JPH11148983A - 人工衛星搭載タイマの補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、人工衛星搭載のタイマ（時計）
を簡単な構成で、容易にかつ高精度に補正する。 【解決手段】 ＧＰＳ衛星からの航法データが高精度の
時刻データ等を含むことに着目してなされたもので、Ｇ
ＰＳ受信機３はＧＰＳ衛星からの電波を受信して時刻デ
ータと軌道上の位置データを出力する。計算機１は、位
置データから得られる軌道位置情報及びこれに同期した
パルス時刻情報から、軌道面における起点位置Ｋからの
経過現在時刻を算出し、搭載タイマを補正する。また時
刻データを基に、同様にして秒タイマ及び日タイマの時
刻を補正する。このように、ＧＰＳ受信機３の利用によ
り、従来のように逐一地上局側との間で補正のための通
信を必要とすることがなく、簡単な構成で高精度のタイ
マ補正が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工衛星に搭載さ
れ衛星制御や天体位置観測等に使用されるタイマ（時
計）の補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に示したように、地球回りを周回す
る人工衛星には計算機１が搭載され、その計算機１に
は、水晶発振器で構成されたクロック信号発生回路１１
が内蔵されている。計算機１は、クロック信号発生回路
１１から供給されたパルス状のクロック信号ＣをＣＰＵ
１２で受け、ソフトウェアによるそのクロック信号Ｃの
積算演算（カウント）によって、時刻信号を導出するよ
う構成されている。クロック信号Ｃの積算演算（カウン
ト）は、人工衛星の地球回りの周回に同期して行なわ
れ、予め定めた軌道上のある起点の通過時をゼロ（０）
時として、そこから積算を開始し、各周回毎にそのゼロ
時からの積算を繰り返し、軌道上の位置に対応した時刻
信号を導出する。

【０００３】従って、いま人工衛星は６０００秒（１０
０分）の周期で地球を周回しているものとし、計算機１
におけるタイマが、クロック信号発生回路１１から出力
される例えば１／４秒間隔のクロック信号Ｃを計数して
現在時刻信号を生成するとすれば、図７に示したよう
に、タイマは２４０００個目の現在時刻信号を生成し
て、ゼロに戻る周期を繰り返す。

【０００４】クロックパルス発生回路１１を構成する水
晶発振器はかなり安定した周波数特性を有するものでは
あるが、発振器を構成する水晶振動子及びそれに付随す
る回路は、周囲の温度変化や経年変化等によって、クロ
ック信号Ｃの周期に誤差が生じるのは避け難い。

【０００５】人工衛星搭載の時刻信号は周回する人工衛
星の軌道位置情報に対応し、時刻信号は衛星制御等のス
ケジューリングはもちろんのこと、搭載された太陽セン
サあるいはスターセンサにおけるオン・オフ動作の基準
時刻となるので、タイマの誤差は、直ちに衛星自体の機
能精度に大きな影響を与えるから、時刻信号は高精度に
維持管理されることが必要とされた。

【０００６】従って、従来は、時刻信号の正確さを期す
ため、時刻信号を人工衛星側からテレメトリによって地
上局２側に定期的に伝送し、地上局２側では正確な時刻
と比較し、その時間差を補正すべく補正コマンドを人工
衛星側に送信していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の人工衛星におけ
るタイマは、上述のように、地上局との間で定期的な時
刻信号及び補正コマンドの送受信による補正を必要とし
たので、構成は複雑であると同時に、運用には手数を要
した。

