DE3422007C2

DE3422007C2 - Anordnung für einen Erdhorizontsensor eines in einem Orbit befindlichen Erdsatelliten

Info

Publication number: DE3422007C2
Application number: DE3422007A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 8021 Baierbrunn Sodeikat
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1984-06-14
Filing date: 1984-06-14
Publication date: 1986-10-02
Also published as: JPS6124699A; IT8521106A0; FR2566145B1; FR2566145A1; US4684804A; IT1185009B; DE3422007A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Behandlung der Ausgangssignale eines im Infrarot-Bereich arbeitenden optischen Erdhorizontsensors (1) eines in einem Orbit befindlichen, z. B. geostationären Erdsatelliten im Hinblick auf unterschiedlich warme gegenüberliegende Erdränder (Erdanomalie). Mit dem Erdhorizontsensor (1) wird ein Ablagesignal gebildet, das ein Maß für den Ablagewinkel der Visierlinie des Erdhorizontsensors in bezug auf die Verbindungslinie Satellit/Erdmittelpunkt ist und für die Lageregelung des Erdsatelliten verwendet wird. Dieses Ablagesignal wird in Abhängigkeit der Erdanomalie korrigiert. Für eine Feinkorrektur des Ablagesignals wird vorgeschlagen, die Ausgangssignale des Erdhorizontsensors, die einem Erdrand mit höherer Temperatur zugeordnet werden können, und diejenigen, die dem anderen gegenüberliegenden Erdrand mit niedriger Temperatur zugeordnet werden können, in Abhängigkeit eines die Erdanomalie berücksichtigenden Korrektursignals zu bedämpfen bzw. zu verstärken, derart, daß die durch die Erdanomalie bedingten Amplitudenänderungen des Ablagesignals aufgehoben werden.

Description

dadurch gekennzeichnet,

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daß der Verstärker (11) für den Infrarot-Detektor (10) eine getastete Verstärkungsregelung mit einem Tast- und einem Regeieingang aufweist,

daß der Ausgang der Korrekturschaltung (13) mit dem Regeleingang verbunden ist,
daß dem Tasteingang das Zerhackersignal zugeführt wird, und

daß im Verstärker (11) der Teil des Ausgangssignales des Infrarot-Detektors (10), der dem Erdrand mit der höheren Temperatur zugeordnet ist, um einen dem Anomaliesignalanteil proportionalen Faktor bedämpft wird und der Anteil des Ausgangssignales des Infrarot-Detektors (10), der dem Erdrand mit der niedrigeren Temperatur zugeordnet ist, um den gleichen Faktor verstärkt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für einen Infrarot-Erdhorizontsensor eines in einem kreisförmigen Orbit befindlichen Erdsatelliten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Für die Lageregelung derartiger Satelliten, z. B. geostationärer Satelliten, werden Ablagesignale benötigt, die die Fehllage des Satelliten im Hinblick auf eine Referenzlage angeben und die zur Korrektur dieser Fehler benutzt werden.

Aus der DE-OS 32 14 375 ist eine Anordnung zur Bestimmung und Regelung der Lage eines Erdsatelliten bekannt, bei der für zwei Satellitenachsen Infrarot-Erdhorizontsensoren verwendet werden, die zur Klasse der nullsuchenden Sensoren gezählt werden. Ein solcher Infrarot-Erdhorizontsensor basiert auf dem mechanischen Zerhackerprinzip. Die Infrarotstrahlung der Erde wird durch eine Objektivlinse aus Germanium gesammelt und fällt auf eine kreisförmige Zerhackerscheibe in der Bildebene der Linse. Die Zerhackerscheibe hat einen dem Bild der Erde entsprechenden Durchmesser und wird mit einer bestimmten Zerhacker-Amplitude und einer bestimmten Zerhacker-Frequenz periodisch hin- und herbewegt Die durch die Eingangsoptik fallende und von der Zerhackerscheibe unterbrochene Infrarotstrahlung der beiden gegenüberliegenden, mit der Zerhackerfrequenz wechselseitig freigegebenen Erdränder wird über eine Sekundäroptik aus einem sphärischen Spiegelsegment und einem Prisma über einen Spektralfilter für den Infrarotbereich auf einen Infrarot-Detektor, z. B. einen pyroelektrischen Detektor geleitet. Das Ausgangssignal des Infrarotdetektors wird verstärkt und anschließend mit der Zerhackerfrequenz synchron demodulisrt Ist die Visierlinie des Infrarot-Erdhorizontsensors genau auf den Erdmittelpunkt gerichtet, d. h. der Satellit befindet sich in der oben erwähnten Referenzlage, dann ist die von dem Infrarot-Detektor aufgenommene Strahlungsenergie von beiden Erdrändern gleich. Durch die synchrone Demodulation des Ausgangssignales des Infrarot-Detektors liefert der Erdhorizontsensor in diesem Falle ein Null-Signal. Wenn jedoch die Visierlinie des Erdhorizontsensors von der Verbindungslinie Satellit/Erdmittelpunkt abweicht, d. h. der Satellit sich in einer Fehllage befindet, dann empfängt der Infrarot-Detektor von beiden Erdrändern unterschiedliche Strahlungsenergien, deren Differenz ein Maß für die Fehllage des Satelliten ist.

