アンテナ２００、複数の方向特定用アンテナ２０２の面、通信用アンテナ２０６は回転軸Ｒを中心に回転可能である。調節部２０４には、サーボ機能が備えられる。ここで、水平方向における回転角はφと示され、垂直方向の角度はθと示される。通信用アンテナ２０６は、検知用アンテナ２００の先端部分に設置される。通信用アンテナ２０６は、複数の方向特定用アンテナ２０２の中心方向を向いた指向性を有する。例えば、通信用アンテナ２０６は、給電タイプのアンテナである。

図１０は、検知用アンテナ２００、方向特定用アンテナ２０２、通信用アンテナ２０６の指向性を示す。無指向性特性２２０は検知用アンテナ２００の指向性を示し、第１指向性特性２２２ａから第３指向性特性２２２ｃは、第１方向特定用アンテナ２０２ａから第３方向特定用アンテナ２０２ｃのそれぞれの指向性を示し、指向性特性２２４は通信用アンテナ２０６の指向性を示す。このような指向性においても、水平方向における回転角はφと示され、垂直方向の角度はθと示される。

図１１は、実施例２に係る通信装置３０の構成を示す。通信装置３０は、検知用アンテナ２００、方向特定用アンテナ２０２と総称される第１方向特定用アンテナ２０２ａ、第２方向特定用アンテナ２０２ｂ、第３方向特定用アンテナ２０２ｃ、調節部２０４、通信用アンテナ２０６、検知部２１０、推定部２１２、広帯域通信部２１４を含む。

検知部２１０は、検知用アンテナ２００において受信した電波の受信電力を測定する。検知部２１０は、測定した受信電力がしきい値よりも大きい場合に、図示しない基地局装置２０からの信号の受信を検知する。検知部２１０は、信号の受信を検知した場合、処理の開始を推定部２１２に指示する。

推定部２１２は、検知部２１０からの指示を受けつけると、回転角φを所定の値に固定したまま、第１方向特定用アンテナ２０２ａから第３方向特定用アンテナ２０２ｃのそれぞれにおいて受信した信号の受信電力を測定する。また、推定部２１２は、これらの受信電力の和を計算する。このような処理は、調節部２０４に回転角φを変えさせながら実行される。その結果、推定部２１２は、さまざまな回転角φのそれぞれに対する受信電力の和を取得する。推定部２１２は、複数の受信電力の和のうちの最大の値を選択するとともに、選択した最大の受信電力の和に対応した回転角φを特定する。推定部２１２は、特定した回転角φに、複数の方向特定用アンテナ２０２の面を向けるように調節部２０４に指示する。つまり、推定部２１２は、複数の方向特定用アンテナ２０２のそれぞれにおいて受信した信号の受信電力の和をもとに、回転軸に対して面が向く方向を推定する。

調節部２０４は、推定部２１２の指示によって示された回転角φに、複数の方向特定用アンテナ２０２の面を向けるように回転する。推定部２１２は、複数の方向特定用アンテナ２０２の面が回転角φに向けられた後、角度θを所定の値に固定したまま、第１方向特定用アンテナ２０２ａから第３方向特定用アンテナ２０２ｃのそれぞれにおいて受信した信号の受信電力を測定する。また、推定部２１２は、これらの受信電力のうちの２つを組み合わせてそれらの差を導出するとともに、２つの組合せを変えながら、最大の差を特定する。なお、２つの組合せは、第１方向特定用アンテナ２０２ａと第２方向特定用アンテナ２０２ｂ、第２方向特定用アンテナ２０２ｂと第３方向特定用アンテナ２０２ｃ、及び第３方向特定用アンテナ２０２ｃと第１方向特定用アンテナ２０２ａの３通りが挙げられる。このような処理は、調節部２０４に角度θを変えさせながら実行される。その結果、その結果、推定部２１２は、さまざまな角度θのそれぞれに対する受信電力の最大の差を取得する。推定部２１２は、複数の最大の差のうちの最小の値を選択するとともに、選択した最小の値に対応した角度θを特定する。推定部２１２は、特定した角度θに、複数の方向特定用アンテナ２０２の面を向けるように調節部２０４に指示する。つまり、推定部２１２は、特定した回転角φの方向を向いた複数の方向特定用アンテナ２０２のそれぞれにおいて受信した信号の受信電力の差をもとに、信号の到来方向を推定する。

調節部２０４は、推定部２１２の指示によって示された角度θに、複数の方向特定用アンテナ２０２の面を向ける。これは、推定部２１２において推定した到来方向に通信用アンテナ２０６を向けることに相当する。このように回転角φと角度θとが設定された通信用アンテナ２０６を介して、広帯域通信部２１４は基地局装置２０との通信を実行する。

