JP2009118460A - 追跡特性が向上した衛星追跡アンテナシステム及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】迅速かつ正確な衛星追跡が可能である追跡特性が向上した衛星追跡アンテナシステムを提供する。
【解決手段】ＧＰＳ受信部５００を通して受信されるＧＰＳ信号を分析し、衛星の初期仰角位置を計算して捕捉する仰角制御部２２０と、アンテナ部１００を通して受信される衛星信号を分析し、衛星の方位角を捕捉した後、方位角ジャイロセンサー４００を通して感知される車両の方位角変化を分析して衛星の方位角を追跡するメーン制御部２１０とを備えた制御ボード２００と；仰角制御部２２０の制御によって衛星の仰角指向位置にアンテナ部１００の仰角を回転させる仰角モーター３２０と、メーン制御部２１０の制御によって衛星の方位角指向位置にアンテナ部１００の方位角を回転させる方位角モーター３１０とを備えたモーター部３００と；を含んで衛星追跡アンテナシステムを構成する。
【選択図】図３

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するものである。

本発明と関連した公知の文献としては、特許文献１乃至３がある。

通常、衛星追跡アンテナシステムは、移動する車両に設置されるので、車両の移動によって衛星の位置を持続的に追跡し、アンテナの指向方向を回転させるべきである。

このような衛星追跡アンテナシステムとしては、アンテナの指向仰角は固定した状態で方位角のみを追跡する１軸衛星追跡アンテナシステムと、アンテナの仰角及び方位角を全て追跡する２軸衛星追跡アンテナシステムとがある。

前記１軸衛星追跡アンテナシステムは、アンテナの衛星指向仰角が固定されているので、車両が遠い距離を移動することで衛星信号の受信範囲が広くなり、衛星の仰角が変化するようになると、衛星信号を円滑に受信できないという問題点がある。

近来には、２軸衛星追跡アンテナシステムが広く用いられているが、この２軸衛星追跡アンテナシステムは、衛星の仰角と方位角を全て追跡することができ、広い地域での衛星信号の受信を可能にする。しかしながら、この２軸車両用衛星追跡アンテナシステムは、仰角と方位角を全て追跡する必要があるであるので、１軸衛星追跡アンテナシステムに比べて衛星追跡アルゴリズムが複雑になり、追跡速度及び性能が低下するという問題点があった。このような衛星追跡による速度及び性能低下問題を解決するために、ジャイロスコープなどのジャイロセンサーを用いて衛星の位置を追跡する方法が使用されることもある。

しかしながら、このようなジャイロセンサーなどを用いるとしても、２軸衛星追跡アンテナシステムは、仰角と方位角を全て調節して衛星を追跡する必要があるので、衛星を探すための初期捕捉時間が長くかかり、衛星信号の遮断地域を通過する場合にも、衛星の位置を再追跡するのに多くの時間が要されるという問題点があった。

特開平６−１０４７８０号公報 大韓民国特許出願公開第２００１−１０７２３０号明細書 特開平７−２６３９３９号公報

したがって、本発明は、上記のような従来の衛星追跡アンテナシステムの問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、迅速かつ正確な衛星追跡が可能である追跡特性が向上した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。

上記の目的を達成するための本発明に係る衛星追跡アンテナシステムは、衛星から送信される衛星信号を受信するアンテナ部と；ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部と；車両の方位角変化を感知する方位角ジャイロセンサーと；前記ＧＰＳ受信部を通して受信されるＧＰＳ信号を分析し、衛星の初期仰角位置を計算して捕捉する仰角制御部と、前記アンテナ部を通して受信される衛星信号を分析し、衛星の方位角を捕捉した後、前記方位角ジャイロセンサーを通して感知される車両の方位角変化を分析して衛星の方位角を追跡するメーン制御部とを備えた制御ボードと；前記仰角制御部の制御によって衛星の仰角指向位置にアンテナ部の仰角を回転させる仰角モーターと、前記メーン制御部の制御によって前記衛星の方位角指向位置にアンテナ部の方位角を回転させる方位角モーターとを備えたモーター部と；を含んで構成される。

前記仰角制御部は、車両の移動による衛星仰角変化を追跡し、仰角変化が既に設定された基準値より大きい場合、仰角モーターを制御し、変更された衛星仰角指向位置にアンテナ部の仰角を回転させることが好ましく、変更された衛星仰角情報をメモリに保存し、以後に衛星の初期仰角を捕捉するとき、ＧＰＳ信号が受信されない場合、前記メモリに保存された仰角をアンテナ部の指向仰角に設定するようになる。

