(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャイロセンサからの出力に基づいて車載アンテナを方位角方向に回転駆動するジャイロ追尾とともに、受信信号レベルが増大するように車載アンテナを方位角方向に所定角度幅で回転駆動するステップトラック追尾を実行することにより車載アンテナの指向方向を常に衛星の方角に向ける車載用衛星信号受信装置であって、
前記ジャイロセンサの出力に含まれるオフセット誤差を補正する補正手段と、
前記オフセット誤差の減少の度合いを評価する評価手段と、
前記減少度合いに応じて前記補正手段でのオフセット誤差補正の周期を変更する制御手段
を有することを特徴とする車載用衛星信号受信装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ジャイロ追尾とステップトラック追尾の切替を行う受信レベルしきい値を変更することにより補正の周期を変更することを特徴とする請求項１記載の車載用衛星信号受信装置。
【請求項３】
前記制御手段は、オフセット誤差補正後の出力を一時的に増幅してみかけ上のオフセット誤差を一時的に増大させることにより補正の周期を変更することを特徴とする請求項１記載の車載用衛星信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車載用衛星信号受信装置、特にジャイロセンサの出力に含まれるオフセット誤差補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より自動車等の移動体に搭載し、常に放送衛星（以下ＢＳという）あるいは通信衛星（以下ＣＳという）の方角へ車載アンテナの指向方向を向けるべくＢＳあるいはＣＳを追尾して電波を受信するための装置が開発されており、移動体の旋回状態を検出するジャイロセンサを設け、このジャイロセンサからの出力に基づいて車載衛星受信アンテナを回転駆動させる技術が知られている。
【０００３】
例えば、特開平４−３３６８２１号公報には、衛星からの電波の受信レベルが所定値以上の場合には受信レベルが増大するようにアンテナの向きを制御するステップトラック追尾を行い、トンネルの内部や木陰のように受信レベルが所定値以下となった場合にはジャイロセンサからの出力に基づいてアンテナの向きを制御するジャイロ追尾を行うことが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ジャイロセンサの出力にはオフセット誤差が含まれている場合が多く、このオフセット誤差をいかに補正するかが衛星追尾において極めて重要となる。オフセット補正の方法としてはいくつか考えられるが、ジャイロ追尾とステップトラック追尾を併用する追尾方式においては、これらの追尾モードの切替タイミングを利用してオフセット誤差補正を行うのが好適である。例えば、受信レベルが所定値以上で十分なレベルにある時にはジャイロ追尾を行い、ジャイロのオフセット誤差のため正確に衛星を追尾できずに受信レベルが所定値以下となった場合にステップトラック追尾に移行する方式を採用した場合、ステップトラック追尾で受信レベルが回復し再び所定値以上となった時に、オフセット誤差を所定量ずつ補正するのである。この方法によれば、ステップトラックのステップ方向からオフセットの生じている方向が分かるので確実にオフセット誤差を補正することが可能であるが、その一方、オフセット誤差が縮小するに従いジャイロ追尾からステップトラック追尾に移行する時間が長くなるのでオフセット誤差補正周期が増大してしまうため、最終的にゼロ近傍までオフセット誤差を補正するのに時間を要してしまう問題があった。
【０００５】
本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、オフセット誤差補正が順次行われてオフセット誤差が縮小しても、その補正周期の増大を抑制し短期間にオフセット誤差を十分小さなレベルまで補正することができる車載用衛星信号受信装置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に、第１の発明は、ジャイロセンサからの出力に基づいて車載アンテナを方位角方向に回転駆動するジャイロ追尾とともに、受信信号レベルが増大するように車載アンテナを方位角方向に所定角度幅で回転駆動するステップトラック追尾を実行することにより車載アンテナの指向方向を常に衛星の方角に向ける車載用衛星信号受信装置であって、前記ジャイロセンサの出力に含まれるオフセット誤差を補正する補正手段と、前記オフセット誤差の減少の度合いを評価する評価手段と、前記減少度合いに応じて前記補正手段でのオフセット誤差補正の周期を変更する制御手段を有することを特徴とする。