JP3530497B2 - Directivity pattern measurement system and method - Google Patents
Directivity pattern measurement system and methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、指向性パターン計
測システム及び方法に係り、特に、低高度軌道(高度数
100km〜数1000km)又は中高度軌道(高度1
万km程度)の地球周回軌道を回る衛星から放射される
電波を用いて、アンテナの指向性パターン及び鏡面形状
の計測を、簡便、かつ短時間で行う指向性パターン測定
示システム及び方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a directional pattern measuring system and method, and more particularly to a low altitude orbit (altitude several 100 km to several 1000 km) or a medium altitude orbit (altitude 1).
The present invention relates to a directional pattern measurement indicating system and method for easily and quickly measuring an antenna directional pattern and a mirror surface shape using radio waves radiated from a satellite that orbits the earth (about 10,000 km).
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、大口径(大型)のパラボラアン
テナ(特に、電波天文学で用いられる大口径電波望遠
鏡)では、鏡面およびその支持機構に対して自重による
構造変形を許容した柔構造が採用されている。このよう
な柔構造を採るアンテナは、アンテナの仰角により鏡面
が重力変形することになるが、変形後も焦点距離が変化
するのみで、鏡面の形状自体は双曲線形状を保持するよ
うな、いわゆるホモロガス変形法による設計に基づいて
いる。2. Description of the Related Art Generally, a large-diameter (large-sized) parabolic antenna (particularly, a large-diameter radio telescope used in radio astronomy) adopts a flexible structure that allows structural deformation due to its own weight on the mirror surface and its supporting mechanism. ing. An antenna adopting such a flexible structure causes the mirror surface to be gravitationally deformed by the elevation angle of the antenna, but the focal length only changes after the deformation, and the shape of the mirror surface itself maintains a hyperbolic shape, so-called homologous. It is based on the modified design.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
製作される望遠鏡では、焦点位置の決定精度や鏡面、支
持構造の経年変化などさまざまな要因により、必ずしも
指向性パターンおよび主鏡面形状が理想的な形状を維持
しているとは言い難い。このため、アンテナの仰角ごと
の指向性パターンおよび鏡面形状の計測が重要となる。However, in a telescope actually manufactured, the directional pattern and the main mirror surface shape are not always ideal due to various factors such as the accuracy of determining the focal position, the mirror surface, and the secular change of the support structure. It is hard to say that the shape is maintained. Therefore, it is important to measure the directivity pattern and the mirror surface shape for each elevation angle of the antenna.
【0004】アンテナの指向性パターンの計測では、通
常、計測の対象となるアンテナから十分遠方と考えられ
る地点に作られた計測用タワーや遠くの高い山の上など
に設置された参照電波源に対して、アンテナの方向を変
化させ、受信信号の強度(電波強度)を記録する。但
し、参照電波源を計測用タワーや山の上に設置した場
合、アンテナからみた参照電波源に対する仰角はあまり
大きく設定できない。このため、高い仰角に対する計測
を行う場合、例えば、静止衛星のビーコン電波(ビーコ
ン信号)を用いることもある。In the measurement of the directional pattern of the antenna, a reference radio wave source installed on a measuring tower or a high mountain far away is usually formed at a point considered sufficiently far from the antenna to be measured. , Change the direction of the antenna and record the strength of the received signal (radio field strength). However, when the reference radio wave source is installed on a measuring tower or a mountain, the elevation angle with respect to the reference radio wave source viewed from the antenna cannot be set so large. Therefore, when measurement is performed at a high elevation angle, for example, a beacon radio wave (beacon signal) of a geostationary satellite may be used.
【0005】しかしながら、上述の方法では、電波源の
位置が固定されているため、測定できる仰角を任意の値
に設定することができない。一方、仰角を任意の値に設
定可能な方法としては、例えば、電波強度の非常に強い
天体を利用した計測などが試みられている。ただし、こ
の方法では、電波源である天体に対してアンテナを走査
中にも天体の高度が時々刻々変化してしまうために、指
向性パターンの計測を正確に行うことが困難であること
が想定される。そこで、任意の仰角で指向性パターンを
計測するために、非静止型の衛星を利用した方法が試み
られている。しかしながら、この方法は、1機の衛星の
みを利用した計測であるためビーム形状を精密に計測す
るには長い時間を要すると共に、アンテナ周囲の環境変
化(例えば、大気中にムラを作って分布している水蒸
気、水滴等)などにより厳密な計測は困難であった。However, in the above method, since the position of the radio wave source is fixed, the measurable elevation angle cannot be set to an arbitrary value. On the other hand, as a method capable of setting the elevation angle to an arbitrary value, for example, measurement using an astronomical object having a very strong radio wave intensity has been attempted. However, with this method, it is assumed that it is difficult to accurately measure the directional pattern because the altitude of the celestial body changes from moment to moment while the antenna is scanning the celestial body that is the radio source. To be done. Therefore, a method using a non-geostationary satellite has been attempted in order to measure the directivity pattern at an arbitrary elevation angle. However, since this method uses only one satellite, it takes a long time to accurately measure the beam shape, and the environmental changes around the antenna (for example, uneven distribution in the atmosphere Strict measurement was difficult due to water vapor, water drops, etc.).
【0006】ここで、本発明に関連する技術について説
明する。本発明者らは、アンテナの指向性パターンを計
測する場合に必要となる参照電波源としては、さまざま
な仰角の位置に設定できることが理想であるという前提
のもとに、近年普及してきた移動体通信およびグローバ
ルネットワークにおける、低高度軌道(高度数100k
m〜数1000km)又は中高度軌道(高度1万km程
度)の地球周回軌道を回る複数の小型衛星(例えば、非
静止型通信衛星)を配置した通信システムに着目した。
さらに、本発明者らは、このような複数の非静止型通信
衛星が放射する複数のビーコン電波を用いることによ
り、天球上に参照電源を常時確保できることに着目し
た。Here, a technique related to the present invention will be described. As a reference radio wave source required when measuring a directivity pattern of an antenna, the inventors of the present invention presume that it is ideal to be able to set positions at various elevation angles, and mobile bodies that have become widespread in recent years Low altitude orbit (100k altitude) in communications and global networks
Attention was paid to a communication system in which a plurality of small satellites (for example, non-geostation type communication satellites) orbiting the earth orbit in the range of m to several 1000 km) or medium altitude orbit (altitude of about 10,000 km) is orbited.
Furthermore, the present inventors have paid attention to the fact that a reference power source can always be secured on the celestial sphere by using a plurality of beacon radio waves radiated by such a plurality of non-stationary communication satellites.
【0007】本発明は、以上の点に鑑み、計測対象アン
テナの仰角を固定して、複数の非静止型衛星からのビー
コン信号を利用することで、ある仰角に対する計測対象
アンテナの正確な二次元指向性パターン(例えば、仰角
ごとの電波強度、感度パターン)を計測することを目的
とする。また、本発明は、大型アンテナの性能評価を短
時間で正確かつ安価に行うことを目的とする。In view of the above points, the present invention uses the beacon signals from a plurality of non-geostationary satellites by fixing the elevation angle of the measurement target antenna, and thereby the accurate two-dimensional measurement of the measurement target antenna for a certain elevation angle is performed. The purpose is to measure a directivity pattern (for example, a radio wave intensity for each elevation angle, a sensitivity pattern). It is another object of the present invention to accurately and inexpensively evaluate the performance of a large antenna.
【0008】また、本発明は、アンテナの鏡面の重力変
形に影響する、仰角方向の動きを原理的に伴わない厳密
な指向性パターンの計測を行うことを目的とする。ま
た、本発明は、計測対象アンテナ(大型アンテナ)にお
いて、仰角が変わったことによる鏡面形状の変形に伴っ
た、二次元指向性パターンの変形を計測することを目的
とする。Another object of the present invention is to perform a strict directional pattern measurement that does not in principle involve movement in the elevation angle direction, which affects the gravitational deformation of the mirror surface of the antenna. It is another object of the present invention to measure the deformation of the two-dimensional directivity pattern associated with the deformation of the mirror surface shape due to the change of the elevation angle in the measurement target antenna (large antenna).
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の解決手段
によると、仰角が所定角度に設定され、複数の衛星から
放射される電波を受信するための第1アンテナと、前記
第1アンテナにより受信した電波強度を第1データに変
換し、時刻毎にその時刻を基準として複数サンプリング
した複数の該第1データを含む第1データ列を第1ファ
イルに記憶する第1受信機と、前記第1アンテナの近傍
に配置され、該電波を受信するための第2アンテナと、
前記第2アンテナにより受信した電波強度を第2データ
に変換し、時刻毎にその時刻を基準として複数サンプリ
ングした複数の該第2データを含む第2データ列を第2
ファイルに記憶する第2受信機と、前記衛星の各時刻ご
との位置を示す衛星の仰角及び方位角を記憶した衛星位
置データファイルと、前記第1及び2ファイルからある
時刻の該第1及び2データを読み出し、該第1データと
第2データとの強度比を求め、前記第1アンテナによる
校正電波強度を算出し、さらに、前記衛星位置データフ
ァイルから該衛星の仰角及び方位角を読み出して、前記
第1アンテナの仰角及び方位角に対応づけることによ
り、該校正電波強度、前記第1アンテナの仰角及び方位
角を含む複数の校正結果ファイルを作成する校正用計算
機と、前記複数の校正結果ファイルから前記第1アンテ
ナの仰角及び方位角、校正電波強度を読み出し、前記第
1アンテナの二次元指向性パターンを算出し、前記第1
アンテナの所定角度の仰角における二次元指向性パター
ンを含む指向性パターンファイルを作成するデータ処理
装置とを備えた指向性パターン計測システムを提供す
る。According to the first solution of the present invention, the elevation angle is set to a predetermined angle, and a first antenna for receiving radio waves radiated from a plurality of satellites, and the first antenna. A first receiver that converts the radio field intensity received by the first data into first data, and stores a first data string including a plurality of the first data sampled at a plurality of times at each time in a first file; A second antenna arranged near the first antenna for receiving the radio wave;
The radio field intensity received by the second antenna is converted into second data, and a second data string including a plurality of second data obtained by sampling a plurality of times at each time is used as a second data string.
A second receiver stored in a file, a satellite position data file storing the elevation angle and azimuth angle of the satellite indicating the position of the satellite at each time, and the first and second at a certain time from the first and second files. The data is read, the intensity ratio between the first data and the second data is obtained, the calibration radio wave intensity by the first antenna is calculated, and further, the elevation angle and azimuth angle of the satellite are read from the satellite position data file, A calibration computer that creates a plurality of calibration result files including the calibration radio field intensity, the elevation angle and the azimuth angle of the first antenna by associating with the elevation angle and the azimuth angle of the first antenna, and the plurality of calibration result files. The elevation angle and azimuth angle of the first antenna and the calibration radio field intensity are read from the first antenna, and the two-dimensional directivity pattern of the first antenna is calculated.
Provided is a directional pattern measurement system including a data processing device that creates a directional pattern file including a two-dimensional directional pattern at an elevation angle of a predetermined angle of an antenna.
