JPH0797724B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアンテナ装置に関し、一層詳細には、衛星通信
等に用いる指向性アンテナを船舶、航空機等の動揺を伴
う移動体に載置したアンテナ装置において、前記移動体
に対して傾動可能に構成される水平安定台上に前記指向
性アンテナを支持し、前記水平安定台の傾動量を検出し
て当該アンテナ装置の重心位置を移動制御することによ
り前記移動体の動揺等の外乱による指向性アンテナの変
動を効果的に補償することを可能としたアンテナ装置に
関する。

人工衛星を媒体として地球上の無線局間で交信を行う衛
星通信は他の通信方式に比べ安定で高品質な通信が可能
であると共に、船舶、航空機等のような移動体での通信
も容易であるため、近年、広範に用いられる傾向にあ
る。

ところで、地球上の無線局には信号の送受信のため指向
性アンテナが載置されるが、この指向性アンテナは通信
衛星に常時指向させるようにその方向を制御しておく必
要がある。そのため、船舶等の移動体に載置されたアン
テナ装置には指向性アンテナを通信衛星に追尾させる追
尾機構が備えられると共に、前記移動体のローリングあ
るいはピッチング等による動揺を補償し、前記指向性ア
ンテナを水平状態に維持するための動揺補償機構が併設
されている。ここで追尾機構としては、例えば、単一パ
ルスの電波を用いて方位誤差を検出し、その方位を補正
して通信衛星を追尾するモノパルス方式が知られてい
る。

一方、動揺補償機構としては、例えば、互いに直交する
二軸の回りに回転可能に構成された支持機構に水平安定
台を介して前記指向性アンテナを設置し、フライホイー
ルの回転によるジャイロ効果および物理振子の制振作用
によって水平安定台の傾動を補償する方法が知られてい
る。

ここで、前記支持機構における回転軸の摩擦力には移動
体の動揺や各種振動等によって水平安定台に摩擦トルク
を発生させる。この摩擦トルクはフライホイールのジャ
イロ効果により水平安定台にプリセッションを引き起こ
すように作用する。この場合、前記水平安定台のプリセ
ッションは物理振子の制振作用によって抑制され、この
結果、水平安定台は水平安状態に復帰することとなる。

然しながら、このようなフライホイールと物理振子との
組み合わせによる動揺補償方式では、外乱を受けた水平
安定台が水平状態に復帰するまで螺旋状に運動するた
め、前記水平安定台が安定するのに長時間を要するとい
う欠点が露呈している。また、水平安定台を支持する支
持機構の摩擦力や地球の自転に基因するコリオリ力、あ
るいは移動体の移動時に発生する加速度等により水平安
定台が一方向に傾動したり、その動揺周期が複雑となる
ような場合には、物理振子の重力加速度のみによって水
平安定台を水平状態に維持することは不可能となる。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、動揺する移動体上に載置されたアンテナ装置に
おいて、水平状態を維持し得る水平安定台上に指向性ア
ンテナを設置し、前記移動体からの外乱による前記水平
安定台の傾動量を検出し前記傾動量に基づいて重心位置
を移動制御することにより前記水平安定台を水平状態に
迅速に復帰せしめ、前記指向性アンテナの送受信方向を
高精度に維持することの可能なアンテナ装置を提供する
ことを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、指向性アンテ
ナを有し、船舶等の揺動する移動体に載置されるアンテ
ナ装置において、 前記指向性アンテナを支持する水平安定合と、 Ｘ軸の回りに回動可能な第１の支持体と、前記第１支持
体に軸支されたＹ軸の回りに回動可能な第２の支持体と
を有し、前記水平安定台を前記移動体に対して傾動可能
に支持するジンバル支持機構と、 外乱による前記水平安定台の傾動を抑制するフライホイ
ール機構と、 前記水平安定台のＸ軸回りの傾斜を検出する第１の傾斜
検出部と、前記水平安定台のＹ軸回りの傾斜を検出する
第２の傾斜検出部とを有し、外乱による前記水平安定台
の傾動を検出する傾斜検出手段と、 前記第１傾斜検出部からの検出信号に基づきＸ軸方向に
重心位置を移動させる第１の重心位置移動手段と、前記
第２傾斜検出部からの検出信号に基づきＹ軸方向に重心
位置を移動させる第２の重心位置移動手段とを有し、前
記水平安定台の傾動量に基づき重心位置を移動制御する
重心位置制御機構と、 を具備することを特徴とする。

