JPH06132716A - Antenna posture controller - Google Patents

Antenna posture controller

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Publication number
JPH06132716A
JPH06132716A JP30633592A JP30633592A JPH06132716A JP H06132716 A JPH06132716 A JP H06132716A JP 30633592 A JP30633592 A JP 30633592A JP 30633592 A JP30633592 A JP 30633592A JP H06132716 A JPH06132716 A JP H06132716A
Authority
JP
Japan
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antenna
rotation axis
torque
motor
axis
Prior art date
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Pending
Application number
JP30633592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyomi Minohara
喜代美 箕原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furuno Electric Co Ltd
Original Assignee
Furuno Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Furuno Electric Co Ltd filed Critical Furuno Electric Co Ltd
Priority to JP30633592A priority Critical patent/JPH06132716A/en
Publication of JPH06132716A publication Critical patent/JPH06132716A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide an antenna posture controller which is small and light, whose control is easy and which solves an accompanied problem through the use of the precession motion of a gyro. CONSTITUTION:An antenna 22 provided with a spin motor 25 and torque motors 28x and 28y, a supporting stand 23 and bearing follow-up means 30, 31 and 32 are provided. The antenna 22 is fitted to the supporting stand 23 in such a way that it can be rotated by an elevation rotation axis X and a rotation axis Y orthogonal to the axis X through a first jimbal mechanism 37 and that it is neutrally balanced. The spin motor 25 having larger angular momentum H compared with the inertia of the antenna 22 is positioned at a part opposite to the direction 36 of the antenna from the rotary axis Y. A centroid is supported so that it can be rotated by the rotary axis (x) orthogonal to the spin shaft 27 of the spin motor 25 through a second jimbal mechanism 38 and a rotary axis (y) orthogonal to the axis (x) so as to fit it to the antenna 22. The torque motors 28x and 28y giving torque to the rotary axis (x) are separately fitted to the jimbal mechanism 38 and the antenna 22.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、船舶に搭載される衛星
通信用装置のアンテナ姿勢制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna attitude control device for a satellite communication device mounted on a ship.

【0002】[0002]

【従来の技術】通信衛星の方向は方位角と仰角が決まれ
ば一義的に定まる。方位角は衛星の方角を水平面内で北
から右回りに測った角度であり、仰角は衛星を見上げる
視線が水平面となす角度である。そして、これらの角度
は自船位置すなわち経度及び緯度の関数である。従っ
て、移動する船舶にあっては自船位置のデータに基づき
方位角と仰角を計算して衛星を追尾する必要があり、船
舶に搭載される衛星通信用装置のアンテナは通常このた
めのCPU、サーボ機構等からなる追尾機構を備えてい
る。ところで、前記アンテナは船舶の動揺に対しても常
にその指向方向を通信衛星に向けていなければ良質の通
信を行うことができない。そこで、自船位置を計算する
ための指北ジャイロとは別に垂直基準としてバーチカル
ジャイロを設け、このバーチカルジャイロを用いて船舶
のローリング、ピッチング角を検出し、この信号で前述
のサーボ機構を駆動するとアンテナの指向方向を常に通
信衛星に向けて制御することができる。すなわち、アン
テナの安定化を方向制御の機構と共用して行う方法であ
りこれをアクティブ型という。一方、これと異なりジャ
イロ機構を用いてアンテナの安定化を図るパッシブ型の
方法を図5に示す。図5はパッシブ型のアンテナ姿勢制
御装置の背面図である。図5において、フライホイール
5aを有し垂直な旋転軸方向に角運動量を有する2台の
スピンモータ5、5が水平安定台2に取り付けられ、該
水平安定台2はジンバル機構3を介して2軸を回動自在
に支柱4に支持されている。前記水平安定台2にアンテ
ナ1のフレーム1aが回動可能に軸支されており、該ア
ンテナ1の仰角の設定は、前記フレーム1aに取り付け
られた仰角制御モータ6によって水平安定台2に固設さ
れたプーリ8のまわりに該フレーム1aを回転させるこ
とにより行われる。また、方位角の設定は旋回軸駆動モ
ータ9によって前記支柱4を旋回させることにより行わ
れる。すなわち、アンテナ1は、ローリングに対してジ
ンバル機構3により2軸方向には外部トルクが作用せ
ず、また、スピンモータ5の角運動量の持つ旋転軸軸方
向の慣性によって設定された方向を維持するので安定化
される。そして、アンテナ1の方向制御は前述のように
仰角制御モータ6及び旋回軸駆動モータ9によって行わ
れるものである。さらに、これらアクティブ型とパッシ
ブ型とをミックスした方法も用いられる。
2. Description of the Related Art The direction of a communication satellite is uniquely determined if the azimuth and elevation are determined. Azimuth is the angle measured from the north to the right in the horizontal direction of the satellite, and the elevation angle is the angle between the line of sight of the satellite and the horizontal plane. And these angles are a function of the ship's position, ie, longitude and latitude. Therefore, for a moving ship, it is necessary to calculate the azimuth angle and the elevation angle based on the data of the ship's own position and track the satellite, and the antenna of the satellite communication device mounted on the ship normally has a CPU for this purpose. It has a tracking mechanism consisting of a servo mechanism. By the way, the antenna cannot perform high-quality communication unless the pointing direction of the antenna is always directed to the communication satellite even when the ship is shaken. Therefore, in addition to the finger north gyro for calculating the own ship's position, a vertical gyro is provided as a vertical reference, and the vertical gyro is used to detect the rolling and pitching angles of the ship, and the servo mechanism described above is driven by this signal. It is possible to always control the pointing direction of the antenna toward the communication satellite. That is, this is a method of stabilizing the antenna in common with the direction control mechanism, which is called an active type. On the other hand, unlike this, a passive type method for stabilizing an antenna by using a gyro mechanism is shown in FIG. FIG. 5 is a rear view of the passive antenna attitude control device. In FIG. 5, two spin motors 5, 5 having a flywheel 5 a and having angular momentum in the vertical rotation axis direction are attached to a horizontal stabilizing base 2, and the horizontal stabilizing base 2 is connected via a gimbal mechanism 3 to The shaft is rotatably supported by the column 4. A frame 1a of an antenna 1 is rotatably supported on the horizontal stabilizer 2 and the elevation angle of the antenna 1 is fixed to the horizontal stabilizer 2 by an elevation angle control motor 6 attached to the frame 1a. The rotation is performed by rotating the frame 1a around the pulley 8 thus formed. The azimuth angle is set by turning the support column 4 by the turning axis drive motor 9. That is, the antenna 1 does not exert an external torque on the rolling in the two axial directions by the gimbal mechanism 3, and maintains the direction set by the inertia of the rotational axis of the spin motor 5 in the axial direction. So it is stabilized. The direction control of the antenna 1 is performed by the elevation angle control motor 6 and the turning axis drive motor 9 as described above. Further, a method in which these active type and passive type are mixed is also used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】船舶に搭載する衛星通
信用のアンテナは船舶の運航中常に良質の通信を確保す
るために、マストや搭載されている各種装置の影響を避
けて常に通信衛星の方向に向けて置く必要からブリッジ
の上やマストの上等の高い場所に設置される。しかる
に、上述の従来のアンテナ姿勢制御装置では装置が大型
になったり、制御が複雑になるという問題点を有してい
る。
The antenna for satellite communication mounted on a ship is always connected to the antenna of the communication satellite while avoiding the influence of the mast and various devices mounted on the ship in order to ensure good quality communication during the operation of the ship. Since it is necessary to place it in the direction, it will be installed at a high place such as on a bridge or mast. However, the above-mentioned conventional antenna attitude control device has problems that the device becomes large and control is complicated.

