JPH02187623A - Star sensor - Google Patents

Star sensor

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JPH02187623A
JPH02187623A JP1005947A JP594789A JPH02187623A JP H02187623 A JPH02187623 A JP H02187623A JP 1005947 A JP1005947 A JP 1005947A JP 594789 A JP594789 A JP 594789A JP H02187623 A JPH02187623 A JP H02187623A
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Japan
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star
information
attitude
attitude information
stored
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Application number
JP1005947A
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Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Harikae
正敏 張替
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/785Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
    • G01S3/786Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
    • G01S3/7867Star trackers

Abstract

PURPOSE:To detect attitude information of high precision of a base body by comparing stored star information and information from an actual star image signal with each other to lead out attitude information of the base body and correcting the error of a detecting means and stored information. CONSTITUTION:When this star sensor is used to detect attitude information of an artificial satellite, an image pickup means 10 is fixed to a satellite base body, and a signal processing means 12 is provided with a central processing unit to lead out first star information of the magnitude, the elongation, the position, etc., of a star from the star image signal from the means 10. Second star information preliminarily generated on the ground is stored in a storage device 14 consisting of a RAM. The means 12 compares first and second star information with each other; and when they coincide with each other, the means 12 leads out first attitude information of the star based on first star information and corrects the detection error of second attitude information outputted from a detecting means 16 and holds it at each time to keep the precision. When first and second star information do not coincide with each other, information in the means 14 is corrected to that of the means 10.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、例えば、人工衛星等の宇宙層しょう体の航
法システムに用いられるスターセンサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a star sensor used, for example, in a navigation system for a space body such as an artificial satellite.

(従来の技術) 一般に、スターセンサは、宇宙層しよう体の高精度な姿
勢制御を行うための航法機器として、天球上の星の位置
を利用して慣性空間における宇宙層しょう体の高精度な
姿勢情報を求めるために使用される。
(Prior Technology) In general, a star sensor is a navigation device that performs highly accurate attitude control of a cosmic body using the position of a star on the celestial sphere. Used to obtain posture information.

第8図はこのように従来のスターセンサを示すもので、
レンズ部1で星2からの平行光線が集光されて星画像2
aが星画像撮像装置3に結像される。この星画像撮像装
置3に結像された星画像2aはインターフェース4を介
して星画像処理装置5に導かれ、宇宙飛しょう体の姿勢
情報の検出に供される。
Figure 8 shows the conventional star sensor in this way.
Parallel rays from star 2 are focused by lens unit 1 to create star image 2
a is imaged on the star image capturing device 3. The star image 2a formed by the star image capturing device 3 is guided to the star image processing device 5 via the interface 4, and is used for detecting attitude information of the spacecraft.

上記星画像処理装置5の画像処理は、第9図に示す手順
で行われる。すなわち、ステップS1で、星画像情報が
中央処理装置(CPU)5aに入力され、ステップS2
で星画像上の星2の離角を求め、ステップS3で予め画
像情報記憶装置5bに記憶された天球の星2の位置を示
す星情報とマツチングをとる。そして、ステップS4で
は、マツチングが成功すると、ステップS5で星画像上
の3つ以上の星2の離角と一致するような星2の組合わ
せを求めて、上記画像情報が天球のどの位置を撮像した
ものかを検出して固定し、ステップS6で、宇宙飛しょ
う体の慣性空間における姿勢情報を出力する。
Image processing by the star image processing device 5 is performed in accordance with the procedure shown in FIG. That is, in step S1, star image information is input to the central processing unit (CPU) 5a, and in step S2
In step S3, the elongation of star 2 on the star image is determined, and in step S3, it is matched with star information indicating the position of star 2 on the celestial sphere, which has been stored in advance in the image information storage device 5b. Then, in step S4, if the matching is successful, in step S5, a combination of stars 2 that matches the elongation of three or more stars 2 on the star image is found, and the above image information indicates which position on the celestial sphere. It is detected whether the image has been taken and fixed, and in step S6, the attitude information of the spacecraft in inertial space is output.

また、ステップS4で、マツチングが失敗すると、星画
像2aの固定が不可能となり、初期のステップS1に戻
り、再び入力した星画像2aの処理が行われる。
If the matching fails in step S4, it becomes impossible to fix the star image 2a, and the process returns to the initial step S1, where the input star image 2a is processed again.

