JP2016521939A - 無線通信リンクのための安定化プラットフォーム - Google Patents

Abstract

地上データ通信無線リンクは、第１の指向性アンテナ、第１のビーコン、及び第１の指向性アンテナに結合された第１の再配向用アセンブリを有する、第１のリンク端部を含む。通信無線リンクはまた、第２の指向性アンテナ、第２のビーコン、及び第２の指向性アンテナに結合された第２の再配向用アセンブリを有する、第２のリンク端部も含む。第１の指向性アンテナ及び第２の指向性アンテナは、第２のビーコンからの信号に応答して第１の再配向用アセンブリが第１の指向性アンテナを再配向し、第１のビーコンからの信号に応答して第２の再配向用アセンブリが第２の指向性アンテナを再配向することによって、相互整合状態に維持される。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、地上通信リンクの指向性アンテナ間で整合を確立及び維持するための装置及び方法に関する。

以下の議論における、先行技術の方法、装置又は文書に対するあらゆる参照は、それらが共通の一般常識の部分を形成していた又は形成するといういかなる証拠又は了解を構成すると解釈されるべきではない。

ミリ波無線通信装置は、２点間での高速データの無線伝送を可能にする。そのような装置は、セルラーネットワークからファイババックボーンへのデータのバックホールのためのますます一般的な方法となっている。

米国特許第６０１６３１３号は、そのようなセルラーネットワークでの移送をサポートするために複数のミリ波アンテナアレイを多重化することを記載している。米国特許第６７１４８００号、第７０６２２９３号、第７７６９３４７号、及び第７９１２５０６号では、セルラーバックホール用のネットワークを組み立てるために複数のミリ波無線を使用することが開示されている。これらの特許に記載されているシステムは、ミリ波伝搬の重要な優位点、すなわち：（高データレートをサポートする）大きな帯域幅；及び（電波の相互干渉が小さいため、１つのサイトから動作している複数のノードをサポートする）狭いビーム幅に依存している。米国特許第７０６５３２６号は、半値電力幅が約０．２度以下である特定の変調回路を有するミリ波システムについて記載している。

ミリ波通信システムは、毎秒ギガビットのデータスループットをサポートできるが、該システムは、通信距離をわずか数マイルの長さにと好天のみに制限する、大気減衰の影響を受けやすい。米国特許第６５５６８３６号及び第６６６５５４６号は、９５ＧＨｚでの毎秒ギガビット通信について記載している。しかし、これらのシステムは、荒天の場合、より低い周波数バックアップトランシーバの使用を必要とする。米国特許第６１６９９１０号及び第８０９０４１１号、並びに国際特許公報第２０１３０５８６７３号及び第２０１４０１１０８７号は、通信を改善し、そのような条件下での整合を達成するために電子ビームステアリングに使用される、特別な誘電体レンズアンテナ又は複数のフィードアレイ若しくは切替え可能な焦点面アレイを使用するミリ波システムについて記載している。

しかし、これらのいくつかの特許に記載されているように、アンテナは、互いの狭く集束したビームを見失うことを避けるために直接的に互いを指す必要があるため、ミリ波周波数での狭いビーム幅は、大きな距離で隔てられている地上リンクの２つの端部を正しく整合する上で困難を生じさせる。米国特許第６５８７６９９号は、地上リンクのいずれかの端部でアンテナを整合するための光学整合方法の使用について記載している。米国特許第６６１６９６号は、最初にアンテナを視覚的に整合し、次いで伝送されたトーンの強度を使用して手動で整合を微調整する２人の設置者を各端部に必要とする整合方法を請求している。

米国特許第７６８０５１６号は、アンテナがジンバルの上に取り付けられるが、その位置決めデータをＧＰＳ信号から入手し、２つの端部の間で共有しなければならない自動整合技術を請求している。米国特許第６３０７５２３Ｂ１号は、主要な受信信号を変調することによって指示方向を制御できる追跡信号を生成するために、主要経路内にサブリフレクタが必要とする、空中搬送型標的との双方向通信専用の自動追跡調査技術について記載している。

デジタルビーム形成技術は、入信ミリ波信号の方向を示し、受信器アンテナの主軸を正しい方向で指すよう、適合してもよい。米国特許公報第２００６０２４６８６３号及び国際特許公報第２０１１０５６２５６号は、通信システム用の係るデジタルビーム形成技術又はビームピーク技術について記載している。一方、米国特許第８５５８７４６号は、２６ＧＨｚ以下の周波数用の平面アレイアンテナの構造について記載している。

ここで、図１及び図２を参照すると、マイクロ波周波数トランシーバの形態の対向するリンク端部と、各塔に取り付けられた指向性パラボラ反射鏡とによって確立された、地上通信リンクの平面図及び側面図が示されている。

上記に暗に示されるように、リンクがミリメートル波長周波数で動作する場合に特に顕著である、図１及び図２のシステム等のシステムで発生する問題は、リンクの端部の相互整合の維持が困難であるという点である。動作波長が非常に小さいことにより、（例えば直径１．２ｍの）中規模のアンテナでさえ典型的にはＥ−バンド（７５〜８５ＧＨｚ）で約０．２５度である非常に狭いビーム幅を有するため、この問題が生じる。

リンクが当初、両方の端部が相互に整合された状態で正しくセットアップされていても、さまざまな要因により端部は不整合となることがある。不整合が発生する１つの理由は、各端部の塔が風又は他の力によって傾く又は捻れる場合があることである。通信リンクのいずれかの端部において風が誘発する運動により、伝送された信号ビームの中心は、リモートアンテナを完全に「見失い」、リモートエンドでの任意の受信信号の欠如及びリンク停止を引き起こす。そのような運動は、リンクのいずれかの端部又は両端で起こることがある。

リンク停止は、きわめて望ましくなく、搬送されるトラフィックの性質によっては、リンク停止は、非常に深刻な予期しない結果を有することがあることが理解される。

上記の問題に加えて、地上通信リンクの端部の初期のいくぶん粗い整合を「微調整する」ことは現在困難である。初期の整合を後で改良できれば有利だろう。

本発明の第１の態様によると、第１のアンテナを望ましい方向に維持するための方法が提供され、この方法は、第１のアンテナに近接する又は一致する場所で受信されるビーコン信号の変動に応答して第１のアンテナを再配向するステップを含み、ここでビーコン信号はリモート地上ビーコンから発する。

好ましくは、第１のアンテナは、第１のアンテナの再配向のために配設される再配向用アセンブリに取り付けられ、アンテナを再配向するステップは再配向用アセンブリのアクチュエータを制御するステップを含む。

本発明の好適な実施形態では、再配向用アセンブリは、第１の軸及び第２の軸を有するジンバルを備える。例えば、ジンバルアセンブリは仰角軸及び方位角軸を有してよい。

第１のアンテナが地上データ通信リンクの第１の端部の部分を含み、該リモートビーコンが、該通信リンクの第２の端部を含む第２のアンテナと共に位置することが好ましい。

ビーコンは無指向性であってよく、あるいはビーコンは、関連する信号ビーム幅を有するように指向性であってよい。

ビーコンが指向性である場合、ビーコン信号ビーム幅は、典型的には、第２のアンテナのデータ通信信号と関連するビーム幅よりも大きい。

好ましくは、ビーコン信号ビーム幅は、また、望ましい方向からの第１又は第２のアンテナの角度摂動の範囲を包含できるよう十分に大きい。例えば角度摂動の範囲は典型的には、アンテナが取り付けられているプラットフォームの不安定な動きのために予想される角度摂動に一致することになる。プラットフォームは、例えば通信塔であってよい。

本方法は、ビーコン信号を取得するステップの後に、第１のアンテナを再配向する際の精度の改善のために該ビーム幅を狭くするステップを含んでよい。

また、本方法は：データ通信信号が取得されるまで、ビーコン信号に応答して第１のアンテナを再配向するステップを実施するステップ；及びこれに続いて、データ通信信号の変動に応答して第１のアンテナを再配向するステップを含んでよい。

ビーコン信号の変動に応答して第１のアンテナを再配向するステップは、単パルスプロセスを適用することによって、第１のアンテナが再配向される精度を改善するステップを伴ってよい。

あるいは本方法は、アクチュエータを操作して、ビーコン信号と関連するボアサイトを機械的に走査するステップを含んでよい。

本発明の代替実施形態では、ビーコン信号は、望ましい方向から離れて位置するビーコンから発し、ビーコン信号はビーコンに向けられた第２のアンテナによって受信され、第２のビーコンアンテナは第１のアンテナに合わせて移動するよう配設される。

本発明のさらなる態様によると、上述の方法を実装するための、電子プロセッサが実行するための有形機械可読命令を含む、ソフトウェア又はファームウェア製品が提供される。

本発明のさらなる態様によると：指向性アンテナ；指向性アンテナに取り付けられた再配向用アセンブリ；再配向用アセンブリに結合された１つ又は複数のアクチュエータ；ビーコン信号の変動に応答して再配向用アセンブリを制御するよう配設された制御システム、を備える、地上通信リンク用のリンク端部が提供される。

本発明の好適な実施形態では、再配向用アセンブリは２軸ジンバルを備える。あるいは他の再配向用アセンブリも考えられる。例えば再配向用アセンブリは、指向性アンテナの傾斜を提供するために独立して作動される可変長の脚を有する三脚を含んでもよい。

