JPH11330836A

JPH11330836A - アンテナ制御装置

Info

Publication number: JPH11330836A
Application number: JP13079498A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Yoshino; 康則吉野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】急旋回などの動揺が激しい際の追尾誤差をよ
り少なくし、角速度センサの出力に対し応答遅れのない
高速な追尾を行う。【解決手段】アンプ１１、加算器１２経由の角速度セ
ンサ９の出力をモータ駆動系にフィードフォワード制御
することで、車両動揺に対して高速な応答を実現する。
また、比較器１０ｅは、同期検波器８からの追尾誤差信
号、積分器１０ｄからの相対角度に基づき、角速度セン
サ９のドリフト、感度誤差などを求め、これらを乗算器
１１および加算器１２により、モータ１５を制御する制
御量へ重畳することで補正し、追尾誤差を取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載され追
尾機能を持つ衛星通信用アンテナに用いて好適なアンテ
ナ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両等の移動体に搭載され追尾機
能を持つ衛星通信用アンテナに用いられるアンテナ制御
装置では、特開平４−２９１８０５や、特開平４−３３
６８２１に示されているように、受信電界が弱い場合、
角速度センサを利用して動揺補償を行い、衛星捕捉中
は、ステップトラック方式などにより、実際にレベルの
高い方向を探索する方式を切り替えて使用する技術が開
示されている。

【０００３】また、ビームディザリング方式に関して
は、その基本原理は、電子通信情報学会論文誌B Vol.J7
1-B No.11 pp1389-1392 1988年11月に示される通りであ
るが、この方式も、衛星からの電波を利用することか
ら、ビル陰などで電波が遮蔽されたときの、車両の移動
に伴う衛星方向からのずれを補償する目的で、角速度セ
ンサ出力を利用する場合が多い。

【０００４】しかしながら、衛星非捕捉時には、角速度
センサ出力を利用し、また、衛星捕捉時には、ステップ
トラックやビームディザリング追尾に選択的に切り替え
る従来技術では、衛星捕捉中の車両の急激な動揺（旋
回）に追従できず、追尾誤差が増大したり、最悪、追尾
不能となったりする場合がある。

【０００５】そこで、衛星捕捉中も、角速度センサによ
る動揺補償を併用し、車両旋回時など比較的角速度の大
きく発生する際には、角速度センサにより高速に追従さ
せ、また、角速度センサが持つ感度のばらつきや、温度
変化などの原因で発生するドリフトで発生する誤差角
を、ステップトラック追尾や、ビームディザリング追尾
で補う方式が開発されている。

【０００６】この方式では、ステップトラックや、ビー
ムディザリング追尾は、位置制御のため、角速度センサ
の角速度出力を一旦積分して角度に変換し、この角度変
位情報を、ステップトラック、またはビームディザリン
グの位置指令情報に重畳することにより、併用追尾を実
現してきた。

【０００７】図３がその一例であるが、衛星捕捉中は、
同期検波回路８からの追尾誤差信号（これは、衛星方向
からのずれ角度に比例した出力）と、角速度センサ９の
積分データの単位時間当たりの角度変位とを加算し、こ
の出力を利用して、アンテナ駆動を行う。また、この角
速度センサ９を積分することにより得られた角度変位
と、ステップトラックやビームディザリング追尾で求め
た角度とを比較することで、角速度センサ９のドリフト
や、感度の補償を行い、比較的低精度で安価な角速度セ
ンサの利用を可能としてきた。この様な方法は、例え
ば、発明協会公開技報公技番号９３−６７４発行日
１９９３．１．４などで述べられている。

【０００８】また、上述した従来技術以外にも、特開平
８―０７８９３８や特開平８―０７８９３などに、ジャ
イロと電波を併用し、衛星を追尾する技術が開示されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では、いずれの場合も、角速度センサ（また
はジャイロ）の角速度出力に対して積分演算等の複雑な
演算を行わなければならず、車両の急旋回などにより動
揺が激しい場合、衛星の追尾が応答遅れとなってしまう
という問題があった。

