JPS63238608A - アンテナ方向自動制御装置 - 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］ 本発明は指向性アンテナの方向を電波送信元の移動局方
向へ自動追尾させるアンテナ方向自動制御装置に係わり
、特に電波自動追尾と計算自動追尾とを必要に応じて自
動切換するようにしたアンテナ方向自動制御装置に関す
る。

［従来の技術］ テレビ映像信号の電波伝送には一般にＧ　）Ｉｚ帯が採
用されているが、この電波の送受信にはパラボラアンテ
ナ等の指向性アンテナが使用される。指向性アンテナに
おいては、送信側および受信側が電波の広がり角度以内
に角度誤差が収まるように互いに向合っている必要があ
る。送信受信両方の指向性アンテナが建築物又は大地に
固定されてぃれば、その方向は一度調整すればほぼ永久
的に調整不要であるが、送信側又は受信側のいずれか一
方がヘリコプタ、船舶、車両等の移動体に搭載されてい
る場合は、指向性アンテナの方向は常時互いに向合うよ
うに自動的に制御される必要がある。

例えば、第９図のようにヘリコプタ等を使用して、海上
又は陸上の事件現場を上空からテレビ中継する場合、ヘ
リコプタ等の移動局１にＴＶカメラ２と送信用の指向性
アンテナ３とを搭載し、上空から被写体４を撮影して、
そのビデオ信号を７Ｇｌｂ帯電波にのせて指向性アンテ
ナ３から地上局５へ送信する。地上局５はその電波を受
信用の指向性アンテナ６で受信する。したがって、地上
局５の指向性アンテナ６の方向は、たとえ移動局１が移
動したとしても、指向性アンテナ６の方向は常時移動局
１方向へ向くように制御する必要がある。

この指向性アンテナ６におけるアンテナン方向の、移動
局１方向への追尾は、移動局１の指向性アンテナ３から
出力される高周波電波を補足することによって行なうが
、従来、高速で追尾する方法としていはモノパルス方式
やコニカルスキャン方式があり、低速で追尾する方法と
してステップトラック方式等が実隠されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、これらの方法はいずれも指向性アンテナ３．６
が目標から出力される電波を捕捉できる方向の範囲内に
互いに向合っている必要がある。

すなわち、所定の信号レベルで電波を受信できる必要が
ある。したがって、テレビ中継を一時中断した場合や、
移動局１がビルの影に入った等の何等かの要因によって
、受信信号の信号レベルが一時的に上記規定レベル以下
に低下した場合は、前述した方法によって指向性アンテ
ナ６の向きを移動局１方向に自動追尾できないことにな
る。したがって、移動局１が電波の送信を再開した場合
や、移動局１が直視できる位置に復帰した時点で、指向
性アンテナ３．６の向きが前述した許容範囲を外れてい
た場合には、それ以降指向性アンテナ６の移動局１に対
する自動追尾が不可能になる。

従来、このような事態が発生すると、操作員がマニアル
操作で指向性アンテナ６の方向を移動局１方向へ向けて
、受信信号の信号レベルを規定レベル内へ復帰させるよ
うにしている。しかし、この方法であると、指向性アン
テナ６の方向の許容範囲が狭い場合は調整に手間取る問
題がある。また、霧や雨等の悪天候等にて視界が悪い場
合はマニアル操作で指向性アンテナ６の向きを調整する
こと自体が困難になる。

