JP5517564B2 - 制振装置 - Google Patents
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Description
図7に示す空中線系では、演算制御部30は、以下の処理を行うことにより、所望の静止衛星を捕捉する。
(1) GPS測位センサ31によって計測されたアンテナ32の位置に基づいて目標衛星データ格納部33にあるデータベースを参照することにより、所望の静止衛星の捕捉に適用されるべき仰角(以下、「目標仰角」という。)および方位(以下、「目標方位」という。)を求める。
(2) 方位センサ34によって計測されるアンテナ32の主ローブの方位を監視しつつ、方位角軸駆動装置35aを駆動することにより、アンテナ32の方位を上記目標方位に設定する。
(4) ロール方向傾斜センサ36rおよびピッチ方向傾斜センサ36pを介してアンテナ32の姿勢を所定の周期(頻度)で監視する。
(5) このような姿勢の偏差が圧縮される方向に仰角軸駆動装置35eおよび方位軸駆動装置35aを駆動することにより、アンテナ32の姿勢の偏差を所望の範囲内に維持する。
また、GPS測位センサ31のアンテナ端子に接続されたGPSアンテナ31aおよびアンテナ32は、図7の下部に示すように、大型の車両38の頂部に配置される。
(1) 「移動体の絶対姿勢および絶対方位を推定する姿勢方位推定手段1と、衛星の方位角および仰角を算出する衛星絶対方向算出手段2と、移動体に対する衛星の方位角および仰角を算出する衛星相対方向算出手段3と、衛星から送信される信号の受信レベルを用いて衛星相対方向を探索する衛星相対方向探索手段5と、衛星相対方向算出手段3から得られた衛星相対方向に衛星相対方向探索手段5から得られた衛星相対方向を重畳した方向にアンテナあるいはアンテナビームを駆動して衛星を指向し、その際の移動体に対するアンテナあるいはアンテナビームの方位角および仰角を姿勢方位推定手段1へ入力するアンテナ駆動装置4とを備える」ことにより、「長時間にわたり高精度にアンテナを制御して衛星を追尾することができる」点に特徴がある衛星追尾用アンテナ制御装置…特許文献1
したがって、可搬型(移動型)の地球局の運用の準備には、予め十分な時間が確保されなければならなかった。
さらに、既述の「最適捕捉処理」は、環境等に応じた方位センサ34の特性に誤差や変動を伴うために、アンテナ32の方位角や仰角が可変されるべき範囲が広めに設定されなければならないために、静止衛星の捕捉に要する時間が長くなる可能性があった。
すなわち、振動等により生じた部材の変位は、上記3つの軸に対するその部材の角速度の組み合わせとして監視され、これらの3つの軸に対応した角速度の成分の列から回転角として識別された後に、吸収され、あるいは抑制される。
請求項2に記載の発明では、角速度監視手段は、制震の対象であり、または前記制震の対象と一体と見なされ得る部材の角速度を互いに直交する2つの軸に対して監視する。回転角算出手段は、前記監視された角速度に基づいて前記2つの軸、または前記2つの軸を含む互いに直交する3つの軸に対する前記部材の回転角を求める。第一の補償手段は、前記部材を変位させることにより、前記求められた回転角の偏差を補償する。
すなわち、振動等により生じた部材の変位は、上記2つの軸に対するその部材の角速度の組み合わせとして監視され、これらの2つの軸、または上記3つの軸に対応した角速度の成分の列から回転角として識別された後に、吸収され、あるいは抑制される。
請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載の制震装置において、仰角監視手段は、前記部材に設置もしくは取り付けられた要素または前記部材の仰角を監視する。ロール角監視手段は、前記部材のロール角を監視する。第二の補償手段は、前記仰角の偏差を前記ロール角と前記仰角の余弦値との比ずつ補償する。
