JPH0672399A - Optical sensor device for rendezvous - Google Patents

Optical sensor device for rendezvous

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Publication number
JPH0672399A
JPH0672399A JP4231807A JP23180792A JPH0672399A JP H0672399 A JPH0672399 A JP H0672399A JP 4231807 A JP4231807 A JP 4231807A JP 23180792 A JP23180792 A JP 23180792A JP H0672399 A JPH0672399 A JP H0672399A
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JP
Japan
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satellite
optical system
detector
docking
sensor device
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Application number
JP4231807A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Shindo
修 進藤
Tooru Shinzou
徹 新造
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH0672399A publication Critical patent/JPH0672399A/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/64Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
    • B64G1/646Docking or rendezvous systems

Abstract

PURPOSE:To determine the inclining direction of a satellite instantly and perform a quick and precise attitude control by equipping the device body concerned with an inclination sensor which consists at least of a condensative optical system and a quadridivisional element and senses the inclining direction of the satellite. CONSTITUTION:An inclination sensor is equipped with a quadridivisional element 28 in the neighborhood of the focal plane of a condensative optical system 27, and the nonsensitive zone of the element 28 is adjusted so as to be parallel with the x- and y-coodinate axes. The optical axis of this inclination sensor is arranged perpendicularly to the plane on which four sensors 16a-16d are installed. The inclination sensor is installed on a chaiser so that a light emitting diode of a target lies on the optical axis. A processing circuit comprises x-adder circuits 29, y-adder circuits 30, an x-subtracter circuit 31, and a y-subtracter circuit 32 and acquires differential signals in the x- and y-axis directions for the outputs of photo-sensing parts A-D of the quadridivisional element 28. The signals are smoothened by x- and y-smoother circuits 33, 34 and fed to a preprocessing part 22, and the sign of inclination is decided by a computer 23.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、宇宙空間の軌道上に
存在する二つの衛星の一つ(以後、チェイサーという)
が、他の衛星(以後、ターゲットという)の相対的な座
標位置・姿勢を計測してドッキングを行うための、光学
センサー装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention is one of two satellites in orbit in outer space (hereinafter called chaser).
However, the present invention relates to an optical sensor device for measuring the relative coordinate position / orientation of another satellite (hereinafter referred to as a target) to perform docking.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6及び図7に示されるように、これま
でのランデブードッキング用光学センサー1は、チェイ
サー2には光源3および撮像器4が搭載されており、タ
ーゲット5には、あるパターンをもって配置された複数
のリフレクタマーカ6から構成されたものが提案されて
いる。
2. Description of the Related Art As shown in FIGS. 6 and 7, in a conventional rendezvous docking optical sensor 1, a light source 3 and an image pickup device 4 are mounted on a chaser 2 and a target 5 has a certain pattern. It is proposed that the plurality of reflector markers 6 are arranged in a plurality.

【0003】従来のランデブードッキング用光学センサ
ー1の動作について説明する。まず、チェイサー2はタ
ーゲット5に向けて光を送り出す。初期捕捉の段階で
は、チェイサー2にとってはターゲット5の座標はまだ
厳密には判らないので、ターゲット5が存在すると思わ
れる方向を含む、ある広がりを持った視野に対し光を送
り出す。ターゲット5に光が当たると、ターゲット5に
取り付けられたリフレクタマーカ6が光を反射する。リ
フレクタマーカ6には通常コーナーキューブが用いら
れ、光は光源に向かって効率的に反射される。チェイサ
ー2の撮像器4には、相対的な姿勢により生じる複数の
リフレクタマーカ6の変形されたパターン配置を持つ像
をその像面に結ぶ。撮像器4にとらえられたリフレクタ
マーカ6の配置パターンが、ドッキング距離で正対した
ときのパターンから、どのように変形したかをコンピュ
ータ7で計算し、相対的な座標位置・姿勢を検出する。
そして、検出された相対的な座標位置・姿勢をドッキン
グに最適な座標位置・姿勢にするようチェイサー2の姿
勢制御部を8を制御する。以上の過程を繰り返し実施
し、最終的なドッキングを行うものであった。
The operation of the conventional rendezvous docking optical sensor 1 will be described. First, the chaser 2 sends out light toward the target 5. At the stage of initial capture, the coordinates of the target 5 are not exactly known to the chaser 2, so that the chaser 2 sends light to a field of view having a certain extent including the direction in which the target 5 is supposed to exist. When the target 5 is exposed to light, the reflector marker 6 attached to the target 5 reflects the light. A corner cube is usually used as the reflector marker 6, and light is efficiently reflected toward the light source. On the imager 4 of the chaser 2, an image having a deformed pattern arrangement of the plurality of reflector markers 6 generated by the relative posture is formed on the image plane. The computer 7 calculates how the arrangement pattern of the reflector markers 6 captured by the imager 4 is deformed based on the pattern when facing the docking distance, and the relative coordinate position / orientation is detected.
Then, the attitude control unit 8 of the chaser 2 is controlled so that the detected relative coordinate position / orientation becomes the optimum coordinate position / orientation for docking. The above process was repeated to perform the final docking.

