JP3732151B2

JP3732151B2 - 車載中継局の衛星捕捉システム及び車載中継局の衛星捕捉方法

Info

Publication number: JP3732151B2
Application number: JP2002113757A
Authority: JP
Inventors: 雅宏迎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP2003309415A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載中継局の衛星捕捉システム及び車載中継局の衛星捕捉方法に係り、更に詳しくは、衛星通信用車載局のアンテナを捕捉対象衛星に自動的に指向させる衛星捕捉システム及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の衛星捕捉システムの構成を示したブロック図であり、衛星通信用の車載中継局が示されている。図中の１は通信衛星、２は車載局アンテナ、３は給電装置、４は送受信装置、５はアンテナ駆動装置、６はアンテナ制御装置、８はスペクトラムアナライザ、１０は衛星通信用車載局である。
【０００３】
車載局１０は、中継現場に到着した後、まず車載局アンテナ２を捕捉すべき通信衛星１（捕捉対象衛星）に指向させる必要がある。そのため、車載局運用者は、捕捉対象衛星１及び車載局１０の位置情報をアンテナ制御装置６に入力する。アンテナ制御装置６は、オペレータにより入力された位置情報に基づいて、捕捉対象衛星１に対する車載局アンテナ２の方位角及び仰角を算出する。アンテナ駆動装置５は、算出された方位角及び仰角に基づいて車載局アンテナ２を駆動し、車載局アンテナ２を捕捉対象衛星１へ指向させる。
【０００４】
しかし、通信衛星１は僅かながら絶えず動いている。また、１０ＧＨｚ以上の信号を送受信する場合、車載局アンテナ２として指向性の高いパラボラアンテナが用いられるが、その受信ビーム幅（半値幅）は約１度又はそれ以下となり非常に狭い。さらに、アンテナ２の角度検出機構の検出精度にも限界がある。従って、上述のアンテナ制御方法を用いても、捕捉対象衛星１が車載局アンテナ２のビームの真の中心位置となるように車載局アンテナ２を自動的に駆動制御することは精度的に不可能であった。
【０００５】
このため、従来の車載局運用者は最終的にスペクラムアナライザ８を用いて捕捉対象衛星１からの受信キャリアをモニターし、その受信レベルが最大となるようアンテナ２の方位角・仰角を各々手動にて微調整し、捕捉対象衛星１のビーム中心位置へ指向させていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の衛星捕捉システムは、上述した通り、車載局アンテナを捕捉対象衛星に指向させる際、最終的には車載局運用者が手動で車載局アンテナを微調整していた。このため、車載局が現場に到着してから中継を開始するまでにかなりの時間（例えば１５分程度）を要していた。また、通信衛星からの受信キャリアをスペクトラムアナライザで観察するのみでは、本当に捕捉対象衛星を捕捉しているのか判別できず、捕捉対象外の衛星を誤って捕捉するという運用ミスを引き起こす可能性があった。従って、衛星捕捉には、かなりの熟練した運用者が必要とされていた。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、短時間で車載局アンテナを捕捉対象衛星に指向させることができる衛星捕捉システム及び衛星捕捉方法を提供することを目的とする。また、誤って捕捉対象外の衛星を捕捉することのない衛星捕捉システム及び衛星捕捉方法を提供することを目的とする。また、自動的に車載局アンテナを捕捉対象衛星に指向させることができる衛星捕捉システム及び衛星捕捉方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明による車載中継局の衛星捕捉システムは、通信衛星から送信されるビーコン信号を受信するアンテナと、受信周波数及び受信レベルに基づいて捕捉対象衛星からのビーコン信号を判別するビーコン受信判別装置と、車載局及び捕捉対象衛星の位置情報に基づいて方位角及び仰角を算出するアンテナ制御装置と、アンテナを駆動するアンテナ駆動装置とを備え、アンテナ制御装置により算出された方位角を中心とする第１の角度範囲内においてアンテナを駆動し、ビーコン受信判別装置からの判別信号に基づいてビーコン信号にロックオンすることにより、捕捉対象衛星を自動捕捉するように構成される。
