JP3142503B2 - 追尾型アンテナ装置 - Google Patents
追尾型アンテナ装置Info
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- JP3142503B2 JP3142503B2 JP09169891A JP16989197A JP3142503B2 JP 3142503 B2 JP3142503 B2 JP 3142503B2 JP 09169891 A JP09169891 A JP 09169891A JP 16989197 A JP16989197 A JP 16989197A JP 3142503 B2 JP3142503 B2 JP 3142503B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人工衛星、航空機
等の目標から無線送信される信号を、車両等の移動体に
搭載される指向性アンテナによって、継続的に捕捉受信
させるための追尾型アンテナ装置に関する。
等の目標から無線送信される信号を、車両等の移動体に
搭載される指向性アンテナによって、継続的に捕捉受信
させるための追尾型アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題点】人工衛星等の目標から無
線送信される信号を車両等の移動体に搭載された指向性
アンテナにて好適に受信し続けられるようにするため
に、目標に対する移動体の相対移動及び移動体の傾斜に
抗して常に目標を指向し続けるよう、即ち目標を追尾す
るよう、指向性アンテナのビーム方向を逐次変化させる
装置、即ち追尾型アンテナ装置が開発されている。追尾
型アンテナを実現する方法の一つに、方位（ＡＺ）軸及
び仰角（ＥＬ）軸を有するマウントによってこの指向性
アンテナを移動体上に支持し、移動体の移動や傾斜に応
じて、指向性アンテナのビームを機械的又は電子的な方
位軸回り及び仰角軸回りで回転させる、という方法があ
る。この種のマウントはＡＺ−ＥＬマウントと呼ばれ、
構造が簡素である等の特徴を有している。このＡＺ−Ｅ
Ｌマウントでは、方位軸及び仰角軸という２本の軸が制
御対象となっている。従って、その制御に際しては、方
位軸及び仰角軸各々について制御角を決定する必要があ
る。
線送信される信号を車両等の移動体に搭載された指向性
アンテナにて好適に受信し続けられるようにするため
に、目標に対する移動体の相対移動及び移動体の傾斜に
抗して常に目標を指向し続けるよう、即ち目標を追尾す
るよう、指向性アンテナのビーム方向を逐次変化させる
装置、即ち追尾型アンテナ装置が開発されている。追尾
型アンテナを実現する方法の一つに、方位（ＡＺ）軸及
び仰角（ＥＬ）軸を有するマウントによってこの指向性
アンテナを移動体上に支持し、移動体の移動や傾斜に応
じて、指向性アンテナのビームを機械的又は電子的な方
位軸回り及び仰角軸回りで回転させる、という方法があ
る。この種のマウントはＡＺ−ＥＬマウントと呼ばれ、
構造が簡素である等の特徴を有している。このＡＺ−Ｅ
Ｌマウントでは、方位軸及び仰角軸という２本の軸が制
御対象となっている。従って、その制御に際しては、方
位軸及び仰角軸各々について制御角を決定する必要があ
る。
【０００３】更に、目標をより精度よく追尾できるよう
にする方法として、従来からステップトラックが用いら
れている。ステップトラックは、指向性アンテナが衛星
を捕捉している状態から、指向性アンテナのビーム方向
を試行錯誤的に微小角度変化させその変化の前後の信号
受信状態例えば受信レベルを比較することにより、指向
性アンテナのビーム方向をどちら回りに変化させればよ
りよい信号受信状態となるかを判断し、その結果に応じ
て指向性アンテナのビーム方向を変えていく、という方
法である。前述のように、ＡＺ−ＥＬマウントを有する
追尾型アンテナ装置では方位軸制御角及び仰角軸制御角
を共に決定しなければならないため、従来は、ステップ
トラックも方位及び仰角双方について個別に実行されて
いた。即ち、指向性アンテナのビーム方向を方位軸回り
で試行錯誤的に微小角度変化させその変化の前後の信号
受信状態の比較結果に基づき指向性アンテナのビーム方
向を方位軸回りでどちらかに変化させるという方位ステ
ップトラックと、指向性アンテナのビーム方向を仰角軸
回りで試行錯誤的に微小角度変化させその変化の前後の
信号受信状態の比較結果に基づき指向性アンテナのビー
ム方向を仰角軸回りでどちらかに変化させるという仰角
ステップトラックとを、共に行っていた。
にする方法として、従来からステップトラックが用いら
れている。ステップトラックは、指向性アンテナが衛星
を捕捉している状態から、指向性アンテナのビーム方向
を試行錯誤的に微小角度変化させその変化の前後の信号
受信状態例えば受信レベルを比較することにより、指向
性アンテナのビーム方向をどちら回りに変化させればよ
りよい信号受信状態となるかを判断し、その結果に応じ
て指向性アンテナのビーム方向を変えていく、という方
法である。前述のように、ＡＺ−ＥＬマウントを有する
追尾型アンテナ装置では方位軸制御角及び仰角軸制御角
を共に決定しなければならないため、従来は、ステップ
トラックも方位及び仰角双方について個別に実行されて
いた。即ち、指向性アンテナのビーム方向を方位軸回り
で試行錯誤的に微小角度変化させその変化の前後の信号
受信状態の比較結果に基づき指向性アンテナのビーム方
向を方位軸回りでどちらかに変化させるという方位ステ
ップトラックと、指向性アンテナのビーム方向を仰角軸
回りで試行錯誤的に微小角度変化させその変化の前後の
信号受信状態の比較結果に基づき指向性アンテナのビー
ム方向を仰角軸回りでどちらかに変化させるという仰角
ステップトラックとを、共に行っていた。
【０００４】
【発明の概要】本発明の目的の一つは、従来から行われ
ていた方位ステップトラック及び仰角ステップトラック
に代えて、無線信号の受信状態を頼りに移動体方位デー
タの値を試行錯誤的に修正していくという新しい考え
（以下、これを移動体方位ステップトラックと呼ぶ）を
導入することにより、その出力たる移動体方位データ又
はこれに変換可能な移動体方位角速度データに無視し得
ない誤差が含まれる（しかし比較的安価な）慣性測定装
置（ＩＭＵ）を使用して、従来に比べ高精度で信頼性が
高く、かつ走行中の移動体のようにその傾斜が時々刻々
変動する場合でも優れた追尾性能を有する追尾型アンテ
ナ装置を実現することにある。本発明の目的の一つは、
本願出願人が特願平７−１９２７７２号（特開平９−４
６１２２号）にて提案した仮想移動体方位法による目標
サーチと、本願にて新たに提案する移動体方位ステップ
トラックとの併用により、目標サーチ及びステップトラ
ックを共に移動体方位により実行できるようにし、ひい
ては目標サーチ及びステップトラックを効率化すると共
に装置の構成（特にレジスタ類の個数・種類）を簡素化
することにある。本発明の目的の一つは、ＡＺ−ＥＬマ
ウントやＡＺ−ＸＥＬ（Ｘ）−ＥＬ（Ｙ）マウント等の
ように少くとも方位軸と仰角軸とを有し陸上移動体への
搭載に適する追尾型アンテナ装置、特に、建物や樹木等
の電波障害物の多い状態でもより信頼度の高い追尾を行
える追尾型アンテナ装置を実現することにある（尚、以
下の説明では、代表的なマウントであるＡＺ−ＥＬマウ
ントへの本発明の適用例を述べるが、本発明の適用対象
マウントはこれには限定されない）。
ていた方位ステップトラック及び仰角ステップトラック
に代えて、無線信号の受信状態を頼りに移動体方位デー
タの値を試行錯誤的に修正していくという新しい考え
（以下、これを移動体方位ステップトラックと呼ぶ）を
導入することにより、その出力たる移動体方位データ又
はこれに変換可能な移動体方位角速度データに無視し得
ない誤差が含まれる（しかし比較的安価な）慣性測定装
置（ＩＭＵ）を使用して、従来に比べ高精度で信頼性が
高く、かつ走行中の移動体のようにその傾斜が時々刻々
変動する場合でも優れた追尾性能を有する追尾型アンテ
ナ装置を実現することにある。本発明の目的の一つは、
本願出願人が特願平７−１９２７７２号（特開平９−４
６１２２号）にて提案した仮想移動体方位法による目標
サーチと、本願にて新たに提案する移動体方位ステップ
トラックとの併用により、目標サーチ及びステップトラ
ックを共に移動体方位により実行できるようにし、ひい
ては目標サーチ及びステップトラックを効率化すると共
に装置の構成（特にレジスタ類の個数・種類）を簡素化
することにある。本発明の目的の一つは、ＡＺ−ＥＬマ
ウントやＡＺ−ＸＥＬ（Ｘ）−ＥＬ（Ｙ）マウント等の
ように少くとも方位軸と仰角軸とを有し陸上移動体への
搭載に適する追尾型アンテナ装置、特に、建物や樹木等
の電波障害物の多い状態でもより信頼度の高い追尾を行
える追尾型アンテナ装置を実現することにある（尚、以
下の説明では、代表的なマウントであるＡＺ−ＥＬマウ
ントへの本発明の適用例を述べるが、本発明の適用対象
マウントはこれには限定されない）。
【０００５】本発明の目的の一つは、仮想移動体方位法
による目標サーチ及び移動体方位ステップトラックを実
行するに際して必要となる移動体方位データについて、
適当な条件下で補正を施すことにより、比較的安価なＩ
ＭＵを使用しつつも従来以上の精度を有しかつ従来より
安価な追尾型アンテナ装置を実現することにある。本発
明の目的の一つは、ＩＭＵ以外の資源例えばＧＰＳ受信
機から得た方位データや、この方位データとＩＭＵから
得た移動体方位データ（又はＩＭＵからの移動体方位角
速度データから得た移動体方位データ）とを結合して得
たデータを、移動体の移動中に移動体方位データを補正
する際及び目標サーチの開始に当たって移動体方位デー
タを初期設定する際に利用することにより、より精度と
信頼性の高い追尾型アンテナ装置を実現することにあ
る。
による目標サーチ及び移動体方位ステップトラックを実
行するに際して必要となる移動体方位データについて、
適当な条件下で補正を施すことにより、比較的安価なＩ
ＭＵを使用しつつも従来以上の精度を有しかつ従来より
安価な追尾型アンテナ装置を実現することにある。本発
明の目的の一つは、ＩＭＵ以外の資源例えばＧＰＳ受信
機から得た方位データや、この方位データとＩＭＵから
得た移動体方位データ（又はＩＭＵからの移動体方位角
速度データから得た移動体方位データ）とを結合して得
たデータを、移動体の移動中に移動体方位データを補正
する際及び目標サーチの開始に当たって移動体方位デー
タを初期設定する際に利用することにより、より精度と
信頼性の高い追尾型アンテナ装置を実現することにあ
る。
【０００６】本発明の目的の一つは、ＩＭＵやＧＰＳ受
信機から得た移動体方位データを所定時間に亘り監視し
た結果に基づき移動体が直進しているか否かを判断し、
直進又は停止していると判断したときのみ移動体方位デ
ータの補正やブロッキング／オフビーム判定を実行する
ようにすることにより、移動体方位データの補正やブロ
ッキング／オフビーム判定の精度を高くすることにあ
る。本発明の目的の一つは、他の資源例えばＧＰＳ受信
機から得られる方位データを利用してブロッキング／オ
フビーム判定を行い、オフビームと判定されたときに目
標サーチを（或いはこれに先立ち移動体方位データの補
正を）行わせることにより、無線信号受信状態の劣化に
より好適に対処できるようにすることにある。本発明の
目的の一つは、移動体方位ステップトラックに加え仰角
ステップトラックを実行することにより、更に精度の高
い追尾型アンテナ装置を実現することにある。
信機から得た移動体方位データを所定時間に亘り監視し
た結果に基づき移動体が直進しているか否かを判断し、
直進又は停止していると判断したときのみ移動体方位デ
ータの補正やブロッキング／オフビーム判定を実行する
ようにすることにより、移動体方位データの補正やブロ
ッキング／オフビーム判定の精度を高くすることにあ
る。本発明の目的の一つは、他の資源例えばＧＰＳ受信
機から得られる方位データを利用してブロッキング／オ
フビーム判定を行い、オフビームと判定されたときに目
標サーチを（或いはこれに先立ち移動体方位データの補
正を）行わせることにより、無線信号受信状態の劣化に
より好適に対処できるようにすることにある。本発明の
目的の一つは、移動体方位ステップトラックに加え仰角
ステップトラックを実行することにより、更に精度の高
