JP3664097B2

JP3664097B2 - ヘリコプター衛星通信方法、並びにその方法に使用するヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置

Info

Publication number: JP3664097B2
Application number: JP2001130488A
Authority: JP
Inventors: 剛富士; 知朗福島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002330092A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヘリコプターと地上局との間において通信衛星を介して通信を行うヘリコプター衛星通信方法、並びにその方法に使用するヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプターと地上局との間において通信衛星を介して通信を行う場合、ヘリコプター側から送信する信号は、その回転翼によって遮断される。この遮断前後における通信方法についての従来の一例が、例えば特開平５−１６７３４４号公報に示されている。この公報に記載された従来のヘリコプター搭載のアンテナ装置は、２つのアンテナと２つの回転翼検知器を回転翼下に配置し、回転翼による送信波の遮断を２つのアンテナの切換えによって回避するものである。これらのアンテナはヘリコプター上の離れた位置に搭載されており、回転翼検知器によって回転翼を検知することによって、一方のアンテナに回転翼による送信遮断が生じると判断し、他方のアンテナからの送信に切換える。この技術によってヘリコプターからの連続送信が可能となるものである。また、特開平６−１２５２８７号公報には従来のヘリコプター搭載用通信装置の別の一例が示されている。この公報に記載されたヘリコプター搭載用通信装置は、回転角度検出装置によってヘリコプターの回転翼角度を検出し、この回転角度によってアンテナの送信放射範囲を回転翼が横切る期間を判別する。送信アンテナはヘリコプターに１台搭載されており、回転翼がアンテナの送信放射範囲を横切る期間は送信を停止することにより、回転翼が通信における障害とならないようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成される従来のヘリコプター搭載用の通信装置において、特開平５−１６７３４４号公報に記載された通信装置は、アンテナの切換えによる連続送信を実現するために、アンテナが２つ必要となり、空間的な配置が制限的であるヘリコプターへの搭載通信装置が大型化してしまうという問題点があった。また特開平６−１２５２８７号公報に記載された通信装置は、回転翼が送信放射範囲を横切る期間における送信を停止するが、この期間を送信相手先である地上局側において予め知得することができず、ヘリコプターからの送信が無くなった瞬間において、搬送波再生における位相同期が誤差信号に引き込まれて不定となり、誤差信号を復調してしまう。また、ヘリコプターに搭載したアンテナが通信衛星を見込む方向によっては、アンテナからの送信方向がアンテナから見た回転翼の回転軸や回転翼の根元方向に一致するような場合には、送信停止期間が長くなったり、また、逆に送信停止期間が非常に短くなるような場合もある。このような状況において、送信波が伝播路等の通信品質の劣化により受信しにくい状態となっているのか、搬送波再生動作における不具合であるのか、送信停止期間の長短によるものであるのかを地上局において判別することができないという問題点があった。また、送信放射範囲を回転翼が横切っているかどうかを判別するために、ヘリコプターの回転翼角度を検出する回転角度検出装置を搭載する必要がある。この角度検出においては、高速回転するヘリコプター回転翼の角度を検出するために、高速な角度検出処理（数ミリ秒以下）が必要となり、角度検出装置が高価となってしまうという問題点があった。
【０００４】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、地上局側へ回転翼による送信停止状態を通知することができるヘリコプター衛星通信方法、並びに比較的安価で小型な装置構成となるヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るヘリコプター衛星通信方法は、通信衛星を介してヘリコプターと地上局との間で同期通信を行うヘリコプター衛星通信方法において、上記ヘリコプターから上記通信衛星に向けて送信する送信ビームが上記ヘリコプターの回転翼によって遮断される遮断タイミングを推定する遮断タイミング推定ステップと、推定した遮断タイミングの前に送信するタイミングフレームにおいて、送信を停止するタイミングフレームの数を記述した不送信フレーム数信号を送信する不送信フレーム数送信ステップと、推定した遮断タイミングに重なるタイミングフレームにおける上記ヘリコプターから上記通信衛星への送信を停止する送信停止ステップと、上記不送信フレーム数信号を受信した上記地上局が、不送信フレーム数分のタイミングフレームの復調処理を停止する復調停止ステップとを備えたものである。
