JPH08195614A - 追尾型アレイアンテナ装置 - Google Patents

追尾型アレイアンテナ装置

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JPH08195614A
JPH08195614A JP7260273A JP26027395A JPH08195614A JP H08195614 A JPH08195614 A JP H08195614A JP 7260273 A JP7260273 A JP 7260273A JP 26027395 A JP26027395 A JP 26027395A JP H08195614 A JPH08195614 A JP H08195614A
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JP
Japan
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axis
signal
array antenna
tracking
angle
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JP7260273A
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English (en)
Inventor
Koichi Eguchi
光一 江口
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Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
Japan Radio Co Ltd
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Publication date
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    • G01S3/28—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived simultaneously from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/02—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
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    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジャイロコンパスなしで追尾制御及び動揺補
償を実現する。 【解決手段】 目標からの信号を正常に受信できる状態
では、移動体傾斜検出用の仮想ＸＥＬ軸１００回りで移
動体が傾斜しているか否かに応じてＡＺ軸１４及び電子
ＸＥＬ軸１０の制御を切り換える。傾斜していない場合
には電子ＸＥＬ軸１０回りでビームスイッチ（ＢＳＷ）
を実行しその結果を使用してＡＺ軸１４回りのビームス
イッチ追尾（ＢＳＴ）に角速度帰還（ＡＲＦＢ）を付加
した制御を実行する。傾斜している場合にはＡＺ軸１４
回りでゼロレート制御（ＺＲＣ）を、電子ＸＥＬ軸１０
回りでＢＳＴを実行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、船舶等の移動体へ
の搭載に適し、目標を追尾する機能を備えた追尾型アレ
イアンテナ装置に関する。本発明は、INMARSAT（Intern
ational MaritimeSatellite Organization ）により運
用されている海事衛星通信システム、特にその船舶地球
局に適用できる。但し、本発明は、INMARSAT船舶地球局
に限定されるものではない。また、本発明の装置が搭載
される移動体は、船舶に限定されない。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】動揺補
償追尾型アンテナ装置は、その装置が搭載される移動体
の動揺の影響を補償しながら追尾目標（例えば衛星）を
追尾するアンテナ装置であり、例えばＩＮＭＡＲＳＡＴ
の船舶地球局で使用される。
【０００３】動揺補償追尾型アンテナ装置は、例えば、
図２１に示されるAZ-EL-XEL マウントにてパラボラアン
テナを支持した構成、すなわち方位軸（AZ軸）１４回り
に回転可能に仰角軸（EL軸）１２を支持し、EL軸１２回
りに回転可能に直交仰角軸（XEL 軸）１０を支持し、XE
L 軸１０回りに回転可能にパラボラアンテナを支持する
構成を有する。動揺補償追尾型アンテナ装置は、あるい
は、AZ-EL マウント、すなわちAZ-EL-XEL マウント中の
XEL 軸１０を廃止することにより得られるより簡素化さ
れたマウントにて、パラボラアンテナを支持した構成を
有する。
【０００４】動揺補償追尾型アンテナ装置は、あるい
は、AZ-EL-仮想XEL マウント、すなわちAZ軸１４及びEL
軸１２として機械的な軸を、XEL 軸１０として機械的な
実体のない軸（仮想軸）を、それぞれ用いたマウントに
て、アンテナを支持した構成を有する。仮想軸は、その
ビーム方向を可変移相器（PS）の電子制御により切り替
えるフェーズドアレイアンテナにより、電子軸として実
現できる。本願出願人により提案済みの動揺補償追尾型
アレイアンテナ装置は、仮想軸を電子軸により実現した
AZ-EL-仮想XEL マウント、すなわちAZ-EL-電子XEL マウ
ントを利用している（例えば特開平4-278703号及び特開
平4-315301号を参照）。AZ-EL-仮想XEL マウントは、AZ
-EL-XEL マウントよりも機構が簡素で、かつ、目標の仰
角が高くかつ動揺が大きいときでもAZ-EL マウントのよ
うに大きな追尾誤差を発生させることがない。本願出願
人により提案済みの動揺補償追尾型アレイアンテナ装置
は、いずれも、移動体から見た追尾目標（例えば衛星）
の相対方位を示す方位信号を、ジャイロコンパス等の外
部装置から入力し、入力した相対方位に応じてAZ軸１４
を駆動する構成を採用している。
【０００５】本発明の目的は外部から方位情報を入力す
ることなく動揺補償及び正確な目標追尾を実現すること
にあり、この目的はアレイアンテナの方位制御の改善よ
り達成される。本発明の他の目的は、マウントの機械的
構造を簡素に保ちまたジンバルロックを防止することに
ある。本発明のさらに他の目的は、目標からの信号がブ
ロッキング、シャドウイング等により途絶えている場合
にも、方位軸による追尾を継続可能にすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】本発明
は、移動体に搭載される追尾型アレイアンテナ装置であ
って、AZ-EL マウントにより機械的に支持されるアレイ
アンテナを備える。このアレイアンテナは、第１仮想XE
L 軸、すなわち機械的なEL軸と直交しかつ機械的な実体
のない軸（例えば電子軸）の回りで、アレイアンテナの
第１仮想XEL 軸回りにある複数のビーム位置のうちいず
れかに向くよう、そのビーム方向を切り替えることが可
能なアンテナである。本発明は、さらに、ビームスイッ
チ（BSW ）手段を備える。BSW 手段は、第１仮想XEL 軸
回りの複数のビーム位置から選択した少なくとも２個の
ビーム位置を交互に指向するよう、アレイアンテナのビ
ームを形成させる。BSW 手段は、このビームスイッチ動
作を実行しているときにアレイアンテナから得られる受
信信号から、ビーム方向の切換に同期して変化する第１
仮想軸回りでのアレイアンテナの追尾誤差に関する情
報、例えば受信レベル（又はその積分値等）の情報を取
り出し、取り出した情報に基づき追尾用信号を生成す
る。本発明は、さらに、第２仮想XEL 軸回り動揺角度検
出手段を備える。第２仮想XEL 軸回り動揺角度検出手段
は、第２仮想XEL 軸回りの、すなわち機械的なEL軸と直
交しかつ機械的な実体のない第２の仮想軸回りの、上記
移動体の動揺角度を直接又は間接検出し、これにより第
１動揺角度信号を生成する。
