JPH0888510A - 追尾型アレイアンテナ装置 - Google Patents

追尾型アレイアンテナ装置

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JPH0888510A
JPH0888510A JP7160981A JP16098195A JPH0888510A JP H0888510 A JPH0888510 A JP H0888510A JP 7160981 A JP7160981 A JP 7160981A JP 16098195 A JP16098195 A JP 16098195A JP H0888510 A JPH0888510 A JP H0888510A
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array antenna
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angular velocity
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    • H01Q3/02Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサ出力を利用して目標を追尾する。 【構成】 電源投入直後、まず探索制御を実行すること
によりアレイアンテナ10により目標を捕捉する。目標
を捕捉した後は、アジマスに関し、ビームスイッチ制御
部46による追尾制御を行う。そのための追尾信号に
は、角速度センサ20の出力を、ハイパスフィルタ48
により瀘波した上で、反映させる。目標からの信号を受
信できない状態でも、アレイアンテナ10のアジマス軸
32回りの角速度を0に維持出来る。目標からの信号を
受信できている状態に関しても、この角速度帰還により
制御系が安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両、船舶等の移動体
に搭載するのに適し、衛星等の目標を追尾する機能を備
えた追尾型アレイアンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】移動体通信に使用される衛星通信システ
ムとしては、例えばINMARSAT等のシステムが知
られている。この種のシステムにおいては、近年、連続
送信キャリアとバースト送信キャリアが併用されるもの
が増えつつある。
【0003】連続送信キャリアは連続的に送信されるキ
ャリアであり、上述のシステムにおいては、移動体に搭
載される各端末がシステムにアクセスするために必要な
回線情報等を、衛星から各端末に向け送信するために用
いられる。バースト送信キャリアは間欠的に送信される
キャリアであり、上述のシステムにおいては、各端末と
衛星との間での音声情報等の伝送や衛星回線の管理及び
維持のための情報の伝送に使用される。そのため、上述
のシステムにおけるバースト送信キャリアは、ボイスア
クティベーション型チャンネルキャリアとも呼ばれる。
例えばINMARSATの場合、音声情報の伝送を行っ
ていないときでも、アクセス中であれば回線維持のため
5秒当たり0.5秒程度のバースト送信が行われる(メ
ンテナンスバースト)。このシステムを利用するに当た
っては、各端末の使用者は、まず連続送信キャリアを利
用して衛星回線の割当てを受け、その後バースト送信キ
ャリアを利用して通信を行う。
【0004】ところで、上述の各端末は移動体に搭載さ
れているから、当該端末と衛星の相対位置関係は移動体
の移動につれて変化する。その他に、地球の自転や衛星
の移動によっても、端末と衛星の相対位置関係が変化す
る。従って、衛星回線の割当てを受けた端末がその後も
衛星回線による通信が可能な状態を維持するためには、
少なくとも通信を行う間は常に衛星を追尾していなけれ
ばならない。衛星を追尾するためには、その端末におい
て、信号を送信及び/又は受信するためのアンテナの方
向や、あるいはそのアンテナのビーム方向を、端末と衛
星の相対位置関係の変化に応じてかつ衛星からの信号を
受信できるよう変化させる必要がある。
【0005】衛星からの信号を受信している状態であれ
ば使用できる追尾方式としては、例えば、“8素子スパ
イラルアレーによる車載衛星通信追尾アンテナ”、金本
他、昭和63年電子情報通信学会春季全国大会、B−1
16にて発表されたものがある。この追尾方式は、次の
ような手順を有しビームスイッチ追尾(BST)と呼ぶ
ことができる方式である:i)アレイアンテナのビーム
を方位(AZ)軸回りにスイッチングする、ii)スイッ
チング前後の受信電界レベルを比較する、iii)その結
果に基づき、アレイアンテナをAZ軸回りに回転させる
ための追尾信号を得る。さらに、発表されたアレイアン
