天线控制方法及装置以及 应用它们的跟踪式天线装置 本发明涉及搭载于车辆等移动体的、例如用于卫星通信中的天线控制方法和装置，进而还涉及使用了这些方法和装置的跟踪式天线装置。图12所示的现有装置(参照特开平4-319803号公报)是车载跟踪式天线装置，具有天线1及收发送机2。天线1及收发送机2是为了向作为目标的卫星发送信号及接收来自该卫星的信号而使用的。天线1经由减速机构8连接着电机7。电机7由电机驱动电路6驱动，围绕方位角(azimuth)驱动天线1。相对于车辆行走方向的天线1的方位(relativeazimuth)按照以下的顺序，控制为使得该天线1始终持续捕捉卫星，即补偿由于车辆的转弯等引起的卫星和车辆相对位置关系的变化。例如，在处于天线1未捕捉到卫星的状况时，根据来自收发送机2的卫星捕捉信号，切换电机驱动电路6前级的开关3及开关5，向电机驱动电路6供给高速天线驱动信号。电机驱动电路6根据该高速天线驱动信号驱动电机7，由此，天线1高速转动。当该控制的结果使天线1捕捉到卫星时，则收发送机2使用卫星捕捉信号切换开关3及开关5，同时产生为持续捕捉卫星的自动跟踪信号，把自动跟踪信号供给电机驱动电路6。若由车辆速度检测器4检测出车辆停止，则切换开关5，向电机驱动电路6供给天线停止信号。电机驱动电路6根据天线停止信号，停止电机7。
在上述的先有技术中，车辆停止过程中姑且不论，车辆行走过程中不能够停止电机。
本发明的第1个目的是实现功耗更小的装置，通过在搭载的移动体(如车辆)移动过程中也能够使电机停止来实现该目的。本发明的第2个目的是实现抗阻塞能力强而且耗电更少的装置，同时，实现能够以适宜的时序补偿天线的方向角控制误差从而天线能正确地跟踪目标的装置，该目的主要通过使用开环控制来达到。本发明的第3个目的是实现耗电更小的装置，该目的通过对天线的驱动实施限制来达到。本发明的第4个目的是实现部件数更少且低价的装置，该目的或者通过附随于电机或天线的机构或电路的改善，或者通过电机的特性选择或设计来实现。本发明的第5个目的是实现耗电更小且低价的装置，该目的通过天线方向性的设定来实现。
本发明的第1方面是在用移动体上的天线跟踪目标时使用的天线控制方法，它具有以下的步骤：当天线对于目标的方向角控制误差低于第1阈值时判定为移动体未转弯的步骤、以及在移动体未转弯期间禁止向驱动天线的电机通电的步骤。本发明的第2方面是搭载于移动体上、在用移动体上的天线跟踪目标时使用的天线控制装置，它具备：用于驱动天线的电机以及实行与第1方面有关的方法的装置。本发明的第3方面是搭载于移动体上的用移动体上的天线跟踪目标的跟踪式天线装置，它具备：具有在预定的旋转面(reference plane)内旋转的波束(单数)并搭载于应跟踪目标的移动体上的天线，该波束的宽度较宽，能够把第1阈值取为比较大的值；以及与第2方面有关的装置。
在这些方面中，当移动体不转弯示(如停止时和直进时)，抑制乃至停止电机中的耗电。从而，与仅在移动体停止时电机才停止的先有技术相比，依据这些方面能够实现低耗电。再加上由于在第3方面中，天线转动面内的波束宽度较宽，因此能够把第1阈值取为大值。若把第1阈值取为大值，则由于禁止向电机通电的频度提高，故能够进一步省电。
本发明的第4方面是在与第1方面有关的天线控制方法中，具有以下的步骤：在闭环控制结束之后，通过积分(accumulate)移动体的转动角度求转动角度积分值(accumulated turning angle)的步骤；在转动角度积分值超过第2阈值之前的期间，根据该转动角度对电机实行开环控制的步骤；以及在上述转动角度积分值超过第2阈值之后到来自目标的信号的接收状态改善为大于第3阈值之前的期间内、把根据来自目标的信号的接收状态控制电机的闭环控制改换为开环控制并执行的步骤。本发明的第5方面是在与第2方面有关的天线控制装置中具备实行与第4方面有关的方法的装置。本发明的第6方面是在与第3方面有关的跟踪式天线装置中具备实行与第4方面有关的方法的装置。
