JP2019121967A - Tracking antenna, missile, and tracking antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、飛翔体、飛翔体を追尾するための追尾アンテナ装置、および追尾システムに関する。 The present invention relates to a projectile, a tracking antenna device for tracking a projectile, and a tracking system.
無人航空機(UAV:unmanned Aerial Vehicle) は、農作物防除、農地モニタリング、植生観測等の農林業分野、橋梁・トンネル点検、構造物点検等の巡視・点検分野、災害調査、地形計測等の計測・測量・調査分野、輸送分野等、無線中継等について様々な分野での利用されている。 Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are agricultural crop control, agricultural land monitoring, agricultural and forestry fields such as vegetation observation, inspection of bridges and tunnels, patrol and inspection fields such as structural inspections, disaster survey, measurement and survey of topography measurement, etc.・ Used in various fields such as survey fields, transport fields, and wireless relays.
これらの利用の大部分を占めるモニタリング、巡視、点検、計測といういわゆる観測による画像は、静止画あるいは連続撮影された静止画のみを地上に送信する方法が主であり、動画については、マルチコプターに搭載した機器のメモリーに保存するという方法をとっている。また、使用される無人航空機の多くは、マルチコプターであり、かつ、人の操縦による飛行が大部分である。このため、映像伝送システムについても目視内飛行距離を前提としたものとなっている。 The so-called observational images of monitoring, patrolling, inspection, and measurement, which account for the majority of these uses, are mainly used to transmit only still images or continuously photographed still images to the ground, and for moving pictures, multicopter It is stored in the memory of the installed device. Also, many of the unmanned aerial vehicles used are multicopters, and most of the flight by human maneuvers. Therefore, the visual transmission distance is also assumed for the video transmission system.
無人機の利用の拡大に伴い、迅速な映像利用のための動画のリアルタイム伝送が求められると同時に、観測エリアの広域化、観測場所までの飛行距離が増大が求められる。自律飛行する無人機の飛行は、目視内の飛行から、目視外の飛行を含むサービスの提供が主流となることが予想される。 Along with the expansion of the use of unmanned aerial vehicles, real-time transmission of moving images for quick video use is required, and at the same time the widening of the observation area and the flight distance to the observation location are required to be increased. It is expected that the flight of an autonomously flying drone will be dominated by the provision of services including flight outside the sight from flight within the sight.
目視内飛行のマルチコプターの観測はその飛行速度は時速50km以下であり、バッテリーの使用可能時間も数分が限界である。そのため、広大な領域を観測する場合には、観測開始場所を移動しながら目視内飛行の観測を繰り返すこととなり、所要時間の増大、最終的にはコスト増となっている。このため、より長時間の飛行が可能である固定翼の無人機による観測が必要となる。 The observation of the multicopter in visual flight is that the flight speed is 50 km / h or less, and the usable time of the battery is also limited to several minutes. Therefore, in the case of observing a large area, observation of the flight within the eye is repeated while moving the observation start place, and the time required is increased, and finally the cost is increased. For this reason, it is necessary to observe a fixed wing by a drone capable of flying for a longer time.
広大の領域を、固定翼の無人機を観測するためには、遠距離のデータ通信が必要となる。また、固定翼の無人機は主翼や尾翼などを有し、複雑な構造をしている上、旋回、上昇、下降時などの姿勢の変化が大きく変化する。このため、、通信環境が変化が大きくなり、特に、地上局との伝送距離が長くなるほど、大容量のデータを安定的に伝送することが難しくなる。 In order to observe a fixed-wing unmanned aerial vehicle in a large area, long-distance data communication is required. Further, the fixed-wing unmanned aerial vehicle has a main wing and a tail wing and has a complicated structure, and the change in attitude at the time of turning, rising, lowering, etc. changes significantly. For this reason, the change in the communication environment becomes large, and in particular, as the transmission distance to the ground station becomes longer, it becomes more difficult to stably transmit large-capacity data.
このような問題に対応するため、複数の地上局を配置し、飛翔体)と地上局間の伝送距離を短くすることで対応する方法として、特開2017-183875において提案されている。 しかしながら、複数の地上局を配置することが難しい場合がある。農場監視では、人手やコストの問題により、複数の地上局を配置することが難しい。また、緊急展開時の監視では、短時間で観測体制を整える必要があり、複数の地上局を配置すは、時間的な制約から難しい。さらに、複数地上局間でのデータ転送や制御などが必要となり、システムの規模が大きくなる。
In order to cope with such a problem, JP-A-2017-183875 has been proposed as a method to cope with such problems by arranging a plurality of ground stations and shortening the transmission distance between the aircraft and the ground stations. However, it may be difficult to deploy multiple ground stations. Farm monitoring makes it difficult to deploy multiple ground stations due to labor and cost issues. In addition, in emergency deployment monitoring, it is necessary to arrange the observation system in a short time, and arranging multiple ground stations is difficult due to time constraints. Furthermore, data transfer and control among multiple ground stations are required, and the scale of the system is increased.