【０００７】本発明は、また、方位軸ビームスイッチ追
尾（AZBST ）手段を備える。AZBST手段は、少なくと
も、搭載に係る移動体（直接にはAZターンテーブル等）
が上記第１動揺角度信号からみて第２仮想XEL 軸につい
て実質的に傾斜していないと見なせるとき（すなわち第
２仮想XEL 軸の回りでの移動体の傾斜角度が実質的にゼ
ロであるときあるいはゼロを含む所定の範囲内に属して
いるとき）に動作し、動作しているときには、上記追尾
用信号に応じかつアレイアンテナの方位が目標の方位と
なるようアレイアンテナをAZ軸回りに回転させる。すな
わち、本発明は、移動体が第２仮想XEL 軸について傾斜
していないと見なせるときには原理的に移動体の動揺に
より生じる目標の見掛上の方位誤差が極めて小さくなる
ことを利用して、第２仮想軸回りに関して移動体が傾斜
していない場合に、BSW 手段から得られる追尾用信号に
基づき、かつ、BSW 手段及びAZBST 手段を用いて、ジン
バルロックを発生させることなく方位に関する追尾を実
行する。
【０００８】このように、本発明においては、マウント
が２本の機械軸と１本の仮想軸から構成されているか
ら、全ての軸を機械軸として構成するAZ-EL-XEL マウン
トに比べ、アンテナを駆動するための機構が簡素にな
る。これにより、軽量化が進み生産が容易になる。ま
た、本発明においては、外部から方位情報を入力するこ
と必要もない。本発明においては、さらに、アレイアン
テナによる目標からの受信信号を利用して追尾を実行し
ているため、目標を正確に追尾できる。なお、第１仮想
XEL 軸と第２仮想XEL 軸は同一の軸であってもよい。第
２仮想XEL 軸は、しかしながら、通常、AZ軸ターンテー
ブル等の上の水平面に採る。
【０００９】本発明の第２の構成は、第１の構成に加
え、第１動揺角度信号からみて第２仮想XEL 軸について
移動体が傾斜していると見なせるときに第２仮想XEL 軸
回りの移動体の動揺角度に基づき第１仮想XEL 軸回りの
ビームを形成させるXEL 軸制御手段を備える。第１及び
第２仮想XEL 軸は共にEL軸と直交しており、従って比較
的簡単な演算にて第２仮想XEL 軸回りの動揺角度を第１
仮想XEL 軸回りの制御角度に変換することができる。従
って、本構成においては、第２仮想XEL 軸について移動
体が傾斜していると見なせるときでも、より良好な信号
受信状態にて目標からの信号を受信できるよう、アレイ
アンテナにより目標を追尾させることができ、また動揺
補償を好適に実行できる。なお、第２仮想XEL 軸回りの
傾斜角を直接検出する代わりに、移動体に固定した２個
の傾斜検出器の出力（及びアンテナベアリング角）か
ら、後述の式（１０）及び（１１）を用いて、第２仮想
XEL 軸回りの傾斜角を求めることもできる。
【００１０】本発明の第３の構成は、第１の構成に加
え、第１動揺角度信号からみて第２仮想XEL 軸について
上記移動体が傾斜していると見なせる場合に動作する直
交仰角軸ビームスイッチ追尾（XELBST）手段を備える。
XELBST手段は、BSW 手段により選択される少なくとも２
個のビーム位置を、追尾用信号に応じて更新させる。こ
のような手段を設けることによって、本構成において
は、目標からの信号を、より良好な信号受信状態にて、
アレイアンテナにより受信させることができる。これに
より、第２仮想XEL 軸について上記移動体が傾斜してい
ると見なせるときでも、アレイアンテナにより目標を追
尾させることができる。
【００１１】本発明の第４の構成は、第１の構成に加
え、アレイアンテナの方位軸回りの回転角速度を表す角
速度信号を生成するAZ軸回り角速度検出手段と、第１動
揺角度信号からみて第２仮想XEL 軸について移動体が傾
斜していると見なせるときに、角速度信号と追尾用信号
とを結合させることにより得られる信号である修正追尾
用信号を、AZBST 手段に対し上記追尾用信号に代え供給
するAZ軸速度帰還制御（ARFB）手段を備える。このよう
に、本構成においては、AZ軸の制御系に関し、常時角速
度帰還が施される。従って、本構成においては、AZBST
手段非動作時にAZ軸に関しゼロレート制御（ZRC ）が実
行される。すなわち、アレイアンテナのAZ軸回りの回転
角速度が０に近付くよう、AZ軸が速度制御される。この
ようAZ軸に関しZRC を用いると、例えば、第２仮想XEL
軸について移動体が傾斜しており、アレイアンテナの仰
角が高く、かつ動揺が大きい場合のように、AZBST のみ
では動揺による見掛上の方位誤差が大きくなるような状
況でも、目標を捕捉し続けることができる。反面で、ZR
C は移動体の旋回等の影響を打ち消すに過ぎないから、
ZRC のみでは目標の移動等に対処できない。本発明にお
いては、ZRC を常時実行するのではなく、可能な場合に
はAZBST を実行している。これにより、AZ軸回りについ
て目標を好適に追尾できる。従って、本構成において
は、外部から方位情報を入力することなく、ジンバルロ
ックを防止しながら、動揺を補償しかつ目標を正確に追
尾できる。さらに、ARFBによって制御系の安定性も改善
される。
【００１２】本発明の第５の構成は、第４の構成に加
え、角速度信号に含まれる直流オフセット分を除去乃至
減衰させることにより直流オフセット抑制角速度信号を
生成し直流オフセット抑制角速度信号を角速度信号とし
てARFB手段に供給する直流オフセット抑制手段手段を備
える。本構成においては、直流オフセット分が除去され
た角速度信号を用いているから、AZ軸回り角速度検出手
段として比較的性能が低くその出力が直流オフセットを
含む反面安価な角速度センサを使用可能になり、装置コ
ストが低減される。加えて、本構成においてはZRC 時の
累積誤差がAZBST手段にて補正されるから、検出精度が
さほど良くない角速度センサをAZ軸回り角速度検出手段
として使用した場合であっても、その影響を最小限にと
どめることができる。
【００１３】本発明の第６の構成は、第１の構成に加
え、目標からの信号受信状態が所定時間以上に亘って劣
化しているときに目標の位置を探索すべくAZ軸及び／又
はEL軸を駆動する探索制御手段を備える。従って、本構
成においては、ブロッキング等によって目標からの信号
受信状態が劣化した結果目標を見失ったと考えられる場
合であっても、目標を探して追尾を再開できる。
【００１４】本発明の第７の構成は、第１の構成に加
え、EL軸回り動揺角度を表す第２動揺角度信号を生成す
るEL軸回り動揺角度検出手段と、第２動揺角度信号に応
じ、ステップトラック（アレイアンテナの仰角を微小間
隔で段階的に変化させながら目標からの信号受信状態を
監視し信号受信状態がより良好となる方向へとアレイア
ンテナの仰角を制御する動作）を実行しながら、アレイ
アンテナをEL軸回りに回転させることにより、EL軸回り
の動揺を補償するEL軸制御手段と、を備える。従って、
本構成においては、EL軸回りでも目標を好適に追尾でき
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面に基づき説明する。なお、図２１に示される
構成と同様の又は対応する構成には同一の符号を付し説
明を省略する。
【００１６】ａ）外観及び機械軸の構成 図１Ａ及び図１Ｂにその外観が示される４素子実施形態
においては、４個のアンテナ素子２０が、３本の列を成
すよう、アレイアンテナ２２の基板上に形成されてい
る。素子２０のうち中央の列に属する２個の素子２０
は、左右の列に属する各１個の素子２０に対し図中上下
方向に沿いオフセットした位置に配設されている。この
配置、すなわち４素子３列オフセット配置は、隣接する
素子２０間の距離を確保しつつ隣接する列の間隔を小さ
くすることができ、従ってアレイアンテナ２２全体の寸
法を小形化できるという利点を有する（特開平4-278703
号参照）。さらに、中央列の素子数が２個であるのに対
し左右各列の素子数を各１個にする、というように、中
央列に属する素子２０の個数を左右各列のそれより多く
しているため、電子XEL 軸回りサイドローブ（複数）が
抑圧されまたビーム幅が広がる。また、図２Ａ及び図２
Ｂにその外観が示される３素子実施形態では、中央列に
属する素子２０の個数が１個である。この配置、すなわ
