JP2002087396A - Attitude determining device for spacecraft - Google Patents

Attitude determining device for spacecraft

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JP2002087396A
JP2002087396A JP2000284398A JP2000284398A JP2002087396A JP 2002087396 A JP2002087396 A JP 2002087396A JP 2000284398 A JP2000284398 A JP 2000284398A JP 2000284398 A JP2000284398 A JP 2000284398A JP 2002087396 A JP2002087396 A JP 2002087396A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide high-accuracy attitude determination by achieving reliable compensation for perturbation rates. SOLUTION: The perturbation rates about the roll axis and the yaw axis of a spacecraft 10 generated by the rotation of an orbital plane on which the spacecraft 10 flies are calculated by first and second perturbation rate calculating parts 18, 19, a compensation roll attitude rate and a compensation yaw attitude rate which are compensated for the perturbation rates in accordance with information for the roll attitude rate and the yaw attitude rate are calculated, and then the attitude determination amount of the spacecraft 10 about a control axis is calculated in accordance with information for the compensation roll attitude rate and the compensation yaw attitude rate and information for an attitude angle.

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、例えば人工衛星
等の地球周回軌道に配備される宇宙航行体の姿勢決定装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an attitude determination device for a spacecraft deployed in orbit around the earth such as an artificial satellite.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、宇宙航行体10は、図2に示す
ように地球11の周囲の地球周回軌道に、その進行方向
をロール軸(X)とし、その軌道面に略垂直な方向をピ
ッチ軸(Y)とし、地球方向をヨー軸(Z)として配備
される。このような宇宙航行体10においては、その三
軸(ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸)回りの姿勢角を検出
する姿勢検出センサとして、例えば地球センサ(ES
A)及び慣性基準装置(IRU)等が搭載されて、この
姿勢検出センサの検出情報に基づいて宇宙航行体10の
姿勢を決定する姿勢決定装置を用いて三軸の姿勢決定量
を算出して三軸回りの姿勢制御が行われる。
2. Description of the Related Art Generally, a spacecraft 10 has a roll axis (X) in its orbit around the earth 11 and a pitch substantially perpendicular to its orbit plane as shown in FIG. An axis (Y) and the earth direction as a yaw axis (Z). In such a spacecraft 10, for example, an earth sensor (ES) is used as a posture detection sensor for detecting a posture angle around three axes (a roll axis, a pitch axis, and a yaw axis).
A) and an inertial reference unit (IRU) are mounted, and a three-axis attitude determination amount is calculated using an attitude determination apparatus that determines the attitude of the spacecraft 10 based on the detection information of the attitude detection sensor. Attitude control around three axes is performed.

【0003】上記宇宙航行体の姿勢決定装置は、その地
球センサでロール軸姿勢角情報を取得して、慣性基準装
置によりロール軸レート情報及びヨー軸レート情報を取
得し、周知のカルマンフィルタで構成されるロール軸・
ヨー軸推定姿勢角/推定姿勢レートを決定するいわゆる
ロール/ヨーストラップダウン姿勢決定フィルタが採用
されている。
The attitude determination device of the spacecraft acquires roll axis attitude angle information by its earth sensor, acquires roll axis rate information and yaw axis rate information by an inertial reference device, and is constituted by a well-known Kalman filter. Roll axis
A so-called roll / yaw strap down attitude determination filter for determining the yaw axis estimated attitude angle / estimated attitude rate is employed.

【0004】そして、このような宇宙航行体の姿勢決定
装置においては、ピッチ軸の推定姿勢角がその推定姿勢
レートを決定するピッチストラップダウン姿勢決定フィ
ルタで地球センサにより取得したピッチ軸姿勢角情報
と、慣性基準装置により取得されるピッチ軸レートとに
基づいて決定される。
In such a spacecraft attitude determination apparatus, the estimated attitude angle of the pitch axis is determined by the pitch axis attitude angle information acquired by the earth sensor using a pitch strap down attitude determination filter for determining the estimated attitude rate. , And the pitch axis rate obtained by the inertial reference device.

【0005】ところが、上記宇宙航行体の姿勢決定装置
では、太陽同期軌道を周回する宇宙航行体の姿勢決定に
適用した場合、その姿勢レート情報に軌道面の回転によ
り発生するいわゆる摂動レートと称する姿勢回転運動が
含まれるために、この姿勢レート情報に基づいて姿勢決
定が行われると、その摂動レートが誤差成分となり、姿
勢決定精度が低下されるという問題を有する。
However, in the above spacecraft attitude determination device, when applied to the attitude determination of a spacecraft orbiting in a sun-synchronous orbit, the attitude rate information includes an attitude called a perturbation rate generated by rotation of the orbital surface. Since the rotation is included, if the posture is determined based on the posture rate information, the perturbation rate becomes an error component, and there is a problem that the posture determination accuracy is reduced.

