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JPS63271182A - Automatic controller for antenna beam direction - Google Patents

Automatic controller for antenna beam direction

Info

Publication number
JPS63271182A
JPS63271182A JP10564987A JP10564987A JPS63271182A JP S63271182 A JPS63271182 A JP S63271182A JP 10564987 A JP10564987 A JP 10564987A JP 10564987 A JP10564987 A JP 10564987A JP S63271182 A JPS63271182 A JP S63271182A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
error
antenna
value
angle
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10564987A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Miyake
三宅 鐡夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP10564987A priority Critical patent/JPS63271182A/en
Publication of JPS63271182A publication Critical patent/JPS63271182A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To automatically estimate and correct an error contained in an observation value of a position measuring instrument, an oscillation detector, and an azimuth detector, by constituting a composite tracking system of a program tracking system and a conical scan system. CONSTITUTION:An error correcting part 13 receives each observation value of a roll angle, a pitch angle and a nose azimuth of a moving body and the present position, and an error estimated value from an error estimating part 12, and forms each estimated value of the roll angle, the pitch angle, the nose azimuth and the present position. A program tracking control part 9 executes a predicting calculation of a radio wave incoming direction, and this output is added to an output of a conical scan signal generating part 10 by an adding part 17. An oscillation correcting part 8 outputs a controlled variable to an antenna driving mechanism. An error estimating part 12 derives an error estimated value to each observation value of the roll angle, the nose azimuth and the present position of the moving body, based on a directional error observation value from a directional error detecting part 11. A correction of the error and a program tracking control are executed by an observation value whose error has been corrected.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、航空機、車両、船舶等の移動体に搭載される
アンテナのビーム方向を電波発生源方向へ指向させるた
めのアンテナビーム方向の自動制御装置に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention is directed to an automatic antenna beam direction for directing the beam direction of an antenna mounted on a moving object such as an aircraft, vehicle, or ship toward a radio wave generation source. Regarding a control device.

(従来の技術) 周知のように、衛星通信システムでは、アンテナを常に
衛星方向へ指向させることを可能とするために衛星がビ
ーコン電波を発射している。
(Prior Art) As is well known, in a satellite communication system, a satellite emits beacon radio waves in order to always point an antenna toward the satellite.

即ち、衛星が電波発生源となっているが、その他に電波
発生源としては例えば海底油田の基地がある。海底油田
の基地は洋上に設定されるので、船舶やヘリコプタで要
員を運搬することになるが、荒天時を考慮して基地から
ビーコン電波を発射している事例がある。
That is, satellites are the source of radio waves, but other sources of radio waves include, for example, bases in submarine oil fields. Since bases for offshore oil fields are set on the ocean, personnel are transported by ship or helicopter, but there are cases where beacon radio waves are emitted from the bases in case of rough weather.

また、周知のように、電波到来方向を自動追尾する方式
としては、自己追尾方式とプログラム追尾方式とが知ら
れている。自己追尾方式は、フィードバック制御に基づ
くもので、ビーコン電波を受信して自動的にその到来方
向へアンテナを駆動する方式である。これには、コニカ
ルスキャン方式、ステップトラック方式やモノパルス方
式等、各種の方式がある。また、プログラム追尾方式は
、いわゆるオープンループ制御に基づくもので、電波到
来方向を予測計算によって求め、その予測した方向へア
ンテナを指向させる方式である。
Furthermore, as is well known, as methods for automatically tracking the direction of arrival of radio waves, there are known a self-tracking method and a program tracking method. The self-tracking method is based on feedback control, and is a method of receiving beacon radio waves and automatically driving the antenna in the direction of arrival. There are various methods for this, such as a conical scan method, a step track method, and a monopulse method. The program tracking method is based on so-called open-loop control, and is a method in which the direction of arrival of radio waves is determined by predictive calculation, and the antenna is directed in the predicted direction.

(発明が解決しようとする問題点) ところで、移動体に搭載されるアンテナを制御対象とす
るアンテナビーム方向の自動制御装置を構成する場合、
追尾精度を問題とすることは当然で゛あるが、さらにア
ンテナおよびその駆動機構(ジンバル機構という)の構
造を複雑化せず全体的に小型化を可能とする追尾方式を
採用すべきである。
(Problems to be Solved by the Invention) By the way, when configuring an automatic antenna beam direction control device that controls an antenna mounted on a moving object,
It is natural that tracking accuracy is an issue, but it is also necessary to adopt a tracking method that does not complicate the structure of the antenna and its drive mechanism (referred to as a gimbal mechanism) and allows for overall miniaturization.

まず、追尾精度の観点から考察する。ステップトラック
方式は、一定の時間間隔でアンテナ方位を微少角度ずつ
ステップ状に動かし、受信レベルの増減を適当な積分時
間をとって判定し、増加した場合にはさらに同一方向へ
動かし、減少した場合には逆方向へ動かして受信レベル
の最大点を求めるものであるから、旋回や蛇行等任意の
運動をする移動体には不適当である。また、プログラム
追尾方式では、移動体が例えば衛星通信システムにおけ
る移動通信端局である場合、既知の衛星の軌道要素から
定められた固定座標系における衛星の現在位置を計算し
、これと同一座標系における自位置の観測値から、その
地点の水平面でアンテナが指向すべき方位角と仰角とを
予測計算する。
First, let's consider from the perspective of tracking accuracy. The step track method moves the antenna direction step by minute at regular time intervals, determines whether the received level has increased or decreased by taking an appropriate integration time, and if it has increased, the antenna is moved further in the same direction, and if it has decreased, it is moved in the same direction. Since the method determines the maximum point of reception level by moving in the opposite direction, it is not suitable for moving objects that make arbitrary movements such as turning or meandering. In addition, in the program tracking method, when the mobile object is, for example, a mobile communication terminal station in a satellite communication system, the current position of the satellite is calculated in a fixed coordinate system determined from the orbital elements of the known satellite, and The azimuth and elevation angles to which the antenna should point in the horizontal plane at that point are predicted and calculated from the observed value of the own position at that point.

