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JP2012112738A - Tracking device and tracking method - Google Patents

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JP2012112738A
JP2012112738A JP2010260757A JP2010260757A JP2012112738A JP 2012112738 A JP2012112738 A JP 2012112738A JP 2010260757 A JP2010260757 A JP 2010260757A JP 2010260757 A JP2010260757 A JP 2010260757A JP 2012112738 A JP2012112738 A JP 2012112738A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
ground station
signal
control mode
tracking
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010260757A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Yamashita
敏明 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2010260757A priority Critical patent/JP2012112738A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To determine a control mode from a fluctuation value of relative position posture relation between a tracking antenna loaded on a flight vehicle and a ground antenna and mutual position relation, to generate a tracking antenna target value, and to execute tracking antenna control to an unmanned machine and the ground station which mutually move on a space.SOLUTION: A flight vehicle includes: flight vehicle antenna control mode determination means for generating a flight vehicle antenna control mode signal based on a flight vehicle position estimation signal and a ground station information prediction signal; and flight vehicle antenna target value generation means for generating a flight vehicle antenna target value signal based on the flight vehicle position estimation signal, the ground station information estimation signal, and the flight vehicle antenna control mode signal, and the ground station includes: ground station antenna control mode determination means for generating a ground station antenna control mode signal based on a ground station position estimation signal and a flight vehicle information prediction signal; and ground station antenna target value generation means for generating a ground station antenna target value signal based on the ground station position estimation signal, the flight vehicle information prediction signal, and the ground station antenna control mode signal.

Description

本発明は通信機器間での通信を追尾する追尾装置及び追尾方法に係り、特に無人機などの移動体において移動体自体の運動や移動体が被る外的要因により生じる移動体の位置及び姿勢変動に関わらず移動体と地上局との間での無線通信を追尾する追尾装置及び追尾方法に関する。   The present invention relates to a tracking device and a tracking method for tracking communication between communication devices, and in particular, in a moving body such as an unmanned aerial vehicle, movement of the moving body itself and a change in position and posture of the moving body caused by an external factor that the moving body suffers. The present invention relates to a tracking device and a tracking method for tracking wireless communication between a mobile body and a ground station regardless of the above.

図7は特許文献1に記載される関連する技術の追尾アンテナ制御装置のブロック図である。情報送信装置1001を搭載する撮影機は図示しない中継機を介して図示しない地上局に撮像装置1101で取得した撮影データを送信する。また、撮影機は中継機との間で撮影機データsa及び中継機データsbを交換する。saは撮影機の飛行状態を表す撮影機データである。sbは中継機の飛行状態を表す中継機データである。情報送信装置1001は撮像装置1101、送信部1102、空中線1103、機体情報取得部1104、GPS受信機1105(global positioning system:全地球測位システム)、空中線1106、データ無線部1107、演算部1108、駆動部1109を含む。演算部1108は、ROM1108b及びCPU1108aを含む。   FIG. 7 is a block diagram of a tracking antenna control apparatus according to a related technique described in Patent Document 1. A photographing machine equipped with the information transmission device 1001 transmits photographing data acquired by the photographing device 1101 to a ground station (not shown) via a relay device (not shown). The photographing machine exchanges photographing machine data sa and relaying machine data sb with the relaying machine. sa is photographing machine data representing the flight state of the photographing machine. sb is repeater data representing the flight state of the repeater. The information transmission device 1001 includes an imaging device 1101, a transmission unit 1102, an antenna 1103, an airframe information acquisition unit 1104, a GPS receiver 1105 (global positioning system), an antenna 1106, a data radio unit 1107, a calculation unit 1108, and a drive. Part 1109. The calculation unit 1108 includes a ROM 1108b and a CPU 1108a.

図7に示すように撮影機の情報送信装置1001から送信用データsdが空中線1103を介して無線信号wdとして送信される。この送信用データsdは中継機の中継用送信装置で空中線を介して受信されて地上局へ伝送される。情報送信装置1001では撮影機データsa及び中継機データsbに基づいて空中線1103の指向特性と送信用データsdの変調方式及び出力レベルが制御される。例えば空中線1103の半値角が広角化されると送信用データsdの受信レベルの低下が予測される。このとき送信部1102に対して送信用データsdの変調方式及び出力レベルが制御される。   As shown in FIG. 7, transmission data sd is transmitted from the information transmission apparatus 1001 of the photographing machine as a radio signal wd via the antenna 1103. The transmission data sd is received by the relay transmission device of the repeater via the antenna and transmitted to the ground station. In the information transmitting apparatus 1001, the directivity characteristic of the antenna 1103, the modulation method and the output level of the transmission data sd are controlled based on the photographing machine data sa and the relay machine data sb. For example, when the half angle of the antenna 1103 is widened, a decrease in the reception level of the transmission data sd is predicted. At this time, the modulation method and output level of the transmission data sd are controlled by the transmission unit 1102.

特許文献2はレーザ測距測方位装置により発射したレーザ光に対する反射レーザ光の受光により距離及び方向を検出する電波中継空中基地を開示する。   Patent Document 2 discloses a radio relay air base that detects a distance and a direction by receiving a reflected laser beam with respect to a laser beam emitted by a laser range finder apparatus.

特許文献3は空中局が基準地球局から受けたデータリンク信号のキャリアに基づく搬送波信号を生じこの搬送波信号を地球局に送信する電波中継システムを開示する。   Patent Document 3 discloses a radio wave relay system in which an airborne station generates a carrier wave signal based on a carrier of a data link signal received from a reference earth station and transmits the carrier wave signal to the earth station.

特許文献4は地上アンテナのビームアンテナアレイについて配置されるセルに割当てる伝送帯域によりサービスエリア内のセルの伝送容量を制御する無線通信システムを開示する。   Patent Document 4 discloses a wireless communication system that controls the transmission capacity of a cell in a service area by a transmission band assigned to a cell arranged for a beam antenna array of a ground antenna.

特許文献5は移動体の絶対姿勢及び絶対方位の推定誤差を姿勢方位推定手段により補償しアンテナ方向制御により衛星を追尾する衛星アンテナ追尾用アンテナ制御装置を開示する。   Patent Document 5 discloses an antenna control device for tracking a satellite antenna that compensates for an estimation error of the absolute posture and absolute azimuth of a moving body by posture azimuth estimation means and tracks a satellite by antenna direction control.

特許文献6は航空機に搭載されるアンテナ架台の姿勢を姿勢推定フィルタより推定することにより機体のゆがみや応答遅れによる姿勢誤差を補正する衛星追尾用アンテナ制御装置を開示する。   Patent Document 6 discloses a satellite tracking antenna control device that corrects an attitude error due to a distortion of a fuselage or a response delay by estimating an attitude of an antenna mount mounted on an aircraft using an attitude estimation filter.

特許文献7は移動体の位置と姿勢、受信電波強度、及び地上局の位置に基づいて地上局に対する通信の優先順位を判定してアンテナ切換と指向を制御するアンテナ駆動制御装置を開示する。   Patent Document 7 discloses an antenna drive control device that determines the priority of communication with respect to a ground station based on the position and orientation of a moving body, the received radio wave intensity, and the position of the ground station, and controls antenna switching and directivity.

特開2009−239758号公報(第14頁、図2)JP 2009-239758 A (page 14, FIG. 2) 特開平4−96528号公報(第3頁、図1及び図2)Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-96528 (page 3, FIGS. 1 and 2) 特開平5−259952号公報(第5頁、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 5-259952 (page 5, FIG. 1) 特開2000−31881号公報(第6頁、図2)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-31881 (6th page, FIG. 2) 特開2002−158525号公報JP 2002-158525 A 特開2005−181149号公報JP 2005-181149 A 特開2007−235649号公報JP 2007-235649 A

しかし、特許文献1に記載される関連技術は図7に示されるように演算部1108において飛行体の機体姿勢や送信用データの受信レベルに応じて飛行運動を予測する。指向空中線1103の指向方向を制御する指向特性制御は送信用データの出力レベル制御や変調方式の選定処理と同時に実行される。このため指向空中線1103の指向精度を定量評価しながら指向方向誤差を低減することは困難である。従って特許文献1に記載された技術は増大する指向方向誤差に対して不安定であり継続的に映像信号を安定して伝送できないという問題がある。   However, in the related art described in Patent Document 1, as shown in FIG. 7, the calculation unit 1108 predicts the flight motion according to the aircraft attitude of the flying object and the reception level of the transmission data. Directional characteristic control for controlling the directivity of the directional antenna 1103 is executed simultaneously with output level control of transmission data and modulation method selection processing. For this reason, it is difficult to reduce the pointing direction error while quantitatively evaluating the pointing accuracy of the pointing antenna 1103. Therefore, the technique described in Patent Document 1 has a problem that it is unstable with respect to an increasing directional error and cannot continuously transmit a video signal stably.

