JP2573465B2 - ３軸制御空中線装置 - Google Patents
３軸制御空中線装置Info
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- JP2573465B2 JP2573465B2 JP5334329A JP33432993A JP2573465B2 JP 2573465 B2 JP2573465 B2 JP 2573465B2 JP 5334329 A JP5334329 A JP 5334329A JP 33432993 A JP33432993 A JP 33432993A JP 2573465 B2 JP2573465 B2 JP 2573465B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、主として天頂付近を
通過する衛星を追尾するための３軸駆動の空中線装置に
関するものである。
通過する衛星を追尾するための３軸駆動の空中線装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の空中線装置として、可動軸を２軸
有する空中線装置があり、図９にＡＺ／ＥＬマウント、
図１０にはＸ／Ｙマウントの２軸駆動空中線装置を示
す。図において、１はＡＺ（方位）軸、２はＥＬ（俯
仰）軸、３はビーム軸方向、４はＸ軸、５はＹ軸を示
す。
有する空中線装置があり、図９にＡＺ／ＥＬマウント、
図１０にはＸ／Ｙマウントの２軸駆動空中線装置を示
す。図において、１はＡＺ（方位）軸、２はＥＬ（俯
仰）軸、３はビーム軸方向、４はＸ軸、５はＹ軸を示
す。
【０００３】次に従来の２軸駆動の空中線の動作を説明
する。図９のＡＺ／ＥＬマウントでは、ビーム軸３を所
望の方向に指向させるため、ＡＺ軸１を回転させて所望
の方位角に合わせ、ＥＬ軸２を回転させて所望の仰角に
合わせる。これにより、ビーム軸３を任意の所望の方向
に向けることができる。図１０のＸ／Ｙマウントでも同
様にして、Ｘ軸４とＹ軸５を回転させることにより、ビ
ーム軸３を任意の所望の方向に向けることができる。
する。図９のＡＺ／ＥＬマウントでは、ビーム軸３を所
望の方向に指向させるため、ＡＺ軸１を回転させて所望
の方位角に合わせ、ＥＬ軸２を回転させて所望の仰角に
合わせる。これにより、ビーム軸３を任意の所望の方向
に向けることができる。図１０のＸ／Ｙマウントでも同
様にして、Ｘ軸４とＹ軸５を回転させることにより、ビ
ーム軸３を任意の所望の方向に向けることができる。
【０００４】更に駆動の自由度を増すために３軸駆動と
した空中線もある。特開昭６０−２２８０３では３軸駆
動とし、外挿法による起動予測をして垂直軸を先行駆動
することで天頂付近通過の衛星を連続的に追尾する空中
線装置が開示されている。
した空中線もある。特開昭６０−２２８０３では３軸駆
動とし、外挿法による起動予測をして垂直軸を先行駆動
することで天頂付近通過の衛星を連続的に追尾する空中
線装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の空中線装置は以
上のように構成されているので、例えば図８に示すＡＺ
／ＥＬマウントでは、目標物が天頂を通過するような場
合にはＡＺ軸は瞬時に１８０゜回転する必要があり、こ
れはジンバルロックといわれ連続した追跡ができなくな
るという課題があった。一方、図９に示すＸ／Ｙマウン
トでは、天頂に対してはジンバルロックが発生しない
が、Ｘ軸４の方向を目標物が通過する場合には同様にジ
ンバルロックが発生するという課題がある。更に外挿法
による予測制御による装置では、こうしたジンバルロッ
クは避けられても、予測演算のための複数の観測が必要
で時間がかかり、追尾対象の切り換え時の即応性がない
という課題があった。
上のように構成されているので、例えば図８に示すＡＺ
／ＥＬマウントでは、目標物が天頂を通過するような場
合にはＡＺ軸は瞬時に１８０゜回転する必要があり、こ
れはジンバルロックといわれ連続した追跡ができなくな
るという課題があった。一方、図９に示すＸ／Ｙマウン
トでは、天頂に対してはジンバルロックが発生しない
が、Ｘ軸４の方向を目標物が通過する場合には同様にジ
ンバルロックが発生するという課題がある。更に外挿法
による予測制御による装置では、こうしたジンバルロッ
クは避けられても、予測演算のための複数の観測が必要
で時間がかかり、追尾対象の切り換え時の即応性がない
という課題があった。
【０００６】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、目標物がどのような軌道を動いて
も、ジンバルロックを発生することなく連続的に追跡す
ることができ、各軸の駆動速度を抑え、更に即応性の高
い空中線装置を得ることを目的とする。
めになされたもので、目標物がどのような軌道を動いて
も、ジンバルロックを発生することなく連続的に追跡す
ることができ、各軸の駆動速度を抑え、更に即応性の高
い空中線装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る３軸制御
空中線装置は、方位角追尾用の垂直軸と、 上記垂直軸上
にある仰角追尾用の水平軸または直交水平軸と、 上記水
平軸または直交水平軸上にあり、これに直交する直交水
平軸または水平軸と、 この直交水平軸または水平軸に取
り付けられた空中線と、 上記垂直軸、上記水平軸、及び
上記直交水平軸をそれぞれ個別に駆動制御する垂直軸サ
ーボ制御手段、水平軸サーボ制御手段、及び直交水平軸
サーボ制御手段と、 上記垂直軸サーボ制御手段、上記水
平軸サーボ制御手段、及び上記直交水平軸サーボ制御手
段の駆動信号を生成する演算制御部を備え、 少なくとも
