JPH058885B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は移動局と固定局を有する通信装置に関
する。

〔従来の技術〕

移動（送信）局から固定（受信）局に、指向性
アンテナ或いは光学機器のような電磁波指向装置
により指向性電磁波を放射する場合、固定局にお
いては、到来電磁波を利用して移動局の方向を自
動追尾する事が可能であるが、移動局ではこのよ
うな追尾の実施は困難である。このため、従来
は、固定局において前述の追尾方式によつて、受
信アンテナの指向方向を電磁波到来方向に向ける
と共に、その指向方向の準備方向（例えば北）か
らの角度Ψを計測して、これを移動局に送り、移
動局はこれを受信して角度（Ψ＋180°）を作り、
同じ基準方向（北）から（Ψ＋180°）となるよう
にその電磁波指向装置の指向方向を制御してい
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の指向制御方式
にあつては、角度信号Ψのビツト数及びデータレ
ートを所要の数値に選定すれば、希望する指向角
精度を得られるが、移動局においてジヤイロコン
パスのような方向基準装置を必要とし、且つ角度
信号送受信のための角度／デイジタル信号のエン
コーダ、デコーダ等も必要となつていたため、装
置は大重量且つ大型となる欠点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、このような従来の問題点に着目して
なされたもので、その手段は、移動局２２又は２
３においては回動自由度を持つて移動架台１４上
に装架された電磁波指向装置１と、慣性系に対す
る角運動検出装置４と、外部信号により慣性系に
対する角運動の指令装置１５，１６を備え、上記
電磁波指向装置１は慣性系に対する角運動検出装
置４に追従して移動架台１４の角運動に対し安定
化され、且つ指令信号に対応してステツプ状に一
定角度毎の指向方向変化が起るように構成し、固
定局２１において該固定局から見た上記移動局２
２又は２３の方向変化を一定角度変化毎に信号と
して上記移動局へ送り、該移動局はこれを受信し
て角運動の指令装置１５，１６により、上記固定
局における角度変化と絶対値が等しく逆方向の角
度変化をその電磁波指向装置１に与える事によ
り、該電磁波指向装置１の指向方向を、移動架台
１４の運動に抱らず常に上記固定局２１方向に指
向する指向制御方式である。

〔作用〕

上記電磁波指向装置１の指向制御方式によれ
ば、固定局２１から送られて来る移動局２２又は
２３の方向変化に対応する信号を移動局２２又は
２３で受信し、移動局２２又は２３の電磁波指向
装置１の指向方向を、電磁波指向装置１が載置さ
れている移動架台１４の運動に拘わらず、固定局
２１の方向に対向させるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図は、本発明の一実施例を示す略線的斜
視図である。

同図に於て、１は移動局の電磁波指向装置とし
ての指向性アンテナ又は光学装置、２は指向性ア
ンテナ１を乗せたジンバルＧのアジマス軸、３は
エレベーシヨン、４はアンテナ１に連結した慣性
系に対する角運動検出装置としてのジヤイロ、５
はジヤイロ４のロータ、６はジヤイロ４のアジマ
スピツクオフ、７はその出力を増幅するアジマス
増幅器、８は出力端に接続したゲイン補償器、９
はその出力を受けるアジマス軸２のサーボモー
タ、１０はジヤイロ４のエレベーシヨンピツクオ
フ、１１はその出力を増幅するエレベーシヨン増
幅器、１２はその出力を受けるジンバルＧのエレ
ベーシヨンサーボモータ、１３はジンバルＧのエ
レベーシヨン軸３に設けたエレベーシヨンピツク
オフ、１４はアジマス軸２を支持する移動架台、
１５はジヤイロ４のエレベーシヨントルカ、１６
はジヤイロ４のアジマストルカを夫々示す。

