JP6679089B2

JP6679089B2 - アレイアンテナ装置

Info

Publication number: JP6679089B2
Application number: JP2016561976A
Authority: JP
Inventors: 淳史冨木; 季次篠原
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: WO2016084975A1; JPWO2016084975A1

Description

本発明は、アレイアンテナ装置に関する。

船舶自動識別システム（ＡＩＳ：Automatic Identification System）は、海洋における安心及び安全への寄与並びに、船舶の交通管理を行うことを目的としたシステムである。ＡＩＳ信号は主に船舶間及び船舶−海岸局間でやりとりされ、海岸局は受信したＡＩＳ信号を収集している。

日本は海洋国家であり、広大な排他的経済水域を持つ。また、様々な国の商業船舶が出入りしている。海岸局は受信したＡＩＳ信号を収集しているが、収集できる範囲はＡＩＳ信号の到達距離によって決まる。そのため海岸から５０km程度の範囲に限られている。よって、海岸局のみでは排他的経済水域のＡＩＳ搭載船舶を把握しきれない。

日本の船舶は、海外においてしばしば海賊被害を受けている。ただし現状では、日本には全球的にＡＩＳ信号を収集する方法がない。よって、衛星によるＡＩＳデータの取得が望まれているが、以下に記載するような問題がある。

ＡＩＳは、２周波を用いて運用され、（１６１.９７５ＭＨｚを中心とする）ＡＩＳ１チャンネルまたは（１６２.０２５ＭＨｚを中心とする）ＡＩＳ２チャンネルで通信が行われ、各チャンネルは２５ｋＨｚの幅を有する。ＡＩＳスロットのデータフォーマットは図１に示す通り所定の長さを有するものであるが、データ部分には、静的情報（ＭＭＳＩ：海上移動業務識別、船舶名等）、動的情報（船速、緯度・経度、航路等）を含む。

ＡＩＳは自己管理型時分割多元接続（ＳＯＴＤＭＡ）を使用しており、図１のＡＩＳスロットのデータフォーマットに示す通り各通信チャンネルにおいては、１フレーム（６０秒の長さ）は毎分２２５０個のスロットに分割される。すなわち、１スロットは約２６．７ｍｓで２５６ビットを有する。通常の運用では１つのＡＩＳメッセージが各スロットを占有できるようになっている。通常のモードでは、各ＡＩＳ搭載船は２つの通信チャンネルで自己のＡＩＳメッセージを交互に送信する。信号はブロードキャスティングで送信される。ここでＡＩＳ搭載船はＡＩＳ信号を送信すると共に、次の送信に備えて空きスロットを予約するが、ＡＩＳ信号を送信するＡＩＳ搭載船が同じセル内にあれば、ＳＯＴＤＭＡによって各船舶のＡＩＳ信号の送信タイミングが制御されるので、ＡＩＳ信号同士の衝突を避けることができる。

しかし図２に示す通り、衛星に小型の線状アンテナを搭載して船舶からのＡＩＳ信号の受信を行う場合、衛星可視範囲が広いためにＳＯＴＤＭＡで制御されている複数のセルを捕捉してしまい、多数の船舶からの信号が到来する結果、スロット単位で干渉が発生してしまう。例えば船舶Ａが送信した信号と船舶Ｔが送信した信号は同じタイミングとなってしまうため、衛星は干渉した信号を受信してしまう。このように、複数のセルの干渉に対し、１スロット、１信号の受信では通信容量が足らなくなり、受信できない信号が増加することとなる。

また干渉は船舶からのＡＩＳ信号だけにとどまらない。地上の違法局や国際法に準拠しない無線局からの妨害波、衛星搭載電源装置や搭載される他のミッション機器、計算機、ハーネスなどから空間に放射される妨害波など、これらがすべて雑音としてＡＩＳ受信アンテナに到来し、目的信号を劣化させる。