空中線のビーム方向が設定仰角以上では３軸制御モード
とし、上記垂直軸サーボ制御手段に対しては方位角方向
を駆動指令とし、上記水平軸サーボ制御手段と上記直交
水平軸サーボ制御手段に対しては空中線のビーム軸方向
が目標物方向に一致するように与えて実時間で追尾制御
するようにした。また、請求項２に係る３軸制御空中線
装置は、上記空中線への受信信号から角度誤差信号を得
る追尾受信機を備え、 上記演算制御部は、上記空中線の
ビーム方向が上記設定仰角以上では、上記角度誤差信号
に基づき上記水平軸サーボ制御手段と上記直交水平軸サ
ーボ制御手段を追尾制御すると共に、その場合の上記垂
直軸実角度、上記水平軸実角度、上記直交水平軸実角度
の空中線３軸の駆動角度により演算で求まるビーム軸方
位角方向に上記垂直軸ビーム制御手段を実時間で駆動制
御するようにした。また、請求項３に係る３軸制御空中
線装置は、予め定められたプログラム方位角及びプログ
ラム仰角を発生するプログラム制御装置を備え、 上記演
算制御部は、上記空中線のビーム方向が上記設定仰角以
上では、上記垂直軸サーボ制御手段に対しては、プログ
ラム方位角を駆動指令とし、上記水平軸サーボ制御手段
と上記直交水平軸サーボ制御手段に対しては、上記垂直
軸の実角度、プログラム方位角及びプログラム仰角によ
り演算で求める角度に実時間で駆 動制御するようにし
た。
空中線装置は、方位角追尾用の垂直軸と、 上記垂直軸上
にある仰角追尾用の水平軸または直交水平軸と、 上記水
平軸または直交水平軸上にあり、これに直交する直交水
平軸または水平軸と、 この直交水平軸または水平軸に取
り付けられた空中線と、 上記垂直軸、上記水平軸、及び
上記直交水平軸をそれぞれ個別に駆動制御する垂直軸サ
ーボ制御手段、水平軸サーボ制御手段、及び直交水平軸
サーボ制御手段と、 上記垂直軸サーボ制御手段、上記水
平軸サーボ制御手段、及び上記直交水平軸サーボ制御手
段の駆動信号を生成する演算制御部を備え、 少なくとも
空中線のビーム方向が設定仰角以上では３軸制御モード
とし、上記垂直軸サーボ制御手段に対しては方位角方向
を駆動指令とし、上記水平軸サーボ制御手段と上記直交
水平軸サーボ制御手段に対しては空中線のビーム軸方向
が目標物方向に一致するように与えて実時間で追尾制御
するようにした。また、請求項２に係る３軸制御空中線
装置は、上記空中線への受信信号から角度誤差信号を得
る追尾受信機を備え、 上記演算制御部は、上記空中線の
ビーム方向が上記設定仰角以上では、上記角度誤差信号
に基づき上記水平軸サーボ制御手段と上記直交水平軸サ
ーボ制御手段を追尾制御すると共に、その場合の上記垂
直軸実角度、上記水平軸実角度、上記直交水平軸実角度
の空中線３軸の駆動角度により演算で求まるビーム軸方
位角方向に上記垂直軸ビーム制御手段を実時間で駆動制
御するようにした。また、請求項３に係る３軸制御空中
線装置は、予め定められたプログラム方位角及びプログ
ラム仰角を発生するプログラム制御装置を備え、 上記演
算制御部は、上記空中線のビーム方向が上記設定仰角以
上では、上記垂直軸サーボ制御手段に対しては、プログ
ラム方位角を駆動指令とし、上記水平軸サーボ制御手段
と上記直交水平軸サーボ制御手段に対しては、上記垂直
軸の実角度、プログラム方位角及びプログラム仰角によ
り演算で求める角度に実時間で駆 動制御するようにし
た。
【０００８】
【作用】この発明による３軸制御空中線装置は、少なく
とも設定仰角以上では３軸で駆動制御され、垂直軸が定
められた最大回転速度を超えないよう設定仰角を定めて
方位角方向に駆動され、水平軸と直交水平軸は実時間で
目標物方向に一致するよう追尾制御される。 また、請求
項２の発明においては、演算制御部により入力の２つの
角度誤差信号により水平軸と直交水平軸が誤差を無くす
る方向に追尾制御され、垂直軸は、３軸の姿勢から演算
から得られるビーム軸方向に実時間駆動制御される。 ま
た、請求項３の発明においては、プログラム制御によ
り、垂直軸に対してはプログラム方位角で、水平軸と直
交水平軸に対してはプログラム方位角、プログラム仰角
と垂直軸の実角度から駆動制御される。
とも設定仰角以上では３軸で駆動制御され、垂直軸が定
められた最大回転速度を超えないよう設定仰角を定めて
方位角方向に駆動され、水平軸と直交水平軸は実時間で
目標物方向に一致するよう追尾制御される。 また、請求
項２の発明においては、演算制御部により入力の２つの
角度誤差信号により水平軸と直交水平軸が誤差を無くす
る方向に追尾制御され、垂直軸は、３軸の姿勢から演算
から得られるビーム軸方向に実時間駆動制御される。 ま
た、請求項３の発明においては、プログラム制御によ
り、垂直軸に対してはプログラム方位角で、水平軸と直
交水平軸に対してはプログラム方位角、プログラム仰角
と垂直軸の実角度から駆動制御される。
【０００９】
実施例１．この発明の一実施例を図に基づいて説明す
る。図１は、この発明の一実施例である３軸制御空中線
装置のマウントの相互関係を説明する図である。ここで
は、ＡＺ（アジマス）／ＥＬ（エレベーション）／Ｃｒ
ｏｓｓ ＥＬの３軸マウントを示し、図中の６は、ＥＬ
軸２に直交して可動するＣｒｏｓｓ ＥＬ軸である。１
はＡＺ軸、２はＥＬ軸で、これらは、従来の２軸駆動の
装置でのものと同じである。図２は、この３軸マウント
を用いた空中線装置の制御回路ブロック図である。図に
おいて、７はＡＺ軸１を回転させるＡＺ駆動部、８はＥ
Ｌ軸２を回転させるＥＬ駆動部、９はＣｒｏｓｓ ＥＬ
軸６を回転させるＣｒｏｓｓ ＥＬ駆動部である。１０
は３軸マウント空中線、１１は受信信号の基準信号と誤
差信号を検出する給電装置で、１２はそれを低雑音増
幅、周波数変換を行った後、直流の２軸角度誤差信号
