知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ クラトス アンテナ ソリューションズ コーポレーションの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2025-02-19
(54)【発明の名称】ノイズの影響を受ける信号を含む高傾斜衛星の追跡
(51)【国際特許分類】
G01S 3/42 20060101AFI20250212BHJP
B64G 3/00 20060101ALI20250212BHJP
【ＦＩ】
G01S3/42 Z
B64G3/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024539807
(86)(22)【出願日】2023-01-25
(85)【翻訳文提出日】2024-07-01
(86)【国際出願番号】 US2023011562
(87)【国際公開番号】W WO2023146930
(87)【国際公開日】2023-08-03
(31)【優先権主張番号】63/302,738
(32)【優先日】2022-01-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】524178997
【氏名又は名称】クラトス アンテナ ソリューションズ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】グリベン，ダグラス
(57)【要約】
衛星追跡システム及び方法では、信号源を含む衛星５０の方向を決定するために、３点ピーキング技術が使用される。カルマンフィルタは、３点ピーキング動作中に受信した信号のノイズの影響を最小限に抑えるために使用される。この決定は、随時行われ得る。衛星５０の位置が、ある時間間隔にわたって２回決定されていると、カルマンフィルタを使用して、適応型連続ステップ追跡技術によってその将来の位置が推定され得る。適応型連続ステップ追跡技術は、衛星がアンテナから見られるように経時的に均等に移動すると仮定する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンテナを使用して衛星信号源を追跡する方法であって、収集段階の間に前記衛星から最大信号レベルを受信するために前記アンテナの方向を決定することであって、
３つ以上の所定の測定角度を通して単一平面内で前記アンテナのＲＦ軸を回転させること、
各角度における信号レベルを測定すること、
第２の角度位置における測定された前記信号レベルが、第１の角度位置及び第３の角度位置の両方における測定された前記信号レベルを超えるように、前記所定の測定角度の３つの測定された信号レベル及び対応する角度位置を保持すること、
測定された前記信号を前記角度位置に関係付ける二次関数の係数のセットを決定すること、
前記二次関数の前記係数を使用して、前記信号源からの信号レベルを最大化する第１の角度位置を決定すること、
決定された前記角度位置を記憶すること、
ならびに
第２の角度位置を提供するために、直交平面で先行するステップを繰り返すこと、
による、前記決定することと、
最大信号レベルプロセスを受信するために前記アンテナの前記方向を前記決定することを周期的に実行して、第１の決定された角度位置及び第２の決定された角度位置のセットを取得することと、
前記角度位置のセットをカルマンフィルタにサブミットして、フィルタリングされた出力を生成することと、
前記フィルタリングされた出力を使用して、前記衛星の位置を推定することと、
を含む、前記方法。
【請求項2】
所定のノイズ閾値を上回る、周期的に決定された角度位置を前記カルマンフィルタにサブミットすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記衛星の前記位置の推定値をカルマンフィルタにサブミットして、前記アンテナについて予測される方位角及び仰角を生成することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記第１の角度位置が、仰角であり、前記第２の決定された角度位置が、方位角である、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記３つ以上の所定の測定角度の第１の所定の測定角度から、前記３つ以上の測定角度の残りの信号測定角度のセットを通して、単一方向に前記アンテナの前記ＲＦ軸を回転させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
時間ｔ０における第１の信号源位置、時間ｔ１における第２の信号源位置を決定することと、線形外挿によって後続の時間ｔ２における第３の信号源位置を推定することと、をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
以前に推定された信号源位置に基づいてさらなる信号源位置を周期的に推定することと、前記推定値をカルマンフィルタにサブミットすることと、をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
時間の関数として地心球座標の前記信号源位置を表現する等式のセットを使用して、後の信号源位置を計算することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
所定のビーム幅を有するアンテナを使用して衛星信号源を追跡するための装置であって、３つ以上の所定の測定角度を通して単一平面内で前記アンテナのＲＦ軸を回転させるように適合されたアンテナ駆動部と、
各角度における信号レベルを測定する受信器と、
コントローラであって、
第２の角度位置における測定された前記信号レベルが、第１の角度位置及び第３の角度位置の両方における測定された前記信号レベルを超えるように、前記所定の測定角度の３つの測定された信号レベル及び対応する角度位置を保持し、
測定された前記信号を前記角度位置に関係付ける二次関数の係数のセットを決定し、
前記二次関数の前記係数を使用して、前記信号源からの信号レベルを最大化する角度位置を決定し、
信号源位置を提供するために、直交平面で先行するステップを繰り返し、
最大信号レベルプロセスを受信するために前記アンテナの前記方向を前記決定することを周期的に実行して、第１の決定された角度位置及び第２の決定された角度位置のセットを取得し、
前記角度位置のセットをカルマンフィルタにサブミットして、フィルタリングされた出力を生成し、
前記フィルタリングされた出力を使用して、前記衛星の位置を推定する、
ように構成される、前記コントローラと、
を備える、前記装置。
【請求項10】
前記コントローラが、所定のノイズ閾値を上回る、前記決定された角度位置を前記カルマンフィルタに周期的にサブミットするようにさらに構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項11】
前記コントローラが、前記衛星の前記位置の推定値をカルマンフィルタにサブミットして、前記アンテナについて予測される方位角及び仰角を生成するようにさらに構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項12】
