(57)【要約】      （修正有）【課題】第５世代移動通信等の３次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現することができるとともに、故障落下時の安全性を高めることができる通信中継装置を提供する。【解決手段】端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置であって、通信中継装置自身の下降を伴う故障が発生したとき（Ｓ２０１）、周辺気流の情報に基づいて予測される所定の落下目標場所に通信中継装置自身を落下させる（Ｓ２０８）。【選択図】図１４
2019051809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、
自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置であって、
前記通信中継装置自身の下降を伴う故障が発生したとき、周辺気流の情報に基づいて予測される所定の落下目標場所に前記通信中継装置自身を落下させる手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
【請求項２】
請求項１の通信中継装置において、
連結解除可能な連結部で連結された複数の部分構造体で構成され、
前記複数の部分構造体の連結を選択的に解除する連結解除機構と、
前記選択的に連結が解除された部分構造体が前記落下目標場所に落下するように前記連結解除機構による連結解除を制御する制御部と、を備えることを特徴とする通信中継装置。
【請求項３】
請求項２の通信中継装置において、
前記制御部は、前記連結を解除する連結部の位置及び個数並びに前記連結を解除するタイミングの少なくとも一つを制御することを特徴とする通信中継装置。
【請求項４】
請求項２又は３の通信中継装置において、
前記制御部は、前記複数の部分構造体の連結解除の複数種類の組み合わせから、前記落下目標場所への落下の確率が最も高い連結解除の組み合わせを選択して前記部分構造体に分解するように制御することを特徴とする通信中継装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかの通信中継装置において、
前記複数の部分構造体はそれぞれ、前記部分構造体が落下する場所に位置する端末装置に落下警報信号を送信しながら落下することを特徴とする通信中継装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかの通信中継装置において、
前記通信中継装置自身の高度の変化を検知し、その高度の変化に基づいて前記故障の発生を検知する手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの通信中継装置において、
前記通信中継装置自身の下降を伴う故障の発生に関する情報を外部装置から受信する手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかの通信中継装置において、
前記落下目標場所を予測する手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかの通信中継装置において、
前記落下目標場所に関する情報を外部装置から受信する手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
【請求項１０】
請求項７又は９の通信中継装置において、
前記外部装置は、前記通信中継装置を管理する地上又は上空の管理装置であることを特徴とする通信中継装置。
【請求項１１】
請求項７又は９の通信中継装置において、
前記外部装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを備えた周辺に位置する一又は複数の他の通信中継装置であることを特徴とする通信中継装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかの通信中継装置において、
前記落下目標場所は、前記故障の発生時における周辺気流の風速及び風向と、前記故障が発生した通信中継装置の移動速度及び移動方向と、前記故障が発生した通信中継装置又はその通信中継装置を構成する前記複数の部分構造体の質量若しくは質量及び外形サイズとに基づいて予測されることを特徴とする通信中継装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかの通信中継装置において、
前記落下目標場所は、前記通信中継装置又は前記複数の部分構造体について互いに異なる複数種類の条件で実行された複数回の落下試験により得られた機械学習の結果に基づいて予測されることを特徴とする通信中継装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかの通信中継装置において、
前記通信中継装置自身の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信しながら落下することを特徴とする通信中継装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかの通信中継装置において、
周辺に位置する他の通信中継装置に下降を伴う故障が発生したとき、前記他の通信中継装置又はその部分構造体の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信することを特徴とする通信中継装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれかの通信中継装置において、
周辺に位置する他の通信中継装置の高度の変化を検知し、その高度の変化に基づいて前記他の通信中継装置の下降を伴う故障の発生を検知することを特徴とする通信中継装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれかの通信中継装置において、
地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成し、
前記セル形成目標空域の高度は１０［ｋｍ］以下であり、
前記浮揚体が位置する空域の高度は１００［ｋｍ］以下であることを特徴とする通信中継装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれかの通信中継装置を複数備えるシステムであって、
前記複数の通信中継装置はそれぞれ、前記通信中継装置の位置情報及び予定経路情報を互いに交換し、互いに所定距離以下又は所定距離未満の範囲に近づかないように移動経路を制御することを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１乃至１７のいずれかの通信中継装置を管理する地上又は上空に位置する管理装置であって、
前記故障が発生した通信中継装置の落下目標場所を予測し、その予測した落下目標場所に関する情報を、前記故障が発生した通信中継装置に送信することを特徴とする管理装置。
【請求項２０】
請求項１９の管理装置において、
