JP5130965B2 - Medium-altitude satellite acquisition method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、GPS(Global Positioning System)受信機を搭載した中高度人工衛星を地上のアンテナで捕捉するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for capturing an intermediate altitude satellite equipped with a GPS (Global Positioning System) receiver with a ground antenna.
人工衛星をアンテナで追尾捕捉するためには、地上局から電波を使って衛星までの距離や方向を測定したデータを処理することによって衛星の運動を推定し(すなわち軌道決定)、さらに運動方程式に基づいて将来の運動を予測する(すなわち軌道予測)ことにより、アンテナを駆動させる情報(すなわちアンテナ予報値)を作成するという手順が必要となる。 In order to track and capture an artificial satellite with an antenna, the motion of the satellite is estimated by processing the data measured from the ground station to the satellite using radio waves (ie, orbit determination), and the equation of motion is Based on the prediction of future motion (ie, orbit prediction) based on this, a procedure of creating information (ie, antenna forecast value) for driving the antenna is required.
近年、高度500−1000kmの中高度人工衛星に、GPS受信機が搭載され、オンボードで人工衛星位置が決定されるようになってきた。このオンボード決定値は、主に人工衛星の自律的な軌道・姿勢制御に使われる。また地球観測衛星の場合は、人工衛星の位置データをテレメトリデータとして地上にダウンロードし、地球観測データを処理するために使うこともある。 In recent years, GPS receivers are mounted on medium-altitude satellites with altitudes of 500-1000 km, and the positions of the satellites have been determined onboard. This on-board decision value is mainly used for autonomous orbit and attitude control of artificial satellites. In the case of an earth observation satellite, the position data of the artificial satellite may be downloaded to the ground as telemetry data and used to process the earth observation data.
例えば、日本特許3348835号公報には、飛行物体の追尾捕捉について、搭載GPS受信機の位置情報を使う技術が開示されている。本公報では大気圏内を移動する物体(例えば飛行船)を追尾する方式であり、基本的にアンテナで捕捉追尾している時間が長く、追尾から外れた場合のみ、過去の位置データの平均変化率を適用して予測を行っている。人工衛星の運動は、地球を中心として周回する物体の運動方程式で記述され、地上アンテナの捕捉時間が短く、圧倒的に予測時間の方が長いという点が飛行船の状況と異なる。例えば、中高度人工衛星は1日に地球を13−15周するが、1つの地上局から可視となるのは4−5周回、可視時間は1周回あたり10分程度である。従って、1つの局で捕捉後、同じ局で捕捉するためには少なくとも10時間、場合によっては20時間以上の軌道予測が必要となる。上記公報ではこのような状況に対応できない。
従来では、オンボード決定値を使ってそのままアンテナ予報値を生成することは、以下の理由により実施されていない。すなわち、アンテナ予報値生成には人工衛星の運動を予測することが必要である。オンボード決定値はカーナビゲーションと同じ原理なので、その瞬間の位置を数十mの精度で得ることはできるが、将来の運動を正確に予測することはできない。 Conventionally, generating an antenna forecast value as it is using an on-board decision value has not been performed for the following reason. In other words, it is necessary to predict the motion of the satellite to generate the antenna forecast value. Since the on-board decision value is the same principle as car navigation, the position at that moment can be obtained with an accuracy of several tens of meters, but the future motion cannot be accurately predicted.
したがって現状では、オンボード決定値の位置情報を数時間〜十数時間分テレメトリデータとしてダウンロードして、地上でそのデータを使って軌道推定を行っている。謂わば、オンボード決定値を軌道決定用の測定データとして使っている。軌道決定処理は最小2乗法に基づくイタレーションを行うので、処理自体も重く、発散等の可能性もあるため運用者の関与を完全に無しにすることが難しいという問題がある。 Therefore, at present, the position information of the onboard decision value is downloaded as telemetry data for several hours to several tens of hours, and the trajectory is estimated using the data on the ground. In other words, the onboard decision value is used as measurement data for orbit determination. Since the trajectory determination process is an iteration based on the method of least squares, there is a problem that it is difficult to completely eliminate the operator's involvement because the process itself is heavy and may diverge.
従って、本発明の目的は、中高度人工衛星に搭載されたGPS受信機からのデータを有効活用して、当該中高度人工衛星を地上のアンテナで捕捉できるようにするための技術を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique for effectively utilizing data from a GPS receiver mounted on a medium-height satellite so that the medium-height satellite can be captured by a ground antenna. It is.
