JP2003285798A - 人工衛星の姿勢決定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストダウンを実現しつつ正しい姿勢情報を
短時間に検出可能な人工衛星の姿勢決定装置を得る。 【解決手段】 撮像部１の画像から星像を抽出する星像
抽出部２と、天球上の星の方向情報を記録した星データ
ベース３と、星像と方向情報とを照合して星像候補の組
を出力する星同定部４と、各星像候補について人工衛星
の姿勢候補を算出する姿勢算出部５と、各姿勢候補につ
いて所定数以上の星が追加観測されるための所要露光時
間および追加星像の予測位置を算出する星像推定部６と
を備え、まず、初期露光時間の撮像画像から姿勢候補を
算出して所要露光時間および予測位置を算出し、続い
て、所要露光時間の撮像画像から、各姿勢候補ごとに予
測位置に星像があるかをチェックし、予測位置に星像が
出現したときの姿勢候補を人工衛星の正しい姿勢とす
る。

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、天球上の星像画
像に基づいて正しい姿勢情報を取得する人工衛星の姿勢
決定装置に関し、特にコストダウンを実現するとともに
信頼性を向上させた人工衛星の姿勢決定装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、人工衛星に搭載された姿勢決定
装置において、人工衛星自身の姿勢算出は、観測された
星のパターンとあらかじめデータベースに蓄えられた星
のパターンとのマッチングをとることにより行われてい
る。

【０００３】このとき、星のパターンの中には類似のも
のがいくつかあるので、その中から正しいマッチングを
選択しなければならない。また、姿勢算出に用いられる
恒星と惑星や人工衛星とは、一見よく似た状態で観測さ
れるので、これらを識別する必要がある。

【０００４】上記のようなマッチングにおいて、一旦、
姿勢が分かった後に時々刻々得られる計測データに基づ
いて姿勢を更新していく場合には、とり得る星のパター
ンが限定されるので、誤ったマッチングをとる可能性は
小さい。

【０００５】しかしながら、姿勢情報がない状態から初
めて姿勢を算出する初期捕捉時においては、できるだけ
多くの星像情報を収集して、誤ったマッチングを防ぐ対
策が必要である。

【０００６】たとえば、従来の人工衛星の姿勢決定装置
においては、初期捕捉時に必要となる十分に多数の恒星
が観測されるように、広い視野で且つ暗い星まで捉えら
れる光学系が用いられてきた。

【０００７】しかしながら、初期捕捉処理が実行される
時間は、人工衛星の姿勢決定装置の運用という点で考え
れば、動作開始時のわずかな期間であり、その後は、正
しい姿勢情報が既知の状態における運用となる。

【０００８】すなわち、初期捕捉時の条件に合わせて光
学系を設計するということは、通常の運用に対してはオ
ーバースペックとなっており、初期捕捉のための情報を
何らかの方法で得られれば、コスト削減が可能な状況に
あることは明らかである。

【０００９】そこで、たとえば特開平１０−７２０００
号公報に参照されるように、光学系の性能が低くても星
の同定が行えるようにした従来装置も提案されている。
この場合、人工衛星が回転していることを前提として、
人工衛星の回転により徐々に新しい恒星が視野に捉えら
れるので、それらの情報を合わせれば初期捕捉に必要な
情報量を確保できるというものである。

【００１０】しかしながら、上記公報に記載された従来
装置によれば、光学系に対する過剰なスペック要求が発
生しないものの、正しい姿勢情報が得られる回転位置に
到達するまでの時間が人工衛星の回転角速度に依存する
ので、条件によっては最初の姿勢検出までに長い時間を
要してしまうことになる。

【００１１】すなわち、初期撮像で捕捉された明るい
（所定輝度以上の）星像情報から人工衛星の姿勢候補を
リストアップし、人工衛星の回転にともなって観測され
る他の星像情報から誤った姿勢候補を削除しているの
で、計測可能な姿勢レートが約０．１ｄｅｇ／ｓｅｃ程
度に限定されてしまう。

【００１２】たとえば、姿勢レートが遅い場合には、星
像を初期捕捉するのに長い時間を要するうえ、太陽指向
の人工衛星に適用することができない。逆に、姿勢レー
トが速い場合には、星像が連続的な線となって観測さ
れ、輝度（光量）が分散して暗くなってしまい、十分な
個数の星像を検知することができなくなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の人工衛星の姿勢
決定装置は以上のように、初期捕捉時の条件に合わせて
光学系を設計した場合には、通常の運用に対してはオー
バースペックとなり、コストダウンを実現することがで
きないという問題点があった。

【００１４】また、特開平１０−７２０００号公報に記
載された従来装置の場合には、光学系に対する過剰なス
ペック要求が発生しないものの、人工衛星の回転に依存
しているので、初期捕捉時に最初の姿勢情報を検出する
までに長い時間を要してしまうという問題点があった。

【００１５】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、初期捕捉された比較的明るい星
像情報から姿勢候補をリストアップした後、暗い星の追
加星像情報が取得できるように露光条件を変更して撮像
し、追加星像情報に基づいて誤った姿勢候補を削除する
ことにより、コストダウンを実現するとともに、正しい
姿勢情報を短時間に検出することのできる人工衛星の姿
勢決定装置を得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る人工衛星
の姿勢決定装置は、星像を含む画像を撮像する撮像部
と、撮像部で取得した画像を処理して星像を抽出する星
像抽出部と、天球上の星の方向情報を記録した星データ
ベースと、星像と方向情報とを照合して、互いに対応す
る星像候補の組を決定する星同定部と、星像候補の組の
それぞれについて人工衛星の姿勢候補を算出する姿勢算
出部と、姿勢候補のそれぞれについて、所定数以上の追
加星像が観測されるための所要露光時間と追加星像の画
像上の予測位置とを算出する星像推定部とを備え、人工
衛星の正しい姿勢情報が取得されていない動作開始時
に、まず、撮像部は、初期露光時間で初期画像を撮像
し、星像抽出部、星同定部および姿勢算出部は、初期画
像から人工衛星の姿勢候補を算出し、星像推定部は、所
要露光時間および予測位置を算出し、続いて、撮像部
は、初期画像内で人工衛星の姿勢決定に必要な個数の星
が捉えられなかった場合に、所要露光時間で追加画像を
撮像し、星像抽出部および星同定部は、追加画像に基づ
いて、姿勢候補ごとに予測位置に星像が存在するか否か
をチェックして、予測位置に追加星像が出現したときの
姿勢候補を人工衛星の正しい姿勢情報として判定するも
のである。

