JP6750818B2 - 飛行体用航法装置および飛行体制御方法 - Google Patents
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Description
[利用場面]
図1は、第1実施形態の飛行体用航法装置100が搭載されたロケット1の利用場面の一例を示す図である。例えば、ロケット1は、避雷塔LTなどが建てられた発射場(射点)から上空に向けて発射される。この際、ロケット1に搭載された飛行体用航法装置100は、5つ以上の人工衛星(航法衛星)SATのそれぞれにより送信された各電波に基づき、ロケット1の位置および速度を導出し、この位置および速度を基にロケット1を目的地まで航行させる。人工衛星SATには、準天頂衛星が含まれてよい。本実施形態では、一例として、飛行体用航法装置100が8機の人工衛星SATを捕捉するものとして説明する。
図2は、第1実施形態のロケット1の概略構成図である。ロケット1は、例えば、多段ロケットであり、最上段には、人工衛星等が格納され、それ以下の段は、航行中に最上段から切り離され、落下する。ロケット1は、例えば、一段目ロケット10と、二段目ロケット12と、最上段の三段目ロケット14とを備える。ロケット1は、発射された直後は一段目ロケット10による推進力で飛行し、その後、一段目ロケット10を切り離した後、二段目ロケット12の推進力で飛行し、最終的に三段目ロケット14が人工衛星などのペイロード20を宇宙空間に到達させる。飛行体用航法装置100は、例えば、二段目ロケット12に格納される。
飛行体用航法装置100は、8機の人工衛星SATのそれぞれとロケット1との間のシュードレンジおよびシュードレンジレートを導出し、その導出した計8機分のシュードレンジおよびシュードレンジレートと、ロケット1の慣性力を基に求めた位置および速度とを複合することで、ロケット1の位置および速度を導出する。この際、飛行体用航法装置100は、マルチパスの影響により、各人工衛星SATに対応したシュードレンジおよびシュードレンジレートに誤差が含まれているかを判定し、マルチパスによる誤差が含まれていると判定した場合、誤差が含まれているシュードレンジおよびシュードレンジレートを利用せず、誤差が含まれていない残りのシュードレンジおよびシュードレンジレートを利用してロケット1の位置および速度を導出する。
本出願の出願人は、以下に説明するシミュレーション試験を実施した。図6は、シミュレーション結果の一例を示す図である。図中(a)は、本手法を適用しないシミュレーション結果を示し、(b)は、本手法を適用したシミュレーション結果を示している。いずれの図でも、縦軸は、速度誤差[m/s]を表し、横軸は、時刻[s]を表している。
以下、第2実施形態について説明する。上述した第1実施形態では、ある人工衛星SATの一以上の観測値のうちいずれかと予測値との差分が閾値以上である場合、衛星測位に、その人工衛星SATの観測値を利用しないものとして説明した。これに対して、第2実施形態では、観測値と予測値との差分に応じて観測値に重み付け、その重み付きの観測値を用いて衛星測位を行う点で、第1実施形態と相違する。すなわち、第2実施形態では、観測値と予測値との差分が閾値以上であっても衛星測位に利用する点で、第1実施形態と相違する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と共通する部分についての説明は省略する。
以下、第3実施形態について説明する。上述した第1および第2実施形態では、観測値と予測値との差分に応じてマルチパスが生じているか否かを判定した。これに対して、第3実施形態では、観測値と予測値との差分に加えて、或いは代えて、ロケット1の機体ダイナミクスの解析結果からマルチパスが生じているか否かを判定する点で、第1および第2実施形態と相違する。以下、第1および第2実施形態との相違点を中心に説明し、第1および第2実施形態と共通する部分についての説明は省略する。
5つ以上の複数の人工衛星のそれぞれから電波を受信する一以上のアンテナと、
情報を記憶するストレージと、
前記ストレージに格納されたプログラムを実行するプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、前記プログラムを実行することにより、
前記一以上のアンテナのそれぞれにより受信された電波に基づいて、前記複数の人工衛星のそれぞれについて、電波が受信された時点における前記人工衛星と前記飛行体との相対距離および相対速度を指標値として導出し、
