JP3957628B2 - Target tracking apparatus and method - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指向軸を目標に指向させる追尾装置およびその方法に関し、特に、動揺や振動をともなう構造物あるいは車両や船舶等の移動体に搭載されたアンテナ等の指向方向を目標に追尾させるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
動揺や振動をともなう構造物あるいは車両や船舶等の移動体に搭載されたアンテナ等の指向方向に目標物を追尾させる追尾機構としては、２軸駆動機構である方位角−仰角駆動機構やＸＹ軸駆動機構が知られている。
【０００３】
図８は、方位角−仰角駆動の追尾機構の構成を示す図である。図８において、アンテナＡは、互いに直交する仰角軸７１と方位角軸７２とによって、平板状の構造物Ｓ上に支持されている。この仰角軸７１と方位角軸７２とを駆動し、軸周りに回転させることにより、アンテナＡの指向方向の仰角と方位角とを変化させることができる。以下、仰角軸７１の軸周りの回転角度を駆動仰角と呼び、方位角軸７２の軸周りの回転角度を駆動方位角と呼ぶ。このような機構では、構造物Ｓの動揺（傾斜角等）をセンサによって検出し、当該傾斜角等と目標物の方向とに基づいて駆動仰角および駆動方位角を計算する。そして、計算された駆動仰角と駆動方位角とに基づいて仰角軸７１と方位角軸７２とを駆動することにより、アンテナＡを目標物の方向へ指向させている。
【０００４】
図８の追尾機構の追尾動作を簡単に説明する。図８に示される座標は慣性座標であって、そのｘｙ平面は水平面と平行である。初期状態、すなわち駆動方位角０°、駆動仰角０°、構造物Ｓが水平の状態において、仰角軸７１はｘ軸に、方位角軸７２はｚ軸にそれぞれ平行である。この条件において、方位角０°（ｙｚ平面内）に存在する目標物の水平に対する仰角が７０°から９０°に変化した場合の追尾動作を考える。図９は、図８の追尾機構における、目標物への仰角と駆動方位角、駆動仰角との関係を示す図である。図９に示されるとおり、構造物Ｓが水平面と平行であるとき、駆動方位角を０°に維持し、駆動仰角を７０°から９０°に変化させればよい。これに対し、構造物Ｓが動揺し、水平に対してｙ軸周りに１０°回転しているときは、駆動仰角を約６８°から８０°に、駆動方位角を約２５°から９０°に回転させる必要がある。すなわち、駆動方位角を大きく変化させる必要があり、方位角軸７２の動作が大振幅動作となる。このような大振幅動作は、方位角軸７２の駆動機構に対する機械的な要求を厳しくし、さらには追尾遅れを招いてしまう。
【０００５】
また、目標物が方位角０°（ｙｚ平面内）、仰角８０°の方向に存在する場合において、構造物Ｓがｙ軸周りに−１０°から１０°の回転振幅動作をするとき、駆動仰角を約７５°から８０°の範囲で、駆動方位角を約−４５°から４５°の範囲で変化させる必要がある。すなわち、駆動方位角を大きく変化させる必要があり、方位角軸７２の動作が大振幅動作となる。さらに、直交偏波の送受信に対応させるためアンテナＡそのものを指向軸周りに回転させる場合、目標物に対して指向軸周りの回転角度を一定に保つには、指向軸も約−４５°から４５°の範囲で変化させる必要があり、指向軸の動作も大振幅動作となる。
【０００６】
図１０は、ＸＹ軸駆動の追尾機構の構成を示す図である。図１０において、アンテナＡは、互いに直交するＸ軸８１とＹ軸８２とによって、平板状の構造物Ｓ上に支持されている。Ｘ軸８１およびＹ軸８２を駆動し、軸周りに回転させることにより、アンテナＡの指向方向を変化させることができる。以下、Ｘ軸８１の軸周りの回転角度をＸ軸回転角と呼び、Ｙ軸８２の軸周りの回転角度をＹ軸回転角と呼ぶ。
【０００７】
図１０の追尾機構の追尾動作を簡単に説明する。図１０に示される座標は慣性座標であって、そのｘｙ平面は水平面と平行である。初期状態、すなわちＸ軸回転角０°、Ｙ軸回転角０°、構造物Ｓが水平の状態において、Ｘ軸８１はｘ軸に、Ｙ軸８２はｙ軸にそれぞれ平行である。この条件において、方位角０°（ｘｚ平面内）に存在する目標物の水平に対する仰角が０°から２０°に変化した場合の追尾動作を考える。図１１は、図１０の追尾機構における、目標物への仰角とＸ軸回転角、Ｙ軸回転角との関係を示す図である。図１１に示されるとおり、構造物Ｓが水平面と平行であるとき、Ｘ軸回転角を０°に維持し、Ｙ軸回転角を９０°から７０°に変化させればよい。これに対し、構造物Ｓが動揺し、ｚ軸周りに１０°回転しているときは、Ｘ軸回転角を約９０°から２５°に、Ｙ軸回転角を約８０°から６８°に回転させる必要がある。すなわち、Ｘ軸回転角を大きく変化させる必要があり、Ｘ軸８１の動作が大振幅動作となる。また、ＸＹＺ軸駆動機構では、直交偏波の送受信に対応させるためＺ軸を回転させ、アンテナＡそのものを指向軸周りに回転させる。このとき、Ｘ軸８１の回転に応じてＺ軸を回転させる必要があるため、Ｚ軸周りの回転も大振幅動作となる。
【０００８】
このような大振幅動作を防止することができる機構として、方位角−仰角駆動機構に更に１つの軸を追加した３軸駆動機構が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この機構において、３つ目の軸は、駆動仰角９０°において、方位角軸と仰角軸それぞれに直角となるように、仰角軸上に設けられている。この機構は、高仰角時には、３つ目の軸を駆動することにより、ＸＹ軸駆動機構と同様に動作し、大振幅動作を防止する。
【０００９】
しかし、３軸駆動機構は、２軸駆動機構と同様に、構造物の動揺をセンサで検出して軸の駆動を制御するため、本質的にセンサの誤差の影響を強く受ける。このため、高精度な追尾制御を行うことが困難である（参考文献：吉田憲正、“空間安定装置の高精度化の研究”、日本機会学会論文集（Ｃ編）、Vol.65,No.630,pp.485-492,1999.、参照）。さらに、座標変換を常に行う必要があるため、また、追加された３つ目の軸の駆動量を計算する必要があるため、追尾制御のための計算が複雑になってしまう。
【００１０】
上記の２軸駆動機構、３軸駆動機構の他に、４軸駆動機構が知られている（例えば、特許文献２参照）。図１２、１３は、４軸駆動機構の構成を示す図である。図１２では、平板状の構造物Ｓの上に、２つの軸９１、９２によって支持された水平安定台９３が設けられており、この水平安定台９３の上に、方位角−仰角駆動機構の追尾機構が設置されている。図１３では、水平安定台９３の上に、ＸＹ軸駆動機構の追尾機構が設置されている。図１２、１３において、水平安定台９３を支持する２つの軸９１、９２の回転角度が制御されることにより、水平安定台９３が水平に維持される。すなわち、２軸９１、９２で水平安定機構が構成され、その上に２軸（図１２では９４と９５、図１３では９６と９７）で追尾機構が構成されている。このような機構では、水平安定台９３の運動を計測し、計測結果に基づいて水平安定機構の２つの軸９１、９２を制御することにより、水平安定台９３を水平に維持する。一方、追尾機構の２つの軸（図１２では９４と９５、図１３では９６と９７）を制御することにより、指向軸を目標物に指向させる。この４軸駆動機構によれば、動揺に対して水平を維持する水平安定機構の制御系と、指向方向をトラッキングする追尾機構の制御系とに分離して設計できるため、また、動揺を検出するためのセンサを水平安定台９３に搭載する構成であるため、高精度な追尾制御が可能となる。
【００１１】
図１２の４軸駆動機構では、構造物Ｓの動揺を水平安定台９３で補償するので、図８の２軸駆動機構よりも高仰角に対応できる。しかし、水平安定台９３が水平に対して０．５°傾斜する場合、図１４に示されるとおり、目標物の水平に対する仰角が８７°以上になると、駆動方位角が急激に上昇する。すなわち、目標物が天頂付近に存在するときは、やはり方位角軸９４の動作が大振幅動作となってしまい、方位角軸９４の駆動機構に対する機械的要求が厳しいものとなってしまう。
【００１２】
同様に、図１３の構成は、図１０の構成よりも低仰角に対応できるが、その対応範囲には図１２の構成と同様に限界がある。図１５に、図１３の構成における、目標物への仰角とＸ軸９６の回転角、Ｙ軸９７の回転角との関係を示す。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１−３０８６０４
【特許文献２】
特開平０６−９０１０６
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、動揺する構造物上に設置された追尾装置において、高精度に追尾制御を行いながら、方位角軸線周り等の指向軸の大振幅動作を回避することができる目標追尾装置およびその方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するための第１の発明は、動揺する物体上において指向軸を目標に指向させるための目標追尾装置であって、前記指向軸を当該指向軸に直交する第１の軸線と当該第１の軸線に直交する第２の軸線との２つの軸線周りに回転可能に支持する追尾機構部と、水平面に設定された基準座標系における前記第２の軸線の方向が可変となるように前記追尾機構部を支持するとともに前記物体に設置される安定機構部と、前記指向軸が前記目標を指向するように前記第１および第２の軸線周りの回転角を制御する追尾制御部と、前記指向軸と前記第２の軸線とのなす角が所定の角度以上を保つように前記第２の軸線が維持すべき前記基準座標系における方向を設定する方向設定部と、当該方向設定部によって設定された方向を前記第２の軸線が維持するように前記安定機構部を制御する安定制御部と、を有することを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、安定制御部は、第２の軸線が一定の方向を維持するように安定機構部を制御するので、追尾機構部の姿勢が安定する。このため、目標の追尾が安定する。さらに、方向設定部は、指向軸と第２の軸線とのなす角が所定の角度以上を保つように第２の軸線が維持すべき方向を設定するので、指向軸と第２の軸線とが略同一方向を向くことによって生じる第２の軸線周りの大振幅動作が回避される。
【００１７】
また、第２の発明は、上記第１の発明の目標追尾装置において、前記追尾機構部は、前記指向軸を当該指向軸に直交して支持する第１の軸と、当該第１の軸を回転可能に支持する支持部材と、当該第１の支持部材に前記第１の軸に直交して固定されるとともに前記安定機構部に回転可能に支持される第２の軸とを備え、前記追尾制御部は、前記第１および第２の軸を回転させることを特徴とする。
【００１８】
また、第３の発明は、上記第１または第２の発明の目標追尾装置において、前記安定機構部は、前記追尾機構部を支持する安定台と、当該安定台を水平面に対する傾斜が可変となるように支持し前記物体に設置される傾斜可変機構とを備え、前記方向設定部は、前記安定台が維持すべき水平面に対する傾斜を設定し、前記安定制御部は、設定された傾斜を前記安定台が維持するように前記傾斜可変機構を制御することを特徴とする。
【００１９】
また、第４の発明は、上記第３の発明の目標追尾装置において、前記第２の軸線は前記安定台に垂直に設定され、天頂方向と前記目標の方向とのなす角が前記所定の角度以上の場合には、前記方向設定部は前記安定台が維持すべき水平面に対する傾斜をゼロに設定し、一方、所定の角度未満の場合には、前記追尾制御部は前記第１の軸周りの回転角を固定し、前記方向設定部は前記指向軸が前記目標を指向するように前記安定台が維持すべき傾斜を設定することを特徴とする。
【００２０】
また、第５の発明は、上記第３の発明の目標追尾装置において、前記第２の軸線は前記安定台に平行に設定され、前記安定台が水平にされた場合における前記第２の軸線と前記目標の方向とのなす角が前記所定の角度以上のときには、前記方向設定部は前記安定台が維持すべき水平面に対する傾斜をゼロに設定し、一方、所定の角度未満のときには、前記追尾制御部は前記第１の軸周りの回転角を固定し、前記方向設定部は前記指向軸が前記目標を指向するように前記安定台が維持すべき傾斜を設定することを特徴とする。
【００２１】
また、第６の発明は、指向軸を当該指向軸に直交する第１の軸線と当該第１の軸線に直交する第２の軸線との２つの軸線周りに回転可能に支持する機構を用いて、動揺する物体上において指向軸を目標に指向させる目標追尾方法であって、天頂方向と前記目標の方向とのなす角が所定の角度以上の場合には、前記第２の軸線の方向を天頂方向に維持するとともに、前記目標を指向するように前記指向軸を前記第１および第２の軸線周りに回転させ、一方、所定の角度未満の場合には、前記第１の軸線周りの回転角を固定し、前記指向軸が前記目標を指向するように前記第２の軸線を天頂方向に対して傾けることを特徴とする。
【００２２】
また、第７の発明は、指向軸を当該指向軸に直交する第１の軸線と当該第１の軸線に直交する第２の軸線との２つの軸線周りに回転可能に支持する機構を用いて、動揺する物体上において指向軸を目標に指向させる目標追尾方法であって、前記第２の軸線が水平にされた場合における前記第２の軸線と前記目標の方向とのなす角が前記所定の角度以上の場合には、前記第２の軸線を水平に維持するとともに、前記目標を指向するように前記指向軸を前記第１および第２の軸線周りに回転させ、一方、所定の角度未満の場合には、前記第１の軸線周りの回転角を固定し、前記指向軸が前記目標を指向するように前記第２の軸線を水平面に対して傾けることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る目標追尾方法およびその装置についての好適な実施形態を第１の実施形態から第４の実施形態に分けて詳細に説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る目標追尾装置の全体構成を示す概略ブロック図である。図１において、目標追尾装置は、船舶等の動揺する構造物に取り付けられる安定機構部１０とこの上に設置される追尾機構部２０とを有する。安定機構部１０は、安定台１１と当該安定台１１を傾斜可変に支持し構造物に設置される傾斜可変機構１２とを備えている。さらに、目標追尾装置は、追尾機構部２０を制御する追尾制御部３０と、安定台１１が維持すべき水平面に対する傾斜を設定する方向設定部４０と、当該方向設定部４０によって設定された傾斜を安定台１１が維持するように傾斜可変機構１２を制御する安定制御部５０とを有する。本実施形態では、追尾機構部２０にはアンテナＡが取り付けられており、目標追尾装置は、指向軸であるアンテナＡのビーム軸Ａｂを目標物である衛星Ｂに指向させる。なお、指向軸や目標がこれらに限定されないことは言うまでもない。
【００２５】
図２は、安定機構部１０および追尾機構部２０の構成を示す斜視図である。図２において、船舶平面Ｓに、安定機構部１０が取り付けられ、その上に方位角−仰角駆動機構の追尾機構部２０が設置されている。具体的に説明すると、船舶平面Ｓには、固定された支柱１２ａによって船舶平面Ｓに対して平行に第１の安定軸１２ｂが回転可能に設置されている。この第１の安定軸１２ｂには略ロ字形の安定台フレーム１２ｃが固定されている。安定台フレーム１２ｃには、当該安定台フレーム１２ｃの中心において第１の安定軸１２ｂと直交するように第２の安定軸１２ｄが回転可能に支持されている。この第２の安定軸１２ｄに平面状の安定台１１が固定されている。このような安定機構部１０の上には、次のように追尾機構部２０が設置されている。安定台１１の中心上面には、当該安定台１１に対して垂直に円柱状の方位角軸２１が回転可能に設けられている。この方位角軸２１の互いに対向する２つの側面には仰角軸支持部材２２が固定されており、この仰角軸支持部材２２には、方位角軸２１に直交して仰角軸２３が回転可能に支持されている。仰角軸２３には、当該仰角軸２３と指向軸とが直交するように指向方向軸２４が回転可能に支持されており、この指向方向軸２４には、当該指向方向軸２４とビーム軸Ａｂの方向が一致するように、アンテナＡ（不図示）が取り付けられる。
【００２６】
図３は、本実施形態に係る目標追尾装置の全体構成を示す詳細ブロック図である。図３において、安定制御部５０は、安定台１１の姿勢角を検出するジャイロ等からなる姿勢角検出部５１と、第１および第２の安定軸１２ｂ、１２ｄを駆動するためのモータ等からなる第１および第２の駆動部５２、５３と、安定演算部５４とを有する。追尾制御部３０は、衛星Ｂからの電波を受信するアンテナＡと、当該アンテナＡの受信信号に基づいて追尾誤差を検知する追尾誤差検知部３１と、仰角軸２３を駆動する仰角軸駆動部３２と、方位角軸２１を駆動する方位角軸駆動部３３と、追尾演算部３４とを有する。方向設定部４０は、仰角軸２３周りの回転角である駆動仰角θＥＬを検出するエンコーダ等の駆動仰角検出部４１と、方位角軸２１周りの回転角である駆動方位角θＡＺを検出する駆動方位角検出部４２と、姿勢角検出部５１（安定制御部５０と共用）と、アンテナＡ（追尾制御部３０と共用）と、追尾誤差検知部３１（追尾制御部３０と共用）と、傾斜演算部４３とを有する。
【００２７】
以下、上記構成を有する目標追尾装置の動作について説明する。
はじめに、安定制御部５０の動作について説明する。まず、安定演算部５４は、傾斜演算部４３から傾斜制御情報の入力を受ける。この傾斜制御情報は、安定台１１が維持すべき第１および第２の安定軸１２ｂ、１２ｄ周りの水平面に対する姿勢角α０、β０を示す情報であって、方向設定部４０によって設定されるものである。安定演算部５４は、姿勢角検出部５１から入力される安定台１１の実際の水平面に対する姿勢角α、βと、姿勢角α０、β０とを比較し、両者を一致させるように、第１および第２の駆動信号を生成する。安定演算部５４は、これらの駆動信号を第１および第２の駆動部５２、５３に出力する。第１および第２の駆動部５２、５３は、駆動信号に応じて第１および第２の安定軸１２ｂ、１２ｄを回転させる。上記の動作を繰り返すことにより、安定制御部５０は、安定台１１の傾斜を所定の傾斜に維持する。
