JP6877152B2 - 無人航空機 - Google Patents

Description

この発明は、ドローン等の無人航空機の通信技術に関する。

ドローン等の無人航空機をセルラー通信により制御する実証実験が行われている（例えば、非特許文献１参照。）。

株式会社ＮＴＴドコモ、“「ドコモ・ドローンプロジェクト」を本格開始”、［online］、２０１６年１０月１９日、［平成２９年１月６日検索］、インターネット〈URL：https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2016/10/19_06.html〉

無人航空機が飛行する空中では、見通しが良く地上とは異なり障害物が少ないため、無人航空機に搭載されたセルラー通信装置がセルラー通信を行っている基地局以外の他の基地局からの信号が干渉波として到来する可能性がある。このため、無人航空機に、セルラー通信用の通常のアンテナを搭載しただけでは、他の基地局からの干渉信号によりセルラー通信のスループットが低下してしまう可能性があるという問題がある。

この発明の目的は、セルラー通信のスループットが低下しづらい無人航空機を提供することである。

この発明の一態様による無人航空機は、指向性の方向が互いに異なる３本以上のアンテナと、３本以上のアンテナの中の他のアンテナと比較して干渉波の影響が小さいアンテナを用いて、セルラー通信を行うセルラー通信部と、を備え、無人航空機の機体の一部が、３本以上のアンテナとして用いられており、無人航空機の中央から周囲に延びる支柱部により支持された回転翼と、支柱部から下方向に延びる脚部とを更に含み、無人航空機の機体の一部は、支柱部の一部及び脚部の一部であり、支柱部又は脚部の向きが機械的に変更可能となっていることにより、アンテナの指向性の方向は変更可能となっている。

３本以上のアンテナの中の他のアンテナと比較して干渉波の影響が小さいアンテナを用いて、セルラー通信を行うことにより、セルラー通信のスループットが低下しづらくなる。

無人航空機におけるアンテナ配置の例を説明するための図。 無人航空機におけるアンテナ配置の他の例を説明するための図。 無人航空機におけるアンテナ配置の他の例を説明するための図。 無人航空機の例を説明するための図。 ハードウェア構成の例を説明するための図。

以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。

図１は、無人航空機の例を示す図である。

無人航空機は、ドローン等の人が搭乗していない航空機のことである。無人航空機は、無線操作で人によって操作されるものであってもよいし、自律飛行が可能であり無線操作による人の操作が不要なものであってもよい。

無人航空機は、無人航空機の中央に設けられた円盤形状の基部１と、基部１から無人航空機の周囲に延びる３本以上の支柱部２とを備えている。図１の例では、無人航空機には６本の支柱部２が設けられている。

基部１には、基地局とセルラー通信を行うセルラー通信部１１が設けられている。図面の簡略化のために図１には記載されていないが、基部１には、フライトコントローラー、ESC(Electronic Speed Controller)、バッテリー等の無人航空機が飛行するために必要な部品が搭載されている。

支柱部２の先端には、回転翼２２を回転させるモーター２１が設けられている。また、支柱部２には、下方向に延びる脚部２３が設けられている。さらに、支柱部２には、アンテナ２４が設けられている。ここで、支柱部２は、基部１に設けられたセルラー通信部１１等のノイズ発生源となる可能性がある電子機器から離れている。このため、支柱部２にアンテナ２４を設けることにより、ノイズの影響を低減することができ、セルラー通信のスループットが更に向上する。

アンテナ２４は、無人航空機の機体の一部をアンテナとして利用している。図１の例では、アンテナ２４は、支柱部２の一部をアンテナとして利用している。より具体的には、図１の例では、アンテナ２４は、少なくとも、２本の棒状体と、これらの２本の棒状体を支持する支持体とにより構成されているが、この支持体として支持部２の一部を利用している。例えば、支柱部２がカーボンである場合には、支柱部２のアンテナの一部として利用する部分だけアルミ等の金属とする。

アンテナ２４の例は、八木アンテナである。八木アンテナは、それぞれ反射素子、励振素子及び導波素子となる３本以上の棒状のエレメント部と、これらの棒状のエレメントを支持する棒状の支持体とから構成される。アンテナ２４として、八木アンテナを用いる場合には、この支持体として支持部２の一部を利用すればよい。

各アンテナ２４は、指向性の方向が互いに異なるように設定される。例えば、アンテナ２４が設けられている支柱部２の延伸方向に指向性が向くように設定される。図１の例では、支柱部２は、無人航空機の中央から互いに異なる方向に延びているので、アンテナ２４が設けられている支柱部２の延伸方向に指向性が向くように設定することで、アンテナ２４の指向性の方向が互いに異なるように設定される。

図１では、アンテナ２４の指向性の例を点線で示している。なお、点線で示された指向性は、簡略化して記載されており、実際のアンテナ２４の指向性を表すものではない。これは、他の図面において点線で示された指向性についても同様である。