【0004】そこで、ジャイロの歳差運動を利用した船
舶のアンテナ姿勢制御装置が特開昭60─85602公
報に開示されており、その概要を図6に示す。図6にお
いて、アンテナ姿勢制御装置60は、高速で旋転し角運
動量Hを有するスピンモータ(フライホイール)62が
ジンバル機構63を介して支持枠64に支持され、該ス
ピンモータ62にアンテナ61が直接接続されており、
このジンバル機構の回転軸に回転トルクT1 、T2 を賦
与するトルクモータ65、66が接続されている。そし
て、この回転トルクT1 、T2 の賦与によりスピンモー
タ62の歳差運動を利用してアンテナ61の指向方向Z
を変化させるものである。しかし、このアンテナ姿勢制
御装置60は回転トルクT1 、T2 を賦与する回転軸と
歳差運動の回転軸とが共通であるためトルクモータ6
5、66が接続され、その分の軸摩擦(抗力)が付加さ
れる。ジャイロの歳差運動を利用する場合は、歳差運動
の回転軸の軸摩擦(抗力)が大きいとアンテナ61の指
向方向Zの調整誤差が大きくなるので好ましくない。
Therefore, an antenna attitude control device for a ship using the precession motion of a gyro is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-85602, and its outline is shown in FIG. 6, in the antenna attitude control device 60, a spin motor (flywheel) 62 that rotates at high speed and has an angular momentum H is supported by a support frame 64 via a gimbal mechanism 63, and the antenna 61 is directly attached to the spin motor 62. Connected,
Torque motors 65 and 66 that apply rotational torques T 1 and T 2 are connected to the rotating shaft of the gimbal mechanism. Then, by applying the rotational torques T 1 and T 2 , the precession motion of the spin motor 62 is used to direct the direction Z of the antenna 61.
Is what changes. However, in the antenna attitude control device 60, the torque motor 6 has a common rotation axis for imparting the rotation torques T 1 and T 2 and a rotation axis for precession.
5, 66 are connected, and the axial friction (drag force) is added by that amount. When utilizing the precession motion of the gyroscope, if the axial friction (drag) of the rotating shaft of the precession motion is large, the adjustment error of the pointing direction Z of the antenna 61 becomes large, which is not preferable.

【0005】また、アンテナ姿勢制御装置60は仰角φ
及び方位角θともにそれぞれの図示されない垂直基準及
び水平基準69を船体側に有してフィードバック制御さ
れるためローリングに対して偏位角検出器67、68が
応答し偏位信号を出力するので誤動作防止のため両方に
低域フィルタを必要とする。
Further, the antenna attitude control device 60 has an elevation angle φ.
Since both the azimuth and the azimuth θ have a vertical reference and a horizontal reference 69 (not shown) on the hull side and are feedback-controlled, the deflection angle detectors 67 and 68 respond to rolling and output a deflection signal, thus causing a malfunction. A low pass filter is needed for both to prevent.

