(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星を使用した衛星通信または衛星放送受信のために、移動体に搭載されるアンテナ装置のアンテナビームの指向方向を制御するアンテナ制御方法において、
慣性航法装置により得られる上記移動体の動揺に関する動揺情報の遅延を推定するために、上記移動体の動揺に関する動揺情報を別途取得し、該動揺情報と上記慣性航法装置により得られた上記動揺情報とに基づき上記慣性航法装置により得られた上記動揺情報の遅延を推定し、推定した該遅延を考慮してアンテナビームを上記衛星に指向させるためにアンテナビーム指向方向を計算することを特徴とするアンテナ制御方法。
【請求項２】
３軸角速度計を用いて移動体の動揺に関する動揺情報を取得することを特徴とする請求項１記載のアンテナ制御方法。
【請求項３】
３軸磁気方位計を用いて移動体の動揺に関する動揺情報を取得することを特徴とする請求項１記載のアンテナ制御方法。
【請求項４】
静止衛星を使用した衛星通信または衛星放送受信のために、上記静止衛星からの電波を受信するための移動体に搭載されるアンテナ手段のアンテナビームの指向方向を制御するアンテナ制御装置において、
上記アンテナ手段のアンテナビームの指向方向を制御するアンテナビーム制御手段と、
上記移動体の動揺に関する動揺情報を得る慣性航法装置と、
上記慣性航法装置からの上記動揺情報に基づき上記アンテナビームを上記静止衛星に指向させるためにアンテナビーム指向方向を計算するアンテナビーム指向方向計算手段と、
上記移動体の動揺に関する動揺情報を別途取得する動揺情報取得手段と、
上記慣性航法装置により得られた上記動揺情報と上記動揺情報取得手段により得られた上記動揺情報とに基づき上記慣性航法装置により得られた上記動揺情報の遅延を推定し、推定した該遅延を考慮して上記アンテナビーム指向方向計算手段に送出すべき動揺情報を推定する動揺推定手段と
を備えたことを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項５】
動揺情報取得手段は３軸角速度計を有することを特徴とする請求項４記載のアンテナ制御装置。
【請求項６】
動揺情報取得手段は３軸磁気方位計を有することを特徴とする請求項４記載のアンテナ制御装置。
【請求項７】
移動衛星を使用した衛星通信または衛星放送受信のために、上記移動衛星からの電波を受信するための移動体に搭載されるアンテナ手段のアンテナビームの指向方向を制御するアンテナ制御装置において、
上記アンテナ手段のアンテナビームの指向方向を制御するアンテナビーム制御手段と、
移動体の動揺に関する動揺情報を得る慣性航法装置と、
上記慣性航法装置からの上記動揺情報および上記移動衛星の位置情報に基づき上記アンテナビームを上記移動衛星に指向させるためにアンテナビーム指向方向を計算するアンテナビーム指向方向計算手段と、
上記移動衛星の位置情報を時々刻々と生成しこれを上記アンテナビーム指向方法計算手段へ送出する衛星位置生成手段と、
上記移動体の動揺に関する動揺情報を別途取得する動揺情報取得手段と、
上記慣性航法装置により得られた上記動揺情報と上記動揺情報取得手段により得られた上記動揺情報とに基づき上記慣性航法装置により得られた上記動揺情報の遅延を推定し、推定した該遅延を考慮して上記アンテナビーム指向方向計算手段に送出すべき動揺情報を推定する動揺推定手段と
を備えたことを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項８】
動揺情報取得手段は３軸角速度計を有することを特徴とする請求項７記載のアンテナ制御装置。
【請求項９】
動揺情報取得手段は３軸磁気方位計を有することを特徴とする請求項７記載のアンテナ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、航空機等の移動体に搭載される衛星通信地球局または衛星放送受信設備のために使用されるアンテナ装置のアンテナビームの指向方向を制御するアンテナ制御方法およびアンテナ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は例えば特開平５−１０２８９５号公報に開示されている航空機用衛星放送受信装置のために使用される従来のアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、１１−１〜１１−ｎはそれぞれアンテナを介して静止衛星からの電波を受信する受信ブロックであり、１２は受信ブロック１１−１〜１１−ｎからのｎ個のアンテナ出力を同相合成する同相合成回路であり、１３は航空機等の移動体に搭載された慣性航法装置であり、１５は静止衛星の軌道データ１４を電気信号に変換する軌道データ処理装置であり、１６は慣性航法装置１３からの信号と軌道データ処理装置１５からの信号とに基づき、受信ブロック１１−１〜１１−ｎの機械追尾制御用電気信号を生成して受信ブロック１１−１〜１１−ｎに機械的に接続された駆動装置１７へ送出する追尾制御部であり、１８は同相合成回路１２の出力に基づき衛星放送を受信する受信機である。
【０００３】
次に動作について説明する。
図１０に示す複数の受信ブロック１１−１〜１１−ｎは、それぞれ１枚の平面アンテナおよびＢＳコンバータを有している。各受信ブロックは、アンテナを介して衛星からの電波を受信しＢＳコンバータで受信した電波を第１の中間周波数信号へ変換する。同相合成回路１２は複数の受信ブロック１１−１〜１１−ｎからの複数の中間周波数信号のそれぞれを第２の中間周波数信号へ変換するとともにそれらを同相合成して受信機１８へ出力する。
【０００４】
