JPH11291997A - 恒星検知に基づく衛星搭載姿勢制御装置 - Google Patents
恒星検知に基づく衛星搭載姿勢制御装置Info
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- JPH11291997A JPH11291997A JP11007689A JP768999A JPH11291997A JP H11291997 A JPH11291997 A JP H11291997A JP 11007689 A JP11007689 A JP 11007689A JP 768999 A JP768999 A JP 768999A JP H11291997 A JPH11291997 A JP H11291997A
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- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
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- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】姿勢制御を単純化して、地球検知及び慣性検知
を不要とする衛星制御装置を提供する。 【解決手段】確定された恒星一覧表に基づいて連続的に
姿勢データを供給するために衛星搭載の恒星追跡システ
ムが用いられる。検知された恒星の位置基準は、アップ
ロードされたデータから推定される。姿勢は、単に推定
軌道位置を参照し、恒星センサ・データをミッション姿
勢と比較することによって計算され、姿勢調整が生成さ
れる。
を不要とする衛星制御装置を提供する。 【解決手段】確定された恒星一覧表に基づいて連続的に
姿勢データを供給するために衛星搭載の恒星追跡システ
ムが用いられる。検知された恒星の位置基準は、アップ
ロードされたデータから推定される。姿勢は、単に推定
軌道位置を参照し、恒星センサ・データをミッション姿
勢と比較することによって計算され、姿勢調整が生成さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、衛星の姿勢制御に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】衛星は、監視、写真撮影、探知及び他の
多くのミッションを遂行するために所定の軌道及び姿勢
に維持されなければならない。また、衛星の軌道及び姿
勢は、宇宙空間において生じる外乱を補償するため、又
はミッションの変更のために定期的に調整されなければ
ならない。
多くのミッションを遂行するために所定の軌道及び姿勢
に維持されなければならない。また、衛星の軌道及び姿
勢は、宇宙空間において生じる外乱を補償するため、又
はミッションの変更のために定期的に調整されなければ
ならない。
【０００３】通常、宇宙船の姿勢は、例えば、モーメン
タムホイール、磁気トルカ又はスラスタ等のアクチュエ
ータを姿勢修正信号に応じて作動させることによって調
整される。姿勢誤差は、衛星に対する太陽、星及び地球
の位置をモニタするセンサにより、又はジャイロスコー
プ等の衛星搭載の慣性センサによって検知される。姿勢
は、画像処理システムが所定の目標に向けられるミッシ
ョンの方向に合わせられ、軌道を飛行する間この方向に
維持される。飛行の間、衛星は外部の力、搭載装置、又
は他の原因により誘発される動きを受け、姿勢制御系は
連続的に姿勢をモニターし調整しなければならない。従
って、姿勢制御は、ミッションを遂行するために衛星の
向きを定め、要求される精度でその位置を維持すること
が第一に重要である。
タムホイール、磁気トルカ又はスラスタ等のアクチュエ
ータを姿勢修正信号に応じて作動させることによって調
整される。姿勢誤差は、衛星に対する太陽、星及び地球
の位置をモニタするセンサにより、又はジャイロスコー
プ等の衛星搭載の慣性センサによって検知される。姿勢
は、画像処理システムが所定の目標に向けられるミッシ
ョンの方向に合わせられ、軌道を飛行する間この方向に
維持される。飛行の間、衛星は外部の力、搭載装置、又
は他の原因により誘発される動きを受け、姿勢制御系は
連続的に姿勢をモニターし調整しなければならない。従
って、姿勢制御は、ミッションを遂行するために衛星の
向きを定め、要求される精度でその位置を維持すること
が第一に重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、姿勢
制御を単純化して、高価なプロセス及び装置を除去する
ことによってより安価なシステムを構成することであ
