| 【発明の名称】 |
衛星追尾装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松下 学
【氏名】小栗 清治郎
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| 【要約】 |
【課題】高速データ通信のためアンテナ利得を上げるとともに、車載局の急激な動きに高速に衛星追尾を行い、さらにシャドウイング後の速やかな衛星追尾及び通信の復旧を可能にする。
【解決手段】固定局からのパイロットＳＳ信号３１は、通信衛星経由、車載局の高利得アンテナ１で受信される。通信断にならない程度に受信ビームを電気的に走査し、アンテナ１で受信されたパイロットＳＳ信号は、中間周波数へ変換され、逆拡散復調器５で復調される。受信ビームの指向特性は、移相制御器３からのＯＮ、ＯＦＦ信号で移相器２を制御し、一定周波数で切り換えて追尾誤差信号を検出し、これをアンテナ駆動信号として駆動モータ６に送ることにより、アンテナ１を衛星に指向させる。一方、シャドウイング時は、衛星方向検出器１４と、ＧＰＳ受信機１５と、ジャイロ１６で、アンテナ１を衛星に指向させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 衛星を自動追尾する衛星追尾装置において、高利得のアンテナをビームスキャンしてスペクトラム拡散変調されたパイロット信号を受けて得られた追尾誤差信号に基づき衛星方向を検出し、シャドウイング時は自局の位置と方位と衛星の軌道位置に基づき衛星方向を検出して前記アンテナを前記衛星方向に駆動することを特徴とする衛星追尾装置。
【請求項２】 スペクトラム拡散変調されたパイロット信号を受ける高利得のアンテナと、前記アンテナのビーム位相を高速に制御する移相器と、前記移相器の出力を中間周波数に変換する周波数変換器と、前記周波数変換器の出力を逆拡散する逆拡散復調器と、前記逆拡散復調器の出力若しくは自局の位置と方位を切り替えて衛星の方向を検出し、アンテナ駆動信号を発生する駆動信号発生器と、前記アンテナ駆動信号に基づき前記アンテナを前記衛星方向に駆動する駆動モータとを有することを特徴とする衛星追尾装置。
【請求項３】 前記アンテナは、２素子の平面アレーアンテナを用い電子的にビームスキャンすることを特徴とする請求項１、２記載の衛星追尾装置。
【請求項４】 前記駆動信号発生器は、自局の位置を検出するＧＰＳ受信機と、自局の方位を検出するジャイロと、前記ＧＰＳ受信機と前記ジャイロの出力を受け前記衛星の軌道位置から衛星方向を計算する衛星方向検出器と、前記逆拡散復調器の出力と前記衛星方向検出器の出力を切り替える切替器と、前記切替器の出力を受けアンテナ駆動信号を出力するアンテナ制御器とを有することを特徴とする請求項２記載の衛星追尾装置。
【請求項５】 前記パイロット信号は、無変調キャリアをスペクトラム拡散変調したものであり、その出力レベルは通信用の信号よりも高いレベルであることを特徴とする請求項１、２記載の衛星追尾装置。
【請求項６】 前記切替器は、前記パイロット信号が受信できる場合は前記パイロット信号を受けて得られた追尾誤差信号に基づきアンテナ駆動を行い、前記パイロット信号が一定時間、一定レベル受信できない場合には、前記自局の位置と方位と衛星の軌道位置に基づき前記アンテナ駆動を行うように自動的に切り替えられることを特徴とする請求項１、２記載の衛星追尾装置。
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【発明の詳細な説明】【発明の属する技術分野】本発明は、衛星追尾装置に関し、特に、陸上移動体衛星通信システムの車載局に使用される衛星追尾装置に関する。
【０００１】
【従来の技術】図６は、従来の車載局に設置された衛星追尾装置４０の構成を示している。この衛星追尾装置４０は、移動体となる車載局に搭載される。そして、衛星追尾装置４０は、低利得のアンテナ１１と、自局の位置（経度、緯度）を検出するＧＰＳ受信機１５と、自局の進行方向を検出するジャイロ１６と、前記ＧＰＳ受信機１５からの自局の位置情報と、前記ジャイロ１６からの自局の進行方向情報と、あらかじめ記憶されている衛星の軌道位置情報をもとに自局から衛星を指向する方向を計算する衛星方向検出器１４と、前記衛星方向検出器１４で計算された衛星方向に基づきアンテナ駆動信号を出力するアンテナ制御器１３と、前記駆動信号に従ってアンテナ１１を駆動する駆動モータ６とを有している。
【０００２】上記低利得アンテナ１１は、具体的にはＫｕ帯において、送信利得が１９ｄＢ、受信利得が１８ｄＢである。