一方、追尾制御部１６は、移動体に搭載されている慣性航法装置１３からの航法情報（すなわち移動体の動揺に関する動揺情報）を示す電気信号と予め外部より入力されている放送衛星の軌道データ１４に基づき軌道データ処理装置１５により生成された電気信号とに基づき、複数の受信ブロック１１−１〜１１−ｎのアンテナの機械追尾を制御するための機械追尾制御用信号を生成し駆動装置１７へ送出する。駆動装置１７は、この機械追尾制御用信号に従い、複数の受信ブロック１１−１〜１１−ｎのそれぞれのアンテナを放送衛星に指向させる。従来のアンテナ制御装置は、このようにして、複数の受信ブロック１１−１〜１１−ｎのそれぞれのアンテナの機械追尾を制御することにより、航空機等の移動体の任意の姿勢で放送衛星からの電波を良好に受信することができる。
【０００５】
ところで、信頼性の点から装置の能動素子を可能な限り移動体内の動作環境の良い場所例えば航空機の与圧室に設置するよう配慮する必要がある。そこで、上記した図１０に示す従来のアンテナ制御装置は、既設の慣性航法装置１３から出力された動揺情報を利用することにより、能動素子の一部である電波到来方向を検出する回路を省略して装置の簡易化と高信頼性を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ制御装置は以上のように構成されているので、アンテナのビーム幅が比較的大きい場合はアンテナビームを放送衛星に指向させることができるが、アンテナのビーム幅が小さい場合は、慣性航法装置から出力される動揺情報の遅延が追尾精度に悪影響を与え、精度良くアンテナビームを放送衛星に指向させることができないという課題があった。
【０００７】
一般に、慣性航法装置の遅延の大きさは不明であるが、例えば慣性航法装置の真方位に関する動揺情報に１００ｍｓの遅延があるとした場合、航空機が真方位に関して３０°／ｓで急に傾くと放送衛星の方向や慣性航法装置の更新周期にもよるが航空機の傾きには最大３°の誤差が発生する。このとき、アンテナのビーム幅が２°程度であるならば、従来のアンテナ制御装置は放送衛星の方向を一瞬はずしてしまうことになる。従来のアンテナ制御装置がたとえモノパルス追尾装置を装備していたとしても、急な誤差発生には対応できないと考えられるため、この遅延はアンテナビーム幅が小さいシステムでは致命的となる。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、慣性航法装置から送出される航法情報すなわち動揺情報の遅延を推定して、推定した遅延を考慮して航空機等の移動体の現在または将来の動揺情報を推定し精度良くアンテナビームを静止衛星または移動衛星に指向させるアンテナ制御方法およびアンテナ制御装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ制御方法は、慣性航法装置により得られる移動体の動揺に関する動揺情報の遅延を推定するために、移動体の動揺に関する動揺情報を別途取得し、該動揺情報と慣性航法装置により得られた動揺情報とに基づき慣性航法装置により得られた動揺情報の遅延を推定し、推定した該遅延を考慮してアンテナビームを衛星に指向させるためにアンテナビーム指向方向を計算するものである。
【００１０】
この発明に係るアンテナ制御方法は、３軸角速度計を用いて移動体の動揺に関する動揺情報を別途取得するものである。
【００１１】
この発明に係るアンテナ制御方法は、３軸磁気方位計を用いて移動体の動揺に関する動揺情報を別途取得するものである。
【００１２】
この発明に係るアンテナ制御装置は、慣性航法装置からの移動体の動揺に関する動揺情報に基づきアンテナ手段のアンテナビームを静止衛星に指向させるためにアンテナビーム指向方向を計算するアンテナビーム指向方向計算手段と、移動体の動揺に関する動揺情報を別途取得する動揺情報取得手段と、慣性航法装置により得られた動揺情報と動揺情報取得手段により得られた動揺情報とに基づき慣性航法装置により得られた動揺情報の遅延を推定し、推定した該遅延を考慮してアンテナビーム指向方向計算手段に送出すべき動揺情報を推定する動揺推定手段とを備えたものである。
【００１３】
この発明に係るアンテナ制御装置は、動揺情報取得手段が３軸角速度計を有するものである。
【００１４】
この発明に係るアンテナ制御装置は、動揺情報取得手段が３軸磁気方位計を有するものである。
【００１５】
この発明に係るアンテナ制御装置は、慣性航法装置からの移動体の動揺に関する動揺情報および移動衛星の位置情報に基づきアンテナ手段のアンテナビームを移動衛星に指向させるためにアンテナビーム指向方向を計算するアンテナビーム指向方向計算手段と、移動衛星の位置情報を時々刻々と生成しこれをアンテナビーム指向方法計算手段へ送出する衛星位置生成手段と、移動体の動揺に関する動揺情報を別途取得する動揺情報取得手段と、慣性航法装置により得られた動揺情報と動揺情報取得手段により得られた動揺情報とに基づき慣性航法装置により得られた動揺情報の遅延を推定し、推定した該遅延を考慮してアンテナビーム指向方向計算手段に送出すべき動揺情報を推定する動揺推定手段とを備えたものである。
【００１６】
この発明に係るアンテナ制御装置は、動揺情報取得手段が３軸角速度計を有するものである。
【００１７】
この発明に係るアンテナ制御装置は、動揺情報取得手段が３軸磁気方位計を有するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、１は静止衛星からの電波を受信するためのアンテナ装置（アンテナ手段）であり、２はアンテナ装置１のアンテナビームの指向方向を制御するアンテナビーム制御部（アンテナビーム制御手段）であり、３はアンテナ装置１のアンテナビームを静止衛星に指向させるためにアンテナビーム指向方向を計算するアンテナビーム指向方向計算部（アンテナビーム指向方向計算手段）であり、４はアンテナビーム指向方向計算部３に送出すべき航空機等の移動体の動揺に関する動揺データ（動揺情報）を推定する動揺推定部（動揺推定手段）であり、５は移動体に搭載されており移動体の動揺に関する動揺データを得る慣性航法装置であり、６は移動体の３軸のそれぞれの周りの角速度を計測する３軸角速度計である。この発明の実施の形態１によるアンテナ制御装置は、航空機等の移動体に搭載されるが、以下では、説明を簡単にするために、航空機に搭載されているものとする。なお、動揺情報取得手段は３軸角速度計６を有する。
