JPH07176934A - アンテナ指向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アンテナ（方位ジンバル）の方位軸線周りの
回転頻度を減少させて、方位ジンバル、方位サーボモー
タ、ケーブル等の疲労を減少させ、寿命を長くすること
を目的とする。 【構成】 リワインド機構を有するアンテナ指向装置に
おいて、衛星高度角θ_Sが９０°近くであり、船体のロ
ール角又はピッチ角のいずれかが所定の値より小さいと
きに省動作モードに切替え、ピッチ運動が比較的小さい
場合には、仰角軸線Ｙ−Ｙは船体の首尾線方向に整合す
るように固定され仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転制御によっ
てロール運動が吸収され、ロール運動が比較的小さい場
合には、仰角軸線Ｙ−Ｙは船体の首尾線に直交する方向
に整合するように固定され仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転制
御によってピッチ運動が吸収される。

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６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。

【００１０】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。

【００１１】取り付け金具４１には更に、第１の加速度
計（図示なし）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。

【００１２】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。

【００１３】第３の加速度計４８は第１の加速度計及び
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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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、速い制御
ループ、即ち、仰角安定化ループと遅い制御ループ、即
ち、仰角拘束ループとを含む。速い制御ループ、即ち、
仰角安定化ループにおいて、仰角ジャイロ４４の出力は
仰角制御積分器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。

【００１９】遅い制御ループ、即ち、仰角拘束ループに
おいて、第３の加速度計４８の出力信号ｓｉｎθ_P はア
ークサイン演算器５７に供給され、そこでアンテナ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θ_P が求められる。斯か
る傾斜角度θ_P にπ／２が加算され、更に、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
られる。こうして得られた角度信号は、更に、減衰器５
６を経由して仰角制御積分器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。

【００２０】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、速い制御ル
ープ、即ち、方位角安定化ループと遅い制御ループ、即
ち、方位角拘束ループとを含む。速い制御ループ、即
ち、方位角安定化ループによってアンテナ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。

【００２１】遅い制御ループ、即ち、方位角拘束ループ
によってアンテナ１４の方位は衛星方向を指向した時に
静止する。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。

【００２２】この例によると、方位角制御ループは、衛
星高度角が高いときにジンバルロック現象が発生するこ
とを防止するための機能を有しており、衛星高度角が高
いときにはアンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙが船体の傾斜
軸線方位に整合す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いる。

【００２３】この制御は、次の原理に基づいている。即
ち、船体の動揺は必ず水平面内の１つの回転軸線（船体
の傾斜軸線に平行）周りの回転運動であると考えること
ができる。従って、仰角軸線Ｙ−Ｙが常にこの回転軸線
の方位φ_T に整合するように方位ジンバル４０の方位を
制御すれば、衛星高度角が高いときでも常にアンテナ１
４の中心軸線Ｘ−Ｘを天頂方向に指向させることができ
る。

【００２４】斯かる機能は方位ジャイロ４５及び第２の
加速度計４７と仰角発信器３４と仰角軸線傾斜演算器８
０と傾斜軸線方位演算器８５と増幅器５９とを含むルー
プによって提供される。

【００２５】方位ジャイロ４５によって出力された仰角
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ω_P を表
す信号と第２の加速度計４７によって出力された水平面
に対する仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角度η’を表す信号とは
それぞれ仰角軸線傾斜演算器８０に入力され、斯かる仰
角軸線傾斜演算器８０によって水平面に対する仰角軸線
Ｙ−Ｙの傾斜角ηが求められる。

【００２６】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は適当な減算器６
１にて衛星高度角θ_S が減算され水平面に対する船体の
仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転角度、即ち、水平面に対する
取り付け面の傾斜角度ξ（＝θ_S −θ）が求められる。
傾斜軸線方位演算器８５には、仰角軸線傾斜演算器８０
から出力された水平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角
ηと減算器６１より得られた水平面に対する船体の仰角
軸線Ｙ−Ｙ周り回転角度ξ（＝θ_S −θ）と方位発信器
２４から出力された方位軸線Ｚ−Ｚ周りのアンテナ１４
の回転角φとをそれぞれ表す信号が供給される。

【００２７】傾斜軸線方位演算器８５では、仰角軸線Ｙ
−Ｙの傾斜角ηと船体の回転角度ξとから傾斜軸線方位
φ_T が演算され、斯かる傾斜軸線方位φ_T は方位発信器
２４から出力されたアンテナの回転角φと比較されて方
位偏差信号Δφが演算される。方位偏差信号Δφを表す
信号は傾斜軸線方位演算器８５より増幅器５９に出力さ
れる。こうして方位角制御ループでは、方位偏差信号Δ
φがゼロとなるように、即ち、仰角軸線Ｙ−Ｙの方位が
傾斜軸線方位φ_T に整合するように、方位ジンバル４０
の方位角が制御される。

【００２８】図７は仰角軸線傾斜演算器８０の構成を示
す図であり、斯かる図を参照して仰角軸線傾斜演算器８
０の動作を説明する。

【００２９】仰角軸線傾斜演算器８０は積分器８１と第
１の比較器８２と係数器８３と第２の比較器８４とを有
するように構成されている。方位ジャイロ４５から仰角
軸線傾斜演算器８０には入力端子８０ａを経由して、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ω_Pを
指示する信号が入力され、斯かる信号は第１の比較器８
２を経由して積分器８１に入力され、そこで積分されて
仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角ηが求められる。斯かる傾斜角
ηを指示する信号は出力端子８０ｃを経由して傾斜軸線
方位演算器８５に出力される。

【００３０】第２の加速度計４７からは入力端子８０ｂ
を経由して、水平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角度
η’を表す信号が入力され、斯かる傾斜角度η’は第２
の比較器８４にて仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角ηと比較さ
れ、その偏差量はゲイン１／τの係数器８３を介して第
１の比較器８２にネガティブフィードバックされる。こ
のフィードバックループは水平儀のループである。図７
において、Ｓはラプラス演算子、τは時定数を表す。

