(57)【要約】【課題】移動体搭載型衛星追跡アンテナにおいて、副反射板の回転を用いて衛星を追跡することができる衛星追跡アンテナ及び追跡方法を提供する。【解決手段】アンテナは、移動体に搭載され、目標衛星を追跡するための衛星追跡アンテナシステムにおいて、目標衛星に向くように調整される反射板と、反射板で反射された信号を引込端に反射させ衛星の上・下・左・右の相対信号を識別するための副反射板と、副反射板を高速で回転させるための副反射板回転部と、反射板を方位角又は仰角方向にそれぞれ駆動可能な駆動手段と、アンテナシステムを移動体に固定させるための固定手段とを備える。従って、本発明は移動体搭載型衛星アンテナにおいて副反射板のみを回転して方位角、仰角モータを駆動させることで追跡メカニズムが実現され、従来のメカニズムに比べて構成が簡単であると共により正確な追跡が可能となる。【選択図】図３
2006013823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載され、目標衛星を追跡するための衛星追跡アンテナシステムにおいて、
前記目標衛星に向くように調整される反射板と、
前記反射板で反射された信号を引込端に反射させ前記衛星の上・下・左・右の相対信号を識別するための副反射板と、
前記副反射板を高速で回転させるための副反射板回転部と、
前記反射板を方位角又は仰角方向にそれぞれ駆動可能な駆動手段と、
前記アンテナシステムを移動体に固定させるための固定手段と、
を備えることを特徴とする副反射板の回転を用いた衛星追跡アンテナ。
【請求項２】
前記副反射板は、前記反射板の中心軸に対して所定の傾きを有するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の副反射板の回転を用いた衛星追跡アンテナ。
【請求項３】
前記副反射板は、その中心軸と前記反射板の中心軸とが互いにずれるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の副反射板の回転を用いた衛星追跡アンテナ。
【請求項４】
前記副反射板回転部は、前記副反射板の上・下・左・右の位置信号を検出するための位置センサを有することを特徴とする請求項１に記載の副反射板の回転を用いた衛星追跡アンテナ。
【請求項５】
前記衛星追跡アンテナは、前記副反射板の位置センサから上・下・左・右の位置信号が入力され、前記アンテナ引込端を経由して当該位置における衛星受信信号が入力され、互いに対応する信号の大きさを比較して前記衛星を追跡するように前記駆動手段を制御するアンテナ位置制御手段をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の副反射板の回転を用いた衛星追跡アンテナ。
【請求項６】
前記衛星追跡アンテナは、前記衛星から受信されたデータ信号を分析して現在指向している衛星が目標衛星であるか否かを判別する衛星情報分析部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の副反射板の回転を用いた衛星追跡アンテナ。
【請求項７】
前記副反射板は、平面状、凹状、凸状、Ｖ字形状のうちのいずれか１つの形状を有することを特徴とする請求項１に記載の副反射板の回転を用いた衛星追跡アンテナ。
【請求項８】
前記衛星追跡アンテナは、一端に誘電体レンズを有するフィードホーンをさらに備えることでビームの形状をシャープにすることができることを特徴とする請求項１に記載の副反射板の回転を用いた衛星追跡アンテナ。
【請求項９】
移動体に搭載されたアンテナを用いて目標衛星を追跡するための衛星追跡方法において、
アンテナの追跡機能をオフした後、目標衛星を見つける目標衛星検索ステップと、
目標衛星が発見されると、追跡機能をオンとし、副反射板から位置信号とそれに対応する衛星受信信号が入力されるステップと、
互いに対応する位置の入力された衛星受信信号を比較し、その差を求めて位置補正信号を生成するステップと、
前記位置補正信号に応じてアンテナの指向方向を補正して目標衛星を追跡するステップと、を含むことを特徴とする副反射板の回転を用いた衛星追跡方法。
【請求項１０】
前記副反射板の位置信号は、前記副反射板が上・下・左・右に偏った位置を示す信号であり、当該位置における衛星受信信号がそれぞれ入力され、
上位置における衛星受信信号と下位置における衛星受信信号とを比較して仰角方向を補正し、左位置における衛星受信信号と右位置における衛星受信信号とを比較して方位角方向を補正することを特徴とする請求項９に記載の副反射板の回転を用いた衛星追跡方法。
【請求項１１】