【００１９】
図２は３軸角速度計６の構成を示す図である。装置全体のコストを下げるために、図２に示す各角速度計として、例えば、角速度に比例したアナログ電圧を出力する安価な振動ジャイロが使用される。図２に示すように、３軸角速度計６は、直交する右手系の３軸のそれぞれの周りの角速度を検出する３つの角速度計６０ａ〜６０ｃを有している。図２において、Ｘ軸は航空機の機軸方向と平行であり、正の向きは機首の向きである。Ｙ軸は機軸に垂直であり、正の向きは右側主翼の向きである。Ｚ軸は鉛直方向と平行であり、正の向きは鉛直方向下向きである。なお、簡単のため、慣性航法装置５に設けられた３軸角速度計（図示せず）は図２と同様な検出軸を有するものと仮定する。但し、後述するように、慣性航法装置５は、真方位すなわち機体の鉛直軸周りの方位を示すデータを出力する。
【００２０】
慣性航法装置５は、遅延はあるが正確な航空機に関する動揺データすなわち機体のＸ軸周りの角度（すなわちロール）、Ｙ軸周りの角度（すなわちピッチ）、Ｚ軸周りの角度（すなわちヨウ）に関するデータを離散的に出力する装置である。一方、航空機の動揺は３軸角速度計６に含まれる各角速度計の応答特性に対して十分ゆっくりであり、角速度計自身の遅延は無視できるので、各角速度計は遅延なく正確な航空機の角速度に関する角速度データを連続的に出力する装置であるとみなすことができる。しかしながら、３軸角速度計６に含まれる各角速度計は角速度データとしてアナログ電圧を出力する一方、３軸角速度計６は各角速度計から出力されるアナログ電圧をＡＤ変換して出力するので、３軸角速度計６から出力される各角速度データは大まかに言ってＡ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分の遅延を有していると推定され得る。
【００２１】
図３（ａ）から３（ｃ）は航空機が直進から右旋回を始めた場合の角速度計６０ａからの出力データすなわちＸ軸周りの角速度、角速度計６０ａからの出力データの積分すなわちＸ軸周りの角度、慣性航法装置５から出力されるロールに関する出力データの時間的な関係を示すタイミングチャート図である。なお、これらの図３（ａ）から３（ｃ）の時間軸は合わせてある。図３（ａ）から３（ｃ）から分かるように、角速度計６０ａからの出力データの積分を示す図３（ｂ）を基準とすると、図３（ｃ）に示す慣性航法装置５から出力されるロールに関する出力データの遅延Δｔを測定することができる。ところで、上記したように、図３（ａ）に示す角速度計６０ａの出力はＡ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分の遅延を有していると推定されるので、図３（ｃ）に示す慣性航法装置５から出力されるロールに関する出力データは、実際には、（Δｔ＋Ａ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分）の遅延ＤＴを有すると考えられる。
【００２２】
次に動作について説明する。
慣性航法装置５は、内部に設けられた３軸角速度計（図示せず）を用いて航空機の動揺データを求め動揺推定部４へ送出する。一方、３軸角速度計６は、３つの角速度計６０ａ〜６０ｃにより計測したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの角速度に関する角速度データを動揺推定部４へ出力する。このＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの角速度に関する各角速度データは、上記したように、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分の遅延を有していると推定される。
【００２３】
動揺推定部４は、３軸角速度計６の３つの角速度計６０ａ〜６０ｃにより計測したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの角速度に関する角速度データを用いて、慣性航法装置５から出力されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの角度に関する動揺データの遅延をそれぞれ推定し、推定された動揺データの遅延を考慮して航空機の現在または将来の動揺データを推定する。
【００２４】
動揺推定部４は、具体的には、慣性航法装置５から送出されたＸ軸周りの角度に関する動揺データの遅延ＤＴを次のように推定する。動揺推定部４は、図３（ａ）から３（ｃ）に示すように、慣性航法装置５のＸ軸周りの角度に関する出力データが０°を示している時に、３軸角速度計６のＸ軸に関する角速度計６０ａにより計測された角速度データを０°／ｓに、その角速度データの積分値を０°に設定する。そして、動揺推定部４は、ある時刻ｔ０から角速度計６０ａの出力データの積分を開始し、その積分値が５°に達した時刻をｔ１とし、慣性航法装置５のＸ軸周りの角度に関する出力データが５°に達した時刻をｔ２とする。このようにして、動揺推定部４は、Ｘ軸周りの角度に関する動揺データの遅延ＤＴ中のΔｔ（＝ｔ２−ｔ１）を求め、これにＡ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分の遅延を加算して遅延ＤＴを算出する。