【００２８】
つぎに、追尾制御部３０の動作について説明する。まず、追尾演算部３４は、追尾誤差検知部３１から追尾誤差の入力を受ける。この追尾誤差は、アンテナＡの受信信号に基づいて得られた、アンテナＡのビーム軸Ａｂと衛星Ｂの方向との間の仰角軸２３周りの誤差ΔθＥＬおよび方位角軸２１周りの誤差ΔθＡＺである。追尾演算部３４は、誤差ΔθＥＬと誤差ΔθＡＺとがゼロになるように、仰角軸駆動信号と方位角軸駆動信号とを生成し、それぞれの駆動信号を仰角軸駆動部３２と方位角軸駆動部３３とに出力する。仰角軸駆動部３２と方位角軸駆動部３３とは、駆動信号に応じて仰角軸２３と方位角軸２１とを回転させる。上記の動作を繰り返すことにより、追尾制御部３０は、アンテナＡのビーム軸Ａｂを衛星Ｂに指向させる。
【００２９】
つぎに、方向設定部４０の動作について説明する。まず、傾斜演算部４３は、駆動仰角検出部４１、駆動方位角検出部４２、姿勢角検出部５１、および追尾誤差検知部３１から、それぞれ、駆動仰角θＥＬ、駆動方位角θＡＺ、安定台１１の実際の姿勢角α、β、誤差ΔθＥＬ、および誤差ΔθＡＺの入力を受ける。傾斜演算部４３は、これらの値に基づいて、水平面に対する衛星Ｂの仰角φＥＬと方位角φＡＺとを算出する。ここで、方位角φＡＺは、安定台１１上に設定した基準方向（本実施形態では、第１の安定軸１２ｂの軸線方向）に対する方位角である。これらの衛星Ｂの仰角φＥＬと方位角φＡＺとに基づいて、傾斜演算部４３は、安定台１１に垂直な軸である方位角軸２１とアンテナＡのビーム軸Ａｂとのなす角が所定の角度以上を保つように、安定台１１が維持すべき傾斜を設定する。具体的には、本実施形態では、φＥＬとφＡＺとの組み合わせを安定台１１が維持すべき姿勢角α０、β０の組み合わせに変換するための変換テーブルを予め記憶しておく。そして、当該変換テーブルによって、（φＥＬ、φＡＺ）を（α０、β０）に変換し、これを傾斜制御情報として安定演算部５４に出力することとしている。ここで、この変換テーブルでは、天頂方向と衛星Ｂの方向とのなす角（９０°−φＥＬ）が１０°以上の場合には、安定台１１は水平に維持される。一方、天頂方向と衛星Ｂの方向とのなす角（９０°−φＥＬ）が１０°未満の場合には、安定台１１は、衛星Ｂの方位角φＡＺの方向に、かつ、安定台１１に対する衛星Ｂの仰角が水平時に比べて１０°小さくなるように傾斜させられる。分かりやすく言えば、衛星Ｂが水平面に対して低仰角に存在する場合には安定台１１は水平に維持され、衛星Ｂが天頂付近の所定の範囲内に存在する場合には安定台１１は水平面に対して衛星Ｂの方向に傾斜させられる。
【００３０】
上記の本実施形態によれば、安定台１１の水平面に対する傾斜を衛星Ｂの方向に応じて設定することにより、方位角軸２１とアンテナＡの指向軸とのなす角が所定の角度以上を保つので、駆動仰角が一定の角度内に抑えられ、方位角軸２１の大振幅動作を回避することができる。これにより、追尾遅れや、方位角軸２１の駆動機構に対する機械的要求が厳しくなることを回避することができ、全方位にわたって安定した高精度な追尾制御が可能となる。
【００３１】
また、安定台１１の上に追尾機構部２０を設置しているので、構造物の動揺によって追尾機構部２０が激しく揺れることを回避でき、安定した高精度な追尾制御が可能となる。
【００３２】
さらに、安定台１１の上に方位角軸２１を垂直に設置し、かつ、通常時は安定台１１を水平に維持することにより、方位角軸２１が鉛直方向を向き、仰角軸２３が水平になるので、方位角軸２１や仰角軸２３に作用する重力トルクを軽減することができ、追尾制御を安定化することができる。
【００３３】
また、動揺を補償するための安定制御部５０と、衛星Ｂを追尾するための追尾制御部３０とを別々に設けているので、制御のための計算を簡単化することができ、制御設計も容易となる。
【００３４】
また、方向設定部４０は、段階的に傾斜を変更することとしているので、傾斜の変更の頻度を低減することができ、安定した高精度な追尾制御が可能となる。
（第２の実施形態）
本実施形態に係る目標追尾装置は、上記第１の実施形態に係る目標追尾装置とほとんど同じであるが、天頂方向と衛星Ｂの方向とのなす角が所定の角度以上の場合には、方向設定部４０は安定台１１が維持すべき水平面に対する傾斜をゼロに設定し、一方、所定の角度未満の場合には、追尾制御部３０は仰角軸２３周りの回転角を固定し、方向設定部４０は指向軸が目標を指向するように安定台１１が維持すべき傾斜を設定することを特徴とするものである。分かりやすく言えば、通常時は安定台１１を水平に維持し、衛星Ｂが天頂付近の所定の範囲内に存在するときに限って、駆動仰角をロックし、安定台１１を水平面に対して傾斜させることによりアンテナＡのビーム軸Ａｂを衛星Ｂに指向させるものである。
【００３５】
以下、本実施形態について説明するが、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略する。
本実施形態の目標追尾装置と図３に示される第１の実施形態の装置との構成上の相違は、追尾演算部３４が、駆動仰角検出部４１、駆動方位角検出部４２、および姿勢角検出部５１の検出結果の入力を受け付ける点である。
【００３６】
以下、上記構成を有する目標追尾装置の動作について説明する。
はじめに、追尾制御部３０の動作について説明する。まず、追尾演算部３４は、駆動仰角検出部４１、駆動方位角検出部４２、姿勢角検出部５１、および追尾誤差検知部３１から、それぞれ、駆動仰角θＥＬ、駆動方位角θＡＺ、安定台１１の実際の姿勢角α、β、誤差ΔθＥＬ、および誤差ΔθＡＺの入力を受ける。追尾演算部３４は、これらの値に基づいて、水平面に対する衛星Ｂの仰角φＥＬを算出する。ついで、追尾演算部３４は、天頂方向と衛星Ｂの方向とのなす角（９０°−φＥＬ）が所定の角度以上か否かを判断する。判断の結果、所定の角度以上の場合、追尾演算部３４は、第１の実施形態と同様に通常の追尾制御を行う。一方、所定の角度未満の場合、追尾演算部３４は仰角軸駆動部３２にロック信号を出力する。これに応じて、仰角軸駆動部３２は仰角軸２３をロックし、駆動仰角が変化しないようにする。これにより、アンテナＡのビーム軸Ａｂと方位角軸２１とのなす角が所定の角度以上に保たれる。なお、方位角軸２１は、ロックされてもよいし、ロックされないで通常どおり追尾制御されてもよい。
【００３７】
つぎに、方向設定部４０の動作について説明する。まず、傾斜演算部４３は、駆動仰角検出部４１、駆動方位角検出部４２、姿勢角検出部５１、および追尾誤差検知部３１から、それぞれ、駆動仰角θＥＬ、駆動方位角θＡＺ、安定台１１の実際の姿勢角α、β、誤差ΔθＥＬ、および誤差ΔθＡＺの入力を受ける。傾斜演算部４３は、これらの値に基づいて、水平面に対する衛星Ｂの仰角φＥＬを算出する。ついで、傾斜演算部４３は、天頂方向と衛星Ｂの方向とのなす角（９０°−φＥＬ）が所定の角度以上か否かを判断する。判断の結果、所定の角度以上の場合、傾斜演算部４３は、傾斜制御情報をα０＝０、β０＝０に設定し、安定制御部５０に出力する。これを受け、安定制御部５０は安定台１１を水平に維持する。一方、所定の角度未満の場合、傾斜演算部４３は、アンテナＡのビーム軸Ａｂが衛星Ｂを指向するように安定台１１が維持すべき傾斜を設定する。すなわち、追尾誤差ΔθＥＬ、ΔθＡＺがゼロになるように傾斜制御情報α０、β０を算出、設定し、安定制御部５０に出力する。これを受け、安定制御部５０は、安定台１１の姿勢角をα０、β０に維持する。この結果、安定台１１の傾斜によって、アンテナＡのビーム軸Ａｂが衛星Ｂを指向する。
【００３８】
以下、本実施形態に係る目標追尾装置について、さらに具体的に説明する。
図２において、図示された座標は慣性座標であって、そのｘｙ平面は水平面と平行である。初期状態、すなわち駆動方位角０°、駆動仰角０°、指向方向軸２４の回転角０°、安定台１１が水平の状態において、駆動仰角軸２３はｘ軸に、指向方向軸２４はｙ軸に、駆動方位角軸２１はｚ軸にそれぞれ平行である。この条件において、図２の安定台１１が、慣性座標系のｙ軸周りに振幅０．５°で振動しているものとし、この振動数における駆動方位角の駆動能力を振幅１０°とする。図１４は、方位角０°（ｙｚ平面内）に存在する目標物の水平に対する仰角が７０°から９０°に変化した場合における、目標物への仰角と駆動方位角、駆動仰角との関係を示す図である。図１４より、駆動仰角を８７°以下とすることにより、駆動方位角の振幅を１０°以下にできることが分かる。そこで、本実施形態では、目標物の水平に対する仰角が８７°以上となったとき、駆動仰角を８７°で固定し、代わりに安定台１１を水平面に対して傾斜させる。すなわち、天頂方向と目標物の方向とのなす角が所定の角度３°以上の場合には、安定台１１を水平に維持し、所定の角度３°未満の場合には、安定台１１を傾斜させる。なお、安定台１１の傾斜方向は、衛星Ｂの方位角方向に一致し、ここでは図２の慣性座標系のｘ軸周りである。
【００３９】
図５は、本実施形態の目標追尾装置において、安定台１１が水平からｙ軸周りに０．５°傾斜した状態下で、方位角０°（ｙｚ平面内）に存在する目標物の水平に対する仰角が７０°から９０°に変化したときの駆動仰角、駆動方位角の変化を示す。図５より、駆動方位角が１０°以下となっていることを確認できる。すなわち、−０．５°から０．５°までの安定台１１の動揺に対して、駆動方位角の振幅が−１０°から１０°までに抑えられる。
【００４０】
上記の本実施形態は、第１の実施形態の効果に加え、以下の効果を有する。
天頂方向と衛星Ｂの方向とのなす角が所定の角度３°以上の場合には、安定台１１を水平に維持し、３°未満の場合に限って安定台１１を傾斜させることとしているので、ほとんどの場合は安定台１１は水平に維持される。このため、安定した追尾制御が可能となる。
【００４１】
また、天頂方向と衛星Ｂの方向とのなす角が所定の角度未満の場合には、駆動仰角を固定するので、駆動仰角が所定の角度以上になってしまうことを確実に防止でき、方位角軸２１の大振幅動作を確実に回避できる。
【００４２】
（第３の実施形態）
本実施形態に係る目標追尾装置は、上記第１、２の実施形態に係る目標追尾装置とほとんど同じであるが、安定台１１の上に設置される追尾機構部２０がＸＹ軸駆動機構であることを特徴とするものである。
【００４３】
以下、図面を用いて本実施形態について説明するが、第１、２の実施形態と共通する部分については説明を省略する。
図６は、本実施形態に係る目標追尾装置の安定機構部１０および追尾機構部２０の構成を示す斜視図である。図６において、船舶平面Ｓに、第１の実施形態と同様の安定機構部１０が取り付けられ、その上にＸＹ軸駆動機構の追尾機構部２０が設置されている。具体的に説明すると、平面状の安定台１１には、２つの支柱からなるＸ軸保持部材６１が設置されている。このＸ軸保持部材６１によって安定台１１に対して平行にＸ軸６２が回転可能に支持されている。このＸ軸６２には略ロ字形のＹ軸支持フレーム６３が固定されている。このＹ軸支持フレーム６３には、当該フレームの中心においてＸ軸６２と直交するようにＹ軸６４が回転可能に支持されている。このＹ軸６４には、平面状のＺ軸支持板６５が固定されており、該Ｚ軸支持板６５の中心上面には、当該支持板に対して垂直にＺ軸６６が回転可能に設けられている。このＺ軸６６には、当該Ｚ軸６６とビーム軸Ａｂの方向が一致するように、アンテナＡ（不図示）が取り付けられる。
【００４４】
また、本実施形態に係る目標追尾装置では、図３において、方位角軸２１、仰角軸２３、仰角軸駆動部３２、方位角軸駆動部３３、駆動仰角検出部４１、および駆動方位角検出部４２が、それぞれＸ軸６２、Ｙ軸６４、Ｙ軸駆動部、Ｘ軸駆動部、Ｙ軸回転角検出部、およびＸ軸回転角検出部に置き換わる。
【００４５】
以下、本実施形態に係る目標追尾装置の動作について説明する。
はじめに、追尾制御部３０の動作について説明する。まず、追尾演算部３４は、Ｙ軸回転角検出部、Ｘ軸回転角検出部、姿勢角検出部５１、および追尾誤差検知部３１から、それぞれ、Ｙ軸回転角θＹ、Ｘ軸回転角θＸ、安定台１１の実際の姿勢角α、β、誤差ΔθＸ、および誤差ΔθＹの入力を受ける。ここで、誤差ΔθＸおよびΔθＹは、それぞれビーム軸Ａｂと衛星Ｂの方向との間のＸ軸６２およびＹ軸６４周りの誤差である。追尾演算部３４は、これらの値に基づいて、衛星Ｂの方向と、安定台１１が水平にされた場合におけるＸ軸６２の軸線方向とを算出する。ついで、追尾演算部３４は、安定台１１が水平にされた場合におけるＸ軸６２の軸線方向と衛星Ｂの方向とのなす角が所定の角度以上か否かを判断する。判断の結果、所定の角度以上の場合、追尾演算部３４は、第１の実施形態と同様に通常の追尾制御を行う。一方、所定の角度未満の場合、追尾演算部３４はＹ軸駆動部にロック信号を出力する。これに応じて、Ｙ軸駆動部はＹ軸６４をロックし、Ｙ軸回転角が変化しないようにする。これにより、アンテナＡのビーム軸ＡｂとＸ軸６２とのなす角が所定の角度以上に保たれる。なお、Ｘ軸６２は、ロックされてもよいし、ロックされないで通常どおり追尾制御されてもよい。
【００４６】
つぎに、方向設定部４０の動作について説明する。まず、傾斜演算部４３は、Ｙ軸回転角検出部、Ｘ軸回転角検出部、姿勢角検出部５１、および追尾誤差検知部３１から、それぞれ、Ｙ軸回転角θＹ、Ｘ軸回転角θＸ、安定台１１の実際の姿勢角α、β、誤差ΔθＸ、および誤差ΔθＹの入力を受ける。傾斜演算部４３は、これらの値に基づいて、衛星Ｂの方向と、安定台１１が水平にされた場合におけるＸ軸６２の軸線方向とを算出する。ついで、傾斜演算部４３は、安定台１１が水平にされた場合におけるＸ軸６２の軸線方向と衛星Ｂの方向とのなす角が所定の角度以上か否かを判断する。判断の結果、所定の角度以上の場合、傾斜演算部４３は、傾斜制御情報をα０＝０、β０＝０に設定し、安定制御部５０に出力する。これを受け、安定制御部５０は安定台１１を水平に維持する。一方、所定の角度未満の場合、傾斜演算部４３は、アンテナＡのビーム軸Ａｂが衛星Ｂを指向するように安定台１１が維持すべき傾斜を設定する。すなわち、追尾誤差ΔθＸ、ΔθＹがゼロになるように傾斜制御情報α０、β０を算出、設定し、安定制御部５０に出力する。これを受け、安定制御部５０は、安定台１１の姿勢角をα０、β０に維持する。この結果、安定台１１の傾斜によって、アンテナＡのビーム軸Ａｂが衛星Ｂを指向する。
【００４７】
以下、本実施形態に係る目標追尾装置について、より具体的に説明する。
図６において、図示された座標は慣性座標であって、そのｘｙ平面は水平面と平行である。初期状態、すなわちＸ軸周りの回転角であるＸ軸回転角０°、Ｙ軸周りの回転角であるＹ軸回転角０°、Ｚ軸周りの回転角であるＺ軸回転角０°、安定台１１が水平の状態において、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸はそれぞれｘ、ｙ、ｚ軸に平行である。この条件において、図６の安定台１１が、慣性座標系のｚ軸周りに振幅０．５°で振動しているものとし、この振動数におけるＸ軸回転角の駆動能力を振幅１０°とする。図１５は、方位角０°（ｘｚ平面内）に存在する目標物の水平に対する仰角が０°から２０°に変化した場合における、目標物への仰角とＸ軸回転角、Ｙ軸回転角との関係を示す図である。図１５より、Ｙ軸回転角を８７°以下とすることにより、Ｘ軸回転角の振幅を１０°以下にできることが分かる。そこで、本実施形態では、安定台１１が水平にされた場合におけるＸ軸６２の軸線方向と目標の方向とのなす角が３°未満となったとき、Ｙ軸回転角を固定し、代わりに安定台１１を水平面に対して傾斜させる。すなわち、安定台１１が水平にされた場合におけるＸ軸６２の軸線方向と目標の方向とのなす角が所定の角度３°以上の場合には、安定台１１を水平に維持し、所定の角度３°未満の場合には、安定台１１を傾斜させる。ここでは、図６の慣性座標系のｙ軸周りに傾斜させる。
【００４８】
図７は、本実施形態の目標追尾装置において、安定台１１がｚ軸周りに０．５°回転した状態下で、方位角０°（ｘｚ平面内）に存在する目標物の水平に対する仰角が０°から２０°に変化したときのＸ軸回転角、Ｙ軸回転角の変化を示す。図７より、Ｘ軸回転角が１０°以下となっていることを確認できる。すなわち、−０．５°から０．５°までの安定台１１の動揺に対して、Ｘ軸回転角の振幅が−１０°から１０°までに抑えられる。
【００４９】
上記の本実施形態の目標追尾装置は、第１の実施形態の方位角軸２１に対応するＸ軸６２を安定台１１に対して平行に設け、通常時は安定台１１を水平に維持するので、衛星Ｂの水平に対する仰角が高い場合に適している。
【００５０】
（第４の実施形態）
本実施形態に係る目標追尾装置は、上記第１〜３の実施形態に係る目標追尾装置とほとんど同じであるが、安定機構部１０は、傾斜可変機構１２の代わりに、水平面に対する傾斜および鉛直軸線周りの回転角が可変となるように安定台１１を支持し船舶平面Ｓに設置される方向可変機構を備え、方向設定部４０は、安定台１１が維持すべき水平面に対する傾斜および鉛直軸線周りの回転角を設定し、安定制御部５０は、設定された傾斜および回転角を安定台１１が維持するように方向可変機構を制御することを特徴とするものである。
【００５１】
以下、図面を用いて本実施形態について説明するが、第１〜３の実施形態と共通する部分については説明を省略する。
