JP2006333069A - 移動体用アンテナ制御装置およびアンテナ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成の簡易化を図ることができ、移動体の姿勢にかかわらずこの移動体に備えたアンテナを目的の通信衛星と通信可能に制御できる移動体用アンテナ制御装置およびアンテナ制御方法を提供する。
【解決手段】 アンテナ制御装置１２は、準天頂衛星２のいずれかと、移動体端末１０に備えたフェーズドアレイアンテナ１１を用いて通信を行う装置である。フェーズドアレイアンテナ１１は、天頂方向へ指向させたとき少なくとも１機の準天頂衛星２をカバーできるビーム幅Ｗを有し電気的に指向方向を制御可能である。アンテナ制御装置１２は、フェーズドアレイアンテナ１１を制御し指向方向を天頂方向へ指向させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、構成の簡易化を図ることができ、移動体の姿勢にかかわらずこの移動体に備えたアンテナを目的の通信衛星と通信可能に制御できる移動体用アンテナ制御装置およびアンテナ制御方法に関する。

例えば日本近辺は、赤道から離れた中緯度に位置しているため、静止衛星を見る高度がおおよそ４５°前後となる。このため、都市部や山間部では、ビルや山岳が遮蔽物となって、静止衛星と移動体との間で行う衛星通信に支障を来すことが問題となっていた。そこで、静止軌道から約４５°傾斜し日本上空を通過する軌道上に、３機以上の衛星（以下、準天頂衛星という。）を１２０°間隔で周回させ、これらの準天頂衛星をハンドオーバ（通信の相手方となる準天頂衛星の切り替え）しながら利用することにより、約７０°〜８０°以上の高仰角で移動体衛星通信を行うことが考えられてきた。

一般に、低ビットレートのデータ通信または音声通話にかかる通信では、それほど高い回線品質や広帯域性は要求されない。このため、このような準天頂衛星システムでは、準天頂衛星側に大型アンテナを備えて比較的大電力で送信を行い、移動体端末側に広指向性または無指向性で低利得の小型アンテナを備えれば、移動体衛星通信を行うことができる。

一方、例えば静止画像データや動画像データなど、データ量が大きく低誤り率が求められるデータを迅速に伝送するには、格段に広帯域で高品質の衛星通信回線が必要となる。しかし、従来、移動体側で用いられてきた無指向性または広指向性のアンテナは、利得が低いため伝送帯域が充分にとれず、また、自動車や高周波加工機など地上の雑音源から電波障害を受け易い問題点があった。

他方、単一指向性アンテナは指向方向付近において高利得であり、相手局へ指向させれば高速で高品質の通信回線を設定できる。しかし、移動体は傾斜したり進行方向が変化したりしうるので、搭載方法によっては移動体の姿勢の変化に伴って単一指向性アンテナの指向方向が変化してしまう。このため、移動体に搭載した単一指向性アンテナを用いて衛星通信回線を設定することが困難である問題点があった。

そこで、フリップの裏面にパッチアンテナを設け、通話中にこのフリップを開くと、このパッチアンテナが垂直方向（天頂方向）を向く携帯端末装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、格納された軌道データに基づき衛星の地上から見た視方位や仰角を求め、ユーザーの向きや腕の姿勢を検出して、アンテナのビームが衛星の方向に向くように制御する携帯型衛星通信端末が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、移動体の傾斜や進行方向が変化したとき、内可動片が重りにより重力バランスがとれるまで回転するとともに、それ自体が永久磁石化された外可動片が地磁気によって回転することにより、アンテナ素子の方向を特定方向に維持する移動体用アンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２０００−３４１０１７号公報（段落００２４、図２） 特開２００３−３２１３９号公報（段落００７０〜００７２、図１７） 特開２００４−３３５４５８号公報（段落００２４〜００２８、図５）

