(57)【要約】【課題】自動安定化および位置決め制御のためのシステムを有するアンテナ装置（１８）を提供すること。【解決手段】このアンテナ装置は、微小電気機械（ＭＥＭＳ）ベースの加速度計およびジャイロスコープ集積回路（ＩＣ）センサ（２６）を、ビークル搭載アンテナ用途でのアンテナベース（２０）内に直接組み込む。これらのセンサは、外部センサ入力を必要とせずに、ビークルの動きと無関係に所望のビーム掃引範囲を達成するように、アンテナ装置が自動的にアンテナ（２２）を安定化することを可能にする。本発明は、外部に取り付けられた方位センサへの通信インターフェースを不要にし、ケーブルＩ／Ｏを削減し、設置手順を容易にする。【選択図】図２
2010259069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ（２２）と、
ベース（２０）であって、
１つまたは複数のアンテナ方位モータ（２４）と、
方位センサ（２６）とを備える、ベース（２０）と
を具備するアンテナ装置（１８）。
【請求項２】
制御装置（３４）と、表示メモリ（３６）とをさらに具備し、前記ベースはプロセッサ（２８）と、送受信回路（３２）と、データ入出力ポート（３０）とをさらに備え、前記方位センサは加速度計またはジャイロスコープを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
アンテナ装置のベース部内に含まれたプロセッサにて方向信号を受け取るステップと、
前記アンテナ装置の前記ベース部内に含まれた方位センサから、前記プロセッサにて１つまたは複数の位置センサ信号を受け取るステップと、
前記受け取られた１つまたは複数の位置センサ信号および前記方向信号に基づいて、１つまたは複数のアンテナ位置制御信号を発生するステップと、
発生された１つまたは複数のアンテナ位置制御信号に基づいて、前記アンテナを物理的に方向付けるステップと
を含む方法であって、
１つまたは複数のアンテナ位置制御信号を発生するステップは、前記ベースに対する前記アンテナ方位の設置前較正にさらに基づく、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ビークル搭載アンテナは、通常、それが搭載されたビークルの動きに無関係に指定された方向に向くように、または指定された掃引範囲を追跡するようにアンテナ装置を保つために安定化を必要とする。この要件によりこのようなアンテナは、アンテナがビークルの方位の変化に応答できるように、少なくとも１つの方位センサからの入力を受け取ることが必要となる。
【０００２】
方位センサは、しばしば、加速度計とジャイロスコープの何らかの組合せからなる。サイズおよび重量の制約により、これらの検出デバイスは通常、ビークル上で、アンテナユニット自体から物理的に離れた場所に取り付けられる。その結果通常は、アンテナユニットの方位情報を伝達するために、方位センサとアンテナの間に物理的な電気的接続および連携された通信プロトコルが存在しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この設計にはいくつかの好ましくない影響がある。１つは、アンテナと方位センサの通信プロトコルを整合させる必要があることである。設計および製造の時点では、どのような方位センサにアンテナが接続されることになるかは必ずしも分からないので、しばしばアンテナは多くの異なる通信プロトコルを受け入れるように設計される。これは、ユニットの複雑さおよび設計／開発コストへの追加となる。
【０００４】
第２の影響は、物理的なＩ／Ｏポートを整合させる必要があることである。この要件によりアンテナは、複数のＩ／Ｏポート構成を受け入れるように組み立てられるか、またはアンテナが用いることができる方位センサの数を制限することが必要となる。
【０００５】
最後に、アンテナと方位センサを物理的に離すことは、アンテナベースとビークルが同じ方位を共有することを確実にするために、それらの設置時に正確な較正が行われなければならないことを意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
自動安定化および位置決め制御のためのシステムを有するアンテナ装置が開示される。このアンテナ装置は、微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）ベースの加速度計およびジャイロスコープ集積回路（ＩＣ）センサを、ビークル搭載アンテナ用途でのアンテナベース内に直接組み込む。これらのセンサは、外部方位センサ入力を必要とせずに、ビークルの動きと無関係に所望のビーム掃引範囲を達成するように、アンテナ装置が自動的にアンテナを安定化することを可能にする。
【０００７】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスの向上する能力と縮小するサイズおよびコストを利用する。航空機に搭載された気象レーダアンテナの特定の用途では、ＭＥＭＳデバイスは、アンテナと一体の方位センサを可能にすると共に、通信プロトコルの複雑さを低減し、配線および物理インターフェースを削減し、アンテナの設置を簡単にするという効果を生じる。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態および代替実施形態について、次の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態により形成された自己安定化アンテナを有する航空機の部分的なＸ線投影図である。