これらの問題を回避するには、周波数帯域を広くする又はアンテナに指向性をもたせる必要がある。現実的には、ＡＩＳで使用できる周波数帯には制約があるため、指向性アンテナを使用する必要がある。指向性アンテナを使用するにあたっては、（i）八木アンテナのような指向性アンテナを用いる場合と、（ii）複数アンテナを用い各アンテナからの信号を位相合成する場合に分けることができる。しかし（i）八木アンテナのような指向性アンテナを用いる場合は、所望の到来波における最適な受信経路の信号が非常に高速に変化しうるため、アンテナを機械的に回転させなければならず、実施が困難である。よって、（ii）複数アンテナを用い各アンテナからの信号を位相合成する方式を用いる必要がある。本方式は、ビームフォーミングによりビームを狭くして視野を狭くすることで、衝突信号を減らし、またさらに位相を反転させたものを合成することでヌル点を形成し信号レベルを低減させることにより、雑音を減らすことができる。（ii）の場合はさらに、（１）アナログの位相器を用いる方式と（２）デジタル信号処理を用いる方式とが考えられる。

（１）アナログの位相器を用いる方式は、可変容量素子を制御することにより位相制御を行うが、一般的に位相は固定、あるいは微調整が出来る程度である。厳密な制御を行おうとする場合は素子が大型になってしまうため、アンテナの大型化が避けられないという問題がある。また衛星で使用する場合、打ち上げる前に各位相器の位相を決めておく必要があり、地上からの制御で位相値を変えることができないという問題がある。さらに、アナログ位相器を使用した場合、宇宙という過酷な条件下においてはアンテナの特性を劣化させやすいという問題がある。以上の問題から、実施が難しいと考えられる。

（２）デジタル信号処理を用いる方式は、アンテナからの出力をＡＤ変換器でＲＦ信号からデジタル信号に変換し、このデジタル信号をデジタル回路で位相を変えて、合成するという方式である。この方式は、衛星の受信機で地上からのコマンドを受けて、制御回路のデジタル回路にてアンテナ毎に位相を変えることができる。しかし、位相を変える場合は、アナログ信号をサンプリングするサンプリング周波数を高くして、振幅方向の分解能も上げる必要があり、位相の調整量はＡＤ変換器の分解能とサンプリング周波数に依存することになる。位相分解能を上げるには、回路が複雑になり、部品が高価になるという問題、アンテナの数だけＡＤ変換器が必要になるため大型化が避けられないという問題がある。また、アナログの位相器で合成する方式と比べると消費電力が増えるという問題があり、衛星等の限られた使用可能電力下では大きな問題になる。

特公平２‐１５１２２号公報特許３３３６８８１号公報

ＡＩＳ情報を取得するための従来のアンテナ装置は、上記のような課題を有している。したがって、ＡＩＳ情報取得のための衛星用アンテナ装置であって、地上からのコマンドで複数のアンテナ素子が受信する信号の位相制御が可能であり、小型衛星に乗せることができる程度にコンパクトであり、及びアナログ位相器と同等程度に消費電力を小さくすることができる、アンテナ装置が必要とされている。

上記の課題は以下の特徴を有する本発明によって解決される。すなわち本発明は、その１つの態様において、複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナ装置であって、複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した各ＲＦ信号とミキシングするための複数のローカル信号を生成するローカル信号生成部と、複数のアンテナ素子のそれぞれと接続され、ローカル信号生成部にそれぞれ接続される複数の周波数変換部であって、複数のアンテナ素子が受信した各ＲＦ信号をローカル信号のそれぞれとミキシングすることで、複数のアンテナ素子が受信した各ＲＦ信号を、各ＲＦ信号とローカル信号のそれぞれとの差の各ＩＦ信号に変換する複数の周波数変換部と、複数の周波数変換部のそれぞれに接続され、各ＩＦ信号を合成することによって、単一の合成信号を出力する合成出力部と、を備え、ローカル信号生成部は、ローカル信号のそれぞれの位相を、所定の方向から到来するＲＦ信号に由来する各ＩＦ信号の位相が一致するように制御することを特徴とする、アレイアンテナ装置を提供する。当該装置によれば、アンテナ素子の数のＡＤ変換器が不要であり、従来のデジタル信号処理を用いるアンテナ装置と比較して必要となる部品が少ないため小型化が容易であり、消費電力も少ない。従来のアナログの位相器を用いるアンテナ装置と比較しても、高精度で位相を可変できるため、従来の問題点を解消しうる。

