JP5168224B2

JP5168224B2 - ヘリコプター衛星通信方法、ヘリコプター搭載通信装置及び地上局通信装置

Info

Publication number: JP5168224B2
Application number: JP2009116721A
Authority: JP
Inventors: 康浩井戸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2029-05-13
Also published as: JP2010268132A

Description

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通信方法、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。

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ヘリコプター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特許文献１に示されている。この特許文献１に記載された従来のヘリコプター搭載の衛星通信装置は、回転翼の回転軸に設けた検出器により、回転翼の回転位置を計測・予測し、回転翼による送信波の遮断タイミングを簡単な構成により求め、得られた遮断タイミング外で送信を行うことにより、送信信号の回転翼による遮断を回避するものである。ヘリコプターの回転翼による送信波の遮断タイミングの情報は、ヘリコプターからの送信フレーム中に不送信タイミング情報を挿入し、通信衛星を経由して地上局へ送信される。地上局では、復調後のデータから不送信タイミングを検出することにより、ヘリコプターの送信停止状態を認識でき、地上局の復調処理をこの間停止し、再受信時の受信波の位相同期確立を短時間で行うように対策したものである。

特開２００２−３３００９２

特許文献１に記載の方法によれば、ヘリコプター搭載通信装置は不送信フレーム数を地上局に伝え、この不送信フレーム数を地上局通信装置の受信信号処理部で再生し、復調の停止・再開が制御されるが、不送信フレーム数分のタイミングと異なるタイミングで地上局通信装置がヘリコプター搭載通信装置からの受信波を受信した場合には、地上局通信装置が期待する復調開始タイミングとずれており、再受信時の受信波の位相同期確立時間を短時間で行うことができなくなるという問題点があった。また、使用しているフレーム同期信号が１種類のため、この同期信号パターンが一致するとフレーム中の通信データが受信可能となり、通信データの安全性に関して脆弱であるという問題点があった。

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、ヘリコプターから回転翼による遮断を回避して間欠的に送信されるバースト信号を受信することができ、またデータの秘匿性に優れたヘリコプター衛星通信方法、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。

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搭載通信装置と地上局通信装置との間で通信を行うヘリコプター衛星通信方法において、ＵＷ設定情報を記述した回線制御信号を上記地上局通信装置から送信する回線制御信号送信ステップと、上記ヘリコプター搭載通信装置から通信衛星に向けて送信する送信ビームが回転翼によって遮断されない送信タイミングを推定する送信タイミング推定ステップと、上記ヘリコプター搭載通信装置から送信するバースト信号を、その先頭部分、継続部分及び終了部分に上記ＵＷ設定情報に基づく第１ＵＷ信号、第２ＵＷ信号及び第３ＵＷ信号を格納して生成するバースト信号生成ステップと、上記送信タイミング推定ステップにより推定した送信タイミング中に上記バースト信号生成ステップにより生成したバースト信号を上記ヘリコプター搭載通信装置から送信するバースト送信ステップと、このバースト送信ステップにより送信されたバースト信号を上記地上局通信装置により受信し、上記第１ＵＷ信号、上記第２ＵＷ信号及び上記第３ＵＷ信号を検出して復調処理を開始、継続及び停止する復調処理ステップとを備えたものである。

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通信装置と通信を行うヘリコプター搭載通信装置において、地上局通信装置から通信衛星を介して送信された送信波を受信する受信機と、受信した回線制御信号に含まれるＵＷ設定情報を抽出する受信信号処理部と、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しない送信タイミングを推定する送信タイミング推定部と、この送信タイミング推定部が推定した送信タイミング内に送信するバースト信号を、その先頭部分、継続部分及び終了部分に上記ＵＷ設定情報に基づく第１ＵＷ信号、第２ＵＷ信号及び第３ＵＷ信号を格納して生成するフレーム処理部とを備え、上記地上局通信装置に、上記第１ＵＷ信号、上記第２ＵＷ信号及び上記第３ＵＷ信号を検出させて復調処理を開始、継続及び停止させるものである。

