DE69301372T2

DE69301372T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erdgewinnung mit Hilfe des Polarsterns für einen Dreiachs-stabilisierten Satelliten

Info

Publication number: DE69301372T2
Application number: DE69301372T
Authority: DE
Inventors: Issam-Maurice Achkar; Pierre Guillermin; Herve Renault
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2013-04-29
Also published as: US5508932A; DE69301372D1; FR2691426A1; EP0571239A1; EP0571239B1; FR2691426B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erdakquisition für einen dreiachsenstabilisierten Satelliten auf einem gegen den Äquator leicht geneigten Erdorbit (weniger als 10º), die die Aufgabe haben, den Satelliten von einem sonnengerichteten Bereitschafts- oder Sicherheitszustand in seine Nennlage in Erdrichtung zurückzubringen.
Bekanntlich sind die drei Achsen, gemäß denen ein Satellit in Nennlage stabilisiert werden soll, eine auf die Erde zu gerichtete Achse, gewöhnlich mit Z bezeichnet und Gierachse genannt, eine zur Ebene des Orbits senkrechte Achse, mit Y bezeichnet und Nickachse genannt, und eine das gerade orthonormierte Achsenkreuz vervollständigende X-Achse, Rollachse genannt.
Außerdem verfügt jeder dreiachsenstabilisierte Telekommunikations- oder Beobachtungssatellit (typische Missionen auf einem Orbit mit geringer Neigung) über mindestens einen zweiachsigen Erddetektor und zwei einachsige Sonnendetektoren mit rechtwinkligen Achsen (oder über einen einzigen zweiachsigen Sonnendetektor) mit von dem des Erddetektors merklich abweichenden Gesichtsfeldern zur Erfassung der Lagefehler sowie über Kreisel für die winkelgeschwindigkeitsmessung auf den drei Achsen.
Die Erzeugung von Steuermomenten für die Anderung der Lage und/oder der Winkelgeschwindigkeiten findet im allgemeinen mit Hilfe von Betätigungselementen wie Rädern (kinetische Räder oder Reaktionsräder) und/oder Düsen statt.
Diese Gruppe von Detektoren und Betätigungselementen, die einer oder mehreren Elektronikeinheiten für die Verarbeitung der Messungen und die Berechnung der Steuermomente zugeordnet sind, bildet das, was man gewöhnlich das "Lage- und Orbitsteuersystem (SCAO)" des Satelliten nennt.
Im Fall einer schweren Störung des SCAO auf dem Nennorbit oder infolge einer von der Bodenkontrollstation gesendeten fehlerhaften Fernsteuerung geschieht es, daß der Satellit sich von seiner Nennlage entfernt und in den Sicherheitssonnenmodus eintritt, in dem die X-Achse auf die Sonne gerichtet ist (in der Praxis sind die einachsigen Sonnendetektoren gemäß dieser X-Achse positioniert) und die Achsen Y und Z sich um X mit konstanter Geschwindigkeit drehen (typischerweise 0,5 Grad/Sekunde). Inzwischen wird ggf. ein System zur Erzeugung eines kinetischen Moments (Räder) angesteuert, um ein evtl. vorhandenes kinetisches Moment des Satelliten von durchschnittlich nicht null auf null zu reduzieren, so daß das Versetzen des Satelliten in Drehung um die Richtung der Sonne erleichtert wird. In diesem letztgenannten Modus ist die Sonne ständig in der Sicht der Sonnendetektoren, während die Erde im allgemeinen für den Erddetektor nicht sichtbar ist.
Praktisch kann dieser Sonnenrichtmodus auch einem Bereitschaftsnennzustand entsprechen, wie beispielsweise in der Phase des In-Position-Bringens, wenn der Satellit sich auf einem Übergangsorbit befindet.
Sobald die Störung entweder an Bord oder vom Boden aus bearbeitet und korrigiert wurde, oder zum Zeitpunkt des Aufhörens des Bereitschaftszustands ist es also für den Satelliten erforderlich, die Erde zu (re)akquirieren, um den Nennbetrieb der Mission (wieder)aufzunehmen. In der gängigen Praxis (insbesondere auf EUTELSAT-II) findet die Suche der Erde mit Hilfe der Drehung um eine Achse statt, die von einem Bezugspunkt aus in Richtung der Sonne ausgerichtet ist, die ständig an Bord mit Hilfe der Sonnendetektoren beobachtet wird, und zwar bis die Erde in das Gesichtsfeld des Erddetektors eintritt: die Drehung wird nun abgebrochen und der Erdeinfang wird ausgelöst. Nun gibt es Tageszeiten, zu denen eine solche Drehung nicht vorgenommen werden kann, und zwar insbesondere zwischen 20 h p.m. und 04 h p.m. (Sonnenzeit des Satelliten), eine Zeit, während der die Sonne im allgemeinen nicht in der Sicht der zweiachsigen Sonnendetektoren ist, die für die Regelung der Drehachse erforderlich sind, um die die konische Bewegung stattfindet, die es der Z-Achse gestattet, die Erde zu kreuzen. In diesem Fall ist eine allgemeinere Methode, die beispielsweise einen Sterndetektor - zusätzlich zu den Sonnen- und Erddetektoren - verwendet, erforderlich, damit man die Erde akquirieren kann, selbst wenn die Geometrie Erde/Satellit/Sonne nicht günstig ist.
Lageregelungskonzepte eines Satelliten, die zusätzlich zu den Sonnen- und Erddetektoren einen Sterndetektor benutzen, sind bereits bekannt und sind u.a. Gegenstand des Patents FR-2.522.614 des Centre National d'Etudes Spatiales (Erfindung von MOUILHARAT, DUCHON, GUILBERT und ROLFO) für "Configuration de satellite orbite équatoriale moyens solaires perfectionnés", des Patents FR-2.637.565 von AEROSPATIALE (Erfindung von MAUTE) für "Système de contrôle actif selon trois axes d'un satellite géostationnaire" und des Patents EP-0.338.687 von BRITISH AEROSPACE (Erfindung von MATTHEWS) für "Method of and apparatus for returning an earth orbiting spacecraft to an earth pointing attitude after displacement therefrom".
In ersten Patent ist nichts angegeben, was die Erdakquisition vom sonnengerichteten Modus aus betrifft, zumal da der Satellit eine Plattform und eine bezüglich der Plattform drehbewegliche Nutzlast aufweist, zwischen denen die Detektoren verteilt sind.
Das zweite Patent schlägt für den Übergang vom sonnengerichteten Modus in den Nennmodus das Prinzip einer Abtastung einer Folge von Sternen durch einen Sterndetektor bei der Drehung des Satelliten um seine Rollachse in einer solchen Lage vor, daß diese Rollachse zur Projektion der Richtung der Sonne in die Ebene des Äquators parallel bleibt, worauf eine Nickdrehung um die durch den Polarstern definierte Richtung folgt, um die Erde mit Hilfe des Erddetektors zu reakquirieren. Diese Schrift ist jedoch sehr unklar hinsichtlich der Modalitäten der praktischen Durchführung dieses Prinzips, insbesondere was die Erfassung der Richtung betrifft, die der Projektion der Richtung der Sonne auf die Aquatorebene entspricht, und dann hinsichtlich der Identifizierung des Polarsterns.
Das dritte Patent ist seinerseits etwas genauer hinsichtlich des Erdreakquisitionsmodus. Es schlägt einen Satelliten vor, der mit einem zweiachsigen Erddetektor, einem zweiachsigen Sonnendetektor und einem Sterndetektor versehen ist, der auf dem Satelliten so montiert ist, daß er den Stern CANOPUS in der SÜD-Hemisphäre erfassen kann. Dieser Satellit muß ferner mit einem Generator zur Erzeugung eines kinetischen Moments ausgerüstet sein. Das Reakquisitionsverfahren beginnt auf bekannte Weise damit, daß man den Satelliten sich drehen läßt, während man den Sonnendetektor auf die Sonne gerichtet hält (das ist der gebräuchliche Sonnenrichtmodus). Wenn CANOPUS in das Gesichtsfeld des Sterndetektors eintritt, unterbricht man die Drehung und erzeugt durch Aktivierung des Generators ein kinetisches Moment, so daß ihm eine gyroskopische Starrheit um eine feststehende Richtung des Satelliten verliehen wird. Man führt anschließend die Drehung um die Sonnenrichtung um einen Winkel weiter, der so berechnet ist, daß gewährleistet wird, daß unter Berücksichtigung des Datums und der Kenntnis der astronomischen Tabellen eine spätere Drehung um die momentane Richtung der Achse des kinetischen Moments die Erde in das Gesichtsfeld des Erddetektors bringt.
Diese Lehre setzt die Verwendung eines Sterndetektors mit sehr breitem Gesichtsfeld voraus, da CANOPUS um mehr als von der SÜD-Richtung abweicht. Es ist jedoch zweifelhaft, daß die einfache Drehung im sonnengerichteten Modus CANOPUS in jeder Konfiguration notwendigerweise in das Gesichtsfeld des Sterndetektors bringt, außer es wird zugelassen, daß diese Drehung während einer langen Zeit (mehrere Stunden) stattfinden kann, was mit der Mehrzahl der Missionen unvereinbar wäre. Außerdem wird über die Identifizierung von CANOPUS nichts angegeben. Schließlich induziert die Notwendigkeit, den Satelliten sich nach der Erzeugung des (a priori quer zur Drehachse gerichteten) kinetischen Moments um die Sonnenrichtung drehen zu lassen, Störerscheinungen, die infolge der gyroskopischen Starrheit schwer zu steuern sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Unzulänglichkeiten und Nachteile zu beseitigen, indem ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, die in jeder Erd/Satellit/Sonnen-Konfiguration eine Akquisition der Erde von einem sonnengerichteten Modus aus in einer mit den Anforderungen der gegenwärtigen Missionen kompatiblen Zeit (typischerweise weniger als 30 Minuten) durch schnelle und zuverlässige Zwischenerfassung des Polarsterns gestattet (von dem man weiß, daß er sich in weniger als einem Grad Abweichung vom geographischen NORDEN befindet).
Natürlich muß der Satellit zu diesem Zweck über einen Sterndetektor verfügen, der ein ausreichend breites Gesichtsfeld hat (größer oder gleich 2 x (Orbitalneigung + 1 Grad)) und in der Lage ist, den Polarstern (visuelle Größe = 2,3) zu erfassen. Außerdem muß dieser Detektor an Bord so angeordnet sein, daß seine optische Achse vorzugsweise parallel zu oder nahe der Achse (-Y) des Satelliten ist.
Die Erfindung schlägt so ein Verfahren zur Erdakquisition durch einen Satelliten vor, der auf einem Erdorbit mit einer Neigung von weniger als 10º bezüglich des Äquators umläuft und dazu bestimmt ist, um Roll-, Nick- und Gierachse lagestabilisiert zu werden, und ein zweiachsiges Erderfassungssystem, das eine optische Achse hat, die dazu bestimmt ist, im wesentlichen parallel zur Gierachse auf die Erde zu gerichtet zu werden, ein zweiachsiges Sternerfassungssystem, das eine optische Achse hat, die dazu bestimmt ist, im wesentlichen parallel zur Nickachse auf den Polarstern zu gerichtet zu werden, und ein Sonnenerfassungssystem aufweist, das ein zweiachsiges Sonnenerfassungs-Untersystem aufweist, das eine zur optischen Achse des Sternerfassungs systems im wesentlichen rechtwinklige und quer zur optischen Achse des Erderfassungssystems angeordnete optische Achse hat, gemäß welchem man von einer Sonnenrichtlage ausgeht, in der die optische Achse des Sonnenerfassungs-Untersystems auf die Sonne zu gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß:
- man eine Winkelbewegung des Satelliten bewirkt, so daß die Richtung der Sonne in eine Ausrichtung gebracht wird, die im Gesichtsfeld der Sonnenerfassungs-Untersystem einen von 90º abweichenden Winkel λ bezüglich der optischen Achse des Sternerfassungssystems bildet, wobei dieser Winkel λ die Gleichung
