JP2011199541A - 衛星サーチ時間短縮方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
衛星サーチは、アンテナを回転させながら受信強度の高い方向を見つける動作をするため、方向が定まるまでには一般に数分程度のサーチ時間を要する。また、衛星方向に物体がある場合にブロッキング状態になり、正確に衛星方向にアンテナを指向できないことがある。
【解決手段】
第１指示方法として利用者が直接ヘディング角を入力するヘディング角直接入力モードを有し、第２指示方法としてＧＰＳが移動体の移動方向を取得しこれをヘディング角とするモードを有し、第３指示方法としてアンテナを回転し受信強度が最大となる角度をサーチする衛星サーチモードを有し、前記第１指示方法が実現できない場合は前記第２指示方法を実施し、前記第２指示方法が実現できない場合は前記第３指示方法を実施することによって、衛星に対するアンテナのベアリング角を取得し、アンテナを衛星方向に指向し、衛星追尾を継続することを特徴とする衛星サーチ時間短縮方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶に搭載されて、放送衛星や通信衛星などから、衛星の方向に追尾しながら電波を受信する移動体用衛星追尾アンテナ装置であって、該追尾にかかる時間を短縮する方法に関する。

衛星を中継して通信を行うシステムは、中継基地の設置ができない海上通信など、各種の分野で用いられている。例えば電話やＦＡＸなどの海上通信は、例えばインマルサットシステムが提供するサービスを利用することにより可能となる。インマルサットシステムの衛星を利用する衛星通信システムを船舶が搭載している場合、ギガＨｚ帯の周波数を用いるので、インマルサット衛星と船舶との間で送受信される電波の指向性が鋭くなる。このために、船舶に設置されているアンテナが常に衛星と正対するように、衛星追尾システムがアンテナの姿勢制御をしている。

衛星追尾システムには、インマルサット衛星を追尾する際に、船舶に装備されているジャイロコンパスからのジャイロ信号を利用する装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、ジャイロ信号を基にして、アンテナの方向を演算する。そして、この装置は、アンテナを駆動する装置を、演算結果で制御する。こうしたジャイロ制御方式は、ジャイロコンパスにより絶対方位が得られるので、安定した衛星追尾が行える。

一方、ジャイロコンパスを搭載していない船舶に対しては、アンテナシステムに実装されているＧＰＳの測位値によって得られる船舶と衛星との仰角をもとにアンテナの仰角を固定し、衛星到来波の受信強度をモニタしながらアンテナを水平面と平行な平面上で１回転させ、電波の強い方向を見つけるという方法が一般的である。この方法を衛星サーチと呼ぶ。

特開平７−５０５１４号公報

しかるに衛星サーチは、アンテナを回転させながら受信強度の高い方向を見つける動作をするため、方向が定まるまでには一般に数分程度のサーチ時間を要する。また、衛星方向に物体がある場合にブロッキング状態になり、正確に衛星方向にアンテナを指向できないことがある。

前記の課題を解決するために、本発明は、
移動体に搭載され、衛星からの電波を、アンテナの指向性ビームの方向を衛星に向けながら受信する移動体用衛星追尾アンテナ装置において、
第１指示方法として利用者が直接ヘディング角を入力するヘディング角直接入力モードを有し、
第２指示方法としてＧＰＳが移動体の移動方向を取得しこれをヘディング角とするモードを有し、
第３指示方法としてアンテナを回転し受信強度が最大となる角度をサーチする衛星サーチモードを有し、
前記第１指示方法が実現できない場合は前記第２指示方法を実施し、
前記第２指示方法が実現できない場合は前記第３指示方法を実施することによって、
衛星に対するアンテナのベアリング角を取得し、アンテナを衛星方向に指向し、衛星追尾を継続することを特徴とする衛星サーチ時間短縮方法とする。

本発明によれば、衛星サーチにおいて、アンテナを回転させながら受信電波強度の強い方向を探す手段を取らなくても良くなるため、従来要していたサーチ時間を短縮することが可能になる。

また、本発明によれば、衛星方向に物体が存在してブロッキング状態になり、受信強度が不安定になっても、正確に衛星方向にアンテナを指向させることが可能になる。また、船舶が航行していれば、船舶の位置と船首角によってブロックキング状態が解除されることもありうるが、それまでの間、従来では不可能であった衛星追尾を、ＧＰＳが出力する方位データを基に実行することが可能になる。