請求項３の発明に係る地上局通信装置は、ＵＷ設定情報を記述した回線制御信号を生成する送信信号処理部と、通信衛星を介してヘリコプター搭載通信装置へ送信波を送信する送信機と、上記ヘリコプター搭載通信装置から送信されるバースト信号を通信衛星を介して受信する受信機と、この受信機により受信したバースト信号を、その先頭部分、継続部分及び終了部分を上記ＵＷ設定情報に基づく上記第１ＵＷ信号、上記第２ＵＷ信号及び上記第３ＵＷ信号により検出して復調処理を開始、継続及び停止する復調器とを備えたものである。

この発明によれば、先頭部分、継続部分及び終了部分にＵＷ設定情報に基づく第１ＵＷ信号、第２ＵＷ信号及び第３ＵＷ信号を、ヘリコプター搭載通信装置が送信するバースト信号に格納し、地上局通信装置ではこれを検出して復調処理を開始、継続及び停止するので、ヘリコプターから回転翼による遮断を回避して間欠的に送信されるバースト信号を受信することができ、データの秘匿性を向上することができる。

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関する装置の全体を示す構成図である。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。ヘリコプター搭載通信装置の送信信号処理におけるＵＷ設定処理フローを示すフローチャート図である。ヘリコプター搭載通信装置から送信する送信バースト信号のフレーム構造を示す模式図である。

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、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４によって説明する。図１は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関する装置の全体を示す構成図であり、図２は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へ送信し、また、地上局３からの送信信号を、通信衛星２を介して受信する送受信アンテナである。７は回転翼であり、８は回転翼７が特定位置を通過するタイミングを検出する回転翼検出器である。この回転翼７が回転することによって、送信回線４及び５を遮断するものである。

次に図２により実施の形態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。また、回転翼検出器７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回転翼を検出するものであり、例えば、回転翼そのもの、あるいは回転軸に設けた目印を、固定側の特定位置に設けた検出器によって検出する。この回転翼検出器７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も使用されるものである。

図２のヘリコプター搭載通信装置９において、１２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。１３は衛星方向算出部１２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９の送受信アンテナ６から通信衛星２の方向へ放射するビーム方向を算出するビーム方向算出部である。このビーム方向算出部１３において算出したビーム方向にアンテナが向けられる。１４はビーム方向算出部１３において算出したビーム方向を回転翼が遮断せず、送信可能なタイミングの推定及び送信バースト長の決定を行う送信タイミング推定部である。１５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、１６は送信タイミング推定部１４から入力される送信タイミング及び送信バースト長に基づいて、各送信バーストに図４に示す３種類のＵＷ信号（ユニークワード信号）を付加しフレーム化する処理を行うフレーム処理部である。このフレーム処理部１６で付加する３種類のＵＷ信号は後述のＵＷ設定制御部２２から通知または設定制御されるものである。１７は送信する信号をＢＰＳＫ変調やＱＰＳＫ変調等の各種変調方式により変調する変調器であり、１８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、１９は受信信号を低雑音増幅及び周波数変換する受信機、２０は受信信号を復調する復調器、２１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、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。この受信信号処理部２１は、ヘリコプター搭載通信装置９が受信した回線制御信号中に記述されたＵＷパターンの設定情報を抽出し出力する。２２は受信信号処理部２１から入力されるＵＷパターンの設定情報に基づきフレーム処理部１６にＵＷパターンの設定内容を通知または設定制御するＵＷ設定制御部である。なお、回線制御信号は制御信号として地上局通信装置１０からヘリコプター搭載通信装置９へ送信される。

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、受信信号から制御信号、データ信号を抽出する受信信号処理部であり、２７は受信信号処理部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。ここで、復調器２５では受信フレーム毎に図４に示す３種類のＵＷ信号（ユニークワード信号）を検出し、第１ＵＷ信号３５の検出により復調処理を開始し、第２ＵＷ信号３６の検出により復調処理を継続し、第３ＵＷ信号３７の検出により復調処理を停止し、第１ＵＷ信号３５及び第２ＵＷ信号３６の直後に続く各データ３８の復調結果を受信信号処理部２６に出力している。送受でみれば、ヘリコプター搭載通信装置９側で３種類のＵＷを用いてフレーム化されたバースト信号を、地上局通信装置１０側でＵＷを検出してフレーム同期し、受信処理を行うものである。

