JPH07128421A - 移動体搭載アンテナの追尾制御装置 - Google Patents

移動体搭載アンテナの追尾制御装置

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JPH07128421A
JPH07128421A JP5274223A JP27422393A JPH07128421A JP H07128421 A JPH07128421 A JP H07128421A JP 5274223 A JP5274223 A JP 5274223A JP 27422393 A JP27422393 A JP 27422393A JP H07128421 A JPH07128421 A JP H07128421A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】移動体の直進速度や操舵角信号を検出し、それ
らの信号から移動体の方位角変動を推定することで、正
確且つ迅速なアンテナ追尾を可能とする。 【構成】移動体方位角推定器１４では、移動体操舵角検
出器１２で検出した操舵角α（移動体操舵角信号１０）
と移動体直進速度検出器１５で検出した直進速度υ（移
動体直進速度信号１１）とから移動体方位角推定信号１
７を出力する。また移動体方位角誤差推定器１３では、
移動体方位角推定信号１７と移動体方位角検出器３によ
って検出した移動体方位角信号９との差をとり、移動体
方位角誤差推定信号１６として出力する。さらにアンテ
ナ指向角誤差修正器４では、アンテナ指向角誤差検出器
２によって検出したアンテナ指向角誤差信号８を、移動
体方位角誤差推定信号１６を用いて補正し、その結果発
生した信号をアンテナ追尾制御器入力信号１８としてア
ンテナ追尾制御器６へ入力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は航空機、車両、船舶等の
移動体に搭載されるアンテナを電波発生源方向へ指向さ
せるための制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来の移動体搭載アンテナの追尾
制御装置の一実施例を示すブロック線図であり、１はア
ンテナ、２はアンテナ指向角誤差検出器、３は移動体方
位角検出器、４はアンテナ指向角誤差修正器、５は衛生
の軌道データ、６はアンテナ追尾制御器、７はアンテナ
駆動モータ、８はアンテナ指向角誤差信号、９は移動体
方位角信号である。
【０００３】移動体搭載アンテナを利用した衛星通信シ
ステムでは、アンテナ１を常に衛星方向へ指向させるこ
とが必要であるため、アンテナ指向誤差検出器２におい
て得られるアンテナ指向角誤差信号８の他に、移動体方
位角検出器３によって移動体方位角信号９を検出し、ア
ンテナ指向角修正器４でアンテナの指向角誤差信号８を
修正した後、アンテナ追尾制御器６に入力することで、
移動体の位置および姿勢の変化を考慮したアンテナの追
尾制御が行われていた（たとえば特開昭６３−２７１１
８２号公報）。
【０００４】また電波遮蔽などの理由でアンテナ指向角
誤差検出器２においてはアンテナ指向角誤差信号８が検
出できない場合に備えて、アンテナ追尾制御器６ではア
ンテナ指向角誤差修正器４からの信号の他に、予め明ら
かである衛生の軌道データ５を入力として用意してお
り、アンテナ指向角誤差信号８が途絶えた場合に限り、
移動体方位角信号９と衛星の軌道データ５から疑似アン
テナ誤差信号を発生させ、アンテナ駆動モータ７の制御
を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来の移動
体搭載アンテナの追尾制御装置では、アンテナ追尾制御
系６が持つむだ時間やアンテナ指向誤差検出器２、移動
体方位角検出器３特有の検出遅れなどにより、アンテナ
の追尾応答速度には限界がある。
【０００６】本発明の目的は、従来装置に加えて、移動
体の直進速度や操舵角信号を検出し、それらの信号から
移動体の方位角変動を推定することで、正確且つ迅速な
