(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナを有する通信装置において前記アンテナを駆動する駆動装置と前記駆動装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、アンテナ指向角度の変化に対して通信強度が複数のローカルマキシムを持つようなパターンをデータベースとして有し、与えられたアンテナ指向角度と通信強度に対して適合するように前記パターンを更新し、前記データベースの更新されたパターンにおける位置を識別することで、前記通信強度が大きくなる位置にアンテナを移動させるように前記駆動装置を制御することを特徴とする通信装置。
【請求項２】
アンテナの駆動を制御する駆動制御装置において、アンテナ指向角度の変化に対して通信強度が複数のローカルマキシムを持つようなパターンをデータベースとして有し、与えられたアンテナ指向角度と通信強度に対して適合するように前記パターンを更新し、前記データベースの更新されたパターンにおける位置を識別することで、前記通信強度が大きくなる位置にアンテナを移動するアンテナ駆動制御装置。」
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は通信装置に係り、特に衛星と通信するアンテナの追尾方式を改良した通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の通信装置としては、１９９０年１２月１４日付け電子情報通信学会誌に掲載の山本他「陸上移動衛星通信に適したアンテナ追尾システム」に記載されているようなものがある。
【０００３】
これには２例が記載されており、
第１の例は、通信中継局からの信号を使用して、移動体に対する通信中継局位置を求めるクローズドループ方式を用いるというものである。
【０００４】
第２の例は、既知の通信中継局位置情報と移動体に搭載した方位測定センサ情報により、移動体に対する通信中継局位置を求めるオープンループ方式を用いるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
クローズドループ方式の場合に、衛星からの信号の強度が最大となる点を探索する方式としてステップトラックという方式が一般的であるが、最大点以外にも、ローカルマキシマム点が複数存在するため、このローカルマキシマムに陥りやすく、自動でこの最大点を探索することが困難である等の問題点があった。
【０００６】
また、受信レベルが低下したときに動作する修正ループは、通常でも衛星からの信号は１ｄＢ程度は変化するため、閾値を小さくすると、アンテナの振動が発生し、また閾値を大きくすると追尾精度が悪化するという問題があった。また、周囲のビルディングの反射波や降雨による通信信号レベルの変動によっても修正ループの制御が影響を受けやすいという問題があった。
【０００７】
また、修正ループにはステップトラック方式を用いることが多いが、ステップトラック方式は探索を行うために、常にある程度の誤差が生じることは方式的に避けられないという問題があった。
【０００８】
また、従来のクローズドループ方式を用いる追尾の場合には、最大信号強度と現在の受信信号との偏差に対してフィードバック的に修正されるため、常にある程度の誤差が生じることが方式的に避けられず、また、衛星の視位置が移動している場合や、通信装置が移動体に搭載されている場合などはこれら衛星の視位置や移動体の高速な変化が生じた場合には、高速な追尾ができないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の第一の目的は、衛星通信において衛星からの信号強度の最大点を探索して衛星を捕捉する際に、ローカルマキシマムに陥ることのない高速な自動捕捉を実現することのできる通信装置を提供するにある。
【００１０】
また、本発明の第二の目的は、周囲のビルディング等からの反射波や降雨による通信信号レベルの変動等により通信電波の信号強度パターンが変動しても安定した追尾を実現することのできる通信装置を提供するにある。
【００１１】
【発明を解決するための手段】
前記第一の目的を達成するため、本発明では、アンテナ指向角度の変化に対して通信強度が複数のローカルマキシムを持つようなパターンをデータベースとして有し、与えられたアンテナ指向角度と通信強度に対して適合するように前記パターンを更新し、前記データベースの更新されたパターンにおける位置を識別することで、前記通信強度が大きくなる位置にアンテナを駆動制御するように構成した。
