JP3558242B2 - 衛星放送受信アンテナ自動追尾装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの移動体で放送衛星からの電波を受信するための衛星放送受信アンテナ自動追尾装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの移動体でテレビジョン放送を受信するために、衛星放送の受信が行われている。衛星放送は、赤道上空の静止軌道に打上げられている放送衛星（ＢＳ）から送信されるたとえば１１ＧＨｚ帯の電波を受信して行うので、比較的小形で指向性ビームの鋭いアンテナを放送衛星の方向に向くように追尾する機能が設けられている。
【０００３】
放送衛星追尾の方式として、従来からステップトラック方式が用いられている。この方式では、放送衛星の方向に指向性ビームを確実に向けるために、指向性ビームの方向を一定の範囲で常時高速度で往復させる首振り動作を行い、放送衛星の存在する方向が首振り動作の振幅の中心に位置するように追尾する制御が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
移動体に搭載する衛星放送受信アンテナの追尾装置は、移動体の機能を損なわないようにできるだけ小形化することが要望される。アンテナは移動体の外部に装着する必要があるので、大形であると空気抵抗などを増大させる。また移動体が移動しても迅速な追尾を行い、アンテナの指向ビームを放送衛星の方向へ急速に移動させる方向変化のために、大きな駆動力を発生する必要がある。
【０００５】
しかしながら、移動体の移動に備えて常にアンテナに首振り動作を行わせているので、アンテナの指向ビームの方向変化のための駆動に要するエネルギ消費が大きくなり、駆動に伴って騒音も発生しやすくなる。また、常に指向性ビームの方向を変化させているので、方向変化のための駆動機構の寿命が短くなり、信頼性が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、首振り動作を常時行わなくても衛星放送が安定に受信可能であり、省エネルギ化と信頼性の向上とを図ることができる衛星放送受信アンテナ自動追尾装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記受信状態評価手段は、受信状態が安定していない場合に、予め定める基準に満たない不安定状態であるか否かを評価し、
前記指向方向制御手段は、受信状態評価手段が受信状態が安定していないけれども不安定状態ではないと評価するとき、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向が、方向変化手段の検出結果に追従し、かつ前記首振り動作も併せて行うように、前記指向方向変化手段を制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
【０００８】
受信状態評価手段によって、受信状態が安定していないと評価される場合であっても、予め定める基準に満たない程度までには不安定でないと判断されるときには、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を、方向変化検出手段の検出結果に追従し、かつ首振り動作も併用して行うので、指向性ビームの変化方向をある程度予測して迅速に方向を変化させることができる。
【０００９】
また本発明で、前記受信状態評価手段は、受信される衛星放送電波の搬送波の電界強度と受信雑音強度との比であるＣ／Ｎ比を検出し、予め設定される基準に基づいてＣ／Ｎ比が良好であるか否かを判断することによって、受信状態が安定であるか不安定であるかを評価することを特徴とする。
本発明に従えば、Ｃ／Ｎ比によって受信状態が安定であるか不安定であるかの評価を行うので、テレビジョン放送などを受信する際の映像の画質を反映させた評価を行うことができる。
【００１０】
また本発明で、前記指向方向制御手段は、受信する衛星放送の受信周波数チャネル毎の受信感度差を補正するように、前記受信状態評価手段に予め設定される基準を受信周波数チャネル毎に調整することを特徴とする。
本発明に従えば、衛星放送を受信する受信周波数チャネル毎に受信状態評価手段に予め設定される受信状態評価のための基準を調整するので、受信周波数チャネルを切換えても追尾機能に影響が生じないで安定な受信を継続することができる。
【００１１】
さらに本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、前記指向方向変化手段が衛星放送受信アンテナの指向性ビームの首振り動作を行う際、電界強度が一旦最大となってから低下する方向に、電界強度が最大のときを基準として比較しながら予め設定される範囲に電界強度が低下するまで、または予め定める角度に到達するまで変化させた後、指向性ビームの変化方向を逆方向に切換え、電界強度を比較する基準を切換え時点の電界強度に置換え、指向性ビームの方向が変化する過程で電界強度が基準よりも大きければ基準を置換えるように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
首振り動作では、電界強度が最大となる指向性ビームの方向を基準として、指向性ビームの変化方向の両側で一定の範囲で往復させる。一旦電界強度が最大となった後、電界強度が下がる方向では、最大値を基準に一定の範囲内まであるいは最大値を示す方向から一定の角度範囲内まで変化させ、変化方向を反転させる。変化方向が反転した時点で電界強度が最大か否かを判断する基準がその時点での電界強度に置換えられるので、電界強度が上昇する方向に指向性ビームが変化していく過程で最大値が順次更新され、電界のピークまでには達しない場合であっても確実に最大値を検知して放送衛星に追尾させることができる。移動体の移動中に障害物や振動等の影響で受信する電波の電界強度が低下しても、低下の影響を低減させて確実に放送衛星に対する追尾を継続させることができる。
【００１２】
さらに本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、衛星放送電波を受信していない状態から受信を開始する際に、予め設定される角度変化パターンに従って衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させ、予め設定されるしきい値以上の電界強度を有する電波が受信可能な指向性ビームの方向を放送衛星の方向として追尾し、衛星放送受信が遮断された後で放送衛星の方向に対する追尾を行う際に、前記しきい値を低下させることを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
衛星放送電波を受信していない状態から受信を開始する際には、予め設定される角度変化パターンに従って衛星放送受信アンテナの指向性ビームを変化させ、予め設定されるしきい値以上の電界強度で受信可能な方向に追尾するように制御するので、安定に受信可能な放送衛星の方向を探索することができる。衛星放送を受信していて受信が遮断された後で放送衛星の方向に対する追尾を行う際には、探索用のしきい値を低下させるので、放送衛星の方向を迅速に探索することができる。
【００１５】
さらに本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向変化手段は、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる駆動力を発生させるためにステッピングモータを備え、
前記指向方向制御手段は、ステッピングモータを駆動するパルスの周期がステッピングモータに固有の共振点から予め定める範囲内となるとき、ステッピングモータの励磁方式を切換えるように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
放送衛星受信アンテナの指向性ビームの方向の変化は、ステッピングモータが発生する駆動力に基づいて行うので、指向性ビームの方向の変化を迅速かつ精度よく行うことができる。ステッピングモータに固有の共振点付近にステッピングモータを駆動するパルスの周期が近付くときには、ステッピングモータの励磁方式を切換えるので、共振点がずれ、共振しにくくなり安定な駆動を行うことができる。
【００１６】
さらに本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、前記受信状態評価手段によって評価される受信状態が安定している状態から安定していない状態に変わる際に、予め設定される時間が経過しても安定していない状態が継続するときに、前記指向方向変化手段が首振り動作へ移行するように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
受信状態が安定していると評価される状態から安定していないと評価される状態まで変わる際に、予め設定される時間が経過するまで安定していないと評価される状態が継続しなければ、首振り動作へ移行する制御は行われない。このような不感時間帯を設けることによって、移動体の移動に伴う瞬間的な障害物の影響などで首振り動作が開始されるのを防ぎ、首振り動作を開始した場合に、再度放送衛星を追尾するまでに要する時間を節減することができる。
【００１７】
また本発明で、前記指向方向制御手段は、移動体の移動速度に応じ、前記予め設定される時間を調整することを特徴とする。