次に、本発明に係るアンテナ装置について好適な実施例
を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。

第１図および第２図において、参照符号10は本発明に係
るアンテナ装置の本体部を示し、この本体部10は船舶等
の動揺を伴う移動体に載置されるものである。ここで本
体部10は送受信面を通信衛星に常時指向させる指向性ア
ンテナ12と、水平状態を維持する水平安定台14と、前記
水平安定台14を水平面内のＸ軸およびＹ軸の回りに回動
可能な状態で支持するアンテナ支持機構16と、前記水平
安定台14の外乱による傾動を抑制するフライホイール機
構18と、本体部10の重心位置を制御する重心位置制御機
構20とから基本的に構成される。

そこで、船舶等の移動体に固定された基台22上には支柱
24の下端部が固定され、この支持24の上端部にはアンテ
ナ支持機構16が配設される。アンテナ支持機構16は、第
３図に示すように、支柱24の上端部に固着される略コ字
状の第１の支持枠26と、前記第１支持枠26にロール軸28
を介してＹ軸の回りに回動可能に支持される第２の支持
枠30と、前記第２支持枠30にピッチ軸32を介してＸ軸の
回りに回動可能に支持される連結台34とから構成され
る。そして、連結台34にはＺ軸方向に指向する方位軸36
の下端部が取着され、この方位軸36に水平安定台14が回
転可能に嵌着する。従って、前記水平安定台14はＸ軸、
Ｙ軸およびＺ軸の回りに回動可能な状態でアンテナ支持
機構16に支持される。

水平安定台14の上面部には指向性アンテナ12の方位角を
制御するための方位角制御用モータ38が取着され、この
方位角制御用モータ38の回転軸40にはプーリ42が軸着さ
れる。また、水平安定台14の上面部に突出する前記方位
軸36の上端部にはプーリ44が軸着され、このプーリ44と
前記プーリ42とがベルト46によって連結される。従っ
て、水平安定台14は方位角制御用モータ38の駆動作用下
に方位軸36の回りに回動可能に構成される。

一方、水平安定台14の両側部には水平方向に延在する仰
角軸48a,48bの一端部が固着される。これらの仰角軸48
a、48bは放物面を有し通信衛星に指向する指向性アンテ
ナ12に連結された支持板50a、50bに回動可能に嵌合す
る。なお、支持板50aより突出する仰角軸48aの他端部に
はプーリ54が取着され、また、支持板50aには仰角制御
用モータ56が取着されその回転軸58にプーリ60が軸着さ
れる。そして、このプーリ60と前記仰角軸48aに取着さ
れたプーリ54とはベルト62によって連結される。従っ
て、支持板50a、50bに連結された指向性アンテナ12は仰
角制御用モータ56の駆動作用下に仰角軸48a、48bの回り
に回動可能に構成される。

支持板50aより突出した仰角軸48aの端部にはプーリ54を
介して取付板64が装着され、この取付板64にはフライホ
イール回転用モータ66が取着される。前記フライホイー
ル回転用モータ66の回転軸68はＺ軸に沿って鉛直下方向
に延在し、その下端部にフライホイール70が連結され
る。ここで、フライホイール70は前記フライホイール回
転用モータ66によって常時高速で回転駆動されており、
そのジャイロ効果によって前記水平安定台14の傾動を抑
制している。

一方、支持板50bより突出する仰角軸48aの端部には重心
位置制御機構20が装着される。この重心位置制御機構20
を構成するケーシング72の上面部には、水平安定台14の
Ｘ軸の回りの傾斜角を検出する第１傾斜検出手段74と、
前記水平安定台14のＹ軸の回りの傾斜角を検出する第２
傾斜検出手段76が夫々配設される。ここで、第１および
第２傾斜検出手段74、76は、例えば、電解液の平衡位置
からのずれ量を電気的に検出しその傾斜角を計測するレ
ベルセンサ、あるいは、後述するように、マグネットか
らなる振子の磁気抵抗素子に対する平衡位置からのずれ
量を電気的に検出しその傾斜角を計測する振子式傾斜計
等を用いると好適である。

