(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナから出力される和信号、差信号を受信する受信手段と、上記受信手段により、受信した和信号、差信号より誤差信号を検出し、増幅する誤差信号検出手段と、上記誤差信号に基づき上記アンテナの指向方向を制御するアンテナ駆動制御手段とを具備した追尾受信機において、上記受信手段は、上記アンテナから出力される和、差信号をそれぞれ増幅する和信号系、差信号系低雑音増幅器と、上記和信号系低雑音増幅器の出力を入力し、校正用信号および追尾用信号に分波する校正信号分波器と、上記分波された校正信号を減衰する校正信号減衰器と、上記校正信号の位相を０/πに変化させる校正信号移相器と、上記差信号系低雑音増幅器からの差信号と上記校正信号移相器からの校正信号を切り替える差信号系スイッチとを備えたことを特徴とする追尾受信機。
【請求項２】
前記和信号系低雑音増幅器及び差信号系低雑音増幅器の利得を地上からのコマンド信号により可変させるバイアスコントロール回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の追尾受信機。
【請求項３】
アンテナ駆動制御手段から出力される制御コマンド信号を受け前記バイアスコントロール回路を制御する制御回路を備えたことを特徴とする請求項２記載の追尾受信機。
【請求項４】
前記制御回路からの制御信号により和/差信号系の利得を変化させる可変減衰器を備えたことを特徴とする請求項３記載の追尾受信機。
【請求項５】
前記制御回路からの制御信号により誤差信号検出手段の増幅倍率を変化させる倍率可変回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の追尾受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば人工衛星等に搭載する追尾受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
追尾受信機は、例えば人工衛星のアンテナ追尾制御において、アンテナから出力される和信号、差信号を受信し、受信した和信号、差信号より仰角誤差信号、方位角誤差信号を検出し、アンテナ駆動計算機へ出力するものである。アンテナ駆動計算機は、この信号を用いアンテナの指向方向を制御する。
【０００３】
追尾手順として、まず追尾受信機を用いないプログラム追尾を行う。プログラム追尾は、衛星の軌道位置からおおよそのアンテナの指向方向を計算処理により求め、アンテナを駆動する。このプログラム追尾によりある程度の受信レベルが得られるまでアンテナ指向方向を制御しておき、次に追尾受信機を用いた自動追尾により、より精度の高いアンテナ追尾を行う。
【０００４】
図９は従来の追尾受信機を示すものである。図において１は和信号、２は和信号系低雑音増幅器（LNA：LOW NOISE AMPLIFIER、以下和信号系LNAと略す）、３は和信号系帯域制限フィルタ、４は移相器、５は差信号、６は差信号系低雑音増幅器（LNA：LOW NOISE AMPLIFIER、以下差信号系LNAと略す）、７は差信号系帯域制限フィルタ、８は変調器、９は合波器、１０は周波数変換器、１１は発振器、１２は局発回路、１３はIF信号帯域制限フィルタ、１４はAGC(AUTOMATIC GAIN CONTROL)回路、１５は検波器、１６はAGC制御信号、１７は誤差信号分配器、１８は仰角誤差信号検出器、１９は仰角誤差信号フィルタ、２０は仰角誤差信号増幅器、２１は方位角誤差信号検出器、２２は方位角誤差信号フィルタ、２３は方位角誤差信号増幅器、２４はクロック(CLK)回路、２５はCLK信号、２６はアンテナ駆動計算機である。
【０００５】
次に動作について説明する。和信号１は、和信号系LNA２により増幅される。増幅された和信号１は、和信号系帯域制限フィルタ３により帯域制限された後、移相器４において和信号系、差信号系の位相変化が同等となるよう位相調整される。前記移相器４から出力された信号は、合波器９に入力される。
【０００６】
