JPH02159802A - 受信アンテナの姿勢制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、対局または電波源に対して相対的に移動する
系内におけるアンテナの姿勢制御に関し、例えば、自動
車等の移動体上で衛星放送受信する場合の受信用アンテ
ナの制御に関する。

（従来技術〕 衛星通信が実現してから、固定建造物はもとより、自動
車等の移動体においても衛星からの電波を受信しようと
する動向が見られるが、放送衛星（対局または電波源）
からの微弱な電波を受信するためには高利得のアンテナ
、すなわち、指向性が鋭いアンテナを使度するため、ア
ンテナの姿勢制御が必要になる。

アンテナの姿勢制御は、初期設定時のアンテナ姿勢を維
持するいわゆるパッシブ制御と、電波の到来方向を逐次
検出して放送衛星を追尾するいわゆるアクティブ制御と
に大別される。

前者は、特公昭６１−２８２４４公報に開示された衛星
通信用アンテナ装置に見られるように、フライホイール
の旋動安定性を利用したアンテナ姿勢の維持制御が一般
的であろう。この場合、高い受信安定度を得るためには
、大きなイナーシャを有する大重量のフライホイールが
必要となる。

これに対し、後者は、電波の到来方向の相対的な変化に
応じてアンテナ姿勢を変更するので、受信安定度が電気
的な制御系に求められる。つまり、上記とは逆に１機械
系のイナーシャを小さくしてレスポンスを速くすること
が要求されるので、自動車等の小型の移動体に搭載する
装置にとっては有利である。

また、このアクティブ制御には、１つのアンテナの姿勢
を連続的に変化して電波の到来方向を検出する連続ロー
ビング方式と、複数のアンテナを用いて各アンテナの受
信状態の差違から電波の到来方向を検出する同時ロービ
ング方式があるが、自動車等の小型の移動体上で衛星方
送を受信するのであれば、連続的なアンテナ姿勢の変化
に起因する機械的な振動やフェージング等がない、後者
に優位性があるといえよう。

さらに、この同時ロービング方式は、各アンテナにおい
て受信した信号の振幅成分を利用するものと位相成分を
利用するものに分けられる。前者は、各アンテナの指向
方向をわずかにずらし、各受信信号のレベルの比較によ
り電波の到来方向を検出する方法であるが、各アンテナ
の設置精度やその特性、信号処理回路の電気的特性の影
響を受けやすい。この点、後者は各アンテナの物理的な
関係（配置の間隔）が主たるパラメータとなり、より安
定した制御が得られやすい。

例えば、２つのアンテナにおいて受信した信号の位相成
分を検出する場合を考えてみる。これにおいて、一方の
受信信号と他方の受信信号を乗じ、あるいは一方の受信
信号に９０°移和した他方の受信信号を乗することによ
り、その直流分に、−方の受信信号に対する他方の受信
信号の遅れ位相（遅れ位相が負であれば進み位相となり
、両者は同義と扱う二以下位相角）が余弦関数の値、あ
るいは正弦関数の値として得られる。上記位相角は１．
２つのアンテナに到来する電波の行程差、すなわち、電
波の到来方向とアンテナの指向方向との偏角によりもた
らされるので、これらの値はその偏角を反映しているこ
とになる。つまり、これらの値の一方に基づいてアンテ
ナの姿勢制御を行なえば良いことになる。

（発明が解決しようとする課題〕 ところで、位相成分を振幅成分から独立に抽出すること
は困難である。したがって、アンテナの指向性が高い程
、アンテナの偏角がもたらす振幅成分の変動が問題とな
り、余弦関数あるいは正弦関数の値として抽出した位相
角による姿勢制御の精度が低下する。

また、上述した到来電波の行程差はアンテナの偏角の三
角関数となるため、抽出した位相角の値はベッセル関数
で与えられる値となる。この値は、アンテナの現実の偏
角に対して遥かに短い交番周期を有するため、誤った姿
勢で制御が安定してしまう、いわゆるポインティングエ
ラーを生ずる虞れがある。

本発明は、対局または電波源に対して相対的に移動する
系内において、ポインティングエラーがなく、安定性と
信頼性が高いアンテナの姿勢制御を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明においては、対局ま
たは電波源に対して相対的に移動する系内で、通信アン
テナを該電波源に指向する場合に、互いに離隔され、か
つ、それぞれの放射ビームが平行に保たれた姿勢変更自
在の第１アンテナおよび第２アンテナを用い。

該第１アンテナの受信信号に対する該第２アンテナの受
信信号の遅れ位相を示す位相角を、第１Ｖ数の値、およ
び、該第１関数と直交する第２関数の値として抽出し、 該第１関数の値と該第２関数の値の比より求めた前記位
相角に対応する位相角情報を、該第１関数の値の符号と
該第２関数の値の符号の組合せ、あるいはそれらのいず
れか一方の符号が示す該位相角の属する象限の変化より
求めた、前記第１アンテナおよび第２アンテナの基準姿
勢がもたらす基準位相角に対する該位相角の回転を示す
回転情報により補正し、 該補正した位相角情報に基づいて前記通信アンテナの姿
勢を制御する、ものとする。

〔作用〕

これにおいては、外乱等が等しく作用する第１関数の値
と第２関数の値の比より位相角情報を求めているので外
乱等の影響がなくなり、正確な位相情報が得られる。ま
た、それをさらに象限の変化の観察に基づく回転情報に
より補正しているので、ポインティングエラーがなく、
安定性と信頼性に優れたアンテナの姿勢制御が得られる
。

なお、上に述べた構成を拡張し、３以上のアンテナの直
交配置により制御方向の自由度を高くシ。

あるいは上記の第１および第２アンテナと通信用アンテ
ナとを共用することは本発明が当然に予想するところで
ある。

本発明の他の目的および特徴は、以下の図面を参照した
実施例説明より明らかになろう。

〔実施例） 第１ａ図に、本発明を一例で実施する自動車搭載衛星放
送受信システムの構成を示した。このシステムは、車載
バッテリＢｔｔ、を電源として、４枚の平面アンテナ１
１，１２，１３および１４の受信信号の位相差により電
波の到来方向（放送衛星の存在する方向）と各平面アン
テナの指向方向（主ビームが向く方向）との偏角を検出
して放送衛星を追尾する移動受信用のシステムであり、
受信した衛星放送を自動車内に備わるテレビジョンセッ
ト６に出力する。

