JPS62184377A - アンテナ指向装置 - Google Patents

アンテナ指向装置

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JPS62184377A
JPS62184377A JP2622386A JP2622386A JPS62184377A JP S62184377 A JPS62184377 A JP S62184377A JP 2622386 A JP2622386 A JP 2622386A JP 2622386 A JP2622386 A JP 2622386A JP S62184377 A JPS62184377 A JP S62184377A
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Takeshi Hojo
武 北條
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は海事衛星通信等に使用されるアンテナの衛星方
向への指向装置に関する。
〔従来の技術〕
従来のアンテナ指向装置の第1の例は第2図に示す如く
構成されている。即ち、この指向装置は、4軸アンテナ
マウントと呼ばれ、同図に示す如く、アンテナ、ジンバ
ル等からなり、主として、船上に装備される機構部(1
)と船内に装備される制御部(2)とから構成される。
同図において(3)は基台で、それに支柱(3A)が植
立され、その上端にフォーク状の部分(3B)が取り付
けられている。部分(3B)の両脚にロール軸々受(4
)、(4’)((4’)は図示せず)が設けられている
。この基台(3)が船体上に取付けられる。(5)はロ
ールジンバルで、ロール軸々受(41,(4’)と対応
する位置に、ロール軸f61.  (6’)が夫々固設
され、これ等が上記ロール軸々受(41,(4’)に夫
々回動的に嵌合される。
ロールジンバル(5)はロール軸(61,(6’)と夫
々90゜離れた位置にピッチ軸々受(7)、  (7’
)を有し、これ等にピッチジンバル(8)の対応位置に
固設されたピッチ軸+9)、  (9’)が夫々回動的
に嵌合される。
ピッチジンバル(8)は、ブリッジ(8−1)を介して
上方に突出する円筒部(10’)を有し、その内部に方
位軸々受(9−1’) 、  (9−1’)を互いに上
下に離して固没す4゜ (10)は方位軸で、これは上記円筒部(10’)内の
方位軸々受(9−1) 、  (9−1’)に回動的に
嵌合すると共に、下端に方位歯車(11)が、又上端に
コ字状部材(12)が夫々固設される。該コ字状部材(
12)は、上記ロール軸(6) 、  (6’)又はピ
ッチ軸(9)、  (9’)と同一の高さの所に、仰角
軸(13)。
(13’)を有する。これ等仰角軸(13) 、  (
13’)は、夫々一端はアンテナ(14)が取付けられ
ている取付部材(15) 、  (15’)の対応位置
に設けた、仰角軸々受(16) 、  (16’)に夫
々回動的に嵌合する。
(17)は方位軸(10)と平行な軸のまわりに高速で
回転するフライホイールを内蔵するフライホイールユニ
ットで、ピッチジンバル(8)に固定される。
このフライホイールユニット(17)を設けたことで、
ピッチジンバル(8)、コ字状部材(12) 1.アン
テナ(14)等からなる部分は、ジャイロケースの一部
を構成し、これ等全体がジャイロとなる。
(1B)はピッチトルカで、基台(3)のフォーク状の
部分(3B)のロール軸々受(4′)の位置に取付けら
れ、上記フライホイールユニット(17)に対して、非
接触時に上記ロール軸(6) 、  (6’)のまわり
に、その入力電流に比例したトルクを加え、その結果、
ピッチジンバル(8)以内をピッチ軸(9)。
(9′)のまわりにプリセツションさせる作用を行う。
(19)はロールトルカで、ピッチジンバル(5)のピ
ンチ軸々受(7′)の位置に取付けられ、上記フライホ
イールユニット(17)に対して非接触的に上記ピンチ
軸(9) 、  (9’)のまわりにその入力電流に比
例したトルクを加え、その結果、ピッチジンバル(8)
