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発明の名称 移動体搭載アンテナの追尾制御方法及び追尾制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−88509
公開日 平成8年(1996)4月2日
出願番号 特願平6−223424
出願日 平成6年(1994)9月19日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】武 顕次郎 (外2名)
発明者 鴫原 亮 / 大滝 幸夫
要約 目的
移動体が高速旋回した場合でも、ビーム追従性に優れた移動体搭載アンテナの追尾制御方法とその装置を提供する。

構成
角速度検出手段11によって移動体の旋回角速度を検出し、旋回角速度が0でなければ、記憶手段16から旋回角速度に逆比例した待機時間を参照し、パルス信号発生手段13によって待機時間に応じた時間間隔で1パルスずつパルス信号を出力し、このパルス信号に応じてアンテナのビーム指向方向を回転制御する。また、パルス信号は待機時間の中間において出力する。この制御方法によってアンテナのビーム指向方向は、移動体の旋回が高速であっても、移動体の旋回角速度に追従して回転され、常に目標物の方向に1/2単位回転角度の範囲で指向される。
特許請求の範囲
【請求項1】 移動体の旋回角速度と旋回方向とを検出し、その旋回角速度が0でなければ移動体搭載アンテナのビーム指向方向を前記移動体の旋回方向とは逆の方向に所定の1単位回転角度だけ回転させ、前記旋回角速度に逆比例した待機時間が経過した後に、前記移動体の新たな旋回角速度と旋回方向とを検出することを繰り返して、前記移動体搭載アンテナのビーム指向方向を目標物に追尾制御させることを特徴とする移動体搭載アンテナの追尾制御方法。
【請求項2】 移動体の旋回角速度及び旋回方向に応じた旋回状態信号を発生する旋回状態検出手段と、前記旋回状態信号を入力して、前記旋回状態信号で表される旋回角速度が0でなければ1パルスのパルス信号を発生すると共に前記旋回角速度に逆比例した待機時間が経過した後に新たな前記旋回状態信号を入力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号が1パルス与えられる毎に前記旋回状態信号で表された旋回方向に応じて前記移動体の旋回方向とは逆の方向に移動体搭載アンテナのビーム指向方向を所定の1単位回転角度ずつ回転させるビーム指向方向回転手段とを備えたことを特徴とする移動体搭載アンテナの追尾制御装置。
【請求項3】 前記パルス信号発生手段は、各旋回角速度に応じた待機時間を記憶した記憶手段と、前記旋回状態信号で表される前記旋回角速度に応じた前記待機時間を前記記憶手段から読み出し、待機時間に比例した周期でパルス信号を発生する演算装置とを備えたことを特徴とする請求項2に記載の移動体搭載アンテナの追尾制御装置。
【請求項4】 前記待機時間は、前記移動体が前記旋回角速度で前記所定の1単位回転角度だけ旋回するに要する時間に略等しく、前記パルス信号は、前記待機時間を1周期とするデューティ比50%のパルス信号であり、前記ビーム指向方向回転手段は、前記待機時間の中間において前記パルス信号の状態がハイレベル及びローレベルの何れか一方から何れか他方に変わった時に、前記旋回角速度よりも十分に大きい回転角速度で、前記移動体搭載アンテナのビーム指向方向を所定の1単位回転角度だけ回転させる機能を備えたことを特徴とする請求項2乃至請求項3のいずれかに記載の移動体搭載アンテナの追尾制御装置。
【請求項5】 前記旋回状態検出手段は、前記旋回状態信号として移動体の旋回角速度及び旋回方向に応じた電圧を出力する角速度センサであることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の移動体搭載アンテナの追尾制御装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、移動体搭載アンテナの追尾制御方法及び追尾制御装置に係わり、特に、自動車等の移動体にアンテナと移動体の旋回状態を検出する旋回状態検出手段とを搭載し、移動体の旋回状態に応じてアンテナのビーム指向方向を目標物方向に追尾制御させる移動体搭載アンテナの追尾制御方法及び追尾制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】衛星を介して通信を行ったり、衛星放送を受信したりする場合に、品質良好な受信を行うためには、地上局側に設置するアンテナのビーム幅を狭くし、所定方向の利得を向上させる必要がある。ところで、自動車等の移動体にこのようなアンテナを搭載して、衛星放送を受信する場合には、移動体の走行状態や衛星電波の受信状態に応じてアンテナのビーム指向方向を仰角や方位角面内で走査し、ビーム指向方向が衛星の方向に合致するように制御しなければならない。
