JP2000280998A - 統合制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に、低軌道の周回衛星のように地上局の支
援を常に受けられない人工衛星の統合制御システムにお
いて、一部の機器の異常が人工衛星全体の損傷を誘発す
ることがないシステム構成が望まれる。 【解決手段】 統合制御システムのリファレンスデータ
をモニタすることにより異常を検出し、地上局の支援を
受けず制御可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人工衛星に搭載
する統合制御システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人工衛星には種々の機能を持った機器が
搭載される。これらの機器は、人工衛星の姿勢制御や熱
制御などの人工衛星としての機能を維持する目的を持つ
バス機器と、通信放送衛星であれば高出力の送信機、観
測衛星であればリモートセンサなどの、衛星としての本
来の使命を達成するためのミッション機器とに二分され
る。バス機器には、人工衛星内の電力を制御する電力制
御装置と、人工衛星内の機器の状態を常に監視し人工衛
星が最適の状態で動作できるよう各部温度をモニタする
と共に人工衛星内の消費電力を管理する統合制御装置
と、統合制御装置とユーザ機器とのインタフェースを信
号授受を司るユーザインタフェース装置と呼ばれる機器
が含まれ統合制御装置とユーザインタフェース装置によ
り統合制御システムを構成している。

【０００３】地上局からの人工衛星制御信号をコマンド
信号と呼ぶのに対し人工衛星内の情報を収集・編集して
地上局に返送する機能をテレメトリ信号と呼ぶ。このコ
マンド信号の受信及びテレメトリ信号の送信も統合制御
システムの役割である。

【０００４】一般の通信衛星のような静止衛星であれば
常に地上局から衛星のテレメトリデータを監視できるた
め、人工衛星内の情報を収集・編集して地上局に送信
し、必要に応じた対応を地上局からのコマンド信号によ
り実施することが可能である。しかし、観測衛星や複数
機を軌道上に配置した商用通信衛星のような低軌道の周
回衛星の場合には、地上局を衛星の軌道に合わせて配置
できないため地上局における衛星の可視時間に制約が生
じるため静止衛星のように常にモニタすることができな
い。そのため異常発生時の即時対応ができず、時には地
上局における可視時間帯に入るまでに修復不可能な状態
に推移してしまう最悪の事態を招くこともあった。その
ため、近年の衛星設計では人工衛星の情報を集中管理し
人工衛星を最適の状態に制御するための統合制御システ
ムが必要になってきている。

【０００５】図５に統合制御システムを使用した衛星搭
載装置の構成例を示す。図５において、１は上述の統合
制御装置、２は太陽電池及びバッテリから電力の供給を
受け衛星内の各機器へ電力を供給する電力制御装置、３
は上記統合制御装置１と上記電力制御装置２の間で上記
統合制御装置１からの制御信号及び上記電力制御装置２
からの情報を通信するための第１の情報伝送路、４ａは
上記統合制御装置１からの制御信号と受信してユーザ機
器へユーザ機器に適合した制御信号に変換すると共にユ
ーザ機器からの情報を収集するためのユーザインタフェ
ース装置、４ｂは上記ユーザインタフェース装置４ａと
共に冗長系を構成する他のユーザインタフェース装置、
５は上記統合制御装置１と上記ユーザインタフェース装
置４ａもしくは上記他のユーザインタフェース装置４ｂ
の間で分岐接続され相互に情報を通信するための第２の
情報伝送路、６は個々の衛星特有のミッションを達成す
るためのミッション機器、７は上記ミッション機器を搭
載するミッション機器パネル、８は上記ミッション機器
パネルの温度コントロールをするためのヒータ、９はミ
ッション機器パネルの温度を測定するためのサーミスタ
等で構成される温度モニタ、１０はユーザ機器からのユ
ーザテレメトリデータ、１１は上記統合制御装置１から
出力される上記ユーザインタフェース装置４ａを制御す
る第１のオン・オフ切り替え信号、１２は上記統合制御
装置１から出力される上記他のユーザインタフェース装
置４ｂを制御する第２のオン・オフ切り替え信号、１３
は上記ユーザインタフェース装置４ａの動作を制御する
ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４は上記第１のオン・オフ切
り替え信号１１を受信して上記ＤＣ／ＤＣコンバータ１
３のオン・オフを制御する第１の制御リレー、１５は上
記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電源出力、１６は上記統
合制御装置１とインタフェースをとる通信回路部、１７
は上記統合制御装置１からのコマンド信号を受信してユ
ーザ機器へのコマンド信号を出力するコマンド回路部、
１８はユーザ機器からの上記ユーザテレメトリデータ１
０を収集・編集した後内部のＡ／Ｄ変換回路にてＡ／Ｄ
変換し上記統合制御装置１へテレメトリ信号を返送する
テレメトリ回路部、１９はリファレンステレメトリ発生
回路、２０は上記リファレンステレメトリ発生回路、１
９の出力信号のリファレンステレメトリデータである。

