JP3249901B2 - 移動体用アンテナ装置およびその指向方向制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両などの移動体に搭
載されるアンテナ装置に係り、特に、受信強度に基づい
てアンテナの指向方向をステップ式に回転制御するよう
にした移動体用アンテナ装置と、その指向方向制御方法
とに関する。

【０００２】

【従来の技術】衛星を介して通信を行ったり衛星放送を
受信する場合、地上局側では、良好な受信品質を得るた
めに、指向性の鋭い高利得のアンテナが使用される。そ
して、このようなアンテナを車両等の移動体に搭載して
使用するのであれば、その移動体の走行状況や受信状況
に応じて、アンテナを方位角方向や仰角方向に回転させ
て指向方向を制御できる機構、つまり移動体の走行中に
も衛星を追尾できる機構を備えておく必要がある。

【０００３】例えば、車載用アンテナ装置において衛星
を追尾するために現在広く採用されている手法のひとつ
に、上下または左右の方向に一定の角度ずつアンテナの
指向方向を回転させながら受信状態を検出して、受信強
度がより大きい方向に指向方向を回転させるステップ式
追尾方式がある。このステップ式追尾方式に、移動体に
取り付けた車両センサ等により移動体の旋回状態を検出
して、移動体の旋回方向とは逆の方向にアンテナの指向
方向を回転させる制御を加えた追尾をすると、移動体が
旋回しているときにも衛星電波を捕捉することが容易に
なり、移動体の走行中に安定した受信強度が得やすくな
って受信性能の向上が図れる。

【０００４】このようなステップ式追尾方式を採用して
いる移動体用アンテナ装置は、図１のブロック図に示す
ように、アンテナ指向方向制御装置１０とアンテナ１６
と受信機１７とを備えた構成になっていて、このアンテ
ナ指向方向制御装置１０はさらに、角速度センサ１１と
Ａ／Ｄ変換器１２と演算装置１３と駆動回路１４と駆動
機構１５とから構成されている。

【０００５】ここで、アンテナ１６は、その指向方向を
機械的に変更させるものであり、誘起された受信信号を
受信機１７に出力する。この受信機１７は、アンテナ１
６からの受信信号を入力して検波や復調などの処理を行
うとともに、受信強度に比例した受信強度信号をＡ／Ｄ
変換器１２に出力する。角速度センサ１１は、仰角また
は方位角に対する移動体の旋回角速度を検出し、その旋
回角速度に応じた角速度信号をＡ／Ｄ変換器１２に出力
する。このＡ／Ｄ変換器１２は、入力された受信強度信
号と角速度信号をアナログ信号からディジタル信号に変
換して演算装置１３に出力する。演算装置１３は、受信
強度信号と角速度信号とに関するディジタル信号に基づ
いてパルス状のアンテナ回転指令信号とアンテナ回転方
向信号を駆動回路１４に出力する。この駆動回路１４
は、入力されたアンテナ回転指令信号を駆動信号に変換
する信号変換回路（図示せず）と、駆動信号を電力増幅
する信号増幅回路（図示せず）とを含み、アンテナ回転
指令信号が１パルス入力されると、アンテナ回転方向信
号にて指示される方向へ、１単位角度だけアンテナ１６
を回転させるように、駆動信号を駆動機構１５に出力す
る。駆動機構１５は、駆動によってアンテナ１６を仰角
方向または方位角方向へ機械的に回転させる機構で、駆
動信号で制御されるモータ（図示せず）と、このモータ
の回転をアンテナ１６の回転に変換する減速機（図示せ
ず）とを含む。

【０００６】以下、基本構成が図１に示すような移動体
用アンテナ装置において、従来採用されているアンテナ
の指向方向制御方法について説明する。

【０００７】図１に示す移動体用アンテナ装置に適用さ
れるステップ式追尾方式では、受信強度が低下した場合
に、角速度センサ１１により検出された角速度信号に基
づいて移動体の旋回状態を判定し、旋回状態をも考慮し
アンテナ１６の指向方向を制御して衛星を追尾する。す
なわち、移動体が旋回状態の時には、角速度信号に基づ
いて移動体の旋回方向を判定し、その旋回方向とは逆の
方向にアンテナ１６を１単位角度回転させた後に再び受
信強度を測定するという追尾動作が行われる。そして、
このとき移動体の旋回に対してアンテナ１６の回転が遅
れないようにするために、従来は、通常の旋回走行時に
予想される移動体の最大旋回角速度Ｖｍａｘよりも大き
な回転角速度を予め設定しておき、その回転角速度でア
ンテナ１６を高速回転させていた。

【０００８】さて、従来のステップ式追尾方式によるア
ンテナの指向方向制御方法を詳しく説明するため、方位
角に対してアンテナの指向方向を制御するものとして話
を進める。

【０００９】ただし、以後の説明では、移動体やアンテ
ナ１６が右に旋回（回転）したときに角速度が正の値を
とり、左に旋回（回転）したときに角速度が負の値をと
るものとする。また、アンテナ回転信号はディジタル信
号で、アンテナ回転方向信号のハイレベルは右方向のア
ンテナ１６の回転を、ローレベルは左方向のアンテナ１
６の回転を示す信号とする。また、角速度センサ１１が
出力する角速度信号は電圧出力であり、その大きさが移
動体の旋回角速度の大きさに比例し、その極性が移動体
の旋回方向により変化するものとする。すなわち、角速
度信号は右方向の旋回では正の電圧を出力し、左方向の
旋回では負の電圧を出力し、静止時または直進時には出
力電圧がゼロになるものとする。さらにまた、駆動機構
１５に内蔵されるモータをステッピングモータ、減速機
の減速比を１：１、ステッピングモータとアンテナ１６
の回転方向を同一とし、駆動回路１４に内蔵される信号
変換回路が、１パルスのアンテナ回転指令信号が入力さ
れたとき、アンテナ回転方向信号により指示される方向
に１単位角度だけステッピングモータを回転させるよう
に駆動信号を発生するものとする。例えば、１パルスの
アンテナ回転指令信号と、右方向を示すハイレベルのア
ンテナ回転方向信号とが、駆動回路１４に入力される
と、駆動機構１５内のステッピングモータが１単位角度
だけ右方向に回転し、減速機を介してその回転が伝達さ
れてアンテナ１６が右方向に同じ角度だけ回転するもの
とする。そして、ステップ式追尾を開始する直前に、衛
星電波の到来方向は既知で、アンテナ１６の指向方向が
衛星の方向に指向されているものとする。

