JPS5986908A - 指向性体の指向方向制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 例えば、衛星通信を行なう場合、指向性の鋭いパラボラ
アンテナを衛星方向に向けて通信が行なわれる。

このようなパラボラアンテナを地上に設置する場合はそ
の指向方向を衛星方向に一致させることは比較的容易で
ある。しかし、船舶に設置する場合は、船舶のローリン
グ、ピッチング等に応じてパラボラアンテナの指向方向
が一定方向になるように自動制御する必要がある。

このような指向方向制御を行なう装置として一般にはジ
ンバル機構が多く用いられている。

ジンバル機構は、第１図に原理図を示すように回転自在
のＹ軸に直交方向に回転自在のＹ軸が設けらｎる。そし
て、Ｙ＠に上記指向性空中ＨＡを固定してＸＹ平面の傾
＠に対してＹ軸、Ｙ軸を各々独立して回転させることに
より指向性空中線Ａの指向方向を一定方向に保持する。

第１図のジンバル機構は、一般的にはＸＹ平面の傾き、
従ってジンバル機構を船体に取り付けた場合は船体のロ
ーリング、ピッチングに対応した角度だけＹ軸あるいは
Ｙ軸を回転させることにより指向性空中線入を一定方向
に保持することができる。ところが、Ｙ軸あるいはＹ軸
の回転角はローリングあるいはピッチング角に常に対応
しているとは限らす、指向性空中線Ａの指向方向によっ
ては、わずかなローリング、ピッチングに対してもＸ＠
あるいはＹ軸を大きく回転きせなければならないΦこの
現象は、一般にはジンバルロックド言われているもので
、指向性空中線への指向性追尾機能を大きく阻害する。

例えば、第２図において、ジンバル機構のＹ軸を船体Ｓ
の船首線と平行に設置した場合、船体Ｓのローリング角
６、ピッチング角γに対して指向性空中線Ａを一足方向
に指向させるためのＹ軸並びにＹ軸の回転ζ、ｌは、 １　＝ｓｉｎ　”　（ｃｏｓｒ・ａｙｓｔｌ・ｃｏｓＷ
　−ｓｍｒｅｓｍθ）−・−−−（２）として求められ
ることが知られている。（１）、（２）式において０は
指向性空中線の仰角、Ｙは船体Ｓの船首線を基準にした
水平方位角を示す。上記角はいずれも時計方向を正、反
時計方向を負とし、Ｙ軸、Ｙ軸の回転角ζ、ｌは船首方
向又は右舷から見て天頂方間を「０°」とした角度を示
す。

上記（１）、（２）式から明らかなように、ローリング
角δはＸ＝回回転角圧のみ影響を与え、かつ、ローリン
グ角δの変化はＸ軸回転角このｙ化に直接対応するから
、船体のローリングに対する指向性空中線Ａの指向制御
は比較的容易に可能である。

しかし、ピッチング角γに対しては、Ｘ軸回転角ζ、Ｙ
＠回転角ｌは一義的には決まらず、指向性空中ｉｆＭＡ
の仰角θ並びに水平指向方向ψによって異なる。

この場合、ピッチング角γの変化ＶＣＨするＸ４１！ｊ
１回転角ζ、゛Ｙ軸回転角ηの変化が比較的小さい場合
＋ａ、ピッチングに十分追従して指向方向制御を行なう
ことができる。しかし、Ｘ＠ｊ回転角ζ、Ｙ軸回転角ｌ
の変化が極めて大きい場合は、船体のピッチングに追従
して指向性空中？ｔＭＡの指向方向を一定方向に保つた
めには、船体のわずかなピッチングに対してもＸ＄ｌＩ
ｌあるいはＹ軸を高速回転させなけｎばならない。その
ため、指向性の追尾遅れが生じる欠点がある。

第３図並びに第４図は、上記（１）、（２）式において
船体のピッチングを＋５°から一５°まで変化させたと
き仰角Ｕの各々に対するＹ軸の回転角変化Δζ、Ｙ軸の
回転角変化Δ９の特性を表わす。

