JP5167902B2 - 情報伝送システム、該情報伝送システムに用いられる空中線制御方法及び空中線制御プログラム - Google Patents

Description

この発明は、情報伝送システム、該情報伝送システムに用いられる空中線制御方法及び空中線制御プログラムに係り、たとえば、撮影用ヘリコプタから映像情報などの送信用データを指向空中線を介して中継用ヘリコプタへ伝送し、さらに中継用ヘリコプタからリアルタイムで地上局などへ伝送する場合に用いて好適な情報伝送システム、該情報伝送システムに用いられる空中線制御方法及び空中線制御プログラムに関する。

突発的な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、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。この映像情報は、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すことなく伝送することが要求される。１機のヘリコプタで映像を地上局へ伝送する場合、撮影ヘリのカバーエリアは、地上固定局から半径約数十ｋｍ程度の範囲であり、同撮影ヘリの位置がカバーエリアを越える場合は、中継車などの地上移動局をカバーエリア内に配備する必要がある。また、災害発生時では、緊急対応を必要とするため、中継車の配備に時間をかけることができず、さらに、道路の崩壊などで中継車が使えないことも想定される。

このため、撮影ヘリの送信部から送出される映像情報が別のヘリコプタ（中継用ヘリ）で中継されて地上受信局へ伝送されることもある。これにより、撮影カバーエリアが拡大され、たとえば２００ｋｍ近く離れた地上局へ伝送することもできる。この場合、撮影用ヘリと中継用ヘリとの間で指向空中線が使用され、空中線駆動部により常に相手機の方位に放射方向を向けるように制御されながら映像伝送が行われる。また、この場合、現場の状況をあらゆる角度から撮影するため、ヘリコプタが現場上空を旋回飛行する必要があり、地上局へ伝送する中継ヘリも、撮影ヘリ及び地上局との位置関係から、映像伝送の中継が可能なように、ある程度限られた領域で旋回飛行する必要がある。

この種の関連する技術としては、たとえば、特許文献１に記載された空中線制御装置がある。
この空中線制御装置では、アンテナ指向特性制御装置により、飛行体の機体に設置されたパラボラアンテナの指向特性が制御される。アンテナ駆動装置により、パラボラアンテナの指向方向が制御される。操縦装置インタフェース手段により、飛行体の機体の備える操縦装置から、操縦操作情報、機体の速度情報を含む操縦情報が取得される。情報処理手段により、操縦装置インタフェース手段で取得された操縦情報に基づいて機体の飛行運動が予測され、機体の方向変位速度がアンテナ駆動装置の駆動能力を超えると判断された場合に、アンテナ駆動装置が制御されると共に、アンテナ指向特性制御装置も制御されてパラボラアンテナの指向特性が広角化される。

また、特許文献２に記載されたアンテナ指向制御装置では、ＧＰＳ（Global Positioning System ）により、飛行体の位置情報が検出される。地磁気センサにより、飛行体の基準方位が検出される。位置情報入力手段により、目的とする基地局の位置情報が入力される。飛行体の位置情報、基準方位、及び目的とする基地局の位置情報に基づいて、当該飛行体に搭載されている指向性アンテナを指向させるのに必要なアンテナ方位角が演算され、同アンテナ方位角に基づいて、駆動部によりアンテナの指向性が制御される。
特開２００２−１８５２３３号公報（第２頁、図１） 特開２００２−２６１５２６号公報（第２頁、図１）

しかしながら、上記各文献を含む上記技術では、次のような問題点があった。
すなわち、撮影用ヘリと中継用ヘリとの間で指向空中線の放射方向が常に相手機の方位に向けるように制御されるが、この場合、自機情報と相手機情報とを用いて演算処理が行われ、この演算結果に基づいて空中線が指向制御されるので、同空中線の指向制御に遅延が生じるという問題点がある。また、両ヘリが空中線駆動部の追尾性能を超える急激な旋回飛行をしたとき、同空中線駆動部による空中線に対する制御が追従できず、映像が瞬断するという問題点がある。この場合、撮影ヘリの送信部の送信出力、空中線駆動部の追尾性能及び指向空中線の利得を現状以上に向上させることは、ヘリコプタの重量の制約及び構造を考慮すると困難であるため、パイロットに対して、映像の瞬断が発生しないように操縦依頼をする必要があり、パイロットにとって負担が増加するという問題点がある。

また、特許文献１に記載された空中線制御装置では、機体の方向変位速度がアンテナ駆動装置の駆動能力を超えると判断された場合、パラボラアンテナの指向特性が広角化されるので、アンテナ利得が下がり、受信レベルの低下により映像断が起こる可能性が高いという問題点がある。

