JP6056442B2 - Tracking antenna device - Google Patents
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Description
この発明は、衛星通信地球局アンテナにおけるモノパルス追尾に好適なアンテナ装置又は追尾受信装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device or a tracking receiving device suitable for monopulse tracking in a satellite communication earth station antenna.
衛星通信用モノパルス追尾とは、追尾する衛星の到来電波の基本モードと高次モード(TM01、TE01、TE21モードなど)を受信し、高次モードはボアサイト方向にヌル点をもつため、この性質を利用して高次モード成分がゼロになるようアンテナの仰角と方位角を制御し衛星を追尾するものである。 The monopulse tracking for satellite communication receives the basic mode and higher-order mode (TM01, TE01, TE21 mode, etc.) of the incoming radio wave of the satellite to be tracked, and the higher-order mode has a null point in the boresight direction. The satellite is tracked by controlling the elevation angle and azimuth angle of the antenna so that the higher-order mode component becomes zero.
従来、このような衛星通信用モノパルス追尾に用いる追尾アンテナ装置には、衛星から地上に到来する円偏波が衛星の姿勢や降雨などによって楕円偏波になることは考慮して、楕円偏波による誤差を補償するものがある(例えば、特許文献1参照)。また、一般的に、誤差を補償するための追尾誤差信号は、和信号(SUM)と差信号(ERROR)とを用いて算出することは周知である(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, in tracking antenna devices used for such monopulse tracking for satellite communication, circularly polarized waves coming from the satellite to the ground become elliptically polarized waves due to the attitude of the satellite or rainfall, etc. There is one that compensates for an error (see, for example, Patent Document 1). In general, it is well known that a tracking error signal for compensating an error is calculated using a sum signal (SUM) and a difference signal (ERROR) (see, for example, Patent Document 2).
しかし、従来の追尾アンテナ装置では、衛星から地上に到来する円偏波が衛星の姿勢や降雨などによって楕円偏波になることは考慮しているものの、オフセット型のアンテナやビーム給電系を利用したアンテナなどの非対称構造により生じるヌルシフトは考慮していないという課題やさらなる高精度な補償に関して考慮していないという課題があった。 However, the conventional tracking antenna device uses an offset antenna or beam feed system, although circular polarization arriving from the satellite to the ground is considered to be elliptically polarized due to the attitude of the satellite or rainfall. There was a problem that a null shift caused by an asymmetric structure such as an antenna was not taken into account, and a problem that a higher precision compensation was not taken into consideration.
アンテナ装置の非対称構造によるヌルシフトは、主偏波と逆偏波で異なる方向に泣き別れるのに対して、上記特許文献1の構成では主偏波でしか補償行えないため、結果として逆偏波のヌルシフトが増大し、逆偏波追尾時には追尾精度が大きく劣化する。
The null shift due to the asymmetric structure of the antenna device cries in different directions for the main polarization and the reverse polarization, whereas the configuration of
また、従来の追尾アンテナ装置では、受信和信号のピーク位置も主偏波と逆偏波で異なる方向に泣き別れるため、追尾誤差信号のヌルを主軸方向に補正しても、主偏波のピーク方向と一致せず、ポインティングロスが増大する課題もあった。 In addition, in the conventional tracking antenna device, the peak position of the received sum signal also cries in different directions for the main polarization and the reverse polarization, so that even if the null of the tracking error signal is corrected in the main axis direction, the peak of the main polarization There was also a problem that the pointing loss increased without matching the direction.
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、衛星通信地上局における衛星からの到来偏波は一定ではなく、偏波によって追尾誤差信号のヌルの位置が変化した場合やアンテナ装置の自重変形や非対称な構造によりヌルの位置が変化した場合でも、これらを補償又は軌道位置を演算することが可能で追尾精度の向上した追尾アンテナ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the arrival polarization from the satellite in the satellite communication ground station is not constant, and when the null position of the tracking error signal is changed by the polarization, It is an object of the present invention to provide a tracking antenna device that can compensate for or calculate the orbital position and improve tracking accuracy even when the null position changes due to its own weight deformation or an asymmetric structure.
