JP7156464B2 - 飛行体およびプログラム - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態は、無線システムに関し、特に、無線システムを構成する飛行体に関する。以下、図1を参照し、本発明の一実施形態による無線システムおよび飛行体の概要を説明する。
図3は、本発明の一実施形態による飛行体20の構成を示す説明図である。図3に示したように、本発明の一実施形態による飛行体20は、飛行制御装置220、駆動装置230、バッテリ240および無線制御装置250を備える。
飛行制御装置220は、センサ群222および飛行制御部224を有する。センサ群222は、多様なセンサの集合である。センサ群222は、例えば、GPSセンサ(GPS:Global Positioning System)、ジャイロセンサ(角速度センサ)、加速度センサ、気圧センサ、磁気センサまたは超音波センサなどを含んでもよい。
駆動装置230は、飛行体20の飛行のための駆動力を発生させる装置である。駆動装置230は、例えば、飛行体20を飛行させるためのモータ、プロペラおよびそれらの回転数を制御するESC(ESC:Electric Speed Controller)により構成される。
バッテリ240は、飛行制御装置220、駆動装置230および無線制御装置250に電力を供給する。飛行制御装置220、駆動装置230および無線制御装置250は、バッテリ240から供給される電力を用いて動作する。バッテリ240は、例えば、リチウムイオンポリマ二次電池、またはリチウムイオン二次電池であってもよい。
無線制御装置250は、無線通信を行うための構成である。図3に示したように、無線制御装置250は、アレイアンテナ252、RF受信回路254、RF送信回路258および通信制御部300を有する。
図4は、通信制御部300の構成を示す説明図である。図4に示したように、通信制御部300は、到来方向推定部310、受信指向性演算部320、受信処理部330、到来波源位置推定部340、記憶部350、送信方位演算部360、変動予測部370、送信指向性演算部380および送信処理部390を有する。
到来方向推定部310は、各素子アンテナからの受信信号から無線信号の到来方向を推定する機能を有する。例えば、到来方向推定部310は、MUSIC(Multiple Signal Classification)法、またはESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques)法などの高分解能アルゴリズムを用いて無線信号の到来方向を推定する。なお、到来方向推定部310により推定される到来方向は、飛行体20を基準としたローカル座標系で表現される。
受信指向性演算部320は、無線基地局10に対してビームが向き、干渉波源30に対してヌルが向く指向性を形成するための複素ウェイトを演算する。複素ウェイトは各素子アンテナからの受信信号の位相と振幅を調整する重みである。指向性演算には、例えばDCMP(Derectionally Constrained Minimization of Power:方向拘束付き出力電力最小化)法が用いられる。なお、受信指向性演算部320は、記憶部350に記憶されている無線基地局10および干渉波源30の位置情報、飛行制御部224から供給される飛行体20の姿勢角情報および位置情報などに基づき無線基地局10の方位および干渉波源30の方位を特定してもよい。
受信処理部330は、各素子アンテナからの受信信号に受信指向性演算部320により得られた複素ウェイトを乗算により合成する機能、および合成後の受信信号を通信プロトコルに従って復号する機能を有する。受信処理部330は、復号により得られた受信データを飛行制御部224に出力する。
到来波源位置推定部340は、飛行体20が受信した無線信号の送信元である到来波源の位置を推定する。具体的には、到来波源位置推定部340は、到来方向推定部310により推定された到来方向を、地球重心を基準とした絶対座標系へ変換し、変換後の到来方向を、当該無線信号が受信された時点での飛行体20の位置を示す位置情報と関連付けて記憶部350に記憶させる。また、到来波源位置推定部340は、飛行体20が複数の異なる位置で受信した無線信号に基づいて得られた絶対座標系の到来方向を用いて、例えば交会法等で到来波源の位置を推定し、推定結果を記憶部350に記憶させる。なお、到来波源位置推定部340は、無線基地局10から取得される到来方向の情報を使用して到来波源の位置を推定してもよい。
記憶部350は、飛行体20の動作に用いられる多様な情報を記憶する。例えば、記憶部350は、無線信号の受信に基づいて到来波源位置推定部340により得られた絶対座標系の到来方向、および当該無線信号が受信された時点での飛行体20の位置を示す位置情報を関連付けて記憶する。また、記憶部350は、到来波源位置推定部340により推定された到来波源の位置を示す到来波源位置情報を記憶する。到来波源としては、無線基地局10に加え、干渉波源30Aおよび干渉波源30Bが含まれ得る。
送信方位演算部360は、通信相手が位置する方位(送信方位)、および干渉波源が位置する方位(対象方位)を演算する。例えば、送信方位演算部360は、無線基地局10への送信要求が飛行制御部224から入力されると、記憶部350から無線基地局10、干渉波源30Aおよび干渉波源30Bの位置情報を取得し、これら位置情報と飛行制御部224から入力される飛行体20の位置情報および姿勢角に基づき、無線基地局10の方位、干渉波源30Aの方位および干渉波源30Bの方位を演算する。ここで、送信方位演算部360は、無線信号の送信時点における飛行体20の位置および姿勢角を推定し、当該位置および姿勢角に基づき各方位を演算してもよい。送信方位演算部360は、飛行体20の移動速度データおよび角速度データに基づき無線信号の送信時点における飛行体20の位置および姿勢角を推定し得る。
