JP6923026B1 - 飛行体およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】他の無線システムへの干渉をより効果的に低減する。【解決手段】飛行体であって、無線通信装置と通信するアレイアンテナと、前記飛行体の角加速度を示す角加速度データを取得する取得部と、前記アレイアンテナから前記無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、を備え、前記指向性は、前記無線通信装置への方位以外の対象方位にヌルを向ける指向性であり、前記演算部は、前記角加速度データが示す角加速度が第１の閾値を上回る場合には、当該角加速度が前記第１の閾値以下である場合よりも、前記ヌルの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、飛行体。【選択図】図４

Description

本発明は、飛行体およびプログラムに関する。

従来、複数の無線システムで周波数を共用する際の干渉を低減するための技術として、基地局がアレーアンテナを用いて周辺に位置する電波源からの電波の到来方向を推定し、所望波にメインビームを向け、他の到来波にはヌル点を向けた指向性を形成するアダプティブアンテナ（適応アンテナ）技術が知られている。

また、特許文献１〜特許文献５には、指向性を用いた多様な通信技術が開示されている。例えば、特許文献１には、移動端末に適用される適応アンテナ技術であり、移動端末の向きまたは傾きに応じてアンテナ指向性を制御する技術が開示されている。また、特許文献２には、複数の無線装置およびアンテナを搭載した装置であり、１つの無線装置およびアンテナに着目すると、その無線装置の通信対象に指向性を向けつつ、アンテナを回転させて他の無線アンテナに対してはヌルを向ける装置が開示されている。また、特許文献３には、加速度センサが設けられた無線装置であって、センサによって検出された動きによってビームの方向を変える無線装置が開示されている。また、特許文献４には、無線装置が振られたことを検知すると送信出力を増大する技術が開示されている。また、特許文献５には、移動体と通信する装置であって、移動体の速度に応じてビーム幅または方向を変更する技術が開示されている。

特開２００４−６４７４１号公報 国際公開第２０１７／０１８０７０号 特開２０１３−２３６３０１号公報 特開２００８−１９９０９９号公報 特開２０１６−１４４１９４号公報

しかし、従来の技術では、飛行体からの指向性送信が他の無線システムにおける通信に干渉を与えてしまう場合があった。例えば、飛行体に急激な姿勢変動が発生した場合に、飛行体の姿勢角の推定値と実際の飛行体の姿勢角との間に過渡的な誤差が生じ得る。特許文献１に記載の技術では、当該姿勢角の誤差を考慮せずに送信指向性が決定されるので、他の無線システムの方位にビームが向き、他の無線システムに干渉を与える恐れがある。また、特許文献５には移動体の速度が速いほど目的方向へのビーム幅を広げる技術が開示されているが、速度が遅くても速度の変化が大きい場合には誤差が大きくなり得るので、誤差の影響を十分に低減することが困難である。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、他の無線システムへの干渉をより効果的に低減することが可能な、新規かつ改良された飛行体およびプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、飛行体であって、無線通信装置と通信するアレイアンテナと、前記飛行体の角加速度を示す角加速度データを取得する取得部と、前記アレイアンテナから前記無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、を備え、前記指向性は、前記無線通信装置への方位以外の対象方位にヌルを向ける指向性であり、前記演算部は、前記角加速度データが示す角加速度が第１の閾値を上回る場合には、当該角加速度が前記第１の閾値以下である場合よりも、前記ヌルの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、飛行体が提供される。

前記飛行体は、前記角加速度データが示す角加速度が前記第１の閾値より大きい第２の閾値を上回る場合には、前記無線通信装置への前記無線信号の送信を停止する送信制御部をさらに備えてもよい。

前記演算部は、前記角加速度データが示す角加速度が第１の閾値を上回る場合には、当該角加速度が前記第１の閾値以下である場合よりも、前記無線通信装置へのビームの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算してもよい。

前記飛行体は、前記飛行体への干渉波を送信する干渉波源の位置を示す位置情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記対象方位は、前記干渉波源の方位であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、飛行体であって、無線通信装置と通信するアレイアンテナと、前記飛行体が移動することが計画されている経路である計画経路を示す計画情報を取得する取得部と、前記アレイアンテナから前記無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、前記計画情報に基づき、前記計画経路において前記飛行体の姿勢変動が生じることが予測される変動予測領域を特定し、前記飛行体が前記変動予測領域に位置する場合に前記無線通信装置への前記無線信号の送信を停止する送信制御部と、を備える、飛行体が提供される。