【0006】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、ジャイロの歳差運動を利用して、小型軽量で制
御が簡単であるとともに付随する問題点を解決するアン
テナ姿勢制御装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art. The object of the present invention is to utilize the precession motion of the gyro, to make it small, lightweight, and easy to control. An object of the present invention is to provide an antenna attitude control device that solves the above and other problems.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明におけるアンテナ姿勢制御装置は、スピンモ
ータ及びトルクモータを有するアンテナと、支持台と、
方位追従手段とを備えたアンテナ姿勢制御装置であっ
て、前記アンテナは、第1のジンバル機構を介して仰角
回転軸Xとこれに直交する回転軸Yとで回動可能にかつ
中性にバランスさせられて支持台に取り付けられてお
り、前記スピンモータは、アンテナの慣性に比べて大き
い角運動量を有し、前記回転軸Yからアンテナの指向方
向と反対側の部位に位置させられ、第2のジンバル機構
を介して該スピンモータの旋転軸に直交する回転軸xと
これに直交する回転軸yとで回動可能に重心を支持され
てアンテナに取り付けられており、前記トルクモータ
は、回転軸xにトルクを賦与する第1トルクモータと回
転軸yにトルクを賦与する第2トルクモータとから成
り、この第1、第2トルクモータはジンバル機構とアン
テナのいずれかに分かれて取り付けられているものであ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, an antenna attitude control device according to the present invention comprises an antenna having a spin motor and a torque motor, a support base,
An antenna attitude control device comprising azimuth tracking means, wherein the antenna is rotatably and neutrally balanced by an elevation angle rotation axis X and a rotation axis Y orthogonal thereto via a first gimbal mechanism. The spin motor has a large angular momentum as compared with the inertia of the antenna, and is located at a portion opposite to the pointing direction of the antenna from the rotation axis Y. Through a gimbal mechanism, a rotation axis x orthogonal to the rotation axis of the spin motor and a rotation axis y orthogonal to the rotation axis have a center of gravity supported rotatably and are attached to the antenna. It is composed of a first torque motor that applies a torque to the shaft x and a second torque motor that applies a torque to the rotating shaft y. The first and second torque motors are divided into either a gimbal mechanism or an antenna. It is those that have been Attach.

【0008】また、水平を検出する傾斜計が前記アンテ
ナに装着され、該傾斜計の出力によりアンテナの仰角が
制御されてなるものとすることができる。
Further, an inclinometer for detecting the horizontal level may be attached to the antenna, and the elevation angle of the antenna may be controlled by the output of the inclinometer.

【0009】[0009]

【作用】アンテナに搭載され該アンテナの指向方向に旋
転軸を持ったスピンモータの該旋転軸に直交する回転軸
x又はこれに直交する回転軸yにトルクモータにより回
転トルクを付与するといわゆる歳差運動を生じ、その回
転トルクを付与した軸と直角方向の回転軸y又は回転軸
xのまわりにスピンモータが旋回しようとする。この
時、アンテナは第1のジンバル機構により2軸方向に回
動可能かつ中性にバランスさせられて支持されているの
でアンテナはこれらの軸を中心として回転し、この歳差
運動を利用してアンテナの指向方向を制御することがで
きる。ここで、アンテナの回転時に軸摩擦が発生すると
その摩擦力はスピンモータに逆トルクとして作用するた
めアンテナの指向方向に偏差を生じるが、本発明ではス
ピンモータを第2のジンバル機構を介してアンテナ本体
に取り付け、この第2のジンバル機構の回転軸にトルク
モータにより回転トルクを付与しているため、アンテナ
本体を支持する第1のジンバル機構の回転軸にはトルク
モータを接続する必要が無く、軸摩擦を小さくすること
ができ、従って前記偏差を極力小さくすることが可能で
ある。
When a rotational torque is applied by a torque motor to a rotation axis x orthogonal to the rotation axis or a rotation axis y orthogonal to the rotation axis of a spin motor mounted on the antenna and having a rotation axis in the direction of the antenna, a so-called precession is obtained. The spin motor tries to rotate about the rotation axis y or the rotation axis x that is perpendicular to the axis to which the rotation torque is applied. At this time, since the antenna is supported by the first gimbal mechanism so as to be rotatable in two axial directions and neutrally balanced, the antenna rotates about these axes and utilizes this precession motion. The pointing direction of the antenna can be controlled. Here, when axial friction occurs during the rotation of the antenna, the frictional force acts as a reverse torque on the spin motor and thus causes a deviation in the pointing direction of the antenna. However, in the present invention, the spin motor is provided with the antenna via the second gimbal mechanism. Since it is attached to the main body and the rotational torque is applied to the rotary shaft of the second gimbal mechanism by the torque motor, it is not necessary to connect the torque motor to the rotary shaft of the first gimbal mechanism that supports the antenna main body. The shaft friction can be reduced, and thus the deviation can be minimized.

【0010】また、前記スピンモータは絶対静止系にお
ける一定方向を維持するので地球上における一定方向を
維持するためには地球の自転による影響を補正する必要
があるが、このうち仰角について、水平を検出する傾斜
計をアンテナに装着し、この傾斜計が傾くと偏位信号を
出力して該偏位信号が消滅するようアンテナの仰角を調
整するフィードバック制御を行うことにより自動的に補
正することができる。また、この傾斜計を任意の傾斜角
度に設定可能とすると上述のように該傾斜計が水平にな
るまでアンテナの仰角が自動的に調整されるのでアンテ
ナの仰角を制御するのに用いることもできる。
Further, since the spin motor maintains a constant direction in the absolute stationary system, it is necessary to correct the influence of the rotation of the earth in order to maintain the constant direction on the earth. An inclinometer for detection is attached to the antenna, and when the inclinometer tilts, a deviation signal is output, and feedback control is performed to adjust the elevation angle of the antenna so that the deviation signal disappears. it can. Further, if the inclinometer can be set to an arbitrary inclination angle, the elevation angle of the antenna is automatically adjusted until the inclinometer becomes horizontal as described above, so it can be used to control the elevation angle of the antenna. .

