JPH0672916B2 - Antenna pointing device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は海事衛星通信等に使用されるアンテナの衛星方
向への指向装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of use] The present invention relates to a device for directing an antenna used in maritime satellite communication or the like in the satellite direction.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のアンテナ指向装置の第１の例は第２図に示す如く
構成されている。即ち、この指向装置は、４軸アンテナ
マウントと呼ばれ、同図に示す如く、アンテナ、ジンバ
ル等からなり、主として、船上に装備される機構部
（１）と船内に装備される制御部（２）とから構成され
る。同図において（３）は基台で、それに支柱（3A）が
植立され、その上端にフォーク状の部分（3B）が取り付
けられている。部分（3B）の両脚にロール軸々受
（４），（４′）（（４′）は図示せず）が設けられて
いる。この基台（３）が船体上に取付けられる。（５）
はロールジンバルで、ロール軸々受（４），（４′）と
対応する位置に、ロール軸（６），（６′）が夫々固設
され、これ等が上記ロール軸々受（４），（４′）に夫
々回動的に嵌合される。ロールジンバル（５）はロール
軸（６），（６′）と夫々90゜離れた位置にピッチ軸々
受（７），（７′）を有し、これ等にピッチジンバル
（８）の対応位置に固設されたピッチ軸（９），
（９′）が夫々回動的に嵌合される。ピッチジンバル
（８）は、ブリッジ（８−１）を介して上方に突出する
円筒部（10′）を有し、その内部に方位軸々受（９−
１），（９−１′）を互いに上下に離して固設する。A first example of a conventional antenna directing device is constructed as shown in FIG. That is, this pointing device is called a 4-axis antenna mount, and as shown in the figure, it is composed of an antenna, a gimbal, etc., and mainly comprises a mechanical part (1) mounted on the ship and a control part (2) mounted on the ship. ) And. In the figure, (3) is a base on which posts (3A) are erected, and a fork-shaped portion (3B) is attached to the upper end thereof. Roll bearings (4), (4 ') ((4') not shown) are provided on both legs of the portion (3B). This base (3) is mounted on the hull. (5)
Is a roll gimbal, and roll shafts (6) and (6 ') are fixed at positions corresponding to the roll shaft bearings (4) and (4'), respectively. , (4 ') are pivotally fitted respectively. The roll gimbal (5) has pitch shaft bearings (7) and (7 ') at positions 90 ° apart from the roll axes (6) and (6'), respectively, and the pitch gimbal (8) corresponds to them. A fixed pitch axis (9),
(9 ') are rotatably fitted together. The pitch gimbal (8) has a cylindrical portion (10 ') projecting upward through a bridge (8-1), and the azimuth axis bearing (9-
1) and (9-1 ') are fixed separately from each other vertically.

（10）は方位軸で、これは上記円筒部（10′）内の方位
軸々受（9-1），（9-1′）に回動的に嵌合すると共に、
下端に方位歯車（11）が、又上端にコ字状部材（12）が
夫々固設される。該コ字状部材（12）は、上記ロール軸
（６），（６′）又はピッチ軸（９），（９′）と同一
の高さの所に、仰角軸（13），（13′）を有する。これ
等仰角軸（13），（13′）は、夫々一端はアンテナ（1
4）が取付けられている取付部材（15），（15′）の対
応位置に設けた、仰角軸々受（16），（16′）に夫々回
動的に嵌合する。（17）は方位軸（10）と平行な軸のま
わりに高速で回転するフライホィールを内蔵するフライ
ホィールユニットで、ピッチジンバル（８）に固定され
る。このフライホィールユニット（17）を設けたこと
で、ピッチジンバル（８）、コ字状部材（12）、アンテ
ナ（14）等からなる部分は、ジャイロケースの一部を構
成し、これ等全体がジャイロとなる。(10) is an azimuth axis, which is pivotally fitted to the azimuth axis bearings (9-1) and (9-1 ') in the cylindrical portion (10'),
A direction gear (11) is fixed to the lower end, and a U-shaped member (12) is fixed to the upper end. The U-shaped member (12) has elevation shafts (13), (13 ') at the same height as the roll shafts (6), (6') or pitch shafts (9), (9 '). ) Has. These elevation angles (13) and (13 ') have antennas (1
4) are pivotally fitted to elevation shaft bearings (16) and (16 ') provided at corresponding positions of the mounting members (15) and (15') to which 4) is mounted. (17) is a flywheel unit containing a flywheel that rotates at a high speed around an axis parallel to the azimuth axis (10), and is fixed to the pitch gimbal (8). By providing this flywheel unit (17), the part consisting of the pitch gimbal (8), the U-shaped member (12), the antenna (14), etc., constitutes a part of the gyro case, Become a gyro.