４枚の平面アンテナ１１，１２．１３および１４は、す
べて同特性であり、一体でアジマス方向および／または
エレベーション方向に姿勢変更される。ここで、システ
ムの外観平面を示した第２ａ図および外観側面を示した
第２ｂ図を参照されたい。

ここに示したように各平面アンテナ１１，１２゜１３お
よび１４は上面が平面のアンテナブラケット１５上に設
置されており（各アンテナの主ビームは長四角円柱の稜
を構成する）、外観上は４分割の矩形を形成している（
以下これらの平面アンテナ１１，１２．１３および１４
を総称してアンテナユニット１という）。

アンテナブラケット１５は軸１５１により回転台■６に
回転自在に支持されており、エレベーショモータＭｅに
より軸１５１回りに正逆転される。つまり、エレベーシ
ョンモータＭｅが正転付勢されるとアンテナユニット１
のエレベーション回動面内（自動車のルーフに固着され
るベース１７に垂直な面内）の指向方向がＣＷ力方向第
２ｂ図に示した状態で定義した方向：つまり仰角が増加
する方向）に更新され、逆転付勢されるとそれがＣＣＷ
方向（同じく第２ｂ図に示される状態で定義した方向：
つまり仰角が減少する方向）に更新される。この更新速
度は０〜１１００ｄｅ／ｓの範囲で連続的に可変である
が、その回動範囲は６０６　（ベース１７を基準にする
と５〜６５″の範囲）に制限されており、各限界はリミ
ットスイッチＬｕまたはＬｆｌにより検出される。

回転台１６は、複数組のアンギュラベアリングを介して
、ベース１７に固着されたシャフト１７１に回転自在に
結合されている。このシャフト１７１には、サンギア１
７２が一体成形されており、そこには回転台１６に枢着
されたプラネタリギア（図示せず）が噛合っている。こ
のプラネタリギアはアジマスモータＭａにより正逆転さ
れる。つまり、アジマスモータＭａが正転付勢されると
アンテナユニット１のアジマス回動面内（ベース１７に
平行な面内）の指向方向がＣＷ力方向第２ａ図に示す状
態で定義した方向二つまり自動車が右旋回する方向）に
更新され、逆転付勢されるとＣＣＷ方向（同じく第２ａ
図に示す状態で定義した方向：つまり自動車が左旋回す
る方向）に更新される。

この更新速度は、０〜１１００ｄｅへの範囲で連続的に
可変であり１回動範囲の制限はない。

なお、アンテナブラケット１５の背面には、次に説明す
るＢＳコンバータ群２．チューナ群３゜信号処理回路４
およびエレベーションジャイロＧｅが、回転台１６上に
は制御回路５．定電圧電源７２．アジマスモータドライ
バＤＲＶａ、エレベーションモータドライバＤＲＶｅお
よびアジマスジャイロＧａがそれぞれＭＵされており、
シャフト１７１にはこれらの電気要素とテレビジョンユ
ニット６等との接続を行なうためのスリップリングユニ
ットＳＬＰおよび非接触型の結合トランスＴｒｎが備わ
っている。また１以上説明した各要素はレードームＲＤ
Ｍにより覆われ、ベース１７上には冷却ファン（第１ａ
図に示したモータＭにより駆動される）が取付けられる
。

再度第１ａ図を参照されたい。

平面アンテナ１１，１２，１３および１４の給電点は、
それぞれＢＳコンバータ２１．２２゜２３および２４の
入力端子に接続されている。各ＢＳコンバータには第２
局部発振器ＬＯより共通の第１局部発振器号が与えられ
ており、それぞれにおいて、対応する平面アンテナが受
信した約１２ＧＨｚの高周波信号を約１．３ＧＨｚの第
１中間周波信号に変換している。

ＢＳコンバータ２１，２２，２３および２４の出力端子
は、それぞれチューナ３１，３２．３３および３４の入
力端子に接続されている。各チューナには第２局部発振
器となる電圧制御発振器ｖＣＯより共通の第２局部発振
器号が与えられており、それぞれにおいて、対応するＢ
Ｓコンバータが出力した第１中間周波信号を約４０３Ｍ
ｆｌｚの第２中間周波信号に変換している。なお、電圧
制御発振器ｖＣｏの制御電圧は、テレビジョンセット６
のチャネルセレクタ６４より与えられる。

各チューナ３１，３２，３３および３４の出力端子は、
信号処理回路４の４つの入力端子にそれぞれ接続されて
いる。この信号処理回路の詳細を第１ｂ図を参照して説
明する。

これに示したように、信号処理回路４は、５つのスプリ
ッタ４１１，４１２，４１３，４１４および４１１’、
　４つのアッテネータ４２１，４２２，４２３および４
２４．３つのコンバイナ４３１，４３２および４４．な
らびに、アジマス位相差検出回路４５およびエレベーシ
ョン位相差検出回路４６でなる。

スプリッタ４１１，４１２，４１３，４１４および４１
１′はすべて同特性であり、入力信号を２分配する。つ
まり。

スプリッタ４１１および４１１′により端子ａに入力す
るチューナ３１の出力信号を３分配し、スプリッタ４１
２により端子すに入力するチューナ３２の出力信号を２
分配し、スプリッタ４１３により端子Ｃに入力するチュ
ーナ３３の出力信号を２分配し、スプリッタ４１４によ
り端子ｄに入力するチューナ３４の出力信号を２分配す
る（ただし、スプリッタ４１４の一方の兜力端子は終端
されている）。

各アッテネータ４２１，４２２，４２３および４２４は
、分配された各信号のレベル調整を行ない、コンバイナ
４３１．４３２および４４は、アッテネータにより調整
された各信号、すなわち、チューナ３１，３２゜３３お
よび３４の出力信号を合成する。合成した信号は、結合
トランスＴｒｎを介してテレビジョンセット６の受信ユ
ニット６１に与えられる。受信ユニット６１では、この
信号を復調して映像および音声をＣＲＴデイスプレィ６
２およびスピーカ６３ｒ、６３Ｑを介して出力する。

