(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信相手からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナが向く方向である指向方向の指令値が入力され、前記指令値との差がゼロに近づくように前記指向方向を変更するアンテナ駆動部を制御するアンテナ駆動制御部と、
前記通信相手の軌道予測値を取得する軌道予測値取得部と、
前記軌道予測値から前記指向方向を変化させる量である指向操作量の時間推移を表す、決められた変更シナリオにしたがって変化する前記指令値を生成して、前記アンテナ駆動制御部に出力するプログラム制御部と、
前記受信信号の和信号と差信号から求められる、前記電波が到来する方向である到来方向と前記指向方向との差を表す到来方向誤差と、前記到来方向誤差を求めた前記受信信号を受信した時の前記指向方向の実測値である指向方向実測値とを含む誤差計測データを生成する誤差計測データ生成部と、
前記プログラム制御部が動作中の異なる前記指令値で得られた少なくとも３個の前記誤差計測データから、前記到来方向誤差を回転させる角度である位相補正値を算出する補正値算出部と、
前記位相補正値により補正した前記到来方向誤差を前記指向方向実測値に加えた値を前記指令値として前記アンテナ駆動制御部に出力する追尾制御部とを備えた制御装置。
【請求項２】
前記プログラム制御部は、前記軌道予測値から予測される前記指向方向である予測方向との角度差が、前記和信号の信号強度の低下が上限値以下になるように決められた最大角度差以下である範囲で前記指令値を生成する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
通信相手からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナが向く方向である指向方向の指令値が入力され、前記指令値との差がゼロに近づくように前記指向方向を変更するアンテナ駆動部を制御するアンテナ駆動制御部と、
決められた変更シナリオにしたがって変化する前記指令値を生成して、前記アンテナ駆動制御部に出力するプログラム制御部と、
前記受信信号の和信号と差信号から求められる、前記電波が到来する方向である到来方向と前記指向方向との差を表す到来方向誤差と、前記到来方向誤差を求めた前記受信信号を受信した時の前記指向方向の実測値である指向方向実測値とを含む誤差計測データを生成する誤差計測データ生成部と、
前記プログラム制御部が動作中の異なる前記指令値で得られた少なくとも３個の前記誤差計測データから、前記到来方向誤差を回転させる角度である位相補正値と、前記到来方向と前記指向方向実測値との差である実測値誤差と前記到来方向誤差との比の値である感度係数とを算出する補正値算出部と、
前記位相補正値および前記感度係数で補正した前記到来方向誤差を前記指向方向実測値に加えた値を前記指令値として前記アンテナ駆動制御部に出力する追尾制御部とを備えた制御装置。
【請求項４】
前記補正値算出部は、前記到来方向、前記位相補正値および前記感度係数を仮定し、前記位相補正値および前記感度係数のそれぞれにより前記実測値誤差と前記到来方向誤差のうちの一方を補正し、前記位相補正値および前記感度係数による補正後の前記実測値誤差と前記到来方向誤差の差である補正後残差の二乗を前記誤差計測データについて合計した和が最少になるような前記位相補正値および前記感度係数を算出する、請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記補正値算出部は、異なる前記指令値での少なくとも４個の前記誤差計測データから、前記位相補正値と、方位角方向での前記感度係数である方位角感度係数と、仰角方向での前記感度係数である仰角感度係数とを求め、
前記追尾制御部は、前記位相補正値、前記方位角感度係数および前記仰角感度係数で補正した前記到来方向誤差を前記指向方向実測値に加えた値を前記指令値として前記アンテナ駆動制御部に出力する、請求項３に記載の制御装置。
【請求項６】
前記補正値算出部は、前記到来方向、前記位相補正値、前記方位角感度係数および前記仰角感度係数を仮定し、前記位相補正値、前記方位角感度係数および前記仰角感度係数のそれぞれにより前記実測値誤差と前記到来方向誤差のうちの一方を補正し、前記位相補正値、前記方位角感度係数および前記仰角感度係数による補正後の前記実測値誤差と前記到来方向誤差の差である補正後残差の二乗を前記誤差計測データについて合計した和が最少になるような前記位相補正値と前記方位角感度係数と前記仰角感度係数とを算出する、請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
通信相手からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナが向く方向である指向方向の指令値が入力され、前記指令値との差がゼロに近づくように前記指向方向を変更するアンテナ駆動部を制御するアンテナ駆動制御部と、
決められた変更シナリオにしたがって変化する前記指令値を生成して、前記アンテナ駆動制御部に出力するプログラム制御部と、
前記受信信号の和信号と差信号から求められる、前記電波が到来する方向である到来方向と前記指向方向との差を表す到来方向誤差と、前記到来方向誤差を求めた前記受信信号を受信した時の前記指向方向の実測値である指向方向実測値とを含む誤差計測データを生成する誤差計測データ生成部と、
前記プログラム制御部が動作中の異なる前記指令値で得られた少なくとも４個の前記誤差計測データから、前記到来方向誤差を回転させる角度である位相補正値と、前記和信号および前記差信号を直交検波する２軸の間の角度と９０度との差を表す直交度とを算出する補正値算出部と、
前記位相補正値および前記直交度で補正した前記到来方向誤差を前記指向方向実測値に加えた値を前記指令値として前記アンテナ駆動制御部に出力する追尾制御部とを備えた制御装置。
【請求項８】
前記補正値算出部は、前記到来方向、前記位相補正値および前記直交度を仮定し、前記位相補正値および前記直交度のそれぞれにより、前記到来方向と前記指向方向実測値との差である実測値誤差と前記到来方向誤差のうちの一方を補正し、前記位相補正値および前記直交度による補正後の前記実測値誤差と前記到来方向誤差の差である補正後残差の二乗を前記誤差計測データについて合計した和が最少になるような前記位相補正値および前記直交度を算出する、請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記補正値算出部は、異なる前記指令値での少なくとも４個の前記誤差計測データから、前記位相補正値と、前記和信号および前記差信号の２軸の間の角度と９０度との差を表す直交度と、前記感度係数とを求め、
前記追尾制御部は、前記位相補正値、前記直交度および前記感度係数で補正した前記到来方向誤差を前記指向方向実測値に加えた値を前記指令値として前記アンテナ駆動制御部に出力する、請求項３に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記補正値算出部は、前記到来方向、前記位相補正値、前記直交度および前記感度係数を仮定し、前記位相補正値、前記直交度および前記感度係数のそれぞれにより前記実測値誤差と前記到来方向誤差のうちの一方を補正し、前記位相補正値、前記直交度および前記感度係数による補正後の前記実測値誤差と前記到来方向誤差の差である補正後残差の二乗を前記誤差計測データについて合計した和が最少になるような前記位相補正値、前記直交度および前記感度係数を算出する、請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記補正値算出部は、前記位相補正値と、前記和信号および前記差信号を直交検波する２軸の間の角度と９０度との差を表す直交度と、前記方位角感度係数と、前記仰角感度係数とを求め、
前記追尾制御部は、前記位相補正値、前記直交度、前記方位角感度係数および前記仰角感度係数で補正した前記到来方向誤差を前記指向方向実測値に加えた値を前記指令値として前記アンテナ駆動制御部に出力する、請求項５に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記補正値算出部は、前記到来方向、前記位相補正値、前記直交度、前記方位角感度係数および前記仰角感度係数を仮定し、前記位相補正値、前記直交度、前記方位角感度係数および前記仰角感度係数のそれぞれにより前記実測値誤差と前記到来方向誤差のうちの一方を補正し、前記位相補正値、前記直交度、前記方位角感度係数および前記仰角感度係数による補正後の前記実測値誤差と前記到来方向誤差の差である補正後残差の二乗を前記誤差計測データについて合計した和が最少になるような前記位相補正値、前記直交度、前記方位角感度係数および前記仰角感度係数を算出する、請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
前記通信相手の軌道予測値を取得する軌道予測値取得部をさらに備え、
前記プログラム制御部は、前記軌道予測値から予測される前記指向方向である予測方向との角度差が、前記和信号の信号強度の低下が上限値以下になるように決められた最大角度差以下である範囲で前記指令値を生成する、請求項３から請求項１２の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記プログラム制御部は、前記予測方向を中心とする天球上の円となる前記指令値を生成する、請求項２または請求項１３に記載の制御装置。
【請求項１５】
通信相手からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナが向く方向である指向方向の指令値が入力され、前記指令値との差がゼロに近づくように前記指向方向を変更するアンテナ駆動部を制御するアンテナ駆動制御部と、
前記通信相手の軌道予測値を取得する軌道予測値取得部と、
決められた変更シナリオにしたがって変化する、前記軌道予測値から予測される前記指向方向である予測方向を中心とする天球上の円となる前記指令値を生成して、前記アンテナ駆動制御部に出力するプログラム制御部と、
前記受信信号の和信号と差信号から求められる、前記電波が到来する方向である到来方向と前記指向方向との差を表す到来方向誤差と、前記到来方向誤差を求めた前記受信信号を受信した時の前記指向方向の実測値である指向方向実測値とを含む誤差計測データを生成する誤差計測データ生成部と、
前記プログラム制御部が動作中の異なる前記指令値で得られた少なくとも３個の前記誤差計測データから、前記到来方向誤差を回転させる角度である位相補正値を算出する補正値算出部と、
前記位相補正値により補正した前記到来方向誤差を前記指向方向実測値に加えた値を前記指令値として前記アンテナ駆動制御部に出力する追尾制御部とを備えた制御装置。
【請求項１６】
前記プログラム制御部は、前記アンテナに対して決められた位置の地上に設置された、電波を放射する試験電波源を一時的な前記通信相手として、前記アンテナから前記試験電波源に向かう方向との角度差が、前記和信号の信号強度の低下が上限値以下になるように決められた最大角度差以下である範囲で前記指令値を生成する、請求項３から請求項１２の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１７】
通信相手からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナが向く方向である指向方向の指令値が入力され、前記指令値との差がゼロに近づくように前記指向方向を変更するアンテナ駆動部を制御するアンテナ駆動制御部と、
決められた変更シナリオにしたがって変化する前記指令値を生成して、前記アンテナ駆動制御部に出力するプログラム制御部と、
前記受信信号の和信号と差信号から求められる、前記電波が到来する方向である到来方向と前記指向方向との差を表す到来方向誤差と、前記到来方向誤差を求めた前記受信信号を受信した時の前記指向方向の実測値である指向方向実測値とを含む誤差計測データを生成する誤差計測データ生成部と、
前記プログラム制御部が動作中の異なる前記指令値で得られた少なくとも３個の前記誤差計測データから、前記到来方向誤差を回転させる角度である位相補正値を算出する補正値算出部と、
前記位相補正値により補正した前記到来方向誤差を前記指向方向実測値に加えた値を前記指令値として前記アンテナ駆動制御部に出力する追尾制御部とを備え、
前記プログラム制御部は、前記アンテナに対して決められた位置の地上に設置された、電波を放射する試験電波源を一時的な前記通信相手として、前記アンテナから前記試験電波源に向かう方向との角度差が、前記和信号の信号強度の低下が上限値以下になるように決められた最大角度差以下である範囲で前記指令値を生成する、制御装置。
【請求項１８】
前記プログラム制御部は、前記試験電波源に向かう方向を基準として天球上の直交する第１の方向と第２の方向のそれぞれで決められた角度差を有する少なくとも２個の天球上の点である天球点で決められた時間だけ前記指令値が静止する前記変更シナリオにしたがって変化する前記指令値を生成し、
前記誤差計測データ生成部は、少なくとも４個の前記指令値が静止する前記天球点で前記誤差計測データを生成し、
前記補正値算出部は、前記第１の方向の前記天球点で計測された前記誤差計測データの間の式と、前記第２の方向の前記天球点で計測された前記誤差計測データの間の式とを用いて前記位相補正値を算出する、請求項１６または請求項１７に記載の制御装置。
【請求項１９】
通信相手からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナが向く方向である指向方向の指令値が入力され、前記指令値との差がゼロに近づくように前記指向方向を変更するアンテナ駆動部を制御するアンテナ駆動制御部と、
決められた変更シナリオにしたがって変化する前記指令値を生成して、前記アンテナ駆動制御部に出力するプログラム制御部と、
前記受信信号の和信号と差信号から求められる、前記電波が到来する方向である到来方向と前記指向方向との差を表す到来方向誤差と、前記到来方向誤差を求めた前記受信信号を受信した時の前記指向方向の実測値である指向方向実測値とを含む誤差計測データを生成する誤差計測データ生成部と、
前記プログラム制御部が動作中の異なる前記指令値で得られた少なくとも３個の前記誤差計測データから、前記到来方向誤差を回転させる角度である位相補正値を算出する補正値算出部と、
前記位相補正値により補正した前記到来方向誤差を前記指向方向実測値に加えた値を前記指令値として前記アンテナ駆動制御部に出力する追尾制御部とを備え、
前記プログラム制御部は、前記アンテナに対して決められた位置の地上に設置された、電波を放射する試験電波源を一時的な前記通信相手として、前記アンテナから前記試験電波源に向かう方向を基準として天球上の直交する第１の方向と第２の方向のそれぞれで決められた角度差を有する少なくとも２個の天球上の点である天球点で決められた時間だけ前記指令値が静止する前記変更シナリオにしたがって変化する前記指令値を生成し、
前記誤差計測データ生成部は、少なくとも４個の前記指令値が静止する前記天球点で前記誤差計測データを生成し、
前記補正値算出部は、前記第１の方向の前記天球点で計測された前記誤差計測データの間の式と、前記第２の方向の前記天球点で計測された前記誤差計測データの間の式とを用いて前記位相補正値を算出する、制御装置。
【請求項２０】
前記追尾制御部が動作中に算出された複数個の前記感度係数が、決められた幅を有する１を含まない範囲内にある場合に感度ずれを検出する感度ずれ検出部と、
前記感度ずれ検出部が前記感度ずれを検出した場合に、前記感度係数を更新する感度係数更新部とをさらに備えた、請求項３から請求項５、請求項９から請求項１２の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項２１】
前記補正値算出部は、前記到来方向および前記位相補正値を仮定し、前記到来方向と前記指向方向実測値との差である実測値誤差と前記到来方向誤差のうちの一方を前記位相補正値により補正した値と他方との差である補正後残差の二乗を前記誤差計測データについて合計した和が最少になるような前記位相補正値を算出する、請求項１、請求項２、請求項１５、請求項１７、請求項１９の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項２２】
前記追尾制御部が動作中に算出された複数個の前記位相補正値が、決められた幅を有するゼロを含まない範囲内にある場合に位相ずれが発生していると判断する位相ずれ検出部と、
前記位相ずれ検出部が前記位相ずれを検出した場合に、前記位相補正値を更新する位相補正値更新部とをさらに備えた、請求項１から請求項２１の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項２３】
通信相手からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナが向く方向である指向方向の指令値が入力され、前記指令値との差がゼロに近づくように前記指向方向を変更するアンテナ駆動部を制御するアンテナ駆動制御部と、
決められた変更シナリオにしたがって変化する前記指令値を生成して、前記アンテナ駆動制御部に出力するプログラム制御部と、
前記受信信号の和信号と差信号から求められる、前記電波が到来する方向である到来方向と前記指向方向との差を表す到来方向誤差と、前記到来方向誤差を求めた前記受信信号を受信した時の前記指向方向の実測値である指向方向実測値とを含む誤差計測データを生成する誤差計測データ生成部と、
前記プログラム制御部が動作中の異なる前記指令値で得られた少なくとも３個の前記誤差計測データから、前記到来方向誤差を回転させる角度である位相補正値を算出する補正値算出部と、
前記位相補正値により補正した前記到来方向誤差を前記指向方向実測値に加えた値を前記指令値として前記アンテナ駆動制御部に出力する追尾制御部と、
