DE68919736T2

DE68919736T2 - Verfahren und Anordnung zur Antennenstabilisierung.

Info

Publication number: DE68919736T2
Application number: DE68919736T
Authority: DE
Inventors: Tetsumi Harakawa; Ryuichi Hiratsuka; Yasuhiro Ito; Kazuro C O Nemoto Project Kato; Isao C O Nemoto Project Nemoto; Kenji Ohmaru; Masahiro Uematsu; Shigeru Yamazaki
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nemoto Project Industry Co Ltd; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nemoto Project Industry Co Ltd; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1988-04-12
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2009-04-12
Also published as: EP0608000A1; CN1038378A; KR920010206B1; DE68919736D1; US5089824A; CA1318394C; ES2065349T3; KR900017226A; EP0338379A2; AU622444B2; AU3259789A; EP0338379B1; EP0338379A3

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Stabilisierung, und genauer gesagt, auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Antennenstabilisierung zum Empfang von Satellitensendungen in einem Fahrzeug, wie einem PKW.
Seit Satellitenübertragungen Realität goworden sind, gibt es die Bestrebung, Radiowellen vom Satelliten nicht nur ortsfest, wie im Gebäude, sondern auch in Fahrzeugen und anderen Transportmitteln zu nutzen (siehe beispielsweise US-A- 4,725,843). Eine Antenne mit ausgeprägter Richtwirkung ist erforderlich, d.h., eine Antenne mit hohem Richtvermögen, um die schwachen Radiowellen vom Satelliten zu empfangen. Wenn es das Ziel als solches ist, Radiowellen in einem Fahrzeug zu empfangen, dann wird die Antennenstabilisierung zu einem Problem, dessen Lösung Gegenstand zahlreicher vorgeschlagener Verfahren und Techniken ist.
Ein Beispiel ist eine Antenneneinrichtung zum Satellitenempfang, die in der Japanischen Patentveröffentlichung SHO 61(1986)- 28244 offenbart ist. Kurz gesagt die offenbarte Einrichtung verwendet ein Kreiselgerät des Typs mit Schwungrad zur Steuerung und zur Aufrechterhaltung der Antennenausrichtung, auf die es ursprünglich eingestellt war, um Sendungen empfangen zu können.
Jedoch sind Hochleistungsantennen für schwache Empfangssignale von Satelliten und deren Einrichtung sperrig und schwer, und sie behalten ihre Ausrichtungsstabilität durch den Einsatz von unverzichtbaren Schwungrädern großer Trägheit bei d.h., von schwergewichtigen Schwungrädern, die zur Installierung in einem Fahrzeug ungeeignet sind.
Wegen der Manövrierbarkeit kleiner Fahrzeuge treten Lageänderungen sehr schnell und heftig auf, und um die ursprüngliche Lage über eine lange Zeit bei derartig starken Lageänderungen aufrecht zu erhalten, ist die Verwendung eines großen Kreiselgerätes mit großer Trägheit erforderlich, was wiederum ein anderer Grund ist, der ein derartiges Gerät für kleine Fahrzeuge untauglich macht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antenneneinrichtung zu schaffen, die eine gute Übertragung sicherstellt und auch zur Installation in einem kleinen Fahrzeug, wie einem PKW, geeignet ist und ein Verfahren zur Antennenstabilisierung.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zur Antennenstabilisierung durch Haltern einer ersten, zweiten und einer dritten Empfangsantenne, so daß die Antennen um erste Achsen und um eine zweite, senkrecht zur ersten verlaufende Achse drehbar sind, während die Strahlungskeulen der Antennen parallel gehalten werden und eine Ebene, in der die Strahlungskeulen der ersten und zweiten Antenne liegen, senkrecht zu der Ebene gehalten wird, in der die Strahlungskeulen der ersten und dritten Antenne liegen, durch Schwenken der ersten, zweiten und der dritten Empfangsantenne um die erste Achse, Schwenken der ersten, zweiten und der dritten Empfangsantenne um die zweite Achsen, Festellen eines ersten Phasendifferenzsignals gemäß einer ersten Phasendifferenz zwischen einem von der ersten Antenne empfangenen Signal und einem von der zweiten Antenne empfangenen Signal, Festellen eines zweiten Phasendifferenzsignals gemäß einer zweiten Phasendifferenz zwischen einem von der ersten Antenne empfangenen Signal und einem von der dritten Antenne empfangenen Signal und durch Ermitteln der Richtung einer Radiowellenquelle auf der Grundlage des ersten und des zweiten Phasendifferenzsignals zur Steuerung der betreffenden Antennenschwenkung um die Achsen.
Darüber hinaus ist das Haltemittel einer ersten Antennengruppe, zu der die erste und die zweite Antenne gehört, getrennt von dem Haltemittel einer zweiten Antennengruppe vorgesehen, zu der die dritten Empfangsantenne gehört, wodurch die Trägheit in der ersten Richtung herabgesetzt wird und die Größe und das Gewicht des Antriebsmechanismus reduziert werden.
Gemäß dieser Anordnung wird die Antennenage durch Feststellen von Verschiebungen bei der Ortung der Radiowellenquelle relativ zur Antenne gesteuert, wodurch die Notwendigkeit einer großen schweren Schwungmasse oder eines großen Kreiselgerätes entfällt.
Zusätzlich zur Herabsetzung der Trägheit in der ersten Richtung und zur Herabsetzung der Größe und des Gewichts des Mechanismus, der die Antriebskraft in dieser Richtung erzeugt, sind getrennte Halterungsmittel für die erste Antennengruppe vorgesehen, zu der die erste und zweite Antenne gehört, und für die zweite Antennengruppe, zu der die dritte Empfangsantenne gehört, woraus eine kleinere Trägheit resultiert, selbst wenn die Antennen als Gesamteinheit angetrieben werden, wodurch eine verbesserte Ansprechempfindlichkeit bei den typischen heftigen Lageänderungen, die kleinen Fahrzeugen eigen sind, erzielt wird, so daß eine zuverlässige Übertragung sichergestellt wird.
Wenn die erste Empfangsantenne, deren Lage in einer ersten Richtung veränderbar ist, und die zweite Empfangsantenne, deren Lage in einer mit der ersten übereinstimmenden, zweiten Richtung veränderbar ist, werden diese in Richtung der Radiowellenquelle ausgerichtet, wobei die Keulen der Antennen parallel gehalten werden:
die Phase des Empfangssignals von der ersten Empfangsantenne wird um eine Phase gemäß dem Anstand zwischen projezierten Punkten verschoben, die man erhält, wenn ein Punkt, der im wesentlichen der Keulen- Anstrahlungspunkt der ersten Empfangsantenne, und ein Punkt, der im wesentlichen der Keulen- Anstrahlungspunkt der zweiten Empfangsantenne ist, auf eine einzelne willkürliche Linie projeziert werden, die parallel zu jeder Keule verläuft, wobei die Richtung der Radiowellenquelle gefunden wird, und die Lage der ersten und der zweiten Empfangsantenne wird auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen dem nach der Verschiebung empfangenen Signal von der ersten Antenne und dem Signal eingestellt, das von der zweiten Empfangsantenne empfangen wird.
Auf diese Weise werden die von der getrennt angetriebenen ersten und zweiten Antenne empfangenen Signale phasenverschoben und werden als Äquivalent benutzt, wenn die Antennen als eine Gesamteinheit angetrieben werden, wodurch es möglich wird, die Einfallsrichtung der Radiowellen korrekt festzustellen und die Lage einer jeden Antenne korrekt zu steuern. Weil jede Antenne getrennt angesteuert wird, vermindert sich die Trägheit der beweglichen Teile, was sich vorteilhaft in der deutlichen Herabsetzung der Größe der Einrichtung bemerkbar macht. Die vorteilhafte Wirkung tritt dann besonders deutlich hervor, wenn an Stelle einer drei- dimensionalen Antenne eine Flächenantenne verwendet wird.
Beim Ansteuern der ersten, zweiten und dritten Empfangsantenne, deren Lage geändert werden kann, um sie in der Richtung zu der Radiowellenquelle zu halten, während die Keulen parallel aufrecht erhalten werden:
die aus der ersten Empfangsantenne empfangenen Signale und die aus der zweiten Empfangsantenne empfangenen Signale werden miteinander multipliziert, und die Phasendifferenz zwischen den Signalen wird als eine erste Funktion gewonnen, die aus der ersten Empfangsantenne empfangenen Signale und die aus der zweiten Empfangsantenne empfangenen, um 90º phasenverschobenen Signale werden miteinander multipliziert, und die Phasendifferenz zwischen den Signalen wird als eine zweite Funktion gewonnen, die orthogonal zur ersten Funktion ist;
die Phase des Anlenkwinkels der Keule der ersten und der zweiten Empfangsantenne in Hinsicht auf die Richtung der Radiowellenquelle wird in ein Vielfach von Quadranten auf der Grundlage der Vorzeichen der Phasendifferenz aufgeteilt, die als eine erste Funktion gewonnen wurde, und des Vorzeichens der Phasendifferenz, die als eine zweite Funktion gewonnen wurde;
während des Empfangs ändert sich die Phase des Winkels der Ablenkung, wobei wenigstens eine der als erste Funktion gewonnenen Phasendifferenzen und der als zweite Funktion gewonnenen Phasendifferenz werden auf der Grundlage der vorangehenden Phasenquadranten korrigiert, und laufende Phasenquadranten und die Lage der ersten und zweiten Empfangsantenne werden auf der Grundlage der korrigierten Phasendifferenz eingestellt.
Da die Phase des Anlenkwinkels der ersten und zweiten Antenne hinsichtlich der Radiowellenquelle mittels Quadranten überwacht wird, die eine Phasendifferenz zwischen den von jeder Antenne empfangenen Signalen aufweisen, wobei zwei orthogonale Funktionen gewonnen werden, erleichtert sich die Nachführung in der Richtung, in der der Anlenkwinkel sich ändert. Das heißt, die Phasendifferenz zwischen den empfangenen und auf diese Weise erzeugten Signalen einer jeden Antenne wird auf der Grundlage der vorangehenden und laufenden Quadranten korrigiert, so daß die Phasendifferenz zwischen von aus einer Vielzahl von Antennen empfangenen Signalen verwendet werden kann, um Richtfehler auszuschalten, wenn die Ausrichtung der Antennen zu der Radiowellenquelle hin erfolgt.
Ein Lagesteuerverfahren zur Lageregelung eines Steuerobjekts durch Verbindung von Antriebsmitteln mit einem Steuerobjekt, dessen Lage geändert werden kann, wobei Daten erzeugt werden, die die Ziellage anzeigen und die die Antriebsmittel unter Verwendung von Aktivierungsdaten auf der Grundlage der erzeugten Daten aktivieren, umfaßt die Verfahrensschritte:
Feststellen erster Lagedaten, die die in dem Steuerobjekt zu bewirkende Lage anzeigen, wenn die Antriebsmittel aktiviert sind, und/oder Feststellen erster Aktualisierungs- Maßdaten, die das Lage- Aktualisierungsmaß anzeigen, zusammen mit zweiten Lagedaten, die die aktuelle Lage des Steuerobjekts anzeigen, und/oder Feststellen zweiter Aktualisierungs- Maßdaten, die das Lage- Aktualisierungsmaß anzeigen, und die die Aktivierungsdaten kompensieren, die verwendet werden, um die Antriebsmittel auf der Grundlage von ersten Stördaten zu aktivieren, die aus der Differenz zwischen den ersten Lagedaten und den zweiten Lagedaten und/oder den zweiten Stördaten, die von der Differenz zwischen den ersten Aktualisierungs- Maßdaten und den zweiten Aktualisierungs- Maßdaten gewonnen werden.
In dieser Anordnung werden Abweichungsdaten erzeugt bzw. Aktivierungsdaten kompensiert, wobei die Möglichkeit ausgeschlossen wird, daß eine derartige Abweichung ein Antriebsmittel veranlaßt, über- oder unter- aktiviert zu werden, um so die stabile Lagesteuerung sicherzustellen. Wenn insbesondere die Aktivierungsdaten von der Feststellung der ersten Lagedaten, der ersten Aktualisierungs- Maßdaten, der zweiten Lagedaten und der zweiten Aktualisierungs- Maßdaten kompensiert werden, und wenn erste und zweite Abweichungsdaten gewonnen werden, dann wird die Zuverlässigkeit der Lagesteuerstabilisierung durch die Tatsache erhöht, daß selbst wenn bestimmte Daten nicht zur Kompensation verwendet werden können, es die anderen tun.
Zusätzlich zu dem oben Ausgeführten werden Intensitätsdaten, die die Intensität der aktuell anliegenden Aktivierung der Antriebsmittel festgestellt und entsprechend die Aktivierungsdaten kompensiert haben, selbst wenn es eine Anomalität bei der Kompensation einer oder beider obiger vorliegt ist es möglich, die korrekten Aktivierungsdaten einzustellen, wodurch eine merkliche Verbesserung in der Zuverlässigkeit der Lagesteuerstabilität geschaffen wird.
Wenn beispielsweise ein integrales Element der Aktivierungsdatenkompensation auf der Grundlage erster und zweiter Abweichungsdaten mit dem Ziel der Vermeidung eines Offsets hinzugefügt werden, und darüber hinaus eine Begrenzung hinsichtlich der Aktivierungsdaten mit dem Ziel der Vermeidung der durch anomale Kompensation bedingten Übererregung eingeführt wird, weil das System auch durch Anwendung einer Kompensation auf der Grundlage der Intensitätsdaten stabilisiert wird, besteht nicht Risiko des Phänomens, daß ein Hochziehen auftritt, selbst wenn eine Anomalität bei der Kompensation aus den ersten und/oder den zweiten Abweichungsdaten bedingt durch die Begrenzung zur Einflußnahme durch einen Entregungs- Effekt aufkommt. Auf diese Weise ist das Ergebnis eine Lagesteuerung mit guter Stabilität, Zuverlässigkeit und Ansprechempfindlichkeit.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der nachstehenden detaillierten Eeschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung, in der:
Fig. 1a eine Aufsicht ist, die den mechanischen Aufbau eines Satellitenrundfunk- Empfangssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, das an einem Automobil befestigt ist, und Fig. 1b ist eine Frontalansicht des in Fig. 1a dargestellten Gerätes;
Fig. 2a ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau des Steuer- und Signalverarbeitungssystems des ersten Ausführungsbeispiels darstellt, und die Figuren 2b bis 2d sind Blockschaltbilder, die Details des in der Fig. 2a dargestellten Aufbaus darstellen;