アジマス位相差検出回路４５は、チューナ３１および３
２の出力信号よりアジマス回動面内での電波の到来方向
とアンテナ指向方向とのずれ角（アジマス偏角）を反映
するアジマス誤差信号を生成し、エレベーション位相差
検出回路４６は、チューナ３１および３３の出力信号よ
りエレベーション回動面内での電波の到来方向とアンテ
ナ指向方向とのずれ角（エレベーション偏角）を反映す
るエレベーション誤差信号を生成する。これらの回路の
詳細は、第１ｃ図および第１ｄ図に示したとおりである
が、その説明に進む前に、アジマス偏角およびエレベー
ション偏角の検出原理について説明する。

アンテナブラケット１５上に配された各平面アンテナ１
１，１２，１３および１４の間隔は、放送衛星から地表
面までの距離に比べれば問題外に小さいが、受信する電
波の波長に比べれば決して小さくはない。つまり、各平
面アンテナ１１゜１２．１３および１４が受信する電波
の信号強度は常時等しくなるが、その位相は必ずしも等
しくはない。

ここで第３ａ図を参照されたい。この図は、アジマス回
動面内で離隔されている１組の平面アンテナ、すなわち
、平面アンテナ１１と１２、あるいは平面アンテナ１３
と１４を、軸Ｐａｚ回りに回転する間隔Ｌａで配置され
たアンテナＡｎｔｉおよびＡｎｔ２によりシンボライズ
したものであり、破線は各アンテナの指向方向を、１点
鎖線は放送衛星からの電波（放送衛星から地表面までの
距離に比べて間隔Ｌａが問題外に小さいので実質的に平
行波と見做せる）を、２点鎖線はその電波面を示してい
る。

いま、アジマス偏角が８（電波の到来方向を基準として
ＣＣＷ方向を正とする）であったとする。

この場合、アンテナＡｎｔｉに到達する電波はアンテナ
Ａｎｔ２に到達する電波よりＱａだけ余分な行程を進む
ために位相が遅れる。つまり、アンテナＡｎｔｉの受信
信号をｓｉｎωｔと表わせば、アンテナＡｎｔ２の受信
信号は、 ｓｉｎω（を十　Ｑａ／ｃ） ＝ｓｉｎ（ωｔ＋２π・Ｌａ−、ｓｉｎθ／λ）　　　
−・・−（１）と表わされる。

ただし、ωは電波の角速度、Ｃは伝搬速度、λは波長で
ある。

ここで、位相角２π・Ｌａ−５ｉｎｅ／λをθと置いて
アンテナＡｎｔｉの受信信号とアンテナＡｎｔ２の受信
信号とを乗すると。

ｓｉｎ　（＋）　ｔｏｓｉｎ（ωｔ＋θ）＝　（ｃｏｓ
θ−ｃｏｓ（２ωを十〇））／２　　・・・・・（２）
なる信号が得られ、また、アンテナＡｎｔｉの受信信号
と９０°移和したアンテナＡｒ＋ｔ２の受信信号とを乗
すると、 一５ｉｎ　（＋）七・ｃｏｓ（ωＬ十　〇）＝　（ｓｉ
ｎθ−５ｉｎ（２ωｔ＋θ））／２　　・・・・・（３
）なる信号が得られる。したがって、これらの信号の直
流分を抽出することにより、アンテナＡｎｔｉの受信信
号とアンテナＡｎｔ２の受信信号との位相差を余弦およ
び正弦で示したアジマス誤差信号ｃｏｓθおよびｓｉｎ
θが求まり、アジマス偏角ｅを知ることができる。

このアジマス偏角ｅと同様にしてエレベーショ、ン偏角
Φ（電波の到来方向を基準としてＣＣＷ方向を正とする
）を知ることができる。第３ｂ図を参照されたい。この
図は、エレベーション回動面内で離隔されている１組の
平面アンテナ、すなわち、平面アンテナ１１と１３、あ
るいは平面アンテナ１２と１４を、軸Ｐａ１回りに回転
する間隔Ｌｅで配置されたアンテナＡｎｔ３およびＡｎ
ｔ４によりシンボライズしたものであり、これにおいて
、Ａｎｔ３の受信信号をｓｉｎωＬと表わせば、アンテ
ナＡｎｔ４の受信信号の位相の進み（位相角）φは、２
π・Ｌｅ−ｓｉｎΦ／λとなる。そこで、上記同様に、
アンテナＡｎｔ３の受信信号にアンテナＡｎｔ、４の受
信信号をそのまま、あるいは９０″移相して乗じ、５ｉ
ｎ（１１ｔ、０Ｓｉｎ（（１１し＋φ）＝　（ｃｏｓφ
−ｃｏｓ（２ωｔ＋φ））／２　　・・・・・（４）−
ｓｉｎωｔ０ｃｏｓ（ωｔ＋φ） ＝　（ｓｉｎφ−５ｉｎ（２ωし＋φ））　／２　　　
・・−・（５）なる信号を得て、各直流分を抽出するこ
とにより、アンテナＡｎｔ３の受信信号とアンテナＡｎ
ｔ４の受信信号との位相差を余弦および正弦で示したエ
レベーション誤差信号ｃｏｓφおよびｓｉｎφが求まる
。

ただし、上記のように、各アンテナの位相差θおよびφ
が幾何学的に連続な関数、すなわち。

２π・Ｌａ−８ｉｎθ／λおよび２π・Ｌｅ−ｓｉｎΦ
／λとして検出し得るアンテナの角度範囲は、用いるア
ンテナの指向特性のうちメインローブ内に限られる。

このように、アジマス誤差信号とエレベーション誤差信
号とは全く同じ手順で求まるので第１Ｃ図および第１ｄ
図に示したように、アジマス位相差検出回路４５とエレ
ベーション位相差検出回路４６とは同構成になっている
。