い追尾型アンテナ装置を実現することにある。
【０００７】このような目的を達成するため、本発明に
係る追尾型アンテナ装置は、指向性アンテナ、方位軸仰
角軸制御手段、制御角決定手段、仮想移動体方位法目標
サーチ手段及び移動体方位ステップトラック手段を備え
る。本発明における指向性アンテナは、人工衛星等の目
標から送信される無線信号を受信すべく車両等の移動体
に搭載されており、そのビーム方向を方位軸回り及び仰
角軸回りで制御可能なアンテナである。また、方位軸仰
角軸制御手段は、方位軸制御角及び仰角軸制御角に従い
上記指向性アンテナのビーム方向を方位軸回り及び仰角
軸回りで制御する手段であり、例えば、各軸を制御する
モータ（機械軸の場合）若しくは可変移相器（電子軸の
場合）やその駆動回路を含む。
係る追尾型アンテナ装置は、指向性アンテナ、方位軸仰
角軸制御手段、制御角決定手段、仮想移動体方位法目標
サーチ手段及び移動体方位ステップトラック手段を備え
る。本発明における指向性アンテナは、人工衛星等の目
標から送信される無線信号を受信すべく車両等の移動体
に搭載されており、そのビーム方向を方位軸回り及び仰
角軸回りで制御可能なアンテナである。また、方位軸仰
角軸制御手段は、方位軸制御角及び仰角軸制御角に従い
上記指向性アンテナのビーム方向を方位軸回り及び仰角
軸回りで制御する手段であり、例えば、各軸を制御する
モータ（機械軸の場合）若しくは可変移相器（電子軸の
場合）やその駆動回路を含む。
【０００８】制御角決定手段は、追尾すべき目標の位置
を示す目標位置データ、搭載に係る移動体の位置を示す
移動体位置データ、上記移動体の傾斜角を示す移動体傾
斜角データ、及びＩＭＵの出力に基づき得られ上記移動
体の進行方位を示す移動体方位データに基づき、方位軸
制御角及び仰角軸制御角を決定する。ここでいう“移動
体の進行方位”は、水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0では図１
中のφvである。“目標の位置”は、目標が人工衛星で
ある場合にはその軌道情報を構成する緯度、経度及び高
度である（静止衛星の場合は経度のみ）。“移動体の位
置”は、移動体の現在位置の緯度、経度等で表現できる
データであり、例えばＧＰＳ受信機から与えられ又は使
用者により設定される。“移動体の傾斜角”は、図１中
ではロール角ｒ及びピッチ角ｐで表されている。
を示す目標位置データ、搭載に係る移動体の位置を示す
移動体位置データ、上記移動体の傾斜角を示す移動体傾
斜角データ、及びＩＭＵの出力に基づき得られ上記移動
体の進行方位を示す移動体方位データに基づき、方位軸
制御角及び仰角軸制御角を決定する。ここでいう“移動
体の進行方位”は、水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0では図１
中のφvである。“目標の位置”は、目標が人工衛星で
ある場合にはその軌道情報を構成する緯度、経度及び高
度である（静止衛星の場合は経度のみ）。“移動体の位
置”は、移動体の現在位置の緯度、経度等で表現できる
データであり、例えばＧＰＳ受信機から与えられ又は使
用者により設定される。“移動体の傾斜角”は、図１中
ではロール角ｒ及びピッチ角ｐで表されている。
【０００９】これらのうち“目標の位置”及び“移動体
の位置”がわかれば、水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0におい
て移動体の位置Ｏから見た目標の方向Ｔ、即ち目標の方
位φt h及び仰角εth（又は俯角θth）がわかる。ここで
は導出過程は省略するが、水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0に
おける目標の方位φth、仰角εth及び俯角θthは、近似
的には
の位置”がわかれば、水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0におい
て移動体の位置Ｏから見た目標の方向Ｔ、即ち目標の方
位φt h及び仰角εth（又は俯角θth）がわかる。ここで
は導出過程は省略するが、水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0に
おける目標の方位φth、仰角εth及び俯角θthは、近似
的には
【数１】 φth=arcsin{sinθt・sin(φvq-φtq)/(1-cos2θx)1/2} εth=arctan{｜cosθx-R/(R+H)｜/(1-cos2θx)1/2} θth=π/2-εth 但し、cosθx=cosθt・cosθv+sinθv・sinθt・cos(φ
vq-φtq) θt=π/2[rad]-目標の緯度 θv=π/2[rad]-移動体の緯度 φtq=目標の経度 φvq=移動体の経度 R=地球の半径 H=目標体の高度 となる。
vq-φtq) θt=π/2[rad]-目標の緯度 θv=π/2[rad]-移動体の緯度 φtq=目標の経度 φvq=移動体の経度 R=地球の半径 H=目標体の高度 となる。
【００１０】更に、特願平７−１９２７７２号に記載し
たように、図１中の移動体座標系ＸＹＺで表した目標方
向の単位ベクトル[X Y Z]Tは、水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ
0で表した目標方向の単位ベクトル[X0 Y0 Z0]Tに、移動
体の進行方位φvによる変換、ピッチ角ｐによる変換及
びロール角ｒによる変換を順に施して得られる次の値
たように、図１中の移動体座標系ＸＹＺで表した目標方
向の単位ベクトル[X Y Z]Tは、水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ
0で表した目標方向の単位ベクトル[X0 Y0 Z0]Tに、移動
体の進行方位φvによる変換、ピッチ角ｐによる変換及
びロール角ｒによる変換を順に施して得られる次の値
【数２】 である。目標方向を示す単位ベクトル[X0 Y0 Z0]Tは次
の式
の式
【数３】 に示されるように目標の方位φth及び俯角θthにより表
すことができ、同様に、移動体座標系ＸＹＺにおける目
標の方位及び俯角は
すことができ、同様に、移動体座標系ＸＹＺにおける目
標の方位及び俯角は
【数４】 φ=arctan(Y/X) θ=arccos(Z) と表せるから、“移動体の進行方位”及び“移動体の傾
斜角”がわかれば方位軸制御角及び仰角軸制御角を決め
ることができる。
斜角”がわかれば方位軸制御角及び仰角軸制御角を決め
ることができる。
【００１１】本発明の最大の特徴に係る処理は、仮想移
動体方位法目標サーチ手段及び移動体方位ステップトラ
ック手段にて実現されている。まず、目標を指向性アン
テナが捕捉していないと見なせるときには、仮想移動体
方位法目標サーチ手段が、移動体方位データにより目標
サーチを実行する。即ち、移動体方位データをその初期
値から徐々に変化させつつ制御角決定手段を動作させる
と同時に、目標からの無線信号受信状態を監視すること
により、無線信号受信状態が良好になるビーム方向をサ
ーチする。このように移動体方位という１種類の角度に
て目標サーチを実行することにより、方位及び仰角とい
う２種類の角度にて目標サーチを実行する場合に比べ迅
速に、目標をサーチすることができる。
動体方位法目標サーチ手段及び移動体方位ステップトラ
ック手段にて実現されている。まず、目標を指向性アン
テナが捕捉していないと見なせるときには、仮想移動体
方位法目標サーチ手段が、移動体方位データにより目標
サーチを実行する。即ち、移動体方位データをその初期
値から徐々に変化させつつ制御角決定手段を動作させる
と同時に、目標からの無線信号受信状態を監視すること
により、無線信号受信状態が良好になるビーム方向をサ
ーチする。このように移動体方位という１種類の角度に
て目標サーチを実行することにより、方位及び仰角とい
う２種類の角度にて目標サーチを実行する場合に比べ迅
速に、目標をサーチすることができる。
【００１２】そして、この目標サーチに成功した後は、
目標サーチによって得られた移動体方位を初期値とし
て、移動体方位ステップトラック手段が、移動体方位に
よるステップトラックを実行する。即ち、移動体方位ス
テップトラック手段は、移動体方位データを試行錯誤的
に微小角度変化させつつ制御角決定手段を動作させ、こ
の試行錯誤的な変化の前後の無線信号受信状態を比較し
た結果に基づき無線信号受信状態がより良好になるよう
に移動体方位データを変化させるという処理を、繰返し
実行する。
目標サーチによって得られた移動体方位を初期値とし
て、移動体方位ステップトラック手段が、移動体方位に
よるステップトラックを実行する。即ち、移動体方位ス
テップトラック手段は、移動体方位データを試行錯誤的
に微小角度変化させつつ制御角決定手段を動作させ、こ
の試行錯誤的な変化の前後の無線信号受信状態を比較し
た結果に基づき無線信号受信状態がより良好になるよう
に移動体方位データを変化させるという処理を、繰返し
実行する。
【００１３】このように、方位及び仰角に代えて移動体
方位（及び仰角）にてステップトラックを行っているた
め、従来に比べ精度の高いステップトラックが可能であ
る。即ち、従来のように方位及び仰角ステップトラック
を行うのでは、制御角を求める際に使用する移動体方位
データに誤差が生じていてもその誤差が移動体から見た
目標の相対方位の誤差として扱われてしまい、従って、
移動体の傾斜が大きいとき等には当該移動体方位データ
の誤差を正確に補償するのは難しい。これに対し、本発
明のように移動体方位ステップトラックを行うようにす
れば、移動体方位データの誤差を正確に補償することが
できるため、従来より精度及び信頼性の高いステップト
ラックを実現できる。従って、ある程度の誤差特に積分
誤差を含む移動体方位データを出力する比較的安価なＩ
ＭＵを移動体方位データの供給源として採用しつつも、
高い精度を得ることができる。また、この効果は、特
に、目標及び移動体の位置が十分正確にわかっていると
きに現れる。このような状況は、目標例えば人工衛星の
経度乃至軌道を予めデータとして蓄えておくか逐次入力
するようにすると共に、ＧＰＳ受信機等を利用して移動
体の位置に関するデータを逐次入力するようにすること
で、実現できる。更に、仮想移動体方位法による目標サ
ーチと移動体方位ステップトラックとを併用しているた
め、目標サーチ及びステップトラックを共に移動体方位
により実行でき、従ってこれらの効率化を達成できる。
また、これらはいずれも移動体方位レジスタ上のデータ
の操作により実現できるため、実現するために必要な装
置構成は簡素である。
方位（及び仰角）にてステップトラックを行っているた
め、従来に比べ精度の高いステップトラックが可能であ
る。即ち、従来のように方位及び仰角ステップトラック
を行うのでは、制御角を求める際に使用する移動体方位
データに誤差が生じていてもその誤差が移動体から見た
目標の相対方位の誤差として扱われてしまい、従って、
移動体の傾斜が大きいとき等には当該移動体方位データ
の誤差を正確に補償するのは難しい。これに対し、本発
明のように移動体方位ステップトラックを行うようにす
れば、移動体方位データの誤差を正確に補償することが
できるため、従来より精度及び信頼性の高いステップト
ラックを実現できる。従って、ある程度の誤差特に積分
誤差を含む移動体方位データを出力する比較的安価なＩ
ＭＵを移動体方位データの供給源として採用しつつも、
高い精度を得ることができる。また、この効果は、特
に、目標及び移動体の位置が十分正確にわかっていると
きに現れる。このような状況は、目標例えば人工衛星の
経度乃至軌道を予めデータとして蓄えておくか逐次入力
するようにすると共に、ＧＰＳ受信機等を利用して移動
体の位置に関するデータを逐次入力するようにすること
で、実現できる。更に、仮想移動体方位法による目標サ
ーチと移動体方位ステップトラックとを併用しているた
め、目標サーチ及びステップトラックを共に移動体方位
により実行でき、従ってこれらの効率化を達成できる。
また、これらはいずれも移動体方位レジスタ上のデータ
の操作により実現できるため、実現するために必要な装
置構成は簡素である。
【００１４】本発明においては、更に、仮想移動体方位
法による目標サーチ及び移動体方位ステップトラックを