このように、本発明の手段は既存装置への組み込みが簡単なので、装置のコストアップを招くことなく、利用者の利便性を向上させることが可能になる。

全体フローチャート 角度表現の説明図 ヘディング角を手入力する場合のフローチャート ＧＰＳ出力からヘディング角を得る場合のフローチャート ブロッキング状況下での衛星追尾の模式図

本発明の好適な実施例について、図を参照して説明する。

図１は本発明の概略を示す処理フローチャートである。衛星方向にアンテナを指向させる処理を開始すると、まず、可能であればユーザーがヘディング角を入力する（Ｓ１０１）。この場合は、該ヘディング角とＧＰＳ測位値（緯度・経度）及び指向したい衛星の緯度・経度からベアリング角を計算し（Ｓ１０３）、アンテナを指向する。

次に、ユーザーが手入力出来ない場合は、可能であればＧＰＳが出力する方位データをヘディング角として扱う（Ｓ１０５）。この場合も、該ヘディング角とＧＰＳ測位値及び衛星の緯度・経度によってベアリング角を計算し（Ｓ１０７）、アンテナを指向する。

次に、ＧＰＳが出力する方位データをヘディング角として扱えない場合は、通常の衛星サーチ処理を行う（Ｓ１０９）。

船舶などに搭載される移動体衛星通信装置のアンテナ制御システムでは、衛星到来波の受信強度が一番強くなる方向を見つける必要があるが、衛星サーチが完了するまでに数分の時間を要する。本発明では上記のように、ユーザーからのヘディング角の入力モードと、ＧＰＳからのヘディング角入力モードを設けることによって、時間の短縮及び精度の向上が図られるのである。

なお、上記で用いた角度を表す用語の意味を図２に示す。図中に示すように、真北方向と船首方向の角度差をヘディング角と呼び、船首方向と衛星方向の角度差をベアリング角と呼ぶ。また、真北方向と衛星方向の角度差をアジマス角と呼ぶ。船上のアンテナは衛星方向に指向させなければならないから、算出されるベアリング角によってアンテナの方向が決定される。

船舶の航法装置が方位データを出力できる場合は、ユーザーはそれを見てヘディング角を手入力できるし（Ｓ１０１）、移動する船舶に関して、搭載したＧＰＳ装置はその移動方向を方位データとして識別するが、これは船首方向でもあるから、ＧＰＳ装置はヘディング角を設定するのに利用できるのである（Ｓ１０３）。

次に、Ｓ１０１からＳ１０３に至る処理について、図３を参照して説明する。

本発明では、従来、衛星サーチにかかっていた時間について、精度を向上させながら短縮することが目的であり、そのために、ヘディング角に関して利用者による手入力が出来る場合は、これを最優先とする。

そこで、利用者が船舶に搭載した航法装置からヘディング角を読み取れる場合に（Ｓ３０１）、該ヘディング角をアンテナ制御部に手入力する（Ｓ３０３）。

さらに、利用者がＧＰＳ測位値から緯度と経度を取得し（Ｓ３０５）、該測位値から衛星のアジマス角を得る（Ｓ３０７）。アジマス角の取得方法については、アンテナ制御部が計算する方法や利用者がデータシートを参照する方法などがあり、本発明ではこれを限定しない。アジマス角は、船舶の位置が確定すれば、その時刻における衛星の方向が必然的に決定されるために、取得する事が可能となる。

さらに、取得したアジマス角をアンテナ制御部に入力する（Ｓ３０９）。ただし、前記のように、アンテナ制御部がアジマス角を計算できる場合もあるため、アジマス角の入力手段について、手入力であるか自動化されたものであるかは本発明では限定しない。

さらに、前記のアジマス角から前記のヘディング角を減算することによってベアリング角を取得する（Ｓ３１１）。なお、減算結果が負の値であれば、結果に対して３６０度を加算する。ベアリング角の取得に際して、利用者が直接計算できる場合や、アンテナ制御部が自動計算する場合が考えられ、本発明ではこれを限定しない。

得られたベアリング角は船舶の船首方位から見た衛星の相対角度であるから、この値を用いてアンテナの方位をアンテナ制御部の指示で指向させる（Ｓ３１３）。

次に、Ｓ１０５からＳ１０７に至る処理について、図４を参照して説明する。

本発明では、前記のように、従来、衛星サーチにかかっていた時間について、精度を向上させながら短縮することが目的であり、そのために、航行装置を積載していないなどの理由で、ヘディング角に関して利用者による手入力が出来ない場合には、ＧＰＳ出力を用いて同等の処理を行う手段を衛星サーチよりも優先する。

