JP2000159199A - Guiding control device for spacecraft - Google Patents

Guiding control device for spacecraft

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JP2000159199A
JP2000159199A JP10335785A JP33578598A JP2000159199A JP 2000159199 A JP2000159199 A JP 2000159199A JP 10335785 A JP10335785 A JP 10335785A JP 33578598 A JP33578598 A JP 33578598A JP 2000159199 A JP2000159199 A JP 2000159199A
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章二 吉河
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To come close to a target, to separate from the target, and to turn around the target with one-several time of maneuver by computing the orbital controlled variable so that a spacecraft returns to the real position after one orbital period of the target on the basis of the relative position and speed of the spacecraft at the time of orbital control maneuver. SOLUTION: A maneuver time determining unit 4 determines the appropriate time for maneuver so as to come close to a target, separate from the target and turn around the target. A navigation sensor 10 decides the relative position and the relative speed of the spacecraft to the target per each time. A controlled variable computing unit 5 computes the orbital controlled variable so that the spacecraft returns to the real position after one orbital period of the target. On the basis of this output, driving signal is sent from a controlled variable distributing unit 6 to an actuator 7. With this structure, the spacecraft performs the orbital movement 9 that it returns to the rear position again after one orbital period of the target.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、宇宙機の誘導制
御装置、特にターゲットに対して宇宙機を接近あるいは
周回するように誘導する誘導制御システムに関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a guidance control device for a spacecraft, and more particularly to a guidance control system for guiding a spacecraft toward or around a target.

【0002】[0002]

【従来の技術】地球の周りを軌道を描いて回るターゲッ
トの状態を点検したり燃料を補給したり修理したりとい
った各種のサービスを行うためには、サービスを行う宇
宙機をかなりの距離から比較的接近した距離まで接近さ
せることがしばしば必要である。さらに、ターゲットの
全体について外観検査を行うためには、宇宙機がターゲ
ットの周囲を周回飛行することが有効である。
2. Description of the Related Art In order to perform various services such as checking the state of a target orbiting around the earth, refueling and repairing the target, a comparison is made between the spacecrafts to be serviced from a considerable distance. It is often necessary to approach close distances. Further, in order to perform an appearance inspection on the entire target, it is effective for the spacecraft to fly around the target.

【0003】従来からこのようなターゲットに接近/分
離/周回する方法や装置が提案されてきた。図8は、特
開平2−200600号公報に示された宇宙機の接近方
法を示す図である。図8において、座標系O−XYZの
原点Oはターゲットの質量中心に固定されている。X軸
はターゲットの軌道速度方向、Y軸はターゲットの軌道
角運動量と逆方向、Z軸はターゲットから見た地球中心
方向である。1は目標物(以下、ターゲットと記す)、
2は宇宙機、3は指令方位を表すラインである。図8
(a)に示す時点においては、宇宙機2の最初の位置を
示している。宇宙機2から見てターゲット1の水平面に
対する角度を方位角φとし、宇宙機2は方位角φを指令
方位に保つように軌道制御を行う。ここで、図8(a)
に示す位置関係で宇宙機2の軌道制御を行わなければ、
宇宙機2はターゲット1よりも軌道高度が高いので、タ
ーゲット1の軌道運動に従って−X軸方向に移動するよ
うに見える。そこで、方位角φを指令方位に保つために
は+Z軸方向にも移動するような軌道制御を行えばよ
い。図8(b)の時点においては、前述した軌道制御に
より指令方位に沿ってターゲット1に宇宙機2がより近
づいている。図8(b)の時点において、さらに方位角
φを指令方位に保つために、再度+Z軸方向に移動する
ような軌道制御を行う。このように、ライン3に沿うよ
うに繰り返し軌道制御を行うことで、図8(c)に示す
ように、宇宙機2はライン3に沿ってターゲット1に接
近する。ターゲット1からの相対高度差zの大きさが小
さくなるにつれて、軌道運動で生じる−X軸方向の速度
が小さくなるので、遠く離れた距離の場合には比較的迅
速な接近を行い、近づいた距離においては低減した相対
接近速度で接近する。
Conventionally, methods and apparatuses for approaching / separating / circulating around such a target have been proposed. FIG. 8 is a diagram showing a method of approaching a spacecraft disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-200600. In FIG. 8, the origin O of the coordinate system O-XYZ is fixed to the center of mass of the target. The X axis is the direction of the orbital velocity of the target, the Y axis is the direction opposite to the angular momentum of the target, and the Z axis is the direction of the center of the earth as viewed from the target. 1 is a target (hereinafter referred to as a target),
Reference numeral 2 denotes a spacecraft, and reference numeral 3 denotes a line indicating a command direction. FIG.
At the time shown in (a), the initial position of the spacecraft 2 is shown. The angle of the target 1 with respect to the horizontal plane as viewed from the spacecraft 2 is defined as an azimuth angle φ, and the spacecraft 2 performs trajectory control so as to maintain the azimuth angle φ at the commanded azimuth. Here, FIG.
If the orbit control of the spacecraft 2 is not performed in the positional relationship shown in
Since the spacecraft 2 has a higher orbital altitude than the target 1, the spacecraft 2 appears to move in the −X-axis direction according to the orbital motion of the target 1. Therefore, in order to maintain the azimuth angle φ in the command azimuth, it is sufficient to perform trajectory control such that the azimuth angle φ also moves in the + Z-axis direction. At the point in time in FIG. 8B, the spacecraft 2 is closer to the target 1 along the command direction by the above-described trajectory control. At the time point of FIG. 8B, in order to further maintain the azimuth angle φ at the command azimuth, the trajectory control for moving in the + Z-axis direction again is performed. As described above, by repeatedly performing the trajectory control along the line 3, the spacecraft 2 approaches the target 1 along the line 3 as shown in FIG. As the magnitude of the relative altitude difference z from the target 1 decreases, the velocity in the −X-axis direction generated by the orbital motion decreases. Therefore, in the case of a long distance, a relatively quick approach is performed, and the approaching distance is obtained. In, approach at a reduced relative approach speed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
宇宙機の誘導制御システムでは、指定されたラインに沿
ってターゲットに接近あるいは分離するように軌道制御
を行うため、連続的にまたは軌道周期に比べて短い時間
間隔で離散的に軌道制御マヌーバを行う必要があり、推
薬の消費量が過大になる傾向があった。また、ターゲッ
トを宇宙機が周回する場合には指令方位ラインとなる円
周を折れ線で近似することになり、指定するラインの数
が増大して運用の複雑化を招く傾向があった。また、ラ
インの数が増大することにより推薬の消費量が過大にな
る傾向があった。
In the conventional guidance control system for a spacecraft as described above, the trajectory control is performed so as to approach or separate from the target along a designated line. Orbit control maneuvers must be performed discretely at shorter time intervals than in the case of, and the consumption of propellant tends to be excessive. In addition, when the spacecraft orbits the target, the circumference of the commanded azimuth line is approximated by a polygonal line, and the number of designated lines increases, which tends to complicate operation. Also, the consumption of propellant tends to be excessive due to the increase in the number of lines.