請求項1の発明に係る追尾アンテナ装置は、円偏波の電波を受信して追尾する追尾アンテナ装置であって、電気的に非対称な構造を有するアンテナ部と、このアンテナ部をAZ軸方向及びEL軸方向に駆動するアンテナ駆動部と、前記アンテナ部が受信した前記円偏波の基本モードから、右旋成分と左旋成分との受信和信号をそれぞれ算出し、前記アンテナ部が受信した前記円偏波の高次モードから、右旋成分と左旋成分との受信差信号をそれぞれ算出する給電部と、この給電部が算出した前記受信和信号から交差偏波識別度を算出するXPD算出部と、このXPD算出部が算出した前記交差偏波識別度から、前記アンテナ部のビームパターンにおける、前記構造により生じるヌルシフトの量を算出して、ヌルシフト補正値を決定するヌルシフト補正値生成部と、このヌルシフト補正値生成部が決定した前記ヌルシフト補正値を用いて、前記受信和信号及び前記受信差信号から得られる追尾誤差信号を補正する追尾信号補正部とを備え、前記追尾信号補正部によって補正された前記追尾誤差信号に応じた角度分、前記アンテナ駆動部によって前記アンテナ部を駆動させて追尾誤差を補正することを特徴とするものである。 Tracking antenna device according to a first aspect of the invention, a tracking antenna system for tracking and receives circularly polarized waves, an antenna unit which have a electrically asymmetric structure, AZ axis the antenna portion And the antenna drive unit driven in the EL axis direction, and the received sum signal of the right-handed component and the left-handed component are respectively calculated from the fundamental mode of the circularly polarized wave received by the antenna unit, and the antenna unit received the A feeding unit that calculates a reception difference signal between a right-handed component and a left-handed component from a higher-order mode of circular polarization, and an XPD calculation unit that calculates a cross polarization discrimination degree from the received sum signal calculated by the feeding unit. If, from the cross polarization discrimination of the XPD calculation unit has calculated, in the beam pattern of the antenna portion, to calculate the amount of null shift caused by the structure, determining the null shift compensation value Nurushi And a tracking signal correction unit that corrects a tracking error signal obtained from the reception sum signal and the reception difference signal, using the null shift correction value determined by the null shift correction value generation unit, The tracking error is corrected by driving the antenna unit by the antenna driving unit by an angle corresponding to the tracking error signal corrected by the tracking signal correcting unit.
請求項2の発明に係る追尾アンテナ装置は、円偏波の電波を受信して追尾する追尾アンテナ装置であって、電気的に非対称な構造を有するアンテナ部と、前記アンテナ部が受信した前記円偏波の基本モードから、右旋成分と左旋成分との受信和信号をそれぞれ算出し、前記アンテナ部が受信した前記円偏波の高次モードから、右旋成分と左旋成分との受信差信号をそれぞれ算出する給電部と、この給電部が算出した前記受信和信号から交差偏波識別度を算出するXPD算出部と、このXPD算出部が算出した前記交差偏波識別度から、前記アンテナ部のビームパターンにおける、前記構造により生じるヌルシフトの量を算出して、ヌルシフト補正値を決定するヌルシフト補正値生成部と、このヌルシフト補正値生成部が決定した前記ヌルシフト補正値を用いて、前記受信和信号及び前記受信差信号から得られる追尾誤差信号を補正する追尾信号補正部と、この追尾信号補正部が補正した前記追尾誤差信号に基づき前記アンテナ部が受信した前記円偏波を送信している送信源の軌道位置を演算するアンテナ制御部とを備えたことを特徴とするものである。
The tracking antenna device according to the invention of
請求項3の発明に係る追尾アンテナ装置は、前記XPD算出部が、算出した前記交差偏波識別度が所定の第1上限値と所定の第1下限値とで挟まれた範囲から外れた値の場合、この外れた値に対して、前記所定の第1上限値と前記所定の第1下限値とのうち、近い値の方を前記交差偏波識別度として前記ヌルシフト補正値生成部へ送るものである請求項1又は2に記載のものである。
The tracking antenna device according to a third aspect of the present invention is the tracking antenna device, wherein the XPD calculator deviates from a range in which the calculated cross polarization discrimination is sandwiched between a predetermined first upper limit value and a predetermined first lower limit value. In this case, a value closer to the difference between the predetermined first upper limit value and the predetermined first lower limit value is sent to the null shift correction value generation unit as the cross polarization discrimination degree. It is a thing of
請求項4の発明に係る追尾アンテナ装置は、前記ヌルシフト補正値生成部が、生成した前記ヌルシフト補正値が所定の第2上限値と所定の第2下限値とで挟まれた範囲から外れた値の場合、この外れた値に対して、前記所定の第2上限値及び前記所定の第2下限値のうち、近い値の方を前記ヌルシフト補正値とするものである請求項1又は2に記載のものである請求項1,2,3のいずれかに記載のものである。
In the tracking antenna device according to the invention of
請求項5の発明に係る追尾アンテナ装置は、前記ヌルシフト補正値生成部が、設定した前記ヌルシフト補正値が所定の値以下の場合、前記ヌルシフト補正値を0とするものである請求項4に記載のものである。
5. The tracking antenna device according to
請求項6の発明に係る追尾アンテナ装置は、前記追尾信号補正部が、前記ヌルシフト補正値生成部が設定した前記ヌルシフト補正値が所定の値以下の場合、前記追尾誤差信号を補正しないものである請求項4に記載のものである。
In the tracking antenna device according to the invention of
以上のように、請求項1に係る発明によれば、偏波によって追尾誤差信号のヌルの位置が変化した場合やアンテナ部が非対称でヌル点が主偏波と逆偏波で異なる方向に変化するような場合であっても、それを補正し追尾精度を向上することができる追尾アンテナ装置を得ることができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, when the position of the null of the tracking error signal changes due to the polarization, the antenna portion is asymmetrical, and the null point changes in a different direction between the main polarization and the reverse polarization. Even in such a case, it is possible to obtain a tracking antenna device that can correct the tracking accuracy and improve the tracking accuracy.
