JP2009212975A - アンテナ装置及びアンテナの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境変化があっても、空中線駆動の最適化を図り得るアンテナ装置を提供する。
【解決手段】衛星に対するアンテナ部１の指向時に、アンテナ部１の各動作軸の動作速度をＡＺ角度センサ１２、ＥＬ角度センサ１３及びＰＯＬ角度センサ１４により検出し、これら検出結果からアンテナ部１の周囲の環境変化による速度誤差を演算処理部１１で求め、この速度誤差を小さくするべくアンテナ駆動装置２のＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の各駆動モータを制御し、当該速度誤差が予め設定されたしきい値未満となった場合に、ＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の各駆動モータに対する速度制御を停止する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、親局又は子局から複数の子局に対し衛星回線を介して映像・音声・データ等の伝送を行なう伝送システムに係り、特に衛星を指向するためのアンテナの制御方法及び当該方法に基づく制御システムを備えたアンテナ装置に関する。

衛星を介して映像・音声・データ等の伝送を行なう衛星伝送システムにおいては、自動車などの移動体に搭載され、放送衛星・通信衛星のような静止衛星との間でデータを送受信するアンテナ装置が実用化されている。このようなアンテナ装置における駆動機構は、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。

ところで、上記アンテナ装置においては、空中線駆動モータに対して所要の駆動電圧を印加する駆動制御方法をとっており、環境変化によっては駆動速度が変化し、正確に駆動制御および停止制御することが難しく、環境変化によって駆動制御および停止制御が正確にできない状況がある。

なお、この種に関連する従来技術として、特許文献１に、アンテナ装置が受ける風により変形して生じるアンテナ指向誤差を推定し、これを補正して、アンテナ指向方向の設定を高精度化する構成が示されている。但し、この特許文献１に記載のものは、風によるアンテナ指向誤差を問題としており、種々の環境変化に応じた駆動制御および停止制御に関するものではない。
特開２００７−１２９６２４公報。

以上のように、上記アンテナ装置では、空中線駆動モータに対して所要の駆動電圧を印加する駆動制御方法をとるため、環境変化によっては駆動速度が変化し、正確に駆動制御および停止制御することが難しく、環境変化によって駆動制御および停止制御が正確にできない。

そこで、この発明の目的は、環境変化があっても、空中線駆動の最適化を図り得るアンテナ装置及びアンテナの制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明に係るアンテナ装置は、衛星を指向しつつ当該衛星を介して伝送信号を送受信するアンテナ装置において、複数の動作軸回りに制御可能なアンテナ部を駆動するアンテナ駆動手段と、衛星に対するアンテナ部の指向時に、アンテナ駆動手段によるアンテナ部の各動作軸の動作速度を検出する検出手段と、この検出手段による検出結果からアンテナ部の周囲の環境変化による速度誤差を求め、この速度誤差を小さくするべくアンテナ駆動手段を制御し、当該速度誤差が予め設定されたしきい値未満となった場合に、アンテナ駆動手段に対する速度制御を停止する制御手段とを備えるようにしたものである。

この構成によれば、アンテナ部の周囲の環境変化による速度誤差が生じても、この速度誤差を含めてアンテナ部の駆動が補正される。また、速度誤差が予め設定されたしきい値未満となった場合に、アンテナ駆動手段に対する速度制御が停止される。このため、アンテナ部の動作は周辺環境に応じて正確に補正されることになり、アンテナ部の駆動制御の最適化を図ることが可能となる。しかも、速度誤差に対し速度制御を停止するためのしきい値を設定することで、高精度な駆動制御も不要となる。

さらに、動作速度に対応する前記アンテナ部の駆動データを格納する記憶手段を備え、制御手段は、初期設定時に検出手段により検出される各動作軸の動作速度に対応する駆動データを記憶手段に格納し、アンテナ部の指向制御時に検出手段で得られる動作速度に対応する駆動データと記憶手段に格納された駆動データとの差を速度誤差として求めることを特徴とする。

この構成によれば、メモリに格納される駆動データと角度センサにより得られる駆動データとの差から環境変化による速度誤差を特定するようにしているので、駆動制御回路を、メモリを使用したハードウェア回路により構成することができ、簡単でしかも応答性の優れた回路を提供できる。

制御手段は、アンテナ部を任意の位置で停止させる際に、検出手段による検出結果からアンテナ部の周囲の環境変化による慣性移動量を求め、この慣性移動量を小さくするべくアンテナ駆動手段を制御することを特徴とする。

