JP5556764B2 - 移動体通信システムおよび移動体ならびにそのビームの方向制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体通信システムおよび移動体ならびにそのビームの方向制御方法に関し、特にペンシルビームを用いた移動体通信システムおよび移動体ならびにそのビームの方向制御方法に関する。

移動体がペンシルビーム（狭ビーム）を使用してユニット間（ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒ）通信を行うネットワークは知られている。この種のネットワークを構成するためには、データを送信する移動体（以下、送信側移動体と記す）がデータを受信する移動体（以下、受信側移動体と記す）へ的確にビームを照射する必要がある。

そのため、この種のネットワークを実現するための核となる技術は、送信側移動体が受信側移動体へ照射するビームの方向制御である。ここで、ビームの方向制御について簡単に説明する。

ビームを受信側移動体へ的確に照射するためには、送信側移動体が受信側移動体の位置をある精度（ビーム幅の中に受信側移動体が入る程度の精度）で知る必要がある。ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用できる環境下では、ＧＰＳから得られる位置情報を移動体間で定期的に交換することで、両移動体の位置を正確に知ることができる。

送信側移動体は、入手した受信側移動体の位置情報と、ＧＰＳから得た自移動体の位置情報および自移動体のＩＮＳ(Inertial Navigation System)等から得られる自移動体の姿勢、方向情報等を利用して、受信側移動体に照射するビームの方向を制御する。

一方、本発明に関連する通信システムの一例として、無線送受信部を有し、相対的に移動する相手方と通信を行う移動無線通信装置において、自己の位置を含む自己情報を相手方に送信する電波通信部と、この電波通信部で送信した自己情報と相手方の位置を含む相手情報とに基づいて、相手方との間に接続されたレーザ通信回線を介して、圧縮されたデータを相手方に向け送信するレーザ通信部とを備えたものが開示されている（特許文献１参照）。また、この移動無線通信装置には、自己の正確な現在位置情報を測定するために、ＩＮＳあるいはＧＰＳが搭載されていると記載されている。

また、他の一例として、滑走路ＲＷＹの中央軸上に２個の地上装置を設け、これらの地上装置にそれぞれＧＰＳ受信装置を設けて、これらの計測位置を異なる周波数ｆ１，ｆ２で送信する着陸誘導システムが開示されている（特許文献２参照）。

また、このシステムでは航空機にもＧＰＳ受信機を設け、航空機の位置情報も得る。これら三つの位置情報に基づき、航空機を滑走路ＲＷＹの周辺にまで誘導する。そして、ファイナルコースに入ると、滑走路ＲＷＹの中央軸両端に設けられたコーナリフレクタＡ１，Ａ２に対してレーダ波を送出し、この反射波により得られる誤差信号をもとに、航空機の着陸誘導を行う。

また、航空機は追尾レーダ部を有し、追尾レーダ部はコーナリフレクタＡ１に対しレーダ波を送出し、その反射信号に対してモノパルス測角処理を行うことが記載されている。

さらに、他の一例として、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の、受信電界強度、受信信号対干渉雑音比または搬送波対干渉雑音比である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶する第１のステップと、各無線局からの送信信号を、信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを２つのセクタパターンの主ビームの方位角度で直線近似して最大の受信電界強度を有する、送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２のステップとを含む発明が開示されている（特許文献３参照）。

特開２００１−４４９４１号公報 特開平１１−３４５４００号公報 特開２００４−２６６５２３号公報

しかし、ＧＰＳの電波は微弱であるため、妨害が容易である。ＧＰＳが妨害を受けると、ＧＰＳから自移動体の位置情報を得ることはできない。一方、ＧＰＳの代替案として、移動体内に装備されているＩＮＳから自移動体の位置情報を取得する方法がある。

ＩＮＳはジャイロと加速度計とから構成され、出発地点からの自移動体の姿勢方位および自己位置情報を一定時間毎に自移動体に報告するものであるが、その自己位置情報は時間の経過により誤差が蓄積する。このため、ＩＮＳから入手する自移動体の姿勢方位情報と現実の自移動体の姿勢方位情報との差分は、時間の経過と共に大きくなる。したがって、ＩＮＳから常時必要な位置精度で自移動体の指向方向情報を得ることも困難である。このため、送信側移動体は受信側移動体へ的確にビームを照射することができないという課題がある。

一方、特許文献１に記載の技術は、ＩＮＳおよびＧＰＳを用いて自己の位置を測定し、その情報を相手方と交換することにより、相手方通信装置の方向を特定するものである。しかし、たとえＩＮＳが使用できたとしてもＧＰＳが使用できない場合にいかにして相手方通信装置の存在する方向を特定するかについては特許文献１に全く記載されていない。したがって、特許文献１記載の技術によって本発明の課題を解決することはできない。

また、特許文献２に記載の技術は、２個の地上装置および航空機にＧＰＳ受信機を設け、各々の位置を計測することをベースとする点で本発明と構成が全く異なる。また、モノパルス測角処理を行う点が記載されているものの、移動体対移動体の測角処理ではなく、航空機対滑走路のコーナリフレクタＡ１，Ａ２の測角処理である点で本発明と構成が異なり、さらに、その測角処理は相手方から送信されるビームの方向の誤差を測定するためのものではなく、航空機が滑走路へ進入する角度を算出するためのものである点で本発明と目的が異なる。したがって、特許文献２記載の技術によって本発明の課題を解決することはできない。

