(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に設置された地球局が備える複数の追尾アンテナの指向方向を互いにバックアップの関係にある複数の衛星のうち通信回線に用いる第１の衛星に向け、一の前記追尾アンテナと前記第１の衛星との間で通信回線を設定し、他の前記追尾アンテナと前記第１の衛星との間でバックアップ回線を設定し、前記通信回線と前記バックアップ回線との間で回線切替を可能とする追尾アンテナ装置において、
前記複数の追尾アンテナから前記第１の衛星に対する見通しがそれぞれ確保されるか否かを逐次判断し、前記第１の衛星に対する見通しが確保されている一の前記追尾アンテナと当該第１の衛星との間で前記通信回線を設定し、前記第１の衛星に対する見通しが確保されている他の前記追尾アンテナと当該第１の衛星との間で前記バックアップ回線を設定し、かつ前記第１の衛星に対する見通しが確保されず前記第１の衛星のバックアップの関係にある第２の衛星に対する見通しが確保される他の前記追尾アンテナと当該第２の衛星との間で新たなバックアップ回線を設定する追尾アンテナ制御手段を備えた
ことを特徴とする追尾アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の追尾アンテナ装置において、
前記追尾アンテナ制御手段は、前記移動体の位置、方位、姿勢を示す姿勢・位置センサ情報と、前記移動体を構成する構造物の形状データとに基づき、前記複数の追尾アンテナから前記第１の衛星に対する指向方向と前記構造物の輪郭との間の角度をそれぞれ算出し、当該角度が所定の閾値よりも小さい追尾アンテナについて、前記第１の衛星に対する見通しが確保されないと判断する
ことを特徴とする追尾アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の追尾アンテナ装置において、
前記追尾アンテナ制御手段は、前記複数の追尾アンテナの受信信号レベルをそれぞれ検出し、当該受信信号レベルの平均値が所定の基準値より小さい追尾アンテナについて、前記第１の衛星に対する見通しが確保されないと判断する
ことを特徴とする追尾アンテナ装置。
【請求項４】
移動体に設置された地球局が備える複数の追尾アンテナの指向方向を互いにバックアップの関係にある複数の衛星のうち通信回線に用いる第１の衛星に向け、一の前記追尾アンテナと前記第１の衛星との間で通信回線を設定し、他の前記追尾アンテナと前記第１の衛星との間でバックアップ回線を設定し、前記通信回線と前記バックアップ回線との間で回線切替を可能とする追尾アンテナ方法において、
追尾アンテナ制御手段で、
前記複数の追尾アンテナから前記第１の衛星に対する見通しがそれぞれ確保されるか否かを逐次判断し、
前記第１の衛星に対する見通しが確保されている一の前記追尾アンテナと当該第１の衛星との間で前記通信回線を設定し、
前記第１の衛星に対する見通しが確保されている他の前記追尾アンテナと当該第１の衛星との間で前記バックアップ回線を設定し、かつ前記第１の衛星に対する見通しが確保されず前記第１の衛星のバックアップの関係にある第２の衛星に対する見通しが確保される他の前記追尾アンテナと当該第２の衛星との間で新たなバックアップ回線を設定する
ことを特徴とする追尾アンテナ方法。
【請求項５】
請求項４に記載の追尾アンテナ制御方法において、
前記追尾アンテナ制御手段は、前記移動体の位置、方位、姿勢を示す姿勢・位置センサ情報と、前記移動体を構成する構造物の形状データとに基づき、前記複数の追尾アンテナから前記第１の衛星に対する指向方向と前記構造物の輪郭との間の角度をそれぞれ算出し、当該角度が所定の閾値よりも小さい追尾アンテナについて、前記第１の衛星に対する見通しが確保されないと判断する
ことを特徴とする追尾アンテナ制御方法。
【請求項６】
請求項４に記載の追尾アンテナ制御方法において、
前記追尾アンテナ制御手段は、前記複数の追尾アンテナの受信信号レベルをそれぞれ検出し、当該受信信号レベルの平均値が所定の基準値より小さい追尾アンテナについて、前記第１の衛星に対する見通しが確保されないと判断する