好ましくは、制御システムは、該アクチュエータのうちの第１のアクチュエータと通信する方位角制御サブアセンブリを含み、第１のアクチュエータはジンバルの方位角を変えるよう配設される。

好ましくは、制御システムは、該アクチュエータのうちの第２のアクチュエータと通信する仰角制御サブアセンブリを含み、第２のアクチュエータはジンバルの仰角を変えるよう配設される。

本発明の好適な実施形態では、仰角制御サブアセンブリは傾斜計を含む。

好ましくは、制御システムは、内側速度ループ及び外側位置ループを含む制御システムを実装するよう配設される。

仰角制御サブアセンブリ及び／又は方位角制御サブアセンブリは、アンテナの角速度を検知するよう配設されたジャイロスコープを含むことが好ましい。

好ましくは、制御システムは、ジャイロスコープのドリフトを推定して、これに従って補償するよう配設される。

本発明の好適な実施形態では、リンク端部は、ビーコンソースを含む。例えばビーコンソースは、無線信号発生器及び無線信号発生器に結合されたフィード又はビーコンアンテナを備えてよく、フィード又はビーコンアンテナは指向性アンテナよりも広いビーム幅を生じさせるよう配設される。

また、好ましくは、ビーコン信号ビーム幅は、望ましい方向からの第１のアンテナ又は第２のアンテナの角度摂動の範囲を包含できるように十分に大きい。

本発明の好適な実施形態では、ビーコン発生器は、Ｋ−バンド信号発生器からなる。

ビーコン発生器は、状況の要件に応じて他の周波数バンドで動作するよう構成された信号発生器を備えることが理解される。

制御システムは、少なくとも１つの単パルスネットワークを含んでよい。

本発明の好適な実施形態では、第１のアンテナ及び第２のアンテナの両方の再配向は、単パルス技術を適用することにより、第１のアンテナ及び第２のアンテナの再配向が独立して且つ同時に発生できるよう、構成される。

あるいは本発明のさらなる実施形態では、リンク端部は、指向性アンテナに対して平行ではない、指向性アンテナに合わせて動くよう配設される第２のアンテナを含み、ここで制御システムは、第２のアンテナにより受信されるビーコン信号の変動に応答して再配向用アセンブリを制御する。

本発明のさらなる態様によると：第１の指向性アンテナ、第１のビーコン、及び指向性アンテナに結合された第１の再配向用アセンブリを含む、第１のリンク端部；並びに第２の指向性アンテナ、第２のビーコン、及び第２の指向性アンテナに結合された第２の再配向用アセンブリを含む第２のリンク端部を備える、地上リンクが提供され、ここで第１の指向性アンテナ及び第２の指向性アンテナは、第１の再配向用アセンブリ第２のビーコンからの信号に応答して第１の指向性アンテナを再配向し、第２の再配向用アセンブリが第１のビーコンからの信号に応答して第２の指向性アンテナを再配向することによって、相互整合状態に維持される。

本発明のさらなる態様によると：リンクの第１の端部の第１のデータトラフィック指向性アンテナ；リンクの第２の端部の第２のデータトラフィック指向性アンテナ（ここで該第１のアンテナ及び該第２のアンテナは互いを指す）；該第１のデータトラフィックアンテナと該第２のデータトラフィックアンテナとの間の回線から離れて位置する地上ビーコン送信器に向けられた、リンクの第１の端部の第１のビーコン信号指向性アンテナ；ビーコン送信器に向けられた、リンクの第２の端部の第２のビーコン信号指向性アンテナ；該第１のデータトラフィックアンテナ及び該第１のビーコンアンテナを再配向するよう配設された、リンクの第１の端部の第１の再配向用アセンブリ；並びに該第２のデータトラフィックアンテナ及び該第２のビーコンアンテナを再配向するよう配設された、リンクの第２の端部の第２の再配向用アセンブリ、を備える、地上データ通信無線リンクが提供され、第１のデータトラフィック指向性アンテナ及び第２のデータトラフィック指向性アンテナは、第１の再配向用アセンブリが第１のビーコンアンテナによって受信されるビーコンからの信号に応答して動作し、第２の再配向用アセンブリが第２のビーコンアンテナによって受信されるビーコンからの信号に応答して動作することによって、相互整合状態に維持される。

本発明のさらなる態様によると、高周波無線データ通信モジュールの操作範囲を拡大するための方法が提供され、この方法は：インタフェースアセンブリの背面に該通信モジュールを取り付けるステップ；及びプラットフォーム安定化アセンブリのアンテナフィードにインタフェースアセンブリの前面を取り付けることによって、通信モジュールをアンテナフィードに結合し、アンテナフィードからデータ信号を送受信できるようにするステップを含み、インタフェースアセンブリの背面は通信モジュールの結合形成部材（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ）と連結する（ｍａｔｅ ｗｉｔｈ）よう配設され、プラットフォーム安定化アセンブリは：指向性アンテナ；指向性アンテナに取り付けられた再配向用アセンブリ；再配向用アセンブリに結合された１つ又は複数のアクチュエータ；地上ビーコン信号の強度の変動に応答して再配向用アセンブリを制御するよう配設された制御システムを備える。

好ましくは、インタフェースアセンブリは、インタフェースシャシと、インタフェースアセンブリの背面を含むインタフェースプレートとを備え、インタフェースプレートは、異なる通信モジュールが取り付けられた異なるインタフェースプレートの置換のために、インタフェースアセンブリに対して着脱可能である。

本発明の別の態様によると、プラットフォーム安定化アセンブリに複数の通信モジュールのうちのいずれか１つを取り付けるための方法が提供され、各通信モジュールは異なる結合構成で配設され、本方法は：複数の通信モジュールのうちの対応する通信モジュールと連結するよう配設された背面と、プラットフォーム安定化アセンブリと連結するよう配設された共通の前面とをそれぞれ有する、複数のインタフェースアセンブリを製造するステップ；通信モジュールのうちの選択された通信モジュールに対して、インタフェースアセンブリのうちの対応するインタフェースアセンブリを選択するステップ；選択された対応するインタフェースアセンブリに、選択された通信モジュールを取り付けるステップ；及びプラットフォーム安定化アセンブリにインタフェースアセンブリを取り付けるステップを含む。

本発明の好適な実施形態では、インタフェースアセンブリのうちの１つ又は複数は、インタフェースプレート及びインタフェースプレートへの取付けのためのインタフェースシャシからなる。

本発明の別の態様によると、多数の異なる通信モジュールのうちのいずれか１つをプラットフォーム安定化システムのアンテナフィードに結合するための装置が提供され、この装置は、アンテナフィードに結合するよう配設された前面を有するインタフェースシャシと、インタフェースシャシに取り外し可能に固締され、通信モジュールに結合するよう配設される背面を有するインタフェースプレートとを含む、インタフェースアセンブリを備え、インタフェースプレートは、異なる通信モジュールの多様な結合構成を補完するよう配設された背面をそれぞれ有する多数のインタフェースプレートのうちの１つである。

本発明のさらなる態様によると：通信モジュールに結合するための背面；並びにプラットフォーム安定化アセンブリのアンテナフィードに結合することによってアンテナフィードに該電子回路網を結合するため、及びアンテナフィードに通信モジュールを結合することによってアンテナフィードからデータ信号を送受信するために配設された前面を含む、インタフェースアセンブリが提供され、背面は通信モジュールの結合形成部材と連結するよう配設される。

好ましくは、インタフェースアセンブリは、プラットフォーム安定化信号を伝達するよう配設されたインタフェースシャシと、インタフェースアセンブリの背面を含むインタフェースプレートとを備え、インタフェースプレートは、異なる通信モジュールが取り付けられた異なるインタフェースプレートの置換のために、インタフェースアセンブリに対して着脱可能である。

本発明の好ましい特徴、実施形態、及び変形形態は、当業者が本発明を実行するために十分な情報を提供する、以下の「発明を実施するための形態」から理解され得る。「発明を実施するための形態」は、決して本発明の上述の「発明の概要」の範囲を制限するものとして見なされるべきではない。「発明を実施するための形態」は、以下の多くの図面を参照する。

