JPH07249918A - アンテナ指向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アンテナを正確に且つ迅速に衛星方向に指向
させ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】 仰角制御ループ及び方位角制御ループに重畳
してステップトラック制御が設けられ、斯かるステップ
トラック制御は仰角制御ループ及び方位角制御ループに
よる制御を補正するために又は補完するために機能す
る。ジャイロドリフト演算部８４は、仰角軸制御ループ
に供給するＹジャイロより出力された回転角速度信号を
補正する仰角系のドリフト補正信号と方位軸制御ループ
に供給するＺジャイロより出力された回転角速度信号を
補正する方位軸系のドリフト補正信号とを生成する。

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５は従来のアンテナ指向装置の例を示
し、本願出願人と同一の出願人によって平成５年１月９
日に出願された特願平５−２５８１号（Ｔ９２００２４
５）に開示されたものである。

【０００３】このアンテナ指向装置は基本的に方位−仰
角系と称され、アンテナ１４と斯かるアンテナ１４を２
つの軸線周りに回転可能に支持する支持装置とを有す
る。斯かる支持装置はアンテナ１４の中心軸線Ｘ_A −Ｘ
_A に直交する仰角軸線Ｙ−Ｙと斯かる仰角軸線Ｙ−Ｙに
直交する方位軸線Ｚ−Ｚとを有する。方位軸線Ｚ−Ｚは
航行体の取り付け面（船体面）に垂直であり、仰角軸線
Ｙ−Ｙは航行体の取り付け面（船体面）に平行である。

【０００４】支持装置は基台３と斯かる基台３のブリッ
ジ部３−１に装着された方位ジンバル４１と方位ジンバ
ル４１の上端部のＵ字形部材４１−２に装着された取り
付け金具３１とを有し、斯かる取り付け金具３１にアン
テナ１４が取り付けられている。

【０００５】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４０Ａ、４０Ｂが取り付けられている。この軸受４
０Ａ、４０Ｂの内輪には方位軸４０が嵌合されており、
方位軸４０の上端部にはアーム１３を介して方位ジンバ
ル４１が装着されている。

【０００６】斯くして方位軸４０が軸受４０Ａ、４０Ｂ
によって支持された状態にて、方位ジンバル４１は方位
軸４０を通る軸線周りに回転することができる。方位ジ
ンバル４１は下側の支持軸部４１−１と上側のＵ字形部
４１−２とを有し、支持軸部４１−１の中心軸線は方位
軸４０の中心軸線より偏倚している。支持軸部４１−１
の中心軸線は方位軸線Ｚ−Ｚを構成している。

【０００７】方位ジンバル４１のＵ字形部４１−２に
は、より小さいＵ字形の取り付け金具３１が配置されて
おり、斯かる取り付け金具３１はその２つの脚部３１−
１、３１−２の各々に仰角軸３０−１、３０−２を有す
る。方位ジンバル４１のＵ字形部４１−２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。

【０００８】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
３１は方位ジンバル４１のＵ字形部４１−２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。

【０００９】Ｕ字形の取り付け金具３１の脚部３１−
１、３１−２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３１と共に仰角軸線Ｙ−
Ｙ周りに回転することができる。

【００１０】取り付け金具３１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３３−１が噛み合わされ
ており、斯かるピニオン３３−１は方位ジンバル４１の
Ｕ字形部４１−２の一方の脚部に装着された仰角サーボ
モータ３３の回転軸に取り付けられている。

【００１１】方位ジンバル４１のＵ字形部４１−２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。

【００１２】一方、方位軸４０の下端部には方位歯車４
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４３と方位発信器４４が取り付けられ、
方位サーボモータ４３及び方位発信器４４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
４２に噛み合わされるように構成されている。

【００１３】取り付け金具３１には、仰角ジャイロ５７
と方位ジャイロ５８とが装着されている。仰角ジャイロ
５７によって仰角軸線Ｙ−Ｙ周りを回転するアンテナ１
４の回転角速度が検出され、方位ジャイロ５８によって
仰角軸線Ｙ−Ｙ及びアンテナ１４の中心軸線Ｘ_A −Ｘ_A
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。

【００１４】仰角ジャイロ５７と方位ジャイロ５８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。

【００１５】取り付け金具３１には、更に、第１の加速
度計６６、第２の加速度計６７及び第３の加速度計６８
が装着されている。第１の加速度計６６によって仰角軸
線Ｙ−Ｙ周りのアンテナ１４の中心軸線Ｘ_A −Ｘ_A の傾
斜角度が検出され、第２の加速度計６７によってアンテ
ナ１４の中心軸線Ｘ_A −Ｘ_A 周りの傾斜角度が検出され
る。

【００１６】第３の加速度計６８は第１の加速度計６６
及び第２の加速度計６７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６６の入力軸線及び第２の
加速度計６７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
６８はアンテナ１４の中心軸線Ｘ_A −Ｘ_A 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。

【００１７】図示のように、アンテナ１４を制御するた
めに仰角軸制御ループと方位軸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_A −Ｘ_A 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_A −Ｘ_A 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】方位軸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
１（アンテナ１４）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。

【００１９】速い制御ループ、即ち、方位角安定化ルー
プは方位ジャイロ５８と積分器４７と増幅器４６と方位
サーボモータ４３とを含み、それによってアンテナ１４
は、アンテナ１４の中心軸線Ｘ_A −Ｘ_A 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。

【００２０】遅い制御ループ、即ち、方位角拘束ループ
は方位発信器４４と加算器４９と減衰器４８と積分器４
７と増幅器４６と方位サーボモータ４３とを含む。加算
器４９は船首方位角φ_C と方位発信器４４より出力され
たアンテナ１４の回転角φと傾斜補正演算部８０より出
力された傾斜補正値Δφ_A との和より衛星方位角φ_Sを
減算しその偏差角を出力する。加算器４９より出力され
る偏差角がゼロとなるとき、即ち、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１４の方位は静止す
る。

【００２１】仰角軸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５７の出
力は積分器３７及び増幅器３６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。

【００２２】遅い制御ループ、即ち、仰角拘束ループは
アンテナ仰角演算部８１と加算器３９と減衰器３８と積
分器３７と増幅器３６と仰角サーボモータ３３とを含
む。アンテナ仰角演算部８１によって求められたアンテ
ナ１４の仰角θ_A は、加算器３９にて例えば手動設定さ
れた衛星高度角θ_S を指示する信号によって減ぜられ、
その偏差角が出力される。

