JP2000025700A - 単点観測による宇宙デブリ検出装置および検出方法 - Google Patents
単点観測による宇宙デブリ検出装置および検出方法Info
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- JP2000025700A JP2000025700A JP10202210A JP20221098A JP2000025700A JP 2000025700 A JP2000025700 A JP 2000025700A JP 10202210 A JP10202210 A JP 10202210A JP 20221098 A JP20221098 A JP 20221098A JP 2000025700 A JP2000025700 A JP 2000025700A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学的検出器を用い、一つもしくは複数のデ
ブリの観測を行い、検出器から得られた画像に記録され
たデブリの移動の軌跡より、デブリの移動速度および移
動方向を求める方法と装置を提供する。 【解決手段】 検出器１には光学的検出器が使用され、
画像処理装置および表示装置２とともに宇宙ステーショ
ン、人工衛星などの宇宙機に搭載され、軌道上を移動す
るデブリ３を検出し、観測する。表示装置にはデブリの
軌跡が表示されるが、軌跡の長さ、軌跡の太さの変化、
軌跡の方向からデブリの速度、移動方向を求めることが
できる。
ブリの観測を行い、検出器から得られた画像に記録され
たデブリの移動の軌跡より、デブリの移動速度および移
動方向を求める方法と装置を提供する。 【解決手段】 検出器１には光学的検出器が使用され、
画像処理装置および表示装置２とともに宇宙ステーショ
ン、人工衛星などの宇宙機に搭載され、軌道上を移動す
るデブリ３を検出し、観測する。表示装置にはデブリの
軌跡が表示されるが、軌跡の長さ、軌跡の太さの変化、
軌跡の方向からデブリの速度、移動方向を求めることが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地球上空の宇宙空
間の軌道上を漂う宇宙デブリ（space debris:以下「デ
ブリ」と呼ぶ）に対して、衛星や宇宙ステーション等の
宇宙機からデブリを光学的に観測し、該デブリの移動速
度および移動方向を求める装置および方法に関するもの
である。
間の軌道上を漂う宇宙デブリ（space debris:以下「デ
ブリ」と呼ぶ）に対して、衛星や宇宙ステーション等の
宇宙機からデブリを光学的に観測し、該デブリの移動速
度および移動方向を求める装置および方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】地球上空の軌道上には、近年の宇宙開発
の発展により数多くの宇宙ゴミが発生した。この宇宙ゴ
ミ、すなわちデブリは高速度で移動しており、ロケット
や衛星に衝突すると非常に大きな影響を与える。従来の
パルスレーザを使ったデブリ検出方式では、時間的に連
続してデブリ観測を行い、個々のデブリ位置から算出し
たデブリの変位に基づきデブリ速度を計算する必要があ
った。この方式では検出器の感度や観測視野の広さによ
り、デブリの移動速度検出に制約が生じ、また充分な精
度で測定ができないという欠点があった。さらに、レー
ザと検出器の両者を必要とすることにより、構成が複雑
となり、かつ、重量も大きくなった。特に重量の点は、
限られたリソースのみしか利用できない衛星等の宇宙機
への搭載を考えたときには、大きな問題であった。この
パルスレーザを使ったデブリ検出方式以外にも種々のデ
ブリの測定方法が開発されており、例えば特開平４−２
９７４００には、多数の衝撃波センサを宇宙航行機の機
体に設置して、デブリの衝突位置および衝撃の強さを測
定する方法が開示されており、特開平５−１９３５９７
や特開平５−２７８６９８には、レーダーによりデブリ
を監視し、さらにはデブリを捕獲したり、蒸発させたり
する手段が開示されている。また特開平６−２１９３９
９にはピエゾフィルムを具備するセンサにより、デブリ
がピエゾフィルムに衝突し、貫通するとき発生する電気
信号から、その質量、速度、方向を測定する方法が開示
されている。
