JPH022084B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、例えば人工衛星搭載用の恒星セン
サに係り、特に検出器としてCCD（電荷転送素
子）を用いて構成したものに関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に、例えば人工衛星に搭載される姿勢セン
サには、地球センサ、太陽センサ、地磁気セン
サ、恒星センサ等が使用される。このうち地球セ
ンサ、太陽センサ、地磁気センサは各姿勢計測精
度が0.1゜〜1゜程度であるのに対し、恒星センサは
天球上の恒星の位置が誤差0.01秒角のオーダで比
較的容易に測定できることから、高精度姿勢検出
ができる唯一のセンサだと言えるものである。

この恒星センサには、従来より検出器としてイ
メージデイセクタ管、光電子増倍管、シリコンフ
オトセルが使用されてきたが、最近の半導体技術
の進展に伴つて、固体撮像素子を用いる試みがな
されている。そして、この固体撮像素子のうち
CCDを用いた恒星センサの基本的な機能系統は
第１図に示すようになされている。

すなわち、この恒星センサは、図示しない光学
系によつてその焦点面に設けられた撮像部１１上
に恒星を結像させると、この撮像部１１は垂直及
び水平転送CCD部によつてある一定期間フオト
ダイオード部に露光蓄積された電荷を、一般に電
圧として転送出力するようになる。ここで、第１
図において、クロツクパルス（CP）発生器１２
で発生したクロツクパルスは水平ドライバ回路１
３を介して水平ドライブパルスとなり、また水平
パルス（HP）計数器１４で計数され、その計数
値が所定値に達したとき、一般には水平の画素数
に達した時点でキヤリー出力パルスが垂直ドライ
バ回路１５を介して垂直ドライブパルスとなる。
つまり、これらの水平ドライブパルス及び垂直ド
ライブパルスは、それぞれ上記撮像部１１の水平
転送CCD部及び垂直転送CCD部を駆動制御する
ものである。また、水平パルス計数器１４の出力
パルスは、垂直パルス（VP）計数器１６によつ
て計数される。これらの水平パルス計数器１１４
及び垂直パルス計数器１６の計数値は、それぞれ
Ｘ方向の位置情報１７及びＹ方向の位置情報１８
となる。

上記撮像部１１の出力信号は、前置増幅器１９
により所望の信号レベルに変換された後、サンプ
ルホールド（Ｓ／Ｈ）回路２０及びアナログ・デ
ジタル（以下Ａ／Ｄと記す）変換器２１１によつ
て、信号強度すなわち恒星の明るさに対応したデ
ジタル量に変換され、恒星の光強度情報２２とな
る。尚、上記サンプルホールド回路２０へのサン
プリングパルス及びＡ／Ｄ変換器２１へのＡ／Ｄ
スタートパルスは、それぞれタイミング発生回路
２３によりクロツクパルスと同期して発生される
ものである。

このような恒星センサで求められた位置情報１
７，１８及び信号強度情報２２から恒星の中心位
置を求めるには、一般に重心計算として知られる
方法が用いられている。この方法は、光学系の焦
点面を撮像部１１からずらして、この撮像部１１
上の像のぼけを積極的に利用し、ぼけた像の光強
度を複数個のフオトダイオードによつて検出して
光強度の中心値を重心計算によつて求めるもので
ある。つまり、衛星の姿勢が変化すると像の位置
がずれるので、逆に像の位置から姿勢角が求めら
れることになる。

しかしながら、上記にような従来の恒星センサ
は、Ａ／Ｄ変換器２１に高速応答性能を有するも
のを使用しなければならない。例ば、垂直画素数
を500、水平画素数を400の合計20万画素構成
CCDを用いて100ｍＳで全画素を走査する場合、
画素の滞留時間が500nSとなり、この時間以内で
Ａ／Ｄ変換しなければならないことになる。この
ような高速応答性能を有するＡ／Ｄ変換器は、一
般に高価であると共に消費電力も大きい。特に、
この消費電力が大きいことは、この恒星センサを
衛星搭載用して用いる場合には致命的な欠点とな
つていた。

