JPH0192677A - 衛星自動追尾方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ。産業上の利用分野 本発明は、衛星自動追尾装置に関し、特に、方向保持特
性を有する二個のジャイロを利用してＫａ　　帯衛星通
信のようなビーム幅の狭いアンテナ駆動装置を用い、静
止通信衛星の自動追尾を行い、車輌等の移動体間におけ
る衛星通信を達成するため構造が簡単で信頼性の高い構
成を得るための新規な改良に関する。

ｂ、従来の技術 従来、用いられていたこの種の衛星自動追尾装置として
は、種々開発されているが、その中で代表的な構成につ
いて述べると、船舶のよ５にローリング、ピッチング及
びヨーイング等の動揺の影響を受ける機台（動揺体）に
指向性のあるアンテナを配設し、空間のある一定の目標
に指向させる従来例としては、 （リ　船体等、動揺体の姿勢を検出して動揺台（アンテ
ナの設置台）を姿勢制御し、前□配船体等の姿勢に拘わ
らず、前記動揺台の姿勢を目標物に対して一定に保つよ
うにして当該動揺台の上にアンチナベデスぞルを搭載す
るようにした、スタビライザ台と垂直ジャイロの組合せ
従来例。

（２）　　アンテナペデスタルを直接制御するため、ア
ンテナ取付架台部にレートジャイロやレート積分ジャイ
ロ等を搭載して、これらからの角度信号でアンテナペデ
スタルを直接制御するようにした。アンテナペデスタル
直接制御従来例。

の二個が公知である。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 従来の衛星自動追尾装置は１以上のように構成されてい
たため、次のような問題点を有していた。

すなわち、前述の二つの従来例のうち、実際に用いられ
たのは第１従来例であり、動揺台を用いる方法は４軸と
するものが一般的で、計数機構に代表される信号処理部
（コンピュータ）は簡単であるが、軸数の多いことによ
って構造的な機構が複雑になること、重量が増加するこ
と等によって設置経費が増加したり、機構的に複雑とな
っていた。

（１）又、この従来例では、多くのジャイロ力使用され
、しかも、尚該ジャイロは、通常、−定期間（約２００
０時間）使用する毎に交換する必要があること・がら、
保守の上で問題があると共に、ドリフトも多く性能上も
問題があった。

（２〕　　さらに、船舶等の場合、重量の増加による重
心位置の変化を避ける必要があることが多く、アンテナ
及びその設置台の軽量化が要求されるので、この点から
みても好適な構成ではなかった。

（３）　　又、第２従来例においては１重量の大きいス
タビライザ台を除去して、第１従来例を改善したもので
あるが、アンテナ取付架台部にレートジャイロやレート
積分ジャイロ等を搭載して姿勢制御する必要があり、多
（のジャイロを必要とすると共に、保守上の面及びドリ
フトを伴うことで問題が存在していた。

本発明は１以上のような問題点を解決するためになされ
たもので、特に、二個のジャイロを利用してＫａ　　帯
衛星通信のようなビーム幅の狭いアンテナ駆動装置を用
い、静止通信衛星の自動追尾を行い、車輌等の移動体間
における衛星通信を達成するため、構造が簡単で信頼性
の高い構成を得るようにした衛星自動追尾装置を提供す
ることを目的とする。

ｄ８問題点を解決するための手段 本発明による衛星自動追尾装置は、移動体に設けられ、
走行中における角度変化を直接検出するためのディレク
ショナルジャイロ及びバーチイカ　゛ルジャイロと、前
記ディレクショナルジャイロのドリフト補正と前記バー
テイカルジヤイロのピッチロールに基づく二軸（ＡＺ、
ＥＬ）変換計算を行うための演算処理部とを備え、前記
変換計算を行いつつ走行中の方位の確度を保持し、衛星
通信を行うようにした構成である。