【0004】前記ランデブードッキング用光学センサー
装置には以下のような問題点があった。チェイサー2か
ら光を送り出すために、リフレクタマーカ6を貼り付け
たターゲット5本体からの反射が背景光として入り、特
に、熱制御材であるカプトンをそのベースに貼り付けて
ある場合等には、カプトン表面の凹凸により、正反射光
がチェイサー2に戻るため、リフレクタマーカ6からの
反射とを区別するために高度な画像処理を必要とした。
そして、高度な画像処理を行うためには高速処理が可能
なコンピュータ7のCPUが必要となった。しかし、こ
れらの高速処理CPUには、宇宙用に使用できる程度の
信頼性の高いものはないのが実状である。それ故、速度
の遅いCPUを用いて高度な画像処理を行わなければな
らず、必然的に処理時間が長くなっていた。衛星が移動
しながら相対座標位置・姿勢を検出するために、処理時
間の長い方法では一度の処理の失敗も許せないため、安
全性の低いシステムであった。
The above-mentioned optical sensor device for rendezvous docking has the following problems. In order to send out the light from the chaser 2, the reflection from the main body of the target 5 to which the reflector marker 6 is attached enters as background light, and in particular, when Kapton which is a heat control material is attached to the base, Kapton is used. Since the specularly reflected light returns to the chaser 2 due to the unevenness of the surface, high-level image processing is required to distinguish it from the reflection from the reflector marker 6.
Then, in order to perform advanced image processing, the CPU of the computer 7 capable of high-speed processing is required. However, the reality is that none of these high-speed processing CPUs are reliable enough to be used for space. Therefore, a high-speed image processing must be performed by using a slow CPU, which inevitably lengthens the processing time. Since the satellite detects the relative coordinate position and attitude while moving, a method with a long processing time cannot allow a single processing failure, so the system was low in safety.

【0005】前記ランデブードッキング用光学センサー
装置に対し、前記問題点を解決するため、画像処理のよ
うな複雑な処理は用いずに単純な計算式を用いて相互の
座標位置・姿勢を算出する方法を示し、これにより計算
処理を高速に行うことを可能にし、CPUも高速なもの
を使用する必要のない信頼性の高い方法を実現すること
を目的として、図4及び図5で示される装置が特願平3
−264687号の明細書及び図面で開示されている。
図5(a)は、ターゲット5に搭載される走査光学装置
9の搭載部位を示す。図5(b)は、チェイサー2に搭
載される一部装置の配置を示す。4個の検出器16a,
16b,16c,及び16dが半径rの円周上に90゜
刻みで配置されている。
In order to solve the above-mentioned problems in the rendezvous docking optical sensor device, a method of calculating mutual coordinate positions / orientations by using a simple calculation formula without using complicated processing such as image processing. For the purpose of realizing a highly reliable method in which calculation processing can be performed at high speed and a CPU does not need to be high speed, the apparatus shown in FIGS. Japanese Patent Application 3
No. 264687 and the specification and drawings.
FIG. 5A shows a mounting portion of the scanning optical device 9 mounted on the target 5. FIG. 5B shows an arrangement of some devices mounted on the chaser 2. Four detectors 16a,
16b, 16c, and 16d are arranged at intervals of 90 ° on the circumference of a radius r.