また、特許文献３に記載の技術は、モノパルス測角処理を用いて送信信号を送信した無線局の方位角を計算する視点が開示されている点で本発明と共通する。しかし、特許文献３に開示されているのは無線局の方位角を計算するまでの技術に止まり、その方位角の計算結果をいかに利用するかについては全く記載されていない。

すなわち、特許文献３に開示の発明は相手方無線局に方位角の計算結果（すなわち、ビーム方位角の誤差値）を通知するという構成を有しない。つまり、特許文献３に開示の発明は相手方無線局に方位角の計算結果を通知することを目的としないため、その目的が本発明と全く異なり、その目的達成のための構成も本発明と全く異なる。したがって、特許文献３記載の技術によって本発明の課題を解決することはできない。

そこで、本発明の目的は、ＧＰＳが使用できず、したがってＩＮＳのみによって送信側および受信側移動体間の位置関係を演算しなければならない環境下において、送信側移動体が受信側移動体の方向に的確にビームを照射することが可能な移動体通信システムおよび移動体ならびにビームの方向制御方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明による移動体通信システムは、ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムであって、送信側移動体が受信側移動体の方向に送信ビームを送信するビーム制御手段と、前記受信側移動体が前記送信ビームを受信し、受信した前記送信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角手段と、前記受信側移動体から前記送信側移動体に対しモノパルス測角の結果得た測角誤差値を通知する測角結果通知手段とを含み、前記ビーム制御手段は、前記受信側移動体から取得した測角誤差値に基づき前記ペンシルビームの照射方向を補正することを特徴とする。

また、本発明による移動体は、ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムにおける移動体であって、自移動体に設けられ、相手方移動体の方向に送信ビームを送信するビーム送信手段と、前記相手方移動体に設けられ、前記送信ビームを受信し、受信した前記送信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角手段と、前記相手方移動体に設けられ、前記自移動体に対しモノパルス測角の結果得た測角誤差値を通知する測角結果通知手段とを含み、前記ビーム送信手段は、前記相手方移動体から取得した測角誤差値に基づき前記ペンシルビームの照射方向を補正することを特徴とする。

また、本発明によるビームの方向制御方法は、ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムにおけるビームの方向制御方法であって、送信側移動体が受信側移動体の方向に送信ビームを送信するビーム制御ステップと、前記受信側移動体が前記送信ビームを受信し、受信した前記送信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角ステップと、前記受信側移動体から前記送信側移動体に対しモノパルス測角の結果得た測角誤差値を通知する測角結果通知ステップとを含み、前記ビーム制御ステップは、前記受信側移動体から取得した測角誤差値に基づき前記ペンシルビームの照射方向を補正することを特徴とする。

また、本発明によるプログラムは、ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムにおけるビームの方向制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、送信側移動体が受信側移動体の方向に送信ビームを送信するビーム制御ステップと、前記受信側移動体が前記送信ビームを受信し、受信した前記送信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角ステップと、前記受信側移動体から前記送信側移動体に対しモノパルス測角の結果得た測角誤差値を通知する測角結果通知ステップとを含み、前記ビーム制御ステップは、前記受信側移動体から取得した測角誤差値に基づき前記ペンシルビームの照射方向を補正することを特徴とする。

本発明によれば、ＧＰＳが使用できず、したがってＩＮＳのみによって送信側および受信側移動体間の位置関係を計算しなければならない環境下において、送信側移動体が受信側移動体の方向に的確にビームを照射することが可能となる。

本発明に係る移動体通信システムの一例の構成図である。 本発明に係る移動体１〜４の構成の一例を示す図である。 送信部の構成の一例を示す図である。 受信部の構成の一例を示す図である。 図４の受信部３２に含まれる合成回路３２Aの一例の構成図である。 本発明に係るビームの方向制御方法の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明に係るビームの方向制御方法におけるモノパルス測角の具体例を示す図である。 受信側移動体でのモノパルス測角の一例を示すモノパルスのビームパターン図である。 移動体のＩＮＳ１７における相対的な指向方向誤差の一例を示す図である。 第３実施形態における送信部の構成図である。 第３実施形態の動作の一例を示す図である。 第３実施形態の動作の一例を示す図である。 第４実施形態における送信部の構成図である。 第５実施形態における送信部の構成図である。 第６実施形態の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明に係る移動体通信システムの一例の構成図である。なお、本実施形態では、移動体の一例として、地上を走行する車両について説明するが、この車両に限定されるものではなく、飛翔体等にも本発明の適用が可能である。

同図を参照すると、本発明に係る移動体通信システムの一例は、メッシュ型ネットワークを構成する移動体１〜４を含んで構成される。

このメッシュ型ネットワークを構成する移動体１〜４の各々は対をなす相手方移動体とペンシルビーム（狭ビーム）を用いてユニット間（ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒ）通信を行う。また、これらの移動体１〜４でアドホック（Ａｄ Ｈｏｃ）ネットワークを構成することも可能である。さらに、このメッシュ型ネットワークと同様の他のメッシュ型ネットワークを１個または複数個含み、これらネットワーク間を通信リンクで接続することも可能である。

移動体１〜４の各々は対をなす相手方移動体とペンシルビームを用いて自己の位置情報、速度情報等を交換し、相手方移動体から取得した位置情報、速度情報等および自己の位置情報、速度情報等ならびに姿勢方位情報を元に、自己の中心線（基準方向）から見た相対的な相手方移動体の方向を演算し、その方向に自己のペンシルビームを照射して前記相手方移動体と通信を行う。

