JP5596381B2 - Satellite search time reduction method - Google Patents
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Description
本発明は、船舶に搭載されて、放送衛星や通信衛星などから、衛星の方向に追尾しながら電波を受信する移動体用衛星追尾アンテナ装置であって、該追尾にかかる時間を短縮する方法に関する。 The present invention relates to a mobile satellite tracking antenna device that is mounted on a ship and receives radio waves from a broadcasting satellite or a communication satellite while tracking in the direction of the satellite, and relates to a method for shortening the tracking time. .
衛星を中継して通信を行うシステムは、中継基地の設置ができない海上通信など、各種の分野で用いられている。例えば電話やＦＡＸなどの海上通信は、例えばインマルサットシステムが提供するサービスを利用することにより可能となる。インマルサットシステムの衛星を利用する衛星通信システムを船舶が搭載している場合、ギガＨｚ帯の周波数を用いるので、インマルサット衛星と船舶との間で送受信される電波の指向性が鋭くなる。このために、船舶に設置されているアンテナが常に衛星と正対するように、衛星追尾システムがアンテナの姿勢制御をしている。 Systems that perform communications by relaying satellites are used in various fields such as maritime communications where a relay base cannot be installed. For example, maritime communication such as telephone and FAX can be performed by using a service provided by the INMARSAT system, for example. When a ship is equipped with a satellite communication system that uses an Inmarsat system satellite, the frequency of the gigahertz band is used, so that the directivity of radio waves transmitted and received between the Inmarsat satellite and the ship becomes sharp. For this reason, the satellite tracking system controls the attitude of the antenna so that the antenna installed on the ship always faces the satellite.
衛星追尾システムには、インマルサット衛星を追尾する際に、船舶に装備されているジャイロコンパスからのジャイロ信号を利用する装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、ジャイロ信号を基にして、アンテナの方向を演算する。そして、この装置は、アンテナを駆動する装置を、演算結果で制御する。こうしたジャイロ制御方式は、ジャイロコンパスにより絶対方位が得られるので、安定した衛星追尾が行える。 As a satellite tracking system, there is a device that uses a gyro signal from a gyrocompass equipped on a ship when tracking an Inmarsat satellite (see, for example, Patent Document 1). This device calculates the direction of the antenna based on the gyro signal. And this apparatus controls the apparatus which drives an antenna with a calculation result. In such a gyro control system, since absolute azimuth can be obtained by a gyro compass, stable satellite tracking can be performed.
一方、ジャイロコンパスを搭載していない船舶に対しては、アンテナシステムに実装されているＧＰＳの測位値によって得られる船舶と衛星との仰角をもとにアンテナの仰角を固定し、衛星到来波の受信強度をモニタしながらアンテナを水平面と平行な平面上で１回転させ、電波の強い方向を見つけるという方法が一般的である。この方法を衛星サーチと呼ぶ。 On the other hand, for ships that do not have a gyrocompass, the elevation angle of the antenna is fixed based on the elevation angle between the ship and the satellite, which is obtained from the GPS positioning values installed in the antenna system. A general method is to find the direction in which the radio wave is strong by rotating the antenna once on a plane parallel to the horizontal plane while monitoring the reception intensity. This method is called satellite search.
しかるに衛星サーチは、アンテナを回転させながら受信強度の高い方向を見つける動作をするため、方向が定まるまでには一般に数分程度のサーチ時間を要する。また、衛星方向に物体がある場合にブロッキング状態になり、正確に衛星方向にアンテナを指向できないことがある。 However, since satellite search operates to find a direction with high reception intensity while rotating the antenna, it generally requires a search time of about several minutes until the direction is determined. In addition, when there is an object in the satellite direction, a blocking state may occur, and the antenna may not be correctly directed in the satellite direction.
前記の課題を解決するために、本発明は、
移動体に搭載され、衛星からの電波を、アンテナの指向性ビームの方向を衛星に向けながら受信する移動体用衛星追尾アンテナ装置において、
第１指示方法として利用者が直接ヘディング角を入力するヘディング角直接入力モードを有し、
第２指示方法としてＧＰＳが移動体の移動方向を取得しこれをヘディング角とするモードを有し、
第３指示方法としてアンテナを回転し受信強度が最大となる角度をサーチする衛星サーチモードを有し、
前記第１指示方法が実現できる場合は前記第１指示方法を実施し、
前記第１指示方法が実現できない場合は前記第２指示方法を実施し、
前記第２指示方法が実現できない場合は前記第３指示方法を実施することによって、
前記移動体における前記衛星に対する前記アンテナのベアリング角を取得し、前記アンテナを前記衛星の方向に指向し、前記衛星の追尾を継続する
ことを特徴とする衛星サーチ時間短縮方法とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
In a satellite tracking antenna device for a mobile unit that is mounted on a mobile unit and receives radio waves from the satellite while directing the direction of the directional beam of the antenna toward the satellite,
As a first instruction method, there is a heading angle direct input mode in which a user directly inputs a heading angle,
As a second instruction method, the GPS has a mode in which the moving direction of the moving object is acquired and this is used as a heading angle.