一方、差信号５は、差信号系LNA６により増幅される。増幅された差信号５は、差信号系帯域制限フィルタ７により帯域制限された後、変調器８においてCLK回路２４より出力されるCLK信号２５により変調される。前記変調器８から出力された信号は、合波器９に入力される。前記合波器９において合波された和、差信号合成波は、図１０のようなスペクトラムとなる。
【０００７】
発振器１１より発生した局発信号は、局発回路１２により逓倍され、周波数変換器１０へ出力される。前記合波器９より出力された信号は周波数変換器１０において、前記局発回路１２より出力される信号と合成され周波数変換される。前記周波数変換器１０より出力されたIF信号は、AGC回路１４に入力される。前記AGC回路１４では検波器１５により検出されるAGC制御信号１６により和信号１は一定レベルに、差信号５は和信号１により正規化されたレベルに制御される。
【０００８】
前記AGC回路１４より出力された信号は、誤差信号分配器１７により分配され仰角誤差信号検出器１８、方位角誤差信号検出器２１へ出力される。前記仰角誤差信号検出器１８、方位角誤差信号検出器２１では、前記CLK回路２４より出力されるCLK信号２５により仰角及び方位角の誤差信号を検出する。前記仰角誤差信号検出器１８から出力された誤差信号は、仰角誤差信号フィルタ１９で帯域制限を受けた後、仰角誤差信号増幅器２０で増幅され、アンテナ駆動計算機２６へ出力される。
【０００９】
同様に前記方位角誤差信号検出器２１から出力された誤差信号は、方位角誤差信号フィルタ２２で帯域制限を受けた後、方位角誤差信号増幅器２３で増幅されアンテナ駆動計算機２６へ出力される。前記アンテナ駆動計算機２６へ出力される誤差信号電圧VΔは以下に示すように、入力される和信号１のレベルと差信号５のレベルの差に比例する。
【００１０】
【数１】
0003915405.tif 000002
【００１１】
よって、和信号レベルPΣと差信号レベルPΔの差が同じであれば、誤差信号電圧VΔは等しくなる。この和信号レベルPΣと差信号レベルPΔの差はアンテナに入力する信号の誤差角度θ(deg)により変化する。このため、誤差角度と誤差信号電圧VΔは以下の誤差検出感度で表される関係がある。また、これを図１１に図示する。アンテナ駆動計算機２６では、入力される誤差信号電圧VΔをもとに事前に記憶している誤差検出感度から誤差角度を検出しアンテナを駆動する。
【００１２】
【数２】
0003915405.tif 000003
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の追尾受信機は、以上のように構成されていたため、例えば温度変動や経年変化で増幅器をはじめとする各モジュールが利得変動を起こした場合、誤差信号が変化する。この結果、誤差角度と誤差信号電圧の関係がアンテナ駆動計算機２６に記憶している誤差検出感度と差異を生じ、検出される誤差角度が誤ってしまう問題があった。特に、合波器９の前の和信号系回路、差信号系回路で各々おきた利得変動は、以下に示すように誤差信号変動の主な要因となる。
【００１４】
【数３】
0003915405.tif 000004
【００１５】
また、AGC回路１４における誤差により正規化に誤差が生じた場合も誤差角度と誤差信号電圧の関係がアンテナ駆動計算機２６に記憶している誤差検出感度と差異を生じる。
【００１６】
さらに、追尾受信機の低雑音化をはかるため前記和信号系LNA２、差信号系LNA６を分離しアンテナ出力端に付ける構成を取るような場合、前記和信号系LNA２、差信号系LNA６とその他のモジュールの軌道上での温度環境の関係が予測できず、地上温度試験においても誤差信号変動の確認が行うことができないため、運用時の追尾精度劣化の原因となる問題があった。
【００１７】
この発明は、前記のような課題を解消するためになされたものであり、軌道上での各モジュールの利得変動を校正できる追尾受信機を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による追尾受信機は、和信号系入力部に校正信号分波器を設け、既知のレベル差を与える校正信号減衰器、校正信号の位相を０/πに変化させる校正信号移相器、校正用差信号を通す差信号系スイッチとを設けて構成したものである。