【００２５】
動揺推定部４は上記時刻ｔ０を次のようにして決定する。動揺推定部４は、図３（ａ）から３（ｃ）に示すように、ある時刻ｔ０から遡って、慣性航法装置５のＸ軸周りの角度に関する出力データおよび角速度計６０ａの出力データがＴｓ秒間一定値（上記の場合には０）であるか否かを判定し、そうである場合に上記時刻をｔ０に設定する。慣性航法装置５のある検出軸周りの角度に関する出力がＴｓ秒間一定値であるとは、その間機体がその検出軸において回転を伴っていないことを示している。ただし、上記したように慣性航法装置５の出力データには遅延があるので、角速度計６０ａの出力データが変動していないことを条件に付け加えて、動揺推定部４は上記時刻ｔ０を決定する。
【００２６】
これに代えて、動揺推定部４は慣性航法装置５から送出されたＸ軸周りの角度に関する動揺データの遅延ＤＴを次のように推定することもできる。上記したように、慣性航法装置５は、遅延はあるが正確な航空機に関する動揺データすなわち機体のＸ軸周りの角度に関するデータを離散的に出力し、３軸角速度計６はＡ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分の遅延で正確な航空機の角速度に関する角速度データを連続的に出力する。動揺推定部４は、慣性航法装置５から離散的に出力されるＸ軸周りの角度に関する出力データから最小二乗法を用いてフィッティング曲線を求め、３軸角速度計６のＸ軸周りの角速度に関する出力データを積分した結果と比較して時間軸におけるオフセットを求める。このオフセットがＸ軸周りの角度に関する動揺データの遅延ＤＴ中のΔｔに等しい。なお、動揺推定部４はこのような演算処理をリアルタイムに行うことができる。これに代わり、動揺推定部４は演算処理をリアルタイムではなく後で行うことも可能である。
【００２７】
動揺推定部４は、以上のようにして、慣性航法装置５のロールに関する出力データの遅延を推定する。また、動揺推定部４は同様にして慣性航法装置５のピッチに関する出力データについても３軸角速度計６からのＹ軸周りの角速度に関する出力データを積分した結果と比較して、慣性航法装置５のピッチに関する出力データの遅延も推定する。しかしながら、慣性航法装置５の機体のＺ軸周りの角度に関する出力データは一般に真方位すなわち機体の鉛直軸周りの方位を示しており、動揺推定部４は単純に慣性航法装置５のＺ軸周りの角度に関する出力データを３軸角速度計６からのＺ軸周りの角速度データを積分した結果と比較することができない。そこで、動揺推定部４は、３軸角速度計６からのＺ軸周りの角速度データを機体の鉛直軸周りの角速度データに座標変換してこれを積分し、積分した結果と慣性航法装置５の真方位に関する出力データを比較し、慣性航法装置５の真方位に関する出力データの遅延を推定する。
【００２８】
動揺推定部４は、アンテナ制御装置の起動後、このような遅延の推定を一度だけ実施するように構成してもよいし、所定の時間間隔で遅延の推定を行い平均値を求めてこの平均値を遅延の推定値としてもよい。後者の場合、遅延の推定の精度を向上することができる。
【００２９】
動揺推定部４はこのようにして慣性航法装置５のロール、ピッチおよび真方位に関する出力データの遅延を推定すると、慣性航法装置５から出力された動揺データすなわちロール、ピッチおよび真方位に関する出力データの計測時間を上記推定した遅延を考慮して補正して得られた最新の動揺データおよび同様にして補正して得られた過去の動揺データを用いて現在または将来の動揺データの推定演算を実行する。
【００３０】
動揺推定部４は、現在または将来の動揺データを下記式（１）で示されるような２次曲線の外挿計算で近似することができる。
【００３１】
ｙ＝ａｔ２＋ｂｔ＋ｃ                            （１）
ここで、
ａ＝｛−（ｘ１−ｘ０）ｙ２−（ｘ０−ｘ２）ｙ１−（ｘ２−ｘ１）ｙ０｝／｛（ｘ２−ｘ１）（ｘ１−ｘ０）（ｘ０−ｘ２）｝
ｂ＝｛ｙ２−ｙ１−ａ（ｘ２２−ｘ１２）｝／（ｘ２−ｘ１）
ｃ＝ｙ０−ａｘ０２−ｂｘ０
【００３２】
なお、ｙはある動揺データ（すなわちロール、ピッチまたは真方位に関するデータ）の予測演算値（ｄｅｇ）であり、ｔは（現在または将来の時刻Ｔ−現在の時刻Ｔｃ）（ｓｅｃ）に等しく、ｙ０は上記動揺データの最新値（ｄｅｇ）であり、ｘ０は（最新値の計測時刻Ｔ０−現在の時刻Ｔｃ）（ｓｅｃ）すなわち−（上記動揺データの遅延ＤＴ）に等しく（なお、最新値が現在の出力である場合）、ｙ１は上記動揺データの５個前の値（ｄｅｇ）であり、ｘ１は（５個前の値の計測時刻Ｔ１−現在の時刻Ｔｃ）（ｓｅｃ）に等しく、ｙ２は上記動揺データの１０個前の値（ｄｅｇ）であり、ｘ２は（１０個前の値の計測時刻Ｔ２−現在の時刻Ｔｃ）（ｓｅｃ）に等しい。なお、計測時刻Ｔ１およびＴ２は遅延ＤＴを考慮して補正されているものとする。図４はこのような最新データｙ０、５個前のデータｙ１、１０個前のデータｙ２および予測演算値ｙの時間的な関係を示す図である。
【００３３】
このように、動揺推定部４は、最新データｙ０、５個前のデータｙ１および１０個前のデータｙ２を用いて、現在から時間ｔ（≧０）だけ将来の動揺データである予測演算値ｙを計算することができる。動揺推定部４は上記式（１）に基づきロール、ピッチおよび真方位について独立に予測演算値を計算しアンテナビーム指向方向計算部３へ出力する。なお、動揺推定部４は、上記式（１）に示したような２次曲線ではなく動揺データの変化を近似できる他のいかなる曲線に従って現在または将来の動揺データを推定してもよい。
【００３４】
