JP6689804B2 - Communication relay device, system and management device - Google Patents

Communication relay device, system and management device Download PDF

Info

Publication number
JP6689804B2
JP6689804B2 JP2017179088A JP2017179088A JP6689804B2 JP 6689804 B2 JP6689804 B2 JP 6689804B2 JP 2017179088 A JP2017179088 A JP 2017179088A JP 2017179088 A JP2017179088 A JP 2017179088A JP 6689804 B2 JP6689804 B2 JP 6689804B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flight
communication relay
relay device
flight control
haps
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017179088A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019054490A5 (en
JP2019054490A (en
Inventor
祐介 若林
祐介 若林
惇 山元
惇 山元
貴志 本久
貴志 本久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SoftBank Corp
Original Assignee
SoftBank Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SoftBank Corp filed Critical SoftBank Corp
Priority to JP2017179088A priority Critical patent/JP6689804B2/en
Priority to PCT/JP2018/033089 priority patent/WO2019058991A1/en
Publication of JP2019054490A publication Critical patent/JP2019054490A/en
Publication of JP2019054490A5 publication Critical patent/JP2019054490A5/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6689804B2 publication Critical patent/JP6689804B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00Propulsion; Power supply
    • B64U50/30Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/31Supply or distribution of electrical power generated by photovoltaics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64BLIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B1/00Lighter-than-air aircraft
    • B64B1/06Rigid airships; Semi-rigid airships
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02Initiating means
    • B64C13/16Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plant in aircraft; Aircraft characterised thereby
    • B64D27/02Aircraft characterised by the type or position of power plant
    • B64D27/24Aircraft characterised by the type or position of power plant using steam, electricity, or spring force
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/185Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00Type of UAV
    • B64U10/10Rotorcrafts
    • B64U10/13Flying platforms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00Type of UAV
    • B64U10/30Lighter-than-air aircraft, e.g. aerostatic aircraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00Propulsion; Power supply
    • B64U50/10Propulsion
    • B64U50/13Propulsion using external fans or propellers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Description

本発明は、第5世代通信の3次元化ネットワークの構築に適したHAPS(高高度プラットフォーム局)の飛行制御に関するものである。   The present invention relates to flight control of a HAPS (high altitude platform station) suitable for constructing a three-dimensional network for fifth generation communication.

従来、移動通信システムの通信規格である3GPPのLTE(Long Term Evolution)−Advanced(非特許文献1参照)を発展させたLTE−AdvancedProと呼ばれる通信規格が知られている(非特許文献2参照)。このLTE−AdvancedProでは、近年のIoT(Internet of Things)向けデバイスへの通信を提供するための仕様が策定された。更に、IoT向けデバイス等の多数の端末装置(「UE(ユーザ装置)」、「移動局」、「通信端末」ともいう。)への同時接続や低遅延化などに対応する第5世代の移動通信が検討されている(例えば、非特許文献3参照)。   Conventionally, there is known a communication standard called LTE-Advanced Pro, which is an extension of LTE (Long Term Evolution) -Advanced (see Non-Patent Document 1) of 3GPP, which is a communication standard of a mobile communication system (see Non-Patent Document 2). . In this LTE-Advanced Pro, specifications have been established for providing communication to recent IoT (Internet of Things) devices. Furthermore, a fifth generation mobile device that supports simultaneous connection to a large number of terminal devices such as IoT devices (also referred to as “UE (user device)”, “mobile station”, and “communication terminal”) and low delay. Communication is under consideration (see Non-Patent Document 3, for example).

3GPP TS 36.300 V10.12.0(2014−12).3GPP TS 36.300 V10.12.0 (2014-12). 3GPP TS 36.300 V13.5.0(2016−09).3GPP TS 36.300 V13.5.0 (2016-09). G. Romano,「3GPP RAN progress on “5G”」,3GPP,2016.G. Romano, "3GPP RAN progress on" 5G "", 3GPP, 2016.

上記第5世代移動通信等においてIoT向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信にて、伝搬遅延が低く、広範囲の多数の端末と同時接続でき、高速通信可能で、単位面積あたりのシステム容量の大きい3次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現するという課題がある。また、このような3次元化したネットワークの実現する装置では消費エネルギーの低減という課題がある。   In the wireless communication with the terminal device including the IoT device in the fifth generation mobile communication, etc., the propagation delay is low, a large number of terminals in a wide range can be simultaneously connected, high speed communication is possible, and the system capacity per unit area is high. There is a problem to realize a large three-dimensional network stably over a wide area. In addition, a device realized by such a three-dimensional network has a problem of reducing energy consumption.

本発明の一態様に係る通信中継装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置であって、気流の風速及び風向を含む環境情報に基づいて、気流を利用した飛行を行うように制御する飛行制御手段を備える。 A communication relay device according to an aspect of the present invention includes a wireless relay station that performs wireless communication with a terminal device, and a levitation body that is controlled to be located in an airspace of a predetermined altitude by autonomous control or control from the outside. And a flight control means for controlling to fly using the air flow based on environmental information including the wind speed and the wind direction of the air flow.

前記通信中継装置において、前記環境情報は、複数の高度それぞれにおける気流の風速及び風向を含んでもよい。前記環境情報は、複数の高度それぞれにおける気圧及び気温を含んでもよい。また、前記環境情報は、過去の高層気象観測データの統計値、直近の高層気象観測データ及び前記通信中継装置自体に設けられた測定装置で測定された測定データの少なくとも一つから取得してもよい。   In the communication relay device, the environment information may include a wind speed and a wind direction of an airflow at each of a plurality of altitudes. The environmental information may include atmospheric pressure and temperature at each of a plurality of altitudes. Further, the environmental information may be obtained from at least one of statistical values of past high-rise weather observation data, latest high-rise weather observation data, and measurement data measured by a measurement device provided in the communication relay device itself. Good.

また、前記通信中継装置において、前記飛行制御手段は、前記環境情報と、前記通信中継装置自体の状態を示す装置状態情報とに基づいて、気流を利用した飛行を行うように制御してもよい。前記装置状態情報は、前記通信中継装置自体の現在位置及び予め設定された設定飛行ルートの情報を含んでもよい。また、前記装置状態情報は、前記通信中継装置自体の対気速度、対地速度及び推進方向の少なくとも一つの情報を含んでもよい。   Further, in the communication relay device, the flight control means may control to fly using an air flow based on the environment information and device state information indicating a state of the communication relay device itself. . The device status information may include information on a current position of the communication relay device itself and a preset flight route. Further, the device state information may include at least one of information on an airspeed, a ground speed, and a propulsion direction of the communication relay device itself.

また、前記通信中継装置において、前記環境情報に基づいて又は前記環境情報及び前記装置状態情報に基づいて、前記飛行制御手段による飛行制御内容を決定する手段を備え、前記飛行制御手段は、前記決定された飛行制御内容に基づいて飛行を制御してもよい。   The communication relay device further includes means for determining the flight control content by the flight control means based on the environment information or based on the environment information and the device state information, and the flight control means includes the determination. The flight may be controlled based on the performed flight control content.

また、前記通信中継装置において、前記環境情報に基づいて又は前記環境情報及び前記装置状態情報に基づいて決定された前記通信中継装置自体の飛行制御内容の情報を外部装置から受信する手段を備え、前記飛行制御手段は、前記受信した飛行制御内容に基づいて飛行制御してもよい。前記外部装置は、通信中継装置を管理する地上又は上空の管理装置であってもよい。   In the communication relay device, a means for receiving from the external device information of flight control content of the communication relay device itself determined based on the environment information or based on the environment information and the device state information, The flight control means may perform flight control based on the received flight control content. The external device may be a ground or sky management device that manages the communication relay device.

また、前記通信中継装置において、前記飛行制御内容は、前記通信中継装置自体の出発地点から目標地点までの目標飛行ルートを含み、前記飛行制御手段は、前記目標飛行ルートを飛行するように制御してもよい。   In the communication relay device, the flight control content includes a target flight route from a departure point of the communication relay device itself to a target point, and the flight control means controls to fly the target flight route. May be.

また、前記通信中継装置において、前記飛行制御手段による飛行制御内容は、複数種類の飛行パターンの種類ごとに個別に設定してもよい。前記複数種類の飛行パターンは、離陸するときの飛行パターン、所定の高度範囲まで上昇するときの飛行パターン、所定の高度範囲内の滞在目標上空エリアに留まる飛行パターン、所定の高度範囲から下降するときの飛行パターン及び着陸するときの飛行パターンを含んでもよい。また、前記複数種類の飛行パターンは、所定の高度範囲に移動した後に滞在目標上空エリアまで横移動する飛行パターン、所定の姿勢を維持する時間帯を最大化する飛行パターン、2つの滞在目標上空エリア間を移動する飛行パターン、複数の滞在目標上空エリア間を巡回する巡回飛行パターン及び滞在目標上空エリアで時間帯に応じて上下移動する飛行パターンの少なくとも一つを含んでもよい。   Further, in the communication relay device, the flight control content by the flight control means may be individually set for each of a plurality of types of flight patterns. The plurality of types of flight patterns include a flight pattern for takeoff, a flight pattern for climbing to a predetermined altitude range, a flight pattern for staying in an area over a stay target within a predetermined altitude range, and a descent from a predetermined altitude range. And the flight pattern when landing may be included. In addition, the plurality of types of flight patterns include a flight pattern that moves laterally to a stay target sky area after moving to a predetermined altitude range, a flight pattern that maximizes a time zone for maintaining a predetermined attitude, and two stay target sky areas. It may include at least one of a flight pattern that moves between areas, a patrol flight pattern that patrols between a plurality of stay target sky areas, and a flight pattern that moves up and down in the stay target sky area according to a time zone.

また、前記通信中継装置において、前記飛行制御内容は、前記環境情報及び前記装置状態情報の互いに異なる複数種類の条件で実行された複数回の飛行試験により得られた学習結果に基づいて決定されてもよい。   Further, in the communication relay device, the flight control content is determined based on a learning result obtained by a plurality of flight tests executed under a plurality of different conditions of the environment information and the device state information. Good.

また、前記通信中継装置において、バッテリー及び太陽光発電システムの少なくとも一方を備え、電力で飛行するものであってもよい。また、前記通信中継装置において、地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に3次元セルを形成し、前記セル形成目標空域の高度は10[km]以下であってもよい。また、前記通信中継装置において、100[km]以下の高度に位置してもよい。   Further, the communication relay device may include at least one of a battery and a solar power generation system, and may fly with electric power. Further, in the communication relay device, a three-dimensional cell may be formed in a predetermined cell formation target airspace between the ground and the sea surface, and the altitude of the cell formation target airspace may be 10 [km] or less. Further, the communication relay device may be located at an altitude of 100 [km] or less.

本発明の他の態様に係るシステムは、前記いずれかの通信中継装置を複数備えるシステムであって、前記複数の通信中継装置は、飛行時の空気抵抗を低減する相互位置関係を有する編隊を組んで飛行してもよい。   A system according to another aspect of the present invention is a system including a plurality of any one of the communication relay devices, wherein the plurality of communication relay devices form a formation having a mutual positional relationship that reduces air resistance during flight. You may fly in.

本発明の他の態様に係る管理装置は、前記いずれかの通信中継装置を管理する地上又は上空に位置する管理装置であって、前記環境情報と前記装置状態情報とに基づいて前記通信中継装置の飛行制御内容を決定し、その決定した飛行制御内容を前記通信中継装置に送信してもよい。   A management device according to another aspect of the present invention is a management device located on the ground or in the sky for managing any one of the communication relay devices, the communication relay device being based on the environment information and the device state information. The flight control content may be determined, and the determined flight control content may be transmitted to the communication relay device.

本発明によれば、第5世代移動通信等においてIoT向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信の伝搬遅延が低く、広範囲の多数の端末装置と同時接続でき、高速通信可能で、単位面積あたりのシステム容量の大きい3次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現することができるとともに、飛行時の消費エネルギーの低減を図ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the propagation delay of the wireless communication with the terminal device containing the device for IoT in 5th generation mobile communication etc. is low, it can be simultaneously connected with many terminal devices of a wide range, high-speed communication is possible, A three-dimensional network having a large system capacity per unit can be stably realized over a wide area, and energy consumption during flight can be reduced.

