アンテナビーム指向装置及びアンテナビームの指向方法
【課題】デジタル演算処理のみでアンテナビームの指向精度を高めることができるアンテナビーム指向装置を提供すること。
【解決手段】参照信号（ビーコン信号）の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるようにして参照信号方向にヌルビームを誤差なく指向させ、このとき、ヌルパターンを構成する重みづけ係数を算出する。入力ベクトル信号の時間変化（入力ベクトルＸ(t) ）とヌル信号生成の重みづけ係数の時間変化（重み付け係数Ｗ（ｔ））との内積により、受信信号出力の時間変化（Ｙ（ｔ））を生成し、さらに、このＹ（ｔ）から、参照信号との誤差成分ｅ（ｔ）を算出し、最終的に、この誤差成分ｅ（ｔ）が零となるように制御する。
【解決手段】参照信号（ビーコン信号）の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるようにして参照信号方向にヌルビームを誤差なく指向させ、このとき、ヌルパターンを構成する重みづけ係数を算出する。入力ベクトル信号の時間変化（入力ベクトルＸ(t) ）とヌル信号生成の重みづけ係数の時間変化（重み付け係数Ｗ（ｔ））との内積により、受信信号出力の時間変化（Ｙ（ｔ））を生成し、さらに、このＹ（ｔ）から、参照信号との誤差成分ｅ（ｔ）を算出し、最終的に、この誤差成分ｅ（ｔ）が零となるように制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナビーム指向装置及びアンテナビームの指向方法に係り、特に、フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを備える軌道上の衛星（即ち静止衛星）等に搭載されて、アンテナビームの指向誤差を補正するアンテナビーム指向装置及びアンテナビームの指向方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アンテナビーム指向装置にあっては、搭載する反射鏡の大型化、反射電磁波ビームの周波数の高周波数化に伴い、アンテナビームのビーム幅が狭くなり、加えて、衛星に姿勢制御誤差が存在することと、アンテナ反射鏡に熱変形等の様々な要因が存在することとにより、アンテナビーム指向方向に誤差が生じる場面が見られ、この誤差により、例えば、軌道上の通信衛星から発信される電波については、地表面での電界強度が低下し、サービス領域に対する衛星の受信、送信能力が低下することにより、通信品質低下を招くことがあった。
今後、通信衛星に搭載されるアンテナ反射鏡が大型化（２０ｍ級〜３０ｍ級）することに伴い、アンテナビーム幅も一層狭くなるので、この傾向はさらに顕著になると予想される。
【０００３】
従来は、上記の通信品質低下を避けるために、アンテナ反射鏡に駆動機構を設置し、該駆動機構によりアンテナビーム方向を補正する方法をとっていたが、この方法では複雑で高価な反射鏡駆動機構が必要になるので、衛星の大型化を招いていた。
また、他の補正方法として、衛星自体が、姿勢センサが有する姿勢誤差情報を入力し、該姿勢誤差情報を用いてアンテナビーム指向方向を修正する方法も考えられるが、この方法では、アンテナ自体による指向誤差が認識できなくなるばかりか、衛星に高精度姿勢センサを具備することが必須となり、衛星の複雑化、高額化を招くといった新たな問題点が生じることになる。
【０００４】
なお、この分野では、例えば、特許文献１に、干渉波信号の方向にヌルを形成するように所望波信号の方向に主ビームを適応制御し、期待値最大化法を用いて、受信信号ベクトルを最大化するアレーアンテナの共分散行列の演算、その共分散行列を用いた干渉波信号の方向にヌルを形成するように所望波信号の方向に主ビームを適応制御するためのウェイトの演算、該ウェイトを用いたシンボル推定値の演算、及びシンボル推定値を用いた受信信号ベクトルの再構成を反復実行し、同一チャンネル干渉を抑制した主ビームの形成を反復して行なうアレーアンテナの制御方法および制御装置が開示されている。
また、例えば、特許文献２には、アレイアンテナの指向性制御方法として、アンテナ信号と既知の参照信号との誤差に基づいて重み係数を更新し、誤差情報に基づいて補正することが開示されている。
【０００５】
さらに、例えば、特許文献３には、指向方向誤差補償装置が、異なる３地点以上の地理的位置におけるビームの受信レベルまたは送信レベルから、ボアサイト方向誤差成分及び反射鏡の拡大係数変動成分を算出し、該算出したボアサイト方向誤差成分からアレー給電部を構成するアンテナ素子毎の移相量を算出し、該算出した拡大係数変動成分からアレー給電部ｂを構成するアンテナ素子毎の移相量を算出し、ボアサイト変動成分を補償する移相量と拡大係数成分を補償する移相量とに基づいて、指定方向誤差を補償する移相量を算出すると共に、マルチビーム形成装置の出力に指定方向誤差の移相量を可変移相器ｄ１〜ｄｎにより与え、マルチビームアンテナの指向方向誤差を補償するアレー給電反射鏡マルチビームアンテナの指向誤差補償方法及びその装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２５２６９４号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／１２６２４７号パンフレット
【特許文献３】特開２００６−２４２７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記背景技術で述べた従来のアンテナビーム指向装置及びアンテナビームの指向方法にあっては、前述のとおり、搭載する反射鏡の大型化、反射電磁波ビームの周波数の高周波数化、アンテナビームのビーム幅の狭さ、といった問題点に加えて、衛星の姿勢制御誤差の存在、アンテナ反射鏡の熱変形等の様々な問題点を抱えており、このため、アンテナビーム指向方向に誤差が生じるという問題点が有った。
また、通信衛星側での姿勢制御誤差の存在により、前述のとおり、軌道上の通信衛星から発信される電波については、地表面での電界強度が低下し、サービス領域に対する衛星の受信、送信能力が低下することにより、通信品質低下を招くといった問題点が有った。
また、今後、通信衛星に搭載されるアンテナ反射鏡が大型化（２０ｍ級〜３０ｍ級）することに伴い、アンテナビーム幅も狭くなるに連れて、この傾向は顕著になると予想される。
【０００８】
さらに、上記の通信品質低下を避けるために、前述のアンテナ反射鏡に駆動機構を設置し、該駆動機構によりアンテナビーム方向を補正する方法では、複雑で高価な反射鏡駆動機構が必要となるため、衛星が大型化するという問題点が有った。