【0010】本発明の第2の解決手段によると、仰角が
所定角度に設定され、複数の衛星から放射される電波を
受信するための第1アンテナにより受信した電波強度を
第1データに変換し、時刻毎にその時刻を基準として複
数サンプリングした複数の該第1データを含む第1デー
タ列を第1ファイルに記憶するステップと、前記第1ア
ンテナの近傍に配置され、該電波を受信するための第2
アンテナにより受信した電波強度を第2データに変換
し、時刻毎にその時刻を基準として複数サンプリングし
た複数の該第2データを含む第2データ列を第2ファイ
ルに記憶するステップと、前記第1及び2ファイルから
ある時刻の該第1及び2データを読み出し、該第1デー
タと第2データとの強度比を求め、前記第1アンテナに
よる校正電波強度を算出し、さらに、前記衛星の各時刻
ごとの位置を示す衛星の仰角及び方位角を記憶した前記
衛星位置データファイルから該衛星の仰角及び方位角を
読み出して、前記第1アンテナの仰角及び方位角に対応
づけることにより、該校正電波強度、前記第1アンテナ
の仰角及び方位角を含む複数の校正結果ファイルを作成
するステップと、前記複数の校正結果ファイルから前記
第1アンテナの仰角及び方位角、校正電波強度を読み出
し、前記第1アンテナの二次元指向性パターンを算出
し、前記第1アンテナの所定角度の仰角における二次元
指向性パターンを含む指向性パターンファイルを作成す
るステップとを含む指向性パターン計測方法を提供す
る。According to the second solving means of the present invention, the elevation angle is set to a predetermined angle, and the radio field intensity received by the first antenna for receiving radio waves emitted from a plurality of satellites is converted into first data. Storing a first data string including a plurality of the first data sampled at a plurality of times at each time point in a first file, and being arranged in the vicinity of the first antenna to receive the radio wave Second
Converting the radio field intensity received by the antenna into second data, storing a second data string including a plurality of the second data sampled for each time at the time in a second file; And 2 files at a certain time, the first and second data are read, the intensity ratio between the first data and the second data is obtained, the calibration radio wave intensity by the first antenna is calculated, and the time of each of the satellites is calculated. The elevation and azimuth of the satellite are read from the satellite position data file that stores the elevation and azimuth of the satellite, and the calibration radio field intensity is associated with the elevation and azimuth of the first antenna. A step of creating a plurality of calibration result files including an elevation angle and an azimuth angle of the first antenna; and an elevation angle of the first antenna from the plurality of calibration result files. And a azimuth angle and a calibration radio field intensity are read, a two-dimensional directivity pattern of the first antenna is calculated, and a directivity pattern file including a two-dimensional directivity pattern at an elevation angle of the first antenna is created. There is provided a directional pattern measuring method including:
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。
A.指向性パターン計測システムの構成
図1は、本発明に関する指向性パターン計測システム1
00の概略構成図である。指向性パターン計測システム
100は、例えば、計測対象アンテナ10と、第1受信
機15と、参照用アンテナ20と、第2受信機25と、
軌道予測計算機30と、校正用計算機40と、データ処
理装置50と、衛星60と、記憶装置70とを含む。ま
た、記憶装置70は、例えば、計測アンテナファイル7
1、参照アンテナファイル72、衛星位置データファイ
ル73、校正結果ファイル74及び指向性パターンファ
イル75を含む。なお、衛星60は、例えば、地球の周
回軌道を低高度(高度数100km〜数1000km)
又は中高度(高度1万km程度)で回る非静止型衛星で
あって、ビーコン信号を放射している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. A. Configuration of Directional Pattern Measurement System FIG. 1 shows a directional pattern measurement system 1 according to the present invention.
It is a schematic block diagram of 00. The directional pattern measurement system 100 includes, for example, a measurement target antenna 10, a first receiver 15, a reference antenna 20, and a second receiver 25.
The orbit prediction computer 30, the calibration computer 40, the data processing device 50, the satellite 60, and the storage device 70 are included. The storage device 70 stores, for example, the measurement antenna file 7
1, a reference antenna file 72, a satellite position data file 73, a calibration result file 74, and a directivity pattern file 75. In addition, the satellite 60 is, for example, a low altitude (100 km to several 1000 km altitude) in the orbit of the earth.
Or, it is a non-geostationary satellite that rotates at a medium altitude (altitude of about 10,000 km) and emits a beacon signal.
【0012】ここで、本発明に関する指向性パターン計
測システム100に関連する事項について概説する。指
向性パターン計測システム100は、大口径アンテナで
ある計測対象アンテナ10の仰角を固定した状態で、複
数の衛星60からの電波(無変調電波、例えば、ビーコ
ン信号)を受信することで、ある仰角に対する計測対象
アンテナ10の正確な二次元指向性パターン(「指向性
パターン」とは、ある仰角に対する、受信及び/又は送
信の電波強度を意味する。)を計測するためのシステム
である。Here, the matters relating to the directional pattern measuring system 100 relating to the present invention will be outlined. The directional pattern measurement system 100 receives radio waves (non-modulated radio waves, for example, beacon signals) from a plurality of satellites 60 in a state where the elevation angle of the measurement target antenna 10 which is a large-diameter antenna is fixed, and thereby a certain elevation angle is obtained. Is a system for measuring an accurate two-dimensional directivity pattern of the measurement target antenna 10 ("directivity pattern" means reception and / or transmission radio wave intensity at a certain elevation angle).
【0013】一般に、大口径アンテナは、重力の方向と
平行な方向(鉛直方向)の駆動軸(ここでは、方位軸)
と、鉛直方向に垂直な方向の駆動軸(ここでは、仰角
軸)とを備える。ここで、大口径アンテナの重力変形
は、原理的には、主に、仰角軸まわりに回転させたとき
にのみ発生するので、アンテナの形状変形は、仰角軸方
向にアンテナを動かしたときのみ起こると仮定し、衛星
60の捕捉のために方位軸方向にアンテナを動かして
も、アンテナの形状変形が発生しない(又は変形しても
影響が少ない)ものとする。Generally, a large-diameter antenna has a drive axis (here, an azimuth axis) in a direction parallel to the direction of gravity (vertical direction).
And a drive shaft (here, an elevation angle axis) in a direction perpendicular to the vertical direction. Here, in principle, the gravitational deformation of the large-diameter antenna mainly occurs only when the antenna is rotated around the elevation angle axis, so the shape deformation of the antenna occurs only when the antenna is moved in the elevation axis direction. Assuming that, even if the antenna is moved in the azimuth axis direction to capture the satellite 60, the shape deformation of the antenna does not occur (or the deformation has little effect).
【0014】計測対象アンテナ10は、衛星60の通過
軌道(図中、矢印)を予測して衛星60を待ち受けてい
る大型(大口径)アンテナであって、衛星60からのビ
ーコン信号を受信するための略双曲線形状等の鏡面を備
える。第1受信機15は、例えば、衛星60が放射する
ビーコン電波など無変調電波を、計測対象アンテナ10
が受信することで得られる電圧値(受信電波強度に比例
した情報)を入力データとして増幅し、内部のA−D変
換器で取り込める周波数に変換した後、このA−D変換
器によりサンプリングし、時系列ディジタルデータとし
て、記憶装置70内の計測アンテナファイル71に記憶
する。また、サンプリング速度は、衛星60の移動に伴
うドップラー効果による受信信号の周波数変動幅に依存
するが、例えば、1MHz程度とすることができる。The antenna 10 to be measured is a large (large-diameter) antenna that waits for the satellite 60 by predicting the orbit (arrow in the figure) of the satellite 60, and receives the beacon signal from the satellite 60. It has a mirror surface such as a substantially hyperbolic shape. The first receiver 15 transmits, for example, unmodulated radio waves such as beacon radio waves radiated by the satellite 60 to the measurement target antenna 10
Amplifies the voltage value (information proportional to the received radio wave intensity) obtained by receiving as input data, converts it to a frequency that can be captured by the internal A-D converter, and then samples with this A-D converter, The time-series digital data is stored in the measurement antenna file 71 in the storage device 70. The sampling rate depends on the frequency fluctuation range of the received signal due to the Doppler effect accompanying the movement of the satellite 60, but can be set to, for example, about 1 MHz.
【0015】参照用アンテナ20は、例えば、衛星60
を常時追跡するための小型アンテナであって、計測対象
アンテナ10の近傍に配置され、第1受信機15で受け
たビーコン電波の大気吸収による変動や衛星60ごとの
放射強度の違いを校正するためのものである。第2受信
機25は、例えば、衛星60が放射するビーコン電波な
ど無変調電波を、参照用アンテナ20が受信することで
得られる電圧値(受信電波強度に比例した情報)を、入
力データとして増幅し、内部のA−D変換器で取り込め
る周波数に変換した後、このA−D変換器によりサンプ
リングし、時系列ディジタルデータとして、記憶装置7
0内の参照アンテナファイル72に記憶する。なお、サ
ンプリング速度は、第1受信機15と同様に、1MHz
程度とすることができる。The reference antenna 20 is, for example, a satellite 60.
Is a small antenna for always tracking, and is arranged in the vicinity of the measurement target antenna 10 to calibrate fluctuations due to atmospheric absorption of beacon radio waves received by the first receiver 15 and differences in radiation intensity for each satellite 60. belongs to. The second receiver 25 amplifies, as input data, a voltage value (information proportional to the received radio wave intensity) obtained when the reference antenna 20 receives an unmodulated radio wave such as a beacon radio wave radiated by the satellite 60. Then, after the frequency is converted into a frequency that can be taken in by the internal A / D converter, sampling is performed by this A / D converter, and the data is stored in the storage device 7 as time series digital data.
The reference antenna file 72 in 0 is stored. Note that the sampling rate is 1 MHz as in the first receiver 15.
It can be a degree.
【0016】また、軌道予測計算機30は、衛星60の
軌道を予測し、計測対象アンテナ10及び参照用アンテ
ナ20をその方向に向ける制御を行わせるための処理を
行うものである。また、記憶装置70内の衛星位置デー
タファイル73は、例えば、衛星60の各時刻ごとの位
置データ(ここで、衛星の位置データとしては、汎用性
のある「衛星の方位角」、「衛星の仰角」が記憶されて
いるが、この衛星の位置データと、計測対象アンテナ1
0及び参照用アンテナ20の2つの駆動軸の「方位角」
「仰角」との相対関係についての情報も記憶されてもよ
い。)を記憶する。この軌道予測計算機30は、衛星位
置データファイル73内に記憶された所望の時刻の衛星
60の位置データに基づき、計測対象アンテナ10及び
参照用アンテナ20の方向を制御する。これにより、計
測対象アンテナ10は、衛星60の通過点(図中、矢
印)を予測して衛星60を待受けることができる。な
お、参照用アンテナ20も、衛星60の位置データに応
じて図示しない駆動軸を駆動させ、衛星60を常時追跡
することができる。Further, the orbit prediction computer 30 predicts the orbit of the satellite 60, and performs processing for controlling the antenna 10 to be measured and the reference antenna 20 to face in that direction. The satellite position data file 73 in the storage device 70 is, for example, position data for each time of the satellite 60 (here, the satellite position data includes "satellite azimuth" and "satellite azimuth", which have general versatility. "Elevation" is stored, but the position data of this satellite and the target antenna 1
0 and "azimuth" of the two drive axes of the reference antenna 20
Information about the relative relationship with the “elevation angle” may also be stored. ) Is remembered. The orbit prediction computer 30 controls the directions of the measurement target antenna 10 and the reference antenna 20 based on the position data of the satellite 60 at a desired time stored in the satellite position data file 73. As a result, the measurement target antenna 10 can predict the passage point (arrow in the figure) of the satellite 60 and wait for the satellite 60. The reference antenna 20 can also drive the drive shaft (not shown) according to the position data of the satellite 60 to constantly track the satellite 60.
