JP2761126B2 - 待ち受け追尾用アンテナ駆動方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ロケット、人工衛星
などの追尾対象をアンテナのメインローブで確実に捕捉
するための待ち受け追尾用アンテナ駆動方式に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図７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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】なお、アンテナ２のメインローブとはその
電波軸を中心とした主ビームで、その放射パターン中で
最もレベルの高いローブである。図６はこのアンテナ２
の放射パターンを示す説明図であり、このメインローブ
のほかに第１サイドローブ以下の多数のサイドローブを
持っている。

【０００９】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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の待ち受け追尾用
アンテナ駆動方式は以上のように構成されているので、
時刻のズレや角度のズレなどによって、予報データ４で
予測した通りに、追尾対象が到来しなかった場合、追尾
対象をアンテナ２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。

【００１１】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、追尾対象を捕捉した時にサイ
ドローブで捕捉していた場合でも、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駆動
方式を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る待ち受け
追尾用アンテナ駆動方式は、追尾対象捕捉後に、アンテ
ナの口径と追尾対象からの受信電波の帯域によって定ま
る所定の半径のサーチパターンに従って１サイクルの円
形状サーチを描くように前記アンテナを駆動し、この１
サイクル実行する間の開始点と終了点における受信レベ
ルの差を１サイクルの円形状サーチを実行するのに要す
る時間で補間し、１サイクル実行する間の観測データの
中から受信レベルについて、補間した結果を補正してゆ
き、補間後の受信レベルについて比較し、それが最大値
となる点を求め、この最大となる点にアンテナが指向す
るように、アンテナへの指令角度を補正するものであ
る。

【００１３】

【作用】この発明における待ち受け追尾用アンテナ駆動
方式は、追尾対象が捕捉されると、アンテナの口径と追
尾対象からの受信電波の帯域によって定まる所定の半径
のサーチパターンに従って１サイクルの円形状サーチを
描くように前記アンテナを駆動し、この１サイクル実行
する間の開始点と終了点における受信レベルの差を１サ
イクルの円形状サーチを実行するのに要する時間で補間
し、１サイクル実行する間の観測データの中から受信レ
ベルについて、補間した結果を補正してゆき、補間後の
受信レベルについて比較し、それが最大値となる点を求
め、この最大となる点にアンテナが指向するように、ア
ンテナへの指令角度を補正することにより、最初にサイ
ドローブで捕捉していた場合でもメインローブで確実に
再捕捉して自動追尾モードに移行することが可能な待ち
受け追尾用アンテナ駆動方式を実現する。

【００１４】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、２はアンテナ、３は予報データ演
算部、４は予報データ、５は予報データ蓄積部、７はア
ンテナへの指令角度であり、図７に同一符号を付した従
来のそれらと同一、あるいは相当部分であるため詳細な
説明は省略する。

【００１５】８はアンテナ２が指向している実際の角度
を示すアンテナ実角度である。９は追尾対象からの電波
をアンテナ２を介して受信する受信機であり、１０はこ
の受信機９にて受信された電波の受信レベルである。

【００１６】１１はアンテナ２に円形状サーチを行わせ
るためのサーチデータであり、１２はそのサーチデータ
１１を作成するサーチデータ演算部である。１３は前記
アンテナ実角度８と受信レベル１０を時刻とともに観測
データとして格納する観測データ格納部であり、１４は
その観測データである。

【００１７】１５は予報データ４を基にアンテナへの指
令角度７を算出するとともに、条件によってアンテナへ
の指令角度７とアンテナ実角度８との差を求め、得られ
た差に基づいてアンテナへの指令角度７を補正する点
で、図７で符号６を付した従来のものとは異なる指令値
演算部である。

【００１８】１６はこのような指令値演算部１５を備
え、前記サーチデータ演算部１２および観測データ蓄積
部１３が付加されている点で、図７で符号１を付した従
来のものとは異なった計算機である。

【００１９】次に動作について説明する。ここで、図２
は前記サーチデータ１１に基づく円形状サーチのサーチ
パターンを示す説明図であり、図中、ｏはその中心、ｒ
は半径、ａ〜ｄはそれぞれの円周上の点である。

【００２０】追尾対象の到来に先立って計算機１６は従
来の場合と同様に、まず予報データ演算部３にて予報デ
ータ４を作成する。次いで、予報データ４を基に指令値
演算部１５でアンテナへの指令角度７を算出する。アン
テナ２はこのアンテナへの指令角度７に従って、追尾対
象の到来方向に指向するように駆動される。

【００２１】追尾対象が到来し、受信機９からの受信レ
ベル１０が所定のしきい値以上となって追尾対象を捕捉
したと判定すると、計算機１６は予報データ４を円形状
サーチさせるためのサーチデータ１１を、サーチデータ
演算部１２にてリアルタイムで作成する。この場合、受
信レベル１０は、第１サイドローブによる捕捉の場合に
も、前記しきい値を越えることがある。