簡単な動作説明を付加すると、アジマス位相差検出回路
４５においては、平面アンテナ１１の受信信号（端子ａ
′の入力＝チューナ３１の出力）をスプリッタ４５１で
２分配し、平面アンテナ１２の受信信号（端子ｂ′の入
力＝チューナ３２の出力）を９０°スプリツタ４５２に
より一方はそのまま、他方は９０’移相して分配し、そ
れぞれをミキサ４５３または４５４で乗じた後、ローフ
ィルタ４５５または４５６により交流分を除去して余弦
および正弦関数の値で表わした（以下、９余弦表現″、
あるいは゛正弦表現″という）アジマス誤差信号ｃｏｓ
θおよびｓｉｎθを抽出している。

また、エレベーション位相差検出回路４６においては、
平面アンテナ１１の受信信号（端子ａ”の入力＝チュー
ナ３１の出力）をスプリッタ４６１で２分配し、平面ア
ンテナ１３の受信信号（端子Ｃ′の入力＝チューナ３３
の出力）を９０″スプリツタ４６２で一方はそのまま、
他方は９０６移相して分配し、それぞれをミキサ４６３
または４６４で乗じた後、ローフィルタ４６５または４
６６により交流分を除去して余弦および正弦表現のエレ
ベーション誤差信号ｃｏｓφおよびｓｉｎφを抽出して
いる。

これらの余弦および正弦樹現のアジマス誤差信号ｃｏｓ
θおよびｓｉｎθならびに余弦および正弦表現のエレベ
ーション誤差信号ｃｏｓφおよびｓｉｎφは、制御回路
５に与えられる。

ところで上記の説明においては、到来電波をｓｉｎωし
という形に単純化して示したが、実際には信号強度成分
等を含んでいる。これが常に一定であれば上記の単純化
したモデルと同様にこの強度成分に対する考慮の必要は
なく、アジマス偏角ｅを知るためには余弦および正弦表
現のアジマス誤差信号ｃｏｓ　Ｏおよびｓｉｎθのいず
れか一方の検出で足り、エレベーション偏角Φを知るた
めには余弦および正弦表現のエレベーション誤差信号ｃ
ｏｓφおよびｓｉｎφのいずれか一方の検出で足る。し
かし、放送衛星から受信点までの距離変化がもたらす信
号強度の変化は無視できるも、電波の到来方向に対する
アンテナ指向方向のずれによるアンテナゲインの低下や
、受信環境の変化等がもたらす信号強度の変化は無視で
きるものではなく、アジマス誤差信号およびエレベーシ
ョン誤差信号の大きさに強く影響する。ただし、この影
響も同時に抽出される余弦表現のアジマス誤差信号ｃｏ
ｓθと正弦表現のアジマス誤差信号ｓｉｎθとの間、あ
るいは、余弦表現のエレベーション誤差信号ｃｏｓφと
正弦表現のエレベーション誤差信号ｓｉｎφとの間では
等しく作用するので、本実施例においては１、余弦表現
のアジマス誤差信号ｃｏｓθと正型表現のアジマス誤差
信号ｓｉｎ　８との比、すなわちｔａｎθおよび、余弦
表現のエレベーション誤差信号ｃｏｓφと正弦表現のエ
レベーション誤差信号ｓｉｎφとの比、すなわちｔａｎ
φを用いてその影響を除している（以下この意味からこ
れらｔａｎθ、　ｔａｎφを絶対誤差という）。

例えば第４ａ図は、アジマス方向の位相角θを横軸とし
て余弦および正弦表現のアジマス誤差信号ｅＯ８θおよ
びｓｉｎθをそれぞれ示したグラフであり、第４ｂ図は
両誤差信号の２乗平均を求めて振幅成分を抽出し１位相
角θとの関係を示したグラフ（アジマス回動面内におけ
る指向特性曲線となる）である、これらのグラフを参照
してわかるように、振幅成分は位相角θにより大きく変
動しているが、その変動は位相角θを等しくする各アジ
マス誤差信号ｃｏｓθおよびｓｉｎθに等しく作用して
いるのでこれらのとの比ｔａｎθの振幅成分はｔ４１１
１となり、第４Ｃ図に示したように不偏的な正接曲線が
得られる。

つまり、この絶対アジマス誤差ｔａｎθよりアジマス位
相角θが正しく与えられるのであるが、ここで注意しな
ければならないことは、前述したように、この位相角θ
は、平面アンテナ１１の受信信号と平面アンテナ１２の
受信信号との位相差、すなわち（２π・Ｌａ−５ｉｎｅ
／λ）　を示すものであり、実際のアジマス偏角ｅとは
第４ｂ図下端に示した関係にあるということである。よ
り具体的な説明のために第５ａ図に、余弦および正弦表
現のアジマス誤差信号ｃｏｓθおよびｇｉｎθを用いて
、（ｘ、ｙ）　＝　（ｓｉｎθ、　ｊ　ｃｏｓθ）なる
座標により示したアジマス誤差信号のりサージュ図を示
したが、これに示されるように、基準、すなわち、位相
の回転を明らかにしない限り、１組のアジマス誤差信号
ｃｏｓθおよびｓｉｎθから１つの位相角θを特定する
ことはできない。

そこで本実施例においては、１組のアジマス誤差信号ｃ
ｏｓθ、　ｓｉｎθが最大の振幅成分を与えるとき、位
相の回転の基準を設定し、位相角θを特定している。ま
た、このようにして求めた位相角θを、第４ｄ図に示す
ように、（１０００・・・・０）２を基準（位相角０°
）にして１象限を２″′分割とする１６ビツトの数値デ
ータ（オフセットデータ）で表わし、ＣＷ力方向回転を
正としてそれを増減している。したがって、このオフセ
ットデータは。

第５ｂ図に示すように、ＬＳＢ〜第ｎビットで象限内の
位相角（角度データ）を、第ｎ　＋１．　ｎ　＋２ビツ
トで象限（象限データ）を、第ｎ＋３〜ｎ＋４ビツトで
位相の回転数（回転データ）を、第ｎ＋８ビツトで位相
の回転方向（極性データ）を示すものとなる。

