JP2013243655A - アンテナ装置、アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 同じGPS受信機から得られる複数の位置(緯度及び経度)の情報(座標情報)から、アンテナ装置の位置(緯度及び経度)の情報(座標情報)又は方位の情報を容易に取得することを目的とする。
【解決手段】 アジマス軸を中心に、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機3のGPSアンテナ3aが設置された放物曲面鏡1aを有するアンテナ部1を回動させるアンテナ駆動部2により、アジマス軸を中心にアンテナ部1を回動させ、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる座標情報を、GPS受信機3から取得する。
【選択図】 図1
【解決手段】 アジマス軸を中心に、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機3のGPSアンテナ3aが設置された放物曲面鏡1aを有するアンテナ部1を回動させるアンテナ駆動部2により、アジマス軸を中心にアンテナ部1を回動させ、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる座標情報を、GPS受信機3から取得する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、移動体に搭載された衛星通信用アンテナ装置が、衛星方向を指向して初期捕捉するために必要な座標情報や方位情報を得るためのアンテナ装置、アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法に関するものである。
従来、移動体衛星通信用アンテナ装置(移動体衛星通信装置)では、運用開始時に初期捕捉として移動体に搭載された衛星通信用アンテナを静止衛星である通信衛星に正確に指向させ、衛星をプログラム追尾させるために、ジャイロコンパスやグローバル・ポジショニング・システム(以下「GPS」と略す。)受信機を用いて、移動体自体の位置(緯度・経度)、移動体の動揺(傾き)、船首(機首)方位の情報を把握している(例えば、特許文献1及び2)。ここで、プログラム追尾とは、あらかじめ与えられた衛星軌道の予測データと実際にアンテナの向いている方向を、比較演算してアンテナを駆動制御する方式である。
従来の移動体(船舶、航空機、車両等)では、特許文献2に示すに、位置すなわち緯度及び経度情報(以下、「緯度経度情報」と呼ぶ場合がある。)については、GPS受信機により取得し、移動体の動揺(傾き)については傾斜計により得る。また、船首・機首方位(以下、「ヘディング」と呼ぶ場合がある。)情報については、動揺する移動体に搭載したジャイロコンパスから情報を得る場合が多く、それが得られない場合は、移動体自体に、独自に複数のGPS受信機を設置して差分演算により方位を算出する等の処置を行ない対処している。
特許文献1の図2,特許文献2の図2,後述の特許文献3の図3には、移動体(船舶)から見た、真北、ヘディング角度、ヘディング方向、通信衛星の方位の一般的な関係が示されている。移動体の船首・機首方向(ヘディング方向)が図の上方向を向いており、図面上の左側に静止衛星である通信衛星が存在する。ここで、静止衛星は、地球の自転と並行して移動するため、地上からは天空の一点に止まっているように見える静止軌道を回っている。この時、移動体のヘディング方向と真北とのなす角度をヘディング角度、ヘディング方向と通信衛星のなす角度をベアリング角と一般的に呼ばれている。
また、特許文献2の記載と類似の記載が特許文献3に記載されている。特許文献3には、野外で展開して使用される可搬型の衛星通信用アンテナ装置(船舶用衛星通信装置)において、衛星通信用アンテナ装置(衛星通信装置)の運用の緯度経度情報を自動的に設定できるGPS受信機を設け、この装置の運用位置における方位検出をジャイロコンパスを用い、この装置運用時の傾斜角度は傾斜計にて検出することが記載されている。
なお、特許文献4には、船舶用衛星通信用アンテナ装置(船舶用衛星通信装置)において、通信アンテナとGPSアンテナとの位置関係が一定であるよう回転装置に固定し、遮蔽物によりGPS衛星の信号をGPSアンテナが受信できなくなる際の、通信アンテナの方位角範囲を記録しておく。通信アンテナの方位角が、記録された方位角範囲内に来たときに、通信アンテナとGPSアンテナを水平面で回転させて、GPSアンテナを遮蔽物から外に出すことが記載されている。
しかし、従来の移動体搭載の衛星通信用アンテナ装置では、移動体の船首・機首方位の情報(ヘディング情報)を得るために必要な方位やアンテナ装置の位置(緯度及び経度)の情報(座標情報)を取得するために、移動体自身へ方位情報をインプットする他システムとの連接や、ジャイロコンパスや自己のアンテナ装置に複数のGPS受信機を装備して方位情報を把握する必要があり、他システムと連接するための技術調整に時間を要するという課題があった。また、追加機材据付けのため据付け工程が必要となるために、設置が簡便ではないという課題もあった。
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、同じGPS受信機から得られる複数の位置(緯度及び経度)の情報から、アンテナ装置の位置(緯度及び経度)の情報(座標情報)を容易に取得することが可能なアンテナ装置、アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法を取得することを目的とする。
請求項1の発明に係るアンテナ装置は、反射器を有するアンテナ部と、アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させるアンテナ駆動部と、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機と、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させ、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる第1の座標情報を、前記GPS受信機から取得し、前記第1の座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出部と備えたとを備えたことを特徴とするものである。
請求項2の発明に係るアンテナ装置は、前記アンテナ座標情報算出部が、前記第1の座標情報を取得したときの前記アンテナ部のエレベーション角における前記GPSアンテナと前記アジマス軸との位置関係にあるときの、前記GPSアンテナから前記アジマス軸に下ろした垂線の長さと前記第1の座標情報から前記中点までの長さとが異なる場合は、前記第1の座標情報に誤差があると判定する請求項1に記載のものである。
請求項3の発明に係るアンテナ装置は、前記第1の座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと前記アンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出部を備えた請求項1又は2に記載のものである。
請求項4の発明に係るアンテナ装置は、反射器を有するアンテナ部と、アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させるアンテナ駆動部と、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機と、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させ、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる第1の座標情報を、前記GPS受信機から取得し、前記第1の座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出部とを備えたことを特徴とするものである。
請求項5の発明に係るアンテナ装置は、前記アンテナ座標情報算出部が、前記第1の座標情報を取得したときの前記アンテナ部のエレベーション角における前記GPSアンテナと前記アジマス軸との位置関係にあるときの、前記GPSアンテナから前記アジマス軸に下ろした垂線の長さと前記第1の座標情報から前記中点までの長さとが異なる場合は、前記第1の座標情報に誤差があると判定する請求項4に記載のものである。
請求項6の発明に係るアンテナ装置は、前記第1の座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る方位情報算出部を備えた請求項4又は5に記載のものである。
請求項7の発明に係るアンテナ装置は、反射器の反射器を有するアンテナ部と、アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させるアンテナ駆動部と、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機と、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させ、少なくとも三点以上の緯度及び経度からなる第2の座標情報を、前記GPS受信機から取得し、前記第2の座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出部とを備えたことを特徴とするものである。
請求項8の発明に係るアンテナ装置は、前記アンテナ座標情報算出部が、前記第2の座標情報を取得したときの前記アンテナ部のエレベーション角における前記GPSアンテナと前記アジマス軸との位置関係にあるときの、前記GPSアンテナから前記アジマス軸に下ろした垂線の長さと前記第2の座標情報から前記一点までの長さとが異なる場合は、前記第2の座標情報に誤差があると判定する請求項7に記載のものである。
請求項9の発明に係るアンテナ装置は、前記第2の座標情報が、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものを含むものであって、前記経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点の間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る、又は、前記第2の座標情報は、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を含むものであって、当該二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと前記アンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出部を備えた請求項7又は8に記載のものである。
請求項10の発明に係るアンテナ装置は、前記アンテナ部は、移動体に設置され、前記移動体における前記アンテナ部の設置位置と前記アンテナ部のアジマス角の座標軸との関係を用いて、前記方位情報算出部が算出した前記方位情報、及び、前記アンテナ座標情報算出部が算出した前記アンテナ座標情報から、前記移動体のヘディング角を算出するヘディング角算出部を備えた請求項3,6,9のいずれかに記載のものである。
請求項11の発明に係るアンテナ装置は、前記アンテナ座標情報算出部が、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を360°回動させ、前記第1の座標情報又は前記第2の座標情報を、所定のアジマス角ごとに、前記GPS受信機から取得するものである請求項1〜10のいずれかに記載のものである。
請求項12の発明に係るアンテナ装置は、前記アンテナ座標情報算出部が、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を360°回動させ、前記第1の座標情報又は前記第2の座標情報を、1°ごとに、前記GPS受信機から取得するものである請求項1〜10のいずれに記載のものである。
請求項13の発明に係るアンテナ装置は、反射器を有するアンテナ部と、アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させるアンテナ駆動部と、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機と、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を360°回動させ、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、前記GPS受信機から取得し、前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出、又は、前記座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出部とを備えたことを特徴とするものである。
