JP7093377B2 - 通信制御装置、プログラム、飛行体、システム及び制御方法 - Google Patents

通信制御装置、プログラム、飛行体、システム及び制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、通信制御装置、プログラム、飛行体、システム及び制御方法に関する。
地上のゲートウェイとフィーダリンクを確立し、地上の端末とサービスリンクを確立し、ゲートウェイと端末との通信を中継することにより端末に無線通信サービスを提供するHAPS(High Altitude Platform Station)が知られていた(例えば、特許文献1参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開2019-135823号公報
本発明の第1の態様によれば、通信制御装置が提供される。通信制御装置は、ビームを照射することにより地上の対象エリアにセルを形成してセル内のユーザ端末に無線通信サービスを提供するためのアンテナを有する飛行体のアンテナを制御してよい。通信制御装置は、対象エリアの位置を示す対象エリア位置情報を格納する情報格納部を備えてよい。通信制御装置は、飛行体の3次元位置を示す飛行体位置情報を取得する位置情報取得部を備えてよい。通信制御装置は、飛行体の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得部を備えてよい。通信制御装置は、姿勢情報に基づいて、アンテナの傾きを維持するようにアンテナを支持するジンバルを制御し、かつ、対象エリア位置情報及び飛行体位置情報に基づいて、セルによって対象エリアをカバーすべくアンテナのチルトを制御する制御部を備えてよい。
上記制御部は、上記対象エリア位置情報及び上記飛行体位置情報に基づいて、上記セルによって上記対象エリアをカバーすべく上記アンテナの電気チルトを制御してよい。上記制御部は、上記対象エリア位置情報及び上記飛行体位置情報に基づいて、上記セルによって上記対象エリアをカバーすべく上記アンテナの機械チルトを制御してよい。
上記飛行体は、予め定められた周回経路に沿って飛行してよく、上記通信制御装置は、上記飛行体位置情報と、上記飛行体が上記飛行体位置情報によって示される位置を飛行しているときの上記飛行体の姿勢を示す上記姿勢情報と、上記姿勢情報に基づく上記ジンバルの制御量とを対応付けた対応付けデータを格納する履歴格納部を備えてよく、上記制御部は、上記履歴格納部に格納されている上記対応付けデータに基づいて、上記ジンバルを制御してよい。上記制御部は、上記飛行体が上記周回経路における第1のポイントを通過する場合に、上記飛行体が上記第1のポイントを過去に通過したときの上記対応付けデータに基づいて上記ジンバルを制御すると判定した場合、上記対応付けデータに基づいて上記ジンバルを制御し、上記対応付けデータに基づいて上記ジンバルを制御しないと判定した場合、上記姿勢情報に基づいて上記ジンバルを制御してよい。上記制御部は、上記飛行体上記が第1のポイントを通過する場合に、上記飛行体が上記第1のポイントを過去に通過したときの上記対応付けデータが複数あり、上記ジンバルの制御の正解率が予め定められた閾値より高い場合、上記対応付けデータに基づいて上記ジンバルを制御すると判定し、上記正解率が上記閾値より低い場合、上記対応付けデータに基づいて上記ジンバルを制御しないと判定してよい。上記制御部は、予め定められた時間の間に上記姿勢情報取得部が取得した上記姿勢情報に基づいて、上記飛行体の姿勢の変動パターンに規則性があると判定した場合、上記変動パターンに基づいて上記ジンバルを制御する、規則性がないと判定した場合、上記姿勢情報に基づいて上記ジンバルを制御してよい。
上記飛行体は、予め定められた周回経路に沿って飛行してよく、上記通信制御装置は、上記飛行体位置情報と、上記飛行体が上記飛行体位置情報によって示される位置を飛行しているときの上記飛行体の姿勢を示す上記姿勢情報と、上記姿勢情報に基づく上記ジンバルの制御量とを対応付けた対応付けデータを格納する履歴格納部を備えてよく、上記制御部は、上記周回経路における第1のポイントを通過する場合に、上記飛行体が上記第1のポイントを過去に通過したときの上記対応付けデータに基づいて上記ジンバルを制御すると判定した場合、上記対応付けデータに基づいて上記ジンバルを制御し、上記対応付けデータに基づいて上記ジンバルを制御しないと判定した場合において、予め定められた時間の間に上記姿勢情報取得部が取得した上記姿勢情報に基づいて上記飛行体の姿勢の変動パターンに規則性があると判定した場合、上記変動パターンに基づいて上記ジンバルを制御し、規則性がないと判定した場合、上記姿勢情報に基づいて上記ジンバルを制御してよい。
本発明の第2の態様によれば、コンピュータを、上記通信制御装置として機能させるためのプログラムが提供される。
本発明の第3の態様によれば、飛行体が提供される。飛行体は、上記通信制御装置を搭載してよい。
本発明の第4の態様によれば、システムが提供される。システムは、地上に配置された上記通信制御装置を備えてよい。システムは、上記飛行体を備えてよい。
本発明の第5の態様によれば、制御方法が提供される。制御方法は、ビームを照射することにより地上の対象エリアにセルを形成してセル内のユーザ端末に無線通信サービスを提供するためのアンテナを有する飛行体のアンテナを制御する通信制御装置によって実行されてよい。制御方法は、飛行体の3次元位置を示す飛行体位置情報及び飛行体の姿勢を示す姿勢情報を取得する情報取得段階を備えてよい。制御方法は、姿勢情報に基づいて、アンテナの傾きを維持するようにアンテナを支持するジンバルを制御し、かつ、対象エリアの位置を示す対象エリア位置情報及び飛行体位置情報に基づいて、セルによって対象エリアをカバーすべくアンテナのチルトを制御する制御段階を備えてよい。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