図４は、本実施形態に係る目標追尾装置の全体構成を示す概略ブロック図である。この目標追尾装置と図１に示される装置との構成上の相違は以下のとおりである。安定機構部１０は、傾斜可変機構１２の代わりに、水平面に対する傾斜および鉛直軸線周りの回転角が可変となるように安定台１１を支持し船舶平面Ｓに設置される方向可変機構１３を備えている。本実施形態では、方向可変機構１３は、傾斜可変機構１２に第３の安定軸が付加されたものである。この第３の安定軸は、第２の安定軸１２ｄに直交するように当該第２の安定軸１２ｄに取り付けられるとともに安定台１１を当該軸周りに回転可能に支持する軸である。ただし、方向可変機構１３はこれに限られず、たとえば、傾斜可変機構１２および安定台１１の全体を慣性座標系のｚ軸周りに回転可能に支持し船舶平面Ｓに固定される軸を傾斜可変機構１２に付加したものであってもよい。また、姿勢検出部５１は、鉛直軸線周りの北方向を基準とする姿勢角γをも検出する。すなわち、ロール角、ピッチ角に加えて、ヨー角をも検出する。安定制御部５０は、第３の安定軸を駆動するための第３の駆動部を有する。
【００５２】
つぎに、動作において相違する点について説明する。方向設定部４０は、第２の軸である方位角軸２１またはＸ軸６２とアンテナＡのビーム軸Ａｂとのなす角が所定の角度以上を保つように、安定台１１が維持すべき水平面に対する傾斜および鉛直軸線周りの回転角を設定する。具体的には、衛星の仰角φＥＬと方位角φＡＺとの組み合わせを安定台１１が維持すべき姿勢角α０、β０、γ０の組み合わせに変換する。そして、これを方向制御情報として安定演算部５４に出力する。安定制御部５０は、実際の姿勢角α、β、γをα０、β０、γ０に一致させるように第１〜３の安定軸を駆動する。具体的には、本実施形態では、天頂方向（仰角−方位角駆動機構の場合）あるいは水平面内北方向（ＸＹ軸駆動機構の場合）と衛星Ｂの方向とのなす角が１０°以上の場合には、安定台１１は水平に維持され、かつ、安定台１１に予め設定された基準線方向（ＸＹ軸駆動機構ではＸ軸６２の軸線方向）が水平面内北方向に維持される。一方、天頂方向あるいは水平面内北方向と衛星Ｂの方向とのなす角が１０°未満の場合には、衛星Ｂの方位角φＡＺと仰角φＥＬとに基づいて、安定台１１が水平に対して傾斜または鉛直軸線周りに回転させられる。分かりやすく言えば、通常時は水平に維持され、かつ、安定台１１面上に設定された基準線方向は北方向に維持される。一方、衛星Ｂが天頂付近（ＸＹ軸駆動では水平面内北方向）の所定の範囲内に存在する場合には安定台１１は水平面に対して傾斜、または鉛直軸線周りに回転させられる。
【００５３】
本実施形態によれば、船舶の水平面内における向きが変化、動揺しても、追尾機構部２０の向きは水平面内一定方向に維持されるので、追尾制御をより安定化させることができる。
【００５４】
また、安定台１１の水平面に対する傾斜のみならず、鉛直軸線周りの回転角をも制御するので、より効果的に指向軸と第２の軸線とのなす角を拡大させることができ、駆動軸の大振幅動作をより効果的に回避することができる。
【００５５】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、上記の実施形態では、アンテナＡの受信信号に基づいて、衛星Ｂの方向を算出しているが、衛星Ｂの方向は任意の手段によって認識されることができ、予め追尾制御部３０、方向設定部４０が衛星Ｂの軌道情報を記憶していてもよいし、他の装置から衛星Ｂの方向を示す情報を受け付けることとしてもよい。
【００５６】
また、方向設定部４０による傾斜制御情報あるいは方向制御情報の設定方法は、上記の実施形態に示される設定方法に限られず、指向軸と第２の軸線とのなす角を所定の角度以上に保つことができれば、他の任意の設定方法を定めることができる。たとえば、駆動仰角と駆動方位角の２つのデータのみに基づいて、駆動仰角を減ずるように傾斜制御情報あるいは方向制御情報を設定することができる。また、予め得ている衛星Ｂの軌道情報から衛星Ｂの仰角および方位角の時系列データを作成し、当該データに基づいて予め傾斜制御情報、方向制御情報を時系列データとして作成しておいてもよい。
【００５７】
また、安定機構部は、上記の実施形態のものに限定されず、水平面に設定された基準座標系における第２の軸線の方向が可変となるように追尾機構部を支持するとともに船舶等の物体に設置されるものであれば、どのようなものであってもよい。ここで、水平面に設定された基準座標系は、適宜設定されればよいが、例えば北基準の直交座標系等である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、指向軸と第２の軸線とのなす角が所定の角度以上を保つように第２の軸線の方向を維持するので、高精度に追尾制御を行いながら、駆動軸の大振幅動作を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る目標追尾装置の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図２】安定機構部および追尾機構部の構成を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る目標追尾装置の全体構成を示す詳細ブロック図である。
【図４】第４の実施形態に係る目標追尾装置の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図５】第２の実施形態に係る目標追尾装置における、目標物への仰角と駆動方位角、駆動仰角との関係を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る目標追尾装置の安定機構部および追尾機構部の構成を示す斜視図である。
【図７】第３の実施形態に係る目標追尾装置における、目標物への仰角とＸ軸回転角、Ｙ軸回転角との関係を示す図である。
【図８】方位角−仰角駆動の追尾機構の構成を示す図である。
【図９】図８の追尾機構における、目標物への仰角と駆動方位角、駆動仰角との関係を示す図である。
【図１０】ＸＹ軸駆動の追尾機構の構成を示す図である。
【図１１】図１０の追尾機構における、目標物への仰角とＸ軸回転角、Ｙ軸回転角との関係を示す図である。
【図１２】４軸駆動機構の構成を示す図である。
【図１３】４軸駆動機構の構成を示す図である。
【図１４】図１２の追尾機構における、目標物への仰角と駆動方位角、駆動仰角との関係を示す図である。
【図１５】図１３の追尾機構における、目標物への仰角とＸ軸回転角、Ｙ軸回転角との関係を示す。
【符号の説明】
１０ 安定機構部
１１ 安定台
１２ 傾斜可変機構
１２ａ 支柱
１２ｂ 第１の安定軸
１２ｃ 安定台フレーム
１２ｄ 第２の安定軸
１３ 方向可変機構
２０ 追尾機構部
２１ 方位角軸
２２ 仰角軸支持部材
２３ 仰角軸
２４ 指向方向軸
３０ 追尾制御部
３１ 追尾誤差検知部
３２ 仰角軸駆動部
３３ 方位角軸駆動部
３４ 追尾演算部
４０ 方向設定部
４１ 駆動仰角検出部
４２ 駆動方位角検出部
４３ 傾斜演算部
５０ 安定制御部
５１ 姿勢角検出部
５２ 第１の駆動部
５３ 第２の駆動部
５４ 安定演算部
６０ 追尾機構部
６１ Ｘ軸保持部材
６２ Ｘ軸
６３ Ｙ軸支持フレーム
６４ Ｙ軸
６５ Ｚ軸支持板
６６ Ｚ軸
Ａ アンテナ
Ａｂ ビーム軸
Ｓ 船舶平面
Ｂ 衛星[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tracking apparatus and method for directing a pointing axis toward a target, and in particular, to track a pointing direction of an antenna or the like mounted on a moving object such as a structure or a vehicle or ship with shaking or vibration. About.
[0002]
[Prior art]
As a tracking mechanism for tracking a target in a pointing direction such as an antenna mounted on a moving structure such as a vehicle or a ship with vibration or vibration, an azimuth-elevation angle driving mechanism that is a biaxial driving mechanism or an XY axis Drive mechanisms are known.
[0003]
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of a tracking mechanism for driving azimuth and elevation. In FIG. 8, the antenna A is supported on the flat structure S by an elevation angle axis 71 and an azimuth angle axis 72 which are orthogonal to each other. By driving the elevation angle axis 71 and the azimuth angle axis 72 and rotating them around the axis, the elevation angle and the azimuth angle in the directivity direction of the antenna A can be changed. Hereinafter, the rotation angle around the elevation axis 71 is called a drive elevation angle, and the rotation angle around the azimuth axis 72 is called a drive azimuth. In such a mechanism, the movement (tilt angle or the like) of the structure S is detected by a sensor, and the drive elevation angle and the drive azimuth angle are calculated based on the tilt angle or the like and the direction of the target. Then, by driving the elevation angle axis 71 and the azimuth angle axis 72 based on the calculated drive elevation angle and drive azimuth angle, the antenna A is directed toward the target.
[0004]
The tracking operation of the tracking mechanism in FIG. 8 will be briefly described. The coordinates shown in FIG. 8 are inertial coordinates, and the xy plane is parallel to the horizontal plane. In an initial state, that is, in a state where the driving azimuth angle is 0 °, the driving elevation angle is 0 °, and the structure S is horizontal, the elevation angle axis 71 is parallel to the x axis and the azimuth angle axis 72 is parallel to the z axis. Under this condition, let us consider a tracking operation in the case where the elevation angle of a target existing at an azimuth angle of 0 ° (in the yz plane) with respect to the horizontal is changed from 70 ° to 90 °. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the elevation angle to the target, the drive azimuth angle, and the drive elevation angle in the tracking mechanism of FIG. As shown in FIG. 9, when the structure S is parallel to the horizontal plane, the drive azimuth angle may be maintained at 0 ° and the drive elevation angle may be changed from 70 ° to 90 °. On the other hand, when the structure S is shaken and rotated 10 ° around the y axis with respect to the horizontal, the driving elevation angle is about 68 ° to 80 ° and the driving azimuth is about 25 ° to 90 °. Need to rotate. That is, the driving azimuth angle needs to be greatly changed, and the operation of the azimuth axis 72 becomes a large amplitude operation. Such a large-amplitude operation makes a mechanical requirement for the drive mechanism of the azimuth axis 72 strict and further causes a tracking delay.
[0005]
Further, when the target object exists in a direction with an azimuth angle of 0 ° (in the yz plane) and an elevation angle of 80 °, when the structure S performs a rotation amplitude operation from −10 ° to 10 ° around the y-axis, the driving elevation angle In the range of about 75 ° to 80 ° and the driving azimuth angle in the range of about −45 ° to 45 °. That is, the driving azimuth angle needs to be greatly changed, and the operation of the azimuth axis 72 becomes a large amplitude operation. Further, when the antenna A itself is rotated around the directional axis in order to correspond to transmission / reception of orthogonal polarization, the directional axis is also about −45 ° to 45 ° in order to keep the rotation angle around the directional axis constant with respect to the target. It is necessary to change in the range of °, and the operation of the pointing axis is also a large amplitude operation.
[0006]
