JP4020446B2 - 車載衛星受信アンテナの制御装置 - Google Patents

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、特にステップトラック追尾時のピーク値算出に関する。
【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いる。
【０００３】
例えば、特公平７−６０１７２号公報には、衛星受信アンテナを１ステップずつ駆動し、受信レベルが増大する場合には継続して同一方向にアンテナをステップ駆動し、受信レベルが減少する場合には上記方向とは反対の方向にアンテナを駆動するステップトラック追尾方式が開示されている。そして、この従来技術では、受信レベルが増大から減少に変化した位置をアンテナ停止位置として記憶し、所定回数ステップトラック追尾を実行した後に記憶した位置の平均を算出して最終的なアンテナ停止位置とすることが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、自動車等の移動体は種々の条件下で走行するため、例えば移動体が木陰に入る場合のように衛星とアンテナとの間に障害物が入る場合もあり、この場合にも受信レベルが増大から急峻に減少に変化してしまう。従って、単に増大から減少に変化する位置をアンテナの停止位置としたのでは、本来のステップトラックに伴う受信レベルの変動ではない要素（すなわちノイズ）も混入してしまうので、正確な停止位置、つまり受信レベルがピークとなる位置を検出できない問題があった。
【０００５】
なお、ステップトラック追尾を行う場合には、このように受信レベルがピークとなる位置を検出し、そこでアンテナを停止させるのではなく、常にアンテナをステップ駆動し、受信レベルが所定のしきい値以下となった場合にはジャイロ追尾に移行する方式も考えられるが、この場合にも、所定のしきい値をピーク値との相対的関係（例えばピーク値から２ｄＢ低下した値）で設定するのが望ましく（ピーク値は常に変動するため、しきい値もそれに応じて弾力的に設定するのが望ましい）、ピークを正確に検出する必要があることに変わりない。
【０００６】
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、ステップトラック追尾においてピーク値を確実に検出し、このピーク値を用いて追尾動作を確実に実行できる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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、車載衛星受信アンテナと衛星との間に障害物が入る可能性のある環境に車両が存在するときに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において、前記車載衛星受信アンテナで受信した信号の強度を検出する検出手段と、前記車載衛星受信アンテナを駆動して得られる受信強度の増減に基づき、前記受信強度が増大する場合には継続して同一方向に駆動し、前記受信強度が減少する場合には反対方向に駆動するようにして、前記受信強度が増大する方向に前記車載衛星受信アンテナを制御するステップトラック追尾手段と、前記受信強度が増大から減少に変化する位置における受信強度値及びその方向を複数記憶する記憶手段と、前記受信強度が所定値以下となった回数を計数する計数手段と、前記計数手段での計数値が大なる程その値が大となるように強度しきい値を設定するしきい値演算手段と、前記記憶手段に記憶された強度値の内、前記強度しきい値以上の強度値の方向の平均をピーク値の方向として算出するピーク値演算手段とを有し、前記ピーク値の方向に前記車載衛星受信アンテナの方向を制御することを特徴とする。
【０００８】
このように、本発明では、ステップトラック追尾において受信レベルが増大から減少に変化する位置における強度値を全て用いるのではなく、しきい値以上である強度値のみを採用してその平均値を算出する。そして、このしきい値は固定値ではなく、受信レベルが所定値以下となった回数に応じて決定される。移動体が木陰に入った場合には、受信レベルが急峻かつ大きく減少するため、受信レベルも所定値以下となる。従って、受信レベルが所定値以下となった回数は、木陰等の障害物による影響を受けた回数とみなすことができ、この回数が多い程、受信レベルが増大から減少に変化する位置の信頼性は低いと考えることができる。そこで、回数が多い程しきい値を大きく設定することにより、真にステップトラックに伴う受信レベルの極値と考えられる値のみを抽出してピーク値の方向を算出する。
【０００９】
