CN1122169A - 卫星广播接收移动天线装置 - Google Patents

Abstract

用于安装在移动体上的跟踪控制装置检测接收的无线电波电平，当与前次相关的接收信号电平增量变大时，以高转速重复转动天线一个确定角度，从而控制转角。在接收信号电平大于阈值的期间内，天线的转角保持在当前值。当接收信号电平降低到小于阈值时，移动体的角速度和其积分值被检测，并根据检测结果，确定误差的类型。

Description

卫星广播接收移动天线装置

本发明涉及用于接收卫星广播的移动天线装置，尤其涉及具有改进的自动跟踪***，体积小、成本低的卫星广播接收移动天线装置。

由于近年来卫星广播接收器已经得到广泛应用，移动天线已经得到了发展，装在各种移动装置上，诸如汽车和飞机上以接收卫星广播。将来，将提出不仅能从静止卫星如广播卫星还能从移动卫星接收无线电波，或者提供除了接收广播外包括与卫星通信(发射和接收)的业务。在这种移动天线装置中，尤其在装于车辆上的卫星广播接收天线装置中，完全有必要提供一个自动跟踪机制，即使卫星是静止和移动时，由于移动车辆的方向每时每刻都在改变，总是使天线体总是指向相关卫星。

这种自动跟踪机制通过控制天线体方向水平分量(以后称作“跟踪方位”)的方位控制装置和控制天线体仰角的垂直控制装置的组合来实现。该自动跟踪***在包括电路部分如转换器和调谐器的整个卫星广播接收***中占了相当部分的费用，并增加了天线装置的安装高度和面积。因此，该装置能简化多少是重要的技术目标之一。

由于当安装了天线的车辆移动时，天线体的跟踪方位需要在360°范围内进行控制，所以由一个机械旋转装置来控制跟踪方位是可行的。与上面相反，天线体的仰角，可以根据车辆移动地区的范围和车辆沿着移动的道路斜度±5°的变化，尤其是当天线指向静止卫星如广播卫星时，在相当有限的范围内改变得到充分的控制。这样，仰角度的控制范围限制到一个相对较小的值。

因而，卫星广播接收移动天线装置利用了单轴跟踪***，其中只有跟踪方位用预先设置为很宽高度的天线的方向性来控制，并利用垂直方向是离散和粗控制的***，从而实现整个接收***的小型化和低成本。跟踪方位控制装置基本保持与进行任何垂直控制的垂直控制装置无关。下面将说明一个相对重要的跟踪方位控制。

我们知道用于移动型卫星广播接收天线装置或者相差检测***的一个跟踪控制装置公开于日本专利申请NO.3—350103它与本发明的受让人相同。在该相差检测***中，卫星广播接收天线一些分离的部分以某一方向被排列，且彼此间有间距，使得入站的无线电波方向和天线部件排列方向间的错误，即整个天线的跟踪错误可以根据天线各自的分离部件接收到的无线电波间的相位差得到检测。这种跟踪控制装置具有许多优点，但费用很高。

另一种跟踪控制装置转动天线直到接收到的信号电平成为最大。这类跟踪控制装置称为自动阈值***，如日本专利申请NO.4—176992中公开的，或如日本专利申请NO.4—60479中公开的振动***。然而这种自动阈值***或振动***的跟踪机制的跟踪能力很低，很难对汽车快速向左或右转弯作出反应。

可以考虑一个方向检测***，其在原理上利用一个方向传感器来检测安装了相关的卫星广播接收天线的移动装置的方位，根据检测到的移动装置的方位计算天线指向的跟踪方位，并且根据计算结果控制天线方向。然而在该方向检测***中，计算出的跟踪方位依赖于移动装置所在地点的经度和纬度。因此存在一些问题，诸如需要GPS接收机这样的定位***，以检测经度和纬度，且经度和纬度必须由人手工大致地设置和改变，这个操作是麻烦的。

在这种移动天线的跟踪控制中难点的一个原因是需要高的跟踪能力以在相当短的时间内响应如上提到的发生在移动装置左转或右转如约90°的大角度改变时方向的快速改变。

在移动天线中难于进行跟踪控制的另一个原因是当移动装置移动时，从卫星到移动装置的无线电波经常在短时间内被道路旁的电灯杆、电话杆、建筑物、桥、树和山频繁地阻截。在这种情况下，接收的信号电平突然降低，虽然这种降低仅迟续很短的时间，这样就妨碍了跟踪功能。如果这种接收信号电平的突然降低是由于障碍物而仅发生在瞬间，继续跟踪操作是没用的，且接收到的信号电平将会立即恢复到原来值。因此，当接收信号电平的突然降低是由障碍物引起的时，无需改变天线方向，而是等待接收到的信号电平恢复到原来值是即可。

然而，这种接收到的信号电平的突然降低是由于障碍物引起的还是由于车辆快速转弯导致跟踪误差快速增加引起的是不确定的。当由于车辆的快速转弯引起的突然降低被错误地当作由障碍物引起的时，接收信号电平在这种情况下就等待恢复到原来的值，因此，必要的跟踪操作的启动被这个等待时间所延迟。相反，当由于障碍物引起的突然降低被错误地当作由于车辆的快速转弯引起的时，不必要的跟踪控制就被启动，且天线的方向可能由于这种不必要的跟踪操作而改变偏离了正确的方向。由障碍物造成的接收信号电平下降的时间很大程序上依赖于障碍物的大小和车辆的速度。这也使获得正确的跟踪控制变得困难，导致接收效率的降低。

本发明的一个目的在于提供一个对方位角的快速改变具有高跟踪能力的跟踪控制装置。

本发明的另一目的是提供一个跟踪控制装置，能够立即判别接收信号电平的突然降低是由障碍物引起的还是由移动装置的快速转弯引起的，并根据情况开始控制，从而改善了快速转弯时的跟踪能力和信号突然降低时的控制稳定性。