なお、ステップトラック追尾には、ジャイロ追尾と併用するハイブリッド追尾も含まれる。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は前記ジャイロ追尾とステップトラック追尾の切替を行う受信レベルしきい値を変更することにより補正の周期を変更することを特徴とする。受信レベルしきい値としては、ジャイロ追尾からステップトラック追尾に移行するための受信レベルしきい値と、ステップトラック追尾からジャイロ追尾に移行するための受信レベルしきい値の２つがあるが、いずれの受信レベルしきい値を変更する場合も含まれる。
【０００８】
さらに、第３の発明は、第１の発明において、前記制御手段はオフセット誤差補正後の出力を一時的に増幅してみかけ上のオフセット誤差を増大させることにより補正の周期を変更することを特徴とする。ここで、「一時的」とは、増幅後のあるタイミングで増幅された出力を再び元に戻すことを意味しており、Ｎ倍に増幅した場合には、後に１／Ｎ倍することを意味する。また、「みかけ上の」とは、実際にはオフセット誤差補正は行われているが、アンテナにはオフセット誤差補正を行わなかったものとして信号を出力することを意味している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
＜第１実施形態＞
図１には本実施形態の構成ブロック図が示されている。図において、車載のアンテナ１０は、コンバータ１２を介して車室内のＢＳチューナ１４に接続されており、アンテナ１０にて受信された衛星放送はＢＳチューナ１４にて復調され映像出力として図示しないＣＲＴ等に表示される。アンテナ１０には、これを回転駆動することによりアンテナの指向性の向きを変化させるステッピングモータ１６が取り付けられており、ステッピングモータ１６の駆動量は車室内ユニットからの制御信号により決定される。なお、アンテナとしては一定の指向性を有するものであればどのようなものでも構わないが、例えば平面ビームチルトアンテナが好適である。平面ビームチルトアンテナは平面アンテナであって、アンテナの各エレメントの位相を調整することによりアンテナのビームを垂直方向から一定角度チルトさせたものである。このアンテナの指向性は固定であるが、ＢＳ（あるいはＣＳ）の高度は一定であるため、平面アンテナを方位角方向に回転させることにより、車両が移動してもアンテナのビームを衛星の方向に向けることが可能である。このような平面アンテナは薄型に形成することができるため、車両のルーフに設けることが可能である。もちろん、サンルーフに平面アンテナを内蔵することも好適である。車室内ユニットは、上述したＢＳチューナの他に、車両のヨーレート（角速度）を検出する振動ジャイロ１８、モータ制御ボード２０及びＡ／Ｄボード２２を含んで構成される接続ユニット２４、制御装置２６及びステッピングモータ１６を駆動するステッピングモータドライバ２８から構成される。ＢＳチューナ１４からの受信信号Ｃ／ＮＯＵＴ及び振動ジャイロ１８からの出力は接続ユニット２４内のＡ／Ｄボード２２に供給され、デジタル信号に変換されて制御装置２６に供給される。
【００１１】
このような構成において、制御装置２６は、受信レベルの大小に応じてジャイロ追尾とステップトラック追尾を切り替えて衛星を追尾する。図２には、アンテナ回転角度（ｄｅｇ）と受信レベル（Ｃ／Ｎ）との関係が示されている。受信レベルのピークに対して２つのしきい値ｔｈｒｅｓｈ１、ｔｈｒｅｓｈ２（ｔｈｒｅｓｈ１＞ｔｈｒｅｓｈ２）が設定され、受信レベルがｔｈｒｅｓｈ２以下に低下した場合にはジャイロ追尾からステップトラック追尾に移行し、このステップトラック追尾により受信レベルが回復してｔｈｒｅｓｈ１以上となった時にジャイロ追尾に移行する。なお、このように追尾モードの切替にヒステリシスを持たせたのは、受信レベルがｔｈｒｅｓｈ２以上となった場合に直ちにジャイロ追尾に移行したのでは、ジャイロオフセットがあるため再びｔｈｒｅｓｈ２以下となってステップトラック追尾に移行する可能性があり、制御が不安定となることを防止するためである。また、ステップトラック追尾においては、実際にはジャイロセンサからの出力にステップ幅を重畳させてアンテナを制御する（ハイブリッド追尾）。
【００１２】