請求項2に係る発明によれば、偏波によって追尾誤差信号のヌルの位置が変化した場合やアンテナ部が非対称でヌル点が主偏波と逆偏波で異なる方向に変化するような場合であっても、円偏波を送信している送信源の軌道位置を演算することができる追尾アンテナ装置を得ることができる。
According to the invention of
請求項3に係る発明によれば、交差偏波識別度の値によってヌルシフト補正値が乖離してしまうことを防ぐことができる追尾アンテナ装置を得ることができる。
According to the invention of
請求項4に係る発明によれば、ヌルシフト補正値の乖離を防ぐことができる追尾アンテナ装置を得ることができる。
According to the invention which concerns on
請求項5又は6に係る発明によれば、不必要な追尾誤差信号の補正をしない追尾アンテナ装置を得ることができる。
According to the invention which concerns on
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について図1〜図5を用いて説明する。図1,2,3において、1は円偏波の電波を受信して追尾する追尾アンテナ装置における円偏波の電波(到来電波)を受信するアンテナ部である。アンテナ部1は非対称構造又は自重で変形する構造を有している。詳しくは、アンテナ部1は、非対称構造又は自重で変形する構造、つまり、電気的に非対称な構造を有するものである。また、アンテナ部1に到来する受信電波は、アンテナ部1に含まれる主鏡1a、副鏡に桑手平面鏡1bや集束反射鏡1c,集束反射鏡1dといった非対称な伝搬路を通り一次放射器1eを介し後述の給電部2に受信信号を伝えられる。2はアンテナ部1が受信した円偏波の基本モードから、右旋成分と左旋成分との受信和信号(SUM)をそれぞれ算出し、アンテナ部1が受信した円偏波の高次モードから、右旋成分と左旋成分との受信差信号(ERROR)をそれぞれ算出する給電部である。追尾誤差信号とは、アンテナ部1で生じる誤差や円偏波が完全な円偏波でないこと(つまり、楕円偏波)から生じる誤差を補正するために、後述のアンテナ駆動部3を制御して補正するための信号である。よって、追尾誤差信号は、後述のアンテナ駆動部3の制御信号ともいえる。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
給電部2は、アンテナ部1から入力された到来電波由来の受信信号から基本モード及び高次モードとして抽出する高次モードカプラ(モード分離部2a),モード分離部2a抽出した受信信号の基本モード及び高次モードをそれぞれ右旋成分と左旋成分とに分離する偏波分離部2b及び偏波分離部2c,偏波分離部2bが分離した基本モードの右旋成分の受信信号の和を計算する和信号計算部2d,偏波分離部2bが分離した基本モードの左旋成分の受信信号の和を計算する和信号計算部2e,偏波分離部2cが分離した高次モードの右旋成分の受信信号から受信差信号(右旋)を算出する差信号計算部2f,偏波分離部2cが分離した高次モードの左旋成分の受信信号から受信差信号(左旋)を算出する差信号計算部2gから構成されている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
The
図1,2,3において、3はアンテナ部1をAZ軸方向及びEL軸方向に駆動するアンテナ駆動部、4は抽出された基本モードの受信和信号及び高次モードの受信差信号はそれぞれ給電部にて右旋信号および左旋信号に分離抽出されたものをそれぞれ信号増幅する複数の低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)、5はLNA4で信号増幅された信号をIF信号に変換するダウンコンバータ、6はダウンコンバータ5からIF信号となった受信和信号の右旋信号(右旋成分)と左旋信号(左旋成分)の受信処理を行う受信部(RCVR:Receiver)、7はダウンコンバータ4からIF信号となった受信和信号の右旋信号(右旋成分)及び左旋信号(左旋成分)、受信差信号の右旋信号(右旋成分)及び左旋信号(左旋成分)から各信号の位相補正、利得補正を行う追尾受信部(TRK RCVR:Track Receiver)、8はアンテナ制御部(ACU:Antenna Control Unit)である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
1, 2, and 3, 3 is an antenna driving unit that drives the
図1,2,3において、9は給電部2(和信号計算部2d,和信号計算部2e)が算出した受信和信号(受信和信号(右旋),受信和信号(左旋))から交差偏波識別度を算出するXPD算出部、10はXPD算出部9が算出した交差偏波識別度から、アンテナ部1のビームパターンにおける、アンテナ部1の非対称構造又は自重で変形する構造により生じるヌルシフトの量を算出して、ヌルシフト補正値を決定するヌルシフト補正値生成部である。XPD算出部9及びヌルシフト補正値生成部10は、アンテナ制御部8又は追尾受信部7内に形成されている。図1はXPD算出部9及びヌルシフト補正値生成部10がアンテナ制御部8に設けられている場合を示している。11はヌルシフト補正値生成部10が決定したヌルシフト補正値を用いて追尾誤差信号を補正する追尾信号補正部(補正値加算部)である。なお、追尾信号補正部11が補正した追尾誤差信号に基づきアンテナ制御部8(制御部8,軌道位置演算部8)は、アンテナ部1が受信した円偏波を送信している送信源(衛星)の軌道位置を演算するものである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
1, 2, and 3, 9 intersects the received sum signal (received sum signal (right-handed), received sum signal (left-handed)) calculated by the power feeding unit 2 (sum signal calculating unit 2 d, sum signal calculating unit 2 e).
