WO2014054575A1 - 航空機のアンテナ制御装置、航空機、航空機のアンテナ選択プログラム、及び航空機のアンテナ制御方法 - Google Patents

航空機のアンテナ制御装置、航空機、航空機のアンテナ選択プログラム、及び航空機のアンテナ制御方法 Download PDF

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wingman
aircraft
antennas
communication
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PCT/JP2013/076528
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将太 菊地
一平 宮西
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三菱重工業株式会社
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04B7/0868—Hybrid systems, i.e. switching and combining
    • H04B7/088—Hybrid systems, i.e. switching and combining using beam selection

Definitions

  • the present invention relates to an aircraft antenna control apparatus, an aircraft, an aircraft antenna selection program, and an aircraft antenna control method.
  • Patent Document 1 discloses that an active target search and tracking device and a passive target search and tracking device that can search and track a target without emitting electromagnetic waves are used in an integrated manner. An aircraft that searches and tracks and fires at a target is described.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can select an antenna optimal for communication with a wingman from a plurality of antennas, an aircraft antenna control device, an aircraft, an aircraft antenna selection program, and an aircraft
  • An object of the present invention is to provide an antenna control method.
  • the aircraft antenna control apparatus, aircraft, aircraft antenna selection program, and aircraft antenna control method of the present invention employ the following means.
  • An aircraft antenna control apparatus is an aircraft antenna control apparatus that includes a plurality of antennas for communicating with a wingman at different locations on a fuselage, and is adapted to a temporal change in position information indicating the position of the wingman.
  • a wingman position predicting means for predicting the current position of the wingman based on, and a plurality of the antennas in which the angle of separation from the central axis of the antenna at the current position of the wingman predicted by the wingman position prediction means falls within the coverage area.
  • Selecting means for selecting from the antenna; and communication control means for executing communication with the wingman via the antenna selected by the selecting means.
  • the aircraft antenna control device is an aircraft antenna control device including a plurality of antennas for communicating with a wingman at different locations on the aircraft. Since the aircraft and the wingman, which are aircraft, move relative to each other, there is a case where the aircraft cannot establish communication with the wingman unless an antenna suitable for communication with the wingman is selected.
  • the current position of the wingman is predicted based on the time change of the position information indicating the position of the wingman transmitted from the wingman by the wingman position prediction means.
  • the position of the wingman shown in the position information is the position of the past wingman. For this reason, it is necessary to predict the current position of the wingman based on the position information of the wingman.
  • the antenna whose separation angle from the central axis of the antenna at the current position of the predicted wingman is within the coverage area is selected from the plurality of antennas by the selection unit, and the communication control unit and the wingman through the selected antenna are selected. Communication is executed.
  • An antenna whose separation angle is within the coverage area is an antenna that can establish communication with a wingman.
  • the amount of change in the relative position between the aircraft and the wingman depends more on the change in the roll of the aircraft than the relative speed between the aircraft and the wingman. For this reason, in consideration of a change in the relative position between the own aircraft and the wingman due to a change in the roll of the own aircraft, it is preferable to select an antenna that performs communication with the wingman on the basis of the angle of separation.
  • this configuration can select the optimum antenna for communication with a wingman from a plurality of antennas.
  • the coverage area of the antenna overlaps with the coverage area of the other adjacent antenna, and when there are a plurality of the antennas selected by the selection unit, the coverage area of each of the plurality of selected antennas is selected. It is preferable to select one antenna based on the difference between the coverage and the separation angle.
  • the coverage area of the antenna overlaps the coverage area of at least one other antenna, there may be a plurality of antennas selected by the selection means.
  • one antenna is selected based on the difference between the coverage and the separation angle for each of the plurality of selected antennas.
  • this configuration can select a more optimal antenna from a plurality of antennas that can communicate with a wingman.
  • the antenna having the largest difference between the coverage and the separation angle is the antenna having the greatest margin in communication with the wingman.
  • An antenna whose difference is equal to or greater than a predetermined value is an antenna that can more reliably communicate with a wingman.
  • An antenna whose difference is larger than that at the previous communication is an antenna whose communication state with the wingman is better than at the previous communication. In this configuration, a more optimal antenna can be selected by selecting any one of the antennas as described above.
  • the antenna having the largest difference between the central axis and the separation angle, the antenna having the difference greater than or equal to a predetermined value, and the antenna having the difference larger than that at the previous communication are each predetermined value. It is preferable to select the antenna having the largest total value.
  • the difference between the central axis and the separation angle for each antenna is comprehensively evaluated, and the antenna with the smallest separation angle is selected. Therefore, a more optimal antenna can be selected.
  • the aircraft according to the second aspect of the present invention includes a plurality of aircraft provided at different locations of the aircraft, and includes an antenna for communicating with a wingman and the antenna control device described above.
  • An aircraft antenna selection program is an aircraft antenna selection program that includes a plurality of antennas for communicating with a wingman at different locations on a fuselage.
  • the antenna functioning as a selection means for selecting from a plurality of the antennas the separation angle from the central axis of the antenna at the current position of the wingman predicted based on the time change is within the coverage area.
  • An aircraft antenna control method is an aircraft antenna control method including a plurality of antennas for communicating with a wingman at different locations on a fuselage, wherein the position information indicating the position of the wingman is changed over time.
  • a third step of performing communication with a wingman via the selected antenna is performed.
