JP2008281358A - 追尾型アンテナ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衛星が移動体の真上付近にある場合でも、安定した追尾が可能な追尾型アンテナ制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】位相比較器１５が、二つのアンテナ素子２_L、２_Rの受信した信号の位相差から検出した衛星の方向とアンテナ方向のＸ_A軸回りのズレを、低域通過フィルタ１６を通し、ＡＤ変換器１７でサンプリングして電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETを生成する。ＡＴＴ絶対方位検出器１９は、角速度計１８の検出した角速度に対し方位軸回転台の傾きの影響を補償した方位軸回転台の絶対方位の角速度の第３成分に、位相比較器１５が検出したＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETを加え、積算したものをＡＴＴ絶対方位検出値とし、ＡＴＴ絶対方位検出値と衛星方位角データの差をＡＴＴ絶対方位検出誤差として方位軸サーボ制御器２０に供給し、方位軸を制御する。また、衛星方位データに基づき、絶対方位の検出値を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体に搭載され、衛星等の目標物体からの電波信号を利用して目標物体の方向を検知し、指向性アンテナを目標物体の方向に電波追尾（自動追尾）する指向性アンテナ追尾制御技術に関し、特に、機械的方位軸（Ｚ軸とも呼ぶ）回りに回転可能に支持された回転台（アンテナ方位軸回転台（ＡＴＴ）、または単に方位軸回転台とも呼ぶ）と、その方位軸回転台（ＡＴＴ）の上に搭載された指向性アンテナ（アレイ・アンテナなど）を有する追尾型アンテナ制御装置に関する。

衛星通信などに利用される小型指向性アンテナ装置は、現在、移動体（主に船舶）で多数使われている。なお、船舶などの移動体では、その運動（揺れ、旋回、移動など）を補償しながら衛星を追尾する必要があるので、通常、動揺補償機能や追尾制御機能が必要とされる。

図１１は、指向性アンテナのアンテナ面の座標系と、アンテナ素子の搭載方法を示す図である。

図１１に示すように、アンテナ面の座標は、アンテナ面の中心を原点とし、アンテナ面の垂直方向（上下方向）にＸ_A軸、アンテナ面の水平方向（左右方向）にＹ_A軸、アンテナ面と直交する方向にＺ_A軸をとる。

動揺補償機能や追尾制御機能としては、衛星の方位データや船舶のジャイロ・コンパスからの方位情報を利用して、アンテナ装置の各軸を制御する方法や、衛星からの電波を利用して衛星方向を検知し、電波追尾（自動追尾）する方法などが使われている。
指向性アンテナを衛星に指向させる制御機構の代表的なものとしては、図１２（ａ）のような方位軸−仰角軸（Az-El）機構、図１２（ｂ）のような方位軸−仰角軸−直行仰角軸（Az-El-Xel）機構、X-Y-Az-El機構など２軸から４軸の機構が知られている。

また、Az-El機構でも、低・中仰角で使用するものは、El軸の駆動範囲を（仰角として）９０度以下に抑えたものがある（いわゆる‘極座標’に対応させると、ゼロまたは正の俯角のみを許容するもの）。

一方、高仰角、特に天頂付近でも使用するものとして、El軸の駆動範囲を（仰角として）９０度以上（例えば、１２０度）にまで拡張したものもある（‘極座標’に対応させると、負の俯角を許容するもの）。

ここでは、単にEl軸といえば、仰角範囲を限定しないものとする。特に、El軸の駆動範囲を（仰角として）９０度以上（例えば、１２０度）にまで拡張したもの（または、負の俯角を許容するもの）であることを強調したい場合は、拡張仰角（El_EXT）軸と表す。

さて、ジャイロ・コンパスなどから移動体の方位データψ_V,GCを得られる場合は、そのψ_V,GCと、移動体の方位、移動体の揺れ（ロール・ピッチ）の検出データから、Az-El-Xel機構の各軸の制御操作量を逐次計算して制御することで、衛星を追尾することが可能である。

しかし、車両などの陸上移動体や小型船舶では、ジャイロ・コンパスや慣性計測装置（Inertial Measurement Unit:IMU）を備えていないケースが多く、このような移動体では、備え付けの機器から方位情報を利用できるケースは少ないので、衛星からの電波信号を受信して、衛星方向を検知し、追尾することが考えられる。

