JP2813219B2

JP2813219B2 - 移動体用追尾装置

Info

Publication number: JP2813219B2
Application number: JP1316309A
Authority: JP
Inventors: 智明平子; 訓利西川; 和夫佐藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1989-12-04
Filing date: 1989-12-04
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JPH03175385A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は車両等の移動体に装備する移動体用追尾装
置、特に移動体の移動状況に応じた追尾を行うものに関
する。

［従来の技術］近年の電子通信技術の飛躍的な進歩に伴ない、各種分
野において電波通信が利用されるようになってきてい
る。このような中で、送受信機等の小型化に伴ない、自
動車電話等の移動体通信が注目を浴びている。

移動体通信においては、地上に複数の基地局を設け、
この基地局が管轄する地域内において移動体との通信を
行う方式があり、自動車電話等に採用されている。しか
し、このような地上の基地局を利用する通信方式は、基
地局を無制限に設けることができないため、通信可能範
囲に制限がある。

これに対し、衛星を利用した移動体通信は、このよう
な制限がなく広範囲にわたり高品質なサービスができる
ことから各方面で実用化に向け検討が進められている。

ここで、非常に重要なものとして、移動体搭載用のア
ンテナがある。これは、アンテナにおける送受信が良好
に行えなければ、他の送受信設備としていかに高度なも
のを装備していようとも、良好な通信は行えないからで
ある。

そして、自動車等の移動体は、その走行によって、衛
星等に対する相対的位置が変化するため、その送受信方
向を走行状況にしたがって変更（追尾）する必要があ
る。そこで、従来より、アンテナを機械的に動かした
り、電子的に制御したりし、アンテナの指向方向を衛星
に向けている。

そして、このような追尾方式として、ステップトラッ
ク方式と呼ばれる方式が多く採用されている。このステ
ップトラック方式は、適当な時間感覚で、アンテナの指
向方向をわずかに動かし、受信電界の強い方にアンテナ
の指向方向を動かすことにより目的の方向を維持するも
のである。

［発明が解決しようとする課題］船舶や飛行機等移動中に余り方向を変えず、また電波
を遮られることのない移動体では、このような従来のス
テップトラック方式でも、十分衛星を追尾することが可
能である。

それに対し、自動車のような陸上の移動体は、頻繁に
進行方向を変更し、しかも、船舶や飛行機に比べ旋回速
度は速い。また建物などで電波が遮られることがある。
このため、従来のステップトラック方式では、十分な追
尾が行えない場合が多い。すなわち、電柱や建物などで
一度電波が遮られると、その後の走行により衛星の方向
を全く見失ってしまう場合もあり、追尾が非常に困難と
なってしまうという問題点があった。

更に、安定して受信している状態においても、アンテ
ナの指向方向を常にわずかずつ変化させ、最大受信電波
強度の方向を探査するため、受信電波強度が必要以上に
変動してしまうという問題点もあった。

この発明は上述のような問題点を解決することを課題
としてなされたものであり、移動体の移動状況に応じた
アンテナ指向方向の適切な制御を行うことができる移動
体用追尾装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る移動体用追尾装置は、移動体の旋回状
態を検出する旋回状態検出部Ａと、指向方向が制御可能
なアンテナＢと、アンテナで受信した電波強度に比例し
た信号を取り出す受信部Ｃと、上記旋回状態検出部によ
って得た移動体の旋回状態と受信部によって得た電波強
度に応じて上記アンテナの指向方向を制御する指向方向
制御部Ｄと、を有する。そして、上記指向方向制御部Ｄ
は、指向方向制御モードとして、受信電波強度が所定以
下である電波遮蔽時において選択され、上記旋回状態検
出部によって得た移動体の旋回状態に基づいてアンテナ
の指向方向を制御する電波遮蔽時制御と、受信電波強度
が所定以上であり、かつ移動体の旋回状態が所定以下で
ある場合に選択され、アンテナの指向方向を所定量だけ
変更して得られる受信電波強度に応じてアンテナの指向
方向を制御する直進時制御と、受信電波強度が所定以上
であり、かつ移動体の旋回状態が所定以上である場合に
選択され、アンテナの指向方向を移動体の旋回状態と、
受信電波強度の両方に基づいて制御する旋回時制御とを
含むことを特徴とする。

