JP2565095B2 - 静止衛星の相対軌道制御方法 - Google Patents

静止衛星の相対軌道制御方法

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JP2565095B2 JP5188799A JP18879993A JP2565095B2 JP 2565095 B2 JP2565095 B2 JP 2565095B2 JP 5188799 A JP5188799 A JP 5188799A JP 18879993 A JP18879993 A JP 18879993A JP 2565095 B2 JP2565095 B2 JP 2565095B2
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/242Orbits and trajectories

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
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  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は静止衛星の相対軌道制御
方法に関し、特に静止衛星の相互間の接近回避のための
相対軌道制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の人工衛星の相対軌道制御の方式に
おいては、地上管制局から衛星への電波により折返し距
離測定を行い、また人工衛星を地上にて追跡するアンテ
ナの仰角(エレベーション角),方位角等の時系列的観
測を行うことにより、衛星毎に独立の軌道6要素(軌道
長半径,離心率,軌道傾斜角,昇交点半径,近地点引
数,平均近点離角)の推定を行い、その結果を比較して
相対的な衛星相互間の接近管理を行うようになってい
る。
【0003】この様な人工衛星の相対軌道制御方式に用
いられる代表的な方法としては、重み付き最小二乗法に
よる軌道決定方法がある。この方法は、J.J.Poc
ha著による「An lntroduction to
Mission Design for Geost
ationary Satellites」のpp.1
85〜190,(D.Reidel Publishi
ng Company発行)に詳述されている。
【0004】また、従来の代表的な静止衛星の軌道制御
方式の例が、上記文献のpp.80〜117に詳細に示
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の静止衛星
の軌道制御においては、軌道決定や軌道制御計画等の立
案は衛星毎に個別に行うようになっているので、衛星相
互間の相対的な軌道上位置の接近による干渉,衝突,妨
害等を管理することは困難となっている。
【0006】そこで、本発明はこの様な従来のものの欠
点を解決すべくなされたものであって、その目的とする
ところは、衛星間の最適な相対軌道制御を従来よりも極
めて簡単に行うことが可能な静止衛星の軌道制御方法
提供することにある。
【0007】本発明の他の目的は、大きな軌道外乱が生
じてから軌道制御のコマンドを送出するまで比較的大き
な時間的余裕を持たせることが可能な静止衛星の軌道制
方法を提供することである。
【0008】本発明による静止衛星の軌道制御方法は、
複数の静止衛星の各々の観測量及び予め定められた観測
モデルから、前記静止衛星相互間の相対的な位置ベクト
ルのうち半径方向及び南北方向の時間的変化の係数を状
態量として推定すべく、初期状態量を設定するステップ
と、この初期状態量から前記観測モデルを用いて観測量
を算出するステップと、この算出観測量と実際の観測量
との差を算出するステップと、この差が基準値より大の
とき前記算出観測量に対する前記状態量の変化を示す感
度行列を算出するステップと、この感度行列の算出結果
に基づいて前記状態量の修正をなすステップと、この修
正状態量を用いて再度前記差を算出するステップ及び前
記感度行列の算出ステップを処理を行ない、前記差が基
準値より小になったときの状態量を推定状態量とするス
テップと、この推定状態量が予め定められた衛星間の相
対位置関係を示す条件式を満足する値となる様な状態量
を設定するステップと、この設定された状態量に従って
衛星の軌道制御をなすステップとを含むことを特徴とす
る。
【0009】
【発明の原理】本発明による静止衛星の軌道制御におい
ては、静止衛星間の相対軌道を推定制御するものであ
る。図2に示す如く、衛星#1を原点0とし、衛星#2
の相対位置ベクトルをL(東西方向),R(反地心方
