JP3232378B2 - Antenna pointing device - Google Patents

Antenna pointing device

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JP3232378B2
JP3232378B2 JP33748592A JP33748592A JP3232378B2 JP 3232378 B2 JP3232378 B2 JP 3232378B2 JP 33748592 A JP33748592 A JP 33748592A JP 33748592 A JP33748592 A JP 33748592A JP 3232378 B2 JP3232378 B2 JP 3232378B2
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gyro
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武 北條
尊雄 村越
貢一 梅野
吉範 神谷
和也 荒井
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は海事衛星通信等に使用し
て好適なアンテナを衛星方向へ指向させるためのアンテ
ナ指向装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna pointing device for pointing an antenna suitable for use in maritime satellite communication or the like toward a satellite.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は従来のアンテナ指向装置の例を示
す。斯かるアンテナ指向装置は基本的には方位−仰角系
と称され、基台3と斯かる基台3に装着された方位ジン
バル40と方位ジンバル40の上端部のU字形部材に装
着された取り付け金具41と斯かる取り付け金具41に
取り付けられたアンテナ14とを有する。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows an example of a conventional antenna pointing device. Such an antenna pointing device is basically called an azimuth-elevation system, and includes a base 3, an azimuth gimbal 40 mounted on the base 3, and a mounting mounted on a U-shaped member at the upper end of the azimuth gimbal 40. It has a metal fitting 41 and the antenna 14 attached to the mounting metal 41.

【0003】基台3はブリッジ部3−1を有してよく、
斯かるブリッジ部3−1には上方に突出する円筒部1
0’が装着されており、斯かる円筒部10’の内部には
1対の軸受9−1、9−1’が取り付けられている。こ
の軸受9−1、9−1’の内輪には方位軸10が嵌合さ
れており、方位軸10の上端部にはアーム10−1を介
して方位ジンバル40が装着されている。斯くして方位
ジンバル40は方位軸線(方位軸10及び軸受9−1、
9−1’の中心軸線)周りに回転することができる。方
位ジンバル40は下側の支持軸部40−1と上側のU字
形部40−2とを有し、支持軸部40−1の軸線を方位
軸線より偏倚して配置されている。
[0003] The base 3 may have a bridge portion 3-1.
The bridge portion 3-1 has a cylindrical portion 1 protruding upward.
0 ′ is mounted, and a pair of bearings 9-1 and 9-1 ′ are mounted inside the cylindrical portion 10 ′. An azimuth axis 10 is fitted to the inner rings of the bearings 9-1 and 9-1 ', and an azimuth gimbal 40 is mounted on the upper end of the azimuth axis 10 via an arm 10-1. Thus, the azimuth gimbal 40 has the azimuth axis (the azimuth axis 10 and the bearing 9-1,
9-1 ′ (center axis of 9-1 ′). The azimuth gimbal 40 has a lower support shaft portion 40-1 and an upper U-shaped portion 40-2, and is arranged such that the axis of the support shaft portion 40-1 is deviated from the azimuth axis.

【0004】方位ジンバル40のU字形部40−2に
は、より小さいU字形の取り付け金具41が装着されて
おり、斯かる取り付け金具41は方位ジンバル40のU
字形部40−2の2つの脚部の間にて仰角軸線13、1
3’周りに回転可能に支持されている。仰角軸線13、
13’は方位軸線に対して直角に配置され、従って略水
平な位置にある。即ち、方位ジンバル40のU字形部4
0−2の2つの脚部の各々には、仰角軸軸受16、1
6’が装着されており、斯かる軸受16、16’によっ
て取り付け金具41は仰角軸線13、13’周りに回転
することができる。
A smaller U-shaped mounting bracket 41 is mounted on the U-shaped portion 40-2 of the azimuth gimbal 40.
The elevation axes 13, 1 between the two legs of the
It is rotatably supported around 3 '. Elevation axis 13,
13 'is arranged at right angles to the azimuth axis and is therefore in a substantially horizontal position. That is, the U-shaped part 4 of the azimuth gimbal 40
Each of the two legs 0-2 has an elevation shaft bearing 16, 1
6 ′ is mounted, and the mounting bracket 41 can rotate around the elevation axis 13, 13 ′ by such bearings 16, 16 ′.

【0005】U字形の取り付け金具41の脚部41−
1、41−1’にはアンテナ14が装着されており、従
ってアンテナ14は取り付け金具41と共に仰角軸線1
3、13’周りを回転する。アンテナ14は中心軸線X
−Xを有しており、斯かる中心軸線は仰角軸線13、1
3’に対して垂直である。
The leg 41 of the U-shaped mounting bracket 41
1, 41-1 'is provided with an antenna 14, so that the antenna 14 is mounted together with the mounting bracket 41 on the elevation axis 1 line.
Rotate around 3, 13 '. Antenna 14 is center axis X
−X, and such central axes are elevation axes 13, 1
Perpendicular to 3 '.