各アンテナ２４の指向性が、高さ方向においてもに互いに異なるように設定されていてもよい。例えば、アンテナ２４の中の一部のアンテナの指向性が水平方向よりも上方向に向くように設定され、アンテナ２４の中の他のアンテナの指向性が水平方向よりも下方向に向くように設定されていてもよい。

無人航空機は、基地局よりも高い場所を飛ぶこともあれば、基地局よりも低い場所を飛ぶこともある。各アンテナ２４の指向性が高さ方向においてもに互いに異なるように設定することで、無人航空機が、基地局よりも高い場所を飛ぶ場合であっても、基地局よりも低い場所を飛ぶ場合であっても、スループットの低減を防ぐことができる。

例えば、アンテナ２４として、4dBi以上の利得のアンテナを用いる。

セルラー通信部１１は、３本以上のアンテナ２４の中の他のアンテナと比較して干渉波の影響が小さいアンテナ２４を用いて、セルラー通信を行う。これにより、セルラー通信のスループットが低下しづらくなる。干渉波の影響が小さいアンテナ２４の数が２個以上ある場合には、ダイバーシチ効果を得ることができるため、セルラー通信のスループットが更に低下しづらくなる。

［変形例等］
支柱部２以外の無人航空機の機体部分に、アンテナ２４が設けられていてもよい。言い換えれば、アンテナ２４は、支柱部２以外の無人航空機の機体を一部として利用するものであってもよい。例えば、図２に示すように、脚部２３の一部をアンテナの一部として用いるように、アンテナ２４が脚部２３に設けられていてもよい。図２の例では、図２の紙面の手前の２本の脚部２３のみにアンテナ２４が設けられているが、アンテナ２４は他の脚部２３に設けられていてもよい。

なお、アンテナ２４を脚部２３に設けた場合には、支柱部２に設けられたアンテナ２４の指向性が水平方向よりも上方向に向くように設定してもよい。

アンテナ２４として、八木アンテナ以外の線状アンテナを用いてもよい。例えば、アンテナ２４として、ループアンテナを用いてもよい。この場合、例えば、支持部２の一部及び脚部４をループアンテナとして用いる。

また、アンテナ２４として、パッチアンテナ等の平面アンテナを用いてもよい。さらに、アンテナ２４として、スロットアンテナを用いてもよい。この場合、例えば、無人航空機の支柱部２等の機体部分を導波管とするスロットアンテナとする。

アンテナ２４の指向性の方向は、機械的に変更可能であってもよい。例えば、アンテナ２４が設けられる支柱部２又は脚部２３の向きを機械的に変更可能とすることにより、支柱部２又は脚部２３に設けられたアンテナ２４の指向性の方向を変更可能としてもよい。

アンテナ２４の他に、オムニアンテナが無人航空機に備えられていてもよい。オムニアンテナは、例えば、基部１に設けられる。基部１にオムニアンテナを設けたときの、オムニアンテナ及びアンテナ２４の指向性の例を、図３に示す。図３では、オムニアンテナ及びアンテナ２４の指向性の例を、点線で示している。

オムニアンテナとしては、例えば、ダイポールアンテナを用いることができる。このダイポールアンテナは、例えば真下がピークとなるように設計される。例えば、延伸方向が互いに１８０度の角度を成す２個の支柱部２をダイポールアンテナとして用いることができる。また、偏波を考慮して、延伸方向が互いに９０度の角度を成す２個の支柱部２をダイポールアンテナとして用いてもよい。

セルラー通信部１１は、オムニアンテナを送信アンテナとして用いてもよい。これは、基地局がどの方向にあるかわからないため、送信はオムニアンテナで全方位に行うことが望ましいためである。

なお、セルラー通信部１１は、RSRP(Reference Signal Received Power)等で判断することができる受信品質が良いときは、オムニアンテナを用いてセルラー通信し、受信品質が悪くなってきたときは、指向性アンテナであるアンテナ２４を用いてセルラー通信してもよい。

常に指向性アンテナであるアンテナ２４を用いてセルラー通信をすると、基地局が指向性アンテナの指向性から外れたときにその都度切り替えが必要となるため制御が多くなり、消費電力が大きくなる可能性がある。このため、セルラー通信部１１は、オムニアンテナでセルラー通信をしているときに各アンテナ２４での信号品質を測定しておき、RSRP等で判断することができる受信品質が所定の閾値よりも小さくなった場合に、測定した信号品質に基づいて選択することができる信号品質が高いアンテナ２４を用いてセルラー通信をしてもよい。