前記複数の人工衛星のそれぞれについて、将来のある時点における前記人工衛星と前記飛行体との相対距離および相対速度のうちの少なくとも一方の指標値を予測し、
前記指標値の予測時点において前記アンテナにより受信された電波に基づき導出された指標値と、前記予測された指標値との比較結果に基づいて、前記飛行体の位置および速度を導出するように構成された飛行体用航法装置。
(1)
飛行しない移動体に搭載される移動体用航法装置であって、
5つ以上の複数の人工衛星のそれぞれから電波を受信する一以上のアンテナと、
前記一以上のアンテナのそれぞれにより受信された電波に基づいて、前記複数の人工衛星のそれぞれについて、電波が受信された時点における前記人工衛星と前記移動体との相対距離および相対速度を指標値として導出する第1導出部と、
前記複数の人工衛星のそれぞれについて、将来のある時点における前記人工衛星と前記移動体との相対距離および相対速度のうちの少なくとも一方の指標値を予測する予測部と、
前記予測部の予測時点において前記アンテナにより受信された電波に基づき前記第1導出部により導出された指標値と、前記予測部により予測された指標値との比較結果に基づいて、前記移動体の位置および速度を導出する第2導出部と、
を備える移動体用航法装置。
(2)
前記移動体に働く慣性力に基づいて、前記移動体の位置および速度を検出する検出部を更に備え、
前記予測部は、前記検出部により検出された前記移動体の位置および速度に基づいて、前記複数の人工衛星のそれぞれについて、将来のある時点における前記人工衛星と前記移動体との相対距離および相対速度のうちの少なくとも一方の指標値を予測する、
上記(1)に記載の移動体用航法装置。
(3)
前記予測部は、前記第1導出部により導出された過去の前記移動体の位置および速度に基づいて、前記複数の人工衛星のそれぞれについて、将来のある時点における前記人工衛星と前記移動体との相対距離および相対速度のうちの少なくとも一方の指標値を予測する、
上記(1)に記載の移動体用航法装置。
(4)
前記移動体に働く慣性力に基づいて、前記移動体の位置および速度を検出する検出部を更に備え、
前記第2導出部は、
前記第1導出部により前記人工衛星ごとに導出された指標値のうち、処理対象とする対象人工衛星に対応した指標値と、前記予測部により前記人工衛星ごとに予測された指標値のうち、前記対象人工衛星に対応した指標値との差分が閾値以上であるか否かを判定し、
前記差分が閾値未満であると判定した場合、前記第1導出部により前記人工衛星ごとに導出された前記指標値と、前記検出部により検出された前記移動体の位置および速度とに基づいて、前記移動体の位置および速度を導出し、
前記差分が閾値以上であると判定した場合、前記第1導出部により前記人工衛星ごとに導出された前記指標値の中から、前記対象人工衛星に対応した指標値を除いた複数の指標値と、前記検出部により検出された前記移動体の位置および速度とに基づいて、前記移動体の位置および速度を導出する、
上記(1)から(3)のうちいずれか一つに記載の移動体用航法装置。
(5)
前記第2導出部は、
前記差分が閾値以上であるか否かを判定する判定処理を所定の周期で繰り返し、
前記判定処理を繰り返す中で、前記差分が閾値以上であると判定した場合、少なくとも次の周期まで、前記対象人工衛星に対応した指標値を除いた複数の指標値と、前記検出部により検出された前記移動体の位置および速度とに基づいて、前記移動体の位置および速度を導出する、
上記(4)に記載の移動体用航法装置。
(6)
前記移動体に働く慣性力に基づいて、前記移動体の位置および速度を検出する検出部を更に備え、
前記第2導出部は、
前記第1導出部により前記人工衛星ごとに導出された指標値と、前記予測部により前記人工衛星ごとに予測された指標値との差分を、前記人工衛星ごとに導出し、
前記第1導出部により前記人工衛星ごとに導出された指標値に、導出した前記差分に応じた重みを付与し、
前記重みを付与した前記人工衛星ごとの指標値と、前記検出部により検出された前記移動体の位置および速度とに基づいて、前記移動体の位置および速度を導出する、
上記(1)から(3)のうちいずれか一つに記載の移動体用航法装置。
(7)
前記第2導出部は、前記差分が大きいほど前記重みを小さくし、前記差分が小さいほど前記重みを大きくする、
上記(6)に記載の移動体用航法装置。
(8)
前記第2導出部は、更に、
前記第1導出部により導出された指標値と、予め決められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動体の位置および速度を導出する、
上記(1)から(7)のうちいずれか一つに記載の移動体用航法装置。