ところが、上記構成では、星画像処理装置5の星画像情
報記憶装置5bに設定される天球の星情報が地上におい
て天体望遠鏡を用いて測定した星情報を記憶させたもの
であるため、暗い星あるいは大気のゆらぎ現象等により
、星2の位置情報に誤差が生じたり、いわゆる情報抜け
が起こるという問題を有していた。これによれば、軌道
上で星画像2aの固定が困難となったり、あるいは高精
度な姿勢情報を得ることが困難となる。
However, in the above configuration, since the star information of the celestial sphere set in the star image information storage device 5b of the star image processing device 5 is the star information measured using an astronomical telescope on the ground, it is difficult to detect faint stars or The problem was that atmospheric fluctuations caused errors in the position information of Star 2, or so-called information omissions. According to this, it becomes difficult to fix the star image 2a on the orbit, or it becomes difficult to obtain highly accurate attitude information.

(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように、従来のスターセンサでは、星画像の
固定が困難となったり、高精度な姿勢情報を得ることが
困難となるという問題を有していた。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, conventional star sensors have had problems in that it is difficult to fix star images and it is difficult to obtain highly accurate attitude information. .

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、星画像
の正確な固定を行い得るようにして高精度な姿勢情報の
検出を実現し得るようにしたスタセンサを提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a star sensor that can accurately fix star images and detect attitude information with high accuracy.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明によるスターセンサは、予め記憶手段に記憶さ
れた第1の星情報と撮像手段の出力星画像信号から得ら
れる第2の星情報とが一致する場合に基体の第1の姿勢
情報を導出するとともに、この第1の姿勢情報を利用し
て第2の姿勢情報の検出手段の誤差を補正するよう構成
される。さらに、第1の星情報と第2の星情報とが一致
しない場合予め記憶手段に記憶された第1の星情報を星
画像信号から得られた第2の星情報に訂正するよう構成
される。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A star sensor according to the present invention combines first star information stored in advance in a storage means and second star information obtained from an output star image signal of an imaging means. It is configured to derive first attitude information of the base body when they match, and to correct an error of the second attitude information detection means using this first attitude information. Furthermore, if the first star information and the second star information do not match, the first star information stored in advance in the storage means is configured to be corrected to the second star information obtained from the star image signal. .

(作 用) この発明によるスターセンサによれば、予め記憶された
第1の星情報と星画像信号から得られる第2の星情報と
が一致する場合に、スターセンサから出力される基体の
第1の姿勢情報を利用して、第2の姿勢情報を出力する
検出手段の誤差が補正される。これにより検出手段の検
出精度がスターセンサの精度と同程度に向上される。し
たがって、第1.第2の星情報が一致しない場合、第2
の姿勢情報をもとにスターセンサの向きを正確に検出す
ることができ、これに対応した第1の星情報を正確に選
択することができる。さらに、この選択された第1の星
情報を第2の星情報に訂正しておくことにより、以後、
基体の高精度な姿勢情報を検出することができる。
(Function) According to the star sensor according to the present invention, when the first star information stored in advance and the second star information obtained from the star image signal match, the star sensor outputs the first star information of the base body. Using the first attitude information, the error of the detection means that outputs the second attitude information is corrected. This improves the detection accuracy of the detection means to the same degree as the accuracy of the star sensor. Therefore, the first. If the second star information does not match, the second
The orientation of the star sensor can be accurately detected based on the attitude information, and the first star information corresponding to this can be accurately selected. Furthermore, by correcting this selected first star information to second star information, from now on,
Highly accurate posture information of the base body can be detected.

(実施例) 以下、この発明によるスターセッサの一実施例を図面を
参照して説明する。
(Example) Hereinafter, an example of a star processor according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、この発明によるスターセンサの一実施例の構
成概略図である。スターセンサは通常、例えば人工衛星
に搭載され人工衛星の姿勢情報を検出するセンサとして
利用される。ここではスターセンサがこの人工衛星の姿
勢情報検出のために利用される場合を例にとって説明す
る。撮像手段(10)は基体としての人工衛星に固定さ
れ、宇宙空間を撮像して星画像信号を出力する。この撮
像手段(10)は例えばCCD (Charge Co
upledDevice)カメラ等で構成される。信号
処理手段(12)は例えば中央処理装置(CPU)で構
成されるもので、撮像手段(10)からの星画像信号を
導入して星情報を導出する。ここで導出される星情報に
は各層の等級、足間の離角及び各層の位置情報が含まれ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a star sensor according to the present invention. A star sensor is typically mounted on, for example, an artificial satellite and used as a sensor for detecting attitude information of the artificial satellite. Here, an example will be explained in which a star sensor is used to detect attitude information of this artificial satellite. The imaging means (10) is fixed to an artificial satellite as a base, and images the outer space and outputs a star image signal. This imaging means (10) is, for example, a CCD (Charge Co.
(upledDevice) camera, etc. The signal processing means (12) is composed of, for example, a central processing unit (CPU), and introduces star image signals from the imaging means (10) to derive star information. The star information derived here includes the magnitude of each layer, the elongation between the legs, and the position information of each layer.