【００１７】また、この発明に係る人工衛星の姿勢決定
装置は、星像を含む画像を撮像するための撮像素子およ
び撮像素子から出力される輝度信号を増幅するためのア
ンプを有する撮像部と、撮像部で取得した画像を処理し
て星像を抽出する星像抽出部と、天球上の星の方向情報
を記録した星データベースと、星像と方向情報とを照合
して、互いに対応する星像候補の組を決定する星同定部
と、星像候補の組のそれぞれについて人工衛星の姿勢候
補を算出する姿勢算出部と、姿勢候補のそれぞれについ
て、所定数以上の追加星像の輝度値がしきい値以上とな
るためのアンプの所要ゲインと追加星像の画像上の予測
位置とを算出する星像推定部とを備え、人工衛星の正し
い姿勢情報が取得されていない動作開始時に、まず、撮
像部は、初期ゲインで初期画像を撮像し、星像抽出部、
星同定部および姿勢算出部は、初期画像から人工衛星の
姿勢候補を算出し、星像推定部は、所要ゲインおよび予
測位置を算出し、続いて、撮像部は、初期画像内で人工
衛星の姿勢決定に必要な個数の星が捉えられなかった場
合に、所要ゲインで追加画像を撮像し、星像抽出部およ
び星同定部は、追加画像に基づいて、姿勢候補ごとに予
測位置に星像が存在するか否かをチェックして、予測位
置に追加星像が出現したときの姿勢候補を人工衛星の正
しい姿勢情報として判定するものである。

【００１８】また、この発明に係る人工衛星の姿勢決定
装置による星像抽出部は、追加画像に対して適用される
輝度しきい値を、初期画像に対して適用される初期輝度
しきい値よりも低い値に設定して、星像の有無を判定す
るものである。

【００１９】また、この発明に係る人工衛星の姿勢決定
装置は、星像を含む画像を撮像する撮像部と、撮像部で
取得した画像を処理して星像を抽出する星像抽出部と、
天球上の星の方向情報を記録した星データベースと、星
像と方向情報とを照合して、互いに対応する星像候補の
組を決定する星同定部と、星像候補の組のそれぞれにつ
いて人工衛星の姿勢候補を算出する姿勢算出部と、星像
抽出部で抽出されなかった暗い星の輝度値を算出する星
像推定部とを備え、人工衛星の正しい姿勢情報が取得さ
れていない動作開始時に、まず、星像抽出部、星同定部
および姿勢算出部は、撮像部により撮像された画像か
ら、初期輝度しきい値に基づいて星像を抽出するととも
に人工衛星の姿勢候補を算出し、星像推定部は、暗い星
の輝度値に基づく所要輝度しきい値と暗い星による追加
星像の画像上の予測位置とを算出し、続いて、星像抽出
部および星同定部は、画像に対して初期輝度しきい値よ
りも低い所要輝度しきい値を用いて、予測位置に追加星
像が存在するか否かをチェックし、予測位置に追加星像
が出現したときの姿勢候補を人工衛星の正しい姿勢情報
として判定するものである。

【００２０】また、この発明に係る人工衛星の姿勢決定
装置は、姿勢候補の作成および妥当性の確認処理を複数
回実行し、複数回の前記確認処理において、ノイズによ
る偽りの像の検出確率値よりも高い確率で前記予測位置
に前記追加星像が検出された場合に、前記人工衛星の正
しい姿勢情報として判定するものである。

【００２１】また、この発明に係る人工衛星の姿勢決定
装置による星像抽出部は、撮像部で取得した画像の複数
の画素にまたがった線として連続的に検出される輝度を
加算した輝度値を所定の輝度しきい値と比較して星像を
抽出するものである。

【００２２】また、この発明に係る人工衛星の姿勢決定
装置による撮像部は、複数の撮像部からなり、姿勢算出
部は、複数の撮像部に基づく各星像候補について人工衛
星の姿勢候補を算出するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、図面を参照
しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明
する。図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック構
成図である。

【００２４】図１において、１は星像を含む画像を撮像
するための撮像部であり、撮像時の露光時間（または、
画像情報の取得ゲイン）を調整する機能を有する。２は
撮像部１からの撮像画像（画像情報）から星像を抽出す
る星像抽出部、３は天球上の星の方向情報（実際の星の
方向、星と星との間の角度など）が記録された星データ
ベース、４は抽出された星像と星データとを同定する星
同定部である。

【００２５】５は同定された星像に基づいて人工衛星の
姿勢（姿勢候補）を算出する姿勢算出部である。６は算
出された姿勢候補から次回条件を推定する星像推定部で
あり、星像の今回処理結果から次回撮像時の所要露光時
間ＴＢおよび追加星像の予測位置などを推定する。所要
露光時間ＴＢに相当する露光制御指令は、星像推定部６
から撮像部１に入力される。

【００２６】星同定部４は、星像抽出部２、星データベ
ース３および姿勢算出部５と関連しており、最終的な正
しい人工衛星の姿勢情報を判定する機能と、動作開始時
の姿勢情報の有無を判定する機能とを備えている。

【００２７】図２は図１内の撮像部１の構成を具体的に
示すブロック図であり、図２において、７はタイミング
コントローラ、８は撮像素子、９はアンプである。タイ
ミングコントローラ７、撮像素子８およびアンプ９は、
レンズを含む光学系（図示せず）とともに、全体で撮像
部１を構成している。

【００２８】タイミングコントローラ７は、星像推定部
６で算出された所要露光時間ＴＢに応じて撮像素子８の
駆動タイミングを制御し、アンプ９は、撮像素子８から
出力される輝度信号を増幅して画像信号として出力す
る。

【００２９】図３は異なる露光時間で撮像された画像を
模式的に示す説明図である。図３において、２１は初期
露光時間ＴＡ（初期捕捉後の姿勢更新時に設定される）
で撮像した初期画像、２２は初期露光時間ＴＡよりも長
い所要露光時間ＴＢに設定して撮像した追加画像であ
る。

【００３０】初期画像２１内において、３１ａ、３１
ｂ、３１ｃは初期露光時間ＴＡで捉えられた比較的明る
い星の星像であり、追加画像２２内において、３２ａ、
３２ｂ、３２ｃは比較的暗い星の星像である。

【００３１】追加画像２２内の暗い星の星像３２ａ、３
２ｂ、３２ｃは、初期露光時間ＴＡでは捉えられない
が、所要露光時間ＴＢ（＞ＴＡ）で撮像することによ
り、ようやく捉えられるものである。

【００３２】図４は撮像された各画像ごとの輝度分布を
模式的に示した説明図である。図４において、４１は初
期露光時間ＴＡで撮像した際の画像中の輝度分布を模式
的に表し、４２は所要露光時間ＴＢで撮像した際の画像
中の輝度分布を模式的に表している。

【００３３】各輝度分布４１、４２内において、４５は
あらかじめ設定された初期輝度しきい値、５１〜５３は
初期露光時間ＴＡによる各星像の輝度、６１〜６３は所
要露光時間ＴＢにより増大された各星像の輝度、５４お
よび６４は電気的ノイズである。

【００３４】次に、図２〜図４を参照しながら、図１に
示したこの発明の実施の形態１による動作について説明
する。いま、人工衛星の姿勢に関する正確な情報がない
状態から動作を開始したとする。

