(57)【要約】【課題】移動体の姿勢に起因する衛星との通信への影響を低減する衛星通信装置を提供する。【解決手段】航空機１に搭載される衛星通信装置１００は、航空機１に搭載され且つ衛星との通信を行う複数のＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４と、航空機１に搭載され且つ航空機１の加速度を検知する３軸加速度センサ２０と、航空機１に搭載され且つ航空機１の角速度を検知する３軸ジャイロセンサ３０と、複数のＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４と衛星との通信を制御する制御部４０とを備える。制御部４０は、３軸ジャイロセンサ３０及び３軸加速度センサ２０の検知結果から航空機１の姿勢を算出し、算出した航空機１の姿勢と、航空機１に対する複数のＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の向きとに基づき、衛星に対する上方への受信可能領域が最も広いＧＰＳアンテナを選択し、選択したＧＰＳアンテナに衛星との通信を実施させる。【選択図】図６
2016223794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能な移動体に搭載される衛星通信装置において、
前記移動体に搭載され、衛星との通信を行う複数のアンテナと、
前記移動体に搭載され、前記移動体の加速度を検知する加速度センサと、
前記移動体に搭載され、前記移動体の角速度を検知するジャイロセンサと、
前記複数のアンテナと衛星との通信を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記ジャイロセンサ及び前記加速度センサの検知結果から前記移動体の姿勢を算出し、
前記算出した移動体の姿勢と、前記移動体に対する前記複数のアンテナの向きとに基づき、衛星に対する上方への受信可能領域が最も広い前記アンテナを選択し、
前記選択したアンテナに衛星との通信を実施させる衛星通信装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記算出した移動体の姿勢と、前記移動体に対する前記複数のアンテナの向きとから、前記複数のアンテナの向きを算出し、
前記算出した複数のアンテナの向きのうち、鉛直方向に対する傾斜が最も小さい向きを有する前記アンテナを選択する請求項１に記載の衛星通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機などの飛翔体と衛星との間で通信を行うための技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、周回衛星と航空機との通信を維持するための航空機の飛行支援装置が記載されている。この装置は、周回衛星群との間で通信回線を確立し且つ双方向のデータ通信を実現させる周回衛星通信装置、ＧＰＳ衛星から情報を取得するためのＧＰＳ通信装置、機体の姿勢角及び角速度を検出する慣性航行装置、周回衛星との通信を維持するための航空機の移動可能な領域を演算する移動可能領域演算回路等を備えている。周回衛星通信装置は、周回衛星からデータを受信するための周回アンテナを備えている。周回アンテナには、通信可能範囲がある。
【０００３】
移動可能領域演算回路は、ＧＰＳ通信装置が出力する航空機の現在の位置、方位、速度、ＧＰＳ時刻等の情報と、慣性航行装置が出力する航空機の現在の機体姿勢（ロール、ピッチ、ヨー）とに基づいて、将来の機体位置及び機体姿勢を推定する。そして、移動可能領域演算回路は、上記で推定した将来の機体位置及び機体姿勢に基づき、周回アンテナの通信可能範囲内に周回衛星を位置させることができる機体の移動可能領域を算出し、画像データ等として出力する。パイロットは、モニタに表示される移動可能領域にしたがって航空機を操縦することにより、周回衛星との通信を維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１１１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載される航空機の飛行支援装置による航空機の航行では、航空機が移動可能領域外に逸脱して航行すると、周回衛星との通信を維持することができない。