JP3572810B2 - Control device for in-vehicle satellite receiving antenna - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は車載衛星受信アンテナの制御装置、特にジャイロセンサを用いた車載衛星受信アンテナの追尾制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車等の移動体に搭載し、常に放送衛星(以下BSという)の方角へ車載衛星受信アンテナを向けるべくBSを追尾して電波を受信するための装置が開発されており、車両等の移動体の旋回状態を検出するジャイロセンサを設け、このジャイロセンサからの出力に基づいて車載衛星受信アンテナを回転駆動させる技術が一般に採用されている。
【0003】
例えば、特開平4−232483号公報には、受信アンテナを駆動する構成が開示されている。なお、ジャイロセンサからの出力のみならず、アンテナを微小角度左右に振らせて現在の受信レベルと前回の受信レベルの信号強度を比較し、信号レベルが増大する方向に受信アンテナを駆動するステップトラック制御も併せて行なう技術も開発されている(特開平4−336821号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにジャイロセンサからの出力(ヨーレート)に基づき車載衛星受信アンテナを回転駆動して追尾動作を行なう場合、ジャイロセンサからの出力を所定時間毎(例えば5msec)にサンプリングし、そのサンプリングタイミングにおける検出値に基づいてステッピングモータ等の駆動量が決定され、次のサンプリングタイミングまではこの駆動量は一定に保持されるのに対し、ジャイロセンサからの出力は時間とともに連続的に変化している。従って、この連続値と離散値との間には誤差が生じ、ステッピングモータへの駆動量には誤差が含まれることになる。
【0005】
図4にはこの誤差を表すためのステッピングモータへの駆動量(パルスレート)が時間と共に模式的に示されている。図4において、横軸は時間であり、サンプリングタイミングは5msecである。また、縦軸はステッピングモータへの駆動量(パルス数/sec)である。あるサンプリングタイミングから次のサンプリングタイミングまでの間のジャイロ出力は連続的に変化しているのに対し、このジャイロ出力に基づいてステッピングモータを回転駆動するための駆動量は一定値であるため、両者の間には図中斜線で示されるような誤差が生じ、この誤差はジャイロ出力変化が大きいほど大きくなる。従って、所定時間経過後にはこの誤差が積算され、アンテナの指向性ビームの方向が衛星の方向から大きくずれてしまう場合も生じ得る。
【0006】
この誤差を小さくする方法として、サンプリング間隔を狭め、モータを駆動制御する周期を短くする方法が考えられる。ところが、この方法は、モータの駆動量を短時間で算出するために高速演算が可能なCPUを必要とする。しかし、このようなCPUは必然的に消費電流も大きく、従って低消費電流化が特に重要な車載用の装置には適さない。消費電流の点で、サンプリング間隔を広く設定しても精度良く衛星追尾が行える方法が望ましい。
【0007】
本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的はジャイロセンサからの出力に基づいて衛星受信アンテナを回転駆動する追尾制御において、ジャイロ出力(すなわち車両の旋回量)と車載衛星受信アンテナを回転駆動する駆動量との間に生ずる誤差を抑制し、車両が高速に旋回しても正確に衛星を追尾することが可能な車載衛星受信アンテナの制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第1の発明は、車載衛星受信アンテナを衛星の方角に向けるための制御装置であって、車両の旋回量を検出するジャイロセンサと、前記車載衛星受信アンテナを回転駆動することによりアンテナの指向性を方位角方向に変化させるステッピングモータと、前記ジャイロセンサで検出された旋回量に基づいて前記ステップモータの駆動量を制御する制御手段と、前記ジャイロセンサで検出された現在の旋回量と前回の旋回量との差分量に基づいて前記駆動量を補正する補正手段とを有することを特徴とする。
【0009】
また、上記目的を達成するために、第2の発明は、第1の発明において、前記補正手段は現在の旋回量と前回の旋回量の差の1/2の量を現在の旋回量に加えることを特徴とする。
【0010】
このように、本発明においては前回検出された旋回量と現在の旋回量との差分に基づき、ステップモータを駆動するための駆動量を補正するものである。補正の方法としては、現在の旋回量と前回の旋回量の差分値の1/2を現在の駆動量に加算すればよい。上述した図4に示されるように、ジャイロ出力とステップモータの駆動量(すなわち受信アンテナの旋回量)の誤差は斜線部分で示されるが、この誤差量は現在の旋回量と前回の旋回量との差分値の1/2にほぼ等しく、この補正量を現在のステップモータ駆動量に加算することにより、誤差を簡易にかつ確実に抑制することが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0012】