【0017】校正用計算機40は、第1受信機15によ
り作成された記憶装置70内の計測アンテナファイル7
1と、第2受信機25により作成された記憶装置70内
の参照アンテナファイル72と、これらのファイルが作
成された際の衛星60の位置データ(衛星の方位角、仰
角)を記憶した記憶装置70内の衛星位置データファイ
ル73とから各データを読み出し、第1受信機15で受
けたビーコン電波の大気吸収による変動や衛星60ごと
の放射強度の違いを校正することにより、衛星の方位
角、仰角に対応した校正結果を含むデータを、記憶装置
記70内の校正結果ファイル74に記憶する。The calibration computer 40 uses the measurement antenna file 7 in the storage device 70 created by the first receiver 15.
1 and the reference antenna file 72 in the storage device 70 created by the second receiver 25, and the storage device that stores the position data (satellite angle, elevation angle) of the satellite 60 when these files are created. Each data is read from the satellite position data file 73 in 70, and the azimuth of the satellite is corrected by calibrating the fluctuation of the beacon radio wave received by the first receiver 15 due to the atmospheric absorption and the difference of the radiation intensity for each satellite 60. Data including the calibration result corresponding to the elevation angle is stored in the calibration result file 74 in the storage device description 70.
【0018】データ処理装置50は、校正用計算機40
により作成された軌道の異なる複数の衛星60ごとの複
数のデータを記憶した校正結果ファイル74に基づい
て、ある仰角の二次元指向性パターン(電波強度)を作
成し、さらに、仰角を変えて計算処理することで、仰角
ごとの電波強度を算出し、このデータを、記憶装置記7
0内の指向性パターンファイル75に記憶する。The data processing device 50 is a calibration computer 40.
A two-dimensional directivity pattern (radio wave intensity) of a certain elevation angle is created based on the calibration result file 74 that stores a plurality of data for each of a plurality of satellites 60 having different orbits, and is calculated by changing the elevation angle. By processing, the radio field intensity for each elevation angle is calculated, and this data is stored in the storage device memory 7.
It is stored in the directivity pattern file 75 in 0.
【0019】B.指向性パターン計測の動作
B−1.動作概要
図2は、本発明に関する指向性パターン計測システム1
00のフローチャートである。なお、説明の便宜上、こ
こでのフローチャートの説明は、概略的なものとし、具
体的な説明は後述する。まず、ステップS101では、
軌道予測計算機30は、予め軌道予測計算機30が記憶
装置70より読み出した衛星位置データファイル73に
基づいて、計測対象アンテナ10の上空を通過する衛星
60の軌道を計算する。B. Operation of directional pattern measurement B-1. Operation Outline FIG. 2 shows a directional pattern measurement system 1 according to the present invention.
00 is a flowchart. It should be noted that, for convenience of description, the description of the flow chart here is a schematic one, and a specific description will be given later. First, in step S101,
The orbit prediction computer 30 calculates the orbit of the satellite 60 passing over the measurement target antenna 10 based on the satellite position data file 73 read from the storage device 70 by the orbit prediction computer 30 in advance.
【0020】ここで、図3は、衛星位置データファイル
73の説明図である。衛星位置データファイル73は、
ある衛星60の位置を示すための汎用性のある位置デー
タ「衛星の方位角」「衛星の仰角」を含む。計測対象ア
ンテナ10は、軌道予測計算機30による制御に従っ
て、仰角を一定としたまま、算出された衛星60の軌道
に応じて、方位角軸方向に回転させて、衛星60が計測
対象アンテナ10のビーム内(電波を受信することが可
能な範囲)を通過するのを待ち受け、衛星60からのビ
ーコン信号等の無変調電波を受信する(S101)。な
お、計測対象アンテナ10の近傍に配置した参照用アン
テナ20は、同じく、軌道予測計算機30による制御に
従って、算出された衛星60の軌道に応じて駆動軸を駆
動させ、衛星60を追跡してビーコン信号の強度を常時
計測する。FIG. 3 is an explanatory diagram of the satellite position data file 73. The satellite position data file 73 is
It includes general-purpose position data "satellite azimuth" and "satellite elevation" for indicating the position of a certain satellite 60. The measurement target antenna 10 is rotated in the azimuth axis direction according to the calculated orbit of the satellite 60 with the elevation angle kept constant under the control of the orbit prediction computer 30, and the satellite 60 causes the beam of the measurement target antenna 10 to rotate. It waits to pass through the inside (range in which radio waves can be received), and receives unmodulated radio waves such as beacon signals from the satellite 60 (S101). The reference antenna 20 arranged in the vicinity of the measurement target antenna 10 similarly drives the drive shaft according to the calculated orbit of the satellite 60 under the control of the orbit prediction computer 30 to track the satellite 60 and beacon it. The signal strength is constantly measured.
【0021】つぎに、ステップS103では、第1受信
機15は、計測対象アンテナ10により受信したビーコ
ン信号に基づいて、求められた電波強度を時刻に対応し
て記憶装置70内の計測アンテナファイル71に記憶す
る。また、第2受信機25は、参照用アンテナ20によ
り受信したビーコン信号に基づいて、求められた電波強
度を時刻に対応して記憶装置70内の参照アンテナファ
イル72に記憶する。Next, in step S103, the first receiver 15 makes the obtained radio field intensity correspond to the time based on the beacon signal received by the measurement target antenna 10 and the measurement antenna file 71 in the storage device 70. Remember. Further, the second receiver 25 stores the obtained radio field intensity in the reference antenna file 72 in the storage device 70 corresponding to the time based on the beacon signal received by the reference antenna 20.
【0022】ここで、図4に、記憶装置70に記憶され
た各ファイルについての説明図を示す。図4は、計測ア
ンテナファイル71及び参照アンテナファイル72の説
明図を示している。第1受信機15によるサンプリング
後のデータ形式は、例えば、ヘッダ無し、1データは2
Byte(1Word)に相当しており、1pps同期
信号(1ビット:図中、「A」)と、予備外部入力1
(1ビット:図中、「B」)と、予備外部入力2(1ビ
ット:図中、「C」)と、予備外部入力3(1ビット:
図中、「D」)と、A−D変換された電波強度に関する
データ(12ビット)とを含む。Here, FIG. 4 shows an explanatory view of each file stored in the storage device 70. FIG. 4 shows an explanatory diagram of the measurement antenna file 71 and the reference antenna file 72. The data format after sampling by the first receiver 15 is, for example, no header, 1 data is 2
It corresponds to Byte (1 Word), 1 pps synchronization signal (1 bit: “A” in the figure), and spare external input 1
(1 bit: “B” in the figure), spare external input 2 (1 bit: “C” in the figure), and spare external input 3 (1 bit:
In the figure, "D") and A-D converted radio field intensity data (12 bits) are included.
【0023】記録形式は、例えば、日を表すデータ(8
ビット:図中、「日」)と、時を表すデータ(8ビッ
ト:図中、「時」)と、分を表すデータ(8ビット:図
中、「分」)と、秒を表すデータ(8ビット:図中、
「秒」)と、この時刻を基準とする所定期間に複数のサ
ンプリングされたデータ列(16ビット:図中、データ
1、2、3...)とを含む。The recording format is, for example, data (8
Bits: "Day" in the figure), data indicating the hour (8 bits: "hour" in the figure), data indicating the minute (8 bits: "minute" in the figure), and data indicating the second ( 8-bit: In the figure,
"Second") and a plurality of sampled data strings (16 bits: data 1, 2, 3 ... In the figure) in a predetermined period based on this time.
【0024】つぎに、ステップS105では、校正用計
算機40は、ステップS103でそれぞれ記憶された計
測アンテナファイル71及び参照アンテナファイル72
を参照し、そのデータに基づいて、計測対象アンテナ1
0で受信された電波の強度と、参照用アンテナ20で受
信された電波の強度との強度比を求めることにより、ビ
ーコン電波の大気吸収による変動や衛星60ごとの放射
強度の違いを校正した校正結果を求める。また、1つの
衛星60における校正後の電波強度の時間変化は、1つ
の衛星60の軌道(通過経路方向)に沿った計測対象ア
ンテナ10の一次元指向性パターン(ここで、「一次
元」とは、1つの衛星60からのビーコン信号だけに基
づいて算出されたデータであることを意味する)を示
す。Next, in step S105, the calibration computer 40 has the measurement antenna file 71 and the reference antenna file 72 stored in step S103.
And the measurement target antenna 1 based on the data
Calibration that calibrates fluctuations in beacon radio waves due to atmospheric absorption and differences in radiation intensity for each satellite 60 by obtaining the intensity ratio between the intensity of the radio wave received at 0 and the intensity of the radio wave received at the reference antenna 20. Ask for results. The time change of the radio field intensity after calibration in one satellite 60 is the one-dimensional directivity pattern (here, “one-dimensional”) of the measurement target antenna 10 along the orbit (passage path direction) of one satellite 60. Means that the data is calculated based on only the beacon signal from one satellite 60).
【0025】また、校正用計算機40は、上述の記憶装
置70より衛星位置データファイル71に含まれる衛星
60の位置データ(「衛星の方位角」、「衛星の仰
角」)を、計測対象アンテナ10の駆動軸における「方
位角」「仰角」として対応づけて、計測対象アンテナ1
0の方位角及び仰角に対する校正結果を校正結果ファイ
ル74に記憶する。さらに、校正用計算機40は、多数
の非静止衛星軌道に対して校正結果ファイル74を求め
る処理を繰り返し、それぞれの軌道に対する複数の衛星
60についての複数の校正結果ファイル74−k(k=
1〜n)を作成する。The calibration computer 40 also uses the storage device 70 to store the position data of the satellite 60 ("satellite azimuth", "satellite elevation") contained in the satellite position data file 71 into the antenna 10 to be measured. Corresponding as "azimuth" and "elevation" on the drive axis of the measurement target antenna 1
The calibration result for the azimuth angle and the elevation angle of 0 is stored in the calibration result file 74. Furthermore, the calibration computer 40 repeats the process of obtaining the calibration result file 74 for a large number of non-geostationary satellite orbits, and a plurality of calibration result files 74-k (k =
1 to n) are created.
【0026】ここで、図5に、校正結果ファイル74−
kの説明図を示す。校正結果ファイル74−k(k=
1、2...n)の各サンプリングにおけるデータのデ
ータ形式としては、例えば、浮動小数点データとして表
現された「計測対象アンテナ10の方位角」と、「計測
対象アンテナ10の仰角」と、「校正結果」とを含む。
また、校正結果ファイル74の記録形式としては、例え
ば、日を表すデータ(8ビット:図中、「日」)と、時
を表すデータ(8ビット:図中、「時」)と、分を表す
データ(8ビット:図中、「分」)と、秒を表すデータ
(8ビット:図中、「秒」)と、この時刻を基準とする
所定期間内にサンプリングされたデータ列(16ビッ
ト:図中、データ1、2、3...)とを含む。Here, in FIG. 5, the calibration result file 74-
The explanatory view of k is shown. Calibration result file 74-k (k =
1, 2. . . The data format of the data in each sampling of n) includes, for example, "azimuth of the measurement target antenna 10" expressed as floating point data, "elevation angle of the measurement target antenna 10", and "calibration result". .
