CN1038378A

CN1038378A - 天线装置及其姿态控制方法

Info

Publication number: CN1038378A
Application number: CN89102324A
Authority: CN
Inventors: 植松正博; 原川哲美; 平隆一; 王丸谦治; 山崎滋; 伊藤泰宏; 根本功; 加藤和郎
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Nemoto Project Industry Co Ltd
Current assignee: Nemoto Kikaku Kogyo KK; Nemoto Project Industry Co Ltd; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1988-04-12
Filing date: 1989-04-12
Publication date: 1989-12-27
Also published as: EP0338379A2; EP0608000A1; EP0338379B1; CA1318394C; AU622444B2; DE68919736D1; AU3259789A; KR900017226A; ES2065349T3; DE68919736T2; KR920010206B1; US5089824A; EP0338379A3

Abstract

测出至少两个天线信号相位差后测出电波方向和天线射束的偏移角来进行姿态控制，如用分别以其他物体驱动的天线和在测出该偏移角的回转面内整体驱动时等价，把各收信信号移相；至少三个天线成正交配置，测出两个方向偏移角，分天线成两组按组驱动，可使惯性小和驱动机构轻；把电波到来方向和天线射束间偏移角，通过使两函数正交和多个象限来表示，将其逐步储存，有偏移角变化时使其逆行进行姿态控制，可消除指向错误。

Description

本发明有关天线装置和天线姿态控制的一般情况。例如在汽车等移动体上接收卫星广播方面的应用。

自实现卫星通信以来，且不说固定建筑物，也出现要在汽车等移动体上接收卫星发来电波的动向。为了接收来自卫星的微弱电波，就有必要采用高增益天线，也就是对方向性敏感的天线，因此，在汽车等移动体上接收卫星发来的电波信号的场合，存在天线姿态控制的问题，目前已有不少有关这方面技术的介绍。

其中之一有在日本专利文献特公昭61-28244公报上揭示的卫星通信用天线装置。简单说，此装置就是在飞轮式稳定台上设置通信用天线和速率陀螺仪，将初期设定的天线姿态维持在通信方向。

然而，用于接收来自卫星的微弱电波所需的高增益天线，比较大型且有一定重量，要载放此天线且能得到稳定，就需具有惯性大的飞轮，也就是重量大的飞轮。因此，不能说在汽车等小型移动体上装设这样的装置是适合的。

此外，汽车等小型移动体，因其具有的机动性，而使方位变化激剧。为了能在抵住这个激剧方位变化下长时间保持住初期方位，还是需要具备具有大型且惯性大的飞轮，这就是不适宜将这个装置设置在汽车等小型移动体上的理由吧。

本发明的目的是提供既能确保良好的通信，而且也适于设置在汽车等小型移动体上的天线装置的同时，还提供适应此装置的方位控制技术。

概括本发明。

（1）令其结构为使第一、第二和第三接收天线的辐射波瓣持平行，并且在使包含第一、第二接收天线的辐射图的平面和包含第一、第三接收天线的辐射图的平面保持垂直下，能沿第一方向和与此方向成直交的第二方向自由移动地支承，并从第一接收天线的收信信号与第二接收天线的收信信号的相位差和第一接收天线的收信信号与第三接收天线的收信信号的相位差求电波源的方向，从而控制各天线的姿态。

此外，使支承包含第一接收天线和第二接收天线的第一天线组的机构和支承包含第三的第二天线组的机构独立，从而使相对第一方向的惯性减低，使驱动机构轻量小型化。

据此，由于检测出相对天线的电波源的相对移动进行天线方位的控制，就不需要具有惯性的大而重的飞轮以及大型速率陀螺仪。

此外，在使支承包含第一接收天线和第二接收天线的第一天线组的机构和支承包含第三的第二天线组的机构独立的场合，由于不仅使相对第一方向的惯性减低，而使沿此方向驱动的机构轻量小型化，还通过使这些成为一体地进行驱动时的惯性变小，从而使相对汽车等移动体的剧烈位置变化的响应性得到改善，能确保良好的通信。

（2）在使沿第一方向自由变动方位的第一接收天线和与此第一方向相似的沿第二方向自由变动方向的接收天线在保持各自的波束平行下进行驱动，且指向电波源方向的场合。

使第一接收天线的收信信号的相位仅偏移对应于将第一接收天线的实质的波束辐射点和第二接收天线的实质的波速辐射点投影在平行于各波束的任意一条直线上时的投影时的各投影点间距离的相位，根据偏移后的第一接收天线的收集信号和第二接收天线的收信信号的相位差求出电波源的方向来设定第一和第二接收天线的姿态。

据此，由于使分别用另外物体进行驱动的第一和第二接收天线的收信信号产生相位偏移，并置换成和这些成为一体进行驱动的场合为等效故有可能正确，检测电波到来方向，控制各个天线的方位。这件事由于能用另外物体来驱动各个天线，可动部分的惯性变小，对装置的小型化更为有利。特别是当利用平面天线替代立体天线时，效果更显著。

（3）在使方位变动自由的第一接受天线和第二接收天线在保持各有的波束平行下驱动，且指向电波源方向的场合，

使第一接收天线的收信信号和第二接收天线的收信信号相乘，把各收信信号的相位差作为第一函数抽出，使第一接收天线的收信信号和施加了90°相位偏移的第二接收天线的收信信号相乘，把各收信信号的相位差作为和第一函数垂直相交的第二函数抽出，

根据作为第一函数抽出的相位差的符号和作为第二函数抽出的相位差的符号把相对于第一接收天线和第二接收天线波束的电波源方向的偏移角相位分成多个象限，

一面监视上述偏移角的相位变化，一面用已过去的该相位的象限变化和目前的该相位的象限，对作为第一函数抽出的相位差和作为第二函数抽出的相位差中的至少一个进行修正，根据修正后的该相位差设定第一接收天线和第二接收天线的姿态。

若据此，则由于用作为垂直相交的两个函数抽出的各天线收信信号间的相位差表示的象限来监视相对第一和第二天线的电波源的偏移角的相位，故能较容易地沿该偏移角已变化了的方向逆向倒回。也就是通过用已过去和现在的象限来对已抽出的各天线的收信信号间的相位差进行修正，就能根据多个天线收信信号间的相位差，完全消除在将该天线指向电波源时的瞄准错误。

（4）在如将驱动机构结合到能自由变动规定方位的控制对象，并赋于表示目标方位的信息，则用以此为基础的增能信息使驱动机构增能来对控制对象的姿态进行控制的姿态控制方法中：

在使驱动机构增能时，用此增能检测出表示控制对象应有的姿态的第一姿态信息和/或表示该姿态更新速度的第一速度信息，以及表示控制对象的实际姿态的第二姿态信息和/或表示该姿态更新速度的第二速度信息，根据从第一姿态信息和第二姿态信息的差分求得的第一干扰信息和/或从第一速度信息的差分求得的第二干扰信号对增能信息进行补偿从而使驱动机构增能。

若据此，则由于是求出表示干扰的信息对增能信息进行补偿的，故因干扰的影响而过大或过小地设定驱动机构的增能的可能性已无，使方位控制稳定。特别是在检测出第一姿态信息，第一速度信息，第二姿态信息和第二速度信息，求得第一和第二干扰信息对增能信息进行补偿的场合，由于即使不进行由任何一方因素的补偿时也要进行另一方因素的补偿，因此使相对方位控制稳定性的可靠性提高。

此外，进而检测出表示实际使驱动机构增能的强度的强度信息，根据它对增能信息进行补偿，从而在因上述无论哪一方因素或双方因素的补偿有异常时，也有可能设定正确地增能信息，从而使对于姿态控制的稳定性的可靠性更加提高。例如，在以防止偏移为目的，把积分因素附加在用第一和/或第二的干扰信息的增能信息补偿上，而且在以防止因补偿异常引起的过大增能为目的，进行相对增能信息的限制的场合，由于这个限制对因第一和/或第二干扰信息所作的补偿的异常，即使起到去能的作用，也因强度信息所作的补偿使系统稳定，不再会引起所谓卷扰（Windup）现象。也就是获得在稳定性、可靠性和响应性上均优良的姿态控制。

从参照了以下附图的对实施例的说明中可以明白本发明的其他目的和优点。

图1a是表示本发明一实施例的装载在汽车上的卫星广播接收系统的机械系统结构的俯视图，图1b是其正视图。

图2a是表示第一实施例的控制系统和信号处理系统的结构的方框图，图2b、2c和2d是详细表示其一部分的方框图。

图3a、3b和3c是说明了在收信信号上产生的相位差和广播卫星方向的检测原理的说明图。

图4a、4b和4c是表示在图2a上所示系统控制器91的动作的流程图。

图5a是表示第二实施例的控制系统和信号处理系统的结构方框图，图5b、5c和5d是详细表示其一部分的框图。

图6a是表示第二实施例动作的方框图，图6b是表示其变化例的方框图。

图7a、7b、7c和7d是表示图5a所示系统控制器91的动作的流程图。

图8a是表示把方位误差电压的余弦成分和正弦成分以及主波束作为方位偏移角的函数的图，图8b是表示把方位偏移角的相位作为方位误差电压的余弦成分和正弦成分的函数的图。

实施例

（1）第一实施例

在图1a和图1b上表示作为实施本发明的一个例子的载放在汽车上的广播卫星收信系统的机械部分的结构，图2a表示了其控制系统和信号处理系统的结构。该系统是通过采用了四个平面天线和陀螺的同时修正的天线扫掠方式跟踪广播卫星而接收卫星广播，并把图象和声音在装设在汽车内的电视装置上输出。