【0006】取り付け金具41には、仰角ジャイロ44
と方位ジャイロ45と第1の加速度計46及び第2の加
速度計47とが装着されている。仰角ジャイロ44によ
って仰角軸線13、13’周りを回転するアンテナ14
の回転角度が検出され、方位ジャイロ45によって仰角
軸線13、13’及びアンテナ14の中心軸線X−Xの
双方に直交する軸線周りのアンテナ14の回転角が検出
され、第1の加速度計46によってアンテナ14の仰角
軸線13、13’周りの傾斜角度が検出され、第2の加
速度計47によって水平面に対する仰角軸線13、1
3’の傾斜角度が検出される。
The mounting bracket 41 includes an elevation gyro 44
, A direction gyro 45, a first accelerometer 46, and a second accelerometer 47. Antenna 14 rotated around elevation axes 13 and 13 'by elevation gyro 44
And the azimuth gyro 45 detects the rotation angle of the antenna 14 about an axis orthogonal to both the elevation axes 13 and 13 ′ and the central axis XX of the antenna 14, and the first accelerometer 46 The inclination angles of the antenna 14 around the elevation axes 13 and 13 ′ are detected, and the second accelerometer 47 detects the elevation axes 13 and 13 with respect to the horizontal plane.
An inclination angle of 3 'is detected.

【0007】仰角ジャイロ44と方位ジャイロ45は、
例えば機械式ジャイロ、光学式ジャイロ等の積分型ジャ
イロの他、振動ジャイロ、レートジャイロ、光ファイバ
ジャイロ等の角速度検出型ジャイロであってよい。
The elevation gyro 44 and the azimuth gyro 45 are
For example, in addition to an integrating gyro such as a mechanical gyro and an optical gyro, an angular velocity detecting gyro such as a vibration gyro, a rate gyro, and an optical fiber gyro may be used.

【0008】また、取り付け金具41の一方の脚部には
仰角軸線13,13’と同軸的に仰角歯車48が装着さ
れている。斯かる仰角歯車48にはピニオン50が噛み
合わされており、斯かるピニオン50は方位ジンバル4
0のU字形部40−2の一方の脚部に装着された仰角サ
ーボモータ49の回転軸に取り付けられている。
An elevation gear 48 is mounted on one leg of the mounting bracket 41 coaxially with the elevation axes 13 and 13 '. A pinion 50 is meshed with the elevation gear 48, and the pinion 50 is connected to the azimuth gimbal 4.
It is attached to the rotation axis of an elevation servomotor 49 mounted on one leg of the U-shaped portion 40-2.

【0009】一方、方位軸10の下端部には方位歯車1
1が取り付けられ、基台3のブリッジ部3−1上には方
位サーボモータ52と方位発信器53が取りつけられ、
方位サーボモータ52及び方位発信器53の回転軸にそ
れぞれ取り付けられたピニオン(図示なし)が方位歯車
11に噛み合わされるように構成されている。
On the other hand, the azimuth gear 1 is
1, an azimuth servomotor 52 and an azimuth transmitter 53 are mounted on the bridge section 3-1 of the base 3.
A pinion (not shown) attached to the rotation axis of the azimuth servomotor 52 and the azimuth transmitter 53 is configured to mesh with the azimuth gear 11.

【0010】図示のように、アンテナ指向装置を制御す
るために4つのサーボループが設けられている。尚、ア
ンテナ14の中心軸線X−Xが水平面となす角をアンテ
ナの仰角θA とし、アンテナ14の中心軸線X−Xが水
平面上で子午線となす角をアンテナの方位角φA とす
る。
[0010] As shown, four servo loops are provided to control the antenna pointing device. The center axis X-X of the antenna 14 is a horizontal plane and contact angle of elevation theta A of the antenna, the central axis X-X of the antenna 14 is the azimuth angle phi A of the antenna meridian and angle on a horizontal plane.

【0011】第1のループにおいて、仰角ジャイロ44
の出力は積分器54及び増幅器55を介して仰角サーボ
モータ49にフィードバックされる。それによって船体
が搖動してもアンテナ14の仰角軸線13、13’周り
の角速度は常にゼロに保持される。
In the first loop, the elevation gyro 44
Is fed back to the elevation servomotor 49 via the integrator 54 and the amplifier 55. As a result, even when the hull swings, the angular velocities of the antenna 14 around the elevation axes 13, 13 'are always kept at zero.

【0012】第2のループにおいて、第1の加速度計4
6からの出力信号は、アークサイン演算器57を経由し
た後、例えば手動設定された衛星高度角θS を指示する
信号によって減ぜられ、更に、減衰器56を経由して積
分器54及び増幅器55に入力される。このループは、
アンテナ14の仰角θA を衛星高度角θS に一致させる
べく時定数を有しており、減衰器56に仰角ジャイロ4
4のドリフト変動を補償させるために積分特性を具備さ
せている。以上第1及び第2のループから構成されるの
が仰角制御ループである。
In a second loop, the first accelerometer 4
6 is reduced by a signal indicating, for example, a manually set satellite altitude angle θ S after passing through an arc sine calculator 57, and further passed through an attenuator 56 and an integrator 54 and an amplifier. 55 is input. This loop is
The elevation theta A of the antenna 14 has a time constant to match the satellite altitude theta S, elevation gyro 4 to the attenuator 56
In order to compensate for the drift fluctuation of No. 4, an integral characteristic is provided. The elevation control loop includes the first and second loops.

