JPH06298198A

JPH06298198A - 静止衛星位置保持システム

Info

Publication number: JPH06298198A
Application number: JP5106257A
Authority: JP
Inventors: Noboru Muranaka; 昇村中
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1993-04-08
Publication date: 1994-10-25

Abstract

(57)【要約】【目的】オンボードで長期間にわたり確実に自己静止
衛星を所定の軌道上に配置する姿勢制御を行い、地上局
での運用作業負担を軽減して、運用コストを低減する。【構成】地上局１０は、衛星位置決定装置１３によっ
て決められた静止衛星１２の初期の位置状態ベクトルを
衛星管制装置１４からのコマンドとして送受信装置１５
からパラボラアンテナ１６を通じて電波送信する。静止
衛星１２は、送受信装置１９がアンテナ１８を通じて受
信したコマンドから、制御部２０によって、これ以降の
衛星位置を予測し、静止衛星１２の位置制御の必要時に
ガスジェット装置２２からガスジェット噴射を行う。こ
のガスジェット噴射中の増速量を加速度計２４で計測し
て、ガスジェット噴射を停止し、オンボードで自己静止
衛星を所定の軌道上に配置する姿勢制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静止軌道上に配置され
る静止衛星の静止位置を保持するための軌道制御をオン
ボードで行う静止衛星位置保持システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】静止衛星は、地球中心から４２，１６０
ｋｍ、かつ、その軌道面が赤道面の円軌道上にある。こ
の場合の静止衛星の公転周期は、地球の自転の周期と等
しいため、特定の経度、緯度（零度）上空で静止して見
えることになる。このような静止衛星には月及び太陽か
らの摂動とともに、地球赤道面上空での地球重力ポテン
シャルの非一様性に起因する摂動によって、初期に設定
された軌道上の位置から変位してしまう。

【０００３】月及び太陽による摂動は、静止衛星の軌道
傾斜角、すなわち、地球赤道面との角度（当初零度）が
１年に約１度の割合で増加させる方向に作用する。この
結果、静止衛星は、赤道面を中心に南北方向に変動す
る。また、赤道上空での地球重力ポテンシャルの非一様
性によって、ポテンシャルの低い東西のいずれか一方に
向かって静止衛星が変動する。この変動の速度、方向は
静止位置の経度によって異なる。一方、静止衛星は、ク
ロスモジュレーションなどの相互電波の干渉又は衝突を
回避する目的で個々の静止衛星は決められた経度、緯度
を中心とした所定の範囲以内（０．１度〜０．０５度）
に保持することが要求されている。

【０００４】このため静止衛星には、各種の摂動に起因
する南北、東西方向における軌道上の位置の変動を修正
するためのガスジェット装置を備えている。静止衛星
は、その位置保持又は軌道修正を行うため、静止衛星の
精密な位置を、一つ又は複数の地上局からのレンジ、レ
ンジレートの測定によって決定し、この決定から得られ
る静止衛星の位置状態ベクトルが予め設定された状態に
達したときに、地上局からの指令によって東西方向又は
南北方向にガスジェット噴射を行って、静止衛星が常に
所定の軌道上の範囲内に位置するようにしている。

【０００５】図３は、従来の静止衛星位置保持システム
の概略構成を示すブロック図である。この例は、地上局
１と静止衛星２とからなり、地上局１には、レンジ・レ
ンジレートの測定と、この測定に基づいて、静止衛星２
の位置に関する状態を推定する衛星位置決定装置３が設
けられている。この衛星位置決定装置３での決定内容か
らマヌーバ計画を立案する。そのマヌーバ計画に基づい
て、衛星管制装置４から送受信装置５及びパラボラアン
テナ６を通じてコマンド電波Ｗａを静止衛星２に送信す
る。また、この衛星管制装置４では、パラボラアンテナ
６、送受信装置５を通じて静止衛星２からのテレメトリ
の電波Ｗｂを受信して表示を行う。