前記追尾制御部が動作中に算出された複数個の前記位相補正値が、決められた幅を有するゼロを含まない範囲内にある場合に位相ずれが発生していると判断する位相ずれ検出部と、
前記位相ずれ検出部が前記位相ずれを検出した場合に、前記位相補正値を更新する位相補正値更新部とを備えた制御装置。
【請求項２４】
前記差信号の信号強度または信号対雑音比が閾値よりも低い場合に、前記信号強度または前記信号対雑音比の減少に対して単調非減少になるように前記補正値算出部で使用する前記誤差計測データの数を決めるデータ数決定部をさらに備えた、請求項１から請求項２３の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項２５】
前記変更シナリオにおいて前記指令値を変化させる基準となる変更基準角度を、前記差信号の信号強度または信号対雑音比が下限値以上になるように決める変更基準角決定部をさらに備えた、請求項１から請求項２４の何れか１項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星などの移動物体からの電波を受信して追尾する地上に設置されたアンテナ装置を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球局に設けられたアンテナの設置位置から地球を周回する移動衛星に向かう方向と、アンテナの主鏡が向く方向（主ビーム軸と呼ぶ）とのずれを求め、このずれをゼロに近づけるようにアンテナの主ビーム軸を制御して、アンテナを移動衛星に向ける自動追尾を実施する制御装置がある（特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１に記載された追尾装置では、移動衛星から送信された電波（信号）をアンテナで受信し、受信した信号から和信号および差信号を導出する。和信号および差信号は、アンテナの給電回路に設けた補助給電系が導出する。和信号および差信号を導出する方法は、マルチホーン方式、高次モード方式、組み合わせ方式などがある。和信号は、アンテナの各部分で受信された信号を加え合わせた信号であり、アンテナの主ビーム軸が移動衛星に一致したときに最大値を示す。差信号は、アンテナの各部分で受信された信号差を求めた信号であり、アンテナの主ビーム軸が移動衛星に一致したときに最小値を示す。差信号の大きさの絶対値が、主ビーム軸のずれの大きさを表す。和信号と差信号の位相差が、主ビーム軸のずれの天球上での方向を表す。【０００４】
ここで、和信号と差信号とは、互いの位相がずれる。位相がずれる原因は、和信号と差信号は、低雑音増幅器や、周波数変換器などの複雑な回路で処理され、線路長の差などが存在するためである。和信号と差信号の位相差が正しくないと、位相差を基に生成した測角誤差信号により主ビーム軸を制御しても、主ビーム軸を移動衛星の電波が到来する方向に向けることはできない。そのため、自動追尾を実施する前に、測角誤差信号が主ビーム軸のずれの天球上での方向を向くように測角誤差信号の位相を調整する。【０００５】
測角誤差信号の位相を調整する方法として、太陽が放射する電波を受信して太陽を追尾することで位相を調整する方法がある（特許文献２参照）。また、自動追尾を開始する前に、主ビーム軸の指令値の方向と実際の方向との差を表す第１ベクトルと、和信号および差信号から求めた主ビーム軸のずれを表す第２ベクトルとを異なる２時点で求め、第１ベクトルと第２ベクトルのそれぞれの差ベクトルが同じになるように測角誤差信号の位相を調整する方法がある（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３８１１２号公報
【特許文献２】特許第３６７８１５４号
【特許文献３】特許第６００４８９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
衛星が使用する周波数は衛星ごとに異なり、位相のずれは電波の周波数により変化する。特許文献２に記載の方法では、異なる衛星を追尾するごとに、太陽を追尾して位相を調整する必要がある。また、太陽の視直径に比較してアンテナビーム半値幅が小さい場合は測角誤差信号の出力が低下するか、または出力されなくなる。そのため、アンテナビーム半値幅が小さいアンテナの場合には、太陽を追尾して位相を調整する方法は使用できない。【０００８】
特許文献３は、太陽を使用しないで衛星を追尾する際に位相を調整する方法に関する文献である。特許文献３に記載されたアルゴリズムは、電波強度が弱い場合に、言い換えれば信号対雑音比が悪い場合に、調整すべき位相の算出精度が悪くなる。不正確に位相を調整された測角誤差信号により追尾制御すると、追尾の精度が悪くなり、最悪、追尾できなくなってしまう。この発明は、電波の信号対雑音比が悪い場合でも従来よりも精度よく通信相手を追尾できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る制御装置は、通信相手からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナが向く方向である指向方向の指令値が入力され、指令値との差がゼロに近づくように指向方向を変更するアンテナ駆動部を制御するアンテナ駆動制御部と、通信相手の軌道予測値を取得する軌道予測値取得部と、軌道予測値から指向方向を変更させる量である指向操作量の時間推移を表す決められた変更シナリオにしたがって変化する指令値を生成して、アンテナ駆動制御部に出力するプログラム制御部と、受信信号の和信号と差信号から求められる、電波が到来する方向である到来方向と指向方向との差を表す到来方向誤差と、到来方向誤差を求めた受信信号を受信した時の指向方向の実測値である指向方向実測値とを含む誤差計測データを生成する誤差計測データ生成部と、プログラム制御部が動作中の異なる指令値で得られた少なくとも３個の誤差計測データから、到来方向誤差を回転させる角度である位相補正値を算出する補正値算出部と、位相補正値により補正した到来方向誤差を指向方向実測値に加えた値を指令値としてアンテナ駆動制御部に出力する追尾制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、電波の信号対雑音比が悪い場合でも従来よりも精度よく通信相手を追尾できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。
【図２】アンテナが生成し追尾受信機に入力する和信号と差信号のオフセット角度に対する変化の例を示す図である。
【図３】追尾受信機の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１に係るアンテナ制御装置がプログラム追尾する際の指向方向を変化させる軌跡の１例を示す図である。
【図６】実施の形態１に係るアンテナ制御装置で算出する位相補正値と感度係数により測角誤差ベクトルを補正する過程を説明する図である。
【図７】実施の形態１に係るアンテナ制御装置で移動物体を追尾する場合の手順を説明するフローチャートである。
【図８】実施の形態１に係るアンテナ制御装置で補正パラメータを計算するために指向方向を変化させた際に計測された指向方向の実測値と測角誤差信号の軌跡の１例を示す図である。
【図９】図８の場合の計測データの時間変化を示す図である。
【図１０】図８の場合に、位相補正値と感度係数で補正した指向方向の実測値と測角誤差信号の軌跡を示す図である。
【図１１】実施の形態１に係るアンテナ制御装置で補正パラメータを計算するために指向方向を変化させた際に計測された指向方向の実測値と測角誤差信号の軌跡の別の１例を示す図である。
【図１２】図１１の場合の計測データの時間変化を示す図である。
【図１３】図１１の場合に、位相補正値と感度係数で補正した指向方向の実測値と測角誤差信号の軌跡を示す図である。
【図１４】自動追尾時に測角誤差信号の位相がずれたことに起因する方位角および仰角の実測値の時間変化を示す図である。
【図１５】図１４に示す場合で位相補正値および感度係数の時間変化を示す図である。
【図１６】自動追尾時の測角誤差信号の感度係数がずれたことに起因する方位角および仰角の実測値の時間変化を示す図である。
【図１７】図１６に示す場合で位相補正値および感度係数の時間変化を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態３に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。
【図１９】実施の形態２に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】アンテナの駆動軸と追尾受信機の検波軸との関係を示す図である。
【図２１】実施の形態２に係るアンテナ制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図２２】図８の場合に、実施の形態２に係るアンテナ制御装置で算出した直交度、位相補正値、ＡＺ感度係数およびＥＬ感度係数で補正した指向方向の実測値と測角誤差信号の軌跡を示す図である。
【図２３】図１１の場合に、実施の形態２に係るアンテナ制御装置で算出した直交度、位相補正値、ＡＺ感度係数およびＥＬ感度係数で補正した指向方向の実測値と測角誤差信号の軌跡を示す図である。
【図２４】実施の形態２に係るアンテナ制御装置で補正パラメータを計算するために指向方向を変化させた際に計測された指向方向の実測値と測角誤差信号の軌跡の１例を示す図である。
【図２５】図２４の場合の計測データの時間変化を示す図である。
【図２６】図２４の場合に、直交度、位相補正値、ＡＺ感度係数およびＥＬ感度係数で補正した指向方向の実測値と測角誤差信号の軌跡を示す図である。
【図２７】図２４の場合に、比較例として、実施の１に係るアンテナ制御装置で算出した位相補正値および感度係数で補正した指向方向の実測値と測角誤差信号の軌跡を示す図である。
【図２８】この発明の実施の形態３に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。
【図２９】実施の形態３に係るアンテナ制御装置のブロック図である。
【図３０】実施の形態３に係るアンテナ制御装置がプログラム追尾する際の指向方向を変化させる軌跡の１例を示す図である。
【図３１】実施の形態３に係るアンテナ制御装置が補正パラメータを算出するためにＵ軸上で指向方向を変更した場合に得られる測角誤差信号を示す図である。
【図３２】実施の形態３に係るアンテナ制御装置が補正パラメータを算出するためにＶ軸上で指向方向を変更した場合に得られる測角誤差信号を示す図である。
【図３３】実施の形態３に係るアンテナ制御装置においてアンテナを自動駆動するタイムシーケンス例を示す図である。
【図３４】図３３に示すようにアンテナを自動駆動した場合で、追尾受信機が生成する、ノイズが重畳しない測角誤差信号を示す図である。
【図３５】図３３に示すようにアンテナを自動駆動した場合で、追尾受信機が生成する、ノイズが重畳する測角誤差信号の１例を示す図である。
【図３６】図３３に示すようにアンテナを自動駆動した場合で、追尾受信機が生成する、ノイズが重畳する測角誤差信号の別の１例を示す図である。
【図３７】実施の形態３に係るアンテナ制御装置において方位角を変化させた場合に得られる補正していない測角誤差信号を示す図である。
【図３８】実施の形態３に係るアンテナ制御装置において仰角を変化させた場合に得られる補正していない測角誤差信号を示す図である。
【図３９】実施の形態３に係るアンテナ制御装置において補正に使用する４点での測角誤差信号を示す図である。
【図４０】実施の形態３に係るアンテナ制御装置において補正された４点での測角誤差信号を示す図である。
【図４１】実施の形態３に係るアンテナ制御装置において方位角を変化させた場合に得られる補正した測角誤差信号を示す図である。
【図４２】実施の形態３に係るアンテナ制御装置において仰角を変化させた場合に得られる補正した測角誤差信号を示す図である。
【図４３】この発明の実施の形態４に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。
【図４４】実施の形態４に係るアンテナ制御装置の構成を示す図である。
【図４５】実施の形態４に係るアンテナ制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４６】この発明の実施の形態５に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。
【図４７】実施の形態５に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図ある。
【図４８】実施の形態５に係るアンテナ制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４９】この発明の実施の形態６に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。
【図５０】実施の形態６に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図ある。
【図５１】実施の形態６に係るアンテナ制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る制御装置を含むアンテナシステムを、図１から図４を参照して説明する。アンテナシステム１００は、図１に示すように、アンテナ１と、アンテナ架台２と、アンテナ駆動部３と、給電装置４と、和信号増幅変換器５と、差信号増幅変換器６と、信号受信機７と、追尾受信機８と、アンテナ制御装置９とを主に含んで構成される。
【００１３】
アンテナ１は、衛星やロケットなどの移動物体１０からの電波１１を受信する。アンテナ架台２は、アンテナ１が向く方向である指向方向を変更可能に、アンテナ１を支持する。アンテナ駆動部３は、アンテナ架台２を駆動してアンテナ１の指向方向を変更する。給電装置４は、送信信号を増幅してアンテナ１に給電し、アンテナ１が受信した受信信号からその補助給電系により和信号(SUM)および差信号(ERROR)を生成する。和信号増幅変換器５は、和信号を増幅して中間周波数に変換する。差信号増幅変換器６は、差信号を増幅して中間周波数に変換する。信号受信機７は、和信号を復調して移動物体１０から送信されたデータを取得する。追尾受信機８は、和信号と差信号から、アンテナ架台２を駆動するための測角誤差信号ＸおよびＹを生成する。アンテナ制御装置９は、移動物体１０からの電波が到来する方向である到来方向にアンテナ１が向くようにアンテナ駆動部３を制御する。
【００１４】
アンテナ１の指向方向は、指向方向計測部１２により計測される。アンテナ１は、指向方向をアンテナ架台２により変更できる。指向方向は、方位角および仰角で表現する。指向方向計測部１２は、アンテナ１に取り付けられた角度検出エンコーダ（方位角用エンコーダおよび仰角用エンコーダ）から出力される信号を受信する。指向方向計測部１２は、方位角用エンコーダが出力する信号からアンテナ１の主ビーム軸の方位角の実測値（ＡＺ実角度と呼ぶ）を計測し、仰角用エンコーダが出力する信号から主ビーム軸の仰角の実測値（ＥＬ実角度と呼ぶ）を計測する。指向方向計測部１２は、ＡＺ実角度およびＥＬ実角度を、アンテナ制御装置９に出力する。指向方向は、北をゼロ度とし時計回りの角度を正とする方位角と水平線に向く場合をゼロ度とする仰角の組合せによる地平座標系で表す。
【００１５】
アンテナ架台２は、仰角架台１３と、方位角架台１４と、基礎部１５とを有する。仰角架台１３は、アンテナ１を支持する。方位角架台１４は、仰角架台１３を水平な仰角軸(ＥＬ軸)の回りに回転可能に支持する。基礎部１５は、方位角架台１４を鉛直な方位角軸(ＡＺ軸)の回りに回転可能に支持する。方位角をＡＺ角、ＡＺと呼ぶ場合がある。仰角をＥＬ角、ＥＬと呼ぶ場合がある。アンテナ制御装置９は、Ｘ／Ｙ方式のアンテナ架台の場合にも適用できる。
【００１６】
アンテナ駆動部３は、仰角駆動部１６と、方位角駆動部１７とを有する。仰角駆動部１６は、方位角架台１４に対する仰角架台１３の仰角を変更する。方位角駆動部１７は、基礎部１５に対する方位角架台１４の方位角を変更する。仰角駆動部１６および方位角駆動部１７は、それぞれサーボ制御系を有する。
【００１７】
給電装置４は、アンテナ１にマイクロ波の周波数帯域の送信信号を決められた電力まで増幅して給電する。さらに、アンテナ１が受信した受信信号からその補助給電系により和信号(SUM)および差信号(ERROR)を生成する。和信号増幅変換器５は、和信号を増幅し、増幅した和信号の周波数を低い周波数に変換する。差信号増幅変換器６は、差信号を増幅し、増幅した差信号の周波数を低い周波数に変換する。信号受信機７は、和信号増幅変換器５から入力される和信号を変調された通信信号として処理し復調する。和信号と差信号は、追尾受信機８に入力される。
【００１８】
図２は、アンテナ１が生成し追尾受信機８に入力する和信号と差信号のオフセット角度に対する変化の例を示す図である。図２では、和信号を実線で表し、差信号を破線で表す。オフセット角度は、移動物体１０に向いている状態から指向方向が変化する角度である。オフセット角度は、アンテナ１の指向方向が移動物体１０に向いている状態がゼロ度である。オフセット角度がゼロ度の場合に和信号の信号強度は最大になり、差信号の信号強度は最小になる。
【００１９】
追尾受信機８は、入力される和信号と差信号から、アンテナ１を駆動するための測角誤差信号ＸおよびＹを生成して、アンテナ制御装置９に出力する。和信号と差信号の位相差が実際に発生する位相差そのままである場合には、測角誤差信号Ｘは指向方向の方位角誤差に相当し、測角誤差信号Ｙは指向方向の仰角誤差に相当する。
【００２０】
アンテナ制御装置９は、アンテナ１の主ビーム軸の方位角および仰角を制御するための駆動信号を生成して、駆動信号をアンテナ駆動部３に出力する。アンテナ制御装置９は、測角誤差信号に基づきアンテナ１の主ビームの方位角および仰角を制御する。測角誤差信号に基づき、測角誤差信号がゼロに近づくように制御することを自動追尾と呼ぶ。
【００２１】
