JP2803638B2

JP2803638B2 - アライメントの変位検出装置

Info

Publication number: JP2803638B2
Application number: JP14384796A
Authority: JP
Inventors: 一秀野口
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-06-06
Filing date: 1996-06-06
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: JPH09325020A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アライメントの変
位検出装置に関し、例えば、人工衛星構体の歪に伴なう
画像撮像中心視線方向（以下、アライメントとも言う）
の変位を、高精度で検出するアライメントの変位検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人工衛星は一般に、高精度観測セ
ンサを搭載している。特に近年、人工衛星の搭載用ミッ
ション機器である観測センサが、増々高精度化へ進むこ
とにより、従来はあまり気にする必要のなかった観測セ
ンサおよび恒星センサが取付けられている人工衛星構体
の歪によるアライメント（画像撮像中心視線方向）のズ
レを高精度に検出し、補正を行なう必要が生じてきた。
そのアライメントの位置補正は、人工衛星の観測精度と
重要な関連を有する。

【０００３】人工衛星へ搭載された観測センサおよび恒
星センサのアライメントは、宇宙空間の温度変化の激し
い環境下において変動する。この変動量を、リアルタイ
ムで高精度で観測しアライメントの補正することが求め
られる。

【０００４】例えば従来例１の特開平７−２９４２７９
号公報の「撮影姿勢検出装置」は、画像を帯状に撮像す
る一次元ＣＣＤと、このＣＣＤに垂直列のピクセルが直
交して配置されて同一画像を撮像する二次元ＣＣＤとか
ら構成される。この構成において、撮像指向方向が変位
していない場合には、撮像画像中の特徴点が二次元ＣＣ
Ｄの同一垂直列のピクセル上を移動するが、変位がある
と特徴点が二次元ＣＣＤの同一垂直列のピクセル上を移
動せず、複数の垂直列のピクセル上を斜めに横切ってゆ
くこととなる。この同一垂直列からのずれを画像処理に
よって求めることにより、撮像指向方向の変位を検出す
る方式である。

【０００５】従来例２の特開平４−２３７０３８号公報
の「画像撮像動作補正システム」は、ジンバル上にミラ
ーを動かして中心視線方向を走査する画像撮像用カメラ
を乗せて、姿勢センサからの衛星姿勢情報、慣性基準装
置からの衛星角速度情報、地上局からの衛星軌道情報お
よび画像撮像用カメラの熱歪モデル情報に基づき、ジン
バルに補正コマンドを送り、画像撮像用カメラの中心視
線方向の誤差を補正する方式に関するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各従来例には下記の問題点を伴う。従来例１では撮像画
像中の特徴点の形状によっては輪郭検出、しきい値の変
更など複雑な処理が要求され、リアルタイムにこれらを
処理しようとすると、かなり高速な専用の画像プロセッ
サが必要となる。その理由は、特徴点を、撮像する画像
の中から選別して処理する必要がある点にある。特徴点
を見つけ難い平地や海等の変化の少ない場所の撮像で
は、変位の検出が出来ない場合もあるからである。

【０００７】従来例２では、ジンバルの取付けられてい
る人工衛星構体そのものが熱等により歪が発生すること
に対し、カメラの撮像方向の補正が出来ないことであ
る。その理由は、本従来例では人工衛星構体そのものの
歪は補正の対象となっていない点が挙げられる。従って
補正の精度に限界が生じる。

【０００８】本発明は、観測センサの観測精度の向上を
可能とするアライメントの変位検出装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明のアライメントの変位検出装置は、姿勢を検
出するために恒星の撮像を行なう恒星センサと、撮像し
た撮像データを取込んで姿勢を制御するコンピュータ
と、人工衛星を構成する人工衛星構体の所定の部所に取
付けられた少なくとも２個のレーザダイオードと、この
レーザダイオードから発射された光を曲げるプリズム
と、このプリズムで曲げられた光を受光するＣＣＤとを
有し、ＣＣＤへの光の結像位置情報をコンピュータへ出
力することにより人工衛星構体の歪量を検出することを
特徴としている。

【００１０】また、上記コンピュータは、撮像データ
と、結像位置情報とを入力し、現時点の恒星の姿勢およ
び人工衛星構体の歪量を算出し、人工衛星のアライメン
ト変移の補正に必要なデータを出力するとよい。