【０００６】
請求項２の発明に係るヘリコプター搭載通信装置は、ヘリコプターに搭載され、通信衛星を介して地上局と同期通信を行うヘリコプター搭載通信装置において、上記ヘリコプターの姿勢情報及び位置情報と通信衛星の軌道位置とに基づいて上記通信衛星への送信ビームの方向を算出する送信方向算出部と、この送信方向算出部により算出された送信方向に向けてビーム送信する送信機と、この送信機により送信する送信ビームを上記ヘリコプターの回転翼が遮断する遮断タイミングを推定する遮断タイミング推定部と、この遮断タイミング推定部が推定した遮断タイミングと重なるタイミングフレームにおける上記送信機からのビーム送信を停止する信号を生成し、その遮断タイミング前に送信するタイミングフレームに送信を停止するタイミングフレームの数を記述した不送信フレーム数信号を付加するフレーム処理部とを備えたものである。
【０００７】
請求項３の発明に係る地上局通信装置は、ヘリコプターから送信されるフレーム化された送信信号を通信衛星を介して同期受信する受信機と、この受信機により受信した信号を復調処理する復調器と、復調された信号をデフレーミング処理するデフレーム回路とを備え、上記デフレーム回路が上記ヘリコプターの送信停止を示す不送信フレーム数信号を検出したときに、上記復調器は、上記不送信フレーム数信号に記述されたフレーム数分の復調処理を停止するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信方法、並びにその方法に使用するヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置を図１乃至図５によって説明する。図１は実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信方法に関する装置の全体を示す構成図、図２は実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置の構成を示すブロック図、図３は実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置の処理フローを示すフローチャート、図４は実施の形態１に係る地上局通信装置の処理フローを示すフローチャート、図５は実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信方法において通信する信号を説明する模式図である。
【０００９】
図１において、１はヘリコプター、２は通信衛星、３は地上局であり、通信衛星２を介してヘリコプター１と地上局３との間で通信を行う。４はヘリコプター１から地上局３への送信回線、５は地上局３からヘリコプター１への送信回線を示している。ヘリコプター１において、６は通信衛星２を介して地上局３へ送信する送信アンテナ、７は地上局３からの送信信号を通信衛星２を介して受信する受信アンテナである。８は、ヘリコプター１の回転翼であり、この回転翼８が回転することによって、送信回線４を遮断するものである。
【００１０】
次に図２によって、実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置の構成を説明する。９はヘリコプター１に搭載するヘリコプター搭載通信装置であり、１０は地上局３に設置する地上局通信装置である。また、ヘリコプター１には、機体の航行に必要な装置が搭載されており、これらの装置から姿勢情報などヘリコプター搭載通信装置９に必要な情報を入手する。１１はヘリコプター１に搭載された慣性航法装置である。この慣性航法装置１１は機体の位置データ、即ち機体の緯度、経度、高度に関する情報、及び機体の動揺データ、即ちロール軸、ピッチ軸、方位軸に関する姿勢情報を出力している。１２はヘリコプターに搭載された回転翼検出器である。この回転翼検出器１２は、回転翼がその回転軸まわりに１回転する毎に特定回転位置において検出するものであり、いわゆる回転速度を測るタコメータと同様のものであり、例えば回転翼あるいは回転軸に設けた目印（磁性材料のピンなどによる目印）を、固定側の特定位置に設けた検出器によって検出する（上記の磁性材料のピンを固定側に設けた磁気検出器などによって検出する）。この回転翼検出器１２は、機体の通常の航行においては、一定時間における回転検出の数を計数して得られる回転翼の回転速度の検出装置として使用されるものである。もちろん、回転翼検出器１２はその構成が簡単であるので、ヘリコプターの航行用に搭載された回転翼の回転速度の検出装置以外に、上記のような回転翼の回転を特定位置において検出することができる検出器を別個に設けても良い。