特許文献２に記載されたアンテナ指向制御装置は、相手側が基地局であることを前提として、駆動部の追尾性能内でアンテナの指向性が制御されるものであり、駆動部の追尾性能を超える場合には対応できないという問題点がある。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、撮影用ヘリコプタ及び中継用ヘリコプタの各空中線駆動部の指向及び追尾性能以上の急激な両機の旋回飛行時においても、映像を瞬断させることなく伝送し、かつパイロットに負担がかからない情報伝送システム、該情報伝送システムに用いられる空中線制御方法及び空中線制御プログラムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明の第１の構成は、第１の飛行体に搭載され、送信用データを第１の指向空中線を介して送信する情報送信装置と、第２の飛行体に搭載され、前記情報送信装置から送信された前記送信用データを第２の指向空中線を介して受信し、かつ、他の受信局へ中継伝送する中継用送信装置とを有する情報伝送システムに係り、前記情報送信装置が、前記第１の飛行体の現在位置、機体姿勢、機体高度及び機首方位を示す第１の状態情報を生成して前記第２の飛行体へ送信すると共に、前記第２の飛行体から該第２の飛行体の現在位置、機体姿勢、機体高度及び機首方位を示す第２の状態情報を取得し、取得した前記第２の状態情報に基づいて前記第１の飛行体と第２の飛行体との間の離隔距離を算出し、該離隔距離、前記第１の状態情報及び第２の状態情報に基づいて、適応的に、前記第１の指向空中線の半値角、前記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御する第１の空中線制御手段を備え、かつ、前記中継用送信装置が、前記第２の状態情報を生成して前記第１の飛行体へ送信すると共に、前記第１の飛行体から前記第１の状態情報を取得し、取得した前記第１の状態情報に基づいて前記離隔距離を算出し、該離隔距離、前記第２の状態情報及び第１の状態情報に基づいて、適応的に、前記第２の指向空中線の半値角を制御する第２の空中線制御手段を備えていることを特徴としている。

また、この発明の第２の構成は、第１の飛行体に搭載され、送信用データを第１の指向空中線を介して送信する情報送信装置と、第２の飛行体に搭載され、前記情報送信装置から送信された前記送信用データを第２の指向空中線を介して受信し、かつ、他の受信局へ中継伝送する中継用送信装置とを有する情報伝送システムに用いられる空中線制御方法に係り、前記情報送信装置が、前記第１の飛行体の現在位置、機体姿勢、機体高度及び機首方位を示す第１の状態情報を生成して前記第２の飛行体へ送信すると共に、前記第２の飛行体から該第２の飛行体の現在位置、機体姿勢、機体高度及び機首方位を示す第２の状態情報を取得し、取得した前記第２の状態情報に基づいて前記第１の飛行体と第２の飛行体との間の離隔距離を算出し、該離隔距離、前記第１の状態情報及び第２の状態情報に基づいて、適応的に、前記第１の指向空中線の半値角、前記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御する第１の空中線制御処理を行い、かつ、前記中継用送信装置が、前記第２の状態情報を生成して前記第１の飛行体へ送信すると共に、前記第１の飛行体から前記第１の状態情報を取得し、取得した前記第１の状態情報に基づいて前記離隔距離を算出し、該離隔距離、前記第２の状態情報及び第１の状態情報に基づいて、適応的に、前記第２の指向空中線の半値角を制御する第２の空中線制御処理を行うことを特徴としている。

この発明の構成によれば、第１の飛行体及び第２の飛行体が急激に旋回飛行し、情報送信装置の第１の指向空中線に対する第１の空中線制御手段の指向性能以上、及び中継用送信装置の第２の指向空中線に対する第２の空中線制御手段の追尾性能以上の状態になった場合でも、送信用データを瞬断することなく伝送でき、かつパイロットに負担がかからない。

この発明を実施するための最良の形態としての情報伝送システムは、上記情報送信装置が、上記第１の飛行体の飛行状態を示す第１の状態情報を生成して上記第２の飛行体へ送信すると共に、上記第２の飛行体から該第２の飛行体の飛行状態を示す第２の状態情報を取得し、取得した上記第２の状態情報に基づいて上記第１の飛行体と第２の飛行体との間の離隔距離を算出し、該離隔距離、上記第１の状態情報及び第２の状態情報に基づいて、適応的に、上記第１の指向空中線の半値角、上記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御する第１の空中線制御手段を備え、かつ、上記中継用送信装置が、上記第２の状態情報を生成して上記第１の飛行体へ送信すると共に、上記第１の飛行体から上記第１の状態情報を取得し、取得した上記第１の状態情報に基づいて上記離隔距離を算出し、該離隔距離、上記第２の状態情報及び第１の状態情報に基づいて、適応的に、上記第２の指向空中線の半値角を制御する第２の空中線制御手段を備えている。

また、上記第１の状態情報は、上記第１の飛行体の現在位置、機体姿勢、機体高度及び機首方位からなると共に、上記第２の状態情報は、上記第２の飛行体の現在位置、機体姿勢、機体高度及び機首方位からなっている。

また、上記情報送信装置は、上記送信用データを送信する送信手段を有し、上記第１の空中線制御手段は、上記第１の飛行体の現在位置情報を取得する第１の位置情報取得手段と、上記第１の飛行体の上記機体姿勢、機体高度及び機首方位を取得する第１の機体情報取得手段と、上記第１の状態情報を上記第２の飛行体へ送信すると共に、該第２の飛行体から上記第２の状態情報を受信する第１の無線手段と、該第１の無線手段で受信された上記第２の状態情報に基づいて、上記離隔距離及び上記送信用データの受信レベルを算出し、かつ、上記各現在位置、各機体姿勢、各機体高度、各機首方位、上記離隔距離、受信レベル、及び所定の飛行運動予測算出プログラムによって算出される飛行運動予測値に基づいて、適応的に、上記第１の指向空中線の半値角を算出すると共に、上記送信手段に対して上記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御する第１の演算手段と、該第１の演算手段で算出された上記半値角に基づいて上記第１の指向空中線の半値角を制御する第１の空中線駆動手段とを備えている。

