JPH03175316A - 突抜走査型地球センサの姿勢角計測回路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、突抜走査型地球センナの姿勢角計測回路に関
し、特に宇宙航行体に搭載され、地球に対する姿勢を計
測する突抜走査型地球センサに関する。

〔従来の技術〕

突抜走査型地球センサは、２チヤンネルの赤外線検出器
で地球を直線走査して地球に対する。ピッチ角・ロール
角を計測している。

このタイプの突抜走査型地球センサの原理について説明
する。

第６図は一般的な突抜走査型地球センサの機能ブロック
図である。図中、ミラーコは赤外検出器の視線を走査す
るためのミラーであり、支持軸のまわりに往復振動を行
なう。このミラー１を振動させるために駆動回Ｂ２が用
いられ、このミラー１の振動角を検出し、リファレンス
パルス及び微小角度増分を示すエンコーダパルス（ＥＮ
Ｃ）を生成するために光学式エンコーダ回ｉ３がある。

地球の赤外光を検出する赤外検出器から出力される微弱
な信号をアナログ処理回路６で増幅し最終的に地球パル
スが生成されるにのアナログ信号処理回路６の出力信号
Ｅ１．Ｅ２とミラー駆動回路２の出力Ｓ、エンコーダ回
路３の出力Ｃ／ＥＮＣとをもとにしてディジタル信号処
理回路７がピッチ角・ロール角を計測し出力する。

なお、ディジタル信号処理回路７はピッチ角計測回路（
１２）およびロール角計測回路（１３）から構成され、
ピッチ角およびロール角を出力している。

第７図は、赤外線検出器の視線の走査軌跡ρｌ。

Ｊ２と地球との相対関係を示す模式図である。図で、宇
宙航行機が、地球Ｅの赤道面内を西から東へ進む軌道に
おいて地球を捕捉している状態を示している。ここで、
Ｅは地球ディスクを示し、ｊ■は北側センサの視線の軌
跡、ｊ２は南側センサの視線の軌跡を示す。この赤外線
検出器（４゜５）の視線が地球を捕えた時、地球の放射
する赤外線を検出し検出信号を生成する。

第８図は第６図の各検出信号の波形図である。

図中、Ｅ、、Ｅ２は北、南センサ４，５からの地球検出
信号（地球パルス）、Ｓはミラー駆動回路２の走査パル
ス、Ｃはエンコーダ回路３から検出器の視線が地球セン
サの中央を通過したタイミングを示すリファレンスパル
スを示している。走査パルスＳは、姿勢角計測の基準と
なるパルスであり、ロウレベルの時は西から東へ走査す
る期間を示し、ハイレベルの時は東から西へ走査する期
間を示している。また、Ｅｌは北側検出機４による地球
パルスであり、Ｅ２は南側検出器５による地球パルスを
示す。

ピッチ角・ロール角が共にＯの時、地球検出信号Ｅ、、
Ｅ２は、リファレンスパルスＣの変化点に対称なパルス
となり、さらにＥｌとＥ２のパルス幅は等しくなる。ピ
ッチ角がＯでなくなると、地球パルスＥ、、Ｅ２がリフ
ァレンスパルスＣに対して非対称になるので、検出信号
Ｅ、、Ｅ２とリファレンスパルスＣとの角度関係からピ
ッチ角を求めることができる。ロール角が０でなくなる
と、地球パルスＥ１とＥ２のパルス幅が異なるので、そ
の角度差を計測することによりロール角を求めることが
できる。なお、パルスＥ１とＥ２のそれぞれの検出信号
のうち一方を基準信号で置換え、他方のみで計測をする
ことができるようにもするのが通例である。また、ピッ
チ計測については、地球パルスＥ１．Ｅ２の論理和（Ｏ
Ｒ）をとりそれを地球パルスとして姿勢計測する方法あ
るいは、パルスＥ、とＥ２の平均をとってランダム誤差
を少なくする方法などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のピッチ姿勢角計測回路は、リファレンス
パルスの立上り、立下りが地球パルスのオンの期間に発
生する時には、正常なピッチ姿勢角を出力するが、第９
図のように地球パルスのオフの期間に発生した場合には
、実際の姿勢角と異なるピッチ角データが出力される。

即ち、実際にピッチ姿勢角は線形領域を越えているにも
かかわらず、走査している地球のパルス幅が小さく、ま
たリファレンスパルスの立上り、立下りから外れている
ため、通常のピッチ計測が有効でなくなり、出力データ
もあたかも線形領域にあるかのような、小さな値を出力
している状態にある。この時には、第１０図の様なピッ
チ伝達特性図となり、所望特性線Ａよりも出力レベルの
低い特性線Ｃの出力データとなる。従って、姿勢系セン
サとして、捕捉のために姿勢誤差の最大値を出すことが
期待されるにもかかわらず、小さい値の線形領域のデー
タが出力されることになり、捕捉特性を劣化させるとい
う問題がある。