［発明の目的］ この発明は上記のような問題を改善するために
なされたもので、Ａ／Ｄ変換の高速応答を必要と
せず、これによつて消費電力を低減することがで
き、衛星搭載用として好適な恒星センサを提供す
ることを目的とする。

［発明の概要］ すなわち、この発明に係る恒星センサは、クロ
ツク信号から第１の周期を有する第１のクロツク
信号及び第２の周期を有する第２にクロツク信号
を生成しこれらの第１及び第２のクロツク信号を
切換制御信号に応じて切換出力するクロツク周期
切換回路と、前記撮像部出力レベルとレベル可変
制御信号により指定されるしきい値レベルとを比
較する比較回路と、第１及び第２の比較部、演算
処理部及び信号入出力部を有し前記光強度、走査
位置情報及び比較回路の比較結果を入力しサーチ
モード時に前記比較回路へレベル可変制御信号を
出力しトラツクモード時に前記クロツク周期切換
回路へ切換制御信号を出力する計算機とを具備
し、前記計算機は第１の記憶部に予め求めたマツ
プデータを比較させておき、サーチモードで前記
レベル可変制御信号により順次比較回路のしきい
値レベルを順次可変してそれぞれ光強度レベルが
しきい値レベルを越えたときの位置情報を第２の
記憶部に記憶させ第１の記憶部に記憶したマツプ
データと比較して目的とする星像の同定作業を行
ない、トラツクモードで前記目的とする星像付近
で前記クロツク周期切換回路の出力を切換えて撮
像部の走査速度を低下させ、それ以外の撮像部の
走査を高速で行ない、前記光強度レベルがしきい
値レベルを越えたときのみ光強度情報をデジタ
ル・アナログ変換して前記第２の記憶部に記憶す
るようにしたことを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 以下、第２図乃至第４図を参照してこの発明の
一実施例を詳細に説明する。但し、第２図におい
て第１図と同一部分には同一符号を付して示し、
ここでは異なる部分についてのみ述べる。

第２図はその構成を示すもので、前記クロツク
発生器１２の出力を切換スイツチ２４の固定端子
ａに供給すると共に１／ｎ分周器２５を介して切
換スイツチ２４の固定端子ｂに供給するようにし
て、この切換スイツチ２４の可動端子ｃよりクロ
ツクパルスを前記水平ドライバ回路１５、水平計
数器１４及びタイミング発生回路２３に供給す
る。また、前記前置増幅器１９の出力をアナログ
コンパレータ２６の（＋）入力端に供給し、この
コンパレータ２６（−）入力端にしきい値発生用
レベル設定器２７の出力を供給する。そして、前
記Ａ／Ｄ変換器２１、水平パルス計数器１４、垂
直パルス計数器１６及び上記コンパレータ２６各
出力２２，１７，１８，２８をそれぞれ計算機２
９の入出力部（Ｉ／Ｏ）２９１に供給する。

ここで、前記計算機２９、入出力部２９１、演
算処理部（CPU）２９２、第１及び第２の記憶
部２９３，２９４よりなるものである。このう
ち、第１の記憶部２９３はROM（続出し専用メ
モリ）であり、予め求められている恒星のマツプ
データを記憶しておくものである。また、第２の
記憶部２８４はRAM（読出し書込みメモリ）で
あり、上記入出力部２９１に供給されたＡ／Ｄ変
換器２１からの光強度情報２２を計数器１４，１
６からのＸ、Ｙ方向の位置情報１７，１８に対応
させて順次記憶するものである。そして、上記演
算処理部２９２は、第１及び第２の記憶部から対
応する各データを読出して比較し、その比較結果
に基づいてレベル可変制御信号３０及び切換制御
信号３１を生成して、それぞれ入出力部２９１を
介してレベル設定器２７及び切換スイツチ２４の
各制御入力端に供給するものである。

