JPH01113612A - 人工衛星のヨー角検出装置 - Google Patents
人工衛星のヨー角検出装置Info
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- JPH01113612A JPH01113612A JP27097187A JP27097187A JPH01113612A JP H01113612 A JPH01113612 A JP H01113612A JP 27097187 A JP27097187 A JP 27097187A JP 27097187 A JP27097187 A JP 27097187A JP H01113612 A JPH01113612 A JP H01113612A
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- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
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- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、地球を周回する人工衛星の姿勢角検出装置
、特に地球中心方向に指向したヨー軸まわりの姿勢誤差
角（ヨー角という）の検出装置に関するものである。
、特に地球中心方向に指向したヨー軸まわりの姿勢誤差
角（ヨー角という）の検出装置に関するものである。
第３図は坤球指向型三軸姿勢制御人工衛星の概観図であ
り９図において口）は地球、（２Ｉは人工衛星。
り９図において口）は地球、（２Ｉは人工衛星。
＋３）はロール軸、（４Ｉはピッチ軸、（５１はヨー軸
、Ｃ６）は人工衛星（２）の進行方向、（７）は人工衛
星（２）から地球＜１）の中心方向、Ｘ８）は軌道面ベ
クトルと逆方向を示す。地球指向型の三軸姿勢制御は、
上記ロール軸＋３） ｉ人工衛星の進行方向１６１へ、
ピッチ軸＋４１を軌道面ベクトルと逆方向（８）へ、ヨ
ー軸（５）全地球＋１）の中心方向＋７１へ一致させる
ように制御される。又、上記の各軸まわすの基憔方向か
らのズレ角を各々ロール角、ピッチ角、ヨー角という。
、Ｃ６）は人工衛星（２）の進行方向、（７）は人工衛
星（２）から地球＜１）の中心方向、Ｘ８）は軌道面ベ
クトルと逆方向を示す。地球指向型の三軸姿勢制御は、
上記ロール軸＋３） ｉ人工衛星の進行方向１６１へ、
ピッチ軸＋４１を軌道面ベクトルと逆方向（８）へ、ヨ
ー軸（５）全地球＋１）の中心方向＋７１へ一致させる
ように制御される。又、上記の各軸まわすの基憔方向か
らのズレ角を各々ロール角、ピッチ角、ヨー角という。
このうち、ロール角とピッチ角については、地球センサ
と呼ばれる地球の周辺を取り巻く炭酸ガス層と宇宙空間
の境界を検出する事により測定する事ができ、実際数多
くの地球センサが製造され人工衛星に搭載されている。
と呼ばれる地球の周辺を取り巻く炭酸ガス層と宇宙空間
の境界を検出する事により測定する事ができ、実際数多
くの地球センサが製造され人工衛星に搭載されている。
ところが、ヨー角の測定は、地球がほぼ球形をしている
事から上記地球センサによっては検出不能、であり、仲
の方法即ち、太陽舎の測定による方法、星との相対伯ヲ
利用する方法、ジャイロコンパスの原理を利用する方法
等があった。第４図はジャイロコンパスの原理を利用す
る従来のヨー角検出装置の構成を示すｌ［１）ｉ図であ
る。図において。
事から上記地球センサによっては検出不能、であり、仲
の方法即ち、太陽舎の測定による方法、星との相対伯ヲ
利用する方法、ジャイロコンパスの原理を利用する方法
等があった。第４図はジャイロコンパスの原理を利用す
る従来のヨー角検出装置の構成を示すｌ［１）ｉ図であ
る。図において。
ｔｉａはロール軸まわりの回転角速度を検出するロール
ジャイロ、ａｌｌはヨー角検出回路である。第５図は上
記ヨー角検出回路の機能を示すブロック図である。図に
おいてｃＬｚはロールジャイロｒ１［Ｉの出力信号、Ｃ
１３は軌道角速度（Ｃ０）の負の逆数の値を持つゲイン
である。α滲はヨー角の推定値ψである。この方法でヨ
ー角の推定値α４が得られるのは以下の理由による。即
ち２人工衛星（２１の三軸１３）〜１５＋まわりの回転
角速度（ω８．ω９．ω２）と、ロール角、ピッチ角、
ヨー角（φ１．θ、ψ）及びそれらの時間変化率（φ、
θ、ψ）との間のキネマテイカルな関係式は第１式〜第
３式で表わす事ができる。
ジャイロ、ａｌｌはヨー角検出回路である。第５図は上
記ヨー角検出回路の機能を示すブロック図である。図に
おいてｃＬｚはロールジャイロｒ１［Ｉの出力信号、Ｃ
１３は軌道角速度（Ｃ０）の負の逆数の値を持つゲイン