さて制御回路５は、上記のようにして信号処理回路４よ
り与えられた余弦および正弦表現のアジマス誤差信号ｃ
ｏｓθおよびｓｉｎθ、ならびに余弦および正弦表現の
エレベーション誤差信号ｃｏｓφおよびｓｉｎφより各
ｎ＋８ビツトのアジマスオフセットデータ　（Ｄ　ａ　
）およびエレベーションオフセットデータ（Ｄｅ）を求
めると、前者をアジマスモータドライバＤＲＶａに後者
をエレベーションモータドライバＤ　ＲＶ　ｅにそれぞ
れ転送する。各モータドライバでは、　（１０００・・
・・０）２を基準にする各オフセットデータの偏差に比
例した速度でアジマスモータＭａあるいはエレベーショ
ンモータＭｅを正逆転付勢する。

一方、今までの説明よりすでに明らかであろうが、自動
車がトンネル等に差掛かり、アンテナユニット１が遮蔽
されて充分な受信信号が得られないときには各誤差信号
に基づいて各オフセットデータを求めることは叶わない
、そのような場合、本実施例の制御回路５では１回転台
１６上に備わるアジマスジャイロＧａおよびアンテナブ
ラケット１５の背面に備わるエレベーションジャイロＧ
ｅが検出する偏角信号（リセット後のジャイロの相対的
偏角に対応する電気信号）に基づいて各オフセットデー
タを作成し、受信状態が回復したときの受信再開の迅速
化を図っている。

以下、制御回路５のより詳細な動作について、第６ａ図
〜第６Ｃ図に示したフローチャートを参照して説明する
。

テレビジョンセット６の電源スィッチ６５が投−入され
、昇圧回路７１からスリップリングを介して定電圧電源
７２にＡＣｌｏｏＶが供給されると。

定電圧電源７２は適宜必要な電圧を各部に供給する。こ
れにより本システムは立上り、制御回路５は構成各部を
初期化する（ステップ１）、この後、各部のウオームア
ツプ等に要する時間を待機してから（ステップ２）、エ
レベーションモータドライバＤ　ＲＶ　ｅに適当なエレ
ベーションオフセットデータＤａを与えてリミットスイ
ッチＬＱ　　（ＬＬセンサ）がエレベーション回動の下
限を検出するまでエレベーションモータＭｅの逆転付勢
を指示する（ステップ３，４）。これが終了すると、タ
イマＴをクリア＆スタート（ステップ５）して電波の到
来方向の探索を開始する。

この探索は、受信信号強度に対応する各アジマス誤差信
号ｃｏｓθおよびｓｉｎθの自乗平均より求まる振幅デ
ータを根拠として行なう。つまり、信号処理回路４から
与えられる余弦および正弦表現のアジマス誤差信号ｃｏ
ｓθおよびｓｉｎθを読み取って（ステップ６）その自
乗平均（アジマス振幅データＲａｎ）を求め（ステップ
７）、その値と閾値ＴＨａｓとを比較する（ステップ８
：第４ｂ図参照）。

このとき、アジマス振幅データＲａｎが閾値ＴＨａｓ以
下であれば、アジマスモータドライバＤＲＶａに適当な
アジマスオフセットデータＤａを与えてアジマスモータ
Ｍａの正転付勢を指示しくステップ１０）、アジマス回
動面内の指向方向を更新する（ステップ１に更新完了待
ち）。

このように、アジマス回動面内の指向方向を逐次更新し
ながらアジマス振幅データＲａｎと閾値ＴＨａｓとの比
較を繰り返すと、約Ｔｒ時間でアンテナユニット１はア
ジマス回動面内を一周する。

そこで、タイマＴの値がＴｒ待時間超えたときには（ス
テップ９）、リミットスイッチＬｕ　（ＬＬセンサ）が
エレベーション回動の上限を検出していないことを条件
に（ステップ１２）エレベーションモータドライバＤ　
ＲＶ　ａに適当なエレベーションオフセットデータＤｅ
を与えてエレベーションモータＭｅの正転付勢を指示し
くステップ１３）。

エレベーション回動面内の指向方向を更新してから（ス
テップ１４：更新完了待ち）、再度ステップ５以下を繰
り返す。つまり、これにおいては、螺線状に指向方向を
更新するヘリカルスキャニングを行なっている。

リミットスイッチＬｕ（ＬＬセンサ）によりエレベーシ
ョン回動の上限が検出されるまでの間にアジマス振幅デ
ータＲａｎが閾値ＴＨａｓを超えなければ、相当時間を
待機（ステップ１５）した後。

再び上記のヘリカルスキャニングを開始するが、それが
閾値ＴＨａｓを超えたときにはヘリカルスキャニング中
止（ステップ８）してピーク検出を開始する。

このピーク検出も振幅データを根拠として行なうが上記
の探索に比べてより細かい制御となっている。以下、説
明を続ける。

まず、アジマストグルカウンタＴ　Ｃａおよびエレベー
ショントグルカウンタＴＣｅをクリアし、アジマス過去
振幅データＲａｐおよびエレベーション過去振幅データ
Ｒｅｐをクリアすると（ステップ２ｏ）、アジマスモー
タドライバＤＲＶａに適当なアジマスオフセットデータ
Ｄａを与えてアジマスモータＭａの正転付勢を指示しく
ステップ２１）。

それまでのアジマス振幅データＲａｎをアジマス過去振
幅データＲａｐとして退避する（ステップ２２）。

これによりアジマス回動面内の指向方向が微小更新され
るまで待ち（ステップ２３）、更新後の各アジマス誤差
信号ｃｏｓθおよびｓｉｎθを読み取って（ステップ２
４）そのときのアジマス振゛幅データＲａｎを求め（ス
テップ２６）、更新前のアジマス過去振幅データＲａｐ
と比較する（ステップ２７）。