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。図1は本発明のアンテナ姿勢制御装置の
側面図、図2は本発明のアンテナ姿勢制御装置の背面
図、図3は図1のアンテナ姿勢制御装置のアンテナが垂
直面を向いた状態を示す図、図4は本発明のアンテナ姿
勢制御装置の制御方法を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a side view of the antenna attitude control device of the present invention, FIG. 2 is a rear view of the antenna attitude control device of the present invention, and FIG. 3 is a view showing a state in which the antenna of the antenna attitude control device of FIG. 1 faces a vertical plane. FIG. 4 is a block diagram showing a control method of the antenna attitude control device of the present invention.

【0012】まず、本発明のアンテナ姿勢制御装置の構
成を図1の側面図及び図2の背面図に基づいて説明す
る。図1において、アンテナ姿勢制御装置16は、姿勢
制御部21を有するアンテナ部20が第1のジンバル機
構37を介して回動可能にかつ中性にバランスさせられ
て支持台23に取り付けられている。すなわち、放射部
22aと反射部22bを有するアンテナ22は、反射部
22bから指向方向36と反対方向に延びるアンテナ2
2の2つの取り付け枠22c、22cと第1のジンバル
機構37を介して仰角回転軸Xとこれに直交する回転軸
Yとで回動可能に支持枠24に取り付けられている。図
1及び図2において、回転軸Yは取り付け枠22c、2
2cに固設され第1のジンバル機構の枠37aで回動可
能に支持され、該回転軸Yには第1のジンバル機構の枠
37aに設置された回転角偏位計30が歯車30aを介
して連結されている。仰角回転軸Xは第1のジンバル機
構の枠37aに固設され支持枠24で回動可能に支持さ
れている。ここで、仰角回転軸Xと回転軸Yの固設・支
持方法を逆にしても構わない。
First, the configuration of the antenna attitude control device of the present invention will be described with reference to the side view of FIG. 1 and the rear view of FIG. In FIG. 1, the antenna attitude control device 16 is attached to the support base 23 such that the antenna unit 20 having the attitude control unit 21 is rotatably and neutrally balanced via the first gimbal mechanism 37. . That is, the antenna 22 having the radiating portion 22 a and the reflecting portion 22 b is the antenna 2 extending from the reflecting portion 22 b in the direction opposite to the directing direction 36.
It is rotatably attached to the support frame 24 by the elevation angle rotation axis X and the rotation axis Y orthogonal thereto via the two two attachment frames 22c and 22c and the first gimbal mechanism 37. In FIGS. 1 and 2, the rotation axis Y is the mounting frame 22c, 2
2c is rotatably supported by the frame 37a of the first gimbal mechanism, and the rotation angle deviation meter 30 installed on the frame 37a of the first gimbal mechanism is attached to the rotation axis Y via the gear 30a. Are linked together. The elevation rotation axis X is fixed to the frame 37a of the first gimbal mechanism and is rotatably supported by the support frame 24. Here, the method of fixing and supporting the elevation angle rotation axis X and the rotation axis Y may be reversed.

【0013】図1において、姿勢制御部21には、フラ
イホイール26を有するスピンモータ25が第2のジン
バル機構38を介して該スピンモータ25の旋転軸27
に直交する回転軸xとこれに直交する回転軸yとで回動
可能に重心を支持されて前記取り付け枠22c、22c
に取り付けられている。ここで、前記回転軸yは回転軸
Yに平行とする。こうすると方位角又は仰角を回転軸x
又は回転軸yのいずれか一方に回転トルクを賦与して変
化させることができる。図2において、回転軸xはスピ
ンモータ25に固設され第2のジンバル機構の枠38a
で回動可能に支持され、該第2のジンバル機構の枠38
aに設置されたトルクモータ28xにより歯車29xを
介して回転トルクを賦与される。回転軸yは第2のジン
バル機構の枠38aに固設されアンテナ22の取り付け
枠22c、22cで回動可能に支持され、一方の取り付
け枠22cに設置されたトルクモータ28yにより歯車
29yを介して回転トルクを賦与される。ここで、回転
軸xと回転軸yの固設・支持方法を逆にして、回転軸y
をスピンモータ25に固設し、回転軸xを第2のジンバ
ル機構の枠38aに固設しても構わない。さらに、他方
の取り付け枠22cには傾斜計部35が設置されてい
る。該傾斜計部35は箱状であり、内部に水平を検知す
る傾斜計35aが回転軸35dに取り付けられており、
該傾斜計35aは回転軸35dの歯車を介して外部に設
けられた傾斜計駆動モータ35bと傾斜角検出器35c
に連結されている。従って、傾斜計35aは傾斜計駆動
モータ35bにより任意に角度を設定可能となってい
る。
In FIG. 1, the attitude control unit 21 includes a spin motor 25 having a flywheel 26 and a rotary shaft 27 of the spin motor 25 via a second gimbal mechanism 38.
The mounting frames 22c, 22c are rotatably supported by a center of gravity by a rotation axis x orthogonal to the rotation axis y and a rotation axis y orthogonal thereto.
Is attached to. Here, the rotation axis y is parallel to the rotation axis Y. By doing this, the azimuth angle or the elevation angle can be set to the rotation axis x
Alternatively, a rotational torque can be applied to one of the rotation axes y to change it. In FIG. 2, the rotation axis x is fixed to the spin motor 25 and is fixed to the frame 38a of the second gimbal mechanism.
Is rotatably supported by the frame 38 of the second gimbal mechanism.
Rotational torque is imparted via the gear 29x by the torque motor 28x installed in a. The rotation axis y is fixed to the frame 38a of the second gimbal mechanism and is rotatably supported by the mounting frames 22c and 22c of the antenna 22, and the torque motor 28y installed in one mounting frame 22c causes the rotation shaft y to pass through the gear 29y. Rotational torque is applied. Here, reversing the method of fixing and supporting the rotating shaft x and the rotating shaft y, the rotating shaft y
May be fixed to the spin motor 25, and the rotation axis x may be fixed to the frame 38a of the second gimbal mechanism. Further, an inclinometer section 35 is installed on the other mounting frame 22c. The inclinometer unit 35 has a box shape, and an inclinometer 35a for detecting the horizontal level is attached to the rotary shaft 35d.
The inclinometer 35a includes an inclinometer drive motor 35b and an inclination angle detector 35c which are provided outside through a gear of a rotating shaft 35d.
Are linked to. Therefore, the angle of the inclinometer 35a can be arbitrarily set by the inclinometer drive motor 35b.

