JP2000357986A - 無線システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成層圏の定点に停留して無線サービスを行う
複数の飛行船を管制、データ伝送するシステムにあっ
て、地上に測距・測角機能を有する多くの管制局を設置
することなく、１局の管制局で全飛行船をその位置の測
定を含めて管制し、観測衛星からの観測情報を伝送する
ことで経済的かつ信頼性の高い情報収集システムによる
飛行船無線システム構築の要望があった。 【解決手段】 飛行船に自機位置を測定するＧＰＳ受信
装置と位置信号を補正するＤＧＰＳ受信装置を搭載し、
管制局と飛行船間での信号通信による位置測定機能を省
略し、管制局、観測衛星と飛行船間に設定された通信回
線ならびに飛行船間の通信回線を利用して、管制局、観
測衛星と飛行船間の管制情報の授受とデータ伝送するこ
とで、１局の管制局での複数の飛行船の管制と観測衛星
の情報収集を可能とする簡潔、経済的な飛行船無線シス
テムを構築する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、飛行船を成層圏
に複数飛行し、定点に停留する飛行船と衛星ならびに地
上局との間で情報を送受信する飛行船無線システムに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来方式の観測衛星からのデー
タ受信を示したもので、２は観測データを受信する管制
局、２９は観測範囲、４５は観測衛星４０の軌道方向で
ある。観測衛星４０の軌道方向４５に沿って観測された
観測範囲２９内の観測データは観測データ受信局である
管制局２で受信保存され、その後、中央管制局２２と管
制局２の間の通信回線２１で情報の伝達を行い、中央管
制局２２に観測データが伝送される。また、成層圏を飛
行させ定点に停留する複数の飛行船の位置等管制での従
来方式は、地上の管制局に設置したアンテナにより飛行
船に対して電波を送受信し、距離測定、角度測定を行う
ことにより飛行船の位置を把握し、これをもとに位置修
正等の飛行船制御を行う。図１３はこの距離、角度測定
方法の一例を示したものである。図１３において１は飛
行船、２は管制局、２３は角度測定のために使用するビ
ーコン信号、２４は距離測定信号である。飛行船１から
送信されているビーコン信号２３を管制局２のアンテナ
で受信し、その受信感度が最大となるアンテナ方向の角
度を飛行船１の方向とする。距離の測定は、管制局２か
ら距離測定信号２４を送信し、飛行船１を経由し管制局
２に返信されてくる信号２４を受信しその往復に要する
時間により管制局２と飛行船１の距離を算出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の技術においては、複数の飛行船を制御するに、管制情
報伝送機能とともに、位置測定機能を併せ持つ複数の管
制局の配備を要し、システム規模が大きくなり、また、
観測衛星の観測データは特定の管制局に伝送され、ここ
から中央の管制局に転送する必要があり、観測データを
必要とする複数の要求元に対して同時伝達性がなく、ま
た、管制局での受信障害が観測衛星からの観測データ欠
落に結びつくため、データ受信の信頼性を有し、複数以
上の同時性の観測データ要求に対し簡素化した情報伝送
による飛行船無線システムの構築が望まれている。

【０００４】この発明はこのような課題を改善するため
になされたもので、飛行船に自機位置を測定する装置を
搭載することにより管制局からの測距・測角機能を不要
とし、管制用通信回線に管制局と飛行船間に設定された
通信回線と飛行船間の通信回線を使用することにより各
飛行船の位置と観測衛星から送られてくる位置情報を収
集し、管制局で観測衛星の軌道予測位置を計算し、観測
衛星からのデータ受信を行なう飛行船を指示管制し、観
測情報を所定の１局あるいは複数局の地上局に同時に伝
送することを可能とした無線システムを提案するもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明による無線シ
ステムでは、成層圏の複数の飛行船位置等を管制するシ
ステムにおいて、飛行船に自機位置を測定するＧＰＳ
（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅ
ｍ汎地球測位システム）受信装置とＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆ
ｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉ
ｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ差動汎地球測位システム）受信装置
と、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号とともに、管制局と飛
行船間に設定された通信回線ならびに飛行船間の通信回
線を経由して管制局から送信されるＤＧＰＳ補正信号に
よりＧＰＳ信号の誤差修正を行い飛行船位置情報を得る
と同時に、管制局と飛行船との通信回線、地上局と飛行
船との間の通信回線ならびに飛行船間の通信回線を設定
することにより、管制局から成層圏の全飛行船に至る通
信回線が設定でき、この回線により管制情報と各飛行船
の観測情報を伝送する。各飛行船ならびに観測衛星から
送られてくるＧＰＳ測位による位置情報を収集し、管制
局で観測衛星の軌道予測位置を計算し、観測衛星からの
データ受信が可能な特定の飛行船を選別し、飛行船間通
信のルートを設定し、観測情報を所定の１局あるいは複
数局の地上局に同時に伝送する。