例えば、図１１（ａ）のように上下、左右に四つのアンテナ素子（Ｅ_U、Ｅ_D、Ｅ_L、Ｅ_R）をAz-El機構（図１２（ａ））に搭載し、各素子のそれぞれに受信器を（専用または時分割で）割り当て、図１３に示すように、各素子での受信信号の位相差、または電界強度の差を利用して、衛星方向とアンテナ方向のアンテナ面とのＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_Aと、Ｙ_A軸回りの誤差信号Δη_Aの両方の誤差を同時に検出し、この誤差信号Δξ_AでAz軸を、誤差信号Δη_AでEl軸をそれぞれ制御して電波追尾を行うことが考えられる。

図１３では、El機構とその追尾制御系は記載していないが、アレイ・アンテナ１０１の左右のアンテナ素子１０１_L、１０１_Rで受信した信号を低雑音増幅器１０４_L、１０４_R、周波数変換器１０５_L、１０５_Rを通し、位相比較器１０６で位相差から衛星の方向とアンテナ方向のＸ_A軸回りのズレ（角度差）を検出し、低域通過フィルタ１０７を通した後、ＡＤ（Analog to Digital）変換器１０８でサンプリングしてディジタル化し、方位軸サーボ制御器１０９に入力し、方位軸モータ１０２、方位軸減速器１０３を制御して電波追尾を行う。

なお、図１３のような、二つのアンテナ素子に対応する二つの受信信号の光路差（ｄ_path［ｍ］）と位相差（Δφ_REC［rad.］）と波長（λ［ｍ］）の関係は次式で表される。ここで、ｄ_E［ｍ］は素子間距離、Δξ_A［rad.］はアンテナ面のＸ_A軸回りの追尾誤差角である。

また、衛星からの電波が船舶のマストや建物や樹木などにより遮られて電波による追尾ができなくなったとき、角速度センサにより検出した角速度に基づいてアンテナを追尾させるようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３６６２９７５号公報

衛星が低・中仰角の場合には、この追尾方式でも、追尾信号（衛星からの電波信号）のＳ／Ｎ比などの適当な条件が満たされれば、うまく動作する可能性が高い。しかし、衛星が天頂付近に有る場合で、揺れがあると、この追尾方式では必ずしも安定な電波追尾を行えるとは限らない。

例えば、図１４（ｂ）、（ｃ）、図１５（ｂ）のように、通常の極座標（方位と俯角）表現では、揺れの一周期（例えば、小型船舶では５から１０秒程度）のうちに、１８０度近い方位変動が数回発生することもあり得る。このような場合、Az-El機構に搭載した図１１（ａ）のように上下、左右の四つの素子を持つアンテナによる図１３のような直接的な電波追尾では安定な電波追尾を行えないで、ジンバル・ロック現象を起こす恐れがある。特に、高仰角（例えば、仰角８０度）で、移動体が揺れながら旋回する場合、図１５（ｂ）の軌跡はさらに複雑になることが予想される。

また、図１１（ａ）のように上下、左右四つのアンテナ素子（Ｅ_U、Ｅ_D、Ｅ_L、Ｅ_R）を採用し、各素子の受信信号の位相差または電界強度の差を利用して、アンテナのＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_Aと、Ｙ_A軸回りの誤差信号Δη_Aの両方の誤差を同時に検出し、ジンバル・ロック現象の起こりにくいAz-El(Y)-Xel(X)機構（図１２（ｂ））などを採用し、Δη_Aで仰角（El）軸を、Δξ_Aで直交仰角（Xel）軸を制御し、追尾誤差をゼロに近づける電波追尾法も考えられる。この方法では、ジャイロ・コンパスからの方位情報ψ_V,GCやＩＭＵからの方位情報ψ_V,IMUを方位軸の制御に利用する。

この方式を採用すれば、ジンバル・ロック現象の起こりにくいAz-El(Y)-Xel(X)機構を採用しているので、受信信号のＳ／Ｎ比を十分に確保できれば、天頂付近でも安定した追尾が可能と思われる。しかし、受信系の数が多いので、コストが増大するという問題があった。

