JPH0611084B2 - 移動体上アンテナの姿勢制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、移動体の姿勢変化や進行方向の変化にもかか
わらず移動体上のアンテナの指向方向を電波源の方向に
自動的に維持するアンテナ姿勢制御装置に関する。

〔従来技術〕

例えば、自動車等の移動体（以下、単に移動体という）
に高利得のアンテナを搭載して衛星放送を受信しようと
すれば、アンテナの放射ビームを衛星の方向に指向する
ための姿勢制御（自動追尾）が必要になる。つまり、ア
ンテナを姿勢変更自在に支持し、それに電動機等の駆動
手段（以下、単に電動機等という）を結合し、検出した
電波の到来方向あるいは予想される電波の到来方向（以
下、単に電波の到来方向という）に放射ビームを指向す
るべく、電動機等を付勢する。

この場合、アンテナ姿勢を監視しながら、電波の到来方
向に放射ビームが指向するアンテナ姿勢（以下目標姿勢
という）に対する偏差に応じて電動機等の付勢を設定す
るのが一般的である。

〔発明が解決しようとする課題〕

アンテナの受信レベルが良好な場合には、それに基づい
て、移動体から見た衛星の方向（電波到来方向）に対す
るアンテナの指向方向のずれ角度すなわちアンテナ偏角
を検出しうるが、例えば山の陰、ビルの陰に移動体が進
入した場合あるいはトンネル内に移動体が進入した場
合、すなわち電波が実質上遮断された場合は、アンテナ
偏角の検出が出来なくなるので自動追尾が不可能とな
る。電波が遮断された場合は、アンテナで電波を受信す
るという本来の目的はかなわないが、移動体がトンネル
等を抜けて、また良好な受信レベルとなり得るときに、
例えばトンネル等の走行中に移動方向の変化があると、
トンネルを抜けても受信レベルは回復しない。移動方向
の変化に対応して適切にアンテナ姿勢が変更されておれ
ば、移動体がトンネル等を抜けたときに、受信レベルが
回復し、アンテナ受信信号に基づいた自動追尾を即座に
再開しうる。

一方、自動追尾が可能な受信レベルであつても、移動体
の移動方向の変化、移動速度変化、移動体の上下振動，
風等の、アンテナの駆動系とは独立した外力（以下、外
乱という）の影響により、アンテナ姿勢が自動追尾で予
定していた姿勢からずれることがある。その場合、目標
値（目標姿勢）に対する設定値（実姿勢）の偏差に対応
したレベルの電流を電動機に通電するが、電動機等の駆
動が過大あるいは過小にしてしまい、制御系が不安定に
なるとか、応答性が低いとかの問題を生ずる。特に、移
動体の加，減速度あるいは振動が大きい場合には、電動
機負荷が瞬間的に増大し電動機の回転速度が低く電動機
電流が上昇する。この過負荷が収まるとその反動で電動
機の回転速度が急上昇する。

また、ある時点の電動機等の駆動によりもたらされたア
ンテナ姿勢をフィードバックして次なる電動機等の駆動
を設定するため、オフセット（定常偏差）を生じやす
い。これを防止して応答性を高くするためには、フィー
ドバックループ内に積分要素を設けることが効果的であ
る。しかしながらこの積分要素は、アンテナの目標姿勢
に対する偏差を累算するものであるから、アンテナの駆
動系に異常があるとき、あるいは過大な外乱があるとき
は、電動機等の駆動電流を過大に設定することになり、
電動機等の焼損や、電源等の過負荷あるいは早期損耗を
招く原因となる。

そこで、電動機通電電流に制限（リミツタ）を加えるこ
とが考えられるが、これは定常的に作用するので、制限
が強い場合はアンテナの目標姿勢に対する偏差を低減す
る上では消極的であり、該偏差の積分値はいわば無限大
に増大し、いわゆるワインドアップ現象を生じてしま
う。

本発明は、山の陰，ビルの陰あるいはトンネル等を移動
体が通過する前後の自動追尾制御を実質上連続とするこ
とを第１の目的とし、外乱による自動追尾制御の不安定
性を改善することを第２の目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の、移動体上アンテナの姿勢制御装置は、アンテ
ナ（４３，４４）を支持する回転第（１３）； 該回転台（１３）を回転駆動する、電気モータ（２１）
を含む駆動手段（２）； 前記電気モータ（２１）に、指定されたレベルの電流を
通電するモータドライバ（Ａ１）； 該回転台（１３）の回転角度を検出する回転角度検出手
段（Ｃ３，９１）； 前記アンテナ（４３，４４）の受信レベル（Ｌ）が設定
値（Ｌｍｉｎ）を越えるかを検知するレベル検知手段
（９１）； 電波到来方向に対する前記アンテナ（４３，４４）の指
向方向の角度すなわちアンテナ偏角（θ）を検出するア
ンテナ偏角検出手段（９１）； 前記回転台（１３）の角速度（Ｇ_θ）を検知し該角度速
度（Ｇ_θ）に基づいてアンテナ角度（Ｇ_θ・１／Ｓ）を
検出するアンテナ角度検出手段（Ｃ１，９１）； 初期目標角度（Ａｚｏ）を設定する初期値設定手段（９
１）； 前記レベル検知手段（９１）が受信レベル（Ｌ）が設定
値（Ｌｍｉｎ）を越えていることを検知しているとき
は、前記初期目標角度（Ａｚｏ）と前記アンテナ偏角
（θ）との和（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ）に、前記回転角度検出
手段（Ｃ３，９１）の検出角度（Ａｚ）が合致する方向
の、該和（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ）との該検出角度（Ａｚ）と
の偏差（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ−Ｋ_２Ａｚ）に対応するレベル
（Ｄ_θ）の通電を前記モータドライバ（Ａ１）に指示す
る、第１制御手段（９１）；および、 前記レベル検知手段（９１）が受信レベル（Ｌ）が設定
値（Ｌｍｉｎ）以下を検知しているときは、前記初期目
標角度（Ａｚｏ）と前記アンテナ角度検出手段（Ｃ１，
９１）のアンテナ角度（Ｇ_θ・１／Ｓ）との和（Ａｚｏ
＋Ｇ_θ・１／Ｓ）に、前記回転角度検出手段（Ｃ３，９
１）の検出角度（Ａｚ）が合致する方向の、該和（Ａｚ
ｏ＋Ｇ_θ・１／Ｓ）と該検出角度（Ａｚ）との偏差（Ａ
ｚｏ＋Ｇ_θ・１／Ｓ−Ｋ_２Ａｚ）に対応するレベル（Ｄ
_θ）の通電を前記モータドライバ（Ａ１）に指示する、
第２制御手段（９１）； を備える。なお、この装置構成を以下においては本発明
の第１態様と称す。

なお、理解を容易にするために、カッコ内に、実施例の
対応要素又は対応事項の記号を書込んだ。この対応付け
は、理解を簡単にするため、アジマス制御系のもののみ
に限定したが、エレベーション制御系の場合も同様の対
応付けとなる。

本発明の好ましい実施態様では、前記電気モータ（２
１）に流れる電流レベルを検出する電流センサ（Ａ１）
を装置は更に備え、前記第１制御手段（９１）および第
２制御手段（９１）は、該電流センサ（Ａ１）が検出す
る電流レベル（Ｉ_θ）に比例する値（Ｋ_４Ｉ_θ）を、前
記和の角度との偏差（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ−Ｋ_２Ａｚ；Ａｚ
ｏ＋Ｇ_θ・１／Ｓ−Ｋ_２Ａｚ）より差し引いた値（Ａｚ
ｏ＋Ｋ_１θ−Ｋ_２Ａｚ−Ｋ_４Ｉ_θ；Ａｚｏ＋Ｇ_θ・１／
Ｓ−Ｋ_２Ａｚ−Ｋ_４Ｉ_θ）に対応するレベルの通電を前
記モータドライバ（Ａ１）に指示する。この態様を以下
においては第２態様と称す。