【０００８】また、時刻信号を受信し補正コマンドを送
信する地上局は、太陽の周りを公転する地球上に固定し
て位置するのに対し、時刻信号を送信し補正コマンドを
受信する人工衛星側はその地球を周回しているから、両
者間の距離も刻々と変化する。また衛星の周回軌道も太
陽風等による外乱を受けしばしば変位するので、両者間
の電波伝搬距離も変動し、正確な距離を把握するのは困
難である従って、衛星と地球、両者間の距離を常に正確
に把握するのは容易ではなく、人工衛星側と地上局側と
の間を送信される時刻信号及び補正コマンドの伝送時間
も、正確に把握するのは困難であり、これが正確なタイ
マ補正を阻害する要因となったので改善が要望されてい
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで第１の発明は、人
工衛星搭載タイマの補正装置において、人工衛星に搭載
され、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して人工衛星の軌道
位置情報及びこれに同期したパルス時刻情報を出力する
ＧＰＳ受信機と、前記人工衛星に搭載され現在時刻信号
を生成するタイマと、このタイマの現在時刻信号を前記
ＧＰＳ受信機から出力された軌道位置情報及びパルス時
刻情報を基に補正する補正手段とを具備することを特徴
とする。

【００１０】また、第２の発明は、同じく人工衛星搭載
タイマの補正装置において、人工衛星に搭載され、ＧＰ
Ｓ衛星からの電波を受信して時刻データを出力するＧＰ
Ｓ受信機と、前記人工衛星に搭載され現在時刻信号を生
成するタイマと、このタイマの現在時刻信号を前記ＧＰ
Ｓ受信機から出力された時刻データを基に補正する補正
手段とを具備することを特徴とする。

【００１１】このように、第１及び第２の発明は、いず
れも人工衛星がＧＰＳ衛星からの電波を受信し、得られ
た人工衛星の位置データあるいは時刻データを基に、搭
載されたタイマを補正するので、より高い精度の時刻信
号が得られるとともに、従来のように地上局側との間
で、補正のための定期的な通信を行う必要がないので、
構成の簡易化が図れる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明による人工衛星搭
載タイマの補正装置の一実施の形態を図１ないし図５を
参照して説明する。なお、図６及び図７に示した従来の
装置と同一構成には、同一符号を付して、詳細な説明は
省略する。

【００１３】図１は、この発明による人工衛星搭載タイ
マの補正装置の第１の実施の形態を示す構成図である。

【００１４】すなわち、人工衛星にはまず従来と同様
に、計算機１が搭載され、クロック信号発生回路１１か
らの１／４秒（＝Δｔ）周期のクロック信号ＣがＣＰＵ
１２に供給されている。ＣＰＵ１２も、従来と同様に、
人工衛星の周回毎にソフトウェア上でそのクロック信号
Ｃのパルスの積算を繰り返し時刻信号を順次導出するよ
う構成されている。

【００１５】また、人工衛星にはＣＰＵ３１を内蔵した
周知のＧＰＳ受信機３が搭載され、ＧＰＳ受信機３は、
ＧＰＳを構成する２４個の衛星のうち、４個以上のＧＰ
Ｓ衛星から伝送される航法データの電波をアンテナ４を
介して受信する。ＧＰＳ衛星には原子（電子）時計が搭
載され、ＧＰＳ受信機３はその原子（電子）時計に基づ
く高精度の航法データを受信し、例えば８秒毎に、正確
な時刻データと人工衛星（自己）の３次元位置データと
を間欠的に算出するように構成されている。

【００１６】なお、自己の軌道位置を示す算出された３
次元上の位置データは、周知のように、人工衛星（自
己）の軌道位置情報とその軌道位置情報に同期したパル
ス時刻情報とから構成されている。

【００１７】なお、ＧＰＳ衛星に搭載された原子時計
は、水晶発振器等と比較してより高精度で、誤差も常時
精々数ナノ秒程度であるから、８秒周期の出力ではある
が、高精度の時刻データ及び位置データを得ることがで
きる。

【００１８】そこで、この実施の形態の装置は、図１に
示すように、受信した航法データからＧＰＳ受信機３
は、８秒（ΔＹ）周期で、極めて正確な時刻データと位
置データとを演算して求め、計算機１のＣＰＵ１２に供
給する。ＧＰＳ受信機３は、時刻データ及び位置データ
の演算に、例えば２秒という処理時間を要するとする
と、その２秒経過した現在時刻及び現在位置を計算機１
に供給する。

