JP2022039462A - 無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および無線通信プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】運用時における消費電力を低減させることができる無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および無線通信プログラムが望まれている。【解決手段】無線制御装置は、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナと、アンテナで受信した電波を受信信号に変換する受信回路と、受信信号に対して受信処理を行う無線制御回路とを備え、無線制御回路は、受信信号に基づき受信データを生成する受信処理部と、受信データに基づき、送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算する相対角度演算部と、送受信機と自機とが水平であるとみなすためのアンテナ切替角度を演算する切替角度演算部と、相対角度がアンテナ切替角度よりも小さい場合に、アンテナにおける垂直方向のアンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成する垂直方向制御部とを有する。【選択図】図３
Description
本発明は、無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および無線通信プログラムに関する。
近年、操縦者が搭乗せずに遠隔操作によって飛行する小型の飛行体であるドローンが普及してきている。ドローンの普及に伴い、ドローンに用いられる無線設備が増加し、それによって利用可能な周波数帯域が逼迫しているため、周波数利用効率を高めることが望まれている。周波数利用効率を高めるためには空間分離が有用であり、これは、フェーズドアレイアンテナによるビーム方向の適応（アダプティブ）制御によって実現することができる（例えば、特許文献１参照）。
ドローンは、その大きさからアンテナの設置箇所に制限があるため、複数の平面フェーズドアレイアンテナを使用する必要がある。複数の平面フェーズドアレイアンテナを使用することから、必要なアンテナ素子数が多くなる。しかしながら、ドローンは、特許文献１に記載されるような航空機と比較して利用可能な電力量に制限があるため、省電力化のためにアンテナ素子数を減らす必要がある。
ここで、平面フェーズドアレイアンテナを１面に減らしたとしても、水平方向および垂直方向のアンテナ素子が「Ｎ×Ｎ」個だけ必要となる。例えば、１列あたり５個のアンテナ素子で構成されている場合には、「５×５」個、すなわち２５個のアンテナ素子を用いることになる。したがって、消費電力を低減するためには、アンテナ素子数をより一層削減することが望ましい。
特許文献２には、コンフィグレーション時における消費電力の低減を目的として、すべてのアンテナ素子の電源を同時にＯＮ状態としないようにする技術が開示されている。
しかしながら、特許文献２に記載の発明は、コンフィグレーション時の消費電力を低減させることができるが、運用時には、すべてのアンテナ素子の電源がＯＮ状態とされるため、運用時における消費電力を低減させることができない。そのため、消費電力低減の効果は限定的である。
そこで、運用時における消費電力を低減させることができる無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および無線通信プログラムが望まれている。
本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナと、前記アンテナで受信した電波を受信信号に変換する受信回路と、前記受信信号に対して受信処理を行う無線制御回路とを備え、前記無線制御回路は、前記受信信号に基づき受信データを生成する受信処理部と、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算する相対角度演算部と、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算する切替角度演算部と、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成する垂直方向制御部とを有するものである。
本発明に係る無線通信システムは、上記の無線通信装置と、前記無線通信装置との間で通信を行う送受信機とを備えるものである。
本発明に係る無線通信方法は、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナで受信した電波を受信信号に変換するステップと、前記受信信号に基づき受信データを生成するステップと、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算するステップと、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算するステップと、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成するステップとを有するものである。
本発明に係る無線通信プログラムは、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナで受信した電波を受信信号に変換するステップと、前記受信信号に基づき受信データを生成するステップと、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算するステップと、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算するステップと、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成するステップとを無線通信装置のプロセッサに実行させるものである。
本発明によれば、相対角度がアンテナ切替角度よりも小さい場合に、垂直方向のアンテナ素子の電源がＯＦＦ状態とされることにより、一部のアンテナ素子に電力が供給されなくなる。そのため、運用時における消費電力を低減させることができる
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
実施の形態１．
本実施の形態１に係る無線通信システムについて説明する。本実施の形態１に係る無線通信システムは、ドローンなどの飛行体と、操縦者が操作するプロポとの間で通信を行うものである。
本実施の形態１に係る無線通信システムについて説明する。本実施の形態１に係る無線通信システムは、ドローンなどの飛行体と、操縦者が操作するプロポとの間で通信を行うものである。
［無線通信システム１００の構成］
図１は、本実施の形態１に係る無線通信システムの構成の一例を示す概略図である。
図１に示すように、無線通信システム１００は、飛行体１と、操縦者２が所持するプロポ３とで構成されている。飛行体１とプロポ３とは、無線通信４によって接続され、飛行体１とプロポ３との間でデータ通信が行われる。無線通信４として、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）が用いられる。なお、これに限られず、無線通信４として、例えば独自規格の無線通信技術が用いられてもよい。
図１は、本実施の形態１に係る無線通信システムの構成の一例を示す概略図である。