実施の形態1に係る追尾アンテナ装置は、電気的に非対称な構造を有するアンテナ部1において生じるヌルシフト補正し、追尾精度を向上させることができるものである。実施の形態1に係る追尾アンテナ装置は、XPD算出部9及びヌルシフト補正値生成部10がアンテナ制御部8に設けられている場合、追尾受信部6において「受信差信号の右旋信号と左旋信号」及び「受信和信号の右旋信号と左旋信号」との相関検波などの追尾誤差信号算出手法により、AZ軸及びEL軸における角度の誤差情報であるΔAZ及びΔELの信号へと変換されて追尾誤差信号(追尾誤差信号(ΔAZ),追尾誤差信号(ΔEL))となる。受信信号(受信和信号)及び追尾誤差信号は、アンテナ制御部8に伝達される。
The tracking antenna device according to the first embodiment can correct the null shift generated in the
アンテナ制御部8に伝達された各ΔAZ及びΔELの追尾誤差信号は、アンテナ制御部8に設けられたXPD算出部9及びヌルシフト補正値生成部11並び追尾信号補正部11により、アンテナ部1のヌルシフトを補正するためのアンテナ駆動部3を制御するための制御信号(AZ)及び制御信号(EL)であるアンテナ制御信号をアンテナ制御部8で生成し、アンテナ駆動部3に伝達してアンテナ部1を駆動させ衛星の追尾を行う。つまり、実施の形態1に係る追尾アンテナ装置は、追尾信号補正部11によって補正された追尾誤差信号に応じた角度分、アンテナ駆動部3によってアンテナ部1を駆動させて追尾誤差を補正するものである。
The tracking error signals of ΔAZ and ΔEL transmitted to the
アンテナ制御部8でのヌルシフト補正処理について詳細な説明を行う。ACU8に入力された各信号はACU8におけるヌルシフト補正処理部であるXPD算出部9及びヌルシフト補正値生成部10において、ヌルシフトの補正が行われる。XPD算出部9において、受信和信号の右旋信号と左旋信号の交差偏波識別度(XPD:Cross Polarization Discrimination)を算出する。
The null shift correction processing in the
XPD算出部9において算出された交差偏波識別度から、ヌルシフト補正値生成部10は、アンテナ部1のAZ面、EL面それぞれの補正値が算出される。各AZ面補正値、EL面補正値を追尾受信部7から伝達されたAZ、ELそれぞれの追尾誤差信号へ追尾信号補正部11にて加算することで、ヌルシフトの補正がなされた追尾誤差信号が得られる。
The null shift correction
次に、XPD算出部9の詳細処理について、図4に示すフローチャートを用いて処理を説明する。まず、下記の数式(1)を用いて、XPD算出部9が入力された受信和信号の右旋成分(XL)および左旋成分(XR)から交差偏波識別度の算出を行う(STEP1)。 Next, detailed processing of the XPD calculation unit 9 will be described using the flowchart shown in FIG. First, using the following formula (1), the XPD calculation unit 9 calculates the cross polarization discrimination from the right-handed component (XL) and left-handed component (XR) of the received sum signal (STEP 1).