【0014】図2において、支持台23は旋回軸34に
支持枠24が設けられて成り、該旋回軸34は歯車を介
して旋回軸駆動モータ32に連結され、前記支持枠24
には旋回軸34と連結されその旋回角を検出するアジマ
スエンコーダ31が設置されている。さらに、アンテナ
部20に電力や検出信号、駆動信号を送受するためのス
リップリング33等が設けられている。また、回転軸
X、回転軸Y、旋回軸34にはスラスト方向に自由度を
持たせるようにスラストベアリングとダンパーを併用し
急激な加速度を吸収するように構成されている。
In FIG. 2, the support base 23 is provided with a supporting frame 24 on a revolving shaft 34, and the revolving shaft 34 is connected to a revolving shaft drive motor 32 via a gear, and the supporting frame 24 is provided.
An azimuth encoder 31 that is connected to the swivel shaft 34 and detects the swivel angle is installed in the. Further, the antenna unit 20 is provided with a slip ring 33 and the like for transmitting and receiving electric power, a detection signal, and a drive signal. Further, the rotary shaft X, the rotary shaft Y, and the swivel shaft 34 are configured to use a thrust bearing and a damper together so as to have a degree of freedom in the thrust direction, so as to absorb a sudden acceleration.

【0015】次に、アンテナ部の作動原理について説明
する。図1において、アンテナ部20の作動原理は、ス
ピンモータ25をジャイロとして用い、ジャイロの特異
な現象である歳差運動を利用するものである。すなわ
ち、フライホイール26を高速で旋転(通常のスピンモ
ータ25の回転子の回転)させることにより十分な大き
さの角運動量ベクトルHを有するスピンモータ25の旋
転軸に直角な回転軸xにトルクモータ28xにより回転
トルクNを賦与すると、スピンモータ25は歳差運動を
生じ、その回転トルクを付与した回転軸xと直角方向の
回転軸yのまわりに角速度ω=N/Hで旋回しようとす
る。この時、スピンモータ25は回転軸y又は回転軸Y
のいずれの軸のまわりにも旋回可能であり抗力の小さい
方の軸のまわりに旋回する。ここで、回転軸yにはトル
クモータ28yが歯車29yを介して接続されており、
該トルクモータ28yの歯車と歯車29yとの減速比が
十分大きければスピンモータ25は回転軸yのまわりに
は旋回しない。一方、アンテナ部20はスピンモータ2
5等の姿勢制御部21も含む全体を第1のジンバル機構
37で重心を支持することによって2軸方向に回動可能
かつ中性にバランスさせられて支持されている。従っ
て、スピンモータ25は回転軸Yを中心として旋回し、
これに伴いアンテナ部20全体も回転軸Yを中心として
回転し、アンテナ22の指向方向36の方位角が変化す
る。また、回転軸yに回転トルクを賦与すると、同様に
アンテナ22の指向方向36の仰角が変化する。このよ
うに、スピンモータ25の相直交する回転軸xまたは回
転軸yに回転トルクを賦与することによりアンテナ22
の指向方向36を任意に変化させることができる。
Next, the operating principle of the antenna section will be described. In FIG. 1, the operating principle of the antenna unit 20 is that the spin motor 25 is used as a gyro and the precession motion which is a unique phenomenon of the gyro is used. That is, by rotating the flywheel 26 at a high speed (ordinary rotation of the rotor of the normal spin motor 25), the torque motor is applied to the rotation axis x perpendicular to the rotation axis of the spin motor 25 having a sufficiently large angular momentum vector H. When the rotational torque N is applied by 28x, the spin motor 25 causes a precession motion, and tries to turn at a angular velocity ω = N / H around the rotational axis x that is perpendicular to the rotational axis x to which the rotational torque is applied. At this time, the spin motor 25 rotates the rotation axis y or the rotation axis Y.
It is possible to swing around any of the axes of, and to swing around the axis with the smaller drag. Here, a torque motor 28y is connected to the rotating shaft y via a gear 29y,
If the reduction gear ratio between the gear of the torque motor 28y and the gear 29y is sufficiently large, the spin motor 25 does not rotate about the rotation axis y. On the other hand, the antenna unit 20 is the spin motor 2
By supporting the center of gravity with the first gimbal mechanism 37, the entire body including the attitude control unit 21 such as 5 is supported in a biaxially rotatable and neutrally balanced manner. Therefore, the spin motor 25 revolves around the rotation axis Y,
Along with this, the entire antenna unit 20 also rotates about the rotation axis Y, and the azimuth angle of the antenna 22 in the directivity direction 36 changes. Further, when a rotation torque is applied to the rotation axis y, the elevation angle of the antenna 22 in the directivity direction 36 also changes. In this way, the rotation torque is applied to the rotation axis x or the rotation axis y of the spin motor 25 which are orthogonal to each other, whereby the antenna 22
The pointing direction 36 of the can be arbitrarily changed.