（18）はピッチトルカで、基台（３）のフォーク状の部
分（3B）のロール軸々受（４′）の位置に取付けられ、
上記フライホィールユニット（17）に対して、非接触時
に上記ロール軸（６），（６′）のまわりに、その入力
電流に比例したトルクを加え、その結果、ピッチジンバ
ル（８）以内をピッチ軸（９），（９′）のまわりにプ
リセッションさせる作用を行う。（19）はロールトルカ
で、ピッチジンバル（５）のピッチ軸々受（７′）の位
置に取付けられ、上記フライホィールユニット（17）に
対して非接触的に上記ピッチ軸（９），（９′）のまわ
りにその入力電流に比例したトルクを加え、その結果、
ピッチジンバル（８）以内をロール軸（６），（６′）
のまわりにプリセッションさせる作用を行う。（20）は
ロール傾斜計で、ピッチジンバル（８）上に取付けら
れ、ピッチジンバル（８）のロール軸（６），（６′）
まわりの傾斜を検出し、その出力は増幅器（22）を介し
て、上記ロールトルカ（19）にフィードバックされ、ピ
ッチジンバル（８）をロール軸（６），（６′）まわり
に関して、常に水平に保持する。（21）はピッチ傾斜計
で、ピッチジンバル（８）上に取付けられ、ピッチジン
バル（８）のピッチ軸（９），（９′）まわりの傾斜を
検出し、その出力は増幅器（23）を介してピッチトルカ
（18）にフィードバックされ、ピッチジンバル（８）を
ピッチ軸（９），（９′）まわりに関して常に水平に保
持する。即ち、上記２個のフィードバックループによ
り、ピッチジンバル（８）は常に水平に保持され、その
結果、方位軸（10）は常時、鉛直に保持されることにな
る。(18) is a pitch torquer, which is attached to the roll shaft bearing (4 ') of the fork-shaped portion (3B) of the base (3),
When not in contact with the flywheel unit (17), a torque proportional to the input current is applied around the roll shafts (6) and (6 '), so that the pitch within the pitch gimbal (8) is achieved. Performs precession around the axes (9) and (9 '). A roll torquer (19) is mounted at a position of the pitch shaft bearing (7 ') of the pitch gimbal (5) and is in non-contact with the flywheel unit (17). ′) Applies a torque proportional to its input current, resulting in
Roll axes (6), (6 ') within the pitch gimbal (8)
Performs a precession around. (20) is a roll inclinometer, which is mounted on the pitch gimbal (8) and has roll axes (6) and (6 ') of the pitch gimbal (8).
The tilt around the roll is detected, and its output is fed back to the roll torquer (19) through the amplifier (22) to keep the pitch gimbal (8) horizontally with respect to the roll axes (6) and (6 '). To do. (21) is a pitch inclinometer, which is mounted on the pitch gimbal (8) and detects the inclination of the pitch gimbal (8) around the pitch axes (9) and (9 '), and the output thereof is an amplifier (23). The pitch gimbal (8) is fed back to the pitch torquer (18) via the pitch torquer (18) so as to always keep the pitch gimbal (8) horizontal with respect to the pitch axes (9) and (9 ′). That is, the pitch gimbal (8) is always held horizontally by the two feedback loops, and as a result, the azimuth axis (10) is always held vertically.

コ字状部材（12）のピッチジンバル（８）に対する方位
角は、その回転子（図示せず）が方位歯車（11）と噛合
しているブリッジ（8-1）上に設けた方位角発信器（2
4）によって検出され、制御部（２）に送られる。又、
アンテナ（14）のコ字状部材（12）に対する仰角も、そ
の回転子（図示せず）が一方の仰角軸（13）に固定した
仰角歯車（25）に噛合している一方の取付部材（15）に
設けた仰角発信器（26）によって検出され、同時に制御
部（２）に送られる。制御部（２）においては、ジャイ
ロコンパス（図示せず）からの船首方位、衛星の方位
角、仰角等をもとに演算を行い、ブリッジ（8-1）上に
設けた方位サーボモータ（27）及び取付部材（15）に設
けた仰角サーボモータ（28）に、増幅器（27A）及び（2
8A）を介して命令を与え、アンテナ（14）を所要の衛星
方向に指向させる。The azimuth angle of the U-shaped member (12) with respect to the pitch gimbal (8) is the azimuth angle transmission provided on the bridge (8-1) whose rotor (not shown) meshes with the azimuth gear (11). Bowl (2
It is detected by 4) and sent to the control unit (2). or,
As for the elevation angle of the antenna (14) with respect to the U-shaped member (12), one of the mounting members (the rotor (not shown) of which is engaged with the elevation gear (25) fixed to the one elevation shaft (13) ( It is detected by the elevation transmitter (26) provided in 15) and is sent to the control unit (2) at the same time. In the control unit (2), the azimuth servo motor (27) installed on the bridge (8-1) performs calculation based on the heading from a gyro compass (not shown), the azimuth angle of the satellite, and the elevation angle. ) And the elevation servomotor (28) provided on the mounting member (15), amplifiers (27A) and (2
8A) to give a command to direct the antenna (14) to the required satellite direction.

第３図は従来の二軸マウントと呼ばれるアンテナ指向装
置の他の例の斜視図である。同図において、第２図と同
一符号は互いに同一素子を示すものとする。同図におい
て基台（３）にブリッジ部（3-1）を設け、その上に上
方に突出する如く円筒部（10′）を植立し、その内部に
配した２個の方位軸々受（9-1），（9-1′）に方位軸
（10）を嵌合し、その上端にアーム（40-1）を介して、
方位ジンバル（40）を上記方位軸（10）の軸線のまわり
に回動的に支持する。方位ジンバル（40）の上端にフォ
ーク状部分（40-2）を固定する。このフォーク状部分
（40-2）は、上記方位軸（10）と直交し且つ水平方向に
２個の仰角軸々受（16），（16′）を有する。アンテナ
（14）を取付けるコ字状の取付金具（41）の両脚（41-
1），（41-1′）の対応する位置に設けた仰角軸（1
3），（13′）が仰角軸々受（16），（16′）に夫々回
動的に嵌合する。この取付金具（41）に、仰角軸（1
3），（13′）のまわりのアンテナ（14）の角度を検出
する仰角ジャイロ（44）と、仰角軸（13），（13′）及
びアンテナ（14）の軸（X-X）の双方に直交する軸のま
わりのアンテナ（14）の角度を検出する方位ジャイロ
（45）と、アンテナ（14）の仰角軸（13），（13′）ま
わりの傾斜角を検出する第１の加速度計（46）及びアン
テナ（14）のアンテナ軸（X-X）まわりの傾斜角を検出
する第２の加速度計（47）を夫々固設する。FIG. 3 is a perspective view of another example of a conventional antenna directing device called a biaxial mount. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same elements. In the figure, a bridge part (3-1) is provided on a base (3), a cylindrical part (10 ') is planted so as to project upward, and two azimuth axes are placed inside the cylindrical part (10'). The azimuth axis (10) is fitted to (9-1) and (9-1 '), and the upper end of the azimuth axis (10) is fitted with the arm (40-1).
An azimuth gimbal (40) is pivotally supported about the axis of the azimuth axis (10). Fix the fork-shaped part (40-2) to the upper end of the orientation gimbal (40). The fork-shaped portion (40-2) has two elevation axis receivers (16) and (16 ') orthogonal to the azimuth axis (10) and in the horizontal direction. Both legs (41- of the U-shaped mounting bracket (41) for mounting the antenna (14)
1) and (41-1 ') at the corresponding positions of the elevation axis (1
3) and (13 ') are pivotally fitted to the elevation shaft bearings (16) and (16'), respectively. Attach the elevation bracket (1
3), orthogonal to both the elevation gyro (44) that detects the angle of the antenna (14) around (13 ′) and the elevation axis (13), (13 ′) and the axis (XX) of the antenna (14) Azimuth gyro (45) for detecting the angle of the antenna (14) around the axis of rotation, and a first accelerometer (46) for detecting the tilt angle of the antenna (14) around the elevation axis (13), (13 '). ) And a second accelerometer (47) for detecting the inclination angle of the antenna (14) about the antenna axis (XX).