重心位置制御機構20のケーシング72内には、第４図に示
すように、夫々Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って第１の
重心制御部78および第２の重心制御部80が配設される。
これらの第１および第２重心制御部78、80は夫々同一構
成よりなり、第５図に示すように、筐体82a、82bの一端
部にステップモータ84a、84bが取着され、このステップ
モータ84a、84bの回転軸86a、86bにはプーリ88a、88bが
軸着される。一方、筐体82a、82b内の他端部側には支軸
90a、90bが回転可能に軸着され、この支軸90a、90bの中
間部にはプーリ92a、92bが軸着される。そして、このプ
ーリ92a、92bと前記プーリ88a、88bとはベルト94a、94b
によって連結される。なお、ベルト94a、94bには重錘
M_X、重錘M_Yが取着され、前記ステップモータ84a、84bの
駆動作用下にＸ軸およびＹ軸に沿って移動可能に構成さ
れる。また、筐体82a、82b内にはポテンショメータ96
a、96bが配設され、このポテンショメータ96a、96bの回
転軸98a、98bにはギヤ100a、100bが軸着される。そし
て、このギヤ100a、100bには支軸90a、90bに軸着された
ギヤ102a、102bが噛合する。従って、前記ポテンショメ
ータ96a、96bはステップモータ84a、84bの駆動作用下に
夫々Ｘ軸およびＹ軸に沿って移動する重錘M_X、M_Yの平衡
位置からの変位置を検出可能に構成されている。

次に、以上のように構成されたアンテナ装置の姿勢制御
系につき説明する。

第６図は本発明に係るアンテナ装置の姿勢制御系のブロ
ック図であり、この制御系は指向性アンテナ12の仰角を
仰角指令値αに基づき制御する仰角制御部104と、アン
テナ装置が載置された移動体の動揺等による水平安定台
の傾動を補償しその水平状態を維持する動揺補償部106
と、前記指向性アンテナの方位角を方位角指令値φに基
づき制御する方位角制御部108とから基本的に構成され
る。

仰角制御部104は指向性アンテナ12を支持板50a、50bを
介して仰角軸48a、48bの回りに回動させる仰角制御用モ
ータ56と、仰角指令値αに基づき前記仰角制御用モータ
56を回動する制御回路110と、前記仰角制御用モータ56
の回動量を検出しその回動量に応じた信号を前記制御回
路110にフィードバックさせるポテンショメータ112とか
ら構成される。

また、方位角制御部108は指向性アンテナ12を方位軸36
の回りに回動させる方位角制御用モータ38と、方位角指
令値φに基づき前記方位角制御用モータ38を回動する制
御回路114と、前記方位角制御用モータ38の回動量を検
出しその回動量に応じた信号を前記制御回路114にフィ
ードバックさせるポテンショメータ116とから構成され
る。

ここで、制御回路110、114は、例えば、第７図に示すよ
うに構成される。すなわち、制御回路110および114は仰
角指令値αおよび方位角指令値φに基づき指令信号を出
力する演算回路118と、前記指令信号をアナログ信号に
変換するD/Aコンバータ120および122と、前記アナログ
信号に応じて仰角制御用モータ56および方位角制御用モ
ータ38を駆動するサーボ増幅器124および126とを含む。
この場合、仰角制御用モータ56の回動量はプーリ54、60
で構成される減速器128を介しポテンショメータ112によ
って検出され、その検出信号はバッファ増幅器130およ
びA/Dコンバータ132を介して、前記演算回路118に仰角
検出信号αａとしてフィードバックするように構成され
る。同様に、方位角制御用モータ38の回動角はプーリ4
2、44で構成される減速器134を介しポテンショメータ11
6により検出され、その検出信号はバッファ増幅器136お
よびA/Dコンバータ138を介して前記演算回路118に方位
角検出信号φａとしてフィードバックするように構成さ
れる。

