JP3279064B2 - 宇宙機の姿勢決定装置 - Google Patents
宇宙機の姿勢決定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、人工衛星を含む宇宙
機の姿勢を決定をする装置に関するものである。
機の姿勢を決定をする装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図は従来の太陽指向時の姿勢決定装置を
示すものである。図において１は地球の赤外線を探知す
ることで宇宙機のロール角を感知する地球センサー、２
は太陽の位置を捕捉することで宇宙機のピッチ角とヨー
角を感知する太陽センサー、３、４、５はそれぞれロー
ル角速度、ピッチ角速度、ヨー角速度を感知するジャイ
ロ、６、７、８はそれぞれ地球センサーのロール角出力
とロール角推定値、太陽センサーのピッチ角出力とピッ
チ角推定値、太陽センサーのヨー角出力とヨー角推定値
との差にかけるゲイン、９、１０、１１はそれぞれロー
ル角、ピッチ角、ヨー角に対する積分器である。次に動
作について説明する。地球センサー１および太陽センサ
ー２によって感知された宇宙機のロール角、ピッチ角、
ヨー角（但し、太陽指向であるため地球センサの信号は
一周回に一回しか取得できない）から、おのおのロール
角推定値、ピッチ角推定値、ヨー角推定値が差し引か
れ、ゲイン６、７、８がかけられる。それらの信号は、
ジャイロ３、４、５のドリフト成分を補正する。補正さ
れたジャイロ出力信号は積分器９、１０、１１で積分さ
れ、それぞれロール角推定値、ピッチ角推定値、ヨー角
推定値となる。
示すものである。図において１は地球の赤外線を探知す
ることで宇宙機のロール角を感知する地球センサー、２
は太陽の位置を捕捉することで宇宙機のピッチ角とヨー
角を感知する太陽センサー、３、４、５はそれぞれロー
ル角速度、ピッチ角速度、ヨー角速度を感知するジャイ
ロ、６、７、８はそれぞれ地球センサーのロール角出力
とロール角推定値、太陽センサーのピッチ角出力とピッ
チ角推定値、太陽センサーのヨー角出力とヨー角推定値
との差にかけるゲイン、９、１０、１１はそれぞれロー
ル角、ピッチ角、ヨー角に対する積分器である。次に動
作について説明する。地球センサー１および太陽センサ
ー２によって感知された宇宙機のロール角、ピッチ角、
ヨー角（但し、太陽指向であるため地球センサの信号は
一周回に一回しか取得できない）から、おのおのロール
角推定値、ピッチ角推定値、ヨー角推定値が差し引か
れ、ゲイン６、７、８がかけられる。それらの信号は、
ジャイロ３、４、５のドリフト成分を補正する。補正さ
れたジャイロ出力信号は積分器９、１０、１１で積分さ
れ、それぞれロール角推定値、ピッチ角推定値、ヨー角
推定値となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】宇宙機の姿勢決定は、
宇宙機のミッション遂行ためには不可欠な要素である。
しかしながら、従来の構造では一つのセンサーが故障す
ると、かならず一つの姿勢角が失われることになる。し
たがって、できるだけ姿勢決定の冗長性を確保するとい
う意味でも一つの装置で３軸すべての姿勢を決定するこ
とは重要な課題であった。
宇宙機のミッション遂行ためには不可欠な要素である。
しかしながら、従来の構造では一つのセンサーが故障す
ると、かならず一つの姿勢角が失われることになる。し
たがって、できるだけ姿勢決定の冗長性を確保するとい
う意味でも一つの装置で３軸すべての姿勢を決定するこ
とは重要な課題であった。
【０００４】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたものであり、太陽センサ、地球センサを用いるこ
となく３軸の姿勢決定できる宇宙機の姿勢決定装置を得
ることを目的とする。
されたものであり、太陽センサ、地球センサを用いるこ
となく３軸の姿勢決定できる宇宙機の姿勢決定装置を得
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明に係る宇宙機の
姿勢決定装置は、宇宙機に搭載され、地上画像を撮影す
る画像取得装置と、地上画像のリファレンスデータとそ
の画像を２次元フーリエ変換したデータとを予じめ格納
してある画像データベースと、上記画像取得装置で取得
された画像データを２次元フーリエ変換する２次元フー
リエ変換装置と、上記画像データベースに格納された２
次元フーリエ変換データと上記２次元フーリエ変換装置
の２次元フーリエ変換データの振幅成分を比較し、その
差に対応する回転角をヨー角リファレンスデータとして
出力する２次元フーリエ振幅成分比較装置と、上記２次
元フーリエ振幅成分比較装置により振幅成分に差がある
ときその差がなくなるように上記画像取得装置で取得さ
れた原像を回転させる原像回転装置と、上記原像回転装
置により回転修正された原像を平行移動させる原像平行
