JP2008215854A - Tracking antenna, tracking control method, and its program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両などの移動体に搭載され、電波を発する目標物を自動追尾する追尾アンテナ装置、追尾制御方法およびそのプログラムに関する。 The present invention relates to a tracking antenna device, a tracking control method, and a program thereof that are mounted on a moving body such as a vehicle and automatically track a target that emits radio waves.
船舶、飛行機、電車、自動車などの移動体において、衛星放送の受信や衛星通信を利用した高速インターネットアクセスを実現するためには、移動中においても衛星を精度よく追尾するアンテナ装置が必要になる。衛星からの電波を利用したアンテナ追尾方式には、モノパルス方式とステップトラック方式がある。 In order to realize high-speed Internet access using satellite broadcast reception or satellite communication in a mobile body such as a ship, an airplane, a train, or an automobile, an antenna device that accurately tracks the satellite even during movement is required. There are a monopulse method and a step track method as an antenna tracking method using radio waves from a satellite.
モノパルス方式は、２つ以上の給電部をもつアンテナを使用し、衛星に正対している状態（指向誤差角０度）のときに、各給電部の受信信号の位相差が０度であることを利用し、指向誤差が生じると受信信号間に位相差が生じるため、これを検出して指向誤差角を求めてアンテナの方向を制御する方式である。しかし、２つ以上の給電部が必要となるため大型になりやすく、またモノパルス信号の生成、検出のための回路が必要になることなどから高価となる。
The monopulse method uses an antenna having two or more power supply units, and when the antenna is directly facing the satellite (directing
ステップトラック方式は、アンテナの指向方向を変化させながら、最も受信レベルが高くなる方向を探索する方式である。通常、受信レベルのみを使用するため、通常のシングルホーンのアンテナなどを使用でき、低コストの追尾アンテナを実現できる特長がある。ステップトラック方式のアルゴリズムは、受信レベルを所定の時間積分し、前回の積分値と比較した結果、前回よりも大きくなっていればアンテナの指向方向を前回駆動した方向と同じ方向に所定の角度（ステップ角度）回転させ、前回よりも小さくなっていれば逆方向に回転させるものである。その中でも、例えば特許文献１ではステップ前後の受信レベル差に応じてステップ角度を可変し、速やかに収束を図ろうとするものがある。また、受信レベルそのものに応じてステップ角度を決定する方法も知られている。
しかし、特許文献１などのステップトラック方式では、受信レベルの積分値の比較（差分）によって受信レベルの高い方向が分かるのみであり、指向誤差角度を直接検出して回転角度を制御する構成になっていないので、収束に時間がかかり、その間の誤差が大きい問題がある。さらに、例えば衛星通信の場合、受信レベルは天候や気温によって変動するため、受信レベルを基準にすればそれらの影響が避けられない問題がある。 However, in the step track system of Patent Document 1 or the like, only the direction in which the reception level is high is known by comparing (difference) in the integration value of the reception level, and the rotation angle is controlled by directly detecting the pointing error angle. As a result, there is a problem that it takes time to converge and the error between them is large. Furthermore, for example, in the case of satellite communication, since the reception level varies depending on the weather and temperature, there is a problem that the influence cannot be avoided if the reception level is used as a reference.
本発明は、受信レベルから指向誤差角を直接検出し、天候や気温による受信レベルの変動の影響を低減するアルゴリズムを用いることにより、収束が早くかつ高い指向精度をもつ追尾アンテナ装置、追尾制御方法およびそのプログラムを提供することを目的とする。 The present invention relates to a tracking antenna apparatus and a tracking control method that have a fast convergence and a high directivity accuracy by directly detecting a pointing error angle from a reception level and using an algorithm that reduces the influence of fluctuations in the reception level due to weather and temperature. And to provide the program.