(9)
前記第2導出部は、更に、
第1時点において前記アンテナにより受信された電波に基づき前記第1導出部により導出された指標値と、前記第1時点よりも後の第2時点において前記アンテナにより受信された電波に基づき前記第1導出部により導出された指標値との比較結果に基づいて、前記移動体の位置および速度を導出する、
上記(1)から(8)のうちいずれか一つに記載の移動体用航法装置。
(10)
5つ以上の複数の人工衛星のそれぞれから電波を受信する一以上のアンテナを備える飛行しない移動体に搭載されるコンピュータが、
前記一以上のアンテナのそれぞれにより受信された電波に基づいて、前記複数の人工衛星のそれぞれについて、電波が受信された時点における前記人工衛星と前記移動体との相対距離および相対速度を指標値として導出し、
前記複数の人工衛星のそれぞれについて、将来のある時点における前記人工衛星と前記移動体との相対距離および相対速度のうちの少なくとも一方の指標値を予測し、
前記指標値の予測時点において前記アンテナにより受信された電波に基づき導出した指標値と、前記予測した指標値との比較結果に基づいて、前記移動体の位置および速度を導出する、
移動体制御方法。
Claims (3)
- 飛行体に搭載される飛行体用航法装置であって、
5つ以上の複数の人工衛星のそれぞれから電波を受信する一以上のアンテナと、
前記一以上のアンテナのそれぞれにより受信された電波に基づいて、前記複数の人工衛星のそれぞれについて、電波が受信された時点における前記人工衛星と前記飛行体との相対距離および相対速度を指標値として導出する第1導出部と、
前記複数の人工衛星のそれぞれについて、将来のある時点における前記人工衛星と前記飛行体との相対距離および相対速度のうちの少なくとも一方の指標値を予測する予測部と、
前記予測部の予測時点において前記アンテナにより受信された電波に基づき前記第1導出部により導出された指標値と、前記予測部により予測された指標値との比較結果に基づいて、前記飛行体の位置および速度を導出する第2導出部と、を備え、
前記第2導出部は、
前記第1導出部により導出された指標値を、前記飛行体の三次元座標の各軸成分に分解し、
前記分解した3つの成分のそれぞれと、予め決められた閾値との比較結果に基づいて、前記複数の人工衛星のそれぞれについてマルチパスが生じた否かを判定し、
前記複数の人工衛星のうち少なくとも一つの人工衛星に前記マルチパスが生じたと判定した場合、前記マルチパスが生じたと判定した人工衛星を除く前記複数の人工衛星の電波に基づき前記第1導出部によって導出された前記指標値と、前記予測部により予測された指標値との比較結果に基づいて、前記飛行体の位置および速度を導出する、
飛行体用航法装置。 - 前記第2導出部は、
前記飛行体の進行方向である第1軸の成分と、第1閾値との比較結果と、
前記第1軸と交差する第2軸の成分と、前記第1閾値よりも小さい第2閾値との比較結果と、
前記第1軸および前記第2軸と交差する第3軸の成分と、前記第1閾値よりも小さい第3閾値との比較結果と、
に基づいて、前記マルチパスが生じた否かを判定する、
請求項1に記載の飛行体用航法装置。 - 5つ以上の複数の人工衛星のそれぞれから電波を受信する一以上のアンテナを備える飛行体に搭載されるコンピュータが、
前記一以上のアンテナのそれぞれにより受信された電波に基づいて、前記複数の人工衛星のそれぞれについて、電波が受信された時点における前記人工衛星と前記飛行体との相対距離および相対速度を指標値として導出し、
前記複数の人工衛星のそれぞれについて、将来のある時点における前記人工衛星と前記飛行体との相対距離および相対速度のうちの少なくとも一方の指標値を予測し、
前記指標値の予測時点において前記アンテナにより受信された電波に基づき前記導出した指標値と、前記予測した指標値との比較結果に基づいて、前記飛行体の位置および速度を導出し、
前記導出した指標値を、前記飛行体の三次元座標の各軸成分に分解し、
前記分解した3つの成分のそれぞれと、予め決められた閾値との比較結果に基づいて、前記複数の人工衛星のそれぞれについてマルチパスが生じた否かを判定し、
前記複数の人工衛星のうち少なくとも一つの人工衛星に前記マルチパスが生じたと判定した場合、前記マルチパスが生じたと判定した人工衛星を除く前記複数の人工衛星の電波に基づき導出した前記指標値と、予測した前記指標値との比較結果に基づいて、前記飛行体の位置および速度を導出する、
飛行体制御方法。
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