【０００６】第２の発明による無線システムでは、第１
の発明において、観測衛星からの観測データ受信が可能
な飛行船と、受信可能範囲外のため他飛行船から観測デ
ータの伝送を受ける飛行船との分別を事前に管制局で行
ない、複数の飛行船により観測データを受信し、所定の
地上局に異なる飛行船間通信回線の伝送経路で観測デー
タを伝送し、所定の１局あるいは複数局の地上局に同時
に受信観測データを伝送する。

【０００７】第３の発明による無線システムでは、第１
の発明において、管制情報ならびに観測情報を伝送する
ための通信衛星回線を設置し、観測データを要求する一
局あるいは複数の地上局に対応する飛行船に観測データ
を伝送する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明による飛行船無線
システムでの観測データ伝送の実施の形態を図に基づい
て説明する。

【０００９】実施の形態１．図１、２、３は、この発明
の実施の形態１を示すものである。図１はこの発明の考
え方を示す概念図である。１ａ，１ｂ，１ｎは飛行船、
２は管制局、３ａ，３ｂ、３ｎは飛行船１ａに対応する
地上局、４ａ，４ｂ・・・４ｎは飛行船１ａと地上局３
ａ，３ｂ，３ｎ間の通信回線、５ａ，５ｂ，５ｎは飛行
船１ａ，１ｂ，１ｎへのＧＰＳ信号、６ａ，６ｎはＧＰ
Ｓ衛星、７はテレメトリ・コマンドデータ、ＤＧＰＳ補
正信号を含む管制情報、８ａ，８ｎは飛行船間通信回
線、２９は観測衛星の観測視野範囲、３１ａ，３１ｂ，
３１ｎは飛行船１ｂに対応する地上局、３２ａ，３２
ｂ，３２ｎは飛行船１ｎに対応する地上局、４１ａ，４
１ｂ，４１ｎは飛行船１ｂと地上局３１ａ，３１ｂ，３
１ｎに対応する通信回線、４２ａ，４２ｂ，４２ｎは飛
行船１ｎと地上局３２ａ，３２ｂ，３２ｎに対応する通
信回線、４３は飛行船と観測衛星間の通信回線である。
管制情報７は管制局２から飛行船１ａに伝送され、さら
に、飛行船間通信回線８ａ，８ｎを経由して飛行船１
ｂ，１ｎの全飛行船に伝送される。同様に観測視野範囲
２９の観測情報は飛行船１ｎと観測衛星４０の間の通信
回線４３を経由し、飛行船間通信回線８ａ，８ｎから飛
行船１ａ経由地上局３ａ，３ｎに伝送される。

【００１０】図２は図１に対比して各部の内容、信号の
流れを示している。図２において９ａ，９ｂは飛行船１
ａ搭載の船間通信アンテナ、１２ａ，１２ｂは通信中継
器、１３ａ，１３ｂはＤＧＰＳ受信装置、１４ａ，１４
ｂはＧＰＳ受信アンテナ、１５ａ，１５ｂはＧＰＳ受信
装置、１６ａ，１６ｂは駆動制御装置、１７ａ，１７ｂ
は推進装置、１８ａ，１８ｂはテレメトリ・コマンド装
置、１９ａ，１９ｂは無線機器、２０ａ，２０ｂは通信
アンテナである。飛行船１ａに搭載したＧＰＳ受信装置
１５ａによりＧＰＳ衛星６から送信されてくるＧＰＳ信
号５ａをＧＰＳ受信アンテナ１４ａ経由で受信し、管制
局２から送信されるＤＧＰＳ補正信号８１ａを無線機器
１９ａ経由でＤＧＰＳ受信装置１３ａにより受信し、Ｇ
ＰＳ信号５ａを補正することにより、高精度の自機位置
データ６１を得ることができる。自機位置データ６１と
所定の飛行船停留位置とを比較し、位置の差分を駆動制
御装置１６ａで制御し、推進装置１７ａからの推力で位
置修正すると同時に、自機位置データ６１は無線機器を
含む飛行船搭載機器の状態信号と共にテレメトリデータ
６２としてまとめられ、無線装置１９ａにより通信アン
テナ２０ａから管制局２に送られる。

