特許 6037805 追尾装置、追尾方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6037805

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】追尾装置、追尾方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/42 20060101AFI20161128BHJP

   B64G 3/00 20060101ALI20161128BHJP

   H01Q 3/02 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   G01S3/42 A

   B64G3/00

   H01Q3/02

【請求項の数】11

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2012-264522(P2012-264522)

(22)【出願日】2012年12月3日

(65)【公開番号】特開2014-109517(P2014-109517A)

(43)【公開日】2014年6月12日

【審査請求日】2015年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100131152

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 耕司

(74)【代理人】

【識別番号】100147924

【弁理士】

【氏名又は名称】美恵 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100137383

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 直樹

(72)【発明者】

【氏名】堀本 正伸

【審査官】 三田村 陽平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０１９９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３３５４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０１４１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２８１７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２０６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１２９７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１６９２０１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ３／００− ３／７４

Ｇ０１Ｓ ７／００− ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００−１３／９５

Ｈ０１Ｑ ３／００− ３／４６

Ｈ０１Ｑ ２１／００−２５／０４

Ｂ６４Ｇ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

目標物から信号を受信するアンテナを制御する追尾装置であって、
各時刻における前記目標物の位置の予測値である軌道予測値を取得する取得部と、
前記アンテナで受信した前記信号から推定される、ある時刻における前記目標物の位置と、前記軌道予測値が示す該時刻における前記目標物の位置との軌道上での時間ずれを表すオフセット時間を算出するオフセット時間算出部と、
前記軌道予測値に含まれる誤差の程度を示す情報を取得し、該情報に基づき、大気抵抗の変化率によって決定される軌道長半径の変化量および前記オフセット時間に基づく第１の軌道補正モデル、軌道長半径の誤差および前記オフセット時間に基づく第２の軌道補正モデル、および前記オフセット時間に基づく第３の軌道補正モデルの内のいずれかを選択する選択部と、
前記選択部で前記第１の軌道補正モデルが選択された場合には、前記軌道予測値の軌道長半径の変化量および前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正し、前記選択部で前記第２の軌道補正モデルが選択された場合には、前記軌道長半径の誤差および前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正し、前記選択部で前記第３の軌道補正モデルが選択された場合には、前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の時刻を補正する補正部と、
前記補正部で補正された前記軌道予測値に基づき前記アンテナを駆動する駆動部と、
を備える追尾装置。

【請求項2】

前記補正部は、前記軌道予測値を構成するデータの内、補正対象の時刻の直前の時刻および直後の時刻の連続する２つの前記データに基づき、前記選択部で前記第１の軌道補正モデルが選択された場合には、前記補正対象の時刻における前記軌道長半径の変化量を算出して前記軌道長半径の変化量および前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正し、前記選択部で前記第２の軌道補正モデルが選択された場合には、前記補正対象の時刻における前記軌道長半径の誤差を算出して前記軌道長半径の誤差および前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正し、前記選択部で前記第３の軌道補正モデルが選択された場合には、前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の時刻を補正することを前記補正対象の時刻の変化に応じて前記２つのデータを変えて繰り返し行う請求項１に記載の追尾装置。

【請求項3】

前記オフセット時間算出部が観測時刻とある目標時刻との差を初期オフセット時間として算出し、前記選択部、および前記補正部が前記オフセット時間の代わりに前記初期オフセット時間を用いて処理を行うことを前記目標時刻が含まれる所定の時間内において繰り返した後に、
前記オフセット時間算出部は、前記所定の時間内における、前記信号の信号レベルに基づき、前記オフセット時間を算出し、
前記選択部、および前記補正部は該オフセット時間を用いて処理を行う、
請求項１または２に記載の追尾装置。

【請求項4】

前記オフセット時間算出部は、前記所定の時間内において、前記信号の信号レベルが第１の閾値を初めて上回った時刻から、前記信号の信号レベルが第２の閾値を初めて下回った時刻までの、前記信号の信号レベルに基づき、最小二乗法を用いて前記信号の信号レベルに対応する二次曲線を算出し、該二次曲線の最大値に対応する時刻に基づき前記オフセット時間を算出する請求項３に記載の追尾装置。

【請求項5】

前記信号の信号レベルに基づき、ある時刻における、前記アンテナが正対している位置に含まれる誤差を低減するために用いる追尾オフセット時間を算出して前記軌道予測値を補正する追尾部をさらに備え、
前記駆動部は、前記補正部または前記追尾部で補正された前記軌道予測値に基づき、該軌道予測値が示す、ある基準時刻における前記目標物の位置に前記アンテナが正対するように制御した後に、該軌道予測値が示す、前記基準時刻より第１の追尾時間だけ進んだ時刻における前記目標物の位置および前記基準時刻より第２の追尾時間だけ遅れた時刻における前記目標物の位置のそれぞれに、前記アンテナが正対するように制御し、
前記追尾部は、前記アンテナが前記基準時刻、前記基準時刻より前記第１の追尾時間だけ進んだ時刻、および前記基準時刻より前記第２の追尾時間だけ遅れた時刻のそれぞれにおける前記目標物の位置に正対している場合の前記信号の信号レベルに基づき、前記追尾オフセット時間を算出し、前記追尾オフセット時間に基づき該軌道予測値を補正し、
前記駆動部は前記制御処理を、前記追尾部は前記補正処理を時刻の変化に応じてそれぞれ繰り返す、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の追尾装置。

【請求項6】

前記駆動部は、前記補正部または前記追尾部で補正された前記軌道予測値に基づき、該軌道予測値が示す、ある基準時刻における前記目標物の位置に前記アンテナが正対するように制御した後に、前記アンテナが該目標物の位置に正対している場合の前記信号の信号レベルが閾値以下である場合にのみ、該軌道予測値が示す、前記基準時刻より前記第１の追尾時間だけ進んだ時刻における前記目標物の位置および前記基準時刻より前記第２の追尾時間だけ遅れた時刻における前記目標物の位置のそれぞれに、前記アンテナが正対するように制御し、
前記追尾部は、前記アンテナが前記基準時刻における前記目標物の位置に正対している場合の前記信号の信号レベルが閾値以下である場合にのみ、前記アンテナが前記基準時刻、前記基準時刻より前記第１の追尾時間だけ進んだ時刻、および前記基準時刻より前記第２の追尾時間だけ遅れた時刻のそれぞれにおける前記目標物の位置に正対している場合の前記信号の信号レベルに基づき、前記追尾オフセット時間を算出し、前記追尾オフセット時間に基づき該軌道予測値を補正する、
請求項５に記載の追尾装置。

【請求項7】

前記第１の追尾時間および前記第２の追尾時間の絶対値はそれぞれ、前記アンテナのビーム幅を１０以上かつ２０以下の実数値で除算し、前記アンテナの駆動座標系における前記目標物の進行方向の角速度で除算した値である請求項５または６に記載の追尾装置。

【請求項8】

前記駆動部は、仰角が所定の条件を満たす範囲で前記アンテナの制御を行い、一定の時間間隔で前記制御処理を繰り返し、
前記追尾部は前記一定の時間間隔で前記補正処理を繰り返す、
請求項５ないし７のいずれか１項に記載の追尾装置。

【請求項9】

前記アンテナが受信した信号に基づき前記目標物の位置を算出する信号追尾部と、
前記信号追尾部が算出した前記目標物の位置に基づき前記アンテナを制御する主駆動部と、
前記主駆動部による前記アンテナの制御と前記駆動部による前記アンテナの制御とを切り替える切替部とをさらに備え、
前記オフセット時間算出部は、前記アンテナの駆動座標系において前記アンテナを基準とした、ある時刻において前記主駆動部によって制御された前記アンテナが正対している位置の位置ベクトルおよび前記軌道予測値が示す該時刻における前記目標物の位置ベクトル、がなす角度に基づき前記オフセット時間を算出する、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の追尾装置。

