JP6440404B2 - 姿勢軌道制御システム及び当該姿勢軌道制御システムの動作方法 - Google Patents
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Description
・スターセンサが最も複雑な内部アルゴリズムを要求しているので、他のセンサの理解を前提としないと利用できない、
・スターセンサしか完全に自律的に動作できない、
・スターセンサしか必要な精度の絶対姿勢データを出力できない、
・スターセンサのみが中央部として姿勢検出の「個別のセンサ」システム及び「ジャイロスコープレス」システムを実現できる、
・スターセンサのみが純粋な宇宙飛行用製品であり、ジャイロスコープのごとく他の市場で優勢を占めていない、並びに、
・スターセンサの測定プロセスでしか、スターカタログとの比較により、姿勢に加えて、姿勢測定誤差を直接に求めることができない、
等の理由から選定するのが最適である。
1a スターセンサのカメラヘッド
1b スターセンサのプロセッサユニット
2a 中央マスタプロセッサユニット
2b 冗長的な中央プロセッサユニット
3 別の運動学的なAOCSセンサ
3a 別の運動学的なAOCSセンサのセンサエレメント
3b 別の運動学的なAOCSセンサのプロセッサユニット
3A ジャイロスコープ回転レートセンサ
3B 地球センサ
3C GNSSセンサ
4 センサバス、第1のバス
5 衛星のAOCSバス、第2のバス
6 中央コンピュータ
7 同期ライン
8 ハイブリッド化された運動学的な測定データ
8a マスタプロセッサユニットのハイブリッド化された運動学的な測定データ
8b 冗長的なプロセッサユニットのハイブリッド化された運動学的な測定データ
9 ポイント・ツー・ポイント方式のデータ接続
10 最適化されたハイブリッド化プロセッサ
11 コンフィギュレーションパラメータメモリ
12 変換プロセッサ
13 誤差及び誤差相関の低減
14 クロス較正
15 傾向識別
16 非ノミナルプロセッサ
17 モードスイッチ
18 マルチモデル適応推定器
19 6次元拡張カルマンフィルタ
20 マヌーバスイッチ
21 コンフィギュレーションデータ
22 変換パラメータ
23 スターセンサの同期合わせされた姿勢測定データ及び姿勢共分散データ
24 同期合わせされた別の運動学的な測定データ
24a ジャイロスコープの同期合わせされたレート測定データ
25 基準系におけるスターセンサの姿勢データ及び姿勢共分散データ
26 基準系における別の測定データ
26a 基準系におけるレート測定データ
27 脱相関された姿勢及びレート
28 ハイブリッド構成データ
29 非ノミナルの姿勢及びレート
30 最良の姿勢及びレート
31 マヌーバパラメータ
32 マヌーバの妥当性確率
33 種々のマヌーバモデルに対する姿勢、レート及び共分散に関する拡張カルマンフィルタ推定値
34 妥当な操作に対する姿勢の最適な推定値
35 妥当な操作に対するレートの最適な推定値
36 妥当な操作に対する姿勢共分散の最適な推定値
37 傾向に応じて更新された変換パラメータ
37a デルタ回転マトリクスを用いて傾向に応じて更新された変換パラメータ
38 積分レート
39 レート積分
40 最尤度フィット
41 フィットバイアスのバンドパスフィルタリングされた値の時間空間からレート空間への変換
42 バイアス及びスケールファクタのセパレータ
43 フィットバイアスの値
44 バイアス推定値
45 スケールファクタ推定値
46 捻れ軸の推定
47 捻れのデルタ回転マトリクスの推定
48 推定された捻れ軸
100 スターセンサのノイズ等価角度姿勢誤差のパワースペクトル密度
101 スターセンサの低周波姿勢誤差のパワースペクトル密度
102 スターセンサの高周波姿勢誤差のパワースペクトル密度
103 ジャイロスコープの積分レートのノイズ等価角度姿勢誤差のパワースペクトル密度
104 ジャイロスコープの積分レートの角度ランダムウォーク姿勢誤差のパワースペクトル密度
105 ジャイロスコープの積分レートのバイアス不安定性姿勢誤差のパワースペクトル密度
106 誤差及び誤差相関の低減後のハイブリッド化された姿勢のパワースペクトル密度
107 実際の姿勢
108 低周波誤差、高周波誤差及びノイズ等価角度誤差を有するスターセンサの姿勢
109 低周波誤差だけを有するスターセンサの姿勢
110 バイアス不安定性誤差、角度ランダムウォーク誤差及びノイズ等価角度誤差を有するジャイロスコープの姿勢
111 シフト及び回転されたレート姿勢
112 フィットバイアス
113 フィット角度
114 シフトされたレート姿勢
115 スケールファクタの誤差によって惹起されるフィットバイアス成分の回帰直線
