JP2573465C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 この発明は、主として天頂付近を通過する衛星を追尾するための３軸駆動の空
中線装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】 従来の空中線装置として、可動軸を２軸有する空中線装置があり、図９にＡＺ
／ＥＬマウント、図１０にはＸ／Ｙマウントの２軸駆動空中線装置を示す。図に
おいて、１はＡＺ（方位）軸、２はＥＬ（俯仰）軸、３はビーム軸方向、４はＸ
軸、５はＹ軸を示す。 【０００３】 次に従来の２軸駆動の空中線の動作を説明する。図９のＡＺ／ＥＬマウントで
は、ビーム軸３を所望の方向に指向させるため、ＡＺ軸１を回転させて所望の方
位角に合わせ、ＥＬ軸２を回転させて所望の仰角に合わせる。これにより、ビー
ム軸３を任意の所望の方向に向けることができる。 図１０のＸ／Ｙマウントでも同様にして、Ｘ軸４とＹ軸５を回転させることに
より、ビーム軸３を任意の所望の方向に向けることができる。 【０００４】 更に駆動の自由度を増すために３軸駆動とした空中線もある。特開昭６０−２
２８０３では３軸駆動とし、外挿法による起動予測をして垂直軸を先行駆動する ことで天頂付近通過の衛星を連続的に追尾する空中線装置が開示されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】 従来の空中線装置は以上のように構成されているので、例えば図８に示すＡＺ
／ＥＬマウントでは、目標物が天頂を通過するような場合にはＡＺ軸は瞬時に１
８０°回転する必要があり、これはジンバルロックといわれ連続した追跡ができ
なくなるという課題があった。 一方、図９に示すＸ／Ｙマウントでは、天頂に対してはジンバルロックが発生
しないが、Ｘ軸４の方向を目標物が通過する楊合には同様にジンバルロックが発
生するという課題がある。 更に外挿法による予測制御による装置では、こうしたジンバルロックは避けら
れても、予測演算のための複数の観測が必要で時間がかかり、追尾対象の切り換
え時の即応性がないという課題があった。 【０００６】 この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、目標物がどの
ような軌道を動いても、ジンバルロックを発生することなく連続的に追跡するこ
とができ、各軸の駆動速度を抑え、更に即応性の高い空中線装置を得ることを目
的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】 請求項１に係る３軸制御空中線装置は、方位角追尾用の垂直軸と、上記垂直軸
上にある仰角追尾用の水平軸または直交水平軸と、上記水平軸または直交水平軸
上にあり、これに直交する直交水平軸または水平軸と、この直交水平軸または水
平軸に取り付けられた空中線と、上記垂直軸、上記水平軸、及び上記直交水平軸
をそれぞれ個別に駆動制御する垂直軸サーボ制御手段、水平軸サーボ制御手段、
及び直交水平軸サーボ制御手段と、上記垂直軸サーボ制御手段、上記水平軸サー
ボ制御手段、及び上記直交水平軸サーボ制御手段の駆動信号を生成する演算制御
部を備え、少なくとも空中線のビーム方向が設定仰角以上では３軸制御モードと
し、上記垂直軸サーボ制御手段に対しては方位角方向を駆動指令とし、上記水平 軸サーボ制御手段と上記直交水平軸サーボ制御手段に対しては空中線のビーム軸
方向が目標物方向に一致するように与えて実時間で追尾制御し、上記３軸制御モ
ード後の上記空中線のビーム方向が上記設定仰角以下となったときには２軸制御
モードとし、上記直交水平軸の駆動を停止してその時の回転角度に固定し、この
回転角度に基いて上記垂直軸を追尾制御するようにした。 また、請求項２に係る３軸制御空中線装置は、上記空中線への受信信号から角
度誤差信号を得る追尾受信機を備え、上記演算制御部は、上記空中線のビーム方
向が上記設定仰角以上では、上記角度誤差信号に基づき上記水平軸サーボ制御手
段と上記直交水平軸サーボ制御手段を追尾制御すると共に、その場合の上記垂直
軸実角度、上記水平軸実角度、上記直交水平軸実角度の空中線３軸の駆動角度に
より演算で求まるビーム軸方位角方向に上記垂直軸サーボ制御手段を実時間で駆
動制御し、この３軸制御の後の上記空中線のビーム方向が上記設定仰角以下とな
ったときには、上記直交水平軸の駆動を停止してその時の回転角度に固定し、こ
の回転角度に基いて上記角度誤差信号を上記垂直軸角度に変換して上記垂直軸を
追尾制御するようにした。 また、請求項３に係る３軸制御空中線装置は、予め定められたプログラム方位
角及びプログラム仰角を発生するプログラム制御装置を備え、上記演算制御部は
、上記空中線のビーム方向が上記設定仰角以上では、上記垂直軸サーボ制御手段
に対しては、プログラム方位角を駆動指令とし、上記水平軸サーボ制御手段と上
記直交水平軸サーボ制御手段に対しては、上記垂直軸の実角度、プログラム方位
角及びプログラム仰角により演算で求める角度に実時間で駆動制御し、この３軸
制御の後の上記空中線のビーム方向が上記設定仰角以下となったときには、上記
直交水平軸の駆動を停止してその時の回転角度に固定し、この回転角度に基いて
上記プログラム方位角及び上記プログラム仰角を上記垂直軸角度に変換して上記
垂直軸を追尾制御するようにした。 【０００８】 【作用】 この発明による３軸制御空中線装置は、少なくとも設定仰角以上では３軸で駆
動制御され、垂直軸が定められた最大回転速度を超えないよう設定仰角を定めて 方位角方向に駆動され、水平軸と直交水平軸は実時間で目標物方向に一致するよ
う追尾制御され、この３軸制御の後、空中線のビーム方向が設定仰角以下となっ
たときには２軸で駆動され、直交水平軸の駆動を停止してその時の回転角度に固
定し、この回転角度に基いて垂直軸が追尾制御される。 また、請求項２の発明においては、演算制御部により、３軸で駆動されるとき
には、入力の２つの角度誤差信号により水平軸と直交水平軸が誤差を無くする方
向に追尾制御され、垂直軸は、３軸の姿勢から演算から得られるビーム軸方向に
実時間駆動制御される。空中線のビーム方向が設定仰角以下となったときには２
軸で駆動され、直交水平軸の駆動を停止してその時の回転角度に固定し、この回
転角度に基いて角度誤差信号を垂直軸角度に変換して垂直軸が追尾制御される。 また、請求項３の発明においては、プログラム制御により、３軸で駆動される
ときには、垂直軸に対してはプログラム方位角で、水平軸と直交水平軸に対して
はプログラム方位角、プログラム仰角と垂直軸の実角度から駆動される。空中線
のビーム方向が設定仰角以下となったときには２軸で駆動され、直交水平軸の駆
動を停止してその時の回転角度に固定し、この回転角度に基いてプログラム方位
角及びプログラム仰角を垂直軸角度に変換して垂直軸が追尾制御される。 【０００９】 【実施例】 実施例１． この発明の一実施例を図に基づいて説明する。図１は、この発明の一実施例で
ある３軸制御空中線装置のマウントの相互関係を説明する図である。ここでは、
ＡＺ（アジマス）／ＥＬ（エレベーション）／Ｃｒｏｓｓ ＥＬの３軸マウント
を示し、図中の６は、ＥＬ軸２に直交して可動するＣｒｏｓｓ ＥＬ軸である。
１はＡＺ軸、２はＥＬ軸で、これらは、従来の２軸駆動の装置でのものと同じで
ある。 図２は、この３軸マウントを用いた空中線装置の制御回路ブロック図である。
図において、７はＡＺ軸１を回転させるＡＺ駆動部、８はＥＬ軸２を回転させる
ＥＬ駆動部、９はＣｒｏｓｓ ＥＬ軸６を回転させるＣｒｏｓｓ ＥＬ駆動部で
ある。１０は３軸マウント空中線、１１は受信信号の基準信号と誤差信号を検出 する給電装置で、１２はそれを低雑音増幅、周波数変換を行った後、直流の２軸