Figuren 3a bis 3c sind erläuternde Diagramme zur Veranschaulichung des Prinzips, nachdem die Feststellung der Phasendifferenzen in empfangenen Signalen und die Richtung des Rundfunktsatelliten festgestellt wird;
Figuren 4a bis 4c sind Arbeitsablauftafeln der Arbeitsweise der Systemsteuerung gemäß Fig. 2a;
Fig. 5a ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau des Steuer- und Signalverarbeitungssystems eines zweiten Ausführungsbeispiels darstellt, und die Figuren 5h bis 5d sind Blockschaltbilder, die Details des Aufbaus gemäß Fig. 5a zeigen;
Fig. 6a ist ein Blockschaltbild, das die Arbeitsweise des zweiten Ausführungsbeispiels darstellt, und Fig. 6b ist ein Blockschaltbild, das eine modifizierte Version des zweiten Ausführungsbeispiels darstellt;
Die Figuren 7a bis 7d sind Arbeitsablauftafeln der Arbeitsweise der in Fig. 5a dargestellten Systemsteuerung; und
Fig. 8a ist ein Graph, der die Azimutfehlerspannung in Kosinus- und Sinus- Komponenten, und die Hauptkeule als Funktionen des Azimut- Ablenkwinkels darstellt, und Fig. 8b ist ein Graph, der die Phase des Azimut- Ablenkwinkels als Funktion der Azimut- Fehlerspannung in Kosinus- und Sinus- Komponenten darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben.
Die Figuren 1a und 1b zeigen den mechanischen Aufbau eines auf einem Kraftfahrzeug montierten Satelliten- Rundfunk- Empfangssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2a zeigt den Aufbau des Steuer- und Signalverarbeitungssystems dieses Ausführungsbeispiels. Dieses System wendet eine Simultankorrektur und eine Keulen- Anordnung an, die drei oder vier Flächenantennen und Kreiselgeräte zur Zielnachfolge eines Rundfunksatelliten BS benutzen, womit Rundfunksendungen vom Satelliten empfangen und Bild- und Tonsignale ausgegeben werden, die auf diesem Wege auf einem in einem Fahrzeug installierten Fernsehgerät empfangen wurden.
Es werden nun Einzelheiten eines jeden Teils des Systems beschrieben.
In den Figuren 1a und 1b kann das mechanische System eingeteilt werden in einen Halterungsmechanismus 1, einen Azimutantrieb 2 und einen Elevationsantrieb 3 zum Aufrechterhaltn der parallelen Keulen der Flächenantenne und der Einstellung der Azimut- und Elevationswinkel.
Die hauptsächlichen Strukturelemente des Halterungsmechanismus 1 sind: Antennenträger 11 und 12, eine Drehzapfenstütze 13, eine befestigte Stütze 14 und eine Basis 15. Die Antennenhalterungen 11 und 12 sind gleichermaßen flach, sind rechtwinklige Platten und sind an der Rückseite entlang der Mittellinie befestigt, und an deren längerem Abschnitt sind Wellen 111 bzw. 121 vorgesehen. Die Flachantennen, die Signalverarbeitungsschaltung, die Kreiselgeräte usw. sind auf diesen Halterungen befestigt.
Die Drehzapfenstütze 13 ist ausgerüstet mit: einem waagerechten Arm 131, einer Drehzapfenwelle 132 und einem Paar senkrechter Arme 133 und 134. Die Drehzapfenwelle 132 ist an der Mitte der unteren Oberfläche des waagerechten Arms 131 hefestigt, so daß sie sich senkrecht vom Arm nach unten hin erstreckt. Die senkrechten Arme 133 und 134 sind vollständig in den waagerechten Arm 131 eingearbeitet, von dem sie sich senkrecht nach oben erstrecken, an jedem Ende einer. Die senkrechten Arme 133 und 134 sind von gleicher Kontur, die Enden der Wellen 111 und 121 sind an den Antennenhalterungen 11 und 12 lagerhildend an gegenüberliegenden Enden des Arms befestigt, so daß die Wellen 111 und 121 parallel verlaufen. Wie in Fig. 1b dargestellt, liegt die Welle 111 höher als die Welle 121.
Der feststehende Ständer 14 ist mit der Basis 15 verbunden, und die Drehzapfenstütze 13 kann sich drehen. Ein Drucklager 141 ist zwischen der Drehzapfenstütze 13 und dem feststehenden Ständer angeordnet. Die Basis 15 ist auf dem Dach eines Wagens befestigt.
Der Azimutantrieb 2 ist gebildet aus einem Azimutmotor 21 und einem Schneckengetriebe 22, sowie aus einem nicht dargestellten Getrieberad. Der Azimutmotor 21 ist an dem festen Ständer 14 angebracht, und das Schneckengetriebe 22 ist mit der Abtriebswelle des Azimutmotors 21 verbunden. Das nicht dargestellte Getrieberad ist mit der Drehzapfenwelle 132 und der Drehzapfenstütze 13 an das Schneckengetriebe 22 gekuppelt. Auf diese Weise wird die Drehung der Abtriebswelle des Azimutmotors 21 auf die Drehzapfenwelle 132 über das Schneckengetriebe 22 und das Getrieberad übertragen, wodurch die Drehzapfenstütze 23 zur Drehung veranlaßt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die obige Anordnung so ausgelegt, daß die Drehzapfenstütze 13 bei maximaler Drehzahl 180º in einer Sekunde überstreicht.
Der Elevationsantrieb 3 enthält einen Elevationsmotor 31, ein Schneckengetriebe 32, ein flügelförmiges Rad 33 und Verbindungen 34 und 35. Der Elevationsmotor 31 ist mit dem senkrechten Arm 133 der Drehzapfenstütze 13 verbunden, und das Schneckengetriebe 33 ist mit der Abtriebswelle des Elevationsmotors 31 gekuppelt. Das flügelförmige Rad 33 ist an der Welle 121 der Antennenhalterung angebracht und steht in Eingriff mit dem Schneckengetriehe 32. Die mechanischen Verbindungen 34 und 35 verbinden die Enden der Antennenhalterungswelle 111 mit den Enden der Antennenhalterungswelle 121. Auf diese Weise wird die Drehung der Abtriebswelle des Elevationsmotors 31 auf die Welle 121 der Antennenhalterung 12 über das Schneckengetriebe 32 und das flügelförmige Rad 33 übertragen, und über die mechanischen Verbindungen 34 und 35 auf die Welle 111 der Antennenhalterung 11, so daß die Antennenhalterungen 11 und 12 dadurch gleichzeitig verschwenkt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die oben beschriebene Anordnung so ausgelegt, daß die Antennenhalterungen 11 und 12 maximal in einer Sekunde 120º überstreichen können. Dies gilt für einen Bereich, der auf 30º über der Mitte der Keule der Antenne bei einem Elevationswinkel von 35º, bezogen auf die Basis 15, beschränkt ist. Die oben beschriebenen Elemente sind von einem Radom RD umschlossen, das mit einem Kühlventilator versehen ist.
In Fig. 2a sind die Hauptkomponenten des Signalverarheitungssystems: eine Antennengruppe 4, eine BS- Konvertergruppe 5, eine BS- Tunergruppe 6, eine gleichphasige Zusammensetz- Schaltgruppe 7 und ein Fernsehgerät 8. Das Signalverarbeitungssystem erzeugt ein Signalgemisch aus den Radiowellen, die von der Antennengruppe 4 empfangen und an das Fernsehgerät 8 ausgegeben werden, und stellt auch Fehler zwischen der Richtung des Rundfunksatelliten und der Richtung fest, in der die Antennenkeulen ausgerichtet sind.
Die Antennengruppe 4 enthält vier Flächenantennen 41, 42, 43 und 44. Die Flächenantennen 41 und 42 sind auf der Antennenhalterung 11 hefestigt, und die Flächenantennen 43 und 44 auf der Antennenhalterung 12. Alle diese Antennen haben die gleichen Charakteristika, und haben eine Hauptkeule mit einem Offset- Winkel (der Winkel der Ablenkung on der Normalen) von etwa 35º und ein Halbwertswinkel von etwa 7º bei einer Betriebsfrequenz von etwa 12 GHz. Die Hauptkeulen der Antennen werden von dem zuvor beschriebenen mechanischen System parallel aufrechterhalten, und der Azimutwinkel wird für alle Antennen einheitlich mittels des Azimutantriebs 2 aktualisiert, und der Elevationswinkel wird für alle Antennen einheitlich mittels des Elevationsantriebs 3 aktualisiert.
Die BS- Konvertergruppe 5 enthält zwei BS- Konverter 51 und 52, die auf der Antennenhalterung 11 montiert sind, und zwei BS- Konverter 53 und 54, die an der Halterung 12 befestigt sind. Der Eingang eines jeden BS- Konverters 51, 52, 53 und 54 ist jewils mit dem Speisepunkt einer der betreffenden Flächenantennen 41, 42, 43 und 44 verbunden. Ein jeder der BS- Konverter setzt das Signal von 12 GHz, das von den betreffenden Flächenantenne empfangen wird, auf ein Signal von 1,3 GHz um.
Die BS- Tunergruppe 6 enthält BS- Tuner 61 und 62, die auf der Antennenhalterung 11 befestigt sind, und BS- Tuner 63 und 64, die auf der Antennenhalterung 12 hefestigt sind, und einen spannungsgesteuerten Oszillator (nachstehend ahgekürzt als VCO bezeichnet) 65. Jeder der BS- Tuner henutzt ein Überlagerungssignal, das aus dem VCO 65 kommt, und das zur Umsetzung auf die 1,3 GHz- Signale dient, die von dem betreffenden BS- Konverter 51, 52, 53 und 54 auf ein Zwischenfrequenzsignal von etwa 403 MHz umgesetzt wurden. Das Signal, das die Oszillatorfrequenz des VCO 65 bestimmt, wird von einem Kanalwähler 84 des Fernsehgerätes 8 erzeugt und über einen Schleifring (in der Zeichnung ist die Grenze durch die Linie SP- -SP dargestellt) ausgekoppelt.
Die gleichphasige Zusammensetz- Schaltungsgruppe 7 enthält eine gleichphasige Zusammensetzschaltung 71, die auf der Antennenhalterung 11 befestigt ist, und gleichphasige Zusammensetzschaltungen 72 und 75, die auf der Antennenhalterung 12 hefestigt sind.
Die Bedeutung der gleichphasigen Zusammensetzung wird nachstehend beschrieben. Hinsichtlich der Azimutalhewegungen der Antenneneinrichtung können die Flächenantennen 41 und 42 (oder die Flächenantennen 43 und 44) durch ein in Figur 3a dargestelltes Modell veranschaulicht werden, d.h., als eine Rotation von zwei Linearantennen um eine Drehachse 13' (verwirklicht durch die Drehzapfenstütze 13).
In diesem Falle ist der durch die gestrichelte Linie angedeutete Winkel θ, der zwischen der Hauptkeule und der Radiowelle aufkommt, die durch eine einzel- punktierte Linie (und nachstehend als Azimutablenkwinkel bezeichnet) mit dem Winkel θ' zusammenfällt, der zwischen einer Linie gebildet wird, die die Mittelpunkte der Antennen und der Fläche der Radiowellen einschließt angedeutet durch die Doppelpunktlinie (und nachstehend als Azimutphasenwinkel bezeichnet), und diese werden durch azimutale Drehung verändert. Das heißt wenn der Rundfunksatellit (den man sich als ein plan- projeziertes Bild vorstellen sollte) in der Richtung sich befindet, in der die Keulen der Flächenantennen 41 und 42 ausgerichtet sind, dann wird der Azimutablenkwinkel θ und der Azimutphasenwinkel θ' zu Null und die Entfernung zwischen einer jeden Antenne und dem Satelliten ist daher die gleiche, während in anderen Fällen eine Entfernungsdifferenz Lθ aufkommt, die durch l.sin θ erzeugt wird (hier ist lθ die Entfernung zwischen den Flächenantennen 41 und 42).
Verglichen mit der Entfernung zwischen der Antenne und dem Satelliten ist diese Entfernung Lθ extrem gering und hat keine Auswirkung auf die Stärke der Radiowellen, die von dem Satelliten kommen. Da jedoch die Radiowellen einer Periodizität aufweisen, ist die Wirkung auf die Phasendifferenz beträchtlich. Wenn die Radiowellen, die auf die Flächenantenne 41 auftreffen, durch cos ωt dargestellt werden, dann werden die Radiowellen die auf die Antenne 42 auftreffen, um eine Zeit l/c verzögert, was folglich ausgedrückt werden kann als
cos ω(t - Lθ/c) cos (ωt - 2π lθ sin θ/θλ) ....1)
wobei ω die Winkelgeschwindigkeit der Radiowelle, c die Aushreitungsgeschwindigkeit und λ die Wellenlänge bedeuten.
Wenn die von den Antennen empfangenen Signale ohne Beseitigung der Phasendifferenzen 2π λθ sin θ/λ zusammengesetzt werden, dann bilden diese Signale eine Interferenz aus. Wenn dies in der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 71 der Fall ist, dann wird die Phasendifferenz zwischen den Signalen der Flächenantennen 41 und 42 beseitigt, und die Signale werden zusammengesetzt, und in der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 42 wird die Phasendifferenz zwischen den von den Flächenantennen 43 und 44 empfangenen Signale beseitigt, und die Signale werden zusammengesetzt. Da hier lθ und λ bekannt sind, kann der Azimutahlenkwinkel θ durch Feststellung der Phasendifferenz 2π λθ sin θ/λ gefunden werden.
Hinsichtlich der Elevationshewegung der Antenneneinrichtung können die Flächenantennen 41 und 43 (oder die Flächenantennen 42 und 44), dargestellt werden, wie das Modell in Fig. 3b, durch eine Rotation zweier linearer Antennen um verschiedene Achsen 111' und 121' (repräsentieren die Wellen 111 und 121), während sie parallel zueinander gehalten werden.
In diesem Falle wird der Winkel φ, der zwischen den Antennenkeulen, die durch die gestrichelte Linie und der durch die Einzelstrichlinie dargestellten Radiowelle (hiernach als Elevations- Ablenkwinkel bezeichnet) nicht mit mit dem Winkel φ' zusammenfallen, der zwischen einer Linie, die die Mittelpunkte der Antennen und der Ebene der Radiowellen einschließt, gekennzeichnet durch die Doppelpunktlinie (hiernach als Elevations- Phasenwinkel bezeichnet). Wenn jedoch E l der Winkel ist, der zwischen der Linie, die die Mittelpunkte der Antennen verbinden (hiernach als Elevations- Bezugslinie bezeichnet) und dem Winkel der Antennen (hiernach als Elevationswinkel bezeichnet) ist, dann gilt: φ' = φ + El .....(2) Folglich kann auch in diesem Ausführungsbeispiel die zuvor erwähnte Denkweise hinsichtlich der Elevationsrichtung angewandt werden.
Einzelheiten einer jeden Schaltung werden nun beschrieben. Die gleichphasige Zusammensetzschaltung 71 wird hauptsächlich aus einer Vielzahl von Aufspaltern, Mischern, Tiefpaßfiltern und Zusammensetzern gebildet, wie in Fig. 2b dargestellt. Ein Zwischenfrequenzsignal auf der Grundlage eines von der Antenne 41 empfangenen Signals wird an Anschluß A des BS- Tuners 61 angelegt, und ein Zwischenfrequenzsignal auf der Grundlage des von der Flächenantenne 42 empfangenen Signals wird an Anschluß B des BS- Tuners 62 angelegt. Das über Anschluß A eingegebene Signal wird an einen Verstärker 712 und einen Aufspalter 713 über einen Aufspalter 711 geliefert, und an Mischer 714 und 715 über die Aufspalter 713, während das über den Anschluß B eingegehene Signal an die Aufspalter 717 und 718 über einen 90º- Phasenaufspalter 716 geliefert wird, und von den Aufspaltern 717 und 718 wird es des weiteren an die Mischer 714, 715, 71B und 71C weitergeleitet. In diesem Falle liefern der Aufspalter 716 das Eingangssignal um 90º in Bezug auf den Aufspalter 718 phasenverschoben, so daß das an die Mischer 715 und 71C über den Aufspalter 718 gelieferte Signal dem Zwischenfrequenzsignal auf der Grundlage des von der Flächenantenne 42 empfangenen Signals eine 90º Phasenverschiehung vermittelt.
