(57)【要約】【課題】本発明は、角速度センサの０点のオフセットを補償することにより、アンテナの回転角度の制御を精密かつ高速に行うことを目的とする。【解決手段】通信衛星追尾部４が、受信強度測定に基づいて、アンテナ１の回転角度を制御している間に、測定時間平均算出部８が、角速度センサ５の出力に基づいて、アンテナ１の回転速度の時間平均を算出するとともに、指令時間平均算出部７が、通信衛星追尾部４が指令するアンテナ１の回転速度の時間平均を算出する。ここで、前者の回転速度の時間平均は、角速度センサ５の０点のオフセットの影響を受けているが、後者の回転速度の時間平均は、角速度センサ５の０点のオフセットの影響を受けていない。よって、オフセット算出部９は、前者の回転速度の時間平均から後者の回転速度の時間平均を減算し、角速度センサ５の０点のオフセットを算出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信衛星との通信処理を実行するアンテナと、
前記アンテナを方位角方向に回転させる方位角方向回転部と、
前記アンテナの受信強度を測定する受信強度測定部と、
前記アンテナに固定され、前記アンテナの方位角方向の回転速度を測定する角速度センサと、
前記受信強度測定部が測定する前記アンテナの受信強度に基づいて、前記方位角方向回転部が前記アンテナに前記通信衛星を追尾させるようにする通信衛星追尾処理を実行する通信衛星追尾部と、
前記通信衛星追尾部が前記通信衛星追尾処理を実行している間に、前記通信衛星追尾部が前記方位角方向回転部に指令する前記アンテナの方位角方向の回転速度について時間平均を算出する指令時間平均算出部と、
前記通信衛星追尾部が前記通信衛星追尾処理を実行している間に、前記角速度センサが測定した前記アンテナの方位角方向の回転速度について時間平均を算出する測定時間平均算出部と、
前記測定時間平均算出部が算出した時間平均から前記指令時間平均算出部が算出した時間平均を減算し、前記角速度センサのオフセットを算出するオフセット算出部と、
前記角速度センサが測定した前記アンテナの方位角方向の回転速度から前記オフセット算出部が算出した前記角速度センサのオフセットを減算した値が０に近づくように、前記方位角方向回転部が前記アンテナを方位角方向に回転させるようにするオフセット補償部と、
を備えることを特徴とする通信衛星追尾装置。
【請求項２】
前記通信衛星追尾部は、前記通信衛星追尾装置が方位角方向に略直進しているとき、前記通信衛星追尾処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の通信衛星追尾装置。
【請求項３】
前記通信衛星追尾部は、前記受信強度測定部が測定する前記アンテナの受信強度が最大となるように、前記方位角方向回転部が前記アンテナを方位角方向に回転させるようにすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の通信衛星追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナに通信衛星を追尾させる通信衛星追尾装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体に搭載される衛星通信のアンテナは、移動体が方位角方向に旋回したときでも、通信衛星を追尾する必要がある。方位角方向とは、水平方向であり、具体的には東西南北等の方向である。ここで、アンテナは、ジャイロコンパスを搭載することにより、精密に通信衛星を追尾することができる。しかし、ジャイロコンパスは、コスト高につながる。特許文献１、２では、アンテナは、衛星通信電波の強度測定装置を搭載することにより、安価に通信衛星を追尾することができる。
【０００３】
特許文献１では、受信強度が最大強度となるように、アンテナの回転角度を制御する。しかし、移動体の方位角方向の旋回速度が高いときには、アンテナの回転角度の制御は時間を要する。特許文献２では、アンテナは、衛星通信電波の強度測定装置を搭載するとともに、角速度センサを搭載する。角速度センサの測定値が小さいときには、受信強度の変化分に比例した回転速度で、所定の回転角度ずつアンテナを回転させることにより、受信強度のピーク位置を探索する。角速度センサの測定値が大きいときには、角速度に基づいて決定された回転速度及び回転角度で、アンテナを回転させることにより、受信強度のピーク位置を探索する。よって、移動体の方位角方向の旋回速度が高いときでも、特許文献２では特許文献１より、アンテナの回転角度の制御は時間を要さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５４１５７号公報
【特許文献２】特開平１１−１５３６５８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、２では、衛星通信電波の強度測定装置を搭載し、移動体が方位角方向に旋回したときでも、受信強度が最大強度となるように、アンテナの回転角度を制御している。ここで、角速度センサを搭載し、移動体が方位角方向に旋回したときでも、角速度が０度／秒となるように、アンテナの回転角度を制御してもよい。すると、移動体の方位角方向の旋回速度が高いときでも、特許文献１、２よりもさらに、アンテナの回転角度の制御は時間を要さない。しかし、角速度センサが０点のオフセットを有するときには、アンテナの方向は通信衛星の方向から時間経過につれて徐々にずれてしまう。
