JP2002141729A

JP2002141729A - 周回衛星追尾アンテナの制御方法及び周回衛星追尾アンテナ装置

Info

Publication number: JP2002141729A
Application number: JP2000333583A
Authority: JP
Inventors: Takamitsu Sunaoshi; 貴光砂押; Hideki Ogawa; 秀樹小川; Takanari Ogawa; 隆也小川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-17
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP3688577B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の低軌道周回衛星との間で高速なデータ通
信を実現するために、高価で複雑な駆動機構を用いるこ
となく、低コストかつ小型で、広範囲な動作領域を満た
し、追尾精度を向上させた周回衛星追尾アンテナ装置を
提供する。【解決手段】アンテナ部１が周回衛星を追尾するために
予め与えられた目標軌道上の任意の点の周囲に測定軌道
を生成するための測定軌道生成パラメータを設定して、
測定軌道上におけるアンテナ部１の受信レベルを測定す
る機能と、測定された受信レベルに基づき周回衛星に対
するアンテナ部１の追尾誤差を小さくするようにアンテ
ナ部１の位置及び姿勢を修正すべき方向と修正量を示す
修正ベクトルを算出する機能を有する受信波フィードバ
ック制御回路１１を有し、修正ベクトルのデータを目標
軌道データ１２と加算してコントローラ１４及びモータ
駆動回路３を介してアンテナ駆動装置２を制御する位置
姿勢修正制御系を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の周回衛星を
追尾しつつ周回衛星との間でデータ通信を行うための周
回衛星追尾アンテナの制御方法及び該方法に基づく制御
システムを備えた周回衛星追尾アンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人工衛星を追尾しつつ衛星との間でデー
タ通信を行うための追尾アンテナ装置としては、従来、
自動車や船舶などの移動体に搭載され、放送衛星のよう
な静止衛星からの電波を受信する移動体用衛星追尾アン
テナ装置が実用化されている。このような衛星追尾アン
テナ装置における追尾駆動機構は、方位角（ＡＺ軸）駆
動機構と仰角（ＥＬ軸）駆動機構との組み合わせで実現
される構成が一般的である。

【０００３】静止衛星追尾アンテナ装置では、車両が走
行中の地域の緯度や数十度程度の路面傾斜の変化に対応
できればよいため、追尾範囲は比較的限られている。こ
れに対し、低軌道周回衛星との間でデータ通信を行うた
めの周回衛星追尾アンテナ装置では、地上側から見て各
衛星が比較的短時間のうちに視野から外れてしまい、次
々と対象とする衛星を切り換えていく必要から、広範囲
にわたる追尾が必要となる。

【０００４】このような広範囲にわたってアンテナの追
尾精度を確保するために、従来では駆動装置として高価
な角度検出センサやアクチュエータが用いられているた
め、製造コストが高くなる、アンテナ装置全体のサイズ
・重量が大きくなり、広い設置面積を必要とするという
問題がある。従って、追尾精度を維持しつつ、いかにコ
ストを低く抑え、小型軽量の衛星追尾アンテナ装置を実
現するかが重要な課題の一つとなっている。

【０００５】一方、従来からアンテナの追尾精度を上げ
る追尾制御方法として、アンテナの受信電界強度（受信
レベル）を利用したステップトラック法が知られてい
る。ステップトラック法では、方位角（ＡＺ軸）及び仰
角（ＥＬ軸）に対して、それぞれ順にアンテナを基準位
置から単位角度だけ変位させて前後の受信レベル比較を
行う。受信レベルが増加すれば、変位後の点を新たな基
準位置とし、受信レベルが減少すれば、反対側に同様に
単位角だけ変位させて受信レベル比較を行い、受信レベ
ルの高い側に順次基準位置を移動させる。このような動
作をＡＺ軸及びＥＬ各軸について繰り返し行うことで、
アンテナを受信レベルが最大になる方向に調整する。

【０００６】この方法は単純ではあるが、追尾精度を高
くしようとすると制御に時間がかかるという問題があ
る。また、受信波レベルの測定に際して、レベル検出分
解能の精度や、受信波に含まれるレベル変動成分の影響
を受けるといった問題があり、これらが追尾精度を高め
る上で大きな障害となっている。

【０００７】また、周回衛星追尾アンテナ装置の追尾対
象としては、一般に複数の低軌道周回衛星が周回してい
るため、追尾アンテナ装置は二つのアンテナを備えてお
り、通常追尾動作においてある一つのアンテナで捕捉し
ていた衛星がその視野から消えてしまう前に、次に視野
に入ってくる衛星を別のアンテナで捕捉する必要があ
る。従って、二つのアンテナを用いて、先に捕捉してい
た衛星との通信を確立しつつ、次の衛星との通信も一定
時間同時に確立して、通信を途絶させることなく通信に
使用する衛星を円滑に切り替えるための、いわゆるリポ
インティング動作及びハンドオーバ追尾動作といった機
能が必要となるが、追尾精度を維持しつつ両機能を実現
することは難しいのが実情である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の周回衛星追尾アンテナ装置では広範囲にわたってアン
テナの追尾精度を確保しようとすると、アンテナ駆動装
置に高価な角度検出センサやアクチュエータを必要とす
るために、製造コストが上昇し、アンテナ装置全体のサ
イズ・重量が増大するという問題点がある。また、周回
衛星追尾アンテナの追尾制御技術の一つである受信レベ
ルを利用した従来のステップトラック法では、追尾精度
を上げようとすると制御の収束に時間がかかり、受信波
レベルの測定に際してレベル検出分解能の精度や受信波
のレベル変動成分の影響を受けるという問題点があっ
た。さらに従来の技術では、十分な追尾精度を維持しつ
つ、周回衛星を用いた通信で必要なリポインティング動
作及びハンドオーバ追尾動作の機能を実現することが難
しいという問題点があった。

【０００９】本発明は、複数の低軌道周回衛星との間で
高速なデータ通信を実現できるように、高価で複雑な駆
動機構を用いることなく、低コストかつ小型で、広範囲
な動作領域を満たし、追尾精度を向上させることができ
る周回衛星追尾アンテナの制御方法及び該制御方法に基
づく制御システムを備えた周回衛星追尾アンテナ装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は複数の周回衛星を追尾しつつ該周回衛星と
の間で通信を行うための周回衛星追尾アンテナの制御に
際して、周回衛星を追尾するために予め与えられた目標
軌道上の任意の点の周囲に測定軌道を生成して、該測定
軌道上の受信レベルを測定し、この受信レベルに基づき
周回衛星に対する追尾誤差を小さくするようにアンテナ
の位置及び姿勢を修正すべき方向と修正量を示す修正ベ
クトルを算出し、この修正ベクトルに基づいてアンテナ
の位置及び姿勢を修正することを特徴とする。

【００１１】また、本発明に係る周回衛星追尾アンテナ
装置は、周回衛星と通信を行うための送受信モジュール
を有し、該送信モジュールはその位置及び姿勢が複数の
動作軸回りに制御可能な少なくとも一つのアンテナ部
と、このアンテナ部を動作軸毎に駆動するアンテナ駆動
手段と、アンテナ部が周回衛星を追尾するために予め与
えられた目標軌道上の任意の点の周囲に測定軌道を生成
するための測定軌道生成パラメータを含む制御パラメー
タを設定する制御パラメータ設定手段と、測定軌道パラ
メータに従って生成された測定軌道上におけるアンテナ
部の受信レベルを測定する受信レベル測定手段と、この
受信レベル測定手段により測定された受信レベルに基づ
き、周回衛星に対するアンテナ部の追尾誤差を小さくす
るように送受信モジュールの位置及び姿勢を修正すべき
方向と修正量を示す修正ベクトルを算出する修正ベクト
ル計算手段と、この修正ベクトルに基づいて送受信モジ
ュールの位置及び姿勢を修正すべくアンテナ駆動手段を
制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００１２】より具体的には、制御手段は目標軌道のデ
ータに修正ベクトルのデータを加算することにより、送
受信モジュールの位置及び姿勢を修正すべくアンテナ駆
動手段を制御するように構成される。また、受信レベル
測定手段は測定軌道上に設定した複数の代表測定点の受
信レベルを求めるように構成され、制御パラメータ設定
手段は制御パラメータとしてさらに受信レベル測定手段
により測定される各代表点の受信レベルの非線形性を補
償するための重みを設定するように構成され、修正ベク
トル計算手段は各代表測定点の受信レベルと位置ベクト
ルと上記の重みとの積を加算することにより修正ベクト
ルを算出するように構成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１に、本発明に係る衛星追尾ア
ンテナ装置全体の概略構成を示す。追尾対象が低軌道周
回衛星の場合、衛星追尾アンテナ装置には二つのアンテ
ナ系が備えられるが、図１では一組のアンテナ系とそれ
に対応する制御系の構成のみが示されている。