この予測値に対して移動体の機首方位角と、動揺角(ロ
ール角とピッチ角)による補正をし、補正した予測値に
基づきアンテナ駆動機構に対する制御量を計算し、この
制御量でもってアンテナを駆動制御し、もってアンテナ
ビームの指向方向を目標方向に保持するのである。この
方式は制御が簡便である利点がある。しがし、移動体の
現在位置を測定する測位装置、移動体のヨー角を測定す
る方位検出器およびロール角とピッチ角を検出する動揺
検出器の誤差は、アンテナビーム方向の指向誤差となっ
て現れる。衛星通信では、指向誤差が許容値(ビーム幅
の1/2)を越えた場合、受信レベル、送信効率共に低
下するため通信ができなくなる。移動通信端局では指向
性の強いアンテナを使用するので、アンテナの指向方向
の制御をプログラム追尾方式のみで行うためには、高精
度の測位装置、方位検出器および動揺検出器が必要とな
るという問題点がある。
This predicted value is corrected based on the heading angle and swing angle (roll angle and pitch angle) of the mobile object, and the control amount for the antenna drive mechanism is calculated based on the corrected predicted value. The antenna is driven and controlled to maintain the pointing direction of the antenna beam in the target direction. This method has the advantage of easy control. However, errors in the positioning device that measures the current position of the moving object, the azimuth detector that measures the yaw angle of the moving object, and the oscillation detector that detects the roll and pitch angles result in pointing errors in the antenna beam direction. appears. In satellite communications, if the pointing error exceeds a permissible value (1/2 of the beam width), both reception level and transmission efficiency will drop, making communication impossible. Mobile communication terminal stations use highly directional antennas, so in order to control the antenna direction using only the program tracking method, highly accurate positioning equipment, direction detectors, and motion detectors are required. There is a problem.

一方、コニカルスキャン方式やモノパルス方式は、いず
れもビーコン電波の受信信号からアンテナのビーム方向
と目標の実方向との差、つまりアンテナの指向誤差信号
を検出し、この誤差信号が零となるようにアンテナを駆
動するフィードバック制御であるので、任意の運動をす
る移動体においても精度の高い追尾が期待できる利点が
ある。
On the other hand, both the conical scan method and the monopulse method detect the difference between the antenna beam direction and the actual direction of the target from the received signal of the beacon radio wave, that is, the antenna pointing error signal. Since it is feedback control that drives the antenna, it has the advantage that highly accurate tracking can be expected even for moving objects that move arbitrarily.

次いで、アンテナおよびその駆動機構の構造の簡単化が
可能か否かの観点から考察する。
Next, consideration will be given to whether the structure of the antenna and its drive mechanism can be simplified.

モノパルス方式は複数のホーンとそれに対応する導波管
の装備が必要であり、基本的に構造の簡単化が無理であ
ると言える。また、コニカルスキャン方式はアンテナビ
ームをコニカル状に回転させるのであるから、アンテナ
の駆動頻度が高い。
The monopulse method requires multiple horns and corresponding waveguides, and it can be said that it is basically impossible to simplify the structure. Furthermore, since the conical scan method rotates the antenna beam conically, the antenna is driven frequently.

従って、この方式では、耐久性を考慮しなければならず
、アンテナ駆動機構が複雑化する。
Therefore, in this method, durability must be taken into consideration, and the antenna drive mechanism becomes complicated.

一方、プログラム追尾方式はアンテナの駆動頻度がコニ
カルスキャン方式に比してはるかに少なくなるので、ア
ンテナ駆動機構の簡単化が図れる利点がある。
On the other hand, in the program tracking method, the frequency of driving the antenna is much lower than in the conical scan method, so there is an advantage that the antenna driving mechanism can be simplified.

本発明は、移動体に搭載されるアンテナのビーム方向制
御の必要性に鑑みなされたもので、その目的は、プログ
ラム追尾方式を主とし、コニカルスキャン追尾方式を副
とする複合追尾方式を構成することによって、両方式の
利点を生かし欠点を解消したアンテナビーム方向の自動
制御装置を提供することにある。
The present invention was made in view of the necessity of controlling the beam direction of an antenna mounted on a moving body, and its purpose is to configure a composite tracking method that mainly uses a program tracking method and a conical scan tracking method as a secondary method. Therefore, it is an object of the present invention to provide an automatic antenna beam direction control device that takes advantage of the advantages of both systems and eliminates their drawbacks.

(問題点を解決するための手段) 前記目的を達成するために、本発明のアンテナビーム方
向の自動制御装置は次の如き構成を有する。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, an automatic antenna beam direction control device of the present invention has the following configuration.