第３図において、Ｙ軸の回転角変化Δζは、上記（１）
式から明らかなように、水平方位角ψによって種々の特
性を示し、■は水平方位角 ψ＝＋１６ ■は、　　　　　ψ＝＋５゜ ■は、　　　　　　ψ＝＋２０゜ ■は、　　　　　　Ｆ　＝　＋４５゜ ■は、　　　　　　９’　＝　＋９１゜のときの特性を
示す。

同様に、第４図において、Ｙ軸の回転角変化△ηも水平
方位角ψによって種々に変化し、■は水平方位角 ＠＝十’１’ ■は、　　　　　ψ＝＝　＋　２００ ■は、　　　　　ψ＝　＋　９１’ のときの特性を示す。

上記第３図並びＶＣ第４図において、船体のピッチング
角変化（＋５°から一５°のｌ’ｊｌ　）に対するＹ軸
の回転角変化△ηは、指向性空中線Ａの水平方位角ψに
あ１り影響されず比較的小さい（ピッチング角の１０°
以下）のに対して、Ｙ軸の回転角変化△ζは水平方位角
ψによって種々に変化する。すなわち、水平方位角ψが
極めて小さく、例えば、１°乃至５°のとき指向性空中
線入の仰角θが特定角以上に小さくなるとＹ軸の回転角
変化△ζが急激に増大し、かつ、仰角θのわずかな変化
に対して大きく変化することかわかる。その結釆、指向
性空中ｉＡの指向方向が船首方向に近いときは船体のわ
ずかなピッチングに対してＸ＝ｉ人さく、かつ、急激に
回転式せなければならない。一般に、船の位置変化に伴
なう指向性空中線Ｎの指向方向制御はステップ状に追尾
を行なうステップトラック法が用いられる。そのため、
上記のような急激な回転を必要とするときは指向性追尾
に追尾遅ｎが生じる欠点がある。

この発明は、上記のような追尾遅れが生じることガく指
向性空中線Ａの指向方向を船体のローリング、ピッチン
グに対して常に特定方向に維持し得る方法を提供する。

以下この発明の実施例について説明する０まずこの発明
の原理について説明すると、第３図の特性図において、
指向性背中ｋＡの水平指向角ψが極めて小はいと凱仰角
が特定角以下になると、前記説明のように、船体のわず
かなピッチングに対してもＸ軸回転角が急減に大きくな
る。

ところが、特性図■あるいはＶに示すように、水平指向
方位Ｔが４５°あるいは９１°のように、特性図■ある
いはπの水平指向方位ヲ９０°回転させた方位に近すけ
るに従って、船体のピッチングに対するＸ軸回転角が非
常に小さくなる。特に、特性図■のように、水平指向方
位が特性図Ｉの水平指向方位 ψ−＋１゜ を９０°回転させた方位にあるとき、ピッチングに対す
るＸ軸回転角変化量△ζは非常に小さく約１゜以下であ
る。

この発明は、この点に着目してピッチングに対するＸ軸
回転角変化量△ζを小さくするもので、第２図において
、指向性空中線Ａの水平指向方位ψが船首線方向、すな
わちＸＭ方向Ｖこある一定角以上近すいた場合は、第５
図に示すように、ジンバル機構のＹ軸を船首線Ｈと直角
方向に配置して、指向性空中線人を船首線Ｈ力向に向け
る。すなわち、第２図におけるジンバル機構全体を９０
°回転させることにより、第３図の特性図Ｉを特性図Ｖ
に変化させるものである。

第６図は上記原理に基づく実施例を示し、Ｙ軸並びにＹ
軸は第１図あるいは第２図と同様なジンバル機構を構成
している。そして、Ｙ軸並びに】軸は２軸によってＸＹ
平面内で回転可能に支持でれている。

