JP2007512757A - 改善された移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステム及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

本発明は２軸衛星追跡アンテナシステムにおいて、２つのジャイロセンサのみを用いて衛星の仰角及び方位角を捕捉して追跡できるようにし、１軸衛星追跡アンテナシステムにおいて、１つのジャイロセンサのみを用いて衛星の方位角を捕捉して追跡できるようにする移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステム及びその動作方法を開示する。本発明による移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステムは、アンテナの衛星志向方向と垂直になる平面軸上に直交して設置される２つのジャイロセンサを用いて衛星の位置を捕捉し、別の絶対角センサ無しに補正アルゴリズムを用いて衛星の位置を持続的に追跡できるようにすることで、衛星追跡アンテナシステムの構成を簡単化するとともに、製造コストを節減できるという効果がある。

Description

本発明は衛星追跡アンテナシステム及びその動作方法に関し、より詳しくは２軸衛星追跡アンテナシステムにおいて、２つのジャイロセンサのみを用いて衛星の仰角及び方位角を捕捉して追跡できるようにし、１軸衛星追跡アンテナシステムにおいて、１つのジャイロセンサのみを用いて衛星の方位角を捕捉して追跡できるようにする改善された移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステム及びその動作方法に関する。

通常、衛星追跡アンテナシステムは、衛星を追跡するためにアンテナの方向を制御するモータの個数によって１軸アンテナ、２軸アンテナ、３軸アンテナに区分される。

１軸アンテナは、アンテナの仰角を固定させ、アンテナの方位角の方向だけを１つのモータで制御して衛星の位置を追跡する場合に用いられ、２軸アンテナは、２つのモータを用いて一つのモータはアンテナの仰角を制御し、もう一つのモータはアンテナの方位角を制御することで衛星の位置を追跡する場合に用いられ、３軸アンテナは、２軸アンテナに加えて偏波を制御するための水平軸制御モータを更に備えてなり、これらの３つのモータを通じてアンテナの仰角、方位角、水平角を制御することにより衛星の位置を追跡する場合に用いられる。

上記アンテナシステムが搭載される車両又は船舶などの移動体は、ヨー（Yaw）、ピッチ（Pitch）、ロール（roll）の３種の角度に動くが、かかる移動体の動きを把握して衛星の位置を追跡する２軸アンテナの場合、ジャイロ（角速度）センサをヨー、ピッチ、ロール方向にそれぞれ設置して移動体の動きに応じた衛星の位置を追跡することでアンテナの仰角及び方位角を制御することになる。

図１は従来の２軸アンテナシステムに備えられたジャイロセンサの設置概念図であり、図２は従来のジャイロセンサを有する２軸アンテナシステムの構成概念図である。

図１及び図２に示したように、ジャイロセンサＲ２、Ｒ３は移動体のピッチ、ロール方向への動きを感知するために基板１と平行に設置され、Ｒ１はヨー（ヘッド）方向への動きを感知するために基板１と垂直に設置される。ジャイロセンサＲ３が設置されているＸ軸をアンテナが指向すべき衛星の方向（ターゲット点）と一致させると、ジャイロセンサＲ１とＲ３の出力は全てのアンテナの追跡誤差のうち方位角方向の誤差のみに関連性があり、その結果ジャイロセンサＲ１、Ｒ３の出力はアンテナの方位角方向の制御だけに影響を及ぼすようになる。また、ジャイロセンサＲ２の出力は仰角方向の誤差のみに関連性があるので、アンテナの仰角制御だけに影響を及ぼすようになる。

一方、このようなジャイロセンサは周辺環境によって誤差が発生して累積されるが、かかる累積誤差を補正するために絶対角センサである２つのチルトセンサ及び１つの磁場センサを更に含む。上記累積誤差補正のための絶対角センサである２つのチルトセンサは水平方向（Ｘ軸、Ｙ軸）に対する傾きを感知し、磁場センサは方位角を感知するセンサである。このようにジャイロセンサ及び絶対角センサから発生される出力値及び衛星から受信される衛星信号の強さを用いて衛星の位置が追跡されることになる。

上記のような従来の２軸アンテナシステムは、衛星信号を追跡するために３つのジャイロセンサ及び２つのチルトセンサ、並びに１つの磁場センサを使用しなければならないので、システムの構成が複雑化し、夫々のセンサから出力される信号を分析して衛星の位置を追跡する手続が複雑なのでアンテナの構築が容易でなく、しかも高コストとなるという問題点があった。

一方、１軸アンテナシステムは仰角を考慮せず方位角のみを制御することにより、システムの構成が簡単に具現できる。図３は従来のジャイロセンサを有する１軸アンテナシステムの構成概念図である。

図３に示したように、１軸アンテナシステムは、通常、アンテナの基板１と垂直となるヨー方向へ一つのジャイロセンサＲを含んでおり、これによってアンテナシステムの搭載された移動体の方位角の動きを感知するようにしている。しかし、上記１軸アンテナシステムは移動体の水平への傾きに対する考慮が十分に反映されておらず、移動体の正確な方位角が感知できないといった問題点があった。即ち、移動体の方位角の動きを正確に感知するためには、図１で説明した移動体のヨー、ロール方向の動きを同時に把握して方位角を計算しなければならないが、この場合２つのジャイロセンサが必要になって多くの費用がかかるので、通常に一つのジャイロセンサを介してヨー方向の動きだけを感知して方位角を制御しているのが実状であった。