システム10の一例を概略的に示す。 SLアンテナ122及びジンバル126の配置の一例を概略的に示す。 通信制御装置200の機能構成の一例を概略的に示す。 通信制御装置200による処理の流れの一例を概略的に示す。 通信制御装置200による変動予測制御の流れの一例を概略的に示す。 管理システム300の機能構成の一例を概略的に示す。 通信制御装置200又はとして機能するコンピュータ1200のハードウェア構成の一例を概略的に示す。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、システム10の一例を概略的に示す。本実施形態に係るシステム10は、HAPS100に搭載され、HAPS100の通信を制御する通信制御装置200を含んでよい。システム10は、HAPS100を含んでもよい。
システム10は、地上に配置された管理システム300を含んでもよい。管理システム300は、HAPS100を管理する。管理システム300は、HAPS100の通信を制御してもよい。管理システム300は、地上に配置された通信制御装置の一例であってよい。
HAPS100は、ビーム162を照射することにより地上の対象エリア40にセル164を形成してセル164内のユーザ端末30に無線通信サービスを提供するためのSL(Service Link)アンテナ122を有する飛行体の一例であってよい。HAPS100は、機体110、中央部120、プロペラ130、ポッド140、及び太陽電池パネル150を備える。中央部120の中には、不図示の飛行制御装置180及び通信制御装置200が配置される。
太陽電池パネル150によって発電された電力は、機体110、中央部120、及びポッド140の少なくともいずれかに配置された1又は複数のバッテリに蓄電される。バッテリに蓄電された電力は、HAPS100が備える各構成によって利用される。
飛行制御装置180は、HAPS100の飛行を制御する。飛行制御装置180は、例えば、プロペラ130の回転を制御することによってHAPS100の飛行を制御する。また、飛行制御装置180は、不図示のフラップやエレベータの角度を変更することによってHAPS100の飛行を制御してもよい。飛行制御装置180は、HAPS100の各所に配置された測位センサ、ジャイロセンサ、及び加速度センサ等の各種センサによって検知された情報を用いて、HAPS100の位置、姿勢、移動方向、及び移動速度を管理してよい。
通信制御装置200は、SLアンテナ122を用いて、ビーム162を照射することにより、地上にセル164を形成する。通信制御装置200は、SLアンテナ122を用いて、地上のユーザ端末30とサービスリンクを形成してよい。SLアンテナは、マルチビームアンテナであってもよい。セル164は、マルチセルであってもよい。
通信制御装置200は、FL(Feeder Link)アンテナ121を用いて、地上のゲートウェイ50との間でフィーダリンクを形成してよい。通信制御装置200、ゲートウェイ50を介して、ネットワーク20にアクセスしてよい。
通信制御装置200は、衛星通信アンテナ123を用いて、通信衛星80と通信してよい。通信制御装置200は、通信衛星80及び衛星通信システム60を介して、ネットワーク20にアクセスしてよい。
ユーザ端末30は、HAPS100と通信可能であればどのような通信端末であってもよい。例えば、ユーザ端末30は、スマートフォン等の携帯電話である。ユーザ端末30は、タブレット端末及びPC(Personal Computer)等であってもよい。ユーザ端末30は、いわゆるIoT(Internet of Thing)デバイスであってもよい。ユーザ端末30は、いわゆるIoE(Internet of Everything)に該当するあらゆるものを含み得る。
HAPS100は、例えば、フィーダリンク又は通信衛星80と、サービスリンクとを介して、ネットワーク20とユーザ端末30との通信を中継する。HAPS100は、ユーザ端末30とネットワーク20との通信を中継することによって、ユーザ端末30に無線通信サービスを提供してよい。
ネットワーク20は、移動体通信ネットワークを含む。移動体通信ネットワークは、3G(3rd Generation)通信方式、LTE(Long Term Evolution)通信方式、5G(5th Generation)通信方式、及び6G(6th Generation)通信方式以降の通信方式のいずれに準拠していてもよい。ネットワーク20は、インターネットを含んでもよい。
HAPS100は、例えば、セル164内のユーザ端末30から受信したデータをネットワーク20に送信する。また、HAPS100は、例えば、ネットワーク20を介して、セル164内のユーザ端末30宛のデータを受信した場合に、当該データをユーザ端末30に送信する。
管理システム300は、HAPS100を管理する。管理システム300は、ネットワーク20及びゲートウェイ50を介して、HAPS100と通信してよい。管理システム300は、ネットワーク20、衛星通信システム60、及び通信衛星80を介して、HAPS100と通信してもよい。
管理システム300は、指示を送信することによってHAPS100を制御する。管理システム300は、セル164によって地上の対象エリア40をカバーさせるべく、HAPS100を、対象エリア40の上空の予め定められた周回経路に沿って飛行させてよい。HAPS100が対象エリア40をカバーすべく、対象エリア40の上空の予め定められた周回経路に沿って飛行することを定点飛行と記載する場合がある。HAPS100は、例えば、対象エリア40上空を円軌道で旋回飛行しつつ、FLアンテナ121の指向方向を調整することによってゲートウェイ50との間のフィーダリンクを維持し、SLアンテナ122の指向方向を調整することによってセル164による対象エリア40のカバーを維持する。
飛行機型のHAPS100の場合、ある一定のエリアに対して無線通信サービスを広範囲に提供する場合、飛行機は静止できずに旋回を行うため、旋回を行うことによる姿勢(ピッチ、ロール、ヨー)変動によりカバレッジもそれに伴い変化する。また、飛行機は向かい風に対して飛行したり、横風等の影響も受ける場合もあるため、この場合に気圧に対する振動が発生したり、突発的な角度変動が生じたりするため、安定した無線通信サービスを提供するためにはこれらを吸収して対応する必要があり得る。さらに飛行機は停止状態を維持できずに、例えば、円状、D字状、8の字状等半径数kmの範囲で移動するため、サービスリンクから提供しているカバレッジのエッジも変動してしまう。