上記のような構成において、以下第３図及び第
４図を参照してその動作について説明する。

第３図は上記計算機２９の制御による恒星セン
サの動作の流れを示すもので、まず計算機２９に
スタート指令を与える（ステツプａ）と、この計
算機２９はサーチモードに設定する（ステツプ
ｂ）。このサーチモードでは、光強度情報２２を
アナログ・デジタル変換する必要はなく、レベル
設定器２７及びコンパレータ２６により前置増幅
器１９の出力がしきい値を越えたときの星像の座
標情報１７，１８を第２の記憶部２９３に一旦記
憶する。最初のサーチモードは、できるだけ明る
い恒星を捉えるために、しきい値をできるだけ明
るい恒星の明るさに合わせた値に設定しておく。

次に、レベル可変制御信号３０によりレベル設
定器２７のしきい値を徐々に低くして（ステツプ
ｃ）、しだいに暗い恒星の星像座標を順次作成す
る。そして、この操作を同様に数回繰返し、これ
によつて得られた幾枚かの明るさの異なる星像座
標データと、予め第１の記憶部２８４に記憶され
ている恒星のマツプデータと、演算処理部２９２
で照合して同定作業を行ない（ステツプｄ）、ト
ラツクすべき恒星が撮像部１１の視野内に存在す
るか否かを判定する（ステツプｅ）。ここで存在
しなければ、衛星の位置を少し変えて撮像部の視
野内に入るまで上記サーチモードを繰返す。存在
すればその恒星の位置をX0、Y0として以下のト
ラツクモード（ステツプｆ）に移つて追跡を開始
する。

このトラツクモードに入ると、第３図に示すよ
うに、撮像部１の視野内の垂直方向３２に０から
Y0−ｎまでは切換制御信号３１により切換スイ
ツチ２４の可動端子ｃを固定端子ａ側に接続させ
て、クロツク発生器１２の出力をそのままの周期
で使用する。そして、Y0−ｎからY0＋ｎまでは
切換スイツチ２４の可動端子ｃを固定端子ｂ側に
接続させて、クロツク発生器１２の出力を１／ｎ
の周期に低下させて使用する。さらに、Y0−ｎ
からYmaxまでは切換スイツチ２４の可動端子ｃ
を固定端子ａ側に接続させて、再びクロツク発生
器１２の出力をそのままの周期で使用する。これ
により、０〜Y0−ｎ及びY0＋ｎ〜Ymaaxでは
高速走査となり、Y0−ｎ〜Y0＋ｎでは抵速走査
となる。尚、ｎはある程度の余裕を持つて、例え
ば５乃至20程度とする。

さらに、上記Y0−ｎ〜Y0＋ｎの領域におい
て、撮像部１１の出力信号はサンプルホールド及
びＡ／Ｄ変換されて計算機２９に供給されている
が、このときデータの取込みはコンパレータ２６
のしきい値を越えた部分のみ行ない、また同時に
位置情報も取込む。

このようにして、第１回目のトラツク走査が終
了すると、計算機２９で恒星の中心位置を計算す
る（ステツプｇ）。この計算は、一般に重心計算
として知られている方法を用いる。これによつて
計算された位置情報は、外部の姿勢制御系に出力
すると共に上記位置情報Y0の値を更新する（ス
テツプｈ）。そして、追跡を続行するか否かを判
定して（ステツプｉ）、続行ならば第２回目のト
ラツクモードに入り、以後順次この動作を繰返す
ことによつて特定の恒星をトラツクする。もし、
何等かの理由で恒星が視野内から消失した場に
は、再度サーチモードから実行すればよい。そし
て、恒星追跡の停止指令があればトラツクモード
を終了して停止する（ステツプｊ）。尚、上記サ
ーチモードからトラツクモードへの切換は計算機
２９内で実行する。また、レベル設定器２７にデ
ジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を用い、この
Ｄ／Ａ変換器に対してレベル可変制御信号として
デジタルデータを与えるようにすれば、レベル設
定を自由に可変することができる。