【００３１】アンテナ１４の仰角θ_A 即ち衛星の高度角
θ_S が９０°近傍にある場合を考える。方位ジャイロ４
５から出力される信号は、仰角軸線Ｙ−Ｙ及びアンテナ
１４の中心軸線Ｘ−Ｘの双方に垂直な軸線周りのアンテ
ナ１４の回転角速度を指示するが、アンテナ１４の高度
角θ_A が高くなると斯かる信号は水平面に対する仰角軸
線Ｙ−Ｙの水平軸線周りの回転角速度ω_P を指示するよ
うになる。斯かる角速度ω_P を積分器８１によって直接
積分して仰角軸線Ｙ−Ｙの水平面に対する傾斜角ηを求
めてもよいが、方位ジャイロ４５のドリフトに起因する
誤差が増加するから、第２の加速度計４７からの出力
η’と比較してから第１の積分器８１にて積分するよう
に構成されている。

【００３２】こうして求めた傾斜角ηは、方位ジャイロ
４５のドリフトに起因する誤差が除去され、且つ船体の
揺動による水平加速度による影響も除去されている。

【００３３】図８は傾斜軸線方位演算器８５の構成を示
す図であり、斯かる図を参照して傾斜軸線方位演算器８
５の動作を説明する。傾斜軸線方位演算器８５は除算器
８６と加算器８７と比較器８８とを有するように構成さ
れている。

【００３４】仰角軸線傾斜演算器８０からの出力信号即
ち水平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角ηを指示する
信号は入力端子８５ａを経由して除算器８６に供給さ
れ、減算器６１からの出力信号即ち仰角軸線Ｙ−Ｙ周り
の船体の回転角度ξを指示する信号は入力端子８５ｂを
経由して除算器８６に供給される。除算器８６では、Δ
φ_T ＝η／ξなる演算がなされて傾斜軸線方位偏差Δφ
_T が求められ、加算器８７では、斯かる傾斜軸線方位偏
差Δφ_T が積算されて傾斜軸線の方位φ_T が求められ、
斯かる傾斜軸線の方位φ_T を指示する信号が比較器８８
に供給される。

【００３５】一方、比較器８８には、入力端子８５ｃを
経由して、方位発信器２４から得られたアンテナの回転
角φを表す信号が供給される。比較器８８では、傾斜軸
線方位φ_T とアンテナの回転角φとが比較されてその偏
差Δφが求められ、斯かる偏差を指示する偏差信号は出
力端子８５ｄを経由して増幅器５９に供給される。

【００３６】こうして、方位ジンバル４０の方位は、偏
差Δφが零となるように、即ち、方位ジンバル４０の方
位角φ_A が傾斜軸線方位φ_T に等しくなるように制御さ
れる。この結果、水平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜
角ηが零となったときに方位ジンバル４０は静止する。
即ち、方位制御ループによって、仰角軸線Ｙ−Ｙが船体
の傾斜軸線の方位に整合するべく方位ジンバル４０の方
位が制御されるように構成されている。

【００３７】次に図９を参照して傾斜軸線方位演算器８
５の機能を説明する。仰角軸線Ｙ−Ｙ（図９で線ＯＹ）
が船体の傾斜軸線方位φ_T に整合していれば、仰角軸線
Ｙ−Ｙの傾斜角ηはゼロであるが、実際には、図示のよ
うに、仰角軸線Ｙ−Ｙが船体の傾斜軸線方位φ_T に対し
て方位誤差Δφ_T だけわずかに変位していると仮定す
る。従って、仰角軸線Ｙ−Ｙは水平面に対して傾斜角η
だけ傾斜している。

【００３８】減算器６１から得られた船体の傾斜角をξ
とすれば、方位誤差Δφ_T は、近似的にΔφ_T ＝η／ξ
である。方位ジンバル４０を方位軸線Ｚ−Ｚ周りに方位
角度Δφ_T だけ回転すれば、仰角軸線Ｙ−Ｙが船体の傾
斜軸線方位φ_T に整合し、仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角ηが
ゼロとなる。

【００３９】斯くして、除算器８６にて方位誤差Δφ_T
＝η／ξが演算され、更に、それが積算されて船体の傾
斜軸線方位φ_T が求められる。傾斜軸線方位φ_T に対し
て方位発信器２４より得られたアンテナの回転角φが比
較されてその差がゼロとなるように、即ち傾斜軸線方位
φ_T がアンテナの方位角φ_A に等しくなるように制御さ
れる。

【００４０】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。

【００４１】アンテナ指向装置にはケーブルが接続され
ており、斯かるケーブルはアンテナ１４に接続された同
軸ケーブル７０と他の機器に接続された導線とを含む。
同軸ケーブル７０によってアンテナ１４に送信信号が供
給され、またアンテナ１４より受信信号が得られる。ケ
ーブルはアンテナ１４より取り付け金具４１を経由し、
方位ジンバル４０のＵ字形部４０−２、支持軸部４０−
１、アーム１３、方位軸２１に沿って延在し、基台３に
至る。

【００４２】斯かるケーブルは柔軟性ある材料よりなり
且つアンテナ１４から基台３に至る経路より僅かに長い
寸法を有する。従って、アンテナ１４が仰角軸線Ｙ−Ｙ
周りに回転し更に方位軸線Ｚ−Ｚ周りに回転しても、ケ
ーブルの捩じれ又は巻き付きによってアンテナ１４の回
転運動が妨害されることはない。

【００４３】しかしながら、船体が旋回したりヨーイン
グしてアンテナ１４が方位軸線Ｚ−Ｚ周りに大きな角度
にて回転すると、ケーブルの捩じれ又は巻き付きによっ
てアンテナ１４の回転運動が妨害されることがある。斯
かる場合のため、ケーブルの捩じれ又は巻き付きを防止
するためのリワインド機構が設けられている。