前記計画情報は、１または２以上の移動経由点を示す経由点情報を含み、前記変動予測領域は、前記経由点情報が示す移動経由点を含んでもよい。

前記取得部は、飛行体の姿勢変動が生じやすい領域を示す領域情報を取得し、前記変動予測領域は、前記領域情報が示す領域を含んでもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、飛行体であって、飛行のための駆動力を発生させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御値を出力する飛行制御部と、無線通信装置と通信するアレイアンテナと、前記アレイアンテナから前記無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、を備え、前記指向性は、前記無線通信装置への方位以外の対象方位にヌルを向ける指向性であり、前記演算部は、前記制御値を微分して得られる結果が第１の閾値を上回る場合には、当該結果が前記第１の閾値以下である場合よりも、前記ヌルの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、飛行体が提供される。

前記飛行体は、前記結果が前記第１の閾値より大きい第２の閾値を上回る場合には、前記無線通信装置への前記無線信号の送信を停止する送信制御部をさらに備えてもよい。

前記演算部は、前記結果が第１の閾値を上回る場合には、当該結果が前記第１の閾値以下である場合よりも、前記無線通信装置へのビームの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算してもよい。

前記飛行体は、前記飛行体への干渉波を送信する干渉波源の位置を示す位置情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記対象方位は、前記干渉波源の方位であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、飛行体であって、前記飛行体の角加速度を示す角加速度データを取得する取得部と、アレイアンテナから無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、を備え、前記指向性は、前記無線通信装置への方位以外の対象方位にヌルを向ける指向性であり、前記演算部は、前記角加速度データが示す角加速度が第１の閾値を上回る場合には、当該角加速度が前記第１の閾値以下である場合よりも、前記ヌルの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、飛行体として機能させるための、プログラムが提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、飛行体であって、前記飛行体が移動することが計画されている経路である計画経路を示す計画情報を取得する取得部と、アレイアンテナから無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、前記計画情報に基づき、前記計画経路において前記飛行体の姿勢変動が生じることが予測される変動予測領域を特定し、前記飛行体が前記変動予測領域に位置する場合に前記無線通信装置への前記無線信号の送信を停止する送信制御部と、を備える、飛行体として機能させるための、プログラムが提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、飛行体であって、飛行のための駆動力を発生させる駆動部を制御する制御値を出力する飛行制御部と、アレイアンテナから無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、を備え、前記指向性は、前記無線通信装置への方位以外の対象方位にヌルを向ける指向性であり、前記演算部は、前記制御値を微分して得られる結果が第１の閾値を上回る場合には、当該結果が前記第１の閾値以下である場合よりも、前記ヌルの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、飛行体として機能させるための、プログラムが提供される。

以上説明した本発明によれば、他の無線システムへの干渉をより効果的に低減することが可能である。

本発明の一実施形態による無線システムの構成例を示す説明図である。 飛行体２０が送信する無線信号の指向性の具体例を示す説明図である。 本発明の一実施形態による飛行体２０の構成を示す説明図である。 通信制御部３００の構成を示す説明図である。 飛行体２０の動作概要を示すフローチャートである。 送信処理を示すフローチャートである。 第１の動作例による姿勢の変動予測を示すフローチャートである。 ビームおよびヌルの角度広がりの変化例を示す説明図である。 移動計画情報が示す計画経路５０の一例を示す説明図である。 第２の動作例による姿勢の変動予測を示すフローチャートである。 第３の動作例による姿勢の変動予測を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、複数の構成要素の各々に同一符号のみを付する。

＜１．無線システムの概要＞
本発明の一実施形態は、無線システムに関し、特に、無線システムを構成する飛行体に関する。以下、図１を参照し、本発明の一実施形態による無線システムおよび飛行体の概要を説明する。

図１は、本発明の一実施形態による無線システムの構成例を示す説明図である。図１には、本発明の一実施形態による無線システムを構成する無線基地局１０および飛行体２０に加えて、他の無線システムである干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂを示している。

無線基地局１０は、地上に設置されている無線通信装置の一例である。無線基地局１０は、図１において実線の双方向矢印で示したように、飛行体２０と多様なデータを無線通信する。例えば、無線基地局１０は、飛行体２０において検出されたセンサデータ、飛行体２０での撮像により得られた画像データなどを受信してもよい。

飛行体２０は、空中を飛行する装置である。飛行体２０は、例えばマルチコプターであり、有人飛行体であってもよいし、無人飛行体（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）であってもよい。飛行体２０は、例えば無線基地局１０から受信される制御信号に従って、または、事前に設定されている移動計画に従って飛行する。また、飛行体２０はアレイアンテナを有する。飛行体２０は、アレイアンテナを介して無線基地局１０と無線通信することが可能である。

干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂの間でも、図１において実線の双方向矢印で示したように、無線通信が行われる。これら干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂが送信する無線信号は干渉波として飛行体２０に到達し得る。同様に、飛行体２０が特段の工夫無しに無線基地局１０へ無線信号を送信すると、図１において破線の矢印で示したように、当該無線信号が干渉波として干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂに到達し得る。

