JPH0632295A - ３つの直交する軸に沿った等化した恒星トラッカーエラーを有する宇宙船の姿勢検知システムおよび方法 - Google Patents
３つの直交する軸に沿った等化した恒星トラッカーエラーを有する宇宙船の姿勢検知システムおよび方法Info
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- JPH0632295A JPH0632295A JP5132212A JP13221293A JPH0632295A JP H0632295 A JPH0632295 A JP H0632295A JP 5132212 A JP5132212 A JP 5132212A JP 13221293 A JP13221293 A JP 13221293A JP H0632295 A JPH0632295 A JP H0632295A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、宇宙船の３つの基準軸のまわりに
等しい指向エラーを有する恒星トラッカーを備えた姿勢
制御システムを提供することを目的とする。 【構成】 アレイ10の平面に垂直であり、宇宙船の基準
軸を定める１組の軸17,18, 19の任意の軸に対して傾斜
した照準線ベクトル12およびトラッキングデータを出力
するデータ出力を有する光を検出する平坦なアレイを備
えた恒星トラッカーによって視野に関するデータを獲得
し、その獲得したデータを照準線ベクトル12に直交する
トラッカー基準座標系から宇宙船基準軸によって定めら
れた基準座標系に変換し、宇宙船の姿勢を調整する手段
に変換されたデータを出力し、宇宙船の姿勢を調整する
ことを特徴とする。照準線ベクトル12は宇宙船基準座標
の各軸（ロール。ピッチ、ヨー軸）17, 18, 19に対して
５４．７度の等しい傾斜を有する。
等しい指向エラーを有する恒星トラッカーを備えた姿勢
制御システムを提供することを目的とする。 【構成】 アレイ10の平面に垂直であり、宇宙船の基準
軸を定める１組の軸17,18, 19の任意の軸に対して傾斜
した照準線ベクトル12およびトラッキングデータを出力
するデータ出力を有する光を検出する平坦なアレイを備
えた恒星トラッカーによって視野に関するデータを獲得
し、その獲得したデータを照準線ベクトル12に直交する
トラッカー基準座標系から宇宙船基準軸によって定めら
れた基準座標系に変換し、宇宙船の姿勢を調整する手段
に変換されたデータを出力し、宇宙船の姿勢を調整する
ことを特徴とする。照準線ベクトル12は宇宙船基準座標
の各軸（ロール。ピッチ、ヨー軸）17, 18, 19に対して
５４．７度の等しい傾斜を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、宇宙空間における宇宙
船の姿勢を検知するシステムおよび方法に関する。特
に、本発明は、宇宙船の３つの基準軸に関する等しい指
向エラーを有する恒星トラッカーを制御システムに供給
するように宇宙船の基準軸に関する姿勢制御システムの
恒星トラッカーの照準線ベクトルに対する好ましい方向
設定に関する。
船の姿勢を検知するシステムおよび方法に関する。特
に、本発明は、宇宙船の３つの基準軸に関する等しい指
向エラーを有する恒星トラッカーを制御システムに供給
するように宇宙船の基準軸に関する姿勢制御システムの
恒星トラッカーの照準線ベクトルに対する好ましい方向
設定に関する。
【０００２】
【従来の技術】恒星トラッカーは、宇宙空間における宇
宙船の姿勢の調整に関するデータを供給する手段として
宇宙船に搭載されて典型的に使用されている。宇宙船の
姿勢が調整され、制御されるように、恒星トラッカーは