移動装置と、上記画像データベースに格納された原像デ
ータと上記平行移動された原像データとを比較してその
差がなくなるように上記原像平行移動装置を駆動し、そ
の平行移動距離に相当するピッチ角、ロール角リファレ
ンスデータを出力する原像比較装置とを具備したもので
ある。
姿勢決定装置は、宇宙機に搭載され、地上画像を撮影す
る画像取得装置と、地上画像のリファレンスデータとそ
の画像を２次元フーリエ変換したデータとを予じめ格納
してある画像データベースと、上記画像取得装置で取得
された画像データを２次元フーリエ変換する２次元フー
リエ変換装置と、上記画像データベースに格納された２
次元フーリエ変換データと上記２次元フーリエ変換装置
の２次元フーリエ変換データの振幅成分を比較し、その
差に対応する回転角をヨー角リファレンスデータとして
出力する２次元フーリエ振幅成分比較装置と、上記２次
元フーリエ振幅成分比較装置により振幅成分に差がある
ときその差がなくなるように上記画像取得装置で取得さ
れた原像を回転させる原像回転装置と、上記原像回転装
置により回転修正された原像を平行移動させる原像平行
移動装置と、上記画像データベースに格納された原像デ
ータと上記平行移動された原像データとを比較してその
差がなくなるように上記原像平行移動装置を駆動し、そ
の平行移動距離に相当するピッチ角、ロール角リファレ
ンスデータを出力する原像比較装置とを具備したもので
ある。
【０００６】また、この発明に係る宇宙機の姿勢決定装
置は宇宙機に搭載され、地上画像を撮影する画像取得装
置と、地上画像のリファレンスデータを所定距離ごとに
平行移動させた複数のデータと地上画像のリファレンス
データを所定角度ごとに回転させた複数の画像の２次元
フーリエ変換データとを予じめ格納してある画像データ
ベースと、上記画像取得装置で取得された画像データを
２次元フーリエ変換する２次元フーリエ変換装置と、上
記画像データベースに格納された複数の２次元フーリエ
変換データと上記２次元フーリエ変換装置の２次元フー
リエ変換データの振幅成分を同時並行的に比較すること
により最も差の小さい画像を検出し、その画像に対応す
る回転角をヨー角とする２次元フーリエ振幅成分並列型
比較装置と、上記比較装置の出力により上記２次元フー
リエ変換装置からの原像を回転させる原像回転装置と、
上記原像回転装置で回転された原像を上記画像データベ
ースに格納された所定距離ごとに平行移動の複数のデー
タと比較することにより最も差の小さいリファレンス画
像を検出し、その画像に対する平行移動距離に相当した
ロール角、ピッチ角のリファレンスデータを出力する原
像比較装置とを具備したものである。
置は宇宙機に搭載され、地上画像を撮影する画像取得装
置と、地上画像のリファレンスデータを所定距離ごとに
平行移動させた複数のデータと地上画像のリファレンス
データを所定角度ごとに回転させた複数の画像の２次元
フーリエ変換データとを予じめ格納してある画像データ
ベースと、上記画像取得装置で取得された画像データを
２次元フーリエ変換する２次元フーリエ変換装置と、上
記画像データベースに格納された複数の２次元フーリエ
変換データと上記２次元フーリエ変換装置の２次元フー
リエ変換データの振幅成分を同時並行的に比較すること
により最も差の小さい画像を検出し、その画像に対応す
る回転角をヨー角とする２次元フーリエ振幅成分並列型
比較装置と、上記比較装置の出力により上記２次元フー
リエ変換装置からの原像を回転させる原像回転装置と、
上記原像回転装置で回転された原像を上記画像データベ
ースに格納された所定距離ごとに平行移動の複数のデー
タと比較することにより最も差の小さいリファレンス画
像を検出し、その画像に対する平行移動距離に相当した
ロール角、ピッチ角のリファレンスデータを出力する原
像比較装置とを具備したものである。
【０００７】この発明に係る宇宙機の姿勢決定装置は、
宇宙機のロール角速度、ピッチ角速度およびヨー角速度
を検知するジャイロ装置と、上記ジャイロ装置により検
出されたロール角速度、ピッチ角速度およびヨー角速度
を上記ロール角、ピッチ角およびヨー角リファレンスデ
ータを用いて補正し、ロール角、ピッチ角、ヨー角推定
値を計算する手段とを具備したものである。
宇宙機のロール角速度、ピッチ角速度およびヨー角速度
を検知するジャイロ装置と、上記ジャイロ装置により検
出されたロール角速度、ピッチ角速度およびヨー角速度
を上記ロール角、ピッチ角およびヨー角リファレンスデ
ータを用いて補正し、ロール角、ピッチ角、ヨー角推定
値を計算する手段とを具備したものである。
【０００８】
【作用】この発明は軌道上の所定の位置において画像取
得装置によって取得された画像データは、２次元フーリ
エ変換装置によってフーリエ変換される。そして、それ
は、本来姿勢が正しければそのように見えるであろうリ
ファレンス画像データと２次元フーリエ振幅成分比較装
置で比較される。ここで重要な点は、２次元フーリエ変