【００３５】まず、撮像部１は、初期露光時間ＴＡを設
定して天球を撮像し、撮像された初期画像２１を星像抽
出部２に出力する。このとき、初期画像２１中に２個以
上の星が捉えられる必要がある。

【００３６】なお、初期捕捉後姿勢を更新していく場合
でも、新たな計測結果に基づいて姿勢を伝播していくた
めには、画像中に２個以上の星が捉えられることが必要
である。

【００３７】撮像部１の光学系は、上記のような条件を
満たすように設定されているため、初期露光時間ＴＡで
撮像すれば、初期画像２１中に２個以上の星が捉えられ
る。図３の例では、初期画像２１内に３個の星像３１ａ
〜３１ｃが捉えられた場合が示されている。

【００３８】星像抽出部２は、図４内の輝度分布４１に
示すように、あらかじめ設定された初期輝度しきい値４
５に基づいて輝度しきい値処理を行い、明るい星の星像
３１ａ、３１ｂ、３１ｃに対応した輝度５１、５２（＞
初期輝度しきい値４１）を抽出する。

【００３９】続いて、星同定部４は、星像３１ａ、３１
ｂ、３１ｃの位置情報、各星像間の角度などの位置情
報、各星像の輝度５１、５２などに基づいて、星データ
ベース３に蓄えられた星の位置情報（輝度情報を含む）
とマッチングを行い、抽出された星像３１ａ、３１ｂ、
３１ｃが天球上のどの星に対応するかを算出する。

【００４０】なお、前述の通り、天球上には、類似した
パターンの星の配置が多く存在することや、星像の中に
は、惑星や人工衛星などの恒星以外の像も含まれるの
で、この段階では、必ずしも星像と星データベースとの
間で完全な１対１に対応付けができるとは限らない。

【００４１】したがって、星同定部４は、抽出された星
像が、星データベース３内のどの星に対応するか（星デ
ータベース３に格納された星のうちどの星が視野に入っ
ているか）という星像候補を複数出力する。具体的に
は、星像と星像との間の距離（星と星との間の角度）を
算出し、算出した距離と同一距離の星を星データベース
３の中から検索することにより、抽出された星像が星デ
ータベース３内のどの星に対応するかを求める（すなわ
ち、星像候補を算出する）ことができる。このとき、２
個の星像間のみの距離比較では、同一と見なされる候補
が多数存在してしまうので、図３のように３個の星像を
抽出して、同じ配置の（星像と星像との間の距離などが
一致する）星像候補を算出する。なお、距離の比較結果
が完全に一致しなくても、近似する星像候補が複数求め
られることは言うまでもない。次に、姿勢算出部５は、
星像と星データベースとが対応する星像候補ごとに、人
工衛星の姿勢候補を算出する。このとき、「各星像候補
の画像中の位置」と「姿勢候補」とは、一対一対応の関
係にあるので、各星像候補の画像中の位置から姿勢候補
を算出することができ、算出される人工衛星の姿勢候補
は、星像候補と同数だけ存在する。

【００４２】続いて、星像推定部６は、人工衛星の各姿
勢候補ごとに、星データベースの情報に基づいて、先に
検出された星像３１ａ〜３１ｃに加えて、所定数（たと
えば、３個）の星像が追加画像２２中に検出されるため
の露光時間（次回撮像時の所要露光時間ＴＢ）を算出す
るとともに、次回撮像時に新たに追加検出される星像の
画像中の出現予測位置を算出する。

【００４３】次に、撮像部１は、星像推定部６で算出さ
れた所要露光時間ＴＢで再度撮像を行う。このように露
光時間を長く設定して撮像することにより、暗い星まで
画面に捉えられる。

【００４４】したがって、追加画像２２内の星像３２
ａ、３２ｂ、３２ｃ（図３参照）が、輝度分布４２（図
４参照）に示すように、初期輝度しきい値４５以上の輝
度６３となる。

【００４５】すなわち、初期露光時間ＴＡ（図３内の初
期画像２１参照）では、低い輝度５３（＜初期輝度しき
い値４５）となって星像として検出されなかった暗い星
が、所要露光時間ＴＢにより、高輝度６３（＞初期輝度
しきい値４５）となって明るく検出されるので、星像３
２ａ〜３２ｃとして検出される。このとき、初期露光時
間ＴＡで既に検出された星像３１ａ〜３１ｃの輝度５
１、５２は、さらに明るい輝度６１、６２となって検出
される。

【００４６】続いて、星像抽出部２は、新たな撮像画像
に対して、星像推定部６で算出された追加星像の出現予
測位置の近傍を走査し、予測位置に実際に星像が存在す
るか否かをチェックする。

【００４７】このとき、初回撮像時に姿勢算出部５で複
数作成された姿勢候補のうち、今回のチェック対象とな
る姿勢候補が正しければ、予測位置に星像が検出される
ので、人工衛星の正しい姿勢情報を示す候補であると確
認することができる。

【００４８】一方、今回のチェック対象となる姿勢候補
が誤り（惑星などを誤認識して作成されたエラー候補）
であれば、予測位置に星像が検出されないので、人工衛
星の姿勢情報とは無関係な誤った候補であると確認する
ことができる。

【００４９】したがって、所要露光時間ＴＢで撮像した
ときの追加画像２２から抽出された追加星像３２ａ〜３
２ｃが予測位置に正しく検出された姿勢候補を抽出すれ
ば、正確な人工衛星の姿勢情報を選択することができ
る。

【００５０】なお、上記の例では、前回の電気的ノイズ
５４は、露光時間を長く設定しても、電気的ノイズ６４
で示すように輝度しきい値４５に達しない場合（図４参
照）を示したが、露光時間の設定値によっては、輝度し
きい値４５を越える場合も起こり得る。

【００５１】このような場合でも、姿勢候補の真偽判定
用の画像の確認は、星像出現予測位置のごく近傍のみの
走査で行われるので、仮に電気的ノイズによる像が出現
しても、特に支障が生じることはない。

【００５２】もし、上記処理で姿勢候補が１つに絞り込
めなかった場合には、同様に、星像推定部６において、
さらに追加星像が捉えられるような露光時間ＴＣ（＞Ｔ
Ｂ）を再度設定し、その追加星像が予測位置に出現する
か否かをチェックする処理を繰り返すことにより、最終
的に姿勢候補を１つに絞りこむことができる。追加星像
の数は、最低限１個あればＯＫであり、たとえば、１回
目の撮像で捉えられた星像が２個であれば、追加撮像時
の合計星像数は３個となり、１回目の撮像で捉えられた
星像が３個であれば、追加撮像時の合計星像数は４個と
なる。

【００５３】この発明においては、生成された複数の姿
勢候補ごとに星像の出現位置を予測するので、星像の出
現予測位置も姿勢候補ごとに複数個存在することにな
る。しかし、仮に追加星像を３２ａ〜３２ｃと記述する
と、出現予測位置が複数個存在することが理解しにくく
なってしまうので、以下のフローチャートにおいては、
星像について３１ａ〜３１ｃ、３２ａ〜３２ｃの表現を
削除して説明する。

