JPS5989005A - アンテナ指向方向制御方式 - 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】 （技術分野） 本発明は、衛星に搭載されるマルチビームアンテナ、あ
るいは成形ビームアンテナ等の指向方向制御方式に関１
−るものである。

（背景技術） 第１図は衛星の座標系を示したものであり、１は衛星、
２は地球、３はロール軸、４はピッチ軸、５はヨー軸で
ある。ロール軸３は衛星の軌道に平行な軸であり、ピッ
チ軸４はロール軸と地球方向に垂直な軸であり、衛星か
ら地球に向かう方向がヨー軸である。衛星の姿勢変動は
、これら３軸によって表される。衛星のアンテナは、地
球上の目的の方向に常に向けておく必要があるが、アン
テナビームがほぼ円形のパターンを持つのであれば、ア
ンテナの指向方向はロール軸及びピッチ軸に関して制御
すればほとんど誤差は生じない。しかし、マルチビーム
アンテナあるいは成形ビームアンテナの場合は、ロール
軸、ピッチ軸だけでなく、ヨー軸に関する誤差も無視で
きない。第２図は、マルチビームアンテナを使用しＴこ
場合のヨー軸の回転によるアンテナ指向方向誤差の発生
を示したものである。同図は日本本土を対象にして、４
ビームのマルチビームアンテナを使用した例であり、６
〜９は各ザービスエリアに対応したアンテナパターンで
あり、Ａ、Ｂは各サービスエリア内の地球局の位置の例
であり、鳥、Ｐ２は各ビームの中心を示している。第２
図（ａｌは指向方向の誤差がない場合であり、Ａと１）
、　、　ＢとＰ２は一致してい−る。第２図（ｔ）ｌは
衛星がヨー軸に関して回転した場合であり、ＡとＰ、、
１３とＰ２は一致していない。第２図（Ｃ）は第２図（
１〕）の状態の後、ＡとＰｌが一致するようにロール軸
及びピッチ軸について調整した場合であるが、ＡとＰｌ
は一致しているがノ３とＰ２は一致せず、指向誤差が生
じている。このようＫ、マルチビームアンテナ又は成形
ビームアンテナを用いた場合は、ｏ　−ル１ｌｑｌｌ、
　ヒツチ軸だけでなく、ヨー軸についてもアンテナの指
向方向を制御１−る必要がある。

従来、衛星の位置や姿勢の検出には太陽センサ、地球セ
ンサ、スターセンサ及び地球から電波を送信しこれを衛
星上で受信して到来波方向を検出するＩｔ　Ｌ＋”セン
サ、あるいはモノパルスセンサ等と呼ばれている方式が
ある。ヨー軸の変動の検出には、これらのうち２つ以上
を組み合せることによっている。アンテナの指向方向を
高精度に検出するには、装置の取りイ」け誤差のない几
１’″七ンサがよく、地球上の相異なる２つの地球局か
ら電波を送信し、衛星に搭載された各地球局に対応する
到来波検出系を用い、これらの指向誤差出力を演算する
ことによって、ヨー軸の変動量を検出１−る方法がある
。

即ち、ヨー軸の回転ψ、ピッチ軸の回転ΔＸ、ロール軸
の回転Δｙによるアンテナ指向方向のずれを示したのが
第３図である。横軸はピッチ軸の回転に対する角度であ
り、縦軸はロール軸の回転に対応する角度、原点０は衛
星から地球中心への方向であり、原点Ｏを通り図に垂直
な方向にヨー軸がある。”＋（ｘｚＶｌ）＋　Ｐ２（Ｘ
２．）＋２）は２つの地球局の方向であり、各々に対応
するアンテナビームはヨー、ピッチ、ロールの各軸につ
いてψ、ΔＸ、Δｙだけ変動し、Ｐ１′（ｘ１′、ｙ、
′）、Ｐ２′（×２′、ｙ２′）の方向に移動する。

このときの地球局に対応する到来波検出系の誤差出力電
圧は、各々次式に比例する。

従って、２つの到来波方向検出系の出方によって式（５
）〜（８）が得られ、これをもとにマイクロコンピュー
タ等を用いて演算処理をすることによってΔＸ、Δｙ及
びψが求まり、衛星の姿勢またはアンテナを各軸に関し
てｆｌ？ＩＪ御し、アンテナの指向方向を所定の方向に
向けていた。

しかし、この方式では到来波方向検出量分電圧の演算が
複雑であり、演算回路の重量、消費電力の増加及び信頼
性か劣化′１−ることとなり、衛星のように重量、消費
′電力が限られ、修理１−ることも困難な場合は重大な
欠点となる。