記憶手段(14)は例えばラソダムアクセスメモリ(R
AM)で構成され、ここには予め地上にて作成した各層
の等級、足間の離角及び名産の位置情報が記憶される。
The storage means (14) is, for example, a rasodum access memory (R
AM), which stores the grade of each layer, the elongation angle between feet, and the location information of specialty products created in advance on the ground.

信号処理手段(12)は、この記憶手段(14)で記憶
された第1の星情報と撮像手段(10)の出力星画像信
号から得た第2の星情報とを比較し両者が一致する場合
、第1の星情報に含まれる星の位置情報をもとに衛星の
第1の姿勢情報を導出する。検出手段(16)は衛星に
固定され衛星の第2の姿勢情報を出力するもので、例え
ば、慣性航法装置(INs)または太陽センサ若しくは
地球センサ等により構成される。この検出手段(16)
から出力される第2の姿勢情報は信号処理手段(12)
で導出される第1の姿勢情報よりは精度が劣りスターセ
ンサ出力よりは大きい誤差を有する。補正手段(18)
は、信号処理手段(12)で第1.第2の星情報のマツ
チングがとられた場合に信号処理手段(12)で導出さ
れた衛星の第1の姿勢情報を利用して検出手段(16)
の検出誤差を補正する。この補正手段(18)により検
出手段(16)の検出誤差を補正してお(ことにより、
検出手段(16)から出力される姿勢情報の精度は、信
号処理手段(12)から出力される姿勢情報の精度と同
程度に維持される。
The signal processing means (12) compares the first star information stored in the storage means (14) with the second star information obtained from the output star image signal of the imaging means (10), and determines that the two coincide. In this case, the first attitude information of the satellite is derived based on the star position information included in the first star information. The detection means (16) is fixed to the satellite and outputs second attitude information of the satellite, and is constituted by, for example, an inertial navigation system (INs), a sun sensor, an earth sensor, or the like. This detection means (16)
The second attitude information output from the signal processing means (12)
The accuracy is lower than the first attitude information derived in , and has a larger error than the star sensor output. Correction means (18)
is processed by the signal processing means (12). The detection means (16) uses the first attitude information of the satellite derived by the signal processing means (12) when the second star information is matched.
to correct the detection error. This correction means (18) corrects the detection error of the detection means (16) (by doing so,
The accuracy of the attitude information output from the detection means (16) is maintained at the same level as the accuracy of the attitude information output from the signal processing means (12).

信号処理手段(12)において、第1.第2の星情報の
マツチングがとられない場合、検出手段(16)から出
力される衛星の姿勢情報から撮像手段(10)の向きが
検出され、記憶手段(14)に記憶された星情報のうち
撮像手段(10)の向きに対応した星情報が撮像手段(
10)の出力星画像信号から導出された星情報に訂正さ
れる。
In the signal processing means (12), the first. If the second star information is not matched, the orientation of the imaging means (10) is detected from the satellite attitude information output from the detection means (16), and the star information stored in the storage means (14) is detected. Of these, star information corresponding to the orientation of the imaging means (10) is
10) is corrected to the star information derived from the output star image signal.

第2図は、撮像手段(10)で得られる星画像を説明す
る図である。撮像手段(10)の光学系(20)におい
て、画像をとり込める範囲すなわち画角θa、θbは水
平及び鉛直方向で例えば各8″(光学系(20)の中心
軸を基準とする各±4°)にされ、画像検出素子(22
)上に少なくとも3個の星(24,26,−28)に対
応した星画像(220,222,224)に対応して発
生した電荷量及び電荷を一定の順序で転送することによ
り、各層(24,26,28)の等級(明るさ)と画像
検出素子(22)上での位置が検出される。撮像手段(
1“0)は画像検出素子(22)の出力アナログ信号を
デジタル信号に変換して出力する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a star image obtained by the imaging means (10). In the optical system (20) of the imaging means (10), the range in which images can be captured, that is, the angles of view θa and θb, are, for example, 8 inches each in the horizontal and vertical directions (±4 inches each with respect to the central axis of the optical system (20)). ), and the image detection element (22
), each layer ( 24, 26, 28) and their positions on the image detection element (22) are detected. Imaging means (
1"0) converts the output analog signal of the image detection element (22) into a digital signal and outputs it.