図３には、このハイブリッド追尾の全体処理フローチャートが示されている。まず、制御装置２６は、ジャイロ出力を読み込むとともに、所定のタイミングで受信レベルを読み込む（Ｓ１０１）。ジャイロ出力の読み込みタイミングは例えば５ｍｓ毎、受信レベルの読み込みタイミングは例えば１００ｍｓ毎に設定される。読み込んだジャイロ出力は角速度ωＧ  に換算される（Ｓ１０２）。次に、制御装置２６は、読み込んだ受信レベルＬＲ  を前回読み込んだ受信レベルＬＲ  （ｌａｓｔ）と比較する（Ｓ１０３）。今回の受信レベルが前回の受信レベルより減少している場合には、アンテナの回転方向を反転させるべくステップ角度ωｓ  の符号を反転させる（Ｓ１０４）。一方、受信レベルが前回に比べて増大している場合には、衛星の方角に近づいていることを意味するから、ステップ角度の符号はそのままに維持する。そして、次回の比較のために今回読み込んだ受信レベルＬＲ  を新たなＬＲ  （ｌａｓｔ）として更新し（Ｓ１０５）、アンテナ角速度ωをω＝−（ωＧ  −ΔωＧ  ）＋ωｓ  とする（Ｓ１０６）。なお、右辺第１項のマイナス符号は、車両のヨーレートと逆方向にアンテナを回転させることを意味する。また、ΔωＧ  はオフセット誤差であり、ジャイロ出力から換算される角速度ωＧ  との差分を演算することによりオフセット誤差補正を行う。このオフセット誤差補正のタイミング及び具体的な補正方法については後述する。そして、この角速度でアンテナを回転させるために必要なステップモータのパルス速度ｆを算出し（Ｓ１０７）、モータ回転方向及びパルス速度を設定する（Ｓ１０８）。
【００１３】
このように、本実施形態では受信レベルがｔｈｒｅｓｈ２以下となった場合にはジャイロ追尾からハイブリッド追尾に移行して受信レベルの増大を図るが、受信レベルが増大して再びジャイロ追尾に移行する時、すなわち受信レベルがｔｈｒｅｓｈ１以上となった時に、Ｓ１０６で示すオフセット誤差補正を行う。オフセット誤差ΔωＧ  の正確な値は温度条件などにより常に変動するため検出できないので、ステップトラック追尾におけるステップ方向からオフセット誤差が生じている方向を判断し、その方向に所定量ずつ補正していく。具体的には、例えばアンテナを時計方向に振った場合に受信レベルが回復した場合には、ジャイロ出力には時計方向のオフセット誤差が生じているため反時計方向にアンテナを回転しすぎた結果と判定できるから、ジャイロ出力に対して反時計方向に所定量減じて時計方向のオフセット誤差を補正すればよい。以上のような補正を追尾モードの切替の度に実行すれば、オフセット誤差は徐々に縮小していくため、ジャイロの精度は向上していくことになるが、その反面、ジャイロ追尾からステップトラック追尾（ハイブリッド追尾）に移行する時間が長くなるため、オフセット誤差補正の実行周期も増大してしまう。例えば、オフセット誤差が１ｄｅｇ／ｓｅｃ程度の場合には、オフセット誤差補正は５ｓｅｃ程度の周期で実行されるが、オフセット誤差補正が進んで０．４ｄｅｇ／ｓｅｃ程度になると補正周期は１０ｓｅｃあるいはそれ以上に増大してしまう。
【００１４】
そこで、本実施形態では、オフセット誤差が縮小した場合に、制御装置２６が追尾のモード切替を行うしきい値を変更することにより、補正周期が増大することを防止している。
【００１５】
図４には、制御装置２６で行われるしきい値変更処理のフローチャートが示されている。まず、見通し追尾を開始した後（Ｓ２０１）、オフセット誤差補正が行われたか否かを判定する（Ｓ２０２）。ここで、見通し追尾とは、トンネル等の障害物によって衛星からの信号が遮断されていない状態での追尾をいい、上述したように受信レベルがｔｈｒｅｓｈ２に低下するまでジャイロ追尾を行い、ｔｈｒｅｓｈ２以下ではハイブリッド追尾に移行し、受信レベルがｔｈｒｅｓｈ１以上に回復した場合にジャイロ追尾に移行する追尾をいう。追尾モードがハイブリッド追尾からジャイロ追尾に移行した時にオフセット誤差補正が行われるから、この場合に前回のオフセット誤差補正から今回のオフセット誤差補正までに要した時間、すなわち補正周期ｔを読み込む（Ｓ２０３）。そして、次回の計測のためにタイマをリスタートさせ（Ｓ２０４）、現在の差Δｔｈｒｅｓｈ（＝ｔｈｒｅｓｈ１−ｔｈｒｅｓｈ２）と計測した補正周期ｔとの関係からオフセット誤差ΔωＧ  を推定する（Ｓ２０５）。このオフセット誤差の推定は、オフセット誤差がどの程度いままでの補正により減少したかの度合いを評価するための処理である。具体的な推定方法としては、補正周期ｔとジャイロオフセット誤差ΔωＧ  、及びしきい値の差Δｔｈｒｅｓｈに対応するアンテナの角度差Δφとの間に成立する近似式