即ち、本発明のアンテナビーム方向の自動制御装置は、
移動体に搭載されるアンテナのビーム方向を電波発生源
方向へ指向させるための装置であって; 移動体のロー
ル角、ピッチ角1機首方位および現在位置の各観測値と
誤差推定値とを受けてロール角、ピッチ角1機首方位お
よび現在位置の各推定値を形成する誤差修正部と: 既
知の若しくは計算して求めた電波発生源の位置と前記現
在位置推定値とから電波到来方向を予測計算するプログ
ラム追尾制御部と; アンテナのビーム方向をコニカル
スキャン中心軸を中心に所定のオフセット角で回転させ
るためのコニカルスキャン信号を任意のタイミングで発
生できるコニカルスキャン信号発生部と; 前記プログ
ラム追尾制御部の出力と前記コニカルスキャン信号発生
部の出力とを加算する加算部と; 前記加算部の出力と
前記ロール角、ピッチ角および機首方位の各推定値とを
受けてアンテナ駆動機構に対する制御量を演算し出力す
るものであって、プログラム追尾制御部が求めた予測方
向に対して各推定値に基づく補正操作を加えてアンテナ
ビームを所定の方向へ指向させるとともに、その指向方
向をコニカルスキャン中心軸として該アンテナビームを
回転させるようにする動揺補正部と; コニカル状にビ
ーム方向を回転させているアンテナで受信した電波発生
源の発信信号を受けて目標の予測方向と目標の実方向と
の指向誤差を観測取得する指向誤差検出部と弓 前記指
向誤差検出部が出力する指向誤差観測値に基づき移動体
のロール角、ピッチ角1機首方位および現在位置の各観
測値に対する誤差推定値を求め、そ、れを前記誤差修正
部へ送出する誤差推定部と; を備えたことを特徴とす
るものである。
That is, the automatic antenna beam direction control device of the present invention has the following features:
A device for directing the beam direction of an antenna mounted on a mobile object toward a radio wave generation source, the device comprising: a device for directing a beam direction of an antenna mounted on a mobile object in the direction of a radio wave generation source; and an error correction unit that forms estimated values of a roll angle, a pitch angle, a heading, and a current position. a program tracking control unit that predicts and calculates; a conical scan signal generation unit that can generate at any timing a conical scan signal for rotating the beam direction of the antenna at a predetermined offset angle around the conical scan center axis; an adding section that adds the output of the tracking control section and the output of the conical scan signal generating section; receiving the output of the adding section and the estimated values of the roll angle, pitch angle, and heading, and adds the output to the antenna drive mechanism; It calculates and outputs the control amount, and it directs the antenna beam in a predetermined direction by adding correction operations based on each estimated value to the predicted direction determined by the program tracking control unit, and also directs the antenna beam in a conical direction. a sway correction unit that rotates the antenna beam as a scanning center axis; and a vibration correction unit that rotates the antenna beam as a scanning center axis; receives a transmission signal from a radio wave source received by an antenna that rotates the beam direction in a conical shape, and calculates a predicted direction of the target and an actual direction of the target. A pointing error detection unit that observes and obtains pointing errors between the bow and the pointing error; and an error estimation for each observed value of the roll angle, pitch angle, heading, and current position of the moving object based on the observed pointing error values output by the pointing error detection unit. The present invention is characterized by comprising: an error estimating section that calculates a value and sends it to the error correcting section;

(作 用) 次に、前記の如く構成される本発明のアンテナビーム方
向の自動制御装置の作用を説明する。
(Function) Next, the function of the automatic antenna beam direction control device of the present invention configured as described above will be explained.

誤差修正部は、移動体のロール角、ピッチ角。The error correction section adjusts the roll angle and pitch angle of the moving object.

機首方位および現在位置の各観測値と誤差推定値とを受
けてロール角、ピッチ角9機首方位および現在位置の各
推定値を形成する。
Receiving the observed values of the heading and current position and the estimated error values, each estimated value of the roll angle, pitch angle 9 heading and current position is formed.

プログラム追尾制御部は、既知の若しくは計算して求め
た電波発生源の位置と前記現在位置推定値とから電波到
来方向を予測計算する。
The program tracking control unit predicts and calculates the radio wave arrival direction from the known or calculated position of the radio wave source and the estimated current position.

即ち、電波発生源が例えば海底油田の基地の如く地球上
の定点にある時はその位置データ(緯度。
That is, when a radio wave source is located at a fixed point on the earth, such as an offshore oil field base, its location data (latitude, etc.) is transmitted.

経度)が与えられ、また例えば静止衛星である場合には
その軌道データから位置(緯度、経度)を計算して求め
るのである。
For example, in the case of a geostationary satellite, the position (latitude, longitude) is calculated from its orbit data.

一方、コニカルスキャン信号発生部は、アンテナのビー
ム方向をコニカルスキャン中心軸を中心に所定のオフセ
ット角で回転させるためのコニカルスキャン信号を任意
のタイミングで、即ち必要な時に発生するようになって
いる。
On the other hand, the conical scan signal generation section is configured to generate a conical scan signal at an arbitrary timing, that is, when necessary, to rotate the beam direction of the antenna at a predetermined offset angle around the conical scan center axis. .

加算部は、前記プログラム追尾制御部の出力と前記コニ
カルスキャン信号発生部の出力とを加算する。
The addition section adds the output of the program tracking control section and the output of the conical scan signal generation section.