第3図は、第1図に示した装置の動作を説明する図であ
る。信号処理手段(12)はステップ81〜S8により
画像信号の処理を行う。すなわち、ステップS1におい
て、撮像手段(10)からのデジタル信号を導入し、ス
テップS2において、画像検出素子(22)上での星の
離角(Ll〜L3)を計算する。この星の離角(Ll〜
L3)は画像上での各足間の距離に対応する。次にステ
ップS3において、ステップS2で計算された離角と記
憶手段(14)で予め記憶されている星の離角とのマツ
チングをとる。ここで、記憶手段(14)には、第4図
及び第5図に示すように予め星の位置9等級情報及び星
の離角情報が記憶されている。これら情報は、地上にて
天体望遠鏡等を用いて天空上の星情報として測定された
もので、大気のゆらぎのため、宇宙空間で測定した情報
とは必ずしも一致しない。第4図に示す川の位置。
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the apparatus shown in FIG. 1. The signal processing means (12) processes the image signal through steps 81 to S8. That is, in step S1, a digital signal from the imaging means (10) is introduced, and in step S2, the elongation (L1 to L3) of the star on the image detection element (22) is calculated. This star's elongation (Ll ~
L3) corresponds to the distance between each foot on the image. Next, in step S3, the elongation calculated in step S2 is matched with the elongation of the star stored in advance in the storage means (14). Here, in the storage means (14), as shown in FIGS. 4 and 5, information on the 9th magnitude of the star's position and information on the elongation of the star are stored in advance. This information is measured as star information in the sky using an astronomical telescope on the ground, and due to atmospheric fluctuations, it does not necessarily match the information measured in space. The location of the river shown in Figure 4.

等級情報のうち、星番号は天空上の星、例えば約5千個
の星に対し順に付した番号である。
Among the magnitude information, star numbers are numbers sequentially assigned to stars in the sky, for example, about 5,000 stars.

赤経9赤緯は星の位置情報であり、1950年の春分の
位置の午前0時における地球の赤道面をX−Y平面2 
これに垂直な軸をZ軸とする天球上の星の経度2.緯度
を表わす。等級は星の明るさに対応し例えば1〜6等級
の情報が記憶されている。
Right ascension 9 Declination is the position information of the star, and the equatorial plane of the earth at midnight of the position of the vernal equinox in 1950 is plotted on the X-Y plane 2.
The longitude of the star on the celestial sphere with the axis perpendicular to this as the Z axis 2. Represents latitude. The magnitude corresponds to the brightness of the star, and for example, information on magnitudes 1 to 6 is stored.

星の離角情報としては、第5図に示すように、例えば0
.01”ごとにその範囲内の離角を有する星の組み合わ
せが記憶されている。ステップS3では、ステップS2
で導出された離角が含まれる離角範囲における星の複数
の組み合わせ情報を抽出したのち、この各組み合わせに
ついて、各層の赤経、赤緯の情報から正確な離角を求め
る。
As shown in Figure 5, the elongation information of the star is, for example, 0.
.. A combination of stars having an elongation within that range is stored for every 01". In step S3,
After extracting information on multiple combinations of stars in the range of elongation that includes the elongation derived in , the accurate elongation for each combination is determined from the right ascension and declination information for each layer.

ステップS4ではこの正確な各離角情報とステップS2
にて求められた離角との比較を行う。ここで、離角の一
致がとられた場合、その離角をとる星の組合せが特定で
きるので、ステップs5にて星画像の固定すなわち撮像
手段(10)で撮像した星情報を特定することができる
。ステップS6においては特定された星の赤経、赤緯か
ら衛星の姿勢情報を導出する。ステップS5で特定され
た星の離角は0.001°の精度を有するもので、これ
をもとに導出された衛星の姿勢情報は、極めて高精度な
衛星姿勢制御に利用できる。
In step S4, this accurate elongation information and step S2
Comparison is made with the elongation angle obtained in . Here, if the elongation angles match, the combination of stars that have the elongation angles can be specified, so in step s5 the star image can be fixed, that is, the star information imaged by the imaging means (10) can be specified. can. In step S6, attitude information of the satellite is derived from the right ascension and declination of the identified star. The star elongation specified in step S5 has an accuracy of 0.001°, and the satellite attitude information derived based on this can be used for extremely highly accurate satellite attitude control.