移動体間通信は、一例としてＴＤＭＰＡ（Time Division Multiple Pair Access；時分割で割り当てられたタイムスロットで、ペアとなる２つの移動体間でデータを送受信する方式）で割り当てられるタイムスロットを用いて行われる。また、周波数の一例としてミリ波が使用される。

この時、ペアとなる移動体が互いにペンシルビームを照射し合うことで、全二重通信が可能となる。ただし、全二重通信の実現は、取得できる周波数帯域や運用面での全二重通信の必要性等に依存する。

図２は本発明に係る移動体１〜４の構成の一例を示す図である。同図を参照すると、移動体１〜４はアンテナ１１，１２と、送信部１３と、受信部１４と、制御部１５と、ＧＰＳ１６と、ＩＮＳ１７と、プログラム格納部１８とを含んで構成される。アンテナ１１，１２は指向制御が可能となるように構成される。一例として、送信用アンテナ１１は一本、受信用アンテナ１２は４本のアンテナで構成される。また、アンテナ１１、１２の一例として、フェーズド・アレイ・アンテナ（Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ）が使用される。

図３は送信部の構成の一例を示す図である。なお、同図では本発明に特有の部位のみを表示し、その他公知の送信部の部位については説明および図示を割愛する。送信部１３は１本のビームを送信する。同図を参照すると、送信部１３は送信ビーム用高周波信号を発生する励振部２１と、励振部２１から出力される信号を送信データ（送信したい情報）および受信部の測角結果通知部３５（後述）からのデータを用いて変調する変調部２３と、変調部２３から出力される信号のビームの照射方向を、制御部１５からの信号および受信部の復調部３３（後述）から出力される信号に含まれる測角結果情報を用いて制御するビーム制御部２４とを含んでいる。そして、ビーム制御部２４からアンテナ１１を介して１本のビームが送信される。

図４は受信部の構成の一例を示す図である。受信部１４は相手方移動体の送信部１３からの１本のビームをアンテナ１２を介して受信部３２で受信する。同図を参照すると、受信部１４は受信部３２と、受信部３２で受信した受信信号の振幅の和情報（Σ）を復調する復調部３３と、受信部３２で受信した受信信号の振幅の和情報（Σ）および高低情報（Δ高低）ならびに方位情報（Δ方位）に基づきモノパルス測角を行い、測角誤差値を算出するモノパルス測角部３４と、モノパルス測角部３４で算出された測角誤差値を送信部１３の変調部２３へ出力する測角結果通知部３５とを含んでいる。また、復調部３３は受信データの出力を行うとともに、受信信号に含まれる相手方移動体が測定した測角結果情報を送信部１３のビーム制御部２４へ出力する。

図５は図４の受信部３２に含まれる合成回路３２Aの一例の構成図である。合成回路３２Ａの入力側に複数のアンテナ１２（本実施形態では一例として４本）が接続される。合成回路３２Ａは一例として、公知のハイブリッド回路（たとえば、ラットレース回路等）で構成されており、複数のアンテナ１２からの信号の和信号（Σ）、および複数のアンテナ１２からの信号とその信号の１８０度位相が異なる信号とから算出される差信号（Δ）が出力される。すなわち、合成回路３２Ａから出力される和信号（Σ）は復調部３３およびモノパルス測角部３４へ出力され、合成回路３２Ａから出力される差信号（Δ）（Δ高低およびΔ方位）はモノパルス測角部３４へ出力される。

図２に戻り、ＧＰＳ１６は衛星を用いて自移動体の位置を測距する部位であり、ＩＮＳ１７は自己の姿勢および方位情報を取得する部位である。アンテナ１１は送信用であり、アンテナ１２は受信用である。

プログラム格納部１８には後述するビームの方向制御方法のプログラムが格納されている。制御部１５はプログラム格納部１８内のプログラムを参照し、送信部１３、受信部１４、ＧＰＳ１６およびＩＮＳ１７を制御する。

送信ビームを受信側移動体に的確に照射するためには、送信側移動体が受信側移動体の位置をある精度（ビームの中に受信側移動体が入るくらいの精度）で知る必要がある。ＧＰＳが使用できる環境下では、ＧＰＳから得られる位置情報を移動体間で定期的に交換することで、両移動体の位置を正確に知ることができる。送信側移動体は、入手した受信側移動体の位置と自移動体のＧＰＳおよびＩＮＳから得られる姿勢、方位情報等を利用し、送信ビームの方向を制御する。

一方、ＧＰＳが何らかの妨害を受けた場合はＩＮＳのみによって自移動体の指向方向を測定しなければならない。しかし、ＩＮＳは時間の経過により自己位置の誤差が蓄積するため、送信側および受信側移動体両方のＩＮＳの蓄積誤差により送信側移動体から照射されるビームは受信側移動体から徐々にずれていくという問題がある。

本発明は、モノパルス測角を用いてこの問題を解決する。モノパルス測角では、受信側移動体において送信ビームの中心線からの変位量を測定することが可能なため、その測定結果を送信側移動体に通知することにより、送信側移動体において送信ビーム中心線のオフセット値を補正することが可能となる。

以下、本発明のビームの方向制御方法についてその一例を説明する。以下の説明では、一例として、送信側移動体と、受信側移動体が存在し、各々の移動体は図３に示す送信部と、図４および図５に示す受信部を備えているものとする。

図６は本発明に係るビームの方向制御方法の動作の一例を示すフローチャートである。前提として、送信側移動体はＧＰＳが使用できず、したがってＩＮＳのみによって送信側および受信側移動体間の位置関係を計算しなければならない環境下にあるものとする。そこで、送信側移動体はＩＮＳを用いて自己の位置情報および速度情報等を取得し、それらの情報を受信側移動体に送信している。