【００１４】アンテナ部１は、低軌道周回衛星との間で
データ通信を行うための送受信モジュールを有し、アン
テナ駆動装置２によって方位角（ＡＺ軸）と仰角（ＥＬ
軸）及び送り角（ＦＤ軸）の方向に駆動される。アンテ
ナ部１が有するＡＺ軸、ＥＬ軸及びＦＤ軸を総称して動
作軸という。アンテナ駆動装置２はアンテナ部１をこれ
らの３つの方向に駆動するための３つのステップモータ
（以下、ＡＺ軸駆動モータ、ＥＬ軸駆動モータ、ＦＤ軸
駆動モータという）を備えており、これらのモータはモ
ータ駆動回路３によって駆動される。アンテナ部１及び
アンテナ駆動装置２の具体的な構成については、後に詳
しく説明する。

【００１５】周回衛星へのデータ送信時には、送信デー
タが変調回路を含む送信回路５によって高周波信号とさ
れ、電力増幅器６を介してアンテナ部１の送受信モジュ
ールに送られる。アンテナ部１から放射された電波は、
アンテナ装置が追尾している周回衛星に向けて送信され
る。データの受信時には、周回衛星からの電波がアンテ
ナ部１によって受信され、その受信信号（高周波信号）
が低雑音増幅器７により増幅された後、復調回路を含む
受信回路８を経て受信データが取り出される。

【００１６】低雑音増幅器７からの受信信号はレベル検
出器９にも入力され、ここで受信レベル（受信電界強
度）が検出されることによって、受信レベルに対応して
電圧または電流が変化するような信号が出力される。受
信レベル検出器９の出力信号はＡ／Ｄ変換器１０によっ
てサンプリングされ、ディジタル信号に変換された後、
受信波フィードバック制御回路１１に入力される。

【００１７】受信波フィードバック制御回路１１は、追
尾対象の周回衛星に対するアンテナ部１の追尾誤差をＡ
Ｚ軸、ＥＬ軸及びＦＤ軸の各軸毎に検出する回路であ
る。周回衛星からの電波は指向性を持っており、このよ
うな指向性を持つ電波がアンテナ部１で受信される場
合、その受信レベルは図２に示されるように、アンテナ
部１が周回衛星を正しく追尾しているとき最大となり、
最大受信レベルが得られる方向を中心として、その方向
から離れるほど、つまり追尾誤差が増大するに従って一
様にレベルが低下する。また低軌道衛星とアンテナとの
相対位置が変化すると、最大受信レベルも変化する。

【００１８】そこで、受信波フィードバック制御回路１
１では、後述するように受信レベル検出器９及びＡ／Ｄ
変換器１０を介してアンテナ部１の現在の指向状態（衛
星を追尾するために予め計算された目標軌道上の送受信
モジュールの位置及び姿勢）とその周辺の位置（測定軌
道上の送受信モジュールの位置及び姿勢）での受信レベ
ルが測定され、この受信レベルに基づき所定の制御アル
ゴリズムに従って、アンテナ部１の追尾誤差をアンテナ
部１のＡＺ軸、ＥＬ軸及びＦＤ軸毎に修正するための修
正ベクトルが求められる。

【００１９】すなわち、受信波フィードバック制御回路
１１においては、測定軌道上のＡＺ軸、ＥＬ軸及びＦＤ
軸毎の追尾誤差に応じた修正ベクトルｘが求められ、こ
の修正ベクトルｘのデータが加算器１３によって目標軌
道データ１２中のＡＺ軸、ＥＬ軸及びＦＤ軸の角度デー
タに加算される。加算器１３の出力データは、目標軌道
データ１２中のＡＺ軸、ＥＬ軸及びＦＤ軸の角速度デー
タと共に、コントローラ１４に目標値として与えられ、
コントローラ１４ではこれらの目標値に従ってＡＺ軸、
ＥＬ軸及びＦＤ軸の各駆動モータに対する時計回りまた
は反時計回りの速度指令データが生成される。受信波フ
ィードバック制御回路１１には、さらに記憶部１５が接
続されているが、これについては後述する。

【００２０】コントローラ１４によって生成された速度
指令データは、モータ駆動回路３に入力される。モータ
駆動回路３では、入力された速度指令データに基づきア
ンテナ駆動装置２内のＡＺ軸、ＥＬ軸及びＦＤ軸の各駆
動モータ（ステップモータ）に供給すべき駆動パルスが
生成される。これにより、アンテナ駆動装置２によって
アンテナ部１は周回衛星を追尾するように指向位置、す
なわち送受信モジュールの位置及び姿勢が制御される。

【００２１】図３は、受信波フィードバック制御回路１
１の内部構成を示している。受信波フィードバック制御
回路１１は、例えば加算器１３及びコントローラ１４と
共にＤＳＰ（ディジタル信号処理装置）によって実現さ
れ、その内部処理はソフトウェアによって実行される
が、図３では分かり易くするため受信波フィードバック
制御回路１１の構成を機能的に表している。同図に示さ
れるように、受信波フィードバック制御回路１１は制御
パラメータ設定部２１、受信レベル測定部２２及び修正
ベクトル計算部２３を有する。

【００２２】制御パラメータ設定部２１では、前述した
測定軌道を初めとする種々の制御パラメータが設定され
る。設定された制御パラメータのうち測定軌道のデータ
は受信レベル測定部２２に与えられ、ここで測定軌道上
の受信レベルが測定される。受信レベル測定部２２の測
定結果に基づいて、修正ベクトル計算部２３で修正ベク
トルｘが計算される。この修正ベクトルｘは、図１中に
示した加算器１３に入力され、目標軌道データ１２中の
ＡＺ軸、ＥＬ軸及びＦＤ軸の角速度データと加算されて
コントローラ１４に対する目標値が生成される。

【００２３】次に、図４に示すフローチャートを用いて
受信波フィードバック制御回路１１の処理手順を具体的
に説明する。まず最初に、図３に示した制御パラメータ
設定部２１によって、受信波フィードバック制御におけ
る測定軌道生成パラメータを初めとする制御パラメータ
を設定する（ステップＳ１）。本発明が対象とするよう
な周回衛星追尾アンテナ装置においては、一般に追尾誤
差の生じる方向が特定できない。そこで、本実施形態で
は目標軌道上の任意の点（追尾基準位置という）の周囲
の受信レベルを一様に調べるために、例えば図５に示さ
れるように測定軌道として目標軌道上の追尾基準位置を
中心とする円軌道を設定する。

【００２４】測定軌道パラメータの一つである測定軌道
の半径（測定半径）ｒ_iは、目標軌道上の現在の点から
測定軌道上の各測定点までの距離であり、通信中に受信
レベル測定動作を行っても通信が確保される許容範囲内
に設定される。具体的には、測定半径ｒ_iは初期段階で
は制御パラメータ設定部２１により、ステップＳ１で設
定された修正制御の角度目標値ｒ_tに対して、ｒ_i＜ｒ_t
／２に設定される。また、測定半径ｒ_iは受信レベル測
定誤差の蓄積度合い、アンテナ部１の動作軸（ＡＺ軸、
ＥＬ軸及びＦＤ軸）の駆動速度、及び要求される制御収
束性に応じて可変であることが望ましい。ステップＳ１
で設定される種々の制御パラメータの内容については、
以降のステップＳ２〜Ｓ６の説明中で詳しく述べる。

【００２５】ステップＳ１で制御パラメータを設定した
後、受信波フィードバック制御を開始する（ステップＳ
２）。すなわち、ステップＳ２ではアンテナ部１の送受
信モジュールを現目標値（目標軌道上の追尾基準位置）
から、図５に示した測定軌道上の測定開始点Ｘ₁へ移動
させる。

【００２６】アンテナ部１の送受信モジュールが目標軌
道上から測定軌道上に移ったり、逆に測定軌道から元の
位置に戻るのに要する時間（遷移時間という）Ｔ_xは、
制御パラメータ設定部２１によりステップＳ１で予め設
定される。この遷移時間Ｔ_xは、アンテナ駆動装置２の
許容速度（例えば、ステップモータの回転速度）、ステ
ップモータの出力トルクなど諸性能によって制限され
る。このことは、他の制御パラメータについても同様で
ある。また、遷移時間Ｔ_xを後述する受信レベルの測定
時間間隔Ｔ_gと等しいか、Ｔ_gの定数倍に設定すること
で、アンテナ部１の送受信モジュールが受信レベル測定
点を通過する時間と測定軌道上を移動する動作とを無理
なく同期させることができ、制御の収束性を高めること
が可能となる。

【００２７】次に、受信レベルの測定を開始する（ステ
ップＳ３）。このステップＳ３においては、測定開始点
Ｘ₁から次の代表測定点Ｘ₂との間の領域Ｙ₁の平均受信
レベルを代表測定点Ｘ₂における受信レベルｍ₂とする。
この受信レベルの測定条件として、制御パラメータ設定
部２１によりステップＳ１で分解能、受信レベルの測定
時間間隔Ｔ_g及びノイズ１ρが設定される。ノイズ１ρ
とは、ノイズが正規分布していると仮定した場合、その
ノイズノ大きさを表すのに用いられる統計的表現であ
り、例えば１ρ：０．１９ｄＢと表記した場合、１ρに
対応するのが０．１９ｄＢということである。言い換え
ると、±０．１９ｄＢの範囲のノイズが発生する確率が
約６８％という意味である。