さらに、本発明は、電波源である衛星の方向が未知で
ある場合に、アンテナの指向方向を広い範囲で変更し、
受信電波強度に基づいて衛星の方向を検出する衛星方向
探査部と有し、この衛星方向探査部によって得た受信電
波強度に基づいて、上記電波遮蔽状態と判断する受信電
波強度を変更することを特徴とする。

［作用］このように、本発明では、車両の旋回状態と電波強度
の両方に基づいて、アンテナＢの指向方向を制御する。
特に、電波遮蔽状態では旋回状態により衛星を追尾し、
電波を受信している直進状態では受信電波強度に基づい
て追尾し、電波を受信している旋回状態では旋回状態と
電波受信状態の両方に基づいて追尾を行う。従って、常
に良好な衛星の追尾を達成することができる。

また、衛星探索に結果に応じて電波遮蔽状態の判断基
準を変更することで、適切な電波遮蔽状態の検出が行え
る。

［発明の効果］以上説明したように、この発明に係る移動体用追尾装
置によれば、移動体の旋回状態に応じて追尾制御を行う
ことができる。また、直進時におけるアンテナの指向方
向の不要な変更を抑制できる。さらに、電波が遮蔽され
たときは旋回状態検出部による追尾を行うことができ、
電波強度が復帰次第その受信が可能となる。

［実施例］以下、この発明の一実施例に係る移動体用追尾アンテ
ナ装置について図面に基づいて説明する。

第２図は、実施例の構成図であり、指向性を任意に制
御可能なアンテナ10が設けられている。このようなアン
テナ10としては、電気的に指向方向を変えることができ
るフェーズドアレイアンテナが好適である。この例にお
いては、このアンテナ10としてｎ個のアンテナ素子10al
〜10anからなるフェーズドアレイアンテナが採用されて
いる。

フェーズドアレイアンテナは、アンテナ素子の送受信
する信号の位相を調整することにより、アンテナの指向
方向（以下ビーム）を制御することができる。

一方、アンテナ10において受信された信号は、受信機
12に供給される。受信機12は、通常の検波、増幅等の信
号処理を行い、得られた信号を通常の信号処理系に供給
するが、この実施例では受信電波の強度（以下、受信レ
ベル）についての信号をCPU14に供給する。

また、旋回状態検出部はこの実施例においては、角速
度センサ16を用いており、移動体、例えば車両の角速度
を検出し、これについての信号をCPU14に供給してい
る。この角速度センサ16としては、各種のものが採用で
きるが、例えばガスレイトジャイロ、振動ジャイロ、レ
ーザジャイロ、メカニカルレイトジャイロ等のレイトジ
ャイロを利用することができる。

以下、この実施例では、角速度センサを用いた場合の
制御について述べているが、地磁気センサ等の角度セン
サを用いても、同様の制御を行うことが可能である。

そして、CPU14は、受信機12からの受信レベル、角速
度センサ16からの角速度の信号に応じて、アンテナ10の
ビームを制御する。ここで、このCPU14は次の４つの部
分からなっている。

（ａ）衛星方向探査部この衛星方向探査部14aは、アンテナ10におけるビー
ム受信方向を全方向に切替え、受信レベルの最大となる
ビーム方向を見つけることにより、衛星の方向を探査す
るための制御を行う。従って、この衛星方向探査部14a
によりアンテナ10を制御すれば、何ら情報のない初期状
態から衛星の方向を見出すことができる。

（ｂ）旋回時のビーム制御部旋回時のビーム制御部14bは、車両の旋回時における
受信ビームの制御を行う。すなわち、角速度センサ16よ
り入力される車両の旋回方向のデータに応じ、アンテナ
10におけるビームを衛星の方向に向かうように切替え
る。

