JPS60135400A - 人工衛星の姿勢角計算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は９％に地球指向三軸姿勢制御衛星の姿勢角測
定装置に関する。

地球観測衛星や通信衛星では衛星に搭載したアンテナや
観測機器の所定の軸を地球方向へ向けるために、衛星の
所定の軸を常に地球中心方向へ指向させることが必要と
なる。

姿勢角計算装置は、地球中心方向及び軌道面垂直方向と
衛星機軸座標のなす角度関係を測定するものであり、こ
れを用いて、制御回路は例えばこの姿勢角が零となるよ
うに人工衛星の姿勢を制御することによって、衛星の機
軸方向を常に目標姿勢状態に保つことができる。

〔従来技術〕

まず、従来の姿勢角測定方法について簡単に説明する。

従来開発されているこの種の姿勢角測定方法は、第１図
に示すように地球センサを用いて。

軌道座標（Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏ）に対し、地球Ａの中心２
０方向と衛星機軸ＺＢ方向との相対的な偏差（φ、θ）
を検出していた。ζらに詳しくはＸＢ軸回９の回転角即
ちロール角φはセンサ視野Ｂ１゜Ｂ２による地球走査中
の差から、また’ＩＢ軸回りの回転角即ちピッチ角θは
基準パルス（基準パルス発生方向Ｃ）の走査パルス中心
からのズレから検出するものであった。しかしながら、
前記した従来の方法では衆知のよりに、ＺＢ軸回りの回
転による偏差即ちヨー角Ｖが測定できないという欠点が
あった・そこでその他の従来例では、この欠点を克服す
るために、ヨー角Ｖの測定に恒星センサを用いる方法が
提案されている。

即ち第２図に示すように、視野０）方向が常に北極方向
を向くような機軸←）ＹＢ方向に取付けた恒星センサに
よって北極星（２）全検出する。恒星センサ祝＊１ｕ内
の北極星（２）の座標を（ｚ、りとしたとき、いま、ロ
ール偏差φ及びピッチ偏差θが常に零で且つ、軌道傾斜
が零の静止軌道であれは。

ヨー角Ｖが。

ｖＩ＝　Ｘ　−（−−Ｅｐ　）　Ｓｉｎ　ｃｌ　（＋１
で与えられる０但し、Ｅｐは北極星（２）の赤緯、αは
人工佑星位置の赤経から北極星（２）の赤経を差引いて
与幻狛れる。しかし、実際の人工衛星ではφ。

θ及び軌道傾斜を同時に常に零とすることは困難である
ので、恒星測値（ｚ、Ｘ）にこれらのφ。

θ及び衛星の軌道条件が重畳して分離できない。

従って、ヨー角ダを精度よく測定することができないと
いう欠点があった。

〔発明の概要〕

この発明は、衛星の姿勢を精度良く制御するために必蚤
となる姿勢角の測定装置に関し、地上局コマンドに基づ
いて計算した軌道座標と地球センサデータを用いて、恒
星センサテークを処理し。

所望のヨー角を出力するように構成した姿勢角計算装置
全提供しようとするもので必る。

以下、この発明の一実施例を図面により詳述する。

〔発明の実施例〕

第３図はこの発明による姿勢角計算装置の構成概念？示
す図である。

図において、（３）は地球センサ、（４）は軌道座標計
算部、（５）は恒星センサ、（６）は恒星ベクトル計算
部。

（７）はヨー角計算部、　ｆ８）ｒｉ姿勢角計算装置、
Ｓはコマンド信号０Ｎ１０ＦＦスイツチである。

このような構成において、軌道座標計算部（４）は地上
局からのコマンド信号として伝送された軌道清報Ｄｆ用
いて、任意時刻での人工衛星の軌道座標を計算する。恒
星ベクトル計算部（６）は恒星センサ（５）テークを入
力として、衛星機軸座標に対する恒星方向の単位ベクト
ルを計算する。ヨー角計算部（７）は上記軌道座標計算
部（４）で考えられる軌道座標と、上記恒星ベクトル計
算部（６）で与えられる観測恒星の単位ベクトルと、地
球センサ（３）データとを入力として軌道座標に対する
衛星機軸座標のヨー角を計算し出力する。