（発明の課題） 本発明はこれらの欠点を改善づ−るもので、その特徴は
、地球上の少なくとも２つの地球局から電波を衛星に向
けて放射し、衛星上に各地球局に対応する電波到来方向
検出系を用意し、一方の検出系で得られる電波到来方向
情報では衛星搭載アンテナの東西及び南北方向（ピッチ
軸及びロール軸）の制御信号として衛星の姿勢又はアン
テナを制御し、他方の検出系で得られる電波到来方向情
報では、衛星から地球方向を軸とした衛星又はアンテナ
の回転（ヨー軸）Ｋ対１−る制御信号として衛星姿勢又
はアンテナを制御するごときアンテナ指向方向制御方式
にある。

（発明の構成および作用） ヨー、ピッチ、ロール軸の回転ヴ】、ΔＸ、Δｙによっ
て２つの到来波方向検出系は、式（５）、　（６１、＜
７１　、　（８１を表される電圧が得られる。このとき
、第１の到来波方向検出系で得られる誤差電圧、即ち式
（５）及び（６）でそれぞれピッチ軸、ロール軸に関し
て衛星姿勢又はアンテナを制御すれば、Ｐ１′はＰｌの
方向に一致する。Ｐ２′もＰ１′と同一量ヒツチ軸、ロ
ール軸に関して動き、Ｐ２’　（Ｘ２’　ｒ　Ｘ２’　
）の方向に移動する。

ｘ：＝　ｘ、　＋（ｘ２−　ｘ、　）　ｃｏｓψ＋（Ｙ
２　　ｙｌ）ｓｉｎψ（９）’ｙ、’＝　ｙ、　−（ｘ
、、　−ｘ、　）　ｓｉｎψ＋（Ｙ２Ｙ、）　ｃｏｓψ
（ＪＯ）このとき、第２の到来波検出系の出力電圧は次
式で得られる。

ｅＸ＃＝＝＝（ｘ、、　　Ｘｌ）（１−ｃｏｓψ）−（
Ｙ２−ｙ、）ｓｉｎψ（１１）ｅ、ｎ　＝　（ｘ２−　
ｘ、　）　ｓｉｎψ＋（’Ｊ２Ｙ、）（１−ｃｏｓψ）
　（１２）ここでψ〈１とすると であるから、誤差電圧は次式で表せる。

ｅｘ／／−（ｙｌ−ｙ２）ψ　　　　　　　　　　（１
！１１ｅｙ７ｔ　！弓（Ｘ、　　Ｘ、　）ψ　　　　　
　　　　　（１５）２式ともヨー軸の回転角ψに比例し
た電圧となり、（ｙ、　　ｙ２）及び（ｘ２−　ｘ、　
）は２つの地球局の位１４．によって決まる一定値であ
る。従って、これらの一方を用いて、ヨーｌｌ１ｌｌＩ
Ｋ関して衛星の姿勢またはアンテナを制御する。この結
果、アンテナの指向方向をピンチ、ロール、ヨー軸に関
して目的の方向に向けることができる。

（発明の効果） 以」二説明したように、第１の到来波方向検出系の出力
電圧でピンチ軸及びロール軸について制御し、第２の到
来波方向検出系の出力電圧でヨー軸について制御するこ
とによって、マルチビームアンテナや成形ビームアンテ
ナの指向方向を目的の方向に高精度で容易に向けること
が可能となり、演算回路も不必要で回路構成の簡易化、
高信頼化ができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は衛星の座標系を示す図、第２図は衛星のヨー軸
まわりの回転によるアンテナ指向方向誤差の発生を示す
図、第３図は衛星の姿勢変動に対するアンテナ指向方向
の変化を示す図でル）る。 ■・・・・・・衛星　　　　２・・・・・・地球３・・
・・・・ロール軸　　４・・・・・・ピッチ軸５　・・
・・・・　ヨ　−１伯 ６〜９・・・マルチビームアンテナパターン特許出願人 日本電信電話公社 特許出願代理人 弁理士　　　山　　本　　恵　　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地球上の少なくとも２つの地球局から電波を衛星に向け
   て放射し、衛星上に各地球局に対応する電波到来方向検
   出系を用意し、一方の検出系で得られる電波到来方向情
   報では衛星搭載アンテナの東西及び南北方向の制御信号
   として衛星の姿勢又はアンテナを制御し、他方の検出系
   で得られる電波到来方向情報では衛星から地球方向を軸
   としｆこ衛星又はアンテナの回転に対する制御信号とし
   て衛星姿勢又はアンテナを制御′１−ることを特徴とす
   るアンテナ指向方向制御方式。