JPS6226904A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、移動局に装備する電磁波指向装置の指向制御
方式に関する。

〔従来の技術〕

移動（送信）局から固定（受信）局に、指向性アンテナ
或いは光学機器のような電磁波指向装置により指向性電
磁波を放射する場合、固定局においては、到来電磁波を
利用して移動局の方向を自動追尾する事が可能であるが
、移動局ではこのような追尾の実施は困難である。この
ため、従来は、固定局において前述の追尾方式によって
、受信アンテナの指向方向を電磁波到来方向に向けると
共に、その指向方向の準備方向（例えば北）からの角度
甲を計測して、これを移動局に送り、移動局はこれを受
信して角度（甲→−１８０°）を作り、同じ基準方向（
北）から（’Ｐ＋１８０°）となるようにその電磁波指
向装置の指向方向を制御していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の指向制御方式にあって
は、角度信号甲のビット数及びデータレートを所要の数
値に選定すれば、希望する指向角精度を得られるが、移
動局においてジャイロコンパスのような方向基準装置を
必要とし、且つ角度信号送受信のための角度／ディジタ
ル信号のエンコーダ１デコーダ等も必要となっていたた
め、装置は大重量且つ大型となる欠点がある。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、その手段は、移動局（２２）又は（２３）にお
いては回動自由度を持って移動架台（１４）−ヒに装架
された電磁波指向装置（１）と、慣性系に対する角運動
検出装置（４）と、外部信号により慣性系に対する角運
動の指令装置（１５）　、　　（１６）を備え、上記電
磁波指向装置（１１は慣性系に対する角運動検出装置（
４）に追従して移動架台（１４）の角運動に対し安定化
され、月つ指令信号に対応してステップ状に一定角度毎
の指向方向変化が起るように構成し、固定局（２１）に
おいて該固定局から見た上記移動局（２２）又は（２３
）の方向変化を一定角度変化毎に信号として−Ｆ記移動
局へ送り、該移動局はこれを受信して角運動の指令装置
（１５）　。

（１６）により、−上記固定局における角度変化と絶対
値が等しく逆方向の角度変化をその電磁波指向装置（１
）に与える事により、該電磁波指向装置（１）の指向方
向を、移動架台（１４）の運動に抱らず常に上記固定局
（２１）方向に指向する指向制御方式である。

〔作用〕

上記電磁波指向装置ｉｌｌの指向制御方式によれば、固
定局（２１）から送られて来る移動局（２２）又は（２
３）の方向変化に対応する信号を移動局（２２）又は（
２３）で受信し、移動局（２２）又は（２３）の電磁波
指向装置（１１の指向方向を、電磁波指向装置（１１が
載置されている移動架台（１４）の運動に抱わらず、固
定局（２Ｉ）の方向に対向させるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は、本発明の一実施例を示す路線的斜視図である。

同図に於て、（１）は移動局の電磁波指向装置としての
指向性アンテナ又は光学装置、（２）は指向性アンテナ
（１１を乗せたジンバル（Ｇ）のアジマス軸、（３）は
エレベーション軸、（４）はアンテナ（１）に連結した
慣性系に対する角運動検出装置としてのジャイロ、（５
）はジャイロ（４）のロータ、（６）はジャイロ（４）
のアジマスピックオフ、（７）はその出力を増幅するア
ジマス増幅器、（８）はその出力端に接続したゲイン補
償器、（９）はその出力を受けるアジマス軸（２）のサ
ーボモータ、００１はジャイロ（４）のエレベーション
ピックオフ、（１１）はその出力を増幅するエレベーシ
ョン増幅器、（１２）はその出力を受けるジンバル（Ｇ
）のエレベーションサーボモータ、（１３）はジンバル
（Ｇ）のニレベージジン軸（３１に設けたエレベーショ
ンピンクオフ、（１４）はアジマス軸（２）を支持する
移動架台、（Ｉ５）はジャイロ（４）のエレベーション
トルカ、（１６）はジャイロ（４）のアジマストルカを
夫々示す。

