JPH03175385A - 移動体用追尾装置 - 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］ この発明は車両等の移動体に装備する移動体用追尾装置
、特に移動体の移動状況に応じた追尾を行うものに関す
る。

［従来の技術］ 近年の電子通信技術の飛躍的な進歩に伴ない、各種分野
において電波通信が利用されるようになってきている。

このような中で、送受信機等の小型化に伴ない、自動車
電話等の移動体通信が注目を浴びている。

移動体通信においては、地上に複数の基地局を設け、こ
の基地局が管轄する地域内において移動体との通信を行
う方式があり、自動車電話等に採用されている。しかし
、このような地上の基地局を利用する通信方式は、基地
局を無制限に設けることができないため、通信可能範囲
に制限がある。

これに対し、衛星を利用した移動体通信は、このような
制限がなく広範囲にわたり高品質なサービスができるこ
とから各方面で実用化に向は検討が進められている。

ここで、非常に重要なものとして、移動体搭載用のアン
テナがある。これは、アンテナにおける送受信が良好に
行えなければ、他の送受信設備としていかに高度なもの
を装備していようとも、良好な通信は行えないからであ
る。

そして、自動車等の移動体は、その走行によって、衛星
等に対する相対的位置が変化するため、その送受信方向
を走行状況にしたがって変更（追尾）する必要がある。

そこで、従来より、アンテナを機械的に動かしたり、電
子的に制御したりし、アンテナの指向方向を衛星に向け
ている。

そして、このような追尾方式として、ステップトラック
方式と呼ばれる方式が多く採用されている。このステッ
プトラック方式は、適当な時間間隔で、アンテナの指向
方向をわずかに動かし、受信電界の強い方にアンテナの
指向方向を動かすことにより目的の方向を維持するもの
である。

［発明が解決しようとする課題］ 船舶や飛行機等移動中に余り方向を変えず、また電波を
遮られることのない移動体では、このような従来のステ
ップトラック方式でも、十分衛星を追尾することが可能
である。

それに対し、自動車のような陸上の移動体は、頻繁に進
行方向を変更し、しかも、船舶や飛行機に比べ旋回速度
は速い。また建物などで電波が遮られることがある。こ
のため、従来のステップトラック方式では、十分な追尾
が行えない場合が多い。すなわち、電柱や建物などで一
度電波が遮られると、その後の走行により衛星の方向を
全く見失ってしまう場合もあり、追尾が非常に困難とな
ってしまうという問題点があった。

更に、安定して受信している状態においても、アンテナ
の指向方向を常にわずかずつ変化させ、最大受信電波強
度の方向を探査するため、受信電波強度が必要以上に変
動してしまうという問題点もあった。

この発明は上述のような問題点を解決することを課題と
してなされたものであり、移動体の移動状況に応じたア
ンテナ指向方向の適切な制御を行うことができる移動体
用追尾装置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］ この発明に係る移動体用追尾装置は、第１図に示すよう
に、移動体の旋回状態を検出する旋回状態検出部Ａと、
指向方向制御可能なアンテナＢと、電波の強度を検出す
る受信部Ｃと、上記旋回状態検出部Ａによって得た移動
体の旋回状態と、受信部によって得た電波強度に応じて
上記アンテナＢの指向方向を制御する指向方向制御部り
とからなることを特徴とする。

［作用〕 このように、本発明においては、旋回状態検出部Ａを設
け、車両の旋回状態を認識することができる。そして、
この車両の旋回状態と電波強度に応じて、アンテナＢの
指向方向を制御する。このため、移動体が直進している
状態では、アンテナＢの指向方向は変化せず、受信電波
強度の変動を抑制することができる。一方、旋回時にお
いては、旋回状態検出部Ａからの出力に応じたアンテナ
Ｂの指向方向制御が行われるため、良好な追尾を達成す
ることができる。さらに、電波が遮られた場合にも、旋
回状態検出部Ａによって旋回角を知ることができるので
、衛星を追尾することが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明に係る移動体用追尾装置
によれば、移動体の旋回状態に応じて追尾制御を行うこ
とができる。また、直進時におけるアンテナの指向方向
の不要な変更を抑制できる。

