JP3669355B2

JP3669355B2 - Satellite tracking antenna

Info

Publication number: JP3669355B2
Application number: JP2002283910A
Authority: JP
Inventors: 宏康松井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JP2003198441A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星からの電波を受信し得るようにアンテナ指向性を常に衛星の方向に向ける衛星追尾アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の衛星追尾アンテナは、従来、図６（ａ）に示すように、磁気センサ８１および光ファイバジャイロ８２のような車両方位角センサの出力情報をＡ／Ｄ変換器８３でディジタル信号に変換して、追尾用パソコン８４に供給し、これにより自車を基準とした衛星の方位角を計算し、アンテナ制御部８５に供給している。アンテナ制御部８５は、受け取った衛星方位角情報に基づいてアンテナビーム番号、すなわちアンテナ指向性を構成するための位相量の組合せ番号を選択し、移相器ドライバ８６に指定する。移相器ドライバ８６は指定されたビーム番号の位相量をフェーズドアレイアンテナ８７に供給し、該位相量を個々のアンテナエレメントにおいて実現して、アンテナ指向性を構成し常に衛星方向を向くように制御している。なお、図６（ａ）において、ＬＮＡは低ノイズ増幅器、ＨＰＡは高電力増幅器、Ｄ／Ｃは試験用受信周波数変換装置、Ｕ／Ｃは送信周波数変換装置である。
【０００３】
また、フェーズドアレイアンテナ８７は、図６（ｃ）において個々のアンテナエレメントをａ，ｂ，ｃで示すように配列され、この場合のアンテナ指向性および指向性の変化方向は図示のようになっている。また、フェーズドアレイアンテナ８７の個々のアンテナエレメントａ，ｂ，ｃにおける給電系は図６（ｂ）のように構成され、各アンテナエレメントには３ビットダイオード移相器が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の衛星追尾アンテナでは、常に衛星方向にアンテナ指向性を向けておき、衛星から直接到来する電波、すなわち直接波のみを受信するようになっているため、自車と衛星との間に電波を遮るような遮蔽物がある場合には、受信不能となり、特に高層ビルが立ち並ぶ市街地にあっては受信不能状態が長くなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、衛星からの直接波を受信できないと判断した時に反射波を受信するように構成し、遮蔽物に影響されずに常に衛星の電波を受信できるようにした衛星追尾アンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、衛星からの電波を受信するフェーズドアレイアンテナと、前記衛星の方向を検出する方向検出手段と、該方向検出手段で検出した方向に前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ指向性を向けるように制御する指向性制御手段と、地図情報とともに建築物の情報を記憶する地図情報記憶手段と、該地図情報記憶手段に記憶された建築物の情報に基づいて、前記方向検出手段で検出した衛星の方向に衛星からの直接波を遮るような遮蔽物があるか否かを検出する遮蔽物検出手段と、前記衛星からの直接波の反射波の到来方向を検出する反射波検出手段と、該反射波検出手段で検出した反射波の到来方向に前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ指向性を向けるべく偏波回転方向を切り換えるように制御する切り換え制御手段と、を備え、前記反射波検出手段は、前記遮蔽物検出手段により遮蔽物を検出した際に反射波の到来方向の検出を開始すると共に、前記直接波に対して等大且つ反対符号となる方位角で、且つ、直接波と同一の仰角となる方向が前記反射波の到来方向であるものとすることを特徴とする。
【０００７】
本発明の衛星追尾アンテナでは、地図情報とともに記憶された建築物の情報に基づいて、方向検出手段で検出した衛星の方向に衛星からの電波を遮るような遮蔽物があるか否かを検出しておき、衛星からの電波を遮るような遮蔽物がある場合には、衛星からの電波の反射波の到来方向を検出し、この反射波を到来方向にフェーズドアレイアンテナのアンテナ指向性を向けるべく偏波回転方向を切り換えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施例に係わる衛星追尾アンテナの構成を示すブロック図である。同図に示す衛星追尾アンテナは、衛星からの電波が例えば高層ビルのような建築物等で遮られて受信できなくなった時に反射波を受信できるようにしたものである。
【００１０】
図１に示す実施例の衛星追尾アンテナは、衛星からの電波を受信するフェーズドアレイアンテナ２１、自車と衛星の位置および方向関係を検出する自車位置方向検出装置２３、自車と衛星との間に高層ビルのような遮蔽物があるかどうかを判断するための建築物の情報、すなわち建物の高さや密集度等の情報を記憶している地図データベース２５、電波の到来方向をサーチしたり、または電波受信レベルを監視するための電波電界強度センサ２７、フェーズドアレイアンテナ２１のアンテナ指向性が衛星方向に向くように個々のアンテナエレメントの位相量を計算するアンテナ制御部２９、および該アンテナ制御部２９で計算した位相量を個々のアンテナエレメントに与える移相器ドライバ３１を有する。
【００１１】
また、フェーズドアレイアンテナ２１を構成する個々のアンテナエレメントは衛星から直接到来する電波である直接波と建物等により反射波の両波を受信可能とするために（同時受信ではない）、左旋および右旋の両円偏波（円偏波が反射すると、偏波面の回転方向が反対になる）を受信でき、かつ容易に切り換えることができる必要がある。従って、アンテナエレメントは図２に示すように２点給電方式のものである。
【００１２】
この２点給電方式について図３を参照して更に詳しく説明する。スイッチングを行うアレイアンテナシステムのエレメントの場合には、直接波のみを受信できればよいので、図３（ｂ−１），（ｂ−２）に示すように１点給電方式のものでよく、また移相器の位相量は図９（ｂ−３）に示すように固定のものでよい。例えば、図３（ｂ−３）において移相器Ａの位相量＝４５°、移相器Ｂの位相量＝１８０°、移相器Ｃの位相量＝９０°、移相器Ｄの位相量＝０°のように固定されている。
【００１３】
しかしながら、反射波も受信する場合には、反射電波は位相が反転するので、円偏波の場合には、偏波の回転方向が反転するため（逆回転になる）、受信側もこれに対応させる必要がある。そのため、受信アンテナは正転、反転の両回転方向の円偏波を構成できるようにしておく必要がある。
【００１４】