なお、前記演算回路118は、例えば、第８図に示すマイ
クロプロセッサより構成しておくと好適である。すなわ
ち、演算回路118は仰角指令値α、仰角検出信号αａお
よび方位角指令値φ、方位角検出信号φａが供給される
入力ポート140と、所定の演算プログラムを格納するROM
144と、前記仰角指令値αおよび前記方位角指令値φの
データを格納するRAM146と、ROM144に格納された前記演
算プログラムに応じて入出力制御および演算を行うCPU1
48と、その演算結果をD/Aコンバータ120、122に供給す
る出力ポート149とを含む。ここで、CPU148において
は、A/Dコンバータ132、138からのフィードバック信号
αａ、φａと仰角指令値α、方位角指令値φとの偏差を
演算し、その偏差に関連した仰角制御信号αｅおよび方
位角制御信号φｅを出力ポート149に出力する。

一方、第６図において、動揺補償部106はジャイロ効果
によって水平安定台14の傾動を抑制するフライホイール
機構18と、移動体の動揺等によって生じる前記水平安定
台14の傾動を補償する重心位置制御機構20とから構成さ
れる。前記重心位置制御機構20は水平安定台14の傾斜角
を検出する第１および第２傾斜検出手段74、76と、前記
第１および第２傾斜検出手段74、76によって検出された
傾斜角に応じて重錘M_X、M_Yの位置を変位させるステップ
モータ84a、84bと、前記ステップモータ84a、84bを駆動
制御する制御回路154と、重錘M_X、M_Yの平衡位置からの
ずれ量を検出し前記制御回路154にフィードバックする
ポテンショメータ96a、96bとから構成される。

ここで、前記制御回路154は第９図のように構成され
る。すなわち、制御回路154は第１および第２傾斜検出
手段74、76よりA/Dコンバータ156、158を介して供給さ
れる水平安定台14の傾斜角信号θ_X、θ_Yを演算処理する
演算回路160と、前記演算回路160により演算処理された
データに基づきステップモータ84a、84bを駆動するステ
ップモータ駆動回路162、164とを含む。この場合、ステ
ップモータ84aによって変位された重錘M_Xの平衡位置か
らの変位量ｘはギヤ100a、102aからなる減速器163を介
しポテンショメータ96aによって検出され、その検出信
号はバッファ増幅器166およびA/Dコンバータ168を介し
て前記演算回路160にフィードバックされる。同様に、
ステップモータ84bによって変位された重錘M_Yの平衡位
置から変位量ｙはギヤ100b、102bからなる減速器165を
介してポテンショメータ96bによって検出され、その検
出信号はバッファ増幅器170およびA/Dコンバータ172を
介して演算回路160にフィードバックされる。

この場合、演算回路160は、前述した制御回路110、114
を構成する演算回路118と同様に、第８図に示すマイク
ロプロセッサにより構成しておくと好適である。すなわ
ち、第８図において、入力ポート140には第１および第
２傾斜検出手段74、76からの傾斜角信号θ_X、θ_Yが供給
されると共に、A/Dコンバータ168、172からの変位信号
ｘ、ｙが供給される。一方、CPU148においては、傾斜角
信号θ_X、θ_Yと変位信号ｘ、ｙとが所定の関係のもとに
演算処理され、その演算結果が出力ポート149に出力さ
れる。

なお、第１および第２傾斜検出手段74、76は、例えば、
重力方向に指向して吊下されたマグネット174、176と磁
気抵抗素子を含むホイートストンブリッジ178、180との
組み合わせにより構成される。すなわち、ホイートスト
ンブリッジ178、180は隣接する二辺の抵抗素子R_X、R_Yが
磁気抵抗素子よりなり、これらの抵抗素子で抵抗素子
R_X、R_Yと他の二辺の抵抗素子R₁、R₂との間には差動増幅
器182、184の入力端子が接続される。ここで、マグネッ
ト174、176が磁気抵抗素子R_X、R_Yの接続点に位置する
時、すなわち、第１および第２傾斜検出手段74、76がＸ
軸およびＹ軸に対して傾斜していない場合、前記磁気抵
抗素子R_X、R_Yの抵抗値が等しくなるように設定してお
く。また、他の二つの抵抗素子R₁、R₂は等しく設定して
ある。そして、前記差動増幅器182、184の出力端子はA/
Dコンバータ156、158に接続しておく。

