JPS6285816A - 恒星センサ - Google Patents
恒星センサInfo
- Publication number
- JPS6285816A JPS6285816A JP60226421A JP22642185A JPS6285816A JP S6285816 A JPS6285816 A JP S6285816A JP 60226421 A JP60226421 A JP 60226421A JP 22642185 A JP22642185 A JP 22642185A JP S6285816 A JPS6285816 A JP S6285816A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
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- star
- detection data
- centroid
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- Granted
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
- G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/785—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
- G01S3/786—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
- G01S3/7867—Star trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Navigation (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、航空機や人工衛星のような飛翔体に搭載され
る固体↑最像素子を用いた恒星センサに関し、特に、星
の像（以下「Ｘ像」という）の位置を検出するための恒
星センサに関するものである。
る固体↑最像素子を用いた恒星センサに関し、特に、星
の像（以下「Ｘ像」という）の位置を検出するための恒
星センサに関するものである。
第３図に一般的な固体撮像素子（以下ｒＣＣＤ」という
）を用いた恒星センサの構成を示す。星のエネルギー（
星光）ａは光学レンズｌで集光され、ＣＣＤ２の受光面
で結像され、その画像データ（Ｈｉｊ、 Ｖｉｊ＋
Ｓｉ、）が信号処理回路３を介して出力される。この
画像データはセントロイド処理（中心値算出）回路４で
処理され、セントロイド・データｂ （Ｈｃ、Ｖｃ、Ｓ
ｃ）として出力される。上記説明において、Ｈｉ ｊは
ＣＣＤ２の水平位置データ、Ｖ ｉ ｊはＣＣＤ２の垂
直位置データ、ｉおよびｊは第４図に示すＣＣＤ２の光
電変換画素（以下ｒＰＤｊという）の水平位置番号およ
び垂直位置番号、Ｓ ｉｊはＰＤ、Ｊで検出された信号
レベルである。
）を用いた恒星センサの構成を示す。星のエネルギー（
星光）ａは光学レンズｌで集光され、ＣＣＤ２の受光面
で結像され、その画像データ（Ｈｉｊ、 Ｖｉｊ＋
Ｓｉ、）が信号処理回路３を介して出力される。この
画像データはセントロイド処理（中心値算出）回路４で
処理され、セントロイド・データｂ （Ｈｃ、Ｖｃ、Ｓ
ｃ）として出力される。上記説明において、Ｈｉ ｊは
ＣＣＤ２の水平位置データ、Ｖ ｉ ｊはＣＣＤ２の垂
直位置データ、ｉおよびｊは第４図に示すＣＣＤ２の光
電変換画素（以下ｒＰＤｊという）の水平位置番号およ
び垂直位置番号、Ｓ ｉｊはＰＤ、Ｊで検出された信号
レベルである。
ＣＣＤにおいては、一般に、第４図に示すように、それ
を構成するＰＤがマトリクス状に配列されており、上述
したように、各ＰＤ単位の画像データ（Ｈｉｊ、 Ｖ
ｉｊ、 ５ｉｊ）が得られる。
を構成するＰＤがマトリクス状に配列されており、上述
したように、各ＰＤ単位の画像データ（Ｈｉｊ、 Ｖ
ｉｊ、 ５ｉｊ）が得られる。
星像は、一般に、レンズ系の収差や歪などによりデフォ
ーカス像となるが、従来のセントロイド処理方式におい
ては、後に述べるように、そのデフォーカス像が広がる
ように設定されていた。第５図にＣＣＯ２面上での星の
光強度分布例５を示す。図示の如く、星像は複数のＰＤ
にま−たがって分布している。
ーカス像となるが、従来のセントロイド処理方式におい
ては、後に述べるように、そのデフォーカス像が広がる
ように設定されていた。第５図にＣＣＯ２面上での星の
光強度分布例５を示す。図示の如く、星像は複数のＰＤ
にま−たがって分布している。
従来、この種のＣＣＤを用いた恒星センサにおける画像
