JP2949219B2 - 光学観測による対象物の姿勢推定方法 - Google Patents
光学観測による対象物の姿勢推定方法Info
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- JP2949219B2 JP2949219B2 JP9205184A JP20518497A JP2949219B2 JP 2949219 B2 JP2949219 B2 JP 2949219B2 JP 9205184 A JP9205184 A JP 9205184A JP 20518497 A JP20518497 A JP 20518497A JP 2949219 B2 JP2949219 B2 JP 2949219B2
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- Navigation (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば地上局から
人工衛星等の飛翔体の姿勢を観測する光学観測による対
象物の姿勢推定方法に関するものである。
人工衛星等の飛翔体の姿勢を観測する光学観測による対
象物の姿勢推定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から人工衛星等の飛翔体においては
その姿勢を検出して姿勢制御を行う必要があり、そのた
めには、該飛翔体の内部に搭載された３軸のジャイロス
コープ等を用いて姿勢制御を行っていた。
その姿勢を検出して姿勢制御を行う必要があり、そのた
めには、該飛翔体の内部に搭載された３軸のジャイロス
コープ等を用いて姿勢制御を行っていた。
【０００３】また、表面の全てにＣＣＲを備え、上記地
上局からのレーザ光線の反射して、上記地上局との距離
情報を上記地上局で観測できる測地用の人工衛星は存在
するが、これはあくまで測地を目的としたものであっ
て、上記人工衛星の姿勢情報を上記地上局で求めること
はできなかった。
上局からのレーザ光線の反射して、上記地上局との距離
情報を上記地上局で観測できる測地用の人工衛星は存在
するが、これはあくまで測地を目的としたものであっ
て、上記人工衛星の姿勢情報を上記地上局で求めること
はできなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記地
上局から直接的に上記飛翔体の姿勢情報を得る必要があ
る場合、上記した従来の方法では何れも不可能であると
いう問題を有していた。
上局から直接的に上記飛翔体の姿勢情報を得る必要があ
る場合、上記した従来の方法では何れも不可能であると
いう問題を有していた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の欠点
に鑑み提案されたもので、観測者側の表面の複数の位置
にＣＣＲが配設された観測対象物と、該観測対象物に対
して短パルスレーザ光を発射し、上記各ＣＣＲからの反
射光を受信して、その反射光の波形や往復に要した時間
から複数のピーク波形を検出し、該複数のピーク波形の
パターンを予め理論的に得られたパターンと、振幅、周
期、及び位相を比較して当てはめることにより、上記観
測対象物の姿勢を推定する光学観測による対象物の姿勢
推定方法を提供するものである。
に鑑み提案されたもので、観測者側の表面の複数の位置
にＣＣＲが配設された観測対象物と、該観測対象物に対
して短パルスレーザ光を発射し、上記各ＣＣＲからの反
射光を受信して、その反射光の波形や往復に要した時間
から複数のピーク波形を検出し、該複数のピーク波形の
パターンを予め理論的に得られたパターンと、振幅、周
期、及び位相を比較して当てはめることにより、上記観
測対象物の姿勢を推定する光学観測による対象物の姿勢
推定方法を提供するものである。
【０００６】また、本発明は、上記観測対象物における
上記ＣＣＲの配置が、１つのＣＣＲを配置し、そのＣＣ
Ｒを中心として同一円周上でしかも互いの間隔を変えて
複数のＣＣＲを配設した光学観測による対象物の姿勢推
定方法を提供するものである。
上記ＣＣＲの配置が、１つのＣＣＲを配置し、そのＣＣ
Ｒを中心として同一円周上でしかも互いの間隔を変えて
複数のＣＣＲを配設した光学観測による対象物の姿勢推
定方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態における
構成を示す概念図であって、１は対象物となるＣＣＲア
レイを挿着した人工衛星、２は地上の基地局のレーザ送
受信機、３は短パルスレーザ、４はレーザ送受信機２で
受信したレーザ光を電気信号に変換するフォトンディテ
クタ、５はフォトンディテクタ４の出力信号から対象物
となる人工衛星１の姿勢情報を検出する姿勢情報検出器
である。
基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態における
構成を示す概念図であって、１は対象物となるＣＣＲア
レイを挿着した人工衛星、２は地上の基地局のレーザ送
受信機、３は短パルスレーザ、４はレーザ送受信機２で
受信したレーザ光を電気信号に変換するフォトンディテ
クタ、５はフォトンディテクタ４の出力信号から対象物
となる人工衛星１の姿勢情報を検出する姿勢情報検出器
である。
【０００８】先ず、人工衛星１に対してレーザ送受信機
２から短パルスレーザを出力する。そして、人工衛星１
のＣＣＲアレイで反射した反射光をレーザ送受信機２で
受信し、フォトンディテクタ４で短パルスレーザ３と上
記反射光との時間差（レーザ光の往復した時間）や波形
データから複数のピークを検出する。そして、姿勢情報
検出器５では各ピークの振幅、周期、位相から予め分か
っているデータと比較して人工衛星１の姿勢を推定す
る。
２から短パルスレーザを出力する。そして、人工衛星１
のＣＣＲアレイで反射した反射光をレーザ送受信機２で
受信し、フォトンディテクタ４で短パルスレーザ３と上