【００１０】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、角速度センサと、ステップトラックまたはビー
ムディザリング追尾とを、より高速応答可能なように、
つまり、急旋回などの動揺が激しい際の追尾誤差をより
少なくし、角速度センサの出力に対し応答遅れのない高
速な追尾を行うことができるアンテナ制御装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、請求項１記載の発明では、移動体に搭載され
た衛星通信用アンテナの指向性を方位方向へスイッチン
グし、これに同期して前記衛星通信用アンテナの受信信
号を同期検波することにより得られる指向誤差を用いて
前記衛星通信用アンテナを駆動制御して自動的に衛星を
追尾させるアンテナ制御装置において、方位軸方向に分
割された複数のアンテナ素子から構成されるアンテナ
と、前記アンテナを回転駆動する駆動手段と、前記アン
テナの方位方向に対する角速度の検出を行う角速度セン
サと、前記角速度センサで検出される角速度によって、
移動体動揺を打ち消すように前記駆動手段を制御し、前
記複数のアンテナ素子の方位方向を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする。

【００１２】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載のアンテナ制御装置において、前記複数のアンテナ
素子により受信された受信信号から得られる同期検波出
力と、前記角速度センサで検出される角速度を積分する
ことにより得られる相対角度とに基づいて、前記角速度
センサの感度誤差とドリフトとを求める補正手段を具備
し、前記制御手段は、前記補正手段による感度誤差を制
御量に重畳する乗算手段と、前記補正手段によるドリフ
トを制御量に重畳する加算手段とを具備することを特徴
とする。

【００１３】この発明では、角速度センサの角速度出力
を積分演算等の処置をせず、直接、モータの速度指令と
して制御手段に直接与え、該制御手段により、複数のア
ンテナ素子から構成されたアンテナの駆動手段を制御す
るようにしたので、急旋回などの動揺が激しい際の追尾
誤差をより少なくし、角速度センサの出力に対し応答遅
れのない高速な追尾を行うことが可能となる。また、補
正手段によって、前記複数のアンテナ素子により受信さ
れた受信信号に基づいて得られる同期検波出力と、前記
角速度センサで検出される角速度を積分することにより
得られる相対角度とに基づいて、前記角速度センサの感
度誤差とドリフトとを求め、これら感度誤差とドリフト
とにより、前記制御手段における制御量を補正するよう
にしたので、急旋回などの動揺が激しい際の追尾誤差を
より少なくすることが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。Ａ．実施形態の構成図１は、本発明の実施形態による全体の構成を示すブロ
ック図である。なお、本実施形態では、ビームディザリ
ング追尾の方位方向１軸に関して説明する。図におい
て、１は、方位軸方向に２素子以上に分割されることを
特徴としているアンテナ、２は、各アンテナ素子の位相
を変化させることのできる移相器である。移相制御器３
は、後述する発振器７からの周波数ｆの矩形波に従っ
て、移相器２を制御し、アンテナ１素子間の位相を制御
することで、アンテナ１のビーム方向を方位方向に微小
角±に走査する。

【００１５】４は、分配／合成器で、送信信号を各アン
テナ素子に分配し、また、各アンテナ素子で受信した受
信信号を合成する。５は、方位方向にエンドレスで回転
可能なロータリジョイントであり、分配／合成器４およ
び送受信機６の信号を、方位方向の回転によらず、常に
伝達する。また、送受信機６は、衛星の捕捉状態を示
す、捕捉信号と受信レベル信号とを出力する機能を有す
る。７は、発振器であり、周波数ｆで矩形波を出力し、
これを、移相制御器３および同期検波器８に供給する。
同期検波器８は、送受信機６から供給される受信レベル
信号を同期検波し、追尾誤差信号を比較器１０ｅに供給
する。角速度センサ９は、方位方向の角速度の検出を行
う。