テナの仰角(EL)軸回りのビームはブロードである。
この方式によれば、車両等の移動体に適し旋回や坂道走
行への適応性が高い追尾型アレイアンテナ装置を得るこ
とができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、BST
方式を含め、衛星等の追尾目標から送信される信号を利
用する追尾方式は、目標からの信号を受信していない状
態では原理上実行できない。例えば、バースト送信を実
行しているときには送信が途絶える周期(非送信周期)
が発生する。この非送信周期の間は目標からの信号を受
信できないから、受信電界レベルの比較等受信信号を使
用する処理は実行不可能である。また、目標からの電波
が搭載に係る移動体の一部(例えば船舶のマスト)、建
物、樹木、山岳等によりブロッキングされている状態で
も、同様に、目標からの信号を使用する処理は実行でき
ない。
【0007】このような不具合を補う方法としては、第
1に、地磁気センサを利用して実行され次のような手順
を有する方法が考えられる:i)目標からの信号を受信
できない期間、地磁気センサを用いて磁北を検出する、
ii)磁北の検出結果に基づき搭載に係る移動体の例えば
旋回角度を検出する、iii )旋回角度の検出値に基づき
アンテナ又はそのビームの方向を衛星方向に維持する。
この方法によれば、目標からの信号を受信できる間は当
該信号を利用して目標を追尾し、受信できない間は地磁
気センサの出力を頼りに目標を追尾することができる。
しかしながら、この方法には、地磁気の乱れや移動体の
着磁等の影響を受けやすく、従って精度の高い追尾が困
難で着磁補正機能が必要になるといった問題がある。
【0008】これに代わる方法としては、第2に、次の
ような手順を有し角速度センサを利用する方法が考えら
れる:i)目標からの信号を受信できない期間、角速度
センサにより移動体の旋回角速度を検出する、ii)検出
した角速度を積分することにより旋回角度を検出する、
iii )検出した旋回角度が補償されるよう、アンテナの
AZ角を制御する(特開平5−232206号を参
照)。この方法は、地磁気センサを利用した方法のよう
に地磁気の乱れや移動体の着磁等の影響を受けることが
ない。しかしながら、この方法には、第1に、アンテナ
のAZ角を制御するためにポテンショメータ、エンコー
ダ等、アンテナのAZ角を検出する手段が必要になると
いう問題がある。また、この方法では検出された旋回角
速度を積分しているから、第2の問題として、角速度セ
ンサに厳しいリニアリティが要求されるという問題があ
る。第3の問題としては、温度ドリフト等によって角速
度センサに直流出力成分(オフセット)が生じると実際
の旋回角速度が0であってもオフセット相当の角速度に
てアンテナがAZ軸回りに回転してしまうという問題が
ある。
【0009】従来技術の不具合を補える方法としては、
第3に、連続送信キャリアを利用する方法がある。すな
わち、連続送信キャリアを受信することにより目標を捕
捉し追尾を行う方法がある。一般に、地磁気センサや角
速度センサ等の出力を利用した追尾よりも受信信号を利
用した追尾のほうが精度がややよいから、この方法では
他の方法に比べ高い追尾精度を得ることができる。しか
しながら、この方法には、追尾専用の連続送信キャリア
受信回路(フロントエンド、中間周波数変換回路等)を
設けねばならないという問題点がある。また、連続送信
キャリアがブロックされてしまうと目標を追尾できなく
なる。
【0010】本発明の第1の目的は、受信信号に加えて
センサ出力を利用した追尾制御を実行することにより、
バースト送信やブロッキング等に起因して目標からの信
号受信が間欠的になる期間であっても目標を追尾可能に
することにある。本発明の第2の目的は、地磁気センサ
を使用することなく第1の目的を達成することにより、
精度の高い追尾を比較的簡素な装置構成、機能構成にて
実現することにある。本発明の第3の目的は、目標から
の信号受信が間欠的になる期間における追尾制御を角度
制御ではなく速度制御として実現することにより、リニ
アリティやオフセットに関し比較的緩やかな規格しか満
たしていない角速度センサを利用しながら、AZ位置検
出手段や積分処理が不要でオフセットにも強い装置を実
現することにある。本発明の第4の目的は、目標から信
号を受信できる状態での追尾制御から受信できない状態
での追尾制御に滑らかに移行可能にすることにある。本
発明の第5の目的は、連続送信キャリアを利用せずに第
1の目的を達成することにより、追尾専用の連続送信キ
ャリア受信回路を使用する必要を無くすことにある。本
発明の第6の目的は、センサ出力を用いて制御系の安定
性を向上させることにある。
【0011】
【発明の概要】本発明に係るアレイアンテナ装置は、ア