図１に示すように、無線通信システム１００は、飛行体１と、操縦者２が所持するプロポ３とで構成されている。飛行体１とプロポ３とは、無線通信４によって接続され、飛行体１とプロポ３との間でデータ通信が行われる。無線通信４として、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）が用いられる。なお、これに限られず、無線通信４として、例えば独自規格の無線通信技術が用いられてもよい。
飛行体１は、プロポ３との間で通信を行う無線通信装置である。より具体的には、飛行体１は、例えば、遠隔操作によって飛行する小型の飛行体であるドローンである。飛行体１は、操縦者２によるプロポ３の操作によって操縦され、飛行などの各種の動作を行う。本実施の形態１において、飛行体１は、後述するアレイアンテナ１１および点検装置３０を備えている。
プロポ３は、飛行体１との間で電波を送受信し、データ通信を行う送受信機である。プロポ３は、操縦者２によって操作されることにより、飛行体１に対して操縦コマンドを含む送信電波を放射する。操縦コマンドは、飛行体１を操縦するためのコマンドである。また、プロポ３は、飛行体１から電波を受信し、受信した電波に含まれる各種のデータを取得する。
［飛行体１の構成］
図２は、図１の飛行体の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、無線通信装置である飛行体１は、無線制御装置１０、飛行制御装置２０、点検装置３０、駆動装置４０およびバッテリ５０を備えている。
図２は、図１の飛行体の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、無線通信装置である飛行体１は、無線制御装置１０、飛行制御装置２０、点検装置３０、駆動装置４０およびバッテリ５０を備えている。
（飛行制御装置２０）
飛行制御装置２０は、無線制御装置１０、駆動装置４０およびバッテリ５０と接続され、飛行体１の飛行に関する動作を制御する。飛行制御装置２０は、センサ群２１および飛行制御回路２２を有している。
飛行制御装置２０は、無線制御装置１０、駆動装置４０およびバッテリ５０と接続され、飛行体１の飛行に関する動作を制御する。飛行制御装置２０は、センサ群２１および飛行制御回路２２を有している。
センサ群２１は、飛行制御回路２２と接続され、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）、加速度センサ、磁気センサおよび高度計などの各種センサを有している。センサ群２１は、各種センサで計測された姿勢角、緯度、経度および高度などのセンサデータを出力し、飛行制御回路２２に供給する。センサデータは、各種センサで計測されたデータの集まりであり、飛行体１の位置を示す自機位置情報、および、飛行体１の姿勢を示す姿勢情報が含まれている。
飛行制御回路２２は、センサ群２１、後述する無線制御装置１０の無線制御回路１３および駆動装置４０と接続されている。飛行制御回路２２は、センサ群２１から取得したセンサデータに基づき演算を行い、演算結果として、飛行体１の姿勢を制御するための姿勢制御コマンドを駆動装置４０に供給する。また、飛行制御回路２２は、センサ群２１から取得したセンサデータを無線制御回路１３に供給する。さらに、飛行制御回路２２は、無線制御回路１３から操縦コマンドを取得し、取得した操縦コマンドを駆動装置４０に供給する。
（無線制御装置１０）
無線制御装置１０は、プロポ３との間で行われる無線によるデータ通信を制御する。無線制御装置１０は、アレイアンテナ１１、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路１２、無線制御回路１３およびＲＦ送信回路１４を有している。
無線制御装置１０は、プロポ３との間で行われる無線によるデータ通信を制御する。無線制御装置１０は、アレイアンテナ１１、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路１２、無線制御回路１３およびＲＦ送信回路１４を有している。
アレイアンテナ１１は、ＲＦ受信回路１２およびＲＦ送信回路１４と接続され、プロポ３から放射された電波を受信し、受信電波をＲＦ受信回路１２に供給する。また、アレイアンテナ１１は、ＲＦ送信回路１４から送信電波を取得し、取得した送信電波をプロポ３に対して放射する。アレイアンテナ１１は、複数のアンテナ素子が１つの平面上に、水平方向および垂直方向に並べられて形成されている。本実施の形態１では、アレイアンテナ１１として、水平方向および垂直方向のアンテナ素子数が「５×５」の平面フェーズドアレイアンテナが用いられ、アレイアンテナ１１は、例えば、アンテナ素子が並べられた平面の俯角が３０度となるように設置されている。
ＲＦ受信回路１２は、アレイアンテナ１１および無線制御回路１３と接続され、アレイアンテナ１１から取得した受信電波を受信信号に変換する。そして、ＲＦ受信回路１２は、得られた受信信号を無線制御回路１３に供給する。また、ＲＦ受信回路１２は、アレイアンテナ１１における受信用のアンテナ素子に対する電源を制御する。
ＲＦ送信回路１４は、無線制御回路１３およびアレイアンテナ１１と接続され、無線制御回路１３から取得した送信信号を送信電波に変換する。そして、ＲＦ送信回路１４は、得られた送信電波をアレイアンテナ１１に供給する。また、ＲＦ送信回路１４は、アレイアンテナ１１における送信用のアンテナ素子に対する電源を制御する。
無線制御回路１３は、ＲＦ受信回路１２、ＲＦ送信回路１４、飛行制御装置２０の飛行制御回路２２および点検装置３０と接続されている。無線制御回路１３は、ＲＦ受信回路１２から取得した受信信号に対して受信処理を行い、飛行体１を操作するための操縦コマンドおよび点検装置３０を操作するための点検コマンドを受信信号から取得する。そして、無線制御回路１３は、取得した操縦コマンドを飛行制御回路２２に供給する。また、無線制御回路１３は、取得した点検コマンドを点検装置３０に供給する。
さらに、無線制御回路１３は、飛行制御回路２２からセンサデータを取得するとともに、点検装置３０から点検データを取得する。そして、無線制御回路１３は、送信処理を行うことにより、取得したセンサデータおよび点検データを送信信号に変換し、ＲＦ送信回路１４に供給する。
（点検装置３０）
点検装置３０は、橋梁およびトンネルなどのインフラの損傷状態等を点検するために設けられている。点検装置３０は、無線制御装置１０の無線制御回路１３およびバッテリ５０と接続され、図示しない画像センサおよび超音波センサ等の各種センサと、各種センサの向きを制御するように駆動するモータを有している。
点検装置３０は、橋梁およびトンネルなどのインフラの損傷状態等を点検するために設けられている。点検装置３０は、無線制御装置１０の無線制御回路１３およびバッテリ５０と接続され、図示しない画像センサおよび超音波センサ等の各種センサと、各種センサの向きを制御するように駆動するモータを有している。
点検装置３０は、無線制御回路１３から取得した点検コマンドに応じてモータを駆動し、各種センサの向きを制御する。そして、点検装置３０は、各種センサによって点検データを取得し、取得した点検データを無線制御回路１３に供給する。なお、点検装置３０に設けられている各種センサは、点検内容に応じて構成を変更することができる。
（駆動装置４０）
駆動装置４０は、飛行体１を飛行させるために設けられている。駆動装置４０は、飛行制御装置２０の飛行制御回路２２およびバッテリ５０と接続され、飛行体１を飛行させるための図示しないモータ、プロペラおよびこれらの回転数を制御するＥＳＣ（Electric Speed Controller）を有している。駆動装置４０は、飛行制御回路２２から取得した姿勢制御コマンドに基づき、飛行体１の姿勢を制御するとともに、飛行制御回路２２を介して無線制御回路１３から取得した操縦コマンドに応じて各部を駆動する。