角度誤差信号（ΔＸ，ΔＹ）を復調検波する追尾受信機である。 １３はＡＺ軸を駆動制御するサーボ制御部、１４はＥＬ軸を駆動制御するサー
ボ制御部、１５はＣｒｏｓｓ ＥＬ軸を駆動制御するサーボ制御部である。１６
は演算制御部であり、追尾受信機よりの角度誤差信号およびプログラム制御部よ
りのプログラム指令角度を受信し、制御モード（プログラム制御又は自動追尾モ
ードがある）および追跡状態に応じて、各軸の指令値又は誤差量を演算処理して
出力する。１７は３軸のうち必要な軸を組合せて追尾するための判定部、１８は
迫尾信号を切換える切換部、１９は軌道予測情報よりプログラム指令角度を算出
するプログラム制御装置である。 ２６は演算制御部１６中のＡＺ軸駆動用のＡＺ指令角を算出するＡＺ指令角演
算部であり、その演算アルゴリズムは後に動作の項で述べる。 【００１０】 次に動作について説明する。図１の実施例の空中線において、Ｃｒｏｓｓ Ｅ
Ｌ軸を０度に固定しておくと、従来のＡＺ／ＥＬマウントと同様に、ＡＺ軸の回
転速度（ｄθ_AZ／ｄｔ）は、衛星の軌道によって定まる速度ｄθ_SAT／ｄｔより
、次の式（１）のように定まる。 【００１１】 【数１】 【００１２】 従って、ＡＺ軸の回転速度は、ＥＬ角度θ_ELが９０度に近づくにつれて急激に
大きくなる。 ＡＺ回転速度を、空中線構造物と駆動部、モータ、電力増幅部などとのバラン
スで、過度とならない程度の最大値として（ｄθ_AZ／ｄｔ）_maxと定めると、追
跡可能なＥＬ最大角度は、次の式（２）で与えられる。 【００１３】 【数２】 【００１４】 なお衛星追跡時のＥＬおよびＣｒｏｓｓ ＥＬ軸の最大速度は、いずれもｄθ _SAT ／ｄｔ以下でよい。 まず、衛星迫跡時、ＥＬ角度がθ_ELmax以下であるかどうかを判定部１７によ
り判定し、これ以下においては、ＡＺ／ＥＬ ２軸を駆動することにより追尾す
る。ＥＬ角度が（ｄθ_EL／ｄｔ）_maxを越えると、ＡＺ軸の回転速度は最大速度
以下に制限し、ビーム追従不足分は、ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸を駆動すること
によって追尾すれば、ＡＺ軸の駆動速度を過度なものとすることなく、全天を連
続追尾することができる。 【００１５】 次にＡＺ／ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬの３軸による追尾方法を述べる。ＥＬ実角
度がθ_ELmaxに到達した時、ＡＺ軸の駆動は、その最大速度以下に制限する。具
体的には次のように行う。 （１）プログラムモードの場合 プログラム制御装置１９からのプログラム指令角度（ＡＺ，ＥＬ）を受信し、
演算制御部１６において、ＡＺ軸、ＥＬ軸、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の駆動角度を各
軸のプログラム指令角として演算してサーボ制御部１３，１４，１５に供給し、
駆動部を駆動して所望角度にビーム軸を指向させる。 この各軸駆動角度は、ベース座標から鏡軸（ｂｏｒｅ ｓｉｇｈｔ軸）座標へ
の座標変換により求めることができる。次の各座標間の座標変換マトリックスを
、各々Ａ１，Ａ２，Ａ３とすると、空間姿勢のＥｕｌｅｒ角指定により、 ここで、 Ｅｕｌｅｒ（θ_Az，９０°−θ_EL，ψ）＝Ａ１・Ａ２・Ａ３ ここでψは鏡軸（ボアサイト軸）の回転角度である。 上記座標変換より、３軸の各駆動角度をθ₁（ＡＺ軸），θ₂（ＥＬ軸），θ₃
（Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸）とすると、プログラム指令角度θ_AZ，θ_ELよりθ₁，θ₂
，θ₃を求める式は次の式（３）〜（５）の通りとなる。 【００１６】 【数３】 【００１７】 （２）自動追尾モードの場合 追尾受信部によって復調検波される角度誤差信号ΔＸ，ΔＹは、鏡面に固定さ
れたＸ−Ｙ座標系で検出される誤差量であり、これらは、それぞれ、Ｃｒｏｓｓ
ＥＬ軸、ＥＬ軸の誤差に対応する。そこで切換部１８を介してサーボ制御部１５
，１４へ誤差信号として供給し、駆動部を駆動して自動追尾を行うことができる
。 ΔＸ → Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸角度誤差 ΔＹ → ＥＬ軸角度誤差 この時ＡＺ軸は、演算制御部１６において、次の式（６）により、アンテナ３
軸の駆動角度により定まるビーム軸方向を指令角度として駆動する。この場合も
ＡＺ速度は、最大速度（ｄθ_AZ／ｄｔ）_maxに制限され、ビーム追従不足分が、
上記誤差信号により、ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の追尾により補完されることに
なる。 【００１８】 【数４】 【００１９】 さらに、天頂付近におけるＡＺ／ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬの３軸追尾の後、Ｅ
Ｌ角度が、θ_ELmaxより低仰角となってきた場合には、判定部１７により追尾を
再びＡＺ／ＥＬ ２軸によって行うように切り換える。 この場合には、ＥＬ角度が再びθ_ELmaxに到達した時、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の
駆動を停止させ、その時の回転角度に固定する。 以下それぞれ２軸駆動時の指令角θ₁，θ₂の与え方のアルゴリズムを示す。 （３）プログラムモードの場合 前述と同様に各座標間の座標変換により、３軸の各駆動角度をθ₁，θ₂，θ₃
とすると、プログラム指令角度θ_AZ，θ_ELよりθ₁，θ₂を求める式は次の式（７
），（８）の通りとなる。これが演算制御部１６にて演算される。 【００２０】 【数５】 【００２１】 ここでθ₃は、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸を固定した時の実角度である。 （４）自動追尾モードの場合 追尾受信機１２によって復調検波される角度誤差信号ΔＸ，ΔＹは、前述の通
り鏡面に固定されたＸ−Ｙ座標系で検出される誤差である。従って、Ｃｒｏｓｓ
ＥＬ軸を傾けた状態では、ビーム軸方向でのＸ−Ｙ座標系は、元の座標系に対
して座標が回転する。誤差検出のＸ−Ｙ座標系を図３に、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の
駆動による座標回転を図４に示す。 空中線のθ₂（ＥＬ軸）駆動方向と誤差検出方向（Ｙ軸方向）とは一致するの
で、これをサーボ制御部に供給し、駆動部を駆動すれば良い。一方、θ₁（ＡＺ
軸）駆動は、Ｘ軸方向で検出された誤差を座標回転した分だけ座標変換してＴｒ
ａｖｅｒｓｅ方向誤差に変換した後ＳＥＣＡＮＴ補償（ｃｏｓθ_ELで割ること）
すればＡＺ軸誤差に変換される。従って、この信号によりサーボ制御部で駆動部
を駆動すれば自動追尾が行える。補償後の補正すべき誤差は、演算制御部１６に
て演算される。 ビーム軸方向の座標回転角をφ_CRとすると、前述の座標変換マトリックスによ
り、次の式（９），（１０）で求めることができる。 【００２２】 【数６】 【００２３】 上式でθ_ELは図４からビーム軸方向のＥＬ角度である。 【００２４】 以上の３軸及び２軸制御シーケンスを簡単にまとめると次の通りである。ここ
では、判定部１７の天頂付近通過時の切換角θ_ELmaxを８２°としている。 【００２５】 この追尾シーケンスに従って目標物を追尾した場合の各軸の動きを鳥瞰的に示
す１例を図５に、また、天頂から見た平面的な図を図６に示す。 【００２６】 実施例２． なお、上記実施例では、３軸マウントをＡＺ／ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸の構