ことを特徴とする追尾アンテナ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の衛星通信用地球局装置における追尾アンテナ装置および追尾アンテナ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星通信は広範なサービスエリアをもつため、地上回線の使用が困難な海上の船舶、航空機、列車などの移動体で広く利用されている。しかし、ブロードバンド通信などで使用される静止衛星は、静止軌道上に２〜４度間隔で配置されているため、地球局のアンテナの指向方向がずれると他の衛星に干渉を与えてしまう恐れがある。一方、静止衛星は地上から見て36,000ｋｍ離れていて伝搬損失が非常に大きいので、例えば船舶へのサービスが提供されるＫｕ帯を利用する場合、最低でも60ｃｍ以上の大型アンテナの使用が必要であるが、このサイズのアンテナの指向性は鋭く、ビーム幅が２度程度と狭くなる。そのため、船舶・航空機・列車などの移動体に地球局のアンテナ装置を設置する場合には、アンテナの指向方向（仰角および方位角）を機械的に制御する追尾機構を設け、移動体の移動や動揺に対してアンテナを常に衛星方向に指向させる追尾アンテナ装置が用いられる（非特許文献１）。
【０００３】
また、通信速度を向上させるためには、アンテナ装置などの地球局性能を向上させる必要がある。これを簡易に実現する技術として、複数の追尾アンテナを連携動作させるアンテナ装置の検討がなされている（非特許文献２）。この複数の追尾アンテナの連携動作によって、アンテナ利得が高性能化し、また耐遮蔽性が向上する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】桧垣、土屋、「船舶用ブロードバンドアンテナにおける防振機構系と追尾制御系の設計手法について」、信学会論文誌  2008/12   Vol.J91-B No.12
【非特許文献２】須崎、鈴木、山下、小林、「複数アンテナを用いた船上地球局用追尾アンテナの検討」、2010年信学会ソサイエティ大会B-3-19
【非特許文献３】回線設定実施要領4-3-12運用場所の選定  p.29                    www.lascom.or.jp/member/iomver/iomver4 303.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば船舶に追尾アンテナ装置を設置する際には、船舶の位置（緯度・経度）、方位、動揺による船舶の傾きなどを考慮して、方位角で 360度、仰角で０〜90度の見通しを確保できる場所に設置することが望ましい。しかし、船舶の構造によっては、そのような見通しを確保できる場所に追尾アンテナを設置できないこともある。そのため、衛星方向と追尾アンテナとの間に船舶の構造物が障害物として電波を遮断（ブロッキング）すると、通信ができない状態となる。
【０００６】
このような課題に対して、１つの衛星に対して地球局側に複数の追尾アンテナを設けることにより、一部の追尾アンテナが障害物に遮蔽されても、他の追尾アンテナを用いて通信を維持する方法が考えられている。しかし、障害物による反射・回折によって他の衛星方向へ不要波を放射しないために、追尾アンテナから衛星方向を見て３度以内に障害物がある場合には、通信信号の停波を行うなどの措置がとられる（非特許文献３）。このため、１つの衛星に対して複数の追尾アンテナを設けても、必ずしも全方位に対する見通しを確保できない場合があり、一定時間に渡って通信ができない時間が生じることがあった。
【０００７】
一方、通信回線が設定されている現用衛星に対して、バックアップ回線を確保するためのバックアップ衛星が用意されている場合がある。このような構成では、障害物によるブロッキングにより通信回線が途絶えた場合に、追尾アンテナを制御してバックアップ衛星をサーチし、確保したバックアップ回線に切り替えて通信の継続が図られるが、その間に一時的な通信停止が生じる。なお、衛星通信で用いられる追尾アンテナは、無線ＬＡＮや携帯電話などの地上系アンテナと比べて電波が微弱なため鋭い指向性をもつ。そのため、１つの追尾アンテナで複数の衛星を追尾することは基本的に不可能であるため、衛星切替に伴う通信停止は避けられなかった。
【０００８】
