DE2036895A1 - Satelliten Lageregelung - Google Patents

Satelliten Lageregelung

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DE2036895A1
DE2036895A1 DE19702036895 DE2036895A DE2036895A1 DE 2036895 A1 DE2036895 A1 DE 2036895A1 DE 19702036895 DE19702036895 DE 19702036895 DE 2036895 A DE2036895 A DE 2036895A DE 2036895 A1 DE2036895 A1 DE 2036895A1
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DE19702036895
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Montada Tokio Shigehara Masamichi Nogiwa Yasuo Yokohama vJapan) Kubo
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/36—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using sensors, e.g. sun-sensors, horizon sensors
    • B64G1/365—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using sensors, e.g. sun-sensors, horizon sensors using horizon or Earth sensors
    • G—PHYSICS
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
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Description

PATENTANWÄLTE F.W. H EM M E R ICH · G ER D M OLLER · D. G ROSSf 21 814 DÜSSELDORF 10 · HOMߣ RGER STH ASSE 5 ' « bh -
20*7.1970 -Et-
Tokyo Shibaura Electric Co. ltd«« Tokyo/Japan Satelliten-Lageregelüng
Diese Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung, die während des Raumfluges eines künstlichen Satelliten die Lage dieses Satelliten zu bestimmen oder festzulegen hat*
]?ig. 1 und Pig, 2 zeigen einen künstlichen Satelli- {
ten der bisherigen Ausführung, der sich in einem um die Erde 2 reichenden Navigationszustand oder Raumflug befindet« Ein rechtwinklig zur Satelliten-Spinachse 4 auf die Seitenwandung des Satelliten montierter Sensor oder Meßfühler 3 dient dazu, die vom Horizont der Erde herkommenden ultraroten Strahlen aufzunehmen* Der von der Spin-Achse des Satelliten und * der Horizontalen 5 gebildete Neigungswinkel E wird durch Messung des Sichtwinkels 20 dann bestimmt,wenn wegen des Satelliten-Spins die Erde in den Bereich des Sensors oder des Meßfühlers gelangt. Nach Fig,l sind folgende Buchstabensymbole zutreffend: h steht für die Höhe des Satelliten, H kennzeichnet den Erd- "
radius und mit <£*ist ein Winkel gekennzeichnet, der von einer sich vom Mittelpunkt des Satelliten zum Mittelpunkt der Erde ο und von einer Tangentiallinie, die sich vom Mittelpunkt des Satelliten aus zur Erdoberfläche erstreckt, gebildet wird. ·
BTach diesem Verfahren wird jedoch dann, wenn der von der Satelliten-Spinachse 4 und der Horizontalen 5 ; gebildete WinkelBsehr klein und nahezu gleich Null wird, das Verhältnis der Abweichung dB des Neigungswinkels 's zu einem Dehler d0Q *im Ausgang des Horizontsensor oder Horizontmeßfühlere 3 größer· Xa weiteren
■;.f 00088a/1028
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- E 2 -
-Ä.Verlauf β dieser Patentanmeldung wird das vorerwähnte Verhältnis dE/dO als Vergrößerung M des Fehlers oder der Abweichung bezeichnet. Wird nun der Neigungswinkel E größer als der durch die Flughöhe des Satelliten h festgelegte Winkel, dann wird es für den Einzelsensor oder Einzelmeßfühler 3 schwierig die Erde 2 zu erkennen. In Pig· 5 ist der Betrag oder der Wert der Vergrößerung M oder von dE/dO bei einer Flughöhe von 1000 km entsprechend dem Neigungswinkel der Spinachse des Satelliten zum Horizont oder zur Horizontalen wiedergegeben«
Damit aber zielt diese Erfindung darauf ab, eine neue und verbesserte, einzigartige Vorrichtung zur Lagenbestimmung eines künstlichen Satelliten zu schaffen.
Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Lagebestimmung eines künstlichen Satelliten, bei der die Vergrößerung des Fehlers oder der Abweichung dann auf einem relativ kleinen Wert gehalten werden kann, wenn der Spinachsen-^eigungswinkel Werte nahe Null annimmt.