この第１図に示す例に於ては、指向性アンテナ
１は、ジンバルＧによりアジマス軸２及びエレベ
ーシヨン軸３の回りに回転自由度を持つて移動架
台１４上に装架され、ジヤイロ４に追従する。即
ち、周知の如く、ジヤイロロータ５は高速に回転
しているので、その回転（スピン）軸４ａ方向
は、角運動量の保存則により、慣性空間に対し一
定方向に保たれている。アンテナ１及びジヤイロ
４のアジマス軸２回りの相対角度は、ジヤイロア
ジマスピツクオフ６によつて検出され、その検出
信号は、アジマス増幅器７、ゲイン補償器８を通
つてアジマスサーボモータ９に加えられ、アジマ
ス軸２を回動し、ジヤイロアジマスピツクオフ６
の出力がゼロに戻るようフイードバツクされる。
即ち、アンテナ１のジヤイロ４に対するアジマス
の追従が行われる。エレベーシヨン軸３について
も同様に、アンテナ１及びジヤイロ４のエレベー
シヨン軸回りの相対角度は、ジヤイロエレベーシ
ヨンピツクオフ１０によつて検出され、その検出
信号は、エレベーシヨン増幅器１１を通つてエレ
ベーシヨンサーボモータ１２に加えられ、エレベ
ーシヨン軸３を回動し、ジヤイロエレベーシヨン
ピツクオフ１０の出力がゼロとなるようフイード
バツクされる。従つて、移動架台１４がアジマス
軸２及びエレベーシヨン軸３の回りに回転運動を
行つても、アンテナ１の指向方向Ｄは、ジヤイロ
４のスピン軸４ａ方向に追従しているので、この
アンテナ１の指向方向Ｄは、慣性空間に対して安
定化され、アジマストルカ１６又はエレベーシヨ
ントルカ１５によつて、ジヤイロ４にトルクが加
えられ、ジヤイロ４にプレセツシヨンが生ずる迄
は、アンテナ１の指向方向Ｄが変化しない。

次に、アジマス軸２回りのコマンドによる動作
について説明するが、これはエレベーシヨン軸３
回りについても同様である。第２図において２１
は固定局、２２，２３は移動前後の移動局、即
ち、２２はその初期位置、２３は移動後の位置を
示している。初期位置において固定局２１と移動
局２２の送受信アンテナ３１，１を対向させてお
けば、移動後の位置において固定局２１と移動局
２３との送受信アンテナ３１，１が対向している
ためには、 ∠Ａ＝∠Ｂ の必要がある。

本発明においては、この条件を第１図に示した
実施例に対し下記のように具体化している。

第３図において、固定局２１が移動局２３の追
尾装置３２により追尾する際、固定局２１の移動
局２２又は２３よりの電波を受ける追尾アンテナ
３１の回動軸３１′に、その一定の角度毎にパル
スを発生する装置、例えばインクレメンタル型ロ
ータリエンコーダ３３を取付け、これより、移動
局２３の送信アンテナ１の指向性半値角に比し充
分小なる角度ΔA毎に正又は逆方向のコマンドパ
ルスを、加算点３７を通つて送信機３４より送信
する。尚、ステツプトラツク回路３６については
後述する。移動局２３は、このコマンド信号Sc
をその受信機３５により受信して、エレベーシヨ
ントルカ１５に加え、これによりジヤイロ４に一
定トルクＴを一定時間Δt間与えれば、ジヤイロ
４のプレセツシヨンによつて、アンテナ１の指向
角ΔBは、 ΔB＝（Ｔ／Ｈ）Δt だけ慣性系に対し回転する。

従つて、 ΔB＝−ΔA となるようＴ，Δt及びＨ（ジヤイロ角運動量）を
選ぶ事により、第２図に示した固定局２１と移動
局２３の指向角対向の条件が満足され、コマンド
としては正（右）、逆（左）又はゼロの３値、即
ちビツト数は２以下となり、送信機３４に含まれ
るエンコーダ、受信機３５に含まれるデコーダは
大幅に簡素化される。

以上の説明の如く、本はジヤイロの慣性系にお
ける性質を利用しているので、地球上においては
地球自転による見かけのドリフトならびにジヤイ
ロ製造上の不完全さによるドリフトも生じ、移動
局２３のアンテナ１の指向方向は、固定局との対
向関係から次第にずれる可能性がある。このドリ
フトの大きさは、地球自転角速度（15°／ｈ）と
同程度であり、修正速度は比較的遅くてよいの
で、以下述べる如く固定局２１における受信レベ
ルの長期的変動を観測する事により補正する。即
ち、固定局２１からコマンドパルスと同様なパル
スをステツプトラツク回路３６より加算点３７を
通り通常のコマンドパルスと別に送信機３４より
送出する。移動局２３はこの信号Stを受信機３５
で受信して、そのアンテナ１の指向方向を変化さ
せる。従つて、これによつて固定局２１の追尾ア
ンテナ３１の受信レベルが変化し、これが追尾装
置３２により検出され、その検出信号がステツプ
トラツク回路３６に入力される。ステツプトラツ
ク回路３６は前の値を記憶しており、もし平均受
信レベルが上昇すれば、更に同方向のコマンドパ
ルスを出力し、下降すれば、反対方向のコマンド
パルスを出力する。従つて、これ等コマンドパル
スを受信する移動局２３のアンテナ１は、固定局
２１の受信アンテナ３１が最大受信レベルとなる
移動局２３のアンテナ１の指向方向を中心とし
て、指向方向を振り乍ら固定局２１の方向に追尾
する。

