活動天線通信系統的製作方法
2023-05-08 14:34:46 1
專利名稱：活動天線通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信系統，尤其涉及一種使用具有一個或多個地面站的飛行器的無線通信系統。
背景技術：
長期以來對高帶寬、近距離連接語音和數據串終端用戶的需要已經迅速地增加。這種對通信能力增加的需要既存在於具有堅實的通信基礎結構的城市區域，又存在於缺乏上述基礎結構的較少開發的區域。通信信號可以通過多種不同類型的通信系統被傳送給終端用戶。有線、陸地系統一般地對於很大的帶寬信號提供高速通信。但是，用於上述系統的基礎結構是昂貴的，並且修建、維護和升級是耗費時間的，以及其不能單獨地支持移動通信。使用傳送塔的無線系統對於每個地區可用的實質上更有限的帶寬提供相當高速的通信。
對地靜止的地球軌道(GEO)衛星(處於大約36,000公裡的高度)也可以提供無線通信給終端用戶，但是因為其高度非常高，作為帶寬效率是有限的。甚至安裝在上述距離的窄波束天線擁有很大的陸地面積。因此，GEO衛星以其需要在大多數區域具有提供高帶寬通信的能力來說是受限制的，尤其是對於人口稠密地區。而且，GEO衛星必須處於赤道軌道中，這限制了其對於赤道地帶部位的實際用途。
中和低地球軌道(MEO和LEO)衛星系統(分別在10,000公裡和700-1500公裡高度)實際上是複雜的，因為終端用戶需要具有跟蹤衛星越過天空的相對運動的設備。非同步衛星需要複雜地、連續地調整定向天線，即，能夠用萬向支架固定貫穿很大的角度。這些天線既在空中又在地面上需要，典型地由於地面天線具有輔助天線系統，適於從一個傳送衛星到下一個切換通信信號。當然，以上所述的衛星沒有一個是容易收回的，例如，用於檢修。
飛行器在各式各樣的應用中使用，包括旅行、運輸、救火、對空觀察和戰鬥。飛行器可用於轉播通信信號。用於上述用途的地面站將典型地或者需要窄帶、全向天線或者大的萬向角度性能(類似於用於MEO或者LEO衛星的地面站)，因為即使是作圓周運動，上述的飛行器將運動真實的距離。
不幸地是，標準用萬向架固定的地面站設備是昂貴的，容易受到損壞和磨損。使用廣角的或者全向天線可以避免使用萬向支架。但是，大的廣播角度需要附加功率，更重要的是限制了附近地面站和/或附近飛行器頻率的重複使用。因此，該寬帶寬系統利用廣角或者全向天線是受限制的。
以上所述的對於天線具有或者寬的廣播角度或者大角度的萬向支架的要求的例外情況是，該飛行器能夠在空中很小的位置對於很長時間保持位置，即，作為一個長持續時間、亞軌道的高空平臺。這樣的一個飛行器在美國專利No.5,810,284中描述。這種飛行器結構包括有公知的開拓者、百夫長和太陽神飛行器。
這些飛行器能夠在平流層的高度長時間保持位置，允許地面站使用固定的、窄波束天線(例如，除了簡單的一個用於最初截獲目標的以外沒有轉向機構的2°或者3°帶寬天線)。這些窄波束天線允許在多個地面站和一個給定的飛行器之間，以及在一個地面站(或者接近鄰接的地面站)和多個飛行器之間進行頻率復用。但是，這樣的飛行器可能在保持為使用這樣的窄波束天線所必需的堅固的位置而消耗極大的資源(即，功率)。該功率既消耗在堅固的操作上，又消耗在局部飛行條件下對於瞬間變化的快速補償上。
希望去開發一種提供高帶寬信號給很多廉價的、耐用的地面站的通信系統。本發明的不同的實施例可以滿足這些需要的某些或者全部，並且進一步提供了有關的優點。
發明內容
在不同的實施例中，本發明通過提供一種提供飛行器具有大的飛行工作位置，同時仍然具有使用窄波束地面站天線優點的通信系統，解決如上所述需要的某些或者全部。
本發明的通信中繼系統典型地包括一個飛行器和多個地面站，該飛行器用於轉播信號。該飛行器被配置去控位在指定的飛行場所之內，該指定的飛行場所僅僅是地面上視野的一部分，該地面上視野可以包括多個其他的潛在飛行場所。該飛行器包括一個通信轉播模塊，該通信轉播模塊具有一個或多個與地面站通信的天線。該地面站位於在覆蓋區內，並且每個地面站具有至少一個配置經由通信信號與該通信轉播模塊天線的至少一個通信的天線。