又、取付金具（41）は、一方の仰角軸（13）と同軸的の
仰角歯車（48）を有する。方位ジンバル（40）のフォー
ク状部分（40-2）の対応位置に固設した仰角サーボモー
タ（49A）の回転軸に設けたピニオン（50）が、上記仰
角歯車（48）と噛合している。一方、方位軸（10）の下
端部に方位歯車（11）を取り付け、基台（３）のブリッ
ジ部（3-1）上に方位サーボモータ（52）及び方位発信
器（53）を取り付け、それ等の回転軸に設けたピニオン
（図示せず）を方位歯車（11）と夫々噛合させる。The mounting bracket (41) has an elevation gear (48) coaxial with the one elevation shaft (13). The pinion (50) provided on the rotary shaft of the elevation servomotor (49A) fixed to the corresponding position of the fork-shaped portion (40-2) of the azimuth gimbal (40) meshes with the elevation gear (48). . On the other hand, the azimuth gear (11) is attached to the lower end of the azimuth axis (10), the azimuth servomotor (52) and the azimuth transmitter (53) are attached on the bridge part (3-1) of the base (3), Pinions (not shown) provided on these rotary shafts are respectively engaged with the azimuth gear (11).

仰角ジャイロ（44）、方位ジャイロ（45）に振動ジャイ
ロ、レートジャイロ等の微分型のジャイロを用いた場合
の制御ループを第３図に合わせて示す。仰角ジャイロ
（44）の出力は、積分器（54）、増幅器（55）を介して
仰角サーボモータ（49A）にフィードバックされ、船体
の角運動に対して仰角軸（13），（13′）まわりのアン
テナ（14）の角速度をゼロに保持する。A control loop when a differential type gyro such as a vibration gyro and a rate gyro is used for the elevation gyro (44) and the azimuth gyro (45) is also shown in FIG. The output of the elevation gyro (44) is fed back to the elevation servomotor (49A) via the integrator (54) and the amplifier (55) to rotate around the elevation axes (13) and (13 ') with respect to the angular motion of the ship. The angular velocity of the antenna (14) is maintained at zero.

一方、第１の加速度計（46）の出力は、アークサイン演
算器（57）を介し、それより手動設定等による衛星高度
角θ_Ｓに対応した信号を減じた後、減衰器（56）を通し
て積分器（54）に入力される。このループは、アンテナ
（14）の仰角θを衛星高度角θ_Ｓに一致させる時定数を
持ったループで、減衰器（56）には、仰角ジャイロ（4
4）のドリフト変動を補償するため、積分特性を具備さ
せることも出来る。On the other hand, the output of the first accelerometer (46) is passed through the arcsine calculator (57), and after subtracting the signal corresponding to the satellite altitude angle θ _S from the manual setting, through the attenuator (56). It is input to the integrator (54). This loop has a time constant that matches the elevation angle θ of the antenna (14) with the satellite altitude angle θ _{S. The} attenuator (56) has an elevation angle gyro (4
In order to compensate the drift fluctuation of 4), it is possible to provide an integral characteristic.

一方、方位ジャイロ（45）の出力は、積分器（58）、増
幅器（59）を通して方位サーボモータ（52）にフィード
バックされ、アンテナ（14）を、アンテナ軸（X-X）及
び仰角軸（13），（13′）の双方に直交する軸のまわり
に船体の角運動に対して安定化させる。一方、アンテナ
の方位に対応した方位発信器（53）の出力から、マグネ
ットコンパス或いはジャイロコンパスからの船首方位φ
_Ｃ及び手動設定等による衛星方位φ_Ｓが差し引かれた
後、その信号を減衰器（60）を通して積分器（58）に入
力する。このループは、アンテナ方位φを、衛星方位φ
_Ｓに一致させる時定数をもったループで、減衰器（60）
は方位ジャイロ（45）のドリフト変動を補償するため、
積分特性を具備させることも出来る。即ち、第３図にお
いて、減衰器（56），（60）の出力端は、積分型ジャイ
ロのトルカに相当することになる。On the other hand, the output of the azimuth gyro (45) is fed back to the azimuth servomotor (52) through the integrator (58) and the amplifier (59), and the antenna (14) is moved to the antenna axis (XX) and the elevation angle axis (13). Stabilizes against angular motion of the hull about an axis orthogonal to both (13 '). On the other hand, from the output of the azimuth transmitter (53) corresponding to the azimuth of the antenna, the heading φ from the magnetic compass or gyro compass
After subtracting _C and the satellite bearing φ _S by manual setting or the like, the signal is input to the integrator (58) through the attenuator (60). This loop sets the antenna bearing φ to the satellite bearing φ
It is a loop with a time constant that matches _S , and an attenuator (60)
Compensates for drift variations in the azimuth gyro (45),
It is also possible to provide integration characteristics. That is, in FIG. 3, the output ends of the attenuators (56) and (60) correspond to the integral gyro torquer.