記反射光との時間差（レーザ光の往復した時間）や波形
データから複数のピークを検出する。そして、姿勢情報
検出器５では各ピークの振幅、周期、位相から予め分か
っているデータと比較して人工衛星１の姿勢を推定す
る。
【０００９】なお、振幅はＣＣＲアレイの傾きの指標で
あり、正対する場合を傾きゼロとすると、傾き＝ｓｉｎ
-1（振幅／アレイ半径）であり、周期はＣＣＲアレイ平
面内における回転の速度の指標であり、位相は特定の時
刻に対するＣＣＲアレイ平面内における位相の指標とな
る。
あり、正対する場合を傾きゼロとすると、傾き＝ｓｉｎ
-1（振幅／アレイ半径）であり、周期はＣＣＲアレイ平
面内における回転の速度の指標であり、位相は特定の時
刻に対するＣＣＲアレイ平面内における位相の指標とな
る。
【００１０】図２は本発明の一実施形態における対象物
となる人工衛星１に搭載するＣＣＲアレイＣの構成を示
しており、Ｃ０は中央のＣＣＲ、Ｃ１〜Ｃ６はＣ０を中
心にした同一円周上に配置された複数のＣＣＲであっ
て、角度αは１１．２５度、２αは２２．５度、４αは
４５度、８αは９０度、１６αは１８０度となるように
配置されている。なお、現在のレーザ測距精度（１ｃｍ
以下）から考えるとＣＣＲアレイＣの大きさは１０ｃｍ
程度にまで小型化することが可能である。
となる人工衛星１に搭載するＣＣＲアレイＣの構成を示
しており、Ｃ０は中央のＣＣＲ、Ｃ１〜Ｃ６はＣ０を中
心にした同一円周上に配置された複数のＣＣＲであっ
て、角度αは１１．２５度、２αは２２．５度、４αは
４５度、８αは９０度、１６αは１８０度となるように
配置されている。なお、現在のレーザ測距精度（１ｃｍ
以下）から考えるとＣＣＲアレイＣの大きさは１０ｃｍ
程度にまで小型化することが可能である。
【００１１】
【実施例】光学望遠鏡を備える地上局から短パルスレー
ザ光を発射し、このシステムを塔載した人工衛星からの
反射を受けることを考える。実際に、このような能力を
持つ地上局は世界に数十局存在する。この場合、反射パ
ルスを受信する装置はストリークカメラや光電子増倍管
などの受信光の波形をできるだけ忠実に再現するものを
使わなければならない。
ザ光を発射し、このシステムを塔載した人工衛星からの
反射を受けることを考える。実際に、このような能力を
持つ地上局は世界に数十局存在する。この場合、反射パ
ルスを受信する装置はストリークカメラや光電子増倍管
などの受信光の波形をできるだけ忠実に再現するものを
使わなければならない。
【００１２】まず、ＣＣＲアレイ平面と地上局との位置
関係は、受信信号の広がり幅に注目すれば推定できる。
すなわち、アレイ平面が地上局に正対している場合は、
すべての ＣＣＲ（組）からの反射がほぼ同時に受信さ
れるが、大きく傾くほど受信時間のずれが増大する。
関係は、受信信号の広がり幅に注目すれば推定できる。
すなわち、アレイ平面が地上局に正対している場合は、
すべての ＣＣＲ（組）からの反射がほぼ同時に受信さ
れるが、大きく傾くほど受信時間のずれが増大する。
【００１３】次に、アレイ平面内の回転を調べるため、
各 ＣＣＲ（組）からの反射点のばらつきに注目する。
図２で示した配置の場合、平面内で３６０度回転する
間、円の中心からの反射を受信時刻を基準にして、各Ｃ
ＣＲからの反射の受信時刻をグラフにすると、図３のよ
うなパターンで推移する。図では各ＣＣＲがどの線にあ
たるか示したが、実際にはそれらを区別する方法はな
く、観測されたパターンを理論パターンとあてはめる作
業が必要である。
各 ＣＣＲ（組）からの反射点のばらつきに注目する。
図２で示した配置の場合、平面内で３６０度回転する
間、円の中心からの反射を受信時刻を基準にして、各Ｃ
ＣＲからの反射の受信時刻をグラフにすると、図３のよ
うなパターンで推移する。図では各ＣＣＲがどの線にあ
たるか示したが、実際にはそれらを区別する方法はな
く、観測されたパターンを理論パターンとあてはめる作
業が必要である。
【００１４】このような手順により、衛星の姿勢が推定
できる。また、２組以上のＣＣＲアレイ平面を組み合わ
せることにより、３次元の姿勢推定が可能になり、しか
も推定精度が向上する。
できる。また、２組以上のＣＣＲアレイ平面を組み合わ
せることにより、３次元の姿勢推定が可能になり、しか
も推定精度が向上する。
【００１５】レーザ光の発射の頻度は、対象物の姿勢変
動の速さ、及び要求される姿勢決定頻度によって決ま
り、技術的には現在は１０〜２０Ｈｚ程度であるが、近
い将来には１００〜１０００Ｈｚでの姿勢推定が可能に
なる。
動の速さ、及び要求される姿勢決定頻度によって決ま
り、技術的には現在は１０〜２０Ｈｚ程度であるが、近
い将来には１００〜１０００Ｈｚでの姿勢推定が可能に
なる。
【００１６】以上、本発明を図面に記載された実施の形
態に基づいて説明したが、本発明は上記した実施の形態
だけではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しな
い限りどのようにでも実施することができる。例えば、
本発明は光学的に観測を行える地上、水中等でも使用す
ることは可能であり、使用する場所や対象物を選ばな
い。また、小型で軽量にできることから、姿勢を測定す
る対象物の制限は少なくなる。
態に基づいて説明したが、本発明は上記した実施の形態
だけではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しな
い限りどのようにでも実施することができる。例えば、
本発明は光学的に観測を行える地上、水中等でも使用す
ることは可能であり、使用する場所や対象物を選ばな
い。また、小型で軽量にできることから、姿勢を測定す
る対象物の制限は少なくなる。
【００１７】
【発明の効果】以上要するに、本発明によれば、対象物
に搭載する装置は受動的なＣＣＲだけであり、構成はき
わめて簡単であるので故障する確率はきわめて低く、し