第４図は本の移動局の他の実施例を示す。この
例においては、エレベーシヨン軸３回りの運動
を、水平面を基準に安定化したもので、エレベー
シヨンコマンドを入れれば、エレベーシヨン方向
もコマンド制御されるが、水平面に対するエレベ
ーシヨン角が一定でよい場合には、エレベーシヨ
ンコマンドが不要という利点がある。尚、第４図
において、第１図と対応して同一機能の部分は同
一番号を付しており、それ等の再説明を省略す
る。

この例では、ジヤイロ４の水平軸４Ｈには、水
平検知器として液体レベル４１が取付けられ、ジ
ヤイロロータ５の回転軸４ａが水平面から傾斜す
ると、この液体レベル４１はほゞその傾斜に比例
した出力を生ずる。この出力を増幅器７を通して
トルカ９に加え、アジマス軸２を介してジヤイロ
４をその水平軸回りにプレセツシヨンさせ、傾斜
がゼロになるようフイードバツクする。従つて、
エレベーシヨンコマンドが供給される可逆カウン
タ４２の出力がゼロならば、ピツクオフ１０、増
幅器１１及びエレベーシヨントルカ１２によるサ
ーボループにより、アンテナ１はそのエレベーシ
ヨン軸３回りに、ジヤイロ４の水平軸に追従し、
水平に保たれる。アジマスコマンドは、第１図と
同じくアジマストルカ１５に加えられる。エレベ
ーシヨンコマンドは、可逆カウンタ４２に与えら
れる。即ち、受信されたエレベーシヨンコマンド
パルスは、可逆カウンタ４２により、例えば正パ
ルスでは増加、逆パルスでは減少方向にカウント
される。従つて、可逆カウンタ４２の出力は、コ
マンドパルスの積算値、即ち第２図の角Ａに対応
したものとなり、これが加算点４３に加わるの
で、そこで前者と加算されるピツクオフ１０の出
力は、丁度逆極性の角度となるように、サーボル
ープが作動し、エレベーシヨン軸３に関しても、
固定局２１と移動局２３との指向角対向の条件が
満足される。

第１図及び第４図は何れも２軸制御の場合であ
るが、移動架台１４の水平面からの傾斜が小で、
また固定局２１と移動局２３との間の直線距離の
変化が少い時のように、アジマス制御のみが必要
で、エレベーシヨン制御が不要の場合がある。こ
の場合も、本発明は容易に適用可能である。これ
を第１図の場合に就いていえば、エレベーシヨン
軸３を固定し、増幅器１１の出力を、エレベーシ
ヨンコマンドの代りにトルカ１６に入れてジヤイ
ロ４をエレベーシヨン軸３回りに拘束し、サーボ
モータ１２、ピツクオフ１３は不用とすればよ
く、或いは、２軸ジヤイロ４の代りに１軸レート
ジヤイロまたは１軸レート積分ジヤイロを使用し
てもよい。

又、第４図の場合についても、エレベーシヨン
軸３を固定し、ピツクオフ１０、増幅器１１、ト
ルカ１２、可逆カウンタ４２及び加算点４３を取
去ればよい。

本発明の更に他の実施例を第５図について第１
図と対比して説明する。第１図の場合、ジヤイロ
４はいわゆるフリージヤイロとして変位角出力を
使用しているが、第５図においては対応するジヤ
イロピツクオフ６，１０と、トルカ１５，１６間
とを、増幅器５０，５１で結び、ジヤイロ４のロ
ータ５のスピン軸４ａ方向を電磁波指向装置１の
指向方向Ｄに拘束する事により、トルカ１５及び
１６の電流、従つて信号Wa，Wpは、電磁波指
向装置１の慣性空間における角速度に比例したも
のとなる。アジマスコマンドは、加算点５２にお
いて角速度信号Waとの差が作られ、その差信号
が比例演算器５４、積分演算器５５に入り、それ
らの出力は加算点５６によつて加算され、その加
算出力が増幅器７、ゲイン補償器８を通つてサー
ボモータ９に送られる。アジマスコマンドがゼロ
の場合は、比例演算器５４の出力は、電磁波指向
装置１のアジマス軸２回りの角速度成分、積分演
算器５５の出力は同じくアジマス軸２回りの変位
角成分となる。

