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JP3017619B2 - 追尾装置 - Google Patents
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JP3017619B2 - 追尾装置 - Google Patents

追尾装置

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JP3017619B2
JP3017619B2 JP5131943A JP13194393A JP3017619B2 JP 3017619 B2 JP3017619 B2 JP 3017619B2 JP 5131943 A JP5131943 A JP 5131943A JP 13194393 A JP13194393 A JP 13194393A JP 3017619 B2 JP3017619 B2 JP 3017619B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、衛星間通信
追尾装置のように、データ中継追跡衛星(TDRSS)
システムにおいて、観測衛星などを捕捉・追尾する衛星
間通信追尾装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8は従来の追尾装置を適用した通信技
術衛星「コミュニケーション エンジニアリング テス
ト サテライト(Communication Engineering Test Set
ellite、COMETSと略称)」内のシステムのブロッ
ク図である。図において、1はKa帯/S帯(第1の周
波数帯/第2の周波数帯)共用のアンテナ、2はアンテ
ナ1に接続されたKa帯/S帯共用の給電部、3および
4は上記アンテナ1のマウント軸に取り付けられたAZ
(方位角)軸およびEL(仰角)軸の駆動制御モータお
よび角度検出器、5および6は給電部2から出力される
Ka帯和信号(Σ信号)およびKa帯差信号(Δ信
号)、7は給電部2から出力されるS帯和信号(Σ信
号)、8は給電部2からΣ信号5とΔ信号6を入力し、
その出力をBPF9,10を経由してΣIF信号11お
よびΔIF信号12をKa帯追尾受信部13に入力する
高周波部、16はKa追尾受信部13から出力されたA
Z駆動用誤差信号,EL駆動用誤差信号の各電圧信号1
4,15を入力する駆動制御部である。
【0003】18はKa帯追尾受信部13から受信レベ
ルPiの電圧信号17を入力し、この電圧信号17が一
定の設定レベルであるスレッショルドレベルPth以上
かどうかを判定して、追尾信号19を上記駆動制御部1
6に供給する受信レベル判定部である。20は給電部2
からΣ信号7を入力し、その出力であるIF信号21を
S帯受信部22に入力する高周波部、23aおよび24
aは駆動制御部16からモーター3および4に供給され
るAZおよびELの駆動信号、23b,24bは角度検
出器3および4から駆動制御部16へ供給される角度信
号である。
【0004】ここで、追尾制御ループがS帯になくKa
帯のみに設置されているのは、衛星の重量低減、プログ
ラム追尾(軌道予測値からアンテナを計算機のプログラ
ム制御する)の精度がかなり良くKa帯の引き込み角度
に近いこと、世界の運用協力の規定によるものである。
【0005】しかし、プログラム追尾が正常に動作しな
かったときや、通信信号に誤り訂正符号化を行ったとき
の運用送・受信レベルの低下に対する対策は未解決であ
る。
【0006】次に動作について説明する。ユーザ衛星
(図示せず)に対してアンテナ1が正しく指向していな
い初期捕捉時は、給電部2から出力されるΣ信号5、こ
のΣ信号5に基づくΣIF信号11の信号品質(C/
N)が極めて低く、スレッショルドPth時に相当する
(C/N)th=3〜6dBより低いときがある。このと
きは、追尾信号19がON状態(C/N良)とならず、
駆動制御部16はアンテナ1のAZおよびELの駆動・
角度信号23,24を出力できず、捕捉追尾動作を開始
できない。
【0007】なお、ユーザ衛星からデータ中継追跡衛星
に送信される信号、つまりアンテナ1の受信信号をリタ
ーンリンクと称する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の追尾装置は以上
のように構成されているので、受信レベルが設定レベル
以上にならないようなアンテナ角度ずれの場合は捕捉追
