JPH09222321A

JPH09222321A - 太陽方向検出装置

Info

Publication number: JPH09222321A
Application number: JP8029457A
Authority: JP
Inventors: Tatsushi Kanbe; 達志神戸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】広い範囲で太陽を捕捉し、かつ高精度で太陽
方向を検出することを目的とする。【解決手段】スリット３を有する箱型のセンサ部２
と、スリット３を通して箱内に入射する太陽光５を検知
し、起電力を発生するセンサ部内底面１４に並設された
複数の太陽電池と、信号処理部７の出力する移動信号に
従いセンサ部内底面１４をセンサ部上面１５と平行に底
面の垂直方向に移動させ、センサ部内底面１４と上面１
５の距離を出力する底面移動部１６と、上記の複数の太
陽電池のいずれかから発生した起電力と底面移動部１６
からのセンサ部内底面１４と上面１５との距離情報を導
入し、読み出し専用メモリ１１に書かれた所定の太陽方
向計算式および移動信号決定アルゴリズムに従って太陽
方向１３および移動信号を出力する信号処理部７とで構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば宇宙機に
搭載され、広い視野範囲で太陽を捕捉し、太陽の方向を
検出する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、従来のこの種の検出装置について
説明する。図９は、従来の検出装置を示す図で、図にお
いて１は検出装置を示し、２はこの検出装置１を構成す
るセンサ部である。このセンサ部２は、箱型をなし、そ
の上部には所定の幅のスリット３が設けられている。こ
の箱型のセンサ部２の内部底面には、センサとして機能
する例えば太陽電池Ｓ₁ 〜Ｓ₉ が、後述する信号処理と
の関係のもとに並設されている。すなわち、太陽４の光
５は、上記スリット３を通って前記した太陽電池Ｓ₁ 〜
Ｓ₉ のいずれかに当たり、それによって、太陽電池Ｓ₁
〜Ｓ₉ のいずれかが起電力を生ずる。この起電力は、信
号線６を通り、信号処理部７に伝えられる。信号処理部
７は、起電力を生じた太陽電池と上記スリット３の相対
位置関係をもとに、あらかじめ決められた信号処理を行
い、太陽方向を検出する。

【０００３】次に、上記検出装置１の内部接続とその動
作を図１０を用いて詳しく説明する。図１０は上記太陽
電池Ｓ₁ 〜Ｓ₉ と信号処理部７の接続を示す。まず、太
陽４がスリット３の真上、すなわち、イの位置にあると
仮定する。この時、太陽光５は、スリット３を真上から
通り、スリット３の真下に位置する太陽電池Ｓ₅ に当た
り、この太陽電池Ｓ₅ に起電力が生じる。この起電力
は、前記した信号線６を通り、受光信号８として、信号
処理部７に伝えられる。信号処理部７は、まず、受光信
号８をエンコーダ９で２進数に符号化し、その数値つま
り受光位置が太陽電池Ｓ₅ の位置であるという情報をプ
ロセッサ（ＣＰＵ）１０に伝える。このプロセッサ（Ｃ
ＰＵ）１０は、これを読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１
１に書かれた所定の太陽方向計算式に従って、読み書き
メモリ（ＲＡＭ）１２のメモリ領域を使って信号処理
し、太陽の方向が真上であることを求め、その結果、例
えば０度という数値を太陽方向信号１３として出力す
る。

【０００４】次に、時間が経過し、太陽４が検出装置１
の斜め上方、すなわち、ロの位置に移動したと仮定する
と、この時、太陽光５は、スリット３を斜めに通り、例
えば太陽電池Ｓ₁ に当たり、太陽電池Ｓ₁ に起電力が生
じる。この起電力は、同様に前記した信号線６を通り、
受光信号８として、信号処理部７に伝えられる。信号処
理部７は、今度は、受光位置が太陽電池Ｓ₁ の位置にあ
るという情報を上記と同様に信号処理し、太陽の方向が
斜め上方であることを求め、その結果、例えば＋２５度
という数値を太陽方向信号１３として出力する。他の位
置に太陽がある時も同様にして、太陽方向を検出するこ
とができる。また、この検出装置を２つ直角に配置する
ことにより二軸方向について太陽方向を検出することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、宇宙機はロ
ケットから分離されたあと、できるだけ早いうちに太陽
電池パドルによって電力を発生させ、それによって、各
種機能を動作させなければならない。そのためには、一
刻も早く太陽の方向を検出して、その方向に太陽電池パ
ドルを向ける必要がある。この太陽電池パドルを太陽に
向けさせるための宇宙機の姿勢を決定する際に用いられ
るのが太陽方向検出装置である。したがって、この太陽
方向検出装置は、より広い視野をもったものが望まし
い。しかしながら、従来の太陽方向検出装置には、次に
述べるような問題点がある。

