(57)【要約】【課題】従来のジンバル装置は、全天空域にわたる正常なペイロードの運用が不可能である。【解決手段】本発明によるジンバル装置は、目標追尾ループ２１０，２２０を構成することで視軸線６が常に目標方向を指向するようにしつつ、ＡＺモータ７とＡＺ角速度センサ１１によりＡＺジンバル２の角速度を制御するＡＺ角速度ループ１３０を構成し、ＥＬ相対角度センサ１２の出力極性に応じて＋１または−１を出力する極性判別器１７の出力と、ｘＥＬ相対角速度センサ１３の出力を適切な値に増幅するゲイン増幅器１８の出力とを乗算する乗算器２２の角速度指令２２ａを前記ＡＺ角速度ループ１３０への指令入力とする。【選択図】図１
2008293093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部（１）に支持され、前記固定部（１）の垂直軸回りに回転する第１のジンバル（２）と、
前記第１のジンバル（２）に支持され、前記第１のジンバル（２）の回転軸に直交する軸回りに回転する第２のジンバル（３）と、
前記第２のジンバル（２）に支持され、前記第２のジンバル（２）の回転軸に直交する軸回りに回転する第３のジンバル（４）と、
前記第３のジンバル（４）に固定されたペイロード（５）と、
前記第１のジンバル（２）を駆動する第１の駆動手段（７）と、
前記第２のジンバル（３）を駆動する第２の駆動手段（８）と、
前記第３のジンバル（４）を駆動する第３の駆動手段（９）と、
前記第１のジンバル（２）の角速度を検出する第１の角速度検出手段（１１）と、
前記第２のジンバル（３）の角速度を検出する第２の角速度検出手段（２８）と、
前記第３のジンバル（４）の角速度を検出する第３の角速度検出手段（２９）と、
前記第２のジンバル（３）の前記第１のジンバル（２）に対する相対角度を検出する第１の角度検出手段（１２）と、
前記第３のジンバル（４）の前記第２のジンバル（３）に対する相対角度を検出する第２の角度検出手段（１３）と、
前記第１の角度検出手段（１２）の出力の正負を判別する極性判別手段（１７）と、
前記第２の角度検出手段（１３）の出力を増幅する信号増幅手段（１８）と、
前記極性判別手段（１７）と前記信号増幅手段（１８）の出力を乗算する乗算手段（２２）と、
前記ペイロード（５）からの目標情報を得る追尾制御手段（２７）と
を備え、
前記第２及び第３の駆動手段（８，９）と前記第２及び第３の角速度検出手段（２８，２９）とにより前記第２及び第３のジンバル（３，４）の角速度を制御する第２及び第３の角速度ループ（１１０，１２０）を構成するとともに、前記追尾制御手段（２７）で算出した目標追尾誤差信号（２７ｅ，２７ｘ）を前記第２、第３の角速度ループへの指令入力とする目標追尾ループ（２１０，２２０）を構成し、
前記第１の駆動手段（７）と前記角速度検出手段（１１）により前記第１のジンバル（２）の角速度を制御する第１の角速度ループ（１３０）を構成し、前記乗算手段（２２）の出力（２２ａ）を前記第１の角速度ループ（１３０）への指令入力とすることを特徴とするジンバル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全天空域を指向するジンバル装置に関し、目標追尾ループを構成するとともに、第１の角度検出手段の出力の正負を判別する極性判別手段の出力と第２の角度検出手段の出力を増幅する信号増幅手段の出力とを乗算する乗算手段の出力を第１の角速度ループへの指令入力とすることによって、ジンバルロックの発生を防ぎ全天空域にわたる正常なペイロードの運用を可能とする新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２軸のジンバル装置に可視カメラ、赤外線カメラ、アンテナなど（以後ペイロードと呼ぶ）を取り付けて、全天空域にわたって目標を追尾する場合にジンバルロックと呼ばれる問題が発生する。本発明はこの問題に対する解決策の１つを示すものであるが、発明の内容を明確にするために、まずジンバルロックの発生原因とそれに伴うペイロード運用上の問題点を説明する。