整合された指向性アンテナ及び関連付けられたトランシーバを含む対向するリンク端部によって実装される、先行技術の地上通信リンクの平面図である。 整合された指向性アンテナ及び関連付けられたトランシーバを含む対向するリンク端部によって実装される、先行技術の地上通信リンクの側面図である。 本発明の好適な実施形態に従って、ジンバル及びそのアンテナを再配向するためのアクチュエータを含むリンク端部の分解図である。 アンテナホーンがアンテナ反射器に、並びに無線電子回路及び指示システム電子回路へ及びそれらから信号を結合するための関連付けられたアンテナフィードシステムに接続する、図３Ａの領域「Ａ」の詳細な図である。 安定化プラットフォームを塔の柱にどのように取り付けることができるのかを示す図である。 アンテナシステム及びジンバルの詳細な前面図である。 ジンバル及びアンテナの詳細な背面図である。 ジンバル及びアンテナの分解図である。 図２のリンク端部の部分を含む、本発明の好適な実施形態による再配向運動制御システムのブロック図である。 図２のリンク端部の部分を含む、本発明の好適な実施形態による再配向運動制御システムのブロック図である。 図２のリンク端部の部分を含む、本発明の好適な実施形態による再配向運動制御システムのブロック図である。 図２のリンク端部の部分を含む、本発明の好適な実施形態による再配向運動制御システムのブロック図である。 位置ループ及び速度ループを有する一般的なフィードバック制御ループのブロック図である。 広ビーム幅ビーコン信号を他方の端部に送信する各端部の近接ビーコン送信器の場合のデジタル通信リンクの２つの端部を示す図である。 各端部の一致するビーコン送信器の場合のデジタル通信リンクの２つの端部を示す図である。 動作中の本発明の好適な実施形態による、対向するリンク端部により実装される地上リンクを示す図である。 動作中の本発明の好適な実施形態による、対向するリンク端部により実装される地上リンクを示す図である。 動作中の本発明の好適な実施形態による、対向するリンク端部により実装される地上リンクを示す図である。 動作中の本発明の好適な実施形態による、対向するリンク端部により実装される地上リンクを示す図である。 動作中の本発明の好適な実施形態による、対向するリンク端部により実装される地上リンクを示す図である。 動作中の本発明の好適な実施形態による、対向するリンク端部により実装される地上リンクを示す図である。 動作中の本発明の好適な実施形態による、対向するリンク端部により実装される地上リンクを示す図である。 リンク端部が、２つのリンク端部間にある回線から離れた距離に位置する共通の広ビーム幅ビーコン送信器を追跡する、本発明のさらなる実施形態による地上通信リンクを示す図である。 １台の一般的な無線通信装置、すなわち無線周波数データトランシーバモジュールに取り付けられる、本発明の好適な実施形態によるインタフェースアセンブリの断面図である。 図１０に対応する非断面図である。 図１０及び図１１のインタフェースアセンブリのインタフェースプレートの前面、すなわち安定化側面の図である。 図１０及び図１１のインタフェースアセンブリのインタフェースプレートの背面の図である。 安定化アセンブリに１台の通信装置を結合する、使用中のインタフェースアセンブリを示す定形化された図である。 安定化アセンブリに１台の通信装置を結合する、使用中のインタフェースアセンブリを示す定形化された図である。

図３Ａ〜図３Ｅを参照すると、本発明の好適な実施形態によるアンテナアセンブリ、すなわち「リンク端部」１００が示されている。説明されるように、リンク端部１００はｘピボット及びｙピボット１０４、１０６を有する２軸ジンバル３の形をした再配向用アセンブリを含む。ジンバル３の一方の側は、無線通信塔等の支持構造の部分を形成する支柱８０に固締されるジンバルプラットフォーム１０９を含む。ジンバルの反対側は、アンテナアセンブリ１０８が取り付けられるアンテナサポート１０７を含む。アンテナアセンブリ１０８は、アンテナフィード５、サブリフレクタ７ａ、及びリフレクタ７を含む。リフレクタ７は、指向性アンテナを含む。（図４Ｃに概略で示される）制御可能モータ４ｂ及び４ｃの形をしたアクチュエータは、関着するジンバルの部分をピボットの回りで旋回させるために枢支点１０４及び１０６の内部に構築される。よって、ジンバルプラットフォーム１０９は、支柱としっかりと保持されるため、アンテナサポート１０７、従ってアンテナサポート１０７に取り付けられたアンテナアセンブリ１０８の指示方向は、プラットフォーム取付け板１０９を基準にしてｘピボット及びｙピボットの軸の回りで枢動できる。

ジンバルプラットフォーム１０９と固定したシュラウド２が設けられ、レードーム１がシュラウドに固締される。

図３Ａ〜図３Ｂ及び図４Ａ〜図４Ｄに示されるこの例は、以下の要件を満たすよう設計されている。
指示誤差 ＜０．０５度（より一般には、帯域幅の約０．２５）
獲得範囲 ＞７度
追跡フェードマージン ＞リンクフェードマージン
Ｅ−バンドリンク性能の劣化 最小
短獲得時間 数十秒
風速 毎時＞１００ｋｍ

図３Ａ〜図３Ｅのリンク端部１００が取り付けられる支持塔の関連するパラメータは以下の通りであると仮定される。
発振は２ヘルツ未満である可能性がある。
（モノポールタワーを除けば）傾き及び捩じりは２度未満である可能性がある。
モノポールタワーはより大きな傾き（例えば、６度）を生じさせることがある。

ジンバルの仰角モータ及び方位角モータ４ｂ及び４ｄ（図４Ｃ）の形をしたアクチュエータ、並びに関連付けられた回路網２２（図４）を含むリンク端部１００の内部構成要素は、レードーム１及びシュラウド２によって完全に囲まれている。レードーム１及びシュラウド２は、アンテナアセンブリ１０８にかかる風荷重を削減し、したがって相対的に低トルクの、ピボット１０４及び１０６の内部に取り付けられる直接駆動モータ４ｂ、４ｄの形をしたアクチュエータの使用を可能にするために役立つ。直接駆動モータを使用すると、それ以外の場合、ビーム幅（例えば、５０ミリ‐度）指示要件の１／４を満たすのが困難になるだろう機械的ながたつきが排除される。また、内部構成要素をレードーム１及びシュラウド２で完全に囲むと、雨、雹、及び着氷からの保護も実現される。

再配向用アセンブリは、現在説明されている好適な実施形態の２軸ジンバル３を含む一方、再配向用アセンブリは、他である可能性がある。例えば、きわめて実際的ではないが、再配向用アセンブリが指向性アンテナの傾きを提供するために、別々に作動される伸縮脚部を有する三脚を含む可能性がある。

図４Ａ〜図４Ｄは、リンク端部１００のビーコン検知回路網及び制御処理回路網のブロック図を含む。現在説明されている本発明の好適な実施形態では、図４Ａ〜図４Ｄの制御処理回路網のいくつかが図３のレードーム１及びシュラウド２の中に含まれ、いくつかは後方にじかに取り付けられる。しかし、他の実施形態では、電子制御回路網が別個の場所で収容される可能性があることが理解される。

すなわち、図４Ａ〜図４Ｄは、地上リンク、例えば「リモートエンド」で第２の同一システムと通信するリンク１２０（図４Ｅ）に類似するリンクの一方の端部（「近端部」）を示す。最適性能は、両端にあるアンテナアセンブリが直接互いを指し、これによりアンテナアセンブリが両端で対応する受信Ｅ−バンドデータ信号強度を最大限にするときに２つの端部間で達成される。

メインリフレクタ７、７ホーンアンテナフィード５、及びサブリフレクタ７ａを含むアンテナアセンブリ１０８は、（この例ではＥ−バンドでの）メインデータ信号をリモートエンドへ、及びリモートエンドから送受信するために、並びに（図４Ｅ又は図４Ｆの実装で）ビーコン信号を受信するために動作する。一方、ジンバル３は、モータ４ｂ、４ｄによって駆動されてピボット１０４、１０６の回りでの枢動を生じさせ、したがって端部間の相対運動を補償することによってリモートエンドへの最適指示を維持するためにアンテナアセンブリ１０８をステアリングする。Ｅ−バンド信号は、Ｅ−バンドフィードアセンブリ１１０（図３ＡＡ及び図４Ｄ）によって受信され、アンテナアセンブリ１０８から及びアンテナアセンブリ１０８に配信される。また、Ｅ−バンドフィードアセンブリ１１０は、フィードの中心にあるメインＥ−バンド入力１１２のいずれかの側の仰角軸に対して対称に配設されるホーンの２つのスロット１１０ａ、１１０ｂ全体で信号を検知することによって、仰角平面でＥ−バンド単パルス差信号を生成する。

フィード５のボアサイトと一致しているのは、Ｋ−バンドフィードサブアセンブリ１１４（図３ＡＡ及び図４Ｄ）である。メインＥ−バンドボアサイト１１２のいずれかの側でスロット１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄの組を使用すると、Ｋ−バンドフィードサブアセンブリ１１４は、遠端Ｋ−バンドビーコン送信器から送信され、受信されるビーコン信号から仰角平面及び方位角平面の両方で差信号だけではなく和信号も生成する。また、Ｋ−バンドフィードサブアセンブリ１１４は、ナロービームＫ−バンドビーコン信号を遠端に向けて送信するためにも使用できる。

近端でのビーコン送信器信号は、１００ＭＨｚ基準信号に位相固定された僅かに異なる周波数で動作する２台のＫ−バンド発振器８ａ（図４Ｄ）及び８ｂ（図４Ｂ）によって生成される。第１のビーコン発振器８ａからの出力は、ビーコン信号の送信だけに使用される小さく広ビーム幅ビーコンアンテナ６に送られる。送信ビーコンアンテナ６は、本実施形態では、アンテナアセンブリに近接する。他の実施形態では、送信ビーコンアンテナ６は、アンテナアセンブリ１０８からかなりの距離離れていてよい。その場合、リモートエンド受信器ファームウェアは、リモートリンク端部が送信ビーコンアンテナ位置とメイン（Ｅ−バンド）データ送信器方向の位置との間の方向オフセットを考慮に入れるための命令を含む必要がある場合がある。その広いビーム幅のため、送信ビーコンアンテナ６は、近端送信器の運動が激しくても常にリモートエンドアンテナを照明すると仮定される。

