(57)【要約】      （修正有）【課題】時刻ずれやアンテナ角度のずれ等によって、予報データで予測した通りに追尾困難な状況にあっても、広いビームで確実に目標物を捕捉し、その情報を用いて狭いビームを導入することが可能になり、狭いビームによる追尾が確実なものになる、衛星追尾アンテナ装置及び衛星追尾方法を提供する。【解決手段】観測予報値を用いて衛星を追尾するトラッキング方法において、ビーム幅がＸバンドのそれよりも広いＳバンドの受信ビームを用いて衛星を先ず検出し、そのトラッキング情報を用いてＳバンドより狭い受信ビームを持つＸバンドを用いてより精度の高い追尾データを得る。【選択図】図１
2016180729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
追尾対象を追尾する追尾アンテナであって、
ビーム幅の異なる２つのアンテナと、
追尾対象の軌道データに基づいて観測予報値を作成する予報データ作成部と、
前記観測予報値に基づいてアンテナを駆動するアンテナ駆動部と、
前記アンテナ駆動部で駆動された２つのアンテナのうち、ビーム幅の広い方のアンテナで追尾対象を検出したのち、ビーム幅の狭い方のアンテナで広い方のビーム内をサーチし、追尾対象を捕捉した際の方位・仰角データに基づいて観測予報値の補正をする予報データ補正部と、を具備することを特徴とする衛星追尾アンテナ装置。
【請求項２】
前記ビーム内のサーチとは、ビーム幅の狭い方のアンテナがビーム幅の広い方のアンテナのビーム中心と同心円となるサークル上をサーチすることを特徴とする、請求項１に記載の衛星追尾アンテナ装置。
【請求項３】
前記同心円の直径は、サーチ１周する毎に、狭いビームの直径分に相当する距離だけ大きくなることを特徴とする、請求項１、２に記載の目標物観測レーダ装置。
【請求項４】
前記観測予報値の補正とは、ビーム幅の狭い方のアンテナが広い方のビーム範囲内をサーチし追尾対象を捕捉し、捕捉した際の時刻における方位、仰角が観測予報値の同時刻における方位、仰角と異なれば観測予報値を修正することを特徴とする、請求項１〜３に記載の衛星追尾アンテナ装置。
【請求項５】
追尾対象を追尾するアンテナ追尾方法であって、
ビーム幅の異なる２つのアンテナを用いて、
追尾対象の軌道データに基づいて観測予報値を作成する予報データを作成し、
前記観測予報値に基づいてアンテナを駆動し、
前記アンテナ駆動方式で駆動された２つのアンテナのうち、ビーム幅の広い方のアンテナで追尾対象を検出したのち、ビーム幅の狭い方のアンテナで広い方のビーム内をサーチし、追尾対象を捕捉した際の方位・仰角データに基づいて観測予報値の補正をすることを特徴とする衛星追尾方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、受波ビーム幅の狭小なアンテナにおいても、ロケット、人工衛星等の追尾対象を確実に捕捉するための待ち受け追尾用アンテナ駆動装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来の待ち受け追尾用アンテナ駆動方式を示す機能ブロック図である。図において、１は観測局内に設置された計算機であり、２はこの計算機１にて制御駆動されるアンテナである。
また、３は計算機１内に例えばソフトウェア的に実現され、人工衛星などの追尾対象のあらかじめ予測される軌道に従って、アンテナ２を駆動するための予報データを作成する予報データ演算部であり、４はその予測データ、５はその予報データ４が格納される予報データ格納部である。
６はこの予報データ格納部５に格納された予報データ４を基にアンテナへの指令角度を算出する指令値演算部であり、７はこの指令値演算部６にて算出されてアンテナ２へ送られるアンテナへの指令角度である。
次に動作について説明する。追尾対象の到来に先立ち、計算機１は予報データ演算部３にて、観測局の緯度・経度・高度及び追尾対象の位置と速度から予測される予報データ４を作成し、予報データ格納部５に格納する。
次いで、指令値演算部６は追尾対象の到来に備えて、アンテナ２が追尾対象の到来方向を指向するように、予報データ格納部５に格納された予報データ４を基に、アンテナへの指令角度７を作成してアンテナへ送る。アンテナ２はそのアンテナへの指令角度７に従って駆動され、指定された方向に指向する。
