(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上にある地上局、又は移動する移動局から送信された画像などのデータを中継することで、複数ある前記地上局同士、前記移動局同士又は前記地上局と前記移動局間のデータ通信を実施させるために、移動体に搭載されたデータ中継アンテナの駆動制御装置であって、
指向方向が可動自在に構成され、かつ、互いの可動範囲に一部重複する範囲を有する複数のアンテナと、
前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度をそれぞれ検出する移動体検出手段と、
データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局の位置を算出して、地上局／移動局位置信号を出力する地上局／移動局位置算出手段と、
データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局から送信される電波を別々に受信して、その時の受信電波強度をそれぞれ検出する複数の受信電波強度検出手段と、
前記移動体検出手段から出力された前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、前記地上局／移動局位置算出手段から出力された前記地上局／移動局位置信号とから、前記複数のアンテナのうちアンテナ切換時において通信状態を維持するアンテナの優先順位を示すアンテナ優先順位決定信号を生成する優先順位決定手段と、
前記アンテナ優先順位決定信号と、前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、前記地上局／移動局位置信号と、前記受信電波強度検出手段から出力された受信電波強度検出信号とから、前記複数のアンテナに対するアンテナ毎のアンテナ駆動指令信号を複数生成するアンテナ駆動制御指令算出手段と、
複数の前記アンテナ駆動指令信号に基づき複数のアンテナ駆動信号を生成して、前記複数のアンテナに別々に供給し、それら複数のアンテナをその可動範囲が前記重複する範囲にあるときに、互いに独立して駆動して前記複数のアンテナの各指向方向を変更するアンテナ駆動制御手段と
を有することを特徴とするデータ中継アンテナの駆動制御装置。
【請求項２】
地上にある地上局、又は移動する移動局から送信された画像などのデータを中継することで、複数ある前記地上局同士、前記移動局同士又は前記地上局と前記移動局間のデータ通信を実施させるために、移動体に搭載されたデータ中継アンテナの駆動制御装置であって、
指向方向が可動自在に構成され、かつ、互いの可動範囲に一部重複する範囲を有する複数のアンテナと、
前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度をそれぞれ検出する移動体検出手段と、
データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局の位置を算出して、地上局／移動局位置信号を出力する地上局／移動局位置算出手段と、
データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局から送信される電波を別々に受信して、その時の受信電波強度をそれぞれ検出する複数の受信電波強度検出手段と、
前記移動体検出手段から出力された前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、前記地上局／移動局位置算出手段から出力された前記地上局／移動局位置信号とから、前記複数のアンテナの指向方向を同時に変更するためのアンテナ優先順位決定信号を生成する優先順位決定手段と、
前記アンテナ優先順位決定信号と、前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、前記地上局／移動局位置信号と、前記受信電波強度検出手段から出力された受信電波強度検出信号とから、前記複数のアンテナに対するアンテナ毎のアンテナ駆動指令信号を複数生成するアンテナ駆動制御指令算出手段と、
複数の前記アンテナ駆動指令信号に基づき複数のアンテナ駆動信号を生成して、前記複数のアンテナに別々に供給し、それら複数のアンテナをその可動範囲が前記重複する範囲にあるときに、互いに独立して駆動して前記複数のアンテナの各指向方向を同時に変更するアンテナ駆動制御手段と
を有することを特徴とするデータ中継アンテナの駆動制御装置。
【請求項３】
前記アンテナが２機前記移動体に搭載されており、前記地上局と前記移動局間のデータ通信を実施させる場合、前記優先順位決定手段は、前記移動体検出手段から出力された前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、前記地上局／移動局位置算出手段から出力された前記地上局／移動局位置信号とから、アンテナ切換時において前記移動局との通信状態が遮断しないよう前記移動局との通信に割り当てた、２機のうちの一方のアンテナの指向方向を優先的に維持するためのアンテナの優先順位を示すアンテナ優先順位決定信号を生成することを特徴とする請求項１記載のデータ中継アンテナの駆動制御装置。
【請求項４】
前記アンテナが２機前記移動体に搭載されており、前記地上局同士、前記移動局同士又は前記地上局と前記移動局間のデータ通信を実施させるために、前記優先順位決定手段は、前記移動体検出手段から出力された前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、前記地上局／移動局位置算出手段から出力された前記地上局／移動局位置信号とから、アンテナ切換時において前記２機のアンテナの指向方向を同時に変更するためのアンテナ優先順位決定信号を生成することを特徴とする請求項２記載のデータ中継アンテナの駆動制御装置。
【請求項５】
地上にある地上局、又は移動する移動局から送信された画像などのデータを中継することで、複数ある前記地上局同士、前記移動局同士又は前記地上局と前記移動局間のデータ通信を実施させるために、移動体に搭載されたデータ中継アンテナの駆動制御方法であって、