本発明は、移動体に設けられる複数の追尾アンテナと複数の衛星（現用衛星とバックアップ衛星）を活用し、常に通信回線とバックアップ回線の冗長構成をとり、通信稼働率を向上させることができる追尾アンテナ装置および追尾アンテナ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、移動体に設置された地球局が備える複数の追尾アンテナの指向方向を互いにバックアップの関係にある複数の衛星のうち通信回線に用いる第１の衛星に向け、一の追尾アンテナと第１の衛星との間で通信回線を設定し、他の追尾アンテナと第１の衛星との間でバックアップ回線を設定し、通信回線とバックアップ回線との間で回線切替を可能とする追尾アンテナ装置において、複数の追尾アンテナから第１の衛星に対する見通しがそれぞれ確保されるか否かを逐次判断し、第１の衛星に対する見通しが確保されている一の追尾アンテナと当該第１の衛星との間で通信回線を設定し、第１の衛星に対する見通しが確保されている他の追尾アンテナと当該第１の衛星との間でバックアップ回線を設定し、かつ第１の衛星に対する見通しが確保されず第１の衛星のバックアップの関係にある第２の衛星に対する見通しが確保される他の追尾アンテナと当該第２の衛星との間で新たなバックアップ回線を設定する追尾アンテナ制御手段を備える。
【００１０】
第１の発明の追尾アンテナ装置において、追尾アンテナ制御手段は、移動体の位置、方位、姿勢を示す姿勢・位置センサ情報と、移動体を構成する構造物の形状データとに基づき、複数の追尾アンテナから第１の衛星に対する指向方向と構造物の輪郭との間の角度をそれぞれ算出し、当該角度が所定の閾値よりも小さい追尾アンテナについて、第１の衛星に対する見通しが確保されないと判断する。
【００１１】
第１の発明の追尾アンテナ装置において、追尾アンテナ制御手段は、複数の追尾アンテナの受信信号レベルをそれぞれ検出し、当該受信信号レベルの平均値が所定の基準値より小さい追尾アンテナについて、第１の衛星に対する見通しが確保されないと判断する。
【００１２】
第２の発明は、移動体に設置された地球局が備える複数の追尾アンテナの指向方向を互いにバックアップの関係にある複数の衛星のうち通信回線に用いる第１の衛星に向け、一の追尾アンテナと第１の衛星との間で通信回線を設定し、他の追尾アンテナと第１の衛星との間でバックアップ回線を設定し、通信回線とバックアップ回線との間で回線切替を可能とする追尾アンテナ方法において、追尾アンテナ制御手段で、複数の追尾アンテナから第１の衛星に対する見通しがそれぞれ確保されるか否かを逐次判断し、第１の衛星に対する見通しが確保されている一の追尾アンテナと当該第１の衛星との間で通信回線を設定し、第１の衛星に対する見通しが確保されている他の追尾アンテナと当該第１の衛星との間でバックアップ回線を設定し、かつ第１の衛星に対する見通しが確保されず第１の衛星のバックアップの関係にある第２の衛星に対する見通しが確保される他の追尾アンテナと当該第２の衛星との間で新たなバックアップ回線を設定する。
【００１３】
第２の発明の追尾アンテナ制御方法において、追尾アンテナ制御手段は、移動体の位置、方位、姿勢を示す姿勢・位置センサ情報と、移動体を構成する構造物の形状データとに基づき、複数の追尾アンテナから第１の衛星に対する指向方向と構造物の輪郭との間の角度をそれぞれ算出し、当該角度が所定の閾値よりも小さい追尾アンテナについて、第１の衛星に対する見通しが確保されないと判断する。
【００１４】
第２の発明の追尾アンテナ制御方法において、追尾アンテナ制御手段は、複数の追尾アンテナの受信信号レベルをそれぞれ検出し、当該受信信号レベルの平均値が所定の基準値より小さい追尾アンテナについて、第１の衛星に対する見通しが確保されないと判断する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、追尾アンテナの指向方向に対して移動体の構造物が障害となって衛星との見通しが確保されなくなったときに、別の衛星との間でバックアップ回線を準備しておくことで、複数の追尾アンテナと複数の衛星との間で冗長構成が可能になり、通信稼働率を向上させることができる。また、従来は追尾アンテナが全ての方向で見通しを確保する必要があったが、複数の追尾アンテナが複数の衛星に対してそれぞれ個別に見通しを確保できればよいので、各追尾アンテナを移動体に設置する際の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の追尾アンテナ装置の実施例１の概要を示す図である。
【図２】本発明の追尾アンテナ装置の実施例１の構成例を示す図である。