【0006】係る姿勢決定精度の高精度化の問題は、宇
宙空間において人工衛星を含む宇宙航行体の各種の運用
形態を高精度に実現するうえで、重要な課題の一つとな
っている。
[0006] The problem of increasing the accuracy of the attitude determination is one of the important issues in realizing various operation modes of a spacecraft including an artificial satellite in space with high accuracy.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の宇宙航行体の姿勢決定装置では、摂動レートが宇宙
航行体の姿勢レート情報に含まれるために、姿勢決定精
度の低下を招くという問題を有する。
As described above, in the conventional attitude determination apparatus for a spacecraft, the perturbation rate is included in the attitude rate information of the spacecraft, so that the attitude determination accuracy is reduced. Have a problem.

【0008】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、摂動レートの確実な補償を実現して姿勢決定精度
の高精度化を図り得るようにした宇宙航行体の姿勢決定
装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a spacecraft attitude determination device capable of realizing a reliable compensation of a perturbation rate and improving the accuracy of attitude determination. The purpose is to:

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明は、宇宙航行体
の姿勢レート及び姿勢角情報に基づいて該宇宙航行体の
略直交する三軸の制御軸回りの姿勢決定量を算出してな
る宇宙航行体の姿勢決定装置において、前記宇宙航行体
の飛翔する軌道面の回転により発生する該宇宙航行体の
制御軸回りの摂動レートを算出する摂動レート算出手段
と、この摂動レート算出手段で算出した摂動レートを、
その制御軸回りの姿勢レート情報から補償し、該補償し
た姿勢レート及び前記姿勢角情報に基づいて前記宇宙航
行体の制御軸回りの姿勢決定量を算出する姿勢決定手段
とを備えて宇宙航行体の姿勢決定装置を構成した。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a spacecraft which calculates an attitude determination amount about three orthogonal control axes of a spacecraft based on the attitude rate and attitude angle information of the spacecraft. In the attitude determination device for a navigation vehicle, a perturbation rate calculation means for calculating a perturbation rate around the control axis of the spacecraft generated by rotation of the orbital plane on which the spacecraft flies, and the perturbation rate calculation means calculate the perturbation rate. The perturbation rate,
Attitude determining means for compensating for the attitude rate information about the control axis and calculating an attitude determination amount of the spacecraft about the control axis based on the compensated attitude rate and the attitude angle information. An attitude determination device was constructed.

【0010】上記構成によれば、摂動レート算出手段
は、宇宙航行体の飛翔する軌道面の回転によって発生す
る各制御軸回りの摂動レートを算出して姿勢決定手段に
出力する。姿勢決定手段は、宇宙航行体の姿勢レート情
報から摂動レートを補償して、この摂動レートを補償し
た姿勢レート及び姿勢角情報に基づいて宇宙航行体の制
御軸回りの姿勢決定量を算出する。これにより、姿勢決
定手段で算出した姿勢決定量は、摂動レートによる誤差
成分が含まれていない宇宙航行体の真の姿勢レート及び
姿勢角情報に基づいて算出されることにより、高精度な
姿勢決定が可能となる。
According to the above configuration, the perturbation rate calculation means calculates the perturbation rate around each control axis generated by the rotation of the orbit plane on which the spacecraft flies, and outputs the calculated perturbation rate to the attitude determination means. The attitude determining means compensates a perturbation rate from the attitude rate information of the spacecraft, and calculates an attitude determination amount about the control axis of the spacecraft based on the attitude rate and the attitude angle information that compensated for the perturbation rate. With this, the attitude determination amount calculated by the attitude determination means is calculated based on the true attitude rate and attitude angle information of the spacecraft that does not include the error component due to the perturbation rate, and thus, the attitude determination with high accuracy is performed. Becomes possible.

【0011】また、この発明は、制御軸回りに付与され
る摂動レートを、軌道要素及び該宇宙航行体の軌道位置
情報に基づいて算出するように構成した。これによれ
ば、簡便な演算処理で、宇宙航行体の制御軸回りに付与
される摂動レートの算出が可能となる。
Further, the present invention is configured to calculate the perturbation rate given around the control axis based on the orbital element and the orbital position information of the spacecraft. According to this, it is possible to calculate the perturbation rate applied around the control axis of the spacecraft by simple arithmetic processing.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0013】図1は、この発明の一実施の形態に係る宇
宙航行体の姿勢決定装置を示すもので、例えば前記図2
に示すように宇宙航行体10の進行方向をロール軸
(X)とし、その軌道面に略垂直な方向をピッチ軸
(Y)とし、地球方向をヨー軸(Z)として、地球周回
軌道における極軌道を周回する各制御軸回りの姿勢決定
量を算出する。
FIG. 1 shows an attitude determination device for a spacecraft according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the traveling direction of the spacecraft 10 is defined as a roll axis (X), a direction substantially perpendicular to the orbital plane is defined as a pitch axis (Y), and the earth direction is defined as a yaw axis (Z). The attitude determination amount about each control axis that orbits the orbit is calculated.

