JP2010074546A - 衛星追尾システムおよび衛星追尾方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定した衛星追尾を可能にする衛星追尾システムおよび衛星追尾方法を提供する。
【解決手段】 衛星通信システムは、インマルサット衛星１からの電波を受信する衛星アンテナ１１の姿勢制御を行って、衛星アンテナ１１がインマルサット衛星１と正対するように、インマルサット衛星１を追尾する。このシステムの制御装置１４は、ジャイロコンパス２から取り込んだジャイロ情報を基にして、衛星アンテナ１１の姿勢制御を行うジャイロ制御手段と、衛星アンテナ１１からの電波を受信したときの電波信号の大きさを基にして、衛星アンテナ１１の姿勢制御を行う電波追尾制御手段と、通常はジャイロ制御手段による衛星アンテナ１１の姿勢制御を行い、ジャイロ制御手段からのジャイロ情報に異常が生じると、電波追尾制御手段による姿勢制御に切り換える切換え手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、衛星を中継して通信を行うために、衛星を追尾する衛星追尾システムおよび衛星追尾方法に関する。

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、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。

ところで、船舶にはジャイロコンパスを持たない小型船舶やプレジャーボートなどがある。こうした船舶で衛星通信システムを利用する場合、インマルサット衛星からの電波を利用して、この衛星を追尾する衛星電波追尾方式が採用されている（例えば、特許文献２参照。）。この方式を採用している装置は、衛星からの電波を受信すると、この電波を受信したときの電波信号のレベルを調べる。そして、電波信号のレベルが大きくなるように、アンテナを駆動してアンテナの姿勢制御をする。こうした電波追尾制御方式は、ジャイロコンパスに対する接続が不要であるので、簡便に衛星追尾が行える。

特開平７−５０５１４号公報 特開平１０−１９０３３８号公報

ところで、先に述べたジャイロ制御方式には次の課題がある。この方式には、ジャイロコンパスが故障すると、追尾不能の状態になる、という課題がある。この結果、アンテナの姿勢制御を行うことができないので、通信ができなくなる。また、追尾不能になったときに、船舶の関係者は、原因がジャイロコンパスにあるか、通信システムにあるかを調べる必要があるので、故障原因の特定が難しい、という課題もある。

一方、電波追尾制御方式には次の課題がある。この方式は、アンテナが受信した電波信号を利用するので、電波の海面反射が原因となるフェージングなどのような、電波状況の影響を受ける。また、この方式は、船の構造物が障害物となるブロッキングなどのような、電波状況の影響を受ける。つまり、電波追尾制御方式には、衛星追尾を安定して継続することが困難である、という課題がある。

なお、船舶によっては、ジャイロ制御方式と電波追尾制御方式の両方が採用されているものもある。この場合には、どちらの方式で衛星を追尾するかを、船舶の関係者が選択して、ジャイロ制御方式と電波追尾制御方式との切り換えを行う必要がある。

この発明の目的は、前記の課題を解決し、安定した衛星追尾を可能にする衛星追尾システムおよび衛星追尾方法を提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、衛星からの電波を受信するアンテナの姿勢制御を行って、アンテナが衛星と正対するように、衛星を追尾する衛星追尾システムにおいて、ジャイロコンパスから取り込んだジャイロ情報を基にして、前記アンテナの姿勢制御を行うジャイロ制御手段と、前記衛星からの電波を受信したときの電波信号の大きさを基にして、前記アンテナの姿勢制御を行う電波追尾制御手段と、通常は前記ジャイロ制御手段による前記アンテナの姿勢制御を行い、前記ジャイロコンパスからのジャイロ情報に異常が生じると、前記電波追尾制御手段による姿勢制御に切り換える切換え手段と、
を備えることを特徴とする衛星追尾システムである。

請求項１の発明は衛星追尾システムであり、このシステムは、衛星からの電波を受信するアンテナの姿勢制御を行って、アンテナが衛星と正対するように衛星を追尾する。通常、このシステムの切換え手段は、ジャイロ制御手段によるアンテナの姿勢制御を行う。ジャイロ制御手段は、ジャイロコンパスから取り込んだジャイロ情報を基にして、アンテナの姿勢制御を行う。