前記第１の角度位置が、仰角であり、前記第２の決定された角度位置が、方位角である、請求項９に記載の装置。
【請求項13】
前記コントローラが、前記３つ以上の所定の測定角度の第１の所定の測定角度から、前記３つ以上の測定角度の残りの信号測定角度のセットを通して、単一方向に前記ＲＦ軸を回転するように前記アンテナを向けるようにさらに構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項14】
前記コントローラが、時間ｔ０における第１の信号源位置、時間ｔ１における第２の信号源位置を決定し、線形外挿によって後続の時間ｔ２における第３の信号源位置を推定するようにさらに構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項15】
前記コントローラが、以前に推定された信号源位置に基づいてさらなる信号源位置を周期的に推定し、前記推定値をカルマンフィルタにサブミットするようにさらに構成される、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の分野は、衛星に関し、より詳細には、地球の周りの名目上の静止軌道内で衛星を追跡することに関する。本出願は、２００２年３月１２日に出願された米国特許第６，６５７，５８８号に関連しており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
通信に衛星を使用することは、よく知られている。原理的に、衛星は、軌道周期が地球の自転周期に等しくなるような地球の中心からの距離で、赤道面内の円軌道に配置され得る。地球の周りの公転方向が地球の自転方向と同じである場合、衛星は、地球上の観測者には静止したままであるように見える。
【0003】
一般に、最初に衛星をそのような完全な軌道に配置することができたとしても、軌道が厳密に円形で、かつ赤道面にあることはできず、月及び太陽の重力などの外力、地球の重力場の非対称性、ならびに衛星の大型太陽電池パネルアレイに対する放射圧は全て、軌道要素を経時的に徐々に変化させるように作用する。ステーション維持操作は、定義された制限内で衛星の見かけの位置を維持するために採用され得る。
【0004】
衛星は、ケプラーの法則に従って移動するため、軌道の任意の楕円率により、衛星は近地点で最も速く移動し、遠地点で最もゆっくりと移動する。一般に、衛星の軌道面は赤道面に対して傾斜している場合があり、その結果、衛星が厳密に円形の軌道にある場合でも、衛星は、地球の中心から見て、小さな東西成分を有して主に南北方向に移動しているように見える。
【0005】
地上局アンテナのビーム幅は、衛星の必然的な見かけの動きでも、信号強度が十分一定のままであり、地上局アンテナが固定されたままであり得るほど、十分に広い場合がある。
【0006】
いくつかの用途では、より高い利得を有する地上局アンテナを必要とする場合がある。これにより、アンテナビーム幅は縮小され、その結果、受信信号強度の大きな変動を回避するために、地上局アンテナが衛星の見かけの動きを追跡することが必要であり得る。第２に、衛星が他の方法で動作している場合でも、ステーション維持操作によって衛星を静止軌道内に維持することが非経済的または不可能になる場合がある。この場合、地上局アンテナによって衛星の見かけの動きを追跡する能力を含むことによって、衛星サービス寿命が増加し得る。
【0007】
名目上の静止衛星の場合、衛星の見かけの動きは比較的緩やかであり、周期性は約１恒星日である。一般に、受信信号強度は、最大受信信号強度の位置に「上昇」するように方位角及び仰角で一連のステップを実行することにより随時最大化され得る。これらのステップ追跡技術は、方位角及び仰角の両方においてアンテナの多くの前後の動きを必要とし、これは、駆動システムに過度の摩耗を生じさせ得る。各測定の結果は、概して直前の測定のみと比較されるため、この技術は常に信頼できるものではなく、激しい大気シンチレーションまたは降水減衰が存在すると完全に失敗することがある。これらの状態からの回復には、概して人間の介入を必要とする。
【0008】
駆動システムの信頼性を高め、日常的なメンテナンスを減少させるためには、アンテナをピークにするために必要とされる動きの要求の数を減少させることが望ましい。また、より高い精度で衛星方向を決定し、シンチレーション及び受信信号レベルの他の変動に対するアンテナピーキングプロセスの感受性を低減させることが望ましい。
【0009】
より高い周波数及び多くの位置に対して、アンテナは、著しい降水減衰の期間中に衛星上でピークに達することができない。アンテナ測位システムは、降水減衰のために通常のアンテナのピーキングが不可能であるときに、アンテナと衛星とのアライメントを維持する技術を必要とする。
【発明の概要】
【0010】
本開示は、改善されたアンテナ測位方法及びシステムを提供する。以下の概要は、本発明のあらゆる態様を定義することを意図するものではなく、本開示の他の特徴及び利点は、図面を含む以下の詳細な説明から明らかになるであろう。本開示は、統合された文書として関連することを意図するものであり、特徴の組み合わせが、本開示の同じ文、段落、またはセクション内に一緒に見出されない場合でも、本明細書に記載される特徴の全ての組み合わせが企図されることを理解されたい。加えて、本開示は、追加の態様として、本明細書で具体的に言及された変形よりも範囲が狭い本発明の全ての実施形態をいかなる方法でも含む。
【0011】
本明細書に開示されるように、アンテナを使用して衛星信号源を追跡する方法は、収集段階の間に衛星から最大信号レベルを受信するためにアンテナの方向を決定することであって、３つ以上の所定の測定角度を通して単一平面内でアンテナのＲＦ軸を回転させること、各角度における信号レベルを測定すること、第２の角度位置における測定された信号レベルが、第１の角度位置及び第３の角度位置の両方における測定された信号レベルを超えるように、所定の測定角度の３つの測定された信号レベル及び対応する角度位置を保持すること、測定された信号を角度位置に関係付ける二次関数の係数のセットを決定すること、二次関数の係数を使用して、信号源からの信号レベルを最大化する第１の角度位置を決定すること、決定された角度位置を記憶すること、ならびに第２の角度位置を提供するために、直交平面で先行するステップを繰り返すこと、による、決定することと、最大信号レベルプロセスを受信するためにアンテナの方向を上記決定することを周期的に実行して、第１の決定された角度位置及び第２の決定された角度位置のセットを取得することと、角度位置のセットをカルマンフィルタにサブミットして、フィルタリングされた出力を生成することと、フィルタリングされた出力を使用して、衛星の位置を推定することと、を含む。
【0012】
方法は、所定のノイズ閾値を上回る、周期的に決定された角度位置をカルマンフィルタにサブミットすることと、衛星の位置の推定値をカルマンフィルタにさらにサブミットして、アンテナについて予測される方位角及び仰角を生成することと、をさらに含み得る。
【0013】
方法では、第１の角度位置が、仰角であり、第２の決定された角度位置が、方位角である。加えて、方法は、３つ以上の所定の測定角度の第１の所定の測定角度から、３つ以上の測定角度の残りの信号測定角度のセットを通して、単一方向にアンテナのＲＦ軸を回転させることを含み得る。
【0014】