尚、仰角ジャイロ（44）、方位ジャイロ（45）として、
従来の機械式ジャイロ、、チューンドドライジャイロ
（TDG）等の二軸自由度タイプのジャイロ、或いはレー
ト積分ジャイロ等の、出力が角速度でなく、角度である
ようなジャイロを使用する場合には、それ等のピックア
ップ出力を積分器（54），（58）を通さず、直接、増幅
器（55），（59）に入力すると共に、減衰器（56），
（60）の出力は、対応するジャイロのトルカに入力すれ
ば良いことになり、ジャイロの方式に制限されない。In addition, as an elevation gyro (44) and an azimuth gyro (45),
When using a conventional mechanical gyro, a gyro with two-axis degrees of freedom such as a tuned dry gyro (TDG), or a rate-integrating gyro whose output is not an angular velocity but an angle, use it. The pickup outputs such as are directly input to the amplifiers (55) and (59) without passing through the integrators (54) and (58), and the attenuators (56) and
The output of (60) can be input to the corresponding gyro ToruCa, and is not limited to the gyro system.

又、仰角及び方位サーボモータ（49A），（52）とし
て、ギアードタイプのものを示したが、その代わりに歯
車系を必要としない直接駆動型のものを使用しても良い
し、ステップモータ、パルスモータ等も使用可能なこと
は勿論である。Further, although the elevation angle and azimuth servo motors (49A) and (52) are shown as geared type motors, a direct drive type motor that does not require a gear system may be used instead of them. Of course, a pulse motor or the like can also be used.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、第２図に示す従来の４軸マウントタイプ
のアンテナ指向装置にあっては、ピッチジンバルをロー
ル軸及びピッチ軸まわりに水平を保持するための２個の
水平制御系、衛星方向にアンテナを指向させるための方
位制御系、アンテナの仰角を制御するための仰角制御系
の４つの制御系統が必要であり、システムが高価であ
り、信頼性も低下する。又、中央部にフライホィールの
取付けられたピッチジンバルがあり、その周囲にロール
ジンバル、ロール軸々受を有する基台に取り付けたフォ
ーク状部分、コ字状部材等が配置され、その外側に大口
径のアンテナが配置されるため、機構部が大型となり、
取付場所の制限、装備の困難等、各種の問題がある。However, in the conventional 4-axis mount type antenna directing device shown in FIG. 2, two horizontal control systems for holding the pitch gimbal horizontally around the roll axis and the pitch axis, and the antenna in the satellite direction. Four control systems, an azimuth control system for directing and an elevation control system for controlling the elevation angle of the antenna, are required, and the system is expensive and the reliability is reduced. In addition, there is a pitch gimbal with a flywheel attached in the center, and a roll gimbal, a fork-shaped part attached to a base having roll bearings, a U-shaped member, etc. are arranged around the pitch gimbal. Since the antenna of the aperture is arranged, the mechanism part becomes large,
There are various problems such as restrictions on the installation location and difficulty of equipment.

