KR20030016248A - Active antenna communication system - Google Patents
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Abstract
본 명세서는, 비교적 저속으로 비행하며 장기간 공중에 떠있을 수 있는 고공 항공기를 이용한 통신 시스템을 제공한다. 이 통신 시스템은 상기 비행기를 하나 이상의 지상국 및/또는 위성, 항공기 등 사이의 신호를 중계하는 장기간 고공 플랫폼으로서 이용한다. 상기 지상국은 조준가능한 내로우 빔 안테나를 구비하여, 상기 항공기가 다른 경우였었다면 내로우 빔 안테나를 사용하여 가능했을 것보다 더 큰 스테이션을 유지할 수 있게 한다. 상기 지상국은 항공기 신호를 추적하여 얻거나 항공기에 의해 지상국에 전송된 정보에 기초하여 표적을 조정한다.The present specification provides a communication system using a high-altitude aircraft that can fly at a relatively low speed and can remain in the air for a long time. This communication system uses the airplane as a long-term high altitude platform for relaying signals between one or more ground stations and / or satellites, aircraft, and the like. The ground station is equipped with a collapsible narrow beam antenna, allowing the aircraft to maintain a larger station than would have been possible if the aircraft had been otherwise. The ground station tracks the aircraft signal or adjusts the target based on information transmitted by the aircraft to the ground station.
Description
음성 및 데이터 스트림 엔드 유저에 대한 고 대역폭, 라스트 마일(last-mile) 접속성에 대한 필요성이 짧은 시간에 급속히 증가하고 있다. 통신 용량 증대에 대한 이러한 필요성은, 실질적인 통신 인프라가 갖춰진 도시 지역과, 이러한 인프라가 부족한 저개발 지역에 모두 존재한다. 통신 신호는 수많은 다른 종류의 통신 시스템을 통해 엔드 유저에게 전달될 수 있다. 유선의 지상 시스템은 전형적으로 큰 대역폭 신호를 위해 고속 통신을 제공한다. 그러나, 이러한 시스템에 대한 인프라는 건설, 유지, 및 개량하는 데에 비용이 많이 들고 시간도 많이 소비되며, 이 자체만으로는 이동통신을 지원하지 못한다. 전송타워를 이용하는 무선 시스템은 지상의 서비스 제공 지역당 실질적으로 더 많이 제한된 대역폭을 위해 상당히 고속의 통신을 제공한다.The need for high bandwidth, last-mile connectivity for voice and data stream end users is rapidly increasing in a short time. This need for increased communication capacity exists both in urban areas with substantial communication infrastructures and in underdeveloped areas where such infrastructures lack. Communication signals can be delivered to end users through a number of different types of communication systems. Wired terrestrial systems typically provide high speed communications for large bandwidth signals. However, the infrastructure for such a system is expensive and time consuming to construct, maintain and improve, and on its own does not support mobile communications. Wireless systems using transmission towers provide significantly faster communications for substantially more limited bandwidth per terrestrial serving area.
정지궤도(GEO) 위성(위성의 고도는 약 36,000 km)은 엔드 유저에게 무선 통신을 제공할 수도 있지만, 극히 높은 고도때문에 대역폭 효율에 의해 제한된다. 이 정도의 거리에 장착된 내로우 빔(narrow-beam) 안테나조차도 큰 지상 영역을 커버한다. 따라서, GEO 위성은 대부분의 지역, 특히 인구밀도가 높은 지역에서 고대역폭의 통신 요구를 지원하는 데에 있어 그 능력이 제한된다. 더구나, GEO 위성은 적도 궤도에 있어야 하는데, 이 점이 적도 지역에 대한 실제적인 용도를 제한한다.Geostationary orbit (GEO) satellites (about 36,000 km in altitude of the satellite) may provide wireless communication to end users, but are limited by bandwidth efficiency because of their extremely high altitude. Even narrow-beam antennas mounted at this distance cover a large ground area. Thus, GEO satellites are limited in their ability to support high bandwidth communications needs in most areas, especially in densely populated areas. Moreover, GEO satellites must be in the equator orbit, which limits the practical use for the equator.
중궤도 및 저궤도(MEO 및 LEO) 위성 시스템(그 고도는 각각 10,000km 및 700-1,500km)은, 엔드 유저가 상공을 가로지르는 이들 위성의 상대적 운동을 추적할 장비를 갖춰야 하기 때문에, 본질적으로 복잡하다. 비(非) 정지 궤도 위성은 큰 각을 두루 짐벌(gimbal)할 수 있는 복잡하고 연속적으로 조정하는 지향성 안테나를 필요로 한다. 이 안테나는 공중 및 지상에서 모두 필요하고, 전형적으로 하나의 전달(passing) 위성으로부터 다음 전달 위성으로 통신 신호를 전환시키는 데에 적합한 보조 안테나 시스템을 갖는 지표 안테나를 갖춘다. 물론, 상기 위성중 어떤 것도 예컨대 서비스를 위해 용이하게 회수되지 않는다.Medium and low orbit (MEO and LEO) satellite systems (altitudes of 10,000 km and 700-1,500 km, respectively) are inherently complex because end users must be equipped to track the relative movement of these satellites across the air. Do. Non-static orbital satellites require complex, continuously tuned directional antennas that can gimbal through large angles. This antenna is required both on the air and on the ground, and typically has a ground antenna with an auxiliary antenna system suitable for switching communication signals from one passing satellite to the next. Of course, none of the satellites is easily recovered for example for service.
항공기는 여행, 수송, 소방, 감시 및 전투를 포함하여 다양한 적용분야에서 이용된다. 항공기는 통신 신호를 중계하는 데 이용될 수 있다. 이러한 목적을 위한 지상국은 전형적으로 저대역폭의 전방향성 안테나 또는 큰 짐벌각 능력을 필요로 할 것인데(MEO 또는 LEO 위성을 위한 지상국과 유사), 그 이유는 이러한 항공기는 순환하는 것이라 해도 상당한 거리를 운행하기 때문이다.Aircraft are used in a variety of applications, including travel, transportation, fire fighting, surveillance, and combat. The aircraft can be used to relay communication signals. Ground stations for this purpose will typically require a low bandwidth omni-directional antenna or large gimbal angle capability (similar to ground stations for MEO or LEO satellites) because these aircraft travel a considerable distance even if they are cycling. Because.
불행하게도, 통상의 짐벌 지상국은 손상이나 마멸되기 쉬운 고가의 장치이다. 와이드 앵글(wide-angle) 또는 전방향성 안테나를 사용하면 짐벌의 사용을 피할 수 있다. 그러나, 브로드캐스트 앵글이 커지면 전력이 추가로 필요하고, 더 중요한 점은, 인접 지상국 및/또는 인접 항공기에 의한 주파수 재사용이 제한된다.따라서, 전체 시스템 대역폭은 와이드 앵글 또는 전방향성 안테나의 사용에 의해 제한된다.Unfortunately, conventional gimbal ground stations are expensive devices that are susceptible to damage or wear. Using wide-angle or omni-directional antennas avoids the use of gimbals. However, larger broadcast angles require additional power, and more importantly, limit frequency reuse by adjacent ground stations and / or adjacent aircraft. Thus, the overall system bandwidth is limited by the use of wide angle or omni-directional antennas. Limited.