116 スケールファクタ誤差及びバイアス不安定性によって惹起されるフィットバイアス
117 バイアス不安定性誤差及びスケールファクタ誤差の帯域幅
118 捻れの傾向の帯域幅
119 ノイズ等価角度誤差並びに低減された角度ランダムウォーク誤差及びLF誤差の帯域幅
120 傾向帯域における全てのファクタの可変の回転軸
121 捻れの固定の回転軸
122 見かけ上の捻れによる回転軸のシフト
Claims (14)
- 宇宙飛行体のための宇宙飛行体の姿勢軌道制御システムにおいて、
前記姿勢軌道制御システムは、
スターセンサ(1)と、
複数の別の運動学的なセンサ(3)と、
第1のバス(4)と、
同期ライン(7)と、
を有しており、
前記スターセンサ(1)は、中央マスタプロセッサユニット(2a)として設けられているプロセッサユニット(1b)と、光学カメラヘッド(1a)と、を備えており、
前記複数の別の運動学的なセンサ(3)は、センサエレメント(3a)及び別のプロセッサユニット(3b)をそれぞれ一つずつ備えており、前記別のプロセッサユニット(3b)の内の一つは、前記プロセッサユニット(1b)と等価であり、且つ、冗長的な中央プロセッサユニット(2b)として指定されており、
前記第1のバス(4)は、前記別の運動学的なセンサ(3)を前記中央マスタプロセッサユニット(2a)又は前記冗長的な中央プロセッサユニット(2b)に接続し、
前記同期ライン(7)は、前記中央マスタプロセッサユニット(2a)又は前記冗長的な中央プロセッサユニット(2b)の内のその都度アクティブな方から前記別の運動学的なセンサ(3)に統一的なタイムクロックを供給し、
前記中央マスタプロセッサユニット(2a)及び前記冗長的な中央プロセッサユニット(2b)は、前記宇宙飛行体の第2のバス(5)に接続されており、該接続を介して、前記中央マスタプロセッサユニット(2a)又は前記冗長的な中央プロセッサユニット(2b)の内のその都度アクティブな方は、前記宇宙飛行体の中央コンピュータ(6)にハイブリッド化された運動学的な測定データ(8)を供給し、該ハイブリッド化された運動学的な測定データ(8)は、前記スターセンサ(1)の同期合わせされた運動学的な測定データ(23)及び前記別の運動学的なセンサ(3)の測定データ(24)をハイブリッド化するための方法に従い形成されている、
ことを特徴とする、姿勢軌道制御システム。 - 前記統一的なタイムクロックは、同期ライン(7)を介して前記宇宙飛行体から供給されている、
請求項1に記載の姿勢軌道制御システム。 - 前記別の運動学的なセンサ(3)として、ジャイロスコープ回転レートセンサ、加速度センサ、磁力計、太陽センサ、地球センサ及びGNSSセンサからの任意の組み合わせが設けられている、
請求項1又は2に記載の姿勢軌道制御システム。 - 前記複数の別の運動学的なセンサ(3)の内の一つの別の運動学的なセンサ(3)のプロセッサユニットは、前記中央マスタプロセッサユニット(2a)の役割を担い、且つ、前記スターセンサ(1)の前記プロセッサユニット(1b)は、冗長的な中央プロセッサユニット(2b)として指定されている、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の姿勢軌道制御システム。 - 前記スターセンサ(1)は、少なくとも二つのカメラヘッド(1a)と一つのプロセッサユニット(1b)とから形成されている、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の姿勢軌道制御システム。 - 前記中央マスタプロセッサユニット(2a)及び前記冗長的な中央プロセッサユニット(2b)の他に、前記別の運動学的なセンサ(3)の内の幾つか又は全ては、付加的に、前記宇宙飛行体の前記第2のバス(5)に接続されている、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の姿勢軌道制御システム。 - 前記別の運動学的なセンサ(3)の内の幾つか又は全ては、付加的に、前記中央コンピュータ(6)に直接的に接続されている、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の姿勢軌道制御システム。 - 一つ又は複数の前記カメラヘッド(1a)は、前記プロセッサユニット(1b)から距離を置いて設けられており、且つ、ポイント・ツー・ポイントの方式に応じて前記プロセッサユニット(1b)に接続されている、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の姿勢軌道制御システム。 - 少なくとも一つのスターセンサの同期合わせされた姿勢測定データ及び姿勢共分散データ(23)と、別の運動学的なセンサ(3)の同期合わせされた測定データ(24)と、からハイブリッド化された運動学的な測定データ(8)を形成する方法において、
