JPH0758854B2 - アンテナ指向システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、方位角回りの回動制御のみをもってヘリコプ
タ等の移動体に装着した送信あるいは受信アンテナを相
手先に指向制御するアンテナ指向システムに関する。

（従来技術） 従来、ヘリコプタ等の飛行体に装着した送信アンテナを
地上局に機体運動のいかんに係わらず自動的に指向制御
するアンテナ指向システムとしては、例えば特公昭56−
30562号の方向自動制御方式を使用したものが知られて
いる。

この方向自動制御システムにあっては、ヘリコプタに送
信アンテナを機体座標の方位角回り及び俯仰角回りの２
軸回り回動自在に装着し、例えば地上局からの無線送信
により方位コマンドを受けてアンテナの設定方位角φｓ
の自動設定をおこない、また手動操作により設定俯仰角
αｓを設定し、この設定方位角φｓ及び設定俯仰角αｓ
で決まるアンテナ設定方向の基準ベクトルを方位ジャイ
ロで検出した機種方位角φ、垂直ジャイロで検出したピ
ッチ角θｐ及びロール角θｒにより機体座標における
（x,y,z）成分に座標変換し、更にアンテナ方位角φａ
とアンテナ俯仰角θａを計算で求めて方位角回り及び俯
仰角回りにアンテナを回動制御し、機体運動のいかんに
係わらず常にアンテナを設定した地上局の方向に指向制
御できるようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来のアンテナ指向システム
にあっては、アンテナ指向制御の精度が高い点では優れ
るが、レゾルバ等による複雑な座標変換を必要とし、ま
たアンテナを方位及び俯仰の２軸回りに回動することか
らアンテナ駆動機構が複雑となり、システムのコストも
かさむという問題が残されていた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、送信アンテナ又は受信アンテナの指向性にある程
度の幅がある点に着目して簡単な指向制御の演算とアン
テナ駆動機構により充分な指向性能が得られ且つコスト
的にも安価な簡易システムとしてのアンテナ指向システ
ムを提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明にあっては、例えばヘリ
コプタ等の飛行体を例にとると、飛行体に異なる俯仰角
をもって且つ方位角回りに一体に回動自在に複数の送信
アンテナを設置し、指向相手先となる地上局との間の俯
仰角に応じて対応するいずれか１つのアンテナを切換選
択し、複数のアンテナを設定方位角に基づいて機体運動
のいかんに係わらず常に地上局に指向するように方位角
回りに一体に回動制御するようにしたものである。

この点は例えば地上局のアンテナを対象とした場合につ
いても全く同様である。

（作用） このような本発明の構成によれば、アンテナの俯仰角制
御は、複数のアンテナを異なる俯仰角で固定的に設置し
ていることから、アンテナ切換のみをもって指向方向と
なる俯仰角を与えることができ、俯仰角回りにアンテナ
回動を必要としないことから、アンテナ駆動機構を大幅
に簡略化できる。一方、方位角については、例えば地球
座標で設定したアンテナ方位角φｓと方向ジャイロで検
出した機首方位角φとから機首方位を基準としたアンテ
ナ方位角φａを求め、更に、複数のアンテナを異なる俯
仰角で設置していることから、アンテナ相互間で方位角
にオフセットがあるので切換選択したアンテナ固有のオ
フセット方位角Δφにより修正してアンテナを方位角回
りに回動制御することとなり、アンテナ方位角φａを求
めるための演算も極く簡単なもので済む。

（実施例） 第１図はヘリコプタ等の飛行体を対象とした本発明の一
実施例を示した説明図である。

まず構成を説明すると、１はアンテナユニットであり、
機体底部等に取り付けられたアンテナケース２内にこの
実施例にあっては３本の送信アンテナ3a,3b,3cを異なっ
たアンテナ俯仰角θａをもって固定的に装着しており、
機体座標における鉛直方向の俯仰角をθａ＝０°とする
と、送信アンテナ3aは俯仰角θａ＝０°をもって設置さ
れ、また送信アンテナ3bは俯仰角θａ＝20°に設置さ
れ、更に送信アンテナ3cは俯仰角θａ＝45°で設置され
ている。

