JPS6025900A - スタ−センサによる姿勢決定システム - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、人工衛星の姿勢決定のうち、スターセンサを
用いた姿勢決定システムに関するものである。

〔発明の背景〕

従来、人工衛星のスターセンサを用いた姿勢決定システ
ムでは、ジャイロ、地球センサ等の池の姿勢測定センサ
の情報を１吏い、荒い種度で姿勢を測定し、これらのセ
／すの荒い櫨度の姿勢角データを使って、スターセンサ
で観測した星と、全天のある領域の星を対象とした星の
同定を行なっている。これは、全天の星が６等星以上の
もので約６０００個もアシ、いちいち同定を行なってい
たのでは、非常に時間がかかるためと、記憶容量的にも
、搭載には適さないためである。このため、スターセン
サは、他のセンサと組み合わせて、姿勢が安定している
下で高精度の測定を行なうという限られた用途でしか用
いられなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、姿勢が安定していない場合にも、スタ
ーセンサによる姿勢決定を可能にする姿勢決定システム
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは、姿勢決定のモードを２つ
に分けて処理を行なう点にある。すなわち、現状の姿勢
データが利用でき、これを用いてスターサブカタログを
作成して姿勢を決定できる場合の姿勢の安定したモード
Ｉと、現状の姿勢データが利用できない場合に全スター
カタログから、該当のスターを探す場合の姿勢が不安定
なモードＨの２つに分ける。そして、モードＩでは、先
験的姿勢情報を利用して作成したサブカタログから姿勢
角を搭載用計算機を使用して推定し、モードＩでは地上
局とのやシ取シを行ないながら先験的姿勢情報を利用せ
ずに姿勢を決定する。こうすることによって、常にスタ
ーセ／すのデータが利用でき、精度の高い姿勢決定を行
ない得るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、図に従い、本発明の詳細な説明する。第１図は、
地球１を周回する人工衛星２が、スターセフｆ３を使用
している図である。本発明を実施する場合、人工衛星２
は、第２図に示すように常時、いずれかの地上局４との
交信が可能なものとする。これを実現するためには、デ
ータ中継衛星５を利用することも考えられる。

さて、第３図は、谷地上局システムの構成図であり、人
工衛星との送受信装置ｔ６、処理装＃７、および、スタ
ーカタログ８から成る。第４図は、これに対し、衛星搭
載用の姿勢決定システムの構成図である。これは、スタ
ーセンサ９、姿勢決定処理装置１０、スターサブカタロ
グ記憶装置１１、姿勢決定状況判定装置１２、送受信装
置１３から成る。１０．１２は１つの処理装備であって
もよい。

モードＩおよびモード■の処理内容を以下に説明する。

モードＩでは、現在、推定を行なっている姿勢角データ
θ（θ２．θ２．θ２）が使用できる。

そこで現在の衛星姿勢角推定データ（θ１．θ、。

θア）とモードＩである情報を地上局へ送信する。

地上局では、スターセンサ取り付は座標系のデータを使
用しスターセンサの視野方向ベクトルを基準座標系上で
計算する。すなわち、スターセンサ座標系での視野方向
Ｕは、センサ取シ付は系の座標変換行列ＴＡと姿勢角に
よる座標変換行列Ｔ二により で計算し、これから θ＝　ｔａ□−、ｙ ψ＝　ｔａｎ７　’６月７ として、スターの赤経、赤緯を計算する。このθ。

ψから該当する星をさがすわけである。しかり。

星の数は、非常に多いから、モード■の場合のスターサ
ブカタログ作成用のスターカタログを、第５図（４）に
示すような形で、カタログ中のスターデータを格納して
おく。第５図（４）は、赤経、赤緯ともに５°ずつに分
けられたブロックであシ、各ブロックには、その中に含
まれる星が赤経、赤緯、明るさの順で格納されている。

計算したθ、ψと、スターセンサの視野とを考え、 θ−Δθくθ〈θ十Δθ ψ−Δψくψくψ十Δψ の中にある星を抽出する。これによシ、該当するブロッ
クだけをさがせばよいことになる。このようにして抽出
した星群は、センサ面上でどの位置に写るかを計算し、
第６図に示すように、センナ面上のＸｖＹの値と星の明
るさｈをデープル化したスターサブカタログデータを；
衛星に送信する。