上羽他,複数無人航空機による同時観測を可能とする高精度・高応答追尾アンテナ制御技術の検討,電子情報通信学会技術研究報告、114(449), 7-11, 2015-02-18 Kamiha et al., Study on high accuracy and high response tracking antenna control technology that enables simultaneous observation by multiple unmanned aerial vehicles, IEICE Technical Report, 114 (449), 7-11, 2015-02-18
無人機の利用の拡大に伴い、飛翔体は観測広域範囲の広域化が求められており、このため遠距離のデータ伝送が必要となっている。同時に、データの大容量化も求められている。 With the expansion of the use of unmanned aerial vehicles, it is required to widen the observation wide-area range of the flight vehicle, which requires long-distance data transmission. At the same time, it is also required to increase the capacity of data.
また、特許文献1に記載された技術では、遠距離の通信を実現するため、複数の地上局を配置し、飛翔体と地上局間が距離が短くいなるように、通信相手を組み合わせることで、大容量データを安定的に伝送することを目指している。しかしながら、複数の地上局の設置には、設置コストの増大という課題が発生する。 Further, in the technology described in Patent Document 1, in order to realize long-distance communication, a plurality of ground stations are disposed, and by combining the communication partners so that the distance between the projectile and the ground stations becomes short. The aim is to stably transmit large amounts of data. However, installing multiple ground stations presents the problem of increased installation costs.
さらに、特許文献2記載された追尾アンテナシステムは、飛翔体に指向性を有する複数のスロットアンテナを搭載し、最も利得が高くなる1つのアンテナを選定し、切り替えて使用している。しかしながら、無人機における単独アンテナによるデータ伝送は遠距離において信号の強度が弱まった場合や、姿勢変化などによる強度が大きく変動した場合などに、大容量のデータを安定的に伝送することが困難となる。 Furthermore, in the tracking antenna system described in Patent Document 2, a plurality of slot antennas having directivity are mounted on the projectile, and one antenna with the highest gain is selected, switched and used. However, it is difficult to stably transmit a large volume of data when data strength with a single antenna in an unmanned aerial vehicle becomes weak when the signal strength weakens over long distances, or when the strength largely changes due to attitude change, etc. Become.
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、飛翔体からの信号を地上局で追尾しながら受信する構成において、飛翔体側および地上局側の装備を大容量データを安定的に伝送可能な追尾アンテナシステム、飛翔体および追尾アンテナ装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to provide an apparatus on the aircraft side and the ground station side in a configuration in which signals from the aircraft are received while being tracked by the ground station. It is an object of the present invention to provide a tracking antenna system capable of stably transmitting a large volume of data, a flying object and a tracking antenna device.
この発明の1つの局面に従うと、追尾アンテナシステムであって、飛翔体を備え、飛翔体は、自身の位置および姿勢を把握する航法手段と、把握された前記位置および姿勢の情報を地上局に送信するための無線通信手段と、無線信号を送受信可能な複数の搭載アンテナと、複数の無線信号を、生成送信する手段、または、受信解読する手段またはその両方を行う手段と、複数の搭載アンテナのうち、所定の条件を満たす複数の搭載アンテナを選択する手段を含み、飛翔体との間で無線通信を行うための地上局を備え、地上局は、飛翔体からの複数の無線信号を生成送信する手段、または受信解読する手段、またはその両方を行う手段と、飛翔体の位置、速度と、地上局の位置に基づいて、飛翔体の飛行方向に通信指向性を駆動する指向性制御手段を含み、地上局と飛翔体間で、大容量のデータを安定的に伝送可能とする。 According to one aspect of the present invention, there is provided a tracking antenna system comprising a flying object, wherein the flying object comprises navigation means for grasping its position and attitude, and information on the grasped position and attitude to a ground station. A wireless communication means for transmitting, a plurality of on-board antennas capable of transmitting and receiving wireless signals, a means for generating and transmitting a plurality of wireless signals, a means for deciphering reception or both, and a plurality of on-board antennas And a ground station for wireless communication with the aircraft, the ground station generating a plurality of radio signals from the aircraft. Directional control that drives communication directivity in the flight direction of the projectile based on the means for transmitting and / or the means for receiving and decoding, the position and velocity of the projectile, and the position of the ground station It includes a stage, between the ground station projectile, and can transmit a large amount of data stably.
