(57)【要約】【課題】  アナログ波又はデジタル波を使用したマイクロ波通信においてホーンアンテナの自動追尾が可能な装置を提供すること。【解決手段】  マルチホーンアンテナから出力される複数の信号のうち、アンテナ入力切換スイッチ１０５により選択された出力信号を増幅および周波数変換するＬＮＡ及び周波数変換器１０６と、その出力信号からＩＦ信号を復調するＩＦ復調器１０７と、ＩＦ復調器１０７の出力信号とタイミング発生器１０９からの信号を基にして前記マルチホーンアンテナの方位角制御電圧及び俯仰角制御電圧を出力する制御電圧作成部１０８を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチホーンアンテナにより電波到来方向の追尾を行うマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置において、
前記マルチホーンアンテナから出力される複数の信号をアンテナ切換信号により切り換えて出力するアンテナ出力切換手段と、
前記アンテナ出力切換手段の出力信号を増幅および周波数変換してＩＦ信号を得る周波数変換手段と、
前記ＩＦ信号を復調するＩＦ信号復調手段と、
前記ＩＦ信号復調手段の出力信号をもとに受信電界強度を算出する電界強度算出手段と、
前記受信電界強度より前記マルチホーンアンテナの駆動手段を制御する制御電圧を算出する第１の制御電圧算出手段と、
前記ＩＦ復調手段の出力信号を直交復調する直交復調手段と、
前記直交復調手段の出力信号に対して所定期間の相関を演算する相関演算手段と、
前記相関演算手段の出力信号の最大値を検出する最大値検出手段と、
前記最大値検出手段の出力信号に基づいて前記制御電圧を算出する第２の制御電圧算出手段と、
前記第１及び前記第２の制御電圧算出手段の出力信号を加算する加算器と、
前記加算器の出力信号に基づいた所定演算により前記マルチホーンアンテナの方位角制御電圧及び俯仰角制御電圧を出力する制御電圧作成手段を備えること
を特徴とするマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置。
【請求項２】
前記相関演算手段は、ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチを有するとともに、
前記所定期間は、前記ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチがＱＡＭ側の場合には、前記直交復調手段の出力信号の同期部分の期間であり、前記ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチがＯＦＤＭ側の場合は、前記直交復調手段の出力信号のガードインターバル期間であることを特徴とする請求項１に記載のマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置。
【請求項３】
前記所定演算は、前記加算器の出力信号を前記アンテナ切換信号に同期した信号によりサンプルホールドし、当該サンプルホールドされた出力信号の演算であることを特徴とする請求項１に記載のマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置。
【請求項４】
前記相関演算は、デジタル演算であることを特徴とする請求項１に記載のマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置。
【請求項５】
前記マルチホーンアンテナは、左右及び上下の４つのホーンアンテナからなることを特徴とする請求項１に記載のマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリコプターなどから送られてくるマイクロ波を受信するときに、基地局において当該マイクロ波の到来方向を追尾する自動追尾装置の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘリコプター又は移動中継車等を追尾する技術として、本出願人は、特許文献１に記載されているような追尾用マルチホーンアンテナに係る発明について既に提案している。当該特許文献１には、一次放射器をパラボラ反射鏡の前面中央の焦点近くに配置し、一対の方位角検出用ホーンを垂直面内においてそれぞれ上方及び下方に傾け、一対の俯仰角検出用ホーンを水平面内においてそれぞれ左方及び右方に傾けた追尾マルチホーンアンテナが開示されている。当該追尾マルチホーンアンテナは広い引込角を有し、さらに高い引込感度を有するため、現在の追尾システムでも有用なものである。これら通信には、マルチホーンを使用しているため追尾に使用する電波は、主となるホーンと同じ方式の電波を使用することになる。
【０００３】