レイアンテナ、角速度センサ、高域通過フィルタ(HP
F)、角速度帰還型ビームスイッチ追尾(BSTARF
B)手段、及び駆動手段を備える。アレイアンテナは、
AZ軸回りに回転できるよう、かつそのビーム方向をA
Z軸回りに切換できるよう、構成される。角速度センサ
は、アレイアンテナに加わるAZ軸回りの角速度を検出
できるよう配置する。角速度センサから得られる角速度
信号は、HPFを介しBSTARFB手段に供給され
る。
【0012】BSTARFB手段は、アレイアンテナの
ビーム方向をAZ軸回りに交番切換させる前後における
目標からの信号受信状態(例えば受信レベル)と、HP
Fを介して供給される角速度信号とに基づき、追尾信号
を発生させる。駆動手段は、この追尾信号に基づきアレ
イアンテナを方位軸回りに回転させる。これによって、
アレイアンテナは目標を追尾する。
【0013】従って、アレイアンテナが目標からの信号
を受信していない状態では、追尾信号の内容は、HPF
を介して供給される角速度信号によって決定される。す
なわち、この状態では、BSTARFB手段によってア
レイアンテナに関しAZ軸回りゼロレート制御(ZR
C)が実行される。AZ軸回りZRCによって、アレイ
アンテナは、目標からの信号受信が途絶える直前のAZ
角を維持し続ける。
【0014】逆に、アレイアンテナが目標からの信号を
受信している状態では、追尾信号の内容は、ビーム方向
切換前後の受信状態変化と、HPFを介して供給される
角速度信号とによって、当該追尾信号に基づきアレイア
ンテナを方位軸回りに回転させた場合に目標からの信号
受信状態がより良好となるよう、決定される。すなわ
ち、この状態では、BSTARFB手段によってアレイ
アンテナに関しAZ軸回りBSTが実行される。その
際、追尾信号には、角速度帰還成分が含まれている。
【0015】このように、本発明では、アレイアンテナ
が目標からの信号を受信している状態ではBSTを、受
信していない状態ではZRCを、それぞれ実行してい
る。すなわち、目標からの信号を受信できない状態で
も、角速度センサを利用した追尾制御が実行される。従
って、バースト送信やブロッキング等に起因して目標か
らの信号受信が間欠的になる期間であっても、衛星等の
目標を追尾できる。
【0016】また、本発明においては、角速度センサを
利用しているため地磁気センサを使用する必要がない。
従って、精度の高い追尾を比較的簡素な装置構成、機能
構成にて実現できる。また、移動体等の旋回角速度を検
出しそれを積分しその結果を用いて位置制御を行うので
はなく、アレイアンテナに加わるAZ軸回りの角速度を
検出し、その結果を利用してZRC手段によりアレイア
ンテナのAZ軸回りでの速度制御を行っているため、位
置制御に必要なAZ位置検出手段や積分処理が不要とな
る。その結果、角速度センサに要求されるリニアリティ
もさほど厳しいものではなくなる。また、HPFにより
角速度センサのオフセットが除去されるから、角速度セ
ンサとしてオフセットに関し比較的緩やかな規格しか満
たしていない角速度センサを利用可能になる。リニアリ
ティに関する要求の緩和と併せ、これにより、角速度セ
ンサとして安価なものを使用可能になる。加えて、連続
送信キャリアの受信が必要でないため、追尾専用の連続
送信キャリア受信回路を使用する必要もない。
【0017】さらに、本発明においては、追尾信号に関
し常時ARFBが施されている。これにより、搭載に係
る移動体がAZ軸回りで旋回したときその角速度がただ
ちに駆動手段に帰還されることになるから、目標からの
信号を追尾に利用できる状態での駆動手段の即応性が向
上しまた安定性が向上する。加えて、制御系の位相特性
が改善され、位相補償フィルタを設ける必要がなくな
る。さらに、目標からの信号を受信できなくなった時点
で角速度信号を利用し始める構成と比べた場合、目標か
らの信号を追尾に利用できるか否かの判定にて発生する
遅延がAZ軸回りでの駆動制御に影響しにくい、という
利点もある。そして、HPFが常時動作しているため、
当該HPFが無視できない程度の過渡応答特性を有して
いたとしても、BSTからZRCへと滑らかに移行でき
る。
【0018】アレイアンテナは、複数のアンテナ素子及
び可変移相器にて実現できる。例えば、次のようにして
上述のアレイアンテナを実現すればよい:i)アンテナ
素子をAZ軸回りに配置する、ii)当該複数のアンテナ
素子のうち少なくとも2個にそれぞれ対応して可変移相
器を設ける、iii )各可変移相器に適宜移相器制御信号
を供給する、iv)各可変移相器に対応するアンテナ素子
に係る信号を各可変移相器により移相器制御信号に応じ
て移相させる。アレイアンテナをこのようにして実現し
た場合、移相器制御信号を用いてアレイアンテナのビー
ム方向をAZ軸回りに交番切換させることができる。す