本発明はこのような事情に基づいて行われたものであり
、移動局から送信される３次元位置情報に基づいて移動
局の方向を把握することによって、たとえ高周波電波の
信号受信レベルが規定レベル以下になったとしても、指
向性アンテナの方向を常時移動局方向へ自動追尾できる
アンテナ方向自動制御装置を提供することを目的とする
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のアンテナ方向自動制ｍ＋装置は、３次元空間を
移動する移動局から送信される高周波電波を受信する指
向性アンテナと、この指向性アンテナの方位角と俯仰角
とからなる方向を移動させるアンテナ移動機構と、指向
性アンテナにて受信された高周波電波から受信信号を検
出するチューナと、このチューナにて検出された受信信
号の受信レベルが規定レベル以上であるとき電波追尾指
令を出力する受信レベル判定回路と、移動局から無線出
力されるＧＰＳ　（グローバル・ボジショニング・シス
テム）衛星信号にて得られたこの移動局の３次元位置を
示す３次元位置情報を受信する受信機と、受信ビベル判
定回路が電波追尾指令を出力したとき、受信レベルが最
大値になるようにアンテナ移動機構を介して指向性アン
テナを前記移動局方向に向かわせる電波自動追尾制御手
段と、受信レベル判定回路が電波追尾指令を出力しなか
ったとき、受信機で受信した３次元位置情報から求めた
移動局方向へアンテナ移動機構を介して指向性アンテナ
を向かわせる計算自動追尾手段とを備えたものである。

［作用］ このように構成されたアンテナ方向自動制御装置であれ
ば、移動局はＧＰＳ衛星からの信号によって自己の３次
元位置を把握しており、この３次元位置情報は無線出力
され、地上局側の受信様で受信される。したがって、常
時移動局の３次元位置は地上局側で把握されている。そ
して、移動局から送信されれて地上局の指向性アンテナ
で受信された高周波電波の受信信号の受信レベルが規定
レベル以上であれば、この受信信号を用いて受信レベル
が最大値になるように指向性アンテナが自動追尾される
。

一方、受信レベルが規定レベルに満たなかった場合は、
上記３次元位置情報に基づいて求められた移動局方向へ
指向性アンテナが自動追尾される。

したがって、指向性アンテナは常時移動局方向へ自動追
尾される。

［実施例コ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例のアンテナ方向自動制御装置全体を示す
ブロック因である。図中１１は例えばヘリコプタに搭載
された移動局であり、１°２は移動局１１から送信され
たビデオ信号等が乗せられた＾周波電波１３および３次
元位置情報が乗せられた７００Ｍ）Ｉ２電波１４を受信
する地上局である。

まず、移動局１１内には、事件現場を撮影するＴＶカメ
ラ１５が搭載されており、このＴＶカメラ１５で撮影さ
れた映画は直ちにＴＶモニタ１６にて表示されるととも
に、映像のビデオ信号はＳＨＦ送信１ｆｉ１７にて７Ｇ
ｔｈ帯信号に変換され、パワーアンプ１８で増幅された
のち、パラボラアンテナからなる送信側指向性アンテナ
１９を介して７Ｇｌｂ帯の高周波電波１３として無線出
力される。この送信側指向性アンテナ１８の向きはアン
テナ制御器２０にて制御されるアンテナドライブ２１に
て常時地上局１２方向へ制御される。

さらに、この移動局１１内には、ＧＰＳアンテナ２２を
介してＧＰＳ衛星からの位置信号を受信するＧＰＳ受信
ｆｉ２３が搭載されている。このＧＰＳ受信機２３はＧ
ＰＳ衛星の信号を受信して、この信号から移動局１１の
地図上の平面位置座標と地上何米の垂直位置とからなる
３次元位置（Ｘ。

Ｙ、Ｚ）を算出する。そして、この３次元位置情報Ｄ３
は次の７００ＭＨｚ送信機２４にて送信アナンテナ２５
を介して７００Ｍ）ｌｘ電波１４として送出される。

地上局１２において、受信側のパラボラアンテナからな
る指向性アンテナ２６へ入力した７ＧＨ２の高周波電波
１３はコンバータ２７にて、７Ｇｔｈ帯の搬送波が１Ｇ
Ｈｚの搬送波に変換される。

１ＧＨｚの搬送波の電波は次のチューナ２８へ入力され
る。チューナ２８はその電波からビデオ信号。

音声信号からなる受信信号を検出して、次のモニタ用の
ＴＶ受信機２９へ送出するとともに、ＡＧＣ出力値で示
された受信信号ＲＡをＡ／Ｄコンバータ３０へ送出する
。Ａ／Ｄコンバータ３０は受信信号Ｒａの信号レベルを
デジタル値へ変換する。