【０００３】本アンテナを用いて拡散変調を用いて伝送するためには、データ速度が１６５ｂｐｓ程度と低速のデータしか伝送できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の衛星追尾装置の問題点は、アンテナ利得が低いため、伝送内容が低速データのみに限られ、音声等の高速データ通信ができない点にある。また、従来の衛星追尾装置の衛星の指向方向が磁性体等の影響を強くうけるＧＰＳや低感度特性のジャイロに依存しているため、追尾精度が充分とれず、このため、アンテナビームを広く（アンテナ利得を低く）し、アンテナ指向方向の若干な変動にも対応できるようにする必要がある。
【０００５】本発明は、上記問題を解決するため高速データ通信を可能とするためアンテナ利得を上げる（アンテナビームを狭くする）とともに、車載局の急激な動きに対して、衛星追尾が可能な高速な衛星追尾手段を提供することを目的とする。さらに、トンネル内などの電波を受信できない状態（シャドウイング）後の速やかな衛星追尾及び通信の復旧を可能にする衛星追尾装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の衛星追尾装置は、衛星を自動追尾する衛星追尾装置において、高利得のアンテナをビームスキャンしてスペクトラム拡散変調されたパイロット信号を受けて得られた追尾誤差信号に基づき衛星方向を検出し、シャドウイング時は自局の位置と方位と衛星の軌道位置に基づき衛星方向を検出して前記アンテナを前記衛星方向に駆動することを特徴とする。
【０００７】また、スペクトラム拡散変調されたパイロット信号を受ける高利得のアンテナと、前記アンテナのビーム位相を高速に制御する移相器と、前記移相器の出力を中間周波数に変換する周波数変換器と、前記周波数変換器の出力を逆拡散する逆拡散復調器と、前記逆拡散復調器の出力若しくは自局の位置と方位を切り替えて衛星の方向を検出し、アンテナ駆動信号を発生する駆動信号発生器と、前記アンテナ駆動信号に基づき前記アンテナを前記衛星方向に駆動する駆動モータとを有することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の衛星追尾装置の実施の形態について、図１を参照して説明する。
【０００９】本発明の衛星追尾装置２０は、高利得で信号を送受信するアンテナ１と、アンテナ１の移相を制御する移相器２と、アンテナ１で受信し、移相器２を介してパイロットＳＳ信号３１を無線周波数から中間周波数へ変換する受信周波数変換器４と、前記中間周波数信号を逆拡散復調する逆拡散復調器５と、移相器の移相特性を所定周期で制御する移相制御器３と、復調信号レベルから衛星方向を検出し、アンテナ駆動信号１９を発生する駆動信号発生回路１０と、アンテナ駆動信号１９に従ってアンテナ１を駆動する駆動モータ６とを有している。
【００１０】また、駆動信号発生回路１０は独立に自局の位置と方位を検出するＧＰＳ受信機１５とジャイロ１６と、ＧＰＳ受信機１５とジャイロ１６の出力を受け衛星の軌道位置から衛星方向を計算する衛星方向検出器１４と、逆拡散復調器５の出力と衛星方向検出器１４の出力を切り替える切替器１７と、切替器１７の出力を受けアンテナ駆動信号１９を出力するアンテナ制御器１８からなる。
【００１１】また、パイロットＳＳ信号３１としては、無変調キャリアに対してＳＳ変調されたものであり、通信信号３２のように別の１次変調信号やデータ変調されたものではない。また、通信信号よりも高いレベルのパイロットＳＳ信号３１を用いて、通信信号を衛星追尾に使用した場合よりも、高いＳ／Ｎにすることにより、信号復調を高速化している。
【００１２】次に、本発明の衛星追尾装置２０の動作について、図面を参照して説明する。
【００１３】図２は、本発明の衛星追尾装置２０が用いられる衛星ネットワーク３０について示した図である。本図において、衛星ネットワーク３０は、パイロットＳＳ信号３１を送信するパイロット送信局３３と、通信信号３２を送受信する固定局３４と、衛星３６と、本発明の衛星追尾装置２０が搭載された車載局３５とから構成される。ここで、パイロット送信局３３と固定局３４とは、異なる地球局の例で示したが、同一の地球局でパイロットＳＳ信号３１の送信と通信信号３２の送受信を行うことができるのは勿論のことである。
【００１４】パイロットＳＳ信号３１は、通信衛星３６を経由して、車載局３５の高利得アンテナ１で受信される。アンテナ１の具体的な構成としては平面アレーアンテナが用いられる。図３にアンテナ１の指向特性を示す。すなわち、アンテナ素子１ａ，１ｂからなり、アンテナ１の指向特性はこれ等アンテナ素子１ａ，１ｂの合成指向特性で表わされ、図３の実線Ａまたは点線Ｂで示すファンビームを形成する。本図のごとく、アンテナ１のＡＺ軸（図３では軸Ｃ）方向には鋭い指向性を有し、これと直交するＥＬ軸方向には広い指向性を有する。本アンテナ１としては、図６のアンテナ１１よりは高利得なアンテナが形成され、例えば、Ｋｕ帯で送信利得３０ｄＢ、受信利得２４．５ｄＢのアンテナ利得が得られる。このため、約２４００ｂｐｓのデータの送受信が可能となる。