本発明の一実施形態に係る3次元化ネットワークを実現する通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing an example of the overall configuration of a communication system that realizes a three-dimensional network according to an embodiment of the present invention. 実施形態の通信システムに用いられるHAPSの一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of HAPS used for the communication system of embodiment. 実施形態の通信システムに用いられるHAPSの他の例を示す側面図。The side view which shows the other example of HAPS used for the communication system of embodiment. 実施形態の複数のHAPSで上空に形成される無線ネットワークの一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a wireless network formed in the sky by a plurality of HAPSs according to the embodiment. 更に他の実施形態に係る3次元化ネットワークを実現する通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows an example of the whole structure of the communication system which implement | achieves the three-dimensional network which concerns on other embodiment. 実施形態のHAPSの無線中継局の一構成例を示すブロック図。The block diagram which shows one structural example of the wireless relay station of HAPS of embodiment. 実施形態のHAPSの無線中継局の他の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the other structural example of the wireless relay station of HAPS of embodiment. 実施形態のHAPSの無線中継局の更に他の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the further another structural example of the wireless relay station of HAPS of embodiment. 実施形態のHAPSの各種飛行パターンを例示する説明図。Explanatory drawing which illustrates the various flight patterns of HAPS of embodiment. 実施形態のHAPSの飛行制御系の一構成例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows one structural example of the flight control system of HAPS of embodiment. 実施形態のHAPSの飛行制御の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the flight control of HAPS of embodiment. 実施形態のHAPS及び遠隔制御装置の飛行制御系の一構成例を示す機能ブロック図。FIG. 3 is a functional block diagram showing a configuration example of a flight control system of the HAPS and the remote control device of the embodiment. 実施形態のHAPSの飛行制御の他の例を示すシーケンス図。The sequence diagram which shows the other example of the flight control of HAPS of embodiment. 実施形態のHAPS及び遠隔制御装置の飛行制御系の他の構成例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the other structural example of the flight control system of HAPS and a remote control apparatus of embodiment. 実施形態のHAPSの飛行制御の更に他の例を示すシーケンス図。The sequence diagram which shows another example of the flight control of HAPS of embodiment. 実施形態の複数のHAPSによる編隊飛行の一例を示す上面図。The top view which shows an example of the formation flight by several HAPS of embodiment. (a)は、図16の編隊飛行中のHAPSの主翼端部に形成される渦気流及び揚力の説明図。(b)は、同HAPSの主翼端部の斜め後方に形成される揚力増大領域を示す上面図。(A) is explanatory drawing of the vortex airflow and lift which are formed in the main wing edge part of HAPS during formation flight of FIG. FIG. 6B is a top view showing a lift-increasing region formed obliquely rearward of the main wing end portion of the HAPS.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置への同時接続や低遅延化などに対応する第5世代移動通信の3次元化ネットワークの実現に適する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the overall configuration of a communication system according to an embodiment of the present invention.
The communication system according to the present embodiment is suitable for realizing a three-dimensional network for fifth generation mobile communication, which supports simultaneous connection to a large number of terminal devices and low delay.

図1に示すように、通信システムは、複数の空中浮揚型の通信中継装置としての高高度プラットフォーム局(HAPS)10,20を備えている。HAPS10,20は、所定高度の空域に位置して、所定高度のセル形成目標空域40に図中ハッチング領域で示すような3次元セル(3次元エリア)41,42を形成する。HAPS10,20は、自律制御又は外部から制御により地面又は海面から100[km]以下の高高度の空域(浮揚空域)50に浮遊あるいは飛行して位置するように制御される浮揚体(例えば、ソーラープレーン、飛行船)に、無線中継局が搭載されたものである。 As illustrated in FIG. 1, the communication system includes a plurality of high altitude platform stations (HAPS) 10 and 20 as a plurality of aerial levitation type communication relay devices. The HAPS 10 and 20 are located in an air space of a predetermined altitude and form three-dimensional cells (three-dimensional areas) 41 and 42 in the cell formation target air space 40 of the predetermined altitude as shown by hatched areas in the figure. HAPS10,20 autonomously controlled or 100 from the ground or sea surface by external control [km] The following high-altitude airspace (flotation airspace) 50 to the floating or buoyant body is controlled so as to lie flight (e.g., (Solar plane, airship) is equipped with a wireless relay station.

HAPS10,20の位置する空域50は、例えば、高度が11[km]以上及び50[km]以下の成層圏の空域である。この空域50は、気象条件が比較的安定している高度15[km]以上25[km]以下の空域であってもよく、特に高度がほぼ20[km]の空域であってもよい。図中のHrsl及びHrsuはそれぞれ、地面(GL)を基準にしたHAPS10,20の位置する空域50の下端及び上端の相対的な高度を示している。   The airspace 50 in which the HAPS 10 and 20 are located is, for example, a stratospheric airspace with an altitude of 11 [km] or more and 50 [km] or less. The airspace 50 may be an airspace having an altitude of 15 [km] or more and 25 [km] or less, in which the weather conditions are relatively stable, and may be an airspace having an altitude of approximately 20 [km]. Hrsl and Hrsu in the figure respectively indicate the relative heights of the lower end and the upper end of the air space 50 where the HAPS 10, 20 are located with respect to the ground (GL).

セル形成目標空域40は、本実施形態の通信システムにおける1又は2以上のHAPSで3次元セルを形成する目標の空域である。セル形成目標空域40は、HAPS10,20が位置する空域50と従来のマクロセル基地局等の基地局90がカバーする地面近傍のセル形成領域との間に位置する、所定高度範囲(例えば、50[m]以上1000[m]以下の高度範囲)の空域である。図中のHcl及びHcuはそれぞれ、地面(GL)を基準にしたセル形成目標空域40の下端及び上端の相対的な高度を示している。   The cell formation target airspace 40 is a target airspace for forming a three-dimensional cell by one or more HAPS in the communication system of the present embodiment. The cell formation target airspace 40 is located between the airspace 50 in which the HAPS 10 and 20 are located and the cell formation region near the ground covered by the base station 90 such as the conventional macrocell base station, and the predetermined altitude range (for example, 50 [ It is an airspace of an altitude range from m] to 1000 [m]. Hcl and Hcu in the figure respectively indicate the relative altitudes of the lower end and the upper end of the cell formation target airspace 40 with respect to the ground (GL).

なお、本実施形態の3次元セルが形成されるセル形成目標空域40は、海、川又は湖の上空であってもよい。   The cell formation target air space 40 in which the three-dimensional cell of this embodiment is formed may be above the sea, river, or lake.

HAPS10,20の無線中継局はそれぞれ、移動局である端末装置と無線通信するためのビーム100,200を地面に向けて形成する。端末装置は、遠隔操縦可能な小型のヘリコプター等の航空機であるドローン60に組み込まれた通信端末モジュールでもよいし、飛行機65の中でユーザが使用するユーザ装置であってもよい。セル形成目標空域40においてビーム100,200が通過する領域が3次元セル41,42である。セル形成目標空域40において互いに隣り合う複数のビーム100,200は部分的に重なってもよい。   The wireless relay stations of the HAPS 10 and 20 form beams 100 and 200 for wireless communication with a terminal device, which is a mobile station, toward the ground. The terminal device may be a communication terminal module incorporated in a drone 60 which is an aircraft such as a small helicopter capable of remote control, or a user device used by a user in an airplane 65. In the cell formation target air space 40, the regions through which the beams 100 and 200 pass are the three-dimensional cells 41 and 42. The plurality of beams 100 and 200 adjacent to each other in the cell formation target airspace 40 may partially overlap.

HAPS10,20の無線中継局はそれぞれ、地上又は海上に設置された中継局であるフィーダ局(ゲートウェイ)70を介して、移動通信網80のコアネットワークに接続されている。HAPS10,20とフィーダ局70との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。   The wireless relay stations of the HAPS 10 and 20 are each connected to the core network of the mobile communication network 80 via a feeder station (gateway) 70 which is a relay station installed on the ground or at the sea. Communication between the HAPS 10 and 20 and the feeder station 70 may be performed by wireless communication using radio waves such as microwaves, or may be performed by optical communication using laser light or the like.

HAPS10,20はそれぞれ、内部に組み込まれたコンピュータ等で構成された制御部が制御プログラムを実行することにより、自身の浮揚移動(飛行)や無線中継局での処理を自律制御してもよい。例えば、HAPS10,20はそれぞれ、自身の現在位置情報(例えばGPS位置情報)、予め記憶した位置制御情報(例えば、飛行スケジュール情報)、周辺に位置する他のHAPSの位置情報などを取得し、それらの情報に基づいて浮揚移動(飛行)や無線中継局での処理を自律制御してもよい。   Each of the HAPSs 10 and 20 may autonomously control its own levitating movement (flying) and processing at the wireless relay station by a control unit configured by a computer or the like incorporated therein to execute a control program. For example, the HAPS 10 and 20 each acquire their own current position information (for example, GPS position information), position control information (for example, flight schedule information) stored in advance, position information of other HAPS located in the vicinity, and the like. The levitation movement (flight) and the process in the wireless relay station may be autonomously controlled based on the information of (1).

また、HAPS10,20それぞれの浮揚移動(飛行)や無線中継局での処理は、移動通信網80の通信センター等に設けられた管理装置としての遠隔制御装置85によって制御できるようにしてもよい。この場合、HAPS10,20は、遠隔制御装置85からの制御情報を受信したり遠隔制御装置85に各種情報を送信したりできるように制御用通信端末装置(例えば、移動通信モジュール)が組み込まれ、遠隔制御装置85から識別できるように端末識別情報(例えば、IPアドレス、電話番号など)が割り当てられるようにしてもよい。制御用通信端末装置の識別には通信インターフェースのMACアドレスを用いてもよい。また、HAPS10,20はそれぞれ、自身又は周辺のHAPSの浮揚移動(飛行)や無線中継局での処理に関する情報や各種センサなどで取得した観測データなどの情報を、遠隔制御装置85等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。   Further, the floating movement (flight) of each of the HAPS 10 and 20 and the processing in the wireless relay station may be controlled by a remote control device 85 as a management device provided in a communication center of the mobile communication network 80 or the like. In this case, the HAPS 10, 20 has a control communication terminal device (for example, a mobile communication module) incorporated therein so as to receive control information from the remote control device 85 and send various information to the remote control device 85, Terminal identification information (eg, IP address, telephone number, etc.) may be assigned so that the remote control device 85 can identify it. The MAC address of the communication interface may be used to identify the control communication terminal device. In addition, the HAPS 10 and 20 respectively provide information regarding the levitation movement (flight) of HAPS or its surrounding HAPS and processing at the wireless relay station, and information such as observation data acquired by various sensors to a predetermined value of the remote control device 85 or the like. You may make it transmit to a transmission destination.

セル形成目標空域40では、HAPS10,20のビーム100,200が通過していない領域(3次元セル41,42が形成されない領域)が発生するおそれがある。この領域を補完するため、図1の構成例のように、地上側又は海上側から上方に向かって放射状のビーム300を形成して3次元セル43を形成してATG(Air To Ground)接続を行う基地局(以下「ATG局」という。)30を備えてもよい。   In the cell formation target airspace 40, there may be a region where the beams 100 and 200 of the HAPS 10 and 20 do not pass (regions where the three-dimensional cells 41 and 42 are not formed). In order to complement this area, as in the configuration example of FIG. 1, a radial beam 300 is formed upward from the ground side or the sea side to form a three-dimensional cell 43 to form an ATG (Air To Ground) connection. A base station (hereinafter, referred to as “ATG station”) 30 for performing may be provided.

また、ATG局30を用いずに、HAPS10,20の位置やビーム100,200の発散角(ビーム幅)等を調整することにより、HAPS10,20の無線中継局が、セル形成目標空域40に3次元セルがくまなく形成されるように、セル形成目標空域40の上端面の全体をカバーするビーム100,200を形成してもよい。   In addition, by adjusting the positions of the HAPSs 10 and 20, the divergence angles (beam widths) of the beams 100 and 200, etc. without using the ATG station 30, the wireless relay stations of the HAPSs 10 and 20 are set up in the cell formation target airspace 40. The beams 100 and 200 may be formed so as to cover the entire upper end surface of the cell formation target airspace 40 so that the dimensional cells are formed all over.

なお、前記HAPS10,20で形成する3次元セルは、地上又は海上に位置する端末装置との間でも通信できるよう地面又は海面に達するように形成してもよい。   The three-dimensional cells formed by the HAPS 10 and 20 may be formed so as to reach the ground surface or the sea surface so that they can communicate with a terminal device located on the ground or at the sea.

図2は、実施形態の通信システムに用いられるHAPS10の一例を示す斜視図である。
図2のHAPS10は、ソーラープレーンタイプのHAPSであり、長手方向の両端部側が上方に沿った主翼部101と、主翼部101の短手方向の一端縁部にバス動力系の推進装置としての複数のモータ駆動のプロペラ103とを備える。主翼部101の上面には、太陽光発電機能を有する太陽光発電部としての太陽光発電パネル(以下「ソーラーパネル」という。)102が設けられている。また、主翼部101の下面の長手方向の2箇所には、板状の連結部104を介して、ミッション機器が収容される複数の機器収容部としてのポッド105が連結されている。各ポッド105の内部には、ミッション機器としての無線中継局110と、バッテリー106とが収容されている。また、各ポッド105の下面側には離発着時に使用される車輪107が設けられている。ソーラーパネル102で発電された電力はバッテリー106に蓄電され、バッテリー106から供給される電力により、プロペラ103のモータが回転駆動され、無線中継局110による無線中継処理が実行される。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the HAPS 10 used in the communication system of the embodiment.
The HAPS 10 of FIG. 2 is a solar plane type HAPS, and has a plurality of main blades 101 with both ends in the longitudinal direction extending upward and a plurality of bus power system propulsion devices at one edge of the main blade 101 in the lateral direction. Motor driven propeller 103. A solar power generation panel (hereinafter referred to as “solar panel”) 102 as a solar power generation unit having a solar power generation function is provided on the upper surface of the main wing portion 101. In addition, pods 105 serving as a plurality of device accommodating parts for accommodating mission devices are connected to two positions on the lower surface of the main wing part 101 in the longitudinal direction via plate-like connecting parts 104. Inside each pod 105, a wireless relay station 110 as a mission device and a battery 106 are housed. Further, wheels 107 used at the time of taking off and landing are provided on the lower surface side of each pod 105. The electric power generated by the solar panel 102 is stored in the battery 106, the motor of the propeller 103 is rotationally driven by the electric power supplied from the battery 106, and the wireless relay processing by the wireless relay station 110 is executed.