請求項14の発明に係るアンテナ装置は、前記座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る、又は、前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと前記アンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出部を備えた請求項13に記載のものである。
請求項15の発明に係るアンテナ装置は、前記アンテナ部は、移動体に設置され、前記移動体における前記アンテナ部の設置位置と前記アンテナ部のアジマス角の座標軸との関係を用いて、前記方位情報算出部が算出した前記方位情報、及び、前記アンテナ座標情報算出部が算出した前記アンテナ座標情報から、前記移動体のヘディング角を算出するヘディング角算出部を備えた請求項14に記載のものである。
請求項16の発明に係るアンテナ装置は、前記アンテナ駆動部は、エレベーション軸を中心に前記アンテナ部を回動させ、前記アンテナ座標情報算出部は、前記アンテナ駆動部により、前記アンテナ部のエレベーション角を90°にしてから、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させて前記アンテナ座標情報を算出するものである請求項1〜15のいずれかに記載のものである。
請求項17の発明に係るアンテナ座標情報算出方法は、反射器を有するアンテナ部を、アジマス軸を中心に回動させるアンテナ駆動部により、前記アンテナ部を360°回動させるアジマス角回動ステップと、このアジマス角回動ステップによる回動時、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機から取得するGPS情報取得ステップと、このGPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出、又は、前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出ステップとを備えたことを特徴とするものである。
請求項18の発明に係る方位情報算出方法は、反射器を有するアンテナ部を、アジマス軸を中心に回動させるアンテナ駆動部により、前記アンテナ部を360°回動させるアジマス角回動ステップと、このアジマス角回動ステップによる回動時、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機から取得するGPS情報取得ステップと、このGPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る、又は、前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置から得られる、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出ステップとを備えたことを特徴とするものである。
請求項19の発明に係るヘディング角算出方法は、反射器を有するアンテナ部を、アジマス軸を中心に回動させるアンテナ駆動部により、前記アンテナ部を360°回動させるアジマス角回動ステップと、このアジマス角回動ステップによる回動時、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機から取得するGPS情報取得ステップと、このGPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出、又は、前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出ステップと、前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る、又は、前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと前記アンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出ステップと、前記移動体における前記アンテナ部の設置位置と前記アンテナ部のアジマス角の座標軸との関係を用いて、前記方位情報算出ステップで算出した前記方位情報、及び、前記アンテナ座標情報算出ステップで算出した前記アンテナ座標情報から、前記移動体のヘディング角を算出するヘディング角算出ステップとを備えたことを特徴とするものである。
請求項20の発明に係るヘディング角算出方法は、反射器を有し、移動体に設置されたアンテナ部を、アジマス軸を中心に回動、及び、エレベーション軸を中心に回動させるアンテナ駆動部により、前記アンテナ部のエレベーション角を90°にするエレベーション角設定ステップと、このエレベーション角設定ステップの後に、前記アンテナ駆動部により、前記アンテナ部を360°回動させるアジマス角回動ステップと、このアジマス角回動ステップによる回動時、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機から取得するGPS情報取得ステップと、このGPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出、又は、前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出ステップと、前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る、又は、前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと前記アンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出ステップと、前記移動体における前記アンテナ部の設置位置と前記アンテナ部のアジマス角の座標軸との関係を用いて、前記方位情報算出ステップで算出した前記方位情報、及び、前記アンテナ座標情報算出ステップで算出した前記アンテナ座標情報から、前記移動体のヘディング角を算出するヘディング角算出ステップとを備えたことを特徴とするものである。
以上のように、請求項1〜16に係る発明によれば、GPS受信機をアジマス軸まわりに回動させて得た、複数の緯度及び経度の情報を用いて、アンテナ座標情報、方位情報及びヘディング角の少なくとも一つを得ることが可能なアンテナ装置を得ることができる。
請求項17〜20に係る発明によれば、GPS受信機をアジマス軸まわりに回動させて得た、複数の緯度及び経度の情報を用いて、アンテナ座標情報、方位情報及びヘディング角の少なくとも一つを得る方法を得ることができる。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について図1〜図11を用いて説明する。図3(a)はGPSアンテナが形成されたアンテナ部(反射器)のエレベーション軸を中心とした回動を示す模式図、図3(b)はアンテナ部(反射器)のエレベーション軸を中心とした回動角度ごとの、アンテナ部(反射器)に設けられたGPSアンテナとアジマス軸との距離を示す模式図、図3(c)はアンテナ部(反射器)に設けられたGPSアンテナのアジマス軸を中心とした回動を示す模式図である。図4(a)はアンテナ部(反射器)及びGPSアンテナを示す模式図、図4(b)はアンテナ部(反射器)及びGPSアンテナを含むアンテナ装置全体(レドームなし)の具体的な構造の一例を示す図である。
以下、この発明の実施の形態1について図1〜図11を用いて説明する。図3(a)はGPSアンテナが形成されたアンテナ部(反射器)のエレベーション軸を中心とした回動を示す模式図、図3(b)はアンテナ部(反射器)のエレベーション軸を中心とした回動角度ごとの、アンテナ部(反射器)に設けられたGPSアンテナとアジマス軸との距離を示す模式図、図3(c)はアンテナ部(反射器)に設けられたGPSアンテナのアジマス軸を中心とした回動を示す模式図である。図4(a)はアンテナ部(反射器)及びGPSアンテナを示す模式図、図4(b)はアンテナ部(反射器)及びGPSアンテナを含むアンテナ装置全体(レドームなし)の具体的な構造の一例を示す図である。
図1〜図11において、アンテナ部1は、放物曲面の反射器(放物面反射器)や球面の反射器などの凹状又は皿状の反射器1aを有している。アンテナ駆動部2はアジマス(以下、「AZ」と呼ぶ場合がある。)軸を中心にアンテナ部1を回動させるものであり、エレベーション(以下、「EL」と呼ぶ場合がある。)軸を中心にアンテナ部1を回動,クロスエレベーション(以下、「cross−EL」と呼ぶ場合がある。)軸を中心にアンテナ部1を回動させる機能を有していてもよい。なお、AZ軸の回動,EL軸の回動,cross−EL軸の回動を行う構造は、それぞれ一体であってもよいし、別体であってもよい。なお、AZ軸の回動を行うものをアンテナAZ軸駆動部,EL軸の回動を行うものをアンテナEL軸駆動部,cross−EL軸の回動を行うものをアンテナcross−EL軸駆動部と称してもよい。GPS受信機3は、アンテナ部1の反射器1aにGPSアンテナ3aが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するものである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
図1〜図11において、GPSアンテナ3aは、アンテナ部1の反射器1aの円周(外延)上に形成されている。GPSアンテナ3aの設置位置は、GPSアンテナ3aがGPS衛星からのデータの受信可能な位置であって、衛星通信を行うアンテナ部1による電波の送受信を妨げない位置であれば、特に制限はない。なお、アンテナ部1の反射器1aの円周(外延)に延長部を設けて、その延長部にGPSアンテナ3aを設置してもよい。同じく、アンテナ部1の反射器1aの円周(外延)に沿って連続的に又は不連続的に周縁部を設けて、その周縁部にGPSアンテナ3aを設置してもよい。これらの場合、本願では延長部や周縁部も反射器1aの一部とする。反射器1aのうち、衛星通信を行うアンテナ部1による電波の送受信に寄与しない部分をGPSアンテナ3aの設置位置並びに延長部及び周縁部と考えてもよい。つまり、GPSアンテナ3aは、アンテナ駆動部2による反射器1aの駆動(回動)と連動して、駆動(回動)するものであるといえるので、GPSアンテナ3aは、アンテナ駆動部2によって駆動(回動)されるものともいえる。種々のことから、GPSアンテナ3aは、アンテナ駆動部2によって直接支持されていてもよい。また、GPSアンテナ3aは、GPS受信機3と一体であってもよい。GPSアンテナ3aとGPS受信機3とが一体である場合は、GPS受信機3が反射器1aに形成されることになる。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
図1〜図11において、反射器1a及びアンテナ駆動部2は、アンテナ支持台1c(駆動支持台1c)上に載置されている。アンテナ支持台1c(駆動支持台1c)は、ベースプレート1b上に形成されている。反射器1a,アンテナ駆動部2,アンテナ支持台1cは、レドーム1dに覆われている。レドーム1dの開口部は、ベースプレート1bの円形の周縁部に固定されている。アンテナ部1は、反射器1a,ベースプレート1b,アンテナ支持台1c(駆動支持台1c),レドーム1dから構成されており、これらに、アンテナ駆動部2とGPSアンテナ3aとの少なくとも一方を加えてもよい。本願では、特に、反射器1a,アンテナ駆動部2,GPSアンテナ3aアンテナ機能部13と称する。なお、反射器1a自身をアンテナ部1としてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