前記位置補正信号は、互いに対応する衛星受信信号の差を所定の値にスケーリングして生成することを特徴とする請求項１０に記載の副反射板の回転を用いた衛星追跡方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体搭載型衛星追跡アンテナに関し、より詳しくは、各種のセンサを用いることなく副反射板の回転を用いて衛星を追跡することができる、副反射板の回転を用いた衛星追跡アンテナ及び追跡方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、衛星通信は、マイクロ周波数帯の高周波数を使用しているため、電波の直進性が強くて指向性の大きなアンテナが必要であり、反射板を有するパラボラアンテナなどを使用している。また、自動車、航空機、船舶などのような移動体に搭載される指向性アンテナの場合は、衛星地球局や家庭用のように位置が固定されたアンテナとは異なり、移動体の動きに応じて衛星を追跡することができる追跡機能が必要となる。なお、反射を用いた衛星追跡アンテナは、例えば、下記の特許文献に示されている。
【０００３】
衛星通信のための追跡アルゴリズムは、クローズドループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）方式とオープンループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）方式とに分けられ、また、クローズループ方式は、ロビング（ｌｏｂｉｎｇ）方式とモノパルス（ｍｏｎｏ−ｐｕｌｓｅ）方式とに分けられる。オープンループ方式は、衛星の軌道予報データ、標準時刻信号、及びアンテナのデジタル角度データをコンピュータで処理してアンテナを予測軌道の方向に制御する方式であるため、データの正確度が追跡性能を左右する。ロビング方式は、任意の方法でアンテナのビームを動かしてビーコン波の到来方向を検出することで方向を制御する方式であり、モノパルス方式は、アンテナのビームを固定させておき、単一パルスの電波に応じて随時に方位誤差を検出する方式である。
【０００４】
なお、ロビング方式としては、アンテナのビームを微少角度の円錐形態に回転させながら自己追尾を行うコニカルスキャン（ｃｏｎｉｃａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ）方式と、アンテナ軸周囲の決められた４つ以上の位置に離散的に動きながら相対的な受信信号レベルを決定するビームスイッチング（ｂｅａｍ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式と、一定の時間間隔でアンテナを微少角度ずつステップ形態に移動させ、受信レベルの変化を比較して受信レベルの増加方向に移動して行くステップ追跡方式とがある。
【０００５】
図１は、船舶などに搭載される従来の衛星追跡アンテナを示す概略図であって、従来の衛星追跡アンテナは、反射板１００、副反射板１０１、移動体の仰角方向動きを感知するための角速度感知センサ１０２、及び反射板１００を上下に移動させるための仰角モータ１０４、仰角モータ１０４の回転力を伝達して反射板１００を上下に移動させる仰角回転プーリー１０３、アンテナ支持部材１１２、移動体の方位角方向動きを感知するための角速度感知センサ１０５、反射板１００を左右に移動させるための方位角モータ１０６、方位角モータ１０６の回転力を伝達して反射板１００を左右に移動させるための方位角回転プーリー１０８及び底板１０９で構成される。
【０００６】
図１に示されたように、追跡アンテナシステムを支持する底板１０９は、移動体（図示せず）のボディに固定されており、アンテナの反射板１００は、衛星に向くように設けられている。底板１０９の上には、アンテナの方位角を追跡するための方位角モータ１０６とアンテナを支持するための支持部材１１２が設けられ、支持部材１１２の下端には、方位角モータ１０６の回転に応じてアンテナの方位角を追跡するための方位角回転プーリー１０８が設けられており、支持部材１１２の上端には、仰角モータ１０４の回転に応じて反射板１００を上下に動かすための仰角回転プーリー１０３が設けられており、反射板１００は、仰角回転プーリー１０３の回転に応じて上下に移動する。従って、アンテナシステムの反射板１００は、仰角モータ１０４の方位角モータ１０６の回転に応じて仰角方向と方位角方向に動けるようになっている。
【０００７】
前述のような従来の追跡アンテナシステムにおいて衛星から受信された無線信号は、反射板１００により副反射板１０１側に集中し、再び副反射板１０１で反射された後、引込導波管１１３に乗って衛星信号受信器１２０に伝達される。また、移動体が動いている場合、仰角方向の動きは、仰角速度感知センサ１０２により感知され、方位角方向の動きは、方位角速度感知センサ１０５により感知され、反射板１００の方向が目標衛星の方向とずれる場合、制御器１３０がその補正値を計算した後、仰角モータ１０４と方位角モータ１０６とをそれぞれ制御して仰角回転プーリー１０３と方位角回転プーリー１０８を補正値分だけ回転させることで反射板１００が常時衛星方向に向くようにする。
【０００８】
図２は、図１と同様な構成を有する従来の衛星追跡アンテナで衛星を追跡するアルゴリズムを示す概略図である。