予め決められた変更シナリオにしたがってアンテナ１の主ビームの方向を制御する方法を、プログラム追尾と呼ぶ。プログラム追尾では、外部から入力される移動物体１０の軌道予測値に加えて変更シナリオによる制御をする場合と、変更シナリオだけあるいは軌道予測値だけで制御する場合がある。軌道予測値は、決められた刻み幅の時刻ごとに移動物体１０の位置を表すデータである。移動物体１０の位置は、決められた観測地点から移動物体１０を見た場合の天球上の方向を方位角および仰角で表す。外部から入力される例えば１秒ごとの軌道予測値は、例えば１０msecなどの細かい時間の刻み幅での値を内挿計算で求めて補間する。アンテナ制御装置９は、補間した軌道予測値を使用する。
【００２２】
追尾受信機８の構成を、図３を参照して説明する。図３は、追尾受信機の構成を示すブロック図である。追尾受信機８は、図３に示すように、和信号ＡＧＣ回路１８と、差信号ＡＧＣ回路１９と、９０度移相器２０と、Ｉ信号検波器２１と、Ｑ信号検波器２２と、データ記憶部２３と、座標変換部２４と、インタフェース部２５とを備えている。なお、ＡＧＣとは、"Automatic Gain Control"すなわち自動増幅率制御の略である。
【００２３】
和信号ＡＧＣ回路１８は、アンテナ１が出力する和信号が入力されて、入力された和信号を増幅する。和信号ＡＧＣ回路１８での増幅率は、和信号の振幅に応じて変化する。和信号ＡＧＣ回路１８は、増幅後の和信号を、９０度移相器２０およびＩ信号検波器２１に出力する。また、和信号ＡＧＣ回路１８は、増幅率の増加に比例して増加する増幅電圧を、差信号ＡＧＣ回路１９に出力する。
【００２４】
差信号ＡＧＣ回路１９には、アンテナ１が出力する差信号および和信号ＡＧＣ回路１８が出力する増幅電圧が入力される。差信号ＡＧＣ回路１９は、和信号ＡＧＣ回路１８から入力される増幅電圧の値に応じて増幅率を変化させて、入力された差信号を増幅する。すなわち、差信号ＡＧＣ回路１９は、和信号ＡＧＣ回路１８の増幅率に比例した増幅率で、入力された差信号を増幅する。よって、差信号ＡＧＣ回路１９から出力される増幅後の差信号は、和信号ＡＧＣ回路１８から出力される増幅後の和信号の増幅率に比例した増幅率で増幅されている。差信号ＡＧＣ回路１９は、増幅後の差信号を、Ｉ信号検波器２１およびＱ信号検波器２２に出力する。
【００２５】
９０度移相器２０は、和信号ＡＧＣ回路１８から出力される増幅後の和信号の位相を９０度シフト（変化）させる。９０度移相器２０は、位相を９０度シフトさせた増幅後の和信号を、Ｑ信号検波器２２に出力する。位相を９０度シフトさせるとは、９０度だけ位相を増加させることである。
【００２６】
Ｉ信号検波器２１は、和信号ＡＧＣ回路１８から出力される和信号（位相がシフトされていない和信号）で、差信号ＡＧＣ回路１９から出力される差信号を検波する。言い換えれば、Ｉ信号検波器２１は、和信号ＡＧＣ回路１８から出力される和信号と、差信号ＡＧＣ回路１９から出力される差信号との積を出力する。Ｉ信号検波器２１は、検波後の信号（以後、「Ｉ信号」と称する）を、座標変換部２４に出力する。Ｉ信号を検波する軸をＩ軸と呼ぶ。
【００２７】
Ｑ信号検波器２２は、９０度移相器２０から出力される和信号で、差信号ＡＧＣ回路１９から出力される差信号を検波する。言い換えれば、Ｑ信号検波器２２は、９０度移相器２０から出力される和信号と、差信号ＡＧＣ回路１９から出力される差信号との積を出力する。Ｑ信号検波器２２は、検波後の信号（以後、「Ｑ信号」と称する）を、座標変換部２４に出力する。Ｑ信号を検波する軸をＱ軸と呼ぶ。
【００２８】
データ記憶部２３には、座標変換部２４で使用する位相補正値５１と感度係数５２とを記憶する。位相補正値５１と感度係数５２は、アンテナ制御装置９で計算される。位相補正値５１は、Ｉ軸およびＱ軸の位相を補正する補正値である。位相補正値５１により、測角誤差信号Ｘが検波されるＩ軸が指向方向の方位角に相当するＵ軸（後述）と一致し、測角誤差信号Ｙが検波されるＱ軸が指向方向の仰角に相当するＶ軸（後述）と一致するように補正する。感度係数５２は、測角誤差信号の大きさと指向方向の誤差の絶対値との間の比例係数である。
【００２９】
座標変換部２４は、Ｉ信号とＱ信号を位相補正値５１と感度係数５２を用いて座標変換して、測角誤差信号ＸおよびＹを出力する。座標変換に関しては、後で説明する。測角誤差信号ＸおよびＹは、追尾受信機８の出力になる。和信号ＡＧＣ回路１８に入力される和信号の信号強度（受信レベル）も、追尾受信機８の出力になる。
【００３０】
測角誤差信号は、電波１１が到来する方向である到来方向とアンテナ１の指向方向との差を表す到来方向誤差である。測角誤差信号は、受信信号の和信号と差信号から生成される。追尾受信機８は、受信信号の和信号と差信号が入力され、到来方向誤差を求める測角処理部である。
【００３１】
インタフェース部２５は、アンテナ制御装置９が正常に動作しているかどうかを表す監視信号を、アンテナ制御装置９から受信する。インタフェース部２５は、追尾受信機８が正常に動作しているかどうかを表す監視信号を、アンテナ制御装置９に送信する。また、追尾受信機８とアンテナ制御装置９との間で、位相補正値γと感度係数Ｋなどのデータや、制御信号を送受信する。
【００３２】
アンテナ制御装置９の構成を、図４を参照して説明する。図４は、実施の形態１に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。アンテナ制御装置９は、軌道予測値データ生成部２６、アンテナ駆動制御部２７、プログラム制御部２８、切替スイッチ２９、モード判定部３０、誤差計測データ生成部３１、補正値算出部３２、追尾制御部３３、データ記憶部３４、インタフェース部３５、発振検出部３６、発振原因決定部３７および補正値更新部３８を有する。
【００３３】
軌道予測値データ生成部２６は、外部から入力さる例えば１秒ごとの軌道予測値を、例えば１０msecなどのより細かい時間の刻み幅での値を内挿計算で求めた軌道予測値データ５３を生成して、データ記憶部３４に記憶させる。
【００３４】
アンテナ駆動制御部２７は、入力される指令値とアンテナ１の指向方向との差をゼロに近づけるように、アンテナ駆動部３を駆動する駆動信号を生成する。アンテナ駆動制御部２７では、アンテナ駆動部３に必要な大きさに駆動信号の電力を増幅する。
【００３５】
プログラム制御部２８は、軌道予測値データ５３と変更シナリオ５４とを参照して、指令値を生成してアンテナ駆動制御部９に出力する。変更シナリオ５４の例を、図５に示す。変更シナリオ５４は、軌道予測値データ５３で表される軌道予測値から指向方向を変化させる指向操作量の時間推移を表す。指向操作量とは、軌道予測値から指向方向を変更させる量である。プログラム制御部２８は、軌道予測値データ５３から時刻ごとに予測される移動物体１０の位置に、変更シナリオ５４で表される指向操作量を加えた指向方向を指令値として出力する。
【００３６】
切替スイッチ２９は、プログラム追尾と自動追尾を切替えるものである。切替スイッチ２９がプログラム追尾の側である場合に、プログラム制御部２８が出力する指令値がアンテナ駆動制御部２７に入力される。切替スイッチ２９が自動追尾の側である場合に、追尾制御部３３が算出した指令値がアンテナ駆動制御部２７に入力される。追尾制御部３３が出力する指令値がアンテナ駆動制御部２７に入力される状態を、追尾制御部３３が動作中と呼ぶ。プログラム制御部２８が出力する指令値がアンテナ駆動制御部２７に入力される状態を、プログラム制御部２８が動作中と呼ぶ。
【００３７】
モード判定部３０は、プログラム追尾と自動追尾のどちらのモードで動作するかを判断する。モード判定部３０は、モードを変更する必要があると判断した場合は、モード切替スイッチ２９を使用すべきモードの側に変更する。プログラム追尾および自動追尾のモード切替は、ユーザの指示でも変更可能である。
【００３８】
誤差計測データ生成部３１は、プログラム制御部２８が動作している間に、誤差計測データ５５を生成する。誤差計測データ５５は、同じ指向方向の指令値の時に計測された、追尾受信機８が出力する測角誤差信号と、指向方向計測部１２により計測されたＡＺ実角度およびＥＬ実角度とを含む。つまり、誤差計測データ５５は、測角誤差信号を求めた受信信号(和信号と差信号)を受信した時の指向方向の実測値であるＡＺ実角度およびＥＬ実角度と、測角誤差信号ＸおよびＹを含む。生成された誤差計測データ５５は、データ記憶部３４に格納される。
【００３９】
補正値算出部３２は、少なくとも３個の誤差計測データ５５から、測角誤差信号を補正してアンテナ１の指向方向と到来方向の差をゼロに近づけることができる補正パラメータを算出する。少なくとも３個の誤差計測データ５５のそれぞれは、プログラム制御部２８が動作中の異なる指令値で生成される。算出する補正パラメータは、測角誤差信号を回転させる角度である位相補正値５１と、測角誤差信号に乗算する感度係数５２とである。算出された位相補正値５１と感度係数５２は、データ記憶部３４と追尾受信機８が有するデータ記憶部２３に格納される。補正値算出部３２が位相補正値５１と感度係数５２を算出する方法は、後で説明する。
【００４０】
追尾制御部３３は、軌道予測値に起因する変化分と、測角誤差信号とを指向方向実測値に加算した指令値を算出する。なお、軌道予測値が存在しない通信相手の場合は、軌道予測値に起因する変化分はゼロとする。
【００４１】
インタフェース部３５は、追尾受信機８が正常に動作しているかどうかを表す監視信号を、追尾受信機８から受信する。インタフェース部３５は、アンテナ制御装置９が正常に動作しているかどうかを表す監視信号を、追尾受信機８に送信する。また、追尾受信機８とアンテナ制御装置９との間で、位相補正値γと感度係数Ｋなどのデータや、制御信号を送受信する。
【００４２】
発振検出部３６は、発振を検出する。発振とは、自動追尾中にアンテナ１の指向方向が周期的に変動する現象である。発振した状態の例を図１４と図１６に示す。発振検出部３６は、例えば決められた長さの期間内での指向方向実測値をチェックして、決められた閾値以上の変動がある場合に発振を検出する。
【００４３】
発振検出部３６が発振を検出した場合は、発振原因決定部３７が、誤差計測データ生成部３１および補正値算出部３２を複数回動作させる。複数の位相補正値γと感度係数Ｋから、発振原因決定部３７は発振の原因を決定する。発振原因決定部３７は、測角誤差信号の位相が変化した位相ずれ、あるいは、感度係数が変化した感度ずれを、発振の原因として決定する。
【００４４】
自動追尾中に、常に誤差計測データ生成部３１および補正値算出部３２を周期的に動作させる場合は、発振検出部３６は無くてもよい。
【００４５】
補正値更新部３８は、発振の原因が位相ずれである場合は、位相補正値γを更新する。発振の原因が感度係数である場合は、感度係数Ｋを更新する。更新後の位相補正値γnewと感度係数Ｋnewは、データ記憶部３３と追尾受信機８のデータ記憶部２３に記憶させる。
【００４６】
更新後の位相補正値γnewは、それまで使用していた位相補正値γoldに新たに計算した位相補正値γnowを加算した値とする。つまり、以下の式のように計算する。
γnew＝γold+γnow                          (1)
新たに計算した位相補正値γnowは、発振を検出した時点以降に計算した位相補正値γの中の少なくとも１個のγから決める。複数のγから決める場合は、平均や中央値など適切な方法で決める。発振を検出した時点以降に計算した位相補正値γは、発振原因を決定するために計算したγ、および発生原因が判明した後に計算したγである。
【００４７】
更新後の感度係数Ｋnewは、それまで使用していた感度係数Ｋoldに新たに計算した感度係数Ｋnowを乗算した値とする。つまり、以下の式のように計算する。
Ｋnew＝Ｋold*Ｋnow                          (2)
新たに計算した感度係数Ｋnowは、発振を検出した時点以降に計算した感度係数Ｋの中の少なくとも１個のＫから決める。複数のＫから決める場合は、平均や中央値など適切な方法で決める。発振を検出した時点以降に計算した感度係数Ｋは、発振原因を決定するために計算したＫ、および発生原因が判明した後に計算したＫである。
【００４８】
図５は、実施の形態１に係るアンテナ制御装置がプログラム追尾する際の指向方向を変化させる軌跡の１例を示す図である。図５では、軌道予測値で変化する軌跡を地平座標系での天球上の１個の点Ｇ０で表している。Ｇ０を基準天球点と呼ぶ。基準天球点Ｇ０は、軌道予測値から予測される指向方向である予測方向である。基準天球点は、変更シナリオ５４の開始時点、中間時点または終了時点など適切に決めた変更シナリオ５４中の１時点での軌道予測値の指向方向あるいは期間中の軌道予測値の重心などである。基準天球点Ｇ０の指向方向を、(方位角,仰角)＝(ｕ0,ｖ0)とする。図５では、誤差計測データ５５を作成する天球点と基準天球点Ｇ０を白丸で表現する。
【００４９】
図５において、図における上下方向をＶ方向と呼ぶ。Ｖ方向は、天球上で仰角を変更する大円になる方向である。天球上でＶ方向と直交する大円の方向をＵ方向と呼ぶ。Ｕ方向は、図における左右方向である。仰角を一定にして方位角を変更する天球上の軌跡は小円なので、厳密にはＵ方向とは異なる。変化が微小な範囲では方位角を変更する天球上の軌跡とＵ方向との差は無視できる。基準天球点を通るＵ方向の大円をＵ軸と呼ぶ。基準天球点を通るＶ方向の大円をＶ軸と呼ぶ。
【００５０】
基準天球点Ｇ０を、Ｕ軸とＶ軸の原点とする。すなわち、Ｇ０＝(0,0)とする。また、Ｕ軸とＶ軸の座標系で、プログラム指令値を表す天球点Ｇ＝(Δu, Δv)とする。変更シナリオ５４で、オフセット角度をΔθとし、プログラム指令値を回転させる周波数をｆすなわち角速度をω＝２πｆとし、変更シナリオ５４を開始してからの経過時間をｔとする。オフセット角度Δθは、指向方向を変更する角度の基準となる角度である。天球点Ｇは、以下のように表せる。
Δu＝Δθ*cos(ω*t)                           (3)
Δv＝Δθ*sin(ω*t)                           (4)
【００５１】
式(3)および式(4)は、指向方向の指令値であるプログラム指令値(Δu, Δv)を、基準天球点Ｇ０からの角度差がオフセット角度Δθ以下の範囲になるように算出することを意味する。オフセット角度Δθは、基準天球点Ｇ０と指向方向の指令値の角度差に対する、決められた最大角度差である。
【００５２】
プログラム指令値は、その軌跡がＧ０から半径Δθの天球上の円になるように移動する。Δθは、アンテナ１の半値幅の１／１０程度以下の小さい値とする。これにより予測値誤差がほとんど無い場合（移動物体１０の軌道予測値が正確なとき）は、プログラム指令値にしたがって円運動する際の受信レベルの低下はアンテナ１の制御応答誤差を含んで約０．３ｄＢ未満になる。プログラム追尾中に１０個程度以上の天球点Ｇｊで、誤差計測データ５５を生成する。
【００５３】
アンテナ架台２には、方位角と仰角の組で表された指令値が入力される。天球点Ｇに対応する方位角と仰角の指令値を(AZ0(t), EL0(t))とすると、以下のようになる。
AZ0(t)＝u0＋Δu/cos(v0)＝u0＋(Δθ/cos(v0))*cos(ω*t)    (5)
EL0(t)＝v0＋Δv＝v0＋Δθ*sin(ω*t)                      (6)
【００５４】
周波数ｆは約１Ｈｚ程度に設定して、アンテナ装置１の指向方向を変更している時間を短くする。またアンテナサーボループの周波数帯域特性により１Ｈｚではアンテナ装置１が追従できず、位相の算出精度が悪い場合は、サーボループの周波数帯域特性に応じて周波数を１Ｈｚよりも小さくしてもよい。
【００５５】
四角形や格子状など円運動以外で指向方向の指令値を変更するようにしてもよい。オフセット角度Δθは、変更シナリオにおいて指令値を変化させる基準となる変更基準角度である。指令値の変化範囲はオフセット角度Δθに比例する。変更シナリオにより変化する指令値の基準天球点との角度差の最大値である最大角度差は、オフセット角度Δθにより決まる。
【００５６】
補正値算出部３２が、位相補正値５１と感度係数５２を算出する方法を説明する。以下の変数を定義する。なお、指向方向は、基準天球点Ｇ０を原点とするＵ軸とＶ軸による座標系で表現する。指向方向のＵ軸での値をＵ角と呼び、Ｖ軸での値をＶ角と呼ぶ。
Ｇj：ｊ番目のプログラム指令値
Puj：ＧjでのＵ角
Pvj：ＧjでのＶ角
Uj：Ｇjの時の指向方向の実測値のＵ角
Vj：Ｇjの時の指向方向の実測値のＶ角
Ｈj：Ｇjの時の指向方向の実測値を表す天球上の点。Ｈj＝(Uj, Vj)。
Ｘj：Ｇjの時の和信号と差信号から求められる測角誤差信号Ｘ
Ｙj：Ｇjの時の和信号と差信号から求められる測角誤差信号Ｙ
Ｖsj：Ｇjの時の測角誤差信号ＸおよびＹが表す測角誤差ベクトル。
Ｖsj＝(Ｘj,Ｙj)。
Ｐ0：到来方向。移動物体１０の軌道予測値と実際に電波が来る方向との差。
Ｐ0＝(Du, Dv)
Ｄu：到来方向Ｐ0のＵ角。
Ｄv：到来方向Ｐ0のＶ角。
Ｖhj：指向方向実測値ＨjからＰ０に向かう実測値誤差を表すベクトル。
Ｖhj＝(Du - Uj, Dv -Vj)。
γ：位相補正値５１を表す変数
Ｋ：感度係数５２を表す変数。Ｋ＝|Ｖsj|/|Ｖhj|。
【００５７】
これらの変数の関係について、図６を使用して説明する。図６は、実施の形態１に係るアンテナ制御装置で算出する位相補正値と感度係数により測角誤差ベクトルを補正する過程を説明する図である。図６には、プログラム指令値Ｇjの時の各変数を図示する。図６(A)には、指向方向の実測値Ｈj、到来方向Ｐ0、実測値Ｈjから決まる到来方向の実測値誤差ベクトルＶhj、和信号と差信号から求められる測角誤差ベクトルＶsjを示す。ＶhjとＶsjは方向も大きさも異なっている。図６(B)には、Ｖsjを位相補正値γだけ回転させたベクトルＶgjを示す。ＶhjとＶgjは、同じ方向を向く。図６(C)には、Ｖgjを感度係数Ｋで除算した場合を示す。ＶhjとＶgj/Ｋは、方向と大きさが一致する。
【００５８】
図６に示す内容を式で表すと以下のようになる。
【００５９】
【数１】
0006610840.tif 000002