ステップS4において離角の一致がとれない場合、ステ
ップS7にすすむ。この場合、ステップS7以降の手順
で記憶手段(14)で記憶された星情報の訂正がなされ
る。この訂正にあたっては、撮像手段(10)の向きを
特定し、この向きに対応した星情報を訂正する必要があ
る。検出手段(16)は、この撮像手段(10)の方向
を検出するために利用される。しかし、この検出手段(
16)は例えば慣性航法装置(INS)であり、検出精
度はスターセンサの出力よりも1ケタはど劣る。検出手
段(]6)として太陽センサや地球センサも利用できる
か、これらの検出精度はINSと同程度である。したが
って、この検出手段(16)の出力を単に利用して星情
報を訂正したのでは、スターセッサとしての検出精度が
損われてしまう。そ−で、本発明によるスターセンサで
は、ステップS4で離角の一致がとれる場合、すなわち
ステップS1〜S6が実行され、スターセンサが良好に
姿勢情報を出力している間にこの姿勢情報を利用して検
出手段(16)の検出誤差を補正するように動作する。
If the elongation angles cannot match in step S4, the process proceeds to step S7. In this case, the star information stored in the storage means (14) is corrected in the steps starting from step S7. For this correction, it is necessary to specify the orientation of the imaging means (10) and correct the star information corresponding to this orientation. The detection means (16) is used to detect the direction of the imaging means (10). However, this detection means (
16) is an inertial navigation system (INS), for example, and its detection accuracy is one order of magnitude inferior to the output of a star sensor. A sun sensor or an earth sensor can also be used as the detection means (]6), and their detection accuracy is comparable to that of the INS. Therefore, if the output of the detection means (16) is simply used to correct the star information, the detection accuracy as a starsessor will be impaired. Therefore, in the star sensor according to the present invention, if the elongation angles match in step S4, that is, steps S1 to S6 are executed, and this attitude information is used while the star sensor is outputting attitude information satisfactorily. It operates to correct the detection error of the detection means (16).

すなわち、検出手段(16)がINSで構成されるもの
とすると、検出手段(16)には衛星の姿勢角変化を検
出するジャイロ(1,61)及びジャイロ(161)の
検出出力から衛星の姿勢情報を演算する演算器(162
)が含まれる。シンヤイロ(161)は3軸上に配置さ
れた3つの回転ホイールを有する機械式のものや、機械
的な駆動部かない先代のものかあす、互いに垂直な3軸
の各軸まわりの回転角変化を検出する。演算器(162
)はジャイロ(161)の出力信号を導入し、各軸まわ
りの回転角変化を時間で積分して演算することにより衛
星の姿勢角を算出する。補正手段(18)には検出手段
(16)の誤差モデルが記憶された誤差モデルメモリ(
181)及び検出手段(16)の誤差源を推定する誤差
源推定フィルタ(,182)が含まれる。誤差モデルメ
モリ(1,81)に予め記憶された誤差モデルは、通常
3軸ジヤイロのバイアス誤差(crbx、  cyby
、  crbz)と検出手段(16)が出力している3
軸姿勢情報の誤差(σex、 σey、 σez)のダ
イナミックスを微分方程式で表わしたもので、以下のよ
うな式で表わされる。
That is, assuming that the detection means (16) is constituted by an INS, the detection means (16) detects the attitude of the satellite from the detection output of the gyro (1, 61) and the gyro (161) that detects changes in the attitude angle of the satellite. A computing unit that computes information (162
) is included. The Shinyairo (161) is a mechanical type with three rotating wheels arranged on three axes, or a previous model without a mechanical drive, or one that changes the rotation angle around each of the three mutually perpendicular axes. To detect. Arithmetic unit (162
) calculates the attitude angle of the satellite by introducing the output signal of the gyro (161) and integrating the change in rotation angle around each axis over time. The correction means (18) includes an error model memory (in which the error model of the detection means (16) is stored).
181) and an error source estimation filter (, 182) for estimating the error source of the detection means (16). The error model stored in advance in the error model memory (1, 81) is usually the bias error (crbx, cyby
, crbz) and the detection means (16) outputs 3
The dynamics of errors (σex, σey, σez) in shaft attitude information is expressed by a differential equation, and is expressed by the following formula.