  • the present invention has an excellent effect that an optimum antenna for communication with a wingman can be selected from a plurality of antennas.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the relationship between the aircraft 10A, which is the aircraft 10 according to the present embodiment, and the wingman 10B.
  • a plurality of antennas 12 for communicating with the wingman 10B are provided at different locations on the aircraft. Then, the own aircraft 10A and the wingman 10B communicate with each other while changing their positions due to flight. Note that the aircraft 10 according to the present embodiment can communicate between the aircraft 10A and the wingman 10B regardless of the direction in which the wingman 10B is positioned by the plurality of antennas 12.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a coverage area of the antenna 12 provided in the aircraft 10.
  • the aircraft 10 shown in FIG. 2 covers up, down, left, and right directions as an example by four antennas 12. And the area
  • the own aircraft 10A and the wingman 10B are moving relative to each other, the own aircraft 10A grasps the current positional relationship between the own aircraft 10A and the wingman 10B, and selects an appropriate antenna 12 among the plurality of antennas 12. However, if the process of switching as necessary (antenna handover) is not performed, reliable communication cannot be performed between the aircraft 10A and the wingman 10B.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the onboard terminal 20 of the aircraft 10.
  • the onboard terminal 20 is an antenna control device that controls the antenna 12 included in the aircraft 10 ⁇ / b> A and establishes communication between the aircraft 10 ⁇ / b> A and the wingman 10 ⁇ / b> B, and is provided in the control device 22 of the aircraft 10.
  • FIG. 3 shows functions of the control device 22 mainly related to the onboard terminal 20.
  • control device 22 includes an own position measuring device 24, a computer 26, and an atomic clock unit 28.
  • the on-board terminal 20 and the computer 26 are constituted by, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a computer-readable recording medium, and the like.
  • a series of processes for realizing various functions to be described later is recorded on a recording medium or the like in the form of a program as an example, and the CPU reads the program into a RAM or the like to perform information processing / calculation processing. By executing, various functions are realized.
  • the own position measurement device 24 is, for example, a GPS (Global Positioning System) or an INS (Inertial Navigation System), and obtains own position information indicating the position of the own device 10A. Note that the own device position information is associated with the time when the own device 10A acquires the own device position information.
  • GPS Global Positioning System
  • INS Inertial Navigation System
  • the computer 26 performs various calculations necessary for the flight of the aircraft 10A.
  • the atomic clock unit 28 corrects the time used for various calculations performed in the own aircraft 10A in order to synchronize the time between the own aircraft 10A and the wingman 10B (hereinafter referred to as “time correction information”). .) Is output.
  • the onboard terminal 20 includes a signal processing unit 30, an antenna selection unit 32, and a beam control unit 34.
  • the signal processing unit 30 performs signal processing on various information communicated with the wingman 10B through the antenna 12.
  • the antenna selection unit 32 performs an antenna selection process of selecting one antenna 12 that communicates with the wingman 10B from the plurality of antennas 12.
  • the beam control unit 34 controls the beam based on the input wingman position information so that the antenna 12 selected by the antenna selection unit 32 communicates with the wingman 10B.
  • control device 22 Next, various processing contents in the control device 22 will be described in detail.
  • the antenna 12 receives the wingman information from the wingman 10B and outputs it to the signal processing unit 30 as an IF (Intermediate Frequency) signal.
  • the wingman information includes wingman position information, information indicating the state of the wingman 10B (hereinafter referred to as “aircraft information”), and the like, and is associated with the time when the wingman 10B acquired the wingman information.
  • the signal processing unit 30 performs IF signal processing and modulation / demodulation processing on the IF signal input from the antenna 12 to obtain a digital signal. Further, since the digital signal is encrypted, the signal processing unit 30 performs an encoding process on the digital signal and returns it to the wing machine information. Then, the signal processing unit 30 outputs the wingman information to the computer 26 and outputs the wingman position information included in the wingman information to the beam control unit 34.
  • the wingman position information is represented as three-dimensional coordinates P (t) (X (t) , Y (t) , Z (t) ) at time t when the wingman position information is acquired.
  • the computer 26 predicts the current position of the wingman 10B based on the temporal change of the wingman position information included in the wingman position information input from the signal processing unit 30, and the predicted result (hereinafter referred to as “predicted current position”). Is output as predicted position information.
  • a method for predicting the current position of the wingman 10B for example, there are a speed prediction method, an acceleration prediction method, and a turning prediction method.
  • the speed prediction method assumes that the wingman 10B is moving linearly at a constant speed, calculates the speed V (t) of the wingman 10B based on the time change of the wingman position information, Predict the current position of the wingman 10B.
  • the acceleration prediction method assumes that the wingman 10B is moving linearly at a constant acceleration, calculates the acceleration a (t) of the wingman 10B based on the time change of the wingman position information, Predict the current position of the wingman 10B.
  • the turning prediction method assumes that the wingman 10B is turning, calculates the turning center based on the temporal change of the wingman position information, and calculates the angular velocity ⁇ and the turning radius R. Thus, the current position of the wingman 10B is predicted.
  • the predicted current position of the wingman 10B obtained by the speed prediction method is closer to the actual position (actual position) than other methods. It is preferable to predict the current position of the wingman 10B using.
  • the computer 26 outputs the predicted position information together with the own position information input from the own position measurement device 24 to the antenna selection unit 32.