【0016】このスピンモータ25の角運動量Hはアン
テナ部20の仰角回転軸X又は回転軸Yのまわりの慣性
モーメントに比べて十分に大きくなるよう設定する必要
がある。もしそうでないと、定常運動である歳差運動以
外の寄生運動である章動の影響が大きくなりアンテナ2
2の指向方向36の制御の誤差が無視できなくなるから
である。
It is necessary to set the angular momentum H of the spin motor 25 to be sufficiently larger than the moment of inertia about the elevation angle rotation axis X or rotation axis Y of the antenna section 20. If this is not the case, the effect of nutation, which is a parasitic motion other than the precession motion that is a stationary motion, becomes large, and the antenna 2
This is because the control error in the pointing direction 36 of No. 2 cannot be ignored.

【0017】次に、上述のアンテナ姿勢制御装置16の
動作を図1〜4に基づき説明する。まず、方向制御動作
につき説明する。図1及び図4において、アンテナ姿勢
制御装置の演算部43で自船位置41のデータから通信
衛星の方位角を計算し、この方位角と船舶航行用の指北
ジャイロ42とアジマスエンコーダ31からの旋回角信
号54のデータとから方位角偏位計算45を行い偏位が
あると、駆動信号50を出力しx軸トルクモータ28x
を駆動しスピンモータ25の回転軸xにトルクを賦与す
る。すると、スピンモータ25のY軸歳差運動51によ
りアンテナ部20は回転軸Yを中心として回転し、偏位
角検出器30がこの回転を検出して追従信号52を出力
し旋回軸駆動モータ32を駆動して支持枠24を旋回さ
せアンテナ部20の回転に追従させる。この旋回角をア
ジマスエンコーダ31が検出して旋回角信号54として
上述の如く演算部43にフィードバックし、該演算部4
3は前記偏位が無くなるまで上記フィードバック制御を
行い、アンテナ22の指向方向36を衛星の方位角に調
整する。また、前記演算部43は自船位置41のデータ
から通信衛星の仰角計算44を行い、仰角信号46を出
力して傾斜計駆動モータ35bを駆動し傾斜角検出器3
5cを用いて傾斜計35aを前記仰角までマイナス側に
傾斜させる。すると、傾斜計35aは駆動信号48を出
力しy軸トルクモータ28yを駆動してスピンモータ2
5の回転軸yにトルクを賦与し、スピンモータ25のX
軸歳差運動49によりアンテナ部20が仰角回転軸Xを
中心として回転し、傾斜計35aの傾斜が水平側に変化
する。そして、該傾斜計35aが水平になるまでこのフ
ィードバック制御が行われ、アンテナ22の指向方向3
6が衛星の仰角に調整される。なお、仰角が大きくなり
90度に近くなると衛星の方位角のわずかな変化に対し
て追従すべき支持枠24の旋回角が大きくなるので、仰
角90度近辺のアンテナ22の指向方向36の誤差が許
容される範囲内では方位角の検出感度を段々下げて行き
図3に示すように90度になった時には追従を停止させ
る。また、図示されない衛星の信号を用い、その信号強
度の変化率から衛星を自動追尾させることもできる。
Next, the operation of the above antenna attitude control device 16 will be described with reference to FIGS. First, the direction control operation will be described. 1 and 4, the calculation unit 43 of the antenna attitude control device calculates the azimuth angle of the communication satellite from the data of the ship position 41, and the azimuth angle and the finger north gyro 42 for ship navigation and the azimuth encoder 31 are used. Azimuth deviation calculation 45 is performed from the data of the turning angle signal 54, and if there is deviation, a drive signal 50 is output and the x-axis torque motor 28x is output.
Is applied to apply torque to the rotation axis x of the spin motor 25. Then, the Y-axis precession motion 51 of the spin motor 25 causes the antenna unit 20 to rotate about the rotation axis Y, and the deviation angle detector 30 detects this rotation and outputs a follow-up signal 52 to output the rotation axis drive motor 32. To rotate the support frame 24 to follow the rotation of the antenna unit 20. This turning angle is detected by the azimuth encoder 31 and is fed back to the calculating unit 43 as the turning angle signal 54 as described above, and the calculating unit 4
3 performs the above feedback control until the deviation disappears, and adjusts the pointing direction 36 of the antenna 22 to the azimuth angle of the satellite. Further, the calculation unit 43 calculates the elevation angle 44 of the communication satellite from the data of the own ship position 41, outputs the elevation angle signal 46 and drives the inclinometer drive motor 35b to incline the inclination angle detector 3
The inclinometer 35a is tilted to the minus side up to the elevation angle by using 5c. Then, the inclinometer 35a outputs the drive signal 48 and drives the y-axis torque motor 28y to drive the spin motor 2a.
Torque is applied to the rotation axis y of the spin motor 25,
The axis precession motion 49 causes the antenna unit 20 to rotate about the elevation angle rotation axis X, and the tilt of the inclinometer 35a changes to the horizontal side. This feedback control is performed until the inclinometer 35a becomes horizontal, and the pointing direction 3 of the antenna 22 is adjusted.
6 is adjusted to the elevation angle of the satellite. When the elevation angle becomes large and approaches 90 degrees, the turning angle of the support frame 24, which should follow a slight change in the azimuth angle of the satellite, becomes large. Therefore, an error in the pointing direction 36 of the antenna 22 near the elevation angle of 90 degrees is caused. Within the allowable range, the detection sensitivity of the azimuth angle is gradually lowered, and when the angle reaches 90 degrees as shown in FIG. 3, the follow-up is stopped. It is also possible to use a satellite signal (not shown) and automatically track the satellite from the rate of change in the signal strength.

