(57)【要約】【解決手段】    実施例において、アンテナビームの方向を制御するシステムは、位置識別器、方位センサ、および、アンテナビーム・コントローラを含む。位置識別器は、送信アンテナの位置を示すアンテナの位置を計測する。送信アンテナはアンテナビームを発生させる。方位センサは、送信するアンテナの方位を示す送信アンテナの方位を測定する。アンテナビーム・コントローラは：目標の受信アンテナを記述した目標データにアクセスし（目標データは、送信ンテナに対応する受信アンテナの位置を含む）、送信アンテナの位置、送信アンテナの方位および目標データからの偏差、の値を計算し、かつ偏差の値を下げるためにアンテナビームの方向を調整する。
2010517384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナビームの方向を制御するシステムであって、
アンテナビームを発生させるように構成された送信アンテナの位置を示す送信アンテナ位置を測定するように構成された位置識別器；
前記送信アンテナの方位を示す送信アンテナ方位を測定するように構成された方位センサ；および
アンテナビーム・コントローラであって、アンテナビーム・コントローラは：
目標の受信アンテナを記述した目標データにアクセスし、前記目標データは前記送信アンテナに相対的な前記受信アンテナの位置を有し、
前記送信アンテナの位置、前記送信アンテナの方位、および前記目標データから、偏差の値を算出し、かつ
前記偏差の値を小さくするように前記アンテナビームの前記方向を調整するところのアンテナビーム・コントローラ；
を有するシステム。
【請求項２】
前記アンテナビーム・コントローラは：
目標の位置への前記送信アンテナの位置をマップしているマッピングを含む前記目標データにアクセスし；かつ 
前記送信アンテナの位置、および前記マッピングから前記目標の位置を特定することにより、前記偏差の値を算出するように更に構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記アンテナビーム・コントローラは：
前記位置方位および目標の位置の違いを測定し；かつ
前記違いに従って前記偏差の値を算出することにより、更に前記偏差の値を算出するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記アンテナビーム・コントローラは、シリアル通信プロトコルに従って、前記送信アンテナの制御回路と通信するように構成される入出力ポート、を有する請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記アンテナビーム・コントローラは、前記アンテナの制御回路と通信するように構成されるシステムバス、を有する請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記目標は、軌道を回っている衛星を含む請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記目標は、地上に置かれたアンテナを含む請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記方位センサは、北を示す方向を測定するように構成された北を検知するモジュールを含む請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記方位センサは、前記送信アンテナの前記方位を測定するように構成された姿勢センサを含む請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
構造は、自動車、航空機、および、船舶からなる群から選択された輸送機関を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
アンテナビームの方向を制御する方法であって：
位置識別器によって、アンテナビームを発生させるように構成された送信アンテナの位置を示す送信アンテナ位置を測定するステップ；
方位センサによって、前記送信アンテナの方位を示す送信アンテナ方位を測定するステップ； 
目標の受信アンテナを記述した目標データにアクセスするステップであって、前記目標データは前記送信アンテナに相対的な前記受信アンテナの位置を有するところのステップ；
前記送信アンテナの位置、前記送信アンテナの方位、および前記目標データから、偏差の値を算出するステップ；および
前記偏差の値を小さくするように前記ビームの前記方向を調整するステップ；
を有する方法。
【請求項１２】
前記偏差の値を算出するステップは、
目標の位置への前記送信アンテナの位置をマップしているマッピングを含む前記目標データにアクセスするステップ；および