【００１０】これらの前提条件を踏まえて話を進める
と、従来技術では、アンテナ指向方向制御装置１０にお
いて、まず、所定方向に指向されたアンテナ１６で衛星
電波が受信され、その電波に関する信号が受信機１７に
出力される。受信機１７では検波や復調などの処理が行
われるとともに、受信強度に比例した受信強度信号が検
出され、Ａ／Ｄ変換器１２に出力される。また、方位角
に対する移動体の旋回角速度が角速度センサ１１により
検出され、旋回角速度に比例した角速度信号がＡ／Ｄ変
換器１２に出力される。これらの受信強度信号と角速度
信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器１２にてアナログ信号か
らディジタル信号に変換されて演算装置１３に出力され
る。演算装置１３は、ディジタル信号に変換された受信
強度信号と角速度信号を用い、図９および図１０に示す
フローチャートに従ってアンテナ回転指令信号とアンテ
ナ回転方向信号を出力する。

【００１１】ここで、図９および図１０を参照しつつ、
演算装置１３の動作について詳述する。

【００１２】図９において、工程Ｓ１０１とＳ１０２で
は初期設定、Ｓ１０３からＳ１０６では受信強度信号と
角速度信号の取得と判定、Ｓ１０７からＳ１１５では移
動体直進時のステップ式追尾、Ｓ１１６からＳ１２３で
は移動体旋回時のステップ式追尾を行う。

【００１３】まず、初期設定として、Ｓ１０１において
アンテナ回転方向ＤＩＲを「左」に設定し、Ｓ１０２に
おいてアンテナ回転指令信号としてローレベルのディジ
タル信号を出力する。この初期設定は、ステップ式追尾
の開始時に１回だけ行われる。

【００１４】次に、受信強度信号ＬＥＶ１をＡ／Ｄ変換
器１２から取得し（Ｓ１０３）、このＬＥＶ１を受信強
度に関する閾値ＴＨと比較する（Ｓ１０４）。この閾値
ＴＨは、衛星捕捉を行ったときのピーク受信強度より僅
かに小さい値に設定されており、良好な受信状態である
かどうかを判定する判定基準として用いられる。Ｓ１０
４においてＬＥＶ１≧ＴＨとなる「Ｎｏ」の場合には、
受信強度が十分あるので受信強度信号の取得工程（Ｓ１
０３）に戻るが、ＬＥＶ１＜ＴＨとなる「Ｙｅｓ」の場
合には何らかの原因により受信強度が低下しているの
で、ステップ式追尾動作を行うためにＳ１０５へ移る。

【００１５】Ｓ１０５では、移動体の角速度信号ＶをＡ
／Ｄ変換器１２から取得し、Ｓ１０６でＶの値を角速度
信号に関する閾値ΔＶと比較する。この閾値ΔＶは、静
止時における角速度信号（Ｖ＝０）に対して僅かに大き
な値に設定され、移動体が直進しているか旋回している
かを判定する判定基準として用いられる。ここで、Ｓ１
０６において｜Ｖ｜＜ΔＶとなる「Ｙｅｓ」の場合に
は、移動体が直進または緩やかに旋回している場合であ
り、便宜上、直進時と呼び、また、｜Ｖ｜≧ΔＶとなる
「Ｎｏ」の場合には、移動体がΔＶ以上の角速度で右ま
たは左方向に旋回している場合であり、便宜上、旋回時
と呼ぶ。

【００１６】まず、直進時のステップ式追尾はＳ１０７
からＳ１１５の工程で行われ、現在のアンテナ指向方向
における受信強度信号ＬＥＶ１を基準にして、左右に１
単位角度ずつ離れた指向方向における受信強度信号ＬＥ
Ｖ２，ＬＥＶ３を比較し、これら３方向の中で受信強度
がＬＥＶ１以上である方向にアンテナ１６が指向するよ
うに、アンテナ回転信号を駆動回路１４に出力する。

【００１７】すなわち、まず現在設定されているアンテ
ナ回転方向ＤＩＲ（例えば左）へ、アンテナ１６を１単
位角度だけ回転させ（Ｓ１０７）、そこでの受信強度信
号ＬＥＶ２を取得して（Ｓ１０８）、このＬＥＶ２と基
準方向での受信強度信号ＬＥＶ１とを比較する（Ｓ１０
９）。Ｓ１０９においてＬＥＶ２≧ＬＥＶ１となる「Ｎ
ｏ」の場合には、基準方向よりもＤＩＲ側（例えば左）
へ１単位角度回転させたときの受信強度のほうが高いの
で、この回転後のアンテナ１６の指向方向を新たな基準
方向としてＳ１０３へ戻る。一方、Ｓ１０９においてＬ
ＥＶ２＜ＬＥＶ１となる「Ｙｅｓ」の場合には、基準方
向の反ＤＩＲ側（例えば右側）での受信強度信号をＬＥ
Ｖ１と比較するために、アンテナ回転方向ＤＩＲを反転
させて（Ｓ１１０）、新たに設定した回転方向ＤＩＲへ
アンテナ１６を２単位角度だけ回転させ（Ｓ１１１）、
そこでの受信強度信号ＬＥＶ３を取得し（Ｓ１１２）、
このＬＥＶ３と基準方向での受信強度信号ＬＥＶ１とを
比較する（Ｓ１１３）。そして、Ｓ１１３においてＬＥ
Ｖ３≧ＬＥＶ１となる「Ｎｏ」の場合には、このＬＥＶ
３を取得した指向方向を新たな基準方向としてＳ１０３
へ戻るが、ＬＥＶ３＜ＬＥＶ１となる「Ｙｅｓ」の場合
には、結局、基準方向における受信強度信号ＬＥＶ１が
一番高いので、指向方向をもとの基準方向に戻すため、
まずアンテナ回転方向ＤＩＲを再度反転させて（Ｓ１１
４）、新たに設定した回転方向ＤＩＲ（例えば左）へア
ンテナ１６を１単位角度だけ回転させ（Ｓ１１５）、し
かる後、Ｓ１０３へ戻る。