【0014】但し、この極軌道を周回する宇宙航行体1
0の場合においては、その軌道面の回転により発生する
摂動レートと称する姿勢回転運動が、そのピッチ軸回り
に対して無視できる程度の摂動レートが付与され、その
ロール軸及びヨー軸に対しては比較的、大きい摂動レー
ト量が付与される。そこで、図1においては、宇宙航行
体10のロール軸及びヨー軸の二軸に対してこの発明の
特徴とする摂動レート補償系を設けて構成する。
However, the spacecraft 1 orbiting the polar orbit
In the case of 0, the attitude rotational movement called the perturbation rate generated by the rotation of the orbital plane is given a negligible perturbation rate around the pitch axis, and the roll axis and the yaw axis are A relatively large amount of perturbation rate is provided. Therefore, in FIG. 1, a perturbation rate compensating system, which is a feature of the present invention, is provided for the two axes of the spacecraft 10 such as the roll axis and the yaw axis.

【0015】即ち、図1において、12は、ロール・ヨ
ー姿勢決定部で、その一方の入力端には、例えば地球セ
ンサで構成される姿勢角センサ13の出力端が接続され
る。この姿勢角センサ13は、上記宇宙航行体10のロ
ール軸回りのロール姿勢角及びピッチ軸回りのピッチ姿
勢角を検出して、そのロール姿勢角を上記ロール・ヨー
姿勢決定部12に出力し、そのピッチ姿勢角をピッチ姿
勢決定部23に出力する。
That is, in FIG. 1, reference numeral 12 denotes a roll / yaw attitude determination unit, and one input terminal thereof is connected to an output terminal of an attitude angle sensor 13 constituted by, for example, an earth sensor. The attitude angle sensor 13 detects a roll attitude angle around the roll axis and a pitch attitude angle around the pitch axis of the spacecraft 10, and outputs the roll attitude angle to the roll / yaw attitude determination unit 12, The pitch attitude angle is output to the pitch attitude determination unit 23.

【0016】また、ロール・ヨー姿勢決定部12の他方
の入力端には、第1及び第2の加算器14、15の出力
端が接続される。これら第1及び第2の加算器14、1
5には、その一方の入力端にロール軸回りの姿勢レート
を検出するロール姿勢レートセンサ16及びヨー軸回り
の姿勢レートを検出するヨー姿勢レートセンサ17の出
力端が接続される。
The output terminals of the first and second adders 14 and 15 are connected to the other input terminal of the roll / yaw posture determination unit 12. These first and second adders 14, 1
The output end of a roll attitude rate sensor 16 for detecting an attitude rate about the roll axis and an output end of a yaw attitude rate sensor 17 for detecting an attitude rate about the yaw axis are connected to one of the input terminals.

【0017】これらロール姿勢レートセンサ16及びヨ
ー姿勢レートセンサ17は、例えば慣性基準装置で構成
され、上記宇宙航行体10のロール姿勢レート及びヨー
姿勢レートを検出して、上記第1及び第2の加算器1
4、15の一方の入力端に出力する。そして、これら第
1及び第2の加算器14、15の他方の入力端には、第
1及び第2の摂動レート算出部18、19が接続され
る。
The roll attitude rate sensor 16 and the yaw attitude rate sensor 17 are constituted by, for example, an inertial reference device, and detect the roll attitude rate and the yaw attitude rate of the spacecraft 10 to obtain the first and second yaw attitude rates. Adder 1
Output to one of the input terminals 4 and 15. The other input terminals of the first and second adders 14 and 15 are connected to first and second perturbation rate calculators 18 and 19, respectively.

【0018】これら第1及び第2の摂動レート算出部1
8、19には、その入力端に、例えばコマンド受信部2
0が接続される。このコマンド受信部20は、例えば地
上局で計測されて該地上局よりコマンド送信された宇宙
航行体10の軌道要素情報を受信して、その軌道要素情
報を第1及び第2の摂動レート算出部18、19にそれ
ぞれ出力する。
The first and second perturbation rate calculators 1
8 and 19 have, for example, a command receiving unit 2 at their input terminals.
0 is connected. The command receiving unit 20 receives, for example, the orbital element information of the spacecraft 10 measured by the ground station and transmitted from the ground station as a command, and converts the orbital element information into first and second perturbation rate calculation units. 18 and 19 respectively.

