| 【発明の名称】 |
追尾受信機 |
| 【発明者】 |
【氏名】相良 岳彦
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| 【要約】 |
【課題】局発信号の発振周波数を可変してドップラ補償を行う機能を有した追尾受信機において、温度変動や経年変化で局発信号の発振周波数が変動した場合、所望のドップラ補償が行えず運用時の追尾精度劣化の原因となる問題があった。
【解決手段】和信号系入力部に校正信号結合器を設け、安定で既知の固定した周波数を発信する校正用基準ＲＦ信号発振器から校正用基準ＲＦ信号を入力し、発振器制御回路により局発信号発振器を制御し局発信号を掃引し、レベル検出回路によりレベル検出信号をモニタする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 追尾受信機に入力される和信号を、低雑音増幅する和信号系低雑音増幅器、前記和信号系低雑音増幅器より出力される和信号の帯域を制限する和信号系帯域制限フィルタ、和信号系と差信号系の位相をあわせる移相器、追尾受信機に入力される差信号を低雑音増幅する差信号系低雑音増幅器、前記差信号系低雑音増幅器より出力される差信号の帯域を制限する差信号系帯域制限フィルタ、差信号に変調をかける変調器、前記和信号と差信号を合波する合波器、局発信号を発信する局発信号発振器、衛星の位置及び時刻データからドップラシフト量を予測計算し、これを補償するよう前記局発信号発振器の発振周波数をドップラ補償予報値により変動させ、かつ、前記ドップラ補償予報値のずれ分をドップラ補償オフセットコマンド信号により入力する計算機、前記局発信号発振器から出力される信号からローカル信号を生成する局発回路、前記合波器より出力される信号を前記局発回路から出力されるローカル信号を用いてＩＦ（ＩＮＴＥＲＭＥＤＩＡＴＥ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ）信号へ周波数変換する周波数変換器、前記周波数変換器から出力される信号を狭帯域に帯域制限する狭帯域帯域制限フィルタ、前記狭帯域帯域制限フィルタの出力信号のレベルが一定になるようゲインをコントロールするＡＧＣ（ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＧＡＩＮ ＣＯＮＴＲＯＬ）回路、前記ＡＧＣ回路より出力された信号を検波する検波器、前記検波器より出力された検波信号を方位角成分と仰角成分に分配する誤差信号分配器、前記誤差信号分配器から出力された信号から仰角誤差信号を検出する仰角誤差信号検出器、前記仰角誤差信号検出器で検出された誤差信号の帯域を制限する仰角誤差信号フィルタ、前記仰角誤差信号を所定のレベルまで増幅する仰角誤差信号増幅器、前記誤差信号分配器から出力された信号から方位角誤差信号を検出する方位角誤差信号検出器、前記方位角誤差信号検出器で検出された誤差信号の帯域を制限する方位角誤差信号フィルタ、前記方位角誤差信号を所定のレベルまで増幅する方位角誤差信号増幅器、前記仰角誤差信号増幅器、方位角誤差信号増幅器からの出力信号からアンテナ駆動信号を計算するアンテナ駆動計算機、前記変調器及び前記仰角／方位角誤差信号検出器で変調／復調を行うためのクロック信号を発生するクロック回路、校正信号を発信する校正用基準ＲＦ信号発振器、コマンド信号により前記校正用基準ＲＦ信号発振器のバイアスをコントロールするバイアスコントロール回路、前記校正用基準ＲＦ信号発振器から出力される校正信号を和信号系に入力させる校正信号入力手段、コマンド信号により前記局発信号発振器を制御する発振器制御回路、前記ＡＧＣ回路から出力された信号からレベルを検出するレベル検出回路とを備えたことを特徴とする追尾受信機。
【請求項２】 前記校正信号入力手段は、前記校正用基準ＲＦ信号発振器から出力される校正信号をコマンド信号により和信号系に入力させる校正信号入力スイッチを備えたことを特徴とする請求項１記載の追尾受信機。
【請求項３】 コマンド信号により前記校正信号入力スイッチ、前記発振器制御回路、前記バイアスコントロール回路を統合して制御する校正制御回路を備えたことを特徴とする請求項２記載の追尾受信機。
【請求項４】 前記レベル検出回路のレベル検出信号をモニタし、前記局発信号発振器の制御電圧に対する発振周波数のずれ情報を前記計算機へ出力するレベルモニタ回路を備えたことを特徴とする請求項３記載の追尾受信機。