【００４４】リワインド制御には２πリワインド法とπ
リワインド法とがある。２πリワインド法は、例えば、
アンテナ１４の方位が所定の基準方位より±２７０°以
上偏倚したとき、アンテナ１４（方位ジンバル４０）を
方位軸線Ｚ−Ｚ周りに反対方向に巻き戻し角度３６０°
にて回転させるように構成されている。πリワインド法
はアンテナ１４（方位ジンバル４０）を方位軸線Ｚ−Ｚ
周りに反対方向に巻き戻し角度１８０°にて回転させる
ように構成されている。

【００４５】２πリワインド法の場合には、巻き戻し後
にアンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘは再び衛星方向を指向
するが、πリワインド法の場合には、巻き戻しによって
アンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘは衛星方向より偏倚する
こととなるから、アンテナ１４は更に、仰角軸線Ｙ−Ｙ
周りに所定の巻き戻し回転角度にて回転される。

【００４６】例えば、アンテナ１４の仰角θ（アンテナ
１４の中心軸線Ｘ−Ｘが船体面となす角）が７０°のと
きに、巻き戻し回転角１８０°にてアンテナ１４（方位
ジンバル４０）を方位軸線Ｚ−Ｚ周りに巻き戻した場
合、アンテナ１４の仰角θは１１０°となる。従って、
アンテナ１４の仰角θが７０°となるように、アンテナ
１４は仰角軸線Ｙ−Ｙ周りに巻き戻し回転角４０°（＝
１１０°−７０°）にて巻き戻される。

【００４７】こうして、リワインド機構によってアンテ
ナ１４は強制的に巻き戻し回転され、ケーブルの捩じれ
又は巻き付きが回避される。

【００４８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来のア
ンテナ指向装置は、仰角軸線傾斜演算器８０及び傾斜軸
線方位演算器８５を設けて、アンテナ１４の仰角軸線Ｙ
−Ｙが船体の傾斜軸線方位に整合するように制御し、そ
れによって衛星高度角θ_S が高いとき（アンテナ１４が
天頂付近を指向している場合）でもジンバルロック現象
を回避してアンテナ１４を天頂方向に指向させるように
構成されている。

【００４９】しかしながら、従来のアンテナ指向装置で
は、傾斜軸線方位演算器８５によって演算された方位偏
差角Δφを使用して、アンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙが
船体の傾斜軸線方位に整合するように制御されていた。
斯かる方位偏差角Δφの演算は図８を参照して説明した
ように、方位角誤差Δφ_T ＝η／ξの求めることを含
む。

【００５０】方位角誤差Δφ_T ＝η／ξは水平面に対す
る仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角ηと水平面に対する船体の仰
角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転角度ξの比として求められる。
従って、両者の値が大きくてもその比が一定である場合
には方位角誤差Δφ_T は一定となり、また方位偏差角Δ
φも一定となる。即ち、従来のアンテナ指向装置では、
アンテナ１４の方位軸線Ｚ−Ｚ周りの制御（方位ジンバ
ル４０の方位軸線Ｚ−Ｚ周りの制御）は船体の動揺角
η、ξの比に関係するがその絶対値に関係しない。

【００５１】従来のアンテナ指向装置では、船体の動揺
角η、ξの絶対値が大きい場合も小さい場合もそれに無
関係に両者の比Δφ_T ＝η／ξのみによってアンテナ１
４の方位軸線Ｚ−Ｚ周りの制御（方位ジンバル４０の方
位軸線Ｚ−Ｚ周りの制御）がなされていた。

【００５２】船体の動揺が激しく、船体の傾斜軸線の方
位が激しく変化する場合でも、アンテナ１４の仰角軸線
Ｙ−Ｙが船体の傾斜軸線に整合するようにアンテナ１４
が方位軸線Ｚ−Ｚ周りの回転するように制御されると、
頻繁にアンテナ１４の方位角がリワインド端に達するこ
ととなる。アンテナ１４の方位角がリワインド端に達す
るとリワインド動作がなされる。

【００５３】こうして、従来のアンテナ指向装置では、
船体が激しく動揺すると頻繁にリワインド動作がなさ
れ、それによってリワインド機構を構成する方位ジンバ
ル４０、方位サーボモータ２３等が疲労し、ケーブル４
０の寿命が短くなる欠点があった。

【００５４】本発明は、斯かる点に鑑み、船体が航行中
に動揺し又は旋回した場合であっても、アンテナ１４が
方位軸線Ｚ−Ｚ周りに頻繁に回転することがないアンテ
ナ指向装置を提供することを目的とする。

