JPH05232207A - アンテナ姿勢制御装置 - Google Patents

アンテナ姿勢制御装置

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JPH05232207A
JPH05232207A JP3640892A JP3640892A JPH05232207A JP H05232207 A JPH05232207 A JP H05232207A JP 3640892 A JP3640892 A JP 3640892A JP 3640892 A JP3640892 A JP 3640892A JP H05232207 A JPH05232207 A JP H05232207A
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JP
Japan
Prior art keywords
antenna
signal
radio wave
received
phase difference
Prior art date
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Application number
JP3640892A
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English (en)
Inventor
Makoto Morita
真 森田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 天候の影響や放送衛星のパワーの変動などに
より受信電波強度が変化しても安定した追尾性能を確保
したアンテナ姿勢制御装置を得る。 【構成】 受信レベル検出回路15によりアンテナ11
bの受信電波強度を検出し、その受信電波強度を基に所
定の演算を施して、演算回路16の出力信号とローパス
フィルタ14の出力信号を乗算器17により乗算するこ
とにより、受信電波強度成分を除去した位相差信号を得
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアンテナ姿勢制御装置、
特に放送衛星などの対局(あるいは電波源)に対して相
対的に移動する系内におけるアンテナの姿勢制御を行う
場合において、アンテナの姿勢制御の基となる位相差信
号が受信電波強度の影響を受けないようにしたアンテナ
姿勢制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】衛星放送が実現されて以来、固定建造物
はもとより、自動車などの移動体においても衛星からの
電波を受信しようとする傾向が見られる。ここで、放送
衛星(対局あるいは電波源)からの微弱な電波を受信す
るためには、指向性が鋭い高利得のアンテナを使用する
ことが必要であり、このような指向性が鋭いアンテナを
使用するためにはアンテナの姿勢制御が必要となる。
【0003】アンテナの姿勢制御は、初期設定時のアン
テナ姿勢を維持するいわゆるパッシブ制御と、電波の到
来方向を逐次検出して放送衛星を追尾するいわゆるアク
ティブ制御とに大別される。このうち、アクティブ制御
は電波の到来方向の相対的な変化に応じてアンテナ姿勢
を変更するので、受信安定度が電気的な制御系に求めら
れる。つまり、パッシブ制御とは逆に機械系のイナーシ
ャを小さくしてレスポンスを速くすることが要求される
ので、自動車などの小型の移動体に搭載する装置にとっ
ては有利である。
【0004】また、このアクティブ制御には、1つのア
ンテナの姿勢を連続的に変化して電波の到来方向を検出
する連続ロービング方式と、複数のアンテナを用いて各
アンテナの受信状態の差違から電波の到来方向を検出す
る同時ロービング方式があるが、自動車などの小型の移
動体上で衛星放送を受信するのであれば、連続的なアン
テナ姿勢の変化に起因する機械的な振動やフェージング
等が無い同時ロービング方式に優位性があるといえる。
【0005】さらに、この同時ロービング方式は、各ア
ンテナにおいて受信した信号の振幅成分を利用するもの
と位相成分を利用するものとに分けられる。受信した信
号の振幅成分を利用するものは、各アンテナの指向方向
をわずかにずらし、各受信信号のレベルの比較により電
波の到来方向を検出する方式であるが、各アンテナの設
置精度や、その特性、信号処理回路の電気的特性の影響
を受け易い。この点、位相成分を利用するものは、各ア
