(57)【要約】      （修正有）【課題】特異点となる天頂付近においても追尾を継続し、かつ、アジマス軸の回転角度を低減するアンテナ駆動装置、方法及びプログラムを提供する。【解決手段】２軸駆動アンテナ装置において、角速度演算部１３０は、アンテナ２３０を中心とする単位半球面とアジマス軸との交点である天頂を含む円領域を設定する。角速度演算部は、アンテナが追尾する目標方向の目標方向パスが円領域を通過する際には、アンテナの指向方向が天頂を向くようにアジマス軸を回転させた後にエレベーション軸を目標方向に回転させ、目標方向パスが円領域を離れると、アンテナの指向方向を目標方向パスに追従させるようにアンテナを駆動する駆動角速度２４を算出する。【選択図】図４
2020053777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アジマス軸とエレベーション軸とによる２軸駆動式のアンテナを駆動するアンテナ駆動装置において、
前記アンテナを中心とする単位半球面と前記アジマス軸との交点である天頂を含む円領域を設定し、前記アンテナが追尾する目標方向の目標方向パスが前記円領域を通過する際には、前記アンテナの指向方向が前記天頂を向くように前記アジマス軸を回転させた後に前記エレベーション軸を前記目標方向に回転させ、前記目標方向パスが前記円領域を離れると、前記アンテナの指向方向を前記目標方向パスに追従させるように前記アンテナを駆動する駆動角速度を算出する角速度演算部を備えたアンテナ駆動装置。
【請求項２】
前記角速度演算部は、
前記アンテナを前記駆動角速度で駆動した場合に、前記アンテナの指向誤差が許容範囲内の領域を前記円領域として設定する請求項１に記載のアンテナ駆動装置。
【請求項３】
前記アンテナ駆動装置は、
前記アンテナの現在の指向方向を示す現在方向ベクトルを演算する現在方向演算部と、
前記目標方向を示す目標方向ベクトルを演算する目標方向演算部と
を備え、
前記角速度演算部は、
前記現在方向ベクトルと前記目標方向ベクトルとの差分に基づいて、前記アンテナの指向方向を前記目標方向パスに追従させる請求項１または請求項２に記載のアンテナ駆動装置。
【請求項４】
アジマス軸とエレベーション軸とによる２軸駆動式のアンテナを駆動するアンテナ駆動装置のアンテナ駆動方法において、
角速度演算部が、前記アンテナを中心とする単位半球面と前記アジマス軸との交点である天頂を含む円領域を設定し、前記アンテナが追尾する目標方向の目標方向パスが前記円領域を通過する際には、前記アンテナの指向方向が前記天頂を向くように前記アジマス軸を回転させた後に前記エレベーション軸を前記目標方向に回転させ、前記目標方向パスが前記円領域を離れると、前記アンテナの指向方向を前記目標方向パスに追従させるように前記アンテナを駆動する駆動角速度を算出するアンテナ駆動方法。
【請求項５】
アジマス軸とエレベーション軸とによる２軸駆動式のアンテナを駆動するアンテナ駆動装置のアンテナ駆動プログラムにおいて、
前記アンテナを中心とする単位半球面と前記アジマス軸との交点である天頂を含む円領域を設定し、前記アンテナが追尾する目標方向の目標方向パスが前記円領域を通過する際には、前記アンテナの指向方向が前記天頂を向くように前記アジマス軸を回転させた後に前記エレベーション軸を前記目標方向に回転させ、前記目標方向パスが前記円領域を離れると、前記アンテナの指向方向を前記目標方向パスに追従させるように前記アンテナを駆動する駆動角速度を算出する角速度演算処理をコンピュータである前記アンテナ駆動装置に実行させるアンテナ駆動プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アジマス軸とエレベーション軸の２軸ジンバルを有するアンテナの指向誤差を低減するアンテナ駆動装置、アンテナ駆動方法、およびアンテナ駆動プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星、飛行機、あるいは船舶といった移動局においては、機体の動揺が発生しても、アンテナを通信対象物に対して追尾動作させることが必要である。通信対象物に対してアンテナを追尾動作させる方法として、複数軸のアクチュエータによりアンテナ駆動を行う方法がある。
このようなアンテナ駆動軸は、冗長性および追尾性を考慮して３から４の駆動軸を設けることが多い。しかし、小型で簡易な機構が必要な場合は、２つの駆動軸によるアンテナ駆動を行う。この２軸駆動方式として、アジマス軸（以下、ＡＺ軸）とエレベーション軸（以下、ＥＬ軸）による駆動方式がある。ＡＺ軸は、アンテナを全周囲方向に旋回させるための垂直軸周りの旋回軸である。ＥＬ軸は、アンテナに俯仰動作を与えるための水平軸周りの回転軸である。
この２軸駆動方式は、小型なアンテナ機構および簡素な制御方式を実現する。しかし、天頂付近、すなわち高度角９０°付近を精度よく追尾できないという欠点がある。天頂付近の対象物を追尾する場合、短時間で大きなＡＺ軸回転が必要となる。通常、駆動用アクチュエータには角速度制約が存在するため、大きなＡＺ軸回転、すなわちＡＺ軸大回転を実現できない。その結果、追尾誤差が発生し、追尾誤差が許容値を超えると通信瞬断が発生する。目標となる追尾方向、すなわち目標方向を指向するアンテナ姿勢のうち、上述のような状態となり、構造的に制御が困難になるアンテナ姿勢を特異点と呼ぶ。