まず、送信側移動体の送信部１３のビーム制御部２４から受信側移動体に対し、１本の送信ビームを送信する（ステップＳ１）。次に、受信側移動体の受信部１４の受信部３２がその送信ビームを受信する（ステップＳ２）。次に、受信側移動体のモノパルス測角部３４が受信部３２からの送信ビーム（Σ、Δ高低およびΔ方位）を入力し、その送信ビームに基づきモノパルス測角を行う（ステップＳ３）。

次に、モノパルス測角部３４でモノパルス測角の結果信号である測角誤差値が測角結果通知部３５に出力される。次に、測角結果通知部３５から送信部１３の変調部２３に測角誤差値が出力される。次に、変調部２３から測角誤差値の変調信号がビーム制御部２４に出力される。そして、ビーム制御部２４から測角誤差値が送信側移動体に通知される（ステップＳ４）。

次に、送信側移動体の受信部１４で受信側移動体からの測角誤差値が受信される。すなわち、送信側移動体の受信部１４の受信部３２（図４参照）が受信側移動体からの測角誤差値を受信する。次に、復調部３３が受信部３２で受信した信号の一部であるΣ信号を入力する。このΣ信号には受信側移動体からの測角誤差値の情報が含まれている。

次に、復調部３３はその測角誤差値を復調し送信部１３のビーム制御部２４へ出力する。そして、ビーム制御部２４は制御部１５からの受信側移動体の方向を演算した結果データ（送信側移動体の自己位置、姿勢方位情報、受信側移動体から受信した自己位置情報を元に演算したデータ）および測角誤差値に基づきペンシルビームの照射方向を補正する（ステップＳ５）。

これにより、送信側移動体の送信ビームを受信側移動体の方向に正確に指向させることができる。

次に、本発明に係るビームの方向制御方法におけるモノパルス測角の具体例について説明する。図７は本発明に係るビームの方向制御方法におけるモノパルス測角の具体例を示す図である。同図の実線で示した部分は、送信側移動体の送信部１３から送信されたペンシルビームが、正確に受信側移動体の受信部１４の方向を指向している場合を示している（この場合の受信部１４の位置を実線１４Ａで示している）。

しかし、現実にはＩＮＳの指向方向情報は時間の経過により誤差が蓄積するため、送信側移動体の送信部１３から送信されたペンシルビームの指向方向は時間の経過とともに受信部１４から外れていく（この場合の受信部１４の位置を破線１４Ｂで示している）。このときの送信側移動体から受信側移動体を指向する角度誤差がα（度）であるものとする。

この角度誤差を補正するために、送信側移動体から送信された１本の送信ビームを受信側移動体の受信部１４で受信し、受信側移動体が受信した送信ビームに基づきモノパルス測角を行い、その結果算出された角度誤差αの情報を送信側移動体に送信する。送信側移動体は得られた角度誤差情報に基づき角度誤差αが零に近づくように受信側移動体へのビーム方向を補正する。

次に、送信側移動体から送信された送信ビームを受信した受信側移動体でのモノパルス測角の一例について説明する。図８は受信側移動体でのモノパルス測角の一例を示すモノパルスのビームパターン図である。

モノパルス測角は、送信側移動体から送信された１本の送信ビームを受信側移動体のアンテナ（一例として、フェーズド・アレイ・アンテナ）を介して受信部１４で受信し、合成回路３２Ａ（図５参照）で所定の処理を行って測角情報を得るものである。

モノパルス方式には振幅を検出する方式と、位相を検出する方式が存在する。一方、本実施形態では、一例として、フェーズド・アレイ・アンテナでモノパルスの位相を検出する方式を採用するが、以下のモノパルス測角では、便宜上振幅を検出する方式の一例について説明する。なお、位相を検出する方式も以下の振幅を検出する方式と同様に説明することができる。

振幅比較モノパルスは、受信側移動体において受信した、一部が重なり合った２個の受信ビームを一組として扱い、角度誤差（アンテナ正面からのずれ）を検出する。本実施形態に示すように方位、高低の両方について角度誤差を検出するときは、４個の受信ビームを使用する。

２個の受信ビームを使用する例について述べると、受信側移動体のモノパルス測角部３４にて、送信側移動体のビーム制御部２４から送信された１本の送信ビーム（モノパルス）を合成回路３２Ａで受信し、各々の受信ビームの振幅の和と差を算出する（図８（ａ）参照）。

この振幅の和（Σ）と差（Δ）とから角度誤差を算出することができる。角度誤差電圧（ε）は差信号（Δ）を和信号（Σ）で正規化して、すなわち、角度誤差電圧（ε）は差信号（Δ）を和信号（Σ）で除算することにより求められる（ε＝Δ／Σ）。角度誤差電圧（ε）は、おおむねＳ字状の形状となり、アンテナの正面方向からのずれを検出することができる（図８（ｂ）参照）。この角度誤差電圧（ε）が図７に示す角度誤差α（度）に対応する。

受信側移動体の受信部１４のモノパルス測角部３４はこの角度誤差αを算出し、測角結果通知部３５がその角度誤差α情報を送信部１３の変調部２３へ出力する。

一方、その角度誤差α情報を入力した変調部２３は、その角度誤差α情報と送信データとを変調しビーム制御部２４へ出力する。ビーム制御部２４は、その角度誤差α情報と送信データとを送信側移動体に送信する。