本發明的一個特點是該地面站天線的波束寬度非常的窄，使得其同時不足以照射(即，發送到和/或從中接收)整個的飛行場所。因為該飛行器可以貫穿該飛行場所移動，每個地面站天線被配置在一個天線控制器的控制下是可操縱的，使得當該飛行器貫穿該飛行場所移動之時，該地面站天線可以保持與該飛行器的通信轉播模塊通信。該天線控制器被配置去限制天線的操縱，使得除了該指定的飛行場所以外，其避免在任何的飛行場所對準該天線。
有利地，與具有擁有足夠大的波束寬度去照射整個的飛行場所的地面站天線相比較，具有這個特點的大多數實施例將作為地面站天線具有低的功率使用，並且將對於使用相同頻率的鄰近通信具有更少的串話幹擾。此外，與由窄波束地面站天線充分照射的非常小的飛行場所相比較，該飛行器將必須實行更少的操作和消耗更少的能量去保持位置。
本發明的另外的一個特點是該飛行器位置信息被從飛行器使用寬的波束或者全向天線發送給地面站和/或由地面站接收，從而允許該地面站無需使其天線正確地瞄準該飛行器接收該信息。
從下面結合伴隨的附圖對發明的優選實施例的詳細說明中，例如，舉例說明本發明的原理，本發明的其他的特徵和優點將變得顯而易見。作為在下面的陳述，允許建立和使用一個本發明的實施例，特定的優選實施例的詳細說明不意欲限制列舉的權利要求，而是用來起主張本發明的特定例子的作用。
圖1是一個實施本發明的通信系統的優選實施例的說明性的視圖。
圖2A是一個在圖1描述的通信系統中使用的飛行器的正視圖。
圖2B是一個在圖2A描述的飛行器的俯視圖。
圖3是在圖1描述的通信系統的另一個說明性的視圖。
圖4是一個當在圖1描述的通信系統中使用之時，在多個地面站之上的飛行場所的正視圖。
圖5是一個當在圖1描述的通信系統中使用之時，一系列飛行場所的平面圖。
圖6是一個當在圖1描述的通信系統中使用之時，通過重疊飛行器天線波束的一系列地平面照明的平面圖，該飛行器天線波束限定在覆蓋區內的小區。
圖7是一個當在圖1描述的通信系統中使用之時，定向地面天線瞄準在飛行場所內的一個飛行器的正視圖。
圖8A是一個當在圖1描述的通信系統的地面站中使用之時，可操縱天線的第一個實施例的簡略視圖。
圖8B是一個當在圖1描述的通信系統的地面站中使用之時，可操縱天線的第二個實施例的簡略視圖。
具體實施例方式
通過參考下面的詳細說明，可以更好地理解上述的綜述和通過列舉的權利要求限定的本發明，該詳細說明應該結合伴隨的附圖閱讀。作為在下面的陳述，允許建立和使用一個本發明的實施例，這個通信系統特定的優選實施例的詳細說明不意欲限制列舉的權利要求，而是用來提供其特定的例子。
參考圖1，實施本發明的通信系統包括一個或多個地面站102，一個或多個飛行器104，以及最好是一個或多個衛星106。
該地面站位於小區108中，該小區108被飛行器的方向性天線瞄準。每個飛行器被在平流層的高度，例如，在50,000英尺和70,000英尺的高度之間，控位在一個有限的飛行場所之內。最好是，每個飛行場所與另一個飛行場所一樣被設置在相同的高度。該飛行器使用單路或者雙路通信信號去轉播地面站通信給其他的地面站和/或衛星網絡。
飛行器本發明最好包括使用一個飛行器作為具有穩定堅固的控位要求的大體上對地靜止的平臺。按照本發明，該優選的飛行器具有類似於開拓者、百夫長和/或太陽神飛行器的結構。雖然優選的飛行器的結構在下面進行描述，更多的細節提供於美國專利No.5,810,284中，其合併在此處作為參考。儘管如此，應該明白其他的飛行器，諸如直升飛機、氣球、小型飛船、風箏或者其他的類型的飛行器均落在本發明的範圍內。
