JP3732151B2 - Satellite capture system for in-vehicle relay station and satellite capture method for in-vehicle relay station - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載中継局の衛星捕捉システム及び車載中継局の衛星捕捉方法に係り、更に詳しくは、衛星通信用車載局のアンテナを捕捉対象衛星に自動的に指向させる衛星捕捉システム及びその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の衛星捕捉システムの構成を示したブロック図であり、衛星通信用の車載中継局が示されている。図中の1は通信衛星、2は車載局アンテナ、3は給電装置、4は送受信装置、5はアンテナ駆動装置、6はアンテナ制御装置、8はスペクトラムアナライザ、10は衛星通信用車載局である。
【0003】
車載局10は、中継現場に到着した後、まず車載局アンテナ2を捕捉すべき通信衛星1(捕捉対象衛星)に指向させる必要がある。そのため、車載局運用者は、捕捉対象衛星1及び車載局10の位置情報をアンテナ制御装置6に入力する。アンテナ制御装置6は、オペレータにより入力された位置情報に基づいて、捕捉対象衛星1に対する車載局アンテナ2の方位角及び仰角を算出する。アンテナ駆動装置5は、算出された方位角及び仰角に基づいて車載局アンテナ2を駆動し、車載局アンテナ2を捕捉対象衛星1へ指向させる。
【0004】
しかし、通信衛星1は僅かながら絶えず動いている。また、10GHz以上の信号を送受信する場合、車載局アンテナ2として指向性の高いパラボラアンテナが用いられるが、その受信ビーム幅(半値幅)は約1度又はそれ以下となり非常に狭い。さらに、アンテナ2の角度検出機構の検出精度にも限界がある。従って、上述のアンテナ制御方法を用いても、捕捉対象衛星1が車載局アンテナ2のビームの真の中心位置となるように車載局アンテナ2を自動的に駆動制御することは精度的に不可能であった。
【0005】
このため、従来の車載局運用者は最終的にスペクラムアナライザ8を用いて捕捉対象衛星1からの受信キャリアをモニターし、その受信レベルが最大となるようアンテナ2の方位角・仰角を各々手動にて微調整し、捕捉対象衛星1のビーム中心位置へ指向させていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の衛星捕捉システムは、上述した通り、車載局アンテナを捕捉対象衛星に指向させる際、最終的には車載局運用者が手動で車載局アンテナを微調整していた。このため、車載局が現場に到着してから中継を開始するまでにかなりの時間(例えば15分程度)を要していた。また、通信衛星からの受信キャリアをスペクトラムアナライザで観察するのみでは、本当に捕捉対象衛星を捕捉しているのか判別できず、捕捉対象外の衛星を誤って捕捉するという運用ミスを引き起こす可能性があった。従って、衛星捕捉には、かなりの熟練した運用者が必要とされていた。
【0007】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、短時間で車載局アンテナを捕捉対象衛星に指向させることができる衛星捕捉システム及び衛星捕捉方法を提供することを目的とする。また、誤って捕捉対象外の衛星を捕捉することのない衛星捕捉システム及び衛星捕捉方法を提供することを目的とする。また、自動的に車載局アンテナを捕捉対象衛星に指向させることができる衛星捕捉システム及び衛星捕捉方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の本発明による車載中継局の衛星捕捉システムは、通信衛星から送信されるビーコン信号を受信するアンテナと、受信周波数及び受信レベルに基づいて捕捉対象衛星からのビーコン信号を判別するビーコン受信判別装置と、車載局及び捕捉対象衛星の位置情報に基づいて方位角及び仰角を算出するアンテナ制御装置と、アンテナを駆動するアンテナ駆動装置とを備え、アンテナ制御装置により算出された方位角を中心とする第1の角度範囲内においてアンテナを駆動し、ビーコン受信判別装置からの判別信号に基づいてビーコン信号にロックオンすることにより、捕捉対象衛星を自動捕捉するように構成される。
【0009】
請求項2に記載の本発明による車載中継局の衛星捕捉システムは、捕捉対象衛星のビーコン信号にロックオンさせた後、第1の角度範囲よりも狭い第2の角度範囲内においてアンテナを駆動してピークサーチを行うように構成される。
【0010】
請求項3に記載の本発明による車載中継局の衛星捕捉方法は、通信衛星から送信されるビーコン信号を受信する受信ステップと、受信周波数及び受信レベルに基づいて捕捉対象衛星からのビーコン信号を判別するビーコン信号判別ステップと、車載局及び捕捉対象衛星の位置情報に基づいて方位角及び仰角を算出する角度演算ステップと、角度演算ステップにより算出された方位角を中心とする第1の角度範囲内においてアンテナを駆動し、ビーコン信号判別ステップによる判別結果に基づいてビーコン信号にロックオンするロックオンステップとを備えて構成される。