宇宙船の姿勢検知システムに対して位置についての基準
データを供給する。基準である星の映像を得る電荷結合
装置（ＣＣＤ）アレイを使用している恒星トラッカー
は、恒星トラッカーの照準線ベクトルに直交する（照準
線ベクトルはＣＣＤアレイに対して垂直である）２つの
軸に関する位置を検知することができるのみである。
宙船の姿勢の調整に関するデータを供給する手段として
宇宙船に搭載されて典型的に使用されている。宇宙船の
姿勢が調整され、制御されるように、恒星トラッカーは
宇宙船の姿勢検知システムに対して位置についての基準
データを供給する。基準である星の映像を得る電荷結合
装置（ＣＣＤ）アレイを使用している恒星トラッカー
は、恒星トラッカーの照準線ベクトルに直交する（照準
線ベクトルはＣＣＤアレイに対して垂直である）２つの
軸に関する位置を検知することができるのみである。
【０００３】従来の宇宙船に取付けられた恒星トラッカ
ーの照準線方向は典型的に宇宙船基準軸と整列され、ト
ラッカーの基準軸としてロール、ピッチあるいはヨー軸
等が使用される。ＣＣＤアレイは２次元に関するデータ
を得ることができるのみであるため、アレイに垂直なＣ
ＣＤアレイ照準線ベクトルに沿った宇宙船基準軸は正確
さが低下されている。例えば、トラッカーの基準軸とし
て宇宙船のピッチおよびヨー基準軸を使用している恒星
トラッカーは、宇宙船のロール軸に関するロールの知識
の正確さが低下されている。ロール軸に関する低下した
正確さは、トラッカーの照準線ベクトルおよびロール軸
がＣＣＤアレイに等しく垂直であり、トラッカーがロー
ル軸に沿った感度が低いことによる。
ーの照準線方向は典型的に宇宙船基準軸と整列され、ト
ラッカーの基準軸としてロール、ピッチあるいはヨー軸
等が使用される。ＣＣＤアレイは２次元に関するデータ
を得ることができるのみであるため、アレイに垂直なＣ
ＣＤアレイ照準線ベクトルに沿った宇宙船基準軸は正確
さが低下されている。例えば、トラッカーの基準軸とし
て宇宙船のピッチおよびヨー基準軸を使用している恒星
トラッカーは、宇宙船のロール軸に関するロールの知識
の正確さが低下されている。ロール軸に関する低下した
正確さは、トラッカーの照準線ベクトルおよびロール軸
がＣＣＤアレイに等しく垂直であり、トラッカーがロー
ル軸に沿った感度が低いことによる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この不十分な感度を補
償するため、第２の恒星トラッカーは３つすべての宇宙
船基準軸に関する宇宙船姿勢システムの正確な位置の情
報を与えるようにロール軸（第３の基準軸）のまわりの
姿勢制御システムにデータ、すなわちこのような正確な
姿勢データを供給する必要がある。
償するため、第２の恒星トラッカーは３つすべての宇宙
船基準軸に関する宇宙船姿勢システムの正確な位置の情
報を与えるようにロール軸（第３の基準軸）のまわりの
姿勢制御システムにデータ、すなわちこのような正確な
姿勢データを供給する必要がある。
【０００５】本発明のシステムおよび方法は、第３の宇
宙船の軸に関する恒星トラッカーの感度を改善し、宇宙
船の３つ全ての軸のまわりに等しい指向エラーを有する
搭載恒星トラッカーを提供することによって宇宙船姿勢
制御システムの正確さを改善する。本発明は、幾つかの
実施例において、姿勢制御が２つではなく１つのトラッ
カーによって達成されるため、宇宙船搭載重量の少ない
の利点を提供する。
宙船の軸に関する恒星トラッカーの感度を改善し、宇宙
船の３つ全ての軸のまわりに等しい指向エラーを有する
搭載恒星トラッカーを提供することによって宇宙船姿勢
制御システムの正確さを改善する。本発明は、幾つかの
実施例において、姿勢制御が２つではなく１つのトラッ