【図２】自己安定化アンテナの構成要素を示すブロック図である。
【図３】ビークル搭載型の自己安定化気象レーダアンテナの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、ノーズ部分１２と、構造要素１６とを有するビークル１０を示す。構造要素１６には、動作時にビーム掃引範囲１４を調査するアンテナ装置１８が固定される。電磁放射は物体を透過することができるので、構造要素１６、およびアンテナ装置１８の取り付け点は、ビークル１０内の任意の点となり得る。ノーズ部分１２は単に、アンテナ装置１８を好都合に取り付け得る、ビークル１０内のいくつかの都合の良い場所の１つである。
【００１１】
通常の水平走査プロセス時には、アンテナ装置１８は、指定されたビーム掃引範囲１４を維持する方位を維持しようとする。アンテナ装置１８は構造要素１６に取り付けられ、したがってビークル１０に固定されるので、ビークル１０の方位が変化するときは、アンテナ装置１８が電磁界を収集するビーム掃引範囲１４も変化する。この影響により、アンテナ装置１８を安定化する必要が生じる。
【００１２】
図２は、アンテナ装置１８の機能要素の間の関係を示す。アンテナ装置１８は、ベース２０、アンテナ２２、制御装置３４、および表示メモリ装置３６を含む。ベース２０内には、方位モータ２４、微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）ベースの方位センサ２６、プロセッサ２８、データ入出力ポート３０、および送受信回路３２がある。
【００１３】
ベース２０は、アンテナ２２と、離れて配置された制御装置３４および表示メモリ３６との間の機械的および電気的接続点の両方として働く。図１に戻ると、機械的にはベース２０は構造要素１６に固定され、したがってビークル１０の残りの部分に固定される。図２においてアンテナ２２は、機械的連結部（図示せず）を通じて方位モータ２４にてベース２０に接続される。ＭＥＭＳベースの方位センサ２６は、共通の取り付け点であるベース２０を通じて、方位モータ２４に機械的に基準付けられる。
【００１４】
アンテナ２２は、送受信回路３２を通じてプロセッサ２８と通信する。制御装置３４および表示メモリ３６は、データ入出力ポート３０を通じてプロセッサ２８と通信する。方位モータ２４およびＭＥＭＳベースの方位センサ２６は共に、プロセッサ２８と直接通信する。
【００１５】
動作時には、所望の掃引範囲１４の仕様（すなわち、方向信号）が、制御装置３４からデータ入出力ポート３０を通じてプロセッサ２８に伝達される。しかしベース２０は、構造要素１６を通じてビークル１０に接続されているので、ビークル１０が空間を進むに従って、アンテナ２２の方位はロールおよびピッチの観点で変化する。ベース２０への機械的接続によってＭＥＭＳベースの方位センサ２６は、ベース２０（すなわちビークル１０（たとえば航空機））が受けるロールおよびピッチのパラメータを測定し、これらの測定の結果をプロセッサ２８に連続的に供給する。プロセッサ２８は、制御装置３４から所望のビーム掃引範囲１４の仕様を受け取り、方位センサ２６からロールおよびピッチの測定値を受け取る。プロセッサ２８では、方位センサ２６からのロールおよびピッチの測定値は、制御装置３４からの所望のビーム掃引範囲１４の仕様に要素分解され、方位モータ２４に送られる。方位モータ２４は、従来型の機械的連結部（図示せず）を通じて、それが取り付けられるベース２０の方位の変化に関わらず、制御装置３４にて指定されたビーム掃引範囲１４を達成するようにアンテナ２２を方向付ける。アンテナ２２は、所望のビーム掃引範囲１４に対して所望の放射電磁界を収集し、それを送受信回路３２を通じてプロセッサ２８に、そしてそこからデータ入出力ポート３０を通じて表示メモリ３６に渡す。
【００１６】
言い換えればプロセッサ２８は、水平走査駆動処理の一部として、水平走査平面内のアンテナ位置の知識を有する。プロセッサ２８では、方位センサ２６からのロールおよびピッチの測定値と、水平走査内の位置は、所望のビーム掃引範囲１４を達成するためにピッチおよび／またはロールが補償された修正をもたらすように、制御装置３４によって指定された走査仰角と共に要素分解される。
【００１７】
一実施形態では、ベース２０、アンテナ２２、制御装置３４、および表示メモリ３６は、航空機搭載型気象レーダアンテナ装置１８を構成する。ビークル１０は、ノーズ部分１２内の構造要素１６に取り付けられたアンテナ装置１８を有する航空機である。ビークル１０は、所望のビーム掃引範囲１４を確立するように、アンテナ２２がノーズ部分１２から外側に向けられた状態で大気を通過する。気象についての情報は、アンテナ２２によって収集され、送受信回路３２を通じてプロセッサ２８に渡される。ビークルの姿勢が変化するのに従ってＭＥＭＳベースの方位センサ２６は、以前の方位からの偏移を測定し、旧方位と新方位の間の方位の差をプロセッサ２８に送り戻す。プロセッサ２８は、この新方位情報を方位モータ２４に渡し、方位モータ２４は、制御装置３４にて指定されたビーム掃引範囲１４を維持するためにアンテナ２２を調整するように機械的に応答する。
【００１８】
ビークル１０の動きによるアンテナ２２の方位の調整は、制御装置３４から所望のビーム掃引範囲１４の仕様が受け取られた後は、ベース２０の外側からの何らの入力なしに達成される。アンテナ装置１８の外部の方位センサからの方位測定の入力に対する要件はない。これにより、データ入出力ポート３０でのケーブル配線および物理インターフェース要件が簡単になる。