この解決方法として、多素子アンテナを用いて、ビームフォーミングを行って安定化することもできるが、高重量及び高消費電力が懸念される。HAPS100の場合、太陽電池パネル及びバッテリを具備する必要があり、上空における長期滞在を行うためには、軽量化・低消費電力が望まれるため、別の解決方法も検討が必要である。本実施形態に係るHAPS100は、機械式のジンバルと、一般的なアンテナ及びアンテナに具備されている電気チルト又は機械チルトとを用いて、つくりを簡素化し、エリアの安定性を図る。
図2は、SLアンテナ122及びジンバル126の配置の一例を概略的に示す。ジンバル126は、中央部120の底部に配置されてよい。ジンバル126は、SLアンテナ122を回転可能に支持する。ジンバル126は、例えば、3軸ジンバルであってよい。
通信制御装置200は、ジンバル126によって、HAPS100の姿勢及び方向を吸収し、SLアンテナ122の傾きを維持するようにし、SLアンテナ122の電気チルト又は機械チルトを用いて、セル164のコントロールを行う。例えば、通信制御装置200は、機体110の姿勢を検知し、常にSLアンテナ122の傾きを物理的に一定方向に保つ。また、例えば、通信制御装置200は、電気チルト又は機械チルトによって、機体110から対象エリア40へのずれを補正する。
図3は、通信制御装置200の機能構成の一例を概略的に示す。通信制御装置200は、情報格納部202、位置情報取得部204、姿勢情報取得部206、及び制御部208を備える。
情報格納部202は、各種情報を格納する。情報格納部202は、例えば、対象エリア40の位置を示す対象エリア位置情報を格納する。情報格納部202は、エリア情報格納部の一例であってよい。
位置情報取得部204は、HAPS100の3次元位置を示す飛行体位置情報を取得する。位置情報取得部204は、飛行体位置情報を連続的に取得してよい。飛行体位置情報は、HAPS100の緯度、経度、及び高度を含んでよい。位置情報取得部204は、例えば、飛行制御装置180から、HAPS100の飛行体位置情報を取得する。また、位置情報取得部204は、例えばセンサ群125によって検出された情報に基づいて、HAPS100の飛行体位置情報を取得してもよい。
センサ群125は、GPS(Global Positioning System)センサ等の測位センサを含む。センサ群125は、高度センサを含んでよい。センサ群125は、加速度センサを含んでよい。センサ群125は、ジャイロセンサを含んでよい。センサ群125に含まれる各種センサは、HAPS100の各場所に設置されてよい。
姿勢情報取得部206は、HAPS100の姿勢を示す姿勢情報を取得する。姿勢情報取得部206は、姿勢情報を連続的に取得してよい。姿勢情報は、HAPS100のピッチ、ロール、ヨー情報を含んでよい。姿勢情報取得部206は、例えば、飛行制御装置180から、HAPS100の姿勢情報を取得する。また、姿勢情報取得部206は、センサ群125によって検出された情報に基づいて、HAPS100の姿勢情報を取得してもよい。
制御部208は、情報格納部202に格納されている対象エリア位置情報と、位置情報取得部204によって取得された飛行体位置情報と、姿勢情報取得部206によって取得された姿勢情報とに基づいて、ジンバル126及びSLアンテナ122のチルトを制御する。
制御部208は、例えば、姿勢情報に基づいて、SLアンテナ122の傾きを維持するようにジンバル126を制御し、かつ、対象エリア位置情報及び飛行体位置情報に基づいて、セル164によって対象エリア40をカバーすべくSLアンテナ122のチルトを制御する。制御部208は、対象エリア40の全体のカバーを維持するように、SLアンテナ122のチルトを制御してよい。
制御部208は、対象エリア位置情報と、飛行体位置情報とによって、SLアンテナ122と対象エリア40との相対位置関係を把握し、逐次変化するHAPS100の位置の変化に合わせて、SLアンテナ122のチルトを制御してよい。制御部208は、対象エリア位置情報及び飛行体位置情報に基づいて、セル164によって対象エリア40をカバーすべく、SLアンテナ122の電気チルトを制御してよい。制御部208は、対象エリア位置情報及び飛行体位置情報に基づいて、セル164によって対象エリア40をカバーすべく、SLアンテナ122の機械チルトを制御してよい。
HAPS100は、予め定められた対象エリア40に対して無線通信サービスを継続的に提供すべく、規則性をもって、予め定められた周回経路に沿って飛行し得る。通信制御装置200は、規則性を学習することにより、予測してジンバル126を制御してもよい。
なお、規則性には、2つの種類があり得る。1つ目は、時間を連続的に考えた規則性である。HAPS100が飛行しているときのHAPS100の姿勢変動を観測すると、波形のような規則性が見てとれる場合がある。2つ目は、同一ポイント通過時の規則性である。HAPS100は、周回行動を数十分単位及び時間単位等の単位で繰り返しているので、このサイクルごとに同じポイントを通過する。同じポイントを通過するときには同様の振動を受ける確率が高いといえる。特に、成層圏を飛行する場合、成層圏では、地上付近と比較して風の変化が少ないので、同じポイントを通過するときに同様の振動を受ける確率は特に高いといえる。
情報格納部202は、位置情報取得部204が取得した飛行体位置情報及び姿勢情報取得部206が取得した姿勢情報の履歴を格納してよい。情報格納部202は、履歴格納部の一例であってよい。情報格納部202は、例えば、飛行体位置情報と、HAPS100が飛行体位置情報によって示される位置を飛行しているときのHAPS100の姿勢を示す姿勢情報とを対応付けた対応付けデータを格納する。情報格納部202は、飛行体位置情報と、HAPS100が飛行体位置情報によって示される位置を飛行しているときのHAPS100の姿勢を示す姿勢情報と、姿勢情報に基づくジンバル126の制御量とを対応付けた対応付けデータを格納してもよい。
制御部208は、予め定められた時間の間に姿勢情報取得部206が取得した姿勢情報に基づいて、HAPS100の姿勢の変動パターンに規則性があると判定した場合、変動パターンに基づいてジンバル126を制御し、規則性がないと判定した場合、姿勢情報に基づいてジンバル126を制御してよい。制御部208は、規則性のある変動パターンによって、予め定められた時間の後に生じる振動又は予め定められた距離進んだ後に生じる振動を予測し、予測した振動に合わせて、ジンバル126を制御してよい。これにより、時間を連続的に考えた規則性を利用したジンバル126の予測制御を実現することができ、HAPS100による無線通信サービスの安定性を向上させることができる。