【0018】なお、スピンモータ25は絶対静止系にお
ける一定方向を維持するので地球上における一定方向を
維持するためには地球の自転によるズレを補正する必要
があるが、このうち仰角については、上述のように水平
を検出する傾斜計35aがアンテナ部20に装着されて
おり、この傾斜計35aが傾くと偏位信号(駆動信号4
8)を出力して該偏位信号が消滅するまでアンテナの仰
角を調整するので自動的に補正される。一方、方位角に
ついても、指北ジャイロ42を基準としてフィードバッ
ク制御が行われているので方位角がズレると自動的に補
正される。また、図1においてはアンテナ22の指向方
向36とスピンモータ25の旋転軸27の方向が一致し
ているが、必ずしも一致させて置く必要はない。ただ
し、不一致の場合は同じ回転トルクを賦与しても発生す
る歳差運動の角速度が小さくなるので一致させて置く方
が制御が容易である。
Since the spin motor 25 maintains the constant direction in the absolute stationary system, it is necessary to correct the deviation due to the rotation of the earth in order to maintain the constant direction on the earth. Among them, the elevation angle is described above. The inclinometer 35a for detecting the horizontal direction is attached to the antenna unit 20 as shown in FIG.
8) is output and the elevation angle of the antenna is adjusted until the deviation signal disappears, so that it is automatically corrected. On the other hand, the azimuth angle is also corrected automatically when the azimuth angle is deviated because feedback control is performed with the finger north gyro 42 as a reference. Further, in FIG. 1, the directivity direction 36 of the antenna 22 and the direction of the rotary shaft 27 of the spin motor 25 match, but they do not necessarily have to be aligned. However, in the case of disagreement, the angular velocity of the precession motion that occurs even if the same rotational torque is applied is reduced.

【0019】次に、安定化動作につき説明する。図3に
おいて、アンテナ22はジンバル機構37により回転軸
X及び回転軸Yとで支持台23に回動自在に取り付けら
れているので、ローリングに対して前記2軸方向には外
部トルクが作用せず、また、スピンモータ25は重心を
支持されているので一定方向を指示し、かつ角運動量H
の持つ旋転軸方向の慣性によってアンテナの指向方向3
6を維持するため安定化される。図3はアンテナの指向
方向36が垂直の場合を示すが垂直でなくても同様であ
る。また、図2及び図4において、ローリングに対して
偏位角検出器30が応答して追従信号32を出力するの
で、誤動作を防止するため追従信号32は低域フィルタ
を通過させられ、速い周期の動揺には支持台23が追従
しないようにされる。なお、傾斜計35aは垂直基準と
してアンテナ22の取り付け枠22cに搭載され直接y
軸トルクモータ28yをフィードバック制御しているの
でその必要はない。
Next, the stabilizing operation will be described. In FIG. 3, since the antenna 22 is rotatably attached to the support base 23 by the gimbal mechanism 37 about the rotation axis X and the rotation axis Y, external torque does not act on the rolling in the two axis directions. Also, since the spin motor 25 supports the center of gravity, it indicates a fixed direction and the angular momentum H
Directional direction of the antenna 3 due to the inertia of the rotation axis of the
Stabilized to maintain 6. Although FIG. 3 shows the case where the antenna directivity direction 36 is vertical, the same applies even if the directivity direction 36 is not vertical. Further, in FIGS. 2 and 4, since the deviation angle detector 30 responds to rolling and outputs the follow-up signal 32, the follow-up signal 32 is passed through a low-pass filter to prevent malfunction, and a fast cycle is obtained. The support base 23 is prevented from following the sway of. It should be noted that the inclinometer 35a is mounted on the mounting frame 22c of the antenna 22 as a vertical reference so that the y
This is not necessary because the shaft torque motor 28y is feedback-controlled.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明のアンテナ姿勢制御装置は上述の
ように、角運動量を有するスピンモータの慣性と歳差運
動を利用することによりスピンモータ1個でアンテナの
安定化と方向制御を共に行うので構成が簡単であり、装
置を小型軽量化することができ制御も簡単であるので、
船舶に搭載するに際してマスト等の高い場所に容易に設
置することが可能である。また、回転トルクを賦与する
回転軸と歳差運動の回転軸とは別個であるため、軸摩擦
を極力小さくすることができ、アンテナの指向方向調整
誤差を小さくすることが可能である。さらに、垂直基準
である傾斜計をアンテナに有しているため仰角について
はローリングに対する低域フィルタは不要であり、制御
が簡単になる。しかも傾斜計という比較的簡単な手段を
用いてこれを達成することができる。
As described above, the antenna attitude control device of the present invention utilizes the inertia and precession of a spin motor having angular momentum to perform both antenna stabilization and direction control with a single spin motor. Therefore, the configuration is simple, the device can be made smaller and lighter, and the control is easy.
When mounted on a ship, it can be easily installed at a high place such as a mast. Further, since the rotating shaft that imparts the rotating torque and the rotating shaft for the precession are separate from each other, the shaft friction can be minimized and the pointing direction adjustment error of the antenna can be reduced. Further, since the antenna has a vertical reference inclinometer, a low-pass filter for rolling is not required for the elevation angle, which simplifies control. Moreover, this can be achieved using a relatively simple means, an inclinometer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のアンテナ姿勢制御装置の側面図であ
る。
FIG. 1 is a side view of an antenna attitude control device of the present invention.