また、衛星自体が、姿勢センサが有する姿勢誤差情報を入力し、該姿勢誤差情報を用いてアンテナビーム指向方向を修正する方法では、アンテナ自体による指向誤差が認識できなくなることに加えて、衛星に高精度姿勢センサを具備することが必須となり、衛星の複雑化、高額化を招くといった新たな問題点を生じていた。
【０００９】
なお、本発明は、
（１） フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナによる指向誤差補正に関する技術であること、
（２） 参照信号（ビーコン信号）の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるようにして参照信号方向にヌルビームを誤差なく指向させ、このとき、ヌルパターンを構成する重みづけ係数（即ち、ヌル信号生成の重みづけ係数）を算出すること、
（３） このため、入力ベクトル信号の時間変化とヌル信号生成の重みづけ係数の時間変化との内積により、受信信号出力の時間変化を生成し、この受信信号出力の時間変化から、参照信号との誤差成分を算出して、最終的には、この誤差成分が零となるように制御すること、
（４） 入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の重み付け係数ベクトルに基づき、指向方向が修正された、受信ビームまたは送信ビームを再生成すること、
を骨子としているが、前述の特許文献１，２，３に開示されている技術は、いずれも、上記の（２）及び（３）と一致する内容の記載が見られない。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、複雑で高コストな機器を追加することなく、また、地上からのコマンドを要求することなく、デジタル演算処理のみでアンテナビームの指向精度を高めることができるアンテナビーム指向装置を提供することを目的としている。
本発明の他の目的は、反射鏡等を用いたフェーズドアレー給電系を有するアンテナを用いて、指向誤差の補正を軌道上で実施できるアンテナビームの指向方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係るアンテナビーム指向装置は、フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを備えたアンテナビーム指向装置であって、参照信号であるビーコン信号の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるように制御して、参照信号方向にヌルビームを指向させる手段と、前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルを、指向方向のずれを補償した重み付け係数とする手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るアンテナビームの指向方法は、フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを使用したアンテナビームの指向方法であって、参照信号であるビーコン信号の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるように制御して、参照信号方向にヌルビームを指向させるステップと、前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルを、指向方向のずれを補償した重み付け係数とするステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明のアンテナビーム指向装置によれば、フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを備えたアンテナビーム指向装置において、参照信号であるビーコン信号の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるように制御して、参照信号方向にヌルビームを指向させ、前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルを、指向方向のずれを補償した重み付け係数とするので、複雑でコストアップとなる機器を追加することなく、また、地上からのコマンドを必要とせずに、デジタル演算処理のみで、高い指向精度が得られるアンテナビーム指向装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の１実施例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の詳細な機器構成例と実装例とを示す構成図である。
【図４】重み付け係数再設定のためのデジタル処理ステップの閉ループを示す説明図である。
【図５】アンテナ指向方向とビーコン到来方向との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のアンテナビーム指向装置は、多数の放射素子を含み、演算によりビームを形成するフェーズドアレー給電部と、反射鏡とにより、ビームを入力するアンテナのビーム指向誤差を修正・補正するものである。即ち、設定場所が既知である地上局より、参照される電波信号を送信し、この信号を衛星で受信した際のアンテナビーム指向誤差を、演算処理のみにより修正・補正するものであり、これにより、地上からのコマンドや、新たな機器の追加を不要にしている。
より具体的には、本発明のアンテナビーム指向装置は、下記の手段を含む。
（１） 参照信号（ビーコン信号）の方向にアンテナヌルビームを形成する手段。
（２） 受信した参照信号から抽出される指向誤差情報により、誤差方向を検出する手段。
（３） 誤差検出信号に基づき放射素子のアンテナ重み付け係数を再生成する手段。
（４） 再生成されたアンテナ重付け係数に基づき、指向方向が修正された受信ビームを再形成する手段。
なお、上記の一連の手段は、デジタル処理ステップの閉ループで構成される。
以下、本発明のアンテナビーム指向装置及びアンテナビームの指向方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の全体構成を示す構成図である。
同図において、本実施形態のアンテナビーム指向装置は、反射鏡１１と、放射素子１２と、入力ベクトル信号１３と、重み付け係数ベクトル１４と、重み付け係数再生成回路１５と、を備える。なお、同図において、符号１６は入力信号、符号１７はビーム指向ズレ後入力信号、符号１８はビームの発生信号Ｙ（受信信号出力）、符号１９はビーコン信号出力ＹFRS （ヌル信号発生信号）を、それぞれ示す。なお、重み付けベクトル１４は、放射素子１２毎に重み付ける重み付けベクトルである。
以下、本実施形態のアンテナビーム指向装置の理論面について説明する。
