(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部に支持され、前記基部に対して垂直線の周りに回動可能な、方位角追尾用の垂直軸と、
前記垂直軸に取り付けられて、前記垂直軸に対して前記垂直軸に直交する線の周りに半周に亘って回動可能な仰角追尾用の水平軸と、
前記水平軸に取り付けられて、前記水平軸に対して前記水平軸に直交する軸の周りに、前記水平軸の回転角より小さい角度範囲で回動可能な直交水平軸と、
前記直交水平軸に取り付けられた空中線と、
前記垂直軸、前記水平軸および前記直交水平軸をそれぞれ駆動制御する垂直軸サーボ制御部、水平軸サーボ制御部および直交水平軸サーボ制御部と、
前記空中線のビーム方向が目標物方向に一致するように駆動信号を与えて実時間で追尾制御する、前記垂直軸サーボ制御部、前記水平軸サーボ制御部および前記直交水平軸サーボ制御部の駆動信号を生成する演算制御部と、を備え、
前記演算制御部は、連続する１回の追尾で前記目標物の軌跡における前記空中線の最大仰角が設定仰角以上となる場合に、前記垂直軸サーボ制御部に対して前記目標物の移動軌跡から定まる一定の方位角の駆動信号を生成し、連続する１回の追尾で前記目標物の軌跡における前記空中線の最大仰角が前記設定仰角より小さい場合に、前記垂直軸サーボ制御部に対して前記目標物の方位角の駆動信号を生成する、３軸制御空中線装置。
【請求項２】
前記設定仰角は、天頂の仰角から前記直交水平軸の角度範囲を引いた角度より大きく、天頂の仰角より小さい範囲の所定の角度である、請求項１に記載の３軸制御空中線装置。
【請求項３】
前記目標物の移動軌跡から定まる方位角は、前記目標物の軌跡に平行な方位角である、請求項１または２に記載の３軸制御空中線装置。
【請求項４】
前記演算制御部は、連続する１回の追尾で前記目標物の軌跡における空中線の最大仰角が前記設定仰角以上となる場合に、前記垂直軸サーボ制御部に対して追尾中継続して前記目標物の移動軌跡から定まる一定の方位角の駆動信号を生成する、請求項１から３のいずれか１項に記載の３軸制御空中線装置。
【請求項５】
前記垂直軸を任意の回転位置で保持する制動部を備え、
前記演算制御部で、連続する１回の追尾で目標物の軌跡における空中線の最大仰角が前記設定仰角以上となる場合に、前記垂直軸サーボ制御部に対して目標物の移動軌跡から定まる一定の方位角の駆動信号を指令したのち、前記制動部で前記垂直軸をその位置で保持する、請求項１から３のいずれか１項に記載の３軸制御空中線装置。
【請求項６】
前記空中線への受信信号から角度誤差信号を得る追尾受信器を備え、
前記角度誤差信号に基づき、前記水平軸サーボ制御部および前記直交水平軸サーボ制御部にて追尾制御する、請求項１から５のいずれか１項に記載の３軸制御空中線装置。
【請求項７】
前記目標物の予測軌道から、前記空中線のビーム方向を前記予測軌道の制御時刻における位置に向ける、プログラム方位角およびプログラム仰角を算出するプログラム制御部を備え、
前記演算制御部は、連続する１回の追尾で前記目標物の軌跡における前記空中線の最大仰角が前記設定仰角以上となる場合に、前記垂直軸サーボ制御部に対する前記目標物の移動軌跡から定まる一定の方位角の駆動信号と、前記プログラム方位角および前記プログラム仰角により、演算で求める角度に実時間で制御する駆動信号を生成し、連続する１回の追尾で前記目標物の軌跡における前記空中線の最大仰角が前記設定仰角より小さい場合に、前記垂直軸サーボ制御部に対しては、前記プログラム方位角の駆動信号を生成し、前記水平軸サーボ制御部および前記直交水平軸サーボ制御部に対しては、前記垂直軸の実角度、前記プログラム方位角および前記プログラム仰角により、演算で求める角度に実時間で制御する駆動信号を生成する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の３軸制御空中線装置。
【請求項８】
前記目標物の予測軌道から、前記空中線のビーム方向を前記予測軌道の制御時刻における位置に向ける、プログラム方位角およびプログラム仰角を算出するプログラム制御部と、
前記空中線への受信信号から角度誤差信号を得る追尾受信器と、
を備え、
