(57)【要約】【課題】  地上局から通信衛星を介して送信された送信波を複数のアンテナを切り替えて時間ダイバーシティ受信し、通信の連続性を向上することができるヘリコプター搭載通信装置を得ることを目的とする。【解決手段】  地上局から通信衛星を介してヘリコプターへ時間ダイバーシティ信号が送信されており、第１アンテナ６又は第２アンテナ７により受信する。切替制御回路１０は、回転翼による受信ビームの遮断される回転遮断モード、受信ビーム方向に回転翼回転軸やコックピットがあることにより生ずる構造物遮断モードを推定する。構造物遮断モードが生じる場合には、変復調機１４からのフレームタイミング信号と回転翼による遮断タイミングとに基づいてアンテナの切替タイミングを判定し、アンテナ切替回路１３へ切替制御信号を出力する。【選択図】        図３
2011024038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリコプターに搭載され、通信衛星を介して地上局との間で通信を行うヘリコプター搭載通信装置において、上記地上局から上記通信衛星を介して送られてくる時間ダイバーシティ信号を受信する第１及び第２のアンテナと、この第１及び第２のアンテナを切り替えて受信信号を出力するアンテナ切替回路と、上記受信信号を時間ダイバーシティ合成して復調する変復調機と、上記第１のアンテナの受信ビームが上記ヘリコプターの回転翼により遮断される遮断タイミングを推定し、上記第１のアンテナによる受信時に上記第１のアンテナの受信ビームに構造物遮断モードが発生するかどうかを判定する構造物遮断推定判定を行い、構造物遮断モードが生じると判定している状態で、上記第１のアンテナから上記第２のアンテナへの切替タイミングを、上記変復調機によって復調された復調信号のフレームタイミング信号と上記遮断タイミングとに基づいて判定する切替タイミング判定を行い、上記アンテナ切替回路へ上記第１のアンテナから上記第２のアンテナへの切替を指示する切替制御信号を生成する切替制御回路とを備えたヘリコプター搭載通信装置。
【請求項２】
上記切替制御回路は、時間ダイバーシティ信号の繰り返しの最後の序数を有するデータのフレームにおいて、上記第１のアンテナに上記回転翼による遮断が生じる場合に、その遮断の開始時点を上記第１のアンテナから上記第２のアンテナへの切替タイミングであると判定することを特徴とする請求項１に記載のヘリコプター搭載通信装置。
【請求項３】
上記切替制御回路は、時間ダイバーシティ信号の繰り返しの最後の１つ前の序数を有するデータのフレームにおいて、上記第１のアンテナに上記回転翼による遮断が生じる場合に、その遮断の開始時点を上記第１のアンテナから上記第２のアンテナへの切替タイミングであると判定することを特徴とする請求項１に記載のヘリコプター搭載通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヘリコプターに搭載されて、地上局から通信衛星を介して送信されてくる信号を受信するヘリコプター搭載通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘリコプター搭載通信装置と地上局との間において通信衛星を介して通信を行う場合、ヘリコプター搭載通信装置が回転翼の下部に配置されるような場合には、通信衛星とヘリコプター搭載通信装置との間の伝播路をヘリコプターの回転翼が横切ることにより通信遮断が生じる。地上局からヘリコプター搭載通信装置への送信においては、地上局側で回転翼による通信遮断のタイミングを予測することができないことから、遮断があっても復調することができるように、同じ情報を地上局から複数回送信し、ヘリコプター搭載通信装置で受信信号を合成する時間ダイバーシティ方式が用いられる。特許文献１には従来の時間ダイバーシティ方式による通信の一例が示されている。この特許文献１に記載されたヘリコプター搭載通信装置は、地上局から送信された時間ダイバーシティ方式による送信波を通信衛星を経由して受信しており、受信ビームが回転翼によって遮断されるタイミングを、受信レベルをモニターして推定し、推定した遮断タイミングにおける受信信号の振幅レベルをゼロに修正処理する。