この第１図に示す例に於ては、指向性アンテナ（１）は
、ジンバル（Ｇ）により、アジマス軸＋２）及びエレベ
ーション軸（３）の回りに回転自由度を持って移動架台
（］４）上に装架され、ジャイロ（４）に追従する。即
ち、周知の如く、ジャイロロータ（５）は高速に回転し
ているので、その回転（スピン）軸（４ａ）方向は、角
運動量の保存則により、慣性空間に対し一定方向に保た
れている。アンテナ＋１１及びジャイロ（４）のアジマ
ス軸（２）回りの相対角度は、ジャイロアジマスビック
オフ（６）によって検出され、その検出信号は、アジマ
ス増１１＠器ｆ７＋、ゲイン補償器（８）を通っ°ζア
ジマス勺−ボモータ（９）に加えられ、アジマス軸（２
）を回動し、ジャイロアジマスピックオフ　（６）の出
力がセロに戻るようフィードハックされる。即ぢ、アン
テナ（１）のジャイロ（４）に対するアジマスの追従が
行われる。エレベーション軸（３）についても同様に、
アンテナ＋１１及びジャイロ（４）のエレベーション軸
回りの相対角度は、ジャイロエレベーションピンクオフ
α０）によって検出され、その検出信号は、エレベーシ
ョン増幅器（１１）を通ってエレヘーションサーボモー
タ（１２）に加えられ、エレベーション軸（３）を回動
し、ジャイロエレベーションピンクオフ００）の出力が
ゼロとなるようフィードハックされる。従って、移動架
台（１４）がアジマス軸（２）及びエレベーション軸（
３）の回りに回転運動を行っても、アンテナ（１）の指
向方向（Ｄ）ば、ジャイロ（４ンのスピン軸（４ａ）方
向に追従しているので、このアンテナ（１）の指向方向
（Ｄ）は、慣性空間に対して安定化され、アジマストル
カ（１６）又はエレベーショントルカ（１５）によって
、ジャイロ（４）にトルクが加えられ、ジャイロ（４）
にプレセツションが生ずる迄は、アンテナ（１）の指向
方向（Ｄ）が変化しない。

次に、アジマス軸（２）回りのコマンドによる動作につ
いて説明するが、これはエレベーション軸（３）回りに
ついても同様である。第２図において（２１）は固定局
、（２２）　、　　（２３）は移動前後の移動局、即ち
、（２２）はその初期位置、（２３）は移動後の位置を
示している。初期位置において固定局（２１）と移動局
（２２）の送受信アンテナ（３１）　、　（１１を対向
させておけば、移動後の位置において固定局（２１）と
移動局（２３）との送受信アンテナ（３１）。

ｆｉ＋が対向しているためには、 ｚＡ＝ｌＢ の必要がある。

本発明においては、この条件を第１図に示した実施例に
対し下記のように具体化している。

第３図において、固定局（２１）が移動局（２３）を追
尾装置（３２）により追尾する際、固定局（２１）の移
動局（２２）又は（２３）よりの電波を受ける追尾アン
テナ（３１）の回動軸（３１’）に、その一定の角度毎
にパルスを発生する装置、例えばインクレメンタル型ロ
ータリエンコーダ（３３）を取付け、これより、移動局
（２３）の送信アンテナ＋１１の指向性半値角に比し充
分小なる角度ΔＡ毎に正又は逆方向のコマンドパルスを
、加算点（３７）を通って送信機（３４）より送信する
。尚、ステップトラック回路（３６）については後述す
る。移動局（２３）は、このコマンド信号（Ｓｃ）をそ
の受信機（３５）により受信して、アジマスとるか（１
５）に加え、これによりジャイロ（４）に一定トルクＴ
を一定時間Δを関与えれば、ジャイロ（４）のプレセツ
ションによって、アンテナ（１）の指向角ΔＢは、ΔＢ
＝　（Ｔ／Ｈ）Δｔ たけ慣性系に対し回転する。

従って、 ΔＢ−−ΔＡ となるようＴ、Δを及びＨ（ジャイロ角運動量）を選ぶ
事により、第２図に示した固定局（２Ｉ）と移動局（２
３）の指向角対向の条件が満足され、コマンドとしては
正（右）、逆（左）又はゼロの３値、即ちビット数は２
以下となり、送信機（３４）に含まれるエンコーダ、受
信機（３５）に含まれるデコーダは大幅に簡素化される
。

以上の説明の如く、本発明はジャイロの慣性系における
性質を利用しているので、地球上においては地球自転に
よる見かけのドリフトならびにジャイロ製造上の不完全
さによるドリフトも生じ、移動局（２３）のアンテナ（
１）の指向方向は、固定局との対向関係から次第にずれ
る可能性がある。このドリフトの大きさは、地球自転角
速度（１５°／ｈ）と同程度であり、修正速度は比較的
遅くてよいので、以下述べる如く固定局（２１）におけ
る受信レベルの長期的変動を観測する事により補正する
。