制御部208は、情報格納部202に格納されている対応付けデータに基づいて、ジンバル126を制御してよい。制御部208は、例えば、HAPS100が周回経路のうちの第1のポイントを通過する場合に、HAPS100が第1のポイントを過去に通過したときの対応付けデータに基づいてジンバル126を制御すると判定した場合、対応付けデータに基づいてジンバル126を制御し、対応付けデータに基づいて制御しないと判定した場合、姿勢情報に基づいてジンバル126を制御してよい。制御部208は、HAPS100が第1のポイントを過去に通過したときの対応付けデータに含まれるジンバル126の制御量に従って、ジンバル126を制御してよい。これにより、同一ポイント通過時の規則性を利用したジンバル126の予測制御を実現でき、HAPS100による無線通信サービスの安定性を向上させることができる。
制御部208は、例えば、HAPS100が第1のポイントを通過する場合に、HAPS100が第1のポイントを過去に通過したときの対応付けデータが複数あり、ジンバル126の制御の正解率が予め定められた閾値より高い場合、対応付けデータに基づいてジンバル126を制御すると判定し、正解率が閾値より低い場合、対応付けデータに基づいてジンバル126を制御しないと判定する。例えば、情報格納部202が、対応付けデータに、当該対応付けデータに含まれる制御量によるジンバル126の制御を行った結果が、正解であったか否かを示す結果情報を含めて格納する。結果情報は、ジンバル126の制御を行った結果、SLアンテナ122の姿勢を保てた場合、正解を示し、姿勢を保てなかった場合、不正解を示してよい。SLアンテナ122の姿勢を保てたか否かは、SLアンテナ122の姿勢変動が予め定められた閾値以内であるか否かによって判定されてよい。当該閾値は任意に設定可能であってよい。制御部208は、第1のポイントを過去に通過したときの複数の対応付けデータの結果情報を用いて、正解率を算出してよい。
制御部208は、情報格納部202に格納されている対応付けデータを、管理システム300に送信してもよい。管理システム300は、例えば、第1のHAPS100を、第2のHAPS100と交代させる場合に、第1のHAPS100から受信した対応付けデータを、第2のHAPS100に送信してもよい。これにより、同じ周回経路を飛行するHAPS100に対して対応付けデータを引き継ぐことができる。
図4は、通信制御装置200による処理の流れの一例を概略的に示す。通信制御装置200は、例えば、HAPS100が予め定められた周回経路の飛行を開始したことに応じて、図4に示す処理の実行を開始する。
ステップ(ステップをSと省略して記載する場合がある。)102では、位置情報取得部204がHAPS100の飛行体位置情報を取得し、姿勢情報取得部206が、HAPS100の姿勢情報を取得する。
S104では、制御部208が、S102において取得された飛行体位置情報によって示される位置における過去データが有るか否かを判定する。制御部208は、S102において取得した飛行体位置情報を含む対応付けデータが情報格納部202に格納されている場合、過去データ有と判定し、無い場合、過去データ無しと判定してよい。過去データ有と判定した場合、S106に進み、無いと判定した場合、S108に進む。
S106では、制御部208が、変動予測制御を実行する。変動予測制御については後述する。S108では、制御部208が、HAPS100の姿勢に問題が有るか否かを判定する。制御部208は、例えば、HAPS100のピッチ及びロールが正しい姿勢を保っていない場合、問題有りと判定する。例えば、制御部208は、HAPS100のピッチ及びロールが水平を保っていない場合、問題有りと判定する。また、制御部208は、例えば、HAPS100のヨーが予め設定された角度となっていない場合、問題有りと判定する。制御部208は、例えば、HAPS100のピッチ及びロールが水平を保っており、HAPS100のヨーが予め設定された角度となっている場合、問題無しと判定してよい。
問題有りと判定した場合、S110に進む。S110では、制御部208が、ジンバル126を制御する。制御部208は、HAPS100のピッチ及びロールが水平を保っていない場合、ジンバル126を制御して、HAPS100のピッチおよびロールの変動に合わせて、SLアンテナ122の方向を修正することにより、SLアンテナ122の傾きを維持する。制御部208は、HAPS100のヨーが予め設定された角度となっていない場合、ジンバル126を制御して、HAPS100のヨーの変動に合わせて、SLアンテナ122の方向を修正する。
S108において問題無しと判定した場合、S112に進む。この場合、ジンバル126は現状維持となる。
S112では、制御部208が、HAPS100の位置と対象エリア40の位置とから、SLアンテナ122に必要なチルトを算出する。S114では、S112において算出したチルトと、チルトの現在の値とから、SLアンテナ122のチルトを変更する必要があるか否かを判定する。変更要と判定した場合、S116に進み、変更否と判定した場合、S118に進む。S116では、制御部208が、S112において算出したチルトと、現在の値とから導出した変更値に従って、SLアンテナ122のチルトを変更する。
S118では、情報格納部202が、飛行体位置情報と、姿勢情報と、ジンバル126が制御された場合にはジンバル126の制御量と、SLアンテナ122のチルトが変更された場合にはチルトの変更量とを対応付けた対応付けデータを格納する。
S120では、制御を終了するか否かを判定する。終了しないと判定した場合、S102に戻り、終了すると判定した場合、処理を終了する。
図5は、通信制御装置200による変動予測制御の流れの一例を概略的に示す。S202では、制御部208が、過去数秒間の対応付けデータから、HAPS100の位置及び姿勢の傾向を分析する。秒数は予め設定されてよく、変更可能であってよい。S204では、制御部208が、HAPS100の姿勢の変動パターンに規則性が有るか否かを判定する。制御部208は、公知の任意の技術を用いて、変動パターンに規則性が有るか否かを判定し得る。規則性有と判定した場合、S206に進み、規則性無と判定した場合、S208に進む。