駆動装置４０は、飛行体１を飛行させるために設けられている。駆動装置４０は、飛行制御装置２０の飛行制御回路２２およびバッテリ５０と接続され、飛行体１を飛行させるための図示しないモータ、プロペラおよびこれらの回転数を制御するＥＳＣ（Electric Speed Controller）を有している。駆動装置４０は、飛行制御回路２２から取得した姿勢制御コマンドに基づき、飛行体１の姿勢を制御するとともに、飛行制御回路２２を介して無線制御回路１３から取得した操縦コマンドに応じて各部を駆動する。
（バッテリ５０）
バッテリ５０は、無線制御装置１０、飛行制御装置２０、点検装置３０および駆動装置４０に対して必要な電力を供給する。バッテリ５０としては、例えば、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンポリマ二次電池が用いられると好ましい。
バッテリ５０は、無線制御装置１０、飛行制御装置２０、点検装置３０および駆動装置４０に対して必要な電力を供給する。バッテリ５０としては、例えば、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンポリマ二次電池が用いられると好ましい。
［無線制御回路１３の構成］
図３は、図２の無線制御回路の構成の一例を示す機能ブロック図である。図３に示すように、無線制御回路１３は、到来方位推定部１３１、到来波源位置推定部１３２、受信指向性演算部１３３、受信処理部１３４、送信方位演算部１３５、送信指向性演算部１３６、送信処理部１３７、相対角度演算部１３８、切替角度演算部１３９、垂直方向制御部１４０および記憶部１４１を備えている。
図３は、図２の無線制御回路の構成の一例を示す機能ブロック図である。図３に示すように、無線制御回路１３は、到来方位推定部１３１、到来波源位置推定部１３２、受信指向性演算部１３３、受信処理部１３４、送信方位演算部１３５、送信指向性演算部１３６、送信処理部１３７、相対角度演算部１３８、切替角度演算部１３９、垂直方向制御部１４０および記憶部１４１を備えている。
到来方位推定部１３１は、ＲＦ受信回路１２から受信信号を取得し、取得したアレイアンテナ１１における各アンテナ素子に対応する受信信号から、電波の到来方位を推定する。例えば、到来方位推定部１３１は、ＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）法、または、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques）法などの高分解能アルゴリズムを用いて、電波の到来方位を推定する。
到来波源位置推定部１３２は、到来方位推定部１３１で推定した到来方位を、飛行制御回路２２から取得したセンサデータに含まれる姿勢情報を用いて座標変換する。そして、到来波源位置推定部１３２は、座標変換して得られた方位を、波源方位情報として飛行体１の位置を示す位置情報および位置情報を取得した際の時刻を示す時刻情報と関連付け、記憶部１４１へ保存する。また、到来波源位置推定部１３２は、異なる位置から取得した方位に基づき、例えば、交会法などを用いて到来波源の位置を推定し、推定した到来波源の位置を示す波源位置情報を記憶部１４１に保存する。
受信指向性演算部１３３は、到来波源位置推定部１３２で推定された所望波および不要波の波源位置に基づき、複素ウェイトＷを演算する。複素ウェイトＷは、図示しないが、アレイアンテナ１１における各アンテナ素子に対応するデータの位相および振幅を調整するための重みである。
また、受信指向性演算部１３３は、プロポ３に対してビームを向けるとともに、干渉源に対してヌルを向けた指向性を有するように、受信信号を合成する。受信指向性演算部１３３は、例えば、ＤＣＭＰ（Directionally Constrained Minimization of Power：方向拘束付き出力電力最小化）法を用いて指向性を演算する。
受信処理部１３４は、受信指向性演算部１３３で合成された受信信号を、通信方式に従って復号し、受信データを生成する。受信処理部１３４は、生成された受信データから操縦コマンドを取得し、取得した操縦コマンドを飛行制御回路２２に供給する。また、受信処理部１３４は、生成された受信データから点検コマンドを取得し、取得した点検コマンドを点検装置３０に供給する。
相対角度演算部１３８は、受信処理部１３４から取得した受信データに含まれるプロポ３の位置情報と、飛行制御回路２２から取得したセンサデータに含まれる自機位置情報とに基づき、飛行体１とプロポ３の相対水平距離Ｘおよび相対垂直距離Ｙを演算する。そして、相対角度演算部１３８は、演算した相対水平距離Ｘおよび相対垂直距離Ｙに基づき、相対角度Ｄを演算する。相対角度Ｄは、プロポ３に対する飛行体１、あるいは、飛行体１に対するプロポ３の相対的な位置を示す角度である。
図４は、相対角度Ｄの演算方法について説明するための概略図である。図４において、地点Ｐ１はプロポ３の位置を示し、地点Ｐ２は飛行体１の位置を示す。相対角度Ｄは、相対水平距離Ｘおよび相対垂直距離Ｙから、式（１）に基づき算出される。式（１）において、相対水平距離Ｘは、地点Ｐ１と地点Ｐ２とにおける水平方向の位置の差分から算出される。また、相対垂直距離Ｙは、地点Ｐ１と地点Ｐ２とにおける重力方向である垂直方向の位置の差分から算出される。
相対角度Ｄ＝ｔａｎ－１（Ｘ／Ｙ） ・・・（１）
相対角度Ｄ＝ｔａｎ－１（Ｘ／Ｙ） ・・・（１）
図５は、相対水平距離、相対垂直距離および相対角度の関係について説明するためのグラフである。図５において、横軸は相対水平距離Ｘを示し、縦軸は相対角度を示す。また、点線は相対垂直距離Ｙが５ｍの場合を示し、実線は相対垂直距離Ｙが１０ｍの場合を示し、一点鎖線は相対垂直距離Ｙが２０ｍの場合を示す。
図５に示すように、相対角度Ｄは、相対水平距離Ｘが長いほど小さくなる。また、相対角度Ｄは、相対垂直距離Ｙが短いほど小さくなる。すなわち、飛行体１とプロポ３との相対角度Ｄは、相対水平距離Ｘが長く、相対垂直距離Ｙが短いほど、水平に近づくことが分かる。
説明は図３に戻り、送信方位演算部１３５は、記憶部１４１から波源位置情報を取得し、飛行制御回路２２から取得したセンサデータに含まれる自機位置情報および姿勢情報に基づき、電波源としてのプロポ３の方位である送信方位を演算する。そして、送信方位演算部１３５は、演算によって得られた送信方位を示す送信方位情報を生成する。
送信指向性演算部１３６は、送信方位演算部１３５で生成された送信方位情報に基づき、プロポ３に対してビームを向けた指向性を持つように複素ウェイトＷを演算する。また、送信指向性演算部１３６は、演算した複素ウェイトＷに基づき、ビーム半値角Ｂを演算する。ビーム半値角Ｂは、ビーム方向を基準として、送信電力が基準方向に対する送信電力の半分になる角度である。ビーム半値角Ｂは、例えば、ビーム方向を基準としたアンテナパターンの計算を１度刻みで実施することによって算出される。
具体的には、ビーム方向が０度である場合、送信指向性演算部１３６は、複素ウェイトＷを適用した送信電力Ｐ（θ）のビーム方向θを０度からプラス方向に１度ずつ切り替え、そのときの送信電力Ｐ（θ）を計算する。例えば、送信指向性演算部１３６は、送信電力Ｐ（θ）が送信電力Ｐ（０）の半分になるまで送信電力Ｐ（θ）を計算し、送信電力が半分になる直前（例えば、θが８度で半分未満になった場合は７度）の方向θ１を取得する。同様に、送信指向性演算部１３６は、ビーム方向θをマイナス方向に１度ずつ切り替えたときの送信電力Ｐ（θ）計算し、送信電力Ｐ（θ）が送信電力Ｐ（０）の半分になる直前の方向θ２を取得する。そして、送信指向性演算部１３６は、取得した方向θ１およびθ２を加算して、ビーム半値角Ｂ（＝θ１＋θ２）を取得する。