【００１９】ＣＰＵ１２は、ＧＰＳ受信機３からの位置
データ（軌道位置情報及びこれに同期したパルス時刻情
報）を基に、周回する人工衛星の軌道上の起点位置Ｋ通
過時刻が正確にゼロ時刻を示すようにタイマ補正を行う
もので、以下図２及び図３を参照しその補正動作を説明
する。なお、人工衛星の起点位置Ｋには、例えば地球の
赤道上空に対応する軌道上の位置が採用される。従っ
て、タイマにおけるゼロ時刻は、その起点位置Ｋの通過
時刻に対応するものとし、従来と同様に、タイマは起点
位置Ｋの通過した後のクロック信号Ｃのパルス数を計数
し、１周回して、起点位置Ｋを通過時にクリアし、同時
に再びパルス数の計数を行い、以後これを繰り返すもの
である。以上のタイマ動作を図２に示すフローチャート
を参照して説明する。なお、図３にはタイマの補正動作
手順を説明したフローチャートであるが、いずれもソフ
トウェア（プログラム）の表記方法で表示している。

【００２０】まず図２に示すように、ステップ２１で
は、計算機１のＣＰＵ１２は軌道上の起点位置Ｋの通過
時刻（ゼロ時）から周期Δｔ（１／４秒）のクロック信
号Ｃを計数し、時刻信号を生成する。

【００２１】次に、ステップ２２において、ＣＰＵ１２
は、クロック信号Ｃの計数によりタイマが人工衛星の１
周回に要する時間に該当する時間（６０００秒）を計数
したか否かを判定し、その時間を越えないとき（ＮＯ）
には、ステップ２１におけるタイマ１での計数を継続
し、１周回に該当する時間（６０００秒）を越えたとき
（ＹＥＳ）には、次のステップ２３において、タイマは
それまでの計数値の時間から１周回に相当する時間を引
算し、つまりその瞬間にはゼロ時にクリアされた後、再
びステップ２１のステップに戻り、引続きパルス数の積
算計数を実行する。 以上のようにして、人工衛星搭載
のタイマにより、軌道位置に対応した時刻信号が生成さ
れる。

【００２２】クロック信号発生回路１１からのクロック
信号Ｃの周期が不安定である場合、より正確な時刻信号
を得るため、この実施の形態では、ＧＰＳ受信機３から
の位置データを利用し、起点位置Ｋ通過時のゼロカウン
トを基準とするタイマ補正を以下説明する手順で行うも
のである。

【００２３】すなわち、図３は後述するように、図２に
示した手順（ステップ２１〜２３）に加えて、クロック
信号Ｃに誤差が生じ、ＧＰＳ受信機３からの位置データ
（Ｔ0 ）に基づきタイマ補正を行う動作手順を示したも
のであり、図４に示す動作説明図を参照して説明する。

【００２４】まず、理解を容易にするために、ＧＰＳ受
信機３からは、人工衛星が軌道上の起点位置Ｋ通過時刻
に一致したタイミングで位置データが出力される場合
を、図４（ａ）を参照して説明する。上述のように、Ｇ
ＰＳ受信機３から出力される位置データ（Ｔ0 ）とは、
人工衛星の軌道上の位置情報とその位置情報に同期した
パルス時刻情報であり、例えば８秒間隔という間欠的に
出力されるデータである。従って、受信された航法デー
タを基に、ＧＰＳ受信機３内でその位置データ（Ｔ0 ）
を算出するのに２秒間要するとすると、図４（ａ）に示
すように、計算機１のＣＰＵ１２は、軌道上の起点位置
Ｋ通過後、２秒（Ｔ1 ）後に、その２秒経過後の人工衛
星の現在位置データ、すなわち軌道位置情報及びこれに
同期したパルス時刻情報を受ける。従って、タイマはパ
ルス時刻情報による２秒後の時刻信号（Ｔ1 ＝２秒）を
そのままより正しい現在時刻として補正される。