実行するに際して必要となる移動体方位データについ
て、適当な条件下で補正を施すようにしている。例え
ば、制御角決定手段では専らＩＭＵにて生成された方位
データを制御角決定のための移動体方位データとして用
いる一方で、ＩＭＵ以外の資源例えばＧＰＳ受信機から
も方位データを入力する。更に、移動体が直進している
ときに、ＧＰＳ受信機から入力した方位データを利用し
て、移動体方位データをプリセットする。より具体的に
は、ＧＰＳ受信機から入力した方位データ或いはこれに
加工・修正を施した方位データを、移動体方位レジスタ
上に書き込み、それ以後は、ＩＭＵからの方位データの
増分値を、移動体方位レジスタ上のデータに積算してい
く。制御角決定手段では、移動体方位レジスタ上のデー
タを、制御角の決定に使用する。このようにすることに
より、いわば複数の資源からの方位データを有効活用で
き、安価なＩＭＵを用いつつも従来以上の精度を実現す
ることができる。
法による目標サーチ及び移動体方位ステップトラックを
実行するに際して必要となる移動体方位データについ
て、適当な条件下で補正を施すようにしている。例え
ば、制御角決定手段では専らＩＭＵにて生成された方位
データを制御角決定のための移動体方位データとして用
いる一方で、ＩＭＵ以外の資源例えばＧＰＳ受信機から
も方位データを入力する。更に、移動体が直進している
ときに、ＧＰＳ受信機から入力した方位データを利用し
て、移動体方位データをプリセットする。より具体的に
は、ＧＰＳ受信機から入力した方位データ或いはこれに
加工・修正を施した方位データを、移動体方位レジスタ
上に書き込み、それ以後は、ＩＭＵからの方位データの
増分値を、移動体方位レジスタ上のデータに積算してい
く。制御角決定手段では、移動体方位レジスタ上のデー
タを、制御角の決定に使用する。このようにすることに
より、いわば複数の資源からの方位データを有効活用で
き、安価なＩＭＵを用いつつも従来以上の精度を実現す
ることができる。
【００１５】本発明においては、更に、移動体が停止又
は直進しておりかつ目標からの無線信号受信状態がオフ
ビームにより所定程度以下まで劣化したと見なせるとき
に、そのときの移動体方位データ（移動体方位レジスタ
上のデータ）若しくはＧＰＳ受信機から入力した方位デ
ータ又はこれらを結合して生成した方位データを、移動
体方位データの初期値として、仮想移動体方位法目標サ
ーチ手段を動作させる。このように、複数の資源からの
方位データを有効活用して、オフビーム判定直後に実行
する目標サーチの初期値を設定することにより、より精
度と信頼性の高い追尾型アンテナ装置を実現できる。ま
た、オフビーム判定に応じ仮想移動体方位法目標サーチ
手段を動作させるのに先立ち、ＧＰＳ受信機から入力し
た方位データを利用して移動体方位データ（移動体方位
レジスタ上のデータ）をプリセットするようにしてもよ
い。この場合、その後も無線信号受信状態が十分回復し
ないときには、そのときの移動体方位データ（移動体方
位レジスタ上のデータ）若しくはＧＰＳ受信機から入力
した方位データ又はこれらを結合して生成した方位デー
タを移動体方位データの初期値として、仮想移動体方位
法目標サーチ手段を動作させる。このように一旦移動体
方位データのプリセットを行うようにすれば、目標サー
チに移行する頻度が低くなる。
は直進しておりかつ目標からの無線信号受信状態がオフ
ビームにより所定程度以下まで劣化したと見なせるとき
に、そのときの移動体方位データ（移動体方位レジスタ
上のデータ）若しくはＧＰＳ受信機から入力した方位デ
ータ又はこれらを結合して生成した方位データを、移動
体方位データの初期値として、仮想移動体方位法目標サ
ーチ手段を動作させる。このように、複数の資源からの
方位データを有効活用して、オフビーム判定直後に実行
する目標サーチの初期値を設定することにより、より精
度と信頼性の高い追尾型アンテナ装置を実現できる。ま
た、オフビーム判定に応じ仮想移動体方位法目標サーチ
手段を動作させるのに先立ち、ＧＰＳ受信機から入力し
た方位データを利用して移動体方位データ（移動体方位
レジスタ上のデータ）をプリセットするようにしてもよ
い。この場合、その後も無線信号受信状態が十分回復し
ないときには、そのときの移動体方位データ（移動体方
位レジスタ上のデータ）若しくはＧＰＳ受信機から入力
した方位データ又はこれらを結合して生成した方位デー
タを移動体方位データの初期値として、仮想移動体方位
法目標サーチ手段を動作させる。このように一旦移動体
方位データのプリセットを行うようにすれば、目標サー
チに移行する頻度が低くなる。
【００１６】本発明においては、無線信号受信状態が所
定程度以下まで劣化したとき、上述のブロッキング／オ
フビーム判定を、目標の方位とＧＰＳ受信機から入力し
た方位データとに基づき行う。ここで用いる目標の方位
は、制御角決定手段にて求めたものを用いることができ
る。本発明においては、このような形でも、複数の資源
を有効活用している。また、本発明においては、移動体
方位データ又はＧＰＳ受信機からの方位データが所定の
監視期間内に所定程度を下回るばらつきを呈したとき
に、移動体が直進していると判定する。前述のように、
直進していると判定されたときには移動体方位データの
補正やブロッキング／オフビーム判定が実行される。従
って、このように複数の資源を有効活用した直進／変針
判定によって、移動体方位データの補正やブロッキング
／オフビーム判定の精度が高くなる。
定程度以下まで劣化したとき、上述のブロッキング／オ
フビーム判定を、目標の方位とＧＰＳ受信機から入力し
た方位データとに基づき行う。ここで用いる目標の方位
は、制御角決定手段にて求めたものを用いることができ
る。本発明においては、このような形でも、複数の資源
を有効活用している。また、本発明においては、移動体
方位データ又はＧＰＳ受信機からの方位データが所定の
監視期間内に所定程度を下回るばらつきを呈したとき
に、移動体が直進していると判定する。前述のように、
直進していると判定されたときには移動体方位データの
補正やブロッキング／オフビーム判定が実行される。従
って、このように複数の資源を有効活用した直進／変針
判定によって、移動体方位データの補正やブロッキング
／オフビーム判定の精度が高くなる。
【００１７】そして、本発明においては、移動体方位の
みならず仰角についても、ステップトラックを実行す
る。即ち、仰角軸制御角に与えるバイアスを試行錯誤的
に微小角度変化させつつ方位軸仰角軸制御手段を動作さ
せ、この試行錯誤的な変化の前後の無線信号受信状態を
比較した結果に基づき無線信号受信状態がより良好にな
るように上記バイアスを変化させるという処理を、繰返
し実行する。このようにすることによって、機械軸の歪
みその他の要因による追尾誤差をも低減できる。
みならず仰角についても、ステップトラックを実行す
る。即ち、仰角軸制御角に与えるバイアスを試行錯誤的
に微小角度変化させつつ方位軸仰角軸制御手段を動作さ
せ、この試行錯誤的な変化の前後の無線信号受信状態を
比較した結果に基づき無線信号受信状態がより良好にな
るように上記バイアスを変化させるという処理を、繰返
し実行する。このようにすることによって、機械軸の歪
みその他の要因による追尾誤差をも低減できる。
【００１８】以下、本発明の好適な実施形態に関し説明
する。尚、本願では本発明を「追尾型アンテナ装置」に
係る発明であると記しているが、本願の開示内容を参照
した当業者であれば、本発明を例えば「ステップトラッ
ク方法」「移動体方位データ処理方法」等としても把握
できる。また、以下の説明ではブロック図を使用する
が、これは、本発明の機能的構成がより明瞭になるよう
にとの意図によるものであり、本発明をハードウエア的
にしか実施できないことを示すものではない。また、本
発明を実施するに際しては、本質を逸脱しない範囲での
変形が可能である。例えば、ビット誤り率ＢＥＲを同期
信号Ｓｙｎｃの代わりに用いることも可能である。
する。尚、本願では本発明を「追尾型アンテナ装置」に
係る発明であると記しているが、本願の開示内容を参照
した当業者であれば、本発明を例えば「ステップトラッ
ク方法」「移動体方位データ処理方法」等としても把握
できる。また、以下の説明ではブロック図を使用する
が、これは、本発明の機能的構成がより明瞭になるよう
にとの意図によるものであり、本発明をハードウエア的
にしか実施できないことを示すものではない。また、本
発明を実施するに際しては、本質を逸脱しない範囲での
変形が可能である。例えば、ビット誤り率ＢＥＲを同期
信号Ｓｙｎｃの代わりに用いることも可能である。
【００１９】
（１）全体構成 図２に、本発明の好適な実施形態に係る追尾型アンテナ
装置の全体構成を示す。この図の装置では、ＡＺ−ＥＬ
マウントにより指向性アンテナ１０を車両等の移動体上
に支持している。指向性アンテナ１０にて受信された信
号は、受信機及び周波数変換器１２により増幅されまた
中間周波数へ変換され、更に中間周波数増幅器１４によ
り増幅され、復調器１６に供給される。指向性アンテナ
１０が人工衛星、航空機等の追尾目標を好適に追尾して
いる状態では、復調器１６は、受信信号からデータ乃至
信号を復調できる。復調器１６は、更に、受信信号と同
期したときその旨を示す同期信号Ｓｙｎｃを出力し、ま
た、受信信号のレベルを示す受信レベル信号ＲＬｅｖを
逐次出力する。これら同期信号Ｓｙｎｃ及び受信レベル
信号ＲＬｅｖは、後述する目標サーチやステップトラッ
ク等の際に利用される。
装置の全体構成を示す。この図の装置では、ＡＺ−ＥＬ
マウントにより指向性アンテナ１０を車両等の移動体上
に支持している。指向性アンテナ１０にて受信された信
号は、受信機及び周波数変換器１２により増幅されまた
中間周波数へ変換され、更に中間周波数増幅器１４によ
り増幅され、復調器１６に供給される。指向性アンテナ
１０が人工衛星、航空機等の追尾目標を好適に追尾して
いる状態では、復調器１６は、受信信号からデータ乃至
信号を復調できる。復調器１６は、更に、受信信号と同
期したときその旨を示す同期信号Ｓｙｎｃを出力し、ま
た、受信信号のレベルを示す受信レベル信号ＲＬｅｖを
逐次出力する。これら同期信号Ｓｙｎｃ及び受信レベル
信号ＲＬｅｖは、後述する目標サーチやステップトラッ
ク等の際に利用される。
【００２０】他方、指向性アンテナ１０の方位軸回りビ
ーム方向及び仰角軸回りビーム方向を制御するため、Ａ
Ｚ−ＥＬマウントの方位軸構造物１８及び仰角軸構造物
２０にはそれぞれ方位軸モータ２２及び仰角軸モータ２
４が設けられており、更にはこれらに対応する駆動回路
２６及び２８並びにポテンショメータ３０及び３２が設
けられている。駆動回路２６及び２８は、ＡＺ−ＥＬ制
御演算記憶回路３４から与えられる方位軸制御角及び仰
角軸制御角に応じて対応するモータ２２又は２４を駆動
する。ポテンショメータ３０及び３２は、対応する構造
物１８若しくは２０又は対応するモータ２２若しくは２
４の角度位置を検出し、その結果をそれぞれ方位軸角度
データ又は仰角軸角度データとしてＡＺ−ＥＬ制御演算
記憶回路３４にフィードバックする。このように、本実
施形態では、指向性アンテナ１０の方位軸回り及び仰角
軸回りビーム方向についてサーボループが形成されてい
る。なお、本発明を実施するに際しては、機械的な軸に
代えて電子的な軸例えばフェーズドアレイを用いても構
わない（特に仰角軸）。
ーム方向及び仰角軸回りビーム方向を制御するため、Ａ
Ｚ−ＥＬマウントの方位軸構造物１８及び仰角軸構造物
２０にはそれぞれ方位軸モータ２２及び仰角軸モータ２
４が設けられており、更にはこれらに対応する駆動回路
２６及び２８並びにポテンショメータ３０及び３２が設
けられている。駆動回路２６及び２８は、ＡＺ−ＥＬ制
御演算記憶回路３４から与えられる方位軸制御角及び仰
角軸制御角に応じて対応するモータ２２又は２４を駆動
する。ポテンショメータ３０及び３２は、対応する構造
物１８若しくは２０又は対応するモータ２２若しくは２
４の角度位置を検出し、その結果をそれぞれ方位軸角度
データ又は仰角軸角度データとしてＡＺ−ＥＬ制御演算
記憶回路３４にフィードバックする。このように、本実
施形態では、指向性アンテナ１０の方位軸回り及び仰角
軸回りビーム方向についてサーボループが形成されてい
る。なお、本発明を実施するに際しては、機械的な軸に