送信処理部１３７は、通信方式に応じた送信信号を生成し、送信指向性演算部１３６から取得した複素ウェイトＷを掛け合わせ、複素ウェイトＷを掛け合わせた送信信号をＲＦ送信回路１４に供給する。本実施の形態１において、送信処理部１３７は、点検装置３０から取得した点検データを、複素ウェイトＷを用いて送信信号を生成する。
切替角度演算部１３９は、送信指向性演算部１３６から取得したビーム半値角Ｂと、記憶部１４１より取得した自機のアンテナ設置角度Ａとに基づき、アンテナ切替角度Ｃを演算する。アンテナ設置角度Ａは、飛行体１に設置されたアレイアンテナ１１の俯角である。以下の説明では、アンテナ設置角度Ａは、「アンテナ設置俯角Ａ」と称される場合がある。アンテナ切替角度Ｃは、飛行体１とプロポ３とが略水平とみなすための閾値である。アンテナ切替角度Ｃは、アンテナ設置角度Ａとビーム半値角Ｂとから求められ、飛行体１とプロポ３との相対位置が、幾何学的に水平方向の送信電力の減衰量が半分未満となりえない条件となる位置であるか否かを判断する際に用いられる。
図６は、アンテナ切替角度Ｃの演算方法について説明するための概略図である。図６に示すように、アンテナ切替角度Ｃは、ビーム半値角Ｂおよびアンテナ設置俯角Ａから、式（２）に基づき算出される。
アンテナ切替角度Ｃ＝アンテナ設置俯角Ａ－ビーム半値角Ｂ ・・・（２）
アンテナ切替角度Ｃ＝アンテナ設置俯角Ａ－ビーム半値角Ｂ ・・・（２）
説明は図３に戻り、垂直方向制御部１４０は、相対角度演算部１３８で演算された相対角度Ｄと、切替角度演算部１３９で演算されたアンテナ切替角度Ｃとに基づき、切替制御信号を生成し、ＲＦ受信回路１２およびＲＦ送信回路１４に供給する。切替制御信号は、ＲＦ送信回路１４およびＲＦ受信回路１２の垂直方向の少なくとも一部のアンテナ素子の電源をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えるための制御信号である。
また、垂直方向制御部１４０は、垂直方向のアンテナ素子の電源をＯＦＦ状態とした場合に、送信指向性演算部１３６における複素ウェイトＷの演算をアンテナ素子の水平方向の成分のみで再計算させる指示を、送信指向性演算部１３６に供給する。
記憶部１４１は、無線制御回路１３の各部で用いられる各種の情報が記憶される。本実施の形態１において、記憶部１４１には、到来方位推定部１３１で得られた波源方位情報および波源位置情報が保存される。また、記憶部１４１には、アレイアンテナ１１が飛行体１に設置された際のアンテナ設置角度Ａが予め保存されている。
このような無線制御回路１３は、ソフトウェアを実行することにより各種機能を実現するマイクロコンピュータなどの演算装置、もしくは各種機能に対応する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
図７は、図３の無線制御回路の構成の一例を示すハードウェア構成図である。無線制御回路１３の各種機能がハードウェアで実行される場合、図３の無線制御回路１３は、図７に示すように、処理回路６１で構成される。図３の無線制御回路１３において、無線制御回路１３は、到来方位推定部１３１、到来波源位置推定部１３２、受信指向性演算部１３３、受信処理部１３４、送信方位演算部１３５、送信指向性演算部１３６、送信処理部１３７、相対角度演算部１３８、切替角度演算部１３９、垂直方向制御部１４０および記憶部１４１の各機能は、処理回路６１により実現される。
各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路６１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。無線制御回路１３は、無線制御回路１３は、到来方位推定部１３１、到来波源位置推定部１３２、受信指向性演算部１３３、受信処理部１３４、送信方位演算部１３５、送信指向性演算部１３６、送信処理部１３７、相対角度演算部１３８、切替角度演算部１３９、垂直方向制御部１４０および記憶部１４１の各部の機能それぞれを処理回路６１で実現してもよいし、各部の機能を１つの処理回路６１で実現してもよい。
図８は、図３の無線制御回路の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。無線制御回路１３の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図３の無線制御回路１３は、図８に示すように、プロセッサ６２およびメモリ６３で構成される。無線制御回路１３において、無線制御回路１３は、到来方位推定部１３１、到来波源位置推定部１３２、受信指向性演算部１３３、受信処理部１３４、送信方位演算部１３５、送信指向性演算部１３６、送信処理部１３７、相対角度演算部１３８、切替角度演算部１３９、垂直方向制御部１４０および記憶部１４１の各機能は、プロセッサ６２およびメモリ６３により実現される。
各機能がソフトウェアで実行される場合、無線制御回路１３において、無線制御回路１３は、到来方位推定部１３１、到来波源位置推定部１３２、受信指向性演算部１３３、受信処理部１３４、送信方位演算部１３５、送信指向性演算部１３６、送信処理部１３７、相対角度演算部１３８、切替角度演算部１３９、垂直方向制御部１４０および記憶部１４１の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ６３に格納される。プロセッサ６２は、メモリ６３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。
メモリ６３として、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable and Programmable ROM）およびＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ROM）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ６３として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ、ＭＤ（Mini Disc）およびＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。
［飛行体１の動作］
上記構成を有する飛行体１の動作について説明する。なお、ここでは、本実施の形態１と直接関連がない点検装置３０による点検に関する動作の説明を省略する。
上記構成を有する飛行体１の動作について説明する。なお、ここでは、本実施の形態１と直接関連がない点検装置３０による点検に関する動作の説明を省略する。
（飛行開始時）
飛行体１およびプロポ３が起動され、操縦者２によってプロポ３が操縦されると、飛行体１が飛行を開始する。プロポ３は、無線通信４を介して、操縦コマンドを送信電波として飛行体１のアレイアンテナ１１に送信する。このとき、プロポ３は、例えば、１００ミリ秒間隔などの一定の間隔で電波を送信する。
飛行体１およびプロポ３が起動され、操縦者２によってプロポ３が操縦されると、飛行体１が飛行を開始する。プロポ３は、無線通信４を介して、操縦コマンドを送信電波として飛行体１のアレイアンテナ１１に送信する。このとき、プロポ３は、例えば、１００ミリ秒間隔などの一定の間隔で電波を送信する。
飛行体１に搭載された無線制御装置１０のアレイアンテナ１１は、プロポ３から送信された電波を受信し、受信電波としてＲＦ受信回路１２に供給する。ＲＦ受信回路１２は、受信電波を受信信号に変換し、無線制御回路１３に供給する。
無線制御回路１３は、ＲＦ受信回路１２から取得した受信信号から操縦コマンドを取得し、取得した操縦コマンドを飛行制御回路２２に供給する。また、無線制御回路１３の到来方位推定部１３１は、取得した受信信号に基づき、電波の到来方位を推定する。到来波源位置推定部１３２は、推定した到来方位と、飛行制御回路２２から取得した姿勢情報とに基づき、到来波源の方位および位置を示す波源方位情報および波源位置情報を推定し、記憶部１４１に保存する。