【００１１】
図２のヘリコプター搭載通信装置９において、１３は通信衛星２の方向を算出する衛星方向算出部であり、慣性航法装置１１からの機体の位置データ、及び通信衛星２の軌道上における位置情報（緯度、経度、高度情報）に基づいて、ヘリコプター１から見た通信衛星２の方向を算出する。１４は衛星方向算出部１３により算出したヘリコプター１から見た通信衛星２の方向と、慣性航法装置１１からの機体の動揺データとに基づいて、ヘリコプター搭載通信装置１内の送信アンテナ６からの送信ビーム方向を算出する送信方向算出部である。この送信方向算出部１４において算出した送信ビーム方向にアンテナが向けられる。１５は送信方向算出部１４において算出した送信ビーム方向を回転翼が遮断するタイミングを推定する遮断タイミング推定部である。１６は映像や音声等のデータを時間軸上で圧縮する時間圧縮回路であり、１７は遮断タイミング推定部１５から入力される遮断タイミングに重なるタイミングフレームの送信を停止させる指令信号を生成し、この送信停止前のタイミングフレームにおいて不送信となるタイミングフレームの数を記述した不送信フレーム数信号を付加するフレーム処理部である。なお、フレーム処理部ではタイミングフレーム毎にＵＷ信号（ユニークワード信号：同期信号）などの制御信号を付加する処理も行っている。１８は、送信する信号をＢＰＳＫ変調やＱＰＳＫ変調により変調する変調器であり、１９は送信する信号を周波数変換及び高出力増幅する送信機である。ヘリコプター搭載通信装置９は、地上局通信装置１０からの送信信号を受信する受信系統も有しており、２０は受信信号を低雑音増幅及び周波数変換する受信機、２１は受信信号を復調する復調器、２２は復調した地上局通信装置１０からの音声信号を音声に変換したり、地上局通信装置１０からの制御信号に基づく処理を行う受信信号処理部である。
【００１２】
一方、図２に示す地上局通信装置１０において、２３は通信衛星２からの信号を受信する受信アンテナであり、２４は受信した信号を低雑音増幅し周波数変換する受信機、２５は受信信号を復調する復調器である。２６は受信信号のフレームに同期して（ＵＷ信号を検出して同期する）、受信信号から制御信号、データ信号を読み出すデフレーム回路であり、２７はデフレーム回路２６により読み出されたデータを時間伸長する時間伸長回路である。このように本発明では、送信側であるヘリコプター搭載通信装置９と受信側である地上局通信装置１０との間で同期による送受信を行っている。また、デフレーム回路２６ではフレーム処理回路１７により付加された不送信フレーム数信号の検出処理を行ない、不送信フレーム数信号を検出すると、そのフレーム数分の復調処理を停止するよう復調器２５に指令する。地上局通信装置１０はヘリコプター搭載通信装置への送信を行う送信系統も有しており、２８は音声信号や制御信号などの送信信号を生成する送信信号処理部、２９は送信する信号を変調する変調器、３０は変調された送信信号を周波数変換及び高出力増幅する送信機、３１は通信衛星２へ送信する送信アンテナである。受信アンテナ２１と送信アンテナ３１とを共有する場合があり、その場合は共有アンテナに受信機２４と送信機３０とを接続する。
【００１３】
次に、図３によってヘリコプター搭載通信装置９における送信処理の流れについて説明する。まず、図３に示すステップＳ１において回転翼８を検出したかどうかを判定する。この回転翼の検出は、ヘリコプター１に搭載された回転翼検出器１２によって行われる。回転翼検出器１２は、上記のとおり回転翼が１回転中の特定位置に到来したときに、回転翼検出信号を発生する。次にステップＳ２において回転翼８が送信ビームを遮断する遮断タイミングを推定する。回転翼検出信号が発生すると、その時点において回転翼が特定の検出位置にあることがわかる。一方、送信ビームは、ヘリコプター機体（又は搭載通信装置）に対してどの方向向けられているかが衛星方向算出部１３（又は送信方向算出部１４）において算出されている。この送信ビーム方向を、現在特定位置にある回転翼が何時遮断するかを回転翼検出器１２が別途出力する回転翼回転速度により推定する。送信ビームはビーム範囲を有しているので、回転翼がその送信ビーム範囲を遮断する時間にも幅があり、遮断タイミング推定部１５は、送信ビームの遮断の始まりと終わりを推定し、遮断タイミングとする。