好ましくは、地上局は、1つ以上のアンテナを備え、飛翔体からの位置、速度、姿勢を含む計測情報を取得する手段を含み、飛翔体から得られる位置に応じて、複数のアンテナを飛翔体方向に向けることで、大容量データを安定的に伝送を可能とする。 Preferably, the ground station comprises one or more antennas, and includes means for acquiring measurement information including position, velocity and attitude from the projectile, and flying a plurality of antennas according to the position obtained from the projectile. By directing it in the body direction, it is possible to stably transmit a large volume of data.
好ましくは、飛翔体は、自身の位置、速度、姿勢、所定時間後の飛翔体の位置、速度、姿勢を推定する軌道予測手段と、地上局の位置に応じて、複数の前記搭載アンテナのうち、安定した通信が可能となる複数のアンテナを自律的に選択して送信することで、大容量データを安定的に伝送可能とする。 Preferably, the flight vehicle is a trajectory prediction means for estimating its position, velocity, attitude, position of the flight object after a predetermined time, velocity, attitude, and a plurality of the mounted antennas according to the position of the ground station. By autonomously selecting and transmitting a plurality of antennas that enable stable communication, large-capacity data can be stably transmitted.
好ましくは、飛翔体に搭載のアンテナは、飛翔体の胴体、主翼、垂直尾翼、水平尾翼および飛翔体構成物の各部に搭載された指向性または無指向性を有するアンテナである。 Preferably, the antenna mounted on the projectile is a directional or omnidirectional antenna mounted on each part of the fuselage of the projectile, the wing, the vertical tail, the horizontal tail and the projectile structure.
この発明の他の局面に従うと、指向性を制御可能な追尾アンテナを備えた地上局と無線通信することが可能な飛翔体であって、自身の位置および姿勢を把握する航法手段と、把握された前記位置および姿勢の情報を地上局に送信するための無線通信手段と、無線信号を送受信可能な複数の搭載アンテナと、複数の無線信号を、生成送信する手段、または、受信解読する手段またはその両方を行う手段と、複数の搭載アンテナのうち、所定の条件を満たす複数の搭載アンテナを選択する手段とを備え、アンテナ選択手段は、飛翔体の位置および姿勢に基づき、複数のアンテナのうち、大容量のデータを安定的に伝送が可能となる複数のアンテナを自律的に選択する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a flying object capable of wirelessly communicating with a ground station provided with a tracking antenna capable of controlling directivity, comprising: navigation means for grasping its own position and attitude; Wireless communication means for transmitting the information on the position and attitude to the ground station, a plurality of mounted antennas capable of transmitting and receiving wireless signals, a means for generating and transmitting a plurality of wireless signals, or means for decoding reception And a unit for selecting a plurality of mounted antennas satisfying a predetermined condition from among the plurality of mounted antennas, the antenna selecting unit selects one of the plurality of antennas based on the position and attitude of the projectile. And autonomously select a plurality of antennas capable of stably transmitting a large volume of data.
この発明のさらに他の局面に従うと、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、自身の位置および姿勢を把握する航法手段と、把握された前記位置および姿勢の情報を地上局に送信するための無線通信手段と、無線信号を送受信可能な複数の搭載アンテナと、複数の無線信号を、生成送信する手段、または、受信解読する手段またはその両方を行う手段と、複数の搭載アンテナのうち、所定の条件を満たす複数の搭載アンテナを選択する手段とを備えた飛翔体からの位置情報を元に、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、1つ以上の指向性または無指向性アンテナを含む。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a tracking antenna device for performing tracking for wireless communication with a flying object, comprising: navigation means for grasping its own position and attitude; Radio communication means for transmitting attitude information to the ground station, plural mounted antennas capable of transmitting and receiving radio signals, and means for generating and transmitting plural radio signals and / or means for receiving and decoding And directivity for driving communication directivity in the direction of the projectile based on position information from the projectile and means for selecting a plurality of onboard antennas satisfying a predetermined condition among the plurality of onboard antennas Control means and includes one or more directional or omnidirectional antennas.
この発明の追尾アンテナシステム、飛翔体および追尾アンテナ装置によれば、大容量のデータを伝送するとともに、飛翔体の姿勢や位置の変化に応じて、安定した無線通信リンクを維持することが可能である。 According to the tracking antenna system, the flying object and the tracking antenna device of the present invention, it is possible to transmit a large volume of data and maintain a stable wireless communication link according to changes in the attitude and position of the flying object. is there.