ち３素子３列非オフセット配置を用いることにより、４
素子の場合に比べ装置を低背化できる。
【００１７】いずれの実施形態も、機械軸としてはAZ軸
１４及びEL軸１２の２本を備えるのみのマウントを使用
しているから、次に説明するように機構が簡素である。
まず、アレイアンテナ２２は、その背面側に固定されて
いるEL軸モータ２４により、AZ軸ターンテーブル２６に
対して固定されたEL軸１２回りで駆動される。無論、EL
軸モータ２４をAZ軸ターンテーブル２６に対して固定し
かつEL軸１２をアレイアンテナ２２に固定してもよい。
AZ軸１４回りに３６０゜以上に亘って回転させることが
可能なAZ軸ターンテーブル２６には、その出力軸がベル
ト３０や図に現れないプーリ等を介してAZ軸１４に連結
されたAZ軸モータ２８が、固定されている。従って、AZ
軸モータ２８によってAZ軸ターンテーブル２６を回転さ
せることができ、ひいてはアレイアンテナ２２及びEL軸
１２をAZ軸回りで駆動することができる。無論、AZ軸モ
ータ２８をレドーム４４の底面上に設けてもよい。
【００１８】AZ軸ターンテーブル２６には、さらに、AZ
軸角速度センサ３２、移動体傾斜検出器３４ａ及び３４
ｂが固定されている。振動レートジャイロ等によって構
成されるAZ軸角速度センサ３２は、AZ軸１４回りの移動
体の回転角速度を検出する。移動体傾斜検出器３４ａ及
び３４ｂは、それぞれ、EL軸１２回り又は移動体傾斜検
出用XEL 軸（図１０参照）１００回りの移動体の回転角
速度を検出する振動レートジャイロ等の角速度センサ、
EL軸１２回り又は仮想XEL 軸１００回りの移動体の動揺
角度を検出する傾斜センサ、及び角速度センサの出力と
傾斜センサの出力を合成する合成手段を有しており、そ
れぞれ合成により得られるEL軸１２回り又は仮想XEL 軸
１００回りの移動体の動揺角度を出力する。合成手段
は、例えば図３及び図４に示される相補的合成フィルタ
３６である。相補的合成フィルタ３６は、角速度センサ
により検出される回転角速度をフィルタ３８にて高域通
過瀘波する一方で傾斜センサにより検出される回転角度
（傾斜）をフィルタ４０にて低域通過瀘波し、フィルタ
３８の出力とフィルタ４０の出力を加算器４２にて加算
する構成を有している（特開平5-196475号参照）。な
お、これらの移動体傾斜検出器３４ａ，３４ｂは、AZ軸
ターンテーブル２６に直接固定してもよいし、図２Ａ及
び図２Ｂに示されるようにEL軸１２を支持する構造物に
固定してもよい。
【００１９】以上の構造は、アレイアンテナ２２及びそ
の周辺の回路及び機構を風雨等から保護すべく、レドー
ム４４はＦＲＰ等から形成されたレドーム４４により覆
われている。レドーム４４の底面（レドームベース）を
利用して、搭載に係る移動体、例えば船舶への取り付け
や、アレイアンテナ２２等との電源・信号授受用のケー
ブル類の引き出しが行われる。
【００２０】ｂ）電子XEL 軸の構成 図５には、図１Ａ及び図１Ｂの実施形態におけるアレイ
アンテナ２２の背面等に搭載される給電回路の構成が示
されている。３本の素子列のうち左右各列に属する計２
個の素子２０は対応するPS４６を介して、中央列に属す
る２個の素子２０は直接に、分配・合成器４８に接続さ
れている。分配・合成器４８は、送信すべき信号を素子
２０に分配し、また素子２０からの信号を合成して出力
する。従って、PS４６による移相量を、後述するビーム
スイッチ追尾制御回路（以下BST制御回路と呼ぶ）から
供給される移相器制御信号（以下PS制御信号と呼ぶ）に
て制御することにより、電子XEL 軸回りにおけるアレイ
アンテナ２２のビーム方向を、電子XEL 軸回りの複数の
ビーム位置のうち任意の位置を指向するよう、切り替え
ることができる。
【００２１】例えば、３ビットのPS制御信号によりその
移相量を制御できる３ビットのPS４６を考える。この場
合、仮想XEL 軸回りのビーム方向を最大２３＝８通りあ
るビーム位置のうちいずれかを指向するよう切り替える
ことができる。ここでは、３ビットPS４６を用いて図６
に示される６個のビーム位置ｂ０〜ｂ５を選択的に指向
することとし、また、素子２０の中心周波数が1550ＭＨ
ｚであること、アレイアンテナ２２の基板の誘電率が高
いこと、素子２０の３ｄＢビーム幅が約90゜と広い（br
oad ）ことを仮定する。このような仮定の下では、全ビ
ーム位置ｂ０〜ｂ５合計では±25゜の範囲を高々１ｄＢ
程度の利得低下でカバーできる；従って例えばＳ０〜Ｓ
９で示される目標をカバーできる。このような構成のア
レイアンテナ２２により、PS４６の個数を最小限に抑え
ながら、また損失や位相ジャンプ（移相量をディジタル
的に切り換えたときに生じる過渡的な位相変動）を抑制
しながら、電子的な仮想XEL 軸を実現できる。
【００２２】ｃ）第１実施形態全体の機能構成 図７には、本発明の第１実施形態に係り図１及び図２の
いずれの構成にも適用できる機能構成が示されている。
この図では、アレイアンテナ２２が、目標、例えば衛星
からの信号を受信するアンテナとして使用されている。
また、移動体傾斜検出器３４ａ及び３４ｂは、両者をま
とめ、移動体傾斜検出器３４と表されている。
【００２３】ｃ．１）受信処理系統 アレイアンテナ２２により受信された信号は、受信機フ
ロントエンド５０により増幅され、周波数変換部５２に
より無線周波数から中間周波数（IF）に変換され、周波
数変換部５２に内蔵されるIFフィルタによって瀘波され
た上で、復調器５４に供給される。復調器５４は、周波
数変換部５２から供給されるIF信号からデータを復調
し、復調したデータ、すなわち目標から送信されたデー
タを後段の通信データ処理部（図示せず）へ供給する。
復調器５４は、同時に、正常受信状態信号、すなわち目
標からの信号を良好な状態にて受信できていることを示
す信号を出力する。その例としては、IF信号からキャリ
アを検出したことを示すキャリア検出信号、IF信号から
生成した同期信号等をあげることができる。なお、受信
機フロントエンド５０、周波数変換部５２及び復調器５
４から構成されている。受信機フロントエンド５０以降
の構成をレドームベース上又はレドーム４４外部に設け
る場合、アレイアンテナ２２と受信機フロントエンド５
０の間にはロータリーコネクタ５６が介在する。ロータ
リーコネクタ５６は、AZ軸ターンテーブル２６が例えば
３６０°以上という広い角度に亘って回転するにもかか
わらず良好な電気的接続を維持するための部材であり、
AZ軸１４に設けられている。
【００２４】ｃ．２）EL軸制御 EL軸１２に付設されているEL軸ポテンショメータ５８
は、アレイアンテナ２２の水平面からの仰角を検出す
る。移動体傾斜検出器３４ａは、移動体のEL軸１２回り
傾斜角度を検出する。EL軸制御回路６２は、EL軸ポテン
ショメータ５８により検出される仰角（衛星仰角）と移
動体傾斜検出器３４ａにより検出されるEL軸１２回りの
移動体傾斜角度とを加算し、その結果に基づきサーボ増
幅器６４を介しEL軸モータ２４に駆動信号を与え、EL軸
１２を角度制御する。EL軸制御回路６２は、その際、受
信レベル信号生成回路６０によって生成される受信レベ
ル信号を用いて、EL軸１２回りでステップトラック制
御、すなわちアレイアンテナ２２の仰角を小刻みに変化
させることによりアレイアンテナ２２による信号受信レ
ベルがより高くなる変化方向を検出しその結果に基づき
EL軸１２を駆動する制御を実行する（特開平4-64074 号
及び特開平4-119407号参照）。
【００２５】図８にその詳細が示される受信レベル信号
生成回路６０は、ステップトラック制御や後述の制御を
実行するために必要となる受信レベル信号を生成する。
前述のように周波数変換部５２に内蔵されているIFフィ
ルタ７８は、IFに変換された受信信号を狭帯域通過瀘波
する。受信レベル信号生成回路６０に内蔵されている２
乗検波回路６６は、IFフィルタ７８の出力を２乗検波す
ることにより、受信信号レベルを示すアナログ信号、す
なわち受信レベル原信号を生成する。A/D 変換器７０
は、受信レベル原信号をディジタル信号に変換する。放
電積分回路７２は、放電積分タイミング信号生成回路７
４から供給される放電積分タイミング信号に応じて放電