同図に示されたように、先ず、Ｔｓ１周期でディザリング２０１により衛星信号が入力されて衛星位置を補正する信号を生成し（２０２）、Ｔｓ２周期でジャイロセンサ２１１から角速度信号が入力されて角速度補正信号を生成し（２１２）、Ｔｓ３周期で水平センサ２１３からセンサ信号が入力されて水平補正信号を生成する（２１４）。また、かかる補正信号は、統合されて位置制御器２０３に位置命令として伝達され、これによって、モータ２０４を駆動してアンテナの位置を制御している。前述のように従来の追跡アルゴリズムにおいては、衛星位置補正と各種のセンサから入力された信号による姿勢制御を行う必要がある。
【０００９】
しかし、かかる従来の追跡アンテナシステムでは、移動体の移動を感知するには２つの角速度感知センサが必要となり、また、感知された値に応じて反射板を回転させるには２つのモータが必要となるため、アンテナの構造と制御メカニズムが複雑であり、かつ、使用されるセンサの初期化、基準値の補償など、ハードウェア、ソフトウェア的な追加部分が多く必要となる問題点がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−９７３００号公報
【特許文献２】特開平０６−２７６１２４号公報
【特許文献３】特表２００３−５３１５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、ただ衛星信号のみを用いて追跡することにより、構造が簡単で、かつ環境的な要因によるセンサの補正が不要で、正確な衛星追跡性能を示すことのできる副反射板の回転を用いた衛星追跡アンテナ及び追跡方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述のような目的を達成するための本発明のアンテナは、移動体に搭載され、目標衛星を追跡するための衛星追跡アンテナシステムにおいて、前記目標衛星に向くように調整される反射板と、前記反射板で反射された信号を引込端に反射させ前記衛星の上・下・左・右の相対信号を識別するための副反射板と、前記副反射板を高速で回転させるための副反射板回転部と、前記反射板を方位角又は仰角方向にそれぞれ駆動可能な駆動手段と、前記アンテナシステムを移動体に固定させるための固定手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前述のような目的を達成するための本発明の方法は、移動体に搭載されたアンテナを用いて目標衛星を追跡するための衛星追跡方法において、アンテナの追跡機能をオフした後、目標衛星を見つける目標衛星検索ステップと、目標衛星が発見されると、追跡機能をオンとし、副反射板から位置信号とそれに対応する衛星受信信号が入力されるステップと、互いに対応する位置の入力された衛星受信信号を比較し、その差を求めて位置補正信号を生成するステップと、前記位置補正信号に応じてアンテナの指向方向を補正して目標衛星を追跡するステップとを含むことを特徴とする。ここで、前記副反射板の位置信号は、前記副反射板が上・下・左・右に偏った位置を示す信号であり、当該位置における衛星受信信号がそれぞれ入力され、上位置における衛星受信信号と下位置における衛星受信信号とを比較して仰角方向を補正し、左位置における衛星受信信号と右位置における衛星受信信号とを比較して方位角方向を補正する。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、移動体の動きによってローリング、ピッチング、ヨーイング方向にアンテナがずれると、それによって衛星信号の上下左右の値が変化し、上下の信号を比較して信号の大きな方向に仰角モータを駆動させる。また、左右の信号を比較して信号の大きな方向に方位角モータを駆動させることで、常にアンテナが衛星に向くようにすることが可能である。また、衛星データを分析して目標衛星であるかを明かすことができる。前述のように、本発明では、移動体における種々のセンサを用いることなく、副反射板のみを回転して方位角、仰角モータを駆動させることで、追跡メカニズムを実現することが可能であるため、種々のセンサを用いている従来のメカニズムに比べて構成が簡単であり、より正確な追跡が可能となる利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施例を詳述する。
【実施例】
【００１６】
図３は、本発明に係る衛星追跡アンテナを示す概略図であって、船舶などのような移動体の外部に搭載されるアンテナシステムと、内部の管制室（通信室）などに設けられる衛星信号送受信器３２０及びアンテナ位置制御器（追跡器）３３０が示されている。