【0003】このような移動体搭載アンテナのビーム指向方向の制御方式には、移動体の走行状態を検出し、その検出情報を用いて移動体に対する衛星方向を算出することにより、移動体搭載アンテナのビーム指向方向を衛星方向に一致させるオープンループ制御方式が知られている。このオープンループ制御方式を用いると、移動体が衛星電波の遮断地域を走行中であっても、移動体搭載アンテナのビーム指向方向を衛星方向に一致させて置くことができるので、移動体が衛星電波の遮断地域を脱出し、衛星電波を受信可能な地域へ移動した際に、速やかに衛星通信や衛星放送を受信できる。
【0004】図4は、かかる既知のオープンループ制御方法を採用した移動体搭載アンテナの追尾制御装置の第1の例を示すブロック構成図であって、移動体搭載アンテナを機械的に回転させてそのビーム指向方向を衛星方向に一致させるように制御するものであり、移動体搭載アンテナとしてパラボラアンテナを用いた例である。
【0005】図4において、追尾制御装置40は、角速度センサ41と、アナログ/デジタル変換器(以下、A/D変換器という。)42と、演算装置43と、駆動回路44と、駆動機構45とからなっている。追尾制御装置40はアンテナ47に結合され、アンテナ47の出力は受信機49に接続されている。そして追尾制御装置40は、アンテナ47や受信機49とともに移動体(図示なし)に搭載されているものである。
【0006】この追尾制御装置40において、角速度センサ41は、仰角面または方位角面のいずれかにおける移動体の旋回角速度及び旋回方向を検出するように設置され、移動体の旋回角速度及び旋回方向に応じた電圧の旋回状態信号を出力する。この旋回状態信号は、例えば移動体が旋回していない場合には0ボルトの直流電圧であり、移動体が左に旋回している場合には正の直流電圧であり、また移動体が右に旋回している場合には負の直流電圧である。A/D変換器42は旋回状態信号をデジタル旋回状態信号に変換し、演算装置43に供給する。
【0007】演算装置43は、デジタル旋回状態信号を時間積分して旋回角度を算出し、その算出結果からパルス状のアンテナ回転指令信号とアンテナ回転方向指定信号とを発生して駆動回路44に供給する。駆動回路44は、1パルスのアンテナ回転指令信号と、アンテナ回転方向指定信号が入力されると、アンテナ回転指令信号の立ち上がり又は立ち下がりの何れかの変化に同期して、アンテナ回転方向指定信号によって極性が決定されたパルス状の励磁信号を次続の駆動機構45に出力する。駆動機構45は、例えば、ステッピングモータと減速ギア(いずれも図示なし)等からなるもので、ステッピングモータの回転出力が減速ギアを介してアンテナ47に機械的に結合されている。そしてステッピングモータが励磁信号で駆動されて正転または逆転方向に1単位回転角度だけ回転し、同時にアンテナ47も正転または逆転方向に1単位回転角度だけ回転する。当然のことながら、アンテナ47が1単位回転角度だけ回転する回転角速度は、移動体が1単位回転角度だけ旋回する旋回角速度よりも十分に大きく設定されている。受信機49は、アンテナ47で受信した受信信号に対して、周波数変換、増幅、検波復調等の信号処理をする。
【0008】図5は、図4に図示された既知の追尾制御装置40の演算装置43で実行されるビーム指向方向の追尾制御の工程を示す流れ図であり、この流れ図を併用して、演算装置43の動作を説明する。
【0009】ただし、以下の説明においては、角速度センサ41を移動体の方位角面における旋回状態を検出するように設置し、移動体搭載アンテナのビーム指向方向を方位角面内で制御するものとする。また、制御の開始時において、衛星方向は既知であり、アンテナのビーム指向方向は衛星方向に一致しているものとする。
【0010】また、移動体の旋回角速度及び旋回角度と、アンテナの回転角速度及び回転角度の極性を次のように定める。即ち、移動体の旋回角速度及び旋回角度は、移動体が左方向に旋回した時は正の値、右方向に旋回した時は負の値をとるものであり、アンテナの回転角速度及び回転角度についても同じである。
【0011】また、アンテナ回転指令信号とアンテナ回転方向指定信号はともにデジタル信号であり、アンテナ回転方向指定信号はハイレベルの時アンテナを左方向に回転させ、ローレベルの時アンテナを右方向に回転させるものとする。
【0012】さらに、駆動機構45の減速ギアの減速比は1:1とし、ステッピングモータの回転方向とアンテナ47の回転方向は同じものとする。例えばステッピングモータが左方向に1単位回転角度だけ回転すると、アンテナ47も左方向に同じ角度だけ回転する。