以下对其各部作详细说明。

A.机械系统：

首先参照图1a和图1b。

机械系统就是使各平面天线的射束维持平行，并对方位指向角（方位角）和高度指向角（仰俯角）进行设定，大致分的话，可分为支承机构1，方位驱动机构2和仰俯驱动机构3。

（A）支承机构1：

支承机构1以天线支架11、12、回转台13、固定台14和基座15为主要组成因素。

天线支架11和12是相互相等的长方形平板，轴111和121分别沿平板纵方向的中心线固定在平板的背面。在上述各支架上分别载放着平面天线以及信号处理回路和陀螺等（后述）。

回转台13具有水平臂131、回转轴132和两个垂直臂133、134。因转轴132固定在水平臂131的中心，且与水平臂相垂直向下布置，垂直臂133、134位于水平臂131的两端，且与水平臂相垂直向上布置并形成一体。垂直臂33和134为相同形状，在面对面的各端部，将分别固定在天线支架11上的轴111或固定在天线支架12上的轴121平行地可转动地支承着。其中，如图16所示将轴111支承得比轴121高。

固定台14是被固定在基座15上，回转支承着回转台13。在回转台13和固定台14之间设有推力轴承141。此外，将基座15固定在汽车的车顶上。

（B）方位驱动机构2：

方位驱动机构2由方位电动机21，鼓形蜗杆22和图中未表示的齿轮组成。方位电动机21固定在固定台14上，将鼓形蜗杆22固定在其输出轴上。将图中未表示的齿轮固定在回转台13的回转轴132上，和鼓形蜗杆22相啮合。也就是把方位电动机21的输出轴的回转通过鼓形蜗杆22和齿轮传递到回转轴132上，使回转台13回转。在本实施例中，用此结构可得到最高速度约为180°/秒的回转台13的回转。

（C）仰俯驱动机构3：

仰俯驱动机构3由仰俯电动机31，鼓形蜗杆32，扇形齿轮33以及连杆34和35组成。仰俯电动机31固定在回转台13的垂直臂133上，将鼓形蜗杆32固定在其输出轴上，扇形齿轮33固定在天线支架12的轴121上，和鼓形蜗杆相啮合。连杆34和35分别将天线支架11的轴111和天线支架12的轴121的各端相连接。也就是使仰俯电动机31的输出轴的回转通过鼓形蜗杆32和扇形齿轮33向天线支架12的轴121上传递，进而通过连杆34和35向天线支架11的轴111上传递，从而使天线支架11和12同时回转。在本实施例中，用此构成能得到最高速度约120°/秒的天线支架11和12的回转。但是此回转是把天线射束相对基座15，朝向上方35°的位置为中心，限制在±30°的范围。

此外，以上所说明的各结构是用带冷却风扇的天线罩RD遮蔽。

B.信号处理系统：

下面参照图2a。

信号处理系统是以天线组4，BS变换器组5，BS调谐器组6，同相位合成回路组7和电视设备8为其主要构成，在天线组4把接收的电波进行合成，向电视设备输出的同时，检测出广播卫星方向和天线射束指向间的误差。

（A）天线组4

天线组4包含四个平面天线41、42、43和44。其中，平面天线41和42载放在天线支架11上矫嫣煜?3和44载放在天线支架12上。各平面天线的各部件相同，在分别使用的频率约12千兆赫（GHz）中，具有偏移角（离开法线的偏向角）约35°，半功率角约7°的主射束。用上述机械系统使各平面天线的主射束维持平行，用方位驱动机构2整体地进行方位指向角的更新，用仰俯驱动机构3整体地进行仰俯指向角的更新。

（B）BS变换器组5：

BS变换器组5包含载放在天线支架11上的两个BS变换器51和52，以及载放在天线支架12上的两个BS变换器53和54。分别使BS变换器51的输入连接到平面天线41的供电点上，使BS变换器52的输入连接到平面天线42的供电点上，使BS变换器53的输入连接到平面天线43的供电点上，使BS变换器54的输入连接到平面天线44的供电点上，各BS变换器把用对应平面天线接收的约12GHz（千兆赫）的信号变换成约1.3GHz的信号。

（C）BS调谐器组6：

BS调谐器组6包含载放在天线支架11上的BS调谐器61、62和载放在天线支架12上的BS调谐器63、64以及电压控制振荡器（以下称作VCO）65，各BS调谐器是用VCO65信号的局部振荡信号把分别用BS变换器51、52、53或54变换成的约1.3GHz的信号变换成约403MHz的中间频率的信号。控制比VCO65的振荡频率的信号通过汇流环（图中用线SP-SP表示边界）由后述的电视设备8的通道选择器给予。

（D）同相位合成回路组7：

同相位合成回路组7包含载放在天线支架11上的同相位合成回路71和载放在天线支架12上的同相位合成回路72、75。

a.同相位合成的含义：

这里，对同相位合成的含义进行说明。

如注视一下此天线装置的方位方向的变动，就能由如图3a所表示那样的模式，即以回转轴13′（希望能把它认为是回转台13的符号）为中心回转的两根线状天线来表示平面天线41和42（或43和44）。

在此场合，以虚线表示的各天线射束和以点划线表示的电波所成的角度（以下称作偏角）θ和连结各天线中心的直线与以点划线表示的电波所成的角度（以下称作方位相位角）θ′-相一至，通过方位方向的回转而发生变化。也就是若在天线41和42的射束指向的方向上有广播卫星存在（希望考虑平面投影图像），则由于方位偏角θ和方位相位角θ′为零，故各天线和广播卫星的距离变为相互相等，在此以外时，就产生用l_θ·Sinθ表示的距离差L_θ（l_θ是表示天线41和42的中心距离）。

由于此距离差L_θ与各天线和广播卫星的距离相比可非常小，因此对来自广播卫星的电波强度不发生影响，然而由于电波具有周期性，而给予相位差以大的影响。就是如令Cos wt表示来到天线41面前的电波，则来到天线42面前的电波比其仅迟到时间L_θ/c，因此可表示成Cos w（l-Lo/c）＝Cos（wt-2π·l_θ·Sinθ/λ）…（1）

而ω为电波角速度，C为传播速度，λ为波长。

如不除掉此相位差，即2π·l_θ·Sinθ/λ而将各天线收信信号进行合成则会互相干涉。因此，在同相位合成回路71，除去天线41和42的收信信号的相位差而后进行合成，在同相位合成电路，除去天线43和44的收信信号的相位差而后进行合成。此外，由于其中的l_θ和λ为已知，因此通过检测出此相位差2π·l_θ·Sinθ/λ即可知道方位偏角θ。

此外，当注视此天线装置的仰俯方向变动，则通过如图3b所示模式，即维持平行，以分别不同的回转轴111′或121′（希望把它认为分别是轴111、121的符合）为中心而回转的两根线状的天线表示平面天线41和43（或42和44）。

在此场合，由于各回转轴不同，使由虚线表示的各天线射束和由点划线表示的电波所成的角度（以下称作仰俯偏角）φ和连接各天线中心的直线与用点划线表示的电波面所成的角度（以下称作仰俯相位角）φ′不相一致。但是若把连接各天线中心的直线（以下称作仰俯基准线）和各天线所成的角（以下称作仰俯角）作为E1时，则由于可以表示成

φ′^-φ⁺E1……（2）

在此第一实施例中，将上述同样的想法适用于仰俯方向上。

b.各回路的详细内容;

以下对各回路作详细说明。

（a）同相位合成回路71：

同相合成回路71由如图2b所示那样，由多个分离器、混合器、低通滤波器和组合器等组成。

在端子A上得到从BS调谐器61来的基于天线41的收信信号的居中频率信号，在端子B上得到来自BS调谐器62的基于天线42的收信信号的居中频率信号。用分离器711将前者分配到放大器712和分离器713上，进而用分离713分配到混合器714和715上，用90°移相分离器716将后者分配到分离器717和718上，进而用分离器717和718分配在混合器714、715、71B和71C上。此时90°移相分离器716由于是把相对分离器718作90°移相移位的输入信号进行分配，故通过分离器718分配在混合器715和71C上的信号将成为使基于天线42的收信信号的居中频率信号作90°移相移位的信号。

如上述那样，在赋于端子A的来自BS调谐器61的居中频率信号，以及赋于端子B的来自BS调谐器的居中频率信号间存在由于天线41和天线42的配置而产生的相位偏差。现在，把来自BS调谐器61的居中频率信号作为Cos wt把相位差作为，则来自BS调谐器62的居中频率信号用Cos（wt-