【００１８】次に、旋回時のステップ式追尾はＳ１１６
からＳ１２３の工程で行われ、アンテナ１６を基準方向
に向けて得られた受信強度信号ＬＥＶ１と、基準方向に
向けたアンテナ１６を移動体の旋回方向とは逆の方向に
１単位角度だけ回転させたときに得られた受信強度信号
ＬＥＶ４とを比較し、これら２方向の中で受信強度がＬ
ＥＶ１以上である方向にアンテナ１６が指向するよう
に、アンテナ回転信号を駆動回路１４に出力する。

【００１９】すなわち、まず、先の工程Ｓ１０５にて取
得した角速度信号Ｖの極性を判定して移動体の旋回方向
を検出し（Ｓ１１６）、アンテナ回転方向ＤＩＲを移動
体の旋回方向とは逆の方向とする（Ｓ１１７またはＳ１
１８）。例えば、Ｓ１１６でＶ＜０となる「Ｙｅｓ」の
場合には、移動体の旋回方向は左なので、Ｓ１１７にお
いてアンテナ回転方向ＤＩＲは「右」に設定される。次
に、ＤＩＲ方向にアンテナ１６を１単位角度だけ回転さ
せて（Ｓ１１９）、そこでの受信強度信号ＬＥＶ４を取
得し（Ｓ１２０）、このＬＥＶ４と基準方向での受信強
度信号ＬＥＶ１とを比較する（Ｓ１２１）。そして、Ｓ
１２１においてＬＥＶ４≧ＬＥＶ１となる「Ｎｏ」の場
合には、基準方向よりもＤＩＲ側（例えば右）へ１単位
角度回転させたときの受信強度のほうが高いので、この
回転後のアンテナ１６の指向方向を新たな基準方向とし
てＳ１０３へ戻る。一方、Ｓ１２１においてＬＥＶ４＜
ＬＥＶ１となる「Ｙｅｓ」の場合には、アンテナ１６が
基準方向に向いていたときの受信強度のほうが高いの
で、指向方向をもとの基準方向に戻すため、まずアンテ
ナ回転方向ＤＩＲを反転させて（Ｓ１２２）、新たに設
定した回転方向ＤＩＲ（例えば左）へアンテナ１６を１
単位角度だけ回転させ（Ｓ１２３）、しかる後、Ｓ１０
３へ戻る。

【００２０】なお、図９において、例えばＳ１０７に示
す「ＤＩＲへ１単位回転」のように、アンテナ１６をＭ
単位回転させる際には、図１０に示す工程に従って得ら
れるアンテナ回転信号が出力される。このアンテナ回転
信号とは、先述したように、アンテナ１６の回転方向を
指定するアンテナ回転方向信号と、１パルスのハイとロ
ーの期間の計時を繰り返すことによって生成される所定
パルス数のアンテナ回転指令信号とである。

【００２１】図１０に示す工程について説明すると、ま
ず、指定されたアンテナ回転方向ＤＩＲを参照して（Ｓ
１２４）、その方向に対応するアンテナ回転方向信号を
出力する（Ｓ１２５またはＳ１２６）。例えば、回転方
向ＤＩＲが右であれば、Ｓ１２６においてアンテナ回転
方向信号として、右方向を示すハイレベルのディジタル
信号を出力する。続いて、計時のために予め設定されて
いる所定値Ｎ１をバッファＮにセットし（Ｓ１２８）、
このバッファＮの値をカウンタＣＮＴにセットする（Ｓ
１２９）とともに、アンテナ回転指令信号にハイを出力
して（Ｓ１３０）、ハイ期間を計時する（Ｓ１３１およ
びＳ１３２）。続いて、再びバッファＮの値をカウンタ
ＣＮＴにセットし（Ｓ１３３）、今度はアンテナ回転指
令信号にローを出力して（Ｓ１３４）、ロー期間を計時
する（Ｓ１３５およびＳ１３６）。このようにしてＳ１
２９からＳ１３６を経ることにより、１パルスのアンテ
ナ回転指令信号が出力される。ここでは、Ｍパルスのア
ンテナ回転指令信号を出力してアンテナ１６をＭ単位回
転させるので、パルス数Ｍから１を減じて更新し（Ｓ１
３７）、次いでＭの値を参照して（Ｓ１３８）、Ｍ≠０
であればＳ１２９に戻ってアンテナ回転指令信号の出力
を繰り返し、Ｍ＝０であれば、指定された単位数のアン
テナ１６の回転が終了したので呼出側に戻る。