參考圖1、2A和2B，優選的飛行器104實施例是一個空軍聯隊飛機，即，其沒有機身或者尾翼。而是，其由一個具有沿著翼展大體上相容的機翼形狀和大小的平直機翼112組成。最好是，六個、八個或者十四個電動機114沿著翼展位於不同位置上，每個電機驅動單個螺旋槳116去產生推進。最好是，二個、四個或者五個垂直安定翼或者吊艙118a-118d隨著陸裝置在其低端從機翼向下延伸。
該優選的飛行器104是太陽能的，並且包括燃料箱去儲存能量用於連續不斷的日夜飛行。因此，其理論上適合於連續不斷的、無人駕駛的飛行在一周至十天以上，(例如，200個小時)，進一步最好是3000個小時或者更長。換句話說，可以設計成能從氫燃料(諸如用於或者燃料電池或者常規的內燃機的液態氫)、化石燃料或者其他的儲存的燃料，或者諸如在白天的太陽能以及在夜裡存儲非可更換的或者部分可更換的燃料的燃料源的組合取得其某些或者全部能源。
該飛行器104最好是沿著翼展順序地設置縱向被分成五個或者六個模塊分段。這些分段長度從39到43英尺範圍，並且具有大約八英尺的弦長。因此，該飛行器具有大約八英尺的長度，並且最好是具有大約100、120、200或者250英尺的翼展。該飛行器的機翼分段每個在飛行中支撐它們自己的重量，以便將在分段中間的負荷減到最少，並且從而將要求的載荷結構減到最少。
該安定翼118a-118d從機翼112在分段之間的連接點向下延伸，每個安定翼安裝著陸裝置前和後輪。該安定翼被配置作為吊艙去包含飛行器的組成部分，諸如電子設備，和/或各種各樣的有效負荷。吊艙的一個，「控制盒」用於攜帶電子控制設備，包括一個主要包含軟體的自動駕駛儀去控制馬達和升降舵。此外，該吊艙攜帶檢測器，包括全球定位系統設備以及通信設備。
該飛行器也包括一個通信轉播模塊，該通信轉播模塊包括飛行器的天線，用於發送到和/或從地面站接收。該飛行器的天線具有適中的波束寬度，最好是約為10°-20°。
作為上述結構的結果，該飛行器的優選實施例是輕巧的(機翼面積小於1磅每平方英尺)，以相對緩慢的空中速度(從低空13節至高空100節)行進，並且為了保持空中運動從太陽能電池系列需要相對小的電能。該飛行器的相對緩慢的飛行性能有助於該飛行器的長久持續時間飛行性能，以及在控位期間堅固的操作。
飛行場所參考圖1和3-6，每個飛行器104控位，即，保持大體上相對於地面站102對地靜止的位置。這個大體上對地靜止的位置是一個具有中心點134和一個容許的橫向和高度漂動距離的飛行場所132。因此，該飛行場所典型地是一個大氣空間的筒形部分，這裡該筒形在垂直方向中縱向地延伸。最好是，該飛行場所處於大約60,000-70,000英尺高度，在正常航空運輸和大氣幹擾(例如，暴風雨)之上。在這個高度，最大強度風與在低的噴氣流區域的風相比較具有低的速度。
最好是，每個飛行器104被保持在單獨的飛行場所132，該飛行場所132通過間距136與其他的飛行場所隔開。在任一給定的時間，每個飛行器可以是在其飛行場所內的任何位置(如在圖5描述的)。該間距既保證一個飛行器不要飛行在另一個相關的地面天線的波束寬度之內，又用來保護該飛行器避免彼此撞上。
地面站參考圖1和3，在每個小區108內的該地面站102是陸地通信節點，最好是廣播信號到一個或多個飛行器104，和/或從一個或多個飛行器104接收信號。該地面站的數目典型地比小區的數目遠遠地更多(即，在多數的小區中存在眾多的地面站)。陸基的通信設備連接到該地面站，並且典型地包括一個或多個終端用戶終端(即，用於一個或多個終端用戶的通信設備)。每個地面站包括一個或多個窄波束天線，其每個可以廣播信號到在飛行器的一個上的通信模塊的天線，和/或從在飛行器的一個上的通信模塊的天線接收通信信號。
