JPS61155099A - 地球上に向けられる衛星のための変位信号及び又は現在信号の調製のための装置 - Google Patents

地球上に向けられる衛星のための変位信号及び又は現在信号の調製のための装置

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JPS61155099A
JPS61155099A JP60285867A JP28586785A JPS61155099A JP S61155099 A JPS61155099 A JP S61155099A JP 60285867 A JP60285867 A JP 60285867A JP 28586785 A JP28586785 A JP 28586785A JP S61155099 A JPS61155099 A JP S61155099A
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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】 本発明は地球上に向けられる衛星のための変位信号及び
又は現在信号の調製のための装置に関する。
本発明は光学的地平線センサによって地球上に向けられ
る衛星のための変位信号及び又は現在信号の調製のため
の装置にして、地平線センサは地球を、その像平面に、
即ち周期的に往復運動し、地球像に相応した直径を有す
るチョッパデスク上に結像する入力光学装置、チョッパ
デスクを通過する光線を記録する検出器並びに振巾及び
振動数に従ってチョッパ円板の振動運動を表わす周期的
チョッパ信号を供給する振動収容装置を有する前記装置
に関する。
地球のまわりを旋回する地球衛星、特忙静止軌道上の地
球(人工)衛星では、大抵地球上への正確な指向の必要
性が生ずる。そのように静止情報衛星のアンテナがだん
だん狭くなる整向特性ではそれだけ正確に地表上の各目
標領域に向けられた状態に保たれ永ければならず、その
際必要精度は2,800分の1ラジアンのオーダである
。このために、光学センサ、特に赤外線センサが使用さ
れ、とのセンサは入力光学系を備えておシ、その光軸は
可能な限り正確に地球中心点に向けるべきである。地球
中心点からの偏差を確定するために、地球は入力光学系
によって像平面における地球の像の直径を有する円形の
チョッパデスクに結像される。チョッパデスクはその固
有の振動数及び安定化された振巾で振動保持され、その
結果センサの正確な整向の場合、地球像の振動方向に向
い合っている縁は周期的に解放され及びカバされる。地
球従って地球周囲から発する赤外線は周期的に振動する
チョッパデスクの上部及び下部縁を通過する。
これらの光線部分は大抵二次光学系の使用の下に検出器
に転向され、検出器は正確な整向の場合にチョッパ振動
の基本波を含まない周期的信号を発する。チョッパ振動
は大抵誘導的に作用する振動収容器によって記録され、
振動収容器は周期的チョッパ信号を発する。変位(姿勢
変位)即ち衛星と地球中心点との連結線からの入力光学
系の光軸の偏位の存在の際にチョッパ振動の基本波をも
含む、センサ信号並びにチョッパ信号から続いて変位信
号並びに現在信号が導入される。現在信号は地球大抵地
球水平線センサの入力光学系の視野にあるか否かを知ら
せる。
変位信号の計算は実質上矩形電圧に変形されたチョッパ
信号によるセンサ信号の重ね合せによって行われ、現在
信号のチョッパ信号は変位信号の同時の考慮の下にセン
サ信号とチョッパ信号の2倍の周波数の矩形波を重ね合
せることによシ行われる。
従来普通のアナログ信号処理は要求される高い整向精度
に相応して使用される電子構成要素の安定性に高い要請
がなされた。これらの構成要素は注意深く選択され、測
定されかつ校正されなければならない。このことは全て
著しくコストを高める装置出費を示す。
本発明は冒頭に述べた型式の装置をできる限り技術的に
簡単な方法で並びに高い長時間安定度を有するできる限
シコストの安い電子構成要素の使用の下に、高い精度を
もって所望の変位信号及び又は現在信号が調製可能なよ
うにすることを課題の基礎とする。
この課題は本発明によれば特許請求の範囲第1項の特徴
部に記載された特徴によって解決される。
本発明によればアナログ信号評価の代シにデジタル技術
に移行される。その際デジタル技術の公知の利点が、実
際上無限の分解能、高い長時間安定性並びに加工上の再
現性を作用する。
特別の利点として、チョッパ周波数の必ずしも回避され
ないドリフトが実際上白らから補償されかつセンサ信号
とチョッパ信号との間の位相差に関するコストのかかる
校正は不必要であるということにある。
本発明の有利な構成は実施態様環に示される。
次に本発明の実施例を図面に基いて説明する。
第1図には円形のチョッパデスク3上に結像される入力
光学系2を示す。地球中心及び静止チョッパデスク2上