加えて、方法は、時間ｔ０における第１の信号源位置、時間ｔ１における第２の信号源位置を決定することと、線形外挿によって後続の時間ｔ２における第３の信号源位置を推定することと、を含み得る。さらに、方法は、以前に推定された信号源位置に基づいてさらなる信号源位置を周期的に推定することと、推定値をカルマンフィルタにサブミットすることと、を含み得る。さらに、方法は、時間の関数として地心球座標の信号源位置を表現する等式のセットを使用して、後の信号源位置を計算することを含み得る。
【0015】
本明細書に開示されるように、所定のビーム幅を有するアンテナを使用して衛星信号源を追跡するための装置は、３つ以上の所定の測定角度を通して単一平面内でアンテナのＲＦ軸を回転させるように適合されたアンテナ駆動部と、各角度における信号レベルを測定する受信器と、コントローラであって、第２の角度位置における測定された信号レベルが、第１の角度位置及び第３の角度位置の両方における測定された信号レベルを超えるように、所定の測定角度の３つの測定された信号レベル及び対応する角度位置を保持し、測定された信号を角度位置に関係付ける二次関数の係数のセットを決定し、二次関数の係数を使用して、信号源からの信号レベルを最大化する角度位置を決定し、信号源位置を提供するために、直交平面で先行するステップを繰り返し、最大信号レベルプロセスを受信するためにアンテナの方向を上記決定することを周期的に実行して、第１の決定された角度位置及び第２の決定された角度位置のセットを取得し、角度位置のセットをカルマンフィルタにサブミットして、フィルタリングされた出力を生成し、フィルタリングされた出力を使用して、衛星の位置を推定する、ように構成される、コントローラと、を含む。
【0016】
コントローラは、所定のノイズ閾値を上回る、決定された角度位置をカルマンフィルタに周期的にサブミットするようにさらに構成され得る。加えて、コントローラは、衛星の位置の推定値をカルマンフィルタにサブミットして、アンテナについて予測される方位角及び仰角を生成するようにさらに構成され得る。加えて、第１の角度位置が、仰角であり、第２の決定された角度位置が、方位角である。加えて、コントローラは、３つ以上の所定の測定角度の第１の所定の測定角度から、３つ以上の測定角度の残りの信号測定角度のセットを通して、単一方向にＲＦ軸を回転するようにアンテナを向けるようにさらに構成され得る。加えて、コントローラは、時間ｔ０における第１の信号源位置、時間ｔ１における第２の信号源位置を決定し、線形外挿によって後続の時間ｔ２における第３の信号源位置を推定するようにさらに構成され得る。加えて、コントローラは、以前に推定された信号源位置に基づいてさらなる信号源位置を周期的に推定し、推定値をカルマンフィルタにサブミットするようにさらに構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の図示された実施形態による、名目上の静止衛星を追跡するように、地上局アンテナの位置を制御するためのシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本出願は、２００２年３月１２日に出願された米国特許第６，６５７，５８８号に関連しており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0019】
概して本発明の図示される実施形態に従って示される衛星追跡システム１０は、アンテナ４０と、駆動コントローラモジュール３５と、信号処理モジュール（デバイス）３０と、コントローラモジュール２０と、を含み得る（図１）。駆動コントローラ３５、信号処理デバイス３０、及びコントローラ２０のそれぞれが、関連するコンピュータ可読データ記憶媒体を有する１つまたは複数のプロセッサを用いて実施され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替形態では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であってもよい。プロセッサは、また、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成などの、コンピューティングデバイスの組み合わせとしても実施され得る。したがって、本明細書で使用される用語「プロセッサ」は、前述の構造のいずれか、前述の構造の任意の組み合わせ、または本明細書に記載の技術の実施に適した任意の他の構造もしくは装置を指し得る。
【0020】
アンテナ４０は、ＲＦ軸４２を有し得る。衛星が信号源を含む場合、アンテナは、衛星５０を通過するＲＦ軸４２の外側への延長部がアンテナ出力において最大受信信号強度をもたらすようにアライメントされ得る。適当な時間の長さの間にアンテナによって受信されたエネルギーは、適切な受信機３１によって測定され得る。
【0021】
衛星が受信機を含み、地上アンテナが衛星に向けて送信する場合、ＲＦ軸４２の外側への延長部が衛星５０を通過するようにアンテナをアライメントすることによって、衛星において最大受信信号強度が得られる。適当な時間の長さの間に衛星で受信されたエネルギーは、衛星内に含まれた適切な受信機によって測定され得る。
【0022】
角度位置θにおいて、アンテナ利得の減少は次の式で与えられ得る。
Ｇ（θ）＝１２（｜θ－θ０｜）２ （１）
Ｇ（θ）＝１２（｜θ－θ０｜）２ （１）
【0023】
ここで、θ０はＲＦ軸４２の方向であり、θＢＷは角度領域４４を包含する角度であり、この角度領域内で、利得がＲＦ軸の方向の利得から３ｄＢ以下しか減少しない。
【0024】
一般に、アンテナのピーキングとは、アンテナのＲＦ軸がアンテナから衛星への経路とアライメントするようにアンテナを向けることを意味する。以下で説明する３点ピーキング技術は、アンテナ４０のＲＦ軸を衛星５０とアライメントする独自の方法を提供する。
【0025】
図示された実施形態の下では、３点ピーキング技術は、信号源を含む衛星５０の方向を決定するために使用され得る。この決定は、随時行われ得る。
【0026】
衛星５０の位置が時間間隔にわたって２回決定されると、その将来の位置が、適応型連続ステップ追跡技術によって推定され得る。適応型連続ステップ追跡技術は、衛星がアンテナ４０から見られるように経時的に均等に移動すると仮定する。
【0027】
３点ピーキング技術は、アンテナ４０のＲＦ軸４２と衛星５０とのアライメントを改善するために随時使用され得る。アンテナ４０のＲＦ軸４２の位置の連続した決定は、時間の関数として表にされ得る。
【0028】
衛星５０の見かけの動きは経時的に周期的であるため、その動きは、衛星５０の軌道運動を記述する方程式の係数を決定するために、アンテナ４０の作表された位置を使用する軌道追跡技術によって予測され得る。精度は、３点ピーキング技術によって取得され得るような衛星位置の追加の決定が、軌道追跡技術の中の予測方程式の精度を向上させるだけのために必要とされるほど十分である。
【0029】
最初に３点ピーキング技術について説明し、従来のステップ追跡技術と対比する。
【0030】