無人航空機は、図１から３に例示した回転翼を有する無人航空機でなくてもよい。例えば、図４に示す固定翼を有する無人航空機であってもよい。この場合、指向性アンテナであるアンテナ２４は、例えば無人航空機の先端部に設けられる。この場合も、無人航空機の先端部の一部がアンテナ２４として利用される。図４では、符号２４の符号でアンテナ２４が設けられる場所を示しており、簡略化のためにアンテナ２４そのものの記載は省略している。

［ハードウェア構成］
以下の説明では、「装置」という文言は、回路、デバイス、ユニットなどに読み替えることができる。無人航空機のハードウェア構成は、図５に示した各装置を１つ又は複数含むように構成されてもよいし、一部の装置を含まずに構成されてもよい。

図５は、本発明の一実施の形態に係る無人航空機のハードウェア構成の一例を示す図である。無人航空機は、物理的には、プロセッサ１００１、メモリ１００２、ストレージ１００３、通信装置１００４、入力装置１００５、出力装置１００６、バス１００７などを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。

無人航空機における各機能は、プロセッサ１００１、メモリ１００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることで、プロセッサ１００１が演算を行い、通信装置１００４による通信や、メモリ１００２及びストレージ１００３におけるデータの読み出し及び／又は書き込みを制御することで実現される。

プロセッサ１００１は、例えば、オペレーティングシステムを動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ１００１は、周辺装置とのインターフェース、制御装置、演算装置、レジスタなどを含む中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）で構成されてもよい。

また、プロセッサ１００１は、プログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールやデータを、ストレージ１００３及び／又は通信装置１００４からメモリ１００２に読み出し、これらに従って各種の処理を実行する。プログラムとしては、上述の実施の形態で説明した動作の少なくとも一部をコンピュータに実行させるプログラムが用いられる。例えば、セルラー通信部１１は、メモリ１００２に格納され、プロセッサ１００１で動作する制御プログラムによって実現されてもよく、他の機能ブロックについても同様に実現されてもよい。上述の各種処理は、１つのプロセッサ１００１で実行される旨を説明してきたが、２以上のプロセッサ１００１により同時又は逐次に実行されてもよい。プロセッサ１００１は、１以上のチップで実装されてもよい。なお、プログラムは、電気通信回線を介してネットワークから送信されても良い。

メモリ１００２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの少なくとも１つで構成されてもよい。メモリ１００２は、レジスタ、キャッシュ、メインメモリ（主記憶装置）などと呼ばれてもよい。メモリ１００２は、本発明の一実施の形態に係る無人航空機の制御方法を実施するために実行可能なプログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールなどを保存することができる。

ストレージ１００３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc ＲＯＭ）などの光ディスク、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク(例えば、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク)、スマートカード、フラッシュメモリ(例えば、カード、スティック、キードライブ)、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ストリップなどの少なくとも１つで構成されてもよい。ストレージ１００３は、補助記憶装置と呼ばれてもよい。上述の記憶媒体は、例えば、メモリ１００２及び／又はストレージ１００３を含むデータベース、サーバその他の適切な媒体であってもよい。

通信装置１００４は、有線及び／又は無線ネットワークを介してコンピュータ間の通信を行うためのハードウェア（送受信デバイス）であり、例えばネットワークデバイス、ネットワークコントローラ、ネットワークカード、通信モジュールなどともいう。例えば、上述のセルラー通信部１１は、通信装置１００４で実現されてもよい。

入力装置１００５は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォン、スイッチ、ボタン、センサなど）である。出力装置１００６は、外部への出力を実施する出力デバイス（例えば、ディスプレイ、スピーカー、LEDランプなど）である。なお、入力装置１００５及び出力装置１００６は、一体となった構成（例えば、タッチパネル）であってもよい。

また、プロセッサ１００１やメモリ１００２などの各装置は、情報を通信するためのバス１００７で接続される。バス１００７は、単一のバスで構成されてもよいし、装置間で互いに異なるバスで構成されてもよい。

また、無人航空機は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアを含んで構成されてもよく、当該ハードウェアにより、各機能ブロックの一部又は全てが実現されてもよい。例えば、プロセッサ１００１は、これらのハードウェアの少なくとも１つで実装されてもよい。

本明細書で説明した各態様／実施形態は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＬＴＥ−Ａ（LTE-Advanced）、ＳＵＰＥＲ ３Ｇ、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、４Ｇ、５Ｇ、ＦＲＡ（Future Radio Access）、Ｗ−ＣＤＭＡ（登録商標）、ＧＳＭ（登録商標）、ＣＤＭＡ２０００、ＵＭＢ（Ultra Mobile Broadband）、ＩＥＥＥ ８０２．１１（Ｗｉ−Ｆｉ）、ＩＥＥＥ ８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）、ＩＥＥＥ ８０２．２０、ＵＷＢ（Ultra-WideBand）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、その他の適切なシステムを利用するシステム及び／又はこれらに基づいて拡張された次世代システムに適用されてもよい。