従来のアナログ波による追尾装置は、各ホーンアンテナで得られる電波から入力電界強度を求め、その電界強度からアンテナを駆動する駆動部の制御電圧を求めて、左右及び上下で互いに等しくなるように制御している。例えば、左右二つのホーンアンテナより得た電界強度が左の方が右よりも大きい場合には
、アンテナを回転することにより左右電界強度が等しくなるように制御する。
従って、電界強度が極端に劣化してしまうと、電界強度を求めることができなくなり、追尾の限界値に達し、追尾することができなくなってしまう。
【０００４】
また、近年マイクロ波通信分野でもデジタル化が進み、従来のアナログのＦＭ（Frequency Modulation)波等と異なるＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation)やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing)などのデジタル変調を使用した通信が盛んである。
【０００５】
デジタル通信装置の場合、アナログ通信装置と異なり伝送中の誤りを修復する訂正機能を有するため、入力電界強度はアナログ通信装置よりも遙かに低くても良く、雑音レベルが信号レベルより大きくとも受信可能である。このような状態の場合に、従来のアナログ通信装置におけるマルチホーンアンテナの自動追尾装置を用いてもホーンアンテナを追尾させることができない。
【０００６】
そこで、これらのデジタル通信装置に関して、本出願人は、特許文献２に記載されている発明を既に提案している。特許文献２には、信号成分がノイズ成分より小さい場合でも入力電界強度を推定できる回路が開示されており、これによると、信号成分に含まれる同一データの相関値を算出し、相関値の最大値から入力電界強度を算出することができ、この結果従来よりも幅の広い入力電界強度の検知が可能となっている。
【０００７】
【特許文献１】特公平５−４５０８１号公報
【特許文献２】特開２００６−１３５９１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
デジタル波による通信の場合には、伝送中の誤りを訂正することができるため、特許文献２に開示されている発明によって、入力電界強度が従来のアナログ波による通信に比べて遙かに低くても良く、雑音レベルが信号レベルよりも大きくても受信が可能となる。
【０００９】
しかしながら、デジタル波による通信の場合には、多少の劣化があっても主ホーンアンテナによって復調することが可能ではあるが、従来のアナログ波による追尾回路を使用していると電界強度が限界値となっている場合には、追尾装置のみが追尾の限界値に達してしまい、追尾機能自体が動作しないという問題が生じることになり、結果としてシステム全体の評価が低いものとなってしまう。
【００１０】
本発明の課題は、アナログ波、デジタル波の両通信装置に用いることができるマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、
請求項１に記載の発明は、マルチホーンアンテナにより電波到来方向の追尾を行うマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置において、前記マルチホーンアンテナから出力される複数の信号をアンテナ切換信号により切り換えて出力するアンテナ出力切換手段と、前記アンテナ出力切換手段の出力信号を増幅および周波数変換してＩＦ信号を得る周波数変換手段と、前記ＩＦ信号を復調するＩＦ信号復調手段と、前記ＩＦ信号復調手段の出力信号をもとに受信電界強度を算出する電界強度算出手段と、前記受信電界強度より前記マルチホーンアンテナの駆動手段を制御する制御電圧を算出する第１の制御電圧算出手段と、前記ＩＦ復調手段の出力信号を直交復調する直交復調手段と、前記直交復調手段の出力信号に対して所定期間の相関を演算する相関演算手段と、前記相関演算手段の出力信号の最大値を検出する最大値検出手段と、前記最大値検出手段の出力信号に基づいて前記制御電圧を算出する第２の制御電圧算出手段と、前記第１及び前記第２の制御電圧算出手段の出力信号を加算する加算器と、前記加算器の出力信号に基づいた所定演算により前記マルチホーンアンテナの方位角制御電圧及び俯仰角制御電圧を出力する制御電圧作成手段を備えることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置において、前記相関演算手段は、ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチを有するとともに、前記所定期間は、前記ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチがＱＡＭ側の場合には、前記直交復調手段の出力信号の同期部分の期間であり、前記ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチがＯＦＤＭ側の場合は、前記直交復調手段の出力信号のガードインターバル期間であることを特徴としている。