Ａ／Ｄコンバータ３０から出力された受信信号のデジタ
ル表示された受信レベルＲｏは受信レベル判定回路３１
にて予め設定された規定レベルと比較される。この規定
レベル値は受信した高周波電波１３を用いて指向性アン
テナ２６の移動局１１に対する自動追尾が実行可能な最
低レベルに設定されている。

この受信レベル判定回路３１は、受信レベルＲ０が規定
レベル以上であれば、その受信レベルＲｏおよび電波追
尾指令Ｔｒｓをステップ信号制御部３２へ送出する。ま
た、受信レベルＲｏが規定レベルに満たなかった場合は
、高周波電波１３の受信レベルＲｏを使用して指向性ア
ンテナ２６の移動局１１に対する自動追尾は不可能であ
るので、コンソール３３に組込まれた演算処理装置３４
に対して計算追尾指令Ｔｒｇを送出する。

ステップ信号制御部３２は、例えば第２図に示すように
、受信レベル判定回路３１から入力された現在の受信レ
ベルＲｏを格納するＡレジスタ３２ａと、所定時間後に
入力された受信レベルＲｏを格納するＢレジスタ３２ｂ
と、各レジスタ３２ａ、３２ｂに格納されている受信レ
ベル値を比較する比較器３２Ｃと、比較結果により前記
指向性アンテナ２６の水平面内の方向を示す方位角θの
ステップ角（微小角、実施例においては０．５°）Δθ
および垂直面内の方向を示す俯仰角αのステップ角Δα
（−Ｏ９Ｓ°）を出力するステップ角シーケンサ３２ｄ
と、ステップ角Δθを格納するＡＺ軸レジスタ３３ｅと
、ステップ角Δαを格納するＥＬ軸レジスタ３３ｆとで
構成されている。そして、ステップ信号制御部３２から
送出された各ステップ角Δα、ΔθはそれぞれＥＬ軸制
御器３５およびＡＺ軸制御器３６へ入力される。

ＥＬ軸制御器３５およびＡＺ軸制御器３６は、ステップ
信号制御部３２から各ステップ角Δα。

Δθ、又はコンソール３３の演算処理部３４から俯仰角
αに対す指示角α１．方位角θに対する指示角θ１が入
力されると、入力角に対応した角度制御電圧■α、Ｖθ
をそれぞれＥＬ軸サーボ３７゜ＡＺ軸サーボ３８へ送出
する。ＥＬ゛軸サーボ３７゜ＡＺ軸サーボ３８はそれぞ
れ入力された角度制御電圧Ｖα、Ｖθに対応する角度だ
け前記指向性アンテナ２６を俯仰角α方向および方位角
θ方向へ回転させる。

第３図は上記ＥＬ軸制御器３５およびＥＬ軸サーボ３７
の詳細を示すブロック図である。すなわち、演算処理装
置３４から出力されたパルス列信号で示された指示角α
１は、入力インターフェース３５ａを介して偏差カウン
タ３５ｂへ入力され、角度検出回路３５ｆからの帰還パ
ルス列信号ＦＢαとの偏差値（α−ＦＢα）となり、Ｄ
／Ａ変換器３５０でアナログの角度制御電圧■αに変換
される。そして角度制御電圧■αはドライバ３５ｄで増
幅されてＥＬ軸サーボ３７の駆動モータ３７ａに印加さ
れる。駆動モータ３７ａで回転させられた指向性アンテ
ナ２６のＥＬ軸に取付けられたエンコーダ３７ｂから得
られた回転角度を示す帰還パルス信号ＦＢαはラインレ
シーバ３５ｅおよび角度検出回路３５ｆを介して前述し
た偏差カウンタ３５ｂへ入力される。しかして、指向性
アンテナ２６の俯仰角αは演算処理装置３４から送出さ
れた指示角α１になる。

なお、このＥＬ軸正制御器３５ヘステップ信丹制御部３
２からステップ角Δαが入力すると、第３図に示す帰還
制御回路を動作させずに、Ａ／Ｄ変換器３５ｃを介して
直接ＥＬ軸サーボ３７の駆動モータ３７ａを回転させる
。