【００５４】図５は上記実施の形態１の処理動作を示す
フローチャートである。図５において、まず動作開始時
に、星同定部４内の判定手段は、人工衛星の正しい姿勢
情報が既に取得されているか否かを判定し（ステップＳ
１）、姿勢情報が有る（すなわち、ＹＥＳ）と判定され
れば、図５の処理ルーチンを抜け出る。

【００５５】一方、ステップＳ１において、正しい姿勢
情報がない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、撮像部
１により初期露光時間ＴＡで初期画像２１を撮像し、星
像抽出部２を介して、初期画像２１から星像を抽出する
（ステップＳ２）。

【００５６】続いて、星同定部４は、星データベース３
を参照しながら星像候補を同定し（ステップＳ３）、姿
勢算出部５は、初期画像２１に基づく星像候補から人工
衛星の姿勢候補を算出する（ステップＳ４）。

【００５７】また、星像推定部６は、姿勢候補のそれぞ
れについて、所定数以上の追加星像３２ａ〜３２ｃが観
測されるための所要露光時間ＴＢと追加星像の予測位置
とを算出する（ステップＳ５）。

【００５８】次に、撮像部１により所要露光時間ＴＢで
追加画像２２を撮像し、星像抽出部２は、姿勢候補のそ
れぞれについて、追加星像の予測位置に星像が存在する
か否かをチェックし、チェック結果を星同定部４に出力
する（ステップＳ６）。

【００５９】続いて、星同定部４は、追加星像の予測位
置に正しく星像が検出できた姿勢候補の個数をチェック
し、正しく星像検出された姿勢候補数が１個か否かを判
定する（ステップＳ７）。

【００６０】ステップＳ７において、正しく星像検出さ
れた姿勢候補数が０個または２個以上（すなわち、Ｎ
Ｏ）と判定されれば、ステップＳ５に戻り、星像推定部
６による所要露光時間および予測位置の再更新処理を実
行する。

【００６１】一方、ステップＳ７において、正しく星像
検出された姿勢候補数が１個（すなわち、ＹＥＳ）と判
定されれば、その姿勢候補を人工衛星の正しい姿勢情報
として判定し（ステップＳ８）、図５の処理ルーチンを
抜け出る。

【００６２】このように、正しい姿勢情報がない状態で
動作開始したときに、まず初期露光時間ＴＡによる撮像
画像の星像を星データと照合して人工衛星の姿勢候補を
算出し、各姿勢候補について所定数（たとえば、１回目
の撮像で２個、２回目の撮像で追加が１個、したがって
１回目の撮像時からの検出星像と合計して「３個」）以
上の追加星像が観測可能な所要露光時間ＴＢおよび追加
星像の予測位置を算出する。

【００６３】続いて、所要露光時間ＴＢによる撮像画像
の追加星像が姿勢候補ごとの予測位置に存在するか否か
をチェックし、予測位置に追加星像が出現すればその姿
勢候補を正しい姿勢情報とすることができる。

【００６４】すなわち、初期露光時間ＴＡによる１回目
の撮像結果から姿勢候補を作成し、所要露光時間ＴＢに
よる２回目の撮像結果から正確な１つの姿勢候補に絞り
込むという処理ステップを実行することにより、観測視
野中に惑星や人工衛星などが捉えられる場合でも、正確
な人工衛星の姿勢情報がない状態から正しい姿勢情報を
検出することができる。

【００６５】また、初期設定された通常の初期露光時間
ＴＡで撮像した所要画像２１から、２回目の撮像の所要
露光時間ＴＢを算出し、画像中の追加星像の出現位置を
予測することにより、２回目の撮像において、必要最小
限の適切な所要個数（上述のように、１回目の撮像時か
ら検出されていた星と合わせて、たとえば３個）の星像
が確実に検出されるので、処理負荷の増大を抑制するこ
とができる。上記説明では、撮像条件を調整して追加星
像を取得したが、最初の撮像画像で所望数の星が視野に
入れば、追加星像の取得動作が不要であることは言うま
でもない。何個以上の星が視野に入れば追加星像が不要
になるかは、撮像部１に使用される光学系の精度などに
よって可変設定され得る。

【００６６】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
は、人工衛星の回転角速度が比較的小さい場合を想定し
て、所要露光時間ＴＢ（＞ＴＡ）による撮像画像から高
い輝度の星像を抽出したが、人工衛星の回転角速度が大
きい場合を想定して、所要露光時間ＴＢで撮像後に、複
数画素にまたがる星像の輝度の合計値に対して同様の輝
度しきい値処理を実行し、初期輝度しきい値４５を越え
たものを星像として認識してもよい。

【００６７】一般に、人工衛星の回転角速度が大きい場
合には、露光時間を長く設定しても星像の輝度の増加量
が小さいものの、露光時間とは無関係に、比較的輝度の
大きな領域が複数画素にまたがった星像が得られる。

【００６８】したがって、所要露光時間ＴＢで得られた
星像の最大輝度に対して、単に輝度しきい値処理を実行
するのではなく、複数画素にまたがった星像の輝度合計
値を求め、輝度合計値に対して上記処理を実行し、初期
輝度しきい値４５を越えた輝度合計値を有するものを星
像として認識すれば、前述と同様に、正しい姿勢候補を
選択することができる。

【００６９】実施の形態３．なお、上記実施の形態１で
は、暗い星の星像を取得するために変更される撮像条件
として、露光時間を対象としたが、撮像部１内のアンプ
９のゲインを対象としてもよい。

【００７０】すなわち、上記実施の形態１では、長い所
要露光時間ＴＢで撮像することにより、処理信号のＳＮ
比を改善しつつ、通常の条件設定では検出されない暗い
星まで検知して姿勢候補の真偽をチェック可能にした
が、必要に応じてアンプ９のゲインを変化させても同等
の作用効果を奏する。

【００７１】次に、図１〜図４を参照しながら、アンプ
９のゲインを変更したこの発明の実施の形態３による処
理動作について説明する。この場合、星像推定部６から
の制御指令は、撮像部１内のアンプ９にも入力される。
前述のように、撮像部１には、撮像素子８およびアンプ
９が内蔵されており、撮像素子８から出力される輝度信
号は、アンプ９で増幅されて星像抽出部２に出力され
る。

【００７２】このとき、撮像画像に重畳される電気的ノ
イズは、撮像素子８自体が原因のものもあるが、アンプ
９から星像抽出部２までにいたる部分で重畳されるノイ
ズも含んでいる。したがって、アンプ９のゲインを高め
ることにより、観測輝度の増大とともに、ＳＮ比の改善
を期待することができる。

【００７３】まず、初期捕捉後に姿勢情報を更新してい
く際において、あらかじめ設定された初期ゲインＧＡお
よび初期露光時間ＴＡで撮像が行われる。以下、星像抽
出部２および星同定部３による画像処理と、姿勢算出部
５による姿勢候補の算出処理とが、前述の実施の形態１
と同様に実行される。