エレベーシヨン軸３については、（積分演算器
５７、比例演算器５８、加算点５３，５９等は設
けられている）ゲイン補償器８がない点を除き、
アジマス軸２と同じであり、従つて第１図の場合
と同じく、電磁波指向装置１は、移動架台１４の
角運動に対してアジマス軸２及びエレベーシヨン
軸３回りに安定化され、コマンド信号が与えられ
ると、それに比例した角速度で慣性空間に対し、
アジマス軸２あるいはエレベーシヨン軸３回りに
角運動を行い、第１図と全く同じ効果が得られ
る。従つて、上述の説明ではジヤイロとして機械
的回転型として説明したが、レーザジヤイロ、光
フアイバジヤイロなどの慣性系に対する角運動検
出器を使用しても、本発明の趣旨を変えずに適用
可能である。更に第１図及び第４図の実施例で
は、アンテナ１上に直接ジヤイロ４を取付けてい
るが、ジヤイロ４を移動架台１４上に移し、ジヤ
イロ４とアンテナ１との各軸回りの相対角度を通
常のシンクロCX，CT、レゾルバ或いはポテンシ
ヨメータによつて検出する事により、趣旨を変え
る事なく本発明を適用可能であり、この場合の実
施例を第６図に示す。

第６図は慣性系に対する角運動検出器となるジヤ
イロ４を移動台１４上に載置し、且つその方位軸
２′回りの１軸制御とした実施例であり、ジヤイ
ロ４の方位軸を２′、その軸回りのサーボモータ
を９′とし、電磁波指向装置１′（この図ではホー
ンアンテナの場合を示している）の方位軸２、そ
の軸２回りのサーボモータ９と区別している。図
に於て、６１，６２はジヤイロ４の方位軸２′回
りの角運動の、移動架台１４に対する角度の検出
器である。ジヤイロ４は第４図の場合と同じ構成
であり、ジヤイロロータ５のスピン軸４ａは水平
面内において慣性系に対して一定の方位角に保た
れる。指向正アンテナ１の指向方向は、方位軸２
の回りにジヤイロロータ５のスピン軸４ａ方向に
追従するが、この場合は、１軸制御なのでジヤイ
ロロータ５の慣性系に対する方位角と指向性アン
テナ１の慣性系に対する方位角とは、必ずしも一
致している必要はなく、一定の角度差を持つてい
てもよい。従つて、角度検出器６１，６２はイン
クレメンタル型ロータリエンコーダで十分で、例
えば６１は、指向性アンテナ１の指向性半値角に
比し十分小さい角度ΔC毎に、その円周に沿つて
スリツト６１ａをつけた円板であり、６２は光源
と光検出器とより成り、このスリツト６１ａを検
出して、移動架台１４に対するジヤイロ４の角度
変化及びその方向を検出し、角度ΔC毎のパルス
を出力する。角度検出器６１，６２の出力は、固
定局（図示せず）から送られ、受信機３５により
受信されるコマンドパルス信号と加算点６３に於
加算され、その出力がモータ制御器６４に入る。
モータ制御器６４はサーボモータ９をステツプモ
ータとして動作させる。従つて、モータ９は、モ
ータ制御器６４に与えられるパルスの数及び方向
に応じてステツプ状に指向性アンテナ１を方位軸
２の回りに回転させる。従つて、角度検出器６
１，６２から出力される１パルスに対するジヤイ
ロ４の方位軸２′回りの角度及び方向と、モータ
制御器６４とモータ９による指向性アンテナ１の
方位軸２回りの１パルス当りの角度及び方向とを
等しくする事により、移動架台１４の方位軸回り
の角運動に対し、指向性アンテナ１の指向方向は
慣性系に対し安定化される。

固定局から送られるコマンド信号についても、
第３図の説明において述べた、固定局のアンテナ
に取付けたロータリエンコーダ３３から発生する
角度信号の１パルス当りの角度ΔAを、前述のモ
ータ９の１パルス当りの角度、即ちΔCに等しく
取る事により、移動架台１４の運動に対し、常に
指向性アンテナ１の指向方向を固定局に向けてお
く事ができる。