代えて電子的な軸例えばフェーズドアレイを用いても構
わない（特に仰角軸）。
【００２１】ＡＺ−ＥＬ制御演算記憶回路３４は、方位
軸制御角及び仰角軸制御角を決定するために、ポテンシ
ョメータ３０及び３２の出力等の他に、移動体に搭載さ
れている各種の装置からデータ入力部４４を介し各種の
計測データを入力している。計測データの供給元となる
装置としては、慣性測定装置（ＩＭＵ）３６、ＧＰＳ受
信機３８、磁気コンパス４０、移動体速度センサ４２等
がある。
軸制御角及び仰角軸制御角を決定するために、ポテンシ
ョメータ３０及び３２の出力等の他に、移動体に搭載さ
れている各種の装置からデータ入力部４４を介し各種の
計測データを入力している。計測データの供給元となる
装置としては、慣性測定装置（ＩＭＵ）３６、ＧＰＳ受
信機３８、磁気コンパス４０、移動体速度センサ４２等
がある。
【００２２】これらの装置のうちＩＭＵ３６は、移動体
の傾斜に応じて傾斜する座標系例えば移動体座標系ＸＹ
Ｚにおける移動体の方位角速度を検出し、スケール変換
（増幅）、傾斜補正、積分等の処理を施すことにより基
準座標系例えば水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0における移動
体の進行方位を求め、これを移動体方位データφvIMUと
して出力する。ＩＭＵ３６は、更に、移動体のロール角
・ピッチ角を検出し、その結果を移動体傾斜角データ即
ちロール角データｒ及びピッチ角データｐとして出力す
る。また、水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0における移動体の
方位角速度を示すデータ即ち移動体方位角速度データω
vを出力するＩＭＵを、図中のＩＭＵ３６として用いる
こともできる。ＧＰＳ受信機３８は、地球周回軌道上に
あるＧＰＳ衛星から受信した信号に基づき搭載に係る移
動体の位置、進行方位、速度等を検出し、その結果を移
動体位置データＰvGPS・移動体方位データφvGPS・移動
体速度データＶvGPSとして出力する。磁気コンパス４０
は、地磁気の方位を検出しその結果を移動体方位データ
φvMAGとして出力する。移動体速度センサ４２は、移動
体の速度を例えば車輪の回転数等から検出し、その結果
を移動体速度データＶvREVとして出力する。
の傾斜に応じて傾斜する座標系例えば移動体座標系ＸＹ
Ｚにおける移動体の方位角速度を検出し、スケール変換
（増幅）、傾斜補正、積分等の処理を施すことにより基
準座標系例えば水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0における移動
体の進行方位を求め、これを移動体方位データφvIMUと
して出力する。ＩＭＵ３６は、更に、移動体のロール角
・ピッチ角を検出し、その結果を移動体傾斜角データ即
ちロール角データｒ及びピッチ角データｐとして出力す
る。また、水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0における移動体の
方位角速度を示すデータ即ち移動体方位角速度データω
vを出力するＩＭＵを、図中のＩＭＵ３６として用いる
こともできる。ＧＰＳ受信機３８は、地球周回軌道上に
あるＧＰＳ衛星から受信した信号に基づき搭載に係る移
動体の位置、進行方位、速度等を検出し、その結果を移
動体位置データＰvGPS・移動体方位データφvGPS・移動
体速度データＶvGPSとして出力する。磁気コンパス４０
は、地磁気の方位を検出しその結果を移動体方位データ
φvMAGとして出力する。移動体速度センサ４２は、移動
体の速度を例えば車輪の回転数等から検出し、その結果
を移動体速度データＶvREVとして出力する。
【００２３】図２の装置は、更に、移動体位置データの
初期値等の手動入力や各種データの表示に用いられる操
作表示部４８を有している。初期設定の際には、ＡＺ−
ＥＬ制御演算記憶回路３４は、データ入力部４４を介し
移動体位置データの初期値等を受け取る（図上はデータ
入力部４４が介在していないが、実際には介在する）。
また、移動体データ及び目標データ記憶回路４６は、各
種の移動体位置データ、移動体方位データ、目標位置デ
ータ、サーチ範囲等の情報を記憶する。記憶回路４６に
記憶されるデータのうち、目標位置データとは、指向性
アンテナ１０が追尾すべき目標の位置を示すデータであ
り、各時点における目標の緯度、経度及び高度を組み合
わせた軌道データである。但し、目標が静止衛星である
場合には、緯度、経度及び高度はほぼ一定であるので、
静止衛星毎に異なる値である経度のみを記憶しておけば
よい。目標位置データは、予め記憶回路４６に記憶させ
ておき、可能であれば逐次更新する。また、サーチ範囲
とは、後述する移動体方位による目標サーチの際にサー
チ対象とする方位角度範囲をさす。
初期値等の手動入力や各種データの表示に用いられる操
作表示部４８を有している。初期設定の際には、ＡＺ−
ＥＬ制御演算記憶回路３４は、データ入力部４４を介し
移動体位置データの初期値等を受け取る（図上はデータ
入力部４４が介在していないが、実際には介在する）。
また、移動体データ及び目標データ記憶回路４６は、各
種の移動体位置データ、移動体方位データ、目標位置デ
ータ、サーチ範囲等の情報を記憶する。記憶回路４６に
記憶されるデータのうち、目標位置データとは、指向性
アンテナ１０が追尾すべき目標の位置を示すデータであ
り、各時点における目標の緯度、経度及び高度を組み合
わせた軌道データである。但し、目標が静止衛星である
場合には、緯度、経度及び高度はほぼ一定であるので、
静止衛星毎に異なる値である経度のみを記憶しておけば
よい。目標位置データは、予め記憶回路４６に記憶させ
ておき、可能であれば逐次更新する。また、サーチ範囲
とは、後述する移動体方位による目標サーチの際にサー
チ対象とする方位角度範囲をさす。
【００２４】（２）ＡＺ−ＥＬ制御演算記憶回路及びそ
の周辺の回路構成 図２に示す装置における特徴的な処理は、ＡＺ−ＥＬ制
御演算記憶回路３４にて行われている。図３〜図５に、
ＡＺ−ＥＬ制御演算記憶回路３４及びその周辺の回路の
機能構成の例を、それぞれ第１〜第３実施形態として示
す。これらいずれの実施形態でも、ＡＺ−ＥＬ制御演算
記憶回路３４の中心的な機能即ち方位軸制御角及び仰角
軸制御角を演算決定する機能は、ＡＺ−ＥＬ制御演算回
路５０により担われている。ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５
０は、データ入力部４４を介しＡＺ−ＥＬ制御演算記憶
回路３４に与えられるデータのうち、移動体速度センサ
４２からの移動体速度データＶvREV、ＩＭＵ３６からの
ロール角データｒ及びピッチ角データｐ、操作表示部４
８からの移動体位置データＰvSET、並びにＧＰＳ受信機
３８からの移動体位置データＰvGPS、移動体方位データ
φvGPS及び移動体速度データＶvGPSを適宜取り込んでい
る。ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、その他、同期信号
Ｓｙｎｃや受信レベル信号ＲＬｅｖも取り込んでいる。
更に、いずれの実施形態でも、直進／変針判定やブロッ
キング／オフビーム判定のためのデータを記憶する区間
データ記憶回路５４を、設けている。なお、各図におい
て移動体速度センサ４２からの移動体速度データＶvREV
がＩＭＵ３６に入力されているのは、ＩＭＵ３６として
移動体速度データＶvREVを要求する仕様のものを用いて
いるためである。
の周辺の回路構成 図２に示す装置における特徴的な処理は、ＡＺ−ＥＬ制
御演算記憶回路３４にて行われている。図３〜図５に、
ＡＺ−ＥＬ制御演算記憶回路３４及びその周辺の回路の
機能構成の例を、それぞれ第１〜第３実施形態として示
す。これらいずれの実施形態でも、ＡＺ−ＥＬ制御演算
記憶回路３４の中心的な機能即ち方位軸制御角及び仰角
軸制御角を演算決定する機能は、ＡＺ−ＥＬ制御演算回
路５０により担われている。ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５
０は、データ入力部４４を介しＡＺ−ＥＬ制御演算記憶
回路３４に与えられるデータのうち、移動体速度センサ
４２からの移動体速度データＶvREV、ＩＭＵ３６からの
ロール角データｒ及びピッチ角データｐ、操作表示部４
８からの移動体位置データＰvSET、並びにＧＰＳ受信機
３８からの移動体位置データＰvGPS、移動体方位データ
φvGPS及び移動体速度データＶvGPSを適宜取り込んでい
る。ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、その他、同期信号
Ｓｙｎｃや受信レベル信号ＲＬｅｖも取り込んでいる。
更に、いずれの実施形態でも、直進／変針判定やブロッ
キング／オフビーム判定のためのデータを記憶する区間
データ記憶回路５４を、設けている。なお、各図におい
て移動体速度センサ４２からの移動体速度データＶvREV
がＩＭＵ３６に入力されているのは、ＩＭＵ３６として
移動体速度データＶvREVを要求する仕様のものを用いて
いるためである。
【００２５】これら３個の実施形態の間の相違は、主
に、用いているＩＭＵ３６のタイプの相違によって、生
じている。即ち、第１実施形態でＩＭＵ３６として用い
ているのは相対方位出力タイプ、第２実施形態で用いて
いるのは角速度出力タイプ、第３実施形態で用いている
のは絶対方位出力タイプのＩＭＵである。また、ＩＭＵ
３６の出力からより正確な移動体方位データφvIMUを得
るための回路や、移動体方位データφvIMUによりサーチ
やステップトラックを行うための回路にも、これに伴う
相違がある。
に、用いているＩＭＵ３６のタイプの相違によって、生
じている。即ち、第１実施形態でＩＭＵ３６として用い
ているのは相対方位出力タイプ、第２実施形態で用いて
いるのは角速度出力タイプ、第３実施形態で用いている
のは絶対方位出力タイプのＩＭＵである。また、ＩＭＵ
３６の出力からより正確な移動体方位データφvIMUを得
るための回路や、移動体方位データφvIMUによりサーチ
やステップトラックを行うための回路にも、これに伴う
相違がある。
【００２６】ここで、本願でいうところのＩＭＵは、内
蔵する角速度検出器にて移動体座標系ＸＹＺ（又は移動
体の傾斜にともない傾斜する座標系）における移動体の
進行方位角速度を検出し、更にこれを傾斜補正及び積分
することにより水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0における移動
体の進行方位を検出する装置である。この装置を実現す
る際に角速度検出器として比較的安価なもの、例えば振
動ジャイロや低グレードのファイバージャイロを用いれ
ば、ＩＭＵを安価にすることができる。しかしながら、
振動ジャイロや低グレードのファイバージャイロの出力
は、通常は、直流オフセット（直流バイアス）／ドリフ
トと呼ばれる誤差を含んでいる。この誤差を抑えるため
に、従来から、傾斜補正のための座標変換やスケール変
換（増幅）等の処理と共に、オフセットをキャンセルす
る処理を、角速度検出器出力に施してはいるけれども、
温度変化によるドリフトもあるため、直流バイアスを完
全に除去することはできない。更には、角速度検出器の
感度の非線形性による誤差もある。
蔵する角速度検出器にて移動体座標系ＸＹＺ（又は移動
体の傾斜にともない傾斜する座標系）における移動体の
進行方位角速度を検出し、更にこれを傾斜補正及び積分
することにより水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0における移動
体の進行方位を検出する装置である。この装置を実現す
る際に角速度検出器として比較的安価なもの、例えば振
動ジャイロや低グレードのファイバージャイロを用いれ
ば、ＩＭＵを安価にすることができる。しかしながら、
振動ジャイロや低グレードのファイバージャイロの出力
は、通常は、直流オフセット（直流バイアス）／ドリフ
トと呼ばれる誤差を含んでいる。この誤差を抑えるため
に、従来から、傾斜補正のための座標変換やスケール変
換（増幅）等の処理と共に、オフセットをキャンセルす
る処理を、角速度検出器出力に施してはいるけれども、
温度変化によるドリフトもあるため、直流バイアスを完
全に除去することはできない。更には、角速度検出器の