【図３】本発明の追尾アンテナ装置の実施例１の処理手順例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の追尾アンテナ装置の実施例２の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の追尾アンテナ装置の実施例１の概要を示す。
図１(1) は平常時の状態であり、複数（ここでは２つ）の追尾アンテナ１１，１２から衛星（現用衛星）１の見通しがあり、追尾アンテナ１１，１２と衛星１との間で冗長構成をとって通信を行う。なお、２つの追尾アンテナと１つの衛星による冗長構成では、一方の追尾アンテナを通信回線として用い、他方の追尾アンテナをバックアップ回線として用いることになるが、従来技術のように２つの追尾アンテナを連携動作させ、送信ＥＩＲＰや受信Ｇ／Ｔを最大・最適にするように動作させる構成であってもよい。
【００１８】
ここで、図１(2) に示すように、船舶の位置や方位が変わったり動揺などにより、一方の追尾アンテナ１２が船上の障害物によりブロッキングされた時に、その追尾アンテナ１２は別の衛星（バックアップ衛星）２とのバックアップ回線を確保するように制御する。すなわち、追尾アンテナ１１と衛星１との間で通信回線を維持しながら、追尾アンテナ１２と衛星２との間をバックアップ回線として冗長構成をとる。これにより、その後追尾アンテナ１１と衛星１との間がブロッキングされても、追尾アンテナ１２と衛星２との間のバックアップ回線に切り替えることにより、システム全体の完全な通信回線の途絶を防ぐことができる。
【００１９】
なお、追尾アンテナ１２と衛星１との間のブロッキングが一時的なものであれば、追尾アンテナ１２と衛星１との間にバックアップ回線を再設定してもよい。また、追尾アンテナ１１と衛星１との間がブロッキングされ、追尾アンテナ１２と衛星２との間に通信回線を移行した後に、追尾アンテナ１１と衛星２との間にバックアップ回線を設定するようにしてもよい。
【００２０】
図２は、本発明の追尾アンテナ装置の実施例１の構成例を示す。
図２において、実施例１の追尾アンテナ装置は、衛星追尾機能を有する追尾アンテナ１１，１２と、追尾アンテナ１１，１２から受信信号を入力し、追尾アンテナ１１，１２に対して追尾制御信号を出力する追尾アンテナ制御装置２０により構成される。追尾アンテナ制御装置２０は、追尾アンテナ１１，１２にそれぞれ対応する衛星回線・追尾制御部２１，２２、位置・姿勢センサ２３、データメモリ２４、ブロッキング発生検出部２５により構成される。
【００２１】
位置・姿勢センサ２３は、船舶または追尾アンテナ装置自体に取り付けられるＧＰＳセンサやジャイロセンサ等であり、追尾アンテナ１１，１２の位置（緯度・経度）情報および姿勢（方位や傾き）情報を出力する。データメモリ２４は、船舶の構造物の形状データを記憶している。
【００２２】
ブロッキング発生検出部２５は、追尾アンテナ１１，１２の受信信号レベル、追尾アンテナ１１，１２の位置情報および姿勢情報、船舶の構造物の形状データを入力し、追尾アンテナ１１，１２と衛星１との間の見通しが確保できるか否か、すなわち船舶の移動や揺動に伴うブロッキングの発生を検出すると、当該ブロッキングが発生した追尾アンテナに対する衛星回線・追尾制御部に通知する。当該通知を受けた衛星回線・追尾制御部は、見通しが確保できなくなった追尾アンテナに対して別の衛星２をサーチし、制御回線を確保するように指令を送る。
【００２３】
例えば、図１(2) に示すように、追尾アンテナ１２の指向方向と構造物の輪郭との間がｘ度以下（ｘは運用時に設定、非特許文献３では３度) であったり、あるいは平均受信信号レベルが基準値のｙ倍（０≦ｙ＜１、ｙは運用時に設定) であったりしたときにブロッキングが発生して通信不可とみなし、衛星回線・追尾制御部２２を介して追尾アンテナ１２に別の衛星２をサーチするように指令を送る。当該指令を受けた追尾アンテナ１２は衛星２をサーチし、制御回線を確保する。
【００２４】
図３は、本発明の追尾アンテナ装置の実施例１の処理手順例を示す。以下、図１〜図３を参照し、追尾アンテナ１２と衛星１との間の見通しが確保できなくなった場合を例に説明する。
【００２５】