【００１４】
次に、ステップＳ３において遮断タイミング前の処理として、不送信フレーム数信号の送信を行う。図５には通信する信号の構成を示す。ヘリコプター搭載通信装置９からの送信信号は、映像や音声信号などのデータをタイミングフレームに格納して送信する。図５の上段に示すように、このタイミングフレームには、制御信号とデータが含まれており、制御信号には、同期をとるためのＵＷ信号（ユニークワード信号）、不送信フラグ信号、不送信フレーム数信号が含まれている。ここで不送信フラグ信号は、０又は１の信号であり、信号が０の場合には、ヘリコプターの回転翼８による遮断がなく、次のタイミングフレームも送信されることを意味し、信号が１の場合には、次のタイミングフレームは回転翼８による遮断のために不送信となることを意味する。不送信フラグ信号が１の場合には、更に不送信フレーム数が制御信号に付加される。図５の下段の信号は、回転翼による送信ビームの遮断タイミングを示しており、これは遮断タイミング推定部１５において推定されるものである。図５の中段は送信する信号を示しており、黒く塗りつぶしたタイミングフレームは回転翼８による遮断のために送信されないタイミングフレームを表している。図５の場合、遮断タイミングがタイミングフレーム２つ分と重なっているので、この重なっているタイミングフレームを不送信とする。もちろん、遮断タイミングは、回転翼と送信ビームの位置関係によって、長短するので、不送信とするタイミングフレームの数は変化する。この不送信とするタイミングフレームの数を不送信フレーム数と呼び、制御信号内に付加する。なお、これらのフレームに関する処理はフレーム処理部１７において行う。
【００１５】
次にステップＳ４において、フレーム処理部１７は不送信とするタイミングフレームが到来したかどうかを判定する。不送信とするタイミングフレームが到来した場合、ステップＳ５に移行し送信処理を停止する。即ち、変調器１８には変調処理の停止、送信機１９へは送信の停止を指令する。この停止指令により変調器１８は変調処理を停止し、送信機１９は周波数変換や高出力増幅を停止する。ステップＳ５により送信停止となった後、ステップＳ６において、フレーム処理部１７は不送信のタイミングフレームが終了したかどうかを判定する。終了していない場合にはステップＳ７により送信停止を継続し、終了した場合には、ステップＳ８に移行して、送信を再開する。即ち、フレーム処理部１７からの指令によって、変調器１８は変調処理を、送信機１９は周波数変換処理及び高出力増幅処理を再開する。ここで、上記のようなフレーム処理部１７からの送信機能の停止及び再開の指令は、ヘリコプター搭載通信装置９の送信アンテナ６からの電波放射を停止及び再開するための指令であればよく、変調器１８での変調処理や送信機１９での周波数変換処理等の一部の送信機能は、この停止及び再開の指令によらずに、継続して動作状態とするようにしても良い。
【００１６】
次に図４によって、地上局通信装置１０での受信処理について説明する。ヘリコプター１の回転翼８がヘリコプター搭載通信装置９の送信ビームを遮断しない状態では、地上局通信装置１０は、ステップＳ９において受信及び復調処理を行い、デフレーム処理して映像や音声等のデータを再生する。デフレーム回路２６は、受信信号からＵＷ信号を検出して判別することによってタイミングフレームに同期し、制御信号とデータ信号を読み出している。ステップＳ１０においては、制御信号に含まれる不送信フラグ信号をモニタしており、この不送信フラグ信号が１となったときに、不送信フレーム数信号を検出する。不送信フレーム数信号を検出すると、次のタイミングフレームは不送信となるので、この不送信となるタイミングフレームの時期が到来したかどうかをステップＳ１１において判定する。不送信フレームの時期が到来すると、ステップＳ１２に移行し復調処理を停止する。このとき、デフレーム回路２６は復調器２５へ復調処理の停止を指令し、復調器２５は復調処理を停止する。ステップＳ１２において復調処理を停止した後、ステップＳ１３へ移行し、デフレーム回路２６は、不送信フレームの時期が終了したかどうかを判定する。不送信フレームが終了していない場合にはステップＳ１４により復調の停止を継続し、不送信フレームが終了した場合にはステップＳ１５において、復調処理を再開する。この復調処理の再開は、デフレーム回路２６からの指令により復調器２５が復調処理を再開することによって行う。また、不送信フレームの時期が到来したときに、直前の復調器２５における搬送波再生及びクロック再生処理の位相同期状態を保存することにより、位相同期が不送信状態での雑音によって不定となることを防止することができ、不送信フレーム終了後の復調再開時において、搬送波再生及びクロック再生処理の位相同期を短時間に行うことが可能となる。
