(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星からの電波を受信するフェーズドアレイアンテナと、
前記衛星の方向を検出する方向検出手段と、
該方向検出手段で検出した方向に前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ指向性を向けるように制御する指向性制御手段と、
地図情報とともに建築物の情報を記憶する地図情報記憶手段と、
該地図情報記憶手段に記憶された建築物の情報に基づいて、前記方向検出手段で検出した衛星の方向に衛星からの直接波を遮るような遮蔽物があるか否かを検出する遮蔽物検出手段と、
前記衛星からの直接波の反射波の到来方向を検出する反射波検出手段と、
該反射波検出手段で検出した反射波の到来方向に前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ指向性を向けるべく偏波回転方向を切り換えるように制御する切り換え制御手段と、を備え、
前記反射波検出手段は、前記遮蔽物検出手段により遮蔽物を検出した際に反射波の到来方向の検出を開始すると共に、前記直接波に対して等大且つ反対符号となる方位角で、且つ、直接波と同一の仰角となる方向が前記反射波の到来方向であるものとすることを特徴とする衛星追尾アンテナ。
【請求項２】
前記フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナエレメントを有し、当該各アンテナエレメントは、互いに９０度給電位相が異なる２つの給電点を有し、且つ、それぞれ第１の移相器、及び第２の移相器を具備し、
前記第１の移相器は、各アンテナエレメント毎に異なる位相量となるように設定され、１つのアンテナエレメントが有する第１の移相器と第２の移相器は、位相量が９０度ずれていることを特徴とする請求項１に記載の衛星追尾アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星からの電波を受信し得るようにアンテナ指向性を常に衛星の方向に向ける衛星追尾アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の衛星追尾アンテナは、従来、図６（ａ）に示すように、磁気センサ８１および光ファイバジャイロ８２のような車両方位角センサの出力情報をＡ／Ｄ変換器８３でディジタル信号に変換して、追尾用パソコン８４に供給し、これにより自車を基準とした衛星の方位角を計算し、アンテナ制御部８５に供給している。アンテナ制御部８５は、受け取った衛星方位角情報に基づいてアンテナビーム番号、すなわちアンテナ指向性を構成するための位相量の組合せ番号を選択し、移相器ドライバ８６に指定する。移相器ドライバ８６は指定されたビーム番号の位相量をフェーズドアレイアンテナ８７に供給し、該位相量を個々のアンテナエレメントにおいて実現して、アンテナ指向性を構成し常に衛星方向を向くように制御している。なお、図６（ａ）において、ＬＮＡは低ノイズ増幅器、ＨＰＡは高電力増幅器、Ｄ／Ｃは試験用受信周波数変換装置、Ｕ／Ｃは送信周波数変換装置である。
【０００３】
また、フェーズドアレイアンテナ８７は、図６（ｃ）において個々のアンテナエレメントをａ，ｂ，ｃで示すように配列され、この場合のアンテナ指向性および指向性の変化方向は図示のようになっている。また、フェーズドアレイアンテナ８７の個々のアンテナエレメントａ，ｂ，ｃにおける給電系は図６（ｂ）のように構成され、各アンテナエレメントには３ビットダイオード移相器が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の衛星追尾アンテナでは、常に衛星方向にアンテナ指向性を向けておき、衛星から直接到来する電波、すなわち直接波のみを受信するようになっているため、自車と衛星との間に電波を遮るような遮蔽物がある場合には、受信不能となり、特に高層ビルが立ち並ぶ市街地にあっては受信不能状態が長くなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、衛星からの直接波を受信できないと判断した時に反射波を受信するように構成し、遮蔽物に影響されずに常に衛星の電波を受信できるようにした衛星追尾アンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、衛星からの電波を受信するフェーズドアレイアンテナと、前記衛星の方向を検出する方向検出手段と、該方向検出手段で検出した方向に前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ指向性