【００６０】
【数２】
0006610840.tif 000003
【００６１】
座標変換部２４では、位相補正値γと感度係数Ｋを用いて座標変換して、測角誤差信号ＸおよびＹを出力する。ここで、補正前の測角誤差信号を変数ＸbおよびＹbで表す。
【００６２】
【数３】
0006610840.tif 000004
【００６３】
位相補正値γと感度係数Ｋが正しく設定されておりノイズがなければ、測角誤差ベクトルＶs＝(X,Y)が実測値誤差ベクトルＶh＝(Du-u, Dv-v)と一致する。
【００６４】
１個のプログラム指令値Ｇjに対して２個の等式ができる。変数の数は４個なので、２個のＧjに対して誤差計測データ５５を生成すれば、４個の変数の値を算出できる。Ｇjが２個の場合は、以下のような式が得られる。
Du - U1＝Ｋ*(X1*cosγ - Y1*sinγ)                 (10)
Dv - V1＝Ｋ*(X1*sinγ + Y1*cosγ)                 (11)
Du - U2＝Ｋ*(X2*cosγ - Y2*sinγ)                 (12)
Dv - V2＝Ｋ*(X2*sinγ + Y2*cosγ)                 (13)
【００６５】
式(10)から式(11)を引いて、Duを消去すると以下となる。
U2 - U1＝Ｋ*((X1 - X2)*cosγ - (Y1 - Y2)*sinγ)    (14)
式(12)から式(13)を引いて、Dvを消去すると以下となる。
V2 - V1＝Ｋ*((X1 - X2)*sinγ + (Y1 - Y2)*cosγ)    (15)
【００６６】
γの項を消去するために、式(14)および式(15)をそれぞれ２乗して和をとる。
(U2 - U1)2 + (V2 - V1)2＝Ｋ2*((X1 - X2)2 + (Y1 - Y2)2)    (16)
ここで、以下の変数を定義する。
Ｌh＝√((U2 - U1)2 + (V2 - V1)2)                (17)
θh＝sin-1((V2 - V1)/Ｌh)                       (18)
Ｌs＝√((X1 - X2)2 + (Y1 - Y2)2)                (19)
θs＝sin-1((Y1 - Y2)/Ｌs)                       (20)
ＬhとＬsにより式(16)を変形すると、Ｋを算出する式は、以下のようになる。
Ｋ＝√(((X1-X2)2 + (Y1-Y2)2)/((U2-U1)2 + (V2-V1)2))＝Ｌs/Ｌh  (21)
【００６７】
式(18),(20),(21)を式(14),(15)に代入すると、以下となる。
cosθh＝cosθs*cosγ - sinθs*sinγ            (22)
sinθh＝cosθs*sinγ + sinθs*cosγ            (23)
三角関数の公式より、式(22)と式(23)は、以下のようになる。
cosθh＝cos(θs+γ)                            (24)
sinθh＝sin(θs+γ)                            (25)
式(24)と式(25)より、γは以下の式で計算できる。
γ＝θh - θs                                  (26)
【００６８】
式(26)により位相補正値γを算出するのが、特許文献３の方法である。２個のプログラム指令値Ｇ1,Ｇ2での誤差計測データ５５だけで計算できるが、指向方向実測値Ｈj=(Uj, Vj)と測角誤差XjおよびYjには計測誤差（ノイズ）が含まれるので、ノイズの影響を大きく受けるという欠点がある。
【００６９】
補正値算出部３２は、Ｎ個（少なくとも３個）のプログラム指令値Ｇjで生成された誤差計測データ５５を使用して、ノイズの影響を少なくして位相補正値γと感度係数Ｋを計算する。追加で、以下の変数を定義する。
Ｘfj：仮定したDu,Dv,γ,Ｋで補正後の測角誤差信号Ｘ。
Ｙfj：仮定したDu,Dv,γ,Ｋで補正後の測角誤差信号Ｙ。
Ｖaj：ＸfjおよびＹfjが表す補正後測角誤差ベクトル。Ｖaj＝(xfj,Yfj)
【００７０】
XfjとYfjは、以下の式で計算できる。
【００７１】
【数４】
0006610840.tif 000005
【００７２】
【数５】
0006610840.tif 000006
【００７３】
補正値算出部３２は、以下の誤差関数Ｅが最少になるようにγおよびＫを決める。
Ｅ＝Σ((Xj - Xfj)2 + (Yj - Yfj)2)      (29)
この明細書では、Σは、j＝1,2,…,Nの整数について和をとることを意味する。
ここで、誤差関数Ｅは、位相補正値を含む補正パラメータで実測値誤差(Du-Uj, Dv-Vj)を補正して得た到来方向誤差(Xfj,Yfj)と、追尾受信機８から入力される到来方向誤差(Xj,Yj)の差である補正後残差の二乗を誤差計測データ５５について合計した和である。
【００７４】
式(29)を変形すると、以下のようになる。
Ｅ＝Σ((Xj - Xfj)2 + (Yj - Yfj)2)
＝Σ(Xj2+Yj2)-2*Σ(Xj*Xfj)-2*Σ(Yj*Yfj)+Σ(Xfj2+Yfj2)   (30)
【００７５】
式(30)に、式(27)を代入して、以下となる。
Ｅ＝Σ(Xj2 + Yj2) 
- 2*Ｋ*Σ(Du - Uj)*(Xj*cosγ - Yj*sinγ)
- 2*Ｋ*Σ(Dv - Vj)*(Xj*sinγ + Yj*cosγ)
+ Ｋ2*Σ((Du - Uj)2 + (Dv - Vj)2)                 (31)
【００７６】
ここで、Σを使用しない式に式(31)を変換するため、以下の変数を定義する。
u0＝ΣUj/N
v0＝ΣVj/N
x0＝ΣXj/N
y0＝ΣYj/N
us0＝Σ(Uj2- u02)/N
vs0＝Σ(Vj2- v02)/N
xs0＝ΣXj2/N
ys0＝ΣYj2/N
d0＝Σ(u0*x0 - Uj*Xj)/N
e0＝Σ(u0*y0 - Uj*Yj)/N
f0＝Σ(v0*x0 - Vj*Xj)/N
g0＝Σ(v0*y0 - Vj*Yj)/N
【００７７】
これらの変数を使用して、式(31)は、以下のようになる。
Ｅ＝N*(xs0+ys0)
- 2N*K*((Du-u0)*(x0*cosγ - y0*sinγ) + d0*cosγ - e0*sinγ)
- 2N*K*((Dv-v0)*(x0*sinγ + y0*cosγ) + f0*sinγ + g0*cosγ)
+ N*K2*((Du-u0)2 +(Du-v0)2 + us0 + vs0)    (31A)
【００７８】
Ｅを最小にするγ、Ｋ、Du、Dvでは、それぞれの偏微分がゼロになる。∂Ｅ/∂γ＝０より、以下となる。
((Du-u0)*x0 + d0 + (Dv-v0)*y0 + g0)*sinγ
＝(-(Du-u0)*y0 - e0 + (Dv-v0)*x0 + f0)*cosγ        (32)
【００７９】
∂Ｅ/∂Du＝０より、以下となる。
Du＝u0+(x0*cosγ-y0*sinγ)/K                        (33)
∂Ｅ/∂Dv＝０より、以下となる。
Dv＝v0+(x0*sinγ+y0*cosγ)/K                        (34)
【００８０】
式(33)と式(34)を式(32)に代入して、以下となる。
(d0 + g0)*sinγ＝(f0 - e0)*cosγ                    (35)
【００８１】
式(35)より、γは以下のように計算できる。
γ＝tan-1((f0 - e0)/(d0 + g0))                       (36)
【００８２】
∂Ｅ/∂K＝０より、以下となる。
K＝√((d0 + g0)2 + (f0 - e0)2)/(us0 + vs0)           (37)
【００８３】
式(37)を、式(33)と式(34)に代入して、以下となる。
Du＝u0+(us0+vs0)*(x0*(d0+g0)-y0*(f0-e0))/((d0+g0)2+(f0-e0)2) (33A)
Dv＝v0+(us0+vs0)*(x0*(f0-e0)+y0*(d0+g0))/((d0+g0)2+(f0-e0)2) (34A)
【００８４】
式(36)および式(37)から分るように、本方法は、軌道予測値と衛星位置がずれていても予測値誤差(Du, Dv)を算出でき、かつ予測値誤差に影響されない位相補正値γと感度係数Ｋを算出できる特長がある。
【００８５】
ここで、以下のようにUjおよびVjに対する補正後値を計算してもよい
Ufj：仮定したDu,Dv,γ,Ｋで計算されるUjの補正後値。
Vfj：仮定したDu,Dv,γ,Ｋで計算されるVjの補正後値。
【００８６】
UfjおよびVfjとXjおよびYjの間には、以下の関係がある。
【００８７】
【数６】
0006610840.tif 000007
【００８８】
【数７】
0006610840.tif 000008
【００８９】
UfjおよびVfjで表される誤差関数Ｅ２を最小にすることで、位相補正値γと感度係数Ｋを算出する。
Ｅ２＝Ｋ2*Σ((Ufj - Uj)2 + (Vfj - Vj)2)                  (40)
ここで、誤差関数Ｅ２は、位相補正値γを含む補正パラメータで到来方向誤差を補正して得た実測値誤差(Du-Ufj,Dv-Vfj)と実測値誤差(Du-Uj,Dv-Vj)との差である補正後残差の二乗を誤差計測データ５５について合計した和である。
【００９０】
導出過程は省略するが、誤差関数Ｅ２は誤差関数Ｅと同じになる。誤差関数Ｅ２を最小にする場合でも、誤差関数Ｅを最小化する場合と同じ相差補正値γと感度係数Ｋを算出できる。
【００９１】
補正値算出部３２が算出した位相補正値γと感度係数Ｋは、データ記憶部３４と追尾受信機８が有するデータ記憶部２３に記憶させる。記憶させる値は、計算した値そのままではなく、式(1)および式(2)で示されるように、更新前に設定されていた値を修正して設定する。
【００９２】
動作を説明する。図７は、実施の形態１に係るアンテナ制御装置で移動物体を追尾する場合の手順を説明するフローチャートである。
【００９３】
ステップＳ０１で、追尾する衛星などの通信相手である移動物体１０に合わせて、受信周波数、軌道予測値などを設定する。位相補正値γ＝０°、感度係数Ｋ＝１として、データ記憶部３４とデータ記憶部２３に記憶させる。ステップＳ０２で、プログラム追尾を開始する。モード判断部３０が、切替スイッチ２９をプログラム追尾側に設定する。ステップＳ０３で、モード判断部３０が、追尾受信機８が出力する受信レベルＳが下限値Ｓmin以上に上昇したかチェックする。受信レベルＳが下限値Ｓmin以上である（Ｓ０３でＹＥＳ）場合は、移動物体１０からの電波１１を捕捉できたとして、ステップＳ０４に進む。受信レベルＳが下限値Ｓmin未満である（Ｓ０３でＮＯ）場合は、決められた周期でＳ０３を繰り返し実行する。
【００９４】
ステップＳ０４で、位相調整を毎回実施に設定されているかチェックする。毎回実施でない場合は、ステップＳ０５で、今回の追尾で使用する周波数での位相補正値γなどが計算済かチェックする。Ｓ０４で毎回実施の場合、またはＳ０５で計算済でない場合は、ステップＳ０６を実行する。Ｓ０６では、プログラム追尾部２８がアンテナ装置１の指向方向の指令値を予め決められた変更シナリオにしたがい変化させる。変更シナリオにしたがい変化させる間に、決められた時間間隔で誤差計測データ生成部３１が誤差計測データ５５を生成し、データ記憶部３４に記憶する。ステップＳ０７で、補正値算出部３２が位相補正値γと感度係数Ｋを計算し、データ記憶部３４に記憶する。
【００９５】
変更シナリオ５４を実行して、位相補正値γと感度係数Ｋを計算する２つの例を示す。変更シナリオ５４を実行する際には、プログラム制御部２８で変更シナリオ５４にしたがって指向方向の指令値を変化させて３個以上の誤差計測データ５５を生成する。生成された誤差計測データ５５から位相補正値γと感度係数Ｋを計算する。これらの２つの例では、変更シナリオ５４で指向方向の指令値を微小角度で円運動させる周波数ｆを１Ｈｚ、誤差計測データ５５の個数Ｎを１０個、アンテナビーム半値幅（ビーム幅）を０．２°、オフセット角度Δθを０．０２°とする。移動物体１０は、軌道高度５００ｋｍを周回する人工衛星を想定する。仰角は、５度程度である。測角誤差信号に重畳するノイズをガウス乱数で近似し、その大きさは実効値で０．００３°rms(root mean square)とする。アンテナ１の指向方向の実測値のノイズをガウス乱数で近似し、その大きさは０．００３°rmsとする。
【００９６】
１つ目の例を、図８から図１０に示す。１つ目の例では、シミュレーション条件は以下であるとする。
位相補正値γ＝４０°
感度係数Ｋ＝１
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝０°
【００９７】
図８に、軌道予測値を１個の天球上の点で表した場合の、アンテナ１の指向方向の実測値Ｈjと、和信号と差信号から計算した測角誤差ベクトルＶsjの軌跡を示す。図では、指向方向実測値Ｈjを、白丸を付けた実線で表す。測角誤差ベクトルＶsjを、白ひし形を付けた破線で表す。アンテナ１の半値幅の５０％の円も点線で表示する。なお、引き込み可能範囲は半値幅の７０％なので、図に示す範囲内はすべて引き込み可能範囲内である。
【００９８】
図９は、図８の場合の計測データの時間変化を示す図である。シミュレーション開始から２秒後から３秒後までに、指向方向を変化させている。図９(A)に方位角の実測値８１とサーボ系の追従誤差８２の時間変化を示す。図９(B)に仰角の実測値８３とサーボ系の追従誤差８４の時間変化を示す。図９(C)に、和信号の信号強度の時間変化を示す。図９(D)に、方位角の実測値Ｕjおよび測角誤差信号Ｘjの時間変化を示す。図９(E)に、仰角の実測値Ｖjと測角誤差信号Ｙjの時間変化を示す。
【００９９】
補正値算出部３２が算出する結果は、以下のようになる。
位相補正値γ＝３９．７０°
感度係数Ｋ＝０．９７５
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝−０．００２６９°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝０．００２５５°
【０１００】
γ、Ｋ、Ｄu、Ｄvを用いて測角誤差ベクトルＶsjから補正した補正後測角誤差ベクトルＶajと測角誤差ベクトルＶsjとの軌跡を図１０に示す。補正後測角誤差ベクトルＶajを、黒三角を付けた一点鎖線で表す。図１０では、図を見やすくするため、指向方向の実測値Ｈjを示さない。
【０１０１】
２つ目の例を、図１１から図１３に示す。２つ目の例では、シミュレーション条件は以下であるとする。図１１から図１３は、図８から図１０と同様に表現する。図１３には、指向方向の実測値Ｈjも示す。
位相補正値γ＝４０°
感度係数Ｋ＝１
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０．０５°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝０．０３°
【０１０２】
補正値算出部３２が算出する結果は、以下のようになる。
位相補正値γ＝４１．２６°
感度係数Ｋ＝０．９７８
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０．０４７３０°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝０．０３３０６°
【０１０３】
図１１では、予測値誤差が存在するので、指向方向実測値Ｈjの軌跡と測角誤差ベクトルＶsjの軌跡が離れている。図１３では、ＶajがＶsjに近くなっている。
【０１０４】
Ｓ０８の実行後、またはＳ０５でγが計算済である場合は、ステップＳ０９で、自動追尾を開始し、切替スイッチ２９を自動追尾側に設定する。ステップＳ１０で、追尾制御部３３が、測角誤差信号ＸおよびＹを軌道予測値に加えた指令値を算出して、アンテナ駆動制御部２７に出力する。
【０１０５】
追尾制御部３３が動作中の場合すなわち自動追尾中に、周期的にステップＳ１１で、自動追尾が発振しているかどうかを、発振検出部３６がチェックする。発振とは、図１４または図１６に示すように、指向方向が周期的に変化する現象を意味する。例えば、方位角または仰角に関して、軌道予測値と指向方向実測値との差が決められた閾値以上である場合を、発振していると判断する。別の方法で、発振を検出してもよい。発振を検出する方法は、方位角または仰角が軌道予測値に対して変動していると判断できる方法であれば、どのような方法でもよい。
【０１０６】
発振を検出した場合は、ステップＳ１２で、発振原因決定部３７が、誤差計測データ生成部３１および補正値算出部３２を複数回動作させて、複数個の位相補正値γと感度係数Ｋを計算する。ステップＳ１３で、位相ずれに起因する発振かどうかをチェックする。位相ずれとは、発振の原因が測角誤差信号の位相がずれて位相補正値γでは適切に補正できなくなる状態である。位相ずれに起因する発振と判断する条件は、例えば、計算した複数の位相補正値γがゼロ度を含まない決められた幅以内の範囲にあるという条件とする。発振原因決定部３７は、追尾制御部が動作中に算出された複数個の位相補正値γが、ゼロを含まない決められた幅の範囲内にある場合に位相ずれが発生していると判断する位相ずれ検出部である。
【０１０７】
ゼロ度を含まない決められた幅以内の範囲にある場合は、位相ずれにより発振が発生していると判断する。複数の位相補正値γがゼロ度を含む決められた幅以内の範囲にある場合は、位相補正値γがずれていないことになる。また、位相補正値γが決められた幅を超えて変動する場合は、他の要因により発振が発生し、位相補正値γが発振の影響により変動していると考えられる。
【０１０８】