の発展により数多くの宇宙ゴミが発生した。この宇宙ゴ
ミ、すなわちデブリは高速度で移動しており、ロケット
や衛星に衝突すると非常に大きな影響を与える。従来の
パルスレーザを使ったデブリ検出方式では、時間的に連
続してデブリ観測を行い、個々のデブリ位置から算出し
たデブリの変位に基づきデブリ速度を計算する必要があ
った。この方式では検出器の感度や観測視野の広さによ
り、デブリの移動速度検出に制約が生じ、また充分な精
度で測定ができないという欠点があった。さらに、レー
ザと検出器の両者を必要とすることにより、構成が複雑
となり、かつ、重量も大きくなった。特に重量の点は、
限られたリソースのみしか利用できない衛星等の宇宙機
への搭載を考えたときには、大きな問題であった。この
パルスレーザを使ったデブリ検出方式以外にも種々のデ
ブリの測定方法が開発されており、例えば特開平４−２
９７４００には、多数の衝撃波センサを宇宙航行機の機
体に設置して、デブリの衝突位置および衝撃の強さを測
定する方法が開示されており、特開平５−１９３５９７
や特開平５−２７８６９８には、レーダーによりデブリ
を監視し、さらにはデブリを捕獲したり、蒸発させたり
する手段が開示されている。また特開平６−２１９３９
９にはピエゾフィルムを具備するセンサにより、デブリ
がピエゾフィルムに衝突し、貫通するとき発生する電気
信号から、その質量、速度、方向を測定する方法が開示
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】宇宙デブリを検出し監
視して、衛星や宇宙ステーション等の宇宙機をデブリの
衝突から防護するため、数多くの検出方法が提示されて
いるが、まだ理想的手法は確立されていないのが現状で
ある。本発明はこのような背景の下になされたもので、
光学的検出器を用い、一つもしくは複数のデブリの観測
を行い、検出器から得られた画像に記録されたデブリ移
動の軌跡より、デブリの移動速度および移動方向を求め
る方法と装置を提供することを目標とする。
視して、衛星や宇宙ステーション等の宇宙機をデブリの
衝突から防護するため、数多くの検出方法が提示されて
いるが、まだ理想的手法は確立されていないのが現状で
ある。本発明はこのような背景の下になされたもので、
光学的検出器を用い、一つもしくは複数のデブリの観測
を行い、検出器から得られた画像に記録されたデブリ移
動の軌跡より、デブリの移動速度および移動方向を求め
る方法と装置を提供することを目標とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、人工衛星や宇宙ステーションに搭載され、宇宙デブ
リを光学的に観測する装置において、移動する宇宙デブ
リを一定時間、観測し撮像する光学的検出手段と、該光
学的検出手段から出力される画像信号を処理する画像処
理手段と、宇宙デブリが上記撮像時間内に移動すること
により形成される移動軌跡を表示する表示手段と、から
構成されることを特徴としている。請求項２に記載の発
明は、人工衛星や宇宙ステーションに搭載された光学的
検出手段により検出する宇宙デブリの画像信号を、画像
処理手段において処理し、該宇宙デブリの移動軌跡を表
示する宇宙デブリ検出システムにおいて、一定撮像時間
に撮像され表示される軌跡の長さから宇宙デブリの観測
線垂直方向の移動速度を算出し、軌跡の方向とその移動
方向から宇宙デブリの移動方向を決定することを特徴と
している。請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の
前記の宇宙デブリ検出方法において、一定撮像時間に撮
像され表示された軌跡の幅の変化率から宇宙デブリの観
測線方向の移動速度を算出することを特徴としている。
は、人工衛星や宇宙ステーションに搭載され、宇宙デブ
リを光学的に観測する装置において、移動する宇宙デブ
リを一定時間、観測し撮像する光学的検出手段と、該光
学的検出手段から出力される画像信号を処理する画像処
理手段と、宇宙デブリが上記撮像時間内に移動すること
により形成される移動軌跡を表示する表示手段と、から
構成されることを特徴としている。請求項２に記載の発
明は、人工衛星や宇宙ステーションに搭載された光学的
検出手段により検出する宇宙デブリの画像信号を、画像
処理手段において処理し、該宇宙デブリの移動軌跡を表