【0013】演算装置43は、以下に述べるように、A/D変換器42から供給されるデジタル旋回状態信号を用いてアンテナ回転指令信号とアンテナ回転方向指定信号を発生する。
【0014】始めに、工程S80において、メモリーSの値を0として初期化を行う。なお、メモリーSは衛星方向に対するアンテナ47の回転角を格納するものであって、この初期化はオープンループ制御の開始時に1回だけ行われる。
【0015】次に、工程S81において、デジタル旋回状態信号を取り込む。
【0016】続く、工程S82において、デジタル旋回状態信号で表される過去の複数の旋回角速度を元にして、時間積分して移動体の旋回角度φ0を算出する。
【0017】続く、工程S83において、算出した旋回角度φ0をメモリーSに加える。
【0018】続く、工程S84において、メモリーSの絶対値がアンテナ47の1単位回転角度Δφよりも大きいか否かを判断する。そしてメモリーSの絶対値がΔφ以上である(Y)と判断したときは次の工程S85に進み、一方、メモリーSの絶対値がΔφ以上ではない(N)と判断したときは、前の工程S81に戻る。
【0019】次に、工程S85において、メモリーSの値が正(+)か否かを判断する。そしてその値が正である(Y)と判断したときは一方の工程S86に進み、その値が正ではない(N)と判断したときは他方の工程S89に進む。
【0020】次いで、工程S86において、移動体の旋回方向(この場合は左方向)とは逆の右方向を示すローレベルの信号をアンテナ回転方向指定信号として次続の駆動回路64に出力する。
【0021】また、工程S87において、アンテナ回転指令信号1パルスを次続の駆動回路64に出力する。この結果、アンテナ47が右方向に1単位回転角度Δφだけ回転する。
【0022】そこで、工程S88において、メモリーSの値をΔφだけ減じて更新し、前の工程S84に戻る。
【0023】一方、工程S89において、移動体の旋回方向(この場合は右方向)とは逆の左方向を示すハイレベルの信号をアンテナ回転方向指定信号として次続の駆動回路44に出力する。
【0024】また、工程S90において、アンテナ回転指令信号1パルスを次続の駆動回路44に出力する。この結果、アンテナ47が左方向に1単位回転角度Δφだけ回転制御される。
【0025】そこで、工程S91において、メモリーSの値をΔφだけ加えて更新し、前の工程S84に戻る。
【0026】なお、工程S84から工程S88またはS91までの工程は、メモリーSの絶対値がΔφよりも小さくなるまで繰り返し実行される。但し移動体が比較的低速で旋回するような場合には、工程S81ないし工程S88またはS91を処理する時間は、移動体がアンテナの1単位回転角度Δφだけ旋回する時間に比べて短いので、工程S84においてメモリーSの絶対値が2Δφ以上になることは無く、工程S84から工程S88またはS91までの工程は連続して繰り返されることはない。
【0027】再び、図4に戻り、駆動回路44は、アンテナ回転方向指定信号とアンテナ回転指令信号1パルスを入力されると、これらの2信号に基づいた励磁信号を駆動機構45に出力する。これにより、駆動機構45のステッピングモータが励磁信号に基づいた回転方向に1単位回転角度Δφだけ回転し、減速ギアを介してその回転がアンテナ47に伝達されて、アンテナ47がステッピングモータと同じ回転方向に1単位回転角度Δφだけ回転する。この時、アンテナ47は移動体の旋回方向とは逆の方向に回転する。
【0028】即ち、移動体が例えば左方向に旋回角度φ0だけ旋回したとすれば、メモリーSの値は、φ0+αになる。ここで、αは前回に更新されたメモリーSの値であり、その絶対値はΔφよりも小さい。そしてφ0+αの値が1単位回転角度Δφよりも大きければ、演算装置43から右方向を示すローレベルのアンテナ回転方向指定信号と1パルスのアンテナ回転指令信号とが駆動回路44に出力される。駆動回路44は、これらの2信号を受けて、ステッピングモータを右回転させる励磁信号を1パルス出力する。これにより、ステッピングモータ及びアンテナ47は右方向に1単位回転角度Δφだけ回転する。
【0029】移動体が連続して旋回した時にはこのようなアンテナ47の回転が連続して繰り返され、アンテナ47は移動体の旋回方向とは逆の方向に、移動体が旋回した角度を打ち消すように小刻みに回転する。即ち、アンテナ47のビーム指向方向は衛星方向に一致するように回転する。
【0030】次に、図6は、既知のオープンループ制御方法を採用した移動体搭載アンテナの追尾制御装置の第2の例を示すブロック構成図であって、移動体搭載アンテナとしてアレーアンテナを用いた例である。アレーアンテナのビーム指向方向は電気的に回転されて、衛星方向に一致するように制御される。
