JPH0770899B2 - 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、姿勢の変化する航空機等に搭載された
指向性アンテナを地上局等の所定の方向の指向制御する
ようにしたアンテナ指向システムに関する。

（従来技術） 従来、この種のアンテナ指向システムとしては、特公昭
56−30562号に開示された方向自動制御方式を採用した
システムが知られている。

この従来システムにおけるアンテナの方位制御にあって
は、例えば地上局からの無線送信により地球座標におけ
るコマンド方位（Ψｃ）を受け、コマンド方位（Ψｃ）
で決まるアンテナ指向方位の基準ベクトルを地磁気方位
検出器と方位ジャイロで検出した機首方位角（Ψｍ）、
垂直ジャイロで検出したピッチ角（θｐ）及びロール角
（θｒ）に基づいて機体座標における（X,Y,Z）成分に
座標変換し、変換した（X,Y,Z）成分から機体座標にお
けるアンテナ方位角（Ψａ）を計算により求めてアンテ
ナを方位角回りに制御し、機体運動のいかんに係わらず
常にアンテナをコマンド方位（Ψｃ）に基づく地上局の
方向に指向させるようにしている。

（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
におけるアンテナの方位制御にあっては、方位ジャイロ
と垂直ジャイロの２台のジャイロを必要としており、ま
た方位ジャイロ及び垂直ジャイロから検出された機首方
位角、ロール角及びピッチ角からアンテナ指向ベクトル
の（X,Y,Z）成分を得るための複雑な座標変換が必要で
あり、装置構成が複雑化してコスト的にも高価になると
いう問題があった。

（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、方位ジャイロ及び垂直ジュイロを必要とせずにコ
マンド方位と機首方位に基づく１台のジャイロ指向方位
の制御をもってアンテナ方位の指向制御が簡単にできる
ようにした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、地上局から
のコマンド方位（Ψｃ）と地磁気方位検出器に基づく機
首方位（Ψｍ）とによりジャイロのスレービングトルカ
を （Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）＝０ となるように制御することでジャイロ指向方位（Ψｇ）
をコマンド方位（Ψｃ）となるように指向制御し、この
ジャイロ指向方位（Ψｇ）に対してアンテナ方位（Ψ
ａ）を指向させるようにしたものである。

（作用） このような本発明の構成によれば、コマンドデコーダか
ら得られるコマンド方位（Ψｃ）と地磁気方位検出器の
検出方位に基づく機首方位（Ψｍ）とによってジャイロ
のスレービングトルカが K1・（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）＝０ 即ち、（Ψｃ−Ψｍ）＝Ψｇを保つように制御されてジ
ャイロ回転軸の方向、即ちジャイロ指向方位（Ψｇ）が
コマンド方位（Ψｃ）を指向するように制御されること
となり、このジャイロ指向方位（Ψｇ）をシンクロ等で
検出してアンテナ方位（Ψａ）をサーボ制御することで
ジャイロ指向方位に指向させるアンテナ方位の制御を行
なうことができ、従来の方位ジャイロ及び垂直ジャイロ
は不要となり、ジャイロ指向方位をコマンド方位に指向
制御する１台のジャイロのみで済ますことができ、更に
座標変換を行なわずにコマンド方位（Ψｃ）、機首方位
（Ψｍ）及びジャイロ方位（Ψｇ）の角度成分のみによ
るスレービングトルカの制御で良いことから装置構成も
大幅に簡略化することができる。

（実施例） 第１図は本発明の基本構成を示したブロック図である。

まず構成を説明すると、１はコマンド方位設定手段であ
り、例えば地上局から無線で送られたコマンド方位信号
を解読してコマンド方位（Ψｃ）を出力する。このコマ
ンド方位（Ψｃ）は地球水平座標においてアンテナを搭
載した航空機から地上局を見た磁北を基準とした方位角
として設定される。