かも永久的に利用することができ、長期にわたる人工衛
星の姿勢変動を監視するのに有効である。また、姿勢を
推定するのみならず、測距も可能であり、地上局と飛翔
体との距離も高精度に計測できる。
に搭載する装置は受動的なＣＣＲだけであり、構成はき
わめて簡単であるので故障する確率はきわめて低く、し
かも永久的に利用することができ、長期にわたる人工衛
星の姿勢変動を監視するのに有効である。また、姿勢を
推定するのみならず、測距も可能であり、地上局と飛翔
体との距離も高精度に計測できる。
【図１】本発明の一実施形態における構成を示す概念図
である。
である。
【図２】本発明の一実施形態におけるＣＣＲの配置を示
す概念図である。
す概念図である。
【図３】本発明のＣＣＲからの反射光の理論値を示す特
性図である。
性図である。
１ 人工衛星 ２ レーザ送受信機 ３ 短パルスレーザ ４ フォトンディテクタ ５ 姿勢情報検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−257005（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−133715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−200100（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−79179（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−186189（ＪＰ，Ａ) 特許2853640（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−70168（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−12801（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−57409（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 G01B 11/26 G01C 15/00
Claims (2)
- 【請求項１】 観測者側の表面の複数の位置にコーナー
・キューブ・リフレクタ（以下ＣＣＲと記す）が配設さ
れた観測対象物と、該観測対象物に対して短パルスレー
ザ光を発射し、上記各ＣＣＲからの反射光を受信して、
その反射光の波形や往復に要した時間から複数のピーク
波形を検出し、該複数のピーク波形のパターンを予め理
論的に得られたパターンと、振幅、周期、及び位相を比
較して当てはめることにより、上記観測対象物の姿勢を
推定することを特徴とする光学観測による対象物の姿勢
推定方法。 - 【請求項２】 上記観測対象物における上記ＣＣＲの配
置は、１つのＣＣＲを配置し、そのＣＣＲを中心として
同一円周上でしかも互いの間隔を変えて複数のＣＣＲを
配設したことを特徴とする請求項１に記載の光学観測に
よる対象物の姿勢推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9205184A JP2949219B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | 光学観測による対象物の姿勢推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9205184A JP2949219B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | 光学観測による対象物の姿勢推定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1138134A JPH1138134A (ja) | 1999-02-12 |
| JP2949219B2 true JP2949219B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=16502810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9205184A Expired - Lifetime JP2949219B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | 光学観測による対象物の姿勢推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2949219B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1757956A1 (de) * | 2005-08-24 | 2007-02-28 | Leica Geosystems AG | Mehrzielfähiges Distanzmessverfahren nach dem Phasenmessprinzip |
| JP6233606B2 (ja) * | 2015-08-04 | 2017-11-22 | 日本電気株式会社 | 目標識別レーザ観測システム |
| CN108519589B (zh) * | 2018-03-08 | 2019-10-11 | 武汉大学 | 基于无源目标的星载激光测高仪足印定位方法 |
-
1997
- 1997-07-15 JP JP9205184A patent/JP2949219B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1138134A (ja) | 1999-02-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
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