WO2018151250A1 - アンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法 - Google Patents

アンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018151250A1
WO2018151250A1 PCT/JP2018/005474 JP2018005474W WO2018151250A1 WO 2018151250 A1 WO2018151250 A1 WO 2018151250A1 JP 2018005474 W JP2018005474 W JP 2018005474W WO 2018151250 A1 WO2018151250 A1 WO 2018151250A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
axis
antenna
auxiliary
elevation
angle
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/005474
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
貴之 福井
堀内　弥
宗孝 柏
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2018568625A priority Critical patent/JP6618643B2/ja
Priority to SG11201906993RA priority patent/SG11201906993RA/en
Priority to US16/484,360 priority patent/US20200168989A1/en
Publication of WO2018151250A1 publication Critical patent/WO2018151250A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/02—Arrangements 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
    • H01Q3/08—Arrangements 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 for varying two co-ordinates of the orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/125—Means for positioning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/18—Means for stabilising antennas on an unstable platform
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/18—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces
    • H01Q19/19—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface
    • H01Q19/193—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface with feed supported subreflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/005—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using remotely controlled antenna positioning or scanning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device, an antenna control device, and a method for controlling the antenna device.
  • Patent Document 1 describes a capture and tracking control device having two drive mechanisms, a coarse drive mechanism and a fine drive mechanism, in directivity angle control of an optical antenna in optical communication of a moving body.
  • Patent Document 2 the azimuth and elevation angles of a satellite in a mobile fixed coordinate system are calculated, and the azimuth and elevation angles in the gimbal coordinate system of the antenna are detected by driving the antenna in the direction in which the received signal peaks.
  • a satellite tracking antenna control device that calculates a deviation amount and commands a change in the axis deviation amount.
  • control is performed so that the amount of change from the origin of the coordinate system unique to the antenna device is minimized.
  • mobile communication in which an antenna is mounted on a mobile body for communication, the position and orientation of the antenna change, and the control amount at the time of initial capture of the communication target changes.
  • An antenna device generally includes an azimuth axis that is a rotation axis that changes an azimuth angle in a directivity direction, which is a direction in which the antenna is directed, and an elevation angle axis that is a rotation axis that changes an elevation angle.
  • An antenna device that further includes an auxiliary shaft that is a rotation axis that is perpendicular to the elevation angle axis and that can change the pointing direction is also used.
  • these shafts have a mechanical driving range
  • the auxiliary shaft may have a particularly narrow driving range.
  • the initial position of the auxiliary shaft may be shifted from the origin. If tracking control is performed on the communication target in this state, the auxiliary axis may reach the limit of the drive range because the initial position of the auxiliary axis is deviated from the origin, and the auxiliary axis can sufficiently assist the azimuth and elevation axes. Therefore, there is a problem that the communication target cannot be tracked without it.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide an antenna device, an antenna control device, and an antenna device control method capable of preventing the communication target from being unable to be tracked.
  • an antenna device includes an antenna that transmits electromagnetic waves to a communication target and receives electromagnetic waves from the communication target, an azimuth support unit, an elevation support unit, and an auxiliary support unit. And a control device.
  • the azimuth support section supports the antenna so as to be rotatable about the azimuth axis.
  • the elevation angle support unit supports the antenna so as to be rotatable around the elevation axis within a predetermined elevation axis rotation range.
  • the auxiliary support unit supports the antenna so as to be rotatable around an auxiliary axis perpendicular to the elevation axis within an auxiliary axis rotation range determined to be smaller than the elevation angle axis rotation range.
  • the control device includes a directivity command direction calculation unit, an origin setting unit, and a drive command value calculation unit.
  • the pointing command direction calculation unit calculates a pointing command direction that is a direction in which the antenna is directed in the direction in which the communication target exists.
  • the origin setting unit sets the origin of the auxiliary axis as the center of the auxiliary axis rotation range when initially capturing the communication target, and the azimuth axis where the antenna points in the orientation command direction at the time of initial acquisition with the origin of the azimuth and elevation axes And the angle of the elevation axis.
  • the drive command value calculation unit includes an azimuth support unit and an elevation support unit so that the antenna is directed in the direction command direction and the sum of changes from the respective origins of the azimuth axis, the elevation axis, and the auxiliary axis is minimized. And a drive command value for instructing an amount of driving the auxiliary support portion.
  • an antenna device capable of preventing a communication target from being unable to be tracked.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a mobile communication system 1 including an antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • a mobile communication system 1 includes a mobile station 10 that is a mobile communication station, a communication counterpart station 20 that is a ground communication station that communicates with the mobile station 10, a mobile station 10, and a communication counterpart station 20. And a relay station 30 that relays the communication.
  • the arrows shown in FIG. 1 indicate wireless communication.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the mobile station 10 on which the antenna device according to the embodiment is mounted.
  • the mobile station 10 includes an antenna device 100 that emits and receives electromagnetic waves for communication, a communication device 600 that performs wireless communication using the antenna device 100, and the position and nose of the mobile station 10.
  • a position acquisition unit 200 that calculates an azimuth
  • a shake acquisition unit 300 that calculates an inclination (attitude) of the mobile station 10, and a moving body 500 in which these are installed.
  • the mobile station 10 is a mobile communication station that communicates directly with the communication partner station 20 or communicates with the communication partner station 20 via the relay station 30. When relaying, the relay station 30 is the communication target of the mobile station 10, and when not relaying, the communication partner station 20 is the communication target of the mobile station 10.
  • FIG. 3 is a front view showing the configuration of the antenna device 100
  • FIG. 4 is a side view of the antenna device 100 as viewed from the arrow A shown in FIG.
  • the antenna device 100 includes a parabolic antenna 108, an antenna mount 700 that supports the parabolic antenna 108 so that its directing direction can be changed, and an antenna control device 400 that controls a drive unit included in the antenna mount 700.
  • the antenna mount 700 includes a base support unit 101 installed on the moving body 500, an azimuth support unit 102 supported by the base support unit 101, an auxiliary support unit 103 supported by the azimuth support unit 102, and an auxiliary support. And an elevation angle support portion 104 supported by the portion 103.
  • the elevation angle support unit 104 supports the parabolic antenna 108. Note that it may be considered that the antenna control apparatus 400 controls the antenna apparatus 100, assuming that the antenna apparatus 100 does not include the antenna control apparatus 400.
  • An antenna drive device 800 that is a drive unit that changes the directivity direction of the antenna mount 700 includes an azimuth angle drive device 101A that rotates the azimuth angle support portion 102 with respect to the base support portion 101, and an azimuth angle support for the auxiliary support portion 103.
  • the auxiliary shaft drive device 102 ⁇ / b> A that rotates and drives the unit 102
  • the elevation angle drive device 103 ⁇ / b> A that drives the elevation angle support unit 104 to rotate relative to the auxiliary support unit 103.
  • a parabolic antenna 108 which is an antenna supported by the elevation angle support unit 104, includes a main reflecting mirror 105 that reflects electromagnetic waves to be transmitted and received, a sub reflecting mirror 106 provided at the focal point of the main reflecting mirror 105, and a sub reflecting mirror 106. And a waveguide-type radiator 107 provided along the optical axis (POL axis) of the main reflecting mirror 105 that transmits and receives electromagnetic waves toward the center.
  • the radiator 107 can be rotated by the polarization angle changing unit 107A around the POL axis.
  • the polarization angle changing unit 107A is included in the antenna driving device 800.
  • the communication device 600 includes an amplifier that amplifies the power of electromagnetic waves to be transmitted and received, a frequency converter that converts the frequency of electromagnetic waves to be transmitted and received, and other devices that are normally used for wireless communication. Since the communication device 600 has little relation to the present invention, a detailed description of the communication device 600 is omitted.
  • the antenna device 100 is installed on the reference plane of the moving body 500 (shown in FIG. 2) by the foundation support unit 101.
  • the basic support portion 101 includes an azimuth angle driving device 101A that rotates the azimuth angle support portion 102 about the AZ axis (azimuth angle axis). Details of the AZ axis and other rotation axes will be described later.
  • the azimuth support unit 102 is installed on the base support unit 101 so as to be rotatable about the AZ axis that is a rotation axis perpendicular to the reference plane of the moving body 500.
  • the azimuth support portion 102 has a flat plate-like portion placed on the base support portion 101 and an axis (XEL axis) extending obliquely upward.
  • the azimuth support portion 102 is provided with an auxiliary shaft drive device 102A that rotates the auxiliary support portion 103 about the XEL axis (auxiliary axis).
  • the auxiliary support portion 103 is installed on the upper end side of the azimuth support portion 102 so as to be rotatable about the XEL axis.
  • the XEL axis intersects the AZ axis.
  • the auxiliary support portion 103 has a driving range (an angular range in which rotation is possible), and does not rotate beyond that range.
  • the auxiliary support portion 103 has a horizontal central portion and ends on both sides of the central portion that are bent with respect to the central portion and extend obliquely upward.
  • the central part is connected to the azimuth support part 102 so as to be rotatable around the XEL axis.
  • An elevation angle support portion 104 is disposed outside the two end portions of the auxiliary support portion 103 in the EL axis direction.
  • the two end portions of the auxiliary support portion 103 rotatably support the elevation angle support portion 104 via the EL axis.
  • the auxiliary support portion 103 is provided with an elevation angle driving device 103A that rotates the elevation angle support portion 104 about the EL axis (elevation angle axis).
  • the elevation support 104 is installed on the auxiliary support 103 so as to be rotatable about the EL axis.
  • the EL axis is parallel to the reference plane of the moving body 500 and is orthogonal to the AZ axis.
  • the EL axis is a rotation axis that intersects the AZ axis and is perpendicular to the XEL axis.
  • the AZ axis, the XEL axis, and the EL axis intersect at one point.
  • the polarization angle changing unit 107A rotates the radiator 107 around the POL axis (polarization angle axis). In addition, not only the radiator 107 but the entire parabolic antenna 108 may be rotated around the POL axis.
  • the POL axis is a rotation axis that is provided on the back side of the main reflecting mirror 106 and that is perpendicular to the EL axis and coincides with the optical axis of the main reflecting mirror 105.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the relationship among the basic support part 101, the azimuth support part 102, the auxiliary support part 103, the elevation support part 104, and the main reflecting mirror 105 for changing the directivity direction of the antenna device according to the embodiment.
  • each support portion is schematically shown by a rotating shaft and a bearing.
  • the azimuth support portion 102 is supported by the base support portion 101 so as to be rotatable about the AZ axis.