【００２８】そして、ステップＳ３と同様の処理を全て
の代表測定点Ｘ_i（ｉ＝１，２，…ｎ）について行うこ
とにより、受信レベル測定を終了する。すなわち、領域
Ｙ_i- ₁の平均受信レベルと次の領域Ｙ_iの平均受信レベル
との平均を代表測定点Ｘ_iの受信レベルｍ_iとする受信レ
ベル測定動作を、全てのＸ₁からＸ_nまでの全ての代表測
定点ｉについて行う（ステップＳ４）。

【００２９】ここで、代表測定点Ｘ_iは測定軌道中のあ
る区間内で受信レベル測定部２２によって測定された受
信レベルを平均するなどの統計処理を行うことで得られ
たレベルを当該区間の代表受信レベルとし、その代表受
信レベルの受信地点と仮定した地点である。この代表測
定点Ｘ_iの数ｎが多いほど、最適点の位置を細かく判断
でき、また平均値をとるなどの統計処理は、分解能やノ
イズに対して、見かけ上、分解能が上がる、ノイズ成分
が低減されるなど、適切点の判断に対する信頼性が向上
する。しかし、測定点が多いほど測定開始から、適切点
を判断してアンテナ部１の位置・姿勢を修正するまでの
時間がかかるので、これら信頼性と処理時間の両者を考
慮して適当なｎを設定することが望ましい。

【００３０】受信レベルの測定時間間隔Ｔ_gは、隣接す
る代表測定点Ｘ_i間をアンテナ部１の送受信モジュール
が移動する時間である。受信レベル測定部２２による受
信レベル測定点と代表測定点が一致する場合、この測定
時間間隔Ｔ_gは受信レベル測定部２２のサンプリング間
隔、すなわち受信波フィードバック制御回路１１の前段
に設けられたＡ／Ｄ変換器１０に与えるサンプリングク
ロックの周期（サンプリング周期）に等しい。この測定
時間間隔Ｔ_gが小さいほど、短時間でより多くの受信レ
ベル情報を得ることができ、制御性能が増加する。

【００３１】次に、こうして測定された測定軌道上のｎ
個の代表測定点Ｘ_iにおける受信レベルｍ_iに基づいて、
アンテナ部１における送受信モジュールの位置及び姿勢
の修正すべき方向及び量を表す修正ベクトルｘを計算す
る（ステップＳ５）。すなわち、測定軌道中心座標系に
おける各代表測定点Ｘ_iの位置ベクトルをＰ_iとおけば、
これと各代表測定点Ｘ_iにおける受信レベルをｍ_iとの積
ｍ_iｐ_iが測定軌道中心から見た受信レベル分布を表す。
これに受信レベル測定分解能及び収束安定性を考慮した
重みｗ_iを加えて、送受信モジュールの位置及び姿勢の
修正すべき方向及び修正量を表す修正ベクトルｘを次式
に従って計算する。

【００３２】

【数１】

【００３３】式（１）のようにｍ_i，ｐ_i，ｗ_iの積を加
算することで、目標軌道上の追尾基準位置周囲の受信レ
ベル状況を総合的に判断できる。重みｗ_iは、受信レベ
ル測定結果を修正制御に反映させる際に設定者の意図を
組み込む働きをするパラメータである。一般に、各制御
パラメータが相関関係を持っている場合、あるパラメー
タの優先度を他のパラメータの優先度に対して任意に設
定するための値、または任意のパラメータの関数を重み
という。ここでは、分解能と受信レベルとの非線形性を
考慮して重みｗ_iは設定される。受信レベルの大きさ
と、最大受信レベルの点から受信レベル測定点までの距
離とは線形関係ではなく、これに分解能が加わると、遠
い地点ほど単位分解能当たりの角度誤差の変化率が大き
くなる。

【００３４】そこで、受信レベル測定部２２で測定され
た受信レベルによって最大受信レベルの点より遠い点と
判断された受信レベル測定点での受信レベルに対して
は、重みｗ_iをより大きくすることで収束性を高める。
また中心付近で十分許容範囲内であれば、それ以上不必
要に振動や騒音、消費電力を増やさないように重みｗ_i
を小さくするか、またはゼロにすることで対応できる。
このように重みｗ_iを受信レベルやその統計的処理結果
に従って変えることで、より高い収束性を得ることがで
きる。

【００３５】次に、ステップＳ５で計算された修正ベク
トルｘに対して、｜ｘ｜≦ｒ_maxの処理を施した後、実
際にアンテナ部１の軌道を修正する（ステップＳ６）。
ここでｒ_maxは最大修正量であり、制御周期Ｔ当たりの
修正可能な量の最大値であり、ステップ修正ベクトルｘ
がｒ_maxを超えても、ｘの大きさはｒ_maxと見なされるよ
うにする。この最大修正量ｒ_maxは他の各パラメータに
よって制限を受けるが、逆にこのｒ_maxの値を調節する
ことにより、制御的な安定性を得ることができる。

【００３６】このように｜ｘ｜≦ｒ_maxに制限された修
正ベクトルｘのデータを図１中に示した加算器１３で目
標軌道データ１２中の角度データに加えることによっ
て、コントローラ１４、モータ駆動回路３及びアンテナ
駆動装置２を介してアンテナ部１における送受信モジュ
ールの位置及び姿勢を修正制御する。この修正制御は、
制御パラメータ設定部２１によりのステップＳ１で設定
されたＴ＞ｎＴ_gなる制御周期で行われる。

【００３７】制御パラメータ設定部２１では、上述した
パラメータの他に、エラー蓄積率ｅ及びエラー回復率η
が設定される。ここで、エラーとは衛星に対する追尾誤
差である。エラー蓄積率ｅは本発明に基づく受信レベル
に従った送受信モジュールの位置及び姿勢の修正を行わ
ない場合の単位時間当たりのエラー蓄積量であり、アン
テナ装置の製造誤差などにより生じる。追尾誤差の修正
制御は、エラー回復率ηがこの値を上回るか、またはあ
る設定した時間内にエラー量が許容される範囲を超えな
いように設定する。

【００３８】エラー回復率ηは、制御パラメータを設定
したことにより定まる単位時間当たりのエラー修正量で
ある。ここでは、修正ベクトルｘに応じたアンテナ部１
の送受信モジュールの移動時間（修正ベクトルｘに応じ
て位置及び姿勢が変化するのに要する時間であり、先の
遷移時間と同じ）をＴ_ｘとし、修正後から次の受信レベ
ル測定開始までの時間をＴ_p、現目標起動上の点から測
定軌道上の点へ移動する時間とその逆を移動する時間の
和をＴ_rとすれば、上述した制御周期ＴはＴ＝Ｔ_r＋ｎＴ
_ｇ＋Ｔ_ｘ＋Ｔ_pとなり、エラー回復率ηは次のように定
義される。 η＝｜ｘ｜／Ｔ（２）このエラー回復率ηが次式のようにエラー蓄積率ｅ以上
となるように、各制御パラメータは設定される。 η≧ｅ（３）なお、時間Ｔ_pはエラー回復率ηを上げたいときには０
に設定すればよく、通常追尾動作のようにエラー蓄積率
ｅが小さいときは、式（１）を満たす範囲である時間に
設定され、消費電力、騒音、振動の低下やパワーコント
ロールや受信レポートとの同期の調整に使われる。

【００３９】受信レベル測定中に周回衛星の送信電力制
御（パワーコントロール）が行われると、アンテナ装置
側で受信レベルの変動が発生する。このパワーコントロ
ールによる受信レベル変動により制御収束性が損なわれ
ないように、制御周期Ｔはパワーコントロール及びその
ための受信レベルレポートと同期をとる値に設定され
る。

【００４０】図６に、以上説明した受信レベルに基づく
受信波フィードバック制御アルゴリズム（受信波レベル
に基づくアンテナ部１の送受信モジュールの位置及び姿
勢の修正制御アルゴリズム）の検証実験を行った結果を
示す。図６（ａ）（ｂ）は、それぞれ分解能が十分に高
い受信レベル測定系及び分解能の粗い受信レベル測定系
を仮定して、制御パラメータを設定した場合の追尾誤差
（角度誤差）の収束の様子を示している。横軸及び縦軸
は、それぞれＡＺ軸及びＥＬ軸方向の角度誤差である。
この実験結果から、分解能が粗くとも、制御パラメータ
の調整により収束性を容易に確保できることが明らかで
ある。

【００４１】次に、本発明の他の実施形態について幾つ
か説明する。なお、以下の実施形態においては、基本的
な構成は第１の実施形態と同様であるので、第１の実施
形態との相違点のみ説明する。

【００４２】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態として、追尾誤差の生じる方向（生じやすい方
向）に応じて測定軌道を生成するように測定軌道パラメ
ータを設定する例に対説明する。本発明においては、受
信レベルに基づいてアンテナ部１の追尾誤差をアンテナ
部１の動作軸（ＡＺ軸、ＥＬ軸及びＦＤ軸）毎に求めた
り、あるいは所定の基準座標軸を基準として求めるよう
にしてもよい。その場合、例えば図７に示すようにアン
テナ部１のそれぞれの動作軸毎に、その軸の方向にアン
テナ部１の送受信モジュールを動かすような測定軌道を
与える測定軌道パラメータをパラメータ設定部２１で設
定し、その測定軌道上で受信レベルを測定すればよい。
他の制御パラメータの設定については、第１の実施形態
と同様である。