なわち、BST手段による追尾を、アレイアンテナに設
けられた可変移相器の制御により実現できる。
【0019】加えて、複数のアンテナ素子のうち少なく
とも1列に対応してEL用移相器を設け、対応する列の
アンテナ素子に係る信号をこのEL用移相器によって移
相させることもできる。EL用移相器による移相量を適
宜設定することにより、従って、アレイアンテナを例え
ば水平配置した場合であっても、アレイアンテナのEL
回りビームを所望の方向に指向させることができる。E
L用移相器は、固定移相器としても実現でき、また可変
移相器としても実現できる。可変移相器とした場合、こ
の移相器を制御して目標からの信号受信状態をより良好
にすることができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。
【0021】a)第1実施例の外観 図1(a)及び図1(b)には、本発明の第1実施例に
係る追尾型アンテナ装置の外観が示されている。この実
施例においては、アレイアンテナ10がターンテーブル
12上に固定されている。アレイアンテナ10は、AZ
軸18回りに3個の素子を1列配置した構成を有してい
る。
【0022】ターンテーブル12上には、さらに、AZ
軸モータ14が配設されている。AZ軸モータ14の出
力軸は、ベルト16を介しAZ軸18に連結されてい
る。AZ軸18は、回転させることができるよう、ター
ンテーブル12を支持している。従って、AZ軸モータ
14が動作すると、ターンテーブル12、ひいてはアレ
イアンテナ10がAZ軸18回りに回転する。この実施
例の装置を車両等の移動体に搭載する場合には、移動体
の急角度の旋回や高速の旋回に追従すべく、AZ軸18
回りに広い角度に亘って自由に回転できるよう、ターン
テーブル12を構成する。
【0023】ターンテーブル12上には、さらに、角速
度センサ20及びアンテナ制御部22が配設されてい
る。角速度センサ20は後述するARFBを実行する際
に使用されるセンサである。角速度センサ20は、アレ
イアンテナ10に加わるAZ軸18回りの角速度を検出
してその結果をアンテナ制御部22に供給する。アンテ
ナ制御部22は、後述するBSTを実行する際には、
i)アレイアンテナ10のビーム方向をAZ軸18回り
に交番切換しながら受信レベルを検出し、ii)その結果
に基づき目標を追尾できるようAZ軸モータ14を制御
することにより、iii )アレイアンテナ10をAZ軸1
8回りに回転させる。そのため、アレイアンテナ10に
は所定個数の(この実施例の場合後述するように2個
の)可変移相器24が設けられている。アンテナ制御部
22は、また、後述するZRCを実行する際には、i)
角速度センサ20の出力から角速度センサ20のオフセ
ットを除去した上で、ii)その結果に基づきAZ軸モー
タ14を制御することにより、iii )アレイアンテナ1
0のAZ軸18回りの角速度を極力0に近付ける。
【0024】アレイアンテナ10は、同軸ケーブル26
を介し受信機フロントエンド30に接続されている。受
信機フロントエンド30は、レドームベース28上にあ
る。アレイアンテナ10により受信された信号は、この
受信機フロントエンド30に内蔵される増幅器等により
処理される。また、上述のようにアレイアンテナ10は
回転部材たるターンテーブル12上に配置されているた
め、同軸ケーブル26はロータリコネクタ32を用いて
受信機フロントエンド30側に引き出されている。レド
ームベース28は、これらの構成を雨雪、風、埃等から
保護するレドーム34の底面を構成している。
【0025】b)第1実施例のアレイアンテナ 図2には、この実施例におけるアレイアンテナ10の構
成及び機能が示されている。アレイアンテナ10は図1
に示されるように3個の素子36を有しており、これら
の素子36は等間隔配置されている。この実施例では、
アンテナの位相中心に対して左右対称な位置にある2個
の素子36に可変移相器24を設けるようにしているた
め、いわゆる位相ジャンプを防止することができる。図
1(a)、図1(b)及び図2に示される2個の可変移
相器24は、1ビットの制御信号により制御可能な可変
移相器である。また、これらの可変移相器24は、中央
の素子36を除く2個の素子36、すなわち中央の素子
36に対して左右対称な位置にある2個の素子36に対
応して、設けられている。送信の際には、図示しない回
路から供給される信号が分配/合成器38(及び可変移
相器24)を介して各素子36に供給される。受信の際
には、各素子36により受信された信号が分配/合成器
38(及び可変移相器24)を介して受信機フロントエ
ンド30に供給される。
【0026】可変移相器24は、移相器制御回路40に
より制御される。移相器制御回路40は、あるいはアン
テナ制御部22に内蔵され、又はアレイアンテナ10に