８０作　　用 本発明による衛星自動追尾装置においては５デイレクシ
ヨナルジヤイロが移動体の進行方向をシンクロ出力とし
て出方し、との出力が信号処理部に入力される。この信
号処理部はバーテイカルジヤイロのピッチ及びロール出
力を取り込み、ピッチロール角に伴うＥＬ力方向びＡＺ
方向の補正計算を行う。

従って、信号処理部はタイマーからの時間をチエツクし
、前回のドリフト量の零点規正を行った時間との時間差
よりドリフト補正量を計算し、この計算結果をディレク
ショナルジャイロのコース出力（方位出力）に加えて、
現時点の方向を示すディレクショナルジャイロ出力を得
て、アンテナの衛星追尾動作を行うことができる。

よって、パーティカル及びディレクショナルジャイロの
二軸により、バツクラッシ誤差の少ない高精度の追尾動
作を得ることができる。

ｆ、実施例 以下、図面と共に本発明による衛星自動追尾装置の好適
な実施例について詳細に説明する。

第１図から第５図は１本発明による衛星自動追尾装置を
示すためのもので、第１図は全体構成を示すブロック図
、第２図はＣＰＵにより静止通信衛星を追尾する場合の
フロー図、第３図から第５図は、いずれもピッチロール
のある場合のＡＺ−ＥＬ　　マウントの二軸駆動方式に
よる衛星方向を指向するための計算式の説明図である。

まず、第１図における全体構成を示す゛ブロック図にお
いて、符号１で示されるものは、移動体（図示せず）の
ピッチ及びロールを検出するためのスピン軸（図示せず
）を垂直にしたバーテイカルジヤイロ、２は一つの方向
を検出するため、スピン軸が水平におかれたデイレクシ
ヨナルジヤイロで、コースを検出している。

前記バーテイカルジヤイロ１からの検出信号であるピッ
チ出力１ａ及びロール出力１ｂ並びに、前記デイレクシ
ヨナルジヤイロ２からの検出信号であるコース出力２ａ
は、Ｓ／Ｄ変換器３を経てタイマー内蔵構成のＣＰＵよ
りなる信号処理部４に入力されている。

前記信号処理部乙には、受信機（図示せず）からのＡＧ
Ｃで制御された受信人力５、パイロン）　ＯＮ信号６及
び移動体停止信号７が入力されると共に、この信号処理
部４の処理モードを選択するためのマニュアル８．オー
トサーチ９゜ステップトラッキング１０及びオートトラ
ッキング１１が選択的に入力できるように構成されてい
る。

さらに、前記信号処理部４からの第１出力信号１２及び
第２出力信号１６は、Ｄ／Ａ変換器１４、増巾器１５を
経て直流モータ１６に送られ、各直流モータ１６の作動
により、衛星追尾アンテナ（図示せず）の追尾角度を変
化させるように構成されている。

これらの直流モータ１乙には１回転角度を検出するため
のシャフトエンコーダ１７が設ケラれ、このシャフトエ
ンコーダ１７の出力信号ｊ７ａは前記信号処理部４に入
力されている。

又、前記信号処理部４からは、前記各ジャイロ１及び２
のＡＺ−ＥＬ方向の角度表示信号１８が出力される。

前記各ジャイロ１及び２は、いずれも、車輌等の移動体
が道路走行時等に受ける速い角度変化を検出するために
使用するものであり、これらのマウント方式は、構造が
簡易なＡＺ−ＥＬマウント方式が採用され、車輌等の移
動体のピッチロールに基づ＜：ＡＺ−ＥＬ方向の補正は
、ｃＰＵよりなる信号処理部４で演算され、軸数が二軸
であるためピッチロールに伴う計算がやや複雑であるが
、三軸の構成に較べると、バックラッシ等により生ずる
誤差分を減少させることができる。

本発明による衛星自動追尾装置は、前述したように構成
されており、以下に、このＡＺ−ＥＬマウントによる二
軸駆動方式で、ピッチロールのあった場合の補正を行う
場合について、第６図から第５図を用いて、計算する場
合の一例を説明する。

