特開 2025-16017 相対位置及び相対姿勢計測装置、相対位置及び相対姿勢調整装置及びアンテナ方向調整システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025016017

(43)【公開日】2025-01-31

(54)【発明の名称】相対位置及び相対姿勢計測装置、相対位置及び相対姿勢調整装置及びアンテナ方向調整システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/14 20060101AFI20250124BHJP

   H01Q 3/08 20060101ALI20250124BHJP

【ＦＩ】

G01S5/14

H01Q3/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023119012

(22)【出願日】2023-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】磯谷 亮介

(72)【発明者】

【氏名】荘司 洋三

【テーマコード（参考）】

5J021

5J062

【Ｆターム（参考）】

5J021AA01

5J021AA02

5J021DA02

5J021FA22

5J021GA02

5J021HA05

5J021JA10

5J062AA08

5J062AA09

5J062BB03

5J062GG01

5J062GG02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】移動体と固定局、又は移動体同士のアンテナのアライメントをとる場合においても、生じる角度や位置ずれを、よりリアルタイム性高く検出すること。
【解決手段】相対位置及び相対姿勢計測装置は、位相差検出用アンテナと、前記位相差検出用アンテナを介して電波を送信するトランスミッタと、前記位相差検出用アンテナを介して電波を受信するレシーバと、を有する二つ以上の伝搬位相差検出部と、送信された電波の送信時搬送波位相と他の１以上の伝搬位相差検出部から送信された電波のそれぞれの受信時搬送波位相とに基づいて、位相差をそれぞれ検出する位相検出部と、位相差に基づいて、前記伝搬位相差検出アンテナが設けられた被測定対象物の位置又は方向を算出する位置角度ずれ算出部とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

位相差検出用アンテナと、前記位相差検出用アンテナを介して電波を送信するトランスミッタと、前記位相差検出用アンテナを介して電波を受信するレシーバと、を有する２つ以上の伝搬位相差検出部と、
前記トランスミッタにより送信された電波の送信時搬送波位相と他の１つ以上の伝搬位相差検出部から送信されると共に前記レシーバにより受信された電波のそれぞれの受信時搬送波位相とに基づいて、前記送信時搬送波位相と前記受信時搬送波位相との位相差をそれぞれ検出する位相検出部と、
前記位相検出部により検出されたそれぞれの位相差に基づいて、前記伝搬位相差検出アンテナが設けられた被測定対象物の位置又は方向を算出する位置角度ずれ算出部とを備えること
を特徴とする相対位置及び相対姿勢計測装置。

【請求項2】

前記位相検出部は、それぞれの前記位相差を繰り返し検出し、それぞれの前記位相差の時間的な変化値を検出し、
前記位置角度ずれ算出部は、前記位相検出部により検出されたそれぞれの変化値に基づいて、前記被測定対象物の位置又は方向の変化値を算出すること
を特徴とする請求項１に記載の相対位置及び相対姿勢計測装置。

【請求項3】

前記被測定対象物を固定又は支持すると共に前記被測定対象物に取り付けられた位相差検出用アンテナと他の位相差検出用アンテナとの間の距離を大きくする変位拡大機構が設けられること
を特徴とする請求項１記載の相対位置及び相対姿勢計測装置。

【請求項4】

前記伝搬位相差検出部は、送信する電波の周波数が２種類以上切り替え可能なトランスミッタ又は、送信する電波の周波数が離散的又は連続的に可変可能な前記トランスミッタの何れかを有すること
を特徴とする請求項１に記載の相対位置及び相対姿勢計測装置。

【請求項5】

前記被測定対象物の位置又は方向に関する物理情報を計測するセンサをさらに備え、
前記位置角度ずれ算出部は、前記位相差と、前記センサにより計測された物理情報とに基づいて、前記位置又は前記方向を算出すること
を特徴とする請求項１に記載の相対位置及び相対姿勢計測装置。

【請求項6】

請求項１に記載された相対位置及び相対姿勢計測装置を用いた相対位置及び相対姿勢調整装置であって、
前記被測定対象物の位置又は方向を調整するアクチュエータと、
前記位置角度ずれ算出部が算出した位置又は方向に基づいて、予め設定された特定の位置又は方向に近づくように前記アクチュエータを制御する位置角度制御部とをさらに備えること
を特徴とする相対位置及び相対姿勢調整装置。

【請求項7】

前記位置角度ずれ算出部は、前記位相検出部により検出されたそれぞれの位相差を同一にする誤差信号を出力し、
前記位置角度制御部は、前記位置角度ずれ算出部により出力された誤差信号に基づいて、前記アクチュエータを制御すること
を特徴とする請求項６に記載の相対位置及び相対姿勢調整装置。

【請求項8】

前記位相検出部は、それぞれの前記位相差を繰り返し検出し、それぞれの前記位相差の時間的な変化値を検出し、
前記位置角度ずれ算出部は、前記位相検出部により検出されたそれぞれの位相差の時間的な変化値を基準値にする誤差信号を出力し、
前記位置角度制御部は、前記位置角度ずれ算出部により出力された誤差信号に基づいて、前記アクチュエータを制御すること
を特徴とする請求項６に記載の相対位置及び相対姿勢調整装置。

【請求項9】

請求項１に記載された相対位置及び相対姿勢計測装置を複数用いた相対位置及び相対姿勢調整システムであって、
前記被測定対象物の方向を制御するアクチュエータと、
前記位置角度ずれ算出部により算出された位置又は方向に基づいて、前記２以上の被測定対象物が予め設定された動作をするように前記アクチュエータを制御する位置角度制御部とを備えること
を特徴とする相対位置及び相対姿勢調整システム。

【請求項10】

請求項１に記載された相対位置及び相対姿勢計測装置を用いたアンテナ方向調整システムであって、
前記被測定対象物である二つ以上のアンテナと、
前記アンテナの方向を制御するアクチュエータと、
前記位置角度ずれ算出部により算出された位置又は方向に基づいて、前記２以上のアンテナが対向するように前記アクチュエータを制御する位置角度制御部とを備えること
を特徴とするアンテナ方向調整システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二物体間の位相差を複数経路にわたって計測することによって、理想的な位置からのずれ、及び理想的な角度からのずれを計測することができる相対位置及び相対姿勢計測装置、相対位置及び相対姿勢調整装置及びアンテナ方向調整システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、２８ＧＨｚ～３００ＧＨｚ、及びそれを超える周波数であるミリ波・テラヘルツ波を用いた広帯域通信により、高速・大容量なデータ転送を行うことが可能となった。これは、使用周波数帯が上がるにつれて広帯域となり転送レートを向上させることが可能となったからであった。