【００７４】次に、星像推定部６は、暗い星の星像を追
加捕捉するための変更条件として、露光時間を変更する
代わりに、アンプ９の所要ゲインＧＢ（＞ＧＡ）および
所要ゲインＧＢで追加観測される星の出現予測位置を算
出する。

【００７５】この結果、露光時間は初期露光時間ＴＡの
ままで、初期ゲインＧＡよりも大きい所要ゲインＧＢで
再度撮像が行われる。したがって、前述と同様に、高い
輝度の追加画像２２（図３参照）および輝度分布４２
（図４参照）が得られ、正しい姿勢情報を選択すること
ができる。

【００７６】すなわち、まず、初期ゲインＧＡで得られ
た所要画像２１に基づいて人工衛星の姿勢候補を算出
し、各姿勢候補について、所定数（３個）以上の星像の
輝度値が初期輝度しきい値４５以上となるための所要ゲ
インＧＢおよび所要ゲインＧＢでの追加星像の観測予測
位置を算出し、続いて、所要ゲインＧＢで撮像を実行
し、各姿勢候補ごとに、予測位置に星像が存在するか否
かをチェックし、予測位置に星像が出現した姿勢候補を
正しい姿勢情報として判定する。

【００７７】図６は上記実施の形態３の処理動作を示す
フローチャートであり、前述（図５参照）と同様の処理
ステップについては、同一符号を付して詳述を省略す
る。図６において、ステップＳ１２、Ｓ１５、Ｓ１６
は、図５内のステップＳ２、Ｓ５、Ｓ６にそれぞれ対応
している。

【００７８】この場合、姿勢情報の有無判定ステップＳ
１に続くステップＳ１２において、星像抽出部２は、初
期ゲインＧＡの初期画像２１から、前述と同様に星像を
抽出する。

【００７９】また、姿勢候補算出ステップＳ４に続くス
テップＳ１５において、星像推定部６は、姿勢候補のそ
れぞれについて、所定数以上の追加星像の輝度値が初期
輝度しきい値４５以上となるためのアンプ９の所要ゲイ
ンＧＢと、追加星像の追加画像２２上の予測位置とを算
出する。

【００８０】次に、ステップＳ１６において、星像抽出
部２は、所要ゲインＧＢで撮像された追加画像２２か
ら、各姿勢候補ごとに予測位置に正しく星像が存在する
か否かをチェックする。

【００８１】以下、予測位置に正しく星像が検出された
姿勢候補数が１個であるか否かを判定し（ステップＳ
７）、予測位置に星像が正しく検出された姿勢候補が１
個であれば、この姿勢候補数を人工衛星の正しい姿勢情
報として判定し（ステップＳ８）、図６の処理ルーチン
を抜け出る。

【００８２】これにより、前述と同様に、１回目の撮像
結果から姿勢候補を作成して、２回目の撮像結果から正
しい姿勢候補に絞り込むという処理が実行され、惑星や
人工衛星などが視野に捉えられる場合でも、姿勢情報が
ない状態から正しい姿勢情報を検出することができる。

【００８３】また、通常の初期ゲインＧＡで撮像した画
像から、２回目の撮像に用いられる所要ゲインＧＢを算
出し、画像中の星像の出現位置を予測することにより、
２回目の撮像において、必要最小限の適切な個数の星が
検出されるので、処理負荷の増大を抑制することができ
る。

【００８４】実施の形態４．なお、上記実施の形態１〜
４では、初期値よりも長い所要露光時間ＴＢまたは初期
値よりも高い所要ゲインＧＢを設定することにより、取
得画像のＳＮ比を改善しつつ多くの星像を検出して正し
い姿勢候補を選択したが、個々の画像のＳＮ比を特に改
善することなく、星像抽出用の輝度しきい値を下げるこ
とによって多くの星像を検出してもよい。

【００８５】すなわち、この発明の実施の形態４では、
特に個々の信号のＳＮ比を改善する対策を実行せず、輝
度しきい値が小さく信頼性の高くないデータを用いて、
追加星像の予測位置の近傍を走査することにより、信頼
性を高め、正しい姿勢候補を確実に選択する。

【００８６】また、この場合、輝度しきい値が小さくな
ることから、ノイズとの識別が明確でない星像が抽出さ
れるため、個々には信頼性の高くないデータとなるが、
この処理を複数個（または、複数回）繰り返すことによ
り、統計的確率に基づいて信頼性の高い正しい姿勢候補
を選択してもよい。

【００８７】以下、図１とともに、図７および図８を参
照しながら、この発明の実施の形態４による具体的な処
理動作について説明する。図７および図８は、この発明
の実施の形態４により取得される輝度分布および画像を
示す説明図である。図７において、横軸に画像中の座標
をとり、縦軸に輝度分布をとった模式的なグラフが示さ
れている。

【００８８】図７、図８において、前述（図４、図３参
照）と同様のものについては、同一符号を付して詳述を
省略する。図７において、４６は暗い星の星像を検出す
るための所要輝度しきい値（＜初期輝度しきい値４５）
である。

【００８９】この場合、暗い星の輝度５３および電気的
ノイズ５４は、前述の初期輝度しきい値４５よりも小さ
いものの、所要輝度しきい値４６を越えるレベルを有す
る。

【００９０】図８において、２３は低しきい値画像であ
り、初期画像２１に対して所要輝度しきい値４６で処理
することにより取得される。低しきい値画像２３内にお
いて、３３ａ〜３３ｃは電気的ノイズ５４による擬似的
な星像である。

【００９１】まず、撮像部１は、初期捕捉後の姿勢情報
更新処理と同様の設定で撮像を実行し、星像抽出部２
は、通常処理と同様に、初期輝度しきい値４５で星像を
検出する。これにより、前述と同様に、画像２１（図８
参照）内に示すように、３個の星像３１ａ〜３１ｃが検
出される。

【００９２】続いて、星同定部４は、検出された星像と
星データベースとのマッチングを行い、互いに対応する
星像候補を作成し、姿勢算出部５は、各星像候補につい
て姿勢候補を生成する。

【００９３】また、星像推定部６は、初期輝度しきい値
４５による処理で検出されなかった暗い星のうち、所要
輝度しきい値４６まで下げた場合に追加検出される星像
３２ａ〜３２ｃを、星データベース３に基づいて抽出す
るとともに、星像３２ａ〜３２ｃの出現予測位置を求め
る。

【００９４】次に、星像抽出部２は、先に入力された画
像２１について、追加星像３２ａ〜３２ｃの出現予測位
置の近傍を再び走査して、星像３２ａ〜３２ｃの有無を
チェックする。この際、追加星像３２ａ〜３２ｃの有無
を判定するための所要輝度しきい値４６は、前述の通
り、初期輝度しきい値４５よりも低い値に設定されてい
る。

【００９５】このように所要輝度しきい値４６を用いた
場合、たとえば図８内の低しきい値画像２３に示すよう
に、暗い星の星像３２ａ〜３２ｃのみならず、電気的ノ
イズ５４による疑似星像３３ａ〜３３ｃも多数捉えられ
る。