【００４３】アンテナ部１の動作軸の構成によっては、
必ずしも測定軌道が目標軌道と直交する必要はなく、ま
た数本の測定軌道が存在しても構わない。また、アンテ
ナ部１の動作軸に合わせるだけでなく、追尾誤差の生じ
る方向が見積もれる場合、あるいは追尾誤差を修正した
い方向が定まっている場合にも、その方向に測定軌道を
設定して、受信レベルを測定することで対応できる。さ
らに、これらの測定軌道と第１の実施形態の円形などの
曲線の測定軌道と組み合わせ、追尾誤差を一様に収束さ
せたい方向と、特に修正したい方向について追尾誤差を
同時に見積もることも可能となる。

【００４４】（第３の実施形態）アンテナ部１の同一動
作軸においても、その動作速度の違いによって先のエラ
ー蓄積率ｅ（追尾誤差の蓄積度合い）は異なってくる。
本実施形態では、動作軸の動作速度を基に、パラメータ
設定部２１で設定される制御パラメータを変更して制御
性能を高める例について述べる。

【００４５】第１の実施形態において、測定時間間隔Ｔ
_gを短くするか、受信レベル測定点の数ｎを減らすかで
制御周期Ｔを小さくでき、エラー回復率ηを上げること
ができることは明らかである。受信レベル検出部９を含
めて受信レベル測定部２２の性能がよく、分解能やノイ
ズの影響が少ない場合はこの方法でよいが、そうでない
場合に信頼性のある統計処理を行うには、安易にこれら
二つのパラメータＴ_g，ｎを変更しない方がよく、代わ
りに最大修正量ｒmaxと重みｗ_iを変更することでエラー
回復率ηを上げることができる。具体的には、最大修正
量ｒmaxを大きくし、かつ許容範囲限界周辺での修正量
が最大修正量ｒmaxとなるように重みｗ_iを変更すること
で、エラー回復能力を最大限発揮できるようにする。

【００４６】また、このようなパラメータ変更は動作速
度の速い範囲で行われ、その後のエラー蓄積率ｅの小さ
い動作速度の遅い範囲では十分収束できるので、動作速
度が速い区間におけるエラー回復率ηは次の動作速度で
エラーが回復できる範囲αに修正できればよい。この場
合、先の式（３）に代えて次式が満たされるようにすれ
ばよい。 η≧ｅ−α （４）図８（ａ）（ｂ）に、本発明に基づく受信波フィードバ
ック制御を行なわない従来の場合と本実施形態に基づく
受信波フィードバック制御を行った場合の追尾誤差（Ａ
Ｚ軸方向またはＥＬ軸方向の角度誤差）の時間的変化を
実験により検証した結果を示す。これらの結果から、従
来の場合はエラー蓄積率ｅが大きくなるに従って追尾誤
差の収束性が悪化するのに対して、本実施形態によると
エラー蓄積率ｅに応じて、すなわちアンテナ部１の動作
軸の動作速度に応じて制御パラメータを変えることで、
追尾誤差の収束性を確保できることが分かる。

【００４７】（第４の実施形態）一般に、低軌道周回衛
星は昇降を繰り返すので、複数の衛星が複数の軌道上に
用意されており、長時間にわたり通信を維持するために
周回衛星追尾アンテナ装置では通信相手の衛星を次々と
切り換えてゆく。このため、一つの衛星を追尾している
「通常追尾動作」に対して、複数の衛星を同時に追尾す
る「ハンドオーバ追尾動作」を行うことによって、通信
を途絶えさせることなく通信相手の衛星を切り換えるこ
とが行われる。また、アンテナ部１の後述する具体的な
実施形態で述べるように、複数のアンテナ部に共通の動
作軸が存在する構成では、通常追尾動作から「リポイン
ティング動作」と呼ばれる比較的速い動作によってハン
ドオーバ追尾動作へ移行する方法が採られる。

【００４８】本発明に基づく受信波フィードバック制御
を用いた周回衛星追尾アンテナ装置では、受信レベルを
測定するための測定軌道を生成する際にアンテナ部１の
どの動作軸を選択して駆動するかは、アンテナ装置の動
作状態、必要自由度に合わせた動作軸数などに基づいて
決定される。通常追尾動作とハンドオーバ追尾動作との
切り換え時には、通信状態（受信状態）となるアンテナ
部の数が変化するので、測定軌道生成に使用する動作軸
を切り換える必要がある。その場合、非受信状態のアン
テナ部のみに寄与する動作軸は測定軌道の生成に使用せ
ず、受信状態となっているアンテナ部に寄与する動作軸
を測定軌道の生成に使用する。もちろん、二つのアンテ
ナ部が同時に通信動作を行うハンドオーバ追尾動作時に
は、全ての動作軸がそれぞれの測定軌道の生成に使用さ
れることは言うまでもない。

【００４９】一方、アンテナ装置が一つの周回衛星と通
信を行っている場合、測定軌道の生成は２つの動作軸で
行うことができる場合があり、消費電力・振動・騒音の
低減や、第２の実施形態で説明したような測定軌道の作
成意図によっては、このような状態が選択され得る。こ
の場合、非受信状態にあるアンテナ部における送受信モ
ジュールの位置を把握しておき、次のハンドオーバ追尾
動作につなげる軌道をリポインティング動作に付加させ
る。非受信状態のアンテナ部における送受信モジュール
の位置を把握しておかないと、測定軌道の生成に使用し
ていない動作軸に起因する誤差を測定軌道の生成に使用
している他の動作軸が吸収してしまう。このような状態
は冗長系となるから、ハンドオーバ追尾動作時の非冗長
系との整合性がなくなる。

【００５０】図９に、本実施形態においてハンドオーバ
追尾動作時にアンテナ部の全ての動作軸を測定軌道生成
に使用し、二つのアンテナ部に対して同時に受信波フィ
ードバック制御を施した場合の追尾誤差（角度誤差）の
収束の様子を示す。図９（ａ）は第１のアンテナ部、図
９（ｂ）は第２のアンテナ部の結果であり、いずれも上
側の図は本発明に基づく受信波フィードバック制御を行
なわない従来の場合、下側の図は本実施形態に基づく受
信波フィードバック制御を行った場合である。また、各
図とも横軸及び縦軸は、それぞれＡＺ軸及びＥＬ軸方向
の角度誤差である。これらの結果から、アンテナ部の動
作軸切り換え後でも、二つのアンテナ部の追尾誤差が許
容範囲内に収束されていることが分かる。

【００５１】（第５の実施形態）測定した受信レベルに
含まれるノイズについても、分解能と同様に統計的処理
により見かけ上その大きさを小さくすることができ、追
尾誤差修正制御の収束性を上げることができる。統計処
理は受信レベル測定点の数を増やすことで、位置的広が
りにおいてその信頼性を増すことができるが、以前測定
した結果を反映させることで、各測定点の受信レベル測
定及び修正ベクトル計算において時間軸にもその信頼性
を高めることができる。

【００５２】（第６の実施形態）周回衛星追尾アンテナ
装置の全構造体において、各部の剛性は位置決めに影響
を与える。すなわち、アンテナ部１における送受信モジ
ュールの位置及び姿勢によって構造体の各部にたわみが
生じ、このたわみによってアンテナ部１の追尾誤差修正
制御による位置決めが影響を受ける。本実施形態では、
このたわみを予め見積もってパラメータ化しておき、こ
のパラメータをアンテナ部１の追尾誤差修正制御に反映
させることでたわみ補償を行い、たわみの影響を軽減し
た制御を行う方法を開示する。

【００５３】ここでは、具体的に後述するアンテナ部１
の具体的構造に関する実施形態において使用されるガイ
ドレールのたわみ量がアンテナ部の送受信モジュールの
位置によって変化し、それを見積もることでアンテナ部
１の位置決め補償（たわみ補償）を行った例を示す。ア
ンテナ部１における送受信モジュールの位置θ_FDにおけ
るたわみ量ｙiは、その位置におけるねじれ角をθi、ガ
イドレール半径をＲとすれば、ｙi＝Ｒsinθ_FDsinθi （５）となる。この式（５）により得られたたわみ量ｙiをア
ンテナ部１の動作軸の角度補正データ、この例ではＥＬ
軸の角度補正データに変換することで、補償角を得る。

【００５４】図１０は、こうして得られたたわみ量（Ｅ
Ｌ角）を予め目標軌道データ１２のうちの角度データに
加えることよりたわみ補償を行い、アンテナ部１の位置
及び姿勢を制御した結果を示している。アンテナ構造体
の剛性のような予め見積もれる量に関しては、その量を
補正する方向に制御量を加えることで、それに起因する
誤差を修正することができ、制御の負担を軽減すること
が可能となる。

【００５５】（第７の実施形態）次に、本発明の第７の
実施形態として、周回衛星追尾アンテナ装置の設置誤差
についても第１の実施形態で説明した受信波フィードバ
ック制御による修正制御アルゴリズムによって修正する
方法を述べる。