【0011】
請求項4に記載の本発明による車載中継局の衛星捕捉方法は、ロックオンステップにより捕捉対象衛星のビーコン信号にロックオンさせた後、第1の角度範囲よりも狭い第2の角度範囲内においてアンテナを駆動して受信レベルが最大となる方位角及び仰角をサーチするピークサーチステップを備えて構成される。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による車載中継局の衛星捕捉システムの一構成例を示したブロック図である。図中の1は捕捉対象衛星、2は車載局アンテナ、3は給電装置、4は送受信装置、5はアンテナ駆動装置、6はアンテナ制御装置、7はビーコン受信判別装置、10は衛星通信用車載局である。
【0013】
捕捉対象衛星1は、車載局10が捕捉すべき通信衛星であり、通信信号の送受信を行うとともに、既知の所定周波数からなる無変調波をビーコン信号として送信している。ここでは、衛星1が赤道上に打ち上げられた商用の静止衛星であり、送受信波の周波数が10GHz以上、例えば送信波が14GHz、受信波が12GHzであるものとする。
【0014】
車載局10は、車載局アンテナ2、給電装置3、送受信装置4、アンテナ駆動装置5、アンテナ制御装置6及びビーコン受信判別装置7からなる移動可能な衛星通信用の中継局であり、移動先で静止した状態で通信衛星1との送受信が行われる。
【0015】
車載局アンテナ2には、10GHz以上の高い周波数の送受信を行うために指向性の高いパラボラアンテナが用いられる。パラボラアンテナのビーム幅は、指向性の平面アンテナ(フェーズドアレイアンテナ)に比べて狭く、また、直径が大きくなるほど小さくなる。例えば、直径1.4mのパラボラアンテナを用いた場合のアンテナのビーム幅は約1度と狭い。
【0016】
給電装置3は、アンテナ2及び送受信装置4間で送信波及び受信波を伝達するための導波管である。送受信装置4は、通信信号の変復調、周波数変換などの送受信処理を行っている。
【0017】
ビーコン受信判別装置7は、アンテナ2の受信信号から捕捉対象衛星1のビーコン信号の周波数成分を抽出して受信レベルを測定している。ビーコン信号のロックオンのためのサーチ時には、捕捉対象衛星1からのビーコン信号であるか否かを判定している。すなわち、受信周波数及び受信レベルに基づいて、捕捉対象衛星1からのビーコン信号にロックオンしているか否かを判定し、判定信号をアンテナ制御装置6に出力している。また、ロックオン後のピークサーチ時には、受信レベルが最大となる方向(方位角及び仰角)を求める。
【0018】
アンテナ制御装置6は、オペレータが入力する捕捉対象衛星1及び車載局10の位置情報に基づいて車載局アンテナ2の仰角及び方位角を制御する。また、ビーコン信号の判定信号に基づいて車載局アンテナ2の仰角及び方位角を自動制御して捕捉対象衛星1を捕捉する。アンテナ駆動装置5は、アンテナ制御装置6からの制御信号に基づいてモータ制御等を行って、車載局アンテナ2を駆動する。
【0019】
図2のステップS100〜S107は、本発明による車載中継局の衛星捕捉方法の一例を示したフローチャートであり、衛星通信用車載局10が中継現場に到着した後、アンテナ2を捕捉対象衛星1に自動的に指向させるための動作が示されている。
【0020】
まず、車載局運用者が自局の地理的位置及び捕捉対象衛星1の軌道位置等の位置情報をアンテナ制御装置6に入力する(ステップS101)。例えば、自局の地理的位置として緯度及び経度のデータが入力される。また、捕捉対象衛星1が赤道上の静止衛星であれば、高度及び緯度が一定であるため、これらのデータは予め設定されており、経度のデータのみが入力される。また、ビーコン受信判別装置7の受信周波数を捕捉対象衛星1のビーコン周波数に設定する(ステップS102)。アンテナ制御装置6は、入力された位置情報に基づいて、捕捉対象衛星1に対するアンテナ2の方位角及び仰角を算出する(ステップS103)。
【0021】
次に、車載局運用者が、アンテナ制御装置6を衛星捕捉モードに切り替えることにより、自動衛星捕捉が開始される。すなわち、その後は車載局運用者が介在することなく衛星捕捉が行われる。まず最初に、アンテナ2の仰角がアンテナ制御装置6において算出された角度となるように、アンテナ駆動装置5がアンテナ2を仰角方向に駆動して固定する(ステップS104)。
【0022】
一方、アンテナ2の方位角は、アンテナ制御装置6において算出された角度を中心とする予め定められた角度範囲(2α度)について、ビーコン信号のサーチを開始する(S105)。すなわち、アンテナ制御装置6は、サーチ開始角度として、算出された方位角に−α(又は+α)を加えた角度を求め、アンテナ駆動装置5に対し、アンテナ方位角として出力する。その後、アンテナ制御装置6は、方位角を順に増大(又は減少)させて、ビーコン信号にロックオンする方位角をサーチする。
【0023】