このように両回転方向の円偏波を１つのアンテナで構成するようにするには、図３（ａ−１），（ａ−２）に示すように、２点給電方式に、一方の点の給電位相に対して他方の給電位相を９０°進ませたり、または９０°遅らせ、これによって正転および反転の円偏波を構成する。従って、一方の点に対応する給電点の位相を固定とした場合には、他方の点に対応する給電点の位相は±９０°（１８０°）の変化を与える必要があるため、図３（ａ−３）に示すように、±９０°（１８０°）の位相変化量を有する移相器が他方の点に必要となる。すなわち、２点の給電点のうち、一点は固定の移相器でよいが、他方の点は±９０°の位相変化量（１ビットで可能）を有する移相器を有する必要がある。また、位相切り替えのタイミングは直接波の受信が出来なくなったことによりトリガとする（瞬時の電波遮断でなく、一定時間遮断されると、推測された場合であり、この推測は地図データベースにより行う）。
【００１５】
次に、図４に示すフローチャートを参照して、作用を説明する。
【００１６】
図４においては、まず、自車位置方向検出装置２３によって自車の位置および方向が検出され、その結果から衛星がどの方向にあるのかが計算される（ステップ５１０，５２０）。そして、衛星と自車との間に建物等の遮蔽物があるか否かを地図データベース２５に記憶された建築物の情報に基づいてアンテナ制御部２９において判断する（ステップ５３０）。
【００１７】
遮蔽物がない場合には、衛星方向角へ左旋円偏波でアンテナ指向性が向くようなアンテナビーム番号を選択し、そのアンテナビーム番号を移相器ドライバ３１に指定する（ステップ５４０）。移相器ドライバ３１はアンテナビーム番号で整理された個々のアンテナエレメントの位相量をデータベースとして有しており、指定されたアンテナビーム番号の位相量を各アンテナエレメントに与える（ステップ５５０）。これによりアンテナの指向性は衛星の方向を向くことになる。
【００１８】
そして、このように直接波を受信している間は電波電界強度センサ２７によって直接波の受信レベルが低下したか否かが監視されており（ステップ５６０）、低下していない場合には、ステップ５１０に戻って同じ動作を繰り返すが、低下している場合には、ステップ５７０に進み、反射波到来方向を計算する。
【００１９】
一方、ステップ５３０の判断において、自車と衛星との間に遮蔽物がある場合にも、ステップ５７０に進んで、反射波到来方向を計算する。すなわち、反射波到来方向へ右旋円偏波でアンテナ指向性が向くようなアンテナビーム番号を選択し（ステップ５８０）、そのアンテナビーム番号を移相器ドライバ３１に指定する。移相器ドライバ３１は指定されたアンテナビーム番号の位相量を各アンテナエレメントに与え（ステップ５９０）、これによりアンテナの指向性が反射波到来方向に向くことになる。
【００２０】
なお、反射波到来方向の決定は次のように行われる。まず、衛星電波は衛星位置が十分遠いことから平行波と考えられること、および電波が反射する場合には入射角と反射角は等しいということを考え、反射波到来仰角は直接波到来仰角と等しく、また方位角は自車位置を基準として直接波到来方向角をθ度とすると、反射波到来方位角は−θ度になる。従って、直接波到来角を仰角φ度、方位角θ度とすると、反射波到来角は仰角φ度、方位角−θ度となる（図５参照）。
【００２１】
この性質を利用し、衛星電波を受信する第１の手段としてその方向へ指向性を向ける。そして、反射波受信レベルが規定値以上ないときには、第２の手段として反射波の受信レベルが大きい方向をサーチングするが、その際の仰角はφ度のままサーチングする。また、サーチング中は常に自車位置、方向検出装置および地図データベースを用いて自車位置と衛星の間に遮蔽物があるか否かをチェックし、遮蔽物がないと判断したときには、即座に左旋円偏波を衛星位置方向に向けるのである。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、地図情報とともに記憶された建築物の情報に基づいて、前記方向検出手段で検出した衛星の方向に衛星からの電波を遮るような遮蔽物があるか否かを検出しておき、衛星からの電波を遮るような遮蔽物がある場合には、衛星からの電波の反射波の到来方向を検出し、この反射波の到来方向にフェーズドアレイアンテナのアンテナ指向性を向けるべく偏波回転方向を切り換えているので、建築物等によって直接波が遮られて受信できない状態にあっても反射波を受信し、衛星電波受信不能時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わる衛星追尾アンテナの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の衛星追尾アンテナに使用されるアンテナエレメントの給電方式を示す説明図である。
【図３】図１に示す衛星追尾アンテナに使用されるアンテナエレメントの説明図である。
【図４】図１の衛星追尾アンテナの作用を示すフローチャートである。
【図５】図１の衛星追尾アンテナの作用を説明するために使用される直接波と反射波の到来角を示す説明図である。
【図６】従来の衛星追尾アンテナを示す図である。
【符号の説明】
２１フェーズドアレイアンテナ
２３自車位置方向検出装置
２５地図データベース
２７電波電界強度センサ
２９アンテナ制御部
３１移相器ドライバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a satellite tracking antenna that always directs antenna directivity in the direction of a satellite so that radio waves from the satellite can be received.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of satellite tracking antenna converts output information of a vehicle azimuth sensor such as a magnetic sensor 81 and an optical fiber gyro 82 into a digital signal by an A / D converter 83, as shown in FIG. Then, it is supplied to the tracking personal computer 84, thereby calculating the azimuth angle of the satellite with reference to the own vehicle and supplying it to the antenna control unit 85. The antenna control unit 85 selects an antenna beam number based on the received satellite azimuth information, that is, a phase number combination number for configuring the