【００１１】さらに、上記の補正に必要なデータは、人
工衛星が撮像した画像データと多重化され地上局へ送信
されるとよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よるアライメントの変位検出装置の実施の形態を詳細に
説明する。図１を参照すると、本発明のアライメントの
変位検出装置の一実施形態が示されている。

【００１３】図１は、本実施形態のアライメントの変位
検出装置が適用される人工衛星の外観斜視図である。図
１において、人工衛星は、人工衛星構体１、高精度観測
センサ３、恒星センサ４、レーザダイオード５、衛星構
体歪量検出器６、プリズム７、姿勢制御系のコンピュー
タ８、恒星センサデータ出力ケーブル９、歪量検出デー
タ出力ケーブル１０、歪量変移データおよび衛星の姿勢
情報ケーブル１１を有して構成され、地球２上には本人
工衛星と交信する地上局が設けられている。

【００１４】図２は、本構成の人工衛星構体１に歪みを
生じた状態を概念的に表している。さらに、図３は、上
記の構成に基づき衛星構体歪量検出器６が人工衛星構体
１の歪みを検出する構成を示す概念図である。図３は、
歪み検出のメカニズムをも概念的に表している。図３に
おいて、衛星構体歪量検出器６は、衛星構体歪量検出器
内部にＣＣＤ１２、衛星構体歪量検出器用レンズ１３と
を有して構成される。

【００１５】構成例を示す図１〜図３において、人工衛
星構体１の上に、地球を観測するミッション機器である
高精度観測センサ３、天空の星座の画像を撮像し衛星の
姿勢を検出するための恒星センサ４が取付けられてい
る。また、高精度観測センサ３および恒星センサ４の出
来るだけ近くの構体パネル上に、レーザダイオード５が
取付けられている。

【００１６】このレーザダイオード５が発射する光は、
ＣＣＤ１２を用いた衛星構体歪量検出器６へ入射される
ようにプリズム７が配置されている。今、人工衛星構体
１が熱等によって歪むと、レーザダイオード５の位置が
その歪に応じて変位する。この変位を衛星構体歪量検出
器６のＣＣＤ１２が検出し、姿勢制御系のコンピュータ
８へ出力する。

【００１７】この姿勢制御系のコンピュータ８は、恒星
センサ４からの星の位置検出情報を専用ケーブル９によ
り入力すると同時に、衛星構体歪量検出器６からの歪量
検出データを専用ケーブル１０により入力する。この両
信号より姿勢制御系のコンピュータ８は、恒星センサ４
の人工衛星構体歪によるアライメントの変位を補正し、
人工衛星の姿勢を理想的な位置に向けるよう制御する。
また、この制御と同時に、構体歪によるアライメントの
変位に関する情報および補正後の衛星の姿勢情報を、専
用ケーブル１１により高精度観測センサ３へ出力する。

【００１８】高精度観測センサ３は、このアライメント
の変位情報と姿勢情報とを、撮像中の画像データにリア
ルタイムで多重化して、地上局２へダウンリンクする。
地上局２では、この画像データと人工衛星構体の歪量デ
ータおよび姿勢情報により、取得した画像データの位置
関係のリアルタイムでの補正が可能となる。本手順によ
り、観測データの精度を飛躍的に向上させることが出来
る。

【００１９】実際の歪量算出の例を具体的数値例を使っ
て以下に示す。今、図３に示すように衛星構体歪量検出
器６のレンズ１３の焦点距離１４を１００ｍｍ、ＣＣＤ
１２からレンズ１３およびプリズム７を経由したレーザ
ダイオード５までの距離１５を１ｍと仮定する。この仮
定において、レーザダイオード５が１ｍｍだけ−Ｘ座標
方向に変位すると、レーザダイオード５のＣＣＤ１２上
の点像は０．１ｍｍだけ＋Ｚ座標方向へ移動する。

【００２０】今、ＣＣＤ１２のピクセルサイズを１０μ
ｍ×１０μｍとすると、この０．１ｍｍの変位はＣＣＤ
１２の１０ピクセル分に相当する。この変位を、姿勢制
御系のコンピュータ８へ送ることにより、人工衛星構体
１の変位量を１ピクセル当りの分解能で検出できる。変
位の分解能は、ＣＣＤ１２を構成するピクセル上におけ
る点像のアドレスの変化情報であり、本実施形態の場合
０．１ｍｍ／ピクセルである。

