JPH0229966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、特に地球指向三軸姿勢制御衛星の
姿勢角測定装置に関する。

地球観測衛星や通信衛星では衛星に搭載したア
ンテナや観測機器の所定の軸を地球方向へ向ける
ために、衛星の所定の軸を常に地球中心方向へ指
向させることが必要となる。

姿勢角計算装置は、地球中心方向及び軌道面垂
直方向と衛星機軸座標のなす角度関係を測定する
ものであり、これを用いて、制御回路は例えばこ
の姿勢角が零となるように人工衛星の姿勢を制御
することによつて、衛星の機軸方向を常に目標姿
勢状態に保つことができる。

〔従来技術〕

まず、従来の姿勢角測定方法について簡単に説
明する。従来開発されているこの種の姿勢角測定
方法は、第１図に示すように地球センサを用い
て、軌道座標（X0，Y0，Z0）に対し、地球Ａの
中心Z0方向と衛星機軸Z_B方向との相対的な偏差
（φ，θ）を検出していた。さらに詳しくはX_B軸
回りの回転角即ちロール角φはセンサ視野Ｂ１，
Ｂ２による地球走査巾の差から、またY_B軸回り
の回転角即ちピツチ角θは基準パルス（基準パル
ス発生方向Ｃ）の走査パルス中心からのズレから
検出するものであつた。しかしながら、前記した
従来の方法では衆知のように、Z_B軸回りの回転に
よる偏差即ちヨー角Ψが測定できないという欠点
があつた。そこでその他の従来例では、この欠点
を克服するために、ヨー角ψの測定に恒星センサ
を用いる方法が提案されている。

即ち第２図に示すように、視野１方向が常に北
極方向を向くような機軸(一)Y_B方向に取付けた恒
星センサによつて北極星２を検出する。恒星セン
サ視野１内の北極星２の座標を（ｚ，ｘ）とした
とき、いま、ロール偏差φ及びピツチ偏差θが常
に零で且つ、軌道傾斜が零の静止軌道であれば、
ヨー角ψが、 Ψ＝ｘ−（π／２−Ep）sinα (1) で与えられる。但し、Epは北極星２の赤緯、α
は人工衛星位置の赤経から北極星２の赤経を差引
いて与えられる。しかし、実際の人工衛星では
φ、θ及び軌道傾斜を同時に零とすることは困難
であるので、恒星測値（ｚ，ｘ）にこれらのφ、
θ及び衛星の軌道条件が重畳して分離できない。
従つて、ヨー角ψを精度よく測定することができ
ないという欠点があつた。

〔発明の概要〕

この発明は、衛星の姿勢を精度良く制御するた
めに必要となる姿勢角の測定装置に関し、地上局
コマンドに基づいて計算した軌道座標と地球セン
サデータを用いて、恒星センサデータを処理し、
所望のヨー角を出力するように構成した姿勢角計
算装置を提供しようとするものである。

以下、この発明の一実施例を図面により詳述す
る。

〔発明の実施例〕

第３図はこの発明による姿勢角計算装置の構成
概念を示す図である。

図において、３は地球センサ、４は軌道座標計
算部、５は恒星センサ、６は恒星ベクトル計算
部、７はヨー角計算部、８は姿勢角計算装置、Ｓ
はコマンド信号ON／OFFスイツチである。

このような構成において、軌道座標計算部４は
地上局からのコマンド信号として伝送された軌道
情報Ｄを用いて、任意時刻での人工衛星の軌道座
標を計算する。恒星ベクトル計算部６は恒星セン
サ５データを入力として、衛星機軸座標に対する
恒星方向の単位ベクトルを計算する。ヨー角計算
部７は上記軌道座標計算部４で与えられる軌道座
標と、上記恒星ベクトル計算部６で与えられる観
測恒星の単位ベクトルと、地球センサ３データと
を入力として軌道座標に対する衛星機軸座標のヨ
ー角を計算し出力する。

以下、姿勢角計算装置８を構成する各構成要素
の詳細について第４図を用いて説明する。

なお、以下の説明では地球指向静止三軸衛星の
姿勢角測定を想定する。

まず、軌道座標計算部４について説明する。第
４図は、慣性空間座標（X_I，Y_I，Z_I）に対する
軌道座標（X0，Y0，Z0）の関係を与える数学モ
デルを示す図である。地上コマンドによる軌道情
報Ｄとして、時刻t₀での昇交点赤経Ω、軌道傾斜
ｉ、周期Ｊ及び昇交点離角f₀を想定する。このと
き軌道座標は次式で与えられる。