Folglich tritt nun zwischen dem Zwischenfrequenzsignal, das an Anschluß A des BS- Tuners 23 angelegt wird, und dem Zwischenfrequenzsignal, das an Anschluß B des BS- Tuners 62 angelegt wird, eine Phasenverschiehung auf, die durch die Positionen der Flächenantennen 41 und 42 bedingt ist. Wenn das Zwischenfrequenzsignal, das vom BS- Tuner ausgegeben wird, cos ωt ist, und wenn die Phasendifferenz Θ ist, dann kann das Zwischenfrequenzsignal, das der BS- Tuner 62 ausgiht, ausgedrückt werden durch cos(ωt - Θ), und das Signal, das die Mischer 715 und 71C über den Aufspalter 718 liefern, kann ausgedrückt werden durch - sin (ωt - Θ).
Der Mischer 714 errechnet cos ωt cos (ωt - Θ) bezüglich der über die Aufspalter 713 und 717 gelieferten Signale. Die Errechnung kann ausgeschrieben werden mit Θ + cos (2ωt - Θ) (arithmetische Koeffizienten werden weggelassen, hier und überhaupt, da sie ohne Bedeutung sind), so daß die Gleichstromkomponente cos durch Beseitigung der Wechselstromkomponente mittels eines Tiefpaßfilters 719 isoliert werden kann. Das Signal wird dem Mischer 71B eingegeben, der die Rechnung cos Θ cos (ωt - Θ) ausführt.
Der Mischer 715 rechnet - cos ωt sin (ωt - Θ) hinsichtlich der Signale, die über die Aufspalter 713 und 718 eingegeben werden. Diese Rechnung kann mit sin Θ + sin (ωt - Θ) ausgedrückt werden, und so kann die Gleichstromkomponente sin Θ durch Beseitigung der Wechselstromkomponente mittels eines Tiefpaßfilters 71A gewonnen werden. Das Signal wird dem Mischer 71C eingegeben, der die Rechnung - sin Θ sin (ωt - Θ) ausführt.
Der Zusammensetzer 71D addiert das Ausgangssignal des Mischers 71B zu dem Ausgangssignal des Mischers 71C und führt damit die folgende Rechnung aus:
cos Θ + cos (ωt - Θ) - sin Θ sin (ωt - Θ).
Das Ergebnis ermöglicht dem Signal mit der gleichphasigen Komponente cos ωt, isoliert zu werden, und nachdem der Pegel des Signals von dem Verstärker 71E eingestellt ist, wird es mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 712 in einem Zusammensetzer 71F zusammengesetzt.
In Fig. 2b ist das Ausgangssignal der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 71 mit 2 cos ωt dargestellt, jedoch haben die Koeffizienten keine rechnerische Bedeutung (dh., keine Amplitudenkomponente), und es soll bedeutungsmäßig verstanden werden (hier und überhaupt) als die gleichphasige Zusammensetzung der Zwischenfrequnzsignale aus den BS- Tunern 61 und 62.
Die gleichphasige Zusammensetzschaltung 72 führt die gleichphasige Zusammensetzung der Zwischenfrequenzsignale aus den BS- Tunern 63 und 64 in genau der gleichen Weise wie die gleichphasige Zusammensetzung 71 aus. Wie in Fig. 2c gezeigt, besteht der einzige Unterschied zwischen der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 71 und 72 darin, daß die 72- ger mit einem zusätzlichen Tiefpaßfilter 72H ausgerüstet ist.
Folglich kommt nun zwischen dem Zwischenfrequenzsignal, das an Anschluß A des BS- Tuners 61 anliegt, und dem Zwischenfrequenzsignal, das aus dem Anschluß C von dem BS- Tuner 63 kommt, eine Phasendifferenz auf, die von der jeweiligen Lage der Flächenantennen 41 und 43 abhängt. Wenn das Zwischenfrequenzsignal, das der BS- Tuner 61 ausgiht, cos ωt ist, und wenn die Phasendifferenz Φ ist, dann kann das Zwischenfrequenzsignal, das der BS- Tuner 63 ausgibt, ausgedrückt werden durch cos (ωt - Φ). Auch wenn Θ die Phasendifferenz ist, die aus der Differenz der Positionen der Flächenantennen 43 und 44 aufkommen, dann ist das Zwischenfrequenzsignal, das von dem BS- Tuner 64 ausgegeben wird, cos (ωt - Φ - Θ). Wie es anhand der Gleichungen in Fig. 2c ersichtlich ist, wenn das ωt in der Beschreibung der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 71 durch (ωt - Φ) ersetzt wird, sind in der Folge die Signalverarbeitungsvorgänge der beiden gleichphasigen Zusammensetzschaltungen einander gleich, und mittels des Zusammensetzers 72F kann ein Signal 2cos (ωt - Φ) erzeugt werden, das durch die gleichphasige Zusammensetzung der Zwischenfrequenzsignale erzeugt wird, die von den BS- Tunern 63 und 64 ausgegeben werden (hinsichtlich Details wende man sich bitte der vorstehenden Ausführung zu).
Das Tiefpaßfilter 72H beseitigt die Wechselstromkomponente aus dem Ausgangssignal -cos(ωt - Φ) sin(ωt - Φ - Θ) des Mischers 725, um die Gleichstromkomponente sin Θ (nachstehend als Azimutfehlersignal bezeichnet) zu isolieren, und es an die Systemsteuerung 91 zu auszugehen.
Die Ausgangssignale der gleichphasigen Zusammensetzschaltungen 71 und 72 werden auch in der Zusammensetzschaltung 75 einer gleichphasigen Zusammensetzung unterzogen. Wie in Fig. 2d dargestellt, hat die gleichphasige Zusammensetzschaltung 75 den gleichen Aufbau wie die gleichphasige Zusammensetzschaltung 72 und führt die Signalverarbeitung gemäß den in der Zeichnung dargestellten Gleichungen durch. Wenn das Θ in der Beschreibung der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 71 durch Φ ersetzt wird, werden die Signalverarheitungsschritte der beiden gleichphasigen Zusammensetzschaltungen einander gleich, so daß für Einzelheiten auf die genannte Beschreibung verwiesen wird. Auf diese Weise werden die Ausgangssignale der BS- Tuner 51, 52, 53 und 54 der gleichphasigen Zusammensetzung in den gleichphasigen Zusammensetzschaltungen 71, 72 und 75 unterzogen, um dadurch das Signal 4 cos ωt zu erzeugen.
Das Tiefpaßfilter 75H entfernt die Wechselstromkomponente des vom Mischer 755 ausgegebenen Signals -cos ωt sin (ωt - Φ), um die Gleichstromkomponente sin Φ (nachstehend als Elevationsfehlersignal bezeichnet) zu isolieren und gibt diese an die Systemsteuerung 91 aus.
Wieder hezugnehmend auf Fig. 2a, wird das Ausgangssignal aus der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 75 dem Fernsehgerät 8 über einen Koppeltransformator Trs eingegeben.
Das Fernsehgerät hat eine Demodulatorschaltung 81, eine CRT 82, einen Lautsprecher 83, den Kanalwähler 84 und den Betriebsschalter 83 und ist in einem Fahrzeug installiert. Die Demodulatorschaltung 81 demoduliert Signale aus der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 75, die CRT 82 gibt Bilder aus und der Lautsprecher 83 Töne. Ein zur Pegelregelung verwendetes AGC- Signal wird in die Systemsteuerung 91 ausgezweigt.
Es ist schon beschrieben worden, daß der Kanalwähler 84 von Hand bedient wird, um die Oszillatorfrequenz des VCO 65 einzustellen; der von Hand hetätigte Betriebsschalter 85 dient der Zuführung des elektrischen Stromes für eine Stromversorgungseinheit D, von der die Versorgung mit der jeweils vorgeschriebener Spannung an jedes Bauteil dieses Aufbaus geliefert wird, und um einen Kühlventilator E in dem Radom RD zu betreiben.
Das Steuersystem besteht aus einer Systemsteuereinheit 9, einer Azimutantriebs- Steuereinheit A, einer Steuereinheit B für den Elevationsantrieb und verschiedenen Sensoren und dgl.. Die Azimut- Steuereinheit A ist zusammengesetzt aus einem Drehcoder A3, der mit dem Azimutmotor 21 verbunden ist, und einer Azimut- Servosteuerung A1, die die Aktivierung des Azimutmotors 21 steuert. Die Steuereinheit B für den Elevationsantrieb ist aus einem Drehcoder B3 gebildet, der mit dem Elevationsmotor 31 und mit der Elevationsservosteuerung B1 zur Steuerung der Aktivierung des Elevationsmotors 31 verbunden ist.
Der Drehcoder A3 stellt den Azimutwinkel fest, indem er einen Bezug einer Lage verwendet, wodurch die Antennenkeule nach vorn in Fahrtrichtung ausgerichtet ist. Es stellt den Winkel der Rotation der Drehzapfenstütze 13 fest, indem er Drehungen im Uhrzeigersinn als positiv ausgibt. Der Drehcoder B3 ist mit dem Elevationsmotor 31 verbunden und stellt den Winkel der Rotation der Antennenhalterungen 11 und 12 fest, der der Elevationswinkel ist, wobei nach oben, bezogen auf die Elevationsbezugslinie, als Positiv gezählt wird.
Die Hauptsensoren sind Kreiselgeräte C1 und C2 und Begrenzungsschalter SWu und SWd. Die Kreiselgeräte C1 und C2 sind auf der Antennenhalterung 12 montiert und sind mit Freiheitsgraden im Azimut- und Elevationsrichtung ausgestattet, und über Schleifringe werden die Ausgangssignale an die Systemsteuerung 91 geleitet, die die relative Abweichung in jeder Richtung anzeigen.
Die Begrenzungsschalter SWu und SWd sind beide auf dem Elevationsantrieb 3 vorgesehen, SWu zur Feststellung der oberen Grenze der Antennenhalterungsbewegung, die vorliegt, wenn die Antennenkeule mit einem Winkel von 65º in Bezug auf die Basis 15 zeigt, und SWd zur Feststellung der unteren Grenze, die vorliegt, wenn der Keulenwinkel 5º beträgt.
Die Systemsteuereinheit 9 ist mit der Systemsteuerung 91 und einer Schalttafel 92 ausgestattet und ist in dem Fahrzeug installiert. Die Systemsteuerung 31 enthält die Azimut- Servosteuerung A1 und die Elevations- Servosteuerung B1 mit den notwendigen Befehlen zur Steuerung der Antenne gemäß den Azimutfehlersignalen und den Elevationsfehlersignalen auf der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 75, den AGC- Signalen aus dem Demodulator 81 oder den Kreiseldaten aus den Kreiselgeräten C1 und C2, die die relative Abweichung in Azimut- und Elevationsrichtung bedeuten, oder auf der Grundlage von Befehlen, die auf manuellem Wege über die Schalttafel 92 eingegeben werden.
Die Lagesteuerfunktionen, die von der Systemsteuerung 91 ausgeführt werden, werden nun anhand der Arbeitsablauftafeln der Figuren 4a bis 4c beschrieben.
Wenn der Betriebsschalter 85 geschlossen ist, um die jeweils erforderliche Spannung für jedes Teil des Systems bereitzustellen, initialisiert die Systemsteuerung in Schritt 1 den Systemspeicher, dei Register und Kennzeichen. In Schritt 2 werden Initialisierungsdaten in Register eingegeben, die für den Satellitensuchvorgang gebraucht werden. Um Einstellungen zu schaffen, die den gesamten Suchbereich im Initialisierungszustand abdecken, werden die Register Eld und Elu, die den Suchbereich in Elevationsrichtung begrenzen, auf einen geringeren Grenzwert EL min und eine oberen Grenzwert EL max eingestellt, und die Register Az1 und AzR, die die Suche in Azimutrichtung begrenzen, werden auf einen Bezugswert von Null und einen Maximalwert von Az max gesetzt.
Die Schritte 3 bis 7 bilden eine Eingangsschleife, die auf eine Eingabe von der Schalttafel 92 wartet. Wenn Daten eingegeben werden, die die aktuelle Position des Fahrzeugs angeben, während in dieser Schleife die Elevation des Satelliten bis zu einem gewissen Maße bestimmt werden kann, werden in Schritt 4 die Datenbegrenzung und der Suchbereich gemäß der zugehörigen Elevationsrichtung in die Register Eld und Elu eingegeben. Wenn Daten eingegeben werden, die den Azimutwinkel angeben, kann der Azimut des Satelliten zu einem gewissen Grade bestimmt werden, so daß in Schritt 6 die Datenhegrenzung und der Suchhereich gemäß der Azimutrichtung in die Register Azl und Azr eingegeben werden.
Wenn ein Starthefehl über die Schalttafel 92 eingegeben wird, wird die Schleife unterbrochen, und in Schritt 8 wird der Wert in Register Azl, der die äußerste linke Grenze des Azimutsuchbereichs angibt, in das Register Az eingegeben, und der Wert in Register Eld wird in das Register El eingegeben, der die untere Grenze des Suchhereichs in Elevationsrichtung angibt. In Schritt 9 werden die Werte in Register Az und El zu den Servosteuerungen A1 und B1 gegeben, und entsprechend diesen Werten aktivieren die Servosteuerungen die Motore, um die Antennenkeule in eine Richtung zu bringen, die durch den Azimutwinkel, der durch das Register Az als Wert vorliegt, und den Elevationswinkel, der durch den Wert vom Register El angegeben ist, festgelegt; Schritt 10 sieht eine vorgegebene Zeitverzögerung vor, um die Vorgänge abschließen zu lassen.
Der Suchvorgang besteht aus der Beobachtung der empfangenen Signale und der Aktualisierung der Ausrichtung der Antennenkeule hei der Satellitensuche. Der Aktualisierungsvorgang wird nun beschrieben.
In Schritt 16 wird der Wert in Register El mit dem Wert in Register Elu verglichen, der den oberen Grenzwert in Elevationsrichtung bedeutet. Wenn der Wert des Registers El nicht den oberen Grenzwert erreicht hat, wird in Schritt 17 der Wert des Registers El um Eins inkrementiert, und in Schritt 18 wird dieser Wert zu der Elevations- Servosteuerung B1 übermittelt. Die Elevations- Servosteuerung B1 aktiviert dann den Elevationsmotor 31, der den Winkel der Keulenerhebung um einen Schritt erhöht. In Schritt 19 gibt es eine vorgeschriebene Zeitverzögerung. Die obige Sequenz wird wiederholt, bis der Wert des Registers El den des Wertes im Register Eln erreicht, wobei das Kennzeichen F2 in Schritt 20 gesetzt wird.
In Schritt 21 wird der Wert in Register Az mit dem Wert im Register Azr verglichen, welcher der Azimutalgrenzwert in Uhrzeigersinnrichtung ist. Wenn der Wert des Registers Az noch nicht den Grenzwert erreicht hat, wird in Schritt 22 das Register Az um Eins inkrementiert, und in Schritt 23 wird dieser Wert zu der Azimut- Servosteuerung A1 übertragen. Die Azimut- Servosteuerung A1 aktiviert dann den Azimutmotor 21, und der Azimutwinkel der Antennenkeule wird um einen Schritt im Uhrzeigersinn aktualisiert. In Schritt 24 erfolgt eine vorgegebene Zeitverzögerung.