以下、本発明の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について、図に従って説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, a wireless communication system including a tracking antenna device according to an embodiment of the present invention will be described according to the drawings. In the following embodiments, components and processing steps denoted by the same reference numerals are the same or equivalent, and the description thereof will not be repeated if not required.
なお、以下では、特に限定されないが、たとえば、飛翔体は無人航空機(UAV:Unmanned Air Vehicle)であるものとして説明する。ただし、たとえば、無人ヘリコプター、ドローンなどでもよい。 In the following, although not particularly limited, for example, the flying object will be described as an unmanned air vehicle (UAV). However, for example, an unmanned helicopter or a drone may be used.
以下に説明するように、本実施の形態の無線通信システムは、ある空域を飛行する無人航空機と地上の追尾アンテナによって構成される無線通信システムであって、地上から無人航空機を追尾する追尾アンテナを備えている。無人航空機は、複数のアンテナおよびハイブリッド慣性航法装置を搭載する。そして、無人飛行機は、計測した当該航空機の位置、速度、姿勢情報を地上に伝送し、この情報を用いて、地上局側の制御部は、使用する地上追尾アンテナが大容量のデータを安定的に伝送できるように、アンテナを移動させて航空機を追尾する。 As described below, the wireless communication system according to the present embodiment is a wireless communication system including an unmanned aircraft flying in a certain airspace and a tracking antenna on the ground, and the tracking antenna for tracking the unmanned aircraft from the ground is Have. An unmanned aerial vehicle carries multiple antennas and a hybrid inertial navigation system. Then, the unmanned air vehicle transmits the measured position, velocity, and attitude information of the aircraft to the ground, and using this information, the control unit on the ground station side stably uses a large amount of ground tracking antenna to be used. The antenna is moved to track the aircraft so that it can transmit to the
また、航空機側では、位置、速度、姿勢、予測軌道の情報と、地上局の位置情報を元に、搭載アンテナから地上局への三次元の方向を算出し、予め取得した搭載アンテナの送受信パターンデータから、大容量のデータを安定的に伝送できる搭載アンテナを複数選定する。
[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。
In addition, on the aircraft side, based on the information on position, velocity, attitude, and predicted orbit and the position information of the ground station, the three-dimensional direction from the mounted antenna to the ground station is calculated, and the transmission and reception pattern of the mounted antenna acquired in advance From data, select multiple mounted antennas that can transmit large volumes of data stably.
Embodiment
FIG. 1 is a conceptual view showing a configuration of a wireless communication system including a tracking antenna device of the present embodiment.
大規模な災害・事故発生時には当該エリアの情報を可能な限り同時に広く、リアルタイムで撮影、入手する必要がある。この場合、無人航空機200で撮影した映像を地上で受信する必要があり、このため無人航空機に対して追尾アンテナを用いて大容量のデータを安定的に伝送できる無線通信リンクを確保することになる。
In the event of a large-scale disaster or accident, it is necessary to capture and acquire information of the area in a wide, real-time manner as simultaneously as possible. In this case, it is necessary to receive an image taken by the unmanned
図1においては、地上局100は、追尾アンテナ装置を有し、無人航空機200の方向にアンテナを指向させることが可能である。地上局100は、それぞれ、対応する指向性アンテナ120.1〜120.M(M:自然数。以下、総称する場合は「指向性アンテナ120.1〜120.M」と呼ぶ。図1ではM=4)により、無人航空機200と無線通信をするものとする。指向性アンテナ120.1〜120.4の指向性の範囲を、図1では、ビーム方向130.1〜130.4として示す。また、無人航空機200は、後に詳しく説明するように、複数の搭載アンテナ220.1〜220.N(N:「搭載アンテナ220.1〜220.N」と呼ぶ。図1ではN=2)を備える。
In FIG. 1, the
地上局100は、無人航空機200から伝送される無人航空機200の位置や姿勢情報に基づいて、大容量のデータを安定的に伝送を可能とする追尾アンテナ120の方向を計算する。
The
地上局100では、追尾方向の制御信号に応じて、追尾アンテナ120が、駆動部を制御し駆動して、追尾アンテナ120の方向を制御する。指向性の駆動方法としては、たとえば、2軸以上の軸数を有するジンバル機構により駆動される構成としてもよいし、あるいは、アレーアンテナとして電子的に指向性を制御してもよい。
(無人航空機200の構成)
In the
(Configuration of the UAV 200)
図2は、本実施の形態の無人航空機200の機器の搭載状況を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the installation status of the unmanned
図2に示すように、無人航空機200には、送受信装置210と複数のアンテナが搭載されている。アンテナの設置位置は、図では胴体、主翼、尾翼に搭載されているが、機体の任意の位置に配置してもよい。また、アンテナは指向性でも無指向性でも構わない。例えば、無指向性アンテナとしてはホイップアンテナ、指向性アンテナとしては八木アンテナアンテナ、ダイポールアレー、スロットアンテナなどが考えられる。図2では、ホイップアンテナ220.1〜220.4(以下、総称する場合は「アンテナ220」と呼ぶ)が、4個設けられている。搭載アンテナの個数は2個以上であり、4個よりも多くてもよい。
As shown in FIG. 2, the unmanned
図3は、飛翔体の搭載装置の構成を説明するための機能ブロック図である。 FIG. 3 is a functional block diagram for explaining the configuration of the mounting apparatus of the projectile.