図４Ｄの実施形態では、広帯域アンテナ６は（塔を基準にして固定される）シュラウドに取り付けられる。一方、図４Ｅの実施形態では、広帯域アンテナ６は、図４Ｄのメインリフレクタ７に相当する指向性データ信号アンテナに取り付けられる。両方の筋書きとも、ビーコンアンテナ６の広いビーム幅のために実行可能であるが、メインリフレクタの伝送パターンを乱さないようにビーコンアンテナ６をシュラウドに取り付けることが好ましい。

第２のビーコン発振器８ｂ（図４Ｂ）からの信号は、アンテナフィード５の中にメインＥ−バンドフィードサブアセンブリ１１０と統合され、それと一致するより狭いビーム幅のＫ−バンドフィードサブアセンブリ１１４を通して送信される。第２のビーコン発振器８ｂからのナロービーム信号は、はるかに大きなメインリフレクタ７から離れたサブリフレクタ７ａを介して反射するため、ナロービーム信号は、はるかに狭いビーム幅を有する。ビーム幅が狭いほどリモートエンドでの取得角度の考えられる範囲は縮小され、誤解を与える指示角度を生じさせるビーコンの考えられるマルチパス信号伝搬を削減するのに役立つことがある。ただし、それ故に送信されたビーコン信号は近端の塔の動きにより敏感であるため、必ずしも常にリモートエンドを照明しないことがある。追跡のためにどのビーム信号―ナロービーム又はワイドビーム―を使用するかの選択は、アンテナ制御盤２３において、その盤上の電子メモリに記憶されるファームウェアを含む命令に従って行われる。

メインＥ−バンドデータ信号は、Ｅ−バンドトランシーバ９（図４Ａ）による標準的な方法で処理される。受信側で、ＲＦ信号はトランシーバで増幅され、デジタル変調を検出し、イーサネット（登録商標）光ファイバインタフェース等のユーザデータインタフェース１０を介して外部で受信されたデータストリームを送信するモデムに渡す前にダウンコンバートされる。送信時、トランシーバ９は、モデム内のＩＦ信号の上に入信データストリームを変調し、ＩＦ信号は、次いでアンテナアセンブリ１０８を介した送信の前にアップコンバートされ、線形化され、増幅される。また、同じモデムは、近端指示ステータス情報及びネットワーク動作に役立つ他の情報の表示を提供するために、リンクに沿って渡すことができるユーザ管理インタフェース１１からのデータを送受する。

Ｋ−バンドビーコン受信器フィード１１４（図４Ｄ）は、Ｅ−バンドデータフィード１１２のボアサイトと一致する。いくつかの余分なスロット及び結合器をメインフィードの中に組み込むことによって、Ｅ−バンドホーン及びＫ−バンド受信器アンテナを単一の導波管ホーン５の中に結合することは簡単である。受信されたＫ−バンド単パルスの和信号及び差信号は、位相整合ダウンコンバータ１２（図４Ｂ）でダウンコンバートされる。これらのＫ−バンドダウンコンバータチャネルはアンテナフィード１１４からＲＦ信号を受信し、受信した信号を、それらがインタフェースボード上でＡ／Ｄ変換器１３（図４Ａ）によってデジタル化される１０．７ＭＨｚの第２のＩＦ周波数に標準的な方法でダウンコンバートする。ダウンコンバージョン回路網（図４Ｂ）は、帯域通過フィルタリング（ＢＰＦ）、低雑音増幅（ＬＮＡ）、１００ＭＨｚ基準ソースに位相固定されたミキサーの１４５０ＭＨｚの第１のＩＦへのダウンコンバート（ＤＣ）、及び最終的な低域フィルタリング（ＬＰＦ）の標準的な機能を実装する。ナロービームアンテナフィード１１４上のビーコン和ポートはビーコンを受信するだけではなく、ビーコンを送信するためにも使用されるため、Ｋ−バンド和チャネルは、第１のバンドパスフィルター１１６の前にその経路に方向性結合器２４（図４Ｂ）を含む。方位角ビーコン信号及び仰角ビーコン信号の処理は同一であり、したがってコストを節約するためにアナログハードウェアを時分割方式で使用できるため、差チャネルは低雑音増幅器１２０の後に開閉器１１８を含む。

Ｅ−バンド単パルスダウンコンバージョンモジュール２１及びＫ−バンド単パルスダウンコンバージョンモジュール１２からの受信信号追跡情報は、アナログ／デジタル変換器１３を通され、次いでマイクロプロセッサ１４（図４Ａ）及びＦＰＧＡ１５（図４Ａ）によって処理される。ＦＰＧＡ１８は運動制御システムを実装し、回線８４で単パルス指示誤差ベクトル信号を出力する。ベクトル信号は、仰角及び方位角の真のボアサイトからの偏差を示す。位置の必要とされる変更が回線７２、７４、７６での単パルス追跡情報によって示されると、モータ４ｂ、４ｄは、モータ制御盤２２によって方位角と仰角の両方で駆動される。運動制御盤２２は、測定された誤差ベクトルがゼロに削減されるまで、運動制御システム１８からの単パルス指示誤差ベクトル信号に応答して動作する。

ジンバル制御回路網２２ａは、２つのピボット１０４、１０６の軸に沿って配向されて近端アンテナの全体的な運動を検知するジャイロスコープ１６ａ、１６ｂを含む。そのような運動は、モータのため又は風若しくは温度等の外部影響のため意図的である場合がある。ジャイロスコープ１６ａ、１６ｂからの信号は、インタフェースボード１７で検知され、フィードバックシステムで使用するために回線８２（図４Ａ）で運動制御システム１８に送り返され、マイクロプロセッサ１４及びＦＰＧＡ１８によって実行されるファームウェアに実装されて、不必要な運動を補正する。同様に、傾斜計１９は現在の仰角情報を提供し、これは、システム起動時に又はマルチパス信号影響若しくは他の望ましくない信号影響が単パルス追跡情報データを破壊したらしいと疑われる場合に、追加のデータを提供するために使用できる。

単パルスデータ及びセンサデータを処理するために使用されるメモリ２０にファームウェアを含む命令は、速度ループ及び位置ループの両方を実装する。ユーザ調整及びマイクロプロセッサの現在の状態は、イーサネット（登録商標）等のユーザ管理インタフェース１１を通して制御できる。ファームウェア及びデータは、フラッシュメモリ２０からＦＰＧＡ及びマイクロプロセッサにロードされ、ローカルに記憶される。

メイン信号が取得され、近リンク端部及びリモートリンク端部のアンテナがボアサイト近くを指しているときに、より高い指示精度を達成するために、ファームウェアは、受信されたＥ−バンド信号のより狭いビーム幅がビーコン信号とは独立して使用されて、微調整のための指示情報を提供するための命令を含んでよい。Ｅ−バンド信号は、その高周波数及びメインリフレクタ７の大きなサイズのため非常に狭いビームを有するため、メイン信号伝搬軸をより正確に追跡できる。

簡単にするために、仰角軸からの方向情報だけが図４Ａ〜図４Ｄの処理に示される。狭帯域Ｅ−バンドビーコン信号発生器９ａが、リモートエンドへの送信のためにメインＥ−バンドデータ信号の中で別個のチャネルとして狭帯域Ｅ−バンドビーコン信号を生じさせるためにトランシーバ９の中に設けられる。発生器９ａからの狭帯域Ｅ−バンドビーコン信号は、メインデータ信号自体と同じトランシーバ９及びフィードシステム５の中に結合される。近端では、受信されたＥ−バンドビーコン単パルス差信号が、アンテナホーン５のスロット１１０ａ、１１０ｂにより仰角平面で生成される。これは、信号フィルタリング、低雑音増幅、二重ダウンコンバージョン、及び１０．７ＭＨｚの第２のＩＦ周波数での最終フィルタリングを提供するためにＥ−バンドビーコン周波数に合わせられた標準ＲＦブロックからなる標準ＲＦダウンコンバータチェーンである単パルスＥ−バンドフィードネットワーク２１（図４Ｂ）によって処理される。メインＥ−バンドデータ信号は、Ｅ−バンドトランシーバ９から結合され、同等の単パルス「和」信号を提供する。

同時に、Ｅ−バンド「和」単パルス信号及び「差」単パルス信号は、Ｅ−バンド伝搬経路から生じる回線８４上の指示誤差信号を生成するために、ＦＰＧＡファブリック１５で処理される。端パルス和ポート上で位相基準が存在していないことにより、アンテナは、移動の望ましい方向を確かめるために上又は下のいずれかに機械的に走査される必要がある。Ｅ−バンド伝搬経路は、より重要なデータを搬送する経路であるが、その狭いビーム幅及び経路損失に対する感受性のため、多くの場合、より堅牢且つより広いビーム幅なしに、最初にリモートエンドを取得するためにＫ−バンドビーコン信号を検出するのは困難又は不可能である。これは、Ｋ−バンド伝搬経路及びＥ−バンド伝搬経路が基本的に同一であると仮定している。