図1〜図11において、アンテナ座標情報算出部4は、アンテナ駆動部2により、AZ軸を中心にアンテナ部1を回動させ、取得時におけるAZ角(AZ軸における角度であるAZ角,AZ角度)の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる座標情報(緯度経度情報)を、GPS受信機3から取得し、この座標情報(第1の座標情報)のうち、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報(アンテナ座標,アンテナ緯度経度情報)として算出する。或いは、座標情報(第2の座標情報)のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するものである。三点を通る円が一つに決まることは自明である。本願のいう平均位置とは、ばらついている複数の点(経度及び経度)のばらつき中心としての分布の中心位置を標準偏差などにより算出したものを指すとする。詳細は後述の「図7に示すメモリ蓄積データである複数(複数点)の座標情報から、任意の二点以上又は三点以上点から円を複数描く説明」にて行う。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
図1〜図11において、方位情報算出部5(方位演算部5)は、座標情報のうち、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きとアンテナ座標情報とから、方位情報を得るものである。本願では、特に、アンテナ座標情報算出部4及び方位情報算出部5をコンパス機能部45と称する。ヘディング角算出部6は、移動体(図示は省略)にアンテナ部1が設置され、その移動体におけるアンテナ部1の設置位置とアンテナ部1のAZ角の座標軸との関係を用いて、方位情報算出部5が算出した方位情報、及び、アンテナ座標情報算出部4が算出したアンテナ座標情報から、移動体のヘディング角を算出する。本願では、移動体のヘディング方向をアンテナ部1のアジマス角0°として設定されたものを例に説明を行う。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
図1〜図11において、制御部7は、アンテナ駆動部2,GPS受信機3,アンテナ座標情報算出部4,方位情報算出部5,ヘディング角算出部6を制御している。メモリ部8は、内部のメモリ8mに記憶された情報の読み出しや内部のメモリ8mへの情報の書き込みを行う。制御部7は、アンテナ駆動部2及びGPS受信機3から出力される情報をメモリ部8へ送る。アンテナ座標情報算出部4及び方位情報算出部5は、メモリ部8から情報を取り出す。制御部7は、GPS受信機3からの座標情報(緯度及び経度)とその座標情報が得られたときのアンテナ部1(反射器1a)のAZ角とを紐付け(関連付け)を行う。この際、制御部7内の駆動制御部7bがアンテナ駆動部2(アンテナAZ軸駆動部2az)を駆動させる。そして、角度検出部7aは、GPS受信機3によって座標情報(緯度及び経度)が得られたときのアンテナ部1(反射器1a)のAZ角をアンテナ駆動部2(アンテナAZ軸駆動部2az)から取得する。情報出力部37は、GPS受信機3,アンテナ機能部13,制御部7から構成されている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
図1〜図11において、送受信機9は、実施の形態1に係るアンテナ装置の通信衛星(図示は省略)を介した基地局との送受信に関する処理を行うものである。送受信機9は制御部7と連携して、実施の形態1に係るアンテナ装置としての基本動作である衛星通信やプログラム追尾を実行する。なお、制御部7(ヘディング角算出部6)は、ヘディング角算出部6で算出したヘディング角を用いて、通信衛星の方向と船首方向(ヘディング方向)とのなす角であるベアリング角と、通信衛星を指向するための仰角を計算する。そして、制御部7がアンテナ駆動部2を制御して、ベアリング角までAZ軸まわりにアンテナ部1(放射面鏡1a)を駆動させ、同じく。制御部7がアンテナ駆動部2を制御して、衛星との仰角までEL軸を駆動させて、通信衛星を指向させると、送受信機9による通信衛星との送受信を開始し、運用をスタートする。制御部7はベアリング角算出部7ともいえる(ヘディング角算出部6はベアリング角算出部6ともいえる)。算出されたアンテナ座標情報(AZ軸の座標情報)、方位情報、ヘディング角、ベアリング角は、メモリ部8(メモリ8m)に蓄積(記憶)させてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
なお、図1及び図2に示す実施の形態1に係るアンテナ装置はAZ軸及びEL軸を備えた支持構造であるといえる。AZ軸、EL軸周りに制御部7(駆動制御部7b)からの制御信号に従って駆動され回転し、移動体の進行方向の変更、移動体の動揺に追従することにより、常に通信衛星の方向を指向し通信可能となるように、プログラム追尾されている。すなわち、あらかじめ与えられた通信衛星の軌道から算出したアンテナ指向角度の予測値と実際にアンテナ部1の指向方向との差分が最小となるAZ角度、EL角度を求めて、アンテナを駆動制御している。
次に、実施の形態1に係るアンテナ装置が、プログラム追尾(あらかじめ与えられた衛星軌道の予測データと実際にアンテナの向いている方向を、比較演算してアンテナを駆動制御する方式)を行うために必要な、アンテナ座標情報(AZ軸の緯度及び経度)を得ることができることを図3により説明する。図3(a)(b)は、GPSアンテナ3aが設けられた反射器1a(アンテナ部1)のEL軸における角度であるEL角(EL角度)によって、GPSアンテナ3aからAZ軸に下ろした垂線の長さが決定することが分かる。なお、EL角が大きくなり、天頂(EL角=90°)に向かうにつれ、GPSアンテナ3aからAZ軸に下ろした垂線が短くなっていく。図3(a)(b)では、EL角がα°→β°→γ°と角度が90°に近づくにつれて、GPSアンテナ3aからAZ軸に下ろした垂線が、d3→d2→d1と短くなっていくものが図示されている。
つまり、反射器1a(アンテナ部1)のEL角を固定した状態で、反射器1a(アンテナ部1)のAZ軸を中心に回動させることで、回動によって得られるGPSアンテナ3aの軌跡は、(AZ軸と直交する面を平面視したとき、)AZ軸を中心した円となる。図3(c)にその様子を模式的に示している。よって、この円の円周上の点(座標情報(緯度及び経度))が、三点分かると円の中心が特定できるのでAZ軸の緯度及び経度が分かる。なお、円の円周上の点(座標情報(緯度及び経度))が、二点しか分かっていない場合でも、その二点間のAZ角の差の絶対値が180°であれば、二点間を結ぶ直線の中点が円の中心となるので、AZ軸の緯度及び経度が分かる。図3(c)を補足説明すると、AZ軸を天頂方向から見るとほぼ円形となる。よって、この軌跡の中心位置は回転中心であるAZ軸の緯度経度となり、軌跡の半径は、GPS受信機3のGPSアンテナ3aが取り付けられたアンテナ部1(放射面鏡1a)の円周(外延)からAZ軸までの距離となる。
したがって、アンテナ部1(反射器1a)のEL角ごとに、GPSアンテナ3aからAZ軸に下ろした垂線の長さを事前に容易に知りうることができるので、その情報をメモリ8mなどの実施の形態1に係るアンテナ装置の記憶手段(記憶媒体)に記憶させることで、アンテナ座標情報算出部4は、得られたアンテナ座標情報(AZ軸の緯度及び経度)と、GPSアンテナ3aの緯度及び経度の情報である二点間のAZ角の差の絶対値が180°である座標情報からその二点の中点までの長さとが、又は、GPSアンテナ3aの緯度及び経度の情報である三点以上の座標情報から等距離にある一点までの長さとが異なる場合は、座標情報に誤差があると判定することができる。
このように、図4(a)に示すような反射器1aの端部にGPSアンテナ3aを配置することは、アンテナ座標情報(AZ軸の緯度及び経度)を得るための必須の条件ではなく、GPSアンテナ3aがGPS衛星から緯度及び経度の情報を受信できる状態で、反射器1a(アンテナ部1)上にGPSアンテナ3a(GPSアンテナ3aと一体の場合は、GPS受信機3)を固定することができ、実施の形態1に係るアンテナ装置の衛星通信に影響のない位置であればよい。
また、図4(b)に示すように、実施の形態1に係るアンテナ装置が、アンテナcross−EL軸駆動部2celを有するもの、つまり、cross−EL軸を中心に回動することが可能なものであれば、cross−EL角(cross−EL角度)ごとに、GPSアンテナ3aの位置が変わる。よって、アンテナ部1(反射器1a)のEL角ごとに、GPSアンテナ3aからAZ軸に下ろした垂線の長さの情報も増えることになる。そこで、図4に示すように、アンテナ部1(反射器1a)を天頂方向に向けてから(アンテナ部1(反射器1a)のEL角を90°にしてから)、AZ軸を中心にアンテナ部1(反射器1a)を回動させることで、GPSアンテナ3aとAZ軸とを常に一定の距離に保っている状態で、GPS受信機3から緯度及び経度の情報を取得することで、誤差の判定が容易となる。これは、実施の形態1に係るアンテナ装置が、アンテナcross−EL軸駆動部2celを有していない場合でも適用することが可能である。
ここで、図4に示すアンテナ装置の詳細を説明すると、アンテナ部1の端部には、GPS受信機3のGPSアンテナ3aが1個取り付けられている。この取付け位置は、AZ角=0°、EL角=90°に設定しアンテナ部1を天頂に向けた状態で、所定のAZ角度となる位置に取り付ける。GPS受信機3は、GPS衛星からの電波信号を受信し、GPS受信機3のGPSアンテナ3aの位置における緯度経度情報(座標情報)を出力する。また、図2に示すアンテナ装置の詳細を説明すると、アンテナ部1を主とする情報出力部37は、GPSアンテナ3aを有するGPS受信機3、反射器1a(アンテナ部1)、アンテナ駆動部2、角度検出部7a、駆動制御部7bを備える。なお、反射器1a(アンテナ部1)、GPSアンテナ3a、アンテナ駆動部2をアンテナ機能部13としている。角度検出部7aは、アンテナ部1(反射器1a)でのAZ軸、又はEL軸まわりに駆動した角度を検出する。メモリ部8(メモリ8m)は、GPS受信機3が出力した緯度経度情報(緯度及び経度,座標情報)、角度検出部7aが出力したAZ角度の情報を取得し、逐次蓄積する。コンパス機能部45(アンテナ座標情報算出部4及び方位情報算出部5(方位演算部5)は、メモリ部8(メモリ8m)から受けたAZ角度の情報と緯度経度情報(緯度及び経度,座標情報)に基づき、アンテナ部1(反射器1a)の回転につれて、GPS受信機3のGPSアンテナ3aが出力するGPSアンテナ3aの位置における緯度経度情報(緯度及び経度,座標情報)の変化から、アンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)と方位を算出する。ヘディング角算出部6は、コンパス機能部45が出力(算出)したアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)と方位との情報から、真北とアンテナ装置が搭載される移動体、例えば、船舶であれば、船首方向(ヘディング方向)とがなす角であるヘディング角の情報を算出する。
次に、実施の形態1に係るアンテナ装置の動作を図5及び図6のフローチャートを用いて説明する。この動作説明は、実施の形態1に係るアンテナ座標情報算出方法,方位情報算出方法,ヘディング角算出方法の説明も兼ねている。ここでは、実施の形態1に係るアンテナ装置が設置される移動体が船舶の場合で説明を行う。また、この船舶のヘディング方向を実施の形態1に係るアンテナ装置(アンテナ部1)のAZ角0°に合わせて設置されていることを前提に説明を行うが、必ずしもヘディング方向をAZ角0°にする必要はない。ヘディング方向がアンテナ部1のAZ角の何度に相当しているかを把握できておればよい。換言すると、アンテナ部1のAZ角0°がヘディング方向から何度ずれているかを知っておれば、ヘディング角算出部6による方位情報算出部5が算出した方位情報、及び、アンテナ座標情報算出部4が算出したアンテナ座標情報から、船舶のヘディング角を算出する際に、容易に変換を行うことができる。なお、図5及び図6において、S○と示されているものは(○には数字が入る)、処理ステップ(STEP)を意味している。
S1では、実施の形態1に係るアンテナ装置の衛星(通信衛星)の補足を開始するため、船舶を停止し、動揺が少ないことを確認した上で(S2)、「エレベーション角設定ステップ」であるS3と「アジマス角回動ステップ」を含むS4を行う。ここで、実運用の際の動作説明を簡易的に行う。まず、実施の形態1に係るアンテナ装置が設置されている船舶が、港に停泊しており、アンテナ装置の電源を投入し運用を開始する事前などには、通信衛星の初期捕捉を実施する(S1)。実施の形態1に係るアンテナ装置が設置されている船舶が停止しており、船体の動揺が少ないことを確認し、船体の動揺、移動に起因する測定誤差をできるだけ、抑えておく(S2)。次に、アンテナ部1(放射面鏡1a)を、AZ角=0°(船首方向)、EL角=90°(天頂方向)へ向ける(S3)。次に、アンテナ部1(放射面鏡1a)をAZ軸まわりに、一定速度で少なくとも1回転させ、GPSアンテナ3aがアンテナ部1(放射面鏡1a)の円周(外延)上に設置されている場合は、回転している間にGPS受信機3から、アンテナ部1(放射面鏡1a)の直径分の緯度経度情報(緯度及び経度,座標情報)と、角度検出部7aからAZ角度の情報とを取得し、逐次、メモリ8mへメモリ部8を介して制御部7が記憶させる(S4)。
