JPH06268425A

JPH06268425A - アンテナ指向装置

Info

Publication number: JPH06268425A
Application number: JP4944493A
Authority: JP
Inventors: Takao Murakoshi; 尊雄村越; Takeshi Hojo; 武北條; Yoshinori Kamiya; 吉範神谷; Kazuteru Sato; 一輝佐藤
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokimec Inc
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】船体が航行中に動揺、振動等を受けた場合で
も、常にアンテナを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】アンテナ指向装置において、傾斜補正値Δφ
_Aを演算する傾斜補正演算部９３とアンテナ指向装置の
取り付け面の動揺角η、ξを演算する動揺角演算部９４
と第１、第２及び第３の加速度計４６、４７、４８に作
用する動揺加速度Δｇ_O、Δｇ_X、Δｇ_Pを演算する動
揺加速度演算部９５と更に加算器９６、９７、９８を設
け、この加算器９６、９７、９８によって加速度計４
６、４７、４８の出力信号より動揺加速度Δｇ_O、Δｇ
_X、Δｇ_Pを含まない出力信号を得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３は従来のアンテナ指向装置の例を示
す。このアンテナ指向装置は基本的には方位−仰角系と
称され、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。

【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１１
が装着されており、斯かる円筒部１１の内部には１対の
軸受２１−１、２１−２が取り付けられている。この軸
受２１−１、２１−２の内輪には方位軸２０が嵌合され
ており、方位軸２０の上端部にはアーム１３を介して方
位ジンバル４０が装着されている。

【０００４】斯くして方位軸２０が軸受２１−１、２１
−２によって支持された状態にて、方位ジンバル４０は
方位軸２０を通る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の中心軸線即
ち方位軸線Ｚ−Ｚは図示のように方位軸２０を通る軸線
より偏倚して配置されている。尚、支持軸部４０−１は
方位軸２０を通る軸線に整合するように構成してもよ
い。

【０００５】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が配置されて
おり、斯かる取り付け金具４１はその２つの脚部４１−
１、４１−２の各々に仰角軸３０−１、３０−２を有す
る。方位ジンバル４０のＵ字形部４０−２の２つの脚部
の各々には適当な軸受が装着されており、斯かる軸受に
よって仰角軸３０−１、３０−２は回転可能に支持され
ている。

【０００６】仰角軸３０−１、３０−２の中心軸線は仰
角軸線Ｙ−Ｙを構成しており、こうして、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Ｙ−Ｙ周りに回転可能に支持されて
いる。仰角軸線Ｙ−Ｙは方位軸線Ｚ−Ｚに対して直角に
配置されている。

【０００７】方位軸線Ｚ−Ｚはアンテナ指向装置の取り
付け面、例えば船体面に垂直であり、従って、仰角軸線
Ｙ−Ｙは船体面に対して常に平行に配置されている。

【０００８】Ｕ字形の取り付け金具４１の脚部４１−
１、４１−２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Ｙ−
Ｙ周りを回転することができる。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Ｙ−
Ｙに対して垂直である。

【０００９】取り付け金具４１には、仰角ジャイロ４４
及び方位ジャイロ４５が装着され、仰角ジャイロ４４に
よって仰角軸線Ｙ−Ｙ周りを回転するアンテナ１４の回
転角速度が検出され、方位ジャイロ４５によって仰角軸
線Ｙ−Ｙ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の回転角速度が検出され
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
ロ等の角速度検出型ジャイロであってよい。

【００１０】取り付け金具４１には更に、第１の加速度
計４６と第２の加速度計４７と第３の加速度計４８とが
装着されている。第１の加速度計４６によって仰角軸線
Ｙ−Ｙ周りのアンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘの傾斜角度
が検出され、第２の加速度計４７によって水平面に対す
る仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角度ｘが検出される。

【００１１】第２の加速度計４７をその入力軸線が仰角
軸線Ｙ−Ｙに平行となるように、取り付け金具４１に装
着すれば、その出力はｓｉｎｘに比例する。尚、第２の
加速度計４７は、その入力軸線が仰角軸線Ｙ−Ｙに平行
となるように、方位ジンバル４０に装着してもよい。

【００１２】第３の加速度計４８は第１の加速度計４６
及び第２の加速度計４７の双方に直交するように装着さ
れる、即ち、第１の加速度計４６の入力軸線及び第２の
加速度計４７の入力軸線の双方に直交する入力軸線を有
するように取り付けられる。こうして、第３の加速度計
４８はアンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘ及び仰角軸線Ｙ−
Ｙの双方に直交する軸線の水平面に対する傾斜角度を検
出する。

【００１３】取り付け金具４１の一方の脚部には仰角軸
線Ｙ−Ｙと同軸的に仰角歯車３２が装着されている。斯
かる仰角歯車３２にはピニオン３５が噛み合わされてお
り、斯かるピニオン３５は方位ジンバル４０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３
３の回転軸に取り付けられている。