上記においてＹ軸、Ｙ軸並びにＺ軸の各々はＸ軸回転装
置１、Ｘ軸回転装置２、Ｚ軸回転装置３によって各々の
Ｎ転角が別個に制御される。

Ｘ軸回転装置１、Ｘ軸回転装置２、Ｚ軸回転装置３の各
々（ｄマイクロプロセッサ−４によって各軸の回転動作
を行なう。すなわち、Ｘ軸回転装置１は、マイクロプロ
セッサ−４から（１）式によって与えられるＸ軸回転角
ζに一致するようにＸ＠を回転させる。又、Ｘ軸回転装
置２はマイクロプロセッサ−４から（２）式によって与
えられるＹ１１］回転角ｌに一致するようにＹ軸を回゛
転させる。

マイクロプロセッサ−４が上記（１）、（２）式を演算
するとき、演算に用いられるローリング角デークーはロ
ーリング検出器５によって与えら汎、又、ピッチング角
チーターζはピッチング検出器６によって与えられる。

ローリング検出器５並びにピッチング検出器６は船体の
ローリング、ピッチングを検出するもので、船体の頑き
角を電気的に検出する。そして、検出されたローリング
、ピッチングデーターはデーターバスを経てマイクロプ
ロ　□セッサー４に取り込まｎだ後、読出し書込みメモ
リ７に記憶される。

又、（１）、（２）式における水平方位角ψ、仰角θは
衛星通信を行なう衛星位置、自船位置及び船首方位から
計算される。通信を行なう衛星はその軌道データーある
いは位置データー等があらかじめ既知であるから、それ
らのデーターかキーボード８によって与えら九る。るる
いは、衛星に関連したデーターは耽出し専用メモリ９．
にあらかじめ記憶されており、キーボードによって必要
なデーターが読出される。

９は方位検出器で自船の船首方位を検出するもので例え
ばジャイロコンパスが用いられる。そして、１０は位置
検出器でいわゆる航法装置が用いられ自船の位置チータ
ーを送出する。

マイクロプロセッサ−４は上記衛星位置データー、船首
方位、自船の位置データーを用いて、自船の現在位置か
らの衛星の水平方位角ψ％　ＩＬＩＪ月６を公仰のごと
く計算した後読出し書込みメモリ７に記憶させる。この
場合、水平方位角ψは自船の船首方位を基準にした方位
を送出する。そして、マイクロプロセッサ−４は読出し
書込みメモリ７に記憶でれた上記各データーを用いて（
１）、（２）式の演算を行なう。マイクロプロセッサ−
４は（１）、（２）式から演算したＸ軸回転角ζ、Ｙ軸
回転角ｌを読出し書込みメモリ７に記憶させる。その後
、マイクロプロセッサ−４は記憶データがらＸ軸回転角
ζ、Ｙ軸回転角ｌを読出して、そのデーターに基づいて
Ｘ軸回転装置１、Ｘ軸回転装置２をそれぞれ駆動させる
。

マイクロプロセンサー４は、上記のようにしてジンバル
機構のＹ軸、Ｙ＠を回転制御する一方、胱出し書込みメ
モリ７に記憶されている指向性空中ｍＡの水平方位角ψ
及び仰角θを判別する。すなわち、第３図で説明したよ
うに、水平方位角ψ及び仰角θが極めて小さく、あらか
じめ定めた特定角γＸ、θｘ　Ｖｃなったとき、それを
判別してＺ軸回転装置３へ判別出力を送出する。２軸回
転装置３はその割」別出力に基づいてＺ軸を９０’回転
させる。さらに、マイクロプロセッサ−４は１．上記判
別出刃に基づいて、上記（１）、（２）式を演算して、
指向性アンテナＡの水平方位角ψを特定角ψＸに対して
Ｚ軸の回転と逆方向の９０’方向ψＸ−９０に設定する
ためのＹ軸、Ｙ軸の回転角ζＸ−９０，ＶＸ−９０を求
める。この演算された回転角ζＸ　−９０、９Ｘ−９０
は耽出し書込みメモリ７に記憶されると同時に、Ｘ軸回
転装置１、Ｘ軸回転装置２はＹ軸、’Ｙｅｌｌをこの回
転角になるように回転制御する。すなわち、これは、第
７図のジンバル機構に取付けらｎた指向性空中線Ａの仰
角θを極めて小さく、かつ、水平方位角ψを船首線Ｈと
わずかに異なる方向ＦＸＫ指向させるとき、第８図に示
すようにＹ軸がほぼ垂直になるようにＸ＠を回転させる
代わりに、指向性空中ＩＩＭＡを方位ψＸに対して９０
°異なる水平指向方位に設定した後、第９図のように、
Ｚ軸を９０゜回転きせることにより指向性空中線Ａをψ
Ｘ方向に設定したことになる。従って、第９図から明ら
かなように、Ｙ軸が船首線Ｈと直角に配置ざ２″した状
態で指向性空中ＨＡが第８図と同方向を指向する。