【０００６】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、角速度センサの０点のオフセットを補償することにより、アンテナの回転角度の制御を精密かつ高速に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、受信強度測定に基づいて、アンテナの回転角度を制御している間に、角速度センサの出力に基づいて、アンテナの回転速度の時間平均を算出するとともに、通信衛星追尾部が指令するアンテナの回転速度の時間平均を算出する。ここで、前者の回転速度の時間平均は、角速度センサの０点のオフセットの影響を受けているが、後者の回転速度の時間平均は、角速度センサの０点のオフセットの影響を受けていない。よって、前者の回転速度の時間平均から後者の回転速度の時間平均を減算し、角速度センサの０点のオフセットを算出することができる。
【０００８】
具体的には、本発明は、通信衛星との通信処理を実行するアンテナと、前記アンテナを方位角方向に回転させる方位角方向回転部と、前記アンテナの受信強度を測定する受信強度測定部と、前記アンテナに固定され、前記アンテナの方位角方向の回転速度を測定する角速度センサと、前記受信強度測定部が測定する前記アンテナの受信強度に基づいて、前記方位角方向回転部が前記アンテナに前記通信衛星を追尾させるようにする通信衛星追尾処理を実行する通信衛星追尾部と、前記通信衛星追尾部が前記通信衛星追尾処理を実行している間に、前記通信衛星追尾部が前記方位角方向回転部に指令する前記アンテナの方位角方向の回転速度について時間平均を算出する指令時間平均算出部と、前記通信衛星追尾部が前記通信衛星追尾処理を実行している間に、前記角速度センサが測定した前記アンテナの方位角方向の回転速度について時間平均を算出する測定時間平均算出部と、前記測定時間平均算出部が算出した時間平均から前記指令時間平均算出部が算出した時間平均を減算し、前記角速度センサのオフセットを算出するオフセット算出部と、前記角速度センサが測定した前記アンテナの方位角方向の回転速度から前記オフセット算出部が算出した前記角速度センサのオフセットを減算した値が０に近づくように、前記方位角方向回転部が前記アンテナを方位角方向に回転させるようにするオフセット補償部と、を備えることを特徴とする通信衛星追尾装置である。
【０００９】
この構成によれば、角速度センサの０点のオフセットを補償することにより、アンテナの回転角度の制御を精密かつ高速に行うことができる。そして、通常の場合には、角速度測定に基づく回転角度制御を行えばよく、オフセット算出の場合には、角速度測定及び受信強度測定をハイブリッドで行えばよい。ここで、角速度センサの０点のオフセットが十分に補償されていれば、オフセット算出を頻繁に行う必要はない。そして、オフセット算出を行うときでも、アンテナの方向のスイープを広範囲で行う必要はなく、受信強度測定の時間を長くしてもかまわないため、受信強度測定の精度を高くすることができるとともに、オフセット算出の精度を高くすることができる。
【００１０】
また、本発明は、前記通信衛星追尾部は、前記通信衛星追尾装置が方位角方向に略直進しているとき、前記通信衛星追尾処理を実行することを特徴とする通信衛星追尾装置である。
【００１１】
この構成によれば、角速度センサの出力に基づくアンテナの回転速度の測定値は、移動体の方位角方向の旋回の影響をほとんど受けておらず、角速度センサの０点のオフセットの影響しか受けない。よって、より効果的に角速度センサの０点のオフセットを補償することができ、アンテナの回転角度の制御を精密かつ高速に行うことができる。
【００１２】
また、本発明は、前記通信衛星追尾部は、前記受信強度測定部が測定する前記アンテナの受信強度が最大となるように、前記方位角方向回転部が前記アンテナを方位角方向に回転させるようにすることを特徴とする通信衛星追尾装置である。
【００１３】
この構成によれば、左右系統のアンテナにおける受信強度の差分が０になるように、アンテナの回転角度を制御するビームスイッチ方式を採用することなく、１系統のアンテナにおける受信強度が最大強度となるように、アンテナの回転角度を制御するステップトラック方式を採用する。ここで、ビームスイッチ方式では、２系統の受信回路が必要であり、異なる受信回路の間の位相誤差や振幅誤差を考慮する必要があるが、ステップトラック方式では、１系統の受信回路しか必要でなく、異なる受信回路の間の位相誤差や振幅誤差を考慮する必要がない。よって、より効果的に角速度センサの０点のオフセットを補償することができ、アンテナの回転角度の制御を精密かつ高速に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、角速度センサの０点のオフセットを補償することにより、アンテナの回転角度の制御を精密かつ高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】通信衛星追尾装置の構成を示す図である。