【０００６】静止衛星２では、地上局１からのコマンド
電波Ｗａをアンテナ８、送受信装置９を通じて受信し、
その指令内容に応じて制御部１０がガスジェット装置１
２を制御する。ガスジェット装置１２は、東西制御スラ
スタ１２ａでガスジェット噴射し、南北制御スラスタ１
２ｂでガスジェット噴射を行って、それぞれ東西方向及
び南北方向での軌道制御、すなわち、静止衛星２での姿
勢制御を行う。なお、静止衛星２には、この他にも複数
個のスラスタ、推薬タンク、推薬、配管系等が設けられ
る。

【０００７】この種の静止衛星位置保持システムの提案
として、特開昭６１−２０７２９９号公報に開示された
「人工衛星の軌道制御判断装置」、特開平１−２０４８
９９号公報に開示された「人工衛星姿勢決定および制御
システム」、特開平１−２７３７９７号公報に開示され
た「人工衛星の軌道制御装置」、特開平２−１１７４９
６号公報に開示された「人工衛星の軌道制御装置」を挙
げることが出来る。

【０００８】特開昭６１−２０７２９９号公報では、二
つの基準衛星を用いて人工衛星の軌道制御をオンボード
で行なうことが出来るようにして、人工衛星が地上局か
ら見えない場合でも人工衛星の位置決定及び軌道制御を
可能にしている。また特開平０１−２０４８９９号公報
では、コヒーレントエネルギ信号の複数の遠隔源に関す
る宇宙線で軌道及び姿勢を推定し、この推定結果と測定
された実際位置とを比較してエラー信号を発生させ、宇
宙船の軌道及び姿勢を更新させて、制御性を高めてい
る。

【０００９】さらに、特開平１−２７３７９７号公報で
は、軌道接続入力値に対してデータベースに基づいてス
ラスト噴射時間を演算し、この演算値による制御動作後
の軌道と目標値とのズレに基づいてデータベースの較正
を行うことにより、軌道制御精度の向上を図っている。
特開平２−１１７４９６号公報では従来、地上管制局で
行っていた軌道面の回転率から算出される軌道制御用ス
ラスタの演算と制御を、人工衛星に搭載された計算機で
行うことにより、地上管制局の設備と作業の軽減を可能
にしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来例の静止衛星位置保持システムにあって、地上局１の
運用者は静止衛星２の位置に関する情報に基づいて位置
保持のためのマヌーバ計画を立案し、これに基づいて、
静止衛星に指令を送るなどの運用作業が必要である。こ
の作業は、静止衛星２の東西方向及び南北方向の保持範
囲が０．１度に設定されている場合に、実際の運用では
約一週間に一回の頻度で実施されることになる。したが
って、保持範囲が、より狭く高精度の位置保持が要求さ
れると、より頻繁に運用作業を実施する必要がある。こ
のため、地上局１の運用者にとって運用作業が多大な負
担となり、運用コストが増大することになる。

【００１１】また、各公報に示す例では、いずれの場合
も、静止衛星の位置決定及び軌道制御が可能であるが、
実際の制御では、その制御が複雑化して、信号処理規模
と装置規模の増大が考えられる。

【００１２】本発明は、上述した事情にかんがみてなさ
れたものであり、オンボードで静止衛星自体の位置予測
及び位置測定が行われて、長期間にわたり確実な軌道制
御を行うことができ、地上局での運用作業負担が軽減さ
れて、運用コストを低減できる静止衛星位置保持システ
ムの提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、少なくとも制御計算装置、加速度計、ガ
スジェット装置、無線通信装置を有する静止衛星と、少
なくとも衛星位置決定装置、衛星管制装置を備える地上
局とからなる静止衛星位置保持システムにあって、地上
局は、衛星位置決定装置によって決定した静止衛星の初
期位置状態のベクトルを衛星管制装置からコマンドとし
て電波送信し、静止衛星は、無線通信装置を通じて受信
したコマンドから制御計算装置によって、これ以降の静
止衛星の位置を予測し、静止衛星の位置制御の必要時に
ガスジェット装置からガスジェット噴射を行い、このガ
スジェット噴射中の増速量を加速度計で計測して、ガス
ジェット噴射を停止し、オンボードで軌道制御を行う構
成としてある。