換の振幅成分は画像の平行移動に関して不感であるため
回転角のみの情報を抽出できることである。２次元フー
リエ振幅成分比較装置で差が検出された場合には原像回
転装置により原像を回転させる。これを繰り返しリファ
レンス画像のフーリエ振幅成分データと一致する回転角
を見いだす。この回転角が宇宙機のヨー角に相当する。
回転角を修正した原像は原像平行移動装置によって平行
移動され、画像データベースに蓄積されている原像デー
タと原像比較装置で比較される。比較された結果差があ
れば、さらに平行移動をして差が許容範囲に入るまでこ
の操作を繰り返す。この平行移動の大きさが宇宙機のロ
ール角とピッチ角に相当する。
得装置によって取得された画像データは、２次元フーリ
エ変換装置によってフーリエ変換される。そして、それ
は、本来姿勢が正しければそのように見えるであろうリ
ファレンス画像データと２次元フーリエ振幅成分比較装
置で比較される。ここで重要な点は、２次元フーリエ変
換の振幅成分は画像の平行移動に関して不感であるため
回転角のみの情報を抽出できることである。２次元フー
リエ振幅成分比較装置で差が検出された場合には原像回
転装置により原像を回転させる。これを繰り返しリファ
レンス画像のフーリエ振幅成分データと一致する回転角
を見いだす。この回転角が宇宙機のヨー角に相当する。
回転角を修正した原像は原像平行移動装置によって平行
移動され、画像データベースに蓄積されている原像デー
タと原像比較装置で比較される。比較された結果差があ
れば、さらに平行移動をして差が許容範囲に入るまでこ
の操作を繰り返す。この平行移動の大きさが宇宙機のロ
ール角とピッチ角に相当する。
【０００９】また、この発明は、あらかじめデータとし
て原像を微小角ごとに回転させた複数の画像のフーリエ
変換像および原像を微小距離ごとに平行移動させた複数
の画像を作っておきそれをデータベースに蓄積してお
く。画像取得装置から得られた画像は、フーリエ変換装
置により２次元フーリエ変換される。そのフーリエ振幅
成分を予めデータベースに蓄積してある微小角毎に回転
させた複数のデータと比較器で同時並列的に比較する。
その結果一番フィットした時の回転角がヨー角となる。
原像をヨー角分回転させた像を原像回転装置で作成し、
それとあらかじめリファレンス原像を平行移動した複数
のデータと同時並列的に比較器で比較する。その結果一
番フィットした像に対応する平行移動分がロール角、ピ
ッチ角に相当する。
て原像を微小角ごとに回転させた複数の画像のフーリエ
変換像および原像を微小距離ごとに平行移動させた複数
の画像を作っておきそれをデータベースに蓄積してお
く。画像取得装置から得られた画像は、フーリエ変換装
置により２次元フーリエ変換される。そのフーリエ振幅
成分を予めデータベースに蓄積してある微小角毎に回転
させた複数のデータと比較器で同時並列的に比較する。
その結果一番フィットした時の回転角がヨー角となる。
原像をヨー角分回転させた像を原像回転装置で作成し、
それとあらかじめリファレンス原像を平行移動した複数
のデータと同時並列的に比較器で比較する。その結果一
番フィットした像に対応する平行移動分がロール角、ピ
ッチ角に相当する。
【００１０】この発明はロール角、ピッチ角、ヨー角の
リファレンスデータを用いてジャイロ装置の出力を補正
する。
リファレンスデータを用いてジャイロ装置の出力を補正
する。
【００１１】
実施例１．図１に基づき、実施例１を説明する。図１は
この発明に係わる発明の実施例であり、この発明の宇宙
機の姿勢決定装置は、地上の画像を取得する画像取得装
置１３とリファレンスデータを蓄積した画像データベー
ス１４と、取得した画像を２次元フーリエ変換する装置
１５と、そのフーリエ変換像の振幅成分と、データベー
ス１４に蓄積されたリファレンスデータのフーリエ変換
データを比較する２次元フーリエ振幅成分比較装置１６
と、その比較の結果により原像を回転させる原像回転装
置１７と、回転修正された原像を平行移動する原像平行
移動装置１８と、平行移動させた原像とデータベース１
４に蓄積されたリファレンス原像を比較する原像比較装
置１９から構成される。これらは以下のように動作す
る。
この発明に係わる発明の実施例であり、この発明の宇宙
機の姿勢決定装置は、地上の画像を取得する画像取得装
置１３とリファレンスデータを蓄積した画像データベー
ス１４と、取得した画像を２次元フーリエ変換する装置
１５と、そのフーリエ変換像の振幅成分と、データベー
ス１４に蓄積されたリファレンスデータのフーリエ変換
データを比較する２次元フーリエ振幅成分比較装置１６
と、その比較の結果により原像を回転させる原像回転装
置１７と、回転修正された原像を平行移動する原像平行
移動装置１８と、平行移動させた原像とデータベース１
４に蓄積されたリファレンス原像を比較する原像比較装
置１９から構成される。これらは以下のように動作す
る。