アンテナ追尾を可能とするアンテナ追尾制御装置を提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
移動体の直進速度を検出する直進速度検出器と、移動体
の操舵角を検出する操舵角検出器と、移動体の方位角を
検出する移動体方位角検出器と、移動体に搭載されたア
ンテナの指向角誤差を検出するアンテナ指向角誤差検出
器と、移動体の直進速度検出器から得られる直進速度信
号と移動体の操舵角検出器から得られる操舵角信号との
関係から移動体が取り得る方位角速度推定信号を生成
し、積分器に方位角速度推定信号を入力することで推定
方位角信号に変換後出力する移動体方位角推定器と、移
動体方位角検出器で検出した移動体方位角信号と移動体
方位角推定器が発生する移動体方位角推定信号との差を
移動体方位角誤差推定信号として発生する移動体方位角
誤差推定信号との差を移動体方位角誤差推定信号として
発生する移動体方位角誤差推定器と、アンテナ指向角誤
差検出器において検出されたアンテナ指向角誤差信号を
前記移動体方位角誤差推定器が出力する移動体方位角誤
差推定信号で補正し、アンテナ追尾制御記入力信号とし
て発生するアンテナ指向角誤差補正器を具備して構成さ
れる。
【０００８】本発明の第２の発明は、第１の発明のアン
テナ指向角誤差補正器において、前記アンテナ指向角誤
差信号と前記移動体方位角誤差推定信号との相加平均を
とることで補正して構成される。
【０００９】本発明の第３の発明は、第１の発明のアン
テナ指向角誤差補正器において、前記アンテナ指向角誤
差信号と前記移動体方位角誤差推定信号との重みづけ平
均を得ることで補正して構成される。
【００１０】
【実施例】次に、本発明について図面を参照しながら説
明する。
【００１１】図１は、第１の発明である移動体搭載アン
テナの追尾制御装置の一実施例を示すブロック図であ
る。図１において、１は移動体に搭載されたアンテナ、
２はアンテナ指向角誤差検出器、３は移動体方位角検出
器、４はアンテナ指向角誤差修正器、５は衛星の軌道デ
ータ、６はアンテナ追尾制御器、７はアンテナ駆動モー
タ、８はアンテナ指向角誤差信号、９は移動体方位角信
号、１０は移動体操舵角信号、１１は移動体直進速度信
号、１２は移動体操舵角検出器、１３は移動体方位角誤
差推定器、１４は移動体方位角推定器、１５は移動体直
進速度検出器、１６は移動体方位角角誤差推定信号、１
７は移動体方位角推定信号、１８はアンテナ追尾制御記
入力信号である。
【００１２】移動体直進速度検出器１５は、移動体の直
進速度（移動体直進速度信号１１）を検出し、それを移
動体方位角推定器１４へ供給する。
【００１３】移動体操舵角検出器１２は、移動体に与え
られる操舵角（移動体操舵角信号１０）を検出し、それ
を移動体方位角推定器１４へ供給する。
【００１４】また図２は、移動体操舵角と移動体方位角
の関係を示している。ここで移動体操舵角αと方位角速
度ωの間には次の関係式が成立する。
【００１５】ω＝（υ／Ｌ）ｔａｎα …………（１） （１）式においてυは移動体直進速度、Ｌは移動体車軸
とアンテナ搭載位置との間の距離である（機械技術研究
所報告第１５６号４３ページ）。
【００１６】図２における移動体方位角推定器１４で
は、移動体操舵角検出器１２で検出した操舵角α（移動
体操舵角信号１０）と、移動体直進速度検出器１５で検
出した直進速度υ（移動体直進速度信号１１）をもとに
（１）式を利用して移動体方位角速度ωを発生する。こ
のときＬは移動体固有の定数である。さらに移動体方位
角推定器１４では、発生した移動体方位角速度ωを移動
体方位角推定器１４内のにある積分器によって積分し、
その信号を移動体方位角推定信号１７として出力する。
【００１７】移動体方位角誤差推定器１３では、移動体
方位角推定器１４から出力される移動体方位角推定信号
１７と、移動体方位角検出器３によって検出された移動
体方位角信号９を入力とし、移動体方位角信号９と移動
体方位角推定信号１７との差を移動体方位角誤差推定信
号１６として出力する。
【００１８】アンテナ指向角誤差修正器４では、アンテ
ナ指向角誤差検出器２によってアンテナ指向角誤差信号
８が検出される場合には、移動体方位角誤差推定器１３