【０００９】
請求項２に記載の本発明による車載中継局の衛星捕捉システムは、捕捉対象衛星のビーコン信号にロックオンさせた後、第１の角度範囲よりも狭い第２の角度範囲内においてアンテナを駆動してピークサーチを行うように構成される。
【００１０】
請求項３に記載の本発明による車載中継局の衛星捕捉方法は、通信衛星から送信されるビーコン信号を受信する受信ステップと、受信周波数及び受信レベルに基づいて捕捉対象衛星からのビーコン信号を判別するビーコン信号判別ステップと、車載局及び捕捉対象衛星の位置情報に基づいて方位角及び仰角を算出する角度演算ステップと、角度演算ステップにより算出された方位角を中心とする第１の角度範囲内においてアンテナを駆動し、ビーコン信号判別ステップによる判別結果に基づいてビーコン信号にロックオンするロックオンステップとを備えて構成される。
【００１１】
請求項４に記載の本発明による車載中継局の衛星捕捉方法は、ロックオンステップにより捕捉対象衛星のビーコン信号にロックオンさせた後、第１の角度範囲よりも狭い第２の角度範囲内においてアンテナを駆動して受信レベルが最大となる方位角及び仰角をサーチするピークサーチステップを備えて構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による車載中継局の衛星捕捉システムの一構成例を示したブロック図である。図中の１は捕捉対象衛星、２は車載局アンテナ、３は給電装置、４は送受信装置、５はアンテナ駆動装置、６はアンテナ制御装置、７はビーコン受信判別装置、１０は衛星通信用車載局である。
【００１３】
捕捉対象衛星１は、車載局１０が捕捉すべき通信衛星であり、通信信号の送受信を行うとともに、既知の所定周波数からなる無変調波をビーコン信号として送信している。ここでは、衛星１が赤道上に打ち上げられた商用の静止衛星であり、送受信波の周波数が１０ＧＨｚ以上、例えば送信波が１４ＧＨｚ、受信波が１２ＧＨｚであるものとする。
【００１４】
車載局１０は、車載局アンテナ２、給電装置３、送受信装置４、アンテナ駆動装置５、アンテナ制御装置６及びビーコン受信判別装置７からなる移動可能な衛星通信用の中継局であり、移動先で静止した状態で通信衛星１との送受信が行われる。
【００１５】
車載局アンテナ２には、１０ＧＨｚ以上の高い周波数の送受信を行うために指向性の高いパラボラアンテナが用いられる。パラボラアンテナのビーム幅は、指向性の平面アンテナ（フェーズドアレイアンテナ）に比べて狭く、また、直径が大きくなるほど小さくなる。例えば、直径１．４ｍのパラボラアンテナを用いた場合のアンテナのビーム幅は約１度と狭い。
【００１６】
給電装置３は、アンテナ２及び送受信装置４間で送信波及び受信波を伝達するための導波管である。送受信装置４は、通信信号の変復調、周波数変換などの送受信処理を行っている。
【００１７】
ビーコン受信判別装置７は、アンテナ２の受信信号から捕捉対象衛星１のビーコン信号の周波数成分を抽出して受信レベルを測定している。ビーコン信号のロックオンのためのサーチ時には、捕捉対象衛星１からのビーコン信号であるか否かを判定している。すなわち、受信周波数及び受信レベルに基づいて、捕捉対象衛星１からのビーコン信号にロックオンしているか否かを判定し、判定信号をアンテナ制御装置６に出力している。また、ロックオン後のピークサーチ時には、受信レベルが最大となる方向（方位角及び仰角）を求める。
【００１８】