（ΔＸ，ΔＹ）を復調検波する追尾受信機である。１３
はＡＺ軸を駆動制御するサーボ制御部、１４はＥＬ軸を
駆動制御するサーボ制御部、１５はＣｒｏｓｓ ＥＬ軸
を駆動制御するサーボ制御部である。１６は演算制御部
であり、追尾受信機よりの角度誤差信号およびプログラ
ム制御部よりのプログラム指令角度を受信し、制御モー
ド（プログラム制御又は自動追尾モードがある）および
追跡状態に応じて、各軸の指令値又は誤差量を演算処理
して出力する。１７は３軸のうち必要な軸を組合せて追
尾するための判定部、１８は追尾信号を切換える切換
部、１９は軌道予測情報よりプログラム指令角度を算出
するプログラム制御装置である。２６は演算制御部１６
中のＡＺ軸駆動用のＡＺ指令角を算出するＡＺ指令角演
算部であり、その演算アルゴリズムは後に動作の項で述
べる。
る。図１は、この発明の一実施例である３軸制御空中線
装置のマウントの相互関係を説明する図である。ここで
は、ＡＺ（アジマス）／ＥＬ（エレベーション）／Ｃｒ
ｏｓｓ ＥＬの３軸マウントを示し、図中の６は、ＥＬ
軸２に直交して可動するＣｒｏｓｓ ＥＬ軸である。１
はＡＺ軸、２はＥＬ軸で、これらは、従来の２軸駆動の
装置でのものと同じである。図２は、この３軸マウント
を用いた空中線装置の制御回路ブロック図である。図に
おいて、７はＡＺ軸１を回転させるＡＺ駆動部、８はＥ
Ｌ軸２を回転させるＥＬ駆動部、９はＣｒｏｓｓ ＥＬ
軸６を回転させるＣｒｏｓｓ ＥＬ駆動部である。１０
は３軸マウント空中線、１１は受信信号の基準信号と誤
差信号を検出する給電装置で、１２はそれを低雑音増
幅、周波数変換を行った後、直流の２軸角度誤差信号
（ΔＸ，ΔＹ）を復調検波する追尾受信機である。１３
はＡＺ軸を駆動制御するサーボ制御部、１４はＥＬ軸を
駆動制御するサーボ制御部、１５はＣｒｏｓｓ ＥＬ軸
を駆動制御するサーボ制御部である。１６は演算制御部
であり、追尾受信機よりの角度誤差信号およびプログラ
ム制御部よりのプログラム指令角度を受信し、制御モー
ド（プログラム制御又は自動追尾モードがある）および
追跡状態に応じて、各軸の指令値又は誤差量を演算処理
して出力する。１７は３軸のうち必要な軸を組合せて追
尾するための判定部、１８は追尾信号を切換える切換
部、１９は軌道予測情報よりプログラム指令角度を算出
するプログラム制御装置である。２６は演算制御部１６
中のＡＺ軸駆動用のＡＺ指令角を算出するＡＺ指令角演
算部であり、その演算アルゴリズムは後に動作の項で述
べる。
【００１０】次に動作について説明する。図１の実施例
の空中線において、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸を０度に固定し
ておくと、従来のＡＺ／ＥＬマウントと同様に、ＡＺ軸
の回転速度（ｄθAZ／ｄｔ）は、衛星の軌道によって定
まる速度ｄθSAT ／ｄｔより、次の式（１）のように定
まる。
の空中線において、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸を０度に固定し
ておくと、従来のＡＺ／ＥＬマウントと同様に、ＡＺ軸
の回転速度（ｄθAZ／ｄｔ）は、衛星の軌道によって定
まる速度ｄθSAT ／ｄｔより、次の式（１）のように定
まる。
【００１１】
【数１】
【００１２】従って、ＡＺ軸の回転速度は、ＥＬ角度θ
ELが９０度に近づくにつれて急激に大きくなる。ＡＺ回
転速度を、空中線構造物と駆動部、モータ、電力増幅部
などとのバランスで、過度とならない程度の最大値とし
て（ｄθAZ／ｄｔ）max と定めると、追跡可能なＥＬ最
大角度は、次の式（２）で与えられる。
ELが９０度に近づくにつれて急激に大きくなる。ＡＺ回
転速度を、空中線構造物と駆動部、モータ、電力増幅部
などとのバランスで、過度とならない程度の最大値とし
て（ｄθAZ／ｄｔ）max と定めると、追跡可能なＥＬ最
大角度は、次の式（２）で与えられる。
【００１３】
【数２】
【００１４】なお衛星追跡時のＥＬおよびＣｒｏｓｓ
ＥＬ軸の最大速度は、いずれもｄθSAT ／ｄｔ以下でよ
い。まず、衛星追跡時、ＥＬ角度がθELmax 以下である
かどうかを判定部１７により判定し、これ以下において
は、ＡＺ／ＥＬ ２軸を駆動することにより追尾する。
ＥＬ角度が（ｄθEL／ｄｔ）max を越えると、ＡＺ軸の
回転速度は最大速度以下に制限し、ビーム追従不足分
は、ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸を駆動することによって
追尾すれば、ＡＺ軸の駆動速度を過度なものとすること
なく、全天を連続追尾することができる。
ＥＬ軸の最大速度は、いずれもｄθSAT ／ｄｔ以下でよ
い。まず、衛星追跡時、ＥＬ角度がθELmax 以下である
かどうかを判定部１７により判定し、これ以下において
は、ＡＺ／ＥＬ ２軸を駆動することにより追尾する。
ＥＬ角度が（ｄθEL／ｄｔ）max を越えると、ＡＺ軸の
回転速度は最大速度以下に制限し、ビーム追従不足分
は、ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸を駆動することによって
追尾すれば、ＡＺ軸の駆動速度を過度なものとすること
なく、全天を連続追尾することができる。
【００１５】次にＡＺ／ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬの３軸
による追尾方法を述べる。ＥＬ実角度がθELmax に到達
した時、ＡＺ軸の駆動は、その最大速度以下に制限す
る。具体的には次のように行う。 （１）プログラムモードの場合 プログラム制御装置１９からのプログラム指令角度（Ａ
Ｚ，ＥＬ）を受信し、演算制御部１６において、ＡＺ