しかし、前記携帯端末装置では、フリップにパッチアンテナが固定されているため、その姿勢が変化すると、パッチアンテナの向きも変化し、衛星局に対する送受信利得の変動や、通信の途絶が生じることがある問題点があった。

また、前記携帯型衛星通信端末では、衛星の軌道データをあらかじめ記憶させておき、アンテナのビームの向きを制御するたびに衛星の方角を計算しているため、構造が複雑になり、製造および運用などにかかる費用が増大する問題点があった。

また、前記移動体用アンテナ装置では、アンテナ素子を機械的な作用によって回転させている。したがって、高い工作精度を必要とするため製造費用が増大し、また、機械的動作箇所の耐久性や信頼度が低下する問題点があった。また、重りなどの機械的構成部材は慣性質量が大きく加速度による影響を受けやすいので、移動体の傾斜や進行方向の急速な変化に追従できず、また、移動体の加減速に伴ってアンテナ素子の方向が特定方向からずれてしまう問題点があった。

本発明は、前記のような問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成を有し、移動体の姿勢にかかわらずこの移動体に備えたアンテナを目的の通信衛星と通信可能に制御する移動体用アンテナ制御装置およびアンテナ制御方法を提供することを目的とする。

前記の問題点を解決するために、本発明の移動体用アンテナ制御装置は、所定の準天頂軌道を航行する衛星に対して、移動体に備えた指向性アンテナを用いて通信を行うための移動体用アンテナ制御装置であって、前記指向性アンテナは、天頂方向へ指向させたとき少なくとも前記衛星をカバーできるビーム幅を有し電気的に指向方向を制御可能であり、該移動体用アンテナ制御装置は、前記指向性アンテナを制御し前記指向方向を前記天頂方向へ指向させる手段を含む構成とした。

また、前記の問題点を解決するために、本発明の移動体用アンテナ制御方法は、所定の準天頂軌道を航行する衛星に対して、移動体に備えた指向性アンテナを用いて通信を行うための移動体用アンテナ制御装置によるアンテナ制御方法であって、前記指向性アンテナは、天頂方向へ指向させたとき少なくとも１機の前記衛星をカバーできるビーム幅を有し電気的に指向方向を制御可能であり、該アンテナ制御方法は、前記移動体用アンテナ制御装置が前記指向性アンテナを制御し前記指向方向を前記天頂方向へ指向させるアンテナ制御過程を含む構成とした。

本発明によれば、構成の簡易化を図ることができ、移動体の姿勢にかかわらずこの移動体に備えたアンテナを目的の通信衛星と通信可能に制御できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態の移動体用アンテナ制御装置およびアンテナ制御方法が適用される準天頂衛星システム１の概念を示す説明図である。
準天頂衛星システム１は、サービスエリア上空を通る長楕円軌道上を１２０°間隔で周回する３機の準天頂衛星２（１機のみ図示する。）と、地上Ｅに位置しフェーズドアレイアンテナ１１を備えた移動体端末１０とを含む。準天頂衛星２の代わりに、同様の中継機能、送受信機能または送信機能を有する通信衛星または放送衛星を用いてもよい。

本説明において、天頂方向の高度角を９０°、水平方向の高度角を０°、天底方向の高度角を−９０°とする。準天頂衛星２の見かけ上の位置（地平座標上の位置）は移動するが、準天頂衛星２は、長楕円軌道上を周回している。このため、サービスエリア内に位置する移動体端末１０からは、天頂方向（高度角：９０°）近傍の高仰角に少なくとも１機の準天頂衛星２が見えることになる。

また、本説明において、最も天頂方向の近くに位置する準天頂衛星２が、最も天頂方向から離れる（水平方向に近い）ときの高度角を限界高度角と呼ぶ。すると、移動体端末１０は、天頂方向を中心とし限界高度角までの範囲内から信号を受信できれば、常に準天頂衛星２のいずれかから信号を受信できることとなる。限界高度角は、準天頂衛星２の軌道の扁平率などによって異なるが、例えば約７０°〜８０°である。