このため、飛行体２０は、干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂなどの他の無線システムに与える干渉を低減するために、アレイアンテナから無線基地局１０へ送信される無線信号に指向性を与える。図２を参照して当該指向性の具体例を説明する。

図２は、飛行体２０が送信する無線信号の指向性の具体例を示す説明図である。図２に示したように、飛行体２０が送信する無線信号には、無線基地局１０の方位にビームが向き、干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂの方位（飛行体２０から見て干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂが位置する方位）にヌルが向く指向性が与えられる。ヌルは、利得が大きく低下する方向である。かかる構成によれば、無線基地局１０との円滑な無線通信を実現しつつ、飛行体２０が干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂに与える干渉が低減される。

ここで、飛行体２０は、干渉波源３０Ａの位置および飛行体２０の姿勢角の推定値に基づき、干渉波源３０Ａの方位にヌルを向ける指向性を形成する。しかし、飛行体２０の姿勢変動が大きいと、飛行体２０の姿勢角の推定値と実際の飛行体２０の姿勢角との間に誤差が生じ得る。結果、実際には干渉波源３０Ａの方位に正確にヌルが向けられず、干渉波源３０Ａに干渉波が到達してしまう恐れがある。同様に、飛行体２０の姿勢変動が大きいと干渉波源３０Ｂにも干渉波が到達してしまう恐れがある。

本件発明者は、上記事情を一着眼点にして本発明の一実施形態を創作するに至った。本発明の一実施形態によれば、干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂなどの他の無線システムへの干渉をより効果的に低減することが可能である。以下、このような本発明の一実施形態による飛行体２０の構成および動作を順次詳細に説明する。

＜２．飛行体の構成＞
図３は、本発明の一実施形態による飛行体２０の構成を示す説明図である。図３に示したように、本発明の一実施形態による飛行体２０は、飛行制御装置２２０、駆動装置２３０、バッテリ２４０および無線制御装置２５０を備える。

（飛行制御装置）
飛行制御装置２２０は、センサ群２２２および飛行制御部２２４を有する。センサ群２２２は、多様なセンサの集合である。センサ群２２２は、例えば、ＧＰＳセンサ（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、ジャイロセンサ（角速度センサ）、加速度センサ、気圧センサ、磁気センサまたは超音波センサなどを含んでもよい。

飛行制御部２２４は、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合であり、情報処理装置としての機能を有する。また、飛行制御部２２４は、センサ群２２２から出力されたセンサデータを取得する入出力インタフェース機能を有する。また、飛行制御部２２４は、移動計画情報を外部から取得して記憶し、記憶された移動計画情報に従って自律的に飛行体２０が航行するように駆動装置２３０を制御する機能を有する。飛行制御部２２４による航空の制御には公知の技術が使用されてもよい。また、飛行制御部２２４は、例えば、センサ群２２２から取得したセンサデータ、センサデータを用いた演算により算出した飛行体２０の姿勢角を示す姿勢角情報、または移動計画情報などのデータを無線制御装置２５０に提供する。

（駆動装置）
駆動装置２３０は、飛行体２０の飛行のための駆動力を発生させる装置である。駆動装置２３０は、例えば、飛行体２０を飛行させるためのモータ、プロペラおよびそれらの回転数を制御するＥＳＣ（ＥＳＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）により構成される。

（バッテリ）
バッテリ２４０は、飛行制御装置２２０、駆動装置２３０および無線制御装置２５０に電力を供給する。飛行制御装置２２０、駆動装置２３０および無線制御装置２５０は、バッテリ２４０から供給される電力を用いて動作する。バッテリ２４０は、例えば、リチウムイオンポリマ二次電池、またはリチウムイオン二次電池であってもよい。

（無線制御装置）
無線制御装置２５０は、無線通信を行うための構成である。図３に示したように、無線制御装置２５０は、アレイアンテナ２５２、ＲＦ受信回路２５４、ＲＦ送信回路２５８および通信制御部３００を有する。

アレイアンテナ２５２は、複数（Ｎ個）の素子アンテナ１ｎ（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ）を有し、これら素子アンテナがアンテナ面上に配列されている。アレイアンテナ２５２は、ＲＦ受信回路２５４およびＲＦ送信回路２５８に接続されている。アレイアンテナ２５２は、無線信号を電気的な高周波受信信号に変換してＲＦ受信回路２５４に出力する。また、アレイアンテナ２５２は、送信処理部３９０から供給される高周波送信信号を無線信号に変換して送信する。

ＲＦ受信回路２５４は、アレイアンテナ２５２から入力される高周波受信信号のダウンコンバージョンおよびＡＤ変換などの高周波処理を行う。ＲＦ受信回路２５４は、ダウンコンバージョンおよびＡＤ変換により得られた受信信号を通信制御部３００へ出力する。