また、上記第２の空中線制御手段は、上記第２の飛行体の現在位置情報を取得する第２の位置情報取得手段と、上記第２の飛行体の上記機体姿勢、機体高度及び機首方位を取得する第２の機体情報取得手段と、上記第２の状態情報を上記第１の飛行体へ送信すると共に、該第１の飛行体から上記第１の状態情報を受信する第２の無線手段と、該第２の無線手段で受信された上記第１の状態情報に基づいて、上記離隔距離及び上記送信用データの受信レベルを算出し、かつ、上記各現在位置、各機体姿勢、各機体高度、各機首方位、上記離隔距離、受信レベル、及び所定の飛行運動予測算出プログラムによって算出される飛行運動予測値に基づいて、適応的に、上記第２の指向空中線の半値角を算出する第２の演算手段と、該第２の演算手段で算出された上記半値角に基づいて上記第２の指向空中線の半値角を制御する第２の空中線駆動手段とを備えている。

また、上記第１の演算手段は、当該第１の空中線駆動手段が上記第１の指向空中線の半値角を広角化するように制御するとき、上記第１の無線手段で受信された上記第２の状態情報に基づいて、上記送信用データの受信レベルの低下を予測すると、上記送信手段に対して、適応的に上記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御する。

図１は、この発明の一実施例である情報伝送システムが用いられる環境の一例を示す図である。
この例の環境では、同図に示すように、撮影機（撮影用ヘリコプタ）１と、中継機（中継用ヘリコプタ）２と、地上局３とが設けられている。撮影機１には、情報伝送システムを構成する図示しない情報送信装置が搭載されている。同情報送信装置は、たとえば撮影機１にて撮影された映像を送信用データとして、図示しない指向空中線を介して無線信号ｗｄで送信する。また、中継機２には、情報伝送システムを構成する図示しない中継用送信装置が搭載されている。同中継用送信装置は、上記情報送信装置から送信された送信用データの無線信号ｗｄを図示しない指向空中線を介して受信し、かつ、無線信号ｙｄとしてリアルタイムで地上局３へ中継伝送する。上記各指向空中線は、送信用データの伝送距離を伸ばすためのものである。

また、撮影機１の情報送信装置及び中継機２の中継用送信装置には、データ伝送用の空中線も設けられ、時々刻々と変化する撮影機データｓａ及び中継機データｓｂが、飛行中の相手機との間でやり取りされると共に、同中継機２の中継用送信装置から、撮影機データｓａと中継機データｓｂとを含む機体データｓｃが地上局３に向けて送信される。撮影機データｓａは、撮影機１の現在位置情報（機体座標）、機体姿勢、機体高度、機首方位、中継機２に対する離隔距離、及び、所定の飛行運動予測算出プログラムによる飛行運動予測値から構成されている。中継機データｓｂは、中継機２の現在位置情報（機体座標）、機体姿勢、機体高度、機首方位、撮影機１に対する離隔距離、送信用データの受信レベル、及び、飛行運動予測算出プログラムによる飛行運動予測値から構成されている。この情報伝送システムでは、撮影機１の送信用データが中継機２の中継用送信装置で受信されるとき、これらの各データに基づいて、急激な受信レベルの低下を回避するための制御が行われる。

図２は、図１中の撮影機１に搭載されている情報送信装置の要部の電気的構成を示すブロック図である。
この情報送信装置１０は、同図２に示すように、カメラ装置１１と、送信部１２と、空中線１３と、機体情報取得部１４と、ＧＰＳ（Global Positioning System 、汎世界測位システム）１５と、空中線１６と、データ無線部１７と、演算部１８と、駆動部１９とから構成されている。カメラ装置１１は、撮影した映像に対応した映像データｖｄを出力する。送信部１２は、カメラ装置１１から出力される映像データｖｄに対して、エンコード、変調、アップコンバート及び増幅処理を行ってＲＦ信号を生成し、同ＲＦ信号を送信用データｓｄとして空中線１３へ出力すると共に、送信用データｓｄの出力レベルｎａを演算部１８へ出力する。

空中線１３は、たとえばパラボラアンテナなどの指向空中線で構成され、駆動部１９の制御により指向を中継機２に向けて、送信用データｓｄを無線信号ｗｄとして送信する。
機体情報取得部１４は、撮影機１の機体姿勢（ロール、ピッチ、ヨー）、機体高度、及び機首方位を取得して機体情報ｍａとして出力する。ＧＰＳ１５は、撮影機１の現在位置情報を取得して機体座標ｇａを出力する。空中線１６は、無指向空中線で構成されている。データ無線部１７は、演算部１８から出力される撮影機データｐａを、空中線１６を介して撮影機データｓａ（第１の状態情報）として中継機２へ送信すると共に、同中継機２から中継機データｓｂ（第２の状態情報）を受信して復調し、中継機データｐｂとして演算部１８へ入力する。