以内をロール軸(6)、  (6’)のまわりにプリセ
ツションさせる作用を行う。(20)はロール傾斜針で
、ピッチジンバル(8)上に取付けられ、ピッチジンバ
ル(8)のロール軸(6) 、  (6’)まわりの傾
斜を検出し、その出力は増幅器(22)を介して、上記
ロールトルカ(19)にフィードバックされ、ピッチジ
ンバル(8)をロール軸(61、(6’)まわりに関し
て、常に水平に保持する。  (21)はピッチ傾斜計
で、ピッチジンバル(8)上に取付けられ、ピッチジン
バル(8)のピッチ軸+9) 、  (9’)まわりの
傾斜を検出し、その出力は増幅器(23)を介してピッ
チトルカ(18)にフィードバックされ、ピッチジンバ
ル(8)をピッチ軸(9) 、  (9’)まわりに関
して常に水平に保持する。即ち、上記2個のフィードバ
ックループにより、ピッチジンバル(8)は常に水平に
保持され、その結果、方位軸(10)は常時、鉛直に保
持されることになる。
コ字状部材(12)のピッチジンバル(8)に対する方
位角は、その回転子(図示せず)が方位歯車(11)と
噛合しているブリッジ(8−1)上に設けた方位角発信
!(24)によって検出され、制御部(2)に送られる
。又、アンテナ(14)のコ字状部材(12)に対する
仰角も、その回転子(図示せず)が一方の仰角軸(13
)に固定した仰角歯車(25)に噛合している一方の取
付部材(15)に設けた仰角発信器(26)によって検
出され、同時に制御部(2)に送られる。制御部(2)
においては、ジャイロコンパス(図示せず)からの船首
方位、衛星の方位角、仰角等をもとに演算を行い、ブリ
ッジ(8−1)上に設けた方位サーボモータ(27)及
び取付部材(15)に設けた仰角サーボモータ(28)
に、増幅器(27A)及び(28^)を介して命令を与
え、アンテナ(14)を所要の衛星方向に指向させる。
第3図は従来の二輪マウントと呼ばれるアンテナ指向装
置の他の例の斜視図である。同図において、第2図と同
一符号は互いに同一素子を示すものとする。同図におい
て基台(3)にブリッジ部(3−1)を設け、その上に
上方に突出する如く円筒部(10’)を植立し、その内
部に配した2個の方位軸々受(9−1) 、  (9−
1’)に方位軸(10)を嵌合し、その上端にアーム(
40−1)を介して、方位ジンバル(40)を上記方位
軸(10)の軸線のまわりに回動的に支持する。方位ジ
ンバル(40)の上端にフォーク状部分(40−2)を
固定する。このフォーク状部分(4O−2)は、上記方
位軸(10)と直交し且つ水平方向に2個の仰角軸々受
(16) 、  (16’)を有する。アンテナ(14
)を取付けるコ字状の取付金具(41)の両脚(41−
1) 、  (41−1’)の対応する位置に設けた仰
角軸(13) 、  (13’)が仰角軸々受(16)
 、  (16’)に夫々回動的に嵌合する。この取付
金具(41)に、仰角軸(13) 、  (13’)の
まわりのアンテナ(14)の角度を検出する仰角ジャイ
ロ(44)と、仰角軸(13) 、  (13’)及び
アンテナ(14)の軸(χ−X)の双方に直交する軸の
まわりのアンテナ(14)の角度を検出する方位ジャイ
ロ(45)と、アンテナ(14)の仰角軸(13) 、
  (13’)まわりの傾斜角を検出する第1の加速度
計(46)及びアンテナ(14)のアンテナ軸(χ−X
)まわりの傾斜角を検出する第2の加速度針(47)を
夫々固設する。
又、取付金具(41)は、一方の仰角軸(13)と同軸
的の仰角歯車(48)を有する。方位ジンバル(40)
のフォーク状部分(40−2)の対応位置に固設した仰
角サーボモータ(49^)の回転軸に設けたピニオン(
50)が、上記仰角歯車(48)と噛合している。一方
、方位軸(10)の下端部に方位歯車(11)を取り付
け、基台(3)のブリッジ部(3−1)上に方位サーボ
モータ(52)及び方位発信器(53)を取り付け、そ
れ等の回転軸に設けたピニオン(図示せず)を方位歯車
(11)と夫々噛合させる。
仰角ジャイロ(44)、方位ジャイロ(45)に振動ジ
ャイロ、レートジャイロ等の微分型のジャイロを用いた