誤差源推定フィルタ(182)は、カルマンフィルタと
呼ばれ、誤差モデルメモリ(181)に記憶されたダイ
ナミックモデルを使って時刻tにおける検出手段(16
)の誤差の確率分布を求め、減算器(183)から供給
されるスターセンサと検出手段(16)の両姿勢情報の
差から検出手段(16)の誤差源を最適に推定するよう
に設計されている。誤差源推定フィルタ(182)は推
定結果に対応したジャイロ(161)の出力誤差を補正
する補正信号を減算器(163)に供給し、また演算器
(162)の出力姿勢誤差を補正する補正信号を演算器
(16,2)に供給する。このような構成により、検出
手段(16)の出力が、スターセンサの出力と平均して
一致するような精度にまで誤差源の推定・補正がなされ
、検出手段(16)はスターセンサと同レベルの高精度
姿勢情報を出力するようになる。
The error source estimation filter (182) is called a Kalman filter, and uses the dynamic model stored in the error model memory (181) to detect the detection means (16) at time t.
), and is designed to optimally estimate the error source of the detection means (16) from the difference in the attitude information of the star sensor and the detection means (16) supplied from the subtractor (183). ing. The error source estimation filter (182) supplies a correction signal for correcting the output error of the gyro (161) corresponding to the estimation result to the subtracter (163), and also supplies a correction signal for correcting the output attitude error of the arithmetic unit (162). is supplied to the arithmetic unit (16, 2). With this configuration, the error source is estimated and corrected to such an accuracy that the output of the detection means (16) matches the output of the star sensor on average, and the detection means (16) is at the same level as the star sensor. High-precision posture information will be output.

ステップS1からステップS6までの動作が行われスタ
ーセンサが良好に衛星の姿勢情報を出力している間、検
出手段(16)は上記したように補正手段(18)によ
り出力誤差が常に補正されてスターセンサと同レベルま
でにその精度が向−にされ維持される。
While the operations from step S1 to step S6 are performed and the star sensor is outputting satellite attitude information satisfactorily, the detection means (16) is constantly correcting the output error by the correction means (18) as described above. Its accuracy is maintained at the same level as the star sensor.

したがって、ステップS4ての離角のマツチングがとれ
ず、スターセンサとして衛星の姿勢情報が得られなくな
った場合、検出手段(16)から出力されるスターセン
サと同しベルの高精度な衛星の姿勢情報を利用してステ
ップS7以降で、訂正すべき記憶手段(14)内の星情
報を最適に決定することができる。すなわち、ス“チッ
プS4にて離角のマツチングがとれない場合、ステップ
S7にて、検出手段(16)の出力姿勢情報を利用して
マツチングがとれなかったときの撮像手段(10)の星
画像上の星の位置を;1算する。第6図は、ステップS
7のより詳しいフローを示す図である。ステップS72
では、検出手段(16)から出力された衛星の姿勢情報
を方向余弦マトリックスC5で表わすための変換を行う
。方向余弦マトリックスは衛星の3軸の各軸の傾きの量
を基準3軸上での成分で表わしたもので3×3行のマト
リックスである。次に、ステップS74で、この衛星の
姿勢情報を表わす方向余弦マトリックスC1とスターセ
ンサの衛星に対する取り付は方向す を表わすマトリックスC5との乗算を行って慣性空間に
おけるスターセンサの方向マトリックス+    ib C(−C,XC5)を計算する。
Therefore, if the elongation angles cannot be matched in step S4 and the star sensor cannot obtain satellite attitude information, the satellite attitude with the same high accuracy as the star sensor output from the detection means (16) Using the information, the star information in the storage means (14) to be corrected can be optimally determined from step S7 onwards. That is, if the elongation cannot be matched in the chip S4, in step S7, the output attitude information of the detection means (16) is used to obtain the star image of the imaging means (10) when matching cannot be achieved. Calculate the position of the star above by 1. Figure 6 shows step S
7 is a diagram showing a more detailed flow of step 7. FIG. Step S72
Now, the satellite attitude information outputted from the detection means (16) is converted to be represented by a direction cosine matrix C5. The direction cosine matrix represents the amount of inclination of each of the three axes of the satellite as a component on the three reference axes, and is a matrix of 3×3 rows. Next, in step S74, the direction cosine matrix C1 representing the attitude information of this satellite is multiplied by the matrix C5 representing the direction in which the star sensor is attached to the satellite to obtain the direction matrix of the star sensor in inertial space + ib C Calculate (-C, XC5).

次のステップS76では、方向マトリックスCiと星画
像上での星方向ベクトルSsとの乗算を行って慣性空間
での星方向ベクトルS+を計算する。
In the next step S76, the direction matrix Ci is multiplied by the star direction vector Ss on the star image to calculate the star direction vector S+ in the inertial space.