本発明の第1に態様に係る中高度人工衛星捕捉方法は、中高度人工衛星に搭載されたGPS受信機から得られた当該中高度人工衛星の位置及び速度データから、ケプラー要素の値を算出するケプラー要素算出ステップと、中高度人工衛星から得られた軌道周期の複数の値から、ケプラー要素に含まれる軌道長半径の値を算出し、置換するステップと、軌道周期の複数の値から得られる平均運動の値を用いて平均軌道半径変化率を算出するステップと、平均軌道半径変化率と、大気密度と、軌道長半径とを用いて、大気抵抗係数を算出するステップと、ケプラー要素の値と、大気抵抗係数とを用いて、中高度人工衛星の軌道予測を実施すると共に、当該軌道予測結果に基づき、アンテナによる中高度人工衛星の捕捉に用いられるアンテナ予測値を算出するステップとを含む。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for capturing an intermediate satellite from a position and velocity data of the intermediate satellite obtained from a GPS receiver mounted on the intermediate satellite. Calculating the value of the orbital length radius contained in the Kepler element from the multiple values of the orbital period obtained from the Kepler element and the step of substituting it, and replacing it with the multiple values of the orbital period Calculating an average orbit radius change rate using the average motion value obtained, calculating an atmospheric drag coefficient using the average orbit radius change rate, the atmospheric density, and the orbit length radius, and the Kepler element Value and atmospheric resistance coefficient are used to predict the orbit of the medium-height satellite, and based on the result of the orbit prediction, the antenna prediction value used for capturing the medium-height satellite by the antenna And calculating.
このようにすれば、地上における計算負荷をあまり大きくすることなく、GPS受信機からのデータを用いて、中高度人工衛星捕捉のために地上におけるアンテナの制御を適切に実施することができるようになる。 In this way, it is possible to appropriately control the antenna on the ground for acquiring the medium-altitude satellite using the data from the GPS receiver without increasing the calculation load on the ground. Become.
なお、上で述べたケプラー要素算出ステップが、中高度人工衛星の位置及び速度データを、赤道面座標系における位置及び速度データに変換するステップと、赤道面座標系における位置及び速度データから、ケプラー要素の値を算出するステップとを含むようにしてもよい。 The Kepler element calculation step described above includes the steps of converting the position and velocity data of the medium altitude satellite into position and velocity data in the equatorial plane coordinate system, and the position and velocity data in the equatorial plane coordinate system. A step of calculating a value of the element.
なお、上記方法は、コンピュータと当該コンピュータによって実行されるプログラムとの組み合わせにて実行される場合があり、当該プログラムは、例えばフレキシブルディスク、CD−ROM、光磁気ディスク、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体又は記憶装置に格納される。また、ネットワークなどを介してデジタル信号として配信される場合もある。尚、中間的な処理結果はメインメモリ等の記憶装置に一時保管される。 The above method may be executed by a combination of a computer and a program executed by the computer, and the program is stored in, for example, a flexible disk, a CD-ROM, a magneto-optical disk, a semiconductor memory, a hard disk, or the like. Stored in a medium or storage device. Moreover, it may be distributed as a digital signal via a network or the like. The intermediate processing result is temporarily stored in a storage device such as a main memory.
本発明によれば、中高度人工衛星に搭載されたGPS受信機からのデータを有効活用して、当該中高度人工衛星を地上のアンテナで捕捉できるようになる。 According to the present invention, data from a GPS receiver mounted on a medium-altitude artificial satellite can be effectively used to capture the medium-high-level artificial satellite with a ground antenna.