アンテナビーム指向方向計算部３は、静止衛星の緯度および経度に関する情報、航空機の緯度および経度に関する情報、並びに動揺推定部４からのロール、ピッチおよび真方位に関する出力データに基づき、アンテナ装置１のアンテナビームを静止衛星に指向させるためにアンテナビーム指向方向を計算する。そして、アンテナビーム制御部２は、アンテナビーム指向方向計算部３により計算されたアンテナビーム指向方向に基づきアンテナビームを形成するための位相データを計算しアンテナ装置１へ送出する。アンテナ装置１は、アンテナビーム制御部２から送られてきた位相データに基づきアンテナビームを形成し、静止衛星にアンテナビームを指向させる。
【００３５】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、移動体等の航空機に既設の慣性航法装置５の出力データに遅延があり且つアンテナのビーム幅が小さい場合でも、３軸角速度計６により取得した動揺データを用いて慣性航法装置５により計測した動揺データの遅延を推定し、この推定した遅延を考慮してその動揺データの計測時間を補正し現在または将来の動揺データを推定するので、精度良くアンテナビームを静止衛星に指向させることができる。
【００３６】
なお、さらに精度を向上させるために、この実施の形態１によるアンテナ制御装置を使用しモノパルス追尾やステップトラック追尾などのクローズドループ追尾を併用してもよい。
【００３７】
この実施の形態１では、電子制御式のアンテナを想定しているが、機械駆動式のアンテナに置き換えてもよく、この場合も同様な効果を得ることができる。この場合、アンテナビーム制御部２は、アンテナビーム指向方向計算部３により計算されたアンテナビーム指向方向に基づきモータを制御してアンテナ装置１を駆動し、静止衛星にアンテナビームを指向させるように構成される。
【００３８】
また、この実施の形態１では、簡単のため、慣性航法装置５は図２に示すような検出軸を有していると仮定しているが、慣性航法装置５の検出軸と３軸角速度計６の検出軸の位置関係が既知であり座標変換により慣性航法装置５および３軸角速度計６の動揺データ間の比較ができればよく、検出軸を合わせることがこの発明の制限条項ではない。
【００３９】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２によるアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、上記実施の形態１によるものと同一の構成要素は図１に示すものと同一の参照符号が付されており、以下ではその説明を省略する。また、図５において、７は移動体の３軸のそれぞれの方向の地磁気ベクトルの分力を検出する３軸磁気方位計である。この実施の形態２によるアンテナ制御装置は、図１に示す３軸角速度計６の代わりに３軸磁気方位計７を備えている。この発明の実施の形態２によるアンテナ制御装置は、航空機等の移動体に搭載されるが、以下では、説明を簡単にするために、航空機に搭載されているものとする。なお、動揺情報取得手段は３軸磁気方位計７を有する。
【００４０】
図６は３軸磁気方位計７の構成を示す図である。図６に示すように、３軸磁気方位計７は、直交する右手系の３軸のそれぞれの方向の地磁気ベクトルの分力を検出するために２つの磁気方位計７０ａ，７０ｂを有している。磁気方位計７０ａ，７０ｂは、それぞれ直交する２つのコイルに励起される電圧を計測することにより地磁気ベクトルの分力を検出する、フラックスゲートタイプの磁気方位計である。３軸磁気方位計７は、２つの磁気方位計７０ａ，７０ｂを用いて、図６に示すように直交する右手系の３軸のそれぞれの方向の地磁気ベクトルの分力を検出するように構成されている。図６において、Ｘ軸は機体の機軸方向と平行であり、正の向きは機首の向きである。Ｙ軸は機軸に垂直であり、正の向きは右側主翼の向きである。Ｚ軸は鉛直方向と平行であり、正の向きは鉛直方向下向きである。なお、簡単のため、慣性航法装置５は図６と同様な検出軸を有するものと仮定する。但し、後述するように、慣性航法装置５は、真方位すなわち機体の鉛直軸周りの方位を示すデータを出力する。
【００４１】
図６に示すように構成された３軸磁気方位計７において、磁気方位計７０ａのコイルＡ１はＸ軸方向の地磁気ベクトルの分力を検出し、磁気方位計７０ａのコイルＡ２および磁気方位計７０ｂのコイルＢ２はＹ軸方向の地磁気ベクトルの分力を検出し、磁気方位計７０ｂのコイルＢ１はＺ軸方向の地磁気ベクトルの分力を検出する。磁気方位計７０ａのコイルＡ２と磁気方位計７０ｂのコイルＢ２は同じ物理量を検出するので、これらコイルの検出した分力が同じになるように、２つの磁気方位計７０ａ，７０ｂのゲインは調整される。
【００４２】
既に述べたように、慣性航法装置５は、遅延はあるが正確な航空機に関する動揺データすなわちロール、ピッチおよび真方位に関するデータを離散的に出力する装置である。一方、航空機の動揺は３軸磁気方位計７に含まれる各磁気方位計の応答特性に対して十分ゆっくりであり、磁気方位計自身の遅延は無視できるので、各磁気方位計は遅延なく正確な機体のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向の地磁気ベクトルの分力データを連続的に出力する装置であるとみなすことができる。しかしながら、３軸磁気方位計７に含まれる各磁気方位計は地磁気ベクトルの分力データとしてアナログ電圧を出力する一方で、３軸磁気方位計７は各磁気方位計から出力されるアナログ電圧をＡＤ変換して出力するので、３軸磁気方位計７から出力される地磁気ベクトルの各分力データは大まかに言ってＡ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分の遅延を有していると推定され得る。ただし、３軸磁気方位計７の出力データが安定するように積分を行うと３軸磁気方位計７の応答特性が悪くなるので積分は行わない。