前記通信中継装置又は前記部分構造体の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信することを特徴とする管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第５世代通信の３次元化ネットワークの構築に適したＨＡＰＳ（高高度プラットフォーム局）の故障落下への対応に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動通信システムの通信規格である３ＧＰＰのＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）−Ａｄｖａｎｃｅｄ（非特許文献１参照）を発展させたＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏと呼ばれる通信規格が知られている（非特許文献２参照）。このＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏでは、近年のＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）向けデバイスへの通信を提供するための仕様が策定された。更に、ＩｏＴ向けデバイス等の多数の端末装置（「ＵＥ（ユーザ装置）」、「移動局」、「通信端末」ともいう。）への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代の移動通信が検討されている（例えば、非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】３ＧＰＰ  ＴＳ  ３６．３００  Ｖ１０．１２．０（２０１４−１２）．
【非特許文献２】３ＧＰＰ  ＴＳ  ３６．３００  Ｖ１３．５．０（２０１６−０９）．
【非特許文献３】Ｇ．  Ｒｏｍａｎｏ，「３ＧＰＰ  ＲＡＮ  ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｏｎ  “５Ｇ”」，３ＧＰＰ，２０１６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記第５世代移動通信等においてＩｏＴ向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信にて、伝搬遅延が低く、広範囲の多数の端末と同時接続でき、高速通信可能で、単位面積あたりのシステム容量の大きい３次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現するという課題がある。また、このような３次元化したネットワークの実現する装置の故障時の安全性を高めるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る通信中継装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置であって、前記通信中継装置自身の下降を伴う故障が発生したとき、周辺気流の情報に基づいて予測される所定の落下目標場所に前記通信中継装置自身を落下させる手段を備える。
【０００６】
前記通信中継装置において、連結解除可能な連結部で連結された複数の部分構造体で構成され、前記複数の部分構造体の連結を選択的に解除する連結解除機構と、前記複数の部分構造体が前記落下目標場所に落下するように前記連結解除機構による連結解除を制御する制御部と、を備えてもよい。
前記制御部は、前記連結を解除する連結部の位置及び個数並びに前記連結を解除するタイミングの少なくとも一つを制御してもよい。
また、前記制御部は、前記複数の部分構造体の連結解除の複数種類の組み合わせから、前記落下目標場所への落下の確率が最も高い連結解除の組み合わせを選択して前記部分構造体に分解するように制御してもよい。
また、前記通信中継装置において、前記複数の部分構造体はそれぞれ、前記部分構造体が落下する場所に位置する端末装置に落下警報信号を送信しながら落下してもよい。
【０００７】
また、前記通信中継装置において、前記通信中継装置自身の高度の変化を検知し、その高度の変化に基づいて前記故障の発生を検知する手段を備えてもよいし、前記通信中継装置自身の下降を伴う故障の発生に関する情報を外部装置から受信する手段を備えてもよい。
また、前記通信中継装置において、前記落下目標場所を予測する手段を備えてもよいし、前記落下目標場所に関する情報を外部装置から受信する手段を備えてもよい。
【０００８】
また、前記通信中継装置において、前記外部装置は、前記通信中継装置を管理する地上又は上空の管理装置であってもよい。前記外部装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを備えた周辺に位置する一又は複数の他の通信中継装置であってもよい。
【０００９】
また、前記通信中継装置において、前記落下目標場所は、前記故障の発生時における周辺気流の風速及び風向と、前記故障が発生した通信中継装置の移動速度及び移動方向と、前記故障が発生した通信中継装置又はその通信中継装置を構成する前記複数の部分構造体の質量若しくは質量及び外形サイズとに基づいて予測されたものであってもよい。
また、前記通信中継装置において、前記落下目標場所は、前記通信中継装置又は前記複数の部分構造体について互いに異なる複数種類の条件で実行された複数回の落下試験により得られた機械学習の結果に基づいて予測されることを特徴とする通信中継装置。
【００１０】
また、前記通信中継装置において、前記通信中継装置自身の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信しながら落下してもよい。
また、前記通信中継装置において、周辺に位置する他の通信中継装置に下降を伴う故障が発生したとき、前記他の通信中継装置又はその部分構造体の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信してもよい。
また、前記通信中継装置において、周辺に位置する他の通信中継装置の高度の変化を検知し、その高度の変化に基づいて前記他の通信中継装置の下降を伴う故障の発生を検知してもよい。
【００１１】
また、前記通信中継装置においては、地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成し、前記セル形成目標空域の高度は１０［ｋｍ］以下であってもよい。前記セル形成目標空域の高度は５０［ｍ］以上１［ｋｍ］以下であってもよい。
また、前記通信中継装置において、前記浮揚空域の高度は１００［ｋｍ］以下であってもよい。前記浮揚体は、高度が１１［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏に位置してもよい。
【００１２】
本発明の他の態様に係るシステムは、前記いずれかの通信中継装置を複数備えるシステムであって、前記複数の通信中継装置はそれぞれ、前記通信中継装置の位置情報及び予定経路情報を互いに交換し、互いに所定距離以下又は所定距離未満の範囲に近づかないように移動経路を制御する。
【００１３】
本発明の更に他の態様に係る管理装置は、前記いずれかの通信中継装置を管理する地上又は上空に位置する管理装置である。
前記管理装置において、前記故障が発生した通信中継装置の落下目標場所を予測し、その予測した落下目標場所に関する情報を、前記故障が発生した通信中継装置に送信してもよい。
また、前記管理装置において、前記通信中継装置又はその部分構造体の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信してもよい。
【００１４】
本発明によれば、第５世代移動通信等においてＩｏＴ向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信の伝搬遅延が低く、広範囲の多数の端末装置と同時接続でき、高速通信可能で、単位面積あたりのシステム容量の大きい３次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現することができるとともに、故障時の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元化ネットワークを実現する通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。