【図2】本発明のアンテナ姿勢制御装置の背面図であ
る。
FIG. 2 is a rear view of the antenna attitude control device of the present invention.

【図3】図1のアンテナ姿勢制御装置のアンテナが垂直
面を向いた状態を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a state in which an antenna of the antenna attitude control device of FIG. 1 faces a vertical plane.

【図4】本発明のアンテナ姿勢制御装置の制御方法を示
すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a control method of the antenna attitude control device of the present invention.

【図5】従来のアンテナ姿勢制御装置の背面図である。FIG. 5 is a rear view of a conventional antenna attitude control device.

【図6】従来のアンテナ姿勢制御装置の概要を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing an outline of a conventional antenna attitude control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

H 角運動量 X 仰角回転軸 Y 回転軸 x 回転軸 y 回転軸 16 アンテナ姿勢制御装置 22 アンテナ 23 支持台 25 スピンモータ 27 旋転軸 28x x軸トルクモータ(第1トルクモータ) 28y y軸トルクモータ(第2トルクモータ) 30 偏位角検出器(方位追従手段) 31 アジマスエンコーダ(方位追従手段) 32 旋回軸駆動モータ(方位追従手段) 35 傾斜計 36 指向方向 37 第1のジンバル機構 38 第2のジンバル機構 H angular momentum X elevation angle rotation axis Y rotation axis x rotation axis y rotation axis 16 antenna attitude control device 22 antenna 23 support base 25 spin motor 27 rotation axis 28x x-axis torque motor (first torque motor) 28y y-axis torque motor (first) 2 torque motor) 30 deviation angle detector (azimuth following means) 31 azimuth encoder (azimuth following means) 32 turning axis drive motor (azimuth following means) 35 inclinometer 36 pointing direction 37 first gimbal mechanism 38 second gimbal mechanism

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スピンモータ及びトルクモータを有する
アンテナと、支持台と、方位追従手段とを備えたアンテ
ナ姿勢制御装置であって、前記アンテナは、第1のジン
バル機構を介して仰角回転軸Xとこれに直交する回転軸
Yとで回動可能にかつ中性にバランスさせられて支持台
に取り付けられており、前記スピンモータは、アンテナ
の慣性に比べて大きい角運動量を有し、前記回転軸Yか
らアンテナの指向方向と反対側の部位に位置させられ、
第2のジンバル機構を介して該スピンモータの旋転軸に
直交する回転軸xとこれに直交する回転軸yとで回動可
能に重心を支持されてアンテナに取り付けられており、
前記トルクモータは、回転軸xにトルクを賦与する第1
トルクモータと回転軸yにトルクを賦与する第2トルク
モータとから成り、この第1、第2トルクモータはジン
バル機構とアンテナのいずれかに分かれて取り付けられ
ていることを特徴とするアンテナ姿勢制御装置。
1. An antenna attitude control device, comprising: an antenna having a spin motor and a torque motor; a support; and an azimuth tracking means, wherein the antenna has an elevation rotation axis X via a first gimbal mechanism. And a rotation axis Y orthogonal to the rotation axis Y are rotatably and neutrally balanced and attached to the support base. The spin motor has a large angular momentum as compared with the inertia of the antenna, and It is located on the opposite side of the antenna from the axis Y,
The center of gravity is rotatably supported by a rotation axis x orthogonal to the rotation axis of the spin motor and a rotation axis y orthogonal to the rotation axis via a second gimbal mechanism, and is attached to the antenna.
The torque motor is configured to apply a torque to the rotating shaft x.
An antenna attitude control characterized by comprising a torque motor and a second torque motor for imparting torque to the rotation axis y, wherein the first and second torque motors are separately attached to either the gimbal mechanism or the antenna. apparatus.
【請求項2】 水平を検出する傾斜計が前記アンテナに
装着され、該傾斜計の出力によりアンテナの仰角が制御
されてなることを特徴とする請求項1におけるアンテナ
姿勢制御装置。
2. The antenna attitude control device according to claim 1, wherein an inclinometer for detecting the level is attached to the antenna, and an elevation angle of the antenna is controlled by an output of the inclinometer.
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