根据本发明的装在移动装置上的移动型卫星广播接收天线的跟踪控制装置具有跟踪控制执行装置，用于检测由天线接收的无线电波的电平、移动装置角速度和角速度积分值，并根据检测的接收信号电平控制天线的转动角度。

跟踪控制执行装置具有微分控制执行装置，用于当与先前转动相关的每单位角度接收信号电平的增量较大时，以较高的转动速度重复转动天线到确定的角度。

跟踪控制执行装置还具有保持控制执行装置，用于将检测到的信号电平与预定的阈值Lt比较，如果接收到的信号超过阈值Lt，则重复接收信号电平的最近值检测并与阈值Lt的比较，同时保持天线转动角度在当前值。当检测到的最近接收信号电平降低到低于阈值Lt时，如果角速度或其积分值大于预定阈值，则保持控制执行装置立即使微分控制执行装置启动。如果检测到的角速度和其积分值中的任一个小于阈值时，保持控制执行装置使等待控制执行装置启动等待一个确定时期，以使接收到的信号电平恢复到合适的值。

本发明的用于装在移动装置上的移动型卫星广播接收天线的另一跟踪控制装置被构造成使得每个固有作用可由上述各种控制执行装置的一部分来实现。

这种跟踪控制装置具有：转动角检测装置，通过对检测到的角速度的水平分量进行积分来检测移动装置的转动角度；卫星搜索装置，用于当接收信号电平降低到小于某一阈值使跟踪丢失时，检测由转动角检测装置从跟踪丢失前检测的值中检测的转动角的改变量，根据该转动角度的改变量校正当前跟踪方位，并围绕该修正值在随时间增加的范围内改变跟踪方位，从而进行对卫星的搜索。

天线的接收信号电平和角度误差之间的关系大致遵循高斯分布曲线，即当角度误差变大时，每单位角度的接收信号电平改变量(或微分值)就变大。因此，微分控制执行装置当微分量变大时判断角误差变大，然后以高转动速度以具有确定角度的步长转动天线。这样，当天线转动时，由于微分和及转动速度随着角误差的降低而逐步降低，可以防止转动角过度超过目标。因此，跟踪能力增加的足够大，能容易地立即处理由于车辆快速转弯引起的接收信号电平突然降低。在角度误差非常大的区域，微分值降低很大。然而在该区域，接收信号电平如此降低使得微分控制本身可以消除，从而这种区域不必考虑。

另外，根据除了微分控制外执行的保持控制，如果当接收信号电平的最新的检测值小于阈值时，检测的角速度或其积分值大于确定阈值，接收信号电平的降低可以认为由车辆移动而产生的跟踪精度的降低引起的。在这种情况下，不用等待接收信号电平恢复到适当的值，微分控制立即被启动。相反，如果角速度和其积分值两者均小于其阈值，则接收信号电平的降低被认为由障碍物突然引起的。在这种情况下，等待控制被启动使接收信号电平等待一个确定的时期恢复到适当的值。这样，通过不仅利用接收信号电平，而且利用指示车辆移动的角速度或其积分值，就可能立即判断接收信号电平的降低是由障碍物突然引起的还是由于车辆转弯使跟踪误差增大引起的，并可选择适当的控制装置，这样大大提高了跟踪能力。

另外，根据本发明的跟踪控制装置具有转角检测装置和卫星搜索装置，天线体的跟踪方位和移动装置的方向均可利用它们的相对值。换句话说，天线的跟踪方位可以一直由在顺时针或逆时针方向相对于作为基准值(0)的当前值测量的角度来表示。同样，移动装置的方向由作为相对值的检测的角速度积分值来表示。当出现跟踪丢失状态时，在跟踪丢失前由转角检测装置检测的转角变化量被检测。

换句话说，如果跟踪丢失是由于移动装置在顺时针方向转过θ°引起的，则检测在该跟踪丢失前得到的角速度积分值改变量θ°。根据检测到的积分值改变量，当前天线体的跟踪方位沿逆时针方向被修正，从而跟踪方位范围的中心值便能够估计。然后，天线围绕该中心值转动随时间增加的一个范围，从而搜索卫星。如果在该范围为很小的初始时间对卫星的搜索成功，则可降低或节省消耗功率。

图1是本发明跟踪控制装置一个实施例的框图，并示出了相关的被控制的卫星广播接收天线。

图2是表示天线的角度误差和接收信号电平的关系，接收信号的微分值以及接收信号电平和各种阈值之间的关系的图。

图3是由本实施例跟踪控制装置执行的微分控制的一个例子的流程图。

图4是本实施例跟踪控制装置执行的保持控制举例的流程图。

图5是本实施例跟踪控制装置执行的等待控制举例的流程图。

图6是本实施例跟踪控制装置执行的扫描程序举例的流程图。

图7是解释移动装置转角和天线跟踪方位间关系的图。

图8是当移动装置转弯时产生的角速度、角速度积分值、跟踪方位中心值、扫描角度范围和扫描速度与时间的波形图。

图9是本发明另一实施例移动型卫星广播接收天线装置执行的搜索处理流程图。

图1是本发明一实施例的移动型卫星广播接收天线跟踪控制装置的框图，还示出了被控制的卫星广播接收天线AT。参见图1，表示了一个微处理器1，下变频器2，转动耦合器3，调谐器4，接收信号电平检测器5，具有A/D转换器的D/A转换器的输入/输出接口电路6和角速度计7，用于积分由角速度计7检测的角速度的积分器8，马达驱动器9，脉冲马达10和转动支持机构11。

从广播卫星发射、由卫星广播接收天线AT接收的12GHz带宽的电视信号由下变频器2转换为1GHz带宽中频的电视信号，转换的中频信号经过转动耦合器3送到调谐器4，在那里它被解调为视频信号和音频信号，然后提供给相关的电视接收器。接收信号电平检测器5根据调谐器4中的自动增益控制放大器产生的噪声电平检测由天线AT接收的信号电平(或接收信号电平)。换句话说，当接收信号电平降低时，自动增益控制放大器的增益增加，从而噪声电平增加。接收信号电平根据噪声电平的增加或降低被检测，由输入/输出接口电路6转换为数字信号并送到微处理器1。