90º - δs - Fspx < λ < 90º - δs + Fspx
erfüllt, wenn δs die Neigung der Sonne bezüglich des Äquators ist und wenn Fspx die halbe Winkelamplitude des Gesichtsfeldes des Sternerfassungssystems in einer Ebene des Satelliten ist, die die optische Achse dieses Sternerfassungssystems und diese Ausrichtung enthält,
- man eine Drehung des Satelliten um diese Ausrichtung bewirkt, so daß man die optische Achse des Sternerfassungssystems einen Kegelabschnitt mit auf die Sonne zu gerichteter Achse und mit einem Spitzenhalbwinkel gleich λ beschreiben läßt,
- man eine Gruppe von mindestens zwei Sternen erfaßt und man sie mit den Sternen vergleicht, die in einer zuvor in Abhängigkeit von λ erstellten Liste enthalten sind, die die Sterne, darunter den Polarstern, aufnimmt, die bei dieser Drehung um diese Ausrichtung herum erfaßt werden können, man diese Sterne dieser Gruppe identifiziert und man den Zeitpunkt vorhersagt, zu dem die optische Achse des Sternerfassungssystems im wesentlichen auf den Polarstern zu gerichtet sein wird,
- man diese Drehung vor diesem Zeitpunkt bremst und dann den Polarstern in der optischen Achse des Sternerfassungssystems einfängt,
- man den Satelliten sich um die optische Achse des Sternerfassungssystems bis zur Erfassung der Erde durch das Erderfassungssystem drehen läßt und man die Erde in der optischen Achse dieses Erderfassungssystems einfängt.
Man stellt fest, daß insbesondere das Verfahren der Erdakquisition über den Polarstern eine offensichtliche Neuheit für die Phasen der Suche und dem Einfang der Erde bezüglich desjenigen mit sich bringt, das auf dem Stern CANOPUS beruht und Gegenstand des Patents EP-0.338.687 ist, da es weder erforderlich ist, für die Durchführung der Erdsuchphase eine beliebige Vorrichtung zur Erzeugung eines kinetischen Moments (ein oder mehrere kinetische Räder) in Aktion zu setzen, noch die Ausrichtung des kinetischen Moments in der Erdeinfangsphase zu korrigieren. So ergibt sich daraus eine beträchtliche Vereinfachung der Steuergesetze: nur herkömmliche Dreiachsensteuerung ohne kinetisches Moment an Bord.
Gemäß bevorzugten, ggf. kombinierten Anordnungen der Erfindung:
- ist die optische Achse dieses Sonnenerfassungs-Untersystems zur Rollachse parallel,
- ist diese Ausrichtung der Richtung der Sonne im Gesichtsfeld des Sonnenerfassungs-Untersystems zu den optischen Achsen dieses Sonnenerfassungs-Untersystems und des Sternenerfassungssystems im wesentlichen koplanar,
- ermittelt man bei der Drehung um diese Ausrichtung für jeden Stern der Gruppe seine Koordinaten in dem Gesichtsfeld des Sternerfassungssystems und vergleicht den Abstand zwischen zwei der Sterne der Gruppe mit dem Abstand, der durch die Liste für jedes Sternenpaar, das einen Teil von ihr bildet, vorhergesagt wird, und setzt man diese beiden Sterne der Gruppe mit dem Sternenpaar der Liste gleich, das, abgesehen von einer vorbestimmten Abweichung, diesen selben Abstand hat,
- mißt man außerdem für jeden Stern eine seine Helligkeit darstellende Größe, und sind die beiden Sterne, zwischen denen man den Abstand mißt, die beiden Sterne der Gruppe, die die hellsten sind,
- enthält diese Liste 10 bis 300 Sterne, die durch ihre Größe, ihre Rektaszension und ihre Deklination bezüglich eines Trägheitsbezugssystems gekennzeichnet sind,
- erfaßt man diese Sternengruppe während eines Drehungswegs um diese Ausrichtung, der eine Winkelamplitude von höchstens gleich 180º hat.
Die Erfindung schlägt ferner eine Vorrichtung zur Erdakquisition ausgehend von einem sonnengerichteten Modus durch einen Satelliten vor, der auf einem Erdorbit mit einer Neigung von weniger als 10º bezüglich des Äquators umläuft, der dazu bestimmt ist, um Roll-, Nick- und Gierachsen lagestabilisiert zu werden und ein zweiachsiges Erderfassungssystem, das eine optische Achse hat, die dazu bestimmt ist, im wesentlichen parallel zur Gierachse auf die Erde zu gerichtet zu werden, ein zweiachsiges Sternerfassungssystem, das eine optische Achse hat, die dazu bestimmt ist, im wesentlichen parallel zur Nickachse auf den Polarstern zu gerichtet zu werden, ein Sonnenerfassungssystem, das ein zweiachsiges Sonnenerfassungs-Untersystem aufweist, das eine optische Achse hat, die zur optischen Achse des Sternerfassungssystems im wesentlichen rechtwinklig ist und quer zur optischen Achse des Erderfassungssystems angeordnet ist, eine Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit, die dazu ausgelegt ist, Geschwindigkeitsmessungen um drei Achsen zu geben, eine Betätigungseinheit, die dazu bestimmt ist, auf den Satelliten einwirkende Steuermomente zu erzeugen, und eine Verarbeitungseinheit aufweist, die zwischen die Erfassungssysteme und die Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit und die Betätigungseinheit geschaltet ist und dazu ausgelegt ist, Steuerbefehle für diese Betätigungseinheit ausgehend von Meßsignalen zu erzeugen, die durch diese Erfassungssysteme und diese Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit geliefert werden, wobei diese Vorrichtung in der Verarbeitungseinheit enthalten ist und dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt:
- einen Messungsverarbeitungs-Logikblock, der dazu ausgelegt ist, ausgehend von diesen Meßsignalen im Bezugssystem der Roll-, Nick- und Gierachsen Koordinaten der Richtung der Sonne und der momentanen Geschwindigkeit des Satelliten sowie Roll-, Nick- und Gierwinkel zu bestimmen,
- einen Polarsternidentifizierungs-Logikblock, der dazu ausgelegt ist, ausgehend von den Meßsignalen des Sternerfassungssystems und den durch den Messungsverarbeitungs-Logikblock gelieferten Koordinaten und Winkeln durch das Sternerfassungssystem erfaßte Sterne mit in einer Liste enthaltenen Sternen gleichzusetzen, das Eintreten des Polarsterns in dieses Sternerfassungssystems vorherzusehen und Identifizierungsdaten zu erzeugen,
- einen Akquisitionsuntermoden-Verknüpfungsblock, der dazu ausgelegt ist, ausgehend von den durch den Messungsverarbeitungs-Logikblock gelieferten Koordinaten und Winkeln und der durch den Polarsternidentifizierungs-Logikblock gelieferten Identifizierungsdaten Signale zur Wahl des Akquisitionsuntermodus zu erzeugen, und
- einen Lagesteuerungs-Logikblock, der dazu ausgelegt ist, ausgehend von den Signalen zur Wahl des Akquisitionsuntermodus und von durch den Messungsverarbeitungs-Logikblock gelieferten Koordinaten und Winkeln an die Betätigungseinheit angelegte Steuersignale zu erzeugen, die so ausgearbeitet sind,
* daß sie in einem ersten Untermodus die optische Achse des Sternerfassungssystems einen Kegelabschnitt um die Richtung der Sonne herum bestreichen lassen, der einen Spitzenhalbwinkel mindestens etwa gleich der Winkelabweichung zwischen den jeweiligen Richtungen der Sonne und des Polarsterns hat,
* daß sie in einem zweiten Untermodus die Drehung des Satelliten bremsen,
* daß sie in einem dritten Untermodus den Polarstern in dem Sternerfassungssystem einfangen,
* daß sie in einem vierten Untermodus den Satelliten sich bezüglich der Nickbewegung drehen lassen, indem sie den Polarstern eingefangen halten,
* daß sie in einem fünften Untermodus die Erde in dem Erderfassungssystem einfangen.
Gemäß anderen bevorzugten, ggf. kombinierten Anordnungen der Erfindung:
- enthalten die durch den Polarsternidentifizierungs-Logikblock erzeugten Identifizierungsdaten ein binäres Signal, das seine Höhe ändert, wenn der Polarstern identifiziert ist, und ein Winkelsignal, das die Winkelabweichung zwischen der Polarrichtung und der optischen Achse des Sternerfassungssystems darstellt,
- weist der Lagesteuerungs-Logikblock eine Gruppe von Reglern und Begrenzern auf, die für jeden Untermodus geeignet sind,
- sind die Regler linear,
- weist der Lagesteuerungs-Logikblock am Ausgang der Gruppe von Reglern und Begrenzern Filter auf,
- sind die Filter vom digitalen Typ der zweiten Ordnung,
- weist der Lagesteuerungs-Logikblock am Ausgang der Filter Modulatoren auf,
- sind die Modulatoren vom Typ PRM, d.h. "Pseudo-Rate Modulator",
- weist die Betätigungseinheit Düsen auf und weist der Lagesteuerungs-Logikblock eine Logik zur Auswahl von Düsen auf,
- ist die Logik zur Auswahl von Düsen verkabelt oder in einen an Bord befindlichen Speicher eingebaut, der einen Teil eines Bordrechners bildet.
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die als nicht begrenzendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen folgt, in denen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Satelliten ist,
Fig. 2 ein Schema ist, das die Begriffe Trägheitsbezugssystem und örtliches Orbitalbezugssystem definiert,
Fig. 3 ein Schema ist, das den Roll-, Nick- und Gierwinkel definiert,
Fig. 4 ein Schema ist, das die Meßwinkel des Erddetektors definiert,
Fig. 5 ein Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Erdakquisitionsvorrichtung ist,
Fig. 6 ein Schema ist, das die Lage des Satelliten in Sonnenrichtkonfiguration zeigt,
Fig. 7 ein Schema ist, das eine erste Phase (Suche des Polarsterns) des erfindungsgemäßen Erdakquisitionsverfahrens ausgehend von der Konfiguration von Fig. 6 zeigt,
Fig. 8 ein Schema ist, das eine zweite Phase dieses Verfahrens zeigt (Einfang des Polarsterns),
Fig. 9 ein Schema ist, das eine dritte Phase dieses Verfahrens zeigt (Suche der Erde),
Fig. 10 ein Schema ist, das eine vierte Phase dieses Verfahrens zeigt (Einfang der Erde),
Fig. 11 ein Prinzipschema des Polarsternidentifizierungs- Logikblocks ist,
Fig. 12 ein Schema ist&sub1; das den Hohlkegelbereich erkennen läßt, der von dem Sterndetektor abgetastet wird und verschiedene Sterne, darunter den Polarstern, enthält,
Fig. 13 eine Gruppe von sieben aufeinanderfolgenden Bildern des Sterndetektors ist,
Fig. 14 ein Schema ist, in dem verschiedene, bei der Identifizierung des Polarsterns eine Rolle spielende Größen bezeichnet werden,
Fig. 15 ein Schema des Logikblocks der Regler und Begrenzer ist,
Fig. 16 das Funktionsschema eines Filters der zweiten Ordnung ist und
Fig. 17 das Funktionsschema eines einachsigen PRM- Modulators ist.
Fig. 1 zeigt schematisch den Körper 1 eines dreiachsenstabilisierten Satelliten gemäß der Erfindung, der außerdem auf herkömmliche Weise einen Sonnengenerator mit einem oder mehreren Flügeln (nicht dargestellt) aufweist.