【0005】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、1回ないし数回の少数のマヌーバ
回数でターゲットに接近/分離、あるいはターゲットを
周回可能な宇宙機の誘導制御装置を得ることを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a guidance and control device for a spacecraft capable of approaching / separating from or revolving around a target with a small number of one or several maneuvers. The purpose is to obtain.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の構成に
係る宇宙機の誘導制御装置は、地球の周りを軌道を描い
て回るターゲットに対して接近/分離/周回を行う宇宙
機の誘導制御装置において、上記ターゲットに対する上
記宇宙機の相対位置と相対速度を推定する航法センサ部
と、上記宇宙機の軌道を制御する軌道制御マヌーバ時刻
を判定するマヌーバ時刻判定部と、上記軌道制御マヌー
バ時刻における上記宇宙機の相対位置と相対速度を基
に、上記ターゲットの一軌道周期後に上記宇宙機が再び
上記軌道制御マヌーバ時刻における位置に戻るような軌
道制御量を算出する制御量算出部と、軌道制御のための
アクチュエータと、上記軌道制御量を上記アクチュエー
タに配分して駆動信号を送る制御量分配部とを備えたも
のである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a spacecraft guidance control apparatus for approaching / separating / circulating a target orbiting around the earth. In the control device, a navigation sensor unit for estimating a relative position and a relative speed of the spacecraft with respect to the target, a maneuver time determining unit for determining an orbit control maneuver time for controlling the orbit of the spacecraft, and the orbit control maneuver time A control amount calculation unit that calculates an orbit control amount such that the spacecraft returns to the position at the orbit control maneuver time after one orbit cycle of the target based on the relative position and relative velocity of the spacecraft in the orbit; An actuator for control, and a control amount distribution unit that distributes the trajectory control amount to the actuator and sends a drive signal.

【0007】この発明の第2の構成に係る宇宙機の誘導
制御装置は、地球の周りを軌道を描いて回るターゲット
に対して接近/分離/周回を行う宇宙機の誘導制御装置
において、上記ターゲットに対する上記宇宙機の相対位
置と相対速度を推定する航法センサ部と、上記宇宙機の
軌道を制御する軌道制御マヌーバ時刻を判定するマヌー
バ時刻判定部と、上記軌道制御マヌーバ時刻における上
記宇宙機の相対位置と相対速度を基に、上記ターゲット
の半軌道周期後に上記宇宙機が、上記ターゲットまたは
仮想的に定めた基準点に対して上記軌道制御マヌーバ時
刻における位置と対称な位置を通過するような軌道制御
量を算出する制御量算出部と、軌道制御のためのアクチ
ュエータと、上記軌道制御量を上記アクチュエータに配
分して駆動信号を送る制御量分配部とを備えたものであ
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a spacecraft guidance control apparatus for approaching / separating / circulating a target which orbits around the earth. A navigation sensor unit for estimating a relative position and a relative speed of the spacecraft with respect to a maneuver time determining unit for determining an orbit control maneuver time for controlling the orbit of the spacecraft, and a relative position of the spacecraft at the orbit control maneuver time. An orbit such that the spacecraft passes through a position symmetrical to the position at the orbit control maneuver time with respect to the target or a virtually determined reference point after a half-orbit cycle of the target based on the position and the relative velocity. A control amount calculating unit for calculating a control amount, an actuator for trajectory control, and a drive signal by distributing the trajectory control amount to the actuator. Is obtained by a that the control amount distribution unit.

【0008】この発明の第3の構成に係る宇宙機の誘導
制御装置は、上記第1または第2の構成において、上記
マヌーバ時刻判定部が、ターゲットまたは仮想的に定め
た基準点に対して太陽方向が宇宙機とほぼ同じ向きにな
る時刻を軌道制御マヌーバ時刻と判定するものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a spacecraft guidance control device according to the first or second configuration, wherein the maneuver time determination unit sets the sun or sun with respect to a target or a virtually determined reference point. The time when the direction becomes almost the same as that of the spacecraft is determined as the orbit control maneuver time.

【0009】この発明の第4の構成に係る宇宙機の誘導
制御装置は、上記第1または第2の構成において、上記
マヌーバ時刻判定部が、ターゲットが地球より最も遠い
地点、あるいは最も近い地点を通過する付近の時刻を軌
道制御マヌーバ時刻と判定するものである。
In the guidance control apparatus for a spacecraft according to a fourth configuration of the present invention, in the first or second configuration, the maneuver time determination unit determines a point where the target is farthest from the earth or a point closest to the earth. The time near the passing is determined as the orbit control maneuver time.

【0010】この発明の第5の構成に係る宇宙機の誘導
制御装置は、上記第1ないし第4のいずれかの構成にお
いて、上記マヌーバ時刻判定部は、軌道制御マヌーバ時
刻から軌道周期の数分の一程度離れた時刻を修正マヌー
バ時刻として判定し、上記制御量算出部は、上記修正マ
ヌーバ時刻の宇宙機の相対位置および相対速度を軌道運
動に基づいて伝搬させて、軌道制御マヌーバ時刻から半
軌道周期後あるいは一軌道周期後の相対位置を予測し、
その予測値が軌道制御マヌーバ時刻において決定した軌
道に一致するように、上記修正マヌーバ時刻の宇宙機の
相対速度を修正する軌道制御量を算出するものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the guidance control apparatus for a spacecraft according to any one of the first to fourth aspects, the maneuver time determining unit determines the number of orbit cycles from the orbit control maneuver time. Is determined as the corrected maneuver time, and the control amount calculation unit propagates the relative position and relative velocity of the spacecraft at the corrected maneuver time based on the orbital motion, and half the time from the orbit control maneuver time. Predict the relative position after the orbital cycle or one orbital cycle,
The trajectory control amount for correcting the relative speed of the spacecraft at the corrected maneuver time is calculated so that the predicted value matches the trajectory determined at the trajectory control maneuver time.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、この発明
の実施の形態1による宇宙機の誘導制御システムの構成
を示すブロック図である。図1において、4はマヌーバ
時刻判定部、5は制御量算出部、6は制御量分配部、7
はアクチュエータ、8は宇宙機の誘導制御装置、9は宇
宙機のターゲットに対する相対的な軌道運動、10は宇
宙機の航法センサである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a guidance control system for a spacecraft according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 4 is a maneuver time determination unit, 5 is a control amount calculation unit, 6 is a control amount distribution unit, 7
Is an actuator, 8 is a guidance control device of the spacecraft, 9 is a trajectory relative to a target of the spacecraft, and 10 is a navigation sensor of the spacecraft.

【0012】つぎに実施の形態1の動作について説明す
る。マヌーバ時刻判定部4は、ターゲット1に対して接
近/分離/周回を行うためのマヌーバに適切な時刻を判
定する。航法センサ10は、各時刻における宇宙機のタ
ーゲットに対する相対位置および相対速度を決定し出力
する。制御量算出部5は、マヌーバ時刻判定部4で判定
されたマヌーバ時刻において、航法センサ10の出力に
基づいてターゲットの一軌道周期後に宇宙機が再び現在
位置(上記マヌーバ時刻における位置。以下、現在位置
と記す)に戻るような軌道制御量を算出する。制御量算
出部5の出力に基づいて制御量分配部6からアクチュエ
ータ7に駆動信号を送る。上記駆動信号によって宇宙機
はターゲットの一軌道周期後に宇宙機が再び現在位置に
戻るような軌道運動9をする。上記軌道運動9に従って
宇宙機のターゲットに対する相対位置および相対速度が
変化する。
Next, the operation of the first embodiment will be described. The maneuver time determination unit 4 determines a time appropriate for the maneuver for approaching / separating / lapping the target 1. The navigation sensor 10 determines and outputs a relative position and a relative speed of the spacecraft with respect to the target at each time. At the maneuver time determined by the maneuver time determination unit 4, the control amount calculating unit 5 determines that the spacecraft returns to the current position (the position at the maneuver time. A trajectory control amount that returns to position) is calculated. A drive signal is sent from the control amount distribution unit 6 to the actuator 7 based on the output of the control amount calculation unit 5. The spacecraft makes an orbital motion 9 such that the spacecraft returns to the current position again after one orbit period of the target by the drive signal. According to the orbital motion 9, the relative position and relative speed of the spacecraft with respect to the target change.

【0013】説明のため、ターゲットの軌道が概略円軌
道の場合について、上記制御量算出部5の動作を示す。
軌道角速度ωの円軌道上にあるターゲットに対する宇宙
機の相対運動は空力抵抗などの外乱を無視できるときに
は次式で表されることが広く知られている。
For the purpose of explanation, the operation of the control amount calculating section 5 will be described when the target trajectory is a substantially circular trajectory.
It is widely known that the relative motion of a spacecraft with respect to a target in a circular orbit with an orbital angular velocity ω is expressed by the following equation when disturbance such as aerodynamic resistance can be ignored.