antenna directivity, and designates it to the phase shifter driver 86. The phase shifter driver 86 supplies the phase amount of the designated beam number to the phased array antenna 87, realizes the phase amount in each antenna element, and configures the antenna directivity so as to always face the satellite direction. doing. In FIG. 6A, LNA is a low noise amplifier, HPA is a high power amplifier, D / C is a test reception frequency converter, and U / C is a transmission frequency converter.
[0003]
The phased array antenna 87 is arranged as shown by a, b, and c in FIG. 6 (c), and the antenna directivity and the direction of change in directivity in this case are as shown. Yes. Further, the feeding system in each antenna element a, b, c of the phased array antenna 87 is configured as shown in FIG. 6B, and each antenna element is provided with a 3-bit diode phase shifter.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional satellite tracking antenna described above, the antenna directivity is always directed in the direction of the satellite, and only radio waves coming directly from the satellite, that is, only direct waves are received. When there is a shielding object that shields radio waves, it becomes impossible to receive, especially in an urban area where high-rise buildings are lined up.
[0005]
The present invention has been made in view of the above, and the object of the present invention is to receive a reflected wave when it is determined that a direct wave from a satellite cannot be received, and is always unaffected by the shielding object. The object is to provide a satellite tracking antenna that can receive satellite radio waves.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a phased array antenna for receiving radio waves from a satellite, direction detecting means for detecting the direction of the satellite, and an antenna of the phased array antenna in a direction detected by the direction detecting means. Direction control means for controlling directivity, map information storage means for storing building information together with map information, and direction detection based on the building information stored in the map information storage means a shield detector for detecting whether there is a shield that blocks the direct wave from the satellite in the direction of the detected satellite unit, the reflected wave to detect the arrival direction of the reflected wave of the direct wave from the satellite And a control means for switching the polarization rotation direction so as to direct the antenna directivity of the phased array antenna in the direction of arrival of the reflected wave detected by the reflected wave detection means. Comprising a switching control means, wherein the reflected wave detection means, and starts the detection of the direction of arrival of the reflected wave when detecting the obstacle by the obstacle detecting means, isometric and opposite to the direct wave The direction of the azimuth angle as a sign and the same elevation angle as that of the direct wave is the arrival direction of the reflected wave .