【００１４】方位ジンバル４０のＵ字形部４０−２の一
方の脚部には仰角発信器３４が装着されており、斯かる
仰角発信器３４によってアンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙ
周りの回転角度θが検出されそれを指示する信号が出力
される。

【００１５】一方、方位軸２０の下端部には方位歯車２
２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２３と方位発信器２４が取り付けられ、
方位サーボモータ２３及び方位発信器２４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
２２に噛み合わされるように構成されている。

【００１６】図示のように、アンテナ指向装置を制御す
るために仰角制御ループと方位角制御ループが設けられ
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_Aとし、アンテナ１４の中心
軸線Ｘ−Ｘが水平面上で子午線Ｎとなす角をアンテナの
方位角φ_Aとする。

【００１７】仰角制御ループはアンテナの仰角θ_Aが衛
星高度角θ_Sに一致するようにアンテナ１４を仰角軸線
Ｙ−Ｙ周りに回転させるよう構成されており、第１の及
び第２のループを含む。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３３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慣性空間に対するアンテナ１４
の仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの角速度は常にゼロに保持され
る。

【００１８】第２のループにおいて、第１の加速度計４
６、第２の加速度計４７及び第３の加速度計４８からな
る直交３軸の加速度計の出力信号はアンテナ仰角演算部
８１に供給される。アンテナ仰角演算部８１は３つの加
速度計４６、４７、４８の出力信号ｇ₁、ｇ₂、ｇ₃を
入力し、アンテナ１４の仰角θ_A、即ち、水平面に対す
るアンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘの傾斜角θ_Aを演算す
る。斯かる演算は次の数１の式に基づいて実行される。

【００１９】

【数１】ｔａｎθ_A＝−ｇ₁／（ｇ₂ｓｉｎε＋ｇ₃ｃｏｓε）但し、ｔａｎε＝ｇ₂／ｇ₃、

【００２０】数１の式より明らかなように、斯かる演算
はアンテナ１４の仰角θ_Aの正接よりアークタンジェン
ト演算を行い、それによってアンテナ１４の仰角θ_Aの
値及びその象限を求めることを含む。尚、アンテナ仰角
演算部８１の機能と構成の詳細については、本願出願人
と同一の出願人によって出願された特願平４−３４８７
４５号を参照されたい。

【００２１】アンテナ仰角演算部８１より出力されたア
ンテナ１４の仰角θ_Aを指示する信号は、例えば手動設
定された衛星高度角θ_S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_Aを衛星高度角θ_Sに一致させるための適当な時定数
を有する。尚、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。

【００２２】方位角制御ループはアンテナ１４の方位角
φ_Aが衛星方位角φ_Sに一致するように方位ジンバル４
０の方位を制御するように構成されており、図示のよう
に第３及び第４の２つのループを有する。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２３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Ｙ−Ｙの両者に直交
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。

【００２３】第４のループにおいて、方位発信器２４よ
り方位ジンバル４０の回転角（アンテナの回転角）φを
指示する回転角信号が出力され、斯かる回転角信号は加
算器６１に供給される。加算器６１では、斯かる回転角
φと例えば磁気コンパス又はジャイロコンパスより供給
された船首方位角φ_Cと傾斜補正演算部９３より供給さ
れた傾斜補正値Δφ_Aとが加算され、その和より衛星方
位角φ_Sが減算される。加算器６１の出力信号は、更
に、減衰器６０を経由して積分器５８に入力される。ア
ンテナの回転角φと船首方位角φ_Cと傾斜補正値Δφ_A
との和が衛星方位角φ_Sに等しくなるとき、アンテナ１
４の方位は静止する。

【００２４】斯かる傾斜補正演算部９３は仰角発信器３
４より出力された仰角軸線Ｙ−Ｙ周りのアンテナ１４の
回転角θを指示する信号と第２の加速度計４７より出力
された水平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角ｘの正弦
値ｓｉｎｘを指示する信号と第３の加速度計４８より出
力されたアンテナの中心軸線Ｘ−Ｘ及び仰角軸線Ｙ−Ｙ
の双方に直交する軸線の水平面に対する傾斜角度θ_Pの
正弦値ｓｉｎθ_Pを指示する信号とを入力して、傾斜補
正値Δφ_Aを演算する。

【００２５】斯かる傾斜補正値Δφ_Aは次の数２の式に
よって求められる。

【数２】ｔａｎΔφ_A＝ｓｉｎθ・ｓｉｎｘ／ｓｉｎθ_P

【００２６】尚、斯かる傾斜補正演算部９３の構成と動
作の詳細については、本願出願人と同一の出願人によっ
て出願された特願平５─２５８１号を参照されたい。

【００２７】この方位角制御ループは、アンテナ１４の
方位角φ_Aを衛星方位角φ_Sに一致させるための適当な
時定数を有する。尚、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、６０の出力は積
分型ジャイロトルカの出力に相当する。