また、前記仰角制御部は、アンテナ部の仰角が変更されると、仰角変更信号をメーン制御部に伝送するようになる。

一方、上記の目的を達成するための本発明に係る衛星アンテナの衛星追跡方法は、ＧＰＳ衛星から受信されるＧＰＳ信号を分析し、衛星の初期仰角を計算して捕捉し、捕捉された衛星の初期仰角指向位置にアンテナ部の仰角を回転させる段階と；アンテナ部を通して受信される衛星信号を分析して衛星の初期方位角を捕捉し、方位角ジャイロセンサーを通して感知される車両の方位角変化を分析して衛星の方位角を持続的に追跡し、前記捕捉されて追跡される衛星の方位角指向位置にアンテナ部の方位角を回転させる段階と；車両の移動によって衛星の仰角変化を追跡し、仰角変化が既に設定された基準値より大きい場合、仰角モーターを制御し、変更された衛星仰角指向位置にアンテナ部の仰角を回転させる段階と；を含んで構成される。

本発明に係る衛星追跡アンテナシステムは、衛星追跡速度が迅速かつ安定になるという効果を奏するものである。

車両の移動によってアンテナの仰角と方位角をそれぞれ独立的に制御し、衛星の仰角が既に設定された基準値より大きい値に変更される場合のみにアンテナの仰角を制御することで、衛星追跡速度及び性能を向上できる追跡特性が向上した衛星追跡アンテナシステム及びその動作方法に関するものである。

以下、添付された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。本実施形態では、ＧＰＳを用いて衛星の仰角を捕捉して追跡し、仰角変化が基準値より大きい場合のみにアンテナの仰角制御を行い、このような仰角制御と独立的に衛星の方位角を捕捉して追跡し、アンテナの方位角制御を行う。すなわち、制御ボードのメーン制御部と仰角制御部が互いに独立的にアンテナの仰角及び方位角を制御する。これによって、迅速かつ正確な衛星追跡が可能である追跡特性が向上した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。

図１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斜視図であり、図２は、衛星追跡アンテナシステムの正面図であり、図３は、衛星追跡アンテナシステムのブロック構成図である。

図１乃至図３に示すように、本発明の実施形態に係る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１００と、車両の方位角変化を感知する方位角ジャイロセンサー４００と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部５００と、前記アンテナ部１００、方位角ジャイロセンサー４００及びＧＰＳ受信部５００に受信される信号を分析し、衛星の位置を捕捉して追跡する制御ボード２００と、前記制御ボード２００の制御によって衛星の指向位置にアンテナ部１００を回転させるモーター部３００と、前記アンテナ部１００を通して受信される衛星信号を衛星放送受信機７００に伝送するロータリージョイント６００とを含んで構成される。

前記各構成部は、ケースＣの内側に備わったベースプレートＢＰ上に設置されるが、このベースプレートＢＰは、ロータリージョイント６００を中心に左右回転が可能になるようにケースＣの内側に設置される。前記ケースＣの上部にはキャップ（図示せず）が結合され、このキャップによって、内側に設置された前記各構成部が保護される。

前記アンテナ部１００は、衛星から衛星信号を受信するアンテナ１１０と、受信された衛星信号を中間周波数衛星信号に変換して制御ボード２００に伝送するＬＮＢ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ｂｌｏｃｋ ｄｏｗｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１２０とを備えているが、本発明の実施形態において、前記アンテナ１１０は、平板型の導波管スロット配列アンテナとして構成される。

前記方位角ジャイロセンサー４００は、車両の移動による衛星の方位角変化を追跡するために用いられるセンサーであり、この方位角ジャイロセンサー４００は、車両の方位角変化を感知して（車両の移動による方位角速度を検出して）制御ボード２００に伝送する。

前記ＧＰＳ受信部５００は、衛星の仰角を捕捉して追跡するために用いられる装置で、このＧＰＳ受信部５００は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信して制御ボード２００に伝送する。

前記制御ボード２００は、受信された衛星信号の強さを分析して衛星の方位角を捕捉し、方位角ジャイロセンサー４００から伝送される車両の方位角移動情報を分析し、衛星の方位角を持続的に追跡するメーン制御部２１０と、ＧＰＳ受信部５００を通して伝送されるＧＰＳ信号を分析し、衛星の仰角を計算して捕捉・追跡する仰角制御部２２０と、前記メーン制御部２１０の制御によってモーター部３００の方位角モーター３１０を駆動する方位角モータードライバー２３０と、前記仰角制御部２２０の制御によってモーター部３００の仰角モーター３２０を駆動する仰角モータードライバー２４０とを含んで構成される。