このような比は、上記仰角およびロール角の如何にかかわらず、その仰角の方向を示す軸に対して部材または要素が回転した角度を理論的に示す。
請求項4に記載の発明では、角速度監視手段は、制震の対象であり、または前記制震の対象と一体と見なされ得る部材の角速度を互いに直交する3つの軸に対して監視する。回転角算出手段は、前記監視された角速度に基づいて前記3つの軸に対する前記部材の回転角を求める。ビーム方向補償手段は、前記部材に設置もしくは取り付けられた要素または前記部材であるアンテナのビームフォーミングが行われる方向を前記求められた回転角の偏差に亘って補償する。
すなわち、振動等により生じた部材の変位は、上記3つの軸に対するその部材の角速度の組み合わせとして監視され、これらの3つの軸に対応した角速度の成分の列から回転角として識別された後に、既述のビームフォーミングの過程で相殺され、あるいは抑圧される。
請求項5に記載の発明では、角速度監視手段は、制震の対象であり、または前記制震の対象と一体と見なされ得る部材の角速度を互いに直交する3つの軸に対して監視する。回転角算出手段は、前記監視された角速度に基づいて前記2つの軸、または前記2つの軸を含む互いに直交する3つの軸に対する前記部材の回転角を求める。ビーム方向補償手段は、前記部材に設置もしくは取り付けられた要素または前記部材であるアンテナのビームフォーミングが行われる方向を前記求められた回転角の偏差に亘って補償する。
すなわち、振動等により生じた部材の変位は、上記2つの軸に対するその部材の角速度の組み合わせとして監視され、これらの2つの軸、または上記3つの軸に対応した角速度の成分の列から回転角として識別された後に、既述のビームフォーミングの過程で相殺され、あるいは抑圧される。
本発明では、部材または要素が振動等により変位しても、上記仰角の方向を示す軸に対するその部材または要素の回転が精度よく抑制される。
本発明では、部材の変位に起因するアンテナの指向性の変動は、互いに直交する3つまたは2つの軸に対応した回転角がセンサによって直接計測される場合に比べて、これらのセンサの特性に伴う偏差、環境条件や経年に応じた変化が積算されることなく、精度よく安定に抑制される。
本発明では、部材またはアンテナが振動時により変位しても、その変位に起因するアンテナの指向性の変動は、互いに直交する3つまたは2つの軸に対応した回転角がセンサによって直接計測される場合に比べて、これらのセンサの特性に伴う偏差、環境条件や経年に応じた変化が積算されることなく、精度よく安定に抑制される。
したがって、本発明が適用された装置やシステムでは、外部から与えられた信号、またはその振動に起因する特性の変化が安定に精度よく抑制され、性能および信頼性が総合的に高められる。
図1は、本発明の第一の実施形態を示す図である。
図において、図7に示す従来例にも備えられている要素については、同じ符号を付与し、ここでは、その説明を省略する。
(1) 演算制御部30に代えて演算制御部10が備えられる。
(2) 方位センサ34が備えられず、その方位センサ34に代えて、ロール方向角速度センサ11rおよびピッチ方向角速度センサ11pが備えられる。
(3) 上記ロール方向角速度センサ11rおよびピッチ方向角速度センサ11pに併せて、ヨー方向角速度センサ11yが備えられる。
(4) 車両37に代えて車両13が備えられる。
以下、図1および図2を参照して本実施形態の動作を説明する。
演算制御部10は、以下の処理を行うことにより、所望の静止衛星を捕捉する。
a) GPS測位センサ31によって計測されたアンテナ32の緯度および経度
b) アンテナ32の主ローブの方向を示す方位角(初期方位角)および仰角(初期仰角)
c) 初期偏波軸角
(2) アンテナ32(またはアンテナ32が取り付けられた基台(図示されない。)の位置を示す緯度(以下、「基台緯度」という。)φt および経度(以下、「基台経度」という。)θt