本発明の好ましい実施態様ではまた、前記電気モータ
（２１）の角速度（Ｑ_θ）を検出する駆動軸角速度検出
手段（Ａ２）を装置は更に備え、前記第１制御手段（９
１）は、前記和と検出角度との偏差（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ−
Ｋ_２Ａｚ）に、前記回転台（１３）の角速度（Ｇ_θ）と
電気モータ（２１）の角速度（Ｑ_θ）との偏差（Ｋ６Ｇ
_θ−Ｋ_５Ｑ_θ）を加えた和（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ−Ｋ_２Ａｚ
＋Ｋ６Ｇ_θ−Ｋ_５Ｑ_θ）に対応するレベル（Ｄ_θ）の通
電を前記モータドライバ（Ａ１）に指示する。この態様
を以下においては第３態様と称す。

〔作用〕

第１態様の作用および効果 本発明の第１態様によれば、受信レベルが良好な間は、
すなわちアンテナの受信レベル（Ｌ）が設定値（Ｌｍｉ
ｎ）を越えているときは、第１制御手段（９１）が、初
期目標角度（Ａｚｏ）とアンテナ偏角（θ）との和（Ａ
ｚｏ＋Ｋ_１θ）に、回転角度検出手段（Ｃ３，９１）の
検出角度（Ａｚ）が合致する方向の、該和（Ａｚｏ＋Ｋ
_１θ）と該検出角度（Ａｚ）との偏差（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ
−Ｋ_２Ａｚ）に対応するレベル（Ｄ_θ）の通電を、モー
タドライバ（Ａ１）に指示する。検出角度（Ａｚ）は回
転台（１３）の実角度（検出値）である。

初期目標角度（Ａｚｏ）は、自動追尾開始時に設定され
る初期値であり、例えばこれを、アンテナ偏角（θ）が
実質上零（アンテナが電波源に正しく指向している）と
なる値に設定すると、例えば移動体が静止していると、
外乱（移動体の方向変化）がないので、実質上、検出角
度（Ａｚ）＝初期目標角度（Ａｚｏ）、となる。本発明
の後述の実施例では、自動追尾に先立つてヘリカルスキ
ャンにより、アンテナ受信レベルが最高となる方向（Ａ
ｚｏ）を探索し、これを初期目標角度（Ａｚｏ）に設定
する。

仮に、初期目標角度（Ａｚｏ）が、アンテナ偏角（θ）
がかなりの値の初期値（θｉｆ）となる値（Ａｚｏｉ
ｆ）に設定されても、自動追尾を開始すると、アンテナ
の受信レベル（Ｌ）が設定値（Ｌｍｉｎ）を越えている
と、まず移動体が静止している場合は、第１制御手段
（９１）が、初期目標角度（Ａｚｏｉｆ）とアンテナ偏
角（θｉｆ）との和（Ａｚｏｉｆ＋Ｋ_１θｉｆ）に、回
転角度検出手段（Ｃ３，９１）の検出角度（Ａｚ）が合
致する方向の、該和（Ａｚｏｉｆ＋Ｋ_１θｉｆ）と該検
出角度（Ａｚ）との偏差（Ａｚｏｉｆ＋Ｋ_１θｉｆ−Ｋ
_２Ａｚ）に対応するレベル（Ｄ_θ）の通電を、モータド
ライバ（Ａ１）に指示する。これにより、初期目標角度
（Ａｚｏｉｆ）は変化しないが、 Ａｚ＝Ａｚｏｉｆ＋θｉｆ，アンテナ偏角（θ）＝０と
なる。すなわちアンテナ偏角（θ）が零になる角度に回
転台（１３）が駆動され、初期目標角度（Ａｚｏｉｆ）
が、アンテナ偏角（θ）となるべき値よりずれていた
分、回転台（１３）の実角度（Ａｚ）が補正される。し
たがつて、初期設定値（Ａｚ）が、アンテナ偏角（θ）
を検出しうる受信レベルが得られる範囲内で、アンテナ
を正しく電波源に向ける（すなわちθ＝０となる）角度
よりずれていても、自動追尾によりこの設定誤差は自動
的に補償される。

次に、移動体の移動方向変化によりアンテナ偏角（θ）
が零から離れると、初期目標角度（Ａｚｏ）は変化しな
いが、アンテナ偏角（θ）が零となる方向にアンテナが
回転駆動されて、検出角度（Ａｚ）がアンテナ指向方向
のずれ分変化する。

以上のように、アンテナ受信レベルが設定値（Ｌｍｉ
ｎ）を越えている間は、該受信レベルに基づいたアンテ
ナ偏角（θ）の検出と、この検出値に基づいた自動追尾
制御によりアンテナ偏角（θ）が実質上零に維持され
る。

アンテナ受信レベルが設定値（Ｌｍｉｎ）以下になる
と、第２制御手段（９１）が、初期目標角度（Ａｚｏ）
とアンテナ角度検出手段（Ｃ１，９１）のアンテナ角度
（Ｇ_θ・１／Ｓ）との和（Ａｚｏ＋Ｇ_θ・１／Ｓ）に、
回転角度検出手段（Ｃ３，９１）の検出角度（Ａｚ）が
合致する方向の、該和（Ａｚｏ＋Ｇ_θ・１／Ｓ）と該検
出角度（Ａｚ）との偏差（Ａｚｏ＋Ｇ_θ・１／Ｓ−Ｋ_２
Ａｚ）に対応するレベル（Ｄ_θ）の通電をモータドライ
バ（Ａ１）に指示する。アンテナ角度検出手段（Ｃ１，
９１）は、回転台（１３）の角速度（Ｇ_θ）を検知し該
角速度（Ｇ_θ）に基づいてアンテナ角度（Ｇ_θ・１／
Ｓ）を検出するので、このアンテナ角度（Ｇ_θ・１／
Ｓ）は、アンテナが実質上電波を受信していないときに
も得られる。アンテナ受信レベルが設定値（Ｌｍｉｎ）
以下になる直前まで第１制御手段（９１）が上述の自動
追尾をしているので、該直前でアンテナ偏角（θ）は零
もしくは小さい値であるので、アンテナ受信レベルが設
定値（Ｌｍｉｎ）以下に切換わったときに回転台（１
３）の角速度（Ｇ_θ）の積分を開始することにより、積
分値は、前述のアンテナ偏角（θ）に対応（相当）する
値となり、移動体の移動方向の変化に対応して変化す
る。したがって、第２制御手段（９１）による自動追尾
は、前述の、第１制御手段（９１）による自動追尾の、
アンテナ偏角（θ）をアンテナ角度（Ｇ_θ・１／Ｓ）と
言い換えた内容となる。この第２制御手段（９１）によ
り自動追尾のエラー分は、アンテナ受信レベルが設定値
（Ｌｍｉｎ）を越えこれに伴って第１制御手段（９１）
が上述の自動追尾を再開することにより、自動的に補正
されることになる。

したがって、移動体の山の陰，ビルの陰あるいはトンネ
ル等を通過する前後の自動追尾制御が実質上連続し、通
過中の電波処断により自動追尾の中断や混乱を実質上生
じない。

第２態様の作用および効果 第１態様において第１制御手段（９１）および第２制御
手段（９１）は、アンテナ偏角を零とするためにいわば
アンテナ偏角に比例するレベルの電流を電気モータ（２
１）に通電するので、例えば移動体の急加速、急減速あ
るいは急旋回により回転体に大きな回転モーメントが加
わりしかもそのときアンテナ偏角（θ）が比較的に大き
いと、電気モータ（２１）の通電電流（指示値）が比較
的に大きく、これに対してモータ負荷が回転モーメント
（モータ駆動による回転方向と逆向きと仮定）により高
いのでモータ回転数が上昇せずモータ電流が急上昇する
（過電流となる）。このとき本発明の第２態様では、第
１制御手段（９１）および第２制御手段（９１）のう
ち、実質上自動追尾を実行している一方が、電流センサ
（Ａ１）が検出する電流レベル（Ｉ_θ）に比例する値
（Ｋ_４Ｉ_θ）を、前記和と角度の偏差（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ
−Ｋ_２Ａｚ；Ａｚｏ＋Ｇ_θ・１／Ｓ−Ｋ_２Ａｚ）より差
し引いた値（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ−Ｋ_２Ａｚ−Ｋ_４Ｉ_θ：Ａ
ｚｏ＋Ｇ_θ・１／Ｓ−Ｋ_２Ａｚ−Ｋ_４Ｉ_θ）に対応する
レベル（Ｄ_θ）の通電を前記モータドライバ（Ａ１）に
指示する。これにより、上述の過電流となるような場合
には電流指示値（Ｄ_θ）が、電レベル（Ｉ_θ）に比例す
る値（Ｋ_４Ｉ_θ）により抑制されしたがって過大な上昇
をもたらすことがない。すなわちアンテナ駆動の負荷増
大時の過電流が未然に防止される。