ビーム形成は、複数（多数）の放射素子１２に生じる電気信号から成る入力信号ベクトル１３と、該放射素子１２に設定可能な重み付け係数ベクトル１４との演算により行う。以下、この演算処理について説明する。
【００１７】
今、仮に、入力信号ベクトル１３の具体値をＸ、重み付け係数ベクトル１４の具体値をＷとする。但し、ベクトルＸ，Ｗは、いずれも複素数ベクトルである。
このとき、ビームの発生信号Ｙは、これらベクトルＸ，Ｗの内積で表される。この関係を（１）式に示す。
Ｙ＝ＸＨ・Ｗ ……………（１）
なお、マルチビームのシステムでは、通常はベクトルＹ（ビームの発生信号）がビ−ム数個だけ存在する。ここで、周知の、参照ビーコン方向へのヌルビームの形成を考える。該ヌルビームは、通常のビームに比較して角度変化に対して大きな利得差を有しており、角度分解能が高く、指向方向の高精度設定に優れている。該ヌルビ−ムは、２次元的に４個のマルチビームの生成を考慮して、それぞれを逆位相合成することにより生成することができる。
【００１８】
所望の方向にヌルビームが指向した場合は（２）式のとおりとなる。
Ｙ＝ＸＨＲＦＳ・ＷＲＦＳ＝０ ……………（２）
ビーコン方向にヌルビームが誤差なく指向することは、ビーコン信号の入力に関する電気ベクトル（ここでは入力ベクトル信号１３）と、重み付け係数（ここでは重み付け係数ベクトル１４）との内積がゼロとなることを意味している。即ち、検出信号（ここではビームの発生信号Ｙ１８）がゼロとなるので、このとき、到来方向に対してヌルパターンを構成する重みづけ係数（ヌル信号生成の重み付け係数）が（２）式により算出される。
衛星の姿勢制御誤差や、反射鏡熱変形により指向方向がずれる現象は、（２）式での電気ベクトルＸＲＦＳの方向が変化したことに相当する。よって、この場合でも、（２）式の右辺がゼロになるように、重み付け係数（ここでは重み付け係数ベクトル１４）を変化（再構成）させることより、指向方向のずれを補償した重み付け係数が再生成可能となる。このヌルビームは、その他の通信用ビームと異なり、通信用途に限定する必要はない。
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の動作を説明する。
ビームの発生信号Ｙ１８を生成する演算は、前述のとおり、入力信号ベクトル１３と重み付け係数ベクトル１４との内積演算であり、よって、信号と重み付け係数の積和演算となる。これらはデジタル演算処理として実行されるため、ビーム数や放射素子数が増加しても、演算上の増加のみで、機器の規模は大きくすることなく済ませることができる利点を有する。
設置場所が予め把握されている地上局からの信号を、ヌルビームにより受信したビーコン信号出力ＹFRS １９は、その信号を最小化するために、重み付け再構成回路１５に入力される。重み付け再構成回路１５は、この指向軸ズレ情報に基づいて重み付け係数を更新（再構成）する。この重み付け係数の再構成は、複素数量の位相成分の変化に対応する。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の１実施例を示す説明図である。
同図は、静止衛星２０（本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置を搭載している）、地球２１、アンテナの照射領域２２、地上のビーコン送信局２３を示している。
衛星の姿勢制御系では、ビーム指向精度は約０．１〜０．２°程度となる。これに対して、近年の衛星ビームの指向精度要求は０．０５°以下程度であり、反射鏡が大型化すると、この要求はさらに厳しくなり、０．０３°以下となるため、高指向精度化することが必須となる。
アレー給電系は照射領域２２を覆う設計としており、その領域の一部にある地上局ビーコン送信局２３の場所に対して高い利得を有しており、ヌルビームの形成も追加のアンテナを必要とせずに実現可能である。衛星の姿勢制御誤差は、一般に、ヨー軸（Ｙ軸）周りが一番大きくなり、両者の見込み角が大きい程、その効果は大きい。図２に示す実施例では、地上ビーコン局を１局だけとしたが、一般に、地上ビーコン局は２局以上配置しても良い。
【００２１】
図３は、本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の詳細な機器構成例と実装例とを示す構成図である。
同図に示す機器構成例では、給電部が、受信素子（ｆｅｅｄ）３１と、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３２と、周波数変換器（ＤＮＣ) ３３と、ＡＤ変換器（ＡＤＣ) ３４と、デジタルビーム形成回路（ＤＢＦ）３５と、重み付け再生成回路３６と、を備えて構成されている。
入力信号ベクトル１３の入力信号ベクトルと、重み付け係数ベクトル１４の重み付け係数との積和演算は、デジタルビーム形成回路３５で実施される。デジタルビーム形成回路３５では、同時に多数のビーム生成（マルチビーム生成）が可能である。
デジタルビーム形成回路３５のデジタルビーム形成において、ビーコン局方向へのヌルビーム生成が可能である。
ビーコン局へのヌルビームが正しく指向している場合は、前述のとおり、ヌルビーム出力はゼロとなる。しかしながら、衛星の姿勢、反射鏡の熱変形により、ヌルビームがビーコン局方向から外れるに連れて、２次元誤差信号が発生する。この誤差信号検出のヌルビーム及び通常のビームを検出し、通常ビーム信号で規格化する。これは、単純なビーコン信号の低下か、誤差信号の低下かを識別するためである。
【００２２】
この２次元の誤差信号は、（３）式及び（４）式で示す。
Ｘ＝ＫX・θ・sinΦ ……………（３）
Ｙ＝ＫY・θ・cosΦ ……………（４）
ここで、Ｋは、それぞれの方向での誤差感度を示すパラメータであり、通常ビーム（和信号）に比較して大きな誤差感度を有する。即ち、ビ−コン到来方向を識別する空間角度分解能を高めることができる。
【００２３】
図４は、重み付け係数再設定のためのデジタル処理ステップの閉ループを示す説明図である。
また、図５は、アンテナ指向方向とビーコン到来方向との関係を示す説明図である。
ビーコン波の到来方向が、アンテナ指向方向からズレを生じた場合は、（３）式及び（４）式に従って誤差信号が発生する。指向方向のズレの大きさに比例して検出信号は大きくなり、また、誤差感度が大きいほど検出信号は大きくなり、指向方向は、それぞれの信号の極性により判別できるため認識することができる。（３）式及び（４）式で示される誤差信号は、重み付け再生成回路３６により、重み付けの位相成分の変更値に変換されてマルチビームの指向方向を微小に変更する。
【００２４】