一方、第３図に示す二軸マウントタイプのアンテナ指向
装置においては、船舶が衛星の直下に位置した時にアン
テナ仰角θが90゜となり、仰角軸（13），（13′）と方
位軸（10）の双方に直交する軸まわりの角度外乱に対し
て追従不能となる、いわゆるジンバルロックが生じ、機
能不能となるという問題があった。On the other hand, in the biaxial mount type antenna directing device shown in FIG. 3, the antenna elevation angle θ becomes 90 ° when the ship is located directly below the satellite, and the elevation angle axes (13), (13 ′) and the azimuth axis (10 There is a problem that a so-called gimbal lock occurs, which makes it impossible to follow an angular disturbance about an axis that is orthogonal to both of (1) and (2), and thus becomes inoperable.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は上記問題点を回避せんとするもので、その手段
は、基台（３）と、支持機構と、アンテナ（14）とより
なるアンテナ指向装置において、上記支持機構を、上記
基台に対して垂直な方位軸（10）のまわりに回動的に支
持すると共に、上記支持機構を、上部に上記方位軸と直
交する仰角軸々受（16），（16′）を有するフォーク状
部分（40-2）を構成した方位ジンバルと、上記仰角軸々
受に回動的に嵌合する仰角軸（13），（13′）が固設さ
れ且つ該仰角軸と直交する位置にＸ軸々受（64），（6
4′）を有する仰角ジンバル（61）と、上記Ｘ軸々受に
回動的に嵌合するＸ軸（63），（63′）が固設され、該
Ｘ軸と直交するアンテナ軸を有するアンテナ支持部材
（41）と該アンテナ支持部材に固定され、上記アンテナ
軸と平行な回転軸を有し、内部に高速で回転するフライ
ホィールを有するフライホィールユニット（44A）と、
上記アンテナ支持部材に固定され、上記アンテナ軸と平
行な入力軸を有する第１の加速度計（46）と、上記アン
テナ支持部材に固定され、上記仰角軸と、平行な入力軸
を有する第２の加速度計（47）と、上記アンテナ支持部
材に固定され、上記第１及び第２の加速度計の入力軸の
双方に直角な入力軸を有する第３の加速度計（60A）
と、上記基台に対する上記方位ジンバルの上記方位軸ま
わりの回転角を発信する方位発信器（53）と、上記基台
に固定され上記方位ジンバルに対して方位軸のまわりに
入力信号に比例したトルクを加える方位サーボモータ
（52）と、上記方位ジンバルに固設され上記仰角ジンバ
ルに対し上記仰角軸のまわりに入力信号に比例したトル
クを加えるＸ軸トルカ（49）と、上記仰角ジンバルに固
定され、上記Ｘ軸のまわりに上記アンテナを含むアンテ
ナ支持部材の上記Ｘ軸のまわりに入力信号に比例したト
ルクを加える仰角トルカ（62）と、上記方位発信器の出
力、ジャイロコンパスからの自船方位信号、自船の位
置、上記第１、第２、第３の加速度計の出力を入力と
し、仰角誤差信号、Ｘ軸誤差信号及び衛星方位誤差信号
を出力する演算部（68）とより構成し、上記衛星方位誤
差信号を上記方位サーボモータにフィードバックする方
位サーボループを設け、上記仰角誤差信号を上記仰角ト
ルカに入力すると共に、上記Ｘ軸誤差信号を上記Ｘ軸ト
ルカに入力し、上記誤差信号をゼロとなるようにしたこ
とを特徴とするアンテナ指向装置である。The present invention is intended to avoid the above-mentioned problems, and a means thereof is an antenna directing device including a base (3), a support mechanism, and an antenna (14), in which the support mechanism is provided on the base. A fork-shaped portion that pivotally supports an azimuth axis (10) perpendicular to the azimuth axis, and that has the above-mentioned support mechanism at the upper part thereof with elevation axis bearings (16) and (16 ') orthogonal to the azimuth axis. The azimuth gimbal forming (40-2) and the elevation axes (13) and (13 ') rotationally fitted to the elevation bearings are fixedly mounted, and the X axis is located at a position orthogonal to the elevation axis. Each (64), (6
An elevation gimbal (61) having 4 ') and X axes (63) and (63') rotationally fitted to the X axis bearings are fixedly provided and have an antenna axis orthogonal to the X axis. An antenna support member (41), a flywheel unit (44A) having a flywheel fixed to the antenna support member, having a rotation axis parallel to the antenna axis, and rotating at a high speed inside;
A first accelerometer (46) fixed to the antenna support member and having an input shaft parallel to the antenna axis, and a second accelerometer (46) fixed to the antenna support member and having an input shaft parallel to the elevation angle axis. An accelerometer (47) and a third accelerometer (60A) fixed to the antenna support member and having an input shaft perpendicular to both the input shafts of the first and second accelerometers.
And an azimuth transmitter (53) that transmits the rotation angle of the azimuth gimbal with respect to the base about the azimuth axis, and is fixed to the base and is proportional to the input signal around the azimuth axis with respect to the azimuth gimbal. An azimuth servo motor (52) that applies torque, an X-axis torquer (49) fixed to the azimuth gimbal that applies a torque proportional to the input signal around the elevation angle axis to the elevation gimbal, and fixed to the elevation gimbal The elevation angle torquer (62) that applies a torque proportional to the input signal around the X axis of the antenna support member including the antenna around the X axis, the output of the azimuth transmitter, and the ship from the gyro compass. An arithmetic unit (68) which inputs an azimuth signal, the position of the ship, and the outputs of the first, second, and third accelerometers and outputs an elevation angle error signal, an X-axis error signal, and a satellite azimuth error signal. And an azimuth servo loop that feeds back the satellite azimuth error signal to the azimuth servo motor. The elevation angle error signal is input to the elevation angle torquer and the X-axis error signal is input to the X-axis torquer. The antenna pointing device is characterized in that the error signal is set to zero.

〔作用〕[Action]

ジャイロコンパスからの船首方位信号と衛星方位角信号
とにより方位サーボ系によって方位ジンバルを衛星方向
に指向させる。アンテナ（14）にその回転軸がアンテナ
軸と平行となるように固設したフライホィールユニット
（44A）によりアンテナ（14）をアンテナ軸と直角な２
軸のまわりに船体動揺運動から安定化させる。アンテナ
（14）に取付けた互いに直交する３個の加速度計（4
6），（47），（60A）の出力とアンテナ（14）を指向さ
せるべき衛星の諸元から演算部（68）において、アンテ
ナの仰角誤差及びＸ軸誤差を演算し、これ等をＸ軸及び
仰角軸に取付けた２個のトルカ（62），（49）にフィー
ドバックして、上記誤差がゼロとなるように制御するこ
とによりアンテナ軸を常時、正しく衛星の方向に指向さ
せる。An azimuth gimbal is directed toward the satellite by an azimuth servo system by a heading signal and a satellite azimuth signal from the gyro compass. A flywheel unit (44A) fixed to the antenna (14) so that its rotation axis is parallel to the antenna axis allows the antenna (14) to be placed at a right angle to the antenna axis.
Stabilizes from the wobbling motion around the axis. Three accelerometers (4
From the outputs of 6), (47), (60A) and the specifications of the satellite to which the antenna (14) should be directed, the elevation angle error and X-axis error of the antenna are calculated in the calculation unit (68), and these are calculated on the X-axis. Also, by feeding back to the two torquers (62) and (49) attached to the elevation axis to control so that the above error becomes zero, the antenna axis is always correctly oriented in the direction of the satellite.

〔実施例〕〔Example〕

第１図は本発明のアンテナ指向装置の一実施例を示す斜
視図である。同図において第２図及び第３図と同一符号
は互いに同一素子を示すものとする。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an antenna directing device of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 2 and 3 indicate the same elements.