）表示，把通过分离器718分配在混合器715和71C上的信号用一Sin（wt- ）表示。

在混合器714上用通过分离器713赋予的信号和通过分离器717赋予的信号进行Cos ωt·Cos（ωt- ）的演算。这个演算由于是用Cos

+Cos（2ωt-

）表示（因算术系数无意义而省略，以下同），通过在低通过滤器719中除去交流成分，能把Cos

这一直流成分抽出。该信号将给予混合器71B，在这里进行Cos ·Cos（ωt-

）的演算。

在混合器715中用通过分离器713给予的信号和通过分离器718给予的信号进行一Cos ωt·Sin（ωt-

）的演算。此演算由于是用Sin +Sin（2ωt- ）进行表示，当在低通滤波器中除去交流成分，就能把Sin 这一直流成分取出。把这个信号赋于混合器71C，在这里进行-Sin ·Sin（ωt- ）的演算。

在组合器71D中进行混合器71B的输出和混合器71C输出的加运算，并进行

Cos

·Cos（wt- ）-Sin ·Sin（wt-

）

的演算。其结果，由于能把Cos ωt这一已同相位化了的成分的信号取出，故在放大器71E进行电平调整后，在组合器71F和放大器712的输出进行合成。

此外，在图2b中把组合器71F的输出表示成2 Cos ωt，然而此系数不具有算术的意义（也就是振幅成分），望理解成将两个信号，即来自BS调谐器61和62的各居中频率信号在同相位进行合成的意思。（以下意义相同）

（b）同相合成回路72：

另一方面，在同相合成回路72中，和同相合成回路71完全一样，将来自BS调谐器63和64的各居中频率信号在同相位下进行合成。这个构成如图2c所示那样，除了多具备了一个低通滤波器外，则和同相合成回路71的组成相同。

如上述那样，在BS调谐器61输出的居中频率信号和BS调谐器63输出的居中频率信号之间，存在因天线41和天线43的配置而产生的相位偏移。现在仿效上述那样，把BS调谐器61输出的居中频率信号作为Cos ωt，这个相位差作为φ，则用Cos（ωt-φ）来表示BS调谐器63输出的居中频率信号。又和上述一样，若把因天线43和天线44的配置而产生的相位偏移作为，则可把来自BS调谐器64的居中频率信号表示成Cos（ωt-φ- ）。因此在这里进行信号处理的过程，如图2c中所述的各式所示，与把在上述同相合成回路71的说明中的ωt替代成（ωt-φ）为等同，而后从组合器72F得到把来自BS调谐器63和64的各居中频率信号在同相位下进行合成的信号2 Cos（ωt-φ）（详细情况可参照上述）。

此外，低通滤波器72H能从混合器725的输出信号-Cos（ωt-φ）·Sin（ωt-φ- ）中取出已除去交流成份的Sin

的直流成份以下称作方位误差信号），并通过汇流环供给系统控制器91。

（C）同相合成回路75：

使同相合成回路71和同相合成回路72的输出信号进一步在同相合成回路75中进行同相合成。同相合成回路75如图2d所示，和同相合成回路72为完全相同的构成，并进行由图中所记的各式所表示的信号处理。此处理，与在上述同相合成回路71的说明中，以φ代替

后为等同，故详细情形可参照上述。就是在同相合成回路71，72和75中，使BS调谐器51，52，53和54的输出信号进行同相合成而得到信号4 Cos ωt。

此外，低通滤波器75H能从混合器755的输出信号-Cos ωt·Sin（ωt-φ）取出已除去交流成份的Sinφ这一直流成份（以下称作仰俯误差信号），并通过汇流环向系统控制器91供给。

（E）电视设备8：

再次参照图2a，则同相合成回路75的输出通过非接触型的偶合变换器Trs向电视设备8供给。

电视设备8具备解调回路81，阴极射线管（CRT）82，扬声器83，通道选择器84和主开关85等，且设置在汽车的车厢内。

解调回路81把来自同相合成回路75的信号进行解调，且分别在CRT82上输出图象，在扬声器83上输出声音。此外，使进行增益自动调整用的信号AGC产生分支而后向系统控制器91供给。

通道选择器84，如上述那样，通过手动操作来设定VCO65的振荡频率，主开关85通过手动操作使电源部分D增能。电源部分D向各组成部分加规定电压的同时，使设置在天线罩RD上的换气冷却用的风扇E增能。

C.控制系统：

控制系统由系统控制器单元9，方位驱动控制器单元A，抑俯驱动器单元B和各种传感器等组成。

（A）各驱动控制单元：

方位驱动控制单元A由控制方位电动机21增能的方位伺服控制器A1与方位电动机21相结合的回转编码器A3等组成，仰俯驱动控制单元B由控制仰俯电动机31增能的仰俯伺服控制器B1和与仰俯电动机31相结合的回转编码器B3等组成。回转编码器A3检测出方位角，即以天线射束正对汽车行进方向的姿态为基准，把向右转作为正的回转台13的回转角，回转编码器B3和仰俯电动机31相结合，检测出仰俯角，即把相对仰俯基准线而向上作为正的天线支架11和12的回转角。

（B）各种传感器

各种主要传感器有陀螺仪C1，C2和限位开关SWu、SWd。陀螺仪C1和C2的载放在天线支架12上。这些传感器在相对方位或仰俯方向上具有自由度，把表示各方向的相对偏移的信号通过汇流环向系统控制器91供给。

限制开关SWu和SWd都和仰俯驱动机构5相连接，前者检测出各天线支架的回转上限，即如上所述检测出天线射束相对基座15的上仰角度为65°时的姿态，后者检测出其回转下限，即该上仰角度为5°的姿态。

（C）系统控制器单元9：

系统控制器单元9具备系统控制器91和操作板92，且将其安装在自汽车车厢内。

系统控制器91用由同相合成回路72和75给予的方位误差信号和仰俯信号以及由解调回路81给予的信号AGC，或者用由陀螺仪C1和C2给予的、表示方位方向和仰俯方向的相对偏移的陀螺仪数据，或者基于通过操作板92给予的操作员的指示向方位伺服控制器A1和仰俯伺服控制器B1供给必要的指示以实行天线的姿态控制。

以下参照表示在图4a，4b和4c上的流程图对系统控制器91进行的姿态控制作说明。

a.初期设定

系统控制器91当合上主开关85，从而给各部加上规定的电压，在步骤S1（表示对流程图中的步骤所加的符号，以下同）中使存储器、寄存器和标志处于初期化，在S2中，在搜索广播卫星用的寄存器上设初期值。就是在初期状态，为了将搜索范围设定在全域，在限定仰俯方向的搜索范围而用的寄存器E1d和E1u上分别设方向的下限值E1min或上限值E1max，在限定方位方向搜索范围而用的寄存器Azl和Azr上分别设方位方向基准值O或最大值Azmax。

S3-S7，是来自操作板的输入等待循环。在此循环中，由于如输入表示汽车当前地点的数据，就能够据此将广播卫星的仰角按某种程度特别设定，故在S4中，将用来限定与之相对应的仰俯方向搜索范围的数据，置于寄存器Eld和Elu上，此外，由于如输入表示方位角的数据;则能据此将广播卫星方位按某种程度特别设定，故在S6中，将用来限定与之相对应的方位搜索范围的数据置于寄存器Azl和Azr。

此时，当输入来自操作板92的起动指示，就使循环解除，在S8中，在寄存器Az上置表示方位方向搜索范围的左面界限的寄存器Azl的值，在寄存器E1d上置表示仰俯方向搜索范围的下限的寄存器Eld的值，在S9中，把寄存器Az或寄存器E1的值向伺服控制器A1和B1上传送。据此，各伺服控制器使各电动机增能，使各天线射束指向由用寄存器Az的值所表示的方位角和用寄存器E1的值表示的仰角决定的方向，故在S10等待对此需要的时间。

b.搜索处理：

搜索处理就是一面监视用AGC信号表示的收信信号电平，一面逐步改变天线射束的指向而进行广播卫星搜索的处理。有关天线射束的指向方向的改变将在下面叙述。

首先，在S16中，与寄存器E1的值、寄存器E1u的值，即仰俯方向的上限值进行比较。如果寄存器E1的值没有达到该上限值，则在S17中使寄存器E1的值增加1，在S18中将这个值向仰俯伺服控制器传送。据此，仰俯伺服控制器B1使仰俯电动机31增能，从而使天线射束的仰角以一个步骤程度向上改变，且在S19等待规定时间。

反复进行以上的程序，当寄存器E1的值达到E1u的上限值，在S20中置标志F2，在S21把寄存器Az的值和寄存器Azr的值，即和方位方向的右限值进行比较。如果寄存器Az的值没有达到此右限值，则在S22中使寄存器Az的值增加1，在S23中把此值方位伺服控制器A1传送。据此，方位伺服控制器A1使方位电动器增能，且使天线射束的方位角按一个步骤程度向右改变，在S24中等待规定时间。

