JP3036491B2 - 人工衛星搭載用地球センサ及びその検出方法 - Google Patents
人工衛星搭載用地球センサ及びその検出方法Info
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- JP3036491B2 JP3036491B2 JP9312214A JP31221497A JP3036491B2 JP 3036491 B2 JP3036491 B2 JP 3036491B2 JP 9312214 A JP9312214 A JP 9312214A JP 31221497 A JP31221497 A JP 31221497A JP 3036491 B2 JP3036491 B2 JP 3036491B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人工衛星に搭載さ
れ、人工衛星の姿勢制御の為に利用されるミラースキャ
ン型地球センサに関し、特に人工衛星の地球に対するピ
ッチ角を計算する為の地球センサに関する。
れ、人工衛星の姿勢制御の為に利用されるミラースキャ
ン型地球センサに関し、特に人工衛星の地球に対するピ
ッチ角を計算する為の地球センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の地球センサは、ミラー水
平振動によるミラースキャン型地球センサが多く用いら
れ、たとえば特開昭６１−２０００９９号公報、あるい
は特開平０６−３３１３４６号公報には、ミラーをスキ
ャンさせてビームにより地球を走査し、人工衛星の地球
に対するピッチ角を計算する方法が記載されている。
平振動によるミラースキャン型地球センサが多く用いら
れ、たとえば特開昭６１−２０００９９号公報、あるい
は特開平０６−３３１３４６号公報には、ミラーをスキ
ャンさせてビームにより地球を走査し、人工衛星の地球
に対するピッチ角を計算する方法が記載されている。
【０００３】また、ピッチ角を計算する為には、ビーム
からピッチパルスを検出する必要があるが、この方法に
ついては、たとえば特開平０２−０７８９０９号公報に
記載されている。
からピッチパルスを検出する必要があるが、この方法に
ついては、たとえば特開平０２−０７８９０９号公報に
記載されている。
【０００４】図３および図４は、従来の地球センサの一
例を示す図である。
例を示す図である。
【０００５】図３は、地球センサの回路構成図であり、
Ｓは受光素子、１は増幅器、２は微分回路、３はコンパ
レータ、８はピッチ角検出部である。
Ｓは受光素子、１は増幅器、２は微分回路、３はコンパ
レータ、８はピッチ角検出部である。
【０００６】図４は、赤外線受光素子Ｓが地球Ｅの上を
西から東へスキャンする様子を示しており、図において
Ｎは赤外線受光素子からの入力信号を増幅した出力波
形、Ｏは、その波形の微分波形、Ｐは、微分波形をある
スレショルドＬ１とＬ２でコンパレートした出力波形
で、これをピッチパルスという。
西から東へスキャンする様子を示しており、図において
Ｎは赤外線受光素子からの入力信号を増幅した出力波
形、Ｏは、その波形の微分波形、Ｐは、微分波形をある
スレショルドＬ１とＬ２でコンパレートした出力波形
で、これをピッチパルスという。
【０００７】従来の地球センサにおいては、図４に示す
ように円状のビームにより地球の赤外線を受光し、増幅
器１で増幅する。増幅器１の出力信号Ｎ（図４のＮ）を
微分回路２で微分し、その微分波形（図４のＯ）をコン
パレータ３のあるスレショルドＬ１とＬ２でコンパレー
トすることによりピッチパルス（図４のＰ）を発生さ
せ、２つのピッチパルスの間隔、つまり（−Ｐ１＋Ｐ
２）を計測し、この計測値を元にしてピッチ角を検出し
ていた。
ように円状のビームにより地球の赤外線を受光し、増幅
器１で増幅する。増幅器１の出力信号Ｎ（図４のＮ）を
微分回路２で微分し、その微分波形（図４のＯ）をコン
パレータ３のあるスレショルドＬ１とＬ２でコンパレー
トすることによりピッチパルス（図４のＰ）を発生さ
せ、２つのピッチパルスの間隔、つまり（−Ｐ１＋Ｐ
２）を計測し、この計測値を元にしてピッチ角を検出し
ていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来技
術においては以下のような問題点がある。
術においては以下のような問題点がある。
【０００９】第１の問題点は、人工衛星の高度が変化し
たり、あるいは地球上の雲やガス、大気の状態が変化す
ると、地球からの赤外線受光量が変わり、この変化に応
じて図４における赤外線受光素子からの出力波形Ｎと微
分波形Ｏの振幅値が変化し、従ってＰ１とＰ２の値も変
化してしまうため、このＰ１とＰ２を元に計算するピッ