また、本発明は、車載衛星受信アンテナと衛星との間に障害物が入る可能性のある環境に車両が存在するときに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において、前記車載衛星受信アンテナで受信した信号の強度を検出する検出手段と、前記車載衛星受信アンテナを駆動して得られる受信強度の増減に基づき、前記受信強度が増大する場合には継続して同一方向に駆動し、前記受信強度が減少する場合には反対方向に駆動するようにして、前記受信強度が増大する方向に前記車載衛星受信アンテナを制御するステップトラック追尾手段と、前記受信強度が増大から減少に変化する位置における受信強度値及びその方向を複数記憶する記憶手段と、前記受信強度が所定値以下となった回数を計数する計数手段と、前記計数手段での計数値が大なる程その値が小となるように割合を設定する割合演算手段と、前記記憶手段に記憶された強度値の内、前記割合で規定される上位の強度値の方向の平均をピーク値の方向として算出するピーク値算出手段と、を有し、前記ピーク値の方向に前記車載衛星受信アンテナの方向を制御することを特徴とする。
【００１０】
このように、受信レベルが所定値以下となった回数に応じて割合を決定し、この割合の範囲内にある上位（つまりその値が大きいもの）の強度値のみを用いることによっても、上述の第１発明と同様に信頼性の高いピーク値の方向を得ることができる。
【００１１】
また、本発明は、車載衛星受信アンテナと衛星との間に障害物が入る可能性のある環境に車両が存在するときに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において、前記車載衛星受信アンテナで受信した信号の強度を検出する検出手段と、前記車載衛星受信アンテナを駆動して得られる受信強度の増減に基づき、前記受信強度が増大する場合には継続して同一方向に駆動し、前記受信強度が減少する場合には反対方向に駆動するようにして、前記受信強度が増大する方向に前記車載衛星受信アンテナを制御するステップトラック追尾手段と、前記受信強度が増大から減少に変化する位置における受信強度値及びその方向を複数記憶する記憶手段と、前記受信強度値の分散を算出し、この分散の値を基にピーク値位置算出のためのサンプルを抽出するサンプル抽出手段と、前記抽出されたサンプルの方向の平均をピーク値の方向として算出するピーク値算出手段とを有し、前記サンプル抽出手段は、前記分散が所定値より小さい場合には、前記受信強度値の中央値付近の所定個の受信強度値をサンプルとして抽出し、前記分散が所定値以上の場合には、上位から所定個の受信強度値をサンプルとして抽出し、前記ピーク値の方向に前記車載衛星受信アンテナの方向を制御することを特徴とする。
【００１３】
樹木等による電波の遮断回数の多少に応じて、受信レベルの極値の分散は変化するので、このように分散の大小に応じてピーク値の方向を算出することで、電波遮断の影響を抑制してピーク値の方向の信頼性を高めることができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１には本実施形態の構成ブロック図が示されている。なお、本実施形態では、受信レベルが所定しきい値１以上の場合にはステップトラック追尾を行い、しきい値１以下ではジャイロ追尾を行い、さらに受信レベルが低下して所定しきい値２以下となった場合には、ステップトラックとジャイロを併用するハイブリッド追尾を行うこととする。
【００１６】
図において、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等に表示される。アンテナ１０には、これを回転駆動することによりアンテナの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４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／Ｎ ＯＵＴ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て制御装置２６に供給される。制御装置２６では、受信レベルが所定しきい値１以上の場合は所定幅でアンテナ１０を駆動し受信レベルが増大する方向に制御するステップトラック追尾を実行し、受信レベルが所定しきい値１以下となった場合には、振動ジャイロ１８からの出力に基づいてステッピングモータ１６の駆動量を決定してジャイロ追尾を実行する。また、受信レベルが所定のしきい値２（しきい値１＞しきい値２）以下となった場合には、ステッピングモータ１６にはステップトラック用の駆動信号とジャイロ追尾用の駆動信号とが重畳して供給されるハイブリッド追尾に移行する。なお、ジャイロ追尾の駆動信号は、振動ジャイロ１８で検出されたヨーレートと同一の値で符号が逆となるように決定される。
【００１７】
ここで、ステップトラック追尾においては、アンテナ１０は所定の角速度（例えば０．５ｄｅｇ／ｓｅｃ）で常に左右に回転駆動され、その受信レベルが制御装置２６でモニタされる。制御装置２６は、ビームの方向反転の間に、受信レベルが増大から減少に変化するか否かを判定し、増大から減少に変化した場合にその極値をメモリに格納する。
【００１８】