第２図は第１図に示したアンテナユニット１における送
信アンテナ3a〜3cを取出して示したもので第２図（ａ）
に側面図を、同図（ｂ）に平面図を示す。

この第２図から明らかなように、異なる俯仰角θａ＝０
°,20°及び45°となるように設置された送信アンテナ3
a〜3cは、その平面図に示すように、例えば機首方向に
対し中央の送信アンテナ3aに対し前後に並べて他の送信
アンテナ3b及び3cを設置しており、中央の送信アンテナ
3aについては機体の鉛直方向に向いていることから方位
角回りの制御は不要であるが、前後に設けた3b及び3cに
ついては方位角回りの指向制御を必要とし、送信アンテ
ナの方位角回りの指向制御は機首方位を基準方位として
行なうことから、送信アンテナ3bと3cの設置状態により
機首方向に対し図示のように送信アンテナ3bはオフセッ
ト方位角Δφ２をもち、また送信アンテナ3cはオフセッ
ト方位角Δφ３をもつようになる。

再び第１図を参照するに、異なる俯仰角をもって３つの
送信アンテナ3a〜3cを設置したアンテナケース２はモー
タ４により方位角回りに回動制御できるように装着され
ている。

次に、モータ４の駆動によるアンテナユニット１の方位
角制御を説明すると、この方位角制御系はフラックスバ
ルブとして知られた磁気方位発信器５、方向ジャイロ
６、方位角設定指示器７、オフセット方位角修正用のシ
ンクロ制御変圧機8,9、サーボアンプ10で構成される。

即ち、方向ジャイロ６により磁気方位発信器５から与え
られる地磁気の方向に基づいて地磁気方向に対する機首
方位φを検出している方位角設定指示器７は、ノブ7aに
より地磁気の方向を基準としたアンテナ指向方向を決め
る方位角φｓを設定することができ、この設定方位角φ
ｓの設定を受けた方位角設定指示器７は方向ジャイロ６
から与えられる機首方位角φとに基づいて機体座標にお
けるアンテナ方位、例えば機首方位に対するアンテナ方
位角φａを出力する。

この磁気方位発信器５、方向ジャイロ６及び方位角設定
指示器７によるアンテナ方位角θａの演算原理を第３図
を参照して説明する。

第３図は地磁気方向Ｎを基準とした地球座標を、機体12
のアンテナ設置位置を原点０として示した平面座標図で
あり、機体12のアンテナ位置０に対し図示の位置に送信
先となる地上局の受信アンテナ13が位置していたとする
と、方向ジャイロ６は地磁気方向Ｎに対する機首方位角
φを検出する。また、方位角設定指示器７は設定ノブ7a
の操作で地磁気方向Ｎに対する設定方位角φｓを与え
る。従って、機首方位を基準とした機体座標におけるア
ンテナ方位角φａは、 φａ＝φｓ−φ ・・・（１） で与えられる。この第（１）式の演算を実現する方位角
設定指示器７としては、例えばシンクロ制御変圧機を使
用することができる。

再び第１図を参照するに、方位角設定指示器７で求めら
れたアンテナ方位角φａはオフセット方位角修正用のシ
ンクロ制御変圧機8,9に入力される。シンクロ制御変圧
機8,9の出力は切替スイッチ14の切替端子b,cに接続され
ており、この切替スイッチ14は更に切替端子ａを有す
る。一方、アンテナケース２内には切替スイッチ15が設
けられており、異なる俯仰角をもって設置した３つの送
信アンテナ3a〜3cを切替端子a,b,cに接続しており、切
替スイッチ15は切替スイッチ14に連動して切替えられ
る。

即ち、鉛直方向に指向した俯仰角θａ＝０°の送信アン
テナ3aを選択した際には、切替スイッチ14,15は切替位
置ａに閉じ、俯仰角θａ＝０°となる送信アンテナ3aは
第２図（ｂ）に示したように鉛直方向に指向しているこ
とから方位角制御は不要であり、そのため切替スイッチ
14の切替端子ａは接地接続されて方位角制御を停止する
ようにしている。