である。α滲はヨー角の推定値ψである。この方法でヨ
ー角の推定値α４が得られるのは以下の理由による。即
ち２人工衛星（２１の三軸１３）〜１５＋まわりの回転
角速度（ω８．ω９．ω２）と、ロール角、ピッチ角、
ヨー角（φ１．θ、ψ）及びそれらの時間変化率（φ、
θ、ψ）との間のキネマテイカルな関係式は第１式〜第
３式で表わす事ができる。
ω８＝φ−ω０ψ １）＋ωｙ＝θ−ω
ｏ（２１ ω２＝φ＋ω。φ （３）姿勢制御が定
常状態になると、φ、θ、ψはほとんど０になっている
ので、第１式は、第４式のようになる。
ｏ（２１ ω２＝φ＋ω。φ （３）姿勢制御が定
常状態になると、φ、θ、ψはほとんど０になっている
ので、第１式は、第４式のようになる。
ω８中−ωθψ （４）これより。
という近似推定式が成り立ち、この式を回路化したもの
が第５図であった。
が第５図であった。
従来のヨー角検出装置は以上のように構成されているの
で、姿勢制御が定常状態にない時９例えばスラスタ噴射
の直後等、姿勢運動が過渡状態では、φ、θ、ψが０に
なっていないため第１）５１式によるヨー角推定の精度
が悪くなるという問題点があった。
で、姿勢制御が定常状態にない時９例えばスラスタ噴射
の直後等、姿勢運動が過渡状態では、φ、θ、ψが０に
なっていないため第１）５１式によるヨー角推定の精度
が悪くなるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、姿勢制御が定常状態にない時にもヨー角の推
定を高い精度で実現する事のできる装置を得る事を目的
とする。
たもので、姿勢制御が定常状態にない時にもヨー角の推
定を高い精度で実現する事のできる装置を得る事を目的
とする。
この発明に係る人工衛星のヨー角検出装置゛は第（１）
式から得られる次の第（６１式を基本としている。
式から得られる次の第（６１式を基本としている。
すなわち、従来、定常状態である事を仮定し近似ψ＝
（φ−ωｘ）／ωｏ（６１ 的に０とみなしていた。ロール角の変化率φを０とみな
さずロール角の検出信号音用いてその変化率を推定し、
その推定値φを用いて、ヨー角の推定値賞を求めるもの
である。すなわち、第（７１式を用いる。
（φ−ωｘ）／ωｏ（６１ 的に０とみなしていた。ロール角の変化率φを０とみな
さずロール角の検出信号音用いてその変化率を推定し、
その推定値φを用いて、ヨー角の推定値賞を求めるもの
である。すなわち、第（７１式を用いる。
ヘ ヘ
ψ＝（φ−ωｘ）／ωｏ（７）
ここで、０）ｘは、衛星に搭載されたロール軸まわりの
回転角速度検出器の検出信号を用いる。Ｃ０は、軌道運
動の角速度であり１円軌道を周回する場合には予め決っ
た値を用いる事ができる。しかし、だ円軌道の場合、Ｃ
０は軌道上の位置により変化する量であり、第（２）式
における定常解である第（８）式を用いて、ピッチ軸ま
わりの衛星（２１０回転ω０＝−ωｙ１Ｂ１ 角速度検出器の検出信号を用いる事によシ精度を上げる
方法もある。ａの推定の第１の方法は、ロール角を、い
わゆるバイパスフィルタート呼ハれる低周波数領域で微
分特性を示すフィルターを通す事によりロール角変化率
の推定を行なう方法である。バイパスフィルターの伝達
関数Ｇ （Ｓｌは第（９１式で表わす事ができる。
回転角速度検出器の検出信号を用いる。Ｃ０は、軌道運
動の角速度であり１円軌道を周回する場合には予め決っ
た値を用いる事ができる。しかし、だ円軌道の場合、Ｃ
０は軌道上の位置により変化する量であり、第（２）式
における定常解である第（８）式を用いて、ピッチ軸ま
わりの衛星（２１０回転ω０＝−ωｙ１Ｂ１ 角速度検出器の検出信号を用いる事によシ精度を上げる
方法もある。ａの推定の第１の方法は、ロール角を、い
わゆるバイパスフィルタート呼ハれる低周波数領域で微
分特性を示すフィルターを通す事によりロール角変化率
の推定を行なう方法である。バイパスフィルターの伝達
関数Ｇ （Ｓｌは第（９１式で表わす事ができる。
Ｇ（８１＝＝ □ （９
）１＋ＴＳ ここで、ｓ＋４ラプラス演算子を示す。
）１＋ＴＳ ここで、ｓ＋４ラプラス演算子を示す。
第２の方法は、第３の方法と同様に、ヨー角の推定をコ
ンピュータによる演算により行なう場合に適した方法で
ある。第２の方法は、コンピュータの演算周期１に’ｒ
３とした場合、第１番目と第ｉ＋１番目のロール角信号
（それぞれφｉ、φｉ＋１トする）の差ｆｔＴｓで割り
算する事により推定する方法であり、第００式により表
わす事ができる。
ンピュータによる演算により行なう場合に適した方法で
ある。第２の方法は、コンピュータの演算周期１に’ｒ
３とした場合、第１番目と第ｉ＋１番目のロール角信号
（それぞれφｉ、φｉ＋１トする）の差ｆｔＴｓで割り
算する事により推定する方法であり、第００式により表