向),Z(赤道面垂直方向,南北方向)とした場合、静
止軌道に近い衛星に対して相対的な摂動力を無視して運
動方程式を解くと、 L=K1+K2t+2K3sin ωt+2K4cos ωt R=K4sin ωt−K3cos ωt−(2/3)ωK2 Z=K5sin ωt+K6cos ωt なる解が得られる。
【0010】尚、上式においてtは時間,ωは地球回転
レートを夫々示している。
【0011】以上の解から判る様に、相対的な摂動力を
無視した場合、L(東西方向相対距離)のみがtの一次
の項(K2t)を有しており、時間tに対する発散傾向
がみられる。それ以外のR,Zは振動的であって時間t
に対する発散傾向はみられない。
【0012】衛星に相対的な摂動力が働いて軌道が変化
した場合には、上記の解のK1〜K6が夫々変化すると
考えられる。この相対的な摂動力のうち影響力が大きな
スラスタ噴射による外乱について考察すると、Lについ
ては、tの一次の項が存在するために、Lを制御しよう
とすれば、外乱発生後比較的迅速な制御を行う必要があ
る。
【0013】これに対して、RとZについて相対的な管
理を行っていれば、Lにかかわらず相対的な距離を一定
値以上に管理することが可能になる。
【0014】そこで、本発明では、衛星の個別軌道決定
に用いられる個々の衛星に対する観測量である、Azi
muth(Az),Elevation(El),Ra
nge(Ra)等によってL以外のR及びZを推定し、
これ等R及びZの時間的変化を示す係数であるK2〜K
6(状態量と称す)を決定制御することにより、比較的
時間的余裕を持って、簡単に相対軌道制御を行うように
したものである。
【0015】
【実施例】以下に本発明の実施例につき図面を参照しつ
つ説明する。
【0016】図1は本発明の実施例の概略ブロック図で
ある。距離,測角アンテナ1は複数の静止衛星に関する
地上管制局からの方位角(Az),仰角(El),測距
値(Ra)等の観測量を得るものである。
【0017】これ等各衛星の観測量は状態量K2〜K6
推定部2へ導入され、これ等観測量と観測モデル3とを
用いてK2〜K6の推定処理が行われる。
【0018】図3はこの軌道を定義するR,Zに関する
状態量K2〜K6の推定処理の詳細を示すフローチャー
トである。先ずステップ31において、状態量K2〜K
6の初期値設定が行われる。この初期値設定の例として
は、いわゆるプリヴィアス・オービット・ディターミネ
ーション(previous orbit deter
mination)から時間的変化を予測する(pro
pagate)ことにより得られる値を用いることがで
き、精度の低いもので良い。
【0019】次に、ステップ32において、この初期設
定されたK2〜K6から、観測モデル3を用いて観測量
(Az,El,Ra)の計算が行われる。
【0020】ここで、観測モデルとは、先述した衛星の
軌道6要素から観測量(Az,El,Ra)をもとめる
ための計算式のことを称し、この計算手順は周知の手法
が用いられコンピュータ処理により行われるものであっ
て、極めて複雑かつ膨大な計算量となるが、概略手順は
次の如くである。
【0021】先ず、軌道要素から慣性系で表わされた観
測局と衛星間の位置ベクトルを計算する。そして、観測
時刻でのグリニッジ時角を求め、更に地球の才差,章動
の計算を行う。しかる後に、これ等グリニッジ時角と才
差,章動のデータ及び地上局データから、慣性系で表わ
された位置ベクトルを観測点での地球固定系に座標変換
を行う。最後に、観測点での地球固定系で表わされた位
置ベクトルから、Az,El,Raを算出する。
【0022】こうして得られた観測量の計算値とアンテ
ナ1にて得られた実測値との差(観測残差)が、ステッ
プ33にて算出される。
【0023】次のステップ34において、この観測残差
が予め定められた基準値より小であれば、状態量K2〜
K6の推定は終了し、そうでなければ次のステップ35
へ移る。
【0024】このステップ35では、観測量に対する状
態量の変化を示す感度行列が計算される。この感度行列
(partial derivative matri
x)は、上述の文献中のPP.188に“A”というマ
トリックスで示されており、詳述されている。
【0025】次のステップ36において、感度行列Aの
算出結果に基づいて状態量の修正値△K2〜△K6が算
出される。この修正値に基づいてステップ32の現在の
状態量K2〜K6が修正され、再び当該ステップ32以
降の状態量の推定処理がなされることになる。
【0026】判断ステップ34にて「イエス」とされれ
ば、そのときの状態量K2〜K6が最終推定値となり、
制御計画作成部4へ送られることになる。この制御計画