から出力される移動体方位角誤差推定信号１６との平均
値を取ることでアンテナ指向角誤差信号８を補正し、ま
た電波障害等でアンテナ指向角誤差信号８が途絶したと
きは移動体方位角誤差推定信号１６をそのまま用いて、
アンテナ追尾制御器入力信号１８を発生する。
【００１９】アンテナ追尾制御器６では、アンテナ追尾
制御器入力信号１８が零となるようにアンテナ駆動モー
タ７を駆動する信号を発生する必要がある。本実施例で
はそのためのアンテナ追尾制御器６として、利得（ゲイ
ン）と定常特性を改善するための積分器を組み合わせた
ＰＩ制御器を構成した。こうすることでアンテナ追尾制
御器６では、アンテナ追尾制御器入力信号１８を零とす
るようにアンテナ駆動モータ７への駆動信号を発生する
ことができる。
【００２０】さらにこのアンテナ追尾制御器６では、ア
ンテナ指向角誤差信号８が電波遮蔽などで取得不可能な
場合のための対策として、アンテナ追尾制御器入力信号
１８の他に、従来の方法と同様に衛生の軌道データ５も
入力としており、電波遮蔽時では従来通りの構成となる
ようにしている。
【００２１】本発明の第２の発明では、アンテナ指向角
誤差修正器４で行う補正方法として、アンテナ指向角誤
差信号８と移動体方位角誤差推定信号１６の相加平均を
とり、得られた信号をアンテナ追尾制御器入力信号１８
とし、アンテナ制御器６に入力する。具体的にこのアン
テナ追尾制御記入力信号１８は、アンテナ指向角誤差信
号８をａ、移動体方位角誤差推定信号１６をｂとしたと
き、アンテナ追尾制御器入力信号１８を（ａ＋ｂ）／２
の関係式から発生させる信号である。
【００２２】第３の発明では、アンテナ指向角誤差修正
器４で行う補正法として、アンテナ指向角誤差信号８と
移動体方位角誤差推定信号１６との相加平均をとり、得
られた信号をアンテナ追尾制御器入力信号１８とし、ア
ンテナ制御器６に入力する。具体的にこのアンテナ追尾
制御器入力信号１８は、アンテナ指向角誤差信号８を
ｇ、移動体方位角誤差推定信号１６をｈとしたとき、ア
ンテナ追尾制御器入力信号１８を（ｍｇ＋ｎｈ）／ｍ＋
ｎの関係式から発生される信号である。ただしここでの
ｍ、ｎは各々の信号に与える重み定数であり、これらの
値は実際に調整を行いながら決定する。
【００２３】本制御装置の作用を明確にするため、実際
の系を模擬した計算機シミュレーションを行った。図３
は実施した計算機シミュレーションで用いた移動体搭載
アンテナ追尾制御装置のブロック図である。
【００２４】図４において４１はアンテナモデル、４２
はアンテナ指向角、４３は目標指向角、４４は、アンテ
ナ誤差推定器、４５はサンプラ、４６は補正器、４７は
ＰＩ制御器、４８はアクチュエータ、４９はアンテナ指
向角誤差信号、５０はアンテナ指向角誤差推定信号であ
る。
【００２５】図３におけるアンテナ誤差推定器４４で
は、図１で示したように移動体方位角誤差推定器１４か
ら（１）式を利用して発生する移動体方位角誤差推定信
号１６を計算機シミュレーションで模擬するため、アン
テナ指向角４２の目標指向角４３との間で差をとった信
号をサンプラ４５に入力し、アンテナ指向角誤差信号４
９にむだ時間を持たせることで、アンテナ誤差推定器４
４が発生するアンテナ指向角誤差推定信号５０が、アン
テナ指向角誤差信号４９に対してむだ時間の分だけ未来
の値となるような構成とした。
【００２６】補正器４６では、アンテナ指向角誤差信号
４９とアンテナ指向角誤差推定信号５０との間で相加平
均値や重みづけ平均値を求め出力する。
【００２７】アクチュエータモデル４８として、本シミ
ュレーションではＤＣサーボモータのモデルを、またア
ンテナモデル４１としては剛体モデルを用いた。
【００２８】図４は、図３で示したモデルを用いてステ
ップ応答を行った結果である。図において実線が図３に
おける補正器４６において重みづけ平均値をとったも
の、破線が相加平均値をとったもの、点線が補正を何も
行わない従来装置を用いたものの結果である。ただしこ
こで示した重みづけ補正では、ｍ＝３、ｎ＝６の値とし
た。
【００２９】図４の点線で示すように、アンテナ誤差推
定器４４を用いない従来装置では、目標値変動に対する