位相ずれに起因する発振と判断する（Ｓ１３でＹＥＳ）場合は、ステップＳ１４で、補正値更新部３８が、式(1)で示すように位相補正値γを更新して、位相補正値γnewをデータ記憶部３４とデータ記憶部２３に記憶させる。補正値更新部３８は、発振原因決定部３７が位相ずれを検出した場合に、位相補正値を更新する位相補正値更新部である。
【０１０９】
位相ずれに起因する発振と判断しない（Ｓ１３でＮＯ）場合は、ステップＳ１５で、発振の原因が感度ずれに起因する発振かどうかをチェックする。感度ずれとは、測角誤差信号の感度係数が変化して感度係数Ｋでは適切に補正できなくなる状態である。感度ずれに起因する発振と判断する条件は、例えば、計算した複数の感度係数Ｋが１を含まない決められた幅以内の範囲にあるという条件とする。１を含まない決められた幅以内の範囲にある場合は、感度ずれにより発振が発生していると判断する。複数の感度係数Ｋが１を含む決められた幅以内の範囲にある場合は、感度係数Ｋがずれていないことになる。また、感度係数Ｋが決められた幅を超えて変動する場合は、他の要因により発振が発生し、感度係数Ｋが発振の影響により変動していると考えられる。発振原因決定部３７が、追尾制御部が動作中に算出された複数個の感度係数Ｋが１を含まない決められた幅の範囲内にある場合に感度ずれを検出する感度ずれ検出部である。
【０１１０】
感度ずれに起因する発振と判断する（Ｓ１５でＹＥＳ）場合は、ステップＳ１６で、補正値更新部３８が、式(2)で示すように感度係数Ｋを更新して、感度係数Ｋnewをデータ記憶部３４とデータ記憶部２３に記憶させる。補正値更新部３８は、発振原因決定部３７が感度ずれを検出した場合に、感度係数を更新する感度係数更新部である。
【０１１１】
感度ずれに起因する発振と判断しない（Ｓ１５でＮＯ）場合は、原因不明であり、ステップＳ１７で、プログラム追尾に変更する。プログラム追尾での移動物体１０と指向方向とのずれに起因する通信品質への影響は、軌道予測値の精度とアンテナ１に固有の指向精度によることになる。通信品質は、例えば信号受信機７で発生するビットエラーレートが要求基準を満足することなどで判断する。ステップＳ１７の後を終了としているが、発振が発生した場合の処理がプログラム追尾に設定することで終了するという意味である。追尾は継続する。
【０１１２】
また、現在、使用している周波数での追尾中の移動物体１０を追尾した際の補正パラメータが保存されている場合は、その補正パラメータを使用して自動追尾を再開してもよい。保存されている補正パラメータを使用する場合は、保存されている補正パラメータをデータ記憶部３４とデータ記憶部２３に設定する。移動物体１０を捕捉できれば、切替スイッチ２９を自動追尾側に切り替える。
【０１１３】
図１４および図１５に、位相がずれたために発振した場合のシミュレーション結果を示す。図１４は、方位角と仰角の実測値の時間変化を示す図である。方位角（ＡＺ）は実線と黒丸で表す。仰角（ＥＬ）は、一点鎖線と白三角で表す。図１５は、位相補正値γと感度係数Ｋの時間変化を示す図である。図１５(A)に位相補正値γの時間変化を示す。図１５(B)に感度係数Ｋの時間変化を示す。この発明で計算した位相補正値γと感度係数Ｋを、黒丸と実線で示す。特許文献３で計算した位相補正値γwと感度係数Ｋwを、白ひし形と点線で示す。
【０１１４】
シミュレーションでの時間で５秒に発振を検出し、０．１秒周期でアンテナ１の指向方向の実測値を計測する。サンプル数Ｎ＝１０としているので、５．９秒から位相補正値γが計算できる。特許文献３の方法は、５秒から位相補正値γwを計算できる。位相補正値γの方が位相補正値γwよりも変動が小さく、より正確に計算できている。位相補正値γが変動していることを検出する決められた幅を５度とすると、位相補正値γは変動していないと判断できる。しかし、特許文献３の方法で算出する位相補正値γwは変動していると判断される。感度係数Ｋは、感度係数Ｋwよりも変動が少し大きい。
【０１１５】
図１６および図１７に、感度係数Ｋがずれたために発振した場合のシミュレーション結果を示す。図１６は、図１４と同様である。図１７には、位相補正値γと感度係数Ｋの時間変化を示す。図１７(A)は、位相補正値の時間変化を示す図である。図１７(B)は、感度係数Ｋの時間変化を示す図である。位相補正値γの方が位相補正値γwよりも変動が小さく、より正確に計算できている。感度係数Ｋも、感度係数Ｋwよりも変動が小さい。
【０１１６】
位相補正値γは、計算したすべての位相補正値γが０度を含む５度の範囲内に入っている。位相補正値γはずれていないと判断できる。位相補正値γwは、２０度を超えて変動している。位相補正値γwを使用する場合でも、位相補正値γwがずれたために発振したとは判断できない。
【０１１７】
感度係数Ｋは、２．０程度から２．５程度の範囲にある。特許文献３の方法に起因する感度係数Ｋwは、１．９程度から３．０程度の範囲にある。計算された感度係数の最大値が最小値の何倍であるかを、変動幅と呼ぶ。感度係数Ｋが変動していることを、変動幅が例えば１．３倍以上という条件で判断する場合には、感度係数Ｋは変動していないと判断できる。なお、１．３倍などの変動幅に対する閾値は、予め決めておく。特許文献３の方法で算出する感度係数Ｋwでは、変動していると判断される。変動幅は、計算された感度係数の平均値で最大値を除算した値としてもよい。あるいは、計算された感度係数の平均値を最小値で除算した値としてもよい。感度係数の変動の大きさを表現することができれば、変動幅はどのように計算してもよい。
【０１１８】
実施の形態１では、移動物体の追尾を開始する前に、自動的に位相調整および感度調整ができる。人による誤操作を防止でき、作業効率を向上させることができる。
【０１１９】
この発明の方が特許文献３に示された方法よりも、差信号の信号対雑音比が悪い場合でも正確に位相補正値や感度係数を計算できることが分る。発振が発生した場合に、発振の原因が位相ずれ、あるいは感度ずれに起因する発振かどうかを決定でき、位相ずれが原因である場合は、位相補正値を更新することで、発振を解消できる。感度ずれが原因である場合は、感度係数を更新することで、発振を解消できる。
【０１２０】
この発明では、差信号の信号対雑音比が悪い場合でも正確に位相補正値や感度係数を計算できるので、測角誤差信号を適切に補正して従来よりも精度よく通信相手を追尾できる。
【０１２１】
位相補正値γと感度係数Ｋの両方を算出したが、位相補正値γだけを算出してもよい。位相補正値γだけを算出する場合は、感度係数Ｋは予め設定されている値または１を使用する。
【０１２２】
誤差関数Ｅは、位相補正値と感度係数で実測値誤差を補正して、補正後の実測値誤差と到来方向誤差との差である補正後残差の二乗の誤差計測データについて合計した和である。誤差関数Ｅ２は、位相補正値と感度係数で到来方向誤差を補正して、補正後の到来方向誤差と実測値誤差との差である補正後残差の二乗の誤差計測データについて合計した和である。例えば、実測値誤差を位相補正値で補正し、到来方向誤差を感度係数で補正して、位相補正値および感度係数のそれぞれにより実測値誤差と到来方向誤差のうちで一方を補正し、位相補正値および感度係数による補正後の実測値誤差と到来方向誤差の差である補正後残差の二乗の誤差計測データについて合計した和を最小化することで、位相補正値と感度係数を求めてもよい。
【０１２３】
位相補正値と感度係数とは別の補正パラメータで補正するようにしてもよい。別の補正パラメータとしては、直交度や感度係数を方位角方向と仰角方向で別の値とする場合などが考えられる。直交度とは、和信号と差信号から測角誤差信号ＸおよびＹを生成するＩ軸とＱ軸の位相差が９０度からどれだけ差があるかを表す。
以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。
【０１２４】
実施の形態２．
実施の形態２は、測角誤差信号ＸおよびＹを直交検波する検波軸が直交しない場合も考慮し、感度係数がＡＺとＥＬとで異なる値である場合も考慮するように実施の形態１を変更した場合である。また、追尾受信機８の座標変換部２４が実質的に座標変換しないようにしている。座標変換部を有しない追尾受信機でも、実施の形態２は適用できる。図１８は、この発明の実施の形態２に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。図１９は、実施の形態２に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。アンテナシステム１００Ａが有するアンテナ制御装置９Ａは、測角誤差補正部３９を追加し、補正値算出部３２Ａ、追尾制御部３３Ａ、データ記憶部３４Ａを変更している。
【０１２５】
測角誤差補正部３９は、追尾受信機８が有する座標変換部２４が実施していた測角誤差信号の補正を、替わりに実施する。そのため、追尾受信機８が有するデータ記憶部２３には、位相補正値γをゼロ度に、感度係数Ｋには１を設定する。そう設定することで、座標変換部２４が何もしないのと同等にできる。アンテナ制御装置９Ａが、位相補正値γおよび感度係数Ｋをデータ記憶部２３に設定および変更しなくてよくなる。座標変換部２４が、測角誤差補正部３９と同様な変換ができる場合は、データ記憶部２３に記憶させて、アンテナ制御装置７Ａが測角誤差補正部３９を有さないようにしてもよい。
【０１２６】
データ記憶部３４Ａは、感度係数５２の替わりにＡＺ感度係数５２ＡとＥＬ感度係数５２Ｂを記憶し、直交度５６を記憶する。ＡＺ感度係数５２Ａは、方位角方向での感度係数である方位角感度係数である。ＥＬ感度係数５２Ｂは、仰角方向での感度係数である仰角感度係数である。直交度５６は、和信号と差信号から測角誤差信号ＸおよびＹを生成するＩ軸とＱ軸の位相差が９０度からどれだけ差があるかを表す。すなわち、直交度５６は、測角誤差信号ＸおよびＹを直交検波する２軸であるＩ軸とＱ軸の間の角度と９０度との差を表す。ＡＺ感度係数５２ＡとＥＬ感度係数５２Ｂを使用することで、アンテナ１が受信する電波のメインローブの放射パターンが方位角と仰角とで異なるパラメータで決まる場合も表現できる。
【０１２７】
ＡＺ感度係数５２Ａ、ＥＬ感度係数５２Ｂおよび直交度５６を表す変数として、以下を定義する。
ω：直交度を表す変数。９０度からＩ軸とＱ軸の角度差を引いた値の1/2とする。
α1：Ｉ軸のＵ軸に対する回転角度。α1＝γ＋ω
α2：Ｑ軸のＶ軸に対する回転角度。α2＝γ−ω
Ｋu:ＡＺ感度係数を表す変数。
Ｋv:ＥＬ感度係数を表す変数。
【０１２８】
直交度ωと位相補正値γによる座標変換について、図２０に示す。図２０(A)が、ＩＱ軸とＵＶ軸との間で直交度ωを変更した場合を示す。４５°＞ω＞０°である場合は、第１象限ではＩ軸がＵ軸の上側に存在し、Ｑ軸がＶ軸の右に存在する。図２０(A)から位相補正値γだけ回転した状態が図２０(B)である。
【０１２９】
直交度ω、位相補正値γ、ＡＺ感度係数Ｋu、ＥＬ感度係数Ｋvを使用した、XfjとYfjの計算式は以下のようになる。
【０１３０】
【数８】
0006610840.tif 000009
【０１３１】
【数９】
0006610840.tif 000010
【０１３２】
測角誤差補正部３９は、補正パラメータγ、ω、ＫuおよびＫvを用いて、測角誤差信号を補正する。測角誤差補正部３９の動作を説明するために、以下の変数を定義する。
Ｘm：測角誤差補正部３９で補正された測角誤差信号Ｘ。
Ｙm：測角誤差補正部３９で補正された測角誤差信号Ｙ。
【０１３３】
測角誤差補正部３９は、以下の式で表現されるように測角誤差信号を補正する。
【０１３４】
【数１０】
0006610840.tif 000011
【０１３５】
追尾制御部３３Ａは、軌道予測値に起因する変化分と、測角誤差補正部３９が補正した測角誤差信号ＸmおよびＹmとを指向方向実測値に加算した指令値を算出する。
【０１３６】
補正値算出部３２Ａは、XfjとYfjを式(41)で計算して、式(29)で定義される誤差関数Ｅが最少になるように補正パラメータ(γ,ω,Ｋu,Ｋv,Ｄｕ,Ｄｖ)を決める。補正パラメータの数が６個なので、誤差計測データ５５の数Ｎは４個以上とする。なお、Ｎは大きい方が補正パラメータの算出精度がよくなる。
【０１３７】
式(30)に、式(41)を代入して、以下となる。
Ｅ＝Σ(Xj2 + Yj2) 
- 2*Ku*cos-1(2ω)*Σ(Du - Uj)*(Xj*cos(γ+ω) - Yj*sin(γ+ω))
- 2*Kv*cos-1(2ω)*Σ(Dv - Vj)*(Xj*sin(γ-ω) + Yj*cos(γ-ω))
+ (1+sin(2γ)*sin(2ω))*Ku2*Σ(Du - Uj)2 
+ (1-sin(2γ)*sin(2ω))*Kv2*Σ(Dv - Vj)2 
- 2*sin(2ω)*Ku*Kv*Σ(Du - Uj)*(Dv - Vj))*cos-2(2ω)  (44)
【０１３８】
式を簡単にするため、ＫuとＫvを以下のように置換する。
Ｋu＝Ｋu/cos(2ω)                                          (45)
Ｋv＝Ｋv/cos(2ω)                                          (46)
【０１３９】
式(45)と式(46)を、式(44)に代入して以下のようになる。なお、式(45)と式(46)を適用しない式(44)を使用してもよい。
Ｅ＝Σ(Xj2 + Yj2) 
- 2*Ku*Σ(Du - Uj)*(Xj*cos(γ+ω) - Yj*sin(γ+ω))
- 2*Kv*Σ(Dv - Vj)*(Xj*sin(γ-ω) + Yj*cos(γ-ω))
+ (1+sin(2γ)*sin(2ω))*Ku2*Σ(Du - Uj)2 
+ (1-sin(2γ)*sin(2ω))*Kv2*Σ(Dv - Vj)2 
- 2*sin(2ω)*Ku*Kv*Σ(Du - Uj)*(Dv - Vj)            (44A)
【０１４０】
Σを含まない式で式(44A)を表現するために、追加で以下の変数を定義する。
r0＝√(x02+y02)
φ＝sin-1(y0/r0)
ws0＝Σ(uj*vj - u0*v0)/N
【０１４１】
式(44A)は、以下のようになる。
Ｅ＝N*(xs0+ys0)
- 2N*Ku*((Du-u0)*r0*cos(φ+γ+ω)+d0*cos(γ+ω)-e0*sin(γ+ω))
- 2N*Kv*((Dv-v0)*r0*sin(φ+γ-ω)+f0*sin(γ-ω)+g0*cos(γ-ω))
+ N*Ku2*((Du-u0)2+us0)*(1+sin(2γ)*sin(2ω))
+ N*Kv2*((Dv-v0)2+vs0)*(1-sin(2γ)*sin(2ω))
- 2*N*Ku*Kv*((Du-u0)*(Dv-v0)+ws0)*sin(2ω)             (44B)
【０１４２】
式(44B)は、式(31A)と比較して複雑であり、∂Ｅ/∂γ＝０などの式から解析的に解くことはできない。ω≠０およびKu≠Kvの場合には、補正パラメータγ、ω、Ｋu、Ｋv、ＤｕおよびＤｖに初期値を与えて、繰り返し計算により修正することで、近似解を計算する。
【０１４３】
以下のように、変数を定義する。
X1j:その時点で計算できているXfj。
Y1j:その時点で計算できているYfj。
Δxxj：その時点でのX1jの誤差。定数として扱う。Δxxj＝Xj - X1j。
Δyyj：その時点でのX1jの誤差。定数として扱う。Δyyj＝Yj - Y1j。
(Δω,Δγ,ΔKu,ΔKv,ΔDu,ΔDv)：今回、計算する補正パラメータの変化分
Δxj：補正パラメータの変化によるXfjの変化。
Δyj：補正パラメータの変化によるYfjの変化。
ΔＧ：補正パラメータの変化分を決めるための誤差関数。
ΔＧ＝Σ((Δxxj-Δxj)2+(Δyyj-Δyj)2)
【０１４４】
ωについてΔＧを偏微分した式は、以下となる。
∂ΔＧ/∂ω＝-2Σ((Δxxj-Δxj)∂Δxj/∂ω+(Δyyj-Δyj)∂Δyj/∂ω) (47)
ここで、∂ΔXj/∂ω＝∂Xfj/∂ωなどが成立する。
∂ΔＧ/∂ω＝0から、以下となる。
Σ((Δxj)∂Δxj/∂ω+(Δyj)∂Δyj/∂ω)
＝Σ((Δxxj)∂Δxj/∂ω+(Δyyj)∂Δyj/∂ω)                  (48)
【０１４５】
ここで、ΔxjおよびΔyjに関して、以下が成立する。
Δxj＝(∂Δxj/∂ω)Δω+(∂Δxj/∂γ)Δγ+(∂Δxj/∂Ku)ΔKu
+(∂Δxj/∂Kv)ΔKv+(∂Δxj/∂Du)ΔDu+(∂Δxj/∂Dv)ΔDv  (49)
Δyj＝(∂Δyj/∂ω)Δω+(∂Δyj/∂γ)Δγ+(∂Δyj/∂Ku)ΔKu
+(∂Δyj/∂Kv)ΔKv+(∂Δyj/∂Du)ΔDu+(∂Δyj/∂Dv)ΔDv  (50)
【０１４６】
式(49)および式(50)を式(48)の左辺に代入すると、以下となる。
ΔωΣ((∂Δxj/∂ω)2+(∂Δyj/∂ω)2)
+ΔγΣ((∂Δxj/∂ω)(∂Δxj/∂γ)+(∂Δyj/∂ω)(∂Δyj/∂γ))
+ΔKuΣ((∂Δxj/∂ω)(∂Δxj/∂Ku)+(∂Δyj/∂ω)(∂Δyj/∂Ku))
+ΔKvΣ((∂Δxj/∂ω)(∂Δxj/∂Kv)+(∂Δyj/∂ω)(∂Δyj/∂Kv))
+ΔDuΣ((∂Δxj/∂ω)(∂Δxj/∂Du)+(∂Δyj/∂ω)(∂Δyj/∂Du))
+ΔDvΣ((∂Δxj/∂ω)(∂Δxj/∂Dv)+(∂Δyj/∂ω)(∂Δyj/∂Dv))
＝Σ((Δxxj)∂Δxj/∂ω+(Δyyj)∂Δyj/∂ω)                  (51)
【０１４７】
γに関しても同様に、∂ΔＧ/∂γ＝0から、以下の式が導出できる。
ΔωΣ((∂Δxj/∂ω)(∂Δxj/∂γ)+(∂Δyj/∂ω)(∂Δyj/∂γ))
+ΔγΣ((∂Δxj/∂γ)2+(∂Δyj/∂γ)2)
+ΔKuΣ((∂Δxj/∂γ)(∂Δxj/∂Ku)+(∂Δyj/∂γ)(∂Δyj/∂Ku))
+ΔKvΣ((∂Δxj/∂γ)(∂Δxj/∂Kv)+(∂Δyj/∂γ)(∂Δyj/∂Kv))
+ΔDuΣ((∂Δxj/∂γ)(∂Δxj/∂Du)+(∂Δyj/∂γ)(∂Δyj/∂Du))
+ΔDvΣ((∂Δxj/∂γ)(∂Δxj/∂Dv)+(∂Δyj/∂γ)(∂Δyj/∂Dv))
＝Σ((Δxxj)∂Δxj/∂γ+(Δyyj)∂Δyj/∂γ)                   (52)