示する宇宙デブリ検出システムにおいて、一定撮像時間
に撮像され表示される軌跡の長さから宇宙デブリの観測
線垂直方向の移動速度を算出し、軌跡の方向とその移動
方向から宇宙デブリの移動方向を決定することを特徴と
している。請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の
前記の宇宙デブリ検出方法において、一定撮像時間に撮
像され表示された軌跡の幅の変化率から宇宙デブリの観
測線方向の移動速度を算出することを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、図１、図２を参照して、本
発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の
単点観測によるデブリ検出方式を示す図である。検出装
置の構成は図２のブロック図に示されている。検出器１
には光学的検出器が使用され、画像処理装置および表示
装置２とともに宇宙ステーション、人工衛星などの宇宙
機に搭載され、軌道上を移動するデブリ３を検出し、観
測する。
発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の
単点観測によるデブリ検出方式を示す図である。検出装
置の構成は図２のブロック図に示されている。検出器１
には光学的検出器が使用され、画像処理装置および表示
装置２とともに宇宙ステーション、人工衛星などの宇宙
機に搭載され、軌道上を移動するデブリ３を検出し、観
測する。
【０００６】図２、図３、図４、図５に従い、観測手順
について説明する。まず、軌道上を移動するデブリを検
出器により観測する。デブリの速度を１０ｋｍ/ｓとす
ると（おかしくない数値）、１００ｋｍ先で検出された
デブリは１０秒で近接し、５００ｋｍ先で検出されたデ
ブリは５０秒で近接し、短時間でデブリの移動、変形が
観測されるので、検出器から得られた観測画像には、個
々のデブリの軌跡が記録される。記録された観測画像
は、画像処理部で処理が行われ、個々のデブリの移動速
度および移動方向が計算され、表示器にて測定結果を表
示するしくみになっている。かくしてデブリ観測装置で
撮像された画像の１例を図３に示す。縦長の楕円形の軌
跡４は、撮像時間Δｔの間に移動したデブリの軌跡を示
し、その長径の長さΔｘはデブリの移動速度の尺度を与
え、長径方向はデブリの移動方向φを与える。また短径
２ｒはデブリの大きさを与え、もしデブリが観測点に接
近する方向に移動すると、デブリは大きく観測されるよ
うになるので、短径の変化率は観測線方向の速度の尺度
を与える。デブリ移動速度の算出は以下のように行う。
デブリ移動の軌跡は、撮像時間内のデブリの運動によ
り、縦長の楕円形の軌跡となっている。デブリ軌跡の長
径の長さΔｘよりデブリの移動速度を算出できる。図４
において、デブリ移動の軌跡の見込み角度をΔθとする
と、デブリの観測線垂直方向に移動する角速度ΔθＴは
以下のように計算される。 ΔθＴ=(Δｘ・ΔΘ/Δｔ)/Ｘ ここで、Ｘは観測視野の広さ、ΔΘは観測視野角、Δｘ
はデブリ軌跡の長径の長さ、Δｔは撮像時間で、デブリ
がΔｘを移動する所要時間を示す。またデブリの観測線
垂直方向に移動する速度Δｘ/Δｔは Δｘ/Δt=ΔθＴ・（Ｘ/ΔΘ） で与えられ、 観測点からデブリまでの距離（Ｘ/ΔΘ）
が与えられると算出することができる。またデブリの観
測線方向の移動速度Δｙ/Δｔは以下のように計算され
る。 Δｙ/Δｔ=(Δr/r)・（Ｘ/ΔΘ）/Δｔ ここで Δr/rは楕円形軌跡の短径の変化率で、観測点
からデブリまでの距離（Ｘ/ΔΘ）が与えられると算出
することができる。なお、デブリの移動方向φについ
て、デブリの軌跡のみからは楕円長軸のどちらの方向に
進むものかを特定することはできないが、図５に示すよ
うに、時刻Ｔおよび（Ｔ＋ΔＴ)にて連続してデブリ観
測を行い、デブリ軌跡を比較することにより、デブリが
どちらの方向への移動しているかを同定することが可能
である。 なお、本発明は上記の実施例のように単点で
の観測に限定されるものではなく、例えば２点以上の観
測点にて同一デブリを観測し、デブリの移動速度および
移動方向を算出することにができる。これにより測定の
精度を上げることができる。