Bei den bisherigen Ausführungen ist davon ausgegangen worden, daß die beiden gegenüberliegenden Erdränder gleiche Temperatur aufweisen, so daß in der Referenzlage des Satelliten von dem Infrarot-Detektor von beiden Erdrändern die gleichen Strahlungsenergien aufgenommen werden und somit das Null-Signal abgegeben wird. Dies ist jedoch ein theoretischer Idealfall. Üblicherweise werden die betrachteten gegenüberliegenden Erdränder unterschiedliche Temperaturen haben, was gemeinhin als Erdanomalie bezeichnet wird. Der Infrarot-Erdhorizontsensor wird in diesem Fall auch in der Referenzlage des Satelliten ein angebliches Ablagesignal angeben, das allein auf dieser Erdanomalie beruht. Dieses angebliche Ablagesignal ist somit in Wahrheit ein Nullpunktfehler des Infrarot-Erdhorizontsensors infolge unterschiedlicher Temperaturstrahlungen gegenüberliegender Erdränder. Dieser Anomalieanteil in dem Ablagesignal ist zwar nur gering, kann jedoch im Extremfall etwa ±20% eines Winkelgrades, entsprechend dem Meßbereich des Infrarot-Erdhorizontsensors, betragen. Selbstverständlich tritt dieser Anomalieanteil nicht nur in der Referenzlage des Satelliten, sondern auch bei einer tatsächlichen Fehllage auf. Da Satelliten unter anderem dazu benutzt werden sollen, Richtfunk- und ferngerichtete Fernsehverbindungen zur Erde herzustellen, muß der Anomalieanteil in dem Ablagesignal unterdrückt werden.

Eine Möglichkeit zu einer solchen Anomaliekorrektur ist in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 33 22 750 der Anmelderin beschrieben. In dieser Offenlegungsschrift ist gezeigt, daß der auf die Erdanomalie zurück-

zuführende Anteil des Ablagesignales nur von der Erdanomalie und der Zerhackeramplitude der Zerhackerscheibe abhängt und — zumindest bei kleinen Ablagewinkeln des Satelliten aus der Referenzlage — sogar unabhängig vom Ablagesignal ist In der DE-OS 33 22 750 wird der Infrarot-Erdhorizontsensor mit unterschiedlichen Zerhackeramplituden betrieben. Dies kann z. B. intermittierend oder mit Hilfe einer Modulation der Zerhackeramplitude erfolgen. Auch die Verwendung von zwei Erdhorizontsensoren, die mit unterschiedlicher Zerhackeramplitude betrieben herden, ist möglich. Die unterschiedlichen Zerhackeramplituden zugehörigen Ablagesignale des Infrarot-Erdhorizontsensors werden mit Werten von Normkennlinien für Zerhackeramplituden ohne Erdanomalie bei einem gemeinsamen Ablagewinkel verglichen. Können die gemessenen Werte nicht einem gemeinsamen Ablagewinkel zugeordnet werden, d.h. können die gemessenen Werte und die Werte auf der Normkennlinie nicht in Deckung gebracht werden, dann liegt Erdammalie vor. Die den gemessenen Werten zugeordnete Kennlinie wird anschließend so verschoben, daß sie in Deckung mit der Normkennlinie gebracht wird. Die Größe dieser Verschiebung entspricht dem Anomaliesignalanteil und ist direkt ein Maß für die Erdanomalie. Der Anomaliesignalanteii kann dann von dem verfälschten Ablagesignal abgezogen werden, so daß das korrekte Ablagesignal des Satelliten erhalten wird, daß die Fehllage des Satelliten in bezug auf die Referenzlage angibt. Mit diesem anomaliekorrigierten Ablagesignal erfolgt die Lageregelung des Satelliten.