即ち、固定局（２１）からコマンドパルスと同様なパル
スをステップトラック回路（３６）より加算点（３７）
を通り通常のコマンドパルスと別に送信機（３４）より
送出する。移動局（２３）はこの信号（Ｓｔ）を受信機
（３５）で受信して、そのアンテナ（１）の指向方向を
変化させる。従って、これによって固定局（２１）の追
尾アンテナ（３１）の受信レベルが変化し、これが追尾
装置（３２）により検出され、その検出信号がステップ
トラック回路（３６）に入力される。ステップトラック
回路（３６）は前の値を記憶しており、もし平均受信レ
ベルが上昇すれば、更に同方向のコマンドパルスを出力
し、下降すれば、反対方向のコマンドパルスを出力する
。従って、これ等コマンドパルスを受信する移動局（２
３）のアンテナ（１）は、固定局（２１）の受信アンテ
ナ（３１）が最大受信レベルとなる移動局（２３）のダ
ンテナｆｌｌの指向方向を中心として、指向方向を振り
乍ら固定局（２１）の方向に追尾する。

第４図は本発明の移動局の他の実施例を示す。

この例においては、エレベーション軸（３）回りの運動
を、水平面を基準に安定化したもので、エレベーション
コマンドを入れれば、エレベーション角向もコマンド制
御されるが、水平面に対するエレベーション角が一定で
よい場合には、エレベーションコマンドが不要という利
点がある。尚、第４図において、第１図と対応して同一
機能の部分は同一番号を付しており、それ等の再説明を
省略する。

この例では、ジャイロ（４）の水平軸（４■）には、水
平検知器として液体レベル（４１）が取付けられ、ジャ
イロロータ（５）の回転軸（４ａ）が水平面から傾斜す
ると、この液体レベル（４１）ははりその傾斜に比例し
た出力を生ずる。この出力を増幅器（７）を通してトル
カ（９）に加え、アジマス軸（２）を介してジャイロ（
４）をその水平軸回りにブレセツションさせ、傾斜がゼ
ロになるようフィードバンクする。従って、エレベーシ
ョンコマンドが供給される可逆カウンタ（４２）の出力
がゼロならば、ピンクオフＯｌ。

増幅器（ＩＩ）及びエレベーショントルカ（１２）によ
るサーボループ ベーション軸（３）回りに、ジャイロ（４）の水平軸に
追従し、水平に保たれる。アジマスコマンドは、第１図
と同じくアジマストルカ（１５）に加えられる。

エレベーションコマンドは、可逆カウンタ（４２）に与
えられる。即ち、受信されたエレベーションコマンドパ
ルスは、可逆カウンタ（４２）により、例えば正パルス
では増加、逆パルスでは減少方向にカウントされる。従
って、可逆カウンタ（４２）の出力は、１１マントパル
スの積算値、即ち第２図の用人に対応したものとなり、
これが加Ｗ点（４３）に加わるので、そこで前者と加算
されるピンクオフＯｌの出力は、丁度逆極性の角度とな
るように、サーボループが作動し、エレベーション軸（
３）に関しても、固定局（２１）と移動局（２３）との
指向角対向の条件が満足される。

第１図及び第４図は何れも２軸制御の場合であるが、移
動架台（１４）の水平面からの傾斜が小で、また固定局
（２１）と移動局（２３）との間の直線距離の変化が少
い時のように、アジマス制御のみが必要で、エレベーシ
ョン角御が不要の場合がある。

この場合も、本発明は容呂に通用可能である。これを第
１図の場合に就いていえば、エレベーション軸（３）を
固定し、増幅器（１１）の出力を、エレベーションコマ
ンドの代りにトルカ（１６）に入れてジャイロ（４）を
エレベーション軸（３）回りに抱束し、サーボモータ（
１２）　、ビックオフ（Ｉ３）は不用とすればよ（、或
いは、２軸ジヤイロ（４）の代りに１軸レートジヤイロ
または１軸レ一ト積分ジャイロを使用してもよい。

又、第４図の場合については、エレベーション軸（３）
を固定し、ビックオフ００）、増幅器（１１）、トルカ
（１２）、可逆カウンタ（４２）及び加箆点（４３）を
取去ればよい。

本発明の更に他の実施例を第５図につい°ζ第１図と対
比して説明する。第１図の場合、ジャイロ（引はいわゆ
るフリージャイロとして変位角出力を使用しているが、
第５図においては対応するジャイロピックオフｆ６）、
　ＯＩと、トルカ（１５）　、　　（１６）間とを、増
幅器（５０）　、　　（５１）で結び、ジャイロ（４）
のｒ」−タ（５）のスピン軸（４ａ）方向を電磁波指向
装Ｗ（１）の指向方向（Ｄ）に拘束する事により、トル
カ（１５）及び（１６）の電流、従ッて信号（Ｗａ）。