  • the amount of change in the relative position between the aircraft 10A and the wingman 10B greatly depends on the change in the roll of the aircraft 10A rather than the relative speed between the aircraft 10A and the wingman 10B. That is, as shown in FIG. 7, the maximum roll rate (deg) of own aircraft 10A is compared with angle A (deg / sec) which is the amount of change in relative position when own aircraft 10A and wingman 10B pass each other at high speed. / sec) is larger. For this reason, the change amount of the relative position between the own aircraft 10A and the wingman 10B is large.
  • the antenna selection unit 32 selects, from the plurality of antennas 12, an antenna 12 whose antenna is separated from the central axis of the antenna 12 at the predicted current position of the wingman 10B (antenna selection processing).
  • the angle of separation will be described more specifically with reference to FIG. 8.
  • a straight line connecting the center position of the antenna 12 and the predicted current position (broken line in FIG. 8) and the central axis line of the antenna 12 (solid line in FIG. 8) are formed.
  • the corner is the separation angle ⁇ t.
  • FIG. 9 is a flowchart (antenna selection program) showing the flow of antenna selection processing executed by the antenna selection unit 32.
  • the antenna selection program is stored in advance in a predetermined area of storage means (for example, ROM) provided in the onboard terminal 20. Has been.
  • the antenna selection processing is executed when the own aircraft 10A communicates with the wingman 10B.
  • step 100 the process waits until the wingman predicted position information is input.
  • the process proceeds to step 102.
  • step 102 the antenna 12 whose separation angle ⁇ t from the central axis of the antenna 12 at the predicted current position of the wingman 10B is within the coverage ⁇ is selected.
  • the coverage ⁇ for each antenna 12 is stored in advance.
  • An antenna 12 for elongation phi t is within Coverage ⁇ , namely, an antenna 12 capable of establishing communication with the consort 10B.
  • the wingman 10B based on the separation angle phi t between the center axis of the current position and the antenna 12 of wingman 10B
  • the antenna 12 that performs communication is preferably selected.
  • step 104 it is determined whether or not a plurality of antennas 12 have been selected in step 102. If the determination is affirmative, the process proceeds to step 106. If the determination is negative, the process proceeds to step 108. As shown in FIG. 2, the coverage area ⁇ of the antenna 12 provided in the aircraft 10 according to the present embodiment overlaps the coverage area ⁇ of at least one other antenna 12. May be selected.
  • step 106 the optimum antenna 12 for communication with the wingman 10B is selected from the plurality of antennas 12 selected in step 102. In this step 106, based on the difference between the covered region ⁇ and the release angle phi t of the plurality of antennas 12 each selected, selects one of the optimum antenna 12.
  • the antenna 12 having the maximum difference ( ⁇ t , hereinafter referred to as “coverage margin”) between the coverage ⁇ and the separation angle ⁇ t (the first coverage 12).
  • antenna 12 (second element) whose coverage margin is equal to or greater than a predetermined constant value k ( ⁇ t ⁇ k), and coverage margin is compared with the previous communication (when selected last time).
  • a large ( ⁇ t ⁇ ⁇ t ⁇ 1 ) antenna 12 (third element) is extracted.
  • the constant value k is determined in advance based on, for example, the time required for communication with the wingman 10B, the maximum roll rate of the own aircraft 10A, and the ratio of the overlap area to the coverage area.
  • the antenna 12 with the largest coverage margin is the antenna 12 with the greatest margin in communication with the wingman 10B.
  • the antenna 12 having a coverage margin of a predetermined value k or more that is determined in advance is an antenna 12 that can more reliably communicate with the wingman 10B.
  • the antenna 12 having a large coverage margin compared to the previous communication is the antenna 12 whose communication state with the wingman 10B is better than the previous communication.
  • Step 106 weights the antenna 12 satisfying the first element with the first predetermined value, weights the antenna 12 satisfying the second element with the second predetermined value, and assigns the third element to the antenna 12.
  • the third predetermined value is weighted, and the antenna 12 having the largest total value is selected as the optimum antenna 12.
  • the antenna selection process comprehensively evaluates the coverage margin for each antenna 12 and selects the antenna 12 with the smallest separation angle ⁇ t, so that the more optimal antenna 12 is selected. Can do.
  • the weighting values are larger in the order of the first predetermined value, the second predetermined value, and the third predetermined value.
  • the selected antenna information indicating the selected antenna 12 is output to the signal processing unit 30 and the beam control unit 34.
  • the signal processing unit 30 When the selected antenna information is input, the signal processing unit 30 outputs an IF signal obtained by converting the own device information to the antenna 12 indicated by the selected antenna information.
  • the own machine information is information including the machine information of the own machine 10A and the own machine position information, and is output from the computer 26 to the signal processing unit 30.
  • the signal processing unit 30 corrects the time information input from the own device position measurement device 24 with the time correction information input from the atomic clock unit 28 to obtain an accurate acquisition time of the own device information. Then, encoding processing, modulation / demodulation processing, and IF signal processing are performed to convert the signals into IF signals.
  • the beam control unit 34 When the selected antenna information is input, the beam control unit 34 generates a beam control signal so that the selected antenna 12 emits a beam in the direction in which the wingman 10B is positioned, and outputs the beam control signal to the selected antenna 12.
  • the position of the wingman 10B to be irradiated with the beam is the position of the wingman 10B indicated by the input wingman position information.
  • the beam control unit 34 calculates the direction in which the wingman 10B is located based on the position of the wingman 10B and the position of the own machine 10A.
  • the own aircraft information is transmitted to the wingman 10B via the antenna 12 selected by the antenna selection processing.