【0003】

一方で、広帯域通信により、電波の減衰が強くなるため、伝搬距離がとれなくなった。このため、例えばホーンアンテナやパラボラアンテナ等の開口面アンテナを高ゲインアンテナとして用いて、この減衰を補うことが一般的に行われている。これにより、電波自体の直線性に伴い強い指向性をもったビーム状の電波を扱う必要性が生じた。このような高ゲインアンテナは、送受両側で極めて精密に対向させないと、ゲインアンテナ間の位置・角度ずれによって電波の受信強度が減少し、通信品質に影響を与えてしまうことが懸念されていた。

【0004】

また、移動体と固定局、あるいは移動体同士のアンテナのアライメントをとる場合においては、生じる角度や位置ずれに対して、よりリアルタイム性高くフィードバック制御する必要があった。このため、特許文献１～３に開示されている制御技術が必要とされていた。

【0005】

特許文献１には、ミリ波等の直線性の高い周波数帯域を扱うアンテナにおいて、その通信用電波自体の受信電波強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）を観察し、その強度が最大になるようにアンテナの向きを最適化する無線装置が開示されている。また、特許文献２には、送信側および受信側のいずれか、あるいは両方にＧＰＳ測位装置を設置し、それぞれの測位情報にもとづいて理想的な対向角度を算出し、それに合わせてアンテナの向きを最適化する基地局装置が開示されている。さらに、特許文献３には、ＧＰＳを使ったリアルタイムキネマティック測位を用い、またジャイロ等の姿勢センサを併用することによって５０ＧＨｚ帯のアンテナの向きを合わせるアンテナ方向調整システムが開示されている。また、特許文献３では、地上のアンテナから上空を飛行する航空機に対して通信を可能とするアンテナ方向調整システムも開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４－１１２５５４号公報

【特許文献2】特開２０１７－５０５９９号公報

【特許文献3】特開２０１２－２２０３１８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、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術では、静止物に搭載されたアンテナを対象としたアンテナの方向調整を前提としており、移動体同士のアンテナのアライメントをとることを想定していない。このため、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術では、移動体同士のアンテナのアライメントを高精度にとることができない問題点があった。

【0008】

また、特許文献３では、指向性のある送信電波の方向を走査して受信したタイミングから方向を決定するが、比較的精度が低いという問題点があった。

【0009】

また、現在でも一般的にはターゲットスコープを用いた目視、又はＲＳＳＩ等を使った手動調整が使われているが、作業者の負担が大きく、精度の高い対向状態を実現することは困難であった。

【0010】

また、ＲＳＳＩを用いたアンテナアライメントは、ミリ波やテラヘルツ波の非常に絞られたビームでは、そもそもわずかな角度ずれだけでＲＳＳＩが検出できないほどにビームのずれが生じる可能性があった。例えば、０．１度の角度ずれであっても、１００ｍ先では１７ｃｍの位置ずれに相当する。このとき、絞られたビームが数ｃｍであればアンテナでＲＳＳＩが検出できず、位置調整に利用できないという問題点があった。また、ＲＳＳＩを用いたアンテナアライメントでは、最適な対向位置又は角度にあるときにＲＳＳＩがいくつになるかは厳密には分からないため、アンテナの向きを調整しながら最大値を探すことになる。これにより応答性が悪く、よりリアルタイム性高くフィードバック制御する必要が発生する移動体のアライメント合わせには向かないという問題点があった。また、ＲＳＳＩを用いたアンテナアライメントでは、最大値探索となるために、サイドローブ周辺等での局所最適解に落ち着くことが懸念され、メインローブを捉えられずに最良の通信品質を提供できない場合があるという問題点があった。特に、移動体の場合では、位置３軸、角度３軸の合計６自由度の調整が必要となり、スカラー量であるＲＳＳＩから調整するには多くの試行が必要であるため、応答性が犠牲になるとともに実現が難しいという問題点があった。

【0011】

また、ＧＰＳ測位によって各々の測位情報を用いて対向させる場合、何らかの方法で互いの測位情報を共有する必要があり、追加の通信システムが必須であるため、システムが複雑化するという問題点があった。特にモバイル通信を利用する必要がある場合には、そのアンテナ設置位置周辺でモバイル通信を利用できない環境では扱うことができないという問題点があった。また、ＧＰＳ測位では、数ｍの測位誤差が生じるため、高精度にアライメントすることができないという問題点があった。また、ＧＰＳ測位では、ＧＰＳ衛星の死角となる場所や、橋梁の下、室内等では使用できないという問題点があった。また、ＧＰＳ測位では、一般的に角度計算のためにはジャイロを併用するが、ジャイロのドリフトによって誤差が生じるという問題点があった。

【0012】

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、移動体と固定局、又は移動体同士のアンテナのアライメントをとる場合においても、生じる角度や位置ずれを、よりリアルタイム性高く検出することが可能な相対位置及び相対姿勢計測装置、相対位置及び相対姿勢調整装置及びアンテナ方向調整システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

第１発明に係る相対位置及び相対姿勢計測装置は、位相差検出用アンテナと、前記位相差検出用アンテナを介して電波を送信するトランスミッタと、前記位相差検出用アンテナを介して電波を受信するレシーバと、を有する２つ以上の伝搬位相差検出部と、前記トランスミッタにより送信された電波の送信時搬送波位相と他の１つ以上の伝搬位相差検出部から送信されると共に前記レシーバにより受信された電波のそれぞれの受信時搬送波位相とに基づいて、前記送信時搬送波位相と前記受信時搬送波位相との位相差をそれぞれ検出する位相検出部と、前記位相検出部により検出されたそれぞれの位相差に基づいて、前記伝搬位相差検出アンテナが設けられた被測定対象物の位置又は方向を算出する位置角度ずれ算出部とを備えることを特徴とする。

【0014】

第２発明に係る相対位置及び相対姿勢計測装置は、第１発明において、前記位相検出部は、それぞれの前記位相差を繰り返し検出し、それぞれの前記位相差の時間的な変化値を検出し、前記位置角度ずれ算出部は、前記位相検出部により検出されたそれぞれの変化値に基づいて、前記被測定対象物の位置又は方向の変化値を算出することを特徴とする。

【0015】

第３発明に係る無線通信システムは、第１発明において、前記被測定対象物を固定又は支持すると共に前記被測定対象物に取り付けられた位相差検出用アンテナと他の位相差検出用アンテナとの間の距離を大きくする変位拡大機構が設けられることを特徴とする。

【0016】

第４発明に係る相対位置及び相対姿勢計測装置は、第１発明において、前記伝搬位相差検出部は、送信する電波の周波数が２種類以上切り替え可能なトランスミッタ又は、送信する電波の周波数が離散的又は連続的に可変可能な前記トランスミッタの何れかを有することを特徴とする。