【００１２】データ処理の状態を模式的に図２に示すの
で、これにしたがって説明する。画像取得装置１３が所
定の位置における地上の画像ａ２を取得する。この場合
の画像取得装置とは、たとえば合成開口レーダの様なも
のであり地上の細かな凹凸まで写るものである。一方画
像データベース１４には、姿勢が正常である場合の地上
画像（原像リファレンスデータａ１）とそれを２次元フ
ーリエ変換したデータ（ｂ１）が予め蓄積されている。
画像取得装置１３で取得された画像データは２次元フー
リエ変換装置１５によってフーリエ変換される（ｂ
２）。このフーリエ変換の振幅成分と画像データベース
１４に蓄積されたその所定の位置から正常な姿勢で得ら
れるリファレンスデータのフーリエ変換の振幅成分を２
次元フーリエ振幅成分比較装置１６で比較する。比較の
仕方としては、各成分の差の自乗和を指標とする方法な
どが考えられる。ここで、画像の２次元フーリエ変換の
振幅成分は回転運動に対して不感であることを利用して
いる。すなわち、原像をｇ（ｘ，ｙ）、原像の２次元フ
ーリエ変換像をＧ（ｕ，ｖ）とすると
で、これにしたがって説明する。画像取得装置１３が所
定の位置における地上の画像ａ２を取得する。この場合
の画像取得装置とは、たとえば合成開口レーダの様なも
のであり地上の細かな凹凸まで写るものである。一方画
像データベース１４には、姿勢が正常である場合の地上
画像（原像リファレンスデータａ１）とそれを２次元フ
ーリエ変換したデータ（ｂ１）が予め蓄積されている。
画像取得装置１３で取得された画像データは２次元フー
リエ変換装置１５によってフーリエ変換される（ｂ
２）。このフーリエ変換の振幅成分と画像データベース
１４に蓄積されたその所定の位置から正常な姿勢で得ら
れるリファレンスデータのフーリエ変換の振幅成分を２
次元フーリエ振幅成分比較装置１６で比較する。比較の
仕方としては、各成分の差の自乗和を指標とする方法な
どが考えられる。ここで、画像の２次元フーリエ変換の
振幅成分は回転運動に対して不感であることを利用して
いる。すなわち、原像をｇ（ｘ，ｙ）、原像の２次元フ
ーリエ変換像をＧ（ｕ，ｖ）とすると
【００１３】
【数１】
【００１４】となる。原像をΔｘ，Δｙ平行移動した像
のフーリエ変換像をＧ’（ｕ，ｖ）とおくと、
のフーリエ変換像をＧ’（ｕ，ｖ）とおくと、
【００１５】
【数２】
【００１６】となり
【００１７】
【数３】
【００１８】が成り立ち、フーリエ変換像の振幅成分が
原像の平行移動に関して不感であることがわかる。
原像の平行移動に関して不感であることがわかる。
【００１９】上記２次元フーリエ振幅成分比較装置１６
の比較の結果差があったならば、原像回転装置１７で原
像を微小角回転させそれを２次元フーリエ変換しリファ
レンスと比較するという同じ処置を繰り返す。最終的に
比較器での比較によりフーリエ振幅成分がリファレンス
と一致（もしくは差が許容値以下）したなら図２のｃと
なりそれまでに回転させた角度がヨー角となる。回転分
を修正した原像（ｄ），（ｅ）を原像平行移動装置１７
により平行移動（ｆ）させ、それをリファレンスの原像
データと原像比較装置１８で比較する。この操作を比較
が一致するまで繰り返す。最終的に一致したときの平行
移動の量がロール角、ピッチ角に相当する。以上のよう
な、方法を用いることにより単一の装置により３軸すべ
ての姿勢を決定することができる。
の比較の結果差があったならば、原像回転装置１７で原
像を微小角回転させそれを２次元フーリエ変換しリファ
レンスと比較するという同じ処置を繰り返す。最終的に
比較器での比較によりフーリエ振幅成分がリファレンス
と一致（もしくは差が許容値以下）したなら図２のｃと
なりそれまでに回転させた角度がヨー角となる。回転分
を修正した原像（ｄ），（ｅ）を原像平行移動装置１７
により平行移動（ｆ）させ、それをリファレンスの原像
データと原像比較装置１８で比較する。この操作を比較
が一致するまで繰り返す。最終的に一致したときの平行
移動の量がロール角、ピッチ角に相当する。以上のよう
な、方法を用いることにより単一の装置により３軸すべ
ての姿勢を決定することができる。
【００２０】実施例２．図３はこの発明の実施例２を示
す図であり、図１に示した実施例１の構成に慣性航法装
置を付加したものである。慣性航法装置は、ロール角速
度を計測するジャイロ３、ピッチ角速度を計測するジャ
イロ４、ピッチ角速度を計測するジャイロ５、リファレ
ンスデータにより修正された角速度を積分する積分器
９、１０、１１および積分器９、１０、１１の出力とリ
ファレンスデータとの差にかけるロール、ピッチ、ヨー
のゲイン６、７、８とにより構成される。
す図であり、図１に示した実施例１の構成に慣性航法装
置を付加したものである。慣性航法装置は、ロール角速
度を計測するジャイロ３、ピッチ角速度を計測するジャ
イロ４、ピッチ角速度を計測するジャイロ５、リファレ
ンスデータにより修正された角速度を積分する積分器