図1には本実施形態における車載衛星受信アンテナ及び追尾装置の構成ブロック図が示されている。衛星受信アンテナ(BSアンテナ)10は、コンバータ12を介して車室内のBSチューナ14に接続されており、アンテナ10にて受信された衛星放送はBSチューナ14にて復調され映像出力として図示しないCRT等に出力される。このアンテナ10には、アンテナを回転駆動することにより指向性の向きを変化させるステッピングモータ16が取り付けられており、ステッピングモータ16の駆動量は車室内ユニットからの制御信号により決定される。なお、アンテナとしては一定の指向性を有するものであればどのようなものでも構わないが、例えば図5に示されているように平面ビームチルトアンテナが好適である。平面ビームチルトアンテナは平面アンテナであって、アンテナの各エレメントの位相を調整することにより、アンテナのビームを垂直方向から一定角度チルトさせたものである。このアンテナの指向性は、図で示された方向に固定であるが、BS(放送衛星)あるいはCS(通信衛星)の高度は一定であるため、図に示された平面アンテナをステッピングモータ16により方位角方向に回転させることにより、車両が移動してもアンテナのビームをBSあるいはCSの方向に向けることが可能である。このような平面アンテナは、薄型に形成することができるため、車両のルーフに設けることが可能である。勿論、サンルーフに平面アンテナを内蔵させることも好適である。車室内ユニットは、上述したBSチューナ14の他に、車両のヨーレートを検出する振動ジャイロ18、モータ制御ボード20及びA/Dボード22を含んで構成される接続ユニット24、制御装置26及びステッピングモータ16を駆動するステッピングモータドライバ28から構成される。BSチューナ14からの受信信号C/NOUT及び振動ジャイロ18からの出力は接続ユニット24内のA/Dボード22に供給され、デジタル信号に変換された後制御装置26に供給される。制御装置26では、これらジャイロ出力及び受信信号に基づきアンテナ10の回転量を決定し、接続ユニット24内のモータ制御ボード20に指令する。
【0013】
具体的には、この制御は以下のように行なわれる。すなわち、初期サーチ動作終了後、振動ジャイロ18で検出したヨーレートと同量で符号が逆向きのヨーレートでアンテナ10を駆動する。この制御は、所定サンプリングタイミング(例えば5msec)毎に行なわれる。そして、この制御中、BSチューナ14からのC/NOUTが低下して所定のしきい値1以下となったことを検出した場合には、制御装置26は、ジャイロ追尾に加え、所定時間毎(例えば100msec)にアンテナ10を所定角度振らせて前回の受信レベルと今回の受信レベルを比較し、受信レベルが増大していれば再び同一方向にアンテナ10を駆動し、逆に受信レベルが下がっていれば逆方向に回転することで常に受信レベルが増大するようにアンテナを駆動するいわゆるステップトラック追尾も併用するハイブリッド方式に移行する。そして、ハイブリッド追尾により受信レベルが再び所定のしきい値2以上となった場合には、再び振動ジャイロ18からの出力のみに基づきアンテナ10を駆動する。ここで、しきい値1<しきい値2であり、従って、受信レベルがしきい値1としきい値2の間では追尾特性はヒステリシスを有することになる。このようにヒステリシス特性を持たせたのは、ハイブリッド追尾により受信レベルが増大してしきい値1に達した時点で直ちにジャイロ追尾に移行させたのでは、ジャイロのオフセット誤差等により受信レベルがすぐに低下し、再びしきい値1以下となる可能性が高く制御が不安定となるからである。このように、ジャイロ出力のみでなく、受信レベルが所定しきい値1以下となり追尾外れが生じやすい状況になった場合には、ジャイロ出力に加え受信レベルを増大側に制御するステップトラック制御を併用することにより、高精度に衛星追尾を行うことができる。
【0014】
しかしながら、上述したように、連続的に変化するジャイロの実際の出力値と、このジャイロ出力に基づき制御装置26が決定するステップ的に変化するモータの駆動量との間に誤差が生じる。そこで、制御装置26は、以下に示すようにこの誤差を簡易かつ精度良く抑制してアンテナ10を従来以上に高精度に追尾制御している。
【0015】
図2には、制御装置26で行われる誤差抑制処理のフローチャートが示されている。まず、接続ユニット24内のA/Dボード22からデジタル化されたジャイロ出力を読み込む(S101)。この読み込みは、所定のタイミング(5msec)毎に行われる。次に、読み込んだジャイロ出力を車両の角速度に変換する(S102)。ジャイロ出力には、一般にオフセット誤差が含まれているため、このオフセット誤差をまず補正する(S103)。このオフセット誤差の方法としてはいくつか考えられるが、製品毎のばらつき及び温度条件等のばらつきも考慮して、ステップトラック追尾を併用するハイブリッド追尾に移行した際にアンテナ10をどちらの方向に回転させると受信レベルが増大するか否かを判定し、その方向に基づきオフセット量を適宜調整して集束させていく方法が望ましい。すなわち、仮に時計方向にアンテナ10を回転させた時に受信レベルが増大した場合には、これはアンテナ10を反時計方向に回転させすぎたことを意味しており、ジャイロ追尾においてはアンテナ10の回転はジャイロ出力と反対方向であるから、ジャイロ出力が本来の車両の旋回量よりもより多く時計方向の旋回量を出力してしまったことになる。従って、振動ジャイロ18には時計方向のオフセット誤差が含まれていることになるので、この方向の誤差を解消するように補正すればよい。但し、オフセット誤差量は未知であるので、このような誤差補正を所定ステップずつ繰り返し行って、最終的にオフセット誤差を全て解消すればよい。