成のものについて示したが、３軸マウントは、図７に示すように、ＡＺ／Ｃｒｏ
ｓｓ Ｌｅｖｅｌ／ＥＬ軸の構成であってもよい。 図において、１はＡＺ軸、２０はＣｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸（鏡軸と同一面内
にある）、２１は、Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸２０に直交して可動するＥＬ軸で
ある。 この場合には、ＥＬ角度がθ_ELmax以下ではＡＺ／ＥＬの２軸駆動とし、θ_ELm
axを越えると、ＡＺ／Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ／ＥＬ軸の３軸駆動とすればよい
。 迫尾のシーケンスは、実施例１で述べたものと同じ考え方が適用できる。この
場合ＡＺの回転速度を補完するのは、Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸の駆動となる。 【００２７】 実施例３． 実施例１，２では、ＡＺ／ＥＬ２軸で追尾する限界のＥＬ角度を定め、判定部
により判定して２軸または３軸の駆動モードを選択するように構成していたが、 この切換判定仰角を十分低く設定し（零度付近）追尾の全パスをモード切換を行
わず、常に３軸による迫尾モードに設定するように動作させてもよく、上記実施
例と同様の効果を奏する。 これは、本方式が、原理的に３軸制御の場合、ＡＺ駆動速度の不足分をＣｒｏ
ｓｓ ＥＬ軸２はＣｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸が補完する方式である為、低仰角で
３軸制御モードに入っても、ＡＺ駆動速度が目標物の移動速度に追従できれば、
実質的には、Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸又はＣｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸の駆動量が自動
的に零となるように制御され、ＡＺ／ＥＬ２軸による追尾と変わらない動作をす
る。 以上いずれの実施例においても、３軸制御時のＡＺ軸の制御入力は現在の値の
みから求まるビーム方向値になるよう制御するので、予測制御のように過去の値
を必要とせず、従って応答性が優れている。例えば追尾対象の衛星を切り換えた
場合にもすぐに追尾を開始できる。 【００２８】 実施例４． 上記実施例では３軸制御の場合には、ＡＺ軸をビーム方向に追尾させ、その不
足誤差分のΔＸ，ΔＹを他の２軸で補正して対象物を追尾するようにした。 本実施例では少し簡便な方法を示す。すなわちＡＺ軸の駆動方法として式（５
）に示すようにマウントの許容速度を超える値が必要とされる場合がある。そこ
でｄθ_AZ／ｄｔ＝最大許容値を得るＡＺ速度指令演算部を設け、最大値で飽和す
る出力をＡＺサーボ軸に与える。 具体的な制御回路ブロック図を図８に示す。図において２７がＡＺ速度指令演
算部である。その他の回路と動作は実施例１と同様である。 更にＡＺ速度指令演算部の構成を簡単にし、設定ＡＺ角以上になると最大ＡＺ
速度を与えるようにしてもよい。いずれの場合であってもアジマス軸の制御が簡
単になる効果がある。 【００２９】 【発明の効果】 以上のようにこの発明によれば、少なくとも設定仰角以上では３軸制御とし、 垂直軸を方位角方向に制御し、水平軸と直交水平軸に対しては空中線のビーム軸
方向が目標物方向に一致するよう制御するので、ジンバルロックが発生せず、過
去のデータに基づく予測制御は必要なく、垂直軸の速度制限を満足しつつ実時間
で精度よく対象物の追尾ができる効果がある。 また、入力の２つの誤差信号で水平軸と直交水平軸を追尾制御し、３軸の駆動
角度から求まるビーム軸方向に垂直軸を追尾制御するので、予測制御のための複
数の観測が不要で、現在値に基づく実時間制御による即応性が高いという効果が
ある。 また、プログラム制御により駆動信号を生成するので、予測制御のための複数
の観測が不要で、現在値に基づく実時間制御による即応性が高いという効果があ
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-axis driven antenna device for tracking a satellite passing near the zenith. 2. Description of the Related Art As a conventional antenna device, there is an antenna device having two movable axes, and FIG.
/ EL mount, FIG. 10 shows an X / Y mount two-axis drive antenna device. In the figure, 1 is the AZ (azimuth) axis, 2 is the EL (elevation) axis, 3 is the beam axis direction, and 4 is X
The axis 5 indicates the Y axis. Next, the operation of a conventional two-axis driven antenna will be described. In the AZ / EL mount of FIG. 9, in order to direct the beam axis 3 in a desired direction, the AZ axis 1 is rotated to a desired azimuth, and the EL axis 2 is rotated to a desired elevation angle. Thereby, the beam axis 3 can be directed in any desired direction. Similarly, by rotating the X axis 4 and the Y axis 5 in the X / Y mount of FIG. 10, the beam axis 3 can be directed to any desired direction. Some antennas are driven by three axes to further increase the degree of freedom in driving. JP-A-60-2
2803 discloses an antenna apparatus that continuously tracks a satellite passing near the zenith by driving the vertical axis in advance by predicting startup by an extrapolation method with three-axis driving. [0005] Since the conventional antenna device is configured as described above, for example, the AZ shown in FIG.
With the / EL mount, the AZ axis is instantaneously set to 1 when the target passes through the zenith.
