JP2015074382A - Attitude detection device, attitude detection method, and attitude detection program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、姿勢検知装置、姿勢検知方法、及び姿勢検知プログラムに関する。 The present invention relates to an attitude detection device, an attitude detection method, and an attitude detection program.
人工衛星には、姿勢制御などを行うために、姿勢センサが搭載される。 Artificial satellites are equipped with attitude sensors for attitude control and the like.
姿勢センサとして、太陽センサが用いられる場合がある。図1Aは、太陽センサの一例を示す概略図である。この太陽センサは、本体101及び複数の温度センサ102を有している。複数の温度センサ102は、本体101内に配置されている。本体101には、太陽光を温度センサ102に導くための入射口103が設けられている。この太陽センサでは、太陽光が入射口103を介して温度センサ102に到達し、温度センサ102が温度上昇を検知する。温度上昇を検知した温度センサ102の位置に基づいて、太陽光の入射角度が検出される。
A sun sensor may be used as the attitude sensor. FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an example of a solar sensor. This solar sensor has a
上記に関連して、特許文献1(特開平11−183161号公報)には、太陽光導入空間を有する本体と、本体に固定された複数の温度センサと、太陽光導入空間を覆うとともに、本体に対して相対移動可能な遮光カバーと、遮光カバーに設けられ、太陽光を温度センサに導く為の入射口で構成されることを特徴とする太陽センサが開示されている。 In relation to the above, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-183161) discloses a main body having a solar light introduction space, a plurality of temperature sensors fixed to the main body, a solar light introduction space, and a main body. There is disclosed a solar sensor characterized by comprising a light-shielding cover that can be moved relative to the light-shielding cover, and an incident port that is provided on the light-shielding cover and guides sunlight to the temperature sensor.
図1A及び特許文献1に記載される太陽センサを人工衛星に搭載した場合、人工衛星から太陽を向く方向を検出することはできる。しかしながら、人工衛星と太陽とを結ぶ軸周りにおける人工衛星の回転角度については、検出することはできない。図1B及び図1Cは、この点を説明するための図である。図1B及び図1Cに示される例においては、人工衛星104に、太陽センサ101が搭載されている。図1B及び図1Cにおいては、太陽と人工衛星とを結ぶ軸Cに直交する平面内に、基準線が設定されている。図1Bに示される例では、人工衛星104は、基準線に沿っている。一方、図1Cに示される例では、人工衛星104が沿う方向は、基準線に対して90°だけ、ずれている。すなわち、図1Bに示される状態と図1Cに示される状態とでは、軸C回りにおける回転角度が90°だけ異なっている。上述の図1A及び特許文献1に記載された太陽センサでは、図1Bに示される姿勢と及び図1Cに示される姿勢を区別することができない。そのため、人工衛星の3軸姿勢を検知するためには、他の姿勢センサを組み合わせる必要があり、人工衛星104が大型化してしまう。
When the solar sensor described in FIG. 1A and Patent Document 1 is mounted on an artificial satellite, the direction from the artificial satellite toward the sun can be detected. However, the rotation angle of the artificial satellite around the axis connecting the artificial satellite and the sun cannot be detected. 1B and 1C are diagrams for explaining this point. In the example shown in FIGS. 1B and 1C, the
そこで、本発明の課題は、人工衛星を軽量化することができる、姿勢検知装置、姿勢検知方法、及び姿勢検知プログラムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an attitude detection device, an attitude detection method, and an attitude detection program that can reduce the weight of an artificial satellite.
本発明に係る姿勢検知装置は、人工衛星から太陽又は地球を向く方向を第1方向として検出するように構成された、方向検出部と、人工衛星に搭載された撮像装置を介して太陽又は地球を撮像し、撮像データを取得するように構成された、撮像部と、撮像データに基づいて、人工衛星と、太陽又は地球とを結ぶ軸周りにおける人工衛星の回転角度を検出するように構成された、回転角度検出部とを備える。 An attitude detection device according to the present invention is configured to detect a direction from an artificial satellite toward the sun or the earth as a first direction, and the sun or the earth via an imaging device mounted on the artificial satellite. Configured to detect the rotation angle of the artificial satellite around an axis connecting the artificial satellite and the sun or the earth based on the imaging data. And a rotation angle detector.