図1に本発明の一実施の形態に係るシステム概要図を示す。中高度人工衛星1は、GPS受信機を備えており、例えば今回、位置1aで地上のアンテナ3において可視であるものとする。中高度人工衛星1は、GPS受信機で取得された位置及び速度データ並びに軌道1周回毎に計測される軌道周期Pi(i=1乃至m)のデータを、テレメトリデータとしてアンテナ3に送信する機能も有する。
FIG. 1 shows a system outline diagram according to an embodiment of the present invention. The medium-altitude artificial satellite 1 includes a GPS receiver, and is assumed to be visible on the
地上では、アンテナ3は、可視となった中高度人工衛星1から受信したテレメトリデータを処理する既知のテレメトリ処理装置5と接続されており、テレメトリ処理装置5は、テレメトリデータから、GPS受信機による位置及び速度データと軌道周期Piのデータとを抽出する。テレメトリ処理装置5は、本実施の形態における主要部であるアンテナ予報値生成装置7と接続されており、GPS受信機による位置及び速度データと軌道周期Piのデータとをアンテナ予報値生成装置7に出力する。アンテナ予報値生成装置7は、以下で詳細に述べる処理を実施してアンテナ予報値を生成する。アンテナ予報値生成装置7は、既知のアンテナ駆動装置9に接続されており、アンテナ駆動装置9にアンテナ予報値を出力する。アンテナ駆動装置9は、アンテナ3に接続されており、アンテナ予報値に基づき、中高度人工衛星1の次回の可視位置1bで当該中高度人工衛星を捕捉できるように、アンテナ3を制御する。
On the ground, the
本実施の形態における主要な処理を実施するアンテナ予報値生成装置7の機能ブロック図を図2に示す。アンテナ予報値生成装置7は、テレメトリ処理装置5からGPS受信機による位置及び速度データと軌道周期Piのデータを受信するデータ取得部71と、データ取得部71によって取得されたデータを格納する取得データ格納部72と、取得データ格納部72に格納されているデータに対して座標変換処理を実施する座標変換部73と、座標変換部73の処理結果を格納する赤道面座標系データ格納部74と、赤道面座標系データ格納部74に格納されたデータを用いてケプラー要素(平均要素とも呼ぶ)の値を算出する平均要素生成部75と、平均要素生成部75の処理結果を格納する平均要素データ格納部76と、取得データ格納部72に格納されたデータを用いて軌道長半径を算出する処理を実施し、平均要素データ格納部76に上書き保存する軌道長半径算出部77と、軌道長半径算出部77の処理途中のデータを格納する平均運動データ格納部78と、取得データ格納部72に格納されているデータ及び平均運動データ格納部78に格納されているデータを用いて軌道長半径変化率を算出する軌道長半径変化率算出部79と、軌道長半径変化率算出部79によって算出された軌道長半径変化率の値を格納する軌道長半径変化率格納部80と、大気密度モデルデータを格納する大気密度モデルデータ格納部81と、大気密度モデルデータ格納部81に格納されているデータを用いて大気密度の値を算出する大気密度算出部82と、大気密度算出部82によって算出された大気密度の値を格納する大気密度格納部83と、平均要素データ格納部76と大気密度格納部83と軌道長半径変化率格納部80とに格納されているデータを用いて大気抵抗係数を算出する大気抵抗係数算出部84と、大気抵抗係数算出部84によって算出された大気抵抗係数の値を格納する大気抵抗係数格納部85と、平均要素データ格納部76と大気抵抗係数格納部85とに格納されているデータを用いて一般摂動法によって軌道予測を実施する軌道予測部86と、軌道予測部86によって生成された軌道予測データを格納する軌道予測データ格納部87と、軌道予測データ格納部87に格納されているデータを用いてアンテナ予報値を算出するアンテナ予報値算出部88とを有する。
FIG. 2 shows a functional block diagram of the antenna predicted value generation apparatus 7 that performs the main processing in the present embodiment. The antenna forecast value generation device 7 includes a data acquisition unit 71 that receives position and velocity data and data of the orbital period Pi by the GPS receiver from the telemetry processing device 5, and acquisition data that stores data acquired by the data acquisition unit 71. A
次に、図2で示したアンテナ予報値生成装置7の処理内容を図3乃至図6を用いて説明する。まず、データ取得部71は、テレメトリ処理装置5からGPS計測値(位置及び速度データ)及び軌道周期データを受信し、取得データ格納部72に格納する(ステップS1)。次に、座標変換部73は、取得データ格納部72に格納されている、WGS84系のGPS計測値を赤道面座標系の値に変換し、変換後のデータを赤道面座標系データ格納部74に格納する(ステップS3)。WGS84系は、地球固定座標系であり、図4に示すように、赤道面とグリニジ子午線との交点と地球重心を通過する直線をX軸(XR)とし、国際報時局が定義する極運動の慣用国際原点の方向に平行の軸をZ軸(ZR)とし、Z軸とX軸と右手直交系をなすY軸(YR)とで定義される。WGS84系のように地球固定座標系は、地球と共に回転する座標系であるから、運動方程式を扱うには慣性座標系に変換する必要がある。通常人工衛星では赤道面座標系という慣性座標系が用いられるので、この座標系に変換する。赤道面座標系は、図4に示すように、赤道面において春分点方向をX軸(XI)とし、赤道面に垂直な方向をZ軸(ZI)とし、X軸とZ軸と垂直な方向をY軸(YI)とで定義される。なお、このような座標変換処理は周知であり、例えば「航空宇宙における誘導と制御」社団法人計測自動制御学会発行1995年などに開示されている。
