JP2797561B2 - 突抜走査型地球センサの姿勢角計測回路 - Google Patents

突抜走査型地球センサの姿勢角計測回路

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JP2797561B2 JP1315763A JP31576389A JP2797561B2 JP 2797561 B2 JP2797561 B2 JP 2797561B2 JP 1315763 A JP1315763 A JP 1315763A JP 31576389 A JP31576389 A JP 31576389A JP 2797561 B2 JP2797561 B2 JP 2797561B2
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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、突抜走査型地球センサの姿勢角計測回路に
関し、特に宇宙航行体に搭載され、地球に対する姿勢を
計測する突抜走査型地球センサに関する。
〔従来の技術〕
突抜走査型地球センサは、2チャンネルの赤外線検出
器で地球を直線走査して地球に対するピッチ角・ロール
角を計測している。
このタイプの突抜走査型地球センサの原理について説
明する。
第6図は一般的な突抜走査型地球センサの機能ブロッ
ク図である。図中、ミラー1は赤外検出器の視線を走査
するためのミラーであり、支持軸のまわりに往復振動を
行なう。このミラー1を振動させるために駆動回路2が
用いられ、このミラー1の振動角を検出し、リファレン
スパルス及び微小角度増分を示すエンコーダバルス(EN
C)を生成するために光学式エンコーダ回路3がある。
地球の赤外光を検出する赤外検出器から出力される微
弱な信号をアナログ処理回路6で増幅し最終的に地球パ
ルスが生成される。このアナログ信号処理回路6の出力
信号E1,E2とミラー駆動回路2の出力S,エンコーダ回路
3の出力C/ENCとをもとにしてディジタル信号処理回路
7がピッチ角・ロール角を計測し出力する。
なお、ディジタル信号処理回路7はピッチ角計測回路
(12)およびロール角計測回路(13)から構成され、ピ
ッチ角およびロール角を出力している。
第7図は、赤外線検出器の視線の走査軌跡l1,l2と地
球との相対関係を示す模式図である。図で、宇宙航行機
が、地球Eの赤道面内を西から東へ進む軌道において地
球を捕捉している状態を示している。ここで、Eは地球
ディスクを示し、l1は北側センサの視線の軌跡、l2は南
側センサの視線の軌跡を示す。この赤外線検出器(4,
5)の視線が地球を捕えた時、地球の放射する赤外線を
検出し検出信号を生成する。
第8図は第6図の各検出信号の波形図である。図中、
E1,E2は北,南センサ4,5からの地球検出信号(地球パル
ス)、Sはミラー駆動回路2の走査パルス、Cはエンコ
ーダ回路3から検出器の視線が地球センサの中央を通過
したタイミングを示すリファレンスパルスを示してい
る。走査パルスSは、姿勢角計測の基準となるパルスで
あり、ロウレベルの時は西から東へ走査する期間を示
し、ハイレベルの時は東から西へ走査する期間を示して
いる。また、E1は北側検出機4による地球パルスであ
り、E2は南側検出器5による地球パルスを示す。
ピッチ角・ロール角が共に0の時、地球検出信号E1,E
2は、リファレンスパルスCの変化点に対称なパルスと
なり、さらにE1とE2のパルス幅は等しくなる。ピッチ角
が0でなくなると、地球パルスE1,E2がリファレンスパ
ルスCに対して非対称になるので、検出信号E1,E2とリ
ファレンスパルスCとの角度関係からピッチ角を求める
ことができる。ロール角が0でなくなると、地球パルス
E1とE2のパルス幅が異なるので、その角度差を計測する
ことによりロール角を求めることができる。なお、パル
スE1とE2のそれぞれの検出信号のうち一方を基準信号で
置換え、他方のみで計測をすることができるようにもす
るのが通例である。また、ピッチ計測については、地球
パルスE1,E2の論理和(OR)をとりそれを地球パルスと
して姿勢計測する方法あるいは、パルスE1とE2の平均を
とってランダム誤差を少なくする方法などがある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のピッチ姿勢計測回路は、リファレンス
パルスの立上り、立下りが地球パルスのオンの期間に発
生する時には、正常なピッチ姿勢角を出力するが、第9
図のように地球パルスのオフの期間に発生した場合に
は、実際の姿勢角と異なるピッチ角データが出力され
る。即ち、実際にピッチ姿勢角は線形領域を越えている
にもかかわらず、走査している地球のパルス幅が小さ
く、またリファレンスパルスの立上り、立下りから外れ