本発明に係る姿勢検知方法は、人工衛星に搭載された撮像装置を介して太陽又は地球を撮像し、撮像データを取得するステップと、人工衛星から太陽又は地球を向く方向を第1方向として検出するステップと、撮像データに基づいて、人工衛星と、太陽又は地球とを結ぶ軸周りにおける前記人工衛星の回転角度を検出するステップとを備える。 The attitude detection method according to the present invention includes a step of imaging the sun or the earth via an imaging device mounted on an artificial satellite and acquiring imaging data, and a direction from the artificial satellite toward the sun or the earth is detected as a first direction. And a step of detecting a rotation angle of the artificial satellite around an axis connecting the artificial satellite and the sun or the earth based on the imaging data.
本発明に係る姿勢検知プログラムは、上述の姿勢検知方法をコンピュータに実行させるための、プログラムである。 The posture detection program according to the present invention is a program for causing a computer to execute the posture detection method described above.
本発明によれば、人工衛星を軽量化することができる、姿勢検知装置、姿勢検知方法、及び姿勢検知プログラムが提供される。 According to the present invention, an attitude detection device, an attitude detection method, and an attitude detection program capable of reducing the weight of an artificial satellite are provided.
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(概要)
まず、実施形態の概要について説明する。図2は、人工衛星1の概要を示す図である。人工衛星1には、姿勢センサ2が搭載されている。姿勢センサ2は、人工衛星1の姿勢を検出するように構成されている。具体的には、姿勢センサ2は、人工衛星1から見た太陽又は地球の方向を、第1方向として検出する。また、姿勢センサ2は、軸C周りにおける人工衛星1の回転角度を検出する。軸Cは、人工衛星1と、太陽又は地球とを結ぶ軸である。
(Overview)
First, an outline of the embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing an outline of the artificial satellite 1. An
図3は、姿勢センサ2を示す概略構成図である。姿勢センサ2は、姿勢検知装置3及び撮像装置4を備えている。撮像装置4は、太陽又は地球を撮像するように構成されている。姿勢検知装置3は、方向検出部5、撮像部6、及び回転角度検出部7を備えている。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing the
撮像部6は、撮像装置4を介して太陽又は地球を撮像し、撮像データを取得するように構成されている。
The
方向検出部5は、撮像データに基づき、人工衛星1から太陽又は地球を向く方向を第1方向として検出し、第1方向を示す第1方向データを生成するように構成されている。
The
回転角度検出部7は、撮像データに基づいて、軸C周りにおける人工衛星1の回転角度を検出し、検出結果を示す回転角度データを生成するように構成されている。
The rotation
上述の第1方向データ及び回転角度データは、人工衛星1の3軸姿勢を示す姿勢データとして出力される。このような構成によれば、撮像データに基づいて、人工衛星1から見た太陽又は地球の方向(第1方向)、及び軸C回りの人工衛星1の回転角度を検出することができる。従って、他の姿勢センサを用いる必要がなく、人工衛星1を軽量化することが可能である。 The first direction data and the rotation angle data described above are output as attitude data indicating the three-axis attitude of the artificial satellite 1. According to such a configuration, the direction of the sun or the earth (first direction) viewed from the artificial satellite 1 and the rotation angle of the artificial satellite 1 around the axis C can be detected based on the imaging data. Therefore, it is not necessary to use another attitude sensor, and the artificial satellite 1 can be reduced in weight.
尚、上述の姿勢検知装置3は、例えば、コンピュータにより実現することが可能である。図4は、姿勢検知装置3のハードウェア構成の一例を示す概略図である。この例では、姿勢検知装置3は、演算装置18、記憶装置10、及び入出力インターフェース9を備える。演算装置18は、CPUなどに例示される。記憶装置10は、ROM(Read Only memory)、RAM(Random Access Memory)、及びハードディスクなどに例示される。記憶装置10には、姿勢検知プログラムが格納される。たとえば、演算装置18が姿勢検知プログラムを実行することにより、上述の姿勢検知装置3が実現される。
Note that the posture detection device 3 described above can be realized by a computer, for example. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a hardware configuration of the attitude detection device 3. In this example, the posture detection device 3 includes a
以下、実施形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail.
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described.