まず、第６図において、ＹＯは衛星方向（ＡＺ）、　Ｐ
ｏ　　は衛星の高低角（ＥＬ）、Ｙｃ　　は車の進行方
向、Ｐｃ　　は車のピッチ角、Ｒｃ　　は車のロール角
、Ｐ’ｃは車のピッチ角Ｐｃ　　により衛星方向に対す
る影響角を示す。又、αは車両等の移動体方向の衛星方
向からの偏角を示す。但し、ピッチ角Ｐｃ　　は坂道を
登る場合を＋、ロール角Ｒｃ　　は右肩下がりを十とす
る。

又、第４図及び第５図における符号は第３図と同じ内容
を表わしており、第４図は車のピッチ角Ｐｃ　　に伴う
関係図、第５図は車のロール角Ｒｃ　　に伴う関係図で
あると共に、第５図においては、第４図との対応から符
号Ａに相当するポイン）Ａ’、符号Ｂに相当するポイン
トはＢ′として示されている。

第６図において、ピッチ角Ｐｃ　　（又は、ロール角Ｒ
ｃ）が衛星の高低角Ｐｏ（ＥＬ）に与える影響は、衛星
が車の進行方向（又は直角方向）にあった場合に最大で
、直角方向（又は進行方向）で零のｃｏｓ　（又はｓｉ
ｎ　）で与えられる。

即ち、第３図において、ピッチ角Ｐｃ　　を表す平面を
考えると、これは、進行方向Ｙｃ　　と直角方向では零
となり、任意方向への影響はその方向と０を含む水平面
との挟角Ｐ’ｃ　として示される。

今、水平面上に半径１０円柱を考えると、ピッチ角Ｐｃ
　　の任意方向での影響を示す量は、Ｐｃ　　又はｐ　
Ｌ　ｃ　のような円柱と、両平面との交点の軌道で構成
される円柱側面の高さとして表される。ピッチ角Ｐｃ　
　として４５°の例を考え進行方向Ｙｃ　　に向ってこ
の円柱とピッチ角ＰＣ平面の交点の軌跡を眺めると円と
なり、次式が成立する。

Ｐｃ’＝　ｔａｎ　４５°ＣＯ３（Ｚ：ｌ：ＣＯ８（１
但し　ａ＝Ｙｏ−Ｙｃ一般に、 Ｐ’ｃ　＝　ｔａｎ、　Ｐｃ　ｃ　ｏｓαとして表され
、線分ＰＣ′／Ｊ″−ｃｏｓαで変化する。

又、ロール角Ｒｃ　　についても同様であって、Ｒ’ｃ
＝ｔａｎ　（−Ｒｃ　）　ｓｉｎαとして表される。

従って、ピッチ角Ｐｃ　　とロール角Ｒｃ　　の両方が
あった場合の高低角Ｐへの影響は、 Ｐ＝Ｐｏ　−ｔａｎ　’　（ｔａｎＰｃ　ｃｏｓα）＋
ｔａｎ−’　（ｔａｎＲｃ　ｓｉｎα）として示される
。

次に、このピッチ角Ｐｃ　　に伴うＹ方向（ＡＺ）の補
正を考える。

第４図において、ピッチ角Ｐｃ　　による衛星からの変
化は、線分ＡＢであり、角度で表わすとＬＡＯＢである
。この第４図では、衛星が車の進行方向と直角方向にあ
ったので、ピッチ角Ｐｃによる変位分ＡＢが１００％効
いてきたが、衛星が任意の方向にある場合は、線分ＡＢ
の衛星方向への成分、即ち、ＡＢｓｉｎαとして表され
る。

ＡＢｓｉｎα＝ｓｉｎＰｏ　５ｉｎＰｃ　ｓｉ、ｎαと
なる。

又、ロール角Ｒｃ　　によるＹ方向の補正も同様に次の
ように示される（第５図参照）。

Ａ’Ｂ’　ｃｏｓα＝ｓｉｎＰｏｓｉｎＲｃ　ｃｏｓａ
即ち、ローリングは車の進行方向で最大で、直角方向で
は零であるので、ｃｏｓα　に比例するものである。

ここで、Ｐ方向（ＥＬ）に対して更に補正する必要があ
る。即ち、ピッチ角Ｐｃ　　又はロール角Ｒｃ　　を生
じ、Ｙ方向に補正することは、もはやＡＺ駆動面は水平
面ではないので、Ｐ方向（ＥＬ）にも回転させることに
なる。