【００１４】また、少なくとも制御計算装置、加速度
計、ガスジェット装置、ＧＰＳ受信装置を有する静止衛
星位置保持システムにおいて、ＧＰＳ受信装置で得られ
る、当該静止衛星の軌道上の位置情報によって、位置状
態のベクトルを決定し、静止衛星の位置制御の必要時に
ガスジェット装置からガスジェット噴射を行い、このガ
スジェット噴射中の増速量を加速度計で計測して、ガス
ジェット噴射を停止し、オンボードで軌道制御を行う構
成としてある。

【００１５】これらの構成にあって、好ましいガスジェ
ット噴射として、ガスジェット動作中の静止衛星に加わ
る加速度を加速度計によって検出して、この検出値を制
御計算装置で積分し、この積分値が所定値の場合に、プ
ルームインピンジメントによって所望の方向と異なった
方向に発生する加速度成分を検出して停止する構成とし
てある。

【００１６】

【作用】上記構成からなる、本発明の静止衛星位置保持
システムは、地上局から送信される初期の静止衛星の位
置状態ベクトルにもとづいて、静止衛星が以降での位置
状態ベクトルを予測し、その結果に基づいてオンボード
で軌道マヌーバを実施している。また、搭載するＧＰＳ
受信装置を通じて自己静止衛星の位置を認識して、以降
での位置状態ベクトルを予測し、その結果に基づいてオ
ンボードで軌道マヌーバを実施している。したがって、
オンボードで長期間にわたって確実に自己静止衛星を所
定の軌道上に配置する東西南北の軌道制御を行うことが
でき、地上局での運用作業負担が軽減される。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の静止衛星位置保持システムの
実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本
発明の静止衛星位置保持システムの第１の実施例の構成
を示すブロック図である。図１において、このシステム
は、地上局１０と静止衛星１２とからなり、地上局１０
には、レンジ・レンジレートを測定し、この測定に基づ
いて位置に関する状態を推定する衛星位置決定装置１３
と、この衛星位置決定装置１３からの出力状態からマヌ
ーバ計画を立案し、そのマヌーバ計画に基づいて、この
コマンドを出力する衛星管制装置１４とを有している。

【００１８】さらに、衛星管制装置１４からのコマンド
を変調して送出する送受信装置１５と、コマンド電波Ｗ
ａを静止衛星１２に送信するパラボラアンテナ１６とを
有している。衛星管制装置１４では、パラボラアンテナ
１６、送受信装置１５を通じて静止衛星１２からの各種
情報であるテレメトリ電波Ｗｂを受信して表示を行う。
なお、衛星管制装置１４、送受信装置１５、パラボラア
ンテナ１６が請求項における衛星管制装置に対応する。

【００１９】静止衛星１２は、地上局１０からのコマン
ド電波Ｗａをアンテナ１８を通じて受信して復調する送
受信装置１９（請求項における無線通信装置に対応す
る）と、復調したコマンドの指令内容に応じて、静止衛
星１２での姿勢制御を行うための制御部２０とを有して
いる。さらに、東西方向及び南北方向で姿勢制御を行う
ためにガスジェット噴射を行うガスジェット装置２２
と、静止衛星１２に加わる三軸方向の加速度を検出する
加速度計２４とを有している。ガスジェット装置２２
は、東西方向にガスジェット噴射を行う東西制御スラス
タ２２ａと、南北方向にガスジェット噴射を行う南北制
御スラスタ２２ｂとで構成され、東西方向及び南北方向
で、当該静止衛星１２の姿勢制御を行う。なお、静止衛
星１２には、この他にも複数個のスラスタ、推薬タン
ク、推薬、配管系等が設けられる。

【００２０】次に、この第１の実施例の構成の静止衛星
位置保持システムの動作について説明する。衛星位置決
定装置１３では、静止衛星１２のレンジ・レンジレート
データに基づいて、静止衛星１２の位置状態を決定す
る。この位置状態のベクトルは、衛星管制装置１４から
送受信装置１５、パラボラアンテナ１６を通じて、静止
衛星１２に送信される。

