JPH05259721A - アンテナ指向装置 - Google Patents

アンテナ指向装置

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JPH05259721A
JPH05259721A JP5190692A JP5190692A JPH05259721A JP H05259721 A JPH05259721 A JP H05259721A JP 5190692 A JP5190692 A JP 5190692A JP 5190692 A JP5190692 A JP 5190692A JP H05259721 A JPH05259721 A JP H05259721A
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JP
Japan
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azimuth
axis
antenna
angle
gimbal
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JP5190692A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Hojo
武 北條
Tsurashi Yamamoto
貫志 山本
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Tokimec Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 衛星の高度角が90°に近いときでも、ジン
バルロック現象を回避し、衛星に対して良好に指向する
ことができるアンテナ指向装置を提供することを目的と
する。 【構成】 中心軸線X−Xを有するアンテナ14と、ア
ンテナ14を仰角軸線13、13’周りに回転可能に支
持する支持機構と、仰角軸線13、13’に直交する入
力軸線を有する第1のジャイロ44と、中心軸線X−X
と仰角軸線13、13’の両者に直交する入力軸線を有
する第2のジャイロ45と、水平面に対する中心軸線X
−Xの傾斜角を検出する加速度計46と、方位ジンバル
40の方位軸線周りの回転角を検出する方位発信器53
とを有するアンテナ指向装置において、衛星の高度角が
90度付近にあるとき、仰角軸線13、13’が船体の
首尾線方向に整合するようにアンテナ14方位を制御す
るように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【0002】
【従来の技術】図5は従来のアンテナ指向装置の例を示
す。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14に取り付けられたアンテナ14とを有する。
【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
軸10が軸受9−1、9−1’によって支持された状態
にて、方位ジンバル40は方位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
の軸線は方位軸線より偏倚して配置されている。
【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。
【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。
【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によってアンテナ14の中心軸線X−X周り
の傾斜角度が検出される。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微分型ジャイロであってよい。
【0007】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。
【0008】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が取り付けられ、
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。
【0009】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θ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φとする。
【0010】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
が揺動してもアンテナ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。
【0011】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θ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44
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
ることも可能である。以上の第1及び第2のループより
構成されるのが仰角制御ループである。
【0012】一方、第3のループにおいて、方位ジャイ
ロ45の出力信号は、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。
【0013】第4のループにおいて、アンテナ14の方
位を指示する信号が方位発信器53から出力され、斯か