【図２】オフセット算出時における受信強度測定部の処理を示す図である。
【図３】オフセット算出時における角速度センサの処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。
【００１７】
通信衛星追尾装置の構成を図１に示す。通信衛星追尾装置Ｓは、アンテナ１、方位角方向回転部２、受信強度測定部３、通信衛星追尾部４、角速度センサ５、オフセット補償部６、指令時間平均算出部７、測定時間平均算出部８及びオフセット算出部９から構成される。方位角方向とは、水平方向であり、具体的には東西南北等の方向である。ここで、図１は、機能的な構成を示すのであって、物理的な配置を示すわけではない。
【００１８】
アンテナ１は、通信衛星との通信処理を実行する。方位角方向回転部２は、アンテナ１を方位角方向（アジマス方向）に回転させる。不図示の仰角方向回転部は、アンテナ１を仰角方向（エレベーション方向）に回転させる。アンテナ１の回転角度の制御は、受信強度測定部３及び通信衛星追尾部４を利用して、受信強度測定に基づいて行うことができるとともに、角速度センサ５及びオフセット補償部６を利用して、角速度測定に基づいて行うことができる。
【００１９】
まず、受信強度測定に基づくアンテナ１の回転角度の制御について説明する。受信強度測定部３は、アンテナ１の受信強度を測定する。受信強度測定部３は、ステップトラック方式やビームスイッチ方式やその他の方式を採用することができる。通信衛星追尾部４は、受信強度測定部３が測定するアンテナ１の受信強度に基づいて、方位角方向回転部２がアンテナ１に通信衛星を追尾させるようにする通信衛星追尾処理を実行する。
【００２０】
ビームスイッチ方式では、通信衛星追尾部４は、左右系統のアンテナ１における受信強度の差分が０になるように、アンテナ１の回転角度を制御する。しかし、２系統の受信回路が必要であり、異なる受信回路の間の位相誤差や振幅誤差を考慮する必要がある。
【００２１】
ステップトラック方式では、通信衛星追尾部４は、１系統のアンテナ１における受信強度が最大強度となるように、アンテナ１の回転角度を制御する。そして、１系統の受信回路しか必要でなく、異なる受信回路の間の位相誤差や振幅誤差を考慮する必要がない。
【００２２】
そこで、本実施形態では、受信強度測定部３は、ステップトラック方式を採用している。よって、アンテナ１の回転角度の制御を精密に行うことができる。しかし、変形例として、受信強度測定部３は、ビームスイッチ方式やその他の方式を採用してもよい。
【００２３】
次に、角速度測定に基づくアンテナ１の回転角度の制御について説明する。角速度センサ５は、アンテナ１に固定され、アンテナ１の方位角方向の回転速度を測定する。角速度センサ５は、アンテナ１の方位角方向の回転軸上や回転台座に固定することができる。オフセット補償部６は、オフセット補償されたアンテナ１の方位角方向の回転速度が０に近づくように、方位角方向回転部２がアンテナ１を方位角方向に回転させるようにする。
【００２４】
通常の場合には、角速度測定に基づく回転角度制御を行う。よって、オフセット算出の前後に関わらず、アンテナ１の回転角度の制御を高速に行うことができる。オフセット算出の場合には、角速度測定及び受信強度測定をハイブリッドで行う。よって、オフセット算出の後には、アンテナ１の回転角度の制御を精密かつ高速に行うことができる。
【００２５】
次に、オフセット算出処理の概要を説明する。指令時間平均算出部７は、通信衛星追尾部４が通信衛星追尾処理を実行している間に、通信衛星追尾部４が方位角方向回転部２に指令するアンテナ１の方位角方向の回転速度について時間平均を算出する。ここで、指令時間平均算出部７が算出した時間平均は、受信強度測定に基づく回転角度制御の実行期間における、角速度センサ５の０点のオフセットの影響を受けていない、回転速度の時間平均である。測定時間平均算出部８は、通信衛星追尾部４が通信衛星追尾処理を実行している間に、角速度センサ５が測定したアンテナ１の方位角方向の回転速度について時間平均を算出する。ここで、測定時間平均算出部８が算出した時間平均は、受信強度測定に基づく回転角度制御の実行期間における、角速度センサ５の０点のオフセットの影響を受けている、回転速度の時間平均である。
【００２６】
オフセット算出部９は、測定時間平均算出部８が算出した時間平均から指令時間平均算出部７が算出した時間平均を減算し、角速度センサ５の０点のオフセットを算出する。オフセット補償部６は、角速度センサ５が測定したアンテナ１の方位角方向の回転速度からオフセット算出部９が算出した角速度センサ５の０点のオフセットを減算した値が０に近づくように、方位角方向回転部２がアンテナ１を方位角方向に回転させるようにする。
【００２７】
次に、オフセット算出処理の詳細を説明する。オフセット算出時における受信強度測定部の処理を図２に示す。オフセット算出時における角速度センサの処理を図３に示す。図３では、太い実線は、通信衛星追尾部４が方位角方向回転部２に指令するアンテナ１の方位角方向の回転速度を示し、太い破線は、角速度センサ５が出力するアンテナ１の方位角方向の回転速度を示す。