【0013】一方、第3のループにおいて、仰角発信器
72より供給された仰角信号θに基づき1/cosθ演
算部76にて1/cosθの演算を行い、演算結果に方
位ジャイロ45の信号φcosθを乗じた値が、積分器
58及び増幅器59を介して方位サーボモータ52にフ
ィードバックされ、それによってアンテナ14は、アン
テナ14の中心軸線X−X及び仰角軸線13、13’の
両者に対して直交する軸線周りの船体の回転運動に対し
て、安定化されることができると共に方位制御ループの
周波数特性はアンテナの仰角θに依らず一定となる。
On the other hand, in a third loop, the 1 / cos θ calculation unit 76 calculates 1 / cos θ based on the elevation signal θ supplied from the elevation transmitter 72, and outputs the signal φcos θ of the azimuth gyro 45 to the calculation result. The multiplied value is fed back to the azimuth servomotor 52 via the integrator 58 and the amplifier 59, so that the antenna 14 is orthogonal to both the central axis XX and the elevation axes 13, 13 'of the antenna 14. Rotational motion of the hull around the axis can be stabilized, and the frequency characteristic of the azimuth control loop is constant regardless of the elevation angle θ of the antenna.

【0014】第4のループにおいて、方位ジンバル40
の回転角φを指示する信号が方位発信器53から出力さ
れ、斯かる出力信号φは加算器61にて、衛星方位角φ
S と例えば磁気コンパス又はジャイロコンパスより供給
された船首方位角φC とによって演算され、方位偏差信
号を生成し、減算器60を経由して積分器58に入力さ
れる。この結果、アンテナ14の方位角φA (方位ジン
バル40の回転角φと船首方位角φC との和)が衛星方
位角φS と等しくなる点で、アンテナ14の方位は静止
する。
In a fourth loop, the azimuth gimbal 40
Is output from the azimuth transmitter 53, and the output signal φ is converted by the adder 61 into the satellite azimuth angle φ.
The azimuth deviation signal is calculated based on S and the azimuth angle φ C supplied from, for example, a magnetic compass or a gyro compass, and is input to the integrator 58 via the subtractor 60. As a result, in that the azimuth angle phi A of the antenna 14 (the sum of the rotation angle phi and heading angle phi C azimuth gimbal 40) becomes equal to the satellite azimuth angle phi S, the orientation of the antenna 14 is stationary.

【0015】このループは、アンテナ14の方位角φA
を衛星方位角φS に一致させるべく時定数を有してお
り、減衰器60に方位ジャイロ45のドリフト変動を補
償させるために積分特性を具備させている。即ち、減衰
器56、60の出力は積分型ジャイロトルカの出力に相
当する。以上第3及び第4のループから構成されるのが
方位制御ループである。
This loop is composed of the azimuth angle φ A of the antenna 14.
Has a time constant so as to coincide with the satellite azimuth φ S , and the attenuator 60 has an integral characteristic to compensate for drift fluctuation of the azimuth gyro 45. That is, the outputs of the attenuators 56 and 60 correspond to the outputs of the integrating gyro torquer. The azimuth control loop is composed of the third and fourth loops.

【0016】こうして、アンテナ指向装置は、4つのサ
ーボループからなる2つの制御ループによってアンテナ
14の中心軸線X−Xが衛星方向を指向するように、制
御される。
In this manner, the antenna pointing device is controlled by two control loops including four servo loops so that the central axis XX of the antenna 14 is directed toward the satellite.

【0017】ここで、方位制御ループの伝達関数につい
て考える。増幅器59のゲインを−K、減衰器60の比
例ゲインをKT 、積分ゲインをKT /TiSとする。簡
単のため、方位サーボモータ52、方位歯車11を含む
駆動部のゲインとジャイロのスケールファクタを1とし
て、更に、船体の動揺を無視する。ラプラス変換の後の
アンテナの回転角φの伝達関係は次の数1、数2の式に
よって表される。
Here, the transfer function of the azimuth control loop will be considered. The gain of the amplifier 59 is -K, the proportional gain of the attenuator 60 is KT , and the integral gain is KT / TiS. For the sake of simplicity, the gain of the drive unit including the azimuth servomotor 52 and the azimuth gear 11 and the scale factor of the gyro are set to 1, and furthermore, the fluctuation of the hull is ignored. The transmission relationship of the rotation angle φ of the antenna after the Laplace transform is expressed by the following equations (1) and (2).

