(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリコプタに搭載されるアンテナ指向制御装置であって、
ＧＰＳを使用して当該ヘリコプタの位置情報を検出する位置情報検出手段と、
当該ヘリコプタの位置を過去の位置均等補完情報から０．１秒毎に予測をする位置予測演算手段と、
地磁気センサを使用して当該ヘリコプタの基準方位を検出する基準方位検出手段と、
目的とする基地局の位置情報を入力する位置情報入力手段と、
当該ヘリコプタの位置情報，当該ヘリコプタの基準方位，目的とする基地局の位置情報に基づいて、当該ヘリコプタに搭載されている指向性アンテナを指向させるのに必要なアンテナ方位角を演算・制御する手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ指向制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ指向制御装置に関する。
【０００２】
さらに詳述すると、本発明は、ヘリコプタ等の飛行体に搭載されたビーム幅を持つ指向性アンテナを、移動中でも任意の基地局に向けて正確に指向させるアンテナ指向制御装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、一般的な指向性アンテナの制御方式としてステップトラック方式が知られている。このステップトラック方式とは、追尾する対象から一定の電界強度をもって送信される電波を受信し、追尾対象の移動により電波の電界強度に変化が生じた場合、受信される電界強度が最大になる方向を検出することによって、アンテナのビ−ム方向を指向させる制御方式である。
【０００４】
また、近距離で電界強度が稼げる場合には、無指向性アンテナの使用あるいは手操作による指向性アンテナの方向制御で対応していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術には、それぞれ以下のような問題がある。
【０００６】
上記ステップトラック方式の場合、アンテナ指向制御装置の構成がさほど複雑にはならない反面、高速で移動する飛行体にアンテナ指向制御装置を搭載した場合、基地局アンテナなどの追尾対象を見失い易く、且つ一度見失うと再度捕捉することが極めて困難になる、という問題がある。
【０００７】
例えば、ヘリコプタに多々みられる急旋回飛行は急激な方向転換を伴うことから、追尾対象を見失うことが多い。特に、基地局から１ｋｍ以内の近距離における中継の際には、その現象が顕著に発生する。しかも、捕捉対象を見失った場合には、再度捕捉するまでの時間が非常に長くなるので、テレビ中継等に使用した場合は番組の進行を大きく妨げることにもなる。
【０００８】
また、ヘリコプタ等の飛行体に搭載した無指向性アンテナを使用する場合、あるいは、手操作により指向性アンテナの方向制御を行う場合には、ヘリコプタ等の飛行体と基地局との距離が遠くなると対応できない、といった問題がある。
【０００９】
よって、本発明の目的は、かかる実情に鑑み、高速で移動し且つ急激な方向転換を伴う飛行体に搭載した場合にも、追尾対象を確実に捕捉できるようにしたアンテナ指向制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る本発明は、ヘリコプタに搭載されるアンテナ指向制御装置であって、ＧＰＳを使用して当該ヘリコプタの位置情報を検出する位置情報検出手段と、当該ヘリコプタの位置を過去の位置均等補完情報から０．１秒毎に予測をする位置予測演算手段と、地磁気センサを使用して当該ヘリコプタの基準方位を検出する基準方位検出手段と、目的とする基地局の位置情報を入力する位置情報入力手段と、当該ヘリコプタの位置情報，当該ヘリコプタの基準方位，目的とする基地局の位置情報に基づいて、当該ヘリコプタに搭載されている指向性アンテナを指向させるのに必要なアンテナ方位角を演算・制御する手段と、を備えたものである。
【００１２】