ＲＦ送信回路２５８は、通信制御部３００から入力された送信信号のＤＡ変換およびアップコンバージョンなどの高周波処理を行う。ＲＦ送信回路２５８は、ＤＡ変換およびアップコンバージョンにより得られた高周波送信信号をＲＦ送信回路２５８に出力する。

通信制御部３００は、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合であり、情報処理装置としての機能を有する。通信制御部３００は、一部または全部がプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）であるＦＰＧＡ（ＦＰＧＡ ：Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）であってもよい。また、通信制御部３００は、飛行制御部２２４と一つのハードウェアを共用した機能上のブロックであってもよい。

通信制御部３００は、ＲＦ受信回路２５４から入力される受信信号を用いた処理、および、ＲＦ送信回路２５８に出力する送信信号を生成する処理などを制御する。以下、図４を参照し、通信制御部３００の詳細な構成を説明する。

＜３．通信制御部の構成＞
図４は、通信制御部３００の構成を示す説明図である。図４に示したように、通信制御部３００は、到来方向推定部３１０、受信指向性演算部３２０、受信処理部３３０、到来波源位置推定部３４０、記憶部３５０、送信方位演算部３６０、変動予測部３７０、送信指向性演算部３８０および送信処理部３９０を有する。

（到来方向推定部）
到来方向推定部３１０は、各素子アンテナからの受信信号から無線信号の到来方向を推定する機能を有する。例えば、到来方向推定部３１０は、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、またはＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法などの高分解能アルゴリズムを用いて無線信号の到来方向を推定する。なお、到来方向推定部３１０により推定される到来方向は、飛行体２０を基準としたローカル座標系で表現される。

（受信指向性演算部）
受信指向性演算部３２０は、無線基地局１０に対してビームが向き、干渉波源３０に対してヌルが向く指向性を形成するための複素ウェイトを演算する。複素ウェイトは各素子アンテナからの受信信号の位相と振幅を調整する重みである。指向性演算には、例えばＤＣＭＰ（Ｄｅｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ：方向拘束付き出力電力最小化）法が用いられる。なお、受信指向性演算部３２０は、記憶部３５０に記憶されている無線基地局１０および干渉波源３０の位置情報、飛行制御部２２４から供給される飛行体２０の姿勢角情報および位置情報などに基づき無線基地局１０の方位および干渉波源３０の方位を特定してもよい。

（受信処理部）
受信処理部３３０は、各素子アンテナからの受信信号に受信指向性演算部３２０により得られた複素ウェイトを乗算により合成する機能、および合成後の受信信号を通信プロトコルに従って復号する機能を有する。受信処理部３３０は、復号により得られた受信データを飛行制御部２２４に出力する。

（到来波源位置推定部）
到来波源位置推定部３４０は、飛行体２０が受信した無線信号の送信元である到来波源の位置を推定する。具体的には、到来波源位置推定部３４０は、到来方向推定部３１０により推定された到来方向を、地球重心を基準とした絶対座標系へ変換し、変換後の到来方向を、当該無線信号が受信された時点での飛行体２０の位置を示す位置情報と関連付けて記憶部３５０に記憶させる。また、到来波源位置推定部３４０は、飛行体２０が複数の異なる位置で受信した無線信号に基づいて得られた絶対座標系の到来方向を用いて、例えば交会法等で到来波源の位置を推定し、推定結果を記憶部３５０に記憶させる。なお、到来波源位置推定部３４０は、無線基地局１０から取得される到来方向の情報を使用して到来波源の位置を推定してもよい。

（記憶部）
記憶部３５０は、飛行体２０の動作に用いられる多様な情報を記憶する。例えば、記憶部３５０は、無線信号の受信に基づいて到来波源位置推定部３４０により得られた絶対座標系の到来方向、および当該無線信号が受信された時点での飛行体２０の位置を示す位置情報を関連付けて記憶する。また、記憶部３５０は、到来波源位置推定部３４０により推定された到来波源の位置を示す到来波源位置情報を記憶する。到来波源としては、無線基地局１０に加え、干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂが含まれ得る。

（送信方位演算部）
送信方位演算部３６０は、通信相手が位置する方位（送信方位）、および干渉波源が位置する方位（対象方位）を演算する。例えば、送信方位演算部３６０は、無線基地局１０への送信要求が飛行制御部２２４から入力されると、記憶部３５０から無線基地局１０、干渉波源３０Ａおよび干渉波源３０Ｂの位置情報を取得し、これら位置情報と飛行制御部２２４から入力される飛行体２０の位置情報および姿勢角に基づき、無線基地局１０の方位、干渉波源３０Ａの方位および干渉波源３０Ｂの方位を演算する。ここで、送信方位演算部３６０は、無線信号の送信時点における飛行体２０の位置および姿勢角を推定し、当該位置および姿勢角に基づき各方位を演算してもよい。送信方位演算部３６０は、飛行体２０の移動速度データおよび角速度データに基づき無線信号の送信時点における飛行体２０の位置および姿勢角を推定し得る。