As the recording format of the calibration result file 74, for example, data indicating the day (8 bits: “day” in the figure), data indicating the hour (8 bits: “hour” in the figure), and minutes Data (8 bits: "minutes" in the figure), data representing seconds (8 bits: "seconds" in the figure), and a data string (16 bits) sampled within a predetermined period based on this time. : In the figure, data 1, 2, 3 ...) are included.
【0027】つぎに、ステップS107では、データ処
理装置50は、通過する軌道の異なる複数の衛星60に
よる複数のビーコン信号ごとに、上述のステップS10
1〜S105を繰り返すことで求められた複数の校正結
果ファイル74−k(k=1、2...n)を読み取
り、計測対象アンテナ10の二次元指向性パターンを取
得する。さらに、データ処理装置50は、得られた二次
元指向性パターンを、仰角に対応して指向性パターンフ
ァイル75に記憶する。Next, in step S107, the data processing device 50 performs the above-described step S10 for each of the plurality of beacon signals from the plurality of satellites 60 having different orbits.
A plurality of calibration result files 74-k (k = 1, 2 ... N) obtained by repeating steps 1 to S105 are read, and the two-dimensional directivity pattern of the measurement target antenna 10 is acquired. Further, the data processing device 50 stores the obtained two-dimensional directivity pattern in the directivity pattern file 75 corresponding to the elevation angle.
【0028】図6は、仰角ごとの二次元指向性パターン
ファイル75の説明図である。指向性パターンファイル
75は、例えば、計測対象アンテナ10の仰角と、この
仰角に対応した受信又は送信電波強度(感度)について
の二次元指向性パターンを記憶したものである。ここで
の仰角ごとの指向性パターンファイル75は、例えば、
仰角が30°、40°、50°であれば、二次元指向性
パターンがそれぞれA、B、Cとなる。なお、ステップ
S101及びS103は、衛星60からのビーコン信号
を受信した時刻情報が必要であるため実時間処理とし、
一方、ステップS105及びS107は、オフライン処
理とすることもでき、また、全ステップを実時間処理す
ることもできる。
B−2.校正用計算機40の詳細処理(S105につい
て)FIG. 6 is an explanatory diagram of the two-dimensional directivity pattern file 75 for each elevation angle. The directivity pattern file 75 stores, for example, the elevation angle of the measurement target antenna 10 and the two-dimensional directivity pattern regarding the reception or transmission radio field intensity (sensitivity) corresponding to this elevation angle. The directivity pattern file 75 for each elevation angle here is, for example,
When the elevation angle is 30 °, 40 °, and 50 °, the two-dimensional directivity patterns are A, B, and C, respectively. Note that steps S101 and S103 are real-time processing because time information when the beacon signal from the satellite 60 is received is required,
On the other hand, steps S105 and S107 may be off-line processing, or all steps may be processed in real time. B-2. Detailed processing of the calibration computer 40 (about S105)
【0029】ここで、主に、校正用計算機40での校正
処理について詳細に説明する。図7は、校正用計算機4
0の校正処理を示す説明図である。まず、校正用計算機
40は、記憶装置70内の計測アンテナファイル71及
び参照アンテナファイル72から所定時刻を基準とする
所定期間にサンプルされた電波強度に関するデータ列を
それぞれ読み込む(S201、S203)。ここで、ス
テップS201、S203により読み込まれ、第1受信
機15及び第2受信機25で作成された計測アンテナフ
ァイル71及び参照アンテナファイル72の記録形式
(図4参照)に従う時系列ディジタルデータは、横軸を
時間、縦軸を周波数の振幅とした場合、グラフ42に示
すような状態を記憶したものである。Here, the calibration process in the calibration computer 40 will be mainly described in detail. FIG. 7 shows the calibration computer 4.
It is explanatory drawing which shows the calibration process of 0. First, the calibration computer 40 respectively reads the data strings relating to the radio field intensity sampled during a predetermined period based on a predetermined time from the measurement antenna file 71 and the reference antenna file 72 in the storage device 70 (S201, S203). Here, the time-series digital data read according to the recording formats (see FIG. 4) of the measurement antenna file 71 and the reference antenna file 72 read by steps S201 and S203 and created by the first receiver 15 and the second receiver 25 are: When the horizontal axis represents time and the vertical axis represents frequency amplitude, the state as shown in the graph 42 is stored.
【0030】つぎに、校正用計算機40は、例えば、非
静止型通信衛星である衛星60が放射する無変調電波
(ビーコン信号)は、非常に狭い周波数だけに電波が集
中しているので、グラフ42で示される計測アンテナフ
ァイル71及び参照アンテナファイル72に記憶された
時系列ディジタルデータを、それぞれ例えば、高速フー
リエ変換により周波数スペクトルデータに変換する(S
205、S207)。ここで、ステップS205、S2
07で算出される周波数スペクトルデータは、横軸を周
波数、縦軸を受信電波の強度、さらに、時間軸を用いた
場合、グラフ44で示すような状態となる。Next, in the calibration computer 40, for example, the unmodulated radio waves (beacon signals) emitted by the satellite 60, which is a non-stationary communication satellite, are concentrated in a very narrow frequency. The time-series digital data stored in the measurement antenna file 71 and the reference antenna file 72 indicated by 42 are converted into frequency spectrum data by, for example, fast Fourier transform (S).
205, S207). Here, steps S205 and S2
The frequency spectrum data calculated in 07 is in the state shown in the graph 44 when the horizontal axis is the frequency, the vertical axis is the intensity of the received radio wave, and when the time axis is used.
【0031】また、校正用計算機40は、グラフ44上
に現れる鋭いピークの値を受信電波の強度として捉え、
この値を用いて校正を行う。具体的には、計測アンテナ
ファイル10のデータから求めたスペクトルのピーク値
をVm、そのベース(ビーコン以外の周波数のところの
電波強度)をVbmとし、一方、参照アンテナファイル
20のデータから求めたピーク値をVr、そのベース
(ビーコン以外の周波数のところの電波強度)をVbr
として、これらの値(Vm、Vbm、Vr、Vbr)
を、グラフ44から検出する(S209、S211)。Further, the calibration computer 40 captures the value of the sharp peak appearing on the graph 44 as the intensity of the received radio wave,
Calibration is performed using this value. Specifically, the peak value of the spectrum obtained from the data of the measurement antenna file 10 is Vm, the base (radio field intensity at a frequency other than the beacon) is Vbm, while the peak obtained from the data of the reference antenna file 20. The value is Vr and its base (radio field strength at frequencies other than beacon) is Vbr
As these values (Vm, Vbm, Vr, Vbr)
Is detected from the graph 44 (S209, S211).
【0032】つぎに、校正用計算機40は、ステップS
209、S211から検出したこれらの値を用いて、数
式(1)により校正後のデータである校正結果Vcを算
出する。
Vc=(Vm−Vbm)/(Vr−Vbr) (1)
また、校正用計算機40は、衛星60の各時刻ごとの位
置データ(「衛星の方位角」「衛星の仰角」)を記録し
た衛星位置データ73ファイルを読み出すと共に、この
位置データを計測対象アンテナ10の駆動軸における
「計測対象アンテナ10の方位角」「計測対象アンテナ
10の仰角」と対応づける。校正用計算機40は、これ
らの算出された「計測対象アンテナ10の方位角」「計
測対象アンテナ10の仰角」に対応して「校正結果V
c」を校正結果ファイル74に記憶する(S213)。
なお、ステップS201〜211は、積分時間単位に相
当する回数だけ繰り返され、ステップS201〜213
は、計測時間中、繰り返される。Next, the calibration computer 40 executes step S
209, using these values detected from S211, the calibration result Vc which is the data after calibration is calculated by the mathematical expression (1). Vc = (Vm-Vbm) / (Vr-Vbr) (1) Further, the calibration computer 40 is a satellite that records position data ("satellite azimuth angle""satellite elevation angle") of the satellite 60 for each time. The position data 73 file is read, and this position data is associated with the "azimuth angle of the measurement target antenna 10" and the "elevation angle of the measurement target antenna 10" on the drive axis of the measurement target antenna 10. The calibration computer 40 responds to the calculated “azimuth angle of the measurement target antenna 10” and “elevation angle of the measurement target antenna 10” with the “calibration result V”.
"c" is stored in the calibration result file 74 (S213).
Note that steps S201 to 211 are repeated a number of times corresponding to the integration time unit, and steps S201 to 213 are repeated.
Is repeated during the measurement time.
【0033】ここで、校正用計算機40のステップS1
05での校正処理における時刻同期方法について説明す
る。計測アンテナファイル71と参照アンテナファイル
72の先頭に書き込まれた時刻情報(1ビットの1pp
s同期信号ビット:図4における、「A」)は、±0.
5秒程度の誤差を含む場合がある。本発明に関する指向
性パターン計測システム100では、計測対象アンテナ
10で収集したデータと参照用アンテナ20で収集した
データの間で、時刻がミリ秒単位で一致していることが
必要である。このため、各データの最上位ビットに記録
された1pps同期信号を用いて時刻同期を行う。この
1pps同期信号は、例えば、1秒の開始に同期してO
N(=”1”)になり、さらに、25ミリ秒後にOFF
(=”0”)になる動作を繰り返すパルス信号である。
このため、2つのファイルのデータからこのパルス信号
がONになった瞬間を検出し、その直後のデータから処
理を実行することで、高い時刻の一致度を得る。また、
2つのファイル上で処理の開始位置を検出する場所は、
あらかじめ±0.5秒以内で一致している必要がある。
なお、1pps同期信号は、例えば、安価なGPS受信
機などから取得できる。Here, step S1 of the calibration computer 40.
The time synchronization method in the calibration processing in 05 will be described. Time information written at the beginning of the measurement antenna file 71 and the reference antenna file 72 (1 bit of 1 pp
s sync signal bit: “A” in FIG. 4 is ± 0.
There may be an error of about 5 seconds. In the directional pattern measurement system 100 according to the present invention, it is necessary that the data collected by the measurement target antenna 10 and the data collected by the reference antenna 20 have the same time in milliseconds. Therefore, time synchronization is performed using the 1 pps synchronization signal recorded in the most significant bit of each data. This 1 pps synchronization signal is, for example, O in synchronization with the start of 1 second.
It becomes N (= "1"), and it turns off after 25 milliseconds.
It is a pulse signal that repeats the operation of (= “0”).
Therefore, by detecting the moment when the pulse signal is turned on from the data of the two files and executing the process from the data immediately after that, a high degree of coincidence at time is obtained. Also,
The place to detect the processing start position on the two files is
It is necessary to agree within ± 0.5 seconds in advance.
The 1 pps synchronization signal can be obtained from, for example, an inexpensive GPS receiver.