  • the auxiliary support portion 103 is supported by the azimuth support portion 102 so as to be rotatable about the XEL axis.
  • the elevation support 104 is supported by the auxiliary support 103 so as to be rotatable about the EL axis.
  • the main reflecting mirror 105 is supported by the elevation angle support unit 104.
  • the auxiliary support portion may be supported by the elevation angle support portion, and the polarization angle changing portion may be supported by the auxiliary support portion.
  • the main reflecting mirror 105 has, for example, a parabolic reflecting surface.
  • the electromagnetic wave emitted from the radiator 107 and reflected by the sub-reflecting mirror 106 or the electromagnetic wave incident from the communication partner station 20 or the relay station 30 is incident thereon.
  • the main reflecting mirror 105 is supported by the elevation angle support unit 104.
  • the radiator 107 is installed to be rotatable around the POL axis so that the optical axis of the main reflecting mirror 105 coincides with the POL axis.
  • the radiator 107 is a horn antenna, but is not limited thereto.
  • the main reflecting mirror 105, the sub-reflecting mirror 106, and the radiator 107 constitute a parabolic antenna 108 that is an antenna.
  • the parabolic antenna 108 transmits electromagnetic waves to the communication target and receives electromagnetic waves from the communication target.
  • An antenna having a configuration in which a radiator is provided at the focal point of the main reflecting mirror 105 may be used.
  • the base support unit 101, the azimuth support unit 102, the auxiliary support unit 103, and the elevation support unit 104 support the parabolic antenna 108 that is a support target.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the relationship between the rotation axes when the directivity direction of the antenna device 100 is changed.
  • the direction of the thick arrow is the direction in which the parabolic antenna 108 is directed.
  • the AZ axis is a drive axis that drives the parabolic antenna 108 in a direction in which the azimuth angle changes.
  • the AZ axis is also called the azimuth axis.
  • the EL axis is a drive axis that drives the parabolic antenna 108 in the direction in which the elevation angle changes.
  • the EL axis is perpendicular to the AZ axis when the XEL axis is zero degrees.
  • the EL axis is also called the elevation axis.
  • the POL axis is a drive axis that is driven to rotate the polarization angle that is the direction of polarization of the electromagnetic wave to be transmitted.
  • the parabolic antenna 108 rotates the POL axis by rotating the radiator 107.
  • the POL axis is perpendicular to the EL axis and coincides with the directivity direction of the parabolic antenna 108.
  • the POL axis is also called the polarization angle axis.
  • the XEL axis is an auxiliary drive axis that assists in driving the AZ axis and the EL axis.
  • the XEL axis is perpendicular to the EL axis.
  • the XEL axis is also called an auxiliary axis.
  • a rotatable angular range in which rotation about the XEL axis is determined is referred to as an auxiliary axis rotation range.
  • a rotatable angle range in which rotation about the EL axis is determined is referred to as an elevation angle rotation range.
  • the auxiliary shaft rotation range is smaller than the elevation rotation range.
  • AZ angles, EL axes, POL axes, and XEL axes have their own origins.
  • the origin is generally determined according to the structure. When the rotatable angle of the rotating shaft is less than 360 °, it is desirable that the origin is a point where the rotatable angles in the positive and negative directions are equal.
  • the angular range in which each axis can be rotated is as follows.
  • the AZ axis can face in all directions, and there is no limit on the rotation angle range.
  • the EL axis can be changed in the range of 0 to 180 degrees.
  • the XEL axis can be changed, for example, in the range of +20 degrees to ⁇ 20 degrees.
  • the POL axis can take any angle of 360 degrees, and there is no limit on the rotation angle range.
  • the position acquisition unit 200 includes at least two GPS (Global Positioning System) terminals 201A and 201B.
  • the GPS terminals 201A and 201B are collectively referred to as the GPS terminal 201.
  • the position acquisition unit 200 calculates the position of the moving object 500 from the position acquired by the GPS terminal 201. Further, from the relative relationship between the positions of the GPS terminals 201 ⁇ / b> A and 201 ⁇ / b> B, the nose direction, which is the direction in which the head (nose) of the moving body 500 faces, is calculated.
  • the position acquisition unit 200 provides the calculated position and heading of the moving body 500 to the antenna control device 400.
  • the position acquisition unit 200 is installed in the moving body 500.
  • the shaking acquisition unit 300 includes a three-axis gyroscope 301, and calculates the three-axis inclination of the moving body 500 as a shaking estimation value based on the three-axis rotation angle and angular velocity of the pitch, yaw, and roll measured by the gyroscope 301. To do.
  • the sway acquisition unit 300 provides the antenna control apparatus 400 with an estimated value of the rotation angle around the calculated three axes of pitch, yaw, and roll.
  • the sway acquisition unit 300 is installed in the moving body 500.
  • the shaking acquisition unit 300 may be included in the antenna device 100. In some cases, the three-axis inclination of the moving body 500 is not estimated in consideration of the angular velocity.
  • the antenna control device 400 controls the antenna driving device 800 in a coordinated manner to capture and track the communication partner station 20 or the relay station 30 to be communicated.
  • the antenna control device 400 calculates a parameter for controlling the antenna driving device 800 to control the antenna driving device 800, a storage unit 402 that stores data and a program, and receives input from the user, and receives information from the user. And an interface 403 for presenting.
  • the antenna control device 400 is installed in the moving body 500.
  • the control unit 401 is a processing device.
  • the control unit 401 includes a pointing command direction calculation unit 401A, a drive command value calculation unit 401B, and an origin setting unit 401C.
  • the pointing command direction calculation unit 401A calculates a pointing command direction that is a direction in which the parabolic antenna 108 is directed.
  • the drive command value calculation unit 401B is a drive command for instructing the amount of driving the azimuth support unit 102, the auxiliary support unit 103, the elevation support unit 104, and the polarization angle changing unit 107A so that the parabolic antenna 108 faces the direction command direction. Calculate the value.
  • the antenna driving device 800 controls and drives the azimuth support unit 102, the auxiliary support unit 103, the elevation support unit 104, and the polarization angle changing unit 107A based on the drive command value.
  • the control unit 401 includes a central processing unit (CPU), but is not limited thereto.
  • the antenna control device 400 is a control device that drives the azimuth support unit 102, the auxiliary support unit 103, the elevation support unit 104, and the polarization angle changing unit 107A.
  • the directivity command direction calculation unit 401A sets the parabolic antenna 108 as a communication target based on the position of the mobile unit 500 acquired by the position acquisition unit 200 and the position acquired from the outside of the communication partner station 20 or the relay station 30 to be communicated.
  • a direction command direction which is a direction to be directed in the direction in which the is present is calculated.
  • the origin setting unit 401C replaces the origin direction with each of the AZ axis, EL axis, POL axis, and XEL axis when initially capturing the communication target.
  • the initial acquisition is performed before starting communication with the communication target and when the communication target cannot be tracked.
  • the control unit 401 resets the angles of the AZ axis, EL axis, and POL axis at which the parabolic antenna 108 faces the communication target at the time of initial acquisition as the origins of the AZ axis, EL axis, and POL axis.
  • the origin of the coordinate system unique to the antenna apparatus of the AZ axis, EL axis, and POL axis is replaced with the angles of the AZ axis, EL axis, and POL axis at which the parabolic antenna 108 faces the direction of directing command at the time of initial capture. Since the XEL axis is zero degrees in the orientation command direction at the time of initial capture, the origin is not changed in the XEL axis.
  • the XEL axis is assumed to have zero degrees in the center of the movable range (auxiliary shaft rotation range).
  • the difference is not more than an acceptable level, there may be a difference between the origins of the AZ axis, EL axis, and POL axis and the angles of the AZ axis, EL axis, and POL axis that are directed toward the communication target. If the difference from zero degree is a sufficiently small value, the origin of the XEL axis may not be zero degree.
  • the drive command value calculation unit 401B includes a pointing command direction calculated at the time of initial capture, a nose direction of the moving body 500 acquired by the position acquisition unit 200, an inclination of the moving body 500 acquired by the shake acquisition unit 300, and an azimuth angle. Based on the angles of the support unit 102, the auxiliary support unit 103, the elevation support unit 104, and the radiator 107, the azimuth support unit 102, the auxiliary support unit 103, and the elevation support unit 104 so that the parabolic antenna 108 faces the direction command direction. And a drive command value for instructing an amount for driving the radiator 107.
  • the control unit 401 drives the azimuth support unit 102, the elevation support unit 104, and the radiator 107 based on the calculated drive command value, and directs the parabolic antenna 108 in the direction of the communication target.
  • the storage unit 402 includes position information of the communication partner station 20 or the relay station 30 to be communicated, a program for the control unit 401 to calculate a drive command value, an azimuth support unit 102, an auxiliary support unit 103, and an elevation support unit 104. And a program for calculating a drive command value for driving the radiator 107.
  • the storage unit 402 includes ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory), but is not limited thereto.
  • the interface 403 receives input from the user and presents information to the user.
  • the input from the user includes, for example, designation of a communication target, an instruction to start and end control processing from the user, and an instruction of a signal to be transmitted.
  • the interface 403 provides the received instruction to the control unit 401 and presents the information acquired from the control unit 401 to the user.
  • the interface 403 includes one or a plurality of buttons, keys, a touch pad, a liquid crystal display that presents information to the user, a speaker, and a touch panel that serves both as an input and an input. I can't.
  • the moving body 500 is, for example, an automobile in which the antenna device 100, the position acquisition unit 200, and the shake acquisition unit 300 are installed.
  • the communication partner station 20 is a ground communication station that directly communicates with the mobile station 10 or communicates with the mobile station 10 via the relay station 30.
  • the relay station 30 is, for example, a communication satellite that relays communication between the mobile station 10 and the communication partner station 20.
  • FIG. 7 is a flowchart of control processing executed by the antenna control device 400.
  • a capturing process in which the antenna control device 400 controls the antenna driving device 800 to initially capture a communication target will be described with reference to a flowchart of FIG.
  • the relay station 30 is a communication satellite, for example. That is, the antenna control device 400 controls the antenna driving device 800 to cause the parabolic antenna 108 to capture the relay station 30.
  • the antenna control device 400 acquires the position and nose direction of the moving body 500 calculated by the position acquisition unit 200 (step S101).
  • the antenna control apparatus 400 acquires the inclination of the moving body 500 calculated by the shake acquisition unit 300 (step S102).
  • the antenna control device 400 calculates a pointing command direction based on the acquired position of the moving body 500 and the position of the relay station 30 to be communicated (step S103).
  • step S104 When the orientation command direction is calculated, it is checked whether or not the initial acquisition is in progress (step S104). If it is during initial capture (step S104: YES), the antenna control device 400 replaces the origin direction (step S105).
  • the antenna control device 400 calculates the calculated direction command direction, the obtained heading and inclination of the moving body 500, and the azimuth support.
  • the drive command value for driving the azimuth support unit 102, the auxiliary support unit 103, the elevation support unit 104, and the radiator 107 is calculated based on the angles of the unit 102, the auxiliary support unit 103, the elevation support unit 104, and the radiator 107. (Step S106).