本発明に従えば、受信状態が不安定であると判断するのに要する経過時間が移動体の移動速度に応じて調整されるので、瞬間的な受信障害が放送衛星への追尾のはずれかを容易に判別することができる。
【００１８】
さらに本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、前記方向変化検出手段の検出結果の変動が予め定める範囲内となるとき、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向の変化を停止するとともに指向性ビームの方向を一定に保持するために前記指向方向変化手段に供給されている保持電力を停止するように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
方向変化検出手段による検出結果の変動が予め定める範囲内で安定しているときには、指向方向制御手段によって衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向の変化を停止するように制御するので、指向性ビームの方向の変化に要する駆動エネルギを削減し、駆動源の温度上昇などを最小限にして寿命の延長を図ることができる。
また本発明で、前記指向方向変化手段は、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる駆動力を発生させるためにステッピングモータを備え、
前記指向方向制御手段は、受信状態評価手段の評価の結果、受信状態が安定しているときであって、かつ前記方向変化検出手段の検出結果の変動が予め定める範囲内となるとき、前記ステッピングモータを停止するとともに、前記ステッピングモータを一定角度に保持するための保持電流の供給を停止するように制御することを特徴とする。
本発明に従えば、受信状態評価手段の評価の結果、受信状態が安定しているときであって、かつ方向変化検出手段の検出結果の変動が予め定める範囲内となるとき、ステッピングモータを停止可能な状態と判別し、ステッピングモータを停止する。さらにステッピングモータに通電して一定の角度で保持するための保持電流の供給も停止するので、通電による温度上昇を最小限にし、ステッピングモータの寿命を長くすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態による放送衛星受信アンテナ自動追尾装置の概略的な構成を示す。アンテナ１は、円盤状であり、その表面に複数のエレメント２が設けられ、エレメント２の配置状態および給電状態を調整することによって、指向性ビーム１ａの形状を変化させることができる。アンテナ１は表面がほぼ水平な姿勢で移動体である自動車の天井部などに搭載され、指向性ビーム１ａは水平面内で一方向に向けられる。図１に示すような側方から見たときに、指向性ビーム１ａは水平面に対して一定の角度θだけ上方に向けて傾斜している。この傾斜角度θは、アンテナ１を搭載する車両が常時走行する地域的範囲から、赤道上の放送衛星を受信するのに適するように設定される。
【００２０】
アンテナ１の指向性ビーム１ａを水平面内で変化させるために、アンテナ１の外周には外周歯車３が設けられる。外周歯車３に噛合する駆動歯車４は、ステッピングモータ５の出力軸に取付けられる。駆動歯車４の歯数は、外周歯車３の歯数よりも小さく、ステッピングモータ５の回転は減速されてアンテナ１に伝達される。ステッピングモータ５は、モータドライバ装置６によって駆動される。外周歯車３、駆動歯車４、ステッピングモータ５およびモータドライバ装置６は、衛星放送受信用のアンテナ１の指向性ビーム１ａの方向を変化させる指向方向変化手段を構成する。
【００２１】
指向方向制御手段である制御装置７は、衛星放送への追尾アルゴリズムに従ってデジタル信号処理を行い、モータドライバ装置６を制御するデジタル信号処理回路８と、ヨーレート信号およびＣ／Ｎ比信号をそれぞれアナログ／デジタル変換（以下「Ａ／Ｄ」と略称する）するＡ／Ｄ回路９，１０を介してデジタル値に変換してそれぞれ入力する。デジタル信号処理回路８は、メモリ１１に予め設定されるテーブルやデータを参照して追尾アルゴリズムに従う制御を行う。
【００２２】
移動体の移動方向の変化は、方向変化検出手段であるジャイロ１２によって、ヨーレート信号として検出される。ジャイロ１２は、移動体の移動方向変化に伴うコリオリ力に基づいてヨーレート信号を導出し、たとえば特開平２−２９３６２０などに開示されている振動ジャイロを好適に用いることができる。光ファイバジャイロなど他の形式のジャイロを用いることもできる。Ｃ／Ｎ比信号は、衛星放送を受信するためのチューナ１３から発生される。チューナ１３内には、アンテナ１からの受信信号を周波数チャネルを選択して増幅するフロントエンド（以下「Ｆ／Ｅ」と略称する）１４と、Ｆ／Ｅ１４からの出力信号に含まれる映像信号を処理して、Ｃ／Ｎ比信号を導出する映像信号処理回路１５などが含まれる。映像信号処理回路１５からの映像信号処理回路１５から導出される映像信号は、ＣＲＴやＬＣＤなどの映像表示装置１６に与えられ、テレビジョン放送の映像を再生することができる。映像信号処理回路１５からは、音声信号も取出され、音声信号処理回路１７からスピーカなどの音響出力装置１８に与えられて音響化される。映像信号処理回路１５としては、半導体集積回路化された既製品を使用することができる。
【００２３】
図２は、図１の制御装置７の動作を示す。ステップａ１から動作を開始し、ステップａ２ではアンテナ１の角速度がたとえば１８０度／ｓｅｃとなるように、ステッピングモータ５を高速度で駆動する。高速度でステッピングモータ５を駆動すると、機械的な慣性によって、Ｃ／Ｎ比の信号レベルが最大となるピーク値の方向を探索して、止めようとしても通過してしまう。ピーク値の方向が探索された後は、ステップａ３でステッピングモータ５の駆動速度をたとえば３０度／ｓｅｃまで低下させ、さらにジャイロ１２が検出するヨーレート信号による方位変化分も加えた方向を目標として、低速でステッピングモータ５を駆動する。この低速での駆動では、高速駆動によって検出したピーク値の方向にアンテナ１の指向性ビーム１ａが向くように制御する。ステップａ４では、最大のピーク値の方向に指向性ビーム１ａを向けたときに検出されるＣ／Ｎ比のレベルが、予め設定されるしきい値ｔｈ１以上であるか否かを判断する。しきい値ｔｈ１未満のピーク値であるときには、ステップａ５でしきい値ｔｈ１をたとえば６０％に低下させ、ステップａ２に戻る。
【００２４】
ステップａ４で、ピーク値がしきい値ｔｈ１以上であると判断されるときには、ステップａ６に移り、ピーク値を示す方向を中心に予め定めるＣ／Ｎ比のレベル範囲または角度範囲で首振りモードの動作を行う。首振りの速度は、ジャイロ１２が示す方位変化にさらにたとえば２０度／ｓｅｃの速度での変化を行わせる。首振りモードでの方向変化は２回行い、ピーク値を検出する。Ｃ／Ｎ比信号のレベルが、ステップａ２およびステップａ３で検出されるピーク値ｐｅａｋからたとえば０．２ｄＢだけ小さいしきい値ｔｈ０以上であるか否かを、ステップａ７で判断し、レベルがしきい値ｔｈ０以上でないと判断されるときにはステップａ６に戻る。レベルがしきい値ｔｈ０以上であると判断されるときには、ステップａ８で首振り動作をストップし、ステッピングモータをジャイロ１２からのヨーレート信号に従って変化させる。首振りストップ状態での追尾動作は、ステップａ９でＣ／Ｎ比信号のレベルがしきい値ｔｈ１以下にならない限り継続される。
【００２５】
ステップａ９でレベルがしきい値ｔｈ１以下になると判断されるときには、ステップａ１０で予め設定される遮断しきい値ｔｈ２以下であるか否かを判断する。レベルが遮断しきい値ｔｈ２以下になっていないと判断されるときには、ステップａ６に戻る。ステップａ１０でレベルが遮断しきい値ｔｈ２以下になっていると判断されるときには、ステップａ１１で遮断モードの動作を行う。なお遮断しきい値ｔｈ２は、しきい値ｔｈ１よりたとえば４ｄＢ小さいしきい値である。遮断モードの動作では、首振りを行い、首振り角を徐々に広げながら検出されるＣ／Ｎ比信号のレベルがしきい値を越えるようになるのを待つ。このときのステッピングモータ５の駆動速度は、ジャイロ１２からのヨーレート信号の変化分とたとえば２０度／ｓｅｃとの和である。遮断モードに入って、ステップａ１２ではたとえば８秒経過しているか否かを判断する。経過していないと判断されるときには、ステップａ１３で検出されるＣ／Ｎ比信号のレベルがレベル復帰に必要なレベルに達しているか否かを判断する。達していないときにはステップａ１１に戻り、遮断モードを継続する。ステップａ１３でレベル復帰と判断されるときには、ステップａ６に戻る。ステップａ１２で８秒経過していると判断されるときには、ステップａ５に戻り、しきい値ｔｈ１を６０％に低下させて放送衛星の探索を開始する。
【００２６】
図２に示す動作では、ステップａ６のたとえば２回の首振りによって放送衛星のピーク値を検出した後、Ｃ／Ｎ比信号のレベルがしきい値ｔｈ０以上で安定しているときには、首振りを行わず、ジャイロ１２からのヨーレート信号をもとに追尾するように切換える。Ｃ／Ｎ比信号のレベルがしきい値ｔｈ１以下になり、遮断しきい値ｔｈ２を越えるときには、ステップａ６に戻って首振りモードを加えた動作を行う。遮断しきい値ｔｈ２以下となるときには、ステップａ１２で設定されるたとえば８秒経過してから放送衛星の探索を再開する。ステップａ１２の設定時間経過前にステップａ１３でレベル復帰と判断されるときには、首振りとヨーレート信号への追従とを加味した追尾動作を行う。
【００２７】