従来の「山登り法（ｈｉｌｌ－ｃｌｉｍｂｉｎｇ）」ステップ追跡技術では、アンテナは、２つの直交軸に沿った両方向に小さなステップで動かされる。便宜上かつ単純化のために、動きは、典型的には方位角及び仰角においてである。各位置において、受信信号レベルを適当な時間の長さにわたって平均して、平均レベルを取得し、それを前の位置における平均レベルと比較する。レベルが低下した場合、アンテナを反対方向に２増分動かし、測定を繰り返す。レベルが上昇した場合、アンテナを同じ方向に１増分動かす。このプロセスは、平均レベルが上昇した後アンテナが同じ方向へ動いて平均レベルが低下するまで繰り返される。この軸に沿った最適な位置は、最大平均レベルを提供した位置であると仮定される。手順全体が、直交軸に沿って繰り返される。
【0031】
任意のアンテナ測位システムにおいて、アンテナのＲＦ軸がアンテナと衛星との間の経路とアライメントされ得る精度は、直交軸のそれぞれにおいて、それぞれのレゾルバ分解能とアンテナ駆動システムによって達成可能なアンテナの動きの最小増分との大きい方によって制限される。したがって、従来の「山登り法」ステップ追跡では、この制限よりも高い精度でＲＦ軸の位置を決定することはできない。
【0032】
３点ピーキング技術は、レゾルバ分解能の整数倍として表され得る固定増分だけ、２つの直交軸、典型的には方位角及び仰角のそれぞれにおいて、アンテナを動かす。固定増分は、それぞれの軸においてアンテナ駆動システムによって達成可能なアンテナの動きの最小増分に等しいか、またはそれを超えなければならない。
【0033】
本発明の図示された実施形態の下では、３点ピーキング技術は、最初に受信信号を典型的には１０秒間積分することによって、その現在の位置でアンテナによって受信される平均レベルを測定する。
【0034】
コントローラ２０は、典型的には３ｄＢ全ビーム幅の１５％である、方位角ステップサイズ２５を計算する。アンテナのＲＦ軸が最初に衛星とアライメントされる場合、この大きさのオフセットは、受信信号強度を測定可能な量（０．２７ｄＢ）だけ低下させる。
【0035】
アンテナ４０は、方位角において、方向インデックス２６によって決定された方向にステップサイズ２５だけ動くように指令される。アンテナによって達成される実際の方位角でアンテナによって受信される平均レベルは、受信信号を典型的には１０秒間積分することによって測定される。アンテナの実際の方位角が示される。平均レベルが低下した場合、方向インデックス２６が補完され（即ち、反転され）、アンテナは、反対方向にステップサイズ２５の２倍動くように指令される。平均レベルが上昇した場合、アンテナは、同じ方向にステップサイズ２５だけ動くように指令される。プロセスは、平均レベルが上昇した後平均レベルが低下するまで繰り返される。最後の３つの実際の方位角位置は、受信信号強度を最大化するアンテナ方位角を囲んでいる。実際には、アンテナ４０の移動（即ち、回転）により、衛星５０がアンテナ４０のＲＦ軸４２を横切って弧を描いた。これらの３つの実際のアンテナ位置及びそれらの対応するレベルのみが、保持される。
【0036】
式（１）によれば、受信信号レベルを、二次方程式Ｌ（α）＝ｃ０＋ｃ１＊α＋ｃ２＊α２で表すことができ、ここで、Ｌ（α）は、受信信号強度であり、αは、アンテナの方位角または仰角である。微分してｄＬ（α）／ｄα＝０を設定することで、式αｐｋ＝－ｃ１／（２＊ｃ２）に従って、ピーク信号読み取り値のアンテナ方向が定義される。
【0037】
二次方程式（１）を決定する実際の方位角は、ほぼステップサイズ２５の角度だけ分離されるが、ピーク方位角αｐｋは、レゾルバ分解能よりも高い精度で決定される。
【0038】
次いで、アンテナ４０は、方位角において計算されたピーク方位角αｐｋに動かすように指令される。結果として得られる実際のアンテナ方位角は、方位角レゾルバ分解能とアンテナ駆動システムによって方位角において達成可能なアンテナの動きの最小増分との大きい方によって制限される。
【0039】
方位角の動きについて説明したピーキングプロセスが、次いで仰角において繰り返される。上記のように、方程式（１）によれば、受信信号レベルは、二次方程式Ｌ（ε）＝ｃ０＋ｃ１＊ε＋ｃ２＊ε２で表されてもよく、ここで、Ｌ（ε）は、受信信号レベルであり、εは、実際のアンテナ仰角であり、係数ｃ０、ｃ１、及びｃ２は、仰角の二次方程式を定義する。最大信号強度に対応するアンテナ仰角εｐｋにおいて、勾配ｄＬ（ε）／ｄεはゼロである。したがって、最大受信信号レベルを提供する仰角は、εｐｋ＝－ｃ１／（２・ｃ２）である。
【0040】
次いで、アンテナは、仰角において計算されたピーク仰角εｐｋまで動かすように指令される。結果として得られる実際のアンテナ仰角は、仰角レゾルバ分解能とアンテナ駆動システムによって仰角において達成可能なアンテナの動きの最小増分との大きい方によって制限される。
【0041】
αｐｋ及びεｐｋは、駆動システムの固有の制限により、アンテナによって達成可能な精度を超える精度で、アンテナ４０から実際の衛星位置５０への方向の推定値を提供することが、強調される。
【0042】
３点ピーキングアルゴリズムは、単一時間ｔ０におけるアンテナから衛星の実際の位置への方向α０、ε０を決定する。概して、後続の衛星の動きにより、アンテナのＲＦ軸とアンテナ及び衛星間の経路との間の角度が増加することがある。
【0043】
図示された実施形態では、衛星の動きは、式（１）によって与えられる量Ｇ（θ）だけ、アンテナ利得を減少させる。３点ピーキング技術を使用して、アンテナのＲＦ軸をアンテナ及び衛星間の経路と再アライメントすることが望ましい場合がある。これにより、単一時間ｔ１におけるアンテナから衛星の実際の位置への第２の方向α１、ε１が得られ得る。
【0044】
完全な一般性のために、後続の衛星の動きは、アンテナ利得の減少Ｇ（θ）が許容可能内のままであるほど十分小さい場合がある。適当な時間が経過した後、３点ピーキング技術を使用して、アンテナのＲＦ軸をアンテナ及び衛星間の経路と再アライメントすることが望ましい場合がある。この手順によって、単一時間ｔ１におけるアンテナから衛星の実際の位置への第２の方向（α１、ε１が得られ得る。
【0045】
図示された実施形態では、アンテナ４０のＲＦ軸４２は、１分間にわたって積分された平均受信信号レベルが、衛星の動きの結果として０．３ｄＢなどの確立された閾値だけ低下したとき、または３時間などの確立された間隔を超えて前のアライメントから経過したときは必ず、３点ピーキング技術を使用してアンテナ４０及び衛星５０間の経路と再アライメントされ得る。各アライメント手順は、アンテナから対応する時間ｔｉにおける衛星の実際の位置への方向αｔ、εｉの独立した決定をもたらす。
【0046】
アンテナから観測される衛星の動きは、１恒星日の期間を有するため、時間ｔ０におけるアンテナ位置α０、ε０及び後続の時間ｔ１におけるアンテナ位置α１、ε１の知識が、時間ｔ１に続く時間ｔにおけるアンテナ位置α、εの推定を可能にすることが、当業者には明らかであろう。
【0047】
この適応型連続ステップ追跡技術の利点は、図示された実施形態を参照して説明される。
【0048】
方位角の変化率ｄα／ｄｔ及び仰角の変化率ｄε／ｄｔは、直前の２つのアンテナ位置α０、ε０及びα１、ε１と、それらの対応する時間ｔ０及びｔ１から計算される。アンテナ位置α、εは、計算された方位角及び仰角の変化率を使用して、ｔ１に続く時間ｔに対して計算される。
【0049】