ソーラープレーンタイプのHAPS10は、例えば旋回飛行を行ったり8の字飛行を行ったりすることにより揚力で浮揚し、所定の高度で水平方向の所定の範囲に滞在するように浮揚することができる。なお、ソーラープレーンタイプのHAPS10は、プロペラ103が回転駆動されていないときは、グライダーのように飛ぶこともできる。例えば、昼間などのソーラーパネル102の発電によってバッテリー106の電力が余っているときに高い位置に上昇し、夜間などのソーラーパネル102で発電できないときにバッテリー106からモータへの給電を停止してグライダーのように飛ぶことができる。   The solar plane type HAPS 10 can be levitated by a lift force by performing a turning flight or a figure-8 flight, and can be levitated so as to stay in a predetermined horizontal range at a predetermined altitude. The solar plane type HAPS 10 can fly like a glider when the propeller 103 is not rotationally driven. For example, the power of the battery 106 rises to a high position when the solar panel 102 generates power during the daytime, and when the solar panel 102 cannot generate power during the night, the power supply from the battery 106 to the motor is stopped and the glider. You can fly like.

また、HAPS10は、他のHAPSや人工衛星と光通信に用いられる通信部としての3次元対応指向性の光アンテナ装置130を備えている。なお、図2の例では主翼部101の長手方向の両端部に光アンテナ装置130を配置しているが、HAPS10の他の箇所に光アンテナ装置130を配置してもよい。なお、他のHAPSや人工衛星と光通信に用いられる通信部は、このような光通信を行うものに限らず、マイクロ波などの電波による無線通信などの他の方式による無線通信であってもよい。   The HAPS 10 also includes a three-dimensional directional optical antenna device 130 as a communication unit used for optical communication with other HAPS and artificial satellites. In the example of FIG. 2, the optical antenna device 130 is arranged at both ends of the main wing portion 101 in the longitudinal direction, but the optical antenna device 130 may be arranged at another portion of the HAPS 10. The communication unit used for optical communication with other HAPS and artificial satellites is not limited to such optical communication, and may be wireless communication by other methods such as wireless communication by radio waves such as microwaves. Good.

図3は、実施形態の通信システムに用いられるHAPS20の他の例を示す斜視図である。
図3のHAPS20は、無人飛行船タイプのHAPSであり、ペイロードが大きいため大容量のバッテリーを搭載することができる。HAPS20は、浮力で浮揚するためのヘリウムガス等の気体が充填された飛行船本体201と、バス動力系の推進装置としてのモータ駆動のプロペラ202と、ミッション機器が収容される機器収容部203とを備える。機器収容部203の内部には、無線中継局210とバッテリー204とが収容されている。バッテリー204から供給される電力により、プロペラ202のモータが回転駆動され、無線中継局210による無線中継処理が実行される。
FIG. 3 is a perspective view showing another example of the HAPS 20 used in the communication system of the embodiment.
The HAPS 20 of FIG. 3 is an unmanned airship type HAPS and has a large payload, so a large capacity battery can be mounted. The HAPS 20 includes an airship body 201 filled with a gas such as helium gas for levitating with buoyancy, a motor-driven propeller 202 as a bus power system propulsion device, and a device housing portion 203 that houses mission devices. Prepare A wireless relay station 210 and a battery 204 are housed inside the device housing unit 203. The electric power supplied from the battery 204 rotationally drives the motor of the propeller 202, and the wireless relay station 210 executes wireless relay processing.

なお、飛行船本体201の上面に、太陽光発電機能を有するソーラーパネルを設け、ソーラーパネルで発電された電力をバッテリー204に蓄電するようにしてもよい。   A solar panel having a solar power generation function may be provided on the upper surface of the airship body 201 so that the battery 204 stores the electric power generated by the solar panel.

また、無人飛行船タイプのHAPS20も、他のHAPSや人工衛星と光通信に用いられる通信部としての3次元対応指向性の光アンテナ装置230を備えている。なお、図3の例では飛行船本体201の上面部及び機器収容部203の下面部に光アンテナ装置230を配置しているが、HAPS20の他の部分に光アンテナ装置230を配置してもよい。なお、他のHAPSや人工衛星と光通信に用いられる通信部は、このような光通信を行うものに限らず、マイクロ波などの電波による無線通信などの他の方式による無線通信を行うものであってもよい。   The unmanned airship type HAPS 20 also includes a three-dimensional directional optical antenna device 230 as a communication unit used for optical communication with other HAPS and artificial satellites. In the example of FIG. 3, the optical antenna device 230 is arranged on the upper surface of the airship body 201 and the lower surface of the device housing 203, but the optical antenna device 230 may be arranged on other parts of the HAPS 20. The communication unit used for optical communication with other HAPS or artificial satellites is not limited to such optical communication, but may be wireless communication by other methods such as wireless communication by radio waves such as microwaves. It may be.

図4は、実施形態の複数のHAPS10,20で上空に形成される無線ネットワークの一例を示す説明図である。
複数のHAPS10,20は、上空で互いに光通信によるHAPS間通信ができるように構成され、3次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現することができるロバスト性に優れた無線通信ネットワークを形成する。この無線通信ネットワークは、各種環境や各種情報に応じたダイナミックルーティングによるアドホックネットワークとして機能することもできる。前記無線通信ネットワークは、2次元又は3次元の各種トポロジーを有するように形成することができ、例えば、図4に示すようにメッシュ型の無線通信ネットワークであってもよい。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a wireless network formed in the sky by the plurality of HAPS 10 and 20 of the embodiment.
The plurality of HAPS 10 and 20 are configured to be capable of performing inter-HAPS communication by optical communication in the sky, and form a wireless communication network with excellent robustness that can stably realize a three-dimensional network over a wide area. This wireless communication network can also function as an ad hoc network by dynamic routing according to various environments and various information. The wireless communication network can be formed to have various two-dimensional or three-dimensional topologies, and may be, for example, a mesh type wireless communication network as shown in FIG.

図5は、他の実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
なお、図5において、前述の図1と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of the overall configuration of a communication system according to another embodiment.
In FIG. 5, the same parts as those in FIG. 1 described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図5の実施形態では、HAPS10と移動通信網80のコアネットワークとの間の通信を、フィーダ局70及び低軌道の人工衛星72を介して行っている。この場合、人工衛星72とフィーダ局70との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。また、HAPS10と人工衛星72との間の通信については、レーザ光などを用いた光通信で行っている。   In the embodiment of FIG. 5, communication between the HAPS 10 and the core network of the mobile communication network 80 is performed via the feeder station 70 and the low-orbit artificial satellite 72. In this case, the communication between the artificial satellite 72 and the feeder station 70 may be wireless communication using radio waves such as microwaves, or may be optical communication using laser light or the like. Further, the communication between the HAPS 10 and the artificial satellite 72 is performed by optical communication using laser light or the like.

図6は、実施形態のHAPS10,20の無線中継局110,210の一構成例を示すブロック図である。
の無線中継局110,210はリピータータイプの無線中継局の例である。無線中継局110,210はそれぞれ、3Dセル形成アンテナ部111と、送受信部112と、フィード用アンテナ部113と、送受信部114と、リピーター部115と、監視制御部116と、電源部117とを備える。更に、無線中継局110,210はそれぞれ、HAPS間通信などに用いる光通信部125と、ビーム制御部126とを備える。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the wireless relay stations 110 and 210 of the HAPS 10 and 20 of the embodiment.
The wireless relay stations 110 and 210 in FIG. 6 are examples of repeater type wireless relay stations. The wireless relay stations 110 and 210 respectively include a 3D cell forming antenna unit 111, a transmitting / receiving unit 112, a feed antenna unit 113, a transmitting / receiving unit 114, a repeater unit 115, a monitoring control unit 116, and a power supply unit 117. Prepare Further, each of the wireless relay stations 110 and 210 includes an optical communication unit 125 used for inter-HAPS communication and the like, and a beam control unit 126.

3Dセル形成アンテナ部111は、セル形成目標空域40に向けて放射状のビーム100,200を形成するアンテナを有し、端末装置と通信可能な3次元セル41,42を形成する。送受信部112は、3Dセル形成アンテナ部111とともに第一無線通信部を構成し、送受共用器(DUP:DUPlexer)や増幅器などを有し、3Dセル形成アンテナ部111を介して、3次元セル41,42に在圏する端末装置に無線信号を送信したり端末装置から無線信号を受信したりする。   The 3D cell formation antenna unit 111 has an antenna that forms radial beams 100 and 200 toward the cell formation target airspace 40, and forms three-dimensional cells 41 and 42 that can communicate with a terminal device. The transmission / reception unit 112 configures a first wireless communication unit together with the 3D cell formation antenna unit 111, has a duplexer (DUP: DUPlexer), an amplifier, and the like, and includes the three-dimensional cell 41 via the 3D cell formation antenna unit 111. , 42 for transmitting a wireless signal to the terminal device located in the area, and receiving a wireless signal from the terminal device.

フィード用アンテナ部113は、地上又は海上のフィーダ局70と無線通信するための指向性アンテナを有する。送受信部114は、フィード用アンテナ部113とともに第二無線通信部を構成し、送受共用器(DUP:DUPlexer)や増幅器などを有し、フィード用アンテナ部113を介して、フィーダ局70に無線信号を送信したりフィーダ局70から無線信号を受信したりする。   The feed antenna unit 113 has a directional antenna for wireless communication with the feeder station 70 on the ground or at sea. The transmission / reception unit 114 constitutes a second wireless communication unit together with the feed antenna unit 113, has a duplexer (DUP: DUPlexer), an amplifier, etc., and transmits a radio signal to the feeder station 70 via the feed antenna unit 113. To receive a wireless signal from the feeder station 70.

リピーター部115は、端末装置との間で送受信される送受信部112の信号と、フィーダ局70との間で送受信される送受信部114の信号とを中継する。リピーター部115は、周波数変換機能を有してもよい。   The repeater unit 115 relays the signal of the transmission / reception unit 112 transmitted / received to / from the terminal device and the signal of the transmission / reception unit 114 transmitted / received to / from the feeder station 70. The repeater unit 115 may have a frequency conversion function.

監視制御部116は、例えばCPU及びメモリ等で構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、HAPS10,20内の各部の動作処理状況を監視したり各部を制御したりする。特に、監視制御部116は、制御プログラムを実行することにより、プロペラ103,202を駆動するモータ駆動部141を制御して、HAPS10,20を目標位置へ移動させ、また、目標位置近辺に留まるように制御する。   The monitoring control unit 116 is composed of, for example, a CPU and a memory, and executes a program incorporated in advance to monitor the operation processing status of each unit in the HAPS 10 and 20 and control each unit. In particular, the monitoring control unit 116 controls the motor drive unit 141 that drives the propellers 103 and 202 by executing the control program to move the HAPS 10 and 20 to the target position and to stay near the target position. To control.

電源部117は、バッテリー106,204から出力された電力をHAPS10,20内の各部に供給する。電源部117は、太陽光発電パネル等で発電した電力や外部から給電された電力をバッテリー106,204に蓄電させる機能を有してもよい。   The power supply unit 117 supplies the power output from the batteries 106 and 204 to each unit in the HAPS 10 and 20. The power supply unit 117 may have a function of storing electric power generated by a solar power generation panel or the like or electric power supplied from the outside in the batteries 106 and 204.

光通信部125は、レーザ光等の光通信媒体を介して周辺の他のHAPS10,20や人工衛星72と通信する。この通信により、ドローン60等の端末装置と移動通信網80との間の無線通信を動的に中継するダイナミックルーティングが可能になるとともに、いずれかのHAPSが故障したときに他のHAPSがバックアップして無線中継することにより移動通信システムのロバスト性を高めることができる。   The optical communication unit 125 communicates with other HAPSs 10 and 20 in the vicinity and the artificial satellite 72 via an optical communication medium such as a laser beam. This communication enables dynamic routing that dynamically relays wireless communication between the terminal device such as the drone 60 and the mobile communication network 80, and when one HAPS fails, another HAPS backs it up. By wirelessly relaying the data, the robustness of the mobile communication system can be enhanced.

ビーム制御部126は、HAPS間通信や人工衛星72との通信に用いるレーザ光などのビームの方向及び強度を制御したり、周辺の他のHAPS(無線中継局)との間の相対的な位置の変化に応じてレーザ光等の光ビームによる通信を行う他のHAPS(無線中継局)を切り替えるように制御したりする。この制御は、例えば、HAPS自身の位置及び姿勢、周辺のHAPSの位置などに基づいて行ってもよい。HAPS自身の位置及び姿勢の情報は、そのHAPSに組み込んだGPS受信装置、ジャイロセンサ、加速度センサなどの出力に基づいて取得し、周辺のHAPSの位置の情報は、移動通信網80に設けた遠隔制御装置85又は他のHAPS管理サーバから取得してもよい。   The beam control unit 126 controls the direction and intensity of a beam of laser light or the like used for inter-HAPS communication and communication with the artificial satellite 72, and a relative position with respect to other HAPSs (wireless relay stations) in the vicinity. The other HAPS (wireless relay station) that performs communication using a light beam such as a laser beam is controlled to be switched according to the change of This control may be performed based on, for example, the position and orientation of HAPS itself, the position of surrounding HAPS, and the like. The information on the position and orientation of the HAPS itself is acquired based on the outputs of the GPS receiving device, the gyro sensor, the acceleration sensor, etc. incorporated in the HAPS, and the information on the position of the HAPS around the remote is provided in the mobile communication network 80. It may be obtained from the controller 85 or another HAPS management server.