場合の制御ループを第3図に合わせて示す。仰角ジャイ
ロ(44)の出力は、積分器(54)増幅!(55)を
介して仰角サーボモータ(49八)にフィードバックさ
れ、船体の角運動に対して仰角軸(13) 、  (1
3’)まわりのアンテナ(14)の角速度をゼロに保持
する。
一方、第1の加速度計(46)の出力は、アークサイン
演算器(57)を介し、それより手動設定等による衛星
高度角θSに対応した信号を減じた後、減衰器(56)
を通して積分器(54)に入力される。
このループは、アンテナ(14)の仰角θを衛星高度角
θ5に一致させる時定数を持ったループで、減衰器(5
6)には、仰角ジャイロ(44)のドリフト変動を補償
するため、積分特性を具備させることも出来る。
一方、方位ジャイロ(45)の出力は、積分器(5B)
 、増幅器(59)を通して方位サーボモータ(52)
にフィードバックされ、アンテナ(14)を、アンテナ
軸(X−X ”)及び仰角軸(13) 、  (13’
)の双方に直交する軸のまわりに船体の角運動に対して
安定化させる。一方、アンテナの方位に対応し、た方位
発信器(53)の出力から、マグネットコンパス或いは
ジャイロコンパスからの船首方位φC及び手動設定等に
よる衛星方位φSが差し引かれた後、その信号を減衰器
(60)を通して積分器(58)に入力する。このルー
プは、アンテナ方位φを、衛星方位φ9に一致させる時
定数をもったループで、減衰器(60)は方位ジャイロ
(45)のドリフト変動を補償するため、積分特性を具
備させることも出来る。即ち、第3図において、減衰器
(56) 、  (60)の出力端は、積分型ジャイロ
のトルカに相当することになる。
尚、仰角ジャイロ(44)、方位ジャイロ(45)とし
て、従来の機械式ジャイロ、チェーントドライジャイロ
(T D G)等の二軸自由度タイプのジャイロ、或い
はレート積分ジャイロ等の、出力が角速度でなく、角度
であるようなジャイロを使用する場合には、それ等のピ
ックアップ出力を積分器(54) 、  (58)を通
さず、直接、増幅器(55) 。
(59)に入力すると共に、減衰器(56) 、  (
60)の出力は、対応するジャイロのトルカに入力すれ
ば良いことになり、ジャイロの方式に制限されない。
又、仰角及び方位サーボモータ(49A)、  (52
)として、ギアードタイブのものを示したが、その代わ
りに歯車系を必要としない直接駆動型のものを使用して
も良いし、ステップモータ、パルスモータ等も使用可能
なことは勿論で島る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、第2図に示す従来の4軸マウントタイプ
のアンテナ指向装置にあっては、ピッチジンバルをロー
ル軸及びピンチ軸まわりに水平を保持するための2個の
水平制御系、衛星方向にアンテナを指向させるための方
位制御系、アンテナの仰角を制御するための仰角制御系
の4つの制御系統が必要であり、システムが高価であり
、信頼性も低下する。又、中央部にフライホイールの取
付けられたピッチジンバルがあり、その周囲にロールジ
ンバル、ロール軸々受を有する基台に取り付けたフォー
ク状部分、コ字状部材等が配置され、その外側に大口径
のアンテナが配置されるため、機構部が大型となり、取
付場所の制限、装備の困難等、各種の問題がある。
一方、第3図に示す二輪マウントタイプのアンテナ指向
装置においては、船舶が衛星の直下に位置した時にアン
テナ仰角θが90” となり、仰角軸(13) 、  
(13’)と方位軸(10)の双方に直交する軸まわり
の角度外乱に対して追従不能となる、いわゆるジンバル
ロックが生じ、機能不能となるという問題があった。
c問題点を解決するための手段〕 本発明は上記問題点を回避せんとするもので、その手段
は、基台(3)と、支持機構と、アンテナ(14)とよ
りなるアンテナ指向装置において、上゛記支持機構を、
上記基台に対して垂直な方位軸(10)のまわりに回動
的に支持すると共に、上記支持機構を、上部に上記方位
軸と直交する仰角軸々受(16) 、  <16’)を
有するフォーク状部分(40−2)を構成した方位ジン