（Ｗｐ）は、電磁波指向装置（１）の慣性空間における
角速度に比例したものとなる。アジマスコマンドは、加
算点（５２）において角速度信号（Ｗａ）との差が作ら
れ、その差信号が比例演算器（５４）　。

積分演算器（５５）に入り、それらの出力は加算点（５
６）によって加算され、その加算出力が増幅器（７）、
ゲイン補償器（８）を通ってサーボモータ（９）に送ら
れる。アジマスコマンドがゼロの場合は、比例演算器（
５４）の出力は、電磁波指向装置ｆ（１１のアジマス軸
（２）回りの角速度成分、積分演算器（５５）の出力は
同じくアジマス軸（２）回りの変位角成分となる。

エレベーション軸（３）については、（積分演算器（５
７）　、比例演算器（５Ｂ）　、加算点（５３）　、　
　（５９）等は設けられている）ゲイン補償器（８）が
ない点を除き、アジマス軸（２）と同じであり、従って
第１図の場合と同じく、電磁波指向袋ｆｆｆｌｌは、移
動架台（１４）の角運動に対してアジマス軸（２）及び
エレベーション軸（３）回りに安定化され、コマンド信
号が与えられると、それに比例した角速度で慣性空間に
対し、アジマス軸（２）あるいはエレベーション軸（３
）回りに角運動を行い、第１図と全く同じ効果が得られ
る。従って、上述の説明ではジャイロとして機械的回転
型として説明したが、レーザジャイロ、光フアイバジャ
イロなどの慣性系に対する角運動検出器を使用しても、
本発明の趣旨を変えずに適用可能である。更に第１図及
び第４図の実施例では、アンテナ（１）上に直接ジャイ
ロ（４）を取付けているが、ジャイロ（４）を移動架台
（１４）上に移し、ジャイロ（４）とアンテナｆｉｌと
の各軸回りの相対角度を通常のシンクロＣＸ、ＣＴ、　
　レゾルバ或いはポテンショメータによって検出する事
により、趣旨を変える事なく本発明を通用可能であり、
この場合の実施例を第６図に示す。

第６図は慣性系に対する角運動検出器となるジャイロ（
４）を移動台（１４）上に載置し、且つその方位軸（２
′）回りの１軸制御とした実施例であり、ジャイロ（４
）の方位軸を（２’）、その軸回りのサーボモータを（
９′）とし、電磁波指向装置（１′）（この図ではホー
ンアンテナの場合を示している）の方位軸（２）、その
軸（２）回りのサーボモータ（９）と区別している。図
に於て、（６１）　、　　（６２）はジャイロ（４）の
方位軸（２′）回りの角運動の、移動架台（１４）に対
する角度の検出器である。ジャイロ（４）は第４図の場
合と同じ構成であり、ジャイロロータ（５）のスピン軸
（４ａ）は水平面内において慣性系に対して一定の方位
角に保たれる。指向圧アンテナ＋１１の指向方向は、方
位軸（２）の回りにジャイロロータ（５）のスピン軸（
４ａ）方向に追従するが、この場合は、１軸制御なので
ジャイロロータ（５）の慣性系に対する方位角と指向性
アンテナ（１１の慣性系に対する方位角とは、必ずしも
一致していると必要なく、一定の角度差を持っていても
よい。従って、角度検出器（６１）　、　　（６２）は
インクレメンタル型ロータリエンコーダで十分で、例え
ば（６１）は、指向性アンテナ（１１の指向性半値角に
比し十分小さい角度ΔＣ毎に、その円周に沿ってスリッ
ト（６１ａ）をつけた円板であり、（６２）は光源と光
検出器とより成り、このスリット（ｆ３１ａ　）を検出
して、移動架台（１４）に対するジャイロ（４）の角度
変化及びその方向を検出し、角度ΔＣ毎のパルスを出力
する。角度検出器（６１）　、　　（６２）の出力は、
固定局（図示せず）から送られ、受信機（３５）により
受信されるコマンドパルス信号と加算点（６３）に於加
算され、その出力がモータ制御器（６４）に入る。