  • the antenna drive device 800 drives the azimuth support unit 102, the auxiliary support unit 103, the elevation support unit 104, and the radiator 107 based on the calculated drive command value (step S107).
  • the antenna control device 400 Periodically while driving based on the drive command value, the antenna control device 400 checks whether the interface 403 has received an instruction to end control (step S108). If accepted (step S108: YES), the control process is terminated. If not received (step S108: NO), the process returns to step S101. The processing from S101 to S108 is periodically repeated.
  • the antenna device By executing the control process described above, the antenna device according to the present embodiment replaces the origin direction in the initial acquisition process, so that the auxiliary axis XEL axis starts from zero degrees (center of the movable range) at the time of initial acquisition. It can be prevented from shifting.
  • FIG. 8 is a diagram showing information exchange in the antenna device 100.
  • the position acquisition unit 200 calculates the position and nose direction of the moving body 500 and provides the calculated position to the antenna control device 400.
  • the shake acquisition unit 300 calculates a rotation angle around the three axes of the pitch, yaw, and roll of the moving body 500 as a shake estimation value, and provides the calculated value to the antenna control device 400.
  • the antenna control device 400 calculates a drive command value that indicates the amount to drive the AZ axis, the EL axis, the POL axis, and the XEL axis based on the position and nose direction of the moving body 500 and the position of the communication target.
  • the antenna drive device 800 drives the AZ axis, EL axis, POL axis, and XEL axis based on the received drive command value.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a sequence in which the antenna device 100 initially captures and tracks a communication target. In FIG. 9, the operation will be described separately for the position acquisition unit 200, the shake acquisition unit 300, the antenna control device 400, and the antenna drive device 800.
  • a system including the antenna device 100 (including the antenna control device 400 and the antenna driving device 800), the position acquisition unit 200, and the fluctuation acquisition unit 300 is activated (step S201).
  • the position acquisition unit 200 calculates the position and heading of the moving body 500 (step S202), and provides the calculated position and heading of the moving body 500 to the antenna control device 400 (step). S203).
  • the shake acquisition unit 300 calculates the rotation angle around the three axes of the pitch, yaw, and roll of the moving body 500 as a shake estimation value (step S204), and provides it to the antenna control device 400. (Step S205).
  • the antenna control device 400 receives the provided position and nose direction and the estimated motion value of the moving object 500 (step S206).
  • the antenna control device 400 Upon receiving the position and nose direction of the moving body 500 and the estimated motion value, the antenna control device 400, based on the received position and nose direction of the moving object 500, the estimated motion value, and the position of the communication target. A drive command value is generated by replacing the origin (step S207), and the generated drive command value is notified to the antenna drive device 800 (step S208). The generation of the drive command value will be described later in detail.
  • the antenna drive device 800 receives the notified drive command value (step S209).
  • the antenna drive device 800 drives the AZ axis, EL axis, POL axis, and XEL axis, which are drive axes, based on the received drive command value, and captures a communication target (step S210).
  • the antenna driving apparatus 800 subsequently tracks the communication target (step S211).
  • steps S202 to S210 are repeated at a predetermined cycle without replacing the origin in step S207.
  • FIG. 10 is a diagram showing a conventional method for generating a drive command value
  • FIG. 11 is a diagram showing a method for generating a drive command value in the present embodiment. Shown on the boxes of FIGS. 10 and 11 are the components of the mobile station 10, and what is shown in the box is the information held by the components or the operation to be performed. In order to facilitate understanding, the conventional method will also be described using the components of the present embodiment.
  • the antenna control device 400 calculates a pointing command direction based on the position of the communication target that is held and the position and nose direction of the moving object 500 calculated by the position acquisition unit 200.
  • the antenna control device 400 calculates an antenna directivity angle that is an angle of the AZ axis, the EL axis, the POL axis, and the XEL axis that directs the parabolic antenna 108 in the directivity command direction. Further, drive command values for the AZ axis, EL axis, POL axis, and XEL axis that realize the antenna directivity angle are calculated and provided to the antenna drive device 800. At this time, the antenna origin direction is the origin direction unique to the apparatus.
  • the antenna drive device 800 drives the AZ axis, EL axis, POL axis, and XEL axis based on the received drive command value, and captures the communication target.
  • the antenna device 400 replaces the antenna origin direction with the pointing command direction at the time of initial capture, and then directs the parabolic antenna 108 in the pointing command direction.
  • An antenna directivity angle that is an angle between the POL axis and the XEL axis is calculated.
  • drive command values for the AZ axis, EL axis, POL axis, and XEL axis that realize the antenna directivity angle are calculated and provided to the antenna drive device 800.
  • the antenna device can prevent the XEL axis as an auxiliary axis from deviating from zero degrees at the time of initial acquisition by replacing the origin direction at the time of initial acquisition.
  • the antennas ( ⁇ AZ, ⁇ EL, ⁇ POL, ⁇ XEL ) Is directed as follows.
  • the antenna device 100 When the support structure of the antenna device 100 is an AZ-EL-XEL-POL shaft configuration in which the support structure is supported in the order of the AZ axis, EL axis, XEL axis, and POL axis, the antenna is ( ⁇ AZ, ⁇ EL, ⁇ POL, ⁇ XEL ) Is directed as follows.
  • the direction change matrix T when the antenna is directed to ( ⁇ AZ, ⁇ EL, ⁇ POL) is as follows.
  • the angles ( ⁇ AZ, ⁇ EL, ⁇ POL, ⁇ XEL) of each axis are determined so that the antenna is directed to ( ⁇ AZ0, ⁇ EL0, ⁇ POL0) and the following objective function f is minimized.
  • the direction of the antenna before changing the direction of the origin of the coordinate system of the antenna device is (0, 0, 0, 0).
  • the objective function f is a case where the sum of squares of the amount of change from the origin of the AZ axis, XEL axis, EL axis, and POL axis is minimized.
  • f ( ⁇ AZ) 2 + ( ⁇ XEL) 2 + ( ⁇ EL) 2 + ( ⁇ POL) 2 (6)
  • Expression (6) may be an expression for obtaining a weighted square sum obtained by multiplying a weighting coefficient corresponding to the cost when changing each axis by a unit angle.
  • Equation (6A) means that a minimum value is obtained at ⁇ XEL that satisfies the following.
  • ⁇ XEL ( ⁇ AZ0 * sin ⁇ EL0 + ⁇ POL0 ) * cos ⁇ EL0 / (2 + sin 2 ⁇ EL0) (7)
  • Equation (7) means that ⁇ XEL does not become zero when ⁇ AZ0 + ⁇ POL0 / sin ⁇ EL0 is not zero.
  • the value of the objective function f when ( ⁇ AZ, ⁇ EL, ⁇ POL, ⁇ XEL) (175 degrees, 42.7 degrees, ⁇ 75 degrees, 0 degrees) is defined as f2.
  • f1 and f2 are the following values.
  • f1 33824.94
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the direction of the AZ axis of the antenna device 100 before acquisition and the direction in which the relay station 30 that is a communication target exists.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the orientation of the AZ axis of the antenna device 100 after capture and the orientation in which the relay station 30 that is a communication target exists.
  • the antenna device 100 performs the capturing process from the state shown in FIG. 12, and the antenna device 100 shown in FIG.
  • the direction in which the communication target at the time of initial acquisition represented by a dotted arrow is generally not coincident with the original origin direction of the AZ axis represented by a solid arrow.
  • the initial acquisition of the communication target may be completed in a state where the XEL axis is deviated from the origin (zero degree).
  • the XEL axis reaches the limit (upper limit or lower limit) of the drive range due to the influence of the initial position being deviated from the origin.
  • the communication target cannot be tracked because the axis and the EL axis cannot be assisted.
  • the drive range may be designed to be small. If the initial position of the XEL axis is deviated from the origin, the drive range is immediately The limit is reached.
  • the capture processing of the present embodiment When the capture processing of the present embodiment is performed and the drive command value is calculated and controlled after replacement of the origin direction at the time of initial capture, the capture of the communication target is completed when the initial angle of the XEL axis is zero degrees. .
  • the XEL axis is zero degrees, which is the center of the movable range at the time of initial capture, the calculation processing for tracking can be made more efficient, and the time and drive amount required for the operation to follow the communication target can be reduced. , The energy required for operation can be reduced and the life of the device can be extended.
  • the angles of the AZ axis, EL axis, POL axis, and XEL axis at the time of the first acquisition can be set to the same values as those when the origin direction is replaced in the present embodiment.
  • the drive command value may be calculated so that the XEL axis becomes zero when the communication target is first captured from the initial state.
  • the XEL axis is close to the origin in the coordinate system unique to the antenna device by cooperative control (the XEL axis movable (Value close to the boundary value of the range).
  • the XEL axis continues to take the boundary value of the movable range, and the XEL axis cannot take the angle calculated by the cooperative control. For this reason, after the XEL axis reaches the boundary value of the movable range, the communication target may not be tracked.
  • the XEL axis is changed with reference to the origin set at the center of the movable range so that the value of the boundary of the movable range is not taken in subsequent tracking. it can. Further, it is not necessary to switch the calculation logic for calculating the drive command value in capturing the communication target between the first time and the second time and thereafter.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be modified.
  • the moving body 500 is an automobile
  • the present invention is not limited to this.
  • Other types of moving bodies including trains, ships, fixed wing aircraft, rotary wing aircraft, and the like may be used.
  • the present invention may be applied to an antenna device that tracks a moving body.
  • the antenna device 100 has the AZ axis, the EL axis, the POL axis, and the XEL axis, it is not limited to this. A three-axis configuration without a POL axis may also be used. Moreover, the structure of 5 axes
  • the basic support unit 101 includes a drive device that rotates the azimuth support unit 102
  • the present invention is not limited thereto.
  • the azimuth support 102 may include a drive device that rotates itself. The same applies to the azimuth support unit 102, the auxiliary support unit 103, and the elevation support unit 104.
  • each support portion and the rotating shaft is possible.
  • the base support unit 101, the azimuth support unit 102, the auxiliary support unit 103, and the elevation support unit 104 support the parabolic antenna 108 that is a support target.
  • the antenna device 100 includes the parabolic antenna 108 including the main reflecting mirror 105, the sub-reflecting mirror 106, and the radiator 107, it is not limited thereto.
  • An antenna that does not include a sub-reflecting mirror may be used, and another type of antenna such as an array antenna or a planar antenna that does not include a reflecting mirror may be used.
  • the present invention can be used for an antenna device, an antenna control device, and an antenna device control method.
  • SYMBOLS 1 ... Mobile communication system, 10 ... Mobile station, 20 ... Communication partner station, 30 ... Relay station, 100 ... Antenna apparatus, 101 ... Base support part, 101A ... Azimuth angle drive apparatus, 102 ... Azimuth angle support part, 102A ... Auxiliary shaft driving device 103 ... Auxiliary support unit 103A ... Elevation angle driving device 104 ... Elevation angle support unit 105 ... Main reflection mirror 106 ... Sub-reflection mirror 107 ... Radiator 107A ... Polarization angle changing unit 108 ... Parabolic antenna, 200 ... position acquisition unit, 201, 201A, 201B ... GPS terminal, 300 ...
  • shake acquisition unit 301 ... gyroscope, 400 ... antenna control device (control device), 401 ... control unit, 401A ... directivity command direction calculation Unit 401B: drive command value calculation unit 401C: origin setting unit 402 ... storage unit 403 ... interface 500 ... moving body 600 ... communication device 700 ... antenna pedestal, 800 ... antenna drive.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