【００１２】
前記第二の目的を達成するための通信装置は、
通信装置使用時の受信信号の強度情報に基づいて、前記アンテナ指向性の特性のデータベースを再構築する通信装置である。
【００１３】
本発明によれば、
事前に入力したアンテナ指向性の特性のデータベースを基にして、探索中の信号強度を評価し、アンテナの受信信号強度が最大となるようにアンテナの通信方向を制御できるために、ローカルマキシマムに陥ることのないアンテナの通信方向制御を実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施例について、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１に示すように、通信装置１００は、通信中継局として機能する衛星２００を介して、地上局３００と通信を行う。
【００１６】
通信装置１００は、衛星２００と通信するためのアンテナ１１０，通信データ送信機１２０、及び通信データ受信機１３０を備えている。
【００１７】
また、通信装置１００はアンテナ駆動機構１４０及びアンテナ制御装置１５０を備えている。
【００１８】
アンテナ制御装置１５０は、通信データ受信機１３０の信号を基に制御演算部１５１により、衛星２００からの電波の強度が最大となる方向にアンテナ１１０を向ける方向を演算し、モータドライバ１５２を介して、アンテナ駆動機構140を駆動することにより、アンテナ１１０の通信方向を制御する。
【００１９】
アンテナ駆動機構１４０は、図１の実施例では方位角−仰角方式となっており、アンテナ制御装置１５０からの信号により、サーボセンサ及びモータによって構成されるモータユニット１４１及び１４２が駆動され、減速機１４３及び144を介して、機構部１４５の構成要素でベアリングなどで構成される仰角機構146及び方位角機構１４７を駆動することにより、機構部１４５に取り付けられているアンテナ１１０の方向を変化させる。
【００２０】
次に本実施例の動作について説明する。
【００２１】
図２を用いてアンテナ制御装置１５０中に有するデータベース４００の構造について説明する。
【００２２】
図２に示されるのは、一般に多層パーセプトロンとよばれるデータベースであり、入力層５１０，中間層５２０，出力層５３０を有している。
【００２３】
続いて、データベース構築のアルゴリズムを説明する。
【００２４】
Ｅp ：アンテナ指向性特性パターンに対する誤差関数
ｔpj：パターンｐに対するｊ番目のユニットの期待出力（出力層５３０のみに定義）
ｏpj：パターンｐに対するｊ番目のユニットの実際の出力
ｗij：ユニットｉからユニットｊへの重み
ｆj ：閾値関数
以下は、ｆj が
ｆ(ｎｅｔ)＝１／(１＋exp(−ｋ・ｎｅｔ)                      …（式１）
で定義されるシグモイド関数を使用するアルゴリズム１において説明する。
【００２５】
（アルゴリズム１）
アルゴリズム１は以下のステップ１からステップ５において構成される。
【００２６】
ステップ１：重みと閾値の初期化
すべての重みと閾値を小さな乱数によって決める。
【００２７】
ステップ２：入力と期待出力の定時
アンテナ指向角度(Ｘp ＝ｘ0，ｘ1，・・・，ｘn-1）と電界強度(Ｔp ＝ｔ0，ｔ1，・・・，ｔm-1）をデータベースに与える。ここで、ｎおよびｍはそれぞれ入力および出力のユニット数である。ｗ0 を−θ（閾値）、ｘ0 を常に１とする。Ｘp とＴp は対になっている。
【００２８】
ステップ３：ネットワーク出力の計算
入力層から出力層に向けての各ユニットの出力
ｏpj＝ｆ［Σｗijｘi］                                     …（式２）
を計算（ｉについて０からｎ−１まで）する。（式２）中のｆは（式１）にて定義されたシグモイド関数である。
【００２９】
ステップ４：重みの更新
（式３）を用いて出力層から入力層に向けて重みの更新を層ごとに行う。
【００３０】
ｗij(t+1)＝ｗij(t)＋ηδpjｏpi＋α(ｗij(t)−ｗij(t-1))      …（式３）
ここで、ｗij(t)は時刻ｔ(ｔ回目の学習）におけるユニットｉからｊへの重み、ηは重みの変化量を調整するゲイン項、δpjはパターンｐに対するユニットの誤差量を表す。また、αはモーメント項で０＜α＜１である。
【００３１】
δpjは出力層に対しては、