つまり、周回衛星との通信を維持するために、航空機の機体位置及び機体姿勢が制限を受ける。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、航空機等の移動体の姿勢に起因する衛星との通信への影響を低減する衛星通信装置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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る衛星通信装置は、移動可能な移動体に搭載される衛星通信装置において、移動体に搭載され、衛星との通信を行う複数のアンテナと、移動体に搭載され、移動体の加速度を検知する加速度センサと、移動体に搭載され、移動体の角速度を検知するジャイロセンサと、複数のアンテナと衛星との通信を制御する制御部とを備え、制御部は、ジャイロセンサ及び加速度センサの検知結果から移動体の姿勢を算出し、算出した移動体の姿勢と、移動体に対する複数のアンテナの向きとに基づき、衛星に対する上方への受信可能領域が最も広いアンテナを選択し、選択したアンテナに衛星との通信を実施させる。
【０００８】
制御部は、算出した移動体の姿勢と、移動体に対する複数のアンテナの向きとから、複数のアンテナの向きを算出し、算出した複数のアンテナの向きのうち、鉛直方向に対する傾斜が最も小さい向きを有するアンテナを選択してよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る衛星通信装置によれば、移動体の姿勢に起因する衛星との通信への影響を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る衛星通信装置を搭載する航空機の概略図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った機体が水平にある状態を示す断面図である。
【図３】図２の機体をロール方向に回転させた図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った機体が水平にある状態を示す断面図である。
【図５】図４の機体をピッチング方向に回転させた図である。
【図６】図１の衛星通信装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係る衛星通信装置１００について添付図面に基づいて説明する。
図１及び図６をあわせて参照すると、衛星通信装置１００は、移動体である航空機１に搭載される。
衛星通信装置１００は、処理ユニット１０と、４つのＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４とを備えている。
【００１２】
処理ユニット１０は、航空機１の機体１ａ内に設けられている。
第三ＧＰＳアンテナ５３は、機体１ａの先端付近の頂部に取り付けられている。
第四ＧＰＳアンテナ５４は、機体１ａにおける尾翼１ｄ付近の頂部に取り付けられている。
ＧＰＳアンテナ５１及び５２は、機体１ａにおいて、機体１ａの先端と左右の主翼１ｂ及び１ｃとの間に取り付けられている。第一ＧＰＳアンテナ５１は、図２にも示すように、機体１ａの頂部から左翼１ｃ側にずらした位置に配置されている。第二ＧＰＳアンテナ５２は、図２にも示すように、機体１ａの頂部から右翼１ｂ側にずらした位置に配置されている。
各ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４は、ＧＰＳ衛星に対して、ＧＰＳアンテナから末広がりになった円錐状の受信可能領域を有している。
【００１３】
処理ユニット１０は、ＧＰＳ受信機１１、１２、１３及び１４と、３軸加速度センサ２０と、３軸ジャイロセンサ３０と、制御部４０とをさらに備えている。
第一ＧＰＳ受信機１１は、制御部４０によって動作の制御を受け、第一ＧＰＳアンテナ５１がＧＰＳ衛星から受信したデータを信号処理して制御部４０に出力する。
第二ＧＰＳ受信機１２は、制御部４０によって動作の制御を受け、第二ＧＰＳアンテナ５２がＧＰＳ衛星から受信したデータを信号処理して制御部４０に出力する。