送信方位演算部１３５は、記憶部１４１から波源位置情報を取得し、送信方位を示す送信方位情報を演算し、送信指向性演算部１３６に供給する。送信指向性演算部１３６は、送信方位演算部１３５から取得した送信方位情報が示す送信方位にアレイアンテナ１１の指向性の中心が向くように複素ウェイトＷを演算し、送信処理部１３７に転送する。また、送信指向性演算部１３６は演算した複素ウェイトＷに基づきビーム半値角Ｂを演算し、切替角度演算部１３９に転送する。
一方、飛行制御回路２２は、無線制御回路１３より取得した操縦コマンドに対応して駆動装置４０を制御し、飛行体１を飛行させる。また、飛行制御回路２２は、センサ群２１より取得したセンサデータに含まれる姿勢情報に基づき姿勢制御コマンドを演算し、飛行体１が安定して飛行できるように駆動装置４０を制御する。さらに、飛行制御回路２２はセンサ群２１より取得した自機の座標情報等を含むセンサデータを無線制御回路１３に供給する。さらにまた、飛行制御回路２２は、記憶部１４１より受信電波の到来波源の推定位置を取得し、アレイアンテナ１１が推定位置の方位と合わせるように駆動装置４０を制御する。
（点検動作時）
操縦者２によって飛行体１が操縦され、飛行体１が点検地点に到着すると、操縦者２のプロポ３に対する操作により、プロポ３から飛行体１に対して点検開始命令が送信される。飛行体１に搭載された無線制御装置１０のアレイアンテナ１１は、プロポ３から送信された電波を受信し、受信電波としてＲＦ受信回路１２に供給する。ＲＦ受信回路１２は、受信電波を受信信号に変換し、無線制御回路１３に供給する。無線制御回路１３の受信処理部１３４は、ＲＦ受信回路１２から取得した受信信号から点検コマンドを取得し、取得した点検コマンドを点検装置３０に供給する。
操縦者２によって飛行体１が操縦され、飛行体１が点検地点に到着すると、操縦者２のプロポ３に対する操作により、プロポ３から飛行体１に対して点検開始命令が送信される。飛行体１に搭載された無線制御装置１０のアレイアンテナ１１は、プロポ３から送信された電波を受信し、受信電波としてＲＦ受信回路１２に供給する。ＲＦ受信回路１２は、受信電波を受信信号に変換し、無線制御回路１３に供給する。無線制御回路１３の受信処理部１３４は、ＲＦ受信回路１２から取得した受信信号から点検コマンドを取得し、取得した点検コマンドを点検装置３０に供給する。
点検装置３０は、受信処理部１３４から取得した点検コマンドに基づいて点検データを取得する。そして、点検装置３０は、取得した点検データを送信要求とともに送信処理部１３７に供給する。
送信処理部１３７は、取得した点検データに基づき、送信指向性演算部１３６から取得した複素ウェイトＷを用いて送信信号を生成し、生成した送信信号をＲＦ送信回路１４に供給する。ＲＦ送信回路１４は、取得した送信信号を送信電波に変換し、アレイアンテナ１１に供給する。アレイアンテナ１１は、取得した送信電波をプロポ３に向けて放射する。これにより、操縦者２は点検データを取得する。
（電源制御処理）
図９は、本実施の形態１に係る無線通信装置による電源制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１において、無線制御回路１３の相対角度演算部１３８は、飛行制御回路２２から取得したセンサデータに含まれる飛行体１の座標情報である自機位置情報を取得する。また、相対角度演算部１３８は、ステップＳ２において、記憶部１４１からプロポ３の推定位置の座標情報である位置情報を取得する。さらに、相対角度演算部１３８は、ステップＳ３において、自機位置情報およびプロポ３の位置情報に基づき、相対角度Ｄを演算する。
図９は、本実施の形態１に係る無線通信装置による電源制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１において、無線制御回路１３の相対角度演算部１３８は、飛行制御回路２２から取得したセンサデータに含まれる飛行体１の座標情報である自機位置情報を取得する。また、相対角度演算部１３８は、ステップＳ２において、記憶部１４１からプロポ３の推定位置の座標情報である位置情報を取得する。さらに、相対角度演算部１３８は、ステップＳ３において、自機位置情報およびプロポ３の位置情報に基づき、相対角度Ｄを演算する。
ステップＳ４において、送信指向性演算部１３６は、ビーム半値角Ｂを演算する。ステップＳ５において、切替角度演算部１３９は、送信指向性演算部１３６で演算されたビーム半値角Ｂと、記憶部１４１に保存されたアンテナ設置俯角Ａとに基づき、アンテナ切替角度Ｃを演算する。
ステップＳ６において、垂直方向制御部１４０は、演算された相対角度Ｄとアンテナ切替角度Ｃとを比較し、相対角度Ｄがアンテナ切替角度Ｃよりも小さいか否かを判断する。相対角度Ｄがアンテナ切替角度Ｃよりも小さいである場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）には、飛行体１とプロポ３とが略水平であると判断され、処理がステップＳ７に移行する。一方、相対角度Ｄがアンテナ切替角度Ｃ以上である場合（ステップＳ６：ＮＯ）には、飛行体１とプロポ３とが略水平でないと判断され、処理がステップＳ１０に移行する。
ステップＳ７において、無線制御回路１３は、垂直方向のアンテナ素子の電源がＯＮ状態であるか否かを判断する。垂直方向のアンテナ素子の電源がＯＮ状態である場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）には、処理がステップＳ８に移行する。一方、垂直方向のアンテナ素子の電源がＯＦＦ状態である場合（ステップＳ７：ＮＯ）には、一連の処理が終了する。
ステップＳ８において、垂直方向制御部１４０は、垂直方向のアンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替えるための切替制御信号を生成し、ＲＦ受信回路１２およびＲＦ送信回路１４に供給する。これにより、垂直方向の少なくとも一部のアンテナ素子の電源がＯＦＦ状態とされる。
また、垂直方向制御部１４０は、ステップＳ９において、複素ウェイトＷの演算をアンテナ素子の水平方向の成分のみで行わせるための指示を、送信指向性演算部１３６に供給する。これにより、送信指向性演算部１３６は、アンテナ素子の水平方向の成分のみを用いて複素ウェイトＷを演算する。
ステップＳ１０において、無線制御回路１３は、垂直方向の少なくとも一部のアンテナ素子の電源がＯＦＦ状態であるか否かを判断する。垂直方向の少なくとも一部のアンテナ素子の電源がＯＦＦ状態である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１１に移行する。一方、垂直方向のアンテナ素子の電源がＯＮ状態である場合（ステップＳ１０：ＮＯ）には、一連の処理が終了する。
ステップＳ１１において、垂直方向制御部１４０は、垂直方向の受信アンテナ素子の電源をＯＮ状態に切り替えるための切替制御信号を生成し、ＲＦ受信回路１２に供給する。これにより、垂直方向の受信アンテナ素子の電源がＯＮ状態とされる。また、垂直方向制御部１４０は、ステップＳ１２において、垂直方向の送信アンテナ素子の電源をＯＮ状態に切り替えるための切替制御信号を生成し、ＲＦ送信回路１４に供給する。これにより、垂直方向の送信アンテナ素子の電源がＯＮ状態とされる。
図９に示すフローチャートを参照して、電源制御処理について具体的に説明する。
（飛行直後の場合）