Next, processing contents of the antenna forecast value generation device 7 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. First, the data acquisition unit 71 receives GPS measurement values (position and velocity data) and orbit period data from the telemetry processing device 5, and stores them in the acquisition data storage unit 72 (step S1). Next, the
さらに、平均要素生成部75は、赤道面座標系データ格納部74に格納されている赤道面座標系の値をケプラー要素(即ち平均要素)に変換して、変換後のデータを平均要素データ格納部76に格納する(ステップS5)。GPS計測値には、人工衛星に作用する摂動の周期的変動が含まれる。摂動とは、現実の人工衛星の運動に作用する力の内、2体近似(人工衛星と地球をそれぞれ質点とみなして扱う理想的なモデル)から外れた部分を表し、摂動の原因としては、(a)地球形状が完全に球でないこと(特に偏平である要因が大きい)、(b)太陽/月引力、(c)大気抵抗(中高度衛星では継続的に作用する力として無視できない)、(d)太陽輻射圧がある。中高度人工衛星の場合、周期的変動の最大寄与は地球偏平による影響(J2項という)なので、この分を差し引いた平均要素を生成する。この平均要素については、図5及び図6に示すように、人工衛星の軌道を単純な楕円軌道として近似した際の各種パラメータである。図5に示すように、地球1000の中心を通り且つ軌道1002上の2点を結ぶ線分であってその長さが最大となる線分の端点のうち地球1000に近い方の点をペリジ点と呼び、遠い方の点をアポジ点と呼ぶ。地球1000の中心とペリジ点との距離はペリジ半径と呼ばれ、地球1000の中心とアポジ点との距離はアポジ半径と呼ばれる。また、軌道長半径aは上記線分の長さの半分である。すなわち、上記線分の長さは軌道長半径aの2倍となっている。さらに、離心率をeとすると、アポジ半径はa×(1+e)で算出され、ペリジ半径はa×(1−e)で算出される。なお、地球1000の中心からペリジ点に向かう長さeのベクトルをeベクトルと呼ぶ。
Further, the average
また、図6に3次元的に示すように、人工衛星が地球1000の赤道面を下から上に突き抜ける点を昇交点と呼び、軌道1002の面と赤道面とが成す角度を軌道傾斜角iと呼ぶ。また、地球1000の春分点を基準として、地球1000の中心と昇交点とを結ぶ直線の角度を昇交点赤経Ωと呼ぶ。また、地球1000の中心と昇交点とを結ぶ直線とeベクトルとが成す角度を近地点引数ωと呼ぶ。さらにeベクトルと、人工衛星と地球1000の中心を結ぶ直線とが成す角度を真近点離角fと呼ぶ。
As shown three-dimensionally in FIG. 6, the point where the artificial satellite penetrates the equatorial plane of the
このように示した平均要素を算出する。具体的な算出方法は、周知であって、例えば上で述べた文献や、「人工衛星の軌道」古在 由秀、宇宙開発事業団、中央追跡管制所発行、昭和54年発行などに開示されており、これ以上の説明は省略する。 The average element shown in this way is calculated. The specific calculation method is well known, and is disclosed in, for example, the above-mentioned literature, “Artificial Satellite Orbit”, Yoshihide Kozai, Space Development Agency, Central Tracking Control Center, and 1979. Further explanation is omitted.
次に、軌道長半径算出部77は、取得データ格納部72に格納されている軌道周期Pi(i=1乃至m)から平均運動niを算出すると共に、niの平均値から軌道長半径aを算出し、ステップS5で算出した平均要素における軌道長半径を置換するように平均要素データ格納部76に上書き保存する(ステップS7)。軌道周期Piについては、人工衛星において昇交点となるタイミングで軌道周期をカウントしておき、例えば100周回分程度のデータを蓄積して、テレメトリデータとしてダウンロードして本処理に用いる。
Next, the trajectory length
ここで、各周回の平均運動niは以下のように表される。なお、平均運動niのデータは、平均運動データ格納部78に格納される。
ni=2π/Pi (i=1乃至m)
さらに、平均運動の平均値は、以下のように表される。
Here, the average motion ni of each lap is expressed as follows. The average motion ni data is stored in the average motion data storage unit 78.
ni = 2π / Pi (i = 1 to m)
Further, the average value of the average motion is expressed as follows.
さらに、軌道長半径変化率算出部79は、平均運動データ格納部78に格納されている平均運動niの変化率Δni等から平均軌道長半径変化率adotを算出し、軌道長半径変化率格納部80に格納する(ステップS9)。
Further, the track length radius change
1周回毎の平均運動niの変化率Δniは、以下のように算出される。
Δni=ni+1−ni
また、1周回毎の軌道長半径は、以下のように算出される。
The rate of change Δni of the average motion ni for each turn is calculated as follows.
Δni = n i + 1 −n i
Moreover, the orbital length radius for each round is calculated as follows.
また、1周回毎の軌道長半径変化に換算すると、以下のように表される。
Δai=−(2ai/3ni)Δni (i=1乃至m−1)
そして、平均の軌道長半径変化率は、以下のように表される。
Moreover, when converted into a change in the orbital length radius for each round, it is expressed as follows.
Δai = − (2ai / 3ni) Δni (i = 1 to m−1)
And the average orbital length radius change rate is expressed as follows.
