説明

船舶用衛星通信装置のGPS信号受信手段

【課題】
GPS受信機のアンテナの指向方向に船舶搭載物などの構造物が存在した時に、これが遮蔽物となってGPS衛星からの信号を受信出来ないブロッキング状態になってしまう課題があった。
【解決手段】
通信用アンテナとGPSアンテナが回転装置に固定され、それぞれの位置関係が一定である設置をする場合において、前記船舶用衛星通信船上装置を装備する際に、該船上の構造物の遮蔽によって、GPS衛星からの信号をGPSアンテナが受信できなくなる通信用アンテナの方位角をデータベース化して記憶装置に格納しておく手段と、GPSアンテナがGPS衛星からの信号を受信する際に、通信用アンテナの方位角が前記データベースによって記載された範囲内であった場合には、通信用アンテナとGPSアンテナを水平面で回転させることによって、GPSアンテナから見たGPS衛星が見晴らし角内にする手段から成る事を特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は静止衛星の電波を送受信するための船首方位割り出しシステムに関し、該船首方位割り出し方法としてGPSを用いる場合に有用なものである。
【背景技術】
【0002】
従来の移動体(車両、船舶等)に搭載される衛星通信用アンテナの衛星自動追尾装置では、移動体自身の方位角と傾斜角を求めるセンサとして、傾斜計と磁気コンパスやジャイロコンパス等のセンサを組み合わせて用いている。
【0003】
また、通信衛星への目標角については、運用者が地図情報を基に緯度経度を求め、その値から目標角を算出し、回転雲台の制御部に入力するか、グローバルポジショニングシステム(以下GPS)受信信号を取り込み、自身の位置を認知し、目標角を演算する方法が取られている。尚、静止した状態で運用する際の衛星捕捉においては、受信信号のレベルを見ながら手でアンテナの向きを微調整することも少なくない。
【0004】
一例として、図1に傾斜計とジャイロコンパスを用いた移動体搭載用衛星自動追尾装置の構成図を示す。図1に記載の移動体搭載用衛星自動追尾装置においては、センサユニットとして、傾斜角と方位角を検出可能なジャイロコンパス6と、傾斜角の精度補正用として2軸傾斜計5を用いており、同様に検出値は制御部4へ出力する。
【0005】
同様に、GPS受信機7の信号も制御部4に取り込み、センサユニットの検出値と演算し、目標とする通信衛星への目標方位角と垂直迎え角を求め、回転雲台2を目標角まで制御・駆動し、アンテナ1を衛星方向へ向けて衛星電波を捕捉する。捕捉した衛星電波は変復調部3にて目的とする運用機材に適したI/F信号に処理される。
【0006】
このように、ジャイロコンパスを搭載した移動物においては、該ジャイロコンパスが船首方位を示しているため、この角度を用いてアンテナの方位を衛星に向けられるし、ジャイロコンパスを搭載していなければ、GPS測位値から衛星に対するアンテナの仰角を求め、この仰角に固定した上で、アンテナを回転しながら受信強度測定を行い、電波の強い方位をサーチするという方法が用いられる。
【0007】
その他の衛星追尾方法としては、例えば特許文献1では、どの衛星を用いるのが最適であるかを知るために、最大周波数オフセットを持つ衛星を探索する手段が述べられている。また、特許文献2では、衛星追尾を行うために、GPSと2軸傾斜計と3軸レートジャイロを用いる手段が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2000−59281号公報
【特許文献2】特開2005−300347号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかるに従来の手段によれば、図2に示すようにGPS受信機のアンテナ9の指向方向に船舶搭載物などの構造物10が存在した時に、これが遮蔽物となってGPS衛星からの信号を受信出来ないブロッキング状態になってしまう。なお、同図において1は通信用アンテナ、8はアンテナ装置のペデスタルである。
【0010】
このようにGPSアンテナの指向方向に遮蔽物があると、GPS受信機を用いた測位が出来なくなり、アンテナ1のベアリング角の設定が不可能になってしまう。なお、ベアリング角の意味を図3に示す。
【0011】
同図に示すように、船舶11に関して、真北方向から見た船首方向をヘディング角とよび、船首方向から見た衛星位置の方位方向をベアリング角とよぶ。つまりブロッキングによってGPSによる測位が出来なければ自船の位置がわからず、船首方向と衛星位置との差であるところのベアリング角の設定が不可能になるのである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記課題を解決するために、本発明は、