δpj＝ｋ・ｏpj(１−ｏpj)(ｔpj−ｏpj）                     …（式４）
中間層に対しては、
δpj＝ｋ・ｏpj(１−ｏpj)Σδpkｗjk    …（式５）
として計算される。式５のΣの和はユニットｊが属する層の上の層に属するユニットｋ全てにわたってとるものとする。
【００３２】
ステップ５：繰り返し
ステップ２からステップ４を実際の出力が期待出力に充分近づくまで繰り返す。
【００３３】
このアルゴリズム１によって、重みＷijがデータベース４００内にアンテナ方向変化と通信強度とを対応させるデータとして蓄積される。
【００３４】
図３に標準的なアンテナの指向性の特性を示す。
【００３５】
図３の横軸は、アンテナの通信信号強度が最大となる方向（角度）を０とした相対角度となっている。図３の縦軸は、アンテナの通信信号強度最大点を０とした相対利得がデシベル単位となっている。アルゴリズム１においては、横軸のデータをＸp 、縦軸のデータをＴp として使用する。
【００３６】
通信装置１００において、通信を開始すると、アンテナ制御装置１５０によりアンテナ１１０を駆動し、通信データ受信機１３０を介してアンテナ制御装置１５０に取り込んだ通信データの強度と、モータユニット１４１および１４２を介してアンテナ制御装置１５０に取り込んだモータユニット１４１および１４２の駆動角度情報によって、前述のアルゴリズム１に基づいて構築されたデータベース４００を使用し、図３のアンテナ指向性の特性パターン中の現在位置を識別できる。現在位置を識別した後は、図３中の天長角（度）が０になるようにアンテナ１１０を駆動することにより、通信強度の最大点を細くできる。
【００３７】
次に、本発明の第二の実施例について説明する。
【００３８】
図２の通信装置において、データベース４００は既に構築されており、メモリー５００に記憶されている。メモリー５００はＲＯＭ等の読み出し専用のメモリーであるとする。
【００３９】
通信を開始する際に、メモリー５００中のデータベース４００は別のメモリー６００に読み出される。メモリー６００はＲＡＭ等の読み出しと書き込みができるメモリーであるとする。
【００４０】
通信装置１００において、通信を開始すると、第一の実施例に記載した方法により、通信強度最大点を捕捉する。
【００４１】
捕捉後に、アンテナ制御装置１５０によりアンテナ１１０を駆動し、通信データ受信機１３０を介してアンテナ制御装置１５０に取り込んだ通信データの強度と、モータユニット１４１および１４２を介してアンテナ制御装置１５０に取り込んだモータユニット１４１および１４２の駆動角度情報によって、前述のアルゴリズム１に基づいてメモリー６００中のデータベース４００を再構築する。
【００４２】
また、この発明は、上記の実施例中のデータベースの態様に限定されることなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施しうる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アンテナの受信信号強度が最大となるようなアンテナの通信方向を短時間で捕捉でき、また、さまざまなアンテナ指向性の特性パターンの変動要因に対してもロバストで高精度な通信方向制御の可能な通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第一の実施例の通信装置のシステム構成図である。
【図２】本発明にかかる第一の実施例のデータベースの構成図である。
【図３】アンテナの指向性特性を示す図である。
【図４】本発明にかかる第二の実施例の移動通信装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
１００…通信装置、１１０…アンテナ、１２０…通信データ送信機、１３０…通信データ受信機、１４０…アンテナ駆動機構、１４１…モータユニット、142…モータユニット、１４３，１４４…減速機、１４５…機構部、１４６…仰角機構、１４７…方位角機構、１５０…アンテナ制御装置、１５１…制御演算部、１５２…モータドライバ、２００…衛星、３００…固定局、４００…データベース、４１０…入力層、４２０…中間層、４３０…出力層、５００，６００…メモリー。
【図１】
0003700384.tif 000002
【図２】
0003700384.tif 000003
【図３】
0003700384.tif 000004
【図４】
0003700384.tif 000005