【００２２】次に、図１０に示すＳ１２８で使用した計
時のための値Ｎ１について説明する。

【００２３】移動体の旋回に対してアンテナ１６の衛星
追尾動作が遅れないようにするため、従来技術では先述
したように、通常の旋回走行時に予想される移動体の最
大旋回角速度Ｖｍａｘよりも大きな回転角速度でアンテ
ナ１６を回転させるように設定している。すなわち、ア
ンテナ１６の回転角速度として従来は、図１３に示すよ
うに、｜Ａ１｜＞｜Ｖｍａｘ｜を満足する値Ａ１（度／
秒）を予め設定しておき、移動体の旋回角速度Ｖ（度／
秒）が正のときにアンテナ１６を−Ａ１（度／秒）の回
転角速度で回転駆動し、Ｖが負のときにアンテナ１６を
＋Ａ１（度／秒）の回転角速度で回転駆動していた。こ
こで、Ａ１の符号は、アンテナ１６の回転方向を移動体
の旋回方向とは逆向きに設定することを示すために付け
ている。したがって、１パルスのアンテナ回転指令信号
でアンテナ１６が回転する単位角度をΔφ（度）とする
と、Ａ１（度／秒）でアンテナ１６を回転させるために
は、駆動パルスをＡ１／Δφ（Ｈｚ）の周波数で出力す
ることになり、１パルス当たりの時間間隔はΔφ／Ａ１
（秒）となる。一方、１パルスの計時を図１０に示すよ
うなカウンタＣＮＴを用いて行う場合、１カウントに必
要な時間をｔｃ（秒）とすると、１パルスのハイまたは
ローの期間の計時時間はいずれもｔｃ・Ｎ１（秒）であ
るから、１パルスの計時時間は２ｔｃ・Ｎ１（秒）とな
る。つまり、計時のための値Ｎ１として、従来は、Ｎ１
＜Δφ／（２｜Ｖｍａｘ｜・ｔｃ）を満足するような所
定値Ｎ１＝Δφ／（２｜Ａ１｜・ｔｃ）を予め設定して
おくことにより、アンテナ１６の衛星追尾動作が移動体
の旋回に対して遅れないようにしていた。

【００２４】さて、演算装置１３における従来技術の動
作説明が終了したので、再び図１に戻ると、図９と図１
０に示す工程に従って生成されたアンテナ回転信号が演
算装置１３から駆動回路１４に出力される。駆動回路１
４は１パルスのアンテナ回転指令信号とアンテナ回転方
向信号を入力すると、指定された回転方向に１単位角度
だけステッピングモータを回転させるように駆動信号を
駆動機構１５に出力する。これにより、駆動機構１５の
ステッピングモータが指定された回転方向に１単位角度
だけ回転し、減速機を介してその回転が伝達されて、ア
ンテナ１６がステッピングモータと同じ回転方向に１単
位角度だけ方位角に対して回転される。移動体が旋回し
ていれば、ステッピングモータの回転方向は、移動体の
旋回方向とは逆の方向であるから、アンテナ１６も移動
体の旋回方向とは逆の方向に回転する。このような動作
過程を経て、ステップ式追尾がなされていた。

【００２５】次に、図９と図１０のフローチャートに示
した従来のステップ式追尾によるアンテナ１６の回転の
様子を、図１１に示す具体例を用いて説明する。なお、
図１１は、移動体が左方向に加減速しながら旋回したと
きの各種データの時間変化を示しており、同図（ａ）は
移動体の旋回角速度の時間変化、同図（ｂ）は衛星方向
を基準とした移動体の旋回角度とアンテナの指向角度の
時間変化、同図（ｃ）は受信強度の時間変化、同図
（ｄ）はアンテナ回転指令信号の時間変化、同図（ｅ）
はアンテナ回転方向信号の時間変化である。

【００２６】図１１において、時間ｔ１までは移動体が
旋回していないので旋回角速度はゼロであり、このとき
受信強度は同図（ｃ）に示すように閾値ＴＨより大きく
なっているので、受信強度信号ＬＥＶ１を取得する工程
（Ｓ１０３）を繰り返し、その間、アンテナ回転指令信
号は出力されないのでアンテナ１６は回転しない。

【００２７】時間ｔ１から移動体が加速しながら左旋回
を始めるので、図１１（ａ）に示すように負の旋回角速
度が検出されるようになり、時間ｔ２に至るまでの間、
その角速度の大きさは徐々に増していく。このとき、ア
ンテナ１６は移動体に対して停止しているので、図１１
（ｂ）に示すようにアンテナ１６の指向方向は次第に衛
星方向から離れていく。そのため同図（ｃ）に示すよう
に受信強度が徐々に低下するが、受信強度が閾値ＴＨ以
上である間は、受信強度信号ＬＥＶ１を取得する工程
（Ｓ１０３）を繰り返し、アンテナ１６は回転しない。

【００２８】しかし、時間ｔ２に至る直前で、図１１
（ｃ）に示すように受信強度が閾値ＴＨより小さくなる
ので、移動体の角速度信号を取得して閾値ΔＶと比較し
（Ｓ１０５とＳ１０６）、この場合、同図（ａ）に示す
ように、移動体の旋回角速度の大きさ｜Ｖ｜は閾値ΔＶ
より大きいので、Ｓ１０６からＳ１１６へと移行して旋
回時のステップ式追尾が行われる。すなわち、いま、移
動体は左方向に旋回しているので旋回角速度Ｖは負であ
り、よってアンテナ回転方向ＤＩＲは「右」に設定され
る（Ｓ１１７）。続いて、アンテナ１６がＤＩＲの方向
である右方向に１単位角度だけ回転されて（Ｓ１１
９）、受信強度信号ＬＥＶ４が取り込まれる（Ｓ１２
０）。このとき、図１１（ｅ）に示すようにアンテナ回
転方向信号として右方向を示すハイレベルの信号が出力
されるとともに、同図（ｄ）に示すようにアンテナ回転
指令信号として１パルスの信号が出力される。