【図２】実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの一例を示す斜視図。
【図３】実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの他の例を示す側面図。
【図４】実施形態の複数のＨＡＰＳで上空に形成される無線ネットワークの一例を示す説明図。
【図５】更に他の実施形態に係る３次元化ネットワークを実現する通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。
【図６】実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の一構成例を示すブロック図。
【図７】実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の他の構成例を示すブロック図。
【図８】実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の更に他の構成例を示すブロック図。
【図９】ＨＡＰＳの編隊飛行時の衝突による故障発生の一例を示す説明図。
【図１０】編隊飛行中のＨＡＰＳの衝突回避飛行制御の一例を示すフローチャート。
【図１１】編隊飛行中のＨＡＰＳの衝突回避飛行の一例を示す説明図。
【図１２】（ａ）複数の部分構造体からなるＨＡＰＳの一例を示す上面図。（ｂ）は同ＨＡＰＳの連結解除された分解後の部分構造体を示す上面図。
【図１３】実施形態のＨＡＰＳにおける部分構造体の連結解除の制御系の一例を示すブロック図。
【図１４】実施形態の通信システムにおけるＨＡＰＳの故障発生時の制御の一例を示すシーケンス図。
【図１５】ＨＡＰＳの分解落下の様子の一例を示す説明図。
【図１６】実施形態の通信システムにおける遠隔制御装置（管制センター）のＨＡＰＳ落下管理データベースを用いた集中管理処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。
【００１７】
図１に示すように、通信システムは、複数の空中浮揚型の通信中継装置としての高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）１０，２０を備えている。ＨＡＰＳ１０，２０は、所定高度の空域に位置して、所定高度のセル形成目標空域４０に図中ハッチング領域で示すような３次元セル（３次元エリア）４１，４２を形成する。ＨＡＰＳ１０，２０は、自律制御又は外部から制御により地面又は海面から１００［ｋｍ］以下の高高度の空域（浮揚空域）５０に浮遊あるいは飛行して位置するように制御される浮揚体（例えば、ソーラープレーン、飛行船）に、無線中継局が搭載されたものである。
【００１８】
ＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０は、例えば、高度が１１［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏の空域である。この空域５０は、気象条件が比較的安定している高度１５［ｋｍ］以上２５［ｋｍ］以下の空域であってもよく、特に高度がほぼ２０［ｋｍ］の空域であってもよい。図中のＨｒｓｌ及びＨｒｓｕはそれぞれ、地面（ＧＬ）を基準にしたＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０の下端及び上端の相対的な高度を示している。
【００１９】
セル形成目標空域４０は、本実施形態の通信システムにおける１又は２以上のＨＡＰＳで３次元セルを形成する目標の空域である。セル形成目標空域４０は、ＨＡＰＳ１０，２０が位置する空域５０と従来のマクロセル基地局等の基地局９０がカバーする地面近傍のセル形成領域との間に位置する、所定高度範囲（例えば、５０［ｍ］以上１０００［ｍ］以下の高度範囲）の空域である。図中のＨｃｌ及びＨｃｕはそれぞれ、地面（ＧＬ）を基準にしたセル形成目標空域４０の下端及び上端の相対的な高度を示している。
【００２０】
なお、本実施形態の３次元セルが形成されるセル形成目標空域４０は、海、川又は湖の上空であってもよい。
【００２１】
ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局はそれぞれ、移動局である端末装置と無線通信するためのビーム１００，２００を地面に向けて形成する。端末装置は、遠隔操縦可能な小型のヘリコプター等の航空機であるドローン６０に組み込まれた通信端末モジュールでもよいし、飛行機６５の中でユーザが使用するユーザ装置であってもよい。セル形成目標空域４０においてビーム１００，２００が通過する領域が３次元セル４１，４２である。セル形成目標空域４０において互いに隣り合う複数のビーム１００，２００は部分的に重なってもよい。
【００２２】
ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局はそれぞれ、地上又は海上に設置された中継局であるフィーダ局（ゲートウェイ）７０を介して、移動通信網８０のコアネットワークに接続されている。ＨＡＰＳ１０，２０とフィーダ局７０との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。
【００２３】
ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、内部に組み込まれたコンピュータ等で構成された制御部が制御プログラムを実行することにより、自身の浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理を自律制御してもよい。例えば、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、自身の現在位置情報（例えばＧＰＳ位置情報）、予め記憶した位置制御情報（例えば、飛行スケジュール情報）、周辺に位置する他のＨＡＰＳの位置情報などを取得し、それらの情報に基づいて浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理を自律制御してもよい。
【００２４】
また、ＨＡＰＳ１０，２０それぞれの浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理は、移動通信網８０の通信センター等に設けられた管理装置としての遠隔制御装置８５によって制御できるようにしてもよい。この場合、ＨＡＰＳ１０，２０は、遠隔制御装置８５からの制御情報を受信したり遠隔制御装置８５に各種情報を送信したりできるように制御用通信端末装置（例えば、移動通信モジュール）が組み込まれ、遠隔制御装置８５から識別できるように端末識別情報（例えば、ＩＰアドレス、電話番号など）が割り当てられるようにしてもよい。制御用通信端末装置の識別には通信インターフェースのＭＡＣアドレスを用いてもよい。また、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、自身又は周辺のＨＡＰＳの浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理に関する情報や各種センサなどで取得した観測データなどの情報を、遠隔制御装置８５等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。
【００２５】
セル形成目標空域４０では、ＨＡＰＳ１０，２０のビーム１００，２００が通過していない領域（３次元セル４１，４２が形成されない領域）が発生するおそれがある。この領域を補完するため、図１の構成例のように、地上側又は海上側から上方に向かって放射状のビーム３００を形成して３次元セル４３を形成してＡＴＧ（Ａｉｒ  Ｔｏ  Ｇｒｏｕｎｄ）接続を行う基地局（以下「ＡＴＧ局」という。）３０を備えてもよい。
