JP6873384B2 - 追尾アンテナシステムおよび追尾アンテナ装置 - Google Patents
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Description
[実施の形態]
図1は、本実施の形態の追尾アンテナ装置を含む無線通信システムの構成を示す概念図である。
0では、無人航空機100から送信されたテレメトリデータ、地上局にて計測した受信電力、地上局位置、そして各アンテナの指向性パタンから、無人航空機100と地上局200間の伝搬損(距離減衰およびシャドウイング)を算出する。また、後述するように複数時刻における各無人航空機100の位置を予測し、複数の時刻のうちで最小の受信電力となるときの情報に基づいて所望の通信機会が得られるよう、地上局アンテナの追尾方向と無人航空機100の使用アンテナ、各地上局における無線LANの使用周波数チャネル、ならびに各無人航空機100の接続先地上局を決定する。
(無人航空機100の構成)
図2は、本実施の形態の無人航空機100の構成を説明するための機能ブロック図である。
すなわち、これは、追尾処理のサイクルが開始される時刻から現在行う制御によってハンドオーバー処理がカバーすべき時刻の起点となる時刻である。
すなわち、これは、現在行うハンドオーバー処理の制御によってカバーすべき時刻の終点となる時刻である。
これは、上記1)と2)との間の時刻であって、たとえば、この期間の少なくとも1つの時刻を予め設定しておくことができる。この時刻での予測も取り入れれば、上述したビーム形状の凸凹に対しても対応することができる。
これも、この期間の少なくとも1つの時刻を予め設定しておくことができる。この時刻での予測も取り入れれば、速度ベクトルの推定に誤差があり想定よりも角度変動が大きい場合への対応をすることが可能となる。
b)条件a)を満たす地上局が無い場合に、他の無人航空機と通信中ではあるが、ハンドオーバー処理を行っていない地上局の中で一定時間後の予測伝搬損が最小のもの
上記a)を満たす地上局と無人航空機がある場合は、当該無人航空機を初期通信先地上局の第1追尾対象に設定する。
[UAVについての追尾対象更新処理およびアンテナの追尾方向更新処理]
以下では、図8のステップS108において、システムサーバ300が、追尾方向制御や接続局の制御(ハンドオーバー)を行う処理について説明する。
第m地上局(m=1,…,M)において、第nUAV(n=1,…,N)が送信した信号の受信電力pm,n[dBm]を測定し、システムサーバ300に送信する。なお、受信電力が小さく信号の復調に失敗した場合は、受信電力を所定の設定値pfail[dBm]に設定する。
次に、接続局制御部312は、各UAVの位置情報と速度情報から、図7で説明した複数時刻におけるUAV位置を線形予測により算出する(S504)。
そして、接続局制御部312は、第m地上局と複数時刻における第nUAVの予測位置との間の距離「dm,nハット(Tn)」(予測された量を表す文字Yの頭部に^を付したものを、Yハットとよぶ。)(Tnは、t1+τ、t2+τ、t3、t4のうちの少なくとも2つ)に基づき、複数時刻における距離減衰Lm,nハット(Tn)を推定する。
[受信電力の予測]
続いて、追尾方向制御部306は、各地上局200での各UAVについて、推定した伝搬損Hmnハット(Tn)により、アンテナの追尾可能範囲における複数時刻における受信電力を予想する(S508)。
1−2)両方のUAVaおよびUAVbがそれぞれ通信中でない方の地上局に接近中である場合か(たとえば、UAVaが地上局BSbに接近中であり、UAVbが地上局BSaに接近中である)(図11(a))、あるいは、
1−3)同一地上局(たとえば、BSb)に双方のUAVaおよびUAVbが接近中で、地上局BSbと通信中のUAVbが、UAVaに追い抜かれる場合に(図11(b))、
1−4)複数時刻における予測受信電力の最小値Ppredが通信開始しきい値Pcomm以上であるとき。
(UAVへの追尾方向制御)
以下では、図9のステップS484において、システムサーバ300の追尾方向制御部306が、追尾方向制御や接続局の制御を行う処理について説明する。
[2機のUAVの同時追尾ための方向制御]
図12は、2機のUAVに対する追尾方向制御を行うアルゴリズムを説明するためのフローチャートである。
ケースB:第1追尾対象UAVの予測受信電力が受信電力しきい値以上となる追尾方向が存在するが、そこでは第2追尾対象UAVの予測受信電力が受信電力しきい値に満たない場合(S524で1機の場合)