【０００３】
特許文献１では、目標方向のパスが特異点付近を通過すると判定された場合、仮想的なクロスエレベーション軸を想定してＥＬ軸およびＡＺ軸を制御する仮想３軸制御を行うことで、特異点回避を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４１７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、仮想的なクロスエレベーション軸を想定してＥＬ軸およびＡＺ軸を制御することで天頂通過を回避し、天頂付近における追尾誤差抑制が可能である。しかし、ＡＺ軸の回転角度が大きく、アクチュエータの角速度制約による追尾誤差が生じやすいという課題がある。
【０００６】
本発明では、特異点となる天頂付近においても追尾を継続し、かつ、ＡＺ軸の回転角度を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るアンテナ駆動装置は、アジマス軸とエレベーション軸とによる２軸駆動式のアンテナを駆動するアンテナ駆動装置において、
前記アンテナを中心とする単位半球面と前記アジマス軸との交点である天頂を含む円領域を設定し、前記アンテナが追尾する目標方向の目標方向パスが前記円領域を通過する際には、前記アンテナの指向方向が前記天頂を向くように前記アジマス軸を回転させた後に前記エレベーション軸を前記目標方向に回転させ、前記目標方向パスが前記円領域を離れると、前記アンテナの指向方向を前記目標方向パスに追従させるように前記アンテナを駆動する駆動角速度を算出する角速度演算部を備えた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るアンテナ駆動装置では、角速度演算部が、目標方向パスが円領域を通過する際には、アンテナの指向方向が天頂を向くようにアジマス軸を回転させた後にエレベーション軸を目標方向に回転させ、目標方向パスが円領域を離れると、アンテナの指向方向を目標方向パスに追従させるようにアンテナを駆動する駆動角速度を算出する。よって、本発明に係るアンテナ駆動装置によれば、特異点となる天頂付近においても追尾を継続し、かつ、ＡＺ軸の回転角度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ＡＺ軸とＥＬ軸よる２軸駆動アンテナ装置において、指向状態を示す図。
【図２】ＡＺ軸とＥＬ軸よる２軸駆動アンテナ装置において、特異状態を示す図。
【図３】２軸駆動アンテナ装置の特異点を説明する図。
【図４】実施の形態１に係る２軸駆動アンテナ装置の構成図。
【図５】実施の形態１に係るアンテナ駆動装置の動作を示すフロー図。
【図６】数３を用いたアンテナ駆動の概略図。
【図７】実施の形態１に係る数４および数５を用いたアンテナ駆動方法の概略図。
【図８】アンテナ駆動シミュレーションを示す図。
【図９】数式３の駆動角速度の計算方式によるシミュレーション結果を示す図。
【図１０】実施の形態１に係る数式４および数５の駆動角速度の計算方式によるシミュレーション結果を示す図。
【図１１】実施の形態１の変形例に係るアンテナ駆動装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、上、下、左、右、前、後、表、裏といった方向あるいは位置が示されている場合、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、あるいは部品の配置および向きを限定するものではない。
【００１１】
図１は、ＡＺ軸とＥＬ軸よる２軸駆動アンテナ装置１０において、指向状態３１を示す図である。図２は、ＡＺ軸とＥＬ軸よる２軸駆動アンテナ装置１０において、特異状態３２を示す図である。図３は、２軸駆動アンテナ装置１０の特異点を説明する図である。
２軸駆動アンテナ装置１０は、小型なアンテナ機構および簡素な制御方式を実現する。しかし、天頂Ｐｔ付近、すなわち高度角９０°付近を精度よく追尾できないという欠点がある。
天頂Ｐｔとは、例えば、アンテナを中心とする単位半球面とＡＺ軸との交点である。アンテナが天頂Ｐｔを指向する場合、ＥＬ軸角度が０°となる。天頂Ｐｔ付近の対象物を追尾する場合、短時間で大きなＡＺ軸回転が必要となる。通常、アンテナ駆動用のアクチュエータには角速度制約が存在する。このため、このようなＡＺ軸大回転を実現できない。その結果、追尾誤差が発生し、追尾誤差が許容値を超えると通信瞬断が発生する。ここで、目標となる追尾方向、すなわち目標方向を指向するアンテナ姿勢のうち、ＡＺ軸大回転が発生しうるアンテナ姿勢を特異点と呼ぶ。言い換えると、特異点とは、構造的に制御が困難になるアンテナ姿勢である。図３では、アンテナが、特異点に陥った場合の指向方向を特異点領域３３で示している。図３に示すように、アンテナは、指向方向が天頂Ｐｔ付近において特異点に陥ると言える。
２軸駆動アンテナ装置１０は、２軸駆動方式、あるいはＡＺ／ＥＬ駆動方式ともいう。また、目標方向は目標指向方向ともいい、目標方向のパスを目標方向パス３５とする。