図２には、ステップトラック追尾時のアンテナ角度と受信レベル（Ｃ／Ｎ）の関係が示されている。図において、横軸はアンテナ角度（ｄｅｇ）であり、縦軸は受信レベル（Ｃ／Ｎ）である。アンテナ１０は左右に回転駆動されるため、それに応じて受信レベルも変化する。そして、受信レベルが増大から減少に変化した場合には、その極値Ｐ１を検出してメモリに格納する。次に、アンテナの振り方向を反転し、再び受信レベルが増大から減少に変化した場合にその極値Ｐ２を検出してメモリに格納する。以下、同様にして所定回数アンテナを左右に駆動し、極値Ｐ１、Ｐ２，・・・・、Ｐｎをメモリに格納する。いま、これら極値が全てステップトラック追尾に伴う受信レベルの極値を示している場合には、これらの単純平均が受信レベルのピーク値の最確値を示すことになるが、ステップトラック追尾中に車両が木陰等に入った場合には、本来の極値とは別の位置で受信レベルが増大から減少に変化することになる。図２には、この状況が示されており、極値Ｐ３を検出してアンテナの向きを反転した後、車両が木陰に入ったため受信レベルがＰ４を境に急峻に減少する。そして、受信レベルが減少したためステッピングモータ１６はアンテナ１０を反転させて駆動し、受信レベルが再び増大して極値Ｐ５をとった後に減少する。この場合、極値Ｐ４及びＰ５は共に制御装置２６のメモリに格納されるが、これらは、ステップトラック追尾に伴う本来の極値ではなく、木等の障害物により衛星からの電波が遮断されたために生じた疑似極値である。従って、これらＰ４，Ｐ５をも母集団として平均を算出したのでは、得られるピーク値の信頼性は低下し、このピーク値に基づき算出されるしきい値１あるいはしきい値２の値も適当な値とならず、追尾を円滑に実行できないことになる。
【００１９】
そこで、制御装置２６は、ステップトラック追尾中に受信レベルの変化をモニタするだけでなく、そのレベル値が所定値以下となるか否かを判定する。そして、所定値以下となった場合には、これは車両と衛星との間の障害物による瞬間的な電波遮断であると判断し、この遮断の回数を計数する。図２においては、この判定の所定値が破線で示されており、遮断の回数は一回である。このようにして所定回数のアンテナ１０の左右駆動における遮断の回数が算出された後、制御装置２６は、この遮断回数に応じてしきい値を設定し、メモリに格納されている極値Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎのうち、このしきい値より大きな値を有する極値のみを採用して平均値計算を行う。このしきい値（平均算出用しきい値）は、遮断回数が大なる程大きくなるように設定されるので、遮断回数が多いほど、平均値算出のための母集団として採用される極値は、その値が高いものだけとなり、例えば図２におけるＰ４やＰ５は平均値演算から除外され、何等影響を与えないことになる。従って、平均値演算で算出されたピーク値は信頼性が高いものとなり、これに基づいて決定されるしきい値１（例えばピーク値−２ｄＢ）あるいはしきい値２も適当な値とすることができる。
【００２０】
なお、遮断か否かを判定するための所定値は、必ずしも固定値である必要はなく、当初はある値に設定しておき、上述の方法でピーク値及びしきい値１が算出された後は、ΔＣ／Ｎを固定値として、所定値＝しきい値１−ΔＣ／Ｎにより決定してもよい。
【００２１】
また、平均算出用しきい値は、遮断回数が大となる程大きくなるように設定されればよく、遮断回数に対して正の相関を有する任意の関数を用いることができ、もちろん、遮断回数としきい値との関係を予め１：１で対応づけたマップを用いることも可能である。
【００２２】
さらに、この平均算出用しきい値は、メモリに格納された複数の極値のうちで平均値計算に用いる割合が所望の値となるように設定することも可能である。図３にはこのような割合の例が示されている。遮断回数が０回、すなわち遮断が一度もなかった場合には、メモリに格納された極値のうちの１０割、つまり全ての極値を用いて平均値計算を行う。一方、遮断回数が５回の場合には、複数の極値のうち上位（値の大きい極値）から８割だけを用いて平均値計算を行い、残りの下位２割は考慮しない。また、遮断回数が１０回の場合には上位から６割だけを用いて平均値計算を行う。これによっても、信頼性の低い極値は除去して信頼性の高い極値のみを用いてピーク値を算出することができる。
【００２３】
さらにまた、ピーク値算出のための極値の選択の方法として、以下のような方法を用いることもできる。すなわち、樹木や建物等による電波の遮断回数が少ない場合は、受信レベルのばらつきが小さいため、メモリに格納された極値Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐｎの分散は小さい値となる。一方、電波の遮断回数が多い場合は、受信レベルが大きくばらつくため、この分散は大きい値となる。この性質を利用して平均値算出のための母集団を適切に選択することも可能である。具体的には、制御装置２６は、メモリに格納された極値Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎの分散及び中央値を算出する。そして、分散が所定値より小さい場合には、平均値算出のための母集団を中央値付近の所定個のサンプルから選択し、分散が所定値以上の場合には、母集団を上位から所定個のサンプルから選択する。このようにして選択されたサンプルに基づいて受信レベルのピーク値を算出すれば、電波遮断時のサンプルが除外されるため、算出したピーク値の信頼性を向上させることができる。