【0014】 x(ts)=Φpp(ts,t0)*x(t0) +Φpv(ts,t0)*v(t0) ・・・(1)X (t s ) = Φpp (t s , t 0 ) * x (t 0 ) + Φpv (t s , t 0 ) * v (t 0 ) (1)

【0015】式(1)において、「x(t0)」、「x
(ts)」はそれぞれ時刻t=t0および時刻t=ts
宇宙機のターゲットに対する相対位置ベクトル、「v
(t0)」は時刻t=t0の宇宙機のターゲットに対する
相対速度ベクトルである。行列「Φpp(ts,t0)」、
「Φpv(ts,t0)」は時刻t=t0から時刻t=ts
の状態遷移行列の部分行列で、その成分を式(2)に示
す。
In the equation (1), "x (t 0 )", "x
(T s ) ”is a relative position vector with respect to the spacecraft target at time t = t 0 and time t = t s , respectively, and“ v
(T 0 ) ”is a relative velocity vector with respect to the target of the spacecraft at time t = t 0 . Matrix "Φpp (t s, t 0)",
“Φpv (t s , t 0 )” is a sub-matrix of the state transition matrix from time t = t 0 to time t = t s , and its component is shown in equation (2).

【0016】[0016]

【数1】 (Equation 1)

【0017】式(2)より、現在時刻t0からターゲット
の一軌道周期後に再び現在位置に戻るような目標速度v
d(t0)は式(3)で与えられる。
From equation (2), the target velocity v such that it returns to the current position again after one orbit period of the target from the current time t 0.
d (t 0 ) is given by equation (3).

【0018】[0018]

【数2】 (Equation 2)

【0019】式(3)において「z0」は位置ベクトル
「x(t0)」のz成分を表す。また符号「※」は任意
の値でよいことを表す。そこで、軌道制御量を式(4)で
与える。式(4)において「u0」は速度ベクトル「v
(t0)」のx成分を表す。
In equation (3), “z 0 ” represents the z component of the position vector “x (t 0 )”. The symbol "*" indicates that any value is acceptable. Therefore, the trajectory control amount is given by equation (4). In equation (4), “u 0 ” is the velocity vector “v
(T 0 ) ”.

【0020】[0020]

【数3】 (Equation 3)

【0021】図2はこの発明の実施の形態1に係わる制
御量算出部5の動作例を示す図である。図において、1
はターゲット、2は宇宙機であり、座標系O−XYZの
原点Oはターゲット1の質量中心に固定されている。X
軸はターゲットの軌道速度方向、Y軸はターゲットの軌
道角運動量と逆方向、Z軸はターゲットから見た地球中
心方向である。図2(a)は、マヌーバ時刻において宇
宙機2が+Z軸上の地点z0を通過する場合の制御量算
出部5の動作例を示す図である。マヌーバ時刻以前は、
宇宙機2はターゲット1に対して高度差z0を保って+
X方向に式(5)の相対速度で移動していたとする。
FIG. 2 is a diagram showing an operation example of the control amount calculating section 5 according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1
Is a target, 2 is a spacecraft, and the origin O of the coordinate system O-XYZ is fixed to the center of mass of the target 1. X
The axis is the direction of the orbital velocity of the target, the Y axis is the direction opposite to the angular momentum of the target, and the Z axis is the direction of the center of the earth as viewed from the target. 2 (a) is a diagram showing an operation example of the control amount calculating section 5 when passing through the point z 0 on spacecraft 2 + Z axis in the maneuver time. Before Maneuver time,
The spacecraft 2 maintains the altitude difference z 0 with respect to the target 1 and +
It is assumed that the object is moving in the X direction at the relative speed of Expression (5).

【0022】[0022]

【数4】 (Equation 4)

【0023】このときの軌道制御量は式(4)より式(6)
で算出される。この軌道制御を上記マヌーバ時刻におい
て1回行うことにより、宇宙機2は以後ターゲット1を
周回する楕円軌道に移行する。
The trajectory control amount at this time is obtained from the equation (4) using the equation (6).
Is calculated. By performing this orbit control once at the above-mentioned maneuver time, the spacecraft 2 shifts to an elliptical orbit around the target 1 thereafter.

【0024】[0024]

【数5】 (Equation 5)

【0025】なお、この例では宇宙機2がターゲット1
の真下を通過する時刻がマヌーバ時刻となるため、地球
のアルベド光によりターゲット1が照らされて光学セン
サで検出しやすいという利点がある。
In this example, the spacecraft 2 is the target 1
There is an advantage that the target 1 is illuminated by the albedo light of the earth and is easily detected by the optical sensor, since the time when the light passes immediately below is the maneuver time.

【0026】図2(b)は、マヌーバ時刻において宇宙
機2が−Z軸上の地点z0を通過する場合の制御量算出
部5の動作例を示す図である。高度差z0を保って図2
(a)とは逆に−X方向に移動してきた宇宙機2が、上
記マヌーバ時刻において式(6)で与えられる軌道制御量
で軌道制御を1回行うことにより、宇宙機2はターゲッ
ト1を周回する楕円軌道に移行する。なお、この例では
宇宙機2がターゲット1の真上を通過する時刻がマヌー
バ時刻となるため、地球を背景としてその中からターゲ
ット1を光学センサで検出することになる。
FIG. 2B is a diagram showing an operation example of the control amount calculating unit 5 when the spacecraft 2 passes the point z 0 on the -Z axis at the time of the maneuver time. Figure 2 while keeping the altitude difference z 0
In contrast to (a), the spacecraft 2 that has moved in the −X direction performs the orbit control once with the orbit control amount given by Expression (6) at the maneuver time, so that the spacecraft 2 moves the target 1 The orbit moves to an elliptical orbit. In this example, since the time at which the spacecraft 2 passes directly above the target 1 is the maneuver time, the target 1 is detected by the optical sensor with the earth as a background.

【0027】以上のように、この発明の実施の形態1に
係る宇宙機の誘導制御装置は、ターゲットに対する宇宙
機の相対位置と相対速度を推定する航法センサ部と、軌
道制御マヌーバ時刻を判定するマヌーバ時刻判定部と、
軌道制御量を算出する制御量算出部と、軌道制御のため
のアクチュエータと、上記軌道制御量を上記アクチュエ
ータに配分して駆動信号を送る制御量分配部とを備え、
上記航法センサ部の出力に基づいて上記制御量算出部に
おいて1回の軌道制御によりターゲットの一軌道周期後
に宇宙機が再び現在位置に戻るような軌道制御量を出力
し、上記制御量算出部の出力に基づいて上記制御量分配
部からアクチュエータに駆動信号を送り、軌道制御を行
う。一軌道周期後に再び現在位置に戻るような軌道制御
を行うため、外乱や観測誤差などがない理想的な状況下
では軌道制御を一回行った後は軌道周期で宇宙機が再び
現在位置に戻るような周回軌道上を動き続ける。このよ
うな周回軌道は必ずしも従来行われていたような円軌道
ではないが、ターゲット1の監視、点検等を行う場合に
は、ターゲットの周囲を宇宙機が周回飛行すればよく、
周回軌道の形は特に限定しなくてもよい。したがって、
周回軌道を保持するための軌道制御量は不要となる。実
際には外乱や観測誤差などがあるため周回軌道を保持す
るための制御が必要であるが、その場合にもその制御量
は小さくて済むことが期待される。
As described above, the guidance control apparatus for a spacecraft according to the first embodiment of the present invention determines the navigation sensor for estimating the relative position and relative speed of the spacecraft with respect to the target, and determines the orbit control maneuver time. A maneuver time determination unit,
A control amount calculating unit that calculates a trajectory control amount, an actuator for trajectory control, and a control amount distribution unit that sends a drive signal by allocating the trajectory control amount to the actuator,
Based on the output of the navigation sensor unit, the control amount calculation unit outputs an orbit control amount such that the spacecraft returns to the current position again after one orbit period of the target by one orbit control by the orbit control, and the control amount calculation unit Based on the output, a drive signal is sent from the control amount distribution unit to the actuator to perform trajectory control. After performing one orbit control, the spacecraft returns to the current position in the orbital cycle after performing one orbital control under ideal conditions with no disturbance or observation error, because the orbital control returns to the current position again after one orbital cycle It keeps moving on such an orbit. Such a circular orbit is not always a circular orbit as conventionally performed, but when monitoring or inspecting the target 1, the spacecraft may fly around the target,
The shape of the orbital orbit may not be particularly limited. Therefore,
An orbit control amount for maintaining the orbit is not required. Actually, control for maintaining the orbit is necessary due to disturbances and observation errors, but in such a case, the control amount is expected to be small.