【0031】図6において、追尾制御装置60は、角速度センサ41と、A/D変換器42と、演算装置43と、移相器制御回路64と、複数個の移相器65とからなっている。また、アレーアンテナ67は複数個のサブアレーアンテナ66によって構成され、各サブアレーアンテナ66は多数個の素子アンテナ(図示なし)によって構成されている。サブアレーアンテナ66は多数個の素子アンテナによって受信した信号を混合し、対応する移相器65に出力する。各移相器65の出力は、信号を合成する合成器68を介して受信機69に接続されている。追尾制御装置60は、アレーアンテナ67、合成器68及び受信機69とともに移動体(図示なし)に搭載されているものである。
【0032】この追尾制御装置60において、図4に図示の追尾制御装置40における構成と同等の構成には、同じ符号をつけて詳細な説明を省略する。
【0033】追尾制御装置60において、移相器制御回路64は、演算装置43からアンテナ回転指令信号とアンテナ回転方向指定信号が入力されるものであって、1パルスのアンテナ回転指令信号と、アンテナ回転方向指定信号が入力されると、アンテナ回転指令信号の立ち下がりに同期して、アンテナ回転方向指定信号によって指定される回転方向に、アレーアンテナ67のビーム指向方向を仰角面または方位角面内のいずれかにおいて1単位回転角度だけ回転させるように、各移相器65個々の移相量を算出して移相量信号を発生する。各移相器65は、対応するサブアレーアンテナ66から受信信号を受け、移相量信号で指定された移相量に従って受信信号の位相を移相させて合成器68に供給する。合成器68は、各移相器65から供給された複数の受信信号を合成し、受信機69に供給する。
【0034】ところで、既に述べた図4に図示の追尾制御装置40と図6に図示の追尾制御装置60とは、その制御対象となる移動体搭載アンテナの種類において前者がパラボラアンテナ47であるのに対し、後者がアレーアンテナ67である点、及び、ビーム指向方向を回転させる手段において前者が駆動回路44と駆動機構45であるのに対し、後者が移相器制御回路64と複数個の移相器65と合成器68である点で相違しているが、前者の動作と後者の動作との間に大きな違いはなく、後者も図5に図示された追尾制御の工程に従ってビーム指向方向の追尾制御が行われる。
【0035】即ち、移動体が例えば左方向に旋回した時、メモリーSの値が1単位回転角度Δφよりも大きければ、演算装置63から右方向を示すローレベルのアンテナ回転方向指定信号と1パルスのアンテナ回転指令信号とが移相器制御回路64に送出される。移相器制御回路64はこれらの2信号を受けて、アレーアンテナ67のビーム指向方向を、右方向に1単位回転角度Δφだけ回転させるように、各移相器65の移相量を設定する。これにより、アレーアンテナ67のビーム指向方向が右方向に1単位回転角度Δφだけ回転する。
【0036】移動体が連続して旋回した時にはこのようなアレーアンテナ67のビーム指向方向の回転が連続して繰り返され、移動体の旋回方向とは逆の方向に、移動体が旋回した角度だけアレーアンテナ67のビーム指向方向が回転する。即ち、移動体が旋回した角度を打ち消すようにアレーアンテナ67のビーム指向方向が回転され、衛星方向に一致するように追尾制御される。
【0037】
【発明が解決しようとする課題】ところで、既知のオープンループ制御方法を採用した移動体搭載アンテナの追尾制御装置40、60によれば、ビーム指向方向の追尾制御を行う場合に、過去の複数の旋回角速度を元にして演算装置で移動体の旋回角度を数値積分により算出する計算処理が複雑であるため、旋回角度を得るまでの処理時間が長くかかる。このため移動体が高速に旋回するような時は、移動体搭載アンテナのビーム指向方向の回転角速度が移動体の旋回角速度に追い付かない。また、移動体が1単位回転角度Δφ以上旋回した後でアンテナを1単位回転角度Δφ回転させるので、移動体アンテナのビーム指向方向の回転が移動体の旋回を後追いする状態になる。従って、いずれの場合にも、ビーム指向方向の追従性が悪くなるという問題がある。
【0038】この発明は、かかる問題点を除去するものであり、その目的は、移動体が高速に旋回した時であっても即座にビーム指向方向が回転され、また移動体の旋回に前後して追従する状態でビーム指向方向を制御できる移動体搭載アンテナの追尾制御方法及び追尾制御装置を提供することにある。
【0039】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、この発明は、移動体の旋回角速度と旋回方向とを検出し、その旋回角速度が0でなければ移動体搭載アンテナのビーム指向方向を前記移動体の旋回方向とは逆の方向に所定の1単位回転角度だけ回転させ、前記旋回角速度に逆比例した待機時間が経過した後に、前記移動体の新たな旋回角速度と旋回方向とを検出することを繰り返して、前記移動体搭載アンテナのビーム指向方向を目標物に追尾制御させる第1の手段を具備する。