【００２３】加算器３９より出力された偏差角信号がゼ
ロになるとき、即ち、アンテナの仰角θ_A が衛星高度角
θ_S に等しくなるとき、アンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙ
周りの回転運動は静止する。

【００２４】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３８に仰角ジャイロ５７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。

【００２５】こうして、仰角軸制御ループと方位軸制御
ループとによってアンテナ１４はその中心軸線Ｘ_A −Ｘ
_A が衛星方向に指向するように構成されている。

【００２６】アンテナ仰角演算部８１は第１の、第２の
及び第３の加速度計６６、６７、６８からなる互いに直
交する３軸の加速度計の出力信号を入力し、アンテナ１
４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_A −Ｘ_A の傾斜角を演算する。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。

【００２７】図６を参照してアンテナ仰角演算部８１及
び傾斜補正演算部９３の機能と動作を説明する。尚、ア
ンテナ仰角演算部８１の詳細は本願出願人と同一の出願
人によって平成４年１２月２８日に出願された特願平４
−３４８７４５号（Ｔ９２００２４１）を参照された
い。また、傾斜補正演算部９３の詳細は本願出願人と同
一の出願人によって平成５年１月９日に出願された特願
平５−２５８１号（Ｔ９２００２４５）を参照された
い。

【００２８】図６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６にて線分
ＯＸ）、仰角軸線Ｙ−Ｙ（図６にて線分ＯＹ、Ｏ
Ｙ’）、方位軸線Ｚ−Ｚ（図６にて線分ＯＺ、Ｏ
Ｚ’）、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６にて線分ＯＰ、Ｏ
Ｐ’）、の関係を示す図である。方位軸線Ｚ−Ｚは船体
面（アンテナ１４の取り付け面）に常に垂直である。

【００２９】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、更に他の軸線例
えば船体の首尾線ＯＥ周りに回転角度ηだけ回転したも
のとする。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。

【００３０】斯かる船体面の運動によって、アンテナ１
４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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】第１の加速度計６６は線ＯＸに沿って装着
され、第２の加速度計６７は線ＯＹに沿って装着され、
第３の加速度計６８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、第１の加速度計６６
によってｓｉｎ∠ＸＯＡ＝ｓｉｎθ₀ が検出され第２の
加速度計６７によってｓｉｎ∠ＹＯＢ＝ｓｉｎ０＝０が
検出され、第３の加速度計６８によってｓｉｎ∠ＰＯＡ
＝ｓｉｎθ_P0が検出される。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 が出力される。

【００３５】また、∠ＸＯＰ＝９０°だから∠ＰＯＡ＝
∠ＸＯＡ−∠ＸＯＰ＝θ₀ −９０°である。従って、第
３の加速度計４８によってｓｉｎ∠ＰＯＡ＝ｓｉｎ（θ
₀ −９０°）＝−ｃｏｓθ₀ が検出される。ここで水平
面に対して衛星の高度角θ_S方向に正の角度をとり、そ
れと反対方向に負の角度をとった。

【００３６】第１の加速度計６６によって検出される値
ｓｉｎθ₀ と第３の加速度計６８によって検出される値
ｓｉｎ（θ₀ −９０°）＝−ｃｏｓθ₀ との関係は次の
式によって表される。

【００３７】

【数１】ｔａｎθ₀ ＝ｓｉｎθ₀ ／ｃｏｓθ₀ ＝−ｓｉｎθ₀ ／ｓｉｎ（θ₀ −９０°） ＝−ｓｉｎθ₀ ／ｓｉｎ∠ＰＯＡ

【００３８】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３
４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２の加速度計４
７によってｓｉｎ∠Ｙ’ＯＢ’＝ｓｉｎｘが検出され、
第３の加速度計４８によってｓｉｎ∠Ｐ’ＯＡ’＝ｓｉ
ｎθ_P が検出される。

【００３９】尚、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、第１の加速度計４６に
よって検出される値ｓｉｎ∠ＸＯＡ＝ｓｉｎθ₀ は変化
しない。従って、ｓｉｎ∠ＸＯＡ＝ｓｉｎθ₀ ＝ｓｉｎ
θ_A である。

【００４０】先ず、アンテナ仰角演算部８１によってア
ンテナの仰角θ_A を求める方法を説明する。

【００４１】線ＯＰと線ＯＰ’のなす角をεとする。即
ち、∠ＰＯＰ’＝∠Ｙ’ＯＹ＝εとする。但し、

【００４２】

【数２】 ｔａｎε＝ｓｉｎ∠Ｙ’ＯＢ’／ｓｉｎ∠Ｐ’ＯＡ’

【００４３】である。△Ａ’ＹＰ’と△Ｂ’ＹＹ’に球
面三角法の正弦定理を適用すれば、

【００４４】

【数３】 ｓｉｎ∠ＡＹＰ＝ｓｉｎ∠Ｙ’ＯＢ’／ｓｉｎε ＝ｓｉｎ∠Ｐ’ＯＡ’／ｃｏｓε ＝ｓｉｎ∠ＰＯＡ

【００４５】となる。従って、次の２つの式が求められ
る。

【００４６】

【数４】 ｓｉｎ∠Ｙ’ＯＢ’＝ｓｉｎ∠ＰＯＡ・ｓｉｎε ｓｉｎ∠Ｐ’ＯＡ’＝ｓｉｎ∠ＰＯＡ・ｃｏｓε

【００４７】ここで次のように置き換える。

【００４８】

【数５】ｇ₁ ＝ｇ₀ ｓｉｎθ_A ｇ₂ ＝ｇ₀ ｓｉｎ∠Ｙ’ＯＢ’ ｇ₃ ＝ｇ₀ ｓｉｎ∠Ｐ’ＯＡ’

【００４９】即ち、重力加速度をｇ₀ とし、第１の加速
度計６６の出力信号をｇ₁ とし、第２の加速度計６７の
出力信号をｇ₂ とし、第３の加速度計６８の出力信号を
ｇ₃とする。これらを数４の式に代入し、それぞれｓｉ
ｎε、ｃｏｓεを乗じて、ｓｉｎ∠ＰＯＡについて解け
ば、次の式が求められる。

【００５０】

【数６】ｓｉｎ∠ＰＯＡ＝（ｇ₂ ／ｇ₀ ）ｓｉｎε＋
（ｇ₃ ／ｇ₀ ）ｃｏｓε

【００５１】これを数１の式の分母に代入し、数５の式
の第１式を数１の式の分子に代入すると、次の数７の式
が求められる。

【００５２】

【数７】 ｔａｎθ_A ＝−ｇ₁ ／（ｇ₂ ｓｉｎε＋ｇ₃ ｃｏｓε） ｔａｎε＝ｇ₂ ／ｇ₃

【００５３】こうして、本例では数７の式によってアン
テナ１４の仰角θ_A のタンジェントの値が求められ、そ
の値のアークタンジェントの値を求めることによってア
ンテナ１４の仰角θ_A が得られる。数７の第１の式の右
辺は正負の値をとるから、仰角θ_A の象限を第４象限ま
で判定することができる。

