用于宽带接入的无人驾驶载具(UAV)网络中的波束形成和指向制造技术

本发明专利技术公开系统和方法，其被配置来从一个或多个无人驾驶载具(UAV)朝向地面上的目标覆盖区域形成和指向波束。一个实施方案描述当每个UAV天线系统生成静态波束时，在多个UAV之间划分所述地面上的所述目标覆盖区域。另一个实施方案描述当多个UAV的天线系统能够动态地导向它们相应的波束时，在所述多个UAV之间划分所述地面上的所述目标覆盖区域。另一组实施方案描述允许多个UAV使用相同频谱在所述地面上的所述相同区域中提供服务的系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于宽带接入的无人驾驶载具(UAV)网络中的波束形成和指向优先权本申请要求2015年2月19日提交并且题为“BEAMFORMINGANDPOINTINGINANETWORKOFUNMANNEDAERIALVEHICLES(UAVS)FORBROADBANDACCESS”的共同未决和共同拥有的美国专利申请序列号14/626,698的优先权，本申请要求2014年11月6日提交并且题为“BEAMFORMINGANDPOINTINGINANETWORKOFUNMANNEDAERIALVEHICLES(UAVS)FORBROADBANDACCESS”的共同未决和共同拥有的美国临时专利申请序列号62/076,360和2014年11月17日提交并且题为“BEAMFORMINGANDPOINTINGINANETWORKOFUNMANNEDAERIALVEHICLES(UAVS)FORBROADBANDACCESS”的美国临时专利申请序列号62/080,856的优先权，所述申请中的每一个以引用的方式整体并入本文。相关申请本申请涉及2014年10月16日提交的、题为“UNMANNEDAERIALVEHICLE(UAV)BEAMFORMINGANDPOINTINGTOWARDGROUNDCOVERAGEAREACELLSFORBROADBANDACCESS”的共同拥有、共同未决的美国专利申请序列号14/516,491，2014年9月15日提交的、题为“ANTENNAMANAGEMENTANDGATEWAYDESIGNFORBROADBANDACCESSUSINGUNMANNEDAERIALVEHICLE(UAV)PLATFORMS”的共同拥有、共同未决的美国专利申请序列号14/486,916，2014年6月3日提交的、题为“METHODSANDAPPARATUSFORMITIGATINGFADINGINABROADBANDACCESSSYSTEMUSINGDRONE/UAVPLATFORMS”的共同拥有、共同未决的美国专利申请序列号14/295,160，以及2014年3月21日提交的、题为“BROADBANDACCESSTOMOBILEPLATFORMSUSINGDRONE/UAV”的共同拥有、共同未决的美国专利申请序列号14/222,497，上述中的每一个以引用的方式整体并入本文。
技术介绍
1.
本公开描述用于使用无人驾驶载具(UAV)作为在不同类型的终端之间中继互联网通信的平台进行宽带互联网接入的系统的方面。本公开描述用于朝向地面上的覆盖区域最佳地指向UAV的波束并且基于UAV的高度、UAV移动和UAV运动(诸如俯仰/横滚)朝向地面覆盖区域调整波束的系统和方法。2.相关技术描述由于近几年互联网通信量增加，需要新技术将宽带接入以更低成本递送至家庭和企业以及尚未覆盖的场所。当前宽带递送系统的实例包括陆地有线网络(诸如双绞线上的DSL(数字订户线路))、光纤递送系统(诸如FiOS(光纤服务))和地球同步卫星系统。当前宽带接入系统具有许多缺点。一个问题是在偏远和人烟稀少的区域中缺乏服务。地球同步卫星在许多发达国家的偏远区域中提供服务。然而，世界上具有相对不发达网络基础设施的区域缺乏足够的卫星能力。在世界的某些地区中尚不能足够地提供卫星能力的值得注意的原因在于卫星系统的相对高的成本。由于卫星轨道中不利的大气效应，卫星硬件必须是空间适用的并且成本高。