【0017】

第５発明に係る相対位置及び相対姿勢計測装置は、第１発明において、前記被測定対象物の位置又は方向に関する物理情報を計測するセンサをさらに備え、前記位置角度ずれ算出部は、前記位相差と、前記センサにより計測された物理情報とに基づいて、前記位置又は前記方向を算出することを特徴とする。

【0018】

第６発明に係る相対位置及び相対姿勢調整装置は、第１発明に記載された相対位置及び相対姿勢計測装置を用いた相対位置及び相対姿勢調整装置であって、前記被測定対象物の位置又は方向を調整するアクチュエータと、前記位置角度ずれ算出部が算出した位置又は方向に基づいて、予め設定された特定の位置又は方向に近づくように前記アクチュエータを制御する位置角度制御部とをさらに備えることを特徴とする。

【0019】

第７発明に係る相対位置及び相対姿勢調整装置は、第６発明において、前記位置角度ずれ算出部は、前記位相検出部により検出されたそれぞれの位相差を同一にする誤差信号を出力し、前記位置角度制御部は、前記位置角度ずれ算出部により出力された誤差信号に基づいて、前記アクチュエータを制御することを特徴とする。

【0020】

第８発明に係る相対位置及び相対姿勢調整装置は、第６発明において、前記位相検出部は、それぞれの前記位相差を繰り返し検出し、それぞれの前記位相差の時間的な変化値を検出し、前記位置角度ずれ算出部は、前記位相検出部により検出されたそれぞれの位相差の時間的な変化値を基準値にする誤差信号を出力し、前記位置角度制御部は、前記位置角度ずれ算出部により出力された誤差信号に基づいて、前記アクチュエータを制御することを特徴とする。

【0021】

第９発明に係る相対位置及び相対姿勢調整システムは、第１発明に係る相対位置及び相対姿勢計測装置を複数用いた相対位置及び相対姿勢調整システムであって、前記被測定対象物の方向を制御するアクチュエータと、前記位置角度ずれ算出部により算出された位置又は方向に基づいて、前記２以上の被測定対象物が予め設定された動作をするように前記アクチュエータを制御する位置角度制御部とを備えることを特徴とする。

【0022】

第１０発明に係るアンテナ方向調整システムは、第１発明に係る相対位置及び相対姿勢計測装置を用いたアンテナ方向調整システムであって、前記被測定対象物である二つ以上のアンテナと、前記アンテナの方向を制御するアクチュエータと、前記位置角度ずれ算出部により算出された位置又は方向に基づいて、前記２以上のアンテナが対向するように前記アクチュエータを制御する位置角度制御部とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

第１発明～第１０発明によれば、相対位置及び相対姿勢計測装置は、位相検出部により検出されたそれぞれの位相差に基づいて、伝搬位相差検出アンテナが設けられた被測定対象物の位置又は方向を算出する。これにより、二物体間の位相差を複数経路にわたって計測することによって、二物体間の相対位置、および相対角度を計測することができる。より具体的には、特定の相対位置および相対角度を基準（理想）として、理想的な位置からのずれ、および理想的な角度からのずれを計測することができる。このため、移動体と固定局、又は移動体同士のアンテナのアライメントをとる場合においても、生じる角度や位置ずれを、よりリアルタイム性高く検出することが可能となる。なお、以降で単に位置あるいは角度と記した際は、特に記載がない限り、対向する二つ以上の相対位置及び相対姿勢計測装置における相対位置あるいは相対角度であることを示す。ここでいう相対位置は、相対位置及び相対姿勢計測装置間における二次元あるいは三次元の相対的な位置（例えばＸ、Ｙ、Ｚ軸の距離）を表し、また相対姿勢は、相対位置及び相対姿勢計測装置間にお
ける二次元あるいは三次元の相対的な姿勢（例えばロール、ピッチ、ヨーの相対位置及び相対姿勢計測装置間の差）を表す。

【0024】

また、ＧＰＳなどと異なり絶対座標を介しての間接的な２物体間の位置・角度検出ではなく、直接的に２物体間の位置・角度関係を計測できることから、同一の計測精度であっても原理上精度が２倍向上する。これは、間接的に計測する場合は、２度の計測が必要となるため、誤差が２倍となるからである。また、直接的に計測することができるため、ＧＰＳ等の絶対基準が利用できない、あるいは精度が低下する環境、例えば屋内や橋梁下、高層ビルの密集する市街地、その他のオープンスカイではない場所であっても利用することができる。

【0025】

また、角度であれば、方位を測定する地磁気センサや重力に伴う地面方向の特定をする加速度センサ等の絶対的な方位を知るセンサを利用することなく、物体間の相対的な角度を計測することができる。このため、ノイズやドリフトが問題となる上記センサ類の出力を直接利用せず、複数経路の位相差によって高精度な角度割り出しが可能となる。また、レーダー等の他の手法と異なり電気的・機械的な走査が不要であるため、例えば２０Ｈｚ以上の高速なサンプリング周波数で計測が可能である。また、複数の周波数チャネルを利用すれば、複数の検出器が同時に複数経路の位相差を計測することも可能であるため、より高速な計測ができる。

【0026】

特に、第２発明によれば、位置角度ずれ算出部は、位相検出部により検出されたそれぞれの位相差の時間経過に伴う変化値に基づいて、被測定対象物の位置又は方向の変化値を算出する。これにより、被測定対象物の位置や角度の変化をリアルタイムで算出することが可能となる。

【0027】

特に、第３発明によれば、被測定対象物を固定又は支持すると共に被測定対象物に取り付けられた位相差検出用アンテナと他の位相差検出用アンテナとの間の距離を大きくする変位拡大機構が設けられる。これにより、位相差検出用アンテナ間の距離が大きくなることで、複数経路の電波伝搬遅延に基づく位相差で角度ずれを検出する際に、この角度の変化に伴う検出器の変位を拡大することができるため、わずかな角度ずれであったとしても高精度に計測することができる。

【0028】

特に、第４発明によれば、伝搬位相差検出部は、送信する電波の周波数が離散的又は連続的に可変可能なトランスミッタを有する。これにより、より高い周波数の電波を用いることにより、複数経路の電波伝搬遅延に基づく位相差で角度ずれを検出する際に、この角度の変化に伴う検出器の変位を拡大することができるため、わずかな角度ずれであったとしても高精度に計測することができる。

【0029】

特に、第５発明によれば、位置角度ずれ算出部は、位相差と、センサにより計測された物理情報とに基づいて、位置又は角度を算出する。これにより、位相のラップ現象により伝搬経路の絶対距離が計測できない場合であっても、おおよその位置・角度を計測可能なセンサと併用することによって、このセンサの出力を用いたアンラップ処理により算出したラップ数を指標とすることで、高精度に位置・角度ずれを計測できる。