Nachdem Kennzeichen F2 gesetzt ist, schreitet der Ablauf zu der Sequenz, die mit Schritt 25 beginnt, und der Wert im Register El wird dekrementiert, bis er die untere Grenze des Elevationswertes im Register Eld erreicht hat, wobei jedes Dekrement an eine entsprechende Verringerung bes Elevationswinkels der Antennenkeule angepaßt ist.
Wenn der Wert des Registers El den unteren Grenzwert Eld erreicht, wird Kennzeichen F2 in Schritt 29 zurückgesetzt, und in der Sequenz, die mit Schritt 21 beginnt, wird der Azimutwinkel der Antennenkeule einen Schritt im Uhrzeigersinn aktualisiert. In Schritt 24 erfolgt eine vorgegebene Zeitverzögerung.
Auf diese Weise werden hei dem Suchvorgang nach dem Satelliten die Bereiche durch die raster- abgetasteten Werte definiert, die in den Registern Az1, Azr, Eld und Elu enthalten sind. Wenn der Satellit nicht geortet wird, schreitet der Ablauf von Schritt 21 zu Schritt 30, und eine Anzeige auf der Schalttafel 92 zeigt an, daß der Empfang nicht funktioniert, und der Ablauf kehrt zu Schritt 3 zurück. Ebenso veranlaßt die Eingabe eines Stopbefehls über die Schalttafel 92, die Suche sofort einzustellen, und der Ablauf kehrt zu Schritt 3 zurück.
Wenn ein Satellit gefunden wird, und der empfangene Signalpegel in Register L einen vorgeschriebenen Pegel Lo übersteigt, schreitet der Ablauf von Schritt 13 zu Schritt 31 und die Zielnachfolge beginnt.
In Schritt 31 wird der Zustand der Kennzeichen F1 und F3 überprüft. Da Kennzeichen F1 an den Anfang zurückgesetzt wurde, wird in Schritt 32 Kennzeichen F1 gesetzt und Kennzeichen F3 zurückgesetzt.
In Schritt 33 werden die Azimut- Phasendifferenzdaten Φ auf der Grundlage von Azimutfehlersignalen, die Elevations- Phasendifferenzdaten θ auf der Grundlage eines Elevations- Fehlersignals, die Azimutkreiseldaten gθ und die Elevations- Kreiseldaten gΦ gelesen. Dann werden in Schritt 34 Kreiseldaten gθ und gΦ in die Register Gθ bzw. GΦ eingegeben; und in Schritt 35 werden Daten des Ablenkwinkels des Satelliten in Azimut- und Elevationsrichtung bezüglich der aktuellen Lage der Antenne, wie durch die Differenzdaten Φ und θ bedeutet, in die zugehörigen Register Φ und θ eingegeben.
In Schritt 36 wird der Wert in Register Φ zu dem des Registers Az hinzuaddiert, und der Wert in Register Θ wird dem des Registers El hinzuaddiert. Wenn jedoch die Addition, mit Az max als Modulus im Register, Az max übersteigt, dann wird subtrahiert.
In Schritt 37 werden die Werte in Regisftar Az und El zu den Servosteuerungen ausgegeben, und nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung in Schritt 33 kehrt der Ablauf zu Schritt 11 zurück.
Der Satellit wird durch Wiederholungen des obigen Vorgangs verfolgt. Wenn das Fahrzeug in einen Tunnel oder in eine Abschattung eines Gebäudes oder dgl. während des Verlaufs dieser Prozedur gerät, dann wird der Signalpegel jedoch abfallen. Wenn in einem solchen Fall das empfangene Signal unterhalb des vorgegebenen Pegels Lo in Schritt 13 fällt, wird die Verfolgung vorübergehend unterbrochen, und der Ablauf bewegt sich in die Sequenz, die mit Schritt 14 beginnt, um zur Kreiselsteuerung üherzugehen.
In Schritt 14 wird der Zustand des Kennzeichens F1 überprüft. Wenn das Kennzeichen F1 in Schritt 32 gesetzt wurde, schreitet der Ablauf zu Schritt 39, wo der Zustand des Kennzeichens von F3 überprüft wird. Wenn das Kennzeichen F3 direkt nach der Einstellung des Vorgangs der Zielnachfolge zurückgestellt wurde, geht der Ablauf zu Schritt 40, indem Kennzeichen F3 gesetzt wird und ein Zeitglied T gestartet wird, um die Zeitdauer zu messen hei der Signalpegel niedrig ist.
In Schritt 41 werden Daten des Azimutkreisels gθ und des Elevationskreisels gΦ gelesen. Die Register Gθ und GΦ enthalten Kreiseldaten von unmittelbar vor dem Abfall des empfangenen Signalpegels, so daß die Differenzen zwischen Kreiseldaten gθ und dem Wert im Register Gθ und zwischen Kreiseldaten gΦ und dem Wert im Register GΦ der azimutalen und elevatorischen Abweichung in der aktuellen Antenneneinrichtung entsprechen, bezogen auf die Antennenlage unmittelbar vor dem Abfall des empfangenen Signalpegels. Folglich werden in Schritt 42 diese Differenzen erzeugt und in Schritt 49 werden Daten, die die azimutalen- und elevatorischen Abweichungswinkel der aktuellen Antennenlage, bezogen auf die Antennenlage unmittelbar vor dem Abfall des Pegels des entsprechenden Signals, in betreffende Register Φ und Θ eingegeben. Das Vorzeichen (-) und die Gleichung, die in Schritt 43 gezeigt ist, bedeutet den Eingang von Daten gegen die relative Abweichung der Antennenlage.
Der Vorgang schreitet dann zu Schritt 36. Die nachfolgenden Schritte sind bereits erläutert worden so daß auf weitere Ausführungen verzichtet wird.
Wenn der empfangene Signalpegel auf diese Weise unter den vorgegebenen Pegel Lo während der Satelliten- Zielnachfolge fällt, wird die Antennenamplitude unmittelbar vor dem Abfall unter Verwendung der Kreiseldaten beibehalten
Wenn der empfangene Signalpegel den vorgegebenen Pegel Lo nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit To übersteigt, geht der Ablauf von Schritt 13 zu Schritt 31 und 32, und die Zielnachfolge wird erneut gestartet. Wenn der empfangene Signalpegel während dieser Zeit nicht zurückkehrt, geht der Ablauf von Schritt 44 zu Schritt 45 und den nachfolgenden Schritten.
In Schritt 45 werden die Kennzeichen F1 bis F3 zurückgesetzt, und in Schritt 46 werden Daten, die den Suchbereich begrenzen, in die Register Azr, Azl, Eld und Elu eingegeben, wenn die Suche fortzusetzen ist. Bei dem Azimut hängen die Werte von dem Lagewinkel des Fahrzeugs ab, und so wird ein Vollwinkel- Suchbereich eingestellt (Maximalwert Az max) wird in Register Az eingegeben, und ein Bezugswert 9 wird in Register Azl eingegeben. In Elevationsrichtung jedoch hängt es von der Lage des Fahrzeugs ab, so daß die Suche auf der Grundlage der in dem Register El enthaltenen Werte eingestellt wird, die den Winkel der Elevation der Antenneneinrichtung zu dieser Zeit anzeigen.
82. Gefolgt davon zeigt der Indikator in Schritt 47 auf der Schalttafel an, daß kein Empfang erfolgt, und der Ablauf kehrt zu Schritt 3 zurück. Wenn während der Zielnachfolge und der Kreiselsteueroperationen ein Stophefehl von der Schalttafel 92 eingeht, dann werden diese Vorgänge sofort in Schritt 11 abgeschlossen, und auch hier kehrt die Verarbeitung zu Schritt 3 zurück.
Es wird zusammengefaßt: die Bewegung der Radiowellenquelle relativ zu Antenne wird festgestellt, und die Antennenlage demgemäß gesteuert, wodurch die Notwendigkeit einer großen schweren Schwungmasse oder eines großen Kreiselgerätes, wie sie in herkömmlicher Weise verwendet wurden, entfallen kann.
Das Aufteilen der Antennen in zwei Gruppen vermindert die Trägheit in Elevationsrichtung, und macht es möglich, daß Größe und Gewicht des Mechanismus, der die Antriehskraft in dieser Richtung erzeugt, vermindert werden kann, was auch zu einer geringeren Trägheit führt, selbst wenn die Antennen als einzelne Einheit angetrieben werden, wodurch eine erhöhte Ansprechgeschwindigkeit gegenüber derartig intensiver Amplitudenschwankungen, wie sie bei einem kleinen Fahrzeug aufkommen, wodurch die zuverlässige Informationsübermittlung sichergestellt ist.
Das Zusammenführen der Ausgangssignale der Flächenantennen in gleichphasiger Weise ermöglicht es, den Gewinn der Antennen anzuheben, ohne die Richtkarakteristik der Antenne dadurch zu verändern.
Ein zweites Ausführungsbeispiel wird nun anhand Fig. 3b beschrieben. In Fig. 3b sind die Elevationsbewegungen des Antennengerätes ins Blickfeld gerückt, das in den Figuren 1a und 1b dargestellt ist. Flächenantennen 41 und 43 (oder 42 und 44) werden dargestellt als lineare Antennen, die um Rotationsachsen 111' und 121' drehbar sind. Elevatorische Drehung ändert den Elevationsahlenkwinkel Φ, jedoch bleibt der Elevations- Phasenwinkel Φ' konstant. Man hat herausgefunden, daß es schwierig ist, den Elevations- Ablenkwinkel Φ direkt aus der Phasendifferenz hei Signalen festzustellen, die von getrennten Antennen in der Ebene der Elevationsdrehung, d.h., der Flächenantennen 41 und 43 (oder 42 und 44) empfangen worden sind.
Die verschiedenen Fehlersignale sind Bessel- Funktionen, und somit wird eine große Anzahl von pseudo- stabilen Punkten erzeugt, und es gibt die Möglichkeit der Fehlsteuerung. Nimmt man beispielsweise die Kurve s von Fig. 8a, die die Beziehung zwischen dem Azimut- Fehlersignal sin θ und dem Azimut- Ablenkwinkel θ darstellt. Daraus ist ersichtlich, daß die Änderungsperiode des Azimut- Fehlersignals sin θ weit kürzer ist als der Azimut- Ablenkwinkel θ einer Periode (360º), und zusätzlich zu dem normalen stabilen Punkt SP (0), erscheinen eine große Anzahl von pseudo- stabilen Punkten ...., SP (-1) , SP (-2), SP (+1), SP (+2), ... in dem Azimut der Antenne. Wenn diesetwegen die ezeugten Fehlersignale ohne Veränderung zur Lagesteuerung benutzt werden (gemeint bis zu einem Ausmaß, bei dem keine besonderen Bedingungen gestellt werden), wenn der Ablenkwinkel groß ist, können die Antennen zu den pseudostabilen Punkten hin ausgerichtet werden. Genauer gesagt wenn der Azimut- Ablenkwinkel zwischen den Änderungspunkten TP (-1) und TP (+1) liegt wird sich die Antenne zu dem stabilen Punkt SP (0) hin bewegen, wenn er jedoch zwischen TP (-2) und TP (-1) liegt, wird er sich hin zu dem stabilen Punkt SP (-1) bewegen, und wenn er zwischen TP (+1) und TP (+2) liegt wird er sich hin zu dem pseudo- stabilen Punkt SP (+1) bewegen.
Zur Lösung dieses Problems enthält das zweite Ausführungsheispiel Verbesserungen gegenüber dem ersten Ausführungsheispiel. Die folgende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf diese Verbesserungen.
Da der mechanische Aufbau der gleiche ist wie bei dem ersten Ausführungsheispiel, wird hier auf eine weitere Beschreibung desselben verzichtet.
Der Aufbau des Signalverarbeitungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5a veranschaulicht. Die Antennengruppe 4, BS- Konvertergruppe 5 und die BS- Tunergruppe 6 sind unverändert, so daß zu deren Einzelheiten auf die bereits erfolgte Beschreibung verwiesen wird.
Die gleichphasige Zusammensetz- Schaltungsgruppe 7 enthält gleichphasige Zusammensetzschaltungen 71, 72 und 75, eine Phasenschieheschaltung 73 und einen D/A- Umsetzer 74. Die gleichphasige Zusammensetz- Schaltungsgruppe 7 setzt die Ausgangssignale der BS- Tuners 61 und 62 gleichphasig und phasenverschoben zusammen, und die Ausgangssignale der BS- Tuner 63 und 64 werden gleichphasig zusammengesetzt, und die so erzeugten Signale sind gleichphasig zusammengesetzt.
Die Bedeutung der gleichphasigen Zusammensetzung ist die gleiche wie die schon beschriebene, und so wird deswegen deren Bedeutung, die des Phasenschiebens, nicht beschrieben. Weil die Antennenhalterung in dem Antennengerät eigene Achsen hat, zeigt die Elevationsdrehung nicht direkt nach oben, da eine Phasenverschiebung von von den Antennen 41 und 43 (oder 42 und 44) empfangenen Signalen, die in der Fläche der Elevationsdrehung getrennt werden, auftritt. Weil der Elevations- Ablenkwinkel Φ nicht direkt aus dieser Phasendifferenz festgestellt werden kann, werden die empfangenen Signale phasenverschoben, und ein Zustand wird geschaffen, bei dem die Flächenantennen als um eine einzelne Achse drehend angesehen werden.
In Fig. 3c, die die neu gezeichnete Fig. 3b ist, um die Erläuterung zu vereinfachen, wird hei Annahme, daß dort ein Rundfunksatellit (den man sich als projeziertes ebenes Bild vorzustellen hat) in der Richtung angenommen wird, zu der die Keulen der Flächenantennen 41 und 43 ausgerichtet sind, wobei die Entfernung zwischen der Antenne 43 und dem Satelliten um den Betrag des Vertikalabstandes LΦ' zwischen den Antennen größer ist, als die Entfernung zwischen den Flächenantennen 41 und dem Satelliten. Unter Verwendung des Elevationswinkels El kann diese vertikale Entfernung LΦ' dargestellt werden durch lΦ sin El, und die Phasenverzögerung des von der Flächenantenne 43 hinsichtlich des von der Flächenantenne 41 empfangenen Signals kann ausgedrückt werden durch 2 π lΦ sin El/λ.
Wenn nämlich das von der Antenne 41 empfangene Signal um diese Phase 2π lΦ sin El/λ verzögert wird, dann kann die Phasendifferenz zwischen dem von der Antenne 41 folglich zu der Verzögerung des von der Flächenantenne 43 empfangenen Signals als ein Anstieg des Elevations- Ablenkwinkels Φ angesehen werden. Nach der gleichphasigen Zusammensetzung des Ausgangssignals der Flächenantennen 41 und 42, die um 2π lΦ sin El/λ in der Phasenschieberschaltung 43 verzögert worden ist, wird es in der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 72 gleichphasig mit dem gleichphasig zusammengesetzten Ausgangssignal der Flächenantennen 43 und 44 zusammengesetzt.
Die gleichphasige Zusammensetzschaltung 71 ist die gleiche wie sie im ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, und erfordert folglich keine weitere Erklärung, mit Ausnahme, daß in diesem Ausführungsbeispiel das Ausgangssignal an den Anschluß X' der Phasenschieberschaltung angelegt wird.
Wie in Fig. 5b dargestellt, ist die Phasenschieherschaltung 43 aus Aufspaltern 731 und 732 gebildet, aus Mischern 733 und 734 und aus einem Zusammensetzer 735, und verschiebt die Phase des Signals 2cos ωt, das von der gleichphasigen Zusammensetzschaltung um den Betrag 2π lΦ sin El/λ ausgegeben wird < hiernach abgekürzt als "&epsi;"), basierend auf dem Vertikalabstand LΦ' zwischen den Antennen, wie schon beschrieben.