し、次の放電積分タイミング信号までの間受信レベル原
信号を積分する。放電積分タイミング信号生成回路７４
は、ビームスイッチ（以下BSW と呼ぶ）タイミング信号
に応じて、すなわち後述するBSW のタイミングに同期し
て、放電積分タイミング信号を発生させる。EL軸制御回
路６２は、放電積分タイミング信号発生直前における放
電積分回路７２による積分の結果、すなわち受信レベル
信号に基づき、ステップトラックを実行する。
【００２６】ｃ．３）AZZRC AZ軸１４は、ブロッキング等により短時間だけ信号受信
が途絶えた場合や移動体が仮想XEL 軸１００に関し実質
的に傾斜している場合に、ZRC 法に従い角速度制御され
る。そのための手段として、本実施形態では、前述の角
速度センサ３２の他、HPF １０２及びAZ軸制御回路１０
４が設けられている。HPF １０２は、内蔵するフィルタ
７９（図９参照）によって角速度センサ３２の出力たる
角速度信号を高域通過瀘波することにより、移動体のAZ
軸１４回りでの回転角速度を示す角速度センサ３２の出
力から低周波信号を除去する。AZ軸制御回路１０４は、
低周波成分を除去した角速度信号に基づきZRC を実行す
る：すなわち、低周波成分を除去した角速度信号に基づ
きAZ軸制御信号を発生させ、AZ軸制御信号スイッチ８０
を介してサーボ増幅器８２にAZ軸制御信号を供給し、サ
ーボ増幅器８２により増幅されたAZ軸制御信号によって
AZ軸モータ２８を駆動する。AZ軸制御回路１０４は、こ
れにより、アレイアンテナ２２のAZ軸１４回りの姿勢を
移動体の旋回等にかかわらず地面又は水平面に対し保持
する。
【００２７】このような制御、すなわちAZ軸１４回りで
のZRC は、目標から受信した信号を利用せずに実行でき
る。従って、本実施形態では、ブロッキングやシャドウ
イングが発生しても、あるいはバースト送信時のように
間欠的な送信が行われていても、比較的短時間であれ
ば、AZ軸１４回りでアレイアンテナ２２により目標を追
尾できる。また、角速度信号から低周波成分を除去する
ことにより、角速度センサ３２として、感度が低く直流
オフセットが大きい反面安価な角速度センサを使用可能
になり、コスト低減を実現できる。コストの面でゆとり
があり、高感度且つ直流オフセットが小さな角速度セン
サを使用できる場合には、本実施形態におけるフィルタ
７８に代え、直流近傍に不感帯を付与する回路を使用し
てもよい。
【００２８】ｃ．４）AZBST AZ軸１４は、傾斜検出用XEL 軸１００回りで移動体が傾
斜していないときに、電子XEL 軸１０回りでのBSW の結
果を利用して駆動される。このような制御、すなわちAZ
軸１４回りでのBST を実行するため、本実施形態では電
子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４及びAZ軸制御回路１０
４が設けられている。
【００２９】電子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４は、図
６に示される６通りのビーム位置ｂ０〜ｂ５から隣接す
る対を選んだときの５通りの組合せ（ｂ０，ｂ１），
（ｂ１，ｂ２），（ｂ２，ｂ３），（ｂ３，ｂ４），
（ｂ４，ｂ５）のなかから、任意の一対、好ましくは中
央に位置し従って最も損失が小さい（ｂ２，ｂ３）を選
択する。電子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４は、アレイ
アンテナ２２の電子XEL 軸１０回りのビームが選択した
１対のビーム位置を交互に指向するよう、例えば
（ｂ２，ｂ３）が選択されている場合にはビームがビー
ム位置ｂ２を指向している状態とビームがビーム位置ｂ
３を指向している状態とがごく短いピリオド（例えば１
０ｍ秒）で繰り返されるよう、PS４６に対しPS制御信号
を供給する（BSW ）。
【００３０】電子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４は、さ
らに、図８に示される受信レベル差信号生成回路８６を
内蔵している。受信レベル差信号生成回路８６に内蔵さ
れる受信レベルメモリ８８は、放電積分回路７２により
得られる受信レベル信号の値を、少なくとも次の積分周
期が始まる直前まで記憶する。受信レベル差分回路９０
は、放電積分回路７２により得られる受信レベル信号の
値（放電直前の値）から受信レベルメモリ８８の内容を
減ずることにより、現在の受信レベル信号の値が直前の
積分周期における受信レベル信号の値に対しどの程度変
化したかを示す受信レベル差信号を生成する。ここで、
放電積分回路７２における放電は、電子XEL 軸／AZ軸BS
W 制御回路８４から放電積分タイミング信号生成回路７
４に供給されビームのスイッチタイミングを示すBSW タ
イミング信号に同期して行われている。従って、受信レ
ベル差信号の値は、BSW の前後における放電直前の受信
レベル信号値の変化分を示す値になる。
【００３１】但し、BSW に伴い、減ずる受信レベル信号
のビーム番号と減ぜられる受信レベル信号のビーム番号
とが周期的に入れ替わるため、受信レベル差分回路９０
は、この入れ替わりに同期して受信レベル差信号の符号
を変換する。例えば、ビーム位置対（ｂ２，ｂ３）の間
でBSW が行われている場合には、現在指向しているビー
ム位置がｂ２であってもｂ３であっても、減算の結果た
る受信レベル差信号ΔＲLev （ｂ２，ｂ３）として常に
｛ビーム位置ｂ２における受信レベルＲLev （ｂ２）｝
−｛ビーム位置ｂ３における受信レベルＲLev
（ｂ３）｝が成り立つよう、減算結果の符号を変換す
る。
【００３２】電子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４は生成
した受信レベル差信号に基づきAZBST 信号を生成し、AZ
軸制御回路１０４はAZBST 信号をHPF １０２からの角速
度信号と加算することによりAZ軸制御信号を発生させ
る。AZ軸制御回路１０４は、AZ軸制御信号を、スイッチ
８０を介しサーボ増幅器８２に供給することにより、受
信レベル差信号によって表される電子XEL 軸１０回りの
追尾誤差が小さくなるよう、例えば受信レベル差信号Δ
ＲLev により示される追尾誤差に応じて、AZ軸１２を駆
動する。これにより、AZ軸１４回りでのBST が実現され
る。
【００３３】ｃ．５）動揺角度による電子XEL 軸制御 本実施形態では、図１０に示される仮想XEL 軸１００回
りで移動体が傾斜している場合に、仮想XEL 軸１００回
りでの動揺角度を利用して電子XEL 軸１０が駆動され
る。すなわち、電子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４は、
移動体傾斜検出器３４ｂにより検出される仮想XEL 軸１
００回りでの動揺角度に応じて、アレイアンテナ２２の
PS４６を制御する。なお、説明の便宜上XEL 軸１０を軸
の記号で表しておりまた符号１０を使用するが、本実施
形態のXEL 軸１０は実際には機械的な実体のない電子軸
である点に注意されたい。また、本実施形態では、第２
の仮想軸として移動体傾斜検出用の仮想XEL 軸１００を
用いている。仮想XEL 軸１００に関しても、実際には機
械的な実体がないが、説明の便宜上軸の記号で表してい
る点に注意されたい。加えて、仮想XEL 軸１００に関し
ては、その回りでビームが駆動されることもない点で、
電子軸ですらないことに留意頂きたい。また、図１０で
は仮想XEL 軸１００がAZ軸１４と直交しているが、直交
している必要はない。
【００３４】仮想XEL 軸１００回りで移動体が傾斜して
いるとき、すなわち仮想XEL 軸１００回りでの動揺角度
が０よりも十分に大きいときには、電子XEL 軸／AZ軸BS
W 制御回路８４が、移動体傾斜検出器３４ｂにより検出
される仮想XEL 軸１００回りでの動揺角度ｒXEL#2 に基
づき、電子XEL 軸１０の制御角ξを導出する。電子XEL
軸／AZ軸BSW 制御回路８４は、次に、制御角ξが各ＰＳ
４６により実現されるようPS制御信号を発生させる。各
PS４６はディジタル制御型であるから、制御角ξは、量
子化された値