これに対し、送信側移動体は受信側移動体からの角度誤差α情報および送信データをアンテナ１２を介して受信部１４内の受信部３２で受信する。復調部３３はこの角度誤差α情報および受信データを復調する。そして、角度誤差α情報の復調信号を送信部１３のビーム制御部２４へ出力し、受信データはそのまま出力する。

ビーム制御部２４は、制御部１５（図２参照）で得られた自己位置および姿勢方位情報ならびに受信側移動体から受信した自己位置情報を元にして算出した相手方移動体（すなわち受信側移動体）の大体の方向を示すデータを取得する。

そして、ビーム制御部２４はその取得したデータと、復調部３３から得た角度誤差α情報とに基づき受信側移動体に対する送信ビームの方向を制御する。具体的には、角度誤差αが零に近づくように送信ビームの方向を制御する。これにより、送信側移動体のビームを正確に受信側移動体の方向に指向させることができる。

図９は移動体のＩＮＳ１７における相対的な指向方向誤差の一例を示す図である。また、同図は送信側移動体から受信側移動体に対し、送信ビームの送信を複数回行う場合の一例も示している。

同図は時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・，ｔｎ（ｎは正の整数）ごとに送信側移動体から受信側移動体に対し、送信ビームの送信が行われる場合を示している。そして送信ビームを時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・，ｔｎの各々で送信する度に、受信側移動体から角度誤差αの情報を受け取り、その角度誤差αが零になるように送信ビームの方向を補正することにより、誤差がｄ２からｄ１に補正され、かつ誤差ｄ１の状態が以後も保持される一例を示している。

一方、同図の曲線ｈは、送信側移動体から受信側移動体に対し送信ビームの送信が行われない場合の指向方向誤差の一例を示している。同図に示すように、送信側移動体の指向方向の誤差は時間経過とともに積算され増大していくことが分かる。

本発明では、送信側移動体から時間ｔ１に受信側移動体に対し照射された送信ビームに対し、受信側移動体にてモノパルス測角が行われた結果、送信側移動体の送信ビームの指向方向の誤差をｄ２からｄ１（ｄ２＞ｄ１）に低減させることが可能となる。

さらに、この送信ビームの送信を送信側移動体から受信側移動体に対し、時間ｔ１以降（時間ｔ２，ｔ３，・・・，ｔｎ）も定期的に行うことにより、送信側移動体の送信ビームの指向方向の誤差をｄ１以内に保持することが可能となる。これにより、送信側移動体は時間ｔ１以降も送信ビームを受信側移動体の方向に指向させることが可能となる。

以上説明したように、本発明の第１実施形態によれば、受信側移動体で送信側移動体から照射された送信ビームをモノパルス測角し、その測角結果を送信側移動体に通知し、送信側移動体においてその測角結果に基づき送信ビームの方位を補正する構成であるため、ＧＰＳを使用できない環境下において、送信側移動体のビームを正確に受信側移動体の方向に指向させることが可能となる。また、送信ビームの送信を複数回行う構成によれば、指向方向の積算誤差値を所定値以内に保持することが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は送信ビームの送信を複数回行う場合の他の例に関するものである。送信ビームの送信を複数回行う動作は上記のとおりであるが、第２実施形態では測角誤差の算出方法について工夫している。

第２実施形態では、移動体のモノパルス測角部３３は、モノパルス測角を複数回行った結果、測角誤差の積算値が所定閾値に達した場合にモノパルス測角の結果を送信側移動体に通知する。

第１実施形態では、送信側移動体からの送信ビームを受信側移動体が受信するたびに、受信側移動体から送信側移動体に対しモノパルス測角の結果を通知している。これに対し、第２実施形態によれば、このモノパルス測角の結果を通知する回数を第１実施形態の場合よりも低減することが可能となる。

次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は送信ビームのビーム幅制御方法に関するものである。図１０は第３実施形態における送信部の構成図、図１１および図１２は第３実施形態の動作の一例を示す図である。

図１０を参照すると、本発明に係る送信部１３は図３に示すビーム制御部２４の後段に、送信ビームのビーム幅を制御するビーム幅制御部２５を含んでいる。また、同図にはビーム幅制御部２５の後段にビーム偏向を行う偏向部２６も表示されているが、この偏向部２６は図３の送信部の構成にも含まれるものである。図３の例では便宜上、偏向部２６の図示を割愛している。また、図１１はビーム幅（換言すれば、ビームの拡がり角）が３度の場合、図１２はビーム幅（ビームの拡がり角）が１２度の場合の一例をそれぞれ示している。

受信側移動体の位置にある程度の誤差があったとしても、ビーム幅を広くすることにより、送信側移動体は受信側移動体をビームの中に捕らえることが可能となる。図１１はビーム幅（ビームの拡がり角）が３度の場合の１ＮＭ，１０ＮＭ，５０ＮＭ，１００ＮＭの距離におけるビーム幅を示し、図１２はビーム幅（ビームの拡がり角）が１２度の場合の１ＮＭ，１０ＮＭ，５０ＮＭ，１００ＮＭの距離におけるビーム幅を示している。

ビーム幅が１２度の場合は、ビーム幅が３度の場合に比べ約４倍となる。よって送信側移動体の保持する受信側移動体の位置の誤差が比較的大きい場合でも、ビーム幅の範囲内に受信側移動体を捕える可能性が高くなり、よって送信側移動体は受信側移動体と通信することが可能となる。