前記演算制御部は、連続する１回の追尾で前記目標物の軌跡における前記空中線の最大仰角が前記設定仰角以上となる場合に、前記垂直軸サーボ制御部に対する前記目標物の移動軌跡から定まる一定の方位角の駆動信号と、前記プログラム方位角および前記プログラム仰角により、演算で求める角度に実時間で制御する駆動信号を生成し、連続する１回の追尾で前記目標物の軌跡における前記空中線の最大仰角が前記設定仰角より小さい場合に、前記垂直軸サーボ制御部に対しては、前記プログラム方位角の駆動信号を生成し、前記水平軸サーボ制御部および前記直交水平軸サーボ制御部にて、前記角度誤差信号に基づき追尾制御する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の３軸制御空中線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周回する衛星を追尾するための３軸制御空中線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周回する衛星を追尾する空中線装置として、例えば特許文献１には、方位角追尾用の垂直軸と仰角追尾用の水平軸と、水平軸上にありそれに直交する直交水平軸とをそれぞれ個別に駆動制御する３軸制御空中線装置が記載されている。特許文献１の３軸制御空中線装置は、空中線のビーム方向が設定仰角以下では３軸の駆動入力のうち２軸の駆動入力に入力を与え、設定仰角以上の場合は、３軸全ての駆動入力に入力を与えるよう切り換える。そして、この３軸駆動への切換後には３軸のうちの特定の軸の駆動入力に、３軸の現在値の演算で求められた該特定の軸の値を与える。特許文献１の３軸制御空中線装置では、天頂付近を通過する衛星を追尾する場合、垂直軸には方位角方向を駆動指令し、水平軸と直交水平軸に対しては、空中線のビーム方向が目標物に一致するように与えて実時間で追尾制御する。【０００３】
特許文献１の３軸制御空中線装置では、方位角（垂直軸）の回転速度は最大速度で制限されるが、追従不足分が直交水平軸を回転することにより補完され、天頂付近の衛星を連続的に追尾することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０２５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に低軌道を周回する衛星が天頂を通過するときは、空中線の追尾すべきビーム（指向）の角度変化が速くなる。そのとき、方位角（垂直軸）の回転速度は最大速度で制限され、直交水平軸の回転速度で補完されるが、より低軌道の衛星に対しては、補完しきれずに追尾ができない可能性がある。【０００６】
このときの対策としては、方位角（垂直軸）の最大角速度を大きくすることが考えられるが、そのためにモータのサイズ（定格）が非常に大きくなる。そして、駆動に必要な電力が非常に大きくなり、電源容量を大きくする必要があった。【０００７】
この発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、周回する衛星を追尾する３軸制御空中線装置において、モータサイズまたは電源容量を小さく抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る３軸制御空中線装置は、基部に支持され、基部に対して垂直線の周りに回動可能な、方位角追尾用の垂直軸と、垂直軸に取り付けられて、垂直軸に対して垂直軸に直交する線の周りに半周に亘って回動可能な仰角追尾用の水平軸と、水平軸に取り付けられて、水平軸に対して水平軸に直交する軸の周りに、水平軸の回転角より小さい角度範囲で回動可能な直交水平軸と、直交水平軸に取り付けられた空中線と、垂直軸、水平軸および直交水平軸をそれぞれ駆動制御する垂直軸サーボ制御部、水平軸サーボ制御部および直交水平軸サーボ制御部と、空中線のビーム方向が目標物方向に一致するように駆動信号を与えて実時間で追尾制御する、垂直軸サーボ制御部、水平軸サーボ制御部および直交水平軸サーボ制御部の駆動信号を生成する演算制御部と、を備える。演算制御部は、連続する１回の追尾で目標物の軌跡における空中線の最大仰角が設定仰角以上となる場合に、垂直軸サーボ制御部に対して目標物の移動軌跡から定まる一定の方位角の駆動信号を生成する。また、連続する１回の追尾で目標物の軌跡における空中線の最大仰角が設定仰角より小さい場合に、垂直軸サーボ制御部に対して目標物の方位角の駆動信号を生成する。