第１の発明は、アンテナの指向方向を電波を発する目標物に自動追尾させる追尾アンテナ装置において、アンテナの指向方向を可変する指向方向可変手段と、目標物方向を探索するための指向方向可変パタンに応じてアンテナの指向方向を可変させ、また指向誤差角ｅを補正するようにアンテナの指向方向を可変させる指示を指向方向可変手段に与えるアンテナ指向方向制御手段と、指向方向可変パタンを決定するパタンパラメータを記憶するパタンパラメータ記憶手段と、指向方向可変手段の駆動により、指向方向可変パタンに応じて指向方向が可変するアンテナの受信信号を入力し、受信レベルを検出する受信レベル検出手段と、受信レベル検出手段で検出された受信レベルを、パタンパラメータ記憶手段から与えられる積分区間で積分し、各積分区間の受信レベル積分値を出力する受信レベル積分手段と、受信レベル積分手段で得られる少なくとも２つの受信レベル積分値を記憶する受信レベル積分値記憶手段と、受信レベル積分値記憶手段に記憶された２つの積分区間の受信レベル積分値比Ａを計算する受信レベル積分値比計算手段と、受信レベル積分値比計算手段で計算された受信レベル積分値比Ａと、パタンパラメータ記憶手段から与えられるパタンパラメータを入力し、所定の計算式を用いてアンテナの指向誤差角ｅを計算し、得られた指向誤差角ｅをアンテナ指向方向制御手段に与える指向誤差角計算手段とを備える。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a tracking antenna device that automatically tracks the antenna directivity direction to a target that emits radio waves, a directivity direction variable means for changing the antenna directivity direction, and a directivity direction variable pattern for searching the target direction. The antenna directivity direction control means for giving an instruction to the directivity direction variable means to change the directivity direction of the antenna so as to change the directivity error angle e and to correct the directivity error angle e, and the directivity direction variable pattern are determined. Pattern parameter storage means for storing pattern parameters, and reception level detection means for detecting a reception level by inputting a reception signal of an antenna whose directivity direction varies according to the directivity direction variable pattern by driving the directivity direction variable means; Integrate the reception level detected by the reception level detection means in the integration interval given by the pattern parameter storage means A reception level integration means for outputting the reception level integral value of each integration section, a reception level integration value storage means for storing at least two reception level integration values obtained by the reception level integration means, and a reception level integration value storage means. From the received level integrated value ratio calculating means for calculating the received level integrated value ratio A of the two stored integration intervals, the received level integrated value ratio A calculated by the received level integrated value ratio calculating means, and the pattern parameter storing means A pointing error angle calculation means for inputting a given pattern parameter, calculating a pointing error angle e of the antenna using a predetermined calculation formula, and supplying the obtained pointing error angle e to the antenna pointing direction control means is provided.
指向方向可変パタンは、受信レベル積分手段の積分区間で正弦波状に指向方向を変化させるパタンであることを特徴とする。また、指向誤差角ｅを補正するアンテナの指向方向可変パタンは連続的であることを特徴とする。 The directivity direction variable pattern is a pattern that changes the directivity direction in a sinusoidal manner in the integration interval of the reception level integration means. The antenna directivity direction variable pattern for correcting the directivity error angle e is continuous.
第２の発明は、アンテナの指向方向を電波を発する目標物に自動追尾させる追尾制御方法において、アンテナの指向方向を可変する指向方向可変手段を駆動し、目標物方向を探索するための指向方向可変パタンに応じてアンテナの指向方向を可変させる第１のステップと、指向方向可変手段の駆動により、指向方向可変パタンに応じて指向方向が可変するアンテナの受信信号を入力し、受信レベルを検出する第２のステップと、第２のステップで検出された受信レベルを所定の積分区間で積分し、各積分区間の受信レベル積分値を出力する第３のステップと、第３のステップで得られた２つの積分区間の受信レベル積分値比Ａを計算する第４のステップと、第４のステップで計算された受信レベル積分値比Ａと、指向方向可変パタンを決めるパタンパラメータを入力し、所定の計算式を用いてアンテナの指向誤差角ｅを計算する第５のステップと、第５のステップで計算された指向誤差角ｅを補正するようにアンテナの指向方向を可変させる第６のステップとを有する。 A second aspect of the invention is a tracking control method for automatically tracking an antenna directivity direction to a target that emits radio waves, and a directivity direction for searching for the target direction by driving directivity direction variable means for changing the directivity direction of the antenna. The first step of changing the directivity direction of the antenna according to the variable pattern and the reception signal of the antenna whose directivity direction changes according to the directivity direction variable pattern by driving the directivity direction variable means and detecting the reception level Obtained in the second step, the third step of integrating the reception level detected in the second step in a predetermined integration section, and outputting the reception level integrated value in each integration section, and the third step. The fourth step of calculating the reception level integral value ratio A between the two integration sections, the reception level integral value ratio A calculated in the fourth step, and the pointing direction variable pattern are determined. The fifth step of calculating the antenna pointing error angle e using a predetermined calculation formula and the pointing direction of the antenna so as to correct the pointing error angle e calculated in the fifth step. And a sixth step to vary.
指向方向可変パタンは、受信レベル積分手段の積分区間で正弦波状に指向方向を変化させるパタンであることを特徴とする。指向誤差角ｅを補正するアンテナの指向方向可変パタンは連続的であることを特徴とする。 The directivity direction variable pattern is a pattern that changes the directivity direction in a sinusoidal manner in the integration interval of the reception level integration means. The antenna directivity direction variable pattern for correcting the directivity error angle e is continuous.