안테나가 와이드 브로드캐스트 앵글이나 라지 앵글(large-angle) 짐벌을 가져야 한다는 상기 요건에 대한 예외는, 항공기가 장기간 하늘에 있는 작은 스테이션에서 정위치 유지(station-keeping)를 할 수 있는 것, 즉 장기간 동안 궤도에 오르지 않은 고공 플랫폼으로서 동작하는 것이다. 이러한 항공기는 미국특허 5,810,284호에 기술되어 있다. 이 항공기 설계는 잘 알려진 Pathfinder, Centurion 및 Helios 항공기에 구현되어 있다.The exception to the above requirement that the antenna should have a wide broadcast angle or large-angle gimbal is that the aircraft can be station-keeping at small stations in the sky for long periods of time, i.e. It acts as a high altitude platform that has not been in orbit. Such aircraft are described in US Pat. No. 5,810,284. This aircraft design is implemented in the well-known Pathfinder, Centurion and Helios aircraft.
이 항공기는 장기간 동안 성층권 고도에서 그 위치를 유지할 수 있어서, 지상국이 고정된 내로우 빔 안테나(예컨대, 처음에 표적을 포착하기 위해 간단한 것 이외의 조종 메커니즘을 갖지 않은 2°또는 3°대역폭 안테나)를 사용할 수 있게 한다. 이 내로우 빔 안테나는, 하나의 지상국(또는 밀접하게 인접해있는 지상국들)과 다수의 항공기 사이 뿐만 아니라, 다수의 지상국과 주어진 항공기 사이의 주파수 재사용을 허용한다. 그러나, 이러한 항공기는 이러한 내로우 빔 안테나를 사용하는 데 필요한 다루기 힘든 스테이션을 유지하는 데에 상당한 자원(즉, 전력)을 소비할 수 있다. 이 전력은 어려운 궤도 수정이나 특정 지역의 비행 조건에서의 순간적인 변동을 신속히 보상할 때에 쓰인다.The aircraft can maintain its position at stratospheric altitude for extended periods of time, so that ground stations have fixed narrow beam antennas (eg 2 ° or 3 ° bandwidth antennas that do not have a steering mechanism other than simple to initially capture the target). To use. This narrow beam antenna allows for frequency reuse between one ground station (or closely adjacent ground stations) and multiple aircraft, as well as between multiple ground stations and a given aircraft. However, such aircraft can consume significant resources (ie, power) to maintain the intractable stations required to use such narrow beam antennas. This power is used to quickly compensate for difficult orbital modifications and instantaneous variations in flight conditions in certain areas.
다수의 저가의 내구성있는 지상국에 고대역폭 신호를 제공하는 통신 시스템을 개발하는 것이 바람직하다. 본 발명의 다양한 실시예는 이러한 요구를 일부 또는 전부 충족시킬 수 있고, 더 많은 관련된 장점을 제공할 수 있다.It is desirable to develop communication systems that provide high bandwidth signals to many low cost, durable ground stations. Various embodiments of the present invention may meet some or all of these needs and provide more related advantages.
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 하나 이상의 지상국(ground station)과 함께 항공기를 이용한 무선 통신 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless communication system, and more particularly to a wireless communication system using an aircraft with one or more ground stations.
도 1은 본 발명을 구현하는 통신 시스템의 바람직한 실시예의 예시도.1 is an illustration of a preferred embodiment of a communication system implementing the present invention.
도 2A는 도 1에 도시된 통신 시스템에서 사용된 항공기의 입면도.2A is an elevational view of an aircraft used in the communication system shown in FIG.
도 2B는 도 2A에 도시된 항공기의 평면도.2B is a top view of the aircraft shown in FIG. 2A.
도 3은 도 1에 도시된 통신 시스템의 또다른 예시도.3 is another exemplary diagram of the communication system shown in FIG.
도 4는 도 1에 도시된 통신 시스템에서 사용된, 다수의 지상국에 대한 비행국의 입면도.4 is an elevational view of a flying station for multiple ground stations, as used in the communication system shown in FIG.
도 5는 도 1에 도시된 통신 시스템에서 사용된, 비행국의 배열의 평면도.5 is a plan view of an arrangement of flight stations, used in the communication system shown in FIG.
도 6은 도 1에 도시된 통신 시스템에서 사용된, 커버리지 영역내의 셀을 정의한 항공기 안테나 빔을 중첩함으로써 지상레벨 조명의 배열을 나타내는 평면도.FIG. 6 is a plan view showing the arrangement of ground level illumination by superimposing an aircraft antenna beam defining a cell within a coverage area, used in the communication system shown in FIG.
도 7은 도 1에 도시된 통신 시스템에서 사용된, 비행국내의 항공기를 표적으로 하는 지향성 지표 안테나의 입면도.7 is an elevation view of a directional indicator antenna targeted at an aircraft in a flying station, used in the communication system shown in FIG.
도 8A는 도 1에 도시된 통신 시스템의 지상국에서 사용되는 조종가능 안테나의 제1 실시예의 개략도.8A is a schematic diagram of a first embodiment of a steerable antenna for use in the ground station of the communication system shown in FIG.
도 8B는 도 1에 도시된 통신 시스템의 지상국에서 사용되는 조종가능 안테나의 제2 실시예의 개략도.8B is a schematic diagram of a second embodiment of a steerable antenna for use in the ground station of the communication system shown in FIG.
다양한 실시예에서, 본 발명은 내로우 빔 지상국 안테나를 이용하는 이점을 갖는 한편 더 큰 비행국(flight station)을 갖는 항공기를 위해 제공하는 통신 시스템을 제공함으로써 상기 요구를 일부 또는 전부 해결한다.In various embodiments, the present invention solves some or all of the above needs by providing a communication system that provides the benefit of using a narrow beam ground station antenna while providing for an aircraft having a larger flight station.
본 발명의 통신 중계 시스템은 전형적으로 항공기, 및 이 항공기가 신호를 중계하는 복수의 지상국을 포함한다. 항공기는 지정된 비행국 내에서 정위치를 유지하도록 구성되는데, 이것은 복수의 다른 잠재적인 비행국을 포함할 수 있는 지상 시계(field of vision)의 일부일 뿐이다. 항공기는 통신 중계 모듈을 포함하는데, 이 모듈은 지상국과 통신하는 하나 이상의 안테나를 갖는다. 지상국들은 커버리지 영역내에 위치하고, 각 지상국은 통신 중계 모듈의 하나 이상의 안테나와 통신 신호를 통해 통신하도록 구성된 하나 이상의 안테나를 갖는다.The communication relay system of the present invention typically includes an aircraft and a plurality of ground stations to which the aircraft relay signals. The aircraft is configured to remain in place within the designated flight station, which is only part of the field of vision, which may include a plurality of other potential flight stations. The aircraft includes a communication relay module, which has one or more antennas in communication with the ground station. Ground stations are located within the coverage area, and each ground station has one or more antennas configured to communicate via communication signals with one or more antennas of the communication relay module.