【００２２】ここで、このサーチデータ演算部１２にて
作成されるサーチデータ１１は、アンテナ２を、図２に
示す中心ｏから円周上の点ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ａを経て中
心ｏに戻るサーチパターンを１サイクル描くように駆動
するものである。

【００２３】このサーチパターンの半径ｒの値は、アン
テナ２の口径と追尾対象から受信する電波の帯域に基づ
いて決定され、具体的には、アンテナ２がそのメインロ
ーブおよび第１サイドローブのいずれで追尾対象を捕捉
している場合でも、サーチパターンの１サイクル中に当
該サーチパターンがメインローブを必ず横切るように設
定される。

【００２４】また、サーチパターンの中心ｃから円周上
の点ａ、円周上の点２から中心ｏ、さらにはサーチパタ
ーンの円周上を点ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ａとアンテナ２を駆
動する際の速度は、計算機１６が受信機９からの受信レ
ベル１０をサンプリングするタイミング（周期）と、受
信機９の性能とによって決定される。

【００２５】このようにして、サーチデータ演算部１２
によってリアルタイムで作成されたサーチデータ１１
は、指令値演算部１５で予報データ４に重畳され、アン
テナへの指令角度７としてアンテナ２へ送られる。アン
テナ２はこの指令角度７に応じて駆動され、１サイクル
の円形状サーチが行われる。

【００２６】計算機１６は上記のようにアンテナへの指
令角度７を作成してアンテナ２を駆動する一方で、同時
に、アンテナ２からアンテナ実角度８と、受信機９を経
由して受信レベル１０を受け取り、それを観測データ１
４として観測データ格納部１３に格納しておく。

【００２７】計算機１６の指令値演算部１５は、この円
形状サーチを１サイクル行なった後、以下の手順で観測
データ１４中の受信レベル１０の補正及び比較を行な
う。この補正は、受信レベル１０を相対的に比較すると
き、アンテナ２の仰角上昇にともなう受信レベル１０の
上昇の影響を除くために必要となる。

【００２８】指令値演算部１５はまず、円形状サーチの
開始点と終了点（この場合いずれも中心ｏ）における受
信レベル１０の差を、１サイクルの円形状サーチを実行
するのに要する時間でｎ次補間する。ここで、ｎは１以
上の整数である。次に、円形状サーチを１サイクル実行
する間の観測データ１４の中から、受信レベル１０につ
いて、ｎ次補間した結果を補正してゆき、補正後の受信
レベル１０について比較し、それが最大値となる点を求
める。

【００２９】このようにして求めた、受信レベル１０が
最大である点のアンテナへの指令角度７と、観測データ
１２中から取り出したアンテナ実角度８との差（以下、
補正角度という）を求め、予報データ４にその補正角度
を重畳したものを、アンテナへの指令角度７として、ア
ンテナ２へ送る。

【００３０】さらに、上記受信レベル１０を比較する際
に、観測データ１４中の受信レベル１０のうち、サーチ
パターンの中心ｏの受信レベル１０、即ち、円形状サー
チの開始と終了における受信レベル１０が追尾対象から
受信する電波の帯域と、受信機１０の性能により決定さ
れる所定のしきい値以上でなかった場合、指令値演算部
１５はメインローブを捕捉できなかったと判断し、受信
レベル１０の補正から補正角度の算出、重畳までの処理
を行なわずに、再度円形状サーチを行ない同じ手順で補
正角度の重畳までの処理を行なう。

【００３１】メインローブで追尾対象を捕捉した後は、
計算機１６は自動追尾モードへ移行できる条件が整って
いれば、アンテナ２が追尾対象から受ける電波軸とアン
テナ２自体の電波軸の誤差が“０”となるように、アン
テナ２自身がサーボループを組んで追尾する自動追尾モ
ードへアンテナ２の追尾モードを切り換える。また、条
件が整っていなければ、予報データ４に補間角度を重畳
した、アンテナへの指令角度７でアンテナ２を駆動する
プログラム追尾モードを行なう。

【００３２】実施例２．なお、上記実施例では、メイン
ローブを捕捉するために円形状サーチを行ない、補正角
度を予報データ３に重畳して自動追尾モードへと追尾モ
ードを変更させたものを示したが、自動追尾モードへの
移行条件が整わなかった場合には、以下のように処理す
るようにしてもよい。

【００３３】自動追尾モードへの移行条件が整わなかっ
た場合、メインローブを捕捉した時点、即ち、補正角度
を予報データ４に重畳し、そのアンテナへの指令角度７
でアンテナ２が駆動された時点で、メインローブを円形
状サーチした時の半径ｒよりも小さな半径のサーチパタ
ーンにて円形サーチを実施する。その場合、メインロー
ブのピーク近傍、即ち図６のピークより−３ｄＢダウン
した電力半値幅ＨＰＢＷで追尾対象を捕捉でき、受信レ
ベル１０がさらに上がるという効果が得られる。