第３図において、各々の特性を表わす水平方位角ψはＹ
軸に対する方位を示し、Ｙ軸に船体のピッチングすなわ
ちＺ軸方向の揺ｎを与えたときのＹ軸の回転角変化△ζ
を示す。これを第９図に適用すると、指向性空中線Ａの
Ｙ軸に対する水平方位はほぼ９０″方向に相当するから
、これは第３図の特性■１で相当する。従って、この場
合、Ｙ軸のＺ軸方向の揺ｎに対するＸ軸回転角変化Δζ
は極めて小さくなることがわかる。但し、この場合、Ｙ
軸のＺ軸方向揺れは船体のローリングに相当するか′ら
、マイクロプロセッサー４は上記判別出力を送出した後
は、前記（１）式のＸ軸回転角ζを演算するに当り、ロ
ーリング角検出器５の検出したローリング角を（１）式
のピッチング角γとし、又、ピッチング角検出器６の検
出したピッチング角は（１）式のローリング角δとして
（１）式を演算する。

以上説明のように、この発明は、衛星通信等に用いる指
向性空中線を船体のローリング、ピッチング等に対して
ジンバル機構を用いて補償するに当り、指向性空中線の
特定の指向方向に対する補償角が限度以上に大きくなる
場合は、ジンバル機構全体を水平面内で回転させて指向
性空中線を所望方向に指向させるものである。その結果
、指向性を中線のいずれの指向方向に対しても、ローリ
ング１．ピッチングに対する補償角を十分小さくするこ
とができるから、応答のすぐれた指同性追尾を行わせる
ことができる。

なお、上記においては、船首線方向にジンバル晶コック
が生じる場合について説明したが、第９図のようにＸ軸
を船首線Ｈと直交方向に配置したときは、前記説明から
明らかなように、右舷あるいは左舷方向にジンバルロッ
クが発生する。従って、第９図のようにＺＮを９０°回
転させた俊、船体の変針により指向性空中縁の指向方向
が右舷水平方向になった場合は、上記と逆方向にＺ軸を
回転させ、Ｘ軸、ＹＩｌｌｉＩ］を（１）、（２）式に
従って回転させることにより上記と同様に追゛尾させる
ことができる。

又、上記実施例は船体のローリング、ピッチングに対す
るジンバルロックについて説明したが、船体のヨーイン
グに対するジンバルロックについても同様に適用するこ
とができる。すなわち、ヨーイングによって船首方向が
△ψだけ変化した場合、指向性空中線の水平方位角も△
Ｙたけ変化するから、それを元にもどすためには、ヨー
イング前の水平方位角ψθを基準にして一△ψだけ異な
る方向に設定するためのＸ軸回転角−ご、Ｙ軸回転角ｌ
を（１）、（２）式から演算すればよい。

今、（１）式及び（２）式において、船体のローリング
δ、ピッチングγを「０」とすると、 η’＝ｓｉｎ”（。θ、い、）０、ａ　＊　ｅ　１１　
＠　ａ　ａ　ａ　＋＋　＊　ｅ　＊　（２）ＩでＸ軸回
転角、Ｘ軸回転角がそれ七°れ与えられる。

（１）′、（２）７式において、相同性空中ｍＡの水平
方位角ψの各々に対して、ヨーイングによる水平方位角
変化±５°を与えたときのＸ軸回転角質化△ζ′、Ｙ軸
回転角変化△ｌは第１０図並びに第１１図のように表わ
さｎる。第１０図及び第１１図に２いて、■は水平方位
角ｒが＋１°のときの特性を示し、■は＋５°、■は＋
２０°、■は＋４５°の特性を示す。