【0018】[0018]

【数1】 (Equation 1)

【数2】 (Equation 2)

【0019】ここで、φはアンテナ14の方位軸周りの
回転角、φS は衛星方位角、φC は船首方位角、θはア
ンテナ14の仰角軸周りの回転角、Uz は方位ジャイロ
の固定誤差、VI は積分器60−2の出力信号、Sはラ
プラス演算子である。例えば、φC =φC ′/S,φS
=φS ′/S,Uz =UZ /Sとおいて最終値を求める
と数2より に代入すると となり、方位ジャイロの固定誤差UZ は積分器60−2
によって補償され、アンテナの方位角φA (=φ+
φC )は与えられた衛星方位角φS と等しくなる。
Here, φ is the rotation angle of the antenna 14 around the azimuth axis, φ S is the satellite azimuth angle, φ C is the bow azimuth angle, θ is the rotation angle of the antenna 14 around the elevation angle axis, and U z is the azimuth gyro. fixed errors, V I is the output signal of the integrator 60-2, S is a Laplace operator. For example, φ C = φ C ′ / S, φ S
= Φ S ′ / S, U z = U Z / S Substituting into And the fixed error U Z of the azimuth gyro is calculated by the integrator 60-2.
Azimuth angle of the antenna φ A (= φ +
φ C ) is equal to the given satellite azimuth φ S.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斯かる
アンテナ指向装置において、指向すべき衛星の高角度は
緯度により変化し又船体の傾斜は動揺によって大きく変
化するから、アンテナの仰角θも変化する。数1におい
て、方位ジャイロの固定誤差UZ に係数1/cosθが
かかっているため、アンテナ仰角θがθ’に変化する
と、積分器60−2はただちには追従できないので、回
転角φは、略UZ /KT (1/cosθ’−1/cos
θ)なる過渡的な角度誤差を発生し、この結果衛星に対
する指向誤差も大きくなる欠点があった。
However, in such an antenna pointing device, the elevation angle of the satellite to be pointed varies depending on the latitude, and the inclination of the hull varies greatly due to shaking, so that the elevation angle θ of the antenna also varies. In Equation 1, since the fixed error U Z of the azimuth gyro is multiplied by the coefficient 1 / cos θ, when the elevation angle θ of the antenna changes to θ ′, the integrator 60-2 cannot immediately follow. U Z / K T (1 / cos θ'-1 / cos
θ), which causes a transient angle error, resulting in a large pointing error with respect to the satellite.

【0021】本発明は斯かる点に鑑み、仰角θの値によ
らず、方位ジャイロの固定誤差を補償すると共に、系の
応答性を一定にできるようにすることを目的とする。
In view of the foregoing, it is an object of the present invention to compensate for the fixed error of the azimuth gyro and to make the response of the system constant regardless of the value of the elevation angle θ.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明アンテナ指向装置
は例えば図1、図2に示す如く中心軸線を有し支持部材
に支持されたアンテナ14と、このアンテナ14及び支
持部材41をこの中心軸線X−Xに直交する仰角軸線周
りに回転可能に支持する方位ジンバル40と、この方位
ジンバル40をこの仰角軸線に直交する方位軸線周りに
回転可能に支持する基台3と、この仰角軸線に直交する
入力軸線を有しこの支持部材41に固定された第1のジ
ャイロ44と、この中心軸線と仰角軸線の両者に直交す
る入力軸線を有しこの支持部材41に固定された第2の
ジャイロ45と、水平面に対するこの中心軸線X−Xの
傾斜角を指示する信号を出力する加速度計46と、この
方位ジンバル40のこの方位軸線周りの回転角を指示す
る信号を出力する方位発信器53とを有し、この加速度
計46の出力信号から衛星の高度角に対応した値を減じ
た信号を減衰器56を介してジャイロ44の実質的なト
ルカにフィードバックし、この方位発信器53の出力信
号と船首方位角φC 及び衛星方位角φS に対応した信号
とを加算器61にて演算した方位偏差信号を減衰器60
を介して第2のジャイロ45の実質的なトルカにフィー
ドバックしてこのアンテナ14の中心軸線X−Xをこの
衛星に指向させるように構成され、更に、この方位ジン
バル40に対するこのアンテナ14のこの仰角軸線周り
の回転角θを指示する回転角信号を出力する仰角発信器
72と、この仰角発信器72から出力された回転角信号
より1/cosθの値を計算する1/cosθ演算部7
6とを設け、この第2のジャイロ45の出力信号とこの
1/cosθ演算部76の出力信号とを乗算し斯かる乗
算値を積分器58に入力し、それによってサーボ系の周
波数特性が全ての仰角θにおいて不変となるように構成
されているアンテナ指向装置において、この仰角発信器
72から出力された回転角信号よりcosθの値を計算
するcosθ演算部60−3を設け、この方位偏差信号
とこのcosθ演算部60−3の出力信号とを乗算し、
この乗算結果をジャイロドリフト補償用の積分器60−
2に入力し、この積分器60−2の出力信号をこの1/
cosθ演算部76の入力にフィードバックするように
成したものである。
An antenna pointing device according to the present invention has an antenna 14 having a central axis and supported by a supporting member as shown in FIGS. 1 and 2, and the antenna 14 and the supporting member 41 are connected to the central axis. An azimuth gimbal 40 rotatably supporting an elevation axis orthogonal to XX; a base 3 rotatably supporting the azimuth gimbal 40 about an azimuth axis orthogonal to the elevation axis; A first gyro 44 having an input axis to be fixed to the support member 41 and a second gyro 45 having an input axis orthogonal to both the center axis and the elevation axis and fixed to the support member 41 And an accelerometer 46 for outputting a signal indicating the inclination angle of the central axis XX with respect to the horizontal plane, and outputting a signal indicating the rotation angle of the azimuth gimbal 40 around the azimuth axis. And a signal obtained by subtracting a value corresponding to the altitude angle of the satellite from the output signal of the accelerometer 46 is fed back to the substantial torquer of the gyro 44 via the attenuator 56 to transmit the azimuth signal. The azimuth deviation signal obtained by calculating the output signal of the azimuth unit 53 and the signals corresponding to the heading azimuth φ C and the satellite azimuth φ S by an adder 61 is converted into an attenuator 60.
To the substantial torquer of the second gyro 45 to direct the central axis XX of the antenna 14 toward the satellite, and furthermore, the elevation angle of the antenna 14 with respect to the azimuth gimbal 40. An elevation angle transmitter 72 that outputs a rotation angle signal indicating a rotation angle θ about an axis, and a 1 / cos θ calculation unit 7 that calculates a value of 1 / cos θ from the rotation angle signal output from the elevation angle transmitter 72.
6 and the output signal of the second gyro 45 is multiplied by the output signal of the 1 / cos θ arithmetic unit 76, and the multiplied value is input to the integrator 58, whereby the frequency characteristic of the servo system is completely reduced. In the antenna pointing device configured to be invariant at the elevation angle θ, a cos θ operation unit 60-3 for calculating the value of cos θ from the rotation angle signal output from the elevation transmitter 72 is provided. Is multiplied by the output signal of the cos θ operation unit 60-3,
This multiplication result is used as an integrator 60- for gyro drift compensation.
2 and outputs the output signal of the integrator 60-2 to this 1 /
This is configured to feed back to the input of the cos θ operation unit 76.