【０００６】すなわち、従来の太陽方向検出装置１は、
上面中央部に太陽光５が通るスリット３を設けた箱体で
センサ部２を構成し、その内側底面に複数の太陽電池Ｓ
₁ 〜Ｓ₉ を並設した構成となっているため、その視野角
には、おのずと限界がある。つまり、センサ部２の内底
面の長さＬとセンサ部２の内底面から上面までの高さＨ
の比によって、一意に、太陽光を受光できる視野角は決
まってしまう。従来の太陽方向検出装置の視野角を、後
述する捕捉用太陽方向検出装置と、通常運用用太陽方向
検出装置を例にとって示すと、前者が約５０度、後者が
約３０度と狭く、太陽を捕捉する際にも、衛星の姿勢を
かなり変えて全天球を探さなければならない。

【０００７】したがって、従来の太陽方向検出装置の構
成のままで広い視野を確保するには、上記長さＬを長く
し、太陽電池をより多く配置するか、あるいは、スリッ
ト３と太陽電池Ｓ₁ 〜Ｓ₉ の距離を小さくする、つま
り、上記高さＨを低くするという方法が考えられる。し
かし、センサ部２の底面を長くした太陽電池をたくさん
配置すると、センサ部２が大きくなり、大きさ、重量の
両面について制限が厳しい人工衛星にとって、搭載する
には不向きなものとなってしまう。一方、スリット３と
太陽電池Ｓ₁ 〜Ｓ₉ の距離を小さくすると、単位当たり
の視野角に対する太陽電池数の比率が下がり、結果とし
て、分解能が落ち、通常運用時において精度が悪くなっ
てしまう。

【０００８】そのため、いままでの人工衛星は、互いに
直交する二つの軸それぞれに、前述したような精度は悪
いが視野は広い捕捉用太陽方向検出装置、つまり、上記
高さＨの低い太陽方向検出装置と、精度は良いが視野は
狭い通常運用用の太陽方向検出装置、つまり、上記高さ
Ｈの高い太陽方向検出装置を、組にして取付け、太陽方
向を検出している。このように、従来の人工衛星は、計
４つの太陽方向検出装置を搭載しているため、大きさ、
重量、コストの面で問題となっていた。

【０００９】この発明は、このような従来の太陽方向検
出装置における課題を解決するためになされたものであ
り、以下に詳述する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明による太陽方向
検出装置は、上面に所定の幅のスリットを有する箱型の
センサ部と、上記スリットを通して箱内に入射する太陽
光を検知し、起電力を発生するために、センサ部内底面
に並設された複数の太陽電池と、信号処理部の出力する
移動信号に従い上記センサ部内底面をセンサ部上面と平
行に底面の垂直方向に移動させるとともに、センサ部内
底面と上面の距離を出力する底面移動部と、上記の複数
の太陽電池のいずれかから発生した起電力を受光信号と
して導入し、２進数に符号化するエンコーダ、所定の太
陽方向計算式および上記スリットを通して箱内に入射す
る太陽光がセンサ部内底面の太陽電池に当たりかつ起電
力を発生した太陽電池がスリット直下近傍の太陽電池で
ある場合にはセンサ部内底面をセンサ部上面から離れる
ようにセンサ部内底面の移動量を決定する移動信号決定
アルゴリズムが記憶された読み出し専用メモリ、上記太
陽方向計算式等を演算するためのメモリ領域を有する読
み書きメモリ、および上記エンコーダから受光した太陽
電池の位置情報と底面移動部からセンサ部内底面と上面
との距離情報を導入し、上記読み出し専用メモリに書か
れた所定の太陽方向計算式および移動信号決定アルゴリ
ズムに従って、上記読み書きメモリのメモリ領域を使っ
て信号処理するプロセッサによって構成された信号処理
部とを設けたものである。