ジャイロ制御手段からのジャイロ情報に異常が生じると、切換え手段は、電波追尾制御手段によるアンテナの姿勢制御に切り換える。電波追尾制御手段は、衛星からの電波を受信したときの電波信号の大きさを基にして、アンテナの姿勢制御を行う。

請求項２の発明は、請求項１に記載の衛星追尾システムにおいて、前記切換え手段は、前記ジャイロコンパスからのジャイロ情報が所定時間内に出力されないと、前記電波追尾制御手段による姿勢制御に切り換える、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の衛星追尾システムにおいて、前記切換え手段は、前記ジャイロコンパスからのジャイロ情報が異常であるときのビットパターンと、前記ジャイロコンパスが出力したジャイロ情報のビットパターンとを比較し、２つのパターンが一致したときに、前記電波追尾制御手段による姿勢制御に切り換える、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の衛星追尾システムにおいて、前記切換え手段は、前記アンテナが電波を受信したときの電波信号の状態を基にして、前記電波追尾制御手段による姿勢制御に切り換える、ことを特徴とする。

請求項５の発明は、衛星からの電波を受信するアンテナの姿勢制御を行って、アンテナが衛星と正対するように、衛星を追尾する衛星追尾方法において、ジャイロコンパスから取り込んだジャイロ情報を基にして、前記アンテナの姿勢制御を行い、前記ジャイロコンパスからのジャイロ情報に異常が生じると、前記衛星からの電波を受信したときの電波信号の大きさを基にして、前記アンテナの姿勢制御を行う、ことを特徴とする衛星追尾方法である。

請求項１、５の発明によれば、通常は、ジャイロコンパスからのジャイロ情報による姿勢制御を行い、ジャイロコンパスが故障すると、電波の追尾による姿勢制御を行うので、２つの制御方式を自動的で切り換え、安定した追尾を可能にする。また、この発明によれば、通常は、衛星の追尾をジャイロ情報で行うので、追尾に際して障害物によるブロッキングの影響を受けることがなく、安定した追尾を可能にする。

請求項２、３の発明によれば、ジャイロ情報の有無や、ジャイロ情報におけるビットパターンの異常の有無を調べることにより、ジャイロコンパスの故障を確実に検出して、電波による追尾に切り換えることができる。これにより、ジャイロコンパスの故障に対して速やか対応し、安定した追尾を可能にする。

請求項４の発明によれば、受信した電波による電波信号の状態を基にして、電波による追尾に切り換えるので、ジャイロ情報の有無を基にした故障や、ジャイロ情報におけるビットパターンの異常の有無を基にした故障以外の、ジャイロコンパスの故障にも対応し、安定した追尾を可能にする。

次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。この実施の形態による衛星追尾システムを図１に示す。この実施の形態による衛星追尾システムは、インマルサットシステムのインマルサット衛星１を利用して通信を行うために用いられている。また、この衛星追尾システムは、ジャイロコンパス２からのジャイロ信号と、船舶の位置を表す、測位装置３からの測位信号とを用いて追尾を行う。測位装置３としては航法装置などがある。衛星追尾システムは、衛星アンテナ１１、通信装置１２、アンテナ駆動装置１３、制御装置１４、記憶装置１５およびモニタ装置１６を備えている。

衛星アンテナ１１は、インマルサット衛星１から電波を受信すると、高周波信号を通信装置１２に出力し、また、通信装置１２から高周波信号を受け取ると、電波を送信する。通信装置１２は、衛星アンテナ１１から高周波信号を受け取ると、この高周波信号の増幅、周波数変換などを行って電波信号を生成する。通信装置１２は、生成した電波信号を制御装置１４に出力し、また、図示を省略しているが、通信端末などのような装置に電波信号を出力する。

記憶装置１５は、インマルサット衛星１の位置を表す情報を、位置情報として記憶している。また、記憶装置１５は、ジャイロコンパス２に異常が発生したときに、ジャイロコンパス２から出力されるグレーコードを記憶している。

