(57)【要約】【課題】対象物を即時に捕捉することが可能なアンテナ装置、アンテナ方向補正プログラム及びアンテナ方向補正方法を提供すること。【解決手段】アンテナ装置１は、アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、平面が水平面と平行である場合の第１の軸との間の第１の角度、及び平面上の前記第１の軸と直交する第２の軸と、平面が水平面と平行である場合の第２の軸との間の第２の角度を検出する検出部２と、第１の角度、第２の角度、及びアンテナの方向に関する方向情報を取得する取得部３と、第１の角度及び第２の角度に基づいて、第１の軸及び前記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定する決定部４と、回転軸及び前記回転角に基づいて、直交座標系を回転させて方向情報を補正する補正部５と、を備える。【選択図】図１
2020113903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、前記平面が水平面と平行である場合の前記第１の軸との間の第１の角度、及び前記平面上の前記第１の軸と直交する第２の軸と、前記平面が水平面と平行である場合の前記第２の軸との間の第２の角度を検出する検出部と、
前記第１の角度、前記第２の角度、及び前記アンテナの方向に関する方向情報を取得する取得部と、
前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記第１の軸及び前記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定する決定部と、
前記回転軸及び前記回転角に基づいて、前記直交座標系を回転させて前記方向情報を補正する補正部と、を備えるアンテナ装置。
【請求項２】
前記決定部は、前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記平面の前記水平面に対する最大傾斜角及び傾斜方位を算出し、前記傾斜方位に基づいて前記回転軸を決定すると共に前記最大傾斜角を前記回転角として決定する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記決定部は、前記平面上に設定された前記直交座標系の原点を通る直線であって、前記傾斜方位方向と直交する直線を前記回転軸と決定する、請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記方向情報は、前記アンテナの方位角、及び前記方位角方向と前記第１の軸との間のオフセット角を含み、
前記決定部は、前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記第１の軸を基準とした前記傾斜方位方向の角度を示す第３の角度を算出し、前記第３の角度、前記オフセット角及び前記方位角に基づいて、前記回転軸を決定する、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記方向情報は、前記アンテナの仰角をさらに含み、
前記補正部は、前記仰角、前記方位角、前記オフセット角、前記第３の角度及び前記最大傾斜角に基づいて、前記仰角及び前記方位角を補正する、請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記原点は、前記アンテナを支持する支持部の中心線と前記平面とが交わる点である、請求項３〜５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記検出部は、前記第１の角度を検出する第１のセンサ及び前記第２の角度を検出する第２のセンサにより構成されるか、又は前記第１の角度及び前記第２の角度を検出する第３のセンサにより構成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記第１のセンサ、前記第２のセンサ及び前記第３のセンサは傾斜センサである、請求項７に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第１の軸との間の第１の角度、及び前記平面に設定された、前記第１の軸と直交する第２の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第２の軸との間の第２の角度を検出することと、
前記アンテナの方向に関する方向情報を取得することと、
前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記第１の軸及び前記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定することと、
前記回転軸及び前記回転角に基づいて、前記直交座標系を回転させて前記方向情報を補正することと、をコンピュータに実行させるアンテナ方向補正プログラム。
【請求項１０】
アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第１の軸との間の第１の角度、及び前記平面に設定された、前記第１の軸と直交する第２の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第２の軸との間の第２の角度を検出することと、
前記アンテナの方向に関する方向情報を取得することと、
前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記第１の軸及び前記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定することと、