Bei der geschilderten Unterdrückung des Anomaliesignalanteils werden die Ausgangssignale des Infrarotdetektors mit ihren durch die Verstärkung und Signalbearbeitung behafteten Rauschanteilen korrigiert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für einen Infrarot-Erdhorizontsensor eines in einem kreisförmigen Orbit befindlichen Erdsatelliten anzugeben, mit der der Anomaliesignalanteil noch besser unterdrückt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Infrarot-Erdhorizontsensor der eingangs definierten Art gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des einzigen Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Demgemäß werden die Amplituden der den beiden gegenüberliegenden Erdrändern zugeordneten Ausgangssignale des Infrarot-Detektors in Abhängigkeit des Anomaliesignalanteiles bewertet Der dem Erdrand mit der höheren Lnergieabstrahlung bzw. Temperatur zugeordnete Teil des Ausgangssignales des Infrarot-Detektors wird um den gleichen Faktor gedämpft wie das dem gegenüberliegenden kälteren Erdrand zugeordnete Ausgangssignal verstärkt wird. Hierdurch kann die inhomogene Charakteristik der Erdabstrahlung in Meßrichtung des Erdhorizontsensors eliminiert werden. Außerdem wird die Erdanomalie bis zum Wert des Restrauschens der gesamten Auswerteschaltung für den Infrarot-Erdhorizontsensor unterdrückt. Dies liegt insbesondere daran, daß zur Unterdrückung des Anomaliesignalanteiles frühzeitig in die Signalverarbeitung, und so zwar im Gegensatz zu dem nicht vorveröffentlichten Verfahren (DE-OS 33 22 750) direkt in das Ausgangssignal des Infrarot-Detektors eingegriffen wird.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Figur näher erläutert, die ein Blockschaltbild eines Infrarot-Erdhorizontsensors mit Unterdrückung des Anomaliesignalanteils im Ablagesignal gemäß der Erfindung darstellt.

Ein nullsuchender Infrarot-Erdhorizontsensor 1 weist eine Eingangsoptik 2 auf, die für den Infrarot-Bereich empfindlich ist In der Bildebene der Eingangsoptik 2 ist eine Zerhsickerscheibe 3 angeordnet, die durch einen Antrieb 4, z. B. ein in Resonanz schwingendes Magnet/ Federsystem angetrieben wird. Die Zerhackerscheibe 3 wird mit einer konstanten Frequenz von z. B. 40 Hz mit einer bestimmten Zerhackeramplitude geregelt angetrieben. Die Zerhackeramplitude wird mit Hilfe eines Taktgenerators 5 periodisch zwischen einem unteren und einem oberen Amplitudenwert kontinuierlich moduliert Der Taktgenerator 5 erhält von einem Sensor 6 Signale, der die jeweilige Zerhackeramplitude mißt Das Ausgangssignal des Taktgenerators 5 wird einem Sollwertgeber 7 zugeführt In einer Summierschaltung 8 wird der Sollwert der Zerhackeramplitude mit dem Istwert aus dem Sensor 6 verglichen; die Differenz wird als Regelsignal einem Regler 9 zugeführt, der den Antrieb 4 der Zerhackerscheibe 3 regelt

Die von der Zerhackerscheibe 3 periodisch hindurchgelassene Infrarotstrahlung fällt auf einen Infrarot-Detektor 10, dessen Ausgangssignal in einem anschließenden Verstärker 11 verstärkt wird. Dieser Verstärker weist eine variable Verstärkungsregelung auf, die mit der Zerhackerfrequenz getastet ist Diese Zerhackerfrequenz wird durch den Sensor 6 für die Zerhackeramplitude geliefert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 11 wird einem Synchrondemodulator 12 zugeführt, der wiederum über die von dem Sensor gelieferte Zerhakkerfrequenz gesteuert wird. Der Ausgang dieses Demodulators 12 wird einem Anomalie-Demodulator zugeführt, der s einerseits von dem Taktgenerator 5 gesteuert wird.