본 발명의 특징은, 지상국 안테나의 빔폭이 전체 비행국을 한번에 조명(즉, 전송 및/또는 수신)하기에는 불충분할 정도로 좁다는 점이다. 항공기는 비행국을 두루 이동할 수 있으므로, 각 지상국 안테나는 안테나 제어기의 제어하에 조종가능하도록 구성되어 있어서, 지상국 안테나는 항공기가 비행국을 두루 이동할 때에 항공기의 통신 중계 모듈과 교신을 유지할 수 있다. 안테나 제어기는 안테나의 조종을 제한하도록 구성되어 있어서 상기 지정된 비행국이 아닌 다른 비행국에 있는 안테나를 통제하지 못한다.A feature of the present invention is that the beam width of the ground station antenna is narrow enough to illuminate (ie transmit and / or receive) the entire flight station at once. Since the aircraft can move through the flight station, each ground station antenna is configured to be steerable under the control of an antenna controller, so that the ground station antenna can maintain communication with the communication relay module of the aircraft as the aircraft moves through the flight station. The antenna controller is configured to restrict the control of the antenna and thus cannot control the antennas at other flight stations than the designated flight station.
다행히도, 이러한 특징을 갖는 대부분의 실시예는, 전체 비행국을 조명할만큼 큰 빔폭을 갖는 지상국 안테나를 갖는 것에 비해, 지상국 안테나에 의한 전력사용량이 더 적을 것이고, 동일 주파수를 사용하는 인접 통신으로부터의 누화가 덜할 것이다. 또한, 항공기는, 내로우 빔 지상국 안테나에 의해 완전히 조명될만큼 작은 비행국에 비해, 더 적은 궤도 수정을 완료하여야 하고 스테이션 유지에 더 적은 에너지를 소비하여야 할 것이다.Fortunately, most embodiments having this feature will have less power usage by the ground station antenna, compared to having a ground station antenna with a beamwidth large enough to illuminate the entire flight station and from adjacent communications using the same frequency. Crosstalk will be less. In addition, the aircraft would have to complete less orbital modifications and consume less energy to maintain the station compared to a flight station small enough to be fully illuminated by a narrow beam ground station antenna.
본 발명의 추가적인 특징은, 항공기 위치 정보가 항공기로부터 지상국으로 전송되고 그리고/또는 와이드 빔을 이용하는 지상국 또는 전방향성 안테나에 의해 수신되어, 지상국이 그 항공기에 적절하게 조준된 안테나를 갖지 않고서도 정보를 수신할 수 있게 한다는 점이다.An additional feature of the present invention is that aircraft position information is transmitted from the aircraft to the ground station and / or received by a ground station or omnidirectional antenna utilizing a wide beam, so that the ground station does not have the antenna properly aimed at the aircraft. Is that it can receive.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면과 관련하여 본 발명의 원리를 예를 들어 설명하는 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명의 실시예를 실시하고 사용할 수 있도록 이하에 개시되는 바람직한 특정 실시예의 상세한 설명은 차후 열거되는 청구범위를 한정하는 것이 아니라, 오히려, 청구된 본 발명의 특정 실시예로써 기능하는 것이다.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments which illustrate, by way of example, the principles of the invention in conjunction with the accompanying drawings. The detailed description of specific preferred embodiments disclosed below to enable the implementation and use of embodiments of the present invention is not intended to limit the claims enumerated below, but rather to serve as specific embodiments of the claimed invention.
상기에서 요약되고 열거된 청구범위에서 정의된 본 발명은 첨부 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명을 참조하면 보다 더 잘 이해될 수 있다. 통신 시스템의 특정의 바람직한 실시예에 대한 이 상세한 설명은, 누구든지 본 발명의 특정의 실시예를 형성하여 이용할 수 있도록 아래에 설명되어 있는 바와 같이, 열거된 청구범위에 한정되지 않고 그 특정예를 제공하기 위한 것이다.The invention as defined in the claims summarized and enumerated above, may be better understood with reference to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. This detailed description of a particular preferred embodiment of the communication system is not limited to the enumerated claims, as described below, so that anyone may form and utilize a particular embodiment of the present invention, and the specific example thereof is not limited to this. It is to provide.
도 1을 참조하면, 본 발명을 구현하는 통신 시스템은 하나 이상의 지상국(102), 하나 이상의 항공기(104), 및 바람직하게는 하나 이상의 위성(106)을 포함한다. 지상국은 항공기의 지향성 안테나에 의해 표적으로 설정된 셀(108) 내에 위치한다. 각 비행기는 예컨대 고도 50,000 feet와 70,000 feet 사이의 성층권 고도에 있는 제한된 비행국 내에서 정위치를 유지하고 있다. 바람직하게는 각 비행국은 다른 비행국과 동일한 고도에 설정된다. 항공기는 일방 또는 쌍방 통신 신호를 이용하여 지상국 통신을 다른 지상국 및/또는 위성 네트워크로 중계한다.Referring to FIG. 1, a communication system embodying the present invention includes one or more ground stations 102, one or more aircraft 104, and preferably one or more satellites 106. The ground station is located in cell 108 targeted by the directional antenna of the aircraft. Each plane is held in place within a limited flight station, for example at stratospheric altitudes between 50,000 and 70,000 feet. Preferably each flying station is set at the same altitude as the other flying station. The aircraft uses one or both communication signals to relay ground station communications to other ground stations and / or satellite networks.
비행기airplane
본 발명은 적당히 엄격한 정위치 유지 요건을 갖는 실질적으로 정지 플랫폼으로서의 비행기의 사용을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 바람직한 비행기는 Pathfinder, Centurion, 및/또는 Helios 항공기의 것과 유사한 설계의 것이다. 바람직한 비행기 설계가 다음에 설명되어 있지만, 더 상세한 것은 참조로 여기 포함된 미국특허 5,810,284호에 개시되어 있다. 그럼에도 불구하고, 헬리콥터, 기구, 비행선, 연 또는 다른 유형의 비행기도 본 발명의 범위내에 포함됨은 물론이다.The present invention preferably includes the use of an airplane as a substantially stationary platform with moderately stringent in-situ maintenance requirements. According to the invention, preferred airplanes are of similar design to those of Pathfinder, Centurion, and / or Helios aircraft. While preferred airplane designs are described below, more details are disclosed in US Pat. No. 5,810,284, which is incorporated herein by reference. Nevertheless, helicopters, instruments, airships, kites or other types of airplanes are, of course, included within the scope of the present invention.