そこで、準天頂衛星２のいずれかと常に通信可能にするため、フェーズドアレイアンテナ１１のメインローブのビーム幅Ｗは、前記限界高度角の２倍以上の値を有する構成とした。

なお、本説明において、ビーム幅Ｗとは、原則として、放射電界の２乗に比例する放射電力密度が正面方向の値の１／２になる２つの方向を挟む角度をいうが、電力密度が１／２となる方向を挟む角度に限らず、準天頂衛星２のいずれかと常に通信可能となる最大範囲を確定する角度としてもよい。

図２は、本実施形態の移動体用アンテナ制御装置およびアンテナ制御方法が適用される準天頂衛星システム１の運用例を示す説明図である。
移動体端末１０は、移動などに伴って、傾いたり回転したりしうる。したがって、図２（ａ）に示すように、フェーズドアレイアンテナ１１が準天頂衛星２に正対するときもあり、図２（ｂ）に示すように、フェーズドアレイアンテナ１１が準天頂衛星２に正対しないときもある。

そこで、移動体端末１０は、その姿勢にかかわらず、フェーズドアレイアンテナ１１のメインローブの主軸Ａａが天頂方向に制御される構成とした。

具体的には、図２（ｂ）に示すように、フェーズドアレイアンテナ１１の主軸Ａａは、天頂と天底とを通る垂直軸Ａｖに対し傾斜角Ｑ分傾くことがある。また、フェーズドアレイアンテナ１１が、その主軸Ａａ周りに回転角Ｒ分回転することがある（なお、移動体端末１０の正面方向をＲ＝０°とする。）。このとき、移動体端末１０は、移動体端末１０自身の姿勢角、すなわち回転角Ｒおよび傾斜角Ｑを検出し、回転角Ｒおよび傾斜角Ｑ分を補正して、フェーズドアレイアンテナ１１のメインローブの主軸Ａａを天頂方向へ指向する構成とした。

なお、準天頂衛星２と送受信する電波は円偏波であり、フェーズドアレイアンテナ１１は円偏波アンテナであるため、移動体端末１０が垂直軸Ａｖ周りに水平回転しても、フェーズドアレイアンテナ１１の準天頂衛星２に対する受信利得は実質的に変化しない。フェーズドアレイアンテナ１１は、準天頂衛星２と送受信される電波の旋回方向（右旋／左旋）に対応した送受信特性を有する。

図３は、移動体端末１０の外観を示す斜視図である。
移動体端末１０は、地上Ｅに位置し携帯可能な通信機器であるが、車両、船舶または航空機などの移動体に搭載するか、地上Ｅに設置するものでもよい。移動体端末１０が、準天頂衛星２と相互に通信可能である場合について説明するが、移動体端末１０は、準天頂衛星２から放送などの受信を行うが送信は行わないものでもよい。

移動体端末１０は、フェーズドアレイアンテナ１１と、液晶表示装置などからなり移動体端末１０の状態や準天頂衛星２と送受する情報などを表示する表示部３７と、キーやポインティングデバイスなどからなり送信する情報や移動体端末１０への指示を入力するための入力部３８と、これらを格納または装着した筐体１５とを具備している。移動体端末１０が様々な姿勢で準天頂衛星２と通信を行えるように、上面のフェーズドアレイアンテナ１１のほか、正面のフェーズドアレイアンテナ１１ｂや、側面のフェーズドアレイアンテナ１１ｃを備えることが好ましい。移動体端末１０はさらに、音声通話を行うためのスピーカおよびマイクロフォン（いずれも図示せず）を備えてもよい。