【００２９】さて、移動体が左旋回しているときにアン
テナ１６を右方向へ１単位角度回転させると、アンテナ
１６の指向方向が衛星方向に近付いて、回転後の受信強
度信号ＬＥＶ４のほうが回転前の受信強度信号ＬＥＶ１
よりも大きくなるので、Ｓ１２１からＳ１０３へと戻
る。この工程を繰り返して受信強度が閾値ＴＨより大き
くなった時点で旋回時のステップ式追尾が一旦終わる。
この具体例では、図１１（ｄ）に示すように、アンテナ
回転指令信号を３パルス出力したところで受信強度が閾
値ＴＨより大きくなるので、時間ｔ２から微小時間経過
した時点で旋回時のステップ式追尾が一旦終了する。そ
の後、時間ｔ３に至るまでの間、アンテナ１６は移動体
に対して回転しないが、移動体は左旋回を続けるので、
再びアンテナ１６の指向方向は衛星方向から徐々に離れ
ていき、よって受信強度は徐々に低下する。その結果、
時間ｔ３の直前で、受信強度は再び閾値ＴＨより小さく
なり、時間ｔ２において行われた前記ステップ式追尾と
同様の制御が再度行われる。以後、移動体の左旋回が完
了する時間ｔ１４に至るまでの間、同様の追尾制御が繰
り返される。

【００３０】このように、移動体直進時のステップ式追
尾だけでなく、図９のＳ１１６からＳ１２３に示す移動
体旋回時のステップ式追尾が行えるような制御方法を採
用していることにより、車両等の移動体が右または左に
旋回しているときにもアンテナ１６の指向方向を衛星電
波の到来方向に速やかに向けることができ、且つ旋回終
了後には直進時のステップ式追尾に戻り、移動体の走行
中に安定した受信強度が得られている。

【００３１】なお、上述した従来技術においては、方位
角に対してアンテナの指向方向を制御する場合について
説明したが、仰角に対してアンテナの指向方向を制御す
る場合の動作も同様である。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のステ
ップ式追尾では、アンテナ回転指令信号のパルス間隔を
極力短くして、先述したように、通常の旋回走行時に予
想される移動体の最大旋回角速度Ｖｍａｘよりも大きな
一定の回転角速度でアンテナを高速回転させるように設
定しているが、このような追尾を行った場合、アンテナ
の回転が不安定になって受信状態に悪影響を及ぼす心配
があった。これは、アンテナ自体の慣性と、そのアンテ
ナの制御時の回転角速度が高速であることに起因してお
り、具体的には、移動体旋回時のステップ式追尾で機械
的に微小角度だけ高速回転させたアンテナを停止させる
際に、相応の慣性を有するアンテナが瞬時には停止せず
減衰振動しながら停止するためである。

【００３３】図１２は図１１（ｃ）中の破線で囲んだ部
分の拡大図である。従来技術によるステップ式追尾で
は、追尾中のアンテナの回転角速度が大きいので、回転
を停止させた直後に、指向性の鋭いアンテナが慣性によ
って大きく振動し、そのため図１２に実線で示すように
受信強度に大きな振れが発生する。そして、このように
受信強度の振れ幅が大きいと、アンテナの回転停止直後
の振動によって受信強度が閾値ＴＨを下回ってしまうと
いう現象が起こりやすい。その結果、アンテナの指向方
向が衛星方向に設定されているにも拘らず、アンテナ指
向方向制御装置がステップ式追尾動作を再開してしまう
という誤動作を招来しやすい。

【００３４】本発明はこのような従来技術の不備を解決
するためになされたもので、その第１の目的は、移動体
の旋回時の受信状態が良好な移動体用アンテナ装置を提
供することにある。また、本発明の第２の目的は、ステ
ップ式追尾でアンテナの振動に起因する誤動作が防止で
きる、移動体用アンテナ装置の指向方向制御方法を提供
することにある。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本発明の上述した第１の
目的は、移動体に搭載されて該移動体に対し回動可能な
アンテナと、このアンテナを方位角方向もしくは仰角方
向に回転駆動する回転駆動手段と、前記アンテナで受信
した受信信号の強度を検出する受信強度検出手段と、前
記移動体の旋回角速度の大きさを示す旋回角速度情報と
該移動体の旋回方向を示す旋回方向情報とを出力する旋
回角速度検出手段と、前記受信信号の強度と前記旋回角
速度情報と前記旋回方向情報とに基づいて前記回転駆動
手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段に、前
記アンテナの回転角速度を前記旋回角速度の大きさに応
じて増減させるための演算手段を設けることによって達
成される。

【００３６】また、本発明の上述した第２の目的は、移
動体に搭載したアンテナにて受信された受信信号の強度
が所定値以下で、且つ前記移動体が旋回状態であるとき
に、前記移動体の旋回角速度に比例した繰り返し周波数
を有する駆動パルス群をステッピングモータに加え、こ
のステッピングモータによって前記アンテナを前記移動
体の旋回方向とは逆の方向に回転を開始し、前記アンテ
ナにて受信された受信信号の強度が所定値以上に達した
ときに、前記駆動パルス群を前記ステッピングモータに
加えるのを停止して前記アンテナの回転を停止させると
いう制御方法を採用することによって達成される。

【００３７】

【作用】移動体の旋回角速度の大きさに応じてアンテナ
の回転角速度が制御され、必要以上に高速でアンテナが
回転しないので、回転停止時に発生するアンテナの機械
的な振動が抑えられ、その振動に伴う受信強度の振れ幅
が小さいので誤動作しない。また、アンテナの回転動作
も安定である。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００３９】図２ないし図６は本発明の一実施例を説明
するためのもので、この実施例は、図１のブロック図に
示すような基本構成の移動体用アンテナ装置におけるア
ンテナ１６の指向方向制御方法が、前記従来例に比べて
改善されており、その制御方法による処理は、アンテナ
指向方向制御装置１０の演算装置１３において、図２と
図３に示す工程に従って行われる。なお、本実施例にお
ける演算装置１３を除く構成要素は前記従来例と同等な
ので、それらの説明は省略する。