について説明する。まず、軌道上を移動するデブリを検
出器により観測する。デブリの速度を１０ｋｍ/ｓとす
ると（おかしくない数値）、１００ｋｍ先で検出された
デブリは１０秒で近接し、５００ｋｍ先で検出されたデ
ブリは５０秒で近接し、短時間でデブリの移動、変形が
観測されるので、検出器から得られた観測画像には、個
々のデブリの軌跡が記録される。記録された観測画像
は、画像処理部で処理が行われ、個々のデブリの移動速
度および移動方向が計算され、表示器にて測定結果を表
示するしくみになっている。かくしてデブリ観測装置で
撮像された画像の１例を図３に示す。縦長の楕円形の軌
跡４は、撮像時間Δｔの間に移動したデブリの軌跡を示
し、その長径の長さΔｘはデブリの移動速度の尺度を与
え、長径方向はデブリの移動方向φを与える。また短径
２ｒはデブリの大きさを与え、もしデブリが観測点に接
近する方向に移動すると、デブリは大きく観測されるよ
うになるので、短径の変化率は観測線方向の速度の尺度
を与える。デブリ移動速度の算出は以下のように行う。
デブリ移動の軌跡は、撮像時間内のデブリの運動によ
り、縦長の楕円形の軌跡となっている。デブリ軌跡の長
径の長さΔｘよりデブリの移動速度を算出できる。図４
において、デブリ移動の軌跡の見込み角度をΔθとする
と、デブリの観測線垂直方向に移動する角速度ΔθＴは
以下のように計算される。 ΔθＴ=(Δｘ・ΔΘ/Δｔ)/Ｘ ここで、Ｘは観測視野の広さ、ΔΘは観測視野角、Δｘ
はデブリ軌跡の長径の長さ、Δｔは撮像時間で、デブリ
がΔｘを移動する所要時間を示す。またデブリの観測線
垂直方向に移動する速度Δｘ/Δｔは Δｘ/Δt=ΔθＴ・（Ｘ/ΔΘ） で与えられ、 観測点からデブリまでの距離（Ｘ/ΔΘ）
が与えられると算出することができる。またデブリの観
測線方向の移動速度Δｙ/Δｔは以下のように計算され
る。 Δｙ/Δｔ=(Δr/r)・（Ｘ/ΔΘ）/Δｔ ここで Δr/rは楕円形軌跡の短径の変化率で、観測点
からデブリまでの距離（Ｘ/ΔΘ）が与えられると算出
することができる。なお、デブリの移動方向φについ
て、デブリの軌跡のみからは楕円長軸のどちらの方向に
進むものかを特定することはできないが、図５に示すよ
うに、時刻Ｔおよび（Ｔ＋ΔＴ)にて連続してデブリ観
測を行い、デブリ軌跡を比較することにより、デブリが
どちらの方向への移動しているかを同定することが可能
である。 なお、本発明は上記の実施例のように単点で
の観測に限定されるものではなく、例えば２点以上の観
測点にて同一デブリを観測し、デブリの移動速度および
移動方向を算出することにができる。これにより測定の
精度を上げることができる。
【０００７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
デブリ検出装置によりデブリ観測画像を得、この単一の
観測画像の画像処理の結果から、デブリの移動速度、移
動方向を特定することができる。さらに、時間的に連続
して観測を行うことにより、デブリの移動方向をさらに
詳細に知ることができる。本発明のデブリ検出装置を宇
宙機に搭載するすることにより、デブリと宇宙機との衝
突に適切に対応し、宇宙機の安全運行を図ることができ
る。
デブリ検出装置によりデブリ観測画像を得、この単一の
観測画像の画像処理の結果から、デブリの移動速度、移
動方向を特定することができる。さらに、時間的に連続
して観測を行うことにより、デブリの移動方向をさらに
詳細に知ることができる。本発明のデブリ検出装置を宇
宙機に搭載するすることにより、デブリと宇宙機との衝
突に適切に対応し、宇宙機の安全運行を図ることができ
る。
【図１】 本発明の単点観測によるデブリ検出方式を示
す図である。
す図である。
【図２】 本発明のデブリ観測装置の構成ブロック図で
ある。
ある。
【図３】 本発明の装置によるデブリ観測画像を示す図
である。
である。
【図４】 観測されたデブリの軌跡からデブリの移動速
度を算出する方法を説明するための図である。
度を算出する方法を説明するための図である。
【図５】 観測されたデブリの軌跡から、デブリの移動
方向を求める方法を説明するための図である。
方向を求める方法を説明するための図である。
１ 検出器 ２ 表示装置 ３ デブリ ４ デブリ移動の軌跡
【手続補正書】
【提出日】平成１１年５月１３日（１９９９．５．１