S206では、制御部208が、HAPS100の姿勢の変動パターンに基づいて、HAPS100の姿勢変化を予測し、SLアンテナ122の制御量を仮定する。S208では、制御部208が、HAPS100の姿勢に問題が有るか否かを判定する。制御部208は、例えば、HAPS100のピッチ及びロールが水平を保っていない場合、問題有りと判定する。また、制御部208は、例えば、HAPS100のヨーが予め設定された角度となっていない場合、問題有りと判定する。制御部208は、HAPS100のピッチ及びロールが水平を保っており、HAPS100のヨーが予め設定された角度となっている場合、問題無しと判定してよい。
問題有りと判定した場合、S210に進む。S210では、制御部208が、ジンバル126の制御量を仮定する。制御部208は、HAPS100のピッチ及びロールが水平を保っていない場合、HAPS100のピッチおよびロールの変動に合わせてSLアンテナ122の方向を修正することによりSLアンテナ122の傾きを維持するように、ジンバル126の制御量を仮定する。制御部208は、HAPS100のヨーが予め設定された角度となっていない場合、HAPS100のヨーの変動に合わせてSLアンテナ122の方向を修正するように、ジンバル126の制御量を仮定する。
S208において問題無しと判定した場合、S212に進む。この場合、HAPS100の姿勢は現状維持と仮定する。
S214では、制御部208が、情報格納部202に格納されている直近数時間程度の対応付けデータ内に、HAPS100の位置(第1のポイントと記載する場合がある。)と同じ位置の対応付けデータが有るか否かを判定する。当該時間は予め設定されてよく、変更可能であってよい。有ると判定した場合、S216に進み、無いと判定した場合、S222に進む。
S216では、制御部208が、第1のポイントと同じ位置の対応付けデータが複数有るか否かを判定する。有ると判定した場合、S218に進み、無いと判定した場合、S222に進む。
S218では、制御部208が、正解率が閾値以上であるか否かを判定する。閾値以上であると判定した場合、S220に進み、閾値以上でないと判定した場合、S222に進む。
S220では、制御部208が、第1のポイントと同じ位置の対応付けデータに基づく制御量で、ジンバル126を制御する。制御部208は、例えば、第1のポイントと同じ位置の複数の対応付けデータのうち、結果情報が正解を示す一の対応付けデータに含まれる制御量で、ジンバル126を制御する。制御部208は、第1のポイントと同じ位置の複数の対応付けデータのうちの、結果情報が正解を示す複数の対応付けデータに基づいて導出した制御量で、ジンバル126を制御してもよい。例えば、制御部208は、当該複数の対応付けデータに含まれる制御量を平均した制御量で、ジンバル126を制御する。
S222では、制御部208が、仮定している制御量で、ジンバル126を制御する。そして、変動予測制御を終了する。
図6は、管理システム300の機能構成の一例を概略的に示す。ここでは、管理システム300が、地上に配置された通信制御装置として機能する場合の機能構成の一例を示す。
管理システム300は、飛行体管理部310及び飛行体制御部320を備える。飛行体管理部310は、複数のHAPS100を管理する。飛行体管理部310は、複数のHAPS100のそれぞれに、複数の対象エリア40のそれぞれをカバーさせるように、複数のHAPS100を管理してよい。
飛行体制御部320は、複数のHAPS100のそれぞれを制御する。飛行体制御部320は、情報格納部322、位置情報取得部324、姿勢情報取得部326、及び制御部328を備える。
情報格納部322は、複数のHAPS100のそれぞれについて、各種情報を格納する。情報格納部322は、例えば、HAPS100の飛行体識別情報と対応付けて、HAPS100の対象エリア位置情報、及びHAPS100の対応付けデータを格納する。
位置情報取得部324は、飛行しているHAPS100の飛行体位置情報を取得する。位置情報取得部324は、飛行体位置情報を連続的に取得してよい。位置情報取得部324は、HAPS100から、飛行体位置情報を連続的に受信してよい。
姿勢情報取得部326は、飛行しているHAPS100の姿勢情報を取得する。姿勢情報取得部326は、姿勢情報を連続的に取得してよい。姿勢情報取得部326は、HAPS100から、姿勢情報を連続的に受信してよい。
制御部328は、情報格納部322に格納されている対象エリア位置情報と、位置情報取得部324によって取得された飛行体位置情報と、姿勢情報取得部326によって取得された姿勢情報とに基づいて、ジンバル126及びSLアンテナ122のチルトを制御する。制御部328は、HAPS100に対して、ジンバル126の制御指示を送信することによってジンバル126を制御してよい。制御部328は、HAPS100に対して、SLアンテナ122のチルトの制御指示を送信することによってSLアンテナ122のチルトを制御してよい。
制御部328は、例えば、姿勢情報に基づいて、SLアンテナ122の傾きを維持するようにジンバル326を制御し、かつ、対象エリア位置情報及び飛行体位置情報に基づいて、セル164によって対象エリア40をカバーすべくSLアンテナ122のチルトを制御する。制御部328は、対象エリア40の全体のカバーを維持するように、SLアンテナ122のチルトを制御してよい。
制御部328は、対象エリア位置情報と、飛行体位置情報とによって、SLアンテナ122と対象エリア40との相対位置関係を把握し、逐次変化するHAPS100の位置の変化に合わせて、SLアンテナ122のチルトを制御してよい。制御部328は、対象エリア位置情報及び飛行体位置情報に基づいて、セル164によって対象エリア40をカバーすべく、SLアンテナ122の電気チルトを制御してよい。制御部328は、対象エリア位置情報及び飛行体位置情報に基づいて、セル164によって対象エリア40をカバーすべく、SLアンテナ122の機械チルトを制御してよい。
制御部328は、予め定められた時間の間に姿勢情報取得部326が取得した姿勢情報に基づいて、HAPS100の姿勢の変動パターンに規則性があると判定した場合、変動パターンに基づいてジンバル126を制御し、規則性がないと判定した場合、姿勢情報に基づいてジンバル126を制御してよい。制御部328は、規則性のある変動パターンによって、予め定められた時間の後に生じる振動又は予め定められた距離進んだ後に生じる振動を予測し、予測した振動に合わせて、ジンバル126を制御してよい。これにより、時間を連続的に考えた規則性を利用したジンバル126の予測制御を実現することができ、HAPS100による無線通信サービスの安定性を向上させることができる。