一方、大気密度算出部82は、大気密度モデルデータ格納部81に格納されているデータを用いて、大気密度ρを算出し、大気密度格納部83に格納する(ステップS11)。この計算については周知であるからこれ以上の説明は省略する。詳細には、”MSIS−86 THERMOSPHERIC MODEL,” Hedin. A.E.,Journal of geophysical research, Vol.92, No. A5, 1987などを参照のこと。
On the other hand, the atmospheric
さらに、大気抵抗係数算出部84は、軌道長半径変化率格納部80と大気密度格納部83と平均要素データ格納部76とに格納されている平均軌道長半径変化率adot、大気密度ρ、及び軌道長半径aから大気抵抗係数を算出し、大気抵抗係数を大気抵抗係数格納部85に格納する(ステップS13)。
Further, the atmospheric resistance
ここで、大気抵抗力による加速度は、以下の式で表される。
αdrag=CDSρV2/2W
ここで、CDは衛星の抵抗係数(表面特性による係数)であり、Sは、人工衛星の有効断面積であり、Wは衛星質量であり、V=(μ/a)1/2で、人工衛星の平均速度である。軌道長半径変化率と大気抵抗力加速度の関係から以下の式が成り立つ。
adot=CDSρVa/W
従って、大気抵抗係数CDS/Wは、以下の式で表される。
CDS/W=adot/(ρVa)=adot/(ρa(μ/a)1/2)
この式によって大気抵抗係数CDS/Wを算出して、大気抵抗係数格納部85に格納する。
Here, acceleration due to atmospheric resistance is expressed by the following equation.
αdrag = C D SρV 2 / 2W
Where C D is the satellite resistance coefficient (coefficient due to surface characteristics), S is the effective cross-sectional area of the artificial satellite, W is the satellite mass, V = (μ / a) 1/2 , The average speed of the satellite. From the relationship between the orbital length radius change rate and atmospheric resistance force acceleration, the following equation holds.
adot = C D SρVa / W
Therefore, the atmospheric resistance coefficient C D S / W is expressed by the following equation.
C D S / W = adot / (ρVa) = adot / (ρa (μ / a) 1/2 )
The atmospheric resistance coefficient C D S / W is calculated by this equation and stored in the atmospheric resistance
そして、軌道予測部86は、平均要素データ格納部76に格納されている平均要素の値と、大気抵抗係数格納部85に格納されている大気抵抗係数とから、一般摂動法(例えばSGP4/SDP4)による軌道予測を実施し、軌道予測結果を軌道予測データ格納部87に格納する(ステップS15)。一般摂動法による軌道予測は周知であり、例えば、http://www.celestrak.com/software/tskelso-sw.aspなどを参照のこと。
Then, the
さらに、アンテナ予報値算出部88は、軌道予測データ格納部87に格納されている軌道予測データを用いてアンテナ予報値(人工衛星捕捉に必要な方位角/仰角など)を算出し、アンテナ駆動装置9に出力する(ステップS17)。このアンテナ予報値を算出する方法は周知であり、宇宙開発事業団、軌道決定プログラム、アルゴリズム仕様編、平成6年度発行を参照のこと。
Further, the antenna prediction
そして、アンテナ駆動装置9は、アンテナ予報値から周知の方法でアンテナを駆動して、次回人工衛星が可視となるタイミングで当該人工衛星を捕捉するようにする。 Then, the antenna driving device 9 drives the antenna by a known method from the antenna forecast value so as to capture the artificial satellite at the timing when the next artificial satellite becomes visible.
以上のような処理を実施することによって、地上での軌道決定処理が不要となる。地上で行う処理は基本的に上で述べたような代数計算のみで発散等の懸念もないので、全自動化が可能となる。 By performing the processing as described above, the orbit determination processing on the ground becomes unnecessary. The processing performed on the ground is basically only algebraic calculation as described above, and there is no concern about divergence and the like, so that it can be fully automated.
また、従来では、GPS受信機からのオンボード決定値を数時間以上に亘ってダウンロードする必要があり、テレメトリ処理の上でも負荷になっていたが、本実施の形態ではごくわずかのGPS受信機からのオンボード決定値と100個程度の軌道周期情報で済むので、テレメトリ処理への負荷も軽減できる。また、全体的に人工衛星+地上を合わせたシステム全体の処理負荷軽減となるので、小型人工衛星のように運用資源が限られている人工衛星に有効である。 Further, conventionally, it has been necessary to download an on-board determination value from a GPS receiver over several hours, which is a load in telemetry processing, but in this embodiment, only a few GPS receivers are used. Since the on-board decision value and about 100 orbit period information are sufficient, the load on the telemetry process can be reduced. In addition, since the processing load of the entire system combining artificial satellites and the ground is reduced as a whole, it is effective for artificial satellites with limited operational resources such as small artificial satellites.
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、アンテナ予報値生成装置7の機能ブロック図は一例であって、必ずしも実際のプログラム構成と一致するわけではない。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this. For example, the functional block diagram of the antenna forecast value generation device 7 is an example, and does not necessarily match the actual program configuration.