従って、本発明は上述した問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、２軸アンテナシステムにおいて、２つのジャイロセンサのみを用いて衛星の位置を捕捉することにより、別の絶対角センサを用いずに、補正アルゴリズムを用いて衛星の位置を持続的に追跡できるようにする改善された移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステム及びその動作方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、１軸アンテナシステムにおいて、一つのジャイロセンサを用いて衛星の方位角を正確に捕捉して追跡できるようにする改善された移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステムを提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステムは、衛星信号を受信するアンテナ部と、移動体の動きを感知するジャイロセンサ部と、前記アンテナ部から伝送される衛星信号の強さ及びジャイロセンサ部から伝送される移動体の移動情報に基づいて衛星の位置を追跡する制御盤と、制御盤の制御によってアンテナ部を衛星に向かうように回転させる方位角モータ及び仰角モータとを含む移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステムにおいて、ジャイロセンサ部は、アンテナ部の衛星志向方向と垂直になる平面軸上に直交するように設置される２つのジャイロセンサからなり、一つのジャイロセンサは移動体の仰角の変角速度を測定するために平面軸上の水平方向に設置され、もう一つのジャイロセンサは移動体の方位角の変角速度を測定するために平面軸上の垂直方向に設置され、制御盤に移動体の仰角の変角速度及び方位角の変角速度に対するデータを伝送するように構成される。

上記ジャイロセンサ部のジャイロセンサは、アンテナ部のアンテナを支持するアンテナプレートの背面に夫々水平及び垂直方向に直交するように設置されるようにしてもよい。

また、上記方位角モータは、ドーム状の蓋が着脱自在に掛けられたアンテナ下部カバーの内部に垂直軸に対して水平回転可能に固定された基板上に設置され、基板の上面には垂直軸のための軸受が設置され、上記方位角モータは下部のドライブプーリーと連結されたタイミングベルトを介して基板の下部に露出された垂直軸に動力を伝達するようにしてもよい。

のみならず、前記仰角モータは、ドーム状の蓋が着脱自在に掛けられたアンテナ下部カバーの内部に軸受を介して垂直軸に対して水平回転可能に固定された基板の一側面に折曲形成されたモータ固定部に設置されるようにしてもよい。

更に、前記アンテナ部のアンテナを支持するアンテナプレートの背面の一側には半円状のプーリーが両側の固定板によって固着され、前記アンテナプレートの背面の他側には固定板が固着されることにより、前記固定板が基板の両側面に延びて折り曲げられた支持部と水平軸に対して回転可能に結合され、前記半円状のプーリーの両端にタイミングベルトの一側が固定され、前記半円状のプーリーの周りに形成された離脱防止用の溝を介してタイミングベルトが前記仰角モータのドライブプーリーに連結されることでアンテナプレートの仰角が調節されるようにしてもよい。

尚、本発明の目的を達成するための移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステムの動作方法は、衛星信号を受信するアンテナ部と、移動体の動きを感知するジャイロセンサ部と、アンテナ部から伝送される衛星信号の強さ及びジャイロセンサ部から伝送される移動体の移動情報に基づいて衛星の位置を追跡する制御盤と、制御盤の制御によってアンテナ部を衛星の位置に回転させる方位角モータ及び仰角モータとを含む移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステムの衛星追跡方法において、ａ）上記アンテナ部の衛星志向方向と垂直になるアンテナプレートの背面上に垂直方向及び水平方向に直交するように設置された第２のジャイロセンサＲ１’と第１のジャイロセンサＲ２の基準出力値を測定する段階と、ｂ）方位角モータ及び仰角モータによってアンテナ部を上下左右に回転させるとともにアンテナ部によって受信される衛星信号の強さが基準値より大きな位置を捕捉する衛星初期位置捕捉段階と、ｃ）上記ｂ）段階で捕捉された衛星の位置を前記アンテナ部を介して伝送される衛星信号の強さ及び第２のジャイロセンサＲ１’と第１のジャイロセンサＲ２から伝送される移動体の方位角及び仰角の移動情報に基づいて持続的に追跡する段階と、ｄ）衛星の位置を追跡するｃ）段階において、周辺環境によって持続的に変化する第２のジャイロセンサＲ１’と第１のジャイロセンサＲ２の出力値を計算して第２のジャイロセンサＲ１’と第１のジャイロセンサＲ２の基準出力値を補正する段階とを含んでなる。

以上説明したように本発明による衛星追跡アンテナシステム及び動作方法は、２軸アンテナシステムにおいて２つのジャイロセンサのみを用いて衛星の位置を捕捉し、別の絶対角センサ無しに補正アルゴリズムを用いて衛星の位置を持続的に追跡することで、衛星追跡アンテナシステムを簡単に製作でき、製造コストを節減できるという有用な効果がある。

また、本発明による衛星追跡アンテナシステムは、１軸アンテナシステムにおいて、一つのジャイロセンサのみを用いて衛星の方位角を正確に捕捉し追跡することができるという効果がある。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

図４は本発明の実施形態によって２つのジャイロセンサのみを用いて衛星の位置を追跡するジャイロセンサの設置概念図である。まず、図４の説明に先立って、図４に表示された符号に対して次の通り定義する。
Ｘ軸：ロール変角速度検出のための中心軸
Ｙ軸：ピッチ変角速度検出のための中心軸
Ｚ軸：ヨー変角速度検出のための中心軸
Ｘ’軸：アンテナが志向する衛星ターゲット点の中心軸
Ｚ’軸：Ｙ軸を中心としてＸ軸をＸ’軸に変換するときに発生するＺ軸の変換軸
α：Ｘ軸とＸ’軸の角度
φ：方位角モータのアンテナ回転方位制御角
φ’：Ｚ’軸に具備されたジャイロセンサＲ１’の角速度の出力値
θ：仰角モータのアンテナ回転仰角の制御角（＝Ｙ軸に具備されたジャイロセンサＲ２の角速度の出力値）

図４に示したように、本発明による衛星追跡アンテナシステムは、衛星の位置を追跡するために移動体の動きを感知するジャイロセンサが２つ設置されるが、一つのジャイロセンサは上記図１で説明したジャイロセンサＲ２と同じ方向、即ち移動体の仰角変化を感知するためにＹ軸に設置される。