制御部328は、情報格納部322に格納されている対応付けデータに基づいて、ジンバル126を制御してよい。制御部328は、例えば、HAPS100が周回経路のうちの第1のポイントを通過する場合に、HAPS100が第1のポイントを過去に通過したときの対応付けデータに基づいてジンバル126を制御すると判定した場合、対応付けデータに基づいてジンバル126を制御し、対応付けデータに基づいて制御しないと判定した場合、姿勢情報に基づいてジンバル126を制御してよい。制御部328は、HAPS100が第1のポイントを過去に通過したときの対応付けデータに含まれるジンバル126の制御量に従って、ジンバル126を制御してよい。これにより、同一ポイント通過時の規則性を利用したジンバル126の予測制御を実現でき、HAPS100による無線通信サービスの安定性を向上させることができる。
制御部328は、例えば、HAPS100が第1のポイントを通過する場合に、HAPS100が第1のポイントを過去に通過したときの対応付けデータが複数あり、ジンバル126の制御の正解率が予め定められた閾値より高い場合、対応付けデータに基づいてジンバル126を制御すると判定し、正解率が閾値より低い場合、対応付けデータに基づいてジンバル126を制御しないと判定する。例えば、情報格納部322が、対応付けデータに、当該対応付けデータに含まれる制御量によるジンバル126の制御を行った結果が、正解であったか否かを示す結果情報を含めて格納する。結果情報は、ジンバル126の制御を行った結果、SLアンテナ122の姿勢を保てた場合、正解を示し、姿勢を保てなかった場合、不正解を示してよい。SLアンテナ122の姿勢を保てたか否かは、SLアンテナ122の姿勢変動が予め定められた閾値以内であるか否かによって判定されてよい。当該閾値は任意に設定可能であってよい。制御部328は、第1のポイントを過去に通過したときの複数の対応付けデータの結果情報を用いて、正解率を算出してよい。
図7は、通信制御装置200又は管理装置300として機能するコンピュータ1200のハードウェア構成の一例を概略的に示す。コンピュータ1200にインストールされたプログラムは、コンピュータ1200を、本実施形態に係る装置の1又は複数の「部」として機能させ、又はコンピュータ1200に、本実施形態に係る装置に関連付けられるオペレーション又は当該1又は複数の「部」を実行させることができ、及び/又はコンピュータ1200に、本実施形態に係るプロセス又は当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ1200に、本明細書に記載のフローチャート及びブロック図のブロックのうちのいくつか又はすべてに関連付けられた特定のオペレーションを実行させるべく、CPU1212によって実行されてよい。
本実施形態によるコンピュータ1200は、CPU1212、RAM1214、及びグラフィックコントローラ1216を含み、それらはホストコントローラ1210によって相互に接続されている。コンピュータ1200はまた、通信インタフェース1222、記憶装置1224、DVDドライブ及びICカードドライブのような入出力ユニットを含み、それらは入出力コントローラ1220を介してホストコントローラ1210に接続されている。記憶装置1224は、ハードディスクドライブ及びソリッドステートドライブ等であってよい。コンピュータ1200はまた、ROM1230及びキーボードのようなレガシの入出力ユニットを含み、それらは入出力チップ1240を介して入出力コントローラ1220に接続されている。
CPU1212は、ROM1230及びRAM1214内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ1216は、RAM1214内に提供されるフレームバッファ等又はそれ自体の中に、CPU1212によって生成されるイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス1218上に表示されるようにする。
通信インタフェース1222は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。記憶装置1224は、コンピュータ1200内のCPU1212によって使用されるプログラム及びデータを格納する。DVDドライブは、プログラム又はデータをDVD-ROM等から読み取り、記憶装置1224に提供する。ICカードドライブは、プログラム及びデータをICカードから読み取り、及び/又はプログラム及びデータをICカードに書き込む。
ROM1230はその中に、アクティブ化時にコンピュータ1200によって実行されるブートプログラム等、及び/又はコンピュータ1200のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入出力チップ1240はまた、様々な入出力ユニットをUSBポート、パラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入出力コントローラ1220に接続してよい。
プログラムは、DVD-ROM又はICカードのようなコンピュータ可読記憶媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読記憶媒体から読み取られ、コンピュータ可読記憶媒体の例でもある記憶装置1224、RAM1214、又はROM1230にインストールされ、CPU1212によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ1200に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置又は方法が、コンピュータ1200の使用に従い情報のオペレーション又は処理を実現することによって構成されてよい。