図４において、補正を行う以前の重み付けベクトルをＷとする。このＷはビーム形成プロセッサの内部で発生される複素量であり、補正を行わない場合は、時間によらない一定量であり、固定ビームを生成する。誤差補正を行う場合はこの重み付けベクトルＷに、位相変化分（θ）を考慮してＷPOST（ｔ）を算出し、これを補正後の重み付け係数として演算する。このＷPOST（ｔ）と、ビーム指向方向との関係は（５）式に示す。
これにより、指向方向ズレは補正され、ＹＲＦＳは最小化される。なお、補正後の重み付け係数は、多数のビーム毎に指向方向を個別に補正するものではなく、マルチビーム一括ビーム方向の指向方向を修正（補正）することになる。
Ｗpost（ｔ）＝Ｗ・ｅｉθｎ
（θ＝２・π・ｄ・ｎ・sinψ／λ） ……………（５）
【００２５】
（５）式において、θは重み付け係数の位相回転成分、ｄは放射素子の間隔、ψは給電部からのビームの指向方向角、λは信号の波長である。また、ｎは基準となる素子からのｎ番目の放射素子であることを示す。さらに、ψは給電部からのビーム指向角度であり、反射鏡を有する場合はこのビ−ムが反射鏡で反射され、所望の方向にビーム（２次パターン）を生成する。よって、ψ自身は、アンテナのビーム指向方向そのものを表してはいないが、給電部からのビーム方向変化は、反射鏡形状を固定した場合の最終ビーム方向（２次パターン）と一意的な関係を有するため逐次位相変化分を発生させることにより、アンテナ全体としての所望方向にビームを生成することが可能となる。
【００２６】
図４に示すように、入力ベクトルＸ(t)と、ヌル信号生成の重み付け係数Ｗ（ｔ）との内積により、Ｙ（ｔ）が算出されると、ここで、参照信号Ｒとの誤差成分ｅ（ｔ）を算出する。ｔは時間であり、重み付け係数の時間的変動を示すためのパラメータである。
Ｙ（ｔ）が算出されたなら、ＲＦセンサビームを生成する重み付け係数と地上からの参照信号方向の入力ベクトルとの内積で表される検出信号と、参照信号との差異（即ち誤差成分）は（６）式で示される。
ｅ（ｔ）＝（Ｒ−Ｙ（ｔ））２＝（Ｒ−ＷＨ（ｔ）・Ｘ（ｔ））２…（６）
図４に示すデジタル処理ステップ閉ループの動作としては、この誤差成分が最終的に０となるように制御するものとする。
重み付け係数の変動は、（７）式の微分方程式で示される。
∇Ｗｅ（ｔ）２＝０
ｄＷ（ｔ）／ｄｔ＝Ａ・∇Ｗｅ（ｔ）２ ……………（７）
【００２７】
（７）式は、誤差信号の傾きを右辺として、時間と共に変化する（制御される）重み付け係数の時間的変化を左辺とする微分方程式により表現されている。
実際のデジタル回路上での重みづけ係数は、時間の差分で構成され、サンプル時刻毎に逐次更新されるものである。
【００２８】
本発明のアンテナビーム指向装置によれば、図３に示す実装によって軌道上でビーム指向方向の修正・補正は、特別な機器を追加することなく、既成のビーム形成機器の演算プロセッサに簡単なベクトル演算機能のみを付加することにより実施することができる。
例えば、アンテナビーム到来方向の推定をする固有のアンテナや、アンテナビームの指向を修正する機構や、電波の位相面を可変する移相器等の追加は不要であり、よって、実装面において、装置のコストを抑制することができる効果が有る。
なお、本実施形態では、図３において、受信アンテナに重み付け係数を適用する場合を示したが、受信アンテナと同時に、送信アンテナについても、ビーム指向方向の修正・補正を行うことが可能である。
また、本実施形態では、反射鏡使用のフェーズドアレー給電部方式のアンテナに本発明の方法を適用する場合を示したが、本発明の方法は、直接放射型フェーズドアレーアンテナに対しても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、アンテナビーム指向装置の構築に適用可能であり、特に、フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを備えて軌道上での指向誤差補正・修正を行うことができるアンテナビーム指向装置の構築に好適であり、静止衛星上で使用されるアンテナビームの指向方向を修正・補正する方法としても効果的に使用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１１ 反射鏡
１２，３１ 放射素子
１３ 入力信号ベクトル
１４ 重み付け係数ベクトル
１５ 重み付け係数再生成回路
１６ 入力信号
１７ ビーム指向ズレ後入力信号
１８ 受信信号出力
１９ ビーコン信号出力
２０ 静止衛星
２１ 地球
２２ サービス領域( 例)
２３ ビーコン地上局
３２ 低雑音受信機
３３ 周波数変換器
３４ ＡＤ変換器
３５ デジタルビーム形成回路
３６ 重み付け再生成回路
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナビーム指向装置及びアンテナビームの指向方法に係り、特に、フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを備える軌道上の衛星（即ち静止衛星）等に搭載されて、アンテナビームの指向誤差を補正するアンテナビーム指向装置及びアンテナビームの指向方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アンテナビーム指向装置にあっては、搭載する反射鏡の大型化、反射電磁波ビームの周波数の高周波数化に伴い、アンテナビームのビーム幅が狭くなり、加えて、衛星に姿勢制御誤差が存在することと、アンテナ反射鏡に熱変形等の様々な要因が存在することとにより、アンテナビーム指向方向に誤差が生じる場面が見られ、この誤差により、例えば、軌道上の通信衛星から発信される電波については、地表面での電界強度が低下し、サービス領域に対する衛星の受信、送信能力が低下することにより、通信品質低下を招くことがあった。
今後、通信衛星に搭載されるアンテナ反射鏡が大型化（２０ｍ級〜３０ｍ級）することに伴い、アンテナビーム幅も一層狭くなるので、この傾向はさらに顕著になると予想される。
【０００３】
従来は、上記の通信品質低下を避けるために、アンテナ反射鏡に駆動機構を設置し、該駆動機構によりアンテナビーム方向を補正する方法をとっていたが、この方法では複雑で高価な反射鏡駆動機構が必要になるので、衛星の大型化を招いていた。
また、他の補正方法として、衛星自体が、姿勢センサが有する姿勢誤差情報を入力し、該姿勢誤差情報を用いてアンテナビーム指向方向を修正する方法も考えられるが、この方法では、アンテナ自体による指向誤差が認識できなくなるばかりか、衛星に高精度姿勢センサを具備することが必須となり、衛星の複雑化、高額化を招くといった新たな問題点が生じることになる。
【０００４】