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an XY axis drive tracking mechanism. In FIG. 10, the antenna A is supported on a flat structure S by an X axis 81 and a Y axis 82 which are orthogonal to each other. By driving the X axis 81 and the Y axis 82 and rotating them around the axes, the directivity direction of the antenna A can be changed. Hereinafter, the rotation angle around the axis of the X axis 81 is referred to as an X axis rotation angle, and the rotation angle around the Y axis 82 is referred to as a Y axis rotation angle.
[0007]
The tracking operation of the tracking mechanism in FIG. 10 will be briefly described. The coordinates shown in FIG. 10 are inertial coordinates, and the xy plane is parallel to the horizontal plane. In the initial state, that is, in the state where the X-axis rotation angle is 0 °, the Y-axis rotation angle is 0 °, and the structure S is horizontal, the X-axis 81 is parallel to the x-axis and the Y-axis 82 is parallel to the y-axis. Under this condition, a tracking operation in the case where the elevation angle with respect to the horizontal of a target existing at an azimuth angle of 0 ° (in the xz plane) is changed from 0 ° to 20 ° will be considered. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the elevation angle to the target, the X-axis rotation angle, and the Y-axis rotation angle in the tracking mechanism of FIG. As shown in FIG. 11, when the structure S is parallel to the horizontal plane, the X-axis rotation angle may be maintained at 0 ° and the Y-axis rotation angle may be changed from 90 ° to 70 °. On the other hand, when the structure S is shaken and rotated 10 ° around the z axis, the X axis rotation angle is rotated from about 90 ° to 25 °, and the Y axis rotation angle is rotated from about 80 ° to 68 °. It is necessary to let That is, the X-axis rotation angle needs to be changed greatly, and the operation of the X-axis 81 becomes a large amplitude operation. Further, in the XYZ axis drive mechanism, the Z axis is rotated in order to correspond to transmission / reception of orthogonal polarization, and the antenna A itself is rotated around the directivity axis. At this time, since it is necessary to rotate the Z-axis in accordance with the rotation of the X-axis 81, the rotation around the Z-axis also becomes a large amplitude operation.
[0008]
As a mechanism capable of preventing such a large amplitude operation, a three-axis drive mechanism in which one axis is further added to the azimuth-elevation angle drive mechanism has been proposed (for example, see Patent Document 1). In this mechanism, the third axis is provided on the elevation axis so as to be perpendicular to the azimuth axis and the elevation axis at a drive elevation angle of 90 °. This mechanism operates in the same manner as the XY axis drive mechanism by driving the third axis at a high elevation angle, and prevents a large amplitude operation.
[0009]
However, the three-axis drive mechanism, like the two-axis drive mechanism, detects the vibration of the structure with the sensor and controls the drive of the shaft, and thus is essentially strongly affected by the sensor error. For this reason, it is difficult to perform high-precision tracking control (reference: Norimasa Yoshida, “Study on high-accuracy space stabilizers”, Proceedings of the Japan Opportunity Society (C), Vol.65, No. 630, pp. 485-492, 1999.). Furthermore, since it is necessary to always perform coordinate conversion and to calculate the driving amount of the added third axis, the calculation for tracking control becomes complicated.
[0010]
In addition to the two-axis driving mechanism and the three-axis driving mechanism described above, a four-axis driving mechanism is known (for example, see Patent Document 2). 12 and 13 are diagrams showing the configuration of the four-axis drive mechanism. In FIG. 12, a horizontal stabilizer 93 supported by two shafts 91 and 92 is provided on the flat structure S, and an azimuth-elevation angle drive mechanism is provided on the horizontal stabilizer 93. A tracking mechanism is installed. In FIG. 13, the tracking mechanism of the XY axis drive mechanism is installed on the horizontal stabilizer 93. 12 and 13, the horizontal stabilizer 93 is kept horizontal by controlling the rotation angles of the two shafts 91 and 92 that support the horizontal stabilizer 93. That is, the horizontal stabilization mechanism is configured by the two axes 91 and 92, and the tracking mechanism is configured by two axes (94 and 95 in FIG. 12, 96 and 97 in FIG. 13). In such a mechanism, the horizontal stabilizer 93 is kept horizontal by measuring the movement of the horizontal stabilizer 93 and controlling the two shafts 91 and 92 of the horizontal stabilizer based on the measurement result. On the other hand, by controlling the two axes of the tracking mechanism (94 and 95 in FIG. 12, 96 and 97 in FIG. 13), the pointing axis is directed to the target. According to this four-axis drive mechanism, since it can be designed separately into a control system of a horizontal stabilization mechanism that maintains horizontal with respect to shaking and a control system of a tracking mechanism that tracks the pointing direction, it also detects shaking. Therefore, a highly accurate tracking control can be performed.
[0011]
The 4-axis drive mechanism of FIG. 12 compensates for the shaking of the structure S by the horizontal stabilizer 93, and therefore can cope with a higher elevation angle than the 2-axis drive mechanism of FIG. However, when the horizontal stabilizer 93 is inclined by 0.5 ° with respect to the horizontal, as shown in FIG. 14, when the elevation angle of the target with respect to the horizontal is 87 ° or more, the driving azimuth increases rapidly. That is, when the target is near the zenith, the operation of the azimuth axis 94 becomes a large amplitude operation, and the mechanical requirements for the drive mechanism of the azimuth axis 94 become severe.
[0012]
Similarly, the configuration of FIG. 13 can cope with a lower elevation angle than the configuration of FIG. 10, but the corresponding range is limited as in the configuration of FIG. 12. FIG. 15 shows the relationship between the elevation angle to the target, the rotation angle of the X axis 96, and the rotation angle of the Y axis 97 in the configuration of FIG.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-11-308604
[Patent Document 2]
JP-A-06-90106
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a large amplitude of a directional axis such as around an azimuth axis while performing tracking control with high accuracy in a tracking device installed on a moving structure. To provide a target tracking apparatus and method capable of avoiding the operation.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
A first invention for solving the above-described problems and achieving the object is a target tracking device for directing a directional axis to a target on a moving object, and the directional axis is orthogonal to the directional axis. A tracking mechanism unit rotatably supported around two axes of a first axis and a second axis orthogonal to the first axis, and a direction of the second axis in a reference coordinate system set on a horizontal plane The tracking mechanism unit is supported so that the variable is variable, the stabilization mechanism unit installed on the object, and the rotation angle around the first and second axes are controlled so that the pointing axis is directed to the target. A tracking control unit, and a direction setting unit that sets a direction in the reference coordinate system that the second axis should maintain so that an angle formed by the directional axis and the second axis is maintained at a predetermined angle or more. Set by the direction setting section And having said, and stability control unit that controls the stabilizing mechanism to said direction second axis is maintained.