なお、ＡＺ＠１ｌｌｔｌｌｌ器３６ハＥＬ軸１１１ｔｌ
ｌｌ器３５ト同−構成であり、相互に交換使用すること
も可能である。

しかして、ＥＬ軸制御器３５．ＡＺ軸制御器３６および
ＥＬ軸サーボ３７．ＡＺ軸サーボ３８は指向性アンテナ
２６の方向を移動させるアンテナ移動機構を構成する。

第１図において、移動局１１の７００Ｍ−送信機２４か
ら送信アンテナ２５を介して無線出力された７００Ｍ−
電波１４は地上局１２の受信アンテナ３９を介して７０
０Ｍ）ｌｘ受信ｍ４０で受信される。

１００Ｍ−受信機４０は受信信号から３次元位置情報Ｄ
３を検出してコンソール３３の演算処理装置３４へ送出
する。

コンソール３３は第４図に示すように上記演算処理部Ｗ
！３４とキーボード４１とカラーＣＲＴ、４２とで構成
されている。

前記演算処理部Ｗ１３４は、第５図に示すように、一種
のマイクロコンピュータで構成されており、ＣＰＵ３４
ａに、各構成部材に対してデータの入出力を行なうため
の複数のインターフェース３４ｂ、現在時刻を計時する
カレンダ時計３４０゜ＲＡＭメモリ３４ｄ、テキストＶ
ＲＡＭ３４ｅ。

グラフインクＶＲＡＭ３４　ｆ、　漢？ＲＯＭ３４Ｑ。

カラーＣＲＴ４２に表示すべき地図のデジタル地図デー
タや画像ソウトウエアや演算処理ソフトウェアやシステ
ｌムソフトウェアを記憶するオートスタートＲＯＭモジ
ール３４ｈ等がパスラインを介して接続されている。

そして、このＣＰＵ３４ａは、受信レベル判定回路３１
から計算追尾指令Ｔｒｏが入力されると、７００ＭＨｚ
受信機４０から入力された３次元位置情報Ｄ４に基づい
てこの地上局１２から移動局１１への３次元方向を方位
角θおよび俯仰角αで算出し、算出された各角度値を指
示角θ１．α１として前記ＡＺ軸ＩＩＪＩＩＩＢｉ３６
＃ヨヒＥＬ軸制御器３５へ送出する。また、ＣＰＵ３４
ａは、キーボード４１からのキー操作指令に応動して、
第４図に示すように、カラーＣＲＴ４２にオートスター
トＲＯＭモジュール３４ｈから読出した現場の地図とと
もに前記３次元位置情報Ｄ３から得られた移動局１．１
の地図上の現在位置、および各種必要なステートメント
を表示させる。

前記キーボード４１には、第６図に示すように、カラー
ＣＲＴ４２の表示における各種設定、業務モード、画面
の消去および復活、地図の記録作図等を指示する各種の
ファンクションキー４１ａ１データ入力時に使用する置
数キー４１ｂと東西南北の方向キー４１Ｃ１画面表示さ
れた地図の縮尺率を変更する縮尺キー４１ｄ１画面上の
カーンル位置を移動させる移動キー４１ｅ等が配設され
ている。

次に、受信レベル判定回路３１が受信信号の受信レベル
Ｒｏが規定レベル以上であると判断して、指向性アンテ
ナ２６を電波自動追尾させる場合のステップ信号制御部
３２のステップ角シーケンサ３２ｄの動作を第７図の流
れ図を用いて説明する。

第７図おいて、流れ図が開始されると、受信レベル判定
回路３１から電波追尾指令が入力されていることを確認
する。次に、Ｐｌにて記憶部に記憶された方位角フラグ
が１に設定されていることを確認すると、指向性アンテ
ナ２６のＡＺ軸の回転方向を示す時計方向フラグの設定
状態を調べる。