Es wird daran erinnert, daß die drei Achsen (in der Praxis die Hauptträgheitsachsen), gemäß welchen dieser Satellit (d.h. sein Körper) in Nennlage auf einem gegebenen Erdorbit geringer Neigung stabilisiert werden soll, eine auf die Erde zu gerichtete Achse, die gewöhnlich mit Z bezeichnet und Gierachse genannt wird, eine zur Ebene des Orbits senkrechte und nach Süden gerichtete Achse, die mit Y bezeichnet und Nickachse genannt wird, und eine mit der Nickachse und der Gierachse ein gerades orthonormiertes Achsenkreuz (X, Y, Z) bildende Achse X sind, die Rollachse genannt wird. In der Praxis, wenn der Orbit kreisförmig ist, ist diese Rollachse tangential zum Orbit und vorzugsweise von derselben Richtung wie die Geschwindigkeit, mit der der Satellit den Orbit durchläuft. Im allgemeinen ist der Sonnengenerator parallel zur Nickachse langgestreckt.
Der Körper 1 des Satelliten weist ein Lage- und Orbitsteuersystem auf, das mindestens folgendes besitzt:
- ein Erderfassungssystem 2, das hier von einem einzigen zweiachsigen Detektor gebildet ist, der eine zur Z-Achse parallele oder dieser Achse nahe optische Achse Zst und zwei zur optischen Achse quer verlaufende (in der Praxis rechtwinklige) Meßachsen Xst und Yst hat, die vorteilhafterweise der X-Achse bzw. der Y-Achse des Satelliten nahe oder sogar zu diesen parallel sind,
- ein Sonnenerfassungssystem, das mindestens ein Sonnenerfassungs-Untersystem 3 aufweist, das eine zu den Achsen Z und Y im wesentlichen quer verlaufende optische Achse Xss hat, die vorzugsweise zur X-Achse (oder -X) parallel oder dieser nahe ist, und zwei (in der Praxis rechtwinklige) Meßachsen Yss und Zss hat, die vorzugsweise der Y-Achse bzw. der Z-Achse nahe oder auch zu diesen parallel sind; in der Praxis weist das Sonnenerfassungssystem außerdem andere einachsige Sonnenerfassungs-Untersysteme (nicht dargestellt) auf, die auf dem Körper 1(-X) so verteilt sind, daß gewährleistet wird, daß die Sonne durch den sonnengerichteten Modus zu jedem Zeitpunkt erfaßt werden kann; in dem betrachteten Beispiel wird das Sonnenerfassungs- Untersystem 3 von zwei einachsigen Detektoren 3a und 3b gebildet, die jeweils als einzige Meßachse die obengenannten Achsen Yss und Zss haben (in Fig. 1 sind außerdem Indizes 1 und 2 angegeben, um diese beiden Detektoren zu unterscheiden),
- ein Sternerfassungssystem 4, das hier von einem einzigen zweiachsigen Detektor gebildet wird, der eine nach Norden gerichtete optische Achse Ysp hat, so daß er den Polarstern erfassen kann (es wird daran erinnert, daß der Polarstern sehr nahe bei Norden ist), und zwei (in der Praxis rechtwinklige) Meßachsen Xsp und Zsp, die vorzugsweise zu der X- Achse bzw. zu der Z-Achse parallel oder diesen nahe sind; dieses Sternerfassungssystem 4 ist in der Praxis gegen die Y-Achse um eine so große Strecke versetzt, daß vermieden wird, daß der Sonnengenerator fühlbar in sein Gesichtsfeld eingreift,
- eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungseinheit 5, beispielsweise Kreisel, zur Messung der Winkelgeschwindigkeiten des Satelliten um drei zu den Achsen X, Y und Z vorzugsweise parallele Achsen,
- eine Betätigungseinheit, die hier von mindestens sechs Düsen 6 gebildet wird, für die Erzeugung von positiven oder negativen Steuermomenten um die Achsen X, Y und Z, und
- eine analoge oder digitale Verarbeitungselektronikeinheit 7 für die Verarbeitung der durch die Erfassungssysteme gelieferten Messungen und die Erarbeitung der Steuerbefehle, die für die Betätigungseinheit (über Filter, Begrenzer und Modulatoren) bestimmt sind, mit Hilfe von an sich bekannten Steuergesetzen in Lagesteuernennbetrieb oder gemäß weiter unten beschriebenen Steuergesetzen im Reakquisitionsmodus.
Zum besseren Verständnis des Folgenden erscheint es nützlich verschiedene Begriffe und Größen, die verwendet werden, zu erläutern oder an sie zu erinnern.
Fig. 2 zeigt den schematisch durch seinen Körper 1 dargestellten Satelliten, der seinem Orbit 100 um die Erde folgt (es wird hier angenommen, daß dieser Orbit in der Erdäquatorebene enthalten ist).
Trägheitsbezugssystem nennt man das Bezugssystem, das aus einer Achse Xi, die in der Praxis auf einen "Frühlingspunkt" genannten Punkt gerichtet ist, was nach Vereinbarung der Richtung der Sonne am Tag der Frühlings-Tagundnachtgleiche 1950 um 0 h entspricht, einer auf den geographischen Norden gerichteten Achse Yi und einer Y- Achsei besteht, die das Achsenkreuz (Xi, Yi, Zi) so vervollständigt, daß es gerade orthonormiert ist.
Örtliches Orbitalbezugssystem nennt man das Bezugssystem, das an einem gegebenen Punkt des Orbits, an dem sich der Satellit zum betrachteten Zeitpunkt befindet, durch eine auf die Erde zu gerichtete Achse Zo, eine zur Ebene des Orbits senkrechte und nach Süden gerichtete Achse Yo und eine Achse Xo gebildet ist, die das Achsenkreuz (Xo, Yo und Zo) so vervollständigt, daß es gerade orthonormiert ist.
Dieses Achsenkreuz (Xo, Yo, Zo) ist in Fig. 3 eingetragen, in der man außerdem Achsenkreuze (X1, Y1, Z1), (X2, Y2, Z2) und (X, Y, Z) sieht, die man aus diesem Achsenkreuz (Xo, Yo, Zo) nach einer Rolldrehung um einen Winkel Φ, einer anschließenden Nickdrehung um einen Winkel θ und einer abschließenden Gierdrehung um einen Winkel Ψ erhält. Diese Winkel definieren die Lage des Bezugssystems des Satelliten bezüglich des örtlichen Orbitalbezugssystems. Der Sollwert für das Lage- und Orbitsteuersystem besteht in der Tat darin, daß das Bezugssystem XYZ des Satelliten diesem Bezugssystem (Xo, Yo, Zo) überlagert wird.
Um jetzt auf die oben im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Erfassungssysteme zurückzukommen: der das Erderfassungssystem 2 bildende Detektor hat ein Gesichtsfeld mit einer Winkelöffnung, die typischerweise zwischen ± 2 Grad bezüglich der Rollbewegung und ± 9 Grad bezüglich der Nickbewegung liegt (linearer Bereich des Fühlers IRES/GALILEO auf EUTELSAT II) (siehe Fig. 4).
Durch die Winkel αst und βst definiert man die Winkellage der Richtung des Mittelpunkts der Erde bezüglich der Achse Zst, wobei diese Winkel bezüglich der Achsen Yst und Xst gemessen werden. Kennt man die Übergangsmatrix Pst des Bezugssystems (Xst, Yst, Zst) auf das Bezugssystem (X, Y, Z) des Satelliten, so kann man aus den obengenannten Winkeln mit Hilfe von einfachen trigonometrischen Formeln die Rollund Nickwinkel φst und θst errechnen.
Ebenso hat der das Sternerfassungssystem 4 bildende Detektor ein Gesichtsfeld mit einer Winkelöffnung von mindestens gleich 2 x (Orbitalneigung + 1 Grad) und eine ausreichende Empfindlichkeit, um den Polarstern zu erfassen (dessen visuelle Größe bekanntlich etwa 2,3 ist). Dieser Detektor liefert für jeden in seinem Gesichtsfeld erfaßten Stern eine (beispielsweise visuelle) Größenmessung Msp ebenso wie die Koordinaten xsp und zsp des Schwerpunkts des Sterns in dem Bezugssystem (Xsp, Zsp); dieser Detektortyp liefert nämlich nicht direkt Winkel; dagegen ist es leicht, Lagewinkel αsp und βsp zu berechnen, und dann kann man, da die Übergangsmatrix Psp des Bezugssystems (Xsp, Ysp, Zsp) auf das Bezugssystem (X, Y, Z) sowie die Komponenten Pso, Pyo und Pzo des Einheitsvektors der Polarstemrichtung in dem örtlichen Orbitalbezugssystem (Xo, Yo, Zo) - Komponenten, die in Abhängigkeit von der Orbitalposition des Satelliten und von den Komponenten des Einheitsvektors in der Polarstemrichtung im Trägheitsbezugssystem (Xi, Yi, Zi) bestimmt sind - bekannt sind, mit Hilfe von einfachen trigonometrischen Formeln die Roll- und Gierwinkel Φsp und Ψisp berechnen (die Rollwinkel Φst und Φsp müssen natürlich, abgesehen von einer Störung und abgesehen von Messunsicherheiten, gleich sein).
Was das Sonnenerfassungs-Untersystem 3 betrifft, so wird es (siehe oben) von zwei einachsigen Detektoren 3a und 3b gebildet; ihre Gesichtsfelder erstrecken sich jeweils parallel zu einer einzigen Richtung (diese einzigen Richtungen dieser Detektoren sind rechtwinklig) mit einer in der Praxis großen Öffnung (typischerweise jeweils +/- 60º); jeder dieser Detektoren 3a und 3b liefert eine einzige Größe NS1 oder NS2; es ist einfach, davon Messungen der Winkel der Richtung der Sonne jeweils bezüglich der Meßachsen dieser Detektoren abzuleiten. Da man die Übergangsmatrizen Pss1 und Pss2 der Bezugssysteme dieser Detektoren auf das Satellitenbezugssystem kennt und indem man einfache trigonometrische Umwandlungen anwendet, kann man die Komponenten Sbx, Sby und Sbz des auf die Sonne zu gerichteten Einheitsvektors im Bezugssystem (X, Y, Z) bestimmen.
Die Geschwindigkeits-Erfassungseinheit 5 liefert Geschwindigkeitsmessungen (wenn sie von einfachen Kreiseln gebildet ist) oder Messungen von Drehungsinkrementen (wenn sie von Integrierkreiseln gebildet ist) um ihre drei empfindlichen Achsen. Im letzten hier betrachteten Fall errechnet man die Kreiselgeschwindigkeiten ωgx, ωgy und ωgz aus Drehungsinkrementen αgx, αgy und αgz, beispielsweise durch eine Differenzierungsverarbeitung, der ggf. eine Bezugssystemänderungsbearbeitung vorausgeht, wenn die empfindlichen Achsen des Systems 5 nicht mit den Achsen des Satelliten zusammenfallen.
Figur 5 ist ein Funktionsschema, das zeigt, wie die verschiedenen von den verschiedenen Erfassungssystemen gelieferten Meßsignale erfindungsgemäß verwendet werden, um den Satelliten mit Hilfe von geeigneten Steuersignalen, die an die Betätigungseinheit gemäß einer geeigneten Folge von Untermoden angelegt werden, in eine Nennlage zu bringen.
Aus dieser Figur geht hervor, daß die Akquisitionsvorrichtung, die die Wiedererlangung dieser Nennlage gestattet (Akquisitionsmodus), aufweist:
- einen Messungsverarbeitungs-Logikblock 21,
- einen Akquisitionsuntermoden-Verknüpfungslogikblock 22,
- einen Polarsternidentifizierungs-Logikblock 23,
- einen Lageregelungs-Logikblock 24, der eine Gruppe 25 von Begrenzern und Reglern, einen Block 26 von Filtern, einen Block 27 von Modulatoren und einen Düsenwahl-Logikblock 28 aufweist.
Man hat bereits die Rolle des Logikblocks 21 gesehen. Die Rolle der anderen Blocks ergibt sich aus der Analyse der aufeinanderfolgenden Phasen des erfindungsgemäßen Erdakquisitionsverfahrens unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 10 (selbst, wenn jeder Phase nicht notwendigerweise ein einzelner Untermodus entspricht).
Der Satellit ist zunächst in einer Sonnenrichtlage (Fig. 6), d.h. seine Rollachse X ist auf die Sonne zu gerichtet (es ist daran zu erinnern, daß die Darstellung der Sonne auf dieser Figur nur zu Erläuterungszwecken erscheint und daß diese sich in Wirklichkeit sehr weit außerhalb dieser Figur befinden müßte). Der Satellit dreht sich um seine X- Achse, die zeitweise zu der die Erde mit der Sonne verbindenden Richtung S parallel ist, die durch ihre Rektaszension αs und ihre Deklination δs gekennzeichnet ist. Der Orbit 10º ist beispielsweise geosynchron. Der Winkel ν definiert die Position des Satelliten auf seinem Orbit in dem Trägheitsbezugssystem.
Die Akquisition (oder die Reakquisition, wenn die Lage von Fig. 5 auf eine Störung folgt) der Erde, d.h. der Übergang in eine Nennlage mit der Z-Achse auf die Erde zu, ergibt sich aus den folgenden Schritten:

- Schritt 1: Suche des Polarsterns (Figur 7)

Man steuert die Betätigungseinheit so, daß man vorzugsweise in der Ebene (X, Y) des Satelliten den Vektor S der Richtung der Sonne um einen Winkel α bezüglich seiner ursprünglichen, zu X im wesentlichen parallelen Anfangslage verlagert, wobei dieser ggf. negative Winkel α in Abhängigkeit vom Datum vorzugsweise mindestens annähernd gleich der Neigung der Sonne gegen die Erdäquatorebene, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen gewählt wird. Diese Richtung im Bezugssystem (X, Y, Z) bezeichnet man mit S'. Diese Betätigungseinheit wird außerdem so gesteuert, daß der Satellit bezüglich der Sonne in einer solchen Lage gehalten wird, daß dieser Satellit einer Drehung um S' (und nicht mehr um X) ausgesetzt ist, indem man für diese Lageregelung die vom Sonnenerfassungs-Untersystem und von der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungseinheit kommenden Signale verwendet.
Allgemeiner, diese Richtung S' ist so gewählt, daß sie mit der optischen Achse des Sterndetektors, d.h. mit der Y- Achse, einen Winkel λ bildet, der die Beziehung:
90º - δs - Fspx < λ < 90º - δs + Fspx
erfüllt, wenn δs die Neigung der Sonne gegen den Äquator ist und wenn Fspx die Winkelhalbamplitude des Gesichtsfeldes des Sternerfassungssystems in einer Ebene des Satelliten ist, die die optische Achse dieses Sternerfassungssystems und diese Ausrichtung enthält.
Aufgrund dieser Abweichung α zwischen S' und X und der Drehung um S' kommt das Satellitenbezugssystem (X, Y, Z) dazu, sich zu zeitlich regelmäßig voneinander entfernten Zeitpunkten einem solchen Bezugssystem (Xr, Yr, Zr) zu überlagern, so daß die Xr-Achse gemäß der Projektion des Sonnenvektors auf die Erdäquatorebene ist, die Yr-Achse nach Süden gerichtet ist und die Zr-Achse das gerade orthonormierte Achsenkreuz vervollständigt. Für diese Steuerung errechnet man die Komponenten Srx, Sry und Srz des Sonnenvektors in diesem Bezugssystem (Xr, Yr, Zr) und legt sie an die Lagesteuerlogik an, damit diese die Düsen aktiviert, um die Abweichungen zwischen diesen Komponenten und den Komponenten Sbx, Sby und Sbz des Sonnenvektors in dem Satellitenbezugssystem XYZ zu reduzieren. Typischerweise werden die Komponenten Srx, Sry und Srz in Abhängigkeit von dem Rektaszensionswinkel αs und dem Deklinationswinkel δs der Richtung der Sonne bezüglich des geozentrischen Trägheitsbezugssystems Xi, Yi, Zi errechnet.
Die Wahl der Winkelversetzung α ist so beschaffen, daß das Gesichtsfeld des Polarsterndetektors (gemäß -Y gerichtet) bei der Drehung um S' einen Kegel vom Winkel λ abtastet, d.h. einen Kranz der Himmelskugel, der notwendigerweise den Polarstern enthält. Dieser Stern wird nun jedes Mal erfaßt, wenn das Satellitenbezugssystem in Nähe der angestrebten Lage gelangt (Überlagerung mit dem Bezugssystem (Xr, Yr, Zr)), wobei man weiß, daß das Gesichtsfeld des Detektors 4 in diesem Wiedererlangungsmodus breit genug ist. Man wird jedoch weiter unten sehen, daß es nicht erforderlich ist, den Polarstern zu erfassen, um ihn zu identifizieren.
Infolge des Vorhandenseins einer großen Anzahl von Sternen, die durch den Sterndetektor erfaßt werden können, werden in der Praxis mehrere von ihnen von diesem Detektor bei dieser Phase der Drehung um die Sonne gesehen. Es ist also erforderlich, den Polarstern identifizieren zu können, damit man die Suchphase beenden kann und in den Einfangmodus übergehen kann (Schritt 2).
Der Algorithmus zur Identifizierung des Polarsterns (Block 23) wird im nachstehenden ausführlich beschrieben, für diese Polarsternsuchphase wird jedoch erwähnt, daß dieser Algorithmus dem Block 22 Identifizierungsdaten liefert, die vorzugsweise mindestens die folgenden Parameter umfassen:
- einen Anzeiger Idp, der anfangs gleich 0 ist und auf 1 gesetzt wird, sobald der Polarstern durch den Algorithmus identifiziert wurde,
- einen Winkel ΔΦp der zu jedem Zeitpunkt von dem Moment an, an dem der Polarstern erkannt wurde, die Winkelphase der Polarstemrichtung bezüglich der optischen Achse des Detektors 4 mißt.
Dieser erste Schritt entspricht einem ersten Untermodus (Suche und Identifizierung des Polarsterns).