また、Az-El機構でもAz-EL_EXT-Xel機構でも、追尾機構の如何に関わらず、幾何学的な理由（図１４、図１５参照）から、図１３のような左右の二つのアンテナ素子の受信信号（の位相差、または受信電界強度の差）から得られる‘電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DET’には、実際はアンテナ方位軸回りの方位誤差情報は含まれていないか、含まれていても微弱であり（むしろ、天頂方向付近では、アンテナの水平面からの傾きに関する信号成分と雑音が殆どである）、電波によりアンテナ方位軸回りの追尾を制御しようとしても安定しない。

そこで、本発明は、衛星が移動体の真上付近にある場合でも、安定した追尾が可能な追尾型アンテナ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明は、アンテナ面の左右に水平に配置された二つのアンテナ素子と、該二つのアンテナ素子の受信した信号の違いから電波によるアンテナ面の水平方向の誤差信号を検出する信号比較器と、方位軸回転台上に設置され方位軸回転台の角速度を検出する角速度計と、前記角速度計で検出された角速度に対し前記方位軸回転台の傾きの影響を補償し、方位軸回転台の絶対方位の角速度に変換する角速度座標変換器と、前記方位軸回転台の絶対方位の角速度に前記電波によるアンテナ面の水平方向の誤差信号を加算し積分して方位軸回転台の絶対方位を検出する方位検出器とを備えることを特徴とするものである。

この発明では、移動体の急激な旋回などの急な変化には、主に角速度計の出力で対応することができ、衛星が移動体の真上付近にある場合でも、安定した追尾が可能となる。

上記課題を解決する第２の発明は、アンテナ面の左右に水平に配置された二つのアンテナ素子と、該二つのアンテナ素子の受信した信号の違いから電波によるアンテナ面の水平方向の誤差信号を検出する信号比較器と、方位軸回転台上に設置され方位軸回転台の角速度を検出する角速度計と、前記角速度のＺ成分に前記電波によるアンテナ面の水平方向の誤差信号を加算し積分して方位軸回転台の絶対方位を検出する方位検出器とを備えることを特徴とするものである。

この発明では、陸上など方位軸回転台の傾きが小さい場合は、構成を簡略化しても、安定した追尾が可能となる。

上記課題を解決する第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明の構成に加え、前記方位検出器は、入力された衛星方位データと検出した方位軸回転台の絶対方位との差に基づいて、前記方位軸回転台の絶対方位の検出値を補正することを特徴とするものである。

この発明では、ＧＰＳなどから取得した自装置位置から計算した衛星方位データにより、角速度計のオフセットを解消することができる。

本発明によれば、角速度計で検出された方位軸回転台上の角速度に対し方位軸回転台の傾きの影響を補償した角速度に、電波により検出したアンテナ面の水平方向の誤差信号を加え、積分して方位軸回転台の絶対方位を検出しているので、移動体の急激な旋回などの急な変化には、主に角速度計の出力で対応することができ、衛星が移動体の真上付近にある場合でも、安定した追尾が可能となる。

また、角速度計で検出された方位軸回転台上の角速度のＺ成分に、電波により検出したアンテナ面の水平方向の誤差信号を加え、積分して方位軸回転台の絶対方位を検出するようにすれば、陸上など方位軸回転台の傾きが小さい場合は、構成を簡略化しても、安定した追尾が可能となる。

さらに、入力された衛星方位データと検出した方位軸回転台の絶対方位との差に基づいて方位軸回転台の絶対方位の検出値を補正するようにすれば、入力された衛星方位データにより角速度計のオフセットの誤差を解消することができる。

以下、本発明を図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態の追尾型アンテナ制御装置を示す図である。なお、図１においては、本発明の特徴である方位軸機構及びその制御部のみを示しており、仰角軸機構、直交仰角軸機構、動揺検出器及びそれらの制御部、回転部と固定部との接続のためのロータリー・ジョイントなどの給電系、レードームなどは記載していない。