【００２６】
また、ＡＴＧ局３０を用いずに、ＨＡＰＳ１０，２０の位置やビーム１００，２００の発散角（ビーム幅）等を調整することにより、ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局が、セル形成目標空域４０に３次元セルがくまなく形成されるように、セル形成目標空域４０の上端面の全体をカバーするビーム１００，２００を形成してもよい。
【００２７】
なお、前記ＨＡＰＳ１０，２０で形成する３次元セルは、地上又は海上に位置する端末装置との間でも通信できるよう地面又は海面に達するように形成してもよい。
【００２８】
図２は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳ１０の一例を示す斜視図である。
図２のＨＡＰＳ１０は、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳであり、長手方向の両端部側が上方に沿った主翼部１０１と、主翼部１０１の短手方向の一端縁部にバス動力系の推進装置としての複数のモータ駆動のプロペラ１０３とを備える。主翼部１０１の上面には、太陽光発電機能を有する太陽光発電部としての太陽光発電パネル（以下「ソーラーパネル」という。）１０２が設けられている。また、主翼部１０１の下面の長手方向の２箇所には、板状の連結部１０４を介して、ミッション機器が収容される複数の機器収容部としてのポッド１０５が連結されている。各ポッド１０５の内部には、ミッション機器としての無線中継局１１０と、バッテリー１０６とが収容されている。また、各ポッド１０５の下面側には離発着時に使用される車輪１０７が設けられている。ソーラーパネル１０２で発電された電力はバッテリー１０６に蓄電され、バッテリー１０６から供給される電力により、プロペラ１０３のモータが回転駆動され、無線中継局１１０による無線中継処理が実行される。
【００２９】
ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、例えば旋回飛行を行ったり８の字飛行を行ったりすることにより揚力で浮揚し、所定の高度で水平方向の所定の範囲に滞在するように浮揚することができる。なお、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、プロペラ１０３が回転駆動されていないときは、グライダーのように飛ぶこともできる。例えば、昼間などのソーラーパネル１０２の発電によってバッテリー１０６の電力が余っているときに高い位置に上昇し、夜間などのソーラーパネル１０２で発電できないときにバッテリー１０６からモータへの給電を停止してグライダーのように飛ぶことができる。
【００３０】
また、ＨＡＰＳ１０は、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部としての３次元対応指向性の光アンテナ装置１３０を備えている。なお、図２の例では主翼部１０１の長手方向の両端部に光アンテナ装置１３０を配置しているが、ＨＡＰＳ１０の他の箇所に光アンテナ装置１３０を配置してもよい。なお、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部は、このような光通信を行うものに限らず、マイクロ波などの電波による無線通信などの他の方式による無線通信であってもよい。
【００３１】
図３は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳ２０の他の例を示す斜視図である。
図３のＨＡＰＳ２０は、無人飛行船タイプのＨＡＰＳであり、ペイロードが大きいため大容量のバッテリーを搭載することができる。ＨＡＰＳ２０は、浮力で浮揚するためのヘリウムガス等の気体が充填された飛行船本体２０１と、バス動力系の推進装置としてのモータ駆動のプロペラ２０２と、ミッション機器が収容される機器収容部２０３とを備える。機器収容部２０３の内部には、無線中継局２１０とバッテリー２０４とが収容されている。バッテリー２０４から供給される電力により、プロペラ２０２のモータが回転駆動され、無線中継局２１０による無線中継処理が実行される。
【００３２】
なお、飛行船本体２０１の上面に、太陽光発電機能を有するソーラーパネルを設け、ソーラーパネルで発電された電力をバッテリー２０４に蓄電するようにしてもよい。
【００３３】
また、無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０も、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部としての３次元対応指向性の光アンテナ装置２３０を備えている。なお、図３の例では飛行船本体２０１の上面部及び機器収容部２０３の下面部に光アンテナ装置２３０を配置しているが、ＨＡＰＳ２０の他の部分に光アンテナ装置２３０を配置してもよい。なお、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部は、このような光通信を行うものに限らず、マイクロ波などの電波による無線通信などの他の方式による無線通信を行うものであってもよい。
【００３４】
図４は、実施形態の複数のＨＡＰＳ１０，２０で上空に形成される無線ネットワークの一例を示す説明図である。
複数のＨＡＰＳ１０，２０は、上空で互いに光通信によるＨＡＰＳ間通信ができるように構成され、３次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現することができるロバスト性に優れた無線通信ネットワークを形成する。この無線通信ネットワークは、各種環境や各種情報に応じたダイナミックルーティングによるアドホックネットワークとして機能することもできる。前記無線通信ネットワークは、２次元又は３次元の各種トポロジーを有するように形成することができ、例えば、図４に示すようにメッシュ型の無線通信ネットワークであってもよい。
【００３５】
図５は、他の実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
なお、図５において、前述の図１と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００３６】
図５の実施形態では、ＨＡＰＳ１０と移動通信網８０のコアネットワークとの間の通信を、フィーダ局７０及び低軌道の人工衛星７２を介して行っている。この場合、人工衛星７２とフィーダ局７０との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。また、ＨＡＰＳ１０と人工衛星７２との間の通信については、レーザ光などを用いた光通信で行っている。
【００３７】
図６は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の一構成例を示すブロック図である。
図５の無線中継局１１０，２１０はリピータータイプの無線中継局の例である。無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、３Ｄセル形成アンテナ部１１１と、送受信部１１２と、フィード用アンテナ部１１３と、送受信部１１４と、リピーター部１１５と、監視制御部１１６と、電源部１１７とを備える。更に、無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、ＨＡＰＳ間通信などに用いる光通信部１２５と、ビーム制御部１２６とを備える。
【００３８】