もう一つのジャイロセンサは、方位角の変化を感知するためにＺ’軸に設置されるが、このＺ’軸は上記図１のＺ軸の軸変換によって生成された軸であって、図１のＸ軸をＸ軸に対してαの角度を有する衛星が指向すべきターゲット点方向であるＸ’軸と一致するようにＹ軸を中心としてαだけ回転させると、軸変換が発生してＸ軸と垂直であるＺ軸もＸ’軸と垂直であるＺ’軸へ変換される。つまり、Ｚ’軸は衛星が指向すべきターゲット点であるＸ’軸と垂直をなす。

この場合、図１のＺ軸上のジャイロセンサＲ１はＺ軸の軸変換によって図２のＺ’軸上のジャイロセンサＲ１’に変更されるが、このような変更されたジャイロセンサＲ１’の出力値φ’は、方位角モータによって方位角を制御する方位角の制御角φに影響を及ぼすことになる。また、軸変換の行われないＹ軸のジャイロセンサＲ２の出力値φは、図１と同様に仰角モータによって仰角を制御する仰角の制御角φと一致するようになる。

上記の過程を経て軸変換が行われると、図１のＸ軸に備えられたジャイロセンサＲ３は図２のＸ’軸に位置するようになるので、このＸ’軸の回転速度を感知するジャイロセンサＲ３の出力は衛星の位置変換とは何ら関係なく、意味がないので衛星追跡時に利用しないようになる。従って、図１の従来の方法においてジャイロセンサＲ１、Ｒ３及び絶対角センサであるチルトセンサ並びに磁場センサを用いて得られたセンサの出力値を複雑な軸変換数式で計算して方位角の制御角φの誤差角を計算することで方位角モータの誤差補正角φを計算する方法とは異なり、本発明ではジャイロセンサＲ１、Ｒ３を一つのジャイロセンサＲ１’に代替することにより、絶対角センサを用いずに簡単にφ’から方位角の制御角φの誤差角を計算して方位角を制御できるようになる。

ジャイロセンサＲ１’の出力値φ’と方位角の制御角φは、衛星の仰角に応じて相関係数が異なるので、制御盤を構成する際に、仰角の使用領域によって制御定数を制御しなければならない。また、本発明は絶対角センサを用いずに相対角センサであるジャイロセンサだけを用いてアンテナの仰角及び方位角を制御するので、ジャイロセンサの累積誤差を減らすことができる補正アルゴリズムが必要となるが、この補正アルゴリズムは後述する。

図５は本発明の実施形態に係る衛星追跡アンテナシステムの構成概念図であって、図２の従来のアンテナシステムにおいては、３つのジャイロセンサＲをアンテナの基板１上に水平に装着してヨー角及びロール角にそれぞれ対応するジャイロセンサＲ１とＲ３の出力を計算して方位角モータを制御していたが、これに対し、本発明によるアンテナシステムは、ジャイロセンサＲをアンテナ部１００の背面にアンテナ部の志向方向と垂直になるように装着することで、別途の計算を行う必要無しに、ジャイロセンサの出力を用いて方位角モータを制御できるように設置される。

次に、上述した２つのジャイロセンサを用いた衛星追跡の概念が適用された衛星追跡アンテナシステムの具体的な実施形態について詳述する。

図６は本発明の好適な実施形態に係る２軸衛星追跡アンテナシステムの分解斜視図であり、図７〜図９は本発明の実施形態に係る２軸衛星追跡アンテナシステムの結合斜視図であり、図１０は本発明の実施形態に係る２軸衛星追跡アンテナシステムのアンテナプレートの背面部を示す図である。

図６〜図９に示したように、本実施形態の衛星追跡アンテナシステムは、ドーム状の蓋Ｃが着脱自在に掛けられたアンテナ下部カバーＨの内部に垂直軸Ｓ１に対して水平回転可能に固定された基板１上にアンテナ１１０の方位角及び仰角をそれぞれ調節するための方位角モータ４１０及び仰角モータ４２０が設置されており、この２つのモータ４１０、４２０は制御盤３００の制御信号により制御されて衛星の位置が追跡できるようにアンテナ１１０の方位角及び仰角を調節する。

図１０に示したように、本実施形態における２つのジャイロセンサＲ１’とＲ２は、基板１でなくアンテナ１１０が固定されているアンテナプレート１１１の背面に互いに直交するように取り付けられるが、その中で一方のジャイロセンサＲ１’はアンテナ１１０が志向する方向と直角（図面上には上方に向かって設置されたもの）になるように取り付けられることによって、ヨー角およびロール角の変化に応じた方位角に反応するようにし、他方のジャイロセンサＲ２はジャイロセンサＲ１’と直角になるように、つまりアンテナプレート１１１の背面に左右方向に向かうように取り付けられることによって、アンテナ１１０の仰角に反応するようになっている。

アンテナ１１０の方位角を調節するための機構的なメカニズムは、既存の衛星追跡アンテナと同様であるので、これに対する具体的な説明は省略するが、垂直軸Ｓ１のための軸受５が基板１の上面に設置されているので、基板１の下部に露出された垂直軸Ｓ１へタイミングベルト６によって動力を伝達する方位角モータ４１０のドライブプーリー２ａを含む軸長もその分だけ短く短縮できるので、方位角モータ４１０の軸にかかる偏心負荷を最小化できるようになっている。

本発明ではアンテナ１１０の仰角を調節するための機構的なメカニズムが各部品の加工上の便宜及び製造コストの節減を図ることができるように、既存のものに比べて単純化していることが分かるが、まず、仰角モータ４２０は基板１の一側面を折り曲げてこの部分に直接モータ固定部１ａを形成することにより、別の固定ブラケットを追加に製作する必要がないようにして工数を減らすことができ、モータ駆動時の反発力によってブラケットが緩む現像も防止できるようにすることでアンテナの耐久性向上及び故障発生の可能性も低減させることができるようにした。