It is necessary to rotate by 80 °, which is called gimbal lock, and there is a problem that continuous tracking cannot be performed. On the other hand, in the X / Y mount shown in FIG. 9, there is no gimbal lock at the zenith, but there is also a problem that the gimbal lock is similarly generated when the target passes in the direction of the X axis 4. . Furthermore, in the device using the predictive control by the extrapolation method, even if such gimbal lock can be avoided, there is a problem that a plurality of observations for the predictive calculation are required, it takes time, and there is no responsiveness when switching the tracking target. . SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and can continuously track a target object without generating a gimbal lock, regardless of the trajectory of the target object. An object of the present invention is to obtain a more responsive antenna device by suppressing the driving speed of the shaft. [0007] A three-axis control antenna according to claim 1 comprises a vertical axis for azimuth tracking, and a horizontal axis or an orthogonal horizontal axis for elevation tracking on the vertical axis. An orthogonal horizontal axis or horizontal axis on the horizontal axis or the orthogonal horizontal axis and orthogonal thereto, an antenna attached to the orthogonal horizontal axis or the horizontal axis, the vertical axis, the horizontal axis, and the orthogonal horizontal Vertical axis servo control means, drive control of each axis individually, horizontal axis servo control means,
And an orthogonal horizontal axis servo control unit, and an arithmetic control unit that generates drive signals for the vertical axis servo control unit, the horizontal axis servo control unit, and the orthogonal horizontal axis servo control unit, and at least the beam direction of the antenna is set. When the angle of elevation is greater than or equal to the elevation angle, the three-axis control mode is set, the azimuth direction is set as the drive command for the vertical axis servo control means, and the beam axis direction of the antenna is set for the horizontal axis servo control means and the orthogonal horizontal axis servo control means. Is given so as to coincide with the target direction, and tracking control is performed in real time.
2-axis control when the beam direction of the antenna after loading is below the set elevation angle
Mode, the drive of the orthogonal horizontal axis is stopped, and the rotation angle is fixed at that time.
The vertical axis is tracked and controlled based on the rotation angle . Further, the three-axis control antenna device according to claim 2 includes a tracking receiver that obtains an angle error signal from a reception signal to the antenna, and the arithmetic control unit is configured such that when the beam direction of the antenna is equal to or larger than the set elevation angle, Tracking control of the horizontal axis servo control means and the orthogonal horizontal axis servo control means is performed based on the angle error signal, and the antenna 3 of the vertical axis actual angle, the horizontal axis actual angle, and the orthogonal horizontal axis actual angle in that case. The vertical axis servo control means is driven and controlled in real time in the beam axis azimuth direction calculated by the driving angle of the axis, and the beam direction of the antenna after the three-axis control becomes equal to or less than the set elevation angle.