第３の発明は、コンピュータに、第２の発明の各ステップを実行させるためのコンピュータ読み取り可能なプログラムである。 The third invention is a computer-readable program for causing a computer to execute the steps of the second invention.
本発明は、アンテナの指向方向を所定の指向方向可変パタンに応じて可変させ、そのときに受信レベルを検出し、２つの積分区間の受信レベル積分値の比と指向方向可変パタンに応じて指向方向誤差を直接算出することができる。このとき、天候や温度による受信レベルの変動に影響されない。したがって、この指向方向誤差を用いてアンテナの指向方向を補正することにより、従来のステップトラック方式と比較して高速で高精度な制御が可能である。またモノパルス方式と比較して低コストで構成することが可能である。 According to the present invention, the antenna directivity direction is varied according to a predetermined directivity direction variable pattern, the reception level is detected at that time, and the directivity is determined according to the ratio of the reception level integral values of the two integration sections and the directivity direction variable pattern. The direction error can be calculated directly. At this time, it is not affected by fluctuations in the reception level due to weather and temperature. Therefore, by correcting the directivity direction of the antenna using this directivity direction error, high-speed and high-precision control is possible as compared with the conventional step track method. Further, it can be configured at a lower cost than the monopulse system.
図１は、本発明の追尾アンテナ装置の実施形態を示す。図２は、本発明の追尾制御方法の処理手順を示す。本発明は、受信レベルから指向誤差角を直接検出する計算アルゴリズムを用いるものであるが、ここでは説明を容易にするために、追尾アンテナの一次元方向（仰角方向または方位角方向）の指向誤差角を検出し、追尾アンテナの指向方向を一次元方向に制御する手順について説明する。なお、追尾アンテナを２次元方向に制御する場合も、基本的な指向誤差角の検出および制御手順は同様である。 FIG. 1 shows an embodiment of the tracking antenna device of the present invention. FIG. 2 shows a processing procedure of the tracking control method of the present invention. The present invention uses a calculation algorithm that directly detects the pointing error angle from the reception level. Here, in order to facilitate the explanation, the pointing error in the one-dimensional direction (elevation angle direction or azimuth angle direction) of the tracking antenna is used. A procedure for detecting a corner and controlling the directivity direction of the tracking antenna in a one-dimensional direction will be described. Note that the basic pointing error angle detection and control procedure is the same when the tracking antenna is controlled in a two-dimensional direction.
図１において、アンテナ１１は、指向方向可変手段１２により指向方向が駆動制御される。なお、指向方向の駆動制御では、目標物方向を探索するために指向方向を可変させる制御と、得られた指向誤差角ｅを補正して指向誤差角０にする制御に分けられる。アンテナ指向方向制御手段１３は、目標物方向を探索するための指向方向可変パタンに応じてアンテナ１１の指向方向を可変させる指示、また得られた指向誤差角ｅを補正してアンテナ１１を目標方向に同定させる指示を指向方向可変手段１２に与える。例えば、指向方向可変パタンがステップ状であればステップ角ａと積分区間Ｔに応じた指向方向を設定する。また、指向方向可変パタンが正弦波状であれば振幅ａと周期Ｔに応じた指向方向を設定する。パタンパラメータ記憶手段１４は、指向方向可変パタンを決定するパタンパラメータを記憶する。
In FIG. 1, the antenna 11 is driven and controlled in the directivity direction by the directivity direction varying means 12. The driving control in the pointing direction is divided into control for changing the pointing direction in order to search for the target direction and control for correcting the obtained pointing error angle e to make the
まず、アンテナ１１が目標物方向を探索するために、アンテナ指向方向制御手段１３がパタンパラメータ記憶手段１４から与えられるパタンパラメータに応じた指向方向可変パタンを計算し、時間に応じた指向方向を指向方向可変手段１２に与える。アンテナ１１は、指向方向可変手段１２の制御により指向方向可変パタンに応じて指向方向を可変させる（図２：Ｓ１）。
First, in order for the antenna 11 to search for the target direction, the antenna directivity direction control means 13 calculates a directivity direction variable pattern according to the pattern parameter given from the pattern parameter storage means 14, and directs the directivity direction according to time. This is given to the