置标志F2后进入S25以下的步骤，直到使寄存器E1的值达到寄存器E1d的值，即仰俯方向的下限值为止，一面使寄存器E1的值减少1，一面使天线射束的仰角按一个步骤程序向下改变。当寄存器E1的值到达E1d的下限值，在S29中使标志2复位，在S21以下的步骤中使天线射束的方位角按一个步骤的程度向右改变。

也就是，在此搜索处理中，是一面对由寄存器Azl，Azr，E1d和E1u的值限定的范围进行光栅扫描，一面对广播卫星进行搜索。在此搜索处理中当找不到广播卫星时，即从S2进到S30的步骤，在操作板92上具备的显示器上显示不能接收后返回到S3。此外，当来自从操作板92输入了停止指示时，就立即结束搜索处理，而返回到S3。

在上述搜索处理中，如发现广播卫星，存入L寄存器的收信信号电平超过规定水平Lo时，从S13进入到S31的步骤，进行跟踪处理。

c.跟踪处理。

在S31中，对标志F1和F3进行校验。因当初已使标志F1复位，故在S32中置标志F1，进而使标志F3复位。

在S33中，读取基于方位误差信号的方位方向的相位差数据φ，基于仰俯误差信号的仰俯方向的相位差数据θ，方位方向的陀螺仪数据g_θ和仰俯方向的陀螺仪数据g_φ。其后，在S34中分别在寄存器G_θ或G_φ上置陀螺仪数据g_θ和g_φ，在S35中，分别在寄存器φ或上置用相位差数据φ和θ表示的、相对目前的天线姿态的广播卫星的方位方向和仰俯方向的偏移角度数据。

在S36中，把寄存器φ的值加在寄存器Az上，把寄存器

的值加在寄存器E1上。但是，寄存器Az的值以Azmax作为模，在这个加运算中，当寄存器Az的值超过Azmax时，则使之成为减去这个以后的值。

在S37中，把寄存器Az和寄存器E1的值向各个伺服控制器传送，在S38中，等待规定时间后即返回到S11。

通过反复进行以上步骤进行广播卫星的跟踪，然而在此期间，当汽车进入隧道或被大厦遮蔽之处，收信信号电平就会降低。这时，当收信信号处在规定电平Lo以下时，在S13中使跟踪处理暂时中断，而进入S14以下的步骤，执行陀螺仪的控制处理。

d.陀螺仪的控制处理。

在S14进行标志F1的校核，由于该标志是在通过S32时设置，进入S39中再对标志F3进行校核。因为是在中断跟踪处理后不久对标志F3进行复位的，故进入S40，在这里置标志F3，并清除和启动用于测量收信信号电平降低的持续时间的计时器T。

在S41中读取方位方向的陀螺数据g_θ和仰俯方向的陀螺数据g_φ。

由于在寄存器G_θ和G_φ中存储着收信信号电平即将降低前的陀螺仪数据。因此，陀螺仪数据g_θ和寄存器G_θ值之间的差，以及陀螺仪数据g_φ和寄存器G_φ值之间的差分别相当于相对收信信号电平即将降低前的天线姿态的当前的天线姿态的方位方向或仰俯方向的偏移。因此，在S42中求出此差分，在S49中把相对于用此差分表示的收信信号电平即将降低前的天线姿态的当前的天线姿态的方位方向或仰俯方向的偏移角数据分别置在寄存器φ或

上。此外，在S43上表示的式子的符号（-）意味着置阻止天线姿态相对偏移的数据。

此后，进入S36，以下的说明，由于已述故省略。

就是，在跟踪广播卫星中，在收信信号电平降低到规定电平Lo以下的场合，用陀螺仪数据维持这个即将降低前的天线姿态。

如在定时器T的值超过规定时间To前，收信信号电平超过规定电平Lo时，则从S13按S31，S32前进，使上述跟踪处理再开始，而在这段期间，当收信信号电平未回复时，则从S44，进入S45及其以下的步骤。

在S45中，使标志F1-F3复位，在S46中，为了继续进行搜索处理，在寄存器Azr，Azl，E1d，和E1u上分别置限定搜索范围的数据。此时，关于方位方向，因为要依赖于汽车的方向故要置入全周的搜索范围（分别在寄存器Azr上置最大值Azmax和在寄存器Azl上置基准值0），而关于仰俯方向，因为要依赖于汽车的存在地点，故把基于表示此时的天线单元仰角的寄存器E1的值的搜索范围置入。

此后在S47中，在设置在操作板92上的表示器上表示不能接收，且返回到S3。

此外，在抽引跟踪处理和陀螺仪控制处理期间，当从操作板92输入了停止指示时，在S11中立即结束各个处理而返回到S3。

D.综上所述：

①由于是通过检测出电波源对于天线的相对移动来进行天线姿态的控制，因而不需要有如传统那样大惯性的、大型且重量重的飞轮以及大型速率陀螺仪。

②由于把天线组分成两组，而使仰俯方向的惯性减低，从而不仅使向此方向驱动的机构达到轻量小型化，而且使以整体方式驱动它们时的惯性变小。据此而使相对汽车等移动体的剧烈姿态变化的响性性得到改善，能确保良好的通信。

③由于通过使各平面天线的输出按同相位进行合成，而能在不使各平面天线的定向特性变化下，提高收信信号的增益。

（2）第二实施例：

这里，再次参照图3b，如上述那样，此图3b是把图1a和图1b上所示天线装置，在注视仰俯方向的运动，进行模式化了的，将平面天线41和43（也可以是平面天线42和43）作为分别以回转轴111′和121′为中心进行回转的线状天线来表示。在此场合，通过各天线的仰俯方向的回转来使仰俯偏移角φ变化，而仰俯相位角φ′不变。就是了解到从在仰俯回转平面内被隔开的天线，即平面天线41和43，或42和44的收信信号的相位差直接检测出仰俯偏移角φ是困难的。

另一方面，可以明白如上述那样，由于各误差信号成为贝塞耳（Bessel）函数，因而产生许多伪稳定点，有产生控制误差的可能性。例如，希望参照图8a所示的表示方位误差信号Sin

和方位偏移角θ的关系的曲线S。从这里可以看出方位误差信号Sin 的交替周期相对方位偏移角θ的周期（360°）要短很多，在天线的方位的正规移定点SP（O）以外，出现许多伪稳定点…SP（-1），SP（-2），SP（+1），SP（+2）…。因此，当把抽出的误差信号直接（意味不附带特别条件那样）用于姿态控制时，在偏移角大时，有可能使天线指向伪稳定点。具体说，如方位偏移角处于交替点TP（-1）-TP（+1）间，则天线指向正规的稳定点SP（0），然而，若处于交替点TP（-2）-TP（-1）间，则天线指向伪稳定点SP（-1），若处于交替点TP（+1）-TP（+2）间，则天线指向伪稳定点SP（+1）。

因此，在此第二实施例中，对于上述第一实施例作了为解决上述问题的改进。

以下主要对此改良进行说明。

A.机械系统：

关于机械组成，因完全和第一实施例相同，省略对其说明。

B.信号处理系统：

将第二实施例中的信号处理系统的构成表示在图5a中。

（A）天线组4，BC变换器组5，BS调谐器组6，因对这些来说，未给予改良，望参照以上说明。

（B）同相合成回路组7：

同相合成回路组7包含相合回路71，72，75，相位偏移回路73和D/A变换器74。在这里进行BS调谐器61和62的输出的同相合成和其相位偏移，BS调谐器63和64的输出的同相合成，以及前者和后者的同相合成。

a.相位偏移的意义：

因同相合成的意义和上述相同，这里对相位偏移的意义进行说明。

如前所述，在这个天线装置中，由于各天线支架具有各别回转轴，故仰┗刈恢苯颖硐治谘龈┗刈矫婺诟艨钠矫嫣煜?1和43或42和44的收信信号的相位差。也就是由于不能从这个相位差直接检测出仰俯偏移角φ，故先进行收信信号的相位偏移，从而造成这些平面天线以单一的回转轴为中心进行回转的状态。

现参照图3c。此外，此图3c是为了便于说明，而从图3b改制的。

现在，如设想在天线41和43的射束定向方向上存在广播卫星（望设想平面投影像），则天线43与广播卫星间的距离比天线41与广播怀星间的距离长出相当于各天线间的垂直距离L′φ。此垂直距离，采用仰俯角E1，用1_φ·SinE1表示，相对天线41的收信信号的天线43的收信信号的相位延迟用2π·1_φSinE1/λ表示。

也就是，如使天线41的收信信号仅延迟该相位差2π·l_φSinE1/λ，则延迟后的天线41的收信信号和天线43的收信信号的相位差可以说就是由仰俯偏移角φ带来的结果。因此，在移相回路73中使天线41和42的同相合成输出仅延迟2π·1_φSinE1/λ后，在同相合成回路75中和天线43与44的同相合成输出进行同相合成。

b.各回路的详细内容：

（a）同相合成回路71：

由于是和用于第一实施例的同相合成回路71相同的回路，而不需要作特别的说明，但是在此场合，将其输出向相位偏移回路73的端子X′供给。

（b）移向回路73：

移相回路73，如图5b所示是由90°分离器731和732，混合器733和734，以及组合器735组成，使用相合成回路71的输出信号2Cos ωt的相位仅进行以上述天线间垂直距离Lφ′为依据的相位差2π·1_φSinE1/λ（以下简称为ε）和移相。