２は機首方位検出手段であり、地球座標における磁北を
基準とした機首方位（Ψｍ）を検出して出力する。

このコマンド方位（Ψｃ）及び機首方位（Ψｍ）は第２
図の地球水平座標に示すように、磁北を基準とした機首
方位（Ψｍ）及びコマンド方位（Ψｃ）として与えられ
る。

再び第１図を参照するに、３は制御演算部であり、コマ
ンド方位設定手段１からのコマンド方位（Ψｃ）と機首
方位検出手段２からの機首方位（Ψｍ）に基づいて（Ψ
ｃ−Ψｍ）を作り出し、更にジャイロ４におけるジャイ
ロ指向方位（Ψｇ）から（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）を作り出
し、ジャイロ４のスレービングトルカに対し（Ψｃ−Ψ
ｍ−Ψｇ）＝０、即ちΨｃ−Ψｍ＝Ψｇとなるようにジ
ャイロ指向方位（Ψｇ）をスレービングトルカにより制
御する。

制御演算部３によるスレービングトルカの制御でΨｃ−
Ψｍ＝Ψｇとなるように制御されたジャイロ指向方位
（Ψｇ）は、アンテナ方位角制御手段５に与えられ、指
向性アンテナ６のアンテナ方位角（Ψａ）をジャイロ４
におけるジャイロ指向方位（Ψｇ）となるように制御す
る。

即ち、第２図に示すように、ジャイロ指向方位（Ψｇ）
及びアンテナ指向方位（Ψａ）は、機首方位を基準とし
た方位角回りの角度であり、ジャイロ指向方位（Ψｇ）
は機首方位（Ψｍ）を基準としたコマンド方位（Ψｃ−
Ψｍ）となるように制御され、このジャイロ指向方位
（Ψｇ）に追従してアンテナ指向方位（Ψａ）が制御さ
れ、その結果、ジャイロ指向方位（Ψｇ）及びアンテナ
指向方位（Ψａ）のそれぞれは磁北を基準としたコマン
ド方位（Ψｃ）を常に指向するように制御されようにな
る。

再び第１図を参照すると、指向性アンテナ６に対しては
俯仰設定手段７と、アンテナ俯仰制御手段８が別途設け
られており、俯仰設定手段７の例えば手動設定によりコ
マンド俯仰（θｃ）を設定することでアンテナ俯仰制御
手段８は指向性アンテナ６のアンテナ俯仰角（θａ）を
コマンド俯仰（θｃ）となるように制御する。

第３図は本発明の具体的な一実施例を示したシステムブ
ロック図である。

第３図において、10は地上局からのコマンドデータを受
信する受信アンテナであり、受信アンテナ10で受信され
たコマンドデータは受信機11で受信再生され、コマンド
デコーダ12に与えられる。コマンドデコーダ12は受信し
たコマンド方位（Ψｃ）を内蔵したディジタルルーシン
クロ変換器により正弦成分（AsinΨｃ）と余弦成分（Ac
osΨｃ）として出力する。

一方、13はフラックスバルブを用いた磁気方位検出器で
あり、磁気方位検出器13からの信号はカレントサーボ14
を通ることで機首方位角（Ψｍ）の正弦成分（MsinΨ
ｍ）と余弦成分（McosΨｍ）として出力される。

15,16,17,18は掛算器であり、更に19,20は加算器であ
る。

即ち、コマンドデコーダ12からの（AsinΨｃ），（Acos
Ψｃ）と、カレントサーボ14からの（MsinΨｍ），（Mc
osΨｍ）か掛算器15〜18、加算器19,20を通ることで、
加算器19からはAMcos（Ψｃ−Ψｍ）、また加算器20か
らはAMsin（Ψｃ−Ψｍ）が得られる。

即ち、掛算器15と18及び加算器19によって、 AMcos（Ψｃ−Ψｍ）＝ AcosΨｃ×McosΨｍ＋AsinΨｃ×MsinΨｍ の演算が行なわれる。ここで、前式の右辺第１項は掛算
器18の出力となり、また右辺第２項は掛算器15の出力と
なる。

また、掛算器16と17及び加算器20によって、 AMsin（Ψｃ−Ψｍ）＝ AsinΨｃ×McosΨｍ−AcosΨｃ×MsinΨｍ の演算が行なわれる。ここで、前式右辺の第１項は掛算
器16の出力となり、また右辺第２項は掛算器17の出力と
なる。