【発明の効果】
【０００９】
この発明による３軸制御空中線装置は、低軌道衛星を追尾するために必要な方位角（垂直軸）の必要最大角速度を低減することが可能となる。これによりモータサイズの縮小と、電源容量を小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る３軸制御空中線のマウントの相互関係を表す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る３軸制御空中線装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】３軸制御空中線装置の誤差検出を行うＸ−Ｙ座標系を示す図である。
【図４】実施の形態１における２軸制御モードの場合の各軸駆動の平面図である。
【図５】実施の形態１における３軸制御モードの場合の各軸駆動の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る３軸制御空中線装置の構成例を示すブロック図である。
【図７Ａ】比較例における衛星追尾の各軸の駆動角度の計算結果を示す図である。
【図７Ｂ】比較例における衛星追尾の各軸の駆動角速度の計算結果を示す図である。
【図８Ａ】実施の形態１の具体例における衛星追尾の各軸の駆動角度の計算結果を示す図である。
【図８Ｂ】具体例における衛星追尾の各軸の駆動角速度の計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当する部分には同じ符号を付す。
【００１２】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態に係る３軸制御空中線のマウントの相互関係を表す概念図である。３軸制御空中線は、垂直軸１、水平軸２および直交水平軸３の３軸を備える。垂直軸１は、基部２３に支持され、基部２３に対して垂直線の周りに回動可能である。垂直軸１は、主に空中線の方位角追尾の作用を担う。水平軸２は、垂直軸１に取り付けられて、垂直軸１に対して垂直軸１に直交する線の周りに半周に亘ってほぼ１８０°回動可能である。水平軸２は、仰角追尾を担う。
【００１３】
直交水平軸３は、水平軸２に取り付けられて、水平軸２に対して水平軸２に直交する軸の周りに、ある角度範囲で回動可能である。直交水平軸３の回動角度範囲は、水平軸２の回転角範囲より小さい。空中線は、直交水平軸３に固定される。垂直軸１、水平軸２および直交水平軸３により空中線のビーム軸方向４を任意の所望の方向に向けることができる。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態１に係る３軸制御空中線装置の構成例を示すブロック図である。３軸制御空中線（以下、空中線と略す）８は、図１に示す構造のマウントを備える。垂直軸駆動部５は垂直軸１を回転させ、水平軸駆動部６は水平軸２を回転させる。直交水平軸駆動部７は直交水平軸３を回転させる。
【００１５】
給電装置９は、空中線８で受信した信号から、基準信号と誤差信号を検出する。追尾受信機１０は、基準信号と誤差信号から、直流の２軸角度誤差信号（空中線８のＸ方向の角度誤差信号ΔＸ、およびＹ方向の角度誤差信号ΔＹ）を復調検波する。垂直軸サーボ制御部１１は、垂直軸駆動部５にモータ駆動電力を供給して、垂直軸１を駆動制御する。水平軸サーボ制御部１２は、水平軸駆動部６にモータ駆動電力を供給して、水平軸を駆動制御する。直交水平軸サーボ制御部１３は、直交水平軸駆動部７にモータ駆動電力を供給し、直交水平軸３を駆動制御する。
【００１６】
プログラム制御装置１９は、追尾対象衛星の軌道情報より、空中線８の方位角と仰角のプログラム指令角度（方位角θAZおよび仰角θEL）を算出する。
【００１７】
演算制御部１４は、判定部１５、プログラム指令角演算部１６および垂直軸指令角演算部１７を含む。判定部１５は、追尾対象衛星の軌道情報に基づき、空中線８の３軸のうち追尾のために制御する軸の組み合わせを判定する。プログラム指令角演算部１６および垂直軸指令角演算部１７は、追尾受信機１０からの角度誤差信号ΔＸ、ΔＹを受信し、およびプログラム制御部からのプログラム指令角度を受信する。そして、制御モード（プログラム追尾モードまたは自動追尾モード）および追尾状態に応じて、各軸の角度指令値または誤差量を演算処理して出力する。垂直軸指令角演算部１７は、３軸のうち垂直軸駆動用の垂直軸指令角を算出する。