S3の実施の有無は、反射器1aを有し、移動体(船舶)に設置されたアンテナ部1を、AZ軸を中心に回動、及び、EL軸を中心に回動させるアンテナ駆動部2(アンテナAZ軸駆動部2az,アンテナEL軸駆動部2el)により、アンテナ部1をEL角90°にする場合(アンテナ部1を天頂に向ける場合)かそうではない場合かによって決まる。アンテナ部1を天頂に向ける場合の説明は前述の通りである。積極的にアンテナ部1をEL角90°しない場合(積極的にアンテナ部1を天頂に向けない場合)は、アンテナ駆動部2(アンテナAZ軸駆動部2az)により、アンテナ部1をAZ角0°ににする。(S3’)なお、S3でアンテナ駆動部2(アンテナAZ軸駆動部2az)により、アンテナ部1をAZ角0°にする動作は、アンテナ部1をEL角90°にする動作の前でも後でもよい。ここで、説明したS3及びS3’の回動動作は、回動前にその角度にある場合は、アンテナ駆動部2が動かないことになる。つまり、制御部7(角度検出部7a)は、アンテナ駆動部2から、アンテナ部1のAZ角,EL角(,cross−EL角)の角度を得て、回動の必要性や回動量を判断しているものといえる。
図5に示すS4の処理ステップを詳細に示したものが図6に記載のフローチャートである。このフローチャートは、S4(S41〜S46)にて、アンテナ部1をAZ軸周りに1回転させる間に、緯度経度情報(緯度及び経度の情報である座標情報)と対応するAZ角の情報を得て、メモリ8mにメモリ蓄積情報として書き込み(記憶させ)、そのメモリ8mのメモリ蓄積情報から、アンテナ座標情報(アンテナ部1のAZ軸の緯度及び経度)と方位情報とを複数のGPS受信機(GPSアンテナ)やジャイロコンパスを用いずに算出するものである。
最初のS41(アジマス角回動ステップ)では、エレベーション角設定ステップの後に、アンテナ駆動部2により、アンテナ部1を360°回動させる(S3の後にS4を実行の場合)、又は、アンテナ部1を、AZ軸を中心に回動させるアンテナ駆動部により、アンテナ部1を360°回動させる(S3’の後にS4を実行の場合)ものである。次に、S42(GPS情報取得ステップ1)では、S41によるアンテナ部1の回動時(回動中)、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、アンテナ部1の反射器1aにGPSアンテナ3aが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機3から取得する。このS42では、図2に示すように、制御部7による緯度及び経度の情報とこの情報を得た際にアンテナ部1のAZ角とを紐付ける紐付け(関連付け)も行う。その結果が、図7に示すデータテーブルである。
図7のデータテーブルには、AZ角0°からAZ角359°までの360組のデータ(メモリ蓄積情報)が記載されている。これは、実施の形態1に係るアンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法,ヘディング角算出方法では、AZ軸を中心にして、アンテナ部1(反射器1a)を360°回転(1回転)させて、1°ごとにGPS受信機3aから緯度及び経度の情報(座標情報)を取得するためである。もちろん、緯度及び経度の情報(座標情報)の取得は、所定の角度ごとでよいし、アンテナ部1(反射器1a)を360°回転(1回転)させなくてもよい。つまり、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報は、GPS受信機3から得た座標情報(第2の座標情報)が三点であるか、GPS受信機3から得た座標情報(第1の座標情報)が二点で、この二点間のAZ角の差の絶対値が180°であればよい。なお、回動の開始がAZ角0°出ない場合、図7で示す「緯度経度情報0」のAZ角は、回動開始時のAZ角となる。そして、「緯度経度情報359」のAZ角は、回動開始時の「AZ角−1°」となる。
但し、GPS受信機3から得た座標情報が多ければ多いほど、アンテナ座標情報算出部4で、二点以上又は三点以上の複数の座標情報から、多くの円を描くことができるので、それらの円の中心の平均値である緯度及び経度を「AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報」とすることで、GPS受信機3から得た座標情報に誤差があったとしても補正することができる。なお、補正して最終的に得られた円を通る二点以上又は三点の座標情報が結果的に得られることから、実際に、GPS受信機3から得た座標情報が四点以上であっても、二点以上又は三点の座標情報をGPS受信機3から得ると表現しても矛盾はない。つまり、本願は、AZ軸を中心に、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機3のGPSアンテナ3aが設置された反射器1aを有するアンテナ部1を回動させるアンテナ駆動部2により、AZ軸を中心にアンテナ部1を回動させ、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上又は三点以上の緯度及び経度からなる座標情報を、GPS受信機3から取得するものであるといえる。
S43(GPS情報取得ステップ2)では、360組のデータ(メモリ蓄積情報)が得られるまで、S42をループする。もちろん、360組とは、前述の通り、実施の形態1に係るアンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法,ヘディング角算出方法における前提条件であって、所定の数が360に限るものではない。例えば、座標情報が二点だけでよい場合(この場合、二点間のAZ角の差は180°(絶対値)であることは必須)は、二組となる。アンテナ部1のAZ軸を中心にした回動も、例えば、AZ角0°からAZ角180°までとなる。S43で所定の数の緯度及び経度の情報である座標情報(AZ角との紐付け済みのもの)を得ることができたあと、S44に進む。
S44(GPS情報取得ステップ3)にて、AZ軸を中心としたアンテナ部1の回動を終了させる。S43及びS44は一体的な処理ステップといえる。もちろん、S43の終了と同時にS44を行ってもよいし、そうでなくいてもよい。また、S44自体を実施なくても、本願は実行できる。S43のあと、又は、S44のあとに、S45(アンテナ座標情報算出ステップ)とS46(方位情報算出ステップ)との、少なくとも一方を行う。これらは、コンパス機能部45の動作となる。コンパス機能部45の動作は、S45,S46のいずれか一方でもよい。ヘディング角を得るためには(実施の形態1に係るヘディング角算出方法では)、S46の実行は必要である。アンテナ座標情報を用いて、方位情報を得る場合は、S45とを合わせて実行するか、S46(方位情報算出ステップ)にて、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置から得られる、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報を算出する必要がある。
S45にて、アンテナ座標情報算出部4は、GPS情報取得ステップで取得した座標情報のうち、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点の「中点」を、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出、又は、GPS情報取得ステップで取得した座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ「等距離」にある一点を、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するものである。
アンテナ座標情報は、図7に示す、メモリ部8(メモリ8m)に記憶(蓄積された)されたメモリ蓄積データである複数(複数点)の座標情報から、任意の二点以上又は三点以上点から円を複数描き、それらの円の中心の平均値である緯度及び経度を「AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報」として算出してもよい。つまり、本願でいう「中点」や「等距離」という文言は、結果的に得られたアンテナ座標情報を中心とし、実際のGPSアンテナ3aからAZ軸に下ろした垂線の長さを半径とした円の円周上の点と、前述の結果的に得られた中心との関係を示しており、アンテナ座標情報算出部4がアンテナ座標情報を算出するために用いた点を示す座標情報(緯度及び経度)と前述の結果的に得られた中心との関係においては若干の誤差がある場合を包含していることは当業者にとっては自明であり、表現上の問題であることはいうまでもない。この誤差は、次に説明するように、標準偏差などを用いて、分布の中心位置を測ることで算出することが可能となる。
つまり、座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点が複数あり、位置がばらついている場合、その複数の中点の平均位置をアンテナ座標情報とする場合や、座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点(アンテナ座標情報とするもの)が、ばらついている場合は、標準偏差などを用いて、分布の中心位置を測ることで算出することになる。本願は、このような場合を含んでいる。ここで、分布とは、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のばらつき、又は、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点のばらつきを指している。
なお、図7に示すようなものと異なり、アンテナ部1(反射器1a)をAZ軸に回転させて得た座標情報(緯度及び経度)の全ての点において、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の組み合わせができない場合は、メモリ部8を介して、アンテナ座標情報算出部4(制御部7)は、メモリ8mに蓄積された座標情報(緯度及び経度)を選択する際に、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の組み合わせができない点(座標情報(緯度及び経度))を除いたものからアンテナ座標情報を求める必要がある(間引き処理)。
また、前述のように、得られたアンテナ座標情報(AZ軸の緯度及び経度)と、GPSアンテナ3aの緯度及び経度の情報である二点間のAZ角の差の絶対値が180°である座標情報からその二点の中点までの長さとが、又は、GPSアンテナ3aの緯度及び経度の情報である三点以上の座標情報から等距離にある一点までの長さとが異なる場合は、アンテナ座標情報算出部4が座標情報に誤差があると判定する。そして、誤差がると判定された二点、又は、誤差があると判定された三点を、メモリ8mに蓄積された座標情報(緯度及び経度)を選択した後に、アンテナ座標情報(AZ軸の緯度及び経度)の算出に使用しないこともできる(不採用処理)。
このような間引き処理や不採用処理などの、誤差を補正する処理又は誤差を低減させる処理は、方位情報算出部5(方位演算部5)による方位情報を算出する場合に適用してもよいことは明らかである。また、誤差を補正する処理又は誤差を低減させる処理は、アンテナ座標算出部4や方位情報算出部5(方位演算部5)ではなく、制御部7で実行してもよい。特に、間引き処理は、メモリ8mに蓄積させる段階で行う場合は、制御部7によって間引くことが可能である。また、間引き処理の対象となる情報である、GPS受信機3からの座標情報(緯度及び経度)とその座標情報が得られたときのアンテナ部1(反射器1a)のAZ角とを、制御部7が紐付け(関連付け)を行わずに、メモリ部8(メモリ8m)へ送る。そして、紐付け(関連付け)がなされていない情報は、アンテナ座標算出部4や方位情報算出部5(方位演算部5)が選択肢ないようにしてもよい。