図３は、図２の動作に従って受信されるＣ／Ｎ比信号レベルが時間的に変化する一例を示す。時刻ｔ０からステップａ２の高速探索を開始し、ステップａ１でピーク値ｐｅａｋを記憶する。ステップａ２でアンテナ１の指向性ビーム１ａの変化方向を反転させ、時刻ｔ３で指向性ビーム１ａが最大ピーク値の方向に向くようにステップａ３の低速探索を行う。時刻ｔ３で検出されるＣ／Ｎ比信号のレベルがしきい値ｔｈ１以上であるので、ステップａ６の首振りモードで２回ピーク値を検出し、検出されたピーク値がステップａ２およびステップａ３で検出されたピーク値ｐｅａｋから０．２ｄＢだけ小さいしきい値ｔｈ０以上であることを確認する、時刻ｔ４からはステップａ８の首振りストップモードでの追尾動作を行い、時刻ｔ５で検出されるＣ／Ｎ比信号レベルがしきい値ｔｈ１以下となると、しきい値ｔｈ２よりはＣ／Ｎ比信号レベルは高いので、ステップａ６の２回首振りモードを行い、ステップａ６からステップａ７まではステップａ８の首振りストップモードで追尾を行う。ステップａ６の首振りモードとステップａ８の首振りストップモードでの動作を、Ｃ／Ｎ比信号のレベルが遮断しきい値ｔｈ２以下になるまで繰返して行う。
【００２８】
図４は、図２のステップａ６での首振りモードで方向反転のためのしきい値ｔｈ１を更新する考え方を示す。通常、Ｃ／Ｎ比信号レベルは、中央が高く両側で低下するような図４（ａ）に示す山形特性を示す。Ｃ／Ｎ比信号を検出するのは、制御装置７の制御プログラムが制御ループを１周するのに要する時間毎に行うので、（１）、（２）、（３）、…のように順次Ｃ／Ｎ比信号のレベルが上昇し、（８）まではピークが更新される。その都度反転しきい値ｔｈ１を更新する。（９）以下では、Ｃ／Ｎ比信号のレベルが低下するので、反転しきい値ｔｈ１の更新は行わず、反転しきい値に達する（１７）で指向性ビーム１ａの変化方向を反転させる反転処理を行う。このような反転しきい値ｔｈ１の設定を行えば、図４（ｂ）に示すように、Ｃ／Ｎ比信号レベルが低下する側で急激に低下する場合であっても、あるいは図４（ｃ）に示すように山形特性が乱れても、ピーク値を必ず見付け、反転しきい値ｔｈ１を適切に設定することができる。
【００２９】
図５は、図２のステップａ５で、放送衛星の再追尾を行う性能向上のため、しきい値ｔｈ１を下げる処理の考え方を示す。図５（ａ）に示すように首振りの途中で遮断しきい値ｔｈ２以下にＣ／Ｎ比信号のレベルが低下すると、図５（ｂ）に示すように、首振りしきい値ｔｈ１を６０％のレベルまで低下させるので、首振り動作に基づくピーク値の検出が容易となり、レベル復帰後の電界強度が弱くても１回の首振りで追尾すべき放送衛星からの電波を探索することができる。
【００３０】
図６は、移動体である車両が停車中のときに、ジャイロ１２からの出力値のオフセットを較正する動作を示す。図１のデジタル信号処理回路８は、予め設定される制御プログラムのループを繰返し実行し、その一環としてＡ／Ｄ回路９を介してジャイロ１２からのヨーレート信号を取込む。ヨーレート信号は、センサ基準電圧Ｖｏを中心として、出力値が増大する方向または減少する方向に変化し、変化分が角速度であるヨーレートに対応する。ジャイロ１２では、センサ基準電圧Ｖｏとセンサに対する角速度の感度とが、温度などの誤差要因に従って変化する。移動体が停止中では、ヨーレートは０のはずであり、このときのヨーレート信号はオフセット値を表す。ステップｂ１で動作を開始すると、ステップｂ２で移動体である車両が停車中であるか否かを判断する。停車中であると判断されるときには、ステップｂ３でセンサ基準電圧Ｖｏを現在値に置換える。停車中でないと判断されるときには、センサ基準電圧Ｖｏの値はそれまでの値をそのまま使用する。ステップｂ４で補正動作を終了し、次の制御動作に移る。
【００３１】
図７は、アンテナ１を角変位させるためのステッピングモータ５の特性を示す。ステッピングモータ５は、励磁方式として２相励磁、１−２相励磁、マイクロステップ励磁など複数の方式があり、本実施形態では２相励磁で通常使用する。アンテナ１を最大速度で駆動するときにはモータ速度として３０００ｐｐｓ程度で駆動し、ジャイロ１２のヨーレート信号に合わせて指向性ビーム１ａの方向を変えるときには、モータ速度が０ｐｐｓに近付くこともあり得る。図７に示すステッピングモータ５の特性では、２相励磁でモータ速度が１００ｐｐｓに近付くと、共振によってステッピングモータ５が振動し、追尾性能に影響を及ぼすおそれがある。２相励磁の共振点は、１−２相励磁やマイクロステップ励磁に比較すれば、低いモータ速度であるけれども、振動加速度Ｇは比較的大きい。２相励磁に比較して、１−２相励磁やマイクロステップ励磁は、共振点のモータ速度は高い側にずれるけれども、振動加速度Ｇのピークは小さく、かつ全体的になだらかな変化となる。
【００３２】
図８は、図７に示すような２相励磁の鋭い共振を避けて、ステッピングモータ５を励磁する動作を示す。この動作も、デジタル信号処理回路８による制御ループの一環として行われる。ステップｃ１から動作を開始し、ステップｃ２では、ジャイロ１２からのヨーレート信号に従ってモータ回転速度が変更される。ステップｃ３では変更された回転速度が予め入力されている使用するステッピングモータ５の共振点から予め設定される範囲に近付いているか否かを判断する。共振点付近と判断されるときには、ステップｃ４で１−２相励磁に切換え、共振点付近ではないと判断されるときにはステップｃ５で２相励磁を続け、ステップｃ６で次の制御に移る。
【００３３】
図１のチューナ１３は、検波出力の特性上、受信周波数チャネル毎にＣ／Ｎ比検出電圧が同じＣ／Ｎ比の値であっても、差を生じることがある。このような差が生じると、受信する放送の周波数チャネルを切換えるたびにＣ／Ｎ比検出電圧が変化し、追尾の性能に影響を及ぼすことがある。このため、図１のメモリ１１内に、次の表１に示すような補正用テーブルを設け、チャネル毎に補正値に従ってＣ／Ｎ比信号の検出電圧値を補正し、追尾の精度を維持する。メモリ１１で表１に示す補正用テーブルなどが存在する部分は、たとえばＲＯＭとして一旦設定したデータが電源を遮断しても消失しないようにしておく。
【００３４】
【表１】
【００３５】
図９は、本発明の実施の他の形態として、図２に示すステップａ１０でＣ／Ｎ比信号のレベルが遮断しきい値ｔｈ２以下になったとき、直ちにステップａ１１の遮断モードに移行することを避ける動作を示す。ステップａ１０の後、ステップａ１０１では、瞬時フラグをセットし、ステップａ１０２では瞬時タイマに一定時間、たとえば１秒程度の時間をセットする。ステップａ１０３では、瞬時タイマにセットされた時間が経過するか否かを判断する。タイマにセットされた時間が終了しないときには、ステップａ１０４でステッピングモータ５をジャイロ１２からのヨーレート信号に追尾する状態のままにし、タイマ時間が終了したら、ステップａ１０５でフラグをクリアして首振り開始可能とし、図２のステップａ１１における遮断モードを開始する。
【００３６】
ステップａ１０２で瞬断タイマにセットする時間は、指向性ビーム１ａの幅が狭い場合は短くし、広い場合は長くする。このような不感時間帯を設けることによって、Ｃ／Ｎ比信号レベルが瞬間的に低下しても、その原因が移動体の通過に伴う瞬間的な電波障害などであるときに、首振りモードを新たに開始してしまうと再追尾に時間を要することになってしまうからである。
【００３７】
図１０は、図９のステップａ１０２で、瞬断タイマにセットする不感時間を一定値で設定するのではなく、移動体の移動速度に対応した時間で設定するようにする動作を示す。図２のステップａ１０で遮断が発生すると、ステップａ１０６で現在の車速を取込み、ステップａ１０７で車速に対応したタイマ値をセットする。この後図９のステップａ１０３以下に移る。現在の車速は、たとえば自動車の車速パルス等から検出する。このような車速が早いときには、瞬断タイマにセットする時間を短くし、遅いときには長く変えることによって、障害物などによる瞬断時に対応する際の精度を上げることができる。
【００３８】
図１１は、本発明の実施のさらに他の形態として、図２に示す制御ルーチンの一部で、ステッピングモータ５を停止可能か否かを判別し、停止可能な状態ではステッピングモータに流す電流を０として、通電による温度上昇を最小限にし、ステッピングモータ５の寿命を長くすることができる動作を示す。ステップｄ１から動作を開始し、ステップｄ２ではヨーレートセンサ信号を読込む。ステップｄ３では、車速パルスやサイドブレーキの操作等の車両情報を取込む。ステップｄ４では、ヨーレート信号が角速度０を示し、直進走行状態であるか、車両情報が車両が停止していることを示している場合は、ステップｄ５でステッピングモータ５を通電して一定の角度で保持するＨＯＬＤ状態を解除する。直進走行状態か停止状態ではないと判断されるときには、ステップｄ６でステッピングモータ５には電流を流すＨＯＬＤ状態を続ける。ステップｄ７で次の動作に移る。
【００３９】
以上の各実施形態では、アンテナ１は円盤状で、その表面に複数のエレメント２を配列して指向性ビーム１ａを形成させているけれども、他の形式のアンテナを使用することもできる。またステッピングモータ５によってアンテナ１の外周歯車３を回転駆動して、指向性ビーム１ａの方向を変化させているけれども、アンテナ１の角変位量をエンコーダなどによって検出し、サーボモータで回転駆動するようにすることもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、衛星放送電波の受信状態が安定であると評価されるときには、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を移動体の移動方向の変化を検出して追尾させるので、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化は、首振り動作に必要な指向性ビームの変化速度に比較して低速度であるので、騒音の発生も少なくなり、各部分の摩耗等の減少によって寿命も延長され、信頼性も向上する。