図示された実施形態では、アンテナは、計算された位置が、それぞれのレゾルバ分解能またはアンテナ駆動システムによって達成可能なアンテナの動きの最小増分の大きい方によって決定される量だけ実際のアンテナ位置と異なる場合には必ず、計算された位置α、εに動くように指令される。
【0050】
衛星の見かけの動きは、方位角及び仰角において線形ではなく、経時的なこれらの座標においても均等ではない場合があるため、上述のような線形外挿によって計算されたアンテナのＲＦ軸と、アンテナ及び衛星間の経路との間の角度が、最終的には増加することとなる。
【0051】
図示された実施形態では、衛星の動きは、式（１）によって与えられる量Ｇ（θ）だけ受信信号レベルを低下させる。時間ｔ２までに、この低下は、０．３ｄＢなどの確立された閾値よりも大きくなることがあり、アンテナのＲＦ軸とアンテナ及び衛星間の経路との間の角度分離は、３点ピーキング技術によって減少され得る。新たなアンテナ位置は、時間ｔ２においてα２、ε２である。
【0052】
ｔ１からｔ２までの間隔全体を通して、アンテナは、適応型連続ステップ追跡技術によって計算される線形外挿された位置のみに従って、方位角及び仰角を動かすように要求される。受信信号レベルは、この間隔全体を通して常に、確立された閾値より多く低下しない。
【0053】
ｔ２に続く任意の時間ｔにおけるアンテナ位置は、時間ｔ１及びｔ２におけるアンテナ位置の線形外挿として計算され得る。時間ｔ０におけるアンテナ位置α０、ε０の知識は必要ではなく、破棄されてもよい。
【0054】
図示された実施形態では、時間ｔ２の後、時間ｔ１におけるアンテナ位置α１、ε１が、時間ｔ０におけるアンテナ位置α０、ε０として示される。同様に、時間ｔ２におけるアンテナ位置α２、ε２は、時間ｔ１におけるアンテナ位置α１、ε１として示される。
【0055】
この説明から、適応型連続ステップ追跡技術は、一連の線形外挿によってアンテナ４０から見られるような衛星５０の実際の見かけの動きを近似するということが言える。各線形外挿は、３点ピーキング技術によって取得され得るように、アンテナ位置α、εの以前の２つの決定から計算される。各線形外挿は、アンテナＲＦ軸とアンテナから衛星への経路とのアライメント不整合によって、受信レベルが閾値低下よりも多く低下することがないほど十分良好な、実際の見かけの衛星経路の近似である。
【0056】
軌道追跡技術は、時間の関数として地心球座標における衛星位置を表す単純な式を使用することによって、アンテナ位置α、εを計算する。
【0057】
３点ピーキング技術は、対応する時間ｔｉに取得されたアンテナ位置αｉ、εｉのテーブルを提供し得る。テーブル内のエントリ数は、適応型連続ステップ追跡技術によって大幅に減少し得る。
【0058】
緯度及び経度などの地表座標で表され得るアンテナ位置は、合理的な精度で既知であると仮定される。
【0059】
衛星がほぼ静止した軌道にあると仮定すると、地球の中心から衛星までの距離は、合理的な精度で既知である。各アンテナ位置αｉ、εｉは、座標変換２３によって地心球座標系に変換されて、対応する時間ｔｉにおけるθｉ、φｉのテーブル２７が取得され得る。
【0060】
ほぼ静止した軌道にある実際の衛星の場合、衛星位置は、以下の３つの式によって、相当な精度を有する地心球座標（ρ，θ，φ）で記述され得ることが示され得る。
ρ＝ａ＊（１－ｅｃｃ＊ｃｏｓ（κ＊ｔ－ω）） （２）
θ＝２＊ｅｃｃ＊ｓｉｎ（κ＊ｔ－ω）－０．２５＊ｉｎｃ２＊ｓｉｎ（２＊κ＊ｔ）＋θ０ （３）
φ＝ｉｎｃ＊ｓｉｎ（κ＊ｔ）＋φ０ （４）
ρ＝ａ＊（１－ｅｃｃ＊ｃｏｓ（κ＊ｔ－ω）） （２）
θ＝２＊ｅｃｃ＊ｓｉｎ（κ＊ｔ－ω）－０．２５＊ｉｎｃ２＊ｓｉｎ（２＊κ＊ｔ）＋θ０ （３）
φ＝ｉｎｃ＊ｓｉｎ（κ＊ｔ）＋φ０ （４）
【0061】
ここで、ｅｃｃは離心率、ｉｎｃは傾斜角（ラジアン）、ａは衛星軌道の長半径（６．６１００６地球半径）、ωは近地点の引数（ラジアン）、κは（２＊π）／８６１６４．０９であり、ｔは昇交点からの時間、θ０はθのオフセット、φ０はφのオフセットである。時間の原点は不明であるため、時間ｔは、ｔ＝ｔｃ－ｔ０と書き換えることができる。ここで、ｔｃは、クロック時間であり、ｔ０は決定されなければならないエポックである。
【0062】
軌道追跡技術は、最小二乗法の意味で、時間ｔｉにおけるθｉ及びφｉの表にされた値を最もよく表す式（２）～（４）の係数を決定する。式（２）～（４）の周期性は、１恒星日（８６１６４．０９秒）であるため、表が１恒星日の十分な割合に及ぶまで係数を決定することはできない。一般性を失うことなく、図示された実施形態は、θｉ及びφｉの表にされた値が、６時間より短くない期間にわたって得られると仮定している。
【0063】
第１の係数処理アプリケーション２１は、最小二乗技術を使用して、いずれも上述したように、任意の時間における３点ピーキング技術の適用により、または適応型連続ステップ追跡技術によって指示されるように、取得され得るφｉ及びｔｉの表にされた値に式（４）を当てはめることによって、衛星傾斜角ｉｎｃ、エポックｔ０、及びオフセットφ０を決定し得る。
【0064】
衛星傾斜角ｉｎｃ、エポックｔ０、及びオフセットφ０を決定した後、式（３）の第２項が、各ｔｉに対して計算され得る。第２の係数処理アプリケーション２２は、次いで最小二乗技術を使用して、いずれも上述したように、任意の時間における３点ピーキング技術の適用により、または適応型連続ステップ追跡技術によって指示されるように、取得され得るφｉ及びｔｉの表にされた値に、上述のように修正された式（３）を当てはめることによって、衛星離心率ｅｃｃ、近地点の引数ω、及びオフセットθ０を決定し得る。
【0065】
４つの軌道パラメータ（ｉｎｃ、ｅｃｃ、ω、及びｔ０）ならびにオフセット（θ０、φ０）を決定した後、衛星の地心座標が、任意のクロック時間ｔｃに対して計算され得る。これらの座標は、次いで、逆座標変換２４によって任意の地上位置から見られる衛星の地表座標α、εに変換され得る。
【0066】
特に、地心座標からアンテナ４０の位置へのこの変換は、衛星への方向が経時的に変化するときに、アンテナ４０のＲＦ軸４２がアンテナ４０から衛星５０への経路とアライメントされ続ける手段を提供する。
【0067】
概して、地心座標は、任意の他の地上位置についての地表座標α、εを取得するために変換されてもよく、それにより、衛星が経時的に移動するように見えるときに、この第２の位置でのアンテナのＲＦ軸がこの第２の位置から衛星への経路とアライメントされ続け得る手段を提供する。
【0068】
数時間ごとに、または他の所望の方法で、アンテナ４０のＲＦ軸４２とアンテナから衛星５０への経路とのアライメントがテストされ、３点ピーキング技術を呼び出すことによって可能な限り改善され得る。上述のように、アンテナ位置（この時間ｔｎにおけるαｎ、εｎは、地心球座標θｎ及びφｎに変換され、θ、φ、及びｔのテーブル２７に追加される。テーブルサイズは、現在の時刻ｔｎより前の何らかの選択された間隔よりも早期に取得されたテーブル要素を破棄することによって制約され得る。表２７内に保持される要素の期間は、数日になるように選択することが適切である。
【0069】
衛星の軌道要素は、太陽及び月の重力の影響、衛星のソーラーパネルへの放射圧の影響、及びステーション維持操作中に課せられる運動量の変化により、経時的に徐々に変化する。軌道追跡技術及び３点ピーキング技術の適用によって決定され得るような軌道要素は、これらの影響に適応するために徐々にかつ自動的に修正される。