３Ｄセル形成アンテナ部１１１は、セル形成目標空域４０に向けて放射状のビーム１００，２００を形成するアンテナを有し、端末装置と通信可能な３次元セル４１，４２を形成する。送受信部１１２は、３Ｄセル形成アンテナ部１１１とともに第一無線通信部を構成し、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１を介して、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置に無線信号を送信したり端末装置から無線信号を受信したりする。
【００３９】
フィード用アンテナ部１１３は、地上又は海上のフィーダ局７０と無線通信するための指向性アンテナを有する。送受信部１１４は、フィード用アンテナ部１１３とともに第二無線通信部を構成し、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、フィード用アンテナ部１１３を介して、フィーダ局７０に無線信号を送信したりフィーダ局７０から無線信号を受信したりする。
【００４０】
リピーター部１１５は、端末装置との間で送受信される送受信部１１２の信号と、フィーダ局７０との間で送受信される送受信部１１４の信号とを中継する。リピーター部１１５は、周波数変換機能を有してもよい。
【００４１】
監視制御部１１６は、例えばＣＰＵ及びメモリ等で構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、ＨＡＰＳ１０，２０内の各部の動作処理状況を監視したり各部を制御したりする。特に、監視制御部１１６は、制御プログラムを実行することにより、プロペラ１０３，２０２を駆動するモータ駆動部１４１を制御して、ＨＡＰＳ１０，２０を目標位置へ移動させ、また、目標位置近辺に留まるように制御する。
【００４２】
電源部１１７は、バッテリー１０６，２０４から出力された電力をＨＡＰＳ１０，２０内の各部に供給する。電源部１１７は、太陽光発電パネル等で発電した電力や外部から給電された電力をバッテリー１０６，２０４に蓄電させる機能を有してもよい。
【００４３】
光通信部１２５は、レーザ光等の光通信媒体を介して周辺の他のＨＡＰＳ１０，２０や人工衛星７２と通信する。この通信により、ドローン６０等の端末装置と移動通信網８０との間の無線通信を動的に中継するダイナミックルーティングが可能になるとともに、いずれかのＨＡＰＳが故障したときに他のＨＡＰＳがバックアップして無線中継することにより移動通信システムのロバスト性を高めることができる。
【００４４】
ビーム制御部１２６は、ＨＡＰＳ間通信や人工衛星７２との通信に用いるレーザ光などのビームの方向及び強度を制御したり、周辺の他のＨＡＰＳ（無線中継局）との間の相対的な位置の変化に応じてレーザ光等の光ビームによる通信を行う他のＨＡＰＳ（無線中継局）を切り替えるように制御したりする。この制御は、例えば、ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢、周辺のＨＡＰＳの位置などに基づいて行ってもよい。ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢の情報は、そのＨＡＰＳに組み込んだＧＰＳ受信装置、ジャイロセンサ、加速度センサなどの出力に基づいて取得し、周辺のＨＡＰＳの位置の情報は、移動通信網８０に設けた遠隔制御装置８５又は他のＨＡＰＳ管理サーバから取得してもよい。
【００４５】
図７は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の他の構成例を示すブロック図である。
図７の無線中継局１１０，２１０は基地局タイプの無線中継局の例である。
なお、図７において、図６と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図７の無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、モデム部１１８を更に備え、リピーター部１１５の代わりに基地局処理部１１９を備える。更に、無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、光通信部１２５とビーム制御部１２６とを備える。
【００４６】
モデム部１１８は、例えば、フィーダ局７０からフィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、基地局処理部１１９側に出力するデータ信号を生成する。また、モデム部１１８は、基地局処理部１１９側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、フィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４を介してフィーダ局７０に送信する送信信号を生成する。
【００４７】
基地局処理部１１９は、例えば、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの標準規格に準拠した方式に基づいてベースバンド処理を行うｅ−ＮｏｄｅＢとしての機能を有する。基地局処理部１１９は、第５世代等の将来の移動通信の標準規格に準拠する方式で処理するものであってもよい。
【００４８】
基地局処理部１１９は、例えば、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置から３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、モデム部１１８側に出力するデータ信号を生成する。また、基地局処理部１１９は、モデム部１１８側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して３次元セル４１，４２の端末装置に送信する送信信号を生成する。
【００４９】
図８は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の更に他の構成例を示すブロック図である。
図８の無線中継局１１０，２１０はエッジコンピューティング機能を有する高機能の基地局タイプの無線中継局の例である。なお、図８において、図６及び図７と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図８の無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、図７の構成要素に加えてエッジコンピューティング部１２０を更に備える。
【００５０】
エッジコンピューティング部１２０は、例えば小型のコンピュータで構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０における無線中継などに関する各種の情報処理を実行することができる。
【００５１】
例えば、エッジコンピューティング部１２０は、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置から受信したデータ信号に基づいて、そのデータ信号の送信先を判定し、その判定結果に基づいて通信の中継先を切り換える処理を実行する。より具体的には、基地局処理部１１９から出力されたデータ信号の送信先が自身の３次元セル４１，４２に在圏する端末装置の場合は、そのデータ信号をモデム部１１８に渡さずに、基地局処理部１１９に戻して自身の３次元セル４１，４２に在圏する送信先の端末装置に送信するようにする。一方、基地局処理部１１９から出力されたデータ信号の送信先が自身の３次元セル４１，４２以外の他のセルに在圏する端末装置の場合は、そのデータ信号をモデム部１１８に渡してフィーダ局７０に送信し、移動通信網８０を介して送信先の他のセルに在圏する送信先の端末装置に送信するようにする。
【００５２】
エッジコンピューティング部１２０は、３次元セル４１，４２に在圏する多数の端末装置から受信した情報を分析する処理を実行してもよい。この分析結果は３次元セル４１，４２に在圏する多数の端末装置に送信したり移動通信網８０のサーバ装置などに送信したりしてもよい。