動揺補正部は、前記加算部の出力と前記ロール角、ピッ
チ角および機首方位の各推定値とを受けてアンテナ駆動
機構に対する制御量を演算し出力するものであって、プ
ログラム追尾制御部が求めた予測方向に対して各推定値
に基づく補正操作を加えてアンテナビームを所定の方向
へ指向させるとともに、その指向方向をコニカルスキャ
ン中心軸として該アンテナビームを回転させるようにす
る。
The sway correction section receives the output of the addition section and the estimated values of the roll angle, pitch angle, and heading, and calculates and outputs a control amount for the antenna drive mechanism, and the program tracking control section calculates and outputs a control amount for the antenna drive mechanism. A correction operation based on each estimated value is applied to the obtained predicted direction to direct the antenna beam in a predetermined direction, and the antenna beam is rotated using the directed direction as the center axis of the conical scan.

指向誤差検出部は、コニカル状にビーム方向を回転させ
ているアンテナで受信した電波発生源の発信信号を受け
て目標の予測方向と目標の実方向どの指向誤差を観測取
得するや そして、誤差推定部は、前記指向誤差検出部が出力する
指向誤差観測値に基づき移動体のロール角、81首方位
および現在位置の各観測値に対する誤差推定値を求め、
それを前記誤差修正部へ送出する。
The pointing error detection unit receives the transmission signal from the radio wave source received by the antenna whose beam direction is rotated in a conical shape, observes and obtains the pointing error in the predicted direction of the target and the actual direction of the target, and then estimates the error. The unit calculates error estimates for each of the observed values of the roll angle, 81 head direction, and current position of the moving body based on the observed pointing error values output by the pointing error detection unit,
It is sent to the error correction section.

斯くして、移動体の各観測値に含まれる誤差の補正とプ
ログラム追尾制御は、誤差修正された観測値で行われる
ことになり、指向誤差は減少し、指向精度はプログラム
追尾制御とコニカルスキャン方式との複合化によって向
上することになる。
In this way, correction of errors included in each observed value of the moving object and program tracking control are performed using the error-corrected observed values, the pointing error is reduced, and pointing accuracy is improved by program tracking control and conical scanning. This will be improved by combining it with other methods.

このように、本発明のアンテナビーム方向の自動制御装
置によれば、プログラム追尾方式とコニカルスキャン方
式との複合追尾方式としたので、測位装置、動揺検出器
、方位検出器の観測値に含まれる誤差は自動的に推定さ
れ補正されるため、これらの装置に対する性能要求を緩
和させ得、プログラム追尾方式の欠点を解消できる。
As described above, according to the automatic antenna beam direction control device of the present invention, since the tracking method is a combination of the program tracking method and the conical scan method, the observed values of the positioning device, the vibration detector, and the direction detector include Since errors are automatically estimated and corrected, the performance requirements for these devices can be relaxed and the drawbacks of program tracking methods can be overcome.

また、誤差推定と修正機能があるので、ある期間複合化
によって誤差推定を行い、他の期間は複合化を停止し、
複合化の期間中得られた誤差推定値でもって修正を継続
することができ、高精度追尾を途切れることなく続ける
ことができる。
It also has an error estimation and correction function, so it estimates the error by compounding for a certain period, stops compounding for other periods, and
Correction can be continued using the error estimation value obtained during the compounding period, and high precision tracking can be continued without interruption.

その結果、通常のアンテナリフレクタのホーンを機械的
に回転させるコニカルスキャンの場合、回転の頻度を減
らすことができる。このことは、コニカルスキャンの周
期を長くできることと相俟ってアンテナおよびその駆動
機構の構造の簡単化を可能とし、長命化を図ることがで
きる。即ち、コニカルスキャン方式の欠点を解消できる
As a result, in the case of a conical scan in which the horn of a normal antenna reflector is mechanically rotated, the frequency of rotation can be reduced. This, together with the fact that the period of conical scanning can be lengthened, makes it possible to simplify the structure of the antenna and its drive mechanism, and to extend its life. That is, the drawbacks of the conical scan method can be overcome.

さらに、電波障害等でコニカルスキャン方式に基づく指
向誤差データの入手が途絶しても、プログラム追尾によ
って動作継続が可能となり、信頼性が高まる、等種々の
優れた効果を得ることができる。
Furthermore, even if the acquisition of pointing error data based on the conical scan method is interrupted due to radio wave interference or the like, program tracking makes it possible to continue operation, thereby providing various excellent effects such as increased reliability.

(実 施 例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例に係るアンテナビーム方向の
自動制御装置を示す、このアンテナビーム方向の自動制
御装置は、衛星通信システムにおける移動通信端局に用
いられるものを示し、アンテナリフレクタ1と、送受信
器2と、アンテナ駆動機構(ジンバル機構3、駆動モー
タ4、サーボ増幅器5、補償回路6および回転角検出部
7)と、動揺補正部8と、プログラム追尾制御部9と、
コニカルスキャン信号発生部10と、指向誤差検出部1
1と、誤差推定部12と、誤差修正部13と、動揺検出
器14と、測位装W16と、加算部17とを基本的に備
える。
FIG. 1 shows an automatic antenna beam direction control device according to an embodiment of the present invention. This antenna beam direction automatic control device is used in a mobile communication terminal station in a satellite communication system. , a transceiver 2, an antenna drive mechanism (gimbal mechanism 3, drive motor 4, servo amplifier 5, compensation circuit 6, and rotation angle detection section 7), an oscillation correction section 8, a program tracking control section 9,
Conical scan signal generation section 10 and pointing error detection section 1
1, an error estimation section 12, an error correction section 13, an agitation detector 14, a positioning device W16, and an addition section 17.