[0016]
According to the above configuration, the stability control unit controls the stabilization mechanism unit so that the second axis is maintained in a certain direction, so that the posture of the tracking mechanism unit is stabilized. For this reason, target tracking is stable. Furthermore, the direction setting unit sets the direction that the second axis should maintain so that the angle formed by the directional axis and the second axis is not less than a predetermined angle, so that the directional axis and the second axis are Large-amplitude motion around the second axis caused by facing in substantially the same direction is avoided.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the target tracking device of the first aspect, the tracking mechanism section includes a first axis that supports the directional axis orthogonal to the directional axis, and the first axis. And a support member that is rotatably supported, and a second shaft that is fixed to the first support member perpendicularly to the first shaft and that is rotatably supported by the stabilization mechanism portion. The control unit rotates the first and second shafts.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, in the target tracking device according to the first or second aspect of the invention, the stabilizing mechanism section includes a stabilizing base that supports the tracking mechanism section, and an inclination of the stabilizing base with respect to a horizontal plane is variable. The direction setting unit sets an inclination with respect to a horizontal plane to be maintained by the stabilizer, and the stability control unit sets the set inclination to the stable The variable tilt mechanism is controlled so that the table is maintained.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the target tracking device according to the third aspect of the present invention, the second axis is set perpendicular to the stabilizing platform, and an angle formed between the zenith direction and the target direction is the predetermined angle. In the above case, the direction setting unit sets the inclination with respect to the horizontal plane that should be maintained by the stabilizing base to zero, whereas if the angle is less than a predetermined angle, the tracking control unit is set around the first axis. The rotation angle is fixed, and the direction setting unit sets an inclination to be maintained by the stabilizer so that the directivity axis is directed toward the target.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in the target tracking device according to the third aspect of the present invention, the second axis is set in parallel to the stable base, and the second axis when the stable base is leveled When the angle formed with the target direction is equal to or greater than the predetermined angle, the direction setting unit sets the inclination with respect to the horizontal plane that the stabilizer is to maintain to zero, and when the angle is less than the predetermined angle, the tracking control is performed. The unit fixes a rotation angle around the first axis, and the direction setting unit sets an inclination to be maintained by the stabilizer so that the directing axis is directed toward the target.
[0021]
The sixth invention uses a mechanism that supports the directional axis so as to be rotatable around two axes, a first axis orthogonal to the directional axis and a second axis orthogonal to the first axis. A target tracking method for directing a directional axis toward a target on a moving object, and when the angle formed between the zenith direction and the target direction is equal to or greater than a predetermined angle, the direction of the second axis is set to the zenith Maintaining the direction and rotating the directing axis about the first and second axes to direct the target, while if less than a predetermined angle, the rotation angle about the first axis And the second axis is inclined with respect to the zenith direction so that the directing axis is directed to the target.
[0022]
The seventh invention uses a mechanism that supports the directional axis so as to be rotatable around two axes, a first axis orthogonal to the directional axis and a second axis orthogonal to the first axis. A target tracking method for directing a directional axis toward a target on a moving object, wherein an angle formed between the second axis and the target direction when the second axis is leveled is the predetermined direction. If the angle is greater than or equal to the angle, the second axis is kept horizontal and the directional axis is rotated about the first and second axes to direct the target, while less than a predetermined angle In this case, the rotation angle around the first axis is fixed, and the second axis is inclined with respect to a horizontal plane so that the pointing axis is directed to the target.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a target tracking method and an apparatus therefor according to the present invention will be described below in detail from the first embodiment to the fourth embodiment with reference to the accompanying drawings.
[0024]
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the overall configuration of the target tracking device according to the present embodiment. In FIG. 1, the target tracking device includes a stabilization mechanism unit 10 attached to a moving structure such as a ship, and a tracking mechanism unit 20 installed thereon. The stabilization mechanism unit 10 includes a stabilization table 11 and a variable tilt mechanism 12 that supports the stabilization table 11 in a variable manner and is installed on a structure. Furthermore, the target tracking device includes a tracking control unit 30 that controls the tracking mechanism unit 20, a direction setting unit 40 that sets an inclination with respect to a horizontal plane that the stabilizer 11 should maintain, and an inclination set by the direction setting unit 40. And a stability control unit 50 that controls the variable tilt mechanism 12 so that the stable table 11 is maintained. In this embodiment, an antenna A is attached to the tracking mechanism unit 20, and the target tracking device directs the beam axis Ab of the antenna A, which is the directional axis, to the satellite B, which is the target. Needless to say, the directivity axis and the target are not limited to these.
[0025]
FIG. 2 is a perspective view showing configurations of the stabilization mechanism unit 10 and the tracking mechanism unit 20. In FIG. 2, the stabilization mechanism part 10 is attached to the ship plane S, and the tracking mechanism part 20 of the azimuth angle-elevation angle drive mechanism is installed thereon. If it demonstrates concretely, the 1st stable axis | shaft 12b is rotatably installed in the ship plane S in parallel with respect to the ship plane S by the fixed support | pillar 12a. A substantially square-shaped stabilizing base frame 12c is fixed to the first stabilizing shaft 12b. A second stable shaft 12d is rotatably supported by the stable base frame 12c so as to be orthogonal to the first stable shaft 12b at the center of the stable base frame 12c. A planar stabilizer 11 is fixed to the second stable shaft 12d. The tracking mechanism unit 20 is installed on the stabilization mechanism unit 10 as follows. A cylindrical azimuth axis 21 is rotatably provided on the center upper surface of the stabilization table 11 perpendicularly to the stabilization table 11. An elevation angle axis support member 22 is fixed to two opposite side surfaces of the azimuth axis 21, and the elevation angle axis 23 is rotatably supported by the elevation angle axis support member 22 perpendicular to the azimuth axis 21. Has been. A directivity direction axis 24 is rotatably supported by the elevation angle axis 23 so that the elevation angle axis 23 and the directivity axis are orthogonal to each other. The directivity direction axis 24 includes the directivity direction axis 24 and the beam axis Ab. An antenna A (not shown) is attached so that the directions match.
[0026]
FIG. 3 is a detailed block diagram showing the overall configuration of the target tracking device according to the present embodiment. In FIG. 3, the stability control unit 50 includes an attitude angle detection unit 51 including a gyro that detects the attitude angle of the stabilization table 11, a motor for driving the first and second stable shafts 12 b and 12 d, and the like. First and second drive units 52 and 53 and a stability calculation unit 54 are provided. The tracking control unit 30 includes an antenna A that receives radio waves from the satellite B, a tracking error detection unit 31 that detects a tracking error based on a reception signal of the antenna A, and an elevation axis driving unit 32 that drives the elevation axis 23. And an azimuth axis drive unit 33 that drives the azimuth axis 21 and a tracking calculation unit 34. The direction setting unit 40 includes a drive elevation angle detection unit 41 such as an encoder that detects a drive elevation angle θEL that is a rotation angle around the elevation angle axis 23, and a drive direction that detects a drive azimuth angle θAZ that is a rotation angle around the azimuth axis 21. Angle detector 42, attitude angle detector 51 (shared with stability controller 50), antenna A (shared with tracking controller 30), tracking error detector 31 (shared with tracking controller 30), tilt calculation Part 43.
[0027]
The operation of the target tracking device having the above configuration will be described below.
First, the operation of the stability controller 50 will be described. First, the stability calculation unit 54 receives input of tilt control information from the tilt calculation unit 43. The tilt control information is information indicating posture angles α0 and β0 with respect to the horizontal plane around the first and second stable axes 12b and 12d to be maintained by the stabilizer 11, and is set by the direction setting unit 40. is there. The stability calculation unit 54 compares the posture angles α and β with respect to the actual horizontal plane of the stabilizer 11 input from the posture angle detection unit 51 and the posture angles α0 and β0, and makes the first and A second drive signal is generated. The stability calculation unit 54 outputs these drive signals to the first and second drive units 52 and 53. The first and second drive units 52 and 53 rotate the first and second stable shafts 12b and 12d according to the drive signal. By repeating the above operation, the stability control unit 50 maintains the inclination of the stabilization table 11 at a predetermined inclination.
[0028]
Next, the operation of the tracking control unit 30 will be described. First, the tracking calculation unit 34 receives an input of a tracking error from the tracking error detection unit 31. This tracking error is an error ΔθEL around the elevation axis 23 and an error ΔθAZ around the azimuth axis 21 between the beam axis Ab of the antenna A and the direction of the satellite B, obtained based on the received signal of the antenna A. . The tracking calculation unit 34 generates an elevation axis drive signal and an azimuth axis drive signal so that the error ΔθEL and the error ΔθAZ become zero, and the elevation drive unit 32 and the azimuth axis drive unit respectively drive the drive signals. 33. The elevation axis drive unit 32 and the azimuth axis drive unit 33 rotate the elevation angle axis 23 and the azimuth axis 21 according to the drive signal. The tracking control unit 30 directs the beam axis Ab of the antenna A to the satellite B by repeating the above operation.
[0029]
Next, the operation of the direction setting unit 40 will be described. First, the tilt calculation unit 43 includes a drive elevation angle θEL, a drive azimuth angle θAZ, and a stable base 11 from the drive elevation angle detection unit 41, the drive azimuth angle detection unit 42, the attitude angle detection unit 51, and the tracking error detection unit 31, respectively. The actual posture angles α and β, the error ΔθEL, and the error ΔθAZ are input. The tilt calculation unit 43 calculates the elevation angle φEL and the azimuth angle φAZ of the satellite B with respect to the horizontal plane based on these values. Here, the azimuth angle φAZ is an azimuth angle with respect to a reference direction set on the stable base 11 (in this embodiment, the axial direction of the first stable axis 12b). Based on the elevation angle φEL and the azimuth angle φAZ of these satellites B, the tilt calculation unit 43 determines that the angle formed by the azimuth axis 21 that is an axis perpendicular to the stabilizer 11 and the beam axis Ab of the antenna A is a predetermined angle. In order to maintain the above, the inclination that the stabilizer 11 should maintain is set. Specifically, in this embodiment, a conversion table for converting a combination of φEL and φAZ into a combination of posture angles α0 and β0 that should be maintained by the stabilizer 11 is stored in advance. Then, (φEL, φAZ) is converted to (α0, β0) by the conversion table, and this is output to the stability calculation unit 54 as tilt control information. Here, in this conversion table, when the angle (90 ° −φEL) between the zenith direction and the direction of the satellite B is 10 ° or more, the stabilizer 11 is kept horizontal. On the other hand, when the angle between the zenith direction and the direction of the satellite B (90 ° −φEL) is less than 10 °, the stabilizer 11 is in the direction of the azimuth φAZ of the satellite B and the satellite with respect to the stabilizer 11 The angle of elevation of B is inclined so as to be 10 ° smaller than that in the horizontal state. In other words, when the satellite B is at a low elevation angle with respect to the horizontal plane, the stabilizer 11 is kept horizontal, and when the satellite B is within a predetermined range near the zenith, the stabilizer 11 is horizontal. With respect to satellite B.
[0030]
According to the present embodiment described above, the angle formed by the azimuth axis 21 and the directional axis of the antenna A is maintained at a predetermined angle or more by setting the inclination of the stabilizer 11 with respect to the horizontal plane according to the direction of the satellite B. Therefore, the drive elevation angle is suppressed within a certain angle, and a large amplitude operation of the azimuth axis 21 can be avoided. As a result, it is possible to avoid tracking delays and strict mechanical requirements for the drive mechanism of the azimuth axis 21, and stable and highly accurate tracking control can be achieved in all directions.
[0031]
In addition, since the tracking mechanism unit 20 is installed on the stabilizing base 11, it is possible to avoid the tracking mechanism unit 20 from shaking vigorously due to the shaking of the structure, and stable high-accuracy tracking control is possible.
[0032]
Further, by setting the azimuth axis 21 vertically on the stabilization table 11 and maintaining the stabilization table 11 horizontal in normal times, the azimuth axis 21 faces the vertical direction and the elevation axis 23 becomes horizontal. Therefore, the gravitational torque acting on the azimuth axis 21 and the elevation axis 23 can be reduced, and the tracking control can be stabilized.
[0033]
Further, since the stability control unit 50 for compensating for the fluctuation and the tracking control unit 30 for tracking the satellite B are provided separately, the calculation for the control can be simplified, and the control design is also possible. It becomes easy.
[0034]
In addition, since the direction setting unit 40 changes the inclination step by step, the frequency of the inclination change can be reduced, and stable and highly accurate tracking control can be performed.
(Second Embodiment)
The target tracking device according to the present embodiment is almost the same as the target tracking device according to the first embodiment. However, when the angle formed between the zenith direction and the direction of the satellite B is equal to or larger than a predetermined angle, the direction The setting unit 40 sets the inclination with respect to the horizontal plane that should be maintained by the stabilizer 11 to zero. On the other hand, when the angle is less than a predetermined angle, the tracking control unit 30 fixes the rotation angle around the elevation axis 23 and sets the direction setting unit. Reference numeral 40 denotes a characteristic in which an inclination to be maintained by the stable base 11 is set so that a directivity axis is directed toward a target. To put it simply, the ballast 11 is normally kept horizontal, and the driving elevation angle is locked only when the satellite B is within a predetermined range near the zenith, and the ballast 11 is tilted with respect to the horizontal plane. By doing so, the beam axis Ab of the antenna A is directed to the satellite B.