バルと、上記仰角軸々受に回動的に嵌合する仰角軸 (
13) 、  (13’)が固設され且つ該仰角軸と直
交する位置にX軸々受(64) 。
(64’)を有する仰角ジンバル(61)と、上記X軸
々受に回動的に嵌合するX軸(63) 、  (63’
)が固設され、該X軸と直交するアンテナ軸を有するア
ンテナ支持部材(41)と、該アンテナ支持部材に固定
され、上記アンテナ軸と平行な回転軸を有し、内部に高
速で回転するフライホイールを有するフライホイールユ
ニット(44A)と、上記アンテナ支持部材に固定され
、上記アンテナ軸と平行な入力軸を有する第1の加速度
計(46)と、上記アンテナ支持部材に固定され、上記
仰角軸と、平行な入力軸を有する第2の加速度計(47
)と、上記アンテナ支持部材に固定され、上記第1及び
第2の加速度計の入力軸の双方に直角な入力軸を有する
第3の加速度針(60A)と、上記基台に対する上記方
位ジンバルの上記方位軸まわりの回転角を発信する方位
発信器(53)と、上記基台に固定され上記方位ジンバ
ルに対して方位軸のまわりに入力信号に比例したトルク
を加える方位サーボモータ(52)と、上記方位ジンバ
ルに固設され上記仰角ジンバルに対し上記仰角軸のまわ
りに入力信号に比例したトルクを加えるX軸トルカ(4
9)と、上記仰角ジンバルに固定され、上記X軸のまわ
りに上記アンテナを含むアンテナ支持部材の上記X軸の
まわりに入力信号に比例したトルクを加える仰角トルカ
(62)と、上記方位発信器の出力、ジャイロコンパス
からの自船方位信号、自船の位置、上記第l、第2、第
3の加速度計の出力を入力とし、仰角誤差信号、X軸誤
差信号及び衛星方位誤差信号を出力する演算部(68)
とより構成し、上記衛星方位誤差信号を上記方位サーボ
モータにフィードバックする方位サーボループを設け、
上記仰角誤差信号を上記仰角トルカに入力すると共に、
上記X!III誤差信号を上記X軸トルカに入力し、上
記誤差信号をゼロとなるようにしたことを特徴とするア
ンテナ指向装置である。
〔作用〕
ジャイロコンパスからの船首方位信号と衛星方位角信号
とにより方位サーボ系によって方位ジンバルを衛星方向
に指向させる。アンテナ(14)にその回転軸がアンテ
ナ軸と平行となるように固設したフライホイールユニッ
ト(44A)によりアンテナ(14)をアンテナ軸と直
角な2軸のまわりに船体動揺運動から安定化させる。ア
ンテナ(14)に取付けた互いに直交する3個の加速度
計(46) 。
(47) 、  (60A)の出力とアンテナ(14)
を指向させるべき衛星の諸元から演算部(68)におい
て、アンテナの仰角誤差及びX軸誤差を演算し、これ等
をX軸及び仰角軸に取付けた2個のトルカ(62) 。
(49)にフィードバックして、上記誤差がゼロとなる
ように制御することによりアンテナ軸を常時、正しく衛
星の方向に指向させる。
〔実施例〕
第1図は本発明のアンテナ指向装置の一実施例を示す斜
視図である。同図において第2図及び第3図と同一符号
は互いに同一素子を示すものとする。
同図に示す本発明の一例において、基台(3)にブリフ
ジ部(3−1)を設け、その上に上方に突出する如く円
筒部(10’)を植立し、その内部の2個の方位軸々受
(9−1’) 、  (9−1’)に、方位軸(10)
を嵌合し、その上端に、方位ジンバル(40)を固定し
、この方位ジンバル(40)を上記方位軸(10)の軸
線のまわりに回動的に支持する。方位ジンバル(40)
は、上方にフォーク状部分(40−2)を有し、このフ
ォーク部分(40−2)の先端に、上記方位軸(10)
と直交し、且つ水平方向に2(11の仰角軸々受(16
) 、  (16’)を設ける。(61)は四辺形状の
仰角ジンバルで、これは、その一対の垂直方向の辺の中
央に、2個の仰角軸(13) 、  (13’)を有し
、これ等仰角軸(13) 、  (13’)は、上記方
位ジンバル(40)の仰角軸々受(16) 、  (1
6’)にそれぞれ回動的に嵌合する。
仰角ジンバル(61)の一対の水平方向の辺は、上記仰
角軸(13) 、  (13’)と直交する位置に、2