【0019】また、第1及び第2の摂動レート算出部1
8、19には、その入力端に、例えばタイマー等で構成
される軌道位置算出部21の出力端が接続される。この
軌道位置算出部21は、上記コマンド受信部20に接続
され、該コマンド受信部20で受信した軌道要素が入力
される。すると、軌道位置算出部21は、その軌道要素
から宇宙航行体10の軌道位置を求めて、その軌道位置
情報を上記第1及び第2の摂動レート算出部18、19
にそれぞれ出力する。
The first and second perturbation rate calculators 1
The output terminals of the track position calculation unit 21 composed of, for example, a timer are connected to the input terminals of 8, 8. The trajectory position calculating unit 21 is connected to the command receiving unit 20, and receives the trajectory element received by the command receiving unit 20. Then, the orbital position calculating unit 21 obtains the orbital position of the spacecraft 10 from the orbital elements, and uses the orbital position information as the first and second perturbation rate calculating units 18 and 19.
Respectively.

【0020】第1及び第2の摂動レート算出部18、1
9は、上記軌道要素及び軌道位置情報がそれぞれ入力さ
れると、これら軌道要素と軌道位置情報を入力変数とす
る関数f 摂動レート=f(軌道要素、軌道位置) …(1) に基づいて上述した軌道の回転により発生する姿勢回転
運動である宇宙航行体10のロール軸及びヨー軸回りの
摂動レートを算出して上記第1及び第2の加算器14、
15に出力する。
The first and second perturbation rate calculators 18, 1
9, when the orbital element and the orbital position information are input, respectively, based on the function f perturbation rate = f (orbital element, orbital position) using these orbital element and orbital position information as input variables, Calculating the perturbation rates of the spacecraft 10 around the roll axis and the yaw axis, which are attitude rotation motions generated by the rotation of the orbit, and calculating the first and second adders 14,
15 is output.

【0021】ここで、第1及び第2の加算器14、15
は、第1及び第2の摂動レート算出部18、19を介し
て入力されたロール軸及びヨー軸回りの摂動レートと、
ロール姿勢レートセンサ16及びヨー姿勢レートセンサ
17からのロール姿勢レート及びヨー姿勢レートとを加
算して各姿勢レート情報に含まれる摂動レートを、いわ
ゆるフィードフォワード補償した補償ロール姿勢レート
及び補償ヨー姿勢レートを算出する。
Here, the first and second adders 14 and 15
Is a perturbation rate around the roll axis and the yaw axis input through the first and second perturbation rate calculation units 18 and 19,
The roll attitude rate and the yaw attitude rate obtained by adding the roll attitude rate and the yaw attitude rate from the roll attitude rate sensor 16 and the yaw attitude rate sensor 17 to the so-called feedforward compensation of the perturbation rate included in each attitude rate information. Is calculated.

【0022】また、上記第1及び第2の加算器14、1
5には、その出力端に上記ロール・ヨー姿勢決定部12
の他方の入力端が接続される。この第1及び第2の加算
器14、15は、ロール姿勢レート及びヨー姿勢レート
と、ロール軸及びヨー軸回りの摂動レートとを加算して
補償ロール姿勢レート及び補償ヨー姿勢レートを求めて
上記ロール・ヨー姿勢決定部12に出力する。
The first and second adders 14, 1
The output end of the roll / yaw attitude determination unit 12
Is connected to the other input terminal. The first and second adders 14 and 15 calculate the compensating roll posture rate and the compensating yaw posture rate by adding the roll posture rate and the yaw posture rate and the perturbation rate around the roll axis and the yaw axis. Output to the roll / yaw attitude determination unit 12.

【0023】このロール・ヨー姿勢決定部12には、そ
の出力端に姿勢制御部22が接続される。ロール・ヨー
姿勢決定部12は、入力したロール姿勢角及びヨー姿勢
角、補償ロール姿勢レート及び補償ヨー姿勢レートに基
づいてロール軸及びヨー軸回りの各姿勢決定量を算出し
て上記姿勢制御部22に出力する。同時に、姿勢制御部
22には、上記ピッチ軸姿勢決定部23により算出され
た宇宙航行体10のピッチ軸回りの姿勢決定量が入力さ
れる。このピッチ軸姿勢決定部23には、ピッチ姿勢レ
ートセンサ24が接続され、このピッチ姿勢レートセン
サ24からのピッチ姿勢レート及び上記姿勢角センサ1
3からのピッチ姿勢角情報に基づいてピッチ軸姿勢決定
量を算出して上記姿勢制御部22に出力する。
An attitude control section 22 is connected to the output end of the roll / yaw attitude determination section 12. The roll / yaw attitude determination unit 12 calculates the attitude determination amounts around the roll axis and the yaw axis based on the input roll attitude angle and yaw attitude angle, the compensated roll attitude rate, and the compensated yaw attitude rate, and calculates the attitude control unit. 22. At the same time, the attitude control unit 22 receives the amount of attitude determination about the pitch axis of the spacecraft 10 calculated by the pitch axis attitude determination unit 23. A pitch attitude rate sensor 24 is connected to the pitch axis attitude determination unit 23, and the pitch attitude rate from the pitch attitude rate sensor 24 and the attitude angle sensor 1
Based on the pitch attitude angle information from No. 3, a pitch axis attitude determination amount is calculated and output to the attitude control unit 22.