る。本発明のシステムは、地球検知及び慣性検知を不要
にすることによって、地球検知システム及びジャイロス
コープに基づいた慣性検知システムを除去することがで
きる。
制御を単純化して、高価なプロセス及び装置を除去する
ことによってより安価なシステムを構成することであ
る。本発明のシステムは、地球検知及び慣性検知を不要
にすることによって、地球検知システム及びジャイロス
コープに基づいた慣性検知システムを除去することがで
きる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】衛星に搭載の恒星追跡(s
tar tracking)システムが、姿勢制御系に連続的な姿勢
データを供給するために用いられる。搭載アレイによっ
て検知される恒星データとの比較のために、搭載システ
ム内のメモリに恒星カタログが蓄積される。このデータ
に基づいて、既知の基準フレームに対する姿勢が計算さ
れる。軌道の位置データは、地上制御及びモデリング・
アルゴリズムからの初期の軌道位置データに基づいて推
定される。推定された軌道データは、検知姿勢データを
ミッション姿勢データと同等のデータに変換するための
基準として用いられる。変換された検知姿勢は、所定の
ミッション姿勢と比較され、姿勢調整装置を作動させる
ための姿勢調整信号が生成される。
tar tracking)システムが、姿勢制御系に連続的な姿勢
データを供給するために用いられる。搭載アレイによっ
て検知される恒星データとの比較のために、搭載システ
ム内のメモリに恒星カタログが蓄積される。このデータ
に基づいて、既知の基準フレームに対する姿勢が計算さ
れる。軌道の位置データは、地上制御及びモデリング・
アルゴリズムからの初期の軌道位置データに基づいて推
定される。推定された軌道データは、検知姿勢データを
ミッション姿勢データと同等のデータに変換するための
基準として用いられる。変換された検知姿勢は、所定の
ミッション姿勢と比較され、姿勢調整装置を作動させる
ための姿勢調整信号が生成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】本願の発明について、図面を参照
して詳細に説明する。周回衛星がより広く用いられるよ
うになり、より安価なシステムの必要性が生じている。
静止軌道監視等の応用において、目標範囲をカバーする
ために衛星アレイが打ち上げられている。このように衛
星の数が激増しているため、費用が重大な要因になって
いる。本発明のシステムは、主に低コストの衛星搭載の
姿勢制御システムを目指すものである。
して詳細に説明する。周回衛星がより広く用いられるよ
うになり、より安価なシステムの必要性が生じている。
静止軌道監視等の応用において、目標範囲をカバーする
ために衛星アレイが打ち上げられている。このように衛
星の数が激増しているため、費用が重大な要因になって
いる。本発明のシステムは、主に低コストの衛星搭載の
姿勢制御システムを目指すものである。
【０００７】本発明によるシステムのブロック図を図１
に示す。姿勢制御システムの基本的な装置は、地上制御
コンピュータ１、搭載制御コンピュータ２、スターセン
サ・アレイ３及び姿勢調整アクチュエータ４を含む。地
上制御コンピュータ１は、衛星コンピュータ２とのマイ
クロ波通信によって、ミッションを成し遂げるために必
要な姿勢データを送信し、コンピュータ２に記憶され
る。姿勢データは、ミッションに依存する特定の位置基
準に関する。多くの応用において、衛星は地球に向けら
れることが必要であり、姿勢データは必然的に軌道位置
に関係する。説明を簡単にするため、以下においては、
軌道位置データが基準位置として用いられるとして説明
する。従って、地上制御コンピュータは、搭載コンピュ
ータ２に軌道位置データを送信しなければならない。宇
宙空間において衛星に作用する力の効果のため、軌道位
置基準は経時的に変化する。軌道位置データは周期的に
更新されるにもかかわらず、その精度は急速に悪くな
る。
に示す。姿勢制御システムの基本的な装置は、地上制御
コンピュータ１、搭載制御コンピュータ２、スターセン
サ・アレイ３及び姿勢調整アクチュエータ４を含む。地
上制御コンピュータ１は、衛星コンピュータ２とのマイ
クロ波通信によって、ミッションを成し遂げるために必
要な姿勢データを送信し、コンピュータ２に記憶され
る。姿勢データは、ミッションに依存する特定の位置基
準に関する。多くの応用において、衛星は地球に向けら
れることが必要であり、姿勢データは必然的に軌道位置
に関係する。説明を簡単にするため、以下においては、
軌道位置データが基準位置として用いられるとして説明