发射载具以使卫星进入轨道成本也高。此外，由于卫星的发射风险和高成本，存在确保卫星和发射的显著的成本。因此，宽带卫星系统和服务成本相对较高并且不适合那些地区。在人烟稀少的地区中部署陆地系统(诸如光纤链路或微波链路)成本也是高的。小密度的订户不足以负担部署成本。附图说明在下列附图中，类似部件使用相同参考标号标识。附图中的相同部件的多个实例通过在参考标号之后插入虚线并且添加第二参考标号加以区分。图1A是一些实施方案的基于空中平台的通信系统的图形描绘。图1B是一些实施方案的空中平台的无线电子系统的图形描绘。图1C是一些实施方案的基于空中平台的通信系统的地面终端的无线电子系统的图形描绘。图2A是由两个空中平台/UAV在地面上形成的一组波束的图形描绘。图2B是根据实施方案的由三个空中平台/UAV在地面上形成的一组波束的图形描绘。图2C是根据实施方案的由两个空中平台/UAV在地面上形成的一组波束的图形描绘。图3A是在相同频率下向相同区域提供覆盖的两个UAV的图形描绘。图3B是在相同频率下向相同区域提供覆盖的两个UAV的图形描绘。具体实施方式本公开描述被设计来提供宽带接入的系统的方面。本公开的实施方案应用到的空中平台可以是无人机、无人驾驶载具(UAV)、气球、飞艇、飞船等。无人机或UAV可包括推进系统、燃料系统和机载导航和控制系统。在一个示例性实施方案中，无人机包括与螺旋桨等组合的固定的机翼机身。在其他实施方案中，UAV包括由旋翼推进的无人驾驶攻击武装直升机。UAV可具有机载燃料或使用电能(例如，电池供电)和/或太阳能运行。在本公开的其余部分中，术语“空中平台”和“UAV”是指上述平台(诸如无人机、气球、飞艇、飞船等)中的任一种。相反地，在本公开中对UAV、无人机、气球、飞艇、飞船等的引用可总体上是指空中平台或任何其他类型的空中平台。图1A示出一个UAV110。每个UAV110具有无人机无线电子系统112、消息切换子系统116和被配置来生成无线电覆盖的“波束”或“覆盖区”的至少一个无人机天线孔径子系统114。图1B中示出的无线电子系统112的示例性框图由五个子系统组成：(1)接收器318，接收器318解调和解码从天线子系统114接收的信号；(2)发射器子系统316，发射器子系统316调制从处理器314接收的数据并且向功率放大器(PA)子系统317并且然后向天线子系统114发送所产生的信号；(3)处理器子系统314，处理器子系统314执行下述功能，诸如配置接收器318子系统和发射器316子系统，处理从接收器318子系统接收的数据，确定数据通过发射器子系统316传输，以及控制天线子系统114；(4)存储器子系统312，存储器子系统312包括由处理器314访问以供执行的程序代码、配置数据和系统参数信息；以及(5)陀螺仪/加速计/GPS(全球定位系统)子系统319，陀螺仪/加速计/GPS(全球定位系统)子系统319用来确定位置坐标和取向角(诸如UAV110的俯仰/横滚角)。取决于UAV110的高度，每个UAV110覆盖地面上的一区域。通常，覆盖区域可具有低至几十千米和高至200km或更大的半径，但相关领域中的普通技术人员将容易认识到更小和/或更大的覆盖区域是可能的。UAV110与至少两种类型的地面终端通信：一种类型是用户地面终端(GT)120(参见图1A)，其可包括位于家庭或企业处被配置来向家庭或企业提供互联网连接的终端；第二种类型是互联网网关终端130，其在路径212和232上使用网关无线电子系统模块132和天线子系统134与UAV110通信。