(3) 地球の半径R(≒6,370km)
(4) 地表と静止軌道との間の距離H(≒35,800km)
(1) これらのロール角R、ピッチ角P、ヨー角Yに対して下式(d)で示される回転行列COMV_Mを求める(図2ステップS8)。
(2) 下式(e)に示すように、この回転行列COMV_Mと、上式(c)で示される方向ベクトル[Ax、Ay、Az]T との積として、アンテナ32(基台)の揺動が反映された方向ベクトル[Bx、By、Bz]T
を求める(図2ステップS9)。
の方位角AZ′、仰角EL′を下式(f)、(g)に示す算術演算に基づいて求める(図2ステップS10)。
この時点におけるロール角Rとピッチ角Pとに対して下式(h)で示される偏波角POL′を求める(図2ステップS11)。
POL′=R/cos P ・・・(h)
(5) 方位角駆動装置35aを駆動することにより、下式(i)で示される方位角偏差δAZを圧縮する(図2ステップS12)。
δAZ=AZ′−AZ ・・・(i)
δEL=EL′−EL ・・・(j)
(7) 偏波軸駆動装置37を駆動することにより、下式(k)で示される偏波角偏差δPOLを圧縮する(図2ステップS14)。
δPOL=POL′−POL ・・・(k)
また、演算制御部10は、再び起動される「初期捕捉処理」の過程では、GPS測位センサ31に計測されたアンテナ32の位置を取得した後、既に保存されているログに、そのアンテナ32の位置が所望の精度で等しい特定のレコードがある場合には、そのレコードに登録された既述の項目を初期値として採用し、かつ方位軸角、仰角軸角、偏波軸角の可変範囲を該当する初期値の近傍に制限することにより、処理の手順の簡略化を図る。
本実施形態と既述の第一の実施形態との構成の相違点は、以下の点にある。
(1) 演算制御部10に代えて演算制御部20が備えられる。
(2) 既述のアンテナ32に代えてアンテナ21が備えられる。
(3) そのアンテナ21の給電点には、演算制御部10の特定の入出力ポートに接続されたビームフォーミング部22の出力が接続される。
以下、図5および図6を参照して本実施形態の動作を説明する。
(1) 既述の第一の実施形態と同様の手順に基づいて、回転行列COMV_Mと、アンテナ21(基台)の揺動が反映された方向ベクトル[Bx、By、Bz]T
と、その揺動に起因して変化した方向ベクトル[Bx、By、Bz]T
の方位角AZ′、仰角EL′とを求める(図3ステップS2)。
(2) 既述の第一の実施形態と同様の手順に基づいて、最新の偏波軸角POLを保存し、かつ偏波角POL′を求める(図3ステップS3)。
(4) これらの方位角偏差δAZ、仰角偏差Δ、偏波角偏差δPOLに起因する既述の主ローブの方向の偏差が解消される方向(方位角、仰角で示される。)および偏波角によるビームフォーミングと給電とをビームフォーミング部22に指示する(図3ステップS5)。
しかし、本発明は、アンテナ32(21)の主ローブの方向が所望の静止衛星の方向に設定されている状態であっても、そのアンテナ32(21)の仰角軸に対する回転角に応じて利得等の無線伝送特性が変化する直線偏波その他の偏波(以下、「仰角軸角依存偏波」という。)である場合にも、同様に適用可能である。
しかし、このような回転行列COMV_Mは、ヨー方向、ピッチ方向およびロール方向の内、回転が生じ、あるいは回転が無視できない程度に大きい方向のみに対応する回転行列の積として求められてもよい。
しかし、本発明は、このようなアンテナ系に限定されず、所望の部材やその部材に取り付けられ、あるいは装着された要素の姿勢の偏差や変動を精度よく安定に補償する制振装置として多用な分野に適用可能である。
しかし、本発明は、このようなPID制御に限定されず、所望の応答性や精度が実現されるならば、例えば、PID制御、PI制御、P制御の任意の組み合わせによる自動制御が適用され、またはこのような自動制御に代わるフィードフォワード制御もしくは適応制御が適用されてもよい。