【０００３】
図５はＡＺ/ＥＬの２軸構造を有するジンバル装置で、固定部１の垂直軸回りに回転するＡＺジンバル２、ＡＺジンバル２の水平軸周りに回転するＥＬジンバル３、ＥＬジンバル３に固定されたペイロード５、ペイロード５の視軸線６（カメラの視軸、アンテナの鏡軸）より構成されている。
【０００４】
さてこのジンバル装置はＡＺ/ＥＬジンバル２，３の可動回転角度範囲が±１８０°以上あれば、手動操作による場合は勿論のこと、角度または角速度ループ制御による場合でも視軸線６を全天空域の任意の方向に指向させることは可能であり、ペイロード５の運用上には何ら問題は発生しない。これはＡＺ/ＥＬジンバル２，３が相互に影響することなく独立に回転制御されることから明らかである。ところがこのジンバル装置に目標追尾ループを付加した場合、ペイロード５の運用に次のような問題が発生する。
【０００５】
図６は図５のＡＺ／ＥＬ２軸ジンバル装置にＡＺ／ＥＬ目標追尾ループ２００，２１０を付加したものである。図５と同一の要素には同一の符号を付して説明は省略し、信号は破線で示している。ＡＺ／ＥＬ角速度センサ１１，２８はＡＺ／ＥＬジンバル２，３の角速度を検出し、ＡＺ／ＥＬ角速度信号１１ａ，２８ａを出力する。ＡＺ／ＥＬのサーボ増幅器１４，１５は減算器１９，２０の出力を増幅しＡＺ／ＥＬモータ７，８を駆動する。ＡＺ／ＥＬモータ７，８で駆動されたＡＺ／ＥＬジンバル２，３の角速度はＡＺ／ＥＬ角速度１１，２８で検出され、ＡＺ／ＥＬ角速度ループ１００，１１０が構成される。一方追尾制御器２７はペイロード情報から視軸線６に直角で目標２５の位置に仮想した２軸直交座標系Ｏ−ＸＹ２６上での目標座標（Δｘ，Δｙ）を算出し、ＡＺ／ＥＬ追尾誤差信号２７ａ，２７ｅに変換して出力する。この結果ＡＺ／ＥＬ角速度ループ１００，１１０と、追尾制御器２７、ＡＺ／ＥＬ追尾誤差信号２７ａ，２７ｅによってＡＺ／ＥＬ目標追尾ループ２００，２１０が構成される。ＡＺ／ＥＬ目標追尾ループ２００，２１０はＡＺ／ＥＬ追尾誤差信号２７ａ，２７ｅが０に収束するようなループ極性に設定されるので、たとえ目標２５が如何なる運動をしようとも視軸線６を常に目標２５に指向させるように動作する。
【０００６】
しかしながらこのような目標追尾動作は、目標２５が天頂方向にいる場合次のような問題を発生する。いま目標２５が図７に示す座標系Ｏ−ＸＹＺ内を、高度Ｚ０でＹ軸に平行に直線運動しているものとし、目標のＸＹ座標面への投影点（Ｘ０，Ｙ０−Ｖｔ）とＸ軸のなす角度をαとすれば、原点Ｏから見た目標の横方向角速度Ｖαは下記の式（１）のように表すことができる。
Ｖα＝−（Ｘ０Ｖ）／｛Ｘ０２＋（Ｙ０−Ｖｔ）２｝          （１）
ただし、（Ｘ０，Ｙ０）は目標２５の初期位置座標であり、Ｖは目標速度であり、ｔは時間である。
【０００７】
そしてこの横方向角速度Ｖαは、目標２５がＸ軸上空を通過する時に下記の式（２）に示す最大値Ｖαｍａｘとなる。
Ｖαｍａｘ＝−Ｖ／Ｘ０                                    （２）
この目標を原点Ｏに置いたジンバル装置で追尾する場合、ＡＺジンバル２には当然ながら（２）式に相当する最大角速度が要求される。ところが（２）式は、目標運動軌跡が天頂方向に近ければ近いほどＸ０が０に近づき、限りなく大きくなってしまう。したがってＡＺ/ＥＬの２軸ジンバル装置ではこの目標を追尾することは不可能になる。
【０００８】