【0023】[0023]

【作用】本発明によれば、仰角発信器72より供給され
た仰角信号θに基づきcosθ演算部60−3にてco
sθの演算を行い、斯かるcosθの値に方位偏差信号
を乗じた値をジャイロドリフト補償用の積分器60−2
に供給し、この積分器60−2の出力信号を1/cos
θの演算部76の入力にフィードバックするように構成
されているため、この積分器60−2の出力信号は方位
ジャイロの固定バイアスを仰角θの値によらず直接補償
する値となっており、このため仰角θが変化しても方位
誤差が発生しない。
According to the present invention, based on the elevation signal .theta. Supplied from the elevation transmitter 72, the cos .theta.
sθ is calculated, and the value obtained by multiplying the value of cos θ by the azimuth deviation signal is used as an integrator 60-2 for gyro drift compensation.
And the output signal of the integrator 60-2 is given by 1 / cos
Since it is configured to feed back to the input of the calculation unit 76 of θ, the output signal of the integrator 60-2 is a value that directly compensates the fixed bias of the azimuth gyro regardless of the value of the elevation angle θ. Therefore, no azimuth error occurs even if the elevation angle θ changes.

【0024】[0024]

【実施例】以下に図1及び図2を参照して本発明の実施
例について説明する。尚図1及び図2において図3及び
図4の対応する部分には同一の参照符号を付してその詳
細な説明は省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In FIGS. 1 and 2, corresponding parts in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0025】図1は、本発明のアンテナ指向装置の1例
を示しており、アンテナ指向装置は基台3と斯かる基台
3に装着された方位ジンバル40と方位ジンバル40の
上端部のU字形部材に装着された取り付け金具41と斯
かる取り付け金具41に取り付けられたアンテナ14と
を有する。
FIG. 1 shows an example of an antenna pointing device according to the present invention. The antenna pointing device includes a base 3, an azimuth gimbal 40 mounted on the base 3, and a U at the upper end of the azimuth gimbal 40. It has a mounting bracket 41 mounted on the letter-shaped member and the antenna 14 mounted on the mounting bracket 41.

【0026】アンテナ14は中心軸線X−Xを有してお
り、アンテナ14と斯かるアンテナ14に装着された取
り付け金具41とからなる組立体は中心軸線X−Xに直
交する仰角軸線13−13’の周りに回転可能に支持さ
れている。方位ジンバル40は仰角軸線13−13’と
直交する方位軸線10周りに回転可能に基台に支持され
ている。こうして、2軸に回転可能な支持機構が構成さ
れ、斯かる支持機構はアンテナ14の中心軸線X−Xが
衛星を指向するように制御される。
The antenna 14 has a central axis XX, and an assembly comprising the antenna 14 and a mounting bracket 41 mounted on the antenna 14 is an elevation axis 13-13 orthogonal to the central axis XX. It is rotatably supported around '. The azimuth gimbal 40 is supported on a base so as to be rotatable about an azimuth axis 10 orthogonal to the elevation axis 13-13 '. In this manner, a support mechanism rotatable about two axes is formed, and the support mechanism is controlled so that the central axis XX of the antenna 14 is directed to the satellite.