【００５５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、中心軸
線Ｘ−Ｘを有し支持部材４１に装着されたアンテナ１４
と、上記中心軸線Ｘ−Ｘに直交する仰角軸線Ｙ−Ｙを有
し支持部材４１に装着されたアンテナ１４を仰角軸線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に装着された第
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に装着さ
れた第２のジャイロ４５と、水平面に対する仰角軸線Ｙ
−Ｙの傾斜角度を指示する信号を出力する仰角軸線加速
度計４７と、仰角軸線Ｙ−Ｙとアンテナ１４の中心軸線
Ｘ−Ｘの双方に直交する軸線ＯＰの水平面に対する傾斜
角度を指示する信号を出力するＯＰ軸線加速度計４８
と、基台３に対する方位ジンバル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に対するアンテナ１４の仰角軸線
Ｙ−Ｙ周りの回転角を指示する信号を出力する仰角発信
器３４と、第２のジャイロ４５より出力された中心軸線
Ｘ−Ｘと仰角軸線Ｙ−Ｙの双方に直交する軸線周りのア
ンテナ１４の回転角速度を指示する信号と仰角軸線加速
度計４７より出力された水平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙ
の傾斜角度を指示する信号とを入力し水平面に対する仰
角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角を演算する仰角軸線傾斜演算器８
０と、仰角軸線傾斜演算器８０より出力された仰角軸線
Ｙ−Ｙの傾斜角と仰角発信器３４から出力された仰角軸
線Ｙ−Ｙ周りのアンテナ１４の回転角とを入力し船体の
傾斜軸線の方位を演算する傾斜軸線方位演算器８５と、
を有し、衛星の高度角が９０度付近にあるときは仰角軸
線Ｙ−Ｙの方位が船体の傾斜軸線の方位に整合するよう
に方位ジンバル４０の方位が制御され、アンテナ１４の
中心軸線Ｘ−Ｘが衛星方向に指向するように構成された
アンテナ指向装置において、方位発信器２４より供給さ
れた基台３に対する方位ジンバル４０の方位軸線Ｚ−Ｚ
周りの回転角φと仰角発信器３４より供給された方位ジ
ンバル４０に対するアンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙ周り
の回転角θ及び衛星高度角θ_S とから得られた船体の傾
斜値ξとより船体座標系に対する船体の動揺角α、βを
演算する動揺角演算部１００と、この動揺角演算部１０
０より供給された動揺角α、βと方位発信器２４より供
給された方位ジンバル４０の方位軸線Ｚ−Ｚ周りの回転
角φと動揺設定角α₀ 、β₀ と動揺角α、βのモニター
時間Ｔ_Z とより省動作モードにすべきか通常の制御モー
ドにすべきかを判定し、省動作モードにすべきと判定し
たときに省動作設定方位角φ_Z を指示する信号を出力す
る省動作制御器１２５と、省動作制御器１２５より出力
された省動作設定方位角信号φ_Z と方位発信器２４より
出力された方位角信号φとを比較して方位偏差Δφ_Z を
演算する加算器１２６と、加算器１２６より出力された
方位偏差信号Δφ_Z と傾斜軸線方位演算器８５より出力
された船体の傾斜軸線の方位を指示する傾斜軸線方位信
号Δφとを入力し、省動作モードのときには方位偏差信
号Δφ_Z を出力し、通常の制御モードのときには傾斜軸
線方位信号Δφを出力する切替器１２７と、を有し、省
動作モードの場合にはアンテナ１４の方位角φ_A が省動
作設定方位角φ_Z にて固定されるように構成されてい
る。

【００５６】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１００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α、βを演算する。 α＝ξｃｏｓφ β＝−ξｓｉｎφ 但し、α：動揺角（ピッチ角） β：動揺角（ロール角） ξ：最大傾斜値 φ：アンテナ１４の船首方位に対する回転角

【００５７】本発明によれば、アンテナ指向装置におい
て、通常の制御モードから省動作モードに切り換えられ
たとき、ピッチ運動が比較的小さい場合には、仰角軸線
Ｙ−Ｙが船体の首尾線方向に整合するようにアンテナの
方位角φ_A が固定され、ロール運動が比較的小さい場合
には、仰角軸線Ｙ−Ｙが船体の首尾線に直交する方向に
整合するようにアンテナの方位角φ_A が固定されるよう
に構成されている。

【００５８】

【作用】本発明によれば、リワインド装置を有するアン
テナ指向装置において、ピッチ運動又はロール運動のい
ずれかが小さいときは通常モードから省動作制御モード
に切り換えられる。省動作制御モードでは、アンテナ１
４は所定の省動作制御方位角φ_Z にて固定され、アンテ
ナ１４は方位軸線Ｚ−Ｚ周りに回転しない。ピッチ運動
又はロール運動に対してアンテナ１４の方位軸線Ｚ−Ｚ
周りの回転制御は行われず、仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転
制御のみが行われる。

【００５９】ピッチ運動が比較的小さい場合には、仰角
軸線Ｙ−Ｙは船体の首尾線方向に整合するように固定さ
れ、仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転制御によってロール運動
が吸収される。従って、指向誤差はピッチ角αに等し
い。

【００６０】ロール運動が比較的小さい場合には、仰角
軸線Ｙ−Ｙは船体の首尾線に直交する方向に整合するよ
うに固定され、仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転制御によって
ピッチ運動が吸収される。従って、指向誤差はロール角
βに等しい。

【００６１】本発明によれば、ピッチ運動又はロール運
動のいずれかが小さいときは通常モードから省動作制御
モードに切り換えられ、アンテナ１４は所定の省動作制
御方位角φ_Z にて固定され、方位軸線Ｚ−Ｚ周りに回転
しないから、方位サーボモータ２３、ケーブル７０等の
寿命が向上する。

【００６２】

【実施例】以下に図１〜図５を参照して本発明の実施例
について説明する。尚図１〜図５において図６〜図９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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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（図示なし）、
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。

【００６６】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。

【００６７】第３の加速度計４８はアンテナ１４の中心
軸線Ｘ−Ｘ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。

【００６８】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。

【００６９】本例のアンテナ指向装置は、図６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し、
斯かる方位制御ループは衛星高度角が高いときにジンバ
ルロックを防止する機能を有する。従って、本例によれ
ば、衛星高度角が高いときにはアンテナ１４の仰角軸線
Ｙ−Ｙが船体の傾斜軸線方位に整合するように、即ち、
衛星高度角が高いときにはアンテナ１４の仰角軸線Ｙ−
Ｙが水平面上にあるように、方位ジンバル４０の方位を
制御するように構成されている。

【００７０】斯かる機能は上述のように、方位ジャイロ
４５及び第２の加速度計４７と仰角発信器３４と仰角軸
線傾斜演算器８０と傾斜軸線方位演算器８５と増幅器５
９とを含むループによって提供される。

【００７１】本例の制御ループは、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１００、省動作制
御器１２５、加算器１２６及び切替器１２７が設けられ
ている点が異なる。仰角制御ループは従来の例と同一で
あってよい。

【００７２】動揺角演算部１００は方位発信器２４より
出力された船体に対するアンテナ１４の方位軸線Ｚ−Ｚ
周りの回転角度φを指示する信号と加算器６１より出力
された仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの船体の傾斜角度ξを指示す
る信号とを入力し、船体座標系における動揺角、即ち、
ピッチ角α及びロール角βを演算する。

【００７３】省動作制御器１２５は動揺角演算部１００
より出力された動揺角α、βを指示する信号と方位発信
器２４より出力された船体に対するアンテナ１４の方位
軸線Ｚ−Ｚ周りの回転角度φ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１
４の回転角度θを指示する信号と省動作制御用の設定動
揺角α₀ 、β₀ とモニター時間Ｔ_Z とを入力し、アンテ
ナ指向装置を省動作モードにて作動させるか通常モード
にて作動させるかを判定する。