【０１４８】
Kuに関しても同様に、∂ΔＧ/∂Ku＝0から、以下の式が導出できる。
ΔωΣ((∂Δxj/∂ω)(∂Δxj/∂Ku)+(∂Δyj/∂ω)(∂Δyj/∂Ku))
+ΔγΣ((∂Δxj/∂γ)(∂Δxj/∂Ku)+(∂Δyj/∂γ)(∂Δyj/∂Ku))
+ΔKuΣ((∂Δxj/∂Ku)2+(∂Δyj/∂Ku)2)
+ΔKvΣ((∂Δxj/∂Ku)(∂Δxj/∂Kv)+(∂Δyj/∂Ku)(∂Δyj/∂Kv))
+ΔDuΣ((∂Δxj/∂Ku)(∂Δxj/∂Du)+(∂Δyj/∂Ku)(∂Δxj/∂Du))
+ΔDvΣ((∂Δxj/∂Ku)(∂Δxj/∂Dv)+(∂Δyj/∂Ku)(∂Δxj/∂Dv))
＝Σ((Δxxj)∂Δxj/∂Ku+(Δyyj)∂Δyj/∂Ku)                   (53)
【０１４９】
Kvに関しても同様に、∂ΔＧ/∂Kv＝0から、以下の式が導出できる。
ΔωΣ((∂Δxj/∂ω)(∂Δxj/∂Kv)+(∂Δyj/∂ω)(∂Δyj/∂Kv))
+ΔγΣ((∂Δxj/∂γ)(∂Δxj/∂Kv)+(∂Δyj/∂γ)(∂Δyj/∂Kv))
+ΔKuΣ((∂Δxj/∂Ku)(∂Δxj/∂Kv)+(∂Δyj/∂Ku)(∂Δyj/∂Kv))
+ΔKvΣ((∂Δxj/∂Kv)2+(∂Δyj/∂Kv)2)
+ΔDuΣ((∂Δxj/∂Kv)(∂Δxj/∂Du)+(∂Δyj/∂Kv)(∂Δxj/∂Du))
+ΔDvΣ((∂Δxj/∂Kv)(∂Δxj/∂Dv)+(∂Δyj/∂Kv)(∂Δxj/∂Dv))
＝Σ((Δxxj)∂Δxj/∂Kv+(Δyyj)∂Δyj/∂Kv)                   (54)
【０１５０】
Duに関しても同様に、∂ΔＧ/∂Du＝0から、以下の式が導出できる。
ΔωΣ((∂Δxj/∂ω)(∂Δxj/∂Du)+(∂Δyj/∂ω)(∂Δyj/∂Du))
+ΔγΣ((∂Δxj/∂γ)(∂Δxj/∂Du)+(∂Δyj/∂γ)(∂Δyj/∂Du))
+ΔKuΣ((∂Δxj/∂Ku)(∂Δxj/∂Du)+(∂Δyj/∂Ku)(∂Δyj/∂Du))
+ΔKvΣ((∂Δxj/∂Kv)(∂Δxj/∂Du)+(∂Δyj/∂Kv)(∂Δxj/∂Du))
+ΔDuΣ((∂Δxj/∂Du)2+(∂Δyj/∂Du)2)
+ΔDvΣ((∂Δxj/∂Du)(∂Δxj/∂Dv)+(∂Δyj/∂Du)(∂Δxj/∂Dv))
＝Σ((Δxxj)∂Δxj/∂Du+(Δyyj)∂Δyj/∂Du)                   (55)
【０１５１】
Dvに関しても同様に、∂ΔＧ/∂Dv＝0から、以下の式が導出できる。
ΔωΣ((∂Δxj/∂ω)(∂Δxj/∂Dv)+(∂Δyj/∂ω)(∂Δyj/∂Dv))
+ΔγΣ((∂Δxj/∂γ)(∂Δxj/∂Dv)+(∂Δyj/∂γ)(∂Δyj/∂Dv))
+ΔKuΣ((∂Δxj/∂Ku)(∂Δxj/∂Dv)+(∂Δyj/∂Ku)(∂Δyj/∂Dv))
+ΔKvΣ((∂Δxj/∂Kv)(∂Δxj/∂Dv)+(∂Δyj/∂Kv)(∂Δxj/∂Dv))
+ΔDuΣ((∂Δxj/∂Du)(∂Δxj/∂Dv)+(∂Δyj/∂Du)(∂Δxj/∂Dv))
+ΔDvΣ((∂Δxj/∂Dv)2+(∂Δyj/∂Dv)2)
＝Σ((Δxxj)∂Δxj/∂Dv+(Δyyj)∂Δyj/∂Dv)                   (56)
【０１５２】
未知の(Δω,Δγ,ΔKu,ΔKv,ΔDu,ΔDv)という６個の変数に対して、式(51)から式(56)という６個の１次式が求まった。式(51)から式(56)という連立方程式を解くことにより、(Δω,Δγ,ΔKu,ΔKv,ΔDu,ΔDv)を計算できる。
【０１５３】
以下のように、補正パラメータ(ω,γ,Ku,Kv,Du,Dv)を更新する。
ω＝ω+Δω
γ＝γ+Δγ
Ku＝Ku+ΔKu
Kv＝Kv+ΔKv
Du＝Du+ΔDu
Dv＝Dv+ΔDv
【０１５４】
新たな補正パラメータ(ω, γ, Ku, Kv, Du, Dv)で、(Xfj, Yfj)およびＥを計算する。ΔＧが決められた閾値以下になるまで、計算を繰り返す。
【０１５５】
式(45)と式(46)でＫuおよびＫvを変換している場合は、式(45)と式(46)を逆に適用してＫuとＫvを計算する。
【０１５６】
補正パラメータ(ω, γ, Ku, Kv, Du, Dv)の初期値は、決められた値を使用してもよいし、実施の形態１の方法で計算した補正パラメータ(γ0, K0, Du0, Dv0)から、以下のように計算してもよい。
(ω, γ, Ku, Kv, Du, Dv)＝(0, γ0, K0, K0, Du0, Dv0)
【０１５７】
ω＝０およびKu≠Kvの場合について検討する。(Xfj,Yfj)と(Du-Uj,Dv-Vj)の間には、以下の関係がある。
【０１５８】
【数１１】
0006610840.tif 000012
【０１５９】
【数１２】
0006610840.tif 000013
【０１６０】
誤差関数Ｅは、以下のようになる。
Ｅ＝Σ(Xj2 + Yj2) - 2*Σ(Xj*Xfj) - 2*Σ(Yj*Yfj) + Σ(Xfj2 + Yfj2)
＝Σ(Xj2 + Yj2) 
- 2*Ku*Σ(Du - Uj)*(Xj*cosγ - Yj*sinγ)
- 2*Kv*Σ(Dv - Vj)*(Xj*sinγ + Yj*cosγ)
+ Ku2*Σ(Du - Uj)2 + Kv2*Σ(Dv - Vj)2               (59)
【０１６１】
式(59)は、Σを含まない式にすると、以下のようになる。
Ｅ＝N*(xs0+ys0)
- 2N*Ku*((Du-u0)*r0*cos(φ+γ)+d0*cosγ-e0*sinγ)
- 2N*Kv*((Dv-v0)*r0*sin(φ+γ)+f0*sinγ+g0*cosγ)
+ N*(Ku2*((Du-u0)2+us0) + Kv2*((Dv-v0)2+vs0))           (59A)
【０１６２】
以下の変数を定義する。
m0＝(e02 - g02)/vs0 + 2*d0*f0/us0
n0＝(d02 - f02)/us0 - 2*e0*g0/vs0
【０１６３】
導出の過程は省略するが、(γ, Ku, Kv, Du, Dv)は、以下のように計算できる。
γ＝(1/2)*tan-1(n0/m0)
Ku＝(d0*cosγ-f0*sinγ)/us0
Kv＝(e0*sinγ+g0*cosγ)/vs0
Du＝u0+(x0*cosγ - y0*sinγ)/Ku
Dv＝v0+(y0*cosγ + x0*sinγ)/Kv
【０１６４】
ω≠０およびKu＝Kv＝Kの場合について検討する。(Xfj,Yfj)と(Du-Uj,Dv-Vj)の間には、以下の関係がある。
【０１６５】
【数１３】
0006610840.tif 000014
【０１６６】
【数１４】
0006610840.tif 000015
【０１６７】
誤差関数Ｅは、以下のようになる。
Ｅ＝Σ(Xj2 + Yj2) 
- 2*K*Σ(Du - Uj)*(Xj*cos(γ+ω) - Yj*sin(γ+ω))
- 2*K*Σ(Dv - Vj)*(Xj*sin(γ-ω) + Yj*cos(γ-ω))
+ K2*((1+sin(2γ)*sin(2ω))*Σ(Du - Uj)2
+ (1-sin(2γ)*sin(2ω))*Σ(Dv - Vj)2*
- 2*sin(2ω)*Σ(Du - Uj)*(Dv - Vj))            (62)
ここで、式を簡単にするため、以下としている。
Ｋ＝Ｋ/cos(2ω)                    (cm)
【０１６８】
式(62)は、Σを含まない式にすると、以下のようになる。
Ｅ＝N*(xs0+ys0)
- 2N*K*((Du-u0)*r0*cos(φ+γ+ω)+d0*cos(γ+ω)-e0*sin(γ+ω))
- 2N*K*((Dv-v0)*r0*sin(φ+γ-ω)+f0*sin(γ-ω)+g0*cos(γ-ω))
+ N*K2*((1+sin(2γ)*sin(2ω))*((Du-u0)2+us0)
+ (1-sin(2γ)*sin(2ω))*((Dv-v0)2+vs0)
- 2*sin(2ω)*((Du-u0)*((Dv-v0)+ws0))           (62A)
【０１６９】
式(62A)は、式(44B)よりも少し簡単であるが、解析的に解くことはできない。ω≠０およびKu≠Kvの場合と同様に繰り返し計算で解く必要がある。
【０１７０】
実施の形態１の場合と同様に、XjおよびYjを補正したUfjおよびVfjで表される誤差関数Ｅ２を最小化するようにしてもよい。その場合には、XjおよびYjとUfjおよびVfjとの間には、以下の関係がある。
【０１７１】
【数１５】
0006610840.tif 000016
【０１７２】
【数１６】
0006610840.tif 000017
【０１７３】
誤差関数Ｅ２を最小にすることで、直交度ω、位相補正値γ、ＡＺ感度係数ＫuおよびＥＬ感度係数Ｋvを算出する。
Ｅ２＝Σ(Ｋu2*(Ufj - Uj)2 + Ｋv2*(Vfj - Vj)2)              (65)
【０１７４】
式(65)を変形すると、以下となる。
Ｅ２＝Σ(Ku*(Du - Uj) - Xj*cos(γ-ω) + Yj*sin(γ-ω))2 
+ Σ(Kv*(Dv - Vj) - Xj*sin(γ+ω) - Yj*cos(γ+ω))2)
＝Ku2*Σ(Du - Uj)2 + Σ(Xj*cos(γ-ω) - Yj*sin(γ-ω))2
- 2*Ku*Σ(Du - Uj)*(Xj*cos(γ-ω) - Yj*sin(γ-ω))
+ Kv2*Σ(Dv - Vj)2 + Σ(Xj*sin(γ+ω) + Yj*cos(γ+ω))2)
- 2*Kv*Σ(Dv - Vj)*(Xj*sin(γ+ω) + Yj*cos(γ+ω))
＝Ku2*Σ(Du - Uj)2 + Kv2*Σ(Dv - Vj)2
-2*Ku*Σ(Du - Uj)*(Xj*cos(γ-ω) + Yj*sin(γ-ω))
-2*Kv*Σ(Dv - Vj)*(Xj*sin(γ+ω) + Yj*cos(γ+ω))
+ (1+sin(2γ)*sin(2ω))*ΣXj2
+ (1-sin(2γ)*sin(2ω))*ΣYj2
- 2*sin(2ω)*ΣXj*Yj                              (65A)
【０１７５】
Σを使用しない形に式(65A)を変形するために、以下の変数を定義する。
zs0＝Σ(Xj*Yj)/N
式(65A)は、以下のようになる。
Ｅ２＝N*Ku2*((Du-u0)2+us0) + N*Kv2*((Dv-v0)2+vs0)
-2N*Ku*((Du-u0)*r0*cos(φ+γ-ω)+d0*cos(γ-ω)-e0*sin(γ-ω))
-2N*Kv*((Dv-v0)*r0*sin(φ+γ+ω)+f0*sin(γ+ω)+g0*cos(γ+ω))
+N*(1+sin(2γ)*sin(2ω))*xs0
+N*(1-sin(2γ)*sin(2ω))*ys0
-2N*sin(2ω)*zs0                                (65B)
【０１７６】
式(65B)も、式(44B)と同様に∂Ｅ２/∂γ＝０などの式から解析的に解くことはできない。γ、ω、Ｋu、Ｋv、ＤｕおよびＤｖに初期値を与えて、繰り返し計算により修正することで、近似解を計算する。
【０１７７】
以下の誤差関数Ｅ３を最小にすることで、直交度ω、位相補正値γ、ＡＺ感度係数ＫuおよびＥＬ感度係数Ｋvを算出するようにしてもよい。
Ｅ３＝Σ((Ufj - Uj)2 + (Vfj - Vj)2)                    (66)
ここで、誤差関数Ｅ３は、位相補正値γを含む補正パラメータで補正した到来方向誤差(Du-Ufj,Dv-Vfj)と実測値誤差(Du-Uj,Dv-Vj)との差である補正後残差の二乗を誤差計測データ５５について合計した和である。なお、直交度ω、位相補正値γ、ＡＺ感度係数ＫuおよびＥＬ感度係数Ｋvの中で一部の補正パラメータで実測値誤差を補正してもよい。補正パラメータのそれぞれにより実測値誤差および到来方向誤差のうちの一方を補正し、すべての補正パラメータによる補正後の実測値誤差および到来方向誤差の差である補正後残差を計測誤差データについて合計した和が最小になるような補正パラメータを算出すればよい。
【０１７８】
補正値算出部３２Ａが算出した補正パラメータは、データ記憶部３４Ａに記憶させる。記憶させる値は、計算した値そのままである。
【０１７９】
動作を説明する。図２１は、実施の形態２に係るアンテナ制御装置の動作を説明するフローチャートである。実施の形態１の場合の図７と異なる点を説明する。
【０１８０】
Ｓ０７Ａで、補正値算出部３２Ａが、位相補正値γ、直交度ω、ＡＺ感度係数Ｋu、ＥＬ感度係数Ｋvを計算し、データ記憶部３４Ａに記憶する。Ｓ０８Ａで、計算済のγ、ω、Ｋu、Ｋvを、データ記憶部３４Ａに記憶する。追尾受信機８の座標変換部２４では、直交度ωを考慮した補正、あるいは方位角方向と仰角方向で異なる感度係数Ｋu、Ｋvを用いた補正ができないため、追尾受信機８のデータ記憶部２３には記憶させない。
【０１８１】
Ｓ１０Ａで、測角誤差補正部３９が、位相補正値γ、直交度ω、ＡＺ感度係数Ｋu、ＥＬ感度係数Ｋvを考慮して、測角誤差信号ＸおよびＹを補正して測角誤差信号ＸmおよびＹmを出力する。追尾制御部３３Ａが、測角誤差信号ＸmおよびＹmを軌道予測値に加えた指令値を算出して、アンテナ駆動制御部２７に出力する。
【０１８２】
追尾動作中に発振が発生した場合の動作は、実施の形態１の場合と同様である。ただし、更新する位相補正値γなどは、新たに計算された値をそのままデータ記憶部３４Ａに格納する。追尾受信機８が有するデータ記憶部２３に格納されている値は、変更しない。
【０１８３】
Ｓ１２Ａで、発振原因決定部３７Ａが、誤差計測データ生成部３１および補正値算出部３２Ａを複数回動作させ、複数個の位相補正値γ、ＡＺ感度係数ＫuおよびＥＬ感度係数Ｋvを計算する。
【０１８４】
Ｓ１３Ａで、位相ずれに起因する発振かどうかをチェックする。位相ずれに起因する発振と判断する条件は、例えば、計算した複数の位相補正値γから測角誤差補正部３９で使用するγを減算した値がゼロ度を含まない決められた幅以内の範囲にあるかどうかとする。
【０１８５】
Ｓ１４Ａで、補正値更新部３８Ａが、新たに計算した位相補正値γをデータ記憶部３４に記憶させる。実施の形態２では追尾受信機８Ａが出力する測角誤差信号は位相補正値γにより補正されていないので、補正値算出部３２Ａが計算した位相補正値γをそのまま記憶させればよい。
【０１８６】
Ｓ１５Ａで、感度ずれに起因する発振かどうかをチェックする。感度ずれに起因する発振と判断する条件は、例えば、計算した複数のＡＺ感度係数Ｋuを測角誤差補正部３９で使用するＫuで除算した値が１を含まない決められた幅以内の範囲にある場合、または計算した複数のＥＬ感度係数Ｋvを測角誤差補正部３９で使用するＫvで除算した値が１を含まない決められた幅以内の範囲にある場合である。
【０１８７】
ステップＳ１６Ａで、補正値更新部３８Ａが、新たに計算したＡＺ感度係数ＫuとＥＬ感度係数Ｋｖをデータ記憶部３４に記憶させる。
【０１８８】
補正値算出部３２Ａは、直交度ωと感度係数を方位角方向と仰角方向とで異なるような補正パラメータを算出する。３個の例で、補正値算出部３２Ａが算出する補正パラメータについて説明する。
【０１８９】
１つ目の例は図８から図１０に示す場合で、補正値算出部３２Ａが算出する結果は、以下のようになる。
直交度ω＝０．２６°
位相補正値γ＝３９．６７°
ＡＺ感度係数Ｋu＝０．８９５
ＥＬ感度係数Ｋv＝０．９８１
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝−０．００２７０°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝０．００２６０°
【０１９０】
補正パラメータ(ω,γ,Ｋu,Ｋv,Ｄu,Ｄv)を用いて測角誤差ベクトルＶsjを補正した補正後測角誤差ベクトルＶajを、図２２に示す。図１０に示すＶajよりも、ＶajがＶsjに近くなっている。
【０１９１】
２つ目の例は図１１から図１３に示す場合で、補正値算出部３２Ａが算出する結果は、以下のようになる。
直交度ω＝２．９５°
位相補正値γ＝４０．８８°
ＡＺ感度係数Ｋu＝０．９００
ＥＬ感度係数Ｋv＝０．９７６
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０．０５３８３°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝０．０３５４０°
【０１９２】
補正パラメータ(ω,γ,Ｋu,Ｋv,Ｄu,Ｄv)を用いて測角誤差ベクトルＶsjを補正した補正後測角誤差ベクトルＶajを、図２３に示す。図１３に示すＶajよりも、ＶajがＶsjに近くなっている。
【０１９３】
３個目の例を、図２４から図２６に示す。３個目の例では、シミュレーション条件は以下であるとする。図２４から図２６は、図８から図１０と同様に表現する。
直交度ω＝−１０°
位相補正値γ＝１８０°
ＡＺ感度係数Ｋu＝１
ＥＬ感度係数Ｋv＝１
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０．０５°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝０．０３°
【０１９４】
補正値算出部３２Ａが算出する結果は、以下のようになる。
直交度ω＝−１１．７８°
位相補正値γ＝１８１．０１°
ＡＺ感度係数Ｋu＝０．９６４
ＥＬ感度係数Ｋv＝１．０４２
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０．０４３６８°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝０．０２１８１°
【０１９５】
図２４では、予測値誤差が存在するので、Ｈjの軌跡とＶsjの軌跡が離れている。補正後測角誤差ベクトルＶajはＶsjに近くなる。