チ角に誤差が入り込んでいた。
たり、あるいは地球上の雲やガス、大気の状態が変化す
ると、地球からの赤外線受光量が変わり、この変化に応
じて図４における赤外線受光素子からの出力波形Ｎと微
分波形Ｏの振幅値が変化し、従ってＰ１とＰ２の値も変
化してしまうため、このＰ１とＰ２を元に計算するピッ
チ角に誤差が入り込んでいた。
【００１０】その理由は、図４におけるコンパレータの
スレショルド値Ｌ１とＬ２を固定にしてピッチパルスを
発生させ、その２つのピッチパルスの間隔（−Ｐ１＋Ｐ
２）を測定することによりピッチ角を計算していたこと
による。
スレショルド値Ｌ１とＬ２を固定にしてピッチパルスを
発生させ、その２つのピッチパルスの間隔（−Ｐ１＋Ｐ
２）を測定することによりピッチ角を計算していたこと
による。
【００１１】第２の問題点は、赤外線受光素子自身の温
度による特性変化、経年変化等により、図４における赤
外線受光素子からの出力波形Ｎに遅延時間が入り込んだ
り、振幅値が変化したりし、上記と同様に、ピッチ角に
誤差が入り込んでいた。
度による特性変化、経年変化等により、図４における赤
外線受光素子からの出力波形Ｎに遅延時間が入り込んだ
り、振幅値が変化したりし、上記と同様に、ピッチ角に
誤差が入り込んでいた。
【００１２】その理由は、上記と同様にコンパレータの
スレショルド値Ｌ１とＬ２の固定化が原因であった。
スレショルド値Ｌ１とＬ２の固定化が原因であった。
【００１３】本発明の目的は、人工衛星の高度変化、地
球上の大気の状態変化、あるいは赤外線受光素子自身の
特性変化や経年変化に依存しない安定したピッチパルス
を発生させ、ピッチ角の測定誤差を最小に押さえること
にある。
球上の大気の状態変化、あるいは赤外線受光素子自身の
特性変化や経年変化に依存しない安定したピッチパルス
を発生させ、ピッチ角の測定誤差を最小に押さえること
にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の人工衛星搭載用
ミラースキャン型地球センサは、地球センサの検出素子
を２素子に分割し、東西方向に地球をセンスする際に２
分したビームを形成することを特徴とする。前記地球セ
ンサは、２個の検出素子の各々を半円形状で構成し、前
記２個の半円形状の検出素子を円形になるように配置す
ることを特徴とする。また、２個の検出素子の受光信号
をそれぞれ増幅する２個の増幅回路と微分する２個の微
分回路と、前記微分回路の一方の出力信号を反転して他
方の微分回路の出力信号と加算する加算回路と、前記加
算回路の出力をある閾値でコンパレートする第１のコン
パレータと、前記微分回路の出力をそれぞれある閾値で
コンパレートする第２および第３のコンパレータと、前
記第２および第３のコンパレータの出力のＡＮＤをとる
第１のＡＮＤ回路と、前記第１のコンパレータの出力と
前記第１のＡＮＤ回路の出力のＡＮＤをとる第２のＡＮ
Ｄ回路と、前記第２のＡＮＤ回路の出力からピッチ角を
検出するピッチ角検出部を有する。さらに、前記第１の
コンパレータの前記ある閾値を、ゼロクロス点として検
出することを特徴とする。
ミラースキャン型地球センサは、地球センサの検出素子
を２素子に分割し、東西方向に地球をセンスする際に２
分したビームを形成することを特徴とする。前記地球セ
ンサは、２個の検出素子の各々を半円形状で構成し、前
記２個の半円形状の検出素子を円形になるように配置す
ることを特徴とする。また、２個の検出素子の受光信号
をそれぞれ増幅する２個の増幅回路と微分する２個の微
分回路と、前記微分回路の一方の出力信号を反転して他
方の微分回路の出力信号と加算する加算回路と、前記加
算回路の出力をある閾値でコンパレートする第１のコン
パレータと、前記微分回路の出力をそれぞれある閾値で
コンパレートする第２および第３のコンパレータと、前
記第２および第３のコンパレータの出力のＡＮＤをとる
第１のＡＮＤ回路と、前記第１のコンパレータの出力と
前記第１のＡＮＤ回路の出力のＡＮＤをとる第２のＡＮ
Ｄ回路と、前記第２のＡＮＤ回路の出力からピッチ角を
検出するピッチ角検出部を有する。さらに、前記第１の
コンパレータの前記ある閾値を、ゼロクロス点として検
出することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の回
路構成図である。
路構成図である。
【００１６】図１において、Ｓ１、Ｓ２は受光素子、１
は増幅器、２は増幅器の出力ａあるいはｂを微分する微
分回路、３は微分回路の出力ＡあるいはＢを、Ａあるい
はＢの信号の半値以下の閾値でコンパレートするコンパ
レータ、４はＡの反転信号である反転ＡとＢそのものを
加算する加算器、５は反転Ａ＋Ｂのゼロクロス点を検出