【0016】
オフセット誤差補正が完了した後、制御装置26はオフセット誤差補正されたジャイロ出力に基づきアンテナ10を同一角速度で逆向きに回転させるために必要なモータパルスレートPPSを算出する(S104)。このパルスレートPPSと実際のジャイロ出力(実際の車両の角速度)との間には図4の斜線で示したように誤差が含まれているため、このパルスレートPPSでアンテナ10を回転駆動したのでは、正確に衛星を追尾することはできない。そこで、制御装置26は、図4の斜線部分で示された誤差を解消すべく、まず現在のパルスレートPPSと前回のサンプリングタイミングにおけるパルスレートPPSとの差分ΔPPSを算出し、その1/2をS104にて算出された現在のパルスレートPPSに加算する。すなわち、ジャイロ出力に基づき算出されたPPSに対し、
【数1】
PPS1=PPS+1/2・ΔPPS
により現在のパルスレートPPSを補正して新たなパルスレートPPS1を算出する(S105)。上式における1/2・ΔPPSは図4における斜線部分にほぼ相当するものであり、この量を現在のパルスレートPPSに加算することにより図4の斜線で示される誤差をほぼ解消することができる。
【0017】
このようにしてステッピングモータ16に供給すべき駆動量PPS1を算出した後、次回の差分量演算のために現在のパルスレートPPSを直前のパルスレートPPSlastに代入した後(S106)、S105にて算出されたPPS1でステッピングモータ16を駆動しアンテナ10を回転させる(S107)。
【0018】
図3にはこのようにパルスレートを補正してステッピングモータ16を駆動しアンテナ10を回転させた場合のパルスレートと実際のジャイロ出力との比較が示されている。現在のパルスレートと前回のパルスレートの差分の1/2を現在のパルスレートに加算して補正することにより、ステッピングモータ16に供給されるパルスレートは実際のジャイロ出力をよく近似したものとなり、従って従来以上に高精度にアンテナ10を追尾できることが理解される。
【0019】
なお、本実施形態においては、ジャイロ制御とステップトラック制御を併用するハイブリッド方式におけるジャイロ出力補正について説明したが、ジャイロ制御のみを用いた方式においても同様に用いることができるのはいうまでもない。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ジャイロセンサ出力に基づいて衛星受信アンテナを追尾制御する際に、前回の駆動量との差分に基づいて簡易にかつ確実に実際の車両旋回量との誤差を抑制できるので、追尾外れを生ずることなく高精度に追尾動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の構成ブロック図である。
【図2】同実施形態における補正動作の処理フローチャートである。
【図3】同実施形態におけるジャイロ出力とパルスレートの関係を示すグラフ図である。
【図4】従来技術におけるジャイロ出力とパルスレートの関係を示すグラフ図である。
【図5】平面アンテナの機能及び指向方向を示す図である。
【符号の説明】
10 衛星受信アンテナ(BSアンテナ)、12 コンバータ、14 BSチューナ、16 ステッピングモータ、18 振動ジャイロ、24 接続ユニット、26 制御装置、28 ステッピングモータドライバ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a vehicle-mounted satellite receiving antenna, and more particularly to tracking control of a vehicle-mounted satellite receiving antenna using a gyro sensor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been developed a device that is mounted on a mobile body such as an automobile and receives a radio wave by tracking a BS so that an on-vehicle satellite receiving antenna is always directed to a broadcasting satellite (hereinafter referred to as a BS). In general, a technology is provided in which a gyro sensor for detecting a turning state of a moving body is provided, and a vehicle-mounted satellite receiving antenna is rotationally driven based on an output from the gyro sensor.