動揺検出器14は移動体のロール角とピッチ角を検出し
、それらを誤差修正部13へ供給する。
The oscillation detector 14 detects the roll angle and pitch angle of the moving body and supplies them to the error corrector 13.

方位検出器15は移動体のヨー角を検出し、それを誤差
修正部13へ供給する。また、測位装置は移動体の現在
位置を測定し、その観測値(緯度。
The azimuth detector 15 detects the yaw angle of the moving body and supplies it to the error corrector 13. In addition, the positioning device measures the current position of the moving object and its observed value (latitude).

経度)を誤差修正部13へ供給する。longitude) is supplied to the error correction unit 13.

誤差修正部13は、通常の運用時においては、誤差推定
部12から供給される誤差推定値に基づき、また誤差推
定部12がら誤差推定値の供給が途絶したときはその直
前の誤差推定値に基づき動揺検出器14.方位検出器1
5および測位装置16の各観測値に対する推定値を求め
(詳細は後述する)、緯度a測値λの推定値λおよび経
度観測値りの推定値しはプログラム追尾制御部9へ、方
位観測値ψの推定値ヒ、ロール角観測値φの推定値;お
よびピッチ角観測値θの推定値δは動揺補正部8へそれ
ぞれ供給する。
During normal operation, the error correction unit 13 is based on the error estimate supplied from the error estimation unit 12, and when the supply of error estimate from the error estimation unit 12 is interrupted, it is based on the immediately previous error estimate. Based on the oscillation detector 14. Direction detector 1
5 and the positioning device 16 (details will be described later), the estimated value λ of the latitude measured value λ and the estimated value of the longitude observed value are sent to the program tracking control unit 9, and the azimuth observed value The estimated value of ψ, the estimated value of the observed roll angle value φ; and the estimated value δ of the observed pitch angle value θ are supplied to the sway correction unit 8, respectively.

プログラム追尾制御部9では、衛星の軌道データ(静止
衛星の場合には緯度、経度および高度の各データからな
る)が与えられ、この軌道データと自位置の推定値9つ
まり緯度の推定値又と経度の推定値Cとに基づき自位置
から見た衛星のあるべき方向く予想方向)を計算する。
The program tracking control unit 9 is given satellite orbit data (in the case of a geostationary satellite, it consists of latitude, longitude, and altitude data), and combines this orbit data with an estimated self-position 9, that is, an estimated latitude or Based on the estimated longitude value C, the expected direction of the satellite as seen from its own position is calculated.

予想方向は、真北、東および天頂の直交3軸を座標軸と
する地平座標系における真北からの予想方位Azと水平
面からの予想仰角Etとして計算する。この予想方向信
号は加算部17の一方の入力へ供給される。
The expected direction is calculated as the expected azimuth Az from the true north and the expected elevation angle Et from the horizontal plane in a horizontal coordinate system whose coordinate axes are three orthogonal axes: true north, east, and zenith. This predicted direction signal is supplied to one input of the adder 17.

加算部17は、他方の入力にコニカルスキャン信号がコ
ニカルスキャン信号発生部10がら供給されており、こ
のコニカルスキャン信号と予想方向信号とが加算されて
動揺補正部8へ出力される。
The adder 17 has the other input supplied with the conical scan signal from the conical scan signal generator 10 , and the conical scan signal and the predicted direction signal are added together and output to the sway corrector 8 .

しかし、コニカルスキャン信号は後述する如く任意のタ
イミングで発生するので、加算部17がら動揺補正部8
へ出力されるものの大部分は予想方向信号のみである。
However, since the conical scan signal is generated at an arbitrary timing as described later, the adding section 17 and the oscillation correcting section 8
Most of what is output to is only the expected direction signal.

従って、最初にこの予想方向信号の処理から説明する。Therefore, the processing of this expected direction signal will be explained first.

動揺補正部8では、移動体にはヨー角、ロール角および
ピッチ角に時々刻々の変動があることに鑑み、予想方位
A2と予想仰角Elとを方位角推定値@、ロール角推定
値φおよびピッチ角推定値δで補正するとともに、これ
にジンバル機構3の自由度と構造的要因を加味したジン
バル軸角度制御量を計算し、それを補償回路6へ供給す
る。
In consideration of the fact that the moving body has moment-to-moment fluctuations in the yaw angle, roll angle, and pitch angle, the sway correction unit 8 converts the expected azimuth A2 and the expected elevation angle El into the estimated azimuth value @, the estimated roll angle value φ, and In addition to correcting the estimated pitch angle value δ, a gimbal axis angle control amount is calculated by taking into account the degree of freedom of the gimbal mechanism 3 and structural factors, and is supplied to the compensation circuit 6.

なお、ジンバル機構3としては、2軸方式、3軸方式、
4軸方式等各種のものが適用可能である。
Note that the gimbal mechanism 3 may be a 2-axis system, a 3-axis system, or
Various methods such as a 4-axis method are applicable.

補償回路6は、このジンバル軸角度制御量と、ジンバル
の各軸に取り付けである回転角検出器7が検出出力する
ジンバル軸実角度との誤差を計測し、ジンバル軸角度制
御量にジンバル軸実角度を追従させるに必要な補償処理
を行い、サーボループの静特性、動特性および安定性の
向上が図られる。
The compensation circuit 6 measures the error between this gimbal axis angle control amount and the gimbal axis actual angle detected and output by the rotation angle detector 7 attached to each axis of the gimbal, and adds the gimbal axis angle control amount to the gimbal axis actual angle. Compensation processing necessary to follow the angle is performed, and the static characteristics, dynamic characteristics, and stability of the servo loop are improved.