数式(1)のX’は交差偏波識別度である。X’の符号が正のとき左旋偏波を主偏波としたときの交差偏波識別度を示し、X’の符号が負のときはX’の絶対値は右旋偏波を主偏波としたときの交差偏波識別度を示す。次に、XPD算出部9では交差偏波識別度の値がある範囲内になるよう閾値で制限する。閾値と交差偏波識別度X’の大小の関係を下記の数式(2)の不等式を用いて行う(STEP2)。 X ′ in Equation (1) is the cross polarization discrimination. When the sign of X ′ is positive, it indicates the cross-polarization discrimination when the left-handed polarization is the main polarization. When the sign of X ′ is negative, the absolute value of X ′ is the right-handed polarization. It shows the cross polarization discrimination degree. Next, the XPD calculation unit 9 restricts the value of the cross polarization discriminating value with a threshold so as to be within a certain range. The relationship between the threshold value and the cross polarization discrimination degree X ′ is determined using the inequality of the following formula (2) (STEP 2).
交差偏波識別度が閾値+α以上の場合は交差偏波識別度Xを+αとする(STEP3)。閾値αより小さい場合は下記の数式(3)の不等式で判別を行う(STEP4)。 If the cross polarization discrimination is greater than or equal to the threshold + α, the cross polarization discrimination X is set to + α (STEP 3). If it is smaller than the threshold value α, it is determined by the inequality of the following formula (3) (STEP 4).
ここで、交差偏波識別度が閾値+αより小さく−αより大きい場合は、交差偏波識別度XをX’とする。−α以下の場合は−αとする(STEP5)(STEP6)。これは、交差偏波識別度の絶対値が大きいと、後述する補正値を算出する際に近似式で算出した補正値と実際のヌルシフト補正値との乖離が大きくなってしまうためである。 Here, when the cross polarization discrimination degree is smaller than the threshold value + α and larger than −α, the cross polarization discrimination degree X is set to X ′. If it is -α or less, it is set to -α (STEP 5) (STEP 6). This is because if the absolute value of the cross polarization discrimination degree is large, the difference between the correction value calculated by the approximate expression when calculating the correction value described later and the actual null shift correction value becomes large.
つまり、XPD算出部9は、算出した交差偏波識別度が所定の第1上限値(+α)と所定の第1下限値(−α)とで挟まれた範囲から外れた値の場合、この外れた値に対して、所定の第1上限値(+α)と所定の第1下限値(−α)とのうち、近い値の方を交差偏波識別度としてヌルシフト補正値生成部10へ送るものであるといえる。これは、STEP3とSTEP6の処理に相当する。
That is, if the calculated cross-polarization discrimination is a value outside the range between the predetermined first upper limit value (+ α) and the predetermined first lower limit value (−α), the XPD calculation unit 9 With respect to the deviated value, the closer one of the predetermined first upper limit value (+ α) and the predetermined first lower limit value (−α) is sent to the null shift correction
ここで、第1上限値(+α)及び第1下限値(−α)として挙げた「α」に関して説明する。理想的な円偏波では交差偏波識別度(XPD)は無限大となる。しかし、解析または実測の結果から任意の交差偏波識別度(XPD)におけるヌルシフト量の近似式(ヌルシフト補正式)を導出する際には、有限な値のXPDを用いる必要がある。つまり、近似式導出に用いたXPDの下限値をαminと上限値αmaxとすると、その範囲内において近似式(ヌルシフト補正式)は有効である。αは近似式が有効な範囲内で設定する。 Here, “α” mentioned as the first upper limit value (+ α) and the first lower limit value (−α) will be described. In an ideal circular polarization, the cross polarization discrimination (XPD) is infinite. However, when deriving an approximate expression (null shift correction expression) of the null shift amount at an arbitrary cross polarization discrimination (XPD) from the result of analysis or measurement, it is necessary to use a finite value of XPD. That is, if the lower limit value of XPD used for deriving the approximate expression is αmin and the upper limit value αmax, the approximate expression (null shift correction expression) is effective within the range. α is set within a range where the approximate expression is valid.
次に、ヌルシフト補正値生成部10の詳細処理について、図5に示すフローチャートを用いて処理を説明する。XPD算出部9で求めた交差偏波識別度Xより、例えば、下記の数式(4)に示す近似式(ヌルシフト補正式)で、ヌルシフト補正値Y’を求める(STEP11)。
Next, detailed processing of the null shift correction
ヌルシフト補正式は数値計算により求めたヌルシフトにより近似式として算出する。もしくは、追尾アンテナ装置で実際に評価した結果をもとに近似式を算出してもよい。また近似式は数式(4)の多項式近似以外に指数関数や対数関数を用いた近似式でもよい。さらに、多項式の次数がもっと高くても、低くてもよい。 The null shift correction formula is calculated as an approximate formula by the null shift obtained by numerical calculation. Or you may calculate an approximate expression based on the result actually evaluated with the tracking antenna apparatus. The approximate expression may be an approximate expression using an exponential function or a logarithmic function in addition to the polynomial approximation of Expression (4). Furthermore, the degree of the polynomial may be higher or lower.