３）
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、人工衛星や宇宙ステーションに搭載され、宇宙デブ
リを光学的に観測する装置において、移動する宇宙デブ
リを一定時間、観測し撮像する光学的検出手段と、該光
学的検出手段から出力される画像信号を処理する画像処
理手段と、宇宙デブリが上記撮像時間内に移動すること
により形成される移動軌跡を表示する表示手段と、から
構成され、前記移動軌跡の長さから宇宙デブリの観測線
垂直方向の移動速度を算出することを特徴としている。
請求項２に記載の発明は、人工衛星や宇宙ステーション
に搭載された光学的検出手段により検出する宇宙デブリ
の画像信号を、画像処理手段において処理し、該宇宙デ
ブリの移動軌跡を表示する宇宙デブリ検出システムにお
いて、一定撮像時間に撮像され表示される軌跡の長さか
ら宇宙デブリの観測線垂直方向の移動速度を算出し、軌
跡の方向とその移動方向から宇宙デブリの移動方向を決
定することを特徴としている。請求項３に記載の発明
は、請求項２に記載の前記の宇宙デブリ検出方法におい
て、一定撮像時間に撮像され表示された軌跡の幅の変化
率から宇宙デブリの観測線方向の移動速度を算出するこ
とを特徴としている。
は、人工衛星や宇宙ステーションに搭載され、宇宙デブ
リを光学的に観測する装置において、移動する宇宙デブ
リを一定時間、観測し撮像する光学的検出手段と、該光
学的検出手段から出力される画像信号を処理する画像処
理手段と、宇宙デブリが上記撮像時間内に移動すること
により形成される移動軌跡を表示する表示手段と、から
構成され、前記移動軌跡の長さから宇宙デブリの観測線
垂直方向の移動速度を算出することを特徴としている。
請求項２に記載の発明は、人工衛星や宇宙ステーション
に搭載された光学的検出手段により検出する宇宙デブリ
の画像信号を、画像処理手段において処理し、該宇宙デ
ブリの移動軌跡を表示する宇宙デブリ検出システムにお
いて、一定撮像時間に撮像され表示される軌跡の長さか
ら宇宙デブリの観測線垂直方向の移動速度を算出し、軌
跡の方向とその移動方向から宇宙デブリの移動方向を決
定することを特徴としている。請求項３に記載の発明
は、請求項２に記載の前記の宇宙デブリ検出方法におい
て、一定撮像時間に撮像され表示された軌跡の幅の変化
率から宇宙デブリの観測線方向の移動速度を算出するこ
とを特徴としている。
Claims (3)
- 【請求項１】 人工衛星や宇宙ステーションに搭載さ
れ、宇宙デブリを光学的に観測する装置において、 移動する宇宙デブリを一定時間、観測し撮像する光学的
検出手段と、 該光学的検出手段から出力される画像信号を処理する画
像処理手段と、 宇宙デブリが上記撮像時間内に移動することにより形成
される移動軌跡を表示する表示手段と、から構成される
ことを特徴とする宇宙デブリ検出装置。 - 【請求項２】 人工衛星や宇宙ステーションに搭載され
た光学的検出手段により検出する宇宙デブリの画像信号
を、画像処理手段において処理し、該宇宙デブリの移動
軌跡を表示する宇宙デブリ検出システムにおいて、一定
撮像時間に撮像され表示される軌跡の長さから宇宙デブ
リの観測線垂直方向の移動速度を算出し、軌跡の方向と
その移動方向から宇宙デブリの移動方向を決定すること
を特徴とする宇宙デブリ検出方法。 - 【請求項３】 前記の宇宙デブリ検出方法は、一定撮像
時間に撮像され表示された軌跡の幅の変化率から宇宙デ
ブリの観測線方向の移動速度を算出することを特徴とす
る請求項２記載の宇宙デブリ検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20221098A JP2973315B1 (ja) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | 単点観測による宇宙デブリ検出装置および検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20221098A JP2973315B1 (ja) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | 単点観測による宇宙デブリ検出装置および検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2973315B1 JP2973315B1 (ja) | 1999-11-08 |