第三ＧＰＳ受信機１３は、制御部４０によって動作の制御を受け、第三ＧＰＳアンテナ５３がＧＰＳ衛星から受信したデータを信号処理して制御部４０に出力する。
第四ＧＰＳ受信機１４は、制御部４０によって動作の制御を受け、第四ＧＰＳアンテナ５４がＧＰＳ衛星から受信したデータを信号処理して制御部４０に出力する。
【００１４】
３軸加速度センサ２０は、Ｘ軸方向加速度検知部２１と、Ｙ軸方向加速度検知部２２と、Ｚ軸方向加速度検知部２３とを備えている。
Ｘ軸方向加速度検知部２１は、航空機１の機体１ａの前後方向に沿うＸ軸に沿った機体１ａのＸ軸方向直線加速度を検知する。
Ｙ軸方向加速度検知部２２は、機体１ａの左右の主翼１ｂから主翼１ｃに向かう方向に沿い且つＸ軸に垂直であるＹ軸に沿った機体１ａのＹ軸方向直線加速度を検知する。
Ｚ軸方向加速度検知部２３は、機体１ａの上下方向に沿い且つＸ軸及びＹ軸に垂直であるＺ軸に沿った機体１ａのＺ軸方向直線加速度を検知する。
３軸加速度センサ２０は、Ｘ軸方向加速度検知部２１、Ｙ軸方向加速度検知部２２及びＺ軸方向加速度検知部２３それぞれが検知した直線加速度情報を、制御部４０に送る。
【００１５】
３軸ジャイロセンサ３０は、Ｘ軸周り角速度検知部３１と、Ｙ軸周り角速度検知部３２と、Ｚ軸周り角速度検知部３３とを備えている。
Ｘ軸周り角速度検知部３１は、Ｘ軸周りの機体１ａのロール角の変化速度であるロール角速度を検知する。
Ｙ軸周り角速度検知部３２は、Ｙ軸周りの機体１ａのピッチング角の変化速度であるピッチング角速度を検知する。
Ｚ軸周り角速度検知部３３は、Ｚ軸周りの機体１ａのヨー角の変化速度であるヨー角速度を検知する。
３軸ジャイロセンサ３０は、Ｘ軸周り角速度検知部３１、Ｙ軸周り角速度検知部３２及びＺ軸周り角速度検知部３３それぞれが検知した角速度情報を、制御部４０に送る。
【００１６】
制御部４０は、ＣＰＵなどから構成することができる。制御部４０は、３軸加速度センサ２０からの直線加速度情報と、３軸ジャイロセンサ３０からの角速度情報とに基づき、衛星との通信を行うＧＰＳアンテナ５１、５２、５３又は５４を選択する。さらに、制御部４０は、選択したＧＰＳアンテナとこのＧＰＳアンテナに対応するＧＰＳ受信機１１、１２、１３又は１４とを通じて、ＧＰＳ衛星から情報を取得し、処理ユニット１０に有線又は無線で通信可能な機器に出力する。
【００１７】
以下、制御部４０の動作の詳細を説明する。
制御部４０は、３軸ジャイロセンサ３０から連続的に受け取るＸ軸周りのロール角速度ωＸ、Ｙ軸周りのピッチング角速度ωＹ及びＺ軸周りのヨー角速度ωＺと、３軸加速度センサ２０から連続的に受け取るＸ軸方向直線加速度αＸ、Ｙ軸方向直線加速度αＹ及びＺ軸方向直線加速度αＺとから、各時点での機体１ａの姿勢角を算出する。つまり、制御部４０によって、機体１ａのロール角、ヨー角及びピッチング角が、算出される。上記算出では、ロール角速度ωＸ、ピッチング角速度ωＹ及びヨー角速度ωＺからロール角、ヨー角及びピッチング角を算出する際に、Ｘ軸方向直線加速度αＸ、Ｙ軸方向直線加速度αＹ及びＺ軸方向直線加速度αＺを用いて、３軸方向それぞれの直線加速度が３軸ジャイロセンサ３０の検知角速度に与えている誤差を補正する。さらに、上記誤差補正において、制御部４０は、ＧＰＳ受信機１１、１２、１３又は１４によって検知される航空機１の移動距離情報と、３軸加速度センサ２０によって検知される３軸直線加速度から算出する航空機１の移動距離とを比較して、３軸直線加速度を補正し、この補正した３軸直線加速度を用いてもよい。上述のいずれの算出方法であっても、様々な算出方法が従来から既知であり、採用される算出方法は、既知の様々な算出方法から適宜選択される。
【００１８】
制御部４０は、ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の水平状態の機体１ａに対する向きも記憶している。
図１及び図２をあわせて参照すると、第一ＧＰＳアンテナ５１の向き、すなわち第一ＧＰＳアンテナ５１の円錐状の受信可能領域の円錐軸の方向つまり図２の受信可能角の中線の方向は、Ｚ軸に対して、ＹＺ平面に沿って左翼１ｃ方向に傾斜している。つまり、第一ＧＰＳアンテナ５１の受信可能領域の円錐軸とＺ軸とは、ＹＺ平面に沿って機体１ａから放射状に広がるように延在する関係となっている。