してピッチパルスを生成するゼロクロスコンパレータ、
６はＡＮＤ回路、７はＡＮＤ回路、８はピッチ角検出部
である。
は増幅器、２は増幅器の出力ａあるいはｂを微分する微
分回路、３は微分回路の出力ＡあるいはＢを、Ａあるい
はＢの信号の半値以下の閾値でコンパレートするコンパ
レータ、４はＡの反転信号である反転ＡとＢそのものを
加算する加算器、５は反転Ａ＋Ｂのゼロクロス点を検出
してピッチパルスを生成するゼロクロスコンパレータ、
６はＡＮＤ回路、７はＡＮＤ回路、８はピッチ角検出部
である。
【００１７】図２は、本発明の実施の形態を示すタイム
チャートである。
チャートである。
【００１８】図２を参照すると、従来の赤外線受光素子
は円状のビームとして赤外線を検知していたのに対し、
本発明の赤外線受光素子は地球をスキャンする方向に最
初の半円をＳ１素子とし、後半の半円をＳ２素子とする
ことにより、右と左に２分割した赤外線受光素子を構成
する。
は円状のビームとして赤外線を検知していたのに対し、
本発明の赤外線受光素子は地球をスキャンする方向に最
初の半円をＳ１素子とし、後半の半円をＳ２素子とする
ことにより、右と左に２分割した赤外線受光素子を構成
する。
【００１９】次に、図１の回路の動作について、図２を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００２０】図２は、赤外線受光素子Ｓ１とＳ２の入力
信号が変換されてピッチパルスが生成されるまでの過程
を示す図である。赤外線受光素子が地球Ｅを西から東へ
センスすると、赤外線受光素子Ｓ１の入力は増幅器１に
より増幅され、図２における信号ａとなる。また赤外線
受光素子Ｓ２の入力は同様に増幅器１により増幅され、
ａより少し遅れた信号ｂとなる。ａとｂはそれぞれ微分
回路２により微分され、それぞれ図２におけるＡとＢに
なる。ここでＡの信号を反転させＢの信号と加算器４で
加算する。加算器４からの出力、反転Ａ＋Ｂの信号にお
いて、ゼロクロスのタイミングは人工衛星の高度や赤外
線検出素子の特性変化等に関係なく一定のタイミングと
なる。その理由は、上記のように構成された受光素子と
信号処理回路を用いていることにより、人工衛星の高度
の変化や地球の大気の状態変化によって、ＡとＢの信号
の振幅がΔだけ変動したとしても、Ａの信号を反転させ
ている為、数１が成立する。
信号が変換されてピッチパルスが生成されるまでの過程
を示す図である。赤外線受光素子が地球Ｅを西から東へ
センスすると、赤外線受光素子Ｓ１の入力は増幅器１に
より増幅され、図２における信号ａとなる。また赤外線
受光素子Ｓ２の入力は同様に増幅器１により増幅され、
ａより少し遅れた信号ｂとなる。ａとｂはそれぞれ微分
回路２により微分され、それぞれ図２におけるＡとＢに
なる。ここでＡの信号を反転させＢの信号と加算器４で
加算する。加算器４からの出力、反転Ａ＋Ｂの信号にお
いて、ゼロクロスのタイミングは人工衛星の高度や赤外
線検出素子の特性変化等に関係なく一定のタイミングと
なる。その理由は、上記のように構成された受光素子と
信号処理回路を用いていることにより、人工衛星の高度
の変化や地球の大気の状態変化によって、ＡとＢの信号
の振幅がΔだけ変動したとしても、Ａの信号を反転させ
ている為、数１が成立する。
【００２１】
【数１】−（Ａ＋Δ）＋（Ｂ＋Δ）＝−Ａ＋Ｂ 数１から分かるように、Ａ、Ｂの振幅に影響を受けない
一定した閾値によるゼロクロスのタイミングの検出が可
能になるからである。
一定した閾値によるゼロクロスのタイミングの検出が可
能になるからである。
【００２２】上述したゼロクロスのタイミングＺ１ある
いはＺ２を検出するために、ＡあるいはＢの信号の半値
以下の閾値を設定したコンパレータ３を設けてＡ′∩
Ｂ′を生成し、ゼロクロスのタイミングＺ１あるいはＺ
２を検出するためのウインドウとする。このウインドウ
は、ＡＮＤ回路６により生成される。このウインドウの
中に入った反転Ａ＋Ｂの波形のゼロクロス点をゼロクロ
スコンパレータ５によって検出することにより、ゼロク
ロス点にピッチパルスＰを生成する。ゼロクロス点Ｚ１
あるいはＺ２はＡＮＤ回路７により検出される。その後
ピッチ角検出部８にてピッチパルスの間隔（−Ｐ１＋Ｐ
２）を計測し、この計測値を元にしてピッチ角を検出す
る。
いはＺ２を検出するために、ＡあるいはＢの信号の半値
以下の閾値を設定したコンパレータ３を設けてＡ′∩
Ｂ′を生成し、ゼロクロスのタイミングＺ１あるいはＺ
２を検出するためのウインドウとする。このウインドウ
は、ＡＮＤ回路６により生成される。このウインドウの
中に入った反転Ａ＋Ｂの波形のゼロクロス点をゼロクロ
スコンパレータ５によって検出することにより、ゼロク
ロス点にピッチパルスＰを生成する。ゼロクロス点Ｚ１