必要な場合、最初に初期ビーコン信号を取得するためのアンテナの機械的走査はマイクロプロセッサ１４で実行中のメモリ２０のファームウェアによって実行される命令に従って実行される。これらの命令は、受信信号強度のピークが検出されるまでジンバル３の運動の完全な範囲でグリッドパターンに沿ってアンテナを移動させる。傾斜計１９（図４Ｃ）は、検索で初期仰角を設定するために使用できる。ビーコンが検出されると、機械的走査は停止し、Ｋ−バンドビーコン及び最終的にはＥ−バンドビーコンの単パルス追跡が、システムを正確に指示するために使用される。図４Ａ〜図４Ｄに示されるハードウェアは、マイクロプロセッサ１４及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１５にアクセス可能である（又は搭載されている）メモリ２０に記憶されるファームウェア製品を実行する。

繰り返し述べると、ファームウェアの中にコード化される命令は、マイクロプロセッサ及びＦＰＧＡが、本発明の好適な実施形態に従って本明細書に説明される再配向手順を実装できるようにする。

モータ４ｂ、４ｄを駆動するためのコマンドは、運動制御システム１８（図４Ａ）を通してモータ及びエンコーダボード２２（図４Ｃ）に発行される。移動及び加速に対するフィードバックは再びジャイロスコープセンサ１６ａ、１６ｂから、並びにモータ及びエンコーダボード２２を通して位置エンコーダ４ａ、４ｃから実際の位置で提供される。

ジンバル３のためのそれぞれの軸制御は、強固に統合されているモータ４ｂ、４ｄ、エンコーダ４ａ、４ｃ、及びＭＥＭＳジャイロ１６ａ、１６ｂを有する。取得中の仰角制御に役立つよう傾斜計１９も含まれる。

制御システムは、指示誤差推定値及びジャイロ１６ａ、１６ｂを使用して、アンテナ１０８にリンクの他端を直接的に指し続けさせる。制御システムは、２ループ構成を使用する。デジタルメモリ２０に記憶されるファームウェアにコード化された命令は高速内側「速度」ループ、及び業界で堅牢であることが周知であるより低速の外側「位置」ループを実装する。高速の内側速度ループ及びより低速の外側位置ループを使用する一般的なフィードバック制御システムは、図４ＡＡに示される。

速度ループは、制御ループの内で最も内側且つ最も速く、約３０Ｈｚのループ帯域幅を有する。速度ループの機能は、アンテナ１０８の角速度を一定に、すなわち通常はゼロに保つことである。ジャイロ１６ａ、１６ｂは、実際の角速度を検知するために使用され、モータ４ｂ、４ｄは任意の非ゼロ角速度を補正するために駆動される。

ジャイロ１６ａ、１６ｂは、実際の角速度がゼロであるときにその速度推定値を非ゼロ（であるが小さく）する小さいオフセットを有するため、指示を無期限に維持するためにジャイロ１６ａ、１６ｂを使用することはできない。運動制御システム１８は、経時的なドリフトを推定し、回線８２を介してセンサインタフェースボード１７にバイアス信号を印加して、ドリフトを取り消す。

位置ループの機能は、ジャイロセンサの低速ドリフトを補正するために指示誤差推定値を使用することである。ループのための指示誤差入力は、Ｅ−バンドの機械的走査中にＫ−バンド単パルス信号、Ｅ−バンド仰角専用単パルス信号、及びエンコーダ信号の任意の組合せから引き出すことができる。

位置ループは、非ゼロ角速度デマンドを速度ループに適用することによってアンテナを再配向する。位置ループ帯域幅は約２Ｈｚである。

図４Ｅは、本発明の態様の好適な実施形態によるデジタル通信リンク１２０の２つの端部１２０ａ、１２０ｂを示す。各端部１２０ａ及び１２０ｂは、上述されたリンク端部１００に類似するリンク端部を含む。すなわち、各リンク端部１２０ａ、１２０ｂは、図４Ｄのワイドビームビーコンアンテナ６に関して上述されたように、他端に広ビーム幅ビーコン信号を送信する近接ビーコン送信器を有する。別個の一致するフィード、すなわち図４Ｄのフィード５等のフィードは、アンテナ利得を増加し、第２の狭ビーム幅ビーコン信号を生成するために大きなデータ信号アンテナリフレクタを照明する。このフィードは共通のボアサイトに沿って結合されたＫ−バンド及びＥ−バンドのホーンを使用し、全てのＥ−バンド信号を送受信するために、Ｋ−バンドビーコン信号を受信するために、及び第２の狭ビーム幅Ｋ−バンドビーコン信号を送信するために使用される。受信されたビーコン信号及びデータリンクは同じボアサイトを共有する。

図４Ｆは、各端部の一致するビーコン送信器の場合のデジタル通信リンク１２２の２つの端部のための第２の実施形態を示す。アンテナフィードは、共通のボアサイトに沿って図４Ｄに関して上述されたタイプの結合されたＫ−バンド及びＥ−バンドのホーンを使用する。それはＥ−バンドデータ信号を送信し、受信することだけではなく、Ｋ−バンド信号ビーコンも受信し、送信する。広ビーム幅ビーコンは、Ｋ−バンドビーコン周波数で大きなリフレクタを照明した状態でアンテナ利得を削減することによって生成される。狭ビーム幅ビーコンは、ビーコン周波数で大きいリフレクタを十分に照明することによって生成され、アンテナ利得を増加する。受信されたビーコン信号及びデータリンクは同じボアサイトを共有する。

説明された例示的なリンク端部１００は、アンテナアセンブリ１０８を向ける少なくとも３つの方向を提供するようにプログラミングされ、このことが説明される。３つの方法の使用はすべての不測の事態をカバーすることを目的としている。３つの方法のすべて又はいずれも本発明のあらゆる実施形態で実装される必要がないことが理解される。

以下の説明では、多様な特定の好ましい周波数範囲及びシステムパラメータに言及する。状況に応じて本発明の他の実施形態では他の値も使用され得るため、本発明がこれらの特定の周波数範囲及びシステムパラメータを利用する実装に制限されないことが理解される。

本発明の特定の実施形態を示すために説明される３つの例示的な方法は、以下の通りである。
１．２４ＧＨｚでビーコン周波数を使用する単パルス追跡
２．（ジャイロ及び２４ＧＨｚの単パルスにより支援される）８０ＧＨｚでの機械的走査
３．８０ＧＨｚでの仰角専用単パルス

方法１：２４ＧＨｚ単パルス、４ホーン
主要な追跡方法は、２４ＧＨｚでの単パルス追跡である。

単パルスはアンテナパターンに鋭い切欠きを生成し、追跡することによって正確な追跡を実現する。４つの２４ＧＨｚフィードからの受信信号が結合されて３つのアンテナパターンを形成する。４つのフィードを追加する（位相で結合する）と和パターンが生じる。左側フィード及び右側フィードを減算すると、方位角差パターンが生じる。仰角差パターンは、上部フィード及び下部フィードを減算することによって形成される。指示誤差の大きさは、差ポート及び和ポートで信号振幅の比率を採取することによって計算される。指示誤差の方向は、和信号及び差信号の相対的な位相から計算できる。

単パルス追跡はレーダシステムに関して先行技術において既知であり、堅牢であることが判明している。振幅変動に対する単パルス追跡の固有の非感受性は、それによりリモートエンドでの指示変化により生じるレベル変動に影響を及ぼされることなくリンクの一端が他端部を追跡できるようにするため、有益である。

理想的には、単パルス追跡は、追跡がメイン通信信号と同じ伝送経路に沿って実行されるようにＥ−バンドで操作されるだろう。ただし、製造公差により、通信チャネルを劣化させることなく仰角と方位角の両方で正確な追跡を提供するＥ−バンド単パルスフィードを生じさせることは非常に困難になる。この理由から、単パルス追跡は、現在説明されている例示的な実施形態でライセンスフリーの２４ＧＨｚバンドで動作することが好ましい。

単パルス動作は遠端からの信号が追跡することを必要とする。リンクの各端部は、他端が追跡するためにＣＷ「ビーコン」を放射する。ＣＷビーコンの使用は、大量の雑音除去（受信器での狭帯域デジタルフィルタリング）を可能にし、広帯域デジタル通信システムからの干渉信号の良好な除去も実現できる。リンク間の干渉は、異なるビーコン周波数を互いに近傍のリンクに割り当てるビーコンバンド計画に従うことによって回避できる。

本実施形態によるリンク端部は、２つの２４ＧＨｚビーコン、すなわち別個の広ビーム幅アンテナ上のビーコン、及びデータアンテナリフレクタ（〜０．８度のビーム幅）の完全な１２００ｍｍ開口を使用する（第１からわずかに偏位された周波数での）ビーコンを送信するよう設計される。広ビーム幅アンテナは、（ワイドビーム追跡と呼ばれる）獲得を支援するために使用される。追跡が取得されると、（ナロービーム追跡と呼ばれる）マルチパスからの考えられる影響を削減するためにナロービームビーコンが使用される。

単パルス操作方法は以下の通りである。

１．第２のアンテナは、第１のアンテナからの入信ビーコン信号に関してその指示整合を調整して、第２のアンテナの塔移動により生じる第２のアンテナの角度方向の変化に合わせて調整する。

２．第１のアンテナは、第２のアンテナからの入信ビーコン信号に関してその指示整合を調整して、第１のアンテナの塔移動により生じる第１のアンテナの角度方向の変化に合わせて調整する。