更に、アンテナ１１０の仰角を調節するためにアンテナプレート１１１の背面に半円状のプーリー３を直接固着し、このプーリー３の両側には２つの固定板７ａ、７ｂを平行に取り付け、アンテナプレート１１１の背面の他側にも固定板７ａと同じサイズの固定板７ｃを取り付けて、基板１の両側面に延びて折り曲げられた支持部１ｂに水平軸Ｓ２に対して回転可能に固定する。半円状のプーリー３と仰角モータ４２０のドライブプーリー２ｂとの間にタイミングベルト４を連結する。本発明では半円状のプーリー３の両端にタイミングベルトを固定させ、単に半円状のプーリー３の周りにタイミングベルト４の離脱防止のための溝３ａだけを形成すれば、半円状のプーリー３の外側に全体として歯車の歯を加工することなく、ステップモータである仰角モータ４２０の駆動力がタイミングベルト４によって半円状のプーリー３に正確な割合で伝達できるようになるので、アンテナの正確な仰角調節が可能になり、このためこれらの仰角調節のための機構的なメカニズムが簡単になって製造コストの節減を図ることができるようになる。

また、本発明でアンテナプレート１１１の仰角調節が円滑に行われるように、半円状のプーリー３の内部には軸受（図示せず）を挿入して水平軸Ｓ２の回転を滑らかにしている。また、アンテナプレート１１１の背面に半円状のプーリー３を固着し、仰角モータ４２０及びタイミングベルト４によって駆動させるときに発生する力の偏重によって仰角方向の回転が円滑に行われない不具合を解決するために、半円状のプーリー３の両側に２つの固定板７ａ、７ｂを平行に取り付けている。

一方、本発明では基板１上に配設される方位角モータ４１０、仰角モータ４２０、及び制御盤３００の位置をアンテナプレート１１１の重量及び設置位置に鑑みて、水平軸Ｓ１を中心として回転方向に対してその重心が偏らないように、即ち釣りあいの取れた配置をなすように設計されており、これによって方位角モータ４１０の駆動時にかかる負荷を最小化させることができる。

ここで、符号８はリミットスイッチであって、リミットスイッチ８は、図９に示したようにアンテナプレート１１１が基板１に対して平行をなすときにターンオンされるが、これは衛星の初期追跡のためにジャイロセンサＲ１’、Ｒ２の出力基準値を設定するキャリブレーション（Calibration）過程に利用される。すなわち、リミットスイッチ８によってアンテナプレート１１１が基板１に対して平行になったことが感知されると、アンテナプレート１１１の背面に設置されたジャイロセンサ部２００も基板１と平行になって、ジャイロセンサＲ１’、Ｒ２の出力値がヨー側の動きに影響を受けず、ピッチ側及びロール側の影響のみを受けるので、ピッチ及びロールの平均を求めてジャイロセンサＲ１’、Ｒ２の出力基準値を得ることができるが、これに対する詳細な説明は図１２で後述する。

図１１は本発明による２つのジャイロセンサを有するアンテナシステムの全体的なブロック構成図である。

図１１に示したように、本発明による衛星追跡システムは、衛星から衛星信号を受信するアンテナ１１０と、受信した衛星信号を中間周波数衛星信号に切り換えるＬＮＢ１２０が具備されたアンテナ部１００と、アンテナ部１００の背面に設置されて移動体の動きを感知するジャイロセンサ部２００と、アンテナ部１００から伝送される衛星信号及びジャイロセンサ部２００から伝送される角速度信号を分析して衛星の位置を把握する制御盤３００と、制御盤３００によって把握された衛星の位置にアンテナ部１００を回転させるモータ部４００と、アンテナ部１００から伝送される衛星信号を衛星放送受信機６００に伝送するための伝送手段であるロータリージョイント５００とを含んでなる。

ジャイロセンサ部２００は、図４、図５及び図１０で説明したように、ジャイロセンサＲ１’とＲ２からなり、アンテナ部１００の指向方向と垂直になるようにアンテナ部１００の背面に互いに直交して設置されることにより、アンテナシステムの搭載された移動体の動きに応じて方位角及び仰角の角速度信号を制御盤３００に伝送する。

制御盤３００は、アンテナ部１００から伝送される中間周波数衛星信号を同一の二つの中間周波数衛星信号に分配する電力分配器３１０と、電力分配器３１０から伝送される中間周波数衛星信号を受信してセットされた周波数の衛星信号を検出する信号検出器３２０と、信号検出器３２０から伝送される周波数衛星信号をＡ／Ｄ変換するＡＤ変換機３３０と、ＡＤ変換機３３０から伝送される衛星信号の強さとジャイロセンサ部２００から伝送される移動体の方位角及び仰角の角速度信号とを分析して衛星の位置を把握する中央制御部３４０と、中央制御部３４０によって把握された衛星の位置にアンテナ部１００を回転させるためにモータ部４００を駆動させるモータ制御部３５０とを含む。

モータ部４００は、制御盤３００のモータ制御部３５０に備えられる方位角制御器３５１の制御によってアンテナ部１００を方位角方向に駆動させる方位角モータ４１０と、仰角制御器３５２の制御によってアンテナ部１００を仰角方向に駆動させる仰角モータ４２０とを含む。

信号検出器３２０は、電力分配器３１０を介して伝送される衛星信号のうちセットされた周波数のＡＧＣ（Automatic Gain Control、自動利得制御）信号を出力し、ＡＤ変換機３３０は信号検出器３２０から出力されるＡＧＣ信号をＡＤ変換して中央制御部３４０に伝送し、中央制御部３４０はＡＤ変換機３３０を介して入力される衛星信号のＡＧＣ信号とジャイロセンサ部２００から伝送される移動体の仰角及び方位角の角速度とを分析して衛星の位置を追跡する。