- Schritt 2: Bremsung der Drehung und Einfang des Polarsterns (Figur 8)

Nachdem der Polarstern identifiziert wurde, bestimmt man periodisch seine Winkelabweichung bezüglich der optischen Achse des Detektors 4, und dann nimmt man die Bremsung der Drehung (also eine Verringerung der Winkelgeschwindigkeiten) mit den Düsen und insbesondere um die X-Achse vor, damit der Stern langsam in das Gesichtsfeld des Detektors eintritt.
Diese Phase, die einem zweiten Untermodus entspricht, wird vorzugsweise so spät wie möglich ausgelöst, sobald der Winkel ΔΦp kleiner als ein vorgewählter Wert ΔΦp1 (beispielsweise ΔΦp1 = 30º) wird.
Anschließend geht man, sobald die durch den Identifizierungsalgorithmus errechnete Winkelphase des Sterns kleiner als eine vorgewählte Winkelschwelle ΔΦp2, beispielsweise ΔΦp2 = (halbes Gesichtsfeld des Detektors), wird, automatisch in Einfangphase über, was einem dritten Untermodus entspricht.
Zu diesem Zweck steuert man die Düsen so, daß die Ausgänge des Polarsterndetektors 4 sowie die durch die Kreisel gemessenen Winkelgeschwindigkeiten des Satelliten auf null gehalten werden.

- Schritt 3: Suche der Erde (Figur 9)

Weiterhin mit Hilfe der Kreisel und des Polarsterndetektors und entweder automatisch nach einer Zeit At34 nach Beginn der Polarsterneinfangphase oder durch Fernsteuerung vom Boden aus, wird der Satellit in Drehung um die Achse (-Y) versetzt, die jetzt nahe der NORD-SÜD-Richtung ist, damit der Erddetektor die Erde treffen kann.
In diesem vierten Untermodus (Erdsuche) bleibt der Polarstern innerhalb des Gesichtsfelds des Sterndetektors, und die Lageregelung beruht auf den durch diesen Detektor gemessenen Roll- und Gierwinkeln und auf den durch die Kreisel gemessenen Winkelgeschwindigkeiten unter Berücksichtigung des für die Geschwindigkeit um die Y-Achse festgelegten Sollwerts (je nach Sonnenzeit des Satelliten in der positiven oder negativen Richtung).

- Schritt 4: Einfang der Erde und Endrichtung (Figur 10)