【００１２】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図４を用いて、本実施の形態に係る２軸駆動アンテナ装置１０の構成を説明する。
２軸駆動アンテナ装置１０は、アンテナ駆動装置１００とアンテナ部２００を備える。
アンテナ駆動装置１００は、ＡＺ軸とＥＬ軸とによる２軸駆動式のアンテナ２３０を駆動する。アンテナ駆動装置１００は、目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０を備える。アンテナ部２００は、アクチュエータ２１０、角度検出器２２０、およびアンテナ２３０を備える。
【００１３】
アンテナ駆動装置１００は、コンピュータである。アンテナ駆動装置１００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１および補助記憶装置９２２といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
【００１４】
アンテナ駆動装置１００は、機能要素として、目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０を備える。目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０の機能は、例えば、ソフトウェアにより実現される。
【００１５】
プロセッサ９１０は、アンテナ駆動プログラムを実行する装置である。アンテナ駆動プログラムは、目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０の機能を実現するプログラムである。
プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。
【００１６】
メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。
補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤである。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣＦ、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった記憶媒体あるいは記録媒体であってもよい。なお、ＨＤＤは、Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅの略語である。ＳＤ（登録商標）は、Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌの略語である。ＣＦは、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）の略語である。ＤＶＤは、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋの略語である。
【００１７】
アンテナ駆動プログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、アンテナ駆動プログラムだけでなく、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、アンテナ駆動プログラムを実行する。アンテナ駆動プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置に記憶されていてもよい。補助記憶装置に記憶されているアンテナ駆動プログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、アンテナ駆動プログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。
【００１８】
アンテナ駆動装置１００は、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、アンテナ駆動プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、アンテナ駆動プログラムを実行する装置である。
【００１９】
アンテナ駆動プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。
【００２０】
目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また目標方向演算処理、現在方向演算処理、角速度演算処理、およびドライバ処理の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記憶媒体」に読み替えてもよい。
アンテナ駆動プログラムは、上述の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、アンテナ駆動方法は、アンテナ駆動装置１００がアンテナ駆動プログラムを実行することにより行われる方法である。
アンテナ駆動プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、アンテナ駆動プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