【００４１】
また、電波の受信状態が安定でないと評価されるときであっても、予め設定された基準に満たない不安定状態ではないと評価されるときには、方向変化検出手段の検出結果に基づく指向性ビームの方向変化に首振り動作を併せて行うので、迅速かつ確実に放送衛星の追尾を行うことができる。
【００４２】
また本発明によれば、電波の受信状態の安定性の評価を、搬送波の電界強度と受信雑音強度との比であるＣ／Ｎ比を検出して行うので、テレビジョン放送として受信する際の画質と対応する評価を確実に行うことができる。Ｃ／Ｎ比を検出する電気回路は、既存の技術で容易に構成することができ、低コストで確実な安定性の評価を行うことができる。
【００４３】
また本発明によれば、複数のチャネルの衛星放送を受信する際においても、チャネル切換えが追尾性能に影響を及ぼさないので、安定した状態で確実な衛星放送の受信を行ことができる。
【００４４】
さらに本発明によれば、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。首振り動作で受信する電界強度の最大値を検出する際に、一旦最大値を過ぎた後に電界強度が低下し、指向性ビームの変化方向を反転する際には、改めて最大値を検出するための基準を更新するので、移動体の移動に伴って受信する電波の電界強度が低下するような場合であっても、確実に最大の電界強度を検出し、首振り動作を継続することができる。
【００４５】
さらに本発明によれば、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。追尾する放送衛星を探索する際に予め設定されるしきい値を設けるので、安定に受信可能な放送衛星を容易に探索することができる。放送衛星の受信が遮断した後で再び放送衛星の追尾を行うために放送衛星を探索する際には、しきい値を低下させるので、迅速に追尾すべき放送衛星を探索することができる。
【００４８】
さらに本発明によれば、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。指向性ビームの変化にステッピングモータを用い、ステッピングモータの駆動を共振点を避けて安定に行うことができる。
【００４９】
さらに本発明によれば、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。安定な状態で衛星放送を受信中に、瞬間的な不安定状態が発生しても、予め設定される時間不安定な状態が継続しない限り放送衛星を探索する動作を行わないので、瞬間的な障害物などの影響で不安定な状態になって安定状態に復帰した際に、直ちに放送衛星への追尾を再開し、再度探索するのに要する時間を節減することができる。
【００５０】
また本発明によれば、移動体の移動速度に応じて不安定な状態の継続を評価する時間を調整させるので、移動体の走行状態に応じて適切な基準時間を設定することができる。
【００５１】
さらに本発明によれば、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。指向性ビームの方向を変化させる必要がないときには指向性ビームの方向の変化を停止させるので、変化のための駆動に要するエネルギを節減し、変化のための機構の寿命延長を図ることができる。
また本発明によれば、受信状態が安定しているときであって、かつ方向変化検出手段の検出結果の変動が予め定める範囲内となるとき、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を保持する必要がないと判別し、ステッピングモータを停止して、通電による温度上昇を最小限にし、ステッピングモータの寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による衛星放送受信アンテナ自動追尾装置の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置７の動作を示すフローチャートである。
【図３】図２の動作に対応するＣ／Ｎ比信号レベルの時間的変化の一例を示すタイムチャートである。
【図４】図２の首振り動作時における反転しきい値ｔｈ１の更新についての考え方を示すグラフである。
【図５】図２の動作で遮断後に反転しきい値ｔｈ１のレベルを低下させる考え方を示すグラフである。
【図６】図２の動作中に、ジャイロ１２からのヨーレート信号のオフセット誤差を補正する動作を示すフローチャートである。
【図７】図１のステッピングモータ５の共振特性の一例を示すグラフである。
【図８】図２の動作中に挿入され、ステッピングモータ５の共振点を避けて追尾の性能を向上させるための動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の他の形態として瞬間的な遮断後に不感時間帯を設ける動作を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示す不感時間帯を車速に応じて変更する動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施のさらに他の形態として、ステッピングモータ５を駆動する必要がないときに電流を０とする動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ アンテナ
１ａ 指向性ビーム
３ 外周歯車
４ 駆動歯車
５ ステッピングモータ
６ モータドライバ装置
７ 制御装置
８ デジタル信号処理回路
９，１０ Ａ／Ｄ回路
１１ メモリ
１２ ジャイロ
１３ チューナ
１４ Ｆ／Ｅ
１５ 映像信号処理回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの移動体で放送衛星からの電波を受信するための衛星放送受信アンテナ自動追尾装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの移動体でテレビジョン放送を受信するために、衛星放送の受信が行われている。衛星放送は、赤道上空の静止軌道に打上げられている放送衛星（ＢＳ）から送信されるたとえば１１ＧＨｚ帯の電波を受信して行うので、比較的小形で指向性ビームの鋭いアンテナを放送衛星の方向に向くように追尾する機能が設けられている。
【０００３】
放送衛星追尾の方式として、従来からステップトラック方式が用いられている。この方式では、放送衛星の方向に指向性ビームを確実に向けるために、指向性ビームの方向を一定の範囲で常時高速度で往復させる首振り動作を行い、放送衛星の存在する方向が首振り動作の振幅の中心に位置するように追尾する制御が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
移動体に搭載する衛星放送受信アンテナの追尾装置は、移動体の機能を損なわないようにできるだけ小形化することが要望される。アンテナは移動体の外部に装着する必要があるので、大形であると空気抵抗などを増大させる。また移動体が移動しても迅速な追尾を行い、アンテナの指向ビームを放送衛星の方向へ急速に移動させる方向変化のために、大きな駆動力を発生する必要がある。
【０００５】
しかしながら、移動体の移動に備えて常にアンテナに首振り動作を行わせているので、アンテナの指向ビームの方向変化のための駆動に要するエネルギ消費が大きくなり、駆動に伴って騒音も発生しやすくなる。また、常に指向性ビームの方向を変化させているので、方向変化のための駆動機構の寿命が短くなり、信頼性が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、首振り動作を常時行わなくても衛星放送が安定に受信可能であり、省エネルギ化と信頼性の向上とを図ることができる衛星放送受信アンテナ自動追尾装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記受信状態評価手段は、受信状態が安定していない場合に、予め定める基準に満たない不安定状態であるか否かを評価し、
前記指向方向制御手段は、受信状態評価手段が受信状態が安定していないけれども不安定状態ではないと評価するとき、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向が、方向変化手段の検出結果に追従し、かつ前記首振り動作も併せて行うように、前記指向方向変化手段を制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
【０００８】
受信状態評価手段によって、受信状態が安定していないと評価される場合であっても、予め定める基準に満たない程度までには不安定でないと判断されるときには、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を、方向変化検出手段の検出結果に追従し、かつ首振り動作も併用して行うので、指向性ビームの変化方向をある程度予測して迅速に方向を変化させることができる。
【０００９】
また本発明で、前記受信状態評価手段は、受信される衛星放送電波の搬送波の電界強度と受信雑音強度との比であるＣ／Ｎ比を検出し、予め設定される基準に基づいてＣ／Ｎ比が良好であるか否かを判断することによって、受信状態が安定であるか不安定であるかを評価することを特徴とする。