アンテナ駆動装置１３は、制御装置１４から制御信号を受け取ると、この制御信号を基にして衛星アンテナ１１の姿勢制御を行い、衛星アンテナ１１の水平方向の方位角と垂直方向の仰角とを調整する。この姿勢制御により、アンテナ駆動装置１３は、衛星アンテナ１１をインマルサット衛星１に正対させる。

モニタ装置１６は、制御装置１４の制御によって、衛星アンテナ１１の現在の方位角や仰角などを表示する。また、モニタ装置１６は、制御装置１４の制御によって、衛星追尾の状態なども表示する。

制御装置１４は、ジャイロコンパス２からのジャイロ信号と、通信装置１２からの電波信号とを基にして、衛星アンテナ１１の向きを変えるために衛星アンテナ１１を駆動する制御信号を生成する。制御装置１４は、生成した制御信号をアンテナ駆動装置１３に出力する。制御装置１４は、ジャイロ制御方式と電波追尾制御方式の２つの方式により、インマルサット衛星１に対して衛星アンテナ１１を正対させる。

制御装置１４はジャイロ制御方式を次のようにして行う。制御装置１４は、ジャイロコンパス２の出力するジャイロ信号から、船舶の方位（真北を基準とした船舶の進行方向を表す角度）を取得する。制御装置１４は、取得した船舶の方位と、測位装置３の測位信号と、記憶装置１５が記憶しているインマルサット衛星１の位置情報とから、衛星アンテナ１１の姿勢制御をするための制御信号を生成し、アンテナ駆動装置１３に出力する。こうしたジャイロ制御方式には、ブロッキング、フェージングなどのような電波状況の影響を受けることがなく、インマルサット衛星１の方位を推定することができる、というメリットがある。また、ジャイロコンパス２のリセットなどで通信が途切れた際に、衛星アンテナ１１の回転駆動による衛星サーチがないために、通信開始までの処理時間が短い、というメリットもある。一方、ジャイロ制御方式には、ジャイロコンパス２が船舶に装備されている必要があり、さらに、ジャイロコンパス２と制御装置１４との接続も必要である、というデメリットがある。

制御装置１４は電波追尾制御方式を次のようにして行う。制御装置１４は、通信装置１２からの電波信号の強度から、インマルサット衛星１の方位を推定する。そして、制御装置１４は、推定結果を基にして制御信号を生成し、アンテナ駆動装置１３に出力する。こうした電波追尾制御方式には、ジャイロコンパス２が船舶に装備されている必要がなく、ジャイロコンパス２と制御装置１４との接続も不要であり、簡便な追尾が可能である、というメリットがある。一方、電波追尾制御方式には、ブロッキング、フェージングなどの電波状況による影響を受けやすい、というデメリットがある。

ジャイロ制御方式および電波追尾制御方式には、先に述べたメリットとデメリットがあるので、制御装置１４は２つの方式を、図２に示す切換え処理によって切り換えている。制御装置１４は、切換え処理を開始すると、ジャイロ情報（ジャイロ信号）を取り込む（ステップＳ１）。通常、ジャイロ信号は定期的にジャイロコンパス２から出力される。したがって、ステップＳ１で、制御装置１４は所定時間内にジャイロ信号が入力されるのを待つ。ステップＳ１の後、制御装置１４は、ジャイロコンパス２からジャイロ信号を所定時間内に取得すると（ステップＳ２）、アンテナの制御を行う（ステップＳ３）。ステップＳ３で、制御装置１４は、ステップＳ１で取得したジャイロ信号と、測位装置３からの測位信号と、記憶装置１５に記憶されている位置情報とから、衛星アンテナ１１の姿勢制御をするための制御信号を生成し、アンテナ駆動装置１３に出力する。ステップＳ３の後、制御装置１４は、受信状況を確認する（ステップＳ４）。