ンテナの物理的な関係(配置の間隔)が主たるパラメー
タとなり、より安定した制御が得られ易い。
【0006】そこで、例えば、2つのアンテナにおいて
受信した信号の位相成分を検出する方式について説明す
る。この場合、一方の受信信号と他方の受信信号を乗
じ、あるいは一方の受信信号に90度移相した他方の受
信信号を乗じた信号から直流分を抽出することにより、
その直流分に各受信信号間の位相差が余弦関数の値、あ
るいは正弦関数の値として得られる。この位相差は、2
つのアンテナに到来する電波の行程差、すなわち、電波
の到来方向とアンテナの指向方向との偏角によりもたら
されるもので、これらの値はその偏角を反映しているこ
とになる。この位相差信号を位相モノパルス信号という
場合がある。また、このような位相モノパルス信号によ
りアンテナの姿勢制御を行う方式を位相モノパルス方式
と称する場合がある。
【0007】図2は、そのような位相モノパルス方式に
よりアンテナの追尾を行うアンテナ姿勢制御装置のブロ
ック図である。図において、従来のアンテナ姿勢制御装
置は、アンテナ11aと、アンテナ11bと、アンテナ
11bにより受信された電波の受信信号を−90゜移相
する移相器12と、アンテナ11aにより受信された信
号と移相器12の出力信号を乗算する乗算器13と、乗
算器13の出力信号からその各受信信号間の位相差を抽
出するローパスフィルタ14と、ローパスフィルタ14
からの位相差信号によりモータの制御信号を出力するモ
ータ制御回路18と、モータ制御回路18の制御信号に
よりアンテナを姿勢制御するモータ19とから構成され
ている。
【0008】また、図において、アンテナ11aとアン
テナ11bはその接点を中心として回転制御され、各々
のアンテナの中心点の間隔は”L”で示されている。ま
た、図に示す波線は各アンテナの摺向方向を示し、1点
鎖線は放送衛星から到来する電波を示している。なお、
放送衛星から到来する電波は、アンテナ11aとアンテ
ナ11bの中心点の距離Lが放送衛星から地表面までの
距離に比較して十分に小さいので、実質的に平行と見な
すことができる。
【0009】次に、上記の通り構成される従来のアンテ
ナ姿勢制御装置の動作について説明する。
【0010】今、1点鎖線で示される放送衛星からの電
波の到来方向と、アンテナの摺向方向との角度であるア
ジマス偏角を“θ”とすると、アンテナ11bに到達す
る電波は、アンテナ11aに到達する電波よりLsin
θだけ余分な行程を進むために位相が遅れる。
【0011】つまり、アンテナ11aの受信信号の受信
電圧を“Va=Vsinwt”と表すとすれば、アンテ
ナ11bの受信信号の受信電圧は式(1)のようにな
る。
【0012】 Vb=Vsin(wt−2πLsinθ/λ)....(1) ここで、“w”は電波の角速度、“L”は各々のアンテ
ナの中心点の間隔、“θ”はアジマス偏角、“λ”は電
波の波長である。
【0013】アンテナ11bの受信信号は、移相器12
によりその位相成分が−90゜移相されるので、移相器
12の出力信号とアンテナ11aの受信信号Vaと掛け
合わせる乗算器13の出力信号の電圧は、式(2)に示
すようになる。
【0014】 Vsinwt×Vsin(wt−2πLsinθ/λ−90゜) = V2 sinwt×{−cos(wt−2πLsinθ/λ)} = −1/2・V2 sin(2wt−2πLsinθ/λ) −1/2・V2 sin(2πLsinθ/λ)...(2) この式(2)で示される乗算器13の出力信号をローパ
スフィルタ14に入力し、その信号電圧の前項を除去す
るとローパスフィルタ14の出力Vcは式(3)のよう
になる。
【0015】 Vc=1/2・V2 sin(2πLsinθ/λ)......(3) このように、アンテナ11a受信信号とアンテナ11b
の受信信号を−90゜移相した信号を乗じた信号から直
流分を抽出することにより、アジマス偏角θに起因して
アンテナ11bの受信信号に生じたアンテナ11aの受
信信号に対する遅れ位相θを正弦関数で表した正弦アジ
マス誤差信号sinθが求まり、アジマス偏角θを知る
ことができる。
【0016】このように、従来のアンテナ姿勢制御装置
は、前述のローパスフィルタ14の出力信号Vcをモー
タ制御回路18に入力して、モータ制御回路18が出力
信号Vcに基づき生成した制御信号によりモータ19を
動作させて、アンテナ11を制御していた。従って、上
記式(3)から明らかなように従来の位相差信号は受信