【０００６】上記ユーザインタフェース装置４のテレメ
トリ・コマンド機能はオン時のみ動作可能である。な
お、上記第２の情報伝送路５は上記ユーザインタフェー
ス装置４ａと上記他のユーザインタフェース装置４ｂに
対し個々に接続しても構わない。また、上記ユーザイン
タフェース装置４ａと上記他のユーザインタフェース装
置４ｂの切り替えは地上局からのユーザインタフェース
装置切り替えコマンドを上記統合制御装置１にて受信す
ることにより、上記統合制御装置１から上記第１のオン
・オフ切り替え信号１１をオフ命令を出力し、上記第２
のオン・オフ切り替え信号１２をオン命令を出力するこ
とにより行われる。

【０００７】上記統合制御装置１とユーザインタフェー
ス装置４は一般的に待機冗長構成を有していて、上記統
合制御装置１は内部に搭載しているプロセッサにより自
己診断機能を有しているのに対し、ユーザインタフェー
ス装置４は内部に具備した上記リファレンステレメトリ
発生回路１９の出力である上記リファレンステレメトリ
データ２０を上記テレメトリ回路部１８のＡ／Ｄ変換器
にてユーザ機器から収集・編集された上記ユーザテレメ
トリデータ１０と共にＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換され
たデータは地上局に適合したフォーマットとなり、テレ
メトリ信号として統合制御装置１より地上局に送信す
る。地上局では上記テレメトリ信号を受信し、テレメト
リデータを解析することにより人工衛星の機器状態を把
握する。上記リファレンステレメトリデータ２０は、テ
レメトリデータを解析する上でのリファレンスデータと
して使用される。

【０００８】次に、冗長系を構成するユーザインタフェ
ース装置４ａをオン状態、他のユーザインタフェース装
置４ｂをオフ状態として動作概要を説明する。

【０００９】上記ユーザインタフェース装置４ａは上記
テレメトリ回路部１８ａにて上記温度モニタ９の計測結
果を取り込み、内部Ａ／Ｄ変換回路にてＡ／Ｄ変換後、
上記通信回路部１６ａを介して第２の情報伝送路５によ
り上記統合制御装置１に計測結果を伝送する。上記温度
モニタ９の計測結果を受信した上記統合制御装置１では
衛星の軌道を把握しつつ、必要に応じ上記電力制御装置
２に対し上記ヒータ８のオン・オフ制御を上記第１の情
報伝送路３を介して行う。上記動作により上記統合制御
装置１は上記ミッション機器６がプログラムされた温度
範囲内で動作できるよう制御できる。一方、編集された
テレメトリ信号はリファレンステレメトリデータと共に
地上局の可視時間及び不可視時間を問わず地球へ送信さ
れる。

【００１０】仮に上記ユーザインタフェース装置４ａの
上記テレメトリ回路部１８ａが故障した場合の動作を説
明する。上記テレメトリ回路部１８ａが故障すると、上
記統合制御装置１はそれまでに収集した計測結果と著し
く異なる計測結果を上記ユーザインタフェース装置４ａ
より受信する。このことから上記ユーザインタフェース
装置４ａもしくは上記温度モニタ９の異常を検知するこ
とができる。しかし、ミッション機器パネル９の温度を
モニタする事ができないため、今まで収集した温度情報
を基に温度制御を実施することになり、人工衛星の日照
・日陰による温度変化や機器の動作状態による温度変化
を検知できない。これにより、ミッション機器６はあら
かじめ上記統合制御装置１にプログラムされた設定温度
範囲を維持できなくなり、異常に発熱した状態を継続し
機器を損傷したり、低温による動作不能の状態に陥った
りすることがあった。