Auf diese Weise wird ein phasenverschobenes Signal cos &epsi; gemäß dem Kosinus der Phasendifferenz &epsi; an den Anschluß P angelegt. Dieses ist das Signal entsprechend dem Elevationswinkel El der Antenne, das zu der Zeit als Digitaldatum von der Systemsteuerung 91 ausgegeben und von dem D/A- Umsetzer in eine analoge Form umgesetzt wird.
Das Signals 2cos ωt, das über den Anschluß X' eingegeben wird, wird von dem 90º- Aufspalter 731 auf die Mischer 733 und 734 verteilt, und das Signal cos &epsi;, das über den Anschluß P eingegeben wird, wird auch an die Mischer 733 und 734 durch von dem 90º- Aufspalter 732 geleitet.
Keines der dem Mischer 733 eingegebenen Signale ist phasenverschohen, so daß dieser die Rechnung 2cos ωt cos &epsi; ausführt; jedes der Signale, die dem Mischer 734 zugeführt werden, ist phasenverschoben worden, so daß die Rechnung 2sin ωt sin &epsi; ausgeführt wird. Die von den Mischern 733 und 734 ausgegehenen Signale werden in dem Zusammensetzer 735 addiert, der daher das Signal cos (ωt- &epsi;) ausgibt, welches das Ausgangssignal 2cos ωt aus der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 71, um &epsi; phasenverschohen, ist. Dieses Signal wird der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 75 eingegeben.
Wie in Fig. 5c gezeigt, ist die gleichphasige Zusammensetzschaltung mit einem Extra- Tiefpaßfilter 72 G ausgestattet. In gleicher Weise, wie schon beschrieben, erzeugt die gleichphasige Zusammensetzschaltung ein Signal 2cos (ωt- Φ) durch die gleichphasige Zusammensetzung von der Zwischenfrequenz, die von den BS- Tunern 63 und 64 erzeugt wird, und isoliert die Kosinuskomponente Vcθ und die Sinuskomponente Vs θ der Azimut- Fehlerspannung, die aus diesen erzeugt wurde.
Die Azimut- Fehlerspannungs- Kosinuskomponente Vcθ wird als Gleichstromsignal cos θ durch Beseitigung durch das Tiefpaßfilter 72G erzeugt, von der Wechselstromkomponente aus dem Signal -cos (ω t- Φ) cos (ωt- Φ- θ), ausgegeben von dem Mischer 734. Die Sinuskomponente Vsθ ist ein Gleichstromsignal sin θ, das durch Beseitigung durch das Tiefpaßfilter 72h gewonnen wird, von der Wechselstromkomponente aus dem Signal -cos (ωt- Φ) sin (ωt- Φ- θ), das von dem Mischer 724 ausgegeben wird. Die Signale werden in dem A/D- Umsetzer AD1 digital umgesetzt und werden dann an die Systemsteuerung 91 über einen Schleifring ausgegeben.
Die Phasendifferenz θ, die die Azimut- Fehlerspannungs- Kosinuskomponente Vcθ und die Sinuskomponente Vsθ erzeugt, ist die Phasendifferenz zwischen den von den Flächenantennen 43 und 44 empfangenen Signalen (welche die gleiche ist, wie die Phasendifferenz zwischen den von den Flächenantennen 41 und 42 empfangenen Signalen), und gemäß der obigen Erläuterung bezüglich Fig. 3a gilt der Ausdruck 2π lθ sin θ/λ.
Wie in Fig. 5d gezeigt ist der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 75 ein Tiefpaßfilter 75G hinzugefügt worden. Die gleichphasige Zusammensetzschaltung 75 führt die gleichphasige Zusammensetzung der Ausgangssignale aus den gleichphasigen Zusammensetzschaltungen 73 und 72 durch, und isoliert die Kosinuskomponente VcΦ und die Sinuskomponente VsΦ der dazwischen erzeugten Elevations- Fehlerspannung.
Diese gleichphasige Zusammensetzung der Signale ist die gleiche wie sie bezüglich der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 71 beschrieben worden ist, und kann hier durch Ersetzen (ωt- &epsi;) als ωt und (Φ- &epsi;) für θ verwandt werden. Diese gleichphasige Zusammensetzung erzeugt das Signal 4cos (ωt- &epsi;). Hier bedeutet der Koeffizient "4" die Kombination der von den Flächenantennen empfangenen Signale.
Die Elevations- Fehlerspannungs- Kosinuskomponente VcΦ ist ein Gleichstromsignal cos (Φ- &epsi;), das durch Beseitigung der vom Mischer 754 ausgegebenen Wechselstromkomponente aus dem Signal cos (ωt- Φ) cos (ωt- &epsi;) im Tiefpaßfilter 75 gewonnen wird. Die Sinuskomponente VsΦ ist ein Gleichstromsignal sin (Φ- &epsi;), das durch Beseitigung der Wechselspannungskomponente aus dem Signal -cos (ωt- Φ) sin (ωt- &epsi;), das von dem Mischer 754 ausgegeben wird, im Tiefpaßfilter 75H gewonnen wird. Die Signale werden vom A/D- Umsetzer AD1 digital umgesetzt und werden dann über einen Schleifring zu der Systemsteuerung 91 ausgegeben.
Die Phasendifferenz (Φ - &epsi;), die die Azimut- Fehlerspannungs- Kosinuskomponente VcΦ und die Sinuskomponente VsΦ erzeugt ist die Differenz zwischen der Phasendifferenz Φ zwischen den Signalen, die von den Flachantennen 41 und 43 empfangen werden, und die Phasendifferenz &epsi; basierend auf der Vertikalentfernung LΦ' zwischen den Flächenantennen 41 und 43 (genauso wie im Falle der Beziehung zwischen den Antennen 42 und 44), und in Übereinstimmung mit der obigen Erläuterung vorgesehen bezüglich Fig. 3c, kann ausgedrückt werden als 2 π lθ sinΦ/λ - 2π lθ sin El/λ.
Das Ausgangssignal der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 75 wird in das Fernsehgerät 8 über einen Transformator des Isolationstyps Trs eingegeben; die Funktionen und der Aufbau sind der gleiche wie hei dem Fernsehgerät 8 des ersten Ausführungsbeispiels. Ein AGC- Signal, das dem der Demodulatorschaltung 81 entnommen wird, wird von dem A/D- Umsetzer AD2 in digitale Form gebracht und der Systemsteuerung 91 eingegeben.
Das Steuersystem besteht aus einer Steuereinheit 9, einer Azimut- Antriebssteuereinheit A, einer Elevations- Antriebssteuereinheit 18 und verschiedenen Sensoren und dergleichen.
Die Azimut- Antriehssteuereinheit A ist gebildet aus einer Azimut- Servosteuerung A1, die die Aktivierung des Azimutmotors 21 und eines Zeitgebers A2 steuert, der mit dem Azimutmotor 21 verbunden ist. Die Azimut- Servosteuerung A1 steuert die Aktivierung des Azimutmotors 21 gemäß einem Stromwert (positiv- negativ) entsprechend der Drehrichtung (vorwärts- rückwärts) des Azimutmotors 21, die durch den Zeitgeber A2 festgestellt wird, und einem Stromhezugswert (positiv- negativ), den die Systemsteuerung 91 erzeugt.
Die Elevations- Antriehssteuereinheit ist zusammengesetzt aus einer Elevations- Servosteuerung B1 zur Steuerung der Aktivierung des Elevationsmotors 31, und einem Zeitgeber B2, der verbunden ist mit dem Elevationsmotor 31. Die Elevations- Servosteuerung B1 steuert die Aktivierung des Elevationsmotors 31 entsprechend einem Stromwert (positiv- negativ) gemäß der Drehrichtung (vorwärts- rückwärts) des Elevationsmotors 31, die festgestellt wird von dem Zeitgeher B2 und einem Stromhezugswert (positiv- negativ), den die Systemsteuerung 91 erzeugt.
Die Hauptsensoren sind Kreisel C1 und C2, Rotationscodierer C3 und C4, Grenzumschalter SWu und SWd und Stromsensoren und Winkelgeschwindigkeitssensoren (nicht dargestellt). Die Kreisel C1 und C2 sind auf der Antennenhalterung 12 montiert. Der Kreisel C1 hat Freiheitsgrade in Azimut- und der Kreisel C2 hat Freiheitsgrade in Elevationsrichtung; die Kreiselausgangs- Spannungssignale entsprechen den Winkelgeschwindigkeiten der Ablenkung in Azimut- und Elevationsrichtung beispielsweise aufgrund von Lageänderungen und Bewegungen des Fahrzeugs. Diese Signale werden von dem A/D- Umsetzer AD1 digital umgesetzt und werden dann zur Systemsteuerung 91 über einen Schleifring ausgegeben.
Der Drehcodierer C4 ist mit dem Elevationsmotor 31 verbunden und stellt den Winkel der Drehung der Antennenhalterungen 11 und 12 fest, wobei der Elevationswinkel gemeint ist, der in relativer Sicht nach oben auf die Elevations- Bezugslinie (die Linie, die die Mittelpunkte der Flächenantennen 41 und 43 oder 42 und 44 verbindet) als positiv gezählt wird.
Die Grenzumschalter SWu und SWd sind beide an dem Elevationsantrieb 3 befestigt, um die obere und die untere Grenze des Elevationswinkels der Antennenkeule festzustellen. Die obere Grenze ist erreicht, wenn die Antennenkeule unter einem Winkel von 65º relativ zur Basis 15 zeigt, und die untere Grenze bei einem Keulenwinkel von 5º.
Die Stromsensoren und Winkelgeschwindigkeitssensoren, die nicht dargestellt sind, sind in der Azimut- Servosteuerung A1 und in der Elevations- Servosteuerung B2 vorgesehen. Diese Sensoren stellen den Aktivierungsstrom und die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Azimutmotors und des Elevationsmotors 31 als Spannungssignale fest, die an die Systemsteuerung 91 über den A/D- Umsetzer AD3 ausgegeben werden.
Die System- Steuereinheit 19 ist ausgestattet mit der Systemsteuerung 91 und einer Schalttafel 92 und ist in einem Fahrzeug installiert. Die Systemsteuereinheit 9 steuert die Satellitensuche und die Zielnachfolge- Operationen gemäß Befehlen, die eine Bedienperson über die Schalttafel 92 eingibt.
Die Lagesteuerung der Flächenantennen 41 bis 44 gemäß dem vorliegenden Ausführungsheispiel wird nun anhand des Blockschaltbilds von Fig. 6a beschrieben. Obwohl die Fig. 6a lediglich die Azimutal- Lagesteuerung veranschaulicht, wird die Elevations- Lagesteuerung in gleicher Weise ausgeführt, und Zeichnungen und Beschreibungen davon werden ausgelassen.
Zum Zwecke der Erläuterung wird angenommen, daß ein Bezugsazimut- Lagesteuerwinkel AZO angewandt wird, daß die vorheschriebene Kompensation ausgeführt wird und daß der Azimutmotor 21 von einem Strom dst aktiviert wird. Der Block FA ist eine Ankerschaltung für einen Motor 21, RA ist ein Ankerwiderstand und tA ist eine elektrische Zeitkonstante.
Die Aktivierung verursacht einen Stromfluß Iθ in der Ankerschaltung, der ein Drehmoment auf die Abtriebswelle des Azimutmotors 21 erzeugt, der proportional zu dem Ankerstrom Iθ ist. Auf diese Weise ist der Block FB ein proportionales Element, und die Konstante KB gibt eine Drehmomentkonstante an. Dieses Drehmoment unterliegt einer Drehmomentstörung t1L, die beispielsweise von dem Fahrzeug herrührt.
Das Drehmoment, das von dem Motor 21 erzeugt wird, dreht die Drehzapfenstütze 13, wobei der Azimutwinkel der Antennenkeule aktualisiert wird. Die Winkelgeschwindigkeit Qθ zu dieser Zeit ist proportional dem Integral des Drehmoments, und die Azimutwinkelaktualisierung ist ebenfalls diesem Integral proportional. Block FC zeigt eine Funktion des früheren und Block FD eine Funktion des späteren an. J1 ist eine proportionale Funktion die aus der Trägheit des Azimutantriebs 2 abgeleitet ist, der Drehzapfenstütze 13 usw.
Die Aktualisierungsrichtung der Ausrichtung der Antennenkeule ist mit dem Effekt einer Winkelgeschwindigkeitsstörung AZL behaftet, die beispielsweise durch Bewegungen des Fahrzeugs verursacht werden. Bei der Aktualisierungssteuerung der Antennen 41 bis 44 unter Verwendung eines Stromes Bθ, der auf der Grundlage des azimutal- Lagesteuerbezug- Azimutalwinkels AZ0 aufkommt, kommen Abweichungen von dem angestrebten Ergebnis wegen derartiger Faktoren wie elektrisches Übersprechen und Störungen aufgrund von Fahrzeughewegungen auf. In der Abordnung nach der vorliegenden Erfindung sind folglich eine Winkelsteuerschleife, eine Geschwindigkeitssteuerschleife und eine Stromsteuerschleife vorgesehen.
Die Winkelsteuerschleife erzeugt Rückkopplung in der gleichphasigen Zusammensetzschaltung 72 der Azimutwinkelabweichung, d.h., Azimutablenkungswinkel θ, von der festgestellten Ausrichtung der Antennenkeule hinsichtlich der Richtung des Satelliten. Weil jedoch Störungen der Ausrichtungsbewegung der Antennenkeule überlagert sind, wird nur die Störung aus der Subtraktion des Azimutwinkels Az, wie er von dem Drehcoder C3 festgestellt wird, von diesem Azimut- Ablenkwinkel θ zurückgekoppelt. Die Blöcke F1 und F2 sind proportionale Elemente, und K1 und K2 sind proportionale Konstanten.
Ein Azimutablenkwinkel θ kann jedoch nicht gewonnen werden, wenn die Antennen 41 bis 44 keine Signale empfangen. In solchem Falle wird folglich die integrierte Azimutalwinkelgeschwindigkeit Gθ der Antennen 41 bis 44, wie von dem Kreisel C1 festgestellt (hiernach als Azimutalkreiseldaten bezeichnet), anstelle des Azimut- Ablenkwinkels θ verwendet. Der Block F3 zeigt diese integral an, und die Blöcke F11 und F31 zeigen deren Umwechseln an.
Die Geschwindigkeitssteuerschleife kompensiert Winkelgeschwindigkeitsstörungen. Hierzu wird die Winkelgeschwindigkeit Qθ des Motors 21, wie sie von einem Winkelgeschwindigkeitssensor festgestellt wird, von der Azimutwinkelgeschwindigkeit der Flächenantennen 41 bis 44 abgezogen, die diese Störungen enthalten, d.h., von den Azimut- Kreiseldaten Gθ des Kreisels C1, wodurch exakt diese Störung, die rückgekoppelt wird herausgezogen wird. Die Blöcke F5 und F6 sind proportionale Elemente und K5 und K6 sind deren proportionale Konstanten. Wenn es im Signalpegel einen Abfall gibt, und Kreiseldaten Gθ schon von der Winkelgeschwindigkeits- Steuerschleife zurückgekoppelt werden, dann wird die Überlagerung der Kreiseldaten Gθ von Block F61 verhindert.
Die Stromsteuerschleife schafft eine Kompensation für elektrische Verluste im Motor 21 und in der Aktivierungsheschaltung auf der Grundlage des Aktivierungsstroms Iθ für den Motor 21, wie er von einem Stromsensor festgestellt wird. Der Block F4 ist ein proportionales Element, und K4 dessen proportionale Konstante.