【００５４】次に、傾斜補正演算部９３によって傾斜補
正値Δφ_A を求める方法を説明する。Δφ_A ＝弧ＥＣ＝
弧ＤＹ’である。球面三角法の定理を適用すれば、次の
数８の式が求められる。

【００５５】

【数８】ｓｉｎΔφ_A ＝ｔａｎη・ｔａｎθ ｓｉｎｘ＝ｓｉｎη・ｃｏｓθ_S ／ｃｏｓθ ｓｉｎ² ｘ＋ｓｉｎ² θ_P ＝ｃｏｓ² θ_S

【００５６】この数８の式の第１式及び第２式よりηを
消去してΔφ_A を求めると、次の数９の式が得られる。

【００５７】

【数９】ｔａｎΔφ_A ＝ｓｉｎθ・ｓｉｎｘ／√（ｓｉ
ｎ² θ_S −ｓｉｎ² ｘ）

【００５８】この式の右辺を数８の式の第３式を使用し
て変形すると、次の数１０の式が得られる。

【００５９】

【数１０】 ｔａｎΔφ_A ＝ｓｉｎθ・ｓｉｎｘ／ｓｉｎθ_P

【００６０】この数１０の式が本例の傾斜補正式とな
る。上述のように、船体面に対するアンテナ１４の中心
軸線Ｘ−Ｘの傾斜角θは仰角発信器３４より得られ、水
平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角ｘの正弦値ｓｉｎ
ｘは第２の加速度計４７より得られ、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 は第３の加速度計４８よ
り得られる。

【００６１】こうして、本例では数１０の式によって傾
斜補正値Δφ_A のタンジェントの値が求められ、その値
のアークタンジェントの値を求めることによってアンテ
ナ１４の回転角φの傾斜補正値Δφ_A が得られる。

【００６２】数１０の式の右辺の分母が０となるのは、
θ_P ＝０となる場合、即ち、アンテナ１４の中心軸線Ｘ
−Ｘが天頂を向くときである。従って、本例では、傾斜
補正演算部９３における傾斜補正値Δφ_A の演算にて、
アンテナ１４の中心軸線Ｘ−Ｘが天頂を向くとき以外に
演算不能となる場合はない。尚、斯かる場合には数１０
の式のアークタンジェント演算時にΔφ_A ＝±９０°と
おけばよい。

【００６３】また、数１０の式の右辺の各項は正負の値
をとり、従って、数１０の式の左辺の値はそれに応じて
正負の値をとるから、傾斜補正値Δφ_A が±９０°を越
えてもその象限判別が可能である。

【００６４】

【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ指向装
置では、２つの制御ループにジャイロ５７、５８が使用
されており、従って、ジャイロのドリフトに起因する誤
差が生ずる欠点があった。

【００６５】また、従来のアンテナ指向装置では、２つ
の制御ループにおいて、手動等によって設定される衛星
高度角θ_S 及び衛星方位角φ_S が使用されており、従っ
て、実際の（静止）衛星の位置が変化すると、それによ
って誤差が発生する欠点があった。

【００６６】一方、アンテナ１４を衛星方向に指向させ
るために、上述のような仰角軸及び方位軸制御ループを
使用する代わりにステップトラック方式の制御が知られ
ている。ステップトラック方式の制御は、アンテナ１４
を回転軸線周りに周期的に回転させながらアンテナ１４
が受信する電波強度を測定し、斯かる電波強度が増加す
る方向にアンテナ１４を回転させるように構成されてい
る。

【００６７】ステップトラック方式の制御はアンテナ１
４が受信する電波強度を入力信号とする制御であるた
め、ジャイロのドリフトに起因する誤差や実際の（静
止）衛星の位置の変化に起因した誤差が発生しない利点
がある。しかしながら、航行体がトンネル内や建物の近
くを航行して電波の受信が途切れた場合には動作しない
欠点がある。

【００６８】本発明は、斯かる点に鑑み、アンテナ１４
を正確に且つ迅速に衛星方向に指向させることができる
アンテナ指向装置を提供することを目的とする。

【００６９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、例えば
図１に示すように、中心軸線Ｘ_A −Ｘ_A を有するアンテ
ナ１４と、該アンテナの中心軸線に直交する仰角軸線Ｙ
−Ｙと該仰角軸線に直交する方位軸線Ｚ−Ｚとの２つの
軸線を有し上記アンテナ１４を上記２つの軸線周りに回
転可能に支持する支持装置と、上記仰角軸線Ｙ−Ｙと上
記方位軸線Ｚ−Ｚの両者に直交する入力軸線を有するＸ
ジャイロ５６と、上記仰角軸線Ｙ−Ｙに平行な入力軸線
を有するＹジャイロ５７と、上記方位軸線Ｚ−Ｚに平行
な入力軸線を有するＺジャイロ５８と、水平面に対する
上記仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角を検出するＹ加速度計６７
と、水平面に対する上記仰角軸線Ｙ−Ｙと上記方位軸線
Ｚ−Ｚの両者に直交する水平軸線Ｘ−Ｘの傾斜角を検出
するＸ加速度計６６と、航行体に対する上記仰角軸線Ｙ
−Ｙ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３４と、航行体に対する上記方位軸線Ｚ
−Ｚ周りの上記アンテナの回転角を指示する信号を出力
する方位発信器４４と、上記アンテナを上記仰角軸線Ｙ
−Ｙ周りに回転制御する仰角軸制御ループと上記アンテ
ナを上記方位軸線Ｚ−Ｚ周りに回転制御する方位軸制御
ループと上記仰角軸制御ループ及び上記方位軸制御ルー
プにステップトラック方式の制御を重畳するステップト
ラック制御ループとを含む制御装置と、を有し、該制御
装置によって上記アンテナの中心軸線を衛星方向に指向
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Ｘジャイロ５６より出力された上記水平軸線Ｘ−Ｘ周
りの上記アンテナの回転角速度と上記Ｙ加速度計より出
力された水平面に対する上記仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角と
より、水平面に対する上記仰角軸線Ｙ−Ｙの傾斜角ηを
演算するη演算器９２と、上記Ｙジャイロ５７より出力
された上記仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの上記アンテナの回転角
速度と上記Ｘ加速度計６６より出力された水平面に対す
る上記水平軸線Ｘ−Ｘの傾斜角とより、水平面に対する
上記水平軸線Ｘ−Ｘの傾斜角ξを演算するξ演算器９１
と、上記η演算器９２より出力された傾斜角η信号と上
記ξ演算器９１より出力された傾斜角ξ信号と上記仰角
発信器３４の出力信号とを入力して方位発信器４４の出
力を補正するための傾斜補正値を演算する傾斜補正値演
算部９３と、上記アンテナ１４をステップトラック方式
の制御によって衛星方向に指向させるためのステップト
ラック信号を生成するジャイロドリフト演算部８４と、
を有し、上記ステップトラック信号は上記仰角軸制御ル
ープに供給する上記Ｙジャイロより出力された回転角速
度信号を補正する仰角系のドリフト補正信号と上記方位
軸制御ループに供給する上記Ｚジャイロより出力された
回転角速度信号を補正する方位軸系のドリフト補正信号
とを有するように構成されている。