このとき、アンテナ１の指向方向が電波の到来方向に近
付いたのであれば、アジマス振幅データＲａｎがアジマ
ス過去振幅データＲａｐより大きくなり、逆に、離れた
のであればアジマス振幅データＲａｎがアジマス過去振
幅データＲａｐより小さくなる（第４ｂ図参照）。前者
の場合にはそのままの更新方向で指向方向の微小更新お
よびアジマス振幅データの増減の検討を繰り返せば良い
が、後者の場合には更新方向の逆転が必要となる。この
更新方向の判定にトグルカウンタＴＣａのＬＳＢを′用
いている。つまり、アジマス過去振幅データＲａρがア
ジマス振幅データＲａｎより大きくなるとトグルカウン
タＴｅａを１インクリメントしくステップ２８）、トグ
ルカウンタＴＣａのＬＳＢが０”のときには正方向の、
ｄｌ　１　′ｇのときには逆方向の指向方向の微小更新
を行なう（ステップ２９゜３０　ｏｒ　２９，２１）− このように、アジマス過去振幅データＲａｐがアジマス
振幅データＲａｎより大きくなる毎にトグルカウンタＴ
ｅａを１インクリメントしているので、トグルカウンタ
ＴＣθの値が３以上であればアジマス回動面内で電波の
到来方向を少なくとも２回通過していることになり、ア
ジマス回動面に関しては電波の到来方向とアンテナ１の
指向方向がほぼ一致した状態にある。そこで、アジマス
回動面に関するピーク検出についてはこれで終了し、同
様にしてエレベーション回動面に関するピーク検出を行
なう。このエレベーション回動面に関するピーク検出に
ついてはアジマスとエレベーションの読換え以外は上記
と全く同じ説明となるため省略する。

アジマスおよびエレベーション回動面に関するピーク検
出を終了すると、アンテナ１の指向方向が電波の到来方
向にほぼ一致するので、アジマスジャイロＧａおよびエ
レベーションジャイロＧｅをリセットしくステップ４１
）、アジマス位相角およびエレベーション位相角の象限
を判定する（ステップ４２〜４５）。ここでは、各アジ
マス誤差信号ｃｏｓθおよびｓｉｎθの符号が。

（＋、　＋）であれば第１象限を示す（１００００００
０）　２を、（−、＋）であれば第２象限を示す（０１
１１１１１１）　２を、（−、−）であれば第３象限を
示す（０２１１１１１０）２を、（＋、−）であれば第
４象限を示す（１００００００１）　２をＡｓレジスタ
に格納し、各エレベーション誤差信号ｃｏｓφおよびｓ
ｉｎφの符号が、 （＋、　十）であれば第１象限を示す（１００００００
０）　２を、（＋、＋）であれば第２象限を示す（０１
１１１１１１）２を、（−一）であれば第３象限を示す
（０１１１１１１０）２を、（＋、−）であれば第４象
限を示す（１００００００１）　２をＡｓレジスタに格
納する。

次に、余弦表現のアジマス誤差信号ｃｏｓθと正弦表現
のアジマス誤差信号ｓｉｎθとの比、すなわち絶対アジ
マス誤差ｔａｎθの値に対応する位相角を示す角度デー
タ（９０°を２％分割した値）、および余弦表現のエレ
ベーション誤差信号ｃｏｓφと正弦表現のエレベーショ
ン誤差信号ｓｉｎφの比、すなわち絶対ニレベージコン
誤差ｔａｎφの値に対応する位相角を示す角度データを
ＲＯＭテーブルから読み取り（ステップ５０）、それぞ
れＢａレジスタあるいはＢｅレジスタに格納する（ステ
ップ５１）６ さらに、Ａｓレジスタの値をアジマスオフセットデータ
ＤａのＭＳＢ〜第ｎ＋１ビット（Ｄａ（ｎ＋８）〜Ｄａ
（ｎ＋１））に、Ｂａレジスタの値を第ｎピットルＬ　
Ｓ　Ｂ　（Ｄａ（ｎ）〜Ｄａ（０））に、Ａｓレジスタ
の値をエレベーションオフセットデータＤｅのＭＳＢ〜
第ｎ＋１ビット（Ｄｅ（ｎ＋８）〜Ｄｅ（ｎ＋１））に
。

Ｂｅレジスタの値を第ｎピットルＬ　Ｓ　Ｂ　（Ｄｅ（
ｎ）〜Ｄｅ（０））に、それぞれ格納すると（ステップ
５１）、アジマスオフセットデータＤａ、をアジマスモ
ータドライバＤＲＶａに与えてアジマスモータＭａの付
勢を指示し、エレベーションオフセットデータＤｅをエ
レベーションモータドライバＤＲＶｅに与えてエレベー
ションモータＭｅの付勢を指示する（ステップ５２）。

これによりアンテナユニット１が駆動されるので、姿勢
変化後の各アジマス誤差信号ｃｏｓθおよびｓｉｎθな
らびに各エレベーション誤差信号ｃｏｓφおよびｓｉｎ
φを読み取って（ステップ５３）、そのときのアジマス
振幅データＲａｎおよびエレベーション振幅データＲｅ
ｎを求める（ステップ５４）。

このとき、アジマス振幅データＲａｎが閾値ＴＨａｇを
超えていれば読み取った各誤差信号は信頼に足るものと
判定しくステップ５５）、さらにアジマス振幅データＲ
ａｎが閾値Ｔ　Ｈａｒ　（Ｔ　Ｈａｒ＞Ｔ　Ｈａｇ）を
超えていればアジマス回動面内の指向方向と電波の到来
方向の一致度は高いものと判定してアジマスジャイロＧ
ａをリセットしくステップ５６゜５７）、エレベーショ
ン振幅データＲｅｎが閾値ＴＨｅｒを超えていればニレ
パー２３２回動面内の指向方向と電波の到来方向の一致
度は高いものと判定してエレベーションジャイロＧｅを
リセットする（ステップ５８．５９）。

続いて、ステップ５３において読み取った各アジマス誤
差信号ｃｏｓθおよびｓｉｎθの符号から前述と同様に
して姿勢変化後のアジマス位相角の象限を求め、それと
アジマスオフセットデータＤａの第ｎ　＋１．　ｎ　＋
２ビツト（Ｄａ（ｎ＋１）、Ｄａ（ｎ＋２））に格納し
ている姿勢変化前のアジマス位相角の象限とを比較して
アジマス位相角の象限渡りを判定する（ステップ６０）
。このとき、ｃｗｆ向の象限渡りありと判定すればＡａ
レジスタ（アジマスオフセットデータＤａの上位８ビツ
トのデータを格納している）の値を１インクリメントし
くステップ６１）、ＣＣＶ方向の象限渡りありと判定し
た場合にはそれを１デクリメントする（ステップ６２）
。