【0028】また、周回軌道中の姿勢制御については以
下のように考えられる。ターゲット1を観察し続けるた
めにはターゲット1に対する姿勢を一定に保つ(ターゲ
ット指向)制御が望ましい。しかし、地球指向あるいは
慣性指向であっても、ターゲット1を観察するセンサの
視野が広ければ、宇宙機2がターゲット1を周回する途
中の適当なタイミングでターゲット1がセンサ視野に入
ることが期待される。なお、ターゲット1が地球を周回
する軌道周期と、宇宙機2が地球を周回する軌道周期と
は非常に近いので、この発明においてターゲット1の軌
道周期を宇宙機2の軌道周期で置き換えても構わないの
はいうまでもないことである。
The attitude control during the orbit is considered as follows. In order to keep observing the target 1, it is desirable to perform control (target pointing) in which the attitude with respect to the target 1 is kept constant. However, if the sensor that observes the target 1 has a wide field of view even in the earth-oriented or inertial-oriented direction, it is expected that the target 1 enters the sensor field of view at an appropriate timing while the spacecraft 2 orbits the target 1. You. Since the orbital period of the target 1 orbiting the earth and the orbital period of the spacecraft 2 orbiting the earth are very close, the orbital period of the target 1 may be replaced by the orbital period of the spacecraft 2 in the present invention. Needless to say, there is nothing.

【0029】実施の形態2.図3は、この発明の実施の
形態2による宇宙機の誘導制御システムの構成を示すブ
ロック図である。図1との違いは、制御量算出部5の動
作にある。すなわち、図3の制御量算出部5では、マヌ
ーバ時刻判定部4で判定されたマヌーバ時刻において、
航法センサ10の出力に基づいて1回の軌道制御により
ターゲットの半軌道周期後に宇宙機がターゲットまたは
仮想的に定めた基準点に対して現在位置と対称な位置を
通過するような軌道制御量を算出する。
Embodiment 2 FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a guidance control system for a spacecraft according to Embodiment 2 of the present invention. The difference from FIG. 1 lies in the operation of the control amount calculation unit 5. That is, in the control amount calculation unit 5 of FIG. 3, at the maneuver time determined by the maneuver time determination unit 4,
One orbit control based on the output of the navigation sensor 10 provides an orbit control amount such that the spacecraft passes through a position symmetrical to the current position with respect to the target or a virtually determined reference point after a half-orbit period of the target. calculate.

【0030】説明のため、制御量算出部5の動作につい
て、ターゲットの軌道が概略円軌道の場合を示す。式
(2)より、現在時刻からターゲットの半軌道周期後にタ
ーゲットまたは仮想的に定めた基準点に対して現在位置
と対称な位置を通過するような目標速度vd(t0)は式
(7)で与えられる。
For the sake of explanation, the operation of the control amount calculation unit 5 will be described in the case where the trajectory of the target is a substantially circular trajectory. formula
From (2), the target velocity v d (t 0 ) that passes through a position symmetrical to the current position with respect to the target or a virtually determined reference point after a half-orbit cycle of the target from the current time is expressed by the following equation.
Given by (7).

【0031】[0031]

【数6】 (Equation 6)

【0032】式(7)において、基準点の位置ベクトルは
式(8)の通りである。なお、ターゲットは座標系の定義
から原点上にあるので、ターゲットに対して対称な位置
を通過する場合には、式(8)おいて「xoff」と
「zoff」をともに0とおけばよい。 (xoff,0,zoff) ・・・(8)
In equation (7), the position vector of the reference point is as shown in equation (8). Since the target is located on the origin from the definition of the coordinate system, when passing through a position symmetrical with respect to the target, both “x off ” and “z off ” in equation (8) are set to 0. Good. (X off , 0, z off ) (8)

【0033】また、軌道制御量を式(9)で与える。式
(9)において「w0」は速度ベクトル「v(t0)」のz
成分を表す。
The trajectory control amount is given by equation (9). formula
In (9), “w 0 ” is the z of the velocity vector “v (t 0 )”.
Represents a component.

【0034】[0034]

【数7】 (Equation 7)

【0035】図4はこの発明の実施の形態2に係わる制
御量算出部5の動作例を示す図であり、マヌーバ時刻に
なるまで宇宙機2が+x軸上の地点x0で相対停止して
いた場合の動作を示す。図4(a)は、ターゲット1に
対して現在位置と対称な位置を通過するような軌道制御
を行う例である。式(9)より軌道制御量は式(10)で与
えられる。この軌道制御を上記マヌーバ時刻において1
回行うことにより、宇宙機2は以後ターゲット1を周回
する楕円軌道に移行する。
[0035] FIG. 4 is a diagram showing an operation example of the control amount calculating section 5 according to the second embodiment of the present invention, at a point x 0 on the spacecraft 2 + x-axis are the relative stop until the maneuver time The operation in the case of FIG. 4A shows an example in which trajectory control is performed such that the target 1 passes through a position symmetrical to the current position. From equation (9), the trajectory control amount is given by equation (10). This orbit control is performed at the maneuver time as 1
The spacecraft 2 shifts to an elliptical orbit that orbits the target 1 thereafter.

【0036】[0036]

【数8】 (Equation 8)

【0037】図4(b)と図4(c)は、いずれも基準
点(xoff,0,0)に対して現在位置と対称の位置を
通過するような軌道制御を行う例である。式(9)より軌
道制御量は式(11)で与えられる。
FIG. 4B and FIG. 4C show examples in which the trajectory control is performed such that the trajectory passes through a position symmetrical to the current position with respect to the reference point (x off , 0, 0). From equation (9), the trajectory control amount is given by equation (11).

【0038】[0038]

【数9】 (Equation 9)

【0039】図4(b)は基準点のx成分を現在位置の
半分より大きくとる場合(符号を考慮するとxoff<x0
/2となる場合に相当)で、宇宙機2はターゲット1を
周回することなくその手前まで接近して戻るような周回
軌道に移行する。図4(c)は基準点のx成分を現在位
置の半分より小さくとる場合(符号を考慮するとxof f
>x0/2となる場合に相当)で、宇宙機2はターゲッ
ト1を周回する周回軌道に移行する。このように、本実
施の形態2では、基準点の選択によりx軸からのターゲ
ット周回軌道への投入やターゲットの手前まで接近して
元の位置に戻る軌道など多様な点検軌道を同じ計算手順
で実現できるという効果がある。また、このような周回
軌道を保持するための軌道制御量は不要となり、この軌
道制御を1回行うことにより、宇宙機は以後同じ軌道を
動き続ける。
FIG. 4B shows a case where the x component of the reference point is larger than half of the current position (x off <x 0 in consideration of the sign).
/ 2), the spacecraft 2 transitions to a circular orbit such that the spacecraft 2 approaches the target 1 and returns without approaching. FIG. 4C shows a case where the x component of the reference point is smaller than half of the current position (x of f when considering the sign ).
In> corresponds to the case where the x 0/2), spacecraft 2 moves to orbit circling the target 1. As described above, in the second embodiment, various inspection trajectories, such as a trajectory that is inserted into the target orbit from the x-axis or a trajectory that approaches the target and returns to the original position by selecting the reference point, by the same calculation procedure. There is an effect that it can be realized. Also, the amount of orbit control for maintaining such an orbit becomes unnecessary, and by performing this orbit control once, the spacecraft continues to move on the same orbit thereafter.