【００１３】
またさらに、請求項３記載の発明は、請求項１に記載のマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置において、前記所定演算は、前記加算器の出力信号を前記アンテナ切換信号に同期した信号によりサンプルホールドし、当該サンプルホールドされた出力信号を演算することを特徴としている。
【００１４】
そして、請求項４記載の発明は、請求項１に記載のマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置において、前記相関演算は、デジタル演算であることを特徴としている。
【００１５】
またさらに、請求項５記載の発明は、請求項１に記載のマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置において、前記マルチホーンアンテナは、左右及び上下の４つのホーンアンテナからなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、従来のアナログ波による追尾で使用した回路による第１の制御電圧と、相関演算の最大値による第２の制御電圧との加算結果から制御電圧を作成したことにより、従来のアナログ波による追尾に加えて、デジタル波の追尾も可能となり、システム全体としての信頼性が向上する。
また、従来のアナログ波だけの場合には相関演算部が動作しないが、加算しているために従来のアナログ波のシステムにも対応可能となる。
【００１７】
また、請求項２記載の発明によれば、所定期間をデジタル波に含まれる同一部分としたことにより、実際の演算回路ではシフトレジスタ等の遅延素子で実現することができ、回路規模が大きくならず、好適なものとなる。
【００１８】
さらに、請求項３記載の発明によれば、アンテナ切換信号に同期した信号によりサンプルホールドするようにしたことにより、選択されて処理された信号をサンプルホールドすることができ、リアルタイム処理が可能となり、追尾装置として好適なものとなる。
【００１９】
また、請求項４記載の発明によれば、相関演算をデジタル演算でき、その結果、１チップで構成することも可能となり、回路規模が大きく成らず、好適なものとなる。
【００２０】
そして、請求項５記載の発明によれば、前記マルチホーンアンテナは、左右及び上下の４つのホーンアンテナを使用することができ、方位角制御及び俯仰角制御が行いやすく、その結果、追尾装置として好適なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照し詳しく説明する。
図１は、本発明を実施するための最良の形態であるブロック図である。本実施にの形態に係るマルチホーンアンテナ用の自動追尾装置は、図に示すように、ホーンアンテナ入力端子１０１（RIGHT）、１０２（LEFT）、１０３（UPPER）及び１０４（LOWER）と、アンテナ入力切換スイッチ１０５と、ＬＮＡ及び周波数変換器１０６と、ＩＦ（Intermediate Frequency）復調器１０７と、制御電圧作成部１０８と、アンテナ切換信号を発生させるタイミング発生器１０９と、出力端子１１０及び１１１から構成されている。
【００２２】
アンテナ入力切換スイッチ１０５は、ホーンアンテナ入力端子１０１，１０２，１０３及び１０４から入力するマルチホーンアンテナの出力をタイミング発生器１０９から発生する切換信号ＳＥＬ（SELECT)に基づいて切り換える。そして、アンテナ入力切換スイッチ１０５の出力は、ＬＮＡ(Low Noise Amp.)及び周波数変換器１０６で低ノイズ増幅される。
【００２３】
ホーンアンテナの出力は主ホーンで受信する電波と同じ周波数である。即ち、ＳＨＦ（Super High Frequency）帯の信号であり、このＳＨＦ波をＵＨＦ（Ultra High Frequency）波に変換し、さらにＶＨＦ（Very High Frequency）波へ周波数変換（ダウンコンバート）する。
【００２４】
ＶＨＦ帯に変換された信号は、ＩＦ復調器１０７で中間周波数に変換され、ＩＦ帯の信号に復調された信号は、制御電圧作成部１０８でアンテナ駆動部のモータ(図示は省略）を制御する電圧を作成して出力端子１１０にて方位角の制御電圧、出力端子１１１にて俯仰角の制御電圧を出力する。タイミング発生器１０９は、後述する図３に基づく各タイミング信号を発生させる。
【００２５】
図２は、制御電圧作成部１０８の詳細な構成を示したブロック図である。