【請求項10】

目標物から信号を受信するアンテナを制御する追尾方法であって、
各時刻における前記目標物の位置の予測値である軌道予測値を取得する取得ステップと、
前記アンテナで受信した前記信号から推定される、ある時刻における前記目標物の位置と、前記軌道予測値が示す該時刻における前記目標物の位置との軌道上での時間ずれを表すオフセット時間を算出するオフセット時間算出ステップと、
前記軌道予測値に含まれる誤差の程度を示す情報を取得し、該情報に基づき、大気抵抗の変化率によって決定される軌道長半径の変化量および前記オフセット時間に基づく第１の軌道補正モデル、軌道長半径の誤差および前記オフセット時間に基づく第２の軌道補正モデル、および前記オフセット時間に基づく第３の軌道補正モデルの内のいずれかを選択する選択ステップと、
前記選択ステップで前記第１の軌道補正モデルが選択された場合には、前記軌道予測値の軌道長半径の変化量および前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正し、前記選択ステップで前記第２の軌道補正モデルが選択された場合には、前記軌道長半径の誤差および前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正し、前記選択ステップで前記第３の軌道補正モデルが選択された場合には、前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の時刻を補正する補正ステップと、
前記補正ステップで補正された前記軌道予測値に基づき前記アンテナを駆動する駆動ステップと、
を備える追尾方法。

【請求項11】

目標物から信号を受信するアンテナを制御するコンピュータに、
各時刻における前記目標物の位置の予測値である軌道予測値を取得する取得ステップと、
前記アンテナで受信した前記信号から推定される、ある時刻における前記目標物の位置と、前記軌道予測値が示す該時刻における前記目標物の位置との軌道上での時間ずれを表すオフセット時間を算出するオフセット時間算出ステップと、
前記軌道予測値に含まれる誤差の程度を示す情報を取得し、該情報に基づき、大気抵抗の変化率によって決定される軌道長半径の変化量および前記オフセット時間に基づく第１の軌道補正モデル、軌道長半径の誤差および前記オフセット時間に基づく第２の軌道補正モデル、および前記オフセット時間に基づく第３の軌道補正モデルの内のいずれかを選択する選択ステップと、
前記選択ステップで前記第１の軌道補正モデルが選択された場合には、前記軌道予測値の軌道長半径の変化量および前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正し、前記選択ステップで前記第２の軌道補正モデルが選択された場合には、前記軌道長半径の誤差および前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正し、前記選択ステップで前記第３の軌道補正モデルが選択された場合には、前記オフセット時間に基づき前記軌道予測値の時刻を補正する補正ステップと、
前記補正ステップで補正された前記軌道予測値に基づき前記アンテナを駆動する駆動ステップと、
を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、目標物を追尾するために用いられる追尾装置、追尾方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

深宇宙用アンテナや電波望遠鏡は、計算した軌道に基づき衛星を追尾するプログラム追尾のみによって制御されているため、精度の高い軌道計算を行う必要がある。地球周回衛星用のアンテナは、衛星信号から算出した衛星の位置に基づき、衛星の初期捕捉および自動追尾を行うように制御されており、バックアップとしてプログラム追尾が採用されている。

【0003】

衛星にＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を搭載することにより軌道計算精度を向上させることができるが、大気抵抗が太陽活動によって変化しやすい高度で周回する衛星については、軌道計算精度が低下する。例えば高度５００ｋｍで周回する衛星において、軌道計算の誤差が衛星の進行方向に１秒ある場合には、天頂付近での角度誤差が０．８度程度に達してしまう。そのためビーム幅が０．２度程度のアンテナでは、プログラム追尾のみで衛星を捕捉し、衛星信号を受信することができない。太陽活動が活発な時期においては、２〜４秒の軌道計算の誤差が生じ得る。

【0004】

特許文献１に開示される衛星捕捉方法では、慣性座標系における地球の自転による地球局の移動を考慮して衛星の軌道計算に基づいて得られる予報値を補正し、補正した予報値を用いて衛星を捕捉する。そして衛星の捕捉後は衛星信号に基づき衛星の位置を算出してアンテナを制御する自動追尾を行う。また特許文献１に開示される衛星捕捉方法では、予報値の代わりに軌道要素を取得し、予報値を軌道要素の計算により求め、軌道要素のエポック時刻を予報値の補正のパラメータとして用いることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−１４１５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、地球局から見た衛星の進行方向の角速度が速い天頂付近や低軌道においては、特許文献１に開示される衛星捕捉方法では、実際の衛星の位置と予報値との差を表す時刻ずれの補正量の分解能が劣化するため、補正後の予報値の精度が劣化する。また特許文献１に開示される衛星捕捉方法は衛星信号に基づく自動追尾へ移行するために用いられるものであり、該衛星捕捉方法の精度は、自動追尾引き込み範囲に衛星が含まれる程度の精度である。

【0007】

特許文献１に開示される衛星捕捉方法では、軌道要素から方位角、仰角および距離を求める予報値計算を行うために、慣性座標系での地球回転による地上局の位置をグリニッジ視恒星時またはグリニッジ平均恒星時から算出する必要があり、計算に時間を要する。また軌道要素が１組しか取得できない場合には、地球の重力モデルを考慮した軌道伝播計算が必要となり、さらに計算に時間を要する。そのため、実時間での制御には適さない。

【0008】

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、目標物の追尾で用いられる、目標物の位置の予測値である軌道予測値の補正の精度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明の追尾装置は、目標物から信号を受信するアンテナを制御する追尾装置であって、取得部、オフセット時間算出部、選択部、補正部、および駆動部を備える。取得部は、各時刻における目標物の位置の予測値である軌道予測値を取得する。オフセット時間算出部は、アンテナで受信した信号から推定される、ある時刻における目標物の位置と、軌道予測値が示す該時刻における目標物の位置との軌道上での時間ずれを表すオフセット時間を算出する。選択部は、軌道予測値に含まれる誤差の程度を示す情報を取得し、該情報に基づき、大気抵抗の変化率によって決定される軌道長半径の変化量およびオフセット時間に基づく第１の軌道補正モデル、軌道長半径の誤差およびオフセット時間に基づく第２の軌道補正モデル、およびオフセット時間に基づく第３の軌道補正モデルの内のいずれかを選択する。補正部は、選択部で第１の軌道補正モデルが選択された場合には、軌道予測値の軌道長半径の変化量およびオフセット時間に基づき軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正し、選択部で第２の軌道補正モデルが選択された場合には、軌道長半径の誤差およびオフセット時間に基づき軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正し、選択部で第３の軌道補正モデルが選択された場合には、オフセット時間に基づき軌道予測値の時刻を補正する。駆動部は、補正部で補正された軌道予測値に基づきアンテナを駆動する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、目標物の追尾で用いられる、目標物の位置の予測値である軌道予測値の補正の精度を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態１に係る追尾装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】実施の形態１に係る追尾装置を含む衛星通信システムの構成例を示すブロック図である。