さらに、アンテナ予報値生成装置7は、コンピュータ装置であって、このコンピュータ装置においては、図7に示すように、メモリ2501(記憶部)とCPU2503(処理部)とハードディスク・ドライブ(HDD)2505と表示装置2509に接続される表示制御部2507とリムーバブル・ディスク2511用のドライブ装置2513と入力装置2515とネットワークに接続するための通信制御部2517とがバス2519で接続されている。OS及びWebブラウザを含むアプリケーション・プログラムは、HDD2505に格納されており、CPU2503により実行される際にはHDD2505からメモリ2501に読み出される。必要に応じてCPU2503は、表示制御部2507、通信制御部2517、ドライブ装置2513を制御して、必要な動作を行わせる。また、処理途中のデータについては、メモリ2501に格納され、必要があればHDD2505に格納される。このようなコンピュータは、上で述べたCPU2503、メモリ2501などのハードウエアとOS及び必要なアプリケーション・プログラムとが有機的に協働することにより、上で述べたような各種機能を実現する。
Further, the antenna forecast value generation device 7 is a computer device. In this computer device, as shown in FIG. 7, a memory 2501 (storage unit), a CPU 2503 (processing unit), a hard disk drive (HDD) 2505, A
(付記1)
中高度人工衛星に搭載されたGPS受信機から得られた当該中高度人工衛星の位置及び速度データから、ケプラー要素の値を算出するケプラー要素算出ステップと、
前記中高度人工衛星から得られた軌道周期の複数の値から、該中高度人工衛星の軌道長半径の値を算出し、前記ケプラー要素算出ステップで算出したケプラー要素の軌道長半径を該算出した軌道長半径に置換する軌道長半径算出ステップと、
前記軌道周期の複数の値から得られる平均運動の値を用いて平均軌道半径変化率を算出し、該平均軌道半径変化率と、大気密度と、前記軌道長半径算出ステップで算出した軌道長半径とを用いて、大気抵抗係数を算出するステップと、
前記軌道長半径を置換したケプラー要素の値と、前記大気抵抗係数とを用いて、前記中高度人工衛星の軌道予測を実施すると共に、当該軌道予測結果に基づき、アンテナによる前記中高度人工衛星の捕捉に用いられるアンテナ予測値を算出するステップと、
をコンピュータが実行する中高度人工衛星捕捉方法。
(Appendix 1)
A Kepler element calculation step for calculating a Kepler element value from the position and velocity data of the intermediate altitude satellite obtained from a GPS receiver mounted on the medium altitude satellite;
The value of the orbital length radius of the intermediate altitude satellite is calculated from a plurality of values of the orbital period obtained from the intermediate altitude artificial satellite, and the orbital length radius of the Kepler element calculated in the Kepler element calculating step is calculated. A trajectory length radius calculating step for replacing with a trajectory length radius;
An average orbit radius change rate is calculated using an average motion value obtained from a plurality of values of the orbit period, the average orbit radius change rate, the atmospheric density, and the orbit length radius calculated in the orbit length radius calculating step. And calculating the atmospheric resistance coefficient using
Using the Kepler element value with the orbital length radius replaced and the atmospheric resistance coefficient, orbit prediction of the medium-height satellite is performed, and based on the orbit prediction result, Calculating an antenna predicted value used for acquisition;
A computer-implemented method for capturing mid-satellite satellites.
(付記2)
前記ケプラー要素算出ステップにおいて、
前記中高度人工衛星の位置及び速度データを、赤道面座標系における位置及び速度データに変換し、
前記赤道面座標系における位置及び速度データから、前記ケプラー要素の値を算出する、
付記1記載の中高度人工衛星捕捉方法。
(Appendix 2)
In the Kepler element calculation step,
Converting the medium altitude satellite position and velocity data into position and velocity data in the equatorial plane coordinate system;
From the position and velocity data in the equatorial plane coordinate system, the value of the Kepler element is calculated.
The method for capturing a medium-altitude satellite described in Appendix 1.
(付記3)
中高度人工衛星に搭載されたGPS受信機から得られた当該中高度人工衛星の位置及び速度データから、ケプラー要素の値を算出するケプラー要素算出ステップと、
前記中高度人工衛星から得られた軌道周期の複数の値から、該中高度人工衛星の軌道長半径の値を算出し、前記ケプラー要素算出ステップで算出したケプラー要素の軌道長半径を該算出した軌道長半径に置換する軌道長半径算出ステップと、
前記軌道周期の複数の値から得られる平均運動の値を用いて平均軌道半径変化率を算出し、該平均軌道半径変化率と、大気密度と、前記軌道長半径算出ステップで算出した軌道長半径とを用いて、大気抵抗係数を算出するステップと、
前記軌道長半径を置換したケプラー要素の値と、前記大気抵抗係数とを用いて、前記中高度人工衛星の軌道予測を実施すると共に、当該軌道予測結果に基づき、アンテナによる前記中高度人工衛星の捕捉に用いられるアンテナ予測値を算出するステップと、
をコンピュータに実行させるための中高度人工衛星捕捉プログラム。
(Appendix 3)
A Kepler element calculation step for calculating a Kepler element value from the position and velocity data of the intermediate altitude satellite obtained from a GPS receiver mounted on the medium altitude satellite;
The value of the orbital length radius of the intermediate altitude satellite is calculated from a plurality of values of the orbital period obtained from the intermediate altitude artificial satellite, and the orbital length radius of the Kepler element calculated in the Kepler element calculating step is calculated. A trajectory length radius calculating step for replacing with a trajectory length radius;
An average orbit radius change rate is calculated using an average motion value obtained from a plurality of values of the orbit period, the average orbit radius change rate, the atmospheric density, and the orbit length radius calculated in the orbit length radius calculating step. And calculating the atmospheric resistance coefficient using
Using the Kepler element value with the orbital length radius replaced and the atmospheric resistance coefficient, orbit prediction of the medium-height satellite is performed, and based on the orbit prediction result, Calculating an antenna predicted value used for acquisition;
A medium-altitude satellite acquisition program to run a computer.