変動予測部370は、飛行体20の姿勢変動に関する姿勢変動情報を取得する取得部、および姿勢変動情報に応じて指向性送信を制御する送信制御部として機能する。飛行体20の姿勢変動が大きい場合、上述したように無線信号の送信時点における飛行体20の位置および姿勢角の推定精度が低くなり、結果、各方位の演算結果の誤差が大きくなる恐れがある。そこで、変動予測部370は、姿勢変動情報に基づき、送信方位へのビームの角度広がり、および対象方位へのヌルの角度広がりを大きくするための調整ウェイトを演算してもよい。または、変動予測部370は、姿勢変動情報に基づき、無線信号の送信を停止してもよい。このような変動予測部370による指向性送信の制御方法は多様であり、幾つかの制御方法を詳細に後述する。
送信指向性演算部380は、アレイアンテナ252から無線基地局10への無線信号に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部である。送信指向性演算部380は、送信方位演算部360から無線基地局10が位置する送信方位および干渉波源30が位置する対象方位を取得し、送信方位に対してビームが向き、対象方位にヌルが向く指向性が形成されるように複素ウェイトを演算する。ここで、送信指向性演算部380は、変動予測部370からビームおよびヌルの角度広がりを調整する調整ウェイトが供給される場合、当該調整ウェイトを加味して複素ウェイトを演算する。
送信処理部390は、送信用データを通信プロトコルに従い変調し、ベースバンド信号を作成する。そして、送信処理部390は、送信指向性演算部380により演算された複素ウェイトをベースバンド信号に乗算し、乗算して得られた送信信号をRF送信回路258に出力する。
以上、本発明の一実施形態による飛行体20の構成を説明した。続いて、図5および図6を参照して、飛行体20の動作概要を整理する。
以上、飛行体20の動作概要を説明した。続いて、姿勢の変動予測に関する幾つかの動作例を順次詳細に説明する。
飛行体20の移動開始時および移動終了時などには、飛行体20の姿勢変動が大きくなる。第1の動作例では、飛行体20の姿勢変動が大きい場合に、干渉波源30へのヌルの角度広がりを大きくすることにより、または、無線信号の送信を停止することにより、飛行体20から干渉波源30への干渉波の到達を抑制する。
飛行体20は、上述したように、移動計画情報が示す計画経路に従って移動する。第2の動作例では、変動予測部370は、飛行制御部224から移動計画情報を取得する取得部、および、移動経路から飛行体20の姿勢変動が大きくなることが予測される変動予測領域を特定し、当該変動予測領域に飛行体20が位置する場合に無線信号の送信を停止させる送信制御部としての機能を有する。
第3の動作例では、変動予測部370は、飛行制御部224から駆動装置230を制御する制御値を取得する。当該制御値は、例えば、移動速度、姿勢角の変化速度(角速度)など、飛行体20の姿勢変化を伴う動きに関する制御値であってもよい。変動予測部370は、当該制御値から飛行体20の姿勢変動を予測し、指向性送信を制御する。以下、図11を参照し、このような第3の動作例を具体的に説明する。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
20 飛行体
220 飛行制御装置
222 センサ群
224 飛行制御部
230 駆動装置
240 バッテリ
250 無線制御装置
252 アレイアンテナ
254 RF受信回路
258 RF送信回路
300 通信制御部
310 到来方向推定部
320 受信指向性演算部
330 受信処理部
340 到来波源位置推定部
350 記憶部
360 送信方位演算部
370 変動予測部
380 送信指向性演算部
390 送信処理部
30 干渉波源
Claims (5)
- 飛行体であって、
飛行のための駆動力を発生させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御値を出力する飛行制御部と、
無線通信装置と通信するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナから前記無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、
を備え、
前記指向性は、前記無線通信装置への方位以外の対象方位にヌルを向ける指向性であり、
前記演算部は、前記制御値を微分して得られる結果が第1の閾値を上回る場合には、当該結果が前記第1の閾値以下である場合よりも、前記ヌルの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、飛行体。 - 前記飛行体は、前記結果が前記第1の閾値より大きい第2の閾値を上回る場合には、前記無線通信装置への前記無線信号の送信を停止する送信制御部をさらに備える、請求項1に記載の飛行体。
- 前記演算部は、前記結果が第1の閾値を上回る場合には、当該結果が前記第1の閾値以下である場合よりも、前記無線通信装置へのビームの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、請求項1または2に記載の飛行体。
- 前記飛行体は、前記飛行体への干渉波を送信する干渉波源の位置を示す位置情報を記憶する記憶部をさらに備え、
前記対象方位は、前記干渉波源の方位である、請求項1~3までのいずれか一項に記載の飛行体。 - コンピュータを、
飛行体の飛行のための駆動力を発生させる駆動部を制御する制御値を出力する飛行制御部と、
アレイアンテナから無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、
として機能させるためのプログラムであって、
前記指向性は、前記無線通信装置への方位以外の対象方位にヌルを向ける指向性であり、
前記演算部は、前記制御値を微分して得られる結果が第1の閾値を上回る場合には、当該結果が前記第1の閾値以下である場合よりも、前記ヌルの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、プログラム。
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