以上説明したように、本発明の第３実施形態によれば、受信側移動体の位置の誤差が比較的大きい場合でも、送信側移動体においてビーム幅を広げることにより、送信側移動体は受信側移動体と通信することが可能となる。換言すれば、送信側移動体は受信側移動体との距離が近いと送信ビームのビーム幅を広げ、受信側移動体との距離が遠いと送信ビームのビーム幅を狭めるよう制御することにより、受信側移動体との距離の遠近にかかわらず受信側移動体と通信することが可能となる。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は送信電力制御方法に関するものである。図１３は第４実施形態における送信部の構成図である。同図を参照すると、本発明に係る送信部１３は第３実施形態（図１０参照）のビーム幅制御部２５の代わりに送信電力制御部２９を備えている。なお、図１３においても偏向部２６を表示しているが、その理由は図１０について述べたのと同様である。

送信電力制御部２９は受信側移動体との距離に応じて送信電力を制御する。これにより、送信側移動体は受信側移動体との距離に適した送信電力を用いて受信側移動体と通信することが可能となる。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態は送信ビームの高低および方位方向の拡がり角制御方法に関するものである。図１４は第５実施形態における送信部の構成図である。

図１４を参照すると、本発明に係る送信部１３は図３に示すビーム制御部２４の後段に、送信ビームの高低および方位方向の拡がり角を制御する高低および方位方向拡がり角制御部２７と、通信間隔を制御する通信間隔制御部２８とを含んで構成される。なお、図１４においても偏向部２６を表示しているが、その理由は図１０について述べたのと同様である。

受信側移動体が送信側移動体の近傍に存在する場合に、受信側移動体が高機動（例えば、６０度以上の角度で急上昇した場合等）、あるいは方位方向に機動した場合、送信側移動体から照射したビームが受信側移動体から外れる場合がある。

なお、本実施形態の場合、移動体は地上を走行する車両を想定しているが、この場合の受信側移動体が高機動する場合の一例として、受信側移動体の直前に急勾配で上昇する坂道が存在する場合等が考えられる。

このような場合に、上記のような近距離通信では、高低および方位方向拡がり角制御部２７によりビームの高低方向および方位方向の拡がり角を広げる（例えば、３度から２０度等に広げる）、あるいは通信間隔制御部２８により通信間隔を比較的短くする（例えば、１秒間隔を０．１秒間隔等に短縮する）。なお、高低および方位方向拡がり角制御部２７は高低および方位方向の両方の拡がり角を広げてもよいし、高低あるいは方位のうちの一方のみの拡がり角を広げてもよい。

また、受信側移動体が高機動あるいは方位方向に機動するか否かは送信側移動体側で予測することが困難であるため、受信側移動体の位置が送信側移動体の位置の近傍のときは、送信側移動体がビームを広げ、遠方のときはビームを狭める。

これにより、受信側移動体の位置が送信側移動体の位置の近傍にあり、受信側移動体が高機動あるいは方位方向に機動した場合でも、送信側移動体は受信側移動体をビームの中に捕らえることができる。なお、受信側移動体をビームの中に捕らえるのに必要なビームの拡がり角や通信間隔は、送信側移動体と受信側移動体間の距離や受信側移動体の機動の程度によって適宜変更される。

以上説明したように、本発明の第５実施形態によれば、受信側移動体が高機動あるいは方位方向に機動した場合でも、送信側移動体は受信側移動体をビームの中に捕らえることが可能となる。

次に、本発明の第６実施形態について説明する。第１実施形態では、受信側移動体がモノパルス測角を行う場合について示したが、送信側移動体がモノパルス測角を行いペンシルビームの照射方向を補正することも可能である。第６実施形態ではこのビームの方向制御方法の一例について述べる。

図１５は本発明の第６実施形態の動作を示すフローチャートである。同図は送信側移動体がモノパルス測角を行う場合のビームの方向制御方法の一例を示している。

同図を参照すると、まず、送信側移動体が受信側移動体の方向に送信ビームを送信する（ステップＳ１１）。次に、受信側移動体がその送信ビームを受信して、折り返し受信側移動体に対し返信ビームを送信する（ステップＳ１２）。次に、その返信ビームを受信した送信側移動体がその返信ビームに基づきモノパルス測角を行う（ステップＳ１３）。そして、送信側移動体がモノパルス測角の結果得た誤差値に基づき、自移動体から受信側移動体へのペンシルビームの照射方向を補正する（ステップＳ１４）。

なお、モノパルス測角の動作自体は第１実施形態と同様であり、また送信側移動体側でモノパルス測角を行う部分は、送信側移動体側の受信部（図４参照）で第１実施形態と同様に行うことが可能である。したがって、第５実施形態における送信側移動体および受信側移動体の構成の説明は割愛する。

以上説明したように、本発明の第６実施形態によれば、送信側移動体でモノパルス測角を行うことにより、送信側移動体のビームを正確に受信側移動体の方向に指向させることが可能となる。

次に、本発明の第７実施形態について説明する。第７実施形態はビームの方向制御方法のプログラムに関するものである。図２に示すように、移動体はプログラム格納部１８を有している。このプログラム格納部１８には、図６および図１５にフローチャートで示すビームの方向制御方法のプログラムが格納されている。移動体の制御部１５（請求項１０の"コンピュータ"に対応）はプログラム格納部１８からそのプログラムを読み出し、そのプログラムにしたがって送信部１３および受信部１４を制御する。その制御方法については既に述べたので、ここでの説明は割愛する。