【0040】また、図4(b)に示すように基準点のx
成分xoffを宇宙機の現在位置の半分より大きくとる条
件の基で、基準点xoffの位置をターゲットの半軌道周
期毎にターゲット1に近づけるようにして、上記実施の
形態2と同様、ターゲットの半軌道周期後に宇宙機が上
記基準点に対して軌道制御時の宇宙機の位置と対称な位
置を通過するような軌道制御量を出力するようにすれ
ば、ターゲットに接近する軌道制御が少数のマヌーバ回
数で可能となり、推薬の消費量が少なくてすむ。
Further, as shown in FIG.
Under the condition that the component x off is set to be larger than half of the current position of the spacecraft, the position of the reference point x off is made closer to the target 1 for each half-orbit cycle of the target. If the spacecraft outputs a trajectory control amount such that the spacecraft passes a position symmetrical to the position of the spacecraft with respect to the reference point after the half orbit period of The number of maneuvers required, and the consumption of propellant is small.

【0041】以上のように、この発明の実施の形態2に
係る宇宙機の誘導制御装置は、制御量算出部において、
1回の軌道制御により、ターゲットの半軌道周期後に宇
宙機がターゲットまたは仮想的に定めた基準点に対して
現在位置と対称な位置を通過するような軌道制御量を出
力し、上記制御量算出部の出力に基づいて制御量分配部
からアクチュエータに駆動信号を送り、軌道制御を行
う。ターゲットの半軌道周期後に宇宙機がターゲットま
たは仮想的に定めた基準点に対して現在位置と対称な位
置を通過するような軌道制御を行うようにしたので、基
準点の選択により多様な軌道制御が少ないマヌーバ回数
で可能となる。
As described above, the guidance control device for a spacecraft according to the second embodiment of the present invention
By one orbit control, an orbit control amount is output such that the spacecraft passes through a position symmetrical to the current position with respect to the target or a virtually determined reference point after a half-orbit cycle of the target, and the control amount is calculated. A drive signal is sent from the control amount distribution unit to the actuator based on the output of the unit, and the trajectory control is performed. Various orbital control is performed by selecting the reference point because the orbit control that the spacecraft passes through a position symmetrical to the current position with respect to the target or the virtual reference point after the target half orbit cycle Is possible with a small number of maneuvers.

【0042】実施の形態3.図5は、この発明の実施の
形態3に係わるマヌーバ時刻判定部の動作を説明する図
であり、上記実施の形態1あるいは実施の形態2による
誘導制御装置におけるマヌーバ時刻判定部4の動作例を
示す図である。説明のため、ターゲット1の軌道は概略
円軌道とする。
Embodiment 3 FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the maneuver time determination unit according to the third embodiment of the present invention. The operation example of the maneuver time determination unit 4 in the guidance control device according to the first or second embodiment is described. FIG. For the purpose of explanation, the trajectory of the target 1 is a substantially circular trajectory.

【0043】軌道周期は数時間から一日程度であるの
で、太陽11の地球から見た方向はその間にほとんど変
化しない。また、y軸は軌道角運動量と逆方向として定
義されているため一軌道周期の間はほぼ同じ向きを向い
ている。したがって、太陽11がy軸に対してなす角
は、一軌道周期の間一定とみなすことができる。
Since the orbital period is from several hours to one day, the direction of the sun 11 viewed from the earth hardly changes during that time. In addition, since the y-axis is defined as the direction opposite to the orbital angular momentum, the y-axis is oriented in substantially the same direction during one orbit period. Therefore, the angle formed by the sun 11 with respect to the y-axis can be considered constant during one orbit period.

【0044】一方、z軸はターゲット1から見た地球中
心方向を指し、またx軸はターゲット1の軌道速度方向
を指すため、一軌道周期の間にy軸周りに360度回転
する。逆に、x軸とz軸を固定すると、太陽11がy軸
に対して一定の角度を保ちつつ回転するように見える。
これが、図5における太陽方向の移動を表す円錐12で
ある。
On the other hand, since the z-axis points in the direction of the center of the earth viewed from the target 1 and the x-axis points in the direction of the orbital velocity of the target 1, it rotates 360 degrees around the y-axis during one orbital period. Conversely, when the x-axis and the z-axis are fixed, the sun 11 appears to rotate while maintaining a certain angle with respect to the y-axis.
This is the cone 12 representing the movement in the sun direction in FIG.

【0045】さて、宇宙機2は軌道制御によりターゲッ
ト1の周りを周回することができる。いま、宇宙機2が
x軸上の点13で軌道保持をしているとする。点13か
らy軸に沿って延ばした直線が円錐12と交わる点を点
14とすると、ターゲット1から点14に向かう方向に
太陽11が来た時刻を軌道制御マヌーバ時刻としてマヌ
ーバ時刻判定部4で判定する。即ち、ターゲットまたは
仮想的に定めた基準点に対して太陽方向が宇宙機とほぼ
同じ向きになる時刻を軌道制御マヌーバ時刻と判定す
る。制御量算出部5では、上記マヌーバ時刻において、
式(10)により制御量を算出し、制御量分配部6が駆動
信号をアクチュエータ7に送る。
The spacecraft 2 can orbit around the target 1 by orbit control. Now, it is assumed that the spacecraft 2 keeps its orbit at a point 13 on the x-axis. Assuming that a point at which a straight line extending along the y-axis from the point 13 intersects the cone 12 is a point 14, the time when the sun 11 comes in a direction from the target 1 toward the point 14 is defined as the orbit control maneuver time by the maneuver time determination unit 4. judge. That is, the time at which the sun direction is substantially the same as the direction of the spacecraft with respect to the target or the virtually determined reference point is determined as the orbit control maneuver time. In the control amount calculation unit 5, at the above-mentioned maneuver time,
The control amount is calculated by Expression (10), and the control amount distribution unit 6 sends a drive signal to the actuator 7.

【0046】このようなタイミングでターゲット1を周
回する軌道に宇宙機2が移行する場合に、宇宙機2から
見たターゲット1の方向と宇宙機2から見た太陽11の
方向のなす角度αが軌道周回中にどのように変化する
か、数値シミュレーション例を図6に示す。図6におい
て、時刻15が軌道制御マヌーバ時刻である。角度αが
180度に近いとき宇宙機2から見てターゲット1は順
光に、また角度αが0度に近いとき宇宙機2から見てタ
ーゲット1は逆光になる。前述したタイミングで周回軌
道に移行することにより、αを常に140度程度以上、
すなわちターゲット1を順光に保ち続けており、軌道一
周期にわたってターゲット1を光学カメラで観察しやす
い状況を作り出している。
When the spacecraft 2 moves to the orbit around the target 1 at such timing, the angle α between the direction of the target 1 viewed from the spacecraft 2 and the direction of the sun 11 viewed from the spacecraft 2 becomes FIG. 6 shows an example of a numerical simulation of how it changes during orbit. In FIG. 6, time 15 is the orbit control maneuver time. When the angle α is close to 180 degrees, the target 1 is in front of light when viewed from the spacecraft 2, and when the angle α is close to 0 degrees, the target 1 is in backlight when viewed from the spacecraft 2. By shifting to the orbit at the timing described above, α is always about 140 degrees or more,
That is, the target 1 is kept in direct light, and a situation is created in which the target 1 can be easily observed by the optical camera over one cycle of the orbit.