前記回転軸及び前記回転角に基づいて、前記直交座標系を回転させて前記方向情報を補正することと、を含むアンテナ方向補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アンテナ装置、アンテナ方向補正プログラム及びアンテナ方向補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星等の対象物を正確に捕捉するためには、アンテナが設置された平面の傾斜を補正する必要がある。傾斜が正しく補正されないとアンテナを対象物方向に正しく指向させることが出来ず、アンテナの特性及び性能が低下する。これに関連して、上記傾斜を補正するための関連技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には、高速な応答性を有する３つの角速度センサを用いて、設定された座標系における３つの軸を調整することにより、アンテナが設定されている平面の傾斜を補正し、アンテナを衛星方向に正しく指向させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８１１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術では、アンテナが設置された平面の傾斜を補正するために、座標系をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の回りで回転させる計算方法を用いている。そのため、特許文献１に開示された計算方法を用いた場合、複雑な計算が必要となり、上記傾斜を即時に補正することが出来ない。したがって、特許文献１に開示された技術では、対象物を即時に捕捉することが難しい。
【０００６】
本開示の目的は、上述した課題を解決するためになされたものであり、対象物を即時に捕捉することが可能なアンテナ装置、アンテナ方向補正プログラム及びアンテナ方向補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示にかかるアンテナ装置は、
アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、前記平面が水平面と平行である場合の前記第１の軸との間の第１の角度、及び前記平面上の前記第１の軸と直交する第２の軸と、前記平面が水平面と平行である場合の前記第２の軸との間の第２の角度を検出する検出部と、
前記第１の角度、前記第２の角度、及び前記アンテナの方向に関する方向情報を取得する取得部と、
前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記第１の軸及び前記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定する決定部と、
前記回転軸及び前記回転角に基づいて、前記直交座標系を回転させて前記方向情報を補正する補正部と、を備えるアンテナ装置である。
【０００８】
本開示にかかるアンテナ方向補正プログラムは、
アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第１の軸との間の第１の角度、及び前記平面に設定された、前記第１の軸と直交する第２の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第２の軸との間の第２の角度を検出することと、
前記アンテナの方向に関する方向情報を取得することと、
前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記第１の軸及び前記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定することと、
前記回転軸及び前記回転角に基づいて、前記直交座標系を回転させて前記方向情報を補正することと、をコンピュータに実行させるアンテナ方向補正プログラムである。
【０００９】
本開示にかかるアンテナ方向補正方法は、
アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第１の軸との間の第１の角度、及び前記平面に設定された、前記第１の軸と直交する第２の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第２の軸との間の第２の角度を検出することと、
前記アンテナの方向に関する方向情報を取得することと、
前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記第１の軸及び前記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定することと、
前記回転軸及び前記回転角に基づいて、前記直交座標系を回転させて前記方向情報を補正することと、を含むアンテナ方向補正方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、対象物を即時に捕捉することが可能なアンテナ装置、アンテナ方向補正プログラム及びアンテナ方向補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかるアンテナ装置の概略を示したブロック図である。
【図２】実施の形態２にかかるアンテナ装置の構成例を示す図である。
【図３】アンテナが向いている方位とＹ軸正方向とが一致する場合のＸ軸、Ｙ軸及びＡＺの関係を示す図である。
【図４】回転軸及び回転角の決定処理を説明する図である。
【図５】回転軸及び回転角の決定処理を説明する図である。
【図６】回転軸及び回転角の決定処理を説明する図である。
【図７】回転軸及び回転角の決定処理を説明する図である。
【図８】アンテナの方向がＹ軸正方向と一致しない場合のＸ軸、Ｙ軸及びＡＺの関係を示す図である。
【図９】実施の形態２にかかるアンテナ装置の動作例を示す図である。
【図１０】変形例にかかるアンテナ装置を示す図である。
【図１１】アンテナ装置のハードウェア構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。なお、以下の記載及び図面は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、以下の各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１３】