【００１１】通信アンテナ２０ａは管制局２間の通信回
線と飛行船１ａと地上局３ａ，３ｂ，３ｎ間の通信回線
４ａ，４ｂ，４ｎを保持し、飛行船のテレメトリデータ
６２とコマンドデータ６３の管制局２への情報授受なら
びに飛行船と地上局との通信を行う。管制局２では飛行
船１ａから送られてきたテレメトリデータ６２を受信
し、このテレメトリデータ６２をもとに飛行船１への位
置修正命令、飛行船搭載機器動作命令等を作成し、コマ
ンドデータ６３として飛行船１ａに送信する。飛行船１
ｂと管制局２間のＤＧＰＳ補正信号８１、テレメトリデ
ータ６２とコマンドデータ６３の伝送は飛行船１ａの通
信アンテナ２０ａと無線機器１９ａで受信され、通信中
継器１２ａを経由し、船間通信アンテナ９ａ１と飛行船
１ｂ搭載の船間通信アンテナ９ｂ２で構成される飛行船
間通信回線８ａを通り、飛行船１ｂの通信中継器１２ｂ
から無線機器１９ｂ経由ＤＧＰＳ受信装置１３ｂとテレ
メトリ・コマンド装置１８ｂに送られる。テレメトリ・
コマンドデータ、ＤＧＰＳ補正信号を含む管制情報７を
任意の飛行船に伝達する方法の１つとして、伝送される
情報に飛行船宛先コードを発信先で付加し、各飛行船が
このコードを解読し、該当する飛行船が管制情報７を取
り込む方法が考えられる。また、各飛行船から管制局２
に伝送する場合も、飛行船宛先コードの代わりに管制局
宛先コードを発信先で付加し、管制局側でこのコードを
解読することで、自局宛てのデータかを識別することが
できる。

【００１２】このように、飛行船間通信回線８ａ，８ｎ
により複数の飛行船全てを接続でき、１局の管制局で複
数の飛行船１ａ，１ｂ，１ｎを監視、制御することがで
き、飛行船１ｂと地上局３１ａ，３１ｂ，３１ｎに対応
する通信回線４１ａ，４１ｂ，４１ｎ、飛行船１ｎと地
上局３２ａ，３２ｂ，３２ｎに対応する通信回線４２
ａ，４２ｂ，４２ｎを保持し飛行船無線システムを構築
する。観測衛星４０からの観測情報は観測衛星用アンテ
ナ４４で受信され通信中継器１２経由船間通信アンテナ
９より飛行船間通信回線８ａにより飛行船１ａに伝送さ
れ、飛行船１ａから通信回線４ａ，４ｂ，４ｎにより地
上局３ａ，３ｂ，３ｎに伝送される。図３は飛行船１と
観測衛星４０間のレンジ方向距離と、飛行船１から観測
衛星４０間の見込み角の計算を示した図で、ＧＰＳ測距
による飛行船１の緯度、経度、高度（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ
０）と観測衛星４０の緯度、経度、高度（Ｘ１，Ｙ１，
Ｚ１）からレンジ方向距離と見込み角を計算する。ある
時刻のレンジ方向距離と見込み角の計算方法の１例を以
下に示す。

【００１３】

【数１】

【００１４】以上で求められたレンジ方向距離と見込み
角をもとに、図４で示したステップＳ₁，Ｓ₂の処理によ
り当該飛行船１が観測衛星４０からの観測情報を直接受
信するか（ステップＳ₃）、近傍の飛行船から観測デー
タを中継するか（ステップＳ₃）を決定する。すなわち
レンジ方向距離Ｒが受信可能距離内で、衛星との見込み
角Ａが受信可能角度内の場合は観測衛星４０からの観測
情報を直接受信するが、それ以外は近接する飛行船から
観測データを中継する。この過程において、観測衛星４
０に最も近い飛行船１を選定する。この一連の処置は管
制局２で実施する。また、管制局２では観測衛星４０か
ら飛行船１と観測衛星４０との通信回線４３と飛行船間
通信回線８経由管制情報７として観測衛星４０の位置情
報（緯度、経度、高度）が伝送される。この情報を元に
観測衛星４０の軌道予測を行ない、観測衛星４０の緯
度、経度、高度（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を予め計算し、事
前に図５に示す処理を行なうこともできる。

【００１５】図５は観測衛星４０から最短距離にある飛
行船１ａ１を経由して地上局３２ａ，３２ｎへの情報伝
送路の一例を示した図で、観測衛星軌道４５を飛行する
観測衛星からの観測情報は飛行船１ａ１と観測衛星４０
間の通信回線４３ａにより飛行船１ａ１に伝送され、さ
らに、飛行船間通信回線８ａ１，８ａｎの中継により観
測情報を必要とする地上局３２ａ，３２ｎへの通信回線
４２ａ，４２ｎを有する飛行船１ａｎに伝送され、所定
の地上局３２ａ，３２ｎに観測データが受け渡される。