Bei dem Steuervorgang wird die Winkelstörung für die Winkelsteuerschleife unter Verwendung des Bezugswinkels Azo kompensiert, um dadurch Z1 zu gewinnen; Proportional- Plus- Integralkompensation (Proportionalkonstante K7, Zeitkonstante t7) wird in Block F7 angewandt, um Z2 zu erzeugen, und dem folgt die Winkelgeschwindigkeits- Störungskompensation mittels der Geschwindigkeits- Steuerschleife und der elektrischen Verlustkompensation mittels der Stromsteuerschleife, um Z3 zu erzeugen. In Block F8 (Proportionalkonstante K8) wird dieser Wert in einen Stromwert gemäß dem Aktualisierungswinkel umgesetzt, der verwendet wird, um den Motor 21 zu aktivieren. Weil das Gerät dieses Ausführungsbeispiels in einem Fahrzeug installiert ist, ist es erforderlich, die Stromversorgung zu schützen. Hierzu wird in Block F4 eine Stromhegrenzung angewandt, um einen Strom Dθ zu erzeugen, der zur Aktivierung des Motors 21 verwendet wird. Das heißt, die Addition der Stromhegrenzung zu der Winkelsteuerschleife, die über die Proportional- Plus- Integral- Kompensation (F7) verfügt. Weil jedoch die Geschwindigkeits- Steuerschleife und die Stromsteuerschleife innerhalb der Winkelsteuerschleife vorgesehen sind, führt die Zusammenfügung der Proportional- Plus- Integral- Kompensation und der Stromhegrenzung zum Hochziehen.
Da in diesem Ausführungsbeispiel die Geschwindigkeits- Steuerschleife und die Stromsteuerschleife entsprechend innerhalb der Winkelsteuerschleife vorgesehen sind, wird folglich eine Hochgeschwindigkeitssteuerung frei von Offset verwirklicht, und die Stomversorgung ist geschützt ohne daß Hochziehen aufkommt.
Die oben stehenden Steuervorgänge werden von der Systemsteuerung 91 bewirkt. Die Steueroperationen der Systemsteuerung 91 werden nun anhand des Arbeitsablaufplans der Figuren 7a bis 7d beschrieben. Wenn der Betriebsschalter 85 geschlossen wird, um die erforderliche Spannung für jedes Teil des Systems zu liefern, initialisiert in Schritt 101 die Systemsteuerung 91 den Systemspeicher, die Register und Kennzeichen. In Schritt 102 wird der Satellitensuchbereich initialisiert. Bei der Suche wird schraubenförmige Abtastung angewandt, und die maximalen und minimalen Elevationswinkelwerte zu Beginn werden in den betreffenden Registern Eld und Elu gespeichert, um die schraubenförmige Vollhereichsabtastung einzusetzen.
Die Schritte 103 bis 105 bilden eine Eingabeschleife, die auf eine Eingabe von der Schalttafel 92 warten. Wenn Daten, die den Bereich anzeigen, durch den das Fahrzeug sich bewegt, in diese Schleife eingegeben werden, und die Elevation des Satelliten zu einem gewissen Grade bestimmt werden kann, so wird in Schritt 104 der Suchbereich entsprechend eingestellt. Wenn ein Startbefehl über die Schalttafel eingegeben wird, wird die Schleife unterbrochen und der Ablauf schreitet fort zu Schritt 106.
In Schritt 106 wird der Elevationswinkel für die Flächenantenne 41 bis 44 auf den Suchstartwinkel Eld eingestellt (hier und nachfolgend als Wert in Register Eld bezeichnet). Der vom Drehcoder festgestellte Elevationswinkel El wird beobachtet, während die Elevationsservosteuerung B1 den Befehl erhält, den Elevationsmotor 31 zu aktivieren. Wenn der Elevationswinkel mit dem Suchstartwinkel Eld übereinstimmt, wird die Elevations Servosteuerung B1 instruiert, die Aktivierung zu beenden.
In Schritt 107 werden die Register Rl, Ra und Re, die bei der Satellitensuche verwendet werden, gelöscht, und in Schritt 108 wird der Azimutal- Aktivierungsstrom Dθ auf den hohen Wert eingestellt, und der Elevations- Aktivierungsstrom Dθ wird auf den niedrigen Wert eingestellt, und die betreffenden Werte werden dann an die Azimutservosteuerung A1 und an die Elevations- Servosteuerung B1 ausgegeben, und ein Befehl ergeht zur Aktivierung des Azimutmotors 21 und des Elevationsmotors 31. Im Ergebnis werden die Flächenantennen 41 bis 44 veranlaßt, sich kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit in Azimutrichtung zu drehen, während die elevatorische Lage bei einer Geschwindigkeit wechselt, wodurch die Antennenkeulen die schrauhenförmige Abtastung beginnen.
Gefolgt von den Schritten 109 bis 114 findet eine Suche statt, um die Antennenlage, bei der das empfangene Signal ein Maximum aufweist, einzurichten. Nämlich in Schritt 110 wird der empfangene Signalpegel L (AGC- Signal) aus dem Demodulator 81 in Schritt 111 gelesen, der Azimutwinkel Az und Elevationswinkel El festgestellt von den Drehcodern C3 und C4 werden gelesen, und in Schritt 112 wird der empfangene Signalpegel L zu dieser Zeit mit dem Maximalwert des empfangenen Signalpegels bis zu diesem Punkt verglichen, der in Register R1 gespeichert ist. Wenn der frühere größer ist, werden in Schritt 113 der Azimutwinkel Az, der Elevationswinkel El und der empfangene Signalpegel L an dieser Stelle in den betreffenden Registern Ra, Re bzw. Rl gespeichert.
Wenn die schraubenförmige Abtastung über den eingestellten Bereich seiner Vollendung entgegengeht, wird der Elevationswinkel El einen Such- Beende- Winkel Elu überschreiten und in Schritt 116 wird der Suchvorgang durch Befehle an die Servosteuerungen beendet, um die Operation zu beenden. An dieser Stelle enthält das Register Rl den Maximalwert des empfangenen Signalpegels innerhalb des eingestellten Suchbereichs, und die Register Ra und Re enthalten den Azimutwinkel bzw. den Elevationswinkel, der diesen Maximalwert erzeugt. In Schritt 117 werden die Werte in Register Rl mit dem minimalen empfangenen Signalpegel Lmin verglichen. Wenn es beispielsweise keinen Rundfunksatelliten in dem schraubenförmig abgetasteten Suchbereich gibt, wird der Wert in Register Rl unter den minimalen Empfangspegel Lmin in Schritt 118 fallen, eine "kein Empfang"- Anzeige wird gegeben, und der Ablauf wird zu Schritt 103 zurückkehren.
Wenn von einem Rundfunksatelliten gesendete Radiowellen empfangen werden, wird der Wert in Register Rl den minimalen Empfangssignalpegel Lmin in Schritt 119 übersteigen, die Antennen werden auf die Lage eingestellt, die von den Werten in den Registern Ha und Re angegeben werden. Dies geschieht durch Beobachtung des Azimutwinkels Az und des Elevationswinkels E1, die von den Drehcodern C3 bzw. C4 festgestellt werden während die Motore 21 und 31 von der Azimut- Servosteuerung A1 und der Elevations- Servosteuerung B1 gesteuert werden.
Wenn die Antennen in die Lage gesetzt werden, die in Schritt 120 den maximalen empfangenen Signalpegel liefert werden der Azimutwinkel Az und der Elevationswinkel E1 erneut gelesen, und in Schritt 121 werden diese Winkel in den betreffenden Registern Azo und Elo als Bezugsazimutwinkel Azo und ein Bezugselevationswinkel gespeichert.
Dem folgend werden in Schritt 122 die Register Aq&supmin;, Acw, Accw, Eq&supmin;, Ecw und Eccw, die zur Korrektur der Azimut- und der Elevationsfehlerspannung verwendet werden, wie zuvor beschrieben gelöscht, und die Schleife, die in den Schritten 123 bis 144 die Lagesteuerung der Flächenantennen 41 bis 44 bildete, wird gemäß den Steuerschleifen, die in Fig. 6a dargestellt sind, ausgeführt.
Hinsichtlich der Zielnachfolge werden in Schritt 124 der Azimutwinkel Az und der Elevationswinkel E1 gelesen, und in Schritt 125 wird die Phasendifferenz &epsi;, die durch den vertikalen Abstand Lθ, zwischen den Antennen 41 und 43 und den Antennen 42 und 44 erzeugt wird, mit dem Elevationswinkel aus einer ROM- Übersichtstabelle gelesen und ausgegeben. Diese Daten werden von einem D/A- Umsetzer 74 in Spannungswerte umgesetzt und an die Phasenschieheschaltung 773 angelegt, die die empfangenen Signale der Antennen 41 und 43 verschiebt.
In den Schritten 126 bis 129 wird der empfangene Signalpegel L gelesen, und wenn der Wert den minimalen Empfangssignalpegel Lmin übersteigt wird in Register A eine "1" gespeichert, und wenn der Wert unter Lmin liegt, eine "0" in Register A gespeichert. Dieser Hegisterwert A wird zur Verschiebung der Steuerparameter in der oben beschriebenen Weise (Blöcke- F11, F31 und F61) verwendet.
In Schritt 130 werden der Aktivierungsstrom Iθ für den Azimutmotor 21 und der Aktivierungsstrom IΦ für den Elevationsmotor 31 gelesen; in Schritt 133 die Winkelgeschwindigkeit Qθ des Azimutmotors 21 und die Winkelgeschwindigkeit QΦ des Elevationsmotors 31; und in Schritt 132 werden die azimutale Winkelgeschwindigkeit der Antennen 41 bis 44 gelesen, die Störungen enthalten, zum Beispiel werden die Kreiseldaten Gθ und die Elevationswinkelgeschwindigkeit der Antennen 41 bis 44, die Störungen enthalten, d.h. Kreiseldaten GΦ gelesen.
In Schritt 133 werden die Kosinuskomponente Vcθ der Azimutfehlerspannung und die Kosinuskomponente VcΦ der Elevationswinkel- Fehlerspannung und die Sinuskomponente VsΦ gelesen. Wie beschrieben, ist die Kosinuskomponente Vcθ der Azimut- Fehlerspannung die Gleichstromkomponente cos θ, und die Sinuskomponente Vsθ ist die Gleichstromkomponente sin θ, und die Kosinuskomponente VcΦ der Elevationswinkel- Fehlerspannung ist die Gleichstromkomponente cos (Φ- &epsi;), und die Sinuskomponente VsΦ ist sin (Φ- &epsi;). Gemäß dieser Erläuterung anhand der Figuren 3a wird θ durch 2Φ l sinθ/λ dargestellt, und in Übereinstimmung mit der Erläuterung anhand der Figur 3h wird (Φ- &epsi;) dargestellt durch 2π lθ sinΦ/λ - 2π lθ sin El/λ. Das heißt, jede der Komponenten Vcθ, Vsθ, VcΦ und VsΦ wird zur Bessel- Funktion.
In Fig. 8a ist Kurve C die Kosinuskomponente Vcθ der Azimut- Fehlerspannung und die Kurve S ist die Sinuskomponente Vsθ. Betrachtet man die Kurve S, wenn der Azimut- Ablenkwinkel 0º beträgt wird die Spannung 0 [mV], ebenso wenn die Kosinuskomponente Vcθ der Azimut- Fehlerspannung zurückgekoppelt wird, dann könnte es vorkommen, daß der Rundfunksatellit (die Radiowellenquelle) automatisch verfolgt werden könnte, wenn jedoch die Komponente ohne Abwandlung zurückgekoppelt wird, ist die automatische Zielnachfolge auf einen Bereich von -180º < θ < +180º beschränkt. Das heißt, innerhalb des Bereichs TP (-1) bis TP (+1) ist es möglich, auf den normalen stabilen Punkt SP (0) zurückzufahren, aber außerhalb dieses Bereichs wird das Systems auf pseudo- stabile Punkte zurückkehren. In dem Bereich beispielsweise von TP (+1) bis TP (+2) wird das System zu dem pseudo- stabilen Punkt SP (+1) gezogen, und in dem Bereich TP (-1) bis TP (-2) wird es auf dem pseudo- stabilen Punkt SP (-1) gezogen.
In dem Gerät dieses Ausführungsbeispiels ist TP (-1) etwa -2,2º und TP (+1) ist etwa +2,2º. Weil der Halbwertwinkel der Antennenkeule außerhalb dieses Einführbereichs liegt, kann mit Sicherheit angenommen werden, daß der Strahl auf einen pseudo- stabilen Punkt gezogen wird, wie durch die von der (kombinierten) Antennkeule entnommene Kurve P gezeigt. Zur Vermeidung dieses Ereignisses wird in diesem Gerät der Azimut- Ablenkwinkelquadrant von der Kosinuskomponente Vcθ von der Azimut- Fehlerspannung und die Sinuskomponente Vcθ eingestellt, wobei das Vorzeichen der Sinuskomponente Vsθ entsprechend korrigiert wird, wodurch die Azimut- Fehlerspannung Vθ erzeugt wird, die rückgekoppelt wird.
Genauer gesagt, werden, wie in Fig. 8b dargestellt, die Quadranten I bis IV für die Kosinuskomponente Vcθ der Azimut-Fehlerspannung auf der Y- Achse eingestellt und die Sinuskomponente Vsθ auf der X- Achse. Der Graph ist eine Tafel der Kosinuskomponente Vcθ und der Sinuskomponente Vsθ, die in Fig. 8a dargestellt sind. Auf diesem Graph bedeutet eine positive Änderung des Azimut- Ablenkwinkels eine Bewegung vom stabilen Punkt SP (0) im Uhrzeigersinn; und im anderen Falle bedeutet eine negative Änderung des Azimut- Ablenkwinkels eine Bewegung vom stabilen Punkt SP (0) entgegen dem Uhrzeigersinn. Während der Spuränderung des Azimut- Ablenkwinkels wird folglich das Vorzeichen der Sinuskomponente Vsθ korrigiert, um den Winkel zurückzuführen, wobei die Azimut- Fehlerspannung Vθ gewonnen wird.
Da die angewandte Prozedur zur Erzeugung der Elevationswinkel- Fehlerspannung Vθ die gleiche ist, werden Darstellungen und Beschreibungen dieser zur Vermeidung von Wiederholungen weggelassen.
Der oben beschriebene Korrekturvorgang wird in Schritt 134 ausgeführt und wird nun anhand des Ablaufdiagramms von Fig. 7d beschrieben. In Schritt 201 wird der Quadrant des Azimut-Ablenkwinkels aus der Kosinuskomponente Vcθ der Azimutfehlerspannung und der Sinuskomponente Vsθ erzeugt, und in Schritt 202 wird der Quadrant in Register Aq gespeichert. Das Register Aq &supmin;hält den vorangegangenen Quadranten (oder von vornherein 0), und wenn die beiden Werte sich unterscheiden, werden die Werte in diesen Registern in Schritt 204 geprüft.
Ein Wert in Register Aq &supmin;, das Quadranten I anzeigt, und ein Wert in Register Aq, das den Quadranten II anzeigt, würde Änderungen des azimutalen Ablenkwinkels im Uhrzeigersinn bedeuten (ist hier und nachstehend bezüglich Fig. 8b gemeint) In diesem Fall ist es notwendig, zwischen Änderungen im Uhrzeigersinn von dem stabilen Punkt SP(0) und dem der Änderung im Verlauf einer Rückkehr nach einer Änderung gegen der Uhrzeigersinn von dem stabilen Punkt SP (0) zu unterscheiden. Dies kann durch Prüfen des Wertes in dem Register Accw geschehen, das die Drehungen gegen den Uhrzeigersinn zählt. Ein Wert von 0 würde wenigstens den Abschluß einer Rückkehr bedeuten, gefolgt von vergangenen Änderungen gegen den Uhrzeigersinnm, und in entsprechender Weise wird in Schritt 206 die Zählung in dem Uhrzeigersinn- Register Acw zur Zählung im Uhrzeigersinn um Eins inkrementiert.