図４は、移動体端末１０の構成を示すブロック図である。
移動体端末１０は、メインローブの指向方向が可変であるフェーズドアレイアンテナ１１と、フェーズドアレイアンテナ１１の指向方向を制御しメインローブを天頂方向へ指向させるためのアンテナ制御装置１２と、準天頂衛星２と通信を行う情報通信装置１３と、内蔵する電池（図示せず）または外部から電力を取り込み移動体端末１０内の各部へ電力を供給する電源部１４と、前記各要素を格納する筐体１５とを具備している。

アンテナ制御装置１２は、フェーズドアレイアンテナ１１を天頂方向へ指向させるためのアレイファクタ情報を姿勢角（回転角Ｒおよび傾斜角Ｑ）ごとに記憶したアレイファクタ記憶部２１と、移動体端末１０の姿勢角を検出する姿勢角センサ２５と、アレイファクタ記憶部２１を参照して、検出された姿勢角に対応するアレイファクタ情報を検索するアレイファクタ計算部２７と、検索されたアレイファクタ情報に基づきフェーズドアレイアンテナ１１を制御する指向性制御部２８とを具備している。

アレイファクタ記憶部２１は、アレイファクタ情報を恒久的に記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）からなるが、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）からなり、必要に応じて記憶されたアレイファクタ情報の更新を行えるようにしてもよい。

姿勢角センサ２５は、姿勢角、すなわち回転角Ｒおよび傾斜角Ｑを検出する機能を有する。具体的には、例えば、振動ジャイロおよび加速度センサ（いずれも図示せず）からなる組を３組含み、ヨー角α、ロール角βおよびピッチ角γ（図３参照）を同時的に検出可能な３軸角度センサである。ところで、フェーズドアレイアンテナ１１のメインローブの主軸Ａａが天頂方向に指向していれば、垂直軸Ａｖ周りの回転は、準天頂衛星２との通信に実質的に影響を及ぼさない。そのため、姿勢角センサ２５は、移動体端末１０が向く方位を検出する機能を有さなくてもよい。また、姿勢角センサ２５は、重力の働く方向を検出する重力センサ（図示せず）を含み、重力の働く方向を基準として天頂方向を検出し、傾斜角Ｑおよび回転角Ｒを検出する２軸センサでもよい。

図５は、フェーズドアレイアンテナ１１を詳細に示すブロック図である。
以下、位相制御によりメインローブの主軸方向を調節する機能について説明するが、フェーズドアレイアンテナ１１はさらに、振幅制御によりサイドローブレベルを調節する機能を有してもよい。この場合、移動体端末１０が室内に位置するとき、窓を通じてサイドローブにより準天頂衛星２と通信を行うことができる。

フェーズドアレイアンテナ１１は、多数のアンテナ素子２１１〜２ｎｍを平面状または曲面状に並べたアンテナアレイ２００と、情報通信装置１３から送信される信号を各アンテナ素子２１１〜２ｎｍへ分配するとともに、各アンテナ素子２１１〜２ｎｍで受信された信号を合成して情報通信装置１３へ出力する分配／合成器４００と、各アンテナ素子２１１〜２ｎｍと分配／合成器４００との間に挿入され、各アンテナ素子２１１〜２ｎｍと分配／合成器４００とで送受される信号の位相を早める／遅らせる移相器３１１〜３ｎｍとを具備している。

アンテナ素子２１１〜２ｎｍの各々は、例えばパッチアンテナなど、一方向に指向性を有するアンテナである。アンテナアレイ２００に備えるアンテナ素子２１１〜２ｎｍの基数は、天球上の広い範囲をカバーするため、ある程度広いビーム幅が好ましく、また、消費電力を抑制する観点から、実用上例えば４段×４列＝１６基とする。準天頂衛星２の軌道の扁平率が大きいか、またはその機数が４機以上のときは、天球上の比較的狭い範囲をカバーすればよいので、アンテナ素子２１１〜２ｎｍの基数を増やして、フェーズドアレイアンテナ１１の送受信利得を大きくできる。準天頂衛星２の軌道の扁平率が小さいときは、天球上の比較的広い範囲をカバーしなければならない代わりに通信距離が小さくて済むので、アンテナ素子２１１〜２ｎｍの基数を減らして、フェーズドアレイアンテナ１１のビーム幅Ｗを大きくすればよい。