【0047】実施の形態4.図7は、この発明の実施の
形態4に係わるマヌーバ時刻判定部の動作を説明する図
であり、上記実施の形態1あるいは実施の形態2による
宇宙機の誘導制御装置におけるマヌーバ時刻判定部4の
別の動作例を示す図である。図5及び図6とは異なり、
ターゲット1の軌道は楕円軌道とする。
Embodiment 4 FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the maneuver time determination unit according to the fourth embodiment of the present invention. The operation of the maneuver time determination unit 4 in the guidance control device for a spacecraft according to the first or second embodiment will be described. It is a figure showing another example of operation. Unlike FIGS. 5 and 6,
The trajectory of the target 1 is an elliptical trajectory.

【0048】図7において、マヌーバ時刻判定部4は遠
地点16付近をターゲット1が(あるいは宇宙機2が)
通過する時刻を軌道制御マヌーバ時刻と判定する。制御
量算出部5において、遠地点16で宇宙機2とターゲッ
ト1が相対静止するように、宇宙機2の目標速度を0と
して軌道制御量を出力すると、この時刻から一軌道周期
後に再び現在位置に戻ることが期待される。と同時に、
ターゲット1の軌道が楕円軌道であることから、その離
心率をeとすると、近地点17付近でのターゲット1か
らの宇宙機2の相対距離が遠地点16付近での相対距離
の(1+e)/(1−e)倍に軌道運動に従って拡大さ
れる。この拡大率は、地球18から遠地点16までの距
離a*(1+e)と地球18から近地点17までの距離
a*(1−e)の比に等しい。ただし、記号「a」はタ
ーゲット1の軌道の長半径である。
In FIG. 7, the target 1 (or the spacecraft 2) determines that the maneuver time determination unit 4 is near the apogee 16.
The passing time is determined as the orbit control maneuver time. When the control amount calculation unit 5 outputs the orbit control amount with the target speed of the spacecraft 2 set to 0 so that the spacecraft 2 and the target 1 are relatively stationary at the apogee 16, the control position calculation unit 5 returns to the current position after one orbit cycle from this time. It is expected to return. At the same time
Since the trajectory of the target 1 is an elliptical trajectory, assuming that the eccentricity is e, the relative distance of the spacecraft 2 from the target 1 near the perigee 17 is (1 + e) / (1) of the relative distance near the apogee 16. -E) Magnified according to orbital motion by a factor of two. This magnification is equal to the ratio of the distance a * (1 + e) from earth 18 to apogee 16 to the distance a * (1-e) from earth 18 to perigee 17. Here, the symbol “a” is the major radius of the trajectory of the target 1.

【0049】特に、ターゲット1の遠地点16が静止軌
道の高度に近い場合、地上局から見たターゲット1およ
び宇宙機2の動きは遠地点16付近において静止衛星の
ようにほとんど止まって見える。そのため、遠地点16
付近で地上局から宇宙機2の軌道制御の運用を行うこと
は比較的容易である。遠地点16付近での相対距離を適
切に軌道制御により保持すれば、近地点17付近では前
述したように相対距離が軌道運動に従って拡大するた
め、近地点17付近では地上局から軌道制御の運用を行
わなくてもターゲット1に宇宙機2が衝突するといった
危険を回避できると考えられる。
In particular, when the apogee 16 of the target 1 is close to the altitude of the geosynchronous orbit, the movements of the target 1 and the spacecraft 2 seen from the ground station appear almost stationary near the apogee 16 like a geostationary satellite. Therefore, apogee 16
It is relatively easy to operate the orbit control of the spacecraft 2 from the ground station in the vicinity. If the relative distance near the apogee 16 is appropriately maintained by orbit control, the relative distance increases in accordance with the orbital movement near the perigee 17 as described above. It is considered that the danger that the spacecraft 2 collides with the target 1 can be avoided.

【0050】なお、上記実施の形態4では、マヌーバ時
刻判定部4において、遠地点16付近をターゲット1が
(あるいは宇宙機2が)通過する時刻を軌道制御マヌー
バ時刻と判定し、軌道制御を行ったが、マヌーバ時刻判
定部4において、近地点17付近をターゲット1が(あ
るいは宇宙機2が)通過する時刻を軌道制御マヌーバ時
刻と判定して軌道制御を行ってもよい。
In the fourth embodiment, the maneuver time determination unit 4 determines the time at which the target 1 (or the spacecraft 2) passes near the apogee 16 as the orbit control maneuver time, and performs the orbit control. However, the maneuver time determination unit 4 may determine the time at which the target 1 (or the spacecraft 2) passes near the perigee 17 as the orbit control maneuver time to perform the orbit control.

【0051】この場合、近地点17付近では前述したよ
うにターゲット1と宇宙機2との相対距離が軌道運動に
従って拡大するため、上記相対距離が最長となる。一
方、遠地点16では上記相対距離は最短となる。従っ
て、近地点17付近で地上局から軌道制御の運用を行え
ば、高い精度で軌道制御が可能となる効果がある。
In this case, the relative distance between the target 1 and the spacecraft 2 increases in accordance with the orbital movement near the perigee 17 as described above, so that the relative distance becomes the longest. On the other hand, at the apogee 16, the relative distance is the shortest. Therefore, if the orbit control is performed from the ground station near the perigee 17, there is an effect that the orbit control can be performed with high accuracy.

【0052】実施の形態5.上記実施の形態1ないし実
施の形態4では、半軌道周期または一軌道周期後に目標
地点に移動するような軌道制御を行った。しかし、マヌ
ーバ時刻判定部4は、マヌーバ時刻を一軌道周期あるい
は半軌道周期よりも細かい間隔で設定してもよい。誤差
のない理想的な場合には、細かい間隔で設定されたマヌ
ーバ時刻において宇宙機2は軌道制御時に決定された軌
道上を動いているので改めてマヌーバを行う必要がな
い。しかし実際には外乱や観測誤差などがあるため軌道
制御により決定された周回軌道を外れる場合があり、そ
の場合、上記決定された周回軌道を保持するための制御
が必要である。そこで、最初のマヌーバ時刻から一軌道
周期あるいは半軌道周期よりも細かい間隔で設定するマ
ヌーバ時刻のことを修正マヌーバ時刻と呼ぶことにす
る。各修正マヌーバ時刻において、航法センサ10は修
正マヌーバ時刻における宇宙機の相対位置および相対速
度を計測し、制御量算出部5は上記計測値と軌道運動9
の数学モデルに基づいて軌道制御マヌーバ時刻から半軌
道周期後あるいは一軌道周期後の相対位置を予測し、そ
の予測値が軌道制御マヌーバを行うときに目標とした軌
道に一致するように修正マヌーバ時刻における相対速度
を修正する軌道制御量を算出する。これにより、外乱や
観測誤差などのノイズの影響を緩和する効果が期待でき
る。
Embodiment 5 FIG. In the first to fourth embodiments, the trajectory control is performed so as to move to the target point after a half orbit cycle or one orbit cycle. However, the maneuver time determination unit 4 may set the maneuver time at intervals smaller than one orbit cycle or half orbit cycle. In an ideal case with no error, the spacecraft 2 moves on the orbit determined at the time of orbit control at the maneuver time set at fine intervals, so there is no need to perform the maneuver again. However, there is a case where the orbit deviates from the orbit determined by the orbit control due to a disturbance, an observation error, or the like. In this case, control for maintaining the orbit determined above is necessary. Therefore, a maneuver time set at an interval smaller than one orbit cycle or half-orbit cycle from the first maneuver time is referred to as a modified maneuver time. At each corrected maneuver time, the navigation sensor 10 measures the relative position and relative speed of the spacecraft at the corrected maneuver time, and the control amount calculator 5 calculates the above-mentioned measured values and the orbital motion 9.
The relative position after a half orbit cycle or one orbit cycle is predicted from the orbit control maneuver time based on the mathematical model of the orbit, and the corrected maneuver time is adjusted so that the predicted value matches the target orbit when performing the orbit control maneuver The trajectory control amount for correcting the relative speed at is calculated. As a result, an effect of reducing the influence of noise such as disturbance and observation error can be expected.