【図3】実施の形態１に係る追尾装置が行うオフセット時間の算出の例を示す図である。

【図4】実施の形態１に係る追尾装置が行う衛星追尾の動作の一例を示すフローチャートである。

【図5】実施の形態１に係る追尾装置を含む衛星通信システムの異なる構成例を示すブロック図である。

【図6】本発明の実施の形態２に係る追尾装置の構成例を示すブロック図である。

【図7】実施の形態２に係る追尾装置を含む衛星通信システムの構成例を示すブロック図である。

【図8】実施の形態２に係る追尾装置が行う追尾オフセット時間の算出の例を示す図である。

【図9】アンテナの駆動座標系における衛星の速度ベクトルを表す図である。

【図10】実施の形態２に係る追尾装置が行う追尾オフセット時間の算出の例を示すタイムチャートである。

【図11】実施の形態２に係る追尾装置が行う衛星追尾の動作の一例を示すフローチャートである。

【図12】本発明の実施の形態３に係る追尾装置の構成例を示すブロック図である。

【図13】実施の形態３に係る追尾装置を含む衛星通信システムの構成例を示すブロック図である。

【図14】実施の形態３に係る追尾装置が行う衛星追尾の動作の一例を示すフローチャートである。

【図15】検出した衛星信号の信号レベルの変化の一例を示す図である。

【図16】オフセット時間および軌道長半径の変化量の時間変化の一例を示す図である。

【図17】アンテナビームの方向の誤差の一例を示す図である。

【図18】オフセット時間と追尾オフセット時間との合計値および軌道長半径の変化量の時間変化の一例を示す図である。

【図19】本発明の実施の形態に係る追尾装置の物理的な構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

【0013】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係る追尾装置の構成例を示すブロック図である。追尾装置１は、オフセット時間算出部１１、取得部１２、選択部１３、補正部１４および駆動部１５を備える。追尾装置１は、目標物から信号を受信するアンテナを駆動し、アンテナが目標物に正対するように制御する。ここで一例として、目標物を、地球を周回している衛星とする。図２は、実施の形態１に係る追尾装置を含む衛星通信システムの構成例を示すブロック図である。衛星通信システム２は、追尾装置１、アンテナ３、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier：低雑音増幅器）４、Ｄ−Ｃ（Down-Converter）５、および受信機６を備える。

【0014】

アンテナ３は、衛星からの信号を受信し、受信した衛星信号をＬＮＡ４に送る。ＬＮＡ４は、衛星信号の低雑音増幅を行い、Ｄ−Ｃ５に送る。Ｄ−Ｃ５は、低雑音増幅された衛星信号をＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）からＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）に変換し、受信機６に送る。受信機６はＩＦに周波数変換された衛星信号を復調し、ベースバンド信号を生成して受信機６に接続された外部機器に出力する。また受信機６は、ＩＦに周波数変換された衛星信号の信号レベルを検出し、追尾装置１が備えるオフセット時間算出部１１に送る。

【0015】

取得部１２は、各時刻における衛星の位置の予測値である軌道予測値を、追尾装置１の外部機器から取得する。軌道予測値は、時刻、および地球の自転により慣性座標系において移動する、アンテナ３を原点とした駆動座標系における方位角、仰角、および距離から成る。距離とは、アンテナ３から衛星までの距離である。慣性座標系として、例えば地球の重心を原点とする三次元の座標を用いる。地球は慣性座標系において回転する。厳密には、上記慣性座標は地球の公転軌道に沿って移動するが、地球近傍に位置する衛星が地球を周回する一周期の間は慣性座標とみなすことができる。取得部１２は、取得した軌道予測値をオフセット時間算出部１１、補正部１４および駆動部１５に送る。

【0016】

オフセット時間算出部１１は、衛星信号から推定される、ある時刻における衛星の位置と、軌道予測値が示す該時刻における衛星の位置との軌道上での時間ずれを表すオフセット時間を算出し、算出したオフセット時間を補正部１４に送る。

【0017】

選択部１３は、軌道予測値に含まれる誤差の程度を示す情報を取得し、該情報に基づき、軌道予測値に含まれる誤差の補正に用いる複数の軌道補正モデルの内のいずれかを選択する。軌道予測値に含まれる誤差の程度を示す情報とは、例えば衛星の軌道に影響を与える太陽活動についての情報やオフセット時間算出部１１が算出したオフセット時間である。選択部１３がオフセット時間に基づき軌道補正モデルを選択する場合には、オフセット時間算出部１１はオフセット時間を選択部１３に送るように構成する。またユーザが軌道補正モデルを選択できるように構成してもよいし、ユーザから誤差の程度を示す情報の入力を受け付け、該入力に基づき選択部１３が軌道補正モデルを選択するよう構成してもよい。

【0018】

選択部１３は、例えば、大気抵抗の変化率に基づく軌道長半径の変化量およびオフセット時間に基づく第１の軌道補正モデル、軌道長半径の誤差およびオフセット時間に基づく第２の軌道補正モデル、およびオフセット時間に基づく第３の軌道補正モデルの内のいずれかを選択する。第１の軌道補正モデルは、３つの軌道補正モデルの中で、軌道予測値に含まれる誤差の程度が最も大きいモデルであり、第３の軌道補正モデルは、軌道予測値に含まれる誤差の程度が最も小さいモデルである。

【0019】

補正部１４は、選択部１３で選択された軌道補正モデルにオフセット時間算出部１１で算出されたオフセット時間を適用し、軌道予測値を補正する。補正部１４は、補正した軌道予測値を駆動部１５に送る。補正部１４は、選択部１３で第１の軌道補正モデルが選択された場合には、軌道長半径の変化量およびオフセット時間に基づき軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正する。選択部１３で第２の軌道補正モデルが選択された場合には、軌道長半径の誤差およびオフセット時間に基づき軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正する。選択部１３で第３の軌道補正モデルが選択された場合には、オフセット時間に基づき軌道予測値の時刻を補正する。

【0020】

駆動部１５は、取得部１２から送られた軌道予測値および補正部１４で補正された軌道予測値に基づきアンテナ３を駆動する。なお追尾装置１の各部は必ずしも１つの筐体に格納される必要はない。

【0021】

追尾装置１の各部の動作について説明する。追尾装置１は、衛星の捕捉を行うために、オフセット時間を算出する。駆動部１５は、ある時刻における軌道予測値が示す衛星の位置に基づき、該時刻を含む所定の時間、アンテナ３が該衛星の位置に正対するように制御する。オフセット時間算出部１１は、上記所定の時間内にアンテナ３が受信した衛星信号の信号レベルに基づき、オフセット時間を算出する。所定の時間は任意であり、オフセット時間が取り得る範囲を含むように設定すればよい。

【0022】

図３は、実施の形態１に係る追尾装置が行うオフセット時間の算出の例を示す図である。上段は、実際の衛星の軌道および軌道予測値の関係を示したものである。横軸は時間であり、縦軸は仰角である。理解を容易にするため、仰角についてのみ記載し、方位角についての記載は省略した。オフセット時間算出部１１は、衛星信号から推定される時刻Ｔ４における衛星の位置と、軌道予測値が示す時刻Ｔ４における衛星の位置との軌道上での時間ずれを表すオフセット時間を算出するものとする。実際の衛星の軌道が太い実線で示したグラフであり、軌道予測値が細い実線で示したグラフである。アンテナ３は上記所定の時間、軌道予測値が示す衛星の位置に正対し、衛星信号を受信する。アンテナ３の仰角は、点線で表したグラフである。駆動部１５は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ５までの所定の時間、時刻Ｔ４における軌道予測値が示す衛星の位置にアンテナ３が正対するように制御する。

【0023】

なお実際には、所定の時間、軌道予測値が示す衛星の位置にアンテナ３を正対させるために、地球上にあるアンテナ３の仰角および方位角を、地球回転を考慮して調整する。しかし理解を容易にするため、図３中ではアンテナ３の仰角を一定値とした。