付設される。移相器制御回路40は、移相器制御信号を
生成し、これを各可変移相器24に供給する。その際、
移相器制御回路40は、移相器制御信号の値を1から0
へ、0から1へと、所定時間間隔にて交番的に変化させ
る。
【0027】このような移相器制御信号が各可変移相器
24に供給されると、2個の可変移相器24による移相
量が互いに相補的に切り替わる。従って、3個の素子3
6によって形成されるビームは、図中の“右ビーム”か
ら“左ビーム”へ、あるいは逆へと、交番的に切り替わ
る。この実施例の場合、右ビームと左ビームは、両者の
交点における受信利得が両者の最大受信利得からみて
0.3dB程度低くなるよう設定されている。その結
果、目標たる衛星からの信号を右ビームにより受信して
いるときと左ビームにより受信しているときとでは、受
信レベルに差が生じる。従って、移相器制御信号の交番
前後での受信レベルを比較することにより、アレイアン
テナ10をAZ軸18回りにどちらの方向に回転させれ
ばより受信レベルが高くなるかを知ることができる。
【0028】なお、半導体デバイスを用いて可変移相器
24を実現した場合には、移相器制御信号の交番速度を
例えば1マイクロ秒程度の短時間にすることができる。
すなわち、BSTを実行しているにもかかわらず、大概
の用途では回線品質の劣化が問題とならないような高速
のBSTを実現できる。
【0029】c)第1実施例の制御回路 図3には、この実施例におけるアンテナ制御部22その
他の機能構成が示されている。この図に示されるよう
に、アンテナ制御部22はモード制御部42、探索制御
部44、ビームスイッチ制御部46、HPF48、モー
ドスイッチ50及びサーボ増幅器52から構成されてい
る。また、受信機フロントエンド30の後段には、周波
数変換部54及び復調器56が設けられている。
【0030】周波数変換部54は、受信機フロントエン
ド30から出力される受信信号を中間周波数に変換す
る。復調器56は、このようにして得られた中間周波数
信号に同期して受信データ等を復調し、得られた復調デ
ータを図示しない回路に供給する。モード制御部42
は、復調器56から同期検出信号、受信レベル信号等受
信状況を示す信号を入力し、これに基づきアレイアンテ
ナ10による目標からの信号の受信状況を判別する。モ
ード制御部42は、電源たち上げ直後等、目標を捕捉し
ていない状態では探索制御部44を動作させる(探索モ
ード)。モード制御部42は、目標を捕捉している状態
ではビームスイッチ制御部46を動作させる(追尾モー
ド)。モード制御部42は、これらのモード間の切換を
実現するため、受信状況の判別結果等に基づき、モード
選択信号を生成する。このモード選択信号は、探索制御
部44、ビームスイッチ制御部46及びモードスイッチ
50に供給されている。サーボ増幅器52は、モードス
イッチ50を介し探索制御部44又はビームスイッチ制
御部46から供給される信号(図中の“AZ軸制御信
号”)に基づき、AZ軸モータ14を駆動する。
【0031】d)第1実施例の動作 次に、本実施例の動作について説明する。
【0032】電源たち上げ直後には、まず、探索制御を
指令する内容のモード選択信号をモード制御部42が出
力する。このモード選択信号に応じ、探索制御部44は
探索制御信号を出力し、モードスイッチ50は探索制御
信号がサーボ増幅器52に供給されるようスイッチング
される。探索制御信号は、アレイアンテナ10をAZ軸
18回りに強制的又は半強制的に回転させる旨指令する
ための信号であり、また、同期検出信号、受信レベル信
号等に基づき判別される受信状況に応じた値を有してい
る。探索制御信号に基づきAZ軸モータ14が駆動され
ると、アレイアンテナ10はAZ軸18回りに回転す
る。回転中のいずれかの時点でアレイアンテナ10が目
標を捕捉すると、同期検出信号、受信レベル信号等が良
好な受信状況を示す内容となる。そこで、モード制御部
42は、復調器56から入力する同期検出信号、受信レ
ベル信号等が良好な受信状況を示す内容となった時点
で、目標がアレイアンテナ10により捕捉されたと見な
す。目標がアレイアンテナ10により捕捉されたと見な
されるのに応じて、モード制御部42は、直前の時点で
のアレイアンテナ10の方位を起点としたBSTARF
Bを開始させるべく、モード選択信号の内容を探索制御
指令からBST指令へと切り換える。なお、探索制御を
実行している際にも移相器制御回路40により右ビーム
と左ビームの交番切換が行われているため、上述の探索
制御信号は、厳密にはアレイアンテナ10のAZ角度誤
差を示す信号が重畳した信号となっている。
【0033】BSTARFBを指令するモード選択信号
がモード制御部42から出力されると、これに応じ、ビ
ームスイッチ制御部46から追尾信号が出力され、モー
ドスイッチ50はこの追尾信号をサーボ増幅器52に供