前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度をそれぞれ検出する第１のステップと、
データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局の位置を算出して、地上局／移動局位置信号を出力する第２のステップと、
データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局から送信される電波を別々に受信して、その時の受信電波強度をそれぞれ検出する第３のステップと、
前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と前記地上局／移動局位置信号とから、指向方向が可動自在に構成され、かつ、互いの可動範囲に一部重複する範囲を有する複数のアンテナのアンテナ切換時において通信状態を維持するアンテナの優先順位を示すアンテナ優先順位決定信号を生成する第４のステップと、
前記アンテナ優先順位決定信号と、前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、前記地上局／移動局位置信号と、前記受信電波強度の検出信号とから、前記複数のアンテナに対するアンテナ毎のアンテナ駆動指令信号を複数生成する第５のステップと、
複数の前記アンテナ駆動指令信号に基づき複数のアンテナ駆動信号を生成して、前記複数のアンテナに別々に供給し、それら複数のアンテナをその可動範囲が前記重複する範囲にあるときに、互いに独立して駆動して前記複数のアンテナの各指向方向を変更する第６のステップと
を含むことを特徴とするデータ中継アンテナの駆動制御方法。
【請求項６】
地上にある地上局、又は移動する移動局から送信された画像などのデータを中継することで、複数ある前記地上局同士、前記移動局同士又は前記地上局と前記移動局間のデータ通信を実施させるために、移動体に搭載されたデータ中継アンテナの駆動制御方法であって、
前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度をそれぞれ検出する第１のステップと、
データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局の位置を算出して、地上局／移動局位置信号を出力する第２のステップと、
データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局から送信される電波を別々に受信して、その時の受信電波強度をそれぞれ検出する第３のステップと、
前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と前記地上局／移動局位置信号とから、指向方向が可動自在に構成され、かつ、互いの可動範囲に一部重複する範囲を有する複数のアンテナの指向方向を同時に変更するためのアンテナ優先順位決定信号を生成する第４のステップと、
前記アンテナ優先順位決定信号と、前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、前記地上局／移動局位置信号と、前記受信電波強度の検出信号とから、前記複数のアンテナに対するアンテナ毎のアンテナ駆動指令信号を複数生成する第５のステップと、
複数の前記アンテナ駆動指令信号に基づき複数のアンテナ駆動信号を生成して、前記複数のアンテナに別々に供給し、それら複数のアンテナをその可動範囲が前記重複する範囲にあるときに、互いに独立して駆動して前記複数のアンテナの各指向方向を同時に変更する第６のステップと
を含むことを特徴とするデータ中継アンテナの駆動制御方法。
【請求項７】
前記アンテナが２機前記移動体に搭載されており、前記地上局と前記移動局間のデータ通信を実施させる場合、前記第４のステップは、前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と前記地上局／移動局位置信号とから、アンテナ切換時において前記移動局との通信状態が遮断しないよう前記移動局との通信に割り当てた、２機のうちの一方のアンテナの指向方向を優先的に維持するためのアンテナの優先順位を示すアンテナ優先順位決定信号を生成することを特徴とする請求項５記載のデータ中継アンテナの駆動制御方法。
【請求項８】
前記アンテナが２機前記移動体に搭載されており、前記地上局同士、前記移動局同士又は前記地上局と前記移動局間のデータ通信を実施させるために、前記第４のステップは、前記移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と前記地上局／移動局位置信号とから、アンテナ切換時において前記２機のアンテナの指向方向を同時に変更するためのアンテナ優先順位決定信号を生成することを特徴とする請求項６記載のデータ中継アンテナの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデータ中継アンテナの駆動制御装置及び駆動制御方法に係り、特に各地上局や移動局から送信された画像などのデータを中継することで、複数ある地上局及び移動局間でのデータ通信を実施するための、移動体に搭載されたデータ中継アンテナの駆動制御装置及び駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から移動体と地上局との間で通信を行うシステムにおいて、アンテナを駆動制御する装置は種々提案されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。図７は特許文献１記載の従来のデータ伝送装置の一例のブロック図を示す。このデータ伝送装置は、移動体である例えば航空機から地上の映像を撮影し、得られた画像データを地上の地上局に伝送し、地上局で画像処理を行うデータ伝送システムに用いられ、移動体位置検出器１０１、移動体姿勢検出器１０２、地上局位置算出器１０３、アンテナ駆動制御指令算出器１０４、アンテナ駆動制御器１０５、送受信アンテナ１０６から構成される。