【００２８】こうして、仰角制御ループと方位角制御ル
ープとによってアンテナ１４はその中心軸線Ｘ−Ｘが衛
星方向に指向するように構成されている。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】アンテナ指向装置は例
えば船舶のマスト上に取り付けられる。従ってアンテナ
指向装置の取り付け位置は、通常、船体の動揺中心より
隔置されている。船体がピッチやロールの如き動揺運動
した場合、第１、第２及び第３の加速度計４６、４７、
４８はアンテナ指向装置の取り付け面の静的な傾斜運動
ばかりでなく、船体の動揺に起因する動的な傾斜運動即
ち動揺加速度を検出することとなる。従って、斯かる加
速度計４６、４７、４８を含む制御ループにて、制御信
号に誤差が生じ、アンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘが本来
指向すべき衛星方向より偏倚してしまう欠点があった。

【００３０】本発明は、斯かる点に鑑み、船体が航行中
に動揺、振動等を受けた場合でも、常にアンテナ１４を
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。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明によれは、例えば
図１に示すように、中心軸線Ｘ−Ｘを有し支持部材４１
に支持されたアンテナ１４と、アンテナ１４及び支持部
材４１を中心軸線Ｘ−Ｘに直交する仰角軸線Ｙ−Ｙ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Ｙ−Ｙに直交する方位軸線Ｚ−Ｚ周り
に回転可能に支持する基台３と、仰角軸線Ｙ−Ｙに平行
な入力軸線を有し支持部材４１に固定された第１のジャ
イロ４４と、中心軸線Ｘ−Ｘと仰角軸線Ｙ−Ｙの両者に
直交する入力軸線を有し支持部材４１に固定された第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第１の加速度計４６と、
水平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角を指示する信号
を出力する第２の加速度計４７と、アンテナの中心軸線
Ｘ−Ｘと仰角軸線Ｙ−Ｙの両者に直交する入力軸線を有
する第３の加速度計４８と、方位ジンバル４０の方位軸
線Ｚ−Ｚ周りの回転角を指示する信号を出力する方位発
信器２４と、方位ジンバル４０に対する仰角軸線Ｙ−Ｙ
周りのアンテナ１４の回転角θを指示する信号を出力す
る仰角発信器３４と、第２の加速度計４７の出力信号と
第３の加速度計４８の出力信号と仰角発信器３４の出力
信号とを入力して傾斜補正値Δφ_Aを演算する傾斜補正
演算部９３と、を有し、加速度計４６、４７、４８の出
力信号から衛星の高度角に対応した値を減じた信号を第
１のジャイロ４４の実質的なトルカにフィードバックし
方位発信器２４の出力信号と船首方位角及び衛星方位角
に対応した信号と傾斜補正演算部９３より出力された傾
斜補正値Δφ_Aを指示する信号とを加算器６１にて演算
しその出力信号を第２のジャイロ４５の実質的なトルカ
にフィードバックしてアンテナの中心軸線Ｘ−Ｘを衛星
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、傾斜補正演算部９３より供給された傾斜補正値Δφ
_Aと衛星高度角θ_Sと仰角発信器３４より供給された仰
角軸線Ｙ−Ｙ周りのアンテナの回転角θとよりアンテナ
指向装置の取り付け面の動揺角を演算する動揺角演算部
９４と、この動揺角演算部９４より供給された動揺角
η、ξと動揺中心Ｏ_Mからアンテナ指向装置までの動揺
半径Ｒと傾斜補正演算部９３より供給された傾斜補正値
Δφ_Aと仰角発信器３４より供給された仰角軸線Ｙ−Ｙ
周りのアンテナの回転角θとより第１、第２及び第３の
加速度計４６、４７、４８に作用する動揺加速度Δ
ｇ_O、Δｇ_X、Δｇ_Pを演算する動揺加速度演算部９５
と、この加速度計４６、４７、４８の出力信号に動揺加
速度演算部９５の出力信号を加算する加算器９６、９
７、９８と、を設け、加速度計４６、４７、４８の出力
信号より動揺加速度Δｇ_O、Δｇ _X、Δｇ_Pの成分を含
まない出力信号を得るように構成されている。

【００３２】本発明によれば、アンテナ指向装置におい
て、動揺角演算部９４は次式によってアンテナ指向装置
の取り付け面の動揺角η、ξを演算する。 η＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎΔφ_A／ｔａｎθ） θ_S−ξ＝ｔａｎ^-1（ｔａｎΔφ_A／ｓｉｎη）但し、η、ξ：取り付け面の動揺角 Δφ_A：傾斜補正値 θ：仰角発信器の出力信号 θ_S：衛星高度角