なお、図６および図１５に示すプログラムを送信側および受信側移動体の両者が有しており、送信側移動体にて、図６のステップＳ１およびＳ５の処理を行い、受信側移動体にて図６のステップＳ２〜Ｓ４の処理を行う。また、送信側移動体にて、図１５のステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１４の処理を行い、受信側移動体にて図１５のステップＳ１２の処理を行う。

以上説明したように、本発明の第７実施形態によれば、ＧＰＳが使用できず、したがってＩＮＳのみによって送信側および受信側移動体間の位置関係を演算しなければならない環境下において、送信側移動体が受信側移動体の方向に的確にビームを照射することが可能なプログラムを得ることが可能となる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１） ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムであって、送信側移動体が受信側移動体の方向に送信ビームを送信するビーム制御手段と、前記受信側移動体が前記送信ビームを受信部で受信し、受信した前記送信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角手段と、前記受信側移動体から前記送信側移動体に対しモノパルス測角の結果得た測角誤差値を通知する測角結果通知手段とを含み、前記ビーム制御手段は、前記受信側移動体から取得した測角誤差値に基づき前記ペンシルビームの照射方向を補正する移動体通信システムであり、
前記送信側移動体は前記受信側移動体との距離に応じて送信ビームのビーム幅を制御するビーム幅制御手段を含むことを特徴とする移動体通信システム。

（付記２） 前記送信側移動体は前記受信側移動体との距離に応じて送信ビームの送信電力を制御する送信電力制御手段を含むことを特徴とする付記１記載の移動体通信システム。

（付記３） 前記送信側移動体は、前記受信側移動体が高機動あるいは方位方向に機動した場合、前記受信側移動体を捕らえるために前記送信ビームの高低方向および方位方向の拡がり角を制御する高低および方位方向拡がり角制御手段を含むことを特徴とする付記１または２記載の移動体通信システム。

（付記４） 前記送信側移動体は、前記受信側移動体が高機動あるいは方位方向に機動した場合、前記受信側移動体を捕らえるために通信間隔を短くする通信間隔制御手段を含むことを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の移動体通信システム。

（付記５） 各移動体間でアドホックネットワークが形成されることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の移動体通信システム。

（付記６） 各々の移動体は自己の位置情報をＧＰＳ（Global Positioning System ）あるいはＩＮＳ（Inertial Navigation System）から取得することを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の移動体通信システム。

（付記７） ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムであって、送信側移動体が受信側移動体の方向に送信ビームを送信するビーム制御手段と、前記受信側移動体が前記送信ビームを受信して、折り返し前記送信側移動体に対し返信ビームを送信する返信ビーム送信手段と、前記返信ビームを受信した前記送信側移動体が前記返信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角手段と、前記送信側移動体がモノパルス測角の結果得た測角誤差値に基づき自移動体から前記受信側移動体へのペンシルビームの照射方向を補正する照射方向補正手段とを含むことを特徴とする移動体通信システム。

（付記８） ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムにおける移動体であって、相手方移動体との距離に応じて送信ビームのビーム幅を制御するビーム幅制御手段を含むことを特徴とする移動体。

（付記９） 前記相手方移動体との距離に応じて送信ビームの送信電力を制御する送信電力制御手段を含むことを特徴とする付記８記載の移動体。

（付記１０） 前記相手方移動体が高機動あるいは方位方向に機動した場合、前記相手方移動体を捕らえるために前記送信ビームの高低方向および方位方向の拡がり角を制御する高低および方位方向拡がり角制御手段を含むことを特徴とする付記８または９記載の移動体。

（付記１１） 前記相手方移動体が高機動あるいは方位方向に機動した場合、前記相手方移動体を捕らえるために通信間隔を短くする通信間隔制御手段を含むことを特徴とする付記８から１０のいずれかに記載の移動体。

（付記１２） 移動体間でアドホックネットワークが形成されることを特徴とする付記８から１１のいずれかに記載の移動体。

（付記１３） 各々の移動体は自己の位置情報をＧＰＳ（Global Positioning System ）あるいはＩＮＳ（Inertial Navigation System）から取得することを特徴とする付記８から１２のいずれかに記載の移動体。

（付記１４） ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムにおけるビームの方向制御方法であって、送信側移動体は受信側移動体との距離に応じて送信ビームのビーム幅を制御するビーム幅制御ステップを含むことを特徴とするビームの方向制御方法。

（付記１５） 前記送信側移動体は前記受信側移動体との距離に応じて送信ビームの送信電力を制御する送信電力制御ステップを含むことを特徴とする付記１４記載のビームの方向制御方法。

（付記１６） 前記送信側移動体は、前記受信側移動体が高機動あるいは方位方向に機動した場合、前記受信側移動体を捕らえるために前記送信ビームの高低方向および方位方向の拡がり角を制御する高低および方位方向拡がり角制御ステップを含むことを特徴とする付記１４または１５記載のビームの方向制御方法。

（付記１７） 前記送信側移動体は、前記受信側移動体が高機動あるいは方位方向に機動した場合、前記受信側移動体を捕らえるために通信間隔を短くする通信間隔制御ステップを含むことを特徴とする付記１４から１６のいずれかに記載のビームの方向制御方法。

（付記１８） 各移動体間でアドホックネットワークが形成されることを特徴とする付記１４から１７のいずれかに記載のビームの方向制御方法。

（付記１９） 各々の移動体は自己の位置情報をＧＰＳ（Global Positioning System ）あるいはＩＮＳ（Inertial Navigation System）から取得することを特徴とする付記１４から１８のいずれかに記載のビームの方向制御方法。