【００５３】
無線中継局１１０、２１０を介した端末装置との無線通信の上りリンク及び下りリンクの複信方式は、特定の方式に限定されず、例えば、時分割複信（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）方式でもよいし、周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ：ＦＤＤ）方式でもよい。また、無線中継局１１０、２１０を介した端末装置との無線通信のアクセス方式は、特定の方式に限定されず、例えば、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式、又は、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）であってもよい。また、前記無線通信には、ダイバーシティ・コーディング、送信ビームフォーミング、空間分割多重化（ＳＤＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の機能を有し、送受信両方で複数のアンテナを同時に利用することにより、単位周波数当たりの伝送容量を増やすことができるＭＩＭＯ（多入力多出力：Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いてもよい。また、前記ＭＩＭＯ技術は、１つの基地局が１つの端末装置と同一時刻・同一周波数で複数の信号を送信するＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ）技術でもよいし、１つの基地局が複数の異なる通信端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信又は複数の異なる基地局が１つの端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信するＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ）技術であってもよい。
【００５４】
本実施形態において、ＨＡＰＳ１０が上空で故障して落下し、落下地点に被害が発生するおそれがある。例えば、図９に示すように複数のＨＡＰＳ１０が編隊を組んで飛行する場合、隣り合うＨＡＰＳ１０同士が衝突して故障し、故障したＨＡＰＳ１０が下降して落下すると、落下地点に被害が発生するおそれがある。
【００５５】
そこで、本実施形態では、ＨＡＰＳ１０の運用時の安全性を高めるために、以下に示すようなＨＡＰＳの飛行制御と故障落下時の対策を行っている。例えば、本実施形態では、ＨＡＰＳの編隊飛行時にＨＡＰＳ１０同士が互いに通信して衝突を回避するように飛行制御している。
【００５６】
図１０は編隊飛行中のＨＡＰＳ１０の衝突回避飛行制御の一例を示すフローチャートであり、図１１は編隊飛行中のＨＡＰＳ１０の衝突回避飛行の一例を示す説明図である。なお、ここでは、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０のみの例であるが、無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０であってもよいし、これらのＨＡＰＳ１０，２０が混在していてもよい。
【００５７】
図１０において、本実施形態の複数のＨＡＰＳ１０が編隊飛行する場合、ＨＡＰＳ１０は、光通信などのＨＡＰＳ間通信により、所定の一定時間ごとに周辺のＨＡＰＳ１０’に対して通信確立のための所定の信号を無線送信し（Ｓ１０１）、その送信信号に対する応答信号（ＡＣＫ信号）の受信を待つ。応答信号（ＡＣＫ信号）を受信すると（Ｓ１０２でＹｅｓ）、ＨＡＰＳ１０は、周辺のＨＡＰＳ１０’との間で通信を確立し（Ｓ１０３）、現在位置情報と飛行予定の経路情報とを交換する（Ｓ１０４）。ＨＡＰＳ１０は、周辺のＨＡＰＳ１０’から受信した現在位置情報と飛行予定の経路情報とに基づいて衝突可能性があると判断した場合（Ｓ１０５でＹｅｓ）、ＨＡＰＳ１０を中心とした一定範囲のエリア１０Ｒ内に周辺のＨＡＰＳ１０’が入らないように（図１１参照）、ＨＡＰＳ１０自身の飛行経路を変更する（Ｓ１０６）。この情報交換及び飛行経路変更は、衝突の可能性がなくなるまで繰り返し（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）、その後、ＨＡＰＳ間の通信を切断する（Ｓ１０７）。
【００５８】
なお、図１０の例では、ＨＡＰＳ１０自身の飛行経路を変更しているが、ＨＡＰＳ１０を中心とした一定範囲のエリア１０Ｒ内に周辺のＨＡＰＳ１０’が入らないように、ＨＡＰＳ１０から周辺のＨＡＰＳ１０’に飛行制御情報を送信することにより、周辺のＨＡＰＳ１０’の飛行経路を変更させてもよい。また、ＨＡＰＳ１０の周辺のＨＡＰＳ１０’に衝突しない飛行制御は、各ＨＡＰＳの位置情報などに基づいて遠隔制御装置８５から手動で遠隔的に行ってもよい。
【００５９】
また、本実施形態では、ＨＡＰＳ１０の故障時の安全性を高めるため、ＨＡＰＳ１０の下降を伴う故障が発生したとき、故障したＨＡＰＳ１０１による被害を低減するように、周辺気流の情報に基づいて安全な落下目標場所を予測し、ＨＡＰＳ１０を分解してできるだけ前記安全な落下目標場所に落下させている。
【００６０】
図１２は連結解除可能な連結部１５１，１５２で連結された複数の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅで構成したＨＡＰＳ１０の説明図である。図１２（ａ）は複数の部分構造体１０Ａ〜１０ＥからなるＨＡＰＳ１０の一例を示す上面図であり、図１２（ｂ）は同ＨＡＰＳ１０の連結解除された分解後の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅを示す上面図である。また、図１３はＨＡＰＳ１０における部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの連結解除の制御系の一例を示すブロック図である。
【００６１】
なお、図１２はＨＡＰＳ１０を構成する部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの数が５の場合について示しているが、部分構造体の数は２〜４でもよいし、６以上であってもよい。また、部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの連結部の位置や構造は図示のものに限定されない。また、図１２では、ＨＡＰＳ１０が尾翼１５０を有する場合について示しているが、本実施形態のＨＡＰＳ１０において、尾翼は必須ではなく、尾翼１５０及びその連結部１５２を備えていなくてもよい。
【００６２】
図１２及び図１３に示す構成例において、ＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅは、主翼部１０１の複数の連結部１５１と、複数の尾翼１５０の連結部１５２とにより連結されている。複数の連結部１５１及び１５２はそれぞれ、互いに対向するように組み合わされて連結する２つ一組の連結部構成部材１５１Ａ〜１５１Ｅ，１５２Ａ〜１５２Ｅで構成されている。複数の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの連結を選択的に解除する連結解除機構は、対応する連結部構成部材同士を選択的に結合したり分離したりすることができる。連結解除機構としては、各種機構を用いることができ、例えば、電磁石を用いた結合・分離機構、クランプやバネなどを用いた機械的な結合・分離機構、又はそれらを組み合わせた機構を用いることができる。機械的な結合・分離機構は、サーボのようなアクチュエータを有し、電気信号でもって結合を解除できるものであってもよい。また、連結解除機構は、ジュール熱を利用した形状記憶合金や熱可塑性樹脂の変形による解除機構を有するものであってもよい。