【数１】 ξq ＝［−ｒXEL#2 ・ｃｏｓ（θS0−ｐEL）］ …（１） により与える必要がある。但し、式（１）において、
［・］はその引数に最も近い整数値（ここではビーム位
置番号に相当）を選択する量子化関数、θS0は無動揺時
における衛星（目標）の天頂からの俯角、ｐELは電子XE
L 軸１０回りの移動体の動揺角度である。
【００３５】式（１）は、次のようにして導出される。
まず、AZ軸１４及びEL軸１２がいずれも機械軸であるマ
ウントにおいて、搭載に係る移動体が動揺したとする。
その際、動揺により見掛上生じる電子XEL 軸１０回りの
指向誤差角ΔXEL は、近似的に、
【数２】 ΔXEL ＝ΔBRG ・ｓｉｎ（θS0−ｐEL）＋ｒXEL#2 ・ｃｏｓ（θS0−ｐEL） …（２） と表すことができる。但し、ここでは、仮想XEL 軸１０
０がAZ軸ターンテーブル２６の面に平行であることや、
仮想XEL 軸１００回りの移動体の動揺角度ｒXEL# 2 、AZ
軸ターンテーブル２６上の座標系における目標方位とア
ンテナ方位の誤差（ベアリング誤差）ΔBRG 及び仰角指
向誤差ΔELがあまり大きくないことを仮定している。式
（２）において、さらに、ベアリング誤差ΔBRG が十分
小さく実質的に０と見なし得ると仮定すると、その際の
指向誤差角ΔXEL 、すなわちΔXEL｜ΔBRG ＝０は、
【数３】 ΔXEL ｜ΔBRG ＝０＝ｒXEL#2 ・ｃｏｓ（θS0−ｐEL） …（３） と表すことができる。式（３）により得られるΔXEL ｜
ΔBRG ＝０は、動揺により電子XEL 軸回りで見掛上生じ
る指向誤差角を表している。従って、仮想XEL 軸１００
回りの移動体の動揺角度ｒXEL#2 が大きいときには、移
動体傾斜検出器３４ｂにより検出された動揺角度ｒ
XEL#2 を利用して、電子XEL 軸制御を実行することがで
きる。具体的には、式（１）に示されるように、動揺角
度ｒXEL#2 の検出値を式（３）に代入してΔXEL ｜
ΔBRG ＝０を求め、その符号を反転させた上で量子化す
れば、制御角ξq を得ることができる。なお、式（２）
は近似式であり、その厳密式を導入する手法に関して
は、実施形態の欄の末尾にある“厳密式の導入”の項の
他、特開平4-315301号や米国特許5223845 号を併せて参
照されたい。
【００３６】ｃ．６）探索制御 所定時間以上に亘ってアレイアンテナ２２により目標を
捕捉できない場合や電源投入直後等には、図７に示され
る探索制御回路９２が探索制御を実行する。探索制御回
路９２は、AZ軸探索制御信号をスイッチ８０を介してサ
ーボ増幅器８２に供給し、AZ軸１４はこれに応じて駆動
される。仰角は、EL軸制御回路６２に初期設定されてい
る値を制御目標として角度制御法により、あるいはそれ
までの仰角を維持するよう角度制御法又はZRC により、
制御する。このようにしてアレイアンテナ２２の方位を
変化させていくと、いずれかの時点で、目標からの信号
を正常に受信出来るようになる。なお、方位に代えある
いは方位と共に、仰角について探索制御を行うようにし
ても構わない。
【００３７】ｃ．７）モード制御 上述した各要素制御、すなわちAZ軸１４回りでのZRC 及
びBST 、EL軸１２回りでの変位法及びステップトラッ
ク、電子XEL 軸１０回りでのBSW 及び仮想XEL 軸１００
回り動揺角による制御、並びに探索制御をそれぞれ所定
条件下で実行するため、モード制御回路９４は、移動体
傾斜検出器３４から第２仮想XEL 軸回り移動体傾斜角度
を、復調器５４から正常受信状態信号をそれぞれ入力す
る一方で、モード選択信号を生成しEL軸制御回路６２、
電子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４、AZ軸制御回路１０
４及びスイッチ８０に供給する。
【００３８】図１１には、本実施形態におけるモード制
御回路９４の動作の流れが示されている。まず、電源投
入直後等には、一般にアレイアンテナ２２により目標が
捕捉されておらず従って正常受信状態信号は得られな
い。モード制御回路９４は、復調器５４から正常受信状
態信号が得られないことを検出すると、制御モードがAZ
ZRC モードであることを示すモード選択信号を各制御回
路６２、８４及び１０４に供給すると共に、スイッチ８
０によりAZ軸制御回路１０４をサーボ増幅器８２に接続
する（２００）。これに応じ、一方ではEL軸制御回路６
２が、内蔵するメモリから仰角の初期設定値又は従前の
仰角値を読み出し読み出した値に基づきアレイアンテナ
２２の仰角を制御し、他方でAZ軸制御回路１０４がAZ軸
制御信号を生成しこのAZ軸制御信号によりアレイアンテ
ナ２２の方位を制御する（AZZRC;２０４）。なお、本実
施形態では、AZZRC モード以外でもHPF 等が動作してい
るから、他のモードからAZZRC モードに移行した時に、
AZ軸制御回路１０４の始動に伴う制御遅れを防ぐことが
できる。
【００３９】AZZRC モードを所定時間継続して実行した
にもかかわらず目標を捕捉できなかった場合には（２０
２）、モード制御部９４は、探索モードであることを示
すモード制御信号を出力することにより（２０６）、探
索制御回路９２を起動させまたスイッチ８０により探索
制御回路９２をサーボ増幅器８２に接続させる。これに
応じ、一方ではEL軸制御回路６２が内蔵するメモリから
仰角の初期設定値又は従前の仰角値を読み出し読み出し
た値に基づきアレイアンテナ２２の仰角を制御し、他方
では探索制御回路９２がAZ軸探索制御信号を生成し生成
したAZ軸探索制御信号によりアレイアンテナ２２の方位
を制御する。探索により目標が捕捉され又はAZZRC モー
ドを実行している間に目標が捕捉されたときには、復調
器５４が正常受信状態信号を出力する。これに応じ、モ
ード制御部９４は、移動体傾斜検出器３４ｂから入力さ
れる仮想XEL 軸１００回りの傾斜角度が実質的に０と見
なせるか否か、すなわち移動体が仮想XEL 軸１００に関
して実質的に傾斜していない状態か否かを判定する（２
０８）。
【００４０】実質的に傾斜していないと判定した場合、
動揺による見かけ上の方位誤差が小さくなるため、AZ軸
１４回りでBST を実行すべく、モード制御部９４は、制
御モードをAZBST モードに切り換える旨のモード選択信
号を出力する（２１０）ことにより、スイッチ８０を介
しAZ軸制御回路１０４をサーボ増幅器８２に接続させ
る。これに応じ、一方では電子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回
路８４が好ましくはビーム位置対（ｂ２，ｂ３）による
BSW を開始させ、他方ではAZ軸制御回路１０４が電子XE
L 軸／AZ軸BSW 制御回路８４からのAZBST 信号とHPF １
０２からの角速度信号とを加算等の方法で結合すること
によりAZ軸制御信号を発生させる。EL軸制御回路６２
は、角度位置制御（又はZRC ）及びステップトラックを
実行し、アレイアンテナ２２の仰角を制御する。
【００４１】傾斜していると判定した場合、モード制御
部９４は、制御モードをAZZRC モードに切り換える旨を
示すモード選択信号を出力する（２１２）ことにより、
スイッチ８０によりAZ軸制御回路１０４をサーボ増幅器
８２に接続させる。これに応じ、電子XEL 軸／AZ軸BSW
制御回路８４が、仮想XEL 軸１００回りの傾斜角度ｑを
利用して、電子XEL 軸１０回りでビームを制御する。EL
軸制御回路６２は、角度制御法（又はZRC ）及びステッ
プトラックを実行することにより、アレイアンテナ２２
の仰角を制御する。
【００４２】このように、本実施形態では、ジャイロコ
ンパス等を使用して方位情報を得る必要がない。すなわ
ち、AZZRC モードでは、AZ軸１４回りでZRC を実行する
ことにより短時間であればアレイアンテナ２２の方位を
目標の方位に維持でき、またAZBST モードでは電子XEL
軸回りの追尾誤差を利用してAZ軸１４を駆動しているた
め、いずれのモードにおいても外部からの方位情報は必
要でない。
【００４３】また、仮に常時AZBST モードとすると、高
仰角であり動揺が大きくかつ仮想XEL 軸１００回りで移
動体が傾斜しているときにAZ軸１４にジンバルロックが
生じる恐れが生じるが、本実施形態ではそのようなとき