図１において、本実施形態の追尾型アンテナ制御装置は、アンテナ面の左右に二つのアンテナ素子２_L、２_Rを備えたアレイ・アンテナ２を方位軸を中心に回転させる方位軸モータ１１及び方位軸減速器１２と、二つのアンテナ素子２_L、２_Rそれぞれの受信信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）１３_L、１３_Rと、低雑音増幅器１３_L、１３_Rで増幅した信号をそれぞれ中間周波数に変換する周波数変換器（ＤＣ）１４_L、１４_Rと、周波数変換器１４_L、１４_Rのそれぞれの出力信号の位相差から衛星の方向とアンテナ方向のＸ_A軸回り（アンテナ面の水平方向）の光路差に相当する信号（角度差）を検出する位相比較器１５と、位相比較器１５の出力の低域成分のみを通過させる低域通過フィルタ１６と、低域通過フィルタ１６の出力をサンプリングしてディジタル化して電波によるＸ_A軸回り（アンテナ面の水平方向）の誤差信号Δξ_A.DETを出力するＡＤ変換器１７と、方位軸回転台（ＡＴＴ）上の角速度を検出する角速度計１８と、角速度計１８で検出された角速度データを電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DET及び衛星方位データψ_T^により補正して衛星の方位を検出し、衛星方位データψ_T^との差であるＡＴＴ絶対方位検出誤差Δψ_ATT^を出力するＡＴＴ絶対方位検出器１９と、ＡＴＴ絶対方位検出誤差Δψ_ATT^に基づいて方位軸モータ１１を制御して方位軸を制御する方位軸サーボ制御器２０とを備えている。

なお、低雑音増幅器１３_L、１３_R、周波数変換器１４_L、１４_R、位相比較器１５、低域通過フィルタ１６、ＡＤ変換器１７、角速度計１８、及びＡＴＴ絶対方位検出器１９は、図２、図３に示すように、方位軸回転台上（Ａで示す）に設置する。図２は、Az-El機構の場合の例で、図３は、Az-El-Xel機構の場合の例である。

また、方位軸減速器１２を固定部（移動体側）に設ける場合は、方位軸モータ１１を方位軸回転台上に置く。逆に、方位軸減速器１２を方位軸回転台上に設ける場合は、方位軸モータ１１を固定部（移動体側）に取り付ける。

図４は、ＡＴＴ絶対方位検出器１９の詳細な構成を示す図である。

図４に示すように、ＡＴＴ絶対方位検出器１９は、角速度計１８が検出したＡＴＴ（方位軸回転台）上の直交三軸の角速度（ω_X.ATT.DET，ω_Y.ATT.DET，ω_Z.ATT.DET）からＡＴＴの傾きの影響を補償したオイラー角の角速度（φ_ATT.Dot.DET，θ_ATT.Dot.DET，ψ_ATT.Dot.DET）を求める角速度座標変換演算器１９１と、ＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^と衛星方位データψ_T^の差（方位差データΔψ_T^）を求める演算器１９２と、ψ_ATT.Dot.DET、電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DET及び演算器１９２の出力する方位差データΔψ_T^を入力としてＡＴＴ絶対方位角速度ψ_ATT.Dot^を推定するＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３と、ＡＴＴ絶対方位角速度ψ_ATT.Dot^を積算してＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^を出力する積算器（積分器）１９４とを備える。

また、方位軸回転台上には、図示はしないが、ピッチ傾斜計及びロール傾斜計が設置されており、角速度座標変換演算器１９１の出力するオイラー角の角速度の第２成分（θ_ATT.Dot.DET）とＡＴＴ上のピッチ傾斜計の出力θ_DET.INCLを使ってＡＴＴピッチ検出角θ_ATT^を検出するピッチ角検出フィルタ２１と、角速度座標変換演算器１９１の出力するオイラー角の角速度の第１成分（φ_ATT.Dot.DET）とＡＴＴ上のロール傾斜計の出力φ_DET.INCLを使ってＡＴＴロール検出角φ_ATT^を検出するロール角検出フィルタ２２も設置されている。

図５は、ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３の詳細な構成の一例を示す図である。

図５に示すように、ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３は、電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETの低域成分のみを通過させるローパスフィルタ１９５と、ローパスフィルタ１９５の出力に設定されたゲインＫ_Δξを加える増幅器１９６と、演算器１９２の出力する方位差データΔψ_T^から角速度計１８のオフセットを除去する信号を生成するディジタル・フィルタ１９７と、ψ_ATT.Dot.DETに増幅器１９６の出力を加算し、ディジタル・フィルタ１９７の出力を減算する演算器１９８とを備えている。