方位角支持部（１０２）は、方位角軸を中心として回転できる。仰角支持部（１０４）は、仰角軸を中心として回転できる。補助支持部（１０３）は、仰角軸に垂直な補助軸を中心として回転できる。アンテナ制御装置（４００）は、パラボラアンテナ（１０８）を指向させる方向である指向指令方向を算出する。アンテナ制御装置（４００）は、通信対象を初期捕捉する際に、補助軸の原点をその回転範囲の中央とし、指向指令方向の方位角および仰角を方位角軸および仰角軸の原点として設定する。アンテナ制御装置（４００）は、指向指令方向へ向き、かつ方位角軸、仰角軸および補助軸のそれぞれの原点からの変化量の和が最小になるように、方位角支持部（１０２）と仰角支持部（１０４）と補助支持部（１０３）とを駆動する量を指示する駆動指令値を算出する。アンテナ制御装置（４００）は、駆動指令値に従って方位角支持部（１０２）と仰角支持部（１０４）と補助支持部（１０３）とを制御する。

Description

アンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法
　本発明は、アンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法に関する。
　パラボラアンテナなどの指向性を有するアンテナで人工衛星や地上基地局との間で無線通信するためには、アンテナを制御して通信対象の方向に指向させ、さらに追尾させる必要がある。アンテナの制御方法の一つである協調制御の例として特許文献１または２に記載の方法がある。
　特許文献１には、移動体の光通信における光アンテナの指向角制御において、粗駆動機構および精駆動機構の二つの駆動機構を有する捕捉追尾制御装置が記載されている。
　特許文献２には、移動体固定座標系における衛星の方位角および仰角を算出し、アンテナのジンバル座標系における方位角および仰角を受信信号がピークとなる方向へアンテナを駆動して検出し、軸ずれ量を計算し、軸ずれ量の変更を指令する衛星追尾用アンテナ制御装置が記載されている。
特開２０１２－２５３４８４号公報 特開２００３－３７４２４号公報
　従来の協調制御では、アンテナ装置に固有な座標系の原点からの変化量が最小になるように駆動するように制御する。移動体にアンテナを搭載して通信する移動体通信では、アンテナの位置および向きが変化し、通信対象の初期捕捉時の制御量が変化する。
　アンテナ装置は一般にアンテナが指向する方向である指向方向の方位角を変更する回転軸である方位角軸と仰角を変更する回転軸である仰角軸とを備える。仰角軸に垂直な回転軸であり指向方向を変更できる補助軸をさらに備えるアンテナ装置も用いられる。一般にこれらの軸には機械的な駆動範囲が定められており、補助軸は特に駆動範囲が狭いことがある。移動体通信において補助軸を備えるアンテナ装置を協調制御する場合、協調制御では各軸の角度を座標系の原点からの変化量が最小になるように駆動しようとするため、通信対象の初期捕捉時に補助軸の初期位置が原点からずれた状態を取ることがある。この状態で通信対象を追尾制御すると、補助軸の初期位置が原点からずれていることによって補助軸が駆動範囲の限界に達することがあり、補助軸が方位角軸および仰角軸を十分に補助できずに通信対象を追尾できなくなる場合があるという課題があった。
　本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであって、通信対象を追尾できなくなることを防ぐことが可能なアンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係るアンテナ装置は、通信対象への電磁波を送信し、通信対象からの電磁波を受信するアンテナと、方位角支持部と、仰角支持部と、補助支持部と、制御装置とを備える。方位角支持部は、方位角軸を中心として回転可能にアンテナを支持する。仰角支持部は、決められた仰角軸回転範囲で仰角軸を中心として回転可能にアンテナを支持する。補助支持部は、仰角軸回転範囲よりも小さく決められた補助軸回転範囲で仰角軸に垂直な補助軸を中心として回転可能にアンテナを支持する。制御装置は、指向指令方向算出部、原点設定部および駆動指令値算出部を有する。指向指令方向算出部は、通信対象が存在する方向にアンテナを指向させる方向である指向指令方向を算出する。原点設定部は、通信対象を初期捕捉する際に、補助軸の原点を補助軸回転範囲の中央とし、方位角軸および仰角軸の原点を初期捕捉時の指向指令方向へアンテナが向く方位角軸および仰角軸の角度に設定する。駆動指令値算出部は、アンテナが指向指令方向へ向き、かつ方位角軸、仰角軸および補助軸のそれぞれの原点からの変化量の和が最小になるように、方位角支持部と仰角支持部と補助支持部とを駆動する量を指示する駆動指令値を算出する。
　本発明によれば、通信対象を追尾できなくなることを防ぐことが可能なアンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法を提供できる。
この発明の実施の形態に係るアンテナ装置を含む移動体通信システムの概要を示す模式図である。 実施の形態に係るアンテナ装置が搭載された移動局の構成を示すブロック図である。 実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す正面図である。 実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す側面図である。 実施の形態に係るアンテナ装置の指向方向を変更するための基礎支持部、方位角支持部、補助支持部、仰角支持部、および主反射鏡の関係を説明する模式図である。 実施の形態に係るアンテナ装置の指向方向を変更する際の回転軸の関係を説明する模式図である。 実施の形態に係るアンテナ装置の制御処理のフローチャートである。 実施の形態に係るアンテナ装置における情報の授受を示す図である。 実施の形態に係るアンテナ装置が通信対象を初期捕捉および追尾するシーケンスを示す図である。 従来の駆動指令値の生成手法を示す図である。 実施の形態に係るアンテナ装置における駆動指令値の生成手法を示す図である。 実施の形態に係るアンテナ装置が通信対象を捕捉する前のＡＺ軸の向きと通信対象が存在する向きとを示す図である。 実施の形態に係るアンテナ装置が通信対象を捕捉した後のＡＺ軸の向きと通信対象が存在する向きとを示す図である。
　本発明の実施の形態に係るアンテナ装置について、図１から図１３を参照して説明する。
　図１は、この発明の実施の形態に係るアンテナ装置を含む移動体通信システム１の概要を示す模式図である。図１に示すように、移動体通信システム１は、移動通信局である移動局１０と、移動局１０と通信する地上通信局である通信相手局２０と、移動局１０と通信相手局２０との通信を中継する中継局３０と、から構成される。図１に示す矢印は無線通信を示す。
　図２は、実施の形態に係るアンテナ装置が搭載された移動局１０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、移動局１０は、通信のための電磁波を放射および受信するアンテナ装置１００と、アンテナ装置１００を使用して無線通信する通信装置６００と、移動局１０の位置および機首方位を算出する位置取得部２００と、移動局１０の傾き（姿勢）を算出する動揺取得部３００と、これらが設置される移動体５００と、を備える。移動局１０は、通信相手局２０と直接通信する、または中継局３０を介して通信相手局２０と通信する移動通信局である。中継する場合には中継局３０が、中継しない場合には通信相手局２０が、移動局１０の通信対象である。
　アンテナ装置１００および通信装置６００は、移動体５００に設置され、電磁波を送受信する通信相手局２０または中継局３０と無線通信する。図３は、アンテナ装置１００の構成を示す正面図であり、図４はアンテナ装置１００を図３に示す矢印Ａから見た側面図である。
　アンテナ装置１００は、パラボラアンテナ１０８と、パラボラアンテナ１０８をその指向方向を変更可能に支持するアンテナ架台７００と、アンテナ架台７００が有する駆動部を制御するアンテナ制御装置４００とを有する。アンテナ架台７００は、移動体５００に設置される基礎支持部１０１と、基礎支持部１０１に支持される方位角支持部１０２と、方位角支持部１０２に支持される補助支持部１０３と、補助支持部１０３に支持される仰角支持部１０４とを有する。仰角支持部１０４は、パラボラアンテナ１０８を支持する。なお、アンテナ装置１００がアンテナ制御装置４００を含まないとして、アンテナ制御装置４００がアンテナ装置１００を制御すると考えてもよい。
　アンテナ架台７００の指向方向を変更する駆動部であるアンテナ駆動装置８００は、方位角支持部１０２を基礎支持部１０１に対して回転駆動する方位角駆動装置１０１Ａと、補助支持部１０３を方位角支持部１０２に対して回転駆動する補助軸駆動装置１０２Ａと、仰角支持部１０４を補助支持部１０３に対して回転駆動する仰角駆動装置１０３Ａとを有する。
　仰角支持部１０４に支持されるアンテナであるパラボラアンテナ１０８は、送受信する電磁波を反射する主反射鏡１０５と、主反射鏡１０５の焦点の位置に設けられた副反射鏡１０６と、副反射鏡１０６に向けて電磁波を送受信する主反射鏡１０５の光軸（ＰＯＬ軸）に沿って設けられた導波管型の輻射器１０７とから構成される。輻射器１０７は、ＰＯＬ軸の回りに偏波角変更部１０７Ａにより回転可能である。偏波角変更部１０７Ａは、アンテナ駆動装置８００に含まれる。
　通信装置６００は、送受信する電磁波の電力を増幅するアンプ、送受信する電磁波の周波数を変換する周波数変換器およびその他の無線通信に通常用いる装置を備える。通信装置６００は、この発明とは関係が小さいので、通信装置６００についての詳細な説明は割愛する。
　アンテナ装置１００は、基礎支持部１０１により、移動体５００（図２に図示）の基準面に設置される。基礎支持部１０１は、ＡＺ軸（方位角軸）を中心として方位角支持部１０２を回転させる方位角駆動装置１０１Ａを含む。ＡＺ軸および他の回転軸の詳細については後述する。
　方位角支持部１０２は、基礎支持部１０１に、移動体５００の基準面に垂直な回転軸であるＡＺ軸を中心として回転可能に設置される。方位角支持部１０２は、基礎支持部１０１に載る平板状の部分と斜め上方に延びる軸（ＸＥＬ軸）とを有する。方位角支持部１０２には、補助支持部１０３をＸＥＬ軸（補助軸）中心として回転させる補助軸駆動装置１０２Ａが設けられている。