  • the antenna selection process returns to step 100 when the process of step 108 is completed, and repeats the process from step 100 to step 108 while communicating with the wingman 10B.
  • the control device 22 according to the present embodiment can perform tracking (tracking) of the consort plane 10B at high speed by performing the processing from step 100 to step 108 at high speed.
  • control device 22 when communicating with a plurality of wingmen 10B, the control device 22 performs antenna selection processing for each wingman 10B that performs communication, and performs communication at different timings for each wingman 10B.
  • the control device 22 of the aircraft 10 predicts the current position of the wingman 10B based on the time change of the wingman position information indicating the position of the wingman 10B, and the prediction by the computer 26.
  • the antenna selection unit 32 that selects from a plurality of antennas 12 and the antenna selection unit 32 select the antenna 12 whose separation angle ⁇ t from the central axis of the antenna 12 at the predicted current position of the selected wingman 10B is within the coverage ⁇ .
  • a beam control unit 34 that performs communication with the wingman 10B via the antenna 12 that has been connected.
  • control device 22 of the aircraft 10 can select the optimum antenna 12 for communication with the wingman 10B from the plurality of antennas 12.
  • the optimal antenna 12 is selected using the first element, the second element, and the third element when a plurality of antennas 12 are selected by the antenna selection process.
  • the invention is not limited to this, and is not limited to the first element, the second element, and the third element, and may be configured to select the optimum antenna 12 using other elements.
  • the optimal antenna 12 may be selected using any one or two of the second element and the third element.
  • the position of the wingman 10B to be irradiated with the beam has been described as the position of the wingman 10B indicated by the wingman position information input to the beam control unit 34.
  • the present invention is not limited to this.
  • the wingman predicted position information is input to the beam control unit 34, and the position of the wingman 10B to be irradiated with the beam is predicted by the wingman predicted position information input to the beam control unit 34. It is good also as a form made into the present position.

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Abstract

航空機（１０）の制御装置（２２）は、僚機（１０Ｂ）の位置を示す僚機位置情報の時間変化に基づいて僚機（１０Ｂ）の現在位置を予測する計算機（２６）と、計算機（２６）によって予測された僚機（１０Ｂ）の予測現在位置におけるアンテナ（１２）の中心軸からの離角φｔが覆域θ内となるアンテナ（１２）を、複数のアンテナ（１２）から選択するアンテナ選択部（３２）と、アンテナ選択部（３２）によって選択されたアンテナ（１２）を介して僚機（１０Ｂ）との通信を実行するビーム制御部（３４）と、を備える。従って、航空機（１０）の制御装置（２２）は、僚機（１０Ｂ）との通信に最適なアンテナ（１２）を複数のアンテナ（１２）から選択できる。