補償回路6の出力は、サーボ増幅器5で増幅され、駆動
モータ4によってジンバル機構3の軸回転角度が変化さ
せられる。軸回転角度の変化は回転角度検出器7で検出
され、補償回路6にフィードバックされる。その結果、
ジンバル軸実角度はジンバル軸角度制御量に追従するこ
とになり、ジンバル軸上のアンテナリフレクタ1のビー
ム方向は衛星方向へ指向させられることになる。
The output of the compensation circuit 6 is amplified by the servo amplifier 5, and the shaft rotation angle of the gimbal mechanism 3 is changed by the drive motor 4. Changes in the shaft rotation angle are detected by the rotation angle detector 7 and fed back to the compensation circuit 6. the result,
The gimbal axis actual angle follows the gimbal axis angle control amount, and the beam direction of the antenna reflector 1 on the gimbal axis is directed toward the satellite.

ところで、通常、動揺検出器14、方位検出器15、測
位装置16から得られるロール角φ、ピッチ角θ、方位
角ψ、緯度λ、経度りの観測値には誤差が含まれる。こ
の誤差のため、アンテナビームの中心軸の指向方向と実
際の衛星の方向は一致せず指向誤差εが生じることにな
り、衛星との通信に障害が出る。
Incidentally, normally, the observed values of roll angle φ, pitch angle θ, azimuth angle ψ, latitude λ, and longitude obtained from the oscillation detector 14, the azimuth detector 15, and the positioning device 16 include errors. Due to this error, the pointing direction of the central axis of the antenna beam does not match the actual direction of the satellite, resulting in a pointing error ε, which impedes communication with the satellite.

そこで、コニカルスキャン信号発生部10は、前述の如
きプログラム追尾の過程における適宜なタイミングで起
動指令(図示省略)が与えられ、コニカルスキャン周期
ωS、オフセット角βのコニカルスキャン信号を発生す
る。このコニカルスキャン信号は加算部17でプログラ
ム追尾制御部9が出力する予想方向信号の予想方位Az
、予想仰角Etと加算され、動揺補正部8へ入力する。
Therefore, the conical scan signal generating section 10 is given an activation command (not shown) at an appropriate timing during the program tracking process as described above, and generates a conical scan signal with a conical scan period ωS and an offset angle β. This conical scan signal is added to the expected direction Az of the expected direction signal output by the program tracking control section 9 in the adder 17.
, and the expected elevation angle Et, and input to the sway correction section 8.

動揺補正部8では前述した如くしてジンバル軸角度制御
量を計算し、それを補償回路6へ供給する。その結果、
アンテナリフレクタ1のアンテナビームの中心軸は、予
想方位Azと予想仰角Etとで定まる方向をコニカルス
キャン中心軸とし、オフセット角βでもってコニカル状
に周期ωSて回転することとなる。そして、送受信器2
で得られた受信信号は、指向誤差検出部11においてコ
ニカルスキャン信号によって復調処理され、指向誤差の
観測値が時々刻々求められる。指向誤差の観測値は予想
方位Azに対する誤差δAZと予想仰角Etに対する誤
差δEtとからなり、これらは誤差推定部12へ供給さ
れる。
The oscillation correction section 8 calculates the gimbal axis angle control amount as described above and supplies it to the compensation circuit 6. the result,
The central axis of the antenna beam of the antenna reflector 1 has the direction determined by the expected azimuth Az and the expected elevation angle Et as the conical scan central axis, and rotates conically at a period ωS with an offset angle β. And transmitter/receiver 2
The received signal obtained in the above is demodulated by a conical scan signal in the pointing error detection section 11, and the observed value of the pointing error is obtained every moment. The observed value of the pointing error consists of an error δAZ with respect to the expected azimuth Az and an error δEt with respect to the expected elevation angle Et, and these are supplied to the error estimator 12.

誤差推定部12では、入力する一連の観測値(δAX、
δEt)に基づき動揺検出器14.方位検出器15およ
び測位装置16の観測値に含まれる誤差δφ、同δθ、
同δψ、同δλおよび同δLをKalman Filt
er法またはMaximum Likelih−ood
 Estima目on法等を用いて推定し、求めた各誤
差推定値を誤差修正部13へ供給する。
The error estimation unit 12 inputs a series of observed values (δAX,
δEt) based oscillation detector 14. Errors δφ and δθ included in the observed values of the direction detector 15 and the positioning device 16,
Kalman Filt the same δψ, the same δλ and the same δL
er method or Maximum Likelih-ood
Estimation is performed using the Estimation method or the like, and each of the obtained error estimation values is supplied to the error correction unit 13.

なお、誤差δAz、同δEtと誤差δφ、同δθ。Note that the error δAz, the same δEt, and the error δφ, the same δθ.

同δψ、同δλおよび同δLとの関係は非線形となるが
、真値回りでテーラ−展開し高次の項を省略すると、次
の式(1)、同(2)で与えられる。
The relationship between δψ, δλ, and δL is nonlinear, but if Taylor expansion is performed around the true value and high-order terms are omitted, it is given by the following equations (1) and (2).