【0040】また、前記目的を達成するために、この発明は、移動体の旋回角速度及び旋回方向に応じた旋回状態信号を発生する旋回状態検出手段と、前記旋回状態信号を入力して、前記旋回状態信号で表される旋回角速度が0でなければ1パルスのパルス信号を発生すると共に前記旋回角速度に逆比例した待機時間が経過した後に新たな前記旋回状態信号を入力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号が1パルス与えられる毎に前記旋回状態信号で表された旋回方向に応じて前記移動体の旋回方向とは逆の方向に移動体搭載アンテナのビーム指向方向を所定の1単位回転角度ずつ回転させるビーム指向方向回転手段とを備えた第2の手段を具備する。
【0041】また、前記目的を達成するために、前記第2の手段における前記パルス信号発生手段は、各旋回角速度に応じた待機時間を記憶した記憶手段と、前記旋回状態信号で表される前記旋回角速度に応じた前記待機時間を前記記憶手段から読み出し、待機時間に比例した周期でパルス信号を発生する演算装置とを具備する。
【0042】さらに、前記目的を達成するために、前記第2の手段において、前記待機時間は、前記移動体が前記旋回角速度で前記所定の1単位回転角度だけ旋回するに要する時間に略等しく前記パルス信号は、前記待機時間を1周期とするデューティ比50%のパルス信号であり、前記ビーム指向方向回転手段は、前記待機時間の中間において前記パルス信号の状態がハイレベル及びローレベルの何れか一方から何れか他方に変わった時に、前記旋回角速度よりも十分に大きい回転角速度で、前記移動体搭載アンテナのビーム指向方向を所定の1単位回転角度だけ回転させる機能を備えている。
【0043】
【作用】前記第1の手段によれば、移動体の旋回角速度が0でなければ、移動体搭載アンテナのビーム指向方向を移動体の旋回方向とは逆の方向に所定の1単位回転角度だけ回転させ、待機時間が経過した後に、移動体の新たな旋回角速度を検出することを繰り返すので、移動体搭載アンテナのビーム指向方向は移動体の旋回角速度と同じ回転角速度で回転される。
【0044】前記第2の手段を用いれば、移動体の旋回角速度が0でなければ、1パルスのパルス信号が発生され、旋回角速度に逆比例した待機時間が経過した後に新たな旋回角速度を入力することが繰り返される。そこで、移動体搭載アンテナのビーム指向方向は、このパルスによって移動体の旋回角速度と同じ回転角速度で回転させることが出来る。また、待機時間は、記憶手段から読み出されるので、待機時間を得るための時間が僅かであり、演算手段における演算処理が迅速に完了する。さらに、待機時間は、移動体が1単位回転角度だけ旋回するに要する時間に略等しく、ビーム指向方向回転手段は、待機時間の中間において、移動体搭載アンテナのビーム指向方向を所定の1単位回転角度だけ回転させる。即ち、移動体搭載アンテナのビーム指向方向は、移動体が1/2単位回転角度だけ旋回した時点で1単位回転角度だけ回転され、移動体の旋回角度に対して1/2単位回転角度だけ先行する。その後、移動体がさらに1/2単位回転角度だけ旋回する。
【0045】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【0046】ただし、以下の各実施例の説明においては、既知の各例の説明と同じく、角速度センサを移動体の方位角面における旋回状態を検出するように設置し、移動体搭載アンテナのビーム指向方向を方位角面内で制御するものとする。また、制御の開始時において、衛星方向は既知であり、アンテナのビーム指向方向は衛星方向に一致しているものとする。
【0047】また、移動体の旋回角速度及び旋回角度と、アンテナの回転角速度及び回転角度の極性を次のように定める。即ち、移動体が左方向に旋回した時はその旋回角速度及び旋回角度は正の値、右方向に旋回した時はその旋回角速度及び旋回角度は負の値をとるものであり、アンテナの回転角速度及び回転角度についても同じである。
【0048】また、アンテナ回転指令信号とアンテナ回転方向指定信号はともにデジタル信号であり、アンテナ回転方向指定信号はハイレベルの時アンテナを左方向に回転させ、ローレベルの時アンテナを右方向に回転させるものとする。
【0049】さらに、パラボラアンテナを用いる例では、駆動機構の減速ギアの減速比は1対1とし、ステッピングモータの回転方向とアンテナの回転方向は同じものとする。例えばステッピングモータが左方向に1単位回転角度だけ回転すると、アンテナも左方向に同じ角度だけ回転する。
【0050】図1は、この発明に係わる追尾制御方法を採用した移動体搭載アンテナの追尾制御装置の第1の実施例を示すブロック構成図であって、移動体搭載アンテナとして、機械的に回転制御されるパラボラアンテナを用いた例である。