−前記同期合わせされた姿勢測定データ及び姿勢共分散データ(23)と、前記別の運動学的なセンサ(3)の前記同期合わせされた測定データ(24)と、を、変換パラメータ(22)を使用して、変換プロセッサ(12)によって統一的な基準系に座標変換し、
−前記統一的な基準系に変換された、前記スターセンサ(1)の前記姿勢測定データ及び前記姿勢共分散データ(25)と、別の運動学的な測定データ(26)と、を、誤差及び誤差相関の低減部(13)、クロス較正部(14)及び非ノミナルプロセッサ(16)に並列に転送し、
−一方のセンサの測定データの相関の強い成分を、他方のセンサの相関の弱いデータに置換することによって、前記低減部(13)において、共分散が低下されている、脱相関された姿勢及びレート(27)を形成し、
−前記脱相関された姿勢及びレート(27)を、前記クロス較正部(14)、傾向識別部(15)並びにモードスイッチ(17)へと並列に転送し、
−全てのセンサの測定データ(23,24)を、前記傾向識別部(15)において一つの統一的な基準系に変換するために、前記変換パラメータ(22)の長期間の傾向を識別し、前記傾向に応じて更新された変換パラメータ(37)をコンフィギュレーションパラメータメモリ(11)に格納し、該コンフィギュレーションパラメータメモリ(11)から取り出して後続の変換に利用し、
−前記統一的な基準系に変換された前記測定データ(25,26)並びに前記脱相関された姿勢及びレート(27)から、前記クロス較正部(14)においてハイブリッド較正データ(28)を形成し、
−非ノミナルの姿勢及びレート(29)を前記非ノミナルプロセッサ(16)において形成し、但し、非ノミナル状態にあるセンサのデータは使用せず、ノミナルに稼働するセンサを前記ハイブリッド較正データ(28)によって較正し、前記非ノミナルの姿勢及びレート(29)を前記モードスイッチ(17)に転送し、
−前記センサのノミナル状態又は非ノミナル状態に依存して、前記脱相関された姿勢及びレート(27)又は前記非ノミナルの姿勢及びレート(29)を選択し、選択された姿勢データ及びレートデータ(30)を、コンフィギュレート可能なマヌーバパラメータ(31)によって規定された、6次元拡張カルマンフィルタ推定器(19)のバンクと、該バンクをコントロールする適応型マルチモデル推定器(18)とに転送し、
−前記選択された姿勢データ及びレートデータ(30)及び前記コンフィギュレーションパラメータメモリ(11)に由来する前記マヌーバパラメータ(31)から、前記適応型マルチモデル推定器(18)において、マヌーバの妥当性確率(32)を求め、該マヌーバの妥当性確率(32)をマヌーバスイッチ(20)に転送し、
−前記6次元拡張カルマンフィルタ推定器(19)の結果(33)の中から、マヌーバの最も高い妥当性確率(32)を有している結果を前記マヌーバスイッチ(20)において選択し、姿勢(34)、レート(35)及び姿勢共分散(36)に関する最適な推定から成る、最適にハイブリッド化され且つ選択された運動学的な測定データ(8)を、宇宙飛行体の中央コンピュータ(6)に転送する、
ことを特徴とする、方法。 - 前記スターセンサ(1)のデータの他に、ジャイロスコープセンサの同期合わせされたレート測定データ(24a)を利用し、該同期合わせされたレート測定データ(24a)を、前記統一的な基準系におけるレート(26a)に変換する、
請求項9に記載の方法。 - 前記誤差及び前記誤差相関の低減(13)を、前記スターセンサの変換データ(25)及び積分レート(38)の最尤度フィット(40)及びレート積分(39)として実現する、
請求項9又は10に記載の方法。 - 前記クロス較正部(14)を、レートに依存するバイアス値へのローパスフィルタリング及び変換(41)と、それに続く、前記ジャイロスコープセンサのスケールファクタ及びバイアスの分離(42)の形態で実施する、
請求項10に記載の方法。 - 前記非ノミナルプロセッサ(16)は、前記スターセンサ(1)の停止時に、バイアス(44)及びスケールファクタ(45)の前記分離(42)の際に推定された値を用いて、前記非ノミナルの姿勢及びレート(29)を、前記統一的な基準系におけるレート(26a)のみから求める、
請求項12に記載の方法。 - 前記傾向識別部(15)を、衛星の捻れ軸の推定(46)及び前記捻れのデルタ回転マトリクスの推定(47)の形態で実施し、前記デルタ回転を使用して前記変換パラメータ(37a)の傾向を更新する、
請求項9乃至13のいずれか一項に記載の方法。
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