【0006】図4(a)は走査光学装置9の光学装置を
示す。ハロゲンランプ10のフィラメントをコリメータ
レンズ11の物側焦点上に配置し、ほぼ平行な光束を得
る。その光束で投影レンズ12の物側焦点上に置かれた
ナイフエッジ13を背後から照明し、ナイフエッジ13
を一部透過した光を投影レンズ12で集光し、フィラメ
ントの像を投影レンズ12の像側焦点上に結像した後、
宇宙空間の無限距離にそのナイフエッジの像14を投影
する。投影レンズ12の像側焦点上にはコンデンサーレ
ンズ15が置かれ、ナイフエッジの像14は、以下に示
すチェイサー2の検出器16a,16b,16c,及び
16dの最近接距離にある時に像が結ばれる様に光学常
数が決められている。ナイフエッジ13はモーター17
により一定速度で移動し、その動きはナイフエッジ13
の辺縁に刻まれたリニアエンコーダ18とフォトインタ
ラプタ19とからパルス信号として検出され、処理回路
20を経て、発光ダイオード21でチェイサー2に送ら
れる。また、ナイフエッジ13は、直交した方向から光
束を交互に遮ることができる構造となっていた。
FIG. 4A shows an optical device of the scanning optical device 9. The filament of the halogen lamp 10 is arranged on the object side focus of the collimator lens 11 to obtain a substantially parallel light flux. The light flux illuminates the knife edge 13 placed on the object side focal point of the projection lens 12 from behind, and the knife edge 13
Is partially condensed by the projection lens 12, and the filament image is formed on the image side focus of the projection lens 12,
The image 14 of the knife edge is projected at an infinite distance in outer space. A condenser lens 15 is placed on the image-side focal point of the projection lens 12, and the knife-edge image 14 forms an image when the detectors 16a, 16b, 16c, and 16d of the chaser 2 shown below are at the closest distances. The optical constant is determined so that Knife edge 13 is motor 17
Move at a constant speed by the knife edge 13
The signal is detected as a pulse signal from the linear encoder 18 and the photo interrupter 19 which are carved on the edge of, and is sent to the chaser 2 by the light emitting diode 21 via the processing circuit 20. Further, the knife edge 13 has a structure capable of alternately blocking the light flux from the orthogonal directions.

【0007】図4(b)は、チェイサー2に搭載される
装置の構成を示す。4個の検出器16a,16b,16
c,及び16dからの信号を処理す前処理部22及びコ
ンピュータ23を有し、計算された座標・姿勢値に応じ
てチェイサーの姿勢を制御する制御部24に接続され
る。一方、発光ダイオード21から送られるパルス信号
を受信するための検出器25が用意され、その出力は前
処理部22に入力されている。
FIG. 4B shows the structure of the device mounted on the chaser 2. Four detectors 16a, 16b, 16
It has a pre-processing unit 22 and a computer 23 for processing the signals from c and 16d, and is connected to a control unit 24 which controls the attitude of the chaser according to the calculated coordinates and attitude values. On the other hand, a detector 25 for receiving the pulse signal sent from the light emitting diode 21 is prepared, and its output is input to the preprocessing unit 22.

【0008】これにより該装置では、ターゲット5の走
査光学装置9に用意された走査機構は視野全域に仮想座
標を設定する。走査は一定速度で行われるため、その走
査角により視野角が等分割される。従って、チェイサー
2のある検出器がナイフエッジの像14の横切ったこと
を検出した時点での走査角がその走査方向の視野角を与
えることになる。直交した走査方向のナイフエッジ13
で走査して、同様にして視野角を得れば、ターゲット5
の座標から見て、どの方向にチェイサー2の該検出器が
存在しているかがわかる。複数の検出器16a,16
b,16c,及び16dをチェイサー2の本体に、ある
パターンで配置しておけば、それぞれの検出器のターゲ
ット5に対する座標が決定されるため、それらの座標を
計算処理して、相互の座標位置・姿勢を求めることがで
きるというものであった。
As a result, in the apparatus, the scanning mechanism provided in the scanning optical device 9 for the target 5 sets virtual coordinates in the entire field of view. Since the scanning is performed at a constant speed, the viewing angle is equally divided by the scanning angle. Therefore, the scanning angle at the time when a certain detector of the chaser 2 detects that the knife-edge image 14 has been traversed gives the viewing angle in the scanning direction. Knife edge 13 in orthogonal scanning direction
If you get the same viewing angle by scanning with
From which coordinate, it can be seen in which direction the detector of the chaser 2 is present. A plurality of detectors 16a, 16
If b, 16c, and 16d are arranged on the body of the chaser 2 in a certain pattern, the coordinates of the respective detectors with respect to the target 5 are determined.・ It was possible to ask for a posture.