【0030】

特に、第６発明によれば、位置角度制御部は、位置角度ずれ算出部が算出した相対位置又は相対角度に基づいて、予め設定された特定の相対位置又は相対角度に近づくように前記アクチュエータを制御する。これにより、アクチュエータによって、検出した位置・角度ずれを補正するようにフィードバック制御を行うことができ、被測定対象物を理想的な対向状態に維持することができる。

【0031】

特に、第７発明によれば、位置角度ずれ算出部は、位相検出部により検出されたそれぞれの位相差を同一にする誤差信号を出力し、位置角度制御部は、位置角度ずれ算出部により出力された誤差信号に基づいて、アクチュエータを制御する。これにより、位相のアンラップができない場合であっても、位相差が－π～＋πの範囲の中での変化をゼロに近づけるようにフィードバック制御を行うことで、発生しうる微小な位置ずれ及び角度ずれを簡便な構成で補正することができる。

【0032】

特に、第８発明によれば、位置角度ずれ算出部は、位相検出部により検出されたそれぞれの位相差の時間的な変化値を基準値にする誤差信号を出力し、位置角度制御部は、位置角度ずれ算出部により出力された誤差信号に基づいて、アクチュエータを制御する。これにより、各位相差の時間的な変化値を０にするように被測定対象物を調整することで、理想的な位置、及び角度を維持することが可能となる。

【0033】

特に、第９発明及び第１０発明によれば、位置角度制御部は、位置角度ずれ算出部により算出された位置又は方向に基づいて、２以上のアンテナが対向するようにアクチュエータを制御する。これにより、開口面アンテナ等の指向性が強いアンテナを理想的な対向状態に維持し、通信品質を維持することができる。特に移動体に搭載する場合には、より有効的なアンテナアライメント手法となる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態を適用したアンテナ方向調整システムの全体構成を示す図である。

【図2】図２は、本発明の第１実施形態を適用したアンテナ方向調整システムの動作のフローチャートを示す図である。

【図3】図３は、位相差検出用アンテナ間での電波の送受信を示す図である。

【図4】図４は、それぞれの位相差検出用アンテナ間の経路を示す図である。

【図5】図５は、横方向に平行移動が生じたときの変化を示す図である。

【図6】図６は、縦方向に平行移動が生じたときの変化を示す図である。

【図7】図７は、回転が生じたときの変化を示す図である。

【図8】図８は、アンテナがΔθ傾いた様子を示す図である。

【図9】図９は、位相検出器設置半径に対する最小検出角度ずれを示すグラフである。

【図10】図１０は、位相差検出用アンテナの設置数が１対３の場合の移動体対向維持システムを示す図である。

【図11】図１１は、位相差検出用アンテナの設置数が３対３の場合の移動体対向維持システムを示す図である。

【図12】図１２は、位相差検出用アンテナの設置数が４対４の場合の移動体対向維持システムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、本発明の第１実施形態を適用したアンテナ方向調整システムについて詳細に説明する。

【0036】

図１は、本発明の第１実施形態を適用したアンテナ方向調整システム１００の全体的な構成を示している。アンテナ方向調整システム１００は、例えば図１に示すようにアンテナ６を備える二つ以上のアンテナ方向調整装置１から構成される。アンテナ方向調整システム１００は、例えば、一対の開口面を有するアンテナ６Ａ、６Ｂの方向及び位置を制御し、アンテナ６Ａ、６Ｂが対向させることにより、ミリ波・テラヘルツ波等の超高周波帯を用いた無線通信を行う。

【0037】

アンテナ方向調整装置１は、伝搬位相差検出部２と、伝搬位相差検出部２に接続される制御部３と、制御部３に接続されるアクチュエータ４と、アクチュエータ４と伝搬位相差検出部２とに接続されるアンテナ６とを備える。また、これらの構成は、無線通信等を介して接続されてもよい。

【0038】

伝搬位相差検出部２は、アンテナ６に設けられた位相差検出用アンテナ５と、位相差検出用アンテナ５に接続されたトランスミッタ（TX）２１とレシーバ（RX）２２と位相検出器２３と、トランスミッタ２１とレシーバ２２と位相検出器２３とに接続された無線制御部２４とを備える。

【0039】

位相差検出用アンテナ５は、例えばアンテナ６に設けられる。位相差検出用アンテナ５は、例えばアンテナ６に二つ以上設けられてもよい。

【0040】

トランスミッタ２１は、位相差検出用アンテナ５を介して電波を送信する送信器である。また、トランスミッタ２１は、電波の周波数が離散的又は連続的に可変可能な送信器であってもよい。レシーバ２２は、他の１以上の伝搬位相差検出部２から送信された電波を位相差検出用アンテナ５を介して受信する受信器である。

【0041】

位相検出器２３は、トランスミッタ２１により送信された時点の電波の送信時搬送波位相とレシーバ２２により受信された時点の電波のそれぞれの受信時搬送波位相とに基づいて、送信時搬送波位相と受信時搬送波位相との位相差をそれぞれ検出する。

【0042】

無線制御部２４は、トランスミッタ２１とレシーバ２２と位相検出器２３とに制御信号を出力する。また、無線制御部２４は、位相検出器２３により検出された位相差を制御部３に出力してもよい。

【0043】

制御部３は、無線制御部２４に接続される位置角度ずれ算出部３１と、位置角度算出部３１に接続されるアンテナ位置角度制御部３２とを備える。位置角度ずれ算出部３１は、位相検出器２３により検出されたそれぞれの位相差に基づいて、アンテナ６等の被測定対象物の位置又は方向を算出する。また、位置角度ずれ算出部３１は、例えばアンテナ６等の被測定対象物の位置あるいは方向、又は位置あるいは方向の一次微分もしくは二次微分の物理量等の被測定対象物の位置や方向に関する物理情報を計測する図示しないセンサから物理情報を取得し、位相差と、物理情報とに基づいて、位置又は方向を算出してもよい。

【0044】

アンテナ位置角度制御部３２は、位置角度ずれ算出部３１により算出された位置又は方向に基づいて、アクチュエータ４を制御する。

【0045】

アクチュエータ４は、アンテナ位置角度制御部３２から出力された制御信号に応じて、アンテナ６の位置及び方向を調整する。

【0046】

アンテナ６は、例えば開口面アンテナである。アンテナ６は、位相差検出用アンテナ５が設けられると共に、位置角度ずれ算出部３１により、位置又は方向が算出される被測定対象物である。また、アンテナ６は、アンテナに限らず、ドローン等の移動体、ロボット及びこの一部等の任意のものであってもよい。また、アンテナ６は、ドローン等の移動体に設けられてもよい。また、アンテナ６等の被測定対象物は、任意の数の位相差検出用アンテナ５が設けられてもよい。