そこで、アンテナシステムに実装されるＧＰＳ装置が得る航行方向データをヘディング角として扱い（Ｓ４０１）、該ヘディング角をアンテナ制御部に入力する（Ｓ４０３）。この際、ＧＰＳ装置の航行方向データが直接アンテナ制御部に電気的に伝達される場合と、計器を見て利用者がアンテナ制御部に手入力する場合が考えられるが、本発明ではこれを限定しない。

さらに、利用者がＧＰＳ測位値から緯度と経度を取得し（Ｓ４０５）、該測位値から衛星のアジマス角を得る（Ｓ４０７）。アジマス角の取得方法については、アンテナ制御部が計算する方法や利用者がデータシートを参照する方法などがあり、本発明ではこれを限定しない。前述したように、アジマス角は、船舶の位置が確定すれば、その時刻における衛星の方向が必然的に決定されるためにこれらの事が可能となる。

さらに、取得したアジマス角をアンテナ制御部に入力する（Ｓ４０９）。ただし、前記のように、アンテナ制御部がアジマス角を計算できる場合もあるため、アジマス角の入力手段について、手入力であるか自動化されたものであるかは本発明では限定しない。

さらに、前記のアジマス角から前記のヘディング角を減算することによってベアリング角を取得する（Ｓ４１１）。なお、減算結果が負の値であれば、結果に対して３６０度を加算する。ベアリング角の取得に際して、利用者が直接計算できる場合や、アンテナ制御部が自動計算する場合が考えられ、本発明ではこれを限定しない。

得られたベアリング角は船舶の船首方位から見た衛星の相対角度であるから、この値を用いてアンテナの方位をアンテナ制御部の指示で指向させる（Ｓ４１３）。

Ｓ１０１もＳ１０５も否であった場合は、従来手法であるところの、衛星サーチを行う。これは、ＧＰＳの測位値を元にアンテナの仰角を固定し、衛星到来波の受信強度をモニタリングしながら、アンテナを水平面と平行な平面上で1回転させ、電波の強い方向を見つけるというものである。

本発明によれば、前記のように手入力を最優先にするため、例えばアンテナと衛星の間になんらかの物体が存在する場合に生ずるブロッキング状態であっても、アンテナを正しい向きに指向させることができる。

そして、一旦手入力によってアンテナを正しい方向に指向させれば、その後このようなブロッキング状態が一定時間継続していても、船舶が航行をすることによってＧＰＳから得られる方位データを用いて安定した衛星追尾を続けることが可能になる。

こういったブロッキング状況下での衛星追尾の様子を図５に示す。なお、同図において判りやすくするために時間幅を長く取ってあるが、例えばヘディング角の手入力からアンテナの指向までの時間幅は装置や利用者の入力形態に依存するものであるから、任意のものである。

図５に示すように、ヘディング角を手入力し、ベアリング角を取得し、アンテナを衛星方向に指向することで衛星サーチ時間を短縮でき、また、その後、ブロッキング状態が発生しても、ＧＰＳが航行方向を元にヘディング角を取得できるため、衛星追尾を継続することが可能となるのである。

本実施例ではアンテナの向きの制御にアンテナ制御部を用いたが、これに関して、その搭載方法や利用形態などについては、本発明ではなんら限定しない。

２０１…自船舶、 ２０３…衛星、
２０５…真北方向、 ２０７…船首方向。

Claims (1)

1. 移動体に搭載され、衛星からの電波を、アンテナの指向性ビームの方向を衛星に向けながら受信する移動体用衛星追尾アンテナ装置において、
   第１指示方法として利用者が直接ヘディング角を入力するヘディング角直接入力モードを有し、
   第２指示方法としてＧＰＳが移動体の移動方向を取得しこれをヘディング角とするモードを有し、
   第３指示方法としてアンテナを回転し受信強度が最大となる角度をサーチする衛星サーチモードを有し、
   前記第１指示方法が実現できない場合は前記第２指示方法を実施し、
   前記第２指示方法が実現できない場合は前記第３指示方法を実施することによって、
   衛星に対する移動体におけるアンテナのベアリング角を取得し、アンテナを衛星方向に指向し、衛星追尾を継続することを特徴とする衛星サーチ時間短縮方法。