なお、この分野では、例えば、特許文献１に、干渉波信号の方向にヌルを形成するように所望波信号の方向に主ビームを適応制御し、期待値最大化法を用いて、受信信号ベクトルを最大化するアレーアンテナの共分散行列の演算、その共分散行列を用いた干渉波信号の方向にヌルを形成するように所望波信号の方向に主ビームを適応制御するためのウェイトの演算、該ウェイトを用いたシンボル推定値の演算、及びシンボル推定値を用いた受信信号ベクトルの再構成を反復実行し、同一チャンネル干渉を抑制した主ビームの形成を反復して行なうアレーアンテナの制御方法および制御装置が開示されている。
また、例えば、特許文献２には、アレイアンテナの指向性制御方法として、アンテナ信号と既知の参照信号との誤差に基づいて重み係数を更新し、誤差情報に基づいて補正することが開示されている。
【０００５】
さらに、例えば、特許文献３には、指向方向誤差補償装置が、異なる３地点以上の地理的位置におけるビームの受信レベルまたは送信レベルから、ボアサイト方向誤差成分及び反射鏡の拡大係数変動成分を算出し、該算出したボアサイト方向誤差成分からアレー給電部を構成するアンテナ素子毎の移相量を算出し、該算出した拡大係数変動成分からアレー給電部ｂを構成するアンテナ素子毎の移相量を算出し、ボアサイト変動成分を補償する移相量と拡大係数成分を補償する移相量とに基づいて、指定方向誤差を補償する移相量を算出すると共に、マルチビーム形成装置の出力に指定方向誤差の移相量を可変移相器ｄ１〜ｄｎにより与え、マルチビームアンテナの指向方向誤差を補償するアレー給電反射鏡マルチビームアンテナの指向誤差補償方法及びその装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２５２６９４号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／１２６２４７号パンフレット
【特許文献３】特開２００６−２４２７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記背景技術で述べた従来のアンテナビーム指向装置及びアンテナビームの指向方法にあっては、前述のとおり、搭載する反射鏡の大型化、反射電磁波ビームの周波数の高周波数化、アンテナビームのビーム幅の狭さ、といった問題点に加えて、衛星の姿勢制御誤差の存在、アンテナ反射鏡の熱変形等の様々な問題点を抱えており、このため、アンテナビーム指向方向に誤差が生じるという問題点が有った。
また、通信衛星側での姿勢制御誤差の存在により、前述のとおり、軌道上の通信衛星から発信される電波については、地表面での電界強度が低下し、サービス領域に対する衛星の受信、送信能力が低下することにより、通信品質低下を招くといった問題点が有った。
また、今後、通信衛星に搭載されるアンテナ反射鏡が大型化（２０ｍ級〜３０ｍ級）することに伴い、アンテナビーム幅も狭くなるに連れて、この傾向は顕著になると予想される。
【０００８】
さらに、上記の通信品質低下を避けるために、前述のアンテナ反射鏡に駆動機構を設置し、該駆動機構によりアンテナビーム方向を補正する方法では、複雑で高価な反射鏡駆動機構が必要となるため、衛星が大型化するという問題点が有った。
また、衛星自体が、姿勢センサが有する姿勢誤差情報を入力し、該姿勢誤差情報を用いてアンテナビーム指向方向を修正する方法では、アンテナ自体による指向誤差が認識できなくなることに加えて、衛星に高精度姿勢センサを具備することが必須となり、衛星の複雑化、高額化を招くといった新たな問題点を生じていた。
【０００９】
なお、本発明は、
（１） フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナによる指向誤差補正に関する技術であること、
（２） 参照信号（ビーコン信号）の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるようにして参照信号方向にヌルビームを誤差なく指向させ、このとき、ヌルパターンを構成する重みづけ係数（即ち、ヌル信号生成の重みづけ係数）を算出すること、
（３） このため、入力ベクトル信号の時間変化とヌル信号生成の重みづけ係数の時間変化との内積により、受信信号出力の時間変化を生成し、この受信信号出力の時間変化から、参照信号との誤差成分を算出して、最終的には、この誤差成分が零となるように制御すること、
（４） 入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の重み付け係数ベクトルに基づき、指向方向が修正された、受信ビームまたは送信ビームを再生成すること、
を骨子としているが、前述の特許文献１，２，３に開示されている技術は、いずれも、上記の（２）及び（３）と一致する内容の記載が見られない。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、複雑で高コストな機器を追加することなく、また、地上からのコマンドを要求することなく、デジタル演算処理のみでアンテナビームの指向精度を高めることができるアンテナビーム指向装置を提供することを目的としている。
本発明の他の目的は、反射鏡等を用いたフェーズドアレー給電系を有するアンテナを用いて、指向誤差の補正を軌道上で実施できるアンテナビームの指向方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係るアンテナビーム指向装置は、フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを備えたアンテナビーム指向装置であって、参照信号であるビーコン信号の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるように制御して、参照信号方向にヌルビームを指向させる手段と、前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルを、指向方向のずれを補償した重み付け係数とする手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るアンテナビームの指向方法は、フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを使用したアンテナビームの指向方法であって、参照信号であるビーコン信号の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるように制御して、参照信号方向にヌルビームを指向させるステップと、前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルを、指向方向のずれを補償した重み付け係数とするステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明のアンテナビーム指向装置によれば、フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを備えたアンテナビーム指向装置において、参照信号であるビーコン信号の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるように制御して、参照信号方向にヌルビームを指向させ、前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルを、指向方向のずれを補償した重み付け係数とするので、複雑でコストアップとなる機器を追加することなく、また、地上からのコマンドを必要とせずに、デジタル演算処理のみで、高い指向精度が得られるアンテナビーム指向装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の１実施例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の詳細な機器構成例と実装例とを示す構成図である。