【0047】

また、アンテナ６は、アンテナ６に設けられた位相差検出用アンテナ５の位置が可変可能な変位拡大機構を備えていてもよい。アンテナ６は、アンテナ６に設けられた位相差検出用アンテナ５と他の位相差検出用アンテナ５との間の距離を大きくするように可変可能な変位拡大機構を備えてもよい。アンテナ６は、例えばアンテナ６に設けられた二つ以上の位相差検出用アンテナ５Ａ、５Ｂ間の距離を大きくするように可変可能な変位拡大機構を備えていてもよい。また、アンテナ６は、アンテナ６を固定又は支持し、かつアンテナ６よりも大きなサイズの変位拡大機構を備えてもよい。

【0048】

次に、本発明の第１実施形態を適用したアンテナ方向調整システム１００の動作について説明する。図２は、本発明の第１実施形態を適用したアンテナ方向調整システム１００の動作のフローチャートを示す図である。

【0049】

まずステップＳ１において、トランスミッタ２１は、位相差検出用アンテナ５を介して、電波を送信する。ステップＳ１において、トランスミッタ２１は、位相差検出用アンテナ５を介して、一定の間隔で電波を送信してもよい。トランスミッタ２１は、ステップＳ１において、例えば図３に示すように、位相差検出用アンテナ５Ａを介して、電波を一定の間隔で送信する。また、ほぼ同時に他のトランスミッタ２１も、位相差検出用アンテナ５を介して、電波を送信してよい。

【0050】

また、ステップＳ１において、アンテナ６は、変位拡大機構を用いて、位相差検出用アンテナ５の間の距離が大きくなるように位相差検出用アンテナ５を設置してもよい。例えばアンテナ６は、変位拡大機構を用いて、位相差検出用アンテナ５Ａ、５Ｂ間の距離が大きくなるように、位相差検出用アンテナ５Ａ、５Ｂを変位拡大機構に設置してもよい。

【0051】

次に、ステップＳ２において、位相検出器２３は、ステップＳ１により送信された時点の電波の送信時搬送波位相を算出する。例えば図３に示すように、位相差検出用アンテナ５Ａを介して、送信された時点での電波の送信時搬送波位相を算出する。送信時搬送波位相は、位相差検出用アンテナ５を介して送信された時点の電波のキャリアの位相であるがこれに限らず、任意の時点の電波のキャリアの位相であってもよい。

【0052】

次に、ステップＳ３において、位相検出器２３は、ステップＳ１により送信され、位相差検出用アンテナ５を介して受信された電波の受信時の受信時搬送波位相を算出する。この電波は、他の位相差検出用アンテナ５を介して送信され、位相差検出用アンテナ５を介して受信された電波である。ここで他の位相差検出用アンテナ５は、他のアンテナ方向調整装置１に設けられた位相差検出用アンテナ５であってもよい。受信時搬送波位相は、電波が受信された時点のキャリアの位相であるが、これに限らず、任意の時点の電波のキャリアの位相であってもよい。ステップＳ３において、例えばステップＳ１により位相差検出用アンテナ５Ａを介して送信され、他のアンテナ方向調整装置１に設けられた位相差検出用アンテナ５である位相差検出用アンテナ５Ｃを介して受信された電波が受信された時点の受信時搬送波位相を算出する。また、ステップＳ３において、例えばステップＳ１により位相差検出用アンテナ５Ａを介して送信された電波が、他の全ての位相差検出用アンテナ５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを介してそれぞれ受信され、受信された時点での電波のそれぞれの受信時搬送波位相を算出してもよい。

【0053】

また、無線制御部２４は、このステップＳ１～Ｓ３の工程を一定の間隔で繰り返し、すべての伝搬位相差検出部２が順番に電波の送信を行う。また、無線制御部２４は、一巡したあと、繰り返し電波の送信を行う。かかる場合、無線制御部２４は、一つ前の工程で得られた自身の送信時搬送波位相を情報として載せて電波の送信を行う。これにより、位相検出器２３は、送信時搬送波位相と受信時搬送波位相との両方の情報を取得することができる。

【0054】

また、伝搬位相差検出部２が用いる電波の波長は、例えば９２０ＭＨｚであってよい。９２０ＭＨｚであれば比較的遠距離まで電波が届き、結果として離れた２つのアンテナ６間での方向調整を行うことができる。加えて、９２０ＭＨｚ帯～５ＧＨｚ帯の電波は、等方的に放射される特性があり、位置ずれや角度ずれがあっても、電波の到達する最短距離である位相差検出用アンテナ５間の直線距離に基づく伝搬遅延による位相差を得ることができる。一方で、より高い周波数の電波を扱う場合には指向性・直進性が増すため、変位・回転検出自身が、位置ずれや角度ずれによって計測不能に陥る可能性がある。ただし、周波数が高い程、位相分解能に対する距離分解能が向上するため、これらを考慮し、５００ＭＨｚ～５ＧＨｚの近辺の周波数帯を利用することが望ましい。また、距離分解能は、波長×位相分解能（°）÷３６０°で示される。

【0055】

また、９２０ＭＨｚ帯等の低い周波数帯を扱う場合、伝搬位相差検出部２が検出する位相の検出の感度が低くなる。このため、伝搬位相差検出部２は、例えば、２．４ＧＨｚや６０ＧＨｚの電波を併用して、使用周波数を適応的に変化させても良い。これにより、ダイナミックレンジが広く、かつ感度の高い位置・角度ずれの検出が可能となる。あるいは、ＵＷＢ等のチャープパルスを利用して、より高分解能な位置・角度ずれ検出を可能としてもよい。かかる場合、ステップＳ１～Ｓ３を繰り返す工程ごとにより高い周波数の電波を扱うようにしてもよい。

【0056】

また、ステップＳ１～Ｓ３を繰り返す工程ごとに、例えばアンテナ６は、変位拡大機構を用いて、位相差検出用アンテナ５Ａ、５Ｂ間の距離が大きくなるように、位相差検出用アンテナ５Ａ、５Ｂを設置してもよい。

【0057】

次に、ステップＳ４において、位相検出器２３は、送信時搬送波位相と受信時搬送波位相との位相差を算出する。受信時搬送波位相は、電波を送信した位相差検出用アンテナ５から電波を受信した位相差検出用アンテナ５までの経路の距離に応じた伝搬遅延が生じるため、送信時搬送波位相との位相差が生じる。また、この送信時搬送波位相と受信時搬送波位相との位相差は、アンテナ６Ａとアンテナ６Ｂとの位置関係、及びアンテナ６Ａとアンテナ６Ｂとの指向方向間の角度の変化により、変化する。