本発明に従えば、Ｃ／Ｎ比によって受信状態が安定であるか不安定であるかの評価を行うので、テレビジョン放送などを受信する際の映像の画質を反映させた評価を行うことができる。
【００１０】
また本発明で、前記指向方向制御手段は、受信する衛星放送の受信周波数チャネル毎の受信感度差を補正するように、前記受信状態評価手段に予め設定される基準を受信周波数チャネル毎に調整することを特徴とする。
本発明に従えば、衛星放送を受信する受信周波数チャネル毎に受信状態評価手段に予め設定される受信状態評価のための基準を調整するので、受信周波数チャネルを切換えても追尾機能に影響が生じないで安定な受信を継続することができる。
【００１１】
さらに本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、前記指向方向変化手段が衛星放送受信アンテナの指向性ビームの首振り動作を行う際、電界強度が一旦最大となってから低下する方向に、電界強度が最大のときを基準として比較しながら予め設定される範囲に電界強度が低下するまで、または予め定める角度に到達するまで変化させた後、指向性ビームの変化方向を逆方向に切換え、電界強度を比較する基準を切換え時点の電界強度に置換え、指向性ビームの方向が変化する過程で電界強度が基準よりも大きければ基準を置換えるように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
首振り動作では、電界強度が最大となる指向性ビームの方向を基準として、指向性ビームの変化方向の両側で一定の範囲で往復させる。一旦電界強度が最大となった後、電界強度が下がる方向では、最大値を基準に一定の範囲内まであるいは最大値を示す方向から一定の角度範囲内まで変化させ、変化方向を反転させる。変化方向が反転した時点で電界強度が最大か否かを判断する基準がその時点での電界強度に置換えられるので、電界強度が上昇する方向に指向性ビームが変化していく過程で最大値が順次更新され、電界のピークまでには達しない場合であっても確実に最大値を検知して放送衛星に追尾させることができる。移動体の移動中に障害物や振動等の影響で受信する電波の電界強度が低下しても、低下の影響を低減させて確実に放送衛星に対する追尾を継続させることができる。
【００１２】
さらに本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、衛星放送電波を受信していない状態から受信を開始する際に、予め設定される角度変化パターンに従って衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させ、予め設定されるしきい値以上の電界強度を有する電波が受信可能な指向性ビームの方向を放送衛星の方向として追尾し、衛星放送受信が遮断された後で放送衛星の方向に対する追尾を行う際に、前記しきい値を低下させることを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
衛星放送電波を受信していない状態から受信を開始する際には、予め設定される角度変化パターンに従って衛星放送受信アンテナの指向性ビームを変化させ、予め設定されるしきい値以上の電界強度で受信可能な方向に追尾するように制御するので、安定に受信可能な放送衛星の方向を探索することができる。衛星放送を受信していて受信が遮断された後で放送衛星の方向に対する追尾を行う際には、探索用のしきい値を低下させるので、放送衛星の方向を迅速に探索することができる。
【００１５】
さらに本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向変化手段は、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる駆動力を発生させるためにステッピングモータを備え、
前記指向方向制御手段は、ステッピングモータを駆動するパルスの周期がステッピングモータに固有の共振点から予め定める範囲内となるとき、ステッピングモータの励磁方式を切換えるように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
放送衛星受信アンテナの指向性ビームの方向の変化は、ステッピングモータが発生する駆動力に基づいて行うので、指向性ビームの方向の変化を迅速かつ精度よく行うことができる。ステッピングモータに固有の共振点付近にステッピングモータを駆動するパルスの周期が近付くときには、ステッピングモータの励磁方式を切換えるので、共振点がずれ、共振しにくくなり安定な駆動を行うことができる。
【００１６】
さらに本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、前記受信状態評価手段によって評価される受信状態が安定している状態から安定していない状態に変わる際に、予め設定される時間が経過しても安定していない状態が継続するときに、前記指向方向変化手段が首振り動作へ移行するように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
受信状態が安定していると評価される状態から安定していないと評価される状態まで変わる際に、予め設定される時間が経過するまで安定していないと評価される状態が継続しなければ、首振り動作へ移行する制御は行われない。このような不感時間帯を設けることによって、移動体の移動に伴う瞬間的な障害物の影響などで首振り動作が開始されるのを防ぎ、首振り動作を開始した場合に、再度放送衛星を追尾するまでに要する時間を節減することができる。
【００１７】
また本発明で、前記指向方向制御手段は、移動体の移動速度に応じ、前記予め設定される時間を調整することを特徴とする。
本発明に従えば、受信状態が不安定であると判断するのに要する経過時間が移動体の移動速度に応じて調整されるので、瞬間的な受信障害が放送衛星への追尾のはずれかを容易に判別することができる。
【００１８】
さらに本発明は、移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、前記方向変化検出手段の検出結果の変動が予め定める範囲内となるとき、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向の変化を停止するとともに指向性ビームの方向を一定に保持するために前記指向方向変化手段に供給されている保持電力を停止するように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置である。
本発明に従えば、受信状態評価手段によって衛星放送電波の受信状態が安定していると評価されるときには、方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、指向方向制御手段が指向方向変化手段を制御するので、指向性ビームの首振り動作は行われず、首振り動作に要する駆動エネルギの低減と駆動機構の長寿命化や信頼性の向上を達成することができる。受信状態が安定していないと評価されるときには、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うので、放送衛星の探索と追尾を自動的に行うことができる。
方向変化検出手段による検出結果の変動が予め定める範囲内で安定しているときには、指向方向制御手段によって衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向の変化を停止するように制御するので、指向性ビームの方向の変化に要する駆動エネルギを削減し、駆動源の温度上昇などを最小限にして寿命の延長を図ることができる。
また本発明で、前記指向方向変化手段は、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる駆動力を発生させるためにステッピングモータを備え、
前記指向方向制御手段は、受信状態評価手段の評価の結果、受信状態が安定しているときであって、かつ前記方向変化検出手段の検出結果の変動が予め定める範囲内となるとき、前記ステッピングモータを停止するとともに、前記ステッピングモータを一定角度に保持するための保持電流の供給を停止するように制御することを特徴とする。
本発明に従えば、受信状態評価手段の評価の結果、受信状態が安定しているときであって、かつ方向変化検出手段の検出結果の変動が予め定める範囲内となるとき、ステッピングモータを停止可能な状態と判別し、ステッピングモータを停止する。さらにステッピングモータに通電して一定の角度で保持するための保持電流の供給も停止するので、通電による温度上昇を最小限にし、ステッピングモータの寿命を長くすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態による放送衛星受信アンテナ自動追尾装置の概略的な構成を示す。アンテナ１は、円盤状であり、その表面に複数のエレメント２が設けられ、エレメント２の配置状態および給電状態を調整することによって、指向性ビーム１ａの形状を変化させることができる。アンテナ１は表面がほぼ水平な姿勢で移動体である自動車の天井部などに搭載され、指向性ビーム１ａは水平面内で一方向に向けられる。図１に示すような側方から見たときに、指向性ビーム１ａは水平面に対して一定の角度θだけ上方に向けて傾斜している。この傾斜角度θは、アンテナ１を搭載する車両が常時走行する地域的範囲から、赤道上の放送衛星を受信するのに適するように設定される。