【0027】取り付け金具41には、仰角ジャイロ44
と方位ジャイロ45と第1の加速度計46及び第2の加
速度計47とが装着されている。仰角ジャイロ44によ
って仰角軸線13、13’周りを回転するアンテナ14
の回転角度が検出され、方位ジャイロ45によって仰角
軸線13、13’及びアンテナ14の中心軸線X−Xの
双方に直交する軸線周りのアンテナ14の回転角度が検
出され、第1の加速度計46によってアンテナ14の仰
角軸線13、13’周りの傾斜角度が検出され、第2の
加速度計47によって水平面に対する仰角軸線13、1
3’の傾斜角度が検出される。
The mounting bracket 41 includes an elevation gyro 44
, A direction gyro 45, a first accelerometer 46, and a second accelerometer 47. Antenna 14 rotated around elevation axes 13 and 13 'by elevation gyro 44
And the azimuth gyro 45 detects the rotation angle of the antenna 14 around an axis orthogonal to both the elevation axes 13 and 13 ′ and the central axis XX of the antenna 14, and the first accelerometer 46 The inclination angles of the antenna 14 around the elevation axes 13 and 13 ′ are detected, and the second accelerometer 47 detects the elevation axes 13 and 13 with respect to the horizontal plane.
An inclination angle of 3 'is detected.

【0028】仰角ジャイロ44と方位ジャイロ45は積
分型ジャイロ又は角速度検出型ジャイロのいずれであっ
てもよい。
The elevation gyro 44 and the azimuth gyro 45 may be either an integral gyro or an angular velocity detecting gyro.

【0029】本例によると、方位ジンバル40のU字形
部40−2の一方の脚部には仰角軸線13、13’と同
軸的に又は平行に仰角発信器72が装着されている。斯
かる仰角発信器72は例えば仰角歯車48に係合する仰
角発信器用歯車74を有しており、仰角軸線13、1
3’の回転変位は仰角発信器用歯車74を経由して検出
されるように構成されている。斯かる仰角発信器72に
よってアンテナ14の仰角軸線13、13’周りの回転
角度即ち仰角θが検出されそれを指示する信号が出力さ
れる。
According to the present embodiment, the elevation transmitter 72 is mounted on one leg of the U-shaped part 40-2 of the azimuth gimbal 40 coaxially or parallel to the elevation axes 13, 13 '. The elevation angle transmitter 72 has, for example, an elevation angle transmitter gear 74 that engages with the elevation angle gear 48, and the elevation angle axes 13, 1
The 3 ′ rotational displacement is configured to be detected via the elevation transmitter gear 74. The elevation angle transmitter 72 detects the rotation angle of the antenna 14 around the elevation axis 13, 13 ', that is, the elevation angle θ, and outputs a signal indicating the detected angle.

【0030】第4のループにおいて、方位ジンバル40
の回転角φを指示する信号が方位発信器53から出力さ
れ、斯かる出力信号φは加算器61にて、衛星方位角φ
S と船首方位角φC とによって演算され、方位偏差信号
を生成し、減衰器60の中の比例器60−1を経由して
積分器58に入力される。一方、仰角発信器72より供
給された仰角信号θに基づきcosθ演算部60−3に
てcosθ演算を行い、上記方位偏差信号にcosθを
乗じた値をジャイロドリフト補償用積分器60−2へ供
給する。この積分器出力信号は1/cosθ演算部76
の入力にフィードバックされ、方位ジャイロ45の固定
誤差を補償するように成している。
In the fourth loop, the azimuth gimbal 40
Is output from the azimuth transmitter 53, and the output signal φ is converted by the adder 61 into the satellite azimuth angle φ.
An azimuth deviation signal is calculated by S and the heading azimuth angle φ C, and is input to the integrator 58 via the proportional unit 60-1 in the attenuator 60. On the other hand, based on the elevation signal θ supplied from the elevation transmitter 72, the cos θ operation unit 60-3 performs the cos θ calculation, and supplies the azimuth deviation signal multiplied by cos θ to the gyro drift compensation integrator 60-2. I do. This integrator output signal is calculated by the 1 / cos θ calculation unit 76
Of the bearing gyro 45 to compensate for the fixed error.

【0031】本例の場合について、数1、数2と同様
に、ラプラス変換の後のアンテナの回転角φについて伝
達関数を求めると次の数3、数4の式によって表され
る。
In the case of this example, the transfer function for the rotation angle φ of the antenna after the Laplace transform is calculated by the following equations 3 and 4 in the same manner as in the equations 1 and 2.

【0032】[0032]

【数3】 (Equation 3)

【数4】 (Equation 4)

【0033】数1、数2と同様にφC ,φS ,UZ を一
定としておいて最終値を求めると、数4よりVI =−U
Z ′となり、これを数3に代入すると、 となり方位ジャイロの固定誤差UZ は積分器60−2に
よって補償され、アンテナの方位角φA (=φ+φC
は与えられた衛星方位角φS と等しくなる。また、アン
テナの仰角θが船体の揺動等によって変化しても、1/
cosθと乗じている値がUZ ′−UZ ′=0であるか
ら、回転角φに角度誤差が発生することは無く、この結
果衛星に対する指向精度は非常に良好である。
Assuming that φ C , φ S , and U Z are constant in the same manner as in Equations 1 and 2, the final value is obtained. From Equation 4, V I = −U
Z ′, and substituting this into Equation 3 gives The fixed error U Z of the azimuth gyro is compensated by the integrator 60-2, and the azimuth angle φ A of the antenna (= φ + φ C )
Equal to the satellite azimuth angle phi S which is given. Also, even if the elevation angle θ of the antenna changes due to the oscillation of the hull, 1 /
Since the value multiplied by cos θ is U Z ′ −U Z ′ = 0, no angular error occurs in the rotation angle φ, and as a result, the pointing accuracy with respect to the satellite is very good.