３．第２のアンテナは、２つのアンテナ間の経路伝搬変化のために第１のアンテナからの入信ビーコン信号に関してその指示整合も調整する。

４．第１のアンテナは、２つのアンテナ間の経路伝搬変化のために第２のアンテナからの入信ビーコン信号に関してその指示整合も調整する。

５．各アンテナは、これらの角度調整に関して他とは独立して働き、角度調整の変化の速度及び関連付けられた時間遅延は、アンテナが、次いで角運動を駆動する「ハンティングモード」にロックしないように調整される。アンテナは、外部要因によって引き起こされる角運動に応答する‐アンテナは、独自の角運動を相互に生成しない又は外部で適用される角運動を増幅しないよう構成される。

方法２：ジャイロの支援による調整された機械的走査
（ジャイロの支援による）機械的走査は、「完全な」２４ＧＨｚ指示がＥ−バンド周波数では完全ではないそれらのケースで使用できる。これは、ビーム曲げによって２４ＧＨｚ信号とＥ−バンド信号との間の経路分岐が生じることがあるなんらかの大気状況で発生することがある。

機械的走査法は、アンテナ指示方向に非常に小さい周期的な摂動をもたらす。ビーコン信号及び／又はＥ−バンド通信信号のいずれか又は両方の受信信号レベルの変動は、摂動中に指示誤差を推定するために分析される。アンテナは指示摂動を生じさせるために物理的に移動しなければならないため、指示誤差の新しい推定値を提供できる速度は相対的に低い。指示誤差更新速度は約１Ｈｚである。ジャイロは機械的走査モードの間に指示を維持するために使用される。新しい指示推定値は、ジャイロドリフトを補正するために継時的に平均化される。

端部間の調整は機械的走査モードで必要とされる。これは、リンクの他端での摂動が指示方向での局所的な摂動から区別できない振幅変化を生じさせるためである。調整は、ビーコンでのシグナリング（変化する周波数）を介して、又はリンクの両端でのＧＰＳ導出クロックを使用することによって達成できる。

方法３：Ｅ−バンド仰角専用単パルス
仰角専用のＥ−バンド単パルスフィードは、仰角平面での「微調整」が経路曲げに起因する２４ＧＨｚとＥ−バンド周波数との間の伝搬の差の可能性を説明するために必要であるかどうかを確かめるために含まれることがある。

（２４ＧＨｚ単パルスが、例えば異なる伝搬経路を生じさせる配管又はマルチパスのために誤解を生じさせる指示情報を生成する場合に）Ｅ−バンド単パルスフィードは仰角ヌルを生じさせるために２つの小さい矩形開口を使用し、Ｅ−バンドでの仰角平面にアンテナが正しく配設されることを保証するために使用される。

ここで図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、使用中、リンク１２６ａ、１２６ｂの端部は当初電源を入れられる。各端部は次いでそのマイクロプロセッサ及びＦＰＧＡ（図４Ａ）にアクセス可能なメモリに記憶されるファームウェアを実行して、以下のステップを進行する。

オープンループ指示モード
Ｉ．傾斜計に基づいて仰角を設定する。
ＩＩ．方位角エンコーダ４Ｃから前回使用した値に基づいて方位角を設定する。
ＩＩＩ．ジャイロ１６ａ、１６ｂ較正をチェックする／調整する。
ＩＶ．ワイドビームビーコンが検出されるまで機械的に走査する。
Ｖ．ワイドビーム追跡モードにジャンプする。

ここで図６Ａ、図６Ｂを参照すると、広ビーム幅ビーコンが検出されると、システムは次いで２４ＧＨｚワイドビーム追跡モードに進み、該モードでシステムは以下のステップを進行する。

２４ＧＨｚワイドビーム追跡モード
１．単パルスを使用して広ビーム幅ビーコンを追跡する。
２．狭ビーム幅ビーコンを傾聴しようとする。
３．ナロービーム追跡モードにジャンプする。
４．ワイドビームビーコンが失われた場合、次いでオープンループ指示に戻る。

ここで図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、２４ＧＨｚワイドビーム追跡モードが、狭ビーム幅ビーコンが検出されている状態で終了すると、次いでシステムは以下のステップを進行する。

２４ＧＨｚナロービーム追跡モード
ａ．単パルスを使用してナロービームビーコンを追跡する。
ｂ．しばらくの間無事に追跡した後でＥ−バンド機械追跡にジャンプする。
ｃ．ワイドビームビーコンが失われると、ワイドビーム追跡に戻る。

ここで図８に戻ると、２４ＧＨｚナロービーム追跡モードが狭ビーム幅ビーコンで無事に追跡し、終了すると、次いでシステムは以下のステップを進行する。

Ｅ−バンド機械追跡モード
Ｉ．周期的に指示を摂動してＥ−バンド指示を確認する。
ＩＩ．必要な場合、Ｅ−バンド信号に従うために指示を調整する。
ＩＩＩ．Ｅ−バンドが失われると、次いでナロービーム追跡に戻る。

Ｅ−バンド仰角専用単パルスモード
メイン通信信号が取得されると、
Ｉ．Ｅ−バンド単パルスサブシステムを使用して、Ｅ−バンド通信信号を追跡し続ける。
ＩＩ．必要な場合、アンテナの仰角を調整してＥ−バンド信号に従う。
ＩＩＩ．信号通信が失われると、ワイドビーム追跡に戻る。

広ビーム幅共通ビーコンの実施形態
ここで図９を参照すると、本発明のさらなる実施形態による陸上通信リンク１５０が示されている。図９の実施形態では、単一の広ビーム幅ビーコン送信器１５２がリンク端部１５０ａ、１５０ｂのデータアンテナ１５４ａ、１５４ｂ間のサイトの回線から離れた場所に設けられている。ビーコン１５２は、例えば塔又は高い建物の上等地上に位置してよく、あるいはビーコン１５２はいくつかの状況では衛星ビーコンであってよい。各リンク端部には、ビーコン受信器アンテナ１５６ａ、１５６ｂが備えられ、各端部でビーコン受信器及びデータ受信器アンテナは呼応して移動するように、該ビーコン受信器アンテナ１５６ａ、１５６ｂはデータ受信器アンテナに緊密に固締される、又はデータ受信器アンテナに電気機械的に従属するかのいずれかである。例えば、図３Ａに示される２軸ジンバルは、傾き、ビーコン受信器アンテナとデータ受信器アンテナの両方を共に回転させるよう配設されてよい。ビーコン受信器アンテナからのビーコン信号は、図４Ａ〜図４Ｄに示されるようにそのリンク端部のために回路網によって処理される。

プラットフォームの既存無線装置との使用
上述された安定化無線プラットフォームの好適な実施形態は、入信データ信号及び通常異なる周波数で動作する方向を示すビーコン信号の両方を検知する単パルスアンテナフィード構造を必要とする。このようにして、アンテナフィードは両方の信号を受信し、ビーコン周波数を処理して単パルス和信号及び単パルス差信号の両方を生じさせなければならない。

単パルスフィードは、ビーコン周波数で方向を示す信号を抽出するための３つの別々の接続、及びデータ通信信号自体のための第４の別個の接続を必要とする。これらの接続のそれぞれは、（信号破壊を引き起こすことがある）該接続間での最小の信号漏れ、単パルス信号の位相整合、及び環境十全性を保証するためにきわめて厳しい機械公差を有する。

ビーコン信号は、アンテナが現在そのボアサイトから離れて向けられている方向を示す指示電子回路に２次元指示情報を提供する。この情報を使用して、指示電子回路は、上述された安定化プラットフォーム機械システムを通してデータ通信チャネルで最適な信号強度のためにアンテナの方向を調整する。

ただし、一般的な既存のＥ−バンド無線通信装置の場合、その既存のアンテナ及びアンテナフィードは、ビーコン指示信号を生成する又は検知するためにも、単パルス出力を提供するためにも備えられていない。

無線通信市場には、望ましい方向でアンテナを動的にステアリングできないＥ−バンド無線通信装置を製造する、多数の供給元が存在する。これらの供給元は、Ｅ−Ｂａｎｄ、Ｇｉｇａｂｅａｍ、Ａｖｉａｔ、Ｓｉａｅ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ、Ｈｕａｗａｙ、及びＡｌｃａｔｅｌを含む。この装置は、上述された技術を使用することから恩恵を受けるだろう。そのような通信装置が大型アンテナと使用され、共にきわめて望ましい、装置の有用な範囲の拡大、又は通常は動的アンテナ指示を必要とする、より安定していない塔での該装置の使用を可能にできると、有利だろう。

簡単に且つ時間効率的に地上通信リンクの整合を維持するためのシステムに通信無線ハードウェアの一般的な既存の１台を容易に統合することが可能な場合も有利だろう。

ここで、安定化プラットフォーム上の通信無線ハードウェアの既存の１台と取り付けることができる交換用アンテナ及びアンテナフィードインタフェースを提供する本発明のさらなる態様の実施形態が説明される。本明細書に上述されるように、安定化プラットフォームは、方向検出ビーコン受信器及び送信器を含む。