本発明の別の態様においては、ＡＩＳ情報取得のための衛星用アレイアンテナ装置であって、複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した各ＲＦ信号とミキシングするための複数のローカル信号を生成するローカル信号生成部と、複数のアンテナ素子のそれぞれと接続され、ローカル信号生成部にそれぞれ接続される複数の周波数変換部であって、複数のアンテナ素子が受信した各ＲＦ信号をローカル信号のそれぞれとミキシングすることで、複数のアンテナ素子が受信した各ＲＦ信号を、各ＲＦ信号とローカル信号のそれぞれとの差の各ＩＦ信号に変換する複数の周波数変換部と、複数の周波数変換部のそれぞれに接続され、各ＩＦ信号を合成することによって、単一の合成信号を出力する合成出力部と、複数の周波数変換部のそれぞれに出力するローカル信号のそれぞれの位相変化量を決定するための位相制御情報を地上局から受信するための受信部と、を備え、ローカル信号生成部は、受信部から受信した位相制御情報に基づいてローカル信号のそれぞれの位相を、所定の方向から到来するＲＦ信号に由来する各ＩＦ信号の位相が一致するように制御することを特徴とする、アレイアンテナ装置を提供する。当該装置によれば、前述した従来の問題点を解消しうる効果を有するアレイアンテナ装置は、ＡＩＳ情報取得のために衛星に搭載して利用することで、前述した衛星でのＡＩＳ信号の干渉を解消することができる。また当該装置のローカル信号生成部は、受信部から受信した位相制御情報に基づいてローカル信号のそれぞれの位相を、所定の方向から到来する雑音信号に由来する各ＩＦ信号の一方（複数）の位相が一致し、他方（複数）の位相が一方の位相に対して反転するようにさらに制御することができる。この場合、当該装置は、雑音信号が到来する方向に対してヌル点を形成することができるため、前述した衛星でのＡＩＳ信号に対する雑音の干渉を解消することができる。

複数のアンテナ素子を有するアンテナのメインビームを絞るには、半波長の間隔を空けて等間隔にアンテナ素子を配置するのが有効である。このように配置すると、配置本数が同じ場合に他の配置と比較して、サイドローブの数を増やすことなく、メインビーム幅を狭くすることができる。また小型衛星に搭載可能な大きさのアレイアンテナ装置に、このような配置で複数本のアンテナ素子を配置することで、アンテナのメインビームの幅を所望の幅である２０度以下にすることができる。これによって、アンテナ視野内のＳＯＴＤＭＡセルの数を減らすことや、受信の妨害となる衝突信号の電力レベルを下げることができる。なお、アンテナ素子の本数をさらに多くすると、より指向性を鋭くすることができる。また半波長の間隔を空けて等間隔にアンテナ素子を配置する構成は、雑音の影響を低減させることにも有効である。当該配置において信号の振幅と位相を制御することにより雑音信号が到来する方向に対してヌル点を形成することで、受信の妨害となる雑音信号の電力レベルを下げながらも、目的信号に対してメインビームを絞ることが可能となる。なお、アンテナ素子の本数をさらに多くすると、複数のヌル点を形成することができ、よって複数の雑音源に対応することができる。