（実施の形態１）
図１を用いて、実施の形態１にかかるアンテナ装置１について説明する。図１は、実施の形態１にかかるアンテナ装置の概略を示したブロック図である。アンテナ装置１は、例えば、衛星等の対象物を捕捉するようにアンテナを制御する装置である。アンテナ装置１は、検出部２と、取得部３と、決定部４と、補正部５とを備える。
【００１４】
検出部２は、アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、上記平面が水平面と平行である場合の第１の軸との間の第１の角度を検出する。また、検出部２は、上記平面上の第１の軸と直交する第２の軸と、上記平面が水平面と平行である場合の第２の軸との間の第２の角度を検出する。
【００１５】
取得部３は、検出部２が検出した第１の角度、第２の角度を取得すると共に、アンテナにより測定されたアンテナの方向に関する方向情報を取得する。
【００１６】
決定部４は、第１の角度及び第２の角度に基づいて、上記第１の軸及び上記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定する。
【００１７】
補正部５は、決定部４が決定した回転軸及び回転角に基づいて、上記直交座標系を回転させて取得部３が取得した方向情報を補正する。
【００１８】
以上説明したように、検出部２は、第１の角度及び第２の角度を検出し、取得部３は、検出された第１の角度及び第２の角度を取得する。決定部４は、第１の角度及び第２の角度に基づいて、３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定する。補正部５は、回転軸及び回転角に基づいて、上記直交座標系を回転させてアンテナの方向を示す方向情報を補正する。
【００１９】
アンテナ装置１は、直交座標系を決定された回転軸を基準に１回のみ回転させてアンテナの方向情報を補正する。そのため、実施の形態１にかかるアンテナ装置１を用いることにより、３軸の回りで座標系を回転させる関連技術と比較して、アンテナが設置された平面の傾斜を即時に補正することが可能となる。傾斜を即時に補正することにより、対象物を即時に捕捉することが可能となる。したがって、実施の形態１にかかるアンテナ装置１によれば、対象物を即時に捕捉することが可能となる。
【００２０】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。実施の形態２は、実施の形態１を詳細にした実施の形態である。
【００２１】
＜アンテナ装置の構成例＞
図２を用いて、実施の形態２にかかるアンテナ装置１００の構成例について説明する。図２は、実施の形態２にかかるアンテナ方向補正装置の構成例を示す図である。
【００２２】
アンテナ装置１００は、通信用の衛星を捕捉（追尾）して、当該衛星と通信を行うアンテナ装置である。通信用の衛星は、実施の形態１の対象物の一例である。アンテナ装置１００は、例えば、地上に固定的に設置されるアンテナ装置、持ち運びが可能な可搬型のアンテナ装置であって、地上に配置されて使用されるアンテナ装置である。
【００２３】
アンテナ装置１００は、配置される地上面が水平面に対して傾斜している場合、アンテナ面を衛星方向に正しく指向させるために、当該傾斜を補正する必要がある。アンテナ装置１００は、配置される地上面が水平面に対して傾斜している場合、傾斜を補正する。アンテナ装置１００は、アンテナ１０、支持部１１、アンテナ架台１２、角度センサ２１、角度センサ２２及びアンテナ制御装置２３を備える。
【００２４】
アンテナ１０は、例えば、パラボラアンテナである。アンテナ１０は、放射面（反射鏡）を備えており、衛星に対して放射面から電波を出力する。また、アンテナ１０は、衛星から受信した電波を、反射鏡を用いて焦点に収束させる。
【００２５】
アンテナ１０は、地上面を基準として、水平方向（azimuth方向）及び仰角方向（elevation方向）に回転可能に構成されている。アンテナ１０は、アンテナ制御装置２３からの制御に応じて、水平方向、仰角方向に回転し衛星を捕捉する。
【００２６】
以降の説明において、水平方向（azimuth方向）をＡＺ方向、仰角方向（elevation方向）をＥＬ方向と称して記載することがある。なお、アンテナ１０は、例えば、アンテナのビームの方向を電子的に制御可能なフェーズドアレイアンテナ等であってもよい。
【００２７】
アンテナ１０は、アンテナ制御装置２３と接続されており、アンテナ制御装置２３に対して、アンテナ１０の方向に関する方向情報を出力する。方向情報は、例えば、北方向を基準（０（ゼロ）度）とした場合のアンテナ１０の水平方向の角度（方位角）及び水平時を基準（０（ゼロ）度）とした場合のアンテナ１０の仰角を含む情報である。
【００２８】
アンテナ１０は、例えば、コンパスが配設されており、当該コンパスを用いて、北方向を基準とした場合の水平方向の角度（方位角）を測定する。また、アンテナ１０は、例えば、角度センサが配置されており、水平時を基準とした場合の仰角を測定する。アンテナ１０は、測定したアンテナ１０の方位角及び仰角をアンテナ制御装置２３に出力する。
【００２９】
なお、アンテナ１０は、仰角を測定するための目盛りが設定されており、当該目盛りを用いて、水平時を基準とした場合の仰角を測定するようにされていてもよい。以降の説明において、方位角をＡＺ、仰角をＥＬとして記載することがある。
【００３０】
支持部１１は、アンテナ１０を支持し、アンテナ架台１２に取り付けられる支持部材又は支持機構である。
アンテナ架台１２は、支持部１１が取り付けられた架台であり、支持部１１を介してアンテナ１０を支持する。以降の説明において、アンテナ架台１２の平面をアンテナ設置面と称して記載することがある。
【００３１】
ここで、角度センサ２１、２２及びアンテナ制御装置２３の構成について説明する前に、本開示において設定する座標系について説明する。図２に示すように、本開示では、左手系の３次元の直交座標系を設定する。Ｘ軸及びＹ軸は、アンテナ架台１２の平面に設定される。なお、Ｘ軸及びＹ軸は、アンテナ架台１２の平面を基準とする平面に設定されてもよい。換言すると、Ｘ軸及びＹ軸は、アンテナ架台１２の平面と平行な平面上に設定されてもよい。