図7は、実施形態のHAPS10,20の無線中継局110,210の他の構成例を示すブロック図である。
図7の無線中継局110,210は基地局タイプの無線中継局の例である。
なお、図7において、図6と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図7の無線中継局110,210はそれぞれ、モデム部118を更に備え、リピーター部115の代わりに基地局処理部119を備える。更に、無線中継局110,210はそれぞれ、光通信部125とビーム制御部126とを備える。
FIG. 7 is a block diagram showing another configuration example of the wireless relay stations 110 and 210 of the HAPS 10 and 20 of the embodiment.
The wireless relay stations 110 and 210 in FIG. 7 are examples of base station type wireless relay stations.
Note that, in FIG. 7, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Each of the wireless relay stations 110 and 210 in FIG. 7 further includes a modem unit 118, and includes a base station processing unit 119 instead of the repeater unit 115. Further, the wireless relay stations 110 and 210 each include an optical communication unit 125 and a beam control unit 126.

モデム部118は、例えば、フィーダ局70からフィード用アンテナ部113及び送受信部114を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、基地局処理部119側に出力するデータ信号を生成する。また、モデム部118は、基地局処理部119側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、フィード用アンテナ部113及び送受信部114を介してフィーダ局70に送信する送信信号を生成する。   The modem unit 118 performs demodulation processing and decoding processing on the received signal received from the feeder station 70 via the feed antenna unit 113 and the transmission / reception unit 114, and outputs the data signal to the base station processing unit 119 side. To generate. Also, the modem unit 118 performs encoding processing and modulation processing on the data signal received from the base station processing unit 119 side, and transmits to the feeder station 70 via the feed antenna unit 113 and the transmission / reception unit 114. Generate a signal.

基地局処理部119は、例えば、LTE/LTE−Advancedの標準規格に準拠した方式に基づいてベースバンド処理を行うe−NodeBとしての機能を有する。基地局処理部119は、第5世代等の将来の移動通信の標準規格に準拠する方式で処理するものであってもよい。   The base station processing unit 119 has a function as an e-NodeB that performs baseband processing based on, for example, a method based on the LTE / LTE-Advanced standard. The base station processing unit 119 may perform processing by a method that complies with future mobile communication standards such as the fifth generation.

基地局処理部119は、例えば、3次元セル41,42に在圏する端末装置から3Dセル形成アンテナ部111及び送受信部112を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、モデム部118側に出力するデータ信号を生成する。また、基地局処理部119は、モデム部118側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、3Dセル形成アンテナ部111及び送受信部112を介して3次元セル41,42の端末装置に送信する送信信号を生成する。   The base station processing unit 119 executes, for example, demodulation processing and decoding processing on a reception signal received from the terminal device located in the three-dimensional cells 41 and 42 via the 3D cell formation antenna unit 111 and the transmission / reception unit 112. , And generates a data signal to be output to the modem unit 118 side. Also, the base station processing unit 119 performs encoding processing and modulation processing on the data signal received from the modem unit 118 side, and the three-dimensional cells 41 and 42 via the 3D cell forming antenna unit 111 and the transmitting / receiving unit 112. To generate a transmission signal to be transmitted to the terminal device.

図8は、実施形態のHAPS10,20の無線中継局110,210の更に他の構成例を示すブロック図である。
図8の無線中継局110,210はエッジコンピューティング機能を有する高機能の基地局タイプの無線中継局の例である。なお、図8において、図6及び図7と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図8の無線中継局110,210はそれぞれ、図7の構成要素に加えてエッジコンピューティング部120を更に備える。
FIG. 8 is a block diagram showing still another configuration example of the wireless relay stations 110 and 210 of the HAPS 10 and 20 of the embodiment.
The wireless relay stations 110 and 210 in FIG. 8 are examples of highly functional base station type wireless relay stations having an edge computing function. Note that, in FIG. 8, the same components as those in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Each of the wireless relay stations 110 and 210 of FIG. 8 further includes an edge computing unit 120 in addition to the components of FIG. 7.

エッジコンピューティング部120は、例えば小型のコンピュータで構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、HAPS10,20の無線中継局110,210における無線中継などに関する各種の情報処理を実行することができる。   The edge computing unit 120 is composed of, for example, a small computer, and can execute various information processing related to wireless relay in the wireless relay stations 110 and 210 of the HAPS 10 and 20 by executing a program installed in advance. it can.

例えば、エッジコンピューティング部120は、3次元セル41,42に在圏する端末装置から受信したデータ信号に基づいて、そのデータ信号の送信先を判定し、その判定結果に基づいて通信の中継先を切り換える処理を実行する。より具体的には、基地局処理部119から出力されたデータ信号の送信先が自身の3次元セル41,42に在圏する端末装置の場合は、そのデータ信号をモデム部118に渡さずに、基地局処理部119に戻して自身の3次元セル41,42に在圏する送信先の端末装置に送信するようにする。一方、基地局処理部119から出力されたデータ信号の送信先が自身の3次元セル41,42以外の他のセルに在圏する端末装置の場合は、そのデータ信号をモデム部118に渡してフィーダ局70に送信し、移動通信網80を介して送信先の他のセルに在圏する送信先の端末装置に送信するようにする。   For example, the edge computing unit 120 determines the transmission destination of the data signal based on the data signal received from the terminal device located in the three-dimensional cell 41, 42, and the relay destination of the communication based on the determination result. Execute the process of switching. More specifically, when the destination of the data signal output from the base station processing unit 119 is a terminal device located in its own three-dimensional cell 41, 42, the data signal is not passed to the modem unit 118. Then, the data is returned to the base station processing unit 119 and transmitted to the terminal device of the transmission destination located in the own three-dimensional cells 41 and 42. On the other hand, when the destination of the data signal output from the base station processing unit 119 is a terminal device located in a cell other than the own three-dimensional cells 41 and 42, the data signal is passed to the modem unit 118. The data is transmitted to the feeder station 70 and is transmitted via the mobile communication network 80 to the terminal device of the transmission destination located in another cell of the transmission destination.

エッジコンピューティング部120は、3次元セル41,42に在圏する多数の端末装置から受信した情報を分析する処理を実行してもよい。この分析結果は3次元セル41,42に在圏する多数の端末装置に送信したり移動通信網80のサーバ装置などに送信したりしてもよい。   The edge computing unit 120 may execute a process of analyzing information received from a large number of terminal devices located in the three-dimensional cells 41 and 42. The analysis result may be transmitted to a large number of terminal devices located in the three-dimensional cells 41 and 42, or may be transmitted to a server device of the mobile communication network 80 or the like.

無線中継局110、210を介した端末装置との無線通信の上りリンク及び下りリンクの複信方式は、特定の方式に限定されず、例えば、時分割複信(Time Division Duplex:TDD)方式でもよいし、周波数分割複信(Frequency Division Duplex:FDD)方式でもよい。また、無線中継局110、210を介した端末装置との無線通信のアクセス方式は、特定の方式に限定されず、例えば、FDMA(Frequency Division Multiple Access)方式、TDMA(Time Division Multiple Access)方式、CDMA(Code Division Multiple Access)方式、又は、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)であってもよい。また、前記無線通信には、ダイバーシティ・コーディング、送信ビームフォーミング、空間分割多重化(SDM:Spatial Division Multiplexing)等の機能を有し、送受信両方で複数のアンテナを同時に利用することにより、単位周波数当たりの伝送容量を増やすことができるMIMO(多入力多出力:Multi−Input and Multi−Output)技術を用いてもよい。また、前記MIMO技術は、1つの基地局が1つの端末装置と同一時刻・同一周波数で複数の信号を送信するSU−MIMO(Single−User MIMO)技術でもよいし、1つの基地局が複数の異なる通信端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信又は複数の異なる基地局が1つの端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信するMU−MIMO(Multi−User MIMO)技術であってもよい。   The uplink and downlink duplex schemes for wireless communication with the terminal device via the radio relay stations 110 and 210 are not limited to specific schemes, and for example, Time Division Duplex (TDD) schemes are also available. Alternatively, a frequency division duplex (FDD) method may be used. Further, the access method of wireless communication with the terminal device via the wireless relay stations 110 and 210 is not limited to a specific method, and for example, an FDMA (Frequency Division Multiple Access) method, a TDMA (Time Division Multiple Access) method, A CDMA (Code Division Multiple Access) system or an OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) system may be used. In addition, the wireless communication has functions such as diversity coding, transmission beamforming, and space division multiplexing (SDM), and a plurality of antennas are simultaneously used for both transmission and reception to enable a unit frequency per unit frequency. A MIMO (Multi-Input and Multi-Output) technology that can increase the transmission capacity of the above may be used. The MIMO technology may be SU-MIMO (Single-User MIMO) technology in which one base station transmits a plurality of signals at the same time and the same frequency as one terminal device, or one base station has a plurality of signals. Even in the MU-MIMO (Multi-User MIMO) technique in which signals are transmitted to different communication terminal devices at the same time and the same frequency, or a plurality of different base stations transmits signals to one terminal device at the same time and the same frequency. Good.

本実施形態において、HAPS10は離陸、上昇、所定の空域50での滞在、下降、着陸などの様々な飛行パターンで飛させて運用される。しかしながら、HAPS10は省電力のため飛行の動力が非力であるため、通常の飛行機と違って気流に逆らって希望通りの飛行経路(飛行ルート)で飛ぶことが難しい場合がある。また、気流に逆らって長時間飛行すると、飛行時の電力消費量が増加し、所定の滞在する滞在時間が短くなってしまう。   In the present embodiment, the HAPS 10 is operated by flying in various flight patterns such as takeoff, climb, stay in a predetermined airspace 50, descent, and landing. However, since the HAPS 10 has low power consumption for power saving, unlike an ordinary airplane, it may be difficult to fly in a desired flight route (flight route) against the air flow. In addition, when flying against the air flow for a long time, the power consumption during flight increases, and the staying time for a predetermined stay becomes short.

そこで、本実施形態では、HAPS10の各種飛行パターンごとに気流を積極的に利用して飛行するようにHAPS10を飛行制御することにより、HAPS10を各種飛行パターンで飛行させて上記所定の空域50に長期にわたって滞在させて通信サービス提供の運用を行うにあたり、飛行に要するエネルギー(電力消費量)を少なくする省エネルギー(省電力)を図っている。なお、以下の例では、ソーラープレーンタイプのHAPS10のみの例であるが、無人飛行船タイプのHAPS20であってもよいし、これらのHAPS10,20が混在していてもよい。   Therefore, in the present embodiment, the flight control of the HAPS 10 is performed so that the airflow is actively utilized for each flight pattern of the HAPS 10 to fly the HAPS 10 in various flight patterns and to the predetermined airspace 50 for a long time. Energy is saved (power saving) by reducing the energy required for flight (power consumption) when operating the communication service provision by staying for a long time. In the following example, only the solar plane type HAPS 10 is used, but the unmanned airship type HAPS 20 may be used, or these HAPS 10 and 20 may be mixed.

図9は、実施形態のHAPS10の各種飛行パターンを例示する説明図である。図9は、HAPS10の離陸から着陸までの一連の飛行における9種類の飛行パターンを例示している。なお、図9において、前述の図1,5と共通する部分については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。   FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating various flight patterns of the HAPS 10 of the embodiment. FIG. 9 illustrates nine types of flight patterns in a series of flights from the take-off to the landing of the HAPS 10. Note that, in FIG. 9, portions common to those in FIGS. 1 and 5 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

本実施形態のHAPS10は、図9の複数の飛行パターンごとに、気流などの環境情報及びHAPS10の対気速度などの装置状態情報に基づいて、以下のように最も省エネルギーになるように最適な飛行制御を行う。   The HAPS 10 according to the present embodiment is optimized for the most energy-saving flight as follows, based on the environment information such as the air flow and the device state information such as the airspeed of the HAPS 10 for each of the plurality of flight patterns in FIG. 9. Take control.

図9中の「離陸」は、HAPS10が地面(又は、海面若しくは海上の船舶)から離陸するときの飛行パターンである。この離陸飛行パターンでは、HAPS10が速やかに離陸できるように気流に向かい風状態で離陸するように飛行制御を行う。   “Take-off” in FIG. 9 is a flight pattern when the HAPS 10 takes off from the ground (or the sea surface or a ship on the sea). In this take-off flight pattern, flight control is performed so that the HAPS 10 takes off in the windy condition toward the airflow so that the HAPS 10 can take off quickly.

図9中の「上昇」は、HAPS10が離陸した後、所定の空域50(例えば成層圏の空域)まで上昇するときの飛行パターンである。この上昇飛行パターンでは、HAPS10の対気速度を一定にして気流に逆らわないで上昇するように飛行制御を行う。また、偏西風や偏東風など風が強いエリアでは風上に向かって上昇するように飛行制御を行う。   “Rise” in FIG. 9 is a flight pattern when the HAPS 10 takes off and then rises to a predetermined airspace 50 (for example, the airspace of the stratosphere). In this ascending flight pattern, flight control is performed so that the airspeed of the HAPS 10 is kept constant and the HAPS 10 rises without countering the airflow. Also, in areas with strong winds such as westerly winds and westerly winds, flight control is performed so as to rise upward.