【0070】
アンテナ位置が既知であり、シャフト角度レゾルバが正しく初期化されている場合、オフセットφ０は、ゼロでなければならない。これは、衛星の軌道面が地球の中心を含まなければならないという観測結果から生じる。軌道追跡技術は、シャフト角度レゾルバにおいて相当な初期化誤差を許容し得るが、ゼロでないオフセットφ０は、一方または両方のシャフト角度レゾルバの初期化が補正されるべきであることの有用な指標を与える。定義により、オフセットθ０は、衛星経度である。
【0071】
３点ピーキング技術の例示された実施例
３点ピーキング技術は、西経８０．９０°に位置する２．８°の傾斜角及び０．０００３４の中程度の離心率を有する衛星５０を仮定することによって説明され得る。アンテナは、０．２２°の３ｄＢビーム幅を有し、北緯３３°西経９６．６°に位置する。アンテナ４０は、０．０１°の精度で、方位角及び仰角の両方において動かされ得る。この技術は、例えばコントローラ２０によって実施され得る。
３点ピーキング技術は、西経８０．９０°に位置する２．８°の傾斜角及び０．０００３４の中程度の離心率を有する衛星５０を仮定することによって説明され得る。アンテナは、０．２２°の３ｄＢビーム幅を有し、北緯３３°西経９６．６°に位置する。アンテナ４０は、０．０１°の精度で、方位角及び仰角の両方において動かされ得る。この技術は、例えばコントローラ２０によって実施され得る。
【0072】
データは、アンテナ４０のメインローブ４４の正確な表現を含むシミュレーションプログラムによって、図示された実施例に対して提供され得る。受信信号は、加算性白色ガウスノイズ（ＡＷＧＮ）を含む。シミュレーションの受信Ｃ／Ｎ比は、典型的な衛星ビーコン５０及びアンテナ４０で通常予想されるものよりも低い。
【0073】
受信した信号強度は、上方のトレースとしてプロットされている（図２及び４）。３点ピーキングアルゴリズムは、９８１分５０秒（最初の黒ひし形、図２）において始まる。受信信号レベルが、次の１０秒間測定される。現在の方位角１５２．９２°についての平均受信信号レベルは、９８２分００秒に入手可能である。３点ピーキング技術で必要とされるように、方位角は、方位角ステップサイズの分、１５１．８９°に減少される。受信信号レベルが、さらに１０秒間測定される。新たな方位角についての平均受信信号レベルは、９８２分１０秒に入手可能である。第２の平均信号レベルは第１の平均信号レベルより低いため、アンテナ方位角は、方位角ステップサイズの２倍分、１５１．９５°に増加される。この方位角についての平均受信信号レベルは、９８２分２０秒に入手可能である。平均レベルが増加したため、方位角は、再び方位角ステップサイズ分、１５１．９８°に増加される。この方位角についての平均受信信号レベルは、９８２分３０秒に入手可能である。平均レベルが低下してから、第１及び第４の２つの１０秒平均値が存在し、これらが第３の平均値を挟んでいる。第２の１０秒平均値及びそれに対応する方位角は、無視される。
【0074】
３つの保持された平均値全てを含む、方位角における二次方程式の係数が計算される。この二次方程式によって定義された点の軌跡が、実曲線（図３）によって描かれ得る。４つの１０秒平均値全てが、黒ひし形としてプロットされる。二次曲線の式から、ピーク方位角αｐｋは、１５１．９４９°と計算される。
【0075】
アンテナ４０は次いで、１５１．９５°の方位角に動かされ、それによってアンテナは、計算されたピーク方位角αｐｋに可能な限り近く配置される。ピーキングプロセスは、仰角において繰り返される（図４）。ピーク仰角を挟むために１０秒平均値が３つだけ必要である。３つの平均値全てを含む、仰角における二次方程式の係数が計算される。この二次方程式によって定義された点の軌跡が、実曲線（図５）によって描かれ得る。二次曲線の式から、ピーク仰角εｐｋは、４８．９１４°と計算される。アンテナ４０は次いで、４８．９１°の仰角に動かされ、それによってアンテナは、計算されたピーク仰角εｐｋに可能な限り近く配置される。ピーキングプロセス全体には、７０秒かかった。
【0076】
この特定の実施例では、３点ピーキングアルゴリズムは、ＲＦ軸４２の方位角及び仰角を、それぞれ１５１．９４９°及び４８．９１４°と決定している。アンテナ４０は、それぞれ１５１．９５°及び４８．９１°の方位角及び仰角まで、可能な最大精度で動かされる。適応型連続ステップ追跡技術の例示された実施例
【0077】
適応型連続ステップ追跡技術は、西経８０．９°に位置する２．８°の傾斜角及び０．０００３４の中程度の離心率を有する衛星５０を仮定することによって説明され得る。アンテナは、０．２２°の３ｄＢビーム幅を有し、北緯３３°西経９６．６°に位置する。アンテナ４０は、０．０１°の精度で、方位角及び仰角の両方において動かされ得る。
【0078】
データは、アンテナ４０のメインローブ４４の正確な表現を含むシミュレーションプログラムによって、図示された実施例に対して提供され得る。受信信号は、加算性白色ガウスノイズ（ＡＷＧＮ）を含む。シミュレーションの受信Ｃ／Ｎ比は、典型的な衛星ビーコン５０及びアンテナ４０で通常予想されるものよりも低い。
【0079】
適応型連続ステップ追跡技術は、受信信号強度（薄い灰色の線）、１分間平均受信信号強度（太線）、衛星の方位角及び仰角（連続した細線）、ならびにアンテナの方位角及び仰角（階段状の線）を経時的にプロットすることによって示される（図６及び図７）。アンテナは、黒ひし形によって示されるように、方位角及び仰角においてピークに達している。適応型連続ステップ追跡技術に従って外挿されたアンテナの動きは、一連の線形運動として示されている（図８）。各３点ピーキングの直後のアンテナ位置が、黒ひし形によって示されている。
【0080】
実施例では、アンテナＲＦ軸は、コントローラの分解能（０．０１°）によって制限される精度で、アンテナ４０から衛星５０への経路と最初にアライメントされる。単に説明のためだけに、初期化は３００分の任意の時間に行われる。
【0081】
衛星５０への方向の決定は１回しか行われていないため、発生し得る衛星のいずれかの後続の動きは、不明である。したがって、アンテナ４０は、方位角及び仰角において静止したままである。
【0082】
この例示的な実施例では、衛星５０は、１分間の平均受信信号レベルが数分以内に０．６ｄＢ低下するほど十分高速で移動している。３点ピーキング技術の適用により、コントローラ３５で可能な精度内でアンテナ４０のＲＦ軸４２が衛星５０とアライメントされる。受信レベル及びアンテナ位置は、３点ピーキング技術の適用中には示されない。
【0083】
第２のピーキングが完了すると、この例示的な実施例では、約６分間隔の２回の時間にアンテナ位置が分かる。勾配ｄα／ｄｔ及びｄε／ｄｔが、計算される。その後１分ごとに、外挿された方位角及び仰角が計算され、アンテナ４０は、コントローラ３５で可能な精度内のこの位置に動かされる（階段状の線、図６及び図７）。
【0084】
衛星５０の見かけの動きは、方位角及び仰角において線形ではなく、経時的にこれらの座標において均等でもないため、ＲＦ軸４２とアンテナ４０から衛星５０への経路との間の角度分離は、増加することとなる。この例示的な実施例では、１分間の平均受信レベルは、前のピーキングから約１３分後、約３１８分で示される時間において０．６ｄＢ低下する。３点ピーキング技術は、コントローラ３５で可能な精度内でＲＦ軸４２をアンテナ４０と衛星５０との間の経路に再アライメントするために適用される。