まず、飛行体１が飛行を開始した直後の例について説明する。この場合、相対角度演算部１３８は、ステップＳ１～ステップＳ３において、飛行体１の自機位置情報およびプロポ３の位置情報を取得し、これらの情報に基づき相対角度Ｄを演算する。このときの相対角度Ｄは、飛行体１の飛行直後であることから、例えば９０度となる。そして、相対角度演算部１３８は、演算して得られた相対角度Ｄを垂直方向制御部１４０に供給する。
まず、飛行体１が飛行を開始した直後の例について説明する。この場合、相対角度演算部１３８は、ステップＳ１～ステップＳ３において、飛行体１の自機位置情報およびプロポ３の位置情報を取得し、これらの情報に基づき相対角度Ｄを演算する。このときの相対角度Ｄは、飛行体１の飛行直後であることから、例えば９０度となる。そして、相対角度演算部１３８は、演算して得られた相対角度Ｄを垂直方向制御部１４０に供給する。
送信指向性演算部１３６は、ステップＳ４においてビーム半値角Ｂを演算する。このときのビーム半値角Ｂは、例えば１２度となる。また、切替角度演算部１３９は、ステップＳ５において、送信指向性演算部１３６で演算されたビーム半値角Ｂと、記憶部１４１に保存されたアンテナ設置俯角Ａとに基づき、アンテナ切替角度Ｃを演算する。このときのアンテナ切替角度Ｃは、ビーム半値角Ｂが１２度であり、アンテナ設置俯角Ａが３０度であることから、１８度となる。
垂直方向制御部１４０は、ステップＳ６において、相対角度演算部１３８で演算された相対角度Ｄと、切替角度演算部１３９で演算されたアンテナ切替角度Ｃとを比較する。比較の結果、相対角度Ｄが９０度であり、アンテナ切替角度Ｃが１８度であることから、「相対角度Ｄ＞アンテナ切替角度Ｃ」となることから、処理がステップＳ１０に移行する。この例では、飛行体１の飛行直後であり、垂直方向のアンテナ素子の電源はＯＮ状態であるため、一連の処理が終了する。
（飛行体１が点検地点に移動した場合）
飛行体１が点検地点まで移動する間にも、上述した電源制御処理が定期的に行われる。そして、例えば、飛行体１とプロポ３との相対垂直距離Ｙが１０ｍとなり、かつ、相対水平距離Ｘが３１ｍとなった場合に飛行体１が点検地点に到着すると、相対角度Ｄが１７．９度となる。
飛行体１が点検地点まで移動する間にも、上述した電源制御処理が定期的に行われる。そして、例えば、飛行体１とプロポ３との相対垂直距離Ｙが１０ｍとなり、かつ、相対水平距離Ｘが３１ｍとなった場合に飛行体１が点検地点に到着すると、相対角度Ｄが１７．９度となる。
垂直方向制御部１４０は、ステップＳ６において、相対角度Ｄとアンテナ切替角度Ｃとを比較し、相対角度Ｄが１７．９度であり、アンテナ切替角度Ｃが１８度であることから、「相対角度Ｄ＜アンテナ切替角度Ｃ」となることから、処理がステップＳ７に移行する。
この時点では、相対角度Ｄがアンテナ切替角度Ｃよりも小さくなった直後であるため、垂直方向のアンテナ素子の電源はＯＮ状態である（ステップＳ７：ＹＥＳ）。したがって、垂直方向制御部１４０は、垂直方向の少なくとも一部のアンテナ素子の電源をＯＦＦとするための切替制御信号をＲＦ受信回路１２およびＲＦ送信回路１４に対して供給する。これにより、ステップＳ８において、垂直方向の少なくとも一部のアンテナ素子の電源がＯＦＦ状態とされる。例えば、アレイアンテナ１１における水平方向および垂直方向のアンテナ素子数が「５×５」である場合、この処理によってアンテナ素子数が「５×１」となる。
また、この時点では、送信指向性演算部１３６において演算される複素ウェイトＷは、アンテナ素子の垂直方向の成分を含めた結果となっている。そのため、垂直方向制御部１４０は、アンテナ素子の水平方向の成分のみで複素ウェイトＷを演算するように、送信指向性演算部１３６に対して再計算の指示を送る。これにより、ステップＳ９において、送信指向性演算部１３６は、アンテナ素子の水平方向の成分のみによる複素ウェイトＷの演算を実行する。
（飛行体１が出発地点に帰還する場合）
飛行体１による点検地点に対する点検が完了すると、飛行体１が点検地点から出発地点に帰還するように、操縦者２によってプロポ３が操縦される。そして、例えば、飛行体１とプロポ３との相対垂直距離Ｙが１０ｍとなり、かつ、相対水平距離Ｘが３０ｍとなった場合に、相対角度Ｄが１８．４度となる。
飛行体１による点検地点に対する点検が完了すると、飛行体１が点検地点から出発地点に帰還するように、操縦者２によってプロポ３が操縦される。そして、例えば、飛行体１とプロポ３との相対垂直距離Ｙが１０ｍとなり、かつ、相対水平距離Ｘが３０ｍとなった場合に、相対角度Ｄが１８．４度となる。
垂直方向制御部１４０は、ステップＳ６において、相対角度Ｄとアンテナ切替角度Ｃとを比較し、相対角度Ｄが１８．４度であり、アンテナ切替角度Ｃが１８度であることから、「相対角度Ｄ＞アンテナ切替角度Ｃ」となることから、処理がステップＳ１０に移行する。
この時点では、垂直方向の少なくとも一部のアンテナ素子の電源がＯＦＦ状態である（ステップＳ１０：ＹＥＳ）。したがって、垂直方向制御部１４０は、垂直方向の受信アンテナ素子の電源をＯＮとするための切替制御信号をＲＦ受信回路１２に対して供給する。また、垂直方向制御部１４０は、垂直方向の送信アンテナ素子の電源をＯＮとするための切替制御信号をＲＦ送信回路１４に対して供給する。
これにより、ステップＳ１１において、垂直方向の受信アンテナ素子の電源がＯＮ状態とされる。また、プロポ３からの電波が１回以上受信された場合には、アンテナ素子の垂直方向の成分を含めて複素ウェイトＷの演算が実行されるので、ステップＳ１２において、垂直方向の送信アンテナ素子の電源がＯＮ状態とされる。例えば、アレイアンテナ１１における水平方向および垂直方向のアンテナ素子数が「５×５」である場合、この処理によってアンテナ素子数が「５×１」から「５×５」となる。
このように、本実施の形態１に係る無線通信システム１００では、飛行体１が点検地点に到着してから点検が完了して出発地点に帰還する時点までの間は、垂直方向のアンテナ素子の電源がＯＦＦ状態とされる。これにより、水平方向および垂直方向のアンテナ素子数が「５×５」であるアレイアンテナ１１が用いられる場合、飛行体１が点検地点に到着してから点検が完了して出発地点に帰還する時点までの間のアンテナ素子数が「５×１」となる。そのため、この間のアンテナ素子の消費電力を８０％低減することができる。
以上のように、本実施の形態１に係る飛行体１では、相対角度がアンテナ切替角度よりも小さい場合に、垂直方向のアンテナ素子の電源がＯＦＦ状態とされる。これにより、一部のアンテナ素子に電力が供給されなくなるため、運用時における消費電力を低減させることができる。
以上、実施の形態１について説明したが、本発明は、上述した実施の形態１に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。実施の形態１では、橋梁およびトンネルなどのインフラの点検を目的としたシステムに適用した例について説明したが、これはこの例に限られない。
例えば、飛行体１とプロポ３との相対水平距離Ｘが大きく、これらが略水平に位置すると見なせるような高度で運用するシステムに適用することもできる。具体的には、例えば、点検装置３０に代えてビデオカメラなどの撮像装置が設けられ、低高度からの空撮が可能なシステムに適用することもできる。
１ 飛行体、２ 操縦者、３ プロポ、４ 無線通信、１０ 無線制御装置、１１ アレイアンテナ、１２ ＲＦ受信回路、１３ 無線制御回路、１４ ＲＦ送信回路、２０ 飛行制御装置、２１ センサ群、２２ 飛行制御回路、３０ 点検装置、４０ 駆動装置、５０ バッテリ、６１ 処理回路、６２ プロセッサ、６３ メモリ、１００ 無線通信システム、１３１ 到来方位推定部、１３２ 到来波源位置推定部、１３３ 受信指向性演算部、１３４ 受信処理部、１３５ 送信方位演算部、１３６ 送信指向性演算部、１３７ 送信処理部、１３８ 相対角度演算部、１３９ 切替角度演算部、１４０ 垂直方向制御部、１４１ 記憶部。