【００１５】また、アンテナ１は、送信１面、受信４面で構成される。受信のアレーアンテナには各々移相器２が１枚取り付けられており、受信ビームは１面ずつ時計回りに放射される。ビーム走査は、電子的にビームの位相を制御できるため、高速な走査が可能であり、機械追尾方式に比べ車載局の急激な変化に対応できる。
【００１６】アンテナ１で受信されたパイロットＳＳ信号３１は、受信周波数変換器４で無線周波数から中間周波数に変換され、逆拡散復調器５に入力される。逆拡散復調器５でベースバンド信号に変換された後、アンテナ制御器１８に入力される。なお、逆拡散復調器５の構成については、例えばトリケップス社発行の「スペクトラム拡散通信技術の基礎と応用」（中川正雄監修）の「第５章同期の捕捉と保持」に記載されている。
【００１７】受信ビームの指向特性は、移相制御器３からのＯＮ、ＯＦＦ信号で移相器２を制御することにより、一定周波数で切り換えられる。このとき、図４に示すように、衛星３６がアンテナ中心軸からΔθずれていると、ビーム１とビーム２との受信レベル差により変調を生じる。この変調周波数は、ビーム切り換え周波数と一致するため、アンテナ制御器１８で、ビーム切り換え信号でこの受信信号を同期検波することにより、追尾誤差信号が取り出せる。この信号レベルは、ビームのレベル差であるからビーム近傍では、中心からのずれ角Δθの大小関係と一致し、この誤差信号のレベルより、アンテナ１の衛星からのズレ角がわかる。
【００１８】一方、位相の変動からずれている方向が判断でき、これをアンテナ駆動信号１９として駆動モータ６に送ることにより、アンテナ１を衛星に指向させることができる。
【００１９】一方、シャドウイング時は、ＧＰＳ受信機１５からの自局の位置情報と、ジャイロ１６からの自局の進行方向情報と、衛星方向検出器１４に記憶されている衛星３６の軌道位置情報から、自局から衛星３６を指向する方向（方位角と仰角）を計算する。計算値はアンテナ制御器１８に入力され、この値に基づいてアンテナ駆動信号１９を駆動モータ６に出力し、アンテナ１を衛星方向に駆動させる。
【００２０】一定時間のシャドウイングが終わり、衛星が再び視野に入ると、アンテナ１は衛星方向を指向しているため、パイロットＳＳ信号３１はある時間の後受信される。逆拡散復調器５では、拡散符号の同期が保持されているため、速やかにパイロットＳＳ信号３１の再同期が行われ、上記同様にアンテナ１を衛星に指向させることができる。
【００２１】本実施の形態では、パイロットＳＳ信号３１の高速引き込みの点から、図５に示すように、通信信号とは別のパイロットＳＳ信号３１を用意し、パイロットＳＳ信号３１のフレームフォーマットを拡散変調のみにし、かつそのレベルを他のキャリアより高く（Ｓ／Ｎを高く）設定する。通信信号３２を追尾に使用する場合、拡散変調と１次変調が一定の割合で混在するフレームフォーマットのため、追尾用の逆拡散復調が完全に終了する前に１次変調が始まると逆拡散復調が正常に行われず、次の拡散変調部分で再度同期をとる必要があり、同期時間の遅延になる。一方、拡散変調のみの場合、先の問題は発生せず１回の逆拡散復調で同期が可能になる。
【００２２】通常、切替器１７は自動に設定されており、パイロットＳＳ信号３１による衛星追尾を優先する。パイロットＳＳ信号３１が一定時間、一定レベルで受信できない時は、自動的に衛星方向検出器１４が計算した衛星方向にアンテナ１を指向させる。パイロットＳＳ信号３１が一定時間、一定レベルで受信されると、再びパイロットＳＳ信号３１による追尾に戻る。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、パイロットＳＳ信号とＧＰＳ受信機とジャイロの併用により、追尾精度の高い衛星追尾が可能になり、高利得アンテナが使用できるため車載局で音声等の高速データ通信が行える効果を有している。
【００２４】さらに、本発明は、通信断にならない程度に電気的にアンテナビームを走査し、受信レベルが最大になる方向にアンテナを指向させるため、機械式追尾に比べ高速追尾が可能であり、機械的にもシンプルな装置にすることができる。従って、車載局の急激な動きに追従できる効果も有している。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２３７
【氏名又は名称】日本電気株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）７月３日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】京本 直樹 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３６８６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月２９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１７７９３７ |
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