同図に示す本発明の一例において、基台（３）にブリッ
ジ部（3-1）を設け、その上に上方に突出する如く円筒
部（10′）を植立し、その内部の２個の方位軸々受（9-
1），（9-1′）に、方位軸（10）を嵌合し、その上端
に、方位ジンバル（40）を固定し、この方位ジンバル
（40）を上記方位軸（10）の軸線のまわりに回動的に支
持する。方位ジンバル（40）は、上方にフォーク状部分
（40-2）を有し、このフォーク部分（40-2）の先端に、
上記方位軸（10）と直交し、且つ水平方向に２個の仰角
軸々受（16），（16′）を設ける。（61）は四辺形状の
仰角シンバルで、これは、その一対の垂直方向の辺の中
央に、２個の仰角軸（13），（13′）を有し、これ等仰
角軸（13），（13′）は、上記方位ジンバル（40）の仰
角軸々受（16），（16′）にそれぞれ回動的に嵌合す
る。In the example of the present invention shown in the same figure, a bridge portion (3-1) is provided on a base (3), and a cylindrical portion (10 ') is planted so as to project upward, and the two inner portions are provided. Azimuth axis receiving (9-
The azimuth axis (10) is fitted to 1) and (9-1 '), and the azimuth gimbal (40) is fixed to the upper end of the azimuth axis (40). Supports pivoting around. The azimuth gimbal (40) has a fork-shaped portion (40-2) on the upper side, and at the tip of this fork portion (40-2),
Two elevation axis bearings (16) and (16 ') are provided in the horizontal direction orthogonal to the azimuth axis (10). (61) is a quadrilateral elevation cymbal which has two elevation axes (13), (13 ') in the center of its pair of vertical sides, and these elevation axes (13), (13 ') is rotatably fitted to the elevation bearings (16), (16') of the azimuth gimbal (40).

仰角ジンバル（61）の一対の水平方向の辺は、上記仰角
軸（13），（13′）と直交する位置に、２個のＸ軸（6
3），（63′）を有する。これ等Ｘ軸（63），（63′）
は、アンテナ（14）を取付けるコ字状支持部材或いは取
付金具（41）の両脚（41-1），（41-1′）の対応する位
置に設けたＸ軸々受（64），（64′）に、それぞれ回動
的に嵌合する。この取付金具（41）に、その回転軸の方
向をアンテナ（14）の軸と平行となるように、フライホ
ィールユニット（44A）を取付ける。又、上記取付金具
（41）には、水平面に対するアンテナ軸（Ｚ軸）の傾斜
角を検出するＺ加速度計（46）、水平面に対する仰角軸
（13）（13′）即ちＹ軸の傾斜角を検出するＹ加速度計
（47）及び水平面に対するＸ軸の傾斜角を検出するＸ加
速度計（60A）とがそれぞれ取り付けられる。A pair of horizontal sides of the elevation gimbal (61) are located at a position orthogonal to the elevation axes (13) and (13 '), and two X-axis (6
3) and (63 '). These X axes (63), (63 ')
Is a U-shaped support member for mounting the antenna (14) or X-axis bearings (64), (64) provided at corresponding positions of both legs (41-1), (41-1 ') of the mounting bracket (41). ′), Each of which is rotationally fitted. The flywheel unit (44A) is attached to the mounting bracket (41) so that the direction of its rotation axis is parallel to the axis of the antenna (14). The mounting bracket (41) has a Z accelerometer (46) for detecting the inclination angle of the antenna axis (Z axis) with respect to the horizontal plane, and an elevation angle axis (13) (13 ') with respect to the horizontal plane, that is, the inclination angle of the Y axis. A Y accelerometer (47) for detecting and an X accelerometer (60A) for detecting the inclination angle of the X axis with respect to the horizontal plane are attached.

基台（３）のブリッジ部（3-1）には、方位軸（10）の
下端に取付けられた方位歯車（11）とその回転子が噛合
する如く方位サーボモータ（52）及び方位発信器（53）
が取付けられる。方位サーボモータ（52）は、その入力
電流に比例したトルクを方位ジンバル（40）からアンテ
ナ（14）に至る可動部に、方位軸（10）のまわりに加え
る作用を有し、一方、方位発信器（53）は、基台（３）
に対する方位ジンバル（40）、即ちアンテナ（14）の回
転角を発信する。On the bridge portion (3-1) of the base (3), the azimuth servomotor (52) and the azimuth transmitter so that the azimuth gear (11) attached to the lower end of the azimuth axis (10) and its rotor mesh with each other. (53)
Is installed. The azimuth servo motor (52) has the effect of applying a torque proportional to its input current to the movable part from the azimuth gimbal (40) to the antenna (14) around the azimuth axis (10), while transmitting the azimuth. The vessel (53) is the base (3)
Azimuth gimbal (40), that is, the rotation angle of the antenna (14) is transmitted.

方位ジンバル（40）の仰角軸々受（16）の位置に、Ｘ軸
トルカ（49）が取付けられ、その入力電流に比例したト
ルクを仰角ジンバル（61）からアンテナ（14）に至る可
動部に、仰角軸（13），（13′）のまわりに加える。仰
角ジンバル（61）のＸ軸々受（64）の位置に、仰角トル
カ（62）が取付けられ、その入力電流に比例したトルク
を、アンテナ（14）に対してＸ軸（63），（63′）のま
わりに加える。An X-axis torquer (49) is attached at the position of the elevation axis bearing (16) of the azimuth gimbal (40), and torque proportional to the input current is applied to the movable part from the elevation gimbal (61) to the antenna (14). , Around the elevation axis (13), (13 '). An elevation-angle torquer (62) is attached to the position of the X-axis receiver (64) of the elevation gimbal (61), and the torque proportional to the input current is applied to the X-axis (63), (63) with respect to the antenna (14). Add around ′).

方位発信器（53）の出力であるアンテナ回転角（φ）
は、ジャイロコンパスからのコンパス方位φ_Ｃ及び演算
部（68）からの衛星方位φ_Ｓと加算された後、増幅器
（69）を介して、方位サーボモータ（52）に入力され、
方位ジンバル（40）を常に衛星の方向を指向するように
制御する。Antenna rotation angle (φ) output from the azimuth transmitter (53)
Is added to the compass bearing φ _C from the gyro compass and the satellite bearing φ _S from the computing unit (68), and then input to the bearing servo motor (52) via the amplifier (69).
The azimuth gimbal (40) is controlled so that it always points in the direction of the satellite.