また、フェーズドアレイアンテナ１１では、各アンテナ素子２１１〜２ｎｍで受信した信号を増幅する低雑音増幅器（LNA: Low Noise Amplifier）と、受信信号を低い周波数に変換する低雑音ダウンコンバータ（LNB: Low Noise Block Downconverter）と、分配／合成器４００からの送信信号を電力増幅して各アンテナ素子２１１〜２ｎｍへ出力する大電力増幅器（HPA: High-Power Amplifier）と、低雑音増幅器が送信時に破壊されることを防ぐため送受信路を分離するサーキュレータ（いずれも図示せず）とが、各アンテナ素子２１１〜２ｎｍと分配／合成器４００との間に挿入されている。

図２に戻り、図２（ａ）に示すように、移動体端末１０のフェーズドアレイアンテナ１１が準天頂衛星２に対して正対しているとき、準天頂衛星２から発射された電波は平面波とみなせるから、移相器３１１〜３ｎｍでの位相変化量を同じにすれば、準天頂衛星２に対して最大の送受信利得が得られる。図２（ｂ）に示すように、移動体端末１０のフェーズドアレイアンテナ１１が準天頂衛星２に対して正対していない（傾いている）とき、フェーズドアレイアンテナ１１の各アンテナ素子２１１〜２ｎｍへ異なる位相で到着するから、移相器３１１〜３ｎｍでの位相変化量を制御し、分配／合成器４００へ到着する信号の位相を揃えれば、準天頂衛星２に対して最大の送受信利得が得られる。

フェーズドアレイアンテナ１１の一形式について例示したが、例えばエスパアンテナなど、メインローブの指向方向が電気的に可変である他の形式のアンテナを用いてもよい。

図４および図６を参照し、フェーズドアレイアンテナ１１の制御の具体例について説明する。この例では、移動体端末１０は、フェーズドアレイアンテナ１１、１１ｂおよび１１ｃと、フェーズドアレイアンテナ１１，１１ｂまたは１１ｃを切り替えるアンテナ切り換え器（図示せず）とを備えている。また、姿勢角センサ２５は、姿勢角、すなわちヨー角α、ロール角βおよびピッチ角γを、π／８[ｒａｄ]単位で検出するデジタルセンサである。また、フェーズドアレイアンテナ１１の移相器３１１〜３ｎｍは、３ビットの制御値により制御されるデジタル移相器である。姿勢角センサ２５の検出精度および移相器３１１〜３ｎｍの制御値の精度、すなわち桁数は、フェーズドアレイアンテナ１１のビーム幅Ｗの広狭や、移動体端末１０の移動状況などに応じて、上下させるとよい。

図６は、アレイファクタ記憶部２１に記憶されたアレイファクタ情報の一例を示す図である。
アレイファクタ情報の各レコード（図６に示す表の各行に相当）には、移動体端末１０の姿勢角、すなわち、ヨー角α、ロール角βおよびピッチ角γからなる組み合わせごとに、使用するアンテナおよび移相器３１１〜３ｎｍの制御値が記載されている。

姿勢角センサ２５が、例えばヨー角α＝π／８[ｒａｄ]、ロール角β＝０[ｒａｄ]およびピッチ角γ＝０[ｒａｄ]からなる姿勢角を検出すると、アレイファクタ計算部２７は、この姿勢角に対応するレコードＩＤ：１００のレコードを検索し、このレコードＩＤ：１００のアレイファクタ情報をアンテナ切換器（図示せず）および指向性制御部２８へ送出する。