個のX軸(63) 、  (63’)を有する。これ等
X軸(63) 、  (63’)は、アンテナ(14)
を取付るコ字状支持部材或いはの取付金具(41)の両
脚(41−1)(41−1’)の対応する位置に設けた
X軸々受(64) 。
(64’)に、それぞれ回動的に嵌合する。この取付金
具(41)に、その回転軸の方向をアンテナ(14)の
軸と平行となるように、フライホイールユニッ) (4
4A)を取付ける。又、上記取付金具(41)には、ア
ンテナ(14)の軸方向(Z方向)の重力加速の成分を
検出するX加速度計(46) 、仰角軸(13) 、 
 (13’)、即ちY軸方向の重力加速度の成分を検出
するY加速度計(47)及びX軸方向の重力加速度の成
分を検出するX加速度計(60,4)が、それぞれ取付
けられる。
基台(3)のブリッジ部(3−1)には、方位軸(10
)の下端に取付けられた方位歯車(11)とその回転子
が噛合する如く方位サーボモータ(52)及び方位発信
!(53)が取付けられる。方位サーボモータ(52)
は、その入力電流に比例したトルクを方位ジンバル(4
0)からアンテナ(14)に至る可動部に、方位軸(1
0)のまわりに加える作用を有し、一方、方位発信器(
53)は、基台(3)に対する方位ジンバル(40)、
即ちアンテナ(14)の方位角を発信する。
方位ジンバル(40)の仰角軸々受(16)の位置に、
X軸トルカ(49)が取付けられ、その入力電流に比例
したトルクを仰角ジンバル(61)からアンテナ(14
)に至る可動部に、仰角軸(13) 。
(13’)のまわりに加える。仰角ジンバル(61)の
X軸々受(64)の位置に、仰角トルカ(62)が取付
けられ、その入力電流に比例したトルクを、アンテナ(
14)に対してX軸(63) 、  (63’)のまわ
りに加える。
方位発信器(53)のアンテナ方位出力(φ)は、ジャ
イロコンパスからのコンパス方位φC及び演算部(68
)からの衛星方位φ5と加算された後、増幅器(69)
を介して、方位サーボモータ(52)に入力され、方位
ジンバル(40)を常に衛星の方向を指向するように制
御する。
一方、演算部(68)には、手動入力される衛星方位φ
S、衛星仰角θS、自船の緯度λ及び経度りのほか、X
、 Y、  Zの3個の加速度計(60A)。
(47) 、  (46)の出力が入力され、この3種
の入力は動揺等に起因する交番加速度をフィルタした後
、アンテナ仰角θ及びX軸まわりの誤差角信号Δ甲を計
算する。演算部(68)は、更にアンテナ仰角θを衛星
仰角θSと比較し、仰角誤差信号Δθを得、これを増幅
器(67)を通して仰角トルカ(62)に入力し、仰角
誤差信号Δθがゼロとなるよう即ち、アンテナ仰角だ正
しく衛星仰角θ8と一致するように、アンテナ(14)
を、即ちフライホイールユニッl−(44A)を仰角軸
Y軸のまわりにプリセツションさせる。又、X軸誤差角
信号Δ甲を、増幅器(55)を通してX軸トルカ(49
)に入力し、この誤差Δ甲がゼロとなるように、アンテ
ナ(14)、即ちフライホイールユニット(44)をX
軸(63) 、  (63’)のまわりにプリセツショ
ンさせる。
尚、x、 y、  zの3個の加速度計(60,4)、
  (47) 。
(46)の出力を、Ax 、Ay 、Azとすれば、簡
単なベクトル計算により、仰角誤差Δθ及びX軸誤差角
Δ甲は、近似的に次式によって計算される。
Δθ= sin”(−Az /g )−θS又は但し、
gは重力加速度を示す。
尚、方位発信器(53)としてはシンクロ電機が一般的
であるが、ボテジョンメータ、エンコーダ等の同様の機
能のものであれば使用可能である。
〔発明の効果〕
本発明によるアンテナ指向装置は、第2図に示す従来の
4軸タイプのアンテナ指向装置に比較して、制御軸が一
軸減少出来、小型、軽量化が可能となると共に、製造コ
ストが低減できる。又、フライホイールユニットを直接
アンテナに取付ける構造の為、小型のものでよ(、一層
の軽量化が可能となる。
又、第3図に示す2軸タイプのアンテナ指向装置に比較
して、方位軸が衛星方向を向いた場合に生ずるジンバル