【００３３】本発明によれば、アンテナ指向装置におい
て、動揺加速度演算部９５は次式によって第１、第２及
び第３の加速度計４６、４７、４８に作用する動揺加速
度Δｇ_O、Δｇ_X、Δｇ_Pを演算する。 Δｇ_O＝Ｒ〔（ξ₂ｃｏｓΔφ_A＋η₂ｓｉｎΔφ_A）ｃｏｓθ−（η₁ ²＋ ξ₁ ²ｃｏｓη）ｓｉｎθ−ξ₁ ²ｓｉｎη・ｓｉｎΔφ_A・ｃｏｓθ〕／ｇ Δｇ_X＝Ｒ（−ξ₂ｓｉｎΔφ_A＋η₂ｃｏｓΔφ_A＋ξ₁ ²ｓｉｎη・ｓｉｎΔφ_A）／ｇ Δｇ_P＝Ｒ〔（ξ₂ｃｏｓΔφ_A＋η₂ｓｉｎΔφ_A）ｓｉｎθ＋（η₁ ²＋ ξ₁ ²ｃｏｓη）ｃｏｓθ−ξ₁ ²ｓｉｎη・ｓｉｎΔφ_A・ｓｉｎθ〕／ｇ但し、η₁ 、ξ₁ ：動揺角η、ξの時間１次微分 η₂、ξ₂：動揺角η、ξの時間２次微分ｇ：重力の加速度Ｒ：動揺半径

【００３４】

【作用】本発明によれば、動揺角演算部９４において数
４の式によって動揺角η、ξが求められ、動揺加速度演
算部９５において数６の式によって動揺加速度Δｇ_O、
Δｇ_X、Δｇ_Pが求められ、加算器９６、９７、９８に
おいて第１、第２及び第３の加速度計４６、４７、４８
の出力値が動揺加速度Δｇ_O、Δｇ_X、Δｇ_Pによって
補正されるから、アンテナ仰角演算部８１には船体の動
揺の影響が排除された船体の実際の傾斜に基づく加速度
が供給される。従って、船体が動揺しても、斯かる動揺
に影響されることなくアンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘを
衛星方向に正確に指向させることができる。

【００３５】

【実施例】以下に図１〜図２を参照して本発明の実施例
について説明する。尚図１〜図２において図３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。

【００３６】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。

【００３７】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Ｙ−Ｙ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Ｙ−Ｙと直交する方位
軸線Ｚ−Ｚ周りに回転可能に基台３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。

【００３８】取り付け金具４１には、仰角ジャイロ４４
及び方位ジャイロ４５と第１の加速度計４６、第２の加
速度計４７及び第３の加速度計４８が装着されている。

【００３９】仰角ジャイロ４４によって仰角軸線Ｙ−Ｙ
周りを回転するアンテナ１４の回転角速度が検出され、
方位ジャイロ４５によって仰角軸線Ｙ−Ｙ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の回転角速度が検出され、第１の加速度計４６
によって水平面に対するアンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘ
の傾斜角度が検出され、第２の加速度計４７によって水
平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角度が検出される。

【００４０】第３の加速度計４８は第１の加速度計４６
の入力軸線及び第２の加速度計４７の入力軸線の双方に
直交する入力軸線を有するように取り付けられる。従っ
て、第３の加速度計４８はアンテナ１４の中心軸線Ｘ−
Ｘ及び仰角軸線Ｙ−Ｙの双方に直交する軸線の水平面に
対する傾斜角度を検出する。

【００４１】仰角ジャイロ４４と方位ジャイロ４５は例
えば振動ジャイロ、レートジャイロ等の角速度検出型ジ
ャイロであってよい。

【００４２】本例のアンテナ指向装置は、図３の従来例
と同様に仰角制御ループと方位角制御ループとを有す
る。本例の仰角制御ループはアンテナの仰角θ_Aが衛星
高度角θ_Sに一致するようにアンテナ１４を仰角軸線Ｙ
−Ｙ周りに回転させるよう構成されており、従来の仰角
制御ループと同一であってよい。

【００４３】方位角制御ループはアンテナの方位角φ_A
が衛星の方位角φ_Sに一致するようにアンテナ１４を方
位軸線Ｚ−Ｚ周りに回転させるよう構成されており、従
来の方位角制御ループと比較して、新たに動揺角演算部
９４及び動揺加速度演算部９５が設けられている点が異
なる。即ち、従来の第４のループにて傾斜補正演算部９
３に加えて新たに動揺角演算部９４及び動揺加速度演算
部９５が設けられ、更に斯かる動揺加速度演算部９５の
出力信号を入力する加算器９６、９７、９８が設けられ
ている。

【００４４】動揺角演算部９４は傾斜補正演算部９３よ
り出力された傾斜補正値Δφ_Aを指示する信号と仰角発
信器３４より出力された仰角軸線Ｙ−Ｙ周りのアンテナ
１４の回転角度θを指示する信号と衛星高度角θ_Sを指
示する信号とを入力し、アンテナ指向装置が取り付けら
れた船体の取り付け面の動揺角η、ξを演算する。