アンテナ切換器（図示せず）はレコードＩＤ＝１００のアレイファクタ情報に基づき、使用するアンテナを、フェーズドアレイアンテナ１１に切り換える。

指向性制御部２８は、移相器３１１へ制御値「００１」、移相器３１２へ制御値「０００」、移相器３１３へ制御値「０００」、…、移相器３ｎｍへ制御値「０００」を送出し、移相器３１１〜３ｎｍの位相変化量を制御する。こうして、フェーズドアレイアンテナ１１の指向方向が制御される。

図７は、情報通信装置１３を詳細に示すブロック図である。
情報通信装置１３は、フェーズドアレイアンテナ１１で受信され情報通信装置１３へ入力される受信信号を増幅する前置増幅器３２ａと、送受信信号の搬送波周波数の基準信号を発生する局部発信器３４と、基準信号により入力信号を復調する復調器３３ａと、復調信号をデジタル変換するＡ−Ｄ変換器３５ａと、情報通信装置１３全体の制御および情報の仲介を行う制御部３６と、制御部３６から送出される信号をアナログ変換するＤ−Ａ変換器３５ｂと、Ｄ−Ａ変換器３５ｂからの信号を局部発信器３４からの基準信号を用いて変調する変調器３３ｂと、変調器３３ｂからの信号を電力増幅する電力増幅器３２ｂと、フェーズドアレイアンテナ１１から情報通信装置１３へ向かう信号を前置増幅器３２ａに導き、電力増幅器３２ｂから出力される信号をフェーズドアレイアンテナ１１に導くことにより、送信信号と受信信号とを分離するサーキュレータ３１と、情報通信装置１３の状態および制御部３６で送受される情報を表示する表示部３７と、制御部３６へ送信すべき情報や指示を入力する入力部３８とを具備している。

情報通信装置１３から入出力される送受信信号は、例えばＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）やＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）など、周波数使用効率に優れ高速伝送が可能な変調方式で変調された信号である。そのため、復調器３３ａは、例えばＱＡＭ復調器またはＱＰＳＫ復調器であり、変調器３３ｂは、例えばＱＡＭ変調器またはＱＰＳＫ変調器を用いる。

つぎに、図４および図８を参照して、アンテナ制御装置１２の動作について説明する。
図８は、アンテナ制御装置１２の動作を示すフローチャートである。

まず、アンテナ制御装置１２において、姿勢角センサ２５は、移動体端末１０の姿勢角、すなわち回転角Ｒおよび傾斜角Ｑを検出する（ステップＳ１）。

つぎに、アレイファクタ計算部２７は、アレイファクタ記憶部２１を参照し、姿勢角センサ２５により検出された姿勢角に対応するアレイファクタ情報を検索する（ステップＳ２）。

そして、指向性制御部２８は、アレイファクタ計算部２７により検索されたアレイファクタ情報に基づき、フェーズドアレイアンテナ１１の各移相器３１１〜３ｎｍの位相変化量を制御することにより、フェーズドアレイアンテナ１１の指向性を制御する（ステップＳ３）。

こうして、移動体端末１０の姿勢にかかわらず、フェーズドアレイアンテナ１１が天頂方向へ指向される。

前記各過程（ステップＳ１〜Ｓ３）を繰り返すことにより、移動などに伴って移動体端末１０の姿勢が変化しても、姿勢の変化に追随して、フェーズドアレイアンテナ１１の指向方向が天頂方向へ維持される。

図９は、準天頂衛星２と移動体端末１０との間に障害壁５がある場合の通信状態を示す説明図である。
準天頂衛星システム１ｂは、準天頂衛星システム１に加えて、ギャップフィラ装置４を具備している。準天頂衛星２からの電波は非常に微弱であるため、移動体端末１０が、準天頂衛星２から見てビルなどの障害壁５の陰、トンネル内または室内などのエリアにあるときは、通信を行えないことがある。ギャップフィラ装置４は、これらのエリアにある移動体端末１０と、準天頂衛星２との通信を中継するための装置であって、準天頂衛星２からの電波を受信してサービスエリアＥｇ内に再送信するとともに、サービスエリアＥｇ内にある移動体端末１０からの電波を受信して準天頂衛星２へ再送信する機能を有する。