アンテナ制御装置６は、オペレータが入力する捕捉対象衛星１及び車載局１０の位置情報に基づいて車載局アンテナ２の仰角及び方位角を制御する。また、ビーコン信号の判定信号に基づいて車載局アンテナ２の仰角及び方位角を自動制御して捕捉対象衛星１を捕捉する。アンテナ駆動装置５は、アンテナ制御装置６からの制御信号に基づいてモータ制御等を行って、車載局アンテナ２を駆動する。
【００１９】
図２のステップＳ１００〜Ｓ１０７は、本発明による車載中継局の衛星捕捉方法の一例を示したフローチャートであり、衛星通信用車載局１０が中継現場に到着した後、アンテナ２を捕捉対象衛星１に自動的に指向させるための動作が示されている。
【００２０】
まず、車載局運用者が自局の地理的位置及び捕捉対象衛星１の軌道位置等の位置情報をアンテナ制御装置６に入力する（ステップＳ１０１）。例えば、自局の地理的位置として緯度及び経度のデータが入力される。また、捕捉対象衛星１が赤道上の静止衛星であれば、高度及び緯度が一定であるため、これらのデータは予め設定されており、経度のデータのみが入力される。また、ビーコン受信判別装置７の受信周波数を捕捉対象衛星１のビーコン周波数に設定する（ステップＳ１０２）。アンテナ制御装置６は、入力された位置情報に基づいて、捕捉対象衛星１に対するアンテナ２の方位角及び仰角を算出する（ステップＳ１０３）。
【００２１】
次に、車載局運用者が、アンテナ制御装置６を衛星捕捉モードに切り替えることにより、自動衛星捕捉が開始される。すなわち、その後は車載局運用者が介在することなく衛星捕捉が行われる。まず最初に、アンテナ２の仰角がアンテナ制御装置６において算出された角度となるように、アンテナ駆動装置５がアンテナ２を仰角方向に駆動して固定する（ステップＳ１０４）。
【００２２】
一方、アンテナ２の方位角は、アンテナ制御装置６において算出された角度を中心とする予め定められた角度範囲（２α度）について、ビーコン信号のサーチを開始する（Ｓ１０５）。すなわち、アンテナ制御装置６は、サーチ開始角度として、算出された方位角に−α（又は＋α）を加えた角度を求め、アンテナ駆動装置５に対し、アンテナ方位角として出力する。その後、アンテナ制御装置６は、方位角を順に増大（又は減少）させて、ビーコン信号にロックオンする方位角をサーチする。
【００２３】
このとき、ビーコン受信判別装置７は、アンテナ２の受信波からビーコン信号の周波数成分を抽出して、その受信レベルを求めている。アンテナ制御装置６は、ロックオンしたビーコン信号の受信レベルを予め定められた閾値と比較し、その結果、受信レベルが閾値を越えていればサーチを中止する一方、閾値を越えていなければ、サーチを継続する（ステップＳ１０６）。
【００２４】
２以上の通信衛星が同一周波数のビーコン信号を送信している場合、最も近い捕捉対象衛星以外の通信衛星からのビーコン信号の受信レベルは、捕捉対象衛星からのビーコン信号の受信レベルに比べて、顕著に小さくなるため、閾値レベルを適切に設定すれば、捕捉対象衛星からのビーコン信号を識別することができる。
【００２５】
ビーコン信号にロックオンし、かつ、受信レベルが所定の閾値を越えている場合には、ピークサーチによる微調整が行われる（ステップＳ１０７）。すなわち、微小な角度範囲において仰角及び方位角をそれぞれ変化させ、ビーコン受信判別装置７が受信レベルを求めることにより、受信レベルが最大となり、アンテナ２のビームの中心に捕捉対象衛星１が位置する仰角及び方位角を求める。なお、ピークサーチの角度範囲は、ロックオンのためのサーチの角度範囲（２α度）よりも小さい。
【００２６】
図３は、自動衛星捕捉時における図１のアンテナ２のビームの動き一例を示した図であり、（ａ）はロックオンのためのサーチ動作、（ｂ）はピークサーチン動作を示している。図中のＤ１〜Ｄ５は、アンテナ２のビーム方向（方位角）、１は捕捉対象衛星、１’は捕捉対象外の衛星である。
【００２７】
ビーム方位Ｄ１は、捕捉対象衛星１及び車載局１０の位置情報により算出される方位角である。アンテナ２のビームは、方位Ｄ１を中心として、角度範囲が２αとなるように、方位Ｄ２からＤ３へ駆動される。このとき、衛星１’のビーコン信号を受信するが、受信レベルが閾値を越えないのでサーチを継続し、方位Ｄ４で受信レベルが閾値を越える衛星１のビーコン信号を受信するとサーチを停止する。その後に、アンテナ２のビームは、方位Ｄ４を中心として角度範囲が２βとなるように駆動され、受信レベルが最大となる方位Ｄ５が検出される。