도 1, 2A, 2B를 참조하면, 바람직한 항공기(104) 구현은 비행하는 날개 비행기, 즉 동체나 꼬리 날개가 없는 것이다. 대신에, 날개 길이를 따라 실질적으로 일관된 외장형태 및 크기를 갖는 언스웹트(unswept) 날개(112)로 구성된다. 바람직하게는, 6, 8, 또는 14개의 전기 모터(114)가 날개 길이를 따라 다양한 위치에 위치되고, 각 모터는 단일의 프로펠러(116)를 구동하여 추진력을 생성한다. 바람직하게는 2, 4, 또는 5개의 수직 핀(fin)(118a-118d), 또는 포드(pod)가, 그 하단에 있는 착륙 장치를 이용하여, 날개로부터 아래로 연장한다.1, 2A, 2B, a preferred aircraft 104 implementation is the absence of a flying wing plane, i.e., no fuselage or tail wings. Instead, it consists of an unswept wing 112 having a substantially consistent appearance and size along the wing length. Preferably, six, eight, or fourteen electric motors 114 are located at various locations along the wing length, each motor driving a single propeller 116 to generate propulsion. Preferably two, four, or five vertical fins 118a-118d, or pods, extend down from the wing using the landing gear at its bottom.
바람직한 비행기(104)는 태양열로 발전되고, 계속적인 낮과 밤의 비행을 위한 에너지를 저장하기 위해 연료셀을 포함한다. 따라서, 일주일 내지 열흘(예컨대 200 시간), 더 바람직하게는 3000 시간 이상 동안의 계속적인 무인 임무 비행을 하기에 이상적으로 적당하다. 대안으로, 수소연료(예컨대 연료셀 또는 종래의 모터에서 사용되는 액화수소), 화석연료나 다른 저장연료, 또는 주간의 태양열 발전 및 야간의 복원불가 또는 부분적 복원가능한 저장된 연료와 같은 연료원의 조합으로부터 일부 또는 전부의 전력을 유도하도록 설계될 수 있다.The preferred plane 104 is solar powered and includes fuel cells to store energy for continuous day and night flights. Thus, it is ideally suited for continuous unmanned mission flight for a week to ten days (eg 200 hours), more preferably 3000 hours or more. Alternatively, from a combination of fuel sources such as hydrogen fuel (such as liquefied hydrogen used in fuel cells or conventional motors), fossil fuels or other stored fuels, or daytime solar and nightly irreversible or partially recoverable stored fuels. It can be designed to induce some or all of the power.
항공기(104)는 날개 길이를 따라 순차적으로 위치한 바람직하게는 5 또는 6개의 모듈 세그먼트로 길이방향으로 분할된다. 이 세그먼트들은 길이가 39 내지 43 피트이고, 코드(chord) 길이는 대략 8 피트정도이다. 따라서, 항공기는 길이가 대략 8 피트정도이고, 바람직하게는 날개 길이가 대략 100, 120, 200, 또는 250 피트이다. 비행기의 날개 세그먼트 각각은 내부 세그먼트 부하를 최소화하도록 비행시의 자신의 하중을 지지하고, 이에 의해 필요한 부하지지 구조를 최소화한다.The aircraft 104 is divided longitudinally into preferably five or six module segments located sequentially along the wing length. These segments are 39 to 43 feet in length and chord length is approximately 8 feet. Thus, the aircraft is approximately eight feet long and preferably has a wingspan of approximately 100, 120, 200, or 250 feet. Each wing segment of the airplane supports its own load in flight to minimize internal segment loads, thereby minimizing the required load bearing structure.
핀(118a-118d)은 세그먼트들 사이의 접속지점에서 날개(112)로부터 아래로 연장하고, 각 핀은 착륙 장치 전방 및 후방 바퀴를 설치한다. 핀은 항공기의 소자, 예컨대 전자 장치 및/또는 다양한 페이로드(payload)를 포함하도록 포드(pod)로서 구성된다. 이러한 포드 중 하나인 "제어포드"는, 모터 및 엘리베이터를 제어하기 위하여, 주로 소프트웨어로서 구현된 자동 조종 장치를 포함하여, 제어 전자 장치를 휴대하는 데 이용된다. 또한, 이 포드는, 통신 장비뿐 아니라, 인공위성 자동 위치 측정 시스템(GPS) 장치를 포함하여, 센서를 휴대한다.The pins 118a-118d extend down from the wing 112 at the point of connection between the segments, each pin installing the landing gear front and rear wheels. The pins are configured as pods to contain elements of the aircraft, such as electronic devices and / or various payloads. One of these pods, the “control pod”, is used to carry control electronics, including autopilots implemented primarily as software to control motors and elevators. The pod also includes a satellite automatic positioning system (GPS) device as well as communication equipment to carry the sensor.
이 비행기는 또한 지상국과 송수신하기 위한 항공기 안테나를 포함하는 통신 중계 모듈을 포함한다. 이 항공기 안테나는 적당한 빔폭을 갖는데, 10°- 20°정도인 것이 바람직하다.The plane also includes a communication relay module that includes an aircraft antenna for transmitting and receiving to and from ground stations. The aircraft antenna has a suitable beam width, preferably 10 ° -20 °.
상기 설계의 결과로서, 항공기의 바람직한 구현은 가볍고(날개 면적의 제곱피트당 1 파운드 미만), 비교적 느린 공중 속도(저공에서 13 노트 내지 고공에서 100 노트)로 비행하고, 비행상태를 유지하기 위하여 태양셀의 배열로부터 비교적 적은 전력을 필요로 한다. 이 비행기의 비교적 느린 비행 능력은 장기간의 비행 능력 및 정위치 유지 동안의 까다로운 궤도 수정을 돕는다.As a result of the design, the preferred implementation of the aircraft is light (less than 1 pound per square foot of the wing area), flying at relatively slow air speeds (13 knots at low altitudes to 100 knots at high altitudes), and in order to maintain flight conditions. It requires relatively little power from the arrangement of the cells. The plane's relatively slow flight capability helps with long flight capability and difficult trajectory modifications during maintenance.
비행국A flying station
도 1 및 3-6을 참조하면, 각 비행기(104)는 정위치를 유지하는데, 즉 지상국(102)에 대하여 실질적으로 정지 위치를 유지한다. 이 실질적인 정지 위치는 중심지점(134), 및 허용된 측면 및 고도방향의 비행거리를 갖는 비행국(132)이다. 따라서, 비행국은 전형적으로 원통형의 영공부분인데, 이 원통형은 수직방향으로 길이방향으로 연장한다. 바람직하게는, 비행국은 통상의 항공 교통 및 기상 변동(예컨대, 폭풍)이 있는 고도 이상의 대략 60,000-70,000 피트의 고도에 있다. 이 고도에서, 최대 풍속은 하부의 제트기류 영역의 바람보다 더 낮은 속도를 갖는다.1 and 3-6, each plane 104 maintains its home position, that is, maintains a substantially stationary position relative to the ground station 102. This actual stop position is a center station 134 and a flight station 132 having allowed lateral and altitude flight. Thus, the flight station is typically a cylindrical airspace, which extends longitudinally in the vertical direction. Preferably, the flight station is at an altitude of approximately 60,000-70,000 feet above the altitude with normal air traffic and weather fluctuations (eg, storms). At this altitude, the maximum wind speed is lower than the wind in the lower jet stream region.