への入力光学系2の光軸の正確な整向の際、地球の像は
チョッパデスクによって正確にキャッチされその結果チ
ョッパデスク3の周縁を通過しうる光線はない。チせツ
バデスク3がこのために設けられたチョッパ駆動装置2
0によって入力光学系2の像平面における周期的振動に
かえられると、デスクの上縁及び下縁にチョッパデスク
3を通過することができる光線強度が周期的に解放され
る。これらの光線部分好ましくは赤外範囲の光線部分は
二次光学系4によって検出器5上に向けられる。
その出力に場合によっては増巾器21の通過の後にチョ
ッパデスクTcによって周期的なアナログ信号Usが取
出されることができる。このアナログ信号は理想的には
常に等しい近似した一連の正弦半波から成る。変位(傾
き)がある場合半波は交互に低い振及び高い振巾を生ず
る。チョッパデスク3はチョッパ駆動装置20によって
周期的振動にかえられ、その時間的経過は好ましくは誘
導的に作動する振動収容器6によって記録される。その
周期的アナログ出力信号は増巾器22の通過後チョッパ
振動の周波数fcを有するできる限り正確な矩形波電圧
(第2a図参照)に変形され、この電圧は周期的なアナ
ログチョッパ信号を示す。その後、信号導線21、24
を経てそこに尚アナログ周期的センサ信号又はアナログ
周期的チョッパ信号が流れる。
フーリエ変換によって周期的セ/す信号中に含まれるス
ペクトル線の振巾が原理的に決定される。その際振巾は
個々のスペクトル線のフーリエ係数として得られる。本
願の場合、信号処理はデジタルに行われ、その際いわゆ
る高速フーリエ変換(FFT)が使用されることになる
(E、 O,Brigham氏rThe Fast F
ourier TransformJ1974年Pre
ntice −Hall  出版を参照)。どんな場合
でも変位信号の計算のための課題は基本波(1,調和)
の振巾であり、現在信号の計算のための課題は周期的セ
ンサ信号から第2調和の振巾をろ波することである。
導線23を介して導入される周期的センサ償わしく説明
する方法で発生する一連のスタートパルスを有し、その
際周期TB内にこの種のスタートパルスの大多数(第2
e図)が入る。この種のスタートパルスのそれぞれ短い
持続時間の間、アナログセンサ信号の丁度存在する振巾
がデジタル化される。相応してデジタル化された振巾値
はそれからデータ回線26を経てFFTプロセッサ13
供給される。
この間に信号導線24を経て周期的アナログチョッパ信
号がPLL (位相ロックループ)回路8の入力に達し
、この回路は位相検出器9、調整増巾器10並びに電圧
制御された発振器11から成る。PLL回路8又は位相
検出器9の他の入力には信号導線27を経て短い一連の
移送信号(第2b図)が達し、その周波数f6は周波数
正しくかつ位相固定にチョッパ周波数fcに調整される
PLL回路8の作用の説明のために次に第2a図〜第2
e図が参照される。第2a図は、ここでは周期的矩形電
圧の形の周期的チョッパ信号を示す。第2e図は信号導
線27を経て入って来る二つの移送パルスを示す。チョ
ッパ信号の各矩形の立上りが移送パルスの中央と時間的
に正確に合致することが望ましい。そうでなければ位相
検出器9の出力に第2c図の左方に時間る信号電圧の倍
数にされる。第2c図の右方に示す信号波形ば、相応す
る移送信号の中央がチョッパ信号の矩形電圧の立上りと
時間的に合致する所望の場合に関するものである。位相
検出器9に後続した調整増巾器10、PI調整器で入力
側にある電圧が積分される。その際第2d図に示す信号
波形が出力側に生ずる。
チョッパ信号の矩形電圧の立上シに関して非対称の左方
の移送パルスの場合、電圧増大が生じ、右側に示す対称
の移送パルスの場合、調整増巾器10の出力電圧は一定
である。その入力における電圧上昇によって続いて電圧
制御された発振器11がその出力に生ずるパルス列に相
応してパルス周波数を減少させようとする。このことは
更に以下に明らかにするように次の移送パルス(第2b
図右)が幾分増大され、かつ理想的には上記の所望の中
央位置を占めるとりう結果に−なる。
PLL回路8又は電圧制御された発振器11の出力に生
ずるパルス列は続いて信号導線28を経てカウンタ12
の入力に達し、カウンタは予め選択された閾値Mに達し
た時にいつでも信号導線27上に移送パルスを与え、そ
れからあらたに計数を始める。この閾値Mの付与によっ
て調整された状態での移送パルス列のパルス周波数fr
は周期的チョッパ信号の周波数fcと等しく、電圧制御
された発振器11によって与えられるパルス列のパルス
周波数は係数Mだけfcよりも高いことが達成される。
チョッパ信号の周期TC内にPLL回路8又は電圧制御
された発振器11の出力から出るパルス列のM個のパル
スがある。
このパルス列は既に先に述べたように信号導線25を経
てアナログデジタル変換器7の他の入力に達し、かつそ
こで信号導線23を経て他の入力に入るアナログ信号の