【０００３】
図７に示す従来のデータ伝送装置では、移動体位置検出器１０１の出力信号である移動体位置検出信号１０７と、移動体姿勢検出器１０２の出力信号である移動体姿勢検出信号１０８と、地上局位置算出器１０３の出力信号である地上局位置算出信号１０９とに基づき、移動体に搭載した送受信アンテナ１０６の指向方向をどう設定すべきかをアンテナ駆動制御指令算出器１０４において算出した後、それをアンテナ駆動制御指令信号１１０として生成する。また、アンテナ駆動制御器１０５では、アンテナ駆動制御指令信号１１０と現在のアンテナ指向角を比較し、アンテナ指向角誤差を算出した後にその信号に基づいたアンテナ駆動制御信号１１１を発生し、送受信アンテナ１０６の指向角を駆動することで移動体の位置・姿勢が変動する状況下でもアンテナ指向方向の調整を可能としている。
【０００４】
また、特許文献２には、成層圏に位置し、静止衛星及び地球との相対位置関係を一定に保つためのレーザ測距測方位装置と、このレーザ測距測方位装置よりレーザ光を上記静止衛星に向けて発射し、静止衛星からの反射レーザ光を受光することにより、静止衛星との距離、方向を検出して、地球上から見ると静止しているような低高度の静止軌道上の所定位置に保持するように調整できるエンジンモータとを備えた電波中継空中基地により、地上に固定された２つの地上無線局間の中継を行うようにした構成の発明が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、電波不感地帯をもサービスエリアとする移動体通信システムにおいて、時刻毎に中継相手となる地上局の位置情報を事前に計画し、その情報に基づいて対地上局中継アンテナの指向方向を駆動制御することにより対地上局中継を可能とする移動体通信システムが開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、受信電界強度のレベルに応じ指向性アンテナを回転制御することで、障害物・遮蔽物の多い環境でも最適な受信状態を得ることが可能なアンテナ制御方式が開示されている。
【０００７】
一方、特許文献５には、ヘリコプター等の飛行体の機体に設置したパラボラアンテナの指向特性、指向方位を制御するアンテナ制御装置において、飛行体の位置、速度、姿勢及び地上局位置を基にアンテナを制御し、地上局との通信を維持、継続して放送局に対する中継を行う発明が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３５４４６２号公報（第６頁、図１）
【特許文献２】特開平４−９６５２８号公報（第３頁、図１）
【特許文献３】特開平８−１７２３８８号公報（第７頁、図２）
【特許文献４】特開２００４−１２０５３３号公報（第１２頁、図１）
【特許文献５】特開２００２−１８５２３３号公報（第５−６頁、図１、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の図７に示すようなデータ伝送装置では、移動体と地上局との間で１対１通信のみしか実現できないため、本データ伝送装置を複数地上局及び移動局間でのデータ送受信（データ中継）に適用するためには、移動体上に複数のデータ伝送装置を搭載することで地上局や移動局の位置やアンテナ指向角など様々な情報をやりとりする必要があるため、図７の構成でデータ中継を実現することは困難となる、という問題点がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載された発明では、移動局と地上局または移動局同士の中継を実現することはできない、という問題点がある。また、特許文献３に記載された発明では、地上局が状況に応じ常に移動する場合には、地上局の位置情報を取得することが困難となり、地上局が常に移動する場合には適用できない、という問題点がある。また、特許文献４に記載された発明では、受信レベルに応じてアンテナ指向角制御は実現可能であるが、これだけでは位置・姿勢が時々刻々と変動する移動体に搭載したアンテナにより任意指定された複数地上局間のデータ中継を実現することはできない、という問題点がある。
【００１１】
更に、特許文献５記載の発明は、移動体である中継ヘリコプターに搭載されたアンテナ駆動装置の追尾駆動能力を超える機体の変位に対応可能な構成であるが、パイロットの操縦情報によりアンテナ切換予測制御を実施しており、アンテナ受信強度は制御に使用していないため、適切なアンテナ切換と、高精度のアンテナ指向制御ができない。
【００１２】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、航空機や自動車などの移動体に搭載し、移動体の位置・速度や姿勢角・角速度や各地上局や移動局の位置及び通信により得られる電波受信強度などに応じて得られるアンテナ指向角度誤差により、各地上局や移動局に対する通信の優先順位を自動判定しながらアンテナ切換とアンテナ指向制御を行うことで、地上にある地上局、又は移動する移動局など複数の地上局及び／又は移動局間で効率的に画像データなどの中継を実施可能とするデータ中継アンテナの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記の目的を達成するため、地上にある地上局、又は移動する移動局から送信された画像などのデータを中継することで、複数ある地上局同士、移動局同士又は地上局と移動局間のデータ通信を実施させるために、移動体に搭載されたデータ中継アンテナの駆動制御装置であって、