尾が困難である。また、受信レベルが低く、安定した追
尾信号が得られず、信頼性がないときには正確な捕捉追
尾ができない。さらに、捕捉追尾後、アンテナがメイン
ローブを捕捉しているのかサイドローブを捕捉している
のか判定がきない等の問題点があった。
【0009】この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、アンテナが受信した第1の周波
数帯の受信レベルが低く追尾信号の信頼性がないとき、
設定レベルを制御して追尾信号の信頼性回復を図ること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る追尾装置
、追尾受信部の入力側に設けられたアンテナが受信す
るある周波数信号の前記の和信号を入力する複数の異な
る帯域幅を有する第1の帯域フィルタと、前記差信号を
入力する複数の異なる帯域幅を有する第2の帯域フィル
タと、これら第1及び第2の帯域フィルタのそれぞれの
帯域幅を帯域幅選択信号によって切替えるとともに前
受信レベル判定部の設定レベルを変更する設定レベル信
号を出力し、前記受信レベル判定部から追尾信号を受け
たときに前記駆動制御部に追尾信号を出力する捕捉制御
部追尾受信部を具備したものである。
【0011】
【作用】この発明における捕捉制御部は、アンテナが受
信するある周波数信号の受信レベルに基づいて、前記ア
ンテナが受信するある周波数信号を入力する帯域幅を異
にする帯域フィルタを選択し、この周波数信号の受信レ
ベルと比較する設定レベルを制御することにより、追尾
信号の信頼性回復を図ることができる。
【0012】
【実施例】実施例1. 以下、この発明の一実施例を図について説明する。前記
図8に示す従来装置と同一部分には同一符号を付して重
複説明を省略した図1において、25は高周波部8から
のΣ信号5を入力する帯域幅の異なる複数のBPF(帯
域フィルタ)、26は高周波部8からのΔ信号6を入力
する帯域幅の異なる複数のBPF(帯域フィルタ)であ
る。なお、図示例は便宜的にBPF25,26をそれぞ
れ1ブロックとして示している。32は次の3つの機能
を選択的に実行する捕捉制御部である。
【0013】 (1)追尾受信部13の入力側に設けら
れ、Ka帯(ある周波数帯)の和信号を入力する帯域幅
を異にする複数の帯域フィルタ25およびKa帯の差信
号を入力する帯域幅を異にする複数の帯域フィルタ26
と、前記受信部22の受信レベルPsを入力して前記帯
域フィルタ25,26に対し帯域幅選択信号を出力し、
かつ受信レベル判定部28に設定レベル制御信号29を
出力し、該受信レベル判定部からの第1の追尾信号30
に基づいて前記駆動制御部16に第2の追尾信号33を
出力する。
【0014】 (2)モーター3および4へ供給されるA
ZおよびELの駆動信号23a,24aにオフセット角
度信号34,35を加え、前記S帯の受信レベルPsの
増減判定処理を、前記Ka帯による捕捉追尾の受信レベ
ル範囲と捕捉角度範囲に入るまで行う。
【0015】 (3)捕捉追尾完了後、モーター3および
4へ供給されるAZおよびELの駆動信号23a,24
aにオフセット角度信号34,35を加え、前記Ka帯
の受信レベル17の低下量から前記アンテナ1がメイン
ローブを捕捉したかサイドローブを捕捉したかを判定す
る。
【0016】 36,37は加算器であり、上記駆動制御
部16から出力されるAZおよびELの駆動信号に、捕
捉制御部32からのオフセット角度信号34,35を加
算する。
【0017】 次に動作について説明する。ユーザ衛星か
らのKa帯およびS帯リターン信号はアンテナ1で受信
され、給電部2でKa帯とS帯に分波され、Ka帯は追
尾基準信号のΣ信号5およびΔ信号6に分離されて高周
波部8に入力される。この高周波部8で低雑音増幅およ
び周波数変換された中間周波数は、出力であるΣIF信
号11、ΔIF信号12のC/Nが最大となるように、
例えばユーザ衛星の伝送パラメータと照合の上選択され
たBPF25,26を通ってKa帯追尾受信部13に入
力される。
【0018】 受信レベル判定部28はKa帯追尾受信部
13からの受信レベルPiの電圧信号17をスレッショ
ルドレベルPthと比較し、Pi>Pthであれば第1
の追尾信号30を捕捉制御部32に供給し、この第1の
追尾信号30に基づいて捕捉制御部32から駆動制御部
16に第2の追尾信号33を供給する。
【0019】 駆動制御部16は第2の追尾信号33の供