【００２１】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
まず、アンテナ駆動装置１００で実施される計算処理の内容について示す。
アンテナ駆動装置１００のＡＺ／ＥＬ駆動方式において、アンテナの指向方向単位ベクトルｕは、ＡＺ軸およびＥＬ軸の角度（θＡＺ，θＥＬ）より、以下の数１のように表現される。
【数１】
2020053777.tif 000003
【００２２】
また、目標方向単位ベクトルｕｃ（ｔ）は、ｕｃ（ｔ）＝［ｕｃｘ（ｔ），ｕｃｙ（ｔ），ｕｃｚ（ｔ）］Ｔとなる。アンテナ駆動装置１００は、目標方向単位ベクトルｕｃ（ｔ）に対して、以下の数２のように、ｕ＝ｕｃが成立するようにアンテナ駆動用のアクチュエータ２１０の制御を行う。
【数２】
2020053777.tif 000004
【００２３】
数２の両辺を時間微分すると、ＡＺ軸およびＥＬ軸のアクチュエータの駆動角速度（θ・ＡＺ，θ・ＥＬ）が、以下の数３のように計算される。
【数３】
2020053777.tif 000005
【００２４】
数式３から、アンテナが天頂方向を指向する、すなわちＥＬ軸角度が０°の場合、右辺第一行列の（１，１）成分および（１，２）成分の分母ｓｉｎθＥＬが０になり、上述した通り、ＡＺ軸角速度が過大になることが分かる。
【００２５】
本実施の形態では、数３に替えて、以下の数４の駆動角速度計算式を用いて、アンテナ駆動用のアクチュエータ２１０の制御を行う。
【数４】
2020053777.tif 000006
【００２６】
数式４の右辺の第二項のｋｐは任意の定数である。また、右辺のＡ†は２×３の行列である。Ａ†は、以下の数５に示す通り、ｓｉｎθＥＬと任意の閾値εとの大小関係で変化する。
【数５】
2020053777.tif 000007
【００２７】
ｓｉｎθＥＬが閾値εよりも大きい場合、Ａ†は数３の右辺の第一行列と同じ行列である。
ｓｉｎθＥＬが閾値ε以下の場合、Ａ†の２行の要素は全て数３と同じである。しかし、Ａ†の１行の（１，１）要素および（１，２）要素は数３と異なる。具体的には、Ａ†の１行の（１，１）要素および（１，２）要素は、符号が逆で、分母に、任意の正の定数λ０を目標方向速度ノルム｜ｕ・ｃ｜で割った値が設定されている。つまり、ＥＬ軸角速度θ・ＥＬについては数３と同じ出力値が計算される。しかし、ＡＺ軸角速度θ・ＡＺについては、極性が数３と逆で、かつ、駆動速度が目標方向速度ノルム｜ｕ・ｃ｜の大きさに比例して変化する。
【００２８】
ここで、閾値εは、アンテナを中心とする単位半球面とＡＺ軸との交点である天頂Ｐｔを含む円領域Ｒ１の例である。円領域Ｒ１は、数４および数５により算出された駆動角速度でアンテナを駆動した場合に、アンテナの指向誤差が許容範囲内となる領域である。つまり、円領域Ｒ１は、数４および数５を用いた特異点問題回避ロジックを適用して算出された駆動角速度でアンテナを駆動した場合でも、アンテナの指向誤差が許容範囲内となる領域である。数４および数５を用いた特異点問題回避ロジックを適用した場合、アンテナの姿勢は目標姿勢から外れるため、追尾誤差が発生する。そこで、通信瞬断が発生しない程度の追尾誤差となる円領域Ｒ１を、数４および数５を用いた特異点問題回避ロジックを適用する円領域Ｒ１とすることで、通信瞬断することなくＡＺ軸レートを低減することが可能となる。
アンテナの指向誤差が許容範囲内であるとは、指向誤差が、通信瞬断が発生しない誤差範囲内であることである。つまり、ｓｉｎθＥＬが閾値εよりも大きい場合とは、アンテナの指向誤差が許容範囲内でない場合を意味する。よって、ｓｉｎθＥＬが閾値εよりも大きい場合は、アンテナの指向方向を目標方向に追従させる。一方、ｓｉｎθＥＬが閾値ε以下の場合とは、アンテナの指向誤差が許容範囲内である場合を意味する。よって、ｓｉｎθＥＬが閾値ε以下の場合は、アンテナの指向方向が天頂Ｐｔを向くようにＡＺ軸を回転させた後に、ＥＬ軸を目標方向に回転させ、ＡＺ軸の回転が大回転とならないように制御する。
【００２９】
次に、図５を用いて、本実施の形態に係るアンテナ駆動装置１００の動作について説明する。
【００３０】
ステップＳ１０１において、目標方向演算部１１０は、通信対象物を指向するための目標方向を計算する。目標方向は、アンテナ２３０が追尾する目標の方向である。目標方向演算部１１０は、目標方向を示す目標方向ベクトル２１を演算する。目標方向演算部１１０は、目標方向を示す目標方向ベクトル２１および目標方向速度ベクトル２２を出力する。
【００３１】
ステップＳ１０２において、現在方向演算部１２０は、アンテナ２３０の現在の指向方向を示す現在方向ベクトル２３を演算する。現在方向演算部１２０は、アクチュエータ２１０の角度検出器２２０の出力値であるアンテナ角度検出値２６に基づいて、アンテナ２３０が現在指向している現在方向を計算する。現在方向演算部１２０は、現在方向を表す現在方向ベクトル２３を出力する。
【００３２】
ステップＳ１０３において、角速度演算部１３０は、目標方向演算部１１０が計算した目標方向と、現在方向演算部１２０が計算した現在方向と、角度検出器２２０から取得したアンテナ角度検出値２６とに基づいて、アンテナの駆動角速度２４を計算する。