【００７４】省動作モードの場合には省動作制御器１２
５は省動作制御用の方位角φ_Z を出力する。加算器１２
６は斯かる省動作制御用の方位角φ_Z と方位発信器２４
の出力信号とを比較して両者の偏差を求める。加算器１
２６によって求められた方位角偏差Δφ_Z は切替器１２
７に供給される。切替器１２７に加算器１２６から方位
角偏差Δφ_Z が供給されると、切替器１２７は傾斜軸線
方位演算器８５の出力信号Δφの代わり加算器１２６か
らの方位角偏差信号Δφ_Z を増幅器５９に供給する。そ
れによって通常モードから省動作モードに切り換えられ
る。

【００７５】図２を参照して本例の動揺角演算部１００
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、Ｏ
Ｐ’）、の関係を示す図である。

【００７６】衛星高度角θ_S が高く（θ_S ≒９０°とす
る。）、アンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘは天頂方向を指
向している。方位軸線Ｚ−Ｚは船体面（アンテナ指向装
置の取り付け面）に常に垂直であり、仰角軸線Ｙ−Ｙは
船体面に常に平行である。

【００７７】ここで、船体面に固定された座標系を考え
る。斯かる船体座標系は船体面上にＸＹ平面をとり、船
体面に垂直上方にＺ軸をとる。即ち、船体面上にて船首
方向にＹ軸をとりＹ軸に垂直にＸ軸をとり、方位軸線Ｚ
−Ｚに沿ってＺ軸をとる。船体面が水平面に整合してい
るときは、図示のように、Ｘ軸は線分ＯＥに沿ってお
り、Ｙ軸は線分ＯＣに沿っている。

【００７８】衛星高度角θ_S が高く（θ_S ≒９０°）、
方位制御ループによるジンバルロック防止機能が作動し
ているものとする。仰角軸線Ｙ−Ｙは船体の傾斜軸線方
位に整合するように制御され、従って、アンテナ１４の
仰角軸線Ｙ−Ｙが水平面上にあるように制御されてい
る。衛星高度角θ_S が高く、θ_S ≒９０°では、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ＯＰは略水平面上にある。

【００７９】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、船体面が仰角軸線
Ｙ−Ｙ（ＯＹ）周りに回転角度ξだけ回転する。このと
き、仰角軸線Ｙ−Ｙは第１の回転軸線に平行である。

【００８０】斯かる船体面の運動によって、船首方位は
線ＯＣから線ＯＤに移動し、方位軸線Ｚ−Ｚは線ＯＺか
ら線ＯＺ’に移動する。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。同様にアンテ
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から偏倚した位置に移動し再び元の
位置、即ち、略水平面上にある線ＯＰ’まで移動する。

【００８１】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。単位球面上にて船体面上の点Ｘと
水平面上の点Ｐ（点Ｐ’）を直線で結ぶ。弧ＸＰは点Ａ
にて船体面と直交し、更に点Ｐ（点Ｐ’）にて水平面Ｏ
ＹＰ（ＯＹ’Ｐ’）と直交する。ここで、∠ＸＯＡ＝θ
＝弧ＸＡ、∠ＰＯＡ＝弧ＰＡ＝ξであり、ξは動揺運動
による最大傾斜値を示す。尚、衛星高度角θ_S は、θ_S
＝∠ＰＯＸ＝∠ＸＯＡ＋∠ＰＯＡ＝θ＋ξ＝弧ＸＰであ
る。アンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙが船首方位ＯＤとな
す角∠ＤＯＹ’は、∠ＤＯＹ’＝∠ＤＯＡ＋∠ＡＯＹ’
＝φ＋π／２である。

【００８２】船体の動揺運動によって、船体座標系ＸＹ
Ｚも移動する。船体座標系のＸ軸は線分ＯＥから線分Ｏ
Ｆに移動し、Ｙ軸は線分ＯＣから線分ＯＤに移動し、Ｚ
軸は線分ＯＺから線分ＯＺ’に移動する。ここで、∠Ｃ
ＯＤ＝α＝弧ＣＤ、∠ＥＯＦ＝β＝弧ＥＦである。従っ
て、最大傾斜値ξは動揺角（ピッチ角）α、動揺角（ロ
ール角）βを合成したものであるから、次の数１の式が
成り立つ。

【００８３】

【数１】α＝ξｃｏｓφ β＝−ξｓｉｎφ

【００８４】ここにαは動揺角（ピッチ角）、βは動揺
角（ロール角）、ξは最大傾斜値、φはアンテナ１４の
船首方位に対する回転角である。

【００８５】動揺角演算部１００は、加算器６１より供
給された最大傾斜値ξと方位発信器２４より供給された
アンテナ１４の船首方位に対する回転角φとを使用し
て、数１の式に基づいて動揺角（ピッチ角）α、動揺角
（ロール角）βを求める演算を実行する。

【００８６】次に図３を参照して省動作制御モード及び
省動作制御器１２５の動作を説明する。先ず省動作制御
モードの原理を説明する。省動作制御モードは、方位サ
ーボモータ２３、ケーブル７０等の寿命を増加させるた
めに、アンテナ１４の方位軸線Ｚ−Ｚ周りの回転を減少
させることを目的としている。省動作制御モードでは、
アンテナ１４は所定の省動作制御方位角φ_Z にて固定さ
れ、アンテナ１４は方位軸線Ｚ−Ｚ周りに回転しない。

【００８７】船体の動揺に対してアンテナ１４の方位軸
線Ｚ−Ｚ周りの回転制御は行われず、仰角軸線Ｙ−Ｙ周
りの回転制御のみが行われる。１軸線周りの回転制御は
２軸線周りの回転制御と比べて指向誤差が生ずる欠点が
ある。しかしながら、省動作制御モードは、指向誤差が
最小化される場合になされる。