例えば、通信がコンピュータ1200及び外部デバイス間で実行される場合、CPU1212は、RAM1214にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース1222に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース1222は、CPU1212の制御の下、RAM1214、記憶装置1224、DVD-ROM又はICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、又はネットワークから受信した受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ領域等に書き込む。
また、CPU1212は、記憶装置1224、DVDドライブ(DVD-ROM)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイル又はデータベースの全部又は必要な部分がRAM1214に読み取られるようにし、RAM1214上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU1212は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックしてよい。
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、及びデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU1212は、RAM1214から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプのオペレーション、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM1214に対しライトバックする。また、CPU1212は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU1212は、当該複数のエントリの中から、第1の属性の属性値が指定されている条件に一致するエントリを検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。
上で説明したプログラム又はソフトウエアモジュールは、コンピュータ1200上又はコンピュータ1200近傍のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワーク又はインターネットに接続されたサーバシステム内に提供されるハードディスク又はRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読記憶媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ1200に提供する。
本実施形態におけるフローチャート及びブロック図におけるブロックは、オペレーションが実行されるプロセスの段階又はオペレーションを実行する役割を持つ装置の「部」を表わしてよい。特定の段階及び「部」が、専用回路、コンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、及び/又はコンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタル及び/又はアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路(IC)及び/又はディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、及びプログラマブルロジックアレイ(PLA)等のような、論理積、論理和、排他的論理和、否定論理積、否定論理和、及び他の論理演算、フリップフロップ、レジスタ、並びにメモリエレメントを含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。
コンピュータ可読記憶媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読記憶媒体は、フローチャート又はブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読記憶媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROM又はフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(登録商標)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、又はSmalltalk、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「C」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、1又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコード又はオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、又はプログラマブル回路が、フローチャート又はブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を生成するために当該コンピュータ可読命令を実行すべく、ローカルに又はローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、又はプログラマブル回路に提供されてよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階などの各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」などと明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」などを用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