前記メーン制御部２１０には、衛星の初期方位角を捕捉し、車両の移動によって変動される衛星の方位角を持続的に追跡する方位角追跡プログラムが登録されたメモリ２１２と、前記メモリ２１２に登録された方位角追跡プログラムを実行することで、衛星の方位角を捕捉して追跡し、アンテナ部１００の方位角が衛星の方位角となるように方位角モータードライバー２３０を制御して方位角モーター３１０を駆動させる制御装置２１１とが備わっている。

前記仰角制御部２２０には、衛星の仰角を捕捉して追跡する仰角追跡プログラムが登録されたメモリ２２２と、前記メモリ２２２に登録された仰角追跡プログラムを実行することで、衛星の仰角を捕捉して追跡し、アンテナ部１００の指向仰角が衛星の仰角となるように仰角モータードライバー２４０を制御して仰角モーター３２０を駆動させる制御装置２２１とが備わっている。前記メモリ２２２には、制御装置２２１によって位置が計算されて捕捉されていた衛星の仰角情報が登録され、前記メーン制御部２１０と仰角制御部２２０は、互いに独立的に駆動され、アンテナ部１００の方位角及び仰角を制御するようになる。

前記モーター部３００には、制御ボード２００の方位角モータードライバー２３０によって駆動され、アンテナ部１００を方位角方向に回転させる方位角モーター３１０と、仰角モータードライバー２４０によって駆動され、アンテナ部１００を仰角方向に回転させる仰角モーター３２０とが備わる。本発明の実施形態において、前記仰角モーター３２０は、リニアモーターとして具現される。

一方、前記制御ボード２００のメーン制御部２１０は、アンテナ部１００から伝送される衛星信号をロータリージョイント６００に伝送するが、このロータリージョイント６００は、制御ボード２００から伝送される衛星信号を衛星放送受信機７００に伝送し、衛星放送受信機７００に伝送された衛星信号は、モニター８００を通してディスプレイされる。また、前記ロータリージョイント６００は、外部から受けた電源を上述した各構成部に供給する役割を担う。

以下、上記ように構成された本発明に係る衛星追跡アンテナシステムの動作過程に対して説明する。

本発明の実施形態に係る衛星追跡アンテナシステムにおいては、アンテナの仰角制御と方位角制御がそれぞれ独立的に行われるが、図４は、本発明の実施形態に係る衛星追跡アンテナシステムがアンテナ部の仰角を制御する過程を示したフローチャートで、図５は、アンテナ部の方位角を制御する過程を示したフローチャートである。

まず、図４を参照して、アンテナ部１００の指向仰角が制御される過程に対して説明する。

段階Ｓ１００、Ｓ１１０：まず、衛星追跡アンテナシステムがターンオンになり、電源が供給されると（Ｓ１００）、制御ボード２００の仰角制御部２２０は、仰角モータードライバー２４０を通して仰角モーター３２０を制御し、アンテナ部１００の指向仰角を初期位置に移動させる（Ｓ１１０）。

段階Ｓ１２０：アンテナ部１００の仰角が初期化されると、ＧＰＳ受信部５００は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信して仰角制御部２２０に伝送する。

段階Ｓ１３０、Ｓ１２１：仰角制御部２２０は、ＧＰＳ受信部５００から伝送されるＧＰＳ信号を分析して衛星の仰角を計算する（Ｓ１３０）。信号を受信しようとする衛星の仰角は固定されているので、ＧＰＳ信号を通して車両の現在位置を把握すると、衛星との仰角が計算される。ＧＰＳ受信部５００がＧＰＳ信号を正常に受信できない場合、仰角制御部２２０は、メモリ２２２に保存された既存の設定仰角情報を引き出すようになる（Ｓ１２１）。

段階Ｓ１４０、Ｓ１５０：仰角制御部２２０は、仰角モーター３２０を制御し、前記段階で計算され、または引き出された仰角の位置にアンテナ部１００の仰角を回転させ（Ｓ１４０）、設定された仰角情報をメモリ２２２に保存する（Ｓ１５０）。

段階Ｓ１６０：前記段階でアンテナ部１００の仰角が設定されると、仰角制御部２２０は、アンテナ部１００の仰角が変更されたことを表す仰角変更信号をメーン制御部２１０に伝送する。

段階Ｓ１７０、Ｓ１８０：一方、システムが終了しない限り（Ｓ１７０）、ＧＰＳ受信部５００は、ＧＰＳ信号を受信して仰角制御部２２０に伝送し、仰角制御部２２０は、ＧＰＳ信号を分析して衛星の仰角を計算する（Ｓ１８０）。