　補助支持部１０３は、方位角支持部１０２の上端側に、ＸＥＬ軸を中心として回転可能に設置される。ＸＥＬ軸はＡＺ軸と交差する。補助支持部１０３には駆動範囲（回転が可能な角度範囲）が定められ、その範囲を超えては回転しない。補助支持部１０３は、水平な中央部と、中央部の両側に中央部に対して屈曲して斜め上方に延在する端部を有する。中央部がＸＥＬ軸の回りに回転可能に方位角支持部１０２に接続されている。補助支持部１０３の２つの端部のＥＬ軸方向の外側には、仰角支持部１０４が配置される。補助支持部１０３の２つの端部は、ＥＬ軸を介して仰角支持部１０４を回転可能に支持する。補助支持部１０３には、ＥＬ軸（仰角軸）を中心として仰角支持部１０４を回転させる仰角駆動装置１０３Ａが設けられている。
　仰角支持部１０４は、ＥＬ軸を中心として回転可能に補助支持部１０３に設置される。ＸＥＬ軸がゼロ度を取る場合に、ＥＬ軸は移動体５００の基準面に平行でありＡＺ軸と直交する。ＥＬ軸は、ＡＺ軸と交差し、ＸＥＬ軸に垂直な回転軸である。ＡＺ軸、ＸＥＬ軸およびＥＬ軸は、１点で交差する。
　偏波角変更部１０７Ａは、ＰＯＬ軸（偏波角軸）を中心として輻射器１０７を回転させる。また、輻射器１０７だけでなくパラボラアンテナ１０８全体をＰＯＬ軸の回りに回転させる場合もある。ＰＯＬ軸は、主反射鏡１０６の裏面側にその駆動部が設けられ、ＥＬ軸に垂直かつ主反射鏡１０５の光軸と一致した回転軸である。
　図５は、実施の形態に係るアンテナ装置の指向方向を変更するための基礎支持部１０１、方位角支持部１０２、補助支持部１０３、仰角支持部１０４および主反射鏡１０５の関係を説明する模式図である。図５では、それぞれの支持部は回転軸と軸受とによって模式的に示されている。図５に示すように、方位角支持部１０２は基礎支持部１０１にＡＺ軸を中心として回転可能に支持される。補助支持部１０３は方位角支持部１０２にＸＥＬ軸を中心として回転可能に支持される。仰角支持部１０４は補助支持部１０３にＥＬ軸を中心として回転可能に支持される。主反射鏡１０５は仰角支持部１０４に支持される。なお、アンテナ装置によっては、補助支持部が仰角支持部に支持され、偏波角変更部が補助支持部に支持される場合もある。
　図３および図４に戻り、パラボラアンテナ１０８の構造を説明する。主反射鏡１０５は、例えば放物面状の反射面を有し、輻射器１０７が発信し、副反射鏡１０６で反射された電磁波または通信相手局２０もしくは中継局３０から発信されて入射する電磁波を反射する。主反射鏡１０５は、仰角支持部１０４に支持される。
　輻射器１０７は、主反射鏡１０５の光軸がＰＯＬ軸と一致するように、ＰＯＬ軸を中心として回転可能に設置される。輻射器１０７はホーンアンテナであるが、これに限られない。主反射鏡１０５と副反射鏡１０６と輻射器１０７とがアンテナであるパラボラアンテナ１０８を構成する。パラボラアンテナ１０８は、通信対象への電磁波を送信し、通信対象からの電磁波を受信する。なお、主反射鏡１０５の焦点の位置に輻射器を設ける構成のアンテナを使用してもよい。
　基礎支持部１０１と、方位角支持部１０２と、補助支持部１０３と、仰角支持部１０４とは、支持対象であるパラボラアンテナ１０８を支持する。
　アンテナ装置１００が駆動する際の回転軸について、より詳細に説明する。図６は、アンテナ装置１００の指向方向を変更する際の回転軸の関係を説明する模式図である。図６において太線矢印の方向は、パラボラアンテナ１０８が指向している方向である。
　図６に示すように、ＡＺ軸は、パラボラアンテナ１０８を方位角が変化する方向に駆動する駆動軸である。ＡＺ軸は方位角軸とも呼ぶ。
　ＥＬ軸は、パラボラアンテナ１０８を仰角が変化する方向に駆動する駆動軸である。ＥＬ軸は、ＸＥＬ軸がゼロ度である場合にＡＺ軸に垂直である。ＥＬ軸は仰角軸とも呼ぶ。
　ＰＯＬ軸は、送信する電磁波の偏波の方向である偏波角を回転させるために駆動する駆動軸である。パラボラアンテナ１０８では、輻射器１０７を回転させることで、ＰＯＬ軸を回転させる。ＰＯＬ軸はＥＬ軸に垂直であり、パラボラアンテナ１０８の指向方向に一致する。ＰＯＬ軸を中心として輻射器１０７が駆動されることで、送信する電磁波の偏波方向が制御される。ＰＯＬ軸は偏波角軸とも呼ぶ。
　ＸＥＬ軸は、ＡＺ軸およびＥＬ軸の駆動を補助する補助駆動軸である。ＸＥＬ軸は、ＥＬ軸に垂直である。ＸＥＬ軸は補助軸とも呼ぶ。ＸＥＬ軸を中心とする回転の決められた回転可能な角度範囲を、補助軸回転範囲と呼ぶ。ＥＬ軸を中心とする回転の決められた回転可能な角度範囲を、仰角回転範囲と呼ぶ。補助軸回転範囲は、仰角回転範囲よりも小さい。
　ＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸の角度は、それぞれ固有の原点を有する。原点は一般にその構造に応じて定められる。回転軸の回転可能角度が３６０°未満である場合は、正負の方向の回転可能角度がそれぞれ等しくなるような点が原点であることが望ましい。ここでは、各軸の回転可能な角度範囲は、以下であるとする。ＡＺ軸は全方位方向を向くことができ、回転角度範囲に制限は存在しない。ＥＬ軸は、０度から１８０度の範囲で変化可能である。ＸＥＬ軸は、例えば＋２０度から－２０度の範囲で変化可能である。ＰＯＬ軸は３６０度のどの角度も取ることができ、回転角度範囲に制限は存在しない。
　図２に戻り、移動局１０の構成を説明する。位置取得部２００は、少なくとも二つのＧＰＳ（Global Positioning System）端末２０１Ａ，２０１Ｂを含む。ＧＰＳ端末２０１Ａ，２０１Ｂを合わせてＧＰＳ端末２０１という。位置取得部２００は、ＧＰＳ端末２０１が取得した位置から移動体５００の位置を算出する。また、ＧＰＳ端末２０１Ａ，２０１Ｂの位置の相対関係から、移動体５００の先頭（機首）が向く方位である機首方位を算出する。位置取得部２００は、算出した移動体５００の位置および機首方位をアンテナ制御装置４００に提供する。位置取得部２００は、移動体５００に設置される。
　動揺取得部３００は３軸のジャイロスコープ３０１を含み、ジャイロスコープ３０１が測定したピッチ、ヨー、ロールの３軸の回転角および角速度に基づいて移動体５００の３軸の傾きを動揺推定値として算出する。動揺取得部３００は、算出したピッチ、ヨー、ロールの３軸の回りの回転角の推定値をアンテナ制御装置４００に提供する。動揺取得部３００は、移動体５００に設置される。動揺取得部３００は、アンテナ装置１００に含まれていても良い。なお、角速度を考慮して移動体５００の３軸の傾きを推定しない場合もある。
　アンテナ制御装置４００は、アンテナ駆動装置８００を協調制御して通信対象の通信相手局２０または中継局３０を捕捉させ、追尾させる。アンテナ制御装置４００は、アンテナ駆動装置８００を制御するパラメータを算出してアンテナ駆動装置８００を制御する制御部４０１と、データおよびプログラムを記憶する記憶部４０２と、ユーザから入力を受け付け、ユーザへ情報を提示するインタフェース４０３と、を備える。アンテナ制御装置４００は、移動体５００に設置される。
　制御部４０１は処理装置である。制御部４０１は、指向指令方向算出部４０１Ａ、駆動指令値算出部４０１Ｂおよび原点設定部４０１Ｃを有する。指向指令方向算出部４０１Ａは、パラボラアンテナ１０８を指向させる方向である指向指令方向を算出する。駆動指令値算出部４０１Ｂは、パラボラアンテナ１０８が指向指令方向へ向くよう方位角支持部１０２と補助支持部１０３と仰角支持部１０４と偏波角変更部１０７Ａとを駆動する量を指示する駆動指令値を算出する。アンテナ駆動装置８００は、駆動指令値に基づいて方位角支持部１０２と補助支持部１０３と仰角支持部１０４と偏波角変更部１０７Ａとを制御して駆動する。制御部４０１は中央処理装置（ＣＰＵ）を含むが、これに限られない。アンテナ制御装置４００は、方位角支持部１０２と補助支持部１０３と仰角支持部１０４と偏波角変更部１０７Ａとを駆動する制御装置である。
　指向指令方向算出部４０１Ａは、位置取得部２００が取得した移動体５００の位置と、通信対象の通信相手局２０または中継局３０の外部から取得する位置とを基に、パラボラアンテナ１０８を通信対象が存在する向きに指向させる方向である指向指令方向を算出する。
　原点設定部４０１Ｃは、通信対象を初期捕捉する際に、ＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸のそれぞれで原点方向を置き換える。初期捕捉は、通信対象との通信を開始する前、および通信対象を追尾できなくなった時に実施する。具体的には、制御部４０１は、初期捕捉時にパラボラアンテナ１０８が通信対象へ向くＡＺ軸、ＥＬ軸およびＰＯＬ軸の角度を、ＡＺ軸、ＥＬ軸およびＰＯＬ軸の原点としてそれぞれ設定し直す。即ち、ＡＺ軸、ＥＬ軸およびＰＯＬ軸のアンテナ装置に固有な座標系の原点を、初期捕捉時にパラボラアンテナ１０８が指向指令方向を向くＡＺ軸、ＥＬ軸およびＰＯＬ軸の角度で置き換える。なお、ＸＥＬ軸は、初期捕捉時の指向指令方向ではゼロ度なので、ＸＥＬ軸では原点を変更しない。ＸＥＬ軸は、可動範囲（補助軸回転範囲）の中央がゼロ度であるとする。なお、差が許容できる程度以下であれば、ＡＺ軸、ＥＬ軸およびＰＯＬ軸の原点と通信対象へ向くＡＺ軸、ＥＬ軸およびＰＯＬ軸の角度との差があってもよい。また、ゼロ度との差が十分に小さい値であれば、ＸＥＬ軸の原点はゼロ度でなくてもよい。
　駆動指令値算出部４０１Ｂは、初期捕捉時に算出した指向指令方向と、位置取得部２００が取得した移動体５００の機首方位と、動揺取得部３００が取得した移動体５００の傾きと、方位角支持部１０２、補助支持部１０３、仰角支持部１０４および輻射器１０７の角度とを基に、パラボラアンテナ１０８が指向指令方向を向くように方位角支持部１０２と補助支持部１０３と仰角支持部１０４と輻射器１０７とを駆動する量を指示する駆動指令値を算出する。
　制御部４０１は、算出した駆動指令値に基づいて方位角支持部１０２と仰角支持部１０４と輻射器１０７とを駆動し、パラボラアンテナ１０８を通信対象の向きへ指向させる。
　記憶部４０２は、通信対象の通信対象の通信相手局２０または中継局３０の位置情報、制御部４０１が駆動指令値を算出するプログラムおよび方位角支持部１０２と補助支持部１０３と仰角支持部１０４と輻射器１０７とを駆動する駆動指令値を算出するプログラムを記憶する。記憶部４０２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含むが、これに限られない。