【請求項５】 ドップラシフト量を予測計算し、前記ドップラ補償予報値を出力する機能、前記校正信号入力スイッチ、前記発振器制御回路、前記バイアスコントロール回路を統合して制御する機能、前記レベル検出信号をモニタする機能を前記アンテナ駆動計算機に取り込み、前記校正信号入力スイッチ、前記発振器制御回路、前記バイアスコントロール回路とのインタフェース回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の追尾受信機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば人工衛星等に搭載し、衛星間通信や移動体衛星通信のように、通信相手が相対的に移動している信号を受信する追尾受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】追尾受信機は、例えば人工衛星のアンテナ追尾制御において、通信相手である衛星の出力信号からアンテナにおいて生成される和信号、差信号を受信し、受信した和信号、差信号より仰角誤差信号、方位角誤差信号を検出し、アンテナ駆動計算機へ出力するものである。アンテナ駆動計算機は、この信号を用いアンテナの指向方向を制御し、通信相手の衛星を追尾する。図１０は衛星間通信の概念図である。通常の通信モードにおいては、自衛星Ｓ1及び通信相手衛星Ｓ2 のアンテナＡは相互のアンテナを追尾し、通信信号を送受信している。一方、自衛星Ｓ1 は地上局Ｂとも通信しており、地上局Ｂからのコマンド信号等を受信する。
【０００３】図１１は従来の追尾受信機を示すものである。図において１は和信号、２は和信号系低雑音増幅器（ＬＮＡ：ＬＯＷ ＮＯＩＳＥ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ、以下和信号系ＬＮＡと略す）、３は和信号系帯域制限フィルタ、４は移相器、５は差信号、６は差信号系低雑音増幅器（ＬＮＡ：ＬＯＷ ＮＯＩＳＥ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ、以下差信号系ＬＮＡと略す）、７は差信号系帯域制限フィルタ、８は変調器、９は合波器、１０は周波数変換器、１１は局発信号発振器、１２は局発回路、１３は狭帯域帯域制限フィルタ、１４はＡＧＣ（ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＧＡＩＮ ＣＯＮＴＲＯＬ）回路、１５は検波器、１６はＡＧＣ制御信号、１７は誤差信号分配器、１８は仰角誤差信号検出器、１９は仰角誤差信号フィルタ、２０は仰角誤差信号増幅器、２１は方位角誤差信号検出器、２２は方位角誤差信号フィルタ、２３は方位角誤差信号増幅器、２４はクロック（ＣＬＫ）回路、２５はＣＬＫ信号、２６はアンテナ駆動計算機、２７は計算機、２８はドップラ補償予報値である。
【０００４】次に動作について説明する。和信号１は、和信号系ＬＮＡ２により増幅される。増幅された和信号１は、和信号系帯域制限フィルタ３により帯域制限された後、移相器４において和信号系、差信号系の位相変化が同等となるよう位相調整され合波器９に入力される。
【０００５】一方、差信号５は、差信号系ＬＮＡ６により増幅される。増幅された差信号５は、差信号系帯域制限フィルタ７により帯域制限された後、変調器８においてＣＬＫ回路２４より出力されるＣＬＫ信号２５により変調される。前記変調器８から出力された信号は、合波器９に入力される。前記合波器９において合波された和、差信号合成波は、周波数変換器１０へ入力される。局発信号発振器１１は計算機２７から出力されるドップラ補償予報値２８によって制御された発振周波数を出力する。前記局発信号発振器１１から出力された信号は局発回路１２にて逓倍され、周波数変換器１０へローカル信号として入力される。前記周波数変換器１０では、和、差信号合成波を前記ローカル信号を用いて周波数変換し、狭帯域帯域制限フィルタ１３へ出力する。前記狭帯域帯域制限フィルタ１３に入力された信号は、信号対雑音比改善のため狭帯域に帯域制限され、ＡＧＣ回路１４に入力される。前記ＡＧＣ回路１４では検波器１５により和信号１のレベルに依存して検出されるＡＧＣ制御信号１６により和信号１は一定レベルに、差信号は和信号１により正規化されたレベルに制御される。
【０００６】前記ＡＧＣ回路１４より出力された信号は、誤差信号分配器１７により分配され仰角誤差信号検出器１８、方位角誤差信号検出器２１へ出力される。前記仰角誤差信号検出器１８、方位角誤差信号検出器２１では、前記ＣＬＫ回路２４より出力されるＣＬＫ信号２５により仰角及び方位角の誤差信号を検出する。前記仰角誤差信号検出器１８から出力された誤差信号は、仰角誤差信号フィルタ１９で帯域制限を受けた後仰角誤差信号増幅器２０で増幅されアンテナ駆動計算機２６へ出力される。同様に前記方位角誤差信号検出器２１から出力された誤差信号は、方位角誤差信号フィルタ２２で帯域制限を受けた後方位角誤差信号増幅器２３で増幅されアンテナ駆動計算機２６へ出力される。