【0024】

オフセット時間ΔＴｘを算出する際に、アンテナ３を上記所定の時間、軌道予測値が示す目標時刻における衛星の位置に正対させるための駆動処理の一例について説明する。時刻Ｔ４を目標時刻とする。観測時刻ｔと目標時刻Ｔ４との差を初期オフセット時間として算出する。初期オフセット時間ΔＴ＝ｔ−Ｔ４である。例えば観測時刻Ｔ０において、初期オフセット時間ΔＴ＝Ｔ０−Ｔ４である。オフセット時間算出部１１は初期オフセット時間ΔＴを補正部１４に送る。補正部１４は、選択部１３で選択された軌道補正モデルにオフセット時間算出部１１で算出された初期オフセット時間ΔＴを適用し、軌道予測値の時刻をｔ＋ΔＴで補正し、所定の軌道補正モデルが選択された場合には、軌道長半径の補正も行う。補正部１４は、補正した軌道予測値を駆動部１５に送る。なお軌道予測値を補正する補正部１４の動作の詳細については後述する。

【0025】

駆動部１５は、時刻ｔ＋ΔＴで補正された軌道予測値に基づき、アンテナ３を駆動する。上述の処理を繰り返し行い、時々刻々変化する初期オフセット時間ΔＴに基づき補正された軌道予測値を用いることで、目標時刻を含む所定の時間、目標時刻Ｔ４における軌道予測値が示す衛星の位置にアンテナ３が正対するように制御することができる。その後、オフセット時間算出部１１は、目標時間を含む所定の時間における衛星信号の信号レベルに基づき、衛星信号から推定される時刻Ｔ４における衛星の位置と、軌道予測値が示す時刻Ｔ４における衛星の位置との軌道上での時間ずれを表すオフセット時間を算出する。

【0026】

図３の下段は、衛星信号の信号レベルを示す。横軸は時間であり、縦軸は信号レベルである。時刻Ｔ４を０とし、時刻Ｔ４との差分を横軸に表した。オフセット時間算出部１１は、例えば、上記所定の時間内において、衛星信号の信号レベルが第１の閾値を初めて上回った時刻Ｔ１から、衛星信号の信号レベルが第２の閾値を初めて下回った時刻Ｔ３までの、衛星信号の信号レベルに基づき、最小二乗法を用いて最も当てはまりのよい二次曲線を算出し、該二次曲線が最大値をとる時刻Ｔ２と時刻Ｔ４の差分であるΔＴｘをオフセット時間として算出する。

【0027】

ｘを時刻Ｔ４との差分とし、ｙを信号レベルとした場合、二次曲線は、下記（１）式で表される。ｘの値は時刻Ｔ４より早い時刻である場合にはマイナスであり、時刻Ｔ４より遅い時刻である場合にはプラスである。下記（１）式の係数を用いると、二次曲線の最大値に対応する時刻Ｔ２と時刻Ｔ４との差分であるオフセット時間ΔＴｘは、下記（２）式で表される。図３に示すように、軌道予測値が示す時刻よりも早く、アンテナ３が正対している位置を衛星が通過した場合には、オフセット時間ΔＴｘはマイナスとなり、該時刻よりも遅く、該位置を衛星が通過した場合には、オフセット時間ΔＴｘはプラスとなる。

【0028】

【数1】

【0029】

【数2】

【0030】

次に、追尾装置１は選択部１３で選択された軌道補正モデルおよびオフセット時間算出部１１で算出されたオフセット時間に基づき軌道予測値を補正する。補正部１４は、軌道予測値を構成するデータの内、補正対象の時刻の直前の時刻および直後の時刻の連続する２つのデータに基づき、軌道６要素を算出する。補正対象の時刻をｔとし、時刻ｔの直前および直後の連続する２つのデータの時刻をそれぞれｔ１、ｔ２とし、ｔ１＜ｔ＜ｔ２とする。時刻ｔ１の軌道予測値は、方位角ＡＺ１、仰角ＥＬ１、および距離Ｒ１から成り、時刻ｔ２の軌道予測値は、方位角ＡＺ２、仰角ＥＬ２、および距離Ｒ２から成る。

【0031】

補正部１４は、上記２つのデータに基づき、上記２つのデータにより特定される２点を通過する楕円軌道の時刻ｔ１における軌道６要素（ｘ１、ｙ１、ｚ１、Ｖｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１）を計算する。ｘ１、ｙ１、ｚ１は慣性座標系における衛星の位置の各成分を示し、Ｖｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１は、時刻ｔ１における衛星の速度の各成分を示す。上記計算は、参考文献：Pedro Ramon Escobal著、「METHOD OF ORBIT DETERMINATION」、１９７６年発行、に記載の方法に基づく。

【0032】

軌道６要素の座標変換を行い、時刻ｔ１におけるケプラー軌道要素（ａ、ｅ、ｉ、Ω、ω、Ｍ）を算出する。ａは軌道長半径、ｅは軌道離心率、ｉは軌道傾斜角、Ωは昇交点赤経、ωは近地点引数、Ｍは平均近点角を表す。平均角速度である平均運動ｎは、万有引力定数と地球の質量を乗算した値をμとおくと、ケプラーの第３法則により、下記（３）式で表される。

【0033】

【数3】

【0034】

また時刻ｔ１における衛星速度Ｖは、各成分を合成して、下記（４）式で表される。

【0035】

【数4】

【0036】

第１の軌道補正モデルを用いた軌道予測値の補正について説明する。上記（３）式の平均運動ｎを微分すると、下記（５）式が導き出される。

【0037】

【数5】

【0038】

軌道予測値の計算を開始したエポック時刻ｔ０からの経過時間を時間ｔとする。時間ｔとともに一様に回転する角度パラメータである平均近点角Ｍは、平均運動ｎ、時間ｔおよび平均近点角の初期値Ｍ_０を用いて、下記（６）式で表される。下記（６）式を微分して、下記（７）式が得られる。

【0039】

【数6】

【0040】

【数7】

【0041】

衛星の進行方向の誤差をΔＬとすると、上記ΔｎおよびΔＭに基づき、ΔＬは下記（８）式で表される。ただし衛星の進行方向の誤差ΔＬは、衛星がある地点を軌道予測値が示す時刻より早い時刻に通過する場合にプラスになり、該時刻より遅い時刻に通過する場合にマイナスになる。

【0042】

【数8】

【0043】

大気抵抗による軌道長半径の変化率をΔａ_ＤＲとし、時刻ｔ０から補正対象の時刻までの経過時間をｔｅとすると、大気抵抗による軌道長半径の変化量による衛星の進行方向の誤差ΔＬ_１は、下記（９）式で表される。また衛星の進行方向の誤差ΔＬ_１は、上記の衛星速度Ｖおよびオフセット時間ΔＴｘを用いて、下記（１０）式のように表される。

【0044】

【数9】

【0045】

【数10】

【0046】

上記（９）式および（１０）式より、下記（１１）式が導き出される。軌道長半径の変化量Δａ_ＤＲＴは、下記（１２）式で表され、補正後の軌道長半径ａ_１は、下記（１３）式で表される。

【0047】

【数11】

【0048】

【数12】

【0049】

【数13】

【0050】

選択部１３で第１の軌道補正モデルが選択された場合には、補正部１４は軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正する。補正部１４は、軌道予測値の時刻ｔ１をｔ１＋ΔＴｘで置き換え、軌道長半径ａをａ＋Δａ_ＤＲＴで置き換える。