カーによって達成されるため、宇宙船搭載重量の少ない
の利点を提供する。
【０００６】本発明の１つの目的は、宇宙船の３つの基
準軸のまわりに等しい指向エラーを有する恒星トラッカ
ーを含んでいる姿勢制御システムを提供することであ
る。本発明の別の目的は、１個の恒星トラッカーを使用
する宇宙船姿勢制御システムを提供することである。
準軸のまわりに等しい指向エラーを有する恒星トラッカ
ーを含んでいる姿勢制御システムを提供することであ
る。本発明の別の目的は、１個の恒星トラッカーを使用
する宇宙船姿勢制御システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、搭載されてい
る宇宙船の１組の基準軸に関する等しい位置エラーを有
する恒星トラッカーを使用することによって宇宙空間に
おける宇宙船の姿勢を検知するシステムおよび方法に関
する。姿勢検知システムは、トラッカーの照準線ベクト
ルが宇宙船の任意の基準軸に整列されないように、宇宙
船基準軸に関して位置される恒星トラッカーを使用す
る。トラッカーの位置は、宇宙船基準姿勢システムに関
するトラッカーエラーを等分する。トラッカーからのデ
ータ出力は、宇宙船姿勢制御プロセッサが宇宙船の姿勢
を適当に調整できるように、トラッカー座標系から宇宙
船座標系に変換される。本発明のその他の目的および利
点は、添付図面および特許請求の範囲と共に以下の詳細
な説明から当業者に明らかとなるであろう。
る宇宙船の１組の基準軸に関する等しい位置エラーを有
する恒星トラッカーを使用することによって宇宙空間に
おける宇宙船の姿勢を検知するシステムおよび方法に関
する。姿勢検知システムは、トラッカーの照準線ベクト
ルが宇宙船の任意の基準軸に整列されないように、宇宙
船基準軸に関して位置される恒星トラッカーを使用す
る。トラッカーの位置は、宇宙船基準姿勢システムに関
するトラッカーエラーを等分する。トラッカーからのデ
ータ出力は、宇宙船姿勢制御プロセッサが宇宙船の姿勢
を適当に調整できるように、トラッカー座標系から宇宙
船座標系に変換される。本発明のその他の目的および利
点は、添付図面および特許請求の範囲と共に以下の詳細
な説明から当業者に明らかとなるであろう。
【０００８】
【実施例】図１は、対応するトラッカーデータ入力を有
する宇宙船姿勢制御システム８のブロック図を示す。図
２のａ、ｂおよびｃは、宇宙船の３つの基準軸に関する
等しい指向エラーを有する恒星トラッカー照準線ベクト
ルの方向を示す。図面を参照すると、姿勢制御システム
８は宇宙船９の姿勢を検知するトラッカー10を使用す
る。トラッカー10の集光能力は、表面に垂直な照準線ベ
クトルを有する電荷結合装置（ＣＣＤ）焦平面（図示さ
れていない）より成る。トラッカー10は、宇宙船の任意
の基準軸に整列されない照準線ベクトル12を供給するよ
うに宇宙船上に位置される。１実施例において、照準線
ベクトル12は宇宙船の基準軸を三等分するように位置さ
れる。宇宙船の基準軸が直交するとき、トラッカー10は
照準線ベクトル12が照準線ベクトルと任意の基準軸の間
の平面に沿った５４．７°の角度の範囲を定めるように
宇宙船９上に位置される。例えば、５４．７°の角度
は、平面15に沿った照準線ベクトルとヨー軸18の交差に
よって形成され、平面15は照準線ベクトル12とヨー軸18
の交差によって定められる。このように、照準線ベクト
ルはロール軸17、ピッチ軸19およびヨー軸18に関して約
５４．７°である。この方向は、宇宙船の３つの基準軸
の２つによって定められた任意の平面に関して４５°の
仰角で照準線ベクトル12を位置する。例えば、照準線ベ
クトルは、宇宙船のロール軸17およびピッチ軸19の交差
によって定められたロールピッチ平面16に関して４５°