【0034】ここで、cosθ演算部60−3の必要性
について説明をする。cosθ演算部60−3が無く、
加算器61の出力信号である方位偏差信号を直接ジャイ
ロドリフト補償用積分器60−2に供給したとすると、
回転角φの伝達関数は数5の式で表される。
Here, the necessity of the cos θ operation unit 60-3 will be described. There is no cosθ operation unit 60-3,
Assuming that the azimuth deviation signal, which is the output signal of the adder 61, is directly supplied to the gyro drift compensation integrator 60-2,
The transfer function of the rotation angle φ is expressed by equation (5).

【0035】[0035]

【数5】 (Equation 5)

【0036】この数5の分母(特性方程式)はcosθ
を含んでいるため、系の応答はcosθの値によって変
化し、特にθ>90°の時はcosθの値が負となるた
め、特性方程式の係数が負となって、系が不安定とな
る。上述欠点はcosθ演算部60−3を設けることに
よって特性方程式がcosθを含まなくなるので方位制
御ループの応答特性をアンテナの仰角θに無関係に一定
にすることができる。
The denominator (characteristic equation) of Equation 5 is cos θ
, The response of the system changes depending on the value of cos θ. In particular, when θ> 90 °, the value of cos θ is negative, so that the coefficient of the characteristic equation becomes negative and the system becomes unstable. . The above-mentioned disadvantage is that the characteristic equation does not include cos θ by providing the cos θ operation unit 60-3, so that the response characteristic of the azimuth control loop can be made constant regardless of the elevation angle θ of the antenna.

【0037】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明は上述の実施例に限ることなく本発明の要旨を逸
脱することなく他の種々の構成が採り得ることは当業者
にとっても容易に理解されよう。
The embodiments of the present invention have been described above.
It will be easily understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment and can adopt various other configurations without departing from the gist of the present invention.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、仰角発信器72から供
給された仰角θよりcosθの値を求め、斯かるcos
θの値に加算器61から供給される方位偏差信号を乗算
して求めた値をジャイロドリフト補償用積分器60−2
に供給し、該積分器出力信号を1/cosθ演算部76
の入力へフィードバックするように構成されているた
め、仰角θの値に依らず、方位ジャイロ45の固定誤差
を補償できると共に系の応答特性を一定にすることがで
きるため、衛星に対する指向精度を向上させることがで
きる利益がある。また本発明によればジャイロの固定誤
差を補償できるので、コストの安価な振動ジャイロ、レ
ートジャイロ等の角速度検出型ジャイロを使用すること
ができる利益がある。
According to the present invention, the value of cos θ is obtained from the elevation angle θ supplied from the elevation angle transmitter 72, and the value of cos θ is obtained.
The value obtained by multiplying the value of θ by the azimuth deviation signal supplied from the adder 61 is used as a gyro drift compensation integrator 60-2.
And outputs the integrator output signal to a 1 / cos θ operation unit 76
, So that the fixed error of the azimuth gyro 45 can be compensated and the response characteristics of the system can be kept constant regardless of the value of the elevation angle θ, so that the pointing accuracy with respect to the satellite is improved. There are benefits that can be made. According to the present invention, since the fixed error of the gyro can be compensated, there is an advantage that an inexpensive angular velocity detecting gyro such as a vibration gyro or a rate gyro can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のアンテナ指向装置の例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an antenna pointing device according to the present invention.

【図2】本発明のアンテナ指向装置の例を示すブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of an antenna pointing device according to the present invention.

【図3】従来のアンテナ指向装置の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a conventional antenna pointing device.

【図4】従来のアンテナ指向装置の例を示すブロック図
である。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional antenna pointing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 基台 3−1 ブリッジ部 9−1、9−1’ 軸受 10 方位軸 10’ 円筒部 10−1 アーム 11 方位歯車 13、13’ 仰角軸線 14 アンテナ 16、16’ 仰角軸軸受 40 方位ジンバル 40−1 支持軸部 40−2 U字形部 41 取り付け金具 41−1、41−1’ 脚部 44 仰角ジャイロ 45 方位ジャイロ 46、47 加速度計 48 仰角歯車 49 仰角サーボモータ 50 ピニオン 52 方位サーボモータ 53 方位発信器 54 積分器 55 増幅器 56 減衰器 57 アークサイン演算器 58 積分器 59 増幅器 60 減衰器 61 加算器 72 仰角発信器 74 仰角発信器用歯車 76 1/cosθ演算部 X−X アンテナ中心軸線 3 Base 3-1 Bridge section 9-1, 9-1 'Bearing 10 Azimuth axis 10' Cylindrical section 10-1 Arm 11 Azimuth gear 13, 13 'Elevation axis 14 Antenna 16, 16' Elevation axis bearing 40 Azimuth gimbal 40 -1 Support shaft part 40-2 U-shaped part 41 Mounting bracket 41-1, 41-1 'Leg part 44 Elevation gyro 45 Azimuth gyro 46, 47 Accelerometer 48 Elevation gear 49 Elevation angle servomotor 50 Pinion 52 Azimuth servomotor 53 Azimuth Transmitter 54 Integrator 55 Amplifier 56 Attenuator 57 Arc sine calculator 58 Integrator 59 Amplifier 60 Attenuator 61 Adder 72 Elevation transmitter 74 Elevator transmitter gear 76 1 / cos θ calculation unit XX Antenna central axis