S46にて、方位情報算出部5(方位演算部5)は、GPS情報取得ステップで取得した座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、AZ軸を通る経線として方位情報を得る、又は、緯度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、AZ軸を通る緯線として方位情報を得る、或いは、GPS情報取得ステップで取得した座標情報のうち、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと「取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置から得られる、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報」とから、方位情報を得るものである。
ここで、GPS情報取得ステップで取得した座標情報のうち、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線に対する傾きが、0°であった場合、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線が、AZ軸を通る経線であるといえる。また、GPS情報取得ステップで取得した座標情報のうち、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、緯線に対する傾きが、0°であった場合、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線が、AZ軸を通る緯線であるといえる。
図8〜図11を用いて、S46(方位情報算出ステップ)による方位情報を得る方法を説明する。図8〜図11において、縦軸はヘディング方向、横軸はヘディング方向に対して直交する方向を示している。実施の形態1に係るアンテナ装置は、前述の通り、AZ角0°をヘディング方向にあわせているので、縦軸はAZ角0°の方角、横軸はAZ角90°の方角を示していることになる。点線で示す円は、アンテナ部1のAZ軸を中心として、アンテナ部1に形成されたGPSアンテナ3aがアンテナ駆動部2によって360°回動させられたときに示す軌跡(GPSアンテナ3a回動軌跡)である。よって、座標情報A1,座標情報B1・座標情報A2,座標情報B2・座標情報A3,座標情報B3は、それぞれ、GPSアンテナ3a回動軌跡上の点(緯度及び経度)を示している。座標情報A1及び座標情報B1のうち、座標情報A1の方を緯度が北寄りものとする。座標情報A2及び座標情報B2のうち、座標情報A2の方を経度が東寄りものとする。座標情報A3及び座標情報B3のうち、座標情報A3の方を緯度が北寄りものとする。加えて、座標情報A3及び座標情報B3のうち、座標情報B3の方を緯度が東寄りものとする。また、経線1,経線2,緯線1,緯線2は、地理座標系の任意の経線,緯線である。なお、地理座標系の経線に対するヘディング方向(本願では「AZ角0°の方角」に相当する)を示す直線の傾きがヘディング角となる。
図8は、GPS情報取得ステップで取得した座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある座標情報A1と座標情報B1(取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°であるもの)から、方位情報を得るものの説明図である。図9は、GPS情報取得ステップで取得した座標情報のうち、緯度が同じ値であると判定できる範囲にある座標情報A2と座標情報B2(取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°であるもの)から、方位情報を得るものの説明図である。図10及び図11は、GPS情報取得ステップで取得した座標情報のうち、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である座標情報A3と座標情報B3とを結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きから、方位情報を得るものの説明図である。
図8は、情報出力部37から出力され、メモリ部8(メモリ8m)に記憶(蓄積された)されたメモリ蓄積データ(図7に示すもの)から、経度が同じ二点であって、互いのAZ角の差の絶対値が180°のものであって、互いを結ぶ直線がアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を通る座標情報A1と座標情報B1とをコンパス機能部45(方位情報算出部5(方位演算部5))が選択した場合を示すものである。方位情報算出部5(方位演算部5)では、選択した座標情報A1と座標情報B1と結ぶ直線のうち、緯度が北寄り座標情報A1側を北(真北「AZ軸から見た北」)として算出し、その北方向からアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を中心に90°傾いた直線が東西を示す直線として算出することで方位情報を得ることができる。これは、任意の経線のいずれかが必ずアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を通るためである。
図9は、情報出力部37から出力され、メモリ部8(メモリ8m)に記憶(蓄積された)されたメモリ蓄積データ(図7に示すもの)から、緯線が同じ二点であって、互いのAZ角の差の絶対値が180°のものであって、互いを結ぶ直線がアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を通る座標情報A2と座標情報B2とをコンパス機能部45(方位情報算出部5(方位演算部5))が選択した場合を示すものである。方位情報算出部5(方位演算部5)では、選択した座標情報A2と座標情報B2と結ぶ直線のうち、経度が東寄り座標情報A2側を非東(真東「AZ軸から見た東」)として算出し、その東方向からアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を中心に90°傾いた直線が南北を示す直線として算出することで方位情報を得ることができる。これは、任意の緯線のいずれかが必ずアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を通るためである。
図10及び図11は、情報出力部37から出力され、メモリ部8(メモリ8m)に記憶(蓄積された)されたメモリ蓄積データ(図7に示すもの)から、互いのAZ角の差の絶対値が180°のものであって、互いを結ぶ直線がアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を通る座標情報A3と座標情報B3とをコンパス機能部45(方位情報算出部5(方位演算部5))が選択した場合を示すものである。まず、方位情報算出部5(方位演算部5)は、図10に示すように、座標情報A3と座標情報B3とを結ぶ直線と任意の経線(例えば、経線1や経線2)とがなす角(傾き1)を算出する。そして、方位情報算出部5(方位演算部5)は、図11に示すように、アンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を通る直線のうち、座標情報A3と座標情報B3とを結ぶ直線に対する傾きが前述の傾き1である直線の、座標情報A1寄り側を北(真北「AZ軸から見た北」)として算出し、その北方向からアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を中心に90°傾いた直線が東西を示す直線として算出することで方位情報を得ることができる。
同様に、まず、方位情報算出部5(方位演算部5)は、図10に示すように、座標情報A3と座標情報B3とを結ぶ直線と任意の緯線(例えば、緯線1や緯線2)とがなす角(傾き2)を算出する。そして、方位情報算出部5(方位演算部5)は、図11に示すように、アンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を通る直線のうち、座標情報A3と座標情報B3とを結ぶ直線に対する傾きが前述の傾き2である直線の、座標情報B1寄り側を東(真東「AZ軸から見た東」)として算出し、その東方向からアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)を中心に90°傾いた直線が南北を示す直線として算出することで方位情報を得ることができる。
したがって、図8及び図9を用いて説明した方位情報算出部5(方位演算部5)が方位情報を算出する動作(方法)は、図10及び図11を用いて説明したものの特例的なものであることが分かる。つまり、図8及び図9では、前述の「傾き1」,「傾き2」が無い状態であり、換言すると、座標情報A3と座標情報B3とを結ぶ直線が経線と平行の場合,座標情報A3と座標情報B3とを結ぶ直線が緯線と平行の場合であることが分かる。
次に、図5に示すS5であるヘディング角算出ステップの説明を行う。S5は、移動体(船舶)におけるアンテナ部1の設置位置とアンテナ部1のAZ角の座標軸との関係を用いて、方位情報算出部5(方位演算部5)が、方位情報算出ステップ(S46)で算出した方位情報、及び、アンテナ座標情報算出4が、アンテナ座標情報算出ステップ(S45)で算出したアンテナ座標(AZ軸の緯度及び経度)から、移動体(船舶)のヘディング角を算出する。本願では、移動体(船舶)におけるアンテナ部1の設置位置とアンテナ部1のAZ角の座標軸との関係を、ヘディング方向がアンテナ部1のAZ角0°の方角としているので、位情報算出部5(方位演算部5)が算出した方位情報であるAZ軸を通る経線に対するヘディング方向を示す直線(AZ軸を通るもの)の傾きをヘディング角算出部6が算出することになる。図8,図9,図11を用いて説明した事例では、ヘディング角は68°となる。よって、ヘディング方向がアンテナ部1のAZ角0°の方角としているので、図8,図9,図11を用いて説明した事例では、AZ角68°の方角が真北を指すことになる。
そして、ヘディング角算出部6で算出したヘディング角を用いて、ヘディング角算出部6(制御部7)が、通信衛星の方向と船首方向(ヘディング方向)とのなす角であるベアリング角と、通信衛星を指向するための仰角を計算する(S6)。次に、ベアリング角までAZ軸まわりにアンテナ部1(放射面鏡1a)を駆動し、衛星との仰角までEL軸を駆動して、通信衛星を指向すると(S7)、通信衛星との送受信を開始し、運用をスタートする(S8)。
以上、説明したように、実施の形態1に係るアンテナ装置、アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法は、AZ軸を中心に、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機3のGPSアンテナ3aが設置された反射器1aを有するアンテナ部1を回動させるアンテナ駆動部2により、AZ軸を中心にアンテナ部1を回動させ、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる座標情報を、同じGPS受信機であるGPS受信機3から取得し、この座標情報から、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報を算出するものである。詳しくは、座標情報のうち、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出する。或いは、座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するものである。
また、実施の形態1に係る方位情報算出方法は、AZ軸を中心に、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機3のGPSアンテナ3aが設置された反射器1aを有するアンテナ部1を回動させるアンテナ駆動部2により、AZ軸を中心にアンテナ部1を回動させ、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる座標情報を、同じGPS受信機であるGPS受信機3から取得し、この座標情報から、方位情報を得るものであるともいえる。
したがって、実施の形態1に係るアンテナ装置、アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法は、比較的簡易にリアルタイムにて、アンテナ座標情報(AZ軸の座標情報(AZ軸の緯度及び経度))、方位情報、ヘディング角、ベアリング角の少なくとも一つを演算(算出)することができる。但し、間引き処理や不採用処理などの、誤差を補正する処理又は誤差を低減させる処理を行った場合は、計算時間が必要となるものの、計算精度を向上できる。
実施の形態2.