本発明の目的は、このような欠点を除き、線形領域を外
れていることを示すデータを出力することにより、その
捕捉特性を改善した地球センサの姿勢角計測回路を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の突抜走査型地球センサの姿勢角計測回路の構成
は、突抜走査型地球センサから地球の存在を示すプレゼ
ンスパルスおよびリファレンスパルスを入力し一周期分
の地球パルスの波形の特徴信号を検出して所定ピッチ角
以上の範囲でピッチ角データの最大値を出力する地球パ
ルス識別回路と、前記地球センサからの各パルス信号に
よりそのロール角を計測し出力するロール角計測回路と
、前記地球センサからの各パルス信号によりそのピッチ
角を計測し出力するピッチ角計測回路と、このピッチ角
計測回路の出力を前記所定ピッチ角以上の範囲で前記地
球パルス識別回路の出力により前記最大値に切替えて出
力するデータの切替器とを備えることを特徴とする。

本発明において、地球パルス識別回路が、地球の存在を
示すプレゼンスパルスおよびレファレンスパルスを入力
し１周期分の地球パルスの波形の特徴信号を検出して出
力する第１の論理回路と、この第１の論理回路からの特
徴信号を記憶するレジスタと、このレジスタからの特徴
信号に従って、ピッチ角の極性制御信号を形成する第２
の論理回路とからなることもできる。

〔実施例〕

次に、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例のディジタル信号処理回路部
分のブロック図である０本実施例は、第６図の従来例の
姿勢角計測回路であるディジタル信号処理回路７に地球
パルス識別回路１１、データ切替器１４が付加されたも
のである。すなわち、従来のピッチ角、ロール角計測回
路１２．１３にこれらの回路１１．１４が追加された構
成となっている。

ピッチ角計測回路１２は、エンコーダ回路３がらのリフ
ァレンスパルスＣ、アナログ信号処理回路６からの地球
パルスＥおよびエンコーダパルス（ＥＮＣ）　、タイミ
ング信号Ｐからピッチ角を出力するが、この出力は地球
パルス識別回路１１からのデータ制御信号によりデータ
切替器１４で切替えられて出力される。また、ロール角
計測回路１３は、北、南赤外線検知器４，５からの地球
パルスＥ、、Ｅ２とエンコーダパルスＥＮＣとタイミン
グ信号Ｐとからロ、−ル角を出力する。

この地球パルス識別回路１１は、第２図のブロック図に
示される。すなわち、状態遷移用論理回路２１と、この
論理回路２の各出力を一時保持するフリップフロップ群
２２と、出力論理回路２３とから構成される。

第３図は第１図の地球パルス識別回路１１で検出する地
球パルスの波形図を示している。Ｓは走査パルス、Ｃは
リファレンスパルス、Ｅ１〜Ｅ８は地球パルスの例を示
す、これらの地球パルスは、北側地球パルスＥ工と南側
地球パルスＥ２の論理和で構成され、パルスＥ、からＥ
ｄまでは、地球パルスがオンの期間にリファレンスパル
スＣの立上り、立下りがないため、従来の計測回路では
正しく計測できなかった。この地球パルス識別回路１１
はパルスＥ、、Ｅｄの場合に、ピッチ各データ出力とし
て、＋ＭＡＸ値を出力し、パルスＥ、、Ｅｄの場合に−
ＭＡＸ値を出力する機能を有し、またパルスＥ８の場合
には、従来のピッチ計測が有効となるのでその計測値を
出力する。

第４図は第２図の状態遷移図を示し、Ｓｌ−Ｓ１３によ
り計１３個の状態を示しており、これらは４個の状態変
数で表現できる。

まず、初期状態Ｓ１では、タイミング信号Ｐの立上りで
地球パルスの有無を判別する。この地球パルスがオンで
あれば状態Ｓ２に移り、ピッチデータ＋ＭＡＸを出力す
る。地球パルスがオフの時には状態Ｓ３に移り、リファ
レンスパルスＣか、地球パルスを待つ。先に、リファレ
ンスパルスＣが検出された場合は、状態Ｓ４に移行して
−ＭＡＸを出力する。先に、地球パルスが検出された場
合は状態Ｓ５に移行し、地球パルスの立下りか、あるい
は、リファレンスパルスを待つ。

地球パルスの立下りが先に検出された場合は、状Ｂ　Ｓ
　６に移行して−ＭＡＸを出力する。リファレンスパル
スＣが先に来た場合には、更に状態Ｓ７に移行してタイ
ミングパルスＴを待つ。