(付記4)
中高度人工衛星に搭載されたGPS受信機から得られた当該中高度人工衛星の位置及び速度データから、ケプラー要素の値を算出するケプラー要素算出手段と、
前記中高度人工衛星から得られた軌道周期の複数の値から、該中高度人工衛星の軌道長半径の値を算出し、前記ケプラー要素算出ステップで算出したケプラー要素の軌道長半径を該算出した軌道長半径に置換する手段と、
前記軌道周期の複数の値から得られる平均運動の値を用いて平均軌道半径変化率を算出し、該平均軌道半径変化率と、大気密度と、前記軌道長半径算出ステップで算出した軌道長半径とを用いて、大気抵抗係数を算出する手段と、
前記軌道長半径を置換したケプラー要素の値と、前記大気抵抗係数とを用いて、前記中高度人工衛星の軌道予測を実施すると共に、当該軌道予測結果に基づき、アンテナによる前記中高度人工衛星の捕捉に用いられるアンテナ予測値を算出する手段と、
を有する中高度人工衛星捕捉装置。
(Appendix 4)
Kepler element calculation means for calculating the value of the Kepler element from the position and velocity data of the intermediate altitude satellite obtained from the GPS receiver mounted on the medium altitude satellite,
The value of the orbital length radius of the intermediate altitude satellite is calculated from a plurality of values of the orbital period obtained from the intermediate altitude artificial satellite, and the orbital length radius of the Kepler element calculated in the Kepler element calculating step is calculated. Means to replace the orbital length radius;
An average orbit radius change rate is calculated using an average motion value obtained from a plurality of values of the orbit period, the average orbit radius change rate, the atmospheric density, and the orbit length radius calculated in the orbit length radius calculating step. Means for calculating the atmospheric resistance coefficient using
Using the Kepler element value with the orbital length radius replaced and the atmospheric resistance coefficient, orbit prediction of the medium-height satellite is performed, and based on the orbit prediction result, Means for calculating an antenna predicted value used for acquisition;
A medium-altitude satellite capture device.
1 人工衛星 3 アンテナ
5 テレメトリ処理装置 7 アンテナ予報値生成装置
9 アンテナ駆動装置
71 データ取得部 72 取得データ格納部
73 座標変換部 74 赤道面座標系データ格納部
75 平均要素生成部 76 平均要素データ格納部
77 軌道長半径算出部 78 平均運動データ格納部
79 軌道長半径変化率算出部 80 軌道長半径変化率格納部
81 大気密度モデルデータ格納部
82 大気密度算出部 83 大気密度格納部
84 大気抵抗係数算出部 85 大気抵抗係数格納部
86 軌道予測部 87 軌道予測データ格納部
88 アンテナ予報値算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記中高度人工衛星から得られた軌道周期の複数の値から、該中高度人工衛星の軌道長半径を算出し、前記ケプラー要素算出ステップで算出したケプラー要素の値に含まれる軌道長半径を、該算出した軌道長半径に置換する軌道長半径算出ステップと、
前記軌道周期の複数の値から得られる平均運動の値を用いて平均軌道半径変化率を算出し、該平均軌道半径変化率と、大気密度と、前記軌道長半径算出ステップで算出した軌道長半径とを用いて、大気抵抗係数を算出するステップと、
前記軌道長半径を置換したケプラー要素の値と、前記大気抵抗係数とを用いて、前記中高度人工衛星の軌道予測を実施すると共に、当該軌道予測結果に基づき、アンテナによる前記中高度人工衛星の捕捉に用いられるアンテナ予測値を算出するステップと、
をコンピュータが実行する中高度人工衛星捕捉方法。 A Kepler element calculation step for calculating a value of a Kepler element including an orbital length radius from the position and velocity data of the intermediate altitude satellite obtained from a GPS receiver mounted on the medium altitude artificial satellite;
A plurality of values of the orbital period obtained from highly satellites in said calculates a semi-major axis of the middle altitude satellites, the semi-major axis in the value of the Kepler elements calculated by the Keplerian element calculation step, A trajectory length radius calculating step for replacing the calculated trajectory length radius;
An average orbit radius change rate is calculated using an average motion value obtained from a plurality of values of the orbit period, the average orbit radius change rate, the atmospheric density, and the orbit length radius calculated in the orbit length radius calculating step. And calculating the atmospheric resistance coefficient using
Using the Kepler element value with the orbital length radius replaced and the atmospheric resistance coefficient, orbit prediction of the medium-height satellite is performed, and based on the orbit prediction result, Calculating an antenna predicted value used for acquisition;
A computer-implemented method for capturing mid-satellite satellites.