デジタル化のためのスタートパルスの機能を担う。カウ
ンタ12の閾値Mによって周期内にデジタル振中値を得
るだめのセンサ信号がいかに走査されるかが決定される
。Mのための値は2よシ大であるべきであシ、例えば8
と24の間にある。信号導線25を流れるスタートパル
ス列を第2e図に示す。
信号導線28を経てカウンタ12がスタートパルス列に
相応したパルス列を受信し、その際カウンタはパルス列
を閾値Mまで積算しかつゼロに戻す。静止状態において
このカウント時間はゼロからチョッパ信号の周期Tcの
丁度Mまでに相当する。そのよ、うな周期の間カウンタ
12は他の信号導線29を経てカウント過程と同期して
全部でM個のカウント値を出しカウントはその都度時間
間隔2πTc/Mをおいて行われる。
周期TcはM個の相次ぐ部分に分けられ、その際これら
の部分は連続してカウント値OからM −1までカウン
トされる。このカウント値は周期Tcの全長2πに関し
て各瞬間位相をチョッパ信号の2π/Mのインクリメン
トに再生する。FFTプロセッサ13の両人力30と3
1に周期内に相次ぐ値の対があシ、即ち入力30にはセ
ンサ信号のデジタル化された振巾がそして入力31には
チョッパ信号の瞬間位相がある。この対の値に基いてF
FTプロセッサ13に高速フーリエ変換が実施されるこ
とができる。使用される計算振巾Asの振動が含まれる
AJ 5in(Ωを十φ)。
この信号部分が一方では第一参照信号sinΩtと、他
方では第2参照信号cosΩtと合成され、即ち数学的
意味で重ねられ、その際位相差φが考慮されると、次の
合成結果を得る。
I=Assin(Ωを十φ)sinΩt =2 L″c
osφ−cos (2ΩL+φ)〕I=Assin(Ω
t+φ) cosΩt = AJ−(: s inφ−
Bin(2Ωt+φ)〕周期に亘る平均又は積分の後呂
唾刊1Hヒ2Ωの項を省略すると、 As=2V’π=口i’   (I)  が得られるこ
の合成及びフィルタプロセスの結果は位相差φに無関係
であシ従ってsin信号ともcos信号とも重ねられる
ことが注目される。合成前の位相校正は不必要である。
アナログの場合例えば基本波の振巾A (mlの決定の
ための多数の周波数を含む周期的センサ信号が後で相応
した周波数饗のsin参照信号及びcos参照信号が重
ねられ、その後裔合成値から全ての高調波がカットされ
る。所望の振巾A(f)は測測定結果I及びQによって
前記公式(I)から得られ、これらの測定結果は合成及
びろ波プロセスから得られる。
振巾の決定のために、更にセンサ信号に含まれる。周波
数がアナログ方法で処理される。
センサ信号のデジタル化された振巾値のここに掲げた場
合、記載の方法は相応して変形される。このためにFF
Tプロセッサ13にまず入力31に入るカウント値に対
して、相応したsin函数値並びにcos函数値が計算
される。これらはデジタル形式のいわゆる上記のアナロ
グsin参照信号又はcos参照信号を形成する。この
ためにFFTブ巳セッサ13の入力にセンサ信号の相応
したデジタル振巾値が供給される。F(n)は静止状態
において各周期中にくシ返されるセンサ信号のデジタル
振巾の列であり、その際0 <z (M−1である。F
FTプロセッサ18の入力31に入るカウント値が周期
2πに関してφnで表わして、φn = 2πn/M 
 であると、値I並びにQが次のように計算される。
所望の振巾は更に公式(I)によって得られる。
FFTプロセッサ18は各周期内に二つの並行して行わ
れる加算プロセスを実施し、その際センサ信号のデジタ
ル振巾F(n)は同時に入って来るカウント値nのsi
n函数値又はcos函数値を掛算されかつn=Q〜n 
= M−1まで総和される。
第1図にカウンタ12から出るカウント値n ゛が別々
にsin/cos  コンバータ32に供給され、コン
バータはFFTプロセッサ13の外方における相応した
函数値の計算を実現するという交互の可能性が示される
FFTプロセッサ13の出力33に上記計算の実施後に
変位信号が取出され、変位信号はセンサ信号中の基本波
の振巾に相応する。函数値sinφn並びにcosφn
の代りにのみ函数値5in2φn又はcos 2φnが
使用される上記のものに並行して相応した計算が行われ
る場合に、第二出力34に同時に現在信号が取出される
、そのわけはセンサ信号に含まれる二つの調和に現在信
号が相応するからである。
第3図には地平線上ンサ1のチョッパ駆動装置20のた
めの駆動信号を供給するためにsin/cos  コン
バータ32から供給されるsin出力信号が本発明の有
利な他の構成で使用されることができる。同一構成部分
に対する符号は第1図と同じである。チョッパデスク3
が常にできる限シ一定の振巾で振動し又は特定の制御可
能な判断基準に従って影響されることが望ましい。この
ために増巾器22の後方にある信号、即ちチョッパ信号