【００１８】
切替部１８は、プログラム追尾モード（ＰＲＯＧ）または自動追尾モード（ＡＵＴＯ）に応じて、追尾信号を切替える。プログラム追尾モード（ＰＲＯＧ）は、プログラム制御装置１９が算出したプログラム指令角度に従って、空中線８の姿勢を制御するモードである。自動追尾モード（ＡＵＴＯ）は、追尾受信機１０で復調検波した角度誤差信号ΔＸ、ΔＹに従って、空中線８の姿勢を制御するモードである。以下、演算制御部１４の動作を説明する。
【００１９】
切替部１８は、プログラム追尾モードの場合に、プログラム指令角演算部１６が演算処理した水平軸誤差角および直交水平軸誤差角を、水平軸サーボ制御部１２および直交水平軸サーボ制御部１３にそれぞれ入力する。また、自動追尾モードの場合は、追尾受信機１０からの角度誤差信号ΔＸ、ΔＹを、水平軸サーボ制御部１２および直交水平軸サーボ制御部１３にそれぞれ入力する。
【００２０】
図３は、３軸制御空中線装置の誤差検出を行うＸ−Ｙ座標系を示す図である。Ｘ−Ｙ座標系は、空中線８の鏡面に固定された座標系である。水平軸２を回転させると、ビーム軸方向４はＸ方向に変位する。ビーム軸方向４をＹ方向に向けるには、直交水平軸３を回転させることにより可能である。
【００２１】
判定部１５では、追尾対象衛星の軌道情報に基づき、３軸制御空中線装置にて追尾したときの最大仰角を求め、あらかじめ定めた設定仰角との比較を行う。連続する１回の追尾で対象衛星の軌道において、空中線８の最大仰角が設定仰角以上の場合は、水平軸２および直交水平軸３にて追尾を行う２軸制御モードで制御する。連続する１回の追尾で対象衛星の軌道において、空中線８の最大仰角が設定仰角より小さい場合は、垂直軸１、水平軸２および直交水平軸３にて追尾を行う３軸制御モードで制御する。
【００２２】
ここで、設定仰角は、直交水平軸３の駆動範囲（Δθ3max)により制限され、以下の範囲で設定できる。
９０°−Δθ3max＜設定仰角＜９０°
仰角９０°は天頂の仰角である。設定仰角は、天頂の仰角から直交水平軸３の駆動範囲（Δθ3max)を引いた角度より大きく、天頂の仰角より小さい範囲で設定する。
【００２３】
演算制御部１４は、２軸制御モードで自動追尾モードにて追尾する場合は、空中線８のビーム軸方向４を以下のように制御する。追尾対象衛星の軌道情報に基づき、垂直軸指令角演算部１７にて水平軸２の回転方向が追尾対象衛星の軌道に平行する方位角θ1Pになるよう垂直軸１を回転させておく。
【００２４】
追尾受信機１０にて復調検波される角度誤差信号ΔＸ、ΔＹは、前述の通り鏡面に固定されたＸ−Ｙ座標系で検出される誤差である。空中線８の水平軸駆動方向はＸ方向の誤差検出方向ΔＸに一致し、直交水平軸駆動方向はＹ方向の誤差検出方向ΔＹに一致する。そこで、角度誤差信号ΔＸを水平軸サーボ制御部１２へ供給し、角度誤差信号ΔＹを直交水平軸サーボ制御部１３へ供給する。そして、水平軸２と直交水平軸３を誤差がなくなるように制御することにより追尾を行う。
【００２５】
図４は、実施の形態１における２軸制御モードの場合の各軸駆動の平面図である。図４は、２軸制御モードで自動追尾モードにて追尾する場合の天頂から見た対象衛星の軌道の方向と、駆動角度の方向の関係を平面的に示す。図４では、追尾対象衛星の軌道（軌跡）が方位角０°に平行な場合を示す。追尾対象衛星の軌道における空中線８の最大仰角（最も天頂に近い仰角）は、２軸制御モードと３軸制御モードの選択を判定する設定仰角以上となっている。この場合、水平軸２の回転方向が方位角０°に平行になるように、垂直軸１を回転させているので、方位角０°の線の仰角は専ら水平軸２の駆動で制御される。
【００２６】
図４から分かるように、追尾対象衛星の軌道は、水平軸２の回転方向（仰角の変化）に平行なので、追尾する間、垂直軸１を変化させることなく、水平軸２でX方向を変化させ、直交水平軸３でＹ方向に変化させることで、衛星を追尾できる。この場合特に、天頂付近の仰角でも、垂直軸１を（少なくとも大きくは）動かす必要がなく、垂直軸１の必要最大角速度を小さくすることが可能となる。その結果、周回する衛星を追尾する３軸制御空中線装置において、モータサイズと電源容量を小さく抑えることができる。