【００１１】上記状態の回復は地上局からのコマンド信
号により、上記第１のユーザインタフェース装置４ａを
上記第２のユーザインタフェース装置４ｂに切り替える
必要がある。しかし、地上局における可視時間中に状況
を把握し、不具合箇所の特定、対応策の検討・実施を経
て行われるため、不具合発見の可視時間帯中に対応でき
ず次の可視時間帯まで放置する事態や、不具合発生から
不可視時間帯が長いとき等に生じる人工衛星の致命的な
障害を誘発することもあった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】人工衛星内の統合制御
システムにて、人工衛星搭載機器の動作を制御すること
により地上局からの運用は簡素化できるものの、統合制
御装置もしくはユーザインタフェース装置の故障による
人工衛星内の誤制御を誘発する。

【００１３】とりわけ、衛星内の温度制御はヒータによ
る電力制御を伴うために、衛星内の異常発熱や異常低温
環境による機器の動作不良等、人工衛星にとって致命的
な誤制御となりかねないという課題があった。

【００１４】この発明は上記のような問題を解決するた
めになされたもので、冗長系を構成したユーザインタフ
ェース装置に具備されたリファレンステレメトリ発生回
路の出力信号であるリファレンステレメトリデータをモ
ニタして異常発生の有無を検出し、異常発生時には正常
なユーザインタフェース装置を自動的に選択し、衛星内
の誤制御を防止することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の発明による統合制
御システムは、ユーザインタフェース装置のリファレン
ステレメトリデータを統合制御装置に取り込み、ユーザ
インタフェース装置からのテレメトリデータに含まれる
リファレンステレメトリデータが正常な場合、そのまま
ユーザインタフェース装置からのテレメトリデータによ
り人工衛星の制御を行う。仮にユーザインタフェース装
置からのリファレンステレメトリデータが異常な場合、
地上局からの支援を受けず統合制御装置がユーザインタ
フェース装置から他のユーザインタフェース装置へ切り
替え制御を実施し、他のユーザインタフェース装置から
のテレメトリデータを取り込み制御を継続できるように
したものである。

【００１６】第２の発明による統合制御システムは、冗
長系を構成したユーザインタフェース装置の通信回路部
及びテレメトリ回路部を常に両系動作状態とすると共
に、リファレンステレメトリデータを時分割で統合制御
装置に取り込み、第１のユーザインタフェース装置から
のテレメトリデータに含まれるリファレンステレメトリ
データが正常な場合、そのままユーザインタフェース装
置からのテレメトリデータにより制御を行う。仮にユー
ザインタフェース装置からのリファレンステレメトリデ
ータが異常な場合、他のユーザインタフェース装置から
のテレメトリデータにより制御を継続できるようにした
ものである。

【００１７】第３の発明による統合制御システムは、ユ
ーザインタフェース装置のリファレンステレメトリ発生
回路の発生電圧を階段状に変更させ、このリファレンス
テレメトリデータを統合制御装置にて取り込むことによ
り、ユーザインタフェース装置の上記Ａ／Ｄ変換器の特
性が変化することにより、テレメトリデータ及びリファ
レンステレメトリデータの特性変化も、リファレンステ
レメトリデータを利用して補正する。それにより、第１
のユーザインタフェース装置からのテレメトリデータに
て人工衛星の制御を継続して行うことができる。仮に第
１のユーザインタフェース装置からのリファレンステレ
メトリデータが一定値を示す完全異常な場合でも、地上
局からの支援を受けず統合制御装置がユーザインタフェ
ース装置から他のユーザインタフェース装置へ切り替え
制御を実施し、他のユーザインタフェース装置からのテ
レメトリデータを取り込み制御を継続できるようにした
ものである。

【００１８】第４の発明による統合制御システムは、冗
長系を構成したユーザインタフェース装置の通信回路部
及びテレメトリ回路部を常に両系動作状態とすると共
に、リファレンステレメトリ発生回路の発生電圧を階段
状に変更させ、リファレンステレメトリデータを時分割
で統合制御装置に取り込む。この信号を統合制御装置に
て取り込むことにより、第１のユーザインタフェース装
置の上記Ａ／Ｄ変換器の特性が変化したことによりテレ
メトリデータ及びリファレンステレメトリデータが圧縮
されて受信した場合でも、リファレンステレメトリデー
タを利用して補正することにより、そのまま第１のユー
ザインタフェース装置からのテレメトリデータにより人
工衛星の制御を継続して行うことができる。仮に第１の
ユーザインタフェース装置からのリファレンステレメト
リデータが一定値を示す完全異常な場合でも、他のユー
ザインタフェース装置からのテレメトリデータにより制
御を継続できるようにしたものである。

【００１９】

【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を示す構成図であり、図１において１から
２０は、従来システムと同一のものである。