受信レベル検出手段１５は、指向方向が可変するアンテナ１１の受信信号を入力し、検出した受信レベルを受信レベル積分手段１６に出力する（Ｓ２）。受信レベル積分手段１６は、パタンパラメータ記憶手段１４から与えられる積分区間に応じて受信レベルを積分し、その積分値を受信レベル積分値記憶手段１７に記憶する（Ｓ３）。受信レベル積分値比計算手段１８は、２つの積分区間に応じた受信レベルの積分値比Ａを計算する（Ｓ４）。指向誤差角計算手段１９は、受信レベル積分値比計算手段１８で計算された受信レベル積分値比Ａと、パタンパラメータ記憶手段１４から与えられるパタンパラメータを入力し、所定の計算式を用いて指向誤差角ｅを計算し、得られた指向誤差角ｅをアンテナ指向方向制御手段１３に与える（Ｓ５）。アンテナ指向方向制御手段１３は、得られた指向誤差角ｅを補正する指向方向を指向方向可変手段１２に指示し、指向方向可変手段１２はアンテナ１１の指向方向を制御する（Ｓ６）。 The reception level detection means 15 inputs the reception signal of the antenna 11 whose direction of direction is variable, and outputs the detected reception level to the reception level integration means 16 (S2). The reception level integration means 16 integrates the reception level according to the integration interval given from the pattern parameter storage means 14, and stores the integrated value in the reception level integration value storage means 17 (S3). The reception level integral value ratio calculation means 18 calculates the reception level integral value ratio A corresponding to the two integration intervals (S4). The pointing error angle calculation means 19 inputs the reception level integral value ratio A calculated by the reception level integral value ratio calculation means 18 and the pattern parameter given from the pattern parameter storage means 14, and uses a predetermined calculation formula to direct the pointing error angle calculation means 19. The error angle e is calculated, and the obtained pointing error angle e is given to the antenna pointing direction control means 13 (S5). The antenna directivity direction control means 13 instructs the directivity direction variable means 12 to specify the directivity direction for correcting the obtained directivity error angle e, and the directivity direction variable means 12 controls the directivity direction of the antenna 11 (S6).
なお、ステップＳ５で求めた指向誤差角ｅに基づいてステップＳ６でアンテナ１１の指向方向を制御しても、その間に移動体が移動している場合には、新たな指向誤差角ｅが生じることになる。この場合には、ステップＳ６で位相誤差角ｅを補正しながら、次の位相誤差角ｅを計算するためのステップＳ１の処理を同時に行うようにしてもよい。以上の各ステップの処理は、コンピュータに読み取り可能なプログラムとして構成し、コンピュータで実行するようにしてもよい。 Even if the pointing direction of the antenna 11 is controlled in step S6 based on the pointing error angle e obtained in step S5, a new pointing error angle e is generated if the moving body moves during that time. become. In this case, the processing of step S1 for calculating the next phase error angle e may be simultaneously performed while correcting the phase error angle e in step S6. The processing of the above steps may be configured as a computer-readable program and executed by the computer.
図３は、アンテナ１１の一例を示す。ここに示すアンテナ１１は、移動体のルーフなどに設置するためのものであり、特に薄型化のために方位角方向には機械的にアンテナを回転させ、仰角方向には電子的にビームを走査するために２つの給電部１，２を有する１次元のフェーズドアレイアンテナとする。方位角方向および仰角方向の指向誤差角ｅは、それぞれの方向の受信レベルを検出して算出するが、仰角方向はモノパルス方式で指向誤差角ｅを検出してもよく、この場合は方位角方向の指向誤差角ｅを本発明を用いて算出する。また、図３のアンテナ１１の場合、算出された方位角方向の指向誤差角ｅは、アンテナ１１をステップモータなどを駆動して機械的に回転させることにより調整し、仰角方向の指向誤差角ｅは電子的にビーム方向を設定することにより調整する。 FIG. 3 shows an example of the antenna 11. The antenna 11 shown here is for installation on a roof or the like of a moving body. In particular, for thinning, the antenna is mechanically rotated in the azimuth direction and the beam is electronically scanned in the elevation direction. Therefore, a one-dimensional phased array antenna having two power feeding units 1 and 2 is used. The pointing error angle e in the azimuth angle direction and the elevation angle direction is calculated by detecting the reception level in each direction. However, the elevation angle direction may be detected by the monopulse method, and in this case, the azimuth angle direction is detected. Is calculated by using the present invention. In the case of the antenna 11 shown in FIG. 3, the calculated pointing error angle e in the azimuth angle direction is adjusted by mechanically rotating the antenna 11 by driving a step motor or the like, and the pointing error angle e in the elevation angle direction. Is adjusted by electronically setting the beam direction.
ここで、受信レベル積分値比Ａから追尾アンテナの指向誤差角ｅを算出する計算式の導出について説明する。 Here, derivation of a calculation formula for calculating the pointing error angle e of the tracking antenna from the reception level integral value ratio A will be described.