指向方向が可動自在に構成され、かつ、互いの可動範囲に一部重複する範囲を有する複数のアンテナと、移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度をそれぞれ検出する移動体検出手段と、データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局の位置を算出して、地上局／移動局位置信号を出力する地上局／移動局位置算出手段と、データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局から送信される電波を別々に受信して、その時の受信電波強度をそれぞれ検出する複数の受信電波強度検出手段と、移動体検出手段から出力された移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、地上局／移動局位置算出手段から出力された地上局／移動局位置信号とから、複数のアンテナのうちアンテナ切換時において通信状態を維持するアンテナの優先順位を示すアンテナ優先順位決定信号を生成する優先順位決定手段と、アンテナ優先順位決定信号と、移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、地上局／移動局位置信号と、受信電波強度検出手段から出力された受信電波強度検出信号とから、複数のアンテナに対するアンテナ毎のアンテナ駆動指令信号を複数生成するアンテナ駆動制御指令算出手段と、複数のアンテナ駆動指令信号に基づき複数のアンテナ駆動信号を生成して、複数のアンテナに別々に供給し、それら複数のアンテナをその可動範囲が重複する範囲にあるときに、互いに独立して駆動して複数のアンテナの各指向方向を変更するアンテナ駆動制御手段とを有する構成としたものである。
【００１４】
この発明では、複数アンテナを搭載する移動体の位置・速度・姿勢角・姿勢角速度情報および地上局／移動局位置情報に基づき、各アンテナ毎に通信可能な地上局及び移動局を選定し、さらに各地上局および移動局との通信に対し優先順位を設定した上で、優先順位決定手段により各アンテナと地上局及び移動局との組み合わせを切り替える必要があるかどうかを決定することで、アンテナ駆動制御指令算出手段で生成するアンテナ駆動制御指令信号の発生を最適化する。その結果、本発明では、移動体位置・速度や姿勢角・角速度と搭載アンテナで受信する受信電波強度及び地上局又は移動局との相対的な位置関係とから中継可能な地上局及び移動局間の優先順位を決定した上で、アンテナ切換に伴う通信瞬断時間が最小となるよう各搭載アンテナの指向方向をそれぞれ制御することができる。
【００１５】
また、上記の目的を達成するため、本発明は、地上にある地上局、又は移動する移動局から送信された画像などのデータを中継することで、複数ある地上局同士、移動局同士又は地上局と移動局間のデータ通信を実施させるために、移動体に搭載されたデータ中継アンテナの駆動制御装置であって、
指向方向が可動自在に構成され、かつ、互いの可動範囲に一部重複する範囲を有する複数のアンテナと、移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度をそれぞれ検出する移動体検出手段と、データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局の位置を算出して、地上局／移動局位置信号を出力する地上局／移動局位置算出手段と、データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局から送信される電波を別々に受信して、その時の受信電波強度をそれぞれ検出する複数の受信電波強度検出手段と、移動体検出手段から出力された移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、地上局／移動局位置算出手段から出力された地上局／移動局位置信号とから、複数のアンテナの指向方向を同時に変更するためのアンテナ優先順位決定信号を生成する優先順位決定手段と、アンテナ優先順位決定信号と、移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、地上局／移動局位置信号と、受信電波強度検出手段から出力された受信電波強度検出信号とから、複数のアンテナに対するアンテナ毎のアンテナ駆動指令信号を複数生成するアンテナ駆動制御指令算出手段と、複数のアンテナ駆動指令信号に基づき複数のアンテナ駆動信号を生成して、複数のアンテナに別々に供給し、それら複数のアンテナをその可動範囲が重複する範囲にあるときに、互いに独立して駆動して複数のアンテナの各指向方向を同時に変更するアンテナ駆動制御手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
この発明では、データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局との通信に対し優先順位を設定せず、地上局及び移動局との通信に用いる搭載アンテナの切換が必要かどうかを移動体の位置、速度、姿勢角、角速度の検出信号と地上局／移動局位置算出信号とに基づき、常に最適化でき、また、搭載アンテナが受信する受信電波強度を利用してアンテナ指向角を補正することで、移動体の位置、速度、姿勢角、角速度の検出誤差に影響されにくいアンテナ駆動制御系が構成できる。
【００１７】
また、上記の目的を達成するため、地上にある地上局、又は移動する移動局から送信された画像などのデータを中継することで、複数ある地上局同士、移動局同士又は地上局と移動局間のデータ通信を実施させるために、移動体に搭載されたデータ中継アンテナの駆動制御方法であって、
移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度をそれぞれ検出する第１のステップと、データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局の位置を算出して、地上局／移動局位置信号を出力する第２のステップと、データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局から送信される電波を別々に受信して、その時の受信電波強度をそれぞれ検出する第３のステップと、移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と地上局／移動局位置信号とから、指向方向が可動自在に構成され、かつ、互いの可動範囲に一部重複する範囲を有する複数のアンテナのアンテナ切換時において通信状態を維持するアンテナの優先順位を示すアンテナ優先順位決定信号