本発明の上記構成によれば、ヘリコプタ等の飛行体に搭載されたビーム幅を持つ指向性アンテナを、移動中でも任意の基地局に向けて正確に指向させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ指向制御装置を示す。本実施の形態に係るアンテナ指向制御装置はヘリコプタ等の飛行体に搭載されるもので、位置情報検出部１１，方位検出部１２，基地局位置情報源１３から得た情報をもとに、アンテナ方位角演算部１５，基地局方位角演算部１６，目的方位角演算部１７，アンテナ方位角制御部１８から成る演算制御部１４でアンテナ方位角駆動部１９を制御し、追尾対象となる基地局（図示せず）へ向けて指向アンテナ２０を指向させるものである。
【００１５】
位置情報検出部１１は、飛行体の現在位置を検出するもので、ＧＰＳ受信装置を備えている。方位検出部１２は、飛行体の現在向いている水平方位を検出するもので、主に地磁気センサで構成される。基地局位置情報源１３には、追尾対象となる基地局の緯度・経度を予め登録しておき、必要に応じてそのデータを呼び出す。
【００１６】
アンテナ方位角演算部１５は、位置情報検出部１１と方位検出部１２から飛行体が現在向いている位置および方位、すなわち方位ベクトルを算出する。基地局方位角演算部１６は、位置情報検出部１１と基地局位置情報源１３より、飛行体から目的の基地局へ指向させるべき方位ベクトルを算出する。
【００１７】
なお、位置情報検出部１１と基地局位置情報源１３から得られる情報はいずれも緯度，経度，高度であるので、図３に示すように、マトリクス演算により方位ベクトル演算に適したいわゆる地表面水平座標に変換される。すなわち、
地球中心座標
Ｏ：地球中心
Ｘ：緯度０度，経度０度の方向
Ｙ：緯度０度，東経９０度の方向
Ｚ：緯度９０度，経度９０度の方向
から、地表面水平座標
Ｏ'：ヘリの位置
Ｘ'：真東
Ｙ'：真北
Ｚ'：Ｘ'Ｙ'面に垂直
Ｘ'Ｙ'面：地面と平行な水平面
に変換される。
【００１８】
目的方位角演算部１７は、アンテナ方位角演算部１５と基地局方位角演算部１６から得た方位ベクトルの減算処理を行うことで、現在向いているアンテナが回転すべき角度を算出する。
【００１９】
アンテナ方位角制御部１８は、目的方位角演算部１７で算出された角度で指向アンテナ２０が指向するように、アンテナ方位角駆動部１９を制御する。アンテナ方位角駆動部１９は、主にステッピングモータで構成される。指向アンテナ２０は、主に周波数１５ＧＨｚ帯用のホーンアンテナで構成される。
【００２０】
実施の形態２
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ指向制御装置を示す。本実施の形態における基本構成は図１に示した第１の実施の形態と共通であるが、位置予測演算部１１ａを追加してある点が異なっている。
【００２１】
先に述べた実施の形態１では、ＧＰＳの更新周期は１秒毎である。ＧＰＳは、複数の衛星からの電波の到達時刻の差を計測し、その時間差と、各衛星のその時刻での位置から受信地点の３次元的位置（緯度，経度，高度）を計算するものである。しかし、衛星から与えられる情報は、例えば衛星の位置は、位置そのものが送られるわけではなく、衛星の軌道要素と現在時刻が別々に送られ、送られた軌道要素，時刻から衛星の現在の位置をＧＰＳ受信機内で計算するという具合に、複雑な処理を要する。そのため位置情報のサンプリング間隔はＧＰＳの性能要素の重大な項目となっている。ＧＰＳは、原理の上では計算能力さえ高ければサンプリング間隔を小さくすることは可能であるが、コスト的な制約から１秒程度が現実的な性能となっている。このことから、アンテナの指向制御も１秒毎に行っていた。これに対して、位置予測演算部１１ａは、１秒毎に抽出した飛行体の過去の位置情報を均等時間で補完し、現在の位置情報に加算することで位置予測するものである。これは、ヘリコプタのような急旋回を伴う飛行体にとって特に有効である。
【００２２】
本願発明者の考察により、上記の補完周期と位置予測の周期は０．１秒毎に制御することが最適であることが判明した。以下に、その理由を述べる。