データのセントロイド処理方式としては、次に示すもの
がある。
データのセントロイド処理方式としては、次に示すもの
がある。
■ 得られたＰＤデータ（Ｈ，、Ｖ、、、５ｉｊ）の内
、Ｓ ｉｊの最も大きいＰＤの位置番号（ＩＩＩＩＩＸ
ＩＪ□Ｘ）を抽出する。
、Ｓ ｉｊの最も大きいＰＤの位置番号（ＩＩＩＩＩＸ
ＩＪ□Ｘ）を抽出する。
この■の方式は最も簡易な方式であるが、セントロイド
・データ（Ｈｅ、Ｖｃ、Ｓｃ）の精度がＰＤの幾何学的
形状および大きさにより制限されるという問題がある。
・データ（Ｈｅ、Ｖｃ、Ｓｃ）の精度がＰＤの幾何学的
形状および大きさにより制限されるという問題がある。
そこで通常は、次の方式がとられている。
■ 各ＰＤデータ（ｌ（、、Ｖ、、、 Ｓｉ、）によ
り多重計算を行う。すなわち、 Ｈｃ−Σ５１Ｊ−Ｈ４，／ΣＳ １ｊ Ｖｃ−ΣＳ ｉ ｊ・Ｖ４、／ΣＳ ｉ ｊの計算式に
よって求められたＨｃ、Ｖｃをセントロイド・データと
して出力する。
り多重計算を行う。すなわち、 Ｈｃ−Σ５１Ｊ−Ｈ４，／ΣＳ １ｊ Ｖｃ−ΣＳ ｉ ｊ・Ｖ４、／ΣＳ ｉ ｊの計算式に
よって求められたＨｃ、Ｖｃをセントロイド・データと
して出力する。
上述の■の方式では、演算に供されるＰＤデータの数に
よりセントロイドの精度が変動する。第６図にその例を
示す。同図において、曲線６は画素数のみを考慮した場
合の演算による精度を示し、曲線７は回路その他の雑音
による精度を示し、曲線８は曲線６，７の総合的な精度
である。
よりセントロイドの精度が変動する。第６図にその例を
示す。同図において、曲線６は画素数のみを考慮した場
合の演算による精度を示し、曲線７は回路その他の雑音
による精度を示し、曲線８は曲線６，７の総合的な精度
である。
第６図は星の等級が変化すると精度が変化することを示
している。すなわち、星の等級が変化して第５図に示す
光強度分布のエネルギーが変化すると、各ＰＤの信号レ
ベルＳ ｉｊが相対的に変化し、スレッショールドレベ
ルが一定であれば、分布の周辺部の画素データ数が変化
し、セントロイドの精度が変化する。この場合、第６図
の曲線８に示すように、星の等級が変化する前の画素デ
ータ数に応じて、セントロイドの精度が高くなったり低
くなったりする。従って、セントロイドの精度を最高値
（第６図の曲ｖＡ８の場合は点９の値）に保持するため
に、信号レベルＳ ｉｊ検出のためのスレ７シヨールド
レベルを制御するなどの手段によって、検出される画素
データ数を制御するなどの煩雑さがあった。
している。すなわち、星の等級が変化して第５図に示す
光強度分布のエネルギーが変化すると、各ＰＤの信号レ
ベルＳ ｉｊが相対的に変化し、スレッショールドレベ
ルが一定であれば、分布の周辺部の画素データ数が変化
し、セントロイドの精度が変化する。この場合、第６図
の曲線８に示すように、星の等級が変化する前の画素デ
ータ数に応じて、セントロイドの精度が高くなったり低
くなったりする。従って、セントロイドの精度を最高値
（第６図の曲ｖＡ８の場合は点９の値）に保持するため
に、信号レベルＳ ｉｊ検出のためのスレ７シヨールド
レベルを制御するなどの手段によって、検出される画素
データ数を制御するなどの煩雑さがあった。
また、従来の方式においては、セントロイドの精度を高
めるために、レンズのデフォーカス範囲を大きくする必
要があった。このため、星の光量が分散し、各ＰＤあた
りの入力エネルギーが小さくなり、その分、光学レンズ
の口径が大きくなり、重量軽減などにおける大きな制約
となっていた。
めるために、レンズのデフォーカス範囲を大きくする必
要があった。このため、星の光量が分散し、各ＰＤあた
りの入力エネルギーが小さくなり、その分、光学レンズ
の口径が大きくなり、重量軽減などにおける大きな制約
となっていた。
このような問題点を解決するために本発明は、各光電変
換画素単位の検出データを収納する画素データレジスフ
群と、検出データから星像のセントロイド処理に必要な
データを抽出して収納するセントロイドデータレジスタ
群と、抽出されたデータの信号レベルから星像の中心値
を求めるための変換関数を有するセントロイド処理回路
とを設けるようにしたものである。
換画素単位の検出データを収納する画素データレジスフ
群と、検出データから星像のセントロイド処理に必要な
データを抽出して収納するセントロイドデータレジスタ
群と、抽出されたデータの信号レベルから星像の中心値
を求めるための変換関数を有するセントロイド処理回路
とを設けるようにしたものである。
本発明においては、星の等級の変化などによる検出画素
データ数の増減の影響は無くなり、広い範囲にデフォー
カスした星像を必要としない。
データ数の増減の影響は無くなり、広い範囲にデフォー
カスした星像を必要としない。