この発明の実施の形態2について図12〜図15を用いて説明する。実施の形態2に係るアンテナ装置では、実施の形態1に係るアンテナ装置に加えて、ジャイロセンサ(ジャイロスコープ)又は傾斜計などの動揺や傾斜を検出することが可能な素子(装置)を備えている。この素子(装置)から移動体(船体)の動揺情報を取得し、アンテナ座標情報(AZ軸の座標情報(AZ軸の緯度及び経度))、方位情報、ヘディング角、ベアリング角の算出の補正に使用する。実施の形態2に係るアンテナ装置は、アンテナ装置が設置されている移動体(例えば、船舶の場合を想定する)が停止しており船体の動揺が無視できない程度である場合に好適である。それは、実施の形態2に係るアンテナ装置(アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法)は、アンテナ部1(放物面鏡1a)をAZ軸まわりに1回転させる間に、船体の動揺情報をジャイロセンサ(ジャイロスコープ)又は傾斜計などから取得し、移動体(船体)の動揺により発生する座標情報の誤差を補正して、アンテナ座標情報(AZ軸の座標情報(AZ軸の緯度及び経度))、方位情報、ヘディング角、ベアリング角を演算(算出)することができる。
この発明の実施の形態2について図12〜図15を用いて説明する。実施の形態2に係るアンテナ装置では、実施の形態1に係るアンテナ装置に加えて、ジャイロセンサ(ジャイロスコープ)又は傾斜計などの動揺や傾斜を検出することが可能な素子(装置)を備えている。この素子(装置)から移動体(船体)の動揺情報を取得し、アンテナ座標情報(AZ軸の座標情報(AZ軸の緯度及び経度))、方位情報、ヘディング角、ベアリング角の算出の補正に使用する。実施の形態2に係るアンテナ装置は、アンテナ装置が設置されている移動体(例えば、船舶の場合を想定する)が停止しており船体の動揺が無視できない程度である場合に好適である。それは、実施の形態2に係るアンテナ装置(アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法)は、アンテナ部1(放物面鏡1a)をAZ軸まわりに1回転させる間に、船体の動揺情報をジャイロセンサ(ジャイロスコープ)又は傾斜計などから取得し、移動体(船体)の動揺により発生する座標情報の誤差を補正して、アンテナ座標情報(AZ軸の座標情報(AZ軸の緯度及び経度))、方位情報、ヘディング角、ベアリング角を演算(算出)することができる。
図12〜図15において、制御部71(補正部71,ベアリング角算出部71)は、角度検出部7a及び駆動制御部7bを有し、制御部7(ベアリング角算出部7)と基本的には同じ機能を有するものである。動揺検出部10は、前述のジャイロセンサ(ジャイロスコープ)又は傾斜計などの素子(装置)であり、アンテナ部1の動揺や傾斜を検出することが可能なものである。また、動揺検出部10はアンテナ装置の内部又は近傍に設置されている。取得時間検出部11(クロック部11)は、GPS受信機3が座標情報を取得した時間(時刻)、又は、動揺検出部10が動揺情報を取得した時間(時刻)を制御部71(実施の形態3で説明する制御部72)へ送るものである。取得時間検出部11(クロック部11)は、制御部71内に形成されていてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
実施の形態2に係る発明と実施の形態1に係る発明では、GPS受信機3が取得した緯度及び経度の情報(座標情報)を制御部71が補正すること以外の基本構成や基本動作は共通なので、詳細説明は異なる部分を中心に行い、共通する部分の説明は省略する。つまり、図12及び図13に示す実施の形態2に係るアンテナ装置はAZ軸及びEL軸を備えた支持構造である。AZ軸、EL軸周りに制御部71(駆動制御部7b)からの制御信号に従って駆動され回転し、移動体の進行方向の変更、移動体の動揺に追従することにより、常に通信衛星の方向を指向し通信可能となるように、プログラム追尾されている。
また、実施の形態2に係る発明では、実施の形態1に係る発明と同様に、AZ軸を中心にして、アンテナ部1(反射器1a)を360°回転(1回転)させて、1°ごとにGPS受信機3aから緯度及び経度の情報(座標情報)を取得するためである。もちろん、緯度及び経度の情報(座標情報)の取得は、所定の角度ごとでよいし、アンテナ部1(反射器1a)を360°回転(1回転)させなくてもよいが、動作の説明は、アンテナ部1(反射器1a)を360°回転(1回転)させる場合で移動体が船舶であるものを例示的に用いて説明する。よって、図18に示すフローチャートは、図5に示すフローチャートのS4の詳細な処理ステップとなる。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
アンテナ部1(放物面鏡1a)をAZ軸まわりに1回転させる間に、GPS受信機3からの緯度経度情報(座標情報),アンテナ駆動部2(角度検出部7a)からのAZ角度の情報,動揺検出部10から得られる移動体の動揺情報,GPS受信機3が座標情報を取得した時間、又は、動揺検出部10が動揺情報を取得した時間の情報を、制御部71は紐付け(関連付け)て、逐次、メモリ部8(メモリ8m)に出力する。コンパス機能部45であるアンテナ座標算出部5及び方位情報算出部5(方位演算部5)がアンテナ座標情報及び方位情報を算出(演算)する場合に、動揺情報に基づいて、AZ角度の情報及び緯度経度の情報を補正する。なお、制御部71は、同時に出力される座標情報(及びAZ角の情報)と動揺情報とを紐付け(関連付け)る場合は、取得時間検出部11から出力される時間の情報を介在させる必要はない。
ここで、実施の形態2に係る発明の処理ステップを説明する。図14に示すS42’では、図13に示すように、制御部7による緯度及び経度の情報,この情報を得た際にアンテナ部1のAZ角,動揺検出部10が検出したアンテナ部1の動揺情報,GPS受信機3が座標情報を取得した時間の情報,動揺検出部10が動揺情報を取得した時間の情報を紐付ける紐付け(関連付け)も行う。その結果が、図15に示すデータテーブルである。つまり、図14に示すS42’は、図6に示すS42に対して基本的な動作は共通であるが、若干処理が多くなっている。
次に、図14に示すS40では、制御部71が、動揺情報が紐付けられた座標情報のうち、座標情報に語誤差が生じる程度の動揺であるものを、動揺が無い状態における緯度及び経度に動揺情報から得られる動揺又は傾斜の程度から補正する。なお、図15のデータテーブルでは、全ての座標情報(緯度経度情報)に動揺情報が紐付けられているが、補正する必要のない座標情報に動揺情報を紐付けなくてもよいし、動揺又は傾斜が0という動揺情報を紐付けてもよい。さらに、GPS受信機3からアンテナ部1(GPSアンテナ3a)の高度の情報が得られる場合は、この高度の変化から、動揺情報を算出してもよい。つまり、EL角を固定して、EL軸に中心にアンテナ部1(反射器1a)を回動させるので、動揺が無い場合は、常に高度が同じ値となるはずであるから、動揺の検出を行うことができる。このような場合は、動揺検出部10の機能をGPS受信機3(動揺検出部3)が兼ねるといえる。
したがって、実施の形態2に係るアンテナ装置、アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法は、アンテナ装置が搭載される移動体が無視できない程度に動揺している場合でも、比較的簡易にリアルタイムにて、アンテナ座標情報(AZ軸の座標情報(AZ軸の緯度及び経度))、方位情報、ヘディング角、ベアリング角の少なくとも一つを演算(算出)することができる。但し、間引き処理や不採用処理などの、誤差を補正する処理又は誤差を低減させる処理や動揺情報を用いた補正を行った場合は、計算時間が必要となるものの、計算精度を向上できる。
実施の形態3.