[0035]
Hereinafter, the present embodiment will be described, but the description of the parts common to the first embodiment will be omitted.
The difference in configuration between the target tracking device of the present embodiment and the device of the first embodiment shown in FIG. 3 is that the tracking calculation unit 34 includes a drive elevation angle detection unit 41, a drive azimuth angle detection unit 42, and an attitude angle. It is a point that receives an input of a detection result of the detection unit 51.
[0036]
The operation of the target tracking device having the above configuration will be described below.
First, the operation of the tracking control unit 30 will be described. First, the tracking calculation unit 34 includes a driving elevation angle θEL, a driving azimuth angle θAZ, and a stabilizing base 11 from the driving elevation angle detection unit 41, the driving azimuth angle detection unit 42, the attitude angle detection unit 51, and the tracking error detection unit 31, respectively. The actual posture angles α and β, the error ΔθEL, and the error ΔθAZ are input. The tracking calculation unit 34 calculates the elevation angle φEL of the satellite B with respect to the horizontal plane based on these values. Next, the tracking calculation unit 34 determines whether or not the angle (90 ° −φEL) between the zenith direction and the direction of the satellite B is equal to or greater than a predetermined angle. As a result of the determination, if the angle is equal to or larger than the predetermined angle, the tracking calculation unit 34 performs normal tracking control as in the first embodiment. On the other hand, when the angle is less than the predetermined angle, the tracking calculation unit 34 outputs a lock signal to the elevation angle axis drive unit 32. In response to this, the elevation axis drive unit 32 locks the elevation axis 23 so that the drive elevation angle does not change. As a result, the angle formed between the beam axis Ab of the antenna A and the azimuth axis 21 is maintained at a predetermined angle or more. The azimuth axis 21 may be locked, or may be tracked as usual without being locked.
[0037]
Next, the operation of the direction setting unit 40 will be described. First, the tilt calculation unit 43 includes a drive elevation angle θEL, a drive azimuth angle θAZ, and a stable base 11 from the drive elevation angle detection unit 41, the drive azimuth angle detection unit 42, the attitude angle detection unit 51, and the tracking error detection unit 31, respectively. The actual posture angles α and β, the error ΔθEL, and the error ΔθAZ are input. The tilt calculation unit 43 calculates the elevation angle φEL of the satellite B with respect to the horizontal plane based on these values. Next, the tilt calculation unit 43 determines whether or not the angle (90 ° −φEL) formed between the zenith direction and the direction of the satellite B is equal to or greater than a predetermined angle. As a result of the determination, if the angle is equal to or greater than the predetermined angle, the inclination calculation unit 43 sets the inclination control information to α0 = 0 and β0 = 0 and outputs the information to the stability control unit 50. In response to this, the stability control unit 50 keeps the stabilization table 11 horizontal. On the other hand, when the angle is less than the predetermined angle, the tilt calculation unit 43 sets the tilt that the stabilizer 11 should maintain so that the beam axis Ab of the antenna A is directed to the satellite B. That is, the inclination control information α0 and β0 are calculated and set so that the tracking errors ΔθEL and ΔθAZ become zero, and are output to the stability control unit 50. In response to this, the stability control unit 50 maintains the posture angles of the stable base 11 at α0 and β0. As a result, the beam axis Ab of the antenna A is directed to the satellite B due to the inclination of the stabilizing base 11.
[0038]
Hereinafter, the target tracking device according to the present embodiment will be described more specifically.
In FIG. 2, the illustrated coordinates are inertial coordinates, and the xy plane is parallel to the horizontal plane. In an initial state, that is, in a state in which the driving azimuth angle is 0 °, the driving elevation angle is 0 °, the rotation angle of the pointing direction axis 24 is 0 °, and the stabilizing base 11 is horizontal, the driving elevation angle axis 23 is the x axis, and the pointing direction axis 24 is the y axis. In addition, the drive azimuth axis 21 is parallel to the z axis. 2 is assumed to vibrate with an amplitude of 0.5 ° around the y-axis of the inertial coordinate system, and the driving capability of the driving azimuth angle at this frequency is 10 °. FIG. 14 shows the relationship between the elevation angle of the target, the driving azimuth angle, and the driving elevation angle when the elevation angle of the target existing at an azimuth angle of 0 ° (in the yz plane) with respect to the horizontal is changed from 70 ° to 90 °. FIG. FIG. 14 shows that the amplitude of the drive azimuth can be made 10 ° or less by making the drive elevation angle 87 ° or less. Therefore, in the present embodiment, when the elevation angle of the target with respect to the horizontal becomes 87 ° or more, the drive elevation angle is fixed at 87 °, and instead, the stabilization base 11 is inclined with respect to the horizontal plane. That is, when the angle formed between the zenith direction and the direction of the target is a predetermined angle of 3 ° or more, the stabilization base 11 is kept horizontal, and when the angle is less than the predetermined angle 3 °, the stabilization base 11 is inclined. Let Note that the tilting direction of the stabilizer 11 coincides with the azimuth direction of the satellite B, and here is around the x-axis of the inertial coordinate system of FIG.
[0039]
FIG. 5 shows the target tracking device of the present embodiment with respect to the horizontal direction of a target existing at an azimuth angle of 0 ° (in the yz plane) with the stabilizer 11 inclined by 0.5 ° around the y axis from the horizontal. A change in drive elevation angle and drive azimuth angle when the elevation angle changes from 70 ° to 90 ° is shown. From FIG. 5, it can be confirmed that the drive azimuth angle is 10 ° or less. That is, the amplitude of the driving azimuth angle is suppressed from −10 ° to 10 ° with respect to the fluctuation of the stabilizing table 11 from −0.5 ° to 0.5 °.
[0040]
The above-described embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
When the angle between the zenith direction and the direction of the satellite B is a predetermined angle of 3 ° or more, the stabilization table 11 is kept horizontal, and the stabilization table 11 is inclined only when the angle is less than 3 °. In most cases, the stabilizer 11 is kept horizontal. For this reason, stable tracking control is possible.
[0041]
Further, when the angle formed between the zenith direction and the direction of the satellite B is less than a predetermined angle, the driving elevation angle is fixed, so that the driving elevation angle can be reliably prevented from exceeding a predetermined angle. The large amplitude operation of the shaft 21 can be reliably avoided.
[0042]
(Third embodiment)
The target tracking device according to the present embodiment is almost the same as the target tracking device according to the first and second embodiments, but the tracking mechanism unit 20 installed on the stabilizer 11 is an XY axis drive mechanism. It is characterized by this.
[0043]
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings, but description of portions common to the first and second embodiments will be omitted.
FIG. 6 is a perspective view illustrating configurations of the stabilization mechanism unit 10 and the tracking mechanism unit 20 of the target tracking device according to the present embodiment. In FIG. 6, a stabilization mechanism unit 10 similar to that of the first embodiment is attached to a ship plane S, and a tracking mechanism unit 20 of an XY axis drive mechanism is installed thereon. More specifically, an X-axis holding member 61 composed of two support columns is installed on the flat stabilizer 11. The X-axis holding member 61 supports the X-axis 62 so as to be rotatable in parallel with the stabilizing base 11. A substantially square Y-axis support frame 63 is fixed to the X-axis 62. A Y axis 64 is rotatably supported on the Y axis support frame 63 so as to be orthogonal to the X axis 62 at the center of the frame. A flat Z-axis support plate 65 is fixed to the Y-axis 64, and a Z-axis 66 is provided on the central upper surface of the Z-axis support plate 65 so as to be perpendicular to the support plate. ing. An antenna A (not shown) is attached to the Z axis 66 so that the directions of the Z axis 66 and the beam axis Ab coincide.
[0044]
Further, in the target tracking device according to the present embodiment, in FIG. 3, the azimuth angle axis 21, the elevation angle axis 23, the elevation angle axis drive unit 32, the azimuth angle axis drive unit 33, the drive elevation angle detection unit 41, and the drive azimuth angle detection unit 42 replaces the X axis 62, the Y axis 64, the Y axis drive unit, the X axis drive unit, the Y axis rotation angle detection unit, and the X axis rotation angle detection unit, respectively.
[0045]
Hereinafter, the operation of the target tracking device according to the present embodiment will be described.
First, the operation of the tracking control unit 30 will be described. First, the tracking calculation unit 34 includes a Y-axis rotation angle θY, an X-axis rotation angle θX, a Y-axis rotation angle θY, an X-axis rotation angle detection unit 51, an attitude angle detection unit 51, and a tracking error detection unit 31, respectively. The actual posture angles α, β, error ΔθX, and error ΔθY of the stable base 11 are received. Here, errors ΔθX and ΔθY are errors around the X axis 62 and the Y axis 64 between the beam axis Ab and the direction of the satellite B, respectively. Based on these values, the tracking calculation unit 34 calculates the direction of the satellite B and the axial direction of the X axis 62 when the stabilizer 11 is leveled. Next, the tracking calculation unit 34 determines whether or not the angle formed by the axial direction of the X axis 62 and the direction of the satellite B is equal to or larger than a predetermined angle when the stabilizing platform 11 is leveled. As a result of the determination, if the angle is equal to or larger than the predetermined angle, the tracking calculation unit 34 performs normal tracking control as in the first embodiment. On the other hand, when the angle is less than the predetermined angle, the tracking calculation unit 34 outputs a lock signal to the Y-axis drive unit. In response to this, the Y-axis drive unit locks the Y-axis 64 so that the Y-axis rotation angle does not change. As a result, the angle formed by the beam axis Ab of the antenna A and the X axis 62 is maintained at a predetermined angle or more. The X axis 62 may be locked, or may be tracked as usual without being locked.
[0046]
Next, the operation of the direction setting unit 40 will be described. First, the tilt calculation unit 43 includes a Y-axis rotation angle θY, an X-axis rotation angle θX, an X-axis rotation angle detection unit, an X-axis rotation angle detection unit, a posture angle detection unit 51, and a tracking error detection unit 31, respectively. The actual posture angles α, β, error ΔθX, and error ΔθY of the stable base 11 are received. Based on these values, the tilt calculator 43 calculates the direction of the satellite B and the axial direction of the X axis 62 when the stabilizer 11 is leveled. Next, the tilt calculation unit 43 determines whether or not the angle formed by the axis direction of the X axis 62 and the direction of the satellite B is equal to or greater than a predetermined angle when the stabilizing table 11 is leveled. As a result of the determination, if the angle is equal to or greater than the predetermined angle, the inclination calculation unit 43 sets the inclination control information to α0 = 0 and β0 = 0 and outputs the information to the stability control unit 50. In response to this, the stability control unit 50 keeps the stabilization table 11 horizontal. On the other hand, when the angle is less than the predetermined angle, the tilt calculation unit 43 sets the tilt that the stabilizer 11 should maintain so that the beam axis Ab of the antenna A is directed to the satellite B. That is, the inclination control information α0 and β0 are calculated and set so that the tracking errors ΔθX and ΔθY become zero, and are output to the stability control unit 50. In response to this, the stability control unit 50 maintains the posture angles of the stable base 11 at α0 and β0. As a result, the beam axis Ab of the antenna A is directed to the satellite B due to the inclination of the stabilizing base 11.
[0047]
Hereinafter, the target tracking device according to the present embodiment will be described more specifically.
In FIG. 6, the illustrated coordinates are inertial coordinates, and the xy plane is parallel to the horizontal plane. Initial state, that is, an X-axis rotation angle of 0 ° which is a rotation angle around the X-axis, a Y-axis rotation angle of 0 ° which is a rotation angle around the Y-axis, a Z-axis rotation angle of 0 ° which is a rotation angle around the Z-axis, and stable When the table 11 is horizontal, the X, Y, and Z axes are parallel to the x, y, and z axes, respectively. Under these conditions, it is assumed that the stabilizer 11 in FIG. 6 vibrates around the z-axis of the inertial coordinate system with an amplitude of 0.5 °, and the driving ability of the X-axis rotation angle at this frequency is 10 °. . FIG. 15 shows the elevation angle to the target, the X-axis rotation angle, and the Y-axis rotation angle when the elevation angle with respect to the horizontal of the target existing at an azimuth angle of 0 ° (in the xz plane) changes from 0 ° to 20 °. It is a figure which shows the relationship. 15 that the amplitude of the X-axis rotation angle can be made 10 ° or less by setting the Y-axis rotation angle to 87 ° or less. Therefore, in the present embodiment, when the angle formed between the axial direction of the X axis 62 and the target direction when the stabilizer 11 is leveled is less than 3 °, the Y axis rotation angle is fixed, The stabilizer 11 is inclined with respect to the horizontal plane. That is, when the angle between the axial direction of the X-axis 62 and the target direction when the stabilization base 11 is leveled is a predetermined angle of 3 ° or more, the stabilization base 11 is kept horizontal and the predetermined angle When the angle is less than 3 °, the stabilizer 11 is tilted. Here, it is inclined around the y axis of the inertial coordinate system of FIG.
[0048]
FIG. 7 shows the target tracking device of the present embodiment in which the elevation angle with respect to the horizontal of the target existing at an azimuth angle of 0 ° (in the xz plane) is obtained with the stabilizer 11 rotated 0.5 ° around the z-axis. The change of the X-axis rotation angle and the Y-axis rotation angle when changing from 0 ° to 20 ° is shown. From FIG. 7, it can be confirmed that the X-axis rotation angle is 10 ° or less. That is, the amplitude of the X-axis rotation angle is suppressed from −10 ° to 10 ° with respect to the fluctuation of the stabilizing base 11 from −0.5 ° to 0.5 °.