また、特許文献1に記載された技術は高い捕捉精度を制御処理の前提とする。しかしながら実際の運用において常に高い捕捉精度が達成されているとは限らず、特許文献1に記載された技術は限定された条件下でのみ適用される。   Further, the technique described in Patent Document 1 assumes high capture accuracy for control processing. However, high capture accuracy is not always achieved in actual operation, and the technique described in Patent Document 1 is applied only under limited conditions.

特許文献2に記載された技術はレーザ測距方位装置から発射されるレーザ光に対する反射光を継続して受信して制御を行う。このため、運用初期に必要な初期捕捉(サーチ)や外乱などの影響により生じる相対位置誤差の増加により反射レーザ光が受信できなくなった場合に電波中継の継続が不可能になる。   The technique described in Patent Document 2 performs control by continuously receiving reflected light with respect to laser light emitted from a laser ranging azimuth device. For this reason, when the reflected laser beam cannot be received due to an increase in the relative position error caused by the initial acquisition (search) required in the initial stage of operation or the influence of disturbance, the radio wave relay cannot be continued.

特許文献3に記載された技術は位置が固定された地球局を基準局としている。このため、サービスエリアの変更処理はこれらの地球局の位置に制約される。従って、システムの拡張性が限定される。   The technique described in Patent Document 3 uses an earth station whose position is fixed as a reference station. For this reason, the service area changing process is restricted by the positions of these earth stations. Therefore, the expandability of the system is limited.

特許文献4に記載された技術は無人機のカバーするエリアの変動に伝送容量及び伝送帯域の調整のみでは対応できない。   The technique described in Patent Document 4 cannot cope with the change in the area covered by the unmanned aircraft only by adjusting the transmission capacity and the transmission band.

特許文献5に記載された技術は衛星相対方向算出手段により衛星の方位角を算出し衛星相対方向探索手段により衛星から送信される信号の受信レベルを用いて衛星の方向を探索する。衛星相対方向算出手段から得られた衛星相対方向に衛星相対方向探索手段から得られた衛星相対方向を重畳して指向を制御する。従って、急激な挙動時の通信断には対応できない。   In the technique described in Patent Document 5, the satellite azimuth is calculated by the satellite relative direction calculating means, and the satellite direction is searched by using the reception level of the signal transmitted from the satellite by the satellite relative direction searching means. The pointing is controlled by superimposing the satellite relative direction obtained from the satellite relative direction searching means on the satellite relative direction obtained from the satellite relative direction calculating means. Therefore, it is not possible to cope with a communication disconnection during a sudden behavior.

特許文献6に記載された技術は航空機の位置と姿勢を計測する慣性参照ユニットに角速度センサを追加して機体の姿勢の変化を補正する。従って、衛星からの受信信号が航空機の挙動変化以外の原因で断絶した場合に追尾の継続が不可能になる。   In the technique described in Patent Document 6, an angular velocity sensor is added to an inertial reference unit that measures the position and posture of an aircraft to correct changes in the posture of the aircraft. Therefore, tracking cannot be continued when the received signal from the satellite is interrupted due to a cause other than a change in the behavior of the aircraft.

特許文献7に記載された技術は既に捕捉した状態を前提としているため、仮にアンテナ切替時に通信断が生じた場合には改めて捕捉を実現するため別途適切なサーチ手法を適用する必要がある。   Since the technique described in Patent Document 7 is based on the pre-captured state, it is necessary to apply a separate appropriate search method in order to realize capture again if communication is interrupted when the antenna is switched.

本発明は上記の点に鑑みなされたもので位置と姿勢と受信信号に基づいて制御モードを選択し該制御モードに従って追尾する追尾制御装置及び追尾制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a tracking control device and a tracking control method for selecting a control mode based on a position, an attitude, and a received signal, and tracking according to the control mode.

本発明の追尾アンテナ制御装置は飛行体と地上局の間で無線通信する情報伝送システムにおいて飛行体のアンテナ及び地上局のアンテナを制御する追尾アンテナ制御装置であって、飛行体は飛行体位置推定信号を生成する飛行体位置推定手段と、飛行体のアンテナが受信する信号のレベル変動値、地上局のアンテナからの電波のビーム幅情報、及び地上局の位置情報に基づいて地上局情報予測信号を生成する地上局情報生成手段と、飛行体位置推定信号と地上局情報予測信号に基づいて飛行体アンテナ制御モード信号を生成する飛行体アンテナ制御モード判定手段と、飛行体位置推定信号、地上局情報予測信号、及び飛行体アンテナ制御モード信号に基づいて飛行体アンテナ目標値信号を生成する飛行体アンテナ目標値生成手段を備え、地上局は地上局位置推定信号を生成する地上局位置推定手段と、地上局のアンテナが受信する信号のレベル変動値、飛行体のアンテナからの電波のビーム幅情報、及び飛行体の位置情報に基づいて飛行体情報予測信号を生成する飛行体情報生成手段と、地上局位置推定信号と飛行体情報予測信号に基づいて地上局アンテナ制御モード信号を生成する地上局アンテナ制御モード判定手段と、地上局位置推定信号、飛行体情報予測信号、及び地上局アンテナ制御モード信号に基づいて地上局アンテナ目標値信号を生成する地上局アンテナ目標値生成手段を備える。   The tracking antenna control device of the present invention is a tracking antenna control device that controls the antenna of a flying object and the antenna of the ground station in an information transmission system that performs wireless communication between the flying object and the ground station. A ground station information prediction signal based on a vehicle position estimation means for generating a signal, a level fluctuation value of a signal received by the antenna of the aircraft, a beam width information of a radio wave from the antenna of the ground station, and a position information of the ground station A ground station information generating means for generating a flying object antenna control mode determining means for generating a flying object antenna control mode signal based on the flying object position estimation signal and the ground station information prediction signal; a flying object position estimation signal; Aircraft antenna target value generation means for generating a vehicle antenna target value signal based on the information prediction signal and the airframe antenna control mode signal is provided, Is based on the ground station position estimation means for generating the ground station position estimation signal, the level fluctuation value of the signal received by the antenna of the ground station, the beam width information of the radio wave from the antenna of the flying object, and the position information of the flying object Aircraft information generation means for generating a vehicle information prediction signal, ground station antenna control mode determination means for generating a ground station antenna control mode signal based on the ground station position estimation signal and the aircraft information prediction signal, and ground station position Ground station antenna target value generating means for generating a ground station antenna target value signal based on the estimated signal, the flying object information prediction signal, and the ground station antenna control mode signal is provided.

本発明の追尾アンテナ制御方法は、飛行体と地上局の間で無線通信する情報伝送システムにおいて飛行体のアンテナ及び地上局のアンテナを制御する追尾アンテナ制御方法であって、飛行体位置推定信号を生成するステップと、飛行体のアンテナが受信する信号のレベル変動値、地上局のアンテナからの電波のビーム幅情報、及び地上局の位置情報に基づいて地上局情報予測信号を生成するステップと、飛行体位置推定信号と地上局情報予測信号に基づいて飛行体アンテナ制御モード信号を生成するステップと、飛行体位置推定信号、地上局情報予測信号、及び飛行体アンテナ制御モード信号に基づいて飛行体アンテナ目標値信号を生成するステップと、地上局位置推定信号を生成するステップと、地上局のアンテナが受信する信号のレベル変動値、飛行体のアンテナからの電波のビーム幅情報、及び飛行体の位置情報に基づいて飛行体情報予測信号を生成するステップと、地上局位置推定信号と飛行体情報予測信号に基づいて地上局アンテナ制御モード信号を生成するステップと、地上局位置推定信号、飛行体情報予測信号、及び地上局アンテナ制御モード信号に基づいて地上局アンテナ目標値信号を生成するステップを有する。   A tracking antenna control method according to the present invention is a tracking antenna control method for controlling an antenna of a flying object and an antenna of a ground station in an information transmission system for wireless communication between the flying object and a ground station. Generating a ground station information prediction signal based on the level fluctuation value of the signal received by the antenna of the flying object, the beam width information of the radio wave from the antenna of the ground station, and the position information of the ground station; Generating a flying object antenna control mode signal based on the flying object position estimation signal and the ground station information prediction signal; and flying object based on the flying object position estimation signal, the ground station information prediction signal, and the flying object antenna control mode signal. Generating an antenna target value signal; generating a ground station position estimation signal; and a level of a signal received by the ground station antenna. Generating a flying object information prediction signal based on the dynamic value, the beam width information of the radio wave from the antenna of the flying object, and the position information of the flying object, and the ground based on the ground station position estimation signal and the flying object information prediction signal. Generating a station antenna control mode signal, and generating a ground station antenna target value signal based on the ground station position estimation signal, the aircraft information prediction signal, and the ground station antenna control mode signal.

本発明によれば、位置と姿勢と受信信号に基づいて制御モードを選択し、該制御モードに従って追尾するようにしたので、移動体と地上局とのデータリンク系が確立されていない状況下においても、確実かつ高精度に追尾アンテナによる通信が確立される。   According to the present invention, since the control mode is selected based on the position, the attitude, and the received signal, and tracking is performed according to the control mode, the data link system between the mobile unit and the ground station is not established. However, the communication by the tracking antenna is established reliably and with high accuracy.