δAz=f、δφ+f2δθ+f、δψ+f4δλ+f
、δし−−−−−<i> δEL=g1δφ+g2δθ+g3δψ十g4δλ十g
5δL−−−−−−(2> ここに、関数f;(i=1〜5)、同g +(x = 
1〜5)はロール角φ、ピッチ角θ、方位ψ、緯度λお
よび経度りの関数である。
δAz=f, δφ+f2δθ+f, δψ+f4δλ+f
, δ ----<i> δEL = g1 δφ + g2 δθ + g3 δψ ten g4 δλ ten g
5δL−−−−−−(2> Here, the function f; (i=1 to 5), the same g + (x =
1 to 5) are functions of roll angle φ, pitch angle θ, azimuth ψ, latitude λ, and longitude.

誤差修正部13では、動揺検出器14.方位検出器15
および測位装置16の各観測値から前記誤差推定値を差
し引くことを行い、ロール角推定値φ、ピッチ角推定値
θおよび方位角推定値↓は動揺補正部8へ、緯度推定値
又と経度推定値Cはプログラム追尾制御部9へそれぞれ
供給する。
In the error correction unit 13, the oscillation detector 14. Direction detector 15
Then, the estimated error value is subtracted from each observation value of the positioning device 16, and the estimated roll angle φ, estimated pitch angle θ, and estimated azimuth value ↓ are sent to the sway correction unit 8 as the estimated latitude value or the estimated longitude value. The value C is supplied to the program tracking control section 9, respectively.

従って、この誤差修正部13では、コニカルスキャン方
式による追尾が行われる以前では誤差推定値が存在しな
いから、この場合には動揺検出器14と方位検出器15
の観測値がそのまま動揺補正部8へ、また測位装置16
の観測値がそのままプログラム追尾制御部9へそれぞれ
供給する。
Therefore, in this error correction unit 13, since there is no estimated error value before tracking is performed using the conical scan method, in this case, the oscillation detector 14 and the direction detector 15
The observed value is directly sent to the sway correction unit 8, and also to the positioning device 16.
The observed values are respectively supplied to the program tracking control section 9 as they are.

そして、コニカルスキャン方式による追尾が行われた後
は、誤差推定値の入力があるときは最新のものに、誤差
推定値の入力が途絶したときは途絶直前のものにそれぞ
れ基づいて前述の如き動作を行う。
After tracking is performed using the conical scan method, the operation described above is performed based on the latest error estimated value when there is input, and the one immediately before the input when error estimated value is interrupted. I do.

斯くして、プログラム追尾方式に基づく追尾が行われて
いる過程の適宜なタイミングでコニカルスキャン方式に
基づく追尾が行われる通常の運用状態では、動揺の補正
とプログラム追尾制御は、誤差修正された観測値で行わ
れることになり、指向誤差は減少し、指向誤差δAZと
同δElの平均値が零になるまで収れんする。つまり、
指向誤差の平均値が零になるような誤差推定値が得られ
ることになり、指向精度は、プログラム追尾制御と、コ
ニカルスキャン方式との複合化によって向上することに
なる。又コニカルスキャン方式による指向誤差の観測値
が何らかの原因で途絶し入手できなくても、それまでの
誤差推定値によって、観測値の修正を行うことによって
、複合化状態は継続することになる。
In this way, under normal operating conditions in which tracking based on the conical scan method is performed at appropriate timings during tracking based on the program tracking method, oscillation correction and program tracking control are performed based on error-corrected observations. As a result, the pointing error decreases and converges until the average value of the pointing errors δAZ and δEl becomes zero. In other words,
An error estimation value such that the average value of pointing errors becomes zero is obtained, and pointing accuracy is improved by combining program tracking control and the conical scan method. Furthermore, even if the observed value of the pointing error by the conical scan method is discontinued for some reason and cannot be obtained, the composite state continues by correcting the observed value using the previous error estimate.

(発明の効果) 以上詳述したように、本発明のアンテナビーム方向の自
動制御装置によれば、プログラム追尾方式とコニカルス
キャン方式との複合追尾方式としたので、測位装置、動
揺検出器、方位検出器の観測値に含まれる誤差は自動的
に推定され補正されるなめ、これらの装置に対する性能
要求を緩和させ得、プログラム追尾方式の欠点を解消で
きる。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the automatic antenna beam direction control device of the present invention, the combined tracking method of the program tracking method and the conical scan method is used. Since the errors included in the observed values of the detector are automatically estimated and corrected, the performance requirements for these devices can be relaxed and the drawbacks of the program tracking method can be overcome.

また、誤差推定と修正機能があるので、ある期間複合化
によって誤差推定を行い、他の期間は複合化を停止し、
複合化の期間中得られた誤差推定値でもって修正を継続
することができ、高精度追尾を途切れることなく続ける
ことができる。
It also has an error estimation and correction function, so it estimates the error by compounding for a certain period, stops compounding for other periods, and
Correction can be continued using the error estimation value obtained during the compounding period, and high precision tracking can be continued without interruption.

その結果、通常のアンテナリフレクタのホーンを機械的
に回転させるコニカルスキャンの場合、回転の頻度を減
らすことができる。このことは、コニカルスキャンの周
期を長くできることと相俟ってアンテナおよびその駆動
機構の構造の簡単化を可能とし、長命化を図ることがで
きる。即ち、コニカルスキャン方式の欠点を解消できる
As a result, in the case of a conical scan in which the horn of a normal antenna reflector is mechanically rotated, the frequency of rotation can be reduced. This, together with the fact that the period of conical scanning can be lengthened, makes it possible to simplify the structure of the antenna and its drive mechanism, and to extend its life. That is, the drawbacks of the conical scan method can be overcome.