角速度计7安装在车辆中合适的位置，车辆中安装有本实施例的天线AT和跟踪控制装置。角速度计测量车辆转向转弯时产生的车辆角速度。角速度计7可以是市场上卖的任一种，例如“GYROSTAR”，由Murata Seisakusho公司制造。检测到的角速度包括指示车辆转弯方向的极性，并将它送入并保持在输入/输出接口电路6中。检测到的角速度也送到积分器8中进行积分。积分后的角速度送至输入/输出接口电路6中并保持在那里。每次角速度计7的输出以一定采样周期改变时，保持值被更新，并根据微处理器1的命令从输入/输出接口电路转移到微处理器1。由接收信号电平检测器5检测的接收信号电平也以同样方式处理。除积分器8外，微处理器1当然可以积分角速度。

在下文中，输入/输出接口电路6输出的角速度或接收信号电平没有被微处理器1接收，而是由微处理器1检测角速度或接收信号电平微处理器1根据检测的接收信号电平角速度，角速度积分值，确定跟踪控制的转动方向和转动角度。对应于转动角度数目的脉中串由微处理器1提供，经输入/输出接口电路6和马达驱动器8送至脉冲马达9。转动方向和转动速度后面将详细说明。脉冲马达10的转动轴通过支持机构11与天线AT耦合用以转动地支持天线AT，这样便控制了天线AT的方向角。

定义一些接收信号电平的阈值以根据每刻接收信号电平的改变执行各种控制。这些阈值定义为如图2所示的与峰值Lp的比值(或相对值)。峰值Lp是微处理器检测的最近接收信号电平的最大值。每次最近接收信号电平被检测超过大于峰值一个确定放大率的阈值Lo(如峰值的110％)时，峰值则被较大的接收信号电平替代。提供一个10％的滞否用于修正峰值的原因是，当接收信号在短时间内改变时防止频繁修正峰值的不经济的处理步骤。

阈值Lt稍低于峰值Lp(如93％)。只要接收信号电平超过该阈值Lt，在跟踪操作中便不考虑天线转动。阈值Lb相当低于峰值(如20％)。当接收信号电平降低到低于阈值Lb时，就被认为产生了一个大的角度误差。在这种情况下，微处理器1开始执行一个扫描程序用以通过在360°内改变天线方位，搜索卫星的方向。阈值Lm是在峰值Lp和阈值Lb之间的一个中间值(如50％)，该阈值Lm的含义将在后面提到。

由微处理器执行的微分控制将参照图3的流程图予以说明。微分控制主要在下列情况下启动：

(1).当大于阈值Lb的接收信号电平被检测到作为执行扫描程序的结果时；

(2).当接收信号电平降低到小于峰值约93％的阈值Lt时，且当大于阈值的角速度或大于阈值的角速度有效值的积分值被检测时，这样它判定当车辆转弯时产生了一个大的角度误差。

当启动微分控制的执行时，微处理器1首先判断天线转动的方向是否确定(步骤11)。当在微分控制前扫描程序已作为跟踪控制被执行时，转动方向已经在扫描程序中予以确定，因为它是与在扫描程序中接收信号电平增加到高于值Lb同样的方向。如果微分控制开始于角速度或角速度积分值超过一个较大的值时，天线可在与由该值的符号指示的车辆转弯方向相反的方向转动，这样天线转动的方向即可确定，然而，由于角速度积分值的符号与角速度的符号相比可能是不确定的，天线转动的方向只能在那种情况下被确定(步骤12)。换句话说，微处理器首先以从角速度积分值的符号预测的方向转动天线一个确定的角度。如果接收信号电平随天线转动增加，则该方向被判定为天线转动的正确方向。如果接收信号电平下降，相反方向被判定为天线转动的正确方向。

当转动方向完全固定时，微处理器1设置天线的转动速度V的初始值Vo(步骤13)，使天线在固定方向以转动速度Vo转动预定角度Δθ(步骤14)。然后微处理器检测增量ΔL，或最近接收信号电平L与这次接收信号电平L转动前的前次接收信号电平之间的差值(步骤15)。然后微处理器判断检测的最近接收信号电平是否超过阈值Lb(步骤16)。如果回答为“是”，程序进行下一步骤17。如果回答为“否”，程序进行扫描程序。在步骤17中，微处理器1改变天线转动速度V到与ΔL成比例的值。

微处理器1重新检测接收信号电平L并判断接收信号电平L是否超过阈值Lt(步骤18)。如果判断为“否”，则断定天线没有指向卫星，这样程序返回步骤14，在那里天线又以固定的速度V转动预定角度Δθ。在本实施例中，预定的Δθ是根据送到脉冲马达的脉中数目设置的，且转动速度通过改变送到脉中马达的脉冲时间间隔来改变。这样，微处理器将转动速度改变到与根据前次转动检测的接收信号电平增量成比例的值，并且使天线在每次转动速度改变时转动Δθ角，直到最近的接收信号电平超过阈值Lt(步骤14到步骤18)。

在步骤18中，检测到最近接收信号电平超过阈值Lt后，微处理器1执行下一步骤19，判断设置的转动速度V是否小于确定的阈值Vth。如果判断为“否”，则断定天线仍没有精确地指向卫星，这样程序返回步骤14。微处理器重复从步骤14到步骤19的控制，直到接收信号电平L超过阈值Lt及转动速度V降低到阈值Vth以下。当最近接收信号电平与峰值Lp足够接近时，步骤19的判断结果变为“是”。在这种情况下，微处理器停止微分控制的执行，启动保持控制的执行。