第１図に本発明に係わる恒星センサの一実施例を示す。
星光ａは、光学レンズｌを介して、ＣＣＤ２の受光面に
集光される。ＣＣＤ２から出力された星の画像データ（
Ｈｉ、、Ｖ市、 Ｓｔ、）は、信号処理回路３を介し
て、検出データＤ、として出力され、各々の位置データ
Ｈｉ ｊ ＋ Ｖ ｉ ｊおよびレベルデータＳ１、
が画素データレジスタ群１０に収納される。
集光される。ＣＣＤ２から出力された星の画像データ（
Ｈｉ、、Ｖ市、 Ｓｔ、）は、信号処理回路３を介し
て、検出データＤ、として出力され、各々の位置データ
Ｈｉ ｊ ＋ Ｖ ｉ ｊおよびレベルデータＳ１、
が画素データレジスタ群１０に収納される。
次に、これらの検出データ（ＤＩ、Ｄ２．・・・。
Ｄｋ、・・・、 ＤＫ）の内、最大信号レベルの検出
データＤ （Ｓ、、、）を抽出すると共に、その検出デ
ータを出力したＰＤに隣接したＰＤの検出データの内、
最大信号レベルの検出データＤ （ＳｏａＸｔ）を抽出
し、セントロイドデータレジスタ群１１に収納する。こ
の２つの検出データＤ （Ｓ、、、）＋ Ｄ （Ｓ＊
ｅｘｔ）により、変換関数を有するセントロイド処理回
路１２から、その星のセントロイド・データｃ （）
（ｃ、Ｖｃ、Ｓｃ）が出力される。
データＤ （Ｓ、、、）を抽出すると共に、その検出デ
ータを出力したＰＤに隣接したＰＤの検出データの内、
最大信号レベルの検出データＤ （ＳｏａＸｔ）を抽出
し、セントロイドデータレジスタ群１１に収納する。こ
の２つの検出データＤ （Ｓ、、、）＋ Ｄ （Ｓ＊
ｅｘｔ）により、変換関数を有するセントロイド処理回
路１２から、その星のセントロイド・データｃ （）
（ｃ、Ｖｃ、Ｓｃ）が出力される。
このセントロイド処理の手順を第２図を用いで説明する
。第２図（ａｌはＣＣＤの受光面の一拡大図であり、第
２図（ｂ）は星像が水平方向に動いた場合に各ＰＤが出
力する信号レベルの例である。第２図（ａ）において、
１３は集光された星像である。第２図（ａｌにおいて、
星像１３が位置データ（１，Ｊ）のＰＤにある場合、そ
の星像の中心点１４の水平座標がＩ、垂直座標がＪであ
るとする。その座標（Ｉ。
。第２図（ａｌはＣＣＤの受光面の一拡大図であり、第
２図（ｂ）は星像が水平方向に動いた場合に各ＰＤが出
力する信号レベルの例である。第２図（ａ）において、
１３は集光された星像である。第２図（ａｌにおいて、
星像１３が位置データ（１，Ｊ）のＰＤにある場合、そ
の星像の中心点１４の水平座標がＩ、垂直座標がＪであ
るとする。その座標（Ｉ。
Ｊ）に中心があるときの各ＰＤの出力信号レベル５ｊｊ
（１，Ｊ）、 ＳＬ＋１＋−ｊ （１，Ｊ）および５
ｉ−１＋ｊ （１，Ｊ）は、第２図（ｂｌに示すように
、点１５における信号レベル、点１６における信号レベ
ルおよび点１７における信号レベルとなる。この場合、
検出データＤ （Ｓ□Ｘ）およびＤ （Ｓ□ｘＬ）は、
点１５における信号レベルＳ、ｊ（１，Ｊ）および点１
６における信号レベルＳ、。Ｉ＋ｊ （１，Ｊ）となる
。これｊよ、信号レベルＳｉ、（１，Ｊ）および信号レ
ベルＳｌ□、、（Ｉ、 Ｊ）が得られれば、星像の中心
（１，Ｊ）が求められることを示しており、この変換関
数をセントロイド処理回路１２に設定しておくことで、
高精度のセントロイド・データｃ （Ｈｃ、Ｖｃ、Ｓ
ｃ）が容易に得られる。
（１，Ｊ）、 ＳＬ＋１＋−ｊ （１，Ｊ）および５
ｉ−１＋ｊ （１，Ｊ）は、第２図（ｂｌに示すように
、点１５における信号レベル、点１６における信号レベ
ルおよび点１７における信号レベルとなる。この場合、
検出データＤ （Ｓ□Ｘ）およびＤ （Ｓ□ｘＬ）は、
点１５における信号レベルＳ、ｊ（１，Ｊ）および点１
６における信号レベルＳ、。Ｉ＋ｊ （１，Ｊ）となる
。これｊよ、信号レベルＳｉ、（１，Ｊ）および信号レ
ベルＳｌ□、、（Ｉ、 Ｊ）が得られれば、星像の中心
（１，Ｊ）が求められることを示しており、この変換関
数をセントロイド処理回路１２に設定しておくことで、
高精度のセントロイド・データｃ （Ｈｃ、Ｖｃ、Ｓ
ｃ）が容易に得られる。
以上説明したように本発明は、各光電変換画素単位の検
出データを収納し、検出データから星像のセントロイド
処理に必要なデータを抽出し、抽出されたデータの信号
レベルから変換関数により星像の中心値を求めるように
することにより、２つの検出データのみを使用して星の
像の位置検出ができるので、等級の変化などによる検出
データ数の増減の影響がなくなり、また、従来の方式に
おけるような広い範囲にデフォーカスした星像を必要と
しなくなり、星光のエネルギーを効率よく使える効果が
ある。
出データを収納し、検出データから星像のセントロイド
処理に必要なデータを抽出し、抽出されたデータの信号
レベルから変換関数により星像の中心値を求めるように