以下、姿勢角計算装置（８）ｆ構成する各構成要素の詳
細について第４図を用いて説明する。

なお、以下の説ＢＪＪでは地球指向静止三軸衛星の姿勢
角測定全想定する。

まず、軌道座標計算部（４）について説明する０第４図
は、慣性空間座標（ＸＩ、ＹＩ、ＺＩ）Ｋ対する軌道座
標（ＸＯ，Ｙ［Ｉ、ｚｏ）の関係を与える数学モデルを
示す図である。地上コマンドによる軌道情報りとして２
時刻ｔ０での昇交点赤経Ω、軌道傾斜１１周期Ｊ及び昇
交点離角ｆ０？−想足する。

このとき軌道座標は仄式で与えられる。

つぎに、恒星ベクトル計算部（６）について説明する。

元軸Ｙｓが第２図に示すように−ＹＢ軸と一致するよう
に、恒星センサ（５）を人工衛星に搭載する。

恒星センサ（４）の恒星検出レベルｆ３等星程度より明
るい星に設定し、センサ視野角を４°×４°程度にすれ
ば、地球指向静止衛星の場合恒星センサ（４）は常に北
極星（２）だけを検出するようにすることができる。

恒星センサ（４）によって観測した恒星座標を（ｚ＋Ｘ
）とすると、衛星機軸座標（Ｘｓ、ＹＢ、ＺＢ）に対す
る恒星（この場合北極星（２））方向の単位ベクトル＄
（ｆ）は２次式で与えられる。

但し、（ＢＯ２）は恒星センサ座標系と衛星機軸座標の
関係を与える座標変換行列であり、予め既知とできる。

ヨー角計算部（７）は、上記式（２）にょる（ＯＯＩ）
と。

上記式（４）による恒星方向単位ベクトルと、地球セン
サ（３）によって観測した（ロール角、ピッチ角）＝（
φ←）、θ←））とを入力として１次式により。

ヨー角Ｆを計算する。

５ｉｎＦ＝　（８２ｂｌ　−ａ３　ｂ　１−８５　ｂ２
−１−ａ２　ｂ３　）／（ａ＋ｂ１−ａ２ｂ２）　＋５
１ 但し 式（７）の（ＲＡＳ、Ｄ工Ｓ）は恒星センサ（４）によ
って観測している恒星（この例では北極星（２））の（
赤経、赤緯）であシ、既知とできる。

以上、のべたようにこの方法は軌道座標計算部（４）の
出力（ｏｃ　１　）を式（力に代入して＋　（Ｅ３？ｌ
　ｓ、。

Ｓ：）ｒ求め、これと、地球センサ（３）によって従来
と全く同じ方法で測定した（φ、θ）とを式（６）に代
入して、ａｉ、　ｂｉ　（１＝１．　２．　３　）を計
算し、このａｊ、、’ｂｉと、恒星ベクトル計算部（６
）で計算した単位ベクトルｌ　（ｆ）の成分（８２，Ｓ
３）とを式（５）に代入して、所望のヨー角！！／を計
算できる。

〔発明の効果〕

以上述べたことから明らかなように、この発明による姿
勢色計算装置（８）は（φ、θ）が零近傍であるか、ま
た、衛星の軌道傾斜１が零近傍であるかに関係５（、恒
星センサ（４）データを用いて十分精度良く人工衛星の
ヨー角を計算し、出力することができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、地球センサによるロール、ピッチ角測定の概
念を示す図、第２図は、恒星センサによるヨー角測定の
概念を示す図、第３図は、この発明の一実施例を示す姿
勢角計算装置の構成概念を示す図、第４図は、慣性空間
座標と軌道座標の関係を示す数学モデル図である。 図において（１１は恒星センサ視野、（２）は北極星。 （３）は地球センサ、（４）は軌道座標計算部、（５Ｊ
は恒星センサ、（６）は恒星ベクトル計算部、（７）は
ヨー角ｉｔ算部、（８）は安勢角計算装置である。 なお図中同一あるいは相当部分には同−符号全村して示
しである。 代理人大岩増雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地上局からのコマンド信号として送信された軌道情報を
   入力として、軌道座標を計算する軌道座標計算手段と１
   人工衛星に仮想的に設定した所定の機軸と地球中心方向
   との偏差を測定する地球センサと、視野内の恒星座標を
   測定する恒星センサと、上記恒星センサからの出力信号
   を入力して衛星機軸座標に対する恒星方向の単位ベクト
   ルを計算する恒星ベクトル計算手段と、上記地球センサ
   と軌道座標計算手段及び恒星ベクトル計算手段からの出
   力信号を入力して、軌道座標に対する衛星機軸座標のヨ
   ー姿勢角を計算するヨー角計算手段とを具備したことを
   特徴とする人工衛星の姿勢角針Ｘ、装置。