演算部１８は、同演算部１８全体を制御するコンピュータとしてのＣＰＵ（中央処理装置）１８ａ及び同ＣＰＵ１８ａを動作させるための空中線制御プログラムが記録されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）１８ｂを有している。特に、この実施例では、演算部１８は、データ無線部１７で受信された中継機データｓｂに基づいて、撮影機１の中継機２に対する離隔距離及び送信用データｓｄ（すなわち、無線信号ｗｄ）の受信レベルを算出し、かつ、機体情報ｍａ及び機体座標ｇａを入力し、上記現在位置情報（機体座標）、機体姿勢、機体高度、機首方位、離隔距離、受信レベル、及び飛行運動予測値に基づいて、適応的に、空中線１３の半値角ｄａ（指向特性）を算出すると共に、送信部１２に対して制御信号ｃａを出力して送信用データｓｄの変調方式及び同送信用データｓｄの出力レベルを制御する。駆動部１９は、演算部１８で算出された上記半値角ｄａに基づいて制御信号ｅａを出力して空中線１３の半値角を制御する。また、演算部１８は、駆動部１９が空中線１３の半値角を広角化するように制御するとき、送信用データｓｄの出力レベルｎａと、データ無線部１７で受信された中継機データｓｂとに基づいて、中継機２に搭載されている中継用送信装置による無線信号ｗｄの受信レベルの低下を予測すると、送信部１２に対して、適応的に送信用データｓｄの変調方式及び同送信用データｓｄの出力レベルを制御する。

図３は、図１中の中継機２に搭載されている中継用送信装置の要部の電気的構成を示すブロック図である。
この中継用送信装置２０は、同図３に示すように、空中線２１と、受信部２２と、送信部２３と、空中線２４と、機体情報取得部２５と、ＧＰＳ２６と、空中線２７と、データ無線部２８と、演算部２９と、駆動部３０とから構成されている。空中線２１は、空中線１３と同様に、パラボラアンテナなどの指向空中線で構成され、駆動部３０の制御により指向を撮影機１に向けて無線信号ｗｄを受信し、図示しない低雑音増幅器を経てＲＦ信号の受信データｒｄとして出力する。

受信部２２は、受信データｒｄをダウンコンバートして受信データｔｄとして出力すると共に、受信データｒｄの受信レベルｎｂを演算部２９へ出力する。送信部２３は、受信データｔｄに対して、変調、アップコンバート及び増幅処理を行い、情報送信装置１０の送信部１２の送信用データｓｄとは周波数の異なる搬送波を使用した送信用データｕｄを出力する。空中線２４は、無指向性アンテナで構成され、送信用データｕｄを無線信号ｙｄとして地上局３へ送信する。機体情報取得部２５は、中継機２の機体姿勢（ロール、ピッチ、ヨー）、機体高度、及び機首方位を取得して機体情報ｍｂとして出力する。ＧＰＳ２６は、中継機２の現在位置情報を取得して機体座標ｇｂを出力する。空中線２７は、無指向空中線で構成されている。

データ無線部２８は、演算部２９から出力される中継機データｑａを、空中線２７を介して中継機データｓｂとして撮影機１へ送信すると共に、同撮影機１から撮影機データｓａを受信して復調し、撮影機データｑｂとして演算部２９へ入力する。また、空中線２７は、撮影機データｓａと中継機データｓｂとを含む機体データｓｃを地上局３に向けて送信する。演算部２９は、データ無線部２８で受信された撮影機データｓａに基づいて、中継機２の撮影機１に対する離隔距離を算出すると共に、受信データｒｄの受信レベルｎｂに基づいて送信用データｓｄ（無線信号ｗｄ）の受信レベルを算出し、かつ、現在位置情報（機体座標）、機体姿勢、機体高度、機首方位、離隔距離、受信レベル、及び飛行運動予測値に基づいて、適応的に、空中線２１の半値角ｄｂを算出すると共に、受信部２２に対して制御信号ｃｂを出力して受信データｔｄの復調方式を制御する。駆動部３０は、演算部２９で算出された上記半値角ｄｂに基づいて制御信号ｅｂを出力して空中線２１の半値角を制御する。

図４は、図２中の演算部１８の機能を説明する図である。
この演算部１８は、同図４に示すように、自機情報ｍｉ、ＧＰＳ情報ｇａ、及び相手機情報ｐｉが入力されて演算処理を行う。自機情報ｍｉは、機体情報取得部１４から得られる、ロール、ピッチ、ヨーの機体姿勢情報、機体高度及び機首方位、及び撮影機１の送信出力値で構成されている。ＧＰＳ情報ｇａは、ＧＰＳ１５から得られる機体座標情報で構成されている。相手機情報ｐｉは、データ無線部１７によって得られる中継機２の機体姿勢、機体高度、機首方位及び機体座標情報、及び中継機２の受信レベル値で構成されている。