この処理後に時間ダイバーシティ合成を行うことにより、受信ビームが回転翼によって遮断されることにより生じる受信信号中の不確定なノイズ信号を除去し、Ｃ／Ｎ比が良好な受信を行えるよう対策したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３５８４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の通信が成立するためには、ヘリコプター搭載通信装置は回転翼による受信ビームの遮断は受けるものの、時間ダイバーシティ受信によって受信可能であることが前提となる。ここで、ヘリコプターに搭載される通信装置のアンテナ部は、ヘリコプターの構造的安定性の観点等から、本体コックピット周辺、例えばコックピットの両側方部分（回転翼の下部）に配置されるケースがあり、この場合、回転翼による受信ビームの遮断モード（以下、「回転翼遮断モード」と呼ぶ。）が発生するほか、コックピットや回転翼回転軸による受信ビームの遮断モード（以下、「構造物遮断モード」と呼ぶ。）が発生することになる。この構造物遮断モードを回避するためには、例えば、コックピット部分の両側方にそれぞれ１台ずつアンテナを設けるなどして、１のアンテナでの受信中に構造物遮断モードが生じた場合に、構造物遮断モードが生じていない他の１のアンテナに切り替えて受信を継続する複数アンテナ切替受信方式を用いることになるが、アンテナ切替前後での受信信号の位相不連続により一定時間の受信信号を復調することができない。このような複数アンテナ切替受信方式を用いて時間ダイバーシティ受信を行う際に、回転翼遮断モードによる受信信号の欠落と、アンテナ切替による受信信号の欠落とが生じても、受信信号を復調し再生した情報の不連続性を抑制することができるかが課題となっていった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、地上局から通信衛星を介して送信された送信波を複数のアンテナを切り換えて時間ダイバシティ受信し、通信の連続性を向上することができるヘリコプター搭載通信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明に係るヘリコプター搭載通信装置は、ヘリコプターに搭載され、通信衛星を介して地上局との間で通信を行うヘリコプター搭載通信装置において、上記地上局から上記通信衛星を介して送られてくる時間ダイバーシティ信号を受信する第１及び第２のアンテナと、この第１及び第２のアンテナを切り替えて受信信号を出力するアンテナ切替回路と、上記受信信号を時間ダイバーシティ合成して復調する変復調機と、上記第１のアンテナの受信ビームが上記ヘリコプターの回転翼により遮断される遮断タイミングを推定し、上記第１のアンテナによる受信時に上記第１のアンテナの受信ビームに構造物遮断モードが発生するかどうかを判定する構造物遮断推定判定を行い、構造物遮断モードが生じると判定している状態で、上記第１のアンテナから上記第２のアンテナへの切替タイミングを、上記変復調機によって復調された復調信号のフレームタイミング信号と上記遮断タイミングとに基づいて判定する切替タイミング判定を行い、上記アンテナ切替回路へ上記第１のアンテナから上記第２のアンテナへの切替を指示する切替制御信号を生成する切替制御回路とを備えたものである。
【０００７】
請求項２の発明に係るヘリコプター搭載通信装置は、請求項１の発明に係るヘリコプター搭載通信装置において、上記切替制御回路は、時間ダイバーシティ信号の繰り返しの最後の序数を有するデータのフレームにおいて、上記第１のアンテナに上記回転翼による遮断が生じる場合に、その遮断の開始時点を上記第１のアンテナから上記第２のアンテナへの切替タイミングであると判定するものである。
【０００８】
請求項３の発明に係るヘリコプター搭載通信装置は、請求項１の発明に係るヘリコプター搭載通信装置において、上記切替制御回路は、時間ダイバーシティ信号の繰り返しの最後の１つ前の序数を有するデータのフレームにおいて、上記第１のアンテナに上記回転翼による遮断が生じる場合に、その遮断の開始時点を上記第１のアンテナから上記第２のアンテナへの切替タイミングであると判定するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、構造物遮断モードが発生するかどうかを判定する構造物遮断推定判定を行い、構造物遮断モードが生じると判定している状態で、その切替タイミングをどこにするかを変復調機による復調信号のフレームタイミング信号と回転翼による遮断タイミングに基づいて判定する切替タイミング判定を行うので、データの欠落を抑制し、通信の連続性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信に関する装置の全体を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置のアンテナ部分の搭載状態の一例を表す外観図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置における信号タイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１