する。従って、地上制御コンピュータは、搭載コンピュ
ータ２に軌道位置データを送信しなければならない。宇
宙空間において衛星に作用する力の効果のため、軌道位
置基準は経時的に変化する。軌道位置データは周期的に
更新されるにもかかわらず、その精度は急速に悪くな
る。
【０００８】搭載されたスターセンサ・アレイ４は、連
続的に様々な星の位置を追跡して、それらに関連する信
号を生成する一連のＣＣＤ（電荷結合デバイス）センサ
を有する。制御コンピュータ２は、星識別及び位置デー
タの確定した一覧表をそのデータベースに蓄積してい
る。恒星の一覧表データは、恒星の一覧表の頻繁で時間
がかかり高価な更新を避けるために所定の位置標準とし
て参照される。アレイ４からの検知データは、検知デー
タを恒星の一覧表データと比較し衛星の姿勢を算出する
コンピュータ２の恒星データ処理モジュール５において
処理される。検知された恒星データから計算された姿勢
は、所定の位置基準に関するものなので、更に搭載コン
ピュータ２の姿勢プロセッサ・モジュール６によって処
理され、ミッション・データと同等のものにされなけれ
ばならない。
続的に様々な星の位置を追跡して、それらに関連する信
号を生成する一連のＣＣＤ（電荷結合デバイス）センサ
を有する。制御コンピュータ２は、星識別及び位置デー
タの確定した一覧表をそのデータベースに蓄積してい
る。恒星の一覧表データは、恒星の一覧表の頻繁で時間
がかかり高価な更新を避けるために所定の位置標準とし
て参照される。アレイ４からの検知データは、検知デー
タを恒星の一覧表データと比較し衛星の姿勢を算出する
コンピュータ２の恒星データ処理モジュール５において
処理される。検知された恒星データから計算された姿勢
は、所定の位置基準に関するものなので、更に搭載コン
ピュータ２の姿勢プロセッサ・モジュール６によって処
理され、ミッション・データと同等のものにされなけれ
ばならない。
【０００９】地上制御コンピュータ１からの現在の軌道
位置データがない場合に、検知姿勢をミッション基準に
変換するために、衛星の軌道位置を推定する必要があ
る。この目的のため、搭載制御コンピュータ２にはモデ
リング・アルゴリズムがプログラムされる。このアルゴ
リズムは、それぞれ特定の衛星及びミッションのために
米国特許第４，６８８，０９１号及び第４，６８８，０
９２号等に記載されている既知のモデリング技術を用い
て開発される。このモデリング・アルゴリズムにより、
搭載コンピュータ２の軌道位置推定モジュール７は、ア
ップロードした軌道位置データに基づいて衛星の軌道位
置の推定値を算出することができる。このようにして、
検知された恒星データから計算される姿勢に用いられる
合理的で正確な軌道の位置基準が生成される。搭載コン
ピュータ１の姿勢プロセッサ・モジュール６は、推定さ
れた軌道位置をスターセンサのデータと組み合わせ、ミ
ッション姿勢と比較することができる。モジュール６
は、変換された姿勢データをミッション・データと比較
して姿勢誤差信号を生成する。搭載コンピュータ２は、
姿勢アクチュエータ４を作動させる姿勢調整信号を計算
する。アクチュエータ４は、例えばスラスタ、モーメン
タムホイール又は磁気トルカ等、いかなる既知のシステ
ムであってもよい。
位置データがない場合に、検知姿勢をミッション基準に
変換するために、衛星の軌道位置を推定する必要があ
る。この目的のため、搭載制御コンピュータ２にはモデ
リング・アルゴリズムがプログラムされる。このアルゴ
リズムは、それぞれ特定の衛星及びミッションのために
米国特許第４，６８８，０９１号及び第４，６８８，０
９２号等に記載されている既知のモデリング技術を用い
て開発される。このモデリング・アルゴリズムにより、
搭載コンピュータ２の軌道位置推定モジュール７は、ア
ップロードした軌道位置データに基づいて衛星の軌道位
置の推定値を算出することができる。このようにして、
検知された恒星データから計算される姿勢に用いられる
合理的で正確な軌道の位置基準が生成される。搭載コン
ピュータ１の姿勢プロセッサ・モジュール６は、推定さ
れた軌道位置をスターセンサのデータと組み合わせ、ミ
ッション姿勢と比較することができる。モジュール６
は、変換された姿勢データをミッション・データと比較
して姿勢誤差信号を生成する。搭載コンピュータ２は、
姿勢アクチュエータ４を作動させる姿勢調整信号を計算
する。アクチュエータ４は、例えばスラスタ、モーメン
タムホイール又は磁気トルカ等、いかなる既知のシステ
ムであってもよい。
【００１０】このシステムは、地上局又は複雑な地球セ
ンサやジャイロスコープからの頻繁なデータのアップロ
ードに依存せずに、スター・センサの姿勢データについ
ての信頼できる基準を推定する能力にその特徴がある。