【図４】重み付け係数再設定のためのデジタル処理ステップの閉ループを示す説明図である。
【図５】アンテナ指向方向とビーコン到来方向との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のアンテナビーム指向装置は、多数の放射素子を含み、演算によりビームを形成するフェーズドアレー給電部と、反射鏡とにより、ビームを入力するアンテナのビーム指向誤差を修正・補正するものである。即ち、設定場所が既知である地上局より、参照される電波信号を送信し、この信号を衛星で受信した際のアンテナビーム指向誤差を、演算処理のみにより修正・補正するものであり、これにより、地上からのコマンドや、新たな機器の追加を不要にしている。
より具体的には、本発明のアンテナビーム指向装置は、下記の手段を含む。
（１） 参照信号（ビーコン信号）の方向にアンテナヌルビームを形成する手段。
（２） 受信した参照信号から抽出される指向誤差情報により、誤差方向を検出する手段。
（３） 誤差検出信号に基づき放射素子のアンテナ重み付け係数を再生成する手段。
（４） 再生成されたアンテナ重付け係数に基づき、指向方向が修正された受信ビームを再形成する手段。
なお、上記の一連の手段は、デジタル処理ステップの閉ループで構成される。
以下、本発明のアンテナビーム指向装置及びアンテナビームの指向方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の全体構成を示す構成図である。
同図において、本実施形態のアンテナビーム指向装置は、反射鏡１１と、放射素子１２と、入力ベクトル信号１３と、重み付け係数ベクトル１４と、重み付け係数再生成回路１５と、を備える。なお、同図において、符号１６は入力信号、符号１７はビーム指向ズレ後入力信号、符号１８はビームの発生信号Ｙ（受信信号出力）、符号１９はビーコン信号出力ＹFRS （ヌル信号発生信号）を、それぞれ示す。なお、重み付けベクトル１４は、放射素子１２毎に重み付ける重み付けベクトルである。
以下、本実施形態のアンテナビーム指向装置の理論面について説明する。
ビーム形成は、複数（多数）の放射素子１２に生じる電気信号から成る入力信号ベクトル１３と、該放射素子１２に設定可能な重み付け係数ベクトル１４との演算により行う。以下、この演算処理について説明する。
【００１７】
今、仮に、入力信号ベクトル１３の具体値をＸ、重み付け係数ベクトル１４の具体値をＷとする。但し、ベクトルＸ，Ｗは、いずれも複素数ベクトルである。
このとき、ビームの発生信号Ｙは、これらベクトルＸ，Ｗの内積で表される。この関係を（１）式に示す。
Ｙ＝ＸＨ・Ｗ ……………（１）
なお、マルチビームのシステムでは、通常はベクトルＹ（ビームの発生信号）がビ−ム数個だけ存在する。ここで、周知の、参照ビーコン方向へのヌルビームの形成を考える。該ヌルビームは、通常のビームに比較して角度変化に対して大きな利得差を有しており、角度分解能が高く、指向方向の高精度設定に優れている。該ヌルビ−ムは、２次元的に４個のマルチビームの生成を考慮して、それぞれを逆位相合成することにより生成することができる。
【００１８】
所望の方向にヌルビームが指向した場合は（２）式のとおりとなる。
Ｙ＝ＸＨＲＦＳ・ＷＲＦＳ＝０ ……………（２）
ビーコン方向にヌルビームが誤差なく指向することは、ビーコン信号の入力に関する電気ベクトル（ここでは入力ベクトル信号１３）と、重み付け係数（ここでは重み付け係数ベクトル１４）との内積がゼロとなることを意味している。即ち、検出信号（ここではビームの発生信号Ｙ１８）がゼロとなるので、このとき、到来方向に対してヌルパターンを構成する重みづけ係数（ヌル信号生成の重み付け係数）が（２）式により算出される。
衛星の姿勢制御誤差や、反射鏡熱変形により指向方向がずれる現象は、（２）式での電気ベクトルＸＲＦＳの方向が変化したことに相当する。よって、この場合でも、（２）式の右辺がゼロになるように、重み付け係数（ここでは重み付け係数ベクトル１４）を変化（再構成）させることより、指向方向のずれを補償した重み付け係数が再生成可能となる。このヌルビームは、その他の通信用ビームと異なり、通信用途に限定する必要はない。
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の動作を説明する。
ビームの発生信号Ｙ１８を生成する演算は、前述のとおり、入力信号ベクトル１３と重み付け係数ベクトル１４との内積演算であり、よって、信号と重み付け係数の積和演算となる。これらはデジタル演算処理として実行されるため、ビーム数や放射素子数が増加しても、演算上の増加のみで、機器の規模は大きくすることなく済ませることができる利点を有する。
設置場所が予め把握されている地上局からの信号を、ヌルビームにより受信したビーコン信号出力ＹFRS １９は、その信号を最小化するために、重み付け再構成回路１５に入力される。重み付け再構成回路１５は、この指向軸ズレ情報に基づいて重み付け係数を更新（再構成）する。この重み付け係数の再構成は、複素数量の位相成分の変化に対応する。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の１実施例を示す説明図である。
同図は、静止衛星２０（本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置を搭載している）、地球２１、アンテナの照射領域２２、地上のビーコン送信局２３を示している。
衛星の姿勢制御系では、ビーム指向精度は約０．１〜０．２°程度となる。これに対して、近年の衛星ビームの指向精度要求は０．０５°以下程度であり、反射鏡が大型化すると、この要求はさらに厳しくなり、０．０３°以下となるため、高指向精度化することが必須となる。