【数１】
ｔ＝Δφ／ΔωＧ                                              ・・・（１）
を用いればよい。すなわち、オフセット誤差と補正周期とは反比例の関係にあり、また、同一オフセット誤差でもしきい値差Δｔｈｒｅｓｈが小さい程、補正周期が短くなる。このことは、ｔｈｒｅｓｈ１とｔｈｒｅｓｈ２が近い程、ジャイロ追尾からステップトラック追尾に移行する時間が短くなることを考えると明らかであろう。そして、上記（１）式に基づいて予め図５に示すような補正周期ｔ１、ｔ２、・・・としきい値差Δｔｈｒｅｓｈ１、Δｔｈｒｅｓｈ２、・・・の２次元マップとしてオフセット誤差ΔωＧ  をメモリに格納しておき、現在のΔｔｈｒｅｓｈ及び計測した補正周期ｔに対応するオフセット誤差ΔωＧ  を読み出せばよい。
【００１６】
以上のようにして、現在のΔｔｈｒｅｓｈと計測した補正周期ｔから一義的にオフセット誤差ΔωＧ  を推定した後、この推定オフセット誤差ΔωＧ  に応じて新たなΔｔｈｒｅｓｈを決定する（Ｓ２０６）。この決定も基本的に上記（１）式に基づいて行われ、推定されたオフセット誤差ΔωＧ  に対して補正周期ｔが所望の値（例えば２ｓｅｃ）になるようにΔｔｈｒｅｓｈを決定する。補正周期を短くするためにはΔｔｈｒｅｓｈを小さくすればよく、Δｔｈｒｅｓｈを小さくするためにはｔｈｒｅｓｈ１を小さくするか、あるいはｔｈｒｅｓｈ２を大きくすればよい。但し、ｔｈｒｅｓｈ１は、補正周期を計測するためのトリガともなる基準レベルであるため、このレベルが変化するのは望ましくない。そこで、本実施形態ではｔｈｒｅｓｈ２を大きくすることによりΔｔｈｒｅｓｈを小さく変更し、補正周期を短くしている。
【００１７】
このように、本実施形態ではモード切替を行うしきい値ｔｈｒｅｓｈ２を変更することにより補正周期の短縮を図るので、オフセット誤差が縮小しても、従来のように補正周期が１０ｓｅｃ以上となってしまう事態を防ぎ、短期間でオフセット誤差補正を完了することができる。
【００１８】
なお、本実施形態のしきい値変更は、オフセット誤差補正がある程度縮小してから行う必要がある。その理由は、オフセット誤差補正が縮小しない初期の段階でしきい値を変更してしまうと、追尾モード切替が頻繁に生じて制御が不安定となるからである。従って、図４に示されたしきい値変更処理は、例えば推定したオフセット誤差が０．８ｄｅｇ／ｓｅｃ以下となった時、あるいは計測した補正周期が１０ｓｅｃ以上となった場合に実行するのが望ましい。これを実現するためには、図４において例えばＳ２０４とＳ２０５の間に計測した補正周期ｔがｔ＞１０を満たすか否かを判定する処理を加え、ＹＥＳと判定された場合のみＳ２０５以降の処理に移ればよい。
【００１９】
＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態では、オフセット誤差が減少して補正周期が増大した場合に、しきい値を変更することにより補正周期を短縮する場合を示したが、本実施形態では他の方法により補正周期を短縮する場合を示す。
【００２０】
本実施形態の基本構成は図１と同様であるが、制御装置２６で行われる処理が相違する。すなわち、追尾モード切替時にオフセット誤差補正が実行され、オフセット誤差が縮小して補正周期が増大した場合に、補正後の出力を一時的に増幅し、見かけ上のオフセット誤差を増大させてしまう。つまり、実際にはオフセット誤差を補正したのだが、アンテナ１０にはオフセット誤差補正を行わなかったものとして駆動信号を出力する。すると、アンテナ１０は補正前とほとんど変わらない動きをするので、ジャイロ追尾からハイブリッド追尾に移行し易くなり、結局、オフセット補正後においても短期間で追尾モード切替が生じてオフセット誤差補正が実行されることになる。
【００２１】