また、図示しない中継機２の演算部２９も、ほぼ同様に演算処理を行う。すなわち、自機情報は、機体情報取得部２５から得られる、ロール、ピッチ、ヨーの機体姿勢情報、機体高度及び機首方位、及び中継機２の受信レベル値で構成されている。ＧＰＳ情報は、ＧＰＳ２６から得られる機体座標情報で構成されている。相手機情報は、データ無線部２８によって得られる撮影機１の機体姿勢、機体高度、機首方位及び機体座標情報、及び撮影機１の送信出力値で構成されている。

自機の空中線が常に相手機の真の方位に対して誤差なく指向することが理想状態であるが、実際には、以下に示す様々な誤差が生じる。すなわち、１つめは、演算部への入力誤差である。自機、相手機及びＧＰＳからの機体姿勢、機体高度、機首方位、機体座標情報に基づいて演算処理が行われるが、計器のデータ誤差、応答遅れ及びデータ取得タイミングの誤差が生じる。２つめは、追尾誤差である。すなわち、相手機から送られてくるデータに基づいて演算部で処理が行われ、この結果が空中線の駆動部に伝達されて空中線が指示値のＡＺ，ＥＬ方向に向くまでの動作遅れにより誤差が生じる。３つめは、空中線の機械的な取付け誤差である。機械的な誤差が生じていれば、真の方位に対するオフセット誤差となってしまう。

以上の累計誤差角度は、計算値及び飛行ログ解析結果から±３度程度と考えられる。指向空中線の半値角を６度とすると、この累計誤差は−３ｄＢ以内であり、大きな受信レベルの低下を招かない許容範囲と考えられる。ただし、これは空中線の駆動部の指向／追尾性能内の飛行における場合であり、指向／追尾性能を超える急激な両機の旋回飛行の場合には、演算部での指向目標角と現在角に誤差が生じ、大きな受信レベルの低下が発生し、映像断が発生する。このため、この実施例では、この映像断が回避される空中線制御方法を説明する。

図５は、情報送信装置１０及び中継用送信装置２０の動作を説明するフローチャート、及び図６が、空中線の指向特性の例を示す図である。
これらの図を参照して、この例の情報伝送システムに用いられる空中線制御方法の処理内容について説明する。
この情報伝送システムでは、撮影機１に搭載された情報送信装置１０から送信用データｓｄが空中線１３を介して送信され、同送信用データｓｄが、中継機２に搭載された中継用送信装置２０で空中線２１を介して受信されて地上局３へ中継伝送される。この場合、情報送信装置１０では、撮影機１の飛行状態を表す撮影機データｓａが生成されて中継機２へ送信されると共に、中継機２から同中継機２の飛行状態を表す中継機データｓｂが取得され、撮影機データｓａ及び中継機データｓｂに基づいて、適応的に、空中線１３の指向特性（半値角）、送信用データｓｄの変調方式及び同送信用データｓｄの出力レベルが制御される（第１の空中線制御処理）。また、中継用送信装置２０では、中継機データｓｂが生成されて撮影機１へ送信されると共に、撮影機１から撮影機データｓａが取得され、中継機データｓｂ及び撮影機データｓａに基づいて、適応的に、空中線２１の指向特性（半値角）が制御される（第２の空中線制御処理）。

上記第１の空中線制御処理では、撮影機１の現在位置情報（機体座標）が取得される（第１の位置情報取得処理）。また、撮影機１の機体姿勢、機体高度及び機首方位が取得される（第１の機体情報取得処理）。撮影機データｓａが中継機２へ送信されると共に、中継機２から中継機データｓｂが受信される（第１の送受信処理）。この第１の送受信処理で受信された中継機データｓｂに基づいて、撮影機１の中継機２に対する離隔距離及び送信用データｓｄの受信レベルが算出され、かつ、現在位置情報、機体姿勢、機体高度、機首方位、離隔距離、受信レベル、及び飛行運動予測値に基づいて、適応的に、空中線１３の半値角が算出されると共に、送信部１２に対して送信用データｓｄの変調方式及び同送信用データｓｄの出力レベルが制御される（第１の演算処理）。この第１の演算処理で算出された半値角に基づいて空中線１３の半値角が制御される（第１の空中線駆動処理）。

上記第２の空中線制御処理では、中継機２の現在位置情報（機体座標）が取得される（第２の位置情報取得処理）。また、中継機２の機体姿勢、機体高度及び機首方位が取得される（第２の機体情報取得処理）。中継機データｓｂが撮影機１へ送信されると共に、同撮影機１から撮影機データｓａが受信される（第２の送受信処理）。この第２の送受信処理で受信された撮影機データｓａに基づいて、中継機２の撮影機１に対する離隔距離及び送信用データｓｄの受信レベルが算出され、かつ、現在位置情報（機体座標）、機体姿勢、機体高度、機首方位、離隔距離、受信レベル、及び飛行運動予測値に基づいて、適応的に、空中線２１の半値角が算出される（第２の演算処理）。この第２の演算処理で算出された半値角に基づいて空中線２１の半値角が制御される（第２の空中線駆動処理）。また、上記第１の演算処理では、上記第１の空中線駆動処理で空中線１３の半値角を広角化するように制御されるとき、上記第１の送受信処理で受信された中継機データｓｂに基づいて、送信用データｓｄの受信レベルの低下が予測されると、送信部１２に対して、適応的に送信用データｓｄの変調方式及び同送信用データｓｄの出力レベルが制御される。