【０１９６】
図２７は、比較例として、実施の１に係るアンテナ制御装置で算出した位相補正値および感度係数で補正した測角誤差信号の軌跡を示す図である。直交度を考慮していないため、ＶajとＶsjとが図２６よりも少し離れている。
【０１９７】
実施の形態２では、直交度、ＡＺ感度係数およびＥＬ感度係数も考慮するので、実施の形態１の場合よりもより精度よく測角誤差信号を補正する補正パラメータを算出できる。
【０１９８】
この実施の形態２でも、差信号の信号対雑音比が悪い場合でも正確に位相補正値や感度係数を計算できるので、測角誤差信号を適切に補正して従来よりも精度よく通信相手を追尾できる。
【０１９９】
補正値算出部３２Ａは、補正パラメータ(ω,γ,Ｋu,Ｋv)を算出したが、γを含む１個から３個までの補正パラメータを算出してもよい。なお、γとＫu＝Ｋv＝Ｋを算出する場合は、２個の補正パラメータを算出することになる。感度係数ＫuおよびＫvを算出しない場合は、感度係数ＫuおよびＫvは予め設定されている値または１を使用する。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。
【０２００】
実施の形態３．
実施の形態３は、校正塔（コリメーション）を使用して予め位相・感度を調整しておく場合である。そうすることで、ロケットなどの移動物体を追尾する場合で移動物体の軌道予測値が無い、あるいは軌道予測値の精度が悪い場合にも追尾できるようになる。図２８は、この発明の実施の形態３に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。図２９は、実施の形態３に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【０２０１】
図２８および図２９について、実施の形態１の場合の図１および図４と異なる点を説明する。アンテナシステム１００Ｂは、校正塔７１を有する。校正塔７１は、決められた周波数の電波１１Ｂを放射する。校正塔７１が放射する電波１１Ｂをアンテナ１が受信できる位置に、校正塔７１は設置されている。校正塔７１は、アンテナ１に対して決められた位置の地上に設置された、電波を放射する試験電波源である。校正塔７１は、補正パラメータを算出する誤差計測データを取得するためにプログラム追尾する間の一時的な通信相手である。
【０２０２】
移動物体１０Ｂの軌道予測値は存在しない。そのため、アンテナ制御装置９Ｂは、軌道予測値データ生成部２６を有しない。プログラム制御部２８Ｂおよび補正値算出部３２Ｂを変更している。データ記憶部３４Ｂは変更シナリオ５４Ｂを有する。変更シナリオ５４Ｂは、実施の形態１とは異なるようにアンテナ１の指向方向を変更するシナリオである。
【０２０３】
プログラム制御部２８Ｂは、校正塔７１を基準にアンテナ１の指向方向を決められた最大角度差以内の範囲で変化させる。図３０は、実施の形態３に係るアンテナ制御装置がプログラム追尾する際の指向方向を変化させる軌跡の１例を示す図である。アンテナ１が校正塔７１と正対する方向を、基準天球点Ｇ０＝(0, 0)とする。アンテナ１の指向方向を、Ｕ方向に時計回りと反時計回りにオフセット角度Δθだけ変化させる。すなわち、Ｇ１＝(Δθ, 0)およびＧ２＝(-Δθ, 0)に指向方向を変更する。さらに、Ｖ方向に増加方向と減少方向にΔθだけ変化させる。すなわち、Ｇ３＝(0, Δθ)およびＧ４＝(0, -Δθ)に指向方向を変更する。Ｇｊ(j＝1,2,3,4)では、決められた時間以上は静止させる。オフセット角度Δθは、感度係数が線形の領域に存在するように決められる。線形の領域は、|Δθ|がアンテナビーム半値幅の例えば０．２５程度以下の領域とする。
【０２０４】
校正塔７１とアンテナ１は、どちらも地上に設置されるので、アンテナ１の仰角はゼロに近い状態でアンテナ１の指向方向が変更される。したがって、Ｕ方向のオフセット角度Δθをそのまま方位角の指令値の変化分としてよい。
【０２０５】
誤差計測データ生成部３１は、Ｇｊ(j＝1,2,3,4)に静止してアンテナ１の指向方向の実測値が指令値に一致した状態で、誤差計測データ５５を生成する。ここで、Ｇｊ(j＝1,2,3,4)に対して、測角誤差信号（Xj, Yj）が計測されるとする。
【０２０６】
補正値算出部３２Ｂが、位相補正値γ、ＡＺ感度係数Ｋu、ＥＬ感度係数Ｋvおよび直交度ωを、以下のように算出する。Ｕ軸上のＧ１とＧ２に対する測角誤差信号(X1,Y1)と(X2,Y2)との関係を図３１に示す。Ｖ軸上のＧ３とＧ４に対する測角誤差信号(X3,Y3)と(X4,Y4)との関係を図３２に示す。
α1＝tan-1((Y1-Y2)/(X1-X2))                                  (67)
α2＝tan-1((X3-X4)/(Y3-Y4))                                  (68)
γ＝(α1+α2)/2                                            (69)
ω＝(α1-α2)/2                                              (70)
Ｋu＝√((X1-X2)2+(Y1-Y2)2)*cos(2ω)/2/Δθ                    (71)
Ｋv＝√((X3-X4)2+(Y3-Y4)2)*cos(2ω)/2/Δθ                    (72)
Du＝-((X1+X2+X3+X4)*cos(ω-γ)+(Y1+Y2+Y3+Y4)*sin(ω-γ))/4/Ku (73)
Dv＝-((X1+X2+X3+X4)*sin(ω+γ)+(Y1+Y2+Y3+Y4)*cos(ω+γ))/4/Kv (74)
【０２０７】
Ｕ軸とＶ軸は、基準天球点Ｇ０を基準として、天球上の直交する第１の方向と第２の方向である。第１の方向であるＵ軸上の２個の天球点Ｇ１とＧ２には、決められた時間だけ指向方向が静止する。第２の方向であるＶ軸上の２個の天球点Ｇ３とＧ４には、決められた時間だけ指向方向が静止する。補正値算出部３２Ｂは、天球点Ｇ１とＧ２で計測された誤差計測データの間の式と、天球点Ｇ３とＧ４で計測された誤差計測データの間の式とを用いて少なくとも位相補正値γを算出する。
【０２０８】
動作を説明する。アンテナを自動駆動するタイムシーケンス例を図３３に示す。本例のようにオーバシュートをしないサーボ型のアンテナ駆動制御部２７を使用する場合には、データ取得が容易になる。本例では、１個の天球点にアンテナ１が指向する時間を７秒、データ取得時間を３秒、データサンプリング時間を０．１秒にしている。データを取得する期間は、１個の天球点を指向する７秒の期間の中の終了までの３秒である。３秒のデータ取得時間で取得したデータを平均化した値に対して、式(71)から式(76)に示す方法で補正パラメータ(ω, γ, Ku, Kv, Du, Dv)を算出する。
【０２０９】
図３４に、測角誤差信号ＸおよびＹのシミュレーション結果を示す。図３４では、各計測値にはノイズが重畳していないとする。測角誤差信号Ｘを太実線で表し、測角誤差信号Ｙを実線で表す。
【０２１０】
シミュレーション条件を以下とする。
アンテナビーム半値幅（ビーム幅）＝０．２°
オフセット角度Δθ＝０．０５５°
直交度ω＝−５°
位相補正値γ＝４３°
ＡＺ感度係数＝１．２
ＥＬ感度係数＝０．８５
Ｕ方向予測値誤差＝０．０５°
Ｖ方向予測値誤差を−０．０３°
【０２１１】
図３４の場合で、補正値算出部３２Ｂが算出する結果は、以下のようになる。ノイズが存在していないので、設定した条件に等しい値が正しく計算できている。実施の形態２の補正値計算部３２Ａでも同じ結果が得られる。なお、補正値計算部３２Ａでは、アンテナの指向方向が変化している時も含めた期間中の全データを使用する。補正値計算部３２Ａでの初期値は、補正値算出部３２Ｂが算出した補正パラメータとする。
直交度ω＝−５．００°
位相補正値γ＝４３．００°
ＡＺ感度係数Ｋu＝１．２００
ＥＬ感度係数Ｋv＝０．８５０
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０．０５０００°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝―０．０３０００°
【０２１２】
測角誤差信号に重畳するノイズをガウス乱数で近似し、その大きさは実効値で０．０１°rmsとした場合での、測角誤差信号のシミュレーション結果を、図３５に示す。アンテナ１の指向方向の実測値には、ノイズを重畳させない。図３５では、ノイズがオフセット角度の１８％程度である。
【０２１３】
図３５の場合で、実施の形態３の補正値算出部３２Ｂが算出する結果は、以下のようになる。
（実施の形態３の補正値算出部３２Ｂの算出結果）
直交度ω＝−５．６２°
位相補正値γ＝４３．８０°
ＡＺ感度係数Ｋu＝１．１８８
ＥＬ感度係数Ｋv＝０．８２０
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０．０４９９８°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝―０．０３０４７°
【０２１４】
実施の形態２の補正値算出部３２Ａが算出する結果は、以下のようになる。
（実施の形態２の補正値算出部３２Ａの算出結果）
直交度ω＝−５．５１°
位相補正値γ＝４３．９６°
ＡＺ感度係数Ｋu＝１．１９２
ＥＬ感度係数Ｋv＝０．８４６
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０．０４９８１°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝―０．０２９１５°
【０２１５】
補正値算出部３２Ｂも補正値算出部３２Ａも、ノイズが存在する場合でも、かなり正確に位相補正値γなどを算出できている。
【０２１６】
ノイズの大きさを０．１°rmsとした場合での、測角誤差信号のシミュレーション結果を、図３６に示す。図３６では、ノイズがオフセット角度Δθの１８０％程度である。
【０２１７】
図３６の場合で、実施の形態３の補正値算出部３２Ｂが算出する結果は、以下のようになる。
（実施の形態３の補正値算出部３２Ｂの算出結果）
直交度ω＝−１３．７７°
位相補正値γ＝５３．７０°
ＡＺ感度係数Ｋu＝１．０１９
ＥＬ感度係数Ｋv＝０．５５１
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０．０５１０１°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝―０．０３７０°
【０２１８】
実施の形態２の補正値算出部３２Ａが算出する結果は、以下のようになる。
（実施の形態２の補正値算出部３２Ａの算出結果）
直交度ω＝−１０．００°
位相補正値γ＝５２．６１°
ＡＺ感度係数Ｋu＝１．１０６
ＥＬ感度係数Ｋv＝０．８２５
Ｕ方向予測値誤差Ｄu＝０．０４６５９°
Ｖ方向予測値誤差Ｄv＝―０．０２１３５°
【０２１９】
図３６では図３５に比較してノイズが１０倍になっている。補正値算出部３２Ｂと補正値算出部３２Ａはどちらも、アンテナサーボ系が発振しない補正パラメータを算出しており、ノイズに強い方法といえる。
【０２２０】
実施の形態３では、校正塔（コリメーション）で自動的に位相調整および感度調整ができる。人による誤操作を防止でき、作業効率を向上させることができる。
【０２２１】
線形領域に存在する４点で算出した補正パラメータは、非線形領域でも有効に使用できる。図３７から図４２を使用して、そのことを説明する。図３７に、方位角を変更した場合の位相補正値などの補正パラメータで補正していない測角誤差信号を示す。図３８は、仰角を変更した場合の補正していない測角誤差信号を示す図である。図３９は、補正に使用する線形範囲にある４点の測角誤差信号を示す図である。
【０２２２】
図３９は、以下のような測定結果である場合である。
Δθ＝０．０５°、
Ｘ１＝０．０５６°、Ｙ１＝−０．０１３°
Ｘ２＝０．０４６°、Ｙ２＝０．０１３°
Ｘ３＝０．０１８°、Ｙ３＝０．０４６°
Ｘ４＝−０．０２１°、Ｙ４＝−０．０４５°
【０２２３】
補正値算出部３２Ｂは、以下のように算出する。
α1＝１４．５°
α2＝２３．２°
γ＝１８．８°
ω＝−４．４°
Ｋu＝１．０４
Ｋv＝０．９７
Du＝−０．００１６°
Dv＝−０．０００８°
【０２２４】
補正値算出部３２Ｂが算出したパラメータで補正すると、図４０に示すように４点の測角誤差信号が得られる。図４０では、測角誤差信号ＸがＵ軸上に存在し、測角誤差信号ＹがＶ軸上に存在する。正しく補正できていることが分る。
【０２２５】
図４１に、方位角を変更した場合の補正した測角誤差信号を示す。図４２は、仰角を変更した場合の補正した測角誤差信号を示す図である。非線形領域でもほぼ正確に補正できていることが分かる。図４１と図４２に示すシミュレーション結果は、４点で算出した位相、直交度、感度係数を使って非線形領域まで含めて補正でき、校正塔（コリメーション）を使う自動調整は、４点のデータで十分であることを示している。
【０２２６】
変形例として基準天球点Ｇ０でも誤差計測データ５５を生成し、Ｇｊ(j＝0,1,2,3,4)から位相補正値γなどを計算してもよい。そのような変形例の補正値算出部３２Ｃでは、例えば以下のようにして算出する。
α1＝(1/2)*tan-1((Y1-Y2)/(X1-X2))
+(1/4)*tan-1((Y1-Y0)/(X1-X0))+(1/4)*tan-1((Y2-Y0)/(X2-X0))
α2＝((1/2)*tan-1((X3-X4)/(Y3-Y4))
+(1/4)*tan-1((Y3-Y0)/(X3-X0))+(1/4)*tan-1((Y4-Y0)/(X4-X0))
γ＝(α1+α2)/2
ω＝(α1-α2)/2
Ｋu＝(cos(2ω)/4/Δθ)
*(√((X1-X2)2+(Y1-Y2)2)+√((X1-X0)2+(Y1-Y0)2)
+√((X2-X0)2+(Y2-Y0)2))
Ｋv＝(cos(2ω)/4/Δθ)
*(√((X3-X4)2+(Y3-Y4)2)+√((X3-X0)2+(Y3-Y0)2)
+√((X4-X0)2+(Y4-Y0)2))
Du＝-((4*X0+3*(X1+X2+X3+X4))*cos(ω-γ)
+(4*Y0+3*(Y1+Y2+Y3+Y4))*sin(ω-γ))/16/Ku
Dv＝-((4*X0+3*(X1+X2+X3+X4))*sin(ω+γ)
+(4*Y0+3*(Y1+Y2+Y3+Y4))*cos(ω+γ))/16/Kv
【０２２７】
Ｕ軸上に３点よりも多く誤差計測データ５５を生成する天球点を設定し、実施の形態１と同様に補正後残差の二乗和が最小になるようにα1などを決めてもよい。Ｖ軸上に３点よりも多く誤差計測データ５５を生成する天球点を設定し、実施の形態１と同様に補正後残差の二乗和が最小になるようにα2などを決めてもよい。Ｕ軸上またはＶ軸上ではない箇所に誤差計測データ５５を生成する天球点を設定し、実施の形態１と同様に誤差計測データ５５を生成する全天球点を同時に考慮してγ、ωなどを計算してもよい。
【０２２８】
この実施の形態３でも、差信号の信号対雑音比が悪い場合でも正確に位相補正値や感度係数を計算できるので、測角誤差信号を適切に補正して従来よりも精度よく通信相手を追尾できる。
【０２２９】
実施の形態４．
実施の形態４は、差信号の信号強度がアンテナ制御装置に入力され、差信号の信号強度に応じてオフセット角度Δθを変更する場合である。ここでは、実施の形態２を変更した場合を示すが、実施の形態１でも同様に適用できる。図４３は、この発明の実施の形態４に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。追尾受信機８Ｃは、差信号の信号強度（差信号レベルＲ）も出力する。
【０２３０】
図４４は、実施の形態４に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２の場合の図１９と異なる点を説明する。アンテナシステム１００Ｃが有するアンテナ制御装置９Ｃは、オフセット角度算出部４０を有する。オフセット角度算出部４０は、差信号レベルＲに応じてオフセット角度Δθを変更する。差信号レベルＲが小さい場合は、下限値以上の信号強度が得られるように、オフセット角度Δθを大きくする。データ記憶部３４Ｃも変更している。データ記憶部３４Ｃは、標準オフセット角度５７、オフセット角度５８も有するように変更している。変更シナリオ５４Ｅは、オフセット角度５８を使用して指向方向の指令値を変化させるシナリオである。プログラム制御部２８Ｃは、可変のオフセット角度Δθでプログラム制御する。
【０２３１】
標準オフセット角度５７は、差信号レベルＲが十分に大きい場合にオフセット角度Δθとして使用する角度である。オフセット角度５８は、差信号レベルＲに応じてオフセット角度算出部４０が算出したオフセット角度である。
【０２３２】
オフセット角度算出部４０の機能を説明するために、以下の変数を定義する。
Δθ0：標準オフセット角度。
Δθmax：オフセット角度Δθの上限値。例えば、アンテナ１の半値幅の６０％程度とする。
Ｒ：差信号レベル。
Ｒmin：差信号レベルＲに対する下限値。
Ｓ：受信レベル。
Ｓmin：受信レベルＳに対する下限値。
fr(Δθ,Ｒ)：オフセット角度Δθに対して差信号レベルＲを予測する関数。Δθの増加に対して、Ｒは増加する。
fs(Δθ,Ｓ)：オフセット角度Δθに対して受信レベルＳを予測する関数。Δθの増加に対して、Ｓは減少する。
【０２３３】
ここで、fr(Δθ,Ｒ)とfs(Δθ,Ｓ)は、アンテナパターンを例えばガウス関数で近似するなどして導出した関数である。標準オフセット角度Δθ0は、差信号レベルＲが下限値Ｒminである場合に、Ｎ個の誤差計測データから算出する補正パラメータの算出精度が必要な精度以上になるように決められる。
【０２３４】
オフセット角度算出部４０は、差信号レベＲおよび受信レベルＳに応じて、以下のようにオフセット角度を算出する。
(a) Ｒ≧Ｒminである場合は、Δθ＝Δθ0とする。Δθ0で十分な差信号レベルＲが得られている。