従って、第４図のＰＳ、又は第５図のＲｓ　　をＰより
減色しなければならない。

Ｐｓ＝＝ｌｔＦＯＯｌ　　１−ＢＯＣＩＲｓ　＝：　ｌ
　ｗ　Ｆ　’Ｏ’びｌ−１，４ぎびａＪ　＋＝　ｔａｎ
　’（ｔａｎＰｏｃｏｓα）　ｌ−ｌ　ｔａｎ　’　（
ｔａｎＰｏ　ｃｏｓＲｃ　ｃｏｓ　α）　ｌ従って、Ｐ
方向の補正は結局 ＰＴ＝Ｐ−Ｐｓ−Ｒｓ となる。ここで絶対値をとったのは、減色のみで増色は
あり得ないからである。

Ｐ方向（ＥＬ）の角度が以上のどと（ＰＴとして決った
ので、Ｙ方向での補正式を続ける。

線分ＡＢの衛星方向の成分（ＡＢ　ｓｉｎα）は、ＡＺ
駆動面では線分ＤＥＯごと（拡大され、次式で示される
。

角度乙ＤＯＥでは、 と表される。

また、　Ｒｃによる乙ＤＯＥも同様に次式で示される。

結局Ｙ方向の補正式は次のごとく示される。

前述の補正計算は、前記信号処理部４内のマイコンによ
り計算処理される。

従って、各ジャイロ１及び２がらのピッチ出力１ａ、ロ
ール出力１ｂ及びコース出力２ａに関するシンクロ角度
出力は、　Ｓ／Ｄ　　変換器３にてデジタル量に変換さ
れ、信号処理部４で計算処理されたデジタル出力は、Ｄ
／Ａ変換器１４にてアナログ量に変換されて増幅器１５
で増幅された後、直流モータ１６に供給されて、衛星追
尾アンテナ（図示せず）の追尾補正がなされる。

又、移動体である車輌の道路走行時における角度変化は
速いので、この急激な角度変化に対応できるように、こ
れらの計算速度は充分速いものでなければならず、車輌
の振動を含んだ機械系の振動を最高１０　Ｈｚ　　とし
、これに対して遅れの無視できる１　０　ｍｓ　（１０
０Ｈｚ）程度を、ジャイロの諸元の読込み、駆動アンプ
への出力命令等を含んだ計算ループの所要時間の目標値
とする。

又、この計算ループ内には、前記ディレクショナルジャ
イロ２のドリフト補正も含まれていなければならず、こ
のドリフトには、地球の自転により発生するドリフトと
、個々のジャイロ１及び２固有のドリフトがあるが、い
ずれも次のような経過時間の１次式で近似できる。

Ｆ＝ＦＩ−（ψγ」−ψＤ）ｔＷ：真方位ψγ：時間ド
リフト（分当 り０．２５度） γＤ：固有ドリフト 従って、前述のように、経過時間の１次式として示され
るので、前記信号処理部４のマイコンは、タイマー内蔵
形とし、所定時間の経過により補正を加えてい（ように
している。

前記ディレクショナルジャイロ２は、補正ヲ加えると、
所要期間は、方向の基準となり得るが、温度によるドリ
フト量の変化、僅少のランダムドリフト等のために補正
誤差が積算されてくる。

従って、例えば、１度以内にディレクショナルジャイロ
２の確度を保持したい場合は、３０分に１回程度の割合
でアンテナを正しく衛星に指向させ、零点規正を行う必
要がある。その１つとして、車輌が交差点の信号等で停
止中にステップトラッキング１０を行い、衛星を正しく
捕捉し零点規正を行う方法がある。この場合衛星方向が
開けており、衛星からの電波が受信できることの他に停
止中の１０秒間程度の間にステップトラッキングを完了
させる必要がある。