角速度演算部１３０は、アンテナを中心とする単位半球面においてＡＺ軸と交わる天頂Ｐｔを含む円領域Ｒ１を設定する。角速度演算部１３０は、特異点問題を回避する特異点問題回避ロジックを用いて、駆動角速度２４を算出する。角速度演算部１３０は、アンテナ２３０が追尾する目標方向の目標方向パス３５が円領域Ｒ１を通過する際には、アンテナ２３０の指向方向が天頂Ｐｔを向くようにＡＺ軸を回転させた後にＥＬ軸を目標方向に回転させ、目標方向パス３５が円領域Ｒ１を離れると、アンテナ２３０の指向方向を目標方向パス３５に追従させるようにアンテナ２３０を駆動する駆動角速度を算出する。角速度演算部１３０は、アンテナを駆動角速度２４で駆動した場合に、アンテナの指向誤差が許容範囲内の領域を円領域Ｒ１、すなわち閾値εとして設定する。また、角速度演算部１３０は、現在方向ベクトル２３と目標方向ベクトル２１との差分に基づいて、アンテナ２３０の指向方向を目標方向パス３５に追従させる。
具体的には、角速度演算部１３０は、上述した計算方式の数４および数５を用いて、駆動角速度（θ・ＡＺ，θ・ＥＬ）を算出する。
【００３３】
ステップＳ１０４において、ドライバ１４０は、角速度演算部１３０が計算した駆動角速度２４に基づいて、アクチュエータ２１０を駆動する駆動電流２５を出力する。
【００３４】
ステップＳ１０５において、アクチュエータ２１０は、ドライバ１４０の駆動電流２５により回転する。また、角度検出器２２０は、アクチュエータ２１０の回転角度をアンテナ角度検出値２６として検出する。このとき、アクチュエータ２１０および角度検出器２２０は、駆動軸であるＡＺ軸／ＥＬ軸にそれぞれ１台搭載される。アンテナ２３０はアクチュエータ２１０の発生するトルク２７により、指向方向が変動される。
【００３５】
次に、本実施の形態に係るアンテナ駆動装置１００のアンテナ駆動方法について図６および図７を元に説明する。図６および図７は、図３に示す２軸駆動アンテナ装置１０をＺ軸正方向側から見た図である。図６は、上述の数３を使用した場合のアンテナ駆動の概略図である。図７は、本実施の形態に係る数４および数５を使用した場合のアンテナ駆動方法の概略図である。
【００３６】
各図内の太い破線は目標方向単位ベクトルｕｃの軌跡、すなわち天頂付近を＋Ｘから−Ｘに向かって通過する目標方向パス３５である。また、太い実線は目標方向単位ベクトルｕｃに追従するようにアンテナを動作させた場合の指向方向単位ベクトルｕの軌跡である。図７の網掛け部分はｓｉｎθＥＬが閾値ε以下の円領域Ｒ１である。
【００３７】
数３を使用した図６の場合、上述した通り、目標方向が＋Ｘから−Ｘに変化する天頂付近においてＡＺ軸の角度が大きく変化するＡＺ軸大回転が発生している。
一方で、数４および数５を使用した図７では、閾値εの円領域Ｒ１内において、ＡＺ軸が図６とは逆方向に動作して指向方向単位ベクトルｕが天頂Ｐｔ、すなわち特異点領域３３に向かっている。そして、天頂ＰｔにおいてＥＬ軸が回転することにより＋Ｘから−Ｘへの指向方向転換を実現している。このとき、天頂Ｐｔ付近におけるＡＺ軸の回転角度は図６よりも図７の方が小さい。
【００３８】
次に、図８に示すように、本実施の形態に係るアンテナ駆動装置１００を用いて、アンテナ駆動シミュレーションを行い、指向誤差改善の効果を示す。
評価方法は以下の通りである。
（１）図８のＰ１，Ｐ２，Ｐ３の３ポイントを通過する時系列指向パス（ｕｃ１，ｕｃ２，ｕｃ３）を生成する。具体的な値は、以下の通りとする。
ｕｃ１＝［１  −０．００２  ０］
ｕｃ２＝［０  −０．０１０  １］
ｕｃ３＝［−１  −０．００２  ０］
（２）指向パスの時間変化率ωは７．０°／ｓ
（３）閾値εは２．０°、任意の定数λ０は０．１２
（４）数式３の駆動角速度の計算方式と、本実施の形態に係る数式４および数５の駆動角速度の計算方式との２つを適用する。
【００３９】
図９は、数式３の駆動角速度の計算方式によるシミュレーション結果を示す図である。図１０は、本実施の形態に係る数式４および数５の駆動角速度の計算方式によるシミュレーション結果を示す図である。
図９では、ＡＺ軸が１８０°回転している。一方、図１０では、ＡＺ軸は２４°の回転となっている。このように、本実施の形態に係る数式４および数５の駆動角速度の計算方式を適用することで、ＡＺ軸角度の変化量が非常に小さく抑えられていることが分かる。
【００４０】
＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
本実施の形態では、目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０の機能がハードウェアで実現されてもよい。
【００４１】
図１１は、本実施の形態の変形例に係るアンテナ駆動装置１００の構成を示す図である。
アンテナ駆動装置１００は、電子回路９０９、メモリ９２１、および補助記憶装置９２２を備える。
【００４２】
電子回路９０９は、目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０の機能を実現する専用の電子回路である。