【００４３】
図７（ａ），７（ｂ）は航空機が直進から右旋回を始めたときの３軸磁気方位計７の出力データから計算されるＸ軸周りの角度、慣性航法装置５から出力されるロールに関する出力データの時間的な関係を示すタイミングチャート図である。なお、これらの図７（ａ），７（ｂ）の時間軸は合わせてある。３軸磁気方位計７の出力データから計算されるＸ軸周りの角度は、図６におけるコイルＡ１，Ａ２，Ｂ１により検出される地磁気ベクトルがＸＹ平面となす角で定義される。地球上の全ての地点において地磁気の垂直分力は零ではないが、以下に示すように、３軸磁気方位計７の出力データは、慣性航法装置５の出力データが一定値であるときに、オフセットが加えられて慣性航法装置５の出力データに合わせこまれるので（すなわち相対値としてのみ取り扱われるので）、上記のような定義で問題は無い。
【００４４】
図７（ａ），７（ｂ）から分かるように、３軸磁気方位計７の出力データから計算されるＸ軸周りの角度を示す図７（ａ）を基準とすると、図７（ｃ）に示す慣性航法装置５から出力されるロールに関する出力データの遅延Δｔを測定することができる。ところで、上記したように、図７（ａ）に示す３軸磁気方位計７の出力データはＡ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分の遅延を有していると推定されるので、図７（ｂ）に示す慣性航法装置５から出力されるロールに関する出力データは、実際には、（Δｔ＋Ａ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分）の遅延ＤＴを有すると考えられる。
【００４５】
次に動作について説明する。
慣性航法装置５は、内部に設けられた３軸角速度計（図示せず）を用いて航空機の動揺データを求め動揺推定部４へ送出する。一方、３軸磁気方位計７は、２つの磁気方位計７０ａ，７０ｂにより計測した３軸の方向の地磁気ベクトルの分力に関するデータを動揺推定部４へ出力する。これら３軸の方向の地磁気ベクトルの分力データは、上記したように、それぞれＡ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分の遅延を有していると推定される。
【００４６】
動揺推定部４は、２つの磁気方位計７０ａ，７０ｂにより計測したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の地磁気ベクトルの分力に関する分力データを用いて、慣性航法装置５から送出されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの角度に関する動揺データの遅延をそれぞれ推定し、推定された動揺データの遅延を考慮して航空機の現在または将来の動揺データを推定する。
【００４７】
動揺推定部４は、具体的には、慣性航法装置５から送出されたＸ軸周りの角度に関する動揺データの遅延ＤＴを次のように推定する。動揺推定部４は、図７（ａ），７（ｂ）に示すように、慣性航法装置５により計測されたＸ軸周りの角度がα°であるときに３軸磁気方位計７の出力データから計算したＸ軸周りの角度にオフセットを加えα°となるように設定する。そして、動揺推定部４は、所定の時刻ｔ０を設定するとともに、慣性航法装置５の出力データが変化し始めその後変化しなくなった時刻をｔ２とする。動揺推定部４は同様に３軸磁気方位計７の出力データから計算したＸ軸周りの角度が変化し始めその後変化しなくなった時刻をｔ１とする。このようにして、動揺推定部４は、Ｘ軸周りの角度に関する動揺データの遅延ＤＴ中のΔｔ（＝ｔ２−ｔ１）を求め、これにＡ／Ｄ変換のサンプリング周期１周期分の遅延を加算して遅延ＤＴを算出する。
【００４８】
動揺推定部４は上記時刻ｔ０を次のようにして決定する。動揺推定部４は、図７（ａ），７（ｂ）に示すように、ある時刻から遡って、慣性航法装置５のＸ軸周りの角度に関する出力データおよび３軸磁気方位計７の出力データから計算したＸ軸周りの角度がそれぞれＴｓ秒間一定値（上記の場合にはα°）であるか否かを判定し、そうである場合に上記時刻をｔ０に設定する。慣性航法装置５のある検出軸周りの角度に関する出力データがＴｓ秒間一定値であるとは、その間機体がその検出軸において回転を伴っていないことを示している。ただし、上記したように慣性航法装置５の出力には遅延があるので、３軸磁気方位計７の出力データから計算したＸ軸周りの角度が変動していないことを条件に付け加えて、動揺推定部４は上記時刻ｔ０を決定する。図７（ａ），７（ｂ）に示す例では、動揺推定部４が上記のようにして時刻ｔ０を設定した後、３軸磁気方位計７の出力データから計算したＸ軸周りの角度が変動し始め、さらに、慣性航法装置５のＸ軸周りの角度に関する出力データが変動し始めている。このような変動を検出すると、動揺推定部４は次にＸ軸周りの角度に関する動揺データの遅延ＤＴ中のΔｔ（＝ｔ２−ｔ１）を求める。まず、動揺推定部４は、ある時刻から遡って、３軸磁気方位計７の出力データから計算したＸ軸周りの角度が変動後一定値となりそれがＴｓ秒間継続しているか否かを判定し、Ｔｓ秒間継続している場合に上記時刻をｔ１と設定する。同様に、動揺推定部４は、ある時刻から遡って、慣性航法装置５のＸ軸周りの角度に関する出力データが変動後一定値となりそれがＴｓ秒間継続しているか否かを判定し、Ｔｓ秒間継続している場合に上記時刻をｔ２と設定する。動揺推定部４はこのような判定をこの実施の形態２によるアンテナ制御装置の起動後に一度実施する。これに代わり、動揺推定部４は上記のような判定を常時実施することも可能であり、Ｘ軸周りの角度に関する動揺データの遅延ＤＴ中のΔｔを複数回推定し平均値を求めることもできる。これにより、Δｔの推定の精度を向上することができる。なお、この場合、動揺推定部４は上記ｔ２を新たな時刻ｔ０に設定する。