虽然所公开的实施方案主要参考地面上的固定终端或装置进行论述，但是相关领域的普通技术人员将容易认识到，本文描述的原理等同地应用到移动平台(诸如船、游本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人驾驶载具(UAV)设备，其被配置来朝向地面区域上的至少一个目标覆盖区形成天线波束，所述UAV设备包括：天线固定件，所述天线固定件被配置来形成一个或多个波束；多个发射器，所述多个发射器被配置来向位于所述地面区域上的所述至少一个目标覆盖区内的多个地面终端传输第一信号；多个接收器，所述多个接收器被配置来从所述多个地面终端接收第二信号；处理器；以及可操作来在所述处理器上运行的至少一个计算机程序，所述计算机程序包括一个或多个指令，所述一个或多个指令被配置来在由所述处理器执行时致使所述UAV设备执行以下操作：在包括至少一个单元的所述地面上形成至少一个波束；其中所述至少一个单元包括所述多个地面终端中的至少一个地面终端；并且其中所述UAV设备在所述地面区域上方维持轨道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.06 US 62/076,360;2014.11.17 US 62/080,856;1.一种无人驾驶载具(UAV)设备，其被配置来朝向地面区域上的至少一个目标覆盖区形成天线波束，所述UAV设备包括：天线固定件，所述天线固定件被配置来形成一个或多个波束；多个发射器，所述多个发射器被配置来向位于所述地面区域上的所述至少一个目标覆盖区内的多个地面终端传输第一信号；多个接收器，所述多个接收器被配置来从所述多个地面终端接收第二信号；处理器；以及可操作来在所述处理器上运行的至少一个计算机程序，所述计算机程序包括一个或多个指令，所述一个或多个指令被配置来在由所述处理器执行时致使所述UAV设备执行以下操作：在包括至少一个单元的所述地面上形成至少一个波束；其中所述至少一个单元包括所述多个地面终端中的至少一个地面终端；并且其中所述UAV设备在所述地面区域上方维持轨道。2.如权利要求1所述的UAV设备，其中：所述天线固定件被配置来形成静态波束以覆盖所述地面区域上的所述至少一个目标覆盖区；并且所述至少一个目标覆盖区包括圆形区域。3.如权利要求2所述的UAV设备，其中：所述圆形区域内的邻近波束使用不同的频率带。4.如权利要求2所述的UAV设备，其中：邻近波束通过时分多路复用(TDM)方案共享相同频率带。5.如权利要求2所述的UAV设备，其中：邻近波束通过将相同频率带划分成一个或多个子带来共享相同频率带。6.如权利要求1所述的UAV设备，其中：所述天线固定件还被配置来导向所述一个或多个波束以便当所述UAV设备维持所述轨道时保持固定在所述地面区域上的所述至少一个目标覆盖区上。7.如权利要求6所述的UAV设备，其中：所述地面区域上的所述至少一个目标覆盖区被划分成多个邻接单元；并且所述多个邻接单元被划分成至少两个子区，其中所述至少两个子区中的每一个中的至少一个单元由不同UAV的波束形成。8.如权利要求7所述的UAV设备，其中当所述子区中的一个覆盖处于所述至少两个子区之间边界处的单元的大多数区域时，将所述边界处的所述单元指配给所述子区中的所述一个。9.如权利要求1所述的UAV设备，其中每个发射器还包括功率放大器并且所述功率放大器的传输功率通过功率控制机制可调整。10.如权利要求9所述的UAV设备，其中：所述功率控制机制的范围被划分成多个功率子范围；所述功率放大器特征在于多个偏置点，所述多个偏置点中的每一个对应于所述多个功率子范围中的不同的一个；并且所述功率放大器的所述多个偏置点中的至少一个被设定成所述多个功率子范围中的对应的一个。11.如权利要求1所述的UAV设备，其中所述至少一个目标覆盖区包括矩形区域。12.一种地面终端设备，其包括：终端天线固定件，所述终端天线固定件被配置来朝向一个或多个无人驾驶载具(UAV)形成第一波束，所述终端天线固定件被配置来导向其所述第一波束以在所述一个或多个UAV维持一个或多个对应轨道时追踪所述一个或多个UAV的位置；多个无线电发射器，所述多个无线电发射器被配置来向所述一个或多个UAV传输第一信号；以及多个接收器，所述多个接收器被...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿玛德·贾拉利，伦纳德·希夫，
申请(专利权)人：乌贝库米有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US