【００１９】
また、第２の発明による追尾受信機は、上記第１の発明による追尾受信機に和信号系低雑音増幅器及び差信号系低雑音増幅器の利得をコマンド信号により可変させるバイアスコントロール回路を追加したものである。
【００２０】
第３の発明による追尾受信機は、上記第２の発明による追尾受信機にアンテナ駆動計算機からの制御コマンド信号によりバイアスコントロール回路を制御する制御回路を追加したものである。
【００２１】
また、第４の発明による追尾受信機は、上記第３の発明による追尾受信機に制御回路からの制御信号により和/差信号系の利得を変化させる可変減衰器を追加したものである。
【００２２】
第５の発明による追尾受信機は、上記第４の発明による追尾受信機に制御回路からの制御信号により方位角/仰角誤差信号増幅器の倍率を変化させる倍率可変回路を追加したものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す図であり、図において１〜２６は図６と同等である。２７は校正信号分波器、２８は校正信号減衰器、２９は校正信号移相器、３０は差信号系スイッチ、３１は制御信号である。
【００２４】
次に、実施の形態１の詳細な動作説明を行う。自動追尾動作中において和信号１は、校正信号分波器２７により校正用信号および追尾用信号に分波される。分波された校正信号は校正信号減衰器２８により減衰された後、アンテナ駆動計算機２６から出力される制御信号３１により校正信号移相器２９にて位相に０又はπの変化が与えられ、差信号系スイッチ３０へ入力される。差信号系スイッチ３０はアンテナ駆動計算機２６より出力される制御信号３１により受信信号と校正信号を交互に差信号系に出力する。
【００２５】
まず、差信号系スイッチ３０は校正信号を差信号系に出力するよう設定される。校正信号は元の和信号１とのレベル差がある規定の誤差角度θref(deg)に相当するよう校正信号減衰器２８で減衰される。さらに、校正信号移相器２９により校正信号と元の和信号１との相対位相差が０degと１８０deg(π)となるよう切替えられる。これにより、校正信号は誤差角度がθref(deg)、-θref(deg)の差信号に相当するようになる。このとき、誤差信号電圧は図２に示すようにVref、-Vrefとなる。
【００２６】
次に、差信号系スイッチ３０は受信した差信号を差信号系に出力するよう設定される。この状態で実際の誤差電圧Voが検出される。この誤差電圧Voと、前記θref(deg)、-θref(deg)、Vref、-Vrefの関係から正しい誤差角度θo(deg)をアンテナ駆動計算機２６で求めることが出来る。アンテナ駆動計算機２６は制御信号３１により、この動作を追尾制御ループ速度よりも速いタイミングで繰返すことにより追尾動作に支障を来たすことなく誤差信号を検出できる。
【００２７】
例えば、信号の正規化に誤差が生じたり、和差信号レベル差が変動し、誤差検出感度が図３のように変動する。これにより誤差角度θo(deg)に対する誤差電圧がVoからV’に変化する。これをノミナル感度で制御すると図に示すθ’(deg)と認識し追尾制御を行なうが、補完計算を行なうとV’ がθo(deg)と認識でき正しい追尾が可能となる。
【００２８】
このように、和信号１に対しその相対位相、相対レベルが既知の校正信号を、受信差信号５と交互に検出するため温度変動や経年変化で増幅器を始めとする各モジュールが利得変動をおこした場合、その変動分による誤差出力の変化を校正データとして取得でき、誤差信号電圧に補正をかけるため温度環境の予測のつかない軌道上でも追尾精度の劣化を防ぐことができる。
【００２９】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２を示す図であり、図において１〜３１は図１と同等である。３２はコマンド信号、３３はバイアスコントロール回路である。
【００３０】
次に、実施の形態２の詳細な動作説明を行う。実施の形態１と同様の処理により、校正信号と受信差信号から交互に誤差信号電圧を検出する。校正信号検出時、誤差信号電圧が飽和電圧以内の適正出力であれば正しい補正が可能であるが、和/差信号系間のレベル差があまりにも大きくなり、図５に示すように飽和電圧に達してしまった場合、この飽和電圧で補正をかけると誤った誤差角度を検出してしまう。