【0009】相互の座標位置・姿勢の計算はターゲット
5及びチェイサー2の座標軸を図5に示すとおりに定義
した時、ターゲット5の座標系基準での各検出器16
a,16b,16c,及び16dの生の座標値として、
それぞれ(X1 ,Y1 ),(X2 ,Y2 ),(X3 ,Y
3 ),及び(X4 ,Y4 )が得られたとすると、まず、
次式で与えられる座標量(XK0,YK0)を算出する。 XK0=(XK −XK+2 )/2 YK0=(YK −YK+2 )/2
When the coordinate axes of the target 5 and the chaser 2 are defined as shown in FIG. 5, the mutual coordinate position / orientation calculation is performed by each detector 16 based on the coordinate system of the target 5.
As raw coordinate values of a, 16b, 16c, and 16d,
(X 1 , Y 1 ), (X 2 , Y 2 ), (X 3 , Y
3 ) and (X 4 , Y 4 ) are obtained, first,
The coordinate amount (X K0 , Y K0 ) given by the following equation is calculated. X K0 = (X K −X K + 2 ) / 2 Y K0 = (Y K −Y K + 2 ) / 2

【0010】そして、ターゲット座標系に対するチェイ
サー座標系のZ軸回りの回転γを、次式から算出する。 tanγ=(X20−Y10)/(X10+Y20
Then, the rotation γ about the Z axis of the chaser coordinate system with respect to the target coordinate system is calculated from the following equation. tan γ = (X 20 −Y 10 ) / (X 10 + Y 20 ).

【0011】次に、チェイサー座標系のx−y平面に対
する検出器配置円の傾きωを、傾き軸の方向ψとの組み
合わせとして次式から算出する。
Next, the inclination ω of the detector arrangement circle with respect to the xy plane of the chaser coordinate system is calculated from the following equation as a combination with the inclination axis direction ψ.

【0012】[0012]

【数1】 [Equation 1]

【0013】 cosω=A/B・・・・・・・・・・・・(1) 但し、 A=X20 2 −X2010+X1020+Y20 2−(X1020
+Y1020)tanψPV B=X10 2 −X2010+X1020+Y10 2+(X1020
+Y1020)tanψPV
Cosω = A / B (1) However, A = X 20 2 −X 20 Y 10 + X 10 Y 20 + Y 20 2 − (X 10 X 20
+ Y 10 Y 20 ) tan ψ P · V B = X 10 2 −X 20 Y 10 + X 10 Y 20 + Y 10 2 + (X 10 X 20
+ Y 10 Y 20 ) tan ψ PV

【0014】さらにターゲット座標系でのチェイサー原
点のZ座標を、次式から算出する。 Z00=2r/(Cx1+Cy1tanψPV ) ターゲット座標系でのチェイサー原点のXY座標を、次
式から算出する。
Further, the Z coordinate of the chaser origin in the target coordinate system is calculated from the following equation. Z 00 = 2r / (C x1 + C y1 tan ψ P · V ) XY coordinates of the chaser origin in the target coordinate system are calculated from the following equation.

【0015】X00=(X1 +X3 )/2 Y00=(Y2 +Y4 )/2X 00 = (X 1 + X 3 ) / 2 Y 00 = (Y 2 + Y 4 ) / 2

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかし、特願平3−2
64687号の明細書および図面に示されたランデブー
ドッキング用光学センサー装置には、以下のような問題
点があった。式(1)においてωを算出する際に、一つ
のA/Bの値に対してωはプラスマイナスいずれの値を
もとり得ることが判る。つまり、チェイサー2のターゲ
ット座標軸Z軸に対する傾きωは二通りの値をとり得る
ことになり、一意的には結果がもとまらないことにな
る。このため傾きωの決定に制御装置は探し回りを行わ
なければならず、無駄な時間を要することになる。
[Problems to be Solved by the Invention] However, Japanese Patent Application No. 3-2
The optical sensor device for rendezvous docking shown in the specification of 64687 and the drawings has the following problems. It is understood that when calculating ω in the equation (1), ω can take either plus or minus value with respect to one A / B value. That is, the inclination ω of the chaser 2 with respect to the target coordinate axis Z axis can take two different values, and the result cannot be uniquely obtained. For this reason, the control device has to search around to determine the inclination ω, and thus wastes time.