[0003]
For example, JP-A-4-232483 discloses a configuration for driving a receiving antenna. In addition to the output from the gyro sensor, a step track that drives the receiving antenna in the direction in which the signal level increases by comparing the signal strength of the current receiving level with the signal strength of the previous receiving level by swinging the antenna by a small angle left and right. A technique for performing control also has been developed (Japanese Patent Laid-Open No. 4-336821).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case where the tracking operation is performed by rotating the vehicle-mounted satellite receiving antenna based on the output (yaw rate) from the gyro sensor, the output from the gyro sensor is sampled at predetermined time intervals (for example, 5 msec), and the sampling timing is set. The drive amount of the stepping motor or the like is determined based on the detection value in the above, and this drive amount is kept constant until the next sampling timing, whereas the output from the gyro sensor changes continuously with time. . Therefore, an error occurs between the continuous value and the discrete value, and the drive amount to the stepping motor includes an error.
[0005]
FIG. 4 schematically shows a drive amount (pulse rate) to the stepping motor for representing this error with time. In FIG. 4, the horizontal axis is time, and the sampling timing is 5 msec. The vertical axis indicates the amount of drive to the stepping motor (number of pulses / sec). While the gyro output from one sampling timing to the next sampling timing changes continuously, the amount of driving for rotating the stepping motor based on this gyro output is a constant value. An error as shown by hatching in the figure occurs between the two, and this error increases as the gyro output change increases. Therefore, the errors are accumulated after the elapse of a predetermined time, and the direction of the directional beam of the antenna may greatly deviate from the direction of the satellite.
[0006]
As a method of reducing this error, a method of narrowing the sampling interval and shortening the cycle for driving and controlling the motor can be considered. However, this method requires a CPU capable of performing high-speed calculations in order to calculate the driving amount of the motor in a short time. However, such a CPU inevitably consumes a large amount of current, and therefore is not suitable for an in-vehicle device where low current consumption is particularly important. From the viewpoint of current consumption, it is desirable to use a method in which satellite tracking can be performed with high accuracy even if the sampling interval is set wide.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and has as its object to perform tracking control in which a satellite receiving antenna is rotationally driven based on an output from a gyro sensor. An object of the present invention is to provide a control device of an on-vehicle satellite receiving antenna capable of suppressing an error occurring between a driving amount for rotationally driving a satellite receiving antenna and accurately tracking a satellite even when a vehicle turns at high speed. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for directing an on-vehicle satellite receiving antenna toward a satellite, comprising: a gyro sensor for detecting a turning amount of a vehicle; A stepping motor that changes the directivity of the antenna in the azimuth direction by driving; a control unit that controls a driving amount of the step motor based on a turning amount detected by the gyro sensor; And a correcting means for correcting the driving amount based on a difference between the current turning amount and the previous turning amount.
[0009]
In order to achieve the above object, in a second aspect based on the first aspect, the correction means adds a half of a difference between a current turning amount and a previous turning amount to the current turning amount. It is characterized by the following.