【００２０】
アンテナ１の指向性ビーム１ａを水平面内で変化させるために、アンテナ１の外周には外周歯車３が設けられる。外周歯車３に噛合する駆動歯車４は、ステッピングモータ５の出力軸に取付けられる。駆動歯車４の歯数は、外周歯車３の歯数よりも小さく、ステッピングモータ５の回転は減速されてアンテナ１に伝達される。ステッピングモータ５は、モータドライバ装置６によって駆動される。外周歯車３、駆動歯車４、ステッピングモータ５およびモータドライバ装置６は、衛星放送受信用のアンテナ１の指向性ビーム１ａの方向を変化させる指向方向変化手段を構成する。
【００２１】
指向方向制御手段である制御装置７は、衛星放送への追尾アルゴリズムに従ってデジタル信号処理を行い、モータドライバ装置６を制御するデジタル信号処理回路８と、ヨーレート信号およびＣ／Ｎ比信号をそれぞれアナログ／デジタル変換（以下「Ａ／Ｄ」と略称する）するＡ／Ｄ回路９，１０を介してデジタル値に変換してそれぞれ入力する。デジタル信号処理回路８は、メモリ１１に予め設定されるテーブルやデータを参照して追尾アルゴリズムに従う制御を行う。
【００２２】
移動体の移動方向の変化は、方向変化検出手段であるジャイロ１２によって、ヨーレート信号として検出される。ジャイロ１２は、移動体の移動方向変化に伴うコリオリ力に基づいてヨーレート信号を導出し、たとえば特開平２−２９３６２０などに開示されている振動ジャイロを好適に用いることができる。光ファイバジャイロなど他の形式のジャイロを用いることもできる。Ｃ／Ｎ比信号は、衛星放送を受信するためのチューナ１３から発生される。チューナ１３内には、アンテナ１からの受信信号を周波数チャネルを選択して増幅するフロントエンド（以下「Ｆ／Ｅ」と略称する）１４と、Ｆ／Ｅ１４からの出力信号に含まれる映像信号を処理して、Ｃ／Ｎ比信号を導出する映像信号処理回路１５などが含まれる。映像信号処理回路１５からの映像信号処理回路１５から導出される映像信号は、ＣＲＴやＬＣＤなどの映像表示装置１６に与えられ、テレビジョン放送の映像を再生することができる。映像信号処理回路１５からは、音声信号も取出され、音声信号処理回路１７からスピーカなどの音響出力装置１８に与えられて音響化される。映像信号処理回路１５としては、半導体集積回路化された既製品を使用することができる。
【００２３】
図２は、図１の制御装置７の動作を示す。ステップａ１から動作を開始し、ステップａ２ではアンテナ１の角速度がたとえば１８０度／ｓｅｃとなるように、ステッピングモータ５を高速度で駆動する。高速度でステッピングモータ５を駆動すると、機械的な慣性によって、Ｃ／Ｎ比の信号レベルが最大となるピーク値の方向を探索して、止めようとしても通過してしまう。ピーク値の方向が探索された後は、ステップａ３でステッピングモータ５の駆動速度をたとえば３０度／ｓｅｃまで低下させ、さらにジャイロ１２が検出するヨーレート信号による方位変化分も加えた方向を目標として、低速でステッピングモータ５を駆動する。この低速での駆動では、高速駆動によって検出したピーク値の方向にアンテナ１の指向性ビーム１ａが向くように制御する。ステップａ４では、最大のピーク値の方向に指向性ビーム１ａを向けたときに検出されるＣ／Ｎ比のレベルが、予め設定されるしきい値ｔｈ１以上であるか否かを判断する。しきい値ｔｈ１未満のピーク値であるときには、ステップａ５でしきい値ｔｈ１をたとえば６０％に低下させ、ステップａ２に戻る。
【００２４】
ステップａ４で、ピーク値がしきい値ｔｈ１以上であると判断されるときには、ステップａ６に移り、ピーク値を示す方向を中心に予め定めるＣ／Ｎ比のレベル範囲または角度範囲で首振りモードの動作を行う。首振りの速度は、ジャイロ１２が示す方位変化にさらにたとえば２０度／ｓｅｃの速度での変化を行わせる。首振りモードでの方向変化は２回行い、ピーク値を検出する。Ｃ／Ｎ比信号のレベルが、ステップａ２およびステップａ３で検出されるピーク値ｐｅａｋからたとえば０．２ｄＢだけ小さいしきい値ｔｈ０以上であるか否かを、ステップａ７で判断し、レベルがしきい値ｔｈ０以上でないと判断されるときにはステップａ６に戻る。レベルがしきい値ｔｈ０以上であると判断されるときには、ステップａ８で首振り動作をストップし、ステッピングモータをジャイロ１２からのヨーレート信号に従って変化させる。首振りストップ状態での追尾動作は、ステップａ９でＣ／Ｎ比信号のレベルがしきい値ｔｈ１以下にならない限り継続される。
【００２５】
ステップａ９でレベルがしきい値ｔｈ１以下になると判断されるときには、ステップａ１０で予め設定される遮断しきい値ｔｈ２以下であるか否かを判断する。レベルが遮断しきい値ｔｈ２以下になっていないと判断されるときには、ステップａ６に戻る。ステップａ１０でレベルが遮断しきい値ｔｈ２以下になっていると判断されるときには、ステップａ１１で遮断モードの動作を行う。なお遮断しきい値ｔｈ２は、しきい値ｔｈ１よりたとえば４ｄＢ小さいしきい値である。遮断モードの動作では、首振りを行い、首振り角を徐々に広げながら検出されるＣ／Ｎ比信号のレベルがしきい値を越えるようになるのを待つ。このときのステッピングモータ５の駆動速度は、ジャイロ１２からのヨーレート信号の変化分とたとえば２０度／ｓｅｃとの和である。遮断モードに入って、ステップａ１２ではたとえば８秒経過しているか否かを判断する。経過していないと判断されるときには、ステップａ１３で検出されるＣ／Ｎ比信号のレベルがレベル復帰に必要なレベルに達しているか否かを判断する。達していないときにはステップａ１１に戻り、遮断モードを継続する。ステップａ１３でレベル復帰と判断されるときには、ステップａ６に戻る。ステップａ１２で８秒経過していると判断されるときには、ステップａ５に戻り、しきい値ｔｈ１を６０％に低下させて放送衛星の探索を開始する。
【００２６】
図２に示す動作では、ステップａ６のたとえば２回の首振りによって放送衛星のピーク値を検出した後、Ｃ／Ｎ比信号のレベルがしきい値ｔｈ０以上で安定しているときには、首振りを行わず、ジャイロ１２からのヨーレート信号をもとに追尾するように切換える。Ｃ／Ｎ比信号のレベルがしきい値ｔｈ１以下になり、遮断しきい値ｔｈ２を越えるときには、ステップａ６に戻って首振りモードを加えた動作を行う。遮断しきい値ｔｈ２以下となるときには、ステップａ１２で設定されるたとえば８秒経過してから放送衛星の探索を再開する。ステップａ１２の設定時間経過前にステップａ１３でレベル復帰と判断されるときには、首振りとヨーレート信号への追従とを加味した追尾動作を行う。
【００２７】
図３は、図２の動作に従って受信されるＣ／Ｎ比信号レベルが時間的に変化する一例を示す。時刻ｔ０からステップａ２の高速探索を開始し、ステップａ１でピーク値ｐｅａｋを記憶する。ステップａ２でアンテナ１の指向性ビーム１ａの変化方向を反転させ、時刻ｔ３で指向性ビーム１ａが最大ピーク値の方向に向くようにステップａ３の低速探索を行う。時刻ｔ３で検出されるＣ／Ｎ比信号のレベルがしきい値ｔｈ１以上であるので、ステップａ６の首振りモードで２回ピーク値を検出し、検出されたピーク値がステップａ２およびステップａ３で検出されたピーク値ｐｅａｋから０．２ｄＢだけ小さいしきい値ｔｈ０以上であることを確認する、時刻ｔ４からはステップａ８の首振りストップモードでの追尾動作を行い、時刻ｔ５で検出されるＣ／Ｎ比信号レベルがしきい値ｔｈ１以下となると、しきい値ｔｈ２よりはＣ／Ｎ比信号レベルは高いので、ステップａ６の２回首振りモードを行い、ステップａ６からステップａ７まではステップａ８の首振りストップモードで追尾を行う。ステップａ６の首振りモードとステップａ８の首振りストップモードでの動作を、Ｃ／Ｎ比信号のレベルが遮断しきい値ｔｈ２以下になるまで繰返して行う。
【００２８】
図４は、図２のステップａ６での首振りモードで方向反転のためのしきい値ｔｈ１を更新する考え方を示す。通常、Ｃ／Ｎ比信号レベルは、中央が高く両側で低下するような図４（ａ）に示す山形特性を示す。Ｃ／Ｎ比信号を検出するのは、制御装置７の制御プログラムが制御ループを１周するのに要する時間毎に行うので、（１）、（２）、（３）、…のように順次Ｃ／Ｎ比信号のレベルが上昇し、（８）まではピークが更新される。その都度反転しきい値ｔｈ１を更新する。（９）以下では、Ｃ／Ｎ比信号のレベルが低下するので、反転しきい値ｔｈ１の更新は行わず、反転しきい値に達する（１７）で指向性ビーム１ａの変化方向を反転させる反転処理を行う。このような反転しきい値ｔｈ１の設定を行えば、図４（ｂ）に示すように、Ｃ／Ｎ比信号レベルが低下する側で急激に低下する場合であっても、あるいは図４（ｃ）に示すように山形特性が乱れても、ピーク値を必ず見付け、反転しきい値ｔｈ１を適切に設定することができる。
【００２９】
図５は、図２のステップａ５で、放送衛星の再追尾を行う性能向上のため、しきい値ｔｈ１を下げる処理の考え方を示す。図５（ａ）に示すように首振りの途中で遮断しきい値ｔｈ２以下にＣ／Ｎ比信号のレベルが低下すると、図５（ｂ）に示すように、首振りしきい値ｔｈ１を６０％のレベルまで低下させるので、首振り動作に基づくピーク値の検出が容易となり、レベル復帰後の電界強度が弱くても１回の首振りで追尾すべき放送衛星からの電波を探索することができる。
【００３０】