【００３２】
支持部１１の中心線と、アンテナ設置面との交点を当該座標系の原点として設定する。原点と、後述する角度センサ２１の中心線であって、アンテナ設置面上の中心線とを結ぶ直線をＸ軸とし、原点から角度センサ２１の方向に向かってＸ軸正方向とする。
【００３３】
また、原点と、後述する角度センサ２２の中心線であって、アンテナ設置面上の中心線とを結ぶ直線をＹ軸とし、原点から角度センサ２２の方向に向かってＹ軸正方向とする。支持部１１の中心線をＺ軸として、鉛直上向き方向をＺ軸正方向とする。
【００３４】
つまり、角度センサ２１と角度センサ２２とは、設定する直交座標系の原点を基準として直交して配置され、アンテナ設置面上において、角度センサ２１の中心線と、アンテナ設置面上の角度センサ２２の中心線とは直交する。
【００３５】
なお、Ｘ軸及びＹ軸は、逆であってもよい。換言すると、アンテナ設置面において、原点と、角度センサ２１の中心線とを結ぶ直線をＹ軸とし、原点と、後述する角度センサ２２の中心線とを結ぶ直線をＸ軸としてもよい。また、角度センサ２１又は２２は、アンテナ架台１２の任意の位置に配置することができる。つまり、Ｘ軸及びＹ軸は、任意に設定することが可能である。なお、説明を簡略化するために、まず、アンテナ１０の方向（アンテナ１０が向いている方位）がＹ軸正方向と一致する例を用いて説明する。その後、アンテナ１０の方向（アンテナ１０が向いている方位）がＹ軸正方向と一致しない場合について説明する。
【００３６】
ここで、図３を用いて、アンテナ１０が向いている方位とＹ軸正方向とが一致する場合のＸ軸、Ｙ軸及びＡＺの関係について説明する。図３は、アンテナが向いている方位とＹ軸正方向とが一致する場合のＸ軸、Ｙ軸及びＡＺの関係を示す図である。
【００３７】
図３において、Ｘ軸及びＹ軸を基準として、時計回り（Ｙ軸からＸ軸に向かう方向）を正の角度とする。三点鎖線で記載した矢印は、ＡＺ方向の基準（ＡＺ＝０（ゼロ）度）を示している。図３に示すように、ＡＺ方向の基準と、Ｙ軸とは異なる方向を示している。アンテナ１０が向いている方位は、Ｙ軸正方向と一致しており、Ｙ軸正方向は、ＡＺ方向にＡＺ（方位角）だけずれている。Ｘ軸正方向は、ＡＺ方向の基準に対してＡＺ＋９０度ずれており、Ｙ軸負方向は、ＡＺ方向の基準に対してＡＺ＋１８０度ずれており、Ｘ軸負方向は、ＡＺ方向の基準に対してＡＺ＋２７０度ずれた関係となっている。
【００３８】
図２に戻り、角度センサ２１及び２２について説明する。角度センサ２１及び２２は、実施の形態１にかかる検出部２に対応する。角度センサ２１及び２２は、例えば、１軸の傾斜センサである。角度センサ２１は、アンテナ設置面に設定されたＸ軸と、アンテナ設置面が水平面と平行である場合のＸ軸と、の間の角度を検出する。角度センサ２２は、アンテナ設置面に設定されたＹ軸と、アンテナ設置面が水平面と平行である場合のＹ軸と、の間の角度を検出する。なお、角度センサ２１及び２２が検出する角度のそれぞれは、アンテナ設置面が水平面と平行である場合のＸ軸及びＹ軸を０（ゼロ）度とした場合の角度である。すなわち、角度センサ２１及び２２は、アンテナ設置面の傾斜角を検出する。
【００３９】
角度センサ２１及び２２は、それぞれ、アンテナ制御装置２３に接続されており、検出した角度をアンテナ制御装置２３に出力する。
【００４０】
以降の説明において、角度センサ２１が検出した角度をφとして記載し、角度センサ２２が検出した角度をθとして記載する。なお、本実施の形態では、角度センサ２１及び２２を用いることとして説明を行うが、２軸の角度センサ（傾斜センサ）を用いて角度θ及び角度φを１つのセンサにより検出するようにしてもよい。
【００４１】
アンテナ制御装置２３は、アンテナ１０、角度センサ２１及び２２と接続されており、アンテナ１０、角度センサ２１及び２２が出力する方向情報、角度θ及び角度φを取得する。アンテナ制御装置２３は、取得した情報に基づいて、アンテナ１０及びアンテナ架台１２が設置されている平面（地上面）の傾斜を補正し、アンテナ１０が衛星を正しく捕捉するように、アンテナ１０をＡＺ方向及びＥＬ方向に回転させる制御を行う。
【００４２】
アンテナ制御装置２３は、取得部２３１と、決定部２３２と、補正部２３３とを備える。
取得部２３１は、ＡＺ及びＥＬを含む方向情報をアンテナ１０から取得する。また、取得部２３１は、角度θ及び角度φを角度センサ２１及び２２から取得する。
【００４３】
決定部２３２は、取得部２３１が取得した角度θ及び角度φに基づいて、設定した３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定する。なお、回転軸及び回転角の決定処理について後述する。
【００４４】
補正部２３３は、決定部２３２が決定した回転軸及び回転角に基づいて、設定した３次元の直交座標系を回転させてアンテナ１０の方向情報を補正する。具体的には、補正部２３３は、アンテナ１０のＡＺ及びＥＬを補正する。なお、補正部２３３が行う補正処理について後述する。
【００４５】
制御部２３４は、補正部２３３が補正したＡＺ及びＥＬに基づいて、アンテナ１０が衛星を正確に捕捉するように、アンテナ１０をＡＺ方向及びＥＬ方向に回転させる制御を行う。なお、以降の説明において、補正部２３３が補正したＡＺをＡＺ’とし、補正部２３３が補正したＥＬをＥＬ’として記載する。
【００４６】
＜回転軸及び回転角の決定処理＞
次に、図４〜図７を用いて、回転軸及び回転角の決定処理について説明する。図４〜図７は、回転軸及び回転角の決定処理を説明する図である。
【００４７】
まず、図４について説明する。図４は、角度θ及び角度φを説明するための図である。図４において、実線で記載されている座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）は、上記のように設定した座標系の座標軸を表しており、アンテナ架台１２をＸＹ平面とする座標系を示している。図４において、点線で記載されている座標軸（Ｘ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸）は、アンテナ架台１２が水平面と平行であると仮定したときの座標系の座標軸を表している。