復調器２５で検出する３種類のＵＷ信号は、ＵＷ設定制御部２８から通知または設定制御されるものである。地上局通信装置１０はヘリコプター搭載通信装置９への送信を行う送信系統も有しており、２９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、３０は送信する信号を変調する変調器、３１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、３２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２３と送信アンテナ３２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３１とが接続される。３３は地上局通信装置１０に３種類のＵＷ設定情報を設定するＵＷ設定装置である。ＵＷ設定制御部２８は、ＵＷ設定装置３３から設定されたＵＷ設定情報を送信信号処理部２９へ出力し、送信信号処理部２８によりＵＷ設定情報は回線制御信号の一部として送信フレームに記述され、通信衛星２を介してヘリコプター１に送信される。

さらに、ＵＷ設定装置３３から地上局通信装置１０に設定されるＵＷ設定情報が、ヘリコプター搭載通信装置９で生成される送信バースト信号に付加されるまでの処理について詳細に説明する。ＵＷ設定装置３３により地上局通信装置１０にＵＷ設定情報を設定する。ここでＵＷ設定装置３３は外部装置でもよいが、地上局通信装置１０に含まれる設定スイッチなどでも代用可能である。ＵＷ信号の設定方法は、第１ＵＷ信号３５、第２ＵＷ信号３６及び第３ＵＷ信号３７の各パターン（ビット列）を直接設定する方法や、予めヘリコプター搭載通信装置９及び地上局通信装置１０に内部設定されている３つ以上の複数のＵＷパターンの番号を選択することによって第１ＵＷ信号３５、第２ＵＷ信号３６及び第３ＵＷ信号３７を決める番号設定による方法や、例えば第１ＵＷ信号３５のパターンのみを設定し、第２ＵＷ信号３６及び第３ＵＷ信号３７は第１ＵＷ信号３５のパターンからその前半ビットの反転及び後半ビットの反転により生成する方法等の種々の方法があり、ヘリコプター搭載通信装置９と地上局通信装置１０との間で予め取り決めてＵＷ信号の設定を行う。このような方法により、地上局通信装置１０のＵＷ設定制御部２８に設定されたＵＷ設定情報は、送信信号処理部２９に出力され、また、復調器２５には具体的なＵＷパターンとして設定される。送信信号処理部２９ではＵＷ設定情報が回線制御信号内の制御信号の一部として記述され、フレーム処理されて、変調器３０へ出力される。変調器３０により変調された回線制御信号は、送信機３１及び送信アンテナ３２を介して通信衛星２へ送信される。復調器２５では、通信衛星２を介してヘリコプター搭載通信装置９からの送信波を受信し、受信信号の中からこれらのＵＷパターンの検出を行い、先に設定されたＵＷパターンとの一致性について所定の誤り数以下である場合にデータの復調処理を行う。

一方、ヘリコプター搭載通信装置９では、受信した回線制御信号が復調器２０に入力され、復調後に受信信号処理部２１によりその他の制御信号と共にＵＷ設定情報が抽出され、ＵＷ設定情報はＵＷ設定制御部２２へ出力される。ＵＷ設定制御部２２では、前記の地上局通信装置１０にＵＷ設定情報を設定する段階で予め取り決めされた手法により、具体的なＵＷパターンが復元され、フレーム処理部１６にその内容が設定される。フレーム処理部１６に設定された３種類のＵＷパターンは、図３により説明する処理に従って、送信バースト信号中に第１ＵＷ信号３５、第２ＵＷ信号３６、第３ＵＷ信号３７として付加される。これらの処理の流れにより、地上局通信装置１０で受信する受信波から復調器２５で検出すべき３種類のＵＷパターンと、ヘリコプター搭載通信装置９から送信されるバースト信号中に付加される３種類のＵＷパターンが一致することになる。