本发明的第7方面是在与第1方面有关的天线控制方法中还具有以下的步骤：在闭环控制结束后到经过预定时间之前的期间内根据移动体的转动角度对电机进行开环控制的步骤；以及把根据来自目标的信号的接收状态控制电机的闭环控制在经过上述预定时间后到来自目标的信号的接收状态改善为大于第3阈值之前的期间内改换为开环控制并执行的步骤。本发明的第8方面是在与第2方面有关的天线控制装置中，具备实行与第7方面有关的方法的装置。本发明的第9方面是在于第3方面有关的跟踪式天线装置中具备实行与第7方面有关的方法的装置。
在这些第4～第9方面中，通常时间实行开环控制。即控制天线持续朝向1个方向而与移动体的转弯无关。从而，即使是由建筑物等引起的来自目标的信号被阻塞时，原则上直到阻塞解除之前天线的方向角始终维持即将阻塞之前的方向，因此，能够在解除阻塞的同时捕捉卫星。
另外，在第4～第9方面，当预定的条件成立时实行闭环控制。例如，在第4～第6方面中，若闭环控制结束后的转动角度积分值超过第2阈值，则把闭环控制改换为开环控制并执行。在第7～第9方面中，若闭环控制结束后经过预定时间，则把闭环控制改换为开环控制并执行。在第4～第9方面中，若在执行闭环控制时来自目标的信号的接收状态改善为大于第3阈值，则成为仅开环控制的控制模式。
这里，转动角度(具体来讲，其检测值和推断值)中一般包含误差。从而，转动角度积分值具有和由转动角度误差产生的累积误差(accumulatederror)的相关性。另外，从闭环控制结束开始的经过时间表示结束闭环控制后产生的转动角度误差在天线方向角上累积到了什么程度。从而，这些量即闭环控制结束后的转动角度积分值及经过时间视为代表天线方向角控制误差的量。在第4～第9方面中，利用这些量的某一个实行可否向闭环控制转移的判定。由此，能够以适宜的时序补偿天线的方向角控制误差，因而天线能够正确地跟踪目标。
另外，一般由于信号接收状态的变动频繁，因此，若直接把信号接收状态作为控制目标而驱动电机，则电机的耗电较大。而与此相对，在第4～第9方面中，仅在极为受限的状况下实行闭环控制。即，由于闭环控制的实行频率低，故在第4～第9方面，对应于信号接收状态的变动，电机输出变动的频度也少。从而，在第4～第9方面中，与长时实行闭环控制相比，电机的耗电小。
进而，在第6或第9方面，由于转动面内的天线波束宽度宽，因此在实行开环控制时，能够以更低的精度即用一般价格的传感器进行转动角度的检测。
本发明的第10方面是与第4方面有关的天线控制装置，进而具备在移动体不转弯期间抑制由外力引起的天线转动的转动抑制装置。在本方面中，即使是禁止向电机通电的状态，天线相对于移动体的方向角也不依据外力变化，或者即使变化也变化极小。其结果，与以往相比耗电进一步降低。
本发明的第11方面是与第5方面有关的天线控制装置，转动抑制装置包含：(a)、在给出移动体未转弯的判定结果期间机械地抑制由外力引起的天线或电机的转动的装置；(b)、一面把电机的输出传递给天线、一面抑制由外力引起的天线转动的机构；(c)、在给出移动体未转弯的判定结果期间切换电路连接使得在电机内部发生反抗由外力引起的转动的反向电动势的装置；以及(d)、具有在非通电时反抗由外力引起的转动的特性的电机这四种装置中的某一种。在采用了其中的(b)时，与采用(a)的情况相比，一般构成装置的器件的数量少而便宜。在采用(c)时，由于不伴随增加附加机构例如只添加开关等就行。因此更便宜。在采取(d)时，由于既不需要附加机构又不需要添加电路，因而最便宜。
图1是示出本发明第1实施形态的装置总体结构的图。
图2是表示天线方向性设计一例的平面图。
图3是表示误差修正电路(error cerrection circuit)一例结构的框图。
图4是表示闭环方式开始判断单元(closed-loop starter)一例结构的框图。
图5是表示本发明第2实施例中误差修正电路结构一例的框图。
图6是示出在本发明的第3实施形态中使用的机构的斜视图。
图7是示出在本发明的第4实施形态中使用的机构的斜视图。