段階Ｓ１９０：仰角制御部２２０は、前記段階で計算された仰角と現在のアンテナ部１００が指向している仰角の変化値を計算した後、この仰角の変化値が既に設定された基準値より大きいかどうかを比較する。仰角の変化値が基準値より大きい場合、前記段階Ｓ１４０に移動して仰角モーター３２０を制御し、メモリ１５０に仰角情報を保存する以後の過程を反復的に行うようになる。本発明の実施形態においては、前記仰角の変化値が基準値より大きい場合のみに仰角を変更させているが、この理由は、衛星信号の受信が仰角の微細な変化には大きな影響を受けないためであり、仰角の微細な変化によってアンテナ部１００の仰角を持続的に変更させる場合、システムの処理速度などに悪影響を及ぼすためである。本発明の実施形態において、前記アンテナ部１００の仰角変化基準値は、衛星信号の受信率及び処理速度などを考慮して４°に設定することが可能である。

以下、図５に示したアンテナ部１００の方位角が制御される過程を説明する。

段階Ｓ２００：システムがターンオンになり、メーン制御部２１０は、仰角制御部２２０からアンテナ部１００の仰角が変更されたことを表す仰角変更信号を受信する。

段階Ｓ２１０：仰角制御部２２０から仰角が変更されたことを表す信号が受信されると、メーン制御部２１０は、まず、方位角ジャイロセンサー４００の出力基準値を設定する補正（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）を行う。

段階Ｓ２２０：方位角ジャイロセンサー４００の補正が行われた後、メーン制御部２１０は、方位角モーター３１０を駆動してアンテナ部１００を回転させながら、衛星の初期位置を検索する。

段階Ｓ２３０、Ｓ２３１：アンテナ部１００が３６０°回転する間にも衛星信号が受信されない場合（Ｓ２３０）、メーン制御部２１０は、車両が衛星信号の受信不能地域にあると見なし、衛星追跡モードをスリープモードに転換して待機状態を維持した後、一定時間が経過すると、衛星を検索する前記過程（Ｓ２２０）を反復的に行う（Ｓ２３１）。

段階Ｓ２４０：衛星信号の受信地点が発見されると（衛星信号が受信されると）、メーン制御部２１０は、受信される衛星信号の強さを分析して衛星の初期方位角位置を捕捉する。

段階Ｓ２５０：衛星の初期方位角位置が捕捉されると、メーン制御部２１０は、方位角ジャイロセンサー４００から伝送される車両の方位角移動情報を分析し、車両の移動によって変更される衛星の方位角を追跡することで、方位角モーター３１０を通してアンテナ部１００の指向方位角を制御する。このようなメーン制御部２１０の衛星方位角追跡過程は、仰角制御部２２０の衛星仰角制御と独立的に行われる。

段階Ｓ２６０：前記衛星の方位角を捕捉して追跡する過程は、システムの終了時まで反復的に行われる。

前記段階Ｓ２００では、メーン制御部２１０が仰角制御部２２０から最初の仰角変更信号を受信した後、方位角を捕捉して追跡することを説明したが、このメーン制御部２１０は、システムがターンオンになると、仰角変更信号の受信とは関係なしに方位角を捕捉して追跡することもできる。

上記のように、本発明に係る仰角制御部２２０は、ＧＰＳ信号を分析して衛星の仰角を計算し、仰角モーター３２０を駆動してアンテナ部１００の指向仰角が衛星の仰角となるように制御する。また、メーン制御部２１０は、受信される衛星信号の強さを分析し、衛星の初期方位角位置を捕捉した後、方位角ジャイロセンサー４００の出力値を分析して衛星の方位角を持続的に追跡し、方位角モーター３１０を駆動してアンテナ部１００の指向方位角が衛星の方位角となるように制御する。

本発明の実施形態に係る仰角制御部は、ＧＰＳ信号を分析して衛星の仰角を計算し、仰角が既に設定された基準値より大きい値に変更される場合のみにアンテナの仰角を制御する。これによって、仰角の微細な変化によって頻繁に行われるべき仰角制御を防止し、衛星追跡速度を向上させ、不必要な電力損失を予防できるという効果がある。さらに、変更される衛星の仰角をメモリに保存し、ＧＰＳ信号の受信が不可能である場合にも、メモリに保存された以前の衛星仰角情報を用いてアンテナの仰角を迅速に制御できるという効果がある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