このとき、ビーコン受信判別装置7は、アンテナ2の受信波からビーコン信号の周波数成分を抽出して、その受信レベルを求めている。アンテナ制御装置6は、ロックオンしたビーコン信号の受信レベルを予め定められた閾値と比較し、その結果、受信レベルが閾値を越えていればサーチを中止する一方、閾値を越えていなければ、サーチを継続する(ステップS106)。
【0024】
2以上の通信衛星が同一周波数のビーコン信号を送信している場合、最も近い捕捉対象衛星以外の通信衛星からのビーコン信号の受信レベルは、捕捉対象衛星からのビーコン信号の受信レベルに比べて、顕著に小さくなるため、閾値レベルを適切に設定すれば、捕捉対象衛星からのビーコン信号を識別することができる。
【0025】
ビーコン信号にロックオンし、かつ、受信レベルが所定の閾値を越えている場合には、ピークサーチによる微調整が行われる(ステップS107)。すなわち、微小な角度範囲において仰角及び方位角をそれぞれ変化させ、ビーコン受信判別装置7が受信レベルを求めることにより、受信レベルが最大となり、アンテナ2のビームの中心に捕捉対象衛星1が位置する仰角及び方位角を求める。なお、ピークサーチの角度範囲は、ロックオンのためのサーチの角度範囲(2α度)よりも小さい。
【0026】
図3は、自動衛星捕捉時における図1のアンテナ2のビームの動き一例を示した図であり、(a)はロックオンのためのサーチ動作、(b)はピークサーチン動作を示している。図中のD1〜D5は、アンテナ2のビーム方向(方位角)、1は捕捉対象衛星、1’は捕捉対象外の衛星である。
【0027】
ビーム方位D1は、捕捉対象衛星1及び車載局10の位置情報により算出される方位角である。アンテナ2のビームは、方位D1を中心として、角度範囲が2αとなるように、方位D2からD3へ駆動される。このとき、衛星1’のビーコン信号を受信するが、受信レベルが閾値を越えないのでサーチを継続し、方位D4で受信レベルが閾値を越える衛星1のビーコン信号を受信するとサーチを停止する。その後に、アンテナ2のビームは、方位D4を中心として角度範囲が2βとなるように駆動され、受信レベルが最大となる方位D5が検出される。
【0028】
この様にして、ロックオンしたビーコン信号の受信レベルが閾値を越えていれば、捕捉対象衛星と判断し、更にピークサーチにより微調整が行われ、衛星捕捉が完了する。この自動衛星捕捉(ステップS103〜S107)の所要時間は2〜3分であり、従来の手動で行う場合に比べて短時間で衛星捕捉を完了することができる。また、ビーコン信号の周波数及び受信レベルに基づいてビーコン信号をサーチしているため、捕捉対象衛星以外の衛星を誤って捕捉することがない。
【0029】
【発明の効果】
本発明による車載中継局の衛星捕捉システム及び車載中継局の衛星捕捉方法によれば、短時間で車載局アンテナを捕捉対象衛星に指向させることができる。このため、中継現場に到着してから短時間で中継を開始することができる車載局を実現することができる。
【0030】
また、本発明による車載中継局の衛星捕捉システム及び車載中継局の衛星捕捉方法によれば、誤って捕捉対象外の通信衛星を捕捉するのを防止し、捕捉対象衛星を確実に捕捉することができる。さらに、通信衛星を自動的に捕捉することができるため、熟練したオペレータを必要とせず、人件費削減により運用コストを低減することができるとともに、オペレータの人為的ミスを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による車載中継局の衛星捕捉システムの一構成例を示したブロック図である。
【図2】 本発明による車載中継局の衛星捕捉方法の一例を示したフローチャートである。
【図3】 自動衛星捕捉時における図1のアンテナ2のビームの動き一例を示した図である。
【図4】 従来の衛星捕捉システムの構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
1 捕捉対象衛星、2 車載局アンテナ、3 給電装置、4 送受信装置、
5 アンテナ駆動装置、6 アンテナ制御装置、7 ビーコン受信装置、
8 スペクラムアナライザ 10 衛星通信用車載局、D1〜D5 ビーム方位[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a satellite acquisition system for an in-vehicle relay station and a satellite acquisition method for the in-vehicle relay station, and more particularly to a satellite acquisition system and method for automatically pointing an antenna of an in-vehicle station for satellite communication to a capture target satellite. .