图8是示出在本发明的第5实施形态中使用的配电线路的框图。
图9是示出在本发明的第6实施形态中使用的机构的斜视图。
图10是示出在本发明的第7实施形态中使用的机构的斜视图。
图11是示出在本发明的第8实施形态中使用的误差修正电路一例结构的框图。
图12是示出先有技术的框图。
最佳实施形态的详细说明。
根据附图说明本发明的最佳实施形态。另外，各实施形态中共同的构成部分标注相同的符号并省略说明。
a)、第1实施形态
图1中示出与本发明的第1实施形态有关的装置结构。示于该图的装置例如是搭载于车辆等移动体上并以天线10跟踪卫星等目标的装置。移动体旋转面内天线1 0的波束(搭载的移动体是车辆时，为水平面内波束)具有例如图2所示的形状。示于该图的水平面内波束宽度设定得较宽(例如半功率宽度：为50度)。如后面所述，使用具有这样宽的旋转面内波束宽度的天线10是为了减少闭环控制的频度，降低电机等产生的耗电。
示于图1的装置还具有由电机驱动电路(motor driving circuit)11驱动的电机7。电机7的输出轴上连接着小齿轮8b、天线10上连接着大齿轮8a，大齿轮8a和小齿轮8b相互啮合。即，大齿轮8a和小齿轮8b构成减速机构。在大齿轮8a的周围还配置着线性调节器12。电机驱动电路11通过驱动电机7在旋转面内驱动天线10，另一方面，根据需要通过给与线性调节器12通/断指令，强制地制止大齿轮8a进而制止天线10的转动。
电机驱动电路11通常根据角速度传感器13的输出对电机7进行位置控制。角速度传感器13是检测搭载的移动体的旋转面内的角速度的传感器，其输出供给误差修正电路14。误差修正电路14例如如图3所示，内部包括角度运算器(direction calculator)15及天线驱动角决定器(reference direction calculator)17。角度运算器15通过积分角速度传感器13的输出运算上述旋转面内移动体的转动角度，把所得到的转动角度供给天线驱动角决定器17。天线驱动角决定器17根据由角度运算器15运算的转动角度决定天线10的驱动角(reference direction)，供给电机驱动电路11。电机驱动电路11在由天线驱动角决定器17所决定的驱动角的绝对值小于预定的第1阈值时，停止向电机7的通电，同时通过向线性调节器12发出指令，强制地制止大齿轮8a的转动。反之，在由天线驱动角决定器17所决定的驱动角大于第1阈值时，电机驱动电路11通过向线性调节器12发出指令，使大齿轮8a恢复到能转动的状态，同时，根据所决定的驱动角控制电机7，由此，只按该驱动角驱动天线10。这样，在本实施形态中，用角速度传感器13的输出驱动天线10以补偿移动体的转动。例如，设在由天线10捕捉住卫星的状态下移动体例如右转了10度。若天线驱动角决定器17根据角度运算器15的输出检测到该值，则对于电机驱动电路11发出应把天线10左转10度的指令。电机驱动电路11通过一方面解除由线性调节器12进行的大齿轮8a的闩锁动作一方面驱动电机7，把天线10左转10度。
由于实行这样的控制，即，实行基于角速度传感器13的输出的开环控制，故依据本实施形态能够实现抗阻塞能力强的装置。即，即使在由建筑物阻碍了来自目标的信号的情况下，如果被阻塞的时间短，则只要移动体不转动，天线10对于移动体的角度也不变化，因此，当阻塞被解除时，收发信机2能够再次开始由天线10进行的与目标之间的信号收发。
另外，如上所述，由于本实施形态的天线10的旋转面内波束宽度宽，因此，能够加大天线10对于目标的方位控制误差的允许值。从而作为角速度传感器可以使用若干精度差一些但低价的传感器，能够降低装置总体的价格。
进而，只要移动体不转弯(或者即使转弯其转动角也极微小)，则不向电机7通电，因此能够实现装置的低耗电。特别地，若考虑把不转动时流过大电流的步进电机作为上述电机7使用的场合，则通过上述那样在转动角度小时停止向电机7通电，能够有效地减小移动体移动期间的耗电。再加之，在停止向电机7通电时因为由线性调节器12闩锁了大齿轮8a，因此，天线10也不会随外力转动。