【００５６】本実施形態では、周回衛星追尾アンテナ装
置を所定の位置に設置後、特定の周回衛星を追尾させる
ように制御し、追尾誤差の修正量と本来の目標軌道との
差をアンテナ装置の設置誤差及び製造誤差によるものと
して、図１中の記憶部１５に登録しておく。この作業に
おいては、アンテナ部１の動作において冗長自由度が存
在しないように動作軸を選択し、第４の実施形態のよう
な制御を行う場合は二つの衛星を同時に追尾させる。

【００５７】アンテナ部１における送受信モジュールの
位置及び姿勢によって、その動作範囲をいくつかの領域
に分割し、それぞれの領域に送受信モジュールがあると
きの修正量を領域毎に見積もる。この修正量の見積もり
作業は、分割された個々の領域に対して行われるので、
比較的短時間で作業が完了する。送受信モジュールの位
置及び姿勢がそれぞれの領域にあるときに、その領域に
対応した修正量によって目標値を変更する。これにより
エラー蓄積率を抑えることができる。

【００５８】このようにエラー蓄積率ｅを低く設定でき
るということは、式（３）よりエラー回復率ηを低く設
定できることに等しい。従って、エラー回復率ηが低く
なる分だけ、アンテナ装置の駆動において厳しいパラメ
ータを設定する必要がなくなり、振動や騒音及び消費電
力を抑えた動作が実現できる。

【００５９】（第８の実施形態）本発明に基づくアンテ
ナ部の修正制御によって修正された結果を比較的長期的
にみて判断し、その後の制御に反映させることでエラー
蓄積率を抑えることができる。具体的には、修正ベクト
ルｘの時間的に変化するデータを記憶部１５に蓄積して
おき、修正ベクトルｘの傾向を調べる。具体的には、第
７の実施形態よりさらに細かく送受信モジュールの動作
範囲を分割し、ある期間それぞれの領域において判断さ
れた修正ベクトルｘの傾向を解析する。この解析の結
果、修正ベクトルｘの傾向に変化が見られないときは、
さらに領域を細かく分割する。このような長期的判断に
は、メンテナンス者が定期的に貯えられたデータをもと
に補正する方法、アンテナ装置が自動的に判断する方法
がある。また、管理局が判断した結果をダウンロードす
るという形式をとることもできる。これにより、長期的
に安定した通信状態を確保することが可能となる。

【００６０】（第９の実施形態）次に、図１中に示した
アンテナ部１の具体例について説明する。図１１及び図
１２は、本実施形態によるアンテナ部の構成を示す一部
切断した斜視図及び部分断面図である。アンテナ部１１
１は、略円形の固定ベース１１２と、第１回転軸Ｙ（Ａ
Ｚ軸）周りに回転可能に固定ベース１１２上に取り付け
られた略円形の回転ベース１１３と、第１回転軸Ｙ上に
中心がくるように配置された球状レンズ１１４とを備え
ている。

【００６１】固定ベース１１２は、地面あるいは建物上
に固定される基台１１２１に周面側から中央に向かう数
本のアーム１１２２を形成し、各アームの先端にプーリ
によるベアリング１１２３を取り付けて構成される。ま
た、基台１１２１には回転ベース１１３を回転駆動する
ためのステップモータ（ＡＺ軸駆動モータ）１１５と、
一対の自走型送受信モジュール１１６，１１７の給電及
び位置駆動制御を行う給電駆動制御装置１１８が載置さ
れる。ＡＺ軸駆動モータ１１５は回転軸を図中上方に向
けて取り付けられ、その回転軸にはローラ１１９が取り
付けられる。

【００６２】回転ベース１１３は、円筒状の支持体１１
３１の底部にベアリング１１２３と勘合し、回転ベース
１１３全体を回転自在に支持する突円部１１３２が一体
形成され、周面にはモータ１１５の回転軸に取り付けら
れたローラ１１９と当接して、ローラ１１９の回転によ
り回転ベース１１３全体を回転させるための突円部１１
３３が一体形成される。さらに、支持体１１３１の側面
には第１回転軸Ｙを中心として対向する位置に一対のア
ーム１１３４、１１３５が一体形成される。これらのア
ーム１１３４、１１３５は、支持体１１３１から球体レ
ンズ１１４の周面に沿って延設されたＵ字形状であり、
その先端部は球体レンズ１１４の中心を通り、第１回転
軸Ｙとは垂直な第２回転軸Ｘ上に位置する。

【００６３】アーム１１３４、１１３５の各先端部に
は、それぞれ第２回転軸Ｘ（ＥＬ軸）上に貫通孔が形成
される。これらの貫通孔には、ガイドレール１２０の両
端部に固定された支持ピン１２１，１２２が挿通され
る。ガイドレール１２０は、球体レンズ１１４の中心か
ら一定の距離となるように半円弧状に形成され、支持ピ
ン１２１，１２２が一対のアーム１１３４，１１３５の
貫通孔に挿通されることによって第２回転軸Ｘ（ＥＬ
軸）上で回動自在に軸支される。

【００６４】ガイドレール１２０の一方の端部に固定さ
れた支持ピン１２１は、アーム１１３４の貫通孔に挿通
され、その端部にワッシャリング１２３が装着されて抜
き出されないように処理され、他方の端部に固定された
支持ピン１２２は、アーム１１３５の貫通孔に挿通さ
れ、その端部にプーリ１２４が装着される。また、アー
ム１１３５の貫通孔を形成した下方には、その貫通孔と
平行してもう一つの貫通孔が形成され、この貫通孔に回
転軸を挿通させた状態で、ステップモータ（ＥＬ軸駆動
モータ１２５）が装着される。

【００６５】ＥＬ軸駆動モータ１２５の回転軸先端に
は、プーリ１２４より径小のプーリ１２６が装着され、
プーリ１２４、１２６間にベルト１２７がかけられてい
る。これにより、ＥＬ軸駆動モータ１２５の回転はプー
リ１２６、ベルト１２７及びプーリ１２４を介して支持
ピン１２２に減速されて伝達され、ガイドレール１２０
を第２回転軸Ｘ（ＥＬ軸）回りに回動させる。

【００６６】ガイドレール１２０には、一対の自走型送
受信モジュール１１６，１１７が自走自在に装着され
る。自走機構には、ステップモータ（ＦＤ軸駆動モー
タ）が使用される。各送受信モジュール１１６，１１７
は、それぞれカールコード１２８、１２９によって給電
駆動制御装置１１８に接続され、当該制御装置１１８か
らの駆動制御信号に応じてガイドレール１２０上を自走
し、指定位置で停止する。送受信モジュール１１６，１
１７には、ビーム方向が球体レンズ１１４の中心方向に
向くようにアンテナ素子１３０、１３１が装着され、給
電駆動制御装置１１８からの給電により、球体レンズ１
１４の中心点方向に電波を放射し、その方向からの電波
を受信する。

【００６７】以上のような構造物に対し、その周囲全体
は椀型のレドーム１３３で覆われ、そのレドーム１３３
の底部は基台１１２１の周縁部と接合される。このレド
ーム１３３は、電波透過性を有するとともに熱伝導率の
低い材質、例えば樹脂によって構成される。また、レド
ーム１３３と球体レンズ１１４の上側との間には、発泡
材層１３４が配置される。

【００６８】ここで球体レンズ１１４は、球状誘電体レ
ンズとも呼ばれ、同心の球面に誘電体が積層されて構成
され、これを通過する略平行な電波を一点に集束させる
ことができるものである。図１３は、球体レンズ１１４
の作用を示す概略図である。図１３に示す例の場合、球
体レンズ１１４は４層構造であるが、誘電体の層数はこ
れに限定されない。また一般に、積層される誘電体の各
誘電率は、外側にいくほど低くなっている。このように
各層の誘電率が異なることになり、透過電波を光学系レ
ンズと同じように屈折させることができる。各層には、
例えばポリスチレン（発泡スチロール）等による発泡材
が使用され、その発泡率を変えることで誘電率を変化さ
せている。

【００６９】給電駆動制御装置１１８は、屋内に設置さ
れるホスト装置１３５に接続され、このホスト装置１３
５から衛星の位置に関する情報と共に、衛星との通信が
不能となる領域、他の通信用電波等による妨害波が存在
する領域に関するマスキング情報が入力される。

【００７０】このアンテナ部１１１と図１との対応を説
明すると、ホスト装置１３５には図１中に示したアンテ
ナ部１及びアンテナ駆動装置２以外の構成要素が含まれ
ている。また、ＡＺ軸駆動モータ１１５とＥＬ軸駆動モ
ータ１２５及び自走型送受信モジュール１１６，１１７
内のＦＤ軸駆動モータは、図１中に示したアンテナ駆動
装置２内に含まれる。