同図に示されたように、アンテナシステムは、底板３１３により移動体（図示せず）と結合され、回転板３０９上に固定された支持部材３１４により反射板３００が支持されている。アンテナの反射板３００は、仰角モータ３０７の回転により仰角（上下）方向に指向する位置が可変し、方位角モータ３０８の回転により方位角（左右）方向に指向する位置が可変する。即ち、制御信号により仰角モータ３０７が回転すると、駆動プーリー３０６が回転しながらベルト３０５により従動プーリー３０４を回転させ、これによって、アンテナの反射板３００は、上下方向に方向が可変する。また、制御信号により方位角モータ３０８が回転すると、駆動プーリー３１２が回転しながらベルト３１１により従動プーリー３１０を回転させ、これによって、アンテナの回転板３０９が回転されながらアンテナ全体の指向する方向が左右に可変する。
【００１７】
なお、アンテナの反射板３００の向かい合う位置に副反射板３０１が配設され、副反射板３０１は、副反射板の回転モータ３０３により高速で回転される。従って、楕円形の反射板３００で反射された信号は、副反射板３０１の位置に集中しながら再び副反射板３０１により反射され、引込導波管３１５（ｆｅｅｄ ｈｏｒｎ）に伝達され、この信号は、同軸ケーブルに乗って内部の衛星信号送受信器３２０に伝達される。この時、引込導波管３１５の一端には、誘電体レンズ３１６を挿入してビームをさらにシャープにすることができ、副反射板３０１の位置は、位置センサ３０２により感知され、アンテナ位置制御器３３０に伝達される。
【００１８】
前述のような本発明のアンテナ構成を、従来のアンテナと比較すると、方位角センサと仰角センサのようなジャイロセンサが除去され、より簡単になったことがわかり、副反射板３０１が所定の傾きをもって設けられたことがわかる。
副反射板回転部に取り付けられた位置センサ３０２は、副反射板の傾いた方向を正確に知るためのものであると共に、副反射板の回転周期を見つけ出して図６のＴｓを生成させることで、制御器のサンプリング周期を決定するものである。
【００１９】
また、本発明のアンテナ位置制御器３３０は、衛星信号送受信器３２０から衛星信号を受信すると共に、副反射板回転部に位置した位置センサ３０２から副反射板３０１の位置信号が入力され、センサ無しに仰角モータ３０７と方位角モータ３０８を制御してアンテナの方向が目標衛星に向くように制御する。この時、衛星信号受信器３２０は、衛星から受信されたデータ信号を分析して、現在指向している衛星が目標衛星であるか否かを判別する衛星情報分析部を有する。
【００２０】
図４の（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る副反射板の設定概念を示す図であり、図５の（ａ）、（ｂ）は、副反射板の回転により示される偏向概念を示す図である。
図４（ａ）は、本発明によって副反射板３０１の中心軸を反射板３００の中心軸（Ｃ）とずれるように位置させたことを示すものであり、図４（ｂ）は、副反射板３０１を中心軸（Ｃ）に対して一定の角度で傾けた後、回転させることを示す図である。本発明では、かかる２つの方法のいずれも適用可能であり、実質的に同じ性能を示す。なお、副反射板３０１の上・下・左・右の位置は、位置センサ３０２を用いて決定する。
【００２１】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図４（ａ）又は図４（ｂ）のように設けられた副反射板３０１が回転により中心軸（Ｃ）から偏向したことを示すものであって、図５（ａ）は、副反射板の右側への偏向及び左側への偏向（方位角偏向）を示す。また、図５（ｂ）は、副反射板の上側への偏向と下側への偏向（仰角方向）を示す。
【００２２】
前述のように副反射板が中心軸（Ｃ）に比べて傾いている場合、アンテナが目標衛星を正確に追跡していれば（即ち、反射板の指向方向が目標衛星と一致した場合）、右側での衛星受信信号と左側での衛星受信信号、上側での衛星受信信号と下側での衛星受信信号とがいずれも同じ大きさを有するようになるが、いずれか一方向に偏った場合は、偏った方向における受信信号が大きくなる。即ち、反射板の指向方向が目標衛星に比べて右側に偏った場合は、副反射板が左側に偏向された場合の受信信号より右側に偏向された場合の受信信号が大きくなり、また、反射板の指向方向が目標衛星に比べて上側に偏った場合は、副反射板が下側に偏向された場合の受信信号より上側に偏向された場合の受信信号が大きくなる。
【００２３】
従って、副反射板が、上・下・左・右の各方向に偏った場合の受信信号を比較すると、アンテナの指向方向が目標衛星に対していずれの方向にずれているかがわかり、その信号の差異値を適切にスケーリングした値だけ位置補正信号を生成して当該モータを駆動すると、常にアンテナの指向方向が目標衛星を追跡するようにすることが可能となる。
【００２４】
以下、上記のような構成の本発明の衛星追跡手法について説明する。
図３に示されたように、反射板３００は、衛星信号を受信する部分であり、反射板３００により集められた衛星信号は、副反射板３０１を介して伝達される。副反射板３０１は、回転軸と一定の角度で傾いており、回転することによって最大信号値は落ちるが、反射板３００が衛星方向に向かって動く方向と移動量を知らせる。