【００８８】船体がピッチ運動（船体の首尾線に直交す
る回転軸線周りの運動）とロール運動（船体の首尾線に
沿った回転軸線周りの運動）をしているものとする。省
動作制御モードはピッチ運動又はロール運動の少なくと
も一方が小さいときになされる。それによって、指向誤
差が最小化される。

【００８９】ピッチ運動が比較的小さい場合には、仰角
軸線Ｙ−Ｙが船体の首尾線方向に整合する状態にて、ア
ンテナ１４（方位ジンバル４０）は方位軸線Ｚ−Ｚ周り
に固定される。この場合、仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転制
御によってロール運動が吸収される。従って、指向誤差
はピッチ角αに等しい。

【００９０】ロール運動が比較的小さい場合には、仰角
軸線Ｙ−Ｙが船体の首尾線方位に直交する状態にて、ア
ンテナ１４（方位ジンバル４０）は方位軸線Ｚ−Ｚ周り
に固定される。この場合、仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転制
御によってピッチ運動が吸収される。従って、指向誤差
はロール角βに等しい。

【００９１】図３に示すように、省動作制御器１２５
は、入力端子１２５ａ、１２５ｂを経由して動揺角演算
部１００より供給された動揺角α、βと入力端子１２５
ｃを経由して方位発信器２４より供給されたアンテナ１
４の船首方位に対する回転角φと入力端子１２５ｄ、１
２５ｅを経由して省動作制御用の設定動揺角α₀ 、β₀
と入力端子１２５ｆを経由してモニター時間Ｔ_Z とを入
力し、出力端子１２５ｇを経由して省動作制御用の方位
角φ_Z を出力する。

【００９２】最初のステップ１２５−１及び１２５−２
では動揺角演算部１００より供給された動揺角α、βの
値が記憶される。省動作制御器１２５は斯かる動揺角
α、βの値を記憶するためる記憶装置を有する。この記
憶装置は測定時間Ｔ_Z に相当する期間の動揺角α、βの
値を記憶することができる。即ち、測定時間Ｔ_Z だけ遡
った過去の値から現在の動揺角α、βの値までが記憶さ
れている。この測定時間Ｔ_Z は船体の動揺の周期に依存
して手動によって又は自動的に設定される。自動的に設
定する場合には、例えば、船体の動揺の周期をフーリエ
変換によって求めてもよい。

【００９３】次のステップ１２５−３及び１２５−４で
は記憶装置に記憶された動揺角α、βの最大値α_MAX 、
β_MAX が求められる。斯かる最大値は測定時間Ｔ_Z にお
ける動揺角α、βの最大値である。次のステップ１２５
−５及び１２５−６では省動作モードにすべきか通常の
制御モードにすべきかが判定される。斯かる判定は動揺
角の最大値α_MAX 、β_MAX と省動作制御用の設定動揺角
α₀ 、β₀ とを比較することによってなされる。これは
次のように表される。

【００９４】（１）α_MAX ＞α₀ 且つβ_MAX ＞β₀ のと
きは通常の制御モードにする。 （２）α_MAX ≦α₀ 又はβ_MAX ≦β₀ のときは省動作モ
ードにする。

【００９５】即ち、省動作モードに切り換えるべきであ
ると判定するのは、動揺角の最大値α_MAX 、β_MAX のう
ちの少なくとも一方が省動作制御用の設定動揺角α₀ 、
β₀より小さいときである。省動作制御器１２５は斯か
る判定をするための判定器を有する。

【００９６】省動作モードでは、アンテナ１４の仰角軸
線Ｙ−Ｙは船体の首尾線方向に沿った位置又は船体の首
尾線方向に直交する位置のいずれかに配置される。即
ち、省動作制御用の方位角φ_Z は３つの値φ_Z ＝９０
°、−９０°、０°のいずれかに設定される。斯かる３
つの値は次のようにして選択される。

【００９７】（Ａ）α_MAX ≦α₀ 且つφ≧０°のときは
φ_Z ＝９０°とする。 （Ｂ）α_MAX ≦α₀ 且つφ＜０°のときはφ_Z ＝−９０
°とする。 （Ｃ）α_MAX ＞α₀ 且つβ_MAX ≦β₀ のときはφ_Z ＝０
°とする。

【００９８】斯かる省動作制御方位角φ_Z の設定はステ
ップ１２５−７、１２５−８、１２５−９、１２５−１
０によってなされる。省動作制御用方位角φ_Z を指示す
る信号は加算器１２６に供給され、そこで方位発信器２
４より供給された方位角信号φと比較される。次のステ
ップ１２５−１１では切替器１２７によってモードの切
り換えがなされる。それによって傾斜軸線方位演算器８
５からの信号の代わりに加算器１２６からの信号が増幅
器５９に供給される。

【００９９】図４を参照して省動作制御モードにおける
指向誤差の発生を説明する。図２の場合と同様に中心Ｏ
の半径１の単位球面を考える。船体面が水平面に平行な
場合に、船体面上に中心Ｏを通る互いに直交する線ＯＡ
及び線ＯＢ₁ 、ＯＢ₂ をとる。線ＯＡは船首方位に沿っ
て配置されている。

【０１００】アンテナ１４の方位軸線Ｚ−Ｚ（線ＯＺ）
は船体面に垂直である。アンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘ
は衛星方向を指向しており、線ＯＸに沿って配置されて
いる。図示のように、衛星高度角θ_S が大きく（θ_S ≒
９０°）、アンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘは天頂方向を
向いているものとする。

【０１０１】先ず省動作モードの（Ａ）の場合の指向誤
差を求める。ピッチ角が比較的小さい（α_MAX ≦α₀ ）
場合である。斯かる場合、省動作制御方位角φ_Z ＝９０
°を指示する信号が省動作制御器１２５より出力され
る。

【０１０２】加算器１２６によって、省動作制御器１２
５より出力された省動作制御方位角φ_Z ＝９０°と方位
発信器２４から出力された方位角φとの間の偏差が求め
られ、斯かる偏差Δφ_Z は切替器１２７及び減衰器５９
を経由して方位サーボモータ２３に供給される。それに
よってアンテナ１４は方位軸線Ｚ−Ｚ周りに偏差角Δφ
_Z だけ回転し、方位角φ_A ＝９０°にて安定する。