【００４０】まず、本実施例で採用したステップ式追尾
によるアンテナ１６の指向方向制御方法の概略について
述べると、前記従来例と同様に、アンテナ１６の受信強
度が低下した場合に、角速度センサ１１からの角速度信
号を基に移動体の旋回状態を判定し、直進時のステップ
式追尾と旋回時のステップ式追尾とに適宜切り替えて衛
星を追尾する。ただし、本実施例では旋回時のステップ
式追尾を行う際に、図６に示す如く、アンテナ１６の回
転角速度Ａが移動体の旋回角速度Ｖに比例し、且つ｜Ａ
｜＞｜Ｖ｜となるように、つまりＡ＝−ｃＶ（ただしｃ
＞１）となるように、アンテナ１６の回転角速度を制御
している点が、従来例と大きく異なっている。すなわ
ち、本実施例では、必要以上に高速でアンテナ１６を回
転させないように配慮してあり、移動体の旋回角速度が
小さいときにはアンテナ１６を比較的小さな角速度で回
転させてステップ式追尾が行えるようになっている。こ
うすることによってアンテナ１６の回転停止に伴う機械
的な振動が防止され、受信信号の振れが低減されてい
る。なお、Ａ＝−ｃＶのマイナス符号は、アンテナ１６
の回転方向を移動体の旋回方向とは逆向きに設定するこ
とを意味している。

【００４１】次に、本実施例で採用した指向方向制御方
法の詳細について、図２と図３に示すステップ式追尾の
フローチャートを参照しながら、方位角に対してアンテ
ナ１６の指向方向を制御するものとして説明する。な
お、アンテナ１６を回転制御する全体の流れを示してい
る図２は、従来例の説明に用いた図９と同等となるの
で、そこでの動作説明は適宜省略し、アンテナ回転信号
の出力方法を示している図３での工程を詳細に説明す
る。また、この指向方向制御方法を説明するにあたって
の前提条件は、従来例の場合と同じである。

【００４２】図３のフローチャートは、アンテナ回転方
向ＤＩＲの方向にアンテナ１６をＭ単位回転させる場合
の工程を示しており、その基本的な処理は、指定された
方向のアンテナ回転方向信号を出力するとともに、１パ
ルスのハイとローの期間の計時を繰り返すことにより所
定パルス数のアンテナ回転指令信号を出力するというも
のである。

【００４３】図３のフローチャートでは、まず、指定さ
れたアンテナ回転方向ＤＩＲを参照し（Ｓ２４）、その
方向に対応するアンテナ回転方向信号を出力する（Ｓ２
５またはＳ２６）。次に、図２の工程Ｓ５で取得した移
動体の角速度信号を閾値ΔＶと比較し（Ｓ２７）、移動
体の旋回角速度の大きさ｜Ｖ｜が閾値ΔＶより小さい
「Ｙｅｓ」の場合には、移動体が直進または緩やかに旋
回しているので、計時のための所定値として、移動体直
進時のステップ式追尾に対応する値Ｎ３をバッファＮに
セットする（Ｓ２８）。これに対し、｜Ｖ｜≧ΔＶで判
定結果が「Ｎｏ」の場合には、移動体が閾値ΔＶ以上の
角速度で右または左方向に旋回しているので、移動体旋
回時のステップ式追尾に対応する計時のための値Ｎ２を
計算し（Ｓ３９）、これをバッファＮにセットする（Ｓ
４０）。なお、値Ｎ２，Ｎ３の設定方法については後述
する。

【００４４】Ｓ２９からＳ３８までの工程は、従来例に
おけるＳ１２９からＳ１３８までの工程と同様の動作が
行われる。すなわち、バッファＮの値をカウンタＣＮＴ
にセットした（Ｓ２９）後、アンテナ回転指令信号にハ
イを出力して（Ｓ３０）、ハイ期間を計時し（Ｓ３１お
よびＳ３２）、続いて、再びバッファＮの値をカウンタ
ＣＮＴにセットし（Ｓ３３）、今度はアンテナ回転指令
信号にローを出力して（Ｓ３４）、ロー期間を計時する
（Ｓ３５およびＳ３６）。このようにＳ２９からＳ３６
を経ることにより、１パルスのアンテナ回転指令信号が
出力される。ここでは、Ｍパルスのアンテナ回転指令信
号を出力してアンテナ１６をＭ単位回転させるので、パ
ルス数Ｍから１を減じて更新した（Ｓ３７）後、Ｍの値
を参照して（Ｓ３８）、Ｍ≠０の場合にはＳ２９へ戻っ
てアンテナ回転指令信号の出力を繰り返し、Ｍ＝０の場
合には、指定された単位数のアンテナ１６の回転が終了
したので、呼出側に戻る。