感度の非線形性による誤差もある。
【００２７】ＩＭＵは、このような誤差を含む角速度検
出器出力を積分して方位を得る装置であるから、ＩＭＵ
にて得られる移動体方位データφvIMUには積分された誤
差が含まれるのが一般的である。特に、直流バイアスの
残留分を積分することにより生じる方位誤差は、時間と
共に増大する傾向を示す。第１実施形態で使用している
相対方位出力タイプのＩＭＵは、このような積分誤差を
含む移動体方位データφvIMUを出力するものである。こ
れに対し、第３実施形態で使用している絶対方位出力タ
イプは、指北機能を有し水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0で測
った真北基準の移動体方位データφvIMUを出力できるよ
り高精度の（しかし高価な）タイプである。第２実施形
態で使用している角速度出力タイプは、積分前の信号即
ち移動体方位角速度データωvを出力するタイプであ
り、一般に、その出力には積分された誤差は含まれてい
ないが直流バイアスの残留分等の誤差は含まれている。
出器出力を積分して方位を得る装置であるから、ＩＭＵ
にて得られる移動体方位データφvIMUには積分された誤
差が含まれるのが一般的である。特に、直流バイアスの
残留分を積分することにより生じる方位誤差は、時間と
共に増大する傾向を示す。第１実施形態で使用している
相対方位出力タイプのＩＭＵは、このような積分誤差を
含む移動体方位データφvIMUを出力するものである。こ
れに対し、第３実施形態で使用している絶対方位出力タ
イプは、指北機能を有し水平真北座標系Ｘ0Ｙ0Ｚ0で測
った真北基準の移動体方位データφvIMUを出力できるよ
り高精度の（しかし高価な）タイプである。第２実施形
態で使用している角速度出力タイプは、積分前の信号即
ち移動体方位角速度データωvを出力するタイプであ
り、一般に、その出力には積分された誤差は含まれてい
ないが直流バイアスの残留分等の誤差は含まれている。
【００２８】このように、第１実施形態では、積分され
た誤差を伴う移動体方位データφvI MUを出力するタイプ
のＩＭＵ３６が用いられている。そこで、第１実施形態
では、ＩＭＵ３６からの移動体方位データφvIMUを所定
時間遅延させる遅延レジスタ５６と、遅延レジスタ５６
の入力から出力を減ずる加算器５８とを設け、これらに
よって、ＩＭＵ３６からの移動体方位データの増分（移
動体方位増分）ΔφvI MUを求めている。これによって、
ＩＭＵ３６での積分の影響を低減している。第１実施形
態では、更に、移動体方位レジスタ６０の内容にこの移
動体方位増分ΔφvIMUを加算するための加算器６２を設
けている。移動体方位レジスタ６０上のデータは、移動
体方位データφvIMUとしてＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０
に供給される。なお、第１実施形態では、移動体方位レ
ジスタ６０上における移動体方位増分ΔφvIMUの積算に
先立ち初期値を与えるため、移動体方位レジスタ６０上
のデータを所定条件下で所定値φvIMU0にプリセットす
る必要がある。次に、第２実施形態では、第１実施形態
における遅延レジスタ５６及び加算器５８に代えて、Ｉ
ＭＵ３６からの移動体方位角速度データωvにサンプル
間隔Ｔを乗じて角度の次元に変換する掛算器６６を設
け、これによって移動体方位増分ΔφvIMUを求めてい
る。以後は第１実施形態と同様である。そして、第３実
施形態では、第１実施形態における遅延レジスタ５６、
加算器５８及び６２に代えて、ＩＭＵ３６からの移動体
方位データφvIMUを取り込む真北基準移動体方位レジス
タ６４を設け、真北基準移動体方位レジスタ６４上のデ
ータを移動体方位レジスタ６０に転送している。この実
施形態では移動体方位レジスタ６０への初期値φvIMU0
のプリセットは必要でない。
た誤差を伴う移動体方位データφvI MUを出力するタイプ
のＩＭＵ３６が用いられている。そこで、第１実施形態
では、ＩＭＵ３６からの移動体方位データφvIMUを所定
時間遅延させる遅延レジスタ５６と、遅延レジスタ５６
の入力から出力を減ずる加算器５８とを設け、これらに
よって、ＩＭＵ３６からの移動体方位データの増分（移
動体方位増分）ΔφvI MUを求めている。これによって、
ＩＭＵ３６での積分の影響を低減している。第１実施形
態では、更に、移動体方位レジスタ６０の内容にこの移
動体方位増分ΔφvIMUを加算するための加算器６２を設
けている。移動体方位レジスタ６０上のデータは、移動
体方位データφvIMUとしてＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０
に供給される。なお、第１実施形態では、移動体方位レ
ジスタ６０上における移動体方位増分ΔφvIMUの積算に
先立ち初期値を与えるため、移動体方位レジスタ６０上
のデータを所定条件下で所定値φvIMU0にプリセットす
る必要がある。次に、第２実施形態では、第１実施形態
における遅延レジスタ５６及び加算器５８に代えて、Ｉ
ＭＵ３６からの移動体方位角速度データωvにサンプル
間隔Ｔを乗じて角度の次元に変換する掛算器６６を設
け、これによって移動体方位増分ΔφvIMUを求めてい
る。以後は第１実施形態と同様である。そして、第３実
施形態では、第１実施形態における遅延レジスタ５６、
加算器５８及び６２に代えて、ＩＭＵ３６からの移動体
方位データφvIMUを取り込む真北基準移動体方位レジス
タ６４を設け、真北基準移動体方位レジスタ６４上のデ
ータを移動体方位レジスタ６０に転送している。この実
施形態では移動体方位レジスタ６０への初期値φvIMU0
のプリセットは必要でない。
【００２９】また、移動体方位レジスタ６０上に移動体
方位増分ΔφvIMUを積算して移動体方位データφvIMUを
得る第１及び第２実施形態では、移動体方位バイアスレ
ジスタ６８と遅延レジスタ及び差分演算回路７０とを、
サーチのために用いている。即ち、ＡＺ−ＥＬ制御演算
回路５０から与えられるサーチ角φvIMUbiasを移動体方
位バイアスレジスタ６８に格納し、遅延レジスタ及び差
分演算回路７０が移動体方位バイアスレジスタ６８上の
サーチ角φvIMUbiasを所定時間遅延させてその前後での
サーチ角φvIMUbiasの増分ΔφvIMUbiasを求め、得られ
た増分ΔφvIMU biasを加算器６２に与えて移動体方位レ
ジスタ６０上の移動体方位データφvIMUを変化させてい
る。また、これらの実施形態では、ＡＺ−ＥＬ制御演算
回路５０から加算器６２にステップ角を与えることによ
り、ステップトラックに関わる回路を構成している。他
方、移動体方位レジスタ６０の内容を積算によらず逐次
更新していく第３実施形態では、真北基準移動体方位レ
ジスタ６４と移動体方位レジスタ６０の間に加算器７２
を設けている。即ち、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０から
移動体方位サーチ用バイアスレジスタ７４を介して加算
器７２に増分ΔφvI MUbiasを与えることにより、サーチ
に関わる回路を、またＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０から
のサーチ角を加算器７６によって移動体方位ステップト
ラック用バイアスレジスタ７８上に積算しその結果を加
算器７２に与えることにより、ステップトラックに関わ
る回路を、それぞれ構成している。
方位増分ΔφvIMUを積算して移動体方位データφvIMUを
得る第１及び第２実施形態では、移動体方位バイアスレ
ジスタ６８と遅延レジスタ及び差分演算回路７０とを、
サーチのために用いている。即ち、ＡＺ−ＥＬ制御演算
回路５０から与えられるサーチ角φvIMUbiasを移動体方
位バイアスレジスタ６８に格納し、遅延レジスタ及び差
分演算回路７０が移動体方位バイアスレジスタ６８上の
サーチ角φvIMUbiasを所定時間遅延させてその前後での
サーチ角φvIMUbiasの増分ΔφvIMUbiasを求め、得られ
た増分ΔφvIMU biasを加算器６２に与えて移動体方位レ
ジスタ６０上の移動体方位データφvIMUを変化させてい
る。また、これらの実施形態では、ＡＺ−ＥＬ制御演算
回路５０から加算器６２にステップ角を与えることによ
り、ステップトラックに関わる回路を構成している。他
方、移動体方位レジスタ６０の内容を積算によらず逐次
更新していく第３実施形態では、真北基準移動体方位レ
ジスタ６４と移動体方位レジスタ６０の間に加算器７２
を設けている。即ち、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０から
移動体方位サーチ用バイアスレジスタ７４を介して加算
器７２に増分ΔφvI MUbiasを与えることにより、サーチ
に関わる回路を、またＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０から
のサーチ角を加算器７６によって移動体方位ステップト
ラック用バイアスレジスタ７８上に積算しその結果を加
算器７２に与えることにより、ステップトラックに関わ
る回路を、それぞれ構成している。
【００３０】（３）装置動作…電源投入直後の目標サー
チ 次に、第１〜第３実施形態の動作に関し、装置実使用の
流れに沿って説明する。基本的な流れとしては、電源投
入直後に目標サーチを行い、これによって目標を捕捉す
るに至ったときはステップトラックによる目標追尾に移
り、追尾がはずれた（オフビームした）可能性があると
きには条件付きで目標サーチに移行する、という流れで
ある。この流れの中で、目標サーチについては、本願出
願人が特願平７−１９２７７２号にて提案した移動体方
位法、即ち移動体方位データφvI MUに変化を与えて目標
を探索する方法を採用している。また、ステップトラッ
クについては、移動体方位データφvIMUにステップ的変
化を与える移動体方位ステップトラックを行うこととし
ている。
チ 次に、第１〜第３実施形態の動作に関し、装置実使用の
流れに沿って説明する。基本的な流れとしては、電源投
入直後に目標サーチを行い、これによって目標を捕捉す
るに至ったときはステップトラックによる目標追尾に移
り、追尾がはずれた（オフビームした）可能性があると
きには条件付きで目標サーチに移行する、という流れで
ある。この流れの中で、目標サーチについては、本願出
願人が特願平７−１９２７７２号にて提案した移動体方
位法、即ち移動体方位データφvI MUに変化を与えて目標
を探索する方法を採用している。また、ステップトラッ
クについては、移動体方位データφvIMUにステップ的変
化を与える移動体方位ステップトラックを行うこととし
ている。
【００３１】目標のサーチに先だって、ＡＺ−ＥＬ制御
演算回路５０は、まず、ＧＰＳ受信機３８から移動体位
置データＰvGPSを入力する一方で記憶回路４６から最近
の目標位置データＰtSETを入力し、両者に基づいてＸ0
Ｙ0Ｚ0における目標の方位φt h及び仰角εth（又は俯角
θth）を求める。もし、ブロッキングその他の理由でＧ
ＰＳ受信機３８から移動体位置データＰvGPSが得られな
いのであれば、操作表示部４８の操作にて設定される又
は記憶回路４６に格納されている移動体位置データＰ
vSETを入力し、これと目標位置データＰtSETとに基づき
方位φth及び仰角εth（又は俯角θth）を求める。移動
体位置データＰvGPS又はＰvSETと目標位置データＰtSET
とに基づき方位φth及び仰角εth（又は俯角θth）を求
める式については、前述の通りである。第１及び第２実
施形態では、方位φth及び仰角εth（又は俯角θth）を
求めるのと同時に又は相前後して、ＡＺ−ＥＬ制御演算
回路５０が移動体方位データφvIMUの初期値φvIMU0を
移動体方位レジスタ６０にプリセットする。初期値φ
vIMU0としては、例えば、記憶回路４６上に格納されて
いる過去の移動体方位データφvIMUの中で最近のもの、
磁気コンパス４０からの移動体方位データφvMAG、操作
表示部４８にて設定される移動体方位データφvS ETを用
いることができる。第３実施形態では、初期値φvIMU0
の設定は不要である。
演算回路５０は、まず、ＧＰＳ受信機３８から移動体位
置データＰvGPSを入力する一方で記憶回路４６から最近