本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の無人機の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the unmanned aircraft of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の地上局の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ground station of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるスパイラルシーケンスによる捕捉シーケンス目標軌跡の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the acquisition sequence target locus | trajectory by the spiral sequence in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるスクエアシーケンスによる捕捉シーケンス目標軌跡の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the acquisition sequence target locus | trajectory by the square sequence in embodiment of this invention. 関連する技術を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating a related technique.

図1は本発明の実施形態に係る追尾アンテナ制御システムの一例を示すブロック図である。追尾アンテナ制御システム1は無人機101、及び無人機101に無線信号を送信し無人機101から無線信号を受信する地上局201を含む。   FIG. 1 is a block diagram showing an example of a tracking antenna control system according to an embodiment of the present invention. The tracking antenna control system 1 includes a drone 101 and a ground station 201 that transmits a radio signal to the drone 101 and receives a radio signal from the drone 101.

図2及び図3はそれぞれ本発明の実施形態に係る無人機101及び地上局201のブロック図を示す。   2 and 3 are block diagrams of the drone 101 and the ground station 201 according to the embodiment of the present invention, respectively.

図2において無人機101は機上アンテナ111を含む。   In FIG. 2, the drone 101 includes an on-board antenna 111.

無人機101はさらに機上加速度センサ102と、機上GPS受信機103と、該機上加速度センサ102及び機上GPS受信機103に接続された無人機位置推定器104を含む。該無人機位置推定器104は機上加速度センサ102から無人機加速度検出信号11を受信する。該無人機位置推定器104は機上GPS受信機103から無人機位置更新信号12を受信する。該無人機位置推定器104は該無人機加速度検出信号11と該無人機位置更新信号12に基づいて無人機位置推定信号16を生成する。   The drone 101 further includes an onboard acceleration sensor 102, an onboard GPS receiver 103, and an unmanned aircraft position estimator 104 connected to the onboard acceleration sensor 102 and the onboard GPS receiver 103. The drone position estimator 104 receives the drone acceleration detection signal 11 from the onboard acceleration sensor 102. The drone position estimator 104 receives the drone position update signal 12 from the onboard GPS receiver 103. The drone position estimator 104 generates the drone position estimation signal 16 based on the drone acceleration detection signal 11 and the drone position update signal 12.

無人機101はさらに機上アンテナAGCレベル検出器105と、地上局位置情報取得器106と、該機上アンテナAGCレベル検出器105及び地上局位置情報取得器106に接続された地上局情報生成器107を含む。該地上局情報生成器107は該機上アンテナAGCレベル検出器105から無人機AGCレベル検出信号14を受信する。該地上局情報生成器107は地上局位置情報取得器106から地上局情報取得信号15を受信する。該地上局位置情報取得器106は地上局201から地上局位置ビーム幅情報信号13を受信する。該地上局位置情報取得器106は該地上局位置ビーム幅情報信号13に基づいて地上局情報取得信号15を生成する。該地上局情報生成器107は該無人機AGCレベル検出信号14と地上局情報取得信号15に基づいて地上局情報予測信号17を生成する。   The drone 101 further includes an onboard antenna AGC level detector 105, a ground station position information acquisition unit 106, and a ground station information generator connected to the onboard antenna AGC level detector 105 and the ground station position information acquisition unit 106. 107 is included. The ground station information generator 107 receives the unmanned aircraft AGC level detection signal 14 from the onboard antenna AGC level detector 105. The ground station information generator 107 receives the ground station information acquisition signal 15 from the ground station position information acquisition unit 106. The ground station position information acquisition unit 106 receives the ground station position beam width information signal 13 from the ground station 201. The ground station position information acquisition unit 106 generates a ground station information acquisition signal 15 based on the ground station position beam width information signal 13. The ground station information generator 107 generates a ground station information prediction signal 17 based on the drone AGC level detection signal 14 and the ground station information acquisition signal 15.

無人機101はさらに該無人機位置推定器104と該地上局情報生成器107に接続された機上アンテナ制御モード判定機108を含む。該機上アンテナ制御モード判定機108は該無人機位置推定器104から無人機位置推定信号16を受信する。また、該機上アンテナ制御モード判定機108は該地上局情報生成器107から地上局情報予測信号17を受信する。該機上アンテナ制御モード判定機108は該無人機位置推定信号16と該地上局情報予測信号17に基づいて機上アンテナ制御モード信号18を生成する。該機上アンテナ制御モード信号18は該機上アンテナ111に捕捉制御を実施するか追尾制御を実施するか判定した結果である。   The drone 101 further includes an onboard antenna control mode determination unit 108 connected to the drone position estimator 104 and the ground station information generator 107. The onboard antenna control mode determination unit 108 receives the unmanned aircraft position estimation signal 16 from the unmanned aircraft position estimator 104. The onboard antenna control mode determination unit 108 receives the ground station information prediction signal 17 from the ground station information generator 107. The onboard antenna control mode determination unit 108 generates an onboard antenna control mode signal 18 based on the drone position estimation signal 16 and the ground station information prediction signal 17. The onboard antenna control mode signal 18 is a result of determining whether to perform capture control or tracking control on the onboard antenna 111.

無人機101はさらに該無人機位置推定器104と該地上局情報生成器107と該機上アンテナ制御モード判定機108に接続された機上アンテナ目標値生成器109を含む。該機上アンテナ目標値生成器109は該無人機位置推定器104から無人機位置推定信号16を受信する。該機上アンテナ目標値生成器109は該地上局情報生成器から地上局情報推定信号17を受信する。該機上アンテナ目標値生成器109は該機上アンテナ制御モード判定器108から機上アンテナ制御モード信号18を受信する。該機上アンテナ目標値生成器109は該無人機位置推定信号16と該地上局情報推定信号17と該機上アンテナ制御モード信号18に基づいて機上アンテナ目標値信号19を生成する。該機上アンテナ目標値生成器109は機上アンテナ111に対する制御モード(捕捉制御または追尾制御)を決定した上で該機上アンテナ目標値信号19を生成する。   The drone 101 further includes an onboard antenna target value generator 109 connected to the unmanned airplane position estimator 104, the ground station information generator 107, and the onboard antenna control mode determiner 108. The onboard antenna target value generator 109 receives the drone position estimation signal 16 from the drone position estimator 104. The onboard antenna target value generator 109 receives the ground station information estimation signal 17 from the ground station information generator. The onboard antenna target value generator 109 receives the onboard antenna control mode signal 18 from the onboard antenna control mode determiner 108. The onboard antenna target value generator 109 generates an onboard antenna target value signal 19 based on the unmanned aircraft position estimation signal 16, the ground station information estimation signal 17, and the onboard antenna control mode signal 18. The onboard antenna target value generator 109 determines the control mode (capture control or tracking control) for the onboard antenna 111 and generates the onboard antenna target value signal 19.

無人機101はさらに該機上アンテナ目標値生成器109と該機上アンテナ111に接続された機上アンテナ制御器110を含む。該機上アンテナ制御器110は該機上アンテナ目標値生成器109から機上アンテナ目標値信号19を受信する。該機上アンテナ制御器110は該機上アンテナ目標値信号19に基づいて機上アンテナ制御信号20を生成する。該機上アンテナ制御器110は該機上アンテナ制御信号20を該機上アンテナ111に送信する。該機上アンテナ制御器110は該機上アンテナ111から機上アンテナ指向角信号21を受信する。   The drone 101 further includes an onboard antenna target value generator 109 and an onboard antenna controller 110 connected to the onboard antenna 111. The onboard antenna controller 110 receives the onboard antenna target value signal 19 from the onboard antenna target value generator 109. The onboard antenna controller 110 generates an onboard antenna control signal 20 based on the onboard antenna target value signal 19. The onboard antenna controller 110 transmits the onboard antenna control signal 20 to the onboard antenna 111. The onboard antenna controller 110 receives the onboard antenna directivity angle signal 21 from the onboard antenna 111.

図3において地上局201は地上アンテナ211を含む。   In FIG. 3, the ground station 201 includes a ground antenna 211.

地上局201はさらに地上局加速度センサ202と、地上局GPS受信機203と、該地上局加速度センサ202及び地上局GPS受信機203に接続された地上局位置推定器204を含む。該地上局位置推定器204は地上局加速度センサ202から地上局加速度検出信号31を受信する。該地上局位置推定器204は地上局GPS受信機203から地上局位置更新信号32を受信する。該地上局位置推定器204は該地上局加速度検出信号31と該地上局位置更新信号32に基づいて地上局位置推定信号36を生成する。   The ground station 201 further includes a ground station acceleration sensor 202, a ground station GPS receiver 203, and a ground station position estimator 204 connected to the ground station acceleration sensor 202 and the ground station GPS receiver 203. The ground station position estimator 204 receives the ground station acceleration detection signal 31 from the ground station acceleration sensor 202. The ground station position estimator 204 receives the ground station position update signal 32 from the ground station GPS receiver 203. The ground station position estimator 204 generates a ground station position estimation signal 36 based on the ground station acceleration detection signal 31 and the ground station position update signal 32.