【0051】

第２の軌道補正モデルを用いた軌道予測値の補正について説明する。軌道長半径の誤差をΔａ_Ｄとすると、第１の軌道補正モデルと同様に、上記（８）式より軌道長半径の誤差による衛星の進行方向の誤差ΔＬ_２は、下記（１４）式で表される。また衛星の進行方向の誤差ΔＬ_２は、上記の衛星速度Ｖおよびオフセット時間ΔＴｘを用いて、下記（１５）式のように表される。

【0052】

【数14】

【0053】

【数15】

【0054】

上記（１４）式および（１５）式より、下記（１６）式が導き出される。補正後の軌道長半径ａ_２は、下記（１７）式で表される。

【0055】

【数16】

【0056】

【数17】

【0057】

選択部１３で第２の軌道補正モデルが選択された場合には、補正部１４は軌道予測値の軌道長半径および時刻を補正する。補正部１４は、軌道予測値の時刻ｔ１をｔ１＋ΔＴｘで置き換え、軌道長半径ａをａ＋Δａ_Ｄで置き換える。

【0058】

第３の軌道補正モデルを用いた軌道予測値の補正について説明する。衛星の進行方向の誤差ΔＬ_３は、上記の衛星速度Ｖおよびオフセット時間ΔＴｘを用いて、下記（１８）式のように表される。

【0059】

【数18】

【0060】

選択部１３で第３の軌道補正モデルが選択された場合には、補正部１４は軌道予測値の時刻を補正する。補正部１４は、軌道予測値の時刻ｔ１をｔ１＋ΔＴｘで置き換える。

【0061】

補正部１４は、選択部１３で選択された軌道補正モデルに基づき、上述の通り補正した軌道予測値を用いて楕円軌道伝播計算を行う。補正部１４は、ケプラーの方程式を時刻ｔ１＋ΔＴｘにおいて計算し、方位角、仰角、および距離を算出する。補正部１４は、補正した時刻、および算出した方位角、仰角、および距離を駆動部１５に送る。オフセット時間ΔＴｘを算出する際のアンテナ３の駆動のための軌道予測値の補正においては、上記処理におけるオフセット時間ΔＴｘを初期オフセット時間ΔＴに置き換えて、補正部１４は軌道予測値の補正を行う。

【0062】

補正部１４は、後続の補正対象の時刻について上述の処理を繰り返し、時刻、方位角、仰角、および距離を駆動部１５に順次送る。軌道予測値のデータの時間間隔を例えば１秒とし、組み込み計算機により実時間で上述の計算および軌道予測値の補正の処理を繰り返し行う。補正対象の時刻の直前の時刻および直後の時刻の連続する２つのデータを用いるので、伝播計算における誤差を低減することが可能となる。また補正部１４は、上述の処理を繰り返し行っている際に、補正に用いている軌道補正モデルと異なる軌道補正モデルが選択部１３で選択された場合には、後続の補正対象の時刻については新たな軌道補正モデルに基づく補正を行ってもよい。

【0063】

駆動部１５は、補正部１４が補正した軌道予測値に基づきアンテナ３を駆動する。駆動部１５は、補正部１４から送られた、時刻、方位角、仰角、および距離に基づきアンテナ３を駆動する。

【0064】

図４は、実施の形態１に係る追尾装置が行う衛星追尾の動作の一例を示すフローチャートである。追尾装置１は、衛星を追尾するために、軌道予測値補正および駆動の動作を行う。取得部１２は、各時刻における衛星の位置の予測値である軌道予測値を追尾装置１の外部機器から取得する（ステップＳ１１０）。選択部１３は、軌道予測値に含まれる誤差の程度を示す情報を取得し、該情報に基づき、軌道予測値に含まれる誤差の補正に用いる複数の軌道補正モデルの内のいずれかを選択する（ステップＳ１２０）。

【0065】

オフセット時間算出部１１は、衛星信号から推定される、ある時刻における衛星の位置と、軌道予測値が示す該時刻における衛星の位置との軌道上での時間ずれを表すオフセット時間を算出する（ステップＳ１３０）。補正部１４は、選択部１３で選択された軌道補正モデルにオフセット時間算出部１１で算出されたオフセット時間を適用し、軌道予測値を補正することを各補正対象の時刻について行い、駆動部１５に補正した時刻、および方位角、仰角、および距離を順次送る（ステップＳ１４０）。ステップＳ１４０の補正処理が完了すると、処理を終了する。

【0066】

駆動部１５は、補正部１４から送られた時刻、方位角、仰角、および距離に基づきアンテナを駆動する（ステップＳ２１０）。駆動部１５は、所定のタイミングでステップＳ２１０の処理を繰り返す。

【0067】

図５は、実施の形態１に係る追尾装置を含む衛星通信システムの異なる構成例を示すブロック図である。図２に示す衛星通信システム２の構成に加え、図５に示す衛星通信システム２はレベル検出器７を備える。Ｄ−Ｃ５は、レベル検出器７にもＩＦに周波数変換した衛星信号を送る。図２に示す衛星通信システム２とは異なり、レベル検出器７が、ＩＦに周波数変換された衛星信号の信号レベルを検出し、追尾装置１が備えるオフセット時間算出部１１に衛星信号の信号レベルを送る。受信機６での衛星信号の捕捉に時間を要する場合に、信号レベルの検出のみを行うレベル検出器７を設けることで、処理速度を速めることが可能となる。

【0068】

以上説明したとおり、本実施の形態１に係る追尾装置１によれば、複数の軌道補正モデルのいずれかにオフセット時間を適用して軌道予測値を補正することで、目標物の追尾で用いられる、目標物の位置の予測値である軌道予測値の補正の精度を向上させることが可能になる。

【0069】

また従来のように、アンテナ３が例えば２つの給電部を備え、各給電部で受信した衛星信号の和である和信号、および各給電部で受信した衛星信号の差である差信号の振幅比および位相差に基づき算出した駆動座標系におけるアンテナ３のずれに基づき制御する自動追尾を行う場合には、和信号および差信号のそれぞれに対してＬＮＡ４およびＤ−Ｃ５を備える必要がある。本実施の形態１に係る追尾装置１は、自動追尾を行う装置に比べて、構成が簡易であり、装置の製造コストを低減することが可能になる。またアンテナ３の給電部の構成を簡易化することも可能になる。

【0070】

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る追尾装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る追尾装置１は、実施の形態１に係る追尾装置１の構成に加え、追尾部１６を備える。図７は、実施の形態２に係る追尾装置を含む衛星通信システムの構成例を示すブロック図である。追尾部１６は、取得部１２から軌道予測値を受け取り、補正部１４から補正された軌道予測値を受け取り、受信機６から衛星信号の信号レベルを受け取る。追尾部１６は、衛星信号の信号レベルに基づき、ある時刻においてアンテナ３が正対している位置に含まれる誤差を低減するために用いる追尾オフセット時間を算出して軌道予測値を補正する。

【0071】

実施の形態１と異なる追尾装置１の各部の動作について説明する。駆動部１５は、実施の形態１で説明したように、補正部１４が補正した軌道予測値に基づきアンテナ３を駆動する。駆動部１５は、例えば、補正部１４から送られたある時刻（以下、基準時刻という）、および基準時刻における方位角、仰角、および距離が示す衛星の位置に基づき、基準時刻における衛星の位置にアンテナ３が正対するように制御する。その後、駆動部１５は、基準時刻より第１の追尾時間だけ進んだ時刻における衛星の位置および基準時刻より第２の追尾時間だけ遅れた時刻における衛星の位置のそれぞれに、アンテナ３が正対するように制御する。第１の追尾時間と第２の追尾時間は同じ時間であっても、異なる時間であってもよい。