これを受け取った衛星では、スターセンサにより観測し
たデータ（第７図）から対応する星をみつける。このス
ター同定に関しては、既存技術を利用する。さて、この
ようにして対応づけられたスター観測データとスターカ
タログデータから以下のようＫして姿勢角を推定する真
の姿勢角と現在の姿勢角との間の誤差がΔθ（Δθ２．
Δθ２．Δθア）であシ、姿勢角からセンサ面とへの１
番目のスターの写像をｆ’−、ｔＩｙで表わすことにす
る。すなわち、観測値（ｙ′、ｙ′）は Ｘ′＝ｆＩＫ（θ、＋Δθ１．θ汁Δθ１．θ２＋Δθ
ア）ｙ’＝ｆｔ’（θ２＋Δθ１．θ、十Δθ２．θア
＋Δθア）であシ、スターカタログのデータの予測値（
ｘ＋ｙ）は ｘ＝ｆＩ”（０１，θ１．θｙ） ｙ−ｆＩ’ｃ０２．θ２．θア） と表わすことにする。この時、各スターｉに対して Δｘｌ＝ｘ’−ｘ＝ｆ、”（θ２＋Δθ２．θ、＋Δθ
２．θア＋Δθ、）−ｆ、・（θ・・θ、・θｙ） Δｙｔ　＝ｙ’−ｙ＝ｆｔ’（θ１＋Δθ１．θ、十Δ
θ１．θア＋Δθア）−Ｊ”、Ｆ（θ２．θ２．θア） なる式が成立する。これから、非線型最小２乗法によシ
、姿勢誤差Δθ１．Δθ１．Δθアを計算し、姿勢角を
θ、；θ、＋Δθ１．θ、＝θ、＋Δθ９．θ、＝θ、
十Δθアと更新する。以上の処理において、地上局との
送受信を送受信装置１３で、姿勢決定処理を処理装置１
０で行なう。計算された姿勢角は伝送路を通じて制御装
置に送信される。以上の処理は一定時間間隔で周期的に
行なわれるものとする。

上記の処理は、モード■であり、従来のサブカタログを
使用した姿勢決定方式であシ従来方式の延長である。本
発明では、スターサブカタログを使えない場合に対して
も対応ができるようにしたことを特徴とする。以下にこ
のだめの処理を示す。

姿勢決定状況判定装置１２では、 （１）　スターセンサによシ観測した星位置とスターサ
ブカタログとの星の同定に何回か連続して失敗する。

（２）地上からのコマンドによシ衛星の姿勢角を大幅に
変更する。

のいずれかの条件が成立った時、モードＨに切シかえる
。

モード■では、衛星の姿勢決定に関する状況がモード■
であることを表わす情報と、スタ一部側データが時々刻
々、地上局へ転送される。地上局へ転送されるデータは
、第７図のような形で、系列化される。このデータ群か
らスターセンサが基準座標系でどちらの方向を向いてい
るかを計算し、決定した姿勢データ（θ１．θ１．θｙ
）を衛星に送信する。衛星の搭載システムでは、地上か
ら送られてくる姿勢データを筺用するだけで、他の処理
は行なわない。衛星姿勢データ（θｒ＋（ＪＰ＋θア）
を決定するために地上の処理システムでは、姿勢推定の
処理を （１）　スター同定 （２ン　姿勢決定 ０２つの処理に分けて行なう。まず、スター同定処理に
ついて以下に述べる。スター同定のためには、星の配置
や明るさに関する特微量を選び、これが観測したスター
データとスターカタログ中のスターデータと一致するよ
うにする。一致判定のための特微量としては （１）２つの足間の角度差 Ｃ２）３つの足間の面積差 等が考えられる。スター同定の例としてここでは角度差
を特徴としたスター同定方式について述べる。処理手順
は以下の通シである。

５ｔｅｐｉ　観測した星を明るい順にならべる。

５ｔｅｐ２最も明るい星を基準としてこれを（ｘ＋″ｌ
。

ｙＩＺ　ｈＩ″′）とし、順次切るい順から（Ｘ−１ｙ
−２ｈ−）とし、これから ＸＩ　＝　（ｄ＋　＋　ｈＩ　） なるベクトルＸＩを逐次計算する。

５ｔ８ｐ３　５ｔｅｐ２に対応し、地上局システムでは
第８図のようにスターカタログのスターを事前に再配置
しておく、ｈＩ″が最も明るい星の視光度であるから、
再配置されたスターカタログを示す第８図のうち、ｈＩ
″の周辺の明るさの星をスター同定処理の対象とする。