この追尾型アンテナ制御装置は、設定された周期毎に、衛星の方向（方位や仰角）を検出し、検出した衛星の方向にアンテナ面を向かせるように制御するものである。

このような追尾型アンテナ制御装置において、角速度計１８で検出された角速度（ω_X.ATT.DET，ω_Y.ATT.DET，ω_Z.ATT.DET）は、ＡＴＴ絶対方位検出器１９に入力される。

また、位相比較器１５がアンテナ面の左右の二つのアンテナ素子２_L、２_Rの受信した信号の位相差から検出した衛星の方向とアンテナ方向のＸ_A軸回りの光路差に相当する信号（角度差）を、低域通過フィルタ１６を通して低域成分のみを通過させ、ＡＤ変換器１７でサンプリングしてディジタル化した電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETも、ＡＴＴ絶対方位検出器１９に入力される。

さらに、角速度計１８の温度ドリフト等のオフセットを定期的に解消するため、設定されたタイミングでＧＰＳ（Global Positioning System）等で検出した自装置位置と衛星の位置から算出した衛星の方位を示す衛星方位データψ_T^も、ＡＴＴ絶対方位検出器１９に入力される。

ＡＴＴ絶対方位検出器１９の角速度座標変換演算器１９１は、角速度計１８で検出されたＡＴＴ（方位軸回転台）上の直交三軸の角速度（ω_X.ATT.DET，ω_Y.ATT.DET，ω_Z.ATT.DET）を、ＡＴＴの傾き（ロール、ピッチ）の影響を補償して、ＡＴＴのオイラー角の意味での絶対方位の角速度（φ_ATT.Dot.DET，θ_ATT.Dot.DET，ψ_ATT.Dot.DET）に変換する。なお、ロール角、ピッチ角は、前周期で検出されたロール角、ピッチ角を使う。

例えば、ロール角をφ、ピッチ角をθとすると、直交三軸の角速度（ω_x，ω_y，ω_z）から、次式でオイラー角の角速度（φ_Dot，θ_Dot，ψ_Dot）が求められる。但し、＊を変数として、Ｃ_＊＝ｃｏｓ（＊）、Ｓ_＊＝ｓｉｎ（＊）、Ｔ_＊＝ｔａｎ（＊）とする。

角速度座標変換演算器１９１が出力するオイラー角の角速度の第３成分ψ_ATT.Dot.DETは、ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３に入力される。

また、演算器１９２は、角速度計１８のオフセットを解消するため、検出されたＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^と衛星方位データψ_T^の差（方位差データΔψ_T^）を求め、ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３に入力する。

ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３は、電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETをローパスフィルタ１９５に通し、高周波域の雑音を除去し、増幅器１９６で設定されたゲインＫ_Δξを加え、演算器１９８に入力する。

また、ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３は、方位差データΔψ_T^をディジタル・フィルタ１９７に通し、ψ_ATT.Dot.DETに含まれる直流成分（超低周波成分）を推定して変換し、演算器１９８に反転入力する。

さらに、ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３は、角速度計１８で検出された角速度のオイラー角の角速度の第３成分ψ_ATT.Dot.DETを演算器１９８に入力し、電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETの高周波成分を除去しゲインＫ_Δξを加えた信号を加算するとともに、方位差データΔψ_T^から変換した直流成分の信号を減算して、出力する。

ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３の出力は、積算器１９４に入力され、以前の出力の積算値に積算されてＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^として出力される。

このＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^と衛星方位データψ_T^の差（ＡＴＴ絶対方位検出誤差Δψ_ATT^）を方位軸サーボ制御器２０に供給し、方位軸を制御する。

また、角速度座標変換演算器１９１が出力するオイラー角の角速度の第２成分θ_ATT.Dot.DETは、ピッチ角検出フィルタ２１に入力され、ピッチ角検出フィルタ２１は、ピッチ傾斜計が検出したＡＴＴピッチ傾斜計出力とオイラー角の角速度の第２成分θ_ATT.Dot.DETからＡＴＴピッチ検出角θ_ATT^を検出し、このＡＴＴピッチ検出角θ_ATT^のデータと仰角軸の俯角θ_Elのデータより、仰角軸制御指令角θ_El.CMDを求め、仰角軸制御指令角θ_El.CMDを仰角軸サーボ制御器（位相補償器やサーボアンプなど、図示していない）に供給し、仰角軸を制御する。