本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナと、前記アンテナで受信した電波を受信信号に変換する受信回路と、前記受信信号に対して受信処理を行う無線制御回路とを備え、前記無線制御回路は、前記受信信号に基づき受信データを生成する受信処理部と、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算する相対角度演算部と、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算する切替角度演算部と、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成する垂直方向制御部とを有し、前記相対角度演算部は、前記受信データに含まれる前記送受信機の位置情報と、自機の位置を示す自機位置情報とに基づき、相対水平距離および相対垂直距離を演算し、前記相対水平距離および前記相対垂直距離に基づき前記相対角度を演算するものである。
また、本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナと、前記アンテナで受信した電波を受信信号に変換する受信回路と、前記受信信号に対して受信処理を行う無線制御回路とを備え、前記無線制御回路は、前記受信信号に基づき受信データを生成する受信処理部と、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算する相対角度演算部と、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算する切替角度演算部と、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成する垂直方向制御部と、前記送受信機の方位を示す送信方位を演算し、演算した前記送信方位を示す送信方位情報を生成する送信方位演算部と、前記送信方位情報に基づきビーム半値角を演算する送信指向性演算部と、前記アンテナが設置された際の俯角を示すアンテナ設置俯角を記憶する記憶部とを有し、前記切替角度演算部は、前記ビーム半値角および前記アンテナ設置俯角に基づき、前記アンテナ切替角度を演算するものである。
また、本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナと、前記アンテナで受信した電波を受信信号に変換する受信回路と、前記受信信号に対して受信処理を行う無線制御回路とを備え、前記無線制御回路は、前記受信信号に基づき受信データを生成する受信処理部と、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算する相対角度演算部と、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算する切替角度演算部と、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成する垂直方向制御部と、前記送受信機の方位を示す送信方位を演算し、演算した前記送信方位を示す送信方位情報を生成する送信方位演算部と、前記送信方位情報に基づきビーム半値角を演算する送信指向性演算部と、前記アンテナが設置された際の俯角を示すアンテナ設置俯角を記憶する記憶部とを有し、前記切替角度演算部は、前記ビーム半値角および前記アンテナ設置俯角に基づき、前記アンテナ切替角度を演算するものである。
本発明に係る無線通信方法は、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナで受信した電波を受信信号に変換するステップと、前記受信信号に基づき受信データを生成するステップと、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算するステップと、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算するステップと、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成するステップとを有し、前記相対角度を演算するステップは、前記受信データに含まれる前記送受信機の位置情報と、自機の位置を示す自機位置情報とに基づき、相対水平距離および相対垂直距離を演算し、前記相対水平距離および前記相対垂直距離に基づき前記相対角度を演算するものである。
また、本発明に係る無線通信方法は、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナで受信した電波を受信信号に変換するステップと、前記受信信号に基づき受信データを生成するステップと、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算するステップと、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算するステップと、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成するステップと、前記送受信機の方位を示す送信方位を演算し、演算した前記送信方位を示す送信方位情報を生成するステップと、前記送信方位情報に基づきビーム半値角を演算するステップと、前記アンテナが設置された際の俯角を示すアンテナ設置俯角を記憶するステップとを有し、前記アンテナ切替角度を演算するステップは、前記ビーム半値角および前記アンテナ設置俯角に基づき、前記アンテナ切替角度を演算するものである。
また、本発明に係る無線通信方法は、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナで受信した電波を受信信号に変換するステップと、前記受信信号に基づき受信データを生成するステップと、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算するステップと、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算するステップと、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成するステップと、前記送受信機の方位を示す送信方位を演算し、演算した前記送信方位を示す送信方位情報を生成するステップと、前記送信方位情報に基づきビーム半値角を演算するステップと、前記アンテナが設置された際の俯角を示すアンテナ設置俯角を記憶するステップとを有し、前記アンテナ切替角度を演算するステップは、前記ビーム半値角および前記アンテナ設置俯角に基づき、前記アンテナ切替角度を演算するものである。
本発明に係る無線通信プログラムは、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナで受信した電波を受信信号に変換するステップと、前記受信信号に基づき受信データを生成するステップと、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算するステップと、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算するステップと、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成するステップとを無線通信装置のプロセッサに実行させ、前記相対角度を演算するステップは、前記受信データに含まれる前記送受信機の位置情報と、自機の位置を示す自機位置情報とに基づき、相対水平距離および相対垂直距離を演算し、前記相対水平距離および前記相対垂直距離に基づき前記相対角度を演算するものである。