このような問題を一般にジンバルロックと呼んでいる。ジンバルロックは、視軸線６とＡＺジンバル２（正確には外側ジンバル）の回転軸の方向が一致した場合に発生するので、２軸ジンバルの構造ではこの問題を回避することはできない。たとえばＡＺ/ＥＬ型ジンバルの代わりにＸ/Ｙ型ジンバルを使って天頂方向のジンバルロックを回避したとしても、今度は水平方向で視軸線６とＸジンバルの回転軸の方向が一致し、やはりジンバルロックが発生してしまう。これはＸ/Ｙ型ジンバルが単にＡＺ/ＥＬ型ジンバルを横に９０°倒したものに過ぎないことからも明らかである。
【０００９】
以上の理由から２軸ジンバルでは如何なる構造を採用したとしても、いずれかの方向で必ずジンバルロックが発生し、全天空域にわたる正常なペイロードの運用は不可能であることが結論される。
【００１０】
ジンバルロックの対策としては既に幾つかの方法が提案されていて、代表的なものとして下記特許文献１〜３がある。
【００１１】
【特許文献１】特開平７−２０２５４１号公報（３軸制御空中線装置）
【特許文献２】特開平１１−３０８６０４号公報（ジンバル制御装置）
【特許文献３】特開２００６−１０６９１０号公報（ジンバル装置）
【００１２】
これら文献ではジンバルロックを回避するためにいずれも３軸構造のジンバルを採用している点共通しているが、その制御方法にそれぞれ特徴がある。
【００１３】
まず文献１は地上設置型のジンバル装置に関するもので、従来のＡＺ/ＥＬ２軸ジンバルにｘＥＬを付加して３軸ジンバルとし、天空域を２つの領域に分けて低俯角域ではＡＺ/ＥＬの２軸ジンバルで、天頂を含む高俯角域ではＥＬ/ｘＥＬの２軸ジンバル（上記Ｘ/Ｙジンバルと等価になる）で目標追尾を行うことでジンバルロックを回避している。
【００１４】
また文献２は基本的には文献１と類似の手法に拠っているが、文献１のジンバル装置にさらに空間安定化機能を付加して、航空機、船舶等の移動体上での運用をも可能にしている。
【００１５】
さらに文献３は文献１、２の低俯角、高俯角の領域切り替えによる追尾性能の劣化の問題点を改良するために、新たに考案したソフトウエアアルゴリズムにより３軸へ最適な角速度指令を配分する手法で、全天空域の連続的な目標追尾を可能にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら本発明が想定している、移動体上から全天空域にわたって運動する目標を連続的に追尾する分野にこれらの手法を適用しようとする場合、依然として以下の課題が残る。
【００１７】
まず文献１は、高俯角域ではＥＬ/ｘＥＬの２軸ジンバルで目標を追尾し、追尾の結果で定まる視軸線の方向から指向すべきＡＺジンバルの方向角を時々刻々計算し、その方向にＡＺジンバルを指向させることでジンバルロックを回避するとしている。しかしながらこの手法で確かに天頂を通過する目標の追尾は可能であるが、そのときのＡＺジンバルの方向角が実は計算できない。事実、文献１の（６）式に示される方向角計算式では（ｔａｎ２θ３）×（ｔａｎ２θ２）の計算を行うが、視軸線が天頂方向を指向したθ２＝９０°，θ３＝０°のとき、あるいはθ１，θ２がその方向に近づいたときには、この計算項の計算が不能、あるいは計算できたとしても計算精度が大幅に劣化する。ジンバルロックとは本来天頂方向を指向したときの視軸線の方向角が不定になることと等価であったことを考えればこれは当然の結果である。したがってこの手法では、視軸線が天頂付近を指向したときにはＡＺジンバルの指向方向を定めることができない。
【００１８】
これに対して文献２は文献１と類似の手法を採っているが、視軸線の方向を常に監視し、もしも視軸線があらかじめ設定した天頂域に入った場合はＡＺジンバルをその位置で停止させることで文献１の問題を解決しようとしている。
【００１９】