（ｃ）直進時のビーム制御部直進時のビーム制御部14cは緩く曲った道路や直線の
道路においてのアンテナ制御を行う。このような道路走
行時においては、ビームの方向を変更する必要はない。
そこで、アンテナ10におけるビーム方向を一定に保持し
たまま受信レベルが所定の閾値以上か否かの判定を行
う。

（ｄ）電波遮蔽時のビーム制御部電波遮蔽時のビーム制御部14dは、建物等で電波が完
全に遮蔽されてしまったときの制御を行う。この場合、
電波が受信できないため、角速度センサ16から出力値に
よりアンテナ10のビーム方向を制御する。すなわち、角
速度センサ16から入力される角速度を積分することによ
り、旋回角を求め、衛星の方向を認識する。そして、ア
ンテナ10のビーム方向をこの認識された衛星の方向に制
御する。ところが、この方法によると、積分により誤差
が蓄積され、旋回角がずれてしまう可能性がある。そこ
で、所定時間経過後に、ビームを全方向に切替え、衛星
の方向を再確認する。

次に、この実施例におけるアンテナ10の制御動作につ
いて第３図に基づいて説明する。まず、追尾動作を開始
した場合には、最初に衛星の方向が未知であるかどうか
を判定する（S1）。通常の場合は、衛星がどの方向にあ
るかが解らないため、衛星の方向の探査を行う（S2）。

そして、衛星方向の探査の処理（S2）が終わった場合
には、受信レベルが最大の方向の最大受信レベルとビー
ムの方向が記憶される。

この衛星方向の探査の処理（S2）が終わった場合又は
衛星の方向が既知であった場合には、その衛星の方向に
ビームを設定する（S3）。そして、この方向において受
信した信号の受信レベルLEVを読み込む（S4）。

このように衛星の方向にアンテナ10を向けた場合にお
ける受信レベルを認識した場合には、この受信レベルLE
Vの値より切替レベルSLと、遮蔽レベルTLを決定する（S
5）。

ここで、切替レベルSLとは、アンテナ10におけるビー
ムの方向を切替える基準となるレベルであり、ある方向
の電波を受信しているときに、受信レベルLEVがこの切
替レベルSLを下回った場合に、となりのビームに切替え
る。また、遮蔽レベルTLとは、電波が遮蔽されたと判断
するレベルであり、受信レベルLEVがこの遮蔽レベルTL
を下回った場合に、角速度センサ16の検出値に応じた追
尾を行う。従って、切替レベルSLは最大受信レベルLEVM
AXより所定量小さな値とし、遮蔽レベルTLはそれよりも
かなり小さな値として決定する。

このようにしてS1〜S5によりアンテナ10の初期のビー
ム方向が決定され、切替レベルSL及び遮蔽レベルTLが決
定された場合には、これを用いて、アンテナ10のビーム
方向の制御を行う。

すなわち、そのビーム方向におけるアンテナ10におけ
る受信レベルイLEVを読み込む（S6）。そして、この受
信レベルLEVと切替レベルSLを比較する（S7）。受信レ
ベルLEVが切替レベルSLより大きい場合には、そのビー
ムの方向で十分な強度の電波を受信できているため、ア
ンテナ10におけるビームの方向を変更する必要はない。
そこで、この受信レベルLEVが切替レベルSL以上である
場合には、次の時点における受信レベルLEVの取込み及
びこの受信レベルSLの比較を繰り返す。

次に、受信レベルLEVが切替レベルSLより小さくなっ
た場合には、アンテナのビーム方向を変更する場合があ
る。そこで、次に受信レベルLEVが遮蔽レベルTLより小
さいか否かを判定する（S8）。

そして、このときの受信レベルLEVが遮蔽レベルTLよ
り小さい場合には、電波が遮蔽されたと判断する。そこ
で、電波遮蔽時のビーム制御を行い（S30）、その後受
信レベルの読み込み（S6）に戻る。