【００２０】図１の上記統合制御装置１では、受信した
データの中から上記リファレンステレメトリデータ２０
を抽出し、正常値を示しているかリファレンステレメト
リ判定回路２１にて判定し、判定結果が正常であれば従
来装置と同様の制御を行う。

【００２１】仮に上記リファレンステレメトリデータ２
０が異常であると判定された場合上記統合制御装置１
は、上記ユーザインタフェース装置４ａを上記他のユー
ザインタフェース装置４ｂに切り替える制御を行い、異
常発生時前と同じ制御を継続することができる。

【００２２】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示す構成図であり、図２において１から１３及び
１５から２１は、実施の形態２と同一のものである。

【００２３】図２の上記統合制御装置１では、上記ユー
ザインタフェース装置４ａより受信したデータの中から
上記リファレンステレメトリデータ２０を抽出し、正常
値を示しているかリファレンステレメトリ判定回路２１
にて判定し、正常と判断であれば従来装置と同様の制御
を行う。

【００２４】仮に上記リファレンステレメトリデータ２
０が異常であると判定された場合上記統合制御装置１
は、時分割にて受信した上記他のユーザインタフェース
装置４ｂからのデータを選択して正常な上記リファレン
ステレメトリデータ２０を使用し、異常発生時前と同じ
制御を継続することができる。

【００２５】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示す構成図であり、図３において１から１８、２
０から２１は、実施の形態１と同一のものである。

【００２６】図３の上記統合制御装置１では、受信した
データの中から上記リファレンステレメトリデータ２０
を抽出し、Ａ／Ｄ変換特性が変化していないかリファレ
ンステレメトリ判定回路２１にて判定し、判定結果が正
常であれば従来装置と同様の制御を行う。

【００２７】仮に上記リファレンステレメトリデータ２
０がＡ／Ｄ変換特性が変化している判定した場合、上記
統合制御装置１は上記リファレンステレメトリデータ２
０から上記温度モニタ９及び上記ユーザテレメトリデー
タ１０を補正し制御を継続する。

【００２８】さらに上記リファレンステレメトリデータ
２０が一定値を示す異常と判定した場合、上記ユーザイ
ンタフェース装置４ａを上記他のユーザインタフェース
装置４ｂに切り替える制御を行い、異常発生時前と同じ
制御を継続することができる。

【００２９】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４を示す構成図であり、図４において１から１３、１
５から１９、２０から２２は、実施の形態２と同一のも
のである。

【００３０】図４の上記統合制御装置１では、受信した
データの中から上記リファレンステレメトリデータ２０
を抽出し、Ａ／Ｄ変換特性が変化していないかリファレ
ンステレメトリ判定回路２１にて判定し、判定結果が正
常であれば従来装置と同様の制御を行う。

【００３１】仮に上記リファレンステレメトリデータ２
０がＡ／Ｄ変換特性が変化していると判定した場合、上
記統合制御装置１は上記リファレンステレメトリデータ
２０から上記温度モニタ９及び上記ユーザテレメトリデ
ータ１０を補正し制御を継続する。

【００３２】さらに上記リファレンステレメトリデータ
２０が異常であると判定された場合、上記統合制御装置
１は、時分割にて受信した上記他のユーザインタフェー
ス装置４ｂからのデータを選択して正常な上記リファレ
ンステレメトリデータ２０を使用し、異常発生時前と同
じ制御を継続することができる。

【００３３】

【発明の効果】第１の発明によれば、統合制御装置にて
ユーザインタフェース装置のリファレンステレメトリデ
ータ及びユーザ機器からのユーザテレメトリデータを収
集する。収集したリファレンステレメトリデータが正常
であればそのままユーザ機器からのユーザテレメトリデ
ータを人工衛星の制御情報として使用する。仮に異常で
あっても統合制御装置にて自動的にユーザインタフェー
ス装置を冗長系に切り換えることにより、地上局からの
支援を受けずに制御を継続することができる。

【００３４】また、第２の発明によれば、統合制御装置
は冗長系を構成したユーザインタフェース装置のいずれ
からも時分割にてリファレンステレメトリデータ及びユ
ーザ機器からのユーザテレメトリデータを収集し、収集
したリファレンステレメトリデータが正常であればその
ままユーザ機器からのユーザテレメトリデータを人工衛
星の制御情報として使用する。仮に異常であっても統合
制御装置にて自動的に冗長系ユーザインタフェース装置
からのテレメトリデータを選択するように選択制御を行
い、地上局からの支援を受けずに制御を継続することが
できる。

