JPS6189200A - 飛しよう体の姿勢決定方式 - Google Patents

飛しよう体の姿勢決定方式

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JPS6189200A
JPS6189200A JP59208260A JP20826084A JPS6189200A JP S6189200 A JPS6189200 A JP S6189200A JP 59208260 A JP59208260 A JP 59208260A JP 20826084 A JP20826084 A JP 20826084A JP S6189200 A JPS6189200 A JP S6189200A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
attitude
star sensor
gyro
star
determination system
Prior art date
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Pending
Application number
JP59208260A
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English (en)
Inventor
小坂 満隆
聡 毛利
敏郎 佐々木
宮本 捷二
克己 河野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6189200A publication Critical patent/JPS6189200A/ja
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、スターセンサを用いた人工衛星の姿勢決定シ
ステムに係り、ジャイロと組合わせた搭載型姿勢決定シ
ステムに好適な飛しよう体の姿勢決定方式に関するもの
である。
〔発明の背景〕
従来、スターセンサとジャイロを組合わせて人工衛星等
地しよう体の姿勢決定を行なうシステムでは、ジャイロ
のドリフトを、スターセンサによる正確な姿勢角で推定
するのが一般的である。数式を用いて説明するならば、
以下のごとくになる。
搭載用システムの計算に便利な4元数q(q+。
(12t qa + 94  )を用いた姿勢の運動方
程式は下記の文献に示されている。
文献1: J、L、Johnkins ” 5tar patte
rnRecognition for l(、eal 
’pime Attitude])eterminat
ion ” Journal of the Astronauti
cal 5cience 。
文献2: Young、K” 1%eal  time prec
isionattitude determinati
on System for highlymaneu
vable ” A]:AA G & CConf、 
1978これらによると q =Ωq            ・・・・・・・・
・(1)となる。ここで、(ωl 、ω2.ω3 )は
衛星の3軸の各軸の回軸角速度である。ジャイロの観測
ω(ωl、ω2.ω3 )は、 〜 ω=ω+b+v          ・・・・・・・・
・(3)で観測される。ここでb=(bl 、bz 、
ba  )がドリフトで、■は観測誤差である。ドリフ
トbイロの観測値から、角速度を推定することができる
から、 q=Ωq           ・・・・・・・・・(
4)の微分方程式を解くことによって、時々刻々の姿勢
角を求めることが可能となる。ドリフトbは、通常カル
マンフィルタによって求められていた。
すなわち、X=(ql ! q2 + q3 + q4
 + bl +b2.b3)とし、 q=Ωqが と近似できることに着目して ・・・・・・・・・(8) Y=HX十n            ・・・・・・・
・・(9)なる状態方程式と観測方程式を導く。これか
ら以下の様なカルマンフィルタの式を導出して、これに
よシバイアス量b (bI + b2 + b!  )
を推定していノヒ。カルマンフィルタは、 +1)−f(X(k+11k))  ・・−・−・QO
)K(k+1)=Pk (k+1)HT[:W(k+1
)+HPk (k+1.)HT)−’        
 ・・−・・・・・・0DPk+□(k+1)=(I 
 K(k+1)]Pk (k+1)・・・・・・0りで
あ多、Pk(k+1)は、P k(k>を初期(直とし
てP=FP+PFT+BVBT    ・・・・・・・
・・09の行列微分方程式を解いて求めていた。ここで
、kは、第1図に示すようにスターセンサの観測が行な
われる時刻を表わす。Yは、スターセンサによシ観測し
た星から決定される4元数である。
へ X(klj)は、j″I!での観測が与えられた時の推
定量を表わす。Wはnの共分散行列であり、VはVの共
分散行列である。
上記の式かられかるように、カルマンフィルタを利用し
た場合、7X7の逆行列や行列微分方程式を数値的に解
く必要があシ、搭載用計算機用には処理組方あるいは計
算精度の面で問題があった〔発明の目的〕 本発明の目的はこれらの問題点を解消し、塔載用計算機
でも十分処理が出来、且つ高珀度のび算の可能な飛しよ
う体の姿勢決定方式を提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、本発明は、スターセンサによ
って一定時間ごとに与えられる姿勢角を表わす4元数の
不青IQ二がよ(ハことに注目し、カルマンフィルタを
解くかわりに簡易最小2乗フィルタによってジャイロの
バイアス量を推定して搭載システムに適した姿勢決定を
行うものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によシ詳細に説明する。
まず、本発明によるジャイロバイアスの推定原理につい
て記述する。
時刻tkで、スターセンサの観測データから求まる4元
数を1)(tk)とする。また1に時点で推定したバイ
アス量をbkとすると、ジャイロのデータを使用して予
測した姿勢角は、 ・・・・・・・・・(14) ゛となる。一方、(th +  ti+x 〕間にバイ
アスがΔbkだけ変化するとすると ・・・・・・・・・(15) となる。これからQを〔tk、tk+、〕の干均値で代
表させると、 −1〜   〜 Q=−CQk+Qk+、)            住
Dとなる。nは種々の要因による誤差量とする。
また、バイアスは、それほど変化しないと考えられるか
ら、Δbkは、0に近い。このことから、最小2乗法を
適用すると、 ・・・・・・・・・賭 でバイアス量の変化分が求まる。これからbk+1=b
k十Δb、      ・・開用・四となる。ここで、