进而，在该实施形态中，如图3所示，在误差修正电路14的内部设置闭环方式开始判断器16以及闭环方式功能器(closed-loopcontroller)18。闭环方式开始判断器16如图4所示，具备角度积分器20以及积分角判定器21。
角度积分器20逐次积分由角度运算器15得到的转动角度，积分角判定器21把由该积分得到的积分值与预定的阈值比较。在由角度积分器20求出的积分值大于该阈值时，积分角判定器21对闭环方式功能器18指令其开始闭环控制。闭环方式功能器18根据该指令开始基于接收信号电平的闭环控制。即，闭环方式功能器18根据由收发信机2检测出的接收信号电平(即天线10从目标接收的信号的电平)运算补偿值；把该补偿值供给天线驱动角决定器17。天线驱动角决定器17把从闭环方式功能器18得到的补偿值加到由角度运算器15得到的转动角度上。把这样得到的天线驱动角供给电机驱动电路，如上述那样，用于电机7的驱动等。
若进行这样的闭环控制，则天线10的方向(例如方位)向得到更高的接收信号电平、即天线10对于目标的方向角控制误差更减小的方向变化。从而，如果实行下去这样的闭环控制，则天线10对于目标的方向角控制误差充分小。积分角判定器21根据接收信号电平检测出该状况，对闭环方式功能器18指令其结束闭环控制。据此，闭环方式功能器18结束闭环控制。角度积分器20及积分角判定器21在使闭环控制结束的同时，分别再次开始与转动角度的积分及与积分值有关的判定动作。
这样，在本实施形态中，由于通常进行开环控制，而在发现天线10对于目标的方向角控制误差大到不能忽略的时刻进行闭环控制，故即使是用低精度传感器作为角速度传感器的情况，即由角度运算器15得到的转动角度包含不能忽略的误差的情况下，也能够由天线10正确地跟踪目标。例如，设角度运算器15的输出对于实际的转动角度具有最严重的±10％误差而且设计上容许的方向角控制误差为±6度。这种情况下，由积分角判定器21检测出依据角度积分器20得到的积分值为60度以上，如果开始闭环控制，则继续使用精度比较差的角速度传感器13也能够在±6度的范围内修正天线10的方向角控制误差。
进而，在本实施形态中，由于通常使用开环控制，故实行闭环控制的频度比长时实行闭环控制例(如图12)的结构低。一般若进行根据接收信号电平等的闭环控制，则根据该接收信号电平的变动驱动电机的结果，该电机的耗电增大。对此，如果像本实施形态这样抑制闭环控制的执行频度，就能够进一步减少电机7的耗电。
b)、第2实施形态
图5中示出本发明的第2实施形态中使用的误差修正电路14的结构。在本实施形态中，进而设置了卫星跟踪持续时间计测器22。另外，角度运算器15的输出不供给闭环方式开始判断器16。在本实施形态中，不是如上述第1实施形态那样把转动角度的积分值作为判定指标开始闭环控制，而是在由卫星跟踪持续时间计测器22所计数的时间超过预定时间时由闭环方式开始判断器16向闭环方式功能器18给出指令并开始闭环控制。即，在实行了上一次闭环控制后所经过的时间达到预定时间时开始闭环控制。
依据这样的控制，也能够得到和第1实施形态同样的作用效果。例如，设角速度传感器13的使用时间1分钟内，角度运算器15的输出上出现最严重为±1度的误差，另外，设计上容许的方位控制误差假设为±6度。这种情况下，在本次的闭环控制结束后经过6分钟的时候，包含在角度运算器15的输出中的误差成为控制上不可忽视的值。于是，闭环方式开始判断器16根据卫星跟踪持续时间计测器22的输出检测出从上一次的闭环控制结束已经过了6分钟，并与此相应，起动闭环控制。依据这样的控制，能够防止在角度运算器15的输出上出现成为问题的误差。另外，也可以把本实施形态和上述的第1实施形态相组合。
c)、第3～第7实施形态。