【００２５】
例えば、副反射板３０１の傾いた面が反射板３００の上側に向いている時、反射板の上面に受信される信号がより強く入り、下側に向いている時、反射板の下側面に受信される信号がより強く入る。従って、２つの信号を比較し、同一の場合は、衛星を正面に向けるもので、上側がより大きい場合は、「上」方向へ、下側がより大きな場合は、「下」方向へ仰角モータ３０７を回転して仰角駆動プーリー３０６を介して仰角従動プーリー３０４を回転させて反射板３００を駆動し、信号の差に比例して駆動量が決定される。
【００２６】
同様な方法で、副反射板３０１の傾いた面が反射板３００の左側に向いている時、反射板の左側面に受信される信号がより強く入り、右側に向いている時、反射板３００の右側面に受信される信号がより強く入る。従って、２つの信号を比較し、同一の場合は、衛星を正面に向けるもので、左側がより大きな場合は、「左」方向へ、右側がより大きな場合は、「右」方向へ方位角モータ３０８を回転して方位角駆動プーリー３１２を介して方位角従動プーリー３１０を回転させて反射板３０９を駆動する。この時、信号の差に比例して駆動量が決定される。
【００２７】
図６は、本発明に係る衛星追跡アルゴリズムを示す概略図であり、図７は、本発明に係る衛星追跡手続きを示す順序図である。図６に示されたように、本発明は、副反射板回転部６０３から副反射板３０１の回転位置信号とその時の衛星受信信号が入力され、衛星位置補正部６０４で各方向の信号を比較した後、その差を求めて位置補正信号を生成する。この時、副反射板の回転時間Ｔｓが位置命令生成のための周期となる。この位置補正信号は、Ｔｓ周期で位置制御器６０２に位置命令として伝達され、位置制御器６０２は、これによって、当該モータ６０１を制御して衛星の追跡を行うようになる。この時、位置補正周期Ｔｓは、従来のディザリング方式とは異なり、リアルタイムで衛星を追跡するに十分な速度で処理するため、別の角速度及び水平センサを必要とすることなく、速やかに衛星を追跡することが可能となる。
【００２８】
図７に示されたように、アンテナを作動させた後、初期化を行い（Ｓ１）、衛星を見つける（Ｓ２）。衛星が発見されると（Ｓ３）、衛星情報を入手した後、判読を行い、発見された衛星が目標衛星であるか否かを確認する（Ｓ４、Ｓ５）。目標衛星でない場合、前述のステップ（Ｓ２〜Ｓ５）を繰り返すことで目標衛星を見つけるようにし、目標衛星である場合は、追跡機能を開始する（Ｓ６）。追跡が始まると、副反射板の位置信号とその時の衛星受信信号が入力され、これらの信号を互いに比較する（Ｓ７）。比較の結果、各位置における信号の大きさが同一であると、アンテナの指向方向と目標衛星とが一致しており、比較の結果、相違していると、その差だけの補正信号を生成して当該モータを駆動させることでアンテナの反射板が目標衛星に向くようにする（Ｓ８）。
【００２９】
図８は、本発明に係る副反射板の他の実施例を示す図である。
同図に示されたように、本発明に係る副反射板３０１の形状は、平面状だけでなく、図８の（イ）のような凸状、（ロ）のような凹状、（ハ）のようなＶ字形状など、多様な形状にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の移動体搭載型衛星追跡アンテナを示す概略図である。
【図２】従来の衛星追跡アルゴリズムを示す概略図である。
【図３】本発明に係る衛星追跡アンテナを示す概略図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る副反射板の設置概念を示す図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、副反射板の回転により示される偏向概念を示す概略図である。
【図６】本発明に係る衛星追跡アルゴリズムを示す概略図である。
【図７】本発明に係る衛星追跡手続きを示す順序図である。
【図８】（イ）、（ロ）、（ハ）共、本発明に係る副反射板の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
３００：反射板、３０１：副反射板、３０２：位置センサ、
３０３，３０７，３０８：モータ、３０６，３１２：駆動プーリー、
３０４、３１０：従動プーリー、３０９：回転板、
３０５，３１１：ベルト、３１３：底板、３１４： 支持部材、
３２０：衛星信号受信器、３３０：アンテナ位置制御器
【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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【図７】
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【図８】
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