微处理器1执行的保持控制将参照图4的流程图予以说明。微处理器首先将峰值Lp的新值设置到启动该保持控制前检测的接收信号电平，然后计算更新相对于峰值的阈值Lt、Lb和Lm(步骤21)。然后，微处理器检测接收信号电平L的最新值(步骤22)，并与阈值Lt相比较(步骤23)。如果接收信号电平L大于阈值Lt，微处理器执行步骤24将接收信号电平L与阈值Lo相比较。如果接收信号电平L小于阈值Lo，微处理器返回步骤22，并再次执行步骤22到24。

换句话说，只要接收条件保持稳定，其中当前接收信号电平保持大于阈值Lt，步骤22到24被重复执行。这种重复处理可以在先前步骤后继续执行的连续处理的异步状态执行，或在合适的地方提供确定等待时间使处理步骤以固定周期重复的同步状态中执行。在保持控制执行期间，天线转动角保持在执行前设置的值上。

如果在步骤24中，最近接收信号电平L被判断已经超过阈值Lo，程序返回步骤21，微处理器1利用该接收信号电平作为新峰值Lp，并再次计算与新峰值有关的阈值Lt、Lb、Lm，如果在步骤23中新接收信号电平L被判断小于阈值Lt时，微处理器检测角速度并判断它是否超出阈值(步骤25)。如果该检测到的角速度被判断为没有超过阈值时，微处理器检测其积分值并判断它是否超出阈值(步骤26)。角速度的积分值被引入，因为当车辆沿着有中等较大曲度的快速公路运行时，尽管由于跟踪误差引起的角速度偏差很小，经过长时间的积分值则变得很大。在那种情况下，角速度本身并没有大到超过阈值，但其积分值却超过了一个较大的值。

如果接收信号电平L低于阈值Lt，微处理器1执行步骤25来判断角速度或其积分值是否超过相应的阈值。这时，如果角速度或其积分值中的任一个被判断已超过相应的阈值，跟踪误差则被认为随车辆转弯而增加了。这样，微分控制如参照图3说明的开始执行。如果接收信号电平L低于阈值Lt，且如果在步骤25和26中，角速度或其积分值中的任一个被判断还未超出相应的阈值，微处理器认为接收信号的降低为由障碍物突然引起的，并启动等待控制的执行。

由微处理器1执行的等待控制将参照图5的流程图予以说明。等待控制的执行主要用于监测接收信号电平恢复到大于阈值Lt的一个较大值，或者监测角速度增加到大于阈值的值，并使天线置于根据监测结果的控制下。换句话说，如果接收信号电平恢复到大于阈值Lt的值，接收信号电平的降低被认为是由障碍物临时(突然)引起的，并立即启动保持控制。如果角速度被检测在该等待期间内增加到大于阈值的值，则接收信号电平的降低被认为不仅由障碍物引起还由车辆转弯时产生的角度误差引起，且进行微分控制。这些情况可能出现在例如当产生复合变化的时候，在由于障碍物引起的接收电平信号瞬时减小后，立即由于车辆转弯而引起角度误差的产生。

等待控制被基本划分为第一部分(第一等待控制)，其中上述状态变化的监测在短期内加以重复；和第二部分(第二等待控制)，其中状态变化的监测在长期内加以重复。例如，等待控制的执行期间设置为约2秒。第一部分的期间设置为约0.3秒，第二部分约为1.7秒。状态改变有或无的重复监测时间在第一部分中设置为10毫秒，在第二部分中设置为100毫秒。

当等待控制开始执行时，微处理器1首先初始化时间T，由计数器以常速逐渐变化以控制时间和状态标志F初始化为0(步骤31)，然后微处理器1判断加速度是否超过了一个确定的阈值(步骤32)。如果加速被检测没有超过阈值，则检测新接收的信号电平L(步骤33)，并判断该接收信号电平是否大于阈值Lt(步骤34)。

如果接收信号电平L不大于阈值Lt，微处理器1判断从等待控制执行开始的经过的时间T是否大于预定时间Tm以确定等待控制的第一部分(第一等待控制)(步骤35)。如果判断结果是“否”，程序返回步骤32，微处理器重复步骤32到步骤35。这些步骤的重复可以异步的方式执行，其中在前次处理否后无需延迟继续执行后续处理；或者以同步方式执行，其中在适当处提供等待时间，使得处理以固定期间(如10毫秒)执行，如图5中表示。

如果在上述重复处理(步骤32)期间，加速被检测变得很大，微处理器认为接收信号电平的降低不仅由障碍物还由车辆转弯引起，并立即启动微分控制的执行。相反，如果接收信号电平在上面重复处理(步骤34)中被检测已超过阈值Lt，接收信号电平的降低则被认为由障碍物突然引起的，保持控制立即由微处理器1启动。

如果在重复处理(步骤35)期间，检测到经过的时间T超过确定时间Tm，微处理器1启动执行在步骤36启动的第二等待控制。在第二等待控制的执行之后，微处理器1判断加速被检测到是否大于阈值(步骤36)。如果加速并没有大到超过阈值，则检测新接收信号电平L(步骤37)，判断新接收信号是否大于阈值Lt(步骤38)。如果接收信号电平L不大于阈值Lt，微处理器1判断接收信号电平L是否超过阈值Lm(步骤39)。如果接收信号电平L不大于阈值Lm，微处理器将状态标志F置为“0”(步骤40)，并判断从该等待控制执行的时间T是否超过定义的执行等待时间的确定值Tw(步骤41)。

如果从等待控制执行开始经过的时间T小于值Tw，微处理器1执行步骤44，确定相对于重复期间To的等待时间。在步骤44之后，程序返回步骤36且步骤36到44被重复。如果在重复处理期间和第一等待控制(步骤36)一样，加速被判断大到超过了阈值，微处理器认为接收信号电平的降低不仅由障碍还由车辆转弯引起，且立即启动微分控制的执行。如果在重复处理(步骤38)期间，接收信号电平被判断超过阈值Lt，微处理器认为接收信号电平的降低突然由障碍物引起，并立即启动保持控制的执行。

如果在步骤41中，判断从等待控制执行的开始的经过时间T已超过值Tw，微处理器1认为接收信号电平的突然降低不是由障碍物引起的，中止等待控制的执行，并开始执行扫描程序以在360°角度范围内搜索卫星。