【００２１】次に、静止衛星１２では、地上局１０から
のコマンド電波Ｗａをアンテナ１８を通じて送受信装置
１９で受信し、復調したコマンドが制御部２０に入力さ
れる。制御部２０は、コマンドによって判明する位置状
態から、当該静止衛星１２に作用する摂動についての状
態を判断する機能を有しており、コマンドで地上局１０
から与えられる位置状態のベクトルを出発点とし、以下
の処理によって、以降の長期間にわたる静止衛星１２の
状態を予測する。この場合、月、太陽及び地球赤道面上
の非一様ポテンシャル、太陽輻射圧等の自然現象に起因
する摂動を精密に予測する。

【００２２】静止衛星１２の位置を表す状態ベクトル
は、次の（数１）で経度と、その時間微分を表すことが
出来る。さらに（数２）で離心率ベクトルを表すことが
出来るとともに、（数３）で軌道傾斜角ベクトルを表す
ことが出来る。

【００２３】

【数１】

【００２４】

【数２】

【００２５】

【数３】

【００２６】静止衛星１２の経度と、その時間微分は、
次の（数４）で表すことができ、

【００２７】

【数４】

【００２８】により伝播する。これによって、地上局１
０での軌道決定の結果から求めた値をコマンドによって
静止衛星１２の制御部２０内の計算機に与える。

【００２９】また、離心率ベクトル（ξ，η）、軌道傾
斜角ベクトル（ｐ，ｑ）のそれぞれについて、地上での
軌道決定の結果、及び各種摂動計算に基づいて得られる
次の（数５）の内容を与える。

【００３０】

【数５】

【００３１】この（数５）を与えて、次の（数６）によ
って伝播する。

【００３２】

【数６】

【００３３】これらでの予測の結果、静止衛星１２の位
置の制御の必要が生じた時点で、制御部２０の制御によ
って、東西制御スラスタ２２ａ、南北制御スラスタ２２
ｂでのガスジェット噴射を行う。このガスジェット装置
２２を作動させている間に静止衛星１２の本体に作用す
る三軸方向の加速度を加速度計２４によって計測する。
加速度計２４は、計測した加速度データを制御部２０に
出力する。制御部２０では、その値を積分し、所望方向
の積分値が所定のΔＶ量に達した時点でガスジェット装
置２２でのガスジェット噴射を停止する。

【００３４】このガスジェット噴射と同時に加速度計２
４は、ガスジェット噴射されたガスが静止衛星１２の本
体又は、図示しない太陽電池パドルなどに当接して発生
する不必要な方向の加速度（プルームインピンジメント
による加速度）を検出する。したがって、制御部２０で
は、この有害である推力による、目標方向からの変動方
向におけるΔＶ成分も計測する。この計測結果に基づい
て新たに、次の（数７）で表す位置状態のベクトルの初
期値を生成する。

【００３５】

【数７】

【００３６】この初期値を生成し、そこからの位置状態
ベクトルの伝播を継続する。

【００３７】次に第２の実施例を説明する。この第２の
実施例では、第１の実施例が地上局１０から位置状態ベ
クトルの送信を受信して位置予測を行うのに対して、Ｇ
ＰＳ(Global Positioning System) を用いて位置予測を
行っている。図２は第２の実施例の構成を示すブロック
図である。図２において、この静止衛星１３は、図１中
に示すアンテナ１８、送受信装置１９、制御部２０、ガ
スジェット装置２２（東西制御スラスタ２２ａ、南北制
御スラスタ２２ｂ）、加速度計２４とともに、ＧＰＳ受
信機２６、ＧＰＳ電波を受信するためのアンテナ２７を
有している

【００３８】次に、この第２の実施例の構成の静止衛星
位置保持システムの動作について説明する。ＧＰＳ衛星
（ＮＡＶＳＴＡＲ）からのＧＰＳ電波をアンテナ２７を
通じてＧＰＳ受信機２６で受信する。ＧＰＳ受信機２６
で静止衛星１３での測位の結果に基づいて軌道保持のた
めのマヌーバを実施する。この場合、ＧＰＳ衛星は、高
度１０００Ｋｍであり、側位信号を地球方向に向けて放
射しているため、地球中心から４２，１６０ｋｍの静止
軌道上の静止衛星１３で受信できるＧＰＳ衛星は、静止
衛星１３と地球を挟んだ向こう側にある。したがって、
静止衛星１３で受信できるＧＰＳ電波は、静止衛星１３
方向の放射ビームのＧＰＳ電波のみに限定され、その利
用は低高度地球周回衛星と比較してかなり限定されたも
のとなる。