にAZ軸１４をZRC にて駆動するため、高仰角でもジンバ
ルロックが生じにくい。さらに、式（３）から明らかな
ように、仮想XEL 軸１００回りの移動体の傾斜角度ｒ
XEL#2 が十分小さく仮想XEL 軸１００に関して移動体が
実質的に単軸水平であると見なせる時点（図１２のＡ〜
Ｃ時点）では、動揺による見掛上の指向誤差角ΔXEL ｜
ΔBRG ＝０はほぼ０となる。従って、AZBST モードを実
行することにより真の方位誤差を検出することができ、
その結果を用いてAZ軸１４回りで好適に目標を追尾し電
子XEL 軸１０回りの指向誤差角ΔXEL をほぼ０とするこ
とができる。なお、AZBST モードでは、電子XEL 軸１０
がBSW のためにのみ使用されているから、上述のAZ−EL
マウントに関する議論が成立する。また、図１２に示さ
れる挙動は、衛星の仰角及び方位をそれぞれ75゜及び45
゜、アレイアンテナ２２の目標仰角及び目標方位をそれ
ぞれ75゜及び45゜、移動体のロール角及びピッチ角をそ
れぞれ15秒当たり25゜及び６秒当たり10゜とした場合の
各変数の挙動である。方位の基準（０゜）は、移動体の
進行方向である。
【００４４】加えて、本実施形態では、ブロッキング等
により正常受信状態信号が途絶えた場合に、所定時間を
限度としてAZZRC モードが、所定時間を越えると探索モ
ードが、それぞれ実行される。AZZRC モードにおいては
短時間であればアレイアンテナ２２を目標の方位に維持
できるから、ブロッキング時にも好適に目標を追尾でき
る。そして、電子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４からAZ
軸制御回路１０４にAZBST 信号が供給されている状態で
は、AZBST と同時に、AZ軸角速度信号をAZ軸１４の駆動
系に帰還する制御も実行されることになる。これによ
り、AZ軸１４の制御系が第１実施形態に比べ安定にな
る。
【００４５】ｄ）第２実施形態全体の機能構成 図１３には、本発明の第２実施形態に係り４素子実施形
態及び３素子実施形態のいずれにも適用できる機能構成
が示されている。この実施形態と第１実施形態の相違点
は、大まかには、第１実施形態における電子XEL 制御、
すなわち動揺角度による電子XEL 制御はこの実施形態で
は行われておらず、これに代え電子XEL軸回りでBST が
行われていることである。モード制御の内容も、第１実
施形態と相違している。以下、説明の簡略化のため、第
１実施形態と相違する機能構成に関してのみ説明する。
【００４６】ｄ．１）XELBST 本実施形態では、アレイアンテナ２２の仰角が大きく且
つ仮想XEL 軸１００回りで移動体が傾斜しているとき
に、電子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４により電子XEL
軸１０回りでBST が実行される。また、機能構成上の第
１実施形態との相違点は、移動体傾斜検出器３４から電
子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４へ仮想XEL 軸１００回
りの傾斜角度が供給されていないことである。図１４に
は、電子XEL 軸回りでのBST を実行する際のBST 制御回
路９６の動作の流れが示されている。
【００４７】この図に示されるように、電子XEL 軸／AZ
軸BSW 制御回路８４は、まず、AZ軸１４回りでのBST を
実行する場合と同様、BSW を実行する（３００）。BST
制御回路９６は、次に、受信レベル差信号に基づき、ビ
ーム位置対を変更するか否かの判定を実行する（３０
２）。例えば、現在選択しているビーム位置対が
（ｂｉ，ｂｉ＋１）であるとすると、電子XEL 軸／AZ軸
BSW 制御回路８４は、受信レベル差信号ΔＲLev
（ｂｉ，ｂｉ＋１）の値が正か負か、すなわちＲLev
（ｂｉ）−ＲLev （ｂｉ＋１）が正か負かを判定する。
【００４８】この値が正である場合、すなわちＲLev
（ｂｉ）＞ＲLev （ｂｉ＋１）である場合には、ビーム
位置番号が小さくなるほうへ、例えば（ｂｉ，
ｂｉ＋１）から（ｂｉ−１，ｂｉ）へとビーム位置対を
更新選択したほうが、より好ましい受信レベルが得られ
ると期待される。そこで、この場合には、電子XEL 軸／
AZ軸BSW制御回路８４はｉから１を減じてBSW を継続さ
せる（３０４）。逆に、ＲLev （ｂｉ）＜ＲLev （ｂ
ｉ＋１）である場合には、ビーム位置番号が大きくなる
ほうへ、例えば（ｂｉ，ｂｉ＋１）から（ｂｉ＋１，ｂ
ｉ＋２）へとビーム対を更新選択したほうが、より好ま
しい受信レベルが得られると期待される。そこで、この
場合には、電子XEL 軸／AZ軸BSW 制御回路８４はｉに１
を加えてBSW を継続させる（３０６）。なお、ＲLev
（ｂｉ）＝ＲLev （ｂｉ＋１）が成立している場合にス
テップ３０２からステップ３０４及び３０６のどちらの
側へと移行するのかは、設計的に決定できる。但し、ｉ
が最小値ｉmin （図６では０）に至った場合にはそれ以
上ｉを減少させることができずまたｉ＋１が最大値ｉma
x （図６では５）に至った場合にはそれ以上ｉを増加さ
せることができないから、ｉ＝ｉmin である場合やｉ＋
１＝ｉmax である場合には、ステップ３０４及び３０６
は省略される（３０８，３１０）。
【００４９】このようにすると、常に良好な受信レベル
にて、目標からの信号を捕捉できる。例えば、図６中Ｓ
３で示される方向に目標が存在している場合にビーム位
置対（ｂ２，ｂ３）にて電子XEL 軸回りのBST を実行す
れば、ＲLev （ｂ２）＞ＲLev （ｂ３）となるからビー
ム位置対が（ｂ１，ｂ２）に更新選択される。その後さ
らにビーム位置対（ｂ１，ｂ２）にて電子XEL 軸回りの
BST が実行されると、ＲLev （ｂ１）＜ＲLev （ｂ２）
が期待されるからビーム位置対が（ｂ２，ｂ３）に更新
選択される。つまり、アレイアンテナ２２の電子XEL 軸
回りのビーム方向は、常に、比較的良好な受信レベルと
なる方向に制御される。
【００５０】ｄ．２）モード制御 図１５には、本実施形態におけるモード制御回路９４の
動作の流れが示されている。ステップ２００〜２１４に
ついては、第１実施形態と同様であるため説明を省略す
る。第１実施形態におけるモード制御とこの実施形態に
おけるそれの相違のうち最も重要な相違は、仮想XEL 軸
１００について移動体が実質的に傾斜していると判定し
たときに（２０８）、XELBSTモードによる制御を実行す
る点である（２１４）。すなわち、仮想XEL 軸１００に
ついて移動体が実質的に傾斜していないときには第１実
施形態と同様図１６に示されるような制御状態になるの
に対し、仮想XEL 軸１００について移動体が実質的に傾
斜しているときには図１７に示されるような制御状態に
なる。なお、図１６及び図１７ではXEL 軸１０が描かれ
ているが、この軸は実際には電子XEL 軸であることに注
意されたい。より詳細には、ステップ２０８にて仮想XE
L 軸１００について移動体が実質的に傾斜していると判
定した場合、モード制御部９４は制御モードをXEL BST
モードに切り換える旨を示すモード選択信号を出力する
（２１４）ことにより、スイッチ８０にてAZ軸制御回路
１０４をサーボ増幅器８２に接続し、電子XEL 軸／AZ軸
BSW 制御回路８４により電子XEL 軸１０回りのBST を開
始させる。EL軸制御回路６２は、角度制御法（又はZRC
）及びステップトラックを実行し、アレイアンテナ２
２の仰角を制御する。
【００５１】このように、本実施形態でも、ジャイロコ
ンパス等を使用して方位情報を得る必要がない。また、
仮に常時XELBSTモードとするとAZ軸１４回りで追尾誤差
が累積するが、本実施形態では仮想XEL 軸１００回りで
移動体が実質的に傾斜しているときにAZBST により方位
誤差を小さくしたあとXEL BST モードを実行しているた
め、AZ軸１４及び電子XEL 軸１０双方について正確な追
尾を実現できる。逆に、仮に常時AZBST モードとすると
高仰角で動揺が大きいときにAZ軸１４にジンバルロック
が生じる恐れが生じるが、本実施形態では単軸水平時に
のみAZBST を実行しているため、高仰角でもジンバルロ