第３態様の作用および効果 第１態様あるいは第２太陽において第１制御手段（９
１）は、アンテナ偏角を零とするためにいわばアンテナ
偏角に比例するレベルの電流を電気モータ（２１）に通
電するので、例えば移動体の急加速，急減速あるいは急
旋回により回転体に大きな回転モーメント（モータの回
転駆動方向と逆向きと仮定）が加わりしかもそのときア
ンテナ偏角（θ）が比較的に大きいと、電気モータ（２
１）の通電電流（指示値）が比較的に大きく、これに対
してモータ負荷が回転モーメントにより高いのでモータ
回転数が上昇せずモータ電流が急上昇する（過電流とな
る）が、その直前に、電気モータの回転速度（角速度）
が低下する前に回転台（１３）の角速度が低下する。本
発明の第３態様では、第１制御手段（９１）が、前記和
と検出角度との偏差（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ−Ｋ_２Ａｚ）に、
前記回転台（１３）の角速度（Ｇ_θ）と電気モータ（２
１）の角速度（Ｑ_θ）との偏差（Ｋ６Ｇ_θ−Ｋ_５Ｑ_θ）
を加えた和（Ａｚｏ＋Ｋ_１θ−Ｋ_２Ａｚ＋Ｋ６Ｇ_θ−Ｋ
_５Ｑ_θ）に対応するレベル（Ｄ_θ）の通電を前記モータ
ドライバ（Ａ１）に指示するので、上述のように過電流
となる直前には、回転台（１３）の角速度（Ｇ_θ）と電
気モータ（２１）の角速度（Ｑ_θ）との偏差（Ｋ６Ｇ_θ
−Ｋ_５Ｑ_θ）が負となり、通電指示値（Ｄ_θ＝Ａｚｏ＋
Ｋ_１θ−Ｋ_２Ａｚ＋Ｋ６Ｇ_θ−Ｋ_５Ｑ_θ）が下がり、こ
れにより、上述の過電流となるような場合には電流指示
値（Ｄ_θ）が抑制されしたがってモータ電流の過大な上
昇が抑制される。すなわちアンテナ駆動の負荷増大時の
過電流が未然に抑制される。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の
実施例の説明より明らかになろう。

〔実施例〕

第１ａ図および第１ｂ図に、本発明の一実施例の機械系
の構成を、第２ａ図にその制御系および信号処理系の構
成を示す。この実施例は、自動車搭載衛星放送受信シス
テムであり、４つの平面アンテナとジャイロとを用いた
修正同時ロービング方式により放送衛星を追尾して衛星
放送を受信し、映像および音声を自動車内に備わるテレ
ビジョンセットに出力する。

まず、第１ａ図および第１ｂ図を参照されたい。機械系
は、各平面アンテナのビームを平行を維持してアジマス
指向角（方位角）およびエレベーション指向角（仰俯
角）を設定し、大別すると指示機構１，アジマス駆動機
構２およびエレベーション駆動機構３に分けられる。

支持機構１はアンテナキャリッジ１１，１２，回転台１
３，固定台１４およびベース１５を主構成要素とする。

アンテナキャリッジ１１および１２は、互いに等しい長
矩形の平板であり、それぞれの裏面には長手方向の中心
線に沿って軸１１１および１２１が固着されている。こ
れら各キャリッジは、それぞれ平面アンテナや信号処理
回路、ジャイロ等を搭載している（後述）。

回転台１３は水平アーム１３１，回転軸１３２および２
つの垂直アーム１３３，１３４を備える。回転軸１３２
は水平アーム１３１の中心にそれと垂直下向きに固着さ
れており、垂直アーム１３３および１３４は水平アーム
１３１の両端にそれと垂直上向きに一体成形されてい
る。垂直アーム１３３および１３４は同形であり、対向
する各端部で、それぞれアンテナキャリッジ１１に固着
された軸１１１あるいはアンテナキャリッジ１２に固着
された軸１２１を平行に枢支している。これにおいて
は、第１ｂ図に示されるとおり、軸１１１を軸１２１よ
り高く支持している。

固定台１４は、ベース１５上に固着されており、回転台
１３を枢支している。回転台１３と固定台１４との間に
は、スラストベアリング１４１が介挿されている。な
お、ベース１５は自動車のルーフに固着される。

アジマス駆動機構２は、アジマスモータ２１，鼓形ウォ
ーム２２および図示していないホイールギア等よりな
る。アジマスモータ２１は固定台１４に固着されてお
り、その出力軸に鼓形ウォーム２２が固着されている。
図示していないホイールギアは回転台１３の回転軸１３
２に固着されており、鼓形ウォーム２２と噛合つてい
る。つまり、アジマスモータ２１の出力軸の回転が、鼓
形ウォーム２２およびホイールギアを介して回転軸１３
２に伝達され、回転台１３を回転する。本実施例では、
この構成により、最高速度を約１８０゜／ｓｅｃとする
回転台１３の回転を得ている。

エレベーション駆動機構３は、エレベーションモータ３
１，鼓形ウォーム３２，扇形ホイール３３およびリンク
３４＆３５等よりなる。エレベーションモータ３１は回
転台１３の垂直アーム１３３に固着されており、その出
力軸に鼓形ウォーム３２が固着されている。扇形ホイー
ル３３はアンテナキャリッジ１２の軸１２１に固着され
ており、鼓形ウォーム３２と噛合っている。リンク３４
および３５は、それぞれアンテナキャリッジ１１の軸１
１１とアンテナキャリッジ１２の軸１２１の各端を結合
している。つまり、エレベーションモータ３１の出力軸
の回転が、鼓形ウォーム３２および扇形ホイール３３を
介してアンテナキャリッジ１２の軸１２１に伝達され、
さらにリンク３４および３５を介してアンテナキャリッ
ジ１１の軸１１１に伝達され、アンテナキャリッジ１１
および１２を同時に回転する。本実施例においては、こ
の構成により、最高速度を約１２０゜／ｓｅｃとするア
ンテナキャリッジ１１および１２の回転を得ている。た
だし、この回転は、ベース１５に対してアンテナビーム
が３５゜上方を向く姿勢を中心に、±３０゜の範囲に制
限している。

なお、以上説明した各要素は冷却ファン付きレードーム
ＲＤに覆われている。

次に第２ａ図を参照されたい。

信号処理系は、アンテナ群４，ＢＳコンバータ群５，Ｂ
Ｓチューナ群６，同相合成回路群７およびテレビジョン
セット８を主構成要素とし、アンテナ群４で受信した電
波を合成してテレビジョンセット８に出力するととも
に、放送衛星の方向とアンテナビームの指向方向との誤
差を検出する。

アンテナ群４は、４つの平面アンテナ４１，４２，４３
および４４を含む。これらのうち、平面アンテナ４１お
よび４２はアンテナキャリッジ１１に搭載されており、
平面アンテナ４３および４４はアンテナキャリッジ１２
に搭載されている。各平面アンテナは同諸元であり、そ
れぞれ使用周波数約１２ＧＨｚにおいてオフセット角
（法線からの偏角）約３５゜，半値角約７゜の主ビーム
を有する。各平面アンテナの主ビームは機械系により平
行に維持されており、アジマス駆動機構２により一体で
アジマス指向角が更新され、エレベーション駆動機構３
により一体でエレベーション指向角が更新される。

ＢＳコンバータ群５は、アンテナキャリッジ１１に搭載
されている２つのＢＳコンバータ５１＆５２，およびア
ンテナキャリッジ１２に搭載されている２つのＢＳコン
バータ５３＆５４を含む。ＢＳコンバータ５１の入力は
平面アンテナ４１の給電点に、ＢＳコンバータ５２の入
力は平面アンテナ４２の給電点に、ＢＳコンバータ５３
の入力は平面アンテナ４３の給電点に、ＢＳコンバータ
５４の入力は平面アンテナ４４の給電点に、それぞれ接
続されており、各ＢＳコンバータは、対応する平面アン
テナで受信した約１２ＧＨｚの信号を約１．３ＧＨｚの
信号に変換している。