無人航空機200は、図3に示したような構成を有するアンテナ220.1〜220.4と、複数のアンテナから送受信に使用するアンテナを選択するアンテナ選択部221と、選択されたアンテナにより通信を行うための無線部222と、無人航空機200の飛行の制御・データ通信の制御を行うための搭載コンピュータ223と、上空からの画像(静止画、動画)を撮影するための撮像装置224、位置データやアンテナパターンを保存するデータ保存部225、無人航空機200の位置や姿勢を計測するためのGPSおよびジャイロを含むハイブリッド航法装置226とを含む。テレメタリ無線通信装置227はデータ量が小さい情報、例えば、無人航空機200の位置、速度、姿勢角(ヨー角、ロール角、ピッチ角)、姿勢角速度の情報を送信する。テレメタリ無線装置は追加の構成であり、無線機222でこれらのデータを送信する場合などは、これを使用しない構成とすることも可能である。
The unmanned
アンテナ選択部221は、切替えによる損失を発生させないために、例えば高周波用のリレーや半導体スイッチを用い,搭載コンピュータ223の指示により送受信するアンテナを切り替える。ここでは無線部222の無線信号入出力が2チャネルあり、アンテナは4チャネルあり、4個のアンテナから任意の2個のアンテナを選択できるマトリクス状の切り替えスイッチとなる。
The
ハイブリッド航法装置226により計測された無人航空機200の位置、速度、姿勢角(ヨー角、ロール角、ピッチ角)、姿勢角速度の情報は、計測情報として、選択されたアンテナから地上局に対して、たとえば、一定時間間隔で送信される。また、撮像装置224で撮影された画像データも、同様にして、選択されたアンテナから地上局に対して送信される。計測情報は、飛翔体および地上局に搭載および設置したテレメタリ無線装置を用いて伝送してもよい。
Information on the position, velocity, attitude angle (yaw angle, roll angle, pitch angle) and attitude angular velocity of the unmanned
無人航空機200の搭載コンピュータ223もしくはデータ保存部225に、地上局100の追尾アンテナ120の位置(緯度、経度、高度)を記憶させる。位置は、飛行前にこれらの機器に直接データを入力することや、飛行中にテレメタリ無線装置などを用いて地上から伝送することで随時入力することで記憶される。
The position (latitude, longitude, altitude) of the tracking antenna 120 of the
アンテナの選択は、無人航空機が自律的に判断して実行され、複数の搭載アンテナのうち、適切なアンテナとして判断した複数のアンテナが使用されるものとする。ここで、「適切なアンテナ」とは、たとえば次のようにして得られる。まず、無人航空機200から地上局の追尾アンテナ120への方位および伏角を、無人航空機200の飛行中の位置・姿勢・速度から推定される将来飛行経と追尾アンテナの位置を計算する。次に、この方位および伏角における無人航空機200の利得と利得の変動を、データ保存部に記録されたアンテナ測定パターンから推定する。4つの利得と変動が推定され、利得は大きく、変動は小さくなるアンテナを、適切なアンテナとする。
It is assumed that the selection of the antenna is performed autonomously by the unmanned aerial vehicle, and a plurality of antennas judged to be appropriate antennas among the plurality of on-board antennas are used. Here, the "suitable antenna" is obtained, for example, as follows. First, the azimuth and inclination angle from the unmanned
図4は、本実施の形態の無人航空機200が保持する2つのアンテナの3次元の送受信パターンデータを、水平面で切り出した送受信パターン例である。
FIG. 4 is an example of transmission and reception patterns in which three-dimensional transmission and reception pattern data of two antennas held by the unmanned
図4(a)は、送受信パターン240.2は、無線航空機200搭載のアンテナ220.2の3次元の送受信パターンデータをから水平方向に切り出した二次元の測定パターンである。図において、アンテナ220.2からみた地上局の方向は矢印245.2となる。
FIG. 4A shows a two-dimensional measurement pattern in which the transmission / reception pattern 240.2 is horizontally cut out of the three-dimensional transmission / reception pattern data of the antenna 220.2 mounted on the