【００２７】
図４では、天頂から見た衛星の軌道を直線で表したが、実際の軌道は多少曲線の軌道となることが多い。その場合でも、水平軸２の回転方向を衛星の軌道（軌跡）にほぼ平行な一定の方位角に向けるように垂直軸１を回転させておくことで、追尾中に垂直軸１を大きく動かす必要がない。軌道に平行となる垂直軸１の方向（方位角）の算出方法としては、最小二乗法で直線補間して求める方法や、最大ＥＬ時の衛星軌道に対して求める方法等でよい。また、概ね軌道に平行となる方位角に向けたのち垂直軸１は固定せずに、常に衛星の軌道に対して並行になるよう実時間で制御してもよい。
【００２８】
図２の演算制御部１４は、３軸制御モードで自動追尾モードにて追尾する場合は、空中線８のビーム軸方向４を以下のように制御する。追尾受信機１０にて復調検波される角度誤差信号ΔＸ、ΔＹは、前述の通り鏡面に固定されたＸ−Ｙ座標系で検出される誤差である。この場合、空中線８の水平軸駆動方向は誤差検出方向ΔＹに一致し、直交水平軸駆動方向は誤差検出方向ΔＸに一致する。そこで、角度誤差信号ΔＹを水平軸サーボ制御部１２へ供給し、角度誤差信号ΔＸを直交水平軸サーボ制御部１３へ供給する。そして、水平軸２と直交水平軸３を誤差がなくなるように制御する。同時にアンテナ３軸により定まるビーム軸方向４の方位角と、垂直軸１の実角度の誤差を、垂直軸サーボ制御部１１に対して供給し、誤差がなくなるように制御することにより追尾を行う。
【００２９】
この結果、この３軸制御モードで駆動した場合、方位角の制御で垂直軸１の回転が最大速度で制限され、ビーム追従不足分が、上記誤差信号により水平軸２および直交水平軸３の追尾により補完されることになる。
【００３０】
図５は、実施の形態１における３軸制御モードの場合の各軸駆動の平面図である。図５は、３軸制御モードで自動追尾モードにて追尾する場合の天頂から見た対象衛星の軌道の方向と、駆動角度の方向の関係を平面的に示す。追尾対象衛星の軌道を細い実線で、垂直軸１および水平軸２による駆動角度の方向を破線で示す。図５では、追尾対象衛星の軌道（軌跡）が方位角０°に平行な場合を示す。追尾対象衛星の軌道における空中線８の最大仰角（最も天頂に近い仰角）は、２軸制御モードと３軸制御モードの選択を判定する設定仰角より小さくなっている。
【００３１】
図５に示すように、追尾対象衛星の軌道における空中線８の最大仰角は、最大仰角判定設定値より小さいので、追尾すべきビーム軸（指向）の角度変化はあまり速くならない。そのため、天頂付近を通る軌道を追尾できるほどに垂直軸１の駆動速度を大きくしなくても、十分追尾できる。
【００３２】
図５では、天頂から見た衛星の軌道を直線で表したが、実際の軌道は多少曲線の軌道となることが多い。その場合でも、追尾対象衛星の軌道における空中線８の最大仰角が、最大仰角判定設定値より小さければ、追尾すべきビーム軸（指向）の角度変化はあまり速くならない。そのため、天頂付近を通る軌道を追尾できるほどに垂直軸１の駆動速度を大きくしなくても、十分追尾できる。
【００３３】
以下、２軸制御モードでプログラム追尾モードで追尾制御する場合の動作を説明する。判定部１５は、連続する１回の追尾で対象衛星の軌道において、空中線８の最大仰角が設定仰角以上の場合には、２軸制御モードを選択する。２軸制御モードでプログラム追尾モードにて追尾する場合にも、追尾対象衛星の軌道情報に基づき、垂直軸指令角演算部１７にて軌道に並行した方位角θ1Pになるよう垂直軸１を回転させておく。演算制御部１４は、プログラム制御装置１９からプログラム指令角度（θAZ、θEL）を受信し、演算制御部１４の中のプログラム指令角演算部１６において、垂直軸１、水平軸２および直交水平軸３の駆動角度を各軸の指令角度として演算する。そして、各軸の実角度θ1R、θ2R、θ3Rとの誤差をそれぞれ垂直軸サーボ制御部１１、水平軸サーボ制御部１２および直交水平軸サーボ制御部１３に供給し、駆動部を制御して所望角度にビーム軸を指向させる。
【００３４】
このとき、垂直軸指令角度θ1C、水平軸指令角度θ2Cおよび直交水平軸指令角度θ3Cは、プログラム指令角度（θAZ、θEL）および垂直軸実角度θ1Rより次の式（1）〜(3)の通りとなる。
θ1C ＝ θ1P    ・・・（１）