さらに、電波が遮蔽されたときは旋回状態検出部による
追尾を行うことができ、電波強度が復帰次第その受信が
可能となる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例に係る移動体用追尾アンテナ
装置について図面に基づいて説明する。

第２図は、実施例の構成図であり、指向性を任意に制御
可能なアンテナ１０が設けられている。

このようなアンテナ１０としては、電気的に指向方向を
変え、ることかできるフェーズドアレイアンテナが好適
である。この例においては、このアンテナ１０としてｎ
個のアンテナ素子１０ａ１〜１０ａｎからなるフェーズ
ドアレイアンテナが採用されている。

フェーズドアレイアンテナは、アンテナ素子の送受信す
る信号の位相を調整することにより、アンテナの指向方
向（以下ビーム）を制御することができる。

一方、アンテナ１０において受信された信号は、受信機
１２に供給される。受信機１２は、通常の検波、増幅等
の信号処理を行い、得られた信号を通常の信号処理系に
供給するが、この実施例では受信電波の強度（以下、受
信レベル）についての信号をＣＰＵ１４に供給する。

また、旋回状態検出部はこの実施例においては、角速度
センサ１６を用いており、移動体、例えば車両の角速度
を検出し、これについての信号をＣＰＵ１４に供給して
いる。この角速度センサ１６としては、各種のものが採
用できるが、例えばガスレイトジャイロ、振動ジャイロ
、レーザジャイロ、メカニカルレイトジャイロ等のレイ
トジャイロを利用することができる。

以下、この実施例では、角速度センサを用いた場合の制
御について述べているが、地磁気センサ等の角度センサ
を用いても、同様の制御を行うことが可能である。

そして、ＣＰＵ１４は、受信機１２からの受信レベル、
角速度センサ１６からの角速度の信号に応じて、アンテ
ナ１０のビームを制御する。ここで、このＣＰＵ１４は
次の４つの部分からなっている。

（ａ）衛星方向探査部 この衛星方向探査部１４ａは、アンテナ１０におけるビ
ーム受信方向を全方向に切替え、受信レベルの最大とな
るビーム方向を見つけることにより、衛星の方向を探査
するための制御を行う。従って、この衛星方向探査部１
４ａによりアンテナ１０を制御すれば、何ら情報のない
初期状態から衛星の方向を見出すことができる。

（ｂ）旋回時のビーム制御部 旋回時のビーム制御部１４ｂは、車両の旋回時における
受信ビームの制御を行う。すなわち、角速度センサ１６
より入力される車両の旋回方向のデータに応じ、アンテ
ナ１０におけるビームを衛星の方向に向かうように切替
える。

（Ｃ）直進時のビーム制御部 直進時のビーム制御部１４ｃは緩く曲った道路や直線の
道路においてのアンテナ制御を行う。このような道路走
行時においては、ビームの方向を変更する必要はない。

そこで、アンテナ１０におけるビーム方向を一定に保持
したまま受信レベルが所定の閾値以上か否かの判定を行
う。

（ｄ）電波遮蔽時のビーム制御部 電波遮蔽時のビーム制御部１４ｄは、建物等で電波か完
全に遮蔽されてしまったときの制御を行う。この場合、
電波が受信できないため、角速度センサ１６から出力値
によりアンテナ１０のビーム方向を制御する。すなわち
、角速度センサ１６から入力される角速度を積分するこ
とにより、旋回角を求め、衛星の方向を認識する。そし
て、アンテナ１０のビーム方向をこの認識された衛星の
方向に制御する。ところが、この方法によると、積分に
より誤差が蓄積され、旋回角がずれてしまう可能性があ
る。そこで、所定時間経過後に、ビームを全方向に切替
え、衛星の方向を再確認する。