（変動予測部）
変動予測部３７０は、飛行体２０の姿勢変動に関する姿勢変動情報を取得する取得部、および姿勢変動情報に応じて指向性送信を制御する送信制御部として機能する。飛行体２０の姿勢変動が大きい場合、上述したように無線信号の送信時点における飛行体２０の位置および姿勢角の推定精度が低くなり、結果、各方位の演算結果の誤差が大きくなる恐れがある。そこで、変動予測部３７０は、姿勢変動情報に基づき、送信方位へのビームの角度広がり、および対象方位へのヌルの角度広がりを大きくするための調整ウェイトを演算してもよい。または、変動予測部３７０は、姿勢変動情報に基づき、無線信号の送信を停止してもよい。このような変動予測部３７０による指向性送信の制御方法は多様であり、幾つかの制御方法を詳細に後述する。

（送信指向性演算部）
送信指向性演算部３８０は、アレイアンテナ２５２から無線基地局１０への無線信号に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部である。送信指向性演算部３８０は、送信方位演算部３６０から無線基地局１０が位置する送信方位および干渉波源３０が位置する対象方位を取得し、送信方位に対してビームが向き、対象方位にヌルが向く指向性が形成されるように複素ウェイトを演算する。ここで、送信指向性演算部３８０は、変動予測部３７０からビームおよびヌルの角度広がりを調整する調整ウェイトが供給される場合、当該調整ウェイトを加味して複素ウェイトを演算する。

（送信処理部）
送信処理部３９０は、送信用データを通信プロトコルに従い変調し、ベースバンド信号を作成する。そして、送信処理部３９０は、送信指向性演算部３８０により演算された複素ウェイトをベースバンド信号に乗算し、乗算して得られた送信信号をＲＦ送信回路２５８に出力する。

＜４．飛行体の動作概要＞
以上、本発明の一実施形態による飛行体２０の構成を説明した。続いて、図５および図６を参照して、飛行体２０の動作概要を整理する。

図５は、飛行体２０の動作概要を示すフローチャートである。飛行体２０が起動すると、無線制御装置２５０は到来波源の位置情報の初期値を取得し、記憶部３５０に記憶する（Ｓ１）。当該位置情報の初期値は、過去に推定された到来波源の位置情報であってもよいし、無線基地局１０から提供される既知の到来波源の位置情報であってもよい。

そして、飛行制御部２２４は、初期シーケンスが実行されているか否かを判断する（Ｓ２）。初期シーケンスが実行されている場合（Ｓ２／Ｙｅｓ）、周囲の電波環境の取得のために、飛行制御部２２４は飛行体２０の位置が変更されるように駆動装置２３０を制御する（Ｓ３）。この時、飛行体２０の各位置において、到来方向推定部３１０が無線信号の到来方向を推定し、到来波源位置推定部３４０が到来波源の位置を推定する。到来方向から位置推定を行うためには３点以上の測位点が必要になるので、飛行体２０は、段階的に高度または位置を変えながら無線信号の到来方向の推定を繰り返すことで、位置推定に必要な情報を取得する。初期シーケンスが終了した後は（Ｓ２／Ｎｏ）、飛行制御部２２４は移動計画情報に従って飛行体２０の飛行を制御する（Ｓ１７）。なお、移動計画情報は無線基地局１０からの命令を受けて更新されてもよい。

通信制御部３００は、飛行制御部２２４からデータの送信要求がある場合（Ｓ４／Ｙｅｓ）、後述する送信処理を実行する（Ｓ５）。

また、通信制御部３００は、ＲＦ受信回路２５４から受信信号の入力を受け（Ｓ６）、無線信号の受信の有無を判定する（Ｓ７）。無線信号の受信が無い場合はＳ２からの処理が繰り返される（Ｓ７／Ｎｏ）。無線信号の受信がある場合、Ｓ８〜Ｓ１２の処理、およびＳ１３〜Ｓ１６の処理が並行して行われた後、Ｓ２からの処理が繰り返される（Ｓ７／Ｙｅｓ）。

Ｓ８〜Ｓ１２の処理について、具体的には、到来方向推定部３１０が、各素子アンテナからの受信信号から無線信号の到来方向を推定する（Ｓ８）。ここで推定された到来方向は飛行体２０を基準とした相対座標系における方向であるので、到来波源位置推定部３４０は、当該到来方向を、地球重心を基準とした絶対座標系へ変換する（Ｓ９）。そして、到来波源位置推定部３４０は、飛行体２０が複数の異なる位置で受信した無線信号に基づいて得られた絶対座標系の到来方向を用いて、例えば交会法等で到来波源の位置を推定する（Ｓ１１）。さらに、到来波源位置推定部３４０は、Ｓ１１で推定した到来波源の位置情報で、記憶部３５０に記憶されている到来波源の位置情報を更新する（Ｓ１２）。