也就是，向端子P供给对应相位差ε的余弦的相位偏移信号Cosε。此信号是把用后述的系统控制器91在其时对应天线仰俯角E1而输出的数字信号，在D/A变换器74变换成模拟的信号。

用90°分离器731把向端子X′供给的信号2Cos ωt向混合器733和734上分配，用90°分离器把向端子P上供给的信号Cosε向混合器733和734上分配。

由于供给混合器733的信号均是未移相的信号，故可进行2Cosωt·Cos的演算，以及供给混合器734的信号均是已被移相的信号，故可进行2Sin ωt·Sinε的演算。通过使这些输出信号在组合器735中进行运算，或多其输出端得到使同相合成回路71的输出信号2Cos ωt仅以相位差ε移相的信号Cos（ωt-ε）。把此信号供给同相合成回路75。

（c）同相合成回路72：

如图5c所示那样，在同相合成回路上重新加有低通滤波器72G。也就是在这个同相合成回路72中，和上述一样，能生成把来自BS调谐器63和64的各居中频率信号进行同相合成的信号2Cos（ωt-φ）的同时，把在其间生成的方位误差电压的余弦成份V_cθ和正弦成份V_sθ取出。

此外，方位误差电压的余弦成份V_cθ就是用低通滤波器72G，除去混合器724的输出信号-Cos（ωt-φ）·Cos（ωt-φ- ）的交流成份后的Cos

的直流信号，其正弦成份V_sθ就是用低通滤波器72H除去了混合器725的输出信号-Cos（ωt-φ）·Sin（ωt-φ- ）的交流成份的Sin的直流信号。在A/D变换器AD1中把这些信号变换成数字后，通过汇流环向系统控制器91供给。

此外，提供方位误差电压的余弦成份V_cθ和正弦成份V_sθ的相位差

就是天线54的收信信号和天线44的收信信号的相位差（和天线41的收信信号与天线42的收信信号的相位差相同），如按照参照图3a的上述说明可表示成2π·1_θ·Sinθ1/λ。

（d）同相合成回路75：

如图5d所示那样，在同相合成回路75上重新添加有低通滤波器75H。这里，把相位偏移回路73的输出和同相合成回路72的输出进行同相合成的同时，把在其中间生成的仰俯误差电压的余弦成份V_cφ和正弦成份V_sφ取出。

同相合成的信号处理过程和上述同相合成回路71相同，能利用这个说明，然而有必要用（ωt-ε）替代说明书中的ωt，和用（φ-ε）替代

。用此同相合成可生成信号4Cos（ωt-ε）。这里，系数“4”如上述那样是表示把4个平面天线的信号进行了合成。

此外，仰俯误差电压的余弦成份V_cφ就是用低通滤波器75G除去了混合器754的输出信号Cos（ωt-φ）·Cos（ωt-ε）的交流成份后的Cos（φ-ε）的直流信号，正弦成份V_sφ就是用低通滤波器75H除去了混合器755的输出信号-Cos（ωt-φ）·Sin（ωt-ε）的交流成份后的Sin（φ-ε）的直流信号。在A/D变换器中把这些信号变换成数字后通过汇流环向系统控制器91供给。

此外，提供这些方位误差电压的余弦成份Vc_φ和正弦成份Vs_φ的相位差（φ-ε）就是天线41的收信信号是与天线43的收信信号的相位差φ和基于天线41与天线43间的垂直距离L′φ的相位差ε之间的差（在天线42和天线44的系统方面相同），若按照参照了图3c的上述说明可表示成2π·l_θ·Sinφ1/λ-2π·l_θ·SinE1/λ。

（c）电视设备8：

同相合成回路75的输出，通过非接触型的结合变换器Trs向电视设备8提供。其功能和组成和上述第一实施例相同，把在解调回路81内形成分支的AGC信号用A/D变换器AD2变换成数字后向系统控制器供给。

C.控制系统：

控制系统由系统控制器单元9、方位驱动控制单元A、仰俯驱动控制单元B和各种传感器等组成。

（A）各驱动控制单元：

方位驱动控制单元A由控制方位电动机21增能的方位伺服控制器A1和与方位电动机21相结合的定时发生器A2等组成。方位伺服控制器A1是基于对应定时发生器A2检测出的方位电动机21的回转（正、反）的电流值（正、负）和由系统控制器91供给的电流参照值（正、负）对方位电动机的增能进行控制。

仰俯驱动控制单元B由控制仰俯电动机31的增能的仰俯伺服控制器B1和与仰俯电动机31相结合的定时发生器B2等组成。仰俯伺服控制器B1基于对应定时发生器B2检测出的仰俯电动机31的回转（正、反）的电流值（正、负）和由系统控制器供给的电流参照值（正、负）对仰俯电动机31的增能进行控制。

（B）各种传感器：

各种主要传感器包含陀螺仪C1，C2，回转编码器C3，C4，限制开关SWu，SWd以及电流传感器、角速度传感器等（图中未表示）。

陀螺仪C1和C2被载放在天线支架12上。陀螺仪C1具有沿方位方向的自由度，陀螺仪C2具有沿仰俯方向的自由度，分别输出与姿态变化、或汽车移动等所引起的方位或仰俯方向偏位角速度相对应的电压信号。用A/D变换器将这些检测出的信号变换成数字后通过汇流环向系统控制器提供。

回转编码器C3和方位电动机21相结合，检测出回转台13的回转角，也就是方位角。在此场合进行以天线射束正对着汽车行进方向的姿态为基准，以向右回转为正的角度的检测。

回转编码器C4和仰俯电动机31相结合，检测出天线支架11和12的回转角，即仰俯角。在此场合。如上述那样，检测出相对仰俯基准线（连结天线41与43，或42与44中心的直线）的偏移角，并以向上为正。

限制开关SWu和SWd都与仰俯驱动机构3相结合，检测出天线射束的仰俯角的上下限。在本实施例中如上述那样，相对基座15说，把天线射束指向上方65°的姿态作为上限，指向上方5°的姿态作为下限。

在方位伺服控制器A1内和在仰俯伺服控制器B1内，分别具有图中未表示的电流传感器和角速度传感器。这些传感器分别检测出方位电动机21或仰俯电动机31的增能电流和把其回转角速度作为电压信号检测出。通过A/D变换器AD3把这些检测出的信号向系统控制器91提供。

（C）系统控制器单元9：

系统控制单元9具备系统控制器91和操作板92，且被设置在汽车车厢内。系统控制器91根据来自操作板92的操作员的指令执行广播卫星的搜索和跟踪（尾随）。

a.控制概要：

这里，参照图6a所示的方框图对在本实施例系统中所实行的天线41-44的姿态控制进行说明。此方框是表示有关方位的姿态控制，由于有关仰俯的姿态控制也完全一样，因而省略图和说明。

现在，假设提供方位姿态控制的参考方位角Azo，进行规定的补偿，用电流D_θ使电动机21增能。方框FA是表示电动机21的电枢回路，RA表示电枢电阻，lA表示电气的时间常数。

根据此增能，使电流I_θ在电动机21的电枢回路上流过，在电动机21的输出轴上产生和电枢电流I_θ成比例的扭矩。也就是方框FB表示比例要素，常数KB表示扭矩常数。此扭矩将受到因汽车移动等引起的扭矩扰动Tl_L。

电动机21上产生的扭矩使回转台13转动，并使天线射束的方位角发生更改。其角速度Q_θ和扭矩的积分值成比例，更改的方位角进而和这个积分值成比例。方框FC表示前者的函数，方框FD表示后者的函数。此外，J1是取决于方位驱动机构2、回转台13等的惯性的比例常数。

更改了的天线射束的指向方向将遭受因汽车移动等引起的角速度干扰A_ZL，从实际的广播卫星方向偏移。

象以上那样，用基于方位的姿态控制的参考方位角Azo而设定的电流D_θ的天线41-44的姿态控制，会因电气损耗、汽车的移动等的干扰而偏离期待的结果。因此，在本实施例中设计了角度控制回路，速度控制回路以及电流控制回路。

角度控制回路使在同相合成回路72中检测出的天线射来的指向方向和广播卫星方向的方位角之间的偏移，也就是使方位偏移角θ反馈，但因此方位角，象上述那样，使干扰叠加在天线射束指向方向的运动上，因此仅使从这个方位偏移角θ减去内回转编码器C3检测出的方位角Az后的干扰反馈。方框F1和F2是表示比例要素，K1，K2是表示比例常数。

然而，当没有来自天线41-44的信号时，即不会得到方位偏移角θ。因此代替方位偏移角而采用对陀螺仪C1检测出的天线41-44的方位方向的角速度G_θ（以下称作方位方向的陀螺仪数据）进行积分。方框F3表示此积分，方框F11和F31表示它们的转换。