を生成する第４のステップと、アンテナ優先順位決定信号と、移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、地上局／移動局位置信号と、受信電波強度の検出信号とから、複数のアンテナに対するアンテナ毎のアンテナ駆動指令信号を複数生成する第５のステップと、複数のアンテナ駆動指令信号に基づき複数のアンテナ駆動信号を生成して、複数のアンテナに別々に供給し、それら複数のアンテナをその可動範囲が重複する範囲にあるときに、互いに独立して駆動して複数のアンテナの各指向方向を変更する第６のステップとを含むことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、複数アンテナを搭載する移動体の位置・速度・姿勢角・姿勢角速度情報および地上局／移動局位置情報に基づき、各アンテナ毎に通信可能な地上局を選定し、さらに各地上局との通信に対し優先順位を設定した上で、優先順位決定手段により各アンテナと地上局との組み合わせを切り替える必要があるかどうかを決定することで、アンテナ駆動制御指令信号の発生を最適化する。その結果、本発明では、移動体位置・速度や姿勢角・角速度と搭載アンテナで受信する受信電波強度および地上局との相対的な位置関係とから中継可能な地上局間の優先順位を決定した上で、アンテナ切換に伴う通信瞬断時間が最小となるよう各搭載アンテナの指向方向をそれぞれ制御することができる。
【００１９】
また、上記の目的を達成するため、本発明は、地上にある地上局、又は移動する移動局から送信された画像などのデータを中継することで、複数ある地上局同士、移動局同士又は地上局と移動局間のデータ通信を実施させるために、移動体に搭載されたデータ中継アンテナの駆動制御方法であって、
移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度をそれぞれ検出する第１のステップと、データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局の位置を算出して、地上局／移動局位置信号を出力する第２のステップと、データ通信を行う前記地上局及び／又は移動局から送信される電波を別々に受信して、その時の受信電波強度をそれぞれ検出する第３のステップと、移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と地上局／移動局位置信号とから、指向方向が可動自在に構成され、かつ、互いの可動範囲に一部重複する範囲を有する複数のアンテナの指向方向を同時に変更するためのアンテナ優先順位決定信号を生成する第４のステップと、アンテナ優先順位決定信号と、移動体の位置、速度、姿勢角及び角速度の各検出信号と、地上局／移動局位置信号と、受信電波強度の検出信号とから、複数のアンテナに対するアンテナ毎のアンテナ駆動指令信号を複数生成する第５のステップと、複数のアンテナ駆動指令信号に基づき複数のアンテナ駆動信号を生成して、複数のアンテナに別々に供給し、それら複数のアンテナをその可動範囲が重複する範囲にあるときに、互いに独立して駆動して複数のアンテナの各指向方向を同時に変更する第６のステップとを含むことを特徴とする。
【００２０】
この発明では、複数の地上局及び移動局との通信に対し優先順位を設定せず、地上局及び移動局との通信に用いる搭載アンテナの切換が必要かどうかを移動体の位置、速度、姿勢角、角速度の検出信号と地上局／移動局位置算出信号とに基づき、常に最適化でき、また、搭載アンテナが受信する受信電波強度を利用してアンテナ指向角を補正することで、移動体の位置、速度、姿勢角、角速度の検出誤差に影響されにくいアンテナ駆動制御系が構成できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、移動体位置・速度や姿勢角・角速度と搭載アンテナで受信する受信電波強度および地上局又は移動局との相対的な位置関係とから中継可能な地上局間の優先順位を決定した上でアンテナ切換に伴う通信瞬断時間が最小となるよう各搭載アンテナの指向方向をそれぞれ制御するようにしたため、移動中でも確実で効率的、かつ、高速・高精度なデータ中継が実現できる。
【００２２】
また、本発明によれば、複数の地上局及び移動局との通信に対し優先順位を設定せず、地上局及び移動局との通信に用いる搭載アンテナの切換が必要かどうかを移動体の位置、速度、姿勢角、角速度の検出信号と地上局／移動局位置算出信号とに基づき、常に最適化でき、また、搭載アンテナが受信する受信電波強度を利用してアンテナ指向角を補正することで、移動体の位置、速度、姿勢角、角速度の検出誤差に影響されにくいアンテナ駆動制御系を構成するようにしたため、確実で高精度なデータ中継が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明になるデータ中継アンテナの駆動制御装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、このデータ中継アンテナの駆動制御装置は、移動体位置・速度検出器１、移動体姿勢角・角速度検出器２、地上局／移動局位置算出器３、アンテナ駆動制御装置４、ｎ個（ｎは３以上の整数）の受信電波強度検出器５１〜５ｎ、ｎ個のアンテナ駆動制御器７１〜７ｎ、ｎ個の搭載アンテナ８１〜８ｎから構成される。また、アンテナ駆動制御装置４は、アンテナ指向局割当並びに優先順位決定器４１と、アンテナ駆動制御指令算出器４２とからなり、地上に固定された局（以下、地上局）あるいは地上を移動する局（以下、移動局）から送信された画像などのデータを中継することで複数ある地上局間、あるいは移動局間あるいは地上局と移動局とでのデータ通信実施のため、移動体に搭載されたデータ中継アンテナ駆動制御装置である。なお、移動体は空中又は地上を移動する。
【００２４】