【００１２】
この発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置を図１乃至図５によって説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係るヘリコプター衛星通信に関する装置の全体を示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置のアンテナ部分の搭載状態の一例を表す外観図であり、図３はこの発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置の構成を示すブロック図である。図１において、１はヘリコプター、２は地上局、３は通信衛星であり、通信衛星３を介して地上局２からヘリコプター１への送信回線４が設けられている。ヘリコプター１において、５は回転翼であり、６はヘリコプター１のコックピット右側方に設けた第１アンテナ、７はヘリコプター１のコックピット左側方に設けた第２アンテナである。
【００１３】
図２に示す一例では、第１アンテナ６と第２アンテナ７とは、コックピットの上部構造体から両側方に向けて水平プレートを取り付け、その水平プレート上に据え付けられており、回転翼５の旋回面が上方にある。例えば、通信衛星３が赤道上空の静止軌道上で日本から見てほぼ真南にある静止衛星であるとすれば、日本から通信衛星３を見込む仰角はおよそ４８度付近である。ヘリコプター１が日本上空を機首を南北方向にして飛行する場合には、第１アンテナ６及び第２アンテナ７の受信ビームは、通信衛星３を見込む機首方向又は機体後方の仰角４８度付近に向けて照射されているので、この受信ビームをコックピットや回転翼回転軸が遮断することは無く、いずれか一方のアンテナで地上局３から通信衛星３を経由して送信されてくる送信波を受信し続けることができる。一方、ヘリコプター１が日本上空を機首を東西方向にして飛行する場合には、第１アンテナ６及び第２アンテナ７の受信ビームのうち一方は、ヘリコプターの機体中心線が存在する方向に向けられて照射され、この受信ビームをコックピットや回転翼回転軸が遮断することになる。なお、他方の受信ビームは機体中心線が存在する方向とは反対方向に照射されるので、コックピットや回転翼回転軸が遮断されることは無い。アンテナの切替については、例えば、真南方向を機首方向として飛行するヘリコプターが第１アンテナ６により地上局３から通信衛星３を経由して送信されてくる送信波を受信しているとき（回転翼遮断モードは生じている）に、機首方向を真西方向に旋回させたとすると、ある旋回角度から、第１アンテナ６の受信ビーム方向（通信衛星３の方向）をコックピットや回転翼回転軸が遮断し始める（回転翼遮断モードに加えて構造物遮断モードも発生し始める）というように、受信を続けるために第１アンテナ６から第２アンテナ７への切替が必要となる。なお、このような構造物遮断モードは、ヘリコプターがロール回転して姿勢を変化させることによって、アンテナ仰角（アンテナ固定部基準の仰角）が低くなるときに、より顕著に現れる。
【００１４】
次に図３により、ヘリコプター搭載通信装置の構成を説明する。８はＧＰＳやジャイロ等により、ヘリコプターの位置及び方向（ロール、ピッチ、ヨ−の各姿勢を含む）を計測する位置方向センサーであり、９は回転翼を特定位置で検知する回転翼タイミングセンサーである。１０は位置方向センサー８からの位置及び方向情報と衛星位置とに基づきアンテナが向くべき方向（受信ビーム方向）を計算してアンテナ方向指令を出力し、回転翼タイミングセンサー９からのタイミング信号、受信ビーム方向、及び復調モニター信号とに基づいてアンテナの切替制御を行う切替制御回路である。１１は切替制御回路１０からのアンテナ方向指令に基づき第１アンテナ６を駆動する第１衛星追尾回路、１２は切替制御回路１０からのアンテナ方向指令に基づき第２アンテナ７を駆動する第２衛星追尾回路である。第１衛星追尾回路１１と第２衛星追尾回路１２はそれぞれ独立してアンテナの追尾制御を行う。１３は切替制御回路１０からの切替制御信号に基づいて、第１アンテナ６と第２アンテナ７とからの受信信号を切り替え出力するアンテナ切替回路であり、１４は受信信号を時間ダイバーシティ合成して復調し、復調信号のフレーム構造をモニターし、フレームタイミング信号を切替制御回路１０へ出力する変復調機である。