図9中の「2地点間移動(トランジット)」は、HAPS10が上昇完了した位置から、通信サービス提供のための運用時の滞在位置(通信サービス提供地点)まで移動するときの飛行パターンである。この2地点間移動の飛行パターンでは、風の弱い高度を狙って対気速度一定で移動するように飛行制御を行う。また、高度の低い風の強いエリアの風下に移動先がある場合はあえて高度を下降させて流されて移動し、所定場所についたら高度を上げるように飛行制御を行う。気流に流されるときは、グライディング(滑空)飛行で発電しながら移動するように飛行制御を行ってもよい。   "Transition between two points (transit)" in FIG. 9 is a flight pattern when moving from the position where the HAPS 10 has completed the ascent to the stay position (communication service providing point) at the time of operation for providing the communication service. In this flight pattern of movement between two points, flight control is performed so as to move at a constant airspeed aiming at a weak altitude. Further, if there is a destination in the lee of a windy area of low altitude, the flight control is performed so that the altitude is intentionally lowered and the vehicle is swept away and moved, and when reaching a predetermined place, the altitude is increased. Flight control may be performed so as to move while generating power by gliding (gliding) when the airflow is applied.

図9中の「ステーション・キーピング」は、HAPS10が運用時の滞在位置に滞在するときの飛行パターンである。このステーション・キーピングの飛行パターンでは、所定の滞在エリア内に留まるように飛行制御を行う。このステーション・キーピングの飛行パターンでは、太陽光があたる昼間のソーラーパネル102による太陽光発電を行う飛行と、次の夜間のグライディングによる夜間気流発電を行う飛行とを繰り返すように飛行制御を行ってもよい。   “Station keeping” in FIG. 9 is a flight pattern when the HAPS 10 stays at a stay position during operation. In this flight pattern of station keeping, flight control is performed so as to stay within a predetermined stay area. In the flight pattern of this station keeping, even if flight control is performed so as to repeat a flight in which solar power generation is performed by the solar panel 102 in the daytime and a nighttime airflow power generation is performed by gliding in the next night. Good.

図9中の「グライディング(夜間発電)」は、HAPS10が夜間時にプロペラの回転による発電(風力発電)を行う飛行パターンである。このグライディング(夜間発電)の飛行パターンでは、位置エネルギーを利用してゆっくりと旋回しながら所定のエリア内で滑空するように飛行制御を行う。   “Gliding (night power generation)” in FIG. 9 is a flight pattern in which the HAPS 10 performs power generation (wind power generation) by rotating the propeller at night. In this gliding (night power generation) flight pattern, flight control is performed so as to glide within a predetermined area while slowly turning using potential energy.

図9中の「姿勢維持」は、HAPS10の滞在時にソーラーパネル102による発電を効率的に行うように姿勢を維持する飛行パターンである。この姿勢維持の飛行パターンでは、ソーラーパネル102の受光面を太陽に向ける時間を最大化するように姿勢を維持する飛行経路(例えば、変形長円形状の巡回飛行経路)で飛行するように飛行制御を行う。   “Attitude maintenance” in FIG. 9 is a flight pattern for maintaining the attitude so that the solar panel 102 can efficiently generate power when the HAPS 10 is staying. In this attitude-maintaining flight pattern, flight control is performed so as to fly on a flight path (for example, a modified elliptical patrol flight path) that maintains the attitude so as to maximize the time for which the light-receiving surface of the solar panel 102 is directed to the sun. I do.

図9中の「巡回」は、HAPS10が複数の滞在位置間を巡回するときの飛行パターンである。この巡回飛行パターンの2地点間移動では、前記2地点間移動の飛行パターンと同様に、風の弱い高度を狙って対気速度一定で移動するように飛行制御を行う。また、高度の低い風の強いエリアの風下に移動先がある場合はあえて高度を下降させて流されて移動し、所定場所についたら高度を上げるように飛行制御を行う。気流に流されるときは、グライディング(滑空)飛行で発電しながら移動するように飛行制御を行ってもよい。   The “patrol” in FIG. 9 is a flight pattern when the HAPS 10 patrols between a plurality of stay positions. In the movement between the two points of this patrol flight pattern, flight control is performed so as to move at a constant airspeed aiming at a weak altitude where the wind is weak, similar to the flight pattern of the movement between the two points. Further, if there is a destination in the lee of a windy area of low altitude, the flight control is performed so that the altitude is intentionally lowered and the vehicle is swept away and moved, and when reaching a predetermined place, the altitude is increased. Flight control may be performed so as to move while generating power by gliding (gliding) when the airflow is applied.

図9中の「下降」は、HAPS10が所定の空域50(例えば成層圏の空域)から地面(又は、海面)の近傍まで下降するときの飛行パターンである。この下降飛行パターンでは、HAPS10が可能な限り風に逆らわない飛行経路で下降するように飛行制御を行う。   “Descent” in FIG. 9 is a flight pattern when the HAPS 10 descends from a predetermined air space 50 (for example, an air space in the stratosphere) to the vicinity of the ground (or the sea surface). In this descending flight pattern, flight control is performed so that the HAPS 10 descends along a flight path that does not oppose the wind as much as possible.

図9中の「着陸」は、HAPS10が地面(又は、海面若しくは海上の船舶)に着陸するときの飛行パターンである。この下降飛行パターンでは、HAPS10が可能な限り風に逆らわない飛行経路で着陸するように飛行制御を行う。   “Landing” in FIG. 9 is a flight pattern when the HAPS 10 lands on the ground (or the sea surface or a ship on the sea). In this descending flight pattern, flight control is performed so that the HAPS 10 lands on a flight path that does not oppose the wind as much as possible.

図10は、実施形態のHAPS10の飛行制御系の一構成例を示す機能ブロック図である。図10の飛行制御系は、HAPS10自身が環境情報及び装置状態情報に基づいて飛行制御内容を決定する自律制御型の飛行制御系の例である。   FIG. 10 is a functional block diagram showing a configuration example of the flight control system of the HAPS 10 of the embodiment. The flight control system in FIG. 10 is an example of an autonomous control type flight control system in which the HAPS 10 itself determines flight control contents based on environment information and device state information.

図10において、HAPS10の飛行制御系は、環境情報取得部161と装置状態情報取得部162と飛行制御データベース163と飛行パターン選択部164と飛行制御内容決定部165と駆動制御部166とモータ駆動部141と飛行結果情報取得部167とを備える。   In FIG. 10, the flight control system of the HAPS 10 includes an environment information acquisition unit 161, a device state information acquisition unit 162, a flight control database 163, a flight pattern selection unit 164, a flight control content determination unit 165, a drive control unit 166, and a motor drive unit. 141 and a flight result information acquisition unit 167 are provided.

環境情報取得部161は、複数の高度それぞれにおける気流の風速及び風向を含む環境情報を取得する。環境情報は、複数の高度それぞれにおける気圧及び気温を含んでもよい。環境情報は、過去の高層気象観測データの統計値、直近の高層気象観測データ及びHAPS10自体に設けられた測定装置で測定された測定データの少なくとも一つから取得することができる。   The environment information acquisition unit 161 acquires environment information including the wind speed and the wind direction of the airflow at each of the plurality of altitudes. The environmental information may include atmospheric pressure and air temperature at each of a plurality of altitudes. The environmental information can be obtained from at least one of the statistical value of the past high-rise weather observation data, the latest high-rise weather observation data, and the measurement data measured by the measuring device provided in the HAPS 10 itself.

高層気象観測データは、例えば、気象観測器(ラジオゾンデ)を用いて世界800か所で同時刻に1日に2回観測される高層気象観測のデータである。ラジオゾンデは、気球の浮力によって約360m/分で上昇しながら、上空の気温・気圧(高度)・湿度等を測定し、各測定値を電波で地上に送信する。ラジオゾンデのうち、GPS信号を用いて風向・風速を計算するものを「GPSゾンデ」といい、GPSゾンデは複数のGPS衛星の電波を受信し、GPSゾンデの移動によって生じるGPS衛星信号の周波数のずれを利用することにより、風向・風速を求める。高層気象観測データは、例えば、複数の高度それぞれにおける高層天気図、高度と風向・風速との関係を示すグラフ、高度と気温・湿度との関係を示すグラフなどのデータ形式で、気象庁のWEBサイトから取得することができる。   The high-level meteorological observation data is, for example, high-level meteorological observation data that is observed twice a day at 800 locations around the world using a meteorological observation device (radiosonde). The radiosonde measures the temperature, pressure (altitude), humidity, etc. in the sky while rising at about 360 m / min due to the buoyancy of the balloon, and sends each measured value to the ground by radio waves. Of the radio sondes, the one that calculates the wind direction and speed using GPS signals is called a "GPS sonde". The GPS sonde receives the radio waves of multiple GPS satellites, and the frequency of the GPS satellite signal generated by the movement of the GPS sonde. The wind direction and speed are obtained by using the deviation. The high-level meteorological observation data is in a data format such as a high-level weather map at a plurality of altitudes, a graph showing the relationship between altitude and wind direction / wind speed, a graph showing the relationship between altitude and temperature / humidity, and is available in the website of the Japan Meteorological Agency. Can be obtained from.

HAPS10に設けられる環境情報の測定装置としては、気圧計、気温計、湿度計などの各種センサがあり、これらのセンサにより、HAPS10の周辺の気圧、気温、湿度などの情報を測定して取得することができる。   There are various sensors such as a barometer, a thermometer, and a hygrometer as environment information measuring devices provided in the HAPS 10, and these sensors measure and acquire information such as the atmospheric pressure, temperature, and humidity around the HAPS 10. be able to.

装置状態情報取得部162は、HAPS10自体の状態を示す装置状態情報を取得する。装置状態情報は、HAPS10自体の現在位置及び予め設定された設定飛行経路の情報を含む。また、装置状態情報は、HAPS10自体の対気速度、対地速度及び推進方向の少なくとも一つの情報を含んでもよい。HAPS10に設けられる装置状態情報の測定装置としては、加速度計、角速度計、磁気計(方位センサ)、絶対圧計、差圧計、GPS受信機、姿勢角センサなどの各種センサがあり、これらのセンサにより、HAPS10の現在位置(緯度、経度、高度)、対気速度、対地速度、推進方向などの情報を測定して取得することができる。   The device status information acquisition unit 162 acquires device status information indicating the status of the HAPS 10 itself. The device status information includes information on the current position of the HAPS 10 itself and a preset flight route. Further, the device state information may include at least one of the airspeed, ground speed, and propulsion direction of the HAPS 10 itself. There are various sensors such as an accelerometer, an angular velocity meter, a magnetometer (direction sensor), an absolute pressure gauge, a differential pressure gauge, a GPS receiver, and an attitude angle sensor as the apparatus for measuring the apparatus state information provided in the HAPS 10. , The current position of the HAPS 10 (latitude, longitude, altitude), airspeed, ground speed, and propulsion direction can be measured and acquired.

飛行制御データベース163は、前記複数種類の飛行パターンごとに、最も省エネルギーとなる目標飛行経路でHAPS10を飛行させるための飛行制御内容(例えば、複数のプロペラ103それぞれの回転駆動の制御パラメータの値)と、前記環境情報及び装置状態情報との関係を示す関係データを記憶している。飛行制御データベース163は、飛行制御内容と、環境情報及び装置状態情報と、実際の飛行結果情報とに基づいて機械学習して前記関係データを更新する人工知能(AI)の機能も有している。機械学習は、例えば、前記複数種類の飛行パターンごとに、飛行経路(飛行ルート)、飛行時間及び電力消費量の少なくとも一つの予測値と実際の測定値との差異が小さくなるように前記関係データを修正するように行う。   The flight control database 163 includes, for each of the plurality of types of flight patterns, flight control contents for causing the HAPS 10 to fly on the target flight path that is the most energy-saving (for example, the values of the control parameters of the rotational drive of each of the plurality of propellers 103). , Relational data indicating the relation between the environment information and the device state information is stored. The flight control database 163 also has a function of artificial intelligence (AI) that performs machine learning based on flight control contents, environment information and device state information, and actual flight result information to update the relational data. . Machine learning is, for example, for each of the plurality of types of flight patterns, the relational data so that the difference between at least one of the predicted value of the flight route (flight route), the flight time, and the power consumption and the actual measured value becomes small. To correct.

飛行パターン選択部164は、前記複数の飛行パターンから次の飛行で用いる飛行パターンを選択する。   The flight pattern selection unit 164 selects a flight pattern to be used in the next flight from the plurality of flight patterns.

飛行制御内容決定部165は、飛行パターン選択部164で選択した飛行パターンについて、前記環境情報及び装置状態情報の最新取得データに基づいて飛行制御データベース163を参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、その目標飛行経路でHAPS10を飛行させるための飛行制御内容(例えば、複数のプロペラ103それぞれの回転駆動の制御パラメータの値)を決定する。飛行制御内容決定部165は、予め設定された複数種類の飛行制御内容を記憶しておき、それらの複数種類の飛行制御内容から最も省エネルギーとなる一つの飛行制御内容を選択することにより、飛行制御内容を決定してもよい。   The flight control content determination unit 165 refers to the flight control database 163 for the flight pattern selected by the flight pattern selection unit 164 based on the latest acquisition data of the environment information and the device state information, and determines the target flight route that is the most energy-saving. The power consumption is predicted, and the flight control content for causing the HAPS 10 to fly on the target flight path (for example, the value of the control parameter of the rotational drive of each of the plurality of propellers 103) is determined. The flight control content determination unit 165 stores flight control content of a plurality of preset flight control contents, and selects one flight control content that is the most energy-saving from the plurality of types of flight control content, thereby performing flight control. You may decide the content.