【0024】ここで、姿勢制御部22は、ロール・ヨー
姿勢決定部12で決定したロール軸及びヨー軸回りの各
姿勢決定量と上記ピッチ軸姿勢決定部23で算出したピ
ッチ軸姿勢決定量とに基づいてアクチュエータ駆動信号
を生成して図示しない姿勢駆動アクチュエータを駆動制
御し、宇宙航行体10のロール軸、ピッチ軸及びヨー軸
の三軸回りの姿勢を制御する。
Here, the attitude control unit 22 calculates the attitude determination amounts around the roll axis and the yaw axis determined by the roll / yaw attitude determination unit 12 and the pitch axis attitude determination amount calculated by the pitch axis attitude determination unit 23. Based on the above, an actuator drive signal is generated to drive and control an attitude drive actuator (not shown) to control the attitude of the spacecraft 10 around three axes of a roll axis, a pitch axis, and a yaw axis.

【0025】上記構成において、宇宙航行体10が軌道
上を飛翔すると、その姿勢角センサ13がロール姿勢角
及びヨー姿勢角を検出してロール・ピッチ姿勢決定部1
2に出力する。ここで、ロール姿勢レートセンサ16及
びヨー姿勢レートセンサ17は、宇宙航行体10のロー
ル姿勢レート及びヨー姿勢レートを検出して第1及び第
2の加算器14、15に出力する。
In the above configuration, when the spacecraft 10 flies on the orbit, the attitude angle sensor 13 detects the roll attitude angle and the yaw attitude angle to determine the roll / pitch attitude determining unit 1.
Output to 2. Here, the roll attitude rate sensor 16 and the yaw attitude rate sensor 17 detect the roll attitude rate and the yaw attitude rate of the spacecraft 10 and output them to the first and second adders 14 and 15.

【0026】同時に、第1及び第2の摂動レート算出部
18、19には、宇宙航行体10の軌道要素及び軌道位
置情報がコマンド受信部20、軌道位置算出部21を介
して入力される。すると、第1及び第2の摂動レート算
出部18、19は、入力した軌道要素及び軌道位置情報
を入力変数として上記(1)式に基づいて軌道面の回転
により発生するロール軸回り及びヨー軸回りの各摂動レ
ートを算出して上記第1及び第2の加算器14、15に
出力する。
At the same time, the orbital elements and the orbital position information of the spacecraft 10 are input to the first and second perturbation rate calculating units 18 and 19 via the command receiving unit 20 and the orbital position calculating unit 21. Then, the first and second perturbation rate calculation units 18 and 19 use the input trajectory element and trajectory position information as input variables and rotate around the roll axis and the yaw axis generated by the rotation of the track surface based on the above equation (1). The respective perturbation rates are calculated and output to the first and second adders 14 and 15.

【0027】上記第1及び第2の加算器14、15は、
入力したロール軸回り及びヨー軸回りの摂動レートをロ
ール姿勢レート及びヨー姿勢レートに加算して、その摂
動レートを補償した補償ロール姿勢レート及び補償ヨー
姿勢レートを算出し、上記ロール・ヨー姿勢決定部12
に出力する。
The first and second adders 14 and 15 are:
The input perturbation rates about the roll axis and the yaw axis are added to the roll attitude rate and the yaw attitude rate, and a compensated roll attitude rate and a compensated yaw attitude rate that compensate for the perturbation rate are calculated. Part 12
Output to

【0028】すると、ロール・ヨー姿勢決定部12は、
入力した補償ロール姿勢レート及び補償ヨー姿勢レート
と、姿勢角センサ13からのロール姿勢角情報とに基づ
いてロール及びヨー軸回りの各姿勢決定量を求めて、上
記姿勢制御部22に出力する。同時に、上記ピッチ姿勢
決定部23は、ピッチ姿勢レートセンサからのピッチ姿
勢レートと姿勢角センサからのピッチ姿勢角とに基づい
てピッチ軸回りの姿勢決定量を算出して姿勢制御部22
に出力する。
Then, the roll / yaw posture determination unit 12
Based on the input compensating roll posture rate and compensating yaw posture rate and the roll posture angle information from the posture angle sensor 13, each posture determination amount around the roll and yaw axes is determined and output to the posture control unit 22. At the same time, the pitch attitude determination unit 23 calculates an attitude determination amount around the pitch axis based on the pitch attitude rate from the pitch attitude rate sensor and the pitch attitude angle from the attitude angle sensor, and
Output to