電波強度Vの関数となるので、従来のアンテナ姿勢制御
装置においてはアンテナ11aの受信信号とアンテナ1
1bの受信信号の位相差θが同じであっても、アンテナ
に到来する電波の受信電波強度Vが変わると、位相差信
号であるローパスフィルタ14の出力信号Vcが変わり
安定したアンテナ姿勢制御ができない。これを位相差θ
と位相モノパルス信号Vcと関係をグラフ表示した図3
に示す。図に示すように、アンテナに到来する電波の受
信電波強度Vが変わることにより、ローパスフィルタ1
4の出力信号Vcが変化することがわかる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の位相モノパルス方式によりアンテナ姿勢制御を行
うアンテナ姿勢制御装置では、複数のアンテナの受信信
号の位相差が同じであってもアンテナに到来する電波の
受信電波強度が変わると、アンテナ制御の制御信号が変
化し安定したアンテナ姿勢制御ができないという問題が
あった。
【0018】すなわち、雨などの天候の影響や放送衛星
のパワーの変動などにより受信電波強度が変化した場
合、従来技術で説明した位相差θに相当する信号レベル
が変化する。前述したようにアンテナ追尾の制御系回路
はこの位相差信号を誤差信号として用いており、この信
号が本来の位相差以外の影響で変化することは制御ゲイ
ンが変化することと等価である。従って、天候などの外
部要因により受信電波強度が弱くなるとゲインが等価的
に弱くなり追尾誤差が大きくなる。また、受信電波強度
が強くなるとゲインが等価的に大きくなり、ハンチング
発生など制御系が不安定になるのである。
【0019】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、天候の影響や放送衛星のパワーの
変動などにより受信電波の強度が変化しても安定した追
尾性能を確保したアンテナ姿勢制御装置を得ることを目
的としている。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わるアンテナ姿勢制御装置は、一方のア
ンテナの受信信号と、他方のアンテナの受信信号を−9
0゜移相した信号を乗算手段により乗じ、それらの信号
から直流分を抽出することによりアジマス偏角に起因し
て生じたアジマス誤差信号を求めると共に、一方のアン
テナの受信電波強度を検出する受信レベル検出手段と、
検出された受信電波強度を基に所定の演算を施す演算手
段と、演算手段の出力信号と前記位相差信号を乗算する
乗算手段とを備え、前記位相差信号に含まれる受信電波
強度成分を除去してアンテナの姿勢制御を行うようにし
たものである。
【0021】
【作用】従って、本発明のアンテナ姿勢制御装置によれ
ば、受信レベル検出手段により一方のアンテナの受信電
波強度を検出し、その受信電波強度を基に所定の演算を
施して位相差信号に乗算することにより従来の位相差信
号に含まれる受信電波強度成分を除去することができる
ので、アンテナの追尾を行う基となる位相差信号が受信
電波強度の影響を受けないようになる。
【0022】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図に基づいて
説明する。図1は本実施例に係わるアンテナ姿勢制御装
置のブロック図である。
【0023】図1において、本実施例のアンテナ姿勢制
御装置は、アンテナ11aと、アンテナ11bと、アン
テナ11bにより受信された電波の受信信号を−90゜
移相する移相器12と、アンテナ11aにより受信され
た信号と移相器12の出力信号を乗算する乗算器13
と、乗算器13の出力信号からその各受信信号間の位相
差を抽出するローパスフィルタ14と、アンテナ11b
からの受信信号を入力して受信電波強度を検出する受信
レベル検出回路15と、受信レベル検出回路15により
検出された受信電波強度を基に所定の演算を施す演算回
路16と、演算回路16の出力信号と前記ローパスフィ
ルタ14の出力信号を乗算する乗算器17と、乗算器1
7からの位相差信号によりモータの制御信号を出力する
モータ制御回路18と、モータ制御回路18の制御信号
によりアンテナを姿勢制御するモータ19とから構成さ
れている。
【0024】次に、上記の通り構成される本実施例のア
ンテナ姿勢制御装置の動作について説明する。
【0025】まず、ローパスフィルタ14から出力され
る位相差信号Vcは、従来のアンテナ姿勢制御装置で説