したがつて、上記のように構成した恒星センサ
は、目的とする星像の周辺のみ低速で走査して、
それ以外では高速走査でしかも光強度情報を必要
としないので、サンプルホールド及びＡ／Ｄ変換
は比較的応答速度が遅くてもよい。例えば、恒星
センサの姿勢出力データレートを100［ｍｓ］と
し、計算機２９の演算時間を20［ｍｓ］とする。
そして、高速走査の速度を標準のテレビジヨン走
査速度とすると、一水平線当り約63［μs］であり、
垂直画素500、水平画素400のCCDによる撮像部
用いると、低速走査線を40本とすれば、高速走査
の所要時間が約29［ｍｓ］となつて、100−20−29
＝51［ｍｓ］が低速走査の所要時間となる。この
ときの一画素当りの所要時間は51［ｍｓ］／40×
400＝3.2［μs］となる。従来では同一条件で一画
素当りの所要時間が80［ｍｓ］／500×400＝0.4
［μs］となるから、約８倍の改善となる。これに
より、消費電力も削減することができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、Ａ／Ｄ変換の
高速応答を必要とせず、これによつて消費電力を
低減することができ、衛星搭載用として好適な恒
星センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の恒星センサの構成を示すブロツ
ク回路図、第２図はこの発明に係る恒星センサの
一実施例を示すブロツク回路図、第３図は同実施
例の動作を説明するためのフローチヤート、第４
図は同実施例の走査速度と走査領域を説明するた
めの図である。 １１……撮像部、１２……クロツク発生器、１
１３……垂直ドライバ回路、１４……水平パルス
計数器、１５……水平ドライバ回路、１６……垂
直パルス計数器、１７，１８……Ｘ、Ｙ方向の−
情報、２０……サンプルホールド回路、２１……
Ａ／Ｄ変換器、２２……光強度情報、２４……切
換スイツチ、２５……１／ｎ分周器、２６……ア
ナログコンパレータ、２７……レベル設定器、２
９……計算機、２９１……入出力部、２９２……
演算処理部、２９３，２９４……記憶部、３０…
…レベル可変制御信号、３１……切換制御信号。

【特許請求の範囲】

１ 被測定物を測定して測定値を出力する測定器
と、 定負荷状態における前記測定器からの第１の測
定値を記憶する基準値記憶回路と、 該基準値記憶回路に記憶された第１の測定値
と、前記測定時の第１の温度から変化した第２の
温度における定負荷状態の前記測定器からの第２
の測定値との差を算出する第１の減算回路と、 前記第１の減算回路から出力される第１、第２
の測定値の差を前記第１、第２の温度の温度差値
によつて除算する除算回路と、 前記除算回路の出力値を記憶する基準値変化度
記憶回路と、 前記基準値変化度記憶回路に記憶された基準値
変化度に、前記第２の温度から温度変化した第３
の温度と、前記第２の温度との温度差値を、乗算
する乗算回路と、 前記乗算回路の出力値を前記基準値記憶回路に
記憶された基準値に加算する加算回路と、 前記第３の温度における前記測定からの測定値
から、前記加算回路の出力値を減算して基準値を
補正する第２の減算回路と を具備する基準点補正装置。

Claims (1)

1. 前記クロツク周期切換回路へ切換制御信号を出力
   する計算機とを具備し、前記計算機は第１の記憶
   部に予め求めたマツプデータを記憶させておき、
   サーチモードで前記レベル可変制御信号により順
   次比較回路のしきい値レベルを順次可変してそれ
   ぞれ光強度レベルがしきい値レベルを越えたとき
   の位置情報を第２の記憶部に記憶させて第１の記
   憶部に記憶したマツプデータと比較して目的とす
   る星像の同定作業を行ない、トラツクモードで前
   記目的とする星像付近で前記クロツク周期切換回
   路の出力を切換えて撮像部の走査速度を低下さ
   せ、それ以外で撮像部の走査を高速で行ない、前
   記光強度レベルがしきい値レベルを越えたときの
   み光強度情報をデジタル・アナログ変換して前記
   第２の記憶部に記憶するようにしたことを特徴と
   する恒星センサ。