上げられる。このように、この方向は宇宙船の基準軸を
三等分する照準線ベクトルを供給し、宇宙船の全基準軸
に関する照準線ベクトルの等しい指向エラーを提供す
る。
する宇宙船姿勢制御システム８のブロック図を示す。図
２のａ、ｂおよびｃは、宇宙船の３つの基準軸に関する
等しい指向エラーを有する恒星トラッカー照準線ベクト
ルの方向を示す。図面を参照すると、姿勢制御システム
８は宇宙船９の姿勢を検知するトラッカー10を使用す
る。トラッカー10の集光能力は、表面に垂直な照準線ベ
クトルを有する電荷結合装置（ＣＣＤ）焦平面（図示さ
れていない）より成る。トラッカー10は、宇宙船の任意
の基準軸に整列されない照準線ベクトル12を供給するよ
うに宇宙船上に位置される。１実施例において、照準線
ベクトル12は宇宙船の基準軸を三等分するように位置さ
れる。宇宙船の基準軸が直交するとき、トラッカー10は
照準線ベクトル12が照準線ベクトルと任意の基準軸の間
の平面に沿った５４．７°の角度の範囲を定めるように
宇宙船９上に位置される。例えば、５４．７°の角度
は、平面15に沿った照準線ベクトルとヨー軸18の交差に
よって形成され、平面15は照準線ベクトル12とヨー軸18
の交差によって定められる。このように、照準線ベクト
ルはロール軸17、ピッチ軸19およびヨー軸18に関して約
５４．７°である。この方向は、宇宙船の３つの基準軸
の２つによって定められた任意の平面に関して４５°の
仰角で照準線ベクトル12を位置する。例えば、照準線ベ
クトルは、宇宙船のロール軸17およびピッチ軸19の交差
によって定められたロールピッチ平面16に関して４５°
上げられる。このように、この方向は宇宙船の基準軸を
三等分する照準線ベクトルを供給し、宇宙船の全基準軸
に関する照準線ベクトルの等しい指向エラーを提供す
る。
【０００９】図１に見られるように、トラッカー10のデ
ータ出力バス20は姿勢制御プロセッサ24の入力22に接続
される。１実施例において、出力バス20のデータはトラ
ッカー基準軸から宇宙線基準軸に変換される。トラッカ
ー基準軸から宇宙船基準軸への変換は、変換マトリクス
Ｍによって達成される。Ｍは次のように定められる。
ータ出力バス20は姿勢制御プロセッサ24の入力22に接続
される。１実施例において、出力バス20のデータはトラ
ッカー基準軸から宇宙線基準軸に変換される。トラッカ
ー基準軸から宇宙船基準軸への変換は、変換マトリクス
Ｍによって達成される。Ｍは次のように定められる。
【００１０】 Ｐa ＝（ｍ11）（Ｐx ）＋（ｍ12）（Ｐy ）＋（ｍ13）（Ｐz ） Ｐb ＝（ｍ21）（Ｐx ）＋（ｍ22）（Ｐy ）＋（ｍ23）（Ｐz ） Ｐc ＝（ｍ31）（Ｐx ）＋（ｍ32）（Ｐy ）＋（ｍ33）（Ｐz ） ここで、Ｐa は宇宙船のロール基準軸における変換され
た値であり、Ｐb は宇宙船のヨー基準軸における変換さ
れた値であり、Ｐc は宇宙船のピッチ基準軸における変
換された値であり、Ｐx はトラッカーのｘ基準軸におけ
る値であり、Ｐy はトラッカーのｙ基準軸における値で
あり、Ｐz はトラッカーのｚ基準軸における値であり、
ｍijはトラッカーの中間あるいは回転した照準線ベクト
ルのまわりの４５°の回転によって導かれたトラッカー
のｘ基準軸の回りの５４．７°の回転に関する回転マト
リクスの成分値であり、Ｍ11はＣｏｓ（４５°）に等し
く、Ｍ12は積Ｓｉｎ（４５°）Ｃｏｓ（５４．７°）に
等しく、Ｍ13は積Ｓｉｎ（４５°）Ｓｉｎ（５４．７
°）に等しく、Ｍ21は−Ｓｉｎ（４５°）に等しく、Ｍ
22は積Ｃｏｓ（４５°）Ｃｏｓ（５４．７°）に等し
く、Ｍ23は積Ｃｏｓ（４５°）Ｓｉｎ（５４．７°）に
等しく、Ｍ31は０に等しく、Ｍ32は０に等しく、Ｍ33は