また、ＥＬ方向（高低角）のステップトラッキングは、
南北方向に太き（移動しない限りあまり変らないので、
省略することができる。車輌走行中の方法として、現在
指向中の衛星方向を基準に数分間ステップトラッキング
を行い、方位基準ならびにドリフト係数の再設定を行う
方式がある。ディレクショナルジャイロはドリフトのた
め累積誤差を生ずるものの、数分間の間は分（１／６０
度）オーダの高い確度の方向を維持するので、現在指向
中の方向を基準に数分間に亘り衛星のステップトラッキ
ングを行い、平均入力電界を算出し、衛星入力の高い方
に方位基準を再設定し、衛星を真中に捕捉できたら方位
補正のためのドリフト係数を設定し直す。

前述の実施例の他に、これらの各ジャイロ１及び２を一
時的基準として利用する衛星の自動捜索があるが、前述
の動作の応用例であり、いずれも、信号処理部４の内蔵
マイコンによって制御を行うことができる。

前述の制御フローを示すと、第２図の通りであり、初期
設定後、マニュアル８で目標である静止衛星に衛星自動
追尾装置を指向させ、目標が捜索できなかった場合は、
オートサーチ９として目標を捕える。

この目標を捕捉した後は、ステップトラッキング１０に
より目標を正しく標準し、零点規正を行う。この零点規
正が終了すると、この回りにオートトラッキング１１が
可能となる。

尚、ディレクショナルジャイロのドリフト補正値は、最
初はマニュアル８でブリセラトスるが、第２回目からは
、オートトラッキング１１経過後のステップトラッキン
グ１０に続く零点規正で、実時間によるドリフト補正値
が計算され、自動的にプリセットされる。

ステップトラッキングによる零点規正は、車輌の停止中
に行う方法と走行中に行う方法があるが、走行中に行う
方法は、車の変化に対する駆動系の遅れ、伝搬路の影響
（電柱、ビル反射波等）があるので、数分間の入力電界
の平均値を算出する方法となる。

次に、前述のオートトラッキング１１は、本発明による
衛星自動追尾装置の特徴とするところであるので、その
フローを以下に詳述する。

まず、車輌に取り付けられたディレクショナルジャイロ
２は、車輌の進行方向をシンクロ出力として出力し、Ｓ
／Ｄ変換器３でディジタル量に変換し、信号処理部４内
のマイコンに印加される。

又、バーテイカルジヤイロ１のピッチ１ａ及びロール１
ｂもＳ／Ｄ変換器６を介して信号処理部４に印加され、
ピッチロール角に伴うＥ　Ｌ　（Ｐ）方向及びＡＺ（Ｙ
）方向の補正計算を前述の計算式によって計算する。

この場合、前述のマイコンはタイマーからの時間をチエ
ツク、前回のドリフト量の零点規正を行った時間との時
間差からドリフト補正量を計算、これをディレクショナ
ルジャイロ２のコース出力２ａ（方位出力）に加えて、
現時点の方向を示すディレクショナルジャイロ出力とす
る操作を行う。

前述の計算式の出力はデジタル量であるので。

増幅器１５に入力する前にＤ／Ａ変換される。但し、駆
動量を決定するために、現在、追尾装置が向いている方
向と比較する必要があり、ＥＬ（Ｐ）とＡＺ（Ｙ）駆動
系は、それぞれのシャフトエンコーダ１７からの出力（
デジタル量）と計算結果をマイコン内で差分演算を行う
。前記増幅器１５の出力は直流モータ１６に入力され、
追尾装置のアンテナ（図示せず）を衛星方向に向けるこ
とになる。

前述の信号処理部４における演算、入出力処理、状態監
視等の一連の計算ループは、前述の通り車輌の道路走行
中の変化に対応するため。

充分対応できる速度の１０　ｍｓ　　程度を目標に設計
する。

又、前記アンテナの駆動系も充分な応答速度で動作する
ことができるように直流モータを採用しており、この直
流モータも車輌の道路走行中のような速い変化に駆動系
が対応できるように増幅器１５によって電力増幅されて
いる。