一方、受信レベルLEVが遮蔽レベルTLより大きい場合
は、電波は遮蔽されてはおらず、アンテナ10のビーム方
向が誤っていると判断する。そこで、角速度センサ16か
らの角速度を読み込む（S9）。次に、この読み込んだ角
速度が所定の角速度についての閾値より大きいか否かを
判定し、この結果によって旋回中かどうかを判定する
（S10）。

判定の結果、旋回中でなければ直進時のビーム制御
（S40）を行い、旋回中であれば旋回時のビーム制御（S
50）を行う。そして、これらの制御を行った後、受信レ
ベル読み込み（S6）に戻る。

次に、衛星方向の探査（S2）、電波遮蔽時のビーム制
御（S30）、直進時のビーム制御（S40）、旋回時のビー
ム制御（S50）について、個別に説明する。

衛星方向の探査衛星方向の探査（S2）について第４図に基づいて説明
する。

この衛星方向の探査は、CPU14における衛星方向の探
査部14dによって行う。そして、最初に受信レベルの最
大値を表す変数LEVMAXを０に設定する（S201）。そし
て、受信しているビームの方向を切替える（S202）。次
に、この新たに設定された方向における受信レベルLEV
を読み込む（S203）。

次に、読み込まれた受信レベルLEVと最大値を示す信
号であるLEVMAXを比較する（S204）。そして、この受信
レベルLEVが最大受信レベルLEVMAXより大きい場合に
は、今回の受信レベルLEVをLEVMAXに入れ替え、このと
きのビーム方向を記憶する（S205）。

このようにして１つのビーム方向について、その受信
レベルが最大レベル否かを判定し、最大レベルの値にLE
VMAXを更新し、そのビーム方向を記憶した場合には、ビ
ームを全方向に切替えたか否かを判定する（S206）。す
なわち、ビームを全方向に切替えるまでこれを繰り返
し、全方向にビームを切替えたことを確認してこの処理
を終了する。そして、この衛星方向の探査を終了した場
合には、衛星の方向にビームを設定する（S3）。

電波遮蔽時のビーム制御電波遮蔽時のビーム制御（S30）について第５図に基
づいて説明する。

この電波遮蔽時のビーム制御は、CPU14における電波
遮蔽時の制御部14dによって行う。すなわち、角速度セ
ンサ16からの角速度の値より、旋回角を計算し、衛星の
方向にアンテナ10のビーム方向を維持する。ここで、旋
回角は角速度を積分して得ている。

そして、この電波遮蔽時のビーム制御（S30）におい
ては、まず時間についての変数であるTIMERを０にセッ
トする（S301）。次に、角速度センサ16からの角速度の
値を読み込み、これを積分して旋回角を求める（S30
3）。

そして、この旋回角がアンテナ10における隣合ったビ
ーム間の角度Δθを越えたら、これに応じてビームをそ
の方向の隣のビームに切替える（S304、305）。

一方、旋回角がアンテナの隣合ったビーム間角度Δθ
を越えていない場合又は旋回方向に応じた隣のビームに
切替えた場合は、その方向における受信レベルLEVを読
み込む（S306）。そして、この読み込まれた受信レベル
LEVと切替レベルSLを比較する（S307）。

ここで、このときの受信レベルLEVが切替レベルSLよ
り大きい場合には、この方向のビームで十分な受信が行
えるため、その方向を維持し、次の受信レベルLEVの読
み込み（S6）に戻る。

一方、そのときの受信レベルLEVが切替レベルSLより
小さい場合には、時間についての変数TIMERが所定の待
ち時間TIMELIMITより大きいか否かを判定する（S30
8）。そして、この時間が待時間TIMELIMITに至るまで角
速度の読み込み（S302）から受信レベルの比較（S307）
までの処理を繰り返す。

ここで、旋回角は角速度を積分して得ており、そのと
きの積分誤差により実際の旋回角と計算によって得られ
た旋回角に差が生じてしまうため、用いるセンサの精度
により、それに応じたTIMELIMITを設ける。