Ｃｏｓ（５４．７°）に等しい。
た値であり、Ｐb は宇宙船のヨー基準軸における変換さ
れた値であり、Ｐc は宇宙船のピッチ基準軸における変
換された値であり、Ｐx はトラッカーのｘ基準軸におけ
る値であり、Ｐy はトラッカーのｙ基準軸における値で
あり、Ｐz はトラッカーのｚ基準軸における値であり、
ｍijはトラッカーの中間あるいは回転した照準線ベクト
ルのまわりの４５°の回転によって導かれたトラッカー
のｘ基準軸の回りの５４．７°の回転に関する回転マト
リクスの成分値であり、Ｍ11はＣｏｓ（４５°）に等し
く、Ｍ12は積Ｓｉｎ（４５°）Ｃｏｓ（５４．７°）に
等しく、Ｍ13は積Ｓｉｎ（４５°）Ｓｉｎ（５４．７
°）に等しく、Ｍ21は−Ｓｉｎ（４５°）に等しく、Ｍ
22は積Ｃｏｓ（４５°）Ｃｏｓ（５４．７°）に等し
く、Ｍ23は積Ｃｏｓ（４５°）Ｓｉｎ（５４．７°）に
等しく、Ｍ31は０に等しく、Ｍ32は０に等しく、Ｍ33は
Ｃｏｓ（５４．７°）に等しい。
【００１１】姿勢制御プロセッサ24の入力22を通って受
信された変換されたデータは、宇宙船の姿勢を調整する
ように宇宙船姿勢調整手段30の入力28にデータ出力バス
26を通って制御信号を送るために使用される。姿勢の調
整は、時間の予め定められた長さで点火される複数の位
置調整ロケット（図示されていない）を含んでいる任意
の調整手段によって達成される。データは上記実施例に
おけるトラッカー10によって変換されるが、データ変換
は姿勢制御プロセッサ24あるいは調整手段30によって実
行される。以上説明された本発明のシステムは、宇宙船
の基準座標系に関する等しい位置のエラーを有するトラ
ッカーを使用している宇宙船の姿勢を調整する。
信された変換されたデータは、宇宙船の姿勢を調整する
ように宇宙船姿勢調整手段30の入力28にデータ出力バス
26を通って制御信号を送るために使用される。姿勢の調
整は、時間の予め定められた長さで点火される複数の位
置調整ロケット（図示されていない）を含んでいる任意
の調整手段によって達成される。データは上記実施例に
おけるトラッカー10によって変換されるが、データ変換
は姿勢制御プロセッサ24あるいは調整手段30によって実
行される。以上説明された本発明のシステムは、宇宙船
の基準座標系に関する等しい位置のエラーを有するトラ
ッカーを使用している宇宙船の姿勢を調整する。
【図１】恒星トラッカーを含んでいる宇宙船の姿勢制御
システムのブロック図。
システムのブロック図。
【図２】宇宙船の３つの基準軸および宇宙船の３つの基
準軸に関する恒星トラッカーの照準線ベクトルの方向と
恒星トラッカーの照準線ベクトルの方向を示している宇
宙船の後面および側面概略図および斜視図。
準軸に関する恒星トラッカーの照準線ベクトルの方向と
恒星トラッカーの照準線ベクトルの方向を示している宇
宙船の後面および側面概略図および斜視図。
８…姿勢制御システム，９…宇宙船，10…恒星トラッカ
ー，12…照準線ベクトル。
ー，12…照準線ベクトル。
Claims (11)
- 【請求項１】 アレイに垂直な照準線ベクトルおよびデ
ータを出力するデータ出力を有する平坦な光検出アレイ
と、 前記照準線ベクトルが物体の基準軸の原点を通り、前記
物体の各基準軸に対して傾斜するように前記物体上に前
記光検出アレイを位置する手段とを具備していることを
特徴とする物体の基準座標系を定める１組の基準軸を有
する物体の姿勢制御システム用のトラッカー。 - 【請求項２】 前記光検出アレイを物体上に位置する手
段が、照準線ベクトルが前記基準軸の交差を三等分する
ようにアレイを位置する請求項１記載のトラッカー。 - 【請求項３】 平坦な光検出アレイが電荷結合装置であ
る請求項１記載のトラッカー。 - 【請求項４】 アレイ平面に垂直な照準線ベクトルおよ