As a third instruction method, there is a satellite search mode for searching for an angle at which the reception intensity is maximized by rotating the antenna,
If the first instruction method can be realized, the first instruction method is performed,
If the first instruction method cannot be realized, the second instruction method is performed,
If the second instruction method cannot be realized, by executing the third instruction method,
The Get the bearing angle of the antenna relative to the satellite in a mobile, directed to the antenna in the direction of the satellite, the satellite search time reduction method characterized by continuing the tracking of the satellite.
本発明によれば、衛星サーチにおいて、アンテナを回転させながら受信電波強度の強い方向を探す手段を取らなくても良くなるため、従来要していたサーチ時間を短縮することが可能になる。 According to the present invention, in the satellite search, it is not necessary to take a means for searching for a direction in which the received radio wave intensity is strong while rotating the antenna, so that it is possible to shorten the search time required conventionally.
また、本発明によれば、衛星方向に物体が存在してブロッキング状態になり、受信強度が不安定になっても、正確に衛星方向にアンテナを指向させることが可能になる。また、船舶が航行していれば、船舶の位置と船首角によってブロックキング状態が解除されることもありうるが、それまでの間、従来では不可能であった衛星追尾を、ＧＰＳが出力する方位データを基に実行することが可能になる。 In addition, according to the present invention, even if an object is present in the satellite direction and is in a blocking state, the antenna can be accurately directed in the satellite direction even if the reception intensity becomes unstable. In addition, if the ship is navigating, the block king state may be canceled depending on the position of the ship and the bow angle, but until then, GPS outputs satellite tracking that was impossible in the past. It becomes possible to execute based on the azimuth data.
このように、本発明の手段は既存装置への組み込みが簡単なので、装置のコストアップを招くことなく、利用者の利便性を向上させることが可能になる。 As described above, since the means of the present invention can be easily incorporated into an existing apparatus, it is possible to improve the convenience for the user without increasing the cost of the apparatus.
本発明の好適な実施例について、図を参照して説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本発明の概略を示す処理フローチャートである。衛星方向にアンテナを指向させる処理を開始すると、まず、可能であればユーザーがヘディング角を入力する（Ｓ１０１）。この場合は、該ヘディング角とＧＰＳ測位値（緯度・経度）及び指向したい衛星の緯度・経度からベアリング角を計算し（Ｓ１０３）、アンテナを指向する。 FIG. 1 is a process flowchart showing an outline of the present invention. When the process of directing the antenna toward the satellite is started, first, the user inputs a heading angle if possible (S101). In this case, the bearing angle is calculated from the heading angle, the GPS positioning value (latitude / longitude), and the latitude / longitude of the satellite to be directed (S103), and the antenna is directed.
次に、ユーザーが手入力出来ない場合は、可能であればＧＰＳが出力する方位データをヘディング角として扱う（Ｓ１０５）。この場合も、該ヘディング角とＧＰＳ測位値及び衛星の緯度・経度によってベアリング角を計算し（Ｓ１０７）、アンテナを指向する。 Next, if the user cannot input manually, the direction data output by the GPS is handled as a heading angle if possible (S105). Also in this case, the bearing angle is calculated from the heading angle, the GPS positioning value, and the latitude / longitude of the satellite (S107), and the antenna is directed.
次に、ＧＰＳが出力する方位データをヘディング角として扱えない場合は、通常の衛星サーチ処理を行う（Ｓ１０９）。 Next, when the azimuth data output by the GPS cannot be handled as a heading angle, a normal satellite search process is performed (S109).
船舶などに搭載される移動体衛星通信装置のアンテナ制御システムでは、衛星到来波の受信強度が一番強くなる方向を見つける必要があるが、衛星サーチが完了するまでに数分の時間を要する。本発明では上記のように、ユーザーからのヘディング角の入力モードと、ＧＰＳからのヘディング角入力モードを設けることによって、時間の短縮及び精度の向上が図られるのである。 In an antenna control system of a mobile satellite communication device mounted on a ship or the like, it is necessary to find a direction in which the received intensity of a satellite arrival wave is strongest, but it takes several minutes to complete a satellite search. In the present invention, as described above, by providing the heading angle input mode from the user and the heading angle input mode from the GPS, the time is shortened and the accuracy is improved.