次に、ヌルシフト補正値生成部10は閾値によってヌルシフト補正値が任意の値の範囲内におさまるよう制限を与える処理を行う。閾値とヌルシフト補正値Y’の大小の関係を下記の数式(5)に示す不等式を用いて行う(STEP12)。
Next, the null shift correction
ヌルシフト補正値Y’が閾値+β以上の場合はヌルシフト補正値Yを+βとする(STEP13)。閾値βより小さい場合は次の不等式で判別を行う(STEP14) When the null shift correction value Y ′ is equal to or greater than the threshold + β, the null shift correction value Y is set to + β (STEP 13). If it is smaller than the threshold value β, it is determined by the following inequality (STEP 14).
ヌルシフト補正値Y’が閾値+βより小さく−βより大きい場合は、ヌルシフト補正値YをY’とする。−β以下の場合は−βとする(STEP15)(STEP16)。 When the null shift correction value Y ′ is smaller than the threshold value + β and larger than −β, the null shift correction value Y is set to Y ′. If it is -β or less, it is set to -β (STEP 15) (STEP 16).
つまり、ヌルシフト補正値生成部10は、生成したヌルシフト補正値が所定の第2上限値(+β)と所定の第2下限値(−β)とで挟まれた範囲から外れた値の場合、この外れた値に対して、所定の第2上限値(+β)及び所定の第2下限値(−β)のうち、近い値の方をヌルシフト補正値とするものであるといえる。これは、STEP13とSTEP16の処理に相当する。
That is, if the generated null shift correction value is a value outside the range between the predetermined second upper limit value (+ β) and the predetermined second lower limit value (−β), the null shift correction
ここで、第2上限値(+β)及び第2下限値(−β)として挙げた「β」に関して説明する。βは、ヌルシフトの補正量に制限を与えるものである。ヒューマンエラーなどによりヌルシフト補正式を設定にミスがあったとしても、適当な閾値で制限を加えることでアンテナ部1(アンテナ駆動部3)の異常動作を防ぐことができる。 Here, “β” mentioned as the second upper limit value (+ β) and the second lower limit value (−β) will be described. β limits the amount of null shift correction. Even if there is a mistake in setting the null shift correction formula due to a human error or the like, abnormal operation of the antenna unit 1 (antenna driving unit 3) can be prevented by adding a restriction with an appropriate threshold.
ヌルシフト補正値生成部10の処理では、算出したヌルシフト補正値を追尾誤差信号に加減算するかを判定値Sにて決定する。判定値Sが0の場合はヌルシフト補正値Yaを0とする(STEP17)(STEP18)。判定値Sが0以外の値の場合はヌルシフト補正値Yaを+Yとする(STEP19)。つまり、判定値Sが0の場合、ヌルシフト補正値Yaは0となるので、ヌルシフト補正を実質的に行わないことを意味する。判定値Sによりヌルシフト補正機能のON/OFFの切替えができる。なお、算出したヌルシフト補正値の絶対値が所定の値以下の場合を判定値Sが0の場合としている。これは、算出したヌルシフト補正値の絶対値が所定の値以下の場合は、追尾誤差信号を補正する必要がないためである。換言すると、所定の値とは追尾誤差信号を補正する必要がないほどの小さい値といえる。
In the process of the null shift correction
これらの処理によってAZ面、EL面それぞれのヌルシフト補正値Ya算出し、その値を用いてAZ面、EL面それぞれの追尾誤差信号を補正する。図3に示すように、ヌルシフト補正値生成部10から出力されたAZ面補正値及びEL補正値は、追尾信号補正部11(補正値加算部11)で、それぞれ追尾誤差信号(ΔAZ)及び追尾誤差信号(ΔEL)に加算され、補正するための誤差が補正された追尾誤差信号(ΔAZ)及び追尾誤差信号(ΔEL)、つまり、制御信号(AZ)及び制御信号(AZ)がアンテナ駆動部3に送られる。これは、制御信号(AZ)及び制御信号(AZ)は、AZ面、EL面のアンテナ制御信号ともいえる。
By these processes, the null shift correction value Ya for each of the AZ plane and the EL plane is calculated, and the tracking error signal for each of the AZ plane and the EL plane is corrected using that value. As shown in FIG. 3, the AZ plane correction value and the EL correction value output from the null shift correction