軸、ＥＬ軸、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の駆動角度を各軸のプ
ログラム指令角として演算してサーボ制御部１３，１
４，１５に供給し、駆動部を駆動して所望角度にビーム
軸を指向させる。この各軸駆動角度は、ベース座標から
鏡軸（ｂｏｒｅ ｓｉｇｈｔ軸）座標への座標変換によ
り求めることができる。次の各座標間の座標変換マトリ
ックスを、各々Ａ１，Ａ２，Ａ３とすると、空間姿勢の
Ｅｕｌｅｒ角指定により、 ベース座標 → ＥＬ軸座標 → Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸座標 → 鏡軸座標 Ａ１ Ａ２ Ａ３ ここで、 Ｅｕｌｅｒ（θAZ，９０゜−θEL，φ）＝Ａ１・Ａ２・Ａ３ ここでφは鏡軸（ボアサイト軸）の回転角度である。上
記座標変換より、３軸の各駆動角度をθ1 （ＡＺ軸），
θ2 （ＥＬ軸），θ3 （Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸）とする
と、プログラム指令角度θAZ，θELよりθ1 ，θ2 ，θ
3 を求める式は次の式（３）〜（５）の通りとなる。
による追尾方法を述べる。ＥＬ実角度がθELmax に到達
した時、ＡＺ軸の駆動は、その最大速度以下に制限す
る。具体的には次のように行う。 （１）プログラムモードの場合 プログラム制御装置１９からのプログラム指令角度（Ａ
Ｚ，ＥＬ）を受信し、演算制御部１６において、ＡＺ
軸、ＥＬ軸、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の駆動角度を各軸のプ
ログラム指令角として演算してサーボ制御部１３，１
４，１５に供給し、駆動部を駆動して所望角度にビーム
軸を指向させる。この各軸駆動角度は、ベース座標から
鏡軸（ｂｏｒｅ ｓｉｇｈｔ軸）座標への座標変換によ
り求めることができる。次の各座標間の座標変換マトリ
ックスを、各々Ａ１，Ａ２，Ａ３とすると、空間姿勢の
Ｅｕｌｅｒ角指定により、 ベース座標 → ＥＬ軸座標 → Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸座標 → 鏡軸座標 Ａ１ Ａ２ Ａ３ ここで、 Ｅｕｌｅｒ（θAZ，９０゜−θEL，φ）＝Ａ１・Ａ２・Ａ３ ここでφは鏡軸（ボアサイト軸）の回転角度である。上
記座標変換より、３軸の各駆動角度をθ1 （ＡＺ軸），
θ2 （ＥＬ軸），θ3 （Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸）とする
と、プログラム指令角度θAZ，θELよりθ1 ，θ2 ，θ
3 を求める式は次の式（３）〜（５）の通りとなる。
【００１６】
【数３】
【００１７】（２）自動追尾モードの場合 追尾受信部によって復調検波される角度誤差信号ΔＸ，
ΔＹは、鏡面に固定されたＸ−Ｙ座標系で検出される誤
差量であり、これらは、それぞれ、ＣｒｏｓｓＥＬ軸、
ＥＬ軸の誤差に対応する。そこで切換部１８を介してサ
ーボ制御部１５，１４へ誤差信号として供給し、駆動部
を駆動して自動追尾を行うことができる。 ΔＸ → Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸角度誤差 ΔＹ → ＥＬ軸角度誤差 この時ＡＺ軸は、演算制御部１６において、次の式
（６）により、アンテナ３軸の駆動角度により定まるビ
ーム軸方向を指令角度として駆動する。この場合もＡＺ
速度は、最大速度（ｄθAZ／ｄｔ）max に制限され、ビ
ーム追従不足分が、上記誤差信号により、ＥＬ／Ｃｒｏ
ｓｓ ＥＬ軸の追尾により補完されることになる。
ΔＹは、鏡面に固定されたＸ−Ｙ座標系で検出される誤
差量であり、これらは、それぞれ、ＣｒｏｓｓＥＬ軸、
ＥＬ軸の誤差に対応する。そこで切換部１８を介してサ
ーボ制御部１５，１４へ誤差信号として供給し、駆動部
を駆動して自動追尾を行うことができる。 ΔＸ → Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸角度誤差 ΔＹ → ＥＬ軸角度誤差 この時ＡＺ軸は、演算制御部１６において、次の式
（６）により、アンテナ３軸の駆動角度により定まるビ
ーム軸方向を指令角度として駆動する。この場合もＡＺ
速度は、最大速度（ｄθAZ／ｄｔ）max に制限され、ビ
ーム追従不足分が、上記誤差信号により、ＥＬ／Ｃｒｏ
ｓｓ ＥＬ軸の追尾により補完されることになる。
【００１８】
【数４】
【００１９】さらに、天頂付近におけるＡＺ／ＥＬ／Ｃ
ｒｏｓｓ ＥＬの３軸追尾の後、ＥＬ角度が、θELmax
より低仰角となってきた場合には、判定部１７により追
尾を再びＡＺ／ＥＬ ２軸によって行うように切り換え
る。この場合には、ＥＬ角度が再びθELmax に到達した
時、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の駆動を停止させ、その時の回
転角度に固定する。以下それぞれ２軸駆動時の指令角θ
1 ，θ2 の与え方のアルゴリズムを示す。 （３）プログラムモードの場合 前述と同様に各座標間の座標変換により、３軸の各駆動
角度をθ1 ，θ2 ，θ 3 とすると、プログラム指令角度
θAZ，θELよりθ1 ，θ2 を求める式は次の式（７），
（８）の通りとなる。これが演算制御部１６にて演算さ
れる。
ｒｏｓｓ ＥＬの３軸追尾の後、ＥＬ角度が、θELmax
より低仰角となってきた場合には、判定部１７により追
尾を再びＡＺ／ＥＬ ２軸によって行うように切り換え
る。この場合には、ＥＬ角度が再びθELmax に到達した
時、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の駆動を停止させ、その時の回