わす事ができる。
ψ＝（ψｉ＋１−φｉ）／ＴＳ αｅ第３の
方法は、第２の方法と類似の方法であるが第Ｑ（１式の
代シ番ζ第ｎｉ１式を用いる方法であシ、双−次変換法 と呼ばれる方法である。
方法は、第２の方法と類似の方法であるが第Ｑ（１式の
代シ番ζ第ｎｉ１式を用いる方法であシ、双−次変換法 と呼ばれる方法である。
この発明における。第【７１式によるヨー角の推定では
、従来近似的に０と見做していたごを、ロール角信号φ
を用いてａを推定し、ヨー角の推定式（第（７１式）に
用いる事によシ、ヨー角の推定精度を高める事ができる
。特に、姿勢運動が定常状態に達していない時、推定精
度は高まる。
、従来近似的に０と見做していたごを、ロール角信号φ
を用いてａを推定し、ヨー角の推定式（第（７１式）に
用いる事によシ、ヨー角の推定精度を高める事ができる
。特に、姿勢運動が定常状態に達していない時、推定精
度は高まる。
第１図は、この発明の一実施例を示す構成図であり、（
２）、 ＋１））、 （ｌυは第４図の従来の装置の構
成と同じものである。αりは、ロール角検出器である。
２）、 ＋１））、 （ｌυは第４図の従来の装置の構
成と同じものである。αりは、ロール角検出器である。
第２図は、この発明のヨー角推定を行なうブロック図で
ある。αｅは、ロール角変化率推定回路であシ、第（９
１式、第αＯ式、又は第ａｎ式によシワロール角の変化
率を近似的に推定する回路である。ａｎｌはロール角、
錦はロール角変化率の推定値φ、 ＋１９は減算器、■
は軌道角速度の逆数のゲインである。
ある。αｅは、ロール角変化率推定回路であシ、第（９
１式、第αＯ式、又は第ａｎ式によシワロール角の変化
率を近似的に推定する回路である。ａｎｌはロール角、
錦はロール角変化率の推定値φ、 ＋１９は減算器、■
は軌道角速度の逆数のゲインである。
第２図のブロック図によショー角検出を行なうと、第（
６１式の原理によって、ヨー角の推定を精度良く行なう
事ができる。特に、第５図で示した従来の方法によるヨ
ー角の推定に比べて、スラスタ噴射直後等の姿勢運動が
定常に達していない時。
６１式の原理によって、ヨー角の推定を精度良く行なう
事ができる。特に、第５図で示した従来の方法によるヨ
ー角の推定に比べて、スラスタ噴射直後等の姿勢運動が
定常に達していない時。
すなわち、ロール角の変化率が近似的に０と見做されな
い場合、推定精度を上げる事ができるものである。ロー
ル角推定回路ａＳは、第（９）式、第−式。
い場合、推定精度を上げる事ができるものである。ロー
ル角推定回路ａＳは、第（９）式、第−式。
又は第０１）式による伝達関数から構成される事は前述
のとおシである。
のとおシである。
以上のように、この発明によればヨー角推定回路を、従
来近似的に０と見做し省略されていたロール角の変化率
を推定し補正するように構成したので、ヨー角の推定精
度が向上し、特にスラスタ噴射直後等の姿勢運動が定常
に達していない時にもヨー角推定を精度良く行なえると
いう効果がある。
来近似的に０と見做し省略されていたロール角の変化率
を推定し補正するように構成したので、ヨー角の推定精
度が向上し、特にスラスタ噴射直後等の姿勢運動が定常
に達していない時にもヨー角推定を精度良く行なえると
いう効果がある。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図はヨ
ー角推定を行なうブロック図、第３図は地球指向型三軸
姿勢制御人工衛星の概観図、第４図はジャイロコンパス
の原理を利用する従来のヨー角検出装置の構成図、第５
図はヨー角検出回路のブロック図である。 図において、（１）は地球、（２１は人工衛星、（３）
はロール軸、（４１はピッチ軸、【５１はヨー軸、Ｃ６
１は人工衛星の進行方向、（７）は人工衛星から地球の
中心方向。 （８１は軌道面ベクトルと逆方向、αａはロールジャイ
ロ、ａｌｌはヨー角検出回路、ａ３はロールジャイロの
出力信号、 ＋１３は軌道角速度の負の逆数のゲイン。 ＋１４１はヨー角の推定値、 ａＳはロール角検出器、
＋１８はロール角変化率推定回路、（ｌηはロール角
、 ａＳはロール角変化率の推定値、ｔｌｇは減算器、
■は軌道角速度の逆数のゲインである。 なお９図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
ー角推定を行なうブロック図、第３図は地球指向型三軸
姿勢制御人工衛星の概観図、第４図はジャイロコンパス
の原理を利用する従来のヨー角検出装置の構成図、第５
図はヨー角検出回路のブロック図である。 図において、（１）は地球、（２１は人工衛星、（３）
はロール軸、（４１はピッチ軸、【５１はヨー軸、Ｃ６
１は人工衛星の進行方向、（７）は人工衛星から地球の