〔発明の効果〕

簡単な構成により、移動架台の角運動及び固定
局から見た移動局の方向変化に対し、移動局のア
ンテナ又は光学機器のような電磁波指向装置の指
向方向を常に自動的に固定局方向に向ける事がで
きる。又、固定局の受信レベル変化に対応した信
号を移動局に送り、移動局の電磁波指向装置の指
向角をステツプ状に変えてその平均的な指向方向
を固定局に向ける事により、ジヤイロを使用した
機器に有り勝ちなドリフトによる指向角変化を補
正した小型軽量の移動局を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による移動局の第１の実施例
を示す斜視図、第２図は固定局及び移動局の電磁
波指向装置の相対関係を示す略線図、第３図は本
発明の固定局及び移動局の機能ブロツク図、第４
図は本発明による移動局の第２の実施例を示す斜
視図、第５図は本発明による移動局の第３の実施
例の構成を示すブロツク図、第６図は本発明によ
る移動局の第４の実施例を示す斜視図である。 図に於いて、１は電磁波指向装置、２はアジマ
ス軸、３はエレベーシヨン軸、４はジヤイロ、６
はジヤイロアジマスピツクオフ、９はサーボモー
タ、１０はエレベーシヨンピツクオフ、１２はエ
レベーシヨンサーボモータ、１３はエレベーシヨ
ンピツクオフ、１４は移動架台、１５はエレベー
シヨントルカ、１６はアジマストルカ、２１は固
定局、２２，２３は移動局、３１は追尾アンテ
ナ、３２は追尾装置、３３はロータリエンコー
ダ、３４は送信機、３５は受信機、３６はステツ
プトラツク回路、４１は液体レベル、４２は可逆
カウンタ、５４，５８は比例演算器、５５，５７
は積分演算器、６１，６２は角度検出器、６４は
モータ制御器を夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動局と固定局とを有する通信装置におい
   て、上記移動局は、移動架台上に回動自在に装架
   された電磁波指向装置と、慣性系に対する角運動
   検出装置と、上記慣性系に対する角運動検出装置
   にトルクを付与するトルカとを有し、上記電磁波
   指向装置は上記慣性系に対する角運動検出装置に
   追従することによつて上記移動架台の角運動に対
   して安定化されるように構成されており、 上記固定局は該固定局に対する上記移動局の角
   度変化を検出してそれを指示する角度変化信号を
   一定の角度変化毎に送信する送信装置を有し、 上記トルカは上記固定局からの角度変化信号に
   基づいて上記電磁波指向装置にトルクを付与し、
   該トルクによつて上記電磁波指向装置は上記固定
   局によつて検出された上記移動局の角度変化と絶
   対値が等しく方向が反対の角度変化をし、それに
   よつて上記電磁波指向装置は上記移動架台の角度
   運動に拘らず常に上記固定局方向を指向するよう
   に構成されていることを特徴とする通信装置。 ２ 移動局と固定局とを有し、 上記移動局は、移動架台上に回動自在に装架さ
   れた電磁波指向装置と、慣性系に対する角運動検
   出装置と、上記慣性系に対する角運動検出装置に
   トルクを付与するトルカとを有し、上記電磁波指
   向装置は上記慣性系に対する角運動検出装置に追
   従することによつて上記移動架台の角運動に対し
   て安定化されるように構成されており、 上記固定局は該固定局に対する上記移動局の角
   度変化を検出してそれを指示する角度変化信号を
   一定の角度変化毎に送信する送信装置を有し、 上記トルカは上記固定局からの角度変化信号に
   基づいて上記電磁波指向装置にトルクを付与し、
   該トルクによつて上記電磁波指向装置は上記固定
   局によつて検出された上記移動局の角度変化と絶
   対値が等しく方向が反対の角度変化をし、それに
   よつて上記電磁波指向装置は上記移動架台の角度
   運動に拘らず常に上記固定局方向を指向するよう
   に構成されている通信装置において、 上記固定局の送信装置は更に上記固定局の平均
   受信レベルが増加したときには前回送信した検出
   信号と同方向の検出信号を送信し、上記固定局の
   平均受信レベルが減少したときには前回送信した
   検出信号と逆方向の検出信号を送信し、上記トル
   カは上記固定局からの角度変化信号に基づいて上
   記電磁波指向装置にトルクを付与し、該トルクに
   よつて上記電磁波指向装置は常に最大受信レベル
   の方向を指向ように構成されていることを特徴と
   する通信装置。