の目標位置データＰtSETを入力し、両者に基づいてＸ0
Ｙ0Ｚ0における目標の方位φt h及び仰角εth（又は俯角
θth）を求める。もし、ブロッキングその他の理由でＧ
ＰＳ受信機３８から移動体位置データＰvGPSが得られな
いのであれば、操作表示部４８の操作にて設定される又
は記憶回路４６に格納されている移動体位置データＰ
vSETを入力し、これと目標位置データＰtSETとに基づき
方位φth及び仰角εth（又は俯角θth）を求める。移動
体位置データＰvGPS又はＰvSETと目標位置データＰtSET
とに基づき方位φth及び仰角εth（又は俯角θth）を求
める式については、前述の通りである。第１及び第２実
施形態では、方位φth及び仰角εth（又は俯角θth）を
求めるのと同時に又は相前後して、ＡＺ−ＥＬ制御演算
回路５０が移動体方位データφvIMUの初期値φvIMU0を
移動体方位レジスタ６０にプリセットする。初期値φ
vIMU0としては、例えば、記憶回路４６上に格納されて
いる過去の移動体方位データφvIMUの中で最近のもの、
磁気コンパス４０からの移動体方位データφvMAG、操作
表示部４８にて設定される移動体方位データφvS ETを用
いることができる。第３実施形態では、初期値φvIMU0
の設定は不要である。
【００３２】この後、いずれの実施形態においても、Ａ
Ｚ−ＥＬ制御演算回路５０は、方位軸制御角及び仰角軸
制御角を演算決定し駆動回路２６及び２８に与える動作
を開始する。即ち、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、移
動体方位レジスタ６０上の移動体方位データφvIMU、Ｉ
ＭＵ３６からのロール角データｒ及びピッチ角データ
ｐ、並びに先だって求めた方位φth及び仰角εth又は俯
角θth）に基づき、方位軸制御角及び仰角軸制御角を決
定する。
Ｚ−ＥＬ制御演算回路５０は、方位軸制御角及び仰角軸
制御角を演算決定し駆動回路２６及び２８に与える動作
を開始する。即ち、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、移
動体方位レジスタ６０上の移動体方位データφvIMU、Ｉ
ＭＵ３６からのロール角データｒ及びピッチ角データ
ｐ、並びに先だって求めた方位φth及び仰角εth又は俯
角θth）に基づき、方位軸制御角及び仰角軸制御角を決
定する。
【００３３】電源投入直後においては、このようにして
決定された方位軸制御角及び仰角軸制御角に基づき方位
軸及び仰角軸を制御したとしても、一般に、指向性アン
テナ１０にて目標を直ちに捕捉することはできない。そ
こで、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、同期信号Ｓｙｎ
ｃが生じているか否かの判定（及び／又は受信レベルが
所定レベルを超えたか否かの判定）を行い、判定が成立
していないのであれば指向性アンテナ１０にて目標を捕
捉してはいないと見なす。捕捉してないと見なしたと
き、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、バイアスφ
vIMUbiasを移動体方位バイアスレジスタ６８に（第１及
び第２実施形態）又はその増分ΔφvIMUbiasを移動体方
位サーチ用バイアスレジスタ７４に（第３実施形態）与
え、移動体方位レジスタ６０上の移動体方位データφ
vIMUを変化させる。以後は、同期信号Ｓｙｎｃが生じて
いるか否かの判定（及び／又は受信レベルが所定レベル
を超えたか否かの判定）が成立するに至るまで、方位軸
制御角及び仰角軸制御角の決定及び出力、信号受信状態
の判定、並びに移動体方位データφvIMUの操作を繰り返
す。但し、この繰返しは、記憶回路４６から又は操作表
示部４８から与えられるサーチ範囲を限度として行い、
このサーチ範囲内で上述の判定が成立しないのであれ
ば、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、サーチ不成功であ
る旨を表示操作部４８を介して使用者に報知すると共
に、次回のサーチを自動的に開始させるためのタイマを
セットする。このタイマが計時を終了した時点で、目標
のサーチに係る手順が再実行される。
決定された方位軸制御角及び仰角軸制御角に基づき方位
軸及び仰角軸を制御したとしても、一般に、指向性アン
テナ１０にて目標を直ちに捕捉することはできない。そ
こで、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、同期信号Ｓｙｎ
ｃが生じているか否かの判定（及び／又は受信レベルが
所定レベルを超えたか否かの判定）を行い、判定が成立
していないのであれば指向性アンテナ１０にて目標を捕
捉してはいないと見なす。捕捉してないと見なしたと
き、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、バイアスφ
vIMUbiasを移動体方位バイアスレジスタ６８に（第１及
び第２実施形態）又はその増分ΔφvIMUbiasを移動体方
位サーチ用バイアスレジスタ７４に（第３実施形態）与
え、移動体方位レジスタ６０上の移動体方位データφ
vIMUを変化させる。以後は、同期信号Ｓｙｎｃが生じて
いるか否かの判定（及び／又は受信レベルが所定レベル
を超えたか否かの判定）が成立するに至るまで、方位軸
制御角及び仰角軸制御角の決定及び出力、信号受信状態
の判定、並びに移動体方位データφvIMUの操作を繰り返
す。但し、この繰返しは、記憶回路４６から又は操作表
示部４８から与えられるサーチ範囲を限度として行い、
このサーチ範囲内で上述の判定が成立しないのであれ
ば、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、サーチ不成功であ
る旨を表示操作部４８を介して使用者に報知すると共
に、次回のサーチを自動的に開始させるためのタイマを
セットする。このタイマが計時を終了した時点で、目標
のサーチに係る手順が再実行される。
【００３４】（４）装置動作…ステップトラック及び移
動体方位データφvIMUの更新 サーチの結果同期信号Ｓｙｎｃが生じているとの判定
（及び／又は受信レベルが所定レベルを超えたとの判
定）が成立するに至ったとき、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路
５０は、移動体方位データφvIMUによるステップトラッ
クを開始する。即ち、加算器６２（第１及び第２実施形
態）又は７６（第３実施形態）に正負いずれかの符号を
有するステップ角を与えることにより移動体方位データ
φvIMUをわずかに変化させてみて、その結果受信レベル
が上昇したのであれば同じ符号のステップ角を加算器６
２又は７６に与え、下降したのであれば異なる符号のス
テップ角を加算器６２又は７６に与える、という手順
で、指向性アンテナ１０の指向誤差を低減していく。
尚、機械軸の歪み等に対処するため、仰角軸に関しても
ステップトラックを行うのが好ましい。その際には、正
負いずれかの符号を有するステップ角を加えることによ
り仰角軸制御角のバイアス角又は仰角εthをわずかに変
化させてみて、その結果受信レベルが上昇したのであれ
ば同じ符号のステップ角を加え、下降したのであれば異
なる符号のステップ角を加える、という手順を、ＡＺ−
ＥＬ制御演算回路５０が実行する。
動体方位データφvIMUの更新 サーチの結果同期信号Ｓｙｎｃが生じているとの判定
（及び／又は受信レベルが所定レベルを超えたとの判
定）が成立するに至ったとき、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路
５０は、移動体方位データφvIMUによるステップトラッ
クを開始する。即ち、加算器６２（第１及び第２実施形
態）又は７６（第３実施形態）に正負いずれかの符号を
有するステップ角を与えることにより移動体方位データ
φvIMUをわずかに変化させてみて、その結果受信レベル
が上昇したのであれば同じ符号のステップ角を加算器６
２又は７６に与え、下降したのであれば異なる符号のス
テップ角を加算器６２又は７６に与える、という手順
で、指向性アンテナ１０の指向誤差を低減していく。
尚、機械軸の歪み等に対処するため、仰角軸に関しても
ステップトラックを行うのが好ましい。その際には、正
負いずれかの符号を有するステップ角を加えることによ
り仰角軸制御角のバイアス角又は仰角εthをわずかに変
化させてみて、その結果受信レベルが上昇したのであれ
ば同じ符号のステップ角を加え、下降したのであれば異
なる符号のステップ角を加える、という手順を、ＡＺ−
ＥＬ制御演算回路５０が実行する。
【００３５】また、その出力に直流バイアスやそれを積
分した誤差等が含まれているＩＭＵ３６を用いる第１及
び第２実施形態では、前述のように、移動体方位増分Δ
φvI MUを求めこれを移動体方位レジスタ６０上で積算す
ることにより、ＩＭＵ３６出力の誤差に対策している。
第１及び第２実施形態では、更に、移動体方位データφ
vIMUによるステップトラックを行っているときに適宜移
動体方位データφvGPSを利用して移動体方位レジスタ６
０上の移動体方位データφvIMUを更新することにより、
誤差の更なる低減を図っている。即ち、移動体方位レジ
スタ６０上の移動体方位データφvIMUが時間的な変動を
示しているか否かを判定し、示していないと判定された
ときには移動体方位データφvGPSに基づき算出した初期
値φvIMU 0を移動体方位レジスタ６０にセットする、と
いう手順を実行する。ここに、移動体方位データφvIMU
自体は積分による誤差を含むとしてもその時間変化自体
は比較的信頼できる。従って、移動体方位レジスタ６０
上の移動体方位データφvI MUの時間的変動に関し判定を
実行することにより、移動体が直進しているか否かを比
較的正確に知ることができる。移動体が直進しているの
であれば、移動体方位データφvGPSの値は比較的安定し
て一定値をとっているはずである。そこで、第１及び第
２実施形態では、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０がそのと
きの移動体方位データφvGPSに基づき初期値φvIMU0を
算出し、その結果得られた初期値φvIM U0を移動体方位
レジスタ６０にセットすることにより、移動体方位デー
タφvIMUに含まれる誤差をリセットしている。
分した誤差等が含まれているＩＭＵ３６を用いる第１及
び第２実施形態では、前述のように、移動体方位増分Δ
φvI MUを求めこれを移動体方位レジスタ６０上で積算す
ることにより、ＩＭＵ３６出力の誤差に対策している。
第１及び第２実施形態では、更に、移動体方位データφ
vIMUによるステップトラックを行っているときに適宜移
動体方位データφvGPSを利用して移動体方位レジスタ６
０上の移動体方位データφvIMUを更新することにより、
誤差の更なる低減を図っている。即ち、移動体方位レジ
スタ６０上の移動体方位データφvIMUが時間的な変動を
示しているか否かを判定し、示していないと判定された
ときには移動体方位データφvGPSに基づき算出した初期
値φvIMU 0を移動体方位レジスタ６０にセットする、と
いう手順を実行する。ここに、移動体方位データφvIMU
自体は積分による誤差を含むとしてもその時間変化自体
は比較的信頼できる。従って、移動体方位レジスタ６０
上の移動体方位データφvI MUの時間的変動に関し判定を
実行することにより、移動体が直進しているか否かを比
較的正確に知ることができる。移動体が直進しているの
であれば、移動体方位データφvGPSの値は比較的安定し
て一定値をとっているはずである。そこで、第１及び第
２実施形態では、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０がそのと
きの移動体方位データφvGPSに基づき初期値φvIMU0を
算出し、その結果得られた初期値φvIM U0を移動体方位
レジスタ６０にセットすることにより、移動体方位デー
タφvIMUに含まれる誤差をリセットしている。
【００３６】尚、移動体方位レジスタ６０上の移動体方
位データφvIMUの時間的変動は、例えば、所定長（例え
ば５〜１０秒）の監視期間に亘って移動体方位レジスタ