【００７１】以下、図１４を用いてアンテナ部１１１の
作用を説明する。図１４は、自走式送受信モジュール１
１６，１１７の位置決め制御の概略を示す斜視図であ
る。まず、多数の周回衛星の中から選択された通信可能
な２つの衛星１４１，１４２の大まかな位置ｓ１，ｓ２
の情報がホスト装置１３５から制御装置１１８に入力さ
れる。制御装置１１８は、２つの衛星１４１，１４２の
位置ｓ１，ｓ２から球体レンズ１１４の中心を通って延
びる線上に２つの自走型送受信モジュール１１６，１１
７の各々を配置するために、送受信モジュール１１６，
１１７（より詳細には、これらの送受信モジュール１１
６，１１７に搭載されているアンテナ素子１３０、１３
１）の配置されるベき２つの位置Ｐ１，Ｐ２を演算す
る。

【００７２】次に、制御装置１１８は送受信モジュール
１１６，１１７の配置されるべき２つの位置Ｐ１，Ｐ２
と球体レンズ１１４の中心Ｏとを含む第１仮想平面Ｓ
と、球体レンズ１１４の中心Ｏを通り、回転ベース１１
３の第１回転軸Ｙと直交する第２仮想平面Ｈとの交線上
に第２回転軸Ｘが配置されるように、ＥＬ軸駆動モータ
１１５を駆動して回転ベース１１３を回転させる。

【００７３】回転ベース１１３の回転に続いて、あるい
は回転ベース１１３の回転と同時に給電駆動制御装置１
１８はＥＬ軸駆動モータ１２５を駆動させ、ガイドレー
ル１２０を第２回転軸周りに回転させて、ガイドレール
１２０を位置Ｐ１，Ｐ２に重ね合わせる。

【００７４】ＥＬ軸駆動モータ１２５の駆動に続いて、
あるいはＥＬ軸駆動モータ１２５の駆動と同時に、制御
装置１１８は自走式送受信モジュール１１６，１１７を
ガイドレール１２０上で自走させ、位置Ｐ１，Ｐ２に移
動させる。これにより自走式送受信モジュール１１６，
１１７の初期位置決めが達成される。

【００７５】２つの周回衛星１４１，１４２は、地平線
（水平線）から現れて地平線（水平線）に沈むまで約１
０分という速さで、その軌道上を周回移動する。アンテ
ナ部１１１は、このように比較的高速に位置を変える衛
星１４１，１４２を以下のように追尾する。初期位置決
めが達成された後、２つの衛星１４１，１４２のうち一
方の衛星、例えば衛星１４１のより正確な位置（位置変
化後の位置の意味を含む）が探索される（第１探索ステ
ップ）。衛星１４１の位置探索は、例えば以下のように
行われる。

【００７６】まず、ＥＬ軸駆動モータ１２５を双方向に
微小量回転させて、ガイドレール１２０を第２回転軸Ｘ
周りに微小に双方向に回転させると共に、ガイドレール
１２０上で衛星に対応して位置決めされている自走式送
受信モジュール１１６を双方向に微小距離移動させる。
これにより、自走式送受信モジュール１１６は２次元の
微小球面内を移動する。

【００７７】この微小球面内の移動の間に、衛星１４１
と自走式送受信モジュール１１６との通信状態がより良
好である地点Ｑ１を探索する。通信状態の良否は、受信
信号の強度などを監視することで判断することができ
る。地点Ｑ１は、衛星１４１のより正確な位置から球体
レンズ１１４の中心Ｏを通って延びる軸線上の位置に対
応していると考えることができる。すなわち、地点Ｑ１
の探索によって衛星１４１のより正確な位置を知ること
ができる。

【００７８】次に、第１探索ステップで探索された一方
の衛星１４１の位置と第１探索工程による位置変化探索
前の他方の衛星１４２の位置とから球体レンズ１１４の
中心Ｏを通って延びる各軸線上の位置が演算される。こ
の場合、２つの位置Ｑ１，Ｐ２が確認されることにな
る。

【００７９】そして、自走式送受信モジュール１１６，
１１７が次に配置されるべき２つの位置Ｑ１，Ｐ２と球
体レンズ１１４の中心とを含む新たな第１仮想平面Ｓ
と、第２仮想平面Ｈとの交線上に第２回転軸Ｘが配置さ
れるようにＡＺ軸駆動モータ１１５が駆動されて回転ベ
ース１１３が回転される。

【００８０】回転ベース１１３の回転に続いて、または
回転ベース１１３の回転と同時に、制御装置１１８はＥ
Ｌ軸駆動用モータ１２５を駆動させ、ガイドレール１２
０を第２回転軸Ｘ周りに回転させて位置Ｑ１，Ｐ２に重
ね合わせる。

【００８１】ＥＬ軸駆動モータ１２５の駆動に続いて、
あるいはＥＬ軸駆動モータ１２５の駆動と同時に、制御
装置１１８は自走式送受信モジュール１１６，１１７を
ガイドレール１２０に沿って位置Ｑ１，Ｐ２に移動させ
る。これにより自走式送受信モジュール１１７の位置Ｐ
２を保存しつつ、もう一つの自走式送受信モジュール１
１６の追尾位置決めが達成される。このような制御形態
は非干渉制御と呼ばれる。

【００８２】自走式送受信モジュール１１６の追尾位置
決めが達成された後、他方の衛星１４２のその時点のよ
り正確な位置（位置変化後の位置の意味を含む）が探索
される（第２探索ステップ）。この衛星１４２の位置探
索は、最初の衛星１４１の位置探索と同様に行われる。
第２探索ステップで探索された衛星１４２の位置と第２
探索ステップによる位置探索前（第１探索ステップによ
る位置探索後）の最初の衛星１４１の位置とから、球体
レンズ１１４の中心Ｏを通って延びる各軸線上の位置が
演算される。この場合、２つの位置Ｑ１，Ｑ２が確認さ
れる。

【００８３】そして、自走式送受信モジュール１１６，
１１７が次に配置されるべき２つの位置Ｑ１，Ｑ２と球
体レンズ１１４の中心Ｏとを含む新たな第１仮想平面Ｓ
と、第２仮想平面Ｈとの交線上に第２回転軸Ｘが配置さ
れるようにＡＺ軸駆動モータ１１５が駆動されて回転ベ
ース１１３が回転される。

【００８４】ＡＺ軸駆動モータ１１５による回転ベース
１１３の回転に続いて、あるいは回転ベース１１３の回
転と同時に、制御装置１１８はＥＬ軸駆動モータ１２５
を駆動させ、ガイドレール１２０を第２回転軸Ｘ周りに
回転させて、ガイドレール１２０を位置Ｑ１，Ｑ２に重
ね合わせる。

【００８５】ＥＬ軸駆動モータ１２５の駆動に続いて、
あるいはＥＬ軸駆動モータ１２５の駆動と同時に、制御
装置１１８は自走式送受信モジュール１１６，１１７を
ガイドレール１２０に沿って位置Ｑ１，Ｑ２に移動させ
る。これにより、自走式送受信モジュール１１６の位置
Ｑ１を保存しつつ、すなわち、非干渉的に他方の自走式
送受信モジュール１１７の追尾位置決めが達成される。

【００８６】以後、自走式送受信モジュール１１６と１
１７の追尾位置決めを交互に連続に行っていくことで、
２つの衛星１４１，１４２をほぼ連続的に追尾していく
ことが可能である。２つの衛星１４１，１４２が接近し
追い越していく場合には、その追い越し時点で自走式送
受信モジュール１１６，１１７間で追尾対象となる衛星
を交換し合うことで、容易に追尾制御することが可能と
なる。

【００８７】このように位置決めされる自走式送受信モ
ジュール１１６，１１７から電波が放射されると、放射
電波は球体レンズ１１４の層状誘電体を順次通過するこ
とにより進行方向をほぼ平行に変換されて、平行電波と
して衛星１４１，１４２に送信される（図１３参照）。
一方、衛星１４１，１４２から平行に入射した電波は、
球体レンズ１１４を通過することでその焦点位置に配置
された自走式送受信モジュール１１６，１１７に向けて
集束され、これらの送受信モジュール１１６，１１７に
よって効率よく受信される（図１３参照）。

【００８８】このように本実施形態によるアンテナ部１
１１は、１つの球体レンズ１１４に対向して２つの自走
式送受信モジュール１１６，１１７が配置され、互いに
その移動が干渉しないようになされているため、２つの
周回衛星１４１，１４２を同時に追尾することができる
と共に、小さなスペースに設置することが可能であると
いう特徴を有するものである。

【００８９】（第１０の実施形態）次に、図１中に示し
たアンテナ部１のもう一つの具体例について説明する。
図１５〜図１８は、本発明の一実施形態によるアンテナ
装置２１１の概略構成図であり、図１５は正面側の斜視
図、図１６は背面側の斜視図、図１７（ａ）は正面図、
図１７（ｂ）は側面図を示している。

【００９０】図１５〜図１７に示すように、アンテナ装
置２１１は、設置個所に水平に固定される略円形の固定
ベース２１２を備える。この固定ベース２１２の中央に
は鉛直方向に第１回転軸（ＡＺ軸）を有する回転ベース
２１３が配置される。この回転ベース２１３の上には、
Ｚ軸上に中心がくるように平板を一定の曲率で半円弧状
に湾曲させた支持レール２１４が、その円弧中心軸をＺ
軸に垂直な第２回転軸（ＦＤ軸）として回動自在に載置
される。