ＢＳチューナ群６は、アンテナキャリッジ１１に搭載さ
れたＢＳチューナ６１＆６２および、アンテナキャリッ
ジ１２に搭載されたチューナ６３＆６４およびシンセサ
イザ６５を含む。各ＢＳチューナは、それぞれＢＳコン
バータ５１，５２，５３あるいは５４で変換した約１．
３ＧＨｚの信号を、シンセサイザ６５より与えられる局
部発振信号を用いて約４０３ＭＨｚの中間周波数信号に
変換する。このシンセサイザ６５の発振周波数を制御す
る信号は、スリップリングを介して後述するテレビジョ
ンセット８のチャネルセレクタ８４により与えられる。
なお、第２ａ図において、ブロック８０は回転第１３に
搭載された電気要素群を示し、このブロック８０を表わ
す２点鎖線上の小丸がスリップリングによる回転台１３
上の電気要素と車上固定（静止）部の電気要素との接続
点を示す。

同相合成回路群７は、３つの同相合成回路７１，７２お
よび７５，位相シフト回路７３およびＤ／Ａコンバータ
７４を含む。このうち、同相合成回路７１，位相シフト
回路７３およびＤ／Ａコンバータ７４はアンテナキャリ
ッジ１１に搭載されており、同相合成回路７５および７
５はアンテナキャリッジ１２に搭載されている。

ここで、各回路の詳細を説明する前に、第３ａ図，第３
ｂ図および第３ｃ図を参照して同相合成の意義について
説明する。ただし、これらの図面においては、図示の簡
略化と説明の便宜上、各平面アンテナをオフセット角が
ない線状アンテナとし、各アンテナビームの方向を破線
により、電波の到来方向を矢印を付した２点鎖線によ
り、示している。

第３ａ図は、アジマス方向について注目した平面アンテ
ナ４１および４２のモデルである。これらのアンテナ
は、同一直線上にあり、回転軸１３′（回転台１３のシ
ンボルと考えられたい）を中心に一体で回転する。つま
り、各アンテナビームと電波のなす角θ（以下アジマス
偏角という）と、各アンテナの中心を結ぶ直線と電波面
のなす各θ′（以下アジマス位相角という）とは一致し
ており、回転軸１３′回りの回転により変化する。

これにおいて、アンテナ４１および４２のビーム指向方
向に放送衛星が存在し（平面投影像を考えられたい）、
アジマス偏角θおよびアジマス位相角θ′が零であれ
ば、各アンテナと放送衛星との距離は互いに等しくなる
が、それ以外のときには、ｌ_θ・ｓｉｎθで示される距
離差Ｌ_θを生ずる（ｌ_θはアンテナ４１と４２との中心
距離）。

この距離差Ｌ_θは、各アンテナと放送衛星との距離に比
して非常に小さいので、放送衛星よりの電波の強度に影
響を与えるものではないが、電波は周期性を有している
ので位相差に大きな影響を与える。つまり、アンテナ４
１に到来した電波をｃｏｓωｔで示すと、アンテナ４２
に到来する電波は、それよりＬ_θ／ｃ時間だけ遅れるの
で、 ｃｏｓω（ｔ−Ｌ_θ／ｃ） ＝ｃｏｓ（ωｔ−２π・ｌ_θ・ｓｉｎθ／λ） …
…（１） で表わされる。ただし、ωは電波の角速度、ｃは伝搬速
度、λは波長である。

この位相差、すなわち、２π・ｌ_θ・ｓｉｎθ／λを除
去しないで各アンテナ受信信号を合成すると互いに干渉
してしまう。そこで、同相合成回路７１においてアンテ
ナ４１と４２の受信信号の位相差を除去して合成し、同
相合成回路７２においてアンテナ４３と４４の受信信号
の位相差を除去して合成している。

また、位相差２π・ｌ_θ・ｓｉｎθ／λがアジマス偏角
θと一義的に対応することから同相合成回路７２におい
てはこれを抽出し、Ａ／ＤコンバータＡＤ１においてデ
ジタル変換した後、スリップリングを介して後述するシ
ステムコントローラ９１に与えている。

第３ｂ図は、エレベーション方向について注目した平面
アンテナ４１および４３のモデルであり、各々は平行を
維持してそれぞれ異なる回転軸１１１′あるいは１２
１′（それぞれ軸１１１，１２１のシンボルと考えられ
たい）を中心に回転する。つまり、各アンテナビームと
電波のなす角φ（以下エレベーション偏角という）は各
アンテナの回転により変化するが、各アンテナの中心を
結ぶ直線（以下エレベーション基準線という）と電波面
のなす角φ′（以下エレベーション位相角という）は各
アンテナの回転に因らず一定となる。

これにおいても、上記同様に考えて、アンテナ４１とア
ンテナ４３との放送衛星に対する距離差Ｌ_φ（＝ｌ_φ・
ｓｉｎφ′：ｌ_φはアンテナ中心間の距離）によりもた
らされる位相差を除去すれ、これらのアンテナの受信信
号を干渉なく合成することができるが、エレベーション
位相角φ′が各アンテナの回転に因らずに一定になるこ
とから、位相差に基づいてエレベーション偏差φを求め
ることはできない。

一方、アンテナ４１および４３のビーム指向方向に放送
衛星が存在（平面投影像を考えられたい）する場合を考
えると、アンテナ４３と放送衛星との距離は、アンテナ
４１と放送衛星との距離より各アンテナ間の垂直距離Ｌ
_φ′だけ長くなる。この垂直距離Ｌ_φ′は、第３ｃ図に
示すように、エレベーション基準線に対する各アンテナ
の偏角（上向きを正：以下エレベーション角という）Ｅ
ｌを定義すれば、ｌ_φ・ｓｉｎＥｌで表わされ、アンテ
ナ４１の受信信号に対するアンテナ４３の受信信号の位
相遅れは２π・ｌ_φ・ｓｉｎＥｌ／λで示される。

つまり、アンテナ４１の受信信号をこの位相差２π・ｌ
_φ・ｓｉｎＥｌ／λだけ遅らせれば、遅らせた後のアン
テナ４１の受信信号とアンテナ４３の受信信号との位相
差はエレベーション偏角φによりもたらされるものとい
うことができる。そこで、位相シフト回路７３において
アンテナ４１および４２の同相合成出力を２π・ｌ_φ・
ｓｉｎＥｌ／λだけ遅らせた後、同相合成回路７５にお
いてアンテナ４３および４４の同相合成出力と同相合成
するとともに、エレベーション偏角φに関する情報を抽
出し、Ａ／ＤコンバータＡＤ１においてデジタル変換し
た後、スリップリングを介して後述するシステムコント
ローラ９１に与えている。

以下、各回路の詳細を説明する。

同相合成回路７１は、第２ｂ図に示すように、複数個の
スプリッタ，ミキサ，ローパスフィルタおよびコンバイ
ナ等でなる。

端子ＡにはＢＳチューナ６１よりアンテナ４１の受信信
号に基づく中間周波信号が与えられ、端子ＢにはＢＳチ
ューナ６２よりアンテナ４２の受信信号に基づく中間周
波信号が与えられる。前者は、スプリッタ７１１により
アンプ７１２とスプリッタ７１３とに分配され、さら
に、スプリッタ７１３によりミキサ７１４と７１５とに
分配され、後者は、９０゜移相スプリッタ７１６により
スプリッタ７１７と７１８とに分配され、さらに、スプ
リッタ７１７および７１８によりミキサ７１４，７１
５，７１Ｂおよび７１Ｃに分配される。この場合、９０
゜移相スプリッタ７１６は、スプリッタ７１８に対して
９０゜移相シフトした入力信号を分配するので、スプリ
ッタ７１８を介してミキサ７１５および７１Ｃに分配さ
れる信号は、アンテナ４２の受信信号に基づく中間周波
信号を９０゜移相シフトした信号となる。