Ein wiederum anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Lagebestimmung eines künstlichen Satelliten, mittels der die LagebeStimmung eines künstlichen Satelliten mit einer größeren Empfindlichkeit vorgenommen werden kann, ohne daß dabei der Neigungswinkel der Satelliten-Spinachse beeinflußt wird.
Bin weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Lagebestimmung eines künstlichen
Satelliten, bei der der Informationsumfang der zu verarbeitenden oder zu transportierenden Informationen vtrringert werden kann. f 009080/1829
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Im Rahmen dieser Erfindung sind in einem vorbestimmten oder vorgegebenen Winkel zwei Sensoren oder Meßfühler auf der Oberfläche eines künstlichen Satelliten angeordnet, die die vom Horizont der Erde herkommenden ultraroten Strahlen aufzunehmen haben« Der Neigungswinkel des Satelliten zum Horizont wird durch Messen des Unterschiedes oder des Abstandes zwischen den beiden von den Sensoren oder Meßfühlern entsprechend dem Sichtfeld eines jeden dieser Sensoren oder Meßfühler zur Erde bestimmt. Wenn einer der Sensoren oder Meßfühler die Erde nicht im Sichtbereich hat, also nicht auf die Erde ausgerichtet ist, dann wird der vom anderen Sensor oder Meßfühler herkommende Ausgang zum Messen des Erdhorizontes verwendet, damit schließlich der Neigungswinkel des Satelliten zum Horizont oder zur Horizontalen bestimmt werden kann#
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Die Erfindung soll nachstehend nun anhand eines in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (von in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen) näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt ins-
Fig· 1 die relative Position zwischen der Erde und einem künstlichen Satelliten, der in der Zeichnungsebene die Erde umkreist.
Pig, 2 eine Fig. 1 ähnliche Darstellung, bei der der künstliche Satellit die Erde rechtwinklig zur 2eichenebene umkreist.
Pig· 3 eine Kennlinie, in die die Vergrößerung M des .Fehlers oder der Abweichung zum Neigungswinkel E der Satelliten-Spinachse und dem Horizont oder der Horizontalen bei einer, Plughöhe von 1000 km eingetragen ist«
Pig. 4 eine Darstellung, bei der die Erde von zwei Sensoren oder Meßfühlern des Satelliten beobachtet wird«
Fig. 5 eine dieser Erfindung entsprechende Darstellung, bei der die Erde von nur einem der Sensoren oder. Meßfühler des Satelliten beobachtet wird·
Pig· 6 eine Darstellung, bei der die Bestimmung des Erdwinkels durch nur einen der Sensoren oder Meßfühler des Satelliten wiedergegeben ist«
Pig· 7 ein Kennliniendiagramm, das die jeweiligen Sichtwinkel der Sensoren oder Meßfühler zum Neigungswinkel der Satelliten-Spinachse wieder
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gibt, desgleichen auch deren Unterschiede.
Pig. 8 ein Kennliniendiagramm, aus dem die Vergrößerung der Meßabweichung oder des Meßfehlers zum Neigungswinkel der Satelliten-Spinachse hervorgeht.
Pig. 9 und Pig. 10 zeigen jeweils Blockdiagramme für das Zählen der von den Sensoren oder Meßfühlern herkommenden Ausgänge.
Pig. lla bis lld zeigen jeweils die Verfahren, in denen die von den Sensoren oder Meßfühlern herkommenden Ausgänge gezählt werden.