アンテナ１１が指向誤差角θのときの受信レベルＰ(θ)は、次式で表される。
Ｐ(θ)＝Ｐmax Ｇ(θ) …(1)
ここで、Ｐmax は指向誤差角０度のときの受信レベル（ピーク電力）、Ｇ(θ)はアンテナパタンである。
The reception level P (θ) when the antenna 11 has the pointing error angle θ is expressed by the following equation.
P (θ) = Pmax G (θ) (1)
Here, Pmax is a reception level (peak power) when the pointing error angle is 0 degree, and G (θ) is an antenna pattern.
まず、簡単のために、図４に示すように従来のステップトラック方式と同様に、ステップ状にアンテナ１１を駆動する指向方向可変パタンについて説明する。ステップトラック方式とは、受信レベルを一定時間積分し、指向誤差角が小さくなる方向へステップさせる方式である。前回の受信レベル積分値Ａ1 、今回の受信レベル積分値Ａ2 は、式(1) を使って以下のように計算できる。
Ａ1 ＝∫0 T Ｐmax Ｇ(ｅ−ａ) dt …(2-1)
Ａ2 ＝∫0 T Ｐmax Ｇ(ｅ) dt …(2-2)
ここで、ａはアンテナ１１の指向方向のステップ角、ｅは今回の受信レベル検出時の指向誤差角、Ｔはステップ時間（積分区間）である。
First, for the sake of simplicity, a directivity direction variable pattern for driving the antenna 11 in steps will be described as in the conventional step track method as shown in FIG. The step track method is a method in which the reception level is integrated for a certain time and stepped in a direction in which the pointing error angle becomes smaller. The previous reception level integration value A 1 and the current reception level integration value A 2 can be calculated as follows using equation (1).
A 1 = ∫ 0 T Pmax G (ea) dt (2-1)
A 2 = ∫ 0 T Pmax G (e) dt (2-2)
Here, a is the step angle in the directivity direction of the antenna 11, e is the directivity error angle at the time of detection of the current reception level, and T is the step time (integration interval).
それぞれの受信レベル積分値から受信レベル積分値比Ａを計算すると、
Ａ＝Ａ2 ／Ａ1 …(3)
であり、式(3) を変形して
Ａ2 −ＡＡ1 ＝０ …(4)
を指向誤差角ｅについて解き、次回のステップ角を−ｅとすれば、アンテナ１１を指向誤差角０度になるように制御することができる。
When the reception level integral value ratio A is calculated from each reception level integral value,
A = A 2 / A 1 ... (3)
And A 2 −AA 1 = 0 (4)
Is solved for the pointing error angle e, and the next step angle is -e, the antenna 11 can be controlled to have a pointing error angle of 0 degree.
指向誤差角ｅを算出する計算方法を以下に示す。最初にアンテナパタンＧを示す。ここでは、アンテナパタンとしてsinc関数で近似する例を示す。
Ｇ＝（sinψ／ψ)2， ψ＝(θ0／θh)θ， θ0＝1.39156 rad …(5)
ここで、θh は半値半角である。他の近似曲線には、ガウス関数近似やベッセル関数近似や cos関数近似などがあるが、半値半角程度の範囲ではどの近似方法を使用してもほとんど変わらない。また、これらと異なるアンテナパタンをもつアンテナを使用する場合は、そのアンテナパタンの近似曲線を使えればよい。ψを微小角、ｋ＝θ0／θhとすると、
Ｇ(θ)≒１−ψ2／３＝１−ｋ2θ2／３ …(6)
が成り立つ。この式(6) を式(2) に代入し、さらに式(4) に代入すると、
（１−Ａ)ｅ2＋２Ａａｅ−３(１−Ａ)／ｋ2−Ａａ2 ＝０ …(7)
が得られる。
この式(7) を指向誤差角ｅについて解けば、
A calculation method for calculating the pointing error angle e will be described below. First, the antenna pattern G is shown. Here, an example is shown in which the antenna pattern is approximated by a sinc function.
G = (sinψ / ψ) 2 , ψ = (θ 0 / θ h ) θ, θ 0 = 1.39156 rad (5)
Here, θ h is a half value half angle. Other approximate curves include Gaussian function approximation, Bessel function approximation, and cos function approximation, but any approximation method is used in the range of about half-width at half maximum. When using an antenna having an antenna pattern different from these, an approximate curve of the antenna pattern may be used. When ψ is a small angle and k = θ 0 / θ h ,
G (θ) ≒ 1-ψ 2/3 = 1-k 2 θ 2/3 ... (6)
Holds. Substituting this equation (6) into equation (2) and further into equation (4),
(1-A) e 2 + 2Aae-3 (1-A) / k 2 -Aa 2 = 0 (7)
Is obtained.