【００７０】本発明によれば、例えば図１及び図３に示
すように、アンテナ指向装置において、上記ジャイロド
リフト演算部８４は上記ドリフト補正信号Δω_Z 、Δω
_Y を保持するためのホールド器８４−６、８４−７を有
し、電波強度信号Ｅ_S が遮断されたときに上記ホールド
器８４−６、８４−７に記憶されたドリフト補正信号Δ
ω_Z 、Δω_Y を出力するように構成されている。

【００７１】本発明によれば、例えば図１及び図３に示
すように、アンテナ指向装置において、上記仰角発信器
３４より出力された航行体に対する上記仰角軸線Ｙ−Ｙ
周りの上記アンテナの回転角θを指示する信号と上記ξ
演算器の出力信号ξとを入力してアンテナの仰角θ_A を
演算するためのアンテナ仰角演算部８１と、を設け、該
アンテナ仰角演算部８１によって求めたアンテナの仰角
信号θ_A を上記仰角軸制御ループに供給するように構成
されている。

【００７２】

【作用】本発明によれば、仰角制御ループ及び方位角制
御ループに重畳してステップトラック制御が設けられて
おり、斯かるステップトラック制御は仰角制御ループ及
び方位角制御ループによる制御を補正するために又は補
完するために機能するよりに構成されている。

【００７３】２つの制御ループが正常に機能し、それに
よってアンテナ１４が衛星方向に正確に指向している場
合には、ステップトラック制御は作動しない。従って、
ステップトラック制御が作動するのは、２つの制御ルー
プによって生成された指向誤差を補正するためである。
ステップトラック信号は、２つの制御ループによって生
成された指向誤差を表している。

【００７４】一方、ステップトラック制御は航行体がト
ンネル内や建物近くを航行して電波が途切れた時には作
動しない。斯かる場合には、２つの制御ループによって
生成された指向誤差を補正するために推定値が使用され
る。斯かる推定値はホールド器より出力される。

【００７５】本発明によれば、傾斜補正演算部９３はη
演算部９２より出力された傾斜角ηとξ演算器９１より
出力された傾斜角ξと仰角発信器３４より出力された仰
角信号θとを用いて、傾斜補正値Δφ_A を演算する。

【００７６】本発明によれば、アンテナ仰角演算部８１
は仰角発信器３４より出力された航行体に対する仰角軸
線Ｙ−Ｙ周りのアンテナの回転角θを指示する信号とξ
演算器の出力信号ξとを入力してアンテナの仰角θ_A を
演算する。

【００７７】

【実施例】以下に図１〜図４を参照して本発明の実施例
について説明する。図１は本発明のアンテナ指向装置の
１例を示す。このアンテナ指向装置はアンテナ１４と斯
かるアンテナ１４を２つの軸線周りに回転可能に支持す
る支持装置とを有する。支持装置はアンテナ１４の中心
軸線に直交する仰角軸線Ｙ−Ｙと斯かる仰角軸線Ｙ−Ｙ
に直交する方位軸線Ｚ−Ｚとを有する。方位軸線Ｚ−Ｚ
は航行体の取り付け面（船体面）に常に垂直であり、仰
角軸線Ｙ−Ｙは航行体の取り付け面（船体面）に常に平
行である。

【００７８】アンテナ１４は仰角軸線Ｙ−Ｙと方位軸線
Ｚ−Ｚの２つの軸線周りに回転することができる。

【００７９】支持装置は基台３と斯かる基台３のブリッ
ジ部３−１の上面に装着された方位軸４０とを有し、斯
かる方位軸４０は航行体の取り付け面（船体面）に垂直
に配置されている。方位軸４０の上端部には方位ジンバ
ル４１が装着されており、下端部には方位歯車４２が装
着されている。基台３のブリッジ部３−１の上面には方
位サーボモータ４３が配置されており、斯かる方位サー
ボモータ４３の回転軸に装着されたピニオン（図示な
し）は方位歯車４２に噛み合うように構成されている。

【００８０】方位ジンバル４１は２つの支持部材４１
Ａ、４１Ｂを有し、斯かる支持部材４１Ａ、４１Ｂの間
に取り付け部材３１が回転可能に装着されている。取り
付け部材３１は仰角軸３０を有し、斯かる仰角軸３０に
は仰角歯車３２が装着されている。一方の支持部材４１
Ａには仰角サーボモータ３３が装着されており、斯かる
仰角サーボモータ３３の回転軸に装着されたピニオン
（図示なし）は仰角歯車３２に噛み合うように構成され
ている。

【００８１】仰角軸３０の中心軸線は仰角軸線Ｙ−Ｙを
構成し、方位軸４０の中心軸線は方位軸線Ｚ−Ｚを構成
する。

【００８２】アンテナ１４は取り付け部材３１に装着さ
れている。仰角サーボモータ３３が作動されると仰角サ
ーボモータ３３の回転軸に装着されたピニオン（図示な
し）及び仰角歯車３２を介して取り付け部材３１が方位
ジンバル４１に対して仰角軸線Ｙ−Ｙ周りに回転する。
それによってアンテナ１４も方位ジンバル４１に対して
仰角軸線Ｙ−Ｙ周りに回転する。

【００８３】方位サーボモータ４３が作動されると方位
サーボモータ４３の回転軸に装着されたピニオン（図示
なし）及び方位歯車４２を介して方位軸４０及び方位ジ
ンバル４１が航行体の取り付け面（船体面）に対して方
位軸線Ｚ−Ｚ周りに回転する。それによってアンテナ１
４は航行体の取り付け面（船体面）に対して方位軸線Ｚ
−Ｚ周りに回転する。