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a conventional satellite acquisition system, showing an in-vehicle relay station for satellite communication. In the figure, 1 is a communication satellite, 2 is an in-vehicle station antenna, 3 is a power feeding device, 4 is a transmission / reception device, 5 is an antenna driving device, 6 is an antenna control device, 8 is a spectrum analyzer, and 10 is an in-vehicle station for satellite communication. .
[0003]
After arriving at the relay site, the in-
[0004]
However, the
[0005]
For this reason, the conventional in-vehicle station operator finally monitors the received carrier from the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional satellite acquisition system, as described above, when the in-vehicle station antenna is directed to the acquisition target satellite, the in-vehicle station operator finally finely adjusts the in-vehicle station antenna manually. For this reason, it takes a considerable time (for example, about 15 minutes) from the arrival of the in-vehicle station to the start of the relay. In addition, simply observing the received carrier from the communication satellite with a spectrum analyzer cannot determine whether the capture target satellite is actually captured, and may cause an operational error of erroneously capturing a satellite that is not captured. It was. Therefore, a highly skilled operator was required for satellite acquisition.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a satellite capturing system and a satellite capturing method capable of directing an in-vehicle station antenna to a capture target satellite in a short time. And It is another object of the present invention to provide a satellite acquisition system and a satellite acquisition method that do not erroneously acquire satellites that are not to be acquired. It is another object of the present invention to provide a satellite acquisition system and a satellite acquisition method capable of automatically directing an in-vehicle station antenna to an acquisition target satellite.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The satellite acquisition system of the in-vehicle relay station according to the first aspect of the present invention determines an beacon signal from a capture target satellite based on an antenna that receives a beacon signal transmitted from a communication satellite and a reception frequency and reception level. An azimuth angle calculated by the antenna control device, comprising: a beacon reception determination device; an antenna control device that calculates an azimuth angle and an elevation angle based on position information of an in-vehicle station and a capture target satellite; and an antenna drive device that drives the antenna. The satellite is driven within a first angle range centered on the beacon and is locked on the beacon signal based on the determination signal from the beacon reception determination device, thereby automatically capturing the capture target satellite.
[0009]
The satellite acquisition system of the in-vehicle relay station according to the second aspect of the present invention locks on the beacon signal of the acquisition target satellite and then drives the antenna within a second angular range narrower than the first angular range. Configured to perform a peak search.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a satellite acquisition method for an in-vehicle relay station according to the present invention, wherein a reception step of receiving a beacon signal transmitted from a communication satellite and a beacon signal from a capture target satellite are determined based on a reception frequency and a reception level A beacon signal determination step, an angle calculation step for calculating an azimuth angle and an elevation angle based on the position information of the in-vehicle station and the capture target satellite, and a first angle range centered on the azimuth angle calculated by the angle calculation step And a lock-on step for driving on the beacon signal based on the determination result in the beacon signal determination step.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a satellite acquisition method for an in-vehicle relay station according to the present invention, wherein the lock-on step locks on the beacon signal of the acquisition target satellite, and then within a second angle range narrower than the first angle range. A peak search step for searching for an azimuth angle and an elevation angle at which the reception level is maximized by driving the antenna is configured.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a satellite acquisition system for an in-vehicle relay station according to the present invention. In the figure, 1 is a satellite to be captured, 2 is an in-vehicle station antenna, 3 is a power feeding device, 4 is a transmitting / receiving device, 5 is an antenna driving device, 6 is an antenna control device, 7 is a beacon reception determination device, and 10 is a vehicle for satellite communication Station.