給するようスイッチングされる。ビームスイッチ制御部
46から出力される追尾信号は、アレイアンテナ10の
追尾誤差、すなわち目標のAZ角に対するアレイアンテ
ナ10のAZ角の誤差を示している。この追尾信号がサ
ーボ増幅器52に供給されると、アレイアンテナ10
は、この追尾誤差が補償されるようAZ軸18回りに回
転する。
【0034】ビームスイッチ制御部46は、この追尾信
号を、移相器制御回路40から出力される移相器制御信
号及び周波数変換部54から入力する中間周波数信号に
基づき生成する。すなわち、ビームスイッチ制御部46
は、中間周波数信号を検波することにより受信信号の平
滑直流分を示す信号を生成し、この信号を移相器制御信
号の交番半周期の間アナログ的又はディジタル的に充電
=積分する。この積分値は、移相器制御信号の交番に同
期して放電されるから、放電直前の積分値は、ある時点
では左ビームの期間の受信レベルを、他の時点では右ビ
ームの期間の受信レベルを、示す値になる。ビームスイ
ッチ制御部46は、これらの積分値に基づき左ビームの
期間の受信レベルと右ビームの期間の受信レベルの差分
を求め、この差分に基づき追尾信号を生成する。従っ
て、ビームスイッチ制御部46による制御が行われる
と、アレイアンテナ10のAZ角は、理想的には左ビー
ム方向と右ビーム方向の中間の方向に制御される。
【0035】但し、上述のようにして生成された追尾信
号が、そのままAZ軸制御信号となるのではない。すな
わち、ビームスイッチ制御部46は、追尾信号の生成に
当たって、さらに、HPF48を介して供給される角速
度信号を結合させる。ビームスイッチ制御部46は、例
えば、図4に示されるように、内蔵する乗算器46a及
び46bにより係数K1及びK2を角速度信号及び追尾
信号にそれぞれ乗じた上で(振幅調整)、内蔵する加算
器46cにより両者を加算することにより、ARFB成
分を含む追尾信号を生成する。従って、本実施例におい
ては、追尾モードにおけるAZ軸追尾信号にARFB成
分が含まれているため、AZ軸32に係る制御系が安定
である。
【0036】また、角速度センサ20、HPF48及び
ビームスイッチ制御部46は、例えば図4に示されるよ
うな伝達関数を有している。この図に示されるように、
角速度センサ20は、i)アレイアンテナ10のAZ角
φを微分することにより角速度を検出する特性
(“s”)及びii)温度ドリフト等のオフセットを有し
ている。角速度センサ20がこのようなオフセットを有
しているため、仮に、角速度センサ20により検出され
る角速度をそのままアレイアンテナ10のAZ軸回り角
速度の制御に使用すると、実際の角速度が0であっても
オフセット相当の角速度に制御されてしまう。HPF4
8は、角速度センサ20のオフセットを除去する特性を
示す伝達関数H(s)を有している。従って、HPF4
8の出力をAZ軸32に関する追尾制御に帰還させるこ
とにより、BSTARFBを実行する際や次に述べるZ
RCの際、上述の不具合を回避できる。
【0037】バースト送信又はブロッキングによって目
標からの信号を受信できない状態となった場合、ビーム
スイッチ制御部46の出力は、本質的にARFB成分の
みとなる。従って、この状態では、AZ軸32に関しZ
RCが実行される。その間、アレイアンテナ10のAZ
角は、目標から信号を受信できなくなる直前のAZ角に
維持される。この制御に移行した後、所定時間を経過し
ても同期検出信号、受信レベル信号等の信号が回復しな
い場合には、モード制御部42は探索モードを指令する
モード制御信号を発生させる。
【0038】また、本実施例では、BSTARFBを実
行する間もHPF48が動作し続けている。従って、B
STARFBからZRCへの切換の際に、HPF48の
過渡応答が発生しないから、BSTARFBからZRC
への切換は滑らかな切換となる。なお、HPF48をソ
フトウエア的に実現する場合には、ビームスイッチ制御
部46に関するジョブとHPF48に関するジョブとを
時分割で並列的に実行すればよい。
【0039】このように、本実施例によれば、アレイア
ンテナ10により目標からの信号を受信している状態で
はBSTARFBが、受信していない状態ではZRC
が、それぞれ実行されるため、目標からの信号受信が間
欠的になる期間であっても、目標を追尾できる。さら
に、必要に応じてZRCを起動する制御ではないため、
衛星からの信号を追尾に利用できるか否かの判定を実行
する必要がなく、これに起因する遅延も発生しない。ま
た、角速度センサ20を利用しているため、地磁気セン
サを使用する必要がなく、またアレイアンテナ10のA
Z軸18回りでの速度制御を行うことができる。この結
果、ポテンショメータや積分処理が不要となり、その結
果、角速度センサ20に要求されるリニアリティも緩和