図６には、本実施形態の詳細な処理フローチャートが示されている。まず、見通し追尾状態において受信レベル及びジャイロ出力を読み込む（Ｓ３０１）。そして、図４のＳ２０２と同様にオフセット誤差補正が行われたか否かを判定し（Ｓ３０２）、Ｓ２０３及びＳ２０４と同様に時間Ｔを読み込んだ後（Ｓ３０３）、次回の計測のためにタイマをリスタートする（Ｓ３０４）。補正周期Ｔを検出した後、オフセット誤差の減少の度合いを評価すべく補正周期Ｔと所定のしきい時間ｔｈｒｅｓｈＴとの大小比較を行う（Ｓ３０５）。しきい時間ｔｈｒｅｓｈＴは任意に設定できるが、本実施形態では５ｓｅｃに設定している。検出した補正周期Ｔがこのしきい時間ｔｈｒｅｓｈＴを超える程度に増大した場合には、補正周期を短縮する必要があると判定し、制御装置２６は、次に前回角速度ωを増幅したか否かを判定する（Ｓ３０６）。そして、前回増幅していない場合には、上述したように角速度ωを所定量増幅する（Ｓ３０７）。なお、このωはジャイロ追尾時に用いられる角速度で、オフセット誤差補正後の角速度ω＝ωＧ  −ω０  である。ここで、ω０  は追尾モード切替時に実行されるオフセット誤差補正の誤差補正量の総和であり、一回のオフセット誤差補正値をωｏｆｓｔ、モード切替回数をｎとするとω０  ＝ωｏｆｓｔ・ｎである。また、増幅率Ｎも適宜設定することができ、本実施形態では２倍に設定している。そして、角速度ωを増幅した後は、次回のオフセット誤差補正に備えてオフセット誤差補正値ωｏｆｓｔをＮ倍する（Ｓ３０８）。これは、角速度ωをＮ倍に増幅したことと整合をとるためである。
【００２２】
以上のようにしてオフセット誤差補正後の角速度ωを増幅すると、見かけ上のオフセット誤差が増大してオフセット誤差補正を行わなかったことと等価となるため、本来は補正周期がより増大するにもかかわらず、補正前の周期とほぼ同じ周期でモード切替が起こり、オフセット誤差補正がＮ・ωｏｆｓｔを用いて行われることになる。そして、増幅後の角速度ωでＳ３０１〜Ｓ３０５の各処理を実行し再びＳ３０６の判定処理に移行した際には、前回角速度ωを増幅しているためＳ３０６ではＹＥＳと判定され、再び通常の角速度に戻すべく補正後の角速度を１／Ｎ倍するとともに（Ｓ３０９）、オフセット誤差補正値も１／Ｎ倍してωｏｆｓｔに戻す（Ｓ３１０）。
【００２３】
具体的には、例えばジャイロセンサの出力に含まれるオフセット誤差が０．４ｄｅｇ／ｓｅｃ程度に減少した時に補正周期が５ｓｅｃを超えたとすると、Ｓ３０７にてオフセット誤差を０．４ｄｅｇ／ｓｅｃから０．８ｄｅｇ／ｓｅｃに増幅するので、もし増幅しなければ次回の補正周期は１０ｓｅｃ程度に増大してしまうところを５ｓｅｃ程度の時間でオフセット誤差補正を行うことができる。そして、再び０．４ｄｅｇ／ｓｅｃに縮小した後に、これを１／２倍に戻すので、オフセット誤差としては短時間に０．２ｄｅｇ／ｓｅｃ程度まで補正することができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、一時的にせよオフセット誤差補正後の角速度を増幅するので、ジャイロ出力があまり大きくない条件下で実行する必要がある。ジャイロ出力が大きいと、増幅後の出力もそれに応じて大きくなるため、アンテナ１０が衛星の方角から大きく逸脱して追尾自体が不能となるおそれがあるからである。従って、本実施形態を実行するに当たっては、別途ジャイロ出力ωＧ  の大きさを評価し、それが所定の範囲内にある場合（例えば２ｄｅｇ／ｓｅｃ未満）に限って実行するのが好適である。
【００２５】
また、増幅率をジャイロ出力ωＧ  の値に応じて変化させる、つまりジャイロ出力が大きい程増幅率を小さく設定することも可能である。但し、増幅した後はＳ３０９及びＳ３１０にて再び戻さなければならないので、頻繁に増幅率を変化させるのは構成の簡易化の観点からは望ましくなく、１〜３段階程度に変化させるのが望ましい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車載用衛星信号受信装置において、短期間でジャイロセンサの出力に含まれるオフセット誤差を十分小さなレベルまで補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成ブロック図である。
【図２】アンテナ角度と受信レべルの関係を示すグラフ図である。
【図３】本実施形態のハイブリッド追尾の処理フローチャートである。
【図４】第１実施形態のしきい値変更処理フローチャートである。
【図５】第１実施形態のしきい値差と補正周期及びオフセット誤差の関係を示す図である。
【図６】第２実施形態の増幅処理フローチャートである。
【符号の説明】
１０  アンテナ、１２  コンバータ、１４  ＢＳチューナ、１６  ステッピングモータ、１８  振動ジャイロ、２４  接続ユニット、２６  制御装置。
【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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