如果判断新接收信号电平L小于阈值Lt但大于阈值Lm(步骤39)，微处理器1检查状态标志F是否为1(步骤42)。如果状态标志是0，微处理器1将它变为1(步骤43)，并进入步骤44到等待状态，并返回步骤36。此后，当在步骤42检测到状态标志F为1时，微处理器1结束该等待控制并启动微分控制。使用状态标志F的原因是为了通过不执行扫描程序立即执行微分控制而增加跟踪能力，因为当接收信号电平L不超过阈值Lt但连续两次超过阈值Lm时，跟踪误差可以认为不是那么大。

微处理器1执行的扫描程序将参照图6的流程图予以说明。该扫描程序用于当即使阈值Lm相对峰值是一个相当低的值(如50％)时接收信号电平L仍没超过它时，或者当在一个确定时期内连续产生大的跟踪误差时，或者在一个极端的情况下，当判断卫星跟踪丢失或初始跟踪操作在接通电源后立即开始时，搜索卫星的方向。

当开始执行扫描程序时，微处理器1使天线关于当前转动角重复向左、右转动最大±5°的范围，在天线转动期间检测接收信号电平，并判断接收信号电平是否超过阈值Lb(步骤51)。如果接收信号电平小于阈值Lb，微处理器1执行下一步骤52，在那里天线相对当前转动角度重复向左、右转动±20°的范围时，检测接收信号电平，并判断接收信号电平是否超过阈值Lb。然后，微处理器同时逐步改变天线的转动范围到±90°，360°，并对每个转动范围执行扫描程序，直到接收信号电平L超过阈值电平Lb。如果在步骤51到54之一中，接收信号电平L被判断超过阈值Lb，微处理器1存贮天线转动方向的信息(步骤55)，并开始执行微分控制。

为说明方便起见，步骤51到54中的每个都用一个单步来表示。然而，这些步骤中的每个步具体具有三个不同步骤的单元阵列，安排在每个转动方向上。单元的数目等于(最大转动角/单位转动角)的比值，且这些三个不同的步骤是：以单位角度转动天线的步骤、检测新接收信号电平的步骤，和比较接收信号电平L和阈值Lb的步骤。

根据本实施例，当检测的接收信号电平L大于阈值Lb时，跟踪方位改变以增加接收信号电平L。如果检测的接收信号电平超过另一大于阈值Lb的阈值Lt，且当前次跟踪方位的改变速度小于确定的阈值时，可判断天线体基本正确指向卫星，或者在良好的跟踪状态，且跟踪方位由保持控制维持不变。这样，通过附加这种保持控制，可以省去无用的跟踪操作。

然而，根据这种卫星的无线电波的跟踪***，当接收信号电平突然降到接近于由于移动装置快速转弯引起的跟踪误差快速增加造成的噪声电平时，对无线电波的跟踪操作就可能不能继续。以下，这种情况被称作“跟踪丢失”。在本实施例中，当接收信号电平降低于小于阈值Lb时，可判定发生了这种跟踪丢失。根据本实施例，当发生这种跟踪丢失时，加入了扫描模式，其中当天线体以振动幅值逐渐增加的振动运动转动时，在跟踪丢失时天线指向的跟踪方位附近搜索卫星。

跟踪丢失不仅由移动装置的快速转弯引起，而且当移动装置进入障碍物的阴影中，如山、树或建筑物甚至直路时也会引起。如果这种跟踪中止由于障碍物引起，在扫描模式启动时，天线的跟踪方位可能离正确值较大。因此，在本实施例中，提供了角速度传感器，且从那里检测的值及其积分值被用来确定该跟踪丢失是由移动装置快速转弯引起的还是由障碍物引起的。

根据本实施例的跟踪***，当跟踪丢失是由车辆快速转弯引起的时，扫描模式立即被启动。然而，在该扫描模式中，当移动装置快速转弯时天线随着振动运动而转动的跟踪方位可能与正确值有较大偏差。因此，如果在有这样的大偏差的情况下试图使天线再次指向卫星的时间减小，就要求天线在幅度很大的范围内较快地转动。结果是需要提供一个结构足够坚实的转动装置以承受大负载，但这就使得体积、重量增大，且成本提高。

根据微分控制，天线在一定的角度范围内重复转动。当单位角度的接收信号电平的增量相对前次转动变大时，天线必须就要在该确定角范围内以高速转动。另外，如上所述，如果接收信号电平高于大于阈值Lb的阈值Lt并且如果天线的前次转动速度V小于确实阈值Vth，天线就被认为已经基本准确地指向卫星，或已在好的跟踪状态下，且跟踪方位由保持控制固定。在该保持控制中，阈值Lt被定义为与被改变到检测到的较大接收信号电平的最大接收信号电平的比值。

在本发明的第二实施例中，第一实施例中的扫描模式被预测卫星方向的搜索模式所替代。在第二实施例中，微处理器1具有一个此时分方式与上述无线电波跟踪控制并行执行的车辆转角检测程序，和与上述程序并行执行的无线电波跟踪程序。在车辆转角检测程序中，角速度的采样值从输入/输出接口电路6的缓冲存贮器中连续读出，并被积分产生角速度的积分值，或车辆的转角。该值被写入***存贮器中。在该车辆转角检测程序中，如果保持控制在与车辆转角检测程序并行执行的无线电波跟踪程序中执行，车辆的检测转角被复位为0。

在车辆转角检测程序中，当在无线电波跟踪程序中不执行保持控制的条件下，检测到超过确定阈值的转角时，便启动搜索程序。

图7表示移动装置转角和天线跟踪方位之间的关系。当车辆转了θ角时，天线的跟踪方位也偏离θ。

图8是当车辆转过θ时，由角速度计7检测的角速度(A)；其积分值(转角)(B)；跟踪丢失时开始的搜索程序设置的天线体AT的跟踪方位θ的范围的中心值(C)；围绕跟踪角中心的跟踪方位范围的扫描角幅值(D)；相对于时间的扫描速度(E)的波形图。如果直到车辆开始转弯都保持好的跟踪状态，微处理器1执行保持控制。在该保持控制中，由角速度计7检测的角速度的积分值在一个确定时期内被复位到0。这样可以防止由角速度计7的误差引起的累积误差。