次に、この実施例におけるアンテナ１０の制御動作につ
いて第３図に基づいて説明する。まず、追尾動作を開始
した場合には、最初に衛星の方向が未知であるかどうか
を判定する（Ｓｌ）。通常の場合は、衛星がどの方向に
あるかが解らないため、衛星の方向の探査を行う（Ｓ２
）。

そして、衛星方向の探査の処理（Ｓ２）が終わった場合
には、受信レベルが最大の方向の最大受信レベルとビー
ムの方向が記憶される。

この衛星方向の探査（Ｓ２）が終わった場合又は衛星の
方向が既知であった場合には、その衛星の方向にビーム
を設定する（Ｓ３）。そして、この方向において受信し
た信号の受信レベルＬＥＶを読み込む（Ｓ４）。

このように衛星の方向にアンテナ１０を向けた場合にお
ける受信レベルを認識した場合には、この受信レベルＬ
ＥＶの値より切替レベルＳＬと、遮蔽レベルＴＬを決定
する（Ｓ５）。

ここで、切替レベルＳＬとは、アンテナ１０におけるビ
ームの方向を切替える基準となるレベルであり、ある方
向の電波を受信しているときに、受信レベルＬＥＶがこ
の切替レベルＳＬを下回った場合に、となりのビームに
切替える。また、遮蔽レベルＴＬとは、電波が遮蔽され
たと判断するレベルであり、受信レベルＬＥＶがこの遮
蔽レベルＴＬを下回った場合に、角速度センサ１６の検
出値に応じた追尾を行う。従って、切替レベルＳＬは最
大受信レベルＬＥＶＭＡＸより所定量小さな値とし、遮
蔽レベルＴＬはそれよりもかなり小さな値として決定す
る。

このようにして５Ｌ−５５によりアンテナ１０の初期の
ビーム方向が決定され、切替レベルＳＬ及び遮蔽レベル
ＴＬが決定された場合には、これを用いて、アンテナ１
０のビーム方向の制御を行う。

すなわち、そのビーム方向におけるアンテナ１０におけ
る受信レベルＬＥＶを読み込む（Ｓ６）。

そして、この受信レベルＬＥＶと切替レベルＳＬを比較
する（Ｓ７）。受信レベルＬＥＶが切替レベルＳＬより
大きい場合には、そのビームの方向で十分な強度の電波
を受信できているため、アンテナ１０におけるビームの
方向を変更する必要はない。そこで、この受信レベルＬ
ＥＶが切替レベルＳＬ以上である場合には、次の時点に
おける受信レベルＬＥＶの取込み及びこの受信レベルＳ
Ｌの比較を繰り返す。

次に、受信レベルＬＥＶが切替レベルＳＬより小さくな
った場合には、アンテナのビーム方向を変更する場合が
ある。そこで、次゛に受信レベルＬＥＶが遮蔽レベルＴ
Ｌより小さいか否かを判定する（Ｓ８）。

そして、このときの受信レベルＬＥＶが遮蔽レベルＴＬ
より小さい場合には、電波が遮蔽されたと判断する。そ
こで、電波遮蔽時のビーム制御を行い（Ｓ３０）、その
後受信レベルの読み込み（Ｓ６）に戻る。

一方、受信レベルＬＥＶが遮蔽レベルＴＬより大きい場
合は、電波は遮蔽されてはおらず、アンテナ１０のビー
ム方向が誤っていると判断する。

そこで、角速度センサ１６からの角速度を読み込む（Ｓ
９）。次に、この読み込んだ角速度が所定の角速度につ
いての閾値より大きいか否かを判定し、この結果によっ
て旋回中かどうかを判定する（Ｓ１０）。

判定の結果、旋回中でなければ直進時のビーム制御（Ｓ
　４０）を行い、旋回中であれば旋回時のビーム制御（
Ｓ　５０）を行う。そして、これらの制御を行った後、
受信レベル読み込み（Ｓ６）に戻る。