【００８４】他方の支持部材４１Ｂ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の回転軸はピ
ニオン（図示なし）を介して又は直接的に仰角軸３０に
接続されている。斯かる仰角発信器３４によって航行体
の取り付け面（船体面）に対するアンテナ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。

【００８５】一方、基台３のブリッジ部３−１の上面に
は方位発信器４４が装着されており、斯かる方位発信器
４４の回転軸に取り付けられたピニオン（図示なし）は
方位歯車４２に噛み合うように構成されている。斯かる
方位発信器４４によって航行体の取り付け面（船体面）
に対するアンテナ１４（方位ジンバル４１）の方位軸線
Ｚ−Ｚ周りの回転角度φが検出されそれを指示する信号
が出力される。

【００８６】方位ジンバル４１には、Ｘ、Ｙ及びＺジャ
イロ５６、５７、５８とＸ及びＹ加速度計６６、６７が
装着されている。図示のように、３つのジャイロは互い
に直交する３軸方向の入力軸線（矢印で示す）を有し、
２つ加速度計６６、６７は互いに直交する２軸方向の入
力軸線（矢印で示す）を有する。

【００８７】Ｘジャイロ５６は仰角軸線Ｙ−Ｙと方位軸
線Ｚ−Ｚとの両者に直交する入力軸線を有する、即ち、
仰角軸線Ｙ−Ｙと方位軸線Ｚ−Ｚとの両者に直交する水
平軸線周りのアンテナ１４の回転角速度を検出する。Ｙ
ジャイロ５７は仰角軸線Ｙ−Ｙに平行な入力軸線を有す
る、即ち、仰角軸線Ｙ−Ｙ周りのアンテナ１４の回転角
速度を検出する。Ｚジャイロ５８は方位軸線Ｚ−Ｚに平
行な入力軸線を有する、即ち、方位軸線Ｚ−Ｚ周りのア
ンテナ１４の回転角速度を検出する。

【００８８】Ｘ、Ｙ及びＺジャイロ５６、５７、５８
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。

【００８９】Ｙ加速度計６７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、Ｘ加速度計６６に
よって水平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙ及び方位軸線Ｚ−
Ｚの両者に直交する水平軸線Ｘ−Ｘの傾斜角度が検出さ
れる。

【００９０】本例のアンテナ指向装置は、図示のよう
に、仰角サーボモータ３３に命令信号を供給するための
仰角軸制御ループと方位サーボモータ４３に命令信号を
供給するための方位軸制御ループとを有する。

【００９１】尚、アンテナ１４の中心軸線Ｘ_A −Ｘ_A が
水平面となす角をアンテナの仰角θ _A とし、アンテナ１
４の中心軸線Ｘ_A −Ｘ_A 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。また、図中、アンテナ
仰角演算部８１、傾斜補正値演算部９３、座標変換器８
３、ジャイロドリフト演算部８４、η演算部９２及びξ
演算部９１の機能と構成については後に説明する。

【００９２】仰角軸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。

【００９３】速い制御ループ、即ち、仰角安定化ループ
はＹジャイロ５７と加算器７２と積分器３７と増幅器３
６と仰角サーボモータ３３とを含む。加算器７２は、Ｙ
ジャイロ５７より出力された角速度信号ω_YG＝ω_Y とジ
ャイロドリフト演算部８４より出力されたドリフト補正
値信号Δω_Y とを加算し、それによって得られた補正角
速度信号を出力する。尚、加算器７２には更にジャイロ
ドリフト演算部８４より出力された仰角系のステップト
ラック信号ΔＳ_Y が供給されるが、これについては後に
説明する。

【００９４】加算器７２の出力は積分器３７及び増幅器
３６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。即ち、アンテナ１４は、仰角軸線Ｙ−
Ｙ周りの船体の回転運動に対して安定化される。。

【００９５】遅い制御ループ、即ち、仰角拘束ループは
アンテナ仰角演算部８１と加算器３９と減衰器３８と積
分器３７と増幅器３６と仰角サーボモータ３３とを含
む。アンテナ仰角演算部８１によって求められたアンテ
ナ１４の仰角θ_A は、加算器３９にて例えば手動設定さ
れた衛星高度角θ_S を指示する信号によって減ぜられ、
その偏差角が出力される。

【００９６】加算器３９の出力は減衰器３８、積分器３
７及び増幅器３６を介して仰角サーボモータ３３にフィ
ードバックされる。加算器３９より出力される偏差角信
号がゼロになるとき、即ち、アンテナの仰角θ_A が衛星
高度角θ_S に等しくなるとき、アンテナ１４の仰角軸線
Ｙ−Ｙ周りの回転運動は静止する。

【００９７】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３８に仰角ジャイロ５７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。

【００９８】方位軸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
１（アンテナ１４）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。

【００９９】速い制御ループ、即ち、方位角安定化ルー
プは座標変換器８３と加算器７３とｓｅｃθ演算器４５
と積分器４７と増幅器４６と方位サーボモータ４３とを
含む。

【０１００】加算器７３は、座標変換器８３より出力さ
れた角速度信号ω_Z とジャイロドリフト演算部８４より
出力されたドリフト補正値信号Δω_Z とを加算し、それ
によって得られた補正方位角速度信号を出力する。尚、
加算器７３には更に、方位軸系のステップトラック信号
ΔＳ_Z が供給されるが、これについては後に説明する。

【０１０１】加算器７３の出力はｓｅｃθ演算器４５と
積分器４７と増幅器４６を経由して方位サーボモータ４
３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。即ち、アンテナ
１４は方位軸線Ｚ−Ｚ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。

【０１０２】遅い制御ループ、即ち、方位角拘束ループ
は方位発信器４４と傾斜補正演算部９３と加算器４９と
減衰器４８と積分器４７と増幅器４６と方位サーボモー
タ４３とを含む。加算器４９は船首方位角φ_C と方位発
信器４４より出力されたアンテナ１４の回転角φと傾斜
補正演算部９３より出力された傾斜補正値Δφ_A との和
より衛星方位角φ_S を減算しその偏差角を出力する。

【０１０３】加算器４９より出力される偏差角がゼロと
なるとき、即ち、アンテナの回転角φと船首方位角φ_C
と傾斜補正演算部９３の出力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１４の方位は静止す
る。