すなわち り、＋−Δｈ＜ｈ＜Δｈ　＋ｈ　Ｉ　”の星を対象とす
る。

５ｔｅｐ４　ｍ副データから作っだＸＩをＸｌ　とし、
スターカタログから作ったＸＩをＸＩｃとする。

各Ｘ１について、ｉの小さいものの不一致１ｔのペナル
ティは高く、太きいものは低くする。すなわち、各Ｘ　
ＩニツイテＸＰ−（ｄ＋０．１ｉｔＯ）　、　Ｘｔｃ＝
（ｄｌｃ、　ｈＩｃ）カラｄ：＝　ｌ　ｄｌＤ−ｄ　１
０１　、　ｂ−＝　１１１１”　−ＪＩ　Ｉｏｌの２次
元のデータに対し、ペナルティを第９図のようにテーブ
ル化して与える。この図でＣ＋３”はＸ＋　に対するペ
ナルティを示す。

５ｔｅｐｓ　Ｘｔ　、ｒ　＝　１　、・・・・・・Ｎの
すべてについてのペナルティの和が許容値以下の時、す
なわちΣＣ１ｌ”＜ε −１ が成立する時、 同一スターと判定する。もし、このようなものが複数存
在すれば、ペナルティのもつとも小さいものを選択する
。また、 ΣＣＩｊｘ〉６１ＭくＮ −１ となった時点で、その星は、対象とする星ではないとす
る。

５ｔｅｐ６該当の星が同定できるとその赤経θ、。

赤緯ψ１が、与えられている。これを使用して、姿勢角
決定を行なう。

以上が、スター同定手順である。このようにしてまった
（θ１．ψ、）から となるような姿勢角行列ｎ　をめ、これから、姿勢角θ
（θ１．θ２．θア）を計算する。ここで、Ｕ′はセン
サ取シ付は前でのその星の方向ベクトルである。

以上の処理を処理装Ｒ７で計算し、姿勢角データを衛星
に送信するのが、モードＨにおける地上局の処理でちる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば現在、衛星でもっている姿勢角データが
、利用できない場合についても、スターセンサのデータ
を利用した姿勢決定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スターセンサ搭載衛星が地球を回る状態を示
す説明図、第２図は、衛星と地上局が交信する状態を示
す説明図、第３図は、地上局のシステム構成図、第４図
は、衛星搭載用姿勢決定システム構成図、第５図囚は、
モード■におけるスターカタログ配置図、第５図（６）
は、基準座標系での赤経・赤緯を説明するだめの図、第
６図は、スターサブカタログを示す図、第７図は、観測
したスター位置、明るさデータを示す図、第８図は、モ
ードＨにおけるスターカタログ配置図、第９図は、各Ｘ
Ｉのペナルティテーブルを示す図である。 １・・・地球、２・・・人工衛星、３・・・スターセン
サ、４・・・地上局、５・・・データ中継衛星、６・・
・送受信機、７・・・処理装置、８・・・スターカタロ
グ、９・・・スターセンサ、１０・・・姿勢決定処理装
置、１１・・・スターサブカタログ記憶装置、１２・・
・姿勢決定状況判定第１頁の続き ０発　明　者　宮本捷二 川崎市麻生区王禅寺１０９９番地株 式会社日立製作所システム開発 研究所内 ０発　明　者　中島俊 横浜市戸塚区戸塚町２１６番地株 式会社日立製作所戸塚工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 人工衛星の姿勢をスターセンサを用いて決定するシステ
   ムにおいて、姿勢変動が安定してイル場合には、地上か
   ら長時間の周期間隔で送信されてくるスターサブカタロ
   グを使用して、星の同定を行なって姿勢決定を行ない姿
   勢変動が大きい場合には、地上局との交信により、先験
   的な姿勢角情報を使うことなく、スターセンサで観測し
   た星の同定を行なうことによって、常にスターセンサに
   よる姿勢の決定をできるようにしたことを特徴とするス
   ターセンサによる姿勢決定システム。