図4(b)は、送受信パターン240.4、無線航空機200搭載のアンテナ220.4の3次元の送受信パターンデータをから水平方向に切り出した二次元の測定パターンである。図において、アンテナ220.4からみた地上局の方向は矢印245.4となる。
FIG. 4B is a two-dimensional measurement pattern obtained by horizontally cutting out the three-dimensional transmission and reception pattern data of the transmission and reception pattern 240.4 and the antenna 220.4 mounted on the
図4(a)(b)は、同じ時刻における電波の状態を示す。説明を簡単にするため、2つのアンテナから1つを選択する場合を例として述べる。このとき、図4(a)で、アンテナ220.2は、地上局の方向245.2へのアンテナ利得が、機体の構造などによる影響を受けて低下している。一方、図4(b)でアンテナ220.4は、地上局の方向245.4へのアンテナ利得は、機体の影響を受けず、大きく安定した利得が得られる。また、一定時間、この状態が続くことが判断できる。このとき、搭載コンピュータ223は、アンテナ220.4が適切なアンテナであるとして判断し、このアンテナを送受信用のアンテナとして選択する。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the state of radio waves at the same time. In order to simplify the explanation, the case of selecting one of two antennas will be described as an example. At this time, in FIG. 4A, the antenna gain of the antenna 220.2 in the direction 245.2 of the ground station is lowered due to the influence of the structure of the airframe and the like. On the other hand, in FIG. 4B, the antenna gain of the antenna 220.4 in the direction 245.4 of the ground station is not affected by the airframe, and a large and stable gain can be obtained. Also, it can be determined that this state continues for a certain period of time. At this time, the on-
送受信パターンは、予め電波暗室においてアンテナパターン測定装置を用いて測定した三次元のデータでる。無人機からみて、水平角度および垂直角度毎に、振幅および位相の情報から構成される。一般にアンテナ測定パターンは、アンテナ素子単体のパターンを示すこ。この場合は周囲の構成物の影響が考慮されていない。本実施における送受信パターンとは、無人航空機の形状の影響も含めたアンテナ測定パターンのことを示す。送受信パターンは、無人航空機の形状とアンテナ素子の形状を組みわせることにより、高精度な計算機シミレーションで取得することもできる。 The transmission and reception patterns are three-dimensional data measured in advance in an anechoic chamber using an antenna pattern measuring apparatus. From the viewpoint of the drone, it is composed of amplitude and phase information for each horizontal angle and vertical angle. Generally, the antenna measurement pattern should show the pattern of a single antenna element. In this case, the influence of surrounding components is not taken into consideration. The transmission / reception pattern in the present embodiment indicates an antenna measurement pattern including the influence of the shape of the unmanned aerial vehicle. The transmission / reception pattern can also be acquired by highly accurate computer simulation by combining the shape of the unmanned aerial vehicle and the shape of the antenna element.