ＡＩＳスロットのデータフォーマットを示す図である。小型の線状アンテナを搭載した衛星でのＡＩＳ信号の干渉を示す図である。従来型のアレイアンテナ装置の構成を示す図である。本発明の１つの実施形態によるアレイアンテナ装置の構成を示す図である。本発明の１つの実施形態によるアレイアンテナ装置の構成を示す図である。アレイアンテナ素子の直線配置での受信する各ＲＦ信号の遅延を説明する図である。本発明の１つの実施形態によるアレイアンテナ素子の配置を示す図である。ＡＩＳのネットワーク概要を示す図である。本発明の１つの実施形態によるアレイアンテナ装置が、ＳＯＴＤＭＡセルを１つ含むように衛星可視範囲を制御する様子を示す図である。

これより図面を参照して、本発明に係るアレイアンテナ装置について説明する。なお、本実施形態として説明するアンテナ装置においては、実際には回路上に増幅器等が設置されうるが、説明の便宜上省略する。また、主としてＡＩＳ通信で使用されるＶＨＦ帯の周波数で用いることを想定しているが、これに限定されない。

従来型のアレイアンテナ装置の構成
まず従来型のアレイアンテナ装置の構成を図３に示す。当該アレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子３１と、各アンテナ素子３１に接続される複数の周波数変換部３２と、各周波数変換部３２に接続されるＡＤ変換器３３と、各ＡＤ変換器３３に接続されるデジタル演算部３４と、各ＡＤ変換器３３及びデジタル演算部３４に接続される制御部３５と、並びに制御部３５に接続された受信部３６と、を備える。

一般的にＲＦ信号を復調する場合、アナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤ変換器が対応する周波数にする必要があるため、低い周波数に変換して処理を行う。この処理を行う周波数変換部３２は、一般的には混合器及び混合器にローカル信号を出力する発振器を備え、その中間周波数帯の信号を抽出することにより低い周波数に変換する。ここで、以下にこの従来型のアレイアンテナ装置の位相合成方法について記載する。簡単のため、ＡＤ変換される直前の信号を用いて説明する。

図３に示すＭ個のアンテナ素子よりなるアレイアンテナ装置において任意のｋ番目のアンテナ素子が受信し周波数変換された信号Ｖ_ak（ｔ）は、受信信号より低い中間周波数ｆに変換されたとすると、以下の式となる。
V_ak(t)＝V_ksin2π(ft＋α_k) （式１）

当該信号Ｖ_ak（ｔ）をＡＤ変換した信号は、以下の式となる。ここでサンプリング周波数をＦ_s、サンプリング間隔をＴ_sとし、以下の式はｔ＝ｎＴ_s（ｎ＝０、１、…）であって、ｎ＝[ｔ／Ｔ_s]Ｔ_s（[]はガウス記号を表す）におけるｎ番目の信号を表すものとする。
V_akp(t)＝V_ak(nT_s)＝V_ksin2π([t/T_s]T_s＋α_k) （式２）

当該信号Ｖ_akp（ｔ）を、デジタル演算部が備えるデジタルフィルタに通すことで、各々の信号の位相のみを変更する。例えば、当該アンテナが衛星に搭載されている場合には、受信部で地上からのコマンドを受けて、制御部は当該コマンドに従って、アンテナ毎の位相を変更することができる。

しかし式２から分かる通り、Ｔ_sが大きい場合は、位相を少しだけ変えても、つまりｔを少しずらしても、出力が同じとなり、位相は変化しないことになる。すなわち、位相分解能を上げるにはサンプリング周波数（１／Ｔ_s）を高くする必要がある。また量子化誤差を考量すると振幅方向の分解能についても高くする必要がある。しかしこのように分解能を上げると、前述したように、回路が複雑になり部品が高価になるという問題、アンテナの数だけＡＤ変換器が必要になるため大型化が避けられないという問題、さらにはアナログの位相器で位相合成する方式と比べると消費電力が増えるという問題が発生する。