[0007]
The satellite tracking antenna of the present invention detects whether there is an obstruction that blocks radio waves from the satellite in the direction of the satellite detected by the direction detection means, based on the building information stored together with the map information. If there is a shield that blocks the radio wave from the satellite, the direction of arrival of the reflected wave of the radio wave from the satellite is detected, and the antenna directivity of the phased array antenna is directed to the direction of arrival of the reflected wave. The polarization rotation direction is switched.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a satellite tracking antenna according to an embodiment of the present invention. The satellite tracking antenna shown in the figure is designed to receive a reflected wave when a radio wave from the satellite is blocked by a building such as a high-rise building and cannot be received.
[0010]
The satellite tracking antenna of the embodiment shown in FIG. 1 includes a phased array antenna 21 that receives radio waves from a satellite, a vehicle position / direction detection device 23 that detects the position and direction relationship between the vehicle and the satellite, and the vehicle and the satellite. The building database for judging whether there is a shielding object such as a high-rise building between them, that is, the map database 25 storing information such as the height and density of the building, the direction of arrival of radio waves, etc. Or a radio field intensity sensor 27 for monitoring the radio wave reception level, an antenna control unit 29 for calculating the phase amount of each antenna element so that the antenna directivity of the phased array antenna 21 is directed toward the satellite, and the antenna control A phase shifter driver 31 is provided to give the phase amount calculated by the unit 29 to each antenna element.
[0011]
In addition, the individual antenna elements constituting the phased array antenna 21 can receive both a direct wave that is a radio wave directly coming from a satellite and a reflected wave by a building (not simultaneous reception). It is necessary to be able to receive both circularly polarized waves (when the circularly polarized waves are reflected, the direction of rotation of the polarization plane is reversed) and to be able to switch easily. Therefore, the antenna element is of a two-point feeding system as shown in FIG.
[0012]
This two-point power feeding method will be described in more detail with reference to FIG. In the case of an element of an array antenna system that performs switching, it is sufficient that only a direct wave can be received. Therefore, as shown in FIGS. 3 (b-1) and 3 (b-2), a one-point feeding method may be used. The phase amount of the phase shifter may be fixed as shown in FIG. 9 (b-3). For example, in FIG. 3B-3, the phase amount of the phase shifter A = 45 °, the phase amount of the phase shifter B = 180 °, the phase amount of the phase shifter C = 90 °, and the phase amount of the phase shifter D = 0 ° is fixed.
[0013]
However, when the reflected wave is also received, the phase of the reflected wave is reversed. In the case of circularly polarized waves, the direction of rotation of the polarized wave is reversed (reverse rotation), so the receiving side also supports this. It is necessary to let Therefore, the receiving antenna needs to be configured to be able to configure circularly polarized waves in both the forward and reverse rotation directions.
[0014]
In this way, in order to form circularly polarized waves in both rotational directions with one antenna, as shown in FIGS. 3 (a-1) and (a-2), one point is used in the two-point feeding method. The other feeding phase is advanced by 90 ° or delayed by 90 ° with respect to the feeding phase, thereby forming forward and reverse circularly polarized waves. Therefore, when the phase of the feeding point corresponding to one point is fixed, the phase of the feeding point corresponding to the other point needs to be changed by ± 90 ° (180 °). As shown in a-3), a phase shifter having a phase change amount of ± 90 ° (180 °) is required at the other point. That is, one of the two feeding points may be a fixed phase shifter, but the other point needs to have a phase shifter having a phase change of ± 90 ° (possible with 1 bit). In addition, the timing of phase switching is triggered by the fact that direct waves can no longer be received (this is a case where it is estimated that the signal is interrupted for a certain period of time instead of instantaneous radio wave interruption, and this estimation is performed using a map database) .
[0015]
Next, the operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0016]
In FIG. 4, first, the position and direction of the own vehicle are detected by the own vehicle position / direction detecting device 23, and the direction of the satellite is calculated from the result (steps 510 and 520). Then, the antenna control unit 29 determines whether or not there is a shield such as a building between the satellite and the own vehicle based on the building information stored in the map database 25 (step 530).
[0017]
If there is no shielding object, an antenna beam number is selected so that the antenna directivity is directed to the satellite direction angle by left-handed circular polarization, and the antenna beam number is designated to the phase shifter driver 31 (step 540). The phase shifter driver 31 has as a database the phase amounts of the individual antenna elements arranged by the antenna beam numbers, and gives the phase amounts of the designated antenna beam numbers to each antenna element (step 550). As a result, the antenna directivity is directed toward the satellite.