尚、前述の実施例においては、移動体を車輌の場合につ
いて、走行間の通信衛星自動追尾を意図して説明してき
たが、移動体を車輌に限ることなく、例えば、船舶ある
いは航空機に適用しても同様の作用効果を得ることがで
き、本発明による衛星自動追尾装置は、むしろ動きの激
しい移動体に適用した場合に、特に著しい効果を発揮す
ることができる。すなわち、目標の直接標準ではな（、
自装置内のジャイロを副基準とするため動きが急であっ
ても目標を見失うことがない。

又、本発明による装置は、本来、ジャイロを利用する自
動指向装置であるので、相手が静止している固定目標で
あれば、静止通信衛星あるいは放送衛星である必要はな
く、地上の１点に設けられた目標を指準する場合であっ
ても前述と同様の作用効果が得られる。

但し、本発明による衛星自動追尾装置は、１時間に最大
１度程度の指向誤差（ドリフト）を生じる可能性がある
ので、静止衛星を使わなし・場合は、同じ場所に戻って
遠方の同一目標を標準、零点規正を行う必要がある。

ｇ１発明の効果 本発明による衛星自動追尾装置は、以上のように構成さ
れているため、次のような効果を得ることができる。

（１）　　バーテイカルジヤイロ及びデイレクシヨナル
ジヤイロを構造が簡易なＡＺ−ＥＬマウント方式で構成
しているため、軸数が二軸と少なく、ピッチロールに伴
う計算処理がやや複雑となるが、三軸等の構成に較べ、
ノくツクラツン等により生ずる誤差をその分減らすこと
ができ、高精度の追尾動作を得ることができる。

（２）演算、入出力処理、状態監視等の一連の計算ルー
プは、移動体の走行中の変化に対応できるよう、充分に
速い速度（１０ｍｓ　）で処理することができるため、
動きの激しい状態で十分な追尾並力を有することができ
る。

（６）　　二個のジャイロによって構成することができ
るため、全体構造が機構的に極めて簡略化され、車輌等
の小形移動体に用いる場合に極めて好都合となる。

（４）　　さらに、機構が簡略化されているが故に、保
守作業が容易となり、大量の移動体に用いる場合に極め
て好都合である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による衛星自動追尾装置を示すためのもの
で、第１図は全体構成を概略的に示すブロック図、第２
図は信号処理部により静止通信衛星を追尾する場合のフ
ロー図、第３図から第５図迄は、いずれもピッチロール
のある場合のＡＺ−ＥＬマウント方式による衛星方向を
指向するための計算式の説明図である。 １はバーテイカルジヤイロ、２はディレクショナルジャ
イロ、４は信号処理部である。 特許出願人　　綜合警備保障株式会社 手続補正書 昭和６２＊１２月３　日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）車輌等の移動体に設けた衛星自動追尾装置におい
   て、 前記移動体に設けられ、走行中における角度変化を直接
   検出するためのデイレクシヨナルジヤイロ及びバーテイ
   カルジヤイロと、 前記デイレクシヨナルジヤイロのドリフト補正と前記バ
   ーテイカルジヤイロのピンチロールに基づく二軸（ＡＺ
   、ＥＬ）変換計算を行うための信号処理部と、 を備え、前記変換計算を行いつつ走行中の方位の確度を
   保持し、衛星通信を行うようにしたことを特徴とする衛
   星自動追尾装置。
2. （２）前記移動体の停止時間において、ステップトラッ
   キングを行い、前記デイレクシヨナルジヤイロのドリフ
   ト係数及び方位基準等を自動的に再設定するようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の衛星自動
   追尾装置。
3. （３）確度維持のため、前記移動体の走行中に数分間に
   亘り衛星をステップトラッキングし、方位基準またはド
   リフト係数等を再設定するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の衛星自動追尾装
   置。