前記中高度人工衛星の位置及び速度データを、赤道面座標系における位置及び速度データに変換し、
前記赤道面座標系における位置及び速度データから、前記ケプラー要素の値を算出する、
請求項1記載の中高度人工衛星捕捉方法。 In the Kepler element calculation step,
Converting the medium altitude satellite position and velocity data into position and velocity data in the equatorial plane coordinate system;
From the position and velocity data in the equatorial plane coordinate system, the value of the Kepler element is calculated.
A method for capturing a medium-altitude satellite according to claim 1.
前記中高度人工衛星から得られた軌道周期の複数の値から、該中高度人工衛星の軌道長半径を算出し、前記ケプラー要素算出ステップで算出したケプラー要素の値に含まれる軌道長半径を、該算出した軌道長半径に置換する軌道長半径算出ステップと、
前記軌道周期の複数の値から得られる平均運動の値を用いて平均軌道半径変化率を算出し、該平均軌道半径変化率と、大気密度と、前記軌道長半径算出ステップで算出した軌道長半径とを用いて、大気抵抗係数を算出するステップと、
前記軌道長半径を置換したケプラー要素の値と、前記大気抵抗係数とを用いて、前記中高度人工衛星の軌道予測を実施すると共に、当該軌道予測結果に基づき、アンテナによる前記中高度人工衛星の捕捉に用いられるアンテナ予測値を算出するステップと、
をコンピュータに実行させるための中高度人工衛星捕捉プログラム。 A Kepler element calculation step for calculating a value of a Kepler element including an orbital length radius from the position and velocity data of the intermediate altitude satellite obtained from a GPS receiver mounted on the medium altitude artificial satellite;
A plurality of values of the orbital period obtained from highly satellites in said calculates a semi-major axis of the middle altitude satellites, the semi-major axis in the value of the Kepler elements calculated by the Keplerian element calculation step, A trajectory length radius calculating step for replacing the calculated trajectory length radius;
An average orbit radius change rate is calculated using an average motion value obtained from a plurality of values of the orbit period, the average orbit radius change rate, the atmospheric density, and the orbit length radius calculated in the orbit length radius calculating step. And calculating the atmospheric resistance coefficient using
Using the Kepler element value with the orbital length radius replaced and the atmospheric resistance coefficient, orbit prediction of the medium-height satellite is performed, and based on the orbit prediction result, Calculating an antenna predicted value used for acquisition;
A medium-altitude satellite acquisition program to run a computer.
前記中高度人工衛星から得られた軌道周期の複数の値から、該中高度人工衛星の軌道長半径を算出し、前記ケプラー要素算出ステップで算出したケプラー要素の値に含まれる軌道長半径を、該算出した軌道長半径に置換する手段と、
前記軌道周期の複数の値から得られる平均運動の値を用いて平均軌道半径変化率を算出し、該平均軌道半径変化率と、大気密度と、前記軌道長半径算出ステップで算出した軌道長半径とを用いて、大気抵抗係数を算出する手段と、
前記軌道長半径を置換したケプラー要素の値と、前記大気抵抗係数とを用いて、前記中高度人工衛星の軌道予測を実施すると共に、当該軌道予測結果に基づき、アンテナによる前記中高度人工衛星の捕捉に用いられるアンテナ予測値を算出する手段と、
を有する中高度人工衛星捕捉装置。 Kepler element calculation means for calculating a value of a Kepler element including an orbital length radius from the position and velocity data of the intermediate altitude satellite obtained from a GPS receiver mounted on the medium altitude artificial satellite;
A plurality of values of the orbital period obtained from highly satellites in said calculates a semi-major axis of the middle altitude satellites, the semi-major axis in the value of the Kepler elements calculated by the Keplerian element calculation step, Means for replacing the calculated orbital length radius;
An average orbit radius change rate is calculated using an average motion value obtained from a plurality of values of the orbit period, the average orbit radius change rate, the atmospheric density, and the orbit length radius calculated in the orbit length radius calculating step. Means for calculating the atmospheric resistance coefficient using
Using the Kepler element value with the orbital length radius replaced and the atmospheric resistance coefficient, orbit prediction of the medium-height satellite is performed, and based on the orbit prediction result, Means for calculating an antenna predicted value used for acquisition;
A medium-altitude satellite capture device.
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