Bei der beschriebenen Modulation der Zerhackeramplitude erscheint am Ausgang des Synchrondemodulators 12 ein Signal, das einen ebenfalls modulierten Anomaliesignalanteil enthält. Dieser Anteil wird in dem Anomalie-Demodulator 13 demoduliert. Aus diesem demodulierten Signal wird intern in dem Anomalie-Demodulator in einer Korrektur- und Linearisierungsschaltung der anomalieabhängige Signalanteil und die Anomalie selbst in Größe und Richtung bestimmt, wie dieses in der oben erwähnten nicht vorveröffentlichten DE-OS 33 22 750 der Anmelderin beschrieben ist Dieser Anomaliesign alanteil wird dem Reglereingang des getasteten Verstäirkers 11 mit variabler Verstärkungsregelung zugeführt und bestimmt einen Faktor, um den das Ausgangssignal des Infrarot-Detektors 10 für den wärmeren Erdrand bedämpft und das Ausgangssignal für den gegenüberliegenden kälteren Erdrand verstärkt werden, sofern eine Erdanomalie vorliegt. Die Amplituden der beiden zugehörigen Ausgangssignaie des Infrarot-Detektors werden für die gegenüberliegenden Erdränder somit bewertet. Im Falle, daß der Erdsatellit sich in der Referenzlage befindet und Erdanomalie vorliegt, werden durch die getastete Verstärkungsregelung die Ausgangsüignale des Infrarot-Detektors 10 für beide Erdränder trotz unterschiedlicher Temperatu- mit gleichem Pegel bearbeitet Bei einer Fehllage des Satelliten wird die inhomogene Charakteristik der Erdabstrahlung an den beiden gegenüberliegenden Erdrändern eliminiert Die Ablagesignale entsprechend einer Fehllage des Satelliten, werden auf diese Weise unabhängig von dem Anomaliesignalanteil bestimmt. Der auf die Erdanomahe belogene Anteil des Ablagesignales kann auf diese Weisie bis zum Wert des Restrauschens der gesamten Auswerteschaltung unterdrückt werden. Das Ausgangssignal des Synchron-Demodulators 12 zur Bestim-

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mung der Ablage wird zur Unterdrückung hochfrequenter Störanteile einem Tiefpaß 14 zugeführt, der das
für die Regelung verwendete Ablagesignal mit ausgeregelter Erdanomalie abgibt.

Das angegebene Verfahren zur Unterdrückung des 5 Anomaliesignalanteiles ist unabhängig von dem angewendeten Korrekturverfahren, z. B. dem obigen Korrekturverfahren mit Hilfe der Modulation der Zerhakkeramplitude.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Anordnung für einen Infrarot-Erdhorizontsensor eines in einem kreisförmigen Orbit befindlichen Erd-Satelliten,

— mit einer Eingangsoptik, durch welche die Erde in einer Bildebene abgebildet wird,

— mit einer in der Bildebene angeordneten kreisrunden Zerhackerscheibe, die mit einer vorgegebenen Zerhacker-Frequenz hin- und herbewegt wird und einen dem Bild der Erde entsprechenden Durchmesser besitzt,

— mit einer Antriebselektronik für die Zerhackerscheibe,

— mit einem Infrarot-Detektor, welcher die durch die Zerhackerscheibe zerhackte infrarotstrahlung gegenüberliegender Erdränder aufnimmt,

— mit einem Verstärker, welcher dem Infrarot-Detektor nachgeschaltet ist,

— mit einem Synchrondemodulator, dem das verstärkte Signal des Infrarot-Detektors und ein Zerhackersignal mit der Zerhackerfrequenz zugeführt wird, wobei der durch einen nachgeschalteten Tiefpaß herausgefilterte Gleichanteil des Ausgangssignales des Synchrondemodulators als Ablagesignal einem Rechner zur Lageregelung zugeführt wird, und

— mit einer Korrekturschaltung zur Unterdrükkung des im verstärkten Ausgangssignal des Infrarot-Detektors enthaltenen Anomaliesignalanteiles, der durch unterschiedliche Temperaturen gegenüberliegender Erdrändfv hervorgerufen wird,