駆動制御部166は、飛行制御内容決定部165で決定された飛行制御内容に基づいて、HAPS10の各プロペラ103のモータ駆動部141に制御信号を送信し、各プロペラ103の回転を個別に制御する。この各プロペラ103の回転の個別制御により、飛行しているHAPS10の、進行方向、速度、姿勢(ロール角(バンク角)、ピッチ角、ヨー角)などを制御することができる。なお、HAPS10の飛行制御の方法としては、プロペラ103の回転の個別制御の代わりに又はプロペラ103の回転の個別制御に加えて、HAPS10に動翼(例えば、エルロン、ラダー、エレベータ等)を設け、その動翼を制御する方法を採用してもよい。   The drive control unit 166 transmits a control signal to the motor drive unit 141 of each propeller 103 of the HAPS 10 based on the flight control content determined by the flight control content determination unit 165 to individually control the rotation of each propeller 103. . By individually controlling the rotation of each propeller 103, the traveling direction, speed, attitude (roll angle (bank angle), pitch angle, yaw angle) and the like of the flying HAPS 10 can be controlled. As a method for controlling the flight of the HAPS 10, instead of the individual control of the rotation of the propeller 103 or in addition to the individual control of the rotation of the propeller 103, the HAPS 10 is provided with a moving blade (for example, aileron, rudder, elevator, etc.), A method of controlling the moving blade may be adopted.

飛行結果情報取得部167は、前記決定した飛行制御内容で飛行制御したときのHAPS10の飛行結果情報(例えば、実際の飛行経路及び消費電力量の実測値)を取得する。この飛行結果情報は、例えばHAPS10に設けられたGPS受信機やモータ駆動電源の電力計で測定され、前述の飛行制御データベース163での機械学習で用いられる。   The flight result information acquisition unit 167 acquires the flight result information (for example, the actual flight path and the measured value of the power consumption) of the HAPS 10 when the flight control is performed according to the determined flight control content. This flight result information is measured by, for example, a GPS receiver provided in the HAPS 10 or an electric power meter of a motor drive power source, and is used for machine learning in the flight control database 163 described above.

図11は実施形態のHAPS10の飛行制御の一例を示すフローチャートである。図11の例は、図10の飛行制御系に対応する自律制御型の飛行制御の例である。
図11において、HAPS10は、前述の複数種類の飛行パターンから一つの飛行パターンを選択し(S101)、環境情報及び装置状態情報の最新情報を取得する(S102)。次に、HAPS10は、選択した飛行パターンについて、取得した環境情報及び装置状態情報に基づいて飛行制御データベースを参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、その目標飛行経路でHAPS10を飛行させるための飛行制御内容(例えば、複数のプロペラ103それぞれの回転駆動の制御パラメータの値)を決定し(S103)、その決定した飛行制御内容に基づいて飛行制御を実行する(S104)。次に、HAPS10は、飛行制御中又は飛行制御後に飛行結果情報(例えば、実際の飛行経路及び消費電力量の実測値)を取得し(S105)、取得した飛行結果情報と前述の目標飛行経路及び消費電力量の予測結果とに基づいて前述の機械学習を行い(S106)、省エネルギー飛行制御の精度を高めるように飛行制御データベースを更新する(S107)。
FIG. 11 is a flowchart showing an example of flight control of the HAPS 10 of the embodiment. The example of FIG. 11 is an example of autonomous control type flight control corresponding to the flight control system of FIG. 10.
In FIG. 11, the HAPS 10 selects one flight pattern from the above-mentioned plurality of types of flight patterns (S101), and acquires the latest information of environment information and device state information (S102). Next, the HAPS 10 refers to the flight control database for the selected flight pattern based on the acquired environment information and device state information, predicts the target flight route and the power consumption amount that are the most energy-saving, and the target flight route. In step S103, the flight control content for flying the HAPS 10 (for example, the value of the control parameter for the rotational drive of each of the plurality of propellers 103) is determined, and the flight control is executed based on the determined flight control content (S104). ). Next, the HAPS 10 acquires the flight result information (for example, the actual flight path and the actual measurement value of the power consumption) during or after the flight control (S105), and acquires the acquired flight result information and the above-described target flight path and The machine learning described above is performed based on the prediction result of the power consumption (S106), and the flight control database is updated so as to improve the accuracy of the energy-saving flight control (S107).

図12は、実施形態のHAPS10及び遠隔制御装置85の飛行制御系の一構成例を示す機能ブロック図である。図12の飛行制御系は、遠隔制御装置85が環境情報及び装置状態情報に基づいて決定した飛行制御内容をHAPS10に送信して飛行制御させる遠隔制御型の飛行制御系の例である。なお、図12において、図10と同様な部分については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。   FIG. 12 is a functional block diagram showing a configuration example of the flight control system of the HAPS 10 and the remote control device 85 of the embodiment. The flight control system in FIG. 12 is an example of a remote control type flight control system in which the remote control device 85 transmits flight control content determined based on environment information and device state information to the HAPS 10 for flight control. In FIG. 12, the same parts as those in FIG. 10 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図12において、HAPS10の飛行制御系は、環境情報送信部168と装置状態情報送信部169と飛行制御内容受信部170と飛行結果情報送信部171とを更に備える。環境情報送信部168、装置状態情報送信部169及び飛行結果情報送信部171はそれぞれ、環境情報取得部161、装置状態情報取得部162及び飛行結果情報取得部167で取得した環境情報、装置状態情報及び飛行結果情報を遠隔制御装置85に送信する。飛行制御内容受信部170は、遠隔制御装置85で決定されて送信されてきた飛行制御内容を受信する。   In FIG. 12, the flight control system of the HAPS 10 further includes an environment information transmission unit 168, a device state information transmission unit 169, a flight control content reception unit 170, and a flight result information transmission unit 171. The environment information transmitting unit 168, the device state information transmitting unit 169, and the flight result information transmitting unit 171 have the environment information and the device state information acquired by the environment information acquiring unit 161, the device state information acquiring unit 162, and the flight result information acquiring unit 167, respectively. And the flight result information to the remote control device 85. The flight control content receiving unit 170 receives the flight control content determined and transmitted by the remote control device 85.

また、図12において、遠隔制御装置85の飛行制御系は、環境情報受信部851と装置状態情報受信部852と飛行制御データベース853と飛行パターン選択部854と飛行制御内容決定部855と飛行制御内容送信部856と飛行結果情報受信部857とを備える。図中の飛行制御データベース853、飛行パターン選択部854及び飛行制御内容決定部855は、図10中のHAPS10における飛行制御データベース163、飛行パターン選択部164及び飛行制御内容決定部165と同様な機能を有する。環境情報受信部851、装置状態情報受信部852及び飛行結果情報受信部857はそれぞれ、HAPS10で取得されて送信されてきた環境情報、装置状態情報及び飛行結果情報を受信する。また、飛行制御内容送信部856は、飛行制御内容決定部855で決定した飛行制御内容をHAPS10に送信する。   Further, in FIG. 12, the flight control system of the remote control device 85 includes an environment information receiving unit 851, a device state information receiving unit 852, a flight control database 853, a flight pattern selecting unit 854, a flight control content determining unit 855, and a flight control content. The transmitter 856 and the flight result information receiver 857 are provided. The flight control database 853, the flight pattern selection unit 854, and the flight control content determination unit 855 in the figure have the same functions as the flight control database 163, the flight pattern selection unit 164, and the flight control content determination unit 165 in the HAPS 10 in FIG. Have. The environment information receiving unit 851, the device status information receiving unit 852, and the flight result information receiving unit 857 respectively receive the environment information, the device status information, and the flight result information acquired and transmitted by the HAPS 10. In addition, the flight control content transmission unit 856 transmits the flight control content determined by the flight control content determination unit 855 to the HAPS 10.

図13は、実施形態のHAPSの飛行制御の他の例を示すシーケンス図である。図13の例は、図12の飛行制御系に対応する遠隔制御型の飛行制御の例である。
図13において、遠隔制御装置85は、前述のHAPS10で用いる複数種類の飛行パターンから一つの飛行パターンを選択する(S201)。一方、HAPS10は、環境情報及び装置状態情報の最新情報を取得し(S202)、遠隔制御装置85に送信する(S203)。次に、遠隔制御装置85は、選択した飛行パターンについて、HAPS10から受信した環境情報及び装置状態情報に基づいて飛行制御データベースを参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、その目標飛行経路でHAPS10を飛行させるための飛行制御内容(例えば、複数のプロペラ103それぞれの回転駆動の制御パラメータの値)を決定し(S204)、その決定した飛行制御内容をHAPS10に送信する(S205)。HAPS10は、遠隔制御装置85から受信した飛行制御内容に基づいて飛行制御を実行する(S206)。次に、HAPS10は、飛行制御中又は飛行制御後に飛行結果情報(例えば、実際の飛行経路及び消費電力量の実測値)を取得し(S207)、取得した飛行結果情報を遠隔制御装置85に送信する(S208)。遠隔制御装置85は、HAPS10から受信した飛行結果情報と前述の目標飛行経路及び消費電力量の予測結果に基づいて前述の機械学習を行い(S209)、省エネルギー飛行制御の精度を高めるように飛行制御データベースを更新する(S210)。
FIG. 13 is a sequence diagram showing another example of HAPS flight control of the embodiment. The example of FIG. 13 is an example of remote control type flight control corresponding to the flight control system of FIG.
In FIG. 13, the remote control device 85 selects one flight pattern from a plurality of types of flight patterns used in the HAPS 10 described above (S201). On the other hand, the HAPS 10 acquires the latest information of the environment information and the device status information (S202) and sends it to the remote control device 85 (S203). Next, the remote control device 85 refers to the flight control database based on the environmental information and the device state information received from the HAPS 10 for the selected flight pattern, and predicts the target flight route and the power consumption amount that are the most energy-saving. , Flight control content for flying the HAPS 10 on the target flight path (for example, a value of a control parameter for rotational drive of each of the plurality of propellers 103) is determined (S204), and the determined flight control content is transmitted to the HAPS 10. (S205). The HAPS 10 executes flight control based on the flight control content received from the remote control device 85 (S206). Next, the HAPS 10 acquires the flight result information (for example, the actual flight route and the measured value of the power consumption) during or after the flight control (S207), and transmits the acquired flight result information to the remote control device 85. Yes (S208). The remote control device 85, flight to enhance the aforementioned performs machine learning (S209), the accuracy of the energy saving flight control based on the prediction result of the flight result information to the target flight path and power consumption of the aforementioned received from HAPS10 The control database is updated (S210).

図14は、実施形態のHAPS10及び遠隔制御装置85の飛行制御系の他の構成例を示す機能ブロック図である。図14の飛行制御系は、環境情報をHAPS10で取得する代わりに遠隔制御装置85で取得し、その他の部分は図12の例と同じである。   FIG. 14 is a functional block diagram showing another configuration example of the flight control system of the HAPS 10 and the remote control device 85 of the embodiment. The flight control system of FIG. 14 acquires environmental information by the remote control device 85 instead of the HAPS 10, and other parts are the same as the example of FIG.

図15は、実施形態のHAPS10の飛行制御の更に他の例を示すシーケンス図である。図15の例は、図14の飛行制御系に対応する遠隔制御型の飛行制御の例である。
図15において、遠隔制御装置85は、前述のHAPS10で用いる複数種類の飛行パターンから一つの飛行パターンを選択し(S301)、環境情報の最新情報を取得する(S302)。一方、HAPS10は、装置状態情報の最新情報を取得し(S303)、遠隔制御装置85に送信する(S304)。次に、遠隔制御装置85は、選択した飛行パターンについて、自身が取得した環境情報とHAPS10から受信した装置状態情報に基づいて飛行制御データベースを参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、その目標飛行経路でHAPS10を飛行させるための飛行制御内容(例えば、複数のプロペラ103それぞれの回転駆動の制御パラメータの値)を決定し(S305)、その決定した飛行制御内容をHAPS10に送信する(S306)。その後の制御は、前述の図12と同様である。
FIG. 15 is a sequence diagram showing still another example of flight control of the HAPS 10 of the embodiment. The example of FIG. 15 is an example of remote control type flight control corresponding to the flight control system of FIG. 14.
In FIG. 15, the remote control device 85 selects one flight pattern from a plurality of types of flight patterns used in the HAPS 10 described above (S301), and acquires the latest environmental information (S302). On the other hand, the HAPS 10 acquires the latest device status information (S303) and sends it to the remote control device 85 (S304). Next, the remote control device 85 refers to the flight control database based on the environment information acquired by itself and the device state information received from the HAPS 10 for the selected flight pattern, and the target flight route and the power consumption amount that are the most energy-saving. And the flight control content for causing the HAPS 10 to fly on the target flight path (for example, the value of the control parameter of the rotational drive of each of the plurality of propellers 103) is determined (S305), and the determined flight control content is determined. It transmits to HAPS10 (S306). The subsequent control is the same as that in FIG. 12 described above.

以上、本実施形態によれば、複数種類の飛行パターンごとに、最も省エネルギーとなる目標飛行経路を予測して飛行制御を行うことにより、飛行時の消費エネルギーの低減を図ることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce energy consumption during flight by predicting a target flight route that is the most energy-saving for each of a plurality of types of flight patterns and performing flight control.