地上局201はさらに地上アンテナAGCレベル検出器205と、無人機位置情報取得器206と、該地上アンテナAGCレベル検出器205及び無人機位置情報取得器206に接続された無人機情報生成器207を含む。該無人機情報生成器207は該地上アンテナAGCレベル検出器205から地上局AGCレベル検出信号34を受信する。該無人機情報生成器207は無人機位置情報取得器206から無人機情報取得信号35を受信する。該無人機位置情報取得器206は無人機101から無人機位置ビーム幅情報信号33を受信する。該無人機位置情報取得器206は該無人機位置ビーム幅情報信号33に基づいて無人機情報取得信号35を生成する。該無人機情報生成器207は該地上局AGCレベル検出信号34と無人機情報取得信号35に基づいて無人機情報予測信号37を生成する。   The ground station 201 further includes a ground antenna AGC level detector 205, an unmanned vehicle position information acquisition unit 206, and an unmanned aircraft information generator 207 connected to the ground antenna AGC level detector 205 and the unmanned vehicle position information acquisition unit 206. Including. The drone information generator 207 receives the ground station AGC level detection signal 34 from the ground antenna AGC level detector 205. The drone information generator 207 receives the drone information acquisition signal 35 from the drone position information acquirer 206. The drone position information acquisition unit 206 receives the drone position beam width information signal 33 from the drone 101. The drone position information acquisition unit 206 generates the drone information acquisition signal 35 based on the drone position beam width information signal 33. The unmanned aircraft information generator 207 generates an unmanned aircraft information prediction signal 37 based on the ground station AGC level detection signal 34 and the unmanned aircraft information acquisition signal 35.

地上局201はさらに該地上局位置推定器204と該無人機情報生成器207に接続された地上アンテナ制御モード判定機208を含む。該地上アンテナ制御モード判定機208は該地上局位置推定器204から地上局位置推定信号36を受信する。また、該地上アンテナ制御モード判定機208は該無人機情報生成器207から無人機情報予測信号37を受信する。該地上アンテナ制御モード判定機208は該地上局位置推定信号36と該無人機情報予測信号37に基づいて地上アンテナ制御モード信号38を生成する。該地上アンテナ制御モード信号38は該地上アンテナ211に捕捉制御を実施するか追尾制御を実施するか判定した結果である。   The ground station 201 further includes a ground antenna control mode determination unit 208 connected to the ground station position estimator 204 and the unmanned aircraft information generator 207. The ground antenna control mode determiner 208 receives the ground station position estimation signal 36 from the ground station position estimator 204. The ground antenna control mode determination unit 208 receives the unmanned aircraft information prediction signal 37 from the unmanned aircraft information generator 207. The ground antenna control mode determination unit 208 generates a ground antenna control mode signal 38 based on the ground station position estimation signal 36 and the unmanned aircraft information prediction signal 37. The ground antenna control mode signal 38 is a result of determining whether to perform capture control or tracking control for the ground antenna 211.

地上局201はさらに該地上局位置推定器204と該無人機情報生成器207と該地上アンテナ制御モード判定機208に接続された地上アンテナ目標値生成器209を含む。該地上アンテナ目標値生成器209は該地上局位置推定器204から地上局位置推定信号36を受信する。該地上アンテナ目標値生成器209は該無人機情報生成器から無人機情報推定信号37を受信する。該地上アンテナ目標値生成器209は該地上アンテナ制御モード判定器208から地上アンテナ制御モード信号38を受信する。該地上アンテナ目標値生成器209は該地上局位置推定信号36と該無人機情報推定信号37と該地上アンテナ制御モード信号38に基づいて地上アンテナ目標値信号39を生成する。該地上アンテナ目標値生成器209は地上アンテナ211に対する制御モード(捕捉制御または追尾制御)を決定した上で該地上アンテナ目標値信号39を生成する。   The ground station 201 further includes a ground antenna target value generator 209 connected to the ground station position estimator 204, the unmanned aircraft information generator 207, and the ground antenna control mode determiner 208. The ground antenna target value generator 209 receives the ground station position estimation signal 36 from the ground station position estimator 204. The ground antenna target value generator 209 receives the drone information estimation signal 37 from the drone information generator. The ground antenna target value generator 209 receives the ground antenna control mode signal 38 from the ground antenna control mode determiner 208. The ground antenna target value generator 209 generates a ground antenna target value signal 39 based on the ground station position estimation signal 36, the unmanned aircraft information estimation signal 37, and the ground antenna control mode signal 38. The ground antenna target value generator 209 determines the control mode (capture control or tracking control) for the ground antenna 211 and then generates the ground antenna target value signal 39.

地上局201はさらに該地上アンテナ目標値生成器209と該地上アンテナ211に接続された地上アンテナ制御器210を含む。該地上アンテナ制御器210は該地上アンテナ目標値生成器209から地上アンテナ目標値信号39を受信する。該地上アンテナ制御器210は該地上アンテナ目標値信号39に基づいて地上アンテナ制御信号40を生成する。該地上アンテナ制御器210は該地上アンテナ制御信号40を該地上アンテナ211に送信する。該地上アンテナ制御器210は該地上アンテナ211から地上アンテナ指向角信号41を受信する。   The ground station 201 further includes a ground antenna target value generator 209 and a ground antenna controller 210 connected to the ground antenna 211. The ground antenna controller 210 receives the ground antenna target value signal 39 from the ground antenna target value generator 209. The ground antenna controller 210 generates a ground antenna control signal 40 based on the ground antenna target value signal 39. The ground antenna controller 210 transmits the ground antenna control signal 40 to the ground antenna 211. The ground antenna controller 210 receives the ground antenna directivity angle signal 41 from the ground antenna 211.

次に、図2及び3に示す本実施例の動作について図4に示すような機上アンテナ111を搭載した無人ヘリコプターと地上局として地上に位置固定した地上アンテナ211とを含むデータ通信システムを例として説明する。なお、本発明は本実施例に限定されない。すなわち地上局は地上を移動してもよい。   Next, an example of a data communication system including an unmanned helicopter equipped with an on-board antenna 111 as shown in FIG. 4 and a ground antenna 211 fixed on the ground as a ground station for the operation of this embodiment shown in FIGS. Will be described. In addition, this invention is not limited to a present Example. That is, the ground station may move on the ground.

無人機位置推定器104において位置推定値に対して機上加速度センサ102で検出された無人機加速度検出信号11が無人機位置推定器104に入力される。例えば、線形確率システムなどの状態空間モデルに従って位置予測値が得られる。   The drone acceleration detection signal 11 detected by the onboard acceleration sensor 102 with respect to the position estimated value in the drone position estimator 104 is input to the drone position estimator 104. For example, a position prediction value is obtained according to a state space model such as a linear probability system.

このとき、機上GPS受信機103により無人機位置更新信号12が更新されない場合は位置予測値は更新されずに無人機位置推定信号16として出力される。   At this time, if the drone position update signal 12 is not updated by the onboard GPS receiver 103, the position prediction value is not updated and is output as the drone position estimation signal 16.

一方、無人機位置更新信号12が更新されている場合には無人機位置更新信号12に対するカルマンフィルタ処理などの更新処理が行われる。更新処理の結果は無人機位置推定信号16として出力される。   On the other hand, when the drone position update signal 12 is updated, an update process such as a Kalman filter process for the drone position update signal 12 is performed. The result of the update process is output as the drone position estimation signal 16.

また地上局位置推定器204においてシステム状態量に対して地上局加速度センサ202で検出された地上局加速度検出信号が入力される。例えば、線形確率システム等の状態空間モデルに従ってシステム状態量予測値が得られる。このとき、地上局が地上へ位置固定されている点が考慮される。   In addition, a ground station acceleration detection signal detected by the ground station acceleration sensor 202 is input to the system state quantity in the ground station position estimator 204. For example, a predicted system state quantity is obtained according to a state space model such as a linear stochastic system. At this time, it is considered that the position of the ground station is fixed to the ground.

このとき地上局GPS受信機203により地上局位置更新信号32が更新されていない場合には状態量予測値は更新されずに地上局位置推定信号36として出力される。   At this time, if the ground station position update signal 32 is not updated by the ground station GPS receiver 203, the state quantity predicted value is not updated and is output as the ground station position estimation signal 36.

一方、地上局位置更新信号32が更新されている場合には地上局位置更新信号32に対するカルマンフィルタ処理などの更新処理が行われる。更新処理の結果は地上局位置推定信号36として出力される。   On the other hand, when the ground station position update signal 32 is updated, an update process such as a Kalman filter process is performed on the ground station position update signal 32. The result of the update process is output as a ground station position estimation signal 36.