アレー給電系は照射領域２２を覆う設計としており、その領域の一部にある地上局ビーコン送信局２３の場所に対して高い利得を有しており、ヌルビームの形成も追加のアンテナを必要とせずに実現可能である。衛星の姿勢制御誤差は、一般に、ヨー軸（Ｙ軸）周りが一番大きくなり、両者の見込み角が大きい程、その効果は大きい。図２に示す実施例では、地上ビーコン局を１局だけとしたが、一般に、地上ビーコン局は２局以上配置しても良い。
【００２１】
図３は、本発明の実施形態に係るアンテナビーム指向装置の詳細な機器構成例と実装例とを示す構成図である。
同図に示す機器構成例では、給電部が、受信素子（ｆｅｅｄ）３１と、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３２と、周波数変換器（ＤＮＣ) ３３と、ＡＤ変換器（ＡＤＣ) ３４と、デジタルビーム形成回路（ＤＢＦ）３５と、重み付け再生成回路３６と、を備えて構成されている。
入力信号ベクトル１３の入力信号ベクトルと、重み付け係数ベクトル１４の重み付け係数との積和演算は、デジタルビーム形成回路３５で実施される。デジタルビーム形成回路３５では、同時に多数のビーム生成（マルチビーム生成）が可能である。
デジタルビーム形成回路３５のデジタルビーム形成において、ビーコン局方向へのヌルビーム生成が可能である。
ビーコン局へのヌルビームが正しく指向している場合は、前述のとおり、ヌルビーム出力はゼロとなる。しかしながら、衛星の姿勢、反射鏡の熱変形により、ヌルビームがビーコン局方向から外れるに連れて、２次元誤差信号が発生する。この誤差信号検出のヌルビーム及び通常のビームを検出し、通常ビーム信号で規格化する。これは、単純なビーコン信号の低下か、誤差信号の低下かを識別するためである。
【００２２】
この２次元の誤差信号は、（３）式及び（４）式で示す。
Ｘ＝ＫX・θ・sinΦ ……………（３）
Ｙ＝ＫY・θ・cosΦ ……………（４）
ここで、Ｋは、それぞれの方向での誤差感度を示すパラメータであり、通常ビーム（和信号）に比較して大きな誤差感度を有する。即ち、ビ−コン到来方向を識別する空間角度分解能を高めることができる。
【００２３】
図４は、重み付け係数再設定のためのデジタル処理ステップの閉ループを示す説明図である。
また、図５は、アンテナ指向方向とビーコン到来方向との関係を示す説明図である。
ビーコン波の到来方向が、アンテナ指向方向からズレを生じた場合は、（３）式及び（４）式に従って誤差信号が発生する。指向方向のズレの大きさに比例して検出信号は大きくなり、また、誤差感度が大きいほど検出信号は大きくなり、指向方向は、それぞれの信号の極性により判別できるため認識することができる。（３）式及び（４）式で示される誤差信号は、重み付け再生成回路３６により、重み付けの位相成分の変更値に変換されてマルチビームの指向方向を微小に変更する。
【００２４】
図４において、補正を行う以前の重み付けベクトルをＷとする。このＷはビーム形成プロセッサの内部で発生される複素量であり、補正を行わない場合は、時間によらない一定量であり、固定ビームを生成する。誤差補正を行う場合はこの重み付けベクトルＷに、位相変化分（θ）を考慮してＷPOST（ｔ）を算出し、これを補正後の重み付け係数として演算する。このＷPOST（ｔ）と、ビーム指向方向との関係は（５）式に示す。
これにより、指向方向ズレは補正され、ＹＲＦＳは最小化される。なお、補正後の重み付け係数は、多数のビーム毎に指向方向を個別に補正するものではなく、マルチビーム一括ビーム方向の指向方向を修正（補正）することになる。
Ｗpost（ｔ）＝Ｗ・ｅｉθｎ
（θ＝２・π・ｄ・ｎ・sinψ／λ） ……………（５）
【００２５】
（５）式において、θは重み付け係数の位相回転成分、ｄは放射素子の間隔、ψは給電部からのビームの指向方向角、λは信号の波長である。また、ｎは基準となる素子からのｎ番目の放射素子であることを示す。さらに、ψは給電部からのビーム指向角度であり、反射鏡を有する場合はこのビ−ムが反射鏡で反射され、所望の方向にビーム（２次パターン）を生成する。よって、ψ自身は、アンテナのビーム指向方向そのものを表してはいないが、給電部からのビーム方向変化は、反射鏡形状を固定した場合の最終ビーム方向（２次パターン）と一意的な関係を有するため逐次位相変化分を発生させることにより、アンテナ全体としての所望方向にビームを生成することが可能となる。
【００２６】
図４に示すように、入力ベクトルＸ(t)と、ヌル信号生成の重み付け係数Ｗ（ｔ）との内積により、Ｙ（ｔ）が算出されると、ここで、参照信号Ｒとの誤差成分ｅ（ｔ）を算出する。ｔは時間であり、重み付け係数の時間的変動を示すためのパラメータである。
Ｙ（ｔ）が算出されたなら、ＲＦセンサビームを生成する重み付け係数と地上からの参照信号方向の入力ベクトルとの内積で表される検出信号と、参照信号との差異（即ち誤差成分）は（６）式で示される。
ｅ（ｔ）＝（Ｒ−Ｙ（ｔ））２＝（Ｒ−ＷＨ（ｔ）・Ｘ（ｔ））２…（６）
図４に示すデジタル処理ステップ閉ループの動作としては、この誤差成分が最終的に０となるように制御するものとする。
重み付け係数の変動は、（７）式の微分方程式で示される。
∇Ｗｅ（ｔ）２＝０
ｄＷ（ｔ）／ｄｔ＝Ａ・∇Ｗｅ（ｔ）２ ……………（７）
【００２７】
（７）式は、誤差信号の傾きを右辺として、時間と共に変化する（制御される）重み付け係数の時間的変化を左辺とする微分方程式により表現されている。
実際のデジタル回路上での重みづけ係数は、時間の差分で構成され、サンプル時刻毎に逐次更新されるものである。
【００２８】
本発明のアンテナビーム指向装置によれば、図３に示す実装によって軌道上でビーム指向方向の修正・補正は、特別な機器を追加することなく、既成のビーム形成機器の演算プロセッサに簡単なベクトル演算機能のみを付加することにより実施することができる。
例えば、アンテナビーム到来方向の推定をする固有のアンテナや、アンテナビームの指向を修正する機構や、電波の位相面を可変する移相器等の追加は不要であり、よって、実装面において、装置のコストを抑制することができる効果が有る。
なお、本実施形態では、図３において、受信アンテナに重み付け係数を適用する場合を示したが、受信アンテナと同時に、送信アンテナについても、ビーム指向方向の修正・補正を行うことが可能である。
また、本実施形態では、反射鏡使用のフェーズドアレー給電部方式のアンテナに本発明の方法を適用する場合を示したが、本発明の方法は、直接放射型フェーズドアレーアンテナに対しても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、アンテナビーム指向装置の構築に適用可能であり、特に、フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを備えて軌道上での指向誤差補正・修正を行うことができるアンテナビーム指向装置の構築に好適であり、静止衛星上で使用されるアンテナビームの指向方向を修正・補正する方法としても効果的に使用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１１ 反射鏡