ステップＳ４で、制御装置１４はジャイロ信号の状態を確認する。ジャイロコンパス２からのジャイロ信号が、例えば図３（ａ）に示すように、船舶の方位を範囲Ａ〜Ｄの４通りに大別して表す場合、船舶の進行方向が北東の範囲であるとき、図３（ｂ）に示すように、範囲Ａに対応するＡビット〜Ｄビットに対応するＤビットの中のＡビットが「１」、残りのビットが「０」のビットパターンで、この場合の方位が表される。同じようにして、北西、南東、南西が表される。また、船舶の方位が東である場合、ＡビットとＢビットが「１」、残りのビットが「０」のビットパターンで、この場合の方位が表される。同じようにして、南、北、西が表される。一方、Ａビット〜Ｄビットの中の３ビットが「１」になるパターンや、すべてのビットが「０」または「１」になるパターンは、通常、論理的に有り得ないパターンつまりグレーコードである。グレーコードは、ジャイロコンパス２に異常が生じたときに、ジャイロコンパス２から出力される。記憶装置１５は、これらのグレーコードをあらかじめ記憶している。制御装置１４は、ステップＳ４で、ジャイロ信号が表すビットパターンと、記憶装置１５に記憶されているグレーコードとを対比する。そして、対比の結果、グレーコードに一致するビットパターンの有無により、制御装置１４は受信状況を確認する。

また、ステップＳ４で、制御装置１４は電波信号の状態を確認する。つまり、制御装置１４は、通信装置１２からの電波信号の途切れや、電波信号のレベル変動の有無、電波信号のレベルが所定値以上であるかどうかなどにより、受信状況を確認する。

ステップＳ４が終了すると、制御装置１４は、受信状況の確認結果を基にして、受信状況が良好かどうかを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５で良好と判定すると、制御装置１４は、通信開始の指示を通信装置１２に送り、通信を開始して（ステップＳ６）、切換え処理を終了する。

一方、ステップＳ２で、ジャイロコンパス２からジャイロ信号を所定時間内に取得することができなかった場合、または、ステップＳ５で、受信状況が不良であった場合、制御装置１４は衛星サーチを行う（ステップＳ７）。ステップＳ７で、制御装置１４は、記憶装置１５に記憶されているインマルサット衛星１の位置情報から得たインマルサット衛星１の仰角を、制御信号としてアンテナ駆動装置１３に出力する。アンテナ駆動装置１３は、仰角を表す制御信号を受け取ると、その方向に衛星アンテナ１１を制御する。この後、制御装置１４は、衛星アンテナ１１を３６０度回転する指示を、制御信号としてアンテナ駆動装置１３に出力する。アンテナ駆動装置１３は、３６０度の回転を表す制御信号を受け取ると、衛星アンテナ１１を回転するための制御をする。このとき、制御装置１４は、電波信号が最大となる角度で回転を止める指示を、制御信号としてアンテナ駆動装置１３に出力する。

ステップＳ７の後、制御装置１４は、受信状況を確認する（ステップＳ８）。ステップＳ８で、制御装置１４は、通信装置１２からの電波信号の途切れや、レベル変動の有無、レベルが所定値以上であるかどうかなどにより、受信状況を確認する。ステップＳ８が終了すると、制御装置１４は、受信状況の確認結果を基にして、受信状況が良好かどうかを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９で良好と判定すると、制御装置１４は、ジャイロコンパス２が故障していることを表すジャイロ故障通知を出す（ステップＳ１０）。ステップＳ１０で、制御装置１４は、モニタ装置１６にジャイロの故障を表示する。ステップＳ１０が終了すると、制御装置１４はステップＳ６の処理を行う。

ステップＳ９で受信状況が不良と判定すると、制御装置１４は、通信不良通知を出して（ステップＳ１１）、切換え処理を終了する。ステップＳ１１で、制御装置１４はモニタ装置１６に通信不良を表示する。

次に、この実施の形態による衛星追尾システムによる衛星追尾方法について説明する。ジャイロコンパス２が例えばリセットされると、制御装置１４は切換え処理を開始する。ジャイロコンパス２に異常がなければ、ステップＳ１〜Ｓ６の処理により、ジャイロコンパス２からのジャイロ信号を基にして衛星アンテナ１１の姿勢制御を行う。つまり、制御装置１４は、ジャイロ制御方式により、インマルサット衛星１を追尾する。