[0049]
In the target tracking device of the present embodiment described above, the X axis 62 corresponding to the azimuth axis 21 of the first embodiment is provided in parallel to the stabilizing base 11, and normally the stabilizing base 11 is maintained horizontal. It is suitable when the elevation angle of the satellite B with respect to the horizontal is high.
[0050]
(Fourth embodiment)
The target tracking device according to the present embodiment is almost the same as the target tracking device according to the first to third embodiments. However, the stabilization mechanism unit 10 is inclined with respect to a horizontal plane and a vertical axis in place of the variable tilt mechanism 12. A direction variable mechanism is provided that supports the stabilizer 11 and is installed on the ship plane S so that the rotation angle of the circumference is variable, and the direction setting unit 40 is inclined with respect to the horizontal plane that the stabilizer 11 should maintain and around the vertical axis. The rotation angle is set, and the stability control unit 50 controls the direction variable mechanism so that the stabilization table 11 maintains the set inclination and rotation angle.
[0051]
Hereinafter, although this embodiment is described using drawings, explanation is omitted about a portion which is common in the 1st-3rd embodiment.
FIG. 4 is a schematic block diagram showing the overall configuration of the target tracking device according to the present embodiment. The difference in configuration between this target tracking device and the device shown in FIG. 1 is as follows. The stabilization mechanism unit 10 includes a direction changing mechanism 13 that supports the stabilization table 11 and is installed on the ship plane S so that the inclination with respect to the horizontal plane and the rotation angle around the vertical axis are variable, instead of the variable tilt mechanism 12. Yes. In the present embodiment, the direction variable mechanism 13 is obtained by adding a third stable axis to the tilt variable mechanism 12. The third stable axis is an axis that is attached to the second stable axis 12d so as to be orthogonal to the second stable axis 12d and supports the stabilizing base 11 so as to be rotatable around the axis. However, the direction variable mechanism 13 is not limited to this, and for example, the entire tilt variable mechanism 12 and the stabilizer 11 are rotatably supported around the z axis of the inertial coordinate system and the axis fixed to the ship plane S is tilted variable mechanism. 12 may be added. The posture detection unit 51 also detects a posture angle γ with reference to the north direction around the vertical axis. That is, the yaw angle is detected in addition to the roll angle and the pitch angle. The stability control unit 50 includes a third drive unit for driving the third stable axis.
[0052]
Next, differences in operation will be described. The direction setting unit 40 is configured so that the angle between the azimuth angle axis 21 or the X axis 62 as the second axis and the beam axis Ab of the antenna A is equal to or greater than a predetermined angle with respect to the horizontal plane that the stabilizer 11 should maintain. Set the tilt and rotation angle around the vertical axis. More specifically, the combination of the elevation angle φEL and the azimuth angle φAZ of the satellite is converted into a combination of attitude angles α0, β0, and γ0 that should be maintained by the stabilizer 11. And this is output to the stable calculation part 54 as direction control information. The stability controller 50 drives the first to third stable axes so that the actual posture angles α, β, γ coincide with α0, β0, γ0. Specifically, in the present embodiment, when the angle between the zenith direction (in the case of the elevation-azimuth angle driving mechanism) or the north direction in the horizontal plane (in the case of the XY axis driving mechanism) and the direction of the satellite B is 10 ° or more. In other words, the stable base 11 is maintained horizontally, and the reference line direction (the axial direction of the X axis 62 in the XY axis drive mechanism) preset on the stable base 11 is maintained in the north direction in the horizontal plane. On the other hand, when the angle formed between the zenith direction or the north direction in the horizontal plane and the direction of the satellite B is less than 10 °, the stabilizer 11 is inclined with respect to the horizontal based on the azimuth angle φAZ and the elevation angle φEL of the satellite B. Or it is rotated around the vertical axis. In other words, it is kept horizontal during normal times, and the reference line direction set on the surface of the stabilizer 11 is maintained in the north direction. On the other hand, when the satellite B exists within a predetermined range near the zenith (north in the horizontal plane in the case of XY axis driving), the stabilizer 11 is tilted with respect to the horizontal plane or rotated around the vertical axis.
[0053]
According to the present embodiment, even if the orientation of the ship in the horizontal plane changes or shakes, the tracking mechanism unit 20 is maintained in a certain direction in the horizontal plane, so that tracking control can be further stabilized.
[0054]
Further, since not only the inclination of the stabilizer 11 with respect to the horizontal plane but also the rotation angle around the vertical axis is controlled, the angle formed by the directional axis and the second axis can be more effectively expanded, Large amplitude operation can be avoided more effectively.
[0055]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the direction of the satellite B is calculated based on the received signal of the antenna A. However, the direction of the satellite B can be recognized by any means, and the tracking control unit 30, The direction setting unit 40 may store the orbit information of the satellite B, or may receive information indicating the direction of the satellite B from another device.
[0056]
Further, the setting method of the tilt control information or the direction control information by the direction setting unit 40 is not limited to the setting method shown in the above embodiment, and the angle formed by the directional axis and the second axis is kept at a predetermined angle or more. If possible, other arbitrary setting methods can be determined. For example, it is possible to set the tilt control information or the direction control information so as to reduce the drive elevation angle based on only two data of the drive elevation angle and the drive azimuth angle. Also, time series data of the elevation angle and azimuth angle of satellite B is created from the orbit information of satellite B obtained in advance, and tilt control information and direction control information are created as time series data based on the data. Also good.
[0057]
Further, the stabilization mechanism is not limited to the one in the above embodiment, and supports the tracking mechanism so that the direction of the second axis in the reference coordinate system set on the horizontal plane is variable, and an object such as a ship. Any device may be used as long as it is installed in the premises. Here, the reference coordinate system set on the horizontal plane may be set as appropriate, and is, for example, a north reference orthogonal coordinate system.
[0058]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the direction of the second axis is maintained so that the angle formed by the directing axis and the second axis is not less than a predetermined angle, the size of the drive shaft can be increased while performing tracking control with high accuracy. Amplitude motion can be avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an overall configuration of a target tracking device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing configurations of a stabilization mechanism unit and a tracking mechanism unit.
FIG. 3 is a detailed block diagram showing the overall configuration of the target tracking device according to the present embodiment.
FIG. 4 is a schematic block diagram showing an overall configuration of a target tracking device according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between an elevation angle toward a target, a driving azimuth angle, and a driving elevation angle in the target tracking device according to the second embodiment.
FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration of a stabilization mechanism unit and a tracking mechanism unit of a target tracking device according to a third embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between an elevation angle with respect to a target, an X-axis rotation angle, and a Y-axis rotation angle in a target tracking device according to a third embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an azimuth-elevation angle tracking mechanism.
9 is a diagram illustrating a relationship between an elevation angle toward a target, a driving azimuth angle, and a driving elevation angle in the tracking mechanism of FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an XY-axis drive tracking mechanism.
11 is a diagram illustrating a relationship between an elevation angle with respect to a target, an X-axis rotation angle, and a Y-axis rotation angle in the tracking mechanism of FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a four-axis drive mechanism.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a four-axis drive mechanism.
14 is a diagram illustrating a relationship between an elevation angle toward a target, a driving azimuth angle, and a driving elevation angle in the tracking mechanism of FIG.
15 shows the relationship between the elevation angle to the target, the X-axis rotation angle, and the Y-axis rotation angle in the tracking mechanism of FIG.
[Explanation of symbols]
10 Stabilization mechanism
11 Stabilizing table
12 Inclination variable mechanism
12a prop
12b First stable axis
12c Stabilizing frame
12d second stable axis
13 Direction variable mechanism
20 Tracking mechanism
21 Azimuth axis
22 Elevation axis support member
23 Elevation axis
24 Directional axis
30 Tracking control unit
31 Tracking error detector
32 Elevation axis drive
33 Azimuth axis drive unit
34 Tracking calculation unit
40 Direction setting section
41 Drive elevation angle detector
42 Drive azimuth angle detector
43 Inclination calculator
50 Stability control unit
51 Attitude angle detector
52 1st drive part
53 Second drive unit
54 Stability calculation section
60 Tracking mechanism
61 X-axis holding member
62 X axis
63 Y-axis support frame
64 Y axis
65 Z-axis support plate
66 Z-axis
A Antenna
Ab beam axis
S Ship plane
B satellite

Claims (4)

動揺する物体上において指向軸を目標に指向させるための目標追尾装置であって、
前記指向軸を当該指向軸に直交する第１の軸線と当該第１の軸線に直交する第２の軸線との２つの軸線周りに回転可能に支持する追尾機構部と、
前記追尾機構部を支持する安定台、及び、当該安定台を第１および第２の安定軸周りの水平面に対する姿勢角α、βが可変となるように支持し前記物体に設置される傾斜可変機構を有し、水平面に設定された基準座標系における前記第２の軸線の方向を可変とする安定機構部と、
前記指向軸が前記目標を指向するように前記第１および第２の軸線周りの回転角を制御する追尾制御部と、
前記指向軸と前記第２の軸線とのなす角が所定の角度以上を保つように、前記安定台が維持すべき第１および第２の安定軸周りの水平面に対する姿勢角α０、β０を設定する方向設定部と、
前記傾斜可変機構の姿勢角α、βが前記方向設定部によって設定された前記姿勢角α０、β０を維持するように前記安定機構部を制御する安定制御部と、
を備え、
前記第２の軸線は前記安定台に垂直に設定され、
前記追尾機構部は、前記指向軸を当該指向軸に直交して支持する第１の軸、当該第１の軸を回転可能に支持する支持部材、及び、当該支持部材に前記第１の軸に直交して固定されるとともに前記安定台に回転可能に垂直に支持される第２の軸を有し、
前記追尾制御部は、水平面に対する前記目標の仰角φＥＬを算出し、天頂方向と前記目標の方向とのなす角（９０°−φＥＬ）が前記所定の角度以上の場合には、前記指向軸と前記目標の方向との間の前記第１の軸線周りおよび前記第２の軸線周りの誤差がそれぞれゼロになるように前記追尾機構部の第１および第２の軸を回転させ、前記所定の角度未満の場合には、前記指向軸と前記第２の軸線とのなす角が前記所定の角度以上になるように前記追尾機構部の第１の軸周りの回転を固定し、
前記方向設定部は、水平面に対する前記目標の仰角φＥＬを算出し、天頂方向と前記目標の方向とのなす角（９０°−φＥＬ）が前記所定の角度以上の場合には、前記姿勢角α０、β０をそれぞれゼロに設定し、前記所定の角度未満の場合には、前記姿勢角α０、β０を前記指向軸と前記目標の方向との間の前記第１の軸線周りおよび第２の軸線周りの誤差がそれぞれゼロになるように設定することを特徴とする目標追尾装置。A target tracking device for directing a directional axis to a target on a moving object,
A tracking mechanism that rotatably supports the directional axis around two axes, a first axis orthogonal to the directional axis and a second axis orthogonal to the first axis;
A stabilizing base that supports the tracking mechanism , and a tilt variable mechanism that is installed on the object and supports the stabilizing base so that posture angles α and β with respect to a horizontal plane around the first and second stable axes are variable. And a stabilization mechanism unit that can change the direction of the second axis in a reference coordinate system set on a horizontal plane,
A tracking control unit that controls a rotation angle around the first and second axes so that the directional axis is directed to the target;
The posture angles α0 and β0 with respect to the horizontal plane around the first and second stable axes to be maintained by the stabilizing base are set so that the angle formed by the directional axis and the second axis is maintained at a predetermined angle or more. A direction setting section;
A stability control unit that controls the stabilization mechanism unit so that the posture angles α and β of the variable tilt mechanism maintain the posture angles α0 and β0 set by the direction setting unit;
Equipped with a,
The second axis is set perpendicular to the stabilizer;
The tracking mechanism includes a first shaft, the support member for rotatably supporting the first shaft for supporting the directional axes perpendicular to the directional axes, and, the first axis to those said supporting support member a second shaft rotatably vertically supported on the stable base with orthogonally fixed to,
The tracking control unit calculates the target elevation angle φEL with respect to a horizontal plane, and when the angle between the zenith direction and the target direction (90 ° −φEL) is equal to or greater than the predetermined angle, the tracking axis and the directional axis The first and second axes of the tracking mechanism unit are rotated so that errors around the first axis and the second axis between the target direction and the second axis become zero, respectively, and less than the predetermined angle In this case, the rotation of the tracking mechanism portion around the first axis is fixed so that the angle formed by the directional axis and the second axis is not less than the predetermined angle,
The direction setting unit calculates the target elevation angle φEL with respect to a horizontal plane, and when the angle formed between the zenith direction and the target direction (90 ° −φEL) is equal to or larger than the predetermined angle, the posture angle α0, When β0 is set to zero and less than the predetermined angle, the posture angles α0 and β0 are set around the first axis and the second axis between the directional axis and the target direction. A target tracking device, wherein each error is set to be zero . 動揺する物体上において指向軸を目標に指向させるための目標追尾装置であって、
前記指向軸を当該指向軸に直交する第１の軸線と当該第１の軸線に直交する第２の軸線との２つの軸線周りに回転可能に支持する追尾機構部と、
前記追尾機構部を支持する安定台、及び、当該安定台を第１および第２の安定軸周りの水平面に対する姿勢角α、βが可変となるように支持し前記物体に設置される傾斜可変機構を有し、水平面に設定された基準座標系における前記第２の軸線の方向を可変とする安定機構部と、
前記指向軸が前記目標を指向するように前記第１および第２の軸線周りの回転角を制御する追尾制御部と、
前記指向軸と前記第２の軸線とのなす角が所定の角度以上を保つように、前記安定台が維持すべき第１および第２の安定軸周りの水平面に対する姿勢角α０、β０を設定する方向設定部と、
前記傾斜可変機構の姿勢角α、βが前記方向設定部によって設定された前記姿勢角α０、β０を維持するように前記安定機構部を制御する安定制御部と、
を備え、
前記第２の軸線は前記安定台に平行に設定され、
前記追尾機構部は、前記指向軸を当該指向軸に直交して支持する第１の軸、当該第１の軸を回転可能に支持する支持部材、及び、当該支持部材に前記第１の軸に直交して固定されるとともに前記安定台に回転可能に平行に支持される第２の軸を有し、
前記追尾制御部は、前記目標の方向と前記安定台が水平にされた場合における前記第２の軸線の方向とを算出し、前記安定台が水平にされた場合における前記第２の軸線の方向と前記目標の方向とのなす角が前記所定の角度以上の場合には、前記指向軸と前記目標の方向との間の前記第１の軸線周りのおよび前記第２の軸線周りの誤差がそれぞれゼロになるように前記追尾機構部の第１および第２の軸を回転させ、前記所定の角度未満の場合には、前記指向軸と前記第２の軸線とのなす角が前記所定の角度以上となるように前記追尾機構部の第１の軸周りの回転を固定し、
前記方向設定部は、前記目標の方向と前記安定台が水平にされた場合における前記第２の軸線の方向とを算出し、前記安定台が水平にされた場合における前記第２の軸線の方向と前記目標の方向とのなす角が前記所定の角度以上の場合には、前記姿勢角α０、β０をそれぞれゼロに設定し、前記所定の角度未満の場合には、前記姿勢角α０、β０を前記指向軸と前記目標の方向との間の前記第１の軸線周りおよび第２の軸線周りの誤差がそれぞれゼロになるように設定することを特徴とする目標追尾装置。A target tracking device for directing a directional axis to a target on a moving object,
A tracking mechanism that rotatably supports the directional axis around two axes, a first axis orthogonal to the directional axis and a second axis orthogonal to the first axis;
A stabilizing base that supports the tracking mechanism , and a tilt variable mechanism that is installed on the object and supports the stabilizing base so that posture angles α and β with respect to a horizontal plane around the first and second stable axes are variable. And a stabilization mechanism unit that can change the direction of the second axis in a reference coordinate system set on a horizontal plane,
A tracking control unit that controls a rotation angle around the first and second axes so that the directional axis is directed to the target;
The posture angles α0 and β0 with respect to the horizontal plane around the first and second stable axes to be maintained by the stabilizing base are set so that the angle formed by the directional axis and the second axis is maintained at a predetermined angle or more. A direction setting section;
A stability control unit that controls the stabilization mechanism unit so that the posture angles α and β of the variable tilt mechanism maintain the posture angles α0 and β0 set by the direction setting unit;
Equipped with a,
The second axis is set parallel to the stabilizer;
The tracking mechanism includes a first shaft, the support member for rotatably supporting the first shaft for supporting the directional axes perpendicular to the directional axes, and, the first axis to those said supporting support member A second axis fixed orthogonally to the stabilizer and rotatably supported in parallel by the stabilizer .