９、１０、１１および積分器９、１０、１１の出力とリ
ファレンスデータとの差にかけるロール、ピッチ、ヨー
のゲイン６、７、８とにより構成される。
【００２１】画像取得装置１３が所定の位置における地
上の画像を取得する。その画像データは２次元フーリエ
変換装置１５によってフーリエ変換される。このフーリ
エ変換の振幅成分と画像データベースに蓄積されたその
所定の位置から正常な姿勢で得られるリファレンスデー
タのフーリエ変換の振幅成分を比較装置１６で比較しす
る。比較の結果、差があったならば、原像回転装置１７
で原像を微小角回転させそれに対し２次元フーリエ変換
をし、リファレンスと比較するという同じ処置を繰り返
す。最終的に比較器での比較によりフーリエ振幅成分が
リファレンスと一致（もしくは差が許容値以下）したな
らそれまでに回転させた角度がヨー角リファレンスとな
る。回転分を修正した原像を原像平行移動装置１８によ
り平行移動させ、それをリファレンスの原像データと原
像比較装置１９で比較する。この操作を比較が一致する
まで繰り返す。最終的に一致したときの平行移動の量が
ロール角リファレンス、ピッチ角リファレンスに相当す
る。このロール角、ピッチ角、ヨー角のリファレンスと
積分器９、１０、１１の出力差にゲイン６、７、８をか
けて積分器９、１０、１１に入力し、ロール、ピッチ、
ヨーのジャイロの角速度出力を補正し、ロール角、ピッ
チ角、ヨー角の推定値を計算する。ただし、慣性航法装
置はこのタイプに限定されない。
上の画像を取得する。その画像データは２次元フーリエ
変換装置１５によってフーリエ変換される。このフーリ
エ変換の振幅成分と画像データベースに蓄積されたその
所定の位置から正常な姿勢で得られるリファレンスデー
タのフーリエ変換の振幅成分を比較装置１６で比較しす
る。比較の結果、差があったならば、原像回転装置１７
で原像を微小角回転させそれに対し２次元フーリエ変換
をし、リファレンスと比較するという同じ処置を繰り返
す。最終的に比較器での比較によりフーリエ振幅成分が
リファレンスと一致（もしくは差が許容値以下）したな
らそれまでに回転させた角度がヨー角リファレンスとな
る。回転分を修正した原像を原像平行移動装置１８によ
り平行移動させ、それをリファレンスの原像データと原
像比較装置１９で比較する。この操作を比較が一致する
まで繰り返す。最終的に一致したときの平行移動の量が
ロール角リファレンス、ピッチ角リファレンスに相当す
る。このロール角、ピッチ角、ヨー角のリファレンスと
積分器９、１０、１１の出力差にゲイン６、７、８をか
けて積分器９、１０、１１に入力し、ロール、ピッチ、
ヨーのジャイロの角速度出力を補正し、ロール角、ピッ
チ角、ヨー角の推定値を計算する。ただし、慣性航法装
置はこのタイプに限定されない。
【００２２】実施例３．図４に基づき、実施例３を説明
する。図４はこの発明に係わる実施例３を示す図であ
り、地上画像を取得する画像取得装置１３と、予めリフ
ァレンス画像を加工した複数のデータを含む画像データ
ベース１４と、取得した原像をフーリエ変換する２次元
フーリエ変換装置１５と、そのフーリエ変換像の振幅成
分と予め各々独立に処理された複数のリファレンス原像
のフーリエ変換像の振幅成分を比較する複数の２次元フ
ーリエ振幅成分並列型比較装置１９と、原像を回転させ
る原像回転装置１７と、回転修正された原像と予め各々
独立に処理された複数のリファレンス原像を同時に比較
する原像並列型比較装置２８から構成される。これら
は、以下のように動作する。
する。図４はこの発明に係わる実施例３を示す図であ
り、地上画像を取得する画像取得装置１３と、予めリフ
ァレンス画像を加工した複数のデータを含む画像データ
ベース１４と、取得した原像をフーリエ変換する２次元
フーリエ変換装置１５と、そのフーリエ変換像の振幅成
分と予め各々独立に処理された複数のリファレンス原像
のフーリエ変換像の振幅成分を比較する複数の２次元フ
ーリエ振幅成分並列型比較装置１９と、原像を回転させ
る原像回転装置１７と、回転修正された原像と予め各々
独立に処理された複数のリファレンス原像を同時に比較
する原像並列型比較装置２８から構成される。これら
は、以下のように動作する。
【００２３】実施例１、２と異なり、図５に示すように
画像データベース１４には所定の位置から撮影したとき
のリファレンス原像を微小角ごとに回転させた複数の画
像のフーリエ変換像ｂ１〜ｂＮの振幅成分とリファレン
ス原像を微小距離毎に平行移動させた複数のデータａ１
〜ａＮが予め蓄積されている。画像取得装置１３が所定
の位置における地上の画像データを取得する。その画像
データはフーリエ変換装置１５によってフーリエ変換さ
れる。このフーリエ変換の振幅成分と予め微小回転角づ
つ回転させた複数のリファレンス画像のフーリエ変換振
幅成分データを同時並行的に２次元フーリエ振幅成分並
列型比較装置１９で比較する。この２次元フーリエ振幅