【００９６】しかしながら、星像抽出部２は、星像３２
ａ〜３２ｃの出現予測位置の近傍のみを走査しているの
で、電気的ノイズが多く存在したとしても、あまり処理
負荷を増大させることなく、星像３２ａ〜３２ｃの有無
を判定することができる。

【００９７】したがって、この処理においても、間違っ
た姿勢候補の場合には、予測位置に星像３２ａ〜３２ｃ
が存在しないことから、誤りであることを確認すること
ができる。

【００９８】図９は上記実施の形態４の処理動作を示す
フローチャートであり、前述（図５、図６参照）と同様
の処理ステップについては、同一符号を付して詳述を省
略する。図９において、ステップＳ２２、Ｓ２５、Ｓ２
６は、図６内のステップＳ１２、Ｓ１５、Ｓ１６にそれ
ぞれ対応している。

【００９９】この場合、姿勢情報の有無判定ステップＳ
１に続くステップＳ２２において、星像抽出部２は、初
期露光時間ＴＡおよび初期ゲインＧＡで取得された初期
画像２１から、前述と同様に、初期輝度しきい値４５に
よる処理によって星像３１ａ〜３１ｃを抽出する。

【０１００】また、星像推定部６は、星像抽出部２で抽
出されなかった暗い星の輝度値を算出する機能を有す
る。星像推定部６は、姿勢候補算出ステップＳ４に続く
ステップＳ２５において、姿勢候補のそれぞれについ
て、暗い星の輝度値に基づき、所定数以上の追加星像を
観測可能にする所要輝度しきい値４６と、暗い星による
追加星像の低しきい値画像２３上の予測位置とを算出す
る。

【０１０１】次に、ステップＳ２６において、星像抽出
部２は、初期画像２１に対して所要輝度しきい値４６で
処理して得られた低しきい値画像２３から、各姿勢候補
ごとに予測位置に星像が存在するか否かをチェックす
る。

【０１０２】以下、前述と同様に、予測位置に正しく星
像が検出された姿勢候補数が１個であるか否かを判定し
（ステップＳ７）、予測位置に星像が正しく検出された
姿勢候補が１個であれば、この姿勢候補数を人工衛星の
正しい姿勢情報として判定し（ステップＳ８）、図９の
処理ルーチンを抜け出る。

【０１０３】なお、星像３２ａ〜３２ｃの輝度が電気的
ノイズ５４に埋もれるなどにより、１回の処理で正しい
姿勢候補を決定できなかった場合には、同じ処理を複数
回繰り返し実行すればよい。

【０１０４】たとえば、複数回の繰り返し処理におい
て、電気的ノイズ５４に対応して設定された確率値より
も高い確率で星像が確認できた場合に、正しい姿勢情報
であると判定することにより、姿勢候補の選択の信頼性
を高めることができる。

【０１０５】このように、撮像画像から抽出された星像
と星データベースとの照合により星像候補の組を同定
し、各星像候補について人工衛星の姿勢候補を算出し、
このとき検出できなかった暗い星を検知可能な所要輝度
しきい値４６および追加星像の出現予測位置を算出する
ことができる。

【０１０６】また、所要輝度しきい値４６を用いて予測
位置に実際の星像が存在するか否かをチェックし、予測
された通りの位置に星像が出現した姿勢候補を正しい姿
勢候補として判定する。このとき、輝度しきい値を変更
するのみなので、新たに撮像を行う必要はない。

【０１０７】これにより、高い初期輝度しきい値４５に
よる星像検出処理により姿勢候補を生成した後、低い所
要輝度しきい値４６で姿勢候補の妥当性を検証すること
ができ、演算量をあまり増やすことなく、ノイズとのレ
ベル差の小さい暗い星の星像信号まで有効に活用して、
惑星や人工衛星などが視野に捉えられる場合でも、姿勢
情報がない状態から正確な人工衛星の姿勢情報を取得す
ることができる。

【０１０８】また、このような姿勢候補の作成処理およ
び姿勢候補の妥当性の確認処理を複数回繰り返し、ノイ
ズに対応した確率値よりも高い確率で、予測位置に星像
が検出された場合に、正しい姿勢候補であると判断する
ことにより、姿勢情報を誤認識する確率をさらに抑制し
て信頼性を向上させることができる。

【０１０９】なお、ここでは、輝度しきい値のみを変更
した場合について説明したが、前述の実施の形態１、３
の内容を組み合わせてもよい。すなわち、露光時間やア
ンプ９のゲインを変更して撮像する２回目の画像に対し
て、１回目に撮像した画像で適用したよりも低い輝度し
きい値で星像の有無を判定してもよい。

【０１１０】この場合、露光時間やゲインを可変とした
ハードウェアによる対応と、輝度しきい値を可変とした
ソフトウェアによる対応とを組み合わせることにより、
ハードウェアとソフトウェアとが相互に補完しあうの
で、いずれか一方のみによる対応と比べて、装置規模の
小型化および信頼性の向上を実現することができる。

【０１１１】実施の形態５．なお、上記実施の形態１〜
４では、単一の撮像部１を用いたが、複数の撮像部を用
いた場合でも適用可能なことは言うまでもない。図１０
は複数の撮像部を用いたこの発明の実施の形態５を示す
ブロック構成図であり、たとえば２個の並列回路構成を
有する場合を示している。

【０１１２】図１０において、１１〜１４は、それぞ
れ、撮像部、星像抽出部、星データベースおよび星同定
部であり、前述の撮像部１、星像抽出部２、星データベ
ース３および星同定部４に対応している。

【０１１３】この場合、各撮像部１、１１および各星像
抽出部２、１２は、それぞれ、天球を撮像して星像候補
を作成するまでの処理を独立に実行し、姿勢算出部５
は、２個の星同定部４、１４で算出された各星像候補に
ついて、それぞれ姿勢候補を算出する。また、この段階
で、姿勢算出部５は、算出された姿勢候補の中から、あ
り得ない姿勢候補を除去する。

【０１１４】星像推定部６は、姿勢算出部５で除去後に
残った姿勢候補について、星像の出現予測位置を算出
し、前述（実施の形態１〜４）のいずれかの処理を用い
て正しい姿勢候補を選択する。

【０１１５】このように、複数の撮像部１、１１を並設
することにより、各撮像部１、１１に対して互いに異な
る撮像条件を設定することができ、前述の効果に加え
て、撮像時間を短縮することができ、人工衛星の姿勢情
報を短時間に取得することができる。

【０１１６】なお、ここでは、撮像部１、１１のみなら
ず、星像抽出部２、１２、星データベース３、１３、星
同定部４、１４を個別に並設したが、撮像部１で得られ
た画像と、撮像部１１で得られた画像とを時系列的に処
理すれば、星像抽出部１２、星データベース１３および
星同定部１４を省略することができる。