一方、俯仰角θａ＝20°とした送信アンテナ3bについて
は、第２図（ｂ）に示すように、機首方位に対し右回り
をプラスとすると、−Δφ２のオフセット方位角をもっ
ており、このため切替スイッチ14,15を切替位置ｂに閉
じたとき、切替スイッチ15で送信アンテナ3bを切替選択
すると共に、切替スイッチ14でシンクロ制御変圧機８の
出力を選択することとなり、このためシンクロ制御変圧
機８には送信アンテナ3bのオフセット方位角−Δφ２が
予めセットされており、シンクロ制御変圧機８からは、 φａ＝（φｓ−φ）−Δφ２ ・・・（２） としてオフセット量が修正されたアンテナ方位角φａが
出力される。

また、俯仰角φａ＝45°をもつ送信アンテナ3cに対応し
たシンクロ制御変圧機９には、送信アンテナ3cのオフセ
ット方位角Δφ３（第２図（ｂ）参照）が固定的に設定
されており、このためシンクロ制御発信器９は、 φａ＝（φｓ−φ）＋Δφ３ ・・・（３） となるオフセット量が修正されたアンテナ方位角φａを
出力するようになる。

更に、アンテナケース２内に設けた切替スイッチ15の切
替接点側には送信器18の出力が接続されており、ヘリコ
プタに搭載したテレビカメラで捕えたテレビ信号を供給
して選択した送信アンテナ3a〜3cのいずれか１つから地
上局に送信するようにしている。

次に、第１図の実施例の作用を説明する。

第４図は所定の飛行高度における３つの送信アンテナ3a
〜3cの送信範囲を示した説明図であり、送信アンテナ3a
〜3cの持つ指向特性により、例えば俯仰角θａ＝０°の
送信アンテナ3aについては送信エリアA1が、俯仰角θａ
＝20°の送信アンテナ3bについては送信エリアA2が、更
に俯仰角θａ＝45°の送信アンテナ3cについては送信エ
リアA3が定まっており、このような飛行高度とアンテナ
俯仰角θａに基づく送信エリアA1〜A3から飛行中におけ
る地上局までの距離を割り出し、例えば地上局が距離L1
内のときには切替スイッチ14,15を切替位置ａに閉じて
送信アンテナ3aを選択し、地上局が距離L1からL2にある
ときには切替スイッチ14,15を切替位置ｂに閉じて送信
アンテナ3bを選択し、更に距離L2を超えたときには切替
スイッチ14,15を切替位置ｃに閉じて送信アンテナ3cを
選択し、この切替スイッチ15によるアンテナ切替えで俯
仰角を決める。

一方、切替スイッチ15に連動して切替スイッチ14が切換
わることから、例えば図示のように切替スイッチ15を切
替位置ｃに切替えて俯仰角θａ＝45°の送信アンテナ3c
を選択したときには、切替スイッチ14も切替位置ｃに切
替わってシンクロ制御変圧機９の出力を選択するように
なり、シンクロ制御変圧機９からは前記第（３）式に示
したように方向ジャイロ６で検出した機首方位角φと設
定ノブ7aで設定した設定方位角φａ、更にオフセット方
位角Δφ３に基づいたアンテナ方位角φａがサーボアン
プ10に与えられ、サーボアンプ10の出力に基づいたモー
タ４の駆動でアンテナケース２を回動して選択した送信
アンテナ3cを設定した地上局に指向制御するようにな
る。モータ４による方位軸回りの動きはシンクロ制御変
圧機９に機械的に帰還されていることから、前記第
（３）式で与えられるアンテナ方位角φａを保つフィー
ドバック制御が行なわれ、機首方位の如何に係わらず常
に設定した地上局の方向にアンテナを指向させることが
できる。

このような指向制御は他の送信アンテナ3bを選択した場
合も同様であり、更に俯仰角φａ＝０°となる方位角制
御が不要な送信アンテナ3aを選択したときには方位角制
御は停止される。

尚、機体のローリング及びピッチングに対しては指向制
御が行なわれないが、テレビ中継の際には通常激しい機
体運動を行なわず安定した姿勢を保ったままテレビ中継
を行なうことから、機体のローリングやピッチングは略
無視してもよく、また多少のローリングやピッチングを
起こしても送信アンテナの指向特性の範囲で充分にカバ
ーすることができる。