成分並列型比較装置１９は、図６のように実施例１、２
に示した２次元フーリエ振幅成分比較装置１６を複数個
並べた形になっており、それらおのおのの比較の結果一
番差の小さいものを最小値検出装置２１によって検出
し、画像・ヨー角選択装置２２により選択する仕組みに
なっている。この比較において最も差の小さかった画像
に対応する回転角が宇宙機のヨー角である。回転分を修
正した原像を、画像データベースに予め蓄積された微小
距離づつ平行移動させたリファレンス原像と同時平行的
に原像並列型比較装置２０で比較する。この原像並列型
比較装置２９は、図７のように実施例１、２に示した原
像比較装置１９を複数個並べた形になっており、それら
各々の比較の結果もっとも差の小さいものを最小値検出
装置２１によって検出し、ピッチ角・ロール角選択装置
２３によって選び出す仕組みになっている。この比較の
結果一番差の小さいリファレンス原像に対する平行移動
距離が宇宙機のロール角、ピッチ角に相当する。
画像データベース１４には所定の位置から撮影したとき
のリファレンス原像を微小角ごとに回転させた複数の画
像のフーリエ変換像ｂ１〜ｂＮの振幅成分とリファレン
ス原像を微小距離毎に平行移動させた複数のデータａ１
〜ａＮが予め蓄積されている。画像取得装置１３が所定
の位置における地上の画像データを取得する。その画像
データはフーリエ変換装置１５によってフーリエ変換さ
れる。このフーリエ変換の振幅成分と予め微小回転角づ
つ回転させた複数のリファレンス画像のフーリエ変換振
幅成分データを同時並行的に２次元フーリエ振幅成分並
列型比較装置１９で比較する。この２次元フーリエ振幅
成分並列型比較装置１９は、図６のように実施例１、２
に示した２次元フーリエ振幅成分比較装置１６を複数個
並べた形になっており、それらおのおのの比較の結果一
番差の小さいものを最小値検出装置２１によって検出
し、画像・ヨー角選択装置２２により選択する仕組みに
なっている。この比較において最も差の小さかった画像
に対応する回転角が宇宙機のヨー角である。回転分を修
正した原像を、画像データベースに予め蓄積された微小
距離づつ平行移動させたリファレンス原像と同時平行的
に原像並列型比較装置２０で比較する。この原像並列型
比較装置２９は、図７のように実施例１、２に示した原
像比較装置１９を複数個並べた形になっており、それら
各々の比較の結果もっとも差の小さいものを最小値検出
装置２１によって検出し、ピッチ角・ロール角選択装置
２３によって選び出す仕組みになっている。この比較の
結果一番差の小さいリファレンス原像に対する平行移動
距離が宇宙機のロール角、ピッチ角に相当する。
【００２４】実施例４．図８に基づき、実施例４を説明
する。図８はこの発明の実施例である。実施例１、２と
異なり、図５に示すように画像データベース１４には所
定の位置から撮影したときのリファレンス原像を微小角
ごとに回転させた複数の画像のフーリエ変換像ｂ１〜ｂ
Ｎの振幅成分とリファレンス原像を微小距離毎に平行移
動させた複数のデータａ１〜ａＮが予め蓄積されてい
る。画像取得装置１３が所定の位置における地上の画像
データを取得する。その画像データはフーリエ変換装置
１５によってフーリエ変換される。このフーリエ変換の
振幅成分と予め微小回転角づつ回転させたリファレンス
画像のデータを同時並行的に２次元フーリエ振幅成分並
列型比較装置２８で比較する。この２次元フーリエ振幅
成分並列型比較装置２８は、図６のように実施例１、２
に示した２次元フーリエ振幅成分比較装置１６を複数個
並べた形になっており、それら各々の比較の結果一番差
の小さいものを最小値検出装置２１によって検出し、画
像・ヨー角選択装置２２により選択する仕組みになって
いる。この比較において最も差の小さかった画像に対応
する回転角が宇宙機のヨー角リファレンスである。
する。図８はこの発明の実施例である。実施例１、２と
異なり、図５に示すように画像データベース１４には所
定の位置から撮影したときのリファレンス原像を微小角
ごとに回転させた複数の画像のフーリエ変換像ｂ１〜ｂ
Ｎの振幅成分とリファレンス原像を微小距離毎に平行移
動させた複数のデータａ１〜ａＮが予め蓄積されてい
る。画像取得装置１３が所定の位置における地上の画像
データを取得する。その画像データはフーリエ変換装置
１５によってフーリエ変換される。このフーリエ変換の
振幅成分と予め微小回転角づつ回転させたリファレンス
画像のデータを同時並行的に２次元フーリエ振幅成分並
列型比較装置２８で比較する。この２次元フーリエ振幅
成分並列型比較装置２８は、図６のように実施例１、２
に示した２次元フーリエ振幅成分比較装置１６を複数個
並べた形になっており、それら各々の比較の結果一番差
の小さいものを最小値検出装置２１によって検出し、画
像・ヨー角選択装置２２により選択する仕組みになって
いる。この比較において最も差の小さかった画像に対応
する回転角が宇宙機のヨー角リファレンスである。