图6中示出与本发明的第3实施形态有关的装置，特别地，示出大齿轮8a周围的构成。在本实施形态中，代替线性调节器12，使用由弹簧121推向大齿轮8a方向的刀片120。若由电机驱动电路11向电磁铁124通电，则刀片120由电磁铁124吸引到外侧。为此，刀片120由例如铁等材料形成。在本实施形态中，需要向电机7通电时，电机驱动电路11给电磁铁124通电。于是，此前由刀片120闩锁的大齿轮8a随着刀片120被吸引到电磁铁124一侧而成为可以转动的状态。图中，用122表示的是支承刀片120的支点，用123表示的是用于支承弹簧121一端的支点。依据这样的结构也能够得到和上述第1或第2实施形态相同的效果。
图7中示出与本发明的第4实施形态有关的装置，特别地示出其大齿轮8a周围的构成。在本实施形态中，代替小齿轮8b，设置着蜗轮蜗杆8c。另外，没有设置线性调节器12和刀片120等构件。在这样地使用蜗轮蜗杆8c作为从电机7向大齿轮8a的驱动力传递装置的情况下，即使给天线10加上了外力，也由于蜗轮蜗杆8c阻碍转动，故天线10难于发生转动。从而，在本实施形态中，用比上述各实施形态简单的结构能够得到与各实施形态相同的效果。
图8中示出与本发明的第5实施形态有关的装置，特别地示出电机驱动电路11周围的构成。在本实施形态中，在电机驱动电路11和电机7之间即在电机7的电源线路上设置着开关19。该开关19在禁止向电机7通电时，由电机驱动电路11控制为使该电机7的电源线短路。从而，在本实施形态中，即使给天线10加入了某些外力，也会依据在电机7的内部发生的反向电动势阻碍天线10的转动，其结果，能够得到与上述第1～第3实施形态相比简单且低价的结构。
图9中示出与本发明的第6实施形态有关的装置，特别地，示出电机周围的构成。在本实施形态中为驱动天线10转动所使用的是自保持型步进电机7a。自保持型步进电机7a是即使不流过电流也产生转矩的步进电机，为此，其内部有永久磁铁。作为这种步进电机7a的例子，可以举出混合型步进电机和永久型步进电机。从而，若依据本实施形态，即使给天线10加上外力，也会因电机7a的自保持特性而阻碍由该外力引起的天线10的转动，其结果，也可以得到简单且低价的结构。
图10中示出与本发明的第7实施形态有关的装置的构成。该图中也施行了与图9同样的省略。另外，在本实施形态中使用的电机是超声波电机7b、若停止通电则其轴的摩擦转矩增大使轴难于转动。从而，在没有向超声波电机7b通电的状态下，即使给天线10加入外力，也会由于该电机7b的轴摩擦转矩防止以至阻碍天线10的转动。从而，在本实施形态中也可以得到和上述第6实施形态同样的低价且简单结构的装置。
d)、第8实施形态。
图11中示出与本发明的第8实施形态有关的装置，特别地，示出其误差修正电流14的构成。在本实施形态中，代替第1实施形态中的天线驱动角决定器17，设置天线驱动速度决定器17a，另外，角速度传感器13的输出不经过角度运算器15而直接供给天线驱动速度决定器17a。另外，角速度传感器13的输出经角度运算器15供给闭环方式开始判断器16。从而，本实施形态中，不是以上述各实施形态那样的位置控制，而是以速度控制驱动天线10。即，天线驱动速度决定器17a根据由角速度传感器13检测出的旋转角速度决定天线10的驱动速度，把指令给予电机驱动电路11。另外，在实行闭环控制时，天线驱动速度决定器17a根据由闭环方式功能器18决定的补偿值，对给予电机驱动电路11的指令实施修正。依据这样的结构也能够得到和上述各实施形态相同的作用效果。
e)、补遗
还有，本发明不应限定于卫星通信用的跟踪式天线装置。即，与本发明有关的装置的跟踪目标也可以是卫星之外的目标。进而，搭载本发明装置的移动体也可以是车辆以外的移动物体等。另外，图2中示出天线10的水平面内波束宽度的一例，而揭示于该图的波束宽度只不过是一个例子。进而，在哪个面内扩展天线10的波束宽度可以依据该移动体的转动面是哪个面来决定。例如，在搭载的移动体是车辆时由于考虑该车辆的转动面是水平面，故如上述那样，最好把天线10的波束宽度在水平面展宽而当搭载的移动体是在水平面以外的面中转动的移动体时，最好在该面内展宽波束幅度。另外，也可以在实行闭环控制时中止开环控制。