る出力信号は、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φC によって減ぜられ、更
に、減衰器60を経由して積分器58に入力される。こ
のループは、アンテナ14の方位φを衛星方位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
を具備させることも可能である。即ち、減衰器56、6
0の出力は積分型ジャイロトルカの出力に相当する。以
上の第3及び第4のループより構成されるのが方位制御
ループである。
【0014】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。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斯かる
従来のアンテナ指向装置では、方位−レベル方式のジン
バル方式のため、衛星の高度角が90°近くになるとジ
ンバルロックと称する現象が起き、それに起因してアン
テナ14の指向精度が低下するという問題があった。
【0016】即ち、衛星の高度角が90°近くになりア
ンテナ14の中心軸線X−Xが水平面に対して直角方向
を向くようになると、アンテナ14の支持機構は仰角軸
線13、13’周りの船体の揺動を吸収するように構成
されているが、仰角軸線13、13’と直交する軸線周
りの船体の揺動に対する安定機能は有していない。従っ
て、船体が仰角軸線13、13’と直交する軸線周りに
揺動するとき、指向すべき衛星の高度角が小さいときに
は方位制御ループの作用によりアンテナの指向誤差は生
じないが高度角が大きく例えば90°に近いときには、
方位制御ループの作用が殆どなくなるため大きな指向誤
差が生じる。
【0017】一方、船体の揺動にはロールとピッチとが
あるが、一般にロール角はピッチ角に比べて大きく、ピ
ッチ角は僅か数度に過ぎない。
【0018】本発明は、斯かる点に鑑み、ジンバルロッ
ク現象を回避し、衛星の高度角が90°に近いときで
も、衛星に対して良好に指向することができるアンテナ
指向装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明に依れば、例えば
図1に示すように、中心軸線X−Xを有するアンテナ1
4と、アンテナ14に装着された支持部41と、中心軸
線X−Xに直交する仰角軸線13、13’を有し支持部
41に装着されたアンテナ14を仰角軸線13、13’
周りに回転可能に支持する方位ジンバル40と、方位ジ
ンバル40を仰角軸線13、13’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、を有し、支持部4
1には仰角軸線13、13’に直交する入力軸線を有す
る第1のジャイロ44と中心軸線X−Xと仰角軸線1
3、13’の両者に直交する入力軸線を有する第2のジ
ャイロ45と水平面に対する中心軸線X−Xの傾斜角を
指示する信号を出力する加速度計46とが装着され、基
台3には方位ジンバル40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が装着され、衛星
の方位角及び高度角を検出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たアンテナ指向
装置において、衛星の高度角が90度付近にあるとき、
仰角軸線13、13’が船体の首尾線方向に整合するよ
うに方位ジンバル40の方位を制御するように構成され
ている。
【0020】本発明に依れば、例えば図3に示すよう
に、アンテナ指向装置において、基台3に傾斜軸方位検
出装置75、76を装着し、衛星の高度角が90度付近
にあるとき、仰角軸線13、13’の方位を傾斜軸方位
検出装置75、76からの出力信号によって指示された
方位に整合するように方位ジンバル40の方位を制御す
るように構成されている。
【0021】本発明に依れば、例えば図3に示すよう
に、アンテナ指向装置において、傾斜軸方位検出装置7
5、76は傾斜検出器75と傾斜検出器75によって検
出された船体のロール角θR とピッチ角θP に基づいて
船体の傾斜軸線の方位角を演算し方位角を指示する信号
を出力する傾斜軸方位演算器76とを有し、傾斜軸方位
演算器76は、 φT =90°−tan-1(θP /θR ) によって方位角φT を演算するように構成されている。
【0022】
【作用】本発明の第1の例に依れば、衛星の高度角が9
0度付近にあるとき、方位ジンバル40の仰角軸線13
−13’が常に船体の首尾線方向に整合して配置される
ように方位ジンバル40が制御される。
【0023】本発明の第2の例に依れば、衛星の高度角
が90度付近にあるとき、方位ジンバル40の仰角軸線
13−13’が常に船体の傾斜軸線に整合して配置され
るように方位ジンバル40が制御される。
【0024】
【実施例】以下に図1〜図4を参照して本発明の実施例
について説明する。尚図1〜図4において図5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。
【0025】本発明の基本原理は、船体がいかなる揺動
状態にあってもその運動は必ず水平面内の1つの回転軸
線周りの回転運動と考えることができること、従って、
方位ジンバルの仰角軸線13、13’が常にこの回転軸
線に整合するように方位ジンバルを制御すれば、アンテ
ナ14の中心軸線X−Xは常に天頂方向を指向すること
ができること、にある。第1の例は斯かる回転軸線はロ
ール軸線即ち船体の首尾線方向にあるものとして構成さ
れ、第2の例は斯かる回転軸線を船体の傾斜軸線として
構成されている。
【0026】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。