In this case, the drive of the orthogonal horizontal axis is stopped and the rotation angle is fixed at that time.
The angle error signal is converted to the vertical axis angle based on the rotation angle of
Tracking control has been added . The three-axis control antenna device according to claim 3 includes a program control device that generates a predetermined program azimuth angle and a program elevation angle, and the arithmetic control unit is configured to perform a program when the beam direction of the antenna is equal to or greater than the set elevation angle. For the vertical axis servo control means, a program azimuth is used as a drive command, and for the horizontal axis servo control means and the orthogonal horizontal axis servo control means, the actual angle of the vertical axis, the program azimuth angle and Drive control in real time to the angle calculated by the program elevation angle.
When the beam direction of the antenna after the control is equal to or less than the set elevation angle,
Stop the drive of the orthogonal horizontal axis and fix to the rotation angle at that time, and based on this rotation angle
Converting the program azimuth and the program elevation to the vertical axis angle
Tracking control of vertical axis . The three-axis control antenna apparatus according to the present invention is driven and controlled by three axes at least at a set elevation angle or more, and sets a set elevation angle so that the vertical axis does not exceed a predetermined maximum rotation speed, and sets the vertical axis in the azimuth direction. It is driven and tracking control is performed so that the horizontal axis and the orthogonal horizontal axis coincide with the target direction in real time. After this three-axis control, the beam direction of the antenna becomes less than the set elevation angle.
In this case, the motor is driven by two axes, the drive of the orthogonal horizontal axis is stopped, and the rotation angle at that time is fixed.
The vertical axis is tracked and controlled based on the rotation angle . According to the second aspect of the present invention, when the operation control unit is driven on three axes,
The horizontal axis and the orthogonal horizontal axis are track-controlled in a direction to eliminate the error by two input angle error signals, and the vertical axis is controlled in real-time in the beam axis direction obtained from the calculation from the three-axis attitude. You. 2 when the beam direction of the antenna falls below the set elevation angle
Axis, the drive of the orthogonal horizontal axis is stopped, and the rotation angle at that time is fixed.
The vertical axis is tracked by converting the angle error signal into a vertical axis angle based on the turning angle. According to the third aspect of the present invention, the motor is driven on three axes by program control.
Occasionally, the drive is based on the program azimuth for the vertical axis, the program azimuth for the horizontal and orthogonal horizontal axes, and the actual angle of the program elevation and the vertical axis. Aerial
When the beam direction becomes smaller than the set elevation angle, it is driven by two axes,
Stop the movement and fix to the rotation angle at that time, and based on this rotation angle,
The vertical axis is tracked by converting the angle and the elevation angle of the program into a vertical axis angle. [Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view for explaining the mutual relationship of mounts of a three-axis control antenna device according to one embodiment of the present invention. here,
A three-axis mount of AZ (azimuth) / EL (elevation) / Cross EL is shown, and 6 in the figure is a Cross EL axis that can move orthogonally to the EL axis 2.
1 is an AZ axis and 2 is an EL axis, which are the same as those in a conventional two-axis drive device. FIG. 2 is a control circuit block diagram of an antenna device using the three-axis mount.
In the figure, reference numeral 7 denotes an AZ drive unit for rotating the AZ axis 1, reference numeral 8 denotes an EL drive unit for rotating the EL shaft 2, and reference numeral 9 denotes a Cross EL drive unit for rotating the Cross EL shaft 6. Reference numeral 10 denotes a three-axis mount antenna, 11 denotes a power supply device for detecting a reference signal and an error signal of a received signal, and 12 denotes a DC two-axis angle error signal (ΔX, ΔY) after performing low noise amplification and frequency conversion thereof. ) Is a tracking receiver for demodulation detection. Reference numeral 13 denotes a servo control unit that drives and controls the AZ axis, 14 denotes a servo control unit that drives and controls the EL axis, and 15 denotes a servo control unit that drives and controls the Cross EL axis. 16
Is an arithmetic control unit that receives an angle error signal from the tracking receiver and a program command angle from the program control unit, and according to the control mode (there is a program control or automatic tracking mode) and the tracking state, The command value or the error amount is processed and output. Reference numeral 17 denotes a determination unit for tracking a combination of required axes among the three axes, reference numeral 18 denotes a switching unit for switching a tailing signal, and reference numeral 19 denotes a program control device for calculating a program command angle from trajectory prediction information. Reference numeral 26 denotes an AZ command angle calculation unit for calculating the AZ command angle for driving the AZ axis in the calculation control unit 16, and the calculation algorithm thereof will be described later in the operation section. Next, the operation will be described. In the antenna of the embodiment of FIG.
When the L axis is fixed at 0 degrees, the rotation speed (dθ _AZ / dt) of the AZ axis is calculated from the speed dθ _SAT / dt determined by the orbit of the satellite, as in the conventional AZ / EL mount, using the following equation. It is determined as in (1). [0011] Therefore, the rotation speed of the AZ axis rapidly increases as the EL angle θ _EL approaches 90 degrees. When the AZ rotation speed is defined as (dθ _AZ / dt) _max as a maximum value that does not become excessive in a balance between the antenna structure and the driving unit, the motor, the power amplification unit, etc., the maximum EL angle that can be tracked is It is given by the following equation (2). [0013] Note that the maximum speed of the EL and Cross EL axes during satellite tracking may be dθ _SAT / dt or less. First, at the time of the satellite track, the determination unit 17 determines whether or not the EL angle is equal to or less than _θELmax. Below this, tracking is performed by driving the AZ / EL two axes. When EL angle exceeds (dθ _EL / dt) _max, the rotational speed of the AZ axis is limited to less than the maximum speed, the beam tracking shortfall, if tracking by driving the EL / Cross EL axis, the AZ axis The entire sky can be continuously tracked without making the driving speed excessive. Next, a tracking method using three axes of AZ / EL / Cross EL will be described. When the EL actual angle reaches θ _ELmax , the driving of the AZ axis is limited to less than its maximum speed. Specifically, it is performed as follows. (1) In the case of the program mode The program command angle (AZ, EL) from the program control device 19 is received,
The arithmetic control unit 16 calculates the drive angles of the AZ axis, the EL axis, and the Cross EL axis as program command angles of the respective axes, and supplies the program control angles to the servo control units 13, 14, and 15.