本発明に係るアンテナ装置は基本的には、以上のように
構成されるものであり、次にその作用並びに効果につい
て説明する。

先ず、指向性アンテナ12を通信衛星に指向させるため、
その仰角制御および方位角制御につき説明する。

指向性アンテナ12の仰角制御は第６図に示す仰角制御部
104において行われる。すなわち、制御回路110には水平
面に対する通信衛星の仰角が仰角指令値αとして入力さ
れる。この場合、制御回路110は、第７図および第８図
に示すように構成されている。そこで、演算回路118の
入力ボート140を介してCPU148に入力した仰角指令値α
はRAM146に一旦格納される。そして、前記RAM146に格納
された仰角指令値αはROM144に格納されたプログラムに
基づきCPU148において演算処理され、仰角制御信号αｅ
としてD/Aコンバータ120に出力される。D/Aコンバータ1
20は前記仰角制御信号αｅをアナログ信号に変換した
後、サーボ増幅器124に出力し、前記サーボ増幅器124は
仰角制御信号αｅに基づき仰角制御用モータ56を所定量
回動する。この場合、仰角制御用モータ56はベルト62を
介して減速器128を構成するプーリ54を回動させるよう
に作用する。ここで、プーリ54は仰角軸48aに軸着され
ている。そのため、仰角制御用モータ56は回転軸58の回
動によって仰角軸48aを中心として回動するに至る。こ
の結果、指向性アンテナ12は支持板50a、50bを介して仰
角指令値αに応じた角度だけ回動される。

なお、仰角軸48a、48bに対する指向性アンテナ12の回動
角度はポテンショメータ112によって検出され、その検
出信号はバッファ増幅器130を介してA/Dコンバータ132
に入力される。A/Dコンバータ132は前記検出信号をデジ
タル変換し、仰角検出信号αａとして演算回路118にフ
ィードバックする。演算回路118のCPU148はRAM146に格
納されている仰角指令値αと前記仰角検出信号αａとの
差を演算し、仰角制御信号αｅとして再び出力ポート14
9を介してD/Aコンバータ122に出力する。そして、サー
ボ増幅器124は前記仰角制御信号αｅに基づき仰角制御
用モータ56を駆動し、指向性アンテナ12の仰角を調整す
る。このように、指向性アンテナ12の仰角はサーボ機構
によって仰角指令値αに設定される。

一方、指向性アンテナの通信衛星に対する方位角は方位
角制御部108において制御される。すなわち、制御回路1
14に入力された方位角指令値φは仰角制御時の場合と同
様に演算回路118を介し方位角制御信号φｅとしてD/Aコ
ンバータ122に出力される。D/Aコンバータ122は前記方
位角制御信号φｅをアナログ変換した後、サーボ増幅器
126に出力し、サーボ増幅器126は水平安定台14に装着さ
れた方位角制御用モータ38を駆動する。この場合、方位
角制御用モータ38はベルト46を介して減速器134を構成
するプーリ44を回動させるように作用する。ここで、プ
ーリ44は水平安定台14に嵌着された方位軸36に軸着され
ている。そのため、水平安定台14は方位角制御用モータ
38の回動動作によって方位軸36を中心として回動するに
至る。この結果、指向性アンテナ12は本位角指令値φに
応じた角度だけ回動される。

なお、指向性アンテナ12の回動角度はポテンショメータ
116によって検出され、その検出信号はバッファ増幅器1
36を介してA/Dコンバータ138に入力される。A/Dコンバ
ータ138は前記検出信号をデジタル変換し、方位角検出
信号φａとして演算回路118にフィードバックする。演
算回路118のCPU148はRAM146に格納されている方位角指
令値φと前記方位角検出信号φａとの差を演算し、方位
角制御信号φｅとして再び出力ポート149を介してD/Aコ
ンバータ122に出力する。そして、D/Aコンバータ122に
よってアナログ変換された方位角制御信号φｅはサーボ
増幅器126により方位角制御用モータ38を駆動し、指向
性アンテナ12の方位角を調整する。このように、指向性
アンテナ12の方位角はサーボ機構によって方位角指令値
φに設定される。