【００３４】図３はそのような実施例のアンテナ２の放
射パターンとサーチパターンとの相関を示す説明図であ
る。この場合、２番目の円形状サーチのサーチパターン
の半径ｒａは図３に示すように、ピークと１番目の円形
状サーチのサーチパターンの円周上の点ａとの差、Δθ
ａより、当該円形状サーチの１サイクル中に、サーチパ
ターンがメインローブのピークを横切るように設定され
る。

【００３５】実施例３．また、図４はさらに他の実施例
を示す機能ブロック図であり、相当部分には同一符号を
付してその説明を省略する。この実施例は、追尾対象か
ら帯域の異なる２種類の電波が送られてくる場合のもの
であり、図４中、９ａ，９ｂは帯域の異なった電波をそ
れぞれ受信する受信機、１０ａ，１０ｂはこの受信機９
ａ，９ｂで受信された各電波の受信レベルである。

【００３６】また、図５はそのアンテナ２の放射パター
ンと円形状サーチのサーチパターンの相関を示す説明図
である。アンテナ２の放射パターンは受信する電波の帯
域によってビームの幅が異なるものであり、図５ではそ
れを太線と細線によって示している。この場合、受信機
９ａが受信機１０ｂよりビーム幅の狭くなる帯域の電波
を受信するものとする。

【００３７】上記図３に示した実施例による捕捉を行っ
た後も自動追尾モードに移行できない場合には、図５に
示すように、太線で示したアンテナ２の放射パターンの
ビームの広い方のメインローブのピーク近傍を中心とし
た円形状のサーチを行い、細線で示したアンテナ２の放
射パターンのビームの狭い方の電波の受信レベル１０ａ
を基に上記実施例と同様に補正角度を求め、それをアン
テナへの指令角度７に重畳することにより、ビーム幅の
狭い方のメインローブのピーク近傍で追尾対象を捕捉で
き、受信レベル１０がさらに向上するという効果が得ら
れる。

【００３８】この場合の３番目の円形状サーチにおける
サーチパターンの半径ｒｂは、図５に示すようにメイン
ローブのピークと２番目の円形状サーチのサーチパター
ンの円周上の点ｅとの差、Δθｂより、その円形状サー
チの１サイクル中に、サーチパターンがビーム幅の狭い
方のメインローブのピークを横切るように設定される。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、追尾
対象捕捉後に、アンテナの口径と追尾対象からの受信電
波の帯域によって定まる所定の半径で円形状サーチに従
って１サイクルの円形状サーチを描くように前記アンテ
ナを駆動し、この１サイクル実行する間の開始点と終了
点における受信レベルの差を１サイクルの円形状サーチ
を実行するのに要する時間で補間し、１サイクル実行す
る間の観測データの中から受信レベルについて、補間し
た結果を補正してゆき、補間後の受信レベルについて比
較し、それが最大値となる点を求め、この最大となる点
にアンテナが指向するように、アンテナへの指令角度を
補正するように構成したので、最初にサイドローブで捕
捉していた場合でもメインローブで確実に再捕捉して自
動追尾モードに移行することが可能な待ち受け追尾用ア
ンテナ駆動方式が得られ、さらに、円形状サーチにおけ
るアンテナの駆動速度やサーチパターンの半径を観測局
のシステム毎に設定でき、他システムにおいて同様の効
果を奏するシステムを安価に構築できるなどの効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による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２】その円形状のサーチのサーチパターンを示す説
明図である。

【図３】この発明の他の実施例を示すアンテナの放射パ
ターンとサーチパターンの相関を示す説明図である。

【図４】この発明のさらに他の実施例を示す機能ブロッ
ク図である。

【図５】そのアンテナの放射パターンとサーチパターン
の相関を示す説明図である。

【図６】この発明および従来のアンテナの放射パターン
を示す説明図である。

【図７】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。

【符号の説明】

２ アンテナ ４ 予報データ ７ アンテナへの指令角度 １０ 受信レベル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−271182（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−206779（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−216074（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−226689（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−277784（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−184482（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 3/00 - 3/74 G05D 3/00 - 3/20 H01Q 3/00 - 3/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 追尾対象を追尾するアンテナを、前記追
   尾対象の軌道に従って算出した予報データを基に作成し
   たアンテナへの指令角度によって駆動する待ち受け追尾
   用アンテナ駆動方式において、前記追尾対象を捕捉した
   後、前記アンテナの口径と前記追尾対象から受信する電
   波の帯域によって定まる所定の半径を有するサーチパタ
   ーンを、１サイクルの円形状サーチを描くように前記ア
   ンテナを駆動し、この１サイクル実行する間の開始点と
   終了点における受信レベルの差を１サイクルの円形状サ
   ーチを実行するのに要する時間で補間し、１サイクル実
   行する間の観測データの中から前記受信レベルについ
   て、補間した結果を補正してゆき、補間後の受信レベル
   について比較し、それが最大値となる点を求め、この受
   信レベルが最大となる点に前記アンテナが指向するよう
   に、前記アンテナへの指令角度を補正することを特徴と
   する待ち受け追尾用アンテナ駆動方式。