以上の構成による通信システム１００の動作を説明する。図１２は、通信装置３０による制御手順を示すフローチャートである。検知部２１０が広帯域信号を検知しなければ（Ｓ２００のＮ）、待機する。検知部２１０が広帯域信号を検知すれば（Ｓ２００のＹ）、推定部２１２は、各方向特定用アンテナ２０２において受信した信号の受信電力を測定する（Ｓ２０２）。推定部２１２は、受信電力の合計値が大きくなるように回転角φを特定する（Ｓ２０４）。推定部２１２は、受信電力の差が小さくなるように角度θを特定する（Ｓ２０６）。

本実施例によれば、無指向性の検知用アンテナと、面内の互いに異なった方向を向いた指向性を有する複数の方向特定用アンテナと、複数の方向特定用アンテナの中心方向を向いた指向性を有する通信用アンテナとを含むので、異なった特性のアンテナを使用できる。また、複数の方向特定用アンテナは無給電タイプのアンテナであるので、消費電力の増加を抑制できる。また、通信用アンテナは給電タイプのアンテナであるので、電波を送信できる。また、検知用アンテナにおいて受信した電波の受信電力をもとに、信号の受信を検知するので、さまざまな方向から到来する信号を検知できる。また、複数の方向特定用アンテナのそれぞれにおいて受信した信号の受信電力をもとに、信号の到来方向を推定するので、到来方向を正確に推定できる。また、推定した到来方向に前記通信用アンテナを向けるので、通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御できる。

また、複数の方向特定用アンテナのそれぞれにおいて受信した信号の受信電力の和をもとに、回転軸に対して、複数の方向特定用アンテナの面が向く方向を推定するので、信号が到来する方向を推定できる。また、複数の方向特定用アンテナのそれぞれにおいて受信した信号の受信電力の差をもとに、信号の到来方向を推定するので、推定精度を向上できる。また、通信に適した方向を向くようにアンテナの方向を制御するので、電波の効率を向上できる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施例１、２において、移動体として飛行装置１０が使用される。しかしながらこれに限らず例えば、移動体が飛行装置１０でなくてもよく、車両であってもよい。本変形例によれば、適用範囲を拡大できる。

本実施例１、２において、基地局装置２０と飛行装置１０との間で通信がなされている。しかしながらこれに限らず例えば、２つの飛行装置１０の間で通信がなされてもよい。この場合、各飛行装置１０において本実施例１、２で説明した処理が実行されればよい。本変形例によれば、適用範囲を拡大できる。

１０ 飛行装置、 １２ 狭帯域通信用アンテナ、 １４ 広帯域通信用アンテナ、 １６ 狭帯域通信エリア、 １８ 広帯域通信エリア、 ２０ 基地局装置、 ２２ 狭帯域通信用アンテナ、 ２４ 広帯域通信用アンテナ、 ２６ 狭帯域通信エリア、 ２８ 広帯域通信エリア、 ３０ 通信装置、 ３２ 飛行制御部、 ３４ 駆動部、 ４０ 狭帯域通信部、 ４２ 第１取得部、 ４４ ＧＰＳアンテナ、 ４６ ＧＰＳモジュール、 ４８ 電子コンパス、 ５０ 高度計、 ５２ 第２取得部、 ５４ 制御装置、 ５６ 調節部、 ５８ 広帯域通信部、 ７０ 第１制御部、 ７２ 第２制御部、 ８０ 導出部、 ８２ 測定部、 ８４ 比較部、 １００ 通信システム、 ２００ 検知用アンテナ、 ２０２ 方向特定用アンテナ、 ２０４ 調節部、 ２０６ 通信用アンテナ、 ２１０ 検知部、 ２１２ 推定部、 ２１４ 広帯域通信部。

Claims (4)

1. 第１無線通信システムの電波を受信可能な第１アンテナと、前記第１無線通信システムよりも広帯域な第２無線通信システムの電波を送受信可能な複数の第２アンテナとを備える移動体に搭載可能な制御装置であって、
   前記第１アンテナにおいて受信した電波には通信対象の装置の位置情報が含まれており、通信対象の装置の位置情報をもとに前記複数の第２アンテナの向きを調節する第１制御部と、
   前記第１制御部が前記複数の第２アンテナの向きを調節した状態において、前記複数の第２アンテナのそれぞれにおいて受信した電波の受信電力をもとに、前記移動体を移動させる第２制御部と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記複数の第２アンテナは、面内の互いに異なった方向を向いた指向性アンテナであり、
   前記第１制御部は、本移動体の位置情報から通信対象の装置の位置情報に向かう方向が、前記複数の第２アンテナの中心方向となるように、前記複数の第２アンテナの向きを調節することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記第２制御部は、前記複数の第２アンテナのそれぞれにおいて受信した電波の受信電力の大小関係をもとに、前記面内において前記移動体を移動させることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記第２制御部は、前記複数の第２アンテナのそれぞれにおいて受信した電波の受信電力のうちの少なくとも１つをもとに、通信対象の装置に近づく、あるいは遠ざかるように前記移動体を移動させることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。