【００２５】このように、ＧＰＳ受信機３出力の位置デ
ータ（Ｔ0 ）が起点位置Ｋとタイミングが一致する場合
は、位置データに基づく現在時刻信号そのものが軌道起
点位置Ｋ通過後の正確な現在時刻を示すものであり、タ
イマの時刻をその現在時刻に補正すればよい。

【００２６】上記説明は、ＧＰＳ受信機３出力の位置デ
ータ（Ｔ0 ）が起点位置Ｋとタイミングが一致するもの
として説明したが、位置データ（Ｔ0 ）は高精度ではあ
るが、間欠的に出力されるものであり、起点位置ＫとＧ
ＰＳ受信機３出力の位置データ（Ｔ0 ）とは必ずしも一
致しないと考えることができる。

【００２７】そこで、人工衛星の起点位置Ｋ通過時刻と
ＧＰＳ受信機３出力の位置データ（Ｔ0 ）とが一致しな
い場合のタイマ補正動作を、図３及び図４（ｂ）を参照
して説明する。

【００２８】ステップ２１からステップ２３までは、図
２に示したものと同様であり、相違点は、ステップ２２
でＮＯのとき及びステップ２３の後に、ＧＰＳ受信機３
による位置データ（Ｔ0 ）が起点位置Ｋを通過して出力
されたか否かの判断（ステップ３１）が入る点である。

【００２９】すなわち、ステップ２２でＮＯの判断のと
き及びステップ２３を経た後は、ステップ３１におい
て、ＧＰＳ受信機３による位置データ（Ｔ0 ）が、起点
位置Ｋを通過した（ＹＥＳ）か否か判断され（ステップ
３１）、位置データ（Ｔ0 ）が起点位置Ｋを通過した
（ＹＥＳ）ときは、ステップ３２においてタイマは次の
ようにして時刻信号の補正を行うものである。

【００３０】すなわち、図４（ｂ）にも示すように、Ｇ
ＰＳ受信機３から起点位置Ｋ通過後に初めて出力される
の位置データ（Ｔ0 ）は、その時の軌道面内における人
工衛星の位置に対応した時刻（軌道位置情報に同期した
パルス時刻情報）に基づく現在位置及び現在時刻（Ｔ1
）である。

【００３１】ところで、タイマ側で必要とする時刻は、
人工衛星が起点位置Ｋを経過した後の正確な時間であ
る。従って、人工衛星がその起点位置Ｋから、位置デー
タ（Ｔ0 ）である航法データの受信位置までの軌道上の
角度θを通過するのに要した時間Ｔｍを、位置データ
（Ｔ0 ）上の現在時刻（２秒）に加えた時刻（Ｔｍ＋２
秒）が、タイマでの正確な現在時間とするものである。

【００３２】起点位置Ｋを通過後の軌道面内の角度θだ
け通過するに要した時間（Ｔｍ）は、計算機１におい
て、図４（ｂ）に示すように、ＧＰＳ受信機３の位置デ
ータ（Ｔ0 ）から求められる軌道面上の角度（θ）を人
工衛星の周回角速度（ω）で除することによって求めら
れる。

【００３３】従って、人工衛星の計算機１は、図３に示
すステップ３１において、ＧＰＳ受信機３の位置データ
（Ｔ0 ）が起点位置Ｋを通過したとき（ＹＥＳ）、ステ
ップ３２において、タイマは上記時間（Ｔｍ）にＧＰＳ
受信機３出力遅れ（２秒）を加算した時間を、人工衛星
の正確な現在時刻であるとして補正する。

【００３４】補正後、及びステップ３１でＧＰＳ受信機
３の位置データ（Ｔ0 ）が起点位置Ｋを通過してない
（ＮＯ）と判断されたときは、いずれもステップ２１に
戻り、タイマ積算が継続する。

【００３５】なお、上述のように、この実施の形態にお
ける装置では、タイマ補正は、タイマの積算計数が最大
値からゼロに変化するいわゆる不連続点となる位置で実
行される。従って、軌道上の起点位置Ｋ付近での、タイ
マによる各種制御や天体位置計算等は好ましくなく、こ
れらの動作は起点位置Ｋ通過時間帯を避けた領域で実施
される。