Description

航空機のアンテナ制御装置、航空機、航空機のアンテナ選択プログラム、及び航空機のアンテナ制御方法
　本発明は、航空機のアンテナ制御装置、航空機、航空機のアンテナ選択プログラム、及び航空機のアンテナ制御方法に関するものである。
　目標に対する射撃及び捜索追尾が可能な航空機は、捜索追尾している目標に対して射撃を行う場合がある。
　このような航空機の一例として特許文献１には、アクティブな目標捜索追尾装置と、電磁波を放射することなく目標を捜索追尾できるパッシブな目標捜索追尾装置と、を統合して用いることで、目標を捜索追尾し、目標に対して射撃を行う航空機が記載されている。
特許第３７３６１１２号公報
　より効果的に、目標に対する捜索追尾等を行うためには、自機と僚機との間で各種情報の共有を行う必要がある。しかしながら、航空機である僚機と自機との位置関係は時間と共に変化するため、自機は、僚機との通信に適したアンテナを選択しないと、僚機との通信を確立できない場合が生じる。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、僚機との通信に最適なアンテナを複数のアンテナから選択できる、航空機のアンテナ制御装置、航空機、航空機のアンテナ選択プログラム、及び航空機のアンテナ制御方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の航空機のアンテナ制御装置、航空機、航空機のアンテナ選択プログラム、及び航空機のアンテナ制御方法は以下の手段を採用する。
　本発明の第一態様に係る航空機のアンテナ制御装置は、僚機と通信するためのアンテナを機体の異なる箇所に複数備える航空機のアンテナ制御装置であって、僚機の位置を示す位置情報の時間変化に基づいて僚機の現在位置を予測する僚機位置予測手段と、前記僚機位置予測手段によって予測された僚機の前記現在位置における前記アンテナの中心軸からの離角が覆域内となる前記アンテナを、複数の前記アンテナから選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された前記アンテナを介して僚機との通信を実行する通信制御手段と、を備える。
　本構成に係る航空機のアンテナ制御装置は、僚機と通信するためのアンテナを機体の異なる箇所に複数備える航空機のアンテナ制御装置である。航空機である自機と僚機とは互いに移動しているため、自機は、僚機との通信に適したアンテナを選択しないと、僚機との通信を確立できない場合が生じる。
　そこで、僚機位置予測手段によって、僚機から送信された僚機の位置を示す位置情報の時間変化に基づいて、僚機の現在位置を予測する。上述したように自機と僚機とは移動しているため、僚機の位置情報を受信したとしても、位置情報に示される僚機の位置は過去の僚機の位置である。このため、僚機の位置情報に基づいて、僚機の現在位置を予測する必要がある。
　そして、予測された僚機の現在位置におけるアンテナの中心軸からの離角が覆域内となるアンテナが、選択手段によって複数のアンテナから選択され、通信制御手段によって、選択されたアンテナを介して僚機との通信が実行される。離角が覆域内となるアンテナとは、すなわち、僚機との通信を確立できるアンテナである。
　また、自機と僚機との相対位置の変化量は、自機と僚機との相対速度よりも、自機のロールの変化に大きく依存する。このため、自機のロールの変化による自機と僚機との相対位置の変化を考慮すると、離角を基準として僚機との通信を実行するアンテナが選択されることが好ましい。
　従って、本構成は、僚機との通信に最適なアンテナを複数のアンテナから選択できる。
　上記第一態様では、前記アンテナの覆域が、隣接する他の前記アンテナの覆域と重なっており、前記選択手段によって選択された前記アンテナが複数の場合、選択された複数の前記アンテナ毎の前記覆域と前記離角との差分に基づいて、一つの前記アンテナを選択することが好ましい。
　本構成によれば、アンテナの覆域は、少なくとも一つの他のアンテナの覆域と重なっているので、選択手段によって選択されるアンテナが複数となる場合がある。このような場合、選択された複数のアンテナ毎の覆域と離角との差分に基づいて、一つのアンテナが選択される。
　従って、本構成は、僚機との通信が可能な複数のアンテナから、より最適なアンテナを選択できる。
　上記第一態様では、前記覆域と前記離角との差分が最大の前記アンテナ、前記差分が予め定められた一定値以上の前記アンテナ、及び前記差分が前回の通信時に比べて大きい前記アンテナのうち、何れか一つの前記アンテナを選択することが好ましい。
　覆域と離角との差分が最大のアンテナは、僚機との通信における裕度が最も大きいアンテナである。上記差分が予め定められた一定値以上のアンテナは、僚機との通信をより確実に行うことができるアンテナである。上記差分が前回の通信時に比べて大きいアンテナは、僚機との通信状態が前回の通信時に比べて良好となっているアンテナである。
　本構成は、上記のようなアンテナのうち、何れか１つのアンテナを選択することで、より最適なアンテナを選択できる。
　上記第一態様では、前記中心軸と前記離角との差分が最大の前記アンテナ、前記差分が一定値以上の前記アンテナ、及び前記差分が前回の通信時に比べて大きい前記アンテナに各所定の値で重み付けをし、その合計値が最も大きい前記アンテナを選択することが好ましい。
　本構成によれば、アンテナ毎の中心軸と離角との差分を総合的に評価し、離角が最小となるアンテナを選択することとなるので、より最適なアンテナを選択することができる。
　本発明の第二態様に係る航空機は、機体の異なる箇所に複数備えられ、僚機と通信するためのアンテナと、上記記載のアンテナ制御装置と、を備える。
　本発明の第三態様に係る航空機のアンテナ選択プログラムは、僚機と通信するためのアンテナを機体の異なる箇所に複数備える航空機のアンテナ選択プログラムであって、コンピュータを、僚機の位置を示す位置情報の時間変化に基づいて予測された僚機の前記現在位置における前記アンテナの中心軸からの離角が覆域内となる前記アンテナを、複数の前記アンテナから選択する選択手段として機能させる。