この構成によれば、アンテナ部の周囲の環境変化により任意の停止位置にずれが生じても、角度センサによる検出結果から慣性移動量を求め、この慣性移動量を含めてアンテナ部の駆動が補正される。このため、アンテナ部の停止位置は周辺環境に応じて正確に補正されることになり、アンテナ部の停止制御の最適化を図ることが可能となる。

以上詳述したようにこの発明によれば、環境変化があっても、空中線駆動の最適化を図り得るアンテナ装置及びアンテナの制御方法を提供することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明に係るアンテナ装置全体の概略構成を示す。

アンテナ部１は、アンテナ駆動装置２によって方位角（ＡＺ軸）、仰角（ＥＬ軸）、偏波角（ＰＯＬ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ＰＯＬ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、ＰＯＬ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。

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装置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、アンテナ装置が衛星に向けて送信される。データの受信時には、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装置８を経て受信データが取り出される。

低雑音増幅器７からの受信信号は受信レベル検出器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（アナログ／デジタル）変換器１０によってサンプリングされ、デジタル信号に変換された後、演算処理部１１に入力される。

演算処理部１１は、衛星に対するアンテナ部１の指向誤差をＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の各軸ごとに検出する回路である。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、アンテナ部１が衛星に正しく向い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、つまり指向誤差が増大するに従って一様にレベルが低下する。

そこで、演算処理部１１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（衛星を指向するために予め与えられた衛星位置における送受信モジュールの位置及び姿勢）とその周辺の位置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ＰＯＬ軸毎に修正するための修正ベクトルｘが求められる。

すなわち、演算処理部１１においては、ＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸毎の追尾誤差に応じた修正ベクトルが求められ、この修正ベクトルｘのデータがＡＺ角度センサ１２、ＥＬ角度センサ１３及びＰＯＬ角度センサ１４により検出されるＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の角度データに加算される。これら修正ベクトル加算後の角度データに基づいて、ＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ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指令データが生成される。

演算処理部１１によって生成された指令データは、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ＰＯＬ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（駆動制御電圧）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は衛星に対する指向位置、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。演算処理部１１には、さらに不揮発性メモリ１５が接続されているが、これについては後述する。

上記演算処理部１１は、駆動制御部１１１及び停止制御部１１２を有する。

駆動制御部１１１では、図２に示すように、上記修正ベクトルｘのデータが加算部１１１ａによってＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の角度データに加算される。加算部１１１ａの出力データは、ＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の角速度データと共に、フィードバックループ１１１ｂに目標値として与えられ、フィードバックループ１１１ｂではこれらの目標値に従ってＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ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。

また、駆動制御部１１１は、初期設定時にＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の駆動速度に対応する駆動データを不揮発性メモリ１５に格納し、アンテナ部１の指向制御時にＡＺ角度センサ１２、ＥＬ角度センサ１３及びＰＯＬ角度センサ１４により得られる各駆動速度に対応する駆動データと不揮発性メモリ１５に格納された駆動データとの差を速度誤差として求める。この速度誤差を小さくするべくモータ駆動回路３を制御し、当該速度誤差が予め設定されたしきい値未満となった場合に、フィードバックループ１１１ｂのフィードバックを停止する。

停止制御部１１２は、アンテナ部１を任意の位置で停止させる際に、ＡＺ角度センサ１２、ＥＬ角度センサ１３及びＰＯＬ角度センサ１４により得られる各駆動速度に対応する慣性移動角度データを不揮発性メモリ１５に格納し、次回の停止制御時に、ＡＺ角度センサ１２、ＥＬ角度センサ１３及びＰＯＬ角度センサ１４で得られる各駆動速度に対応する慣性移動角度データと不揮発性メモリ１５に格納された慣性移動角度データとの差を慣性移動量として求める。この慣性移動量を小さくするようにモータ駆動回路３を制御する。

次に、上記構成における動作について説明する。ここでは、アンテナ部１を環境変化によって変化する補正用件条件によって自動駆動する以下の制御方式を自動的に行うことにより実施される。

アンテナ部１の駆動最適化制御に際してはアンテナ部１本体を駆動する駆動速度制御と駆動しているアンテナ部１本体を停止する停止制御の２つの制御に分けて以下の方法で実施する。