ているため、通常のピッチ計測が有効でなくなり、出力
データもあたかも線形領域にあるかのような、小さな値
を出力している状態にある。この時には、第10図の様な
ピッチ伝達特性図となり、所望特性線Aよりも出力レベ
ルの低い特性線Cの出力データとなる。従って、姿勢系
センサとして、捕捉のために姿勢誤差の最大値を出すこ
とが期待されるにもかかわらず、小さい値の線形領域の
データが出力されることになり、捕捉特性を劣化させる
という問題がある。
本発明の目的は、このような欠点を除き、線形領域を
外れていることを示すデータを出力することにより、そ
の捕捉特性を改善した地球センサの姿勢角計測回路を提
供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の突抜走査型地球センサの姿勢計測回路の構成
は、突抜走査型地球センサから地球の存在を示すプレゼ
ンスパルスおよびリファレンスパルスを入力し一周期分
の地球パルスの波形の特徴信号を検出して所定ピッチ角
以上の範囲でピッチ角データの最大値を出力する地球パ
ルス識別回路と、前記地球センサからの各パルス信号に
よりそのロール角を計測し出力するロール角計測回路
と、前記地球センサからの各パルス信号によりそのピッ
チ角を計測し出力するピッチ角計測回路と、このピッチ
角計測回路の出力を前記所定ピッチ角以上の範囲で前記
地球パルス識別回路の出力により前記最大値に切替えて
出力するデータの切替器とを備えることを特徴とする。
本発明において、地球パルス識別回路が、地球の存在
を示すプレゼンスパルスおよびレファレンスパルスを入
力し1周期分の地球パルスの波形の特徴信号を検出して
出力する第1の論理回路と、この第1の論理回路からの
特徴信号を記憶するレジスタと、このレジスタからの特
徴信号に従って、ピッチ角の極性制御信号を形成する第
2の論理回路とからなることもできる。
〔実施例〕
次に、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例のディジタル信号処理回路
部分のブロック図である。本実施例は、第6図の従来例
の姿勢角計測回路であるディジタル信号処理回路7に地
球パルス識別回路11、データ切替器14が付加されたもの
である。すなわち、従来のピッチ角、ロール角計測回路
12,13にこれらの回路11,14が追加された構成となってい
る。
ピッチ角計測回路12は、エンコーダ回路3からのリフ
ァレンスパルスC、アナログ信号処理回路6からの地球
パルスEおよびエンコーダパルス(ENC)、タイミング
信号Pからピッチ角を出力するが、この出力は地球パル
ス識別回路11からのデータ制御信号によりデータ切替器
14で切替えられて出力される。また、ロール角計測回路
13は、北,南赤外線検知器4,5からの地球パルスE1,E2
エンコーダパルスENCとタイミング信号Pとからロール
角を出力する。
この地球パルス識別回路11は、第2図のブロック図に
示される。すなわち、状態遷移用論理回路21と、この論
理回路2の各出力を一時保持するフリップフロップ群22
と、出力論理回路23とから構成される。
第3図は第1図の地球パルス識別回路11で検出する地
球パルスの波形図を示している。Sは走査パルス、Cは
リファレンスパルス、Ea〜Eeは地球パルスの例を示す。
これらの地球パルスは、北側地球パルスE1と南側地球パ
ルスE2の論理和で構成され、パルスEaからEdまでは、地
球パルスがオンの期間にリファレンスパルスCの立上
り,立下りがないため、従来の計測回路では正しく計測
できなかった。この地球パルス識別回路11はパルスEa,E
dの場合に、ピッチ各データを出力として、+MAX値を出
力し、パルスEa,Edの場合に−MAX値を出力する機能を有
し、またパルスEeの場合には、従来のピッチ計測が有効
となるのでその計測値を出力する。
第4図は第2図の状態遷移図を示し、S1〜S13により
計13個の状態を示しており、これらは4個の状態変数で
表現できる。
まず、初期状態S1では、タイミング信号Pの立上りで
地球パルスの有無を判別する。この地球パルスがオンで
あれば状態S2に移り、ピッチデータ+MAXを出力する。
地球パルスがオフの時には状態S3に移り、リファレンス
パルスCか、地球パルスを待つ。先に、リファレンスパ
ルスCが検出された場合は。状態S4に移行して−MAXを
出力する。先に、地球パルスが検出された場合は状態S5
に移行し、地球パルスの立下りか、あるいは、リファレ
ンスパルスを待つ。
地球パルスの立下りが先に検出された場合は、状態S6
に移行して−MAXを出力する。リファレンスパルスCが
先に来た場合には、更に状態S7に移行してタイミングパ
ルスTを待つ。
タイミングパルス5がオンの時に、地球パルスがオン
であれば状態S8へ移行して−MAXを出力する。地球パル