Ｓ１３〜Ｓ１６の処理について、具体的には、受信されている無線信号が無線基地局１０から送信された無線信号である場合（Ｓ１３／Ｙｅｓ）、受信指向性演算部３２０は、無線基地局１０に対してビームが向き、干渉波源３０に対してヌルが向く指向性を形成するための複素ウェイトを演算する（Ｓ１４）。そして、受信処理部３３０が、各素子アンテナからの受信信号に受信指向性演算部３２０により得られた複素ウェイトを乗算により合成し、合成後の受信信号を通信プロトコルに従って復号する（Ｓ１５）。復号により得られた受信データは飛行制御部２２４に出力される（Ｓ１６）。

続いて、図６を参照して、Ｓ５に示した送信処理を説明する。

図６は、送信処理を示すフローチャートである。送信処理においては、まず、変動予測部３７０が姿勢の変動予測を行う（Ｓ１７）。当該変動予測の過程で、無線信号の送信が停止された場合（Ｓ１８／Ｎｏ）、無線信号が送信可能になるまでＳ１７の処理をループする。無線信号の送信が可能であると判断された場合（Ｓ１８／Ｙｅｓ）、送信方位演算部３６０が記憶部３５０から各到来波源の位置情報を取得し（Ｓ１９）、飛行体２０から各到来波源への方位を演算する（Ｓ２０）。ここで演算された方位は絶対座標系での方位であるので、送信方位演算部３６０は、当該方位を、飛行体２０を基準とする相対座標系での方位への変換も行う。

そして、送信指向性演算部３８０は、各到来波源の方位に基づき、無線基地局１０にビームが向き、干渉波源３０にヌルが向く指向性が形成されるように複素ウェイトを演算する（Ｓ２１）。続いて、送信処理部３９０が、送信用データを通信プロトコルに従い変調し、ベースバンド信号を作成する。そして、送信処理部３９０は、送信指向性演算部３８０により演算された複素ウェイトをベースバンド信号に乗算し、乗算して得られた送信信号をＲＦ送信回路２５８に出力する（Ｓ２２）。

＜５．姿勢の変動予測＞
以上、飛行体２０の動作概要を説明した。続いて、姿勢の変動予測に関する幾つかの動作例を順次詳細に説明する。

（第１の動作例）
飛行体２０の移動開始時および移動終了時などには、飛行体２０の姿勢変動が大きくなる。第１の動作例では、飛行体２０の姿勢変動が大きい場合に、干渉波源３０へのヌルの角度広がりを大きくすることにより、または、無線信号の送信を停止することにより、飛行体２０から干渉波源３０への干渉波の到達を抑制する。

ここで、変動予測部３７０は、飛行体２０の角速度データの微分演算により角加速度データを取得する取得部としての機能を有し、角加速度データが示す角加速度に基づき飛行体２０の姿勢変動の大きさを判断する。角速度が大きくても角速度が一定であれば飛行体２０の姿勢角の推定値と実際の飛行体２０の姿勢角との間に誤差が生じ難いが、角速度が不定である場合、すなわち、角加速度がある場合に上記誤差が生じ易いと考えられるからである。以下、図７を参照して、このような第１の動作例を具体的に説明する。

図７は、第１の動作例による姿勢の変動予測を示すフローチャートである。図７に示したように、まず、変動予測部３７０は飛行制御部２２４から飛行体２０の角速度データを取得し（Ｓ１０１）、当該角速度データの微分演算により角加速度データを取得する（Ｓ１０２）。そして、変動予測部３７０は、角加速度データが示す角加速度と第１の閾値（閾値１）とを比較する（Ｓ１０３）。角加速度が第１の閾値以下である場合には変動予測部３７０は特段の制御を行わない（Ｓ１０３／Ｎｏ）。

一方、角加速度が第１の閾値を上回る場合（Ｓ１０３／Ｙｅｓ）、変動予測部３７０は、角加速度と第２の閾値（閾値２）とを比較する（Ｓ１０４）。ここで、第２の閾値は第１の閾値よりも大きい。角加速度が第２の閾値を上回る場合（Ｓ１０４／Ｙｅｓ）、干渉のリスクが大きいと考えられるので、変動予測部３７０は、送信制御部として無線信号の送信を停止させる（Ｓ１０５）。一方、角加速度が第１の閾値を上回るが第２の閾値以下である場合（Ｓ１０４／Ｎｏ）、変動予測部３７０は、無線基地局１０へのビームの角度広がり、および干渉波源３０へのヌルの角度広がりを大きくするための調整ウェイトを演算する（Ｓ１０６）。

図８は、ビームおよびヌルの角度広がりの変化例を示す説明図である。図８において、一点鎖線は通常時におけるビームおよびヌルの角度広がりを示し、実線は調整ウェイトが適用された場合のビームおよびヌルの角度広がりを示す。