図６は、移動体である車両が停車中のときに、ジャイロ１２からの出力値のオフセットを較正する動作を示す。図１のデジタル信号処理回路８は、予め設定される制御プログラムのループを繰返し実行し、その一環としてＡ／Ｄ回路９を介してジャイロ１２からのヨーレート信号を取込む。ヨーレート信号は、センサ基準電圧Ｖｏを中心として、出力値が増大する方向または減少する方向に変化し、変化分が角速度であるヨーレートに対応する。ジャイロ１２では、センサ基準電圧Ｖｏとセンサに対する角速度の感度とが、温度などの誤差要因に従って変化する。移動体が停止中では、ヨーレートは０のはずであり、このときのヨーレート信号はオフセット値を表す。ステップｂ１で動作を開始すると、ステップｂ２で移動体である車両が停車中であるか否かを判断する。停車中であると判断されるときには、ステップｂ３でセンサ基準電圧Ｖｏを現在値に置換える。停車中でないと判断されるときには、センサ基準電圧Ｖｏの値はそれまでの値をそのまま使用する。ステップｂ４で補正動作を終了し、次の制御動作に移る。
【００３１】
図７は、アンテナ１を角変位させるためのステッピングモータ５の特性を示す。ステッピングモータ５は、励磁方式として２相励磁、１−２相励磁、マイクロステップ励磁など複数の方式があり、本実施形態では２相励磁で通常使用する。アンテナ１を最大速度で駆動するときにはモータ速度として３０００ｐｐｓ程度で駆動し、ジャイロ１２のヨーレート信号に合わせて指向性ビーム１ａの方向を変えるときには、モータ速度が０ｐｐｓに近付くこともあり得る。図７に示すステッピングモータ５の特性では、２相励磁でモータ速度が１００ｐｐｓに近付くと、共振によってステッピングモータ５が振動し、追尾性能に影響を及ぼすおそれがある。２相励磁の共振点は、１−２相励磁やマイクロステップ励磁に比較すれば、低いモータ速度であるけれども、振動加速度Ｇは比較的大きい。２相励磁に比較して、１−２相励磁やマイクロステップ励磁は、共振点のモータ速度は高い側にずれるけれども、振動加速度Ｇのピークは小さく、かつ全体的になだらかな変化となる。
【００３２】
図８は、図７に示すような２相励磁の鋭い共振を避けて、ステッピングモータ５を励磁する動作を示す。この動作も、デジタル信号処理回路８による制御ループの一環として行われる。ステップｃ１から動作を開始し、ステップｃ２では、ジャイロ１２からのヨーレート信号に従ってモータ回転速度が変更される。ステップｃ３では変更された回転速度が予め入力されている使用するステッピングモータ５の共振点から予め設定される範囲に近付いているか否かを判断する。共振点付近と判断されるときには、ステップｃ４で１−２相励磁に切換え、共振点付近ではないと判断されるときにはステップｃ５で２相励磁を続け、ステップｃ６で次の制御に移る。
【００３３】
図１のチューナ１３は、検波出力の特性上、受信周波数チャネル毎にＣ／Ｎ比検出電圧が同じＣ／Ｎ比の値であっても、差を生じることがある。このような差が生じると、受信する放送の周波数チャネルを切換えるたびにＣ／Ｎ比検出電圧が変化し、追尾の性能に影響を及ぼすことがある。このため、図１のメモリ１１内に、次の表１に示すような補正用テーブルを設け、チャネル毎に補正値に従ってＣ／Ｎ比信号の検出電圧値を補正し、追尾の精度を維持する。メモリ１１で表１に示す補正用テーブルなどが存在する部分は、たとえばＲＯＭとして一旦設定したデータが電源を遮断しても消失しないようにしておく。
【００３４】
【表１】
図９は、本発明の実施の他の形態として、図２に示すステップａ１０でＣ／Ｎ比信号のレベルが遮断しきい値ｔｈ２以下になったとき、直ちにステップａ１１の遮断モードに移行することを避ける動作を示す。ステップａ１０の後、ステップａ１０１では、瞬時フラグをセットし、ステップａ１０２では瞬時タイマに一定時間、たとえば１秒程度の時間をセットする。ステップａ１０３では、瞬時タイマにセットされた時間が経過するか否かを判断する。タイマにセットされた時間が終了しないときには、ステップａ１０４でステッピングモータ５をジャイロ１２からのヨーレート信号に追尾する状態のままにし、タイマ時間が終了したら、ステップａ１０５でフラグをクリアして首振り開始可能とし、図２のステップａ１１における遮断モードを開始する。
【００３６】
ステップａ１０２で瞬断タイマにセットする時間は、指向性ビーム１ａの幅が狭い場合は短くし、広い場合は長くする。このような不感時間帯を設けることによって、Ｃ／Ｎ比信号レベルが瞬間的に低下しても、その原因が移動体の通過に伴う瞬間的な電波障害などであるときに、首振りモードを新たに開始してしまうと再追尾に時間を要することになってしまうからである。
【００３７】
図１０は、図９のステップａ１０２で、瞬断タイマにセットする不感時間を一定値で設定するのではなく、移動体の移動速度に対応した時間で設定するようにする動作を示す。図２のステップａ１０で遮断が発生すると、ステップａ１０６で現在の車速を取込み、ステップａ１０７で車速に対応したタイマ値をセットする。この後図９のステップａ１０３以下に移る。現在の車速は、たとえば自動車の車速パルス等から検出する。このような車速が早いときには、瞬断タイマにセットする時間を短くし、遅いときには長く変えることによって、障害物などによる瞬断時に対応する際の精度を上げることができる。
【００３８】
図１１は、本発明の実施のさらに他の形態として、図２に示す制御ルーチンの一部で、ステッピングモータ５を停止可能か否かを判別し、停止可能な状態ではステッピングモータに流す電流を０として、通電による温度上昇を最小限にし、ステッピングモータ５の寿命を長くすることができる動作を示す。ステップｄ１から動作を開始し、ステップｄ２ではヨーレートセンサ信号を読込む。ステップｄ３では、車速パルスやサイドブレーキの操作等の車両情報を取込む。ステップｄ４では、ヨーレート信号が角速度０を示し、直進走行状態であるか、車両情報が車両が停止していることを示している場合は、ステップｄ５でステッピングモータ５を通電して一定の角度で保持するＨＯＬＤ状態を解除する。直進走行状態か停止状態ではないと判断されるときには、ステップｄ６でステッピングモータ５には電流を流すＨＯＬＤ状態を続ける。ステップｄ７で次の動作に移る。
【００３９】
以上の各実施形態では、アンテナ１は円盤状で、その表面に複数のエレメント２を配列して指向性ビーム１ａを形成させているけれども、他の形式のアンテナを使用することもできる。またステッピングモータ５によってアンテナ１の外周歯車３を回転駆動して、指向性ビーム１ａの方向を変化させているけれども、アンテナ１の角変位量をエンコーダなどによって検出し、サーボモータで回転駆動するようにすることもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、衛星放送電波の受信状態が安定であると評価されるときには、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を移動体の移動方向の変化を検出して追尾させるので、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。方向変化検出手段が検出する移動体の移動方向の変化は、首振り動作に必要な指向性ビームの変化速度に比較して低速度であるので、騒音の発生も少なくなり、各部分の摩耗等の減少によって寿命も延長され、信頼性も向上する。
【００４１】
また、電波の受信状態が安定でないと評価されるときであっても、予め設定された基準に満たない不安定状態ではないと評価されるときには、方向変化検出手段の検出結果に基づく指向性ビームの方向変化に首振り動作を併せて行うので、迅速かつ確実に放送衛星の追尾を行うことができる。
【００４２】
また本発明によれば、電波の受信状態の安定性の評価を、搬送波の電界強度と受信雑音強度との比であるＣ／Ｎ比を検出して行うので、テレビジョン放送として受信する際の画質と対応する評価を確実に行うことができる。Ｃ／Ｎ比を検出する電気回路は、既存の技術で容易に構成することができ、低コストで確実な安定性の評価を行うことができる。
【００４３】
また本発明によれば、複数のチャネルの衛星放送を受信する際においても、チャネル切換えが追尾性能に影響を及ぼさないので、安定した状態で確実な衛星放送の受信を行ことができる。
【００４４】
さらに本発明によれば、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。首振り動作で受信する電界強度の最大値を検出する際に、一旦最大値を過ぎた後に電界強度が低下し、指向性ビームの変化方向を反転する際には、改めて最大値を検出するための基準を更新するので、移動体の移動に伴って受信する電波の電界強度が低下するような場合であっても、確実に最大の電界強度を検出し、首振り動作を継続することができる。
【００４５】
さらに本発明によれば、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。追尾する放送衛星を探索する際に予め設定されるしきい値を設けるので、安定に受信可能な放送衛星を容易に探索することができる。放送衛星の受信が遮断した後で再び放送衛星の追尾を行うために放送衛星を探索する際には、しきい値を低下させるので、迅速に追尾すべき放送衛星を探索することができる。
【００４８】
さらに本発明によれば、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。指向性ビームの変化にステッピングモータを用い、ステッピングモータの駆動を共振点を避けて安定に行うことができる。
【００４９】
さらに本発明によれば、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。安定な状態で衛星放送を受信中に、瞬間的な不安定状態が発生しても、予め設定される時間不安定な状態が継続しない限り放送衛星を探索する動作を行わないので、瞬間的な障害物などの影響で不安定な状態になって安定状態に復帰した際に、直ちに放送衛星への追尾を再開し、再度探索するのに要する時間を節減することができる。