【００３６】上記第１の実施の形態では、ＧＰＳ受信機
３での演算のための出力遅れ時間を２秒であるとして説
明したが、この出力遅れ時間には単なる処理時間（既知
の一定時間と考えることができる）の他に、ＧＰＳ受信
機３の航法データ出力の周期が計算機１側の受信タイミ
ングが一致しないことによるその差分の遅れ時間が含ま
れる。

【００３７】このような出力遅れ時間は、図１に示すよ
うに、計算機１からＧＰＳ受信機３へ８秒周期の時刻信
号を供給することによって計測することができる。すな
わち、ＧＰＳ受信機３は、計算機１からの時刻信号か
ら、その現在時刻を演算により求めて直ちに計算機１に
出力する。この時刻には単なる処理時間による遅れのみ
であり、上述のような航法データ出力周期とのタイミン
グの不一致による遅れ時間は含まれてはいない。

【００３８】計算機１は航法データ出力周期に同期して
出力された時刻と、ＧＰＳ受信機３からの演算出力され
た時刻情報との時間差を航法データ出力周期とのタイミ
ング不一致による出力遅れ時間とするものである。

【００３９】以上のように、第１の実施の形態ではＧＰ
Ｓ衛星による航法データから得られる位置データを用い
てタイマ補正することを説明したが、航法データから得
られる時刻データを用いてタイマ補正することもでき
る。

【００４０】図６は、本発明による人工衛星搭載タイマ
の補正装置の第２の実施の形態を説明したもので、ＧＰ
Ｓ受信機３からの時刻データに基づくタイマ補正手順を
示したフローチャートである。また、図６は、タイマが
天体の位置計算等の時刻信号を供給し、秒単位で日付管
理を行っているものとして説明する。

【００４１】その動作原理は、ＧＰＳ受信機３からの時
刻データが、午前零時を通過した初回の時刻データを検
出し、その時刻データが午前零時から経過した時間（す
なわち、午前零時を通過した初回の時刻データの時刻
と、ＧＰＳ受信機３の出力遅れ時間（２秒）との和）を
秒タイマに設定する。また、秒タイマが２４時間を計数
したときに１日を加算するよう日タイマが設定される。

【００４２】すなわち、図１に示した計算機１は、ＧＰ
Ｓ受信機３から導出される時刻データから、軌道上での
起点位置Ｋにおける衛星通過時刻を求め、図５のステッ
プ５１に示すように、秒タイマはその衛星通過時刻から
周期Δｔのクロック信号Ｃを基に秒単位の積算計数を行
なう。

【００４３】次ぎに、ステップ５２において、計算機１
は秒タイマが人工衛星の１日に相当する秒数（８６４０
０秒）を計数したか否かを判定し、１日に相当する秒数
を越えたとき（ＹＥＳ）には、次のステップ５３におい
て、秒タイマは計数値から１日に相当する時間を引算し
た、また日タイマは１（日）を追加する。

【００４４】次に、第１の実施の形態で説明したのと同
様に、ステップ５４において、ＧＰＳ受信機３による時
刻データ（ＧＰＳ時刻）が、午前零（０）時を通過した
か否かを判定する。

【００４５】ステップ５４において、ＧＰＳ受信機３に
よる時刻データが、午前零時を通過したとき（ＹＥ
Ｓ）、秒タイマは、ステップ５５において、午前零時を
通過してから１２時間経過したか否かを判断する。ステ
ップ５５において、秒タイマが１２時間を越えて、午前
零時を通過した（ＹＥＳ）と判断されたときは、日タイ
マはステップ５６において１（日）を加算し、次ぎに、
ステップ５５で午前零時を通過してから１２時間経過し
ない（ＮＯ）と判断された場合とともに、ステップ５７
において、秒タイマはＧＰＳ受信機３による時刻データ
によりゼロに補正され、人工衛星搭載タイマの補正が終
了する。