【0027】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。
【0028】本例のアンテナ指向装置は、図5の従来例
と同様な第1のループと第2のループとを有するが、第
3のループ及び第4のループの構成が図5の従来例と異
なっている。
【0029】本例では、積分器58と増幅器59との間
にモード切り換え器70が設けられ、斯かるモード切り
換え器70には方位発信器53からのアンテナ方位角φ
を指示する信号とモード切り換え信号Aとが入力される
ように構成されている。
【0030】図2はモード切り換え器70の詳細を示す
図であり、斯かる図を参照して本例の動作を説明する。
モード切り換え器70は加算器71と切り換えスイッチ
72とを有するように構成してよい。加算器71には方
位発信器53からのアンテナ方位角φを指示する信号が
入力され、斯かるアンテナ方位角φが90°だけ加減算
されて第2の固定接点72bに出力される。
【0031】切り換えスイッチ72は積分器58からの
出力が供給される第1の固定接点72aと加算器71か
らの出力が供給される第2の固定接点72bと増幅器5
9の入力端に接続された可動接点72cとを含む。切り
換えスイッチ72はモード切り換え信号Aによって制御
され、モード切り換え信号Aが入力されると可動接点7
2cが第1の固定接点72aと第2の固定接点72bの
間を移動する。
【0032】衛星の高度角が90°に近づくと、適当な
方法にて、切り換えスイッチ72にモード切り換え信号
Aが供給されるように構成されている。衛星の高度角θ
S が90°より充分小さいときには切り換えスイッチ7
2の可動接点72cは第1の固定接点72aに接続され
ており、従って、この第3のループと第4のループは図
5の従来例のサーボループと同一の働きをする。衛星の
高度角が90°に近づき切り換えスイッチ72にモード
切り換え信号Aが供給されると切り換えスイッチ72の
可動接点72cは第1の固定接点72aから第2の固定
接点72bに接続され、加算器71からの出力が増幅器
59に出力される。
【0033】加算器71では90°とアンテナ方位角φ
との減算、即ち90°−φ≒0が演算され、斯かる演算
値を示す信号が増幅器59を経由して方位サーボモータ
52に供給される。増幅器59のゲインは充分大きい値
に設定されているため、この第3及び第4のループによ
ってアンテナ方位角φは、90°−φ≒0より、φ=9
0°に保持される。即ち、方位ジンバル40は、アンテ
ナ14の中心軸線X−Xが船体の首尾線に直交する状態
にて、固定される。
【0034】こうして、衛星の高度角が90度付近にあ
るとき、方位ジンバル40の仰角軸線13−13’が常
に船体の首尾線方向に整合して配置されるように方位ジ
ンバル40が制御される。即ち、方位ジンバル40の仰
角軸線13−13’は常に船体のロール軸線に整合して
固定されることとなる。アンテナ14と取り付け金具4
1との組立体は仰角軸線13−13’周りに回転可能に
支持されているから、船体のロール運動は吸収される。
船体のピッチ運動によるアンテナ14の指向誤差は除去
されないが、ピッチ角は極めて小さいからアンテナ14
の受信特性を大きくすることによって問題となる誤差は
生じない。
【0035】図3は、本発明の更に他の例を示す。この
例では、更に、傾斜検出器又は水平儀75と傾斜軸方位
演算器76とが設けられている。傾斜検出器75は船体
に装着されており、船体がロール又はピッチ運動すると
きそれを検出してロール角θ R 及びピッチ角θP を指示
する信号を傾斜軸方位演算器76に出力する。傾斜軸方
位演算器76では、斯かる傾斜検出器75から出力され
た信号より、船体の傾斜軸線の方位角φT が求められ
る。斯かる船体の傾斜軸線の方位角φT は次の数1の式
によって求められる。
【0036】
【数1】φT =90°−tan-1(θP /θR
【0037】図4は図3の例に使われているモード切り
換え器70の詳細を示す図であり、斯かる図を参照して
図3の例の動作を説明する。モード切り換え器70は、
図2の例と同様に、加算器71と切り換えスイッチ72
とを有するように構成されてよく、切り換えスイッチ7
2は積分器58からの出力が供給される第1の固定接点
72aと加算器71からの出力が供給される第2の固定
接点72bと増幅器59の入力端に接続された可動接点
72cとを含む。切り換えスイッチ72はモード切り換
え信号Aによって制御され、モード切り換え信号Aが入
力されると可動接点72cが第1の固定接点72aと第
2の固定接点72bの間を移動する。
【0038】衛星の高度角が90°に近づくと、適当な
方法にて、切り換えスイッチ72にモード切り換え信号
Aが供給されるように構成されている。衛星の高度角θ
S が90°より充分小さいときには切り換えスイッチ7
2の可動接点72cは第1の固定接点72aに接続され
ており、従って、この第3のループと第4のループは図
5の従来例のサーボループと同一の働きをする。衛星の
高度角が90°に近づき切り換えスイッチ72にモード
切り換え信号Aが供給されると切り換えスイッチ72の
可動接点72cは第2の固定接点72bに接続され、加
算器71からの出力が増幅器59に出力される。
【0039】加算器71には方位発信器53からのアン
テナ方位角φを指示する信号と傾斜検出器75からの船
体の傾斜軸線の方位角φT を指示する信号とが入力さ
れ、両者は加減算される。こうして加算器71からは、
船体の傾斜軸線の方位角φT よりアンテナ方位角φが減
ぜられた値φT −φ≒0を指示する信号が第2の固定接
点72bに出力される。φ=φT より、アンテナ方位角
φは船体の傾斜軸線の方位角φT に一致するように保持
される。
【0040】斯かる第2の例に依れば、衛星の高度角が