以上のようにして指向性アンテナ12はその仰角および方
位角が所定の値に設定され、通信衛星に正しく指向され
ることとなる。

次に、動揺補償部106による水平安定台14の姿勢制御動
作につき説明する。

水平安定台14は第３図に示すアンテナ支持機構16によっ
てＸ軸およびＹ軸の回りに回動可能な状態で支持されて
いる。そして、この水平安定台14には仰角軸48aを介し
てフライホイール機構18が連結されている。ここで、フ
ライホイール機構18はフライホイール回転用モータ66に
よって常時高速で回転するフライホイール70を有し、こ
のフライホイール70の回転軸68はそのスピンベクトルが
水平安定台14の水平面と直交するように設定されてい
る。従って、水平安定台14はフライホイール70のジャイ
ロ効果によって水平面に対する傾動が抑制される。

ここで、本発明に係るアンテナ装置はその本体部10が船
舶等の動揺を伴う移動体上に載置されている。そこで、
前記移動体がローリングあるいはピッチング等によって
動揺している場合を想定する。この場合、前記水平安定
台14にはアンテナ支持機構16を構成するロール軸28と第
１支持枠26との間の摩擦力およびピッチ軸32と第２支持
枠30との間の摩擦力によって摩擦トルクが付与される。
従って、移動体が動揺すると、水平安定台14はフライホ
イール70の回転によるジャイロ効果によってＺ軸を中心
としてプリセッションを行うこととなる。このプリセッ
ションの角速度Ωはアンテナ支持機構16に発生する摩擦
トルクをＴとして、フライホイール70の角運動量をＨと
した場合、近似的に、 と表される。ここで、フライホイール70の角運動量Ｈが
十分大きければ、プリセッションの角速度Ωは小さくな
る。フライホイール70によるジャイロ効果は外乱により
摩擦トルクＴの減少に伴って水平安定台14を第10図に示
す曲線Ｉに沿って水平状態へと螺旋状に復帰させるよう
に作用する。

一方、水平安定台14には仰角軸48bを介して重心位置制
御機構20が装着されている。そこで、水平安定台14が移
動体の動揺に伴って傾動した時、重心位置制御機構20に
配設された第１および第２傾斜検出手段74、76がその傾
斜量を検出する。

すなわち、第９図において、水平安定台14がＸ軸を中心
として傾動した時、第１傾斜検出手段74を構成するマグ
ネット174は磁気抵抗素子R_X、R_Yの接続点から変位し、
前記磁気抵抗素子R_X、R_Yの抵抗値が変動する。従って、
ホイートストンブリッジ178は平衡状態より変位し、差
動増幅器182に水平安定台14のＸ軸回りの傾斜角に応じ
た傾斜角信号θ_Xを出力する。この傾斜角信号θ_XはA/D
コンバータ156によってデジタル信号に変換された後、
制御回路154の演算回路160に入力される。そして、演算
回路160は前記傾斜角信号θ_Xに応じた制御信号をステッ
プモータ駆動回路16に出力し、このステップモータ駆動
回路162により第１重心制御部78を構成するステップモ
ータ84aが駆動される。

ここで、第１重心制御部78は、第４図および第５図に示
すように、ステップモータ84aによってＸ軸に沿って移
動する重錘M_Xを有しており、この重錘M_Xの移動によって
水平安定台14のＸ軸の回りの傾動動作が補償される。な
お、前記重錘M_Xの平衡位置からの変位量ｘは減速器を構
成するギヤ100a,102aを介してポテンショメータ96aによ
って検出され、その検出信号はバッファ増幅器166を介
してA/Dコンバータ168に入力される。A/Dコンバータ168
は前記検出信号をデジタル変換し、重錘M_Xの平衡位置か
らの変位信号ｘとして演算回路160にフィードバックす
る。演算回路160はこの変位信号ｘに基づき前記第１傾
斜検出手段74からの傾斜角信号θ_Xが０となるように再
びステップモータ駆動回路162に所定の制御信号を出力
し、ステップモータ84を駆動制御する。