本発明のアレイアンテナ装置の構成
続いて本発明の１つの実施形態によるアレイアンテナ装置の構成図を図４ａに示す。アレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子４１と、複数のアンテナ素子４１のそれぞれと接続される複数の周波数変換部４２と、各周波数変換部４２のそれぞれと接続されるローカル信号生成部４３と、各周波数変換部４２のそれぞれと接続される合成出力部４４と、を備える。各アンテナ素子の種類は、到来波を受信できるアンテナであれば制限は無く、ダイポールアンテナまたはモノポールアンテナなどが使用できる。当該アンテナ素子を用いて直線状アレイを構成する場合、後述するように位相を制御することによって、直線状アレイの配列方向及びアンテナ素子の延長方向を含む平面の方向である縦方向においては、メインビームの指向性を高め、またメインビームの方向を制御することができる。一方、縦方向を含む平面に垂直の横方向にアレイは形成されていないため、各アンテナ素子の横方向の指向性がほぼアレイアンテナ装置全体の横方向の指向性となる。なお後述の通り、平面状アレイを構成する場合は、縦横方向においてアレイアンテナによる指向性制御を行うことができる。

各部についての説明は、本発明の１つの実施形態によるアンテナ装置の構成図であって、図４ａをより具体的に説明する図４ｂを用いて行う。周波数変換部４２は、それぞれのアンテナ素子４１毎に設けられ、混合器（ミキサ）４２１及びローパスフィルタ４２２を備える。混合器４２１は、各アンテナ素子４１が受信したＲＦ信号と、数値制御発振器４３１から出力されるローカル信号のそれぞれとを掛け合わせる（ミキシングする）ことにより、掛け合わせた信号の和及び差の周波数を有する信号を出力する。ローパスフィルタ４２２は混合器４２１と合成出力部４４の間に配置され、差の周波数を有する信号（ＩＦ信号）のみ出力する。合成出力部４４は、各混合器４２１から出力された各ＩＦ信号を合成し、単一の合成信号を出力する。アレイアンテナ装置が受信する信号がＡＩＳ信号である場合、１６０ＭＨｚ帯の信号を受信し、数１０ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚ帯のＩＦ信号に変換する。ＡＩＳ信号はＧＭＳＫ方式で変調されているが、ＩＦ信号には変調された情報が含まれているため、遅延検波や同期検波をすることで、正しく復調することができる。

ローカル信号生成部４３は、数値制御発振器４３１及び数値制御発振器の周波数、位相、振幅等を決定する制御部４３２を備える。数値制御発振器４３１は複数のローカル信号を生成し、各周波数変換部４２（混合器４２１）へと出力する。数値制御発振器は混合器毎にローカル信号の周波数と位相を変更することができ、ＩＦ信号のそれぞれの位相を変更することができる。これによって合成出力部が出力する合成信号について、所定の方向から到来する電波（ＲＦ信号）の位相のみを揃えることができるため、強力な指向性を持たせることができる。また一方で、合成出力部が出力する合成信号について、複数のアンテナ毎のＩＦ信号の振幅及び位相（反転）を調整することにより雑音信号が到来する方向に対してヌル点を形成することで、雑音の影響を低減することができる。数値制御発振器は、好ましくは１６０ＭＨｚ帯の周波数を含む正弦波を、位相を正確に制御したまま生成することができるダイレクトデジタルシンセサイザー（ＤＤＳ）である。これによって本発明は実現されうる。

アレイアンテナ装置は、情報取得部４５及び通信部４６をさらに備えうる。通信部４５は、送信部と受信部を備える。受信部は、数値制御発振器４３１がそれぞれの混合器４２１に出力するローカル信号のそれぞれの位相変化量を決定するための位相制御情報を受信する。例えばアンテナが衛星に搭載される場合に位相制御情報をＳバンドやＸバンドを利用して地上（地上局）から受信することができる。受信部から受信した位相制御情報に基づいてローカル信号のそれぞれの位相を、所定の方向から到来するＲＦ信号に由来するＩＦ信号のそれぞれの位相が一致するように制御することで、合成出力部が出力する合成信号を所定の方向から到来する電波の信号とすることができる。このようにして、所定の領域から到来する電波のみを受信することができる。