一方、演算部（68）には、手動入力される衛星方位
φ_Ｓ、衛星仰角θ_Ｓ、X,Y,Zの３個の加速度計（60A）
（47）（46）の出力が入力される。この３個の加速度計
の出力信号に対して、動揺等に起因する交番加速度がフ
ィルタされる。演算部（68）はアンテナの仰角誤差Δθ
及びＸ軸周りの誤差角ΔΨを演算する。尚、演算部（6
8）は、手動入力される衛星方位φ_Ｓ、衛星仰角θ_Ｓの
代わりに自船の緯度及び経度（λ、Ｌ）を入力して衛星
方位φ_Ｓ、衛星仰角θ_Ｓを演算することができる。衛星
方位φ_Ｓ、衛星仰角θ_Ｓは次の式によって求められる。On the other hand, three accelerometers (60A) of satellite direction φ _S , satellite elevation angle θ _S , X, Y, and Z that are manually input to the calculation unit (68).
The outputs of (47) and (46) are input. Alternating acceleration due to shaking or the like is filtered on the output signals of the three accelerometers. The calculation unit (68) calculates the antenna elevation angle error Δθ.
And the error angle ΔΨ about the X axis is calculated. The calculation unit (6
8) can calculate the satellite azimuth phi _S, satellite elevation angle theta _S to manually enter the satellite azimuth inputted phi _S, satellite elevation angle theta of the ship instead of the _S latitude and longitude (lambda, L) . The satellite azimuth φ _S and the satellite elevation θ _S are obtained by the following equations.

ここで、S_X、S_Y、S_Zは次の式によって与えられる。 Here, S _X , S _Y , and S _Z are given by the following equations.

S_X＝R_S｛cosλ_S cosλcos（L_S−Ｌ） ＋sinλ _Ssinλ−R/R_S｝ S_Y＝R_S｛cosλ_S sin（L_S−Ｌ）｝ S_Z＝R_S｛−cosλ_S sinλcos（L_S−Ｌ） ＋sinλ_S cosλ｝ ここで、R_S:衛星の高度、R:地球半径、λ_S:衛星の緯
度、L_S:衛星の経度、である。これらの値は予め演算部
（68）内に設定されている。 _{S X = R S {cosλ S} cosλcos (L S -L) + sinλ S sinλ-R / R S} S Y = R S {cosλ S sin (L S -L)} S Z = R S {-cosλ S sinλcos (L _S −L) + sin λ _S cos λ} where R _{S is} the altitude of the satellite, R is the radius of the earth, λ _{S is} the latitude of the satellite, and L _S is the longitude of the satellite. These values are preset in the calculation section (68).

仰角誤差Δθは増幅器（67）を介して、仰角トルカ（6
2）に供給され、仰角誤差Δθがゼロとなるように、即
ち、アンテナ仰角θが正しく衛星仰角θ_Ｓと一致するよ
うにアンテナ（14）は、即ち、フライホィールユニット
（44A）は仰角軸、即ち、Ｙ軸周りにプリセッションさ
れる。Ｘ軸誤差角ΔΨは増幅器（55）を介して、Ｘ軸ト
ルカ（49）に供給され、Ｘ軸誤差角ΔΨがゼロとなるよ
うに、即ち、アンテナ方位角φが正しく衛生方位角φ_Ｓ
と一致するように、アンテナ（14）は、即ち、フライホ
ィールユニット（44A）はＸ軸周りにプリセッションさ
れる。The elevation error Δθ is transferred to the elevation torquer (6
2) so that the elevation angle error Δθ becomes zero, that is, the antenna elevation angle θ exactly matches the satellite elevation angle θ _S, that is, the antenna (14), that is, the flywheel unit (44A) has an elevation axis, That is, precession is performed around the Y axis. The X-axis error angle ΔΨ is supplied to the X-axis torquer (49) through the amplifier (55) so that the X-axis error angle ΔΨ becomes zero, that is, the antenna azimuth angle φ is correct and the sanitary azimuth angle φ _S
The antenna (14), ie, the flywheel unit (44A), is precessed around the X-axis so that

尚、X,Y,Zの３個の加速度計（60A），（47），（46）の
出力を、A_X,A_Y,A_Zとすれば、簡単なベクトルの計算によ
り、仰角誤差Δθ及びＸ軸誤差角ΔΨは、近似的に次式
によって計算される。If the outputs of the three accelerometers (60A), (47), and (46) for _X , _Y , and _Z are A _X , A _Y , and A _Z , the elevation angle error Δθ can be calculated by a simple vector calculation. And the X-axis error angle ΔΨ are approximately calculated by the following equations.

Δθ＝sin^-1（−A_Z/g）−θ_Ｓ又は 但し、ｇは重力加速度を示す。 _{^{Δθ = sin -1 (-A Z /}} g) -θ S or However, g shows gravitational acceleration.

尚、方位発信器（53）としてはシンクロ電機が一般的で
あるが、ポテンションメータ、エンコーダ等の同様の機
能のものであれば使用可能である。A synchro electric machine is generally used as the azimuth transmitter (53), but any device having a similar function such as a potentiometer or an encoder can be used.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によるアンテナ指向装置は、第２図に示す従来の
４軸タイプのアンテナ指向装置に比較して、制御軸が一
軸減少出来、小型、軽量化が可能となると共に、製造コ
ストが低減できる。又、フライホィールユニットを直接
アンテナに取付ける構造の為、小型のものでよく、一層
の軽量化が可能となる。The antenna directing device according to the present invention can reduce the number of control axes by one axis as compared with the conventional four-axis type antenna directing device shown in FIG. 2, which enables reduction in size and weight and reduction in manufacturing cost. Further, since the flywheel unit is directly attached to the antenna, the flywheel unit can be small in size and can be further reduced in weight.