【００６３】
制御部１５３は、ＨＡＰＳ１０の下降を伴う故障が発生した旨の故障発生通知を受けると、周辺気流の情報に基づいて予測される安全な落下目標場所にＨＡＰＳ１０を落下させるように生成された分解制御情報に基づいて連結解除機構１５４を制御する。連結解除機構１５４は、制御部１５３からの制御信号に基づいて、複数の連結部１５１及び１５２の一部又は全部の連結を解除する。
【００６４】
なお、図１３の制御系において、制御部１５３は、複数の連結部１５１及び１５２のうち連結を解除する連結解除対象の連結部の位置及び個数（分裂数）並びに連結を解除するタイミング（例えば、時刻情報）の少なくとも一つを制御してもよい。また、制御部１５３は、部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの連結解除の複数種類の組み合わせから、安全な落下目標場所への落下の確率が最も高い連結解除の組み合わせを選択して部分構造体に分解するように制御してもよい。この連結解除の組み合わせの選択情報は、制御部１５３に送られる分解制御情報に含めてもよい。
【００６５】
図１４は実施形態の通信システムにおけるＨＡＰＳ１０の故障発生時の制御の一例を示すシーケンス図である。また、図１５は、ＨＡＰＳ１０の分解落下の様子の一例を示す説明図である。なお、図１４では、ＨＡＰＳ１０の故障発生を周辺のＨＡＰＳ１０’が検知する場合について示しているが、ＨＡＰＳ１０の故障発生をそのＨＡＰＳ１０自身が検知してもよい。また、周辺のＨＡＰＳ１０’が複数存在している場合、ＨＡＰＳ１０の故障発生を検知した周辺のＨＡＰＳ１０’がその検知結果を他の周辺のＨＡＰＳ１０’に通知するようにしてもよい。
【００６６】
図１４において、ＨＡＰＳ１０に下降を伴う故障が発生すると（Ｓ２０１）、その故障が、外部装置としての周辺の一又は複数のＨＡＰＳ１０’で検知される（Ｓ２０２）。例えば、周辺のＨＡＰＳ１０’は、ＨＡＰＳ１０との間で光通信などによるＨＡＰＳ間通信を行うことによりＨＡＰＳ１０が所定の閾値以上の下降を検知した場合、ＨＡＰＳ１０の故障が発生したと判断する。周辺のＨＡＰＳ１０’は、ＨＡＰＳ１０の故障発生を検知すると、その故障発生通知をＨＡＰＳ１０と、地上又は海上の管制センターに設けられた管理装置（外部装置）としての遠隔制御装置８５とに送信する（Ｓ２０３，Ｓ２０４）。
【００６７】
遠隔制御装置８５は、ＨＡＰＳ１０の故障発生通知を周辺のＨＡＰＳ１０’から受信すると、ＨＡＰＳ１０の周辺気流の情報に基づいてＨＡＰＳ１０（部分構造体１０Ａ〜１０Ｅ）の安全な落下目標場所を予測する（Ｓ２０５）。例えば、遠隔制御装置８５は、故障の発生時における周辺気流の風速及び風向と、故障が発生したＨＡＰＳ１０の移動速度及び移動方向と、故障が発生したＨＡＰＳ１０又はそのＨＡＰＳ１０を構成する複数の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの質量若しくは質量及び外形サイズとに基づいて、ＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅそれぞれの安全な落下目標場所を予測する。遠隔制御装置８５は、その安全な落下目標場所にＨＡＰＳ１０（部分構造体１０Ａ〜１０Ｅ）を落下させるように分解制御情報を生成し（Ｓ２０６）、ＨＡＰＳ１０に送信する（Ｓ２０７）。この分解制御情報には、前述の連結解除の組み合わせの選択情報を含めてもよい。
【００６８】
なお、前記落下目標場所の予測及び分解制御情報の生成は、ＨＡＰＳの落下に関する過去の落下時の情報や落下試験時の情報を記憶した記憶手段としてのデータベース（「ＨＡＰＳ落下管理データベース（ＤＢ）」ともいう。）を参照して行ってもよい。ＨＡＰＳ落下管理データベースには、周辺気流の風速及び風向、ＨＡＰＳの移動速度及び移動方向並びにＨＡＰＳ又はその部分構造体の質量若しくは質量及び外形サイズと、落下場所との相関の大きさを示す情報を含んでもよい。ここで、落下場所のデータは、ＨＡＰＳ又は部分構造体の落下下降前の位置を基準にした相対的な位置データ（例えば、半径及び方向）であってもよい。
【００６９】
ＨＡＰＳ１０は、遠隔制御装置８５から分解制御情報を受信すると、その分解制御情報に基づいて、複数の連結部１５１及び１５２の一部又は全部の連結を解除するように制御する（Ｓ２０８）。前述のように、ＨＡＰＳ１０は、複数の連結部１５１及び１５２のうち連結を解除する連結解除対象の連結部の位置及び個数を制御する連結解除制御を実行する。この連結解除制御では、連結を解除するタイミングの制御を含めてもよい。
【００７０】
ＨＡＰＳ１０の所定の連結部で分解された部分構造体１０Ａ〜１０Ｅはそれぞれ、図１５に示すように分解落下を開始し、安全な落下目標場所に落下していく。これにより、ＨＡＰＳ１０の故障時における落下場所での被害の発生を回避を抑制し、安全性を高めることができる。特に、本実施形態では、ＨＡＰＳ１０を部分構造体１０Ａ〜１０Ｅに分解して落下させることにより、予測した安全な落下目標場所に落下する確率を高めることができる。
【００７１】
なお、上記図１４の制御例において、ＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅはそれぞれ、各部分構造体が落下する地上又は海上の落下場所に位置する近隣のユーザ装置（ＵＥ）などの端末装置に落下警報信号（落下アラーム）を送信しながら落下してもよい（Ｓ２０９）。この場合、部分構造体１０Ａ〜１０Ｅは、周辺のＨＡＰＳ１０’を介して端末装置に落下警告信号を送信できるように制御用通信端末装置（例えば、移動通信モジュール）及び非常用電源が組み込まれ、周辺のＨＡＰＳ１０’や端末装置から識別できるように端末識別情報（例えば、ＩＰアドレス、電話番号など）が割り当てられるようにしてもよい。落下警報信号を受信した端末装置のユーザは建物などの屋内に避難することができる。
【００７２】
また、落下警報信号は、ＨＡＰＳ１０又はその部分構造体１０Ａ〜１０Ｅが安全な落下目標場所に落下できない場合、すなわち、落下目標場所からずれた場所（実際の落下場所）に向けて下降している場合に、実際の落下場所に位置するユーザ装置などの端末装置に送信してもよい。
【００７３】
また、故障で下降しているＨＡＰＳ１０又はその部分構造体１０Ａ〜１０Ｅが通信できない状態になった場合、その故障で下降しているＨＡＰＳ１０の周辺に位置する一又は複数の周辺のＨＡＰＳ’は、遠隔制御装置８５や、前記安全な落下目標場所又は前記実際の落下場所に位置するユーザ装置などの端末装置に、落下警告信号（落下アラーム）を送信してもよい。また、遠隔制御装置８５は、前記安全な落下目標場所又は前記実際の落下場所に位置するユーザ装置などの端末装置に、落下警告信号を送信してもよい。
【００７４】
また、上記図１４の制御例において、故障が発生したＨＡＰＳ１０が自身の高度の変化を検知し、その高度の変化に基づいて故障の発生を検知してもよい。また、故障が発生したＨＡＰＳ１０は、自身の下降を伴う故障の発生に関する情報（故障発生通知）を遠隔制御装置８５から受信してもよい。
【００７５】
また、上記図１４の制御例において、故障が発生したＨＡＰＳ１０が落下目標場所を予測して分解制御情報を生成してもよい。また、前記周辺のＨＡＰＳ１０’が落下目標場所を予測して分解制御情報を生成し、その生成した分解制御情報を落下目標場所に関する情報としてＨＡＰＳ１０に送信してもよい。
【００７６】
また、本実施形態において、前記落下目標場所は、ＨＡＰＳ１０又はそのＨＡＰＳ１０を構成する複数の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅについて実行された落下試験及びその試験データを用いた機械学習により得られたＨＡＰＳ落下管理データベースに基づいて予測してもよい。