情報取得部４５は、合成出力部４４から出力された単一の合成信号から、ＡＩＳ情報を取得し記憶する。具体的には、ＩＦ信号から遅延検波又は同期検波でＡＩＳ情報を取得し記憶するか、またはＩＦ信号をＡＤ変換器（図示せず）でデジタル信号に変換し、そのデジタル情報を記憶する。アレイアンテナ装置が、ＡＩＳ情報取得のための衛星に搭載されるアレイアンテナ装置である場合、送信部は、情報取得部４５に記憶されたＡＩＳ情報又はデジタル情報を、ＳバンドやＸバンドを利用して地上局へ送信する。デジタル情報が送信された場合、当該情報は地上局においてＤＡ変換される。

続いて、アレイアンテナ装置を用いたビームフォーミングについて以下に説明する。アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子の配列方法は、直線状、平面状、曲面状などいろいろ考えられるが、ここでは本発明の１つの実施形態による図４ｂの構成を用いて、Ｍ個の同一アンテナ素子よりなる直線状アレイについて説明する。

図５はアレイアンテナ素子の直線配置での受信する各ＲＦ信号の遅延を説明する図であるが、ｋ番目のアンテナ素子が受信した信号Ｖ_ak（ｔ）は、アンテナが受信する周波数ｆ₁を用いて、以下の式で表される。
V_ak(t)＝V_kcos2π(f₁t＋α_k) （式３）

数値制御発振器から、ｋ番目のアンテナ素子と接続された混合器に出力する、ローカル信号Ｖ_LOk（ｔ）は、ローカル周波数ｆ_LOを用いて、以下の式で表される。
V_LOk(t)=Acos2π(f_LOt+β_k) （式４）

よって、これらの式をミキシングした信号Ｖ_MIXk（ｔ）は以下の通りになる。
V_MIXk(t)=V_kA/2*(cos2π((f₁+f_LO)t+α_k+β_k)+cos2π((f₁-f_LO)t+α_k-β_k)) （式５）

上記より得られる差分の中間周波数Ｖ_k（ｔ）は、以下の式で表される。
V_k(t)=V_kA/2*(cos2π((f₁-f_LO)t+α_k-β_k)) （式６）

上記の式より理解されるように、ローカル信号Ｖ_LOk（ｔ）のβ_kを変えることにより、Ｖ_k（ｔ）の位相遅延『α_k-β_k』を変えることができる。

ここでアンテナ素子が向いている方向に対して、角度θ傾いている方向から到来する電波の受信について説明する。図５はアレイアンテナ素子の配置の一例であるが、ここではアンテナ素子は等間隔で並んでおり、その間隔はｄである。ｋ番目とｋ＋１番目のアンテナ素子へ電波が到達する時間Δｔは、光速をｃとすると、Δｔ＝ｄｓｉｎθ／ｃずれ、位相は２πｆ₁ｄｓｉｎθ／ｃ（＝２πｄｓｉｎθ／λ₁)ずれる。よってｋ番目の方がｋ＋１番目のアンテナ素子より先に電波が到達するとした場合、ｋ＋１番目のアンテナ素子より得られる中間周波数Ｖ_k+1（ｔ）は、以下の式で表される。
V_k+1(t)=V_k+1A/2*(cos2π((f₁-f_LO)t+α_k-β_k+1+dsinθ/λ₁)) （式７）

式６と式７より、
β_k+1=β_k-(dsinθ/λ₁)±ｍ [ｍは整数] （式８）
となるように数値制御発振器の位相を制御することで、それぞれのアンテナ素子が受信するθ方向（所定の方向）から到来する電波の位相を一致させることができ、当該電波の信号を受信することができる。また一方で、雑音信号が到来する方向（θ´方向）に対して、
β_k+1=β_k-(dsinθ´/λ₁)±ｍ＋π(rad) [ｍは整数] （式９）
となるように数値制御発振器の位相を制御することで、それぞれのアンテナ素子が受信するθ´方向から到来する雑音電波の信号レベルを低減させることができる。なお上記のような位相制御を実際に行う場合は、ＭＭＳＥ法やＭＵＳＩＣ法等の周知の技術を用いることができる。