速度控制回路是对角速度干扰进行补偿。在此场合，也和上述同样地通过从包含角速度干扰的天线41-41的方位方向的角速度，就是根据陀螺仪C1的方位方向的陀螺仪数据G_θ减去由角速度传感器检测出的电动机21的角速度Q_θ，只将角速度干扰取出而进行反馈。方框F5和F6是比例要素，K5和K6是其比例常数。但是，在此场合，存在着收信电平的降低，在已经在角度控制回路中使陀螺仪数据G_θ反馈时，在方框F61中阻止陀螺仪数据G_θ的重叠。

电流控制回路是用由电流传感器检测出的电动机21的增能电流I_θ对电动机21和增能回路的电气损耗进行补偿。方框F4是比例要素，K4是其比例常数。

在这个控制处理中，相对参考角Azo，实行用角度控制回路的角度干扰的补偿而得到Z1，在方框F7中实际比例积分补偿（比例常数为K7，时间常数为t7）而得到Z2，进而实行根据速度控制回路的角速度干扰的补偿和根据电流控制回路的电气损耗的补偿而得到Z3。在比例方框F8（比例常数为K8）中把这个值变换成对应更改角度的电流值，使电动机21增能。但是由于是将本实施例装置载放在汽车上，故从保护电流的需要出发，而在方框F9中进行电流限制，用限制后的电流D使电动机21增能。据此而成为使包含为除去偏移的比例积分补偿（F7）的角度控制回路上附加电流限制，由于是将速度控制回路和电流控制回路安排在其内侧，因此不会发生使比例积分补偿和电流限制相组合的卷扰（windup）现象。

也就是在本实施例中，由于是将速度控制回路和电流控制回路安排在角度控制回路的内侧，故能实现没有偏移的高速响应控制的同时，还可在不发生卷扰现象下对电流进行保护。

b.控制详情：

以上的控制处理是由系统控制器91产生的。以下参照图7a，7b，7c和7d所示的流程图对系统控制器91的控制动作进行说明。

（a）初期设定：

系统控制器91是当合上主开关85使各部得到规定的电压时，在S101使存储，寄存器和标志处于开始状态，在S102使广播卫星的搜索范围处于开始状态。此搜索从以后的叙述即可明白，是所谓的螺旋扫描，起初，分别在寄存器E1d和E1u上存入仰俯角的最小值和最大值，把全范围的螺旋扫描置位。

S103-S105是来自操作板92的输入等待回路。在此回路中，一旦输入汽车行驶地区的数据，则根据此数据就可对广播卫星的仰角作某种程度的特别规定，在S104，把与此对应的搜索范围置入。此后，当从操作板92输入开始指示，则解除此循环而进入S106

（b）搜索处理：

在S106中，在搜索开始角E1d（表示寄存器E1d的值，以下同）上置天线41-44的仰俯角。在此场合，一面对回转偏码器C4的检测出的仰俯角E1进行监视，一面对仰俯伺服控制器B1，发出抑俯电动机31的增能所示，当这个与搜索开始角E1d相一致时指示除能。

在S107中，对用于广播卫星搜索的寄存器Rl，Ra和Re进行消除，在S108中分别将方位增能电流D_θ置高值，仰俯增能电流D_φ置为低值，并向方位伺服控制器A1和仰俯伺服控制器B1输出，指示方位电动机21和仰俯电动机31增能。据此，使天线41-44一面沿方位方向进行高速而连续地回转，一面沿仰俯方向以低速改变姿态，从而使天线射束开始进行螺旋扫描。

此后，在S109-S114中用螺旋扫描探索能得到最大收信信号电平的天线姿态。也就是在S110中读取来自解调回路81的收信信号电平L（AGC信号），在S111读取由回转编码器C3和C4检测出的方位角A2和仰俯角E1，在S112中把此时的收信信号电平L和寄存器R到此时为止所存入的收信信号电平的最大值进行比较，在前者为大时，在S113把此时的收信信号电平L，方位角A2和仰俯角E1分别存入寄存器Rl，Ra和Rl中。

当设定搜索范围的螺旋扫描结束，仰俯角E1将超过搜索完了角E1u，故在S116向各伺服控制器发出停止的指示，从而结束搜索处理。此时，在寄存器Rl存有设定搜索范围的收信信号电平的最大值而在寄存器Ra和Rl中存有为获得最大值的方位角或仰俯角。因此，在S117中把寄存器Rl的值和最低收信信号电平Lmin进行比较。由于用螺旋扫描进行搜索的范围内没有广播卫星等时，寄存器Rl的值将成为最低收信信号电平Lmin以下，故此时在S118表示不能接收信号，返回到S103，然而如果是在正确接收来自广播卫星的电波，则寄存器R1的值就会超过最低收信信号电平Lmin，故在S119将把天线置在由寄存器Ra和Rl的值所表示的姿态上。这是通过以下方法进行的，即一面监视根据回转编码器C3和C4的方位角和仰俯角E1，一面通过伺服控制器A1和B1对电动机21和31进行控制。

当将天线置在得到最大收信信号电平的姿态上，则在S120中再次读取方位角Az和仰俯角E1，在S121中把那些作为参考方位角和参考仰俯角，而分别存入寄存器Azo和E1o。

其后，在S122中把用于后面将要叙述的方位误差电压和仰俯误差电压补正的寄存器A

，Acw，Cccw，E

，Ecw和Eccw进行清除，在由S123-S144构成的回路中，进行按照图6a上所示控制回路的天线41-44的姿态控制。

（c）跟踪处理：

在这里，首先在S124中读取方位角Az和仰俯角E1，在S125中把由仰俯角E1而且有的天线41与43和天线42与44的垂直距离L₄′的相位差ε，从ROM表中读出，并将其输出。此数据如上述那样，用D/A变换器转换成电压值，而后向相位偏移回路73供给，使天线41和43的合成收信信号移位。

在S126-S129中读收信电平L，如果这个数值超过最低收信电平Lmin，则在A寄存器上置1，如果在以下则在A寄存上置零。此A寄存器的值被用于上述控制参数的转换（框F11，F31和F61。

在S130读取方位电动机21的增能电流I_θ和仰俯电动机31的增能电流I_φ，在S131读出方位电动机21的角速度Q_θ和仰俯电动机31的角速度Q_φ，在132读取包含干扰的天线41-44的方位方向角速度，即陀螺仪数据G_θ，和包含干扰的天线41-44的仰俯方向的角速度，即陀螺仪数据G_θ。

进而，在S133读取方位误差电压的余弦成份V_cθ及正弦成份V_sθ和仰俯误差电压的余弦成份V_cφ及正弦成份V_sφ。如上述那样，方位误差电压的余弦成份V_cθ就是Cosθ的直流成份，其正弦成份就是Sinθ的直流成份，仰俯误差电压的余弦成份V就是成为Cos（φ-ε）的直流成份，其正弦成份V_sφ就是Sin（φ-ε）的直流成份。此外，根据参考图3a的上述说明，把θ表示成2π·l_θ·Sinθ/λ，根据参考图3b的说明，把（φ-ε）表示成2π·l·Sinφ/λ-2π·l·SinE1/λ。也就是使各成份V_cθ，V_sθ，V_cφ和V_sφ分别成为贝塞耳函数。

图8a所示曲线C表示方位误差电压的余弦成份V_cθ，曲线S表示方位误差电压的正弦成份V_cθ。在这里如注意一下曲线S，则由于当方位偏移角为0时，电压为0（mv），故若使方位误差电压余弦成份V_cθ反馈，则可预料将自动进行跟踪广播卫星（电波源），然而如果将其直接反馈时，自动跟踪将被限制在-180°＜θ＜+180°的范围。也就是若处在TP（-1）-TP（+1）的范围内，则有可能进入正规稳定点SP（0），然而当超出此范围，就将进行向伪稳定点的进入。例如，在TP（+1）-TP（+2）的范围，就将进行向伪稳定点SP（+1）的进入，在TP（-1）-TP（-2）的范围，将进行向伪稳定点SP（-1）的进入。

在本实施例装置中，TP（-1）约为-2.2°TP（+1）约为+2.2°，然而如象用曲线P重复图示了的天线射束（合成射束）模形那样，由于天线射束的半值角位于此进入范围的外面，故可充分预料到向伪稳定点的进入。为了防止这种情况发生，在本实施装置中用方位误差电压余弦成份V_cθ和正弦成份V_sθ来设定方位移角的象限，据此对正弦成份V_sθ的符号进行补正而求出方位误差电压V_θ，从而进行反馈。

具体的说如图8b所示那样，以方位误差电压余弦成分V_cθ为Y轴，正弦成分V_sθ为X轴来设定Ⅰ-Ⅳ象限。在这里表示的曲线图就是图8a所示余弦成分V_cθ和正弦成分V_sθ的映像，然而当方位偏移角向正的一边变化时，则从稳定点SP（0）起在此轴线图上右旋移动，当向负的一边变化时，则从稳定点SP（0）起在此曲线图上左旋移动。因此，一面跟踪方位偏移角变化，一面对应使其返回正弦成分V_sθ的符号进行改正而求出方位误差电压V_θ。