時刻が、予報データ４で予測した時刻（以下、予報時刻という）になると、予報時刻に対応して予報データ４で予測した角度（以下、アンテナの予報角度という）を基に、指令値演算回路６がリアルタイムにアンテナへの指令角度７を算出し、それをアンテナ２へ送る。アンテナ２はこのアンテナへの指令角度７にて駆動され、そのメインローブで追尾対象を捕捉する。
なお、このような従来の待ち受け追尾用アンテナ駆動方式に関連する技術が記載された文献としては、例えば“電波研究所季報”の第２６巻第１３６号（１９８０年２月）の第２６１〜２７３頁の論文「プログラム追尾系」などがある。
さて、このような従来の待受け追尾用アンテナ駆動方式は、軌道の時間ずれの絶対値が小さい場合は、平行移動で近似できるが、ある程度絶対値が大きいと、観測予報値を時間軸上で移動して、新しい観測値を生成することは、事実上不可能になる。
これに対し特許文献１では、平行移動による観測予報値の補正に代わる補正方式を採用した目標観測レーダ装置及び目標追尾方法を提供することにある。（特許文献１）
また、従来の待ち受け追尾用のアンテナ駆動方式は、時刻のずれやアンテナ角度のずれ等によって、予報データで予測した通りに追尾しなかった場合、追尾対象をアンテンナのメインローブで捕捉できないことがあり、その結果追尾対象から送信される電波を、十分な受信レベルで受信できずに、良好なデータが得られないという問題点があった。
係る問題点を解消するために、特許文献２は、追尾対象を補足した時にサイドローブで補足していた場合でも、メインローブで確実に再捕捉することができる待ち受け追尾用アンテナに係る駆動方式を提供することにある。（特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９９８４号公報
【特許文献２】特許２７６１１２６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“電波研究所季報”の第２６巻第１３６号（１９８０年２月）の第２６１〜２７３頁の論文「プログラム追尾系」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
観測予報値を用いて衛星を追尾するトラッキング方法において、時刻のずれやアンテナ角度のずれ等によって、予報データで予測した通りに追尾しない課題があった。
また、衛星の画像データ等を限られた時間内に地上局へ多数データ転送するには広帯域を確保できるＸバンド通信が適する。さらに、衛星の微弱な電波を確実に捉えるために地上局には大口径のパラボラアンテナが適する。一般的に、アンテナは大口径になるほど受信感度が上がる一方、受信ビームがシャープになることが知られている。Ｘバンド１２ｍのパラボラアンテナでは、送受波ビームが１度以内のシャープさになり、衛星の自動追尾において前記の問題に加えてさらに高精度のトラッキングが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本解決手段は、観測予報値を用いて衛星を追尾トラッキングする方法において、ビーム幅の異なる２つのアンテナ、受信機を用いて実際の衛星到来波を受信し、観測予報値誤差の補正に関する。
即ち、衛星のトラッキングは、ビーム幅がＸバンドのそれよりも広い、例えば３ｍのＳバンドアンテナと高感度・狭ビーム角の特性を持つ、例えば１２ｍのＸバンドアンテナを用いて行う。
予め衛星の軌道情報からアンテナ設置地点における衛星の到来時刻、方位、俯角を観測予報値として算出しておき、到来時の所定時刻前にＳバンド、Ｘバンドアンテナを前記算出した方位と俯角に導入し待機させる。
Ｓバンドアンテナが一旦衛星電波を受信し始めると、Ｘバンドアンテナはサーチモードに入る。Ｘバンドアンテナは、Ｓバンドアンテナのビーム中心を同心円とするサークル上をサーチする。
同心円の半径は、Ｘバンドアンテナのビーム幅に相当する長さを初期値とし、一周毎にビーム幅に相当する長さを増加させる。その間、受信レベルがピークになるポイントをサーチし、ピーク時点における方位・仰角を検出し、その時刻における観測予報値と比較し、誤差があれば予報値を補正する。
Ｓ，Ｘバンドアンテナは、前記補正後のデータに基づいて衛星のトラッキングを継続する。
【発明の効果】
【０００７】