【００２８】
この様にして、ロックオンしたビーコン信号の受信レベルが閾値を越えていれば、捕捉対象衛星と判断し、更にピークサーチにより微調整が行われ、衛星捕捉が完了する。この自動衛星捕捉（ステップＳ１０３〜Ｓ１０７）の所要時間は２〜３分であり、従来の手動で行う場合に比べて短時間で衛星捕捉を完了することができる。また、ビーコン信号の周波数及び受信レベルに基づいてビーコン信号をサーチしているため、捕捉対象衛星以外の衛星を誤って捕捉することがない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明による車載中継局の衛星捕捉システム及び車載中継局の衛星捕捉方法によれば、短時間で車載局アンテナを捕捉対象衛星に指向させることができる。このため、中継現場に到着してから短時間で中継を開始することができる車載局を実現することができる。
【００３０】
また、本発明による車載中継局の衛星捕捉システム及び車載中継局の衛星捕捉方法によれば、誤って捕捉対象外の通信衛星を捕捉するのを防止し、捕捉対象衛星を確実に捕捉することができる。さらに、通信衛星を自動的に捕捉することができるため、熟練したオペレータを必要とせず、人件費削減により運用コストを低減することができるとともに、オペレータの人為的ミスを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車載中継局の衛星捕捉システムの一構成例を示したブロック図である。
【図２】本発明による車載中継局の衛星捕捉方法の一例を示したフローチャートである。
【図３】自動衛星捕捉時における図１のアンテナ２のビームの動き一例を示した図である。
【図４】従来の衛星捕捉システムの構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１捕捉対象衛星、２車載局アンテナ、３給電装置、４送受信装置、
５アンテナ駆動装置、６アンテナ制御装置、７ビーコン受信装置、
８スペクラムアナライザ１０衛星通信用車載局、Ｄ１〜Ｄ５ビーム方位

Claims

通信衛星から送信されるビーコン信号を受信するアンテナと、受信周波数及び受信レベルに基づいて捕捉対象衛星からのビーコン信号を判別するビーコン受信判別装置と、車載局及び捕捉対象衛星の位置情報に基づいて方位角及び仰角を算出するアンテナ制御装置と、アンテナを駆動するアンテナ駆動装置とを備え、アンテナ制御装置により算出された方位角を中心とする第１の角度範囲内においてアンテナを駆動し、ビーコン受信判別装置からの判別信号に基づいてビーコン信号にロックオンすることにより、捕捉対象衛星を自動捕捉することを特徴とする車載中継局の衛星捕捉システム。
捕捉対象衛星のビーコン信号にロックオンさせた後、第１の角度範囲よりも狭い第２の角度範囲内においてアンテナを駆動してピークサーチを行うことを特徴とする請求項１に記載の車載中継局の衛星捕捉システム。
通信衛星から送信されるビーコン信号を受信する受信ステップと、受信周波数及び受信レベルに基づいて捕捉対象衛星からのビーコン信号を判別するビーコン信号判別ステップと、車載局及び捕捉対象衛星の位置情報に基づいて方位角及び仰角を算出する角度演算ステップと、角度演算ステップにより算出された方位角を中心とする第１の角度範囲内においてアンテナを駆動し、ビーコン信号判別ステップによる判別結果に基づいてビーコン信号にロックオンするロックオンステップとを備えたことを特徴とする車載中継局の衛星捕捉方法。
ロックオンステップにより捕捉対象衛星のビーコン信号にロックオンさせた後、第１の角度範囲よりも狭い第２の角度範囲内においてアンテナを駆動して受信レベルが最大となる方位角及び仰角をサーチするピークサーチステップを備えたことを特徴とする請求項３に記載の車載中継局の衛星捕捉方法。