此外，可与此完全一样地求仰俯误差电压V_φ，但为了避免重复，图示和说明都省去了。

以上是用S134进行改正处理，参考图7d所示的流程图对其详情进行说明。

这里，首先在S201中从方位误差电压余弦成分V_cθ和正弦成分V_sθ求出方位偏移角的象限，在S202中把这个象限存入寄存器A_q内。

从以后的说明就可以明白，在寄存器A q上存有先前的象限（最初为0），当这些相互不同时，在S204中对这些寄存器的值进行校验。

在寄存器A

的值表示为第Ⅰ象限，寄存器A_q的值表示为第Ⅱ象限时，就等于方位偏移角向右旋变化（即图8b中的方向，以下同），在此场合在必要区别是自稳定点SP（0）起的右旋的变化还是自稳定点SP（0）起向左浠钡姆祷刂械挠倚浠Ｕ飧鲋灰晕税炎笮拇问屑剖淖笮拇嫫鰽ccw的值进行校验就可以，如果这个值为0，则因至少对于先前曾有过的左旋的变化已返回了，故在S206中使为把右旋的次数进行计数的右旋寄存器Acw增加为1。

以下以同样方式由于寄存器A

的值表示第二象限，寄存器Aq的值表示第一象限时，就成为方位偏移角已向左转变化，故以左旋寄存器Accw的值为这一条件，在S208中使右旋寄存器Acw降低一个计数，由于在寄存器Aq的值表示第Ⅲ象限，寄存器Aq的值表示第Ⅳ象限时，就成为方位偏移角已向右旋变化，故以右旋寄存器Acw的值为零这一条件，在S210中，使左旋寄存器Accw降低一个计数，由于在寄存器Aq的值表示第Ⅳ象限，寄存器A的值表示第Ⅲ象限时，就成为方位偏移角已向左旋变化，故以右旋寄存器Acw的值为零这一条件，在S212中，使左旋寄存器Accw减少为1。

在S213中，也包含上述以外的场合，在方位偏移角的象限上有变化时，把存在寄存器Aq上的目前的象限存入寄存器A q中。

这样，在方位偏移角已向右旋变化时，右旋寄存器Ac的值成为1以上，而已向左旋变化时，左旋寄存器Accw的值成为1以上。因此，如果在右旋寄存器Ac的值为1以上，目前的方位偏移角的象限为第Ⅲ或第Ⅳ象限的话，则在S216中使方位误差电压的符合改变而设定的方位误差电压V_θ，如果左旋寄存器Accw的值在1以上，目前的方位偏移角的象限为第Ⅰ或第Ⅱ象限，则在S219中使方位误差电压的正弦成分V_sθ的符号改变则设定方位误差电压，在其它情况时，在S220中用方位误差电压的正弦成分V_sθ设定方位误差电压V_θ。据此，在方位偏移角超出上述TP（-1）-TP（+1）的范围，而且在方位误差正弦成分V_sθ交替时也有可能正确地进入稳定点SP（0）。

在S221中，用和上述S201-S220完全相同的处理程序来设定仰俯误差电压V_φ，但已省略有关对它的记载。

此后，在图7c的流程图的S135中，用方位误差电压V_θ和仰俯误差电压V_φ的值，参考ROM表以求方位偏移角θ和仰俯偏移角θ。

在S136中，用方位偏移角θ，方位角Az，方位方向的陀螺仪数据G_θ，方位电动机21的增能电流I_θ和角速度Q_θ以求在上述各反馈回路中的控制参数Y1-Y6。也就是使常数K1和方位偏移角θ相乘而后存入寄存器Y1内，使常数K2和方位角Az相乘而后存入寄存器Y3内，用有限和法把陀螺仪数据G进行积分而后存入寄存器Y内，使常数K4和增能电流I_θ相乘而后存入寄存器Y4内，使常数K5和角速度Q_θ相乘而后存入寄存器Y5内，使常数K6和陀螺仪数据G_θ相乘而后存入寄存器Y6内。

在S137中，当把根据角度控制回路的角度干扰的补偿加到参考角A20上而求出上述Z1时，对其进行比例积分而求出上述Z2，进而在其上施加根据速度控制回路的角速度干扰的补偿和根据电流控制回路的电气损耗的补偿而求出上述Z3之后，将其换算成电动机21的增能电流值而求上述Z4。

在此场合，在角度干扰的补偿中，如果寄存器A的值为1，则把参数Y1和Y2的差加到参考角A20上，如果寄存器A的值为零，则把参数Y3和Y2的差加到参考角A20上（意味跨线为否定）。此外，同时进行角速度干扰和电气损耗的补偿，当从根据有限和法求得的Z的比例积分值Z2中减去参数Y4，如果寄存器A的值为1，则加上参数Y6和Y5的差，如寄存器A的值为零，仅加上参数Y5。

在S138-S142中，进行上述电流限制。在此当中，把进行了各种补偿后的参考方位角换算成电动机21的增能电流值Z4调整到在最大反转增能电流-Dohi以上和在最大正转增能电流Dohi以下的值，而后设定方位增能电流D。

在S143中，如用和以上完全同样的程序设定仰俯增能电流D4，则在S144中把增能电流D_θ，D_φ向方位伺服控制器A1和仰俯伺服控制器B1输出，并指示方位电动机21的仰俯电动机φ31的增能，且向S123返回。

（d）处理结束：

可以通过操作板92输入停止指示而媸笔股鲜龈鞔斫崾Ｒ簿褪牵诼菪柚校ü淙胪Ｖ怪甘荆肧115使搜索处理结束，向S103返回，在跟踪处理中，通过输入停止指示，用S145使跟踪处理结束，向S103返回。

C.本实施例的变形：

然而，在上述姿态控制中，可以明白，通过使比例常数K1和K2之间具有K＝-K1的关系。和使比例常数K5和K6间具有K6＝-K5的关系，而不需进行比例积分处理可以除去偏移。

把基于此点的姿态控制的方框图表示在图6b上。当参考此图6b，不仅省去了用上述图6a上的方框F7表示的比例积分处理，而且还省去了用方框F3表示的陀螺仪数据G_θ的积分处理。这是由于为了不进行比例积分处理而使角度控制回路，速度控制回路和电流控制回路的作用点（进行补偿的点）相一致的缘故。因此转换函数也仅成为F11，使控制相当简化。

具体说，在系统控制器91的控制动作中，使得在图7c所示流程图的S134和S135中的处理内容简化。也就是在S134中已不要进行求控制参数Y的演算，此外，以进行

A20+AY1-Y2-Y4-Y5-Y6的演算两直接求得Z3来替代求Z1、Z2和Z3的演算。除此之外，固态变化，因而未表示新的流程图。

D.汇总

（1）被隔开在仰俯回转平面内的两组天线以将各射束保持平行为条件，用另外的物体对其进行姿态变更，通过使一组天线的收信信号的相位仅偏移相当于与投影在和各射束相平行的任意直线上的各天线的辐射点间距离相对应的相位，从而有可能从各天线的收信信号的相位差检测出电波的到来方向。也就是由于能用另外的物体驱动多组天线，使可动部分的惯性变小，对装置的小型化更为有利。特别是在使用平面天线的场合，由于通过分割能使立体的动作范围变小，因而能充分利用其低矮的形状特性。

（2）通过把各天线的收信信号的相位差作为相互正交的函数（正弦、余弦函数）抽出，用其信号，把相对天线射束的电波源方向的偏移角的相位分成多个象限（例如四个），通过对过去至目前为止的该象限的变化倒走而抽出的各天线的收信信号间的相位差进行补正，能完全消除由于伪稳定点的影响引起的指向错误。

（3）在姿态控制中，由于是求出表示干扰的数据而对增能数据进行补偿，故使得因干扰的影响而过大或过小地设定驱动装置的增能的可能性消失了，从而提高了控制的稳定性。此时，通过多个系统求得干扰数据而对增能数据进行补偿，只要有任一系统是健全，就能进行以此为依据的补偿，从而使相对姿态控制的可靠性提高，此外，若检测出表示驱动装置的实际增能强度，与此相对应而进行增能数据的补偿，则使得在因干扰数据引起的补偿发生异常的场合，也能设定正确的增能信息，从而使相对姿态控制的可靠性更加提高。也就是在这个第二实施例中，由于是在因干扰引起的增能信息的补偿回路上加上为防止偏移和为达到高速响应化的积分因素，而且，为防止因补偿异常引起的驱动装置的过大增能，而进行对增能数据的限制，故此限制相对因干扰补偿的异常，即使起到除能的作用，由强度数据的补偿而使系稳定，故能有效防止包含积分要素的补偿回路发生失控的所谓卷扰现象。

（3）其它

若注意作为上述第一和第二实施例而揭示的每一项技术，可设想各种变化形式和应用。例如，若只注意姿态控制，同样的技术还可直接适用于机器人等的姿态控制。此外，在收信信号方位的检测中，若只需要进行一个方向的控制，那么只要选择上述控制的一方就可以。关于这些，由于从上述实施例中所揭示的内容已很清楚，因此决定不再对有关的内容进行说明。