【0017】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたものであり、傾きωの符号を検出するため
の傾き検出器を用意することにより、傾きωの決定を瞬
時に行うことを目的とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and an inclination detector for detecting the sign of the inclination ω is prepared to instantaneously determine the inclination ω. To aim.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】この発明に係るランデブ
ードッキング用光学センサー装置は、チェイサー2に少
なくとも集光光学系と四分割素子からなる傾き検出器
を、四分割素子の不感帯がチェイサー2の座標軸x,y
に平行となるように配置し、該傾き検出器からのx軸方
向及びy軸方向の差動出力をうる処理回路をもうけ、タ
ーゲット5の走査光学装置9または発光ダイオード21
の光束を捉えて傾きωの決定を行うように構成した。
In the optical sensor device for rendezvous docking according to the present invention, a chaser 2 is provided with an inclination detector including at least a condensing optical system and a quadrant, and a dead zone of the quadrant is a coordinate axis of the chaser 2. x, y
And a processing circuit for obtaining a differential output in the x-axis direction and the y-axis direction from the tilt detector, the scanning optical device 9 of the target 5 or the light emitting diode 21.
Is configured to determine the tilt ω.

【0019】[0019]

【作用】この発明においてターゲット5の走査光学装置
9または発光ダイオード21からの光束は、集光光学系
によって四分割素子上に照射される。照射された点像
は、集光光学系の交軸上に走査光学装置9または発光ダ
イオード21があるかないかによって、四分割素子上に
照射位置が変化する。この照射位置の変化を差動出力信
号として取り出し、差動出力信号の正負を組み合わせか
ら傾きωの符号が決定される。
In the present invention, the luminous flux from the scanning optical device 9 of the target 5 or the light emitting diode 21 is irradiated onto the four-divided element by the condensing optical system. The irradiation position of the irradiated point image changes on the four-divided element depending on whether the scanning optical device 9 or the light emitting diode 21 exists on the intersection axis of the condensing optical system. The change of the irradiation position is taken out as a differential output signal, and the sign of the slope ω is determined from the combination of positive and negative of the differential output signal.

【0020】[0020]

【実施例】【Example】

実施例1.図1及び図2はこの発明の一実施例を示すも
のである。図1(a)は、傾き検出器26の光学構成を
示す。集光光学系27の焦点面の近傍に四分割素子28
が配置され、四分割素子28の不感帯は図1(a)に示
されるように、x座標軸及びy座標軸に平行になるよう
に調整されている。傾き検出器26の光軸は、4個の検
出器16a,16b,16c,及び16dの配置される
平面に垂直であって、かつ図2に示されるように、ドッ
キング完了時において、ターゲット5の発光ダイオード
21の取り付け位置がその光軸上に乗るように、傾き検
出器26はチェイサー2上に取り付けられる。図1
(b)は傾き検出器26の処理回路のブロック図を示
す。x加算回路29a及び29b,y加算回路30a及
び30b,x減算回路31,及びy減算回路32によ
り、四分割素子28の各感光部A,B,C,Dの出力に
対するx軸方向及びy軸方向の差動信号を得て、その信
号をx平滑回路33,及びy平滑回路34により平滑化
する。平滑化された直流信号を前処理部22に入力しデ
ィジタル処理し易い形に変換し、コンピュータ23によ
りx軸及びy軸に関する直流信号の正負の組み合わせか
ら傾きωの符号を決定するものである。
Example 1. 1 and 2 show an embodiment of the present invention. FIG. 1A shows an optical configuration of the tilt detector 26. A quadrant element 28 is provided near the focal plane of the condensing optical system 27.
, And the dead zone of the quadrant 28 is adjusted so as to be parallel to the x coordinate axis and the y coordinate axis, as shown in FIG. The optical axis of the tilt detector 26 is perpendicular to the plane where the four detectors 16a, 16b, 16c, and 16d are arranged, and as shown in FIG. The tilt detector 26 is mounted on the chaser 2 so that the mounting position of the light emitting diode 21 is on the optical axis thereof. Figure 1
(B) shows a block diagram of a processing circuit of the inclination detector 26. The x adder circuits 29a and 29b, the y adder circuits 30a and 30b, the x subtracter circuit 31, and the y subtracter circuit 32 are used for the x-axis direction and the y-axis with respect to the outputs of the photosensitive portions A, B, C, D of the quadrant element 28. The differential signal in the direction is obtained, and the signal is smoothed by the x smoothing circuit 33 and the y smoothing circuit 34. The smoothed DC signal is input to the pre-processing unit 22 and converted into a form that can be easily digitally processed, and the computer 23 determines the sign of the slope ω from the positive / negative combination of the DC signals on the x-axis and the y-axis.