ックが生じにくい。さらに、本実施形態では、“仰角が
大きくても仮想XEL 軸１００回りで移動体が実質的に傾
斜していなければ、AZBST を実行してもジンバルロック
は生じにくい”ことに着目し、そのような場合に制御モ
ードをAZBST モードとしている。従って、目標からの受
信レベル情報を有効に活用できる。さらに、本実施形態
でも、ブロッキング等により正常受信状態信号が途絶え
た場合に所定時間を限度としてAZZRC モードが、所定時
間を越えると探索モードがそれぞれ実行されるから、こ
の面でも第１実施形態と同様の利点を享受できる。
【００５２】ｅ）第３実施形態 図１８には、本発明の第３実施形態に係るアレイアンテ
ナ装置の構成が示されている。この図では、第１実施形
態中のスイッチ８０及び探索制御回路９２が廃止されて
いる。従って、この実施形態では、探索制御を実行でき
ない点を除き、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５３】ｆ）厳密式の導入 ここで、本発明の利点に関する理解のため式（２）によ
って近似される厳密式の導入に関して説明する。但し、
上述した各実施形態では、AZ−EL−電子XEL マウントが
使用されているが、AZBST 実行時には電子XEL 軸をBSW
のために使用しており、目標たる衛星を専らAZ軸１４及
びEL軸１２によって指向するようにしているため、ここ
では機械AZ−機械ELマウントの制御に関して検討する。
【００５４】また、ここでは、船舶等搭載に係る移動体
の位置における水平真北座標系をＸ0 Ｙ0 Ｚ0 と表わす
こととする。また、この座標系にて表わした衛星の方位
をφS0、天頂（zenith）からの俯角をθS0、移動体の方
位角をφV 、ロール角をｒ、ピッチ角をｐ、基準からの
AZ軸１４の回転角（アンテナベアリング角）をφAB、EL
軸１２の俯角をθA 、電子XEL 軸１０回りの指向誤差角
をΔXEL 、EL軸１２回りの指向誤差角をΔEL、移動体傾
斜検出器３４ｂによって検出した仮想XEL 軸１００回り
の移動体の動揺角をｒXEL#2 、EL軸１２回りの移動体の
動揺角をｐELと表わすこととする。更に、仮想XEL 軸１
００としては、AZ軸ターンテーブル２６の平面と平行な
軸を想定する。
【００５５】このように想定した上で、仮想XEL 軸１０
０回りの移動体の動揺角ｒXEL#2 及びEL軸１２回りの移
動体の動揺角ｐELを求める。ここでは、第０座標系Ｘ0
Ｙ0Ｚ0 における単位行列Ｉを式（４）に概念的に示さ
れる手順で回転変換していき、最終的に単位行列Ｉに戻
すことを考える。
【００５６】
【数４】 但し、Ｘ０Ｙ０Ｚ０：水平真北座標系（第０座標系） Ｘ１Ｙ１Ｚ１〜Ｘ６Ｙ６Ｚ６：第１〜第６座標系 ａij〜ｆij：３×３行列要素（matrix elements ） （ｉ＝１〜３，ｊ＝１〜３） Ｉ：３×３単位行列（unit matrix ） この手順を行列表現にて表わすと、
【数５】 Ｉ＝（−φ７）Ｚ（−ｐ６）Ｙ（−ｒ５）Ｘ（φＡＢ）Ｚ ×（ｒ）Ｘ（ｐ）Ｙ（φＶ）ＺＩ …（５） となる。この式において、（・）X 、（・）Y 、（・）
Z で表わされている行列は、
【数６】 にて定義される。式（６）におけるｘ、ｙ、ｚは、式
（５）において行列を表わす括弧内に表わされた角度
（ラジアン）を代表するものである。また、Ｘ０Ｙ０Ｚ
０座標系からＸ３Ｙ３Ｚ３座標系に至る一連の座標変換
を表すと図１９のようになる。
【００５７】このようにして得られた回転変換式を変形
し、式（５）の右辺の左から３個目までの行列を左辺に
移動すると、
【数７】 （ｒ５）Ｘ（ｐ６）Ｙ（φ７）Ｚ ＝（φＡＢ）Ｚ（ｒ）Ｘ（ｐ）Ｙ（φＶ）Ｚ …（７） になる。この式（７）の右辺は、前述の（ｄij）を表わ
しているから、
【数８】 （ｄij）＝（φＡＢ）Ｚ（ｒ）Ｘ（ｐ）Ｙ（φＶ）Ｚ …（８） となる。また、式（７）の左辺を（ｄLij ）と表わすこ
ととすると、 （ｄLij ）＝（ｒ５）Ｘ（ｐ６）Ｙ（φ７）Ｚ
【数９】 但し、ｄL11 ＝ ｃｏｓｐ６・ｃｏｓφ７ ｄL12 ＝ ｃｏｓｐ６・ｓｉｎφ７ ｄL13 ＝−ｓｉｎｐ６ ｄL21 ＝ ｓｉｎｒ５・ｓｉｎｐ６・ｃｏｓφ７−ｃｏ
ｓｒ５・ｓｉｎφ７ ｄL22 ＝ ｓｉｎｒ５・ｓｉｎｐ６・ｓｉｎφ７＋ｃｏ
ｓｒ５・ｓｉｎφ７ ｄL23 ＝ ｓｉｎｒ５・ｃｏｓｐ６ ｄL31 ＝ ｃｏｓｒ５・ｓｉｎｐ６・ｃｏｓφ７＋ｓｉ
ｎｒ５・ｓｉｎφ７ ｄL32 ＝ ｃｏｓｒ５・ｓｉｎｐ６・ｓｉｎφ７−ｓｉ
ｎｒ５・ｃｏｓφ７ ｄL33 ＝ ｃｏｓｒ５・ｃｏｓｐ６ となる。ここに、（ｄij）＝（ｄLij ）が成り立たなけ
ればならず、従ってｄ13= ｄL13 でなければならない。
ｄL13 ＝−ｓｉｎｐ6 であるから、
【数１０】 ｐEL＝ｐ6 ＝ｓｉｎ-1ｄ13 …（１０） となり、またｄ23＝ｄL23 ＝ｓｉｎｒ5 ・ｃｏｓｐ6 及
びｄ33＝ｄL33 ＝ｃｏｓｒ5 ・ｃｏｓｐ6 であるから
【数１１】 ｒXEL#2 ＝ｒ5 ＝ｔａｎ-1（ｄ23／ｄ33） …（１１） となる。
【００５８】一方、ｘS0、ｙS0、ｚS0における指向誤差
を表す式は、
【数１２】 となる。この式を極座標表示に変換すると、
【数１３】 となるから、
【数１４】 Δθs ＝ｃｏｓ-1ｚs Δφs ＝ｔａｎ-1（Δｙs ／Δｘs ） …（１４） が得られる。このようにして得られるΔθS は−Δ
ELに、ΔφS は−ΔXEL に等しい。
【００５９】このようにして得られたｐEL、ｒXEL#2 、
ΔEL及びΔXEL を図示すると、前述の図１２のようにな
る。この図から明らかなように、ｒXEL#2 がほぼ０、す
なわち移動体が移動体傾斜検出用XEL 軸１００回りで実
質的に傾斜していない場合には、ベアリング誤差ΔBRG
があまり大きくない範囲で、電子XEL 軸１０回りの動揺
角指向誤差角ΔXEL がほぼ０となることがわかる。
【００６０】前述の式（２）は、式（１４）を近似した
式である。
【００６１】ｇ）補遺 本発明における各種の制御はハードウエア的にもソフト
ウエア的にも実現できる。受信機フロントエンド５０や
周波数変換部５２をAZ軸ターンテーブル２６上に設けて
もよい。また、素子２０を３列縦列配置した例のみを示
したが、本発明は、素子２０の列の個数や各列に属する
素子２０の個数には限定されない。図５においては４素
子実施形態用の給電回路の構成を示したが、図２に示さ
れる３素子実施形態や他の種類の素子配置についても、
当業者であれば図５の開示を参照し給電回路を構成する
ことができる。本発明では、ＰＳ４６のビット数は３ビ
ットに限定する必要がない。ＰＳ４６としてはBSW が可
能であれば他の構成を用いてもよい。
【００６２】以上の説明では、アレイアンテナ２２の隣
接するビーム位置を対としていたが、隣接しないビーム
位置を対としても構わない。また、図１４中ステップ３
０２における判定は、受信レベル差信号ΔＲLev の符号
に基づき行っていたが、受信レベル信号ＲLev 同士を直
接比較しても構わない。また、複数のBSW を行いその期
間で得られる受信レベル差信号ΔＲLev を積分した上
で、ステップ３０２を実行してもよい。すなわち、ΣΔ
ＲLev （ｂｉ，ｂｉ＋１）の符号を判定しあるいはΣＲ
Lev （ｂｉ）とΣＲLev （ｂｉ＋１）を比較しても構わ
ない。この積算（“Σ”）によって、受信レベル差信号
ΔＲLev 等に含まれる雑音が除去され、電子XEL 軸１０
回りでのBST がより安定に行われる。また、同図では、
ビーム位置対を更新選択する際に、受信レベル信号ＲLe
v が良好な側のビームを含む他のビーム位置対を選択し
ているが、受信レベル信号ＲLev がより良好となるであ
ろう側にあるビーム位置対へと更新すれば足りるから、
本発明は図１４のような更新方法に限定されるものでは
ない。
【００６３】さらに、図２０に示されるように、共に移
動体に固定されたロール傾斜計１０６の出力ｒ及びピッ
チ傾斜計１０８の出力ｐ並びにアンテナベアリング角φ
ABに基づき、式（１０）及び（１１）に従い、仮想XEL
軸１００回りの傾きｒ５及びｐ６を求めるようにしても
よい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Ａ及びＢは、それぞれ、本発明の４素子実施