　本発明の第四態様に係る航空機のアンテナ制御方法は、僚機と通信するためのアンテナを機体の異なる箇所に複数備える航空機のアンテナ制御方法であって、僚機の位置を示す位置情報の時間変化に基づいて僚機の現在位置を予測する第１工程と、予測した僚機の前記現在位置における前記アンテナの中心軸からの離角が覆域内となる前記アンテナを、複数の前記アンテナから選択する第２工程と、選択した前記アンテナを介して僚機との通信を実行する第３工程と、を含む。
　本発明によれば、僚機との通信に最適なアンテナを複数のアンテナから選択できる、という優れた効果を有する。
本発明の実施形態に係る自機と僚機との関係を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るアンテナの覆域を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る速度予測方法を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る加速度予測方法を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る旋回予測方法を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る自機と僚機との相対位置を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る離角を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るアンテナ選択処理の流れを示すフローチャートである。
　以下に、本発明に係る航空機のアンテナ制御装置、航空機、航空機のアンテナ選択プログラム、及び航空機のアンテナ制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１は、本実施形態に係る航空機１０である自機１０Ａと僚機１０Ｂとの関係を示す模式図である。
　本実施形態に係る航空機１０は、僚機１０Ｂと通信するためのアンテナ１２（図３も参照）が機体の異なる箇所に複数備えられる。そして、自機１０Ａと僚機１０Ｂとは、飛行により位置が変化しながら通信を行う。なお、本実施形態に係る航空機１０は、複数のアンテナ１２によって僚機１０Ｂがどの方向に位置していても、自機１０Ａと僚機１０Ｂとの間で通信が可能とされている。
　図２は、航空機１０が備えるアンテナ１２の覆域を示す模式図である。図２に示される航空機１０は、一例として４つのアンテナ１２によって上下左右方向をカバーしている。そして、各アンテナ１２の覆域が隣接する他のアンテナ１２の覆域と重なっている領域が、オーバーラップ領域である。
　ここで、自機１０Ａと僚機１０Ｂとは互いに移動しているため、自機１０Ａは、自機１０Ａと僚機１０Ｂとの現在位置関係を把握し、複数のアンテナ１２のうち適正なアンテナ１２を選択し必要に応じて切り替える処理（アンテナハンドオーバー）を行わなければ、自機１０Ａと僚機１０Ｂとの間で確実な通信ができない。
　図３は、航空機１０の機上ターミナル２０の構成を示すブロック図である。機上ターミナル２０は、自機１０Ａが備えるアンテナ１２を制御し、自機１０Ａと僚機１０Ｂとの間における通信を確立するアンテナ制御装置であり、航空機１０の制御装置２２に備えられている。なお、図３は、主に機上ターミナル２０と関係する制御装置２２の機能を示している。
　制御装置２２は、機上ターミナル２０の他に、自機位置測定装置２４、計算機２６、及び原子時計部２８を備えている。なお、機上ターミナル２０及び計算機２６は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。そして、後述する各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。
　自機位置測定装置２４は、例えばＧＰＳ（Global　Positioning　System：全地球測位システム）やＩＮＳ（Inertial　Navigation　System：慣性航法装置）であり、自機１０Ａの位置を示す自機位置情報を得る。なお、自機位置情報は、自機１０Ａが自機位置情報を取得した時刻に関連付けられている。
　計算機２６は、自機１０Ａの飛行に必要な種々の演算を行う。
　原子時計部２８は、自機１０Ａと僚機１０Ｂとの間で、時刻の同期をとるために、自機１０Ａで行われる種々の演算に用いる時刻を補正する情報（以下、「時刻補正情報」という。）を出力する。
　機上ターミナル２０は、信号処理部３０、アンテナ選択部３２、及びビーム制御部３４を備える。
　信号処理部３０は、アンテナ１２を介して僚機１０Ｂとの間で通信する各種情報に対して信号処理を行う。
　アンテナ選択部３２は、複数のアンテナ１２のうちから、僚機１０Ｂと通信するアンテナ１２を一つ選択するアンテナ選択処理を行う。
　ビーム制御部３４は、アンテナ選択部３２によって選択されたアンテナ１２が僚機１０Ｂとの間で通信を行うようにビームを、入力された僚機位置情報に基づいて制御する。
　次に制御装置２２における各種処理内容について詳細に説明する。
　アンテナ１２は、僚機１０Ｂからの僚機情報を受信し、ＩＦ（Intermediate　Frequency）信号として信号処理部３０へ出力する。なお、僚機情報は、僚機位置情報や僚機１０Ｂの状態を示す情報（以下、「機体情報」という。）等が含まれており、僚機１０Ｂが僚機情報を取得した時刻に関連付けられている。
　信号処理部３０は、アンテナ１２から入力されたＩＦ信号に対してＩＦ信号処理及び変復調処理を行ってデジタル信号とする。また、デジタル信号は暗号化されているので、信号処理部３０は、デジタル信号に対して符号化処理を行って僚機情報に戻す。そして、信号処理部３０は、僚機情報を計算機２６へ出力すると共に、僚機情報に含まれる僚機位置情報をビーム制御部３４へ出力する。なお、僚機位置情報は、僚機位置情報を取得した時間ｔにおける３次元の座標Ｐ（ｔ）（Ｘ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｚ（ｔ））として表わされる。