【0021】傾き検出器26の集光光学系27は、ター
ゲット5の発光ダイオード21からの光を四分割素子2
8上に集光させる。この集光された発光ダイオード21
の像は、通常、デフォーカスされた状態で結ぶ。この傾
き検出器26の光軸上に発光ダイオード21がある場合
には、発光ダイオード21からの光は四分割素子28の
不感帯の交点上に集光するものとする。次に、傾き検出
器26の光軸外に発光ダイオード21がある場合には、
いわゆる斜入射光となるため、発光ダイオード21の像
は前記交点上に集光せずに、四分割素子28上のやや離
れた場所に集光する。図1(b)に、発光ダイオード2
1が光軸からx軸方向に外れた位置にある場合に光が入
射したようすを示す。このとき、四分割素子28の各感
光部A,B,C,及びDからの出力はそれぞれ加算回路
に導かれ処理される。x軸方向のズレを検出するx加算
回路29a及び29bでは、それぞれ(A+B)及び
(C+D)の処理を行い、これを入力としてy減算回路
31は(A+B)−(C+D)の処理を行う。発光ダイ
オード21はリニアエンコーダ出力であるためパルス出
力を発している。従って、この出力信号は平均レベルが
正の値を持つパルス波形となる。また、y軸方向のズレ
を検出するy加算回路30a及び30b、y減算回路3
2によって、同様にして(A+D)−(B+C)の処理
を行う。図1(b)の場合は、平均レベルが負の値を持
つパルス波形となる。各出力信号をそれぞれx平滑回路
33及びy平滑回路34に導くことにより、それぞれの
平均レベルが出力信号として取り出せる。これにより、
傾き検出器26のどの方向に発光ダイオード21がある
かが検出することができ、この各平均レベルを零となる
ようにチェイサー2の姿勢を制御して、ランデブードッ
キングの際の傾きωを修正することができる。なお、走
査光学装置9からの光を用いても同様な処理を行うこと
によって、上記機能が実現可能であることは明かであ
る。
The condenser optical system 27 of the tilt detector 26 divides the light from the light emitting diode 21 of the target 5 into four quadrants 2.
Focus on 8. This condensed light emitting diode 21
The images are usually connected in a defocused state. When the light emitting diode 21 is located on the optical axis of the tilt detector 26, the light from the light emitting diode 21 is focused on the intersection of the dead zones of the quadrant 28. Next, when the light emitting diode 21 is located outside the optical axis of the tilt detector 26,
Since it is so-called obliquely incident light, the image of the light emitting diode 21 is not condensed on the intersection, but is condensed on a slightly distant place on the quadrant 28. In FIG. 1B, the light emitting diode 2
It shows that light is incident when 1 is located at a position deviated from the optical axis in the x-axis direction. At this time, the outputs from the photosensitive portions A, B, C, and D of the four-way dividing element 28 are guided to the adder circuits and processed. The x addition circuits 29a and 29b for detecting the shift in the x-axis direction perform the processings (A + B) and (C + D), respectively, and the y subtraction circuit 31 performs the processings (A + B)-(C + D) with this input. Since the light emitting diode 21 is a linear encoder output, it emits a pulse output. Therefore, this output signal has a pulse waveform whose average level has a positive value. In addition, y addition circuits 30a and 30b for detecting a deviation in the y-axis direction, y subtraction circuit 3
2, the processing of (A + D)-(B + C) is performed similarly. In the case of FIG. 1B, the average level has a pulse waveform having a negative value. By guiding each output signal to the x smoothing circuit 33 and the y smoothing circuit 34, the respective average levels can be taken out as output signals. This allows
It is possible to detect in which direction of the tilt detector 26 the light emitting diode 21 is located. The attitude of the chaser 2 is controlled so that each average level becomes zero, and the tilt ω during rendezvous docking is corrected. be able to. It is obvious that the above function can be realized by performing the same processing by using the light from the scanning optical device 9.