【０１１７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、星像
を含む画像を撮像する撮像部と、撮像部で取得した画像
を処理して星像を抽出する星像抽出部と、天球上の星の
方向情報を記録した星データベースと、星像と方向情報
とを照合して、互いに対応する星像候補の組を決定する
星同定部と、星像候補の組のそれぞれについて人工衛星
の姿勢候補を算出する姿勢算出部と、姿勢候補のそれぞ
れについて、所定数以上の追加星像が観測されるための
所要露光時間と追加星像の画像上の予測位置とを算出す
る星像推定部とを備え、人工衛星の正しい姿勢情報が取
得されていない動作開始時に、まず、撮像部は、初期露
光時間で初期画像を撮像し、星像抽出部、星同定部およ
び姿勢算出部は、初期画像から人工衛星の姿勢候補を算
出し、星像推定部は、所要露光時間および予測位置を算
出し、続いて、撮像部は、初期画像内で人工衛星の姿勢
決定に必要な個数の星が捉えられなかった場合に、所要
露光時間で追加画像を撮像し、星像抽出部および星同定
部は、追加画像に基づいて、姿勢候補ごとに予測位置に
星像が存在するか否かをチェックして、予測位置に追加
星像が出現したときの姿勢候補を人工衛星の正しい姿勢
情報として判定するようにしたので、コストダウンを実
現するとともに、正しい姿勢情報を短時間に検出するこ
とのできる人工衛星の姿勢決定装置が得られる効果があ
る。

【０１１８】また、この発明によれば、星像を含む画像
を撮像するための撮像素子および撮像素子から出力され
る輝度信号を増幅するためのアンプを有する撮像部と、
撮像部で取得した画像を処理して星像を抽出する星像抽
出部と、天球上の星の方向情報を記録した星データベー
スと、星像と方向情報とを照合して、互いに対応する星
像候補の組を決定する星同定部と、星像候補の組のそれ
ぞれについて人工衛星の姿勢候補を算出する姿勢算出部
と、姿勢候補のそれぞれについて、所定数以上の追加星
像の輝度値がしきい値以上となるためのアンプの所要ゲ
インと追加星像の画像上の予測位置とを算出する星像推
定部とを備え、人工衛星の正しい姿勢情報が取得されて
いない動作開始時に、まず、撮像部は、初期ゲインで初
期画像を撮像し、星像抽出部、星同定部および姿勢算出
部は、初期画像から人工衛星の姿勢候補を算出し、星像
推定部は、所要ゲインおよび予測位置を算出し、続い
て、撮像部は、初期画像内で人工衛星の姿勢決定に必要
な個数の星が捉えられなかった場合に、所要ゲインで追
加画像を撮像し、星像抽出部および星同定部は、追加画
像に基づいて、姿勢候補ごとに予測位置に星像が存在す
るか否かをチェックして、予測位置に追加星像が出現し
たときの姿勢候補を人工衛星の正しい姿勢情報として判
定するようにしたので、コストダウンを実現するととも
に、正しい姿勢情報を短時間に検出することのできる人
工衛星の姿勢決定装置が得られる効果がある。

【０１１９】また、この発明によれば、星像抽出部は、
追加画像に対して適用される輝度しきい値を、初期画像
に対して適用される初期輝度しきい値よりも低い値に設
定して、星像の有無を判定するようにしたので、撮像ア
ンプのゲインを可変とするハードウェアによる対応と、
輝度しきい値を可変とするソフトウェアによる対応とが
相互に補完しあうので、さらに信頼性を向上させた人工
衛星の姿勢決定装置が得られる効果がある。

【０１２０】また、この発明によれば、星像を含む画像
を撮像する撮像部と、撮像部で取得した画像を処理して
星像を抽出する星像抽出部と、天球上の星の方向情報を
記録した星データベースと、星像と方向情報とを照合し
て、互いに対応する星像候補の組を決定する星同定部
と、星像候補の組のそれぞれについて人工衛星の姿勢候
補を算出する姿勢算出部と、星像抽出部で抽出されなか
った暗い星の輝度値を算出する星像推定部とを備え、人
工衛星の正しい姿勢情報が取得されていない動作開始時
に、まず、星像抽出部、星同定部および姿勢算出部は、
撮像部により撮像された画像から、初期輝度しきい値に
基づいて星像を抽出するとともに人工衛星の姿勢候補を
算出し、星像推定部は、暗い星の輝度値に基づく所要輝
度しきい値と暗い星による追加星像の画像上の予測位置
とを算出し、続いて、星像抽出部および星同定部は、画
像に対して初期輝度しきい値よりも低い所要輝度しきい
値を用いて、予測位置に追加星像が存在するか否かをチ
ェックし、予測位置に追加星像が出現したときの姿勢候
補を人工衛星の正しい姿勢情報として判定するようにし
たので、演算量をあまり増やすことなくノイズとのレベ
ル差の小さい画像信号まで有効に活用することができ、
コストダウンを実現するとともに、正しい姿勢情報を短
時間に検出することのできる人工衛星の姿勢決定装置が
得られる効果がある。

【０１２１】また、この発明によれば、姿勢候補の作成
および妥当性の確認処理を複数回実行し、複数回の前記
確認処理において、ノイズによる偽りの像の検出確率値
よりも高い確率で前記予測位置に前記追加星像が検出さ
れた場合に、前記人工衛星の正しい姿勢情報として判定
するようにしたので、姿勢候補を誤認識する確率をさら
に小さくすることができ、信頼性を向上させた人工衛星
の姿勢決定装置が得られる効果がある。

【０１２２】また、この発明によれば、星像抽出部は、
撮像部で取得した画像の複数の画素にまたがった線とし
て連続的に検出される輝度を加算した輝度値を所定の輝
度しきい値と比較して星像を抽出するようにしたので、
比較的高い角速度で回転する人工衛星に適用しても、信
頼性を向上させた人工衛星の姿勢決定装置が得られる効
果がある。

【０１２３】また、この発明によれば、撮像部は、複数
の撮像部からなり、姿勢算出部は、複数の撮像部に基づ
く各星像候補について人工衛星の姿勢候補を算出するよ
うにしたので、短時間で姿勢情報を取得することのでき
る人工衛星の姿勢決定装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示すブロック構成
図である。

【図２】 図１内の撮像部の具体的構成を示すブロック
図である。

【図３】 この発明の実施の形態１により露光時間を変
更して撮像される各画像を示す説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態１により露光時間を変
更して撮像される各画像の輝度分布を示す説明図であ
る。