【００２８】
図２に示したように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までにおいて、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転角度をθ０に固定し、受信強度測定部３は、アンテナ１の受信強度を測定する。図３に示したように、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、アンテナ１の固定状態における０を方位角方向回転部２に指令しているが、角速度センサ５は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、０点のオフセットであるΔωを出力している。
【００２９】
図２に示したように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までにおいて、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転角度をθ０からθ１へと正の方向に変更する。図３に示したように、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、アンテナ１の正の方向の回転状態におけるωを方位角方向回転部２に指令しているが、角速度センサ５は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、０点のオフセットを含むω＋Δωを出力している。
【００３０】
図２に示したように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までにおいて、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転角度をθ１に固定し、受信強度測定部３は、アンテナ１の受信強度を測定する。図３に示したように、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、アンテナ１の固定状態における０を方位角方向回転部２に指令しているが、角速度センサ５は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、０点のオフセットであるΔωを出力している。
【００３１】
図２に示したように、アンテナ１の受信強度は、アンテナ１の方位角方向の回転角度がθ１であるときには、アンテナ１の方位角方向の回転角度がθ０であるときより、高くなっている。そこで、図２に示したように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までにおいて、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転角度をθ１からθ２へと正の方向に変更する。図３に示したように、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、アンテナ１の正の方向の回転状態におけるωを方位角方向回転部２に指令しているが、角速度センサ５は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、０点のオフセットを含むω＋Δωを出力している。
【００３２】
図２に示したように、時刻ｔ４から時刻ｔ５までにおいて、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転角度をθ２に固定し、受信強度測定部３は、アンテナ１の受信強度を測定する。図３に示したように、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、アンテナ１の固定状態における０を方位角方向回転部２に指令しているが、角速度センサ５は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、０点のオフセットであるΔωを出力している。
【００３３】
図２に示したように、アンテナ１の受信強度は、アンテナ１の方位角方向の回転角度がθ２であるときには、アンテナ１の方位角方向の回転角度がθ１であるときより、高くなっている。そこで、図２に示したように、時刻ｔ５から時刻ｔ６までにおいて、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転角度をθ２からθ３へと正の方向に変更する。図３に示したように、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、アンテナ１の正の方向の回転状態におけるωを方位角方向回転部２に指令しているが、角速度センサ５は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、０点のオフセットを含むω＋Δωを出力している。
【００３４】