第１０図、第１１図から明らかなように、ヨーイング変
化に対するＹ＠回転角変化△ワ′は仰角θの大きさにか
かわらず比較的小さいが、Ｘ軸回転角変化△ζ′は、第
３図と同様に水平方位角ψが極めて小さく、かつ、仰角
θが極めて小さい領域において非常に大きくなる。従っ
て、この場合も前記と同様にＺ軸を９０″回転させるこ
とによりＸ軸回転角変化△ζ′を極めて小さくすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はジンバル機構の原理を説明するための図、第２
図はジンバル機構を用いて指向性空中線の指向制御を行
なう方法＋ａ明するための図、第３図は第２図の指向制
御を行なうときのＸ軸回転角変化の特性を示す図、第４
図はＹ軸の回転角変化の特性を示す図、第５図は第３図
特性における特定の特性を説明するだめの図、第６図は
この発明の実施例、第７図、第８図及び第９図はその動
作を説明するための図、第１０図はヨーイングに対する
Ｘ軸回転角変化の特性を示し、第１１図はヨーイングに
対するＸ軸回転角変化の特性を示す。 待針出願人　古野電気株式会社 第１図 第２図 第５　図 ＼ 第６　図 第８図 第９図 手続補正書（自発） 特許庁長官　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１９８５４６号 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ２、ノ＋１＋１；八ｆｆＨフ 住　所　　兵庫県西宮面戸原町９番５２号明細書の発明
の詳細な説明の項並びに図面５、補正の内容 （１）図面の第２図、第６図及び第１０図を別添の図面
（３）明細書第７頁第１４行乃至同頁第１７行に記載の
「一般に、船の位置変化に・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・が用いられる。」を削除する。 第２図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直交するＹ軸、Ｙ軸を有するジンバル機構のＹ軸に特定
   の方向（仰角Ｕ１Ｘ軸に対する水平方位角ψ）に指向さ
   せるべき指向性体を固定して上記ジンバル機構を設置し
   た設置面の傾き（Ｘ軸方向の頷きγ、Ｙ軸方向の傾きδ
   ）に対して、Ｃｏ５Ｉ！”ｓｉｎｒ ０−′−”（ｓｉｎｒ”ｃｏｓθ、−、ヤー７．ｓｉｎ
   ＃）−６ｙ）＝ｓ＋ｎ　　（ｃｏｓγ・ｃｒｓｔＪ　・
   ｃｏｓ　ｙ　−ｍγ―歯０）（但し、ζ、ワは船首又は
   右舷から見て天頂方向を００とした時計方向回転角） を演算して、該演算結果を用いて上記Ｘ＠を角度ζ、又
   Ｙ軸を角度ｌたけ回転させて上記指向性体の指向方向を
   上記特定の方向に維持する装置において、 上記Ｙ軸に固定した指向性体の指向方向（仰角θ、水平
   方位角ψ）がＸ軸方向にあらかじめ定めだ特定角（θ−
   ６ｘ、−−ψＸ）以上近すいたとき、上記ジンバル機構
   全体を水平面内において９０°回転はせると同時に、上
   記指向性体の水平方位角ψを上記荷重角すに対して上記
   ジンバル機構の９０゜回転と逆方向の９０°方向ψＸ−
   ９０に設定すべき上記Ｙ軸、Ｙ軸の回転角ζＸ−９０、
   ηＸ−９０をそれぞれ演算し、上記Ｙ軸、Ｙ軸の各々の
   回転角を該演算した回転角ζＸ−９０、ηＸ−９０にそ
   れぞれ設定することにより、上記指向性体の指向方向を
   元の方向ｔＦ−復帰させた彼、Ｘ軸方向の傾きを６、Ｙ
   軸方向の傾＠をγとして上記Ｘ軸回転角ζ、Ｙ軸回転用
   ηを演算して該演算結果に基づいて上記Ｙ軸、Ｙ軸を回
   転はせて上記指向性体の指向方向を特定方向に維持する
   ことを特徴とする指向性体の指向方向制御方法。