前記送信アンテナの位置、および前記マッピングから前記目標の位置を特定するステップ、を更に有する請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記偏差の値を算出するステップは、
前記位置方位および目標の位置の違いを測定するステップ；および
前記違いに従って前記偏差の値を算出するステップ、
を更に有する請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
シリアル通信プロトコルに従って、入出力ポートを介して前記送信アンテナの制御回路と通信するステップを更に有する請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
システムバスを介して、前記送信アンテナの制御回路と通信するステップを更に有する請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記目標は、軌道を回っている衛星を含む請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記目標は、地上に置かれたアンテナを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
北を示す方向を測定するステップを更に含む請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
姿勢センサを使用して、前記送信アンテナの前記方位を測定するステップを更に含む請求項１１記載の方法。
【請求項２０】
構造は、自動車、航空機、および、船舶からなる群から選択される輸送機関を含む請求項１１記載の方法。
【請求項２１】
アンテナビームの方向を制御するシステムであって、
送信アンテナの位置を示す送信アンテナ位置を測定するように構成された位置識別器であって、前記送信アンテナはビームを発生させるように構成され、前記送信アンテナは目標と相対的に動いているところの位置識別器；
前記送信アンテナの方位を示す送信方位を測定するように構成された方位センサ； 
アンテナビーム・コントローラであって、アンテナビーム・コントローラは：
目標の受信アンテナを記述した目標データにアクセスし、前記目標データは前記送信アンテナに相対的な前記受信アンテナの位置を有し、
前記送信アンテナの位置、前記送信アンテナの方位、および目標データから、偏差の値を算出し、かつ
前記偏差の値を小さくするように前記ビームの前記方向を調整するところのアンテナビーム・コントローラ；および
前記位置識別器、前記方位センサおよび前記アンテナビーム・コントローラを収容するように構成されるハウジング；
を有するシステム。
【請求項２２】
前記アンテナビーム・コントローラは：
目標の位置への前記送信アンテナの位置をマップしているマッピングを含む前記目標データにアクセスし；
前記送信アンテナの位置、および前記マッピングから前記目標の位置を特定し；
前記位置方位および目標の位置の違いを測定し；かつ
前記違いに従って前記偏差の値を算出することにより、更に前記偏差の値を算出するように構成される、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
構造は、自動車、航空機、および、船舶からなる群から選択される輸送機関を含む請求項２１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、一般にアンテナシステムに関する。より詳細には、アンテナビームの方向を制御するための方法とシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
［関連出願］
本出願は「アンテナのためのビーム制御システム」という名称の米国仮出願番号６０／８８６，０２４の優先権を主張する。これは２００７年１月２２日の出願日である。
【０００３】
ワイヤレス通信は、トランシーバ間の信号の伝送に関連する。トランシーバは、効果的に他のトランシーバと通信するために、適切な方向にそのアンテナビームを向ける。場合によっては、トランシーバは、各々が移動する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アンテナビームの方向をより効果的に制御するための方法およびシステムの構築が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施例において、アンテナビームの方向を制御するシステムは、位置識別器、方位センサ、および、アンテナビーム・コントローラを有する。位置識別器は、送信アンテナの位置を測定する。送信アンテナはアンテナビームを発生させる。方位センサは、送信する方位を示す送信アンテナのアンテナ方位を測定する。アンテナビーム・コントローラは：目標の受信アンテナを記述した目標データにアクセスし（目標データは、送信ンテナに対応する受信アンテナの位置を含む）、送信アンテナの位置、送信アンテナの方位および目標データからの偏差、の値を計算し、かつ偏差の値を下げるためにアンテナビームの方向を調整する。