ロータリージョイント５００は、制御盤３００の電力分配器３１０によって分配された中間周波数衛星信号を衛星放送受信機６００に伝送し、衛星放送受信機６００に伝送された衛星信号はモニタ７００を介して表示される。そして、ロータリージョイント５００は、外部から電源が入力されて上述した各構成部に電源を供給する役割を遂行する。

次に、制御盤３００が衛星の位置を初期捕捉し、その以降持続的に衛星の位置を追跡してアンテナ部１００の指向方向が衛星に向かうように制御する過程について説明する。

図１２は本発明の実施形態による、衛星の初期追跡時に別途の絶対角センサであるチルトセンサを用いずに遂行されるジャイロセンサ部２００の出力基準値を設定するキャリブレーション（Calibration）過程を示すフローチャートである。

図１２に示したように、アンテナシステムに電源が印加されると、まずアンテナプレート１１１の背面に設置されたジャイロセンサ部２００が基板１に平行になるように仰角モータ４２０を駆動する（ステップＳ１１０）。ジャイロセンサ部２００が具備されたアンテナプレート１１１と基板１との平行状態は基板１の一側の支持部１ｂに設置されたリミットスイッチ８によって感知される。リミットスイッチ８によってアンテナプレート１１１と基板１との平行状態が感知されると、制御盤３００は基板１と平行になった状態でジャイロセンサ部２００のジャイロセンサＲ１’とＲ２の出力値を一定した時間間隔で２０回測定する（ステップＳ１２０）。ジャイロセンサＲ１’とＲ２の出力測定時間間隔及び回数は周辺環境によって適宜に変形可能である。

ジャイロセンサ部２００の出力が２０回測定されると、測定されたジャイロセンサ部２００の最大出力値Ｍａ及び最小出力値Ｍｉを検出して取得する（ステップＳ１３０）。この際に得られるジャイロセンサ部２００の最大出力値Ｍａ及び最小出力値Ｍｉはジャイロセンサ部Ｒ１’とＲ２に対してそれぞれ得られる。

ジャイロセンサ部２００の最大出力値Ｍａ及び最小出力値Ｍｉが得られると、最大出力値Ｍａと最小出力値Ｍｉとの差を計算した後、計算した差が設定値より小さいか否かを判別する（ステップＳ１４０）。最大出力値Ｍａと最小出力値Ｍｉとの差の計算もジャイロセンサＲ１’とＲ２がそれぞれ区分されて行われる。

もし、上記ステップＳ１４０で計算した最大出力値Ｍａと最小出力値Ｍｉとの差が設定値より小さいと、移動体が停止したものと判断して、測定した２０個のジャイロセンサ部２００の出力値を平均することで、キャリブレーションを行ってジャイロセンサＲ１’とＲ２の基準出力値を獲得する（ステップＳ１５０）。この基準出力値は移動体が停止した状態におけるジャイロセンサの出力値を意味する。

もし、上記ステップＳ１４０で計算した最大出力値Ｍａと最小出力値Ｍｉとの差が設定値より大きいと、移動体が動いていると判断して、より長時間の間ジャイロセンサ２００の出力値を測定した後、これらを平均してキャリブレーションを行うことによって、ジャイロセンサＲ１’とＲ２の基準出力値を獲得する（ステップＳ１６０）。

上記ステップＳ１１０でジャイロセンサ部２００を基板１と平行に位置させる理由は、以下の通りである。ジャイロセンサ部２００が基板１と平行になると、ジャイロセンサ部２００の出力値がヨー側の動きに全く影響を受けず、ピッチ側及びロール側の影響だけを受けることになって、長期的にピッチ及びロールの平均を求めると、別途のチルトセンサなどの絶対角センサを用いずにジャイロセンサＲ１’とＲ２の初期基準出力値を求めることができる。上記過程を通して得られたジャイロセンサＲ１’とＲ２の基準出力値は周辺環境によって変更できるので、衛星の位置を追跡する過程で持続的にジャイロセンサＲ１’とＲ２の基準出力値を補正するキャリブレーションの過程が必要であるが、これは図１３で説明する。

図１３は本発明の実施形態によって衛星の位置を追跡する過程で発生するジャイロセンサ部の誤差を補正する過程を示すフローチャートであり、図１４は図１３の誤差補正時アンテナ部の移動方向の一例を示した図である。

図１３に示したように、一般的な衛星位置捕捉方法によって衛星の初期位置が捕捉されると（ステップＳ２１０）、制御盤３００の中央制御部３４０は衛星の位置を持続的に追跡することになる（ステップＳ２２０）。衛星の自動追跡のために中央制御部３４０はジャイロセンサ部２００の２つのジャイロセンサＲ１’とＲ２から伝送される出力値に基づいて移動体の方位角及び仰角の動きを把握し、把握された移動体の動きによって方位角モータ４１０及び仰角モータ４２０を駆動してアンテナ部１００が衛星を持続的に指向できるように制御する。方位角感知用ジャイロセンサＲ１’と仰角感知用ジャイロセンサＲ２を通して移動体の動きによって衛星を追跡する過程で、温度、湿度などの周辺環境によってジャイロセンサＲ１’とＲ２の基準出力値に変化が発生されることができ、かかるジャイロセンサＲ１’とＲ２の基準出力値の変動が累積されると、衛星追跡のエラーが発生する恐れがある。