【0058】

この位相差の変化について、図４を用いて説明する。図４は、それぞれの位相差検出用アンテナ５間の経路を示す図である。例えば図４に示すように、位相差検出用アンテナ５Ａから位相差検出用アンテナ５Ｃまでの経路をｖ₃₁、位相差検出用アンテナ５Ａから位相差検出用アンテナ５Ｄまでの経路をｖ₄₁、位相差検出用アンテナ５Ｂから位相差検出用アンテナ５Ｃまでの経路をｖ₃₂、位相差検出用アンテナ５Ｂから位相差検出用アンテナ５Ｄまでの経路をｖ₄₂として説明をする。また、位相差検出用アンテナ５Ａから位相差検出用アンテナ５Ｃまでの経路に応じた位相差をφ₃₁、位相差検出用アンテナ５Ａから位相差検出用アンテナ５Ｄまでの経路に応じた位相差をφ₄₁、位相差検出用アンテナ５Ｂから位相差検出用アンテナ５Ｃまでの経路に応じた位相差をφ₃₂、位相差検出用アンテナ５Ｂから位相差検出用アンテナ５Ｄまでの経路に応じた位相差をφ₄₂とする。なお、位相差φ_xyの表記方法としては、ｘが信号の発信元であり、ｙが受信先を示している。

【0059】

また、ここでは、アンテナ６Ａ、６Ｂ間の見通しがとれており、直接波の位相が計測できるものとしている。多くの場合、被測定対象物である開口面アンテナ自体の見通しがとれているため、同様にアンテナ６に設置された位相差検出用アンテナ５間の見通しもとれているとする。

【0060】

ステップＳ４において、例えば位相検出器２３は、φ₂₁、φ₃₁、φ₄₁、φ₃₂、φ₄₂、及びφ₄₃の計６通りの位相差が得られる。かかる場合、位相検出器２３は、アンテナ方向調整装置１Ａと１Ｂとの間にまたがる４経路における位相差φ₃₁、φ₄₁、φ₃₂、φ₄₂が得られる。これらの位相差φ₃₁、φ₄₁、φ₃₂、φ₄₂は、それぞれの送信時搬送波位相と受信時搬送波位相との差によって算出される。かかる場合、例えばφ₃₁は、位相差検出用アンテナ５Ａから送信された時点の電波の送信時搬送波位相φ_Aと位相差検出用アンテナ５Ｃにより受信された時点の電波の受信時搬送波位相φ_Bであるとすると、φ₃₁＝φ_A－φ_Bで示される。

【0061】

また、例えば図４にしめすように、ｖ₃₁とｖ₄₂は同一方向を示すベクトルとなるが、ｖ₄₁およびｖ₃₂は異なる方向を示すベクトルとなる。すなわち、ｖ₃₁又はｖ₄₂と、ｖ₄₁と、ｖ₃₂との３つのベクトルは、二次元並進自由度且つ一次元回転自由度をもつ物体において、３自由度をもつことになる。このため、３自由度の経路における位相差及び位相差に応じた距離を計測することができる。

【0062】

また、ステップＳ４において、位相検出器２３は、それぞれの位相差を繰り返し検出し、それぞれの位相差の時間的な変化値を検出してもよい。

【0063】

次にステップＳ５において、位置角度ずれ算出部３１は、ステップＳ４により算出された位相差に基づいて、アンテナ６等の被測定対象物の位置又は方向を算出する。ステップＳ５において、位置角度ずれ算出部３１は、例えば二つ以上の伝搬位相差検出用アンテナ５の間の位置変化及び／又は二つ以上の位相差検出用アンテナ５の指向方向間の角度変化を算出してもよい。この伝搬位相差検出用アンテナ５の間の位置変化及び角度変化について下記に説明する。

【0064】

図５は、横方向に平行移動が生じたときの変化を示す図である。図６は、縦方向に平行移動が生じたときの変化を示す図である。図７は、回転が生じたときの変化を示す図である。

【0065】

図５に示すように、横方向ａに平行移動した場合には、φ₃₁とφ₄₂とが同一の位相差を維持したまま、同様にφ₄₁とφ₃₂とも同一の位相差を維持する。一方で、これらの関係性を維持したまま、位相差の値が変化するため、これをもって平行移動量を推定することができる。

【0066】

また、図６に示すように、縦方向ｂに平行移動した場合には、φ₃₁とφ₄₂とが同一の位相差を維持したまま、φ₄₁とφ₃₂との位相差の関係が変化する。同様にこれらの位相差から平行移動量を推定できる。

【0067】

また、図７に示すように、回転ｃが生じた際には、すべての位相差の関係性が崩れ、特に回転することによって、φ₃₁とφ₄₂とが異なる位相差を示すことになる。各アンテナ６に設置された位相差検出用アンテナ５の設置位置が既知であれば回転量が一意に決まる。

【0068】

上記の通り、二次元の平行移動と回転のそれぞれで各位相差の変化のパターンが異なるため、どのような変位・回転が生じ、その量がいくらかを推定することができる。位相差検出用アンテナ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを用いた簡単な例を挙げたが、実際にはＧＰＳ測位等と同様に、最小二乗法を用いた推定を用いることが有効である。これにより、計測した位相差がノイズを含む場合を考慮し、より最もらしい変位・回転量を推定することができる。また、ＧＰＳの捕捉衛星数が多い程測位精度が向上するのと同様に、これらの計測ノイズを低減させるためにはより多くの経路で位相差を取得し、それを用いてより正確な推定値を求めることができる。後述するように、３次元の平行移動及び２次元の回転の三次元の対向ずれを推定するためには、最小３対、即ち６個の位相差検出用アンテナ５が必要となるが、より多くの位相差検出用アンテナ５を利用し、複数の経路の位相差を利用することによって精度を向上させることができるため、アンテナ６が大型の開口面アンテナ等である場合、十分に多い数の位相差検出用アンテナ５を設置することが望ましい。

【0069】

また、場合によっては平行移動の検出が重要でない場合等がある。たとえば、数ｋｍはなれた位置に設置されたアンテナ６Ａ、６Ｂにおいては、ビームが広がるため１０ｃｍの平行移動量はさほど重要ではないが、一方でわずか０．１°の回転又は傾きによって生じるアンテナ６Ａ、６Ｂ間のアライメントずれは１ｋｍ先で１．７ｍに相当する。したがって、ビーム径が１ｍを切るような場合においては、アンテナ６Ａ、６Ｂ間の疎通が不可能になったり、通信品質が悪化したりする。したがって、十分に固定されたアンテナ６である場合には、１０ｃｍの平行移動が生じるよりも０．１°の傾きが発生するほうが可能性としては高く、この程度の平行移動は無視してもかまわない。また、かかる場合、平行移動が生じないと仮定して回転又は傾きのみを検出してもよく、位相差検出用アンテナ５の数が少なくても十分な精度で回転を検出できる。