【０００６】
本願の開示の具体例は、以下の技術的利点の全て、または一部を奏する。あるいは、いずれをも奏しないこともある。例えば、一実施例の効果は、ビーム制御システムが位置識別器および方位センサを有しているということである。この位置識別器および方位センサは、目標とともに動いているアンテナの位置および方位を提供する。アンテナの位置、および方位は、目標を追跡するために、目標データと比較されてもよい。
【０００７】
他の技術的利点は、以下の図、説明、および、請求項から直ちに当業者にとって明らかとなる。
【０００８】
開示の実施例の、より完全な理解は、添付の図面を用いて詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書の教示に従うビーム制御システムのブロックダイヤグラムを示した一実施例の図である。
【図２】アンテナビーム・コントローラのブロックダイヤグラムを示した一実施例、および、図１のアンテナを示した図である。
【図３】アンテナビーム・コントローラの他の実施例、および、図１のアンテナを示すブロックダイヤグラムを示した図である。
【図４】図１のアンテナビーム・コントローラによる方法のフローチャートを示した一実施例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、アンテナ１２のためのビーム制御システム１０の一実施例のブロックダイヤグラムを示している。ビーム制御システム１０は、目標に対して移動し得るアンテナの位置、および方位を提供する位置識別器、および、方位センサを有する。アンテナの位置、および、方位は、目標を追跡するために、目標データと比較されてもよい。実施例において、送信アンテナ１２から受信までの経路を通じて、アンテナ１２から受信アンテナにエネルギーが届く。本実施例において、システム１０は、アンテナ１２の姿勢、および、位置を決定する。そして、アンテナ姿勢、および、位置を使用して、アンテナ１２の放射表面との垂線を決定する。システム１０は、受信アンテナの垂線、および、位置を使用して、受信アンテナ方向へのアンテナ１２のアンテナビームを向ける。図の例では、ビーム制御システム１０は、収納するハウジング１１を含み、ハウジング１１には、位置識別器１６、方位センサ１８、および、アンテナ１２に接続されたアンテナビーム・コントローラ１４が収納されている。アンテナ１２は構造物２０に載置される。構造物は、固定されていてもよく、あるいは移動してもよい。この明細書において、対象の移動、位置、および、方位は、適切ないかなる構造物を基準としてもよい（例えば地球上の構造物）。例えば、対象は、適切ないかなる基準構造物に対して、固定され、または移動していてもよい。この明細書において、方位は、（横）方向および上下の角度によって与えられていてもよい。
【００１１】
アンテナ１２は、目標と通信するためのビーム２２を生成する。目標とは、アンテナ１２へおよび／またはアンテナ１２から信号を通信し得る適切な対象を意味する。目標の例としては、軌道を回っている衛星または地上に置かれた通信局を含む。アンテナ１２は、目標に対して移動してもよく、固定されていてもよい。例えば、アンテナ１２および目標は、相互に相対的に固定されていても良よい。アンテナ１２は、固定された目標に対して相対的に移動していてもよい。目標は、固定されたアンテナに対して、移動していてもよい。あるいは、アンテナ１２および目標の双方が移動していてもよい。
【００１２】
ハウジング１１は、アンテナビーム・コントローラ１４、位置識別器１６および／または方位センサ１８を収納し、実質的に堅いものでも柔軟なものでもよい。一実施例において、位置識別器１６、および、方位センサ１８は、ハウジング１１に組み込まれている。位置識別器１６は、アンテナ１２の位置を示すアンテナの位置を提供する。実施例において、位置識別器１６は、位置を決定するためにＧＰＳ人工衛星と通信する汎地球測位システム（ＧＰＳ）レシーバを有する。別の実施例において、位置識別器１６は、自身の位置をトラッキングするために、それ自身の運動の速度、および、方位を検出する慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）を有する。  
方位センサ１８は、アンテナ１２の方位を測定する。方位センサ１８は、北を検知するモジュールと姿勢センサとを含む。北の方位を検出するモジュールは、北となるべき方位を示す。姿勢センサは、方位を検出する。例えば、姿勢センサは、方位の変化を感知するジャイロスコープを含んでもよい。北となるべき方位を示す北の方位を検出するモジュールおよび姿勢センサは、北となるべき方位に対するアンテナ１２の方位を検出するために用いてもよい。