【００１６】制御回路１０は、選択回路（切り替えスイ
ッチ）１０ａにより、送受信機６からの捕捉信号に基づ
き、衛星捕捉中は、同期検波器８の同期検波出力に従っ
て、加算器１３を介してモータ１５を駆動し、また、衛
星非捕捉中は、ゼロ出力１０ｂを選択し、ビームディザ
リング追尾を停止させる。また、衛星の初期捕捉が必要
な際は、選択回路１０ａにより、初期捕捉信号発生器１
０ｃを選択し、衛星をサーチし初期捕捉を行う。１０ｄ
は、積分器であり、角速度センサ９が出力する角速度を
積分し、相対角度を求める。１０ｅは、比較器であり、
同期検波器８の追尾誤差信号（ビームディザリング追
尾）と積分器１０ｄの積分結果（相対角度）とを比較す
ることにより、角速度センサ９の感度誤差とドリフトと
を求め、それぞれアンプ１１のゲインと、加算器１２へ
のドリフト補償値とを決定する。なお、算出方法の詳細
については後述する。また、１０ｆは、衛星非捕捉状態
の経過時間を測定するタイマである。

【００１７】１３は、感度誤差およびドリフト補償を受
けた角速度情報と、ビームディザリングまたは初期捕捉
のための位置制御情報に基づく駆動指令とを加算する加
算器であり、１４は、モータ１５を駆動するために必要
な電力増幅を行う増幅器である。モータ１５は、増幅器
１４からの出力によりアンテナ１を駆動する。

【００１８】Ｂ．実施例の動作次に、図２に示すフローチャートを参照して本実施形態
の動作について詳細に説明する。まず、ステップＳ１０
１で衛星初期捕捉を行う。初期捕捉は、アンテナ１を全
方位に駆動し、初期捕捉を行ってもよいし、ＧＰＳ、地
磁気センサ、あるいは衛星の緯度経度を利用し、あらか
じめ衛星方向を計算しておき、その周辺をサーチする等
で初期捕捉を行ってもよい。

【００１９】初期捕捉が完了すると、ステップＳ１０２
において、送受信機６からの捕捉信号に基づいて、制御
回路１０で、衛星捕捉中であるか否かを判断し、捕捉し
てない場合、例えば、ビル陰等で遮蔽されている場合に
は、ステップＳ１０３で、角速度センサ９からの情報を
元に、動揺補償を行う。これは、選択回路（切り替えス
イッチ）１０ａで、ゼロ出力１０ｂを選択することによ
り、アンプ１１、加算器１２を介した角速度出力のみで
動揺補償することに相当する。

【００２０】そして、ステップＳ１０４で、連続非捕捉
時間をカウントし、ステップＳ１０５で、あらかじめ定
められる時間を経過したら、捕捉していない原因が、ビ
ル陰などの遮蔽でなく、角速度センサによる動揺補償の
誤差の蓄積によるものと判断して、ステップＳ１０１の
初期捕捉に戻り、衛星捕捉をやり直す。

【００２１】一方、ステップＳ１０５で、あらかじめ定
められる時間を経過していない場合には、ステップＳ１
０２に戻り、再度、衛星捕捉状態であるか否かを判断す
る。ここで、衛星捕捉状態である場合には、ステップＳ
１０６に移行し、同期検波器８からの追尾誤差信号に基
づいて、ビームディザリング追尾を行う。この時、加算
器１３では、アンプ１１、加算器１２を介しての角速度
出力の動揺補償と、選択回路（切り替えスイッチ）１０
ａの出力である追尾誤差信号に基づく位置制御信号とが
重畳されている。

【００２２】その後、ステップＳ１０２に戻り、衛星捕
捉状態であるかを判定し、捕捉状態、または非捕捉状態
に応じて、順次、上述した分岐を繰り返すことで、衛星
方向にアンテナを指向させておく。

【００２３】次に、角速度センサの感度補償、ドリフト
校正の方法について説明する。まず、ドリフト校正につ
いては、ある一定時間連続して、同期検波器８からの追
尾誤差信号がゼロ状態を示し、かつ、角速度センサ９か
らの出力（積分器１０ｄの出力）も、連続でほぼゼロで
あった場合、車両は動いていないと判断できるので、こ
の時の角速度センサ９の積分結果がゼロでない場合、そ
の分がドリフトであるので、その積分結果をある一定時
間で割った値が、角速度センサのドリフト量として求め
られる。