【0034】B−3.データ処理装置50の詳細処理
(ステップS107について)
図8は、データ処理装置50での二次元指向性パターン
計算を示すフローチャートである。データ処理装置50
は、まず、固定された仰角での計測対象アンテナ10に
おける複数のビーコン信号に基づいて作成された複数の
校正結果ファイル74−k(k=1〜n)を読み込む
(S301)。つぎに、データ処理装置50は、ステッ
プS301での複数の1〜nに基づいて、アンテナ内の
位置角(仰角、方位角)で表される二次元座標上への校
正電波強度についてデータ設定(プロット)を行う(S
303)。また、データ処理装置50は、ステップS3
01で得られたデータ設定について補間処理を行い(S
305)、さらに、二次元指向性パターンを表示すると
共に、仰角ごとに二次元指向性パターンを記憶した指向
性パターンファイル75に記憶する(S307)。さら
に、データ処理装置50は、計測対象アンテナ10の仰
角を変更して、ステップS301〜307を繰り返すこ
とにより、アンテナの感度又は指向性を示す二次元指向
性パターンを繰り返し測定すると共に、仰角ごとに二次
元指向性パターンを記憶した指向性パターンファイル7
5を作成する(S309)。これにより、指向性パター
ン計測システム100によれば、アンテナの指向性パタ
ーンの仰角依存性を計測することができる。B-3. Detailed Processing of Data Processing Device 50 (Regarding Step S107) FIG. 8 is a flowchart showing a two-dimensional directivity pattern calculation in the data processing device 50. Data processor 50
First, a plurality of calibration result files 74-k (k = 1 to n) created based on a plurality of beacon signals in the measurement target antenna 10 at a fixed elevation angle are read (S301). Next, the data processing device 50 sets data on the calibration radio field intensity on the two-dimensional coordinate represented by the position angle (elevation angle, azimuth angle) in the antenna based on the plurality of 1 to n in step S301 ( Plot) (S
303). In addition, the data processing device 50, step S3
Interpolation processing is performed on the data setting obtained in 01 (S
305) Further, the two-dimensional directivity pattern is displayed and stored in the directivity pattern file 75 storing the two-dimensional directivity pattern for each elevation angle (S307). Further, the data processing device 50 changes the elevation angle of the measurement target antenna 10 and repeats steps S301 to 307 to repeatedly measure the two-dimensional directivity pattern indicating the sensitivity or the directivity of the antenna, and for each elevation angle. Directivity pattern file 7 storing a two-dimensional directivity pattern
5 is created (S309). Thereby, according to the directivity pattern measurement system 100, the elevation angle dependence of the directivity pattern of the antenna can be measured.
【0035】(ステップS301、S303について)
ここで、図9は、天球面座標系と視野座標系との関連を
示す説明図である。図9(a)は、天球面座標系を示し
ており、計測対象アンテナ10の位置から空を見上げた
ときの様子(これを、天球面座標系と称する)を表して
いる。ここでは、一番外側の円が地平線、円の真中が天
頂、円の上側が北、右方向が東となる。また、衛星の軌
道(ここでは、2種類)は、図中、南側の地平線から北
側の地平線をまたぐ矢印で示す。また、図中、網掛けで
示すドーナツ型の領域は、計測対象アンテナ10を仰角
を一定、かつ、方位角軸のまわりに回転させた場合での
計測対象アンテナ10の視野(視野の中心に対して感度
が半分になるまでの範囲)を示す領域である。(Regarding Steps S301 and S303)
Here, FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the celestial sphere coordinate system and the visual field coordinate system. FIG. 9A shows a celestial sphere coordinate system, and shows a state of looking up at the sky from the position of the measurement target antenna 10 (this is referred to as a celestial sphere coordinate system). Here, the outermost circle is the horizon, the middle of the circle is the zenith, the upper side of the circle is north, and the right side is east. In addition, the orbits of the satellites (two types here) are indicated by arrows extending from the south horizon to the north horizon in the figure. Further, in the drawing, a donut-shaped region indicated by hatching is a field of view (with respect to the center of the field of view) of the measurement target antenna 10 when the measurement target antenna 10 is rotated around the azimuth axis at a constant elevation angle. It is a region showing the range until the sensitivity becomes half).
【0036】この計測対象アンテナ10の視野を示す領
域内の白抜きの小さな円は、さらに方位角を固定した場
合の計測対象アンテナ10の視野の広さを表している。
このため、衛星60の軌道上に計測対象アンテナ10の
視野が入るようにするためには、衛星60の軌道をあら
かじめ予測し、計測対象アンテナ10を仰角一定にして
方位角軸のまわりに回転させ、計測対象アンテナ10の
視野を、図中のドーナツ型の領域内で移動させる必要が
ある。The small white circle in the region showing the field of view of the measurement target antenna 10 represents the width of the field of view of the measurement target antenna 10 when the azimuth angle is further fixed.
Therefore, in order for the field of view of the measurement target antenna 10 to enter the orbit of the satellite 60, the orbit of the satellite 60 is predicted in advance, and the measurement target antenna 10 is rotated around the azimuth axis with a constant elevation angle. It is necessary to move the field of view of the measurement target antenna 10 within a donut-shaped region in the figure.
【0037】一方、図9(b)は、視野座標系を示して
おり、計測対象アンテナ10の視野は、仰角方向と平行
な軸(図中、地平線から天頂に向かう方向の軸)と、方
位角方向と平行な軸(図中、地平線を示す大きな円の円
周方向)との2つの座標軸(二次元座標系)で表現する
ことができる(これを、視野座標系:ビーム座標と呼す
る)。ここでは、一例として、図の中心は視野中心、内
側の円は視野中心に対して感度が半分となる位置、外側
の円は感度が1/10になる位置をそれぞれ示してい
る。また、図中の上方向が天頂方向、横方向が方位角に
平行な軸方向を示している。ここでの視野座標系は、具
体的には、計測対象アンテナ10の仰角を30度とした
場合での、計測対象アンテナ10の視野内を通過する複
数の衛星60の軌道を示している(ただし、一例とし
て、アンテナ口径10m、受信周波数6.8GHz、計
測時間1時間とする)。On the other hand, FIG. 9B shows a visual field coordinate system, and the visual field of the antenna 10 to be measured has an axis parallel to the elevation direction (in the figure, an axis extending from the horizon to the zenith) and an azimuth. It can be expressed by two coordinate axes (two-dimensional coordinate system) with an axis parallel to the angular direction (circumferential direction of a large circle showing the horizon in the figure) (this is called the view coordinate system: beam coordinate). ). Here, as an example, the center of the drawing indicates the center of the field of view, the inner circle indicates the position where the sensitivity is half the center of the field of view, and the outer circle indicates the position where the sensitivity becomes 1/10. Further, the upper direction in the figure indicates the zenith direction, and the lateral direction indicates the axial direction parallel to the azimuth angle. Specifically, the visual field coordinate system here indicates orbits of a plurality of satellites 60 passing through the visual field of the measurement target antenna 10 when the elevation angle of the measurement target antenna 10 is 30 degrees (however, , As an example, the antenna aperture is 10 m, the reception frequency is 6.8 GHz, and the measurement time is 1 hour).
【0038】ここで、計測対象アンテナ10の鏡面の形
状が重力により変形した場合、感度半分あるいは1/1
0となる位置を結んだ曲線が円にならず楕円になった
り、あるいはもっと凸凹した形となる(ここでは、この
曲線は円であって、計測対象アンテナ10の鏡面の形状
が変形していない場合を想定していることになる)。指
向性パターン計測システム100では、この凸凹の様子
を計測することにより、仰角に応じた計測対象アンテナ
10の鏡面形状の変形に伴った、二次元指向性パターン
の変形(すなわち、凸凹の様子)が算出される。Here, when the shape of the mirror surface of the antenna 10 to be measured is deformed by gravity, the sensitivity is half or 1/1.
The curve connecting the positions of 0 does not become a circle but becomes an ellipse, or has a more irregular shape (here, this curve is a circle and the shape of the mirror surface of the antenna 10 to be measured is not deformed). It is supposed to be). In the directional pattern measurement system 100, by measuring the unevenness, the deformation of the two-dimensional directional pattern (that is, the unevenness) due to the deformation of the mirror surface shape of the measurement target antenna 10 according to the elevation angle. It is calculated.
【0039】また、計測対象アンテナ10を仰角を一
定、かつ、方位各軸だけを回転させ、計測対象アンテナ
10の視野を衛星60の軌道上に向けたとき、視野座標
系上で衛星60がどのような動きになるかを表したもの
が、図中、小円をつないで描いてあるものである。これ
により、衛星60は、視野座標系上をさまざまな角度で
直線状に横切っていくことが示される。なお、衛星60
がどのような方向に横切っていくかは、衛星60の天球
面座標上での衛星60の動きと、計測対象アンテナ20
の仰角により決定される。さらに、複数の衛星60があ
る場合、それぞれの衛星60は、天球面座標上でいろい
ろな軌道をとり、結果的に、視野座標上でもいろいろな
角度で衛星が横切っていくことになる。When the antenna 10 to be measured has a constant elevation angle and only the respective azimuth axes are rotated so that the field of view of the antenna 10 to be measured is directed to the orbit of the satellite 60, the satellite 60 on the field of view coordinate system is displayed. In the figure, small circles are connected to show what kind of movement is made. This indicates that the satellite 60 is linearly crossing the view coordinate system at various angles. In addition, satellite 60
The direction in which the satellite crosses depends on the movement of the satellite 60 on the celestial spherical coordinates of the satellite 60 and the antenna 20 to be measured.
Is determined by the elevation angle of. Further, when there are a plurality of satellites 60, each satellite 60 takes various orbits on the celestial spherical coordinates, and as a result, the satellites cross at various angles on the visual field coordinates.
【0040】(ステップS303、S305、S307
について)まず、データ処理装置50は、視野座標系
(図9(b)参照)に基づいて、計測対象アンテナ10
の視野内を通過する衛星60のビーコン信号の強度変化
から二次元指向性パターンを求める。なお、この二次元
指向性パターンを求める手法は、例えば、医療診断で用
いられるCTスキャンの撮影と画像処理の手法と概ね同
様の手法を用いることができる。例えば、得られた複数
の校正結果ファイル74−kの校正結果データに基づ
き、補間した電波強度の等高線を計算することで、二次
元指向性パターンが求められる。(Steps S303, S305, S307
First, the data processing device 50 uses the field-of-view coordinate system (see FIG. 9B) to measure the antenna 10 to be measured.
The two-dimensional directivity pattern is obtained from the intensity change of the beacon signal of the satellite 60 passing through the field of view. As a method of obtaining the two-dimensional directivity pattern, for example, a method substantially similar to the CT scan imaging and image processing methods used in medical diagnosis can be used. For example, the two-dimensional directivity pattern is obtained by calculating the interpolated contour lines of the radio field intensity based on the obtained calibration result data of the plurality of calibration result files 74-k.
【0041】図10は、データ処理装置50による二次
元指向性パターンの算出についての説明図である。図1
0(a)には、計測対象アンテナ10の視野内を衛星6
0の軌道(ここでは、軌道61、62)が横切ってゆく
ときのビーコン信号の強度変化(ここでは、軌道61に
対応した変化曲線63と、軌道62に対応した変化曲線
64)が示されている。これらの変化曲線63、64
は、横軸を衛星60のビーコンが計測対象アンテナ10
により受信開始された時刻からの経過時間(この時間経
過は、衛星60のビーコン受信開始時刻からの衛星60
の移動角度に比例している)とし、さらに、縦軸を視野
中心を基準とした電波強度比としている。これにより、
受信電波強度の変化曲線63、64は、衛星60の軌跡
(軌道61、62)に沿った一次元指向性パターンとな
る。FIG. 10 is an explanatory diagram of the calculation of the two-dimensional directivity pattern by the data processing device 50. Figure 1
At 0 (a), the satellite 6 is in the field of view of the antenna 10 to be measured.