바람직하게는, 각 항공기(104)는 이격 거리(136)만큼 다른 비행국과 떨어져 있는 별개의 비행국(132) 내에 유지된다. 주어진 시간에, 각 항공기는 그 비행국 내의 임의의 위치에 있을 수 있다(도 5에 도시). 이 이격 거리는, 하나의 비행기가 다른 관련된 지표 안테나의 빔폭내에서 비행하지 않다는 것과, 비행기들이 서로 충돌하지 않게 보호하도록 역할한다는 것을 모두 보장한다.Preferably, each aircraft 104 is maintained in a separate flight station 132 away from other flight stations by a distance 136. At a given time, each aircraft may be at any location within its flight station (shown in FIG. 5). This separation ensures that one plane does not fly within the beamwidth of another associated ground antenna and that it serves to protect the planes from colliding with each other.
지상국Ground station
도 1 및 도 3을 참조하면, 각 셀(108) 내의 지상국(102)은 바람직하게는 하나 이상의 항공기(104)로 신호를 브로드캐스트하고 수신하는 지상 통신 노드이다. 지상국은 전형적으로 셀의 수보다 훨씬 더 많다(즉, 대부분의 셀에 수많은 지상국이 있다). 지상 기반의 통신 장비는 지상국에 접속되고, 전형적으로 하나 이상의 엔드 유저 단말(즉, 하나 이상의 엔드 유저에 대한 통신 장비)을 포함한다. 각 지상국은 항공기의 하나에 있는 통신 모듈의 안테나로 신호를 각각 브로드캐스트하고 통신 신호를 수신할 수 있는 하나 이상의 내로우 빔 안테나를 포함한다.1 and 3, the ground station 102 in each cell 108 is preferably a terrestrial communication node that broadcasts and receives signals to one or more aircraft 104. Ground stations are typically much larger than the number of cells (i.e. there are many ground stations in most cells). Ground-based communication equipment is connected to a ground station and typically includes one or more end user terminals (ie, communication equipment for one or more end users). Each ground station includes one or more narrow beam antennas capable of respectively broadcasting signals and receiving communication signals to the antennas of communication modules in one of the aircraft.
지상국 안테나는 바람직하게는 예컨대 대략 2°, 2.5°, 3°, 4°의 내로우 빔폭을 가져서, 합당한 전력 레벨에서 고전위의 대역폭을 제공한다. 이 안테나는 예정대로의 위치에서 3°또는 6°정도(이는 지상국 안테나의 빔폭의 1 내지 3배 정도임)로 미세조정되는 안테나의 목표를 제공하는 조종 메커니즘을 갖는다. 이 통신 시스템은 지상국 안테나 조종을 지시하여 제어하도록 하나 이상의 제어기를 포함한다. 별개의 제어기는 각 지상국에 있을 수 있고, 또는 하나의 제어기는 항공기나 제어 지상국에 위치될 수 있다. 제어 지상국은 항공기와 교신할 수 있는데, 이는 제어 정보를 다른 지상국으로 중계하거나, 통상의 지상국과 직접 교신할 수 있다. 또한, 제어기는 다수의 시스템 구성요소, 예컨대 부분적으로 비행기에 그리고 부분적으로 각 지상국에 공동위치될 수 있다.The ground station antenna preferably has a narrow beamwidth of, for example, approximately 2 °, 2.5 °, 3 °, 4 °, providing high potential bandwidth at reasonable power levels. The antenna has a steering mechanism that provides the target of the antenna to be fine tuned to about 3 ° or 6 ° in the intended position, which is about 1 to 3 times the beam width of the ground station antenna. The communication system includes one or more controllers to direct and control ground station antenna steering. A separate controller can be in each ground station, or one controller can be located in an aircraft or control ground station. The control ground station may communicate with the aircraft, which may relay control information to other ground stations or directly communicate with a normal ground station. The controller may also be co-located with a number of system components, such as partly on an airplane and partly on each ground station.
하나의 지상국은 다른 항공기에 조준될 수 있고 다른 항공기로부터 신호를 액세스할 수 있는 다수의 지상국 안테나를 포함하고, 이에 의해 사용가능한 대역폭을 증가시킬 수 있다. 별개의 제어기는 다른 안테나를 제어할 수 있고, 또는 하나의 시스템 제어기는 모든 지상국 안테나를 제어할 수 있다.One ground station can include multiple ground station antennas that can be aimed at other aircraft and can access signals from other aircraft, thereby increasing the available bandwidth. Separate controllers can control other antennas, or one system controller can control all ground station antennas.
지상국은 또한 초기 목표 조정 메커니즘을 포함한다. 이 메커니즘은 전형적으로, 안테나의 예상대로의 목표를 비행국(132)의 중심지점(134)으로 설정할 때에 보조하는 몇 종류의 신호 강도 표시기를 포함하는 수동으로 조정 및 로크(lock)되는 시스템일 것이다.Ground stations also include an initial goal adjustment mechanism. This mechanism will typically be a manually adjusted and locked system that includes several kinds of signal strength indicators that assist in setting the antenna's expected target as the center point 134 of the flight station 132. .
지상국 셀Ground station cell
각 비행기(104) 상의 안테나는 하나의 셀(108)에 의해 실질적으로 채워진 지상의 영역(142)을 조명하도록 구성되고 표적 설정된다. 바람직하게는 육각형의 이들 셀은 다양한 크기를 가질 수 있는데, 이는 비행기의 순항 고도와 동일한 거리에서 공중에 떠 있는 안테나의 빔폭과 같은 것이 바람직하다. 비행기의 안테나는 커버리지 영역(144)에 대한 완전한 셀 커버리지를 달성하도록 중첩하는 지상 영역을 조명하도록 표적 설정될 수 있다. 이 커버리지 영역은 전형적으로 10 내지 30 마일 정도의 반경을 가질 수도 있다.The antenna on each plane 104 is configured and targeted to illuminate an area 142 of the ground substantially filled by one cell 108. Preferably, these cells of the hexagon may have various sizes, preferably equal to the beamwidth of the antenna floating in the air at the same distance as the cruise altitude of the plane. The aircraft's antenna may be targeted to illuminate the overlapping ground area to achieve full cell coverage for the coverage area 144. This coverage area may typically have a radius on the order of 10 to 30 miles.