図5は、本実施形態に係る姿勢センサ2を示す概略構成図である。図5に示されるように、姿勢センサ2は、撮像装置4、受信装置11(例えば、アンテナ)、及び姿勢検知装置3を備えている。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the
撮像装置4は、太陽を撮像するように構成されている。図6は、撮像装置4を示す概略図である。図6に示されるように、撮像装置4は、筐体14、撮像素子12、及び結像部材13を備えている。撮像素子12は、筐体14内に配置されている。撮像素子12としては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)素子などを用いることができる。結像部材13は、太陽の像を撮像素子12に結像させるように構成されている。結像部材13は、支持部材15によって支持されている。結像部材13としては、例えば、レンズ、及び反射鏡などを用いることができる。撮像素子12に結像された像は、撮像データとして、姿勢検知装置3に通知される。
The
一方、図5に示されるように、姿勢検知装置3は、方向検出部5、撮像部6、回転角度検出部7、及び受信部8を備えている。
On the other hand, as illustrated in FIG. 5, the posture detection device 3 includes a
撮像部6は、撮像装置4から撮像データを取得する機能を有している。
The
方向検出部5は、撮像データに基づいて、人工衛星1から見た太陽の方向(第1方向)を検出する機能を有している。
The
回転角度検出部7は、撮像データと照合用データとを比較することにより、回転角度を検出する機能を有している。ここで、照合用データは、予め用意されたデータである。
The rotation
受信部8は、予め、受信装置11を介して照合用データを地上から受信し、格納する機能を有している。ここで、照合用データは、地上から太陽を撮像したときのデータである。照合用データには、太陽の黒点位置を示すデータが含まれている。太陽の黒点位置は、変動する場合がある。そこで、受信部8は、例えば、半月に1回の頻度で、照合用データを取得する。 The receiving unit 8 has a function of receiving and storing verification data from the ground via the receiving device 11 in advance. Here, the verification data is data when the sun is imaged from the ground. The data for verification includes data indicating the sunspot position of the sun. The sunspot position of the sun may vary. Therefore, the receiving unit 8 acquires the verification data at a frequency of once every half month, for example.
続いて、本実施形態に係る姿勢検知方法について説明する。図7は、姿勢検知方法を示すフローチャートである。また、図8は、姿勢検知方法を説明する為の概念図である。 Subsequently, a posture detection method according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a posture detection method. FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining a posture detection method.
ステップS1:撮像
まず、撮像部6が、撮像装置4を介して、太陽を撮像し、撮像データを取得する。
Step S1: Imaging First, the
ステップS2:第1方向の検出
次いで、方向検出部5が、撮像データに基づき、第1方向を検出する。具体的には、図8に示されるように、方向検出部5は、撮像素子上における太陽の像17の位置(ピクセル座標)を検知する。図6に示した撮像装置4において、撮像素子12上に結像した太陽の像17の位置は、人工衛星1から見た太陽の方向に依存している。従って、方向検出部5は、検出した太陽の像17の位置に基づいて、第1方向を検出する。方向検出部5は、検出した第1方向を示す第1方向データを生成する。
Step S2: Detection of First Direction Next, the
ステップS3:照合
また、図8に示されるように、回転角度検出部7が、撮像データにおける太陽の黒点位置を、照合用データに示される太陽の黒点位置と比較(照合)する。
Step S3: Collation As shown in FIG. 8, the
ステップS4:回転角度の検出
比較結果に基づき、回転角度検出部7は、照合データにより示される太陽を基準として、撮像データに写された太陽の回転角度を検出する。回転角度検出部7は、検出した回転角度を示すデータを、人工衛星1の軸C回りの回転角度を示す回転角度データとして生成する。
Step S4: Detection of Rotation Angle Based on the comparison result, the
以上のステップS1乃至S4による動作により、第1方向データ及び回転角度データが生成される。第1方向データ及び回転角度データは、人工衛星1の姿勢を示す姿勢データとして出力され、人工衛星1の姿勢制御などに用いられる。 The first direction data and the rotation angle data are generated by the operations in steps S1 to S4. The first direction data and the rotation angle data are output as attitude data indicating the attitude of the artificial satellite 1 and are used for attitude control of the artificial satellite 1 or the like.
本実施形態によれば、撮像装置4により得られる撮像データに基づいて、人工衛星1と太陽とを結ぶ軸C周りにおける人工衛星1の回転角度を求めることができる。従って、回転角度を求める為に他の姿勢センサを用いる必要がなく、人工衛星1を軽量化することが可能となる。
According to the present embodiment, the rotation angle of the artificial satellite 1 around the axis C connecting the artificial satellite 1 and the sun can be obtained based on the imaging data obtained by the
(第2の実施形態)
続いて、第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では、太陽の黒点位置を利用して回転角度が求められる場合について説明した。これに対して、本実施形態では、太陽が正確には楕円形状であることを利用し、太陽の長軸又は短軸を検出することにより、回転角度が求められる。尚、以下の説明において、第1の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、説明が省略される。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. In 1st Embodiment, the case where a rotation angle was calculated | required using the sunspot position of the sun was demonstrated. On the other hand, in this embodiment, the rotation angle is obtained by detecting the major axis or minor axis of the sun using the fact that the sun is precisely elliptical. In the following description, the description of the point that the same configuration as that of the first embodiment can be adopted is omitted.