地上局位置情報取得器106は地上局位置ビーム幅情報信号13を受信する。地上局位置情報取得器106は該地上局位置ビーム幅情報信号13に基づき指定時刻での地上局位置情報と地上アンテナ211が発生するビーム幅情報とを組み合わせて地上局情報取得信号15を生成する。機上アンテナAGCレベル検出器105は指定時刻毎に検出された機上アンテナ指向角と地上アンテナ指向角との指向角誤差の時系列情報に基づき無人機AGCレベル検出信号14を生成する。地上局情報生成器107は地上局情報取得信号15と無人機AGCレベル検出信号14とを用いて地上局情報予測信号17を生成する。ただし、地上局は地上に固定されているため地上局情報取得信号15に含まれる地上局位置情報は時間的に変動せず常に固定値をとる。機上アンテナ111が地上局の地上アンテナ211を捕捉できない場合は機上アンテナ111はAGCレベルを検出できない。このとき、機上アンテナAGCレベル検出器105が生成する無人機AGCレベル検出信号の値はゼロである。   The ground station position information acquisition unit 106 receives the ground station position beam width information signal 13. The ground station position information acquisition unit 106 combines the ground station position information at the specified time with the beam width information generated by the ground antenna 211 based on the ground station position beam width information signal 13 to generate the ground station information acquisition signal 15. . The onboard antenna AGC level detector 105 generates the unmanned aircraft AGC level detection signal 14 based on the time series information of the pointing angle error between the onboard antenna directivity angle and the ground antenna directivity angle detected at each designated time. The ground station information generator 107 generates a ground station information prediction signal 17 using the ground station information acquisition signal 15 and the unmanned aircraft AGC level detection signal 14. However, since the ground station is fixed on the ground, the ground station position information included in the ground station information acquisition signal 15 does not vary with time and always takes a fixed value. If the onboard antenna 111 cannot capture the ground antenna 211 of the ground station, the onboard antenna 111 cannot detect the AGC level. At this time, the value of the drone AGC level detection signal generated by the onboard antenna AGC level detector 105 is zero.

無人機位置情報取得器206は無人機位置ビーム幅情報信号33を受信する。無人機位置情報取得器206は該無人機位置ビーム幅情報信号33に基づき指定時刻での無人機位置情報と機上アンテナ111が発生するビーム幅情報とを組み合わせて無人機情報取得信号35を生成する。地上アンテナAGCレベル検出器205は指定時刻毎に検出された地上アンテナ指向角と機上アンテナ指向角との指向角誤差の時系列情報に基づき地上局AGCレベル検出信号34を生成する。無人機情報生成器207は無人機情報取得信号35と地上局AGCレベル検出信号34を用いて無人機情報予測信号37を生成する。地上アンテナ211が無人機に搭載された機上アンテナ111を捕捉できない場合は地上アンテナ211はAGCレベルを検出できない。このとき、地上アンテナAGCレベル検出器205が生成する地上局AGCレベル検出信号34の値はゼロである。   The drone position information acquisition unit 206 receives the drone position beam width information signal 33. The drone position information acquisition unit 206 generates the drone information acquisition signal 35 by combining the drone position information at the specified time and the beam width information generated by the onboard antenna 111 based on the drone position beam width information signal 33. To do. The ground antenna AGC level detector 205 generates the ground station AGC level detection signal 34 based on the time series information of the directivity angle error between the ground antenna directivity angle and the onboard antenna directivity angle detected at each designated time. The drone information generator 207 generates the drone information prediction signal 37 using the drone information acquisition signal 35 and the ground station AGC level detection signal 34. If the ground antenna 211 cannot capture the on-board antenna 111 mounted on the drone, the ground antenna 211 cannot detect the AGC level. At this time, the value of the ground station AGC level detection signal 34 generated by the ground antenna AGC level detector 205 is zero.

機上アンテナ制御モード判定器108は無人機位置推定信号16と地上局情報予測信号17に基づき無人機と地上局の相対的な位置関係を推測する。機上アンテナ制御モード判定器108は該位置関係に基づいて機上アンテナ111が地上局の捕捉または追尾が可能かどうかを判定する。機上アンテナ制御モード判定器108は該判定の結果を機上アンテナ制御モード信号18として生成する。   The onboard antenna control mode determination unit 108 estimates the relative positional relationship between the unmanned aircraft and the ground station based on the unmanned aircraft position estimation signal 16 and the ground station information prediction signal 17. The onboard antenna control mode determiner 108 determines whether the onboard antenna 111 can capture or track the ground station based on the positional relationship. The onboard antenna control mode determination unit 108 generates the determination result as the onboard antenna control mode signal 18.

地上アンテナ制御モード判定器208は地上局位置推定信号36と無人機情報予測信号37に基づき地上局と無人機の相対的な位置関係を推測する。地上アンテナ制御モード判定機208は該位置関係に基づいて地上アンテナ211が無人機の捕捉または追尾が可能かどうかを判定する。地上アンテナ制御モード判定器208は該判定の結果を地上アンテナ制御モード信号38として生成する。   The ground antenna control mode determination unit 208 estimates the relative positional relationship between the ground station and the drone based on the ground station position estimation signal 36 and the unmanned aircraft information prediction signal 37. The ground antenna control mode determiner 208 determines whether the ground antenna 211 can capture or track the unmanned aircraft based on the positional relationship. The terrestrial antenna control mode determination unit 208 generates the determination result as the terrestrial antenna control mode signal 38.

機上アンテナ目標生成器109は機上アンテナ制御モード信号18を受信する。機上アンテナ目標生成器109は機上アンテナ制御モード信号18に基づき機上アンテナ111を捕捉モードとして制御すべきか追尾モードとして制御すべきかを判定する。機上アンテナ目標生成器109が追尾モードを選択した場合は地上局情報予測信号17と無人機位置推定信号16とに基づいて地上局201と無人機101の位置差分値を機上アンテナ目標値信号19として生成する。機上アンテナ制御モード信号18は機上アンテナ111のビーム幅情報を含む。機上アンテナ目標生成器109が捕捉モードを選択した場合は機上アンテナ目標生成器109は該位置差分値と該ビーム幅情報に応じ適切な捕捉シーケンス及びサーチプロフィルを選択する。機上アンテナ目標生成器は該捕捉シーケンス及びサーチプロファイルを機上アンテナ目標値信号19として生成する。   The onboard antenna target generator 109 receives the onboard antenna control mode signal 18. The onboard antenna target generator 109 determines whether the onboard antenna 111 should be controlled as the acquisition mode or the tracking mode based on the onboard antenna control mode signal 18. When the on-board antenna target generator 109 selects the tracking mode, the position difference value between the ground station 201 and the unmanned aircraft 101 is obtained from the on-board antenna target value signal based on the ground station information prediction signal 17 and the unmanned aircraft position estimation signal 16. 19 is generated. The onboard antenna control mode signal 18 includes the beam width information of the onboard antenna 111. When the onboard antenna target generator 109 selects the acquisition mode, the onboard antenna target generator 109 selects an appropriate acquisition sequence and search profile according to the position difference value and the beam width information. The onboard antenna target generator generates the acquisition sequence and search profile as an onboard antenna target value signal 19.

地上アンテナ目標生成器209は地上アンテナ制御モード信号38を受信する。地上アンテナ目標生成器209は地上アンテナ制御モード信号38に基づき地上アンテナ211を捕捉モードとして制御すべきか追尾モードとして制御すべきかを判定する。地上アンテナ目標生成器209が追尾モードを選択した場合は無人機情報予測信号37と地上局位置推定信号36とに基づいて地上局201と無人機101の位置差分値を地上アンテナ目標値信号39として生成する。地上アンテナ制御モード信号38は地上アンテナ211のビーム幅情報を含む。地上アンテナ目標生成器209が捕捉モードを選択した場合は地上アンテナ目標生成器209は該位置差分値と該ビーム幅情報に応じ適切な捕捉シーケンス及びサーチプロフィルを選択する。地上アンテナ目標生成器は該捕捉シーケンス及びサーチプロフィルを地上アンテナ目標値信号39として生成する。   The ground antenna target generator 209 receives the ground antenna control mode signal 38. The ground antenna target generator 209 determines whether the ground antenna 211 should be controlled as the acquisition mode or the tracking mode based on the ground antenna control mode signal 38. When the ground antenna target generator 209 selects the tracking mode, the position difference value between the ground station 201 and the drone 101 is set as the ground antenna target value signal 39 based on the unmanned aircraft information prediction signal 37 and the ground station position estimation signal 36. Generate. The ground antenna control mode signal 38 includes the beam width information of the ground antenna 211. When the terrestrial antenna target generator 209 selects the acquisition mode, the terrestrial antenna target generator 209 selects an appropriate acquisition sequence and search profile according to the position difference value and the beam width information. The terrestrial antenna target generator generates the acquisition sequence and the search profile as a terrestrial antenna target value signal 39.