当车辆开始转弯时，天线在由点划线指示的方向上偏离了好的跟踪状态。这时，根据微分控制的无线电波跟踪操作被启动，代替保持控制。在无线电波跟踪操作开始后，角速度的积分值(或转角)停止复位到0并开始增加。如果车辆突然转弯，天线不能跟踪从卫星发出的无线电波。这时，如果接收信号电平降低到低于阈值Lb，引起跟踪丢失，则搜索程序，而不是无线电波跟踪程序被启动。如果跟踪丢失发生在图中虚线指示的时间，当搜索程序启动时检测的转角为θ°。

当启动搜索程序时，检测的转角θo从当前跟踪方位(0°)中减去，余数(－θo)被用作跟踪方位扫描范围的中心值。另外，在这个减法前或后，逐步增加的扫描角度范围Δθi，扫描速度Vi和扫描时间Ti是固定的。当天线的方位角围绕设置的中心值以固定的扫描速度、经过固定的范围和在固定时间内逐步改变时，重复执行接收信号电平L是否超过阈值Lb的判断。在该扫描操作期间，跟踪方位范围的中心值也根据搜索程序启动后产生的角速度积分值而反复修正。如果判断接收信号电平L超过阈值Lb，则恢复无线电波跟踪程序以替代搜索程序。如果在搜索程序启动时经过了预定时间Tmax后，接收信号电平仍小于阈值Lb，则启动最后一级搜索，其中天线AT在360°角度范围内转动。

图9是微处理器1执行的搜索程序一个例子的流程图。当搜索程序开始执行时，微处理器1将***定时器复位(步骤61)，并从跟踪丢失产生处的跟踪方位中减去移动装置检测的转动角度θo，使得余数－θo被用作扫描范围的中心值(步骤62)。然后，微处理器判断搜索操作开始后经过时间T是否到达最后一级搜索应执行的时间Tmax(步骤63)。如果判断经过时间还未到，微处理器1除了设置从搜索操作起的经过时间T外，还设置逐步增加的扫描角度范围Δθi，扫描速度Vi和扫描时间Ti(步骤64)。

然后，微处理器1判断接收信号电平是否超过阈值Lb，同时－θo±Δθi的角度范围以角速度Vi被扫描(步骤65，步骤66)。如果接收信号电平小于阈值Lb，微处理器1从设置的扫描范围中心值－θo中减去中心值设置后移动装置引起的转角变化，并将余数为设置新的中心值(步骤67)。然后，微处理器1判断扫描时间是否超过时间Ti(步骤68)。如果判断结果为“否”，程序返回步骤65，微处理器1重复步骤65到步骤68。如果扫描时间超过设定时间Ti，微处理器执行步骤63和64，其中扫描角范围θi，扫描速度Vi和扫描时间Ti一次增加一个单位和，然后重复步骤65到68。

如果在步骤66中，判断接收信号电平L已超过了阈值Lb；微处理器1存贮当前跟踪方位(步骤70)，并开始微分控制的无线电波跟踪模式。如果在步骤63中检测从搜索控制开始经过的时间T已超过了确定时间Tmax，微处理器1在360°的角度范围内改变跟踪方位，直到接收信号电平L超过阈值Lb(步骤69)，如果检测的接收信号电平L已超过阈值Lb，微处理器1存贮接收信号电平超过阈值Lb处的跟踪方位(步骤70)，并再次执行微分控制的无线电波跟踪模式。步骤69也在卫星广播接收天线的电源开后立即执行。

本发明并不局限于上述实施例。上面的实施例可在许多方面进行修改。

在微分控制中，转动速度使得与经过一个确定角度后前次转动中产生的接收信号电平的增量成比例。然而转动速度也可与增量的平方成比例或者可以为转速建立其它适当的函数关系。同样，经过上面确定角度后接收信号电平的增量也可由不同于上面确定角度的任意单位增量来替代，如每1°或每10°。

如上所述，角速度的积分值同角速度一起被检测，但也可根据移动装置的种类和角速度的测量精确度而省略。

只有当确定无线电波跟踪装置的跟踪状态已偏离良好的跟踪状态时，存贮的角速度的积分值可早启动一个确定时间，使得有可能在跟踪丢失前立即检测移动装置转过的转动角度。

另外，好跟踪状态只能从接收信号电平的幅值中检测。

跟踪丢失前后移动装置的转角可通过从角速度超过确定阈值的那点起开始积分来检测。

当不考虑接收状态，周期地积分角速度后存贮几个最近值的条件下发生跟踪丢失时，就在丢失前存贮的积分值变化量可以被检测使得有可能在产生跟踪丢失处检测移动装置的转角。

在卫星搜索操作之后，为了降低需用于积分的时间，跟踪方位范围中心值的修正可以省略。

扫描幅度角和扫描速度不是逐步增加，而是平滑地增加。

脉冲马达可以由直流电机和编码器的组合来替代。

以上仅对方位的单轴跟踪***作了说明。然而如果必要，在本发明的跟踪控制装置中也可进行高度的跟踪操作。

本发明的跟踪控制装置并不局限于卫星广播接收天线，还可应用于从或到另一合适的静止卫星或移动卫星如通讯卫星接收和发送无线电波的其它天线装置。

另外，本发明的跟踪控制装置并不局限于安装在汽车上的卫星广播接收天线，还可应用于安装于飞行器、火车或其它移动装置上的天线。

如上面详细说明，本发明的跟踪控制装置具有微分控制执行装置，使得当与前次转动相关的每单位角度接收信号电平的增量变大时，卫星广播接收天线以高的转动速度、一次转动一个确定角度。从而可以实现高的跟踪能力。