加算器19及び20の出力はジャイロ４に設けたレゾルバ21
に与えられる。

ジャイロ４において、レゾルバ21と同軸にはシンクロ発
信器22、及びレベリングトルカ23が設けられる。レベリ
ングトルカ23の出力軸はジャイロの垂直環24に接続さ
れ、一方、ジャイロの水平環25にはスレービングトルカ
26が接続され、更に水平環25には俯仰センサ27とロール
角（俯仰角）θｇの検出するピック・オフ28が設けられ
ている。

ジャイロ４におけるスレービングトルカ26の制御手段と
しては、デモジュレータ30,31、加算器32、掛算器33、
更に加算器34が設けられる。

ここで、最終的に加算器34から出力されるスレービング
トルカ26の制御出力は、 K1（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）＋K2ｃ となる。そこでスレービングトルカ制御出力K1（Ψｃ−
Ψｍ−Ψｇ）＋K2ｃへの変換を説明すると次のように
なる。

まず、コマンドデコーダ12の出力はレゾルバ21を作動す
るための搬送波信号であり、 Ａ＝Ａ′sinωｔ 但し、ω：角周波数、t:時間 となっているので、この搬送波信号から位相を含めて振
幅成分Ａ′を取出すためにデモジュレータ30が使用され
る。

一方、カレントサーボ14から得られる磁気方位検出器13
による機首方位成分（MsinΨｍ），（McosΨｍ）の振幅
Ｍは、地磁気の大きさにより変化するので、スレービン
グトルカ26に与える信号としてAMsin（Ψｃ−Ψｍ−Ψ
ｇ）のままではスレービングレート｛g/（Ψｃ−Ψｍ
−Ψｇ）｝が変動し、追従性能としては望ましくない。
そこで、これを補償するためにAMcos（Ψｃ−Ψｍ−Ψ
ｇ）を使用する。

即ち、ジャイロ４の指向方位Ψｇはコマンド方位Ψｃに
一致するように制御されるので、 Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ≒０ であり、従って、 AMcos（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）≒AM となり、これがデモジュレータ31により復調されて掛算
器33の一方の入力となる。この掛算器33はゲインの大き
い加算器32のフィードバックループに入っているので割
算機能を果している。

ここで、デモジュレータ30から加算器32に対する入力を
X1、加算器32の出力をX2、ゲインをα、更に、デモジュ
レータ31の出力をX3とすると、 X2＝α（X1−X2・X3） ＝（X1/X3）｛1/（１＋1/α）｝ ≒X1/X3 但し、α＞＞１ となる。ここで、 X1＝Ａ′Msin（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ） X3＝Ａ′Ｍ であることから、加算器32の出力XDは、 X2＝Ａ′Msin（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）/A′Ｍ ≒Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ として与えられる。従って、加算器32の出力X2の係数を
K1、加算器34に対する入力（ｃ）の係数をK2とすれ
ば、加算器34の出力には、 K1（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）＋K2ｃ が得られる。

尚、加算器32及び掛算器33の代わりに割算器を使用して
も同じ結果を得ることができるが、この実施例にあって
は部品の種類を減らすために加算器32と掛算器33を使用
している。

次に、加算器34に対する微分成分（ｃ）について説明
する。

まず、コマンドデコーダ12の出力（AsinΨｃ），（Acos
Ψｃ）はデモジュレータ35により復調され、コマンドデ
コーダ12からの搬送波信号Ａ＝Ａ′sinωｔ（但し、
ω：角周波数、t:時間）の位相を含めた振幅成分Ａ′を
（Ａ′sinΨｃ），（Ａ′cosΨｃ）として取出す。デモ
ジュレータ35に続いてはオペアンプ36,37,コンデンサC
1,C2、帰還抵抗R1,R2で成る微分回路が設けられ、オペ
アンプ36による微分出力は、 となり、またオペアンプ37による微分出力は、 となる。