１に設定されてい場合は、ＡＺ軸の方位角θをΔθだけ
時計方向に回転させる。すなわち、ＡＺ軸制御器３６へ
ステップ角（＋Δθ）を送出する。

また、時計方向フラグがＯに解除されていた場合は、Ａ
Ｚ軸制御器３６へステップ角（−Δθ）を送出する。

ステップ角の送出が終了して、実際に指向性アンテナ２
６が移動するに要する所定時間−ｒｏを経過すると、受
信レベル判定回路３１から送出されている受信レベルＲ
ｏをＢレジスタ３２ｂへ格納する。Ｐ２にてＢレジスタ
３２ｂの受信レベルＲｏがＡレジスタ３２ａの一つ前の
受信レベルよりか小さい場合は、指向性アンテナ２６を
間違った方向へ移動させたので、回転方向を示す時計方
向フラグを反転させる。その後方位角フラグをＯに解除
したのち流れ図の最初に戻る。

なお、Ｐ２にてＢレジスタ３２ｂの受信レベルＲｏの方
が大きい場合は、指向性アンテナ２６の移動方向は正し
いので、Ｂレジスタ３２ｂの受信レベルＲｏ　＠Ａレジ
スタ３２ａへ移動させる。その後、方位角フラグをＯに
解除したのち流れ図の最初に戻る。

次にＰｌにて方位角フラグがＯに解除されていた場合は
、Ｐ３へ進み、俯仰角αの移動方向を示す上向フラグの
値を調べる。上向フラグが１に設定されていた場合は、
指向性アンテナ２６の俯仰角αをΔαだけ上向かせる。

すなわち、Ｅｌ軸制一部３５に対してステップ角（＋Δ
α）を送出する。また、上向フラグがＯに解除されてい
た場合は、指向性アンテナ２６の俯仰角αをΔαだけ下
向かせる。すなわち、ＥＬ輪軸制御３５に対してステッ
プ角（−Δα）を送出する。

ステップ角の送出が終了して、所定時間Ｔｏが経過する
と、受信レベル判定回路３１から送出される指向性アン
テナ２６の俯仰角αを移動させたのちの受信レベルＲｏ
を８レジスタ３２ｂへ格納する。そしてＰ４にてＢレジ
スタ３２ｂの受信レベルＲｏがＡレジスタ３２ａの受信
レベルより小さい場合は、指向性アンテナ２６を間違っ
た方向へ移動させたので、回転方向を示す上向フラグを
反転させる。その後方位角フラグを１に設定したのち流
れ図の最初に戻る。

なお、Ｐ４にてＢレジスタ３２ｂの受信レベルＲｏの方
が大きい場合は、指向性アンテナ２６の移動方向は正し
いので、Ｂレジスタ３２ｂの受信レベルＲｏをＡレジス
タ３２ａへ移動させる。その後、方位角フラグを１に設
定したのち流れ因の最初に戻る。

このような流れ図に従って各ステップ角±Δθ。

±Δαを送出すると、方向性アンテナ２６の方向補正は
位角θ方向と俯仰角α方向とが交互にステップ角Δθ、
Δαずつ実行される。そして、受信信号の受信レベルＲ
ｏが大きくなる場合のみ、各方向フラグが反転されずに
、次の方向補正に同一方向へ補正される。したがって、
最終的に、指向性アンテナ２６は受信レベルＲｏが最大
値になる方向、すなわち移動局１１方向へ向く。

第８図は指向性アンテナ２６の方位角θと受信レベルＲ
ｏとの関係を示す図である。すなわち、１、からｔｓま
で６回指向性アンテナ２６を回転させて、ｔｓにて最大
の受信レベルが得られ、移動局１１の方位角が定まる。

このように構成されたアンテナ方向自動制御装置であれ
ば、移動局１１から送信される高周波電波１３を指向性
アンテナ２６で受信した時の受信信号の受信レベルが規
定レベル以上であれば、第７図の流れに従うてステップ
信号制御部３２にて受信レベルが最大値になるように指
向性アンテナ２６の向きが修正される。すなわち、指向
性アンテナ２６は移動局１１方向へ自動追尾する。