【００２４】例えば、１０秒間、車両が動いていないと
判断されるとき、角速度センサ９の積分値（積分器１０
ｄの出力）が、５度となっていた場合、５／１０=０．
５度／秒のドリフトが発生していると求められる。

【００２５】また、感度補償については、ビームディザ
リングによる追尾誤差がゼロ状態で、また、角速度セン
サ９の出力（積分器１０ｄの出力）もほぼゼロであった
状態から、ある一定以上の角速度が発生した後、ビーム
ディザリングの誤差、角速度ともほぼゼロに安定した場
合、その時間間隔での角速度センサ９の積分値（積分器
１０ｄの出力）と、ビームディザリング併用での追尾結
果の角度変位とを比較することで、センサ感度を求める
ことができる。

【００２６】例えば、３０秒間で、ビームディザリング
併用追尾の結果、１８０度相対的に動いたという結果が
得られ、この時の角速度センサ９の積分値（積分器１０
ｄの出力）が、１７１度だった場合、（１８０−１７
１）／１８０=０．０５となり、５％感度が低いと求め
られる。

【００２７】このようにして、感度誤差、ドリフト量を
求め、アンプ１１のゲインおよび加算器１２の加算量を
決定し、例えば上記例では、ゲインを１．０５に設定
し、また、ドリフトに関しては、加算器１２に、−０．
５度／秒をセットする。

【００２８】Ｃ．他の実施例次に、本発明の他の実施例について説明する。上述した
実施例では、ビームディザリング追尾について説明した
が、ステップトラック追尾についても、同様に、位置制
御系と、角速度センサーのフィードフォワード制御との
併用することで、移動体の急激な変動には、角速度セン
サにより高速で追従し、ステップトラック追尾の位置制
御で、角速度センサのドリフト、感度補償を行うことが
可能である。

【００２９】なお、上述した実施例において、方位、仰
角の２軸追尾であっても、同様に、各軸構成することで
実現可能である。また、本発明は、衛星通信用に限定す
ることなく、地上基地局からの電波に追従する移動体通
信への適用も可能であることは言うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
角速度センサの角速度出力を積分演算等の処置をせず、
直接、モータの速度指令として制御手段に与えるように
したので、急旋回などの動揺が激しい際の追尾誤差をよ
り少なくし、角速度センサの出力に対し応答遅れのない
高速な追尾を行うことができるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるアンテナ制御装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】アンテナ制御装置の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図３】従来技術によるアンテナ制御装置の構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１アンテナ（複数のアンテナ素子）９角速度センサ１０ｅ比較器（補正手段）１１乗算器（乗算手段）１２加算器（加算手段）１３加算器（制御手段）１４増幅器（制御手段）１５モータ（駆動手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体に搭載された衛星通信用アンテナ
の指向性を方位方向へスイッチングし、これに同期して
前記衛星通信用アンテナの受信信号を同期検波すること
により得られる指向誤差を用いて前記衛星通信用アンテ
ナを駆動制御して自動的に衛星を追尾させるアンテナ制
御装置において、方位軸方向に分割された複数のアンテナ素子から構成さ
れるアンテナと、前記アンテナを回転駆動する駆動手段と、前記アンテナの方位方向に対する角速度の検出を行う角
速度センサと、前記角速度センサで検出される角速度によって、移動体
動揺を打ち消すように前記駆動手段を制御し、前記複数
のアンテナ素子の方位方向を制御する制御手段とを具備
することを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項２】前記複数のアンテナ素子により受信され
た受信信号から得られる同期検波出力と、前記角速度セ
ンサで検出される角速度を積分することにより得られる
相対角度とに基づいて、前記角速度センサの感度誤差と
ドリフトとを求める補正手段を具備し、前記制御手段は、前記補正手段による感度誤差を制御量
に重畳する乗算手段と、前記補正手段によるドリフトを
制御量に重畳する加算手段とを具備することを特徴とす
る請求項１記載のアンテナ制御装置。