【００４５】動揺加速度演算部９５は動揺角演算部９４
より出力された動揺角η、ξを指示する信号と傾斜補正
値Δφ_Aを指示する信号と仰角発信器３４より出力され
た仰角軸線Ｙ−Ｙ周りのアンテナ１４の回転角度θを指
示する信号と動揺中心からアンテナ指向装置（が取り付
けられた船体の取り付け位置）までの距離即ち動揺半径
Ｒを指示する信号とを入力し、第１、第２及び第３の加
速度計４６、４７、４８に加わる動揺加速度Δｇ_O、Δ
ｇ_X、Δｇ_Pを演算する。斯かる動揺加速度Δｇ_O、Δ
ｇ_X、Δｇ_Pはそれぞれ加算器９６、９７、９８に供給
される。

【００４６】各加算器９６、９７、９８は対応する各加
速度計４６、４７、４８の出力信号と動揺加速度演算部
９５の各出力信号とを加算し、それによって生成された
修正加速度信号をアンテナ仰角演算部８１に供給する。

【００４７】図２を参照して本例の動揺角演算部９４及
び動揺加速度演算部９５の機能と動作を説明する。図２
は、半径１の単位球面を考え、斯かる単位球面とアンテ
ナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘ（図２にて線分ＯＸ）、仰角軸
線Ｙ−Ｙ（図２にて線分ＯＹ、ＯＹ’）、方位軸線Ｚ−
Ｚ（図２にて線分ＯＺ、ＯＺ’）、及びアンテナ１４の
中心軸線Ｘ−Ｘと仰角軸線Ｙ−Ｙの双方に直交する軸線
（図２にて線分ＯＰ、ＯＰ’）、の関係を示す図であ
る。方位軸線Ｚ−Ｚは船体面（アンテナ指向装置の取り
付け面）に常に垂直である。

【００４８】ここで船体がピッチ又はロール運動した場
合を考える。斯かる船体の動揺は船体内の１つの静止し
た点周りの回転運動であると考えることができる。斯か
る回転運動の中心点が動揺中心Ｏ_Mであり、動揺中心Ｏ
_M周りの回転角度が動揺角である。船体の斯かる動揺は
また動揺中心Ｏ_Mを通る船体内の１つの回転軸線周りの
回転運動であると考えることができる。動揺中心Ｏ_Mは
船体の重心付近に存在し、その位置は動揺毎に変化する
ことができる。

【００４９】アンテナ指向装置は例えば船舶のマスト上
に取り付けられ、従って、斯かるアンテナ指向装置の取
り付け位置は通常船体の動揺中心Ｏ_Mより隔置されてい
る。アンテナ指向装置の取り付け位置と船体の動揺中心
Ｏ_Mとの間の距離を動揺半径Ｒと称する。

【００５０】船体が動揺中心Ｏ_M周りに動揺角ξだけ回
転し、次に動揺中心Ｏ_M周りに動揺角ηだけ回転したと
仮定する。即ち、船体が第１の回転軸線周りに回転角度
（動揺角）ξだけ回転し、更に第２の回転軸線周りに回
転角度（動揺角）ηだけ回転した場合を考える。斯かる
船体の回転運動によって、例えば図示のように、船体面
が水平面に対して仰角軸線Ｙ−Ｙ（ＯＹ）周りに回転角
度ξだけ回転し、更に船体の首尾線ＯＥ周りに回転角度
ηだけ回転した仮定する。このとき、仰角軸線Ｙ−Ｙは
第１の回転軸線に平行であり、船体の首尾線ＯＥは第２
の回転軸線に平行である。

【００５１】斯かる船体面の運動によって、方位軸線Ｚ
−Ｚは線ＯＺから線ＯＺ’に移動し、仰角軸線Ｙ−Ｙは
線ＯＹから線ＯＤに移動する。尚、∠ＸＯＤ＝９０°で
ある。アンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘも移動するが、制
御ループによってアンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘは衛星
方向を指向するように制御される。即ち、アンテナ１４
の中心軸線Ｘ−Ｘは線ＯＸから偏倚した位置に移動し再
び線ＯＸまで移動する。

【００５２】斯かる制御によって、仰角軸線Ｙ−Ｙは方
位軸線ＯＺ’周りに回転角Δφ_Aだけ回転し線ＯＤから
線ＯＹ’に移動する。尚、∠ＸＯＹ’＝９０°である。
また、アンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘと仰角軸線Ｙ−Ｙ
の双方に直交する線ＯＰは、線ＯＰ’に移動する。結
局、線ＯＹは線ＯＤを経由して線ＯＹ’に移動したこと
になり、∠ＰＯＰ’＝∠Ｙ’ＯＹ及び弧ＰＰ’＝弧Ｙ’
Ｙである。