例えば、ＡＴＴピッチ検出角θ_ATT^のデータと仰角軸の俯角θ_Elのデータの和が、衛星俯角データθ_T^に一致するように仰角軸を制御する。

すなわち、衛星俯角データθ_T^とＡＴＴピッチ検出角θ_ATT^より、仰角軸制御指令角θ_El.CMDを次式で求める。

また、Az-El_EXT-Xel機構の場合、角速度座標変換演算器１９１が出力するオイラー角の角速度の第１成分φ_ATT.Dot.DETは、ロール角検出フィルタ２２に入力され、ロール角検出フィルタ２２は、ロール傾斜計が検出したＡＴＴロール傾斜計出力とオイラー角の角速度の第１成分φ_ATT.Dot.DETからＡＴＴロール検出角φ_ATT^を検出し、このＡＴＴロール検出角φ_ATT^（及び、必要ならばＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^やＡＴＴピッチ検出角θ_ATT^など）を使って、Xel軸の制御指令角φ_Xel.CMDを求め、Xel軸制御指令角φ_Xel.CMDを直交仰角軸サーボ制御器（位相補償器やサーボアンプなど）に供給し、直交仰角（Xel）軸を制御する。

例えば、次式でXel軸の制御指令角φ_Xel.CMDを求める。

このように本実施形態においては、衛星からの電波による衛星方向の検出と角速度計１８による衛星方向の検出を併用しているので、移動体の急激な旋回などの急な変化には、主に角速度計１８の出力で対応することができ、衛星が移動体の真上付近にある場合でも、安定した追尾が可能となる。

また、角速度計１８の誤差を衛星からの電波による衛星方向の検出で補正することができ、安価な角速度計を使っても、安定した追尾が可能となる。

さらに、ＧＰＳなどから取得した自装置位置から計算した衛星方位データにより、定期的に角速度計１８のオフセットを解消しているので、安価な角速度計を使っても、安定した追尾が可能となる。

また、角速度計１８が検出したオイラー角の角速度の第３成分ψ_ATT.Dot.DETに、電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETを加え、積算器１９４を通して、電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETを間接的にアンテナ追尾に利用しているので、より低い信号対雑音電力比（Ｓ／Ｎ）の信号（Δξ_A.DET）でも有効に利用できる。

また、電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETのみを利用し、電波によるＹ_A軸回りの誤差信号Δη_A.DETを利用しないので、受信器の数を減少させることができ、コストを削減することができる。

本実施形態の他の態様としては、図６に示すように、ディジタル・フィルタ１９７で、方位差データΔψ_T^に基づいて推定したψ_ATT.Dot.DETに含まれる直流成分（超低周波成分）を、演算器１９９に反転入力し、角速度計１８が検出したＡＴＴ上の直交三軸の角速度（ω_X.ATT.DET，ω_Y.ATT.DET，ω_Z.ATT.DET）のω_Z.ATT.DETから減算することにより、角速度計１８のオフセットを解消する。

角速度計１８が検出したＡＴＴ上の直交三軸の角速度（ω_X.ATT.DET，ω_Y.ATT.DET，ω_Z.ATT.DET）に含まれるオフセット／ドリフト成分を（Δω_X.ATT.ofs，Δω_Y.ATT.ofs，Δω_Z.ATT.ofs）とすると、ロール角およびピッチ角が小さい場合（凡そ１０度程度）、ψ_ATT.Dot.DETに含まれるオフセット成分average[δψ_ATT.Dot.DET]はω_Z.ATT.DETのオフセット成分average[Δω_Z.ATT.ofs]が支配的であるから、図４、図５のようにaverage[δψ_ATT.Dot.DET]を推定し補償することと、図６のようにaverage[Δω_Z.ATT.ofs]を推定し補償することがほぼ等価となる。

図７は、ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３ａの詳細な構成の一例を示す図である。

図７に示すように、ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３ａは、角速度座標変換演算器１９１で求められたオイラー角の角速度の第３成分ψ_ATT.Dot.DETを、演算器１９８ａに入力し、電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETの高周波成分を除去しゲインＫ_Δξを加えた信号を加算して、出力する。

ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３ａの出力は、上述の実施形態同様に、積算器１９４に入力され、以前の出力の積算値に積算されてＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^として出力される。