同様に、第２傾斜検出手段76は水平安定台14のＹ軸を中
心とした傾斜角を検出する。すなわち、マグネット176
の変位によってホイートストンブリッジ180より出力さ
れる信号は差動増幅器184を介して傾斜信号θ_YとしてA/
Dコンバータ158に入力される。A/Dコンバータ158に入力
した前記傾斜信号θ_Yはデジタル変換された後、制御回
路154の演算回路160に入力する。そして、演算回路160
は前記傾斜信号θ_Yに応じた制御信号をステップモータ
駆動回路164に出力し、このステップモータ駆動回路164
により第２重心制御部80のステップモータ84bが駆動さ
れる。この場合、ステップモータ84bはベルト94bを介し
て重錘M_YをＹ軸に沿って変位させる。この重錘M_Yの移動
によって水平安定台14のＹ軸の回りの傾斜動作が補償さ
れる。なお、重錘M_Yの平衡位置からの変位量ｙは減速器
165を構成するギヤ100a、102bを介してポテンショメー
タ96bによって検出され、その検出信号はバッファ増幅
器170を介してA/Dコンバータ172に入力される。A/Dコン
バータ172は前記検出信号をデジタル変換し、重錘M_Yの
平衡位置からの変位信号ｙとして演算回路160にフィー
ドバックする。演算回路160はこの変位信号ｙに基づき
前記第２傾斜検出手段76からの傾斜信号θ_Yが０となる
ように再びステップモータ駆動回路164に制御信号を出
力し、ステップモータ84bを駆動制御する。

以上のようにして、水平安定台14は重心位置制御機構20
における重錘M_X，M_Yを移動動作させることにより強制的
に水平状態に復帰される。この場合、水平安定台14は、
第10図に示すように、螺旋状にプリセッションすること
なく曲線IIに沿って略直線的に水平状態に復帰される。
従って、移動体からの外乱によって生じた水平安定台14
の動揺は迅速に補償されることになる。

なお、重錘M_X、M_Yの位置移動によるフィードバック制御
は、好適には、一次遅れ系によって与えられる。すなわ
ち、第11図に示すように、重錘M_X、M_Yの平衡位置Ｏから
の変位を夫々ｘ、ｙとし、第１および第２傾斜検出手段
74、76からの傾斜信号をθ_X、θ_Yとした場合、変位ｘ、
ｙの変数ｓに対するラプラス変換、Ｘ（ｓ）、Ｙ（ｓ）
は と表される。ここで、Θ_X（ｓ）、Θ_Y（ｓ）は傾斜信号
θ_X、θ_Yのラプラス変換、ｋは比例定数、ａは時定数を
示す。従って、重錘M_X、M_YのＸ軸回りおよびＹ軸回りの
制御トルクをτ_x、τ_yとした場合、そのラプラス変換T_x
（ｓ）、T_y（ｓ）は、近似的に、 と表される。ここで、ｇは重力加速度を示す。この場
合、（４）式および（５）式は低域通過特性を示してお
り、時定数ａを所定の値に設定すれば水平安定台14に発
生する低周波特性を有効に補償することが可能となる。
この結果、水平安定台14の外乱による動揺のうち、高周
波特性はフライホイール機構18のジャイロ効果によって
補償され、低周波特性は重心位置制御機構20によって効
果的に補償される。

以上のように、本発明によれば、フライホイールのジャ
イロ効果によって動揺が抑制される水平安定台に指向性
アンテナを支持させ、前記指向性アンテナが載置される
船舶等の移動体の動揺によって傾動する前記水平安定台
の傾動を傾斜検出手段によって検出し、前記指向性アン
テナを含む水平安定台の重心位置を強制的に移動させる
ことにより、前記水平安定台の傾動を補償するように構
成している。そのため、前記指向性アンテナが移動体の
動揺等の外乱を受ける場合であっても、常時、通信衛星
に正確に指向させることが出来る。従って、このアンテ
ナ装置によれば、常に、高精度な通信が可能となるとい
う利点が得られる。