すなわち、情報送信装置１０の演算部１８及び中継用送信装置２０の演算部２９により、撮影機１及び中継機２の機首方位の変化量から、両機の角速度が算出される（ステップＡ１）。次に、それぞれの自機情報に基づいて、ロール角及びバンク角の情報も参照され、駆動部１９，３０が指向／追尾可能な旋回飛行であるか否かが監視される（ステップＡ２）。また、両機の離隔距離が近い場合は、遠い場合に比べ、同じ半値角であっても指向の広がりが狭いため、ペア機距離も考慮される（ステップＡ３）。さらに、受信レベルの実測値と、ペア機距離と送信出力とから計算される受信レベルの設計値とが比較され、急激な受信レベルの低下が予測される（ステップＡ４）。また、一般的に使用されている飛行運動の予測算出プログラムによる予測算出結果（ステップＡ５）も参照され、以上の情報に基づいて、指向特性を変化させる必要があるか否かが判定される（ステップＡ６）。

指向特性を変化させる必要があると判定された場合は、判定に応じて適応的に半値角が可変（すなわち、広角化）される（ステップＡ７）。この半値角の広角化による受信レベルの低下が予測される場合には、映像断の可能性を避けるため、適応変調により、Ｃ／Ｎ（carrier to noise ratio、搬送波対雑音比）が低くても復調可能な低相の変調方式に切替えられる（ステップＡ８）。これにより、利得低下が補償される。また、ペア機距離が近い場合には、中継用送信装置２０で無線信号ｗｄが非常に高いレベルで受信され、同中継用送信装置２０の低雑音増幅器が破壊される恐れがあるため、情報送信装置１０の送信出力が多段切替え可能とされ、通常では低く設定されているが、送信出力に余裕がある場合には、出力レベルも同時に高出力に切替えられる（ステップＡ９）。以上のように、適応的に半値角が可変される場合には、変調方式及び送信出力レベルも併せて同時に制御される。これにより、両機がバンク角の大きい旋回を行う場合でも、通達距離を保ったまま急激な受信レベルの低下が回避されるため、パイロットに対する操縦の制約も大幅に軽減される。

たとえば、両機がバンク角の大きい旋回飛行をした場合、所定の解析により、目標角と現在角の差が最大で±３度程度であることが判っている。このとき、図６中の指向特性［Type−I］の空中線では、累積誤差を含め、最大で±６度（Ａｎｇｌｅ［ｄｅｇ］）の誤差となり、約−１５ｄＢのレベル低下となる。これは、片機での低下値であるため、両機では２倍の−３０ｄＢの低下となる。このため、図５に示す手順で受信レベルの低下を事前に推測し、指向特性［Type−II］に切替える。これにより、片機で−９ｄＢ、両機で−１８ｄＢの低下となり、切替え前に比べて１２ｄＢ改善される。併せて、変調方式を６４ＱＡＭ（quadrature amplitude modulation 、直交振幅変調）からＱＰＳＫ（quadrature phase shift keying 、４相位相偏移変調）に変更すれば、Ｃ／Ｎが１２ｄＢ程度小さくなる。また、出力に余裕がある場合には、変調方式を１６ＱＡＭ程度とすることにより、伝送レートをあまり下げなくても、送信用データｓｄが伝送可能となる。

以上のように、この実施例では、情報送信装置１０で、撮影機１の飛行状態を表す撮影機データｓａが生成されて中継機２へ送信されると共に、中継機２から同中継機２の飛行状態を表す中継機データｓｂが取得され、撮影機データｓａ及び中継機データｓｂに基づいて、適応的に、空中線１３の指向特性（半値角）、送信用データｓｄの変調方式及び同送信用データｓｄの出力レベルが制御され、また、中継用送信装置２０で、中継機データｓｂが生成されて撮影機１へ送信されると共に、撮影機１から撮影機データｓａが取得され、中継機データｓｂ及び撮影機データｓａに基づいて、適応的に、空中線２１の指向特性（半値角）が制御される。上記空中線１３の半値角を広角化するように制御されるとき、受信された中継機データｓｂに基づいて、送信用データｓｄの受信レベルの低下が予測されると、送信部１２に対して、適応的に送信用データｓｄの変調方式及び同送信用データｓｄの出力レベルが制御される。これにより、撮影機１及び中継機２の各空中線の駆動部の指向性能及び追尾性能以上の急激な両機の旋回飛行時においても、映像が瞬断されることなく伝送され、かつパイロットに負担がかからない。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成は同実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、送信部１２に入力されるデータは、カメラ装置１１の映像データｖｄに限らず、たとえば音声データなど、任意のデータで良い。また、図１では、他の受信局として地上局３が設けられているが、自動車や船などに搭載された受信局でも良い。また、位置情報取得手段として、ＧＰＳが用いられているが、たとえば、ヨーロッパで計画されている「Ｇａｌｉｌｅｏ」や、日本で計画されている「準天頂衛星」が実用化されたとき、これらを用いても良い。