【0070】

ここで、簡単な例として、図８、図９を用いて、検出可能な最小の回転量を計算した結果を示す。図８は、アンテナ６がΔθ傾いた様子を示す図である。図９は、位相検出器設置半径ｒに対する最小検出角度ずれを示すグラフである。位相検出器設置半径ｒは、位相差検出用アンテナ５間の半径を示す。Δθは、アンテナ６の傾きを示す。ｄ₀は、変化前の経路の距離を示し、ｄは、変化後の経路の距離を示す。また、変化前と変化後の経路の変化量Δｄとする。

【0071】

Δｄは、Δθが十分に小さいことを仮定して（１）式によって算出できる。

【数1】

【0072】

ここで、Δｄによって生じる位相差の変化Δφは、（２）式で示される。

【数2】

【0073】

ここでは、９２０ＭＨｚの周波数の電波を用いた際に、位相差Δφ_min＝１°の精度で位相検出ができることを前提に最小の回転検出量を算出した。回転の検出精度は、位相検出用アンテナ５の設置半径ｒに依存し、設置半径ｒが大きい程高い精度を示す。これは、設置半径ｒが大きい程、回転によって生じるアンテナ６の変位が拡大されるためである。１ｍ以上の設置半径ｒをとれば、０．１°未満の精度で回転検出が可能となり、ＧＰＳ等による方位推定や、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いた方位推定よりもよい精度で二物体間の対向ずれを検出できる。

【0074】

図９のグラフは、位相検出器設置半径ｒに対する、Δφ＝Δφｍｉｎとなる最小のΔθ、つまりは検出できる最小の回転角度をプロットしたものである。

【0075】

このことから、本発明を適用したアンテナ方向調整システム１００を用いる場合は、設置半径ｒがなるべく大きくなるように配置するのが望ましい。一方で、高周波数帯のアンテナ６等を対象とするような場合では、アンテナ６自体は実効的に大開口であったとしても、サイズが小さい場合がある。これは、同じ開口面積であっても波長によってサイズが縮小する傾向があるためである。かかる場合では、本発明の第１実施形態を適用したアンテナ方向調整システム１００の効果が十分に得られない可能性があり、アンテナ６に図示しない治具・支持材等の変位拡大機構を設けることが望ましい。具体的には、アンテナ６又は変位・回転の被測定対象物よりも大きいサイズの図示しない固定・支持治具を用意し、アンテナ６に取り付け、さらにこの図示しない固定・支持治具に位相差検出用アンテナ５を設置することが望ましい。このような構造とすることで、位相差検出用アンテナ５間の距離が大きくなり、微小な回転が拡大され、十分な精度で回転検出ができるようになる。また、アンテナ６の理想的な対向状態で正面からみて位相差検出用アンテナ５間の距離が離れるような配置、および治具形状とすることが望ましい。加えて、支持・治具の材料は、基本的に軽量で、且つ位相差検出用アンテナ５が発する電波の妨げにならないことが望ましく、たとえばプラスチック等の樹脂やカーボンファイバー等が望ましい。ただし、導電性による放射パターンへの影響を抑えるようにアンテナ設置角度に気を付ければ、アルミやステンレスなどの金属材料であっても構わない。

【0076】

また、ステップＳ５において、位置角度ずれ算出部３１は、ステップＳ４により算出されたそれぞれの位相差の時間的な変化値に基づいて、アンテナ６等の被測定対象物の位置又は方向の変化値を算出してもよい。かかる場合、各位相差φ_ABの変化値から電波が送信されてから受信されるまでのそれぞれの伝搬時間Ｔ_AB及び伝搬距離Ｖ_ABの変化値を算出する。例えば位相差φ₃₁の変化値から伝搬時間Ｔ₃₁及び伝搬距離Ｖ₃₁の変化値を算出し、位相差φ₄₁の変化値から伝搬時間Ｔ₄₁及び伝搬距離Ｖ₄₁の変化値を算出し、算出した伝搬時間Ｔ₃₁、Ｔ₄₁及び伝搬距離Ｖ₃₁、Ｖ₄₁の変化値からアンテナ６等の被測定対象物の位置又は方向の変化値を算出する。また、被測定対象物の位置又は方向には、２つの被測定対象物間の相対位置又は相対方向が含まれてもよい。

【0077】

また、伝搬時間Ｔ_AB及び伝搬距離Ｖ_ABは、位相差φ_ABから（３）式により計算することができる。ここで、Ｔは、電波の１周期の時間、ｃは光速を示す。また、実際の位相差φ_ABが－π～＋πの範囲外であっても、物理的に観察できる位相は－π～＋πの範囲となってしまう。この実際の位相差φ_ABと観測上の位相差φ_ABとの位相差をラップとする。ここでは、１周期分の位相差をラップ数が１とし、Ｎは、位相差φ_ABのラップ数を示す。このことから、位相差φ_ABから伝搬距離Ｖ_ABを算出することが可能であるため、位相差検出用アンテナ５間の距離を位相差で示すことができる。

【数3】

【0078】

ここで、位相は時間的に連続して変化することを利用してアンラップ処理を施すことにより上記の定義域に制限されないアンラップされた位相を得ることができる。アンラップ処理は、次式のＮを適切に選択し、位相の定義域を拡大する処理である。物理的に観測できる位相は、例えば、単調増加している場合であっても＋πを超えた瞬間に－πに折り返す。このような挙動により生じる急峻な位相変化をトリガとして２πを足す動作を行う。この結果、結果として、＋πを超えたあとも＋πから連続して位相を扱うことができるため、アンラップ処理を行うことができる。具体的には、例えばπ以上の変化が生じたときに、２πを増減させることによって行う。

【0079】

一方で、アンラップ処理は上記の通り時系列的に連続した位相の変化が捉えられることが前提となっており、－π～＋πの範囲外となる位相差が急峻に生じるような変位・回転がアンテナ６に生じると、比較的大きな誤差が生じる。このため、例えば比較的精度の悪い簡便な測距手法と組み合わせること等の手法が有効である。扱う電波の周波数が９２０ＭＨｚであり、位相差の誤差が１°の精度で位相差を検出できる場合、約１ｍｍの測距精度をもつことと同義であるとみなせる。このため、たとえば数十ｃｍの精度をもつ測距技術と併用することで、おおよそ３２ｃｍの波長以内の差異に収まるように粗調整したうえで、ステップＳ５によって０．１°オーダーまで微調整する等の手法がとれる。これにより、粗調整としてはアンラップの係数Ｎを求め、より高精度な計測のために位相を用いることで、簡便な構成であって精度の高い位置・回転検出が可能となる。あるいは、祖調整としては、実際にアクチュエータを制御して、生じる位相差の範囲が－π～＋πの範囲内になるように調整してもよい。測距技術あるいはセンサの例として、たとえば、各移動体の角速度を検出できるジャイロセンサや、重力を計測することにより傾きが検出できる加速度センサ、方位を検出できる地磁気センサ等を併用し、位置や方向に関する物理情報を取得することができる。これらのセンサを搭載することによって、方向又は位置、もしくは方向又は位置に対する一次微分、二次積分の値を含む物理情報が得られるため、カルマンフィルタ等を用いて本発明の位相差による変位・回転推定と組み合わせ、より正確な変位や回転を推定することが可能になる。