Aus der Zeichnung, insbesondere aber aus Pig. 4» ist zu erkennen, daß zu einem künstlichen Satelliten 1 zwei Sensoren oder Meßfühler 6 und 7 gehören, die in einem Winkel 2 *^auf die Oberfläche eines Satelliten 1 montiert sind. Bei allen Ansichten sind gleiche oder entsprechende Teil mit der gleichen allgemeinen Hinweis« zahl gekennzeichnet«
Aus Pig. 1 geht klar hervor, daß der Sensor oder Meßfühler 6 beim Satelliten mit einem Neigungswinkel zur Ebene 8, die im rechten Winkel zur Spinachse 4 des Satelliten 1 liegt, auf dem Satelliten angeordnet ist. Auch der andere Sensor oder Meßfühler 7 ist mit einem Neigungswinkel *f zur Ebene 8, die rechtwinklig zur Spinachse 4 des Satelliten 1 liegt, auf dem Satelliten 1 montiert« Pamit aber wird von den vorerwähnten beiden Sensoren oder Meßfühlern 6 und 7 zum Beobachten der Erde ein Winkel von 2^P eingeschlossen·
Hach Pig. 4 können beide Sensoren oder Meßfühler 6 und 7 wegen des kleinen Neigungswinkels E der Spinachse 4 zum Horizont oder zur Horizontalen 5 die Erde 2 gemein 009886/1629
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sam beobachten, während nach Fig. 5 wegen des größe» 'ren Neigungswinkels E der Spinachse 4 zum Horizont oder zur Horizontalen 5 jedoch nur einer der Sensoren oder Meßfühler - in diesem Falle der Meßfühler 6 die Erde 2 beobachten kann«
Fig. 6 zeigt einen Winkel 20, in dem der Sensor oder der Meßfühler 7 die Erde 2 beobachten kann. Ein Kreis 9 ist der das Gesichtsfeld des Sensors oder Meßfühlers 7 auf die Erde 2 einschließende geometrische Ort,während der Kreis 10, der dem !reis 9 entspricht, für den anderen Meßfühler oder Sensor 6 der geometrische Ort ist.
Der in Fig· 1, Fig. 2, Fig. 4, Figffl 5 und Fig. 6 dargestellte Winkel θ läßt sich unter Anwendung der nachstehend gegebenen Formel berechnen:—
In dieser Formel ist: · &,
2 7 der von zwei Sensoren oder Meßfühlern
eingeschlossene Winkel«
2ö ——— der Sensorsichtwinkel oder MeSfühlersichtwinkel auf die Erde.
B der Neigungswinkel der Satelliten-Spinachse zum Horizont oder zur Horizontalen*
die von der- Erde entfernte Flugfcgbe dea Satelliten.
H -.---.— der Erdraäius-»
QQ8886/182S.
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Χ —_—.-- ein Winkel, der von einer vo*n .Mittelpunkt des Satelliten aus sich zum Erdmittelpunkt hin erstreckenden linie und einer voa Mittelpunkt aus zur Erdoberfläche hin gesogenen Tangente gebildet wird.
sin S ——
R + h
Gegenüber dem Neigungswinkel der Spinachse des Satelliten sind |
die wichtigsten Veränderungen der Sichtvinkel Θ der beiden Sensoren oder Meßfühler 6 und 7 in Fig. 7 wiedergegeben. Mit der zur Fig. 7 gehörenden Kennlinie 11 werden die Veränderung des zu dem einen Sensor oder Meßfühler 6 gehörenden Sichtwinkels wiedergegeben, während die Kennlinie 12 für die Veränderungen des zum Sensor oder Meßfühler 7 gehörenden Sichtwinkels steht· DLe Kennlinien 11 und 12 sind einander ähnlich. Mit einer anderen zur Fig. 7 gehörenden Kennlinie 13 wird die Differenz zwischen den Kennlinien 11 und 12 dargestellt.
Fig. 8 zeigt die Vergrößerung M des Fehlers oder der Abweichung
entsprechend den mit Fig. 7 dargestellten Kennlinien. Die
Kennlinie 111 entspricht dabei der dem Sensor oder Meßfühler I
6 zugeordneten Kennlinie 11, wohingegen die Kennlinie 113 der Kennlinie 13 entspricht, die die Differenz zwischen den
Kennlinien 11 und 12 wiedergibt.
Aus Fig. 7 und Fig. 8 ist klar zu erkennen, daß dann, wem sich der Neigungswinkel E der Spinachse zum Horizont oder zur Horizontalen im Bereich kleiner Winkelwerte befindet, die Vergrößerung M des Fehlers oder der Abweichung größer wird, weil sich die Veränderung des Sichtwinkels SLθ des Sensors oder Meßfehlers in einem Bereich kleiner Werte befindet, wie dies bei dem Neigungswinkel E der Spinachse
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der Fall ist.
Wenn aber, wie dies im Rahmen dieser Erfindung geschieht, die Differenz aus den Ausgängen der beiden Sensoren oder Meßfühler 6 und 7 so gebil det, vie dies mit der Kennlinie 13 in Fig. 7 dargestellt wird, dann wird die Vergrößerung M des Fehlere oder der Abweichung so klein, vie dies mit Kennlinie 113 aus Fig. 8 dargestellt wird.