これと同様にエレベーション位相角の象限渡りを判定し
くステップ６４）、Ａｅレジスタ（エレベーションオフ
セットデータＤｅの上位８ビツトのデータを格納してい
る）の値を更新するとステップ５０に戻り、上記を繰り
返す。

ところで、すでに述べたように本実施例においては、ア
ジマス回動面内の指向方向と電波の到来方向の一致度が
高いと判定したときにはアジマスジャイロＧａを、エレ
ベーション回動面内の指向方向と電波の到来方向の一致
度が高いと判定したときにはニレベージコンジャイロＧ
ｅを、それぞれリセットしている（ステップ５６〜５９
）。したがって、アジマスジャイロＧａが出力するアジ
マスジャイロデータｇθは、最も近い過去においてアジ
マス回動面内でのアンテナユニットｌの指向方向と電波
の到来方向の一致度が高いとの判定があった指向方向を
基準とするアジマス回動面内のアンテナユニット１の指
向方向の偏角（前述のアジマス偏角と基準が異なるため
この語を用いている：エレベーションに関して同じ）を
、エレベーションジャイロＧｅが出力するエレベーショ
ンジャイロデータｇφは、最も近い過去においてエレベ
ーション回動面内でのアンテナユニット１の指向方向と
電波の到来方向の一致度が高いとの判定があった指向方
向を基準とするエレベーション回動面内のアンテナユニ
ット１の指向方向の偏角を、それぞれ示すことになる。

そこで、自動車がトンネル内やビル蔭等を走行すること
によりアンテナユニット１が遮蔽されて充分な受信信号
が得られなくなった場合（アジマス振幅データＲａｎが
閾値ＴＨａｇ以下に低下した場合ニステップ５５）には
、アジマスジャイロデータｇθおよびエレベーションジ
ャイロデータｇφを読み取り（ステップ６６）、それら
に基づいてアジマスオフセットデータＤａおよびエレベ
ーションオフセットデータＤｅを求め（ステップ６７）
、それぞれアジマスモータドライバＤ　ＲＶ　ａあるい
はエレベーションモータドライバＤ　ＲＶ　ｅに与えて
アジマスモータＭａあるいはエレベーションモータＭｅ
の付勢を指示している（ステップ６８）。

この後、受信環境が好転し、アンテナユニット１から充
分な受信信号が得られるようになると（アジマス振幅デ
ータＲａｎが閾値ＴＨａｇを超えるニスアップ５５）、
各ジャイロ信号に基づく制御を終了して各誤差信号に基
づく制御を再開する。

以上で本実施例装置の動作説明を終るが、ここでその特
徴を簡単に列挙しておく。

（１）一体で姿勢変更される４枚の平面アンテナから得
られる各受信信号の遅れ位相を示す位相角より電波の到
来方向に対するアンテナの指向方向のずれ、すなわちア
ンテナ偏角を検出しているので、トラッキングに起因す
るフェージング等の発生がない。

（２）アンテナ偏角がもたらす受信信号間の遅れ位相を
示す位相角を余弦関数および正弦関数の値として検出し
、比を求めて振幅成分を相殺しているので、アンテナ偏
角や受信環境等に起因する振幅変動に影響されない安定
したトラッキングが得られる。

（３）上記余弦関数および正弦関数の値として検出した
位相角の自乗平均により求めた受信信号の強度成分に基
づいてヘリカルスキャニングを行ない。

さらにピーク検出を行なって電波の到来方向を探′索し
ているので、アンテナの初期設定に対する信頼性が高い
。

（４）アンテナ偏角がもたらす受信信号の遅れ位相を示
す位相角を２つの直交関数の値として検出し、各値の符
号から位相角の象限を求め、回転を含めた絶対的な位相
角（電波の到来方向とアンテナの指向方向が一致してい
るときの位相角を基準にする）を用いているのでポイン
ティングエラーのない、正確なトラッキングが可能にな
る。

（５）アンテナの遮蔽等により充分な受信信号が得られ
なくなった場合にはジャイロデータによりアンテナ偏角
（厳密には、正しいトラッキングが行なわれていたとき
のアンテナの指向方向を基準とする偏角）を求めて姿勢
制御を行なっているので受信環境回復時のトラッキング
再開が迅速に行なわれる。

（６）位相角による姿勢制御を行なっている間において
、電波の到来方向とアンテナの指向方向との一致度が高
いと判定する毎にジャイロをリセットしているので、ジ
ャイロのドリフトの影響を受けに＜＜、慣性モーメント
の小さい小型軽量のジャイロを用いることができる。

なお、上記実施例においては全可動範囲のヘリカルスキ
ャニングを行なっているが、受信地域入力によりスキャ
ン範囲を限定し、あるいは、手動調整によるセツティン
グに替え、もしくは併用しても良い。

また、上記実施例においてはジャイロリセットのための
閾値が固定であるが、例えばヘリカルスキャニングおよ
びピーク検出によるアンテナの初期設定を完了したとき
の受信信号の強度成分に基づいてこれらの閾値を設定し
ても良い。加えて、受信信号の強度成分に因ることなく
、誤差信号に基づく制御を行なう毎に（つまりステップ
５６および５８をなくシ）、各ジャイロをリセットする
変形も考えられるが、受信環境の劣下の前には電波の周
り込み等があり、受信信号の強度成分の低下があること
を考慮すれば上記実施例による方が合理的といえよう。

さらに、上記実施例においては、アンテナユニット１の
各平面アンテナが受信アンテナを兼ねているが、これら
を機能的に分離しても良い、つまり、上述した電波の到
来方向に追随する機能を担うパイロットアンテナ装置と
、衛星放送を受信する受信アンテナ装置に分離し、パイ
ロットアンテナ装置の姿勢データにより受信アンテナ装
置の姿勢を制御する。この場合、パイロットアンテナ装
置の各アンテナに要求されるゲインが小さくて済むので
その装置が軽量小型化し、応答性を高くすることができ
る。