【０００７】狭帯域帯域制限フィルタ１３は、所定の信号対雑音比を確保するため帯域をできるだけ狭く制限する必要がある。一方、図１０における自衛星、通信相手衛星の相対位置は変化しており、衛星間の相対速度等により入力和信号１はドップラシフトが生じており、入力信号の周波数が変動している。これにより、周波数変換器１０の出力信号が狭帯域帯域制限フィルタ１３の帯域から外れる恐れがある。
【０００８】これを防ぐため、計算機２７にて外部から入力される衛星の位置データ及び時刻データからドップラシフト量を予測計算し、これを補償するよう局発信号発振器１１の発振周波数をドップラ補償予報値２８により変動させる。これにより周波数変換器１０からの出力信号が常に狭帯域帯域制限フィルタ１３の帯域内に周波数変換される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の追尾受信機は、以上のように構成されていたが、局発信号発振器１１が周波数可変型となっているため周波数の安定度が悪く、温度変化、経年変化等により発振周波数が大きく変化してしまう。このため、ドップラ補償予報値２８に対する発振周波数が変動することにより所望の周波数補償量が得られず、周波数変換器１０からの出力信号が狭帯域帯域制限フィルタ１３の帯域内に周波数変換されず、ドップラ補償の精度が下がり追尾精度の劣化の原因となる問題があった。また、地上温度試験において、局発信号発振器１１の発振周波数温度変動を極力抑えるよう試験調整作業に多大な時間が必要であった。
【００１０】この発明は、前記のような課題を解消するためになされたものであり、軌道上での局発信号発振器１１の発振周波数の変動を校正できる追尾受信機を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明による追尾受信機は、和信号系入力部に校正信号結合器を設け、さらに安定で既知の固定した周波数を発信する校正用基準ＲＦ信号発振器、前記校正用基準ＲＦ信号発振器のバイアスを制御するバイアスコントロール回路、局発信号発振器を制御する発振器制御回路、受信レベル信号を検出するレベル検出回路とを設けて構成したものである。
【００１２】また、第２の発明による追尾受信機は、上記第１の発明による追尾受信機において、校正用基準ＲＦ信号を入力する校正信号入力スイッチを設けて構成し、運用上の制約無く、精度の高いドップラ補償の校正を可能としたものである。
【００１３】また、第３の発明による追尾受信機は、上記第２の発明による追尾受信機に校正信号入力スイッチ、発振器制御回路、バイアスコントロール回路を統合して制御する校正制御回路を追加したものである。
【００１４】また、第４の発明による追尾受信機は、上記第３の発明による追尾受信機にレベル検出信号をモニタし計算機にレベルモニタ情報を出力するレベルモニタ回路を追加したものである。
【００１５】また、第５の発明による追尾受信機は、上記第４の発明による追尾受信機のドップラシフト量を予測計算し、ドップラ補償予報値を出力する機能、校正信号入力スイッチ、発振器制御回路、バイアスコントロール回路を統合して制御する機能、レベル検出信号をモニタする機能をアンテナ駆動計算機に取り込み、校正信号入力スイッチ、発振器制御回路、バイアスコントロール回路とのインタフェース回路を設ける。これより、ドップラシフト量の予測計算、制御処理等をアンテナ駆動計算機内のソフトウェア上で実現し、追尾受信機へドップラシフト予報値を出力する回路及びレベルモニタ回路をアンテナ駆動計算機内の他の入出力回路と共用したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１を示す図であり、図において１〜２８は図１１と同等である。２９は校正信号結合器、３０は校正用基準ＲＦ信号発振器、３１はバイアスコントロール回路、３２は発振器制御回路、３３はレベル検出回路、３４はレベル検出信号、３５はコマンド信号ａ、３６はコマンド信号ｂ、３７はドップラ補償オフセットコマンド信号である。