비행기 안테나는 비행기(104) 상의 하나 이상의 페이로드 모듈에 휴대된다. 짐벌을 이용하여, 안테나는 그 자세를 유지하고, 항공기의 롤-핏치-요(roll-pitch-yaw) 및 병진 운동으로부터 완화된다. 바람직하게는 모든 항공기 안테나는 하나의 짐벌 플랫폼에 장착되어 액티브 짐벌의 수를 제한한다. 따라서, 각 항공기 안테나의 목표는 그 각각의 셀(108)에서 유지된다.The airplane antenna is carried in one or more payload modules on the plane 104. Using the gimbal, the antenna maintains its posture and is mitigated from the aircraft's roll-pitch-yaw and translational motion. Preferably all aircraft antennas are mounted on one gimbal platform to limit the number of active gimbals. Thus, the target of each aircraft antenna is maintained in its respective cell 108.
안테나 빔 조작Antenna beam operation
도 7을 참조하면, 본 발명에서 비행국(132)의 크기는 지상국(102)의 내로우빔(152)이 이동없이 커버할 수 있는 것보다 더 크다. 지상국 안테나의 방향의 미세조정(즉, 최소한의 조종)에 의해, 통신 시스템은 내로우 빔 지표 안테나를 갖는 혜택을 누릴 수 있고(그렇지 않다면 중심 기준 지점으로부터 측면으로 ±0.5 마일, 수직으로 ±0.1 마일 정도의 비행국을 필요로 할 것이다), 한편 항공기는 더 큰 비행 영역, 예컨대 중심 기준 지점으로부터 측면으로 ±1.5 마일, 수직으로 ±1.0 마일 정도의 영역을 갖는 혜택을 누릴 수 있다.Referring to FIG. 7, in the present invention, the size of the flight station 132 is larger than the narrow beam 152 of the ground station 102 can cover without movement. By fine tuning (ie minimal steering) the direction of the ground station antenna, the communication system can benefit from having a narrow beam indicator antenna (otherwise ± 0.5 miles laterally from the center reference point, ± 0.1 miles vertically). Aircraft will benefit from having a larger flight area, such as an area of ± 1.5 miles laterally and ± 1.0 miles vertically from the center reference point.
특히, 비행기는 평균적으로 더 작은 스테이션을 유지하는 데 필요한 전력보다 더 적은 전력으로 작동될 수 있고, 비행기는 강풍, 고공투과 뇌우, 난기류, 및 수직적인 공기이동 등과 같은 더 험한 기후 조건에서도 정위치 유지할 수 있다. 또한, 신뢰성의 관점에서, 자주 또는 거칠게 궤도 수정할 필요가 없을 것이고, 그 안테나 플랫폼은 더 제한된 편차로 더 쉽게 안정화될 것이다.In particular, airplanes can be operated on average with less power than required to maintain smaller stations, and airplanes can remain in place even in harsher weather conditions such as high winds, high air strikes and thunderstorms, turbulence, and vertical air movement. Can be. Also, in terms of reliability, there will be no need for frequent or rough orbital modifications and the antenna platform will be more easily stabilized with more limited deviations.
본 발명하에서 지상국 안테나 조종을 수행할 때, 지상국 안테나 제어기는 전체 비행국을 두루 이동하도록 안테나 빔을 조종하도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한 바람직하게는 지상국 안테나 빔 조종을 제한하도록 구성되어서 빔이 특정의 지정된 비행국이 아닌 다른 임의의 비행국으로 횡단하지 못하게 한다. 이 구성은 제어 시스템 소프트웨어 또는 하드웨어에서 나타날 수도 있는데, 그 이유는 필요한 빔 조종의 양은 지상국 및 비행국의 상대적 위치와 비행국의 크기 및 형상에 따를 것이기 때문이다. 특히, 넓은 비행국은 항공기의 위치로부터 실질적으로 떨어진 것으로부터 보다는 비행국 바로 아래의 지상국으로부터 더 나은 이동 능력을 필요로 할 것이다. 마찬가지로, 높은 비행국은 비행국 바로 아래의 것으로부터 보다는항공기의 위치로부터 실질적으로 떨어진 지상국으로부터 더 나은 이동 능력을 필요로 할 것이다. 이 기하학적 요건은 제어기에 의해 용이하게 계산될 수 있다.When performing ground station antenna steering under the present invention, the ground station antenna controller is preferably configured to steer the antenna beam to move through the entire flight station. It is also preferably configured to limit ground station antenna beam steering to prevent the beam from traversing to any flight station other than a specific designated flight station. This configuration may appear in the control system software or hardware, since the amount of beam steering required will depend on the relative position of the ground and flying stations and the size and shape of the flying station. In particular, a wide flying station will need better mobility from the ground station directly below the flying station than from substantially away from the position of the aircraft. Similarly, high flying stations will need better mobility from ground stations substantially away from the aircraft's position than from just under them. This geometric requirement can be easily calculated by the controller.
이제 도 8A 및 8B를 살펴보면, 지상국 안테나는 전형적으로 피드 혼(feed horn)(202)과 메인 디쉬(main dish)(204)를 포함할 것이다. 이 안테나는 또한 보조 반사기(206)를 포함할 수도 있다.Referring now to FIGS. 8A and 8B, the ground station antenna will typically include a feed horn 202 and a main dish 204. This antenna may also include an auxiliary reflector 206.
안테나 조종을 미세조종하기 위한 바람직한 액츄에이터는 저전력으로 작동되고 수명이 길다. 이것은 큰 앵글에 대해 편향할 필요가 없으므로, 더 저렴한 비용의 간단한 메커니즘일 수 있고 라지 앵글(large-angle)의 짐벌 시스템보다 신뢰성이 더 좋을 수 있다. 사용될 수 있는 메커니즘의 종류 중에는, 서보모터, 스테퍼 모터, 압전 액츄에이터 및 바이메탈 스트립이 있다. 짐벌도 본 발명의 몇몇 실시예에서 사용될 수 있다.Preferred actuators for micropiloting the antenna steering operate at low power and have a long service life. This does not need to be biased against large angles, so it can be a simpler, less expensive mechanism and more reliable than a large-angle gimbal system. Among the kinds of mechanisms that can be used are servomotors, stepper motors, piezoelectric actuators and bimetallic strips. Gimbal can also be used in some embodiments of the present invention.