　インタフェース４０３は、ユーザからの入力を受け付け、ユーザへ情報を提示する。ユーザからの入力には、例えば、通信対象の指定、ユーザから制御処理の開始および終了の指示、および送信する信号の指示が含まれる。インタフェース４０３は、受け付けた指示を制御部４０１に提供し、制御部４０１から取得した情報をユーザに提示する。インタフェース４０３は、ユーザからの入力を受け付けるボタン、キー、タッチパッド、ユーザへの情報の提示する液晶ディスプレイ、スピーカ、および出力と入力を兼ねるタッチパネルなどの１個または複数個を含むが、これに限られない。
　移動体５００は、アンテナ装置１００、位置取得部２００および動揺取得部３００が設置される例えば自動車である。
　図１に戻り、移動体通信システム１の構成を説明する。通信相手局２０は、移動局１０と直接通信する、または中継局３０を介して移動局１０と通信する地上通信局である。
　中継局３０は、移動局１０と通信相手局２０との通信を中継する例えば通信衛星である。
　図７は、アンテナ制御装置４００が実行する制御処理のフローチャートである。アンテナ制御装置４００がアンテナ駆動装置８００を制御して通信対象を初期捕捉する捕捉処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。ここでは、移動局１０は中継局３０を介して通信相手局２０と通信を行っているものとする。中継局３０は、例えば通信衛星である。即ち、アンテナ制御装置４００はアンテナ駆動装置８００を制御してパラボラアンテナ１０８に中継局３０を捕捉させる。
　制御処理が開始されると、アンテナ制御装置４００は、位置取得部２００が算出した移動体５００の位置および機首方位を取得する（ステップＳ１０１）。
　移動体５００の位置および機首方位を取得すると、アンテナ制御装置４００は、動揺取得部３００が算出した移動体５００の傾きを取得する（ステップＳ１０２）。
　移動体５００の傾きを取得すると、アンテナ制御装置４００は、取得した移動体５００の位置と通信対象の中継局３０の位置とを基に、指向指令方向を算出する（ステップＳ１０３）。
　指向指令方向を算出すると、初期捕捉時かどうかをチェックする（ステップＳ１０４）。初期捕捉時である場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、アンテナ制御装置４００は、原点方向を置き換える（ステップＳ１０５）。
　原点方向を置き換えた後、または初期捕捉時でない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）は、アンテナ制御装置４００は、算出した指向指令方向と、取得した移動体５００の機首方位および傾きと、方位角支持部１０２、補助支持部１０３、仰角支持部１０４および輻射器１０７の角度とを基に、方位角支持部１０２、補助支持部１０３、仰角支持部１０４および輻射器１０７を駆動する駆動指令値を算出する（ステップＳ１０６）。
　駆動指令値を算出すると、アンテナ駆動装置８００は、算出した駆動指令値に基づいて方位角支持部１０２と補助支持部１０３と仰角支持部１０４と輻射器１０７とを駆動する（ステップＳ１０７）。
　駆動指令値に基づいて駆動する中で周期的に、アンテナ制御装置４００は、インタフェース４０３が制御終了の指示を受け付けたかどうかチェックする（ステップＳ１０８）。受け付けた場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、制御処理を終了する。受け付けていない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。Ｓ１０１からＳ１０８の処理は、周期的に繰り返し実行される。
　以上の制御処理を実行することによって、本実施の形態に係るアンテナ装置は、初期捕捉処理において原点方向を置き換えることにより、補助軸であるＸＥＬ軸が初期捕捉時にゼロ度（可動範囲の中央）からずれることを防ぐことができる。
　図８は、アンテナ装置１００での情報の授受を示す図である。図８に示すように、位置取得部２００は移動体５００の位置および機首方位を算出し、アンテナ制御装置４００に提供する。動揺取得部３００は移動体５００のピッチ、ヨー、ロールの３軸の回りの回転角を動揺推定値として算出し、アンテナ制御装置４００に提供する。
　アンテナ制御装置４００は、移動体５００の位置および機首方位と通信対象の位置とを基にＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸を駆動する量を指示する駆動指令値を算出し、アンテナ駆動装置８００に提供する。アンテナ駆動装置８００は、受領した駆動指令値に基づき、ＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸を駆動する。
　図９は、アンテナ装置１００が通信対象を初期捕捉および追尾するシーケンスを示す図である。図９では、動作を位置取得部２００と、動揺取得部３００と、アンテナ制御装置４００と、アンテナ駆動装置８００とに分けて説明する。
　まず、アンテナ装置１００（アンテナ制御装置４００およびアンテナ駆動装置８００を含む）と、位置取得部２００と、動揺取得部３００とを含むシステムが起動される（ステップＳ２０１）。
　システムが起動されると、位置取得部２００は移動体５００の位置および機首方位を算出し（ステップＳ２０２）、算出した移動体５００の位置および機首方位をアンテナ制御装置４００に提供する（ステップＳ２０３）。
　ステップＳ２０２，Ｓ２０３と並行して、動揺取得部３００は移動体５００のピッチ、ヨー、ロールの３軸の回りの回転角を動揺推定値として算出し（ステップＳ２０４）、アンテナ制御装置４００に提供する（ステップＳ２０５）。
　移動体５００の位置および機首方位並びに動揺推定値が提供されると、アンテナ制御装置４００は、提供された移動体５００の位置および機首方位並びに動揺推定値を受領する（ステップＳ２０６）。
　移動体５００の位置および機首方位並びに動揺推定値を受領すると、アンテナ制御装置４００は、受領した移動体５００の位置および機首方位と、動揺推定値と、通信対象の位置とを基に、原点を置き換えて駆動指令値を生成し（ステップＳ２０７）、生成した駆動指令値をアンテナ駆動装置８００に通知する（ステップＳ２０８）。駆動指令値の生成については詳細に後述する。
　駆動指令値が通知されると、アンテナ駆動装置８００は、通知された駆動指令値を受領する（ステップＳ２０９）。
　駆動指令値を受領すると、アンテナ駆動装置８００は、受領した駆動指令値に基づいて駆動軸であるＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸を駆動し、通信対象を捕捉する（ステップＳ２１０）。通信対象を捕捉すると、続いてアンテナ駆動装置８００は通信対象を追尾する（ステップＳ２１１）。通信対象の追尾時は、ステップＳ２０２からステップＳ２１０までを、ステップＳ２０７での原点を置き換えないで、決められた周期で繰り返す。
　図９の駆動指令値の生成（ステップＳ２０７）およびその周辺の動作について、図１０および図１１を参照して説明する。図１０は従来の駆動指令値の生成手法を示す図であり、図１１は本実施の形態における駆動指令値の生成手法を示す図である。図１０および図１１のボックス上に示されているのは移動局１０の構成要素であり、ボックス内に示されているのはその構成要素が保有する情報または実行する動作である。なお、理解を容易にするため、従来の手法についても本実施の形態の構成要素を用いて説明する。
　まず、従来の手法について説明する。図１０に示すように、アンテナ制御装置４００は、保有する通信対象の位置と、位置取得部２００が算出した移動体５００の位置および機首方位とを基に指向指令方向を算出する。
　指向指令方向を算出すると、アンテナ制御装置４００は、パラボラアンテナ１０８を指向指令方向へ向けるＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸の角度であるアンテナ指向角度を算出する。さらに、アンテナ指向角度を実現するＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸の駆動指令値を算出し、アンテナ駆動装置８００に提供する。このとき、アンテナ原点方向は装置固有の原点方向である。
　駆動指令値が提供されると、アンテナ駆動装置８００は、受領した駆動指令値に基づいてＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸を駆動し、通信対象を捕捉する。
　一方、本実施の形態では、図１１に示すように、アンテナ装置４００はアンテナ原点方向を初期捕捉時の指向指令方向に置き換えてから、パラボラアンテナ１０８を指向指令方向へ向けるＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸の角度であるアンテナ指向角度を算出する。さらに、アンテナ指向角度を実現するＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸の駆動指令値を算出し、アンテナ駆動装置８００に提供する。このようにアンテナ原点方向の置き換えを行ってからアンテナ指向角度および駆動指令値を算出することで、初期捕捉時にＸＥＬ軸がゼロ度からずれることがなくなり、ＸＥＬ軸の角度が適正化される。
　以上の手法によって、本実施の形態に係るアンテナ装置は、初期捕捉時に原点方向を置き換えることにより、補助軸であるＸＥＬ軸が初期捕捉時にゼロ度からずれることを防ぐことができる。