形態に係るアレイアンテナ装置の外観を示す正面図及び
側面図である。
【図２】 Ａ及びＢは、それぞれ、本発明の３素子実施
形態に係るアレイアンテナ装置の外観を示す正面図及び
側面図である。
【図３】 動揺検出器の一例構成を示すブロック図であ
る。
【図４】 動揺検出器の詳細構成を示すブロック図であ
る。
【図５】 アレイアンテナの給電回路の一例構成を４素
子実施形態に関し示すブロック図である。
【図６】 アレイアンテナの電子XEL 軸回りのビーム位
置を示す図である。
【図７】 本発明の第１実施形態に係るアレイアンテナ
装置の機能構成を示す全体ブロック図である。
【図８】 受信レベル信号生成回路及び受信レベル差信
号生成回路の構成を示すブロック図である。
【図９】 HPF を示すブロック図である。
【図１０】 移動体傾斜検出用仮想XEL 軸を説明するた
めの図である。
【図１１】 第１実施形態におけるモード制御動作を示
すフローチャートである。
【図１２】 機械AZ−機械ELマウントにおける幾何学的
指向誤差を示す図である。
【図１３】 本発明の第２実施形態に係る追尾型アレイ
アンテナ装置の機能構成を示す全体ブロック図である。
【図１４】 電子XEL 軸回りでのBST 動作を示すフロー
チャートである。
【図１５】 第２実施形態におけるモード制御動作を示
すフローチャートである。
【図１６】 第２実施形態において移動体傾斜検出用仮
想XEL 軸について移動体が実質的に傾斜していない場合
の制御状態を示す図である。
【図１７】 第２実施形態において移動体傾斜検出用仮
想XEL 軸について移動体が実質的に傾斜している場合の
制御状態を示す図である。
【図１８】 本発明の第３実施形態に係る追尾型アレイ
アンテナ装置の機能構成を示す全体ブロック図である。
【図１９】 第１実施形態における電子XEL 軸制御原理
を説明するための座標関係図である。
【図２０】 傾斜検出の他の方法を示す図である。
【図２１】 AZ-EL-XEL マウントを示す図である。
【符号の説明】
１０ （電子）ＸＥＬ軸、１２ ＥＬ軸、１４ ＡＺ
軸、１００ 仮想ＸＥＬ軸、３２ 角速度センサ、３４
ａ，３４ｂ，３４ 移動体傾斜検出器、６０受信レベル
信号生成回路、６２ ＥＬ軸制御回路、８４ 電子ＸＥ
Ｌ軸／ＡＺ軸ビームスイッチ制御回路、９２ 探索制御
回路、９４ モード制御回路、１０２ＨＰＦ、１０４
ＡＺ軸制御回路。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機械的な仰角軸と直交しかつ機械的な実
    体のない第１仮想直交仰角軸の回りにある複数のビーム
    位置のうち、いずれか１個を選択的に指向するビームを
    有し、機械的な方位軸回りに回転可能に支持された上記
    仰角軸回りに回転可能に支持されるアレイアンテナと、 上記複数のビーム位置から少なくとも２個を選択し、当
    該少なくとも２個のビーム位置を交互に指向するようア
    レイアンテナのビームを形成させることにより、アレイ
    アンテナにより受信された信号に基づき追尾用信号を生
    成するビームスイッチ手段と、 上記機械的な仰角軸と直交しかつ機械的な実体のない第
    ２仮想直交仰角軸の回りの上記移動体の動揺角度を直接
    又は間接検出することにより、第１動揺角度信号を生成
    する第２仮想直交仰角軸回り動揺角度検出手段と、 少なくとも上記第１動揺角度信号からみて第２仮想直交
    仰角軸について上記移動体が傾斜していないと見なせる
    場合に動作し、動作しているときには、上記追尾用信号
    に応じかつアレイアンテナの方位が目標の方位となるよ
    う、アレイアンテナを方位軸回りに回転させる方位軸ビ
    ームスイッチ追尾手段と、 を備え、移動体に搭載されることを特徴とする追尾型ア
    レイアンテナ装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の追尾型アレイアンテナ装
    置において、 上記第１動揺角度信号からみて第２仮想直交仰角軸につ
    いて上記移動体が傾斜していると見なせる場合に、より
    良好な信号受信状態にて目標からの信号を受信できるよ
    う、第２仮想直交仰角軸回りの移動体の動揺角度に基づ
    き上記第１仮想直交仰角軸回りのビームを形成させる直
    交仰角軸制御手段を備えることを特徴とする追尾型アレ
    イアンテナ装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の追尾型アレイアンテナ装
    置において、 上記複数本のビームが少なくとも３本のビームを含み、 追尾型アレイアンテナ装置が、上記第１動揺角度信号か
    らみて第２仮想直交仰角軸について上記移動体が傾斜し
    ていると見なせる場合に動作する直交仰角軸ビームスイ
    ッチ追尾手段を備え、直交仰角軸ビームスイッチ追尾手
    段が、目標からの信号がアレイアンテナによりより良好
    な信号受信状態にて受信されるよう、ビームスイッチ手
    段により交番的に形成させるべき上記少なくとも２個の
    ビーム位置を上記追尾用信号に応じて更新させることを
    特徴とする追尾型アレイアンテナ装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の追尾型アレイアンテナ装
    置において、 アレイアンテナの方位軸回りの回転角速度を検出するこ
    とにより角速度信号を生成する方位軸回り角速度検出手
    段と、 上記第１動揺角度信号からみて第２仮想直交仰角軸につ
    いて上記移動体が傾斜していないと見なせる場合に、方
    位軸ビームスイッチ追尾手段に対し上記追尾用信号に代
    え修正追尾用信号を供給する方位軸速度帰還制御手段
    と、 を備え、方位軸速度帰還制御手段が、上記角速度信号と
    上記追尾用信号とを結合させることにより上記修正追尾
    用信号を発生させることを特徴とする追尾型アレイアン
    テナ装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の追尾型アレイアンテナ装
    置において、 上記角速度信号に含まれる直流オフセット分を除去乃至
    減衰させることにより直流オフセット抑制角速度信号を
    生成する直流オフセット抑制手段を備え、直流オフセッ
    ト抑制手段が、生成した直流オフセット抑制角速度信号
    を角速度信号として方位軸速度帰還制御手段に供給する
    ことを特徴とする追尾型アレイアンテナ装置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の追尾型アレイアンテナ装
    置において、 アレイアンテナによる目標からの信号受信状態が所定時
    間以上に亘って劣化している場合に、アレイアンテナを
    方位軸回り及び／又は仰角軸回りに回転させることによ
    り、目標の位置を探索する探索制御手段を備えることを
    特徴とする追尾型アレイアンテナ装置。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の追尾型アレイアンテナ装
    置において、 仰角軸回りにおけるアレイアンテナの動揺角度を検出す
    ることにより第２動揺角度信号を生成する仰角軸回り動
    揺角度検出手段と、 第２動揺角度信号に基づきアレイアンテナを仰角軸回り
    に回転させることにより、仰角軸回りの動揺を補償しな
    がらアレイアンテナにより仰角に関し目標を追尾させる
    仰角軸制御手段と、 を備え、仰角軸制御手段が、アレイアンテナの仰角を微
    小間隔で段階的に変化させながら目標からの信号受信状
    態を監視することにより、信号受信状態がより良好とな
    る方向へと、アレイアンテナの仰角を制御する仰角ステ
    ップトラック手段を含むことを特徴とする追尾型アレイ
    アンテナ装置。
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