次に、衛星方向の探査（Ｓ２）、電波遮蔽時のビーム制
御（Ｓ３０）、直進時のビーム制御（Ｓ　４０）、旋回
時のビーム制御（５５０）について、個別に説明する。

衛星方向の探査 衛星方向の探査（Ｓ２）について第４図に基づいて説明
する。

この衛星方向の探査は、ＣＰＵ１４における衛星方向の
探査部１４ｄによって行う。そして、最初に受信レベル
の最大値を表す変数ＬＥＶＭＡＸを０に設定する（　Ｓ
　２０１）。そして、受信しているビームの方向を切替
える（　Ｓ　２０２）。次に、この新たに設定された方
向における受信レベルＬＥＶを読み込む（Ｓ　２０３）
。

次に、読み込まれた受信レベルＬＥＶと最大値を示す信
号であるＬＥＶＭＡＸを比較する（Ｓ２０４）。そして
、この受信レベルＬＥＶが最大受信レベルＬＥＶＭＡＸ
より大きい場合には、今回の受信レベルＬＥＶをＬＥＶ
ＭＡＸに入れ替え、このときのビーム方向を記憶する（
　Ｓ　２０５）。

このようにして１つのビーム方向について、その受信レ
ベルが最大レベル否かを判定し、最大レベルの値にＬＥ
ＶＭＡＸを更新し、そのビーム方向を記憶した場合には
、ビームを全方向に切替えたか否かを判定する（　５２
０Ｂ）。すなわち、ビームを全方向に切替えるまでこれ
を繰り返し、全方向にビームを切替えたことを確認して
この処理を終了する。そして、この衛星方向の探査を終
了した場合には、衛星の方向にビームを設定する（Ｓ３
）。

電波遮蔽時のビーム制御 電波遮蔽時のビーム制御（Ｓ　３０）について第５図に
基づいて説明する。

この電波遮蔽時のビーム制御は、ＣＰＵ１４における電
波遮蔽時の制御部１４ｄによって行う。

すなわち、角速度センサ１６からの角速度の値よリ、旋
回角を計算し、衛星の方向にアンテナ１０のビーム方向
を維持する。ここで、旋回角は角速度を積分して得てい
る。

そして、この電波遮蔽時のビーム制御（Ｓ　３０）にお
いては、まず時間についての変数であるＴＩＭＥＲを０
にセットする（　Ｓ　３０１）。次に、角速度センサ１
６からの角速度の値を読み込み、これを積分して旋回角
を求める（　Ｓ　３０３）。

そして、この旋回角がアンテナ１０における隣合ったビ
ーム間の角度Δθを越えたら、これに応じてビームをそ
の方向の隣のビームに切替える（Ｓ３０４．３０５）。

一方、旋回角がアンテナの隣合ったビーム間角度Δθを
越えていない場合又は旋回方向に応じた隣のビームに切
替えた場合は、その方向における受信レベルＬＥＶを読
み込む（８３０Ｂ）。そして、この読み込まれた受信レ
ベルＬＥＶと切替レベルＳＬを比較する（　Ｓ　３０７
）。

ここで、このときの受信レベルＬＥＶが切替レベルＳＬ
より大きい場合には、この方向のビームで十分な受信が
行えるため、その方向を維持し、次の受信レベルＬＥＶ
の読み込み（Ｓ６）に戻る。

一方、そのときの受信レベルＬＥＶが切替レベルＳＬよ
り小さい場合には、時間についての変数ＴＩＭＥＲが所
定の待ち時間ＴＩＭＥＬＩＭＩＴより大きいか否かを判
定する（　Ｓ　３０８）。そして、この時間が待時間Ｔ
ＩＭＥＬＩＭＩＴに至るまで角速度の読み込み（Ｓ　３
Ｑ２）から受信レベルの比較（Ｓ　３０７）までの処理
を繰り返す。

ここで、旋回角は角速度を積分して得ており、そのとき
の積分誤差により実際の旋回角と計算によって得られた
旋回角に差が生じてしまうため、用いるセンサの精度に
より、それに応じたＴＩＭＥＬＩＭＩＴを設ける。