（付記２０） ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムにおけるビームの方向制御方法であって、送信側移動体が受信側移動体の方向に送信ビームを送信するビーム制御ステップと、前記受信側移動体が前記送信ビームを受信して、折り返し前記送信側移動体に対し返信ビームを送信する返信ビーム送信ステップと、前記返信ビームを受信した前記送信側移動体が前記返信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角ステップと、前記送信側移動体がモノパルス測角の結果得た測角誤差値に基づき自移動体から前記受信側移動体へのペンシルビームの照射方向を補正する照射方向補正ステップとを含むことを特徴とするビームの方向制御方法。

本発明を、地上を走行する車両のみならず、航空機等の飛翔体に適用することが可能である。

１〜４ 移動体
１１，１２ アンテナ
１３ 送信部
１４ 受信部
１５ 制御部
１６ ＧＰＳ
１７ ＩＮＳ
１８ プログラム格納部
２１ 励振部
２３ 変調部
２４ ビーム制御部
２５ ビーム幅制御部
２６ 偏向部
２７ 上下方向拡がり角制御部
２８ 通信間隔制御部
２９ 送信電力制御部
３２ 受信部
３２Ａ 合成回路
３３ 復調部
３４ モノパルス測角部
３５ 測角結果通知部

Claims (7)

1. ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムであって、
   送信側移動体が受信側移動体の方向に送信ビームを送信するビーム制御手段と、
   前記受信側移動体が前記送信ビームを受信し、受信した前記送信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角手段と、
   前記受信側移動体から前記送信側移動体に対しモノパルス測角の結果得た測角誤差値を通知する測角結果通知手段とを含み、
   前記ビーム制御手段は、前記受信側移動体から取得した測角誤差値に基づき前記ペンシルビームの照射方向を補正し、
   前記送信側移動体から前記受信側移動体に対し、前記送信ビームの送信が複数回行われ、
   前記受信側移動体は前記モノパルス測角を複数回行った結果、前記測角誤差の積算値が所定閾値に達した場合に前記モノパルス測角の結果を前記送信側移動体に通知する、
   ことを特徴とする移動体通信システム。
2. 前記受信側移動体の受信部で受信された前記送信側移動体からの受信信号の振幅の和、高低および方位情報に基づき前記測角誤差値が算出されることを特徴とする請求項１記載の移動体通信システム。
3. ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムにおける移動体であって、
   自移動体に設けられ、相手方移動体の方向に送信ビームを送信するビーム送信手段と、
   前記相手方移動体に設けられ、前記送信ビームを受信し、受信した前記送信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角手段と、
   前記相手方移動体に設けられ、前記自移動体に対しモノパルス測角の結果得た測角誤差値を通知する測角結果通知手段とを含み、
   前記ビーム送信手段は、前記相手方移動体から取得した測角誤差値に基づき前記ペンシルビームの照射方向を補正し、
   前記自移動体から前記相手方移動体に対し、前記送信ビームの送信が複数回行われ、
   前記相手方移動体は前記モノパルス測角を複数回行った結果、前記測角誤差の積算値が所定閾値に達した場合に前記モノパルス測角の結果を前記自移動体に通知する、
   ことを特徴とする移動体。
4. 前記相手方移動体の受信部で受信された前記自移動体からの受信信号の振幅の和、高低および方位情報に基づき前記測角誤差値が算出されることを特徴とする請求項３記載の移動体。
5. ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムにおけるビームの方向制御方法であって、
   送信側移動体が受信側移動体の方向に送信ビームを送信するビーム制御ステップと、
   前記受信側移動体が前記送信ビームを受信し、受信した前記送信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角ステップと、
   前記受信側移動体から前記送信側移動体に対しモノパルス測角の結果得た測角誤差値を通知する測角結果通知ステップとを含み、
   前記ビーム制御ステップは、前記受信側移動体から取得した測角誤差値に基づき前記ペンシルビームの照射方向を補正し、
   前記送信側移動体から前記受信側移動体に対し、前記送信ビームの送信が複数回行われ、
   前記受信側移動体は前記モノパルス測角を複数回行った結果、前記測角誤差の積算値が所定閾値に達した場合に前記モノパルス測角の結果を前記送信側移動体に通知する、
   ことを特徴とするビームの方向制御方法。
6. 前記受信側移動体の受信部で受信された前記送信側移動体からの受信信号の振幅の和、高低および方位情報に基づき前記測角誤差値が算出されることを特徴とする請求項５記載のビームの方向制御方法。
7. ペンシルビームを用いて移動体間で通信を行う移動体通信システムにおけるビームの方向制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   送信側移動体が受信側移動体の方向に送信ビームを送信するビーム制御ステップと、
   前記受信側移動体が前記送信ビームを受信し、受信した前記送信ビームに基づきモノパルス測角を行うモノパルス測角ステップと、
   前記受信側移動体から前記送信側移動体に対しモノパルス測角の結果得た測角誤差値を通知する測角結果通知ステップとを含み、
   前記ビーム制御ステップは、前記受信側移動体から取得した測角誤差値に基づき前記ペンシルビームの照射方向を補正し、
   前記送信側移動体から前記受信側移動体に対し、前記送信ビームの送信が複数回行われ、
   前記受信側移動体は前記モノパルス測角を複数回行った結果、前記測角誤差の積算値が所定閾値に達した場合に前記モノパルス測角の結果を前記送信側移動体に通知する、
   ことを特徴とするプログラム。

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