【００２５】回転分を修正した原像を、画像データベー
スに予め蓄積された微小距離づつ平行移動させたリファ
レンス原像と同時平行的に原像並列型比較装置２９で比
較する。この原像並列型比較装置２９は、図７のように
実施例１、２に示した原像比較装置１９を複数個並べた
形になっており、それら各々の比較の結果もっとも差の
小さいものを最小値検出装置２１によって検出し、ピッ
チ角・ロール角選択装置２３によって選び出す仕組みに
なっている。この比較の結果一番差の小さいリファレン
ス原像に対する平行移動距離が宇宙機のロール角リファ
レンス、ピッチ角リファレンスに相当する。このロール
角、ピッチ角、ヨー角のリファレンスと積分器の出力差
にゲイン６、７、８をかけた信号を積分器９、１０、１
１に入力し、ロール、ピッチ、ヨーのジャイロの角速度
出力を補正し、ロール角、ピッチ角、ヨー角の推定値を
計算する。ただし、慣性航法装置はこのタイプに限定さ
れない。
スに予め蓄積された微小距離づつ平行移動させたリファ
レンス原像と同時平行的に原像並列型比較装置２９で比
較する。この原像並列型比較装置２９は、図７のように
実施例１、２に示した原像比較装置１９を複数個並べた
形になっており、それら各々の比較の結果もっとも差の
小さいものを最小値検出装置２１によって検出し、ピッ
チ角・ロール角選択装置２３によって選び出す仕組みに
なっている。この比較の結果一番差の小さいリファレン
ス原像に対する平行移動距離が宇宙機のロール角リファ
レンス、ピッチ角リファレンスに相当する。このロール
角、ピッチ角、ヨー角のリファレンスと積分器の出力差
にゲイン６、７、８をかけた信号を積分器９、１０、１
１に入力し、ロール、ピッチ、ヨーのジャイロの角速度
出力を補正し、ロール角、ピッチ角、ヨー角の推定値を
計算する。ただし、慣性航法装置はこのタイプに限定さ
れない。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば従来のセンサーでは複数
のセンサーの組み合わせで実現していた、三軸の姿勢決
定がひとつの装置で可能となる。
のセンサーの組み合わせで実現していた、三軸の姿勢決
定がひとつの装置で可能となる。
【００２７】本発明によれば、予めリファレンスデータ
を加工しておき、同時並列的に比較することにより姿勢
決定をより早くすることができる。
を加工しておき、同時並列的に比較することにより姿勢
決定をより早くすることができる。
【００２８】本発明によれば、地上が観測できない状態
であってもその間は、ジャイロ出力を積分することによ
り姿勢決定機能を維持することができる。
であってもその間は、ジャイロ出力を積分することによ
り姿勢決定機能を維持することができる。
【図１】この発明の実施例１を示す構成図である。
【図２】この発明の実施例１によるデータ処理を説明す
るための図である。
るための図である。
【図３】この発明の実施例２を示す構成図である。
【図４】この発明の実施例３を示す構成図である。
【図５】この発明の実施例３のデータベースを説明する
ための図である。
ための図である。
【図６】この発明の実施例３の２次元フーリエ振幅成分
並列型比較装置を示す構成図である。
並列型比較装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施例３の原像並列型比較装置を示
す構成図である。
す構成図である。
【図８】この発明の実施例４を示す構成図である。
【図９】従来の宇宙機の姿勢決定装置を示す図である。
３ ジャイロ ４ ジャイロ ５ ジャイロ ６ ゲイン ７ ゲイン ８ ゲイン ９ 積分器 １０ 積分器 １１ 積分器 １３ 画像取得装置 １４ 画像データベース １５ ２次元フーリエ変換装置 １６ ２次元フーリエ振幅成分比較装置 １７ 原像回転装置 １８ 原像平行移動装置 １９ 原像比較装置 ２１ 最小検出装置 ２２ 画像ヨー角選択装置 ２３ ピッチ角・ロール角選択装置 ２８ ２次元フーリエ振幅成分並列型比較装置 ２９ 原像並列型比較装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B64G 1/24 G06T 1/00 G06T 7/00
Claims (3)
- 【請求項１】 宇宙機に搭載され、地上画像を撮影する
画像取得装置と、地上画像のリファレンスデータとその
画像を２次元フーリエ変換したデータとを予じめ格納し
てある画像データベースと、上記画像取得装置で取得さ
れた画像データを２次元フーリエ変換する２次元フーリ
エ変換装置と、上記画像データベースに格納された２次
元フーリエ変換データと上記２次元フーリエ変換装置の
２次元フーリエ変換データの振幅成分を比較し、その差
に対応する回転角をヨー角リファレンスデータとして出
力する２次元フーリエ振幅成分比較装置と、上記２次元
フーリエ振幅成分比較装置により振幅成分に差があると
きその差がなくなるように上記画像取得装置で取得され