【0022】実施例2.図3は、発光ダイオード21か
ら送られるパルス信号を受信し、出力を前処理部22に
入力する検出器25の従来の機能と傾き検出器26の機
能とを合わせ持った実施例である。光学的な構成につい
ては前記内容と同様であるが、従来の機能を付加するた
めに加算回路35が付加された。その付加された回路の
作用を説明すると、x加算回路29a及び29bまたは
y加算回路30a及び30bからの出力を、さらに加算
回路35に導き、A+B+C+Dの処理を行う。ただし
図3ではy加算回路を例として説明した。この信号は正
のパルス信号となり検出器25の機能と同等の機能をも
つことができる。これにより、従来の検出器25は削除
することができる。
Example 2. FIG. 3 shows an embodiment in which the conventional function of the detector 25 for receiving the pulse signal sent from the light emitting diode 21 and inputting the output to the preprocessing unit 22 and the function of the inclination detector 26 are combined. The optical configuration is the same as that described above, but an adding circuit 35 is added to add the conventional function. The operation of the added circuit will be described. The outputs from the x adder circuits 29a and 29b or the y adder circuits 30a and 30b are further led to the adder circuit 35 to perform the processing of A + B + C + D. However, in FIG. 3, the y addition circuit is described as an example. This signal becomes a positive pulse signal and can have a function equivalent to that of the detector 25. This allows the conventional detector 25 to be eliminated.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上のように、この発明によれな、ラン
デブードッキング用光学センサー装置に少なくとも集光
光学系と四分割素子とからなる傾き検出器を追加したこ
とにより、衛星の傾き方向を瞬時に決定することが可能
となり、短時間で高精度な姿勢制御が可能となった。
As described above, according to the present invention, by adding the tilt detector including at least the condensing optical system and the four-divided element to the optical sensor device for rendezvous docking, the tilt direction of the satellite can be instantaneously measured. Therefore, it is possible to control the posture with high accuracy in a short time.

【0024】また、チェイサー上の従来の検出器25の
機能と同等の機能を傾き検出器を追加することにより、
該検出器25は必要なくなり、従来の構成から大きな変
更をせずに実現が可能となった。
Further, by adding a tilt detector to a function equivalent to that of the conventional detector 25 on the chaser,
The detector 25 is no longer necessary and can be realized without making a large change from the conventional configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明による傾き検出器の一実施例を示す光
学系、及び回路の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system and a circuit showing an embodiment of a tilt detector according to the present invention.

【図2】この発明による傾き検出器の配置を示した図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing an arrangement of a tilt detector according to the present invention.

【図3】この発明による傾き検出器の処理回路の他の構
成を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing another configuration of the processing circuit of the tilt detector according to the present invention.

【図4】従来のランデブードッキング用光学センサー装
置の構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional optical sensor device for rendezvous docking.

【図5】従来のランデブードッキング用光学センサー装
置の配置図である。
FIG. 5 is a layout view of a conventional optical sensor device for rendezvous docking.

【図6】他の従来例のランデブードッキング用光学セン
サー装置の配置図である。
FIG. 6 is a layout view of another conventional optical sensor device for rendezvous docking.