なお、星方向ベクトルSsは撮像手段(10)の光学系
(第2図)の光軸を基準としたセンサ空間における方向
ベクトルであり、別途信号処理手段(12)内で計算さ
れたもので、ステップS76ではその計算結果が利用さ
れる。ステップ878では、慣性空間での星方向ベクト
ルStから慣性空間における星の位置、すなわち赤経及
び赤緯を計算する。ステップS76.378では、撮像
手段(10)で撮像された6星についてそれぞれ計算が
なされる。ステップ8ではステップS7で計算された星
情報Slをもとに記憶手段(10)で予め記憶された星
情報の訂正を行うかの判断がなされる。第7図は、ステ
ップS8の具体的フローを示す図である。すなわち、ス
テップs8のスタト後、まず、ステップS82で検出手
段(16)から出力される衛星の姿勢情報の精度がスタ
ーセンサの精度と同レベルかが判定され、同レベルでな
い場合は記憶手段(14)に記憶された星情報の訂正は
なされず(ステップ584)、フローは終了する。一方
、同レベルである場合、スターセンサの向いている方向
の星情報SN  (赤経、赤緯。
Note that the star direction vector Ss is a direction vector in the sensor space based on the optical axis of the optical system (Fig. 2) of the imaging means (10), and is calculated separately in the signal processing means (12). The calculation result is used in step S76. In step 878, the position of the star in inertial space, that is, the right ascension and declination, is calculated from the star direction vector St in inertial space. In step S76.378, calculations are made for each of the six stars imaged by the imaging means (10). In step 8, it is determined whether to correct the star information stored in advance in the storage means (10) based on the star information Sl calculated in step S7. FIG. 7 is a diagram showing a specific flow of step S8. That is, after the start in step s8, it is first determined in step S82 whether the accuracy of the satellite attitude information output from the detection means (16) is at the same level as the accuracy of the star sensor. ) is not corrected (step 584) and the flow ends. On the other hand, if they are at the same level, star information SN (right ascension, declination) in the direction the star sensor is facing.

等級)を記憶手段(14)から読み出す(ステップ88
6)。すなわち、この読み出された星情報SMは、本来
、撮像手段(10)で得られた星情報と1対1に対応す
るものである。次に記憶手段(14)から読み出された
星情報SMと撮像手段(10)の出力に対応した星情報
St  (ステップS7で計算)との比較を行う。(ス
テップ588)。この比較において、まず、両者の赤経
grade) from the storage means (14) (step 88
6). That is, the read star information SM originally has a one-to-one correspondence with the star information obtained by the imaging means (10). Next, the star information SM read out from the storage means (14) is compared with the star information St (calculated in step S7) corresponding to the output of the imaging means (10). (Step 588). In this comparison, first of all, the right ascension of both.

赤緯が一致し、等級情報のみが一致しない(ステップ3
881)場合、記憶手段(14)に記憶された該当の星
等級情報を撮像手段(10)の出力から得られた等級情
報に修正する(ステップ5882)。等級情報が一致せ
ず、記憶情報に同じ位置情報を有する星情報もない場合
(ステップ8883)、記憶手段(14)に星情報追加
がなされる(ステップ5884)。また、記憶手段(1
4)で記憶された星情報が、撮像画面上にない場合は記
憶情報が本来存在しない星情報であるとして削除すべき
情報の候補として特定される(ステップ3885,38
86)。実際に削除するかどうかは、例えば地上にて判
断され、削除する場合は地上からのコマンドによって実
行される。
Declination matches, only magnitude information does not match (Step 3)
881), the corresponding star magnitude information stored in the storage means (14) is corrected to the magnitude information obtained from the output of the imaging means (10) (step 5882). If the magnitude information does not match and there is no star information having the same position information in the stored information (step 8883), star information is added to the storage means (14) (step 5884). In addition, storage means (1
If the star information stored in step 4) is not on the imaging screen, the stored information is identified as star information that does not originally exist and is identified as a candidate for information to be deleted (steps 3885 and 38).
86). Whether or not to actually delete it is determined, for example, on the ground, and if it is to be deleted, it is executed by a command from the ground.

ステップS4において離角のマツチングがとれない場合
、このように記憶手段(14)に記憶された星情報が、
宇宙空間で実際に得られた星情報をもとに訂正されるた
め、これ以後、スターセンサが同じ方向を指向したとき
は、ステップs4にて離角のマツチングがとられること
になり、衛星の高精度な姿勢情報を出力して衛星の高精
度な姿勢制御が可能になる。
If the elongation cannot be matched in step S4, the star information stored in the storage means (14) in this way is
Since the correction is based on the star information actually obtained in space, from now on, when the star sensor points in the same direction, the elongation angle will be matched in step s4, and the satellite's By outputting highly accurate attitude information, highly accurate attitude control of the satellite becomes possible.