このような所定の時間内に受信レベルLEVが切替レベ
ルSL以上にならなかった場合には、衛星の方向を見失っ
ていると判断し、衛星方向の探査（S2）を行う（S30
9）。そして、全方向における最大レベルLEVMAXが切替
レベルSL以上になるまでこの処理を行う（S310）。そし
て、受信レベルが切替レベル以上になった場合には、そ
の方向にアンテナ10のビームを設定し、受信レベルの読
み込み（S6）に戻る。

直進時のビーム制御上述の旋回中か否かの判断（S10）において旋回中で
ないと判断された場合には直進時の制御部14cによる制
御（S40）に移るが、この直進時のビーム制御（S40）
は、第６図に示すようなフローによって行う。

すなわち、直進時（滑らかなカーブ走行時を含む）に
この制御部で制御を行うときは、受信レベルLEVは切替
レベルSLよりレベルが低くかつ遮蔽レベルTLよりは大き
いため、アンテナのビーム方向の切替えを行わなければ
ならない。そこで、アンテナ10におけるビーム方向を左
隣に切替え（S401）、この方向においての受信レベルLL
EVを読み込む（S402）。次に、この左隣にビームを切替
えた際の受信レベルLLEVと切替え前の受信レベルLEVの
比較を行う（S403）。

そして、この左隣に切替えた際の受信レベルLLEVがそ
の前の受信レベルLEVより大きい場合は、ビームの切替
えによってビームが電波到来方向を向いたと判断し、受
信レベルの読み込み（S6）に戻る。一方、左隣に切替え
た際の受信レベルLLEVがその前の受信レベルLEVより小
さい場合には、その方向が電波到来方向ではないと判断
し、次にビームを元の受信ビームの方向に対して右隣の
方向に切替える（S404）。

そして、この方向における受信レベルRLEVを読み込み
（S405）、このビームを右隣に切替えた際の受信レベル
RLEVと以前の受信レベルLEVの比較を行う（S406）。

ビームを右隣に切替えた際の受信レベルRLEVが前の受
信レベルLEVより大きかった場合には、ビームが電波到
来方向を向いたと判断し、受信レベルの読み込み（S6）
に戻る。一方、右隣にビームを切替えた際の受信レベル
RLEVがその前の受信レベルLEVより小さかった場合に
は、その方向が電波到来方向ではないと判断し、ビーム
の元の方向に戻して（S407）、再度受信レベルの読み込
み（S6）からの処理を繰り返す。

旋回時のビーム制御一方、旋回中か否かの判断（S10）において、旋回中
であると見なされた場合には、旋回時の制御部14bによ
る旋回時のビーム制御（S50）を行う。そこで、この旋
回時のビーム制御（S50）について第７図に基づいて説
明する。

この旋回時のビーム制御（S50）においては、最初に
旋回方向を判定する（S501）。この旋回方向の判定は、
角速度センサ16からの出力である角速度によって行う。
すなわち、角速度の正負により旋回方向が判定でき、こ
の旋回方向が右方向であれば、アンテナ10の受信ビーム
方向を左隣に切替える（S502）。そして、この状態にお
ける受信レベルLLEVを読み込み（S503）、この状態にお
ける受信レベルLLEVとその前の受信レベルLEVの比較を
行う（S504）。

そして、受信レベルLLEVの方が受信レベルLEVより小
さい場合には、ビームの方向が電波到来方向でないと判
断し、受信ビームの方向を元の方向に戻して（S505）、
再度受信レベルの読み込み（S6）に戻る。一方、ビーム
を左隣に切替えることによって受信レベルLLEVのほうが
その前の受信レベルLEVより大きくなった場合には、受
信レベルの読み込み（S6）に戻る。