【００３５】また、第３の発明によれば、ユーザインタ
フェース装置のリファレンステレメトリデータを階段状
に可変させることによりＡ／Ｄ変換器の特性が変化した
場合でも、統合制御装置にて補正操作を施すことができ
る。これにより仮にリファレンステレメトリデータの特
性が変化しても統合制御装置にて補正操作を施し、制御
を継続できる。また、リファレンステレメトリデータが
異常の場合は、自動的にユーザインタフェース装置を冗
長系に切り換えることにより、地上局からの支援を受け
ずに制御を継続することができる。

【００３６】また、第４の発明によれば、ユーザインタ
フェース装置のリファレンステレメトリデータを階段状
に可変させることによりＡ／Ｄ変換器の特性が変化した
場合でも、統合制御装置にて補正操作を施すことができ
る。これにより仮にリファレンステレメトリデータの特
性が変化しても統合制御装置にて補正操作を施し、制御
を継続できる。また、リファレンステレメトリデータが
異常の場合は、自動的に冗長系ユーザインタフェース装
置からのテレメトリデータを選択するように選択制御を
行うことにより、地上局からの支援を受けずに制御を継
続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による実施の形態１の人工衛星の構
成を示す図である。

【図２】 この発明による実施の形態２の人工衛星の構
成を示す図である。

【図３】 この発明による実施の形態３の人工衛星の構
成を示す図である。

【図４】 この発明による実施の形態４の人工衛星の構
成を示す図である。

【図５】 従来の人工衛星の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 統合制御装置、２ 電力制御装置、３ 第１の情報
伝送路、４ ユーザインタフェース装置、５ 第２の情
報伝送路、６ ミッション機器、７ ミッション機器パ
ネル、８ ヒータ、９ 温度モニタ、１０ ユーザテレ
メトリデータ、１１ 第１のオン・オフ切り替え信号、
１２ 第２のオン・オフ切り替え信号、１３ ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ、１４ 第１の制御リレー、１５ 電源出
力、１６通信回路部、１７ コマンド回路部、１８ テ
レメトリ回路部、１９ リファレンステレメトリ発生回
路、２０ リファレンステレメトリデータ、２１ リフ
ァレンステレメトリ判定回路、２２ 第２の制御リレ
ー、２３ 可変リファレンステレメトリ発生回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地上局からのコマンド信号を受信すると
   共に地上局にテレメトリ信号を送信する統合制御装置
   と、この統合制御装置からのコマンド信号を受信しユー
   ザ機器のインタフェース条件に変換するコマンド回路
   部、ユーザ機器からのユーザテレメトリデータとリファ
   レンステレメトリ発生装置のデータを収集・編集後Ａ／
   Ｄ変換器にてＡ／Ｄ変換するテレメトリ回路部、上記統
   合制御装置と通信する通信回路部、電源を供給するＤＣ
   ／ＤＣコンバータとから構成したユーザインタフェース
   装置と、人工衛星内の機器に電力を供給する電力制御装
   置と、人工衛星のミッションを担うミッション機器と、
   上記ミッション機器を搭載するミッション機器パネル
   と、上記ミッション機器パネルの温度制御を行うための
   温度制御手段と、上記ミッションパネルの温度を測定す
   るための温度モニタとを備えた人工衛星において、上記
   ユーザインタフェース装置内のリファレンステレメトリ
   発生回路出力信号を統合制御装置に取り込み上記ユーザ
   インタフェース装置の異常を検出し、自動的に冗長系の
   上記ユーザインタフェース装置へ切り替える手段を設け
   たことを特徴とする統合制御システム。
2. 【請求項２】 上記ユーザインタフェース装置の通信回
   路部とテレメトリ回路部、リファレンステレメトリ発生
   部とを常時オンとし、上記統合制御装置にて冗長系を構
   成した上記ユーザインタフェース装置より時分割にてテ
   レメトリ信号を受信し、上記ユーザインタフェース装置
   の異常を検出し、自動的に冗長系の上記ユーザインタフ
   ェース装置を選択する手段を設けたことを特徴とする請
   求項１記載の統合制御システム。
3. 【請求項３】 上記リファレンステレメトリ発生回路出
   力信号の発生電圧を階段状に変更させることを特徴とす
   る請求項１記載の統合制御システム。
4. 【請求項４】 上記リファレンステレメトリ発生回路の
   出力信号の発生電圧を階段状に変更させることにより、
   上記Ａ／Ｄ変換器の特性が変化しても制御を継続できる
   特徴とする請求項２記載の統合制御システム。