次に図３によりヘリコプター搭載通信装置９の送信信号処理におけるＵＷ設定処理フローを説明する。図３はヘリコプター搭載通信装置９の送信信号処理におけるＵＷ設定処理フローを示すフローチャート図である。まず、ステップＳ１において回転翼８の検出を判定する。この回転翼８の検出は、ヘリコプター１に搭載された回転翼検出器７によって行われる。回転翼検出器７は、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において送信タイミング推定部１４は送受信アンテナ６が放射するビームが回転翼８により遮断されない送信タイミングを推定し、送信タイミング及び送信バースト長を推定し、フレーム処理部１６に出力する。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、送受信アンテナ６が放射するビームは、ヘリコプター機体（又は搭載通信装置）に対してどの方向に向けられているかが衛星方向算出部１２（又は送信方向算出部１３）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いつ遮断するかを回転翼検出器７が別途出力する回転翼回転速度により推定する。なお、送受信アンテナ６が放射するビームはビーム範囲を有しているので、回転翼がそのビーム範囲を遮断する時間にも幅があり、この分も考慮して、送信タイミング推定部１４は、送信タイミングの先頭と終了を推定する。次にステップＳ３において送信可能なタイミングであるかどうかの判定を行う。ステップＳ３での判定で、送信可能なタイミングである場合、ステップＳ４において送信を開始する。ステップＳ５では送信バースト信号の先頭に第１ＵＷ信号３５のパターンを付加し、続けてデータ３８を格納する。次にステップＳ６により、送信可能タイミングが終了していないかの判断がなされ、継続して送信可能なタイミングである場合、ステップＳ７によりバーストフレームの継続を意味する第２ＵＷ信号３６のパターンを付加し、続けてデータ３８を格納して送信を続ける。再度ステップＳ６に戻って、送信可能タイミングが終了していないかの判断を行う。ステップＳ６により送信可能タイミングが終了する場合はステップＳ８により送信バースト信号の最後に第３ＵＷ信号３７のパターンを付加する。最後にステップＳ９によりバースト送信を終了する。ここで、送信バースト信号中に付加される第１ＵＷ信号３５、第２ＵＷ信号３６及び第３ＵＷ信号３７は、ＵＷ設定制御部２２から予め設定されているＵＷパターンである。また、フレーム処理部１６では、送信タイミング推定部１４からの送信タイミング入力に合わせて、時間圧縮回路１５から入力されたデータ列を送信バースト信号中のフレーム（ＵＷ信号で仕切られ、データが格納される送信バースト中の各区間）にデータ３８として格納する。

次に、図４によって通信する信号の構成及び地上局通信装置１０の通信信号の受信動作について説明する。図４はヘリコプター搭載通信装置９から送信する送信バースト信号のフレーム構造を示す模式図である。ヘリコプター搭載通信装置９は映像や音声信号などのデータを送信バースト信号中のフレームに格納して通信を行う。図４に示すフレームの長さは回転翼８に通信伝播路が遮断されずに通信可能な時間の長さによって決定される。図４において、３４はバースト引き込み用のプリアンブル（図中、ＰＲと表記する。）、３５は送信バースト信号中のフレームの先頭を意味する第１ＵＷ信号（図中、＃１ＵＷと表記する。）、３６は送信バースト信号中のフレームの継続を意味する第２ＵＷ信号（図中、＃２ＵＷと表記する。）３７は送信バースト信号中のフレームの終了を意味する第３ＵＷ信号（図中、＃１ＵＷと表記する。）であり、３８はデータ（図中、ＤＡＴＡと表記する。）である。第２ＵＷ信号３６はデータ３８の区切りを示しており、送受信データは第２ＵＷ信号３６により区切られたデータ毎に処理される。地上局通信装置１０の受信処理において、第１ＵＷ信号３５は復調動作の開始信号となり、第３ＵＷ信号３７は復調動作の停止信号となる。また、第２ＵＷ信号３６はデータ３８の１フレームの区切りを示しており、受信信号処理部２６では１フレーム毎に復調されたデータ３８を処理する。