このようにオペアンプ36,37からの微分出力はそれぞれ
掛算器38,39を通り、更に加算器40に加えられ、従って
加算器40の出力は、 となる。

ここで、前式における振幅成分Ａ′はコマンドデコーダ
12からの搬送波の振幅に対応した定数として取扱うこと
ができるので、加算器40の出力には、 に比例した信号が得られ、これが加算器34で加え合わさ
れてスレービングトカ26の制御成分となる。

このように加算器40からの微分成分Ψｃに基づく制御成
分（K2ｃ）は、コマンド方位（Ψｃ）の変化速度が大
きいときにジャイロ指向方位（Ψｇ）のコマンド方位
（Ψｃ）に対する追従性能を改善するための制御成分と
なる。

従って、コマンド方位（Ψｃ）の変化速度が少ない場合
には、加算器34による微分成分（K2ｃ）は不要とな
り、加算器32から出力されるK1（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）の
みをもってスレービングトルカ26を制御するようにして
もよい。

このようなジャイロ４におけるスレービングトルカ26に
よるジャイロ指向方位（Ψｇ）のコマンド方位（Ψｃ）
への制御により、ジャイロ４におけるシンクロ発信器22
はジャイロ指向方位（Ψｇ）を発信することとなり、シ
ンクロ発信器22からの発信信号は指向性アンテナ６の方
位軸に設けているシンクロ制御変圧器42に与えられ、サ
ーボアンプ43によるトルカ44の制御によりアンテナ方位
角（Ψａ）をジャイロ４のジャイロ方位角（Ψｇ）に追
従するように制御する。

一方、俯仰設定器7aで例えば手動設定したコマンド俯仰
角（θｃ）は加算器45に与えられ、加算器45には俯仰セ
ンサ27で検出したジャイロ４の俯仰角θｇが入力されて
おり、加算器45はコマンド俯仰角（θｃ）と検出俯仰角
（θｇ）との偏差を零にするようにレベリングトルカ23
を制御する。

このため、ジャイロ４の指向方向は俯仰設定器7aによる
コマンド俯仰角（θｃ）に制御され、ジャイロ４の俯仰
角（θｇ）はピック・オフ28で検出されて加算器46に与
えられ、指向性アンテナ６の俯仰軸に設けたピック・オ
フ47によるアンテナ俯仰角（θａ）との偏差を零に保つ
ようにトルカ48を制御する。このためアンテナ俯仰角
（θａ）についても俯仰設定器7aのコマンド俯仰角（θ
ｃ）に基づくジャイロ４の俯仰角（θｇ）に追従するよ
うに制御される。

第４図は本発明の他の具体的な実施例を示したシステム
ブロック図であり、この実施例はジャイロのスレービン
グトルカ及びレベリングトルカの制御をディジタル演算
処理により行なうようにしたことを特徴とする。

第４図において、コマンドデータ12からのデジタルコマ
ンド方位（Ψｃ）はデジタルI/Oを介してCPU52に与えら
れ、また磁気方位検出器13の出力はカレントサーボ14で
正弦成分（sinΨｍ）及び余弦成分（cosΨｍ）に変換さ
れた後、A/Dコンバータ54を介してCPU52に与えられる。

また、ジャイロ４におけるジャイロ指向方位（Ψｇ）は
デモジュレータ56で正弦成分（sinΨｇ）及び余弦成分
（cosΨｇ）に変換された後、A/Dコンバータ54に与えら
れる。

更に、ジャイロ４における俯仰角（θｇ）はデモジュレ
ータ58を介してA/Dコンバータ54に与えられ、デモジュ
レータ58に対してはジャイロモニタやΨaSYNC,が与えら
れている。

CPU52はバスライン60を介してデジタルI/O50、A/Dコン
バータ54、メモリ62、更にD/Aコンバータ64に接続さ
れ、コマンドデコーダ12からのコマンド方位（Ψｃ）及
び磁気方位検出器13からの機首方位（Ψｍ）、更にジャ
イロ４におけるシンクロ発信器22からのジャイロ指向方
位（Ψｇ）に基づいて第３図のアナログシステムにおけ
ると同様、スレービングトルカ26の制御出力 K1（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）＋K2ｃ を演算してD/Aコンバータ64でアナログ信号に変換した
後、スレービングトルカ26に出力する。