図9は、本実施形態に係る姿勢センサ2を示す概略構成図である。本実施形態では、姿勢検知装置3が、方向検出部5、撮像部6及び回転角度検出部7を有している。但し、受信部8及び受信装置11(図5参照)は、必ずしも必要はない。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing the
図10は、本実施形態に係る姿勢検知方法を示すフローチャートである。また、図11は、姿勢検知方法を説明する為の図である。 FIG. 10 is a flowchart illustrating the attitude detection method according to the present embodiment. FIG. 11 is a diagram for explaining a posture detection method.
ステップS11、12:撮像データの取得、第1方向の検出
まず、第1の実施形態と同様に、撮像部6が撮像データを取得し、方向検出部5が第1方向を検出する。
Steps S11 and 12: Acquisition of imaging data and detection of first direction First, as in the first embodiment, the
ステップS13:回転角度検出部
また、回転角度検出部7が、回転角度を検出する。この際、回転角度検出部7は、図11に示されるように、撮像データに基づいて、太陽の長軸及び短軸の少なくとも一方の方向を、識別する。回転角度検出部7は、予め設定された基準線と識別した方向との間の角度を算出し、算出結果を示すデータを回転角度データとして生成する。
Step S13: Rotation Angle Detection Unit Further, the rotation
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、回転角度を求める為に他の姿勢センサを用いる必要がなく、人工衛星1を軽量化することが可能となる。 According to the present embodiment, as in the first embodiment, it is not necessary to use another attitude sensor to obtain the rotation angle, and the artificial satellite 1 can be reduced in weight.
加えて、本実施形態では、地上から送られてくる照合用データを必要としない。従って、姿勢センサ2の構成をより単純化することが可能である。
In addition, the present embodiment does not require verification data sent from the ground. Therefore, the configuration of the
尚、本実施形態では、太陽の撮像データが用いられる場合について説明した。但し、太陽の代わりに、地球が撮像されてもよい。この場合、方向検出部5が、人工衛星1から見た地球の方向を第1方向として検出する。また、回転角度検出部7は、撮像データを、予め用意された地球の地形データ等と比較することにより、人工衛星1の回転角度(人工衛星1と地球とを結ぶ軸周りの回転角度)を検出する。このような構成を採用した場合であっても、他の姿勢センサを組み合わせることなく、人工衛星1の3軸姿勢を検出することが可能となり、人工衛星1を軽量化することができる。
In the present embodiment, the case where solar imaging data is used has been described. However, the earth may be imaged instead of the sun. In this case, the
以上、本発明について、第1及び第2の実施形態を用いて説明した。尚、これらの実施形態は独立するものではなく、矛盾のない範囲内で組み合わせて用いることも可能である。 The present invention has been described above using the first and second embodiments. Note that these embodiments are not independent and can be used in combination within a consistent range.
1 人工衛星
2 姿勢センサ
3 姿勢検知装置
4 撮像装置
5 太陽方向検出部
6 撮像部
7 回転角度検出部
8 演算装置
9 入出力インターフェース
10 記憶装置
11 受信装置
12 撮像素子
13 結像部材
14 筐体
15 支持部材
16 太陽
17 像
18 演算装置
101 本体
102 温度センサ
103 入射口
104 人工衛星
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (11)
前記人工衛星に搭載された撮像装置を介して太陽又は地球を撮像し、撮像データを取得するように構成された、撮像部と、
前記撮像データに基づいて、前記人工衛星と、太陽又は地球とを結ぶ軸周りにおける前記人工衛星の回転角度を検出するように構成された、回転角度検出部と、
を具備する
姿勢検知装置。 A direction detector configured to detect a direction from the satellite toward the sun or the earth as a first direction;
An imaging unit configured to image the sun or the earth via an imaging device mounted on the artificial satellite and acquire imaging data;
A rotation angle detector configured to detect a rotation angle of the artificial satellite around an axis connecting the artificial satellite and the sun or the earth based on the imaging data;
An attitude detection apparatus comprising:
前記回転角度検出部は、前記撮像データと、予め用意された太陽又は地球を示す照合用データとを比較することにより、前記回転角度を検出するように構成されている
姿勢検知装置。 The posture detection device according to claim 1,
The said rotation angle detection part is an attitude | position detection apparatus comprised so that the said rotation angle may be detected by comparing the said imaging data and the data for collation which show the sun or the earth prepared beforehand.