この発明は、２機のヘリコプタ間で指向空中線を使用してリアルタイムで映像伝送などを行う場合全般に適用できる。

この発明の一実施例である情報伝送システムが用いられる環境の一例を示す図である。 図１中の撮影機１に搭載されている情報送信装置の要部の電気的構成を示すブロック図である。 図１中の中継機２に搭載されている中継用送信装置の要部の電気的構成を示すブロック図である。 図２中の演算部１８の機能を説明する図である。 情報送信装置１０及び中継用送信装置２０の動作を説明するフローチャートである。 空中線の指向特性の例を示す図である。

符号の説明

１ 撮影機（撮影用ヘリコプタ）（第１の飛行体）
２ 中継機（中継用ヘリコプタ）（第２の飛行体）
３ 地上局（他の受信局）
１０ 情報送信装置
１２ 送信部（送信手段）
１３ 空中線（第１の指向空中線）
１４ 機体情報取得部（第１の空中線制御手段の一部、第１の機体情報取得手段） １５ ＧＰＳ（Global Positioning System 、汎世界測位システム）（第１の空中線制御手段の一部、第１の位置情報取得手段）
１６ 空中線（第１の空中線制御手段の一部、第１の無線手段の一部）
１７ データ無線部（第１の空中線制御手段の一部、第１の無線手段の一部）
１８ 演算部（第１の空中線制御手段の一部、第１の演算手段）
１８ａ ＣＰＵ（中央処理装置）
１８ｂ ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）
１９ 駆動部（第１の空中線制御手段の一部、第１の空中線駆動手段）
２０ 中継用送信装置
２１ 空中線（第２の指向空中線）
２２ 受信部（第２の空中線制御手段の一部）
２３ 送信部（中継用送信装置の一部）
２４ 空中線（中継用送信装置の一部）
２５ 機体情報取得部（第２の空中線制御手段の一部、第２の機体情報取得手段）
２６ ＧＰＳ（第２の空中線制御手段の一部、第２の位置情報取得手段）
２７ 空中線（第２の空中線制御手段の一部、第２の無線手段）
２８ データ無線部（第２の空中線制御手段の一部、第２の無線手段）
２９ 演算部（第２の空中線制御手段の一部、第２の演算手段）
３０ 駆動部（第２の空中線制御手段の一部、第２の空中線駆動手段）

Claims (7)