この発明の実施の形態3について図16〜図19を用いて説明する。実施の形態2に係るレーダ装置は、移動体の動揺情報を取得し、アンテナ部1(放物面鏡1a)をAZ軸まわりに1回転させる間に、移動体の動揺により発生する誤差を補正するものであった。実施の形態3に係るレーダ装置は、移動体が一定速度でヘディング方向に進行(直進)しており、GPS受信機3の出力における移動体の直進により発生する情報の変動を補正するものである。なお、実施の形態3においても、実施の形態1及び2と同様に、ヘディング方向がアンテナ装置のAZ角0°に設定されているものとする。
この発明の実施の形態3について図16〜図19を用いて説明する。実施の形態2に係るレーダ装置は、移動体の動揺情報を取得し、アンテナ部1(放物面鏡1a)をAZ軸まわりに1回転させる間に、移動体の動揺により発生する誤差を補正するものであった。実施の形態3に係るレーダ装置は、移動体が一定速度でヘディング方向に進行(直進)しており、GPS受信機3の出力における移動体の直進により発生する情報の変動を補正するものである。なお、実施の形態3においても、実施の形態1及び2と同様に、ヘディング方向がアンテナ装置のAZ角0°に設定されているものとする。
実施の形態3に係るアンテナ装置(アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法)は、アンテナ部1(放物面鏡1a)をAZ軸まわりに1回転させる間に、座標情報を取得した時間の情報を取得し、移動体(船体)の移動により発生する座標情報の誤差を補正する。つまり、方位情報算出部5(方位演算部5)は、1回転の直前及び直後(同じAZ角)での緯度経度情報に基づき、船舶の動揺及び直進により発生する緯度経度情報の影響を取り除いて、アンテナ座標情報(AZ軸の座標情報(AZ軸の緯度及び経度))、方位情報、ヘディング角、ベアリング角を演算(算出)することができる。
図16〜図19において、制御部72(補正部72,ベアリング角算出部72)は、角度検出部7a及び駆動制御部7bを有し、制御部7(ベアリング角算出部7)と基本的には同じ機能を有するものである。なお、取得時間検出部11(クロック部11)は、GPS受信機3が座標情報を取得した時間(時刻)を制御部72へ送るものである。取得時間検出部11(クロック部11)は、制御部72内に形成されていてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
実施の形態3に係る発明と実施の形態1に係る発明では、GPS受信機3が取得した緯度及び経度の情報(座標情報)を制御部72が補正すること以外の基本構成や基本動作は共通なので、詳細説明は異なる部分を中心に行い、共通する部分の説明は省略する。つまり、図16及び図17に示す実施の形態2に係るアンテナ装置はAZ軸及びEL軸を備えた支持構造である。AZ軸、EL軸周りに制御部72(駆動制御部7b)からの制御信号に従って駆動され回転し、移動体の進行方向の変更、移動体の動揺に追従することにより、常に通信衛星の方向を指向し通信可能となるように、プログラム追尾されている。
ここで、実施の形態3に係るアンテナ装置を搭載した移動体が一定速度で進行しているかが分かると、移動体の速度が算出できることを説明する。メモリ部8(メモリ8m)に蓄積(記憶)された情報を用いて、各AZ角度に対応するに起因する緯度経度を求めることができる。つまり、異なる時間で、同じAZ角における座標情報(緯度及び経度の情報)をGPS受信機3から取得することで、座標情報の変化量(移動距離)と座標情報の取得時間差から、移動体の移動速度が算出できる。これは、例えば、図19に示すデータテーブルを用い、アンテナ部1のAZ軸を中心とした回動が1回転である場合を考えると、AZ角0°の回転直前の時刻T0での緯度経度情報と回転直後の時刻T360での緯度経度情報の差分が、船体が直進したことによる緯度経度の変化であり、これを回転直後の時刻T360と回転直前の時刻T0の差分で割ると、船体の速度(移動速度)が求まる。
なお、実施の形態3に係る発明では、実施の形態1に係る発明と同様に、AZ軸を中心にして、アンテナ部1(反射器1a)を360°回転(1回転)させて、1°ごとにGPS受信機3aから緯度及び経度の情報(座標情報)を取得するためである。もちろん、緯度及び経度の情報(座標情報)の取得は、所定の角度ごとでよいし、アンテナ部1(反射器1a)を360°回転(1回転)させなくてもよいが、動作の説明は、アンテナ部1(反射器1a)を360°回転(1回転)させる場合で移動体が船舶であるものを例示的に用いて説明する。但し、異なる時間で、同じAZ角における座標情報(緯度及び経度の情報)が少なくとも一組が必要である。よって、図19に示すフローチャートは、図5に示すフローチャートのS4の詳細な処理ステップとなる。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
アンテナ部1(放物面鏡1a)をAZ軸まわりに1回転させる間に、GPS受信機3からの緯度経度情報(座標情報),アンテナ駆動部2(角度検出部7a)からのAZ角度の情報,GPS受信機3が座標情報を取得した時間の情報を、制御部72は紐付け(関連付け)て、逐次、メモリ部8(メモリ8m)に出力する。コンパス機能部45であるアンテナ座標算出部5及び方位情報算出部5(方位演算部5)がアンテナ座標情報及び方位情報を算出(演算)する場合に、時間の情報に基づいて、AZ角度の情報及び緯度経度の情報を補正する。
ここで、実施の形態3に係る発明の処理ステップを説明する。図18に示すS42’’では、図17に示すように、制御部7による緯度及び経度の情報,この情報を得た際にアンテナ部1のAZ角,GPS受信機3が座標情報を取得した時間の情報を紐付ける紐付け(関連付け)も行う。その結果が、図19に示すデータテーブルである。つまり、図18に示すS42’’は、図6に示すS42に対して基本的な動作は共通であるが、若干処理が多くなっている。
なお、図19に示すデータテーブルは、例えば、AZ角度が1°回転する毎に対応して取得した緯度経度情報及び時刻が1組となって、0°〜359°まで1回転分蓄積(記憶)されている。これに加えて更に、開口面の回転直前の時刻T0での、AZ角度0°、緯度経度情報0、動揺情報0の1組を回転直前の記録情報として記録している。また、回転直後の時刻T360での、AZ角度360°、緯度経度情報360、動揺情報360の1組を回転直後の記録情報として記録している。
次に、図18に示すS40’では、制御部72が、時間の情報が紐付けられた座標情報のうち、取得時のAZ角が同じものから、上述の方法で移動体の移動速度を算出する。そして、座標情報に紐付けられた時間の情報の最初と最後の時間の間における一つの時刻の時点での各座標情報をそれぞれ移動速度により補正する。例えば、図19に示す時刻T0を基準に各座標情報を補正する場合は、時刻T0から各座標情報が取得された時刻までの移動体の移動量を考慮して座標情報を補正すればよい。同じく、図19に示す時刻T360を基準に各座標情報を補正する場合は、各座標情報が取得された時刻から時刻T360までの想定される仮想の移動体の移動量を考慮して座標情報を補正すればよい。基準とする時刻が、T1〜T359の間であれば、移動体の移動量と想定される仮想の移動体の移動量とを両方用いて補正すればよい。
したがって、実施の形態3に係るアンテナ装置、アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法は、アンテナ装置が搭載される移動体が一定速度で進行している場合でも、比較的簡易にリアルタイムにて、アンテナ座標情報(AZ軸の座標情報(AZ軸の緯度及び経度))、方位情報、ヘディング角、ベアリング角の少なくとも一つを演算(算出)することができる。但し、間引き処理や不採用処理などの、誤差を補正する処理又は誤差を低減させる処理や時間の情報を用いた補正を行った場合は、計算時間が必要となるものの、計算精度を向上できる。
さらに、実施の形態2に係る発明と実施の形態3に係る発明との両方適用したアンテナ装置、アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法を実施できることはいうまでもない。つまり、アンテナ装置が設置される移動体に動揺があり、かつ、一定速度で進行している場合でも、アンテナ座標情報(AZ軸の座標情報(AZ軸の緯度及び経度))、方位情報、ヘディング角、ベアリング角の少なくとも一つを演算(算出)することができる。
実施の形態1,2,3に係るアンテナ装置、アンテナ座標情報算出方法、方位情報算出方法及びヘディング角算出方法では、AZ軸を中心とした(AZ軸まわりの)アンテナ部1の回動は、連続的に同じ回転方向(例えば、右回り)に回動させる必要はなく、右回りと左回りを交互に繰り返したり混在させたりしてもよい。また、同じAZ角の座標情報を複数取得することで、実施の形態3とは異なり、移動体の一定速度の移動を考慮しなくてもよい場合でも、取得した座標情報の補正に使用することができる。
実施の形態1,2,3に係る発明は、アンテナ駆動部2により、AZ軸を中心にアンテナ部1を回動させ、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる第1の座標情報を、GPS受信機3から取得し、第1の座標情報のうち、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出する、又は、アンテナ駆動部2により、AZ軸を中心にアンテナ部1を回動させ、少なくとも三点以上の緯度及び経度からなる第2の座標情報を、GPS受信機3から取得し、第2の座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、AZ軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するものであるといえる。
もちろん、実施の形態1,2,3に係る発明は、標準偏差などを用い、「前述の第1の座標情報から得られる中点」と「前述の第2の座標情報から得られる三点からそれぞれ等距離にある一点」とを用いて、これらの分布の中心位置を測ることで算出することが可能である。
また、実施の形態1,2,3に係る発明は、AZ軸を中心に、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機3のGPSアンテナ3aが設置された反射器1aを有するアンテナ部1を回動させるアンテナ駆動部2により、AZ軸を中心にアンテナ部1を回動させ、取得時におけるAZ角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる座標情報を、同じGPS受信機であるGPS受信機3から取得し、この座標情報から、方位情報を得るものであるといえる。
1・・アンテナ部、1a・・反射器、1b・・ベースプレート、1c・・アンテナ支持台(駆動支持台)、1d・・レドーム、2・・アンテナ駆動部(アンテナAZ軸駆動部,アンテナEL軸駆動部,アンテナcross−EL軸駆動部)、2az・・アンテナAZ軸駆動部、2el・・アンテナEL軸駆動部、2cel・・アンテナcross−EL軸駆動部、3・・GPS受信機(動揺検出部)、3a・・GPSアンテナ、4・・アンテナ座標情報算出部、5・・方位情報算出部(方位演算部)、6・・ヘディング角算出部(ベアリング角算出部)、7・・制御部(ベアリング角算出部)、7a・・角度検出部、7b・・駆動制御部、8・・メモリ部(メモリ制御部)、8m・・メモリ、9・・送受信機、10・・動揺検出部(ジャイロセンサ,ジャイロスコープ,傾斜計)、11・・取得時間検出部(クロック部)、13・・アンテナ機能部、37・・情報出力部、45・・コンパス機能部、71・・制御部(補正部,ベアリング角算出部)、72・・制御部(補正部,ベアリング角算出部)。
Claims (20)
- 反射器を有するアンテナ部と、アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させるアンテナ駆動部と、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機と、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させ、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる第1の座標情報を、前記GPS受信機から取得し、前記第1の座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出部とを備えたアンテナ装置。
- 前記アンテナ座標情報算出部は、
前記第1の座標情報を取得したときの前記アンテナ部のエレベーション角における前記GPSアンテナと前記アジマス軸との位置関係にあるときの、前記GPSアンテナから前記アジマス軸に下ろした垂線の長さと
前記第1の座標情報から前記中点までの長さとが異なる場合は、