制御電圧作成部１０８は、図に示すように、入力端子２０１、ＡＧＣ増幅器２０２、復調器２０３、電界強度算出部２０４、制御電圧算出部Ａ２０５、直交復調部２０６、同期検出部２０７、ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチ２０８、相関演算部２０９、ピーク値検出部２１０、制御電圧算出部Ｂ２１１、加算器２１２、サンプルホールド回路２１３、２１４、２１５及び２１６、そして、演算器２１７及び２１８、出力端子１１０及び１１１から構成されている。
なお、ＱＡＭとは直交振幅変調の略で、ＯＦＤＭとは直交周波数分割多重の略である。
【００２６】
次に動作について説明する。入力端子２０１から入力したＩＦ信号は、ＡＧＣ増幅器２０２で一定の出力が得られるように増幅される。ＡＧＣ増幅器２０２の出力は復調器２０３により検波され、ＡＧＣ増幅器の出力が一定となるような利得制御信号を発生する。そして、この利得制御信号を基に電界強度算出部２０４で受信電界強度が算出され、この受信電界強度から制御電圧算出部Ａ２０５がアンテナ駆動電圧を算出する。
【００２７】
ＡＧＣ増幅器２０２の出力は、直交復調器２０６に入力し、直交復調され、ＩＱ信号となる。なお、この直交復調器２０６以降の処理は、全てデジタルで行うものである。
【００２８】
ＩＱ信号は、同期検出部２０７とＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチ２０８に入力する。ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチ２０８がＱＡＭ側の場合には、同期検出部２０７でＱＡＭ信号の同期部分が検出され、その出力が選択されて相関演算部２０９で同期部分に関して自己相関演算が行われる。
また、ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチ２０８がＯＦＤＭ側の場合には、相関演算部２０９でガードインターバル部分に関して自己相関演算が行われる。なお、ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチ２０８は、デジタル波の種類が前もって分かることから、受信する前に設定しておいても良い。
【００２９】
ピーク値検出部２１０は、相関演算部２０９の出力に関して所定周期毎のピーク値を検出し、制御電圧算出部Ｂ２１１では当該ピーク値に基づいた制御電圧を算出する。そして、制御電圧算出部Ａ２０５と制御電圧算出部Ｂ２１１の出力は、加算器２１２で加算され、加算された制御電圧は、サンプルホールド回路２１３〜２１６に供給され、図１に示す、タイミング発生器１０９からのサンプリング信号Ｓ／Ｈにより一つのサンプルホールド回路のみサンプリングされる。なお、その他のサンプルホールド回路は、そのままホールド状態となる。
【００３０】
このようにして各ホーンアンテナに対する制御電圧が求まり、この制御電圧を基に左右及び上下で一つの制御信号となるように演算器２１７及び２１８で演算し、方位角制御電圧信号のＡＺ信号及び俯仰角制御電圧信号のＥＬ信号として出力端子から出力する。
【００３１】
次に、各ホーンの制御電圧について説明する。各ホーンアンテナの検出レベルは、引込角に関して図４のようになり、交点となるとき対となるホーンアンテナの出力レベルが一定となる。即ち、ホーンアンテナ出力のピーク値となるように制御するのではなく、左右或いは上下のホーンアンテナレベルが等しくなるように制御する。
【００３２】
この図４に示す引込み角度と駆動部分の制御電圧の関係を前もって求めておけば、検出レベルにより制御電圧を求めることができる。方位角については、左右のホーンアンテナ、俯仰角については、上下のホーンアンテナとなる。
【００３３】
例えば、右ホーンアンテナの検出レベルから制御電圧が２Ｖ、左ホーンアンテナの検出レベルから制御電圧が５Ｖのようなデータを得た場合は、検出レベルの値が同じになるように制御電圧の演算を行って角度制御を行う。この場合、制御電圧としては差をとり３Ｖとして、この差に向きを表す符号を付けて駆動部分に供給することにより左右の検出レベルが同じになるように制御する。
【００３４】
図４に示すように検出レベルで角度が二つある場合には、小さい角度を採用して制御を行い、左右同じレベルにならない場合には、大きい角度を採用して制御を行うものとする。なお、上下についても左右と同様である。
【００３５】
次に、アンテナ切換スイッチ１０５と制御電圧作成部１０８で使用するタイミングを作成するタイミング発生器１０９の動作について、図３を用いて説明する。
【００３６】