また、旋回方向の判定（S501）において、その旋回方
向が左方向と判定された場合には、ビームを右隣に切替
える（S510）。そして、その受信レベルRLEVの読み込み
（S511）、この受信レベルRLEVとその前の受信レベルLE
Vの比較（S512）を行う。ビームを右隣に切替えた際の
受信レベルRLEVの方が受信レベルLEVより大きくなって
いた場合には、そのまま受信レベルの読み込み（S6）に
戻り、そうでなければビームを元の方向に戻し（S51
3）、受信レベルの読み込み（S6）に戻る。

なお、この旋回時のビーム制御（S50）におけるS510
〜S513のステップは、上述の直進時のビーム制御（S4
0）におけるS404〜S407のステップと全く同一であるた
め、S501において旋回方向が左と判定された場合には、
直線時のビーム制御（S40）におけるS404に移行するよ
うにして、S404〜S407とS510〜S513を共通化してもよ
い。

このようにして、この実施例の装置によれば、角速度
センサ14からの角速度についてのデータを利用して、好
適な衛星追尾を行うことができ、次のような効果が得ら
れる。

（ａ）直進時に電波が安定している状態では、ビームの
切替えを行わないので、安定した受信が可能となる。

（ｂ）旋回時においては、旋回方向が角度センサによっ
て認識できるため不必要な方向へのビーム切替えを行わ
ない。

（ｃ）電波が遮蔽された場合においても、角速度センサ
を用いることにより車両の旋回状態が認識でき、これに
応じたビームの制御を行えば、衛星の方向をほぼ正確に
認識でき、電波強度が復帰次第受信が可能となる。

また、比較的長時間電波が遮蔽された場合には、全方
向の走査を行うことにより、衛星の方向を再探査するこ
とが可能となる。

これにより、角速度センサだけで追尾したときに生じ
る誤差のために、衛星が見えるようになっても受信の復
帰が妨げられることがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る移動体用追尾装置の全体構成を
示すブロック図、第２図は同装置一実施例の構成例を示す概略ブロック
図、第３図は同装置における一実施例の動作を説明するため
のフローチャート第４図は同実施例における衛星方向探査（S2）の動作を
説明するためのフローチャート、第５図は同実施例における電波遮蔽時のビーム制御（S3
0）における動作を説明するためのフローチャート、第６図は同実施例における直線時のビーム制御（S40）
における動作を説明するためのフローチャート、第７図は旋回時のビーム制御（S50）の動作を説明する
ためのフローチャートである。 10…アンテナ 10a…アンテナ素子 12…受信機 14…CPU 16…角速度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−224703（ＪＰ，Ａ) 特開平１−92677（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 3/38 - 3/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体の旋回状態を検出する旋回状態検出
部と、指向方向が制御可能なアンテナと、アンテナで受信した電波強度に比例した信号を取り出す
受信部と、上記旋回状態検出部によって得た移動体の旋回状態と受
信部によって得た電波強度に応じて上記アンテナの指向
方向を制御する指向方向制御部と、を有する移動体用追尾装置において、上記指向方向制御部は、指向方向制御モードとして、受信電波強度が所定以下である電波遮蔽時において選択
され、上記旋回状態検出部によって得た移動体の旋回状
態に基づいてアンテナの指向方向を制御する電波遮蔽時
制御と、受信電波強度が所定以上であり、かつ移動体の旋回状態
が所定以下である場合に選択され、アンテナの指向方向
を所定量だけ変更して得られる受信電波強度に応じてア
ンテナの指向方向を制御する直進時制御と、受信電波強度が所定以上であり、かつ移動体の旋回状態
が所定以上である場合に選択され、アンテナの指向方向
を移動体の旋回状態と、受信電波強度の両方に基づいて
制御する旋回時制御と、を含むことを特徴とする移動体用追尾装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、さらに、電波源である衛星の方向が未知である場合に、アンテナ
の指向方向を広い範囲で変更し、受信電波強度に基づい
て衛星の方向を検出する衛星方向探査部と有し、この衛星方向探査部によって得た受信電波強度に基づい
て、上記電波遮蔽状態と判断する受信電波強度を変更す
ることを特徴とする移動体用追尾装置。