６０上の移動体方位データφvIMUの｜最大値−最小値
｜、分散等を監視することにより検出する。監視期間の
最初又は最後で移動体が急変針しているときに直進と判
定してしまうことがないようにするには、｜最大値−最
小値｜を判定の指標とした方がよい。また、監視期間
は、経時的に移動していく移動期間であってもよいし、
ある時点からある時点までというように固定されている
固定期間であってもよい。前述の区間データ記憶回路５
４は、この監視期間において収集した移動体方位データ
φvIMUや移動体方位データφvGPSを記憶する。ＡＺ−Ｅ
Ｌ制御演算回路５０は、記憶回路５４上の情報に基づ
き、上述の直進／変針判定を事後判定として、即ち対応
する監視期間の終了後に行う。直進と判定されたときに
初期値φvIMU0として用いられるのは、監視期間中に収
集したφvGPSの中で最新の値や、同監視期間中に収集し
た移動体方位データφvGPSの平均値であってもよいが、
この種の値に更に、監視期間終了後初期値φvIMU0を移
動体方位レジスタ６０にセットする直前までの移動体方
位データφvIMUの変化量を加算した値にするのが好まし
い。更に、同時に移動体方位データφvGPSについてもそ
の時間的変動を監視及び検出し、時間的変動が大きいと
きには移動体方位データφvGPS又はこれに基づき生成し
たデータによる初期値φvIMU0のプリセットをやめるよ
うにするのが、より好ましい。
位データφvIMUの時間的変動は、例えば、所定長（例え
ば５〜１０秒）の監視期間に亘って移動体方位レジスタ
６０上の移動体方位データφvIMUの｜最大値−最小値
｜、分散等を監視することにより検出する。監視期間の
最初又は最後で移動体が急変針しているときに直進と判
定してしまうことがないようにするには、｜最大値−最
小値｜を判定の指標とした方がよい。また、監視期間
は、経時的に移動していく移動期間であってもよいし、
ある時点からある時点までというように固定されている
固定期間であってもよい。前述の区間データ記憶回路５
４は、この監視期間において収集した移動体方位データ
φvIMUや移動体方位データφvGPSを記憶する。ＡＺ−Ｅ
Ｌ制御演算回路５０は、記憶回路５４上の情報に基づ
き、上述の直進／変針判定を事後判定として、即ち対応
する監視期間の終了後に行う。直進と判定されたときに
初期値φvIMU0として用いられるのは、監視期間中に収
集したφvGPSの中で最新の値や、同監視期間中に収集し
た移動体方位データφvGPSの平均値であってもよいが、
この種の値に更に、監視期間終了後初期値φvIMU0を移
動体方位レジスタ６０にセットする直前までの移動体方
位データφvIMUの変化量を加算した値にするのが好まし
い。更に、同時に移動体方位データφvGPSについてもそ
の時間的変動を監視及び検出し、時間的変動が大きいと
きには移動体方位データφvGPS又はこれに基づき生成し
たデータによる初期値φvIMU0のプリセットをやめるよ
うにするのが、より好ましい。
【００３７】（５）装置動作…ブロッキング／オフビー
ム判定と目標サーチへの移行 移動体方位データφvIMUによるステップトラックを行っ
ている状態で、あるとき同期信号Ｓｙｎｃが消失した
（又は受信レベルが顕著に落ちた）とする。このような
状況が生じるのは、建物等の遮蔽物により目標からの無
線信号が遮蔽されているとき（ブロッキング時）や、何
らかの現象により指向性アンテナ１０のビーム方向が目
標からはずれてしまったとき（オフビーム時）である。
ブロッキングであれば、指向性アンテナ１０の現在のビ
ーム方向をそのまま維持しておいても、移動体の移動に
よっていずれ目標を再捕捉できるのに対し、オフビーム
では一般にはそうはならない。そこで、第１〜第３実施
形態では、次のような手順を実行している。
ム判定と目標サーチへの移行 移動体方位データφvIMUによるステップトラックを行っ
ている状態で、あるとき同期信号Ｓｙｎｃが消失した
（又は受信レベルが顕著に落ちた）とする。このような
状況が生じるのは、建物等の遮蔽物により目標からの無
線信号が遮蔽されているとき（ブロッキング時）や、何
らかの現象により指向性アンテナ１０のビーム方向が目
標からはずれてしまったとき（オフビーム時）である。
ブロッキングであれば、指向性アンテナ１０の現在のビ
ーム方向をそのまま維持しておいても、移動体の移動に
よっていずれ目標を再捕捉できるのに対し、オフビーム
では一般にはそうはならない。そこで、第１〜第３実施
形態では、次のような手順を実行している。
【００３８】即ち、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、ま
ず、同期信号Ｓｙｎｃが消失している（又は受信レベル
が所定レベル以下に落ちている）状態が生じたときに
は、とりあえず所定時間（例えば５分）経過するのを待
つ。移動体方位データφvIMUにおける積分誤差の増大は
穏やかであるので、この程度の時間であれば、無視する
ことができる。この所定時間以内に同期信号Ｓｙｎｃが
消失している（又は受信レベルが所定レベル以下に落ち
ている）状態が解消したのであれば、ＡＺ−ＥＬ制御演
算回路５０は、前述したようなステップトラックを続け
る。逆に、この所定時間を経過してもそのような状態が
続いているのであれば、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０
は、オフビームが生じているかもしれないとみなし、移
動体が停止しているのか否かを移動体速度データＶvREV
に基づき判定する。移動体が停止しているのであれば、
ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、現時点での移動体方位
データφvIMUの周辺で目標をサーチする。その手順は前
述のものと同じである。尚、移動体が停止しているとの
判定の下に目標サーチを実行している間に移動体が移動
し始めたとしても、ＩＭＵ３６からの移動体方位データ
φvIMUがこの移動に応じて変化して行くから、目標のサ
ーチは継続できる。
ず、同期信号Ｓｙｎｃが消失している（又は受信レベル
が所定レベル以下に落ちている）状態が生じたときに
は、とりあえず所定時間（例えば５分）経過するのを待
つ。移動体方位データφvIMUにおける積分誤差の増大は
穏やかであるので、この程度の時間であれば、無視する
ことができる。この所定時間以内に同期信号Ｓｙｎｃが
消失している（又は受信レベルが所定レベル以下に落ち
ている）状態が解消したのであれば、ＡＺ−ＥＬ制御演
算回路５０は、前述したようなステップトラックを続け
る。逆に、この所定時間を経過してもそのような状態が
続いているのであれば、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０
は、オフビームが生じているかもしれないとみなし、移
動体が停止しているのか否かを移動体速度データＶvREV
に基づき判定する。移動体が停止しているのであれば、
ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、現時点での移動体方位
データφvIMUの周辺で目標をサーチする。その手順は前
述のものと同じである。尚、移動体が停止しているとの
判定の下に目標サーチを実行している間に移動体が移動
し始めたとしても、ＩＭＵ３６からの移動体方位データ
φvIMUがこの移動に応じて変化して行くから、目標のサ
ーチは継続できる。
【００３９】移動体が停止していないと判定されたとき
には、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、移動体が直進し
ているのかそれとも変針中であるのかを判定する。例え
ば、移動体方位レジスタ６０上の移動体方位データφ
vIMUが時間的な変動を示しているか否かを移動体方位レ
ジスタ６０上の移動体方位データφvIMUの｜最大値−最
小値｜、分散等の監視結果に基づき事後的に判定する、
という手順にて、直進／変針判定を行う。この監視につ
いては、移動体方位レジスタ６０上の移動体方位データ
φvIMUを補正乃至プリセットするときの監視手順と同様
の手順とすることができる。
には、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、移動体が直進し
ているのかそれとも変針中であるのかを判定する。例え
ば、移動体方位レジスタ６０上の移動体方位データφ
vIMUが時間的な変動を示しているか否かを移動体方位レ
ジスタ６０上の移動体方位データφvIMUの｜最大値−最
小値｜、分散等の監視結果に基づき事後的に判定する、
という手順にて、直進／変針判定を行う。この監視につ
いては、移動体方位レジスタ６０上の移動体方位データ
φvIMUを補正乃至プリセットするときの監視手順と同様
の手順とすることができる。
【００４０】その結果直進と判定されたときには、ＡＺ
−ＥＬ制御演算回路５０は、移動体方位データφ
vGPS（又はφvMAG）のばらつきをその｜最大値−最小値
｜、分散等から検出し、検出したばらつきが所定程度以
下であるときには目標方位φthと移動体方位データφ
vGPS（又はφvMAG）の差が所定程度以下であるか否かを
判定する。所定程度以下ならばブロッキングであると見
なせるため、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、現在の制
御状態を維持する。逆に、目標方位φthと移動体方位デ
ータφvGPS（又はφvMAG）の差が所定程度以下でないの
であれば、オフビームであると見なせる。
−ＥＬ制御演算回路５０は、移動体方位データφ
vGPS（又はφvMAG）のばらつきをその｜最大値−最小値
｜、分散等から検出し、検出したばらつきが所定程度以
下であるときには目標方位φthと移動体方位データφ
vGPS（又はφvMAG）の差が所定程度以下であるか否かを
判定する。所定程度以下ならばブロッキングであると見
なせるため、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５０は、現在の制
御状態を維持する。逆に、目標方位φthと移動体方位デ
ータφvGPS（又はφvMAG）の差が所定程度以下でないの
であれば、オフビームであると見なせる。
【００４１】第１及び第２実施形態の場合、オフビーム
であると判定したときには、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５
０は、現時点における移動体方位データφvGPSに基づき
算出した初期値φvIMU0を移動体方位レジスタ６０にセ
ットする。即ち、ステップトラック中に直進と判定され
たときと同様、移動体方位レジスタ６０上の移動体方位
データφvIMUを、より正確であろう値にプリセットして
いる。この補正に関しても、初期値φvIMU0として用い
られるのは、監視期間中に収集した移動体方位データφ
vGPSの中で最新の値や、同監視期間中に収集した移動体
方位データφvG PSの平均値であってもよいが、監視期間
終了後移動体方位データφvIMU0を移動体方位レジスタ
６０にセットする直前までの移動体方位データφvIMUの
変化量を加算した値にするのが好ましい。この補正によ
っても同期信号Ｓｙｎｃ（又は受信レベル信号ＲＬｅ
ｖ）が回復しなかったときには、現時点における移動体
方位データφvIMU、φvGPS若しくはφvMAG又はこれらを
結合させた値（平均値等）を始点として、前述の目標サ
ーチ手順を実行する。第３実施形態の場合、オフビーム
であると判定したときには、初期値φvIMU0を移動体方
位レジスタ６０にセットするステップを省略し、現時点
における移動体方位データφvIMUを始点として前述の目
標サーチ手順を実行する。
であると判定したときには、ＡＺ−ＥＬ制御演算回路５
０は、現時点における移動体方位データφvGPSに基づき
算出した初期値φvIMU0を移動体方位レジスタ６０にセ
ットする。即ち、ステップトラック中に直進と判定され
たときと同様、移動体方位レジスタ６０上の移動体方位
データφvIMUを、より正確であろう値にプリセットして
いる。この補正に関しても、初期値φvIMU0として用い
られるのは、監視期間中に収集した移動体方位データφ
vGPSの中で最新の値や、同監視期間中に収集した移動体