【００４８】
角度θは、Ｙ軸とＹ’軸との間の角度であって、Ｙ’軸を基準（０（ゼロ）度）とした場合の角度であり、角度センサ２２により検出される。また、角度φは、Ｘ軸とＸ’軸との間の角度であって、Ｘ’軸を基準（０（ゼロ）度）とした場合の角度であり、角度センサ２１により検出される。角度センサ２１及び２２により検出された角度θ及びφは、取得部２３１が取得する。
【００４９】
次に、図５について説明する。図５は、アンテナ架台１２の最大傾斜角方向及び傾斜方位方向を示す図である。実線Ｌ１は、アンテナ架台１２の平面（アンテナ設置面）の水平面に対する最大傾斜角方向を示している。換言すると、実線Ｌ１は、Ｘ’Ｙ’平面を基準にしたときのＸＹ平面の傾斜方向を示す直線である。点線Ｌ２は、アンテナ架台１２の水平面に対する傾斜方位方向を示す直線である。換言すると、点線Ｌ２は、実線Ｌ１をＺ’軸方向からＸ’Ｙ’平面に投影したときのＸ’Ｙ’平面上の直線である。
【００５０】
角度Θは、アンテナ架台１２の水平面に対する最大傾斜角を示している。換言すると、角度Θは、実線Ｌ１と点線Ｌ２との間の角度である。角度Θは、角度θ及び角度φを用いて表すと、以下の（式１）のように表すことができる。なお、以下、本明細書において、「（式１）」と「（１）」は、同じ数式を示している。他の数式についても同様である。
【００５１】
決定部２３２は、角度θ、角度φ及び（式１）を用いて角度Θを算出して、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸から構成される３次元の直交座標系を回転するための回転角として決定する。
【数１】
2020113903.tif 000003
【００５２】
次に、図６について説明する。図６は、図５において、アンテナ架台１２の傾斜方位方向を示す点線Ｌ２のみを記載した図である。図６において、角度Δωは、Ｙ軸正方向を基準とした傾斜方位方向の角度を示しており、Ｙ軸と点線Ｌ２との間の角度である。Ｙ軸を０（ゼロ）度とし、Ｘ軸を９０度とすると、角度Δωは、以下の（式２）のように表すことができる。そのため、決定部２３２は、取得部２３１が角度センサ２１及び２２から角度θ及び角度φを取得すると、角度θ、角度φ及び（式２）を用いて角度Δωを算出する。ただし、角度θが負の値となった場合、決定部２３２は、（式２）を用いて算出した角度Δωを、Δω＋１８０度に置き換える。
【数２】
2020113903.tif 000004
【００５３】
次に、図７について説明する。図７は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸から構成される３次元の直交座標系の回転軸について説明する図である。図７において、三点鎖線Ｌ３は、設定された座標系の原点を通る直線であって、傾斜方位方向を示す点線Ｌ２と直交するアンテナ架台１２の平面上の直線である。換言すると、三点鎖線Ｌ３は、アンテナ架台１２に設定されたＸＹ平面と、アンテナ架台１２が水平面と平行である場合のＸＹ平面を示すＸ’Ｙ’平面との交線である。決定部２３２は、三点鎖線Ｌ３を３次元の座標系の座標系の回転軸として決定する。
【００５４】
ここで、三点鎖線Ｌ３をベクトル(ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ)で示すと、ｎｘ及びｎｙは、以下の（式３）及び（式４）のように表すことができる。なお、ｎｚは、０（ゼロ）となる。そのため、決定部２３２は、３次元の直交座標系の回転軸を（式３）及び（式４）を用いて算出して決定する。
【数３】
2020113903.tif 000005
【００５５】
＜アンテナのＡＺ及びＥＬの補正処理＞
次に、図７を用いて、補正部２３３が行う、アンテナ１０のＡＺ及びＥＬの補正処理について説明する。決定部２３２が回転軸及び回転角を決定すると、補正部２３３は、決定された回転軸及び回転角に基づいて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交座標系をＸ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸の直交座標系に合わせるように回転させて、アンテナ１０の方向（ＡＺ及びＥＬ）を補正する。
【００５６】
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸から構成される３次元の直交座標系は、ＡＺ及びＥＬを用いると以下の（式５）〜（式７）のように表すことができる。
【数４】
2020113903.tif 000006
【００５７】
次に、この座標系を決定部２３２が決定した回転軸の回りに、Ｚ軸からＺ’軸の方に回転角分回転させると、Ｘ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸により構成される座標系に変換され、以下の（式８）〜（式１０）のように表すことができる。そのため、補正部２３３は、（式８）〜（式１０）を用いて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸から構成される座標系を、Ｘ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸により構成される座標系に変換する。
【数５】
2020113903.tif 000007
【００５８】
アンテナ架台１２の傾斜を補正した水平な座標系（Ｘ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸により構成される３次元の直交座標系）におけるアンテナ１０の方位角ＡＺ’及び仰角ＥＬ’は、以下の（式１１）及び（式１２）のように表すことができる。すなわち、補正部２３３は、アンテナ１０の補正された方位角ＡＺ’及び仰角ＥＬ’を以下の式を用いて算出する。