代表的な捕捉シーケンス及びサーチプロファイルとしてスパイラルシーケンスとスクエアシーケンスがある。スパイラルシーケンスは任意の点を開始点としその点を中心にアンテナ指向方向をらせん状に回転させることで追尾目標となるターゲットアンテナの位置を探索する。スクエアシーケンスはターゲットアンテナの移動に対応した駆動と同時にターゲットアンテナの移動方向と直交する方向へ一定振幅往復するアンテナ捕捉を駆動する。
スクエアシーケンスは矩形領域での探索である。
Typical acquisition sequences and search profiles include spiral sequences and square sequences. In the spiral sequence, an arbitrary point is set as a starting point, and the position of the target antenna serving as a tracking target is searched by rotating the antenna directing direction spirally around that point. The square sequence drives the antenna acquisition that reciprocates with a constant amplitude in the direction orthogonal to the moving direction of the target antenna simultaneously with the driving corresponding to the movement of the target antenna.
A square sequence is a search in a rectangular area.

図5はビーム幅値が与えられた時のスパイラルシーケンスによる捕捉シーケンス目標の軌跡の一例を示す。図6はビーム幅値が与えられた時のスクエアシーケンスによる捕捉シーケンス目標の軌跡の一例を示す。図5に示される軌跡と図6に示される軌跡のいずれも始点と示された点から捕捉を開始する。捕捉のサーチの領域はビーム幅値によって決定される。この領域は図中で破線の矩形で示される。図5で「移動方向」と示される方向は追尾目標となるターゲットアンテナの移動方向である。   FIG. 5 shows an example of the trajectory of the acquisition sequence target by the spiral sequence when the beam width value is given. FIG. 6 shows an example of the trajectory of the acquisition sequence target by the square sequence when the beam width value is given. The trajectory shown in FIG. 5 and the trajectory shown in FIG. 6 both start capturing from the point indicated as the start point. The acquisition search area is determined by the beam width value. This region is indicated by a dashed rectangle in the figure. The direction indicated as “movement direction” in FIG. 5 is the movement direction of the target antenna as the tracking target.

なお、図5に示されるスパイラルシーケンスは追尾目標が比較的低速移動もしくは静止している場合に適した捕捉シーケンスである。一方、図6に示されるスクエアシーケンスは追尾目標が常時移動する場合に適するシーケンスである。これらのシーケンスは状況に応じて選択される。   Note that the spiral sequence shown in FIG. 5 is a capture sequence suitable for a case where the tracking target is moving at a relatively low speed or is stationary. On the other hand, the square sequence shown in FIG. 6 is a sequence suitable for the case where the tracking target constantly moves. These sequences are selected according to the situation.

機上アンテナ目標生成器109は機上アンテナ制御モード信号18に基づき捕捉モードと追尾モードのいずれかを選定する。捕捉モードが選定された場合は図5または図6に示すシーケンスに従う。実行すべきプロファイルは機上アンテナ制御モード信号18に含まれるビーム幅値情報により決定される。シーケンスの範囲は地上局情報予測信号17と無人機位置推定信号16に基づいた地上局201と無人機101の位置差分値から導出され機上アンテナ目標値信号19として生成される。一方、追尾モードが選定された場合は該位置差分値が機上アンテナ目標値信号19として生成される。   The onboard antenna target generator 109 selects either the acquisition mode or the tracking mode based on the onboard antenna control mode signal 18. When the acquisition mode is selected, the sequence shown in FIG. 5 or 6 is followed. The profile to be executed is determined by the beam width value information included in the onboard antenna control mode signal 18. The range of the sequence is derived from the position difference value between the ground station 201 and the drone 101 based on the ground station information prediction signal 17 and the drone position estimation signal 16 and is generated as the onboard antenna target value signal 19. On the other hand, when the tracking mode is selected, the position difference value is generated as the onboard antenna target value signal 19.

地上アンテナ目標生成器209は地上アンテナ制御モード信号38に基づき捕捉モードと追尾モードのいずれかを選定する。捕捉モードが選定された場合は図5または図6に示すシーケンスに従う。実行すべきプロファイルは地上アンテナ制御モード信号38に含まれるビーム幅値情報により決定される。シーケンスの範囲は無人機情報予測信号37と地上局位置推定信号36に基づいた地上局201と無人機101の位置差分値から導出され地上アンテナ目標値信号39として生成される。一方、追尾モードが選定された場合は該位置差分値が地上アンテナ目標値信号39として生成される。   The ground antenna target generator 209 selects either the acquisition mode or the tracking mode based on the ground antenna control mode signal 38. When the acquisition mode is selected, the sequence shown in FIG. 5 or 6 is followed. The profile to be executed is determined by the beam width value information included in the ground antenna control mode signal 38. The range of the sequence is derived from the position difference value between the ground station 201 and the drone 101 based on the unmanned aircraft information prediction signal 37 and the ground station position estimation signal 36 and is generated as a ground antenna target value signal 39. On the other hand, when the tracking mode is selected, the position difference value is generated as the ground antenna target value signal 39.

機上アンテナ制御器110は機上アンテナ111から機上アンテナ指向角信号21を受信する。機上アンテナ制御器110は生成された機上アンテナ目標値信号19と該機上アンテナ指向角信号21に基づき機上アンテナ制御信号20を生成する。これにより機上アンテナ111の指向方向が制御される。   The onboard antenna controller 110 receives the onboard antenna directivity angle signal 21 from the onboard antenna 111. The onboard antenna controller 110 generates an onboard antenna control signal 20 based on the generated onboard antenna target value signal 19 and the onboard antenna directivity angle signal 21. Thereby, the directivity direction of the onboard antenna 111 is controlled.

地上アンテナ制御器210は地上アンテナ211から地上アンテナ指向角信号41を受信する。地上アンテナ制御器210は生成された地上アンテナ目標値信号39と該地上アンテナ指向角信号41に基づき地上アンテナ制御信号40を生成する。これにより地上アンテナ211の指向方向が制御される。   The ground antenna controller 210 receives the ground antenna directivity angle signal 41 from the ground antenna 211. The ground antenna controller 210 generates a ground antenna control signal 40 based on the generated ground antenna target value signal 39 and the ground antenna directivity angle signal 41. Thereby, the directivity direction of the ground antenna 211 is controlled.

本実施例によれば無人機側において地上局情報生成器107は無人機と地上局の互いの位置情報を推定する。機上アンテナ制御モード判定器108は捕捉モードと追尾モードのいずれかを判定する。機上アンテナ目標値生成器109は判定結果に従って機上アンテナ目標値信号19を生成する。地上局側において無人機情報生成器207は無人機と地上局の互いの位置情報を推定する。地上アンテナ制御モード判定器208は捕捉モードと追尾モードのいずれかを判定する。地上アンテナ目標値生成器209は判定結果に従って地上アンテナ目標値信号39を生成する。以上の処理により機上アンテナ111と地上アンテナ211との間で捕捉制御から追尾制御へ円滑に移行する。   According to the present embodiment, the ground station information generator 107 estimates the mutual position information of the unmanned aircraft and the ground station on the unmanned aircraft side. The onboard antenna control mode determination unit 108 determines either the acquisition mode or the tracking mode. The onboard antenna target value generator 109 generates the onboard antenna target value signal 19 according to the determination result. On the ground station side, the drone information generator 207 estimates the position information of the drone and the ground station. The ground antenna control mode determination unit 208 determines either the acquisition mode or the tracking mode. The ground antenna target value generator 209 generates the ground antenna target value signal 39 according to the determination result. By the above processing, the transition from capture control to tracking control is smoothly performed between the onboard antenna 111 and the ground antenna 211.

従って、本実施例によれば無人機位置推定器104と地上局情報生成器107と地上局位置推定器204と無人機情報生成器207の組み合わせにより無人機位置と地上局位置の推定値の精度が向上する。無人機を利用した地上局との情報伝送システムの構築において捕捉制御モードと追尾制御モードとの選択及び制御モード間の移行が課題である。
しかしながら本実施例においては適切な制御モードの選定が容易である。また、生成されるアンテナ目標値の高い精度が確保される。これにより追尾アンテナによる無人機と地上局の間の安定的なデータリンクが実現される。
Therefore, according to this embodiment, the combination of the drone position estimator 104, the ground station information generator 107, the ground station position estimator 204, and the drone information generator 207 is used to improve the accuracy of the estimated values of the drone position and the ground station position. Will improve. In the construction of an information transmission system with a ground station using an unmanned aerial vehicle, selection between a capture control mode and a tracking control mode and a transition between control modes are problems.
However, in this embodiment, it is easy to select an appropriate control mode. In addition, high accuracy of the generated antenna target value is ensured. This realizes a stable data link between the drone and the ground station by the tracking antenna.

また、本実施例においては地上局が地上へ位置固定されているとしてシステム状態量予測値を得たが地上局が移動する場合への適用は容易である。この場合、必要な処理における関係式を一部変更することにより無人機と地上局が空間上を互いに移動するシステムへの本発明の適用は容易である。   Further, in this embodiment, the system state quantity predicted value is obtained on the assumption that the position of the ground station is fixed to the ground, but the application to the case where the ground station moves is easy. In this case, it is easy to apply the present invention to a system in which an unmanned aircraft and a ground station move relative to each other by partially changing a relational expression in necessary processing.