Sobald die Erde in das Gesichtsfeld des Erddetektors eintritt, werden die durch diesen Detektor gemessenen Roll- und Nickfehler zusammen mit der Gierinformation des Polarsterndetektors und den durch die Kreisel gemessenen Winkelgeschwindigkeiten verwendet, damit der Erddetektor die Erde einfangen kann und das Satellitenbezugssystem (X, Y, Z) sich auf dem örtlichen Orbitalbezugssystem (Xo, Yo, Zo) stabilisiert. Dieser fünfte Untermodus (Erdeinfang) beendet nun die Erdakquisition, wobei die Z-Achse auf den Erdmittelpunkt zu gerichtet und die Y-Achse nach Süden gerichtet sind.
Das Prinzip des Polarsternidentifizierungsalgorithmus kann folgendermaßen definiert werden: wenn ein Stern von adäquater Größe (typischerweise < 3) das Gesichtsfeld des Detektors 4 durchquert, liefert dieser mit einer bestimmten Ausgangsfrequenz (typischerweise 1 - 10 Hz) die Koordinaten xsp und zsp und die Beleuchtung des durch den Stern auf dem Erfassungsorgan des Detektors (beispielsweise CCD-Stab) erzeugten Bildflecks.
Insbesondere wird die Schätzung des Zeitpunkts des nächsten Durchgangs des Polarsterns durch das Gesichtsfeld des Detektors, dessen Kenntnis zum Auslösen des Untermodus der Bremsung der Drehung und des Einfangs des Sterns erforderlich ist, durch einen spezifischen Algorithmus vorgenommen, der in Echtzeit die durch die Sonnen- und Polarsterndetektoren und durch die Kreisel vorgenommenen Messungen verarbeitet.
Das Grundprinzip dieses Algorithmus besteht darin, daß die Sequenz von durch den Sterndetektor gemessenen Sternen mit einer theoretischen Sequenz korreliert wird, die mit einer am Boden vorhandenen oder vorzugsweise im Bordrechner des Satelliten gespeicherten Sternenliste errechnet wird.
Die Identifizierung des Polarsterns (Block 23) kann praktisch in zwei wesentliche Funktionen zerlegt werden:
- eine Datensammel- oder Vorbehandlungsfunktion (Block 23a zur Vorbehandlung und Analyse der Stemmessungen), die bei jedem Meßzyklus aktiviert wird und es gestattet, die während des Durchgangs der Sterne durch das Gesichtsfeld des Detektors vorgenommenen Messungen zu verdichten und gewisse abweichende Messungen auszuschalten (beispielsweise die feststehenden Flecken),
- eine eigentliche Identifizierungsfunktion (Block 23b der Korrelierung der Stemmessungen und der Identifizierung des Polarsterns), die auf der Sternenliste (Block 23c) beruht und durch die Vorbehandlungsfunktion aktiviert wird, wenn die Menge verfügbarer Messungen ausreichend wird.
Fig. 11 zeigt das Prinzipschema des Algorithmus zur Identifizierung des Polarsterns und die folgenden Absätze erläutern die obengenannten Funktionen.
Sternenliste: diese Liste wird ausgehend von einer allgemeineren Bezugsuste - beispielsweise nach James WERTZ, Herausgeber, "Spacecraft Attitude Determination and Control", Reidel Publishing Company, Holland/USA/England, 1986 - aus einer Liste von N Sternen gebildet, die notwendigerweise den Polarstern enthalten und von dem Detektor während der Abtastung der sich um die Sonne drehenden Himmelskugel (mit der Versetzung λ von Fig. 7) gesehen werden können.
Typischerweise sind die aufgelisteten Sterne diejenigen der Himmelskugel, die mindestens so hell wie der Polarstern sind und deren Richtung E mit dem Sonnenvektor S einen Winkel gleich (90º - Deklination der Sonne +/- Fspx) bildet, worin Fspx das Gesichtsfeld des Polarsterndetektors um die zur X-Achse des Satelliten parallele Achse Xsp bezeichnet (siehe Fig. 12, in der λ1 und λ2 den zulässigen Extremwerten von λ entsprechen) . Die Anzahl von Sternen N kann von 10 bis 20 Sternen bei einer äußerst kurzen Bordliste bis etwa 300 Sterne bei einer relativ ausführlichen Bordliste gehen.
Für jeden dieser Sterne enthält die Liste typischerweise die folgenden Informationen: (beispielsweise visuelle) Größe des Sterns, Rektaszension und Deklination bezüglich eines Trägheitsbezugssystems wie beispielsweise des geozentrischen Trägheitsbezugssystems.
Die Tabelle 1 enthält die Liste der 100 hellsten Sterne des Himmels, nach zunehmender visueller Größe geordnet, wobei man weiß, daß der Stern um so weniger hell im sichtbaren Licht ist, je mehr die Größe zunimmt (diese Sterne sind hier durch ihre Strahlungsstärke charakterisiert). Zur Erstellung dieses Arbeitskatalogs kann man sich auch auf Sternkataloge wie die der Yale-Universität, des Smithsonian Instituts oder der NASA beziehen.
Sammeln der Daten und Vorbehandlung der Detektor- und Kreiselmessungen:
Bei jedem Meßzyklus führt das Vorbehandlungsmodul 23a mindestens die folgenden Arbeitsgänge aus:
1) Akquisition der vom Polarsterndetektor und den Kreiseln kommenden Daten,
2) Aktualisierung des integrierten Drehwinkels (bereits abgetastete Winkelamplitude) um den Sonnenvektor, Identifizierungsbogen genannt, sowie des Deklinationswinkels des erfaßten Sterns bezüglich der zur Drehachse senkrechten Ebene. Diese Winkel werden in Abhängigkeit von den durch die Kreisel erfaßten Winkelgeschwindigkeiten und den durch die Sonnen- und Polarsterndetektoren vorgenommenen Messungen errechnet,
3) Analyse und Verdichtung der Messungen des Polarsterndetektors zum Zweck der Ausschaltung der abweichenden oder unverwertbaren Erfassungen wie derjenigen, die durch feststehende Flecken oder durch zwei Sterne mit ähnlichen Größen, die gleichzeitig das Gesichtsfeld des Sterndetektors passieren, induziert werden.
Das Prinzip dieser Grundfunktion wird in dem folgenden typischen Beispiel erläutert, wobei von einer Meßperiode von 200 ms für den Sterndetektor und einer Drehgeschwindigkeit von 0,5 Grad/Sekunde um die Richtung der Sonne ausgegangen wird (vgl. Fig. 13):
1. Bei t=to, erfaßt der Detektor einen hellen Fleck und liefert seine Koodinaten X und Y sowie seine Größe Mv, und diese Informationen werden durch die Vorbehandlungslogik gespeichert, die eine Leuchtfleck genannte Tabelle erzeugt, die die Position des Sterns, die (bei 1 initialisierte) Anzahl von Erfassungen und den Mittelwert der gemessenen Größen enthält.
2. Bei t=to+200 ms sagt die Logik die Position des Sterns 200 ms später voraus, wobei sie die Drehgeschwindigkeit des Satelliten kennt. So hat sich der Stern bei 0,5 º/s in der Richtung Y um 0,10 verschieben müssen. Da der zu diesem Zeitpunkt erfaßte Fleck nahe der vorhergesagten Position ist, wird dieser Fleck demselben Stern zugeordnet, und der entsprechende Leuchtfleck wird aktualisiert: Rezentrierung auf die gemessene Position, Inkrementierung der Erfassungsanzahl, Aktualisierung des Mittelwerts der Größen.
3. Bei t=to+400 ms entspricht die Vorhersage der Position des Leuchtflecks nicht der Messung, die Logik erzeugt also einen neuen Leuchtfleck, der einem zweiten Stern entspricht.
4. Bei t=to+600 ms entspricht der erfaßte Fleck wieder dem ersten Leuchtfleck, dessen Merkmale werden nun wie bei t=to+200 ms aktualisiert.
5. Bei t=to+800 ms wird kein Stern erfaßt, die Logik sagt jedoch weiterhin die Position des Leuchtflecks vorher.
6. Bei t=to+1000 ms entspricht der erfaßte Fleck wieder dem ersten Leuchtfleck.
7. Bei t=to+1200 ms ist die Vorhersage der Position des Leuchtflecks 1 außerhalb des Gesichtsfeldes, der Stern muß seinen Durchgang beendet haben und die Logik nimmt die Bilanz bezüglich dieses Leuchtflecks vor, indem sie eine für die Identifizierungslogik bestimmte Messung M1 erarbeitet.
Diese Messung M1 setzt sich aus den folgenden Informationen zusammen:
- der laufende Wert des integrierten Kreiselsignals: Messung der relativen Position oder des Azimuts des Sterns (letzter gemessener Wert),
- die Abszisse des Leuchtflecks, die mit der Erhöhung über der zur Drehachse senkrechten Ebene gleichwertig ist,
- der Mittelwert der Größen aus den N Erfassungen.
8. Die erzeugte Messung M1 wird nun mit den bereits gespeicherten Messungen verglichen, so daß nur die hellsten Sterne gespeichert gelassen werden, der Leuchtfleck 1 wird zerstört und die laufende Messung wird von nun an dem Leuchtfleck 2 zugeordnet.
Zusammenfassend: die Funktion der Vorbehandlung der Messungen gestattet die Durchführung mindestens der folgenden Operationen:
- die Verfolgung mehrerer Sterne, die gleichzeitig das Gesichtsfeld des Sterndetektors durchqueren,
- Ausschaltung der erratischen feststehenden Flecken (im Fall to+400 ms) oder der Flecken mit einer Durchlaufgeschwindigkeit, die nicht der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit des Satelliten entspricht,
- Ermittlung des Mittelwerts der Größenmessungen und Begrenzung des Einflusses des Rauschens des Detektors.

Identifizierung des Polarsterns:

Die Identifizierungsfunktion wird aktiviert, sobald mindestens zwei Sterne erfaßt und durch die Datensammelfunktion eingeordnet wurden und der Satellit in seiner Drehbewegung einen Mindestwinkel (oder einen Bogen) Φmin (typischerweise 90º) durchlaufen hat.
Nun wird die Identifizierung des Polarsterns vorgenommen, indem der gewichtete Abstand Δij des Paares (M1, M2) der durch die Vorbehandlungslogik aufgenommenen hellsten Sterne von einem beliebigen Paar Sterne (Ri, Rj) - l< i< N und l< j< N - des Bezugskatalogs errechnet wird.
Typischerweise wird der gewichtete Abstand Δij einfach in Abhängigkeit von den Merkmalen der aufgenommenen Sterne und der Bezugssterne durch die Formel ausgedrückt:
Δij = [(Φ1mes - Φ2mes) - (Φiref - Φjref)]² / ( Φ)² + (δ1mes - δiref)² / ( δ)² + (δ2mes - δjref)² / ( δ)² + (M1mes - Miref)² / ( m)² + (M2mes - Mjref)² / ( m)²
Darin ist:
(Φ1mes - Φ2mes) die nach den Kreiselmessungen errechnete Azimutdifferenz der aufgenommenen Sterne,
(Φiref - Φjref) die Azimutdifferenz der Sterne Ri, Rj des Katalogs,
δ1mes, δ2mes die Erhöhungen über der zur Achse Xsp senkrechten Ebene,
δiref, δjref die Erhöhungen der Sterne Ri, Rj des Katalogs über der zur Drehachse senkrechten Ebene,
M1mes, M2mes die Größen der aufgenommenen Sterne,
Miref, Mjref die Größen der Bezugssterne Ri, Rj,
Φ die geschätzte Standardabweichung der Unsicherheit in der Messung der Azimutdifferenz,
δ die geschätzte Standardabweichung der Unsicherheit in der Messung der Erhöhung,
m die geschätzte Standardabweichung der Unsicherheit in der Messung der Größe.
Bei Fehlen von Meßfehlern und zweideutiger Sternanordnung ist der Abstand Δij für das Paar io, jo null (oder nahe null), so daß Rio=M1 und Rjo=M2. Bei Vorhandensein von Fehlern ist der Abstand Aij nicht null, und man muß Δij mit einer vorgewählten Toleranzschwelle &epsi;m vergleichen.
Wenn die Winkelversetzung zwischen der Sequenz von aufgenommenen Sternen und der den Polarstern enthaltenden Sequenz von Bezugssternen identifiziert ist, kann man nun den Identifizierungs-Flag des Polarsterns Idp auf 1 setzen und von diesem Zeitpunkt an den Winkel ΔΦp (oder den Bogen) errechnen, der bis zum nächsten Durchgang des Polarsterns im Gesichtsfeld des Detektors zu durchlaufen bleibt, und zwar mit Hilfe der Beziehung (siehe Fig. 14):
ΔΦp = 360º - Φ - (Φio ref - Φp ref) - Φ1
worin:
Φ der laufende Identifizierungsbogen ist,
Φio ref der katalogisierte Azimut des Sterns Rio ist,
Φp ref der katalogisierte Azimut des Polarsterns ist,
Φ1 der gemessene Azimut des Sterns M1 ist.
Man bemerkt die sehr geringe Zeit, die für die Identifizierung des Polarsterns erforderlich ist, da insbesondere das Sammeln von Daten in einem Bruchteil einer Umdrehung vor sich geht, wobei man wissen muß, daß eine Umdrehung typischerweise 180 s bis 720 s bei Drehgeschwindigkeiten von 2 Grad/sec bis 0,5 Grad/sec dauert.
Die Lageregelungslogik 24 besteht im wesentlichen (siehe oben) aus gebräuchlichen linearen Reglern vom Typ proportional-differential oder proportional-integral-differential (PID), die einer Gruppe von Begrenzern (Bezugszeichen 25), Filtern 26 und nichtlinearen Modulatoren 27 zugeordnet sind, und einer Düsenwahllogik 28 zur Erzeugung von Momenten gemäß den drei Achsen.
Die Regler bestimmen Momente zur linearen Steuerung, die in Abhängigkeit von den vom Block 22 kommenden Untermoduswahlsignalen SM auf der Basis von Positionsverstärkungsfaktoren (Kpx, Kpy, Kpz) und Geschwindigkeits- Verstärkungsfaktoren (Kdx, Kdy, Kdz) sowie der folgenden vom Block 21 kommenden Eingangsparameter erarbeitet werden:
- der Komponenten Sbx, Sby, Sbz des Sonnenvektors in den Satellitenachsen (gemessen durch die Sonnendetektoren) sowie die Komponenten Srx, Sry, Srz des Sonnenvektors im Bezugssystem (bestimmt durch die Modenverknüpfungslogik 22),
- des Rollagewinkels Φsp und des Gierlagewinkels Ψsp, die durch den Polarsterndetektor gemessen werden,
- des durch den Erddetektor gemessene Nickwinkels θst,
- der durch die Kreisel auf den drei Achsen gemessenen Winkelgeschwindigkeiten ωgx, ωgy, ωgz,
- der jedem der Untermoden entsprechenden Drehgeschwindigkeitssollwerte: Geschwindigkeit corp der Polarstemsuche, Geschwindigkeit ωcp des Polarsterneinfangs und Geschwindigkeit ωrt der Erdsuche.
Außerdem ordnet man diesen Reglern zur Vermeidung der Sättigung der Steuerungen eine Gruppe von einfachen linearen Begrenzern oder Logikeinheiten um null herum zu, die vorgewählte Sättigungsniveaus bezüglich Lage (Lpx, Lpy, Lpz) und Geschwindigkeit (Ldx, Ldy, Ldz) haben.
Figur 15 zeigt den typischen Aufbau der linearen Begrenzer und Regler und Tabelle 2 legt die vorhergehenden numerischen Verarbeitungen fest, die innerhalb des Blocks 24 die Eingangssignale dieser Regler für die verschiedenen Schritte der Polarstemsuche und des Polarsterneinfangs und der Erdsuche und des Erdeinfangs erarbeiten.
Die vorzugsweise digitalen Filter vom herkömmlichen Typ (beispielsweise zweiter Ordnung) haben die Aufgabe, die u.a. durch die Geräusche der Detektoren verursachten Störwirkungen zu verringern und die durch die flexiblen Elemente (insbesondere die Flügel des Sonnengenerators und die Antennen) induzierten Wirkungen zu filtern.
Figur 16 zeigt das typische Funktionsschema eines digitalen Filters zweiter Ordnung mit Angabe der entsprechenden unstetigen Formel, die geschrieben werden kann:
Ufi (n) = [-bi1*Ufi(n-1) - bi2*Ufi(n-2)
+ai0*Ui (n) + ai1 * Ui (n-1)
+ai2*Ui (n-2)]/bio
worin 1 = x, y oder z.
Die Modulatoren sind nichtlineare Organe, die im allgemeinen durch einen Regelsystemaufbau bestimmt sind, der typischerweise eine nichtlineare Logik mit Sättigung und Hysterese (mit Parametern He und Ha) und einen linearen Filter erster Ordnung (mit der Zeitkonstanten Tm) aufweist.
Diese Modulatoren wandeln kontinuierliche Eingangsniveaus in Reihen von gleichwertigen Impulsen vom Niveau gleich 0, +1 oder -1 um, das nötigenfalls mit einem Maßstabfaktor multipliziert wird.
Figur 17 zeigt den Aufbau eines gebräuchlichen Modulators vom Typ PRM (Pseudo-Rate-Modulator) mit einem Ausgangsmaßstabfaktor gleich 1.
Der Düsenwahlblock schließlich ist eine verkabelte oder nicht verkabelte Logikstruktur, die die Aktivierung der Düsen gestattet, die beispielsweise mit 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, 7A für den Zweig A und mit 2B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B für einen redundanten Zweig B bezeichnet sind, so daß gesteuerte Lagesteuermomente gemäß der einen oder der anderen der drei Achsen des Satelliten geschaffen werden.
Die beiden folgenden Absätze geben typische Regeln zur Wahl der Düsen an, und zwar zunächst im idealen Fall, in dem die Düsen reine Momente um die drei Achsen erzeugen, und dann im praktischen Fall, in dem beispielsweise die Nick- und Gierdüsen gekoppelt sind.

- Düsen ohne Kopplung (reine Momente)

Ucx > 0 : Düse 6A oder 6B aktivieren
Ucx < 0 : Düse 7A oder 7B aktivieren
Ucy > 0 : Düse 2A oder 2B aktivieren
Ucy < 0 : Düse 3A oder 3B aktivieren
Ucz > 0 : Düse 4A oder 4B aktivieren
Ucz < 0 : Düse 5A oder 5B aktivieren

- Düsen mit Nick/Gier-Kopplung

Ucx > 0 : Düse 6A oder 6B aktivieren
Ucx < 0 : Düse 7A oder 7B aktivieren
Ucy > 0 : Düsen 3A und 4A aktivieren oder
Düsen 3B und 4B aktivieren
Ucy < 0 : Düsen 2A und 5A aktivieren oder
Düsen 2B und 5B aktivieren
Ucz > 0 : Düsen 2A und 4A aktivieren oder
Düsen 2B und 4B aktivieren
Ucz < 0 : Düsen 3A und 5A aktivieren oder
Düsen 3B und 5B aktivieren. TABELLE 1 STERN LEUCHTSTÄRKE x 10&supmin;¹³ W/cm² REKTASZENSION (Grad) DEKLINATION (Grad) SIRIUS CANOPUS VEGA RIGEL ACHERNAR HADAR RIGIL KENTAURUS ACRUX CAPELLA ARCTURUS PROCYON SPICA ALTAIR MIMOSA REGULUS ADHARA DENEB ALNILAM SHAULA BELLATRIX FORMALHAUT CASTOR ALKAID ALNITAK ELNATH ALIOTH MURZIM ALDEBARAN POLLUX MIAPLACIDUS GAMMA VELA CIH BETELGEUSE SAIPH NUNKI KAUS AUSTRALIS ALHENA PEACOCK NAOS AL NAIR DELTA VELA ANTARES TABELLE 1 (Fortsetzung) STERN LEUCHTSTÄRKE x 10&supmin;¹³ W/cm² REKTASZENSION (Grad) DEKLINATION (Grad) ALPHERATZ MENKALIMAN MINTAXA DZUBA KAPPA SCORPIO ALUDRA MIRFAK THETA SCORPIO MIZAR E CENTAURUS H CENTAURUS KAPPA VELA AVIOR DENEBOLA MUHLIFAIN ALPHECCA Z OPHIUCHUS GACRUX WEZEN MERAK ACRAB DUBHE ATRIA POLARIS SCUTULUM ALPHA LUPUS PHECDA MARKAB BETA LUPUS U SCORPIO TAU SCORPIO RASALHAGUE DELTA CENTAURUS ZUBENESCH THETA AURIGA ZETA PERSEUS ALGENIB SABIK THETA CARINA EPSILON PERSEUS PHI SCORPIO ZETA TAURUS TABELLE 1 (Fortsetzung) STERN LEUCHTSTÄRKE x 10&supmin;¹³ W/cm² REKTASZENSION (Grad) DEKLINATION (Grad) CAPH GEINAH GAMKA LUPUS Z SAGITTARIUS PHACT ZOSCA ALPHA ARA SIGMA SCORPIO ZETA GENTAURUS SADIR ALDERAMIN MU SCORPIO DELTA CRUX Z CANIS MAJOR DIPHDA A CN VN CAROLI TABELLE 2 SCHRITT LAGEFEHLER GESCHWINDIGKEITSFEHLER POLARSTERNSUCHE UND BREMSUNG (Ω = ωrp; cωp) POLARSTERNEINFANG ERDSUCHE ERDEINFANG