アンテナ駆動部3は、受けとった制御信号(AZ)(補正された追尾誤差信号(ΔAZ))、及び、制御信号(AZ)(補正された追尾誤差信号(ΔEL))からAZ軸及びEL軸又はいずれか一方を駆動させて、アンテナ部1を動かして、アンテナ部1で生じる誤差や円偏波が完全な円偏波でないこと(つまり、楕円偏波)から生じる誤差を補正する。
The
判定値Sの決定は、ヌルシフト補正値生成部10で行ってもよいし、追尾信号補正部11で行ってもよい。ヌルシフト補正値生成部10で行う場合は、ヌルシフト補正値生成部10が、設定したヌルシフト補正値が所定の値以下の場合、ヌルシフト補正値を0(零)とするものであるといえる。また、追尾信号補正部11で行う場合は、追尾信号補正部11が、ヌルシフト補正値生成部10が設定したヌルシフト補正値が所定の値以下の場合、追尾誤差信号を補正しないものであるといえる。なお、追尾誤差信号を補正しないとは、ヌルシフト補正値を0(零)として加算することと同義である。
The determination value S may be determined by the null shift correction
これまでは、ヌルシフト補正処理部であるXPD算出部9及びヌルシフト補正値生成部10並びに追尾信号補正部11(補正値加算部11)がアンテナ制御部8に実装されている場合を説明してきたが、ヌルシフト補正処理部であるXPD算出部9及びヌルシフト補正値生成部10を追尾受信部7に設けてもよいし、ヌルシフト補正処理部であるXPD算出部9及びヌルシフト補正値生成部10並びに追尾信号補正部11(補正値加算部11)を追尾受信部7に設けてもよい。
So far, the case where the XPD calculation unit 9, the null shift correction
XPD算出部9及びヌルシフト補正値生成部10を追尾受信部7に設ける場合、追尾受信部7で補正された追尾誤差信号をもとにアンテナ制御部8にてAZ面、EL面のアンテナ制御信号(制御信号(AZ)及び制御信号(AZ))を生成し、アンテナ駆動部3に伝達しアンテナを駆動させ衛星の追尾を行う。PD算出部9及びヌルシフト補正値生成部10並びに追尾信号補正部11(補正値加算部11)を追尾受信部7に設ける場合、追尾受信部7にてAZ面、EL面のアンテナ制御信号(制御信号(AZ)及び制御信号(AZ))を生成し、アンテナ駆動部3に伝達しアンテナを駆動させ衛星の追尾を行う。
When the XPD calculation unit 9 and the null shift correction
実施の形態1に係る追尾アンテナ装置は、電気的に非対称な構造を有するアンテナ部1において受信和信号の交差偏波識別度から主偏波、逆偏波それぞれのヌルシフトの値を算出し、各到来偏波におけるヌルの位置を自動的に補正することでポインティングロスを減じ、追尾精度を向上させることができる。もちろん、実施の形態1に係る追尾アンテナ装置は、アンテナ部1が非対称構造又は自重で変形する構造(電気的に非対称構造)でない場合や非対称構造又は自重で変形する構造(電気的に非対称構造)の非対称の度合いや変形の度合いが瑣末な場合でも適用することができる。つまり、実施の形態1に係る追尾アンテナ装置は、追尾誤差信号のヌルの位置が変化した場合の高精度な補正(補償)にも適用できるものである。
The tracking antenna device according to the first embodiment calculates the null shift values of the main polarization and the reverse polarization from the cross polarization discrimination of the received sum signal in the
また、実施の形態1に係る追尾アンテナ装置は、円偏波を受信可能なアンテナ部1において、電波伝搬路および自重変形およびアンテナ非対称性により発生した交差偏波を有する信号をアンテナで受信し、その受信信号から基本モード信号および高次モード信号を分離抽出する装置(モード分離部2a)と、高次モードの右旋偏波および左旋偏波を分離抽出する装置(偏波分離部2c)と、基本モードの右旋偏波および左旋偏波を分離抽出する装置(偏波分離部2b)と、分離抽出された基本モードの右旋偏波および左旋偏波から交差偏波識別度を算出する算出手段(XPD算出部9)と、交差偏波識別度からヌルシフトを算出する算出手段(ヌルシフト補正値生成部10)と、算出されたヌルシフトに基づき追尾誤差を補償(補正)するようアンテナを駆動制御する手段(アンテナ駆動部3)を有するものであればよい。
Further, the tracking antenna device according to
さらに、実施の形態1に係る追尾アンテナ装置は、円偏波を受信可能なアンテナ部1において、電波伝搬路および自重変形およびアンテナ非対称性により発生した交差偏波を有する信号をアンテナ部1で受信し、その受信信号から基本モード信号および高次モード信号を分離抽出する装置(モード分離部2a)と、高次モードの右旋偏波および左旋偏波を分離抽出する装置(偏波分離部2c)と、基本モードの右旋偏波および左旋偏波を分離抽出する装置(偏波分離部2b)と、分離抽出された基本モードの右旋偏波および左旋偏波から交差偏波識別度を算出する算出手段(XPD算出部9)と、交差偏波識別度からヌルシフトを算出する算出手段(ヌルシフト補正値生成部10)と、算出されたヌルシフトに基づきアンテナ部1が受信した円偏波を送信している衛星(送信源)の軌道位置を演算する手段(アンテナ制御部8)を有するものであってもよい。
Furthermore, in tracking antenna apparatus according to