１２，３１ 放射素子
１３ 入力信号ベクトル
１４ 重み付け係数ベクトル
１５ 重み付け係数再生成回路
１６ 入力信号
１７ ビーム指向ズレ後入力信号
１８ 受信信号出力
１９ ビーコン信号出力
２０ 静止衛星
２１ 地球
２２ サービス領域( 例)
２３ ビーコン地上局
３２ 低雑音受信機
３３ 周波数変換器
３４ ＡＤ変換器
３５ デジタルビーム形成回路
３６ 重み付け再生成回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを備えたアンテナビーム指向装置であって、
参照信号であるビーコン信号の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるように制御して、参照信号方向にヌルビームを指向させる手段と、
前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルを、指向方向のずれを補償した重み付け係数とする手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナビーム指向装置。
【請求項２】
前記参照信号方向に前記ヌルビームを指向させた時に、ヌル信号生成の際の重みづけ係数を生成する手段と、
前記生成された重み付け係数を経過時間と共に再構成する手段と、
前記入力ベクトル信号の時間変化と前記ヌル信号生成の重み付け係数の時間変化との内積により、受信信号出力の時間変化を生成する手段と、
前記受信信号出力の時間変化から、前記参照信号との誤差成分を算出する手段と、
前記誤差成分が零となった時の前記ヌル信号生成の重みづけ係数を、指向方向のずれを補償した重み付け係数とする手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナビーム指向装置。
【請求項３】
前記ヌルビームにより参照信号を受信し、デジタルサンプリングして２次元の指向方向誤差信号を検出することを特徴とする請求項２記載のアンテナビーム指向装置。
【請求項４】
前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルに基づき、放射素子のアンテナ重み付け係数を再構成することを特徴とする請求項２または請求項３記載のアンテナビーム指向装置。
【請求項５】
前記指向方向のずれを補償した重み付け係数を得るための演算を含む各手段をデジタル処理で実行することを特徴とする請求項２または請求項３記載のアンテナビーム指向装置。
【請求項６】
フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを使用したアンテナビームの指向方法であって、
参照信号であるビーコン信号の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるように制御して、参照信号方向にヌルビームを指向させるステップと、
前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルを、指向方向のずれを補償した重み付け係数とするステップと、
を有することを特徴とするアンテナビームの指向方法。
【請求項１】
フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを備えたアンテナビーム指向装置であって、
参照信号であるビーコン信号の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるように制御して、参照信号方向にヌルビームを指向させる手段と、
前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルを、指向方向のずれを補償した重み付け係数とする手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナビーム指向装置。
【請求項２】
前記参照信号方向に前記ヌルビームを指向させた時に、ヌル信号生成の際の重みづけ係数を生成する手段と、
前記生成された重み付け係数を経過時間と共に再構成する手段と、
前記入力ベクトル信号の時間変化と前記ヌル信号生成の重み付け係数の時間変化との内積により、受信信号出力の時間変化を生成する手段と、
前記受信信号出力の時間変化から、前記参照信号との誤差成分を算出する手段と、
前記誤差成分が零となった時の前記ヌル信号生成の重みづけ係数を、指向方向のずれを補償した重み付け係数とする手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナビーム指向装置。
【請求項３】
前記ヌルビームにより参照信号を受信し、デジタルサンプリングして２次元の指向方向誤差信号を検出することを特徴とする請求項２記載のアンテナビーム指向装置。
【請求項４】
前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルに基づき、放射素子のアンテナ重み付け係数を再構成することを特徴とする請求項２または請求項３記載のアンテナビーム指向装置。
【請求項５】
前記指向方向のずれを補償した重み付け係数を得るための演算を含む各手段をデジタル処理で実行することを特徴とする請求項２または請求項３記載のアンテナビーム指向装置。
【請求項６】
フェーズドアレー給電系を有する反射鏡アンテナを使用したアンテナビームの指向方法であって、
参照信号であるビーコン信号の入力時に、入力ベクトル信号と重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなるように制御して、参照信号方向にヌルビームを指向させるステップと、
前記入力ベクトル信号と前記重み付け係数ベクトルとの内積がゼロとなった時の前記重み付け係数ベクトルを、指向方向のずれを補償した重み付け係数とするステップと、
を有することを特徴とするアンテナビームの指向方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１２００１０（Ｐ２０１１−１２００１０Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７５７１１（Ｐ２００９−２７５７１１）
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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