図８に示したように、調整ウェイトが適用された場合には、干渉波源３０へのヌルの角度広がりが大きくなる。このため、飛行体２０の姿勢角の推定値に誤差があった場合でも、実際に干渉波源３０へヌルを向け続けることにより、干渉波源３０へ干渉波が到達してしまうことを抑制可能である。また、調整ウェイトが適用された場合には、無線基地局１０へのビームの角度広がりも大きくなるので、無線基地局１０へより確実に無線信号を到達させることが可能である。

また、第１の動作例では、角加速度が第２の閾値を上回る場合には無線信号の送信を停止することにより、干渉波源３０などの他の無線システムにおける通信品質の低下を抑制することが可能である。

（第２の動作例）
飛行体２０は、上述したように、移動計画情報が示す計画経路に従って移動する。第２の動作例では、変動予測部３７０は、飛行制御部２２４から移動計画情報を取得する取得部、および、移動経路から飛行体２０の姿勢変動が大きくなることが予測される変動予測領域を特定し、当該変動予測領域に飛行体２０が位置する場合に無線信号の送信を停止させる送信制御部としての機能を有する。

図９は、移動計画情報が示す計画経路５０の一例を示す説明図である。図９に示したように、計画経路５０は移動経由点であるウェイポイント５１〜５５を含む。移動計画情報は、ウェイポイント５１〜５５の各々について、位置座標、番号および飛行体２０の操作などの情報を経由点情報として含む。飛行体２０は、各ウェイポイントの間を移動した際に、移動計画情報で示される操作を実行する。このため、各ウェイポイントの付近では加減速または旋回などの制御が発生し得るので、姿勢変動および姿勢変動による誤差が発生し易い。変動予測部３７０は、このようなウェイポイント付近を上記変動予測領域として特定する。

また、図９において破線で示した領域は指定エリア６０であり、地形や建物の影響により気流が乱れ易いエリア、または過去の飛行データから統計的に変動が起こり易いエリアである。変動予測部３７０は、指定エリア６０を示す領域情報を取得し、上記変動予測領域として当該指定エリア６０も特定する。以下、図１０を参照し、このような第２の動作例を具体的に説明する。

図１０は、第２の動作例による姿勢の変動予測を示すフローチャートである。図１０に示したように、変動予測部３７０は、まず飛行制御部２２４から移動計画情報を取得し（Ｓ２０１）、指定エリア６０を示す領域情報を取得する（Ｓ２０２）。なお、領域情報は無線基地局１０から提供されてもよい。

その後、変動予測部３７０は、飛行体２０の位置情報を飛行制御部２２４から取得し、位置情報が示す飛行体２０の現在位置とウェイポイントを比較する（Ｓ２０４）。飛行体２０の現在位置がウェイポイント付近である場合、例えば、飛行体２０の現在位置がウェイポイントから所定の距離以内である場合には（Ｓ２０４／Ｙｅｓ）、変動予測部３７０は無線信号の送信を停止させる（Ｓ２０６）。

一方、飛行体２０の現在位置がウェイポイントから離れている場合（Ｓ２０４／Ｎｏ）、変動予測部３７０は、飛行体２０の現在位置と指定エリア６０を比較する（Ｓ２０５）。飛行体２０の現在位置が指定エリア６０内である場合（Ｓ２０５／Ｙｅｓ）、変動予測部３７０は無線信号の送信を停止させる（Ｓ２０６）。飛行体２０の現在位置が指定エリア６０外である場合、無線信号を送信可能であるので、変動予測の処理を終了する。

以上説明したように、第２の動作例によれば、姿勢変動による誤差が生じている可能性がある領域で飛行体２０が無線信号の送信を停止することで、干渉波源３０などの他の無線システムにおける通信品質の低下を抑制することが可能である。

（第３の動作例）
第３の動作例では、変動予測部３７０は、飛行制御部２２４から駆動装置２３０を制御する制御値を取得する。当該制御値は、例えば、移動速度、姿勢角の変化速度（角速度）など、飛行体２０の姿勢変化を伴う動きに関する制御値であってもよい。変動予測部３７０は、当該制御値から飛行体２０の姿勢変動を予測し、指向性送信を制御する。以下、図１１を参照し、このような第３の動作例を具体的に説明する。

図１１は、第３の動作例による姿勢の変動予測を示すフローチャートである。図１１に示したように、変動予測部３７０は、まず飛行制御部２２４から駆動装置２３０を制御する制御値を取得する（Ｓ３０１）。そして、変動予測部３７０は、制御値の微分演算を行う（Ｓ３０２）。

そして、変動予測部３７０は、制御値の微分演算の結果と第１の閾値（閾値１）とを比較する（Ｓ３０３）。微分演算の結果が第１の閾値以下である場合には変動予測部３７０は特段の制御を行わない（Ｓ３０３／Ｎｏ）。