前記ビームフォーミングの下で形成される前記アンテナのビームの仰角を監視する仰角監視手段と、
前記アンテナのロール角を監視するロール角監視手段と、
前記仰角の偏差を前記ロール角と前記仰角の余弦値との比ずつ補償する仰角補償手段と
を備えたことを特徴とする制振装置。
このような構成の制振装置では、請求項4または請求項5に記載の制震装置において、仰角監視手段は、前記ビームフォーミングの下で形成される前記アンテナのビームの仰角を監視する。ロール角監視手段は、前記アンテナのロール角を監視する。仰角補償手段は、前記仰角の偏差を前記ロール角と前記仰角の余弦値との比ずつ補償する。
このような比は、上記仰角およびロール角の如何にかかわらず、その仰角の方向を示す軸に対して部材またはアンテナが回転した角度を理論的に示す。
したがって、部材またはアンテナが振動等により変位しても、上記仰角の方向を示す軸に対するその部材またはアンテナの回転が精度よく抑制される。
11p ピッチ方向角速度センサ
11r ロール方向角速度センサ
11y ヨー方向角速度センサ
12 動揺センサ
13,38 車両
21,32 アンテナ
22 ビームフォーミング部
31 GPS測位センサ
31a GPSアンテナ
33 目標衛星データ格納部
34 方位センサ
35a 方位軸駆動装置
35e 仰角軸駆動装置
36p ピッチ方向傾斜センサ
36r ロール方向傾斜センサ
37 偏波軸駆動装置
39 固定装置
Claims (5)
- 制震の対象であり、または前記制震の対象と一体と見なされ得る部材の角速度を互いに直交する3つの軸に対して監視する角速度監視手段と、
前記監視された角速度に基づいて前記3つの軸に対する前記部材の回転角を求める回転角算出手段と、
前記部材を変位させることにより、前記求められた回転角の偏差を補償する第一の補償手段と
を備えたことを特徴とする制振装置。 - 制震の対象であり、または前記制震の対象と一体と見なされ得る部材の角速度を互いに直交する2つの軸に対して監視する角速度監視手段と、
前記監視された角速度に基づいて前記2つの軸、または前記2つの軸を含む互いに直交する3つの軸に対する前記部材の回転角を求める回転角算出手段と、
前記部材を変位させることにより、前記求められた回転角の偏差を補償する第一の補償手段と
を備えたことを特徴とする制振装置。 - 請求項1または請求項2に記載の制震装置において、
前記部材に設置もしくは取り付けられた要素または前記部材の仰角を監視する仰角監視手段と、
前記部材のロール角を監視するロール角監視手段と、
前記仰角の偏差を前記ロール角と前記仰角の余弦値との比ずつ補償する第二の補償手段と
を備えたことを特徴とする制振装置。 - 制震の対象であり、または前記制震の対象と一体と見なされ得る部材の角速度を互いに直交する3つの軸に対して監視する角速度監視手段と、
前記監視された角速度に基づいて前記3つの軸に対する前記部材の回転角を求める回転角算出手段と、
前記部材に設置もしくは取り付けられた要素または前記部材であるアンテナのビームフォーミングが行われる方向を前記求められた回転角の偏差に亘って補償するビーム方向補償手段と
を備えたことを特徴とする制振装置。 - 制震の対象であり、または前記制震の対象と一体と見なされ得る部材の角速度を互いに直交する2つの軸に対して監視する角速度監視手段と、
前記監視された角速度に基づいて前記2つの軸、または前記2つの軸を含む互いに直交する3つの軸に対する前記部材の回転角を求める回転角算出手段と、
前記部材に設置もしくは取り付けられた要素または前記部材であるアンテナのビームフォーミングが行われる方向を前記求められた回転角の偏差に亘って補償するビーム方向補償手段と
を備えたことを特徴とする制振装置。
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