を向けるように制御する指向性制御手段と、地図情報とともに建築物の情報を記憶する地図情報記憶手段と、該地図情報記憶手段に記憶された建築物の情報に基づいて、前記方向検出手段で検出した衛星の方向に衛星からの直接波を遮るような遮蔽物があるか否かを検出する遮蔽物検出手段と、前記衛星からの直接波の反射波の到来方向を検出する反射波検出手段と、該反射波検出手段で検出した反射波の到来方向に前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ指向性を向けるべく偏波回転方向を切り換えるように制御する切り換え制御手段と、を備え、前記反射波検出手段は、前記遮蔽物検出手段により遮蔽物を検出した際に反射波の到来方向の検出を開始すると共に、前記直接波に対して等大且つ反対符号となる方位角で、且つ、直接波と同一の仰角となる方向が前記反射波の到来方向であるものとすることを特徴とする。
【０００７】
本発明の衛星追尾アンテナでは、地図情報とともに記憶された建築物の情報に基づいて、方向検出手段で検出した衛星の方向に衛星からの電波を遮るような遮蔽物があるか否かを検出しておき、衛星からの電波を遮るような遮蔽物がある場合には、衛星からの電波の反射波の到来方向を検出し、この反射波を到来方向にフェーズドアレイアンテナのアンテナ指向性を向けるべく偏波回転方向を切り換えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施例に係わる衛星追尾アンテナの構成を示すブロック図である。同図に示す衛星追尾アンテナは、衛星からの電波が例えば高層ビルのような建築物等で遮られて受信できなくなった時に反射波を受信できるようにしたものである。
【００１０】
図１に示す実施例の衛星追尾アンテナは、衛星からの電波を受信するフェーズドアレイアンテナ２１、自車と衛星の位置および方向関係を検出する自車位置方向検出装置２３、自車と衛星との間に高層ビルのような遮蔽物があるかどうかを判断するための建築物の情報、すなわち建物の高さや密集度等の情報を記憶している地図データベース２５、電波の到来方向をサーチしたり、または電波受信レベルを監視するための電波電界強度センサ２７、フェーズドアレイアンテナ２１のアンテナ指向性が衛星方向に向くように個々のアンテナエレメントの位相量を計算するアンテナ制御部２９、および該アンテナ制御部２９で計算した位相量を個々のアンテナエレメントに与える移相器ドライバ３１を有する。
【００１１】
また、フェーズドアレイアンテナ２１を構成する個々のアンテナエレメントは衛星から直接到来する電波である直接波と建物等により反射波の両波を受信可能とするために（同時受信ではない）、左旋および右旋の両円偏波（円偏波が反射すると、偏波面の回転方向が反対になる）を受信でき、かつ容易に切り換えることができる必要がある。従って、アンテナエレメントは図２に示すように２点給電方式のものである。
【００１２】
この２点給電方式について図３を参照して更に詳しく説明する。スイッチングを行うアレイアンテナシステムのエレメントの場合には、直接波のみを受信できればよいので、図３（ｂ−１），（ｂ−２）に示すように１点給電方式のものでよく、また移相器の位相量は図９（ｂ−３）に示すように固定のものでよい。例えば、図３（ｂ−３）において移相器Ａの位相量＝４５°、移相器Ｂの位相量＝１８０°、移相器Ｃの位相量＝９０°、移相器Ｄの位相量＝０°のように固定されている。
【００１３】
しかしながら、反射波も受信する場合には、反射電波は位相が反転するので、円偏波の場合には、偏波の回転方向が反転するため（逆回転になる）、受信側もこれに対応させる必要がある。そのため、受信アンテナは正転、反転の両回転方向の円偏波を構成できるようにしておく必要がある。
【００１４】
このように両回転方向の円偏波を１つのアンテナで構成するようにするには、図３（ａ−１），（ａ−２）に示すように、２点給電方式に、一方の点の給電位相に対して他方の給電位相を９０°進ませたり、または９０°遅らせ、これによって正転および反転の円偏波を構成する。従って、一方の点に対応する給電点の位相を固定とした場合には、他方の点に対応する給電点の位相は±９０°（１８０°）の変化を与える必要があるため、図３（ａ−３）に示すように、±９０°（１８０°）の位相変化量を有する移相器が他方の点に必要となる。すなわち、２点の給電点のうち、一点は固定の移相器でよいが、他方の点は±９０°の位相変化量（１ビットで可能）を有する移相器を有する必要がある。また、位相切り替えのタイミングは直接波の受信が出来なくなったことによりトリガとする（瞬時の電波遮断でなく、一定時間遮断されると、推測された場合であり、この推測は地図データベースにより行う）。