(b)Ｓ≦Ｓminである場合は、Δθ＝Δθ0とする。受信レベルＳが悪く、さらに受信レベルを低下させることが許容できない。
(c) Ｒ＜Ｒmin、かつＳ＞Ｓminの場合は、Ｓ≧Ｓmin、かつＲ≧Ｒmin、かつΔθ≦Δθmaxを満足するΔθを決定する。なお、条件を満足する場合には、Δθは小さい方が望ましい。すべての条件を満足するΔθが求められない場合は、Ｓ≧Ｓminを最優先して、Δθ≦Δθmax、Ｒ≧Ｒminの優先順位で、できるだけ多くの条件を満足するようにΔθを決める。
【０２３５】
(c) Ｒ＜Ｒmin、かつＳ＞Ｓminの場合は、以下のようにさらに場合分けして決める。
(c1) fs(Δθmax,Ｓ)≧Ｓmin、かつfr(Δθmax,Ｒ)＜Ｒminとなる場合は、Δθ＝Δθmaxと決める。受信レベルＳが十分に大きく、Δθ＝Δθmaxにできる。しかし、差信号レベルＲが悪く、Δθ＝ΔθmaxとしてもＲ＝Ｒminとすることはできない。できるだけＲが大きくなるようにΔθ＝Δθmaxとする。
(c2) fs(Δθmax,Ｓ)≧Ｓmin、かつfr(Δθmax,Ｒ)≧Ｒminとなる場合は、fr(Δθ,Ｒ)≧ＲminとなるΔθをΔθrとして、Δθmax≧Δθ≧Δθrの範囲でΔθを決める。受信レベルＳが十分に大きく、差信号レベルＲが下限値Ｒmin以上になることだけを考慮してΔθを決める。
(c3) fs(Δθ,Ｓ)＝ＳminとなるΔθ（ただし、Δθ＜Δθmax）をΔθsとして、fr(Δθs,Ｒ)≧Ｒminの場合は、fr(Δθ,Ｒ)＝ＲminとなるΔθをΔθrとして、Δθs≧Δθ≧Δθrの範囲内でΔθを決める。
(c4) fr(Δθs,Ｒ)＜Ｒminの場合は、Δθ＝Δθsと決める。受信レベルＳが下限値以上の範囲で、差信号レベルＲをできるだけ大きくする。
【０２３６】
上記においてΔθに対して範囲を指定する場合では、範囲内で最小のΔθを決めるようにしてもよい。差信号レベルＲや受信レベルＳを複数の範囲に区切って、各範囲で条件を満足するように決めたΔθを使用するようにしてもよい。
【０２３７】
図４５を参照して、動作を説明する。図４５は、実施の形態４に係るアンテナ制御装置の動作を説明するフローチャートである。実施の形態１の場合の図７と異なる点を説明する。
【０２３８】
ステップＳ０６Ｃの前にステップＳ２１を追加している。Ｓ２１では、オフセット角度算出部４０が受信レベルＳと差信号レベルＲとに基づき、オフセット角度Δθを決定する。Ｓ０６Ｃでは、オフセット角度Δθを使用する変更シナリオ５４Ｃにしたがい、アンテナの指向方向を変化させる。
【０２３９】
差信号レベルＲに応じてオフセット角度Δθを決めるので、必要以上に受信レベルＳを低下させることなく、実施の形態２の場合よりも差信号の信号強度が大きい状態で、位相補正値γなどの補正パラメータを算出できる。
【０２４０】
差信号レベルＲに基づきオフセット角度Δθを決めることは、ノイズのレベルが一定であるならば、信号対雑音比（ＳＮ比）に応じてオフセット角度Δθを決めることと等価である。差信号レベルＲではなく、差信号のＳＮ比に基づきオフセット角度Δθを決めてもよい。オフセット角度算出部は、差信号の信号強度または信号対雑音比が下限値以上になるようにオフセット角度Δθを決める変更基準角決定部である。
【０２４１】
実施の形態５．
実施の形態５は、差信号のＳＮ比がアンテナ制御装置に入力され、差信号のＳＮ比に応じてプログラム追尾する期間の長さを変更する場合である。図４６は、この発明の実施の形態５に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。追尾受信機８Ｄは、差信号のＳＮ比Ｚをアンテナ制御装置９Ｄに出力する。図４７は、実施の形態５に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図ある。実施の形態２の場合の図１９と異なる点を説明する。
【０２４２】
アンテナシステム１００Ｄが有するアンテナ制御装置９Ｄは、プログラム動作期間設定部４１を有する。プログラム動作期間とは、変更シナリオにしたがって指向方向の指令値を変化させる期間である。プログラム動作期間設定部４１は、差信号のＳＮ比に応じてプログラム動作期間の長さを変更する。プログラム動作期間設定部４１は、差信号のＳＮ比が下限値以下の場合に、プログラム動作期間を長くする。プログラム制御部２８Ｄは、可変のプログラム動作時間でプログラム制御する。
【０２４３】
プログラム動作期間は、補正値算出部３２Ａが算出する補正パラメータの算出精度が決められた精度以上になるように設定される。その理由は、誤差を有する信号の平均を最小にする値は、元の信号よりもＳＮ比が改善するからである。元の信号のＳＮ比をＺとすると、β個の信号の平均値のＳＮ比は、Ｚ*√(β)になる。１変数のβ個のデータに対して二乗誤差が最少になる値は、β個のデータの平均値である。多変数の二乗誤差を最少にする変数値のＳＮ比も、Ｚ*√(β)になると考えられる。
【０２４４】
データ記憶部３４Ｄも変更している。データ記憶部３４Ｄは、標準プログラム動作時間５９、プログラム動作時間６０も有する。変更シナリオ５４Ｄは、プログラム動作時間６０を使用して指向方向の指令値を変化させるシナリオである。標準プログラム動作時間５９は、差信号レベルＲが十分に大きい場合に変更シナリオ５４Ｄにしたがってプログラム追尾する期間の長さ（プログラム動作時間）である。プログラム動作時間６０は、プログラム動作期間設定部４１が設定したプログラム動作時間である。変更シナリオ５４Ｄにしたがって動作中に決められた時間間隔で誤差計測データ５３を生成する。変更シナリオ５４Ｄにしたがって動作中に生成される誤差計測データの数は、プログラム動作時間に比例することになる。プログラム動作時間を決めることは、補正値算出部で使用する誤差計測データの数Ｎを決めることになる。
【０２４５】
プログラム動作期間設定部４１の機能を説明するために、以下の変数を定義する。
Ｔs：プログラム動作時間。
Ｔs0：標準プログラム動作時間。
Ｔmax：プログラム動作時間の上限値。
Ｚ：差信号のＳＮ比。
Ｚmin：差信号のＳＮ比に対する下限値。
【０２４６】
標準プログラム動作時間Ｔs0での誤差計測データの数Ｎは、差信号のＳＮ比Ｚが下限値Ｚminである場合に、Ｎ個の誤差計測データから算出する補正パラメータの算出精度が必要な精度以上になるように決められる。
【０２４７】
プログラム動作期間設定部４１は、差信号のＳＮ比Ｚに応じて、以下のようにプログラム動作時間Ｔsを設定する。
(a) Ｚ≧Ｚminである場合は、Ｔs＝Ｔs0とする。Ｔs0で十分な差信号のＳＮ比Ｚが得られている。
(b) Ｚ＜Ｚminである場合は、Ｔs＝min(Ｔs0*√(Ｚmin/Ｚ), Ｔmax)とする。ただし、Ｔsを何１０分にすることは実際的でないので、上限Ｔmaxまでとする。
【０２４８】
差信号のＳＮ比の範囲ごとにプログラム動作時間Ｔsを設定してもよい。補正パラメータの算出精度が決められた精度以上になるようになるように、かつ、ＳＮ比の増加に対して単調非減少になるように範囲ごとのＴsを決めてもよい。
【０２４９】
図４８を参照して、動作を説明する。図４８は、実施の形態５に係るアンテナ制御装置の動作を説明するフローチャートである。実施の形態４の場合の図４５と異なる点を説明する。
【０２５０】
ステップＳ２１Ｄでは、プログラム動作期間設定部４１が差信号のＳＮ比Ｚに基づき、プログラム動作時間Ｔsを設定する。Ｓ０６Ｄでは、プログラム動作時間Ｔsを使用する変更シナリオにしたがい、アンテナの指向方向の指令値を変化させる。
【０２５１】
差信号のＳＮ比Ｚに応じてプログラム動作時間Ｔsを決めるので、補正パラメータの算出精度が決められた精度以上で、位相補正値γなどの補正パラメータを算出できる。
【０２５２】
差信号のＳＮ比ではなく信号強度が下限値未満の場合に、プログラム動作時間Ｔsを決めてもよい。プログラム動作期間設定部は、差信号の信号強度または信号対雑音比が閾値よりも低い場合に信号強度または信号対雑音比の減少に対して単調非減少になるようにプログラム動作時間を決めるデータ数決定部である。
【０２５３】
実施の形態６．
実施の形態６は、差信号レベルがアンテナ制御装置に入力され、差信号レベルに応じてオフセット角度とプログラム追尾する期間の長さを変更する場合である。オフセット角度とプログラム追尾する期間の長さを変更することで、どちらか一方だけを変更する場合では補正値算出部３２Ａが算出する補正パラメータの算出精度が決められた精度以上にできない場合でも、決められた精度以上できるようになる。図４９は、この発明の実施の形態６に係るアンテナ制御装置を含むアンテナシステムの構成を示す図である。追尾受信機８Ｃは、差信号レベルＲをアンテナ制御装置９Ｄに出力する。図５０は、実施の形態６に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図ある。実施の形態４の場合の図４４と異なる点を説明する。
【０２５４】
アンテナシステム１００Ｅが有するアンテナ制御装置９Ｅは、プログラム動作期間設定部４１Ｅを有する。プログラム動作期間設定部４１Ｅは、差信号レベルＲに応じてプログラム動作期間の長さを変更する。プログラム動作期間設定部４１Ｅは、差信号レベルＲが下限値以下の場合に、差信号レベルＲが下限値以上になるようにプログラム動作期間を長くする。データ記憶部３４Ｅは、標準プログラム動作時間５９、プログラム動作時間６０も有する。変更シナリオ５４Ｅは、オフセット角度５８およびプログラム動作時間６０を使用して指向方向の指令値を変化させるシナリオである。オフセット角度算出部４０Ｅも変更している。プログラム制御部２８Ｅは、可変のオフセット角度Δθで可変のプログラム動作時間Ｔsでプログラム制御する。
【０２５５】
標準オフセット角度Δθ0および標準プログラム動作時間Ｔs0での誤差計測データの数Ｎは、差信号レベルＲが下限値Ｒminである場合に、Ｎ個の誤差計測データから算出する補正パラメータの算出精度が必要な精度以上になるように決められる。
【０２５６】
プログラム動作時間Ｔsを長くすることを優先的に適用し、補正パラメータの算出精度が決められた精度以上にできない場合に、オフセット角度Δθを変更する場合で、プログラム動作期間設定部４１Ｅでのプログラム動作時間Ｔsの決め方を説明する。プログラム動作時間Ｔsを長くすることは、受信レベルＳの低下を伴わないので、受信レベルＳを低下させないことを優先する場合は、プログラム動作時間Ｔsを長くすることを先に処理することが望ましい。
【０２５７】
プログラム動作期間設定部４１Ｅは、差信号レベルＲに応じて、以下のようにプログラム動作時間Ｔsを設定する。
(a) Ｒ≧Ｒminである場合は、Ｔs＝Ｔs0とする。Ｔs0で十分な差信号レベルＲが得られている。
(b) Ｒ＜Ｒminである場合は、Ｔs＝min(Ｔs0*√(Ｒmin/Ｒ), Ｔmax)とする。
【０２５８】
Ｒ*√(Ｔs/Ｔs0)をＲとして、オフセット角度算出部４０Ｅは、オフセット角度算出部４０と同様に動作する。
【０２５９】
オフセット角度Δθを先に決める場合には、オフセット角度算出部４０Ｅは、オフセット角度算出部４０と同様に動作する。プログラム動作期間設定部４１Ｅは、fr(Δθ,Ｒ)で予測されるＲを使用して、プログラム動作時間Ｔsを先に決める場合と同様に動作する。
【０２６０】
オフセット角度Δθにより、差信号レベルＲ≧Ｒminとなる場合は、Ｔs＝Ｔs0とする。そうでない場合は、Ｔs＝min(Ｔs0*√(Ｒmin/Ｒ), Ｔmax)とする。
【０２６１】
図５１を参照して、動作を説明する。図５１は、実施の形態５に係るアンテナ制御装置の動作を説明するフローチャートである。実施の形態５の場合の図４８と異なる点を説明する。
【０２６２】
ステップＳ２１Ｅでは、プログラム動作期間設定部４１Ｅが差信号レベルＲに基づき、プログラム動作時間Ｔsを設定し、オフセット角度算出部４０Ｅが受信レベルＳと差信号レベルＲとに基づき、オフセット角度Δθを決定する。ただし、差信号レベルＲは、プログラム動作時間Ｔsを考慮した値とする。
【０２６３】
Ｓ０６Ｅでは、オフセット角度Δθとプログラム動作時間Ｔsを使用する変更シナリオにしたがい、アンテナの指向方向の指令値を変化させる。
【０２６４】
差信号レベルＲに応じてオフセット角度Δθとプログラム動作時間Ｔsを決めるので、必要以上に受信レベルＳを低下させることなく、実施の形態２の場合よりも差信号のＳＮ比がよい状態で、位相補正値γなどの補正パラメータを算出できる。
【０２６５】
本発明はその発明の精神の範囲内において各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。
【符号の説明】
【０２６６】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ：アンテナシステム、
１：アンテナ、
２：アンテナ架台、
３：アンテナ駆動部、
４：給電装置、
５：和信号増幅変換器、
６：差信号増幅変換器、
７：信号受信機、
８：追尾受信機（測角処理部）、
９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ：アンテナ制御装置（制御装置）、
１０、１０Ｂ：移動物体、
１１、１１Ｂ：電波、
１２：指向方向計測部
１３：仰角架台
１４：方位角架台
１５：基礎部
１６：仰角駆動部
１７：方位角駆動部
１８：和信号ＡＧＣ回路、
１９：差信号ＡＧＣ回路、
２０：９０度移相器、
２１：Ｉ信号検波器、
２２：Ｑ信号検波器、
２３：データ記憶部、
２４：座標変換部、
２５：インタフェース部、
２６：軌道予測値データ生成部、
２７：アンテナ駆動制御部、
２８、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、２８Ｅ：プログラム制御部、
２９：切替スイッチ、
３０：モード判断部
３１：誤差計測データ生成部、
３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ：補正値算出部、
３３、３３Ａ、３３Ｂ：追尾制御部、
３４、３４Ａ、３４Ｃ、３４Ｄ、３４Ｅ：データ記憶部、
３５：インタフェース部、
３６：発振検出部、
３７、３７Ａ：発振原因決定部（位相ずれ検出部、感度ずれ検出部）、
３８：補正値更新部（位相補正値更新部、感度係数更新部）、
３９：測角誤差補正部、
４０、４０Ｅ：オフセット角度算出部、
４１、４１Ｅ：プログラム動作期間設定部
５１：位相補正値
５２：感度係数
５２Ａ：ＡＺ感度係数（方位角感度係数）
５２Ｂ：ＥＬ感度係数（仰角感度係数）
５３：軌道予測値データ
５４：変更シナリオ
５５：誤差計測データ
５６：直交度、
５７：標準オフセット角度
５８：オフセット角度（変更基準角）
５９：標準プログラム動作期間
６０：プログラム動作期間
７１：校正塔（試験電波源）
８１：方位角の実測値
８２：方位角のサーボ系の追従誤差
８３：仰角の実測値
８４：仰角のサーボ系の追従誤差
【図１】
0006610840.tif 000018
【図２】
0006610840.tif 000019
【図３】
0006610840.tif 000020
【図４】
0006610840.tif 000021
【図５】
0006610840.tif 000022
【図６】
0006610840.tif 000023
【図７】
0006610840.tif 000024
【図８】
0006610840.tif 000025
【図９】
0006610840.tif 000026
【図１０】
0006610840.tif 000027
【図１１】
0006610840.tif 000028
【図１２】
0006610840.tif 000029
【図１３】
0006610840.tif 000030
【図１４】
0006610840.tif 000031
【図１５】
0006610840.tif 000032
【図１６】
0006610840.tif 000033
【図１７】
0006610840.tif 000034
【図１８】
0006610840.tif 000035
【図１９】
0006610840.tif 000036
【図２０】
0006610840.tif 000037
【図２１】
0006610840.tif 000038
【図２２】
0006610840.tif 000039
【図２３】
0006610840.tif 000040
【図２４】
0006610840.tif 000041
【図２５】
0006610840.tif 000042
【図２６】
0006610840.tif 000043
【図２７】
0006610840.tif 000044
【図２８】
0006610840.tif 000045
【図２９】
0006610840.tif 000046
【図３０】
0006610840.tif 000047
【図３１】
0006610840.tif 000048
【図３２】
0006610840.tif 000049
【図３３】
0006610840.tif 000050
【図３４】
0006610840.tif 000051
【図３５】
0006610840.tif 000052
【図３６】
0006610840.tif 000053
【図３７】
0006610840.tif 000054
【図３８】
0006610840.tif 000055
【図３９】
0006610840.tif 000056
【図４０】
0006610840.tif 000057
【図４１】
0006610840.tif 000058
【図４２】
0006610840.tif 000059
【図４３】
0006610840.tif 000060
【図４４】
0006610840.tif 000061
【図４５】
0006610840.tif 000062
【図４６】
0006610840.tif 000063
【図４７】
0006610840.tif 000064
【図４８】
0006610840.tif 000065
【図４９】
0006610840.tif 000066
【図５０】
0006610840.tif 000067
【図５１】
0006610840.tif 000068