【００１９】
ベース２０内にＭＥＭＳベースの方位センサ２６を一体化することにより、プロセッサ２８に複数の通信プロトコルを組み込まなければならないという要件はなくなる。これは、接続され得る一連の方位センサに適応するために様々な通信プロトコルを用いて構成されなけばならないまたはアンテナ装置が用いることができる方位センサが限定される、現在のアンテナ装置プロセッサからの一歩前進である。
【００２０】
またベース２０内にＭＥＭＳベースの方位センサ２６を一体化することにより、これまで設置の時点で必要であった較正が不要になる。較正の要件は、（１）従来、離れて配置された方位センサの出力が、アンテナベース２０に対して意味をもつように、アンテナベース２０とビークル１０が同じ方位座標を共有する必要性、および（２）ビーム掃引範囲１４の方位がビークル１０の方位に対応するように、方位モータ２４とビークル１０が同じ方位座標を共有する必要性に由来する。方位センサ２６をベース２０内に一体化する利点は、第１の較正の要件は完全になくなり、第２の較正の要件は、アンテナ装置１８の設置の時点での較正ではなく、工場での較正によって満足することができることである。
【００２１】
図３は、航空機のノーズコーン部分の隔壁１６−１に取り付けられた、アンテナ装置１８−１の一実施形態を示す。ベース２０は構造要素１６に取り付けられ、アンテナ２２は方位モータ２４への連結部（具体的には図示せず）を通じてベース２０に接続される。ベース２０内には、方位モータ２４、ＭＥＭＳベースの方位センサ２６、プロセッサ２８、データ入出力ポート３０、および送受信回路３２がある。方位モータ２４、ＭＥＭＳベースの方位センサ２６、プロセッサ２８、データ入出力ポート３０、および送受信回路３２は、すべてベース２０内に一体化される。
【００２２】
図３はまたベース２０が、方位モータ２４とＭＥＭＳベースの方位センサ２６の両方に対する共通の機械的基準点として存在することを示す。これにより、これら２つの構成要素は工場にて互いに較正することが可能になり、自己安定化アンテナ装置１８の本発明の１つの周辺的な利点である。図３はまた、方位センサ２６がプロセッサ２８と共にベース２０内に一体化されたので方位センサ２６のためのＩ／Ｏピンを含まない、小型のデータ入出力ポート３０を示す。これによりデータ入出力ポート３０内のケーブル数が削減され、データ入出力ポート３０はここでは、制御装置３４および表示メモリ３６への接続のためのピンが必要なだけである。図３に示されていないことは、方位センサ２６とプロセッサ２８の間の通信のための複数の通信プロトコルをなくすことにより、プロセッサ２８が簡単になることである。
【００２３】
一実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計およびＭＥＭＳジャイロスコープはハネウェル社によって製造され、Ａｐｅｘ統合化コックピットに用いられるエアデータ姿勢方位基準システム（ＡＤＡＨＲＳ）を含む。代替実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計およびＭＥＭＳジャイロスコープの市販の在庫品供給業者が用いられる。
【００２４】
極端な精度を必要とする実施形態では、方位センサ２６は、３つまでの回転（ジャイロスコープ）ＭＥＭＳ集積回路と、４つまでの加速度計集積回路（ＩＣ）を含む。１つのパッケージ内で３つの軸を測定する加速度計ＩＣパッケージが存在し、通常はアンテナ安定化は回転の２つの軸だけを占めなければならないので、自己安定化は少ない３つのＩＣ（１つの３軸加速度計ＭＥＭＳ  ＩＣと、２つの１軸回転ＭＥＭＳ  ＩＣ）で達成し得ると考えられる。一実施形態では、１つの３軸加速度計ＭＥＭＳ  ＩＣと、２つの１軸回転ＭＥＭＳ  ＩＣパッケージがアンテナベース２０内に組み込まれる。各ＩＣパッケージは、いくつかの受け入れられた通信プロトコルの１つを用いて、プロセッサ２８に方位データを送信する。受け取られた方位データ、および制御装置３４からの指定されたビーム掃引範囲１４に基づいてプロセッサ２８は、ビークル１０の方位に無関係に要求されたビーム掃引範囲１４を維持するために、方位モータ２４にアンテナ２２を調整するように命令する。
【００２５】
他の実施形態では、送受信回路３２は送信器と受信器を含み、プロセッサ２８はレーダプロセッサを含む。送信器、受信器、およびレーダプロセッサは、ハネウェル社によって製造されるＲＤＲ４０００気象レーダシステム内に設けられるものと同様とすることができる。
【００２６】
本発明はまた、代替として製造された方位測定センサを用いることもできる。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ビークル
１２  ノーズ部分
１４  ビーム掃引範囲
１６  構造要素
１６−１  隔壁
１８  アンテナ装置
１８−１  アンテナ装置
２０  ベース
２２  アンテナ
２４  方位モータ
２６  方位センサ
２８  プロセッサ
３０  データ入出力ポート
３２  送受信回路
３４  制御装置
３６  表示メモリ
【図１】
2010259069.tif 000003
【図２】
2010259069.tif 000004
【図３】
2010259069.tif 000005
【外国語明細書】
2010259069000001.pdf