本実施例で示した機上アンテナ制御モード判定器108と地上アンテナ制御モード判定器208は無人機及び地上局の位置情報だけでなくその時間変化やそれぞれのアンテナで選定されたビーム幅値の情報を利用する。機上アンテナ制御モード判定器108と地上アンテナ制御モード判定器208は該時間変化及び該ビーム幅値の情報に基づいてアンテナ制御モードと目標値プロファイルを同時に生成する独自技術である。従って、本実施例は特許文献1などの関連技術の組み合わせにより容易に類推できるものではない。   The onboard antenna control mode determiner 108 and the terrestrial antenna control mode determiner 208 shown in the present embodiment are not only the position information of the unmanned aircraft and the ground station, but also the time change thereof and the information of the beam width value selected by each antenna. Is used. The onboard antenna control mode determiner 108 and the terrestrial antenna control mode determiner 208 are unique techniques for simultaneously generating the antenna control mode and the target value profile based on the information on the time change and the beam width value. Therefore, this embodiment cannot be easily inferred by a combination of related technologies such as Patent Document 1.

また、本発明はGPS受信機と加速度センサとを組み合わせた無人機位置推定処理方式に基づく指向アンテナの捕捉及び追尾を制御する。本実施例においては無人機に搭載されたアンテナと地上アンテナとの相対的な位置姿勢関係と受信信号レベル変動値に基づいて制御モードが判定される。該制御モードの判定と追尾アンテナへの目標値生成機能を併用して空間上にある無人機と地上局の間で通信する。特許文献3乃至5に記載された技術とはこの構成が明確に異なる。   In addition, the present invention controls capturing and tracking of a directional antenna based on an unmanned vehicle position estimation processing method that combines a GPS receiver and an acceleration sensor. In the present embodiment, the control mode is determined based on the relative position and orientation relationship between the antenna mounted on the drone and the ground antenna and the received signal level fluctuation value. The control mode and the target value generation function for the tracking antenna are used together to communicate between the drone in the space and the ground station. This configuration is clearly different from the techniques described in Patent Documents 3 to 5.

以上説明したように、本発明によれば無人機と地上局とのデータリンク系が確立されていない状況でも無人機と地上局それぞれの位置推定精度を向上させつつ通信相手の位置予測精度を改善する。さらに、捕捉あるいは追尾の制御に適切な目標プロファイルが生成される。これにより追尾アンテナの制御性能が確保される。本発明は追尾アンテナによる無人機と地上局との間の安定したデータリンクとの特徴を有する。   As described above, according to the present invention, even when the data link system between the drone and the ground station is not established, the position estimation accuracy of the communication partner is improved while improving the position estimation accuracy of each of the drone and the ground station. To do. Furthermore, a target profile suitable for acquisition or tracking control is generated. Thereby, the control performance of the tracking antenna is ensured. The present invention is characterized by a stable data link between the drone and the ground station by a tracking antenna.

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、宇宙機や飛翔体や無人航空機や無人自動車両など様々な移動体において装備される追尾アンテナ制御装置として容易に適用することが可能となる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be easily applied as a tracking antenna control device installed in various mobile objects such as spacecraft, flying objects, unmanned aircraft, and unmanned automatic vehicles. .

1 追尾アンテナ制御システム
11 無人機加速度検出信号
12 無人機位置更新信号
13 地上局位置ビーム幅情報信号
14 無人機AGCレベル検出信号
15 地上局情報取得信号
16 無人機位置推定信号
17 地上局情報予測信号
18 機上アンテナ制御モード信号
19 機上アンテナ目標値信号
20 機上アンテナ制御信号
21 機上アンテナ指向角信号
31 地上局加速度検出信号
32 地上局位置更新信号
33 無人機位置ビーム幅情報信号
34 地上局AGCレベル検出信号
35 無人機情報取得信号
36 地上局位置推定信号
37 無人機情報予測信号
38 地上アンテナ制御モード信号
39 地上アンテナ目標値信号
40 地上アンテナ制御信号
41 地上アンテナ指向角信号
101 無人機
102 機上加速度センサ
103 機上GPS受信機
104 無人機位置推定器
105 機上アンテナAGCレベル検出器
106 地上局位置情報取得器
107 地上局情報生成器
108 機上アンテナ制御モード判定器
109 機上アンテナ目標値生成器
110 機上アンテナ制御器
111 機上アンテナ
201 地上局
202 地上局加速度センサ
203 地上局GPS受信機
204 地上局位置推定器
205 地上アンテナAGCレベル検出器
206 無人機位置情報取得器
207 無人機情報生成器
208 地上アンテナ制御モード判定器
209 地上アンテナ目標値生成器
210 地上アンテナ制御器
211 地上アンテナ
1001 情報送信装置
1101 撮像装置
1102 送信部
1103 空中線
1104 機体情報取得部
1105 GPS受信機
1106 空中線
1107 データ無線部
1108 演算部
1108a CPU
1108b ROM
1109 駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tracking antenna control system 11 Unmanned vehicle acceleration detection signal 12 Unmanned vehicle position update signal 13 Ground station position beam width information signal 14 Unmanned vehicle AGC level detection signal 15 Ground station information acquisition signal 16 Unmanned vehicle position estimation signal 17 Ground station information prediction signal 18 On-board antenna control mode signal 19 On-board antenna target value signal 20 On-board antenna control signal 21 On-board antenna directivity angle signal 31 Ground station acceleration detection signal 32 Ground station position update signal 33 Unmanned vehicle position beam width information signal 34 Ground station AGC level detection signal 35 Unmanned aircraft information acquisition signal 36 Ground station position estimation signal 37 Unmanned aircraft information prediction signal 38 Ground antenna control mode signal 39 Ground antenna target value signal 40 Ground antenna control signal 41 Ground antenna directivity angle signal 101 Unmanned aircraft 102 aircraft Upper acceleration sensor 103 Onboard GPS Faith machine 104 Unmanned aircraft position estimator 105 Onboard antenna AGC level detector 106 Ground station position information acquirer 107 Ground station information generator 108 Onboard antenna control mode determiner 109 Onboard antenna target value generator 110 Onboard antenna control Unit 111 Onboard antenna 201 Ground station 202 Ground station acceleration sensor 203 Ground station GPS receiver 204 Ground station position estimator 205 Ground antenna AGC level detector 206 Unmanned vehicle position information acquisition unit 207 Unmanned vehicle information generator 208 Ground antenna control mode Determinator 209 Ground antenna target value generator 210 Ground antenna controller 211 Ground antenna 1001 Information transmitting device 1101 Imaging device 1102 Transmitting unit 1103 Aerial 1104 Airframe information acquiring unit 1105 GPS receiver 1106 Aerial 1107 Data radio unit 108 computing unit 1108a CPU
1108b ROM
1109 Drive unit

Claims (10)