【数６】
2020113903.tif 000008
【００５９】
上記の説明では、補正されたアンテナ１０の方向（ＡＺ’及びＥＬ’）は、アンテナ１０の方向がＹ軸正方向と一致した場合に算出される値である。以下、アンテナ１０の方向がＹ軸正方向と一致しない場合について説明する。
【００６０】
図８を用いて、アンテナ１０の方向がＹ軸正方向と一致しない場合のＸ軸、Ｙ軸及びＡＺの関係を説明する。図８は、アンテナの方向がＹ軸正方向と一致しない場合のＸ軸、Ｙ軸及びＡＺの関係を示す図である。
【００６１】
三点鎖線は、図３と同様に、ＡＺ方向の基準（ＡＺ＝０（ゼロ）度）を示す直線である。図８では、アンテナ１０が向いている方位は、Ｙ軸とは一致しておらず、Ｙ軸とＸ軸との間の方向であり、ＡＺ方向の基準からＡＺだけずれた方向を向いている。
【００６２】
ここで、アンテナ１０が向いている方位（アンテナ１０の方向）と、Ｙ軸正方向との間の角度をオフセット角αとすると、アンテナ１０の方向がＹ軸正方向と一致しない場合、ＡＺ−αを用いて、アンテナ１０の方向を補正する。具体的には、決定部２３２及び補正部２３３は、上述した（式３）〜（式１２）において、ＡＺをＡＺ−αに置き換えることにより回転軸及び回転角を決定し、ＡＺ’及びＥＬ’を算出する。
【００６３】
なお、上記オフセット角αは、角度センサ２２に例えばコンパスを設け、角度センサ２２の中心線と、アンテナ１０が向いている方位との間の角度を測定することにより求め、取得部２３１が測定されたオフセット角αを取得してもよい。
【００６４】
＜アンテナ装置の動作例＞
続いて、図９を用いて、アンテナ装置１００の動作例について説明する。図９は、実施の形態２にかかるアンテナ装置の動作例を示す図である。図９に示す動作例は、アンテナ架台１２が設置された平面が変動した場合等を含むアンテナ１０の方向と衛星との相対的な位置関係が変更された場合に実行される。
【００６５】
まず、アンテナ１０の方向と、衛星との相対的な位置関係が変更された場合、制御部２３４は、捕捉する対象物方向（衛星方向）にアンテナ１０を制御する（ステップＳ１）。制御部２３４は、アンテナ１０が衛星を捕捉するために、アンテナ１０の方向が衛星方向と一致するようにアンテナ１０のＡＺ方向及びＥＬ方向を制御する。
【００６６】
次に、角度センサ２１及び２２は、アンテナ架台１２の平面（アンテナ設置面）の傾斜角を取得する（ステップＳ２）。具体的には、角度センサ２１及び２２は、角度θ及び角度φを検出して、取得部２３１は、角度センサ２１及び２２により検出された角度θ及び角度φを取得する。また、取得部２３１は、角度センサ２２からオフセット角αを取得する。
【００６７】
次に、決定部２３２及び補正部２３３は、取得部２３１が取得した傾斜角を使用し、アンテナの方向を補正する（ステップＳ３）。
【００６８】
具体的には、決定部２３２は、角度θ、角度φ及び（式１）を用いて角度Θを算出して回転角を決定する。決定部２３２は、角度θ、角度φ及び（式２）を用いて角度Δωを算出する。決定部２３２は、ＡＺ−α、角度Δω、（式３）及び（式４）を用いて、３次元の直交座標系の回転軸を決定する。
【００６９】
補正部２３３は、ＡＺ−α、ＥＬ、角度Δω、角度Θ及び（式８）〜（式１０）を用いて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸から構成される座標系を、Ｘ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸により構成される座標系に変換する。補正部２３３は、変換された座標系と、（式１１）及び（式１２）とを用いて、アンテナ１０のＡＺ及びＥＬが補正されたＡＺ’及びＥＬ’を算出する。
【００７０】
最後に、制御部２３４は、補正部２３３が算出したＡＺ’及びＥＬ’に基づいて、アンテナ１０をＡＺ方向及びＥＬ方向に制御する（ステップＳ４）。
【００７１】
以上説明したように、決定部２３２は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸から構成される３次元の直交座標系の回転軸及び回転角を決定する。補正部２３３は、決定された回転軸を基準として、決定された回転角分、上記直交座標系を回転させてアンテナ１０のＡＺ及びＥＬを補正する。制御部２３４は、補正されたＡＺ’及びＥＬ’に基づいてアンテナ１０を制御して衛星を捕捉する。
【００７２】
実施の形態２にかかるアンテナ装置１００についても、実施の形態１と同様に、設定した３次元の座標系を決定された回転軸を基準に１回のみ回転させてアンテナ１０の方向を補正することが可能となる。そのため、アンテナ装置１００を用いることにより、アンテナ１０が設置された平面の傾斜を即時に補正することが可能となる。したがって、実施の形態２にかかるアンテナ装置１００を用いることにより、衛星等の対象物を即時に捕捉することが可能となる。
【００７３】
また、特許文献１のような関連技術では、３軸の回りで回転させるために、水平面に対するアンテナ設置面の傾斜角を３軸分取得している。すなわち、関連技術において、１軸の角度センサを用いた場合、３つの角度センサを設ける必要がある。これに対して、実施の形態２にかかるアンテナ装置１００では、２つの角度センサを設けることによりアンテナ１０の方向を補正することが可能となる。すなわち、関連技術と比較して少ないセンサによりアンテナ１０の方向を補正することが可能となる。したがって、実施の形態２にかかるアンテナ装置１００によれば、装置の小型化を図ることが可能となり、さらに、装置の開発コストを低減することが可能となる。
【００７４】
ここで、関連技術では複雑な計算が必要となることから、計算を容易にするために、２つの角度センサを用いて、２軸の回りで座標系を回転させる計算方法を採用することも想定される。しかしながら、この場合、アンテナ設置面の傾斜を補正する精度は、３軸の回りで回転させるよりも低くなってしまう。
【００７５】