【0029】ここで、上記姿勢制御部22は、上記ロー
ル軸、ヨー軸及びピッチ軸の三軸回りの各姿勢決定量に
基づいてアクチュエータ駆動信号を生成して上記姿勢駆
動アクチュエータ(図示せず)を駆動制御し、宇宙航行
体10のロール軸、ピッチ軸及びヨー軸の三軸回りの姿
勢制御を実行する。
Here, the attitude control unit 22 generates an actuator drive signal based on the determined amount of each attitude around the three axes of the roll axis, the yaw axis and the pitch axis to generate the attitude drive actuator (not shown). To control the attitude of the spacecraft 10 around three axes of a roll axis, a pitch axis, and a yaw axis.

【0030】このように、上記宇宙航行体の姿勢決定装
置は、宇宙航行体10の飛翔する軌道面の回転により発
生する該宇宙航行体10のロール軸及びヨー軸回りの摂
動レートを第1及び第2の摂動レート算出部18、19
で算出して、この各摂動レートを、そのロール姿勢レー
ト及びヨー姿勢レート情報から補償して補償ロール姿勢
レート及び補償ヨー姿勢レートを算出し、該補償ロール
姿勢レート及び補償ヨー姿勢レート情報と、姿勢角情報
とに基づいて宇宙航行体10の制御軸回りの姿勢決定量
を算出するように構成した。
As described above, the attitude determining device for the spacecraft 10 determines the perturbation rates of the spacecraft 10 around the roll axis and the yaw axis generated by the rotation of the orbital plane on which the spacecraft 10 flies. Second perturbation rate calculators 18, 19
Compensation of each perturbation rate from the roll attitude rate and yaw attitude rate information to calculate a compensation roll attitude rate and a compensation yaw attitude rate, and the compensation roll attitude rate and the compensation yaw attitude rate information, The attitude determination amount of the spacecraft 10 around the control axis is calculated based on the attitude angle information.

【0031】これによれば、算出したロール軸及びヨー
軸回りの姿勢決定量は、摂動レートによる誤差成分が含
まれていない宇宙航行体10の真の姿勢レート及び姿勢
角情報に基づいて算出されることにより、簡便にして容
易に高精度な姿勢決定を実現することができる。
According to this, the calculated attitude determination amount about the roll axis and the yaw axis is calculated based on the true attitude rate and attitude angle information of the spacecraft 10 which does not include an error component due to the perturbation rate. This makes it possible to easily and easily realize a highly accurate posture determination.

【0032】なお、上記実施の形態では、地球周回軌道
の極軌道を周回する宇宙航行体10の姿勢決定系に適用
してロール軸回り及びヨー軸回りの二軸の摂動レートを
第1及び第2の摂動レート算出部18、19で算出し
て、この二軸回りの摂動レートを二軸回りの姿勢レート
から補償するように構成した場合で説明したが、これに
限ることなく、その他の地球周回軌道を飛翔する宇宙航
行体10の姿勢決定系に適用するように構成することも
可能で、いずれの場合においても略同様の効果が期待さ
れる。
In the above embodiment, the first and second perturbation rates of the two axes around the roll axis and the yaw axis are applied to the attitude determination system of the spacecraft 10 orbiting the polar orbit of the earth orbit. 2, the perturbation rate calculators 18 and 19 calculate the perturbation rate about the two axes from the attitude rate about the two axes. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be configured to be applied to the attitude determination system of the spacecraft 10 flying in an orbit, and in each case, substantially the same effect is expected.

【0033】そして、摂動レートの補償構成としては、
上記実施の形態では、ロール軸及びヨー軸の二軸を補償
するように構成したが、これに限ることなく、ロール
軸、ヨー軸及びピッチ軸の三軸の摂動レートを各姿勢レ
ートから補償するように構成することも可能である。こ
れによれば、さらに姿勢決定量の高精度化の促進を図る
ことが可能となる。
As a compensation configuration of the perturbation rate,
In the above-described embodiment, the two axes of the roll axis and the yaw axis are compensated. However, the present invention is not limited to this, and the perturbation rates of the three axes of the roll axis, the yaw axis, and the pitch axis are compensated from each attitude rate. Such a configuration is also possible. According to this, it is possible to further promote the accuracy of the posture determination amount.

【0034】また、宇宙航行体の三軸の制御軸のうちの
一軸の摂動レートが大きく他の二軸の摂動レートが無視
できる程度の場合においては、一軸の摂動レートの補償
のみを行うように構成しても良い。
When the perturbation rate of one of the three control axes of the spacecraft is so large that the perturbation rates of the other two axes are negligible, only the perturbation rate of the single axis is compensated. You may comprise.