なお、上記で用いた角度を表す用語の意味を図２に示す。図中に示すように、真北方向と船首方向の角度差をヘディング角と呼び、船首方向と衛星方向の角度差をベアリング角と呼ぶ。また、真北方向と衛星方向の角度差をアジマス角と呼ぶ。船上のアンテナは衛星方向に指向させなければならないから、算出されるベアリング角によってアンテナの方向が決定される。 In addition, the meaning of the term showing the angle used above is shown in FIG. As shown in the figure, the angle difference between the true north direction and the bow direction is called a heading angle, and the angle difference between the bow direction and the satellite direction is called a bearing angle. The difference between the true north direction and the satellite direction is called the azimuth angle. Since the antenna on the ship must be directed toward the satellite, the antenna direction is determined by the calculated bearing angle.
船舶の航法装置が方位データを出力できる場合は、ユーザーはそれを見てヘディング角を手入力できるし（Ｓ１０１）、移動する船舶に関して、搭載したＧＰＳ装置はその移動方向を方位データとして識別するが、これは船首方向でもあるから、ＧＰＳ装置はヘディング角を設定するのに利用できるのである（Ｓ１０３）。 If the navigation device of the ship can output the azimuth data, the user can manually input the heading angle by looking at it (S101), and the mounted GPS device identifies the moving direction as the azimuth data for the moving ship. Since this is also the bow direction, the GPS device can be used to set the heading angle (S103).
次に、Ｓ１０１からＳ１０３に至る処理について、図３を参照して説明する。 Next, processing from S101 to S103 will be described with reference to FIG.
本発明では、従来、衛星サーチにかかっていた時間について、精度を向上させながら短縮することが目的であり、そのために、ヘディング角に関して利用者による手入力が出来る場合は、これを最優先とする。 The purpose of the present invention is to shorten the time required for a conventional satellite search while improving accuracy. Therefore, when the user can manually input the heading angle, this is given the highest priority. .
そこで、利用者が船舶に搭載した航法装置からヘディング角を読み取れる場合に（Ｓ３０１）、該ヘディング角をアンテナ制御部に手入力する（Ｓ３０３）。 Therefore, when the user can read the heading angle from the navigation device mounted on the ship (S301), the heading angle is manually input to the antenna control unit (S303).
さらに、利用者がＧＰＳ測位値から緯度と経度を取得し（Ｓ３０５）、該測位値から衛星のアジマス角を得る（Ｓ３０７）。アジマス角の取得方法については、アンテナ制御部が計算する方法や利用者がデータシートを参照する方法などがあり、本発明ではこれを限定しない。アジマス角は、船舶の位置が確定すれば、その時刻における衛星の方向が必然的に決定されるために、取得する事が可能となる。 Further, the user acquires latitude and longitude from the GPS positioning value (S305), and obtains the azimuth angle of the satellite from the positioning value (S307). As a method for acquiring the azimuth angle, there are a method in which the antenna controller calculates, a method in which the user refers to the data sheet, and the like, and the present invention does not limit this. The azimuth angle can be acquired because the direction of the satellite at that time is inevitably determined once the position of the ship is determined.
さらに、取得したアジマス角をアンテナ制御部に入力する（Ｓ３０９）。ただし、前記のように、アンテナ制御部がアジマス角を計算できる場合もあるため、アジマス角の入力手段について、手入力であるか自動化されたものであるかは本発明では限定しない。 Further, the acquired azimuth angle is input to the antenna control unit (S309). However, as described above, since the antenna control unit may be able to calculate the azimuth angle, whether the azimuth angle input means is manual input or automated is not limited in the present invention.
さらに、前記のアジマス角から前記のヘディング角を減算することによってベアリング角を取得する（Ｓ３１１）。なお、減算結果が負の値であれば、結果に対して３６０度を加算する。ベアリング角の取得に際して、利用者が直接計算できる場合や、アンテナ制御部が自動計算する場合が考えられ、本発明ではこれを限定しない。 Further, the bearing angle is obtained by subtracting the heading angle from the azimuth angle (S311). If the subtraction result is a negative value, 360 degrees is added to the result. When obtaining the bearing angle, there may be a case where the user can directly calculate or a case where the antenna control unit automatically calculates, and the present invention does not limit this.