| JP2000025700A true JP2000025700A (ja) | 2000-01-25 |
Family
ID=16453793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20221098A Expired - Lifetime JP2973315B1 (ja) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | 単点観測による宇宙デブリ検出装置および検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2973315B1 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2814817A1 (fr) * | 2000-10-04 | 2002-04-05 | Sagem | Detection de debris spatiaux en orbite a partir d'un instrument embarque sur satellite |
| FR2814816A1 (fr) * | 2000-10-04 | 2002-04-05 | Sagem | Detection de debris spatiaux en orbite a partir d'un instrument embarque sur satellite |
| EP2236422A1 (en) * | 2008-01-17 | 2010-10-06 | IHI Corporation | Device for detecting space floating matters |
| WO2014038610A1 (ja) * | 2012-09-07 | 2014-03-13 | 株式会社Ihi | 移動体検出方法 |
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| KR101596019B1 (ko) * | 2014-08-14 | 2016-02-19 | 한국 천문 연구원 | 우주물체 전자광학 감시시스템의 검출기 데이터 감소를 위한 자료처리방법 |
| WO2016063923A1 (ja) * | 2014-10-24 | 2016-04-28 | 株式会社アストロスケール | 非協力接近に関する誘導方法 |
| JP6906732B1 (ja) * | 2020-12-24 | 2021-07-21 | 三菱電機株式会社 | 移動体撮像システム、運用計画設定装置および移動体撮像方法 |
-
1998
- 1998-07-16 JP JP20221098A patent/JP2973315B1/ja not_active Expired - Lifetime
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| EP2236422A4 (en) * | 2008-01-17 | 2012-10-03 | Ihi Corp | DEVICE FOR DETECTION OF FLOATING MATERIALS IN SPACE |
| US8564430B2 (en) | 2008-01-17 | 2013-10-22 | Ihi Corporation | Device for detecting space objects |
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| US9478041B2 (en) | 2012-09-07 | 2016-10-25 | Ihi Corporation | Moving object detection method |
| JP2014051211A (ja) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Ihi Corp | 移動体検出方法 |
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