【0085】
前と同様に、勾配ｄα／ｄｔ及びｄε／ｄｔは、約３０５分及び３１８分に発生したアンテナピーキングから計算される。ピーク方位角及び仰角の以前の値は、破棄される。その後１分ごとに、外挿された方位角及び仰角が計算され、アンテナ４０は、コントローラ３５で可能な精度内のこの位置に動かされる（階段状の線、図６及び図７）。
【0086】
時間増分がより大きい（１３分）ため、勾配ｄα／ｄｔ及びｄε／ｄｔがより高い精度で既知であることが予想される。結果として、計算されたアンテナ位置は、より長い時間衛星と適切にアライメントされ続け得る。この例示的な実施例では、アンテナは、２時間以上が経過するまで、再度ピーキングを必要としない。
【0087】
方位角及び仰角におけるアンテナの連続するピーキング間の期間は、見かけの衛星方位角及び仰角の変化率が低下し符号が反転すると、減少する。シミュレーションは、適応型連続ステップ追跡技術が一連の線形外挿によって衛星の動きを近似し続けることを示している。
【0088】
信号が、ノイズ、主に短期及び長期の大気経路損失変動による、大きな程度の影響を受ける（かつ方位角及び仰角はより小さくなる）場合、このノイズは、推定された軌道の品質を大幅に低下させ、許容可能な誤差範囲内に留まろうとするためには、はるかに多くのサンプルを必要とし得る。３点ピーキング技術からの推定ピークのシーケンス（決定された角度位置のセット）を、各軸（方位角、仰角）についての（例えば、ベネディクトボードナー（Ｂｅｎｅｄｉｃｔ－Ｂｏｒｄｎｅｒ）型の）カルマンフィルタにサブミットして、ノイズがある場合の衛星の真の位置のより良好な推定値を作り出すことによって、機能改善が得られ得る。収集段階の間に、結果として得られた推定ピーク（のセット）がフィルタに供給される。フィルタの出力は、時間の動きを投影する線形外挿の代わりに使用されて、収集段階においてより忠実なポインティング角度を与える。フィルタ（複数可）の出力は、軌道推定アルゴリズムにも供給され、より良い入力セット及びより正確なエフェメリス出力を与える。システムが予測モードに遷移すると、伝播された予測からの出力方位角及び仰角がカルマンフィルタにサブミットされて、それらをターゲットの現在の軌道に同期された状態に保つ。
【0089】
加えて、激しい降雨及びその他の異常によって、結果の品質が妨げられる場合があるため、所定のノイズ閾値（例えば、晴天空レベルの２ｄＢ以内）を上回る、実際に測定された信号で推定されたピークのみが、カルマンフィルタにサブミットされる。これにより、大気損失によって引き起こされたノイズが入力データを破損するのを防ぐ。フィルタの出力が、測定されたピークの代わりに使用されて、より接近して衛星を辿っていくように試みる。
【0090】
この結果、降雨フェードノイズをより堅牢に排除した、より正確な追跡アプローチとなる。これは、降雨または他の大気イベントの時間内に現在の視線角度から移動するのに十分な傾斜角を有する静止衛星にとって重要である。
【0091】
軌道追跡技術の例示された実施例
軌道追跡技術は、３．０°の傾斜角及び０．０００４０の中程度の離心率を有する衛星５０を仮定することによって説明され得る。アンテナは、０．２２°の３ｄＢビーム幅を有し、北緯３３°西経９６．６°に位置する。アンテナ４０は、０．０１°の精度で、方位角及び仰角の両方において動かされ得る。
軌道追跡技術は、３．０°の傾斜角及び０．０００４０の中程度の離心率を有する衛星５０を仮定することによって説明され得る。アンテナは、０．２２°の３ｄＢビーム幅を有し、北緯３３°西経９６．６°に位置する。アンテナ４０は、０．０１°の精度で、方位角及び仰角の両方において動かされ得る。
【0092】
データは、アンテナ４０のメインローブ４４の正確な表現を含むシミュレーションプログラムによって、図示された実施例に対して提供され得る。受信信号は、加算性白色ガウスノイズ（ＡＷＧＮ）を含む。
【0093】
【0094】
この例示的な実施例では、ＲＦ軸４２は、最初に３点ピーキング技術を使用してアンテナ４０から衛星５０への経路とアライメントされる。単に説明のためだけに、初期化は、３４５．０日の任意の時間に行われる。
【0095】
数分後、１分間の平均受信レベルは、アンテナのＲＦ軸が衛星への経路に再アライメントされなければならないほど十分に低下している。この第２のピーキング完了時に、アンテナ位置が２つの時間において分かっており、適応型連続ステップ追跡技術に従って、方位角の勾配ｄα／ｄｔ及び仰角の勾配ｄε／ｄｔが計算される。１分ごとに、外挿された方位角及び仰角が計算され、アンテナは、駆動制御システム３５の精度によって決定されるようにこの位置に動かされる。
【0096】
時には、平均受信レベルは、適応型連続ステップ追跡技術が、３点ピーキング技術によってアンテナのＲＦ軸が衛星への経路と再アライメントされることを必要とするほど十分低下することがある。
【0097】
地表座標系のアンテナ位置及びアンテナの向きの両方が既知であるため、各３点ピーキングから得られたアンテナ方位角及び仰角の値の各ペアは、軌道追跡技術によって必要に応じて地心球座標系のθ及びφに変換され、θ、φ、及び時間の値を記憶することによってテーブルが形成される。
【0098】
アンテナ位置は、少なくとも６時間（０．１５日）に及ぶ少なくとも６つのθ及びφのペアがテーブルに入力されるまで、適応型連続ステップ追跡技術によって決定される。
【0099】
この例示的な実施例では、衛星の見かけの動き及びアンテナビーム幅は、最初の６時間（０．１５日）以内にθ及びφの６つ以上のペアが取得されるようになる。後続のアンテナ位置は全て、軌道追跡技術によって決定される。
【0100】
この例示的な実施例では、軌道追跡技術は、３時間（０．１２５日）ごとに、アンテナＲＦ軸４２をアンテナから衛星への経路にアライメントする。θ及びφの計算された値がテーブルに追加され、推定された軌道パラメータを精密化するために使用される。各アンテナピーキングの時間と、その結果として生じるピーク方位角及び仰角とが、白ひし形で示されている（図９及び図１０）。
【0101】
この例示的な実施例では、最初の１２時間（０．５日間）に決定された軌道要素によって、ＲＦ軸とアンテナから衛星への経路とのアライメント不整合が徐々に増大することが明らかである。シミュレーション開始から約１６時間（３４５．６５日）の３点ピーキングによって、軌道要素が精密化され、これにより、２日間のシミュレーションの残りの期間、ＲＦ軸がアンテナから衛星への経路と十分アライメントされた状態になる。
【0102】
従来技術を上回る利点
前述のシステム１０は、先行技術を上回る多くの利点を提供する。３点ピーキング技術を使用してアンテナ４０をピークにするために必要なアンテナ運動コマンドは、従来のステップ追跡を使用するよりも少ない。この技術は、アンテナパターンのピークに近い小さな動きから生じる受信信号強度のごく小さな差に依存しないため、大気シンチレーション及び降水による信号変動が存在する場合、本質的に堅牢である。