【００４６】なお、この実施の形態において、ステップ
５５で１２時間を越えたか否かを判定するのは、次のス
テップ５６において、日付の加算を２重に行わないため
に安全度を考慮して行うものである。すなわち、例え
ば、ＧＰＳ受信機３が一時的に動作を停止している場合
も考えられる。そこで、ＧＰＳ受信機３による日タイマ
誤差補正の際は、秒数の値が、例えば一日の半分の１２
時間（４３２００秒）の計数を境界として、既に１２時
間を越えているときには、日付の更新を実行することと
した。 このように、第２の実施の形態では、人工衛星
搭載のタイマはＧＰＳ衛星からの航法データに含む時刻
データをもとに、秒及び日付の補正を行うもので、午前
零時のＧＰＳ時刻を基準に、秒タイマが１日の秒数（８
６４００秒）を計数して、ゼロへの補正と日付の１日加
算が正確に実行される。

【００４７】以上のように、この発明によれば、ＧＰＳ
受信機を搭載し、ＧＰＳ衛星からの航法データを利用し
て、搭載したタイマの時刻補正を行うので、従来のよう
に地上局側との間で時刻信号や補正コマンドの送受信を
交わす必要がなくなり、簡単な構成で高精度の補正がで
きるものである。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたように本発明による人工衛星
搭載タイマの補正装置によれば、タイマ補正に、地上局
からの制御を必要とせず、しかも人工衛星のタイマを高
精度に維持できるものであり、実用に際し得られる効果
大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による人工衛星搭載タイマの補正装置に
係る第１の実施の形態を示す構成図である。

【図２】図１に示す装置のタイマ動作を説明するフロー
チャートである。

【図３】図１に示す装置のタイマ補正手順を示すフロー
チャートである。

【図４】図４（ａ）（ｂ）は図１に示す装置の動作説明
図である。

【図５】本発明による人工衛星搭載タイマの補正装置に
係る第２の実施の形態において、そのタイマ補正手順を
示すフローチャートである。

【図６】従来の人工衛星搭載タイマの補正装置の構成図
である。

【図７】図６に示す装置の動作説明図である。

【符号の説明】

１ 計算機 １１ クロック信号発生回路 １２ ＣＰＵ ２ 地上局 ２１ 計算機 ３ ＧＰＳ受信機 ３１ ＣＰＵ ４ アンテナ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人工衛星に搭載され、ＧＰＳ衛星からの
   電波を受信して人工衛星の軌道位置情報及びこれに同期
   したパルス時刻情報を出力するＧＰＳ受信機と、 前記人工衛星に搭載され現在時刻信号を生成するタイマ
   と、 このタイマの現在時刻信号を前記ＧＰＳ受信機から出力
   された軌道位置情報及びパルス時刻情報を基に補正する
   補正手段とを具備することを特徴とする人工衛星搭載タ
   イマの補正装置。
2. 【請求項２】 前記タイマは、地球の回りを周回する人
   工衛星の軌道面に設定した起点位置通過時をゼロ時とし
   て周回毎に時刻を計数し、 前記補正手段は、前記ゼロ時を基準として現在時刻を補
   正することを特徴とする請求項１記載の人工衛星搭載タ
   イマの補正装置。
3. 【請求項３】 人工衛星に搭載され、ＧＰＳ衛星からの
   電波を受信して時刻データを出力するＧＰＳ受信機と、 前記人工衛星に搭載され現在時刻信号を生成するタイマ
   と、 このタイマの現在時刻信号を前記ＧＰＳ受信機から出力
   された時刻データを基に補正する補正手段とを具備する
   ことを特徴とする人工衛星搭載タイマの補正装置。
4. 【請求項４】 前記補正手段は、前記タイマの時刻信号
   により設定される日付と秒とを、ＧＰＳ受信機からの時
   刻データを基に補正する請求項３記載の人工衛星搭載タ
   イマの補正装置。
5. 【請求項５】 前記補正手段は、午前零時を基準に現在
   時刻を補正することを特徴とする請求項３または請求項
   ４に記載の人工衛星搭載タイマの補正装置。