【図５】 この発明の実施の形態１による処理動作を示
すフローチャートである。

【図６】 この発明の実施の形態３による処理動作を示
すフローチャートである。

【図７】 この発明の実施の形態４により輝度しきい値
を変更して抽出される各画像の輝度分布を示す説明図で
ある。

【図８】 この発明の実施の形態４により輝度しきい値
を変更して抽出される各画像を示す説明図である。

【図９】 この発明の実施の形態４による処理動作を示
すフローチャートである。

【図１０】 この発明の実施の形態５を示すブロック構
成図である。

【符号の説明】

１ 撮像部、２ 星像抽出部、３ 星データベース、４
星同定部、５ 姿勢算出部、６ 星像推定部、８ 撮
像素子、９ アンプ、２１ 初期画像、２２追加画像、
２３ 低しきい値画像、３１ａ〜３１ｃ 明るい星の星
像、３２ａ〜３２ｃ 暗い星の星像、４５ 初期輝度し
きい値、４６ 所要輝度しきい値、５１、５２ 明るい
星の輝度、５３ 暗い星の輝度、ＧＡ 初期ゲイン、Ｇ
Ｂ所要ゲイン、ＴＡ 初期露光時間、ＴＢ 所要露光時
間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉岡 啓輔 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 井上 正夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 吉田 憲正 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 宮武 克昌 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5L096 BA01 CA02 FA69 HA07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人工衛星に搭載された姿勢決定装置であ
   って、 星像を含む画像を撮像する撮像部と、 前記撮像部で取得した画像を処理して前記星像を抽出す
   る星像抽出部と、 天球上の星の方向情報を記録した星データベースと、 前記星像と方向情報とを照合して、互いに対応する星像
   候補の組を決定する星同定部と、 前記星像候補の組のそれぞれについて前記人工衛星の姿
   勢候補を算出する姿勢算出部と、 前記姿勢候補のそれぞれについて、所定数以上の追加星
   像が観測されるための所要露光時間と前記追加星像の前
   記画像上の予測位置とを算出する星像推定部とを備え、 前記人工衛星の正しい姿勢情報が取得されていない動作
   開始時に、 まず、前記撮像部は、初期露光時間で初期画像を撮像
   し、 前記星像抽出部、前記星同定部および前記姿勢算出部
   は、前記初期画像から前記人工衛星の姿勢候補を算出
   し、 前記星像推定部は、前記所要露光時間および前記予測位
   置を算出し、 続いて、前記撮像部は、前記初期画像内で前記人工衛星
   の姿勢決定に必要な個数の星が捉えられなかった場合
   に、前記所要露光時間で追加画像を撮像し、 前記星像抽出部および前記星同定部は、前記追加画像に
   基づいて、前記姿勢候補ごとに前記予測位置に星像が存
   在するか否かをチェックして、前記予測位置に前記追加
   星像が出現したときの姿勢候補を前記人工衛星の正しい
   姿勢情報として判定することを特徴とする人工衛星の姿
   勢決定装置。
2. 【請求項２】 人工衛星に搭載された姿勢決定装置であ
   って、 星像を含む画像を撮像するための撮像素子および前記撮
   像素子から出力される輝度信号を増幅するためのアンプ
   を有する撮像部と、 前記撮像部で取得した画像を処理して前記星像を抽出す
   る星像抽出部と、 天球上の星の方向情報を記録した星データベースと、 前記星像および前記方向情報を照合して、互いに対応す
   る星像候補の組を決定する星同定部と、 前記星像候補の組のそれぞれについて前記人工衛星の姿
   勢候補を算出する姿勢算出部と、 前記姿勢候補のそれぞれについて、所定数以上の追加星
   像の輝度値がしきい値以上となるための前記アンプの所
   要ゲインと前記追加星像の前記画像上の予測位置とを算
   出する星像推定部とを備え、 前記人工衛星の正しい姿勢情報が取得されていない動作
   開始時に、 まず、前記撮像部は、初期ゲインで初期画像を撮像し、 前記星像抽出部、前記星同定部および前記姿勢算出部
   は、前記初期画像から前記人工衛星の姿勢候補を算出
   し、 前記星像推定部は、前記所要ゲインおよび前記予測位置
   を算出し、 続いて、前記撮像部は、前記初期画像内で前記人工衛星
   の姿勢決定に必要な個数の星が捉えられなかった場合
   に、前記所要ゲインで追加画像を撮像し、 前記星像抽出部および前記星同定部は、前記追加画像に
   基づいて、前記姿勢候補ごとに前記予測位置に星像が存
   在するか否かをチェックして、前記予測位置に前記追加
   星像が出現したときの姿勢候補を前記人工衛星の正しい
   姿勢情報として判定することを特徴とする人工衛星の姿
   勢決定装置。
3. 【請求項３】 前記星像抽出部は、前記追加画像に対し
   て適用される輝度しきい値を、前記初期画像に対して適
   用される初期輝度しきい値よりも低い値に設定して、前
   記星像の有無を判定することを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の人工衛星の姿勢決定装置。
4. 【請求項４】 人工衛星に搭載された姿勢決定装置であ
   って、 星像を含む画像を撮像する撮像部と、 前記撮像部で取得した画像を処理して前記星像を抽出す
   る星像抽出部と、 天球上の星の方向情報を記録した星データベースと、 前記星像および前記方向情報を照合して、互いに対応す
   る星像候補の組を決定する星同定部と、 前記星像候補の組のそれぞれについて前記人工衛星の姿
   勢候補を算出する姿勢算出部と、 前記星像抽出部で抽出されなかった暗い星の輝度値を算
   出する星像推定部とを備え、 前記人工衛星の正しい姿勢情報が取得されていない動作
   開始時に、 まず、前記星像抽出部、前記星同定部および前記姿勢算
   出部は、前記撮像部により撮像された画像から、初期輝
   度しきい値に基づいて前記星像を抽出するとともに前記
   人工衛星の姿勢候補を算出し、 前記星像推定部は、前記暗い星の輝度値に基づく所要輝
   度しきい値と前記暗い星による追加星像の前記画像上の
   予測位置とを算出し、 続いて、前記星像抽出部および前記星同定部は、前記画
   像に対して前記初期輝度しきい値よりも低い前記所要輝
   度しきい値を用いて、前記予測位置に前記追加星像が存
   在するか否かをチェックし、前記予測位置に前記追加星
   像が出現したときの姿勢候補を前記人工衛星の正しい姿
   勢情報として判定することを特徴とする人工衛星の姿勢
   決定装置。
5. 【請求項５】 前記姿勢候補の作成および妥当性の確認
   処理を複数回実行し、複数回の前記確認処理において、
   ノイズによる偽りの像の検出確率値よりも高い確率で前
   記予測位置に前記追加星像が検出された場合に、前記人
   工衛星の正しい姿勢情報として判定することを特徴とす
   る請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の人
   工衛星の姿勢決定装置。
6. 【請求項６】 前記星像抽出部は、前記撮像部で取得し
   た画像の複数の画素にまたがった線として連続的に検出
   される輝度を加算した輝度値を所定の輝度しきい値と比
   較して前記星像を抽出することを特徴とする請求項１か
   ら請求項５までのいずれか１項に記載の人工衛星の姿勢
   決定装置。
7. 【請求項７】 前記撮像部は、複数の撮像部からなり、 前記姿勢算出部は、前記複数の撮像部に基づく各星像候
   補について前記人工衛星の姿勢候補を算出することを特
   徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記
   載の人工衛星の姿勢決定装置。