　従来の手法でＸＥＬ軸の角度が最適値（ゼロ度）にならない理由を説明する。アンテナ装置１００の支持構造が、ＡＺ軸、ＸＥＬ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸の順に支持する場合であるＡＺ－ＸＥＬ－ＥＬ－ＰＯＬの軸構成の場合に、アンテナを(φAZ,φEL,φPOL,φXEL)に向ける場合の、方向変換行列Ｔは、以下のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　アンテナ装置１００の支持構造が、ＡＺ軸、ＥＬ軸、ＸＥＬ軸、ＰＯＬ軸の順に支持する場合であるＡＺ－ＥＬ－ＸＥＬ－ＰＯＬの軸構成の場合に、アンテナを(φAZ,φEL,φPOL,φXEL)に向ける場合の、方向変換行列Ｔは、以下のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ＡＺ－ＥＬ－ＰＯＬの軸構成の場合に、アンテナを(φAZ,φEL,φPOL)に向ける場合の、方向変換行列Ｔは、以下のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　詳細は省略するが、ＡＺ－ＸＥＬ－ＥＬ－ＰＯＬの軸構成の場合に、(φAZ0,φEL0,φPOL0)の方向にアンテナを向けるため各軸の角度φAZ,φEL,φPOL,φXEL)の間には、以下の関係が成立する。
　　sinφEL＝sinφEL0/cosφXEL　　　　　　(1)
　　φAZ＝φAZ0－α　　　　　　　　　　　 (2)
　　φPOL＝φPOL0－β　　　　　　　　　　 (3)
　ここで、α、βは、以下を満足する。
　　sinα＝tanφXEL*tanφEL0　　　　　　　(4)
　　sinβ＝sinφXEL/cosφEL0　　　　　　　(5)
　従来の方法では、アンテナを(φAZ0,φEL0,φPOL0)に向け、かつ以下の目的関数ｆが最小になるように各軸の角度（φAZ,φEL,φPOL,φXEL)を決めていた。なお、アンテナ装置の座標系の原点の方向を変える前のアンテナの方向を(0,0,0,0)とする。目的関数ｆは、ＡＺ軸、ＸＥＬ軸、ＥＬ軸およびＰＯＬ軸の原点からの変化量の二乗和が最小になる場合である。二乗和でなくても、ＡＺ軸、ＸＥＬ軸、ＥＬ軸およびＰＯＬ軸の原点からの変化量の絶対値の和など、原点からの変化量の和を最小にできるものであれば、目的関数ｆはどのようなものでもよい。なお、二乗和を使用する方が解析は容易になる。
　　ｆ＝(φAZ)２＋(φXEL)２＋(φEL)２＋(φPOL)２　　　　　　　　(6)
　式(6)を、各軸を単位角だけ変更する場合のコストに相当する重み付け係数を乗算した重み付け二乗和を求める式としてもよい。
　ここで、sinφXEL≒φXEL、cosφXEL≒１として、式(6)を最小とするような角度（φAZ,φEL,φPOL,φXEL)について考察する。
　式(1),(2),(3)は、それぞれ以下のようになる。
　　φEL≒φEL0　　　　　　　　　　　(1A)
　　φAZ≒φAZ0－φXEL*tanφEL0　　　(2A)
　　φPOL≒φPOL0－φXEL/cosφEL0　　(3A)
　式(1A),(2A),(3A)を式(6)に代入すると、以下のようになる。
　　ｆ≒(φAZ0－φXEL*tanφEL0)２＋φXEL２＋φEL0２＋(φPOL0－φXEL/cosφEL0)２
　　　＝(２+sin２φEL0)*(φXEL/cosφEL0)２
　　　　－２(φAZ0*sinφEL0＋φPOL0)*(φXEL/cosφEL0)
　　　　＋φAZ0２＋φPOL0２
　　　＝(２+sin２φEL0)
　　　　　*(φXEL/cosφEL0－(φAZ0*sinφEL0＋φPOL0)/(２+sin２φEL0))２
　　　　＋φAZ0２＋φPOL0２－(φAZ0*sinφEL0＋φPOL0)２/(２+sin２φEL0)　(6A)
　式(6A)は、以下を満足するφXELで最小値をとることを意味する。
　　φXEL＝(φAZ0*sinφEL0＋φPOL0)*cosφEL0/(２+sin２φEL0)　　　　(7)
　式(7)は、φAZ0＋φPOL0/sinφEL0がゼロでない場合に、φXELがゼロにならないことを意味する。
　例えば、(φAZ0,φEL0,φPOL0)＝(175度, 42.7度, -75度)に向ける場合には、（φAZ,φEL,φPOL,φXEL)＝(170度, 43.4度, -50.7度, 21.7度)になる。これは、式(6)で目的関数ｆを計算することでも確認できる。
　（φAZ,φEL,φPOL,φXEL)＝(170度, 43.4度, -50.7度, 21.7度)の場合の目的関数ｆの値をｆ１とする。（φAZ,φEL,φPOL,φXEL)＝(175度, 42.7度, -75度, 0度)の場合の目的関数ｆの値をｆ２とする。ｆ１とｆ２は、以下の値である。
　　ｆ１＝３３８２４．９４
　　ｆ２＝３８０７３．２９
　ｆ２＞ｆ１であり、φXEL＝０の場合に、目的関数ｆが最小値にならないことが分る。
　本実施の形態の利点について、図を参照して説明する。図１２は、捕捉前のアンテナ装置１００のＡＺ軸の向きと通信対象である中継局３０が存在する向きとを示す図である。図１３は、捕捉後のアンテナ装置１００のＡＺ軸の向きと通信対象である中継局３０が存在する向きとを示す図である。アンテナ装置１００は、図１２に示す状態から捕捉処理を実施し、図１３に示すアンテナ装置１００が中継局３０を捕捉した状態になる。
　図１２に示すように、点線の矢印で表す初期捕捉時の通信対象が存在する向きと実線の矢印で表すＡＺ軸の装置固有の原点方向とは一般に一致しない。この状態で従来の協調制御によって駆動指令値を算出して制御する場合は、ＸＥＬ軸が原点（ゼロ度）からずれた状態で通信対象の初期捕捉が完了することがある。ＸＥＬ軸が原点からずれた状態でその後の通信対象を追尾する場合は、初期位置が原点からずれていることの影響によりＸＥＬ軸が駆動範囲の限界（上限または下限）に達し、それ以上はＡＺ軸およびＥＬ軸を補助することができずに通信対象を追尾できなくなってしまう場合がある。特に、ＸＥＬ軸はＡＺ軸およびＥＬ軸を補助するための駆動軸であることから駆動範囲が小さく設計されることがあり、ＸＥＬ軸の初期位置が原点からずれている場合は駆動範囲がすぐに限界に達してしまう。
　本実施の形態の捕捉処理を行って、初期捕捉時に原点方向の置き換えを行ってから駆動指令値を算出して制御する場合は、ＸＥＬ軸の初期角度がゼロ度で通信対象の捕捉が完了する。初期捕捉時にＸＥＬ軸が原点（ゼロ度）からずれていない状態でその後の通信対象を追尾することで、ＸＥＬ軸の駆動範囲を十分に活用することができ、通信対象を追尾できなくなることを防ぐことができる。さらに、ＸＥＬ軸が初期捕捉時に可動範囲の中央であるゼロ度であることにより、追尾のための演算処理を効率化することができ、通信対象に追従する動作にかかる時間および駆動量を削減し、動作に要するエネルギーを削減し、装置の寿命を延ばすことができる。
　原点方向を置き換えない場合でも、最初の捕捉時のＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸およびＸＥＬ軸の角度は本実施の形態で原点方向を置き換える場合と同じ値に設定できる。そのためには、初期状態から最初に通信対象を捕捉するときにＸＥＬ軸がゼロになるように駆動指令値を算出すればよい。しかし、この場合、通信対象の追尾を開始する、即ち２回目以降に通信対象を補足する際に、協調制御によりＸＥＬ軸がアンテナ装置に固有な座標系での原点に近い値（ＸＥＬ軸の可動範囲の境界値に近い値）で算出されてしまう。その後の追尾においてＸＥＬ軸が可動範囲の境界値を取り続け、ＸＥＬ軸が協調制御で算出される角度を取れなくなる。そのため、ＸＥＬ軸が可動範囲の境界値になった後は、通信対象を追尾できなくなる場合が発生する。本実施の形態では２回目以降に通信対象を捕捉する際に、ＸＥＬ軸は可動範囲の中央に設定された原点を基準として変更され、その後の追尾で可動範囲の境界の値をとらないようにできる。また、最初と２回目以降との通信対象の捕捉において、駆動指令値を算出する計算ロジックを切り換える必要もない。
　本発明の実施の形態は上述のものに限られず、変形が可能である。例えば、移動体５００は自動車であるとしたが、これに限られない。列車、船舶、固定翼機、回転翼機などを含む他の種類の移動体であっても良い。また、移動体を追尾するアンテナ装置に本発明を適用してもよい。
　また、アンテナ装置１００はＡＺ軸、ＥＬ軸、ＰＯＬ軸、ＸＥＬ軸を持つとしたが、これに限られない。ＰＯＬ軸を持たない３軸の構成であっても良い。また、ＸＥＬ軸および別の補助軸を持つ５軸以上の構成であっても良い。
　また、基礎支持部１０１は方位角支持部１０２を回転させる駆動装置を含むとしたが、これに限られない。方位角支持部１０２が自身を回転させる駆動装置を含んでも良い。方位角支持部１０２、補助支持部１０３、仰角支持部１０４についても同様である。
　この他にも、各支持部と回転軸とは任意の組み合わせが可能である。どのような組み合わせであったとしても、基礎支持部１０１と、方位角支持部１０２と、補助支持部１０３と、仰角支持部１０４とは、支持対象であるパラボラアンテナ１０８を支持する。
　また、アンテナ装置１００は、主反射鏡１０５と副反射鏡１０６と輻射器１０７とから構成されるパラボラアンテナ１０８を備えるとしたが、これに限られない。副反射鏡を備えないアンテナであっても良く、反射鏡を備えないアレイアンテナや平面アンテナなど他の種類のアンテナであっても良い。
　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
　本出願は、２０１７年２月１７日に出願された、日本国特許出願特願２０１７－０２８０３４号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１７－０２８０３４号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
　本発明は、アンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法に利用することができる。
　１…移動体通信システム、１０…移動局、２０…通信相手局、３０…中継局、１００…アンテナ装置、１０１…基礎支持部、１０１Ａ…方位角駆動装置、１０２…方位角支持部、１０２Ａ…補助軸駆動装置、１０３…補助支持部、１０３Ａ…仰角駆動装置、１０４…仰角支持部、１０５…主反射鏡、１０６…副反射鏡、１０７…輻射器、１０７Ａ…偏波角変更部、１０８…パラボラアンテナ、２００…位置取得部、２０１，２０１Ａ，２０１Ｂ…ＧＰＳ端末、３００…動揺取得部、３０１…ジャイロスコープ、４００…アンテナ制御装置（制御装置）、４０１…制御部、４０１Ａ…指向指令方向算出部、４０１Ｂ…駆動指令値算出部、４０１Ｃ…原点設定部、４０２…記憶部、４０３…インタフェース、５００…移動体、６００…通信装置、７００…アンテナ架台、８００…アンテナ駆動装置。