【0051】図1において、追尾制御装置10は、角速度センサ11と、A/D変換器12と、演算装置13と、駆動回路14と、駆動機構15と、メモリ16とからなっている。また、追尾制御装置10はアンテナ17に結合され、アンテナ17の出力は受信機19に接続されている。追尾制御装置10は、アンテナ17や受信機19とともに移動体(図示なし)に搭載されているものである。
【0052】この追尾制御装置10において、角速度センサ11、A/D変換器12、駆動回路14、駆動機構15、アンテナ17、受信機19の構成、機能及び動作は、それぞれ図4に図示された既知の追尾制御装置40における角速度センサ41、A/D変換器42、駆動回路44、駆動機構45、アンテナ47、受信機49の構成、機能及び動作と同じなので詳細な説明を省略する。
【0053】演算装置13は、A/D変換器12からデジタル旋回状態信号が入力されるものであって、デジタル旋回状態信号の絶対値で表される旋回角速度に逆比例した周期のパルス信号をアンテナ回転指令信号として発生し、また、デジタル旋回状態信号の極性に応じてハイレベルまたはローレベルの信号をアンテナ回転方向指定信号として発生し、これら2信号を駆動回路14に供給する。この時、演算装置13はデジタル旋回状態信号の絶対値をアドレス情報に変換し、そのアドレス情報に応じてメモリ16から計数値Mを参照する。メモリ16は、この計数値Mを格納した記憶装置である。この計数値Mは、次のアンテナ回転指令信号とアンテナ回転方向指定信号とを発生するまでの待機時間を決定するためのものであって、その詳細は後述する。
【0054】図2は、演算装置13で実行されるビーム指向方向の追尾制御の工程を示す流れ図であり、この流れ図を併用して、演算装置13の動作を詳細に説明する。
【0055】演算装置13は、以下に述べるように、A/D変換器12から供給されるデジタル旋回状態信号を用いてアンテナ回転指令信号とアンテナ回転方向指定信号を発生する。
【0056】始めに、工程S1において、アンテナ回転指令信号をローレベルに設定して初期化する。なお、この初期化は、オープンループ制御の開始時に1回だけ行われる。
【0057】次に、工程S2において、デジタル旋回状態信号を取り込む。
【0058】続く、工程S3において、デジタル旋回状態信号の値が0に等しくないか否かを判断する。そして、その値が0に等しくない(Y)と判断したとき、即ち、移動体が左または右方向に旋回したと判断したときは次の工程S4に進む。一方、その値が0に等しい(N)と判断したとき、即ち、移動体が旋回していないと判断したときは前の工程S2に戻り、引き続きデジタル旋回状態信号を取り込む。
【0059】次に、工程S4において、デジタル旋回状態信号の値が正(+)であるか否かを判断する。そして、その値が正である(Y)と判断したときは次の工程S5に進み、一方、その値が負(−)である(N)と判断したときは他方の工程S6に進む。
【0060】次いで、工程S5において、ローレベルのアンテナ回転方向指定信号を発生する。
【0061】一方、工程S6において、ハイレベルのアンテナ回転方向指定信号を発生する。
【0062】続く、工程S7において、デジタル旋回状態信号の極性を負から正に反転させ、デジタル旋回状態信号の値を更新する。
【0063】次に、工程S8において、デジタル旋回状態信号の値をアドレス情報としてメモリ16から計数値Mを参照する。
【0064】この計数値Mは、アンテナ回転指令信号を出力するための待機時間の1/2に比例した値、即ち、移動体の旋回角速度aの絶対値に逆比例した値であり、ここで、この計数値Mについて説明する。まず、移動体の旋回角速度aと同じ回転角速度でアンテナ17を回転させるには、駆動回路14に供給するパルス状のアンテナ回転指令信号を発生する時間間隔である待機時間Tを移動体の旋回角速度aに逆比例したものとし、待機時間Tの後に次のアンテナ回転指令信号を発生すれば良い。
【0065】この実施例では、アンテナ回転指令信号であるパルス状の信号をデューティ比50%のパルス信号とするために、計数値Mとして待機時間Tの半分の時間T/2に相当する値が設定されている。そして演算装置13において計数をM回繰り返すことによって時間T/2を計時する。即ち演算装置13において1カウントに要する時間をtとすれば、T/2=Mtであるから、計数値MをM=T/2tとすれば良い。そしてアンテナ17の1単位回転角度をΔφとすれば、T=Δφ/aであるからM=Δφ/2atである。このようにして決定した計数値Mは、旋回角速度aの関数としてメモリ16に格納され、演算装置14でデジタル旋回状態信号を検出する度にメモリ16から参照され、待機時間はその都度更新される。
【0066】再び、図3に戻り、工程S9において、メモリ16から参照した計数値MをカウンタIに格納する。
【0067】続く、工程S10において、ハイレベルのアンテナ回転指令信号を発生する。