そして、上述の実施形態同様に、このＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^と衛星方位データψ_T^の差（ＡＴＴ絶対方位検出誤差Δψ_ATT^）を方位軸サーボ制御器２０に供給し、方位軸を制御する。

なお、本実施形態においては、衛星方位データψ_T^を周期的に装置内で計算し、ＡＴＴ絶対方位検出器１９に入力するようにしたが、操作者（オペレータ）が、装置の位置と衛星の位置から、事前に準備されたチャートなどを使って衛星方位データψ_T^を求め、ＡＴＴ絶対方位検出器１９に入力するようにしてもよい。

次に、図８は本発明の第２実施形態の追尾型アンテナ制御装置を示す図である。なお、本実施形態は、上述第１実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分のみ説明する。

本実施形態の追尾型アンテナ制御装置は、陸上のように揺れ角が小さい場所での使用を前提としており、ＡＴＴ絶対方位検出器３１が、角速度計１８が検出したＡＴＴ上の直交三軸の角速度（ω_X.ATT.DET，ω_Y.ATT.DET，ω_Z.ATT.DET）を座標変換せず、角速度計１８が検出した角速度をそのまま使ってＡＴＴの絶対方位を検出する。

図９は、ＡＴＴ絶対方位検出器３１の詳細な構成を示す図である。ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３には、角速度計１８が検出したＡＴＴの角速度のＺ成分ω_Z.ATT.DETが入力される。

図１０は、ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３の詳細な構成の一例を示す図である。

図１０に示すように、ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３は、角速度計１８で検出された角速度のＺ成分ω_Z.ATT.DETを、上述の実施形態同様に、演算器１９８に入力し、電波によるＸ_A軸回りの誤差信号Δξ_A.DETの高周波成分を除去しゲインＫ_Δξを加えた信号を加算するとともに、方位差データΔψ_ATT^をψ_ATT.Dot.DETに含まれる直流成分を推定して変換した信号を減算して、出力する。

ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ１９３の出力は、上述の実施形態同様に、積算器１９４に入力され、以前の出力の積算値に積算されてＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^として出力される。

そして、上述の実施形態同様に、このＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^と衛星方位データψ_T^の差（ＡＴＴ絶対方位検出誤差Δψ_ATT^）を方位軸サーボ制御器２０に供給し、方位軸を制御する。

また、ピッチ角検出フィルタ２１には、角速度計１８で検出された角速度のＹ成分ω_Y.ATT.DETが入力され、ピッチ角検出フィルタ２１は、上述の実施形態同様に、ピッチ傾斜計が検出したＡＴＴピッチ傾斜計出力と角速度のＹ成分ω_Y.ATT.DETからＡＴＴピッチ検出角θ_ATT^を検出し、このＡＴＴピッチ検出角θ_ATT^のデータと仰角軸の俯角θ_Elのデータより、仰角軸制御指令角θ_El.CMDを求め、仰角軸制御指令角θ_El.CMDを仰角軸サーボ制御器（位相補償器やサーボアンプなど、図示していない）に供給し、仰角軸を制御する。

また、Az-El_EXT-Xel機構の場合、ロール角検出フィルタ２２には、角速度のＸ成分ω_X.ATT.DETが入力され、ロール角検出フィルタ２２は、上述の実施形態同様に、ロール傾斜計が検出したＡＴＴロール傾斜計出力と角速度のＸ成分ω_X.ATT.DETからＡＴＴロール検出角φ_ATT^を検出し、このＡＴＴロール検出角φ_ATT^（及び、必要ならばＡＴＴ絶対方位検出値ψ_ATT^やＡＴＴピッチ検出角θ_ATT^など）を使って、Xel軸の制御指令角φ_Xel.CMDを求め、Xel軸制御指令角φ_Xel.CMDを直交仰角軸サーボ制御器（位相補償器やサーボアンプなど）に供給し、直交仰角（Xel）軸を制御する。

このように、陸上のように揺れ角が小さい場所での使用に限定される場合、角速度計１８で検出された直交座標系の角速度をオイラー角表現の角速度に変換する処理を省略することができ、構成を簡素化できる。

