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公開番号2025016017
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-31
出願番号2023119012
出願日2023-07-21
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
出願人国立研究開発法人情報通信研究機構
代理人個人
主分類G01S 5/14 20060101AFI20250124BHJP(測定;試験)
要約【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。
続きを表示（約 1,600 文字）【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。
続きを表示（約 2,000 文字）【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】
特開２００４－１１２５５４号公報
特開２０１７－５０５９９号公報
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】以降は省略されています）

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