【0072】

追尾部１６は、アンテナ３が基準時刻、基準時刻より第１の追尾時間だけ進んだ時刻、および基準時刻より第２の追尾時間だけ遅れた時刻における衛星の位置に正対している場合の衛星信号の信号レベルに基づき、追尾オフセット時間を算出する。そして、追尾オフセット時間に基づき軌道予測値を補正し、補正した軌道予測値を駆動部１５に送る。

【0073】

図８は、実施の形態２に係る追尾装置が行う追尾オフセット時間の算出の例を示す図である。基準時刻における衛星の位置に正対している場合の衛星信号の信号レベルをｐ２、基準時刻より第１の追尾時間だけ進んだ時刻における衛星の位置に正対している場合の衛星信号の信号レベルをｐ１、基準時刻より第２の追尾時間だけ遅れた時刻における衛星の位置に正対している場合の衛星信号の信号レベルをｐ３とする。アンテナ３の駆動座標系の原点を基準とした、基準時刻における衛星の位置ベクトルおよび基準時刻より第１の追尾時間だけ進んだ時刻における衛星の位置ベクトル、がなす角度をΔθ１とした。アンテナ３の駆動座標系の原点を基準とした、基準時刻における衛星の位置ベクトルおよび基準時刻より第２の追尾時間だけ遅れた時刻における衛星の位置ベクトル、がなす角度をΔθ２とした。衛星の進行方向を、角度の正の方向とする。

【0074】

アンテナの放射パターンを図８において一点鎖線で示すようにガウス分布近似として、衛星信号の信号レベルｐ１、ｐ２、ｐ３に基づき、基準時刻における衛星の位置と衛星信号の信号レベルのピークとなる位置との角度差Δδを算出する。ガウス分布の式は、下記（１９）式で表される。下記（１９）式中のσ^２は、分散を表す。下記（１９）式を対数で線形化し、（α、ｐ）にそれぞれ（Δθ１、ｐ１）、（０、ｐ２）、（Δθ２、ｐ３）を代入して三元連立一次方程式を解き、下記（２０）式に基づきΔδを算出する。

【0075】

【数19】

【0076】

【数20】

【0077】

下記（２１）式で表されるように、角度差Δδを衛星の進行方向の角速度Ｖｔｒで除算し、追尾オフセット時間ΔΔＴｘを算出する。

【0078】

【数21】

【0079】

図９は、アンテナの駆動座標系における衛星の速度ベクトルを表す図である。図９における黒丸が地球上に位置するアンテナ３を含む衛星通信システム２であり、白丸が衛星である。アンテナ３の駆動座標系の原点を基準とした衛星の位置ベクトルｒｒｒと、アンテナ３の駆動座標系における速度ベクトルｖｖｖの内積を計算し、角度βを算出する。追尾部１６は、補正部１４が補正した軌道予測値を用いて楕円軌道伝播計算を行い、速度ベクトルｖｖｖを算出したい時刻における速度成分を計算し、計算結果から地球の回転速度を減算して、速度ベクトルｖｖｖを算出する。追尾部１６は、ベクトルｒｒｒと直交する、ベクトルｖｖｖの成分である｜ｖｖｖ｜ｃｏｓ（９０°−β）をベクトルｒｒｒで割り算することで、アンテナ３の軌道座標系における衛星の進行方向の角速度Ｖｔｒを算出する。

【0080】

補正部１４による軌道予測値の補正と、追尾部１６による追尾オフセット時間に基づく軌道予測値の補正により、軌道予測値の補正の精度を向上させることで、衛星追尾の精度を向上させることが可能となる。

【0081】

駆動部１５は、追尾部１６で検出した信号レベルｐ２が閾値より低い場合にのみ、基準時刻より第１の追尾時間だけ進んだ時刻における衛星の位置および基準時刻より第２の追尾時間だけ遅れた時刻における衛星の位置のそれぞれに、アンテナが正対するように制御するよう構成してもよい。信号レベルｐ２が閾値より低い場合のみアンテナ３を駆動することで、アンテナ３の駆動の頻度を低減し、保守性を向上することが可能となる。

【0082】

図１０は、実施の形態２に係る追尾装置が行う追尾オフセット時間の算出の例を示すタイムチャートである。追尾オフセット時間の算出の前に、第１の追尾時間および第２の追尾時間の絶対値のそれぞれを、例えばアンテナ３のビーム幅を１０以上かつ２０以下の実数値で除算し、アンテナ３の駆動座標系における衛星の進行方向の角速度で除算した値とする。該衛星の進行方向の角速度は、追尾オフセット時間の算出の開始前の直前の時刻であって、組み込み計算機の計算能力によって決定される計算周期にあわせた時刻において算出する。

【0083】

追尾オフセット時間の算出について説明する。追尾部１６は時刻τ０において追尾オフセット時間の算出を開始する。オフセット時間算出部１１が算出したオフセット時間をΔＴｘとする。駆動部１５は、補正部１４から送られたある基準時刻、方位角、仰角、および距離が示す衛星の位置に基づき、基準時刻において該衛星の位置にアンテナ３が正対するように制御する。補正前の軌道予測値の時刻をｔとすると、補正部１４から送られた時刻はｔ＋ΔＴｘである。時刻τ１はｔ＋ΔＴｘに一致する。駆動部１５は、時刻τ０から時刻τ２までの時間ｓ１＋ｓ２の間、アンテナ３が補正後の軌道予測値の時刻ｔ＋ΔＴｘにおける衛星の位置に正対するように制御する。

【0084】

追尾部１６は、時刻τ１から時刻τ２までの時間ｓ２の間、衛星信号の信号レベルを積分する。積分結果をＰ２＿１とする。積分刻み時間をＴとし、例えば２０ミリ秒以下の値とする。また信号レベルがデシベル単位であれば、対数を真数に変換して積分を行う。これらは以下の積分処理においても同様である。また追尾部１６は、時刻τ０から時刻τ２までの間、アンテナ３の駆動座標系における衛星の進行方向の角速度を積分する。積分結果をＶｔｒ１とする。

【0085】

追尾部１６は、補正後の軌道予測値を用いて、楕円軌道伝播計算を行い、時刻ｔ＋ΔＴｘから第１の追尾時間だけ進んだ時刻における衛星の位置を算出し、時刻、方位角、仰角、および距離を駆動部１５に送る。駆動部１５は、時刻τ２から時刻τ３までの時間ｓ１の間に、アンテナ３が該方位角、該仰角および該距離によって決定される衛星の位置に正対するように制御する。

【0086】

追尾部１６は、時刻τ３から時刻τ４までの時間ｓ２の間、衛星信号の信号レベルを積分する。積分結果をＰ１とする。また追尾部１６は、時刻τ２から時刻τ４までの時間ｓ１＋ｓ２の間、アンテナ３の駆動座標系における衛星の進行方向の角速度に、第１の追尾時間を乗算した値を積分してオフセット角度ｏｆｆａｎｇ１を算出する。

【0087】

追尾部１６は、補正後の軌道予測値を用いて、楕円軌道伝播計算を行い、時刻ｔ＋ΔＴｘから第２の追尾時間だけ遅れた時刻における衛星の位置を算出し、時刻、方位角、仰角、および距離を駆動部１５に送る。駆動部１５は、時刻τ４から時刻τ５までの時間ｓ１の間に、アンテナ３が該方位角、該仰角および該距離によって決定される衛星の位置に正対するように制御する。