【００１１】この発明による太陽方向検出装置は、信号
処理部として、センサ部内底面と上面の距離を最適の位
置にするために、電荷を発生する太陽電池の位置をスリ
ット直下から最も離れた太陽電池から一定距離内側にす
るように底面移動部に移動信号を出力するようにしたも
のである。

【００１２】この発明による太陽方向検出装置は、信号
処理部として、太陽電池の一部に欠陥がある場合、その
太陽電池で太陽光を受光しないようにセンサ部内底面と
上面の距離を決定し、底面移動部に移動信号を出力する
ようにしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１を説明
するブロック図であり、１〜１３およびＳ₁ 〜Ｓ₉ は、
図９、図１０と同じものである。１４はＳ₁ 〜Ｓ₉ を並
設したセンサ部内底面であり、１５はセンサ部上面であ
る。底面移動部１６は、ステッピングモータ１７ａ、１
７ｂおよびステッピングモータ１７ａ、１７ｂに直結さ
れたねじ１８ａ、１８ｂより構成されており、ねじ１８
ａ、１８ｂは、センサ部内底面１４に設けられたねじ穴
１９ａ、１９ｂにそれぞれはいっている。従って、底面
移動部１６への移動信号としてステッピングモータ１７
ａ、１７ｂが駆動信号２０ａ、２０ｂをうけると（セン
サ部内底面１４をセンサ部上面１５と平行に保ちつつそ
の垂直方向に移動させるため、駆動信号２０ａ、２０ｂ
は同一信号となる）、ねじ１８ａ、１８ｂが回転し、そ
の回転量に比例してセンサ部内底面１４が移動する。ね
じ１８ａ、１８ｂの回転角度は回転角度信号２１ａ、２
１ｂとして出力され、信号処理部７がセンサ部内底面１
４とセンサ部上面１５の距離を得るための情報となる。

【００１４】信号処理部７では、プロセッサ（ＣＰＵ）
１０が読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１１に書かれた太
陽方向計算式および移動信号決定アルゴリズムに従っ
て、エンコーダ９から出力される受光した太陽電池の位
置情報とステッピングモータ１７ａ、１７ｂから出力さ
れる回転角度信号２１ａ、２１ｂを入力し、読み書きメ
モリ（ＲＡＭ）１２のメモリ領域を使って信号処理し、
太陽方向信号１３及びステッピングモータ１７ａ、１７
ｂへの駆動信号２０ａ、２０ｂを計算、出力する。

【００１５】図２は、信号処理部７での太陽方向の決定
方法を説明する図である。太陽光５は、センサ部上面１
５のスリット３を通ってセンサ部内底面１４に並設した
太陽電池（ここでは、単に符号Ｓで示してある）に到達
し、起電力を生じる。この情報はエンコーダ９を経て信
号処理部７に伝えられ、どの太陽電池に起電力が発生し
たのかがわかる。さらに、電荷の発生した太陽電池の位
置より、太陽光の到達点とスリット直下との距離ｄがわ
かる。また、ステッピングモータ１７ａ、１７ｂの回転
角度信号２１ａ、２１ｂ（ここではｂ側のみ図示してあ
る）からセンサ部上面１５とセンサ部内底面１４との距
離ｈがわかる。従って、センサ部内底面１４に垂直な方
向２２と太陽の方向とのなす角θは数１で計算できる。

【００１６】

【数１】

【００１７】上記した数１の演算を信号処理部７で行な
い、それによって太陽方向を求め、θの値を太陽方向信
号１３として、この信号を必要とする図示していない制
御回路等へ出力する。

【００１８】次に図３、図４及びフローチャート図５を
用いて移動信号決定アルゴリズムについて説明する。ま
ず、図３においてセンサ部内底面１４ａの状態において
は、太陽光５は対応電池Ｓに到達しないため計測ができ
ない。これは電荷を発生した太陽電池がないことで判定
できる（ステップ）。この場合、センサ部内底面１４
ａをセンサ部上面１５へ近付ける必要がある。センサ部
内底面１４ａをセンサ部上面１５へ近付け１４ｂのよう
になるように駆動信号２０をステッピングモータ１７に
与えることにより、太陽電池Ｓに太陽光５が当たり、計
測が可能になる（ステップ）。