【0035】さらに、上記実施の形態では、地上局から
コマンド送信される軌道要素及び軌道位置情報を宇宙航
行体側で受信して、該軌道要素及び軌道位置情報に基づ
いて摂動レートを算出するように構成した場合で説明し
たが、これに限ることなく、その他、例えば宇宙航行体
10に図示しないGPS(Global Positi
oning System)受信機を搭載して、このG
PS受信機を用いて宇宙空間において、宇宙航行体の軌
道要素及び軌道位置情報を取得するように構成すること
も可能である。
Further, in the above embodiment, the orbital element and the orbital position information transmitted from the ground station are received by the spacecraft, and the perturbation rate is calculated based on the orbital element and the orbital position information. The configuration is described above, but the present invention is not limited to this. For example, a GPS (Global Position) not shown in the spacecraft 10 may be used.
oning System) receiver, this G
It is also possible to adopt a configuration in which the orbital element and the orbital position information of the spacecraft are acquired in the outer space using the PS receiver.

【0036】また、上記実施の形態では、地球周回軌道
を飛翔する宇宙航行体10の姿勢を決定するシステムに
適用するように構成した場合で説明したが、これに限る
ことなく、その他の天体の周回軌道を飛翔する宇宙航行
体10の姿勢決定においても適用可能であり、略同様の
効果が期待される。
Further, in the above-described embodiment, a case has been described where the present invention is applied to the system for determining the attitude of the spacecraft 10 flying in orbit around the earth. However, the present invention is not limited to this, and other astronomical objects may be used. The present invention is also applicable to the determination of the attitude of the spacecraft 10 flying in an orbit, and substantially the same effect is expected.

【0037】また、上記実施の形態では、宇宙航行体1
0の三軸回りの姿勢決定量を算出して、その各軸回りの
姿勢決定量に基づいて宇宙航行体10の姿勢を制御する
ように構成した場合で説明したが、これに限ることな
く、宇宙航行体10の姿勢を評価するシステムにおいて
も適用可能である。
In the above embodiment, the space vehicle 1
Although the description has been given of the case where the attitude determination amounts around the three axes of 0 are calculated and the attitude of the spacecraft 10 is controlled based on the attitude determination amounts around the respective axes, the present invention is not limited to this. The present invention is also applicable to a system for evaluating the attitude of the spacecraft 10.

【0038】例えば宇宙航行体10の三軸回りの姿勢角
及び姿勢レート情報を、宇宙航行体側から地上局等にテ
レメトリ送信するようにして、その制御軸回りの姿勢レ
ートに含まれる摂動レートを同様にフィードフォワード
補償し、その補償した制御軸回りの姿勢レートに基づい
て宇宙航行体10の姿勢・評価を行うための姿勢決定量
を算出するように構成する。
For example, the attitude angle and attitude rate information about the three axes of the spacecraft 10 are transmitted by telemetry from the spacecraft side to a ground station or the like, and the perturbation rate included in the attitude rate around the control axis is similarly determined. The attitude determination amount for attitude / evaluation of the spacecraft 10 is calculated based on the compensated attitude rate around the control axis.

【0039】これによれば、宇宙航行体10の姿勢の評
価を高精度に行うことが可能となるため、宇宙航行体の
運用の多様化の促進と共に、運用上の信頼性の向上を図
ることに寄与することが可能となる。
According to this, since the attitude of the spacecraft 10 can be evaluated with high accuracy, it is possible to promote the diversification of the operation of the spacecraft and improve the operational reliability. It is possible to contribute to.

【0040】また、上記実施の形態では、制御軸回りの
摂動レートを軌道要素及び軌道位置に基づいて算出する
ように構成した場合で説明したが、これに限ることな
く、その他の方法で算出するように構成しても良い。
Further, in the above-described embodiment, the case has been described where the perturbation rate about the control axis is calculated based on the orbital element and the orbital position. However, the present invention is not limited to this, and may be calculated by other methods. It may be configured as follows.

【0041】よって、この発明は、上記実施の形態に限
ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変形を実施し得ることは勿論のことである。
Therefore, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、摂動レートの確実な補償を実現して姿勢決定精度の
高精度化を図り得るようにした宇宙航行体の姿勢決定装
置を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention, there is provided an attitude determination device for a spacecraft capable of realizing reliable compensation of a perturbation rate and improving the accuracy of attitude determination. can do.