ギャップフィラ装置４は、屋外では高層建築物の上部、屋内では天井など、移動体端末１０から見て高仰角となる場所に設置されるのが一般的である。このため、移動体端末１０は、フェーズドアレイアンテナ１１の指向方向を天頂方向にすることにより、ギャップフィラ装置４を中継した通信をも行うことができる。

また、情報通信装置１３がギャップフィラ装置４から信号を受信すると、指向性制御部２８がフェーズドアレイアンテナ１１を無指向性または広指向性に制御する機能を有してもよい。

この場合、移動体端末１０からギャップフィラ装置４への距離は、準天頂衛星２への距離と比較すると、非常に小さい。そのため、ギャップフィラ装置４のサービスエリアＥｇ内の移動体端末１０がギャップフィラ装置４と通信を行うには、低利得のアンテナで充分である。こうして、移動体端末１０は、サービスエリアＥｇ内では、無指向性または広指向性に制御されたフェーズドアレイアンテナ１１を用いて、ギャップフィラ装置を中継して安定した通信を行うことができる。

このように、本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）フェーズドアレイアンテナ１１は、電気的に指向方向を制御することができるので、機械的な指向方向制御機構が不要であり、耐久性、信頼性および移動体端末１０の姿勢変化に対する追従性が向上する。
（２）フェーズドアレイアンテナ１１の指向方向が天頂方向へ制御されるので、地上の雑音源から電波障害を受けるおそれが少ない。
（３）アレイファクタ計算部２７は、フェーズドアレイアンテナ１１の移相器３１１〜３ｎｍの各制御値を求めるためには、姿勢角センサ２５により検出された姿勢角に対応するアレイファクタ情報を、アレイファクタ記憶部２１から検索すればよいので、複雑な計算が不要である。
（４）つまり、衛星の軌道情報を記憶し衛星の位置を演算する機構などが不要なので、構成を簡単にでき、製造費用の低減化、小型軽量化および低消費電力化を図ることができる。

本実施形態の移動体用アンテナ制御装置およびアンテナ制御方法が適用される準天頂衛星システムの概念を示す説明図である。 本実施形態の移動体用アンテナ制御装置およびアンテナ制御方法が適用される準天頂衛星システムの運用例を示す説明図である。 移動体端末の外観を示す斜視図である。 移動体端末の構成を示すブロック図である。 フェーズドアレイアンテナを詳細に示すブロック図である。 アレイファクタ記憶部に記憶されたアレイファクタ情報の一例を示す図である。 情報通信装置を詳細に示すブロック図である。 アンテナ制御装置の動作を示すフローチャートである。 準天頂衛星と移動体端末との間に障害壁がある場合の通信状態を示す説明図である。

符号の説明

１，１ｂ 準天頂衛星システム
２ 準天頂衛星
１０ 移動体端末
１１，１１ｂ，１１ｃ フェーズドアレイアンテナ
１２ アンテナ制御装置
１３ 情報通信装置
２１ アレイファクタ記憶部
２５ 姿勢角センサ
２７ アレイファクタ計算部
２８ 指向性制御部
２１１〜２ｎｍ アンテナ素子
３１１〜３ｎｍ 移相器

Claims (11)

