JP2748573B2 - 恒星センサ - Google Patents

恒星センサ

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JP2748573B2
JP2748573B2 JP1184754A JP18475489A JP2748573B2 JP 2748573 B2 JP2748573 B2 JP 2748573B2 JP 1184754 A JP1184754 A JP 1184754A JP 18475489 A JP18475489 A JP 18475489A JP 2748573 B2 JP2748573 B2 JP 2748573B2
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伸子 上岡
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/785Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
    • G01S3/786Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
    • G01S3/7867Star trackers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、恒星センサに関し、特に人工衛星あるいは
宇宙往還輸送機のような飛翔体に搭載され、2次元固体
撮像素子を用いて星の像を検出するための恒星センサに
関する。
[従来の技術] 従来の恒星センサの例を第3図に示す。第3図は、2
次元固体撮像素子を用いた従来の恒星センサを示すブロ
ック図である。
第3図において、星のエネルギー(星光)Lは光学レ
ンズ1で集光され、CCD(Charge Coupled Device)等の
2次元固体撮像素子2の受光面に結像して星像が得られ
る。2次元固体撮像素子2の各画素に対応した信号は、
2次元固体撮像素子2からシリアル信号として出力さ
れ、増幅器3およびA/D変換回路4を経てデジタル化さ
れた後に、アドレス発生回路5から出力される画素アド
レスデータと共にマルチプレクサ回路6を介してメモリ
7に収納される。
通常は、星光Lは光学レンズ1でデフォーカスされ、
ひとつの星像は複数の画素に広がって結像する。これ
は、星の結像位置を2次元固体撮像素子2の画素分解能
以下で求めるために行われるもので、それら複数の画素
データからその星像の中心位置を算出する処理を行う。
これらのデータ処理は、通常第3図に示すようにマイク
ロプロセッサ8によりオンボード・プログラム上におい
て行われる。
2次元固体撮像素子を用いた従来の恒星センサにおけ
る星位置算出処理の一例を、第4図に示す。
第4図において、2次元固体撮像素子上において光が
検出された画素アドレス(Hi,Vi)、その画素の信号レ
ベルをSiとしたとき、まずセントロイド処理11によって
中心位置(Hc′,Vc′)が求められる。セントロイド処
理11は、例えば次式示すような多重計算で表される 中心位置(Hc′,Vc′)は、通常検出器の幾何学的形状
に起因する誤差を含んでいるので、更にこの誤差を補正
するために補正処理12が施される。補正処理12における
補正値は2次元固体撮像素子上の星像の結像状態(星像
半径、画素レベル信号等)をパラメータとして変化する
ため、データ取得条件(露光時間、スレショルド・レベ
ル等)を一定とした場合、対象とする星の等級に応じて
星の結像状態は変化し、従って個々の場合に上記補正値
を算出する処理13が必要となる。
[発明が解決しようとする課題] 上述した従来の恒星センサのハードウェア構成および
データ処理においては、対象となる星の等級に応じて星
像の中心位置を算出する際に、補正値を個別に求める必
要がある。このため、同一の星を追尾している場合で
も、恒星センサを搭載している飛翔体の姿勢や軌道条件
等により、2次元固体撮像素子の撮像条件が変化する
(妨害光や熱環境の変化により雑音が増加する等)場合
には、それらの影響を全て考慮する必要が有り、補正値
を求めるためのパラメータの数が多く複雑になる。オン
ボード上でこれらの処理を行うことは、ソフトウェアへ
の負荷も大きく、また最適な補正値を求めることが難し
くなるという問題点がある。
[課題を解決するための手段] 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、星
像の結像状態を最適な状態に保ち、補正処理を簡略化
し、ソフトウェア上の負荷を軽減することを目的とし、
この目的を達成するために、2次元固体撮像素子を用い
て恒星の位置を検出する恒星センサにおいて、2次元固
体撮像素子の出力を表す画素レベル信号から、2次元固
体撮像素子上の星像の結像状態をモニターするモニター
手段と、モニター手段のモニター情報に基づいて2次元
固体撮像素子の露光時間あるいはスレショルド・レベル
を制御する撮像条件制御手段と、星像中心位置補正手段
とを設けるように構成されている。