【図7】他の従来例のランデブードッキング用光学セン
サー装置の構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of another conventional rendezvous docking optical sensor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ランデブードッキング用光学センサー 2 チェイサー 3 光源 4 撮像器 5 ターゲット 6 リフレクタマーカ 7 コンピュータ 8 姿勢制御部 9 走査光学装置 10 ハロゲンランプ 11 コリメータレンズ 12 投影レンズ 13 ナイフエッジ 14 ナイフエッジの像 15 コンデンサーレンズ 16 検出器 17 モーター 18 リニアエンコーダ 19 フォトインタラプタ 20 処理回路 21 発光ダイオード 22 前処理部 23 コンピュータ 24 制御部 25 検出器 26 傾き検出器 27 集光光学系 28 四分割素子 29 x加算回路 30 y加算回路 31 x減算回路 32 y減算回路 33 x平滑回路 34 y平滑回路 1 Optical sensor for rendezvous docking 2 Chaser 3 Light source 4 Imager 5 Target 6 Reflector marker 7 Computer 8 Attitude control unit 9 Scanning optical device 10 Halogen lamp 11 Collimator lens 12 Projection lens 13 Knife edge 14 Knife edge image 15 Condenser lens 16 Detection Device 17 Motor 18 Linear encoder 19 Photointerrupter 20 Processing circuit 21 Light emitting diode 22 Preprocessing unit 23 Computer 24 Control unit 25 Detector 26 Tilt detector 27 Condensing optical system 28 Four-division element 29 x Addition circuit 30 y Addition circuit 31 x Subtraction circuit 32 y Subtraction circuit 33 x Smoothing circuit 34 y Smoothing circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 宇宙空間の軌道上に存在する二つの衛星
において、一方の衛星は宇宙空間のある立体角に対し、
互いに直交する方向から一定の速度で走査する機構を持
つ光源光学系と、該光源光学系の走査速度を他方の衛星
に送信する送信器を有し、他方の衛星はある半径の円周
上に90゜刻みで配置されている4個の検出器と、前記
走査速度を受信する受信器と、検出器の出力信号をゲー
トパルスに波形整形し、クロックパルスをカウント処理
する前処理部と、前記前処理部のカウントデータから演
算処理を行って相対的な座標位置・姿勢を計算するコン
ピュータと、このコンピュータの計算結果に基づき衛星
の座標位置・姿勢をドッキングを行う上で最適な状態に
修正する制御部とからなるランデブードッキング用光学
センサー装置において、前記他方の衛星に少なくとも集
光光学系と四分割素子とからなる衛星の傾き方向を検出
する傾き検出器を備えたことを特徴とする前記ランデブ
ードッキング用光学センサー装置。
1. Two satellites existing in the orbits of outer space, one satellite having a certain solid angle in outer space,
It has a light source optical system having a mechanism for scanning at a constant speed from directions orthogonal to each other, and a transmitter for transmitting the scanning speed of the light source optical system to the other satellite, and the other satellite is on a circle of a certain radius. Four detectors arranged at 90 ° intervals, a receiver for receiving the scanning speed, a pre-processing unit for shaping the output signal of the detector into a gate pulse and counting the clock pulse, A computer that calculates the relative coordinate position / orientation by performing arithmetic processing from the count data of the preprocessor, and corrects the coordinate position / orientation of the satellite to the optimum state for docking based on the calculation result of this computer. In the rendezvous docking optical sensor device including a control unit, an inclination detector for detecting the inclination direction of the satellite including at least a condensing optical system and a quadrant is provided in the other satellite. Optical sensor device for the rendezvous docking, characterized in that there was e.
【請求項2】 前記送信器を発光ダイオードから構成
し、前記受信機を少なくとも集光光学系と、四分割素子
と、この四分割素子の各感光部からの出力の和をとる加
算回路とを含んでなる衛星の傾き方向を検出する傾き検
出器から構成し、前記送信器と前記受信機とをドッキン
グ完了時において互いに対向する位置に配置したこをと
特徴とする請求項第1項記載のランデブードッキング用
光学センサー装置。
2. The transmitter is composed of a light emitting diode, and the receiver comprises at least a condensing optical system, a quadrant, and an adder circuit for summing outputs from the photosensitive parts of the quadrant. 2. A tilt detector for detecting the tilt direction of a satellite including the transmitter, wherein the transmitter and the receiver are arranged at positions facing each other when docking is completed. Optical sensor device for rendezvous docking.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6313507B1 (en) * 2017-05-19 2018-04-18 株式会社アストロスケール Navigation system, spacecraft and optical marker

Cited By (3)

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JP2018192998A (en) * 2017-05-19 2018-12-06 株式会社アストロスケール Navigation system, space flight body, and optical marker
US10309798B2 (en) 2017-05-19 2019-06-04 Astroscale Japan Inc. Navigation system, aerospace vehicle and optical marker

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