前記撮像部は、太陽を撮像するように構成され、
前記照合用データは、太陽を示すデータであり、
前記回転角度検出部は、前記撮像データにおける太陽の黒点位置と、前記照合用データにおける太陽の黒点位置とを比較することにより、前記回転角度を検出するように構成されている
姿勢検知装置。 The posture detection device according to claim 2,
The imaging unit is configured to image the sun;
The verification data is data indicating the sun,
The posture detection device configured to detect the rotation angle by comparing the sun spot position of the sun in the imaging data and the sun spot position of the collation data.
更に、
前記人工衛星に搭載され、地上から前記照合用データを受信するように構成された、受信部、
を具備する
姿勢検知装置。 The posture detection device according to claim 3,
Furthermore,
A receiving unit mounted on the artificial satellite and configured to receive the verification data from the ground;
An attitude detection apparatus comprising:
前記撮像部は、太陽を撮像するように構成され、
前記回転角度検出部は、前記撮像データに基づいて、太陽の長軸及び短軸の少なくとも一方の方向を識別し、識別結果に基づいて前記回転角度を検出するように構成されている
姿勢検知装置。 The posture detection device according to claim 1,
The imaging unit is configured to image the sun;
The rotation angle detection unit is configured to identify at least one of the major axis and the minor axis of the sun based on the imaging data and detect the rotation angle based on the identification result. .
前記撮像装置は、
撮像素子と、
太陽又は地球の像を前記撮像素子に結像させるように構成された、結像部材とを備え、
前記方向検出部は、前記撮像素子上における太陽又は地球の像の位置に基づいて、前記第1方向を検出するように構成されている
姿勢検知装置。 The posture detection device according to any one of claims 1 to 5,
The imaging device
An image sensor;
An imaging member configured to form an image of the sun or the earth on the image sensor;
The orientation detection device is configured to detect the first direction based on a position of an image of the sun or the earth on the image sensor.
前記人工衛星から太陽又は地球を向く方向を第1方向として検出するステップと、
前記撮像データに基づいて、前記人工衛星と、太陽又は地球とを結ぶ軸周りにおける前記人工衛星の回転角度を検出するステップと、
を具備する
姿勢検知方法。 Imaging the sun or the earth via an imaging device mounted on an artificial satellite and acquiring imaging data;
Detecting a direction from the satellite toward the sun or the earth as a first direction;
Detecting a rotation angle of the artificial satellite around an axis connecting the artificial satellite and the sun or the earth based on the imaging data;
An attitude detection method comprising:
前記回転角度を検出するステップは、前記撮像データと、予め用意された太陽又は地球を示す照合用データとを比較することにより、前記回転角度を検出するステップを含んでいる
姿勢検知方法。 The posture detection method according to claim 7,
The step of detecting the rotation angle includes a step of detecting the rotation angle by comparing the imaging data with collation data indicating the sun or the earth prepared in advance.
前記照合用データは、太陽を示すデータであり、
前記撮像データを取得するステップは、太陽を撮像するステップを含み、
前記回転角度を検出するステップは、前記撮像データにおける太陽の黒点位置と、前記照合用データにおける太陽の黒点位置とを比較することにより、前記回転角度を検出するステップを含んでいる
姿勢検知方法。 The posture detection method according to claim 8,
The verification data is data indicating the sun,
Acquiring the imaging data includes imaging the sun;
The step of detecting the rotation angle includes a step of detecting the rotation angle by comparing a sunspot position of the sun in the imaging data with a sunspot position of the sun in the verification data.
前記撮像データを取得するステップは、太陽を撮像するステップを含み、
前記回転角度を検出するステップは、前記撮像データに基づいて、太陽の長軸及び短軸の少なくとも一方の方向を識別し、識別結果に基づいて前記回転角度を検出するステップを含んでいる
姿勢検知方法。 The posture detection method according to claim 7,
Acquiring the imaging data includes imaging the sun;
The step of detecting the rotation angle includes a step of identifying at least one direction of a major axis and a minor axis of the sun based on the imaging data and detecting the rotation angle based on the identification result. Method.
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