結果的に、本発明の好適な実施形態では、一般的な無線、交換用アンテナ及びフィード、並びに安定化プラットフォームの間に、望ましい電気インタフェース及び機械インタフェースを作るよう配設されるインタフェースシャシが提供される。

交換用アンテナ及びアンテナフィードは、上述されたものと同じである。交換用アンテナ及びアンテナフィードは、Ｅ−バンド通信信号との受信されたビーコン電磁信号の必要な統合を実現し、重要なことには、無線トランシーバへＥ−バンド信号を透明な形で通過させながら、アンテナと無線との間の新しいインタフェースシャシを通して方向検出ビーコン信号を、安定化プラットフォームのための電子制御システムの中に供給して、上記システムにおいて望ましい指示方向を計算できる。

これは、任意の一般的なＥ−バンド装置のための上述された安定化技術の完全な利点を促進する。

本発明の好適な実施形態では、安定化システムのフィードは、それが場において簡略に且つ効率的に切断され得るよう設計される。これは、実際的な使用で修理を実現するために有利である。

上述された好適な実施形態の中で、例えば図３Ａ〜図４Ｄを参照すると、アンテナフィードインタフェースに取り付けられるモジュールは、統合された指示要素及びデータ要素ｔｐ結合されたＥ−バンド通信及び指示シャシである。これは、システムが任意のサードパーティＥ−バンド通信システムと共に使用されなければならない場合に難事を提示する。

ここで（断面である）図１０及び図１１を参照すると、使用中の本発明の好適な実施形態によるインタフェースアセンブリ２１０の図が示されている。図１０及び図１１は、インタフェースシャシ２０６及びインタフェースプレート２０４が既存の一般的な通信装置２０２に直接的に取り付けられた全体的なインタフェースアセンブリ２１０を示す。インタフェースアセンブリ２１０は、インタフェースシャシ２０６に取り付けられるインタフェースプレート２０４を含む。インタフェースアセンブリ２１０は、アンテナとその単パルスアンテナフィードと１台の一般的な無線通信装置２０２との間にある。インタフェースプレート２０４の背面２００は、一般的な無線通信装置２０２を補完するよう配設される。インタフェースシャシ２０６は、その前面プレート２０８の取付けによってアンテナフィードインタフェース、例えば図３ＡＡ及び図４Ｄに示されるインタフェースプレート１３０の上に直接的に取り付けられ、上述されたように、結合された単パルスビーコン／データアンテナフィード５（図４Ｄ）から単パルスビーコン指示信号及びＥ−バンドデータ通信信号を分割する。インタフェースアセンブリ２１０は、インタフェースシャシ２０６を通してフィードからインタフェースプレート２０４に、そこからサードパーティの一般的なＥ−バンド通信システム２０２に透明な形でＥ−バンドデータ通信信号を送る。

また、インタフェースシャシ２０６は、安定化プラットフォームの指示電子回路への接続のためにアンテナフィードからビーコン指示信号をエキスポートする。これは、その指示システムがジンバル３及びモータ４ｂ、４ｄ（図４Ｄ）を介してアンテナを能動的にステアリングするために動作できるようにする。

Ｅ−バンド無線通信ハードウェアは、ここでサードパーティ供給元によって提供された一般的な既存の装置に収容されている。

インタフェースアセンブリ２１０は、インタフェースシャシ２０６の背面に取り付けられるインタフェースプレート２０４も含む。インタフェースプレート２０４は、それぞれが、代替Ｅ−バンドデータ通信装置製造メーカの装置のそれぞれの１台又は複数から１台の通信装置の特注のインタフェース要件に対応するように個別に調整された外面２００を有する異なるバージョンで提供される。そのような製造メーカは、例えばＡｖｉａｔ、Ｓｉａｅ、及びＨｕａｗｅｉ等の国際的な供給元を含む。インタフェースプレート２０４がインタフェースシャシ２０６から取り外し可能であり、（設置後にも）代替装置製造メーカのシステムの使用を可能にするために現場でもインタフェースシャシ２０６に交換可能であることが好ましい。

図１２は、内部、すなわちインタフェースプレート２０４のシャシ２０６側を示す。このプレートは、いくつかの考えられる代替製造メーカの装置のうちの１台に、その製造メーカの標準的なアンテナ及びＥ−バンドフィードの代わりに取り付けるのに適している。

図１３Ａは、使用中であり、例えば図３Ｄに示されるアセンブリに類似したアセンブリ等、安定化アセンブリの内部の通信装置２０２の対応する部分を結合するインタフェースプレート２０４を含む、その前面プレート２０８が例えばインタフェースプレート１３０等のアンテナフィードインタフェースに付着するインタフェースアセンブリを示す定式化された図である。図１３Ｂを参照すると、インタフェースプレート２０４及び通信装置２０２は、組にされたインタフェースプレート２０４ａ〜２０４ｎ、及び通信装置２０２ａ〜２０２ｎのうちのいずれか１台と交換されてよい。例えば、インタフェースプレート２０４ｂは、通信装置２０２ｂの、及び他のインタフェースプレート及び通信装置の組の場合も同様に取付け形成を補完する背面２００を有するよう形成される。

本発明の実施形態はＥ−バンド周波数での通信に関して説明されてきたが、技術が、データ通信に使用される超短波無線周波数が通信リンクの両端の２つのアンテナ間での指示を維持するためにアンテナの安定化を必要とすることがある狭いビーム幅を生じさせるＱ−バンド又はＶ−バンド等の他のバンドでの動作にも等しく適用可能であることが認識される。

本発明の好適な実施形態が、上述の指示技術を一般通信装置と使用できるようにし、そのような装置を大型アンテナと共に又は移動にさらされる塔の上で使用できるようにするインタフェース配設を提供することが理解される。

上記説明は、本発明のために少なくとも１つの特有で十分且つ信頼できる使用を識別する。

法律に準拠し、本発明は構造上の特徴又は方法論上の特徴に事実上特有の言語で説明されてきた。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、並びに「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ ｏｆ）」等のその変形は、初めから終わりまで包括的な意味で使用され、あらゆる追加の特徴を除外するものではない。

本明細書に説明されている手段は本発明を実施する好ましい形式を含むため、本発明が図示される又は説明される特定の特長に制限されていないことを理解されたい。したがって、本発明は当業者によって適宜に解釈される添付の特許請求の範囲の適切な範囲内のその形式又は修正のいずれかで主張される。

明細書及び（存在する場合）特許請求の範囲を通して、文脈上明確に他の意味に解釈すべき場合を除いて、用語「実質的に」又は「約」は該用語により修飾される範囲の値に制限されないと理解される。

本発明のいずれの実施形態は、単なる例示であり、本発明に対する限定となるよう意図されたものではない。したがって、多様な他の変更及び修正を、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく説明される任意の実施形態に加えることができることが理解されるべきである。

Claims (37)