【００１９】図４は、逆にセンサ部内底面１４がセンサ
部上面１５に対して近づき過ぎている場合である。これ
はスリット３の直下付近にある太陽電池が受光している
ことで判定できる（ステップ）。この場合、スリット
直下から離れた太陽電池に太陽光５があたるように一定
距離Δｈだけセンサ部内底面１４ｃをセンサ部上面１５
から離すように駆動信号２０をステッピングモータ１７
に与える（ステップ）。ただし、センサ部内底面１４
の移動範囲を超えて移動することは不可能なので移動範
囲内にあることを確認する（ステップ）。

【００２０】実施の形態２．また、この発明の実施の形
態２による太陽方向検出装置は、実施の形態１の信号処
理部７の読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１１に書かれる
移動信号決定アルゴリズムを図６及びフローチャート図
７を用いて説明するようなアルゴリズムにしたものであ
る。受光した太陽電池の無い場合の処理については実施
の形態１と同様である（ステップ）。しかし、受光
した太陽電池がある場合には、以下に示す方式によりセ
ンサ部内底面１４の最適位置を計算し、その位置に移動
するように駆動信号２０をステッピングモータに与える
（ステップ）。

【００２１】最も高い分解能で太陽方向を検出するため
に、できるだけスリット３の直下から離れた太陽電池Ｓ
に太陽光５があたるようにする。ただし、最も端の太陽
電池Ｓでは、太陽方向が変化した場合にすぐに計測範囲
を超えてしまうおそれがあるので、最も端の太陽電池か
ら一定距離ｍだけ内側の太陽電池に太陽光５があたるよ
うな位置１４ｆを最適な位置とする。

【００２２】太陽光５の到達点とスリット直下との距離
ｄと、センサ部上面１５とセンサ部内底面１４ｅとの距
離ｈより、最適なセンサ部上面１５とセンサ部内底面１
４ｆとの距離ｈ’はスリット直下点と最も端の太陽電池
までの距離を１、内側にとる一定距離の長さをｍとする
と、数２で計算できる。

【００２３】

【数２】

【００２４】ただし、センサ部内底面１４の移動可能な
範囲には限りがあるので、数２で計算した位置が、セン
サ部内底面１４の移動可能範囲を超えている場合は最も
離れた位置を最適とする。（ステップ）。

【００２５】実施の形態３．また、この発明の実施の形
態３による太陽方向検出装置は、実施の形態１の信号処
理部７の読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１１に書かれる
移動信号決定アルゴリズムを以下の図８を用いて説明す
るようなアルゴリズムにし、太陽電池の一部に欠陥があ
っても計測可能としたものである。

【００２６】まず、図８においてセンサ部内底面１４ｇ
の状態においては、太陽光５が欠陥のある太陽電池Ｓ_e
に当たっているため、起電力が発生せず、太陽方向の検
出は不可能である。しかし、センサ部内底面を１４ｈの
ように移動させることによって同一の太陽方向に対して
も他の正常な太陽電池Ｓに太陽光５が当たるようにな
り、計測が可能となる。スリット直下から計った欠陥の
ある太陽電池の範囲をＺ_max 、Ｚ_min とすれば、センサ
部内底面と垂直な方向２２と太陽方向のなす角θより、
センサ部内底面を配置できない範囲ｈｅｒｒは数３のよ
うに決定できる。

【００２７】

【数３】

【００２８】従って、センサ部内底面が数３で示される
範囲に入る場合は、その上限あるいは下限値を替わりに
センサ部内底面の最適位置とすることによって、常に欠
陥の無い太陽電池で計測することが可能となる。なお、
欠陥のある太陽電池の位置を読み出し専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）１１に格納する場合には、製造試験で既知なものに
しか対応できないが、欠陥のある太陽電池の位置を読み
書きメモリ（ＲＡＭ）１２に格納するようにし、地上か
らのコマンドにより変更及び追加できるようにして、軌
道上で運用中に生じた欠陥に対して対応可能とすること
もできる。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、広い範囲にわたって
太陽を捕捉する必要のある場合には、センサ部内底面を
センサ部上面に近い位置に移動させることにより、セン
サ部内底面とセンサ部上面との距離を小さくして計測範
囲を広げ、高精度で計測する必要のある場合には、セン
サ部内底面をセンサ部上面から離れた位置に移動させる
ことにより、センサ部内底面とセンサ部上面との距離を
大きくして太陽電池一個あたりの分解能を高くすること
ができる。