パラメータrは、ドリフト修正量Δbkが太きいか、小
さいかの指標である。すなわち、γが小さいと、Δbh
の修正量が太きいし、rが太きいとΔbkの修正量が小
さい。そこへ で、ジャイロを使用した予測値q(tk+□)とスター
センサを用いた姿勢角q(tk+1)との距離dを導入
し d=11石(tk+1)−q(tk+1)11  ・・
・・・・住3として と、dの値により適応的にパラメータの値をかえる。パ
ラメータの値(γOr  r、 l ・・・γI+、)
は、あらかじめ処理装置内のメモリに格納されているも
のとする。距離のとυ方としては、 q(【1+1)  Q (tk+1)= (Q+ * 
qz+ qi+ q4)・・・(ハ)・・・・・・・・
・四 で計算する上記の推定方法だと、カルマンフィルタの場
合7X7の逆行列演算が3x3行列になり、共分数行列
の微分方程式を解く必要がない。しかし、これは、スタ
ーセンサにより求まる姿勢角の精度がよいことを前提に
している。このため、スターセンサによ゛る姿勢決定シ
ステムとしては星位置の精度向上のための手段を用意す
る必要がある。
第2図に、本発明によるスターセンサ姿勢決定システム
を示す。スターセンサ1で観測された星のディジタル画
1象から、処理装置2では星の像の位置を計算する。ス
ターセンサのレンズヲ、星ノ像がぼけるようにしく [
)efocusという)1.耶3図に示すように数画素
xi画素のエリアに像を結ぶようにする。(i、j)座
標のグレイスケールをXIJとすると、処理装置2では
像の重心を求めることにより星位置(x、y>を計p−
する。すなわち(i、j)中心に分布するグレイスケー
ルをもつ像の中心は に−i −I  L−j−1 に−i −11−j−1 で求める。処理装置3では、該当する星とのマツチング
、処理装置4では、最、J−2乗法による星観測時での
精密な姿勢決定を行な9゜処理装置3、処理装置4の内
容については、従来文献1あるいは2に記述されている
処理手順を応用する。処理装置4で求まった姿勢角q(
tk)に対し、処理装置5では本発明によるバイアス量
推定方式を適用した演算をほどこす。ジャイロ7では、
時々刻刻の角速度を測定し、これを処理装置6へ送る。
処理装置6では、(1)式を2次のルンゲクツタ積分公
式によりi分する。以上の処理により時々刻々の正確な
姿勢角が推定できることになる。本実施例では、それぞ
れの処理単位にマイクロプロセッサ1個を処理装置とし
て、わりあてた。しかし、これらの処理を処理能力の大
きい搭載用計算機1〜2台で実現することも容易である
〔発明の効果〕
以上述べたごとく、本発明によれば、スターでンサを用
いてジャイロのドリフトを推定する場合、従来文献にあ
るカルマンフィルタを適用する方法だと非常に腹雑な演
算を必要としたが、本発明により、非常に簡単な処理で
ドリフトを推定することが可能となる。ノミュレーノヨ
ン実験により比較評価したところ、カルマンフィルタと
同等の精度を得られることを確認した。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来方式によるスターセンサによる観測間隔お
よびジャイロ測定間隔を示す説明図、第2図は本発明に
よるスターセンサとジャイロを用いた姿勢決定システム
を示すブロック図、第3図は本発明における星の像の結
像を示す説明図である。 1・・・スターセンサ、2〜6・・・処理装置、7・・
・ジャ第 1 図 巣 2 図       7 遁 3 (2) 手  続  補  正  書  (方式)事件の表示 昭和59年   特 許 願  第208260 号発
明の名称   飛しよう体の姿勢決定方式補正をする者 事件との関係   特 許 出 願 人名称(510)
    株式会社 日 立 製 作 所代  理  人 居所〒100    東京都千代田区丸の内−丁目5番
1号株式会社 日 立 製 作 所 内 型  話 東 京212−1111(大代表)補正の内
容 1、 本願明細書第2項第7行ないし第15行を削除し
、下記の内容を加入する。 −記一 ジエイ・エル・ジョンキンス、「実時間姿勢決定のため
の星バタン認識」、ジャーナル・オブ・ゼ・アストロノ
ーティカル・サイエンス。 1977年 (J  、L 、J ohnkins  ”S Lar
  PatternRecognition  for
  Real  Time  AjtijudeD e
termination” J ournal  of  t、he  Astro
naut、1cal  5cience。 文献2: ヤング・ケー、「高度制御性のための実時間高精度姿勢
決定システム」、エイ・アイ・エイ・エイ ジー・アン
ド・シー コンファレンス。 1978年

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. スターセンサとジャイロを用いて人工衛星の姿勢を推定
    するシステムにおいて、スターセンサによる観測データ
    から、その時刻における正確な姿勢角を推定し、該姿勢
    角からジャイロのドリフトのみを推定する最小2乗法演
    算を行ない、姿勢角を決定することを特徴とする飛しよ
    う体の姿勢決定方式。
JP59208260A 1984-10-05 1984-10-05 飛しよう体の姿勢決定方式 Pending JPS6189200A (ja)

Priority Applications (1)

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JP59208260A JPS6189200A (ja) 1984-10-05 1984-10-05 飛しよう体の姿勢決定方式

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JPS6189200A true JPS6189200A (ja) 1986-05-07

Family

ID=16553290

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0328714A (ja) * 1989-02-13 1991-02-06 Hughes Aircraft Co 走査型センサ用測定および制御システム
JP2005274237A (ja) * 2004-03-23 2005-10-06 Kobe Steel Ltd バスケット、及び、それを用いる使用済燃料キャスク
JP2007322392A (ja) * 2006-06-05 2007-12-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 姿勢平滑化方法およびそのプログラム

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