中心方向。 （８１は軌道面ベクトルと逆方向、αａはロールジャイ
ロ、ａｌｌはヨー角検出回路、ａ３はロールジャイロの
出力信号、 ＋１３は軌道角速度の負の逆数のゲイン。 ＋１４１はヨー角の推定値、 ａＳはロール角検出器、
＋１８はロール角変化率推定回路、（ｌηはロール角
、 ａＳはロール角変化率の推定値、ｔｌｇは減算器、
■は軌道角速度の逆数のゲインである。 なお９図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (4)
- （１）ロール軸を進行方向に、ピッチ軸を軌道面の角運
動量と逆方向に、ヨー軸を地球中心となるような状態で
地球のまわりを周回する三軸姿勢制御人工衛星に搭載し
たロール軸まわりの回転角速度を検出する回転角速度検
出器と３ロール軸まわりの回転角度誤差を検出する姿勢
角検出器と、上記姿勢角検出器の出力信号に位相進み補
償を施した信号から上記回転角速度検出器の出力信号を
差し引き、その差信号をあらかじめ予測された上記人工
衛星が地球のまわりを周回する周回角速度で割り算する
事により上記人工衛星のヨー軸まわりの回転角度誤差を
推定する電子回路とを備えた人工衛星のヨー角検出装置
。 - （２）上記人工衛星が地球のまわりを周回する周回角速
度として、衛星のピッチ軸まわりの回転角速度を検出す
る回転角速度検出器の出力信号を用いるようにした事を
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の人工衛星の
ヨー角検出装置。 - （３）上記ロール軸まわりの回転角度誤差を検出する姿
勢角検出器の出力信号のサンプリング周期毎の差をサン
プリング周期で割り算した信号から、上記回転角速度検
出器の出力信号を差し引く事を特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載の人工衛星のヨー角検出装置。 - （４）上記ロール軸まわりの回転角度誤差を検出する姿
勢角検出器の出力信号のサンプリング周期毎の差を同じ
くサンプリング周期毎の和で割り算し、さらにサンプリ
ング周期の１／２で割り算した信号から、上記回転角速
度検出器の出力信号を差し引く事を特徴とする特許請求
の範囲第（１）項記載の人工衛星のヨー角検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27097187A JPH01113612A (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 人工衛星のヨー角検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27097187A JPH01113612A (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 人工衛星のヨー角検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01113612A true JPH01113612A (ja) | 1989-05-02 |
Family
ID=17493582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27097187A Pending JPH01113612A (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 人工衛星のヨー角検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01113612A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111409868A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-07-14 | 上海卫星工程研究所 | 气象卫星南北调头控制方法及系统 |
-
1987
- 1987-10-27 JP JP27097187A patent/JPH01113612A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111409868A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-07-14 | 上海卫星工程研究所 | 气象卫星南北调头控制方法及系统 |
| CN111409868B (zh) * | 2020-03-10 | 2021-08-03 | 上海卫星工程研究所 | 气象卫星南北调头控制方法及系统 |
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