【発明の効果〕

以上説明したとおり１本発明においては、対局または電
波源に対して相対的に移動する系内で１通信アンテナを
該電波源に指向する場合に、互いに離隔され、かつ、そ
れぞれの放射ビームが平行に保たれた姿勢変更自在の第
１アンテナおよび第２アンテナを用い、 該第１アンテナの受信信号に対する該第２アンテナの受
信信号の遅れ位相を示す位相角を、第１関数の値、およ
び、該第１関数と直交す３る第２関数の値として抽出し
、 該第１関数の値と該第２関数の値の比より求めた前記位
相角に対応する位相角情報を、該第１関数の値の符号と
該第２関数の値の符号の組合せ、あるいはそれらのいず
れか一方の符号が示す該位相角の属する象限の変化より
求めた、前記第１アンテナおよび第２アンテナの基準姿
勢がもたらす基準位相角に対する該位相角の回転を示す
回転情報により補正し。

該補正した位相角情報に基づいて前記通信アンテナの姿
勢を制御している。

つまり、外乱等が等しく作用する第１関数の値と第２関
数の値の比より位相角情報を求めているので外乱等の影
響がなくなり、正確な位相情報が得られる。また、それ
をさらに象限の変化の観察に基づく回転情報により補正
しているので、ボインティングエラーがなく、安定性と
信頼性に優れたアンテナの姿勢制御が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明を一例で実施する自動車搭載′衛星放
送受信システムの構成を示すブロック図。 第１ｂ図はその一部を詳細に示すブロック図、第１ｃ図
および第１ｄ図はさらにその一部を詳細に示すブロック
図である。 第２ａ図は実施例のシステムの機構部の外観手回 面図であり、第２ｂ図はその外観側Ｗ宅ある６第３ａ図
および第３ｂ図は実施例のシステムにおけるアンテナ偏
角の検出を説明するための説明図である。 第４ａ図はアジマス誤差信号を示すグラフ、第４ｂ図は
その自乗平均を示すグラフ、第４ｃ図はその比を示すグ
ラフである。 第４ｄ図はオフセットデータの連続性を説明するための
グラフである。 第５ａ図は位相角の回転を説明するための説明図である
。 第５ｂ図はオフセットデータの構成を示す模式第６ａ図
、第６ｂ図および第６Ｃ図は第１ａ図に示した制御回路
５の動作例を示すフローチャートである。 ｌ：アンテナユニット １１〜１４：平面アンテナ（第１．第２アンテナ）１５
：アンテナブラケット １６：回転台　　　　　　１７：ベース１５〜１７：（
支持手段） ２：ＢＳコンバータ群 ３：チューナ群 ４：信号処理回路（位相角抽出手段） ５：制御回路（位相角情報検出手段。 回転情報検出手段１位相角情報補正手段）６：テレビジ
ョンセット ７：電源装置 Ｍａ、Ｍｅ　：モータ（駆動装置） 叶Ｖａ、ＤＲＶｅ　：モータドライバ（付勢制御手段）
Ｇａ、Ｇｅ：ジャイロ Ｔｒｎ　：結合トランス ＳＬＰ　ニスリップリングユニット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）対局または電波源に対して相対的に移動する系内
   で、通信アンテナを該電波源に指向する場合に、 互いに離隔され、かつ、それぞれの放射ビームが平行に
   保たれた姿勢変更自在の第１アンテナおよび第２アンテ
   ナを用い、 該第１アンテナの受信信号に対する該第２アンテナの受
   信信号の遅れ位相を示す位相角を、第１関数の値、およ
   び、該第１関数と直交する第２関数の値として抽出し、 該第１関数の値と該第２関数の値の比より求めた前記位
   相角に対応する位相角情報を、該第１関数の値の符号と
   該第２関数の値の符号の組合せ、あるいはそれらのいず
   れか一方の符号が示す該位相角の属する象限の変化より
   求めた、前記第１アンテナおよび第２アンテナの基準姿
   勢がもたらす基準位相角に対する該位相角の回転を示す
   回転情報により補正し、 該補正した位相角情報に基づいて前記通信アンテナの姿
   勢を制御する、 アンテナの姿勢制御方法。
2. （２）前記通信アンテナと、前記第１および第２アンテ
   ナとを共用する、前記特許請求の範囲第（１）項記載の
   アンテナの姿勢制御方法。
3. （３）第１アンテナおよび第２アンテナ； 対局または電波源に対して相対的に移動する系内で、前
   記第１アンテナおよび前記第２アンテナを、互いに離隔
   し、かつ、それぞれの放射ビームを平行に保持して支持
   する、姿勢変更自在の支持手段； 前記支持手段を駆動する駆動手段； 前記駆動手段を付勢して前記支持手段の基準姿勢を設定
   する基準姿勢設定手段； 前記第１アンテナの受信信号に対する前記第２アンテナ
   の受信信号の遅れ位相を示す位相角を第１関数の値とし
   て表わした第１位相角信号、および、該第１関数と直交
   する第２関数の値として表わした第２位相角信号、を検
   出する位相角抽出手段； 前記第１位相角信号と前記第２位相角信号の比より前記
   位相角に対応する位相角情報を検出する位相角情報検出
   手段； 前記第１位相角信号の符号および前記第２位相角信号の
   符号の組合せ、あるいはそれらのいずれか一方の符号よ
   り前記位相角の属する象限を検出し、該象限の変化より
   、前記支持手段の基準姿勢がもたらす位相角を基準にし
   た前記位相角の回転を示す回転情報を検出する回転情報
   検出手段；前記回転情報により、前記位相角情報を補正
   して補正位相角情報を生成する位相角情報補正手段；お
   よび、 前記補正位相角情報に基づいて前記駆動手段を付勢する
   付勢制御手段； を備えるアンテナの姿勢制御装置。
4. （４）前記基準姿勢設定手段は、前記駆動手段を付勢し
   て、前記第１アンテナの受信信号および前記第２アンテ
   ナの受信信号が最大となる前記支持手段の姿勢を探索し
   、前記支持手段の基準姿勢を設定する、前記特許請求の
   範囲第（３）項記載のアンテナの姿勢制御装置。