【００３１】
この誤差信号電圧はテレメトリ信号として地上に送信される。地上ではこの出力された誤差信号電圧が飽和電圧に達していた場合、適正な誤差信号電圧となるよう地上からのコマンド信号３２によりバイアスコントロール回路３３でLNA２、６のバイアス値を変化させる。これによりLNA２、６の利得を可変させ検出される誤差信号電圧が飽和電圧以内となるよう補正する。
【００３２】
このように、地上からのコマンド信号３２によりLNA２、６の利得を可変させ利得の変動を補正することにより、和／差信号系間のレベル差を補正することができる。これにより、温度環境の予測のつかない軌道上でも所望の追尾精度を確保することができる。
【００３３】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３を示す図であり、図において１〜３１,３３は図２と同等である。３４は制御回路、３５は制御コマンド信号、３６は制御信号である。
【００３４】
次に、実施の形態３の詳細な動作説明を行う。実施の形態１と同様の処理により、校正信号と受信差信号から交互に誤差信号電圧を検出する。出力された誤差信号電圧が飽和電圧に達していた場合、適正な誤差信号電圧となるようアンテナ駆動計算機２６から制御回路３４へ制御コマンド信号３５を送る。制御コマンド信号３５を受けた制御回路３４はバイアスコントロール回路３３へ制御信号３６を送りLNA２、６のバイアス値を変化させる。これによりLNA２、６の利得を可変させ利得の変動を補正する。
【００３５】
このように、LNA２、６のバイアスを制御回路３４からの制御信号３６により変化させるようにしたため、衛星が地上からのコマンド信号を受信できない軌道上にいる場合も利得を変化させ、和／差系間のレベル差を補正することができることから全ての軌道上で所望の追尾精度を確保することができる。
【００３６】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４を示す図であり、図において１〜３１,３３〜３６は図３と同等である。３７は和信号系可変減衰器、３８は差信号系可変減衰器である。
【００３７】
次に、実施の形態４の詳細な動作説明を行う。実施の形態１と同様の処理により、校正信号と受信差信号から交互に誤差信号電圧を検出する。出力された誤差信号電圧が飽和電圧に達していた場合、適正な誤差信号電圧となるようアンテナ駆動計算機２６から制御回路３４へ制御コマンド信号３５を送る。制御コマンド信号３５を受けた制御回路３４はバイアスコントロール回路３３へ制御信号３６を送りLNA２、６のバイアス値を変化させると同時に、和信号系可変減衰器３７、差信号系可変減衰器３８の減衰量を制御する。これにより和系、差系の利得を各々可変させ利得の変動を補正する。
【００３８】
このように、和信号系可変減衰器３７、差信号系可変減衰器３８により、利得の変動を補正できるようにしたため、LNA２、６での補正の範囲を越えた場合でも利得の変動を補正することができる。またLNAでの補正量を少なくでき、LNA２、６で利得補正することによるNF(Noise Figure)等の他特性への影響を軽減することができ所望の追尾精度を確保することができる。
【００３９】
実施の形態５
図８は、この発明の実施の形態５を示す図であり、図において１〜３１,３３〜３８は図４と同等である。３９は仰角倍率可変回路、４０は方位角倍率可変回路である。
【００４０】
次に、実施の形態５の詳細な動作説明を行う。実施の形態１と同様の処理により、校正信号と受信差信号から交互に誤差信号電圧を検出する。出力された誤差信号電圧が飽和電圧に達していた場合、適正な誤差信号電圧となるようアンテナ駆動計算機２６から制御回路３４へ制御コマンド信号３５を送る。制御コマンド信号３５を受けた制御回路３４はバイアスコントロール回路３３、和信号系可変減衰器３７、差信号系可変減衰器３８へ制御信号３６を送ると同時に、仰角倍率可変回路３９、方位角倍率可変回路４０の倍率を制御する。これにより仰角誤差信号、方位角誤差信号の利得を各々可変させ利得の変動を補正する。