図２に示したように、時刻ｔ６から時刻ｔ７までにおいて、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転角度をθ３に固定し、受信強度測定部３は、アンテナ１の受信強度を測定する。図３に示したように、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、アンテナ１の固定状態における０を方位角方向回転部２に指令しているが、角速度センサ５は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、０点のオフセットであるΔωを出力している。
【００３５】
図２に示したように、アンテナ１の受信強度は、アンテナ１の方位角方向の回転角度がθ３であるときには、アンテナ１の方位角方向の回転角度がθ２であるときより、低くなっている。そこで、図２に示したように、時刻ｔ７から時刻ｔ８までにおいて、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転角度をθ３からθ２へと負の方向に変更する。図３に示したように、通信衛星追尾部４は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、アンテナ１の負の方向の回転状態における−ωを方位角方向回転部２に指令しているが、角速度センサ５は、アンテナ１の方位角方向の回転速度として、０点のオフセットを含む−ω＋Δωを出力している。
【００３６】
図２、３に示したように、時刻ｔ８において、受信強度測定に基づく回転角度制御を終了する。指令時間平均算出部７は、時刻ｔ０から時刻ｔ８までにおいて、通信衛星追尾部４が方位角方向回転部２に指令するアンテナ１の方位角方向の回転速度について時間平均を算出する。測定時間平均算出部８は、時刻ｔ０から時刻ｔ８までにおいて、角速度センサ５が測定したアンテナ１の方位角方向の回転速度について時間平均を算出する。オフセット算出部９は、測定時間平均算出部８が算出した時間平均から指令時間平均算出部７が算出した時間平均を減算し、角速度センサ５の０点のオフセットを算出する。
【００３７】
ここで、各回のアンテナ１の回転時間はそれぞれ等しいとして、各回の受信強度の測定時間はそれぞれ等しいとして、１回のアンテナ１の回転時間及び１回の受信強度の測定時間は等しいとして、ｔ１−ｔ０＝ｔ２−ｔ１＝ｔ３−ｔ２＝ｔ４−ｔ３＝ｔ５−ｔ４＝ｔ６−ｔ５＝ｔ７−ｔ６＝ｔ８−ｔ７＝Δｔとおく。
【００３８】
指令時間平均算出部７が算出した時間平均は、＜ω＞出力＝｛０・Δｔ＋ωΔｔ＋０・Δｔ＋ωΔｔ＋０・Δｔ＋ωΔｔ＋０・Δｔ＋（−ω）Δｔ｝／（８Δｔ）＝（θ２−θ０）／（８Δｔ）＝ω／４となる。測定時間平均算出部８が算出した時間平均は、＜ω＞測定＝｛ΔωΔｔ＋（ω＋Δω）Δｔ＋ΔωΔｔ＋（ω＋Δω）Δｔ＋ΔωΔｔ＋（ω＋Δω）Δｔ＋ΔωΔｔ＋（−ω＋Δω）Δｔ｝／（８Δｔ）＝ω／４＋Δωとなる。オフセット算出部９が算出した結果は、＜ω＞測定−＜ω＞出力＝（ω／４＋Δω）−ω／４＝Δωとなり、角速度センサ５の０点のオフセットとなる。
【００３９】
ここで、角速度センサ５の０点のオフセットが十分に補償されていれば、オフセット算出を頻繁に行う必要はない。そして、オフセット算出を行うときでも、アンテナ１の方向のスイープ（図２ではθ０で開始してθ３で折り返しθ２で終了する）を広範囲で行う必要はなく、受信強度測定の時間Δｔを長くしてもかまわないため、受信強度測定の精度を高くすることができるとともに、オフセット算出の精度を高くすることができる。
【００４０】
なお、通信衛星追尾部４は、移動体が方位角方向に略直進しているとき、通信衛星追尾処理を実行してもよい。このとき、角速度センサ５の出力に基づくアンテナ１の回転速度の測定値は、移動体の方位角方向の旋回の影響をほとんど受けておらず、角速度センサ５の０点のオフセットの影響しか受けない。よって、より効果的に角速度センサ５の０点のオフセットを補償することができ、アンテナ１の回転角度の制御を精密かつ高速に行うことができる。
【００４１】
ここで、「移動体が方位角方向に略直進している状態」は、移動体が方位角方向に真に直進している状態を含むとともに、移動体が方位角方向に若干旋回している状態であるが、オフセット算出の精度をユーザにとって必要である精度に維持することができる程度に、移動体が方位角方向にほぼ直進している状態を含む。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る通信衛星追尾装置は、ジャイロコンパスが利用されるか利用されないかに関わらず、船舶や車両などの移動体に搭載して適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
Ｓ：通信衛星追尾装置
１：アンテナ
２：方位角方向回転部
３：受信強度測定部
４：通信衛星追尾部
５：角速度センサ
６：オフセット補償部
７：指令時間平均算出部
８：測定時間平均算出部
９：オフセット算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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