ロックの影響をなくすことが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のアンテナ指向装置の一例の略・線的斜
視図、第2図は従来のアンテナ指向装置の路線的斜視図
、第3図は従来のアンテナ指向装置の他の例の路線的斜
視図である。 図に於て、(3)は基台、(10)は方位軸、(11)
は方位歯車、(13) 、  (13’)は仰角軸、(
63) 。 (6,3’)はX軸、(14)はアンテナ、(40)は
方位ジンバル、(61)は仰角ジンバル、(40−2)
はフォーク状部分、(41)は取付金具、(44A)は
フライホイールユニット、(46) 、  <47) 
、  (60A)は加速度計、(49)はX軸トルカ、
(62)は仰角トルカ、(52)は方位サーボモータ、
(53)は方位発信器、(55) 、  (67) 、
  (69)は増幅器、(68)は演算部をそれぞれ示
す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基台と、支持機構と、アンテナとよりなるアンテナ指向
    装置において、上記支持機構を、上記基台に対して垂直
    な方位軸のまわりに回動的に支持すると共に、上部支持
    機構を、上部に上記方位軸と直交する仰角軸々受を有す
    るフォーク状部材を構成した方位ジンバルと、上記仰角
    軸々受に回動的に嵌合する仰角軸が固設され且つ該仰角
    軸と直交する位置にX軸々受を有する仰角ジンバルと、
    上記X軸々受に回動的に嵌合するX軸が固設され、該X
    軸と直交するアンテナ軸を有するアンテナ支持部材と、
    該アンテナ支持部材に固定され、上記アンテナ軸と平行
    な回転軸を有し、内部に高速で回転するフライホィール
    を有するフライホィールユニットと、上記アンテナ支持
    部材に固定され、上記アンテナ軸と平行な入力軸を有す
    る第1の加速度計と、上記アンテナ支持部材に固定され
    、上記仰角軸と平行な入力軸を有する第2の加速度計と
    、上記アンテナ支持部材に固定され、上記第1及び第2
    の加速度計の入力軸の双方に直角な入力軸を有する第3
    の加速度計と、上記基台に対する上記方位ジンバルの上
    記方位軸まわりの回転角を発信する方位発信器と、上記
    基台に固定され上記方位ジンバルに対して方位軸のまわ
    りに入力信号に比例したトルクを加える方位サーボモー
    タと、上記方位ジンバルに固設され上記仰角ジンバルに
    対し上記仰角軸のまわりに入力信号に比例したトルクを
    加えるX軸トルカと、上記仰角ジンバルに固定され、上
    記X軸のまわりに上記アンテナを含むアンテナ支持部材
    の上記X軸のまわりに入力信号に比例したトルクを加え
    る仰角トルカと、上記方位発信器の出力、ジャイロコン
    パスからの自船方位信号、自船の位置、上記第1、第2
    、第3の加速度計の出力を入力とし、仰角誤差信号、X
    軸誤差信号及び衛星方位誤差信号を出力する演算部とよ
    り構成し、上記衛星方位誤差信号を上記方位サーボモー
    タにフィードバックする方位サーボループを設け、上記
    仰角誤差信号を上記仰角トルカに入力すると共に、上記
    X軸誤差信号を上記X軸トルカに入力し、上記誤差信号
    をゼロとなるようにしたことを特徴とするアンテナ指向
    装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100974534B1 (ko) 2008-01-24 2010-08-10 인하대학교 산학협력단 시선벡터의 연속 회전이 가능한 피치-롤 기반의 안테나추적 짐발 시스템
WO2018093306A1 (en) 2016-11-18 2018-05-24 Saab Ab A stabilization arrangement for stabilization of an antenna mast

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