される。また、HPF48により角速度センサ20のオ
フセットを除去しているため、角速度センサ20に対す
るオフセット特性の要求を緩和でき、さらには角速度セ
ンサ20として安価なものを使用可能になる。さらに、
この実施例では、HPF48の出力が常に追尾信号に帰
還されているから、目標からの信号を追尾に利用できる
状態での位相特性を改善でき、その結果、一般に位相特
性の実現に必要な位相補償フィルタを設ける必要がなく
なる。また、移動体がAZ軸18回りで旋回したときそ
の角速度がただちにAZ軸モータ14に帰還されること
になるから、目標からの信号を追尾に利用できる状態で
のAZ軸18に係るサーボループの即応性が向上しまた
安定性が向上する。さらに、HPF48の出力を常時帰
還させることは、制御系の安定化にも役立つ。加えて、
追尾のために連続送信キャリアを受信することは必要で
ないため、追尾専用の連続送信キャリア受信回路を使用
する必要もない。また、本実施例によれば、BST実行
時にHPF48が動作しているため、BSTARFBか
らZRCに滑らかに移行できる。なお、以上の説明では
アレイアンテナのEL回りビームに関しては説明しなか
ったが、EL回り指向性に関してはターンテーブル12
への取付角により設定できる。
【0040】e)第2実施例 次に、本発明の第2実施例に関して説明する。その際、
第1実施例と同様の又は対応する部材に関しては同一の
符号を付し説明を省略する。
【0041】図5(a)及び図5(b)には、第2実施
例の外観が示されている。この実施例においては、7素
子オフセット配置のアレイアンテナ64が使用されてい
る。7素子オフセット配置とは、i)EL方向上段列に
2個の素子36、中央列に3個の素子36、下段列に2
個の素子36(合計7素子)を各列内でそれぞれ等間隔
で配置し、またii) 相隣接する列に属する素子36同士
を、異列隣接素子間隔を小さくすべく列延長方向にオフ
セットさせた配置である。また、このアレイアンテナ6
4の背面には、ビームスイッチのための可変移相器24
の他、EL制御のための可変移相器66も設けられてい
る。図中、符号68で示されるのはアンテナ制御部であ
る。
【0042】図6には、この実施例におけるアレイアン
テナ64の構成が示されている。この実施例において
は、i)中央列に属する素子24について第1実施例と
同様に可変移相器24が設けられ、移相器制御回路70
によりAZ軸18回りビーム方向が左ビームと右ビーム
の間でスイッチングされる、ii)上段列や下段列の素子
36には分配/合成器72が設けられ、移相器制御回路
70から供給されるEL制御用の移相器制御信号により
アレイアンテナ64のEL軸回りビーム方向が制御され
る。なお、可変移相器66に代え、固定移相器を設け固
定のEL軸回りビームを得るようにしてもよい。
【0043】図7には、この実施例におけるアンテナ制
御部68の構成が示されている。この実施例のアンテナ
制御部68は、図3に示されるアンテナ制御部22に図
6に基づき変形を施した構成を有している。その各構成
部材は、EL制御に関する部材を除けば、第1実施例の
それと同様の構成でよい。
【0044】
【産業上の利用可能性】なお、以上の説明ではINMA
RSATを例として掲げた。これは一例にすぎず、本発
明はINMARSAT以外の衛星通信システムにも適用
できる。また、追尾目標の例として衛星を示したが、本
発明は衛星以外の目標を追尾する用途にも応用できる。
さらに、以上の説明では移相器制御回路40がどのよう
にして移相器制御信号を発生させるかに関し詳細に説明
しなかったが、これは、当業者にとっては本願の開示事
項からみて自明であろう。例えば、復調器56において
移相器制御信号を発生させる(すなわち移相器制御回路
40の少なくとも一部を復調器56にて実現する)よう
にすればよい。このようにすれば、ビームスイッチによ
る受信データ欠落が問題となるような高速通信に本発明
を適用する場合であっても、そのような欠落が生じるこ
とがないよう、あるいは欠落が小規模なものにとどまる
よう、移相器制御信号を発生させることができる。ま
た、以上の説明では中心の素子を通り列と直交する直線
に関し左右対称な位置にある複数の素子36に、可変位
相器(複数)24を設けるようにしたが、これは左右対
称でなくてもよい。さらに、角速度センサ20をターン
テーブル12上に直接配置する必要はなく、アレイアン
テナ10又は64に加わるAZ軸18回りの角速度を検
出できるよう、配置すればよい。そして、本発明の各実
施例同士をその目的及び利点を損なわない範囲で組み合
わせることは、本願の開示内容からみて当業者には容易
であろう。加えて、信号処理の際必要に応じ増幅等を施
すことは当業者にとって自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例に係る追尾型アレイアン