【００５３】線ＯＸ、線ＯＹ及び線ＯＰは互いに直交す
る長さ１の線であり、三角形ＸＹＰは１辺がπ／２の等
辺球面三角形となる。線ＯＸ、線ＯＹ’及び線ＯＰ’も
互いに直交する長さ１の線であり、三角形ＸＹ’Ｐ’は
１辺がπ／２の等辺球面三角形となる。単位球面上にて
点Ｘと点Ｐ及び点Ｐ’を直線で結ぶ。弧ＸＰは点Ａにて
水平面と直交し、更に点Ｐにて面ＯＹ’Ｐ’と直交す
る。弧ＸＰ’は点Ｃにて船体面（取り付け面）と直交
し、更に点Ｐ’にて面ＯＹ’Ｐ’と直交する。点Ｐ’か
ら水平面に下ろした垂線の足をＡ’とし、点Ｙ’から水
平面に下ろした垂線の足をＢ’とする。

【００５４】ここで、∠ＸＯＡ＝θ₀＝弧ＸＡ、∠ＰＯ
Ａ＝θ_P0＝弧ＰＡ、∠ＢＯＤ＝η＝弧ＢＤ、∠ＸＯＣ＝
θ＝弧ＸＣ、∠Ｐ’ＯＡ’＝θ_P＝弧Ｐ’Ａ’、∠Ｙ’
ＯＢ’＝ｘ＝弧Ｙ’Ｂ’である。

【００５５】第１の加速度計４６は線ＯＸに沿って装着
され、第２の加速度計４７は線ＯＹに沿って装着され、
第３の加速度計４８は線ＯＰに沿って装着されている。
船体面が水平面と同一であるとき、仰角発信器３４によ
って船体面に対するアンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘの傾
斜角∠ＸＯＡ＝θ₀が出力され、第１の加速度計４６に
よってｓｉｎ∠ＸＯＡ＝ｓｉｎθ₀が検出され、第２の
加速度計４７によってｓｉｎ∠ＹＯＢ＝ｓｉｎ０＝０が
検出され、第３の加速度計４８によってｓｉｎ∠ＰＯＡ
＝ｓｉｎθ_P0が検出される。

【００５６】上述のように、船体面が水平面に対して仰
角軸線Ｙ−Ｙ（ＯＹ）周りに回転角度ξだけ回転し、更
に船体の首尾線ＯＥ周りに回転角度ηだけ回転すると、
仰角発信器３４によって船体面に対するアンテナ１４の
中心軸線Ｘ−Ｘの傾斜角∠ＸＯＣ＝θが出力され、第１
の加速度計４６によってｓｉｎ∠ＸＯＡ＝ｓｉｎθ₀が
検出され、第２の加速度計４７によってｓｉｎ∠Ｙ’Ｏ
Ｂ’＝ｓｉｎｘが検出され、第３の加速度計４８によっ
てｓｉｎ∠Ｐ’ＯＡ’＝ｓｉｎθ_Pが検出される。第１
の加速度計４６によって検出される値ｓｉｎ∠ＸＯＡ＝
ｓｉｎθ₀が変化しないのは、衛星の高度角θ_S（＝θ
_Aとする。）は船体面の運動に無関係だからである。

【００５７】次に、傾斜補正値Δφ_Aと動揺角η、ξと
の間の関係を求める。傾斜補正値Δφ_A＝弧ＥＣ＝弧Ｄ
Ｙ’である。尚、傾斜補正値Δφ_Aは、上述のように、
数１の式によって求められる。球面三角法の定理を適用
すれば、次の数３の式が求められる。

【００５８】

【数３】ｓｉｎΔφ_A＝ｔａｎη・ｔａｎθ ｃｏｓη＝ｓｉｎθ／ｓｉｎ（θ_S−ξ）ｃｏｓΔφ_A・ｃｏｓθ＝ｃｏｓ（θ_S−ξ）

【００５９】ここでη、ξは動揺角、Δφ_Aは傾斜補正
値、θは方位ジンバル４０に対する仰角軸線Ｙ−Ｙ周り
のアンテナの回転角である。この数３の式より動揺角
η、ξを求めると、次の数４の式が得られる。

【００６０】

【数４】 η＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎΔφ_A／ｔａｎθ） θ_S−ξ＝ｔａｎ^-1（ｔａｎΔφ_A／ｓｉｎη）

【００６１】本例によれば動揺角演算部９４において数
４の式の演算が実行され、それによって動揺角η、ξが
求められる。斯かる動揺角η、ξを指示する信号は動揺
角演算部９４より動揺加速度演算部９５に供給される。

【００６２】傾斜補正値Δφ_Aは傾斜補正演算部９３の
出力値として得られることができるが、好ましくは次の
ようにして求められる。第４のループは加算器６１の出
力がゼロとな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おり、従って、加算器６１の出力が
ゼロであるときは次の数５の式が成立する。

【００６３】

【数５】Δφ_A＝φ_S−φ_C−φ

【００６４】ここに、φ_Sは衛星方位角、φ_Cは船首方
位角、φは方位発信器２４によって出力される方位ジン
バル４０の回転角である。数５の式の右辺の各項は、動
揺加速度の影響を直接受けない値として、又は、動揺加
速度の影響が少ない値として求められることができる。
従って、傾斜補正値Δφ_Aは、傾斜補正演算部９３の出
力値を使用する代わりに、数５の式を使用して求めても
よい。