안테나의 조종은 수많은 다른 방법으로 기계적으로 다시 조정될 수 있다. 예를 들면, 전체 안테나 조립체가 재위치될 수도 있다. 그러나, 더 바람직하게는, 메인 디쉬(도 8A), 보조거울(도 8B), 또는 피드 혼과 같은 안테나 조립체의 일부만이 편향된 위치(208)로 재위치될 수 있다. 피드 혼 또는 보조 거울은 전형적으로 작은 장치이므로 이들을 재위치시키는 것이 바람직하다. 피드 혼 또는 보조 거울을 재위치시키는 것이 이용되면, 고정 안테나에 대해 필요한 것보다 더 큰 메인 디쉬를 사용할 필요가 있을 수도 있다.The control of the antenna can be readjusted mechanically in a number of different ways. For example, the entire antenna assembly may be repositioned. However, more preferably, only a portion of the antenna assembly, such as the main dish (FIG. 8A), the auxiliary mirror (FIG. 8B), or the feed horn can be repositioned to the deflected position 208. Feed horns or auxiliary mirrors are typically small devices and it is desirable to reposition them. If repositioning the feed horn or auxiliary mirror is used, it may be necessary to use a larger main dish than necessary for the fixed antenna.
다른 종류의 안테나도 본 발명의 범위 내에 포함된다. 예를 들면, 위상 배열, 즉 안테나를 피딩(feeding)하는 각각의 신호의 상대적 위상이, 이 배열의 효과적인 방사패턴이 소망하는 방향으로는 강화되고 원치않는 방향으로는 억제되는 방식으로 변경되는 일군의 안테나가 이용될 수도 있다. 이러한 경우, 안테나는 전자적으로 조종될 수 있다. 마찬가지로, 전체 비행국을 커버하는 패턴으로 표적 설정된 내로우 빔 안테나의 배열은 하나의 조종가능한 안테나로서 제어 시스템에 의해 선택적으로 사용될 수 있다. 따라서, 모든 실시예가 안테나 조종을 위해 물리적인 동작을 필요로 하는 것은 아니다.Other kinds of antennas are also included within the scope of the present invention. For example, a group of phase arrays, i.e., the relative phase of each signal feeding the antenna, is changed in such a way that the effective radiation pattern of the array is enhanced in the desired direction and suppressed in the unwanted direction. An antenna may be used. In this case, the antenna can be electronically steered. Similarly, an array of narrow beam antennas targeted in a pattern covering the entire flight station may optionally be used by the control system as one steerable antenna. Thus, not all embodiments require physical operation for antenna steering.
빔 조종 제어 시스템Beam steering control system
비행기가 비행국을 두루 이동함에 따라 빔이 이 비행기를 따라가도록 지상국 안테나가 조종하기 위하여, 지상국은 안테나 조종 정보(즉, 필요한 수직 및 수평 지상국 안테나 방향 조작에 대한 정보)를 얻어야 한다. 이 정보는 수많은 다른 방법에 의해 수많은 다른 제어 시스템 구현으로 개발될 수 있다. 전형적으로 이 정보는 비행국에 대한 지상국의 상대적 위치에 대한 정보로부터 뿐만 아니라 항공기 위치 정보로부터 생성될 것이다.In order for the ground station antenna to steer the beam as it follows the plane as the aircraft moves through the flight station, the ground station must obtain antenna steering information (ie, information about the required vertical and horizontal ground station antenna orientation manipulation). This information can be developed in a number of different control system implementations by a number of different methods. Typically this information will be generated from aircraft position information as well as from information about the relative position of the ground station relative to the flying station.
본 발명에 대한 지상국 안테나 조종 제어 시스템의 제1 실시예에서, 비행기 위치는 비행기에 의해, 예컨대 GPS 판독을 이용함으로써 확정된다. 이 정보는 이후, 각 셀에 통상적으로 전송되는 반송 신호 내에서 부호화되거나, 또는 이 정보를 송수신하기 위해 브로드 빔을 이용한 별개의 내로우 채널 브로드캐스트 또는 전방향성 안테나를 통해, 각 지상국으로 전송된다.In a first embodiment of the ground station antenna steering control system for the present invention, the plane position is determined by the plane, for example by using GPS readings. This information is then encoded in a carrier signal typically transmitted to each cell, or transmitted to each ground station via a separate narrow channel broadcast or omni-directional antenna using a broad beam to transmit and receive this information.
이 정보는 다양한 포맷으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 이 정보는 셀에 대한 항공기의 절대적인 지리상 위치, 상대적 위치, 또는 비행국에 대한 비행기의 상대적 위치로서 전송될 수 있다. 대안으로, 이 정보는 각 주어진 셀 및/또는 하나 이상의 지상국의 각 그룹에 대한 안테나 조종 정보로 변형된 후 전송될 수 있다.This information may be provided in various formats. For example, this information may be transmitted as an absolute geographical position, relative position of the aircraft relative to the cell, or relative position of the airplane relative to the flying station. Alternatively, this information can be transformed into antenna steering information for each group of each given cell and / or one or more ground stations and then transmitted.
안테나 방향 정보 및/또는 항공기 위치 정보는 매우 느린 데이터 전송속도와 매우 적은 전송 전력을 필요로 하는 소량의 데이터를 나타냄을 주목할 가치가 있다. 이 정보는 항공기를 표적으로 하는 안테나를 갖는 모든 지상국에 도달할 필요가 있다. 각 지상국은 항공기에 대한 상대적인 지리적 위치에 적절한 고도 및 방위각 조종을 수행해야 할 것이다. 비행기상의 하나의 브로드 빔 안테나가 비행기 방향 정보를 모든 사용자에게 전송하기 위해 사용되면, 이 정보는 안테나의 조종 요건을 지정하여 각 지상국으로 암호화되어야 하거나, 또는 각 지상국은 비행기의 위치 정보에 기초하여 그 자신의 조종 요구를 계산할 필요가 있다.It is worth noting that antenna direction information and / or aircraft position information represent small amounts of data that require very slow data rates and very low transmit power. This information needs to reach all ground stations with antennas targeting the aircraft. Each ground station will have to perform altitude and azimuth control as appropriate to its geographical location relative to the aircraft. If a broad-beam antenna on the aircraft is used to transmit airplane direction information to all users, this information must be encrypted with each ground station specifying the antenna's steering requirements, or each ground station is based on its location information. You need to calculate your steering needs.
본 발명에 대한 지상국 안테나 조종 제어 시스템의 제2 실시예에서, 각 비행기의 위치는 예컨대 레이더 범위 정하기 및 방향찾기를 이용하여 지상 기반의 중심 제어 스테이션에 의해 확정될 수 있다. 이 정보는 지상국 안테나 조종 제어 시스템의 제1 실시예에 대해 상기에서 논의된 바와 유사한 방식으로 비행기에 원격 계측기로 기록되고 지상국에 중계될 수 있다. 마찬가지로, 이 정보는 사용가능한 지상 통신 시스템 또는 별개의 무선 전송과 같은 다른 수단을 통해 지상국에 전송될 수 있다. 다시, 이 정보는 항공기 위치 정보나 안테나 조종 지시정보와 같은 다양한 형태로 제공될 수 있다.In a second embodiment of the ground station antenna steering control system for the present invention, the position of each plane can be determined by a ground based center control station using, for example, radar ranging and direction finding. This information can be recorded on the plane as a telemeter and relayed to the ground station in a manner similar to that discussed above for the first embodiment of the ground station antenna steering control system. Likewise, this information may be transmitted to the ground station via other terrestrial communication systems or other means such as separate wireless transmissions. Again, this information may be provided in various forms such as aircraft position information or antenna steering indication information.