【００５０】
また本発明によれば、移動体の移動速度に応じて不安定な状態の継続を評価する時間を調整させるので、移動体の走行状態に応じて適切な基準時間を設定することができる。
【００５１】
さらに本発明によれば、常に一定範囲で移動させる首振り動作を行う必要がなく、常時衛星放送受信アンテナの指向性ビームを高速で変化させる必要がないので、モータなどの駆動源の小形化を図り、衛星放送受信アンテナ自動追尾装置全体の小形化も図ることができる。指向性ビームの方向を変化させる必要がないときには指向性ビームの方向の変化を停止させるので、変化のための駆動に要するエネルギを節減し、変化のための機構の寿命延長を図ることができる。
また本発明によれば、受信状態が安定しているときであって、かつ方向変化検出手段の検出結果の変動が予め定める範囲内となるとき、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を保持する必要がないと判別し、ステッピングモータを停止して、通電による温度上昇を最小限にし、ステッピングモータの寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による衛星放送受信アンテナ自動追尾装置の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置７の動作を示すフローチャートである。
【図３】図２の動作に対応するＣ／Ｎ比信号レベルの時間的変化の一例を示すタイムチャートである。
【図４】図２の首振り動作時における反転しきい値ｔｈ１の更新についての考え方を示すグラフである。
【図５】図２の動作で遮断後に反転しきい値ｔｈ１のレベルを低下させる考え方を示すグラフである。
【図６】図２の動作中に、ジャイロ１２からのヨーレート信号のオフセット誤差を補正する動作を示すフローチャートである。
【図７】図１のステッピングモータ５の共振特性の一例を示すグラフである。
【図８】図２の動作中に挿入され、ステッピングモータ５の共振点を避けて追尾の性能を向上させるための動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の他の形態として瞬間的な遮断後に不感時間帯を設ける動作を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示す不感時間帯を車速に応じて変更する動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施のさらに他の形態として、ステッピングモータ５を駆動する必要がないときに電流を０とする動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ アンテナ
１ａ 指向性ビーム
３ 外周歯車
４ 駆動歯車
５ ステッピングモータ
６ モータドライバ装置
７ 制御装置
８ デジタル信号処理回路
９，１０ Ａ／Ｄ回路
１１ メモリ
１２ ジャイロ
１３ チューナ
１４ Ｆ／Ｅ
１５ 映像信号処理回路
Claims (10)
- 移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記受信状態評価手段は、受信状態が安定していない場合に、予め定める基準に満たない不安定状態であるか否かを評価し、
前記指向方向制御手段は、受信状態評価手段が受信状態が安定していないけれども不安定状態ではないと評価するとき、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向が、方向変化手段の検出結果に追従し、かつ前記首振り動作も併せて行うように、前記指向方向変化手段を制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置。 - 前記受信状態評価手段は、受信される衛星放送電波の搬送波の電界強度と受信雑音強度との比であるＣ／Ｎ比を検出し、予め設定される基準に基づいてＣ／Ｎ比が良好であるか否かを判断することによって、受信状態が安定であるか不安定であるかを評価することを特徴とする請求項１記載の衛星放送受信アンテナ自動追尾装置。
- 前記指向方向制御手段は、受信する衛星放送の受信周波数チャネル毎の受信感度差を補正するように、前記受信状態評価手段に予め設定される基準を受信周波数チャネル毎に調整することを特徴とする請求項２記載の衛星放送受信アンテナ自動追尾装置。
- 移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、前記指向方向変化手段が衛星放送受信アンテナの指向性ビームの首振り動作を行う際、電界強度が一旦最大となってから低下する方向に、電界強度が最大のときを基準として比較しながら予め設定される範囲に電界強度が低下するまで、または予め定める角度に到達するまで変化させた後、指向性ビームの変化方向を逆方向に切換え、電界強度を比較する基準を切換え時点の電界強度に置換え、指向性ビームの方向が変化する過程で電界強度が基準よりも大きければ基準を置換えるように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置。 - 移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、衛星放送電波を受信していない状態から受信を開始する際に、予め設定される角度変化パターンに従って衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させ、予め設定されるしきい値以上の電界強度を有する電波が受信可能な指向性ビームの方向を放送衛星の方向として追尾し、衛星放送受信が遮断された後で放送衛星の方向に対する追尾を行う際に、前記しきい値を低下させることを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置。 - 移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向変化手段は、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる駆動力を発生させるためにステッピングモータを備え、
前記指向方向制御手段は、ステッピングモータを駆動するパルスの周期がステッピングモータに固有の共振点から予め定める範囲内となるとき、ステッピングモータの励磁方式を切換えるように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置。 - 移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、前記受信状態評価手段によって評価される受信状態が安定している状態から安定していない状態に変わる際に、予め設定される時間が経過しても安定していない状態が継続するときに、前記指向方向変化手段が首振り動作へ移行するように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置。 - 前記指向方向制御手段は、移動体の移動速度に応じ、前記予め設定される時間を調整することを特徴とする請求項７記載の衛星放送受信アンテナ自動追尾装置。
- 移動体に搭載され、衛星放送受信アンテナの指向性ビームを放送衛星の方向に合わせて追尾する衛星放送受信アンテナ自動追尾装置において、
衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる指向方向変化手段と、
衛星放送電波の受信状態の安定性を予め定める基準に従って評価する受信状態評価手段と、
移動体の移動方向の変化を検出する方向変化検出手段と、
受信状態評価手段の評価に従って、受信状態が安定しているときは、方向変化検出手段の検出結果に追従して衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させるように、受信状態が安定していないときは、受信する電波の電界強度が最大となる方向を探索しながら、予め定める範囲内で指向性ビームの方向を変化させる首振り動作を行うように、指向方向変化手段をそれぞれ制御する指向方向制御手段とを含み、
前記指向方向制御手段は、前記方向変化検出手段の検出結果の変動が予め定める範囲内となるとき、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向の変化を停止するとともに指向性ビームの方向を一定に保持するために前記指向方向変化手段に供給されている保持電力を停止するように制御することを特徴とする衛星放送受信アンテナ自動追尾装置。 - 前記指向方向変化手段は、衛星放送受信アンテナの指向性ビームの方向を変化させる駆動力を発生させるためにステッピングモータを備え、
前記指向方向制御手段は、受信状態評価手段の評価の結果、受信状態が安定しているときであって、かつ前記方向変化検出手段の検出結果の変動が予め定める範囲内となるとき、前記ステッピングモータを停止するとともに、前記ステッピングモータを一定角度に保持するための保持電流の供給を停止するように制御することを特徴とする請求項９記載の衛星放送受信アンテナ自動追尾装置。
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