得られたベアリング角は船舶の船首方位から見た衛星の相対角度であるから、この値を用いてアンテナの方位をアンテナ制御部の指示で指向させる（Ｓ３１３）。 Since the obtained bearing angle is a relative angle of the satellite viewed from the heading of the ship, the antenna direction is directed by an instruction from the antenna control unit using this value (S313).
次に、Ｓ１０５からＳ１０７に至る処理について、図４を参照して説明する。 Next, processing from S105 to S107 will be described with reference to FIG.
本発明では、前記のように、従来、衛星サーチにかかっていた時間について、精度を向上させながら短縮することが目的であり、そのために、航行装置を積載していないなどの理由で、ヘディング角に関して利用者による手入力が出来ない場合には、ＧＰＳ出力を用いて同等の処理を行う手段を衛星サーチよりも優先する。 In the present invention, as described above, it is an object to shorten the time required for satellite search in the past while improving accuracy. For this reason, the heading angle is not used because the navigation device is not loaded. When manual input by the user is not possible, priority is given to means for performing equivalent processing using GPS output over satellite search.
そこで、アンテナシステムに実装されるＧＰＳ装置が得る航行方向データをヘディング角として扱い（Ｓ４０１）、該ヘディング角をアンテナ制御部に入力する（Ｓ４０３）。この際、ＧＰＳ装置の航行方向データが直接アンテナ制御部に電気的に伝達される場合と、計器を見て利用者がアンテナ制御部に手入力する場合が考えられるが、本発明ではこれを限定しない。 Therefore, the navigation direction data obtained by the GPS device mounted on the antenna system is handled as a heading angle (S401), and the heading angle is input to the antenna control unit (S403). At this time, the navigation direction data of the GPS device may be directly transmitted to the antenna control unit, or the user may manually input the antenna control unit while looking at the instrument. do not do.
さらに、利用者がＧＰＳ測位値から緯度と経度を取得し（Ｓ４０５）、該測位値から衛星のアジマス角を得る（Ｓ４０７）。アジマス角の取得方法については、アンテナ制御部が計算する方法や利用者がデータシートを参照する方法などがあり、本発明ではこれを限定しない。前述したように、アジマス角は、船舶の位置が確定すれば、その時刻における衛星の方向が必然的に決定されるためにこれらの事が可能となる。 Further, the user acquires latitude and longitude from the GPS positioning value (S405), and obtains the azimuth angle of the satellite from the positioning value (S407). As a method for acquiring the azimuth angle, there are a method in which the antenna controller calculates, a method in which the user refers to the data sheet, and the like, and the present invention does not limit this. As described above, the azimuth angle can be obtained because the direction of the satellite is inevitably determined when the position of the ship is determined.
さらに、取得したアジマス角をアンテナ制御部に入力する（Ｓ４０９）。ただし、前記のように、アンテナ制御部がアジマス角を計算できる場合もあるため、アジマス角の入力手段について、手入力であるか自動化されたものであるかは本発明では限定しない。 Further, the acquired azimuth angle is input to the antenna control unit (S409). However, as described above, since the antenna control unit may be able to calculate the azimuth angle, whether the azimuth angle input means is manual input or automated is not limited in the present invention.
さらに、前記のアジマス角から前記のヘディング角を減算することによってベアリング角を取得する（Ｓ４１１）。なお、減算結果が負の値であれば、結果に対して３６０度を加算する。ベアリング角の取得に際して、利用者が直接計算できる場合や、アンテナ制御部が自動計算する場合が考えられ、本発明ではこれを限定しない。 Further, the bearing angle is obtained by subtracting the heading angle from the azimuth angle (S411). If the subtraction result is a negative value, 360 degrees is added to the result. When obtaining the bearing angle, there may be a case where the user can directly calculate or a case where the antenna control unit automatically calculates, and the present invention does not limit this.
得られたベアリング角は船舶の船首方位から見た衛星の相対角度であるから、この値を用いてアンテナの方位をアンテナ制御部の指示で指向させる（Ｓ４１３）。 Since the obtained bearing angle is the relative angle of the satellite as viewed from the bow direction of the ship, the antenna direction is directed by the instruction of the antenna control unit using this value (S413).