【００３９】したがって、静止衛星１３では、ＧＰＳ衛
星を利用できる頻度が低高度地球周回衛星と比較して少
なくなり、制御部２０で位置予測機能によって補間す
る。すなわち、制御部２０は、ガスジェット噴射中に加
速度計２４からの出力によって、静止衛星１３に作用す
る加速度を有害成分も含めて測定し、それを積分して、
以降の長期間の位置予測を行う。

【００４０】この場合、第１の実施例と相違し、ＧＰＳ
受信機２６からの測位信号によって、オンボードで位置
測定が可能であり、図１に示した地上局１０からのコマ
ンド送信などによる位置認識のように地上局支援を必要
としない。また、軌道修正後の位置状態ベクトルは、そ
の後のＧＰＳ受信機２６からの測位のデータに基づいて
順次、アップデートすることが出来る。したがって、第
１実施例の構成に対して、加速度計２４のみに立脚した
航法誤差の増大がなくなり、さらに長期間にわたって確
実かつ自律的に東西南北における所定の軌道上に配置す
る軌道制御を行うことが出来るようになる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静止衛星
位置保持システムは、地上局から送信される静止衛星の
位置状態ベクトルの初期値、又は、搭載するＧＰＳ受信
装置を通じて自己静止衛星の位置を認識して、以降での
位置状態ベクトルを予測し、その結果に基づいてオンボ
ードでの軌道マヌーバを実施しているため、長期間にわ
たり確実に自己静止衛星を所定の軌道上に配置する姿勢
制御を行うことができる。すなわち地上局での運用作業
負担が軽減されて、運用コストを低減できるという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静止衛星位置保持システムにおける第
１の実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】第２の実施例の構成を示すブロック図である。

【図３】従来の静止衛星位置保持システムの概略構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１０地上局１２，１３静止衛星１３衛星位置決定装置１４衛星管制装置１５，１９送受信装置２０制御部２２ガスジェット装置２２ａ東西制御スラスタ２２ｂ南北制御スラスタ２４加速度計２６ＧＰＳ受信機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも制御計算装置、加速度計、ガ
スジェット装置、無線通信装置を有する静止衛星と、少
なくとも衛星位置決定装置、衛星管制装置を備える地上
局とからなる静止衛星位置保持システムにあって、上記地上局は、上記衛星位置決定装置によって決定した
上記静止衛星の初期位置状態のベクトルを上記衛星管制
装置からコマンドとして電波送信し、上記静止衛星は、無線通信装置を通じて受信した上記コ
マンドから上記制御計算装置によって、これ以降の上記
静止衛星の位置を予測し、上記静止衛星の位置制御の必
要時に上記ガスジェット装置からガスジェット噴射を行
い、このガスジェット噴射中の増速量を上記加速度計で
計測して、ガスジェット噴射を停止し、オンボードで軌
道制御を行うことを特徴とする静止衛星位置保持システ
ム。
【請求項２】少なくとも制御計算装置、加速度計、ガ
スジェット装置、ＧＰＳ受信装置を有する静止衛星位置
保持システムにおいて、上記ＧＰＳ受信装置で得られ
る、当該静止衛星の軌道上の位置情報によって、位置状
態のベクトルを決定し、上記静止衛星の位置制御の必要
時に上記ガスジェット装置からガスジェット噴射を行
い、このガスジェット噴射中の増速量を上記加速度計で
計測して、ガスジェット噴射を停止し、オンボードで軌
道制御を行うことを特徴とする静止衛星位置保持システ
ム。
【請求項３】ガスジェット噴射は、ガスジェット動作
中の静止衛星に加わる加速度を加速度計によって検出し
て、この検出値を制御計算装置で積分し、この積分値が
所定値の場合に、プルームインピンジメントによって所
望の方向と異なった方向に発生する加速度成分を検出し
て停止することを特徴とする請求項１又は２記載の静止
衛星位置保持システム。