給を受けると、Ka帯追尾受信部13からのΔAZ信号
14、ΔEL信号15に基づいてAZおよびELの駆動
信号23a,24aをモーター3および4に供給して、
アンテナ1の追尾制御を行うものである。
【0020】 実施例2.(捕捉制御部32の前記機能
(1)について) 捕捉制御部32は受信レベルが低く、追尾信号の信頼性
がないとき、受信レベル判定部28のスレッショルドレ
ベルPthを制御して追尾信号の信頼性回復を図る。つ
まり、アンテナ1を受信するリターン信号は、QPSK
(4相の位相変調)またはBPSK(2相の位相変調)
であり、この信号の周波数スペクトラムは図2(a)、
また送信ベースバンド波形がx/sinxの波形整形が
されていると、この波形整形されたQPSK信号,BP
SK信号の周波数スペクトラムは図2(b)の実線のよ
うになり、中心周波数f0 として示されている。そし
て、図中には実際の通信路は雑音が付加されるので、周
波数に対して平坦な雑音Nがあることを示している。
【0021】 図3(a)〜(c)は送信波形のビットレ
ートが変わると、周波数スペクトラムがどのように変化
するかを示したものである。ここで、ビットレートとは
送信信号に含まれる情報量、すなわち送信信号の速度を
示し、例えば電話1回線であれば、64Kbps(1秒
間に64,000ビットのデータが伝送される)などを
示す。
【0022】 図3(a)はビットレートR(bps),
帯域幅B1 (Hz),信号電力C1,雑音スペクトル密
度N0 (W/Hz)であり、図3(b)はビットレート
2(bps),帯域幅B2 (Hz),信号電力C2
(W),雑音スペクトル密度N0 (W/Hz)である。
ここで、C/Nを求めると、 C/N=Eb ・R/N0 ・B =Eb /N0 ・1/BT ≒E0 /N0b :1ビットあたり信号電力 R=1/T BT:フィルタの形状で決まる一般的にはビットレートによらず BT≒1.1である。ここでは、BT≒1.0とする。
【0023】 データ伝送ではEb /N0 を“BER=1
-6に対してEb /N0 =10.6dB”などに設定
し、ビットレートによらない。つまり、Rが大きくなれ
ば、それに比例して帯域幅Bを広くすることになる。図
3(b)はビットレート2倍で帯域2倍となる。つま
り、
【0024】
【数1】
【0025】
【数2】
【0026】となる。そこで、図3(b)の信号を図3
(a)相当のBPFで受信したとすると、
【0027】
【数3】
【0028】となる。つまり、どんなときでもC/Nは
一定である。Ka帯追尾受信部13のスレッショルドは
C/Nで決まるので、どんなビットレートでも同一の性
能である。
【0029】 しかし、受信レベルに換算すると、 図3(a) 受信レベル C1 図3(b) 受信レベル C2 =2・C1 図3(c) 受信レベル C1 のように、BPFによって決まる。
【0030】 そこで、捕捉制御部32でKa帯の受信信
号の運用される信号に適合して、BPF25,26を切
換える選択信号27を出力するとともに受信レベル判定
部28のスレッショルドレベルPthを変更する制御信
号29を出力する。これにより、スレッショルドレベル
PthがBPF25,26の選択に対応して変わり、B
PFの帯域が狭いときは該BPFを通過する雑音も少な
くなり、雑音に埋もれて検出できなくなる限界のスレッ
ショルドレベルPthも低くなり、追尾信号の信頼性を
回復することができる。
【0031】 実施例3.(捕捉制御部32の前記機能
(2)について) 捕捉制御部32は受信レベルが低く追尾信号が得られな
い場合、受信部22の受信レベルPsの電圧信号31に
基づいて、方位角軸ΔθAZ,仰角軸ΔθELのオフセット
角度信号34,35を加算器36,37に供給して、モ
ーター3および4への角度信号23b,24bに加算す
る。
【0032】 そして、このオフセット角度信号34,3
5を加算した後、受信レベルPsの電圧信号31が増加
すれば、そのまま加算方向にオフセット加算を続ける。
受信レベルPsの電圧信号31が減少すれば、逆の加算
方向にオフセットを戻す。図4にこのステップの様子を
示す。この図4に示すように、S帯の受信レベルPsを
判定しながら、ステップオフセットしてゆけばアンテナ
1をKa帯の捕捉角度範囲に入れることができ、第2の
追尾信号33がONし、追尾ループが動作可能となり、
自動追尾が可能となる。図5,図6は図4の一部を拡大
して示す詳細図である。
【0033】 実施例4.(捕捉制御部32の前記機能