【００１６】実施の形態２．図６、７、８は、この発明
の実施の形態２を示すもので、観測衛星４０と飛行船１
の位置関係により観測衛星４０からの観測情報を受信す
る飛行船１と観測情報を中継する飛行船１を図４、５の
処理により振り分ける。図６では単一の飛行船１ｎが観
測データを受信でき、その他の飛行船は飛行船１ｎから
データ中継により取得することを示している。図７では
観測衛星４０との位置関係から複数以上の飛行船１が観
測情報受信可能である状態を示している。図８は図６の
対照のケースで単一の飛行船１ａが観測データを受信で
き、その他の飛行船は飛行船１ａからデータ中継により
観測データを取得することを示している。通信回線の中
継、データ受信の設定は管制局２から指示され、観測衛
星４０の１軌道パス内で図６の状態から図７の状態に、
さらに図８の状態に変遷することができ、観測情報発信
源を任意に選定することが可能となる。図９は所定の地
上局に複数の飛行船から異なる伝送経路で観測データを
伝送する状態の１例を示した図で、観測衛星４０からの
観測情報受信は飛行船１ａ１、１ｂ１が担当し、観測情
報を要求する地上局３２ａ、３２ｎへは異なる情報伝送
ルートにより情報が伝送されることを示している。

【００１７】実施の形態３．図１０、１１は、この発明
の実施の形態３を示すものである。図１０において７は
飛行船１に対し、通信衛星１１を経由して送信するＤＧ
ＰＳ補正信号を含む管制情報、１１は通信衛星、２５は
通信衛星と飛行船１間に設置された衛星通信回線、３８
は飛行船１から通信衛星１１を経由して管制局２に伝送
される観測情報である。飛行船運用は管制局２と飛行船
１間での衛星通信回線２５を用い、ＤＧＰＳ補正信号を
含む管制情報７により全飛行船の監視、制御を行い、飛
行船１からの観測情報３８ａは衛星通信回線２５により
通信衛星１１経由で管制局２に伝送される。図１１にお
いて、観測衛星４０からの観測情報は観測衛星用アンテ
ナ４４で受信され、通信中継器１２を経由して通信衛星
用アンテナ３０から衛星通信回線２５で通信衛星１１に
伝送される。通信衛星１１からは観測情報を要求する地
上局と通信回線を有する飛行船に衛星通信回線２５で伝
送される。

【００１８】

【発明の効果】第１の発明によれば、複数の飛行船を定
点に停留させ、地上の広い地域に対して無線サービスと
観測を行う飛行船無線システムに使用する飛行船の位置
等を管制し、観測衛星からの観測情報を受信・伝送する
システムにおいて、飛行船に自機位置検出機能を装備す
ると共に、飛行船間通信回線を利用し、複数の飛行船に
対する管制情報と観測情報伝送の回線を設定すること
で、１局の管制局で全飛行船を制御・管制し、観測情報
を必要とする地上局に簡潔、経済的に情報伝送を行なう
無線システムを構築することができる。

【００１９】第２の発明によれば、複数以上の飛行船に
よる観測情報受信が可能となるシステムが構築でき、さ
らに、異なる飛行船間の通信回線経路構成で書房の地上
局に観測情報が伝送でき、複数の伝送ルートから取得し
たデータ比較による品質の良いデータ選択を行なうハン
ドオーバーが可能となり、１機の飛行船での受信障害に
対して高い信頼性を有する無線システムを構築すること
ができる。

【００２０】第３の発明によれば、管制局と飛行船間に
通信衛星による衛星通信回線を設置し、衛星通信回線に
より管制情報を伝送することで全飛行船を制御・管制
し、観測情報も衛星通信回線により飛行船経由で地上局
に伝送することができ、観測情報を要求する多数の地上
局に対して同時性を有するデータ伝送を伴う無線システ
ムを構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の飛行船無線システムの実施の形態
１の概要を示す図である。

【図２】 この発明の飛行船無線システムの実施の形態
１の構成を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態１のレンジ距離と見込
み角を示す図である。