なお、記憶手段(14)を読み出し専用メモリ(ROM
)とランダムアクセスメモリ(RAM)とで構成し、R
OMに地上で測定した星情報を記憶させ、訂正星情報の
みをRAMに書き込むようにしてもよい。この場合、星
情報の読出しはRAMが優先され、RAMに星情報がな
ければROMから読み出すようにされる。
Note that the storage means (14) is a read-only memory (ROM).
) and random access memory (RAM), R
The star information measured on the ground may be stored in the OM, and only the corrected star information may be written in the RAM. In this case, priority is given to reading the star information from the RAM, and if there is no star information in the RAM, the star information is read from the ROM.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によるスターセンサによれ
ば星画像の正確な固定を行うことができ、基体の高精度
な姿勢情報を検出することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the star sensor according to the present invention, a star image can be accurately fixed, and highly accurate attitude information of the base can be detected.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明によるスターセンサの一実施例を説明
する構成概略図、第2図は第1図に示す撮像手段で得ら
れる星画像を説明する図、第3図は第1図に示した装置
の動作を説明する図、第4図及び第5図は第1図に示す
記憶手段で記憶される星情報を説明する図、第6図は第
3図に示すステップS7のより詳しいフローを説明する
図、第7図は第3図に示すステップS8のより詳しいフ
ローを説明する図、第8図及び第9図は従来のスターセ
ンサを説明する図である。 10・・・・撮像手段、12・・・・信号処理手段。 14・・・・・・記憶手段2 ]6・・・・・・検出手
段。 18・・・・・・補正手段。 代理人 弁理士 則 近′憲 佑 同       山  下 l、事件の表示 特願平1 5947号 2、発明の名称 ス 夕 セ ン サ 3、補正をする者 事件との関係
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of a star sensor according to the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating a star image obtained by the imaging means shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams explaining the star information stored in the storage means shown in FIG. 1, and FIG. 6 is a more detailed flowchart of step S7 shown in FIG. 3. FIG. 7 is a diagram explaining a more detailed flow of step S8 shown in FIG. 3, and FIGS. 8 and 9 are diagrams explaining a conventional star sensor. 10... Imaging means, 12... Signal processing means. 14...Storage means 2]6...Detection means. 18...Correction means. Agent: Patent attorney Nori Kon'ken, Yudo Yamashita, Indication of the case, Patent Application No. 1, No. 5947, 2, Name of the invention, Suyusensen 3, Person making the amendment, Relationship to the case

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 向きが変化する基体に取付けられ複数の星を撮像して星
画像信号を出力する撮像手段と、あらかじめ前記複数の
星の等級及び位置情報を含む第1の星情報を記憶する記
憶手段と、この記憶手段及び前記撮像手段に接続され、
前記星画像信号から星の等級及び位置情報を含む第2の
星情報を導出するとともにこの第2の星情報と前記第1
の星情報とを比較し両者が一致する場合に前記第1の星
情報をもとに前記基体の第1の姿勢情報を導出する信号
処理手段と、前記基体の向きに対応しかつ前記第1の姿
勢情報より大なる誤差を有する第1の姿勢情報を出力す
る検出手段と、この検出手段及び前記信号処理手段に接
続され前記第1、第2の星情報が一致する場合に前記第
1の姿勢情報を利用して前記第2の姿勢情報の誤差を補
正する補正手段と、前記信号処理手段に設けられ前記第
1、第2の星情報が一致しない場合に前記第2の姿勢情
報から得られる前記撮像手段の向きに対応した前記第1
の星情報を前記第2の星情報に訂正する訂正手段とを具
備するスターセンサ。
an imaging means attached to a base whose direction changes and images a plurality of stars and outputs a star image signal; a storage means for storing first star information including magnitude and position information of the plurality of stars in advance; connected to a storage means and the imaging means,
Second star information including star magnitude and position information is derived from the star image signal, and this second star information and the first star information are derived.
a signal processing means for deriving first attitude information of the base body based on the first star information when the two star information match, and a signal processing means for deriving first attitude information of the base body based on the first star information; detecting means for outputting first attitude information having a larger error than attitude information; and detecting means for outputting first attitude information having a larger error than attitude information; a correction means for correcting an error in the second attitude information using attitude information; and a correction means provided in the signal processing means to obtain information from the second attitude information when the first and second star information do not match. the first direction corresponding to the orientation of the imaging means
and correction means for correcting the star information of the second star to the second star information.
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