た原像を回転させる原像回転装置と、上記原像回転装置
により回転修正された原像を平行移動させる原像平行移
動装置と、上記画像データベースに格納された原像デー
タと上記平行移動された原像データとを比較してその差
がなくなるように上記原像平行移動装置を駆動し、その
平行移動距離に相当するピッチ角、ロール角リファレン
スデータを出力する原像比較装置とを具備した宇宙機の
姿勢決定装置。 - 【請求項２】 宇宙機に搭載され、地上画像を撮影する
画像取得装置と、地上画像のリファレンスデータを所定
距離ごとに平行移動させた複数のデータと地上画像のリ
ファレンスデータを所定角度ごとに回転させた複数の画
像の２次元フーリエ変換データとを予じめ格納してある
画像データベースと、上記画像取得装置で取得された画
像データを２次元フーリエ変換する２次元フーリエ変換
装置と、上記画像データベースに格納された複数の２次
元フーリエ変換データと上記２次元フーリエ変換装置の
２次元フーリエ変換データの振幅成分を同時並行的に比
較することにより最も差の小さい画像を検出し、その画
像に対応する回転角をヨー角とする２次元フーリエ振幅
成分並列型比較装置と、上記比較装置の出力により上記
２次元フーリエ変換装置からの原像を回転させる原像回
転装置と、上記原像回転装置で回転された原像を上記画
像データベースに格納された所定距離ごとに平行移動の
複数のデータと比較することにより最も差の小さいリフ
ァレンス画像を検出し、その画像に対する平行移動距離
に相当したロール角、ピッチ角のリファレンスデータを
出力する原像比較装置とを具備した宇宙機の姿勢決定装
置。 - 【請求項３】 宇宙機のロール角速度、ピッチ角速度お
よびヨー角速度を検知する検知手段と、上記検知手段に
より検出されたロール角速度、ピッチ角速度およびヨー
角速度を上記ロール角、ピッチ角およびヨー角リファレ
ンスデータを用いて補正し、ロール角、ピッチ角、ヨー
角推定値を計算する手段とを具備した請求項１又は２記
載の宇宙機の姿勢決定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13040394A JP3279064B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 宇宙機の姿勢決定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13040394A JP3279064B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 宇宙機の姿勢決定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07329897A JPH07329897A (ja) | 1995-12-19 |
| JP3279064B2 true JP3279064B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=15033457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13040394A Expired - Fee Related JP3279064B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 宇宙機の姿勢決定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3279064B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3428539B2 (ja) | 1999-12-10 | 2003-07-22 | 日本電気株式会社 | 人工衛星の姿勢角センサ較正装置 |
| JP5530771B2 (ja) * | 2010-03-18 | 2014-06-25 | トピー工業株式会社 | 移動体の旋回角度・方位・位置を検出するシステムおよび方法 |
| FR2985307B1 (fr) * | 2012-01-03 | 2015-04-03 | Centre Nat Etd Spatiales | Procede d'etalonnage des biais d'alignement d'un systeme d'observation de la terre exploitant des prises de vue symetriques |
-
1994
- 1994-06-13 JP JP13040394A patent/JP3279064B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07329897A (ja) | 1995-12-19 |
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