ケースC:両追尾対象UAVの受信電力が同時に受信電力しきい値以上となる追尾方向が存在する場合(S524で2機の場合)
追尾方向制御部306は、現在の処理対象の予測位置がいずれのケースに該当するかを判断し(S526)、これまでの処理対象の予測位置について最も悪条件であるケースを記憶する。具体的には、これまでの処理対象あるいは現在の処理対象の予測位置にケースAに該当する場合が含まれていればケースAと判断し、これまでの処理対象にケースAに該当する場合が含まれておらず、現在の処理対象の予測位置がケースBに該当する場合はケースBと判断し、これまでの処理対象にケースAあるいはケースBに該当する場合が含まれておらず、現在の処理対象の予測位置がケースCに該当する場合はケースCと判断する(S528)。
Claims (4)
- 追尾アンテナシステムであって、
複数の飛翔体を備え、
各前記複数の飛翔体は、
自身の位置、速度および姿勢を把握するための測位手段と、
無線信号を送受信可能な機体アンテナとを含み、
前記複数の飛翔体との間で無線通信を行うための複数の地上局を備え、
前記複数の地上局の各々は、
通信指向性を変更可能な追尾アンテナと、
追尾制御指示に応じて、前記複数の飛翔体のうちの対応する飛翔体の方向に前記追尾アンテナの通信指向性を駆動する指向性制御手段と、
前記飛翔体からの受信信号強度を計測する信号強度計測手段とを含み、
前記追尾アンテナは、前記複数の飛翔体のうちから第1および第2の追尾対象を設定することが可能であり、
前記複数の地上局の各々が接続する飛翔体を選択するとともに、前記複数の地上局の通信指向性を制御するための追尾制御指示を生成するための制御局をさらに備え、
前記制御局は、
前記各前記飛翔体の位置、速度および姿勢の情報に基づいて、複数時刻における前記飛翔体の位置を推定する飛翔体位置推定手段と、
前記推定された飛翔体の複数の位置と前記受信信号強度の情報とに基づいて、各前記地上局において、前記飛翔体についての各時刻の伝搬損を推定し、推定された前記伝搬損に基づいて、前記複数時刻における受信電力を予測する受信電力予測手段と、
予測された前記複数時刻における受信電力に基づき、受信状況が最も悪くなると予測される場合に応じて追尾方向を決定する追尾方向制御手段と、
前記飛翔体の特定の組について通信中の前記地上局において、前記飛翔体が、現在通信中の地上局以外であって通信やハンドオーバ処理を行っていない地上局に接近中である場合に、交代先の地上局の前記第2の追尾対象に、交代が予測される飛翔体を加えるように、前記追尾制御信号を前記地上局に対して出力する地上局交代制御手段とを含む、追尾アンテナシステム。 - 前記ハンドオーバ処理は、所定の時間間隔で制御処理が実行され、
前記複数時刻は、現在のハンドオーバ制御の処理遅延後の第1の時刻と、次回のハンドオーバ制御の処理遅延後の第2の時刻とを含む、請求項1記載の追尾アンテナシステム。 - 前記複数時刻は、前記第1の時刻と前記第2の時刻との間の第3の時刻を含む、請求項2記載の追尾アンテナシステム。
- 複数の飛翔体に対して無線通信のための追尾を行うための追尾アンテナ装置であって、各前記複数の飛翔体は、自身の位置、速度および姿勢を把握するための測位手段と、無線信号を送受信可能な機体アンテナとを含み、
通信指向性を変更可能な追尾アンテナと、
前記飛翔体からの受信信号強度を計測する信号強度計測手段と、
前記複数の飛翔体のうちの対応する飛翔体の方向に通信指向性を駆動する指向性制御手段とを備え、
前記追尾アンテナは、前記複数の飛翔体のうちから第1および第2の追尾対象を設定することが可能であり、
前記指向性制御手段は、
前記各前記飛翔体の位置、速度および姿勢の情報に基づいて、複数時刻における前記飛翔体の位置を推定する飛翔体位置推定手段と、
前記推定された飛翔体の複数の位置と前記受信信号強度の情報とに基づいて、各前記地上局において、前記飛翔体についての各時刻の伝搬損を推定し、推定された前記伝搬損に基づいて、前記複数時刻における受信電力を予測する受信電力予測手段と、
予測された前記複数時刻における受信電力に基づき、受信状況が最も悪くなると予測される場合に応じて追尾方向を決定する追尾方向制御手段と、
前記飛翔体の特定の組について通信中の前記地上局において、前記飛翔体が、現在通信中の地上局以外であって通信やハンドオーバ処理を行っていない地上局に接近中である場合に、交代先の地上局の前記第2の追尾対象に、交代が予測される飛翔体を加えるように、前記追尾制御信号を前記地上局に対して出力する地上局交代制御手段とを含む、追尾アンテナ装置。
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