【0080】

次に、ステップＳ６において、位置角度ずれ算出部３１は、ステップＳ４により算出されたそれぞれの位相差を同一にする誤差信号を出力する。かかる場合、位置角度ずれ算出部３１は、複数の特定経路の位相差の関係性だけを用いて、複数の特定経路の位相差が同一になる、又は２つの特定経路の位相差の差分がゼロとなるための誤差信号を出力してもよい。かかる場合、例えば、複数の特定経路ｖ₃₁、ｖ₄₂の位相差φ₃₁、φ₄₂の関係性を用いて、位相差φ₃₁、φ₄₂を同一にする誤差信号を出力してもよい。また、２つの特定経路ｖ₄₁、ｖ₃₂の位相差φ₄₁、φ₃₂の差分がゼロとなるように誤差信号を出力してもよい。

【0081】

また、ステップＳ５においてアンラップを行わない場合であっても、単に対向状態を維持することは可能である。図５で示したように、対向状態であればφ₃₁とφ₄₂とが同一の位相差で、かつφ₄₁と、φ₃₂とも同一の位相差であるため、これらの対となる位相を同一となるようにフィードバック制御することで対向状態にもっていくことが可能である。すなわち、φ₃₁－φ₄₂→０となるように、かつφ₄₁－φ₃₂→０となるように、差がゼロとなるよう制御することで対向状態を維持できる。これは零位法となるため、より簡便な処理・方法で精度が向上する。ここでは、一般的に波長を超えるほどの大きな変位や回転が生じないことを利用している。

【0082】

また、ステップＳ６において、位置角度制御部３２は、ステップＳ４により算出されたそれぞれの位相差の時間的な変化値を検出し、検出したそれぞれの位相差の時間的な変化値を基準値にする誤差信号を出力してもよい。かかる場合、ステップＳ６において、位置角度制御部３２は、それぞれの位相差の時間的な変化値をゼロにする誤差信号を出力してもよい。これにより、理想的な位置、及び角度を維持することが可能となる。

【0083】

次に、ステップＳ７において、アンテナ位置角度制御部３２は、アクチュエータ４を制御する。例えばアンテナ位置角度制御部３２は、ステップＳ６において、出力した誤差信号に基づいて、アクチュエータ４を制御する。また、例えばアンテナ位置角度制御部３２は、ステップＳ７において、ステップＳ５において算出した位置変化及び方向変化に基づいて、予め設定された特定の位置関係又は角度関係に近づくようにアクチュエータ４を制御する。かかる場合、アンテナ位置角度制御部３２は、例えばφ₃₁、φ₄₁、φ₃₂、φ₄₂が予め設定した一定値又は一定の差分となるように、アクチュエータ４を制御する。

【0084】

上記のステップにより、本発明の実施形態に係るアンテナ方向調整システム１００の動作が終了する。これにより、移動体と固定局、又は移動体同士のアンテナのアライメントをとる場合においても、生じる角度や位置ずれを、よりリアルタイム性高く検出することが可能となる。

【0085】

以下、本発明の第２実施形態を適用した移動体対向維持システムについて詳細に説明する。第２実施形態は、被測定対象物がドローン等の移動体である点で第１実施形態と異なる。

【0086】

図１０は、位相差検出用アンテナ５の設置数が１対３の場合の移動体対向維持システム２００を示す図である。図１１は、位相差検出用アンテナ５の設置数が３対３の場合の移動体対向維持システム２００を示す図である。図１２は、位相差検出用アンテナ５の設置数が４対４の場合の移動体対向維持システム２００を示す図である。

【0087】

移動体対向維持システム２００は、例えば図示しないドローン等の移動体に設置されたアンテナ６Ａ、６Ｂを備える。アンテナ６Ａは、例えば図１０に示すように、１つの位相差検出用アンテナ５Ａ₁を備え、アンテナ６Ｂは、３つの位相差検出用アンテナ５Ｂ₁、５Ｂ₂、５Ｂ₃を備える。また、アンテナ６Ａは、例えば図１１に示すように、３つの位相差検出用アンテナ５Ａ₁、５Ａ₂、５Ａ₃を備え、アンテナ６Ｂは、３つの位相差検出用アンテナ５Ｂ₁、５Ｂ₂、５Ｂ₃を備えてもよい。また、アンテナ６Ａは、例えば図１２に示すように、４つの位相差検出用アンテナ５Ａ₁、５Ａ₂、５Ａ₃、５Ａ₄を備え、アンテナ６Ｂは、３つの位相差検出用アンテナ５Ｂ₁、５Ｂ₂、５Ｂ₃、５Ｂ₄を備えてもよい。

【0088】

移動体対向維持システム２００は、第１実施形態と同様に、位相差の検出結果を処理し、位置ずれ及び角度ずれを推定した後、対向状態に近づくように三次元的な移動等の機体制御、及びロール・ピッチ・ヨー等の回転を行う。

【0089】

これにより、移動体対向維持システム２００は、ドローン等の複数の移動体のアンテナ６を対向させることができる。かかる場合、アクチュエータがドローン自身となるため、三次元的な移動・回転が可能であるドローンの機動力を利用することが可能となる。したがって、このようにすることで、移動体に搭載したアンテナをドローンの機動力のみを利用して対向させることが可能となる。また、ドローン自身の機動力を使うだけでなく、例えばビームフォーミングやジンバル等の応答性・精密性の高いアクチュエータとの併用でビームをより精密に制御することにより、高精度な位置・角度ずれを同じく高精度にフィードバック制御することができる。

【0090】

また、移動体対向維持システム２００は、ドローン等の移動体に限らず、テレビ放送の中継車と放送局との映像データの通信において、移動することによって生じる位置・回転ずれを補正するために用いてもよい。また、地上に設置したパラボラアンテナ等の大開口アンテナ同士のアライメントにおいて、風雨、地殻変動等の外的要因によるわずかなずれが問題となる高ゲインアンテナにおいて、そのずれを精密に補正するために用いてもよい。

【0091】

本発明の第１実施形態及び第２実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。このような新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0092】

１ アンテナ方向調整装置
２ 伝搬位相差検出部
３ 制御部
４ アクチュエータ
５ 位相差検出用アンテナ
６ アンテナ
２１ トランスミッタ
２２ レシーバ
２３ 位相検出器
２４ 無線制御部
３１ 位置角度ずれ算出部
３２ アンテナ位置角度制御部
１００ アンテナ方向調整システム
２００ 移動体対向維持システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】