このようなジャイロセンサの基準出力値を補正するために、本発明の制御盤３００は、図１４に示したように、まず、衛星の位置が捕捉された状態で方位角モータ４１０を駆動してアンテナ部１００を設定角ａだけ右側（図１４における１の方向）へ移動させる（ステップＳ２３０）。かかる方位角モータ４１０の駆動はジャイロセンサＲ１’の基準出力値を任意に変更させることにより行われるが、つまりジャイロセンサＲ１’の基準出力値を任意に変更させると、制御盤３００はジャイロセンサＲ１’の変更された出力値だけ移動体が方位角方向に回転されたものと判断して、これを補償するためにアンテナ部１００の方位角を逆方向に回転させることで進行される。上記ステップＳ２３０でアンテナ部１００の方位角が設定角ａだけ移動すれば、アンテナ部１００の方位角移動時間ｔ１が制御盤３００に記憶される（ステップＳ２３１）。

アンテナ部１００の方位角が設定角ａだけ移動すると、制御盤３００は方位角モータ４１０を停止させた状態で仰角モータ４２０を駆動してアンテナ部１００を設定角ｂだけ上部（図１４における１の方向）へ移動させる（ステップＳ２４０）。仰角モータ４２０の駆動も、ジャイロセンサＲ２の基準出力値を任意に変更することで変更された出力値に該当する移動体の仰角の動きを補償するために仰角制御が行われる。上記ステップＳ２４０でアンテナ部１００の仰角が設定角ｂだけ移動すると、アンテナ部１００の仰角移動時間ｔ２が制御盤３００に記憶される（ステップＳ２４１）。

アンテナ部１００の仰角が設定角ｂだけ移動すると、制御盤３００は仰角モータを停止した状態で方位角モータ４１０を駆動してアンテナ部１００を設定角−ａ（図１４における３の方向）だけ移動させるが（ステップＳ２５０）、アンテナ部１００の方位角が設定角−ａだけ移動されると、アンテナ部１００の方位角は結局上記ステップＳ２３０の移動を相殺して最初の変更前の基準出力値に回復する。上記ステップＳ２５０でアンテナ部１００の方位角が設定角−ａだけ移動すれば、アンテナ部１００の方位角移動時間ｔ３が制御盤３００に記憶される（ステップＳ２５１）。

アンテナ部１００の方位角が設定角−ａだけ移動すると、制御盤３００は方位角モータ４１０を停止した状態で仰角モータ４２０を駆動してアンテナ部１００を設定角−ｂ（図１４における４の方向）だけ移動させるが（ステップＳ２６０）、アンテナ部１００の仰角が設定角−ｂだけ移動されると、アンテナ部１００の仰角は上記ステップＳ２４０の移動を相殺して最初の変更前の基準出力値に回復する。上記ステップＳ２６０でアンテナ部１００の仰角が設定角−ｂだけ移動すれば、アンテナ部１００の仰角移動時間ｔ４が制御盤３００に記憶される（ステップＳ２６１）。

上記の過程を通して得られたデータからジャイロセンサＲ１’の変更された基準出力値及びジャイロセンサＲ２の変更された基準出力値を計算すればよい。ジャイロセンサＲ１’及びＲ２の変更された基準出力値の計算式は次の通りである（ステップＳ２７０）。
Ｒ１’の変更基準出力値＝Ｒ１’の基準出力値−｛（ａ×ｔ１）−（ａ×ｔ３）｝／（ｔ１＋ｔ３）・・・（式１）
Ｒ２の変更基準出力値＝Ｒ２の基準出力値−｛（ｂ×ｔ２）−（ｂ×ｔ４）｝／（ｔ２＋ｔ４）・・・（式２）

例えば、ジャイロセンサＲ１’の基準出力値が５１２であるとき、アンテナ部の方位角を１の方向に回転させるために、Ｒ１’の基準出力値を５０２に変更して１０だけ移動させ、アンテナ部の方位角を３の方向に回転させるためにＲ１’の基準出力値を５２２に変更して−１０だけ移動させる場合、ジャイロセンサＲ１’の基準出力値が変動しなかったら、１の方向に移動した時間及び３の方向に移動した時間とが同一でなければならない。しかしながら、実際の移動時間を測定したところ、図１４の１の方向への移動時２が、３の方向への移動時８が得られ、これはジャイロセンサＲ１’の基準出力値が変更されたことを意味するので、上記式１によって変更された基準出力値は５１２−（（（１０×２）−（１０×８））／（２＋８））＝５１８となる。仰角方向のジャイロセンサＲ２の変更された基準出力値も前記ジャイロセンサＲ１’の方法と同一な過程を通して計算される。

上記の過程を通してジャイロセンサＲ１’とＲ２の変更された基準出力値が計算されると、ジャイロセンサＲ１’とＲ２の基準出力値が新たに計算された基準出力値に変更されて更新される（ステップＳ２８０）。

上記過程（ステップＳ２３０〜Ｓ２８０）を通してジャイロセンサＲ１’とＲ２の基準出力値を補正する過程において、制御盤３００は持続的に衛星信号の強さを検出するが、もし衛星信号の強さが既設定された基準強度を超える場合は上記の過程のまま進行し、衛星信号の強さが基準強度よりも小さくなる場合は、ジャイロセンサＲ１’とＲ２の基準出力値を元の基準出力値に変更して衛星の位置を再補足した後、前記過程を再び遂行する。

上記ジャイロセンサの基準出力値の補正過程は、ステップＳ２９０でシステムが終了されない場合に衛星追跡過程と共に持続的に繰り返し行われる。

本発明の実施形態によってアンテナ１１０の指向方向と垂直に形成されるようにアンテナプレート１１１の背面に設置される一つのジャイロセンサＲ１’を介して方位角を感知する構成は１軸アンテナに適用可能であるが、図１５は本発明の他の実施形態に係る１軸衛星追跡アンテナシステムのアンテナプレートの背面設置図である。