【００４９】
この実施の形態２のように３軸磁気方位計７を使用する場合、機体が磁気を帯びており機体が動揺したにもかかわらず３軸磁気方位計７の出力が変動しないという問題がある。このような問題を回避するためにコイルの出力にオフセットを加算する方法があるが、機体自体の磁気の影響の少ない場所を選んで３軸磁気方位計７を設置するようにしてもよい。
【００５０】
動揺推定部４は、以上のようにして、慣性航法装置５のロールに関する出力データの遅延を推定する。また、動揺推定部４は同様にして慣性航法装置５のピッチに関する出力データについても３軸磁気方位計７の出力から計算したピッチと比較して、慣性航法装置５のピッチに関する出力の遅延も推定する。しかしながら、慣性航法装置５の機体のＺ軸周りの角度に関する出力は一般に真方位すなわち機体の鉛直軸周りの方位を示しており、動揺推定部４は単純に慣性航法装置５により計測されたＺ軸周りの角度を３軸磁気方位計７の出力から計算したＺ軸周りの角度と比較することができない。そこで、動揺推定部４は、３軸磁気方位計７により計測された地磁気ベクトルをＸＹ平面に投影して真方位を求め、慣性航法装置５により計測された真方位と比較し、慣性航法装置５により計測された真方位の遅延を推定する。
【００５１】
上記したように、動揺推定部４は、アンテナ制御装置の起動後、このような遅延の推定を一度だけ実施するように構成してもよいし、所定の時間間隔で遅延の推定を行い平均値を求めてこの平均値を遅延の推定値としてもよい。後者の場合、遅延の推定の精度を向上することができる。
【００５２】
動揺推定部４はこのようにして慣性航法装置５のロール、ピッチおよび真方位に関する出力データの遅延を推定すると、上記実施の形態１による動揺推定部４と同様に、慣性航法装置５から出力された動揺データすなわちロール、ピッチおよび真方位に関する出力データの計測時間を上記推定した遅延を考慮して補正して得た最新の動揺データおよび同様にして補正して得た過去の動揺データを用いて現在または将来の動揺データの推定演算を実行する。
【００５３】
アンテナビーム指向方向計算部３は、静止衛星の緯度および経度に関する情報、航空機の緯度および経度に関する情報、並びに動揺推定部４からのロール、ピッチおよび真方位に関する出力データに基づき、アンテナ装置１のアンテナビームを静止衛星に指向させるためにアンテナビーム指向方向を計算する。そして、アンテナビーム制御部２は、アンテナビーム指向方向計算部３により計算されたアンテナビーム指向方向に基づきアンテナビームを形成するための位相データを計算しアンテナ装置１へ送出する。アンテナ装置１は、アンテナビーム制御部２から送られてきた位相データに基づきアンテナビームを形成し、静止衛星にアンテナビームを指向させる。
【００５４】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、移動体等の航空機に既設の慣性航法装置５の出力データに遅延があり且つアンテナのビーム幅が小さい場合でも、３軸角速度計６により取得した動揺データを用いて慣性航法装置５により計測した動揺データの遅延を推定し、この推定した遅延を考慮して動揺データの計測時間を補正し現在または将来の動揺データを推定するので、精度良くアンテナビームを静止衛星に指向させることができる。
【００５５】
なお、さらに精度を向上させるために、この実施の形態２によるアンテナ制御装置を使用しモノパルス追尾やステップトラック追尾などのクローズドループ追尾を併用してもよい。
【００５６】
この実施の形態２では、電子制御式のアンテナを想定しているが、機械駆動式のアンテナに置き換えてもよく、この場合も同様な効果を得ることができる。この場合、アンテナビーム制御部２は、アンテナビーム指向方向計算部３により計算されたアンテナビーム指向方向に基づきモータを制御してアンテナ装置１を駆動し、静止衛星にアンテナビームを指向させるように構成される。
【００５７】
また、この実施の形態２では、簡単のため、慣性航法装置５は図６に示すような検出軸を有していると仮定しているが、慣性航法装置５の検出軸と３軸磁気方位計７の検出軸の位置関係が既知であり座標変換により慣性航法装置５および３軸磁気方位計７の出力から計算される動揺データ間の比較ができればよく、検出軸を合わせることがこの発明の制限条項ではない。
【００５８】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３によるアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、上記実施の形態１によるものと同一の構成要素は図１に示すものと同一の参照符号が付されており、以下ではその説明を省略する。また、図８において、９は移動衛星にアンテナ装置１のアンテナビームを指向させるために移動衛星の位置情報を時々刻々と生成し、アンテナビーム指向方向計算部３へ生成した移動衛星の位置情報を送出する衛星位置生成部（衛星位置生成手段）である。この実施の形態３によるアンテナ制御装置は、静止衛星ではなく移動衛星にアンテナ装置１のアンテナビームを指向させる点で上記実施の形態１によるものとは異なる。また、この実施の形態３によるアンテナ制御装置は、移動衛星以外の他の目標であっても、その位置を時々刻々生成できるならば、その他の目標へアンテナビームを指向させることができる。
【００５９】
次に動作について説明する。
この実施の形態３によるアンテナ制御装置の基本的な動作は上記実施の形態１によるものと同一であるので、以下では、異なる部分についてのみ説明する。衛星位置生成部９は、移動衛星の位置情報すなわち移動衛星の緯度および経度のデータを時々刻々と生成しそれに時刻タグをつけて内蔵の記憶装置（図示せず）に記憶する。そして、衛星位置生成部９は、所定の時刻になると、記憶した緯度および経度のデータを読み出しアンテナビーム指向方向計算部３へ出力する。