なお、上記実施形態において、複数のHAPS10を離陸させて上昇させ、所定の空域50(例えば成層圏)に達したら、飛行時の空気抵抗を低減する相互位置関係を有する編隊(例えば、雁行の形状の編隊)を組んで飛行するように飛行制御を行ってもよい。この場合は、前述の所定の空域50(例えば成層圏)に達した後の2地点間移動(トランジット)の飛行パターン等において移動に要するエネルギーを少なくすることができ、更に飛行時の消費エネルギー(消費電力量)の低減を図ることができる。   In the above embodiment, when a plurality of HAPS 10 are taken off and raised to reach a predetermined airspace 50 (for example, the stratosphere), a formation having a mutual positional relationship that reduces air resistance during flight (for example, a geese shape is used). Flight control may be performed so as to fly in a formation. In this case, it is possible to reduce the energy required for movement in the flight pattern of transit between two points (transit) after reaching the predetermined airspace 50 (for example, the stratosphere), and further to reduce the energy consumption during flight (consumption The amount of electric power) can be reduced.

図16は、実施形態の複数のHAPS10による編隊飛行の一例を示す上面図である。また、図17(a)は、図16の編隊飛行中のHAPS10の主翼端部に形成される渦気流及び揚力の説明図であり、図17(b)は、HAPS10の主翼端部の斜め後方に形成される揚力増大領域を示す上面図である。
図16の例は、6機のHAPS10が進行方向Fの先頭部分を頂点としてV字型(雁行の形状)に編隊を組んで飛行している例である。HAPS10が水平飛行しているとき、図17(a)に示すように、主翼部101の長手方向両端部では上方に回り込むような空気の流れ(翼端渦)Sが生じ、図17(b)に示すように主翼部101の斜め後方に揚力が大きくなる部分Rが発生する。この揚力が大きくなる部分Rに後続のHAPS10が順次位置するように編隊を組むことにより、先頭以外のHAPS10の揚力をかせぐことができ、複数のHAPSの編隊全体の消費エネルギー(消費電力量)を減らすことができる。
FIG. 16 is a top view showing an example of formation flight by the plurality of HAPS 10 of the embodiment. 17 (a) is an explanatory view of the vortex airflow and lift formed at the main wing end of the HAPS 10 during the formation flight of FIG. 16, and FIG. 17 (b) is diagonally rearward of the main wing end of the HAPS 10. FIG. 6 is a top view showing a lift-increasing region formed in FIG.
The example of FIG. 16 is an example in which six HAPS 10 are flying in a V-shape (a geese shape) with the leading portion in the traveling direction F as the apex. When the HAPS 10 is flying horizontally, as shown in FIG. 17 (a), an air flow (blade tip vortex) S that goes around upward is generated at both longitudinal ends of the main wing portion 101, and FIG. 17 (b). As shown in FIG. 5, a portion R where the lift is large is generated obliquely rearward of the main wing portion 101. By forming a formation so that the succeeding HAPS 10 are sequentially positioned in the portion R where the lift becomes large, the lift of the HAPS 10 other than the head can be gained, and the energy consumption (power consumption) of the entire formation of multiple HAPS can be increased. Can be reduced.

なお、本明細書で説明された処理工程並びにHAPS10,20等の通信中継装置の無線中継局、フィーダ局、遠隔制御装置、端末装置(ユーザ装置、移動局、通信端末)及び基地局における基地局装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。   It should be noted that the processing steps described in the present specification and wireless relay stations of communication relay devices such as HAPS 10 and 20, feeder stations, remote control devices, terminal devices (user devices, mobile stations, communication terminals) and base stations in base stations. The components of the device can be implemented by various means. For example, these processes and components may be implemented in hardware, firmware, software, or a combination thereof.

ハードウェア実装については、実体(例えば、無線中継局、フィーダ局、基地局装置、無線中継局装置、端末装置(ユーザ装置、移動局、通信端末)、遠隔制御装置、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置)において前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、1つ又は複数の、特定用途向けIC(ASIC)、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、デジタル信号処理装置(DSPD)、プログラマブル・ロジック・デバイス(PLD)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。   As for hardware implementation, the entity (for example, wireless relay station, feeder station, base station device, wireless relay station device, terminal device (user device, mobile station, communication terminal), remote control device, hard disk drive device, or optical disk In the drive device), means such as a processing unit used for realizing the steps and components are one or a plurality of application-specific ICs (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs). ), Programmable logic device (PLD), field programmable gate array (FPGA), processor, controller, microcontroller, microprocessor, electronic device, designed to perform the functions described herein. Other electronic units, comps Over data, or it may be implemented in a combination thereof.

また、ファームウェア及び/又はソフトウェア実装については、前記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム(例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード)で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び/又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ/プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び/又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び/又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、プログラマブルリードオンリーメモリ(PROM)、電気的消去可能PROM(EEPROM)、FLASHメモリ、フロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク(CD)、デジタルバーサタイルディスク(DVD)、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、1又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。   Also, for firmware and / or software implementations, means such as processing units used to implement the components are programs (eg, procedures, functions, modules, instructions) that perform the functions described herein. , Etc.) may be implemented. In general, any computer / processor readable medium embodying firmware and / or software code, means, such as a processing unit, used to implement the steps and components described herein. May be used to implement. For example, firmware and / or software code may be stored in memory and executed by a computer or processor, eg, at the controller. The memory may be mounted inside the computer or the processor, or may be mounted outside the processor. The firmware and / or software code may be, for example, random access memory (RAM), read only memory (ROM), non-volatile random access memory (NVRAM), programmable read only memory (PROM), electrically erasable PROM (EEPROM). ), A FLASH memory, a floppy disk, a compact disk (CD), a digital versatile disk (DVD), a magnetic or optical data storage device, etc., and may be stored on a computer or processor readable medium. Good. The code may be executed by one or more computers or processors, or may cause the computers or processors to perform the functional aspects described herein.

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。   Also, the description of the embodiments disclosed herein is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present disclosure. Various modifications to this disclosure will be readily apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other variations without departing from the spirit or scope of this disclosure. Therefore, the present disclosure should not be limited to the examples and designs described herein, but should be admitted to the broadest extent consistent with the principles and novel features disclosed herein.

10 HAPS(ソーラープレーンタイプ)
10A〜10E 部分構造体
20 HAPS(飛行船タイプ)
40 セル形成目標空域
41,42,43 3次元セル
50 HAPSが位置する空域
60 ドローン
65 飛行機
70 フィーダ局
72 人工衛星
75 マイクロ波給電局
80 移動通信網
85 遠隔制御装置(管制センター)
100,200、300 ビーム
101 主翼部
102 ソーラーパネル(太陽光発電パネル)
103,202 プロペラ
104 連結部
105 ポッド
106 バッテリー
107 車輪
108 受電用ポッド
110,210 無線中継局
111 3次元(3D)セル形成アンテナ部
112 送受信部
113 フィード用アンテナ部
114 送受信部
115 リピーター部
116 監視制御部
117 電源部
118 モデム部
119 基地局処理部
120 エッジコンピューティング部
125 光通信部
126 ビーム制御部
130,230 光アンテナ装置
141 モータ駆動部
161 環境情報取得部
162 装置状態情報取得部
163 飛行制御データベース
164 飛行パターン選択部
165 飛行制御内容決定部
166 駆動制御部
167 飛行結果情報取得部
168 環境情報送信部
169 装置状態情報送信部
170 飛行制御内容受信部
171 飛行結果情報送信部
851 環境情報受信部
852 装置状態情報受信部
853 飛行制御データベース
854 飛行パターン選択部
855 飛行制御内容決定部
856 飛行制御内容送信部
857 飛行結果情報受信部
10 HAPS (Solar plane type)
10A-10E Partial structure 20 HAPS (airship type)
40 Cell formation target air space 41, 42, 43 Three-dimensional cell 50 Air space where HAPS is located 60 Drone 65 Airplane 70 Feeder station 72 Artificial satellite 75 Microwave feeding station 80 Mobile communication network 85 Remote control device (control center)
100, 200, 300 beam 101 main wing 102 solar panel (solar power generation panel)
103,202 Propeller 104 Connecting part 105 Pod 106 Battery 107 Wheel 108 Power receiving pod 110,210 Wireless relay station 111 Three-dimensional (3D) cell forming antenna part 112 Transmitting / receiving part 113 Feeding antenna part 114 Transmitting / receiving part 115 Repeater part 116 Monitoring control Part 117 Power supply part 118 Modem part 119 Base station processing part 120 Edge computing part 125 Optical communication part 126 Beam control part 130,230 Optical antenna device 141 Motor drive part 161 Environmental information acquisition part 162 Device status information acquisition part 163 Flight control database 164 Flight pattern selection unit 165 Flight control content determination unit 166 Drive control unit 167 Flight result information acquisition unit 168 Environmental information transmission unit 169 Device status information transmission unit 170 Flight control content reception unit 17 Flying result information transmitting section 851 environment information receiving unit 852 device status information receiving unit 853 flight control database 854 flight pattern selector 855 flight control content decision unit 856 flight control content transmission unit 857 flight result information receiving unit

Claims (25)