追尾アンテナ１１，１２と衛星１との間の見通しがあり、追尾アンテナ１１，１２と衛星１との間で通信回線とバックアップ回線の冗長構成をとり、あるいは連携動作して通信を行っている（Ｓ１）。このとき、ブロッキング発生検出部２５が追尾アンテナ１１，１２の受信信号レベルおよび位置・姿勢情報を取得し（Ｓ２）、追尾アンテナ１１，１２と衛星１との間の見通しが確保できているか否か、ブロッキングが発生しているか否かを確認する（Ｓ３）。ここで、いずれの追尾アンテナ１１，１２ともに衛星１との間の見通しが確保できている場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、追尾アンテナ１１，１２と衛星１との間の冗長構成あるいは連携動作による通信を継続する（Ｓ１）。
【００２６】
一方、追尾アンテナ１１，１２のうち、ここでは追尾アンテナ１２の受信信号レベルや位置・姿勢情報から追尾アンテナ１２と衛星１との間の障害物によりブロッキングが発生していることを検出した場合（Ｓ３：Ｎｏ）、追尾アンテナ１１と衛星１との間で通信を継続し（Ｓ４）、追尾アンテナ１２から衛星１に対するバックアップの衛星２をサーチして制御回線を確保する（Ｓ５）。
【００２７】
次に、ブロッキング発生検出部２５が追尾アンテナ１１の受信信号レベルおよび位置・姿勢情報を取得し（Ｓ６）、衛星１との見通しがなくなった追尾アンテナ１２と衛星１との間の見通しが回復し、受信状況の改善が見込めるい否かを確認し（Ｓ７）、さらに追尾アンテナ１１と衛星１との間の見通しが確保できているか否かを確認する（Ｓ８）。ここで、追尾アンテナ１２と衛星１との間の見通しが回復できる場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、追尾アンテナ１２と衛星１との再接続を行い（Ｓ９）、追尾アンテナ１１，１２と衛星１との間の冗長構成あるいは連携動作による通信に戻る（Ｓ１）。
【００２８】
一方、追尾アンテナ１２と衛星１との間の見通しが回復できず（Ｓ７：Ｎｏ）、さらに追尾アンテナ１１と衛星１との間の見通しが確保できている場合（Ｓ８：Ｙｅｓ）、追尾アンテナ１１と衛星１との間で通信を継続する。ここで、追尾アンテナ１１と衛星１との間の見通しが確保できない場合（Ｓ８：Ｎｏ）、追尾アンテナ１２と衛星２との間の通信に移行する（Ｓ１０）。さらに、追尾アンテナ１１から衛星２をサーチして制御回線を確保し（Ｓ１１）、その後、追尾アンテナ１１，１２と衛星２との間で冗長構成あるいは連携動作して通信を行う（Ｓ１２）。
【００２９】
以上説明した実施例１は、２つの追尾アンテナ１１，１２、２つの衛星１，２を用いる構成であるが、３以上の追尾アンテナ、３以上の衛星を用いる場合でも同様に制御を行う。その場合、一番通信状況が良い、もしくは通信速度が良い、追尾アンテナと衛星の組み合わせを選んで通信を行うようにしてもよい。
【実施例２】
【００３０】
図４は、本発明の追尾アンテナ装置の実施例２の概要を示す。
図４(1) に示す実施例２の追尾アンテナ１３は、電気的にアンテナパターンを自由に制御できる例えばフェーズドアレーアンテナを用い、衛星１と通信を行いながら、衛星２にも弱いレベルのビームを向けておく冗長構成とする。この場合は、追尾アンテナとしては１つであるが、実質的に実施例１と同様の複数の追尾アンテナを用いた構成と同等の機能を実現できる。
【００３１】
ここで、図４(2) に示すように、衛星1 との通信状況が悪化した場合、衛星１に向けているメインビームと衛星２に向けている弱いビームを入れ替えて、衛星２にメインビームを向け、衛星１に対してはヌルを形成するなどして素早くハンドオーバーを行う。
【００３２】
本実施例においても、２以上の追尾アンテナ（フェーズドアレーアンテナ）および３以上の衛星を使用する構成に適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１，２      衛星
１１，１２  追尾アンテナ
１３        追尾アンテナ（フェーズドアレーアンテナ）
２０        追尾アンテナ制御装置
２１，２２  衛星回線・追尾制御部
２３        位置・姿勢センサ
２４        データメモリ
２５        ブロッキング発生検出部
【図１】
0005682930.tif 000002
【図２】
0005682930.tif 000003
【図３】
0005682930.tif 000004
【図４】
0005682930.tif 000005