しかしながらＡＺジンバルを停止させてしまうことでこの手法には別の問題が発生する。すなわちＥＬ/ｘＥＬの２軸ジンバルで天頂方向目標を追尾する場合、移動体が水平姿勢である時にはＥＬ/ｘＥＬジンバルの固定側に対して必要な相対角度可動範囲は目標の速度に応じて最大でも±５°程度でよいが、移動体の動揺によって固定部が空間内で傾斜した時には、視軸線の空間安定化動作によってその傾斜角度分が相対角度可動範囲に加算される。すなわちＥＬ/ｘＥＬジンバルは（目標の追尾に必要な相対角度）＋（固定部が受ける空間傾斜角度に相当する相対角度）の可動範囲が必要である。一方ＡＺ/ＥＬ/ｘＥＬの３軸ジンバル装置では、構造上の制約から最も内部にあるｘＥＬジンバルの相対角可動範囲は±２０°以下程度に制限されてしまうのが通例である（構造上の制約については文献３に具体的な説明がされている）。したがってこの３軸ジンバル装置のｘＥＬは、目標の追尾に必要な角度およそ±５°程度を差し引けば固定部の許容空間傾斜角が高々±１５°程度しかないことになる。これはこのジンバル装置の天頂方向での運用条件を大きく制約してしまうものと言わざるを得ない。
【００２０】
これに対して文献３では、「２つの自由度で定まる視軸線方向を実現する３つのジンバル角度の組み合わせは無数にあるので、その中から適切な組み合わせ、すなわち目標を追尾しつつｘＥＬ角度が規定値（例えば±１５°）以下となる１つの組み合わせを選ぶことが可能である」という基本原理に基づいて、３つのジンバル角度を選ぶアルゴリズムを考案して文献２の問題を解決しようとしている。その一例として実際に目標を運動させ、上記アルゴリズムによって得られたジンバル角度、追尾速度のシミュレーション動作データが示されている。
【００２１】
しかしながらここで示されている目標運動は緩やかな直線運動の場合であって、特にジンバルロックが発生する天頂付近を任意に通過する目標に対しての状況、とくに本願の図７で述べたＡＺジンバルの最大追尾速度、そのときの追尾誤差はどのようになるかなどが述べられていない。
【００２２】
本発明はこのような課題を解決し、ジンバルロックを発生することなく全天空域にわたる連続的な目標追尾が可能なジンバル装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係るジンバル装置は、固定部に支持され、前記固定部の垂直軸回りに回転する第１のジンバルと、前記第１のジンバルに支持され、前記第１のジンバルの回転軸に直交する軸回りに回転する第２のジンバルと、前記第２のジンバルに支持され、前記第２のジンバルの回転軸に直交する軸回りに回転する第３のジンバルと、前記第３のジンバルに固定されたペイロードと、前記第１のジンバルを駆動する第１の駆動手段と、前記第２のジンバルを駆動する第２の駆動手段と、前記第３のジンバルを駆動する第３の駆動手段と、前記第１のジンバルの角速度を検出する第１の角速度検出手段と、前記第２のジンバルの角速度を検出する第２の角速度検出手段と、前記第３のジンバルの角速度を検出する第３の角速度検出手段と、前記第２のジンバルの前記第１のジンバルに対する相対角度を検出する第１の角度検出手段と、前記第３のジンバルの前記第２のジンバルに対する相対角度を検出する第２の角度検出手段と、前記第１の角度検出手段の出力の正負を判別する極性判別手段と、前記第２の角度検出手段の出力を増幅する信号増幅手段と、前記極性判別手段と前記信号増幅手段の出力を乗算する乗算手段と、前記ペイロードからの目標情報を得る追尾制御手段とを備え、前記第１の駆動手段と前記第１の角速度検出手段により前記第１のジンバルの角速度を制御する第１角速度ループを構成し、前記第２及び第３の駆動手段と前記第２及び第３の角速度検出手段とにより前記第２及び第３のジンバルの角速度を制御する第２及び第３の角速度ループを構成するとともに、前記追尾制御手段で算出した目標追尾誤差信号を前記第２、第３の角速度ループへの指令入力とする目標追尾ループを構成し、前記乗算手段の出力を前記第１の角速度ループへの指令入力とする構成である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のジンバル装置によれば、乗算手段の出力を第１の角速度ループへの指令入力とすることによって、第２のジンバルに対する第３のジンバルの相対角度を常に０に保つことができる。