The tracking control unit calculates the direction of the target and the direction of the second axis when the stabilizer is leveled, and the direction of the second axis when the stabilizer is leveled And the direction of the target are equal to or greater than the predetermined angle, the errors around the first axis and the second axis between the directional axis and the target direction are respectively When the first and second axes of the tracking mechanism section are rotated so as to be zero and the angle is less than the predetermined angle, an angle formed by the directivity axis and the second axis is equal to or greater than the predetermined angle. The rotation around the first axis of the tracking mechanism is fixed so that
The direction setting unit calculates the direction of the target and the direction of the second axis when the stabilization base is leveled, and the direction of the second axis when the stabilization base is leveled When the angle between the target direction and the target angle is equal to or larger than the predetermined angle, the posture angles α0 and β0 are set to zero, respectively, and when the angle is smaller than the predetermined angle, the posture angles α0 and β0 are set. A target tracking device , wherein an error around each of the first axis and the second axis between the directivity axis and the target direction is set to be zero . 指向軸を当該指向軸に直交する第１の軸線と当該第１の軸線に直交する第２の軸線との２つの軸線周りに回転可能に支持する追尾機構部と、
前記追尾機構部を支持する安定台、及び、当該安定台を第１および第２の安定軸周りの水平面に対する姿勢角α、βが可変となるように支持し物体に設置される傾斜可変機構を有し、水平面に設定された基準座標系における前記第２の軸線の方向を可変とする安定機構部と、
前記指向軸が前記目標を指向するように前記第１および第２の軸線周りの回転角を制御する追尾制御部と、
前記指向軸と前記第２の軸線とのなす角が所定の角度以上を保つように、前記安定台が維持すべき第１および第２の安定軸周りの水平面に対する姿勢角α０、β０を設定する方向設定部と、
前記傾斜可変機構の姿勢角α、βが前記方向設定部によって設定された前記姿勢角α０、β０を維持するように前記安定機構部を制御する安定制御部と、
を備える追尾目標装置に、動揺する前記物体上において前記指向軸を目標に指向させるための目標追尾方法であって
前記第２の軸線を前記安定台に垂直に設定し、
前記追尾機構部は、前記指向軸を当該指向軸に直交して支持する第１の軸、当該第１の軸を回転可能に支持する支持部材、及び、当該支持部材に前記第１の軸に直交して固定されるとともに前記安定台に回転可能に垂直に支持される第２の軸を有し、
前記追尾制御部に、水平面に対する前記目標の仰角φＥＬを算出させ、天頂方向と前記目標の方向とのなす角（９０°−φＥＬ）が前記所定の角度以上の場合には、前記指向軸と前記目標の方向との間の前記第１の軸線周りおよび前記第２の軸線周りの誤差がそれぞれゼロになるように前記追尾機構部の第１および第２の軸を回転させ、前記所定の角度未満の場合には、前記指向軸と前記第２の軸線とのなす角が前記所定の角度以上になるように前記追尾機構部の第１の軸周りの回転を固定させ、
前記方向設定部に、水平面に対する前記目標の仰角φＥＬを算出させ、天頂方向と前記目標の方向とのなす角（９０°−φＥＬ）が前記所定の角度以上の場合には、前記姿勢角α０、β０をそれぞれゼロに設定させ、前記所定の角度未満の場合には、前記姿勢角α０、β０を前記指向軸と前記目標の方向との間の前記第１の軸線周りおよび第２の軸線周りの誤差がそれぞれゼロになるように設定させることを特徴とする目標追尾方法。A tracking mechanism that rotatably supports a directional axis around two axes, a first axis orthogonal to the directional axis and a second axis orthogonal to the first axis ;
A stabilizer that supports the tracking mechanism, and a tilt variable mechanism that supports the stabilizer so that posture angles α and β with respect to a horizontal plane around the first and second stable axes are variable, and is installed on an object. And a stabilization mechanism that makes the direction of the second axis variable in a reference coordinate system set on a horizontal plane,
A tracking control unit that controls a rotation angle around the first and second axes so that the directional axis is directed to the target;
The posture angles α0 and β0 with respect to the horizontal plane around the first and second stable axes to be maintained by the stabilizing base are set so that the angle formed by the directional axis and the second axis is maintained at a predetermined angle or more. A direction setting section;
A stability control unit that controls the stabilization mechanism unit so that the posture angles α and β of the variable tilt mechanism maintain the posture angles α0 and β0 set by the direction setting unit;
A target tracking method for directing the directional axis to a target on the object to be shaken in a tracking target device comprising:
Setting the second axis perpendicular to the stabilization platform;
The tracking mechanism section includes a first axis that supports the directional axis perpendicular to the directional axis, a support member that rotatably supports the first axis, and a support member that supports the first axis on the first axis. A second axis fixed orthogonally and rotatably supported vertically on the stabilizer;
The tracking control unit calculates the target elevation angle φEL with respect to a horizontal plane, and when the angle formed between the zenith direction and the target direction (90 ° −φEL) is equal to or greater than the predetermined angle, the directivity axis and the The first and second axes of the tracking mechanism unit are rotated so that errors around the first axis and the second axis between the target direction and the second axis become zero, respectively, and less than the predetermined angle In this case, the rotation of the tracking mechanism portion around the first axis is fixed so that the angle formed by the directivity axis and the second axis is equal to or greater than the predetermined angle,
The direction setting unit calculates the target elevation angle φEL with respect to a horizontal plane, and when the angle formed between the zenith direction and the target direction (90 ° −φEL) is equal to or greater than the predetermined angle, the posture angle α0, β0 is set to zero, and when the angle is less than the predetermined angle, the posture angles α0 and β0 are set around the first axis and the second axis between the directional axis and the target direction. A target tracking method characterized in that each error is set to be zero . 指向軸を当該指向軸に直交する第１の軸線と当該第１の軸線に直交する第２の軸線との２つの軸線周りに回転可能に支持する追尾機構部と、
前記追尾機構部を支持する安定台、及び、当該安定台を第１および第２の安定軸周りの 水平面に対する姿勢角α、βが可変となるように支持し物体に設置される傾斜可変機構を有し、水平面に設定された基準座標系における前記第２の軸線の方向を可変とする安定機構部と、
前記指向軸が前記目標を指向するように前記第１および第２の軸線周りの回転角を制御する追尾制御部と、
前記指向軸と前記第２の軸線とのなす角が所定の角度以上を保つように、前記安定台が維持すべき第１および第２の安定軸周りの水平面に対する姿勢角α０、β０を設定する方向設定部と、
前記傾斜可変機構の姿勢角α、βが前記方向設定部によって設定された前記姿勢角α０、β０を維持するように前記安定機構部を制御する安定制御部と、
を備える目標追尾装置に、動揺する前記物体上において前記指向軸を目標に指向させるための目標追尾方法であって、
前記第２の軸線を前記安定台に平行に設定し、
前記追尾機構部は、前記指向軸を当該指向軸に直交して支持する第１の軸、当該第１の軸を回転可能に支持する支持部材、及び、当該支持部材に前記第１の軸に直交して固定されるとともに前記安定台に回転可能に垂直に支持される第２の軸を有し、
前記追尾制御部に、前記目標の方向と前記安定台が水平にされた場合における前記第２の軸線の方向とを算出させ、前記安定台が水平にされた場合における前記第２の軸線の方向と前記目標の方向とのなす角が前記所定の角度以上の場合には、前記指向軸と前記目標の方向との間の前記第１の軸線周りのおよび前記第２の軸線周りの誤差がそれぞれゼロになるように前記追尾機構部の第１および第２の軸を回転させ、前記所定の角度未満の場合には、前記指向軸と前記第２の軸線とのなす角が前記所定の角度以上となるように前記追尾機構部の第１の軸周りの回転を固定させ、
前記方向設定部に、前記目標の方向と前記安定台が水平にされた場合における前記第２の軸線の方向とを算出させ、前記安定台が水平にされた場合における前記第２の軸線の方向と前記目標の方向とのなす角が前記所定の角度以上の場合には、前記姿勢角α０、β０をそれぞれゼロに設定させ、前記所定の角度未満の場合には、前記姿勢角α０、β０を指向軸と前記目標の方向との間の前記第１の軸線周りおよび第２の軸線周りの誤差がそれぞれゼロになるように設定させることを特徴とする目標追尾方法。 A tracking mechanism that rotatably supports a directional axis around two axes, a first axis orthogonal to the directional axis and a second axis orthogonal to the first axis ;
A stabilizer that supports the tracking mechanism, and a tilt variable mechanism that supports the stabilizer so that posture angles α and β with respect to a horizontal plane around the first and second stable axes are variable, and is installed on an object. And a stabilization mechanism that makes the direction of the second axis variable in a reference coordinate system set on a horizontal plane,
A tracking control unit that controls a rotation angle around the first and second axes so that the directional axis is directed to the target;
The posture angles α0 and β0 with respect to the horizontal plane around the first and second stable axes to be maintained by the stabilizing base are set so that the angle formed by the directional axis and the second axis is maintained at a predetermined angle or more. A direction setting section;
A stability control unit that controls the stabilization mechanism unit so that the posture angles α and β of the variable tilt mechanism maintain the posture angles α0 and β0 set by the direction setting unit;
A target tracking method for directing the directional axis to a target on the object to be moved,
Setting the second axis parallel to the stabilization platform;
The tracking mechanism section includes a first axis that supports the directional axis perpendicular to the directional axis, a support member that rotatably supports the first axis, and a support member that supports the first axis on the first axis. A second axis fixed orthogonally and rotatably supported vertically on the stabilizer;
The tracking control unit calculates the target direction and the direction of the second axis when the stabilizing base is leveled, and the direction of the second axis when the stabilizing base is leveled And the direction of the target are equal to or greater than the predetermined angle, the errors around the first axis and the second axis between the directional axis and the target direction are respectively When the first and second axes of the tracking mechanism section are rotated so as to be zero and the angle is less than the predetermined angle, an angle formed by the directivity axis and the second axis is equal to or greater than the predetermined angle. Fixing the rotation around the first axis of the tracking mechanism so that
The direction setting unit calculates the target direction and the direction of the second axis when the stabilization base is leveled, and the direction of the second axis when the stabilization base is leveled When the angle between the target angle and the target direction is equal to or larger than the predetermined angle, the posture angles α0 and β0 are set to zero, respectively. When the angle is smaller than the predetermined angle, the posture angles α0 and β0 are set. A target tracking method, wherein an error around the first axis and the second axis between a directivity axis and the target direction is set to be zero.

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