【００２１】実際の人工衛星では、打上げ前に、地上で
恒星センサ４と高精度観測センサ３の絶対位置が理想的
な位置関係となるようにアライメント調整が行なわれ
る。その状態で、レーザダイオード５の点像が衛星構体
歪量検出器６のＣＣＤ１２のほぼ中央になるように、プ
リズム７および衛星構体歪量検出器６が取付けられる。
人工衛星の打上げ後は、重力の影響がなくなることおよ
び熱歪が加わることによって、ＣＣＤ上をレーザダイオ
ード５の点像が動くこととなる。

【００２２】上記の実施形態によれば、人工衛星構体の
歪の検出を、よりシンプルな構成で実現出来る。このこ
とにより小型軽量化、および歪量検出器で検出する画像
がレーザダイオードからの点像であることにより、検出
処理が簡素化される。さらには、リアルタイム化および
検出の高精度化が合わせて実現可能となる。

【００２３】さらに、撮像した画像からの微点を検出お
よび解析する工程が不要であり、ゆっくりとしたレーザ
ダイオードからの点像の変位を検出する。よって、専用
のシグナルプロセッサが不要であり、低コスト化が図れ
る。撮像画像の中に特徴点がなくても歪量の検出および
補正が実現できる。

【００２４】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能
である。例えば、上記の実施形態では、衛星構体歪量検
出器６の検出データを姿勢制御系のコンピュータで行っ
たが、コンピュータを経由せず、高精度観測センサへ直
接渡して処理してもよい。また、ＣＣＤは、撮像カメラ
でもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
のアライメントの変位検出装置は、姿勢を検出するため
に恒星の撮像を行ない、撮像した撮像データを取込んで
姿勢を制御する。人工衛星を構成する人工衛星構体の所
定の部所に取付けられた少なくとも２個のレーザダイオ
ードから発射された光をプリズムが曲げ、このプリズム
で曲げられた光をＣＣＤが受光する。ＣＣＤへの光の結
像位置情報をコンピュータへ出力することにより、人工
衛星構体の歪量を検出する。

【００２６】よって、人工衛星が軌道を回ることによっ
て刻々と変化する熱歪による観測センサおよび恒星セン
サのアライメントのズレを、精度よく、かつ、リアルタ
イムで補正することが可能となる。打ち上げ後の構体の
歪を解析ではなく、実測することにより歪量を検出し、
その歪量の測定値をリアルタイムでかつＣＣＤのピクセ
ルサイズの分解能（ミクロンオーダ）で測定することが
可能である。

【００２７】第２の効果は、低コストでの補正が実現出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアライメントの変位検出装置の実施形
態を示す斜視概念図である。

【図２】図１において実際の衛星構体歪が発生した場合
の構体の変位例を示す。

【図３】具体的な数値例を使っての検出メカニズムを示
す図である。

【符号の説明】１人工衛星構体２地球３高精度観測センサ４恒星センサ５レーザダイオード６衛星構体歪量検出器７プリズム８姿勢制御系のコンピュータ９恒星センサデータ出力ケーブル１０歪量検出データ出力ケーブル１１歪量変移データおよび衛星の姿勢情報ケーブル１２ＣＣＤ１３衛星構体歪量検出器用レンズ１４レンズの焦点距離１５焦点距離

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】姿勢を検出するために恒星の撮像を行な
う恒星センサと、前記撮像した撮像データを取込んで姿勢を制御するコン
ピュータと、人工衛星を構成する人工衛星構体の所定の部所に取付け
られた少なくとも２個のレーザダイオードと、該レーザダイオードから発射された光を曲げるプリズム
と、該プリズムで曲げられた光を受光するＣＣＤとを有し、該ＣＣＤへの前記光の結像位置情報を前記コンピュータ
へ出力することにより前記人工衛星構体の歪量を検出す
ることを特徴とするアライメントの変位検出装置。
【請求項２】前記コンピュータは、前記撮像データ
と、前記結像位置情報とを入力し、現時点の恒星の姿勢
および前記人工衛星構体の歪量を算出し、該人工衛星の
アライメント変移の補正に必要なデータを出力すること
を特徴とする請求項１記載のアライメントの変位検出装
置。
【請求項３】前記補正に必要なデータは、前記人工衛
星が撮像した画像データと多重化され地上局へ送信され
ることを特徴とする請求項１または２記載のアライメン
トの変位検出装置。