また、従来の如く、移動体の揺動によって生ずる水平安
定台のプリセッションを物理振子の重力作用によって水
平状態に復帰させるのではなく、重心移動によって強制
的に当該プリセッションを削減するように構成している
ため、水平安定台の水平状態への復帰が極めて迅速に行
われる。従って、例えば、水平安定台に印加される外乱
が高周波から低周波に渡る複雑な周波数特性を有した場
合であっても、水平安定台の傾斜角度を最小限に抑制す
ることが出来、移動体の動揺等の影響を受けないアンテ
ナ装置を提供することが可能となる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明した
が、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに
設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアンテナ装置の本体部を示す斜視
図、 第２図は本発明に係るアンテナ装置の本体部を示す平面
図、 第３図は本発明に係るアンテナ装置のアンテナ支持機構
を示す斜視図、 第４図は本発明に係るアンテナ装置の重心位置制御機構
を示す構成斜視図、 第５図は本発明に係るアンテナ装置における重心位置制
御機構の内部構成図、 第６図は本発明に係るアンテナ装置における姿勢制御系
を示す構成ブロック図、 第７図は本発明に係るアンテナ装置における姿勢制御系
の仰角制御部および方位角制御部を示す構成ブロック
図、 第８図は第７図に示す演算回路のブロック図、 第９図は本発明に係るアンテナ装置における姿勢制御系
の動揺補償部を示す構成ブロック図、 第10図は本発明に係るアンテナ装置における水平安定台
の動揺補償動作を示す説明図、 第11図は本発明に係るアンテナにおける重心位置制御機
構の補償原理を示す説明図である。 10……本体部、12……指向性アンテナ 14……水平安定台、16……アンテナ支持機構 18……フライホイール機構、 20……重心位置制御機構 24……支柱、36……方位軸 38……方位角制御用モータ 48a、48b……仰角軸、56……仰角制御用モータ 66……フライホイール回転用モータ 70……フライホイール、74、76……傾斜検出手段 78、80……重心制御部 84a、84b……ステップモータ 96a、96b……ポテンショメータ 104……仰角制御部、106……動揺補償部 108……方位角制御部、110、114、154……制御回路 M_X、M_Y……重錘

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指向性アンテナを有し、船舶等の揺動する
   移動体に載置されるアンテナ装置において、 前記指向性アンテナを支持する水平安定台と、 Ｘ軸の回りに回動可能な第１の支持体と、前記第１支持
   体に軸支されたＹ軸の回りに回動可能な第２の支持体と
   を有し、前記水平安定台を前記移動体に対して傾動可能
   に支持するジンバル支持機構と、 外乱による前記水平安定台の傾動を抑制するフライホイ
   ール機構と、 前記水平安定台のＸ軸回りの傾斜を検出する第１の傾斜
   検出部と、前記水平安定台のＹ軸回りの傾斜を検出する
   第２の傾斜検出部とを有し、外乱による前記水平安定台
   の傾動を検出する傾斜検出手段と、 前記第１傾斜検出部からの検出信号に基づきＸ軸方向に
   重心位置を移動させる第１の重心位置移動手段と、前記
   第２傾斜検出部からの検出信号に基づきＹ軸方向に重心
   位置を移動させる第２の重心位置移動手段とを有し、前
   記水平安定台の傾動量に基づき重心位置を移動制御する
   重心位置制御機構と、 を具備することを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、水平安定台は方位角制御機構によりジンバル支持機
   構に対しＸ−Ｙ平面内で回転可能に構成してなるアンテ
   ナ装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、ジンバル支持機構は方位角制御機構により移動体に
   対しＸ−Ｙ平面内で回転可能に構成してなるアンテナ装
   置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、 指向性アンテナは仰角制御機構により水平安定台に対し
   鉛直面内で回動可能に構成してなるアンテナ装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、 フライホイール機構は水平安定台に直交するスピンベク
   トルを有し高速で回転するフライホイールより構成して
   なるアンテナ装置。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、 第１重心位置移動手段はステップモータによってＸ軸に
   沿って移動する重錘M_Xを有し、一方、第２重心位置移動
   手段はステップモータによってＹ軸に沿って移動する重
   錘M_Yを有してなるアンテナ装置。