移動体位置・速度検出器１は、例えば全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）を構成する人工衛星からのＧＰＳ信号を受信して、自装置が位置する緯度・経度情報及びその変化を検出することで、移動体の現在位置と移動速度を検出する。移動体姿勢角・角速度検出器２は、例えばジャイロ、加速度計から構成される。地上局／移動局位置算出器３は、地上局及び移動局の位置を表す緯度情報若しくは任意固定座標系におけるｘ，ｙ，ｚ値などの情報からアンテナ指向角目標値を運動学的関係から算出するための装置である。なお、搭載アンテナ８１〜８ｎには、ロータリーエンコーダやレゾルバなど公知の方法によって指向角を検出する指向角検出器（図示せず）が各アンテナ駆動軸に設けられており、その指向角検出器によって検出された指向角検出信号１６１〜１６ｎがアンテナ駆動制御指令算出器４２に供給される。
【００２５】
この実施の形態に係る移動体搭載用データ中継アンテナ駆動制御装置は、図１に示すように、この装置が搭載されている移動体の位置及び速度を移動体位置・速度検出器１で検出して得た移動体位置・速度検出信号１０と、この装置が搭載されている移動体の姿勢角及び角速度を移動体姿勢角・角速度検出器２で検出して得た移動体姿勢角・角速度検出信号１１と、この装置の通信相手の地上局及び移動局の位置を地上局／移動局位置算出器３で算出して得られた地上局／移動局位置算出信号１２とから、アンテナ駆動制御装置４を構成するアンテナ指向局割当並びに優先順位決定器４１により、移動体上の搭載アンテナ８１〜８ｎと、通信相手である地上局との組み合わせと共に、各通信に対する優先順位を決定したアンテナ優先順位決定信号９を発生してアンテナ駆動制御指令算出器４２に供給し、ここで移動体位置・速度検出信号１０と移動体姿勢角・角速度検出信号１１と地上局／移動局位置算出信号１２と第１局の受信電波強度検出信号１３１〜第ｎ局の受信電波強度検出信号１３ｎとに基づいて、各アンテナに対する指令信号であるアンテナ駆動指令信号１４１〜１４ｎを算出する。
【００２６】
そして、ｎ個のアンテナ駆動制御器７１〜７ｎは、上記のアンテナ駆動指令信号１４１〜１４ｎに基づき、各々アンテナ駆動信号１５１〜１５ｎを互いに独立して生成し、対応して設けられた搭載アンテナ８１〜８ｎを互いに独立して駆動する。
【００２７】
次に、図１に示す本実施の形態の動作について、具体例としてヘリコプター（回転翼機）にｎ＝２の場合の２機のアンテナを搭載し、地上固定の地上局と移動局との間で実施するデータ中継について説明する。
【００２８】
図２は本発明の実施の形態の一例（実施例１）として、地上に固定された地上局と移動する移動局との間を移動体である回転翼機に搭載された２機のアンテナによってデータ中継する構成を示したものであり、回転翼機２１と地上局２２と移動局２３とによって構成される。図２では、移動体である回転翼機２１の進行方向に向かって左側に搭載したアンテナ左舷の可動範囲２５Ｌを回転翼機２１の左側に、回転翼機２１の進行方向に向かって右側に搭載したアンテナ右舷の可動範囲２５Ｒを回転翼機２１の右側に示しており、斜線部はアンテナ右舷の可動範囲２５Ｒとアンテナ左舷の可動範囲２５Ｌとが重なっている部分である。なお、アンテナ左舷とアンテナ右舷は図２には図示していない。
【００２９】
また、図２中で示したものは、回転翼機２１のヨーレート（地面に対して垂直軸回りの角速度）であり、Ψは機体の方位姿勢角を示す。図２では、まずアンテナ左舷が地上局２２、アンテナ右舷が移動局２３を指向しており、回転翼機２１は角速度のヨーレートで旋回している。このとき、回転翼機２１の機体左右に搭載したアンテナ左舷とアンテナ右舷の指向方向がそれぞれ斜線部領域に入り、アンテナ左舷とアンテナ右舷とを切り換えても通信遮断無く中継を継続することが可能な状態で、かつ、指向角の値がさらに増加する場合には、アンテナ左舷とアンテナ右舷の指向する地上局や移動局を入れ替えるため、アンテナ切換駆動制御が実施される。
【００３０】
アンテナを切り換えるのは、アンテナ左舷とアンテナ右舷の各駆動角には限界（制約）があり、また機体自体が通信の妨げになるため、中継を継続するにはアンテナを切り換える必要がある場合があるからである。
【００３１】
図３は図２で機能を示した移動体搭載用データ中継アンテナ駆動制御装置の実施例１のブロック図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図３において、地上局受信電波強度検出器３０と移動局受信電波強度検出器３１は、図１の受信電波強度検出器５１、５２に相当し、図３のアンテナ左舷駆動制御器３４、アンテナ右舷駆動制御器３５は、それぞれ図１のアンテナ駆動制御器７１、７２に相当し、図３の搭載アンテナ左舷３６、搭載アンテナ右舷３７は、それぞれ図１の搭載アンテナ８１、８２に相当する。
【００３２】
図２のアンテナ切換は、図３のアンテナ指向局割当並びに優先順位決定器４１によって決定され、決定された地上局割当並びに優先順位を示すアンテナ優先順位決定信号９は、アンテナ駆動制御指令算出器４２へ入力される。
【００３３】
本実施例では、図２で示すアンテナ切換と共に各々のアンテナに装備した地上局受信電波強度検出器３０と移動局受信電波強度検出器３１とにより検出する地上局受信電波強度検出信号３２と移動局受信電波強度検出信号３３とを用いて、移動体位置・速度検出信号１０と移動体姿勢角・角速度検出信号１１と地上局／移動局位置算出信号１２とから生成する指令信号を補正後それぞれアンテナ駆動指令信号１４１とアンテナ駆動指令信号１４２として発生することで、移動体位置・速度検出信号１０と移動体姿勢角・角速度検出信号１１と地上局／移動局位置算出信号１２とに含まれる検出誤差成分を補正することが可能となり、搭載アンテナ左舷３６と搭載アンテナ右舷３７の各地上局に対する指向精度が確保できる。
【００３４】
ここで、本実施の形態の上記の検出誤差成分の補正方法のアルゴリズムについて説明する。地上局受信電波強度検出信号３２又は移動局受信電波強度検出信号３３が示す、ある時刻ｎでの受信電波強度をＡＧＣ（ｎ）、そのときの搭載アンテナ左舷３６又は搭載アンテナ右舷３７のアンテナ指向角をθ（ｎ）としたとき、以下の変数を定義する。
【００３５】
【数１】
0004702105.tif 000002