【図４】 この発明の飛行船による受信と中継を判定す
る処理を示す図である。

【図５】 この発明の飛行船無線システムの実施の形態
１の受信・中継ルートを示す図である。

【図６】 この発明の飛行船無線システムの実施の形態
２の第１の受信・中継ルートを示す図である。

【図７】 この発明の飛行船無線システムの実施の形態
２の第２の受信・中継ルートを示す図である。

【図８】 この発明の飛行船無線システムの実施の形態
２の第３の受信・中継ルートを示す図である。

【図９】 この発明の飛行船無線システムの実施の形態
２の概要を示す図である。

【図１０】 この発明の飛行船無線システムの実施の形
態３の概要を示す図である。

【図１１】 この発明の飛行船無線システムの実施の形
態３の構成を示す図である。

【図１２】 従来の技術で構成した飛行船管制の概要を
示す図である。

【図１３】 従来の飛行船の方位、距離の測定の概要を
示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｎ 飛行船、２ 管制局、３ａ，３ｂ，
３ｎ 地上局、４ａ，４ｂ，４ｎ 通信回線、５ａ，５
ｂ，５ｎ ＧＰＳ信号、６ａ，６ｎ ＧＰＳ衛星、７
管制情報、８ａ，８ｎ 飛行船間通信回線、９ａ，９ｂ
船間通信アンテナ、１１ 通信衛星、１２ａ，１２ｂ
通信中継器、１３ａ，１３ｂ ＤＧＰＳ受信装置、１
４ａ，１４ｂ ＧＰＳ受信アンテナ、１５ａ，１５ｂ
ＧＰＳ受信装置、１６ａ，１６ｂ 駆動制御装置、１７
ａ，１７ｂ 推進装置、１８ａ，１８ｂ テレメトリ・
コマンド装置、１９ａ，１９ｂ 無線機器、２０ａ，２
０ｂ 通信アンテナ、２１ 中央管制局との通信回線、
２２ 中央管制局、２３ビーコン信号、２４ 距離測定
信号、２５ａ，２５ｂ，２５ｎ 衛星通信回線、２８
三軸姿勢センサ、２９ 観測機器視野範囲、３０ 通信
衛星用アンテナ、３１ａ，３１ｂ，３１ｎ 飛行船１ｂ
に対応する地上局、３２ａ，３２ｂ，３２ｎ 飛行船１
ｎに対応する地上局、４０ 観測衛星、４１ａ，４１
ｂ，４１ｎ飛行船１ｂと地上局３１ａ，３１ｂ，３１ｎ
に対応する通信回線、４２ａ，４２ｂ，４２ｎ 飛行船
１ｎと地上局３２ａ，３２ｂ，３２ｎに対応する通信回
線、４３ 観測衛星４０との通信回線、４４ 観測衛星
用アンテナ、４５ 観測衛星軌道、６１，６１ａ 自機
位置データ、６２ テレメトリデータ、６３ コマンド
データ、８１ ＤＧＰＳ補正信号。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成層圏に飛行し、定点に停留する多数の
   飛行船と周回軌道を飛行する観測衛星ならびに地上局と
   の間で情報を送受信し、地上の所定地域に対して無線サ
   ービスを行う無線システムにおいて、上記飛行船に設け
   られ、自機位置を測定するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏ
   ｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ汎地球測位システ
   ム）受信装置と、ＧＰＳ信号を送信するＧＰＳ衛星と、
   ＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｌｏｂａｌ
   Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ差動汎地球測位
   システム）受信装置と、ＧＰＳ測位システム搭載の観測
   衛星と飛行船間に設定された通信回線と、飛行船間の通
   信回線と飛行船と管制局との通信回線を設定する通信中
   継器と、地上局との通信回線を確保する飛行船搭載地上
   局用アンテナとを具備し、さらに観測衛星の軌道に近い
   飛行船を選択し、この飛行船と観測衛星間の通信回線に
   より観測衛星からの観測情報を受信し、飛行船間の通信
   回線経由で所定の地上局に観測データを伝送する手段を
   有することを特徴とする無線システム。
2. 【請求項２】 観測衛星の軌道位置と各飛行船の停留位
   置との比較により観測衛星からの観測データを受信する
   飛行船と、受信可能範囲外のため他飛行船から観測デー
   タの伝送を受ける飛行船にあらかじめ分別し、所定の地
   上局に複数の飛行船から異なる伝送経路で観測データを
   伝送することを特徴とする請求項１記載の無線システ
   ム。
3. 【請求項３】 飛行船と通信衛星間に設定された通信回
   線により観測衛星からの観測情報を通信衛星に伝送し、
   通信衛星から観測データを必要とする所定の地上局と通
   信回線を有する飛行船に伝送することを特徴とする請求
   項１記載の無線システム。