【００６５】動揺加速度演算部９５は、上述のように、
動揺角演算部９４より得られた動揺角η、ξと傾斜補正
演算部９３又は数５の式より得られた傾斜補正値Δφ_A
と仰角発信器３４より得られた仰角軸線Ｙ−Ｙ周りのア
ンテナ１４の回転角度θと動揺半径Ｒとより、第１、第
２及び第３の加速度計４６、４７、４８の各々に加わる
動揺加速度Δｇ_O、Δｇ_X、Δｇ_Pを演算する。この演
算式を数６に示す。

【００６６】

【数６】 Δｇ_O＝Ｒ〔（ξ₂ｃｏｓΔφ_A＋η₂ｓｉｎΔφ_A）ｃｏｓθ−（η₁ ²＋ ξ₁ ²ｃｏｓη）ｓｉｎθ−ξ₁ ²ｓｉｎηｓｉｎΔφ_Aｃｏｓθ〕／ｇ Δｇ_X＝Ｒ（−ξ₂ｓｉｎΔφ_A＋η₂ｃｏｓΔφ_A＋ξ₁ ²ｓｉｎηｓｉｎ Δφ_A）／ｇ Δｇ_P＝Ｒ〔（ξ₂ｃｏｓΔφ_A＋η₂ｓｉｎΔφ_A）ｓｉｎθ＋（η₁ ²＋ ξ₁ ²ｃｏｓη）ｃｏｓθ−ξ₁ ²ｓｉｎηｓｉｎΔφ_Aｓｉｎθ〕／ｇ

【００６７】ここに、η₁ 、ξ₁ は動揺角の時間につい
ての１次微分、η₂、ξ₂は動揺角の時間についての２
次微分、ｇは重力の加速度、Ｒは動揺半径である。即
ち、η ₁ ＝（ｄη／ｄｔ）、ξ₁ ＝（ｄξ／ｄｔ）、η
₂＝（ｄ²η／ｄｔ²）、ξ₂＝（ｄ²ξ／ｄｔ²）

【００６８】第１の動揺加速度Δｇ_Oを指示する信号は
加算器９６に供給され、第２の動揺加速度Δｇ_Xを指示
する信号は加算器９７に供給され、第３の動揺加速度Δ
ｇ_Pを指示する信号は加算器９８に供給される。

【００６９】各加算器９６、９７、９８では、対応する
各加速度計４６、４７、４８より供給された加速度と対
応する動揺加速度Δｇ_O、Δｇ_X、Δｇ_Pが加算され、
それによって修正された各加速度が生成される。斯かる
修正加速度は各加速度計４６、４７、４８に加わる動揺
加速度の成分を含まない値に補正されている。こうし
て、アンテナ仰角演算部８１には、動揺加速度の成分を
含む各加速度計４６、４７、４８の加速度値ではなく、
動揺加速度の成分を含まない加速度値が供給される。

【００７０】尚、図１に示していないが、各加算器９
６、９７、９８の出力側に、第２及び第４のループの拘
束時定数と比較して充分小さい時定数を有するローパス
フィルタを設けてもよい。

【００７１】本例によれば、動揺角演算部９４と動揺加
速度演算部９５を設けることによって、第１、第２及び
第３の加速度計４６、４７、４８に作用する動揺加速度
の影響を排除することができ、アンテナ仰角演算部８１
には船体の実際の傾斜に基づく加速度が供給される。従
って、船体が動揺しても、高い精度にてアンテナ１４の
中心軸線Ｘ−Ｘを衛星方向に指向させることができる。

【００７２】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。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、動揺角演算部９４にお
いて数４の式によって動揺角η、ξが求められ、動揺加
速度演算部９５において数６の式によって動揺加速度Δ
ｇ_O、Δｇ_X、Δｇ_Pが求められ、加算器９６、９７、
９８において第１、第２及び第３の加速度計４６、４
７、４８の出力値が動揺加速度成分Δｇ_O、Δｇ_X、Δ
ｇ _Pによって補正されるから、アンテナ仰角演算部８１
には船体の実際の傾斜に基づく加速度が供給される利点
がある。

【００７４】本発明によれば、仰角制御ループにおい
て、アンテナ仰角演算部８１には船体の実際の傾斜に基
づく加速度が供給されるから、船体の動揺加速度の影響
を排除することができ、船体が急激に動揺しても高い精
度にてアンテナ１４を衛星方向に指向させることができ
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】単位球面上におけるアンテナ指向装置の動作を
説明する説明図である。