【００３０】この発明によれば、電荷を発生する太陽電
池の位置をスリット直下から最も離れた太陽電池から一
定距離内側にするようにセンサ部内底面の位置を決定す
るので、太陽方向の変化に対応しつつ高い精度で計測で
きる位置にセンサ部内底面を配置することができる。

【００３１】この発明によれば、欠陥のある太陽電池で
受光しないようにセンサ部内底面の位置を決定するの
で、常に正常な太陽電池で受光できるため、太陽電池に
一部欠陥があっても計測が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による太陽方向検出装置の実施の形
態１を示す図である。

【図２】太陽方向の決定方法を示す図である。

【図３】センサ部上面とセンサ部内底面との距離が長
い場合の動作を示す図である。

【図４】センサ部上面とセンサ部内底面との距離が短
い場合の動作を示す図である。

【図５】実施の形態１での移動信号決定アルゴリズム
のフロー図である。

【図６】最適なセンサ部内底面の位置を説明する図で
ある。

【図７】実施の形態２での移動信号決定アルゴリズム
のフロー図である。

【図８】欠陥のある太陽電池に太陽光が当たっている
場合の動作を示す図である。

【図９】従来の太陽方向検出装置を示す図である。

【図１０】従来の太陽方向検出装置の内部接続を示す
図である。

【符号の説明】

１太陽方向検出装置、２センサ部、３スリット、
４太陽、５太陽光、６信号線、７信号処理部、
８受光信号、９エンコーダ、１０プロセッサ、１
１読み出し専用メモリ、１２読み書きメモリ、１３
太陽方向信号、１４センサ部内底面、１５センサ
部上面、１６底面移動部、１７ステッピングモー
タ、１８ねじ、１９ねじ穴、２０駆動信号、２１
回転角度信号、２２センサ部内底面に垂直な方向。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に所定の幅のスリットを有する箱型
のセンサ部と、上記スリットを通して箱内に入射する太
陽光を検知し、起電力を発生するために、センサ部内底
面に並設された複数の太陽電池と、信号処理部の出力す
る移動信号に従い上記センサ部内底面をセンサ部上面と
平行に底面の垂直方向に移動させるとともに、センサ部
内底面と上面の距離を出力する底面移動部と、上記の複
数の太陽電池のいずれかから発生した起電力を受光信号
として導入し、２進数に符号化するエンコーダ、所定の
太陽方向計算式および上記スリットを通して箱内に入射
する太陽光がセンサ部内底面の太陽電池に当たりかつ起
電力を発生した太陽電池がスリット直下近傍の太陽電池
である場合にはセンサ部内底面をセンサ部上面から離れ
るようにセンサ部内底面の移動量を決定する移動信号決
定アルゴリズムが記憶された読み出し専用メモリ、上記
太陽方向計算式等を演算するためのメモリ領域を有する
読み書きメモリ、および上記エンコーダから受光した太
陽電池の位置情報と底面移動部からセンサ部内底面と上
面との距離情報を導入し、上記読み出し専用メモリに書
かれた所定の太陽方向計算式および移動信号決定アルゴ
リズムに従って、上記読み書きメモリのメモリ領域を使
って信号処理するプロセッサによって構成された信号処
理部とで構成したことを特徴とする太陽方向検出装置。
【請求項２】信号処理部において、センサ部内底面と
上面の距離を最適の位置にするために、電荷を発生する
太陽電池の位置をスリット直下から最も離れた太陽電池
から一定距離内側にするように底面移動部に移動信号を
出力するようになっている請求項１記載の太陽方向検出
装置。
【請求項３】信号処理部において、センサ部の太陽電
池の一部に欠陥がある場合、その太陽電池で太陽光を受
光しないようにセンサ部内底面と上面の距離を決定し、
底面移動部に移動信号を出力するようになっている請求
項１記載の太陽方向検出装置。