図３で説明した方位角を感知するために一つのジャイロセンサを基板１と垂直になるように設置して使用した従来の１軸アンテナシステムは移動体の水平移動に応じて方位角を正確に測定することができなったが、図１５では方位角を測定するための一つのジャイロセンサＲ１’をアンテナプレート１１１の背面垂直軸上に設置することで、図４〜図１４で説明した過程を通して移動体の方位角の動きを正確に感知することができる。

また、上記方位角を感知するためのジャイロセンサＲ１’の設置位置は適宜に変形できる。図１６は本発明のまた他の実施形態に係る１軸衛星追跡アンテナシステムの構成概念図である。図１６に示したように、一つのジャイロセンサＲ’を図１５のアンテナプレート１１１の背面に設置する代わりに、アンテナ１１０の仰角と同じ仰角が形成される別途のパネルに垂直方向に設置することで、移動体の正確な方位角の動きを感知することができる。

前述した本発明の実施形態ではアンテナ部１００がフラットアンテナからなるものを説明したが、本発明のアンテナ部１００はフラットアンテナに限定されて適用されるわけではない。即ち、本発明のアンテナ部１００はフラットアンテナだけでなく、通常のパラボラアンテナ、カセグレンアンテナなどの多様なアンテナに適用できる。図１７は本発明に係る衛星追跡アンテナシステムがパラボラアンテナに適用された一例を示す図であり、本発明によるジャイロセンサＲがパラボラアンテナの衛星志向方向と直交するようにパラボラアンテナに設置されて移動体の動きを感知して衛星の位置を捕捉し且つ追跡できることが分かる。

好適な実施形態において、上記アンテナプレート１１１は上記衛星のターゲット方向に垂直になるように設置され、上記ジャイロセンサＲ２及びＲ１’はそれぞれ水平方向及び垂直方向にアンテナプレート１１１の背面に設置される。ここで、‘垂直方向’、‘水平方向’、‘垂直’、及び‘直交’という用語は、角度の近似値を含む。

以上、本発明は前述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想及び下記の特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形ができることはもちろんである。

従来の２軸アンテナシステムに具備されたジャイロセンサの設置概念図である。 従来のジャイロセンサを有する２軸アンテナシステムの構成概念図である。 従来のジャイロセンサを有する１軸アンテナシステムの構成概念図である。 本発明の実施形態に係る２軸アンテナシステムに具備されたジャイロセンサの設置概念図である。 本発明の実施形態に係る２軸アンテナシステムの構成概念図である。 本発明の実施形態に係る衛星追跡アンテナシステムの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る衛星追跡アンテナシステムの結合斜視図である。 本発明の実施形態に係る衛星追跡アンテナシステムの結合斜視図である。 本発明の実施形態に係る衛星追跡アンテナシステムの結合斜視図である。 本発明の実施形態に係る衛星追跡アンテナシステムのアンテナプレートの背面設置図である。 本発明の実施形態に係る衛星追跡アンテナシステムの全体的なブロック構成図である。 本発明の実施形態によって衛星の初期追跡時に遂行されるジャイロセンサ部のキャリブレーション（Calibration）過程を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によって衛星の位置を追跡する過程で発生されるジャイロセンサ部の誤差を補正する過程を示すフローチャートである。 前記図１３におけるジャイロセンサ部の誤差補正時、アンテナ部の移動方向の一例を示した概念図である。 本発明の他の実施形態に係る１軸衛星追跡アンテナシステムのアンテナプレートの背面設置図である。 本発明のまた他の実施形態に係る１軸衛星追跡アンテナシステムの構成概念図である。 本発明に係る衛星追跡アンテナシステムがパラボラアンテナに適用された一例を示す図である。

Claims (10)