電子回路９０９は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略語である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略語である。
目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０の機能は、１つの電子回路で実現されてもよいし、複数の電子回路に分散して実現されてもよい。
別の変形例として、目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０の一部の機能が電子回路で実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。
【００４３】
プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、アンテナ駆動装置１００において、目標方向演算部１１０、現在方向演算部１２０、角速度演算部１３０、およびドライバ１４０の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。
【００４４】
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係るアンテナ駆動装置は、移動体に搭載する指向性アンテナを、ＡＺ軸とＥＬ軸の２軸機構により衛星方位に指向制御させるものであり、特異点問題を有している。本実施の形態に係るアンテナ駆動装置では、天頂付近において、特異点をあえて通過させることで、短時間で大きなＡＺ軸回転を生じさせることなく方向転換を可能にする。また、本実施の形態に係るアンテナ駆動装置では、天頂付近通過後、目標方向からの追従誤差を早く収束させるために、現在の指向角と目標指向角の差分のフィードバックを行う。
【００４５】
本実施の形態に係るアンテナ駆動装置は、天頂付近に任意の一定誤差円領域を設け、目標指向方向が円領域内を通過する場合は天頂方向を通過するような目標指向方向に変更する。円領域通過後は、元の目標指向方向に追従させる。円領域内に目標指向方向が存在する場合、円領域に設定した一定誤差分の指向誤差が発生するが、天頂を通過させることでＡＺ軸の大回転を抑制することができ、追尾性能の向上を図ることができる。
【００４６】
本実施の形態に係るアンテナ駆動装置によれば、一定誤差円領域は、通信瞬断が発生しない指向誤差の範囲である。よって、通信瞬断が発生しない指向誤差内でアクチュエータ角速度制約内に収まるような駆動角度での追尾が可能となり、アクチュエータ性能向上を図らずとも通信瞬断が低減され、追尾性能の向上の実現が可能となる。
以上のように、本実施の形態によれば、特異回避駆動ロジックを有するアンテナ駆動装置、アンテナ駆動方法およびアンテナ駆動プログラムを提供することができる。
【００４７】
以上の実施の形態１では、アンテナ駆動装置の各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、アンテナ駆動装置の構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。アンテナ駆動装置の機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。また、アンテナ駆動装置は、１つの装置でなく、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
また、実施の形態１のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、この実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、この実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
すなわち、実施の形態１では、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【００４８】
なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明の範囲、本発明の適用物の範囲、および本発明の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ２軸駆動アンテナ装置、２１  目標方向ベクトル、２２  目標方向速度ベクトル、２３  現在方向ベクトル、２４  駆動角速度、２５  駆動電流、２６  アンテナ角度検出値、２７  トルク、３１  指向状態、３２  特異状態、３３  特異点領域、３５  目標方向パス、１００  アンテナ駆動装置、１１０  目標方向演算部、１２０  現在方向演算部、１３０  角速度演算部、１４０  ドライバ、２００  アンテナ部、２１０  アクチュエータ、２２０  角度検出器、２３０  アンテナ、９０９  電子回路、９１０  プロセッサ、９２１  メモリ、９２２  補助記憶装置、Ｐｔ  天頂。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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