　計算機２６は、信号処理部３０から入力された僚機情報に含まれる僚機位置情報の時間変化に基づいて、僚機１０Ｂの現在位置を予測し、予測した結果（以下、「予測現在位置」という。）を僚機予測位置情報として出力する。
　なお、僚機１０Ｂの現時位置を予測する方法としては、例えば、速度予測方法、加速度予測方法、及び旋回予測方法がある。
　速度予測方法は、図４に示されるように、僚機１０Ｂが線形に等速移動していると仮定し、僚機位置情報の時間変化に基づいて僚機１０Ｂの速度Ｖ（ｔ）を算出して、僚機１０Ｂの現在位置を予測する。
　加速度予測方法は、図５に示されるように、僚機１０Ｂが線形に等加速度移動していると仮定し、僚機位置情報の時間変化に基づいて僚機１０Ｂの加速度ａ（ｔ）を算出して、僚機１０Ｂの現在位置を予測する。
　旋回予測方法は、図６に示されるように、僚機１０Ｂが旋回移動していると仮定し、僚機位置情報の時間変化に基づいて旋回中心を算出すると共に、角速度ω及び回転半径Ｒを算出して、僚機１０Ｂの現在位置を予測する。
　なお、速度予測方法、加速度予測方法、及び旋回予測方法のうち、速度予測方法により得られる僚機１０Ｂの予測現在位置が他の方法に比べて実際の位置（実位置）に近いので、速度予測方法を用いて僚機１０Ｂの現在位置を予測することが好ましい。
　そして、計算機２６は、自機位置測定装置２４から入力された自機位置情報と共に僚機予測位置情報をアンテナ選択部３２へ出力する。
　なお、自機１０Ａと僚機１０Ｂとの相対位置の変化量は、自機１０Ａと僚機１０Ｂとの相対速度よりも、自機１０Ａのロールの変化に大きく依存する。
　すなわち、図７に示されるように自機１０Ａと僚機１０Ｂとが高速ですれ違う場合における相対位置の変化量である角度Ａ（deg/sec）と比べても、自機１０Ａの最大ロールレート（deg/sec）の方が大きい。このため、自機１０Ａと僚機１０Ｂと相対位置の変化量が大きい。
　そこで、アンテナ選択部３２は、僚機１０Ｂの予測現在位置におけるアンテナ１２の中心軸からの離角が覆域内となるアンテナ１２を、複数のアンテナ１２から選択（アンテナ選択処理）する。
　図８を参照して離角をより具体的に説明すると、アンテナ１２の中心位置と予測現在位置とを結ぶ直線（図８の破線）とアンテナ１２の中心軸線（図８の実線）とのなす角が離角φｔとなる。
　図９は、アンテナ選択部３２によって実行されるアンテナ選択処理の流れを示すフローチャート（アンテナ選択プログラム）であり、アンテナ選択プログラムは機上ターミナル２０が備える記憶手段（例えばＲＯＭ）の所定領域に予め記憶されている。なお、アンテナ選択処理は、自機１０Ａが僚機１０Ｂとの通信を行う場合に、実行される。
　まず、ステップ１００では、僚機予測位置情報が入力されるまで待ち状態となり、僚機予測位置情報が入力されるとステップ１０２へ移行する。
　ステップ１０２では、僚機１０Ｂの予測現在位置におけるアンテナ１２の中心軸からの離角φｔが覆域θ内のアンテナ１２を選択する。なお、アンテナ１２毎の覆域θは、予め記憶されている。
　離角φｔが覆域θ内となるアンテナ１２とは、すなわち、僚機１０Ｂとの通信を確立できるアンテナ１２である。また、自機１０Ａのロールの変化による自機１０Ａと僚機１０Ｂとの相対位置の変化を考慮すると、僚機１０Ｂの現在位置とアンテナ１２の中心軸との離角φｔを基準として僚機１０Ｂとの通信を実行するアンテナ１２が選択されることが好ましい。
　次のステップ１０４では、ステップ１０２で複数のアンテナ１２を選択したか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１０６へ移行し、否定判定の場合はステップ１０８へ移行する。本実施形態に係る航空機１０が備えるアンテナ１２の覆域θは、図２に示されるように、少なくとも一つの他のアンテナ１２の覆域θと重なっているので、ステップ１０２によって複数のアンテナ１２が選択される場合がある。
　ステップ１０６では、ステップ１０２で選択した複数のアンテナ１２から僚機１０Ｂとの通信に最適なアンテナ１２を選択する。なお、本ステップ１０６では、選択した複数のアンテナ１２毎の覆域θと離角φｔとの差分に基づいて、一つの最適なアンテナ１２を選択する。
　本ステップ１０６では、最適なアンテナ１２を選択するために、覆域θと離角φｔとの差分（θ－φｔ、以下、「覆域マージン」という。）が最大のアンテナ１２（第１要素）、覆域マージンが予め定められた一定値ｋ以上（θ－φｔ≧ｋ）のアンテナ１２（第２要素）、及び覆域マージンが前回の通信時（前回の選択時）に比べて大きい（θ－φｔ≧θ－φｔ－１）アンテナ１２（第３要素）を抽出する。なお、一定値ｋは、例えば、僚機１０Ｂとの通信に要する時間、自機１０Ａの最大ロールレートや覆域に対するオーバーラップ領域の割合に基づいて予め決定される。
　なお、覆域マージンが最大のアンテナ１２は、僚機１０Ｂとの通信における裕度が最も大きいアンテナ１２である。また、覆域マージンが予め定められた一定値ｋ以上のアンテナ１２は、僚機１０Ｂとの通信をより確実に行うことができるアンテナ１２である。また、覆域マージンが前回の通信時に比べて大きいアンテナ１２は、僚機１０Ｂとの通信状態が前回の通信時に比べて良好となっているアンテナ１２である。
　そして、ステップ１０６は、第１要素を満たすアンテナ１２に対して第１所定値で重み付けし、第２要素を満たすアンテナ１２に対して第２所定値で重み付けし、第３要素をアンテナ１２に対して第３所定値で重み付けし、その合計値が最も大きいアンテナ１２を最適なアンテナ１２として選択する。これにより、アンテナ選択処理は、各アンテナ１２毎の覆域マージンを総合的に評価し、離角φｔが最小となるアンテナ１２を選択することとなるので、より最適なアンテナ１２を選択することができる。
　なお、一例として第１所定値、第２所定値、第３所定値の順で重み付けの値が大きい。
　次のステップ１０８では、選択したアンテナ１２を示す選択アンテナ情報を信号処理部３０及びビーム制御部３４へ出力する。
　信号処理部３０は、選択アンテナ情報が入力されると、自機情報を変換したＩＦ信号を選択アンテナ情報により示されるアンテナ１２へ出力する。
　自機情報は、自機１０Ａの機体情報や自機位置情報を含む情報であり、計算機２６から信号処理部３０へ出力される。信号処理部３０は、自機位置測定装置２４から入力された時刻情報を原子時計部２８から入力された時刻補正情報で補正して自機情報の正確な取得時刻を求め、自機情報に対して符号化処理、変復調処理、及びＩＦ信号処理を行ってＩＦ信号に変換する。