前述のシステム１０は、先行技術を上回る多くの利点を提供する。３点ピーキング技術を使用してアンテナ４０をピークにするために必要なアンテナ運動コマンドは、従来のステップ追跡を使用するよりも少ない。この技術は、アンテナパターンのピークに近い小さな動きから生じる受信信号強度のごく小さな差に依存しないため、大気シンチレーション及び降水による信号変動が存在する場合、本質的に堅牢である。
【0103】
アンテナ４０は、ピークの一方の側から他方の側に降りていき、それによって、ほとんどの場合、駆動システム３５が一方向にのみ移動して、全ての測定値が取得される。駆動システム３５への負荷は、通常、全てのデータ点を取得している間は同じ方向であるため、反動は３点ピーキングプロセスの間に除去される。同様に、レゾルバへの結合のねじれ及びシャフト角度レゾルバベアリングからの負荷をもたらすシャフト角度レゾルバ出力の誤差は、計算されたピーク位置に常に同じ符号で含まれる。
【0104】
さらに、３点ピーキング技術は、シャフト角度レゾルバの分解能またはアンテナ駆動システム３５で可能なアンテナの動きの最小増分のいずれかから達成可能な精度よりも高い精度で、ＲＦ軸４２の方向を決定する。
【0105】
概して、アンテナは、出力が３ｄＢビーム幅のアンテナの関連する部分に対する位置の一価関数である限り、アンテナ位置、シャフト角度レゾルバの初期化における大きな誤差を含む任意の誤差、及びシャフト角度レゾルバ出力における任意の非線形性にかかわらず、ピークに達する。
【0106】
適応型連続ステップ追跡技術は、従来の方法を上回るいくつかの利点を有する。適応型連続ステップ追跡技術では、適切な受信信号レベルを維持するために必要な、ＲＦ軸４２とアンテナ４０及び衛星５０間の経路とのアライメントの数が大幅に減少する。これは、著しい傾斜または離心率を有する衛星を追跡する大型のアンテナでは、特に効果的である。
【0107】
方位角及び仰角における衛星の動きは、衛星が最も速く動くように見えるときに、経時的に最も線形である。従来技術の方法では、アンテナは、これらの期間頻繁に再ピーキングされなければならない。適応型連続ステップ追跡技術は、このピーキングアクティビティのほとんどを排除し、アンテナは、アンテナ駆動システム３５の精度で方位角及び仰角において動く。
【0108】
方位角及び仰角の動きの方向はそれぞれ、１日に２回だけ反転するため、アンテナのピーキングを除いて、ほとんどのアンテナの動きの要求は前の要求と同じ方向であるということになる。これにより、アンテナ駆動システム及び測位システムへの応力及び摩耗が大幅に低減される。概して、適応型連続ステップ追跡技術は、出力が方位角及び仰角の衛星の動きの範囲に対する位置の一価関数である限り、アンテナ位置、シャフト角度レゾルバの初期化における大きな誤差を含む任意の誤差、及びシャフト角度レゾルバ出力における任意の非線形性にかかわらず、効果的である。
【0109】
３点ピーキング技術及び適応型連続ステップ追跡技術によって提供される利点に加えて、軌道追跡技術によって、追跡精度がさらに向上し、適切な受信信号レベルを維持するために必要なＲＦ軸と衛星経路とのアライメントの数が減少する。必要に応じて、降水減衰または過剰な大気シンチレーションアクティビティの期間中、アンテナの再ピーキングが中止され得る。
【0110】
軌道追跡技術は、衛星の関連する軌道要素を計算し、ケプラーの法則に従ってアンテナを動かす。軌道追跡技術は、太陽及び月の重力などの様々な力、及び衛星ステーション維持活動から生じる軌道変化の影響を含むように、衛星の軌道要素を自動的に修正する。
【0111】
さらに、軌道追跡技術によって提供されるオフセット項φｈｄ０は、シャフト角度レゾルバが初期化された精度を示す。軌道追跡技術によって提供されるオフセット項θ０は、衛星経度に相当する。
【0112】
軌道追跡技術を使用して、アンテナは、アンテナを再ピーキングすることなく、何日間も衛星とアライメントし続けるように動く。軌道追跡技術は、アンテナ位置から地球上の任意の他の位置に追跡データを転送する能力も提供する。軌道追跡技術は、出力が方位角及び仰角における衛星の動きの範囲にわたる位置の一価関数であり、誤差によって、アンテナから見た衛星経路が過度に歪曲されない限り、シャフト角度レゾルバ初期化における中程度の誤差、及びシャフト角度レゾルバ分解能における非線形性にかかわらず、効果的である。
【0113】
本明細書に開示される実施形態に関連して説明された様々な例示的プロセス、方法、モジュール、及びアルゴリズムのステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組み合わせとして実施され得る。モジュールまたはコンポーネントとして説明された任意の特徴及び機能は、統合ロジックデバイスにおいて一緒に、または個別であるが相互運用可能なロジックデバイス（例えば、プロセッサ）として別個に実施され得る。ハードウェア及びソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的プロセス、方法、及びアルゴリズムのステップが、概してそれらの機能性の点から上記で説明されている。そのような機能性が、ハードウェアとして実施されるのか、またはソフトウェアとして実施されるのかは、特定のアプリケーション、及びシステム全体に対して課される設計制約に左右される。当業者は、説明された機能性を、それぞれの特定のアプリケーションに関して様々な方法で実施し得るが、そのような実施態様の決定が、本発明の範囲からの逸脱を生じさせると解釈されるべきではない。
【0114】
ソフトウェアで実施される場合、技術は、実行されると上述した方法のうちの１つまたは複数を実行する命令を含むプログラムコードを含むコンピュータ可読データ記憶媒体によって少なくとも部分的に実現され得る。コンピュータ可読データ記憶媒体は、非一時的であってもよく、コンピュータプログラム製品の一部を形成してもよく、コンピュータプログラム製品の一部は、包装材料を含んでもよい。コンピュータ可読媒体は、同期ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）などのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、電気的消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、磁気または光データ記憶媒体などのメモリまたはデータ記憶媒体を含み得る。技術は、追加的または代替的に、伝播した信号または波などの、命令またはデータ構造の形式でプログラムコードを搬送または通信し、かつコンピュータによってアクセス、読み取り、及び／または実行され得る、コンピュータ可読通信媒体によって少なくとも部分的に実現され得る。
【0115】
衛星を追跡するための方法及び装置の特定の実施形態は、本発明が行われ、使用される方法を説明する目的で説明されてきた。本発明の他の変形及び修正ならびにその様々な態様の実施態様が当業者に明らかになり、本発明が説明された特定の実施形態によって限定されないことを、理解されたい。したがって、本発明ならびに、本明細書で開示され特許請求される基本的な基礎原理の真の思想及び範囲内に含まれるあらゆる全ての修正物、変形物、または均等物を包含することを企図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】