1. 地上通信リンク用のリンク端を備える装置であって、
   前記地上通信リンクは：
   指向性アンテナ；
   前記指向性アンテナに取り付けられた再配向用アセンブリ；
   前記再配向用アセンブリに結合された１つ又は複数のアクチュエータ；
   地上ビーコン信号の強さの変動に応答して前記再配向用アセンブリを制御するよう配設された制御システム
   を備える、前記装置。
2. メインデータ信号を送受信するため及び前記ビーコン信号を受信するためのアンテナフィードを含み、
   前記アンテナフィードは、
   それに沿った前記メインデータ信号の伝搬のためのボアサイトを画定するホーンと、
   前記ビーコン信号を受信するための前記ホーンに対して平行な又は前記ホーンと一体の第２のホーンとを含む、請求項１に記載の装置。
3. メインデータ信号を送受信するため及び前記ビーコン信号を受信するためのアンテナフィードを含み、
   前記アンテナフィードは、
   前記メインデータ信号の伝搬のためのボアサイトを有する細長ボアと、
   前記メインボアの両側に前記メインボアに対して平行に配置された、前記ビーコン信号を受信するための１つ又は複数のスロットのペアとを含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記再配向用アセンブリは２軸ジンバルを備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記制御システムは、前記アクチュエータのうちの第１のアクチュエータと通信する方位角制御サブアセンブリを含み、
   前記第１のアクチュエータは前記ジンバルの方位角を変えるよう配設される、請求項４に記載の装置。
6. 前記制御システムは、前記アクチュエータのうちの第２のアクチュエータと通信する仰角制御サブアセンブリを含み、
   前記第２のアクチュエータは、前記ジンバルの仰角を変えるよう配設される、請求項４に記載の装置。
7. 前記仰角制御サブアセンブリは、傾斜計を含む、請求項６に記載の装置。
8. 前記方位角制御サブアセンブリは、前記指向性アンテナの角速度を検知するよう配設された第１のジャイロスコープを含む、請求項５に記載の装置。
9. 前記仰角制御サブアセンブリは、前記指向性アンテナの角速度を検知するよう配設された第２のジャイロスコープを含む、請求項７に記載の装置。
10. 前記制御システムは、前記ジャイロスコープのドリフトを推定し、前記推定に従って補償するよう配設される、請求項８又は９に記載の装置。
11. 前記制御システムは、内側速度ループ及び外側位置ループを含む制御システムを実装するよう配設される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. ビーコンソースを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記ビーコンソースは、無線信号発生器及び前記無線信号発生器に結合されたフィード又はビーコンアンテナを備え、
    前記フィード又はビーコンアンテナは、前記指向性アンテナよりも広いビーム幅を生じさせるよう配設される、請求項１２に記載の装置。
14. 前記ビーコン発生器は、Ｋ−バンド信号発生器を備える、請求項１３に記載の装置。
15. 前記制御システムは、少なくとも１つの単パルスネットワークを含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記指向性アンテナに対して平行ではない、前記指向性アンテナに合わせて動くよう配設された第２のアンテナを含み、
    前記制御システムは、前記第２のアンテナにより受信される前記ビーコン信号の変動に応答して前記再配向用アセンブリを制御する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 地上データ通信無線リンクであって：
    第１の指向性アンテナ、第１のビーコン、及び前記第１の指向性アンテナに結合された第１の再配向用アセンブリを含む第１のリンク端部；並びに
    第２の指向性アンテナ、第２のビーコン、及び第２の指向性アンテナに結合された第２の再配向用アセンブリを含む第２のリンク端部
    を含み、
    前記第１の指向性アンテナ及び前記第２の指向性アンテナは、前記第１の再配向用アセンブリが前記第２のビーコンからの信号に応答して前記第１の指向性アンテナを再配向し、前記第２の再配向用アセンブリが前記第１のビーコンからの信号に応答して前記第２の指向性アンテナを再配向することによって相互整合状態に維持される、前記地上データ通信無線リンク。
18. 地上データ通信無線リンクであって：
    前記リンクの第１の端部の第１のデータトラフィック指向性アンテナ；
    前記リンクの第２の端部の第２のデータトラフィック指向性アンテナ、ここで前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナは互いを指す；
    前記第１のデータトラフィックアンテナと前記第２のデータトラフィックアンテナとの間の回線から離れて位置する地上ビーコン送信器に向けられた、前記リンクの前記第１の端部の第１のビーコン信号指向性アンテナ；
    前記ビーコン送信器に向けられた、前記リンクの前記第２の端部の第２のビーコン信号指向性アンテナ；
    前記第１のデータトラフィックアンテナ及び前記第１のビーコンアンテナを再配向するよう配設された、前記リンクの前記第１の端部の第１の再配向用アセンブリ；並びに
    前記第２のデータトラフィックアンテナ及び前記第２のビーコンアンテナを再配向するよう配設された、前記リンクの前記第２の端部の第２の再配向用アセンブリ
    を備え、
    前記第１のデータトラフィック指向性アンテナ及び前記第２のデータトラフィック指向性アンテナは、前記第１の再配向用アセンブリが前記第１のビーコンアンテナによって受信される前記ビーコンからの信号に応答して動作し、前記第２の再配向用アセンブリが前記第２のビーコンアンテナによって受信される前記ビーコンからの信号に応答して動作することによって相互整合状態に維持される、前記地上データ通信無線リンク。
19. 第１のアンテナを望ましい方向に維持するための方法であって、
    前記方法は、前記第１のアンテナに近接する又は一致する場所で受信されるビーコン信号の変動に応答して、前記第１のアンテナを再配向するステップを含み、
    前記ビーコン信号は、リモートビーコンから発する、前記方法。
20. 前記第１のアンテナは、前記第１のアンテナの再配向のために配設された再配向用アセンブリに取り付けられ、
    前記アンテナを再配向する前記ステップは、前記再配向用アセンブリのアクチュエータを制御するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記再配向用アセンブリは、第１の軸及び第２の軸を有するジンバルを備える、請求項２０に記載の方法。
22. 前記ビーコン信号の取得後に、前記ビーコン信号のビーム幅を狭くするステップを含む、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 前記第１のアンテナは、地上データ通信リンクの第１の端部の部分を含み、
    前記リモートビーコンは、前記通信リンクの第２の端部を備える第２のアンテナに近接して又は前記第２のアンテナと一致して位置する、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の方法。
24. 前記ビーコン信号ビーム幅は、前記第２のアンテナのデータ通信信号と関連するビーム幅よりも大きい、請求項２３に記載の方法。
25. 前記第１のアンテナ及び前記第１のアンテナのビーコン受信器のボアサイトは一致しており、
    前記方法は：
    前記データ通信信号が取得されるまで、前記ビーコン信号に応答して前記第１のアンテナを再配向する前記ステップを実施するステップ；及び
    これに続いて、前記データ通信信号の変動に応答して前記第１のアンテナを再配向するステップ
    を含む、請求項２３又は２４に記載の方法。
26. 前記ビーコン信号の変動に応答して前記第１のアンテナを再配向する前記ステップは、単パルスプロセスを適用することによって前記第１のアンテナが再配向される精度を改善するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記ビーコン信号と関連するボアサイトを機械的に走査するために前記第１のアンテナを再配向するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
28. 請求項１９〜２７のいずれか１項に記載の方法を実装するための電子プロセッサが実行するための有形機械可読命令を含む、ソフトウェア又はファームウェア製品。
29. 前記ビーコン信号ビーム幅は、望ましい方向からの前記第１のアンテナ又は前記第２のアンテナの角度摂動の範囲を包含できるよう十分に大きい、請求項２４に記載の方法。
30. 前記ビーコン信号は、望ましい配向から離れて位置するビーコンから発し、
    前記ビーコン信号は、前記ビーコンに向けられた第２のアンテナによって受信され、
    前記第２のビーコンアンテナは、前記第１のアンテナに合わせて移動するよう配設される、請求項１９に記載の方法。
31. 高周波無線データ通信モジュールの操作範囲を拡大するための方法であって、
    前記方法は：
    インタフェースアセンブリの背面に前記通信モジュールを取り付けるステップ；及び
    プラットフォーム安定化アセンブリのアンテナフィードに前記インタフェースアセンブリの前面を取り付けることによって、前記通信モジュールを前記アンテナフィードに結合し、前記アンテナフィードからデータ信号を送受信できるようにするステップ
    を含み、
    前記インタフェースアセンブリの背面は前記通信モジュールの結合形成部材と連結するよう配設され、
    前記プラットフォーム安定化アセンブリは：
    指向性アンテナ；
    前記指向性アンテナに取り付けられた再配向用アセンブリ；
    前記再配向用アセンブリに結合された１つ又は複数のアクチュエータ；
    地上ビーコン信号の強度の変動に応答して前記再配向用アセンブリを制御するよう配設された制御システム
    を備える、前記方法。
32. 前記インタフェースアセンブリは、インタフェースシャシと前記インタフェースアセンブリの背面を備えるインタフェースプレートとを備え、
    前記インタフェースプレートは、異なる前記通信モジュールが取り付けられた異なる前記インタフェースプレートの置換のために、前記インタフェースアセンブリに対して着脱可能である、請求項３１に記載の方法。
33. プラットフォーム安定化アセンブリに複数の通信モジュールのうちのいずれか１つを取り付けるための方法であって、
    各前記通信モジュールは異なる結合構成で配設され、
    前記方法は：
    複数の前記通信モジュールのうちの対応する前記通信モジュールと連結するよう配設された背面と、前記プラットフォーム安定化アセンブリと連結するよう配設された共通の前面とをそれぞれ有する、複数のインタフェースアセンブリを製造するステップ；
    前記通信モジュールのうちの選択された前記通信モジュールに対して、前記インタフェースアセンブリのうちの対応するインタフェースアセンブリを選択するステップ；
    選択された前記対応するインタフェースアセンブリに、選択された前記通信モジュールを取り付けるステップ；及び
    前記プラットフォーム安定化アセンブリに前記インタフェースアセンブリを取り付けるステップ
    を含む、前記方法。
34. 前記インタフェースアセンブリのうちの１つ又は複数は、インタフェースプレート及び前記インタフェースプレートへの取付けのためのインタフェースシャシからなる、請求項３３に記載の方法。
35. 多数の異なる通信モジュールのうちのいずれか１つをプラットフォーム安定化システムのアンテナフィードに結合するための装置であって、
    前記装置は：
    前記アンテナフィードに結合するよう配設された前面を有するインタフェースシャシと、前記インタフェースシャシに取り外し可能に固締され、前記通信モジュールに結合するよう配設された背面を有するインタフェースプレートとを含む、インタフェースアセンブリ
    を備え、
    前記インタフェースプレートは、異なる前記通信モジュールの多様な結合構成を補完するよう配設された背面をそれぞれ有する多数の前記インタフェースプレートのうちの１つである、前記装置。
36. 通信モジュールに結合するための背面；並びに
    プラットフォーム安定化アセンブリのアンテナフィードに結合することによって前記アンテナフィードに電子回路網を結合するため、及び前記アンテナフィードに前記通信モジュールを結合することによって前記アンテナフィードからデータ信号を送受信するために配設された前面
    を含む、インタフェースアセンブリであって、
    前記背面は前記通信モジュールの結合形成部材と連結するよう配設される、前記インタフェースアセンブリ。
37. 前記プラットフォーム安定化信号を伝達するよう配設されたインタフェースシャシと、前記インタフェースアセンブリの前記背面を含むインタフェースプレートとを備え、
    前記インタフェースプレートは、異なる前記通信モジュールが取り付けられた異なる前記インタフェースプレートの置換のために、前記インタフェースアセンブリに対して着脱可能である、請求項３６に記載のインタフェースアセンブリ。