1. 衛星信号を受信するアンテナ部（１００）と、移動体の動きを感知するジャイロセンサ部（２００）と、前記アンテナ部（１００）から伝送される衛星信号の強さ及びジャイロセンサ部（２００）から伝送される移動体の移動情報に基づいて衛星の位置を追跡する制御盤（３００）と、前記制御盤（３００）の制御によって前記アンテナ部（１００）を衛星に向かうように回転させる方位角モータ（４１０）及び仰角モータ（４２０）とを含んで構成される、衛星の位置を追跡する移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステムにおいて、
   前記ジャイロセンサ部（２００）は、前記アンテナ部の衛星指向方向と垂直になる平面軸上に直交するように設置される２つのジャイロセンサ（Ｒ２、Ｒ１’）からなり、第１のジャイロセンサ（Ｒ２）は移動体の仰角の変角速度を測定するために前記平面軸上の水平方向に設置され、第２のジャイロセンサ（Ｒ１’）は移動体の方位角の変角速度を測定するために前記平面軸上の垂直方向に設置され、前記制御盤（３００）に移動体の仰角の変角速度及び方位角の変角速度に対するデータを伝送することを特徴とする移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステム。
2. 前記ジャイロセンサ部（２００）の前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ２、Ｒ１’）は、前記アンテナ部（１００）のアンテナ（１１０）を支持するアンテナプレート（１１１）の背面に夫々水平及び垂直方向に直交するように設置されることを特徴とする請求項１記載の移動体搭載の衛星追跡アンテナシステム。
3. 前記方位角モータ（４１０）は、ドーム状の蓋（Ｃ）が着脱自在に掛けられたアンテナ下部カバー（Ｈ）の内部に垂直軸（Ｓ１）に対して水平回転可能に固定された基板（１）上に設置され、前記基板（１）の上面には前記垂直軸（Ｓ１）のための軸受（５）が設置され、前記方位角モータ（４１０）は下部のドライブプーリー（２ａ）と連結されたタイミングベルト（６）によって前記基板（１）の下部に露出された前記垂直軸（Ｓ１）に動力を伝達することを特徴とする請求項１記載の移動体搭載の衛星追跡アンテナシステム。
4. 前記仰角モータ（４２０）は、ドーム状の蓋（Ｃ）が着脱自在に掛けられたアンテナ下部カバー（Ｈ）の内部に軸受（５）によって垂直軸（Ｓ１）に対して水平回転可能に固定された基板（１）の一側面に折曲形成されたモータ固定部（１ａ）に設置されることを特徴とする請求項１記載の移動体搭載の衛星追跡アンテナシステム。
5. 前記アンテナ部（１００）のアンテナ（１１０）を支持するアンテナプレート（１１１）の背面の一側には半円状のプーリー（３）が両側の固定板（７ａ、７ｂ）によって固着され、前記アンテナプレート（１１１）の背面の他側には固定板（７ｃ）が固着されることにより、前記固定板（７ａ、７ｂ、７ｃ）が前記基板（１）の両側面に延びて折り曲げられた支持部（１ｂ）と水平軸（Ｓ２）に対して回転可能に結合され、前記半円状のプーリー（３）の両端にタイミングベルト（４）の一側が固定され、前記半円状のプーリー（３）の周りに形成された離脱防止用の溝（３ａ）を介してタイミングベルト（４）が前記仰角モータ（４２０）のドライブプーリー（２ｂ）に連結されることにより前記アンテナプレート（１１１）の仰角が調節されることを特徴とする請求項４記載の移動体搭載の衛星追跡アンテナシステム。
6. 前記基板（１）の前記支持部（１ｂ）には、前記アンテナプレート（１１１）が上下に回転する過程において、基板（１）と平行状態になると、前記アンテナプレート（１１１）の接触によってターンオンされるリミットスイッチ（８）が含まれることを特徴とする請求項５記載の移動体搭載の衛星追跡アンテナシステム。
7. 衛星信号を受信するアンテナ部と、移動体の方位角の動きを感知するジャイロセンサと、前記アンテナ部から伝送される衛星信号の強さ及び前記ジャイロセンサから伝送される移動体の移動情報に基づいて衛星の位置を追跡する制御盤と、前記制御盤の制御によってアンテナ部の方位角が衛星に向かうように回転させる方位角モータとを含んで、衛星の位置を追跡する１軸移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステムにおいて、
   前記ジャイロセンサは、前記アンテナ部の志向方向と垂直になる平面軸上の垂直方向に設置されて移動体の方位角の変角速度を測定して前記制御盤に伝送することを特徴とする、移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステム。
8. 衛星信号を受信するアンテナ部（１００）と、移動体の動きを感知するジャイロセンサ部（２００）と、前記アンテナ部（１００）から伝送される前記衛星信号の強さ及び前記ジャイロセンサ部（２００）から伝送される移動体の移動情報に基づいて衛星の位置を追跡する制御盤（３００）と、前記制御盤（３００）の制御によって前記アンテナ部（１００）を衛星の位置に回転させる方位角モータ（４１０）及び仰角モータ（４２０）とを含む、移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステムの衛星追跡方法において、
   （ａ）前記アンテナ部（１００）の衛星指向方向と垂直になるアンテナプレート（１１１）の背面上に垂直方向及び水平方向に直交するように設置された第１のジャイロセンサおよび第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の基準出力値を測定する段階と、
   （ｂ）前記方位角モータ（４１０）及び仰角モータ（４２０）によって前記アンテナ部（１００）を上下左右に回転させるとともに前記アンテナ部（１００）を介して受信される衛星信号の強さが基準値より大きな位置を捕捉する衛星初期位置捕捉段階と、
   （ｃ）前記段階（ｂ）で捕捉された衛星の位置を前記アンテナ部（１００）を介して伝送される衛星信号の強さ及び前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）から伝送される移動体の方位角及び仰角の移動情報に基づいて持続的に追跡する段階と、
   （ｄ）前記衛星の位置を追跡する段階（ｃ）において、周辺環境によって持続的に変化する前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の出力値を計算して前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の前記基準出力値を補正する段階と、
   を含むことを特徴とする移動体搭載の衛星追跡アンテナの衛星追跡方法。
9. 第１のジャイロセンサおよび第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の基準出力値を測定する前記段階（ａ）は、
   （ａ１）前記仰角モータ（４２０）を駆動して前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）が設置されている前記アンテナプレート（１１１）が基板（１）と平行になるように制御する段階と、
   （ａ２）前記段階（ａ１）で前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）が前記基板（１）と平行に保たれ、前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）が移動体の方位角の動きに影響を受けない状態で前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の出力値を一定の時間間隔で測定する段階と、
   （ａ３）前記段階（ａ２）で測定された前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の出力値の平均をそれぞれ計算することにより、前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の基準出力値を獲得する段階と、
   を含むことを特徴とする、請求項８に記載の移動体搭載用の衛星追跡アンテナシステムの衛星追跡方法。
10. 第１のジャイロセンサおよび第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の基準出力値を補正する前記段階（ｄ）は、
    （ｄ１）前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の前記基準出力値を任意に変更して前記アンテナ部（１００）が衛星を中心として一定した方向に四角形を描きながら回転するように制御する段階と、
    （ｄ２）前記段階（ｄ１）で変更された前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の基準値に基づいて前記アンテナ部（１００）が四角形を描きながら回転することにかかる所要時間を上下左右別にそれぞれ測定する段階と、
    （ｄ３）前記段階（ｄ２）で測定された前記アンテナ部（１００）の上下左右回転の所要時間及び前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の任意に変更された前記基準出力値を計算して前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の変更された前記基準出力値を取得し、取得した前記基準出力値をもって前記第１のジャイロセンサおよび前記第２のジャイロセンサ（Ｒ１’、Ｒ２）の前記基準出力値を補正する段階と、
    を含むことを特徴とする、請求項８記載の移動体搭載の衛星追跡アンテナシステムの衛星追跡方法。
    

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