該地面站天線最好具有窄的波束寬度，例如，大約2°、2.5°、3°或者4°，以適當的功率電平提供用於高潛在的帶寬。這些天線具有一個提供用於從標稱位置大約3°或者6°擰動天線瞄準的轉向機構，該標稱位置是大約地面站天線波束寬度的一至三倍。該通信系統包括一個或多個控制器，去命令和從而控制地面站天線的操縱。一個單獨的控制器可以是在每個地面站中，或者單個控制器可以位於或者飛行器中或者控制地面站中。該控制地面站可以是與該飛行器保持聯繫，該飛行器轉播控制信息給另一個地面站，或者直接與常規的地面站通信。此外，一個控制器可以共同設置在多個系統組成部分中，諸如部分在飛行器中和部分在每個地面站中。
單個地面站可以包括多個可以從不同的飛行器瞄準和接入信號的地面站天線，因此增加了可用帶寬。單獨的控制器可以控制不同的天線，或者單個系統控制器可以控制所有的地面站天線。
該地面站還包括一個初始瞄準調整機構。這個機械裝置典型地是一種手動調整和自動跟蹤系統，包括某些類型的信號強度指示器，以幫助設置天線的標稱瞄準到飛行場所132的中心點134。
地面站小區在每個飛行器104上的天線被配置和瞄準去照射一個大體上由一個小區108填充的地面區域142。這些最好是六邊形的小區可以具有改變尺寸的性質，其最好是在等於飛行器巡航高度的距離與空中天線的波束寬度相匹配。該飛行器的天線可以瞄準去照射交錯的地面區域，以便實現對覆蓋區144全面的蜂窩覆蓋。該覆蓋區典型地可以具有約為10至30英裡的半徑。
在該飛行器104上，該飛行器天線被攜帶在一個或多個有效負荷模塊中。使用萬向支架，該天線保持其姿態，並且從該飛行器的滾動、俯仰、搖擺和平移運動中減震。最好是所有的飛行器天線被安裝在單個用萬向架固定的平臺上，以限制有效萬向支架的數目。因此，每個飛行器天線的目標被保持在其相應的小區108上。
天線波束控制參考圖7，在本發明之下，無需移動，飛行場所132的尺寸大於地面站102可以遮蓋窄波束152。通過利用地面站天線方向的輕微扭動(即，極小的操縱)，該通信系統可以取得具有窄射線地面天線的好處(否則需要飛行場所大約離中央參考點橫向±0.5英哩和縱向±0.1英哩)，同時該飛行器可以取得具有大的戰鬥區域的好處，諸如大約離中央參考點橫向±1.5英哩和縱向±1.0英哩。
尤其是，該飛行器可以以比需要保持較小位置平均更少的功率運行，並且該飛行器可以在更加困難的條件下控位，諸如強風、高空穿過雷暴、渦流和垂直空中運動。此外，從可靠性觀點，作為經常或者作為猛烈地其不能操作，並且天線平臺將隨更加受限的偏轉更容易穩定。
在實施在本發明之下的地面站天線操縱中，該地面站天線控制器最好是配置去操縱該天線波束去貫穿整個飛行場所移動。它們進一步最好是配置去限制地面站天線波束操縱，使得除了特定的、指定的飛行場所以外，該波束避免在任何飛行場所之內經過。這種結構可能出現在控制系統軟體或者硬體中，因為需要操縱的波束量將取決於地面站和飛行場所的相對位置，以及取決於該飛行場所的尺寸和形狀。尤其是，直接在飛行場所下面的地面站比實質上遠離飛行器位置的地面站寬闊的飛行場所將需要更高的移動能力。類似地，實質上遠離飛行器位置的地面站比直接在飛行場所下面的地面站高的飛行場所將需要更高的移動能力。這些幾何學上的要求可以通過控制器容易地計算。
現在轉向圖8A和8B，地面站天線典型地將包括一個饋電喇叭202和一個主反射器204。該天線還可以包括一個輔助的反射鏡206。
該優選的用於操縱扭動天線的致動器是小功率的和經久耐用的。因為它們不需要偏轉大的角度，它們可以是低成本的簡單機構，並且可以比大角度的萬向節系統具有更多的可靠性。其中可以使用的機械裝置類型是伺服電動機、步進電動機、壓電致動器以及雙金屬條。在本發明的某些實施例中還可以使用萬向支架。
該天線的操縱可以以許多不同的方式轉向。例如，可以重新配置一個完整的天線組合。但是，進一步最好是，只有天線組合的一部分，諸如主反射器(參見圖8A)、輔助的反射器(參見圖8B)，或者該饋電喇叭可以重新配置到偏轉的位置208。因為它們一般地是較小的設備，優選的是重新配置該饋電喇叭或者該輔助的反射器。如果使用重新配置或者該饋電喇叭或者該輔助的反射器，與對於固定天線需要的相比較，使用大的主反射器可能是必要的。