【０１０４】こうして、仰角軸制御ループと方位軸制御
ループとによってアンテナ１４はその中心軸線Ｘ_A −Ｘ
_A が衛星方向に指向するように構成されている。

【０１０５】本例によると、更に、ステップトラック方
式の制御が設けられている。斯かるステップトラック方
式の制御については後に説明する。こうして、仰角制御
ループと方位軸制御ループとの２軸制御とステップトラ
ック方式の制御とによってアンテナ１４はその中心軸線
Ｘ_A −Ｘ_A が衛星方向を指向するように構成されてい
る。

【０１０６】図２を参照して本例の座標変換器８３の動
作を説明する。ここで、方位ジンバル座標を定める。方
位ジンバル座標は、方位ジンバル４１に固定された座標
系であり、仰角軸線Ｙ−Ｙと方位軸線Ｚ−Ｚの両者に直
交する水平方向の水平軸線Ｘ−ＸをＸ軸、仰角軸線をＹ
軸、方位軸線Ｚ−ＺをＺ軸とする。方位ジンバル座標
は、航行体の取り付け面（船体面）に固定された航行体
座標に対して、Ｚ軸（方位軸線Ｚ−Ｚ）周りに回転す
る。

【０１０７】３つのジャイロ５６、５７、５８は方位ジ
ンバル４１に直接取り付けられており、その出力信号
は、方位ジンバル座標の３軸（Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙ、Ｚ−
Ｚ）周りの回転角速度信号である。座標変換器８３はジ
ャイロによって得られた方位ジンバル座標系の角速度信
号ω_XG、ω_YG、ω_ZGを入力してそれを方位軸制御ループ
に供給される命令角速度信号ω_Z に変換するように構成
されている。

【０１０８】図示のように、方位ジンバル座標系で表し
たジャイロの出力信号を方位軸制御ループに供給される
命令角速度信号ω_Z で表すと次の式が成り立つ。

【０１０９】

【数１１】ω_Z ＝ω_ZGｃｏｓθ−ω_XGｓｉｎθ

【０１１０】ここに、ω_XG、ω_ZGはジャイロ５６、５８
によって得られた角速度、ω_Z は変換された角速度、θ
は仰角軸線Ｙ−Ｙ周りのアンテナ１４の回転角度であ
る。

【０１１１】本例の座標変換器８３は数１１の式の演算
をするように構成されており、加算器と係数器とを有す
る。

【０１１２】次に図３を参照して本例のジャイロドリフ
ト演算部８４の機能と構成を説明する。ジャイロドリフ
ト演算部８４はステップトラック方式によってアンテナ
１４を衛星方向に指向させるためのステップトラック制
御機能とジャイロのドリフトに起因する誤差を補正する
ためのジャイロドリフト補正機能とを有する。

【０１１３】先ず、ステップトラック制御機能について
説明する。ステップトラック制御は、アンテナ１４を所
定の回転軸線周りに周期的に移動させながら、アンテナ
１４が受信する電波強度Ｅ_S を測定し、電波強度Ｅ_S が
増加する方向にアンテナ１４を回転させ、それによって
アンテナ１４の中心軸線Ｘ_A −Ｘ_A を衛星方向に指向さ
せるように構成されている。ステップトラック制御はジ
ャイロ等を使用しないから構成が簡単であるが、電波の
受信が途切れた場合には作動しない欠点がある。

【０１１４】ステップトラック制御は、仰角制御ループ
及び方位軸制御ループの少なくとも１つの制御ループと
組み合わせて使用する。本例では仰角制御ループ及び方
位軸制御ループにステップトラック制御が組み込まれて
いる。

【０１１５】本例のステップトラック制御によると、先
ず、アンテナ１４を仰角軸線Ｙ−Ｙ及び方位軸線Ｚ−Ｚ
周りに所定の角度振幅±δθ、±δφにて周期的に回転
させ、電波強度Ｅ_S が増加する回転方向を求める。次
に、アンテナ１４を仰角軸線Ｙ−Ｙ及び方位軸線Ｚ−Ｚ
周りに電波強度Ｅ_S が増加する回転方向に所定の回転角
にて回転させる。この２つのステップを繰り返して電波
強度Ｅ_S が最大となる仰角θ及び方位角φを求める。

【０１１６】ステップトラック制御器８４−１は電波強
度Ｅ_S を指示する信号と発振器より出力された周期信号
とを入力してステップトラック信号を生成する。尚、こ
の発振器はステップトラック制御器に内蔵されたもので
あってよい。ステップトラック信号はアンテナ１４を仰
角軸線Ｙ−Ｙ及び方位軸線Ｚ−Ｚ周りに所定の角度振幅
±δθ、±δφにて周期的に回転させるための周期信号
とアンテナ１４を仰角軸線Ｙ−Ｙ及び方位軸線Ｚ−Ｚ周
りに電波強度Ｅ_S が増加する方向に回転させるための回
転角信号ΔＳ_Y 、ΔＳ_Z とを含む。

【０１１７】上述のように、ステップトラック方位角信
号ΔＳ_Z は方位軸制御ループの加算器７３に供給され、
座標変換器８３の出力信号ω_Z に加算される。従って、
加算器７３からｓｅｃθ演算器４５に供給される信号
は、座標変換器８３の出力信号ω_Z にステップトラック
回転角信号ΔＳ_Z が加算されたものである。

【０１１８】ステップトラック仰角信号ΔＳ_Y は仰角軸
制御ループの加算器７２に供給され、Ｙジャイロ５７の
出力信号ω_YGに加算される。従って、加算器７２から積
分器３７に供給される信号は、Ｙジャイロ５７の出力信
号ω_YGにステップトラック回転角信号ΔＳ_Y が加算され
たものである。

【０１１９】こうして本例のステップトラック制御によ
ると、ステップトラック信号ΔＳ_Y、ΔＳ_Z によって、
アンテナ１４（方位ジンバル４１）は方位軸線Ｚ−Ｚ周
り及び仰角軸線Ｙ−Ｙ周りに回転し、電波強度Ｅ_S が最
大となったとき、ステップトラック制御によるアンテナ
１４の回転移動は停止する。

【０１２０】次に、ジャイロドリフト補正機能について
説明する。上述のように、本例のアンテナ指向装置に
は、２つの制御ループによる２軸制御に対して、更に、
ステップトラック方式の制御が重畳されて設けられてい
る。ステップトラック方式の制御は２つの制御ループを
補完するために、又は、２つの制御ループによって発生
する誤差を補正するために設けられている。

【０１２１】２つの制御ループによる２軸制御によって
アンテナ１４が正確に衛星方向を指向している場合に
は、ステップトラック方式の制御は作動しない。従っ
て、ステップトラック制御器によって生成される回転角
信号ΔＳ_Y 、ΔＳ_Z は２つの制御ループによって生成さ
れた指向誤差を表している。