【００１５】
次に、図４に示すフローチャートを参照して、作用を説明する。
【００１６】
図４においては、まず、自車位置方向検出装置２３によって自車の位置および方向が検出され、その結果から衛星がどの方向にあるのかが計算される（ステップ５１０，５２０）。そして、衛星と自車との間に建物等の遮蔽物があるか否かを地図データベース２５に記憶された建築物の情報に基づいてアンテナ制御部２９において判断する（ステップ５３０）。
【００１７】
遮蔽物がない場合には、衛星方向角へ左旋円偏波でアンテナ指向性が向くようなアンテナビーム番号を選択し、そのアンテナビーム番号を移相器ドライバ３１に指定する（ステップ５４０）。移相器ドライバ３１はアンテナビーム番号で整理された個々のアンテナエレメントの位相量をデータベースとして有しており、指定されたアンテナビーム番号の位相量を各アンテナエレメントに与える（ステップ５５０）。これによりアンテナの指向性は衛星の方向を向くことになる。
【００１８】
そして、このように直接波を受信している間は電波電界強度センサ２７によって直接波の受信レベルが低下したか否かが監視されており（ステップ５６０）、低下していない場合には、ステップ５１０に戻って同じ動作を繰り返すが、低下している場合には、ステップ５７０に進み、反射波到来方向を計算する。
【００１９】
一方、ステップ５３０の判断において、自車と衛星との間に遮蔽物がある場合にも、ステップ５７０に進んで、反射波到来方向を計算する。すなわち、反射波到来方向へ右旋円偏波でアンテナ指向性が向くようなアンテナビーム番号を選択し（ステップ５８０）、そのアンテナビーム番号を移相器ドライバ３１に指定する。移相器ドライバ３１は指定されたアンテナビーム番号の位相量を各アンテナエレメントに与え（ステップ５９０）、これによりアンテナの指向性が反射波到来方向に向くことになる。
【００２０】
なお、反射波到来方向の決定は次のように行われる。まず、衛星電波は衛星位置が十分遠いことから平行波と考えられること、および電波が反射する場合には入射角と反射角は等しいということを考え、反射波到来仰角は直接波到来仰角と等しく、また方位角は自車位置を基準として直接波到来方向角をθ度とすると、反射波到来方位角は−θ度になる。従って、直接波到来角を仰角φ度、方位角θ度とすると、反射波到来角は仰角φ度、方位角−θ度となる（図５参照）。
【００２１】
この性質を利用し、衛星電波を受信する第１の手段としてその方向へ指向性を向ける。そして、反射波受信レベルが規定値以上ないときには、第２の手段として反射波の受信レベルが大きい方向をサーチングするが、その際の仰角はφ度のままサーチングする。また、サーチング中は常に自車位置、方向検出装置および地図データベースを用いて自車位置と衛星の間に遮蔽物があるか否かをチェックし、遮蔽物がないと判断したときには、即座に左旋円偏波を衛星位置方向に向けるのである。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、地図情報とともに記憶された建築物の情報に基づいて、前記方向検出手段で検出した衛星の方向に衛星からの電波を遮るような遮蔽物があるか否かを検出しておき、衛星からの電波を遮るような遮蔽物がある場合には、衛星からの電波の反射波の到来方向を検出し、この反射波の到来方向にフェーズドアレイアンテナのアンテナ指向性を向けるべく偏波回転方向を切り換えているので、建築物等によって直接波が遮られて受信できない状態にあっても反射波を受信し、衛星電波受信不能時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わる衛星追尾アンテナの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の衛星追尾アンテナに使用されるアンテナエレメントの給電方式を示す説明図である。
【図３】図１に示す衛星追尾アンテナに使用されるアンテナエレメントの説明図である。
【図４】図１の衛星追尾アンテナの作用を示すフローチャートである。
【図５】図１の衛星追尾アンテナの作用を説明するために使用される直接波と反射波の到来角を示す説明図である。
【図６】従来の衛星追尾アンテナを示す図である。
【符号の説明】
２１  フェーズドアレイアンテナ
２３  自車位置方向検出装置
２５  地図データベース
２７  電波電界強度センサ
２９  アンテナ制御部
３１  移相器ドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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