前述したように、端子Ａに与えられるＢＳチューナ６１
よりの中間周波数信号と端子Ｂに与えられるＢＳチュー
ナ６２よりの中間周波信号との間にはアンテナ４１およ
びアンテナ４２の配置から生ずる位相ずれがある。い
ま、ＢＳチューナ６１よりの中間周波信号をｃｏｓω
ｔ、位相差をΘとすると、ＢＳチューナ６２よりの中間
周波信号はｃｏｓ（ωｔ−Θ）で表わされ、スプリッタ
７１８を介してミキサ７１５および７１Ｃに分配される
信号は−ｓｉｎ（ωｔ−Θ）で表わされる。

ミキサ７１４では、スプリッタ７１３を介して与えられ
た信号とスプリッタ７１７を介して与えられた信号とに
より、ｃｏｓωｔ・ｃｏｓ（ωｔ−Θ）なる演算を行な
う。この演算は、ｃｏｓΘ＋ｃｏｓ（２ωｔ−Θ）で示
されるので（算術的な係数は無意味なため省略する：以
下同じ）、ローパスフィルタ７１９において高調波分を
除去することにより、ｃｏｓΘ成分信号を抽出すること
ができる。この信号はミキサ７１Ｂに与えられ、ここで
は、ｃｏｓΘ・ｃｏｓ（ωｔ−Θ）なる演算を行なう。

ミキサ７１５では、スプリッタ７１３を介して与えられ
た信号とスプリッタ７１８を介して与えられた信号とに
より、−ｃｏｓωｔ・ｓｉｎ（ωｔ−Θ）なる演算を行
なう。この演算は、ｓｉｎΘ＋ｓｉｎ（２ωｔ−Θ）で
示されるので、ローパスフィルタ７１Ａにおいて高調波
分を除去すると、ｓｉｎΘ成分の信号を抽出することが
できる。この信号はミキサ７１Ｃに与えられ、ここで
は、−ｓｉｎΘ・ｓｉｎ（ωｔ−Θ）なる演算を行な
う。

コンバイナ７１Ｄにおいては、ミキサ７１Ｂの出力とミ
キサ７１Ｃの出力とを加算し、 ｃｏｓΘ・ｃｏｓ（ωｔ−Θ）−ｓｉｎΘ・ｓｉｎ
（ωｔ−Θ） なる演算を行なう。この結果、ｃｏｓωｔ成分の信号を
抽出することができるので、アンプ７１Ｅにおいてレベ
ル調整を行なった後、コンバイナ７１Ｆにおいてアンプ
７１２の出力と合成する。

なお、第２ｂ図においてはコンバイナ７１Ｆの出力を２
ｃｏｓωｔと示しているが、この係数は算術的な意味
（つまり振幅成分）を持つものではなく、２つの信号、
すなわち、ＢＳチューナ６１および６２よりの各中間周
波信号を同相で合成したことを意味しているものと理解
されたい（以下同議）。

同相合成回路７１の出力信号２ｃｏｓωｔは、位相シフ
ト回路７３の端子Ｘ′に与えられる。

位相シフト回路７３は、第２ｅ図に示すように９０゜ス
プリッタ７３１＆７３２，ミキサ７３３＆７３４および
コンバイナ７３５よりなり、同相合成回路７１の出力信
号２ｃｏｓωｔの位相を前述したアンテナ間の垂直距離
Ｌ_φ′に基づく位相差２π・ｌ_φ・ｓｉｎＥｌ／λ（以
下εと略す）だけシフトする。

つまり、端子Ｐには位相差εの余弦に対応するシフト信
号ｃｏｓεが与えられている。この信号は、後述するシ
ステムコントローラ９１によりそのときのアンテナのエ
レベーション角Ｅｌに対応付けして出力されたデジタル
データをＤ／Ａコンバータ７４においてアナログ変換し
た直流電圧信号である。

端子Ｘ′に与えられた信号２ｃｏｓωｔは、９０゜スプ
リッタ７３１によりミキサ７３３と７３４とに分配さ
れ、端子Ｐに与えられた信号ｃｏｓεは、９０゜スプリ
ッタ７３２によりミキサ７３３と７３４とに分配され
る。

ミキサ７３３へは、いずれも移相のない信号が与えられ
るので、２ｃｏｓωｔ・ｃｏｓεなる演算が行なわれ、
ミキサ７３４へは、いずれも移相された信号が与えられ
るので、２ｓｉｎωｔ・ｓｉｎεなる演算が行なわれ
る。これらの出力信号をコンバイナ７３５において加算
することにより、その出力端から同相合成回路７１の出
力信号２ｃｏｓωｔを位相差εだけ移相した信号ｃｏｓ
（ωｔ−ε）が得られる。この信号は同相合成回路７５
に与えられる。

一方、同相合成回路７２においては同相合成回路７１と
全く同様にしてＢＳチューナ６３および６４よりの各中
間周波信号を同相で合成する。この構成は、第２ｃ図に
示すように、ローパスフィルタ７２Ｇを余計に備えてい
ることを除けば同相合成回路７１の構成に同一である。
このローパスフィルタ７２Ｇは、ＢＳチューナ６３が出
力した中間周波信号とＢＳチューナ６４が出力した中間
周波信号との位相差に対応する直流信号を摘出する。

前述したようにＢＳチューナ６１が出力する中間周波信
号とＢＳチューナ６３が出力する中間周波数信号との間
には、アンテナ４１およびアンテナ４３の配置から生ず
る位相ずれがある。いま、前述に倣つて、ＢＳチューナ
６１が出力する中間周波信号をｃｏｓωｔとし、この位
相差をΦとすれば、ＢＳチューナ６３が出力する中間周
波信号は、ｃｏｓ（ωｔ−Φ）で表わされる。また、前
述同様に、アンテナ４３およびアンテナ４４の配置から
生ずる位相ずれをΘとすれば、ＢＳチューナ６４よりの
中間周波信号は、ｃｏｓ（ωｔ−Φ−Θ）と表わされ
る。したがつて、ここでの信号処理過程は、第２ｃ図中
に記した式により示されるとおり、上記同相合成回路７
１の説明におけるωｔを、（ωｔ−Φ）に読替えたもの
に等しくなり、コンバイナ７２ＦよりＢＳチューナ６３
および６４よりの各中間周波信号を同相で合成した信号
２ｃｏｓ（ωｔ−Φ）が得られる（詳細は前述を参照さ
れたい）。

また、ローパスフィルタ７２Ｇからは、ミキサ７２６の
出力信号、−ｃｏｓ（ωｔ−Φ）・ｓｉｎ（ωｔ−Φ−
Θ）より高調波分を除去したアジマス誤差電圧Ｖ_θ、す
なわち、ｓｉｎΘ成分が摘出される。このアジマス誤差
電圧Ｖ_θを与える位相差Θは、アンテナ４１の受信信号
とアンテナ４２の受信信号との位相差、あるいは、アン
テナ４３の受信信号とアンテナ４４の受信信号との位相
差であり、前述の説明で用いた位相差２π・ｌ_θ・ｓｉ
ｎθ／λに同じである。

同相合成回路７２の出力信号２ｃｏｓ（ωｔ−Φ）は同
相合成回路７５に与えられる。

同相合成回路７５の構成は、第２ｄ図に示したように同
相合成回路７２の構成と同一であり、これにおいては、
前述と全く同様にして位相シフト回路７３により移相さ
れた同相合成回路７１の出力信号２ｃｏｓ（ωｔ−ε）
と、同相合成回路７２の出力信号２ｃｏｓ（ωｔ−Φ）
とを同相合成するとともに、ローパスフィルタ７５Ｇに
より、アンテナ４１の受信信号とアンテナ４３の受信信
号との位相差、あるいは、アンテナ４２の受信信号とア
ンテナ４４の受信信号との位相差Φと、アンテナ４１と
アンテナ４３との垂直距離Ｌ_φ′、あるいは、アンテナ
４２の受信信号とアンテナ４４との垂直距離Ｌ_φ′に基
づく位相差εとの差に対応するエレベーション誤差電圧
Ｖ_φすなわち、ｓｉｎ（Φ−ε）成分が摘出される。