【００１５】
次に図４により、ヘリコプター搭載通信装置による時間ダイバーシティ受信とアンテナ切替動作について説明する。図４はこの発明の実施の形態１に係るヘリコプター搭載通信装置における信号タイミングチャートである。図４（ａ）は復調後のデータが不連続となってしまう例であり、図４（ｂ）は本発明によって復調データを考慮した切替制御を行った場合を表している。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、Ａ段は地上局２から通信衛星３を経由して送られてくる時間ダイバーシティ信号のデータ構造であり、Ｂ段は回転翼５による第１アンテナ６の遮断タイミングを、Ｃ段は第１アンテナ６から第２アンテナ７へ受信切替を行うタイミングを、Ｄ段は回転翼５による第２アンテナ７の遮断タイミングを表している。時間ダイバーシティ方式での送信信号は同じデータを複数回送ることとなるが、図４（ａ）及び図４（ｂ）のケースでは、４回送る例を表している。即ち、データａ１〜ａ４は同じデータａを表しており、同様にｂ１〜ｂ４、ｃ１〜ｃ４、ｄ１〜ｄ４はそれぞれ同じデータｂ、ｃ、ｄを表している。また、データａ１〜ｄ４はそれぞれデータの区切りとなるフレーム毎に格納されているものとする。なお、図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較して、Ａ段、Ｂ段、Ｃ段の信号タイミングは同じものとしているが、Ｃ段のアンテナ切替のタイミングは異なる。
【００１６】
例えば、２５６ｋｂｐｓの伝送速度で各フレーム長さを４０９６ｂｉｔとすれば、１フレームの時間長さは１６ｍｓとなる。４枚回転翼の回転速度を５Ｈｚ程度とすれば、回転翼がアンテナの受信ビームを遮断する１周期は５０ｍｓとなる。この場合、およそ３フレーム毎に回転翼の遮断が発生することとなる。また、受信ビームの幅、受信ビームの回転翼旋回面上の回転翼中心から距離、及び回転翼の幅との関係にもよるが、図４（ａ）及び図４（ｂ）において遮断期間は１フレーム分とし、アンテナ切替において２フレーム分のデータが欠落するとしている。さらに、アンテナ切替の判断は、ヘリコプターが機首方向を９０度旋回させる時間を数秒程度とすれば、フレーム時間長さ（例えば、上記の１６ｍｓ）に対して数十倍から数百倍程度の長い時間の間に行うことができると考えられる。
【００１７】
図４（ａ）により、アンテナ切替を時間ダイバーシティ信号におけるデータ構造中の任意の位置で行うとしたときに、データの欠落が生じるような切替が発生することを説明する。まず、アンテナ切替回路１３は、第１アンテナ６からの受信信号を変復調機１４に接続しているものとし、Ｂ段を参照して受信可能期間中に到来するデータａ３、ａ４については受信ができるが、ａ１、ａ２、ｂ１は遮断期間に重なっており受信欠落する。ヘリコプターが旋回することにより、第１アンテナ６から第２アンテナ７への切り替えが必要となり、アンテナ切替が受信信号中のデータｂ１の先頭部分の到来直後に行われたとする。任意の位置でアンテナ切替を行うとしているので、このようなタイミングでアンテナ切替が生じることがあるという意味である。アンテナ切替においては２フレーム分のデータが欠落するとしているので、データｂ１、ｂ２、ｂ３が受信欠落する。第２アンテナ７の遮断期間が図４（ａ）のＤ段に示すように第２アンテナ７による受信開始と同時に発生してしまうと、さらにデータｂ３、ｂ４も受信欠落する。その後は第２アンテナ７における受信可能期間内に受信するデータｃ及びｄが受信されることになるが、データｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４は全て受信欠落するので、データｂが欠落し、通信の瞬断・不連続が発生する。
【００１８】