[0010]
As described above, in the present invention, the driving amount for driving the step motor is corrected based on the difference between the previously detected turning amount and the current turning amount. As a correction method, a half of the difference between the current turning amount and the previous turning amount may be added to the current driving amount. As shown in FIG. 4 described above, the error between the gyro output and the driving amount of the step motor (that is, the turning amount of the receiving antenna) is indicated by a hatched portion, and this error amount is represented by the current turning amount and the previous turning amount. Is approximately equal to 1/2 of the difference value of the above. By adding this correction amount to the current step motor drive amount, it is possible to easily and reliably suppress the error.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the on-vehicle satellite receiving antenna and the tracking device according to the present embodiment. A satellite receiving antenna (BS antenna) 10 is connected to a
[0013]
Specifically, this control is performed as follows. That is, after the end of the initial search operation, the
[0014]
However, as described above, an error occurs between the actual output value of the gyro that continuously changes and the drive amount of the motor that changes stepwise determined by the
[0015]
FIG. 2 shows a flowchart of the error suppression processing performed by the
[0016]
After the offset error correction is completed, the
(Equation 1)
PPS1 = PPS + 1/2 · ΔPPS
To correct the current pulse rate PPS to calculate a new pulse rate PPS1 (S105). The ・ · ΔPPS in the above equation substantially corresponds to the hatched portion in FIG. 4, and by adding this amount to the current pulse rate PPS, the error indicated by the hatched portion in FIG. 4 can be almost eliminated. .
[0017]
After calculating the drive amount PPS1 to be supplied to the stepping
[0018]
FIG. 3 shows a comparison between the pulse rate when the pulse rate is corrected and the
[0019]
In the present embodiment, the gyro output correction in the hybrid system using both the gyro control and the step track control has been described. However, it goes without saying that the gyro control can be similarly used in the system using only the gyro control.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when tracking control of the satellite receiving antenna based on the gyro sensor output, it is possible to easily and reliably calculate the actual vehicle turning amount based on the difference from the previous driving amount. Since the error can be suppressed, the tracking operation can be performed with high accuracy without causing tracking loss.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration block diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a processing flowchart of a correction operation in the embodiment.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a gyro output and a pulse rate in the embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a gyro output and a pulse rate in a conventional technique.
FIG. 5 is a diagram showing functions and directional directions of a planar antenna.
[Explanation of symbols]
10 satellite receiving antenna (BS antenna), 12 converter, 14 BS tuner, 16 stepping motor, 18 vibration gyro, 24 connection unit, 26 controller, 28 stepping motor driver.
Claims (2)
車両の旋回量を検出するジャイロセンサと、
前記車載衛星受信アンテナを回転駆動することによりアンテナの指向方向を方位角方向に変化させるステッピングモータと、
前記ジャイロセンサで検出された旋回量に基づいて前記ステップモータの駆動量を制御する制御手段と、
前記ジャイロセンサで検出された現在の旋回量と前回の旋回量との差分量に基づいて前記駆動量を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする車載衛星受信アンテナの制御装置。A control device for pointing the onboard satellite receiving antenna in the direction of the satellite,
A gyro sensor for detecting a turning amount of the vehicle;
A stepping motor that changes the directional direction of the antenna in an azimuth direction by rotating the on-vehicle satellite receiving antenna,
Control means for controlling the driving amount of the step motor based on the turning amount detected by the gyro sensor,
Correction means for correcting the drive amount based on the difference between the current turn amount detected by the gyro sensor and the previous turn amount,
A control device for a vehicle-mounted satellite receiving antenna, comprising:
前記補正手段は、現在の旋回量と前回の旋回量の差の1/2の量を現在の旋回量に加えることを特徴とする車載衛星受信アンテナの制御装置。The control device for an on-vehicle satellite receiving antenna according to claim 1,
The control device for a vehicle-mounted satellite receiving antenna, wherein the correction means adds a half of a difference between a current turning amount and a previous turning amount to the current turning amount.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP1977496 | 1996-02-06 | ||
JP15572196A JP3572810B2 (en) | 1996-02-06 | 1996-06-17 | Control device for in-vehicle satellite receiving antenna |
Publications (2)
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JPH09274072A JPH09274072A (en) | 1997-10-21 |
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JP15572196A Expired - Lifetime JP3572810B2 (en) | 1996-02-06 | 1996-06-17 | Control device for in-vehicle satellite receiving antenna |
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-
1996
- 1996-06-17 JP JP15572196A patent/JP3572810B2/en not_active Expired - Lifetime
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