することにより、２つの検出データのみを使用して星の
像の位置検出ができるので、等級の変化などによる検出
データ数の増減の影響がなくなり、また、従来の方式に
おけるような広い範囲にデフォーカスした星像を必要と
しなくなり、星光のエネルギーを効率よく使える効果が
ある。
この結果、光学レンズの有効口径が小さくでき１、人工
衛星などの飛翔体に搭載される機器の性能週）中で大き
なウェイトを占める重量の軽減にも大きく寄与すること
になる。
衛星などの飛翔体に搭載される機器の性能週）中で大き
なウェイトを占める重量の軽減にも大きく寄与すること
になる。
また、レンズの口径の減少は、レンズ系の特性のうちの
Ｆナンバーを大きくできるという効果を生じ、その結果
、先に述べた収差や歪が小さくなるため、より高精度で
の位置検出が可能となる。
Ｆナンバーを大きくできるという効果を生じ、その結果
、先に述べた収差や歪が小さくなるため、より高精度で
の位置検出が可能となる。
第１図は本発明に係わる恒星センサの一実施例を示す系
統図、第２図は本実施例を使用して位置検出を行う方法
を説明するための説明図、第３図は従来の恒星センサを
示す系統図、第４図はＣＣＤの光電変換画素の構成を示
す構成図、第５図はＣＯＤ受光面での星の光強度分布を
示すグラフ、第６図は従来のセントロイド処理方式にお
ける検出画素データ数とセントロイドの精度との関係を
示すグラフである。 ■・・・・光学レンズ、２・・・・ｃ ｃ ｒ）、３・
・・・信号処理回路、ＩＯ・・・・画像データレジスタ
群、１１・・・・セントロイドデータレジスタ群、１２
・・・・セントロイド処理回路。 特許出願人 日本電気株式会社 代 理 人 山 川 政 樹（ばか２名）第３− 水平イ交を橿ト４ｉ
統図、第２図は本実施例を使用して位置検出を行う方法
を説明するための説明図、第３図は従来の恒星センサを
示す系統図、第４図はＣＣＤの光電変換画素の構成を示
す構成図、第５図はＣＯＤ受光面での星の光強度分布を
示すグラフ、第６図は従来のセントロイド処理方式にお
ける検出画素データ数とセントロイドの精度との関係を
示すグラフである。 ■・・・・光学レンズ、２・・・・ｃ ｃ ｒ）、３・
・・・信号処理回路、ＩＯ・・・・画像データレジスタ
群、１１・・・・セントロイドデータレジスタ群、１２
・・・・セントロイド処理回路。 特許出願人 日本電気株式会社 代 理 人 山 川 政 樹（ばか２名）第３− 水平イ交を橿ト４ｉ
Claims (1)
- 固体撮像素子を用いて恒星の位置を検出する恒星センサ
において、各光電変換画素単位の検出データを収納する
画素データレジスタ群と、前記検出データから星像のセ
ントロイド処理に必要なデータを抽出して収納するセン
トロイドデータレジスタ群と、前記抽出されたデータの
信号レベルから星像の中心値を求めるための変換関数を
有するセントロイド処理回路とを備えたことを特徴とす
る恒星センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60226421A JPS6285816A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 恒星センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60226421A JPS6285816A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 恒星センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6285816A true JPS6285816A (ja) | 1987-04-20 |
| JPH0453364B2 JPH0453364B2 (ja) | 1992-08-26 |
Family
ID=16844857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60226421A Granted JPS6285816A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 恒星センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6285816A (ja) |
-
1985
- 1985-10-11 JP JP60226421A patent/JPS6285816A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0453364B2 (ja) | 1992-08-26 |
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