【００１７】
なお、デフレーム回路２６によって、ヘリコプター１からの送信が回転翼８による送信ビームの遮断のために不送信となるフレームが判明しており、上記の説明では、これを専ら復調処理の停止処理に利用しているが、この不送信フレーム数信号を地上局通信装置のユーザーインタフェース等へ出力し、ヘリコプターとの交信状況としてモニターすることも可能である。また、不送信フレーム数信号は遮断タイミングとなるタイミングフレームの直前又は、数フレーム前に付加するようにヘリコプター搭載通信装置９と地上局通信装置１０との間で取り決めておくことも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
この発明の請求項１乃至請求項３に係る発明によれば、回転翼によって送信ビームが遮断される遮断タイミングを推定し、この遮断タイミングとなる前に送信するタイミングフレームにおいて不送信フレーム数を送信するので、ヘリコプターからの送信が停止となる前に、送信停止状態を地上局へ通知することができる。また、ヘリコプター搭載通信装置は、送信アンテナが１台で、回転翼検出器はヘリコプターに搭載されているものを使用できるので、安価で小型な通信装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信方法の全体を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置の処理フローを示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る地上局通信装置の処理フローを示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信方法において通信する信号を説明する模式図である。
【符号の説明】
１ヘリコプター
２通信衛星
３地上局
１４送信方向算出部
１５遮断タイミング推定部
１７フレーム処理部
１９送信機
２４受信機
２５復調器
２６デフレーム回路

Claims

通信衛星を介してヘリコプターと地上局との間で同期通信を行うヘリコプター衛星通信方法において、上記ヘリコプターから上記通信衛星に向けて送信する送信ビームが上記ヘリコプターの回転翼によって遮断される遮断タイミングを推定する遮断タイミング推定ステップと、推定した遮断タイミングの前に送信するタイミングフレームにおいて、送信を停止するタイミングフレームの数を記述した不送信フレーム数信号を送信する不送信フレーム数送信ステップと、推定した遮断タイミングに重なるタイミングフレームにおける上記ヘリコプターから上記通信衛星への送信を停止する送信停止ステップと、上記不送信フレーム数信号を受信した上記地上局が、不送信フレーム数分のタイミングフレームの復調処理を停止する復調停止ステップとを備えたことを特徴とするヘリコプター衛星通信方法。
ヘリコプターに搭載され、通信衛星を介して地上局と同期通信を行うヘリコプター搭載通信装置において、上記ヘリコプターの姿勢情報及び位置情報と通信衛星の軌道位置とに基づいて上記通信衛星への送信ビームの方向を算出する送信方向算出部と、この送信方向算出部により算出された送信方向に向けてビーム送信する送信機と、この送信機により送信する送信ビームを上記ヘリコプターの回転翼が遮断する遮断タイミングを推定する遮断タイミング推定部と、この遮断タイミング推定部が推定した遮断タイミングと重なるタイミングフレームにおける上記送信機からのビーム送信を停止する信号を生成し、その遮断タイミング前に送信するタイミングフレームに送信を停止するタイミングフレームの数を記述した不送信フレーム数信号を付加するフレーム処理部とを備えたことを特徴とするヘリコプター搭載通信装置。
ヘリコプターから送信されるフレーム化された送信信号を通信衛星を介して同期受信する受信機と、この受信機により受信した信号を復調処理する復調器と、復調された信号をデフレーミング処理するデフレーム回路とを備え、上記デフレーム回路が上記ヘリコプターの送信停止を示す不送信フレーム数信号を検出したときに、上記復調器は、上記不送信フレーム数信号に記述されたフレーム数分の復調処理を停止することを特徴とする地上局通信装置。