Claims

1. Verfahren zur Erdaquisition durch einen Satelliten, der auf einem Erdorbit mit einer Neigung von weniger als 10º bezüglich des Äquators umläuft&sub1; der dazu bestimmt ist, um Roll-, Nick- und Gierachsen herum lagestabilisiert zu werden, und der ein zweiachsiges Erderfassungssystem (2), das eine optische Achse (Zst) hat, die dazu bestimmt ist, im wesentlichen parallel zur Gierachse zur Erde hin ausgerichtet zu werden&sub1; ein zweiachsiges Sternerfassungssystem (4), das eine optische Achse (Ysp) hat, die dazu bestimmt ist, im wesentlichen parallel zur Nickachse zum Polarstern hin ausgerichtet zu werden, und ein Sonnenrfassungssystem aufweist, das ein zweiachsiges Sonnenerfassungs-Untersystem (3) aufweist, das eine zur optischen Achse des Sternerfassungssystems im wesentlichen rechtwinklige und quer zur optischen Achse des Erderfassungssystems quer angeordnete optische Achse (Xss) hat, gemäß welchem von einer Sonnenrichtlage ausgegangen wird, in der die optische Achse des Sonnenerfassungs-Untersystems zur Sonne hin ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß:

- eine Winkelbewegung des Satelliten derart bewirkt wird, daß die Sonnenrichtung in eine Ausrichtung (S') gebracht wird, die im Gesichtsfeld des Sonnenerfassungs-Untersystems (3) einen von 90º abweichenden Winkel λ bezüglich der optischen Achse des Sternerfassungssystems (4) bildet, wobei dieser Winkel λ die Gleichung

90º - δs - Fspx < X < 90º - δs + Fspx

erfüllt, wenn δs die Neigung der Sonne bezüglich des Äquators ist und wenn Fspx die halbe Winkelamplitude des Gesichtsfeldes des Sternerfassungssystems (4) in einer Ebene des Satelliten ist, die die optische Achse dieses Sternerfassungssystems und diese Ausrichtung (S') enthält,

- eine Drehung des Satelliten um diese Ausrichtung (S') derart bewirkt wird, daß die optische Achse des Sternerfassungssystems einen Kegelabschnitt mit zur Sonne hin ausgerichteter Achse und mit einem Spitzenhalbwinkel gleich λ beschreibt,

- eine Gruppe von mindestens zwei Sternen erfaßt wird, die mit den Sternen verglichen wird, die in einer zuvor in Abhängigkeit von Ä erstellten Liste enthalten sind, die die Sterne, darunter den Polarstern, umfaßt, die bei dieser Drehung um diese Ausrichtung herum erfaßt werden können, diese Sterne dieser Gruppe identifiziert werden und der Zeitpunkt vorhergesagt wird, zu dem die optische Achse des Sternerfassungssystems im wesentlichen zum Polarstern hin ausgerichtet sein wird,

- diese Drehung vor diesem Zeitpunkt gebremst wird und dann den Polarstern in der optischen Achse des Sternerfassungssystems eingefangen wird,

- der Satellit um die optische Achse des Sternerfassungssystems bis zur Erfassung der Erde durch das Erderfassungssystem gedreht wird und die Erde in der optischen Achse dieses Erderfassungssystems eingefangen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse dieses Sonnenerfassungs-Untersystems zur Rollachse parallel ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Ausrichtung der Sonnenrichtung im Gesichtsfeld des Sonnenerfassungs-Untersystems zu den optischen Achsen dieses Sonnenerfassungs-Untersystems und des Sternerfassungssystems im wesentlichen koplanar ist.

4. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Drehung um diese Ausrichtung für jeden Stern der Gruppe seine Koordinaten in dem Gesichtsfeld des Sternerfassungssystems ermittelt werden und der Abstand zwischen zwei der Sterne der Gruppe mit dem Abstand verglichen wird, der durch die Liste für jedes Sternenpaar, das einen Teil von ihr bildet, vorhergesagt wurde, und diese beiden Sterne der Gruppe mit dem Sternenpaar der Liste identifiziert wird, das, abgesehen von einer vorbestimmten Abweichung, diesen selben Abstand hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem für jeden Stern eine seine Helligkeit darstellende Größe gemessen wird, und die beiden Sterne, zwischen denen der Abstand gemessen wird, die beiden Sterne der Gruppe sind, die die hellsten sind.

6. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Liste 10 bis 300 Sterne enthält, die durch ihre Größe, ihre Rektaszension und ihre Deklination bezüglich eines Trägheitsbezugssystems gekennzeichnet sind.

7. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Sternengruppe während eines Drehungswegs um diese Ausrichtung erfaßt wird, der eine Winkelamplitude höchstens gleich 180º hat.

8. Vorrichtung zur Erdaquisition auf der Grundlage eines sonnengerichteten Modus durch einen Satelliten, der auf einem Erdorbit mit einer Neigung von weniger als 10º bezüglich des Äquators umläuft, der dazu bestimmt ist, um Roll-, Nick- und Gierachsen herum lagestabilisiert zu werden, und der ein zweiachsiges Erderfassungssystem (2), das eine optische Achse (Zst) hat, die dazu bestimmt ist, im wesentlichen parallel zur Gierachse zur Erde hin ausgerichtet zu werden, ein zweiachsiges Sternerfassungssystem (4), das eine optische Achse (Ysp) hat, die dazu bestimmt ist, im wesentlichen parallel zur Nickachse zum Polarstern hin ausgerichtet zu werden, ein Sonnenerfassungssystem, das ein zweiachsiges Sonnenerfassungs-Untersystem (3) aufweist, das eine optische Achse (Xss) hat, die zur optischen Achse des Sternerfassungssystems im wesentlichen rechtwinklig ist und zur optischen Achse des Erderfassungssystems quer angeordnet ist, eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungseinheit (5), die dazu ausgelegt ist, Geschwindigkeitsmessungen um drei Achsen zu geben, eine Betätigungseinheit (6), die dazu bestimmt ist, auf den Satelliten einwirkende Steuermomente zu erzeugen, und eine Verarbeitungseinheit (7) aufweist, die zwischen den Erfassungssystemen und der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungseinheit und der Betätigungseinheit verbunden ist und dazu ausgelegt ist, Steuerbefehle für diese Betätigungseinheit auf der Grundlage von Meßsignalen zu erzeugen, die durch diese Erfassungssysteme und diese Winkelgeschwindigkeits- Erfassungseinheit geliefert werden, wobei diese Vorrichtung in der Verarbeitungseinheit enthalten ist und dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt:

- einen Messungsverarbeitungs-Logikblock (21), der dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage dieser Meßsignale im Bezugssystem der Roll-, Nick- und Gierachsen Koordinaten der Sonnenrichtung und der momentanen Geschwindigkeit des Satelliten sowie Roll-, Nick- und Gierwinkel zu bestimmen,

- einen Polarsternidentifizierungs-Logikblock (23), der dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage der Meßsignale des Sternerfassungssystems und der durch den Messungsverarbeitungs-Logikblock (21) gelieferten Koordinaten und Winkel durch das Sternerfassungssystem erfaßte Sterne mit in einer Liste enthaltenen Sternen zu identifizieren, das Eintreten des Polarsterns in dieses Sternerfassungssystem vorherzusehen und Identifizierungsdaten zu erzeugen,

- einen Akquisitionsuntermoden-Verknüpfungsblock (22), der dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage der durch den Messungsverarbeitungs-Logikblock gelieferten Koordinaten und Winkel und der durch den Polarsternidentifizierungs-Logikblock gelieferten Identifizierungsdaten Signale (SM) zur Auswahl des Akquisitionsuntermodus zu erzeugen, und

- einen Lagesteuerung-Logikblock, der dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage der Signale zur Wahl des Akquisitionsuntermodus und der durch den Messungsverarbeitungs-Logikblock gelieferten Koordinaten und Winkel an die Betätigungseinheit angelegte Steuersignale zu erzeugen, die derart ausgelegt sind,

* daß sie in einem ersten Untermodus die optische Achse des Sternerfassungssystems einen Kegelabschnitt um die Richtung der Sonne herum bestreichen lassen, der einen Spitzenhalbwinkel mindestens etwa gleich der Winkelabweichung zwischen den jeweiligen Richtungen der Sonne und des Polarsterns hat,

* daß sie in einem zweiten Untermodus die Drehung des Satelliten bremsen,

* daß sie in einem dritten Untermodus den Polarstern in dem Sternerfassungssystem einfangen,

* daß sie in einem vierten Untermodus den Satelliten bezüglich der Nickbewegung drehen lassen, indem sie den Polarstern eingefangen halten,

* daß sie in einem fünften Untermodus die Erde in dem Erderfassungssystem einfangen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Polarsternidentifizierungs-Logikblock erzeugten Identifizierungsdaten ein binäres Signal (Idp), das sein Niveau ändert, wenn der Polarstern identifiziert ist, und ein Winkelsignal (ACI)p) enthalten, das die Winkelabweichung zwischen der Polarrichtung und der optischen Achse des Sternerfassungssystems darstellt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagesteuerung-Logikblock eine Gruppe (25) von Reglern und Begrenzern aufweist, die für jeden Untermodus geeignet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regler linear sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagesteuerung-Logikblock am Ausgang der Gruppe von Reglern und Begrenzern Filter aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter vom digitalen Typ der zweiten Ordnung sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagesteuerung-Logikblock am Ausgang der Filter Modulatoren aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatoren vom Typ PRM, d.h. "Pseudo-Rate Modulator", sind.

16. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit Düsen (6) aufweist und der Lagesteuerung-Logikblock eine Logik (28) zur Auswahl von Düsen aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik zur Auswahl von Düsen verkabelt oder in einen an Bord befindlichen Speicher eingebaut ist, der einen Teil eines Bordrechners bildet.