(3)について) 捕捉追尾後、アンテナ1がメインローブ,サイドローブ
のいずれを捕捉しているか判定するために、捕捉制御部
32から方位角軸ΔθAZ,仰角軸ΔθELに、例えばKa
帯メインビーム半値幅の片側分のオフセット角度信号を
加える。つまりサイドローブは図7に示すように、ビー
ム幅はメインローブのビーム幅より狭く、ビームの頂点
の利得からアンテナ角度のずれたときのレベル低下が大
きい、通常14dB程度以上、図6の図示例では20d
B以上低い。従って、上記のようにオフセット角度信号
34,35を駆動・角度信号23,24に加えて、アン
テナ1をΔθAZ,θEL角度(=±0.08゜)オフセッ
トしたとき、捕捉制御部32でKa帯の受信レベルPi
が3dB低下であればメインローブと判定し、−7dB
/−13dB低下であればサイドローブと判定すること
ができる。
【0034】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、Ka
帯の受信信号の運用される信号に適合して、上記アンテ
ナが受信するKa帯の信号を入力する帯域幅を異にする
帯域フィルタを選択し、このKa帯の受信レベルと比較
する設定レベルを制御するように構成したので、ノイズ
の影響を極力抑えて通信信号を追尾しているかどうかの
判定を確実に行えることができ、不安定に生ずる追尾信
号の信頼性回復を図ることができるという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例による追尾装置を示すブ
ロック図である。
【図2】 受信信号の周波数スペクトラム図である。
【図3】 ビットレート信号とBPFの帯域幅との関係
図である。
【図4】 オフセット角度信号の加算による捕捉手順の
説明図である。
【図5】 図4の一部を拡大したKa帯の詳細図であ
る。
【図6】 図4の一部を拡大したS帯の詳細図である。
【図7】 Ka帯のメインローブとサイドローブとの関
係図である。
【図8】 従来の追尾装置のブロック図である。
【符号の説明】
1 アンテナ 2 給電部 5 Ka帯和信号 6 Ka帯差信号 13 Ka帯追尾受信部 14 方位角誤差信号 15 仰角誤差信号 16 駆動制御部 22 S帯受信部 23a,24a AZ,EL駆動信号 23b,24b AZ,EL角度信号 25,26 BPF(帯域フィルタ) 27 選択信号(帯域幅選択信号) 28 受信レベル判定部 30 第1の追尾信号 31 受信レベル 32 捕捉制御部 33 第2の追尾信号 34,35 オフセット角度信号 36,37 加算器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−291183(JP,A) 特開 平3−226689(JP,A) 特開 平6−273517(JP,A) 特開 平4−315975(JP,A) 特開 昭63−300980(JP,A) 実開 平5−11078(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 3/00 - 3/74 H04B 7/185

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ある周波数信号を受信するアンテナから
    の信号を和信号と差信号に分波する給電部と、前記の信
    号に基づいて方位角誤差信号と仰角誤差信号および受信
    レベルを出力する追尾受信部と、前記受信レベルが設定
    レベル以上であるとき追尾信号を出力する受信レベル判
    定部と、前記方位角誤差信号と仰角誤差信号および前記
    追尾信号を入力して前記アンテナの方位角軸および仰角
    軸の駆動信号を出力する駆動制御部とを有する追尾装置
    において、前記追尾受信部の入力側に設けられ前記の和
    信号を入力する複数の異なる帯域幅を有する第1の帯域
    フィルタと、前記差信号を入力する複数の異なる帯域幅
    を有する第2の帯域フィルタと、これら第1及び第2の
    帯域フィルタのそれぞれの帯域幅を帯域幅選択信号によ
    って切替えるとともに前記受信レベル判定部の設定レベ
    ルを変更する設定レベル信号を出力し、前記受信レベル
    判定部から追尾信号を受けたときに前記駆動制御部に追
    尾信号を出力する捕捉制御部とを具備したことを特徴と
    する追尾装置。
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