【００２３】
中継に使用するヘリコプタは最高速度１１１ｍ／ｓ（４００ｋｍ／ｈ）で飛行し、通常は基地局から１ｋｍ以上離れて中継を行う。その際に、基地局から見たヘリコプタの移動距離により成す移動角度は、次の表１から判るように、最大で６．３５ｄｅｇ／ｓである（基地局からの距離が１ｋｍの場合）。
【００２４】
【表１】
0003955442.tif 000002
【００２５】
そこで、次に列挙する以下の条件▲１▼，▲２▼，▲３▼を考慮すると、アンテナ指向制御のタイミングは、１秒毎に行えば十分である（図４参照）。
▲１▼  ＧＰＳの受信タイミングは通常１秒毎行われる。
▲２▼  方位センサからのデータ取得タイミングは５００ｍｓ毎に行われる。
▲３▼  使用するアンテナの半値幅は８ｄｅｇである（実際には、天候条件などを考慮して安全マ−ジンをとり６ｄｅｇ程度となる）。
【００２６】
しかし、ヘリコプタが基地局から１ｋｍ以内まで接近して中継を行う場合が希にある。この場合、上記の表１に示す通り、基地局から見たヘリコプタの移動距離により成す移動角度は急激に大きくなる。そのため、１秒毎のアンテナ指向制御ではアンテナが十分に追従できず、その結果、１秒間のヘリコプタの移動距離により成す移動角度は、半値幅８ｄｅｇを超えてしまい正常な中継ができなくなってしまう。
【００２７】
そこで、ＧＰＳからの１秒ごとの情報とヘリコプタの過去の動きから予測を行うことにより、１秒よりもさらに短い周期でアンテナの指向制御を行う必要がある。
【００２８】
表１および図４に示す通り、基地局から０．１ｋｍの距離では、ヘリコプタの移動距離により成す移動角度は５８．０６ｄｅｇである。これは、上記に示した実際のアンテナ半値幅６ｄｅｇの約１０倍である。
【００２９】
したがって、この場合に送信アンテナを追従させるためには１秒間に１０回、すなわち、０．１秒毎にアンテナ指向制御を行えばよいことになる。
【００３０】
なお、送信アンテナの制御回転速度は９０ｄｅｇ／ｓであるため、制御角度が大きくなっても十分に追従できる。
【００３１】
これにより、基地局から１ｋｍ以上離れた通常運用だけでなく、希に行う１ｋｍ以内での運用にも対応することができる。
かくして、
【００３２】
【外１】
0003955442.tif 000003
【００３３】
【外２】
0003955442.tif 000004
【００３４】
【数１】
0003955442.tif 000005
【００３５】
また、経度についても同じ計算式により与えられる。
【００３６】
以上のように、基地局からのほぼ全領域にわたって行うことのできるアンテナ指向制御の最短周期は、０．１秒であることが分かる。
【００３７】
なお、現在使用されているヘリコプタの全長が１０ｍ〜１５ｍであることを考慮すると、上記０．１秒間の移動距離は最大でも約１１ｍであるので、この０．１秒という値は実用上きわめて妥当・適切な値であることがわかる。
【００３８】
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、ヘリコプタ等に代表される高速で移動し、且つ急旋回等の独特な挙動による急激な方向転換を伴う飛行体に対しても、目的とする基地局との距離を問わず、十分追尾可能なアンテナ指向制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る説明図である。
【符号の説明】
１１    位置情報検出部
１１ａ    位置予測演算部
１２    方位検出部
１３    基地局位置情報源
１４    演算制御部
１５    アンテナ方位角演算部
１６    基地局方位角演算部
１７    目的方位角演算部
１８    アンテナ方位角制御部
１９    アンテナ方位角駆動部
２０    指向アンテナ
【図１】
0003955442.tif 000006
【図２】
0003955442.tif 000007
【図３】
0003955442.tif 000008
【図４】
0003955442.tif 000009