90度付近にあるとき、方位ジンバル40の仰角軸線1
3−13’が常に船体の傾斜軸線に整合して配置される
ように方位ジンバル40が制御される。アンテナ14と
取り付け金具41との組立体は仰角軸線13−13’周
りに回転可能に支持されているから、船体の傾斜軸線周
りの揺動は吸収される。船体の傾斜軸線周りの揺動はロ
ールとピッチが合成されたものだから、斯かる第2の例
では、ロールとピッチに起因するアンテナ14の指向誤
差が除去されることとなる。
【0041】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、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容易に理解されよう。
【0042】
【発明の効果】本発明に依れば、方位−レベル方式のジ
ンバル方式において、衛星の高度角が90°近傍にある
とき起きるジンバルロック現象を回避し、従ってジンバ
ルロック現象に起因するアンテナ14の指向精度が低下
するという問題を除去することができる利点がある。
【0043】本発明に依れば、仰角軸線13−13’を
船体の首尾線方向に整合させるという簡単な方法で、ジ
ンバルロック現象を回避し、アンテナ14の指向精度を
大きく向上させることができる利点がある。
【0044】本発明に依れば、船体に傾斜検出器75を
設け、斯かる傾斜検出器又は水平儀75より出力された
ロール角及びピッチ角信号より船体の傾斜軸線の方位を
計算し、仰角軸線13−13’を船体の傾斜軸線方向に
整合させるように構成されているため、衛星の高度角が
90°近傍にて生ずるジンバルロック現象を回避しアン
テナ14の指向精度を大きく向上させることができる利
点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアンテナ指向装置の例を示す図であ
る。
【図2】モード切り換え器の構成例を示す図である。
【図3】本発明のアンテナ指向装置の他の例を示す図で
ある。
【図4】モード切り換え器の他の構成例を示す図であ
る。
【図5】従来のアンテナ指向装置の例を示す図である。
【符号の説明】
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 70 モード切り換え器 71 加算器 72 切り換えスイッチ 75 傾斜検出器 76 傾斜方位演算器 A モード切り換え信号 X−X アンテナ中心軸線
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年4月6日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【請求項2】 請求項1のアンテナ指向装置において、
傾斜軸方位検出装置を設け、衛星の高角度が90度付近
にあるとき、上記仰角軸線の方位を上記傾斜軸方位検出
装置からの出力信号によって指示された方位に整合する
ように上記方位ジンバルの方位を制御するように構成さ
れていることを特徴とするアンテナ指向装置。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年11月27日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中心軸線を有するアンテナと、該アンテ
    ナに装着された支持部材と、上記中心軸線に直交する仰
    角軸線を有し上記支持部に装着されたアンテナを上記仰
    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、を有し、上記支持部には上記
    仰角軸線に直交する入力軸線を有する第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
    する第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が装着され、
    上記基台には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が装着され、
    衛星の方位角及び高度角を検出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たアンテナ
    指向装置において、 衛星の高度角が90度付近にあるとき、上記仰角軸線が
    船体の首尾線方向に整合するように上記方位ジンバルの
    方位を制御するように構成されていることを特徴とする
    アンテナ指向装置。
  2. 【請求項2】 請求項1のアンテナ指向装置において、
    上記基台に傾斜軸方位検出装置を装着し、衛星の高度角
    が90度付近にあるとき、上記仰角軸線の方位を上記傾
    斜軸方位検出装置からの出力信号によって指示された方
    位に整合するように上記方位ジンバルの方位を制御する
    ように構成されていることを特徴とするアンテナ指向装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項2のアンテナ指向装置において、
    上記傾斜軸方位検出装置は傾斜検出器と該傾斜検出器に
    よって検出された船体のロール角θR とピッチ角θP
    基づいて船体の傾斜軸線の方位角を演算し該方位角を指
    示する信号を出力する傾斜軸方位演算器とを有し、該傾
    斜軸方位演算器は、 φT =90°−tan-1(θP /θR ) によって方位角φT を演算するように構成されているこ
    とを特徴とするアンテナ指向装置。
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