Auf gleiche Weise würde ein Wert in Register Aq &supmin;den Quadranten 2 bedeuten, und ein Wert in Register Aq, der den Quadranten I anzeigt wurde die Änderung des azimutalen Ablenkwinkels entgegen dem Uhrzeigersinn bedeuten, wobei vorausgesetzt wird, daß der Wert in dem Gegenuhrzeigersinn- Register Accw Null ist, würde in Schritt 208 die Zählung des Uhrzeigersinn- Registers Acw um Eins inkrementiert. Ein Wert in Register Aq &supmin;, der den Quadranten III anzeigt, und ein Wert in Register Aq &supmin;, der den Quadranten IV anzeigt, würde die Änderung des Azimut -. Ablenkwinkels im Uhrzeigersinn bedeuten, wobei, vorausgesetzt daß der Wert in dem Uhrzeigersinn Register Acw Null ist, würde in Schritt 210 die Zählung des Gegenuhrzeigersinn- Registers Accw um Eins dekrementiert. Ein Wert in Register Aq, der den Quadranten IV anzeigt, und ein Wert in Register Aq, der den Quadranten III anzeigt, würde Änderungen des Azimut- Ablenkwinkels im Gegenuhrzeigersinn bedeuten, wobei unter der Voraussetzung, daß der Wert in dem Uhrzeigersinn- Register Acw Null ist, in Schritt 212 die Zählung des Gegenuhrzeigersinn- Registers Accw um 1 inkrementiert würde.
Wenn in Schritt 213 der Quadrant des Azimut- Ablenkwinkels sich ändert, einschließlich anderer als oben beschriebener Fälle, wird der Stromquadrant in Register Aq gespeichert.
Wenn-demgemäß der Azimut- Ablenkwinkel einer Änderung im Uhrzeigersinn unterworfen wird, wird der Wert in dem Uhrzeigersinn- Register Acw wenigsten Eins, und wenn die Änderung gegen den Uhrzeigersinn erfolgt, wird der Wert in dem Gegenuhrzeigersinn- Register Accw wenigstens 1. Wenn auf diese Weise das Uhrzeigersinn- Register Acw mit seinem Wert Eins oder mehr heträgt, und der laufende Quadrant des Azimut- Ablenkwinkels ist Quadrant III oder IV, wird in Schritt 216 das Vorzeichen der Sinuskomponente Vsθ der Azimut- Fehlerspannung geändert, und die Azimut- Fehlerspannung Vθ wird eingestellt; wenn der Wert im Gegenuhrzeigersinn- Register Accw Eins oder mehr beträgt, und der Quadrant des laufenden Azimut- Ablenkwinkels Quadrant I oder II ist, wird in gleicher Weise in Schritt 219 das Vorzeichen der Sinuskomponente Vsθ der Azimut- Fehlerspannung geändert, und die Azimut- Fehlerspannung Vθ wird eingestellt. In anderen Fällen wird die Azimut- Fehlerspannung Vθ von der Sinuskomponente Vsθ in Schritt 220 der Azimut- Fehlerspannung eingestellt. So wird es möglich, in korrekter Weise auf den stabilen Punkt SP(0) zurückzuführen, selbst wenn die Änderung des Azimut- Ablenkwinkels über den Bereich TP (-1) hinausgeht und TP (+1) und die Sinuskomponente Vsθ der Azimut- Fehlerspannung sich ändert.
In Schritt 221 wird die Elevationswinkel- Fehlerspannung VΦ eingestellt. Da diese Prozedur identisch mit den Schritten 210 bis 220 ist die vorher beschrieben worden sind, erfolgt keine erneute Beschreibung.
Nachfolgend werden in Schritt 135 des Ablaufdiagramms von Fig. 7c die Werte der Azimut- Fehlerspannung Vθ und der Elevations- Fehlerspannung Vθ verwendet, um eine ROM- Übersichtstahelle zu prüfen, um den Azimut- Ablenkwinkel θ und den Elevations- Ablenkwinkel Φ zu gewinnen. In Schritt 136 werden der Azimut- Ablenkwinkel θ der Azimutwinkel Az, die Azimut- Kreiseldaten Gθ, der Aktivierungsstrom Iθ für den Azimutmotor 21 und die Winkelgeschwindigkeit Qθ verwendet, um die Steuerparameter Y1 bis Y6 in den zuvor beschriebenen Rückkopplungsschleifen zu erhalten. Der Azimut- Ablenkwinkel θ wird nämlich mit einer Konstanten K1 multipliziert und im Register Y1 gespeichert; der Azimutwinkel Az wird mit einer Konstanten K2 multipliziert und in Register Y2 gespeichert; die Kreiseldaten Gθ werden unter Verwendung der Summen- Komponenten- Verfahren integriert und im Register Y3 gespeichert, der Aktivierungsstrom Iθ wird mit der Konstanten K4 multipliziert und im Register Y4 gespeichert; die Winkelgeschwindigkeit Qθ wird mit der Konstanten K5 multipliziert und im Register Y5 gespeichert; und die Kreiseldaten werden mit der Konstanten K6 multipliziert und im Register Y6 gespeichert.
In Schritt 137 wird die von der Winkelsteuerschleife bewirkte Winkelfehlerkompensation an Bezugswinkel Azo angelegt, um das zuvor erwähnte Z1 zu gewinnen, das der proportionalen Integration unterzogen wird, um Z2 zu gewinnen, das der Winkelfehlerkompensation durch die Geschwindigkeitssteuerschleife unterworfen wird sowie der elektrischen Verlustkompensation von der Stromsteuerschleife, um Z2 zu gewinnen, das in einen Aktualisierungsstromwert für einen Motor 21 umgesetzt wird, um Z4 zu gewinnen.
Wenn in diesem Fall der Wert von Register A gleich 1 ist, wird bei der Winkelfehlerkompensation die Differenz zwischen den Parametern YI und Y2 zu dem Bezugswinkel Azo addiert, und wenn der Wert des Registers A gleich 0 ist, wird die Differenz zwischen den Parametern Y3 und Y2 zum Bezugswinkel Azo (Überstreichung bedeutet negativ) addiert.
Wenn die Winkelfehlerkompensation und die elektrische Verlustkompensation gleichzeitig ausgeführt sind, und Parameter Y4 von Z2 subtrahiert ist, welches durch proportionale Integration von Z1 erreicht wird, wenn der Wert des Registers A gleich 1 ist, wird die Differenz zwischen den Parametern Y6 und Y5 addiert, während, wenn das Register A den Wert 0 aufweist, lediglich der Parameter Y5 addiert wird.
Die oben beschriebene Strombegrenzung wird in den Schritten 138 bis 142 ausgeführt. Nach den verschiedenen ausgeführten Kompensationen wird der Bezugs- Azimutwinkel in den Aktivierungsstromwert Z4 für den Motor 21 umgesetzt, der auf oder über einen maximalen Umkehr- Aktivierungsstrom minus Dθ hi eingestellt ist, und auf oder unter einen maximalen Vorwärts- Aktivierungsstrom Dθ hi, um den Azimut- Aktivierungsstrom Dθ einzustellen.
In Schritt 143 wird die gleiche Prozedur angewandt, um den Elevations- Aktivierungsstrom Dφ einzustellen, und in Schritt 144 werden die Aktivierungsströme Dθ und Dφ an die Azimut- Servosteuerung A1 ausgegeben und an den Elevations- Deservorsteuerung B1. Befehle werden ausgegeben, um die Motore 21 und 31 zu aktivieren, und der Ablauf kehrt zu Schritt 123 zurück.
Die zuvor erwähnten Vorgänge können zeitweilig angehalten werden, indem ein Stop- Befehl über die Schalttafel 92 eingegeben wird. Wenn ein Stop- Befehl während der schraubenförmigen Abtastung eingegeben wird, dann wird in Schritt 115 der Suchvorgang beendet und der Ablauf kehrt auf Schritt 103 zurück. Auch wenn ein Stop- Befehl während der Zielnachfolgesteuerung eingegeben wird, wird in Schritt 145 der Zielnachfolgevorgang abgeschlossen und der Ablauf kehrt auf Schritt 103 zurück.
Bezüglich einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels hat man bei der Lagesteuerung herausgefunden, daß ein Offset beseitigt werden kann, ohne daß die Proportional- Plus- Integral- Kompensations verarbeitung angewandt wird, indem die Beziehung zwischen den Proportionalkonstanten K1 und K2 auf K2 = minus K1 eingestellt wird und dasjenige zwischen den proportionalen Konstanten K5 auf K6 auf K6 K5.
Das Blockdiagramm von Fig. 6b veranschaulicht eine Lagesteueranordnung auf dieser Grundlage. Wie in Fig .6b daragestellt, wird die Proportional- Plus- Integralprozedur, die in Fig .6a durch Block F7 angezeigt ist, weggelassen, sowie auch die Integration der unter Block F3 gezeigten Kreiseldaten Gθ. Stattdessen wird der Vorgang auf der Grundlage der Übereinkunft zwischen den Aktionspunkten (die Punkte, bei denen die Kompensation bewirkt wird) der Winkel-, der Geschwindigkeits- und der Stromsteuerschleifen ausgeführt. Mit dem einzigen Umwechseln bei F11 wird folglich die Steuerung vereinfacht.
Von den von der Systemsteuerung 91 ausgeführten Operationen werden insbesondere die Prozeduren der Schritte 134 und 135, die in dem Arbeitsablaufplan auf Fig. 7c dargestellt sind, vereinfacht. In Schritt 134 ist es nicht notwendig, die Steuerparameter Y3 zu errechnen, und anstelle der Errechnungen, die in dem gleichen Schritt angewandt werden, um Z1, Z2 und Z3 zu bekommen, wird Z3 direkt durch Errechnung von Azo + Ay1 - Y2 - Y4- Y5 + Y6 gewonnen. Da es dort keine Änderungen gibt, gibt es auch keinen separaten Arbeitsablaufplan.
Es wird zusammengefaßt: die Lage der beiden Antennen, die in der Ebene der Elevationsdrehung getrennt sind, werden unabhängig voneinander geändert, während die Keulen parallel beibehalten werden; und durch Verschiebung der Phase des empfangenden Signals von den Antennen durch eine Phase gemäß der Entfernung zwischen den Keulenpunkten der Antennen, die auf eine willkürliche Linie projeziert sind, die parallel zu einer jeden Keule verläuft, wird es möglich, die Richtung des Eintreffens einer Radiowelle aus der Phasendifferenz des von jeder Antenne empfangenen Signals festzustellen. Weil ein Vielfach von Antennen als unabhängige Glieder angetrieben werden, wird die Trägheit der bewegten Teile herabgesetzt und es wird leichter, die Größe der Einheit zu verringern. Wenn insbesondere Flächenantennen verwendet werden, gestattet es die Aufteilung der Antennen, einen dreidimensionalen Arbeitsbereich zu verkleinern, was einen schlanken Querschnitt des Systems zur Folge hat.
Die Phasendifferenzen zwischen den von den Antennen empfangenen Signalen werden als wechselseitig orthogonale Funktionen isoliert (Cosinus- und Sinusfunktionen) und hasierend auf deren Vorzeichen wird die Phase des Ablenkwinkels der Antennenkeule hinsichtlich der Richtung der Radiowellen in ein Vielfach von Quadranten eingeteilt, beispielsweilse 4, und können durch Korrigieren der Phasendifferenz zwischen den von den Antennen empfangenen Signalen durch Rückverfolgen der Änderungen in den Quadranten vom letzten Punkt zum gegenwärtigen isoliert werden, wobei Richtungsfehler aufgrund des Effektes von pseudostabilen Punkten vollständig eliminiert werden können.
Bei dem Lagesteuervorgang werden Daten gewonnen, die Störungen aufzeigen, und Aktivierungsdaten werden dementsprechend kompensiert, wodurch die Möglichkeit ausgeschaltet wird, daß die Wirkungen der Störungen den Steuermittel- Aktivierungspegel zu hoch ansetzen oder zu niedrig, wodurch die Steuerstabilität verbessert wird.
Stördaten werden als ein Vielfachsystem zur Kompensation der Aktivierungsdaten gewonnen, und die Kompensation kann unter Verwendung irgendeines intakten Systems ausgeführt werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Lagesteuerung größer wird. Auch die Feststellung der Intensitätsinformation, wie sie die Intensität der an die Antriebsmittel angelegten aktuellen Aktivierungsstärke angibt, und die Kompensations- Aktivierungsdaten ermöglichen es demgemäß, die richtige Aktivierungsinformation einzustellen, selbst wenn dort eine Anomalität hei der fehlerbasierenden Kompensation auftritt, wodurch die Zuverlässigkeit der Lagesteuerstabilität anwächst.
Insbesondere sind in dem zweiten Ausführungsbeispiel integrierende Elemente der fehler- abgeleiteten Aktivierungsdaten- Kompensationsschleife hinzugefügt, um Offset zu vermeiden und die Hochgeschwindigkeits- Ansprecheigenschaften zu verbessern. Auch mit dem Ziel der Vermeidung von Übererregung der Antriebsmittel aufgrund von Kompensationsanomalitäten enthalten die Aktivierungsdaten Begrenzungen. Wenn jedoch aufgrund einer Anomalität bei der störungsbegründeten Kompensation sich die Wirkung der Begrenzung als eine Verringerung der Aktivierungsstärke manifestiert, wird die Systemstabilität durch Kompensation auf der Grundlage der Intensitätsdaten aufrechterhalten, wodurch wirksam das Überschwingen in den Kompensationsschleifen aufgrund der enthaltenen Integrationselemente verhindert wird.
Während die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, versteht sich für den Fachmann, daß verschiedene Abwandlungen möglich sind, und daß die Elemente durch Äquvalente übersetzt werden können, ohne daß damit vom Umfang der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise könnte die Erfindung ohne Änderung bei die Roboterlagesteuerung angewandt werden; oder zur Feststellung der Funkortbestimmung eines Objektes auf Grundlage des Empfangs von Signalen dieses Objektes; oder, könnte zur Steuerung, die nur in einer Richtung erforderlich ist, durch Auswahl des betreffenen Steuersystems verwendet werden; oder zur Verwendung von geomagnetischer Sensoren oder dergleichen anstelle von Kreiseln. Zusätzlich können viele andere Abwandlungen gemacht werden, um die besondere Situation oder das Material zu der Lehre der Erfindung ohne Abweichen von dessen wesentlichem Umfang gemacht werden. Folglich ist beabsichtigt, daß die Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsbeispiele beschränkt wird, die als bestmögliche zur Ausführung der Erfindung offenbart worden sind, sondern daß die Erfindung alle Ausführungsbeispiele umfaßt, die in den Schutzbereich der anliegenden Ansprüche fallen.
Die Lagesteuerung wird eingefügt durch Feststellung der Phasendifferenzsignalen, die wenigstens von zwei Antennen empfangen worden sind und durch Feststellung des Winkels der Ablenkung zwischen der Richtung des Auftreffens von Radiosignalen und der Antennenkeule. Unter Verwendung von Antennen, die getrennt innerhalb der Schwenkehene angetrieben werden, in der der Ablenkwinkel festgestellt wird, kann die Phase des empfangenen Signals in äquivalenter Weise verschoben werden, wenn die Antennen als eine Einheit angetrieben werden. Auch wenn wenigstens drei Antennen in einer orthogonalen Anordnung zur Feststellung des Ablenkwinkels in zwei Richtungen verwendet werden, sind die Antennen in zwei Gruppen eingeteilt, die individuell angetrieben werden. Damit vermindert sich die Trägheit der bewegten Teile und ermöglicht, Größe und Gewicht des Antriebsmechanismus klein zu halten.
Zusätzlich werden zwei orthogonale Funktionen benutzt, um die Phase des Ablenkwinkels der Eintreffrichtung der Radiowelle und der Antennenkeule als ein Quadrantenvielfach festzustellen, und durch Speichern derselben, wenn eine Änderung des Ablenkwinkels erfolgt, kann die Sequenz der Änderungen rückverfolgt werden und die Steuerung entsprechend angepaßt werden. Dadurch ist es möglich, Richtungsfehler zu eliminieren.