加えて、実施の形態1に係る追尾アンテナ装置は、実施の形態1に係る追尾受信機ともいえる。この場合の構成は以下のとおりとなる。円偏波の電波を受信して追尾する追尾受信機であって、円偏波の電波を受信するアンテナ部1が受信した円偏波の基本モードから、右旋成分と左旋成分との受信和信号をそれぞれ算出し、アンテナ部1が受信した円偏波の高次モードから、右旋成分と左旋成分との受信差信号をそれぞれ算出する給電部2が算出した受信和信号から交差偏波識別度を算出するXPD算出部9と、このXPD算出部9が算出した交差偏波識別度から、アンテナ部1のビームパターンにおける(アンテナ部1の非対称構造又は自重で変形する構造により生じる)ヌルシフトの量を算出して、ヌルシフト補正値を決定するヌルシフト補正値生成部10と、このヌルシフト補正値生成部10が決定したヌルシフト補正値を用いて、受信和信号及び受信差信号から得られる追尾誤差信号を補正する追尾信号補正部11とを備え、追尾信号補正部11によって補正された追尾誤差信号に応じた角度分、アンテナ部1をAZ軸方向及びEL軸方向に駆動するアンテナ駆動部3が補正できるように、追尾誤差信号をアンテナ駆動部3へ送出することを特徴とするものである。
In addition, the tracking antenna apparatus according to the first embodiment can be said to be a tracking receiver according to the first embodiment. The configuration in this case is as follows. A tracking receiver that receives and tracks a circularly polarized radio wave, and receives the sum of the right-handed component and the left-handed component from the fundamental mode of the circularly polarized wave received by the
同じく、実施の形態1に係る追尾受信機の構成は以下のとおりとなる。円偏波の電波を受信して追尾する追尾受信機であって、円偏波の電波を受信するアンテナ部1が受信した円偏波の基本モードから、右旋成分と左旋成分との受信和信号をそれぞれ算出し、アンテナ部1が受信した円偏波の高次モードから、右旋成分と左旋成分との受信差信号をそれぞれ算出する給電部2が算出した受信和信号から交差偏波識別度を算出するXPD算出部9と、このXPD算出部9が算出した交差偏波識別度から、アンテナ部1のビームパターンにおける(アンテナ部1の非対称構造又は自重で変形する構造により生じる)ヌルシフトの量を算出して、ヌルシフト補正値を決定するヌルシフト補正値生成部10と、このヌルシフト補正値生成部10が決定したヌルシフト補正値を用いて、受信和信号及び受信差信号から得られる追尾誤差信号を補正する追尾信号補正部11と、この追尾信号補正部11が補正した追尾誤差信号に基づきアンテナ部1が受信した円偏波を送信している送信源の軌道位置を演算するアンテナ制御部8(制御部8,軌道位置演算部8)とを備えたことを特徴とするものである。
Similarly, the configuration of the tracking receiver according to the first embodiment is as follows. A tracking receiver that receives and tracks a circularly polarized radio wave, and receives the sum of the right-handed component and the left-handed component from the fundamental mode of the circularly polarized wave received by the
1・・アンテナ部、1a・・主鏡、1b・・桑手平面鏡、1c・・集束反射鏡、1d・・集束反射鏡、1e・・一次放射器、2・・給電部、2a・・モード分離部、2b・・偏波分離部(基本モード)、2c・・偏波分離部(高次モード),2d・・和信号計算部(右旋),2e・・和信号計算部(左旋)、2f・・差信号計算部(右旋)、2g・・差信号計算部(左旋)、3・・アンテナ駆動部、4・・低雑音増幅器(LNA)、5・・ダウンコンバータ、6・・受信部(RCVR)、7・・追尾受信部(TRK RCVR)、8・・アンテナ制御部(ACU)(制御部,軌道位置演算部)、9・・XPD算出部、10・・ヌルシフト補正値生成部、11・・追尾信号補正部(補正値加算部)。
1. ・ Antenna unit, 1a ・ ・ Primary mirror, 1b ・ ・ Kuwate plane mirror, 1c ・ ・ Focusing reflector, 1d ・ ・ Focusing reflector, 1e ・ ・ Primary radiator, 2 ・ ・ Feeding unit, 2a ・ ・ mode Separation unit, 2b ·· Polarization separation unit (basic mode), 2c · · Polarization separation unit (higher order mode), 2d · · Sum signal calculation unit (right-handed), 2e · · Sum signal calculation unit (left-handed) 2f ··· Difference signal calculation unit (right rotation) 2g · · Difference signal calculation unit (left rotation) 3 · ·
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