又、第３図に示す２軸タイプのアンテナ指向装置に比較
して、方位軸が衛星方向を向いた場合に生ずるジンバル
ロックの影響をなくすことが出来る。Further, as compared with the two-axis type antenna directing device shown in FIG. 3, the influence of gimbal lock generated when the azimuth axis faces the satellite can be eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本発明のアンテナ指向装置の一例の略線的斜視
図、第２図は従来のアンテナ指向装置の略線的斜視図、
第３図は従来のアンテナ指向装置の他の例の略線的斜視
図である。 図に於て、（３）は基台、（10）は方位軸、（11）は方
位歯車、（13），（13′）は仰角軸、（63），（63′）
はＸ軸、（14）はアンテナ、（40）は方位ジンバル、
（61）は仰角ジンバル、（40-2）はフォーク状部分、
（41）は取付金具、（44A）はフライホィールユニッ
ト、（46），（47），（60A）は加速度計、（49）はＸ
軸トルカ、（62）は仰角トルカ、（52）は方位サーボモ
ータ、（53）は方位発信器、（55），（67），（69）は
増幅器、（68）は演算部をそれぞれ示す。1 is a schematic perspective view of an example of an antenna directing device of the present invention, FIG. 2 is a schematic perspective view of a conventional antenna directing device,
FIG. 3 is a schematic perspective view of another example of the conventional antenna directing device. In the figure, (3) is a base, (10) is an azimuth axis, (11) is an azimuth gear, (13) and (13 ') are elevation axes, and (63) and (63').
X axis, (14) antenna, (40) azimuth gimbal,
(61) is the elevation gimbal, (40-2) is the fork-shaped part,
(41) is a mounting bracket, (44A) is a flywheel unit, (46), (47), (60A) are accelerometers, and (49) is an X.
Axis torquer, (62) elevation angle torquer, (52) azimuth servomotor, (53) azimuth oscillator, (55), (67), (69) amplifier, and (68) arithmetic unit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】アンテナ軸を有するアンテナと、該アンテ
ナを上記アンテナ軸に直交するＸ軸周りに回転可能に支
持する仰角ジンバルと、該仰角ジンバルを上記アンテナ
軸及びＸ軸の両者に直交する仰角軸（Ｙ軸）周りに回転
可能に支持する方位ジンバルと、該方位ジンバルを上記
仰角軸に直交する方位軸周りに回転可能に支持する基台
と、内部に上記アンテナ軸に平行な回転軸周りに高速で
回転するフライホィールを含み上記アンテナを慣性空間
に対して安定化させるために上記アンテナに取り付けら
れたフライホィールユニットと、上記アンテナに対して
上記Ｘ軸周りにトルクを加える仰角トルカを含む仰角軸
制御ループと、上記アンテナに対して上記仰角軸周りに
トルクを加えるＸ軸トルカを含むＸ軸制御ループと、上
記基台に対する上記方位軸周りの上記アンテナの回転角
を検出する方位発信器と上記基台に対して上記方位ジン
バルを上記方位軸周りに回転させるための方位サーボモ
ータとを含み上記アンテナの方位を衛星方位に一致する
ように上記アンテナを上記方位軸周りに回転制御するた
めの方位軸制御ループと、を有するアンテナ指向装置に
おいて、 水平面に対する上記Ｘ軸の傾斜角を検出するために設け
られたＸ加速度計と、水平面に対する上記仰角軸（Ｙ
軸）の傾斜角を検出するために設けられたＹ加速度計
と、水平面に対する上記アンテナ軸の傾斜角を検出する
ために設けられたＺ加速度計と、上記３つのループにて
生ずる上記アンテナの指向誤差を演算する演算器と、を
設け、該演算器は上記３つの加速度計より得られた３つ
の傾斜角信号と外部より供給された衛星仰角信号とを入
力して、上記仰角軸（Ｙ軸）周りの指向誤差を指示する
仰角軸誤差信号と上記Ｘ軸周りの指向誤差を指示するＸ
軸誤差信号とを生成し、上記仰角軸誤差信号を上記仰角
軸制御ループに供給し、上記Ｘ軸誤差信号を上記Ｘ軸制
御ループに供給するように構成されていることを特徴と
するアンテナ指向装置。1. An antenna having an antenna axis, an elevation gimbal for rotatably supporting the antenna around an X axis orthogonal to the antenna axis, and an elevation angle orthogonal to the elevation gimbal for both the antenna axis and the X axis. An azimuth gimbal rotatably supported around an axis (Y-axis), a base rotatably supporting the azimuth gimbal about an azimuth axis orthogonal to the elevation angle axis, and a rotation axis inside which is parallel to the antenna axis. A flywheel unit that includes a flywheel that rotates at high speed and is attached to the antenna to stabilize the antenna with respect to inertial space; and an elevation angle torquer that applies a torque to the antenna around the X axis. An elevation axis control loop, an X-axis control loop including an X-axis torquer that applies a torque to the antenna around the elevation angle axis, and an upper portion for the base. The azimuth transmitter for detecting the rotation angle of the antenna around the azimuth axis and the azimuth servo motor for rotating the azimuth gimbal with respect to the base about the azimuth axis are included, and the azimuth of the antenna matches the satellite azimuth. An azimuth axis control loop for controlling the rotation of the antenna about the azimuth axis as described above, and an X accelerometer provided for detecting an inclination angle of the X axis with respect to a horizontal plane, The elevation axis (Y
Axis), a Y accelerometer provided for detecting the inclination angle of the antenna, a Z accelerometer provided for detecting the inclination angle of the antenna axis with respect to a horizontal plane, and the pointing of the antenna caused by the three loops. An arithmetic unit for calculating an error is provided, and the arithmetic unit inputs the three tilt angle signals obtained from the three accelerometers and the satellite elevation angle signal supplied from the outside, and calculates the elevation angle axis (Y-axis). ) An elevation axis error signal indicating the pointing error around and an X pointing the pointing error around the X axis.
And an axis error signal, the elevation angle axis error signal is supplied to the elevation angle axis control loop, and the X axis error signal is supplied to the X axis control loop. apparatus.