前述した指向性の制御は、直線状アレイの配列方向及びアンテナ素子の延長方向を含む平面の方向においてのみ行うことができるため、当該方向においてのみメインビームの指向性を鋭くしたり指向方向を制御したりすることができる。当該方向以外にメインビームを動かしたい場合は、機械的にアンテナ素子が向く方向を動かすことにより、例えば衛星の場合は姿勢制御することにより、二次元方向にメインビームを動かすことができる。

続いて、本発明の実施形態による平面状アレイについて説明する。図６に、Ｍ×Ｎ個の同一アンテナ素子よりなる平面状アレイを示す。前述した直線状アレイの方法と同様に、平面状アレイの縦方向及び横方向それぞれについて数値制御発振器の位相を制御することで、二次元方向において指向性制御を行うことができるため、二次元方向においてメインビームの指向性や指向方向を制御することができ、例えば衛星の場合は前述の姿勢制御の必要がなくなる。

ＡＩＳシステムにおけるアレイアンテナ装置の利用について
図７は、ＡＩＳのネットワーク概要図を示したものである。各ＡＩＳ搭載船７２は、船名、船種、位置、針路、速度、目的地、積載物等のデータを含むＡＩＳメッセージを送信し、周辺の船舶７２、地上局（陸上局）７３及び衛星７１に搭載したＡＩＳ受信機によりこれらメッセージが受信される。前述したように衛星７１は、情報取得部に記憶されたＡＩＳ情報又はデジタル情報を、ＳバンドやＸバンドを利用して地上局７３へ送信する。衛星に搭載されたＡＩＳ情報取得のためのアレイアンテナ装置は、前述した位相制御により衛星可視範囲を狭くしてＡＩＳ信号を受信する。衛星可視範囲を狭くする、すなわち衛星に搭載された複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナ装置のメインビームを絞るには、半波長の間隔を空けて等間隔にアンテナ素子を配置するのが有効である。このように配置すると、配置本数が同じ場合に他の配置と比較して、サイドローブの数を増やすことなく、メインビーム幅を狭くすることができる。また小型衛星用アレイアンテナ装置に、このような配置で複数本のアンテナ素子を配置することで、アンテナのメインビームの幅を所望の幅である２０度以下にすることができる。これによって、アンテナ視野内のＳＯＴＤＭＡセルの数を減らすことや、受信の妨害となる衝突信号の電力レベルを下げることができる。なお、アンテナ素子の本数をさらに多くすると、より指向性を鋭くすることができる。また一方で雑音の影響を低減させるためには、同様に半波長の間隔を空けて等間隔にアンテナ素子を配置する構成が有効である。当該配置において信号の振幅と位相を制御することにより雑音信号が到来する方向に対してヌル点を形成することで、受信の妨害となる雑音信号の電力レベルを下げながらも目的信号に対してメインビームを絞ることが可能となる。

実際のＡＩＳ情報取得においては、図８に示すように衛星８１に搭載されたアレイアンテナ装置は、情報を受信するＳＯＴＤＭＡセルの数を１つ含むように衛星可視範囲を狭くする。ＳＯＴＤＭＡセルの数を２つ以上含みうる程度に衛星可視範囲が広い場合であっても、衛星可視範囲内に含まれるＳＯＴＤＭＡセルの数を可能な限り少なくするように衛星可視範囲を動かすことで所望のＡＩＳ情報を取得することができる。直線状アレイであれば位相制御及び衛星の姿勢制御によって、平面状アレイであれば位相制御によって、衛星可視範囲を動かすことができる。