情報等は、上位レイヤ(または下位レイヤ)から下位レイヤ(または上位レイヤ)へ出力され得る。複数のネットワークノードを介して入出力されてもよい。

入出力された情報等は特定の場所(例えば、メモリ)に保存されてもよいし、管理テーブルで管理してもよい。入出力される情報等は、上書き、更新、または追記され得る。出力された情報等は削除されてもよい。入力された情報等は他の装置へ送信されてもよい。

判定は、１ビットで表される値（０か１か）によって行われてもよいし、真偽値（Boolean：trueまたはfalse）によって行われてもよいし、数値の比較（例えば、所定の値との比較）によって行われてもよい。

本明細書で説明した各態様／実施形態は単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよいし、実行に伴って切り替えて用いてもよい。また、所定の情報の通知（例えば、目的地に到着した旨の通知）は、明示的に行うものに限られず、暗黙的（例えば、当該所定の情報の通知を行わない）ことによって行われてもよい。

以上、本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。したがって、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。

ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語と呼ばれるか、他の名称で呼ばれるかを問わず、命令、命令セット、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、手順、機能などを意味するよう広く解釈されるべきである。

また、ソフトウェア、命令などは、伝送媒体を介して送受信されてもよい。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア及びデジタル加入者回線（ＤＳＬ）などの有線技術及び／又は赤外線、無線及びマイクロ波などの無線技術を使用してウェブサイト、サーバ、又は他のリモートソースから送信される場合、これらの有線技術及び／又は無線技術は、伝送媒体の定義内に含まれる。

なお、本明細書で説明した用語及び／又は本明細書の理解に必要な用語については、同一の又は類似する意味を有する用語と置き換えてもよい。

本明細書で使用する「システム」および「ネットワーク」という用語は、互換的に使用される。

基地局は、１つまたは複数（例えば、３つ）の（セクタとも呼ばれる）セルを収容することができる。基地局が複数のセルを収容する場合、基地局のカバレッジエリア全体は複数のより小さいエリアに区分でき、各々のより小さいエリアは、基地局サブシステム（例えば、屋内用の小型基地局ＲＲＨ：Ｒｅｍｏｔｅ Ｒａｄｉｏ Ｈｅａｄ）によって通信サービスを提供することもできる。「セル」または「セクタ」という用語は、このカバレッジにおいて通信サービスを行う基地局、および／または基地局サブシステムのカバレッジエリアの一部または全体を指す。さらに、「基地局」「ｅＮＢ」、「セル」、および「セクタ」という用語は、本明細書では互換的に使用され得る。基地局は、固定局（fixed station）、ＮｏｄｅＢ、ｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）、アクセスポイント（access point）、フェムトセル、スモールセルなどの用語で呼ばれる場合もある。

無人航空機である移動局は、当業者によって、加入者局、モバイルユニット、加入者ユニット、ワイヤレスユニット、リモートユニット、モバイルデバイス、ワイヤレスデバイス、ワイヤレス通信デバイス、リモートデバイス、モバイル加入者局、アクセス端末、モバイル端末、ワイヤレス端末、リモート端末、ハンドセット、ユーザエージェント、モバイルクライアント、クライアント、またはいくつかの他の適切な用語で呼ばれる場合もある。

本明細書で使用する「に基づいて」という記載は、別段に明記されていない限り、「のみに基づいて」を意味しない。言い換えれば、「に基づいて」という記載は、「のみに基づいて」と「に少なくとも基づいて」の両方を意味する。

「含む(ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ)」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、およびそれらの変形が、本明細書あるいは特許請求の範囲で使用されている限り、これら用語は、用語「備える」と同様に、包括的であることが意図される。さらに、本明細書あるいは特許請求の範囲において使用されている用語「または（or）」は、排他的論理和ではないことが意図される。

本開示の全体において、例えば、英語でのa, an, 及びtheのように、翻訳により冠詞が追加された場合、これらの冠詞は、文脈から明らかにそうではないことが示されていなければ、複数のものを含むものとする。

Claims (1)

1. 指向性の方向が互いに異なる３本以上のアンテナと、
   上記３本以上のアンテナの中の他のアンテナと比較して干渉波の影響が小さいアンテナを用いて、セルラー通信を行うセルラー通信部と、を含み、
   無人航空機の機体の一部が、上記３本以上のアンテナとして用いられており、
   上記無人航空機の中央から周囲に延びる支柱部により支持された回転翼と、上記支柱部から下方向に延びる脚部とを更に含み、
   上記無人航空機の機体の一部は、上記支柱部の一部及び上記脚部の一部であり、
   上記支柱部又は上記脚部の向きが機械的に変更可能となっていることにより、上記アンテナの指向性の方向は変更可能となっている、
   無人航空機。

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