この特徴は、姿勢制御システムを大いに単純化し、衛星
を実質的に自己依存的にさせる。恒星一覧表の使用も、
恒星の識別及び位置データの保守を単純化する。検知さ
れた恒星の位置データに基づいて、姿勢及び推定された
位置基準データを組み合わせることによって、ミッショ
ン・データと比較される現在の姿勢が計算され、要求さ
れる姿勢調整を導出するための誤差信号が生成される。
ンサやジャイロスコープからの頻繁なデータのアップロ
ードに依存せずに、スター・センサの姿勢データについ
ての信頼できる基準を推定する能力にその特徴がある。
この特徴は、姿勢制御システムを大いに単純化し、衛星
を実質的に自己依存的にさせる。恒星一覧表の使用も、
恒星の識別及び位置データの保守を単純化する。検知さ
れた恒星の位置データに基づいて、姿勢及び推定された
位置基準データを組み合わせることによって、ミッショ
ン・データと比較される現在の姿勢が計算され、要求さ
れる姿勢調整を導出するための誤差信号が生成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシステムのブロック図である。
【図２】本発明のシステムにおける情報の処理のフロー
チャートである。
チャートである。
１ 地上制御コンピュータ ２ 衛星搭載制御コンピュータ ３ スターセンサ・アレイ ４ 姿勢調整アクチュエータ ５ 恒星データ処理モジュール ６ 姿勢プロセッサ・モジュール ７ 軌道位置推定モジュール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サン フュル−ディアズ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95054 サンタクララ ＃29 ラファイエ ットストリート 4551 (72)発明者 ドナルド ギャンブル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94025 メンロパーク セントラルアベニ ュー 523 (72)発明者 ジョン ヒグハム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94040 マウンテンビュ− ロイドウェイ 1565
Claims (6)
- 【請求項１】 ミッション姿勢の向きに調整された衛星
の姿勢を維持する制御システムであって、 衛星基準位置及びミッション姿勢データを衛星搭載のコ
ンピュータにアップロードする手段を含む地上局制御コ
ンピュータと、 前記衛星の位置に対する一定の恒星の位置データを瞬時
に検知するスターセンサ・アレイと、 前記地上局制御コンピュータから前記衛星基準位置及び
ミッション姿勢データを受信して蓄積する手段を含む衛
星搭載制御コンピュータと、を有し、 前記衛星搭載制御コンピュータは、基準位置モデリング
・アルゴリズムを蓄積する手段と、前記スターセンサ・
アレイからの検知された恒星位置データを処理し所定の
基準に基づいて前記衛星の姿勢を計算する手段と、アッ
プロードされた前記基準位置データ及び前記基準位置モ
デリング・アルゴリズムに基づいて現在の衛星基準位置
を推定する手段と、該検知された衛星姿勢を前記現在の
衛星基準位置に変換する手段と、該変換された姿勢を前
記ミッション姿勢と比較してこれに対する姿勢調整信号
を生成する手段と、前記姿勢調整信号に応答して前記衛
星の姿勢を調整するアクチュエータ手段と、を有するこ
とを特徴とする制御システム。 - 【請求項２】 請求項１に記載の制御システムであっ
て、 前記スターセンサ・アレイからの検知された恒星位置デ
ータを処理し、所定の基準に基づいて前記衛星の姿勢を
計算する手段は、恒星の識別及び位置データの確定され
た一覧表を蓄積する手段と、前記検知された恒星位置を
前記一覧表のデータと比較する手段と、これにより衛星
の姿勢を計算する手段と、を更に有することを特徴とす
る制御システム。 - 【請求項３】 請求項１に記載のミッション姿勢の向き
に調整された衛星の姿勢を維持する制御システムであっ
て、 前記衛星位置の基準は、軌道の位置を含むことを特徴と
する制御システム。 - 【請求項４】 地上局コンピュータ及び衛星搭載コンピ
ュータを含む制御システムを有し、衛星の姿勢を修正す
る方法であって、 前記地上局コンピュータから基準位置及びミッションの
データをアップロードして、前記データを前記衛星搭載
コンピュータに蓄積するステップと、 基準位置モデリング・アルゴリズムを前記衛星搭載コン
ピュータに蓄積するステップと、 前記衛星搭載コンピュータにおいて、該アップロードさ
れた基準位置データ及び前記基準位置モデリング・アル