時刻ずれやアンテナ角度のずれ等によって、予報データで予測した通りに追尾困難な状況にあっても、広いビームで確実に目標物を捕捉し、その情報を用いて狭いビームを導入することが可能になり、狭いビームによる追尾が確実なものになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の一実施形態を示すシステム概略図
【図２】３ｍ  Sバンドアンテナと１２ｍ  Xバンドアンテナのビーム幅の計算結果
【図３】３ｍ  Sバンドアンテナと１２ｍ  Xバンドアンテナのビーム幅の横断面比較
【図４】Xバンドアンテナのサーチ制御
【図５】人工衛星の予報カーブ
【図６】従来の待受け追尾システム概略図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明の一実施形態を、図１に示す。
観測予報値を用いて衛星を追尾トラッキングする方法において、ビーム幅の異なる２つのアンテナ、受信機を用いて実際の衛星到来波を受信し、観測予報値誤差を補正することを特徴とする。
一般に、アンテナの指向特性を示す送受波ビーム幅は、ビームのピーク周波数から３ｄBダウンした周波数幅と定義されている。３ｄBダウンのビーム幅は、アンテナ波長に比例しアンテナ面の幅に半比例することが知られている。例えば、３ｍSバンド（２GHｚ）と１２ｍXバンド（８GHｚ）のパラボラアンテナのビーム幅は図２の計算結果となる。
図３は、前記３ｍSバンドと前記１２ｍｘバンドのアンテナビーム幅を比較した図である。アンテナビーム幅の計算結果から、３ｍのＳバンドアンテナをビーム幅の広い衛星サーチ用とし、１２ｍのＸバンドアンテナをビーム幅の狭いデータ受信用として用いる。
先ずは、予め衛星の軌道情報からアンテナ設置地点における衛星の到来時刻、方位、俯角を観測予報値として算出しておき、到来時の所定時刻前にＳバンド、Ｘバンドアンテナを前記算出した方位と俯角に導入し待機させる。
ここで、衛星の軌道情報とは、所定時間毎に衛星の位置データを算出したデータ集合体である。
到来時の所定時刻前に両アンテナを受信状態とし、衛星電波の到来を待つ。
ビーム中心の制御を図４に示す通り、Ｓバンドアンテナが衛星電波を受信し始めると、Ｘバンドアンテナはサーチモードに入る。Ｘバンドアンテナは、Ｓバンドアンテナのビーム中心を同心円とするサークル上をサーチする。
同心円の半径は、Ｘバンドアンテナのビーム幅に相当する長さを初期値とし、一周毎にビーム幅に相当する長さを増加させる。その間、受信レベルがピークになるポイントをサーチし、ピーク時点における方位・仰角を検出し、その時刻における観測予報値と比較し、誤差があれば予報値を補正する。
補正に関しては以下の通りとする。予報値の仰角、方位角を時間軸で表すと図５の通りであり、予報カーブをΔT時間軸方向にずらせると破線のようになる。Ｘバンドアンテナの捕捉時における仰角、方位角を用いて多数の破線から最も近しい予報カーブを選択する。本予報カーブにおける仰角、方位角を補正後のデータとして入れ替える。
ここでは、ＳバンドとＸバンドを用いたが一実施例であり、ビーム幅の異なるアンテナの組合せであれば発明の効果は期待できる。
【００１０】
この実施形態によれば、時刻ずれやアンテナ角度のずれ等によって、予報データで予測した通りに追尾しなかった場合において、広いビームで確実に目標物を捕捉し、その情報を用いて狭いビームを導入することが可能になり、狭いビームによる追尾性能が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
この発明は、ロケット、人工衛星などの追尾対象を、大口径・Ｘバンド等の狭いビームアンテナにおいて、確実に追尾対象を捕捉するための待ち受け追尾用アンテナ駆動方式に利用可能である。
【符号の説明】
【００１２】
２ａ  Sバンドアンテナ
２ｂ  Xバンドアンテナ
４    予報データ
７ａ  Sバンドアンテナへの指令角度
７ｂ  Xバンドアンテナへの指令角度
１０ａ  Sバンド受信レベル
１０ｂ  Xバンド受信レベル
【図１】
2016180729.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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