【００４１】
このように、仰角倍率可変回路３９、方位角倍率可変回路４０により誤差信号の変動を補正できるようにしたため、合波した後の回路の温度変動、経年変化も全て含めて補正でき、所望の追尾精度を確保することができる。
【００４２】
【発明の効果】
第１の発明によれば、追尾動作中において差信号と交互に、和信号との相対位相、相対レベルが既知の校正信号を入力できるようにするため温度変動や経年変化で増幅器を始めとする各モジュールが利得変動をおこした場合その変動分を校正データとして取得し、アンテナ駆動計算機２６にて誤差信号電圧に補正をかけるため温度環境の予測のつかない軌道上でも追尾精度の劣化を防ぐことができる。
【００４３】
第２の発明によれば、誤差信号電圧が飽和電圧である時、地上からのコマンド信号によりLNAのバイアスを変化させてLNAの利得を可変させることにより、誤差信号電圧が適正電圧となるようにすることができ、温度環境の予測のつかない軌道上でも所望の追尾精度を確保することができる。
【００４４】
第３の発明によれば、LNAのバイアスを制御回路からの制御信号により変化させLNAの利得を可変できるようにしたため、衛星が地上からのコマ ンド信号を受信できない軌道上にいる場合も利得の変動を補正することができ、全ての軌道上で所望の追尾精度を確保することができる。
【００４５】
第４の発明によれば、和信号系可変減衰器、差信号系可変減衰器により、利得の変動を補正できるようにしたため、LNAでの補正の範囲を越えた場合でも利得の変動を補正することができる。またLNAでの補正量を少なくすることにより、LNAで利得補正することによるNF等の他特性への影響を軽減することができる。
【００４６】
第５の発明によれば、仰角倍率可変回路、方位角倍率可変回路により誤差信号の変動を補正できるようにしたため、合波した後の回路の温度変動、経年変化も全て含めて補正でき、所望の追尾精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による追尾受信機の実施の形態１を示す図である。
【図２】  校正信号入力時の誤差角度と誤差信号電圧VΔの関係を示す図である。
【図３】  誤差が生じた時の誤差角度と誤差信号電圧VΔの関係を示す図である。
【図４】  この発明による追尾受信機の実施の形態２を示す図である。
【図５】  飽和が生じた時の誤差信号電圧を示す図である。
【図６】  この発明による追尾受信機の実施の形態３を示す図である。
【図７】  この発明による追尾受信機の実施の形態４を示す図である。
【図８】  この発明による追尾受信機の実施の形態５を示す図である。
【図９】  従来の追尾受信機を示す図である。
【図１０】  和／差信号合成波スペクトラムを示す図である。
【図１１】  誤差角度と誤差信号電圧VΔの関係を示す図である。
【符号の説明】
２  和信号系低雑音増幅器、６  差信号系低雑音増幅器、１８  仰角誤差信号検出器、２０  仰角誤差信号増幅器、２１  方位角誤差信号検出器、２３  方位角誤差信号増幅器、２６  アンテナ駆動計算機、２７.  校正信号分波器、２８校正信号減衰器、２９  校正信号移相器、３０  差信号系スイッチ、３３  バイアスコントロール回路、３４  制御回路、３７  和信号系可変減衰器、  ３８差信号系可変減衰器、３９  仰角倍率可変回路、４０  方位角倍率可変回路。
【図１】
0003915405.tif 000005
【図２】
0003915405.tif 000006
【図３】
0003915405.tif 000007
【図４】
0003915405.tif 000008
【図５】
0003915405.tif 000009
【図６】
0003915405.tif 000010
【図７】
0003915405.tif 000011
【図８】
0003915405.tif 000012
【図９】
0003915405.tif 000013
【図１０】
0003915405.tif 000014
【図１１】
0003915405.tif 000015