図４（ｂ）に示す本発明によるアンテナ切替について説明する。切替制御回路１０内では、リアルタイムで、位置方向センサー８からの位置及び方向情報と衛星位置とに基づきアンテナが向くべき方向（受信ビーム方向）を計算し、回転翼回転軸やコックピットによる構造物遮断モードが近い将来に発生するかどうかを推定して判定する構造物遮断判定を行っている。例えば所定の数百ｍｓ後の受信ビーム方向を現在及び過去の受信ビーム方向から外挿して推定し、構造物遮断モードが生じるかどうかを判定している。この推定判定の結果、構造物遮断モードが生じると判定すると、アンテナ切替の必要が生じていることになる。図４（ｂ）のＡ段に示すａ１の受信時点から、切替制御回路１０は上記の構造物遮断推定判定により、構造物遮断モードが生じる判定している状態で、その切替タイミングをどこにするかを変復調機１４による復調信号のフレームタイミング信号に基づいて判定する切替タイミング判定を行う。フレームタイミング信号は、フレームの区切り位置を示し、さらに複数回送られるデータの何番目の繰り返し位置（「データの序数」と呼ぶことにする。）にあるかを示している。このようなフレームタイミング信号は、例えば、図４に示す例では、２ｂｉｔの信号で表すことができ、データａ１を受信してときには００、データａ２を受信しているときには０１、データａ３を受信しているときには１０、データａ４を受信しているときには１１を出力する、というような種々の信号形態をとることができる。データの序数は、変復調機１３において、復調後のデータ値の変化を見れば新たなデータの開始位置（データの序数１）が求められ、通信システムにおいて取り決められた既知の繰り返し数やフレーム長さなどを用いて、データの序数２以降を特定したり、フレーム間にフレーム同期語を挿入することによっても検出することができる。
【００１９】
図４（ｂ）では、切替制御回路１０はフレームタイミング信号に基づいて、繰り返しの最後の序数を有するデータのフレームにおいて、Ｂ段に示す遮断が発生するかどうかを判定し、発生する場合に、その瞬断開始時をアンテナ切替タイミングとし、切替制御信号を生成してアンテナ切替回路１３へ出力する。この切替制御信号に基づいてアンテナ切替回路１３は第１アンテナ６から第２アンテナ７へ切り替えて受信信号を変復調機１４へ出力する。アンテナ切替の２フレーム分の通信断と、切替後の第２アンテナ７における受信ビームの瞬断とのため、データｂ４、ｃ１、ｃ２、ｃ３に欠落が生じるが、データｂは、受信するデータｂ１（ｂ１中の一部）、ｂ２（ｂ２中の一部）、ｂ３及びｂ４（ｂ４中の一部）により時間ダイバーシティ合成されて復調することができ、データｃは、受信するｃ３（ｃ３中の一部）及びｃ４により時間ダイバーシティ合成されて復調することができる。なお、一部が欠落しているデータは破棄して時間ダイバーシティ合成したとしても、データｂ及びｃの受信をすることができる。
【００２０】
また、切替制御回路１０はフレームタイミング信号に基づいて、繰り返しの最後の１つ前の序数を有するデータのフレームにおいて、Ｂ段に示す遮断が発生するかどうかを判定し、発生する場合に、その瞬断開始時をアンテナ切替タイミングとし、アンテナ切替回路１３へ切替制御信号を出力するようにしても良い。具体的には、図４（ｂ）のＡ段に示すデータｃ３は序数が最後の１つ前のデータであり、Ｂ段に示すようにこの受信中に第１アンテナ６における受信ビームの瞬断が発生する。データｃ３の受信中に生じる瞬断の開始時にアンテナを切り替えると、アンテナ切替の２フレーム分の通信断と、切替後の第２アンテナ７における受信ビームの瞬断とのため、データｃ３、ｃ４、ｄ１、ｄ２に欠落が生じるが、データｃは、受信するデータｃ１（ｃ１中の一部）、ｃ２、ｃ３（ｃ３中の一部）により時間ダイバーシティ合成されて復調することができ、データｄは、受信するｄ３、ｄ４により時間ダイバーシティ合成されて復調することができる。
【００２１】
以上のように、切替制御回路１０内において、構造物遮断モードが近い将来に発生するかどうかを判定する構造物遮断推定判定を行い、構造物遮断モードが生じると判定している状態で、その切替タイミングをどこにするかを変復調機１４による復調信号のフレームタイミング信号及び回転翼による遮断の発生に基づいて判定する切替タイミング判定を行うことによって、データの欠落を抑制し、通信の連続性を向上することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１  ヘリコプター
２  地上局
３  通信衛星
５  回転翼
６  第１アンテナ
７  第２アンテナ
１０  切替制御回路
１３  アンテナ切替回路
１４  変復調機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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