进而，对于可以用地磁传感器等来置换陀螺仪的形式变化，以及座标系的设定方法的形式变化等，由于只要是本技术领域人员就很容易理解，对这些也没有必要一一列举。

Claims

1、一种天线装置，其特征在于具备：

第一、第二和第三收信天线；

使上述第一、第二和第三收信天线的辐射波瓣保持平行，而且使包含上述第一和第二收信天线的辐射波瓣的平面和包含上述第一和第三收信天线的辐射波瓣的平面保持垂直，并使上述第一、第二和第三收信天线沿第一方向以及与此成正交的第二方向能自由移动地被支承的支承机构；

将上述第一、第二和第三收信天线朝上述第一方向驱动的第一驱动机构；

将上述第一、第二和第三收信天线朝上述第二方向驱动的第二驱动机构；

检测出相当于上述第一收信天线的收信信号和上述第二收信天线的收信信号间的相位差的第一相位差信号的第一相位差检测机构；

检测出相当于上述第一收信天线的收信信号和上述第三收信天线的收信信号间的相位差的第二相位差信号的第二相位差检测机构；以及

根据上述第一和第二相位差信号求出电波源方向，分别对上述第一和第二驱动机构进行增能控制的控制机构。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于该装置进一步具备把上述第一、第二和第三收信天线中的至少两个收信天线的收信信号进行同相合成的同相合成回路。

3、一种天线装置，其特征在于具备：

包含第一收信天线和第二收信天线的第一天线驵;

使上述第一和第二收信天线的辐射波瓣保持平行，使上述第一天线组沿第一方向自由移动地受到支承的第一支承机构;

包含第三收信天线的第二天线组;

使上述第三收信天线的辐射波瓣和上述第一和第二收信天线的辐射波瓣保持平行，而且使包含上述第三和第一收信天线的辐射波瓣的平面和包含上述第一和第二收信天线的辐射波瓣的平面保持垂直，使上述第二天线组沿第一方向能自由移动地受到支承和第二支承机构;

将上述第一和第二天线组分别朝第一方向驱动的第一驱动机构;

使上述第一和第二天线组、上述第一与第二支承机构和上述第一驱动机构能沿正交于上述第一方向的第二方向自由移动地受动支承的第三支承机构;

将上述第一和第二天线组、上述第一与第二支承机构以及上述第一驱动机构成为一体地朝第二方向驱动的第二驱动机构;

检测出相当于上述第一收信天线的收信信号和上述第二收信天线的收信信号间相位差的第一相位差信号的第一相位差检测机构;

检测出相当于上述第一收信天线的收信信号和上述第三收信天线的收信信号间相位差的第二相位差信号的第二相位差检测机构;以及

根据上述第一和第二相位差信号，求出电波源方向，分别控制上述第一和第二驱动机构增能的控制机构。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于该装置进一步具备把上述第一第二和第三收信天线中的至少两个收信天线的收信信号进行同相合成的同相合成机构。

5、一种收信天线的姿态控制方法，在分别使沿第一方向自由交换姿态的第一收信天线以及和沿与该第一方向相似的第二方向自由变换姿态的第二收信天线的射束保持平行地受到驱动且指向电波源方向的场合，其特征在于

使第一收信天线的收信信号的相位仅进行相当于使第一收信天线的实质的射束辐射点和第二收信天线的实质的射束辐射点投影在平行于各射束的任意一直线上时，与该各投影点间距离相对应的相位程度的偏移，根据移相后的第一收信信号和第二收信天线的收信信号间的相位差求出电波源方向，设定第一和第二收信天线的位置。

6、一种收信天线的姿态控制装置，其特征在于具备：

第一收信天线和第二收信天线;

使上述第一收信天线沿第一方向自由变换位置地受到支承的第一支承机构;

使上述第二收信天线与上述第一收信天线相隔离，沿和上述第一方向相似的第二方向自由变换位置地受到支承的支承机构;

使上述第一收信天线的射束和上述第二收信天线的射束保持平行，分别使此第一收信天线朝向第一方向和使此第二收信天线朝向上述第二方向而受到驱动机构;

使上述第一收信天线的实质性的射束辐射点和使上述第二收信天线的实质性的射束辐射点投影在和各射束平行的任意一直线上时，把各投影点间的距离检测出的第一检测机构;

使上述第一收信天线的收信信号的相位仅移动对应上述距离的相位偏移机构;

检测出相位偏移后的上述第收信天线的收信信号和上述第二收信天线的收信信号间的相位差的第二检测机构，以及

根据上述相位差求出的电波源方向控制上述驱动机构增能的控制机构。

7、一种收信天线的姿态控制方法，在使自由变化位置的第一收信天线和第二收信天线的各射束，保持平行地驱动而指向电波源方向的场合其特征在于

使第一收信天线的收信信号和第二收信天线的收信信号相乘，而后把各收信信号的相位差作为第一函数抽出，使第一收信天线的收信信号和已进行过90°相位移动的第二收信天线的收信信号相乘，而后把各收信信号的相位差作为和第一函数成正交的第二函数抽出，用作为第一函数抽出的相位差的符号和作为第二函数抽出的相位差的符号把第一收信天线和第二收信天线的射束作为相对电波源方向的偏移角的相位分成多个象限;

一面对上述偏移角的相位变化进行监视，一边对用先前的该相位的象限的变化和目前的该相位的象限对作为第一函数抽出的相位差和作为第二函数抽出的相位差中的至少一个进行补正，根据补正后的该相位差，设定第一收信天线和第二收信天线的位置。

8、一种收信天线的资态控制装置，其特征在于具备：

第一收信天线和第二收信天线;

使上述第一收信天线和上述第二收信天线自由变化位置地受到支承和支承机构;

使上述第一收信天线和上述第二收信天线的各射束保持平行，而使该第一收信天线和该第二收信天线得到驱动的驱动机构;

使上述第一收信天线的收信信号和上述第二收信天线的收信信号相乘，而后把各收信信号间的相位差作为第一函数抽出的第一相位抽出机构;

使上述第二收信天线的收信信号的相位作90°移动的相位偏移机构;

使上述第一收信天线的收信信号和相位移动后的第二收信天线的收信信号相乘，而后把各收信信号的相位差作为和第一函数成正交的第二函数抽出的第二相位抽出机构;

用上述作为第一函数抽出的相位差的符号和上述作为第二函数抽出的相位差的符号，把上述和第一收信天线和上述第二收信天线的射束相对电波源方向的偏移角的相位分成多个象限，把该偏移角相位的象限，每次出现所规定变化时将其变化进行存储，用存储的先前的该象限的变化和目前的该象限对作为上述第一函数和第二函数抽出的相位差中的至少一个进行补正，使补正后的该相位差向靠近规定值的方向使上述驱动机构增能的控制机构。

9、一种姿态控制方法，就是在使驱动机构和可自由变换规定姿态的控制对象相合，当供给表示目标姿态的数据，用据此的增能数据使驱动机构增能，对控制对象的姿态进行控制中，其特征在于在使驱动机构增能时，检测出表示因此增能而控制对象应具有的姿态的第一姿态数据和表示控制对象的实际姿态的第二姿态数据，从第一姿态数据和第二姿态数据的相差求出表示干扰的干扰数据，用该干扰数据对增能数据进行补偿而后使驱动机构增能。

10、根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于进而检测出表示驱动机构的实际增能强度的强度数据，与此相对应地对增能数据进行补偿。

11、一种姿态控制方法，就是在使驱动机构和可自由变化规定姿态的控制对象相结合，当供给表示作为目标的数据，则用据此的增能数据使驱动机构增能，对控制对象的姿态进行控制的控制方法中，其特征在于在使驱动机构增能时，检测出表示因此增能而控制对象应具有的姿态的更新速度的第一速度数据和表示控制对象的实际姿态的更新速度的第二速度数据，从第一速度数据和第二速度数据的相差求出表示干扰的干扰数据，用此干扰数据对增能数据进行补偿，而后使驱动机构增能。

12、根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于进一步检测出表示驱动机构实际增能强度的强度数据，并与此相对应地对增能数据进行补偿。

13、一种姿态控制方法，就是在使驱动机构和可自由变换规定姿态的控制对象相结合，当供给表示作为目标姿态的数据，用据此的增能数据使驱动机构增能，对控制对象的姿态进行控制的控制方法中，其特征在于在使驱动机构增能时，检测出表示因此增能而控制对象应具有的姿态的第一姿态数据，表示该姿态更新速度的第一速度数据，表示控制对象实际姿态的第二姿态数据，以及表示该姿态更新速度的第二速度数据，从第一姿态数据和第二姿态数据的相差求出第一干扰数据，从第一速度数据和第二速度数据求出第二干扰数据，用第一和第二干扰数据对增能数据进行补偿，而后使驱动机构增能。

14、根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于进而检测出表示驱动机构实际增能强度的强度数据，并与此相对应，对增能数据进行补偿。