【図３】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１１円筒部１３アーム１４アンテナ２０方位軸２１−１、２１−２軸受２２方位歯車２３方位サーボモータ２４方位発信器３０−１、３０−２仰角軸３２仰角歯車３３仰角サーボモータ３４仰角発信器３５ピニオン４０方位ジンバル４０−１支持軸部４０−２Ｕ字形部４１取り付け金具４１−１、４１−２脚部４４仰角ジャイロ４５方位ジャイロ４６第１の加速度計４７第２の加速度計４８第３の加速度計５４積分器５５増幅器５６減衰器５８積分器５９増幅器６０減衰器６１加算器８１アンテナ仰角演算部９３傾斜補正演算部９４動揺角演算部９５動揺角速度演算部９６、９７、９８加算器Ｘ−Ｘアンテナ中心軸線Ｙ−Ｙ仰角軸線Ｚ−Ｚ方位軸線

フロントページの続き (72)発明者佐藤一輝東京都大田区南蒲田２丁目16番46号株式会社トキメック内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心軸線を有し支持部材に支持されたア
ンテナと、該アンテナ及び上記支持部材を上記中心軸線
に直交する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、上記仰角軸線に
平行な入力軸線を有し上記支持部材に固定された第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
入力軸線を有し上記支持部材に固定された第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
信号を出力する第１の加速度計と、水平面に対する上記
仰角軸線の傾斜角を指示する信号を出力する第２の加速
度計と、上記アンテナの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３の加速度計と、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
力する方位発信器と、上記方位ジンバルに対する上記仰
角軸線周りの上記アンテナの回転角を指示する信号を出
力する仰角発信器と、上記第２の加速度計の出力信号と
上記第３の加速度計の出力信号と上記仰角発信器の出力
信号とを入力して傾斜補正値を演算する傾斜補正演算部
と、を有し、上記加速度計の出力信号から衛星の高度角
に対応した値を減じた信号を上記第１のジャイロの実質
的なトルカにフィードバックし、上記方位発信器の出力
信号と船首方位角及び衛星方位角に対応した信号と上記
傾斜補正演算部より出力された傾斜補正値Δφ_Aを指示
する信号とを加算器にて演算しその出力信号を上記第２
のジャイロの実質的なトルカにフィードバックして上記
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、上記傾斜補正演算部より供給された傾斜補正値と衛星高
度角と上記仰角発信器より供給された上記仰角軸線周り
の上記アンテナの回転角とよりアンテナ指向装置の取り
付け面の動揺角を演算する動揺角演算部と、該動揺角演
算部より供給された動揺角と動揺中心からアンテナ指向
装置までの動揺半径と上記傾斜補正演算部より供給され
た傾斜補正値と上記仰角発信器より供給された上記仰角
軸線周りの上記アンテナの回転角とより上記第１、第２
及び第３の加速度計に作用する動揺加速度を演算する動
揺加速度演算部と、上記加速度計の出力信号に上記動揺
加速度演算部の出力信号を加算する加算器と、を設け、
上記加速度計の出力信号より上記動揺加速度の成分を含
まない出力信号を得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。
【請求項２】請求項１記載のアンテナ指向装置におい
て、上記動揺角演算部は次式によってアンテナ指向装置
の取り付け面の動揺角を演算することを特徴とするアン
テナ指向装置。 η＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎΔφ_A／ｔａｎθ） θ_S−ξ＝ｔａｎ^-1（ｔａｎΔφ_A／ｓｉｎη）但し、η、ξ：取り付け面の動揺角 Δφ_A：傾斜補正値 θ：仰角発信器の出力信号 θ_S：衛星高度角
【請求項３】請求項１又は２記載のアンテナ指向装置
において、上記動揺加速度演算部は次式によって上記第
１、第２及び第３の加速度計に作用する動揺加速度Δｇ
_O、Δｇ_X、Δｇ_Pを演算することを特徴とするアンテ
ナ指向装置。 Δｇ_O＝Ｒ〔（ξ₂ｃｏｓΔφ_A＋η₂ｓｉｎΔφ_A）ｃｏｓθ−（η₁ ²＋ ξ₁ ²ｃｏｓη）ｓｉｎθ−ξ₁ ²ｓｉｎηｓｉｎΔφ_Aｃｏｓθ〕／ｇ Δｇ_X＝Ｒ（−ξ₂ｓｉｎΔφ_A＋η₂ｃｏｓΔφ_A＋ξ₁ ²ｓｉｎηｓｉｎ Δφ_A）／ｇ Δｇ_P＝Ｒ〔（ξ₂ｃｏｓΔφ_A＋η₂ｓｉｎΔφ_A）ｓｉｎθ＋（η₁ ²＋ ξ₁ ²ｃｏｓη）ｃｏｓθ−ξ₁ ²ｓｉｎηｓｉｎΔφ_Aｓｉｎθ〕／ｇ但し、η₁ 、ξ₁ ：動揺角η、ξの時間１次微分 η₂、ξ₂：動揺角η、ξの時間２次微分ｇ：重力の加速度Ｒ：動揺半径