【0053】説明のため、ターゲットの軌道が概略円軌
道の場合について、制御量算出部5の動作を示す。式
(2)より、軌道制御マヌーバ時刻から半軌道周期後ある
いは一軌道周期後に、軌道制御マヌーバ時刻において決
定された軌道に一致するような修正マヌーバ時刻tc
おける宇宙機の相対速度の目標値「vd(tc)」は式
(12)で与えられる。式(12)において、「Φpv
(ts,tc)」は修正マヌーバ時刻「t=tc」から時
刻「t=ts」への状態遷移行列の部分行列で、「x
(tc)」は時刻t=tcの宇宙機2のターゲット1に対
する相対位置ベクトルである。
For the purpose of explanation, the operation of the control amount calculation unit 5 will be described for the case where the trajectory of the target is a substantially circular trajectory. formula
From (2), the target value “v” of the relative speed of the spacecraft at the modified maneuver time t c that coincides with the orbit determined at the orbit control maneuver time after a half orbit cycle or one orbit cycle after the orbit control maneuver time. d (t c ) ”is the formula
Given by (12). In equation (12), “Φpv
(T s , t c ) ”is a sub-matrix of the state transition matrix from the modified maneuver time“ t = t c ”to the time“ t = t s ”, and“ x
(T c ) ”is a relative position vector of the spacecraft 2 with respect to the target 1 at time t = t c .

【0054】 vd(tc)={Φpv(ts,tc)}-1* [Φpp(ts,t0)*x(t0)+ ・・・(12) Φpv(ts,t0)*{v(t0)+δv(t0)}−x(tc)]V d (t c ) = {Φ pv (t s , t c )} −1 * [Φ pp (t s , t 0 ) * x (t 0 ) +... (12) Φ pv (t s , t 0 ) * {v (t 0 ) + δ v (t 0 )} − x (t c )]

【0055】式(12)より、軌道制御量は式(13)で与
えられる。「v(tc)」は時刻t=tcの宇宙機2のタ
ーゲット1に対する相対速度ベクトルである。 δv(tc)=vd(tc)−v(tc) ・・・(13)
From equation (12), the trajectory control amount is given by equation (13). “V (t c )” is a relative velocity vector of the spacecraft 2 with respect to the target 1 at time t = t c . δ v (t c ) = v d (t c ) −v (t c ) (13)

【0056】[0056]

【発明の効果】以上のように、この発明の第1の構成に
よれば、地球の周りを軌道を描いて回るターゲットに対
して接近/分離/周回を行う宇宙機の誘導制御装置にお
いて、上記ターゲットに対する上記宇宙機の相対位置と
相対速度を推定する航法センサ部と、上記宇宙機の軌道
を制御する軌道制御マヌーバ時刻を判定するマヌーバ時
刻判定部と、上記軌道制御マヌーバ時刻における上記宇
宙機の相対位置と相対速度を基に、上記ターゲットの一
軌道周期後に上記宇宙機が再び上記軌道制御マヌーバ時
刻における位置に戻るような軌道制御量を算出する制御
量算出部と、軌道制御のためのアクチュエータと、上記
軌道制御量を上記アクチュエータに配分して駆動信号を
送る制御量分配部とを備えたので、少量の推薬量でター
ゲットの周りを周回する軌道保持を行えるという効果が
ある。
As described above, according to the first configuration of the present invention, in the guidance control apparatus for a spacecraft that approaches / separates / circulates a target that orbits around the earth. A navigation sensor unit for estimating a relative position and a relative speed of the spacecraft with respect to a target; a maneuver time determining unit for determining an orbit control maneuver time for controlling the orbit of the spacecraft; A control amount calculation unit that calculates an orbit control amount such that the spacecraft returns to the position at the orbit control maneuver time after one orbit period of the target based on the relative position and the relative speed, and an actuator for orbit control And a control amount distribution unit that distributes the trajectory control amount to the actuator and sends a drive signal, so that a small amount of propellant circulates around the target. There is an effect that allows the trajectory retention for.

【0057】また、この発明の第2の構成によれば、地
球の周りを軌道を描いて回るターゲットに対して接近/
分離/周回を行う宇宙機の誘導制御装置において、上記
ターゲットに対する上記宇宙機の相対位置と相対速度を
推定する航法センサ部と、上記宇宙機の軌道を制御する
軌道制御マヌーバ時刻を判定するマヌーバ時刻判定部
と、上記軌道制御マヌーバ時刻における上記宇宙機の相
対位置と相対速度を基に、上記ターゲットの半軌道周期
後に上記宇宙機が、上記ターゲットまたは仮想的に定め
た基準点に対して上記軌道制御マヌーバ時刻における位
置と対称な位置を通過するような軌道制御量を算出する
制御量算出部と、軌道制御のためのアクチュエータと、
上記軌道制御量を上記アクチュエータに配分して駆動信
号を送る制御量分配部とを備えたので、基準点の選択に
より多様な軌道制御が少ないマヌーバ回数で可能となる
効果がある。
According to the second configuration of the present invention, a target approaching orbiting around the earth is approached /
In a guidance control device for a spacecraft performing separation / circulation, a navigation sensor unit for estimating a relative position and a relative speed of the spacecraft with respect to the target, and a maneuver time for determining a trajectory control maneuver time for controlling a trajectory of the spacecraft A determination unit, based on a relative position and a relative speed of the spacecraft at the time of the orbit control maneuver time, the spacecraft moves the orbit relative to the target or a virtually determined reference point after a half-orbit cycle of the target; A control amount calculation unit that calculates a trajectory control amount that passes through a position symmetric to the position at the control maneuver time, and an actuator for trajectory control,
Since the control amount distribution unit for transmitting the drive signal by distributing the trajectory control amount to the actuator is provided, there is an effect that various trajectory controls can be performed with a small number of maneuvers by selecting a reference point.

【0058】また、この発明の第3の構成によれば、第
1または第2の構成において、ターゲットまたは仮想的
に定めた基準点に対して太陽方向が宇宙機とほぼ同じ向
きになる時刻を軌道制御マヌーバ時刻と判定するように
したので、照明条件が良好の時間を長くできるという効
果がある。
According to the third configuration of the present invention, in the first or second configuration, the time at which the sun direction becomes substantially the same as that of the spacecraft with respect to the target or the virtually determined reference point is set. Since the orbit control maneuver time is determined, there is an effect that the time during which the lighting condition is good can be extended.

【0059】また、この発明の第4の構成によれば、第
1または第2の構成において、ターゲットが地球より最
も遠い地点、あるいは最も近い地点を通過する付近の時
刻を軌道制御マヌーバ時刻と判定するようにしたので、
安全性、あるいは軌道制御の精度を高めることが可能と
なる。
Further, according to the fourth configuration of the present invention, in the first or second configuration, the time at which the target passes the point farthest from the earth or near the point closest to the earth is determined as the orbit control maneuver time. I decided to
It is possible to improve the safety or the accuracy of the orbit control.