スがオフの時には状態S9へ移行し、リファレンスパルス
の立下り又は地球パルスの立下りを待つ。先にリファレ
ンスパルスの立下りが検出された場合には、状態S10
移行し、+MAXを出力する。先に地球パルスがオンにな
れば、状態S11へ移行し、リファレンスパルスの立下り
か、地球パルスの立下りを待つ。この地球パルスの立下
りが検出されれば、状態S12へ移行して−MAXを出力す
る。リファレンスパルスの立下りが検出されれば、状態
S13へ移行し、ピッチ角計測回路12で得られた計測値を
出力する。
第2図に示すハードウェア構成において、この回路は
シーケンス制御等でよく使用されるものである。FF
(1)〜FF(4)のフリップフロップ群22は第4図のS1
〜S13の全ての状態を表現するための部分であり、リセ
ット信号で初期状態S1に設定される。状態遷移用論理回
路21は、現在の状態(FF(1)〜FF(4)の状態)と、
各入力信号から、次に移行すべき状態を決め、FF(1)
〜FF(4)を変更するための組合せ論理回路である。出
力用論理回路23は、現在の状態によって出力すべきデー
タ制御信号を生成するための組合せ論理回路である。例
えば、第4図の状態S2,S6,S10の時には、+MAX出力信号
をハイにするような論理機能を持つ。
第5図は地球パルス識別回路11を付加することにより
実現されたピッチ伝達特性図を示している。所望の特性
線Aに対して出力特性線Bが改善されていることを示し
ている。
このように本実施例は、地球パルス識別回路1を付加
し、通常の計測モードとそれ以外のモードを識別し、通
常の計測モードでない時には、その時のピッチ角の極性
を検出し、ピッチ角データの最大値を出力することによ
り、ピッチ出力伝達性を改善している。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、従来のピッチ角計測回
路に地球パルス識別回路を付加し、通常の計測モードと
それ以外のモードを識別し、通常の計測モードでない時
には、その時のピッチ角の極性を検出し、ピッチ角デー
タの最大値を出力することにより、ピッチ出力伝達特性
を改善し、宇宙機の地球捕捉特性を改善できるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のディジタル信号処理回路部
分のブロック図、第2図は第1図の地球パルス識別回路
のブロック図、第3図は第2図を説明する波形図、第4
図は第2図の状態を説明する状態遷移図、第5図は本実
施例の出力特性図、第6図は従来の突抜走査型地球セン
サの一例のブロック図、第7図は一般の突抜走査型地球
センサの原理を説明する模式図、第8図は第6図を説明
する波形図、第9図は第6図の動作を説明する模式図、
第10図は第6図の出力特性図である。 1……走査ミラー、2……走査ミラー駆動回路、3……
光学式エンコーダ回路、4,5……北,南チャンネル赤外
線検出器、6……アナログ信号処理回路、7……ディジ
タル信号処理回路、11……地球パルス識別回路、12……
ピッチ角計測回路、13……ロール角計測回路、14……デ
ータ切替器、21……状態遷移用論理回路、22……フリッ
プフロップ群、23……出力用論理回路、E……地球ディ
スク、l1,l2……走査軌跡、S1〜S11……状態ステップ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】突抜走査型地球センサから地球の存在を示
    すプレゼンスパルスおよびリファレンスパルスを入力し
    一周期分の地球パルスの波形の特徴信号を検出して所定
    ピッチ角以上の範囲でピッチ角データの最大値を出力す
    る地球パルス識別回路と、前記地球センサからの各パル
    ス信号によりそのロール角を計測し出力するロール角計
    測回路と、前記地球センサからの各パルス信号によりそ
    のピッチ角を計測し出力するピッチ角計測回路と、この
    ピッチ角計測回路の出力を前記所定ピッチ角以上の範囲
    で前記地球パルス識別回路の出力により前記最大値に切
    替えて出力するデータの切替器とを備えることを特徴と
    する突抜走査型地球センサの姿勢角計測回路。
  2. 【請求項2】地球パルス識別回路が、地球の存在を示す
    プレゼンスパルスおよびレファレンスパルスを入力し1
    周期分の地球パルスの波形の特徴信号を検出して出力す
    る第1の論理回路と、この第1の論理回路からの特徴信
    号を記憶するレジスタと、このレジスタからの特徴信号
    に従って、ピッチ角の極性制御信号を形成する第2の論
    理回路とからなる請求項1記載の突抜走査型地球センサ
    の姿勢角計測回路。
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