【０１２２】斯かる指向誤差には、各ジャイロのドリフ
トに起因した誤差と衛星がその位置を変化させ設定され
た衛星高度角θ_S 及び衛星方位角φ_S に対して偏倚した
ことに起因する誤差が含まれる。ジャイロドリフト補正
機能はジャイロのドリフトに起因した誤差を補正するた
めに設けられている。

【０１２３】本例のジャイロドリフト補正機能は、仰角
軸制御ループ及び方位軸制御ループにおけるジャイロの
ドリフトに起因する誤差を補正する。本例のジャイロド
リフト補正機能によると、ジャイロのドリフトに起因す
る誤差を補正するために、ステップトラック制御器によ
って生成された回転角信号ΔＳ_Y 、ΔＳ_Z が使用され
る。斯かる回転角信号ΔＳ_Y 、ΔＳ_Z よりジャイロドリ
フト補正信号Δω_Y 、Δω_Z が生成され、それによって
仰角軸制御ループのＹジャイロ５７及び方位軸制御ルー
プのＺジャイロ５８のドリフトが補正される。

【０１２４】図示のようにステップトラック制御器８４
−１によって生成された回転角信号ΔＳ_Z 、ΔＳ_Y は、
積分器８４−２、８４−３を経由して平滑回路８４−
４、８５−５によって平滑化され、ジャイロドリフト補
正信号Δω_Z 、Δω_Y が生成される。

【０１２５】ジャイロドリフト補正信号Δω_Z 、Δω_Y
はホールド器８４−６、８４−７を経由して出力され
る。ホールド器８４−６、８４−７はステップトラック
制御器８４−１より供給されたホールド信号Ｈを入力す
ると、平滑回路８４−４、８４−５より供給されたジャ
イロドリフト補正信号Δω_Z 、Δω_Y を保持し、それを
出力する。

【０１２６】航行体がトンネル内や建造物の近くを航行
して、電波が途切れて電波強度信号Ｅ_S が得られないと
きは回転角信号ΔＳ_Z 、ΔＳ_Y が生成されない。斯かる
場合、ジャイロドリフト補正信号Δω_Z 、Δω_Y が得ら
れないから、その間、ドリフトに起因する誤差が増加す
ることとなる。本例によれば、斯かる場合、ホールド器
８４−６、８４−７に保持されているジャイロドリフト
補正信号Δω_Z 、Δω _Y が推定値として出力される。ホ
ールド信号Ｈは例えば電波強度Ｅ_S が一定の値以下にな
ったときに発生するように構成されてよい。

【０１２７】方位系のジャイロドリフト補正信号Δω_Z
は方位軸制御ループの加算器７３に供給され、それによ
って座標変換器８３の出力信号が補正される。従って、
加算器７３からｓｅｃθ演算器４５に供給される信号
は、座標変換器８３の出力信号ω_Z にジャイロドリフト
補正信号Δω_Z が加算されたものである。

【０１２８】仰角系のジャイロドリフト補正信号Δω_Y
は仰角軸制御ループの加算器７２に供給され、それによ
ってＹジャイロ５７の出力信号が補正される。従って、
加算器７２から積分器３７に供給される信号は、Ｙジャ
イロ５７の出力信号ω_Y にジャイロドリフト補正信号Δ
ω_Y が加算されたものである。

【０１２９】次に図４を参照して、ξ演算部９１及びη
演算部９２の機能と構成について説明する。ξ演算部９
１及びη演算部９２は、航行体が揺動して、航行体の取
り付け面（船体面）が水平面に対して仰角軸線Ｙ−Ｙ周
りに回転角度ξだけ回転し、更に水平面に対して水平軸
線Ｘ−Ｘ周りに回転角度ηだけ回転したとき、斯かる回
転角度ξ、ηを演算する。

【０１３０】ξ演算部９１は積分器９１−１と減衰器９
１−２と第１及び第２の比較器９１−３、９１−４とア
ークサイン演算器９１−５とを有する。入力端子９１ａ
を経由して、Ｙジャイロより出力された仰角軸線Ｙ−Ｙ
周りの航行体の回転角速度ω _YGが入力され、第１の比較
器９１−３を経由して積分器９１−１に供給される。そ
こで積分されて、水平面に対する仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの
航行体の回転角度ξが演算される。

【０１３１】航行体が水平軸線Ｘ−Ｘ周りに動揺してい
るときは、Ｙジャイロの出力ω_YGはドリフトに起因する
誤差を含むこととなる。入力端子９１ｂを経由してＸ加
速度計より出力された水平軸線Ｘ−Ｘの水平面に対する
傾斜角度の正弦値ｓｉｎＸ₁が入力され、アークサイン
演算器９１−５、第２の比較器９１−４及び減衰器９１
−２を経由して第１の比較器９１−３に供給される。こ
うして、ξ演算部９１より出力される航行体の回転角度
ξはジャイロのドリフトに起因する誤差が除去されてい
る。η演算部９２の機能と構成はξ演算部９１の機能及
び構成と同様である。

【０１３２】次に傾斜補正演算部９３の動作を説明す
る。本例の傾斜補正演算部９３はξ演算部９１及びη演
算部９２より供給された、航行体の回転角度信号ξ、η
と仰角発信器３４の出力信号θとを入力して傾斜補正値
Δφ_A を演算する。傾斜補正値Δφ_A は、船体が動揺し
又は傾斜したとき方位発信器４４が出力する方位角φが
誤差を生ずることに鑑み、斯かる方位角φの誤差を修正
するために使用される。尚、斯かる誤差の発生する機構
の詳細は上述の本願出願人と同一の出願人によって平成
４年９月２２日に出願された特願平４−２６２１８１号
（Ｔ９２００１２４）及び平成５年１月１１日に出願さ
れた特願平５−２５８１号（Ｔ９２００２４５）を参照
されたい。

【０１３３】傾斜補正演算部９３は次の式によって傾斜
補正値Δφ_A を演算する。

【０１３４】

【数１２】ｔａｎΔφ_A ＝ｔａｎη・ｃｏｓξ・ｓｉｎ
θ／ｃｏｓ（θ＋ξ）

【０１３５】次にアンテナ仰角演算部８１の動作を説明
する。本例のアンテナ仰角演算部８１はξ演算部９１よ
り供給された航行体の回転角度信号ξと仰角発信器３４
より供給されたアンテナ１４の仰角軸線Ｙ−Ｙ周りの回
転角度信号θとを入力してアンテナ１４の仰角θ_A を演
算する。アンテナ仰角演算部８１は次の式によってアン
テナ１４の仰角θ_A を演算するように構成されている。