端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、
自律制御又は外部からの制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置であって、
複数種類の飛行パターンのそれぞれについて、最も省エネルギーとなると予測される目標飛行経路で前記通信中継装置を飛行させるための飛行制御内容と、環境情報及び前記通信中継装置自体の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを記憶した飛行制御データベースと、
飛行パターンごとに前記飛行制御データベースを参照して飛行を制御する飛行制御手段と、を備えることを特徴とする通信中継装置。
A wireless relay station that performs wireless communication with the terminal device,
An aerial levitation type communication relay device comprising: a levitation body that is controlled to be located in an air space of a predetermined altitude by autonomous control or control from the outside,
For each of a plurality of types of flight patterns, flight control contents for flying the communication relay device on the target flight route predicted to be the most energy-saving, and device status information indicating the environment information and the status of the communication relay device itself. A flight control database that stores relationship data indicating the relationship between
And a flight control means for controlling flight by referring to the flight control database for each flight pattern.
請求項1の通信中継装置において、
前記飛行制御データベースは、前記飛行制御内容と、前記環境情報及び前記装置状態情報と、実際の飛行結果情報とに基づいて機械学習して前記関係データを更新する機能を有することを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to claim 1,
The flight control database has a function of performing machine learning based on the flight control contents, the environment information and the device state information, and actual flight result information to update the relational data. Relay device.
請求項2の通信中継装置において、
前記機械学習は、前記複数種類の飛行パターンのそれぞれについて、飛行経路、飛行時間及び電力消費量の少なくとも一つの予測値と実際の測定値との差異が小さくなるように前記関係データを修正するように行うことを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to claim 2,
The machine learning corrects the relational data for each of the plurality of types of flight patterns so that the difference between at least one of the predicted value of the flight path, the flight time, and the power consumption and the actual measured value becomes small. A communication relay device, characterized in that
請求項2又は3の通信中継装置において、
当該通信中継装置の飛行制御中又は飛行制御後に取得された飛行結果情報と目標飛行経路及び消費電力量の予測結果とに基づいて前記機械学習を行い、省エネルギー飛行制御の精度を高めるように飛行制御データベースを更新することを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to claim 2 or 3,
Flight control is performed so that the machine learning is performed based on the flight result information acquired during or after the flight control of the communication relay device and the prediction result of the target flight route and power consumption, and the accuracy of energy-saving flight control is increased. A communication relay device characterized by updating a database.
請求項1乃至4のいずれかの通信中継装置において、
前記複数種類の飛行パターンは、離陸するときの飛行パターン、所定の高度範囲まで上昇するときの飛行パターン、所定の高度範囲内の滞在目標上空エリアに留まる飛行パターン、所定の高度範囲から下降するときの飛行パターン及び着陸するときの飛行パターンを含むことを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 4,
The plurality of types of flight patterns include a flight pattern for takeoff, a flight pattern for climbing to a predetermined altitude range, a flight pattern for staying in an area over a stay target within a predetermined altitude range, and a descent from a predetermined altitude range. And a flight pattern for landing, the communication relay device.
請求項1乃至5のいずれかの通信中継装置において、
前記複数種類の飛行パターンは、所定の高度範囲に移動した後に滞在目標上空エリアまで横移動する飛行パターン、所定の姿勢を維持する時間帯を最大化する飛行パターン、2つの滞在目標上空エリア間を移動する飛行パターン、複数の滞在目標上空エリア間を巡回する巡回飛行パターン及び滞在目標上空エリアで時間帯に応じて上下移動する飛行パターンの少なくとも一つを含むことを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 5,
The plurality of types of flight patterns include a flight pattern that moves laterally to a stay target sky area after moving to a predetermined altitude range, a flight pattern that maximizes a time period for maintaining a predetermined attitude, and a flight pattern between two stay target sky areas. A communication relay device comprising at least one of a moving flight pattern, a patrol flight pattern that patrols between a plurality of stay target sky areas, and a flight pattern that moves up and down in a stay target sky area according to a time zone.
請求項1乃至6のいずれかの通信中継装置において、
前記環境情報は、複数の高度それぞれにおける気流の風速及び風向を含み、過去の高層気象観測データの統計値、直近の高層気象観測データ及び当該通信中継装置に設けられた測定装置で測定された測定データの少なくとも一つから取得することを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 6,
The environmental information includes the wind speed and the wind direction of the airflow at each of a plurality of altitudes, the statistical value of past high-rise weather observation data, the latest high-rise weather observation data, and the measurement measured by the measurement device provided in the communication relay device. A communication relay device, characterized in that it is acquired from at least one of data.
請求項1乃至7のいずれかの通信中継装置において、
複数の飛行パターンから次の飛行で用いる飛行パターンを選択し、選択した飛行パターンについて、前記環境情報及び前記装置状態情報の最新取得データに基づいて飛行制御データベースを参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、その目標飛行経路で当該通信中継装置を飛行させるための飛行制御内容を決定することにより、当該通信中継装置の飛行を自律制御することを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 7,
Select a flight pattern to be used in the next flight from a plurality of flight patterns, and for the selected flight pattern, refer to the flight control database based on the latest acquisition data of the environment information and the device status information, and the target flight that is the most energy-saving A communication relay characterized by autonomously controlling the flight of the communication relay device by predicting a route and power consumption and determining flight control content for flying the communication relay device on the target flight route. apparatus.
請求項1乃至8のいずれかの通信中継装置において、
前記環境情報は気流の風速及び風向を含み、
前記飛行制御手段は、気流を利用した飛行を行うように制御することを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 8,
The environmental information includes wind speed and direction of the air flow,
The communication relay device, wherein the flight control means controls to perform flight using an air flow.
請求項9の通信中継装置において、
前記環境情報は、複数の高度それぞれにおける気流の風速及び風向を含むことを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to claim 9,
The communication relay device according to claim 1, wherein the environment information includes a wind speed and a wind direction of an air flow at each of a plurality of altitudes.
請求項9又は10の通信中継装置において、
前記環境情報は、複数の高度それぞれにおける気圧及び気温を含むことを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to claim 9 or 10,
The communication relay device according to claim 1, wherein the environment information includes atmospheric pressure and temperature at each of a plurality of altitudes.
請求項1乃至11のいずれかの通信中継装置において、
前記環境情報は、過去の高層気象観測データの統計値、直近の高層気象観測データ及び前記通信中継装置自体に設けられた測定装置で測定された測定データの少なくとも一つから取得されることを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 11,
The environmental information is obtained from at least one of statistical values of past high-rise weather observation data, latest high-rise weather observation data, and measurement data measured by a measuring device provided in the communication relay device itself. Communication relay device.
請求項1乃至12のいずれかの通信中継装置において、
前記装置状態情報は、前記通信中継装置自体の現在位置及び予め設定された設定飛行ルートの情報を含むことを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 12,
The communication relay device, wherein the device status information includes information on a current position of the communication relay device itself and a preset flight route.
請求項1乃至13のいずれかの通信中継装置において、
前記装置状態情報は、前記通信中継装置自体の対気速度、対地速度及び推進方向の少なくとも一つの情報を含むことを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 13,
The communication relay device, wherein the device status information includes at least one of airspeed, ground speed, and propulsion direction of the communication relay device itself.
請求項1乃至14のいずれかの通信中継装置において、
前記環境情報に基づいて又は前記環境情報及び前記装置状態情報に基づいて決定された前記通信中継装置自体の飛行制御内容の情報を、前記通信中継装置を管理する地上又は上空の外部装置から受信する手段を備え、
前記飛行制御手段は、前記受信した飛行制御内容に基づいて飛行制御することを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 14,
Information on the flight control content of the communication relay device itself, which is determined based on the environment information or based on the environment information and the device state information, is received from an external device on the ground or in the sky that manages the communication relay device. Equipped with means,
The communication relay device, wherein the flight control means performs flight control based on the received flight control content.
請求項1乃至15のいずれかの通信中継装置において、
前記飛行制御内容は、前記通信中継装置自体の出発地点から目標地点までの目標飛行ルートを含み、
前記飛行制御手段は、前記目標飛行ルートを飛行するように制御することを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 15,
The flight control content includes a target flight route from a starting point of the communication relay device itself to a target point,
The communication relay device, wherein the flight control means controls to fly along the target flight route.
請求項1乃至16のいずれかの通信中継装置において、
前記飛行制御内容は、前記環境情報及び前記装置状態情報の互いに異なる複数種類の条件で実行された複数回の飛行試験により得られた学習結果に基づいて決定されることを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 16,
The flight control content is determined based on a learning result obtained by a plurality of flight tests executed under a plurality of different conditions of the environment information and the device status information, the communication relay device. .
請求項1乃至17のいずれかの通信中継装置において、
遠隔制御装置から受信した飛行制御内容に基づいて飛行制御を実行することを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 17,
A communication relay device, which executes flight control based on flight control contents received from a remote control device.
請求項1乃至18のいずれかの通信中継装置において、
バッテリー及び太陽光発電システムの少なくとも一方を備え、電力で飛行することを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 18,
A communication relay device comprising at least one of a battery and a solar power generation system, and flying with electric power.
請求項1乃至19のいずれかの通信中継装置において、
地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に3次元セルを形成し、
前記セル形成目標空域の高度は10[km]以下であることを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 19,
A three-dimensional cell is formed in a predetermined cell formation target air space between the ground and the sea surface,
The communication relay apparatus, wherein the altitude of the cell formation target airspace is 10 [km] or less.
請求項1乃至20のいずれかの通信中継装置において、
100[km]以下の高度に位置することを特徴とする通信中継装置。
The communication relay device according to any one of claims 1 to 20,
A communication relay device, which is located at an altitude of 100 [km] or less.
請求項1乃至21のいずれかの通信中継装置を複数備えるシステムであって、
前記複数の通信中継装置は、飛行時の空気抵抗を低減する相互位置関係を有する編隊を組んで飛行することを特徴とするシステム。
A system comprising a plurality of communication relay devices according to any one of claims 1 to 21,
The system characterized in that the plurality of communication relay devices fly by forming a formation having a mutual positional relationship that reduces air resistance during flight.
端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、外部からの制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置を管理する地上又は上空に位置する管理装置であって、
前記通信中継装置の複数種類の飛行パターンのそれぞれについて、最も省エネルギーとなると予測される目標飛行経路で前記通信中継装置を飛行させるための飛行制御内容と、環境情報及び前記通信中継装置自体の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを記憶した飛行制御データベースと、
飛行パターンごとに前記飛行制御データベースを参照して前記通信中継装置の飛行制御内容を決定する手段と、
前記決定した飛行制御内容を前記通信中継装置に送信する手段と、を備えることを特徴とする管理装置。
A wireless relay station that performs wireless communication with a terminal device, and a levitation body that is controlled to be located in an air space of a predetermined altitude by control from the outside, or a ground that manages an aerial levitation type communication relay device or A management device located in the sky,
For each of the plurality of types of flight patterns of the communication relay device, the flight control content for flying the communication relay device on the target flight route predicted to be the most energy-saving, the environmental information, and the state of the communication relay device itself. A flight control database that stores relational data indicating a relation with the device status information indicated,
Means for determining flight control contents of the communication relay device by referring to the flight control database for each flight pattern;
A means for transmitting the determined flight control contents to the communication relay device, the management device.
請求項23の管理装置において、
前記通信中継装置で用いる複数種類の飛行パターンから一つの飛行パターンを選択し、
前記環境情報及び前記装置状態情報の最新情報を前記通信中継装置から受信し、
前記選択した飛行パターンについて、前記通信中継装置から受信した前記環境情報及び前記装置状態情報に基づいて飛行制御データベースを参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、
前記目標飛行経路で前記通信中継装置を飛行させるための飛行制御内容を決定し、
前記決定した飛行制御内容を前記通信中継装置に送信する、ことを特徴とする管理装置。
The management device according to claim 23,
Select one flight pattern from multiple types of flight patterns used in the communication relay device,
Receiving the latest information of the environment information and the device status information from the communication relay device,
For the selected flight pattern, referring to the flight control database based on the environment information and the device state information received from the communication relay device, predict the target flight path and power consumption that is the most energy-saving,
Determine the flight control content for flying the communication relay device in the target flight path,
A management device, wherein the determined flight control content is transmitted to the communication relay device.
請求項23の管理装置において、
前記通信中継装置で用いる複数種類の飛行パターンから一つの飛行パターンを選択し、
前記環境情報の最新情報を取得し、
前記装置状態情報の最新情報を前記通信中継装置から受信し、
前記選択した飛行パターンについて、記環境情報と前記通信中継装置から受信した前記置状態情報とに基づいて飛行制御データベースを参照し、最も省エネルギーとなる目標飛行経路と消費電力量とを予測し、
前記目標飛行経路で前記通信中継装置を飛行させるための飛行制御内容を決定し、
前記決定した飛行制御内容を前記通信中継装置に送信する、ことを特徴とする管理装置。
The management device according to claim 23,
Select one flight pattern from multiple types of flight patterns used in the communication relay device,
Acquire the latest information of the environmental information,
Receiving the latest information of the device status information from the communication relay device,
For said selected flight pattern, before SL refers to the flight control database based on said equipment state information received from the environment information and the communication relay device, to predict the most energy saving become target flight path and the power consumption ,
Determine the flight control content for flying the communication relay device in the target flight path,
A management device, wherein the determined flight control content is transmitted to the communication relay device.
JP2017179088A 2017-09-19 2017-09-19 Communication relay device, system and management device Active JP6689804B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017179088A JP6689804B2 (en) 2017-09-19 2017-09-19 Communication relay device, system and management device
PCT/JP2018/033089 WO2019058991A1 (en) 2017-09-19 2018-09-06 Haps flight control in which air current data is used

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017179088A JP6689804B2 (en) 2017-09-19 2017-09-19 Communication relay device, system and management device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2019054490A JP2019054490A (en) 2019-04-04
JP2019054490A5 JP2019054490A5 (en) 2020-01-23
JP6689804B2 true JP6689804B2 (en) 2020-04-28

Family

ID=65810683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017179088A Active JP6689804B2 (en) 2017-09-19 2017-09-19 Communication relay device, system and management device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6689804B2 (en)
WO (1) WO2019058991A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2020265205A1 (en) 2019-04-25 2021-11-11 Aerovironment, Inc. Methods of climb and glide operations of a high altitude long endurance aircraft
CN110422341A (en) * 2019-07-31 2019-11-08 南京航空航天大学 A kind of Marsokhod kite balloon airship system and its working method for mars exploration
CN110474971B (en) * 2019-08-05 2022-06-10 天宸星通(深圳)科技有限公司 Wide-area low-power-consumption Internet of things communication system and transmission method thereof
JP7384042B2 (en) 2020-01-09 2023-11-21 三菱電機株式会社 Flight route learning device, flight route determining device, and flight device
JP7396100B2 (en) * 2020-02-18 2023-12-12 株式会社Gsユアサ Control method of flying object, flying object, and computer program
JP7447552B2 (en) 2020-03-02 2024-03-12 株式会社Gsユアサ Control method of flying object, flying object, and computer program
JP2021158013A (en) * 2020-03-27 2021-10-07 株式会社Gsユアサ Power storage device
JP2021172101A (en) * 2020-04-17 2021-11-01 株式会社Gsユアサ Method for controlling flying body and flying body
JP7332829B1 (en) * 2023-03-17 2023-08-23 ソフトバンク株式会社 Information processing device, program, and aircraft

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PT711476E (en) * 1993-07-30 2000-04-28 Int Multi Media Corp SYSTEM AND PROCESS OF TELECOMMUNICATIONS AND STATION LONG-DURATION RELAY ON A SUB-ORBITAL PLAN
JP2000168693A (en) * 1998-12-08 2000-06-20 Nec Corp Stratosphere platform and radio relay system
JP4143736B2 (en) * 2002-08-28 2008-09-03 独立行政法人情報通信研究機構 Mobile communication system and handover control method using stratosphere platform
JP3942570B2 (en) * 2003-09-09 2007-07-11 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 Long-term airborne aircraft and its flight control system and its communication and observation system
US20070252035A1 (en) * 2005-11-29 2007-11-01 Hubbard James E Jr Unmanned vehicle
JP6580082B2 (en) * 2017-03-21 2019-09-25 ソフトバンク株式会社 Communication system, remote control device, levitation body, and method of using levitation body

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019058991A1 (en) 2019-03-28
JP2019054490A (en) 2019-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6689804B2 (en) Communication relay device, system and management device
JP6689916B2 (en) Communication relay device, system, management device, and method and program for controlling flight of communication relay device
US11308814B2 (en) HAPS cooperative flight system
KR102121164B1 (en) Inter-HAPS communication and high-capacity multi-cell HAPS to build a 3D network of 5th generation communication
US10985839B2 (en) 3D-compatible directional optical antenna
JP6760982B2 (en) Wireless repeater and communication system
EP3606128B1 (en) Three dimensionalization of fifth generation communication
US20210258067A1 (en) Service link antenna configuration and beam forming control in haps
JP2018177135A (en) Drone-sharing service platform
JP2019054490A5 (en) Communication relay device, system and management device
JP6721618B2 (en) Communication system, gateway station and base station
JP6580084B2 (en) Radio relay apparatus and communication system
US11923954B1 (en) Distributing wireless relays to form an ad hoc wireless network
JP6810071B2 (en) Wireless power supply system to the aircraft
JP6689802B2 (en) Communication relay device, system and management device
US20230335888A1 (en) Suppression of reflected wave interference from antenna-mounting plate in service link of haps
WO2020195270A1 (en) Detection of interference between multifeeder links in haps communication system
OA19809A (en) Inter-HAPS communication that builds three-dimensionally formed network of fifthgeneration communication, and large-capacity and multi-cell captive airship-type HAPS.

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191203

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191203

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20191203

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20191227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200306

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200311

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200327

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200408

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6689804

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250