例えば、Ｘ軸回りに９０度、Ｙ軸回りに９０度、座標を回転させるとする。この際、Ｘ軸正の方向を南、Ｙ軸正の方向を東、アンテナは天頂を向いていると仮定する。まず、Ｘ軸、Ｙ軸の順に座標を回転することを想定する。Ｘ軸回りに座標を９０度回転させるとアンテナは東を、Ｙ軸は点底を向く。次に、点底を向いているＹ軸回りに座標を９０度回転させると、アンテナは北を向くことになる。このように、Ｘ軸、Ｙ軸の順に座標を回転させるとアンテナは北を向くことになる。
【００７６】
次に、Ｙ軸、Ｘ軸の順に座標を回転することを想定する。Ｙ軸回りに座標を９０度回転させるとアンテナは北を、Ｘ軸は天頂を向く。次に、天頂を向いているＸ軸回りに座標を９０度回転させると、アンテナは東を向くことになる。このように、Ｙ軸、Ｘ軸の順に座標を回転させるとアンテナは東を向くことになる。
【００７７】
上記２つの例を用いて説明したように、２つの角度センサを用いた場合、座標軸を回転させる順序によって、アンテナは全く別の方向を向いてしまう。このように、２つの角度センサを用いた場合、補正の精度は低くなってしまう。これに対して、実施の形態２にかかるアンテナ装置１００は、２つの角度センサを用いた場合であっても、決定部２３２が決定した回転軸を基準に回転させることにより、アンテナ設置面の座標系を水平面の座標系に高精度に変換することが可能となる。したがって、実施の形態２にかかるアンテナ装置１００によれば、少ないセンサを用いて、高精度にアンテナ１０の方向を補正することが可能となる。
【００７８】
（変形例）
上述した実施の形態２において、以下のような変形を施してもよい。
＜１＞上述した実施の形態２では、アンテナ１０のＥＬは、アンテナ架台１２の平面を基準とした仰角であったが、アンテナ１０のＥＬは、水平面を基準とした絶対的な角度であってもよい。この場合、アンテナ１０には、例えば、水準器等が設けられており、当該水準器を使用することにより計測し、取得部２３１は、計測されたアンテナ１０のＥＬを取得するようにしてもよい。また、角度センサ２２は、アンテナ１０の正面方向に設置されており、アンテナ１０のＥＬは、実施の形態２におけるＥＬから角度θが減算された角度（ＥＬ−θ）に置き換えられる。このようにしても、上述した実施の形態２と同様の効果を有することができる。
【００７９】
＜２＞実施の形態２では、アンテナ装置１００は、地上に固定的に設置されるアンテナ装置、可搬型のアンテナ装置等であるとして説明をしたが、アンテナ装置１００は、移動体に配置されるアンテナ装置であってもよい。もしくは、アンテナ装置１００は、アンテナ架台１２がアンテナ１０と共に左右に回転する構成であってもよい。
【００８０】
図１０は、変形例にかかるアンテナ装置を示す図である。図１０に示すように、アンテナ装置１００のうち、アンテナ１０、支持部１１、アンテナ架台１２、角度センサ２１及び２２が自動車２００のルーフに搭載されるようにしてもよい。アンテナ制御装置２３は、ダッシュボード又はセンタークラスター等の自動車２００の車内に搭載されてもよい。なお、図１０では、自動車２００を用いて図示しているが、アンテナ装置１００は、例えば、船舶、航空機等の移動体に搭載されてもよい。
【００８１】
この場合、アンテナ装置１００のＸＹ平面は自動車２００と共に回転し、Ｘ軸及びＹ軸も回転することになるが、角度センサ２２に例えばコンパスを設け、コンパスを用いて、オフセット角αを取得すれば、実施の形態２と同様に構成することができる。
【００８２】
（他の実施の形態）
上述した実施の形態において説明したアンテナ装置１及び１００（以下、アンテナ装置１等と称する）のハードウェア構成例は、以下のような構成であってもよい。図１１は、アンテナ装置のハードウェア構成例を示す図である。図１１を参照すると、アンテナ装置１等は、プロセッサ１２０１、及びメモリ１２０２を含む。
【００８３】
プロセッサ１２０１は、メモリ１２０２からソフトウェア（コンピュータプログラム）を読み出して実行することで、上述の実施形態においてフローチャートを用いて説明されたアンテナ装置１等の処理を行う。プロセッサ１２０１は、例えば、マイクロプロセッサ、MPU（Micro Processing Unit）、またはCPU（Central Processing Unit）であってもよい。プロセッサ１２０１は、複数のプロセッサを含んでもよい。
【００８４】
メモリ１２０２は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリの組み合わせによって構成される。メモリ１２０２は、プロセッサ１２０１から離れて配置されたストレージを含んでもよい。この場合、プロセッサ１２０１は、図示されていないI/Oインタフェースを介してメモリ１２０２にアクセスしてもよい。
【００８５】
図１１の例では、メモリ１２０２は、ソフトウェアモジュール群を格納するために使用される。プロセッサ１２０１は、これらのソフトウェアモジュール群をメモリ１２０２から読み出して実行することで、上述の実施形態において説明されたアンテナ装置１等の処理を行うことができる。
【００８６】
図１１を用いて説明したように、アンテナ装置１等が有するプロセッサの各々は、図面を用いて説明されたアルゴリズムをコンピュータに行わせるための命令群を含む１又は複数のプログラムを実行する。
【００８７】
上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）を含む。さらに、非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗを含む。さらに、非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、半導体メモリを含む。半導体メモリは、例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００８８】
なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本開示は、それぞれの実施の形態を適宜組み合わせて実施されてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１、１００  アンテナ装置