その結果、視軸線と第２のジンバルの回転軸方向が一致するジンバルロックを防ぐことができ、全天空域にわたる正常なペイロードの運用を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態に係るジンバル装置を示す構成図である。なお、従来のジンバル装置と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明するとともに、信号は破線で示す。図において、１は固定部、２は固定部１の垂直軸回りに回転するＡＺジンバル（第１のジンバル）、３はＡＺジンバル２の水平軸回りに回転するＥＬジンバル（第２のジンバル）、４はＥＬジンバル３の水平軸回りに回転するｘＥＬジンバル（第３のジンバル）で、これらがジンバル装置の３軸の回転機構を構成している。５はｘＥＬジンバル４に固定されたペイロード、６はペイロード５の視軸線で３軸ジンバル２〜４の回転により天空域任意の方向を指向する。７はＡＺモータ（第１の駆動手段）、８はＥＬモータ（第２の駆動手段）、９はｘＥＬモータ（第３の駆動手段）で、駆動電流に応じて各ジンバル２〜４を回転させるトルクを発生する。１１はＡＺ角速度センサ（第１の角速度検出手段）で、ＡＺジンバル２の角速度を検出する。２８はＥＬ角速度センサ（第２の角速度検出手段）で、ＥＬジンバル３の角速度を検出する。２９はｘＥＬ角速度センサ（第３の角速度検出手段）で、ｘＥＬジンバル４の角速度を検出する。１２はＥＬ相対角度センサ（第１の角度検出手段）で、ＥＬジンバル３のＡＺジンバル２に対する相対角度を検出する。１３はｘＥＬ相対角度センサ（第２の角度検出手段）で、ｘＥＬジンバル４のＥＬジンバル３に対する相対角度を検出する。１４はＡＺサーボ増幅器、１５はＥＬサーボ増幅器、１６はｘＥＬサーボ増幅器で、対応するモータに駆動電流を供給する。１７は極性判別器（極性判別手段）で、ＥＬ相対角度センサ１２の出力極性に応じて＋１または−１を出力する。１８はゲイン増幅器（信号増幅手段）でｘＥＬ相対角速度センサ１３の出力を適切な値に増幅する。１９、２０、２１は減算器で、２つの入力の差を出力する。２２はｘＥＬ相対角度センサ１３と極性判別器１７の出力を乗算する乗算器（乗算手段）で角速度指令２２ａを出力する。２５は追尾する目標である。２６は追尾制御器２７内に作られる仮想の直交座標系Ｏ−ＸＹで、原点Ｏが視軸線６上にあって目標２５がＸＹ面上に載る位置にあり、座標軸ＹがｘＥＬジンバル４の回転軸に平行になる向きである。２７は追尾制御器（追尾制御手段）で、ペイロード情報から直交座標系Ｏ−ＸＹ２６上での目標２５の座標値（Δｘ、Δｙ）を算出し、ｘＥＬ/ＥＬの追尾誤差信号２７ｘ，２７ｅに変換（Δｘ、Δｙをペイロード５から原点Ｏまでの視軸線６の長さで割り、適切な定数を掛ける）して出力する。出力された追尾誤差信号２７ｘ，２７ｅは指令入力として減算器２０，２１に入力される。
【００２６】
次に全体の動作について説明する。全体は３つのループから構成され、１つは減算器２０、ＥＬサーボ増幅器１５、ＥＬモータ８、ＥＬジンバル３、ＥＬ角速度センサ２８で構成されるＥＬ角速度ループ１１０と、ペイロード５、目標座標値Δｙ、ＥＬ追尾誤差信号２７ｅで構成されるＥＬ目標追尾ループ２１０、他の１つは減算器２１、ｘＥＬサーボ増幅器１６、ｘＥＬモータ９、ｘＥＬジンバル４、ｘＥＬ角速度センサ２９で構成されるｘＥＬ角速度ループ１２０と、ペイロード５、目標座標値Δｘ、ｘＥＬ追尾誤差信号２７ｘで構成されるｘＥＬ目標追尾ループ２２０、さらに他の１つは減算器１９、ＡＺサーボ増幅器１４、ＡＺモータ９、ＡＺ角速度センサ１１で構成されるＡＺ角速度ループ１３０と、ＥＬジンバル３、ｘＥＬジンバル４、ＥＬ相対角度センサ１２、ｘＥＬ相対角度センサ１３、極性判別器１７、ゲイン増幅器１８、乗算器２２で構成されるＡＺ角度追従ループ２３０である。