【実施例】
【００１３】
［例示の実施例の詳細な説明］
一つの実施例において、アンテナ１２は、構造２０と共に移動する。したがって、構造２０の位置および／または方位は、アンテナ１２の位置および／または方位を示す。実施例において、位置識別器１６は、アンテナの位置を提供するために、構造２０の位置を測定してもよい。方位センサ１８は、アンテナ１２のアンテナ方位を測定するために、構造２０の方位を測定してもよい。
【００１４】
アンテナビーム・コントローラ１４は、アンテナ１２によって生成されるビーム２２の方向を調整する。実施例において、アンテナビーム・コントローラ１４は、偏差の値を求めるためにアンテナの位置、および、方位を目標データと比較する。そして、偏差の値を小さくするようにビーム２２の方向を調整する。本実施例において、アンテナビーム・コントローラ１４は、方位センサ１８からアンテナ方位、および位置識別器１６からアンテナの位置を受け取る。目標データは、送信アンテナに対する受信アンテナの位置を記述している。目標データは、マッピングを含む。マッピングは、その位置においてアンテナが目標と通信するために使用できる目標の位置をマップする。例えば、アンテナは、目標の位置によって与えられた方向にビームを向けてもよい。
【００１５】
本実施例において、偏差の値は、アンテナ方位、および、目標の位置から算出されてもよい。アンテナ方位、および、目標の位置が同じ基準構造物に基づく場合、偏差の値は方位の違いであってもよい。あるいは、一方または両方の方位は同じ基準構造物に変換されてもよい。そして、違いが計算されてもよい。
【００１６】
利用される偏差の値は、アンテナ系のファクタ（例えば信号、および、アンテナのジオメトリ）に従って計算されてもよい。一つの実施例において、目標は、Ｌバンド（ほぼ１ないし２ギガヘルツ）で動作する静止衛星である。この周波数範囲において、ビーム２２の方向は、偏差の値を、システムのリンクマージンとの適応を維持しつつ、良好に制御される。Ｌバンドシステムにおいて、許容される偏差の値は、ほぼ１０度の大きさである。アンテナビーム・コントローラ１４は、ビーム２２の方向を適切ないかなる方式でも調整する。例えば、アンテナビーム・コントローラ１４は、ビーム２２を物理的におよび／または電子的に操作してもよい。
【００１７】
実施例において、アンテナビーム・コントローラ１４は、位置識別器１６、および、方位センサ１８と適切ないかなるリンク（例えばデジタル通信リンク、例えばＲＳ−４２２シリアル・データ・リンク）を使用して接続されてもよい。他の実施例によれば、位置識別器１６および／または方位センサ１８は、アンテナビーム・コントローラ１４において集積されてもよい。そして、内部システムバスによりアンテナビーム・コントローラ１４に接続されてもよい。
【００１８】
構造２０は、可動物および／または固定されたものであってもよい。構造２０の例としては、自動車、航空機または船舶が含まれる。システム１０の構成要素は、インターフェース、ロジック、メモリおよび／または他の適切な構成要素を含んでもよい。インターフェースは、入力を受信し、出力を送信し、入力および／または出力を処理し、および／または他の適切なオペレーションを実行する。インターフェースは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを有してもよい。ロジックは構成要素のオペレーションを実行する。例えば、入力から出力を生成するために命令を実行する。ロジックには、ハードウェア、ソフトウェア、および／または他のロジックなどが含まれてもよい。ロジックは一つ以上の有形の媒体にエンコードされてもよく、かつコンピュータによって実行されるときに、オペレーションを実行する。特定のロジック（例えばプロセッサ）は、構成要素のオペレーションを管理してもよい。プロセッサの例は、一つ以上のコンピュータ、一つ以上のマイクロプロセッサ、一つ以上のアプリケーションおよび／または他のロジックを含む。
【００１９】
メモリは、情報を保存する。メモリは、一つ以上のコンピュータ可読で、有形のおよび／またはコンピュータ実行可能な記憶媒体を含む。メモリの例としては、コンピュータメモリ（例えばランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）またはリードオンリーメモリ（ＲＯＭ））、大容量記憶媒体（例えばハードディスク）、取外し可能な記憶媒体（例えばコンパクトディスク（ＣＤ）またはディジタルビデオディスク（ＤＶＤ））、データベースおよび／またはネットワーク記憶装置（例えばサーバ）および／または他のコンピュータ可読媒体を含む。