【００９１】支持レール２１４には、その真ん中の位置
から円弧中心に延びる支持シャフト２１５が設けられ、
さらにその円弧中心位置と支持レール２１４の両端との
間で第１及び第２の回転シャフト２１６，２１７が互い
に独立して回転自在に支持される。すなわち、支持シャ
フト２１５と回転シャフト２１６，２１７は、レール２
１４の円弧中心で直角に交わっている。回転シャフト２
１６，２１７はＹ軸に垂直な第３回転軸（ＥＬ軸）上に
あり、図示しないステップモータ（ＥＬ軸駆動モータ）
によって駆動される。

【００９２】第１及び第２の回転シャフト２１６，２１
７には、支持レール２１４における円弧中心の両側にそ
れぞれ当該シャフト２１６，２１７に対して垂直な方向
に指向性を有するようにパラボラアンテナ２１８，２１
９が装着される。すなわち、これらのパラボラアンテナ
２１８，２１９は、ＥＬ軸駆動モータにより駆動される
回転シャフト２１６，２１７によって、互いに独立して
ＥＬ軸回りに回動可能となっている。上記のようにして
組み立てられた装置全体は、ＦＤ軸より上側を半球形状
とした、断面が逆Ｕ字型のレドーム２２０で覆われる。
アンテナ部２１１のさらに各部の詳細について説明する
と、まず、固定ベース２１２上の周縁部に、レギュレー
タ２２１及びプロセッサ２２２が載置される。また、中
央部に配置される回転ベース２１３の近傍に、ステップ
モータ（ＡＺ軸駆動モータ）２２３が配置される。

【００９３】図１８は、回転ベース２１３のＺ軸回転駆
動機構及び支持レール２１４のＹ軸回動機構の詳細を示
す拡大斜視図である。図１８において、プーリ２２４と
固定ベース２１２側のＡＺ軸駆動モータ２２３の回転軸
とは、ベルト２２５によって連結されている。これによ
りＡＺ軸駆動モータ２２３の回転がプーリ２２４に伝わ
り、ＡＺ軸回りに回転ベース２１３が回転するようにな
る。モータ２２３はプロセッサ２２２により駆動制御さ
れる。

【００９４】回転ベース２１３の上には基台２２６が載
置され、この基台２２６の上には凹字型の支持具２２７
が載置される。この支持具２２７には、支持レール２１
４をその外面でスライド自在に支持する一対の外面支持
ローラ２２８，２２９と、その内面周縁部でスライド自
在に支持する４個の内面支持ローラ２３０，２３１，２
３２，２３３と、その側面でスライド自在に支持する４
個の側面支持ローラ２３４，２３５，２３６，２３７
と、支持レール２１４の支持部下方に配置され、ワイヤ
ー送り機構を構成する径大の送りローラ２３８及び一対
のテンションローラ２３９，２４０とがそれぞれ回転自
在に支持されている。

【００９５】基台２２６あるいは支持具２２７には、送
りローラ２３８を回転させるステップモータ（ＦＤ軸駆
動モータ）２４１が固定されている。内面ローラ２３
０，２３１，２３２，２３３は、支持レール２１４の支
持シャフト２１５の端部、回転シャフト２１６，２１７
の支持部が支持レール２１４の回動に伴ってぶつからな
いような長さとする。

【００９６】図１９は、上記ワイヤー送り機構の構成を
示す側面図である。ワイヤー２４２の両端は支持レール
２１４の両端部で固定され、送りローラ２３８に複数回
螺旋状に巻き付けられ、一対のテンションローラ２３
９，２４０によって支持ローラ２１４の外方向に押し出
す状態で支持されている。すなわち、テンションローラ
２３９，２４０の作用により、ワイヤー２４２が外面支
持ローラ２２８，２２９に絡まないようにすることがで
き、また送りローラ２３８への巻き付け締め具合を均一
に保つことができる。この状態で送りローラ２３８をＦ
Ｄ軸駆動モータ２４１により正逆方向に回転させること
で、支持レール２１４をＦＤ軸回りの正逆方向に回動さ
せることができる。ＦＤ軸駆動モータ２４１は、プロセ
ッサ２２２により駆動制御される。

【００９７】ワイヤー２４２の両端部には、バックラッ
シュ機構として引っ張りばね等の引っ張り応力を有する
弾性材２４２１，２４２２を介在させておく。これによ
り、ワイヤー２４２の延びを吸収することができ、さら
に送りローラ２３８への巻き付け締め具合を維持するこ
とができる。弾性材２４２１，２４２２は、いずれか一
方だけでもよい。

【００９８】第１のパラボラアンテ２１８の構造とその
Ｘ軸回りの回動機構の構成を説明すると、第１のパラボ
ラアンテナ２１８は、第１の回転シャフト２１６に取付
基板２５１を装着固定し、この取付基板２５１の一方面
にリフレクタ（反射鏡）２５２の裏面を接合し、他方面
にアップコンバータ２５３、ダウンコンバータ２５４、
冷却ユニット（ヒートシンク、ファン等）２５５を取り
付け、リフレクタ２５２のセンタ鉛直方向の焦点にホー
ン（一次放射器）２５６を配置した構造となっている。
リフレクタ２５２は、開口面積を最大限に確保するた
め、Ｘ軸方向とは垂直な方向に長軸をもつ楕円形状とす
る。アップコンバータ２５３及びダウンコンバータ２５
４は図示しない複合ケーブルによってレギュレータ２２
１に接続され、当該レギュレータ２２１との間で給電及
び信号の送受が行われる。

【００９９】アップコンバータ２５３の出力端には送信
用帯域フィルタ２５７が接合され、ダウンコンバータ２
５４の入力端には受信用帯域フィルタ２５８が接合され
る。各フィルタ２５７，２５８はＴ型結合器２５９で結
合され、この結合器２５９とホーン２５６が導波管２６
０によって結合される。

【０１００】このとき、ホーン２５６がリフレクタ２５
２のセンタ鉛直方向の焦点に位置するように、導波管２
６０を適宜接曲させることにより、導波管２６０がホー
ン２５６のステーとして機能するため、新たにホーン２
５６を支持するステーを設ける必要がない。但し、導波
管２６０は電波放射面内で影となり、ブロッキングの要
因となるため、その表面に電波吸収材を貼り付けてお
き、あるいは塗布しておき、導波管２６０による電波の
不要輻射を抑制して良好なサイドローブ特性を確保す
る。

【０１０１】尚、導波管２６０を背面から前面に引き出
す際に、その引き出し箇所をリフレクタ２５２の長軸か
ら支持レール２１４の中心側に傾けた位置にしておく
と、レドーム２２０内のデッドスペースを有効利用する
ことができる。

【０１０２】上記構造による第１のパラボラアンテナ２
１８におけるＸ軸回りの回動機構は、以下のような構造
となっている。まず、回転シャフト２１６の支持シャフ
ト２１５側に半円盤状のセクターギヤ２７７を装着し、
支持シャフト２１５にＸ軸駆動モータ２７８を装着し、
このＸ軸駆動モータ２７８の回転シャフトにピニオンギ
ヤを取り付け、このピニオンギヤをセクターギヤ２７７
に噛み合わせる。これにより、Ｘ軸駆動モータ２７８の
回転が減速して回転シャフト２１６に伝達され、この回
転シャフト２１６に固定された第１のパラボラアンテナ
２１８を略１８０度、正逆方向に回動させることができ
る。Ｘ軸駆動モータ２７８はプロセッサ２２２により駆
動制御される。

【０１０３】第２のパラボラアンテナ２１９の構造とそ
のＸ軸回りの回動機構の構造は、第１のパラボラアンテ
ナ２１８の場合と全く同じである。すなわち、第２のパ
ラボラアンテナ１９は、取付基板２６４、リフレクタ２
６５、アップコンバータ２６６、ダウンコンバータ２６
７、冷却ユニット２６８、ホーン２６９、送信用帯域フ
ィルタ２７０、受信用帯域フィルタ２７１、Ｔ型結合器
２７２、導波管２７３を備える。また、そのＸ軸回りの
回動機構は、セクターギヤ２７４、Ｘ軸駆動モータ２７
５、ピニオンギヤ２７６で構成される。Ｘ軸駆動モータ
２７５はプロセッサ２２２により駆動制御される。

【０１０４】以上の構成により、第１及び第２のパラボ
ラアンテナ２１８，２１９は、回転シャフト２１６，２
１７によるＸ軸、支持レール２１４によるＹ軸、回転ベ
ース２１３によるＺ軸の３軸回りに回転あるいは回動可
能であり、しかも第１のパラボラアンテナ２１８と第２
のパラボラアンテナ２１９とで互いに独立して回動可能
であることから、各回転・回動機構のモータをプロセッ
サ２２２によって駆動制御することにより、各パラボラ
アンテナ２１８，２１９をそれぞれ全く軌道の異なる２
つの衛星に指向させ追尾させることができる。

【０１０５】上述した構成のアンテナ部２１１と図１と
の対応を説明すると、ＡＺ軸駆動モータ２２３と、回転
シャフト２１６，２１７に連結された図示しないＥＬ軸
駆動モータ及びＦＤ軸駆動モータ２４１は、図１中に示
したアンテナ駆動装置２内に含まれる。プロセッサ２２
２には、図１中に示したアンテナ部１及びアンテナ駆動
装置２以外の構成要素が含まれている。