一方、微分演算の結果が第１の閾値を上回る場合（Ｓ３０３／Ｙｅｓ）、変動予測部３７０は、微分演算の結果と第２の閾値（閾値２）とを比較する（Ｓ３０４）。ここで、第２の閾値は第１の閾値よりも大きい。微分演算の結果が第２の閾値を上回る場合（Ｓ３０４／Ｙｅｓ）、干渉のリスクが大きいと考えられるので、変動予測部３７０は、送信制御部として無線信号の送信を停止させる（Ｓ３０５）。一方、微分演算の結果が第１の閾値を上回るが第２の閾値以下である場合（Ｓ３０４／Ｎｏ）、変動予測部３７０は、無線基地局１０へのビームの角度広がり、および干渉波源３０へのヌルの角度広がりを大きくするための調整ウェイトを演算する（Ｓ３０６）。

このように、変動予測部３７０は、制御値の微分演算の結果から飛行体２０の姿勢変動を事前に予測し、無線信号の指向性送信を制御する。例えば、変動予測部３７０は、制御値の微分演算の結果が第１の閾値を上回る場合には干渉波源３０へのヌルの角度広がりを大きくすることにより、干渉波源３０へ干渉波が到達してしまうことを抑制可能である。また、変動予測部３７０は、制御値の微分演算の結果が第２の閾値を上回る場合には無線信号の送信を停止することにより、干渉波源３０などの他の無線システムにおける通信品質の低下を抑制することが可能である。

なお、上述した第１の動作例〜第３の動作例は、いずれも、飛行体２０の姿勢変動に関する情報に基づいて飛行体２０からの指向性送信を制御するという、先行技術には無い共通の技術的特徴を有するものである。

＜６．補足＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した第１の動作例〜第３の動作例の２つ以上の動作例の組み合わせで本発明の実施形態が実現されてもよい。第１の動作例と第２の動作例との組み合わせでは、変動予測部３７０は、角加速度が第２の閾値を上回る場合、および、飛行体２０の現在位置がウェイポイント付近または指定エリア内にある場合のいずれにおいても無線信号の送信が停止される。

また、飛行体２０に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアに、上述した飛行体２０の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。

１０ 無線基地局
２０ 飛行体
２２０ 飛行制御装置
２２２ センサ群
２２４ 飛行制御部
２３０ 駆動装置
２４０ バッテリ
２５０ 無線制御装置
２５２ アレイアンテナ
２５４ ＲＦ受信回路
２５８ ＲＦ送信回路
３００ 通信制御部
３１０ 到来方向推定部
３２０ 受信指向性演算部
３３０ 受信処理部
３４０ 到来波源位置推定部
３５０ 記憶部
３６０ 送信方位演算部
３７０ 変動予測部
３８０ 送信指向性演算部
３９０ 送信処理部
３０ 干渉波源

Claims (5)

1. 飛行体であって、
   無線通信装置と通信するアレイアンテナと、
   前記飛行体の角加速度を示す角加速度データを取得する取得部と、
   前記アレイアンテナから前記無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、
   を備え、
   前記指向性は、前記無線通信装置への方位以外の対象方位にヌルを向ける指向性であり、
   前記演算部は、前記角加速度データが示す角加速度が第１の閾値を上回る場合には、当該角加速度が前記第１の閾値以下である場合よりも、前記ヌルの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、飛行体。
2. 前記飛行体は、前記角加速度データが示す角加速度が前記第１の閾値より大きい第２の閾値を上回る場合には、前記無線通信装置への前記無線信号の送信を停止する送信制御部をさらに備える、請求項１に記載の飛行体。
3. 前記演算部は、前記角加速度データが示す角加速度が第１の閾値を上回る場合には、当該角加速度が前記第１の閾値以下である場合よりも、前記無線通信装置へのビームの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、請求項１または２に記載の飛行体。
4. 前記飛行体は、前記飛行体への干渉波を送信する干渉波源の位置を示す位置情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記対象方位は、前記干渉波源の方位である、請求項１〜３までのいずれか一項に記載の飛行体。
5. コンピュータを、
   飛行体であって、
   前記飛行体の角加速度を示す角加速度データを取得する取得部と、
   アレイアンテナから無線通信装置への無線信号の送信に指向性を与えるための複素ウェイトを演算する演算部と、
   を備え、
   前記指向性は、前記無線通信装置への方位以外の対象方位にヌルを向ける指向性であり、
   前記演算部は、前記角加速度データが示す角加速度が第１の閾値を上回る場合には、当該角加速度が前記第１の閾値以下である場合よりも、前記ヌルの角度広がりが大きくなるように前記複素ウェイトを演算する、飛行体として機能させるための、プログラム。

Images