船舶用衛星通信船上装置であって、通信用アンテナとGPSアンテナが回転装置に固定され、それぞれの位置関係が一定である設置をする場合において、
前記船舶用衛星通信船上装置を装備する際に、該船上の構造物の遮蔽によって、GPS衛星からの信号を前記GPSアンテナが受信できなくなる前記通信用アンテナの方位角をデータベース化して記憶装置に格納しておく手段と、
前記GPSアンテナが前記GPS衛星からの信号を受信する際に、前記通信用アンテナの方位角が前記データベースによって記載された範囲内であった場合には、前記通信用アンテナと前記GPSアンテナを水平面で回転させることによって、前記GPSアンテナから見た前記GPS衛星を見晴らし角内に存在させる手段と、
から成る事を特徴とする、船舶用衛星通信船上装置のGPS信号受信手段である。
【0013】
また本発明は、前記データベースを作成する場合に、
前記回転装置に固定された前記通信用アンテナと前記GPSアンテナを該回転装置の回転軸を中心に回転し、前記GPS衛星から前記GPSアンテナへの前記通信用アンテナの方位角に応じた受信信号強度を測定し、該受信信号強度が予め定めた閾値以下である場合に、前記通信用アンテナの方位角を記録する事を特徴とする、船舶用衛星通信船上装置のGPS信号受信手段である。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、GPS測位にあたって、ブロッキング状態を回避できるため、ブロッキング状態が解除されるまで待つといったことが不要により、GPS測位時間を短縮することが可能になる。
【0015】
また、GPS受信強度の大幅な変動が無くなるため、測位結果を確定しにくいといった状態にならないため、自船の位置を確定できないことによる通信アンテナの全周サーチが不要になる。通信アンテナの全周サーチとは、通信衛星からの受信電波に関して、その強度が最大になる方向を探すために、通信アンテナを360度回転することである。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】従来の衛星サーチ手段
【図2】ブロッキング状態による測位不能の様子
【図3】角度を示す用語の説明
【図4】本発明にかかるブロッキング状態回避の様子
【図5】通信アンテナの方位角によるGPSアンテナの位置
【図6】ADE設置時の初期作業
【図7】GPSアンテナのブロッキング回避ルーチン
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【0017】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0018】
実施の一形態として船舶における衛星通信を例とし、図4は本発明にかかるブロッキング状態回避の様子を示した図である。例えばペデスタル8に設置された通信アンテナ1が通信衛星を指向する際に、同横図13と同上図14のようにGPS衛星に対して、通信アンテナの装置の一部に設置されたGPSアンテナ9が遮蔽物10の影に入ってしまうことがある。
【0019】
本発明は、同上図15に示すように、GPS通信を行う際に、通信アンテナ装置をAZ面内で回転させて、GPSアンテナを遮蔽物の外に出す手段についてのものである。
【0020】
図5を用いてさらに説明する。図5Aでは通信アンテナ1が船首方向を向いており、GPSアンテナ9は構造物10の影に入っている。図5Bでは通信アンテナ1は船首方向に対してθb回転しており、GPSアンテナ9は構造物10の影に入っている。図5Cでは通信アンテナ1はθc回転しており、GPSアンテナ9は構造物10の影に入っていない。
【0021】
このように、本発明は、船の進行方向(ヘディング角)を取得する際に必要となるGPSアンテナ9が構造物10の影に入っている場合に、通信アンテナ1をθc回転させて、同通信アンテナ1に接続設置されているGPSアンテナ9を構造物10の影の外に出すものである。
【0022】
前記のように、通信アンテナ1の指向方位角度によって、GPS衛星の信号をGPSアンテナが受信できなくなることを防ぐために、船舶用衛星通信船上装置(ADE)を設置する際に行う初期設定について、図6にフローチャートを示す。
【0023】