【００２４】
なお、本実施形態ではしきい値１以上でステップトラック追尾を行い、しきい値１以下でジャイロ追尾に移行する方式を用いたが、ステップトラック追尾のみを行う方式においても同様に適用できることは言うまでもない。この場合、極値のみならずその位置もメモリに格納し、同様の平均値計算を行ってピーク値が得られる位置を演算により算出することも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ステップトラック追尾において障害物等による電波遮断が生じてもピーク値を確実に検出することができ、これを用いて追尾制御を実行することができる。
【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】 同実施形態のステップトラック追尾時における受信レベル極値説明図である。
【図３】 遮断回数と平均値算出に用いる極値との関係を示す図である。
【図４】 平面アンテナの構成及び指向方向を示す説明図である。
【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。

Claims (6)

1. 車載衛星受信アンテナと衛星との間に障害物が入る可能性のある環境に車両が存在するときに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において、
   前記車載衛星受信アンテナで受信した信号の強度を検出する検出手段と、
   前記車載衛星受信アンテナを駆動して得られる受信強度の増減に基づき、前記受信強度が増大する場合には継続して同一方向に駆動し、前記受信強度が減少する場合には反対方向に駆動するようにして、前記受信強度が増大する方向に前記車載衛星受信アンテナを制御するステップトラック追尾手段と、
   前記受信強度が増大から減少に変化する位置における受信強度値及びその方向を複数記憶する記憶手段と、
   前記受信強度が所定値以下となった回数を計数する計数手段と、
   前記計数手段での計数値が大なる程その値が大となるように強度しきい値を設定するしきい値演算手段と、
   前記記憶手段に記憶された強度値の内、前記強度しきい値以上の強度値の方向の平均をピーク値の方向として算出するピーク値演算手段と、
   を有し、前記ピーク値の方向に前記車載衛星受信アンテナの方向を制御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。
2. 車載衛星受信アンテナと衛星との間に障害物が入る可能性のある環境に車両が存在するときに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において、
   前記車載衛星受信アンテナで受信した信号の強度を検出する検出手段と、
   前記車載衛星受信アンテナを駆動して得られる受信強度の増減に基づき、前記受信強度が増大する場合には継続して同一方向に駆動し、前記受信強度が減少する場合には反対方向に駆動するようにして、前記受信強度が増大する方向に前記車載衛星受信アンテナを制御するステップトラック追尾手段と、
   前記受信強度が増大から減少に変化する位置における受信強度値及びその方向を複数記憶する記憶手段と、
   前記受信強度が所定値以下となった回数を計数する計数手段と、
   前記計数手段での計数値が大なる程その値が小となるように割合を設定する割合演算手段と、
   前記記憶手段に記憶された強度値の内、前記割合で規定される上位の強度値の方向の平均をピーク値の方向として算出するピーク値算出手段と、
   を有し、前記ピーク値の方向に前記車載衛星受信アンテナの方向を制御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。
3. 車載衛星受信アンテナと衛星との間に障害物が入る可能性のある環境に車両が存在するときに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において、
   前記車載衛星受信アンテナで受信した信号の強度を検出する検出手段と、
   前記車載衛星受信アンテナを駆動して得られる受信強度の増減に基づき、前記受信強度が増大する場合には継続して同一方向に駆動し、前記受信強度が減少する場合には反対方向に駆動するようにして、前記受信強度が増大する方向に前記車載衛星受信アンテナを制御するステップトラック追尾手段と、
   前記受信強度が増大から減少に変化する位置における受信強度値及びその方向を複数記憶する記憶手段と、
   前記受信強度値の分散を算出し、この分散の値を基にピーク値位置算出のためのサンプルを抽出するサンプル抽出手段と、