このとき、数値シミュレーション及び実験により導出した｜ΔＡＧＣ／Δθ｜は、アンテナ指向角変動に対する電波強度変動の絶対値を示し、その値とアンテナ指向角誤差との関係は、図６に示すようになる。図６のＸ軸はアンテナ指向角誤差、Ｙ軸は（１）式を利用して導出するアンテナ指向角変動に対する電波強度変動の絶対値（電波強度変動／アンテナ指向角変動の絶対値）を示す。
【００３６】
よって、アンテナ指向角誤差は、数２の式を評価することで、アンテナ指向角誤差が増加傾向にあるか、減少傾向にあるかを判定できる。なお、時刻ｎ＋１での受信電波強度をＡＧＣ（ｎ＋１）、アンテナ指向角をθ（ｎ＋１）とする。
【００３７】
【数２】
0004702105.tif 000003
ここで、上記の数２で示される値が０以下であれば、移動体位置・速度検出信号１０と移動体姿勢角・角速度検出信号１１と地上局／移動局位置算出信号１２とから生成したアンテナ駆動指令信号１４１〜１４ｎに対する補正値を０とし、上記の数２で示される値が正であれば、移動体位置・速度検出信号１０と移動体姿勢角・角速度検出信号１１と地上局／移動局位置算出信号１２とから生成したアンテナ駆動指令信号１４１〜１４ｎに対する補正値を図６の｜ΔＡＧＣ（ｎ）／Δθ（ｎ）｜に対するアンテナ誤差角から導出しアンテナ駆動指令信号１４１〜１４ｎを補正する。なお、搭載アンテナ左舷３６と搭載アンテナ右舷３７とが通信する地上局／移動局の切換方法についてはいくつかある。
【００３８】
次に、図２に示すように、搭載アンテナ左舷３６が地上局２２、搭載アンテナ右舷３７が移動局２３と通信している状態で、かつ、図３中のアンテナ指向局割当並びに優先順位決定器４１において移動局２３との通信が地上局２２との通信に対し優先順位が高いと設定された場合の図２及び図３の動作について、図４のフローチャートと共に説明する。
【００３９】
図２中の斜線領域で示したように、回転翼機２１のアンテナ左舷可動範囲２５Ｌとアンテナ右舷可動範囲２５Ｒとが重複する領域があるので、通信の遮断無く中継を継続するため、搭載アンテナ左舷３６と搭載アンテナ右舷３７とが、可動範囲の重複領域にあるときに、図３のアンテナ指向局割当並びに優先順位決定器４１は、各地上局との通信を維持するにはアンテナの切換が必要か否かを判断し、アンテナの切換が必要であると判断した場合、まず優先順位が高い方の搭載アンテナ右舷３７と移動局２３との通信は確保した状態のまま、地上局２２との通信に使用していた搭載アンテナ左舷３６の指向方向を地上局２２から移動局２３へ変更するため、図４のフローチャートに従った動作を行う。
【００４０】
すなわち、まず、搭載アンテナ左舷３６に対するアンテナ指向方向指令値を生成し（ステップＳ１）、これに基づいて搭載アンテナ左舷３６をアンテナ左舷駆動制御器３４により駆動し（ステップＳ２）、搭載アンテナ左舷３６が移動局２３と通信可能な状態となったかどうかを移動局受信電波強度検出器３１による受信電波強度が所定の閾値以上であるかどうかにより確認する（ステップＳ３）。
【００４１】
移動局受信電波強度検出器３１による受信電波強度が所定の閾値以上であり、移動局２３との通信可能な状態となったときは、通信がロックオンする。そこで、アンテナ駆動制御指令算出器４２は、ステップＳ３では通信がロックオンした場合は、移動局との通信可能な状態となったと判断して、今度はもう一方の搭載アンテナ右舷３７に対するアンテナ指向方向指令値を生成する（ステップＳ４）。なお、アンテナ駆動制御指令算出器４２はステップＳ３で搭載アンテナ左舷３６のアンテナ指向角検出信号１６１とアンテナ駆動指令信号１４１が略一致したときにも駆動制御が終了したと判定し、ステップＳ４に進んで搭載アンテナ右舷３７に対するアンテナ指向方向指令値を生成する。
【００４２】
続いて、搭載アンテナ右舷３７に対するアンテナ指向方向指令値により、搭載アンテナ右舷３７をアンテナ右舷駆動制御器３５により駆動し（ステップＳ５）、搭載アンテナ右舷３７が地上局２２と通信可能な状態となったかどうか、すなわち通信ロックオンしたかどうかを地上局受信電波強度検出器３０による受信電波強度が所定の閾値以上であるかどうかにより確認する（ステップＳ６）。地上局２２との通信状態を、通信ロックオンによりアンテナ駆動制御指令算出器４２において確認すると、切換処理完了とする。なお、アンテナ駆動制御指令算出器４２はステップＳ６で搭載アンテナ右舷３７のアンテナ指向角検出信号１６２とアンテナ駆動指令信号１４２が略一致したときにも駆動制御が終了したと判定する。
【００４３】
アンテナ切換中は通信が遮断されることから、アンテナ切換時の通信遮断時間を如何に最小とするかがデータ中継において最大の技術課題であるが、本実施例では、搭載アンテナの指向制御を、回転翼機２１の位置・姿勢および地上局２２、移動局２３の位置と時刻毎に搭載アンテナで受信する受信電波強度とから中継可能な地上局２２、移動局２３の中で優先順位を決定しながら瞬断時間が最小となるようアンテナ指向を制御することで、確実で効率的、かつ、高速高精度なデータ中継が実現可能となる。
【００４４】
次に、あえて地上局２２と移動局２３との通信に対し優先順位を設定せず、同等の条件下でアンテナ切換を実施することも可能であり、その場合の図３の実施例の動作について、図５のフローチャートと共に、地上局間での通信を例にとって説明する。
【００４５】
各地上局との通信を維持するため、搭載アンテナ左舷３６あるいは搭載アンテナ右舷３７に対し、そのどちらか一方のアンテナ指向角が図２中の斜線領域に入った場合には、図３のアンテナ指向局割当並びに優先順位決定器４１において、アンテナ駆動角の限界やデータ中継の必要上、地上局との通信に用いる搭載アンテナ左舷３６及び搭載アンテナ右舷３７のアンテナ切換が必要かどうかを、移動体位置・速度検出信号１０と移動体姿勢角・角速度検出信号１１と地上局／移動局位置算出信号１２とに基づき判定した後、アンテナ駆動制御指令算出器４２において、搭載アンテナ左舷３６及び搭載アンテナ右舷３７に対する各指向角を示すアンテナ左舷駆動指令値、アンテナ右舷駆動指令値（指令信号１４１、１４２）をそれぞれ生成する（ステップＳ１１）。
【００４６】