この回路でなされる信号処理過程は、第２ｄ中に式によ
り示したとおり、上記同相合成回路７１の説明における
ωｔ（ωｔ−ε）に読替え、Θを｛ε＋（Φ−ε）｝に
読替えたものに等しく、コンバイナ７５ＦよりＢＳチュ
ーナ５１，５２，５３および５４の出力信号を同相合成
した信号４ｃｏｓ（ωｔ−ε）を得る（詳細は前述を参
照されたい）。

再度第２ａ図を参照すると、同相合成回路７５の出力
は、非接触型の結合トランスＴｒｓを介してテレビジョ
ンセット８に与えられている。

テレビジョンセット８は、復調回路８１，ＣＲＴ８２，
スピーカ８３，チャネルセレクタ８４およびメインスイ
ッチ８５等を備え、自動車の室内に設置されている。

復調回路８１は同相合成回路７５より与えられた信号を
復調し、ＣＲＴ８２に画像を、スピーカ８３に音声をそ
れぞれ出力する。また、自動利得調整で用いるＡＧＣ信
号を分岐し、Ａ／ＤコンバータＡＤ２を介してシステム
コントローラ９１に与えている。

チャネルセレクタ８４は、前述したように、手動操作さ
れてシンセサイザ６５の発振周波数を設定し、メインス
イツチ８５は手動操作されて電源ユニットＤを付勢す
る。電源ユニットＤは、構成各部に所定の電圧を供給す
るとともに、レードームＲＤに設置された換気冷却用の
ファンＱを付勢する。

制御系は、システムコントロールユニット９，アジマス
ドライブコントロールユニットＡ，エレベーションドラ
イブコントロールユニットＢおよび各種センサ等で構成
される。

システムコントロールユニット９は、システムコントロ
ーラ９１および操作ボード９２を備え、自動車の室内に
設置されている。システムコントローラ９１は操作ボー
ド９２よりのオペレータの指令に従って、放送衛星のサ
ーチおよびトラッキング（追尾）を実行するが、これに
ついての詳細は後述する。

アジマスドライブコントロールユニットＡは、アジマス
モータ２１を付勢制御するアジマスサーボコントローラ
Ａ１およびアジマスモータ２１に結合された速度センサ
（タコジェネレータ；指速発電機）Ａ２等でなる。

アジマスサーボコントローラＡ１は、速度センサＡ２が
検出するアジマスモータ２１の回転（正逆）に対応した
電流値（正負）値と、システムコントローラ９１より与
えられた電流参照値（正負）に基づいて、アジマスモー
タ２１を付勢制御する。

エレベーションドライブコントロールユニットＢは、エ
レベーションモータ３１を付勢制御するエレベーション
サーボコントローラＢ１およびエレベーションモータ３
１に結合された速度センサＢ２等でなる。

エレベーションサーボコントローラＢ１は、速度センサ
Ｂ２が検出するエレベーションモータ３１の回転（正
逆）に対応した電流値（正負）値と、システムコントロ
ーラ９１より与えられた電流参照値（正負）に基づい
て、エレベーションモータ３１を付勢制御する。

各種センサの主なものには、ジャイロＣ１＆Ｃ２，ロー
タリエンコーダＣ３＆Ｃ４，リミットスイッチＳＷｕ＆
ＳＷｄ，および、速度センサＡ２，Ｂ２や電流センサ
（図示せず）がある。

ジャイロＣ１およびＣ２はアンテナキャリッジ１２に搭
載されている。ジャイロＣ１はアジマス方向に自由度を
有し、ジャイロＣ２はエレベーション方向に自由度を有
し、それぞれ姿勢変更や自動車の移動等によるアジマ
ス、あるいはエレベーション方向の偏位角速度に応じた
電圧信号を出力する。これらの検出信号は、Ａ／Ｄコン
バータＡＤ１によりデジタル変換された後、スリップリ
ングを介してシステムコントローラ９１に与えられる。

ロータリエンコーダＣ３は、アジマスモータ２１に結合
されており、回転台１３の回転角、すなわちアジマス角
を検出する。この場合、アンテナビームが自動車の進行
方向に正対する姿勢を基準に、右回りを正とする角度検
出を行なう。

ロータリエンエコーダＣ４は、エレベーションモータ３
１に結合されており、アンテナキャリッジ１１および１
２の回転角、すなわちエレベーション角を検出する。こ
の場合、前述したように、エレベーション基準線（アン
テナ４１と４３、あるいは４２と４４の中心を結ぶ直
線）に対する偏角を上向きを正として検出する。

リミットスイッチＳＷｕおよびＳＷｄは、ともにエレベ
ーション駆動機構３に係合されており、アンテナビーム
のエレベーション角の上下限を検出する。本実施例で
は、前述したように、ベース１５に対してアンテナビー
ムが６５゜上方を指向する姿勢を上限をとし、５゜上方
を指向する姿勢を下限としている。

アジマスサーボコントローラＡ１内および、エレベーシ
ョンサーボコントローラＢ１内には、図示していない
が、それぞれ電流センサが備わっている。これらのセン
サは、それぞれアジマスモータ２１あるいはエレベーシ
ョンモータ３１の付勢電流およびその回転角速度を電圧
信号として検出する。これらの検出信号は、Ａ／Ｄコン
バータＡＤ３を介してシステムコントローラ９１に与え
られる。

ここで、本実施例システムで実行されるアンテナ４１〜
４４の姿勢制御を第４図に示したブロックダイアグラム
を参照して説明する。このブロックダイアグラムは、ア
ジマス方向の姿勢制御に関して示したものであるが、エ
レベーション方向の姿勢制御に関しても全く同様になる
ので、図および説明を省略する。

いま、アジマス方向の姿勢制御の参照アジマス角Ａｚ_０
が与えられ、所定の補償を行なって電流Ｄ_θによりモー
タ２１を付勢しているとする。ブロックＦＡはモータ２
１の電機子回路を示し、ＲＡは電機子抵抗を、ｔＡは電
気的な時定数を示す。

この付勢により、モータ２１の電機子回路にＩ_θなる電
流が流れ、モータ２１の出力軸には電機子電流Ｉ_θに比
例したトルクが発生する。つまり、ブロックＦＢは比例
要素であり、定数ＫＢはトルク定数を示している。この
トルクは、自動車の移動等によるトルク外乱Ｔ１_Ｌを受
ける。

モータ２１に発生したトルク回転台１３を回動し、アン
テナビームのアジマス角を更新する。その角速度Ｑ_θは
トルクの積分意に比例し、更新アジマス角はさらにその
積分値に比例する。ブロクＦＣは前者の関数を示し、ブ
ロクＦＤは後者の関数を示す。なお、Ｊ１は、アジマス
駆動機構２や回転台１３等のイナーシャによる比例定数
である。

更新されたアンテナビームの指向方向は、自動車の移動
等による角度外乱Ａ_ＺＬを受け、実際の放送衛星の方向
からずれる。

以上のように、アジマス方向の姿勢制御の参照アジマス
角Ａｚ_Ｏに基づいて設定した電流Ｄ_θによるアンテナ４
１〜４４の姿勢制御は、電気的なロスや自動車の移動等
による外乱により、期待される結果からずれる。そこ
で、本実施例では、角度制御ループ，速度制御ループお
よび電流制御ループを設けている。

角度制御ループは、同相合成回路７２において検出する
アンテナビームの指向方向と放送衛星の方向のアジマス
角のずれ、すなわちアジマス偏角θにより参照角Ａｚ_Ｏ
を保障するが、このアジマス角には、前述のようにアン
テナビームの指向方向の動きに外乱が重畳されているの
で、このアジマス偏角θから、ロータリエンコーダＣ３
が検出したアジマス角Ａｚを減じて外乱のみを抽出し、
それにより参照角Ａｚ_Ｏを補償している。ブロックＦ１
およびＦ２は比例要素であり、Ｋ１，Ｋ２は比例定数を
示す。

ところで、アジマス偏角θは、アンテナ４１〜４４によ
る受信がないときには得られない。したがって、その場
合には、アジマス偏角θに替えてジャイロＣ１が検出し
たアンテナ４１〜４４のアジマス方向の角速度Ｇ_θ（以
下、アジマス方向のジャイロデータという）を積分して
用いる。ブロックＦ３はこの積分を示し、ブロックＦ１
１およびＦ１２はこれらの切換えを示している。