このことから、第１ＵＷ信号３５、第２ＵＷ信号３６及び第３ＵＷ信号３７がＵＷ設定制御部２８から復調器２５に設定されたパターンと一定の許容誤り数以下の誤り確率において一致しなければデータ３８を正確に復調することはできなくなる。これらの第１ＵＷ信号３５、第２ＵＷ信号３６及び第３ＵＷ信号３７は、地上局通信装置１０からシステム毎、通信局毎、通信回線毎にヘリコプター搭載通信装置９に回線制御信号として設定されるので通信情報の秘匿性を柔軟に高めることが可能となる。また、復調開始と復調停止は受信信号が入力されることにより決定されるので、復調開始及び停止のタイミング判定を受信信号処理部２６で行う必要はなく、地上局通信装置１０の受信系統では受信する受信バースト信号中のフレーム長を認識せずに復調処理を行うことができる。

１ヘリコプター
２通信衛星
３地上局
７回転翼
９ヘリコプター搭載通信装置
１０地上局通信装置
１２衛星方向算出部
１４送信タイミング推定部
１６フレーム処理部
１８送信機
１９受信機
２１受信信号処理部
２４受信機
２５復調器
２９送信信号処理部
３１送信機
３５第１ＵＷ信号
３６第２ＵＷ信号
３７第３ＵＷ信号

Claims

通信衛星を介してヘリコプター搭載通信装置と地上局通信装置との間で通信を行うヘリコプター衛星通信方法において、ＵＷ設定情報を記述した回線制御信号を上記地上局通信装置から送信する回線制御信号送信ステップと、上記ヘリコプター搭載通信装置から通信衛星に向けて送信する送信ビームが回転翼によって遮断されない送信タイミングを推定する送信タイミング推定ステップと、上記ヘリコプター搭載通信装置から送信するバースト信号を、その先頭部分、継続部分及び終了部分に上記ＵＷ設定情報に基づく第１ＵＷ信号、第２ＵＷ信号及び第３ＵＷ信号を格納して生成するバースト信号生成ステップと、上記送信タイミング推定ステップにより推定した送信タイミング中に上記バースト信号生成ステップにより生成したバースト信号を上記ヘリコプター搭載通信装置から送信するバースト送信ステップと、このバースト送信ステップにより送信されたバースト信号を上記地上局通信装置により受信し、上記第１ＵＷ信号、上記第２ＵＷ信号及び上記第３ＵＷ信号を検出して復調処理を開始、継続及び停止する復調処理ステップとを備えた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通信装置と通信を行うヘリコプター搭載通信装置において、地上局通信装置から通信衛星を介して送信された送信波を受信する受信機と、受信した回線制御信号に含まれるＵＷ設定情報を抽出する受信信号処理部と、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しない送信タイミングを推定する送信タイミング推定部と、この送信タイミング推定部が推定した送信タイミング内に送信するバースト信号を、その先頭部分、継続部分及び終了部分に上記ＵＷ設定情報に基づく第１ＵＷ信号、第２ＵＷ信号及び第３ＵＷ信号を格納して生成するフレーム処理部とを備え、上記地上局通信装置に、上記第１ＵＷ信号、上記第２ＵＷ信号及び上記第３ＵＷ信号を検出させて復調処理を開始、継続及び停止させるヘリコプター搭載通信装置。
ＵＷ設定情報を記述した回線制御信号を生成する送信信号処理部と、通信衛星を介してヘリコプター搭載通信装置へ送信波を送信する送信機と、上記ヘリコプター搭載通信装置から送信されるバースト信号を通信衛星を介して受信する受信機と、この受信機により受信したバースト信号を、その先頭部分、継続部分及び終了部分を上記ＵＷ設定情報に基づく上記第１ＵＷ信号、上記第２ＵＷ信号及び上記第３ＵＷ信号により検出して復調処理を開始、継続及び停止する復調器と備えた地上局通信装置。