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、本発明による恒星センサの一実施例を示す
ブロック図であり、第2図は第1図に示す回路のデータ
処理の一例を示すフローチャートである。この実施例で
は第3図に示した従来例にソフトウェアである星像モニ
ター10を負荷した構成になっている。
また、第2図に示すフローチャートは、第4図に示す
フローチャートから補正値算出処理13を除き、新たに撮
像条件制御処理14を付加している。なお、第1図および
第2図の図中で、第3図または第4図と同じ構成部分に
は同じ参照番号を付して重複した説明を省略する。
第1図において、星光Lは光学レンズ1を介して2次
元固体撮像素子2の受光面に集光される。2次元固体撮
像素子2から出力された各画素に対応した信号は、増幅
器3およびA/D変換回路4を経てデジタル化された後
に、その画素に対応したアドレス発生回路5の出力のア
ドレスデータと共にマルチプレクサ回路6を介してメモ
リ7に収納される。
その後、マイクロプロセッサ8の中に星像モニター10
により、取得されたデータから2次元固体撮像素子2上
における結像状態が各画素アドレスデータを基に、結像
半径を求めるか、あるいは画素レベル信号の総和量と信
号のピークレベルとの関係より結像半径を求める等の方
法によって確認される。
セントロイド処理11によって求められた星像中心位置
(Hc′,Vc′)に含まれる検出器の幾何学的形状に起因
する誤差は、検出器上の星像の結像状態(星像半径、画
素レベル信号等)により変化するものであるが、その誤
差が最小となるような結像状態が存在し、その近傍にお
いては誤差の増加は緩やかとなる(この状態を最適な結
像状態という)。
従って2次元固体撮像素子2上に結像する星像の状態
を最適な結像状態に制御し、この状態を保つことにより
補正値としてはただ一つの状態に対応する値を関数式あ
るいはテーブルの形で用意すれば、第2図に示すように
簡単に補正値算出処理13を行うことが可能となる。
例えば、星像を構成している各画素のレベル信号が飽
和し(8ビットA/D変換器の場合“255"を表す)、その
結果として星像半径が極端に大きい状態である場合は、
撮像制御信号が出力され、2次元固体撮像素子2の露光
時間を短くし、信号レベルの飽和を防ぐか、またはスレ
ショルド・レベルを上げて星像半径を小さくするなどの
制御を制御回路9を通して行う。逆に、画素レベルが小
さい場合には、同様に露光時間を長くするなどの制御を
行う。
このように、2次元固体撮像素子2上の星像の結合状
態をモニターする機能を設け、そのモニター情報に基づ
き2次元固体撮像素子2の露光時間あるいはスレショル
ド・レベルを制御する機能を有した制御回路を備えるこ
とにより、星像の結像状態を最適な状態に保ち、補正処
理を簡略化し、星像の中心位置を算出する処理におい
て、ソフトウェア上の負荷を軽減している。また、オン
ボードで2次元固体撮像素子の撮像条件を制御し、一定
の結像状態の星像を取得することにより、広い等級範囲
の星に対して安定した姿勢検出精度を得るようにしてい
る。
[発明の効果] 以上で説明したように、本発明は、2次元固体撮像素
子を用いて恒星の位置を検出する恒星センサにおいて、
2次元固体撮像素子の出力を表す画素レベル信号から、
2次元固体撮像素子上の星像の結像状態からモニターす
るモニター手段と、モニター手段のモニター情報に基づ
いて2次元固体撮像素子の露光時間あるいはスレショル
ド・レベルを制御する撮像条件制御手段と、星像中心位
置補正手段とを設けるように構成したので、星像の結像
状態を最適な状態に保ち、補正処理を簡略化し、ソフト
ウェア上の負荷を軽減することが可能となる。同時に、
広い等級範囲の星に対して安定した姿勢検出精度を得る
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による恒星センサの一実施例を示すブ
ロック図、 第2図は、第1図に示す回路のデータ処理の一例を示す
フローチャート、 第3図は、従来の恒星センサを示すブロック図、 第4図は、第3図に示す回路のデータ処理を示すフロー
チャートである。 1……光学レンズ 2……2次元固体撮像素子 3……増幅器 4……A/D変換回路 5……アドレス発生回路 6……マルチプレクサ回路 7……メモリ 8……マイクロプロセッサ 9……制御回路 10……星像モニター 11……セントロイド処理 12……補正処理 13……補正値算出処理 14……撮像条件制御処理

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2次元固体撮像素子を用いて恒星の位置を
    検出する恒星センサにおいて、前記2次元固体撮像素子
    の出力を表す画素レベル信号から、2次元固体撮像素子
    上の星像の結像状態をモニターするモニター手段と、該
    モニター手段のモニター情報に基づいて前記2次元固体
    撮像素子の露光時間あるいはスレショルド・レベルを制
    御する撮像条件制御手段と、星像中心位置補正手段とを
    有する恒星センサ。
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