このような所定の時間内に受信レベルＬＥＶが切替レベ
ルＳＬ以上にならなかった場合には、衛星の方向を見失
っていると判断し、衛星方向の探査（Ｓ２）を行う（Ｓ
　８０９）。そして、全方向における最大レベルＬＥＶ
ＭＡＸが切替レベルＳＬ以上になるまでこの処理を行う
（Ｓ　３１０）。そして、受信レベルが切替レベル以上
になった場合には、その方向にアンテナ１０のビームを
設定し、受信レベルの読み込み（Ｓ８）に戻る。

直進時のビーム制御 上述の旋回中か否かの判断（ＳＬＯ）において旋回中で
ないと判断された場合には直進時の制御部１４ｃによる
制御（Ｓ　４０）に移るが、この直進時のビーム制御（
Ｓ　４０）は、第６図に示すようなフローによって行う
。

すなわち、直進時（滑らかなカーブ走行時を含む）にこ
の制御部で制御を行うときは、受信レベルＬＥＶは切替
レベルＳＬよりレベルが低くかつ遮蔽レベルＴＬよりは
大きいため、アンテナのビーム方向の切替えを行わなけ
ればならない。そこで、アンテナ１０におけるビーム方
向を左隣に切替え（Ｓ　４０１）、この方向においての
受信レベルＬＬＥＶを読み込む（Ｓ　４０２）。次に、
この左隣にビームを切替えた際の受信レベルＬＬＥＶと
切替え前の受信レベルＬＥＶの比較を行う（Ｓ　４０３
）。

そして、この左隣に切替えた際の受信レベルＬＬＥＶが
その前の受信レベルＬＥＶより大きい場合は、ビームの
切替えによってビームが電波到来方向を向いたと判断し
、受信レベルの読み込み（Ｓ６）に戻る。一方、左隣に
切替えた際の受信レベルＬＬＥＶがその前の受信レベル
ＬＥＶより小さい場合には、その方向が電波到来方向で
はないと判断し、次にビームを元の受信ビームの方向に
対して右隣の方向に切替える（　Ｓ　４０４）。

そして、この方向における受信レベルＲＬＥＶを読み込
み（Ｓ　４０５）、このビームを右隣に切替えた際の受
信レベルＲＬＥＶと以前の受信レベルＬＥｖの比較を行
う（６４０Ｇ）。

ビームを右隣に切替えた際の受信レベルＲＬＥＶが前の
受信レベルＬＥＶより大きかった場合には、ビームが電
波到来方向を向いたと判断し、受信レベルの読み込み（
Ｓ６）に戻る。一方、右隣にビームを切替えた際の受信
レベルＲＬＥＶがその前の受信レベルＬＥＶより小さか
った場合には、その方向が電波到来方向ではないと判断
し、ビームの元の方向に戻して（Ｓ　４０７）、再度受
信レベルの読み込み（Ｓ６）からの処理を繰り返す。

旋回時のビーム制御 一方、旋回中か否かの判断（Ｓ　１０）において、旋回
中であると見なされた場合には、旋回時の制御部１４ｂ
による旋回時のビーム制御（Ｓ　５０）を行う。そこで
、この旋回時のビーム制御（Ｓ　５０）について第７図
に基づいて説明する。

この旋回時のビーム制御（Ｓ　５０）においては、最初
に旋回方向を判定する（　Ｓ　５０１）。この旋回方向
の判定は、角速度センサ１６からの出力である角速度に
よって行う。すなわち、角速度の正負により旋回方向が
判定でき、この旋回方向が右方向であれば、アンテナ１
０の受信ビーム方向を左隣に切替える（　Ｓ　５０２）
。そして、この状態における受信レベルＬＬＥＶを読み
込み（Ｓ　５０３）、この状態における受信レベルＬＬ
ＥＶとその前の受信レベルＬＥＶの比較を行う（Ｓ　５
０４）。