【数１】
0005881898.tif 000002
・・・（２）
【数２】
0005881898.tif 000003
・・・（３）
ここで、θ1Rは垂直軸１の実角度である。
【００３５】
以下、３軸制御モードでプログラム追尾モードにて追尾制御する場合の動作を説明する。演算制御部１４は、プログラム制御装置１９からのプログラム指令角度（θAZ、θEL）を受信し、演算制御部１４の中のプログラム指令角演算部１６において、垂直軸１、水平軸２および直交水平軸３の駆動角度を各軸の指令角度として演算する。そして、各軸の実角度θ1R、θ2R、θ3Rとの誤差を各軸のサーボ制御部１１、１２、１３に供給し、駆動部を制御して所望角度にビーム軸を指向させる。
【００３６】
このとき、垂直軸指令角度θ1C、水平軸指令角度θ2Cおよび直交水平軸指令角度θ3Cは、プログラム指令角度（θAZ、θEL）、垂直軸実角度θ1Rおよび水平軸実角度θ2Rより次の式（４）〜（６）の通りとなる。
θ1C ＝ θAZ      ・・・（４）
【数３】
0005881898.tif 000004
・・・（５）
【数４】
0005881898.tif 000005
・・・（６）
ここで、θ1Rは垂直軸１の実角度、θ2Rは水平軸２の実角度である。
【００３７】
プログラム追尾モードでも、連続する１回の追尾で対象衛星の軌道において、空中線８の最大仰角が設定仰角以上の場合は、２軸制御モードを選択し、軌道に並行した方位角θ1Pになるよう垂直軸１を回転させておく。そのため、垂直軸１の必要最大角速度を小さくすることが可能となる。その結果、周回する衛星を追尾する３軸制御空中線装置において、モータサイズや電源容量を小さく抑えることができる。
【００３８】
上述の通り、自動追尾モード、プログラム追尾モードに拘わらず、２軸制御モード、３軸制御モードの制御の違いは、垂直軸サーボ制御部１１への誤差信号の供給の仕方だけであり、水平軸サーボ制御部１２、直交水平軸サーボ制御部１３へは、全く同じ制御を行っている。そのため、演算アルゴリズムの実現が容易である。
【００３９】
なお、３軸制御モードで、以下のように制御してもよい。プログラム制御装置１９からプログラム指令角度（θAZ）を受信し、演算制御部１４の中のプログラム指令角演算部１６において、垂直軸１の駆動角度を各軸の指令角度として演算して、垂直軸１の実角度との誤差を垂直軸サーボ制御部１１に供給する。そして、追尾受信機１０にて復調検波される角度誤差信号ΔＹを水平軸サーボ制御部１２へ供給し、角度誤差信号ΔＸを直交水平軸サーボ制御部１３へ供給する。水平軸サーボ制御部１２および直交水平軸サーボ制御部１３は、それぞれ、水平軸２と直交水平軸３を誤差がなくなるように制御する。以上のように誤差がなくなるように制御することにより、追尾を行うことも可能である。
【００４０】
実施の形態２
実施の形態２では、上述の２軸制御モードで制御する場合、水平軸２の回転方向が追尾対象衛星の軌道に平行する方位角θ1Pになるよう垂直軸１を回転させたのち、垂直軸１をブレーキ等の制動部で基部２３に対してその角度に保持する。
【００４１】
図６は、本発明の実施の形態２に係る３軸制御空中線装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２の３軸制御空中線装置では、実施の形態１の構成に加えて、ブレーキ解除信号生成部２０、モード切替部２１および制動部２２を備える。
【００４２】
実施の形態１では、２軸制御モードで制御する場合、垂直軸サーボ制御部１１に誤差信号として０を供給することにより垂直軸１を固定する場合を説明した。２軸制御モードでは、空中線８によるビーム軸の追尾は水平軸２および直交水平軸３の制御で行えるので、垂直軸１を所望の方向へ向けた後、垂直軸サーボ制御部１１へのモータ駆動電力を停止し、ブレーキ等により基部２３に対してその角度に保持してもよい。
【００４３】
判定部１５で２軸制御モードを行うと判断した場合、水平軸２の回転方向が追尾対象衛星の軌道に平行する方位角θ1Pになるよう垂直軸１を回転させたのち、モード切替部２１を切替えて、ブレーキ解除信号を制動部２２に送るのを遮断し、垂直軸１にブレーキをかけて基部２３に対してその角度に保持する。そして同時に、垂直軸１へのモータ駆動電力を遮断する。
【００４４】