また、本発明に係る無線通信プログラムは、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナで受信した電波を受信信号に変換するステップと、前記受信信号に基づき受信データを生成するステップと、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算するステップと、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算するステップと、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成するステップと、前記送受信機の方位を示す送信方位を演算し、演算した前記送信方位を示す送信方位情報を生成するステップと、前記送信方位情報に基づきビーム半値角を演算するステップと、前記アンテナが設置された際の俯角を示すアンテナ設置俯角を記憶するステップとを無線通信装置のプロセッサに実行させ、前記アンテナ切替角度を演算するステップは、前記ビーム半値角および前記アンテナ設置俯角に基づき、前記アンテナ切替角度を演算するものである。
また、本発明に係る無線通信プログラムは、複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナで受信した電波を受信信号に変換するステップと、前記受信信号に基づき受信データを生成するステップと、前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算するステップと、前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算するステップと、前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成するステップと、前記送受信機の方位を示す送信方位を演算し、演算した前記送信方位を示す送信方位情報を生成するステップと、前記送信方位情報に基づきビーム半値角を演算するステップと、前記アンテナが設置された際の俯角を示すアンテナ設置俯角を記憶するステップとを無線通信装置のプロセッサに実行させ、前記アンテナ切替角度を演算するステップは、前記ビーム半値角および前記アンテナ設置俯角に基づき、前記アンテナ切替角度を演算するものである。
Claims (7)
- 複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナと、
前記アンテナで受信した電波を受信信号に変換する受信回路と、
前記受信信号に対して受信処理を行う無線制御回路と
を備え、
前記無線制御回路は、
前記受信信号に基づき受信データを生成する受信処理部と、
前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算する相対角度演算部と、
前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算する切替角度演算部と、
前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成する垂直方向制御部と
を有する無線通信装置。 - 前記相対角度演算部は、
前記受信データに含まれる前記送受信機の位置情報と、自機の位置を示す自機位置情報とに基づき、相対水平距離および相対垂直距離を演算し、
前記相対水平距離および前記相対垂直距離に基づき前記相対角度を演算する
請求項１に記載の無線通信装置。 - 前記無線制御回路は、
前記送受信機の方位を示す送信方位を演算し、演算した前記送信方位を示す送信方位情報を生成する送信方位演算部と、
前記送信方位情報に基づきビーム半値角を演算する送信指向性演算部と、
前記アンテナが設置された際の俯角を示すアンテナ設置俯角を記憶する記憶部と
をさらに有し、
前記切替角度演算部は、
前記ビーム半値角および前記アンテナ設置俯角に基づき、前記アンテナ切替角度を演算する
請求項１または２に記載の無線通信装置。 - 前記無線制御回路は、
前記受信信号に基づき、前記アンテナで受信した前記電波の到来方位を推定する到来方位推定部をさらに有する
請求項１～３のいずれか一項に記載の無線通信装置。 - 請求項１～４のいずれか一項に記載の無線通信装置と、
前記無線通信装置との間で通信を行う送受信機と
を備える無線通信システム。 - 複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナで受信した電波を受信信号に変換するステップと、
前記受信信号に基づき受信データを生成するステップと、
前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算するステップと、
前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算するステップと、
前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成するステップと
を有する無線通信方法。 - 複数のアンテナ素子が水平方向および垂直方向に並べられて形成され、外部の送受信機との間で電波の送受信を行うアンテナで受信した電波を受信信号に変換するステップと、
前記受信信号に基づき受信データを生成するステップと、
前記受信データに基づき、前記送受信機と自機との相対的な角度を示す相対角度を演算するステップと、
前記送受信機と自機との相対的な角度が水平であるとみなすための閾値であるアンテナ切替角度を演算するステップと、
前記相対角度が前記アンテナ切替角度よりも小さい場合に、前記アンテナにおける垂直方向の少なくとも一部の前記アンテナ素子の電源をＯＦＦ状態に切り替える切替制御信号を生成するステップと
を無線通信装置のプロセッサに実行させる無線通信プログラム。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020144488A JP7092168B2 (ja) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および無線通信プログラム |
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| JP2020144488A JP7092168B2 (ja) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法および無線通信プログラム |
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|---|---|---|---|---|
| JP2014524712A (ja) * | 2011-08-24 | 2014-09-22 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | 無線通信システムにおけるビーム選択装置及び方法 |
| JP2017184088A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社 | 無線通信装置、無線通信方法及びプログラム |
-
2020
- 2020-08-28 JP JP2020144488A patent/JP7092168B2/ja active Active
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| JP7092168B2 (ja) | 2022-06-28 |
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