方位データφvG PSの平均値であってもよいが、監視期間
終了後移動体方位データφvIMU0を移動体方位レジスタ
６０にセットする直前までの移動体方位データφvIMUの
変化量を加算した値にするのが好ましい。この補正によ
っても同期信号Ｓｙｎｃ（又は受信レベル信号ＲＬｅ
ｖ）が回復しなかったときには、現時点における移動体
方位データφvIMU、φvGPS若しくはφvMAG又はこれらを
結合させた値（平均値等）を始点として、前述の目標サ
ーチ手順を実行する。第３実施形態の場合、オフビーム
であると判定したときには、初期値φvIMU0を移動体方
位レジスタ６０にセットするステップを省略し、現時点
における移動体方位データφvIMUを始点として前述の目
標サーチ手順を実行する。
【００４２】他方、変針と判定されたときには、ＡＺ−
ＥＬ制御演算回路５０は、所定時間を限度として、直進
との判定が成立するのを待つ。この所定時間が経過して
も直進との判定が成立するに至らなかったときは、ＡＺ
−ＥＬ制御演算回路５０は、オフビームと判定されたと
きと同様、前述の目標サーチ手順を実行する。なお、移
動体方位データφvGPSが得られないときには、ＡＺ−Ｅ
Ｌ制御演算回路５０は、移動体方位データφvMAGや移動
体方位データφvIMUに基づき、直進／変針判定及びブロ
ッキング／オフビーム判定を行う。
ＥＬ制御演算回路５０は、所定時間を限度として、直進
との判定が成立するのを待つ。この所定時間が経過して
も直進との判定が成立するに至らなかったときは、ＡＺ
−ＥＬ制御演算回路５０は、オフビームと判定されたと
きと同様、前述の目標サーチ手順を実行する。なお、移
動体方位データφvGPSが得られないときには、ＡＺ−Ｅ
Ｌ制御演算回路５０は、移動体方位データφvMAGや移動
体方位データφvIMUに基づき、直進／変針判定及びブロ
ッキング／オフビーム判定を行う。
【図１】 座標系の関係を示す図である。
【図２】 本発明の好適な実施形態の全体構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図３】 本発明の第１実施形態の要部構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図４】 本発明の第２実施形態の要部構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図５】 本発明の第３実施形態の要部構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
Ｘ0Ｙ0Ｚ0 基準座標系（水平真北座標系）、ＸＹＺ
移動体座標系、ｒ ロール、ｐ ピッチ、φv 移動体
方位、φth,εth,θth 目標の方位、仰角、俯角、Ｓｙ
ｎｃ 同期信号、ＲＬｅｖ 受信レベル信号、１０ 指
向性アンテナ、３４ ＡＺ−ＥＬ制御演算記憶回路、３
６ 慣性測定装置（ＩＭＵ）、３８ ＧＰＳ受信機、４
４ データ入力部、４６ 移動体データ及び目標データ
記憶回路、４８ 操作表示部、５０ ＡＺ−ＥＬ制御演
算回路、５４ 区間データ記憶回路、６０ 移動体方位
レジスタ、６２，７２ 加算器。
移動体座標系、ｒ ロール、ｐ ピッチ、φv 移動体
方位、φth,εth,θth 目標の方位、仰角、俯角、Ｓｙ
ｎｃ 同期信号、ＲＬｅｖ 受信レベル信号、１０ 指
向性アンテナ、３４ ＡＺ−ＥＬ制御演算記憶回路、３
６ 慣性測定装置（ＩＭＵ）、３８ ＧＰＳ受信機、４
４ データ入力部、４６ 移動体データ及び目標データ
記憶回路、４８ 操作表示部、５０ ＡＺ−ＥＬ制御演
算回路、５４ 区間データ記憶回路、６０ 移動体方位
レジスタ、６２，７２ 加算器。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 3/00 - 3/74 H01Q 3/00 - 3/20
Claims (7)
- 【請求項１】 人工衛星等の目標から送信される無線信
号を受信すべく車両等の移動体に搭載され、そのビーム
方向を方位軸回り及び仰角軸回りで制御可能な指向性ア
ンテナと、 方位軸制御角及び仰角軸制御角に従い上記指向性アンテ
ナのビーム方向を方位軸回り及び仰角軸回りで制御する
方位軸仰角軸制御手段と、 上記目標の位置を示す目標位置データ、上記移動体の位
置を示す移動体位置データ、上記移動体の傾斜角を示す
移動体傾斜角データ、及び慣性測定装置の出力をもとに
得られ上記移動体の進行方位を示す移動体方位データに
基づき、方位軸制御角及び仰角軸制御角を決定する制御
角決定手段と、 上記目標を上記指向性アンテナが捕捉していないと見な
せるときに、上記移動体方位データをその初期値から徐
々に変化させつつ上記制御角決定手段を動作させ、同時
に上記目標からの無線信号受信状態を監視することによ
り、当該無線信号受信状態が良好になるビーム方向をサ
ーチする仮想移動体方位法目標サーチ手段と、 上記移動体方位データを試行錯誤的に微小角度変化させ
つつ上記制御角決定手段を動作させ、この試行錯誤的な
変化の前後の無線信号受信状態を比較した結果に基づき
無線信号受信状態がより良好になるように上記移動体方
位データを変化させるという処理の繰返しを、上記仮想
移動体方位法目標サーチ手段によるサーチに成功した後
そのときの移動体方位データを初期値として開始する移
動体方位ステップトラック手段と、 を備え、上記移動体方位データにより上記目標のサーチ
及びステップトラックを実行することを特徴とする追尾
型アンテナ装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の追尾型アンテナ装置にお
いて、 上記移動体が直進しているときに、ＧＰＳ受信機から入
力した方位データを利用して上記移動体方位データをプ
リセットする移動体方位補正手段を備えることを特徴と
する追尾型アンテナ装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の追尾型アンテナ装置にお
いて、 上記移動体が停止又は直進しておりかつ上記目標からの
無線信号受信状態がオフビームにより所定程度以下まで
劣化したと見なせるときに、そのときの移動体方位デー
タ若しくはＧＰＳ受信機から入力した方位データ又はこ
れらを結合して生成した方位データを上記移動体方位デ
ータの初期値として、上記仮想移動体方位法目標サーチ
手段を動作させるオフビーム時目標サーチ移行手段を備
えることを特徴とする追尾型アンテナ装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の追尾型アンテナ装置にお
いて、 オフビーム時目標サーチ移行手段が、上記移動体が直進
しておりかつ上記目標からの無線信号受信状態がオフビ
ームにより所定程度以下まで劣化したと見なせるとき
に、まず、ＧＰＳ受信機から入力した方位データを利用
して上記移動体方位データをリセットし、その後も無線
信号受信状態が十分回復しないときに、そのときの移動
体方位データ若しくはＧＰＳ受信機から入力した方位デ
ータ又はこれらを結合して生成した方位データを上記移
動体方位データの初期値として、上記仮想移動体方位法
目標サーチ手段を動作させることを特徴とする追尾型ア
ンテナ装置。 - 【請求項５】 請求項３又は４記載の追尾型アンテナ装
置において、 無線信号受信状態が所定程度以下まで劣化したとき、そ
の劣化がブロッキングによるものなのかそれともオフビ
ームによるものなのかを、上記目標の方位とＧＰＳ受信
機から入力した方位データとに基づき判定するブロッキ
ング／オフビーム判定手段を備えることを特徴とする追
尾型アンテナ装置。 - 【請求項６】 請求項２乃至５記載の追尾型アンテナ装
置において、 上記移動体方位データ又はＧＰＳ受信機からの方位デー
タが所定の監視期間内に所定程度を下回るばらつきを呈
したときに、上記移動体が直進していると判定する直進
／変針判定手段を備えることを特徴とする追尾型アンテ
ナ装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至６記載の追尾型アンテナ装
置において、 上記仰角軸制御角に与えるバイアスを試行錯誤的に微小
角度変化させつつ上記方位軸仰角軸制御手段を動作さ
せ、この試行錯誤的な変化の前後の無線信号受信状態を
比較した結果に基づき無線信号受信状態がより良好にな
るように上記バイアスを変化させるという処理を、繰返
し実行する仰角ステップトラック手段を備えることを特
徴とする追尾型アンテナ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09169891A JP3142503B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 追尾型アンテナ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09169891A JP3142503B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 追尾型アンテナ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114729A JPH1114729A (ja) | 1999-01-22 |
| JP3142503B2 true JP3142503B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=15894886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09169891A Expired - Fee Related JP3142503B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 追尾型アンテナ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3142503B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102094756B1 (ko) * | 2019-03-12 | 2020-03-30 | 국방과학연구소 | 방향탐지 성능 개선을 위한 배열안테나의 능동지향 방법 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101062335B1 (ko) | 2010-12-06 | 2011-09-06 | 삼성탈레스 주식회사 | 이동체 신호 추적 장치 및 방법 |
| KR101258544B1 (ko) | 2012-10-10 | 2013-05-02 | 국방과학연구소 | 모의표적 및 이를 포함한 다중센서 표적추적시스템 |
| JP6581144B2 (ja) * | 2017-04-28 | 2019-09-25 | 株式会社東芝 | 衛星捕捉装置および衛星捕捉方法 |
| JP7106614B2 (ja) * | 2019-12-16 | 2022-07-26 | 株式会社東芝 | 衛星捕捉装置および衛星捕捉方法 |
| CN112993517B (zh) * | 2019-12-16 | 2024-03-29 | 株式会社东芝 | 卫星捕捉装置以及卫星捕捉方法 |
| KR102612606B1 (ko) * | 2023-05-25 | 2023-12-08 | 국방과학연구소 | 비행체의 비행자세 보상 장치 및 보상 방법, 이를 이용한 지상국의 비행자세 시뮬레이션 시스템 및 시뮬레이션 방법 |
-
1997
- 1997-06-26 JP JP09169891A patent/JP3142503B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102094756B1 (ko) * | 2019-03-12 | 2020-03-30 | 국방과학연구소 | 방향탐지 성능 개선을 위한 배열안테나의 능동지향 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1114729A (ja) | 1999-01-22 |
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