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

【図1】この発明の一実施の形態に係る宇宙航行体の姿
勢決定装置の構成を示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a spacecraft attitude determination device according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の適用される宇宙航行体運用方法の概
略構成を説明するために示した図である。
FIG. 2 is a diagram shown for explaining a schematic configuration of a space navigation body operating method to which the present invention is applied;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 … 宇宙航行体。 11 … 地球。 12 … ロール・ヨー姿勢決定部。 13 … 姿勢角センサ。 14 … 第1の加算器。 15 … 第2の加算器。 16 … ロール姿勢レートセンサ。 17 … ヨー姿勢レートセンサ。 18 … 第1の摂動レート算出部。 19 … 第2の摂動レート算出部。 20 … コマンド受信部。 21 … 軌道位置算出部。 22 … 姿勢制御部。 23 … ピッチ軸姿勢決定部。 24 … ピッチ姿勢レートセンサ。 10 ... Spacecraft. 11 ... the earth. 12 ... Roll / Yaw attitude determination unit. 13 ... attitude angle sensor. 14 1st adder. 15 Second adder. 16 Roll attitude rate sensor. 17 ... Yaw attitude rate sensor. 18 1st perturbation rate calculation part. 19: second perturbation rate calculator. 20 Command receiving unit. 21 ... orbital position calculating unit. 22 ... posture control unit. 23 ... pitch axis attitude determination unit. 24 ... pitch attitude rate sensor.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 宇宙航行体の姿勢レート及び姿勢角情報
に基づいて該宇宙航行体の略直交する三軸の制御軸回り
の姿勢決定量を算出してなる宇宙航行体の姿勢決定装置
において、 前記宇宙航行体の飛翔する軌道面の回転により発生する
該宇宙航行体の制御軸回りの摂動レートを算出する摂動
レート算出手段と、 この摂動レート算出手段で算出した摂動レートを、その
制御軸回りの姿勢レート情報から補償し、該補償した姿
勢レート及び前記姿勢角情報に基づいて前記宇宙航行体
の制御軸回りの姿勢決定量を算出する姿勢決定手段とを
具備したことを特徴とする宇宙航行体の姿勢決定装置。
1. A spacecraft attitude determination device which calculates an attitude determination amount of three substantially orthogonal control axes of a spacecraft based on attitude rate and attitude angle information of the spacecraft, A perturbation rate calculating means for calculating a perturbation rate around the control axis of the spacecraft generated by the rotation of the orbital plane on which the spacecraft flies, and a perturbation rate calculated by the perturbation rate calculating means, Attitude determination means for compensating the attitude rate information of the spacecraft and calculating the attitude determination amount of the spacecraft around the control axis based on the compensated attitude rate and the attitude angle information. Body posture determination device.
【請求項2】 前記摂動レート算出手段は、前記宇宙航
行体の三軸の制御軸のうち少なくとも二軸の制御軸回り
の摂動レートを算出することを特徴とする請求項1記載
の宇宙航行体の姿勢決定装置。
2. The spacecraft according to claim 1, wherein said perturbation rate calculating means calculates a perturbation rate around at least two control axes among three control axes of said spacecraft. Attitude determination device.
【請求項3】 前記摂動レート算出手段は、摂動レート
を軌道要素及び該宇宙航行体の軌道位置情報に基づいて
算出することを特徴とする請求項1又は2記載の宇宙航
行体の姿勢決定装置。
3. The attitude determination device for a spacecraft according to claim 1, wherein the perturbation rate calculation means calculates the perturbation rate based on orbital elements and orbital position information of the spacecraft. .
【請求項4】 さらに、前記軌道要素及び軌道位置情報
を検出する検出手段を備えることを特徴とする請求項1
乃至3のいずれか記載の宇宙航行体の姿勢決定装置。
4. The apparatus according to claim 1, further comprising detecting means for detecting said orbital element and orbital position information.
The attitude determination device for a spacecraft according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 前記摂動レート算出手段及び姿勢決定手
段は、基地局に設けられ、前記摂動レート算出手段で前
記宇宙航行体の制御軸回りの摂動レートを算出し、前記
宇宙航行体から少なくとも姿勢レート及び姿勢角情報が
テレメトリ送信された状態で、前記姿勢決定手段が前記
摂動レート算出手段で算出した摂動レートを、姿勢レー
トから補償して、該補償した姿勢レート及び前記姿勢角
情報に基づいて前記宇宙航行体の姿勢決定量を算出する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の宇宙
航行体の姿勢決定装置。
5. The perturbation rate calculating means and the attitude determining means are provided in a base station, wherein the perturbation rate calculating means calculates a perturbation rate around a control axis of the spacecraft, and at least an attitude from the spacecraft. In a state where the rate and the attitude angle information are transmitted by telemetry, the attitude determination means compensates the perturbation rate calculated by the perturbation rate calculation means from the attitude rate, and based on the compensated attitude rate and the attitude angle information. The attitude determination device for a spacecraft according to any one of claims 1 to 4, wherein the attitude determination quantity of the spacecraft is calculated.
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