ゴリズムに基づいて、次の期間の衛星の基準位置を推定
するステップと、 前記衛星上で恒星位置を検知して、前記恒星位置データ
を前記衛星搭載コンピュータに供給するステップと、 該検知データに基づいて衛星の姿勢を計算するステップ
と、 該推定基準位置との参照のため該計算された姿勢を変換
するステップと、 前記変換された姿勢をミッション姿勢のデータと比較す
るステップと、 前記変換された姿勢と前記ミッション姿勢との比較に基
づいて姿勢修正信号を生成するステップと、 前記衛星の姿勢を調整するステップと、を有することを
特徴とする方法。 - 【請求項５】 地上局コンピュータ及び衛星搭載コンピ
ュータを含む制御システムを有し、衛星の姿勢を修正す
る請求項４に記載の方法であって、 前記検知データに基づいて前記衛星の姿勢を計算するス
テップは、恒星の位置データの確定された一覧表を蓄積
するステップと、前記検知データを前記一覧表のデータ
と比較するステップと、所定の基準に基づいて前記衛星
の姿勢を計算するステップと、を有することを特徴とす
る方法。 - 【請求項６】 地上局コンピュータ及び衛星搭載コンピ
ュータを含む制御システムを有し、衛星の姿勢を修正す
る請求項４に記載の方法であって、 前記衛星搭載コンピュータに蓄積された前記基準位置デ
ータは、衛星の軌道位置データを含むことを特徴とする
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/006740 | 1998-01-14 | ||
| US09/006,740 US6012000A (en) | 1998-01-14 | 1998-01-14 | Simplified onboard attitude control based on star sensing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11291997A true JPH11291997A (ja) | 1999-10-26 |
Family
ID=21722340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11007689A Pending JPH11291997A (ja) | 1998-01-14 | 1999-01-14 | 恒星検知に基づく衛星搭載姿勢制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6012000A (ja) |
| JP (1) | JPH11291997A (ja) |
| FR (1) | FR2773624B1 (ja) |
| IT (1) | IT1306889B1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009150870A (ja) * | 2007-10-19 | 2009-07-09 | Thales | 編隊飛行におけるスター・センサと光学式計測センサとの組合せにより改良された絶対ターゲット・システム |
| CN103955138A (zh) * | 2014-04-15 | 2014-07-30 | 北京控制工程研究所 | 一种基于增量式偏流角的动中成像卫星姿态控制方法 |
| CN103970032A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-06 | 中国人民解放军装备学院 | 卫星平台与机械臂协同仿真模拟器 |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19907235A1 (de) * | 1999-02-19 | 2000-09-14 | Daimler Chrysler Ag | GPS-Navigationssystem für Raumfahrtanwendungen |
| DE60032681T2 (de) * | 1999-08-13 | 2007-10-18 | Hughes Electronics Corp., El Segundo | Umlaufbahnsteuerung eines Raumfahrzeuges bei Rückmeldung der Lage der Umlaufbahn |
| US6285928B1 (en) * | 2000-01-06 | 2001-09-04 | Space Systems/Loral, Inc. | Onboard attitude control using reaction wheels |
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