A change in the intensity of the beacon signal (here, a change curve 63 corresponding to the track 61 and a change curve 64 corresponding to the track 62) when the 0 track (here, the tracks 61 and 62) is crossed is shown. There is. These change curves 63, 64
The horizontal axis indicates the beacon of the satellite 60, which is the measurement target antenna 10.
Elapsed time from the time when reception is started by (satellite 60 from the beacon reception start time of satellite 60
Is proportional to the movement angle of the field), and the vertical axis is the radio field intensity ratio with the center of the field of view as a reference. This allows
The change curves 63 and 64 of the received radio wave intensity form a one-dimensional directivity pattern along the trajectory of the satellite 60 (orbits 61 and 62).
【0042】また、データ処理装置50では、さらに別
の衛星60を用いると、視野内を異なった角度で横切っ
ていくので、上述の衛星60の軌跡に沿った一次元指向
性パターンの作成を繰り返すことにより、計測対象アン
テナ10の視野内に放射状の軌跡が多数描かれ、それぞ
れの異なる衛星60の軌跡に沿った一元指向性パターン
が多数算出される。また、データ処理装置50は、軌跡
が通らない部分に対して、軌跡が通っている場所のデー
タを用いた、いわゆる補間計算を行うことで、ある固定
された仰角における計測対象アンテナ10の二次元の指
向性パターンが算出される。Further, in the data processing device 50, if another satellite 60 is used, the data processing device 50 crosses the field of view at a different angle. Therefore, the creation of the one-dimensional directivity pattern along the trajectory of the satellite 60 is repeated. As a result, a large number of radial loci are drawn in the field of view of the measurement target antenna 10, and a large number of unidirectional patterns along the loci of the different satellites 60 are calculated. In addition, the data processing device 50 performs so-called interpolation calculation using the data of the place where the locus passes through for the portion where the locus does not pass, thereby the two-dimensional measurement target antenna 10 at a fixed elevation angle. Is calculated.
【0043】図10(b)は、ある仰角における計測対
象アンテナ10の二次元の指向性パターンを示す図であ
る。この指向性パターン65は、計測対象アンテナ10
の視野中心からの二次元の離角とその位置での電波強度
を3次元的に表したものである。すなわち、ここでは、
一例として、補間処理を用いて得られた二次元指向性パ
ターンについて、計測対象アンテナ10の中心又は中心
近傍における仰角に対する電波強度を表す。この指向性
パターン65は、例えば、ステップS301〜S307
により算出された、複数の衛星60の異なる軌跡に沿っ
た多数の一元指向性パターンを合成したものである。FIG. 10B is a diagram showing a two-dimensional directivity pattern of the measurement target antenna 10 at a certain elevation angle. This directivity pattern 65 is measured by the antenna 10 to be measured.
Is a three-dimensional representation of the two-dimensional angle of departure from the center of the field of view and the radio field intensity at that position. That is, here
As an example, regarding the two-dimensional directivity pattern obtained by using the interpolation process, the radio wave intensity with respect to the elevation angle at or near the center of the measurement target antenna 10 is shown. This directional pattern 65 is, for example, steps S301 to S307.
It is a composite of a large number of unitary directional patterns along different trajectories of a plurality of satellites 60 calculated by
【0044】(ステップS309について)データ処理
装置50は、ステップS301〜S307により作成さ
れる二次元指向性パターン65を、計測対象アンテナ1
0の仰角を変えながら繰り返すことで、仰角に対して二
次元指向性パターンがどのように変化するのかという、
二次元指向性パターンの仰角に対する変化状況を、記憶
装置70内の指向性パターンファイル75に記憶する。(Regarding Step S309) The data processing device 50 sets the two-dimensional directivity pattern 65 created in steps S301 to S307 to the antenna 1 to be measured.
By repeating while changing the elevation angle of 0, how the two-dimensional directional pattern changes with respect to the elevation angle,
The change state of the two-dimensional directivity pattern with respect to the elevation angle is stored in the directivity pattern file 75 in the storage device 70.
【0045】C.校正についての詳細説明
つぎに、上述のステップS201〜213による「計測
対象アンテナ10で受信された電波の強度と、この計測
対象アンテナ10の近傍に配置された参照用アンテナ2
0で受信された電波の強度との比を求めることにより
(上述の数式(1)参照)、ビーコン電波の大気吸収に
よる変動や衛星ごとの放射強度の違いを校正する」こと
ができる点を具体的に説明する。まず、計測対象アンテ
ナ10で受信した電波の強度は、計測対象アンテナ10
の指向性パターンによる変化以外に、「大気による電波
の吸収」、「衛星60と計測対象アンテナ10間の距離
の変化」、「衛星60ごとの放射電波強度の違い」など
によっても変化する。このため、これらのアンテナの指
向性パターン以外での電波強度の変化を、参照用アンテ
ナ20で受信したデータで取り除く必要がある。C. Detailed Description of Calibration Next, “the strength of the radio wave received by the measurement target antenna 10 and the reference antenna 2 arranged near the measurement target antenna 10 in steps S201 to 213 described above.
By deriving the ratio to the intensity of the radio wave received at 0 (see the above formula (1)), it is possible to calibrate fluctuations in beacon radio waves due to atmospheric absorption and differences in radiant intensity between satellites. To explain. First, the strength of the radio wave received by the measurement target antenna 10 is
In addition to the change in the directivity pattern of No. 3, the change may be caused by "absorption of radio waves by the atmosphere", "change in distance between the satellite 60 and the measurement target antenna 10", "difference in radiated radio wave intensity for each satellite 60", and the like. Therefore, it is necessary to remove changes in the radio field intensity other than the directivity patterns of these antennas with the data received by the reference antenna 20.
【0046】一般に、電波(ここでは、ビーコン信号)
は、地球の大気中を通過してアンテナに到達する。大気
は、電波に対して若干の吸収を引き起こすことが知られ
ており、特に、大気中の水蒸気や水滴(雨粒)は、計測
に用いられる電波(例えば、マイクロ波:周波数100
0〜3000MHz程度)に対して強い吸収を引き起
す。ここで、水蒸気や水滴は、大気中にムラを作って分
布している。このため、アンテナから衛星を見る場合、
衛星はこの分布のムラの向こう側を移動していくような
状態になり、アンテナに到達する電波強度が揺らぐこと
になる。この揺らぎは、測定したいアンテナ(計測対象
アンテナ10)の指向性パターンによる強度変化とは無
関係であるので、取り除く必要がある。Generally, a radio wave (here, a beacon signal)
Passes through the earth's atmosphere and reaches the antenna. It is known that the atmosphere causes some absorption of radio waves, and in particular, water vapor and water droplets (raindrops) in the atmosphere are radio waves used for measurement (for example, microwave: frequency 100).
It causes strong absorption for 0 to 3000 MHz). Here, the water vapor and water droplets are unevenly distributed in the atmosphere. Therefore, when viewing a satellite from the antenna,
The satellite will move on the other side of the unevenness of this distribution, and the radio field intensity reaching the antenna will fluctuate. This fluctuation is irrelevant to the intensity change due to the directivity pattern of the antenna (measurement target antenna 10) to be measured, and thus needs to be removed.
【0047】そこで、計測対象アンテナ10の近傍(具
体的には、大気のムラより小さい距離)に小型アンテナ
である参照用アンテナ20を配置して、計測対象アンテ
ナ10と同じ衛星60のビーコン信号を受信させる。こ
の際、参照用アンテナ20は衛星60を常に追跡してい
るので、参照用アンテナ20により記録された参照アン
テナファイル72のデータには指向性パターンによる強
度の変化は原理的に含まれておらず、2台のアンテナで
受けた電波の強度が相関を持って変動する場合には、計
測対象アンテナ10の指向性パターンによる変化ではな
く、大気吸収によるものと判断する(即ち、計測対象ア
ンテナ10と参照用アンテナ20との指向性パターン
は、アンテナの口径が異なるため、相関性があるとは考
えにくいため)。Therefore, the reference antenna 20, which is a small antenna, is arranged in the vicinity of the measurement target antenna 10 (specifically, a distance smaller than the unevenness of the atmosphere), and the beacon signal of the same satellite 60 as the measurement target antenna 10 is transmitted. To receive. At this time, since the reference antenna 20 constantly tracks the satellite 60, the data of the reference antenna file 72 recorded by the reference antenna 20 does not include a change in intensity due to the directivity pattern in principle. When the intensity of the radio waves received by the two antennas changes in a correlated manner, it is determined that the change is not due to the directivity pattern of the measurement target antenna 10 but due to atmospheric absorption (that is, the measurement target antenna 10 and The directivity pattern with the reference antenna 20 is unlikely to be correlated because the antenna diameters are different).
【0048】ここで、大気吸収がある場合、小型アンテ
ナである参照用アンテナ20から出力されるデータ(ビ
ーコン信号の電波強度)は、大気による吸収量にしたが
って変化する点に注目すると、参照用アンテナ20と計
測対象アンテナ10とが接近して設置されているときに
は、参照用アンテナ20における大気吸収による変動分
と、計測対象アンテナ10における大気吸収による変動
分とは、比例関係を保持している。このため、参照用ア
ンテナ20の電波受信強度(Vr―Vbr)で計測対象
アンテナ10の電波受信強度(Vm−Vbm)を割るこ
とにより、大気吸収による変動分を取り除くことが可能
となり、「大気による電波の吸収」についての校正を行
うことができる。Here, when there is atmospheric absorption, the data output from the reference antenna 20 which is a small antenna (radio wave intensity of the beacon signal) changes according to the amount absorbed by the atmosphere. When the measurement target antenna 10 and the measurement target antenna 20 are installed close to each other, the variation due to atmospheric absorption in the reference antenna 20 and the variation due to atmospheric absorption in the measurement target antenna 10 maintain a proportional relationship. Therefore, by dividing the radio wave reception intensity (Vm-Vbm) of the measurement target antenna 10 by the radio wave reception intensity (Vr-Vbr) of the reference antenna 20, it is possible to remove the fluctuation due to atmospheric absorption, and " Calibration for "radio wave absorption" can be performed.
【0049】また、「衛星60と計測対象アンテナ10
間の距離の変化」について説明すると、衛星60を常時
追跡するように制御される小型アンテナである参照用ア
ンテナ20から出力されるデータ(ビーコン信号の電波
強度)は、大気での吸収が無ければほぼ一定値をとるこ
とが想定されるが、実際は、吸収が無くても参照用アン
テナ20と衛星60の距離が時間とともに変化するの
で、衛星60が参照用アンテナ20に再接近した時間を
ピークとした緩やかな増減特性を示す。この増減特性の
校正についても、参照用アンテナ20の出力と、計測対
象アンテナ10の出力との間に比例関係が成り立ってい
るので、「大気による電波の吸収」と同様な処理により
「衛星60と計測対象アンテナ10間の距離の変化」に
ついても校正を行うことができる。In addition, "Satellite 60 and measurement target antenna 10
The change in the distance between the two will be described. If the data (radio wave intensity of the beacon signal) output from the reference antenna 20, which is a small antenna controlled to constantly track the satellite 60, is not absorbed in the atmosphere. It is assumed that it takes a substantially constant value, but in reality, the distance between the reference antenna 20 and the satellite 60 changes with time even without absorption, so the time when the satellite 60 re-approaches the reference antenna 20 is regarded as a peak. It shows a gradual increase / decrease characteristic. Also in this calibration of the increase / decrease characteristic, since the output of the reference antenna 20 and the output of the measurement target antenna 10 have a proportional relationship, the “satellite 60 and It is possible to calibrate the “change in the distance between the measurement target antennas 10”.