タイミングパルス５がオンの時に、地球パルスがオンで
あれば状Ｂ　Ｓ　ｓへ移行して−ＭＡＸを出力する。地
球パルスがオフの時には状態Ｓ９へ移行し、リファレン
スパルスの立下り又は地球パルスの立下りを待つ。先に
リファレンスパルスの立下りが検出された場合には、状
態ＳＩＯへ移行し、＋ＭＡＸを出力する。先に地球パル
スがオンになれば、状態Ｓｌｌへ移行し、リファレンス
パルスの立下りか、地球パルスの立下りを待つ。この地
球パルスの立下りが検出されれば、状態Ｓ１２へ移行し
て−ＭＡＸを出力する。リファレンスパルスの立下りが
検出されれば、状態Ｓ１３へ移行し、ピッチ角計測回路
１２で得られた計測値を出力する。

第２図に示すハードウェア構成において、この回路はシ
ーケンス制御等でよく使用されるものである。ＦＦ（１
）〜Ｆ　Ｆ　（４）のフリップフロップ群２２は第４図
の８１〜Ｓ１３の全ての状態を表現するための部分であ
り、リセット信号で初期状態Ｓ１に設定される。状態遷
移用論理回路２１は、現在の状態（Ｆ　Ｆ　（１）〜Ｆ
　Ｆ　（４）の状態）と、各入力信号から、次に移行す
べき状態を決め、ＦＦ（１）〜Ｆ　Ｆ　（４）を変更す
るための組合せ論理回路である。出力用論理回路２３は
、現在の状態によって出力すべきデータ制御信号を生成
するための組合せ論理回路である。例えば、第４図の状
態Ｓ２　、Ｓ　６　＋　Ｓ　１０の時には、＋ＭＡＸ出
力信号をハイにするような論理機能を持つ。

第５図は地球パルス識別回路１］を付加することにより
実現されたピッチ伝達特性図を示している。所望の特性
線Ａに対して出力特性線Ｂが改善されていることを示し
ている。

このように本実施例は、地球パルス識別回路１を付加し
、通常の計測モードとそれ以外のモードを識別し、通常
の計測モードでない時には、その時のピッチ角の極性を
検出し、ピッチ角データの最大値を出力することにより
、ピッチ出力伝達性を改善している。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、従来のピ・ンチ角計測回
路に地球パルス識別回路を付加し、通常の計測モードと
それ以外のモードを識別し、通常の計測モードでない時
には、その時のピッチ角の極性を検出し、ピッチ角デー
タの最大値を出力することにより、ピッチ出力伝達特性
を改善し、宇宙機の地球捕捉特性を改善できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のディジタル信号処理回路部
分のブロック図、第２図は第１図の地球パルス識別回路
のブロック図、第３図は第２図を説明する波形図、第４
図は第２図の状態を説明する状態遷移図、第５図は本実
施例の出力特性図、第６図は従来の突抜走査型地球セン
サの一例のブロック図、第７図は一般の突抜走査型地球
センサの原理を説明する模式図、第８図は第６図を説明
する波形図、第９図は第６図の動作を説明する模式図、
第１０図は第６図の出力特性図である。 １・・・走査ミラー、２・・・走査ミラー駆動回路、３
・・・光学式エンコーダ回路、４，５・・・北、南チャ
ンネル赤外線検出器、（ビ・・アナログ信号処理回路、
７・・・ディジタル信号処理回路、１１・・・地球パル
ス識別回路、１２・・・ピッチ角計測回路、１３・・・
ロール角計測回路、１４・・・データ切替器、２１・・
・状態遷移用論理回路、２２・・・フリップフロップ群
、２３・・・出力用論理回路、Ｅ・・・地球ディスク、
！２１β２・・・走査軌跡、８１〜Ｓｌｌ・・・状態ス
テップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、突抜走査型地球センサから地球の存在を示すプレゼ
   ンスパルスおよびリファレンスパルスを入力し一周期分
   の地球パルスの波形の特徴信号を検出して所定ピッチ角
   以上の範囲でピッチ角データの最大値を出力する地球パ
   ルス識別回路と、前記地球センサからの各パルス信号に
   よりそのロール角を計測し出力するロール角計測回路と
   、前記地球センサからの各パルス信号によりそのピッチ
   角を計測し出力するピッチ角計測回路と、このピッチ角
   計測回路の出力を前記所定ピッチ角以上の範囲で前記地
   球パルス識別回路の出力により前記最大値に切替えて出
   力するデータの切替器とを備えることを特徴とする突抜
   走査型地球センサの姿勢角計測回路。 ２、地球パルス識別回路が、地球の存在を示すプレゼン
   スパルスおよびレファレンスパルスを入力し１周期分の
   地球パルスの波形の特徴信号を検出して出力する第１の
   論理回路と、この第１の論理回路からの特徴信号を記憶
   するレジスタと、このレジスタからの特徴信号に従って
   、ピッチ角の極性制御信号を形成する第２の論理回路と
   からなる請求項１記載の突抜走査型地球センサの姿勢角
   計測回路。