【０１０６】（その他の実施形態）本発明に基づく修正
制御アルゴリズムは、低軌道衛星追尾アンテナ装置に限
らず、またアンテナの動作形態、受信対象によらず適用
できる。例えば、静止衛星からの電波を受信するアンテ
ナ装置の必要時または定期的な位置及び姿勢の修正にも
応用できる。これにより自動的に迅速に修正が行われ、
それにかかるコスト削減と共に、より安定した受信状態
を保証できる。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば高
価で複雑な駆動機構を用いることなく、低コストかつ小
型で、広範囲な動作領域を満たし、追尾精度を向上させ
ることができ、複数の低軌道周回衛星との間で高速なデ
ータ通信を実現することが可能となる。より具体的に
は、衛星追尾アンテナ装置の位置姿勢制御において制御
パラメータをアンテナ装置の制御目標、動作状況、誤差
要因に応じて設定し、周囲受信レベルを測定し総合的に
判断することで、常に許容範囲内に収束した受信レベル
を維持できる。また、本発明はアンテナ装置の低コスト
化に伴い生じる剛性の低下や検出分解能の低下、さらに
は受信レベルのノイズに対して位置及び姿勢制御の収束
性を維持できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る衛星追尾アンテナ装
置の概略構成を示す図

【図２】衛星追尾アンテナ装置におけるアンテナ部の追
尾誤差と受信レベルとの関係を示す図

【図３】同実施形態における受信波フィードバック制御
回路の構成を示すブロック図

【図４】同実施形態における受信波フィードバック制御
の処理の流れを示すフローチャート

【図５】同実施形態における測定軌道と受信レベル測定
及び修正ベクトルについて説明する図

【図６】同実施形態における受信波フィードバック制御
による追尾誤差修正の検証実験結果を受信レベル測定部
の分解能が細かい場合と粗い場合について示す図

【図７】本発明の第２の実施形態における測定軌道の説
明図

【図８】本発明の第３の実施形態における駆動速度によ
るエラー蓄積率の違いを考慮した受信波フィードバック
制御による追尾誤差の時間的変化についての検証実験結
果を受信波フィードバック制御を行わない場合と比較し
て示す図

【図９】本発明の第４の実施形態に係る受信波フィード
バック制御により二つのアンテナ部を同時に制御した場
合の追尾誤差修正の検証実験結果を受信波フィードバッ
ク制御を行わない場合と比較して示す図

【図１０】本発明の第６の実施形態６に係るアンテナ部
の位置によって生じるアンテナ構造体のたわみを補償し
て受信波フィードバック制御を行った場合のたわみ補償
についての検証実験結果を示す図

【図１１】本発明の第９の実施形態に係るアンテナ部の
構成を示す斜視図

【図１２】同実施形態に係るアンテナ部の部分断面図

【図１３】同実施形態で用いる球体レンズの作用を示す
概略図

【図１４】同実施形態で用いる自走給電装置の位置決め
制御の概略を示す斜視図

【図１５】本発明の第１０の実施形態に係るアンテナ部
の概略構成を示す斜視図

【図１６】同実施形態に係るアンテナ部の背面側の斜視
図

【図１７】同実施形態に係るアンテナの正面図及び側面
図

【図１８】同実施形態で用いる回転ベースのＺ軸回転駆
動機構及び支持レールのＹ軸回動機構の詳細を示す拡大
斜視図

【図１９】同実施形態で用いるワイヤー送り機構の構成
を示す側方断面図及びワイヤー送り部分を拡大して示す
斜視図

【符号の説明】

１…アンテナ部２…アンテナ駆動装置３…モータ駆動回路４…送受切替器５…送信回路６…電力増幅器７…低雑音増幅器８…受信回路９…受信レベル検出器１０…Ａ／Ｄ変換器１１…受信波フィードバック制御回路１２…目標軌道データ１３…加算器１４…コントローラ１５…記憶部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川隆也神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝小向工場内Ｆターム(参考） 5J021 AA01 DA02 DA04 DA05 DA07 EA04 FA17 FA20 FA24 FA25 FA26 FA29 FA30 FA32 GA02 HA05 HA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の周回衛星を追尾しつつ該周回衛星と
の間で通信を行うための周回衛星追尾アンテナの制御方
法であって、前記周回衛星を追尾するために予め与えられた目標軌道
上の任意の点の周囲に測定軌道を生成するステップと、前記測定軌道上の受信レベルを測定するステップと、測定された前記受信レベルに基づき前記周回衛星に対す
る追尾誤差を小さくするように前記アンテナの位置及び
姿勢を修正すべき方向と修正量を示す修正ベクトルを算
出するステップと、前記修正ベクトルに基づいて前記アンテナの位置及び姿
勢を修正するステップとを備えたことを特徴とする周回
衛星追尾アンテナの制御方法。
【請求項２】複数の周回衛星を追尾しつつ該周回衛星と
の間で通信を行うための周回衛星追尾アンテナ装置にお
いて、前記周回衛星と通信を行うための送受信モジュールを有
し、該送信モジュールはその位置及び姿勢が複数の動作
軸回りに制御可能な少なくとも一つのアンテナ部と、前記動作軸毎に前記アンテナ部を駆動するアンテナ駆動
手段と、前記アンテナ部が前記周回衛星を追尾するために予め与
えられた目標軌道上の任意の点の周囲に測定軌道を生成
するための測定軌道生成パラメータを含む制御パラメー
タを設定する制御パラメータ設定手段と、前記測定軌道パラメータに従って生成された測定軌道上
における前記アンテナ部の受信レベルを測定する受信レ
ベル測定手段と、前記受信レベル測定手段により測定された受信レベルに
基づき、前記周回衛星に対する前記アンテナ部の追尾誤
差を小さくするように前記送受信モジュールの位置及び
姿勢を修正すべき方向と修正量を示す修正ベクトルを算
出する修正ベクトル計算手段と、前記修正ベクトルに基づいて前記送受信モジュールの位
置及び姿勢を修正すべく前記アンテナ駆動手段を制御す
る制御手段とを備えたことを特徴とする周回衛星追尾ア
ンテナ装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記目標軌道のデータに
前記修正ベクトルのデータを加算することにより、前記
送受信モジュールの位置及び姿勢を修正すべく前記アン
テナ駆動手段を制御するように構成されることを特徴と
する請求項２記載の周回衛星追尾アンテナ装置。
【請求項４】前記受信レベル測定手段は、前記測定軌道
上に設定した複数の代表測定点の受信レベルを求めるよ
うに構成され、前記制御パラメータ設定手段は、前記制御パラメータと
してさらに前記受信レベル測定手段により測定される前
記各代表点の受信レベルの非線形性を補償するための重
みを設定するように構成され、前記修正ベクトル計算手段は、前記各代表測定点の受信
レベルと位置ベクトルと前記重みとの積を加算すること
により前記修正ベクトルを算出するように構成されるこ
とを特徴とする請求項２記載の周回衛星追尾アンテナ装
置。
【請求項５】前記制御パラメータ設定手段は、前記アン
テナ部の前記追尾誤差が生じる方向に応じて前記測定軌
道を生成すべく前記測定軌道生成パラメータを設定する
ように構成されることを特徴とする請求項２記載の周回
衛星追尾アンテナ装置。
【請求項６】前記制御パラメータ設定手段は、前記アン
テナ部の動作軸の動作速度によって変化する前記追尾誤
差の蓄積度合いに応じて前記制御パラメータの少なくと
も一部を変更するように構成されることを特徴とする請
求項２記載の周回衛星追尾アンテナ装置。
【請求項７】前記制御パラメータ設定手段は、前記アン
テナ部の送受信動作状態に応じて前記アンテナ部の前記
測定軌道の生成に使用される動作軸を選択すべく前記測
定軌道生成パラメータを設定するように構成されること
を特徴とする請求項２記載の周回衛星追尾アンテナ装
置。
【請求項８】前記アンテナ部の前記送受信モジュールの
位置における構造部材のたわみの量を前記動作軸の少な
くとも一つの角度補正データに変換し、該角度補正デー
タを前記目標軌道のデータに加算することにより、前記
たわみによる前記追尾誤差を修正するたわみ補償手段を
さらに備えたことを特徴とする請求項２記載の周回衛星
追尾アンテナ装置。
【請求項９】前記衛星追尾アンテナ装置の設置後に前記
周回衛星を追尾したときの前記追尾誤差を当該衛星追尾
アンテナ装置の設置誤差及び製造誤差のデータとして予
め記憶保持した記憶手段と、該記憶手段に記憶保持され
たデータによって前記目標軌道のデータを補正する手段
とをさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の周回
衛星追尾アンテナ駆動装置。
【請求項１０】前記修正ベクトルのデータを蓄積する記
憶手段をさらに備え、前記制御手段は前記記憶手段に蓄
積されたデータから前記修正ベクトルの傾向を判断し、
その判断結果を前記アンテナ駆動手段の制御に反映させ
るように構成されることを特徴とする請求項２記載の周
回衛星追尾アンテナ装置。