第二ＧＰＳアンテナ５２の向き、すなわち第二ＧＰＳアンテナ５２の円錐状の受信可能領域の円錐軸の方向つまり図２の受信可能角の中線の方向は、Ｚ軸に対して、ＹＺ平面に沿って右翼１ｂ方向に傾斜している。つまり、第二ＧＰＳアンテナ５２の受信可能領域の円錐軸とＺ軸とは、ＹＺ平面に沿って機体１ａから放射状に広がるように延在する関係となっている。
【００１９】
図１及び図４をあわせて参照すると、第四ＧＰＳアンテナ５４の向き、すなわち第四ＧＰＳアンテナ５４の円錐状の受信可能領域の円錐軸の方向つまり図４の受信可能角の中線の方向は、Ｚ軸と平行である。
第三ＧＰＳアンテナ５３の向き、すなわち第三ＧＰＳアンテナ５３の円錐状の受信可能領域の円錐軸の方向つまり図４の受信可能角の中線の方向は、Ｚ軸に対して、ＸＺ平面に沿って機体１ａの先端方向に傾斜している。つまり、第三ＧＰＳアンテナ５３の受信可能領域の円錐軸とＺ軸とは、ＸＺ平面に沿って機体１ａから放射状に広がるように延在する関係となっている。
【００２０】
制御部４０は、算出した機体１ａの姿勢角と、記憶しているＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の機体１ａに対する向きとから、各ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の鉛直方向に対する向きを算出する。そして、制御部４０は、ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４のうちで鉛直方向に対するアンテナの向きの傾斜が最も小さいＧＰＳアンテナを選択する。つまり、制御部４０は、各ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の受信可能領域における機体１ａから上方へ向いた領域部分を比較し、最も広い領域部分を有するＧＰＳアンテナを、ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４から選択する。さらに、制御部４０は、この選択したＧＰＳアンテナに対応するＧＰＳ受信機１１、１２、１３又は１４を作動させて、ＧＰＳ衛星から情報を取得し、取得した情報を航空機１の測位情報として、処理ユニット１０に有線又は無線で通信可能な機器に出力する。
【００２１】
例えば、機体１ａが図２及び図４に示す状態にあるとき、第四ＧＰＳアンテナ５４の向きが鉛直上方向となっている。このとき、各ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の受信可能領域における機体１ａから上方へ向いた領域部分のうち、第四ＧＰＳアンテナ５４の上記領域部分が最も広い。このため、制御部４０は、第四ＧＰＳ受信機１４を制御し、第四ＧＰＳアンテナ５４を通じてＧＰＳ衛星から情報を取得する。
【００２２】
機体１ａが図２及び図５に示す状態にあるとき、第三ＧＰＳアンテナ５３の向きが鉛直上方向となっている。このとき、各ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の受信可能領域における機体１ａから上方へ向いた領域部分のうち、第三ＧＰＳアンテナ５３の上記領域部分が最も広い。このため、制御部４０は、第三ＧＰＳ受信機１３を制御し、第三ＧＰＳアンテナ５３を通じてＧＰＳ衛星から情報を取得する。
【００２３】
機体１ａが図３及び図４に示す状態にあるとき、第一ＧＰＳアンテナ５１の向きが鉛直上方向となっている。このとき、各ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の受信可能領域における機体１ａから上方へ向いた領域部分のうち、第一ＧＰＳアンテナ５１の上記領域部分が最も広い。このため、制御部４０は、第一ＧＰＳ受信機１１を制御し、第一ＧＰＳアンテナ５１を通じてＧＰＳ衛星から情報を取得する。
【００２４】
機体１ａが図３及び図５に示す状態にあるとき、第一ＧＰＳアンテナ５１の向きの鉛直方向に対する傾斜量が、４つのＧＰＳアンテナのうちで最小となっている。このとき、各ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の受信可能領域における機体１ａから上方へ向いた領域部分のうち、第一ＧＰＳアンテナ５１の上記領域部分が最も広い。このため、制御部４０は、第一ＧＰＳ受信機１１を制御し、第一ＧＰＳアンテナ５１を通じてＧＰＳ衛星から情報を取得する。