The driving unit is driven to direct the beam axis to a desired angle. Each axis drive angle can be obtained by coordinate conversion from the base coordinates to the mirror axis (bore light axis) coordinates. Assuming that the coordinate transformation matrices between the following coordinates are A1, A2, and A3, respectively, by specifying the Euler angle of the spatial orientation, Here, Euler (θ _Az , 90 ° −θ _EL , ψ) = A 1 ＡA 2 ＡA 3 where ψ is the rotation angle of the mirror axis (boresight axis). From the above coordinate conversion, drive angles of three axes are represented by θ ₁ (AZ axis), θ ₂ (EL axis), θ ₃
(Cross EL axis), θ ₁ , θ _{2 are obtained} from the program command angles θ _AZ , θ _EL.
, Θ ₃ are as shown in the following equations (3) to (5). [Equation 3] (2) In the case of the automatic tracking mode The angle error signals ΔX and ΔY demodulated and detected by the tracking receiving unit are error amounts detected in an XY coordinate system fixed to a mirror surface, and these are respectively. , Cross
It corresponds to the EL axis and the error of the EL axis. Therefore, the servo control unit 15 is switched via the switching unit 18.
, 14 as an error signal to drive the drive unit to perform automatic tracking. ΔX → Cross EL axis angle error ΔY → EL axis angle error At this time, the AZ axis is calculated by the arithmetic control unit 16 according to the following equation (6).
The beam is driven with a beam axis direction determined by the shaft drive angle as a command angle. Also in this case, the AZ speed is limited to the maximum speed (dθ _AZ / dt) _max , and the beam following shortage is
The error signal complements the tracking of the EL / Cross EL axis. [Equation 4] After three-axis tracking of AZ / EL / Cross EL near the zenith,
When the L angle becomes lower than θ _ELmax , the determination unit 17 switches the tracking so that the tracking is performed again by the AZ / EL two axes. In this case, when the EL angle reaches _θELmax again, the driving of the Cross EL axis is stopped and the rotation angle at that time is fixed. Hereinafter, algorithms for giving the command angles θ ₁ and θ ₂ during the two-axis drive will be described. (3) In the case of the program mode In the same manner as described above, the drive angles of the three axes are changed to θ ₁ , θ ₂ , θ ₃ by coordinate conversion between the respective coordinates.
Then, the equations for obtaining θ ₁ and θ ₂ from the program command angles θ _AZ and θ _EL are as follows:
), (8). This is calculated by the calculation control unit 16. (Equation 5) Here, θ ₃ is an actual angle when the Cross EL axis is fixed. (4) In the case of the automatic tracking mode The angle error signals ΔX and ΔY demodulated and detected by the tracking receiver 12 are errors detected in the XY coordinate system fixed to the mirror surface as described above. Therefore, Cross
When the EL axis is inclined, the coordinates of the XY coordinate system in the beam axis direction are rotated with respect to the original coordinate system. FIG. 3 shows an XY coordinate system for error detection, and FIG. 4 shows coordinate rotation by driving the Cross EL axis. Since the aerial antenna θ ₂ (EL axis) driving direction matches the error detection direction (Y axis direction), this may be supplied to the servo control unit to drive the driving unit. On the other hand, θ ₁ (AZ
Axis) drive converts the error detected in the X-axis direction by the coordinate
SECANT compensation after conversion to average direction error (divide by cos θ _EL )
Then, it is converted into an AZ axis error. Therefore, when the drive unit is driven by the servo control unit based on this signal, automatic tracking can be performed. The error to be corrected after the compensation is calculated by the calculation control unit 16. Assuming that the coordinate rotation angle in the beam axis direction is φ _CR , it can be obtained by the following equations (9) and (10) from the above-described coordinate conversion matrix. (Equation 6) In the above equation, θ _EL is the EL angle in the beam axis direction from FIG. The above three-axis and two-axis control sequences are briefly summarized as follows. Here, the switching angle θ _ELmax of the determination unit 17 when passing near the zenith is _set to 82 °. FIG. 5 shows an example of a bird's-eye view of the movement of each axis when a target is tracked according to the tracking sequence, and FIG. 6 shows a plan view from the zenith. Embodiment 2 In the above embodiment, the three-axis mount has an AZ / EL / Cross EL axis configuration. However, as shown in FIG.