另外，在接收信号电平突然降低时，本发明的跟踪控制装置检测角速度和其积分值，并根据这种接收信号电平的突然降低是由于障碍物或车辆转弯引起的，立即启动合适的控制。从而实现更高的跟踪能力。

另外，当产生跟踪丢失时，本发明的跟踪控制装置利用产生跟踪丢失处移动装置的转角，修正当前跟踪方位，并使跟踪方位的范围围绕该修正值在随时间增加的幅值上进行扫描。因此，扫描范围中心值与卫星方向重合的可能性大于不能利用该转角作该修正的以前的技术。这样，在低速下再次捕获卫星方向的必要时间与以前技术相比可以降低。

同时，由于扫描幅度，尤其是扫描速度可以逐渐增加，随着再次捕获卫星所需时间的降低功率消耗也降低了。

另外如果移动装置在直路上移动时，跟踪丢失只由障碍物引起，由于移动装置转角为0，故启动执行围绕当前跟踪方位，用于搜索的扫描。这样，障碍物的影响消除的瞬间有可能提高，卫星方向重新捕获的可能性。

另外，即使当跟踪丢失是由障碍物和移动装置的转弯同时出现而引起的时，无须判断原因即可进行合适的控制。

Claims (26)

1.安装在移动装置上并控制在移动装置上的卫星广播接收天线接收卫星发射的无线电波的跟踪控制装置，其包括跟踪控制装置(20)用于检测由所述卫星广播接收天线接收的所述无线电波电平，根据所述检测的接收信号电平控制所述天线的转动角，所述跟踪控制装置包括微分控制装置(100)，当与前次转动相关的所述每单位角度接收信号电平的增量变大时，以较高的转动速度在确定的角度上反复转动所述天线。

2.根据权利要求1的跟踪控制装置，其中所述跟踪控制装置(20)，还包括保持控制装置(200)，用于当所述接收信号电平已超过确定阈值(Lt)时，保持所述天线的转动角在所述微分控制执行完处的值，当所述接收信号电平超过所述确定阈值(Lt)且当所述转动速度降低到预定值时，在所述微分控制装置(100)停止后启动所述保持控制装置。

3.安装在移动装置上并控制在移动装置上的卫星广播接收天线接收从卫星发射的无线电波的跟踪控制装置，其包括：

控制装置(100)，用于增强跟踪精度；

等待控制装置(300)，用以等待接收信号电平在确定时间间隔上得以恢复；和

跟踪控制装置，用以检测所述天线已接收的所述无线电波的所述接收信号电平和所述移动装置的角速度，并根据所述检测的接收信号电平和加速度，控制所述天线的转动角；所述跟踪控制装置包括保持控制执行装置(200)用以比较第一阈值(Lt)和所述接收信号电平；如果所述接收信号是平超过所述阈值，则反复检测所述接收信号电平的最近值和与所述第一阈值(Lt)的比较值，同时保持所述天线的所述转动角在当前值；并如果当再次检测的所述接收信号电平降低到低于所述第一阈值(Lt)时检测的所述角速度已超过第二阈值，则启动所述控制装置(100)用以增强跟踪精度，或者如果所述检测的角速度低于所述第二阈值，启动所述等待控制装置(300)。

4.根据权利要求3的跟踪控制装置，其中所述保持控制装置设置(200)所述第一阈值(Lt)为与所述接收信号电平峰值的相对值，并每次所述接收信号的所述最近值超过大于由功率放大器放大的其峰值的阈值时，将所述接收信号的所述峰值改变为检测的所述接收信号电平的最近值，将所述第一阈值(Lt)改变为所述最近峰值。

5.根据权利要求3的跟踪控制装置，其中增强跟踪精度的所述控制装置(100)用于当与前次转动相关的每单位角度的所述接收信号电平的增量变大时以较高的转动速度在所述确定上反复转动所述天线以执行微分控制。

6.根据权利要求5的跟踪控制装置，其中用于增强跟踪精度的所述控制装置(100)当所述接收信号电平超过所述阈值Lt且所述转动速度降低到预定值时，被停止执行，然后使所述保持控制装置(200)启动。

7.根据权利要求3的跟踪控制装置，其中所述跟踪控制装置还具有扫描装置(500)用以在360。的最大范围上转动所述天线，从而搜索所述卫星，所述等待装置(300)包括第一部分，用于以高频重复检测所述接收信号电平最近值和比较所述最近值与所述阈值(Lt)的操作；和第二部分，用于以低频重复检测所述接收信号电平最近值和比较所述最近值与所述阈值(Lt)的操作，且如果在所述确定等待时期内所述接收信号电平恢复到超过所述阈值(Lt)的值，使所述保持控制装置(200)启动，且如果所述接收信号电平未恢复到所述值，启动所述扫描装置(500)。

8.根据权利要求7的跟踪控制装置，其中所述等待控制装置(300)当在所述等待时间内以确定频率检测的所述角速度超过确定阈值时被停止执行，然后使所述用以增强跟踪精度的所述控制装置(100)启动。

9.安装在移动装置上并控制移动装置上的卫星广播接收天线接收从卫星发射的无线电波的跟踪控制装置，包括：

控制装置(100)用于增强跟踪精度；

等待控制装置(300)，用以等待所述接收信号电平经过一个确定时间得以恢复；和

跟踪控制装置，用以检测所述天线接收的所述无线电波的接收信号电平，所述移动装置的角速度和所述角速度的积分值，并用以根据所述检测的接收信号电平，角速度和所述的角速度积分值，控制所述天线的转动角度，所述跟踪控制装置包括保持控制装置(200)，用以比较所述接收信号电平与确定阈值(Lt)，重复所述接收信号电平的最近值的检测和与所述阈值(Lt)的比较，同时如果所述接收信号电平超过所述阈值，保持所述无线的转动角在当前值；并用以如果当再次检测的所述接收信号电平降低到小于所述阈值(Lt)时检测的角速度或所述角速度的积分值之一大于相应的提供给所述角速度和所述积分值阈值之一时，启动用以增强跟踪精度的所述控制装置(100)，或者如果所述检测的角速度和所述积分值均低于所述阈值时，启动所述等待控制装置(300)。