【００１７】次に、実施の形態１の詳細な動作説明を行う。通常の運用である受信モードでは、入力和信号１は校正信号結合器２９を経て、和信号系ＬＮＡ２に入力される。一方、図６に示すような運用開始前等アンテナ追尾が行われておらず、通信相手からの受信信号が追尾受信機に入力されていない校正モード状態においては、地上からのコマンド信号ａ３５によりバイアスコントロール回路３１を制御し、校正用基準ＲＦ信号発振器３０を動作させる。校正用基準ＲＦ信号発振器３０は安定で既知の固定した周波数の基準ＲＦ信号を出力し、基準ＲＦ信号は校正信号結合器２９を介し和信号系ＬＮＡ２に入力される。和信号系ＬＮＡ２に入力された基準ＲＦ信号は従来の技術同様に処理される。検波器１５では基準ＲＦ信号レベルに依存したＡＧＣ制御信号１６が検波され、このＡＧＣ制御信号１６からレベル検出回路３３にてレベル検出信号３４を生成する。校正モードにおいてはコマンド信号ｂ３６により発振器制御回路３２を動作させる。発振器制御回路３２は、局発信号発振器１１が安定に動作する固定の範囲の掃引電圧を出力し、この掃引電圧により局発信号発振器１１の発振周波数の掃引を行う。これにより、周波数変換器１０から出力されるＩＦ信号の周波数も、局発信号発振器１１の発振周波数の掃引に従って変動する。この時、レベル検出信号３４の大きさは、発振器制御回路３２からの掃引電圧を横軸に取ると図７のａに示したように、狭帯域帯域制限フィルタ１３の周波数特性に従った出力となる。ここで、温度変動、経年変動等により局発信号発振器１１の制御電圧に対する発振周波数がずれた場合、狭帯域帯域制限フィルタ１３の帯域に入る周波数を出力する制御電圧範囲がずれるため、レベル検出信号は図７のｂ、ｃに示したように変動する。よって、このレベル検出信号３４を地上でモニタして局発信号発振器１１の制御電圧に対する発振周波数のずれ分を計算処理し、このずれ分をあらかじめ計算機２７へドップラ補償予報値２８のオフセット分としてドップラ補償オフセットコマンド信号３７によりインプットする。
【００１８】このように、レベル検出信号３４により局発信号発振器１１の制御電圧に対する発振周波数のずれを認識し、計算機２７がドップラ補償予報値２８を計算・出力する際にオフセット分として取り入れることにより、温度変動、経年変動等があっても局発信号発振器１１から所望の周波数を出力させることができる。
【００１９】実施の形態２．図２は、この発明の実施の形態２を示す図であり、図において１〜２８、３０〜３７は図１と同等である。３８は校正信号入力スイッチ、３９はコマンド信号ｃである。
【００２０】次に、実施の形態２の詳細な動作説明を行う。通常モードにおいては校正信号入力スイッチ３８は図８（ａ）の接続状態となり和信号１が校正信号入力スイッチ３８を介し和信号系ＬＮＡ２に入力される。一方、校正モード状態においては、地上からのコマンド信号ｃ３９により校正信号入力スイッチ３８を切り替え、校正信号入力スイッチ３８は図８（ｂ）の接続状態となり、校正用基準ＲＦ信号発振器３０の出力が和信号系ＬＮＡ２に入力されるようになる。つぎに、地上からのコマンド信号ａ３５によりバイアスコントロール回路３１を制御し、校正用基準ＲＦ信号発振器３０を動作させ基準ＲＦ信号を出力させる。この基準ＲＦ信号は校正信号入力スイッチ３８を介し和信号系ＬＮＡ２に入力され、以下実施の形態１と同様に処理される。
【００２１】このように、基準ＲＦ信号を校正信号入力スイッチ３８を介し入力することにより、運用開始前等、通信相手からの受信信号が追尾受信機に入力されていない時のみといった校正に対する制約が無く、常に校正が可能であり、また和信号１やその他不要な干渉波の影響を受けることなく校正が可能となる。
【００２２】実施の形態３．図３は、この発明の実施の形態３を示す図であり、図において１〜３８は図２と同等である。４０は校正制御回路、４１はコマンド信号ｄである。
【００２３】次に、実施の形態３の詳細な動作説明を行う。校正モードにおいて、コマンド信号ａ３５、コマンド信号ｂ３６、コマンド信号ｃ３９のかわりに、校正制御回路４０からの制御信号により校正信号入力スイッチ３８を切り替え、バイアスコントロール回路３１、発振器制御回路３２の制御を行い、以下実施の形態２と同様にドップラ補償の校正を行う。校正制御回路４０は、地上からのコマンド信号ｄ４１により校正動作を開始し、以下図９に示すように校正信号入力スイッチ３７を校正モードに切り替え（ステップＥ1 ）、バイアスコントロール回路３１をＯＮモードにし（ステップＥ2 ）、発振器制御回路３２を動作状態にする（ステップＥ3 ）の動作フローに従って各機器の制御を行う。
【００２４】このように、個々のコマンド信号により制御していた校正信号入力スイッチ３８、バイアスコントロール回路３１、発振器制御回路３２を校正制御回路４０からの制御信号により統合して制御を行うことができる。
【００２５】実施の形態４．図４は、この発明の実施の形態４を示す図であり、図において１〜４０は図３と同等である。４２はレベルモニタ回路である。