Ｓ１０１もＳ１０５も否であった場合は、従来手法であるところの、衛星サーチを行う。これは、ＧＰＳの測位値を元にアンテナの仰角を固定し、衛星到来波の受信強度をモニタリングしながら、アンテナを水平面と平行な平面上で1回転させ、電波の強い方向を見つけるというものである。 If both S101 and S105 are negative, a satellite search, which is a conventional method, is performed. This is to fix the elevation angle of the antenna based on the GPS positioning value, and while monitoring the received intensity of the incoming satellite wave, rotate the antenna once on a plane parallel to the horizontal plane to find the strong direction of the radio wave. is there.
本発明によれば、前記のように手入力を最優先にするため、例えばアンテナと衛星の間になんらかの物体が存在する場合に生ずるブロッキング状態であっても、アンテナを正しい向きに指向させることができる。 According to the present invention, in order to give the highest priority to manual input as described above, the antenna can be directed in the correct direction even in a blocking state that occurs when, for example, some object exists between the antenna and the satellite. it can.
そして、一旦手入力によってアンテナを正しい方向に指向させれば、その後このようなブロッキング状態が一定時間継続していても、船舶が航行をすることによってＧＰＳから得られる方位データを用いて安定した衛星追尾を続けることが可能になる。 And once the antenna is pointed in the correct direction by manual input, even if such a blocking state continues for a certain period of time, a stable satellite using azimuth data obtained from GPS by the ship navigating It becomes possible to continue tracking.
こういったブロッキング状況下での衛星追尾の様子を図５に示す。なお、同図において判りやすくするために時間幅を長く取ってあるが、例えばヘディング角の手入力からアンテナの指向までの時間幅は装置や利用者の入力形態に依存するものであるから、任意のものである。 The state of satellite tracking under such a blocking situation is shown in FIG. Note that the time width is long in order to make it easy to understand in the figure, but for example, the time width from manual input of the heading angle to antenna pointing depends on the input form of the device and the user. belongs to.
図５に示すように、ヘディング角を手入力し、ベアリング角を取得し、アンテナを衛星方向に指向することで衛星サーチ時間を短縮でき、また、その後、ブロッキング状態が発生しても、ＧＰＳが航行方向を元にヘディング角を取得できるため、衛星追尾を継続することが可能となるのである。 As shown in FIG. 5, the satellite search time can be shortened by manually inputting the heading angle, obtaining the bearing angle, and pointing the antenna in the direction of the satellite. Since the heading angle can be acquired based on the navigation direction, satellite tracking can be continued.
本実施例ではアンテナの向きの制御にアンテナ制御部を用いたが、これに関して、その搭載方法や利用形態などについては、本発明ではなんら限定しない。 In the present embodiment, the antenna control unit is used to control the direction of the antenna. However, in this regard, the mounting method and the usage form are not limited in the present invention.
２０１…自船舶、 ２０３…衛星、
２０５…真北方向、 ２０７…船首方向。
201 ... Own ship, 203 ... Satellite,
205 ... True north direction, 207 ... Bow direction.
Claims (1)
第１指示方法として利用者が直接ヘディング角を入力するヘディング角直接入力モードを有し、
第２指示方法としてＧＰＳが移動体の移動方向を取得しこれをヘディング角とするモードを有し、
第３指示方法としてアンテナを回転し受信強度が最大となる角度をサーチする衛星サーチモードを有し、
前記第１指示方法が実現できる場合は前記第１指示方法を実施し、
前記第１指示方法が実現できない場合は前記第２指示方法を実施し、
前記第２指示方法が実現できない場合は前記第３指示方法を実施することによって、
前記移動体における前記衛星に対する前記アンテナのベアリング角を取得し、前記アンテナを前記衛星の方向に指向し、前記衛星の追尾を継続する
ことを特徴とする衛星サーチ時間短縮方法。 In a satellite tracking antenna device for a mobile unit that is mounted on a mobile unit and receives radio waves from the satellite while directing the direction of the directional beam of the antenna toward the satellite,
As a first instruction method, there is a heading angle direct input mode in which a user directly inputs a heading angle,
As a second instruction method, the GPS has a mode in which the moving direction of the moving object is acquired and this is used as a heading angle.
As a third instruction method, there is a satellite search mode for searching for an angle at which the reception intensity is maximized by rotating the antenna,
If the first instruction method can be realized, the first instruction method is performed,
If the first instruction method cannot be realized, the second instruction method is performed,
If the second instruction method cannot be realized, by executing the third instruction method,
The Get the bearing angle of the antenna with respect to the satellite, directed to the antenna in the direction of the satellite, the satellite search time reduction method characterized by continuing the tracking of the satellite at the mobile.
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