ＣＬＯＣＫ信号は、１周期を０．２２ｍｓｅｃとするパルス列である。ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ及びＱＤは、ＣＬＯＣＫ信号をカウンタでカウントしたときの出力信号である。ＱＡはＣＬＯＣＫ信号をカウントダウンしたもので、ＱＢはＱＡをカウントダウンしたもの、ＱＣはＱＢをカウントダウンしたもの、そしてＱＤはＱＣをカウントダウンしたものである。これら４つのカウント信号により、アンテナ切換信号であるＳＥＬ（ＲＩ）、ＳＥＬ（ＬＥ）、ＳＥＬ（ＵＰ）及びＳＥＬ（ＬＯ）を作成し、１ホーンあたり切換時間を０．８８ｍｓｅｃとして切り換える。
【００３７】
ＳＥＬ（ＲＩ）は、ＱＣとＱＤのＡＮＤ（論理積）をとり反転したものであり、ＳＥＬ（ＬＥ）は、ＱＣの反転したものとＱＤとのＡＮＤ（論理積）をとり反転したもので、ＳＥＬ（ＵＰ）は、ＱＣとＱＤの反転したものとのＡＮＤ（論理積）をとり反転したもので、ＳＥＬ（ＬＯ）は、ＱＣの反転したものとＱＤの反転したものとのＡＮＤ（論理積）をとり反転したものである。なお、アンテナ選択信号は、アクティブロウとする。
【００３８】
誤差電圧サンプリング信号についても同様である。即ち、Ｓ／Ｈ（ＲＩ）は、ＱＡの反転したものとＱＢの反転したものと、ＱＣ及びＱＤとＡＮＤ（論理積）をとったもので、Ｓ／Ｈ（ＬＥ）は、ＱＡの反転したものとＱＢの反転したものと、ＱＣの反転したもの及びＱＤとＡＮＤ（論理積）をとったものである。
また、Ｓ／Ｈ（ＵＰ）は、ＱＡの反転したものとＱＢの反転したものと、ＱＣ及びＱＤの反転したものとＡＮＤ（論理積）をとったもので、Ｓ／Ｈ（ＬＯ）は、ＱＡの反転したものとＱＢの反転したものと、ＱＣの反転したもの及びＱＤの反転したものとＡＮＤ（論理積）をとったものである。
なお、何れも最後の１クロック分がサンプル期間となる。
このようにしてアンテナ選択信号と誤差電圧サンプリング信号を作成し、アンテナ切換スイッチ１０５と制御電圧作成部１０８に供給する。
【００３９】
本発明の実施形態については、上記の実施形態に限られるものではない。例えば、電界強度算出部２０４で受信電界強度が限界値に達した場合には、制御電圧を０として相関演算による結果に加算するようにしてもよい。
また、図２の説明においては、Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器等は省略しているが、デジタル処理するときには必要とされるものであり、適当な箇所に挿入する必要がある。さらに、デジタル波通信としてＱＡＭとＯＦＤＭとしたが、他のデジタル通信であるＢＰＳＫやＱＰＳＫ等でも同期部分を含むものであれば有用である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、マルチホーンアンテナ用の自動追尾装置に関して、特に移動体による通信に対して好適なものとなる。実際には、追尾を必要とするのは、ヘリコプターと基地局間の通信または移動中継車と基地局間の通信である。さらに本発明は、従来のアナログ波によるものと最近のデジタル波による演算によるものとを混合した結果に基づいて制御する構成としたことにより、デジタル波による部分を非動作とする簡単な改造により、アナログ波のみの追尾システムでも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施に関する最良の形態を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施に関する最良の形態の制御電圧作成部の詳細ブロック図である。
【図３】本発明の実施に関する最良の形態のタイミング発生器のタイミングチャートを示した図である。
【図４】アンテナ角度と方位角および俯仰角検出用各ホーンの出力レベルとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１０１  ホーンアンテナ入力端子（ＲＩＧＨＴ）
１０２  ホーンアンテナ入力端子（ＬＥＦＴ）
１０３  ホーンアンテナ入力端子（ＵＰＰＥＲ）
１０４  ホーンアンテナ入力端子（ＬＯＷＥＲ）
１０５  アンテナ入力切換スイッチ
１０６  ＬＮＡ及び周波数変換器
１０７  ＩＦ復調器
１０８  制御電圧作成部
１０９  タイミング発生器
１１０、１１１  出力端子
２０１  入力端子
２０２  ＡＧＣ増幅器
２０３  復調器
２０４  電界強度算出部
２０５  制御電圧算出部Ａ
２０６  直交復調部
２０７  同期検出部
２０８  ＱＡＭ／ＯＦＤＭ切換スイッチ
２０９  相関演算部
２１０  ピーク値検出部
２１１  制御電圧算出部Ｂ
２１２  加算器
２１３、２１４、２１５、２１６  サンプルホールド回路
２１７、２１８  演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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