其他類型的天線也在本發明的範圍內。例如，可以使用一個相控天線陣，即，一組天線，其中饋給天線的相應信號的相應相位被以這樣一種方法改變，即，在想要的方向該陣列的有效輻射模式被增強，並且在不想要的方向該陣列的有效輻射模式被抑制。在這種情況下，該天線可以被用電子學方法操縱。同樣地，以覆蓋整個飛行場所的模式瞄準的一系列窄波束天線可以由一個作為單獨的可控天線的控制系統選擇。因此，並不是所有的實施例都需要實際的運轉機械去操縱該天線。
波束方向操縱系統為了去操縱該地面站天線，使得當其貫穿飛行場所移動之時其波束跟隨該飛行器，該地面站必須獲得天線控制信息(即，關於需要的地面站天線方向操縱垂直和水平的信息)。這種信息可以以許多不同的方式在許多不同的控制系統實施例中開發。典型地，這種信息是從飛行器位置信息，以及從有關地面站相對於飛行場所的相對位置的信息中產生的。
在用於本發明的地面站天線方向操縱系統的第一個實施例中，該飛行器的位置是由該飛行器建立的，諸如通過使用一個全球定位系統(GPS)讀取。該信息然後被發送到每個地面站，或者在通常發送到每個單元的載波信號內編碼，或者使用寬波束或者全向天線經窄的廣播信道去發送和/或接收該信息。
該信息可以以許多格式提供。例如，該信息可以作為一個絕對的地理位置、相對於該小區的飛行器的相對位置，或者相對於該飛行場所的飛行器的相對位置發送。換句話說，該信息可以被轉變成用於每個給定小區和/或一個或多個地面站的每個組的天線控制信息，並且然後發送。
值得注意的是，天線方向信息和/或飛機所在位置信息代表需要非常低的數據速度和小的發射功率去發送的少量的數據。那些信息必須到達每個具有一個天線瞄準該飛行器的地面站。每個地面站必須相對於該飛行器建立適合於其地理位置的仰角和方位角操縱。如果一個在飛機上寬的定向天線用於發送飛機方向信息給到達的所有用戶，然後或者該信息將被編碼給每個地面站，規定天線的操縱必要條件，或者需要基於該飛行器的位置信息，每個地面站必須計算其自己的操縱。
在用於本發明的地面站天線方向操縱系統的第二個實施例中，每個飛行器的位置可以通過陸基的中央控制站建立，諸如通過使用雷達測距和方位測定。該信息可以以類似於在上面對於地面站天線方向操縱系統的第一個實施例論述的方式對於飛機遠距離測量，並且轉播給地面站。同樣地，那些信息可以通過其他的裝置，諸如可利用的地面通信系統或者獨立的無線傳輸被發送給地面站。再次，該信息可以以許多形式，諸如飛機所在位置信息或者天線操縱指令信息提供。
在用於本發明的地面站天線方向操縱系統的第三個實施例中，該飛行器的位置是由每個地面站建立的，諸如基於該飛行器的傳輸信號強度由一個自備的跟蹤系統建立。在這種類型的系統中，通過小的角度該地面站天線被周期性地操縱，並且信號強度被在每個位置比較。強的信號表示該天線靠近於在該飛行器上的中心。當然，只要該地面站被在其相應的飛行器上被鎖定，無需來自該飛行器的信息傳輸，其將呆在鎖定的飛行器上。
應當注意到，如果第三個實施例的天線失去該飛行器的蹤跡，諸如可能出現當該系統斷電的時候，可以實施覆蓋整個飛行場所的覆蓋其運動範圍的搜索方式。如果該天線控制信息被發送給嵌入飛行器標準傳輸中的地面站，當該天線失去飛行器的線索的時候，將丟失該飛行器，這種性能也可能是為其他的實施例所必需的。由該控制系統使用全向天線通常消除對很大或者頻繁的搜索的需要。
其他的考慮用於地面站天線的小角度天線操縱的原理可以適合於各種各樣的飛行場所尺寸，諸如橫向±15英裡和縱向±5英裡，或者橫向±20英裡和縱向±3英裡。但是，當該控位失去之時，二次效應變得更相關，諸如做為距離顯著差異信號強度變化，或者否則通過精確的方向性屏蔽相同頻率的其他用戶的幹擾。此外，在一個飛行場所和鄰近的飛行場所之間的間隔可能必須增加。
小角度操縱也可以在飛機天線和地面站天線上使用，在大角度的萬向支架上增加精密控制，在飛行時穩定該天線。