A configuration of ss Level / EL axis may be used. In the figure, 1 is an AZ axis, 20 is a Cross Level axis (located in the same plane as the mirror axis), and 21 is an EL axis that moves orthogonally to the Cross Level axis 20. In this case, when the EL angle is _{equal to} or less than θ _ELmax , AZ / EL biaxial drive is performed, and θ _{ELm
When the value} exceeds _ax , three-axis driving of AZ / Cross Level / EL axis may be performed. The same concept as that described in the first embodiment can be applied to the sequence of apology. In this case, the drive of the Cross Level axis complements the rotation speed of the AZ. Embodiment 3 In the first and second embodiments, the limit EL angle to be tracked by the two axes AZ / EL is determined, and the determination unit determines and selects the two-axis or three-axis drive mode. May be set to be sufficiently low (near zero degrees), and the tracking may be operated so that the tracking mode is always set to the three-axis tracking mode without performing the mode switching, and the same effect as in the above embodiment can be obtained. This means that if the present method is in principle three-axis control, the shortage of the AZ drive speed is
Since the ss EL axis 2 is a method complemented by the cross level axis, even if the AZ driving speed can follow the moving speed of the target even when entering the 3-axis control mode at a low elevation angle,
Substantially, the drive amount of the Cross EL axis or the Cross Level axis is controlled so as to be automatically zero, and the operation is the same as that of tracking by the AZ / EL two axes. In any of the above embodiments, the control input of the AZ axis at the time of the three-axis control is controlled so as to be the beam direction value obtained from only the current value. Therefore, unlike the predictive control, the past value is not required. Excellent in nature. For example, even when the tracking target satellite is switched, tracking can be started immediately. Embodiment 4 In the above-described embodiment, in the case of three-axis control, the AZ axis is tracked in the beam direction, and ΔX and ΔY corresponding to the shortage error are corrected by the other two axes to track the target. This embodiment shows a slightly simpler method. That is, as the driving method of the AZ axis, the expression (5)
In some cases, a value exceeding the permissible speed of the mount is required as shown in ()). Therefore, an AZ speed command calculation unit for obtaining dθ _AZ / dt = maximum allowable value is provided, and an output saturated at the maximum value is given to the AZ servo axis. FIG. 8 shows a specific control circuit block diagram. In the figure, reference numeral 27 denotes an AZ speed command calculation unit. Other circuits and operations are the same as in the first embodiment. Further, the configuration of the AZ speed command calculation unit is simplified, and when the AZ angle exceeds the set AZ angle, the maximum AZ
Speed may be given. In any case, there is an effect that control of the azimuth axis is simplified. As described above, according to the present invention, at least above the set elevation angle, three-axis control is performed, the vertical axis is controlled in the azimuth direction, and the aerial is used for the horizontal axis and the orthogonal horizontal axis. Since the beam axis direction is controlled so as to match the target direction, no gimbal lock occurs, predictive control based on past data is not required, and the speed of the target can be accurately detected in real time while satisfying the vertical axis speed limit. There is an effect that can be tracked. Further, since the tracking control of the horizontal axis and the orthogonal horizontal axis is performed by two input error signals, and the tracking control of the vertical axis is performed in the beam axis direction obtained from the driving angles of the three axes, a plurality of observations for predictive control are unnecessary. In addition, there is an effect that the responsiveness by real-time control based on the current value is high. In addition, since the drive signal is generated by program control, a plurality of observations for predictive control are not required, and there is an advantage that real-time control based on the current value has high responsiveness.

【図面の簡単な説明】 【図１】 この発明の実施例１における３軸の（ＡＺ／ＥＬ／Ｃｒｏｓｓ ＥＬ）のマウ
ントの相互関係を説明する図である。 【図２】 この発明の実施例１における空中線装置の制御回路ブロック図である。 【図３】 この発明の実施例１における空中線装置の誤差検出を行うＸ−Ｙ座標系を示す
図である。 【図４】 この発明の実施例１におけるＣｒｏｓｓ ＥＬ軸駆動時の座標回転を示す図で
ある。 【図５】 この発明の実施例１における追尾シーケンスによる各軸駆動の鳥瞰図である。 【図６】 この発明の実施例１における追尾シーケンスによる各軸駆動の平面図である。 【図７】 この発明の他の実施例を示す空中線の３軸マウント図（ＡＺ／Ｃｒｏｓｓ Ｌ ｅｖｅｌ／ＥＬ）である。 【図８】 実施例４の３軸制御空中線装置の制御回路ブロック図である。 【図９】 従来のＡＺ／ＥＬマウントを示す図である。 【図１０】 従来のＸ／Ｙマウントを示す図である。 【符号の説明】 １ ＡＺ軸 ２ ＥＬ軸 ３ ビーム軸方向 ４ Ｘ軸 ５ Ｙ軸 ６ Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸 ７ ＡＺ駆動部 ８ ＥＬ駆動部 ９ Ｃｒｏｓｓ ＥＬ駆動部 １０ ３軸マウント空中線 １１ 給電装置 １２ 追尾受信機 １３ ＡＺ軸サーボ制御部 １４ ＥＬ軸サーボ制御部 １５ Ｃｒｏｓｓ ＥＬ軸サーボ制御部 １６ 演算制御部 １７ 判定部 １８ 切換部 １９ プログラム制御装置 ２０ Ｃｒｏｓｓ Ｌｅｖｅｌ軸 ２１ ＥＬ軸 ２６ ＡＺ指令角演算部 ２７ ＡＺ速度指令演算部BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram for explaining a mutual relationship among three-axis (AZ / EL / Cross EL) mounts in Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a control circuit block diagram of the antenna device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating an XY coordinate system for performing error detection of the antenna device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing coordinate rotation when driving a Cross EL axis according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a bird's-eye view of driving each axis by a tracking sequence according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view of driving each axis by a tracking sequence according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a three-axis mount diagram (AZ / Cross Level / EL) of an antenna showing another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a control circuit block diagram of a three-axis control antenna device according to a fourth embodiment. FIG. 9 is a view showing a conventional AZ / EL mount. FIG. 10 is a view showing a conventional X / Y mount. [Description of Signs] 1 AZ axis 2 EL axis 3 Beam axis direction 4 X axis 5 Y axis 6 Cross EL axis 7 AZ drive section 8 EL drive section 9 Cross EL drive section 10 3-axis mount antenna 11 Power supply device 12 Tracking receiver 13 AZ axis servo control section 14 EL axis servo control section 15 Cross EL axis servo control section 16 arithmetic control section 17 judgment section 18 switching section 19 program control device 20 Cross Level axis 21 EL axis 26 AZ command angle calculation section 27 AZ speed command Arithmetic unit