【０１０３】このとき、図示のように、アンテナ１４の
仰角軸線Ｙ−Ｙは船体の首尾線方向（線ＯＡ）に整合し
ている。斯かる省動作制御によってアンテナ１４の中心
軸線Ｘ−Ｘも方位軸線Ｚ−Ｚ周りに偏差角Δφ_Z だけ回
転するが、アンテナ１４の仰角はθ≒９０°であるか
ら、アンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘは衛星方向を指向し
たままであり、指向誤差は生じない。

【０１０４】船体がピッチ運動すると、破線にて示すよ
うに、船体面は線Ｂ₁ Ｂ₂ 周りに回転角αだけ回転す
る。それによって、方位軸線Ｚ−Ｚは線ＯＺから線Ｏ
Ｚ’に移動し、アンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘは線ＯＸ
から線ＯＸ’に移動し、仰角軸線Ｙ−Ｙは線ＯＹから線
ＯＹ’に移動する。アンテナ１４の仰角はθ＝∠ＸＯＢ
₁からθ’＝∠Ｘ’ＯＢ₁ に変化する。船首方位は線Ｏ
Ａから線ＯＡ’に移動する。∠Ａ’ＯＢ₁ ＝９０°であ
る。このときの指向誤差は∠Ｘ’ＯＸ＝αであり、ピッ
チ回転角に等しい。

【０１０５】更に、船体がロール運動すると、船体面は
線ＯＡ（又は線ＯＡ’）周りに回転角βだけ回転する。
しかしながら、仰角制御ループによってアンテナ１４は
仰角軸線Ｙ−Ｙ周りに回転する。アンテナ１４の仰角軸
線Ｙ−Ｙ周りに回転はロール回転角βを相殺するように
制御される。即ち、ロール運動があってもアンテナ１４
は仰角軸線Ｙ−Ｙ周りに慣性空間に対して安定化されて
いる。従って、指向誤差はピッチ回転角αだけである。

【０１０６】省動作モードの（Ｂ）の場合は、省動作制
御方位角φ_Z ＝−９０°を指示する信号が省動作制御器
１２５より出力される。それ以外は（Ａ）の場合と同様
である。加算器１２６によって、省動作制御方位角φ_Z
＝−９０°と方位発信器２４の出力角φとの間の偏差Δ
φ_Z ＝φ_Z −φ＝−９０°−φが求められる。それによ
ってアンテナ１４（方位ジンバル４０）は方位軸線Ｚ−
Ｚ周りに偏差角Δφ_Zだけ回転する。それによって、ア
ンテナ１４は方位角φ_A ＝−９０°にて安定する。この
とき、アンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙは船体の首尾線方
向（線ＯＡ）に整合している。従って、指向誤差はピッ
チ回転角αに等しい。

【０１０７】省動作モードの（Ｃ）の場合には、省動作
制御方位角φ_Z ＝０°を指示する信号が省動作制御器１
２５より出力される。従って、アンテナ１４の方位角が
φ_A＝０°となるようにアンテナ１４（方位ジンバル４
０）は方位軸線Ｚ−Ｚ周り回転制御される。それによっ
て、アンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙは船体の首尾線方向
（線ＯＡ）に直交した位置に配置される。

【０１０８】仰角制御ループによってアンテナ１４は仰
角軸線Ｙ−Ｙ周りに回転制御されるが、斯かる仰角軸線
周りの制御はピッチ運動に対抗することとなる。即ち、
ピッチ運動があってもアンテナ１４は仰角軸線Ｙ−Ｙ周
りに慣性空間に対して安定化されている。従って、指向
誤差はロール回転角βだけである。

【０１０９】こうして、本例によれば、省動作モードの
（Ａ）及び（Ｂ）の場合のように、ピッチ角αが比較的
小さい場合には、仰角制御ループによってロール運動を
相殺し、指向誤差はピッチ角αに等しい。即ち、アンテ
ナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙは船体の首尾線方向に沿って配
置され、それによってアンテナ１４はロール運動に対抗
して仰角軸線Ｙ−Ｙ周りに慣性空間に対して安定化され
る。

【０１１０】省動作モードの（Ｃ）の場合のように、ロ
ール角βが比較的小さい場合には、仰角制御ループによ
ってピッチ運動を相殺し、指向誤差はロール角βに等し
い。即ち、アンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙは船体の首尾
線に直交する方向に沿って配置され、それによってアン
テナ１４はピッチ運動に対抗して仰角軸線Ｙ−Ｙ周りに
慣性空間に対して安定化される。

【０１１１】図５に上述の省動作モードの（Ｂ）の場合
の例の結果を示す。図５Ａは動揺角α、βを示し、図５
Ｂはアンテナ１４の仰角θ及び方位角φを示し、図５Ｃ
は指向誤差を示す。縦軸の単位は角度〔°〕、横軸の単
位は時間〔秒〕である。各グラフの左側は省動作制御モ
ード、右側は通常の制御モードである。

【０１１２】ピッチ運動はピッチ角αは一定であり、ロ
ール運動は振幅±２５°、周期８秒の正弦波である。ピ
ッチ角αは小さく、仰角制御ループによってロール運動
のみが相殺される。即ち、仰角軸線Ｙ−Ｙは船体の首尾
線に沿って配置される。指向誤差はピッチ角αに等しい
値だけ存在する。

【０１１３】省動作制御モードと通常の制御ループを比
較すると、通常の制御ループでは指向誤差がゼロであ
り、アンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転角度θは
比較的小さいがアンテナ１４の方位軸線Ｚ−Ｚ周りの回
転角度φが大きい。

【０１１４】それに対して、省動作制御ループでは指向
誤差はピッチ角αに等しい値だけ存在し、アンテナ１４
の仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回転角度θは比較的大きいが、
アンテナ１４の方位軸線Ｚ−Ｚ周りの回転角度φは小さ
い。結局、方位サーボモータ２３の寿命、ケーブル７０
の疲労等を考慮する省動作制御モードを使用したほうが
よい。