在整個通信系統中，可能有的地面站不僅使用小角度調整。上述的地面站將包括移動地面站，和設計成能在不同的飛行器(例如，用於飛行器指揮和控制)之間切換通信的地面站。
應該明白，在固定地面站之上使用有限的方向性調整，在地面站中增加了代價和複雜性，但是其提供了許多好處，涉及效率、能源供應以及作為中繼站的平流層飛行器的機動性。因此，在本發明的許多實施例之下，可以改善總體通信系統的效率、成本以及可靠性。
該產生的系統可以用於在地面站及其他位置之間的雙向通信，到地面站的單向廣播，或者甚至是由地面站的單向廣播。因此，應該明白，在上面描述的天線照射小區或者飛行場所是對於在一定距離採取的天線波束寬度的參考，沒有必要一個天線配置去發送通信，而非僅接收通信。
雖然已經舉例說明和描述了本發明的特殊方式，顯而易見不脫離本發明的精神和範圍可以進行各種各樣的修改。因此，雖然僅參考優選實施例已經詳細描述了本發明，那些本領域普通技術人員將明白不脫離本發明的範圍可以進行各種各樣的修改。因此，本發明不意味著被上述的論述限制，而是根據下面的權利要求限定。
權利要求
1.一種通信中繼系統，包括一個配置去從多個潛在的飛行場所當中指定的飛行場所內控位的飛行器，該飛行器包括一個通信轉播模塊，該通信轉播模塊包括一個或多個天線；位於覆蓋區的多個地面站，每個地面站包括一個天線，配置經由通信信號與通信轉播模塊的至少一個天線通信，該地面站天線具有不足以同時照射整個飛行場所的波束寬度；和一個天線控制器，其中每個地面站天線被配置為在該天線控制器的控制下是可操縱的，使得當該飛行器運動貫穿該指定的飛行場所的時候，該地面站天線可以保持與該通信轉播模塊通信，並且其中該天線控制器被配置為限制該天線的操縱，使得除了在該指定的飛行場所以外的任何飛行場所避免指揮天線。
2.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該天線控制器被配置使得飛行器位置信息被發送給每個地面站，並且每個地面站從該飛行器位置信息計算天線控制信息。
3.根據權利要求2的通信中繼系統，其中該天線控制器被配置使得該飛行器位置信息是從在該飛行器之上的檢測器開發的。
4.根據權利要求2的通信中繼系統，其中該天線控制器被配置使得該飛行器位置信息是從設置在地面上的檢測器開發的。
5.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該天線控制器被配置使得天線控制信息被發送給每個地面站。
6.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該天線控制器被配置使得嵌入在通信信號中的天線控制器的信息從該通信中繼模塊到該地面站天線發送給每個地面站。
7.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該天線控制器被配置使得天線控制器的信息經由一個全向天線由每個地面站接收。
8.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該天線控制器被配置使得天線控制器的信息從一個陸基的位置發送給每個地面站。
9.根據權利要求1的通信中繼系統，該多個地面站進一步包括一個跟蹤系統，配置去檢測有關該飛行器相對於地面站的位置信息；其中該天線控制器被配置去使用有關該飛行器的位置信息，去產生用於操縱該地面站天線的天線控制指令。
10.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該多個地面站的每個地面站包括一個跟蹤系統，配置去檢測有關該飛行器相對於地面站的位置信息；其中該天線控制器被配置去使用有關該飛行器的位置信息，去產生用於操縱該地面站天線的天線控制指令。
