JP7341549B1

JP7341549B1 - 地上局アンテナ装置

Info

Publication number: JP7341549B1
Application number: JP2022048582A
Authority: JP
Inventors: 大輝黒川; 智広茂木
Original assignee: 株式会社光電製作所
Priority date: 2022-03-24
Filing date: 2022-03-24
Publication date: 2023-09-11
Anticipated expiration: 2042-03-24
Also published as: JP2023141969A

Abstract

【課題】地上局の設置位置を正確に把握すると同時に、アンテナの向いている方向を、正確かつ容易に把握可能にする。【解決手段】本発明の地上局アンテナ装置は、無人飛行体に搭載された情報収集機器と通信する。地上局アンテナ装置は、指向性を有する第１アンテナ、位置・姿勢情報取得部、保持具を備える。位置・姿勢情報取得部は、第１アンテナの位置情報、方位情報、仰角情報を含む情報を取得する。保持具は、あらかじめ定めた相対位置になるように、第１アンテナと位置・姿勢情報取得部を保持する。【選択図】図１

Description

本発明は、無人飛行体に搭載された情報収集機器と通信する地上局アンテナ装置に関する。

無人飛行体（例えば、ドローン）の活用する場は急速に広がり、目視外飛行や自動運行時の安全確保、そして効率的な監視、警備への活用の為にも、高精細な映像の無線伝送（生中継）が必要とされている。また、無線に求められる伝送距離は、より遠方からでも伝送可能な事が望まれる。ドローンの飛行は、航空法で基本的に高度１５０ｍ未満に制限される（非特許文献１）。また、正確に位置、方位などの情報を得る技術として、非特許文献２，３などの技術が知られている。

国土交通省、"航空安全：無人飛行機の飛行ルール"，［令和４年３月１３日検索］、インターネット<https://www.mlit.go.jp/koku/koku_tk10_000003.html>. 日本財団図書館、"平成15年度通信講習用船舶電気装備技術講座（レーダー、AIS・VDR・GPS編）"，［令和４年３月１２日検索］、インターネット<https://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2003/00139/contents/0049.htm>. 株式会社光電製作所、"ポータブルＧＰＳコンパス：ＫＰＣ－３０"，［令和４年３月１２日検索］、インターネット<https://www.koden-electronics.co.jp/jp/industrial/kpc-30>.

仮に５ｋｍ先、高度１５０ｍのドローンは、地平線から約２度に位置し、通信品質に大きく影響を与えるマルチパスは地面反射が支配的となる。それを踏まえ遠方のドローンとの無線信号を送受信する地上局用のアンテナには、垂直面の指向性を極端に絞り込んだ特性を有し、常にターゲットとなるドローンへそのビームの方向を向け続けられることが必要になる。また、ドローン搭載アンテナは、送信出力が無線規格やバッテリ消費電力の制約で上げられないことから、小型軽量で利得の高い指向性アンテナを搭載し、地上局へ常にビームの方向を向け続け得る制御機構を有することが求められる。すなわちドローンと対向する地上局とは、互いの位置を正確に把握し、それぞれのアンテナ指向性を対向先に正確に向け続けられる仕組みを有することが望まれる。ただし、ドローンを飛行させる状況を考えると、必要時に適切な現場に移動して地上局を設置することが一般的であり、移動しない地上局は稀である。

本発明は、このような地上局設置環境と求められるアンテナ特性を鑑みてなされたもので、地上局の設置位置を正確に把握すると同時に、アンテナの向いている方向を、正確かつ容易に把握可能にすることを目的とする。

本発明の地上局アンテナ装置は、無人飛行体に搭載された情報収集機器と通信する。地上局アンテナ装置は、指向性を有する第１アンテナ、位置・姿勢情報取得部、保持具を備える。位置・姿勢情報取得部は、第１アンテナの位置情報、方位情報、仰角情報を含む情報を取得する。保持具は、あらかじめ定めた相対位置になるように、第１アンテナと位置・姿勢情報取得部を保持する。

本発明の地上局アンテナ装置によれば、保持具は、第１アンテナの指向性を考慮したあらかじめ定めた位置関係になるように、第１アンテナと位置・姿勢情報取得部を保持する。したがって、地上局の設置位置を正確に把握すると同時に、アンテナの向いている方向を、正確かつ容易に把握可能にすることができる。