速度制御ループは、角速度外乱を補償する。この場合
も、上記同様に角速度外乱を含めたアンテナ４１〜４４
のアジマス方向の角速度、すなわち、ジャイロＣ１によ
るアジマス方向のジャイロデータＧ_θより、速度センサ
Ａ２が検出したモータ２１の角速度Ｑ_θを減ずることの
により、角速度外乱のみを抽出し、それによりＺ２を補
償している。ブロックＦ５およびＦ６は比例要素であ
り、Ｋ５およびＫ６はその比例定数である。ただし、こ
の場合、受信レベルの低下があり、すでにジャイロデー
タＧ_θによる参照角Ａｚ_０の補償を行なっているときに
は、ここで改めてジャイロデータＧ_θをフイードバック
しない。この切換えは、ブロックＦ６１で行なわれる。

電流制御ループは、電流センサが検出したモータ２１の
付勢電流Ｉ_θによりモータ２１および付勢回路の電気的
なロスを補償する。ブロックＦ４は比例要素であり、Ｋ
４はその比例定数である。

この制御処理においては、参照角Ａｚ_０に対し、角度制
御ループによる角度外乱の補償を施してＺ１を得ると、
ブロックＦ７において比例積分補償（比例定数Ｋ７，時
定数ｔ７）を施してＺ２を得て、さらに速度制御ループ
による角速度外乱の補償および、電流制御ループによる
電気的なロスの補償を施してＺ３を得る。この値を比例
ブロックＦ８（比例定数Ｋ８）において更新角対応の電
流値に変換し、モータ２１を付勢する。ただし、本実施
例装置は自動車に搭載されているので、電源の保護の必
要から、ブロックＦ９において電流制限を行ない、後の
電流Ｄ_θによりモータ２１を付勢している。これによ
り、オフセットを除去するための比例積分補償（Ｆ７）
を含む角度制御ループに電流制限が付加されることにな
るが、その内側に速度制御ループおよび電流制御ループ
が構成されているので、比例積分補償と電流制限の組合
せによるワインドアップ現象は生じない。

つまり、本実施例においては、角度制御ループの内側に
速度制御ループおよび電流制御ループを構成しているの
で、オフセットのない高速応答制御を実現するとともに
ワインドアップ現象を生じることなく電源を保護してい
る。

以上の制御処理は、システムコントローラ９１によりも
たらされる。以下、第５ａ図および第５ｂ図に示したフ
ローチャートを参照してシステムコントローラ９１の制
御動作を説明する。

システムコントローラ９１は、メインスイッチ８５が投
入されて各部に所定の電圧が供給されると、Ｓ１（フロ
ーチャートのステップに付した番号を示す：以下同義）
においてメモリ、レジスタおよびフラグ等を初期化し、
Ｓ２において放送衛星のサーチ範囲を初期化する。この
サーチは、後述する説明より明らかになろうが、いわゆ
るヘリカルスキャンであり、ここでは、レジスタＥｌｄ
およびＥｌｕにそれぞれエレベーション角の最小値およ
び最大値を格納して全域のヘリカルスキャンをセットし
ている。

Ｓ３〜Ｓ５は、操作ボード９２よりの入力待ちループで
ある。このループにおいて、自動車が走行する地域のデ
ータが入力されるとそれにより放送衛星の仰角がある程
度特定できるので、Ｓ４においてそれに対応するサーチ
範囲をセットする。この後、操作ボード９２よりスター
ト指示が入力されるとループを解いてＳ６に進む。

Ｓ６においては、アンテナ４１〜４４のエレベーション
角をサーチ開始角Ｆｌｄ（レジスタＥｌｄの値：以下同
様つにセットする。この場合、ロータリエンコーダＣ４
の検出エレベーション角Ｅｌを監視ながら、エレベーシ
ョンサーボコントローラＢ１に対してエレベーソンモー
タ３１の付勢を指示し、それがサーチ開始角Ｅｌｄに一
致すると消勢を指示する。

Ｓ８において、復調回路８１よりの受信レベルＬ（ＡＧ
Ｃ信号）を読み取ると、Ｓ９においてそれを最低受信レ
ベルＬｍｉｎと比較する。このとき、受信レベルＬが最
低受信レベルＬｍｉｎ以下であれば、Ｓ１３においてサ
ーチフラグをセットし、Ｓ１４においてアジマス付勢電
流Ｄ_θを高い値に、エレベーション付勢電流Ｄ_φを低い
値に、それぞれセットしてアジマスサーボコントローラ
Ａ１およびエレベーションサーボコントローラＢ１に向
けて出力し、アジマスモータ２１およびエレベーション
３１の付勢を指示する。

これにより、アンテナ４１〜４４が、アジマス方向に高
速連続回転させながらエレベーション方向に低速で姿勢
変更されるので、アンテナビームが螺旋を描く。この
間、Ｓ７〜Ｓ１４でなるループにおいて、継続的に受信
レベルＬを監視する。

受信レベルが最低受信レベルＬｍｉｎを超える前にエレ
ベーション角Ｅｌがサーチ終了角Ｅｌｕを超えると、Ｓ
１４よりループを抜けて、Ｓ１５において操作ボード９
２上に受信不能を表示し、Ｓ１６において各サーボコン
トローラに停止を指示してサーチ処理を終了し、Ｓ１７
においてサーチフラグをリセットしてＳ３に戻る。ま
た、サーチ処理を実行している間に操作ボード９２より
ストップ指示が入力されると、Ｓ７よりループを抜けて
Ｓ１６に進み、同様の処理を行なう。

エレベーション角Ｅｌがサーチ終了角Ｅｌｕを超える前
に受信レベルＬが最低受信レベルＬｍｉｎを超えると、
Ｓ９からループを抜けて、Ｓ１９において各サーボコン
トローラに停止を指示してサーチ処理を終了し、Ｓ２０
においてサーチフラグをリセットする。

Ｓ２１およびＳ２２においては、このときのアジマス角
Ａｚとエレベーション角Ｅｌを読み取り、それらを参照
アジマス角および参照エレベーション角として、それぞ
れレジスタＡｚ_０およびＥｌ_０に格納する。

この後は、Ｓ２３〜Ｓ４２でなるループにおいて、第４
図に示した制御ループに従ったアンテナ４１〜４４姿勢
制御を行なう。

まず、Ｓ２４においてアジマス角Ａｚとエレベーション
角Ｅｌを読み取ると、Ｓ２５においてエレベーション角
Ｅｌによりもたらされるアンテナ４１および４３と、ア
ンテナ４２および４４との垂直距離Ｌφ’による位相差
εをＲＯＭテーブルより読み出し、それを出力する。こ
のデータは、前述したように、Ｄ／コンバータ７４によ
り電圧値に変換されて位相シフト回路７３に与えられ、
アンテナ４１および４３の合成受信信号をシフトする。

Ｓ２６においては受信レベルＬを読み取り、Ｓ２７〜Ｓ
２９においてはその値が最低受信レベルＬｍｉｎを超え
ていればＡレジスタに１を格納し、最低受信レベルＬｍ
ｉｎ以下であればＡレジスタに０を格納する。このＡレ
ジスタの値は、前述した制御パラメータの切換えに用い
られる。

Ｓ３０においてはアジマスモータ２１の付勢電流Ｉθお
よびエレベーションモータ３１の付勢電流Ｉφを読み取
り、Ｓ３１においてはアジマスモータ２１の角速度Ｑθ
およびエレベーションモータ３１の角速度Ｑφを読み取
り、Ｓ３２においては外乱を含めたアンテナ４１〜４４
のアジマス方向の角速度、すなわちジャイロデータＧ
θ、および外乱を含めたアンテナ４１〜４４のエレベー
ション方向の角速度、すなわちジャイロデータＧθを読
み取る。

さらに、Ｓ３３においては、アジマス誤差電圧Ｖθ（＝
ｓｉｎΘ）およびエレベーション誤差電圧Ｖφ｛＝ｓｉ
ｎ（Φ−ε）｝を読み取り、ＲＯＭテーブルを参照して
アジマス偏角θおよびエレベーション偏角φを求める。