【００７７】
図１６は、実施形態の通信システムにおける遠隔制御装置８５（管制センター）のＨＡＰＳ落下管理データベースを用いた集中管理処理の一例を示すフローチャートである。
図１６において、遠隔制御装置８５は、ＨＡＰＳ１０又は複数の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅそれぞれについて互いに異なる複数種類の条件で試行された複数回の落下試験について、試験結果のデータを収集する（Ｓ３０１）。試験結果のデータは、試験時の気流の風速及び風向のデータと、実際に落下した落下場所のデータとを含む。試験結果のデータは、落下前のＨＡＰＳ１０又は部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの移動速度及び移動方向のデータと、ＨＡＰＳ１０又は部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの質量若しくは質量及び外形サイズのデータとを含んでもよい。また、試験結果のデータは、落下試験に用いる試験装置から受信して取得してもよいし、落下試験のオペレータなどが入力することで取得してもよい。
【００７８】
次に、遠隔制御装置８５は、ＨＡＰＳ１０又は部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの落下試験の試験結果のデータに基づいて機械学習を実行する（Ｓ３０２）。この機械学習は、例えば、人工知能（ＡＩ）により、気流の風速及び風向、ＨＡＰＳ又は部分構造体の移動速度及び移動方向並びにＨＡＰＳ又は部分構造体の質量若しくは質量及び外形サイズと、ＨＡＰＳ又は部分構造体が実際に落下した落下場所との間の相関の大きさを計算して求めるように行う。ここで、落下場所のデータは、ＨＡＰＳ又は部分構造体の落下下降前の位置を基準にした相対的な位置データ（例えば、半径及び方向）であってもよい。
【００７９】
次に、遠隔制御装置８５は、前記機械学習の結果に基づいて、ＨＡＰＳ及び部分構造体の落下場所の予測精度を高めるように、ＨＡＰＳ落下管理データベースを更新する（Ｓ３０３）。
【００８０】
次に、運用中のＨＡＰＳ１０の下降を伴う故障が検知されると、遠隔制御装置８５は、その故障ＨＡＰＳに関する故障ＨＡＰＳ情報を受信する（Ｓ３０４）。故障ＨＡＰＳ情報は、例えば、故障の発生時における周辺気流の風速及び風向と、故障が発生したＨＡＰＳ１０の移動速度及び移動方向と、故障が発生したＨＡＰＳ１０又はそのＨＡＰＳ１０を構成する複数の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの質量若しくは質量及び外形サイズとを含む。
【００８１】
遠隔制御装置８５は、受信した故障ＨＡＰＳ情報とＨＡＰＳ落下管理データベースとに基づいて、ＨＡＰＳ１０又は部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの安全な落下目標場所を予測し（Ｓ３０５）、ＨＡＰＳ１０の分解制御情報を生成し（Ｓ３０６）、生成した分解制御情報を前記故障したＨＡＰＳ１０に送信する（Ｓ３０７）。ここで、分解制御情報は、ＨＡＰＳ１０の複数の連結部１５１及び１５２のうち連結を解除する連結解除対象の連結部の位置及び個数を指定する情報を含む。分解制御情報は、連結を解除するタイミング（例えば、時刻情報）を含んでもよい。また、分解制御情報は、部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの連結解除の複数種類の組み合わせから、安全な落下目標場所への落下の確率が最も高い連結解除の組み合わせを選択する選択情報を含んでもよい。
【００８２】
上記分解制御情報に基づいて分解したＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅが落下した後、遠隔制御装置８５は、その落下結果データを受信して落下目標場所の予測精度を高めるように機械学習を行い、ＨＡＰＳ落下管理データベースを更新してもよい（Ｓ３０８，Ｓ３０２，Ｓ３０３）。落下結果データは、ＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅが実際に落下した落下場所の情報を含む。落下結果データは、ＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ〜１０Ｅが落下している落下中に測定された複数の高度における気流の風速及び風向を含んでもよいし、落下中に測定された部分構造体１０Ａ〜１０Ｅの落下速度などの装置状態情報を含んでもよい。また、落下結果データは、通信機能を有している落下したＨＡＰＳ１０又は部分構造体１０Ａ〜１０Ｅから受信してもよいし、落下したＨＡＰＳ１０の周辺に位置していた周辺のＨＡＰＳ１０’から受信してもよい。
【００８３】
なお、本明細書で説明された処理工程並びにＨＡＰＳ１０，２０等の通信中継装置の無線中継局、フィーダ局、遠隔制御装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）及び基地局における基地局装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。
【００８４】
ハードウェア実装については、実体（例えば、無線中継局、フィーダ局、基地局装置、無線中継局装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、遠隔制御装置、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。
【００８５】
また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、前記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。
【００８６】
また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。
【符号の説明】
【００８７】
１０  ＨＡＰＳ（ソーラープレーンタイプ）
１０Ａ〜１０Ｅ  部分構造体
２０  ＨＡＰＳ（飛行船タイプ）
４０  セル形成目標空域
４１，４２，４３  ３次元セル
５０  ＨＡＰＳが位置する空域
６０  ドローン
６５  飛行機
７０  フィーダ局
７２  人工衛星
７５  マイクロ波給電局
８０  移動通信網
８５  遠隔制御装置（管制センター）
１００，２００、３００  ビーム
１０１  主翼部
１０２  ソーラーパネル（太陽光発電パネル）
１０３，２０２  プロペラ
１０４  連結部
１０５  ポッド
１０６  バッテリー
１０７  車輪
１０８  受電用ポッド
１１０，２１０  無線中継局
１１１  ３次元（３Ｄ）セル形成アンテナ部
１１２  送受信部
１１３  フィード用アンテナ部
１１４  送受信部
１１５  リピーター部
１１６  監視制御部
１１７  電源部
１１８  モデム部
１１９  基地局処理部
１２０  エッジコンピューティング部
１２５  光通信部
１２６  ビーム制御部
１３０，２３０  光アンテナ装置
１４１  モータ駆動部
１５０  尾翼
１５１，１５２  連結部
１５１Ａ〜１５１Ｅ  連結解除後の連結部構成部材
１５２Ａ〜１５２Ｅ  連結解除後の連結部構成部材
１５３  制御部
１５４  連結解除機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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