[0013]
The
[0014]
The in-
[0015]
A parabolic antenna with high directivity is used for the in-vehicle station antenna 2 in order to perform transmission and reception at a high frequency of 10 GHz or more. The beam width of the parabolic antenna is narrower than that of a directional planar antenna (phased array antenna), and decreases as the diameter increases. For example, when a parabolic antenna having a diameter of 1.4 m is used, the beam width of the antenna is as narrow as about 1 degree.
[0016]
The power feeding device 3 is a waveguide for transmitting a transmission wave and a reception wave between the antenna 2 and the transmission /
[0017]
The beacon reception determination device 7 extracts the frequency component of the beacon signal of the
[0018]
The
[0019]
Steps S100 to S107 in FIG. 2 are flowcharts showing an example of the satellite capturing method of the in-vehicle relay station according to the present invention. After the satellite communication in-
[0020]
First, the in-vehicle station operator inputs position information such as the geographical position of the own station and the orbit position of the
[0021]
Next, the in-vehicle station operator switches the
[0022]
On the other hand, the azimuth angle of the antenna 2 starts searching for a beacon signal within a predetermined angle range (2α degrees) centered on the angle calculated by the antenna control device 6 (S105). That is, the
[0023]
At this time, the beacon reception determination device 7 extracts the frequency component of the beacon signal from the received wave of the antenna 2 and obtains the reception level. The
[0024]
When two or more communication satellites are transmitting beacon signals of the same frequency, the reception level of beacon signals from communication satellites other than the nearest capture target satellite is compared to the reception level of beacon signals from the capture target satellite. Since it becomes remarkably small, a beacon signal from a capture target satellite can be identified by appropriately setting the threshold level.
[0025]
If the beacon signal is locked on and the reception level exceeds a predetermined threshold, fine adjustment is performed by peak search (step S107). In other words, the elevation angle and the azimuth angle are changed in a minute angle range, and the beacon reception determination device 7 obtains the reception level, whereby the reception level is maximized and the elevation angle at which the
[0026]
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing an example of the beam movement of the antenna 2 in FIG. 1 at the time of capturing an automatic satellite. FIG. 3A shows a search operation for lock-on, and FIG. 3B shows a peak search operation. D1 to D5 in the figure are the beam direction (azimuth angle) of the
[0027]
The beam azimuth D1 is an azimuth angle calculated from position information of the
[0028]
In this way, if the reception level of the locked-on beacon signal exceeds the threshold value, it is determined that the satellite is a capture target satellite, and further fine adjustment is performed by peak search, thereby completing satellite capture. The time required for this automatic satellite capture (steps S103 to S107) is 2 to 3 minutes, and the satellite capture can be completed in a shorter time compared to the conventional manual capture. In addition, since the beacon signal is searched based on the frequency and reception level of the beacon signal, satellites other than the capture target satellite are not erroneously captured.
[0029]
【The invention's effect】
According to the satellite acquisition system of the in-vehicle relay station and the satellite acquisition method of the in-vehicle relay station according to the present invention, the in-vehicle station antenna can be directed to the acquisition target satellite in a short time. For this reason, it is possible to realize an in-vehicle station that can start relaying in a short time after arrival at the relay site.
[0030]
In addition, according to the satellite capture system of the in-vehicle relay station and the satellite capture method of the in-vehicle relay station according to the present invention, it is possible to prevent erroneous capture of communication satellites that are not captured, and reliably capture the capture target satellite. it can. Further, since the communication satellite can be automatically acquired, a skilled operator is not required, the operation cost can be reduced by reducing the labor cost, and the human error of the operator can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a satellite acquisition system for an in-vehicle relay station according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a satellite acquisition method for an in-vehicle relay station according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of beam movement of the antenna 2 of FIG. 1 during automatic satellite acquisition.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional satellite acquisition system.
[Explanation of symbols]
1 Satellite to be captured, 2 Car station antenna, 3 Feeder, 4 Transmitter / receiver,
5 antenna driving device, 6 antenna control device, 7 beacon receiving device,
8
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