転角度に固定する。以下それぞれ２軸駆動時の指令角θ
1 ，θ2 の与え方のアルゴリズムを示す。 （３）プログラムモードの場合 前述と同様に各座標間の座標変換により、３軸の各駆動
角度をθ1 ，θ2 ，θ 3 とすると、プログラム指令角度
θAZ，θELよりθ1 ，θ2 を求める式は次の式（７），
（８）の通りとなる。これが演算制御部１６にて演算さ
れる。
【００２０】
【数５】
【００２１】ここでθ3 は、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸を固定
した時の実角度である。 （４）自動追尾モードの場合 追尾受信機１２によって復調検波される角度誤差信号Δ
Ｘ，ΔＹは、前述の通り鏡面に固定されたＸ−Ｙ座標系
で検出される誤差である。従って、ＣｒｏｓｓＥＬ軸を
傾けた状態では、ビーム軸方向でのＸ−Ｙ座標系は、元
の座標系に対して座標が回転する。誤差検出のＸ−Ｙ座
標系を図３に、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の駆動による座標回
転を図４に示す。空中線のθ2 （ＥＬ軸）駆動方向と誤
差検出方向（Ｙ軸方向）とは一致するので、これをサー
ボ制御部に供給し、駆動部を駆動すれば良い。一方、θ
1 （ＡＺ軸）駆動は、Ｘ軸方向で検出された誤差を座標
回転した分だけ座標変換してＴｒａｖｅｒｓｅ方向誤差
に変換した後ＳＥＣＡＮＴ補償（ｃｏｓθELで割るこ
と）すればＡＺ軸誤差に変換される。従って、この信号
によりサーボ制御部で駆動部を駆動すれば自動追尾が行
える。補償後の補正すべき誤差は、演算制御部１６にて
演算される。ビーム軸方向の座標回転角をφCRとする
と、前述の座標変換マトリックスにより、次の式
（９），（１０）で求めることができる。
した時の実角度である。 （４）自動追尾モードの場合 追尾受信機１２によって復調検波される角度誤差信号Δ
Ｘ，ΔＹは、前述の通り鏡面に固定されたＸ−Ｙ座標系
で検出される誤差である。従って、ＣｒｏｓｓＥＬ軸を
傾けた状態では、ビーム軸方向でのＸ−Ｙ座標系は、元
の座標系に対して座標が回転する。誤差検出のＸ−Ｙ座
標系を図３に、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の駆動による座標回
転を図４に示す。空中線のθ2 （ＥＬ軸）駆動方向と誤
差検出方向（Ｙ軸方向）とは一致するので、これをサー
ボ制御部に供給し、駆動部を駆動すれば良い。一方、θ
1 （ＡＺ軸）駆動は、Ｘ軸方向で検出された誤差を座標
回転した分だけ座標変換してＴｒａｖｅｒｓｅ方向誤差
に変換した後ＳＥＣＡＮＴ補償（ｃｏｓθELで割るこ
と）すればＡＺ軸誤差に変換される。従って、この信号
によりサーボ制御部で駆動部を駆動すれば自動追尾が行
える。補償後の補正すべき誤差は、演算制御部１６にて
演算される。ビーム軸方向の座標回転角をφCRとする
と、前述の座標変換マトリックスにより、次の式
（９），（１０）で求めることができる。
【００２２】
【数６】
【００２３】上式でθELは図４からビーム軸方向のＥＬ
角度である。
角度である。
【００２４】以上の３軸及び２軸制御シーケンスを簡単
にまとめると次の通りである。ここでは、判定部１７の
天頂付近通過時の切換角θELmax を８２゜としている。 （衛星の仰角） ：［駆動モード］： 動作内容 （ＥＬ＜８２゜）：［２軸モード］：ＡＺおよびＥＬの２軸により自動追尾を 行う。 （ＥＬ≧８２゜）：［３軸モード］：ＥＬおよびＣｒｏｓｓ ＥＬの２軸によ り自動追尾を行い、ＡＺは、アンテナ３ 軸の姿勢から計算されるビーム軸方向に 向けて駆動する。 （ＡＺ速度の不足分をＣｒｏｓｓ ＥＬ が補う） （ＥＬ＜８２゜）：［２軸モード］：ＡＺおよびＥＬの２軸により自動追尾を 行う。このときＣｒｏｓｓ ＥＬは傾い たままでも自動追尾可能。 （該当衛星を追尾終了後にＣｒｏｓｓ ＥＬを零とする）
にまとめると次の通りである。ここでは、判定部１７の
天頂付近通過時の切換角θELmax を８２゜としている。 （衛星の仰角） ：［駆動モード］： 動作内容 （ＥＬ＜８２゜）：［２軸モード］：ＡＺおよびＥＬの２軸により自動追尾を 行う。 （ＥＬ≧８２゜）：［３軸モード］：ＥＬおよびＣｒｏｓｓ ＥＬの２軸によ り自動追尾を行い、ＡＺは、アンテナ３ 軸の姿勢から計算されるビーム軸方向に 向けて駆動する。 （ＡＺ速度の不足分をＣｒｏｓｓ ＥＬ が補う） （ＥＬ＜８２゜）：［２軸モード］：ＡＺおよびＥＬの２軸により自動追尾を 行う。このときＣｒｏｓｓ ＥＬは傾い たままでも自動追尾可能。 （該当衛星を追尾終了後にＣｒｏｓｓ ＥＬを零とする）
【００２５】この追尾シーケンスに従って目標物を追尾
した場合の各軸の動きを鳥瞰的に示す１例を図５に、ま
た、天頂から見た平面的な図を図６に示す。
した場合の各軸の動きを鳥瞰的に示す１例を図５に、ま
た、天頂から見た平面的な図を図６に示す。
【００２６】実施例２．なお、上記実施例では、３軸マ
ウントをＡＺ／ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の構成のもの
について示したが、３軸マウントは、図７に示すよう
に、ＡＺ／Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ／ＥＬ軸の構成であ
ってもよい。図において、１はＡＺ軸、２０はＣｒｏｓ
ｓ Ｌｅｖｅｌ軸（鏡軸と同一面内にある）、２１は、
Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸２０に直交して可動するＥＬ
軸である。この場合には、ＥＬ角度がθELmax 以下では