【００２６】次に、実施の形態４の詳細な動作説明を行う。校正制御回路４０は、時刻データ等をもとに校正モードを開始し、実施の形態３と同様の処理により、校正用基準ＲＦ信号発振器３０より基準ＲＦ信号を出力させ、校正信号入力スイッチ３８を介し和信号系ＬＮＡ２に入力し、レベル検出信号３４を出力させる。このレベル検出信号３４をレベルモニタ回路４２にてモニタし、局発信号発振器１１の制御電圧に対する発振周波数のずれ情報を計算機２７へ出力する。この発振周波数のずれ情報をもとに計算機２７がドップラ補償予報値２８を計算・出力する際にオフセット分として取り入れる。
【００２７】このように、校正制御回路４０にタイマー機能を持たせ、衛星内でレベルモニタを行い、ドップラ補償のずれ分を計算処理できるようにしたため、地上でレベル検出信号３４がモニタできない軌道上にいる場合もドップラ補償の校正ができ、全ての軌道上で所望の追尾精度を確保することができる。また、ドップラ補償の校正を地上を介さず衛星内で自律して行うことができる。
【００２８】実施の形態５．図５は、この発明の実施の形態５を示す図であり、図において１〜３４、３８は図４と同等である。４３はインタフェース回路である。
【００２９】次に、実施の形態５の詳細な動作説明を行う。実施の形態４において、校正信号入力スイッチ３８の切り替え、バイアスコントロール回路３１、局発信号発振器１１の制御、ドップラ補償予報値２８の出力をインタフェース回路４３を介してアンテナ駆動計算機２６の制御で行い、レベル検出信号３４のモニタも直接アンテナ駆動計算機２６にて行い、ドップラシフト量の予測計算、制御処理等をアンテナ駆動計算機２６内で統合して行う。
【００３０】このように、ドップラ補償の校正処理、ドップラシフト量の予測計算、制御処理等をアンテナ駆動計算機２６内で統合して行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】第１の発明によれば、発振周波数が既知で固定し、安定な校正用基準ＲＦ信号を入力し、局発信号の掃引により局発信号発振器の制御電圧に対する発振周波数のずれを認識し、計算機がドップラ補償予報値を計算・出力する際にオフセット分として取り入れることにより温度変動、経年変動等があっても局発信号発振器から所望の周波数を出力させることができ、精度の良いドップラ補償が可能である。これにより、温度変動、経年変動等があっても精度の良い追尾動作が可能である。
【００３２】第２の発明によれば、発振周波数が安定で固定した校正用基準ＲＦ信号を校正信号入力スイッチを介して入力できるようにしたため、運用開始前等、通信相手からの受信信号が追尾受信機に入力されていない時のみといった校正に対する制約が無く、常に校正が可能であり、また和信号やその他不要な干渉波の影響を受けることなく校正が可能となるためより精度の良いドップラ補償の校正が可能となる。
【００３３】第３の発明によれば、個々のコマンド信号により制御していた校正信号入力スイッチ、バイアスコントロール回路、発振器制御回路を校正制御回路からの制御信号により制御を行うことにより、運用の省力化、オペレーションミスを防止すると同時に、校正処理を高速に行うことができる。
【００３４】第４の発明によれば、地上からのコマンドで制御していた校正制御回路をタイマ機能により自律動作を行うようにし、さらに地上で行っていたレベルモニタ及びドップラ補償のずれ分の計算処理を衛星内で行えるようにしたため、地上でレベル検出信号がモニタできない軌道上にいる場合もドップラ補償の校正ができ、全ての軌道上で所望の追尾精度を確保することができる。また、ドップラ補償の校正を地上を介さず衛星内で自律して行うことができるため、さらなる運用の省力化、オペレーションミス防止、高速校正処理を行うことができる。
【００３５】第５の発明によれば、校正信号入力スイッチの切り替え、バイアスコントロール回路、局発信号発振器の制御、レベル検出信号のモニタ及びドップラシフト量の予測計算、制御処理等をアンテナ駆動計算機内で統合して行うため、コンパクト化を実現でき搭載性の向上を図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１月２２日（１９９９．１．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０２４３９
【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２１４２４３（Ｐ２０００−２１４２４３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年８月４日（２０００．８．４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１４１８６ |
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