判定部１５で３軸モードを行うと判断した場合には、モード切替部２１をブレーキ解除信号生成部２０側に切替え、ブレーキ解除信号を制動部２２に送って垂直軸１のブレーキを解除する。同時に、垂直軸１へのモータ駆動電力を供給する。２軸制御モードにおいて、自動追尾モードまたはプログラム追尾モードのいずれでもよい。水平軸２と直交水平軸３の動作については、実施の形態１と同様である。また、３軸制御モードの動作は、実施の形態１と同様である。
【００４５】
２軸制御モードでは、水平軸２の回転方向が追尾対象衛星の軌道に平行する方位角θ1Pになるよう垂直軸１を回転させておくので、追尾動作中には垂直軸１を動かさずに、水平軸２および直交水平軸３の動作だけで追尾することができる。実施の形態２によれば、２軸制御モードでは垂直軸１のモータ駆動電力が不要になり、その分、消費電力を削減できる。
【００４６】
以下、衛星高度が４００ｋｍの時の各軸に必要な駆動速度を計算した結果を示す。ここでは、水平軸２の角速度は２°／秒（ｓ）、直交水平軸３の角速度は１．５°／秒（ｓ）、直交水平軸３の駆動可能範囲を±１０°とした場合の例について計算した。また、サーボ制御部は一般的に使用されるものを想定している。
【００４７】
比較例
図７Ａは、比較例における衛星追尾の各軸の駆動角度の計算結果を示す図である。図７Ｂは、比較例における衛星追尾の各軸の駆動角速度の計算結果を示す図である。比較例は、最大仰角が８７．５°程度のときの一般の３軸駆動制御の場合の計算結果である。
【００４８】
図７Ａに見られるように、垂直軸１の実角度の変化率（傾き）は天頂付近（実角度＝９０°付近）で大きく、図７Ｂに見られるように、垂直軸１の最大の角速度は、約６°／ｓである。
【００４９】
具体例
図８Ａは、実施の形態１の具体例における衛星追尾の各軸の駆動角度の計算結果を示す図である。図８Ｂは、具体例における衛星追尾の各軸の駆動角速度の計算結果を示す図である。具体例は、実施の形態１における３軸制御モードの場合において、最大仰角が８０°程度のときの計算結果である。この例では、最大仰角が８０°を越えるときには、２軸制御モードなので、３軸制御モードで最大仰角が８０°程度のときに、垂直軸１の角速度が最大になる。
【００５０】
図８Ａに見られるように、最大仰角８０°のときには３軸制御モードでも垂直軸１の実角度の変化率（傾き）は、図７Ａに比べて小さくなっている。図８Ｂに見られるように、垂直軸１の最大の角速度は、約３°／ｓである。最大仰角が８０°を越えるときには、２軸制御モードになるので、約３°／ｓが垂直軸１の角速度の最大といってよい。従って、実施の形態によれば、垂直軸１の最大の角速度を、比較例に比べて大幅に小さくできることがわかる。
【００５１】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態および変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内およびそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【００５２】
本出願は、２０１３年５月２０日に出願された、明細書、特許請求の範囲、図、および要約書を含む、日本国特許出願２０１３−１０５７５９号に基づく優先権を主張するものである。日本国特許出願２０１３−１０５７５９号の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１  垂直軸、２  水平軸、３  直交水平軸、４  ビーム軸方向、５  垂直軸駆動部、６  水平軸駆動部、７  直交水平軸駆動部、８  ３軸制御空中線、９  給電装置、１０  追尾受信機、１１  垂直軸サーボ制御部、１２  水平軸サーボ制御部、１３  直交水平軸サーボ制御部、１４  演算制御部、１５  判定部、１６  プログラム指令角演算部、１７  垂直軸指令角演算部、１８  切替部、１９  プログラム制御装置、２０  ブレーキ解除信号生成部、２１  モード切替部、２２  制動部、２３  基部。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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