（駆動速度制御）
（駆動速度）
駆動速度が環境で変化した場合、その変化を検出して元に戻るよう駆動電圧に対してフィードバックをかける。フィードバックの応答速度を早くした場合、外乱に対しての応答が不安定になることが予測されるため、段階的に誤差を解消する方式とする。また目標速度にしきい値を設けて、その範囲にある場合にはフィードバックを停止する。

図３はその様子を示しており、ここでは誤差の１／２を現状値に加えることにより誤差が安定に減少し、しきい値（＋／−１０％を予定）の内側に入って制御を停止する。

（速度検出）
アンテナ部１のＡＺ、ＥＬ及びＰＯＬの駆動軸はそれぞれＡＺ角度センサ１２、ＥＬ角度センサ１３及びＰＯＬ角度センサ１４（又はポテンショメータ）で監視し、そのデータを演算処理部１１に取り込み、時間あたりの移動角度から角速度を求める。

駆動速度は大きく分けてアンテナ部１の展開時と捕捉動作時となるが、上記で算出した角速度を不揮発メモリ１５に保存し管理する。

（フィードバック量の計算）
ＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の各駆動モータの回転速度が制御電圧に比例する領域で使用すると仮定し、フィードバック量としては、検出した速度の誤差分を、制御電圧の変化分に換算して、モータドライバーの制御電圧を変化させる。

例えば、速度誤差として−２０％と検出した場合、制御電圧は現状の制御電圧に誤差の１／２として１０％を加えて１１０％の電圧を出力する。

（駆動データの管理）
上記によって得られた駆動データは、駆動速度をアドレスとする不揮発性メモリ１５によって管理し、次回制御時の初期値として使用する。

（駆動データの範囲）
駆動データの範囲は制御電圧の最大値〜０の範囲とする。範囲を越えた値は最大値に置き換える（図４参照）。最大値は、モータの駆動電圧範囲により確定するものとする。

（演算処理部１１による制御処理）
図５は、アンテナ部１の指向制御時における演算処理部１１の制御処理手順を示すフローチャートである。

アンテナ部１を指向制御している際に、演算処理部１１はＡＺ角度センサ１２、ＥＬ角度センサ１３及びＰＯＬ角度センサ１４により検出される時間当たりの移動角度から角速度を求め、これら角速度に対応する駆動データを求める（ステップＳＴ５ａ）。

そして、演算処理部１１は、求めた駆動データと不揮発性メモリ１５中の角速度に対応する駆動データとを比較して速度誤差を求め（ステップＳＴ５ｂ）、この速度誤差が予め設定されたしきい値未満であるか否かの判断を行う（ステップＳＴ５ｃ）。

ここで、速度誤差がしきい値未満でない場合（Ｎｏ）、演算処理部１１は速度誤差が小さくなるようにＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の各駆動モータの回転速度を制御する（ステップＳＴ５ｄ）。

一方、速度誤差がしきい値未満である場合（Ｙｅｓ）、演算処理部１１はフィードバックを停止する（ステップＳＴ５ｅ）。

（停止制御）
（停止位置）
アンテナ部１を希望とする位置で停止する場合、ＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の各駆動モータの電圧を０に制御するが、アンテナ部１の慣性モーメントが大きいことから、希望とする位置になる前に駆動電圧を０にして、残りを慣性によって移動して希望値に近づける。慣性で移動する距離は、その日の環境条件によって変化する事が予想されるので、慣性移動の分量を事前に知る事によって、空中線を精度よく停止制御する（図６参照）。

（慣性移動角度）
慣性移動角度は、駆動電圧を０Ｖにした角度と、実際に空中線が停止した角度の差で求める。従って、１回の停止動作に対して１個のデータが得られることとなる。

データは、前回までの値と今回取得した値に重み付けを２：１として平均し、次回に使用するデータ（次回制御時の初期値）を得る（図７参照）。

例として初期値：0.3deg 今回値：0.4degの場合
次回制御時の初期値＝（0.3*2+0.4*1）/3＝3.3deg
（慣性移動角度データの管理）
上記で得られた慣性移動角度データは、駆動速度をアドレスとする、不揮発性メモリ１５によって管理し、次回制御時の初期値として使用する。

以上のように上記実施形態では、アンテナ部１の周囲の環境変化による速度誤差が生じても、この速度誤差を事前に知ることにより、この速度誤差を含めてアンテナ部１の駆動を補正するようにしている。また、速度誤差が予め設定されたしきい値未満となった場合に、ＡＺ軸、ＥＬ軸及びＰＯＬ軸の各駆動モータに対する速度制御を停止するようにしている。