【０１３６】

【数１３】θ_A ＝θ＋ξ

【０１３７】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。

【０１３８】

【発明の効果】本発明によれば、２軸制御ループに重畳
してステップトラック方式の制御システムが設けられて
おり、ステップトラック制御は２軸制御ループにより生
成された指向誤差を修正し又は２軸制御ループを補完す
るから、アンテナ１４を常に衛星方向に指向させること
ができる利点がある。

【０１３９】本発明によれば、２軸制御ループに重畳し
てステップトラック方式の制御システムが設けられたア
ンテナ指向装置において、ジャイロドリフト演算部８４
が設けられており、斯かるジャイロドリフト演算部８４
はステップトラック制御を使用してジャイロのドリフト
に起因する誤差を補正するから、アンテナ１４を正確に
衛星方向に指向させることができる利点がある。

【０１４０】本発明によれば、ジャイロドリフト演算部
８４はステップトラック制御を使用して得られたジャイ
ロドリフト補正値をホールドするホールド器８４−６、
８４−７を有しており、ホールド器８４−６、８４−７
によってホールドされたジャイロドリフト補正値は、航
行体がトンネル内も建物近くを航行するとき電波が途切
れてステップトラック制御が不能となる場合に、推定値
として出力されるから、ジャイロドリフトに起因するア
ンテナの指向誤差が発生することはない利点がある。

【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】座標変換器の動作を説明する説明図である。

【図３】ジャイロドリフト演算器の構成を示す図であ
る。

【図４】ξ演算部及びη演算部の構成例を示す図であ
る。

【図５】従来のアンテナ指向装置の例を示す図である。

【図６】アンテナ仰角演算部の動作を説明する説明図で
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 水平軸 ２１ 水平ジンバル ２２ 水平歯車 ２３ 水平サーボモータ ２３−１ ピニオン ２６ 増幅器 ２７ 積分器 ２８ 減衰器 ２９ 加算器 ３０、３０−１、３０−２ 仰角軸 ３１ 取り付け金具、取り付け部材 ３１−１、３１−２ 支持部材 ３２ 仰角歯車 ３３ 仰角サーボモータ ３３−１ ピニオン ３４ 仰角発信器 ３６ 増幅器 ３７ 積分器 ３８ 減衰器 ３９ 加算器 ４０ 方位軸 ４０Ａ、４０Ｂ 軸受け ４１ 方位ジンバル ４１−１ 支持軸部 ４１−２ Ｕ字形部 ４１Ａ、４１Ｂ 支持部材 ４２ 方位歯車 ４３ 方位サーボモータ ４４ 方位発信器 ４５ ｓｅｃθ ４６ 増幅器 ４７ 積分器 ４８ 減衰器 ４９ 加算器 ５６ Ｘジャイロ ５７ Ｙジャイロ ５８ Ｚジャイロ ６６ Ｘ加速度計 ６７ Ｙ加速度計 ６８ Ｚ加速度計 ７２、７３ 加算器 ８０ 傾斜補正演算部 ８１ アンテナ仰角演算部 ８２ 仰角軸線傾斜演算部 ８３ 座標変換器 ８４ ジャイロドリフト演算部 ９１ ξ演算部 ９２ η演算部 ９３ 傾斜補正演算部 Ｘ−Ｘ 水平軸線 Ｙ−Ｙ 仰角軸線 Ｚ−Ｚ 方位軸線 Ｘ_A −Ｘ_A アンテナ中心軸線 Ｚ_A −Ｚ_A アンテナ中心軸線と仰角軸線の双方に直交
する軸線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心軸線を有するアンテナと、該アンテ
   ナの中心軸線に直交する仰角軸線と該仰角軸線に直交す
   る方位軸線との２つの軸線を有し上記アンテナを上記２
   つの軸線周りに回転可能に支持する支持装置と、上記仰
   角軸線と上記方位軸線の両者に直交する入力軸線を有す
   るＸジャイロと、上記仰角軸線に平行な入力軸線を有す
   るＹジャイロと、上記方位軸線に平行な入力軸線を有す
   るＺジャイロと、水平面に対する上記仰角軸線の傾斜角
   を検出するＹ加速度計と、水平面に対する上記仰角軸線
   と上記方位軸線の両者に直交する水平軸線の傾斜角を検
   出するＸ加速度計と、航行体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、航行体に対する上記方位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方位発信器と、
   上記アンテナを上記仰角軸線周りに回転制御する仰角軸
   制御ループと上記アンテナを上記方位軸線周りに回転制
   御する方位軸制御ループと上記仰角軸制御ループ及び上
   記方位軸制御ループにステップトラック方式の制御を重
   畳するステップトラック制御ループとを含む制御装置
   と、を有し、該制御装置によって上記アンテナの中心軸
   線を衛星方向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Ｘジャイロより出力された上記水平軸線周りの上記
   アンテナの回転角速度と上記Ｙ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とより、水平面に
   対する上記仰角軸線の傾斜角ηを演算するη演算器と、 上記Ｙジャイロより出力された上記仰角軸線周りの上記
   アンテナの回転角速度と上記Ｘ加速度計より出力された
   水平面に対する上記水平軸線の傾斜角とより、水平面に
   対する上記水平軸線の傾斜角ξを演算するξ演算器と、 上記η演算器より出力された傾斜角η信号と上記ξ演算
   器より出力された傾斜角ξ信号と上記仰角発信器の出力
   信号とを入力して上記方位発信器の出力を補正するため
   の傾斜補正値を演算する傾斜補正値演算部と、 上記アンテナをステップトラック方式の制御によって衛
   星方向に指向させるためのステップトラック信号と上記
   Ｙジャイロ及びＺジャイロの出力信号を補正するための
   ドリフト補正信号とを生成するジャイロドリフト演算部
   と、 を有し、上記ドリフト補正信号は上記ステップトラック
   信号を使用して生成され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、 上記ジャイロドリフト演算部は上記ドリフト補正信号を
   保持するためのホールド器を有し、電波強度信号が遮断
   されたときに上記ホールド器に記憶されたドリフト補正
   信号を出力す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。
3. 【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、上記仰角発信器より出力された航行体に対す
   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
   信号と上記ξ演算器の出力信号とを入力してアンテナの
   仰角を演算するためのアンテナ仰角演算部を設け、該ア
   ンテナ仰角演算部によって求めたアンテナの仰角信号を
   上記仰角軸制御ループに供給す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。