11.根據權利要求10的通信中繼系統，其中每個地面站的跟蹤系統被配置去使用由地面站天線接收的信號的信號強度，去檢測有關該飛行器的位置的信息，並且其中如果該地面站天線已經失去與該通信轉播模塊的通信，同時該飛行器位於該指定的場所中，該天線控制器被進一步配置去以搜索方式產生用於操縱該天線的天線控制指令。
12.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該飛行器是一個從小型飛船、飛機和風箏的組中被選擇出來的設備。
13.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該指定的場所從基準位置橫向地延伸至多大約1.5英裡，並且縱向至多大約1英裡。
14.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該指定的場所從基準位置橫向地延伸至多20英裡，並且縱向至多3英裡。
15.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該天線控制器和該地面站天線被配置使得該地面站天線在至多大約6度之上是可操縱的。
16.根據權利要求1的通信中繼系統，其中該天線控制器和該地面站天線被配置使得該地面站天線在至多大約3度之上是可操縱的。
17.根據權利要求1的通信中繼系統，其中每個地面站天線包括一個主反射器和一個喇叭天線，並且其中相對於該喇叭天線移動該主反射器，每個地面站天線是可操縱的。
18.根據權利要求1的通信中繼系統，其中每個地面站天線包括一個主反射器和一個喇叭天線，並且其中相對於該主反射器移動該喇叭天線，每個地面站天線是可操縱的。
19.根據權利要求1的通信中繼系統，其中每個地面站天線包括一個主反射器、一個輔助反射器和一個喇叭天線，並且其中相對於該主反射器和該喇叭天線的至少一個移動該輔助反射器，每個地面站天線是可操縱的。
20.一種通信中繼系統，包括一個配置去從多個潛在的飛行場所當中指定的飛行場所內控位的飛行器，該飛行器包括一個通信轉播模塊，該通信轉播模塊包括一個或多個天線；位於覆蓋區的多個地面站，每個地面站包括一個天線，配置經由通信信號與通信轉播模塊的至少一個天線通信，該地面站天線具有不足以同時照射整個飛行場所的波束寬度；和一個用於控制該地面站天線的裝置，其中每個地面站天線被配置為在該用於控制的裝置的控制下是可操縱的，使得當地面站飛行器運動貫穿地面站指定的飛行場所的時候，該地面站天線可以保持與該通信轉播模塊通信，並且其中該用於控制的裝置被配置為限制地面站天線的操縱，使得除了在指定的飛行場所以外的任何飛行場所避免指揮天線。
21.一種中繼通信的方法，包括提供一個飛行器，配置去從多個潛在的飛行場所當中指定的飛行場所內控位，該飛行器包括一個通信轉播模塊，該通信轉播模塊包括一個或多個天線；對於覆蓋區提供多個地面站，每個地面站包括一個天線，配置經由通信信號與通信轉播模塊的至少一個天線通信，該地面站天線具有不足以同時照射整個飛行場所的波束寬度；和控制該地面站天線的操縱，使得當該飛行器運動貫穿該指定的飛行場所之時，它們保持與該通信中繼模塊的通信，並且使得除了該指定的飛行場所以外，它們避免瞄準任何的飛行場所。
全文摘要
本公開提供了一種通信系統，該通信系統使用高空飛行器以比較低的速度運動，該飛行器可以在空中保持很長一段時間。該通信系統使用該飛行器作為長期的高空平臺，該平臺在一個或多個地面站和/或衛星、飛機等等之間轉播信號。該地面站具有可瞄準的窄波束天線，與另外可能使用該窄波束天線相比較允許該飛行器去保持一個大的場所。該地面站基於或者通過跟蹤該飛行器的信號獲得的信息，或者由該飛行器發送到該地面站的信息調整其目標。
文檔編號H01Q3/20GK1422447SQ01807848
公開日2003年6月4日 申請日期2001年4月14日 優先權日2000年4月14日
發明者P·B·麥克瑞迪 申請人:威羅門飛行公司