図5は、地上局100の構成を説明するための機能ブロック図である。
FIG. 5 is a functional block diagram for explaining the configuration of
図5に示すように、地上局100は、複数アンテナを含む追尾アンテナ120と、アンテナの指向性方向を変更するアンテナ駆動部111と、複数の無線信号を入力解読し、データを出力する無線部112と、解読データから画像(静止画、動画)を表示および記録する撮影データ取得部と、無人航空機の200位置からアンテナ指向方向を制御する信号を出力する制御部114と、無線位置から航空機の計測情報を管理する航空機位置情報管理部115とを含む。テレメタリ無線通信装置116は、データ量が小さい情報、例えば、無人航空機200の位置、速度、姿勢角(ヨー角、ロール角、ピッチ角)、姿勢角速度の情報、を送受信する無線装置である。
As shown in FIG. 5, the
追尾アンテナ120は複数のアンテナから構成され、アンテナ120.1〜120.4を含む。おのおのアンテナからは1つの無線信号が出力している。無線部112は、複数の無線信号を入力する。
The tracking antenna 120 is composed of a plurality of antennas and includes antennas 120.1 to 120.4. One radio signal is output from each antenna. The
アンテナ駆動部111は、本実施例では2軸のジンバルから構成されており、追尾アンテナ120の水平角度と垂直角度を、制御部114からの制御信号に従って変更する。ここでは、実施例として機械駆動式の駆動部を提示しているが、アレーアンテナとして電子的に指向性を制御する電子スキャンアンテナを用いてもよい。
In the present embodiment, the
制御部114は、航空機位置情報管理部115から無人航空機200の推定位置を取得する。次に、推定位置と、予め保持している追尾アンテナ位置(緯度、経度、高度)から追尾アンテナ120が向けるべき水平角度および垂直角度を計算し、これを制御信号に含め、アンテナ駆動部111に送信する。
The control unit 114 acquires the estimated position of the
航空機位置情報管理部115は、無線部112もしくはテレメタリ無線機116から、無人航空機200の計測情報、例えば位置、速度、姿勢角(ヨー角、ロール角、ピッチ角)、姿勢角速度の情報を取得する。さらに、これらのデータを計算処理して、無人航空機の将来の飛行軌道、例えば、位置、速度、姿勢角(ヨー角、ロール角、ピッチ角)、を推定する。
The aircraft position information management unit 115 acquires measurement information of the unmanned
無線部112は、追尾アンテナ120から複数の無線信号を入力する。無線部112では、無線通信において、送信機と受信機の双方で複数のアンテナを使い、容量や品質を向上させる技術、例えば、MIMO (multiple-input and multiple-output、マイモ)技術を用いる。
The
無線部112は、無線信号を信号処理を行い、無線信号から情報(データ)を取り出す。情報(データ)は、撮影データと付帯情報(例えば、計測情報)から構成される。付帯情報は、テレメタリ無線装置を利用する構成では含まれない。無線部112は、バンドパスフィルタ、増幅器、AD変換機、DSP(Digital Singal Processor)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)などの部品から構成される。無線部112は、撮影データについては、撮影データ取得部113に転送し、付帯情報が含まれる場合、これを航空機位置情報管理部115に送信する。
The
テレメタリ無線装置116は、航空機200の計測情報、例えば、位置、速度、姿勢角(ヨー角、ロール角、ピッチ角)、姿勢角速度の情報、を受信し、これを航空機位置情報管理部に出力する。
The
以上のように、本実施の形態の追尾アンテナシステム、飛翔体および追尾アンテナ装置によれば、災害・事故発生等において災害発生エリアを監視のために飛行する無人航空機と地上追尾アンテナによる無線通信において、無人航空機側で自律的に複数の適切なアンテナを選択し、無線信号を送信する。また、地上側でも無人航空機を複数のアンテナから構成される追尾アンテナにより無人航空機の確実な追尾を実現し、無線信号を受信する。これにより、大量のデータを安定的に伝送することが可能である。 As described above, according to the tracking antenna system, the flying object and the tracking antenna device of the present embodiment, wireless communication by the unmanned aerial vehicle and the ground tracking antenna flying for monitoring a disaster occurrence area in disaster / accident occurrence etc. The UAV side autonomously selects a plurality of appropriate antennas and transmits a wireless signal. Also, on the ground side, the unmanned aerial vehicle can be reliably tracked by the tracking antenna composed of a plurality of antennas and the wireless signal can be received. This enables stable transmission of a large amount of data.
今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is an illustration of a configuration for specifically implementing the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. The technical scope of the present invention is indicated not by the description of the embodiment but by the scope of claims, and includes modifications within the scope of wording and meaning of the scope of claims. Is intended.