テナ装置の外観を示す図であり、特に(a)は斜視図、
(b)は側面図である。
【図2】 第1実施例におけるアレイアンテナの回路構
成を示す図である。
【図3】 第1実施例におけるアンテナ制御部の構成を
示すブロック図である。
【図4】 第1実施例におけるモータサーボ系の伝達関
数を示すブロック図である。
【図5】 本発明の第2実施例に係る追尾型アレイアン
テナ装置の外観を示す図であり、特に(a)は斜視図、
(b)は側面図である。
【図6】 第2実施例におけるアレイアンテナの回路構
成を示す図である。
【図7】 第2実施例におけるアンテナ制御部の構成を
示すブロック図である。
【符号の説明】
10,64 アレイアンテナ、12 ターンテーブル、
14 AZ軸モータ、18 AZ軸、20 角速度セン
サ、22,68 アンテナ制御部、24,66 可変移
相器、30 受信機フロントエンド、40,70 移相
器制御回路、42 モード制御部、46 ビームスイッ
チ制御部、48 HPF、50 モードスイッチ、56
復調器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 方位軸回りに回転可能でありかつそのビ
    ーム方向を方位軸回りに切換可能なアレイアンテナと、 アレイアンテナに加わる方位軸回りの角速度を検出する
    ことにより角速度信号を発生させる角速度センサと、 角速度信号からその低周波成分を除去することによりオ
    フセット除去角速度信号を発生させる高域通過フィルタ
    と、 アレイアンテナのビーム方向を方位軸回りに交番切換さ
    せた前後の受信状態及び上記オフセット除去角速度信号
    に基づき、アレイアンテナにより目標を追尾させるため
    の追尾信号を生成する角速度帰還型ビームスイッチ追尾
    手段と、 追尾信号に基づきアレイアンテナを方位軸回りに回転さ
    せる駆動手段と、 を備え、上記追尾信号を、アレイアンテナにより目標か
    らの信号を受信している状態で当該追尾信号に基づきア
    レイアンテナを方位軸回りに回転させた場合に、目標か
    らの信号受信状態がより良好となるよう、かつ、アレイ
    アンテナにより目標からの信号を受信していない状態で
    当該追尾信号に基づきアレイアンテナを方位軸回りに回
    転させた場合に、オフセット除去角速度信号の値がゼロ
    となるよう生成することを特徴とする追尾型アレイアン
    テナ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の追尾型アレイアンテナ装
    置において、 アレイアンテナが、方位軸回りに配置された複数のアン
    テナ素子と、当該複数のアンテナ素子のうち少なくとも
    2個に対応して設けられ対応するアンテナ素子に係る信
    号を移相器制御信号に応じて移相する可変移相器と、を
    有し、 ビームスイッチ追尾手段が、アレイアンテナのビーム方
    向が方位軸回りに交番切換されるよう各可変移相器に対
    し移相器制御信号を供給する手段を有することを特徴と
    する追尾型アレイアンテナ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の追尾型アレイアンテナ装
    置において、 アレイアンテナが、方位軸回りに複数列配置された複数
    のアンテナ素子と、当該複数のアンテナ素子のうち少な
    くとも1列中の少なくとも2個に対応して設けられ対応
    するアンテナ素子に係る信号をビームスイッチ用移相器
    制御信号に応じて移相するビームスイッチ用可変移相器
    と、当該複数のアンテナ素子のうち少なくとも1列に対
    応して設けられ対応する列のアンテナ素子に係る信号を
    移相する仰角用移相器と、を有し、 ビームスイッチ追尾手段が、アレイアンテナのビーム方
    向が方位軸回りに交番切換されるよう各ビームスイッチ
    用可変移相器に対しビームスイッチ用移相器制御信号を
    供給する手段を有することを特徴とする追尾型アレイア
    ンテナ装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の追尾型アレイアンテナ装
    置において、 仰角用移相器が、対応する列のアンテナ素子に係る信号
    を仰角用移相器制御信号に応じて移相する可変移相器で
    あり、 さらに、目標からの信号受信状態がより良好となるよう
    仰角用移相器に仰角用移相器制御信号を供給する手段を
    備えることを特徴とする追尾型アレイアンテナ装置。
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