更に、上記の実施例はヘリコプタに設置する送信アンテ
ナを対象とした実施例を例にとるものであったが、ヘリ
コプタに設置する受信アンテナについても第１図の実施
例の送信機16を受信機に変えるだけでよい。この他の地
上局についても第１図の実施例と同様、アンテナユニッ
ト１を上向きに設置して送信先となるヘリコプタの飛行
位置に応じた俯仰角に基づいて３つの送信アンテナ3a〜
3cを切替え、且つ飛行位置の方向にアンテナ方位角を指
向制御させるようにすればよい。

この地上局を対象とした設備では地磁気の方向が固定的
に決まっていることから、第１図の実施例における磁気
方位発信器５及び方向ジャイロ６は不要となる。

但し、地上局であっても移動中継車のような移動局につ
いては、第１図の実施例と同様、中継場所により基準と
なる地磁気方向が異なることから、磁気方位発信器５及
び方向ジャイロ６を備えた装置構成とする。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、送信アンテナ
の俯仰角制御については複数の送信アンテナを俯仰角が
異なるように固定的に設置して送受信の相手先の位置に
応じたアンテナ切替えとしていることから、アンテナ駆
動機構は方位角回りとなる一軸制御で済み、これによっ
てアンテナ駆動機構を大幅に簡略化でき、特にヘリコプ
タ等の飛行体に搭載したときの機体下部に吊り下げるア
ンテナユニットを小型軽量化することができる。

また、方位角制御の演算機構は磁気方位発信器、方向ジ
ャイロ、方位角設定指示器、更に俯仰角の異なる複数の
送信アンテナの設置状態で定まるオフセット方位角を修
正するためのシンクロ制御変圧機という簡単な構成で済
み、演算機構も簡単であることからシステム全体として
の装置構成が大幅に簡略化され、且つシステムコストも
大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した説明図、第２図は第
１図のアンテナを取出して示した説明図、第３図はアン
テナ方位角を得るための平面座標系を示した説明図、第
４図はアンテナ切替に対する受信エリアを示した説明図
である。 1:アンテナユニット 2:アンテナケース 3a〜3c:送信アンテナ 4:モータ 5:磁気方位発信器 6:方向ジャイロ 7:方位角設定指示器 8,9:シンクロ制御変圧機 10:サーボアンプ 12:機体 13:受信アンテナ（地上局） 14,15:切替スイッチ 16:送信機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地上局の受信あるいは送信アンテナに向け
   てヘリコプタ等の移動体に装着した指向性アンテナを指
   向制御してテレビ信号等を送信あるいは受信するアンテ
   ナ指向システムに於いて、 前記移動体に異なる俯仰角をもって且つ方位角回りに一
   体に回動自在に設置された複数の送信又は受信アンテナ
   と、 該複数の送信又は受信アンテナのいずれか１つを受信又
   は送信先の俯仰角に応じて切換選択するアンテナ切換手
   段と、 前記複数の送信又は受信アンテナを受信又は送信先に応
   じた設定方位角に基づいて方位角回りに一体で回動制御
   する方位角制御手段とを備えたことを特徴とするアンテ
   ナ指向システム。
2. 【請求項２】前記俯仰角の異なる複数の送信あるいは受
   信アンテナを移動体に装着したときの前記方位角制御手
   段として、 地球座標の基準方位に対する機首方位角を検出する方向
   ジャイロと、 地球座標の基準方位に対する地上局の方位角を設定する
   方位角設定手段と、 前記機首方位角と設定方位角に基づいて機体座標の基準
   方位に対するアンテナ方位角を演算するアンテナ方位角
   演算手段と、 該アンテナ方位角を前記複数の送信あるいは受信アンテ
   ナの設置状態で定まるオフセット方位角により修正する
   修正手段と、 該修正手段から得られたアンテナ方位角に基づいて前記
   複数の送信あるいは受信アンテナを方位角回りに一体で
   回動制御する手段とを備えたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のアンテナ指向システム。