100 地上局,
110 送受信装置
111 送受信装置・アンテナ駆動部
112 送受信装置・無線部
113 撮影データ取得部
114 制御部
115 航空機情報取得部
120 地上追尾アンテナ
120.1〜120.4 地上追尾アンテナ部のアンテナ
130.1〜130.4 地上追尾アンテナ部のアンテナによる送受信パターン
200 飛翔体(無人航空機),
210 飛翔体搭載の送受信装置
220.1〜220.4 飛翔体搭載のアンテナ,
221 アンテナ選択器
222 無線部(送受信機)
223 搭載コンピュータ
224 撮影装置
225 データ保存部
226 ハイブリッド慣性航法装置
227 テレメタリ装置
230.1〜230.2 飛翔体のアンテナによる送受信パターン
240.2 アンテナ220.2からの地上局の方向
240.4 アンテナ220.4からの地上局の方向
245.2 アンテナ220.2からの水平方向の測受信パターン
245.4 アンテナ220.2からの水平方向の測受信パターン
100 ground stations,
DESCRIPTION OF
200 aircraft (unmanned aerial vehicle),
210 flying object mounted transceiver 220.1-220.4 flying object mounted antenna,
221 Antenna Selector 222 Radio Unit (Transceiver)
223 On-
Claims (6)
飛翔体を備え、
前記飛翔体は、
自身の位置および姿勢を把握する航法手段と、
把握された前記位置および姿勢の情報を地上局に送信するための無線通信手段と、
無線信号を送受信可能な複数の搭載アンテナと、
複数の無線信号を、生成送信する手段、または、受信解読する手段またはその両方を行う手段と、
前記の複数の搭載アンテナのうち、所定の条件を満たす複数の搭載アンテナを選択する手段を含み、
前記の飛翔体との間で無線通信を行うための地上局を備え、
前記の地上局は、
前記の飛翔体からの複数の無線信号を生成送信する手段、または受信解読する手段、またはその両方を行う手段と、
前記の飛翔体の位置、速度と、地上局の位置に基づいて、飛翔体の飛行方向に通信指向性を駆動する指向性制御手段を含み、
前記地上局と前記飛翔体間で、大容量のデータを安定的に伝送可能とする、追尾アンテナシステム。 A tracking antenna system,
Equipped with flying vehicles,
The flight vehicle is
Navigation means to grasp its position and attitude;
Wireless communication means for transmitting to the ground station the information of the position and attitude that has been grasped;
Multiple on-board antennas that can transmit and receive wireless signals,
Means for generating and transmitting a plurality of radio signals, means for receiving and decoding, or both.
A unit for selecting a plurality of mounted antennas satisfying a predetermined condition among the plurality of mounted antennas;
A ground station for performing wireless communication with the above-mentioned aircraft;
The above ground station
Means for generating and transmitting a plurality of radio signals from the above-mentioned projectiles, means for receiving and decoding, or both.
Including directivity control means for driving communication directivity in the flight direction of the projectile based on the position and velocity of the projectile and the position of the ground station;
A tracking antenna system capable of stably transmitting a large volume of data between the ground station and the projectile.
自身の位置および姿勢を把握する航法手段と、
把握された前記位置および姿勢の情報を地上局に送信するための無線通信手段と、
無線信号を送受信可能な複数の搭載アンテナと、
複数の無線信号を、生成送信する手段、または、受信解読する手段またはその両方を行う手段と、
前記の複数の搭載アンテナのうち、所定の条件を満たす複数の搭載アンテナを選択する手段とを備え、
前記アンテナ選択手段は、前記飛翔体の位置および姿勢に基づき、複数の前記アンテナのうち、大容量のデータを安定的に伝送が可能となる複数のアンテナを自律的に選択する、飛翔体。 A flying object capable of wirelessly communicating with a ground station equipped with a tracking antenna whose directivity can be controlled,
Navigation means to grasp its position and attitude;
Wireless communication means for transmitting to the ground station the information of the position and attitude that has been grasped;
Multiple on-board antennas that can transmit and receive wireless signals,
Means for generating and transmitting a plurality of radio signals, means for receiving and decoding, or both.
Means for selecting a plurality of mounted antennas satisfying a predetermined condition among the plurality of mounted antennas;
The antenna selection means autonomously selects a plurality of antennas which can stably transmit large-capacity data among a plurality of the antennas based on the position and attitude of the projectile.
自身の位置および姿勢を把握する航法手段と、
把握された前記位置および姿勢の情報を地上局に送信するための無線通信手段と、
無線信号を送受信可能な複数の搭載アンテナと、
複数の無線信号を、生成送信する手段、または、受信解読する手段またはその両方を行う手段と、
前記の複数の搭載アンテナのうち、所定の条件を満たす複数の搭載アンテナを選択する手段とを備えた飛翔体からの位置情報を元に、
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、1つ以上の指向性または無指向性アンテナを含む、追尾アンテナ装置。
A tracking antenna device for performing tracking for wireless communication with a flying object, comprising:
Navigation means to grasp its position and attitude;
Wireless communication means for transmitting to the ground station the information of the position and attitude that has been grasped;
Multiple on-board antennas that can transmit and receive wireless signals,
Means for generating and transmitting a plurality of radio signals, means for receiving and decoding, or both.
Based on position information from a projectile, comprising: means for selecting a plurality of mounted antennas satisfying a predetermined condition among the plurality of mounted antennas described above;
A tracking antenna device comprising directivity control means for driving communication directivity in the direction of a projectile, comprising one or more directivity or non-directional antennas.
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