【０１１５】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。

【０１１６】

【発明の効果】本発明によれば、省動作制御モードによ
って、アンテナ１４は所定の省動作制御方位角φ_Z にて
固定され、ピッチ運動又はロール運動があっても仰角軸
線Ｙ−Ｙ周りの回転制御のみがなされ、アンテナ１４は
方位軸線Ｚ−Ｚ周りに回転しないから、リワインド制御
によってアンテナ１４が方位軸線Ｚ−Ｚ周りに頻繁に回
転することがない利点がある。

【０１１７】本発明によれば、省動作制御モードによっ
て、アンテナ１４は所定の省動作制御方位角φ_Z にて固
定され、ピッチ運動又はロール運動があっても仰角軸線
Ｙ−Ｙ周りの回転制御のみがなされ、アンテナ１４は方
位軸線Ｚ−Ｚ周りに回転しないから、リワインド装置を
具えた場合でも、方位サーボモータ２３、ケーブル７０
等の寿命が向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による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】省動作制御器の動作を示す図である。

【図４】省動作モード中の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５】省動作モード中のアンテナ指向装置の動作を説
明する説明図である。

【図６】従来のアンテナ指向装置の例を示す図である。

【図７】従来の仰角軸線傾斜演算器の構成例を示す図で
ある。

【図８】従来の傾斜軸線方位演算器の構成例を示す図で
ある。

【図９】船体の傾斜軸線と仰角軸線の関係を示す図であ
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 ３１−１、３１−２ 軸受 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 ４０−２ Ｕ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 ４７、４８ 加速度計 ５４ 積分器 ５５ 増幅器 ５６ 減衰器 ５７ アークサイン演算器 ５９ 増幅器 ６１ 減算器 ７０ ケーブル ８０ 仰角軸線傾斜演算器 ８１ 積分器 ８２ 比較器 ８３ 係数器 ８４ 比較器 ８５ 傾斜軸線方位演算器 ８６ 除算器 ８７ 加算器 ８８ 比較器 １００ 動揺角演算部 １２５ 省動作制御器 １２６ 加算器 １２７ 切替器 Ｘ−Ｘ アンテナ中心軸線 Ｙ−Ｙ 仰角軸線 Ｚ−Ｚ 方位軸線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心軸線を有し支持部材に装着されたア
   ンテナと、上記中心軸線に直交する仰角軸線を有し上記
   支持部材に装着されたアンテナを上記仰角軸線周りに回
   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
   持部材に装着された第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
   に装着された第２のジャイロと、水平面に対する上記仰
   角軸線の傾斜角度を指示する信号を出力する仰角軸線加
   速度計と、上記仰角軸線とアンテナの中心軸線の双方に
   直交する軸線の水平面に対する傾斜角度を指示する信号
   を出力するＯＰ軸線加速度計と、上記基台に対する上記
   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
   上記アンテナの上記仰角軸線周り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のジャイロより出
   力された上記中心軸線と仰角軸線の双方に直交する軸線
   周りの上記アンテナの回転角速度を指示する信号と上記
   仰角軸線加速度計より出力された水平面に対する上記仰
   角軸線の傾斜角度を指示する信号とを入力し水平面に対
   する上記仰角軸線の傾斜角を演算する仰角軸線傾斜演算
   器と、該仰角軸線傾斜演算器より出力された上記仰角軸
   線の傾斜角と上記仰角発信器から出力された上記仰角軸
   線周りの上記アンテナの回転角とを入力し船体の傾斜軸
   線の方位を演算する傾斜軸線演算器と、を有し、衛星の
   高度角が９０度付近にあるときは上記仰角軸線の方位が
   上記船体の傾斜軸線の方位に整合するように上記方位ジ
   ンバルの方位が制御され、上記アンテナの中心軸線が衛
   星方向に指向するように構成されたアンテナ指向装置に
   おいて、 上記方位発信器より供給された上記基台に対する上記方
   位ジンバルの上記方位軸線周りの回転角と上記仰角発信
   器より得られた上記方位ジンバルに対する上記アンテナ
   の上記仰角軸線周りの回転角及び衛星高度角とから得ら
   れた船体の傾斜値とより船体座標系に対する船体の動揺
   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上記方位発信器
   より供給された上記方位ジンバルの上記方位軸線周りの
   回転角と動揺設定角と動揺角のモニター時間とより省動
   作モードにすべきか通常の制御モードにすべきかを判定
   し、省動作モードにすべきと判定したときに省動作設定
   方位角を指示する信号を出力する省動作制御器と、 該省動作制御器より出力された省動作設定方位角信号と
   上記方位発信器より出力された方位角信号とを比較して
   方位偏差を演算する加算器と、 該加算器より出力された方位偏差信号と上記傾斜軸線方
   位演算器より出力された船体の傾斜軸線の方位を指示す
   る傾斜軸線方位信号とを入力し、省動作モードのときに
   は上記方位偏差信号を出力し、通常の制御モードのとき
   には上記傾斜軸線方位信号を出力する切替器と、 を有し、上記省動作モードの場合には上記アンテナの方
   位角が上記省動作設定方位角にて固定されるように構成
   されていることを特徴とするアンテナ指向装置。
2. 【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。 α＝ξｃｏｓφ β＝−ξｓｉｎφ 但し、α：動揺角（ピッチ角） β：動揺角（ロール角） ξ：最大傾斜値 φ：アンテナ１４の船首方位に対する回転角
3. 【請求項３】 請求項１記載のアンテナ指向装置におい
   て、通常の制御モードから上記省動作モードに切り換え
   られたとき、ピッチ運動が比較的小さい場合には、仰角
   軸線Ｙ−Ｙが船体の首尾線方向に整合するように上記ア
   ンテナの方位角が固定され、ロール運動が比較的小さい
   場合には、仰角軸線Ｙ−Ｙが船体の首尾線に直交する方
   向に整合するように上記アンテナの方位角が固定される
   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。