Solving this equation (7) for the pointing error angle e,
と求めることができる。
ただし、Ａ≒１のときに式(8) を用いると、数値計算誤差（桁落ち）が大きくなるため、式(7) でＡ＝１としてｅ＝ａ／２で求める。また、ａ≒０のときは、例えばオフセット誤差を与え、計算誤差を抑制する。
It can be asked.
However, if equation (8) is used when A≈1, the numerical calculation error (digit loss) increases. Therefore, A = 1 is obtained from equation (7) and e = a / 2. When a≈0, for example, an offset error is given to suppress the calculation error.
以上の計算式を用いることにより、指向誤差角計算手段では探索パタンのパラメータから得られるステップ角ａと、受信レベル積分値比Ａにより、指向誤差角ｅを直接求めることができる。 By using the above calculation formula, the pointing error angle calculation means can directly determine the pointing error angle e from the step angle a obtained from the search pattern parameter and the reception level integral value ratio A.
図５は、シミュレーションの結果を示す。最初に 0.1°の指向方向誤差を与えた。ここでは半値半角θh を 0.5°とし、ｅ＜0.01°と得られたときに、次のステップ角ａとして ａ＝−sign(e)×0.01°
とした。また、受信レベルのＣ／Ｎを30dB、積分回数を 100回とした。図４より、高速に指向誤差を補正し、その後は問題なくトラッキング動作できていることが確認できる。
FIG. 5 shows the result of the simulation. First, a pointing error of 0.1 ° was given. Here, when the half-value half angle θ h is 0.5 ° and e <0.01 ° is obtained, the next step angle a is a = −sign (e) × 0.01 °
It was. The C / N of the reception level was 30 dB, and the number of integrations was 100. From FIG. 4, it can be confirmed that the pointing error is corrected at high speed, and thereafter the tracking operation can be performed without any problem.
また、図６のように探索パタンとして正弦波状にアンテナ１１を駆動する方法もある。以下、図６のようにアンテナ１１を駆動した場合の指向誤差角ｅの算出方法について説明する。 Further, there is a method of driving the antenna 11 in a sine wave shape as a search pattern as shown in FIG. Hereinafter, a method for calculating the pointing error angle e when the antenna 11 is driven as shown in FIG. 6 will be described.
受信レベルの積分区間を半周期とした場合の受信レベル積分値Ａ1 ，Ａ2 は、式(1) を使って以下のように計算できる。
Ａ1 ＝∫0 T/2 Ｐmax Ｇ(ｅ＋ａsinφ) dt …(9-1)
Ａ2 ＝∫T/2 T Ｐmax Ｇ(ｅ＋ａsinφ) dt …(9-2)
ここで、ｅは指向誤差角、ａは振幅、Ｔは周期である。また、φ＝ωｔ、ω＝２π／Ｔである。
The reception level integrated values A 1 and A 2 when the integration interval of the reception level is a half cycle can be calculated as follows using the equation (1).
A 1 = ∫ 0 T / 2 Pmax G (e + asinφ) dt (9-1)
A 2 = ∫ T / 2 T Pmax G (e + asinφ) dt (9-2)
Here, e is a pointing error angle, a is an amplitude, and T is a period. Further, φ = ωt and ω = 2π / T.
上記と同様に、式(9) を式(4) に代入すると、
π(１−Ａ)ｅ2−４ａ(１＋Ａ)ｅ＋π(１−Ａ)(ａ2／２−３／ｋ2）＝０ …(10)が得られる。
この式(10)を指向誤差角ｅについて解けば、
As above, substituting equation (9) into equation (4) gives
π (1-A) e 2 -4a (1 + A) e + π (1-A) (a 2 / 2−3 / k 2 ) = 0 (10) is obtained.
Solving this equation (10) for the pointing error angle e,
と求めることができる。
ただし、Ａ≒１のときに式(11)を用いると、数値計算誤差（桁落ち）が大きくなるため、式(10)でｅ＝０とすればよい。この方式では、上記のようなオフセット誤差を与える必要はない。
It can be asked.
However, if equation (11) is used when A≈1, the numerical calculation error (digit loss) becomes large. Therefore, it is only necessary to set e = 0 in equation (10). In this method, it is not necessary to give the offset error as described above.
以上の計算式を用いることにより、指向誤差角計算手段では探索パタンのパラメータから得られる振幅ａと、受信レベル積分値比Ａにより、指向誤差角ｅを直接求めることができる。 By using the above calculation formula, the pointing error angle calculating means can directly determine the pointing error angle e from the amplitude a obtained from the parameter of the search pattern and the reception level integral value ratio A.