【００２０】
図２は、アンテナビーム・コントローラ１４がアクティブな電子的走査アレイ（ＡＥＳＡ）アンテナ１２に接続された図１のシステム１０の一実施例のブロックダイヤグラムを示している。ＡＥＳＡアンテナ１２は、多くの放射素子２８、多くの送信／受信モジュール３２、信号分配回路３４、および、制御回路３６を含み、図示のように接続されている。放射素子２８は、水平、垂直、または一般の（水平および垂直）放射素子であってもよい。
【００２１】
信号配信回路３４は、送信／受信モジュール３２を経て放射素子２８に信号を配信する。制御回路３６は、電子的にビーム２２の方向を進めるために、放射素子２８によって送信され、および／または放射素子２８によって受け取られる信号の振幅、および、位相を制御する。アンテナビーム・コントローラ１４は、図示するように、コンピュータプロセッサ３８、入出力ポート４０、および、システムバス４４に接続されたメモリ４２を有する。コンピュータプロセッサ３８は、メモリ４２に保存された命令を実行する。入出力ポート４０は、適切ないかなるプロトコル（例えばＲＳ−４２２シリアル通信プロトコル）を使用して制御回路３６に接続している。
【００２２】
メモリ２６は、目標データ４６を保存する。目標データ４６は、マッピングを含む。マッピングは、アンテナが目標の位置における目標と通信するために使用する目標の位置をマップする。
【００２３】
図３は、図１のシステム１０の他の実施例を示すブロックダイヤグラムである。本実施例において、制御ポート３６は、システムバス４４に直接接続されている。制御ポート３６は、コンピュータプロセッサ３８から制御信号を受け取り、かつ、構造２０またはアンテナ１２に対して電子的にビーム２２の方向を調整するために、各々の送信／受信モジュール３２に、制御信号を配信する。
【００２４】
追加または省略による変更態様は、開示の範囲内において、ビーム制御システム１０になされてもよい。さらに、ビーム制御システム１０は、より少ない構成要素であってもよく、より多い構成要素、他の構成要素を有していてもよい。例えば、方位センサ１８は、他の構成要素（例えば磁力計）を含んでもよい。この明細書において用いられる「各々」という語は、各々のセットの要素またはセットのサブセットの各々の要素に関連する。
【００２５】
図４は、方法の一実施例を示している。図は、本方法によって構造２０に対するビーム２２の方向をコントロールするためにビーム制御システム１０によって実行するフローチャートである。この方法はステップ２００からスタートする。ステップ２０２で、ビーム制御システム１０は、位置識別器１６からアンテナの位置を受け取る。ステップ２０４で、ビーム制御システム１０は、方位センサ１８からアンテナ方位を受け取る。
【００２６】
ステップ２０６で、ビーム制御システム１０は、アンテナ情報、および、目標データから偏差の値を算出する。実施例において、目標の位置は、目標の位置までのアンテナの位置のマッピングから決定される。偏差の値は、目標の方位、および、アンテナ方位の差から算出される。
【００２７】
ビーム制御システム１０は、ステップ２０８での偏差の値に従ってビーム２２の方向を調整する。ビーム制御システム１０は、ビーム２２を物理的にまたは電子的に操作してもよい。ステップ２０２から２０８は、ビーム２２を目標に向けるために、ビーム制御システム１０のオペレーションの間、繰り返されてもよい。本方法は、ステップ２１０において終了する。
【００２８】
追加または省略による変更態様は、開示の範囲内において、本方法になされてもよい。本方法は、より少ないステップであっても、またはより多いステップを有していてもよい。例えば、記載の方法は、軌道を回っている衛星にビーム２２を向ける。その他の実施例では、ビーム制御システム１０は、地球上に設置する据え付けのアンテナに、ビーム２２を向けてもよい。
【００２９】
本願明細書の開示の具体例は、以下の技術的利点の一部、または全てを奏してもよい。あるいは、いずれを奏さなくてもよい。例えば、一実施例の効果としては、ビーム制御システムが、目標に対して移動し得るアンテナの位置、および、方位を提供する位置識別器、および、方位センサを有することである。アンテナの位置、および、方位は、目標を追跡するために、目標データと比較されてもよい。
【００３０】
本開示は、いくつかの実施例を記載しているが、無数の変更、バリエーション、修正、変換、および限定について当業者に提案することができる。しかも、本明細書の開示は、この種の変更、バリエーション、修正、変換、および、限定は、添付の請求項の範囲内に包含されることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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