【0068】続いて、工程S11において、カウンタIの値が1だけ減じられる。
【0069】続く、工程S12において、カウンタIの値が0か否かを判断する。そして、その値が0である(Y)と判断したときは次の工程S13に進み、一方、その値が0ではない(N)と判断したときは前の工程S11に戻る。即ち工程S11と工程S12が共にM回ずつ繰り返される。なお、工程S11と工程S12が繰り返し実行されている間は、ハイレベルのアンテナ回転指令信号が継続して発生され、アンテナ17は回転しない。
【0070】次いで、工程S13において、再び計数値MをカウンタIに格納する。
【0071】続く、工程S14において、ローレベルのアンテナ回転指令信号を発生する。このアンテナ回転指令信号がハイレベルからローレベルへ移行する時に、駆動回路14から1パルスのアンテナ回転指令信号が出力され、アンテナ17は1単位回転角度Δφだけ回転する。
【0072】続いて、工程S15において、カウンタIの値が1だけ減じられる。
【0073】続く、工程S16において、カウンタIの値が0か否かを判断する。そして、その値が0である(Y)と判断したときは工程S2に戻り、次のデジタル旋回状態信号を取り込む。一方、その値が0ではない(N)と判断したときは前の工程S15に戻る。即ち工程S15と工程S16とが共にM回ずつ繰り返される。なお、工程S15及び工程S16が繰り返し実行されている間は、ローレベルのアンテナ回転指令信号が継続して発生され、アンテナ17は回転しない。
【0074】この図2の追尾制御の流れにおいて、工程S9から順次実行して工程S16で(Y)と判定されるまでの間に、演算装置13からデューティ比50%のアンテナ回転指令信号が1パルス発生される。この処理はデジタル旋回状態信号を取り込むごとに実行され、移動体が連続して旋回する時、デジタル旋回状態信号で表される旋回角速度に逆比例した周期でパルス状のアンテナ回転指令信号が連続的に発生する。この時のアンテナ回転方向指定信号は、工程S4から工程S7に示されるように、旋回状態信号で表される極性とは逆の極性、即ち、移動体の旋回方向とは逆の方向を示す信号である。このようにして演算装置13からアンテナ回転方向指定信号とアンテナ回転指令信号が駆動回路14に供給される。
【0075】再び、図1に戻り、駆動回路14は、アンテナ回転方向指定信号とアンテナ回転指令信号1パルスを入力されると、既知の追尾制御装置40と同じく、これらの2信号に基づいた励磁信号を駆動機構15に出力する。これにより、駆動機構15のステッピングモータが励磁信号に基づいた回転方向に1単位回転角度Δφだけ回転し、減速ギアを介してその回転がアンテナ17に伝達されて、アンテナ17がステッピングモータと同じ回転方向に1単位回転角度Δφだけ回転する。この時、アンテナ17は移動体の旋回方向とは逆の方向に回転し、そのビーム指向方向も移動体の旋回方向とは逆の方向に回転する。
【0076】以上の説明のように、この実施例では、デューティ比50%のパルス信号を用いて、そのパルスがハイレベルからローレベルに変わった時、即ち待機時間Tの中間でアンテナが1単位回転角度Δφだけ回転する。この待機時間Tは、移動体の旋回角度がΔφになるに要すると予測される時間であるから、アンテナ17が回転する時点は、移動体の旋回角度がΔφ/2になったと予測される時点に略等しい。この時点で、アンテナ17は回転角度Δφだけ回転し、移動体の旋回角度に対して回転角度Δφ/2だけ多く回転する。その後、移動体が旋回角度Δφ/2だけ回転して移動体の旋回角度とアンテナ17の回転角度が同じになる。
【0077】移動体が連続して旋回した時にはこの制御工程が繰り返され、アンテナ17の指向方向は、移動体の旋回方向とは逆の方向に、移動体が旋回した角度を打ち消すように、移動体の旋回に前後して小刻みに回転する。即ち、アンテナ17のビーム指向方向は略1/2単位回転角度以内のずれで衛星方向に一致するように回転する。
【0078】続く、図3は、この発明に係わる追尾制御方法を採用した移動体搭載アンテナの追尾制御装置の第2の実施例を示すブロック構成図であって、移動体搭載アンテナとしてアレーアンテナを用いた例である。
【0079】図3において、追尾制御装置30は、角速度センサ11と、A/D変換器12と、演算装置13と、メモリ16と、移相器制御回路34と、複数個の移相器35とからなっている。また、アレーアンテナ37は、複数個のサブアレーアンテナ36によって構成され、各サブアレーアンテナ36は、それぞれ対応する移相器35に接続されている。さらに、各移相器35の出力は合成器38を介して受信機39に接続されている。この場合も、追尾制御装置30は、アレーアンテナ37、合成器38及び受信機39とともに移動体(図示なし)に搭載されているものである。