【００４５】ここで、計時のための値Ｎ２，Ｎ３につい
て説明する。

【００４６】移動体の旋回時には、角速度センサ１１に
より検出される旋回角速度Ｖ（度／秒）に対して、アン
テナ１６の回転角速度Ａ（度／秒）が、｜Ａ｜＝ｃ｜Ｖ
｜となるように設定する（ただし、ｃ＞１）。ここで、
１パルスのアンテナ回転指令信号でアンテナ１６が回転
する単位角度をΔφ（度）とすると、Ａ（度／秒）でア
ンテナ１６を回転させるためには、アンテナ回転指令信
号を、｜Ａ｜／Δφ＝ｃ｜Ｖ｜／Δφ（Ｈｚ）の周波数
で出力すればよく、このとき、１パルス当たりの時間間
隔は、Δφ／｜Ａ｜＝Δφ／ｃ｜Ｖ｜（秒）となる。一
方、計時を図３に示すようなカウンタＣＮＴを用いて行
う場合、１カウントに必要な時間をｔｃ（秒）とする
と、１パルスのハイまたはローの期間の計時時間はいず
れもｔｃ・Ｎ２（秒）であるから、１パルスの計時時間
は２ｔｃ・Ｎ２（秒）となる。したがって、移動体旋回
時の計時の値Ｎ２は、Ｎ２＝Δφ／（２ｃ・｜Ｖ｜・ｔ
ｃ）として計算し、移動体の旋回角速度の大きさ｜Ｖ｜
に反比例するＮ２を設定すれば良い。

【００４７】また、移動体の直進時には、｜Ａ｜＝ｃ｜
ΔＶ｜となるように設定するので、移動体直進時の計時
の値Ｎ３は、Ｎ２の場合と同様の計算をすると、Ｎ３＝
Δφ／（２ｃ・｜ΔＶ｜・ｔｃ）となるように設定すれ
ば良い。

【００４８】次に、図２と図３に示す本実施例のステッ
プ式追尾の工程を、図４に示す具体例を用いて説明す
る。なお、図４は、移動体が従来例（図１１参照）と同
様の角速度変化で左方向に加減速しながら旋回したとき
の各種データの時間変化を示しており、同図（ａ）は移
動体の旋回角速度の時間変化、同図（ｂ）は衛星方向を
基準とした移動体の旋回角度とアンテナの指向角度の時
間変化、同図（ｃ）は受信強度の時間変化、同図（ｄ）
はアンテナ回転指令信号の時間変化、同図（ｅ）はアン
テナ回転方向信号の時間変化である。

【００４９】図４を図１１と見比べれば明らかなよう
に、本実施例と従来例との相違点は、アンテナ回転指令
信号の出力方法にある。例えば、図２の工程Ｓ３で得ら
れる受信強度は時間ｔ２の直前で閾値ＴＨより小さくな
るので、角速度信号Ｖを取得して閾値ΔＶと比較する工
程が行われ（Ｓ５とＳ６）、この場合、移動体の旋回角
速度の大きさ｜Ｖ｜は閾値ΔＶより大きいので、Ｓ１６
以降の旋回時のステップ式追尾に移行して、時間ｔ３の
直前で受信強度が閾値ＴＨ以上となるまで、Ｓ３〜Ｓ６
→Ｓ１６→Ｓ１７→Ｓ１９〜Ｓ２１→Ｓ３の工程が順次
繰り返される。なお、移動体の旋回方向は左でＶ＜０な
ので、Ｓ１６では「Ｙｅｓ」と判定されて、アンテナ回
転方向ＤＩＲを「右」に設定するＳ１７へと移行する。

【００５０】さて、図４において、従来例と相違する時
間ｔ２以降の動作について説明すると、時間ｔ２からｔ
３までは、旋回時のステップ式追尾により出力されるア
ンテナ回転指令信号のパルス周期が、移動体の旋回角速
度の大きさ｜Ｖ｜に反比例するので、移動体が加速する
につれてパルス周期が次第に短くなる。このとき、１パ
ルス当たりのアンテナ１６の単位回転角度は一定である
から、アンテナ１６はこのようなアンテナ回転指令信号
に対して加速回転することになる。また、このときの回
転角速度は、移動体の旋回角速度Ｖよりもやや大きな値
に設定されるので、アンテナ１６の指向方向は次第に衛
星方向に近付いていき、そのため受信強度が徐々に上昇
していき、受信強度が十分に大きくなった時間ｔ３にお
いて、旋回時のステップ式追尾が一旦終了される。

【００５１】その後、時間ｔ４に至るまでの間、アンテ
ナ１６は移動体に対して回転しないが、移動体は左旋回
を続けるので、再びアンテナ１６の指向方向は衛星方向
から徐々に離れていき、そのため受信強度は次第に低下
して再び閾値ＴＨより小さくなり、時間ｔ４において旋
回時のステップ式追尾が再開される。ただし、時間ｔ４
からｔ５までの間に行われるステップ式追尾は、時間ｔ
２からｔ３までの間に行われた先のステップ式追尾に比
べて、移動体の旋回角速度Ｖが大きくなっていることか
らアンテナ回転指令信号のパルス周期が短くなってい
る。

【００５２】以後、移動体の左旋回が完了する時間ｔ１
１に至るまでの間、時間ｔ６とｔ８とｔ１０において旋
回時のステップ式追尾が開始されるが、時間ｔ６以降は
移動体の旋回角速度Ｖが次第に小さくなっていくので、
アンテナ回転指令信号のパルス周期も次第に長くなり、
アンテナ１６は減速回転する。

【００５３】図５は図４（ｃ）中の破線で囲んだ部分の
拡大図であり、図５（ａ），（ｂ）がそれぞれ時間ｔ３
前後と時間ｔ５前後の受信強度を示している。図５を従
来例（図１２参照）と比較すれば明らかなように、本実
施例ではアンテナ１６を必要以上に高速で回転させない
ので、回転を停止させた直後に、慣性によるアンテナ１
６の振動が小さくなって、受信強度の振れ幅も小さくな
っている。それゆえ、アンテナ１６の振動に起因する受
信強度の振れで誤動作を招来する虞はほとんどなく、ま
た、振動中のアンテナ１６を共振させるような不所望な
制御が回避できることから、アンテナ１６の回転動作も
安定する。そして、アンテナ１６の回転角速度を移動体
の旋回角速度Ｖよりもやや大きく設定してあるので、移
動体が旋回してもその旋回に遅れずに衛星を追尾でき
る。