はその矩形電圧への変換の前に信号導線35を経て精密
整流器15に供給され、その出力は積算個所17と接続
されている。
更に同様に積算個所17と接続された振巾基準値発信器
16が存在する。精密整流器15にはチョッパ振巾AC
のピーク値が決定され、それによって積算個所17にお
いて振巾基準値から減算される。チョッパ振巾が基準値
から偏する場合、積算個所17の出力にある信号偏位は
調整増巾器18に供給され、増巾器はその出力に相応し
た調整信号を出す調整信号は信号導線36を経て倍率デ
ジタルアナログコンバータ19に供給され、コンバータ
は同様にsin/cosコンバータ32によって供給さ
れる正弦函数値を収容する。倍率デジタルアナログコン
バータ19の出力にチョッパ駆動装置20のための充分
な正弦波形の駆動信号が生じ、駆動信号はチョッパデス
ク3が振巾基準値発信器16によって予め与えられた振
動振巾を保持し又は故障の際できる限り早く回復するよ
うに作用する。
本発明の基本原理は位置修正の目的で衛星の傾き及び又
は精密信号の調製に使用が限られるものではない。むし
ろ、例えば星の赤外線光源の放射又は地球上の対象物に
ついても、赤外範囲で衛星による地球、操査の際にチョ
ッパによる良好に測定可能な変換信号をうるために周期
的に細分されかつ次の検出器において周期的センサ信号
が形成されその際周期的チョッパ信号が得られるところ
で使用される。両信号はセンサ信号の基本波から対象物
に関する明るさの情報を得るために上記のように処理さ
れることができる。
【図面の簡単な説明】
表わす図、そして 第3図はチョッパのための駆動信号の発生に関して拡大
されたブロック図である。 図中符号 5 検出器 7 アナログデジタル変換器 8  PLL回路 9 位相検出器 10  調整増巾器 11  発振器 12  モードMカウンタ 19  FFTプロセッサ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光学的地平線センサによつて地球上に向けられる
    衛星のための変位信号及び又は現在信号の調製のための
    装置にして、 地平線センサは地球をその像平面上に、即ち周期的に往
    復運動し、地球像に相応した直径を有するチョッパデス
    ク上に結像する入力光学装置、チョッパデスクを通過す
    る光線を記録する検出器並びに振巾及び周波数に従つて
    チョッパ円板の振動運動を表わす周期的チョッパ信号を
    供給する振動収容装置を有する前記装置において 入力側で検出器(5)と接続されたアナログデジタル変
    換器(7)と、 PLL(位相ロックループ)回路(8)にして、一方で
    は周期的チョッパ信号を、他方では一連の移送信号を収
    容する位相検出器(9)と、これに接続された調整増巾
    器(10)と接続され、電圧制御され、出力側でアナロ
    グデジタル変換器(7)のための一連のスタートパルス
    を供給する発振器(11)とを有するものと、発振器に
    接続され、スタートパルスを計数し、位相検出器(9)
    に移送パルスを付与する予め調整可能なモードM−カウ
    ンタ(12)と、アナログデジタル変換器(7)の出力
    信号並びにスタートパルスと同期してカウンタ(12)
    から発信され、移送パルスの間に連続して計数されたカ
    ウント値を収容する変位信号及び又は現在信号の計算の
    ためのFFT(高速スーリエ変換)プロセッサ(13)
    とを特徴とする前記装置。
  2. (2)PLL回路(8)とFFTプロセッサ(13)と
    の間にPLL回路から供給され、チョッパ振動の周期の
    M分割部分を表わすカウンタ値に対してそれぞれsin
    函数値及びcos函数値を計算し、かつこれをFFTプ
    ロセッサに供給するsin/cosコンバータ(14)
    が設けられている、特許請求の範囲第1項記載の装置。
  3. (3)振動収容器(6)から出、場合によつては増巾さ
    れたアナログ信号を処理する整流器(15)と、その出
    力信号を振巾基準発信器(16)から減算する積算個所
    (17)と、差信号を収容する調整増巾器(18)と、
    その出力である調整信号並びにsin/cosコンバー
    タ(14)から送られ、sin函数値を収容し、倍率を
    かけられた、チョッパデスク(3)のための駆動信号を
    形成するためのデジタルアナログコンバータ(19)と
    を特徴とする、特許請求の範囲第2項記載の装置。
JP60285867A 1984-12-21 1985-12-20 地球上に向けられる衛星のための変位信号及び又は現在信号の調製のための装置 Expired - Lifetime JPH0613978B2 (ja)

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