びデータを出力するデータ出力を有する平坦な光検出ア
レイと、 前記照準線ベクトルが基準軸の原点を通り、前記物体の
各基準軸に対して傾斜するように前記物体上に前記光検
出アレイを位置する手段と、 前記基準軸に関して前記物体の姿勢を制御する前記トラ
ッカーのデータ出力に接続された手段とを具備している
ことを特徴とする物体の基準座標系を定める１組の基準
軸を有する物体の姿勢制御システム。 - 【請求項５】 アレイ平面に垂直な照準線ベクトルおよ
びトラッキングデータを出力するデータ出力を有する平
坦な光検出アレイを含んでいる恒星トラッカーと、 照準線ベクトルが基準軸の原点を通り、宇宙船の各基準
軸に対して傾斜するように宇宙船上に前記トラッカーを
位置する手段と、 前記基準軸に関して宇宙船の姿勢を制御する前記トラッ
カーのデータ出力に接続された手段とを具備しているこ
とを特徴とする宇宙船の基準座標系を定める１組の基準
軸を有する宇宙船の姿勢を制御する宇宙船に搭載された
システム。 - 【請求項６】 前記トラッカーを位置する手段は、照準
線ベクトルが前記宇宙船の前記基準軸に沿った等しい成
分を有するようにアレイを位置する請求項５記載のシス
テム。 - 【請求項７】 前記トラッカーを位置する手段は、照準
線ベクトルと各基準軸との間の角度が５４．７°の角度
になるようにロール、ピッチおよびヨー軸によって定め
られる直交基準軸を有する宇宙船上にアレイを位置する
請求項５記載のシステム。 - 【請求項８】 トラッカーが、前記アレイに直交する基
準座標系から前記宇宙船基準軸によって定められた基準
座標系にトラッキングデータを変換する手段を含む請求
項５記載のシステム。 - 【請求項９】 宇宙船の姿勢を制御する手段が前記アレ
イに直交する基準座標系から宇宙船基準軸によって定め
られた基準座標系に変換する手段を含む請求項５記載の
システム。 - 【請求項１０】 光を検出する平坦なアレイが電荷結合
装置である請求項５記載のシステム。 - 【請求項１１】 アレイ平面に垂直であり、前記宇宙船
の基準軸を定める１組の軸の任意の軸に対して傾斜した
照準線ベクトルを有する光を検出する平坦なアレイおよ
びトラッキングデータを出力するデータ出力を有する恒
星トラッカーの視野に関するデータを獲得し、 前記照準線ベクトルに直交するトラッカー基準座標系か
ら前記宇宙船基準軸によって定められた基準座標系に前
記データを変換し、 前記宇宙船の姿勢を調整する手段に前記変換されたデー
タを出力し、 前記宇宙船の姿勢を調整することを特徴とする宇宙空間
における宇宙船の姿勢制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/892,461 US5348255A (en) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | System and method for sensing attitude of a spacecraft with equilized star tracker errors along three orthogonal axes |
| US892461 | 1992-06-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0632295A true JPH0632295A (ja) | 1994-02-08 |
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Patent Citations (1)
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