追従性を高めるためにＰＩ制御器４７の比例ゲインを大
きくすると、過渡応答が悪化しオーバーシュートが発生
してしまっているのが確認できる。それに対して、アン
テナ誤差推定器４４を用いてアンテナ指向角誤差信号４
９を補正した場合には、補正方法として相加平均を用い
ても適当な重みによる重みづけ平均を用いても、従来装
置と比較して過渡特性が改善され、良好な応答となるこ
とがわかる。
【００３０】その結果、目標値の変動が激しい場合にお
いても、正確でかつ即応性をある程度有したアンテナ追
尾制御装置が実現できる。
【００３１】
【発明の効果】本発明の適用するならば、移動体の方位
角変動を検出しながらアンテナの追尾制御を行うアンテ
ナ追尾制御方式の応答性を向上させ、正確な追尾が可能
となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図
【図２】移動体の方位角と操舵角の関係を示す図
【図３】シミュレーションで用いたモデルのブロック図
【図４】ステップ応答シミュレーションの結果を示す図
【図５】従来の移動体搭載アンテナの追尾制御装置を示
す構成図
【符号の説明】
１ アンテナ ２ アンテナ指向角誤差検出器 ３ 移動体方位角検出器 ４ アンテナ指向角誤差修正器 ５ 衛生の軌道データ ６ アンテナ追尾制御器 ７ アンテナ駆動モータ ８ アンテナ指向角誤差信号 ９ 移動体方位角信号 １０ 移動体操舵角信号 １１ 移動体直進速度信号 １２ 移動体操舵角検出器 １３ 移動体方位角誤差推定器 １４ 移動体方位角推定器 １５ 移動体直進速度検出器 １６ 移動体方位角誤差推定信号 １７ 移動体方位角推定信号 １８ アンテナ追尾制御器入力信号 ４１ アンテナモデル ４２ アンテナ指向角 ４３ 目標指向角 ４４ アンテナ誤差推定器 ４５ サンプラ ４６ 補正器 ４７ ＰＩ制御器 ４８ アクチュエータモデル ４９ アンテナ指向角誤差信号 ５０ アンテナ指向角誤差推定信号

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 移動体に搭載されたアンテナを電波発生
    源方向に追尾させる移動体搭載アンテナの追尾制御装置
    において、前記移動体の直進速度を検出する直進速度検
    出器と、前記移動体の操舵角を検出する操舵角検出器
    と、前記移動体の方位角を検出する移動体方位角検出器
    と、前記移動体に搭載されたアンテナの指向角誤差を検
    出するアンテナ指向角誤差検出器と、前記移動体の直進
    速度検出器から得られる直進速度信号と前記移動体の操
    舵角検出器から得られる操舵角信号との関係から前記移
    動体が取り得る方位角速度推定信号を生成し、積分器に
    前記方位角速度推定信号を入力することで推定方位角信
    号に変換後出力する移動体方位角推定器と、前記移動体
    方位角検出器で検出した移動体方位角信号と前記移動体
    方位角推定器が発生する移動体方位角推定信号との差を
    移動体方位角誤差推定信号として発生する移動体方位角
    誤差推定器と、前記アンテナ指向角誤差検出器において
    検出されたアンテナ指向角誤差信号を前記移動体方位角
    誤差推定器が出力する移動体方位角誤差推定信号で補正
    し、アンテナ追尾制御器入力信号として発生するアンテ
    ナ指向角誤差補正器を具備したことを特徴とする移動体
    搭載アンテナの追尾制御装置。
  2. 【請求項２】 前記アンテナ指向角誤差補正器は、前記
    アンテナ指向角誤差信号と前記移動体方位角誤差推定信
    号との相加平均をとることで補正する請求項１記載の移
    動体搭載アンテナの追尾制御装置。
  3. 【請求項３】 前記アンテナ指向角誤差補正器は、前記
    アンテナ指向角誤差信号と前記移動体方位角誤差推定信
    号との重みづけ平均をとることで補正する請求項１記載
    の移動体搭載アンテナの追尾制御装置。
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