1. 第１の飛行体に搭載され、送信用データを第１の指向空中線を介して送信する情報送信装置と、
   第２の飛行体に搭載され、前記情報送信装置から送信された前記送信用データを第２の指向空中線を介して受信し、かつ、他の受信局へ中継伝送する中継用送信装置とを有する情報伝送システムであって、
   前記情報送信装置は、
   前記第１の飛行体の現在位置、機体姿勢、機体高度及び機首方位を示す第１の状態情報を生成して前記第２の飛行体へ送信すると共に、前記第２の飛行体から該第２の飛行体の現在位置、機体姿勢、機体高度及び機首方位を示す第２の状態情報を取得し、取得した前記第２の状態情報に基づいて前記第１の飛行体と第２の飛行体との間の離隔距離を算出し、該離隔距離、前記第１の状態情報及び第２の状態情報に基づいて、適応的に、前記第１の指向空中線の半値角、前記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御する第１の空中線制御手段を備え、かつ、
   前記中継用送信装置は、
   前記第２の状態情報を生成して前記第１の飛行体へ送信すると共に、前記第１の飛行体から前記第１の状態情報を取得し、取得した前記第１の状態情報に基づいて前記離隔距離を算出し、該離隔距離、前記第２の状態情報及び第１の状態情報に基づいて、適応的に、前記第２の指向空中線の半値角を制御する第２の空中線制御手段を備えていることを特徴とする情報伝送システム。
2. 前記情報送信装置は、
   前記送信用データを送信する送信手段を有し、
   前記第１の空中線制御手段は、
   前記第１の飛行体の現在位置情報を取得する第１の位置情報取得手段と、
   前記第１の飛行体の前記機体姿勢、機体高度及び機首方位を取得する第１の機体情報取得手段と、
   前記第１の状態情報を前記第２の飛行体へ送信すると共に、該第２の飛行体から前記第２の状態情報を受信する第１の無線手段と、
   該第１の無線手段で受信された前記第２の状態情報に基づいて、前記離隔距離及び前記送信用データの受信レベルを算出し、かつ、前記各現在位置、各機体姿勢、各機体高度、各機首方位、前記離隔距離、受信レベル、及び所定の飛行運動予測算出プログラムによって算出される飛行運動予測値に基づいて、適応的に、前記第１の指向空中線の半値角を算出すると共に、前記送信手段に対して前記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御する第１の演算手段と、
   該第１の演算手段で算出された前記半値角に基づいて前記第１の指向空中線の半値角を制御する第１の空中線駆動手段とを備え、
   前記第２の空中線制御手段は、
   前記第２の飛行体の現在位置情報を取得する第２の位置情報取得手段と、
   前記第２の飛行体の前記機体姿勢、機体高度及び機首方位を取得する第２の機体情報取得手段と、
   前記第２の状態情報を前記第１の飛行体へ送信すると共に、該第１の飛行体から前記第１の状態情報を受信する第２の無線手段と、
   該第２の無線手段で受信された前記第１の状態情報に基づいて、前記離隔距離及び前記送信用データの受信レベルを算出し、かつ、前記各現在位置、各機体姿勢、各機体高度、各機首方位、前記離隔距離、受信レベル、及び所定の飛行運動予測算出プログラムによって算出される飛行運動予測値に基づいて、適応的に、前記第２の指向空中線の半値角を算出する第２の演算手段と、
   該第２の演算手段で算出された前記半値角に基づいて前記第２の指向空中線の半値角を制御する第２の空中線駆動手段とを備えてなることを特徴とする請求項１記載の情報伝送システム。
3. 前記第１の演算手段は、
   当該第１の空中線駆動手段が前記第１の指向空中線の半値角を広角化するように制御するとき、前記第１の無線手段で受信された前記第２の状態情報に基づいて、前記送信用データの受信レベルの低下を予測すると、前記送信手段に対して、適応的に前記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御する構成とされていることを特徴とする請求項２記載の情報伝送システム。
4. 第１の飛行体に搭載され、送信用データを第１の指向空中線を介して送信する情報送信装置と、
   第２の飛行体に搭載され、前記情報送信装置から送信された前記送信用データを第２の指向空中線を介して受信し、かつ、他の受信局へ中継伝送する中継用送信装置とを有する情報伝送システムに用いられる空中線制御方法であって、
   前記情報送信装置が、前記第１の飛行体の現在位置、機体姿勢、機体高度及び機首方位を示す第１の状態情報を生成して前記第２の飛行体へ送信すると共に、前記第２の飛行体から該第２の飛行体の現在位置、機体姿勢、機体高度及び機首方位を示す第２の状態情報を取得し、取得した前記第２の状態情報に基づいて前記第１の飛行体と第２の飛行体との間の離隔距離を算出し、該離隔距離、前記第１の状態情報及び第２の状態情報に基づいて、適応的に、前記第１の指向空中線の半値角、前記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御する第１の空中線制御処理を行い、かつ、
   前記中継用送信装置が、前記第２の状態情報を生成して前記第１の飛行体へ送信すると共に、前記第１の飛行体から前記第１の状態情報を取得し、取得した前記第１の状態情報に基づいて前記離隔距離を算出し、該離隔距離、前記第２の状態情報及び第１の状態情報に基づいて、適応的に、前記第２の指向空中線の半値角を制御する第２の空中線制御処理を行うことを特徴とする空中線制御方法。
5. 前記情報送信装置が、前記送信用データを送信する送信手段を有し、
   前記第１の空中線制御処理では、
   前記第１の飛行体の現在位置情報を取得する第１の位置情報取得処理と、
   前記第１の飛行体の前記機体姿勢、機体高度及び機首方位を取得する第１の機体情報取得処理と、
   前記第１の状態情報を前記第２の飛行体へ送信すると共に、該第２の飛行体から前記第２の状態情報を受信する第１の送受信処理と、
   該第１の送受信処理で受信された前記第２の状態情報に基づいて、前記離隔距離及び前記送信用データの受信レベルを算出し、かつ、前記各現在位置、各機体姿勢、各機体高度、各機首方位、前記離隔距離、受信レベル、及び所定の飛行運動予測算出プログラムによって算出される飛行運動予測値に基づいて、適応的に、前記第１の指向空中線の半値角を算出すると共に、前記送信手段に対して前記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御する第１の演算処理と、
   該第１の演算処理で算出された前記半値角に基づいて前記第１の指向空中線の半値角を制御する第１の空中線駆動処理とを行い、
   前記第２の空中線制御処理では、
   前記第２の飛行体の現在位置情報を取得する第２の位置情報取得処理と、
   前記第２の飛行体の前記機体姿勢、機体高度及び機首方位を取得する第２の機体情報取得処理と、
   前記第２の状態情報を前記第１の飛行体へ送信すると共に、該第１の飛行体から前記第１の状態情報を受信する第２の送受信処理と、
   該第２の送受信処理で受信された前記第１の状態情報に基づいて、前記離隔距離及び前記送信用データの受信レベルを算出し、かつ、前記各現在位置、各機体姿勢、各機体高度、各機首方位、前記離隔距離、受信レベル、及び所定の飛行運動予測算出プログラムによって算出される飛行運動予測値に基づいて、適応的に、前記第２の指向空中線の半値角を算出する第２の演算処理と、
   該第２の演算処理で算出された前記半値角に基づいて前記第２の指向空中線の半値角を制御する第２の空中線駆動処理とを行うことを特徴とする請求項４記載の空中線制御方法。
6. 前記第１の演算処理では、
   当該第１の空中線駆動処理で前記第１の指向空中線の半値角を広角化するように制御するとき、
   前記第１の送受信処理で受信された前記第２の状態情報に基づいて、前記送信用データの受信レベルの低下を予測すると、前記送信手段に対して、適応的に前記送信用データの変調方式及び該送信用データの出力レベルを制御することを特徴とする請求項５記載の空中線制御方法。
7. コンピュータを請求項２又は３記載の第１の演算手段として機能させるためのコンピュータ読み取り可能な空中線制御プログラム。

Images