   前記抽出されたサンプルの方向の平均をピーク値の方向として算出するピーク値算出手段と、
   を有し、
   前記サンプル抽出手段は、前記分散が所定値より小さい場合には、前記受信強度値の中央値付近の所定個の受信強度値をサンプルとして抽出し、前記分散が所定値以上の場合には、上位から所定個の受信強度値をサンプルとして抽出し、
   前記ピーク値の方向に前記車載衛星受信アンテナの方向を制御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。
4. 車載衛星受信アンテナと衛星との間に障害物が入る可能性のある環境に車両が存在するときに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において、
   前記車載衛星受信アンテナで受信した信号の強度を検出する検出手段と、
   前記車載衛星受信アンテナを駆動して得られる受信強度の増減に基づき、前記受信強度が増大する場合には継続して同一方向に駆動し、前記受信強度が減少する場合には反対方向に駆動するようにして、前記受信強度が増大する方向に前記車載衛星受信アンテナを制御するステップトラック追尾手段と、
   前記受信強度が増大から減少に変化する位置における受信強度値を複数記憶する記憶手段と、
   前記受信強度が所定値以下となった回数を計数する計数手段と、
   前記計数手段での計数値が大なる程その値が大となるように強度しきい値を設定するしきい値演算手段と、
   前記記憶手段に記憶された強度値の内、前記強度しきい値以上の強度値の平均をピーク値として算出するピーク値演算手段と、
   前記ピーク値に基づき、前記ステップトラック追尾からジャイロセンサを用いたジャイロ追尾に切り替える場合の切替しきい値を設定する手段と、
   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。
5. 車載衛星受信アンテナと衛星との間に障害物が入る可能性のある環境に車両が存在するときに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において、
   前記車載衛星受信アンテナで受信した信号の強度を検出する検出手段と、
   前記車載衛星受信アンテナを駆動して得られる受信強度の増減に基づき、前記受信強度が増大する場合には継続して同一方向に駆動し、前記受信強度が減少する場合には反対方向に駆動するようにして、前記受信強度が増大する方向に前記車載衛星受信アンテナを制御するステップトラック追尾手段と、
   前記受信強度が増大から減少に変化する位置における受信強度値を複数記憶する記憶手段と、
   前記受信強度が所定値以下となった回数を計数する計数手段と、
   前記計数手段での計数値が大なる程その値が小となるように割合を設定する割合演算手段と、
   前記記憶手段に記憶された強度値の内、前記割合で規定される上位の強度値の平均をピーク値として算出するピーク値算出手段と、
   前記ピーク値に基づき、前記ステップトラック追尾からジャイロセンサを用いたジャイロ追尾に切り替える場合の切替しきい値を設定する手段と、
   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。
6. 車載衛星受信アンテナと衛星との間に障害物が入る可能性のある環境に車両が存在するときに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において、
   前記車載衛星受信アンテナで受信した信号の強度を検出する検出手段と、
   前記車載衛星受信アンテナを駆動して得られる受信強度の増減に基づき、前記受信強度が増大する場合には継続して同一方向に駆動し、前記受信強度が減少する場合には反対方向に駆動するようにして、前記受信強度が増大する方向に前記車載衛星受信アンテナを制御するステップトラック追尾手段と、
   前記受信強度が増大から減少に変化する位置における受信強度値を複数記憶する記憶手 段と、
   前記受信強度値の分散を算出し、この分散の値を基にピーク値算出のためのサンプルを抽出するサンプル抽出手段と、
   前記抽出されたサンプルの平均をピーク値として算出するピーク値算出手段と、
   を有し、
   前記サンプル抽出手段は、前記分散が所定値より小さい場合には、前記受信強度値の中央値付近の所定個の受信強度値をサンプルとして抽出し、前記分散が所定値以上の場合には、上位から所定個の受信強度値をサンプルとして抽出し、
   前記ピーク値に基づき、前記ステップトラック追尾からジャイロセンサを用いたジャイロ追尾に切り替える場合の切替しきい値を設定する手段と、
   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。

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