ＡＺ／ＥＬの２軸駆動とし、θELmax を越えると、ＡＺ
／Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ／ＥＬ軸の３軸駆動とすれば
よい。追尾のシーケンスは、実施例１で述べたものと同
じ考え方が適用できる。この場合ＡＺの回転速度を補完
するのは、Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸の駆動となる。
ウントをＡＺ／ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の構成のもの
について示したが、３軸マウントは、図７に示すよう
に、ＡＺ／Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ／ＥＬ軸の構成であ
ってもよい。図において、１はＡＺ軸、２０はＣｒｏｓ
ｓ Ｌｅｖｅｌ軸（鏡軸と同一面内にある）、２１は、
Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸２０に直交して可動するＥＬ
軸である。この場合には、ＥＬ角度がθELmax 以下では
ＡＺ／ＥＬの２軸駆動とし、θELmax を越えると、ＡＺ
／Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ／ＥＬ軸の３軸駆動とすれば
よい。追尾のシーケンスは、実施例１で述べたものと同
じ考え方が適用できる。この場合ＡＺの回転速度を補完
するのは、Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸の駆動となる。
【００２７】実施例３．実施例１，２では、ＡＺ／ＥＬ
２軸で追尾する限界のＥＬ角度を定め、判定部により判
定して２軸または３軸の駆動モードを選択するように構
成していたが、この切換判定仰角を十分低く設定し（零
度付近）追尾の全パスをモード切換を行わず、常に３軸
による追尾モードに設定するように動作させてもよく、
上記実施例と同様の効果を奏する。これは、本方式が、
原理的に３軸制御の場合、ＡＺ駆動速度の不足分をＣｒ
ｏｓｓ ＥＬ軸２はＣｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸が補完す
る方式である為、低仰角で３軸制御モードに入っても、
ＡＺ駆動速度が目標物の移動速度に追従できれば、実質
的には、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸又はＣｒｏｓｓ Ｌｅｖｅ
ｌ軸の駆動量が自動的に零となるように制御され、ＡＺ
／ＥＬ２軸による追尾と変わらない動作をする。以上い
ずれの実施例においても、３軸制御時のＡＺ軸の制御入
力は現在の値のみから求まるビーム方向値になるよう制
御するので、予測制御のように過去の値を必要とせず、
従って応答性が優れている。例えば追尾対象の衛星を切
り換えた場合にもすぐに追尾を開始できる。
２軸で追尾する限界のＥＬ角度を定め、判定部により判
定して２軸または３軸の駆動モードを選択するように構
成していたが、この切換判定仰角を十分低く設定し（零
度付近）追尾の全パスをモード切換を行わず、常に３軸
による追尾モードに設定するように動作させてもよく、
上記実施例と同様の効果を奏する。これは、本方式が、
原理的に３軸制御の場合、ＡＺ駆動速度の不足分をＣｒ
ｏｓｓ ＥＬ軸２はＣｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸が補完す
る方式である為、低仰角で３軸制御モードに入っても、
ＡＺ駆動速度が目標物の移動速度に追従できれば、実質
的には、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸又はＣｒｏｓｓ Ｌｅｖｅ
ｌ軸の駆動量が自動的に零となるように制御され、ＡＺ
／ＥＬ２軸による追尾と変わらない動作をする。以上い
ずれの実施例においても、３軸制御時のＡＺ軸の制御入
力は現在の値のみから求まるビーム方向値になるよう制
御するので、予測制御のように過去の値を必要とせず、
従って応答性が優れている。例えば追尾対象の衛星を切
り換えた場合にもすぐに追尾を開始できる。
【００２８】実施例４．上記実施例では３軸制御の場合
には、ＡＺ軸をビーム方向に追尾させ、その不足誤差分
のΔＸ，ΔＹを他の２軸で補正して対象物を追尾するよ
うにした。本実施例では少し簡便な方法を示す。すなわ
ちＡＺ軸の駆動方法として式（５）に示すようにマウン
トの許容速度を超える値が必要とされる場合がある。そ
こでｄθAZ／ｄｔ＝最大許容値を得るＡＺ速度指令演算
部を設け、最大値で飽和する出力をＡＺサーボ軸に与え
る。具体的な制御回路ブロック図を図８に示す。図にお
いて２７がＡＺ速度指令演算部である。その他の回路と
動作は実施例１と同様である。更にＡＺ速度指令演算部
の構成を簡単にし、設定ＡＺ角以上になると最大ＡＺ速
度を与えるようにしてもよい。いずれの場合であっても
アジマス軸の制御が簡単になる効果がある。
には、ＡＺ軸をビーム方向に追尾させ、その不足誤差分
のΔＸ，ΔＹを他の２軸で補正して対象物を追尾するよ
うにした。本実施例では少し簡便な方法を示す。すなわ
ちＡＺ軸の駆動方法として式（５）に示すようにマウン
トの許容速度を超える値が必要とされる場合がある。そ
こでｄθAZ／ｄｔ＝最大許容値を得るＡＺ速度指令演算
部を設け、最大値で飽和する出力をＡＺサーボ軸に与え
る。具体的な制御回路ブロック図を図８に示す。図にお
いて２７がＡＺ速度指令演算部である。その他の回路と
動作は実施例１と同様である。更にＡＺ速度指令演算部
の構成を簡単にし、設定ＡＺ角以上になると最大ＡＺ速