Bei den Satelliten der bisherigen Ausführung, die nur einen Sensor oder Meßfühler besitzen und mit einer Aaumflughohe von 1000 km fliegen kann in einem Bereich von « 25°^E K 60° " die Vergrößerung M des Fehlers oder der Abweichung auf einen Wert von weniger als 3 reduziert werden, wobei mit dem Buchetabensymbol B der Neigungswinkel zwischen der Spinachse des Satelliten und seinem Horizont oder seiner Horizontalen gekennzeichnet ist. Darüber hinaus kann mit dem Sensor oder Meßfühler des Satelliten nur ,ein Drittel des gesamten Neigungswinkels der Satelliten-Spinachse gemessen werden.
Jedoch im Rahmen dieser Erfindung, wo der vorerwähnte Neigungswinkel in einem Bereich von Q0 bis 70° gewählt wird, kann die Vergrößerung M des Fehlers oder der Abweichung auf einen Wert von kleiner ale 3 reduziert werden, wobei es möglich ist den gesamten Neigunge· winkel über einen Bereich- von 8OjL zu erfassen·
Mit, Fig. 9 ist eine Zählervorrichtung für die Auegangesignale oder die Ausgänge der Sensoren oder Meßfühler 6 und 7 wiedergegeben. Wenn beide Sensoren oder Meßfühler 6 und ζ 7- die Erde la Blickfeld haben und dementsprechend Ausgangssignale aussenden, dann wird vom Ausgang des Sensors oder Meßfühlers der die Erde zuerst im Blickfeld hat ein Schaltkreis 14 ausgelöst, der seinerseits wiederum das Zählwerk zum Arbeiten bringt.
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Vom Ausgang des Sensors oder Meßfühlers 7» der die Erde als zweiter Meßfühler ins Blickfeld bekommen kann, wird der Sohaltr kreis sodann wieder in den vorigen Schaltzustand gebracht) was dann wiederum dazu führt, daß das Arbeiten des Zählwerkes aufhört.
Fig. lla zeigt den Ausgang oder das Ausgangssignal aes Sensors oder Meßfühlers 6, der zuerst betätigt wird, desgleichen auch den Ausgang oder das Ausgangssignal 107 des Sensors oder Meßfühlers 7». der als zweiter betätigt wird. Das Zählwerk "
arbeitet dann derart, daß dieses Zählwerk 15 den Ausgang oder die Ausgangssignale des Schaltkreises 14 während einer Zeitinervalle T. zählt, und zwar vom voreilenden Ende des Ausgangssignales 106 bis zum voreilenden Ende des Ausgangssignales 107.
Dia mit flg. 9 wiedergegebene Schaltung ist im Satelliten untergebracht, der Ausgang vom Zählwerk wird von einem geeigten drahtlosen Datenübertragungssystem zur Datenanalyse zur Erde hin übertragen.
Weil bei dieser Anordnung ein Zählen nur während der Zeitin- |
tervalle T. zwischen dem voreilenden Ende des vom Sensor oder Meßfühler 6 herkommenden Ausgangssignales und dem voreilenden Ende des vom Meßfühler 7 herkommenden Ausgangssignales 107 durchgeführt wird, weil die nacheilenden Enden der Signale unberücksichtigt bleiben, kann der Umfang' der zu verarbeitenden Daten, damit aber auch die Anzahl der für die Datenübertragung erforderlichen Kanäle, verringert werden.
In den Darstellungen nach Fig. lic und lld ist einer der Ausgänge, und zwar das Ausgangssignal 107 des Meßfühlers 7 eliminiert, weil dieser Sensor oder Meßfühler 7 die Erde nicht im Blickfeld hat. Dieser Zustand entspricht jenem nach FIg, 5·
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In diesem Fall kann das Zählwerk 15 nur das eine Ausgangssignal-106 von Sensor oder Meßfühler 6 zählen.