まず、ADEを船上に設置する(S61)。次に通信アンテナを回転しながら(S62)、GPSアンテナがGPS衛星から受信した信号レベルと予め定めた閾値とを比較する(S63)。ここで、前記閾値以下の受信レベルであれば、GPSアンテナは構造物の影に入っていると判断し、その時の通信アンテナの回転角度を保存する(S64)。この処理によって、通信アンテナの方位方向への回転角度に関して、GPSアンテナがブロッキング状態になるかどうかの範囲データベース16が完成する。
【0024】
前記データベース16を用いて、GPSアンテナのブロッキング状態を回避する処理手順を図7のフローチャートで示す。
【0025】
ADEの電源を投入すると(S71)、まずADEは方位面であるところのAZ軸の原点検出処理を行う(S72)。移動体における原点検出とは、装置を移動方向に向けることであり、すなわちこの場合は、アンテナ面を船首方向に向けることである。原点検出方法としては、加速度の方向をジャイロセンサで取得するなど様々な方法が考えられるが、本発明においてはこれを限定しない。
【0026】
そして、通信アンテナが通信衛星と送受信が出来る方向を向いている時に、該通信アンテナに併設されたGPSアンテナが、図2に示したように構造物の影に入ってしまうことがある。GPS信号を受信する必要がある場合に(S73)、範囲データのデータベース16には前記のように、通信アンテナの向きによるGPSアンテナの上空への見晴らし状況が格納されているため、この範囲データと通信アンテナの方位角を比較する(S74)。
【0027】
なお、GPS信号を受信する必要がある場合とは、例えば移動体の緯度経度を知る必要がある場合や、正確な時刻を取得する必要がある場合など、様々な状況が考えられるが、本発明ではGPS信号の用途についてはこれを限定しない。
【0028】
通信アンテナが範囲データ外であれば、そのままGPSアンテナはGPS信号を受信し(S76)、通信アンテナが範囲データ内であれば、通信アンテナをAZ軸において例えば最大まで回転し(S75)、GPSアンテナの上空への見晴らしを良くする。
【0029】
なお、通信アンテナを何度傾ければGPSアンテナの上空への見晴らしが良くなるかに関して、通信アンテナの回転角を最小限に止める方法も考えられるが、本発明では通信アンテナの回転角についてはこれを限定しない。
【0030】
本発明は、前記のように、構造物によって電波が遮られることによるGPSアンテナとGPS衛星の通信の可否を事前にデータベース化しておくことにより、併設された通信アンテナを回転することによってGPSアンテナとGPS衛星の通信を常時可能にするものであり、通信の連続性を確保する手段として用いることができる。
【符号の説明】
【0031】
1…通信アンテナ、 2…回転雲台、 3…変復調部、
4…制御部、 5…2軸傾斜計、 6…ジャイロコンパス、
7…GPS受信機、 8…ペデスタル、 9…GPSアンテナ、
10…構造物、 11…自船、 12…通信衛星、
13…GPSアンテナが構造物の影になる様子の横から見た図、
14…GPSアンテナが構造物の影になる様子の上から見た図、
15…GPSアンテナを構造物の影にならないように移動させた様子の上から見た図、
16…ブロッキング範囲データベース、



【特許請求の範囲】
【請求項1】
船舶用衛星通信船上装置であって、通信用アンテナとGPSアンテナが回転装置に固定され、それぞれの位置関係が一定である設置をする場合において、
前記船舶用衛星通信船上装置を装備する際に、該船上の構造物の遮蔽によって、GPS衛星からの信号を前記GPSアンテナが受信できなくなる前記通信用アンテナの方位角をデータベース化して記憶装置に格納しておく手段と、
前記GPSアンテナが前記GPS衛星からの信号を受信する際に、前記通信用アンテナの方位角が前記データベースによって記載された範囲内であった場合には、前記通信用アンテナと前記GPSアンテナを水平面で回転させることによって、前記GPSアンテナから見た前記GPS衛星を見晴らし角内に存在させる手段と、
から成る事を特徴とする、船舶用衛星通信船上装置のGPS信号受信手段。
【請求項2】
請求項1に記載のデータベースを作成する場合に、
前記回転装置に固定された前記通信用アンテナと前記GPSアンテナを該回転装置の回転軸を中心に回転し、前記GPS衛星から前記GPSアンテナへの前記通信用アンテナの方位角に応じた受信信号強度を測定し、該受信信号強度が予め定めた閾値以下である場合に、前記通信用アンテナの方位角を記録する事を特徴とする、船舶用衛星通信船上装置のGPS信号受信手段。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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