フロントページの続き (72)発明者 梅野 貢一 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (72)発明者 神谷 吉範 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (72)発明者 荒井 和也 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (56)参考文献 特開 昭62−14504(JP,A) 特開 平2−299301(JP,A) 特開 平2−309702(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 3/08 Continuation of the front page (72) Inventor Koichi Umeno 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo Inside Tokimec Co., Ltd. (72) Yoshinori Kamiya 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo Stock Company (72) Inventor Kazuya Arai 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo, Japan Tokimec Co., Ltd. (56) References JP-A-62-14504 (JP, A) JP-A-2-299301 (JP, A) JP-A-2-309702 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01Q 3/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 中心軸線を有し支持部材に支持されたア
ンテナと、該アンテナ及び支持部材を上記中心軸線に直
交する仰角軸線周りに回転可能に支持する方位ジンバル
と、該方位ジンバルを上記仰角軸線に直交する方位軸線
周りに回転可能に支持する基台と、上記仰角軸線に平行
な入力軸線を有し上記支持部材に固定された第1のジャ
イロと、上記中心軸線と仰角軸線の両者に直交する入力
軸線を有し上記支持部材に固定された第2のジャイロ
と、水平面に対する上記中心軸線の傾斜角を指示する信
号を出力する加速度計と、上記方位ジンバルの上記方位
軸線周りの回転角を指示する信号を出力する方位発信器
とを有し、上記加速度計の出力信号から衛星の高度角に
対応した値を減じた信号を減衰器を介して上記ジャイロ
の実質的なトルカにフィードバックし、上記方位発信器
の出力信号と船首方位角及び衛星方位角に対応した信号
とを加算器にて演算した方位偏差信号を減衰器を介して
上記第2のジャイロの実質的なトルカにフィードバック
して上記アンテナの中心軸線を上記衛星に指向させるよ
うに構成され、 更に、上記方位ジンバルに対する上記アンテナの上記仰
角軸線周りの回転角θを指示する回転角信号を出力する
仰角発信器と、該仰角発信器から出力された回転角信号
より1/cosθの値を計算する1/cosθ演算部と
を設け、上記第2のジャイロの出力信号と上記1/co
sθ演算部の出力信号とを乗算し斯かる乗算値を積分器
に入力し、それによってサーボ系の周波数特性が全ての
仰角θにおいて不変となるように構成されているアンテ
ナ指向装置において、上記仰角発信器から出力された回
転角信号よりcosθの値を計算するcosθ演算部を
設け、上記方位偏差信号と上記cosθ演算部の出力信
号とを乗算し、該乗算結果をジャイロドリフト補償用の
積分器に入力し、該積分器の出力信号を上記1/cos
θ演算部の入力にフィードバックするように成したこと
を特徴とするアンテナ指向装置。
An antenna having a central axis supported by a support member, an azimuth gimbal rotatably supporting the antenna and the support member about an elevation axis orthogonal to the central axis, and an azimuth gimbal supporting the azimuth gimbal. A base rotatably supported about an azimuth axis perpendicular to the axis, a first gyro having an input axis parallel to the elevation axis, and fixed to the support member, and both a center axis and an elevation axis. A second gyro having an orthogonal input axis and fixed to the support member; an accelerometer for outputting a signal indicating an inclination angle of the center axis with respect to a horizontal plane; and a rotation angle of the azimuth gimbal about the azimuth axis An azimuth transmitter for outputting a signal indicating the altitude of the satellite from the output signal of the accelerometer to an effective torquer of the gyro via an attenuator. The output signal of the azimuth transmitter and signals corresponding to the heading azimuth angle and the satellite azimuth angle are calculated by an adder, and the azimuth deviation signal is supplied to the substantial torquer of the second gyro via an attenuator. An elevation angle transmitter configured to feed back and direct the center axis of the antenna toward the satellite, and further output a rotation angle signal indicating a rotation angle θ of the antenna about the elevation axis with respect to the azimuth gimbal; A 1 / cos θ calculation unit for calculating a value of 1 / cos θ from the rotation angle signal output from the elevation angle transmitter, and the output signal of the second gyro and the 1 / cos θ
In the antenna pointing device configured to multiply the output signal of the sθ calculation unit and input the multiplied value to an integrator, whereby the frequency characteristic of the servo system is invariable at all elevation angles θ, A cos θ calculation unit for calculating a value of cos θ from a rotation angle signal output from the transmitter, multiplying the azimuth deviation signal by an output signal of the cos θ calculation unit, and using the multiplication result as a gyro drift compensation integrator And the output signal of the integrator is calculated as 1 / cos
An antenna pointing device, wherein feedback is provided to an input of a θ calculation unit.
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