明したように、式(3)で示される値となる。
【0026】 Vc=1/2・V2 sin(2πLsinθ/λ)......(3) 本発明のアンテナ姿勢制御装置では、このローパスフィ
ルタ14の位相差信号Vcを直接モータ制御回路18に
入力せず以下のように処理する。
【0027】すなわち、まず受信レベル検出回路15に
よりアンテナ11bが受信する受信信号の電波強度Vを
検出し、その受信電波強度Vを基に演算回路16により
式(4)に示す信号Veを生成する。
【0028】Ve=1/V2 ....(4) この演算回路16により生成された信号Veと、前記ロ
ーパスフィルタ14から出力される位相差信号Vcを乗
算器17に入力し、乗算器17より“Vc×Ve”の演
算を行い、式(5)に示す位相差信号Vfを得る。
【0029】 Vf=−sin(2πL/λ・sinθ)...(5) 乗算器17の出力信号Vfは、式(5)から明らかなよ
うに受信電波強度Vに影響されずに、θに対して一義的
に決まることがわかる。この出力信号Vfをモータ制御
回路18に入力しVf=0となるようにモータ19を制
御する。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のアンテナ
姿勢制御装置によれば、受信レベル検出手段により一方
のアンテナの受信電波強度を検出し、その受信電波強度
を基に所定の演算を施して位相差信号に乗算することに
より従来の位相差信号に含まれる受信電波強度成分を除
去し、アンテナの追尾を行う基となる位相差信号が受信
電波強度に影響されないように構成したので、天候の影
響や放送衛星のパワーの変動などにより受信電波の強度
が変化しても安定した追尾性能を確保することができる
という効果がある。
【0031】また、アンテナ到来電波の強さを常にモニ
タしてアンテナ姿勢制御にフィードバックしていること
になるので、レドームの材質変更や形状変更しても制御
系ゲインを再調整する必要が無いという効果がある。
【0032】さらに、例えば、北海道と本州中部などと
いった受信電波強度の異なるところに移動しても常に安
定した制御が行えるアンテナ姿勢制御装置を提供できる
という効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係わるアンテナ姿勢制御装置のブロ
ック図である。
【図2】従来のアンテナ姿勢制御装置のブロック図であ
る。
【図3】従来のアンテナ姿勢制御装置の受信電波強度の
変化によるローパスフィルタの出力信号の変化を示すグ
ラフである。
【符号の説明】
11a,11b アンテナ 12 移相器 13、17 乗算器 14 ローパスフィルタ 15 受信レベル検出回路 16 演算回路 18 モータ制御回路 19 モータ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放送衛星などの電波源からの電波を複数
    のアンテナにおいて受信し、一方のアンテナの受信信号
    と他方のアンテナの受信信号を−90゜移相した信号と
    を乗算手段により乗じ、それらの信号から直流分を抽出
    することによりアジマス偏角に起因して生じたアジマス
    誤差信号を求め、その誤差信号からアンテナの姿勢制御
    を行う位相差信号を得るアンテナ姿勢制御装置におい
    て、 一方のアンテナの受信電波強度を検出する受信レベル検
    出手段と、検出された受信電波強度を基に所定の演算を
    施す演算手段と、この演算手段の出力信号と前記位相差
    信号を乗算する乗算手段と、この乗算手段から出力され
    る信号に基づいてアンテナの姿勢を制御する制御手段
    と、を備え、前記位相差信号に含まれる受信電波強度成
    分を除去し、この受信電波強度成分が除去された前記位
    相差信号に基づいてアンテナの姿勢制御を行うことを特
    徴とするアンテナ姿勢制御装置。
JP3640892A 1992-02-24 1992-02-24 アンテナ姿勢制御装置 Pending JPH05232207A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004347458A (ja) * 2003-05-22 2004-12-09 Nakayo Telecommun Inc 無線方向探知機
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