【0088】

追尾部１６は、時刻τ５から時刻τ６までの時間ｓ２の間、衛星信号の信号レベルを積分する。積分結果をＰ３とする。また追尾部１６は、時刻τ４から時刻τ６までの時間ｓ１＋ｓ２の間、アンテナ３の駆動座標系における衛星の進行方向の角速度に、第２の追尾時間を乗算した値を積分してオフセット角度ｏｆｆａｎｇ２を算出する。

【0089】

駆動部１５は、時刻τ６から時刻τ７までの時間ｓ１の間に、アンテナ３が補正後の軌道予測値の時刻ｔ＋ΔＴｘにおける衛星の位置に正対するように制御する。追尾部１６は、時刻τ７から時刻τ８までの時間ｓ２の間、衛星信号の信号レベルを積分する。積分結果をＰ２＿２とする。また追尾部１６は、時刻τ６から時刻τ８までの時間ｓ１＋ｓ２の間、アンテナ３の駆動座標系における衛星の進行方向の角速度を積分する。積分結果をＶｔｒ２とする。

【0090】

上記の処理中における衛星の移動による変化量を直線近似して補正する。補正量Δｌｖは、下記（２２）式で表される。補正量Δｌｖを用いると、信号レベルｐ１、ｐ２、ｐ３は下記（２３）式で表されるように算出される。

【0091】

【数22】

【0092】

【数23】

【0093】

上記（２０）式で用いるΔθ１およびΔθ２は、下記（２４）式で表される。

【0094】

【数24】

【0095】

上記処理中における衛星の進行方向の角速度の平均ａｖｇ＿Ｖｔｒは、下記（２５）式で表される。

【0096】

【数25】

【0097】

上記（２０）式に、上記（２３）式および上記（２４）式を適用して、Δδを算出する。上記（２１）式のＶｔｒとして、上記（２５）式のａｖｇ＿Ｖｔｒを適用し、追尾オフセット時間ΔΔＴｘを算出する。補正後の軌道予測値が示す時刻よりも早く、アンテナ３が正対している位置を衛星が通過した場合には、追尾オフセット時間ΔΔＴｘはマイナスとなり、該時刻よりも遅く、該位置を衛星が通過した場合には、追尾オフセット時間ΔΔＴｘはプラスとなる。

【0098】

追尾部１６は、軌道予測値の時刻をｔ＋ΔＴｘ＋ΔΔＴｘで補正し、補正後の軌道予測値を用いて、楕円軌道伝播計算を行い、方位角、仰角、および距離を算出する。追尾部１６は、補正した時刻、および算出した方位角、仰角、および距離を駆動部１５に送る。駆動部１５は、該時刻、該方位角、該仰角、および該距離に基づきアンテナ３を駆動する。駆動部１５および追尾部１６が上述の処理を繰り返すことで、実施の形態１で説明した衛星の捕捉後に、本実施の形態２で説明したように、軌道予測値を補正し、衛星を追尾する精度を向上させることが可能となる。

【0099】

駆動部１５は、仰角が所定の条件を満たす範囲でアンテナ３の制御を行い、駆動部１５および追尾部１６はそれぞれ一定の時間間隔で上記の処理を行うよう構成してもよい。駆動部１５は、例えば仰角が予め定められた範囲内の値となるようにアンテナ３の制御を行う。また上記時間間隔を十分に短くし、実質的に連続して上記処理を行ってもよい。また上記時間間隔を、追尾装置１の外部から設定できるように構成してもよい。

【0100】

図１１は、実施の形態２に係る追尾装置が行う衛星追尾の動作の一例を示すフローチャートである。追尾装置１は、衛星を追尾するために、軌道予測値補正および駆動の動作を行う。軌道予測値補正の動作は、実施の形態１に係る追尾装置と同様である。追尾部１６は、アンテナ３が該時刻、該時刻より第１の追尾時間だけ進んだ時刻、および該時刻より第２の追尾時間だけ遅れた時刻における衛星の位置に正対している場合の衛星信号の信号レベルに基づき、追尾オフセット時間を算出し、追尾オフセット時間に基づき軌道予測値を補正する（ステップＳ２０１）。駆動部１５は、追尾部１６が補正した軌道予測値に基づきアンテナ３を駆動する（ステップＳ２１０）。駆動部１５および追尾部１６は、所定のタイミングでステップＳ２０１、Ｓ２１０の処理を繰り返す。

【0101】

以上説明したとおり、本実施の形態２に係る追尾装置１によれば、追尾オフセット時間を算出して軌道予測値を補正することで、目標物の追尾で用いられる、目標物の位置の予測値である軌道予測値の補正の精度を向上させることが可能になる。

【0102】

（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３に係る追尾装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態３に係る追尾装置１は、衛星信号に基づきアンテナ制御を行う自動追尾のバックアップとしての役割を果たす。図１３は、実施の形態３に係る追尾装置を含む衛星通信システムの構成例を示すブロック図である。アンテナ３は、例えば２つの給電部を備える。分離部８は、各給電部で受信した衛星信号の和である和信号Ｓ、および各給電部で受信した衛星信号の差である差信号Ｄを生成し、和信号ＳをＬＮＡ４１に、差信号ＤをＬＮＡ４２に送る。

【0103】

ＬＮＡ４１、４２は、和信号Ｓおよび差信号Ｄをそれぞれ低雑音増幅し、Ｄ−Ｃ５１、５２に送る。Ｄ−Ｃ５１は、周波数変換した和信号Ｓを受信機６および追尾受信機９に送る。Ｄ−Ｃ５２は、周波数変換した差信号Ｄを追尾受信機９に送る。追尾受信機９は、和信号Ｓと差信号Ｄの振幅比および位相差に基づき、アンテナ３の駆動座標系におけるアンテナ３のずれの大きさおよび方向を算出し、駆動部１５に送る。追尾受信機９は、信号追尾部としての動作を行う。駆動部１５は、追尾受信機９が算出したずれの大きさおよび方向に基づき、アンテナ３を制御し、主駆動部としての動作を行う。

【0104】

オフセット時間算出部１１は、アンテナ３の駆動座標系の原点を基準とした、ある時刻においてアンテナ３が正対している位置の位置ベクトルおよび該時刻における軌道予測値が示す衛星の位置ベクトル、がなす角度を算出する。該角度が最小となるようなオフセット時間を算出し、オフセット時間を補正部１４に送る。

【0105】

取得部１２、選択部１３、および補正部１４の処理は実施の形態１と同様である。駆動部１５は、追尾受信機９が算出したずれに基づくアンテナ制御と、補正部１４が補正した軌道予測値に基づくアンテナ制御とを所定の条件で切り替える切替部としての動作を行う。駆動部１５は、例えば追尾受信機９からの信号が一定時間途絶えた場合に、補正部１４が補正した軌道予測値に基づくアンテナ制御を行う。

【0106】

図１４は、実施の形態３に係る追尾装置が行う衛星追尾の動作の一例を示すフローチャートである。追尾装置１は、衛星を追尾するために、軌道予測値補正および駆動の動作を行う。軌道予測値補正の動作は、実施の形態１、２に係る追尾装置１と同様である。ただし、ステップＳ１３０において、オフセット時間算出部１１は、上述のように、アンテナ３の駆動座標系の原点を基準とした、ある時刻においてアンテナ３が正対している位置の位置ベクトルおよび該時刻における軌道予測値が示す衛星の位置ベクトル、がなす角度が最小となるようなオフセット時間を算出する。