本発明の地上局アンテナ装置の機能構成例を示す図。受信用の第１アンテナ、位置・姿勢情報取得部、保持具を備えた第１受信地上局１０１を示す図。図２のＡの部分の拡大図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

図１に本発明の地上局アンテナ装置の機能構成例を示す。地上局アンテナ装置１００は、無人飛行体に搭載された情報収集機器（図示していない）と通信する。地上局アンテナ装置１００は、指向性を有する第１アンテナ１１０，１１５、位置・姿勢情報取得部１２０，１２５、保持具１３０，１３５を備える。受信用の第１アンテナ１１０と送信用の第１アンテナ１１５はクロストークを避けるため距離を離す必要がある。したがって、受信用と送信用は別々の保持具１３０，１３５に保持させればよい。情報収集機器とは、カメラなどの機器であり、情報収集機器から得る情報の方が多く、情報収集機器を制御するための情報は少ない。

図２は、受信用の第１アンテナ１１０、位置・姿勢情報取得部１２０、保持具１３０を備えた第１受信地上局１０１である。図３は、図２のＡの部分の拡大図である。送信用の第１送信地上局１０２も同様の構成にすればよい。図２に示した第１受信地上局１０１の場合、第１アンテナ１１０の向きは、無人飛行体（図示していない）の位置を確認しながら手動で調整する。同様に、第１送信地上局１０２の向きも手動で調整すればよい。なお、受信可能な情報量を増やす技術として、ＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）などの技術を利用してもよい。垂直偏波用の受信アンテナと水平偏波用の受信アンテナを別体とするのであれば、垂直偏波用の第１受信地上局と水平偏波用の第１受信基地局を用意すればよい。

第１アンテナ１１０，１１５は指向性を有する。指向性の程度は、無人飛行体が飛行する環境、地上局アンテナ装置からの距離などに応じて適宜選択すればよい。例えば、海上、農地などの水平方向に障害物がない環境では、垂直方向に長手方向が向くように配置したスロットアレーアンテナのように、水平方向のビーム幅が広く、垂直方向のビーム幅が狭いアンテナを用いればよい。地面反射によるマルチパスを回避しやすいからである。図２，３に示した第１アンテナ１１０は、垂直方向に長手方向が向くように配置したスロットアレーアンテナの例である。例えば、ビルが多数ある都会、渓谷などの水平方向に障害物がある環境では、パラボラアンテナのように、垂直方向にも水平方向にもビーム幅が狭いアンテナを用いればよい。ただし、ビーム幅が狭いアンテナを用いると、無人飛行体を精度よく追従する必要がある。パラボラアンテナほどの高い指向性が求められない場合は、八木アンテナなどを用いればよい。アンテナの種類は適宜決めればよいが、垂直方向に長手方向が向くように配置したスロットアレーアンテナのように、水平方向のビーム幅が広く、垂直方向のビーム幅が狭いアンテナは、多くの環境での利用が期待できる。

位置・姿勢情報取得部１２０，１２５は、第１アンテナ１１０，１１５の位置情報、方位情報、仰角情報を含む情報を取得する。位置・姿勢情報取得部１２０，１２５には、非特許文献２，３に示したＧＰＳコンパスを用いればよい。

保持具１３０，１３５は、あらかじめ定めた相対位置になるように、第１アンテナ１１０，１１５と位置・姿勢情報取得部１２０，１２５を保持する。「あらかじめ定めた相対位置」は、第１アンテナ１１０，１１５の指向性、電波の特性への影響を考慮して決めればよい。図２，３の例では、第１アンテナ１１０の背面側にある程度の距離をおいて配置している。図２，３の例では背面だが、下側などの電波に影響を与えにくい位置でもよい。

第１アンテナ１１０，１１５が、垂直方向のビーム幅が狭いアンテナの場合は、地上局アンテナ装置１００は、垂直方向のビーム幅が広い第２アンテナ２１０，２１５とアンテナ切替部１５０も備えればよい。第２受信地上局２０１は、第２アンテナ２１０、保持具２３０を有する。第２送信地上局２０２は、第２アンテナ２１５、保持具２３５を有する。第２アンテナ２１０，２１５には、パッチアンテナのように指向性が低いアンテナを用いれば、垂直方向のビーム幅を広くできる。無線飛行体が遠方、例えば、５ｋｍ先、高度１５０ｍにある場合は地平線から約２度だが、無線飛行体までの距離が短いときは水平線からの角度は大きくなる。したがって、アンテナを切り替える必要がある。なお、第２アンテナ２１０，２１５はビーム幅が広いので、第２受信地上局２０１と第２送信地上局２０２は、位置・姿勢情報取得部２２０，２２５を備えなくてもよい。