図７は、シミュレーションの結果を示す。シミュレーション条件として振幅ａを0.01°、半値半角θh を 0.5°とした。また、受信レベルのＣ／Ｎを30dB、積分回数を 100回とした。実際の指向誤差角は、図の結果に加えて振幅ａが加算される。図６より、本方式でも問題なくトラッキング動作できていることが確認できる。本方式は、ステップ状に駆動する方式と比較して、モータのトルクやギアの騒音を抑えることができる。 FIG. 7 shows the result of the simulation. As simulation conditions, the amplitude a was 0.01 ° and the half-value half angle θ h was 0.5 °. The C / N of the reception level was 30 dB, and the number of integrations was 100. The actual pointing error angle is obtained by adding the amplitude a in addition to the result shown in the figure. From FIG. 6, it can be confirmed that the tracking operation can be performed without any problem even in this method. This method can suppress the torque of the motor and the noise of the gear as compared with the method of driving in a step shape.
ところで、指向誤差角ｅの判明後にアンテナ１１の指向方向を一気に補正する方式は、次のような問題がある。第１は、高速に回転させることからモータなどの駆動部に高いトルクが要求され、モータなどの大型化が必要なことである。第２は、反転時にギアのバックラッシュで騒音が発生し、ギアの磨耗が早くなることである。そこで、得られた指向誤差角ｅについて一気に補正せず、正弦波状に駆動しながら１周期かけて指向誤差角ｅを補正する方法がある。この駆動パタンを図８に示す。 By the way, the method of correcting the directivity direction of the antenna 11 at once after the directivity error angle e is known has the following problems. First, since high-speed rotation is required, a high torque is required for a drive unit such as a motor, and the motor and the like need to be enlarged. Secondly, noise is generated due to the backlash of the gear at the time of reversal, and the gear wears quickly. Therefore, there is a method of correcting the pointing error angle e over one cycle while driving the obtained pointing error angle e at once without driving it in a sine wave form. This drive pattern is shown in FIG.
図８において、破線は移動体が静止しているときに、算出された指向誤差角ｅを補正する方向にアンテナ１１の指向方向を正弦波状に駆動した場合の駆動パタンである。このパタンは、大きなトルクを必要とせず、また静音化にも有効である。一方、移動体が移動中であれば、実線に示すように新たな指向誤差角ｅが生じ、上記の手順によってこの指向誤差角ｅを算出することができる。 In FIG. 8, a broken line is a driving pattern when the directional direction of the antenna 11 is driven in a sine wave shape in a direction in which the calculated directional error angle e is corrected when the moving body is stationary. This pattern does not require a large torque and is also effective for noise reduction. On the other hand, if the moving body is moving, a new pointing error angle e is generated as shown by the solid line, and the pointing error angle e can be calculated by the above procedure.
１１ アンテナ
１２ 指向方向可変手段
１３ アンテナ指向方向制御手段
１４ パタンパラメータ記憶手段
１５ 受信レベル検出手段
１６ 受信レベル積分手段
１７ 受信レベル積分値記憶手段
１８ 受信レベル積分値比計算手段
１９ 指向誤差角計算手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (7)
前記アンテナの指向方向を可変する指向方向可変手段と、
前記目標物方向を探索するための指向方向可変パタンに応じて前記アンテナの指向方向を可変させ、また指向誤差角ｅを補正するように前記アンテナの指向方向を可変させる指示を前記指向方向可変手段に与えるアンテナ指向方向制御手段と、
前記指向方向可変パタンを決定するパタンパラメータを記憶するパタンパラメータ記憶手段と、
前記指向方向可変手段の駆動により、前記指向方向可変パタンに応じて指向方向が可変する前記アンテナの受信信号を入力し、受信レベルを検出する受信レベル検出手段と、
前記受信レベル検出手段で検出された受信レベルを、前記パタンパラメータ記憶手段から与えられる積分区間で積分し、各積分区間の受信レベル積分値を出力する受信レベル積分手段と、
前記受信レベル積分手段で得られる少なくとも２つの受信レベル積分値を記憶する受信レベル積分値記憶手段と、
前記受信レベル積分値記憶手段に記憶された２つの積分区間の受信レベル積分値比Ａを計算する受信レベル積分値比計算手段と、
前記受信レベル積分値比計算手段で計算された受信レベル積分値比Ａと、前記パタンパラメータ記憶手段から与えられるパタンパラメータを入力し、所定の計算式を用いて前記アンテナの指向誤差角ｅを計算し、得られた指向誤差角ｅを前記アンテナ指向方向制御手段に与える指向誤差角計算手段と
を備えたことを特徴とする追尾アンテナ装置。 In a tracking antenna device that automatically tracks the direction of the antenna to a target that emits radio waves,
Directivity direction varying means for varying the directivity direction of the antenna;
The directivity direction changing means is configured to change the directivity direction of the antenna according to a directivity direction variable pattern for searching for the target direction and to change the directivity direction of the antenna so as to correct a directivity error angle e. Antenna directivity direction control means to be given to,
Pattern parameter storage means for storing a pattern parameter for determining the directivity direction variable pattern;
A reception level detection means for detecting a reception level by inputting a reception signal of the antenna whose directing direction varies according to the directivity direction variable pattern by driving the directivity direction variable means;
A reception level integration means for integrating the reception level detected by the reception level detection means in an integration interval given from the pattern parameter storage means, and outputting a reception level integral value in each integration interval;
Reception level integration value storage means for storing at least two reception level integration values obtained by the reception level integration means;
Reception level integral value ratio calculating means for calculating a reception level integral value ratio A between two integration intervals stored in the reception level integral value storage means;
The reception level integral value ratio A calculated by the reception level integral value ratio calculation means and the pattern parameter given from the pattern parameter storage means are inputted, and the pointing error angle e of the antenna is calculated using a predetermined calculation formula. And a tracking error angle calculating means for giving the obtained pointing error angle e to the antenna pointing direction control means.