そして、受信レベルＬＬＥＶの方が受信レベルＬＥＶよ
り小さい場合には、ビームの方向が電波到来方向でない
と判断し、受信ビームの方向を元の方向に戻して（Ｓ　
５０５）、再度受信レベルの読み込み（Ｓ６）に戻る。

一方、ビームを左隣に切替えることによって受信レベル
ＬＬＥＶのほうがその前の受信レベルＬＥＶより大きく
なった場合には、受信レベルの読み込み（Ｓ６）に戻る
。

また、旋回方向の判定（Ｓ　５０１）において、その旋
回方向が左方向と判定された場合には、ビームを右隣に
切替える（　Ｓ　５１０）。そして、その受信レベルＲ
ＬＥＶの読み込み（Ｓ　５１１）、この受信レベルＲＬ
ＥＶとその前の受信レベルＬＥＶの比較（Ｓ　５１２＞
を行う。ビームを右隣に切替えた際の受信レベルＲＬＥ
Ｖの方が受信レベルＬＥＶより大きくなっていた場合に
は、そのまま受信レベルの読み込み（Ｓ６）に戻り、そ
うでなければビームを元の方向に戻しく　８５１３）、
受信レベルの読み込み（Ｓ６）に戻る。

なお、この旋回時のビーム制御（Ｓ　５０）における５
５１０〜Ｓ　５１３のステップは、上述の直進時のビー
ム制御（３４０）における５４０４〜５４０７のステ・
シブと全く同一であるため、５５０１において旋回方向
が左と判定された場合には、直線時のビーム制御（Ｓ　
４０）における５４０４に移行するようにして、Ｓ　４
０４〜５４０７と５５１０〜５５１３を共通化してもよ
い。

このようにして、この実施例の装置によれば、角速度セ
ンサ１４からの角速度についてのデータを利用して、好
適な衛星追尾を行うことができ、次のような効果が得ら
れる。

（ａ）直進時に電波が安定している状態では、ビームの
切替えを行わないので、安定した受信が可能となる。

（ｂ）旋回時においては、旋回方向が角度センサによっ
て認識できるため不必要な方向へのビーム切替えを行わ
ない。

（ｃ）電波が遮蔽された場合においても、角速度センサ
を用いることにより車両の旋回状態が認識でき、これに
応じたビームの制御を行えば、衛星の方向をほぼ正確に
認識でき、電波強度が復帰次第受信が可能となる。

また、比較的長時間電波が遮蔽された場合には、全方向
の走査を行うことにより、衛星の方向を再探査すること
が可能となる。

これにより、角速度センサだけで追尾したときに生じる
誤差のために、衛星が見えるようになっても受信の復帰
が妨げられることがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る移動体用追尾装置の全体構成を
示すブロック図、 第２図は同装置一実施例の構成例を示す概略ブロック図
、 第３図は同装置における一実施例の動作を説明するため
のフローチャート 第４図は同実施例における衛星方向探査（Ｓ２）の動作
を説明するためのフローチャート、第５図は同実施例に
おける電波遮蔽時のビーム制御（８３０）における動作
を説明するためのフローチャート、 第６図は同実施例における直線時のビーム制御（Ｓ　４
０）における動作を説明するためのフローチャート、 第７図は旋回時のビーム制御（Ｓ　５０）説明するため
のフローチャートである。 １０　・・・　アンテナ １０ａ　　・・・　アンテナ素子 １２　・・・　受信機 １４　・・・　ＣＰＵ １６　・・・　角速度センサ の動作を

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 移動体の旋回状態を検出する旋回状態検出部と、指向方
   向が制御可能なアンテナと、 アンテナで受信した電波強度に比例した信号を取り出す
   受信部と、 上記旋回状態検出部によって得た移動体の旋回状態と、
   受信部によって得た電波強度に応じて上記アンテナの指
   向方向を制御する指向方向制御部とからなることを特徴
   とする移動体用追尾装置。