２  検出部
３、２３１  取得部
４、２３２  決定部
５、２３３  補正部
１０  アンテナ
１１  支持部
１２  アンテナ架台
２１、２２  角度センサ
２３  アンテナ制御装置
２００  自動車
２３４  制御部
【図１】
2020113903.tif 000009
【図２】
2020113903.tif 000010
【図３】
2020113903.tif 000011
【図４】
2020113903.tif 000012
【図５】
2020113903.tif 000013
【図６】
2020113903.tif 000014
【図７】
2020113903.tif 000015
【図８】
2020113903.tif 000016
【図９】
2020113903.tif 000017
【図１０】
2020113903.tif 000018
【図１１】
2020113903.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月3日(2019.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、前記平面が水平面と平行である場合の前記第１の軸との間の第１の角度、及び前記平面上の前記第１の軸と直交する第２の軸と、前記平面が水平面と平行である場合の前記第２の軸との間の第２の角度を検出する検出部と、
前記第１の角度、前記第２の角度、及び前記アンテナの方向に関する方向情報を取得する取得部と、
前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記第１の軸及び前記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸及び回転角を決定する決定部と、
前記回転軸及び前記回転角に基づいて、前記直交座標系を回転させて前記方向情報を補正する補正部と、を備え、
前記決定部は、前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記平面の前記水平面に対する最大傾斜角及び傾斜方位を算出し、前記傾斜方位に基づいて前記回転軸を決定するとともに、前記最大傾斜角を前記回転角として決定する、アンテナ装置。
【請求項２】
前記決定部は、前記平面上に設定された前記直交座標系の原点を通る直線であって、前記傾斜方位方向と直交する直線を前記回転軸と決定する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記方向情報は、前記アンテナの方位角、及び前記方位角方向と前記第１の軸との間のオフセット角を含み、
前記決定部は、前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記第１の軸を基準とした前記傾斜方位方向の角度を示す第３の角度を算出し、前記第３の角度、前記オフセット角及び前記方位角に基づいて、前記回転軸を決定する、請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記方向情報は、前記アンテナの仰角をさらに含み、
前記補正部は、前記仰角、前記方位角、前記オフセット角、前記第３の角度及び前記最大傾斜角に基づいて、前記仰角及び前記方位角を補正する、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記原点は、前記アンテナを支持する支持部の中心線と前記平面とが交わる点である、請求項２〜４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記第１の角度を検出する第１のセンサ及び前記第２の角度を検出する第２のセンサにより構成されるか、又は前記第１の角度及び前記第２の角度を検出する第３のセンサにより構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１のセンサ、前記第２のセンサ及び前記第３のセンサは傾斜センサである、請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第１の軸との間の第１の角度、及び前記平面に設定された、前記第１の軸と直交する第２の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第２の軸との間の第２の角度を検出することと、
前記アンテナの方向に関する方向情報を取得することと、
前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記平面の前記水平面に対する最大傾斜角及び傾斜方位を算出し、前記傾斜方位に基づいて、前記第１の軸及び前記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸を決定するとともに、前記最大傾斜角を、前記直交座標系を回転させるための回転角として決定することと、
前記回転軸及び前記回転角に基づいて、前記直交座標系を回転させて前記方向情報を補正することと、をコンピュータに実行させるアンテナ方向補正プログラム。
【請求項９】
アンテナを支持するアンテナ架台を基準とする平面に設定された第１の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第１の軸との間の第１の角度、及び前記平面に設定された、前記第１の軸と直交する第２の軸と、前記アンテナ架台が水平面と平行である場合の前記第２の軸との間の第２の角度を検出することと、
前記アンテナの方向に関する方向情報を取得することと、
前記第１の角度及び前記第２の角度に基づいて、前記平面の前記水平面に対する最大傾斜角及び傾斜方位を算出し、前記傾斜方位に基づいて、前記第１の軸及び前記第２の軸を座標軸とする３次元の直交座標系を回転させるための回転軸を決定するとともに、前記最大傾斜角を、前記直交座標系を回転させるための回転角として決定することと、
前記回転軸及び前記回転角に基づいて、前記直交座標系を回転させて前記方向情報を補正することと、を含むアンテナ方向補正方法。