アンテナ切替部１５０は、情報収集機器からの受信状態に応じて、もしくは、無人飛行体との距離に応じて、第１アンテナで受信した信号と第２アンテナで受信した信号を切り替える。アンテナ切替部１５０は、情報収集機器への送信信号は、受信した信号を使用しているアンテナに対応したアンテナから送信する。「対応したアンテナ」とは、受信用のアンテナに対応した送信用のアンテナを意味している。アンテナ切替部１５０は、第１アンテナ１１０で受信している信号を出力している場合は、第１アンテナ１１５から送信する。アンテナ切替部１５０は、第２アンテナ２１０で受信している信号を出力している場合は、第２アンテナ２１５から送信する。

第１受信地上局１０１と第１送信地上局１０２は、保持具１３０，１３５の向きを変更する駆動部１４０，１４５も備えればよい。駆動部１４０，１４５は、第１アンテナ１１０，１１５のビームの方向を、無人飛行体に追従させる。地上局アンテナ装置１００は、無人飛行体に搭載されたＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）の情報も取得する。また、地上局アンテナ装置１００は、位置・姿勢情報取得部１２０，１２５から、位置情報、方位情報、仰角情報を含む情報を取得する。駆動部１４０，１４５は、これらの情報に基づいて、第１アンテナ１１０，１１５のビームの方向を、無人飛行体に追従させればよい。

第２受信地上局２０１と第２送信地上局２０２は、保持具２３０，２３５の向きを変更する駆動部２４０，２４５も備えてもよいが、第２アンテナ２１０，２１５はビーム幅が広いので駆動部２４０，２４５を備えなくてもよい。

地上局アンテナ装置１００によれば、保持具１３０，１３５は、第１アンテナ１１０，１１５の指向性を考慮したあらかじめ定めた位置関係になるように、第１アンテナ１１０，１１５と位置・姿勢情報取得部１２０，１２５を保持する。したがって、地上局の設置位置を正確に把握すると同時に、アンテナの向いている方向を、正確かつ容易に把握可能にすることができる。

１００地上局アンテナ装置
１０１第１受信地上局
１０２第１送信地上局
１１０，１１５第１アンテナ
１２０，１２５，２２０，２２５位置・姿勢情報取得部
１３０，１３５，２３０，２３５保持具
１４０，１４５，２４０，２４５駆動部
１５０アンテナ切替部
２０１第２受信地上局
２０２第２送信地上局
２１０，２１５第２アンテナ

Claims

無人飛行体に搭載された情報収集機器と通信する地上局アンテナ装置であって、
垂直方向のビーム幅が狭い第１アンテナと、
垂直方向のビーム幅が広い第２アンテナと、
前記第１アンテナの位置情報、方位情報、仰角情報を含む情報を取得する位置・姿勢情報取得部と、
あらかじめ定めた相対位置になるように、前記第１アンテナと前記位置・姿勢情報取得部を保持する保持具と
アンテナ切替部
を備え、
前記アンテナ切替部は、前記情報収集機器からの受信状態に応じて、前記第１アンテナで受信した信号と、前記第２アンテナで受信した信号を切り替える
ことを特徴とする地上局アンテナ装置。
請求項１記載の地上局アンテナ装置であって、
当該地上局アンテナ装置は、移動して設置する装置である
ことを特徴とする地上局アンテナ装置。
請求項１または２記載の地上局アンテナ装置であって、
前記第１アンテナは、スロットアレーアンテナである
ことを特徴とする地上局アンテナ装置。
請求項１から３のいずれかに記載の地上局アンテナ装置であって、
前記アンテナ切替部は、前記情報収集機器への送信信号は、受信した信号を使用しているアンテナに対応したアンテナから送信する
ことを特徴とする地上局アンテナ装置。
請求項１から４のいずれかに記載の地上局アンテナ装置であって、
前記保持具の向きを変更する駆動部も備え、
前記駆動部は、前記第１アンテナのビームの方向を、前記無人飛行体に追従させる
ことを特徴とする地上局アンテナ装置。