さらに、電波障害等でコニカルスキャン方式に基づく指
向誤差データの入手が途絶しても、プログラム追尾によ
って動作継続が可能となり、信頼性が高まる、等種々の
優れた効果を得ることができる。
Furthermore, even if the acquisition of pointing error data based on the conical scan method is interrupted due to radio wave interference or the like, program tracking makes it possible to continue operation, thereby providing various excellent effects such as increased reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の一実施例に係るアンテナビーム方向
の自動制御装置の構成ブロック図である。 1・・・・・・アンテナリフレクタ、 2・・・・・・
送受信器、3・・・・・・ジンバル機構、 4・・・・
・・駆動モータ、5・・・・・・サーボ増幅器、 6・
・・・・・補償回路、7・・・・・・回転角検出部、 
8・・・・・・動揺補正部、9・・・・・・プログラム
追尾制御部、 10・・−・・・コニカルスキャン信号
発生部、 11・・・・・・指向誤差検出部、 12・
・・・・・誤差推定部、 13・・・・・・誤差修正部
、 14・・・・・・動揺検出器、 15・・・・・・
方位検出器、 16・・・・・・測位装置、 17・・
・・・・加算部。
FIG. 1 is a configuration block diagram of an automatic antenna beam direction control device according to an embodiment of the present invention. 1...Antenna reflector, 2...
Transmitter/receiver, 3...Gimbal mechanism, 4...
... Drive motor, 5... Servo amplifier, 6.
... Compensation circuit, 7 ... Rotation angle detection section,
8... Shake correction unit, 9... Program tracking control unit, 10... Conical scan signal generation unit, 11... Pointing error detection unit, 12.
...Error estimating unit, 13...Error correction unit, 14...Sway detector, 15...
Direction detector, 16...Positioning device, 17...
... Addition section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 移動体に搭載されるアンテナのビーム方向を電波発生源
方向へ指向させるための装置であって;移動体のロール
角、ピッチ角、機首方位および現在位置の各観測値と誤
差推定値とを受けてロール角、ピッチ角、機首方位およ
び現在位置の各推定値を形成する誤差修正部と;既知の
若しくは計算して求めた電波発生源の位置と前記現在位
置推定値とから電波到来方向を予測計算するプログラム
追尾制御部と;アンテナのビーム方向をコニカルスキャ
ン中心軸を中心に所定のオフセット角で回転させるため
のコニカルスキャン信号を任意のタイミングで発生でき
るコニカルスキャン信号発生部と;前記プログラム追尾
制御部の出力と前記コニカルスキャン信号発生部の出力
とを加算する加算部と;前記加算部の出力と前記ロール
角、ピッチ角および機首方位の各推定値とを受けてアン
テナ駆動機構に対する制御量を演算し出力するものであ
って、プログラム追尾制御部が求めた予測方向に対して
各推定値に基づく補正操作を加えてアンテナビームを所
定の方向へ指向させるとともに、その指向方向をコニカ
ルスキャン中心軸として該アンテナビームを回転させる
ようにする動揺補正部と;コニカル状にビーム方向を回
転させているアンテナで受信した電波発生源の発信信号
を受けて目標の予測方向と目標の実方向との指向誤差を
観測取得する指向誤差検出部と;前記指向誤差検出部が
出力する指向誤差観測値に基づき移動体のロール角、ピ
ッチ角、機首方位および現在位置の各観測値に対する誤
差推定値を求め、それを前記誤差修正部へ送出する誤差
推定部と;を備えたことを特徴とするアンテナビーム方
向の自動制御装置。
A device for directing the beam direction of an antenna mounted on a mobile object toward a radio wave generation source; the device includes observation values of a roll angle, a pitch angle, a heading, and a current position of a mobile object, and an estimated error value. and an error correction unit that forms estimated values of the roll angle, pitch angle, heading, and current position based on the information; and a radio wave arrival direction based on the known or calculated radio wave source position and the current position estimate. a program tracking control unit that predicts and calculates; a conical scan signal generation unit that can generate a conical scan signal at an arbitrary timing for rotating the beam direction of the antenna at a predetermined offset angle around the conical scan center axis; and the program. an adding unit that adds the output of the tracking control unit and the output of the conical scan signal generating unit; an adding unit that receives the output of the adding unit and the estimated values of the roll angle, pitch angle, and heading, and adds the output to the antenna drive mechanism; It calculates and outputs the control amount, and it directs the antenna beam in a predetermined direction by adding correction operations based on each estimated value to the predicted direction determined by the program tracking control unit, and also directs the antenna beam in a conical direction. an oscillation correction unit that rotates the antenna beam as a scanning center axis; and a vibration correction unit that rotates the antenna beam as a scanning center axis; receives a transmission signal from a radio wave source received by an antenna that rotates the beam direction in a conical shape, and calculates a predicted direction of the target and an actual direction of the target. a pointing error detection unit that observes and obtains a pointing error with respect to the pointing error; and an error estimation for each observed value of the roll angle, pitch angle, heading, and current position of the moving object based on the observed pointing error value outputted by the pointing error detection unit; An apparatus for automatically controlling an antenna beam direction, comprising: an error estimating section that calculates a value and sends it to the error correcting section.
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