前記指向方向可変パタンは、前記受信レベル積分手段の積分区間で正弦波状に指向方向を変化させるパタンであることを特徴とする追尾アンテナ装置。 The tracking antenna device according to claim 1,
The tracking antenna apparatus according to claim 1, wherein the directivity direction variable pattern is a pattern that changes a directivity direction in a sinusoidal shape in an integration section of the reception level integration means.
前記指向誤差角ｅを補正する前記アンテナの指向方向可変パタンは連続的であることを特徴とする追尾アンテナ装置。 The tracking antenna device according to claim 1,
The tracking antenna apparatus according to claim 1, wherein the directivity direction variable pattern of the antenna for correcting the directivity error angle e is continuous.
前記アンテナの指向方向を可変する指向方向可変手段を駆動し、前記目標物方向を探索するための指向方向可変パタンに応じて前記アンテナの指向方向を可変させる第１のステップと、
前記指向方向可変手段の駆動により、前記指向方向可変パタンに応じて指向方向が可変する前記アンテナの受信信号を入力し、受信レベルを検出する第２のステップと、
前記第２のステップで検出された受信レベルを所定の積分区間で積分し、各積分区間の受信レベル積分値を出力する第３のステップと、
前記第３のステップで得られた２つの積分区間の受信レベル積分値比Ａを計算する第４のステップと、
前記第４のステップで計算された受信レベル積分値比Ａと、前記指向方向可変パタンを決めるパタンパラメータを入力し、所定の計算式を用いて前記アンテナの指向誤差角ｅを計算する第５のステップと、
前記第５のステップで計算された指向誤差角ｅを補正するように前記アンテナの指向方向を可変させる第６のステップと
を有することを特徴とする追尾制御方法。 In the tracking control method of automatically tracking the antenna pointing direction to the target that emits radio waves,
A first step of driving a directivity direction varying means for varying the directivity direction of the antenna and varying the directivity direction of the antenna according to a directivity direction variable pattern for searching for the target direction;
A second step of inputting a reception signal of the antenna whose directing direction varies according to the directivity direction variable pattern by driving the directivity direction varying means, and detecting a reception level;
A third step of integrating the reception level detected in the second step in a predetermined integration section and outputting a reception level integral value in each integration section;
A fourth step of calculating a reception level integral value ratio A between the two integration intervals obtained in the third step;
A reception level integral value ratio A calculated in the fourth step and a pattern parameter for determining the directivity direction variable pattern are input, and a directivity error angle e of the antenna is calculated using a predetermined calculation formula. Steps,
And a sixth step of changing the directivity direction of the antenna so as to correct the directivity error angle e calculated in the fifth step.
前記指向方向可変パタンは、前記受信レベル積分手段の積分区間で正弦波状に指向方向を変化させるパタンであることを特徴とする追尾制御方法。 In the tracking control method according to claim 4,
The tracking control method according to claim 1, wherein the directivity direction variable pattern is a pattern that changes the directivity direction in a sinusoidal manner in the integration interval of the reception level integration means.
前記指向誤差角ｅを補正する前記アンテナの指向方向可変パタンは連続的であることを特徴とする追尾制御方法。 In the tracking control method according to claim 4,
The tracking control method according to claim 1, wherein the directivity direction variable pattern of the antenna for correcting the directivity error angle e is continuous.
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2007
- 2007-02-28 JP JP2007049887A patent/JP2008215854A/en active Pending
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