【0060】また、この発明の第5の構成によれば、第
1ないし第4のいずれかの構成において、軌道制御量の
算出にはターゲットの一軌道周期あるいは半軌道周期後
の宇宙機の目標位置を用いつつ、軌道制御マヌーバ時刻
から軌道周期の数分の一程度離れた時刻を修正マヌーバ
時刻とし、制御量算出部では、さらに上記修正マヌーバ
時刻の宇宙機の相対位置および相対速度を軌道運動に基
づいて伝搬させて、軌道制御マヌーバ時刻から半軌道周
期後あるいは一軌道周期後の相対位置を予測し、その予
測値が軌道制御マヌーバ時刻において決定した軌道に一
致するように、上記修正マヌーバ時刻の宇宙機の相対速
度を修正する軌道制御量を算出するようにしたので、前
述の効果を保ちつつ、外乱や観測誤差などのノイズの影
響を緩和する効果がある。
Further, according to the fifth configuration of the present invention, in any one of the first to fourth configurations, the calculation of the orbit control amount requires the target of the spacecraft after one orbit cycle or half orbit cycle of the target. While using the position, a time that is about a fraction of the orbital period from the orbit control maneuver time is set as the corrected maneuver time, and the control amount calculation unit further calculates the relative position and relative velocity of the spacecraft at the corrected maneuver time in orbital motion. The relative maneuver time is predicted after a half orbit cycle or one orbit cycle from the orbit control maneuver time, and the corrected maneuver time is adjusted so that the predicted value coincides with the orbit determined at the orbit control maneuver time. The orbit control amount that corrects the relative speed of the spacecraft is calculated, so the effect of mitigating the effects of noise such as disturbances and observation errors while maintaining the effects described above is maintained. A.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1による宇宙機の誘導
制御装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a guidance control device for a spacecraft according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態1に係わる制御量算出
部の動作例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation example of a control amount calculating unit according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態2による宇宙機の誘導
制御装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a guidance control device for a spacecraft according to Embodiment 2 of the present invention.

【図4】 この発明の実施の形態2に係わる制御量算出
部の動作例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation example of a control amount calculating unit according to Embodiment 2 of the present invention;

【図5】 この発明の実施の形態3に係わるマヌーバ時
刻判定部の動作を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an operation of a maneuver time determination unit according to Embodiment 3 of the present invention.

【図6】 この発明の実施の形態3による宇宙機の誘導
制御装置の動作例を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing an operation example of a guidance control device for a spacecraft according to Embodiment 3 of the present invention.

【図7】 この発明の実施の形態4に係わるマヌーバ時
刻判定部の動作を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an operation of a maneuver time determination unit according to Embodiment 4 of the present invention.

【図8】 従来の宇宙機のターゲットへの接近方法を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a conventional approach method of a spacecraft to a target.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ターゲット、2 宇宙機、4 マヌーバ時刻判定
部、5 制御量算出部、6 制御量分配部、7 アクチ
ュエータ、8 誘導制御装置、10 航法センサ。
1 target, 2 spacecraft, 4 maneuver time judgment unit, 5 control amount calculation unit, 6 control amount distribution unit, 7 actuator, 8 guidance control device, 10 navigation sensor.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 地球の周りを軌道を描いて回るターゲッ
トに対して接近/分離/周回を行う宇宙機の誘導制御装
置において、上記ターゲットに対する上記宇宙機の相対
位置と相対速度を推定する航法センサ部と、上記宇宙機
の軌道を制御する軌道制御マヌーバ時刻を判定するマヌ
ーバ時刻判定部と、上記軌道制御マヌーバ時刻における
上記宇宙機の相対位置と相対速度を基に、上記ターゲッ
トの一軌道周期後に上記宇宙機が再び上記軌道制御マヌ
ーバ時刻における位置に戻るような軌道制御量を算出す
る制御量算出部と、軌道制御のためのアクチュエータ
と、上記軌道制御量を上記アクチュエータに配分して駆
動信号を送る制御量分配部とを備えたことを特徴とする
宇宙機の誘導制御装置。
A navigation sensor for estimating a relative position and a relative speed of the spacecraft with respect to the target in a spacecraft guidance control device which approaches / separates / circulates a target orbiting around the earth. Unit, a maneuver time determining unit that determines an orbit control maneuver time for controlling the orbit of the spacecraft, and based on the relative position and relative speed of the spacecraft at the orbit control maneuver time, after one orbit cycle of the target. A control amount calculation unit that calculates an orbit control amount such that the spacecraft returns to the position at the orbit control maneuver time again, an actuator for orbit control, and a drive signal by distributing the orbit control amount to the actuator. A guidance control device for a spacecraft, comprising a control amount distribution unit for sending.
【請求項2】 地球の周りを軌道を描いて回るターゲッ
トに対して接近/分離/周回を行う宇宙機の誘導制御装
置において、上記ターゲットに対する上記宇宙機の相対
位置と相対速度を推定する航法センサ部と、上記宇宙機
の軌道を制御する軌道制御マヌーバ時刻を判定するマヌ
ーバ時刻判定部と、上記軌道制御マヌーバ時刻における
上記宇宙機の相対位置と相対速度を基に、上記ターゲッ
トの半軌道周期後に上記宇宙機が、上記ターゲットまた
は仮想的に定めた基準点に対して上記軌道制御マヌーバ
時刻における位置と対称な位置を通過するような軌道制
御量を算出する制御量算出部と、軌道制御のためのアク
チュエータと、上記軌道制御量を上記アクチュエータに
配分して駆動信号を送る制御量分配部とを備えたことを
特徴とする宇宙機の誘導制御装置。
2. A spacecraft guidance controller for approaching / separating / circulating a target orbiting around the earth in a navigation sensor for estimating a relative position and a relative speed of the spacecraft with respect to the target. Unit, a maneuver time determining unit that determines an orbit control maneuver time for controlling the orbit of the spacecraft, and based on the relative position and relative speed of the spacecraft at the orbit control maneuver time, after a half orbit cycle of the target. A control amount calculating unit that calculates an orbit control amount such that the spacecraft passes through a position symmetrical to the position at the orbit control maneuver time with respect to the target or the virtually determined reference point, and And a control amount distribution unit that distributes the orbit control amount to the actuator and sends a drive signal. Guidance control device.
【請求項3】 マヌーバ時刻判定部において、ターゲッ
トまたは仮想的に定めた基準点に対して、太陽方向が宇
宙機とほぼ同じ向きになる時刻を軌道制御マヌーバ時刻
と判定することを特徴とする請求項1または2記載の宇
宙機の誘導制御装置。
3. A maneuver time judging unit judges a time at which the sun direction becomes substantially the same as that of the spacecraft with respect to a target or a virtually determined reference point as an orbit control maneuver time. Item 3. The guidance control device for a spacecraft according to item 1 or 2.
【請求項4】 マヌーバ時刻判定部において、ターゲッ
トが地球より最も遠い地点、あるいは最も近い地点を通
過する付近の時刻を軌道制御マヌーバ時刻と判定するこ
とを特徴とする請求項1または2記載の宇宙機の誘導制
御装置。
4. The universe according to claim 1, wherein the maneuver time determination unit determines a time near the time when the target passes a point farthest from the earth or a point closest to the earth as an orbit control maneuver time. Machine guidance control device.
【請求項5】 マヌーバ時刻判定部は、軌道制御マヌー
バ時刻から軌道周期の数分の一程度離れた時刻を修正マ
ヌーバ時刻として判定し、制御量算出部は、上記修正マ
ヌーバ時刻の宇宙機の相対位置および相対速度を軌道運
動に基づいて伝搬させて、軌道制御マヌーバ時刻から半
軌道周期後あるいは一軌道周期後の相対位置を予測し、
その予測値が軌道制御マヌーバ時刻において決定した軌
道に一致するように、上記修正マヌーバ時刻の宇宙機の
相対速度を修正する軌道制御量を算出することを特徴と
する請求項1ないし4のいずれかに記載の宇宙機の誘導
制御装置。
5. A maneuver time determining unit determines a time that is about a fraction of an orbit cycle away from the orbit control maneuver time as a corrected maneuver time, and the control amount calculating unit determines a relative time of the spacecraft at the corrected maneuver time. Propagating the position and relative velocity based on the orbital motion, predicting the relative position after a half orbital cycle or one orbital cycle from the orbit control maneuver time,
5. The trajectory control amount for correcting the relative speed of the spacecraft at the corrected maneuver time such that the predicted value coincides with the trajectory determined at the trajectory control maneuver time. The guidance and control device for a spacecraft according to Claim 1.
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