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項１】 方位角追尾用の垂直軸と、上記垂直軸上にある仰角追尾用の水平
軸または直交水平軸と、上記水平軸または直交水平軸上にあり、これに直交する
直交水平軸または水平軸と、この直交水平軸または水平軸に取り付けられた空中
線と、上記垂直軸、上記水平軸、及び上記直交水平軸をそれぞれ個別に駆動制御
する垂直軸サーボ制御手段、水平軸サーボ制御手段、及び直交水平軸サーボ制御
手段と、上記垂直軸サーボ制御手段、上記水平軸サーボ制御手段、及び上記直交
水平軸サーボ制御手段の駆動信号を生成する演算制御部を備え、少なくとも空中
線のビーム方向が設定仰角以上では３軸制御モードとし、上記垂直軸サーボ制御
手段に対しては方位角方向を駆動指令とし、上記水平軸サーボ制御手段と上記直
交水平軸サーボ制御手段に対しては空中線のビーム軸方向が目標物方向に一致す
るように与えて実時間で追尾制御し、上記３軸制御モード後の上記空中線のビー
ム方向が上記設定仰角以下となったときには２軸制御モードとし、上記直交水平
軸の駆動を停止してその時の回転角度に固定し、この回転角度に基いて上記垂直
軸を追尾制御するようにした３軸制御空中線装置。 【請求項２】 上記空中線への受信信号から角度誤差信号を得る追尾受信機を備
え、上記演算制御部は、上記空中線のビーム方向が上記設定仰角以上では、上記
角度誤差信号に基づき上記水平軸サーボ制御手段と上記直交水平軸サーボ制御手
段を追尾制御すると共に、その場合の上記垂直軸実角度、上記水平軸実角度、上
記直交水平軸実角度の空中線３軸の駆動角度により演算で求まるビーム軸方位角
方向に上記垂直軸サーボ制御手段を実時間で駆動制御し、この３軸制御の後の上
記空中線のビーム方向が上記設定仰角以下となったときには、上記直交水平軸の
駆動を停止してその時の回転角度に固定し、この回転角度に基いて上記角度誤差
信号を上記垂直軸角度に変換して上記垂直軸を追尾制御するようにしたことを特
徴とする請求項１記載の３軸制御空中線装置。 【請求項３】 予め定められたプログラム方位角及びプログラム仰角を発生する
プログラム制御装置を備え、上記演算制御部は、上記空中線のビーム方向が上記 設定仰角以上では、上記垂直軸サーボ制御手段に対しては、プログラム方位角を
駆動指令とし、上記水平軸サーボ制御手段と上記直交水平軸サーボ制御手段に対
しては、上記垂直軸の実角度、プログラム方位角及びプログラム仰角により演算
で求める角度に実時間で駆動制御し、この３軸制御の後の上記空中線のビーム方
向が上記設定仰角以下となったときには、上記直交水平軸の駆動を停止してその
時の回転角度に固定し、この回転角度に基いて上記プログラム方位角及び上記プ
ログラム仰角を上記垂直軸角度に変換して上記垂直軸を追尾制御するようにした
ことを特徴とする請求項１記載の３軸制御空中線装置。Claims 1. An azimuth tracking vertical axis, an elevation tracking horizontal axis or orthogonal horizontal axis on the vertical axis, and a horizontal axis or orthogonal horizontal axis on the vertical axis. Vertical axis servo control means for individually driving and controlling the orthogonal horizontal axis or horizontal axis, the antenna attached to the orthogonal horizontal axis or horizontal axis, and the vertical axis, the horizontal axis, and the orthogonal horizontal axis. A horizontal axis servo control unit, and an orthogonal horizontal axis servo control unit, and an arithmetic control unit that generates a drive signal of the vertical axis servo control unit, the horizontal axis servo control unit, and the orthogonal horizontal axis servo control unit, At least when the beam direction of the antenna is equal to or larger than the set elevation angle, the three-axis control mode is set, the azimuth direction is set as a drive command for the vertical axis servo control means, and the horizontal axis servo control means And tracking control in real time given by the beam axis of the antenna coincides with the target direction with respect to the horizontal axis servo control means, the antenna of the Bee after the 3-axis control mode
When the system direction falls below the set elevation angle, the 2-axis control mode is set.
Stop the drive of the shaft and fix it at the rotation angle at that time, and based on this rotation angle,
A three-axis control antenna device that controls the tracking of an axis. 2. A tracking receiver for obtaining an angle error signal from a reception signal to the antenna, wherein the arithmetic control unit determines that the horizontal axis is based on the angle error signal when the beam direction of the antenna is equal to or greater than the set elevation angle. The tracking control of the servo control means and the orthogonal horizontal axis servo control means, and in this case, the beam obtained by calculation based on the three vertical axis drive angles of the vertical axis actual angle, the horizontal axis actual angle, and the orthogonal horizontal axis actual angle. The vertical axis servo control means is driven and controlled in real time in the axial azimuth direction.
When the beam direction of the aerial becomes less than the set elevation angle, the orthogonal horizontal axis
Stop driving and fix to the rotation angle at that time, and based on this rotation angle,
2. The three-axis control antenna apparatus according to claim 1, wherein a signal is converted into the vertical axis angle and tracking control of the vertical axis is performed . 3. A program control device for generating a predetermined program azimuth angle and a program elevation angle, wherein the arithmetic control unit controls the vertical axis servo control means when the antenna beam direction is equal to or greater than the set elevation angle. In this case, the program azimuth is used as a drive command, and the horizontal axis servo control means and the orthogonal horizontal axis servo control means are set to the actual angle of the vertical axis, the program azimuth angle, and the angle calculated by the program elevation angle. Drive control by time, beam direction of the antenna after this 3-axis control
When the direction is equal to or less than the set elevation angle, the drive of the orthogonal horizontal axis is stopped and
The rotation angle is fixed at the time, and based on the rotation angle, the program azimuth and the program
2. The three-axis control antenna apparatus according to claim 1, wherein a program elevation angle is converted into the vertical axis angle to perform tracking control of the vertical axis .