【0050】また、「衛星60ごとの放射電波強度の違
い」について説明すると、非静止型通信衛星は、天空上
を移動しているので、常時、地上との通信を確保するた
めには、多数の衛星を軌道上に配置し、少なくとも衛星
1台は地上から見えているようにしなければならない。
また、本発明に関する指向性パターン計測システム10
0では、例えば、次々にやってくる軌道の異なる複数の
衛星60からのビーコン信号を受信して、指向性パター
ンを算出する。ここで、電波の強度は、衛星60ごとに
異なっているが、二次元指向性パターンを算出する際、
全衛星があたかも同一の強度を持っているように校正す
る必要がある。ここでの校正についても、参照用アンテ
ナ20の出力と、計測対象アンテナ10の出力との間に
比例関係が成り立っているので、「大気による電波の吸
収」と同様な処理により「衛星60ごとの放射電波強度
の違い」についても校正を行うことができる。The "difference in radiated radio wave intensity for each satellite 60" will be described. Since non-stationary communication satellites are moving in the sky, there are a large number of communication points to ensure communication with the ground at all times. Must be placed in orbit and at least one satellite must be visible from the ground.
Further, the directional pattern measurement system 10 according to the present invention
At 0, for example, beacon signals are received from a plurality of satellites 60 having different orbits one after another, and the directivity pattern is calculated. Here, the intensity of the radio wave is different for each satellite 60, but when calculating the two-dimensional directivity pattern,
All satellites need to be calibrated to have the same intensity. Also in the calibration here, since the output of the reference antenna 20 and the output of the measurement target antenna 10 have a proportional relationship, the same processing as "absorption of radio waves by the atmosphere" is performed for "each satellite 60". It is possible to calibrate "difference in radiated field intensity".
【0051】ここで、上述の「大気による電波の吸収」
「衛星60と計測対象アンテナ10間の距離の変化」
「衛星60ごとの放射電波強度の違い」についての校正
は、参照用アンテナ20の電波受信強度(Vr―Vb
r)で計測対象アンテナ10の電波受信強度(Vm−V
bm)を割ることで可能であることを、簡単な数式で説
明する。参照用アンテナ20で受信したビーコン信号の
電波強度Ar(t)=(Vr―Vbr)、計測対象アンテ
ナ10で受信したビーコン信号の電波強度Am(t)=
(Vm−Vbm)とすると、2つのアンテナとも衛星60
を追跡していた場合、両者の出力には、
Am(t)=k・Ar(t) (2)
という関係が成り立つ。ただし、kは比例定数とする。Here, the above-mentioned "absorption of radio waves by the atmosphere"
"Change in distance between satellite 60 and antenna 10 to be measured"
The calibration of "difference in radiated radio wave intensity for each satellite 60" is performed by the radio wave reception intensity (Vr-Vb) of the reference antenna 20.
r) the radio wave reception intensity (Vm-V) of the measurement target antenna 10.
What is possible by dividing bm) will be described with a simple mathematical expression. Radio wave intensity Ar (t) of beacon signal received by reference antenna 20 = (Vr-Vbr), radio wave intensity Am (t) of beacon signal received by measurement target antenna 10 =
(Vm-Vbm), both antennas are satellite 60
, The output of the two is Am (t) = k · Ar (t) (2). However, k is a proportional constant.
【0052】また、大気吸収がある場合での吸収割合を
α(t)、吸収があるときの参照用アンテナ20のビー
コン信号の電波強度をAr’(t)、同じく、吸収があ
るときの計測対象アンテナ10で受信したビーコン信号
の電波強度をAm’(t)とすると、
Ar’(t)=α(t)・Ar(t)、Am’(t)=α(t)・Am(t)
(3)
が成り立つ。ここで、tは時間であり、αは衛星60の
移動に伴い変化するので、
Am=Am’(t)/α(t)=Am’(t)/{Ar’(t)/Ar(t)
} (4)
が成り立つ。これにより、もとの値Am(t)=(Vm
−Vbm)が復元できる。また、大気吸収がない場合に
おける参照用アンテナ20のビーコン信号の電波強度A
r(t)が特定されない場合であっても、本発明に関す
る指向性パターン計測システム100によれば、吸収量
の変化分を補正するだけでいいので、ある適当な大気吸
収があるときの参照用アンテナ20のビーコン信号の電
波強度Ar’(0)=α0・Arを基準として、
Am’(t)/{Ar’(t)/Ar’(0)}={Am’(t)/α(t)
}/α0=一定値 (5)
とすれば良い。さらに、指向性パターンを計測するとき
には、計測対象アンテナ10は衛星60を待ち受けてい
るので、アンテナの指向性パターンをP(t)とする
と、P(t)がAm(t)に掛かり、
Am’(t)=α(t)・P(t)・Am(t) (6)
と表わすことができる。Further, the absorption ratio in the presence of atmospheric absorption is α (t), the radio wave intensity of the beacon signal of the reference antenna 20 in the presence of absorption is Ar ′ (t), and similarly, the measurement is performed when there is absorption. If the radio field intensity of the beacon signal received by the target antenna 10 is Am ′ (t), then Ar ′ (t) = α (t) · Ar (t), Am ′ (t) = α (t) · Am (t ) (3) holds. Here, t is time and α changes with the movement of the satellite 60. Therefore, Am = Am ′ (t) / α (t) = Am ′ (t) / {Ar ′ (t) / Ar (t )} (4) holds. As a result, the original value Am (t) = (Vm
-Vbm) can be restored. Further, the radio wave intensity A of the beacon signal of the reference antenna 20 when there is no atmospheric absorption
Even if r (t) is not specified, the directional pattern measurement system 100 according to the present invention only needs to correct the amount of change in the absorption amount. Based on the radio wave intensity Ar ′ (0) = α0 · Ar of the beacon signal of the antenna 20, Am ′ (t) / {Ar ′ (t) / Ar ′ (0)} = {Am ′ (t) / α ( t)} / α0 = constant value (5) Further, since the measurement target antenna 10 is waiting for the satellite 60 when measuring the directivity pattern, if the directivity pattern of the antenna is P (t), P (t) will be applied to Am (t) and Am ' It can be expressed as (t) = α (t) · P (t) · Am (t) (6).
【0053】以上により、大気吸収による変動分を取り
除くためには、
Am’(t)/{Ar’(t)/Ar’(0)}={Am’(t)/α(t)
}・P(t)/α0 (7)
とすれば良い。また、Am’(t)/α(t)およびA
r’(t)は時間変動しない量なので、
P(t)=Const.×[Am’(t)/Ar’(t)] (8)
として指向性パターンP(t)が算出される。なお、こ
の算出方法では、指向性パターンの絶対値は確定しない
が、指向性パターンは、例えば、アンテナの視野の中心
を1として規格化した量であり、絶対値が確定しなくと
も実質的に不都合は生じない。From the above, in order to remove the fluctuation due to atmospheric absorption, Am '(t) / {Ar' (t) / Ar '(0)} = {Am' (t) / α (t)}. It may be P (t) / α 0 (7). Also, Am ′ (t) / α (t) and A
Since r ′ (t) is an amount that does not change with time, P (t) = Const. The directivity pattern P (t) is calculated as × [Am ′ (t) / Ar ′ (t)] (8). In this calculation method, the absolute value of the directivity pattern is not fixed, but the directivity pattern is, for example, a quantity normalized with the center of the field of view of the antenna as 1, and even if the absolute value is not fixed, it is substantially determined. There is no inconvenience.
【0054】D.まとめ
このように、本実施の形態の指向性パターン計測システ
ム100によれば、計測対象アンテナ(大型アンテナ)
の場合、仰角が変わったことによる鏡面形状の変形に伴
った、二次元指向性パターンの変形が算出される。な
お、大口径の高性能アンテナは、将来予想される、惑星
間データ伝送などの深宇宙通信の増加に伴って、需要が
高まると思われる。また、通信衛星を用いたデータ通
信、インターネットなどで非静止型通信衛星の需要は将
来増加すると見込まれると共に、ビーコン電波も高い周
波数に移行することが予想される。これにより、上述の
指向性パターン計測システム100は、さらに短時間、
高精度に実施可能となることが期待される。D. Summary As described above, according to the directional pattern measurement system 100 of the present embodiment, the measurement target antenna (large antenna)
In the case of 2, the deformation of the two-dimensional directivity pattern is calculated along with the deformation of the mirror surface shape due to the change of the elevation angle. Demand for large-diameter high-performance antennas is expected to increase with the expected increase in deep space communications such as interplanetary data transmission in the future. In addition, demand for non-stationary communication satellites is expected to increase in the future through data communication using communication satellites, the Internet, etc., and beacon radio waves are expected to shift to higher frequencies. Thereby, the above-mentioned directional pattern measurement system 100 can
It is expected that it can be implemented with high accuracy.
【0055】なお、本発明の応用として、例えば、鏡面
形状の変形の様子(理想的な双曲線形状からのずれ)を
把握するために、鏡面形状の変形に対応した指向性パタ
ーンを予め算出したデータファイルを指向性パターン計
測システム100内の適宜のメモリ内に記憶させ、この
データファイルに含まれる指向性パターンと、実際に計
測された指向性パターンとを比較して、両者が一致する
際の鏡面形状の変形を、データファイルから読み出すよ
うにしてもよい。また、計測対象アンテナと小型アンテ
ナとを組み合わせて、電波干渉計を構築して、例えば、
いわゆる電波ホログラフィーの手法を用いて、鏡面形状
の変形の様子を把握することも期待できる。As an application of the present invention, for example, in order to grasp the state of the deformation of the mirror surface shape (deviation from the ideal hyperbolic shape), the directivity pattern corresponding to the deformation of the mirror surface shape is calculated in advance. The file is stored in an appropriate memory in the directional pattern measurement system 100, the directional pattern included in the data file is compared with the actually measured directional pattern, and a mirror surface when the two match. The shape deformation may be read from the data file. Also, by combining the antenna to be measured and a small antenna to construct a radio interferometer, for example,
It can be expected to grasp the state of deformation of the mirror surface shape by using a so-called radio holography method.
【0056】[0056]
【発明の効果】本発明によると、以上説明した通り、計
測対象アンテナの仰角を固定して、複数の非静止型衛星
からのビーコン信号を利用することで、ある仰角に対す
る計測対象アンテナの正確な二次元指向性パターン(例
えば、仰角ごとの電波強度、感度パターン)を計測でき
る。また、本発明は、大型アンテナの性能評価を短時間
で正確かつ安価に行うことができる。As described above, according to the present invention, by fixing the elevation angle of the antenna to be measured and using the beacon signals from a plurality of non-geostationary satellites, it is possible to accurately measure the antenna of the antenna to be measured at a certain elevation angle. It is possible to measure a two-dimensional directivity pattern (for example, radio wave intensity for each elevation angle, sensitivity pattern). Further, the present invention can accurately and inexpensively evaluate the performance of a large antenna in a short time.