【0107】

駆動部１５は、自動追尾を行うか、軌道予測値に基づくアンテナ駆動を行うかを判断し（ステップＳ３１０）、自動追尾を行う場合には（ステップＳ３１０：Ｙ）、追尾受信機９が算出した駆動座標系におけるアンテナ３のずれの大きさおよび方向に基づき、自動追尾によるアンテナ３の駆動を行う（ステップＳ３２０）。自動追尾を行わない場合には（ステップＳ３１０：Ｎ）、補正部１５が補正した軌道予測値に基づきアンテナ３を駆動する（ステップＳ２１０）。駆動部１５は、所定のタイミングで上述の処理を繰り返す。

【0108】

なお実施の形態３に係る追尾装置１は、実施の形態２が備える追尾部１６をさらに備え、追尾オフセット時間に基づく軌道予測値の補正を行うよう構成してもよい。自動追尾の方法は、上述の和信号Ｓおよび差信号Ｄを用いる方法に限られない。

【0109】

以上説明したとおり、自動追尾によるアンテナ駆動を行う場合においても、本実施の形態３に係る追尾装置１を設けることで、衛星追尾の精度を向上させることが可能となる。

【0110】

（具体例）
実施の形態１、２に係る追尾装置１を用いて、衛星追尾のシミュレーションを行った。軌道予測値の時刻の誤差を約−１８秒とし、軌道長半径の誤差を−１８００ｍとし、衛星高度を約５００ｋｍとし、衛星パスの最大仰角を８８．３度とした。またアンテナ３のビーム幅を０．２度とし、軌道予測値の各データの時間間隔を１ミリ秒とした。

【0111】

オフセット時間算出部１１が行う衛星信号の信号レベルの検出において、検出間隔を１ミリ秒とし、ガウスノイズを０．１８ｄＢｒｍｓ（root mean square：二乗平均平方根）とし、第１の閾値を−８０ｄＢｍとし、第２の閾値を信号レベルの最大値から３ｄＢｍ低下した値とし、軌道予測値の計算を開始したエポック時刻から９１４０２秒経過した時点の前後３０秒間、アンテナ３の仰角を０度として衛星信号の信号レベルを検出した。ｄＢｒｍｓは、上記の値が実効値であることを意味する。以下の説明において物理量を示す単位の後に付けられたｒｍｓは、その物理量が実効値であることを意味する。

【0112】

図１５は、検出した衛星信号の信号レベルの変化の一例を示す図である。図１５（ａ）は、検出した衛星信号の信号レベルを表し、図１５（ｂ）は、最小二乗法を用いて算出した最も当てはまりのよい二次曲線を表している。横軸は上記のエポック時刻から９１４０２秒経過した時点との差分時間（単位：秒）であり、縦軸は信号レベル（単位：ｄＢｍ）である。図１５（ｂ）に示す二次曲線の上記（１）式中のｂ１＝−４１．６９１３であり、ｂ２＝−１．１４３７であるから、オフセット時間ΔＴｘ＝−１８．２２５８秒である。したがって、オフセット時間算出部１１の処理により、オフセット時間を一定の精度で算出できることがわかる。

【0113】

図１６は、オフセット時間および軌道長半径の変化量の時間変化の一例を示す図である。横軸は、オフセット時間算出部１１における衛星信号の信号レベル検出の開始からの経過時間（単位：秒）である。第１の縦軸は上記差分時間（単位：秒）であり、第２の縦軸は軌道長半径の変化量（単位：ｍ）である。上記差分時間が実線で示すグラフであり、軌道長半径の変化量が点線で示すグラフである。

【0114】

次に追尾オフセット時間の算出についてシミュレーションを行った。第１の追尾時間および第２の追尾時間の絶対値を、アンテナ３のビーム幅を２０で除算し、アンテナ３の駆動座標系における衛星の進行方向の角速度で除算した値とし、積分刻み時間を１秒とし、追尾オフセット時間の算出を連続して繰り返し行った。

【0115】

図１７は、アンテナビームの方向の誤差の一例を示す図である。横軸は追尾オフセット時間の算出を開始してからの時間（単位：秒）であり、縦軸はビーム方向の角度誤差（単位：度）である。衛星信号の信号レベルの低下は０．１７６ｄＢｒｍｓであり、ノイズを含んだ状態での信号レベルの低下は最大で０．９９７ｄＢであった。ビーム方向の角度誤差は０．００７９２７度ｒｍｓであり、ビーム方向の角度誤差は最大で０．０２０５度であった。

【0116】

図１８は、オフセット時間と追尾オフセット時間との合計値および軌道長半径の変化量の時間変化の一例を示す図である。横軸は追尾オフセット時間の算出を開始してからの時間（単位：秒）であり、第１の縦軸はオフセット時間と追尾オフセット時間との合計値（単位：秒）であり、第２の縦軸は軌道長半径の変化量（単位：ｍ）である。オフセット時間と追尾オフセット時間との合計値が実線で示したグラフであり、軌道長半径の変化量が点線で示したグラフである。

【0117】

上述のように衛星捕捉後の軌道予測値の誤差により、信号レベルが低下する。時々刻々と変化する追尾オフセット時間に基づき、アンテナ３の制御を行うことで、衛星追尾の精度を向上させることが可能となる。

【0118】

図１９は、本発明の実施の形態に係る追尾装置の物理的な構成例を示すブロック図である。追尾装置１は、制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、入出力部３４を備える。主記憶部３２、外部記憶部３３、および入出力部３４はいずれも内部バス３０を介して制御部３１に接続されている。

【0119】

制御部３１はＣＰＵ（Central Processing Unit）などから構成され、外部記憶部３３に記憶されている制御プログラム３５に従って、追尾装置１が行う目標物の追尾のための処理を実行する。主記憶部３２はＲＡＭ（Random-Access Memory）などから構成され、外部記憶部３３に記憶されている制御プログラム３５をロードし、制御部３１の作業領域として用いられる。

【0120】

外部記憶部３３は、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc Random-Access Memory）、ＤＶＤ−ＲＷ（Digital Versatile Disc ReWritable）などの不揮発性メモリから構成され、上述の処理を制御部３１に行わせるための制御プログラム３５を予め記憶し、また、制御部３１の指示に従って、この制御プログラム３５が記憶するデータを制御部３１に供給し、制御部３１から供給されたデータを記憶する。

【0121】

入出力部３４は、シリアルインタフェースまたはパラレルインタフェースから構成されている。入出力部３４には、外部機器が接続されており、例えば追尾装置１が備える取得部１２は、外部機器から軌道予測値を取得する。また例えば選択部１３は、入出力部３４を介して接続された入力装置等からの入力を受け付けて、軌道補正モデルを選択するよう構成してもよい。

【0122】

図１、図６、および図１２に示す追尾装置１の各部の処理は、制御プログラム３５が、制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、および入出力部３４などを資源として用いて処理することによって実行する。

【0123】

その他、前記のハードウェア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。

【0124】

制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、内部バス３０などから構成される制御処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）に格納して配布し、前記コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する追尾装置１を構成してもよい。また、インターネットなどの通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に前記コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロードなどすることで追尾装置１を構成してもよい。

【0125】

また、追尾装置１の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

【0126】

また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板(BBS：Bulletin Board System)に前記コンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介して前記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。

【符号の説明】

【0127】

１ 追尾装置、２ 衛星追尾システム、３ アンテナ、４、４１、４２ ＬＮＡ、５、５１、５２ Ｄ−Ｃ、６ 受信機、７ レベル検出器、８ 分離部、９ 追尾受信機、１１ オフセット時間算出部、１２ 取得部、１３ 選択部、１４ 補正部、１５ 駆動部、１６ 追尾部、３０ 内部バス、３１ 制御部、３２ 主記憶部、３３ 外部記憶部、３４ 入出力部、３５ 制御プログラム、Ｄ 差信号、Ｓ 和信号。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】