あるいはＺ２はＡＮＤ回路７により検出される。その後
ピッチ角検出部８にてピッチパルスの間隔（−Ｐ１＋Ｐ
２）を計測し、この計測値を元にしてピッチ角を検出す
る。
【００２３】なお、理想的には受光素子Ｓ１と受光素子
Ｓ２の境界の中心にゼロクロスポイントが生成されれば
良いのであるが、ビームの遅延時間δが常に発生する。
しかしながら本来のピッチ角θの計算は、西から東へビ
ームが移動する際、各々のピッチパルスと中心基準信号
との時間Ｐ１、Ｐ２から数２を元に計算される。
Ｓ２の境界の中心にゼロクロスポイントが生成されれば
良いのであるが、ビームの遅延時間δが常に発生する。
しかしながら本来のピッチ角θの計算は、西から東へビ
ームが移動する際、各々のピッチパルスと中心基準信号
との時間Ｐ１、Ｐ２から数２を元に計算される。
【００２４】
【数２】α×（−Ｐ１＋Ｐ２） α：比例定数 この数２に、今問題とする遅延時間δを加味すると、ピ
ッチ角θは数３から計算され、実際のピッチ角には何ら
影響の無いことが分かる。
ッチ角θは数３から計算され、実際のピッチ角には何ら
影響の無いことが分かる。
【００２５】
【数３】α×（−（Ｐ１＋δ）＋（Ｐ２＋δ））＝α×
（−Ｐ１＋Ｐ２）
（−Ｐ１＋Ｐ２）
【００２６】
【発明の効果】第１の効果は、人工衛星の高度の変化、
あるいは地球上の雲、ガス、大気の状態等の影響を受け
ない安定した高精度のピッチパルスを生成出来ることで
ある。
あるいは地球上の雲、ガス、大気の状態等の影響を受け
ない安定した高精度のピッチパルスを生成出来ることで
ある。
【００２７】その理由は、ビームの２分割合成波形を生
成することにより、人工衛星の高度や、地球の端の大気
状態に影響を受けないゼロクロス点、すなわち閾値の固
定点Ｚ１あるいはＺ２を作ることができる為である。
成することにより、人工衛星の高度や、地球の端の大気
状態に影響を受けないゼロクロス点、すなわち閾値の固
定点Ｚ１あるいはＺ２を作ることができる為である。
【００２８】第２の効果は、人工衛星内部の温度、ノイ
ズ、電源電圧の変動等の影響を受けずに、安定した高精
度のピッチパルスを生成できることである。
ズ、電源電圧の変動等の影響を受けずに、安定した高精
度のピッチパルスを生成できることである。
【００２９】その理由は、ビームの２分割合成波形を生
成することにより、装置内部ドリフトに影響を受けない
ゼロクロス点、すなわち閾値の固定点Ｚ１あるいはＺ２
を作ることができる為である。
成することにより、装置内部ドリフトに影響を受けない
ゼロクロス点、すなわち閾値の固定点Ｚ１あるいはＺ２
を作ることができる為である。
【図１】本発明の実施の形態の回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態を示すタイムチャートであ
る。
る。
【図３】従来の実施例の回路構成図である。
【図４】従来の実施例のタイムチャートである。
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ 受光素子 １ 増幅器 ２ 微分回路 ３ コンパレータ ４ 加算器 ５ ゼロクロスコンパレータ ６、７ ＡＮＤ回路 ８ ピッチ角検出部 Ｅ 地球
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 21/24 B64G 1/36 G01C 1/00
Claims (7)
- 【請求項１】 人工衛星搭載用ミラースキャン型地球セ
ンサにおいて、前記地球センサの検出素子を２素子に分
割し、東西方向に地球をセンスする際に２分したビーム
を形成することを特徴とする人工衛星搭載用ミラースキ
ャン型地球センサ。 - 【請求項２】 人工衛星搭載用ミラースキャン型地球セ
ンサにおいて、前記地球センサの２個の検出素子の各々
を半円形状で構成し、前記２個の半円形状の検出素子を
円形になるように配置することを特徴とする人工衛星搭
載用ミラースキャン型地球センサ。 - 【請求項３】 前記地球センサが赤外線を検出すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の人工衛星
搭載用ミラースキャン型地球センサ。 - 【請求項４】 人工衛星搭載用ミラースキャン型地球セ
ンサにおいて、前記地球センサの２個の検出素子の受光
信号をそれぞれ増幅する２個の増幅回路と微分する２個
の微分回路と、前記微分回路の一方の出力信号を反転し
て他方の微分回路の出力信号と加算する加算回路と、前
記加算回路の出力をある閾値でコンパレートする第１の
コンパレータと、前記微分回路の出力をそれぞれある閾
値でコンパレートする第２および第３のコンパレータ
と、前記第２および第３のコンパレータの出力のＡＮＤ