【００２７】
これらのループのうち、ＥＬ／ｘＥＬ目標追尾ループ２１０，２２０は視軸線６を常に目標方向に追尾させる機能を担うが、その動作は図６で説明したＡＺ/ＥＬ２軸ジンバル装置のＡＺ／ＥＬ目標追尾ループ２００，２１０と全く同様なので説明は省略する。
【００２８】
一方ＡＺ角度追従ループ２３０は次のように動作する。まずｘＥＬジンバル４の０位置からの左右の傾きに応じて、乗算器２２から±１×（ｘＥＬジンバル４の相対角度）×（ゲイン増幅器１８のゲイン）をＡＺ角速度ループ１３０への角速度指令２２ａとして出力する。ＡＺ角速度ループ１３０はこの指令を受けて、その大きさと極性に応じた角速度でＡＺジンバル２を回転させる。この結果ＡＺ角度追従ループ２３０は、角速度指令２２ａが０に収束する、すなわちｘＥＬジンバル４の相対角度が０に収束するループ極性に設定されるので、ｘＥＬジンバル４の傾きに応じてＡＺジンバル２を回転させながら、ｘＥＬジンバル４の相対角度が０になるＡＺジンバル２の位置を見つけ、その位置にＡＺジンバル２を停止させる。
【００２９】
ＡＺ角度追従ループ２３０がこのように動作する理由は前述した基本原理、すなわち「慣性空間上の視軸線の指向方向は２つの自由度で決定されるのに対し、３軸ジンバルは３つの自由度を持っている。したがって視軸線の指向方向を決定するＡＺ/ＥＬ/ｘＥＬの３つのジンバル相対角度の無数の組み合わせの中に、ｘＥＬジンバルの相対角が０である組み合わせが必ず１つ存在する」に基づいている。
【００３０】
すなわち図１の構成ではＥＬ／ｘＥＬ目標追尾ループ２１０，２２０の働きにより、ＡＺジンバル２がどのように回転しようとも視軸線６の指向方向が変わることはない。したがってＡＺ角度追従ループ２３０はこの基本原理に基づく動作が可能となって、３つのジンバル相対角度の中から自動的に１つの組み合わせを選択することができる。もしもＡＺジンバル２の回転によって視軸線６の指向方向が変わってしまえば、ＡＺ角度追従ループ２３０はその組み合わせを見つけることができず、ＡＺジンバル２をいつまでも回し続けてしまうことになる。なおＥＬジンバル３が０位置に対して反転した場合（ＥＬ相対角度の符号が反転）、ＡＺ角度追従ループ２３０のループ極性も同時に反転してしまう。極性判別器１７はこれを防止するためのもので、ＥＬジンバル３の正負の位置に応じて＋１、または−１を出力し、ゲイン増幅器１８の出力に乗算してループ極性を一定に保持している。したがってこのジンバル装置はＥＬジンバル３が正負のいかなる位置にあっても上記説明と同様に動作することができる。
【００３１】
このようにしてこのジンバル装置では、ＡＺ角度追従ループ２３０がｘＥＬジンバル４の相対角度を常に０に保つように動作するので、視軸線６とＥＬジンバル３の回転軸方向が一致することは決して起こり得ない。したがって視軸線６をいかなる方向に指向させようともジンバルロックが発生することはなく、ｘＥＬジンバル４の相対角可動範囲の制約問題も同時に解決される。
【００３２】
なお上述したＡＺ角度追従ループ２３０の動作の中で、視軸線６の方向がＡＺジンバル２の回転軸方向と一致した場合（ＥＬ/ｘＥＬジンバル３，４の相対角度がいずれも０の場合）には唯一の例外動作が起こる。この場合は視軸線６の指向方向を決定するＡＺジンバル２の位置は任意でよいので、ＡＺ角度追従ループ２３０はＡＺジンバル２の位置を定めることができない。しかしながらこのときｘＥＬジンバル４の相対角度は０であるのでＡＺ角度追従ループ２３０は動作を停止し、ＡＺジンバル２を単にその位置に停止させればよい。したがってこの例外動作も装置の運用に何ら問題を起こすことはない。
【００３３】
このようにしてこの実施の形態のジンバル装置は、目標位置が天頂方向であるか否かに関わらず全天空域にわたって連続的に目標を追尾することができる。