モータ制御器（６４）はサーボモータ（９）をステップ
モータとして動作させる。従って、モータ（９）は、モ
ータ制御器（６４）に与えられるパルスの数及び方向に
応じてステップ状に指向性アンテナｆｉｌを方位軸（２
）の回りに回転させる。従って、角度検出器（６１）　
、　　（６２）から出力されるｌパルスに対するジャイ
ロ（４）の方位軸（２′）回りの角度及び方向と、モー
タ制御器（６４）とモータ（９）による指向性アンテナ
（１１の方位軸（２）回りの１パルス当りの角度及び方
向とを等しくする事により、移動架台（１４）の方位軸
回りの角運動に対し、指向性アンテナ（１）の指向方向
は慣性系に対し安定化される。

固定局から送られるコマンド信号についても、第３図の
説明において述べた、固定局のアンテナに取付けたロー
タリエンコーダ（３３）から発生ずる角度信号の１パル
ス当りの角度ΔＡを、前述のモータ（９）の１パルス当
りの角度、即ちΔＣに等しく取る事により、移動架台（
１４）の運動に対し、常に指向性アンテナ（１１の指向
方向を固定局に向けておく事ができる。

〔発明の効果〕

簡単な構成により、移動架台の角運動及び固定局から見
た移動局の方向変化に対し、移動局のアンテナ又は光学
機器のような電磁波指向装置の指向方向を常に自動的に
固定局方向に向ける事ができる。又、固定局の受信レベ
ル変化に対応した信号を移動局に送り、移動局の電磁波
指向装置の指向角をステップ状に変えてその平均的な指
向方向を固定局に向ける事により、ジャイロを使用した
機器に有り勝ちなドリフトによる指向角変化を補正した
小型軽量の移動局を得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による移動局の第１の実施例を示す斜視
図、第２図は固定局及び移動局の電磁波夕制御器を夫々
示す。 指向装置の相対関係を示ず路線図、第３図は本発明の固
定局及び移動局の機能ブロック図、第４図は本発明によ
る移動局の第２の実施例を示す斜視図、第５図は本発明
による移動局の第３の実施例の構成を示すブロック図、
第６図は本発明による移動局の第４の実施例を示す斜視
図である。 図に於いて、（１１は電磁波指向装置、（２）はアジマ
ス軸、（３）はエレベーション軸、（４）はジャイロ、
（６）はジャイロアジマスピックオフ、（９）はサーボ
モータ、ＯＱＩはエレベーションピンクオフ、（１２）
はエレベーションサーボモータ、（１３）はエレベーシ
ョンピンクオフ、（１４）は移動架台、（１５）はエレ
ベーショントルカ、（１６）はアジマストルカ、（２１
）は固定局、（２２）　、　　（２３）は移動局、（３
１）は追尾アンテナ、（３２）は追尾装置、（３３）は
ロータリエンコーダ、（３４）は送信機、（３５）は受
信機、（３６）はステップトラック回路、（４１）は液
体レベル、（４２）は可逆カウンタ、（５４）　。 （５８）は比例演算器、（５５）　、　　（５７）は積
分演算器、（６１）　、　　（６２）は角度検出器、（
６４）は七−代理人　伊藤　貞；、１六゛１す 第８図 ＝２７一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動局においては回動自由度を持って移動架台上に
   装架された電磁波指向装置と、慣性系に対する角運動検
   出装置と、外部信号により慣性系に対する角運動の指令
   装置を備え、上記電磁尚指向装置は慣性系に対する角運
   動検出装置に追従して移動架台の角運動に対し安定化さ
   れ、且つ指令信号に対応してステップ状に一定角度毎の
   指向方向変化が起るように構成し、固定局においては該
   固定局から見た上記移動局の方向変化を一定角度変化毎
   に信号として上記移動局へ送り、該移動局はこれを受信
   して角運動指令装置により、上記固定局における角度変
   化と絶対値が等しく逆方向の角度変化をその電磁波指向
   装置に与える事により、該電磁波指向装置の指向方向を
   、移動架台の運動に抱らず常に上記固定局方向に指向す
   る事を特徴とする指向制御方式。 ２、上記特許請求の範囲第１項において、上記固定局か
   ら見た上記移動局の方向角変化に対応する送信信号のほ
   かに、上記固定局の平均受信レベルの変化に対応して、
   平均受信レベルが増加すれば前回送信した信号と同方向
   、減少すれば逆方向の信号を上記移動局に送り、該移動
   局の角運動の指令装置により、上記電磁波指向装置の指
   向方向をステップ状に変化させる事により、上記移動局
   の電磁波指向装置の指向方向を平均的に固定局方向に指
   向する事を特徴とする指向制御方式。