をとる第１のＡＮＤ回路と、前記第１のコンパレータの
出力と前記第１のＡＮＤ回路の出力のＡＮＤをとる第２
のＡＮＤ回路と、前記第２のＡＮＤ回路の出力からピッ
チ角を検出するピッチ角検出部を有する人工衛星搭載用
ミラースキャン型地球センサ。 - 【請求項５】 前記受光信号が赤外線であることを特徴
とする請求項４に記載の人工衛星搭載用ミラースキャン
型地球センサ。 - 【請求項６】 前記第１のコンパレータの前記ある閾値
を、ゼロクロス点として検出することを特徴とする請求
項４に記載の人工衛星搭載用ミラースキャン型地球セン
サ。 - 【請求項７】 地球センサの２個の検出素子の受光信号
をそれぞれ増幅する２個の増幅ステップと微分する２個
の微分ステップと、前記微分ステップの一方の出力信号
を反転して他方の微分ステップの出力信号と加算する加
算ステップと、前記加算ステップの出力をある閾値でコ
ンパレートする第１のコンパレートステップと、前記微
分ステップの出力をそれぞれある閾値でコンパレートす
る第２および第３のコンパレートステップと、前記第２
および第３のコンパレートステップの出力のＡＮＤをと
る第１のＡＮＤステップと、前記第１のコンパレートス
テップの出力と前記第１のＡＮＤステップの出力のＡＮ
Ｄをとる第２のＡＮＤステップと、前記第２のＡＮＤス
テップの出力からピッチ角を検出するピッチ角検出ステ
ップを有する地球センサの検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9312214A JP3036491B2 (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | 人工衛星搭載用地球センサ及びその検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9312214A JP3036491B2 (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | 人工衛星搭載用地球センサ及びその検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11142180A JPH11142180A (ja) | 1999-05-28 |
| JP3036491B2 true JP3036491B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=18026574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9312214A Expired - Lifetime JP3036491B2 (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | 人工衛星搭載用地球センサ及びその検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3036491B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108489923A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-09-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 基于双敏感元差分信号的红外气体成像焦平面及成像方法 |
-
1997
- 1997-11-13 JP JP9312214A patent/JP3036491B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108489923A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-09-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 基于双敏感元差分信号的红外气体成像焦平面及成像方法 |
| CN108489923B (zh) * | 2018-01-30 | 2020-08-07 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 基于双敏感元差分信号的红外气体成像焦平面及成像方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11142180A (ja) | 1999-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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