【００３４】
なお以上の実施の形態は請求項の内容を具体的に説明するために示したもので、本発明の請求範囲をこれに限定するものではない。たとえばジンバルの構成順をＡＺ、ＥＬ、ｘＥＬとして説明したが、各ジンバルとそれを支えるジンバルの回転軸が直交していればこの順は任意でよい。また極性判別器、ゲイン増幅器、乗算器を単一機能の回路として説明したが、これらの回路に装置の性能を向上させるための機能、たとえばフイルタ回路、飽和回路、不感帯回路、変化率制限回路などを複合的に付加させてもよい。またこれらの回路をハードウエア、あるいはソフトウエアいずれで実現することも可能であることは言うまでもない。
【００３５】
図２〜４にコンピュータによるシミュレーション動作データを示す。図２は水平方向を正弦波状に上下運動しながら右に移動する目標、図３は天頂方向を正弦波状に往復しながら右に旋回する目標、図４は一定高度を左方向から右方向に天頂付近を直線状に通過する目標（図７で示した運動で、Ｘ０＝１０、Ｙ０＝５０００、Ｚ０＝１５００、Ｖ＝１０００の場合に相当）を追尾している場合を示し、いずれも上段は運動する目標の方向角（alpha）と仰角（beta）、中段は各ジンバルの相対角度、下段は追尾誤差である。
【００３６】
いずれのデータも、上記実施例が全天空域にわたってジンバルロックを起こすことなく、ｘＥＬジンバル４の相対角度の小さな範囲内で正常かつ良好に動作していることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態によるジンバル装置を示す構成図である。
【図２】図１のジンバル装置において水平方向に運動する目標の追尾を示すシミュレーション動作データである。
【図３】図１のジンバル装置において天頂方向で往復運動する目標の追尾を示すシミュレーション動作データである。
【図４】図１のジンバル装置において天頂方向で直線運動する目標の追尾を示すシミュレーション動作データである。
【図５】従来のＡＺ／ＥＬ２軸ジンバル装置を示す構成図である。
【図６】図５のジンバル装置に目標追尾ループを付加した状態を示す構成図である。
【図７】図６の目標が直線運動するときの軌跡を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  固定部、２  ＡＺジンバル（第１のジンバル）、３  ＥＬジンバル（第２のジンバル）、４  ｘＥＬジンバル（第３のジンバル）、５  ペイロード、６  視軸線、７  ＡＺモータ（第１の駆動手段）、８  ＥＬモータ（第２の駆動手段）、９  ｘＥＬモータ（第３の駆動手段）、１１  ＡＺ角速度センサ（第１の角速度検出手段）、１１ａ  ＡＺ角速度信号、１２  ＥＬ相対角度センサ（第１の角度検出手段）、１３  ｘＥＬ相対角度センサ（第２の角度検出手段）、１４  ＡＺサーボ増幅器、１５  ＥＬサーボ増幅器、１６  ｘＥＬサーボ増幅器、１７  極性判別器（極性判別手段）、１８  ゲイン増幅器（信号増幅手段）、１９〜２１  減算器、２２  乗算器（乗算手段）、２２ａ  角速度指令、２３  ＥＬ指令入力、２４  ｘＥＬ指令入力、２５  目標、２６  直交座標系Ｏ−ＸＹ、２７  追尾制御器（追尾制御手段）、２８  ＥＬ角速度センサ（第２の角速度検出手段）、２９  ｘＥＬ角速度センサ（第３の角速度検出手段）、１１０  ＥＬ角速度ループ（第２の角速度ループ）、１２０  ｘＥＬ角速度ループ（第３の角速度ループ）、１３０  ＡＺ角速度ループ（第１の角速度ループ）、２１０  ＥＬ目標追尾ループ、２２０  ｘＥＬ目標追尾ループ、２３０  ＡＺ角度追従ループ
【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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