　ビーム制御部３４は、選択アンテナ情報が入力されると、僚機１０Ｂが位置する方向へ選択されたアンテナ１２がビームを照射するようにビーム制御信号を生成し、選択されたアンテナ１２へ出力する。なお、ビームを照射するべき僚機１０Ｂの位置は、入力された僚機位置情報により示される僚機１０Ｂの位置である。ビーム制御部３４は、僚機１０Ｂの位置と自機１０Ａの位置とに基づいて、僚機１０Ｂが位置する方向を算出する。
　以上の処理により、自機情報が、アンテナ選択処理によって選択されたアンテナ１２を介して僚機１０Ｂへ送信されることとなる。
　アンテナ選択処理は、ステップ１０８の処理が終了するとステップ１００へ戻り、僚機１０Ｂとの通信を行う間、ステップ１００からステップ１０８の処理を繰り返す。本実施形態に係る制御装置２２は、ステップ１００からステップ１０８の処理を高速で行うことにより、僚機１０Ｂの追尾（トラッキング）を高速で行うことができる。
　また、複数機の僚機１０Ｂと通信を行う場合、制御装置２２は、通信を行う僚機１０Ｂ毎にアンテナ選択処理を行い、僚機１０Ｂ毎にタイミングをずらして通信を行う。
　以上説明したように、本実施形態に係る航空機１０の制御装置２２は、僚機１０Ｂの位置を示す僚機位置情報の時間変化に基づいて僚機１０Ｂの現在位置を予測する計算機２６と、計算機２６によって予測された僚機１０Ｂの予測現在位置におけるアンテナ１２の中心軸からの離角φｔが覆域θ内となるアンテナ１２を、複数のアンテナ１２から選択するアンテナ選択部３２と、アンテナ選択部３２によって選択されたアンテナ１２を介して僚機１０Ｂとの通信を実行するビーム制御部３４と、を備える。
　従って、航空機１０の制御装置２２は、僚機１０Ｂとの通信に最適なアンテナ１２を複数のアンテナ１２から選択できる。
　以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
　例えば、上記実施形態では、アンテナ選択処理によって複数のアンテナ１２が選択された場合に第１要素、第２要素、及び第３要素を用いて最適なアンテナ１２を選択する形態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、第１要素、第２要素、及び第３要素に限らず、他の要素を用いて最適なアンテナ１２を選択する形態としてもよいし、第１要素、第２要素、及び第３要素の何れか１つ又は２つを用いて最適なアンテナ１２を選択する形態としてもよい。
　また、上記実施形態では、ビームを照射するべき僚機１０Ｂの位置を、ビーム制御部３４に入力された僚機位置情報により示される僚機１０Ｂの位置とする形態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、ビーム制御部３４に僚機予測位置情報を入力し、ビームを照射するべき僚機１０Ｂの位置を、ビーム制御部３４に入力された僚機予測位置情報により示される僚機１０Ｂの予測現在位置とする形態としてもよい。
　また、上記実施形態で説明した案たな選択処理（アンテナ選択プログラム）の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。
　１０　　航空機
　１０Ａ　自機
　１０Ｂ　僚機
　１２　　アンテナ
　２０　　機上ターミナル
　３２　　アンテナ選択部
　３４　　ビーム制御部

Claims (7)

  1. 　僚機と通信するためのアンテナを機体の異なる箇所に複数備える航空機のアンテナ制御装置であって、
    　僚機の位置を示す位置情報の時間変化に基づいて僚機の現在位置を予測する僚機位置予測手段と、
    　前記僚機位置予測手段によって予測された僚機の前記現在位置における前記アンテナの中心軸からの離角が覆域内となる前記アンテナを、複数の前記アンテナから選択する選択手段と、
    　前記選択手段によって選択された前記アンテナを介して僚機との通信を実行する通信制御手段と、
    を備える航空機のアンテナ制御装置。
  2. 　前記アンテナの覆域は、隣接する他の前記アンテナの覆域と重なっており、
    　前記選択手段によって選択された前記アンテナが複数の場合、選択された複数の前記アンテナ毎の前記覆域と前記離角との差分に基づいて、一つの前記アンテナを選択する請求項１記載の航空機のアンテナ制御装置。
  3. 　前記覆域と前記離角との差分が最大の前記アンテナ、前記差分が予め定められた一定値以上の前記アンテナ、及び前記差分が前回の通信時に比べて大きい前記アンテナのうち、何れか一つの前記アンテナを選択する請求項２記載の航空機のアンテナ制御装置。
  4. 　前記中心軸と前記離角との差分が最大の前記アンテナ、前記差分が一定値以上の前記アンテナ、及び前記差分が前回の通信時に比べて大きい前記アンテナに各所定の値で重み付けをし、その合計値が最も大きい前記アンテナを選択する請求項３記載の航空機のアンテナ制御装置。
  5. 　機体の異なる箇所に複数備えられ、僚機と通信するためのアンテナと、
    　請求項１から請求項４の何れか１項記載のアンテナ制御装置と、
    を備える航空機。
  6. 　僚機と通信するためのアンテナを機体の異なる箇所に複数備える航空機のアンテナ選択プログラムであって、
    コンピュータを、
    　僚機の位置を示す位置情報の時間変化に基づいて予測された僚機の前記現在位置における前記アンテナの中心軸からの離角が覆域内となる前記アンテナを、複数の前記アンテナから選択する選択手段として機能させるための航空機のアンテナ選択プログラム。
  7. 　僚機と通信するためのアンテナを機体の異なる箇所に複数備える航空機のアンテナ制御方法であって、
    　僚機の位置を示す位置情報の時間変化に基づいて僚機の現在位置を予測する第１工程と、
    　予測した僚機の前記現在位置における前記アンテナの中心軸からの離角が覆域内となる前記アンテナを、複数の前記アンテナから選択する第２工程と、
    　選択した前記アンテナを介して僚機との通信を実行する第３工程と、
    を含む航空機のアンテナ制御方法。
     
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