【００２５】
上述で説明したように、本発明の実施の形態に係る衛星通信装置１００は、移動可能な航空機１に搭載されるものである。衛星通信装置１００は、航空機１に搭載され且つ衛星との通信を行う複数のＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４と、航空機１に搭載され且つ航空機１の加速度を検知する３軸加速度センサ２０と、航空機１に搭載され且つ航空機１の角速度を検知する３軸ジャイロセンサ３０と、複数のＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４と衛星との通信を制御する制御部４０とを備える。制御部４０は、３軸ジャイロセンサ３０及び３軸加速度センサ２０の検知結果から航空機１の姿勢を算出し、算出した航空機１の姿勢と、航空機１に対する複数のＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の向きとに基づき、衛星に対する上方への受信可能領域が最も広いＧＰＳアンテナを選択し、選択したＧＰＳアンテナに衛星との通信を実施させる。
【００２６】
上述の構成において、制御部４０は、算出した航空機１の姿勢に基づき、衛星に向かう上方への受信可能領域が最も広くなるように、使用するＧＰＳアンテナ５１、５２、５３又は５４を切り替えて衛星との通信を行う。よって、航空機１が、上昇、下降、旋回等の動作を行っても、衛星通信装置１００は、ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３又は５４と衛星との通信を継続して維持することができる。従って、衛星通信装置１００は、航空機１の姿勢に起因する衛星との通信への影響を低減することができる。さらに、衛星が航行衛生である場合、衛星通信装置１００は、ＧＰＳアンテナ５１、５２、５３又は５４と衛星との通信可能な時間を多く取ることができる。
【００２７】
また、衛星通信装置１００において、制御部４０は、算出した航空機１の姿勢と、航空機１に対する複数のＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の向きとから、複数のＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の向きを算出し、算出した複数のＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４の向きのうち、鉛直方向に対する傾斜が最も小さい向きを有するＧＰＳアンテナを選択する。上述の構成によって、制御部４０は、衛星に対する上方への受信可能領域が最も広いＧＰＳアンテナ５１、５２、５３又は５４を容易に選択することができる。
【００２８】
また、実施の形態に係る衛星通信装置１００において、航空機１には、４つのＧＰＳアンテナ５１、５２、５３及び５４が搭載されていたが、これに限定されるものでなく、搭載されるＧＰＳアンテナは、２つ以上あればよい。
また、実施の形態に係る衛星通信装置１００は、航空機に搭載されていたが、ヘリコプター、無人航空機等のいかなる飛翔体に搭載されてもよい。或いは、衛星通信装置１００は、陸上を移動する車両等の移動体、海上又は海中を移動する船舶等の移動体に搭載されてもよい。
また、実施の形態に係る衛星通信装置１００は、ＧＰＳ通信をするものとしていたが、これに限定されるものでなく、衛星との通信を行う全ての装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  航空機（移動体）、２０  ３軸加速度センサ、３０  ３軸ジャイロセンサ、４０  制御部、５１，５２，５３，５４  ＧＰＳアンテナ、１００  衛星通信装置。
【図１】
2016223794.tif 000003
【図２】
2016223794.tif 000004
【図３】
2016223794.tif 000005
【図４】
2016223794.tif 000006
【図５】
2016223794.tif 000007
【図６】
2016223794.tif 000008