また、CPU52は俯仰設定器7aからのコマンド俯仰角（θ
ｃ）と俯仰センサ27で検出されたジャイロ４の俯仰角
（θｇ）とに基づく俯仰角の制御出力をD/Aコンバータ6
4を介してレベリングトルカ24に与えられている。

ここで、ジャイロ４はレゾルバ21を備えておらず、レゾ
ルバ21の演算機能はCPU52の演算処理により行なわれ
る。

尚、ジャイロ４に追従する指向性アンテナ６の方位及び
俯仰制御部は第３図の実施例と同じになる。

更に、バスライン60の終端には終端器66が設けられてい
る。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、地上局からの
コマンド方位（Ψｃ）と地磁気方位検出器に基づく機首
方位（Ψｍ）とにより、ジャイロのスレービングトルカ
を（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）＝０となるように制御すること
で、ジャイロ指向方位（Ψｇ）をコマンド方位（Ψｃ）
となるように指向制御し、このジャイロ指向方位（Ψ
ｇ）に対してアンテナ方位（Ψａ）を指向させるように
したため、従来のアンテナ方位の制御における方位ジャ
イロ及び垂直ジャイロが不要となり、ジャイロ指向方位
をコマンド方位に指向制御する１台のジャイロのみで済
ますことができ、更に座標変換を行なわずにコマンド方
位、機首方位及びジャイロ方位の角度成分のみによるス
レービングトルカの制御で良いことから、装置構成も大
幅に簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示したブロック図、第２図
は本発明における機種方位、コマンド方位、ジャイロ指
向方位、アンテナ方位の関係を示した平面座標図、第３
図は本発明の具体的な一実施例を示したシステムブロッ
ク図、第４図は本発明の他の具体的な実施例を示したシ
ステムブロック図である。 1:コマンド方位設定手段 2:機種方位検出手段 3:制御演算手段 4:ジャイロ 5:アンテナ方位制御手段 7:俯仰設定手段 7a:俯仰設定器 8:アンテナ俯仰制御手段 10:受信アンテナ 11:受信機 12:コマンドデコーダ 13:磁気方位検出器 14:カレントサーボ 15〜18,33,38,39:掛算器 19,20,32,34,36,37,40:加算器 21:制御変圧器 22:シンクロ発信器 23:レベリングトルカ 24:水平環 25:垂直環 26:スレービングトルカ 27:俯仰センサ 28,47:ピック・オフ 30,31,35,56,58:デモジュレータ 42:シンクロ制御変圧器 43,46:サーボアンプ 44,48:トルカ 50:ディジタルI/O 52:CPU 52:A/Dコンバータ 60:バスライン 64:D/Aコンバータ 66:終端器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】方位、姿勢の変化する航空機等に搭載され
   た指向性アンテナを地上局の方向に指向制御するアンテ
   ナ指向システムに於いて、 地球座標における機首方位（Ψｍ）を検出する機首方位
   検出手段と、 地球座標における前記アンテナのコマンド方位（Ψｃ）
   を設定するコマンド方位設定手段と、 前記機首方位（Ψｍ）及びコマンド方位（Ψｃ）と、機
   首方位を基準とするジャイロ指向方位（Ψｇ）が （Ψｃ−Ψｍ）＝（Ψｇ） となるようにジャイロのスレービングトルカを制御する
   ことによりジャイロ指向方位（Ψｇ）をコマンド方位
   （Ψｃ）に対して指向させるジャイロ方位制御手段と、 該ジャイロ方位制御手段により指向されたジャイロ指向
   方位（Ψｇ）に対して機首方位を基準とする前記指向ア
   ンテナの指向方位（Ψａ）を指向させるアンテナ方位制
   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】前記ジャイロ方位制御手段は、ジャイロの
   スレービングトルカを K1・（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）＋K2・ｃ＝０ 但し、K1は（Ψｃ−Ψｍ−Ψｇ）に対するゲイン、 K2はコマンド方位（Ψｃ）に対するゲイン となるようにジャイロのスレービングトルカを制御する
   ことによりジャイロ指向方位（Ψｇ）をコマンド方位
   （Ψｃ）に対して指向させる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。