作成部4では、推定された状態量K2〜K6を用いて衛
星の軌道制御を行う。
【0027】この場合、推定された状態量K2〜K6が
予め定められた衛星間の相対位置関係を示す関係式を満
足する値となる様な状態量K2〜K6が決定される。こ
のK2〜K6の値の最適値の選定は以下の如く行われ
る。
【0028】例えば、衛星間の赤道面内方向の相対距離
の半径方向の周期成分が最大となる時刻と、赤道面外
(南北方向)のそれが最大になる時刻とが約6時間ずれ
ている(π/2ずれている)ように制御を行う場合に
は、 |tan-1(−K4/K3)−tan -1(K5/K6)|
=π/2 なる条件式を満足するK3〜k6の値が選定される。
【0029】上記式を満たせば、RとZ(図2参照)と
の位相がπ/2(=90°)離れているので、衛星間の
相対距離は一定値以上に保たれることになって、接近回
避が可能になる。
【0030】尚、状態量のうちK2については、Rの式
において−(2/3)ωK2なる項が存在するが、ωの
値は10-5のオーダであるために、この項は極めて小と
なり実用上無視できるので、K2は考慮されない。
【0031】また、状態量K1については、Lの式のみ
に現われており、上記原理の項で述べた様に、このLは
時間tに対する発散傾向がみられることから、このLの
制御は比較的迅速な制御が要求されることになって、本
発明では、それ以外のR,Zの制御のみを行うことで比
較的時間的余裕を持った軌道制御ができるようにしてい
ることから、状態量K1は考慮されていないのである。
【0032】上記の条件式を満足する状態量K3〜K6
の組合せは複数組存在するが、これ等組のなかから個々
の衛星の絶対的な軌道制御の条件の良いものを選定すれ
ば良い。
【0033】こうして得られた状態量K3〜K6となる
様に衛星を制御することになるが、K3とK4とを設定
制御するには、通常衛星の東西面に取付けられているガ
スジェットスラスタを軌道上の適切な位置で噴射すれば
良い。
【0034】また、K5とK6とを制御するには、衛星
の南北面に取付けられたガスジェットスラスタを、同様
に軌道上の適切な位置で噴射するようにすれば良い。
【0035】従って、コマンド送信部5は制御計画作成
部4にて得られた状態量K3〜K6に従ってガスジェッ
トスラスタを噴射制御するためのコマンドを生成し、コ
マンド送信用アンテナ6にて送出する。
【0036】
【発明の効果】叙上の如く本発明によれば、衛星間の相
対的位置ベクトルのうち半径方向と南北方向との時間的
変化の係数K2〜K6を状態量として推定して軌道制御
計画を立案することにより、最適な相対軌道制御を極め
て簡単に行うことが可能となると共に、経度方向(東西
方向)の相対制御を省くことにより、大きな軌道外乱が
生じてから軌道制御コマンドを送信するまで、比較的大
きな時間余裕をもたせることができるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の概略ブロック図である。
【図2】相対軌道座標の定義を示す図である。
【図3】図1のK2〜K6推定部2の動作フロー図であ
る。
【符号の説明】
1,6 アンテナ 2 K2〜K6推定部 3 観測モデル 4 制御計画部 5 コマンド送信部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の静止衛星の各々の観測量及び予め
    定められた観測モデルから、前記静止衛星相互間の相対
    的な位置ベクトルのうち半径方向及び南北方向の時間的
    変化の係数を状態量として推定すべく、初期状態量を設
    定するステップと、この初期状態量から前記観測モデル
    を用いて観測量を算出するステップと、この算出観測量
    と実際の観測量との差を算出するステップと、この差が
    基準値より大のとき前記算出観測量に対する前記状態量
    の変化を示す感度行列を算出するステップと、この感度
    行列の算出結果に基づいて前記状態量の修正をなすステ
    ップと、この修正状態量を用いて再度前記差を算出する
    ステップ及び前記感度行列の算出ステップを処理を行な
    い、前記差が基準値より小になったときの状態量を推定
    状態量とするステップと、この推定状態量が予め定めら
    れた衛星間の相対位置関係を示す条件式を満足する値と
    なる様な状態量を設定するステップと、この設定された
    状態量に従って衛星の軌道制御をなすステップとを含む
    ことを特徴とする静止衛星の相対軌道制御方法
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