[0018]
While the direct wave is received in this way, whether or not the reception level of the direct wave is lowered is monitored by the radio field intensity sensor 27 (step 560). Returning to 510, the same operation is repeated, but if it has decreased, the process proceeds to step 570 to calculate the arrival direction of the reflected wave.
[0019]
On the other hand, if it is determined in step 530 that there is an obstacle between the vehicle and the satellite, the process proceeds to step 570 and the reflected wave arrival direction is calculated. That is, an antenna beam number is selected such that the antenna directivity is right-handed circularly polarized in the reflected wave arrival direction (step 580), and the antenna beam number is designated to the phase shifter driver 31. The phase shifter driver 31 gives the phase amount of the designated antenna beam number to each antenna element (step 590), so that the antenna directivity is directed to the reflected wave arrival direction.
[0020]
Note that the direction of arrival of the reflected wave is determined as follows. First, the satellite radio wave is considered to be a parallel wave because the satellite position is far enough, and if the radio wave is reflected, the incident angle and reflection angle are equal, and the reflected wave arrival elevation angle is equal to the direct wave arrival elevation angle. The azimuth angle of the reflected wave is -θ degrees when the direct wave arrival direction angle is θ degrees with reference to the vehicle position. Therefore, if the direct wave arrival angle is an elevation angle φ degree and an azimuth angle θ degree, the reflected wave arrival angle is an elevation angle φ degree and an azimuth angle −θ degree (see FIG. 5).
[0021]
Utilizing this property, directivity is directed in that direction as a first means for receiving satellite radio waves. When the reflected wave reception level is not equal to or higher than the specified value, the second means is searched for a direction in which the reflected wave reception level is large, and the elevation angle at that time is searched with φ degrees. During searching, the vehicle position, direction detection device and map database are always used to check whether there is an obstacle between the vehicle position and the satellite. The left-handed circularly polarized wave is directed toward the satellite position.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, based on the building information stored together with the map information, is there a shielding object that shields radio waves from the satellite in the direction of the satellite detected by the direction detection means? If there is an obstacle that blocks the radio wave from the satellite, the arrival direction of the reflected wave of the radio wave from the satellite is detected, and the antenna of the phased array antenna is detected in the arrival direction of the reflected wave. Since the polarization rotation direction is switched to direct the directivity, the reflected wave can be received even when the direct wave is blocked by a building or the like and cannot be received, and the satellite radio wave incapable time can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a satellite tracking antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a feeding method of an antenna element used for the satellite tracking antenna of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram of an antenna element used for the satellite tracking antenna shown in FIG. 1;
4 is a flowchart showing the operation of the satellite tracking antenna of FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the arrival angles of a direct wave and a reflected wave used for explaining the operation of the satellite tracking antenna of FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing a conventional satellite tracking antenna.
[Explanation of symbols]
21 phased array antenna 23 own vehicle position / direction detection device 25 map database 27 electric field intensity sensor 29 antenna control unit 31 phase shifter driver

Claims

A phased array antenna that receives radio waves from satellites;
Direction detecting means for detecting the direction of the satellite;
Directivity control means for controlling the antenna directivity of the phased array antenna in the direction detected by the direction detection means;
Map information storage means for storing information on buildings together with map information;
Based on the building information stored in the map information storage means, it is possible to detect whether there is an obstacle that blocks the direct wave from the satellite in the direction of the satellite detected by the direction detection means. Means,
A reflected wave detection means for detecting the arrival direction of the reflected wave of the direct wave from the satellite,
Switching control means for controlling to switch the polarization rotation direction so as to direct the antenna directivity of the phased array antenna in the direction of arrival of the reflected wave detected by the reflected wave detection means ,
The reflected wave detection means starts detecting the direction of arrival of the reflected wave when the shielding object is detected by the shielding object detection means, and has an azimuth angle equal to and opposite to the direct wave, and The satellite tracking antenna is characterized in that a direction having the same elevation angle as that of the direct wave is an arrival direction of the reflected wave .

The phased array antenna has a plurality of antenna elements, each of the antenna elements has two feeding points having a 90-degree feeding phase different from each other, and the first phase shifter and the second phase shifter, respectively. Equipped with a phaser,
The first phase shifter is set to have a different phase amount for each antenna element, and the first phase shifter and the second phase shifter of one antenna element have a phase amount of 90 degrees. The satellite tracking antenna according to claim 1, wherein the satellite tracking antenna is shifted.