ところで、ステップＳ２でジャイロ信号を所定時間内に得ることができない場合、または、ステップＳ５で受信状況が不良である場合、制御装置１４は、ステップＳ７〜Ｓ１０の処理により、インマルサット衛星１からの電波を基にして衛星アンテナ１１の姿勢制御を行う。つまり、制御装置１４は、電波追尾制御方式により、インマルサット衛星１を追尾する。そして、モニタ装置１６にジャイロ故障を表示する。これにより、船舶の関係者はジャイロコンパス２が故障していることを直ちに知ることができる。

さらに、ステップＳ９で受信状況が不良である場合、制御装置１４は、モニタ装置１６に通信不良を表示する。これにより、船舶の関係者は、ブロッキングによる通信不良、または、衛星追尾システムの装置故障が発生していことを直ちに知ることができる。

こうして、この実施の形態によれば、通常は、通信開始までの処理時間が短いジャイロ制御方式を使用してインマルサット衛星１を追尾し、もし、ジャイロコンパス２が故障すると、電波追尾制御方式によるインマルサット衛星１の追尾に、自動で切り換えることができる。この結果、ジャイロコンパス２が故障すると、船舶の関係者が通信不良に気付いて手動で切り換えを行う従来に比べて、短時間での切り換えを可能にし、安定した追尾をすることができる。さらに、この実施の形態により、通常は、インマルサット衛星１の追尾をジャイロ制御方式で行うので、追尾に際して、障害物によるブロッキングやフェージングの影響を受けることがなく、安定した追尾を可能にする。

以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、この実施の形態では、インマルサット衛星１の追尾を例としたが、特に追尾する衛星はこれに限定されることはない。また、この実施の形態では、衛星追尾システムを船舶用としたが、特にこれに限定されることはなく、車載用など各種の移動体にこの発明の適用が可能である。

この発明の実施の形態による衛星追尾システムの構成を示す構成図である。 切換え処理を示すフローチャートである。 ジャイロ情報を説明する説明図であり、図３（ａ）は方位を表す図、図３（ｂ）は４ビットデータが表す方位を示す図である。

符号の説明

１ インマルサット衛星
２ ジャイロコンパス
３ 測位装置
１１ 衛星アンテナ
１２ 通信装置
１３ アンテナ駆動装置
１４ 制御装置（ジャイロ制御手段、電波追尾制御手段、切換え手段）
１５ 記憶装置
１６ モニタ装置

Claims (5)

1. 衛星からの電波を受信するアンテナの姿勢制御を行って、アンテナが衛星と正対するように、衛星を追尾する衛星追尾システムにおいて、
   ジャイロコンパスから取り込んだジャイロ情報を基にして、前記アンテナの姿勢制御を行うジャイロ制御手段と、
   前記衛星からの電波を受信したときの電波信号の大きさを基にして、前記アンテナの姿勢制御を行う電波追尾制御手段と、
   通常は前記ジャイロ制御手段による前記アンテナの姿勢制御を行い、前記ジャイロコンパスからのジャイロ情報に異常が生じると、前記電波追尾制御手段による姿勢制御に切り換える切換え手段と、
   を備えることを特徴とする衛星追尾システム。
2. 前記切換え手段は、前記ジャイロコンパスからのジャイロ情報が所定時間内に出力されないと、前記電波追尾制御手段による姿勢制御に切り換える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の衛星追尾システム。
3. 前記切換え手段は、前記ジャイロコンパスからのジャイロ情報が異常であるときのビットパターンと、前記ジャイロコンパスが出力したジャイロ情報のビットパターンとを比較し、２つのパターンが一致したときに、前記電波追尾制御手段による姿勢制御に切り換える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の衛星追尾システム。
4. 前記切換え手段は、前記アンテナが電波を受信したときの電波信号の状態を基にして、前記電波追尾制御手段による姿勢制御に切り換える、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の衛星追尾システム。
5. 衛星からの電波を受信するアンテナの姿勢制御を行って、アンテナが衛星と正対するように、衛星を追尾する衛星追尾方法において、
   ジャイロコンパスから取り込んだジャイロ情報を基にして、前記アンテナの姿勢制御を行い、
   前記ジャイロコンパスからのジャイロ情報に異常が生じると、前記衛星からの電波を受信したときの電波信号の大きさを基にして、前記アンテナの姿勢制御を行う、
   ことを特徴とする衛星追尾方法。