Claims

1. Antennenanordnung, mit:

- wenigstens einer ersten, zweiten und einer dritten Empfangsantenne (41, 42, 43, 44);

- Halterungsmitteln (11, 12, 13) zur Halterung der ersten, zweiten und der dritten Empfangsantenne (41, 42, 43, 44), so daß die Antennen um erste Achsen (111, 121) und um eine zweite, senkrecht zur ersten verlaufende Achse (132) drehbar sind, während die Strahlungskeulen der Antennen parallel gehalten werden, und eine Ebene, in der die Strahlungskeulen der ersten und zweiten Antenne liegen, senkrecht zu der Ebene gehalten wird, in der die Strahlungskeulen der ersten und dritten Antenne liegen;

- ersten Antriebsmitteln (31), die die erste, zweite und die dritte Empfangsantenne um die erste Achse schwenken;

- zweiten Antriebsmitteln (21), die die erste, zweite und die dritte Empfangsantenne um die zweite Achse schwenken;

- ersten Phasenfestellmitteln (71), die ein erstes Phasendifferenzsignal gemäß einer ersten Phasendifferenz zwischen einem von der ersten Antenne empfangenen Signal und einem von der zweiten Antenne empfangenen Signal feststellen;

- zweiten Phasenfestellmitteln (72), die ein zweites Phasendifferenzsignal gemäß einer zweiten Phasendifferenz zwischen einem von der ersten Antenne empfangenen Signal und einem von der dritten Antenne empfangenen Signal feststellen; und mit

- Steuermitteln (9), die eine Richtung einer Radiowellenquelle auf der Grundlage des ersten und des zweiten Phasendifferenzsignals ermitteln und die die betreffenden ersten und zweiten Antriebsmittel aktivieren.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dessen Aktivierungssteuerung der Antriebsmittel auf Grundlage einer Phasendifferenz erfolgt, die aus dem von einer Antenne empfangenen Signal und dem von einer anderen Antenne gewonnen Signal wurde, das um eine Phase ensprechend einer Entfernung (LΦ, LΘ) zwischen projezierten Punkten, die man erhält, wenn ein Punkt im wesentlichen der Keulenpunkt, der einen Antenne und ein Punkt, der im Wesentlichen der Keulenstrahlungspunkt der anderen Antenne ist, die auf eine willkürliche Einzellinie projeziert werden, die parallel zu einer jeden Keule verläuft.

3. Antennenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Halterungsmittel erste Halterungsmittel (11) enthalten, die eine erste Antennengruppe mit der ersten und der zweiten Antenne haltern, deren Halterungsmittel zweite Halterungsmittel (12) enthalten, die eine zweite Antennengruppe mit der dritten Antenne haltern, und deren Halterungsmittel dritte Halterungsmittel (13) enthalten, die die ersten und zweiten Halterungsmittel (11, 12) derartig haltern, daß die ersten Antriebsmittel (31) das erste und zweite Halterungsmittel drehen können und daß die zweiten Antriebsmittel (21) das dritte Halterungsmittel drehen können.

4. Antennenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die des weiteren über gleichphasige Zusammensetzmittel (7) zur gleichphasigen Zusammensetzung von Signalen verfügt, die von wenigstens zwei aus der ersten, zweiten und dritten Antenne ausgewählten Antennen empfangen wurden.

Antennenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die des weiteren Phasendifferenz- Erzeugungsmittel enthält, die das von der ersten Antenne empfangene Signal mit dem von der zweiten Antenne empfangenen Signal multiplizieren und die Phasendifferenz zwischen den Signalen als eine erste Phasendifferenzfunktion ausgeben; Phasenschiebemittel (716; 726) zur Phasenschiehung der Phase des von der zweiten Antenne empfangenen Signals um 90 Grad; zweite Phasendifferenz- Isoliermittel (715, 725), die das von der ersten Antenne empfangene Signal mit dem von Phasenverschiebemitteln verschobenen Signal multiplizieren und die Phasendifferenz zwischen den Signalen als eine zweite Phasendifferenzfunktion ausgeben, die orthogonal zur ersten Phasendifferenzfunktion ist; und die des weiteren Steuermittel (91) enthält, die die Phase des Ablenkwinkels der Keule der ersten und zweiten Antenne hinsichtlich der Richtung der Radiowellenquelle in einen Quadrantenvielfach auf der Grundlage des Vorzeichens der ersten Phasendifferenzfunktion und des Vorzeichens der zweiten Phasendifferenzfunktion einteilen, die jede Änderung um einen vorgegebenen Betrag im Ablenkwinkel- Phasenquadranten speichern, wodurch wenigstens eine der Phasendifferenzfunktionen auf der Grundlage des gespeicherten vorangehenden Phasenqudranten und des laufenden Phasenquadranten korrigiert wird und die Antriebsmittel in eine Richtung aktiviert werden, in der sich die korrigierte Phasendifferenz einem vorgeschriebenen Wert annährt.

6. Verfahren zu Lagesteuerung einer Antennenanordnung, mit folenden Verfahrensschritten:

- Haltern wenigstens einer ersten, zweiten und einer dritten Empfangsantenne, so daß die Antennen um erste Achsen und um eine zweite, senkrecht zur ersten verlaufende Achse drehbar sind, während die Strahlungskeulen der Antennen parallel gehalten werden, und eine Ebene, in der die Strahlungskeulen der ersten und zweiten Antenne liegen, senkrecht zu der Ebene gehalten wird, in der die Strahlungskeulen der ersten und dritten Antenne liegen;

- Schwenken der ersten, zweiten und der dritten Empfangsantenne um die erste Achse;

- Schwenken der ersten, zweiten und der dritten Empfangsantenne um die zweite Achsen;

- Festellen eines ersten Phasendifferenzsignals gemäß einer ersten Phasendifferenz zwischen einem von der ersten Antenne empfangenen Signal und einem von der zweiten Antenne empfangenen Signal;

- Festellen eines zweiten Phasendifferenzsignals gemäß einer zweiten Phasendifferenz zwischen einem von der ersten Antenne empfangenen Signal und einem von der dritten Antenne empfangenen Signal; und mit dem Verfahrensschritt

- Ermitteln der Richtung einer Radiowellenquelle auf der Grundlage des ersten und des zweiten Phasendifferenzsignals zur Steuerung der betreffenden Antennenschwenkung um die Achsen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Steuerung der Achenschwenkung der jeweiligen Antenne auf Grundlage einer Phasendifferenz erfolgt, die aus dem von einer Antenne empfangenen Signal und dem von einer anderen Antenne gewonnen Signal wurde, das um eine Phase ensprechend einer Entfernung zwischen projezierten Punkten, die man erhält, wenn ein Punkt im wesentlichen der Keulenpunkt, der einen Antenne und ein Punkt, der im Wesentlichen der Keulenstrahlungspunkt der anderen Antenne ist, die auf eine willkürliche Einzellinie projeziert werden, die parallel zu einer jeden Keule verläuft.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, mit dem weiteren Verfahrensschritt: Haltern der ersten und der zweiten Antennne in einer ersten Antennnengruppe, Haltern der dritten Antennne in einer zweiten Antennnengruppe, Haltern der ersten und der zweiten Antennnengruppe, wobei die erste Antennnengruppe uni die erste Achse und die zweite Antennnengruppe um die zweite Achse schwenkbar ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit dem weiteren Verfahrensschritt der gleichphasigen Zusammensetzung von Signalen, die von wenigstens zwei unter der ersten, zweiten und dritten Antenne ausgewählten Antennen empfangen wurden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, mit folgenden Verfahrensschritten:

- Multiplizieren des von der ersten Antenne empfangene Signals mit dem von der zweiten Antenne empfangenen Signal;

- Erzeugen der Phasendifferenz zwischen den Signalen als eine erste Phasendifferenzfunktion;

- Phasenverschiebung der Phase des von der zweiten Antenne empfangenen Signals um 90 Grad;

- Multiplikation des von der ersten Antenne empfangenen Signals mit dem phasenverschobenen Signal;

- Bildung der Phasendifferenz zwischen den Signalen als eine zweite Phasendifferenzfunktion, die orthogonal zur ersten Phasendifferenzfunktion ist;

- Einteilung der Phase des Ablenkwinkels der Keule der ersten und zweiten Antenne hinsichtlich der Richtung der Radiowellenquelle in ein Quadrantenvielfach auf der Grundlage des Vorzeichens der ersten Phasendifferenzfunktion und des Vorzeichens der zweiten Phasendifferenzfunktion;

- Speichern jeder Änderung um einen vorgegebenen Betrag im Ablenkwinkel - Phasenquadranten;

- Korrigieren wenigstens einer der Phasendifferenzfunktionen auf der Grundlage des gespeicherten vorangehenden Phasenqudranten und des laufenden Phasenquadranten; und mit dem Verfahrensschritt

- Steuerung der jeweiligen Antennendrehung in eine Richtung um die Achsen, in der sich die korrigierte Phasendifferenz einem vorgeschriebenen Wert annährt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, mit den weiteren Verfahrensschritten:

- Feststellung erster Lagedaten, die die Stellung der jeweiligen Antenne bedeuten;

- Feststellung zweiter Lagedaten, die die Stellung der jeweiligen Antenne bedeuten;

- Bildung von Stördaten, die eine Störgröße bedeuten, aus dem Differential von den ersten und den zweiten Lagedaten, und mit dem Verfahrensschritt

- Kompensation der zur Steuerung verwendeten Daten auf Grundlage der Stördaten.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, mit den weiteren Verfahrensschritten:

- Feststellung erster Lageaktualisierungs- Nenndaten, die die Lageaktualisierungsgröße der jeweiligen Antenne bedeuten, die von der Steuerung einzufügen ist;

- Feststellung zweiter Lageaktualisierungs- Nenndaten, die die Lageaktualisierungsgröße der jeweiligen Antenne bedeuten, die von der Steuerung einzufügen ist;

- Bildung von Stördaten aus dem Differential von der ersten und den zweiten Lagedaten, die eine Störgröße bedeuten; und mit dem Verfahrensschritt

13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem zusätzlich die weiteren in Anspruch 12 angegebenen Verfahrensschritte angewandt werden.