【0057】また、本発明は、アンテナの鏡面の重力変
形に影響する、仰角方向の動きを原理的に伴わない厳密
な指向性パターンの計測を行うことができる。また、本
発明は、計測対象アンテナ(大型アンテナ)において、
仰角が変わったことによる鏡面形状の変形に伴った、二
次元指向性パターンの変形を計測することができる。Further, according to the present invention, it is possible to measure a strict directional pattern which does not theoretically involve movement in the elevation angle direction, which influences the gravitational deformation of the mirror surface of the antenna. Further, the present invention provides a measurement target antenna (large antenna),
It is possible to measure the deformation of the two-dimensional directional pattern associated with the deformation of the mirror surface shape due to the change in the elevation angle.
【図1】本発明に関する指向性パターン計測システム1
00の概略構成図。FIG. 1 is a directional pattern measurement system 1 according to the present invention.
00 is a schematic configuration diagram of 00.
【図2】本発明に関する指向性パターン計測システム1
00のフローチャート。FIG. 2 is a directional pattern measurement system 1 according to the present invention.
00 flowchart.
【図3】衛星位置データファイル73の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a satellite position data file 73.
【図4】計測アンテナファイル71及び参照アンテナフ
ァイル72の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a measurement antenna file 71 and a reference antenna file 72.
【図5】校正結果ファイル74−kの説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of a calibration result file 74-k.
【図6】仰角ごとの二次元指向性パターンファイル75
の説明図。FIG. 6 is a two-dimensional directional pattern file 75 for each elevation angle.
Explanatory drawing of.
【図7】校正用計算機40の校正処理を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a calibration process of the calibration computer 40.
【図8】データ処理装置50での二次元指向性パターン
計算を示すフローチャート。FIG. 8 is a flowchart showing two-dimensional directivity pattern calculation in the data processing device 50.
【図9】天球面座標系と視野座標系との関連を示す説明
図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the celestial sphere coordinate system and the visual field coordinate system.
【図10】データ処理装置50による二次元指向性パタ
ーンの算出についての説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of calculation of a two-dimensional directivity pattern by the data processing device 50.
10 計測対象アンテナ 15 第1受信機 20 参照用アンテナ 25 第2受信機 30 軌道予測計算機 40 校正用計算機 50 データ処理装置 60 衛星 70 記憶装置 71 計測アンテナファイル 72 参照アンテナファイル 73 衛星位置データファイル 74 校正結果ファイル 75 指向性パターンファイル 100 指向性パターン計測システム 10 Target antenna 15 First receiver 20 Reference antenna 25 Second receiver 30 orbit prediction calculator 40 Calibration Calculator 50 data processor 60 satellites 70 storage device 71 Measurement antenna file 72 Reference antenna file 73 Satellite Position Data File 74 Calibration result file 75 Directivity pattern file 100 Directional pattern measurement system
Claims (8)
ら放射される電波を受信するための第1アンテナと、 前記第1アンテナにより受信した電波強度を第1データ
に変換し、時刻毎にその時刻を基準として複数サンプリ
ングした複数の該第1データを含む第1データ列を第1
ファイルに記憶する第1受信機と、 前記第1アンテナの近傍に配置され、該電波を受信する
ための第2アンテナと、 前記第2アンテナにより受信した電波強度を第2データ
に変換し、時刻毎にその時刻を基準として複数サンプリ
ングした複数の該第2データを含む第2データ列を第2
ファイルに記憶する第2受信機と、 前記衛星の各時刻ごとの位置を示す衛星の仰角及び方位
角を記憶した衛星位置データファイルと、 前記第1及び2ファイルからある時刻の該第1及び2デ
ータを読み出し、該第1データと第2データとの強度比
を求め、前記第1アンテナによる校正電波強度を算出
し、さらに、前記衛星位置データファイルから該衛星の
仰角及び方位角を読み出して、前記第1アンテナの仰角
及び方位角に対応づけることにより、該校正電波強度、
前記第1アンテナの仰角及び方位角を含む複数の校正結
果ファイルを作成する校正用計算機と、 前記複数の校正結果ファイルから前記第1アンテナの仰
角及び方位角、校正電波強度を読み出し、前記第1アン
テナの二次元指向性パターンを算出し、前記第1アンテ
ナの所定角度の仰角における二次元指向性パターンを含
む指向性パターンファイルを作成するデータ処理装置と
を備えた指向性パターン計測システム。1. An elevation angle is set to a predetermined angle, a first antenna for receiving radio waves radiated from a plurality of satellites, and a radio field intensity received by the first antenna are converted into first data, and each time is changed. A first data string including a plurality of the first data sampled a plurality of times based on the time.
A first receiver for storing in a file, a second antenna arranged in the vicinity of the first antenna for receiving the radio wave, and a radio field intensity received by the second antenna are converted into second data, A second data string including a plurality of the second data sampled for each time is used as a second
A second receiver stored in a file; a satellite position data file in which the elevation angle and azimuth angle of the satellite indicating the position of the satellite at each time are stored; and the first and second at a certain time from the first and second files. The data is read, the intensity ratio between the first data and the second data is obtained, the calibration radio wave intensity by the first antenna is calculated, and further, the elevation angle and azimuth angle of the satellite are read from the satellite position data file, By associating with the elevation angle and azimuth angle of the first antenna, the calibration radio field intensity,
A calibration computer that creates a plurality of calibration result files that include the elevation angle and the azimuth angle of the first antenna, and reads the elevation angle and the azimuth angle of the first antenna and the calibration radio field intensity from the plurality of calibration result files. A directivity pattern measurement system, comprising: a data processing device that calculates a two-dimensional directivity pattern of an antenna and creates a directivity pattern file including a two-dimensional directivity pattern at a predetermined elevation angle of the first antenna.
度に変更し、該他の角度に対応した電波強度についての
二次元指向性パターンを含む指向性パターンファイルを
作成するようにした請求項1に記載の指向性パターン計
測システム。2. An elevation angle of the first antenna is changed to another angle, and a directional pattern file including a two-dimensional directional pattern of radio field intensity corresponding to the other angle is created. Item 3. The directional pattern measurement system according to Item 1.
ペクトルデータにそれぞれ変換し、該周波数スペクトル
データのピーク値からベース値を減算した値を、前記第
1及び2アンテナの電波強度とし、 前記第1アンテナの校正電波強度を、前記第1アンテナ
の電波強度を前記第2アンテナの電波強度で除算するこ
とで得るようにした請求項1又は2に記載の指向性パタ
ーン計測システム。3. The calibration computer converts each of the first and second data into frequency spectrum data by Fourier transform, and subtracts a base value from a peak value of the frequency spectrum data to obtain the first and second data. The directivity according to claim 1 or 2, wherein the radio field intensity of two antennas is obtained, and the calibration radio field intensity of the first antenna is obtained by dividing the radio field intensity of the first antenna by the radio field intensity of the second antenna. Pattern measurement system.
果ファイルを読み出し、前記第1アンテナの仰角及び方
位角についての二次元座標上へ該校正電波強度のデータ
を設定し、該設定された二次元座標データについて前記
衛星の軌跡が通らずにデータが得られない領域の補間処
理を行い、等しい電波強度の位置を結んだ二次元指向性
パターンを作成するようにした請求項1乃至3のいずれ
かに記載の指向性パターン計測システム。4. The data processing device reads the plurality of calibration result files, sets the calibration radio field intensity data on two-dimensional coordinates of the elevation angle and the azimuth angle of the first antenna, and sets the data. The two-dimensional coordinate data according to any one of claims 1 to 3, wherein interpolation processing is performed on a region where the satellite trajectory does not pass and data is not obtained, and a two-dimensional directivity pattern connecting positions of equal radio field intensity is created. The directional pattern measurement system according to any one.
及び第2データは、衛星からの電波を受信した際の受信
時刻情報と、該受信時刻情報に基づいて、各処理の開始
タイミングを同期させるための同期信号情報とを含むよ
うにした請求項1乃至4のいずれかに記載の指向性パタ
ーン計測システム。5. A first stored in the first and second files.
And the second data includes reception time information when the radio wave from the satellite is received, and synchronization signal information for synchronizing the start timing of each process based on the reception time information. 4. The directional pattern measurement system according to any one of 4 to 4.
中高度で回る非静止型衛星であり、 前記電波は、ビーコン信号であることを特徴とする請求
項1乃至5のいずれかに記載の指向性パターン計測シス
テム。6. The satellite according to claim 1, wherein the satellite is a non-geostationary satellite that orbits the earth at a low altitude or a middle altitude, and the radio wave is a beacon signal. The described directional pattern measurement system.
ら放射される電波を受信するための第1アンテナにより
受信した電波強度を第1データに変換し、時刻毎にその
時刻を基準として複数サンプリングした複数の該第1デ
ータを含む第1データ列を第1ファイルに記憶するステ
ップと、 前記第1アンテナの近傍に配置され、該電波を受信する
ための第2アンテナにより受信した電波強度を第2デー
タに変換し、時刻毎にその時刻を基準として複数サンプ
リングした複数の該第2データを含む第2データ列を第
2ファイルに記憶するステップと、 前記第1及び2ファイルからある時刻の該第1及び2デ
ータを読み出し、該第1データと第2データとの強度比
を求め、前記第1アンテナによる校正電波強度を算出
し、さらに、前記衛星の各時刻ごとの位置を示す衛星の
仰角及び方位角を記憶した前記衛星位置データファイル
から該衛星の仰角及び方位角を読み出して、前記第1ア
ンテナの仰角及び方位角に対応づけることにより、該校
正電波強度、前記第1アンテナの仰角及び方位角を含む
複数の校正結果ファイルを作成するステップと、 前記複数の校正結果ファイルから前記第1アンテナの仰
角及び方位角、校正電波強度を読み出し、前記第1アン
テナの二次元指向性パターンを算出し、前記第1アンテ
ナの所定角度の仰角における二次元指向性パターンを含
む指向性パターンファイルを作成するステップとを含む
指向性パターン計測方法。7. The elevation angle is set to a predetermined angle, the radio field intensity received by a first antenna for receiving radio waves emitted from a plurality of satellites is converted into first data, and the time is used as a reference for each time. Storing a first data string including a plurality of the plurality of sampled first data in a first file, and a radio wave intensity received by a second antenna arranged near the first antenna for receiving the radio wave To a second file and storing a second data string including a plurality of the second data sampled for each time at a time in a second file, and a certain time from the first and second files. Of the first and second data, the intensity ratio of the first data and the second data is obtained, the calibration radio wave intensity by the first antenna is calculated, and the time of each of the satellites is calculated. The elevation and azimuth of the satellite are read from the satellite position data file that stores the elevation and azimuth of the satellite, and the calibration radio field intensity is associated with the elevation and azimuth of the first antenna. Creating a plurality of calibration result files including the elevation angle and the azimuth angle of the first antenna; reading the elevation angle and the azimuth angle of the first antenna from the plurality of calibration result files; Calculating a two-dimensional directivity pattern and creating a directivity pattern file including a two-dimensional directivity pattern at a predetermined elevation angle of the first antenna.
度に変更し、該他の角度に対応した電波強度についての
二次元指向性パターンを含む指向性パターンファイルを
作成するようにした請求項7に記載の指向性パターン計
測方法。8. Further, the elevation angle of the first antenna is changed to another angle, and a directional pattern file including a two-dimensional directional pattern of radio field intensity corresponding to the other angle is created. Item 7. The directional pattern measuring method according to Item 7.
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