一方、何等かの要因にて指向性アンテナ２６の向きが許
容範囲を外れて、受信信号の受信レベルが規定レベル未
満になると、移動局１１から受信した３次元位置情報Ｄ
３にて移動局１１の地上局１２からの方向が演算処理内
３４で算出されて、指示角θ１．α１が送出される。そ
して、指向性アンテナ２６は移動局１１方向へ向く。一
旦、移動局１１方向へ向くと、受信レベルＲｏが規定レ
ベルを越えるので、それ以降は、計算自動追尾制御に代
って電波自動追尾制御によって指向性アンテナ２６の向
きが自動制御される。

このように、受信信号の受信レベルが規定レベルに満た
なかった場合は、追尾制御が自動的に電波自動追尾から
計算自動追尾に変るので、追尾が中断されることはない
。したがって、常時最良の状態で移動局１１から高周波
電波１３を受信でき、システム全体の信頼性を大幅に向
上できる。

また、いずれか一方の自動追尾制御に故障が発生したと
しても、直ちに追尾が停止することはない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のアンテナ方向自動ｉｌｌ
　ｒｎ装置によれば、移動局から送信される３次元位置
情報に基づいて移動局の方向を把握している。したがっ
て、たとえ高周波電波の信号受信レベルが規定レベル以
下になったとしても、指向性アンテナの方向を常時移動
局方向へ自動追尾できるので、受信信号が途絶えること
なく、通信の信頼性を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明の一実施例に係わるアンテナ
方向自動制御装置を示すものであり、第１図は全体を示
すブロック図、第２図はステップ信号＃ＪｗＪ部を示す
ブロック図、第３図はアンテナ移動機構を示すブロック
図、第４図はコンソール番名全体の構成を示す図、第５
図は演算処理装置を示すブロック図、第６図はキーボー
ドのキー配置図、第７図はステップ信号制御部の動作を
示す流れ図、第８図は電波自動追尾制御を示す図であり
、第９図は一般的な移動局と地上局との位置関係を示す
図である。 １１・・・・移動局、１２・・・地上局、１３・・・高
周波電波、１４・・・７００Ｍ）ＩＪ電波、１５・・・
ＴＶカメラ、１９・・・送信側指向性アンテナ、２３・
・・ＧＰＳ受信機、２４・・・７００Ｍ−送信機、２６
・・・指向性アンテナ、２７・・・コンバータ、２８川
チユーナ、３１・・・受信レベル判定回路、３２・・・
ステップ信号制御部、３３・・・コンソール、３４・・
・演算処理装置、３５・・・Ｅｌ軸制御器、３６・・・
ＡＺ軸制御器、３７・・・ＥＬ軸サーボ、３８　・Ａ　
Ｚ軸サーボ、４０　・・７００　Ｍ　Ｈｚ受信機、４１
・・・キーボード、４２・・・カラーＣＲＴ。 Ｄ３・・・３次元位置情報、Ｒｏ・・・受信レベル、Ｔ
、ｒｓ・・・電波追尾指令、Ｔｒｏ・・・計算追尾指令
、θ・・・方位角、α・・・俯仰）角。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ステップ信号制御部　　、′ 第２図 第４図 第５図 ４１ｅ 第６図 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ３次元空間を移動する移動局から送信される高周波電波
   を受信する指向性アンテナと、この指向性アンテナの方
   位角と俯仰角とからなる方向を移動させるアンテナ移動
   機構と、前記指向性アンテナにて受信された高周波電波
   から受信信号を検出するチューナと、このチューナにて
   検出された受信信号の受信レベルが規定レベル以上であ
   るとき電波追尾指令を出力する受信レベル判定回路と、
   前記移動局から無線出力されるＧＰＳ衛星信号にて得ら
   れたこの移動局の３次元位置を示す３次元位置情報を受
   信する受信機と、前記受信レベル判定回路が電波追尾指
   令を出力したとき、前記受信レベルが最大値になるよう
   に前記アンテナ移動機構を介して前記指向性アンテナを
   前記移動局方向に向かわせる電波自動追尾制御手段と、
   前記受信レベル判定回路が電波追尾指令を出力しなかつ
   たとき、前記受信機で受信した３次元位置情報から求め
   た移動局方向へ前記アンテナ移動機構を介して前記指向
   性アンテナを向かわせる計算自動追尾手段とを備えたこ
   とを特徴とするアンテナ方向自動制御装置。