Aus Fig. 7 und Fig. 8 geht hervor, daß dann, wenn beide Sensoren oder Meßfühler 6 und 7 Ausgangssignale erzeugt haben, die Differenz aus diesen Ausgangssignalen gebildet worden ist, und daß als Resultat die Vergrößerung des Fehlers oder der Abweichung auf einen geringeren Wert heruntergedrückt worden ist, wie dies die Kennlinie 113 wiedergibt. Ist nur einer der Sensoren 6 und 7 auf die Erde gerichtet, dann wird die Vergrößerung des Fehlers oder der Abweichung in Fig. 8 von dem voll ausgezogenen Teil der Kennlinie 111 wiedergegeben, wobei diese wegen des größeren Neigungswinkels der Spinachse des Satelliten einen geringeren Wert aufzeigt.
Nach Fig. 10 werden die von den beiden Sensoren oder Meßfühler 6 und 7 herkommenden Ausgangssignale im Satelliten getrennt verarbeitet. Vom Atisgangssignal des Sensors oder Meßfühlers 6 wird ein Schaltkreis Zk eingeschaltet und ausgeschaltet, wodurch wiederum das vom Schaltkreis abgegebene Ausgangssignal ein Arbeiten oder Nichtarbeiten des Zählwerkes 25 herbeiführt. In einer ähnlichen Weise kann das vom Sensor oder Meßfühler 7 herkommende Ausgangssignal über einen Schaltkreis 3*t und ein Zählwerk verarbeitet werden* Die in den Zählwerken 25 und 35 gespeicherten Daten werden dann getrennt zu r Erde hin übertragen und dort derart verarbeitet, wie dies mit Fig. 11 dargestellt ist.
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Claims (1)

  1. ZL 83A - bh -ao.7.1970
    Tokyo Shibaura Electric Co» Ltd» «* Tokyo/Japan Patentansprüche!
    / 1. j Vorrichtung sum Bestimmen und Festlegen der Lage eines ^—s künstlichen Satelliten. Diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daS
    su ihr gehören: zwei auf die Seitenwandung eines künstlichen Satelliten montierte Sensoren oder Meßfühler, die auf dem Satelliten derart angeordnet sind» daß sie einen vorgegebenen oder vorbestimmten Erdsichtwinkel einschließen, wobei dieser Winkel von der Flughöhe des Satelliten über der Erdoberfläche entscheidend bestirnt wird; sowie eine Vorrichtung, die sur Bestimmung und Festlegung des Neigungswinkels der Satelliten-Spin&chae cum Horizont oder sur Horizontalen des Satelliten die Differenz aus den von den Meßfühlern herkooMenden Ausgangesignalen bestimmt.
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    21 - bh -20.7.1970 -A 2-
    2· Vorrichtung zum Bestimmen und Festlegen der Lage eines künstlichen Satelliten. Diese Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die von den beiden Sensoren oder Meßfühlern herkommenden Auegangssignale derart verarbeitet werden, daß» sollte eines von ihnen eliminiert werden, das andere der Ausgangssignale dafür zur Bestimmung und Festlegung des Neigungswinkels der Spinachse eines Satelliten zu seinem Horizont oder seiner Horizontalen herangezogen wird.
    3. Vorrichtung zum Bestimmen und Festelegen der Lage eines künstlichen Satelliten. Diese Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Ausgangssignalwerte der beiden Sensoren oder Meßfühler dann, wenn der Neigungswinkel der Spinachse des Satel-Iiten Werte von nahezu Null Grad annimmt, derart ausgewählt werden, daß sie gleich dem Ausgangssignalwert von einem Sensor oder Meßfühler sind, und zwar zu dem Zeitpunkt, an dem der andere, Sensor oder Meßfühler die Erde nicht in Blickfeld hat.
    4. Vorrichtung zum Bestimmen und Festlegen der Lage eines künstlichen Satelliten. Diese Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    su ihr eine Vorrichtung gehört, die die Differenz aus den von den beiden vorerwähnten Sensoren oder Meßfühlern herkommenden Ausgangssignalen zu bilden hat und mit einem Zählwerk verbunden ist} vom Zählwerk der ZählVorgang während einer Zeitintervalle, die vom voreilenden Side des dem einen Meßfühler zugehörigen Ausgangssignales bis sua voreilenden Bade dee zum anderen Meßfühler zugehörigen Ausgangssignalea reicht, durchzuführen let.
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