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正面図である。 本発明の実施形態に係る衛星追跡アンテナシステムのブロック構成図である。 本発明の実施形態によってアンテナ仰角が制御される過程を示したフローチャートである。 本発明の実施形態によってアンテナ方位角が制御される過程を示したフローチャートである。

符号の説明

１００ アンテナ部
１１０ アンテナ
１２０ ＬＮＢ
２００ 制御ボード
２１０ メーン制御部
２２０ 仰角制御部
２１１，２２１ 制御装置
２１２，２２２ メモリ
２３０ 方位角モータードライバー
２４０ 仰角モータードライバー
３００ モーター部
３１０ 方位角モーター
３２０ 仰角モーター
４００ 方位角ジャイロセンサー
５００ ＧＰＳ受信部
６００ ロータリージョイント
７００ 衛星放送受信機
８００ モニター

Claims (7)

1. 衛星から送信される衛星信号を受信するアンテナ部（１００）と；
   ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部（５００）と；
   車両の方位角変化を感知する方位角ジャイロセンサー（４００）と；
   前記ＧＰＳ受信部（５００）を通して受信されるＧＰＳ信号を分析し、衛星の初期仰角位置を計算して捕捉する仰角制御部（２２０）と、前記アンテナ部（１００）を通して受信される衛星信号を分析し、衛星の方位角を捕捉した後、前記方位角ジャイロセンサー（４００）を通して感知される車両の方位角変化を分析して衛星の方位角を追跡するメーン制御部（２１０）とを備えた制御ボード（２００）と；
   前記仰角制御部（２２０）の制御によって衛星の仰角指向位置にアンテナ部（１００）の仰角を回転させる仰角モーター（３２０）と、前記メーン制御部（２１０）の制御によって前記衛星の方位角指向位置にアンテナ部（１００）の方位角を回転させる方位角モーター（３１０）とを備えたモーター部（３００）と；
   を含んで構成されることを特徴とする衛星追跡アンテナシステム。
2. 前記仰角制御部（２２０）は、車両の移動による衛星仰角変化を追跡し、仰角変化が既に設定された基準値より大きい場合、仰角モーター（３２０）を制御し、変更された衛星仰角指向位置にアンテナ部（１００）の仰角を回転させることを特徴とする請求項１に記載の衛星追跡アンテナシステム。
3. 前記仰角制御部（２２０）は、変更された衛星仰角情報をメモリ（２２２）に保存し、以後に衛星の初期仰角を捕捉するとき、ＧＰＳ信号が受信されない場合、前記メモリ（２２２）に保存された仰角をアンテナ部（１００）の指向仰角に設定することを特徴とする請求項２に記載の衛星追跡アンテナシステム。
4. 前記仰角制御部（２２０）は、アンテナ部（１００）の仰角が変更されると、仰角変更信号をメーン制御部（２１０）に伝送することを特徴とする請求項２に記載の衛星追跡アンテナシステム。
5. 前記メーン制御部（２１０）は、仰角制御部（２２０）から衛星の初期仰角捕捉による仰角変更信号を受信した後、衛星の方位角を捕捉して追跡することを特徴とする請求項１に記載の衛星追跡アンテナシステム。
6. 衛星アンテナの衛星追跡方法において、
   （ａ）ＧＰＳ衛星から受信されるＧＰＳ信号を分析し、衛星の初期仰角を計算して捕捉し、捕捉された衛星の初期仰角指向位置にアンテナ部（１００）の仰角を回転させる段階と；
   （ｂ）アンテナ部（１００）を通して受信される衛星信号を分析して衛星の初期方位角を捕捉し、方位角ジャイロセンサー（４００）を通して感知される車両の方位角変化を分析して衛星の方位角を持続的に追跡し、前記捕捉されて追跡される衛星の方位角指向位置にアンテナ部（１００）の方位角を回転させる段階と；
   （ｃ）車両の移動によって衛星の仰角変化を追跡し、仰角変化が既に設定された基準値より大きい場合、仰角モーター（３２０）を制御し、変更された衛星仰角指向位置にアンテナ部（１００）の仰角を回転させる段階と；を含んで構成されることを特徴とする衛星追跡アンテナの衛星追跡方法。
7. 前記アンテナ部（１００）の指向仰角が変更されると、変更された衛星仰角情報をメモリ（２２２）に保存し、以後に衛星の初期仰角を捕捉するとき、ＧＰＳ信号が受信されない場合、前記メモリ（２２２）に保存された仰角をアンテナ部（１００）の指向仰角に設定することを特徴とする請求項６に記載の衛星追跡アンテナの衛星追跡方法。
   

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