Claims (6)

  1. 　通信対象への電磁波を送信し、前記通信対象からの電磁波を受信するアンテナと、
    　方位角軸を中心として回転可能に前記アンテナを支持する方位角支持部と、
    　決められた仰角軸回転範囲で仰角軸を中心として回転可能に前記アンテナを支持する仰角支持部と、
    　前記仰角軸回転範囲よりも小さく決められた補助軸回転範囲で前記仰角軸に垂直な補助軸を中心として回転可能に前記アンテナを支持する補助支持部と、
    　前記通信対象が存在する方向に前記アンテナを指向させる方向である指向指令方向を算出する指向指令方向算出部と、前記通信対象を初期捕捉する際に、前記補助軸の原点を前記補助軸回転範囲の中央とし、前記方位角軸および前記仰角軸の前記原点を初期捕捉時の前記指向指令方向へ前記アンテナが向く前記方位角軸および前記仰角軸の角度に設定する原点設定部と、前記アンテナが前記指向指令方向へ向き、かつ前記方位角軸、前記仰角軸および前記補助軸のそれぞれの原点からの変化量の和が最小になるように、前記方位角支持部と前記仰角支持部と前記補助支持部とを駆動する量を指示する駆動指令値を算出する駆動指令値算出部とを有する制御装置とを備えた、
    　アンテナ装置。
  2. 　前記方位角支持部の一端部が接続され、移動体に設置される基礎支持部をさらに備える、
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記仰角軸および前記補助軸に垂直な偏波角軸の回りに、前記アンテナが有する輻射器または前記アンテナを回転させる偏波角変更部をさらに備える、
    　請求項１または２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記原点設定部は、前記通信対象を初期捕捉する際に、初期捕捉時の前記指向指令方向へ前記アンテナが向く前記偏波角軸の角度を前記偏波角軸の原点として設定し、
    　前記駆動指令値算出部は、前記方位角軸、前記仰角軸、前記補助軸および前記偏波角軸のそれぞれの原点からの変化量の和が最小になるように、前記方位角支持部と前記仰角支持部と前記補助支持部と前記輻射器とを駆動する量を指示する駆動指令値を算出する、
    　請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 　通信対象への電磁波を送信し、前記通信対象からの電磁波を受信するアンテナと、方位角軸を中心として回転可能に前記アンテナを支持する方位角支持部と、決められた仰角軸回転範囲で仰角軸を中心として回転可能に前記アンテナを支持する仰角支持部と、前記仰角軸回転範囲よりも小さく決められた補助軸回転範囲で前記仰角軸に垂直な補助軸を中心として回転可能に前記アンテナを支持する補助支持部と、を備えるアンテナ装置を制御するアンテナ制御装置であって、
    　前記通信対象が存在する方向に前記アンテナを指向させる方向である指向指令方向を算出する指向指令方向算出部と、
    　前記通信対象を初期捕捉する際に、前記補助軸の原点を前記補助軸回転範囲の中央とし、前記方位角軸および前記仰角軸の前記原点を初期捕捉時の前記指向指令方向へ前記アンテナが向く前記方位角軸および前記仰角軸の角度に設定する原点設定部と、
    　前記アンテナが前記指向指令方向へ向き、かつ前記方位角軸、前記仰角軸および前記補助軸のそれぞれの原点からの変化量の和が最小になるように、前記方位角支持部と前記仰角支持部と前記補助支持部とを駆動する量を指示する駆動指令値を算出する駆動指令値算出部とを備えたアンテナ制御装置。
  6. 　通信対象への電磁波を送信し、前記通信対象からの電磁波を受信するアンテナと、方位角軸を中心として回転可能に前記アンテナを支持する方位角支持部と、決められた仰角軸回転範囲で仰角軸を中心として回転可能に前記アンテナを支持する仰角支持部と、前記仰角軸回転範囲よりも小さく決められた補助軸回転範囲で前記仰角軸に垂直な補助軸を中心として回転可能に前記アンテナを支持する補助支持部と、を備えるアンテナ装置を制御する制御方法であって、
    　前記通信対象が存在する方向に前記アンテナを指向させる方向である指向指令方向を算出し、
    　前記通信対象を初期捕捉する際に、前記補助軸の原点を前記補助軸回転範囲の中央とし、前記アンテナが前記指向指令方向へ向く前記方位角軸および前記仰角軸の角度を前記方位角軸および前記仰角軸の原点として設定し、
    　前記アンテナが前記指向指令方向へ向き、かつ前記方位角軸、前記仰角軸および前記補助軸のそれぞれの原点からの変化量の和が最小になるように、前記方位角支持部と前記仰角支持部と前記補助支持部とを駆動する量を指示する駆動指令値を算出し、
    　前記駆動指令値に従って前記方位角支持部と前記仰角支持部と前記補助支持部とを制御する、
    　アンテナ装置の制御方法。
PCT/JP2018/005474 2017-02-17 2018-02-16 アンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法 WO2018151250A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018568625A JP6618643B2 (ja) 2017-02-17 2018-02-16 アンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法
SG11201906993RA SG11201906993RA (en) 2017-02-17 2018-02-16 Antenna device, antenna control device, and method for controlling antenna device
US16/484,360 US20200168989A1 (en) 2017-02-17 2018-02-16 Antenna device, antenna control device, and method for controlling antenna device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-028034 2017-02-17
JP2017028034 2017-02-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018151250A1 true WO2018151250A1 (ja) 2018-08-23

Family

ID=63169509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/005474 WO2018151250A1 (ja) 2017-02-17 2018-02-16 アンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200168989A1 (ja)
JP (1) JP6618643B2 (ja)
SG (1) SG11201906993RA (ja)
WO (1) WO2018151250A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111742444A (zh) * 2018-03-08 2020-10-02 维尔塞特公司 具有偏心倾斜定位机构的天线定位器
KR102195422B1 (ko) * 2019-09-02 2020-12-28 (주)인텔리안테크놀로지스 안테나 제어 방법 및 장치
KR102195419B1 (ko) * 2019-09-18 2020-12-28 (주)인텔리안테크놀로지스 통신 시스템

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63129702A (ja) * 1986-11-19 1988-06-02 Nec Corp ３軸アンテナ制御方法
JPH07202541A (ja) * 1993-12-28 1995-08-04 Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> ３軸制御空中線装置
JP2002094316A (ja) * 2000-09-19 2002-03-29 Sharp Corp 追尾アンテナ装置
JP2003037424A (ja) 2001-07-23 2003-02-07 Mitsubishi Electric Corp 衛星追尾用アンテナ制御装置
JP3393025B2 (ja) * 1996-12-12 2003-04-07 日本無線株式会社 指向性アンテナ用三軸制御装置
JP2003273631A (ja) * 2002-03-15 2003-09-26 Toshiba Corp 移動体搭載用アンテナの衛星捕捉制御装置
JP2010245726A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Japan Radio Co Ltd 指向性アンテナ装置
JP2012170004A (ja) * 2011-02-16 2012-09-06 National Institute Of Information & Communication Technology ３軸望遠鏡の駆動角度制御方法
JP2012253484A (ja) 2011-06-01 2012-12-20 Nec Corp 捕捉追尾制御装置
WO2014188752A1 (ja) * 2013-05-20 2014-11-27 三菱電機株式会社 ３軸制御空中線装置
JP2014241531A (ja) * 2013-06-12 2014-12-25 三菱電機株式会社 アンテナ制御装置、アンテナ制御方法およびプログラム
JP2017028034A (ja) 2015-07-17 2017-02-02 大日本印刷株式会社 Ｌｅｄ素子用のフレキシブル基板間の接続構造

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63129702A (ja) * 1986-11-19 1988-06-02 Nec Corp ３軸アンテナ制御方法
JPH07202541A (ja) * 1993-12-28 1995-08-04 Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> ３軸制御空中線装置
JP3393025B2 (ja) * 1996-12-12 2003-04-07 日本無線株式会社 指向性アンテナ用三軸制御装置
JP2002094316A (ja) * 2000-09-19 2002-03-29 Sharp Corp 追尾アンテナ装置
JP2003037424A (ja) 2001-07-23 2003-02-07 Mitsubishi Electric Corp 衛星追尾用アンテナ制御装置
JP2003273631A (ja) * 2002-03-15 2003-09-26 Toshiba Corp 移動体搭載用アンテナの衛星捕捉制御装置
JP2010245726A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Japan Radio Co Ltd 指向性アンテナ装置
JP2012170004A (ja) * 2011-02-16 2012-09-06 National Institute Of Information & Communication Technology ３軸望遠鏡の駆動角度制御方法
JP2012253484A (ja) 2011-06-01 2012-12-20 Nec Corp 捕捉追尾制御装置
WO2014188752A1 (ja) * 2013-05-20 2014-11-27 三菱電機株式会社 ３軸制御空中線装置
JP2014241531A (ja) * 2013-06-12 2014-12-25 三菱電機株式会社 アンテナ制御装置、アンテナ制御方法およびプログラム
JP2017028034A (ja) 2015-07-17 2017-02-02 大日本印刷株式会社 Ｌｅｄ素子用のフレキシブル基板間の接続構造

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NARUMI, NOBORU: "Three-Axis Turret for camera Tracking System", TOSHIBA REVIEW, vol. 59, no. 10, October 2004 (2004-10-01), pages 59 - 62, XP055537124 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6618643B2 (ja) 2019-12-11
JPWO2018151250A1 (ja) 2019-06-27
SG11201906993RA (en) 2019-09-27
US20200168989A1 (en) 2020-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6618643B2 (ja) アンテナ装置、アンテナ制御装置およびアンテナ装置の制御方法
US20180025651A1 (en) Systems and devices to control antenna azimuth orientation in an omni-directional unmanned aerial vehicle
KR101183482B1 (ko) 이동 타겟을 추적하기 위한 페이즈드 어레이 평면형 안테나및 추적방법
US7333064B1 (en) System and method for pointing and control of an antenna
KR102479537B1 (ko) 추적 받침대에 액티브 어레이를 갖는 안테나 시스템
JP5840333B1 (ja) アンテナ制御装置およびアンテナ装置
US9376221B1 (en) Methods and apparatus to point a payload at a target
CN111142099B (zh) 解决球面相控阵天线跟踪过顶盲捕目标的方法
WO2015122142A1 (ja) アンテナ装置及びアンテナ装置制御方法
JP3742303B2 (ja) レンズアンテナ装置
CN113296529A (zh) 用于低轨卫星的动中通相控阵天线及其控制方法
JP2018144632A (ja) 宇宙航行体、宇宙航行体用コントローラ、制御方法及びコンピュータプログラム
JP2008098853A (ja) 衛星放送・通信用レンズアンテナ装置
WO2016147242A1 (ja) アンテナ装置、通信装置および通信システム
JP2007235564A (ja) デュアルグリッドアンテナ装置及びアンテナ鏡軸調整方法
JP6361229B2 (ja) レーダ装置及びその制御方法
JP2005244611A (ja) アンテナマウント
JP2011094690A (ja) 制振装置
JPH11308604A (ja) ジンバル制御装置
CN214846391U (zh) 用于低轨卫星的动中通相控阵天线
JP6775234B2 (ja) 宇宙航行体
JPH05108159A (ja) 指向追尾装置
JP2006264434A (ja) 観測衛星
KR102195419B1 (ko) 통신 시스템
JP3122579U (ja) アンテナ追尾装置及びアンテナ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18754937

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018568625

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018754937

Country of ref document: EP

Effective date: 20190917