Ｓ３４においては、アジマス偏角θ，アジマス角Ａｚ，
アジマス方向のジャイロデータＧθ，アジマスモータ２
１の付勢電流Ｉθおよび角速度Ｑθを用いて前述した各
フィードバックループにおける制御パラメータＹ１〜Ｙ
６を求めている。つまり、アジマス偏角θに定数Ｋ１を
乗じてレジスタＹ１に格納し、アジマス角Ａｚに定数Ｋ
２を乗じてレジスタＹ２に格納し、和分法によりジャイ
ロデータＧθを積分してレジスタＹ３に格納して、付勢
電流Ｉθに定数Ｋ４を乗じてレジスタＹ４に格納し、角
素度Ｑθに定数Ｋ５を乗じてレジスタＹ５に格納し、ジ
ャイロデータＧθに定数Ｋ６を乗じてレジスタＹ６に格
納している。

Ｓ３５においては、まず、参照角Ａｚ_０に角度制御ルー
プによる角度外乱の補償を施して前述したＺ１を求める
と、それを比例積分して前述したＺ２を求め、さらに、
それに速度制御ループによる角速度外乱の補償および電
流制御ループによる電気的なロスの補償を施して前述し
たＺ３を求めた後、それをモータ２１の付勢電流に換算
して前述したＺ４を求めている。

この場合、角度外乱の補償においては、レジスタＡの値
が１であれば、パラメータＹ１とＹ２との差を参照角Ａ
ｚ_０に加え、レジスタＡの値が０であれば、パラメータ
Ｙ３とＹ２との差を参照角Ａｚ_０に加える（オーバライ
ンは否定を示す）。また、角速度外乱の補償および電気
的なロスの補償を同時に行ない、和分法により求めたＺ
１の比例積分値Ｚ２からパラメータＹ４を減ずると、レ
ジスタＡの値が１であればパラメータＹ６とＹ５との差
を加え、レジスタＡの値が０であれば、パラメータＹ５
のみを加えている。

Ｓ３６〜Ｓ４０においては、前述した電流制限を行なっ
ている。これにおいては、各種の補償を行なった後の参
照アジマス角をモータ２１の付勢電流値に換算した値Ｚ
４を最大逆転付勢電流−Ｄθｈｉ以上最大正転付勢電流
Ｄθｈｉ以下の値に調整して、アジマス付勢電流Ｄθを
設定している。

Ｓ４１において、以上と全く同様の手順によりエレベー
ション付勢電流Ｄφを設定すると、Ｓ４２において、付
勢電流Ｄθ，ＤφをアジマスサーボコントローラＡ１お
よびエレベーションサーボコントローラＢ１に向けて出
力し、アジマスモータ２１およびエレベーション３１の
付勢を指示する。

以上のループは、操作ボード９２よりストップ指示が入
力されるまで繰り返し、ストップ指示が入力されるとＳ
２３よりループを抜けてＳ４３に進み、各サーボコント
ローラに停止を指示してトラッキング処理を終了し、Ｓ
３に戻る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、移動体が山の陰，ビルの陰あるいはト
ンネル等を通過する前後の自動追尾制御が実質上連続
し、通過中に電波遮断による自動追尾の中断や混乱を実
質上生じない。

また本発明の上述の実施例によれば、アンテナ駆動の負
荷増大時の過電流が未然に防止される。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明の一実施例の機械系の構成を示す平面
図、第１ｂ図は正面図である。 第２ａ図は第１ａ図に示す機械系と組合わされた電気系
統を示すブロック図であり、第２ｂ図，第２ｃ図，第２
ｄ図および第２ｅ図は第２ａ図に示す電気系統各部の構
成を示すブロック図である。 第３ａ図，第３ｂ図および第３ｃ図は、第２ａ図に示す
アンテナ４１〜４４の姿勢と電波到来方向に対するアン
テナ偏角を示す側面図（第３ａ図）および正面図（第３
ｂ図，第３ｃ図）である。 第４図は本発明の実施例の機能構成を示すブロック図で
ある。 第５ａ図および第５ｂ図は、第２ａ図に示すシステムコ
ントローラ９１の制御動作を示すフローチャートであ
る。 １：支持機構 １１，１２：アンテナキャリッジ １３：回転台 １４：固定台 １５：ベース ２：アジマス駆動機構 ２１：アジマスモータ ２２：鼓形ウォーム ３：エレベーション駆動機構 ３１：エレベーションモータ ３２：鼓形ウォーム ３３：扇形ホィール ３４，３５：リンク ４：アンテナ群 ４１〜４４：平面アンテナ ５：ＢＳコンバータ群 ５１〜５４：ＢＳコンバータ ６：ＢＳチューナ群 ６１〜６４：ＢＳチューナ ６５：センセサイザ ７：同相合成回路群 ７１，７２：位相シフト回路 ７３：位相シフト回路 ７４：Ｄ／Ａコンバータ ７５：同相合成回路 ８：テレビジョンセット ８１：復調回路 ８２：ＣＲＴ ８３：スピーカ ８４：チャネルセレクタ ８５：メインスイッチ ９：システムコントロールユニット ９１：システムコントローラ ９２：操作ボード Ａ：：アジマスドライブコントロールユニット Ａ１：アジマスサーボコントローラ Ａ２：速度センサ Ｂ：エレベーションドライブコントロールユニット Ｂ１：エレベーションサーボコントローラ Ｂ２：速度センサ Ｃ１，Ｃ２：ジャイロ Ｃ３，Ｃ４：ロータリーエンコーダ ＳＷｕ，ＳＷｄ：リミットスイッチ Ｄ：電源ユニット Ｅ：ファン ＲＤ：レードーム ＡＤ１〜ＡＤ３：Ａ／Ｄコンバータ Ｔｒｓ：非接触形結合トランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原川 哲美 千葉県君津市君津１番地 新日本製鐵株式 會社君津製鐵所内 (72)発明者 根本 功 千葉県八千代市吉橋1095―15 根本企画工 業株式会社内 (72)発明者 王丸 謙治 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 山崎 滋 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 伊藤 泰宏 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−284680（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−19408（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−61589（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−86909（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アンテナを支持する回転台； 該回転台を回転駆動する、電気モータを含む駆動手段； 前記電気モータに、指定されたレベルの電流を通電する
   モータドライバ； 該回転台の回転角度を検出する回転角度検出手段； 前記アンテナの受信レベルが設定値を越えるかを検知す
   るレベル検知手段； 電波到来方向に対する前記アンテナの指向方向の角度す
   なわちアンテナ偏角を検出するアンテナ偏角検出手段； 前記回転台の角速度を検知し該角速度に基づいてアンテ
   ナ角度を検出するアンテナ角度検出手段； 初期目標角度を設定する初期値設定手段； 前記レベル検知手段が受信レベルが設定値を越えている
   ことを検知しているときは、前記初期目標角度と前記ア
   ンテナ偏角との和に、前記回転角度検出手段の検出角度
   が合致する方向の、該和と該検出角度との偏差に対応す
   るレベルの通電を前記モータドライバに指示する、第１
   制御手段；および、 前記レベル検知手段が受信レベルが設定値以下を検知し
   ているときは、前記初期目標角度と前記アンテナ角度検
   出手段のアンテナ角度との和に、前記回転角度検出手段
   の検出角度が合致する方向の、該和と該検出角度との偏
   差に対応するレベルの通電を前記モータドライバに指示
   する、第２制御手段； を備える移動体上アンテナの姿勢制御装置。
2. 【請求項２】前記電気モータに流れる電流レベルを検出
   する電流センサを装置は更に備え、前記第１制御手段お
   よび第２制御手段は、該電流センサが検出する電流レベ
   ルに比例する値を、前記和と角度との偏差より差し引い
   た値に対応するレベルの通電を前記モータドライバに指
   示する、請求項１記載の移動体上アンテナの姿勢制御装
   置。
3. 【請求項３】前記電気モータの角速度を検出する駆動軸
   角速度検出手段を装置は更に備え、前記第１制御手段
   は、前記和の検出角度との偏差に、前記回転台の角速度
   と電気モータの角速度との偏差を加えた和に対応するレ
   ベルの通電を前記モータドライバに指示する、請求項１
   又は請求項２記載の移動体上アンテナの姿勢制御装置。