本発明の第１実施形態の追尾型アンテナ制御装置を示す図であり、そのブロック図 本発明の第１実施形態の追尾型アンテナ制御装置を示す図であり、そのAz-El機構での搭載位置を示す図 本発明の第１実施形態の追尾型アンテナ制御装置を示す図であり、そのAz-El-Xel機構での搭載位置を示す図 本発明の第１実施形態の追尾型アンテナ制御装置を示す図であり、そのＡＴＴ絶対方位検出器のブロック図 本発明の第１実施形態の追尾型アンテナ制御装置を示す図であり、そのＡＴＴ方位角速度推定フィルタのブロック図 本発明の第１実施形態の他の態様の追尾型アンテナ制御装置を示す図であり、そのＡＴＴ絶対方位検出器のブロック図 本発明の第１実施形態の他の態様の追尾型アンテナ制御装置を示す図であり、そのＡＴＴ方位角速度推定フィルタのブロック図 本発明の第２実施形態の追尾型アンテナ制御装置を示す図であり、そのブロック図 本発明の第２実施形態の追尾型アンテナ制御装置を示す図であり、そのＡＴＴ絶対方位検出器のブロック図 本発明の第２実施形態の追尾型アンテナ制御装置を示す図であり、そのＡＴＴ方位角速度推定フィルタのブロック図 従来の指向性アンテナのアンテナ面の座標系とアンテナ素子の搭載方法を示す図 従来の指向性アンテナを衛星に指向させる制御機構の例を示す図 従来の追尾型アンテナ制御装置を示すブロック図 動揺する移動体座標系から見た衛星の相対俯角を示す図 動揺する移動体に固定された座標系から見た衛星の相対方位と相対俯角を示す図

符号の説明

１１ 方位軸モータ
１２ 方位軸減速器
１３_L、１３_R 低雑音増幅器
１４_L、１４_R 周波数変換器
１５ 位相比較器
１６ 低域通過フィルタ
１７ ＡＤ変換器
１８ 角速度計
１９ ＡＴＴ絶対方位検出器
１９１ 角速度座標変換演算器
１９２ 演算器
１９３、１９３ａ ＡＴＴ方位角速度推定フィルタ
１９４ 積算器
１９５ ローパスフィルタ
１９６ 増幅器
１９７ ディジタル・フィルタ
１９８、１９８ａ 演算器
１９９ 演算器
２０ 方位軸サーボ制御器
２１ ピッチ角検出フィルタ
２２ ロール角検出フィルタ
２ アレイ・アンテナ
２_L、２_R アンテナ素子
３１ ＡＴＴ絶対方位検出器
１０１_L、１０１_R アンテナ素子
１０２ 方位軸モータ
１０３ 方位軸減速器
１０４_L、１０４_R 低雑音増幅器
１０５_L、１０５_R 周波数変換器
１０６ 位相比較器
１０７ 低域通過フィルタ
１０８ ＡＤ変換器
１０９ 方位軸サーボ制御器

Claims (3)

1. アンテナ面の左右に水平に配置された二つのアンテナ素子と、該二つのアンテナ素子の受信した信号の違いから電波によるアンテナ面の水平方向の誤差信号を検出する信号比較器と、方位軸回転台上に設置され方位軸回転台の角速度を検出する角速度計と、前記角速度計で検出された角速度に対し前記方位軸回転台の傾きの影響を補償し、方位軸回転台の絶対方位の角速度に変換する角速度座標変換器と、前記方位軸回転台の絶対方位の角速度に前記電波によるアンテナ面の水平方向の誤差信号を加算し積分して方位軸回転台の絶対方位を検出する方位検出器とを備えることを特徴とする追尾型アンテナ制御装置。
2. アンテナ面の左右に水平に配置された二つのアンテナ素子と、該二つのアンテナ素子の受信した信号の違いから電波によるアンテナ面の水平方向の誤差信号を検出する信号比較器と、方位軸回転台上に設置され方位軸回転台の角速度を検出する角速度計と、前記角速度のＺ成分に前記電波によるアンテナ面の水平方向の誤差信号を加算し積分して方位軸回転台の絶対方位を検出する方位検出器とを備えることを特徴とする追尾型アンテナ制御装置。
3. 前記方位検出器は、入力された衛星方位データと検出した方位軸回転台の絶対方位との差に基づいて、前記方位軸回転台の絶対方位の検出値を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の追尾型アンテナ制御装置。

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