度を与えるようにしてもよい。いずれの場合であっても
アジマス軸の制御が簡単になる効果がある。
【００２９】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、少なく
とも設定仰角以上では３軸制御とし、垂直軸を方位角方
向に制御し、水平軸と直交水平軸に対しては空中線のビ
ーム軸方向が目標物方向に一致するよう制御するので、
ジンバルロックが発生せず、過去のデータに基づく予測
制御は必要なく、垂直軸の速度制限を満足しつつ実時間
で精度よく対象物の追尾ができる効果がある。 また、入
力の２つの誤差信号で水平軸と直交水平軸を追尾制御
し、３軸の駆動角度から求まるビーム軸方向に垂直軸を
追尾制御するので、予測制御のための複数の観測が不要
で、現在値に基づく実時間制御による即応性が高いとい
う効果がある。 また、プログラム制御により駆動信号を
生成するので、予測制御のための複数の観測が不要で、
現在値に基づく実時間制御による即応性が高いという効
果がある。
とも設定仰角以上では３軸制御とし、垂直軸を方位角方
向に制御し、水平軸と直交水平軸に対しては空中線のビ
ーム軸方向が目標物方向に一致するよう制御するので、
ジンバルロックが発生せず、過去のデータに基づく予測
制御は必要なく、垂直軸の速度制限を満足しつつ実時間
で精度よく対象物の追尾ができる効果がある。 また、入
力の２つの誤差信号で水平軸と直交水平軸を追尾制御
し、３軸の駆動角度から求まるビーム軸方向に垂直軸を
追尾制御するので、予測制御のための複数の観測が不要
で、現在値に基づく実時間制御による即応性が高いとい
う効果がある。 また、プログラム制御により駆動信号を
生成するので、予測制御のための複数の観測が不要で、
現在値に基づく実時間制御による即応性が高いという効
果がある。
【図１】この発明の実施例１における３軸の（ＡＺ／Ｅ
Ｌ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬ）のマウントの相互関係を説明す
る図である。
Ｌ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬ）のマウントの相互関係を説明す
る図である。
【図２】この発明の実施例１における空中線装置の制御
回路ブロック図である。
回路ブロック図である。
【図３】この発明の実施例１における空中線装置の誤差
検出を行うＸ−Ｙ座標系を示す図である。
検出を行うＸ−Ｙ座標系を示す図である。
【図４】この発明の実施例１におけるＣｒｏｓｓ ＥＬ
軸駆動時の座標回転を示す図である。
軸駆動時の座標回転を示す図である。
【図５】この発明の実施例１における追尾シーケンスに
よる各軸駆動の鳥瞰図である。
よる各軸駆動の鳥瞰図である。
【図６】この発明の実施例１における追尾シーケンスに
よる各軸駆動の平面図である。
よる各軸駆動の平面図である。
【図７】この発明の他の実施例を示す空中線の３軸マウ
ント図（ＡＺ／Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ／ＥＬ）であ
る。
ント図（ＡＺ／Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ／ＥＬ）であ
る。
【図８】実施例４の３軸制御空中線装置の制御回路ブロ
ック図である。
ック図である。
【図９】従来のＡＺ／ＥＬマウントを示す図である。
【図１０】従来のＸ／Ｙマウントを示す図である。
１ ＡＺ軸 ２ ＥＬ軸 ３ ビーム軸方向 ４ Ｘ軸 ５ Ｙ軸 ６ Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸 ７ ＡＺ駆動部 ８ ＥＬ駆動部 ９ Ｃｒｏｓｓ ＥＬ駆動部 １０ ３軸マウント空中線 １１ 給電装置 １２ 追尾受信機 １３ ＡＺ軸サーボ制御部 １４ ＥＬ軸サーボ制御部 １５ Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸サーボ制御部 １６ 演算制御部 １７ 判定部 １８ 切換部 １９ プログラム制御装置 ２０ Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸 ２１ ＥＬ軸 ２６ ＡＺ指令角演算部 ２７ ＡＺ速度指令演算部
Claims (3)
- 【請求項１】 方位角追尾用の垂直軸と、 上記垂直軸上にある仰角追尾用の水平軸または直交水平
軸と、 上記水平軸または直交水平軸上にあり、これに直交する
直交水平軸または水平軸と、 この直交水平軸または水平軸に取り付けられた空中線
と、 上記垂直軸、上記水平軸、及び上記直交水平軸をそれぞ
れ個別に駆動制御する垂直軸サーボ制御手段、水平軸サ
ーボ制御手段、及び直交水平軸サーボ制御手段と、 上記垂直軸サーボ制御手段、上記水平軸サーボ制御手
段、及び上記直交水平軸サーボ制御手段の駆動信号を生
成する演算制御部を備え、 少なくとも空中線のビーム方向が設定仰角以上では３軸
制御モードとし、上記垂直軸サーボ制御手段に対しては
方位角方向を駆動指令とし、上記水平軸サーボ制御手段
と上記直交水平軸サーボ制御手段に対しては空中線のビ
ーム軸方向が目標物方向に一致するように与えて実時間
で追尾制御するようにした３軸制御空中線装置。 - 【請求項２】 上記空中線への受信信号から角度誤差信
号を得る追尾受信機を備え、 上記演算制御部は、上記空中線のビーム方向が上記設定
仰角以上では、上記角度誤差信号に基づき上記水平軸サ
ーボ制御手段と上記直交水平軸サーボ制御手段を追尾制
御すると共に、その場合の上記垂直軸実角度、上記水平
軸実角度、上記直交水平軸実角度の空中線３軸の駆動角
度により演算で求まるビーム軸方位角方向に上記垂直軸