【００６０】
以上のように、この発明の実施の形態３によれば、移動体等の航空機に既設の慣性航法装置５の出力データに遅延があり且つアンテナのビーム幅が小さい場合でも、３軸角速度計６により取得した動揺データを用いて慣性航法装置５により計測した動揺データの遅延を推定し、この推定した遅延を考慮して動揺データの計測時間を補正し現在または将来の動揺データを推定するので、精度良くアンテナビームを移動衛星等の移動する目標に指向させることができる。
【００６１】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４によるアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、上記実施の形態２によるものと同一の構成要素は図５に示すものと同一の参照符号が付されており、以下ではその説明を省略する。また、図９において、９は移動衛星にアンテナ装置１のアンテナビームを指向させるために移動衛星の位置情報を時々刻々と生成し、アンテナビーム指向方向計算部３へ生成した移動衛星の位置情報を送出する衛星位置生成部（衛星位置生成手段）である。この実施の形態４によるアンテナ制御装置は、静止衛星ではなく移動衛星にアンテナ装置１のアンテナビームを指向させる点で上記実施の形態２によるものとは異なる。また、この実施の形態４によるアンテナ制御装置は、移動衛星以外の他の目標であっても、その位置を時々刻々生成できるならば、その他の目標へアンテナビームを指向させることができる。
【００６２】
次に動作について説明する。
この実施の形態４によるアンテナ制御装置の基本的な動作は上記実施の形態２によるものと同一であるので、以下では、異なる部分についてのみ説明する。衛星位置生成部９は、移動衛星の位置情報すなわち移動衛星の緯度および経度のデータを時々刻々と生成しそれに時刻タグをつけて内蔵の記憶装置（図示せず）に記憶する。そして、衛星位置生成部９は、所定の時刻になると、記憶した緯度および経度のデータを読み出しアンテナビーム指向方向計算部３へ出力する。
【００６３】
以上のように、この発明の実施の形態４によれば、移動体等の航空機に既設の慣性航法装置５の出力データに遅延があり且つアンテナのビーム幅が小さい場合でも、３軸角速度計６により取得した動揺データを用いて慣性航法装置５により計測した動揺データの遅延を推定し、この推定した遅延を考慮して動揺データの計測時間を補正し現在または将来の動揺データを推定するので、精度良くアンテナビームを移動衛星等の移動する目標に指向させることができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、慣性航法装置により得られる移動体の動揺に関する動揺情報の遅延を推定するために、移動体の動揺に関する動揺情報を別途取得し、該動揺情報と慣性航法装置により得られた動揺情報とに基づき慣性航法装置により得られた動揺情報の遅延を推定し、推定した該遅延を考慮してアンテナビームを衛星に指向させるためにアンテナビーム指向方向を計算するように構成したので、精度良くアンテナビームを静止衛星、移動衛星等の衛星に指向させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるアンテナ制御装置の３軸角速度計の構成を示す斜視図である。
【図３】航空機が直進から右旋回を始めた場合の３軸角速度計により計測されたＸ軸周りの角速度、この角速度の積分すなわちＸ軸周りの角度、慣性航法装置により計測されたＸ軸周りの角度の時間的な関係を示すタイミングチャート図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるアンテナ制御装置の動揺推定部により、最新の動揺データ、５個前の動揺データ、１０個前の動揺データに基づいて計算される予測演算値と上記最新の動揺データ、５個前の動揺データ、１０個前の動揺データとの時間的な関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるアンテナ制御装置の３軸磁気方位計の構成を示す斜視図である。
【図７】航空機が直進から右旋回を始めた場合の３軸磁気方位計により計測されたＸ軸周りの角度、慣性航法装置により計測されたＸ軸周りの角度の時間的な関係を示すタイミングチャート図である。
【図８】この発明の実施の形態３によるアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態４によるアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来のアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  アンテナ装置（アンテナ手段）、２  アンテナビーム制御部（アンテナビーム制御手段）、３  アンテナビーム指向方向計算部（アンテナビーム指向方向計算手段）、４  動揺推定部（動揺推定手段）、５  慣性航法装置、６  ３軸角速度計（動揺情報取得手段）、７  ３軸磁気方位計（動揺情報取得手段）、９  衛星位置生成部（衛星位置生成手段）。
【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】
0003589990.tif 000008
【図８】
0003589990.tif 000009
【図９】
0003589990.tif 000010
【図１０】
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