10 システム、20 ネットワーク、30 ユーザ端末、40 対象エリア、50 ゲートウェイ、60 衛星通信システム、80 通信衛星、100 HAPS、110 機体、120 中央部、121 FLアンテナ、122 SLアンテナ、123 衛星通信アンテナ、125 センサ群、126 ジンバル、130 プロペラ、140 ポッド、150 太陽電池パネル、162 ビーム、164 セル、180 飛行制御装置、200 通信制御装置、202 情報格納部、204 位置情報取得部、206 姿勢情報取得部、208 制御部、300 管理システム、310 飛行体管理部、320 飛行体制御部、322 情報格納部、324 位置情報取得部、326 姿勢情報取得部、328 制御部、1200 コンピュータ、1210 ホストコントローラ、1212 CPU、1214 RAM、1216 グラフィックコントローラ、1218 ディスプレイデバイス、1220 入出力コントローラ、1222 通信インタフェース、1224 記憶装置、1230 ROM、1240 入出力チップ

Claims (12)

  1. ビームを照射することにより地上の対象エリアにセルを形成して前記セル内のユーザ端末に無線通信サービスを提供するためのアンテナを有する飛行体の前記アンテナを制御する通信制御装置であって、
    前記対象エリアの位置を示す対象エリア位置情報を格納する情報格納部と、
    前記飛行体の3次元位置を示す飛行体位置情報を取得する位置情報取得部と、
    前記飛行体の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
    前記姿勢情報に基づいて、前記アンテナの傾きを維持するように前記アンテナを支持するジンバルを制御し、かつ、前記対象エリア位置情報及び前記飛行体位置情報に基づいて、前記セルによって前記対象エリアをカバーすべく前記アンテナのチルトを制御する制御部と
    を備える通信制御装置。
  2. 前記制御部は、前記対象エリア位置情報及び前記飛行体位置情報に基づいて、前記セルによって前記対象エリアをカバーすべく前記アンテナの電気チルトを制御する、請求項1に記載の通信制御装置。
  3. 前記制御部は、前記対象エリア位置情報及び前記飛行体位置情報に基づいて、前記セルによって前記対象エリアをカバーすべく前記アンテナの機械チルトを制御する、請求項1に記載の通信制御装置。
  4. 前記飛行体は、予め定められた周回経路に沿って飛行し、
    前記通信制御装置は、前記飛行体位置情報と、前記飛行体が前記飛行体位置情報によって示される位置を飛行しているときの前記飛行体の姿勢を示す前記姿勢情報と、前記姿勢情報に基づく前記ジンバルの制御量とを対応付けた対応付けデータを格納する履歴格納部
    を備え、
    前記制御部は、前記履歴格納部に格納されている前記対応付けデータに基づいて、前記ジンバルを制御する、請求項1から3のいずれか一項に記載の通信制御装置。
  5. 前記制御部は、前記飛行体が前記周回経路における第1のポイントを通過する場合に、前記飛行体が前記第1のポイントを過去に通過したときの前記対応付けデータに基づいて前記ジンバルを制御すると判定した場合、前記対応付けデータに基づいて前記ジンバルを制御し、前記対応付けデータに基づいて前記ジンバルを制御しないと判定した場合、前記姿勢情報に基づいて前記ジンバルを制御する、請求項4に記載の通信制御装置。
  6. 前記制御部は、前記飛行体が前記第1のポイントを通過する場合に、前記飛行体が前記第1のポイントを過去に通過したときの前記対応付けデータが複数あり、前記ジンバルの制御の正解率が予め定められた閾値より高い場合、前記対応付けデータに基づいて前記ジンバルを制御すると判定し、前記正解率が前記閾値より低い場合、前記対応付けデータに基づいて前記ジンバルを制御しないと判定する、請求項5に記載の通信制御装置。
  7. 前記制御部は、予め定められた時間の間に前記姿勢情報取得部が取得した前記姿勢情報に基づいて、前記飛行体の姿勢の変動パターンに規則性があると判定した場合、前記変動パターンに基づいて前記ジンバルを制御する、規則性がないと判定した場合、前記姿勢情報に基づいて前記ジンバルを制御する、請求項1から3のいずれか一項に記載の通信制御装置。
  8. 前記飛行体は、予め定められた周回経路に沿って飛行し、
    前記通信制御装置は、前記飛行体位置情報と、前記飛行体が前記飛行体位置情報によって示される位置を飛行しているときの前記飛行体の姿勢を示す前記姿勢情報と、前記姿勢情報に基づく前記ジンバルの制御量とを対応付けた対応付けデータを格納する履歴格納部
    を備え、
    前記制御部は、前記周回経路における第1のポイントを通過する場合に、前記飛行体が前記第1のポイントを過去に通過したときの前記対応付けデータに基づいて前記ジンバルを制御すると判定した場合、前記対応付けデータに基づいて前記ジンバルを制御し、前記対応付けデータに基づいて前記ジンバルを制御しないと判定した場合において、予め定められた時間の間に前記姿勢情報取得部が取得した前記姿勢情報に基づいて前記飛行体の姿勢の変動パターンに規則性があると判定した場合、前記変動パターンに基づいて前記ジンバルを制御し、規則性がないと判定した場合、前記姿勢情報に基づいて前記ジンバルを制御する、請求項1から3のいずれか一項に記載の通信制御装置。
  9. コンピュータを、請求項1から8のいずれか一項に記載の通信制御装置として機能させるためのプログラム。
  10. 前記飛行体であって、請求項1から8のいずれか一項に記載の通信制御装置を搭載した、飛行体。
  11. 地上に配置された、請求項1から8のいずれか一項に記載の通信制御装置と、
    前記飛行体と
    を備えるシステム。
  12. ビームを照射することにより地上の対象エリアにセルを形成して前記セル内のユーザ端末に無線通信サービスを提供するためのアンテナを有する飛行体の前記アンテナを制御する通信制御装置によって実行される制御方法であって、
    前記飛行体の3次元位置を示す飛行体位置情報及び前記飛行体の姿勢を示す姿勢情報を取得する情報取得段階と、
    前記姿勢情報に基づいて、前記アンテナの傾きを維持するように前記アンテナを支持するジンバルを制御し、かつ、前記対象エリアの位置を示す対象エリア位置情報及び前記飛行体位置情報に基づいて、前記セルによって前記対象エリアをカバーすべく前記アンテナのチルトを制御する制御段階と
    を備える制御方法。
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