前記第1の座標情報に誤差があると判定する請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記第1の座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと前記アンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出部を備えた請求項1又は2に記載のアンテナ装置。
- 反射器を有するアンテナ部と、アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させるアンテナ駆動部と、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機と、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させ、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものを含む二点以上の緯度及び経度からなる第1の座標情報を、前記GPS受信機から取得し、前記第1の座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出部とを備えたアンテナ装置。
- 前記アンテナ座標情報算出部は、
前記第1の座標情報を取得したときの前記アンテナ部のエレベーション角における前記GPSアンテナと前記アジマス軸との位置関係にあるときの、前記GPSアンテナから前記アジマス軸に下ろした垂線の長さと
前記第1の座標情報から前記中点までの長さとが異なる場合は、
前記第1の座標情報に誤差があると判定する請求項4に記載のアンテナ装置。 - 前記第1の座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る方位情報算出部を備えた請求項4又は5に記載のアンテナ装置。
- 反射器の反射器を有するアンテナ部と、アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させるアンテナ駆動部と、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機と、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させ、少なくとも三点以上の緯度及び経度からなる第2の座標情報を、前記GPS受信機から取得し、前記第2の座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出部とを備えたアンテナ装置。
- 前記アンテナ座標情報算出部は、
前記第2の座標情報を取得したときの前記アンテナ部のエレベーション角における前記GPSアンテナと前記アジマス軸との位置関係にあるときの、前記GPSアンテナから前記アジマス軸に下ろした垂線の長さと
前記第2の座標情報から前記一点までの長さとが異なる場合は、
前記第2の座標情報に誤差があると判定する請求項7に記載のアンテナ装置。 - 前記第2の座標情報は、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものを含むものであって、
前記経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点の間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る、又は、
前記第2の座標情報は、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を含むものであって、当該二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと前記アンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出部を備えた請求項7又は8に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ部は、移動体に設置され、
前記移動体における前記アンテナ部の設置位置と前記アンテナ部のアジマス角の座標軸との関係を用いて、
前記方位情報算出部が算出した前記方位情報、及び、前記アンテナ座標情報算出部が算出した前記アンテナ座標情報から、
前記移動体のヘディング角を算出するヘディング角算出部を備えた請求項3,6,9のいずれかに記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ座標情報算出部は、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を360°回動させ、前記第1の座標情報又は前記第2の座標情報を、所定のアジマス角ごとに、前記GPS受信機から取得するものである請求項1〜10のいずれかに記載のアンテナ装置。
- 前記アンテナ座標情報算出部は、前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を360°回動させ、前記第1の座標情報又は前記第2の座標情報を、1°ごとに、前記GPS受信機から取得するものである請求項1〜10のいずれに記載のアンテナ装置。
- 反射器を有するアンテナ部と、アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させるアンテナ駆動部と、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機と、
前記アンテナ駆動部により、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を360°回動させ、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、前記GPS受信機から取得し、
前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出、又は、
前記座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出部とを備えたアンテナ装置。 - 前記座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る、又は、
前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと前記アンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出部を備えた請求項13に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ部は、移動体に設置され、
前記移動体における前記アンテナ部の設置位置と前記アンテナ部のアジマス角の座標軸との関係を用いて、
前記方位情報算出部が算出した前記方位情報、及び、前記アンテナ座標情報算出部が算出した前記アンテナ座標情報から、
前記移動体のヘディング角を算出するヘディング角算出部を備えた請求項14に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナ駆動部は、エレベーション軸を中心に前記アンテナ部を回動させ、
前記アンテナ座標情報算出部は、前記アンテナ駆動部により、前記アンテナ部のエレベーション角を90°にしてから、前記アジマス軸を中心に前記アンテナ部を回動させて前記アンテナ座標情報を算出するものである請求項1〜15のいずれかに記載のアンテナ装置。 - 反射器を有するアンテナ部を、アジマス軸を中心に回動させるアンテナ駆動部により、前記アンテナ部を360°回動させるアジマス角回動ステップと、
このアジマス角回動ステップによる回動時、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機から取得するGPS情報取得ステップと、
このGPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出、又は、
前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出ステップとを備えたアンテナ座標情報算出方法。 - 反射器を有するアンテナ部を、アジマス軸を中心に回動させるアンテナ駆動部により、前記アンテナ部を360°回動させるアジマス角回動ステップと、
このアジマス角回動ステップによる回動時、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機から取得するGPS情報取得ステップと、
このGPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る、又は、
前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置から得られる、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出ステップとを備えた方位情報算出方法。 - 反射器を有するアンテナ部を、アジマス軸を中心に回動させるアンテナ駆動部により、前記アンテナ部を360°回動させるアジマス角回動ステップと、
このアジマス角回動ステップによる回動時、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機から取得するGPS情報取得ステップと、
このGPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出、又は、
前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出ステップと、
前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る、又は、
前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと前記アンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出ステップと、
前記移動体における前記アンテナ部の設置位置と前記アンテナ部のアジマス角の座標軸との関係を用いて、前記方位情報算出ステップで算出した前記方位情報、及び、前記アンテナ座標情報算出ステップで算出した前記アンテナ座標情報から、前記移動体のヘディング角を算出するヘディング角算出ステップとを備えたヘディング角算出方法。 - 反射器を有し、移動体に設置されたアンテナ部を、アジマス軸を中心に回動、及び、エレベーション軸を中心に回動させるアンテナ駆動部により、前記アンテナ部のエレベーション角を90°にするエレベーション角設定ステップと、
このエレベーション角設定ステップの後に、前記アンテナ駆動部により、前記アンテナ部を360°回動させるアジマス角回動ステップと、
このアジマス角回動ステップによる回動時、1°ごとに、緯度及び経度からなる座標情報を、前記アンテナ部の反射器にGPSアンテナが設けられ、緯度及び経度の情報を出力するGPS受信機から取得するGPS情報取得ステップと、
このGPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点の中点のうち少なくとも一つの点を又は複数の中点の平均位置を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出、又は、
前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、少なくとも三点からそれぞれ等距離にある一点を、前記アジマス軸の緯度及び経度であるアンテナ座標情報として算出するアンテナ座標情報算出ステップと、
前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、経度が同じ値であると判定できる範囲にある二点であって、当該二点の取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°であるものの間を結ぶ直線を、前記アジマス軸を通る経線として方位情報を得る、又は、
前記GPS情報取得ステップで取得した前記座標情報のうち、取得時におけるアジマス角の差の絶対値が180°である二点を結ぶ直線の、経線又は緯線に対する傾きと前記アンテナ座標情報とから、方位情報を得る方位情報算出ステップと、
前記移動体における前記アンテナ部の設置位置と前記アンテナ部のアジマス角の座標軸との関係を用いて、前記方位情報算出ステップで算出した前記方位情報、及び、前記アンテナ座標情報算出ステップで算出した前記アンテナ座標情報から、前記移動体のヘディング角を算出するヘディング角算出ステップとを備えたヘディング角算出方法。
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