본 발명에 대한 지상국 안테나 조종 제어 시스템의 제3 실시예에서, 비행기의 위치는 각 지상국, 예컨대 항공기의 전송 신호 강도에 기초한 자동 추적 시스템에 의해 확정된다. 이런 유형의 시스템에서, 지상국 안테나는 작은 앵글을 통해 주기적으로 조종되고 신호 강도는 각 위치에서 비교된다. 더 강한 신호는 안테나가 항공기상에서 중심 위치에 대해 더 가까이 있음을 나타낸다. 물론, 일단 지상국이 그 각각의 비행기 상에 고정되면, 비행기로부터의 정보의 전송없이 거기에 고정된 상태로 있을 것이다.In a third embodiment of the ground station antenna steering control system for the present invention, the position of the aircraft is determined by an automatic tracking system based on the transmission signal strength of each ground station, such as an aircraft. In this type of system, the ground station antennas are steered periodically through small angles and the signal strengths are compared at each location. Stronger signals indicate that the antenna is closer to the center position on the aircraft. Of course, once a ground station is anchored on its respective plane, it will remain stationary there without transmitting information from the plane.
예컨대 시스템의 전원이 다운될 때에 발생할 수 있는 경우와 같이, 제3 실시예의 안테나가 비행기의 항적을 잃어버리면, 그 이동 범위를 커버하는 탐색 패턴을 수행할 수 있는데, 이는 전체 비행국을 커버해야 한다. 이 능력은, 안테나 조종 정보가 항공기의 통상의 전송 내에 삽입되어 지상국으로 전송되면, 다른 실시예를 위해 필요할 수도 있는데, 이것은 안테나가 항공기의 항적을 잃어버릴 때에 상실될 것이다. 제어 시스템에 의한 전방향성 안테나의 사용은 일반적으로 현저하거나 빈번한 스캐닝에 대한 필요성을 제거한다.If the antenna of the third embodiment loses the track of an airplane, as may occur, for example, when the system is powered down, it may perform a search pattern covering its range of travel, which should cover the entire flight station. . This capability may be necessary for other embodiments if antenna steering information is inserted into the aircraft's normal transmission and transmitted to the ground station, which will be lost when the antenna loses the aircraft's wake. The use of omni-directional antennas by the control system generally eliminates the need for significant or frequent scanning.
다른 고려사항Other considerations
지상국 안테나에 대한 스몰 앵글(small-angle) 안테나 조종의 원리는 예컨대 측면으로 ±15 마일과 수직으로 ±5 마일, 또는 측면으로 ±20 마일과 수직으로 ±3 마일 정도의 넓은 범위의 비행국 크기에 적용될 수 있다. 그러나, 정위치 유지가 느슨해지면, 예컨대 거리가 크게 변화함에 따른 신호 강도 변동, 또는 그렇지 않았더라면 엄격한 지향성에 의해 차폐되는 동일 주파수의 다른 사용자와의 간섭과 같은, 부차적인 효과가 더 문제가 된다. 또한, 하나의 비행국과 인접 비행국 사이의 간격이 커질 필요가 있을 수 있다.The principle of small-angle antenna steering for ground station antennas is, for example, over a wide range of flight station sizes, such as ± 15 miles laterally and ± 5 miles vertically, or ± 20 miles laterally and ± 3 miles vertically. Can be applied. However, if the in-situ maintenance is loosened, secondary effects are more problematic, for example, signal strength fluctuations as the distance changes significantly, or otherwise interference with other users of the same frequency shielded by strict directivity. In addition, the distance between one flight station and an adjacent flight station may need to be increased.
스몰 앵글 조종은 지상국 안테나뿐 아니라 비행기 안테나에서 사용될 수도 있어, 비행중에 안테나를 안정화하는 라지 앵글 짐벌로의 미세 제어를 부가한다.Small angle steering may also be used in aircraft antennas as well as ground station antennas, adding fine control to large angle gimbals that stabilize the antennas in flight.
전체 통신 시스템에서, 스몰 앵글 조정만을 사용하지 않는 지상국이 있을 수 있다. 이러한 지상국은 이동 지상국과, 상이한 항공기 사이의 통신(예컨대, 항공기 명령 및 제어를 위해)을 전환하도록 설계된 지상국을 포함할 것이다.In the entire communication system, there may be ground stations that do not use only small angle adjustment. Such ground stations will include ground stations designed to divert communication (eg, for aircraft command and control) between mobile ground stations and different aircraft.
지상국에서 제한된 방향 조정을 사용하는 것은 고정 지상국에 비해 가격과 복잡성을 더하지만, 효율, 에너지 공급, 및 중계국으로서 역할하는 성층권의 비행기의 궤도 수정 능력과 관련된 많은 혜택을 제공함은 물론이다. 따라서, 전체 통신 시스템 효율, 비용, 및 신뢰도는 본 발명의 많은 실시예에서 개선될 수 있다.The use of limited orientation in ground stations adds cost and complexity compared to fixed ground stations, but of course provides many benefits related to efficiency, energy supply, and the ability of the stratosphere's orbiting plane to serve as a relay station. Thus, overall communication system efficiency, cost, and reliability may be improved in many embodiments of the present invention.
결과적인 시스템은 지상국과 다른 위치 사이의 쌍방향 통신, 지상국으로의 일방 브로드캐스트, 또는 심지어 지상국에 의한 일방 브로드캐스트를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 셀 또는 비행국을 조명하는 안테나에 대한 상기 설명은 일정 거리를 두고 취해진 안테나의 빔폭에 대한 참고사항이고, 반드시 통신의 수신만을 위해서라기 보다는 통신을 전송하도록 구성된 안테나에 대한 참고사항일 필요가 없음은 물론이다.The resulting system can be used for two-way communication between the ground station and another location, one-way broadcast to the ground station, or even one-way broadcast by the ground station. Thus, the above description of an antenna illuminating a cell or flight station is a reference to the beamwidth of the antenna taken at a certain distance and not necessarily to a reference to the antenna configured to transmit the communication, rather than just for the reception of the communication. None of course.
본 발명의 특정 형태가 예시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상과 범위에 벗어남이 없다면 얼마든지 다양한 수정이 가능하다. 따라서, 본 발명이 바람직한 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다면 다양한 수정이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 상기 논의로 한정되는 것이 아니고, 다음의 청구범위와 관련하여 정의된다.While certain forms of the invention have been illustrated and described, various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Thus, while the invention has been described in detail only with respect to preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that various modifications may be made without departing from the scope of the invention. Accordingly, the invention is not limited to the above discussion, but is defined in connection with the following claims.
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