【0080】この追尾制御装置30において、角速度センサ11、A/D変換器12、演算装置13、メモリ16は、それぞれ図1に図示された追尾制御装置10における各構成と同等の構成であり、機能及び動作も同じである。また、移相器制御回路64、複数個の移相器65、アレーアンテナ67、合成器68、受信機69の構成、機能及び動作は、それぞれ図6に図示された既知の追尾制御装置60における移相器制御回路64、複数個の移相器65、アレーアンテナ67、合成器68、受信機69の構成、機能及び動作と同じである。従って、第2の実施例の動作については、既に説明した各回路の動作を用いて説明できるので、詳しい動作説明は省略する。
【0081】ただし、第2の実施例においても、第1の実施例と同じく、デューティ比50%のパルス信号を用いて、そのパルスがハイレベルからローレベルに変わった時、即ち待機時間Tの中間でアレーアンテナ67のビーム指向方向が1単位回転角度Δφだけ回転する。即ち移相器制御回路36は、演算装置13から入力するパルスがハイレベルからローレベルに変わった時、各移相器65の移相量を設定してアレーアンテナ67のビーム指向方向を1単位回転角度Δφだけ回転する。
【0082】従って、移動体が連続して旋回する時、アレーアンテナ67のビーム指向方向は、移動体の旋回方向とは逆の方向に、移動体が旋回した角度を打ち消すように、移動体の旋回に前後して小刻みに回転する。即ち、アレーアンテナ67のビーム指向方向は略1/2単位回転角度以内のずれで衛星方向に一致するように回転する。
【0083】前述の第1乃至第2の実施例の説明から明きらかなように、この発明の移動体搭載アンテナの追尾制御方法及び追尾制御装置によれば、移動体が方位角面内において連続して旋回した時には、アンテナのビーム指向方向は、移動体の旋回方向とは逆の方向に、かつ移動体の旋回角速度と実質的に同じ回転角速度で回転される。即ち、アンテナのビーム指向方向は、1/2単位回転角度以内の誤差で衛星方向に常に一致するように追尾制御される。
【0084】なお、前述の第1乃至第2の実施例においては、移動体が方位角面内において左に旋回し、移動体搭載アンテナのビーム指向方向を方位角面内で追尾制御する場合について説明したが、この発明は移動体の旋回方向に関わりなく、また方位角面内で追尾制御する場合に限られるものではなく、各速度センサを仰角面における移動体の旋回状態を検出するように設置して、移動体搭載アンテナのビーム指向方向を仰角面内で追尾制御する場合にも、同様に適用実施することができる。更に、追尾制御装置を2組用いて、方位角面内及び仰角面内の双方において追尾制御する場合にも同様に適用実施することができる。
【0085】また、駆動回路または移相器制御回路が、パルス信号の立ち上がりに同期して移動体搭載アンテナのビーム指向方向を1単位回転角度回転させるものであれば、パルス信号を、待機時間の前半の時間でローレベルの状態にし、待機時間の後半の時間でハイレベルの状態にすれば良い。
【0086】さらに、前述の各実施例においては、衛星等の目標物からの電波を受信する場合について説明したが、この発明は電波を受信する場合に限られたものでなく、電波を目標物に送信する場合も同様に適用実施することができる。
【0087】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、移動体の旋回角速度を時間積分して旋回角度を算出するという複雑な計算処理をする必要がなく、また、移動体の旋回角速度が0でなければ、移動体の旋回角速度に応じた長さの待機時間間隔で、移動体搭載アンテナのビーム指向方向を回転させるので、移動体が高速の旋回角速度で旋回したとしても、移動体搭載アンテナのビーム指向方向は、移動体の旋回角速度と同じ回転角速度で回転される。このため、移動体が高速の旋回角速度で旋回したとしても、目標物である衛星に対して高速に追従できる追従性を持った移動体搭載アンテナの追尾制御方法が得られるという効果がある。
【0088】また、請求項2乃至5に記載の発明によれば、移動体の旋回角速度が0でなければ、1パルスのパルス信号が発生され、アンテナの指向方向は、移動体の旋回に対して角度が略Δφ/2以内のずれで前後しながら追従する。従って、移動体搭載アンテナのビーム指向方向を移動体の旋回に正確に追従するように制御することができ、目標物である衛星に対し優れた追従性を持った移動体搭載アンテナの追尾制御装置が得られるという効果がある。
【0089】従って移動体搭載アンテナのビーム指向方向は、移動体の旋回方向とは逆の方向に移動体の旋回角速度と同じ回転角速度で回転され、移動体の旋回を打ち消して、常に目標物の方向に指向される。




 

 


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