1. 所定の準天頂軌道を航行する衛星に対して、移動体に備えた指向性アンテナを用いて通信を行うための移動体用アンテナ制御装置において、
   前記指向性アンテナは、天頂方向へ指向させたとき少なくとも前記衛星をカバーできるビーム幅を有し電気的に指向方向を制御可能であり、
   該移動体用アンテナ制御装置は、前記指向性アンテナを制御し前記指向方向を前記天頂方向へ指向させる手段を含むことを特徴とする移動体用アンテナ制御装置。
2. 前記天頂方向へ指向させる手段は、
   前記天頂方向にかかる前記移動体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   前記指向性アンテナを前記天頂方向に指向させるためのアンテナ制御情報を複数の前記姿勢ごとに記憶したアンテナ制御情報記憶手段と、
   前記姿勢検出手段により検出された前記姿勢に対応する前記アンテナ制御情報を前記アンテナ制御情報記憶手段から検索するアンテナ制御情報検索手段と、
   前記アンテナ制御情報検索手段により検索された前記アンテナ制御情報に基づき前記指向性アンテナを電気的に制御する指向性制御手段と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の移動体用アンテナ制御装置。
3. 前記姿勢検出手段は、ジャイロおよび加速度センサからなる組を３組備えた３軸角度センサを含み、前記天頂方向にかかる前記移動体の姿勢を検出することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ制御装置。
4. 前記姿勢検出手段は、
   重力方向を検出する重力方向検出手段と、
   前記重力方向にかかる前記移動体の回転および傾きを検出する傾斜検出手段と
   を含むことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ制御装置。
5. 前記指向性アンテナは、複数のアンテナ素子を備えたフェーズドアレイアンテナであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の移動体用アンテナ制御装置。
6. 前記天頂方向へ指向させる手段は、複数の前記アンテナ素子にかかる送信信号または受信信号の位相を各々制御する移相手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の移動体用アンテナ制御装置。
7. 前記指向性アンテナはさらに、指向性の広狭を電気的に制御可能であり、
   前記アンテナ制御装置はさらに、地球上に設置され前記衛星と前記移動体との通信を中継するギャップフィラ装置からの信号を受信すると前記指向性可変アンテナの指向性を前記衛星と直接通信するときより広く制御する指向性可変手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のアンテナ制御装置。
8. 前記衛星はさらに、通信中の該衛星から別の前記衛星へのハンドオーバを行うべきハンドオーバ時刻を配信し、前記指向性アンテナに接続された通信装置は、前記ハンドオーバ時刻に基づいて前記ハンドオーバを行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の移動体用アンテナ制御装置。
9. 前記移動体は、該移動体の異なる面に複数の前記指向性アンテナを備え、
   前記移動体用アンテナ制御装置は、前記移動体の姿勢に応じて複数の前記指向性アンテナのいずれかに切り換えるアンテナ切り換え手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のアンテナ制御装置。
10. 所定の準天頂軌道を航行する衛星に対して、移動体に備えた指向性アンテナを用いて通信を行うための移動体用アンテナ制御装置によるアンテナ制御方法において、
    前記指向性アンテナは、天頂方向へ指向させたとき少なくとも１機の前記衛星をカバーできるビーム幅を有し電気的に指向方向を制御可能であり、
    該アンテナ制御方法は、前記移動体用アンテナ制御装置が前記指向性アンテナを制御し前記指向方向を前記天頂方向へ指向させるアンテナ制御過程を含むことを特徴とするアンテナ制御方法。
11. 前記アンテナ制御過程は、
    前記移動体用アンテナ制御装置が前記指向性アンテナを前記天頂方向に指向させるためのアンテナ制御情報を前記移動体の複数の姿勢ごとに記憶するアンテナ制御情報記憶過程と、
    前記移動体用アンテナ制御装置が前記天頂方向にかかる前記姿勢を検出する姿勢検出過程と、
    前記移動体用アンテナ制御装置が前記姿勢検出過程において検出された前記姿勢に対応する前記アンテナ制御情報を、前記アンテナ制御情報記憶過程において記憶したアンテナ制御情報から検索するアンテナ制御情報検索過程と、
    前記移動体用アンテナ制御装置が前記アンテナ制御情報検索過程において検索された前記アンテナ制御情報に基づき前記指向性アンテナを電気的に制御する指向性制御過程と
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ制御方法。

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