JP4364679B2 - 人工衛星の軌道制御装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による、人工衛星の軌道制御装置100の構成を示すブロック図である。図に示すように、軌道制御装置100は、航法センサ101、軌道基準値供給部102、基準軌道制御量計算部103、軌道誤差許容限界値供給部104、目標軌道制御量計算部105、軌道制御指令値計算部106、スラスタ107を備えている。
また、軌道誤差許容限界値供給部104は、人工衛星の軌道誤差の許容限界値を保持している。軌道基準値供給部102および軌道誤差許容限界値供給部104は、それらの値を基準軌道制御量計算部103および目標軌道制御量計算部105に供給する。
航法センサ101は、軌道上の人工衛星の現在位置を観測し、観測時刻と現在位置を出力する。
航法センサ101によって供給された人工衛星の現在位置と、軌道基準値供給部102から供給される軌道基準値の差分(以下、軌道誤差と記す。)は基準軌道制御量計算部103に供給される。基準軌道制御量計算部103は、この軌道誤差に基づいて軌道制御タイミングと軌道制御量基準値を算出する。以下、基準軌道制御量計算部103の動作について説明する。
ここで、Teは地球の自転周期である。
また、第2軌道長半径変化率推定部109は、航法センサ101から供給された現時点での降交点通過経度観測値と軌道基準値供給部102から供給された降交点通過経度基準値の誤差Δλを取得する。
さらに、第2軌道長半径変化率推定部109は、軌道誤差許容限界値供給部104から軌道誤差の許容範囲の上限値ΔλULおよび下限値ΔλLLを取得する。
ここでωrefは軌道角速度の基準値である。
図に示すように、軌道制御直後から、軌道長半径aは大気抵抗により一様に減少する。それとともに、降交点通過経度誤差Δλも許容限界上限値ΔλULから徐々に減少していく。軌道長半径aが基準値に近づくと、降交点通過経度誤差Δλは許容限界下限値−ΔλLLに近づき、さらに軌道長半径aが減少すると、降交点通過経度誤差Δλは増加していく。降交点通過経度誤差Δλが増加し、許容限界値の上限値ΔλULを超えると予想される時点で軌道制御が実行され、軌道長半径aを増加させる。これを繰り返すことにより、降交点通過経度誤差Δλが許容限界上限値ΔλULを超えることを防ぐとともに、許容限界下限値−ΔλLLを下回らないようにすることができる。
実施の形態1では、軌道制御量基準値ΔaFBは、降交点通過周期の誤差ΔΦを用いて式(2)により算出したが、実施の形態2では、軌道制御量基準値ΔaFBを他の方法により算出する。
実施の形態1では、目標軌道制御量計算部105の第2軌道長半径変化率推定部109において、軌道長半径aの変化率推定値|da/dt|eを式(6)を用いて算出したが、軌道制御結果における制御誤差が小さいものとして線形化できる場合には、式(10)を用いて算出してもよい。
実施の形態1では、軌道制御量目標値ΔaFFの算出に用いる軌道長半径aの変化率|da/dt|を、式(5)によって得られる推定値としたが、実施の形態3では変化率|da/dt|を制御入力とする。
実施の形態1では、軌道制御を行うタイミングは、基準軌道制御量計算部103において決定した。すなわち、1周期後の降交点通過経度誤差を推定し、これが許容限界値を超える場合に軌道制御を実行していた。従って、軌道制御を行う周期は一般に一定ではない。実施の形態5では、軌道制御を一定の周期で行う。
図8は、基準軌道制御量計算部203の動作を説明する図である。ここでは実施の形態1と同様に、軌道基準値として衛星の降交点通過周期基準値と降交点通過経度基準値を用いる。航法センサ101から供給された現時点での降交点通過周期観測値と軌道基準値供給部102から供給された降交点通過周期基準値の誤差をΔΦとする。
基準軌道制御量計算部203は、軌道長半径aの現在値から基準値までの軌道制御量基準値ΔaFBを式(2)により算出する。
軌道制御周期Nが決定されると、それに応じて実現される軌道誤差の許容限界幅ΔλWが式(14)によって求められる。
sk+1=sk+ek (18)
γ=6π2N/arefTeωref (20)
実施の形態5では、軌道制御における降交点通過経度誤差の目標値を式(15)により算出した。式(15)によれば、降交点通過経度誤差の許容限界は、降交点通過経度基準値を中心とした両端に等しい幅の限界値となる。
実施の形態5では、軌道制御量基準値ΔaFBは、降交点通過周期の誤差ΔΦを用いて式(2)により算出したが、実施の形態7では、軌道制御量基準値ΔaFBを他の方法により算出する。
Claims (4)
- 軌道上の人工衛星を観測する航法センサと、
上記人工衛星の軌道の基準値を供給する軌道基準値供給部と、
上記人工衛星の軌道誤差許容限界値を供給する軌道誤差許容限界値供給部と、
上記人工衛星を現在の軌道から上記基準値まで制御するのに必要な制御タイミングと軌道制御量基準値を計算する基準軌道制御量計算部と、
上記人工衛星の軌道を上記軌道誤差許容限界値内に収めるのに必要な軌道制御量目標値を計算する目標軌道制御量計算部と、
上記軌道制御量基準値に上記軌道制御量目標値を加えて得られる全軌道制御量から、上記人工衛星の軌道制御に用いる衛星速度の変化量を算出する軌道制御指令値計算部と、
上記衛星速度の変化量に基づいて、上記人工衛星の軌道制御を実行するスラスタを備えた人工衛星の軌道制御装置。 - 目標軌道制御量計算部は、前回の軌道制御後の人工衛星の軌道誤差に基づいて軌道長半径の変化率を推定し、その変化率を用いて軌道制御量目標値を算出することを特徴とする請求項1記載の人工衛星の軌道制御装置。
- 目標軌道制御量計算部は、軌道長半径の変化率を制御入力として、前回の軌道制御後の人工衛星の軌道誤差に基づいて決定し、その変化率を用いて軌道制御量目標値を算出することを特徴とする請求項1記載の人工衛星の軌道制御装置。
- 軌道上の人工衛星を観測する航法センサと、
上記人工衛星の軌道の基準値を供給する軌道基準値供給部と、
上記人工衛星の軌道誤差許容限界値を供給する軌道誤差許容限界値供給部と、
上記人工衛星を現在の軌道から上記基準値まで制御するのに必要な軌道制御量基準値を計算する基準軌道制御量計算部と、
上記人工衛星の軌道を上記軌道誤差許容限界値内に収めるのに必要な軌道制御量目標値と軌道制御周期を計算する目標軌道制御量計算部と、
上記軌道制御量基準値に上記軌道制御量目標値を加えて得られる全軌道制御量から、上記人工衛星の軌道制御に用いる衛星速度の変化量を算出する軌道制御指令値計算部と、
上記衛星速度の変化量に基づいて、上記人工衛星の軌道制御を実行するスラスタを備えた人工衛星の軌道制御装置。
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