【００５４】図６は、本実施例におけるアンテナの回転
角速度Ａと移動体の旋回角速度Ｖとの関係を示す説明図
であり、｜Ｖ｜≧ΔＶで旋回時のステップ式追尾を行う
場合に、Ａ＝−ｃＶとなるような大きさ（ただしｃ＞
１）の回転角速度Ａが設定されることを図示している。

【００５５】このほか、図７に示すように、｜Ｖ｜≧Δ
Ｖで旋回時のステップ式追尾を行う場合に、アンテナの
回転角速度の大きさ｜Ａ｜を、移動体の旋回角速度の大
きさ｜Ｖ｜に所定量Ｖ０を加えた値に設定しても良い。
あるいは、図８に示すように、｜Ｖ｜がそれほど大きく
ない（ΔＶ≦｜Ｖ｜≦Ｖ１）ときには、｜Ａ｜＝ｃ・｜
Ｖ｜と設定し、｜Ｖ｜がある程度大きい（｜Ｖ｜＞Ｖ
１）ときには、｜Ａ｜＝｜Ｖ｜＋Ｖ０と設定しても良
い。いずれにせよ、このようにアンテナの回転角速度を
移動体の旋回角速度に伴って増減させる回転制御を行う
ことにより、アンテナを移動体の旋回よりもやや速く回
転させることができるので、不必要に高速でアンテナが
回転するということがなくなって、停止時にアンテナの
振動を抑えることができる。また、回転角速度を小さく
してもアンテナが移動体の旋回に遅れることはないの
で、衛星追尾に支障をきたす心配もない。

【００５６】なお、移動体旋回時のステップ式追尾にお
いてアンテナ回転指令信号を出力する際に用いる、１パ
ルスの１／２周期に相当する計時のための値Ｎ２は、上
述した実施例では移動体の旋回角速度Ｖとアンテナの回
転角速度Ａの関係式から随時求めるようにしてあるが、
それに代えてＮ２を予め計算してメモリに記憶させてお
き、｜Ｖ｜をアドレスとしてメモリから取得するように
構成しても良い。

【００５７】また、上述した実施例においては、方位角
に対してアンテナの指向方向を制御する場合について説
明したが、仰角に対してアンテナの指向方向を制御する
場合の動作も同様である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による移動
体用アンテナ装置やその指向方向制御方法によれば、移
動体の旋回角速度の大きさに応じてアンテナの回転角速
度を制御して、必要以上に高速でアンテナを回転させな
いようにしてあるので、回転停止時に発生するアンテナ
の機械的な振動が抑えられ、その振動に伴う受信強度の
振れ幅が小さいため誤動作が防止できるとともに、アン
テナの回転動作が安定するという優れた効果を奏し、移
動体の旋回時の受信状態が従来技術に比べて良好とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】移動体旋回時のステップ式追尾が可能な移動体
用アンテナ装置の基本構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例に係るアンテナの指向方向制
御方法を示すフローチャートである。

【図３】本発明の一実施例に係るアンテナの指向方向制
御方法を示すフローチャートである。

【図４】同実施例の具体例で移動体が左方向に加減速し
ながら旋回したときの各種データの時間変化を示す説明
図である。

【図５】図４（ｃ）中の破線で囲んだ部分の拡大図であ
る。

【図６】同実施例におけるアンテナの回転角速度と移動
体の旋回角速度との関係を示す説明図である。

【図７】本発明の他の実施例におけるアンテナの回転角
速度と移動体の旋回角速度との関係を示す説明図であ
る。

【図８】本発明のさらに他の実施例におけるアンテナの
回転角速度と移動体の旋回角速度との関係を示す説明図
である。

【図９】従来例に係るアンテナの指向方向制御方法を示
すフローチャートである。

【図１０】従来例に係るアンテナの指向方向制御方法を
示すフローチャートである。

【図１１】同従来例の具体例で移動体が左方向に加減速
しながら旋回したときの各種データの時間変化を示す説
明図である。

【図１２】図１１（ｃ）中の破線で囲んだ部分の拡大図
である。

【図１３】同従来例におけるアンテナの回転角速度と移
動体の旋回角速度との大小関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ アンテナ指向方向制御装置 １１ 角速度センサ １２ Ａ／Ｄ変換器 １３ 演算装置 １４ 駆動回路 １５ 駆動機構 １６ アンテナ １７ 受信機

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体に搭載されて該移動体に対し回動
   可能なアンテナと、このアンテナを方位角方向もしくは
   仰角方向に回転駆動する回転駆動手段と、前記アンテナ
   で受信した受信信号の強度を検出する受信強度検出手段
   と、前記移動体の旋回角速度の大きさを示す旋回角速度
   情報と該移動体の旋回方向を示す旋回方向情報とを出力
   する旋回角速度検出手段と、前記受信信号の強度と前記
   旋回角速度情報と前記旋回方向情報とに基づいて前記回
   転駆動手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段
   に、前記アンテナの回転角速度を前記旋回角速度の大き
   さに応じて増減させるための演算手段を設けたことを特
   徴とする移動体用アンテナ装置。
2. 【請求項２】 移動体に搭載したアンテナにて受信され
   た受信信号の強度が所定値以下で、且つ前記移動体が旋
   回状態であるときに、前記移動体の旋回角速度に比例し
   た繰り返し周波数を有する駆動パルス群をステッピング
   モータに加え、このステッピングモータによって前記ア
   ンテナを前記移動体の旋回方向とは逆の方向に回転を開
   始し、 前記アンテナにて受信された受信信号の強度が所定値以
   上に達したときに、前記駆動パルス群を前記ステッピン
   グモータに加えるのを停止して前記アンテナの回転を停
   止させることを特徴とする移動体用アンテナ装置の指向
   方向制御方法。