10.根据权利要求9的跟踪控制装置，其中所述保持控制装置(200)设置所述阈值Lt为所述接收信号电平峰值的相对值，且每次所述检测的所述接收信号电平的最近值超过大于确定的放大功率放大的所述峰值的阈值时，改变所述接收信号电平的峰值为所述接收信号电平的所述最近值，改变所述阈值(Lt)为所述最近峰值。

11.根据权利要求9的跟踪控制装置，其中用于增强跟踪精度的所述控制装置，执行微分控制，用于当与前次转动相关的每单位角所述接收信号电平变大的，以较高转动速度在所述确定角度上重复转动所述天线。

12.根据权利要求11的跟踪控制装置，其中增强跟踪精度的所述控制装置(100)当所述接收信号电平超过所述阈值(Lt)且当所述转动速度降低到预定值以下时，被停止执行，并使所述保持控制装置(200)启动。

13.根据权利要求9的跟踪控制装置，其中所述跟踪控制装置还具有扫描装置(500)用以在直到360°的最大范围内转动所述天线，从而搜索卫星，所述等待控制装置(300)具有第一部分用于以高频重复检测所述接收信号电平最近值和比较所述检测值与所述阈值(Lt)的操作，和第二部分用于以低频重复检测所述接收信号电平最近值和比较所述检测值与所述阈值(Lt)的操作，且如果所述接收信号电平在所述等待期间内恢复到超过所述阈值(Lt)的值，使所述保持控制装置(200)启动，且如果所述接收信号电平没有恢复，启动所述扫描装置(500)。

14.根据权利要求13的跟踪控制装置，其中所述等控制装置(300)当以确定频率检测的所述角速度在所述等待期间内超过一个确定阈值时，被停止执行，并使用于增强跟踪精度的所述控制装置(100)启动。

15.根据权利要求13的跟踪控制装置，其中当在所述等待期间内检测的所述接收信号电平在所述阈值(Lt)和比它小的阈值(Lm)之间连续出现确定次数时，所述等待控制装置(300)停止执行，并使增强跟踪精度的所述控制装置(100)启动。

16.根据权利要求9的跟踪控制装置，其中所述卫星是在静止轨道上的广播卫星，所述移动装置是车辆。

17.安装于移动装置上，且具有用于接收从卫星发射的无线电波的天线(AT)和至少用于改变所述天线方向水平分量(以后称“跟踪方位”)以使所述天线指向所述卫星的自动跟踪部分(20)的移动型卫星广播接收天线装置，其中所述自动跟踪部分(20)包括：

接收电平检测装置(5)，用于检测所述天线(AT)接收到的所述无线电波的接收信号电平；

角速度检测装置(17)，用于检测所述移动装置转弯时的角速度水平分量；

无线电波跟踪装置(1)，用于当所述检测到的接收信号电平超过确定阈值时，改变所述跟踪方位以增加所述检测到的接收信号电平；

转角检测装置(1)，用于通过对所述角速度检测装置检测到的所述角速度的水平分量积分，检测所述移动装置的转角；和

卫星搜索装置(100)，用于当所述接收电平检测装置检测的所述接收信号电平降低到小于所述阈值时，检测所述转角检测装置在所述接收信号电平降低之前检测到的所述转角的改变量，根据所述转角的所述改变量修正当前跟踪方位，且围绕所述修正值在随经过的时间而增加的幅度上改变所述跟踪方位，从而执行对所述卫星的搜索。

18.根据权利要求17的移动型卫星广播接收天线装置，其中所述转角检测装置(1)当所述无线电波跟踪装置执行的跟踪状态被认为偏离具有小的跟踪误差的良好跟踪状态时，从该时间点开始积分所述检测的角速度水平分量。

19.根据权利要求17的移动型卫星广播接收天经装置，其中所述转角检测装置(1)通过积分所述检测的角速度的水平分量，检测所述移动装置的转角，并且当所述无线电波跟踪装置执行的跟踪状态被认为是具有小跟踪误差的良好跟踪状态时，设置所述检测值为预定基准值。

20.根据权利要求18的移动型卫星广播接收天线装置，其中：

所述无线电波跟踪装置(1)具有保持控制装置(200)用于当所述检测到的接收信号电平超过大于所述阈值的第二阈值和当所述跟踪方位变化的前次速度低于确定阈值时，停止所述跟踪方位的改变；和

所述转角检测装置(1)，当所述无线电波跟踪装置(1)在保持控制状态下时，判断所述良好跟踪状态。

21.根据权利要求20的移动型卫星广播接收天线装置，其中所述第二阈值被定义为与改变成检测到的较大接收信号电平的最大接收信号的比值。

22.根据权利要求17的移动型卫星广播接收无线装置，其中所述转角检测装置(1)当所述角速度检测装置(7)检测到的所述角速度超过确定阈值时，启动所述积分。

23.根据权利要求17的移动型卫星广播接收天线装置，其中所述卫星搜索装置(1)根据启动搜索所述卫星后所述移动装置转动的转角，修正所述转动方位绕之改变的中心值。

24.根据权利要求22的移动型卫星广播接收天线装置，其中所述卫星搜索装置(1)根据对所述卫星的搜索启动后所述移动装置转动的转角，修正所述跟踪方位绕之改变的中心值。

25.根据权利要求17的移动型卫星广播接收天线装置，其中所述卫星搜索装置(1)以随经过时间增加的速度改变所述跟踪方位。

26.根据权利要求17的移动型卫星广播接收天线装置，其中所述无线电波跟踪装置(1)当与前次改变相关的每单位角度的所述接收信号电平的增量变大时，以高速在确定范围内改变所述跟踪方位。

Images