ビーム制御手段を実時間で駆動制御するようにしたこと
を特徴とする請求項１記載の３軸制御空中線装置。 - 【請求項３】 予め定められたプログラム方位角及びプ
ログラム仰角を発生するプログラム制御装置を備え、 上記演算制御部は、上記空中線のビーム方向が上記設定
仰角以上では、上記垂直軸サーボ制御手段に対しては、
プログラム方位角を駆動指令とし、上記水平軸サーボ制
御手段と上記直交水平軸サーボ制御手段に対しては、上
記垂直軸の実角 度、プログラム方位角及びプログラム仰
角により演算で求める角度に実時間で駆動制御するよう
にしたことを特徴とする請求項１記載の３軸制御空中線
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5334329A JP2573465B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | ３軸制御空中線装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5334329A JP2573465B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | ３軸制御空中線装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07202541A JPH07202541A (ja) | 1995-08-04 |
| JP2573465B2 true JP2573465B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=18276145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5334329A Expired - Fee Related JP2573465B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | ３軸制御空中線装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2573465B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6686889B1 (en) * | 1998-12-08 | 2004-02-03 | Tae I. Kwon | Method and apparatus for antenna orientation and antenna with the same |
| JP2008293091A (ja) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Tamagawa Seiki Co Ltd | ジンバル装置 |
| JP2008293093A (ja) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Tamagawa Seiki Co Ltd | ジンバル装置 |
| JP4535187B2 (ja) * | 2008-04-25 | 2010-09-01 | 三菱電機株式会社 | アンテナ姿勢制御装置 |
| JP2012170004A (ja) * | 2011-02-16 | 2012-09-06 | National Institute Of Information & Communication Technology | ３軸望遠鏡の駆動角度制御方法 |
| JP6004896B2 (ja) * | 2012-11-02 | 2016-10-12 | 三菱電機株式会社 | 制御装置、制御方法およびプログラム |
| JP5881898B2 (ja) | 2013-05-20 | 2016-03-09 | 三菱電機株式会社 | ３軸制御空中線装置 |
| JP6075666B2 (ja) | 2013-07-03 | 2017-02-08 | 三菱電機株式会社 | 追尾システム、追尾方法およびプログラム |
| EP3096403B1 (en) | 2014-01-17 | 2018-07-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Antenna control device and antenna apparatus |
| US20200168989A1 (en) * | 2017-02-17 | 2020-05-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Antenna device, antenna control device, and method for controlling antenna device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0626284B2 (ja) * | 1986-11-19 | 1994-04-06 | 日本電気株式会社 | ３軸アンテナ制御方法 |
| JPH0758853B2 (ja) * | 1986-05-21 | 1995-06-21 | 日本電気株式会社 | ３軸制御アンテナ装置 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5334329A patent/JP2573465B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07202541A (ja) | 1995-08-04 |
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