ここで、本実施の形態では、アンテナ駆動制御指令算出器４２は、搭載アンテナ左舷３６及び搭載アンテナ右舷３７がそれぞれ受信する受信電波強度を利用してアンテナ指向角を補正した、アンテナ左舷駆動指令値、アンテナ右舷駆動指令値（指令信号１４１、１４２）をそれぞれ生成するようにしたため、搭載する移動体位置・速度検出器１や移動体姿勢角・角速度検出器２の検出誤差に影響されにくく、アンテナ切換時の通信遮断時間を最小にできる。
【００４７】
続いて、アンテナ左舷駆動制御器３４とアンテナ右舷駆動制御器３５とが、それぞれステップＳ１１で生成された、アンテナ左舷駆動指令値とアンテナ右舷駆動指令値とに基づいて、搭載アンテナ左舷３６と搭載アンテナ右舷３７とを同時駆動し（ステップＳ１２）、搭載アンテナ左舷３６と搭載アンテナ右舷３７がそれぞれ割り当てられた地上局と通信再開状態になった（通信ロックオンした）ことをアンテナ指向局割当並びに優先順位決定器４１において確認し（ステップＳ１３）、確認できた場合は切換処理完了とする。
【００４８】
なお、アンテナ駆動制御指令算出器４２はステップＳ１３で、アンテナ左舷駆動指令値とアンテナ右舷駆動指令値とが、それぞれ搭載アンテナ左舷３６のアンテナ指向角検出信号１６１及び搭載アンテナ右舷３７のアンテナ指向角検出信号１６２と略一致したときも、駆動制御が終了したと判定して切換処理を完了する。
【００４９】
また、ステップＳ１２によるアンテナ同時駆動にも拘らず、搭載アンテナ左舷３６と搭載アンテナ右舷３７のどちらか一方しか通信ロックオン又は駆動制御終了がされなかったときには、地上から地上局情報の更新待ち又は回転翼機２１のパイロットのマニュアル操作による調整などにより、必ず搭載アンテナ左舷３６と搭載アンテナ右舷３７の両方が通信ロックオン又は駆動制御終了されるようにし、必ずデータ中継状態を復帰させるようにする。
【００５０】
以上説明したように、本実施例によれば、移動体である回転翼機２１に搭載するアンテナ左舷３６とアンテナ右舷３７とに対し優先順位を設定する要求があるかどうかに関わらず、地上局との通信に用いる搭載アンテナの切換が必要かどうかを移動体位置・速度検出信号１０と移動体姿勢角・角速度検出信号１１と地上局／移動局位置算出信号１２とに基づき、常に最適化できるため、アンテナ切換に伴うデータ通信中断を最小化しつつ高性能なデータ中継を実現することが可能となる。
【００５１】
また、本実施の形態では、アンテナ駆動制御指令算出器４２において搭載アンテナが受信する受信電波強度を利用してアンテナ指向角を補正することで、搭載する移動体位置・速度検出器１や移動体姿勢角・角速度検出器２の検出誤差に影響されにくいアンテナ駆動制御系が構成できる。
【００５２】
特に、ここで示したアンテナ指向局割当並びに優先順位決定器４１とアンテナ駆動制御指令算出器４２は、複数ある地上局及び移動局に対し最適なデータ中継を実現するという観点に基づく優先順位付けおよび切換を適切に実施するための独自技術であり、特開２００２−３５４４６２号公報など従来の発明から容易に類推できるものではない。
【００５３】
なお、図５の説明では地上局間のデータ通信を中継する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、地上局と移動局間、移動局同士間などのデータ通信の中継に適用することもできることは勿論である。
【００５４】
また、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば航空機（固定翼機）や地上を走行する自動車に対するデータ中継アンテナ駆動制御装置などにも適用することができるものである。また、地上局２２と移動局２３のうち移動局２３よりも地上局２２との通信を優先するように設定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図２】図１の装置を２機のアンテナを搭載した回転翼機に適用した場合のアンテナ切換の一例を説明する図である。
【図３】本発明の一実施例のブロック図である。
【図４】アンテナ駆動の優先順位を設定した場合の図３の処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】アンテナ駆動の優先順位を設定しない場合の図３の処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】アンテナ指向角誤差とアンテナ指向角変動に対する電波強度変動との関係を示す特性図である。
【図７】従来装置の一例のブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  移動体位置・速度検出器
２  移動体姿勢角・角速度検出器
３  地上局／移動局位置算出器
４  アンテナ駆動制御装置
５１〜５ｎ  受信電波強度検出器
７１〜７ｎ  アンテナ駆動制御器
８１〜８ｎ  搭載アンテナ
１０  移動体位置・速度検出信号
１１  移動体姿勢角・角速度検出信号
１２  地上局／移動局位置算出信号
１３１  第１局受信電波強度検出信号
１３２  第２局受信電波強度検出信号
１３ｎ  第ｎ局受信電波強度検出信号
１４１〜１４ｎ  アンテナ駆動指令信号
１５１〜１５ｎ  アンテナ駆動信号
１６１〜１６ｎ  アンテナ指向角検出信号
２１  回転翼機
２２  地上局
２３  移動局
３０  地上局受信電波強度検出器
３１  移動局受信電波強度検出器
３２  地上局受信電波強度検出信号
３３  移動局受信電波強度検出信号
３４  アンテナ左舷駆動制御器
３５  アンテナ右舷駆動制御器
３６  搭載アンテナ左舷
３７  搭載アンテナ右舷
４１  アンテナ指向局割当並びに優先順位決定器
４２  アンテナ駆動制御指令算出器
【図１】
0004702105.tif 000004
【図２】
0004702105.tif 000005
【図３】
0004702105.tif 000006
【図４】
0004702105.tif 000007
【図５】
0004702105.tif 000008
【図６】
0004702105.tif 000009
【図７】
0004702105.tif 000010