以上に説明してきた各実施例は、組み合わせることが可能である。これにより、２以上の実施例を組み合わせて１つの実施例にすることができる。また以上に説明してきた各実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、種々の形態で実施することができる。

３１アンテナ素子
３２周波数変換部
３３ＡＤ変換器
３４デジタル演算部
３５制御部
３６受信部
４１アンテナ素子
４２周波数変換部
４２１混合器
４２２ローパスフィルタ
４３ローカル信号生成部
４３１数値制御発振器
４３２制御部
４４合成出力部
４５情報取得部
４６通信部
７１衛星
７２ＡＩＳ搭載船
７３地上局
８１衛星

Claims

複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナ装置であって、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した各ＲＦ信号とミキシングするための複数のローカル信号を生成するローカル信号生成部と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれと接続され、前記ローカル信号生成部にそれぞれ接続される複数の周波数変換部であって、前記複数のアンテナ素子が受信した前記各ＲＦ信号を前記ローカル信号のそれぞれとミキシングすることで、前記複数のアンテナ素子が受信した前記各ＲＦ信号を、前記各ＲＦ信号と前記ローカル信号のそれぞれとの差の各ＩＦ信号に変換する複数の周波数変換部と、
前記複数の周波数変換部のそれぞれに接続され、前記各ＩＦ信号を合成することによって、単一の合成信号を出力する合成出力部と、を備え、
前記ローカル信号生成部は、正弦波の前記ローカル信号を、位相を制御して生成可能なダイレクトデジタルシンセサイザーを備え、該ダイレクトデジタルシンセサイザーは、前記複数の周波数変換部のそれぞれにおいて前記ＲＦ信号を前記ＩＦ信号へ変換するための所定の周波数を有する前記ローカル信号を生成するとともに、前記ローカル信号のそれぞれの位相を、所定の方向から到来する前記ＲＦ信号に由来する前記各ＩＦ信号の位相が一致するように制御することを特徴とする、アレイアンテナ装置。
ＳＯＴＤＭＡで制御されている複数のＳＯＴＤＭＡセルからＡＩＳ情報を取得するための衛星用アレイアンテナ装置であって、
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した各ＲＦ信号とミキシングするための複数のローカル信号を生成するローカル信号生成部と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれと接続され、前記ローカル信号生成部にそれぞれ接続される複数の周波数変換部であって、前記複数のアンテナ素子が受信した前記各ＲＦ信号を前記ローカル信号のそれぞれとミキシングすることで、前記複数のアンテナ素子が受信した前記各ＲＦ信号を、前記各ＲＦ信号と前記ローカル信号のそれぞれとの差の各ＩＦ信号に変換する複数の周波数変換部と、
前記複数の周波数変換部のそれぞれに接続され、前記各ＩＦ信号を合成することによって、単一の合成信号を出力する合成出力部と、
前記複数の周波数変換部のそれぞれに出力する前記ローカル信号のそれぞれの位相変化量を決定するための位相制御情報を地上局から受信するための受信部と、を備え、
前記ローカル信号生成部は、正弦波の前記ローカル信号を、位相を制御して生成可能なダイレクトデジタルシンセサイザーを備え、該ダイレクトデジタルシンセサイザーは、前記複数の周波数変換部のそれぞれにおいて前記ＲＦ信号を前記ＩＦ信号へ変換するための所定の周波数を有する前記ローカル信号を生成するとともに、前記受信部から受信した前記位相制御情報に基づいて前記ローカル信号のそれぞれの位相を、所定の方向から到来する前記ＲＦ信号に由来する前記各ＩＦ信号の位相が一致するように制御し、ＡＩＳ情報を受信するＳＯＴＤＭＡセルの数を１つ含む程度に前記アレイアンテナ装置のメインビームの幅を狭くすることを特徴とする、アレイアンテナ装置。
前記複数のアンテナ素子は半波長の間隔を空けて等間隔に配置される、請求項１又は請求項２に記載のアレイアンテナ装置。