このため、アンテナ部１の動作は周辺環境に応じて正確に補正されることになり、アンテナ部１の駆動制御の最適化を図ることが可能となる。しかも、速度誤差に対し速度制御を停止するためのしきい値を設定することで、高精度な駆動制御も不要となる。

また、上記実施形態では、不揮発性メモリ１５で管理される駆動データとＡＺ角度センサ１２、ＥＬ角度センサ１３及びＰＯＬ角度センサ１４により得られる駆動データとの差から環境変化による速度誤差を特定するようにしているので、演算処理部１１を、不揮発性メモリ１５を使用したハードウェア回路により構成することができ、これにより簡単でしかも応答性の優れた回路を提供できる。

さらに、上記実施形態では、アンテナ部１の周囲の環境変化により任意の停止位置にずれが生じても、ＡＺ角度センサ１２、ＥＬ角度センサ１３及びＰＯＬ角度センサ１４による検出結果から慣性移動量を求め、この慣性移動量を含めてアンテナ部１の駆動が補正される。

このため、アンテナ部１の停止位置は周辺環境に応じて正確に補正されることになり、アンテナ部１の停止制御の最適化を図ることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。 同実施形態における駆動制御部の詳細な回路構成を示す図。 同実施形態において、環境変化による速度誤差と時間との関係を示す図。 同実施形態において、駆動速度と駆動データとの関係を示す図。 同実施形態において、アンテナ部の指向制御を行う際の演算処理部の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において、停止制御時におけるアンテナ部の駆動速度と慣性移動量との関係を示す図。 同実施形態において、駆動速度と慣性移動角度データとの関係を示す図。

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、５…送信装置、６…電力増幅器、７…低雑音増幅器、８…受信装置、９…受信レベル検出器、１０…Ａ／Ｄ変換器、１１…演算処理部、１２…ＡＺ角度センサ、１３…ＥＬ角度センサ、１４…ＰＯＬ角度センサ、１５…不揮発性メモリ、１１１…駆動制御部、１１２…停止制御部。

Claims (5)

1. 衛星を指向しつつ当該衛星を介して伝送信号を送受信するアンテナ装置において、
   複数の動作軸回りに制御可能なアンテナ部を駆動するアンテナ駆動手段と、
   前記衛星に対する前記アンテナ部の指向時に、前記アンテナ駆動手段による前記アンテナ部の各動作軸の動作速度を検出する検出手段と、
   この検出手段による検出結果から前記アンテナ部の周囲の環境変化による速度誤差を求め、この速度誤差を小さくするべく前記アンテナ駆動手段を制御し、当該速度誤差が予め設定されたしきい値未満となった場合に、前記アンテナ駆動手段に対する速度制御を停止する制御手段とを具備したことを特徴とするアンテナ装置。
2. さらに、動作速度に対応する前記アンテナ部の駆動データを格納する記憶手段を備え、
   前記制御手段は、初期設定時に前記検出手段により検出される各動作軸の動作速度に対応する駆動データを前記記憶手段に格納し、前記アンテナ部の指向制御時に前記検出手段で得られる動作速度に対応する駆動データと前記記憶手段に格納された駆動データとの差を速度誤差として求めることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記制御手段は、前記アンテナ部を任意の位置で停止させる際に、前記検出手段による検出結果から前記アンテナ部の周囲の環境変化による慣性移動量を求め、この慣性移動量を小さくするべく前記アンテナ駆動手段を制御することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. さらに、動作速度に対応する慣性移動角度データを格納する記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記アンテナ部を任意の位置で停止させる際に、前記検出手段により得られる動作速度に対応する慣性移動角度データを前記記憶手段に格納し、次回の停止制御時に、前記検出手段で得られる動作速度に対応する慣性移動角度データと前記記憶手段に格納された慣性移動角度データとの差を慣性移動量として求めることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
5. 衛星を指向しつつ当該衛星を介して伝送信号を送受信するアンテナの制御方法であって、
   前記衛星に対する前記アンテナ部の指向時に、前記アンテナ部の各動作軸の動作速度を検出し、
   この検出結果から前記アンテナ部の周囲の環境変化による速度誤差を求め、この速度誤差を小さくするべく前記アンテナ駆動手段を制御し、
   当該速度誤差が予め設定されたしきい値未満となった場合に、前記アンテナ駆動手段に対する速度制御を停止するようにしたことを特徴とするアンテナの制御方法。

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