つぎに、恒星ベクトル計算部６について説明す
る。光軸Y_Sが第２図に示すように−Y_B軸と一致
するように、恒星センサ５を人工衛星に搭載す
る。恒星センサ４の恒星検出レベルを３等星程度
より明るい星に設定し、センサ視野角を4゜×4゜程
度にすれば、地球指向静止衛星の場合恒星センサ
４は常に北極星２だけを検出するようにすること
ができる。

恒星センサ４によつて観測した恒星座標をｚ，
ｘとすると、衛星機軸座標X_B，Y_B，Z_Bに対する
恒星（この場合北極星２）方向の単位ベクトル＄
（ｆ）は、次式で与えられる。

＄(f)＝S₂＝S₁ S₂ S₃ 〔_BC_S〕cosZ・sinX cosZ・sinX sinZ (4) 但し、〔_BC_S〕は恒星センサ座標系と衛星機軸座標
の関係を与える座標変換行列であり、予め既知と
できる。

ヨー角計算部７は、上記式(2)による〔0C_I〕と、
上記式(4)による恒星方向単位ベクトルと、地球セ
ンサ３によつて観測した（ロール角、ピツチ角）
＝（φ（ｔ）、θ（ｔ））とを入力として、次式によ
り、ヨー角ψを計算する。

sinΨ＝（S2b1−a3b1−S3b2＋a2b3）／（a1b
1−a2b2）(5) 但し a1＝−S^C ₁cosφ（ｔ） a2＝S^C ₂cosφ（ｔ） a3＝S^C ₃sinφ（ｔ） b1＝S^C ₁sinθ（ｔ）−S^C ₂sinφ（ｔ）cosθ（ｔ） b2＝S^C ₁sinφ（ｔ）cosθ（ｔ）＋S^C ₂sinθ（ｔ） b3＝S^C ₃cosφ（ｔ）cosθ（ｔ） (6) S^C ₁ S^C ₂ S^C ₃＝〔0C_I〕cosRAScosDIS sinRAScosDIS sinDIS 式(7)の（RAS、DIS）は恒星センサ４によつて
観測している恒星（この例では北極星２）の（赤
経、赤緯）であり、既知とできる。

以上、のべたようにこの方法は軌道座標計算部
４の出力〔0C_I〕を式(7)に代入して、〔S^C ₁、S^C ₂、
S^C ₃〕を求め、これと、地球センサ３によつて従来
と全く同じ方法で測定した（φ、θ）とを式(6)に
代入して、ai，bi（ｉ＝１，２，３）を計算し、
このai、biと、恒星ベクトル計算部６で計算した
単位ベクトル＄(f)の成分Ｓ２，Ｓ３とを式(5)に代
入して、所望のヨー角ψを計算できる。

〔発明の効果〕

以上述べたことから明らかなように、この発明
による姿勢角計算装置８は（φ、θ）が零近傍で
あるか、また、衛星の軌道傾斜ｉが零近傍である
かに関係なく、恒星センサ４データを用いて十分
精度良く人工衛星のヨー角を計算し、出力するこ
とができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、地球センサによるロール、ピツチ角
測定の概念を示す図、第２図は、恒星センサによ
るヨー角測定の概念を示す図、第３図は、この発
明の一実施例を示す姿勢角計算装置の構成概念を
示す図、第４図は、慣性空間座標と軌道座標の関
係を示す数学モデル図である。 図において１は恒星センサ視野、２は北極星、
３は地球センサ、４は軌道座標計算部、５は恒星
センサ、６は恒星ベクトル計算部、７はヨー角計
算部、８は姿勢角計算装置である。なお図中同一
あるいは相当部分には同一符号を付して示してあ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地上局からのコマンド信号として送信された
   軌道情報を入力として、軌道座標を計算する軌道
   座標計算手段と、人工衛星に仮想的に設定した所
   定の機軸と地球中心方向との偏差を測定する地球
   センサと、視野内の恒星座標を測定する恒星セン
   サと、上記恒星センサからの出力信号を入力して
   衛星機軸座標に対する恒星方向の単位ベクトルを
   計算する恒星ベクトル計算手段と、上記地球セン
   サと軌道座標計算手段及び恒星ベクトル計算手段
   からの出力信号を入力して、軌道座標に対する衛
   星機軸座標のヨー姿勢角を計算するヨー角計算手
   段とを具備したことを特徴とする人工衛星の姿勢
   角計算装置。