飛行体と地上局の間で無線通信する情報伝送システムにおいて前記飛行体のアンテナ及び前記地上局のアンテナを制御する追尾アンテナ制御装置であって、
前記飛行体は、
飛行体位置推定信号を生成する飛行体位置推定手段と、
前記飛行体のアンテナが受信する信号のレベル変動値、前記地上局のアンテナからの電波のビーム幅情報、及び前記地上局の位置情報に基づいて地上局情報予測信号を生成する地上局情報生成手段と、
前記飛行体位置推定信号と前記地上局情報予測信号に基づいて飛行体アンテナ制御モード信号を生成する飛行体アンテナ制御モード判定手段と、
前記飛行体位置推定信号、前記地上局情報予測信号、及び前記飛行体アンテナ制御モード信号に基づいて飛行体アンテナ目標値信号を生成する飛行体アンテナ目標値生成手段を備え、
前記地上局は、
地上局位置推定信号を生成する地上局位置推定手段と、
前記地上局のアンテナが受信する信号のレベル変動値、前記飛行体のアンテナからの電波のビーム幅情報、及び前記飛行体の位置情報に基づいて飛行体情報予測信号を生成する飛行体情報生成手段と、
前記地上局位置推定信号と前記飛行体情報予測信号に基づいて地上局アンテナ制御モード信号を生成する地上局アンテナ制御モード判定手段と、
前記地上局位置推定信号、前記飛行体情報予測信号、及び前記地上局アンテナ制御モード信号に基づいて地上局アンテナ目標値信号を生成する地上局アンテナ目標値生成手段を備えることを特徴とする追尾アンテナ制御装置。
A tracking antenna control apparatus for controlling an antenna of the flying object and an antenna of the ground station in an information transmission system for wireless communication between the flying object and a ground station,
The aircraft is
A vehicle position estimation means for generating a vehicle position estimation signal;
Ground station information generation means for generating a ground station information prediction signal based on a level fluctuation value of a signal received by the antenna of the flying object, beam width information of a radio wave from the antenna of the ground station, and position information of the ground station When,
Aircraft antenna control mode determination means for generating a vehicle antenna control mode signal based on the aircraft position estimation signal and the ground station information prediction signal;
A vehicle antenna target value generating means for generating a vehicle antenna target value signal based on the vehicle position estimation signal, the ground station information prediction signal, and the aircraft antenna control mode signal;
The ground station is
Ground station position estimation means for generating a ground station position estimation signal;
Aircraft information generating means for generating a vehicle information prediction signal based on a level fluctuation value of a signal received by the ground station antenna, radio wave beam width information from the aircraft antenna, and position information of the aircraft When,
Ground station antenna control mode determination means for generating a ground station antenna control mode signal based on the ground station position estimation signal and the flying object information prediction signal;
A tracking antenna comprising ground station antenna target value generation means for generating a ground station antenna target value signal based on the ground station position estimation signal, the flying object information prediction signal, and the ground station antenna control mode signal Control device.
前記飛行体アンテナ制御モード判定手段は捕捉制御モードと追尾制御モードのいずれかを選定し、
前記飛行体アンテナ目標値生成手段は前記追尾制御モードが選定された場合に前記地上局情報予測信号と前記飛行体位置推定信号に基づいて前記飛行体と前記地上局との位置差分値を生成し、該位置差分値に従って前記地上局のアンテナの追尾を制御することを特徴とする請求項1に記載の追尾アンテナ制御装置。
The flying object antenna control mode determination means selects either the capture control mode or the tracking control mode,
The flying object target value generation means generates a position difference value between the flying object and the ground station based on the ground station information prediction signal and the flying object position estimation signal when the tracking control mode is selected. The tracking antenna control apparatus according to claim 1, wherein tracking of the antenna of the ground station is controlled according to the position difference value.
前記飛行体アンテナ目標値生成手段は前記捕捉制御モードが選定された場合に前記差分値と前記飛行体アンテナ制御モード信号に含まれる前記地上局のアンテナからの電波のビーム幅情報に基づいて捕捉シーケンス及びサーチプロファイルを選択し、前記飛行体アンテナ目標値信号を生成することを特徴とする請求項2に記載の追尾アンテナ制御装置。   When the acquisition control mode is selected, the air vehicle antenna target value generation means is configured to acquire an acquisition sequence based on the difference value and beam width information of radio waves from the antenna of the ground station included in the air vehicle antenna control mode signal. The tracking antenna control device according to claim 2, further comprising: selecting a search profile and generating the air vehicle antenna target value signal. 前記地上局アンテナ制御モード判定手段は捕捉制御モードと追尾制御モードのいずれかを選定し、
前記地上局アンテナ目標値生成手段は前記追尾制御モードが選定された場合に前記飛行体情報予測信号と前記地上局位置推定信号に基づいて前記飛行体と前記地上局との位置差分値を生成し、該位置差分値に従って前記地上局のアンテナの追尾を制御することを特徴とする請求項1に記載の追尾アンテナ制御装置。
The ground station antenna control mode determination means selects either the capture control mode or the tracking control mode,
The ground station antenna target value generating means generates a position difference value between the flying object and the ground station based on the flying object information prediction signal and the ground station position estimation signal when the tracking control mode is selected. The tracking antenna control apparatus according to claim 1, wherein tracking of the antenna of the ground station is controlled according to the position difference value.
前記地上局アンテナ目標値生成手段は前記捕捉制御モードが選定された場合に前記差分値と前記地上局アンテナ制御モード信号に含まれる前記飛行体のアンテナからの電波のビーム幅情報に基づいて捕捉シーケンス及びサーチプロファイルを選択し、前記地上局アンテナ目標値信号を生成することを特徴とする請求項4に記載の追尾アンテナ制御装置。   When the acquisition control mode is selected, the ground station antenna target value generation means is configured to acquire an acquisition sequence based on the difference value and beam width information of radio waves from the antenna of the flying object included in the ground station antenna control mode signal. The tracking antenna control device according to claim 4, further comprising: selecting a search profile and generating the ground station antenna target value signal. 飛行体と地上局の間で無線通信する情報伝送システムにおいて前記飛行体のアンテナ及び前記地上局のアンテナを制御する追尾アンテナ制御方法であって、
飛行体位置推定信号を生成するステップと、
前記飛行体のアンテナが受信する信号のレベル変動値、前記地上局のアンテナからの電波のビーム幅情報、及び前記地上局の位置情報に基づいて地上局情報予測信号を生成するステップと、
前記飛行体位置推定信号と前記地上局情報予測信号に基づいて飛行体アンテナ制御モード信号を生成するステップと、
前記飛行体位置推定信号、前記地上局情報予測信号、及び前記飛行体アンテナ制御モード信号に基づいて飛行体アンテナ目標値信号を生成するステップと、
地上局位置推定信号を生成するステップと、
前記地上局のアンテナが受信する信号のレベル変動値、前記飛行体のアンテナからの電波のビーム幅情報、及び前記飛行体の位置情報に基づいて飛行体情報予測信号を生成するステップと、
前記地上局位置推定信号と前記飛行体情報予測信号に基づいて地上局アンテナ制御モード信号を生成するステップと、
前記地上局位置推定信号、前記飛行体情報予測信号、及び前記地上局アンテナ制御モード信号に基づいて地上局アンテナ目標値信号を生成するステップを有することを特徴とする追尾アンテナ制御方法。
A tracking antenna control method for controlling an antenna of the flying object and an antenna of the ground station in an information transmission system for wireless communication between the flying object and a ground station,
Generating a vehicle position estimation signal;
Generating a ground station information prediction signal based on a level fluctuation value of a signal received by the antenna of the flying object, beam width information of a radio wave from the antenna of the ground station, and position information of the ground station;
Generating a flying object antenna control mode signal based on the flying object position estimation signal and the ground station information prediction signal;
Generating a flying object target value signal based on the flying object position estimation signal, the ground station information prediction signal, and the flying object antenna control mode signal;
Generating a ground station position estimation signal;
Generating a flying object information prediction signal based on a level fluctuation value of a signal received by the antenna of the ground station, beam width information of a radio wave from the antenna of the flying object, and position information of the flying object;
Generating a ground station antenna control mode signal based on the ground station position estimation signal and the aircraft information prediction signal;
A tracking antenna control method comprising: generating a ground station antenna target value signal based on the ground station position estimation signal, the flying object information prediction signal, and the ground station antenna control mode signal.
前記飛行体アンテナ制御モード信号は捕捉制御モードと追尾制御モードのいずれか一つを含み、
前記追尾制御モードが選定された場合に前記地上局情報予測信号と前記飛行体位置推定信号に基づいて前記飛行体と前記地上局との位置差分値を生成し、該位置差分値に従って前記地上局のアンテナの追尾を制御するステップをさらに有することを特徴とする請求項6に記載の追尾アンテナ制御方法。
The aircraft antenna control mode signal includes one of a capture control mode and a tracking control mode,
When the tracking control mode is selected, a position difference value between the flying object and the ground station is generated based on the ground station information prediction signal and the flying object position estimation signal, and the ground station is generated according to the position difference value. The tracking antenna control method according to claim 6, further comprising a step of controlling tracking of the antenna.
前記捕捉制御モードが選定された場合に前記差分値と前記飛行体アンテナ制御モード信号に含まれる前記地上局のアンテナからの電波のビーム幅情報に基づいて捕捉シーケンス及びサーチプロファイルを選択し、前記飛行体アンテナ目標値信号を生成するステップをさらに有することを特徴とする請求項7に記載の追尾アンテナ制御方法。   When the acquisition control mode is selected, the acquisition sequence and the search profile are selected based on the difference value and the beam width information of the radio wave from the antenna of the ground station included in the aircraft antenna control mode signal, and the flight The tracking antenna control method according to claim 7, further comprising a step of generating a body antenna target value signal. 前記地上局アンテナ制御モード信号は捕捉制御モードと追尾制御モードのいずれか一つを含み、
前記追尾制御モードが選定された場合に前記飛行体情報予測信号と前記地上局位置推定信号に基づいて前記飛行体と前記地上局との位置差分値を生成し、該位置差分値に従って前記地上局のアンテナの追尾を制御するステップをさらに有することを特徴とする請求項6に記載の追尾アンテナ制御方法。
The ground station antenna control mode signal includes one of a capture control mode and a tracking control mode,
When the tracking control mode is selected, a position difference value between the flying object and the ground station is generated based on the flying object information prediction signal and the ground station position estimation signal, and the ground station is generated according to the position difference value. The tracking antenna control method according to claim 6, further comprising a step of controlling tracking of the antenna.
前記捕捉制御モードが選定された場合に前記差分値と前記地上局アンテナ制御モード信号に含まれる前記飛行体のアンテナからの電波のビーム幅情報に基づいて捕捉シーケンス及びサーチプロファイルを選択し、前記地上局アンテナ目標値信号を生成するステップをさらに有することを特徴とする請求項9に記載の追尾アンテナ制御方法。   When the acquisition control mode is selected, the acquisition sequence and the search profile are selected based on the difference value and the beam width information of the radio wave from the airframe antenna included in the ground station antenna control mode signal, and the ground The tracking antenna control method according to claim 9, further comprising a step of generating a station antenna target value signal.
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