JPH05172578A - 宇宙飛翔体の姿勢決定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地球センサによる姿勢決定フィルタの更新を
軌道上の目標とする位置で実施することを目的とするも
のである。 【構成】 上記目的を達成するため、ゼロクロスチェッ
ク部を設け、姿勢決定フィルタの更新に使用する出力と
は別の地球センサの第２の出力信号がゼロを通過するタ
イミング判断し、そのタイミングで姿勢決定フィルタの
更新を実行するようにした。 【効果】 姿勢決定フィルタの更新を目標の軌道位置で
実施することにより、更新位置のずれによる推定誤差を
小さくおさえることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は宇宙飛翔体の姿勢決定
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下ロール軸が太陽指向軸となる場合を
例にとり説明する。図３はロール軸を太陽指向させると
同時にロール軸まわりの姿勢角を制御するために必要
な、センサ配置を示す図であり、図において、１は宇宙
飛翔体の本体、２、３、４はそれぞれ宇宙飛翔体のロー
ル軸、ピッチ軸、ヨー軸、５は上記ピッチ３及びヨー軸
４まわりの姿勢角を検出するための太陽センサ、６は上
記ロール軸２まわりの姿勢角を検出するための地球セン
サである。

【０００３】地球センサ６によるロール軸２まわりの姿
勢角検出は、軌道上の特定の位置でのみ可能である。図
４は地球センサ６によるロール角検出の原理を示す図で
あり、図において、７は地球、８は赤道面、９は宇宙飛
翔体の軌道、１０は太陽方向ベクトル、１１は宇宙飛翔
体の重心から地球中心に向かう地心方向ベクトルを表
す。地心方向ベクトル１１は宇宙飛翔体の軌道運動とと
もに軌道面垂直軸まわりに回転するので、軌道上のある
点で、太陽方向ベクトル１０と直交する。したがってロ
ール軸２を太陽方向ベクトル１０に一致させるように制
御すると同時に、上記地心方向ベクトル１１と太陽方向
ベクトル１０が直交する軌道上の位置において地球セン
サ６を使用すれば、ヨー軸４と地心方向ベクトル１１の
ずれであるロール角を検出することができる。

【０００４】図５は上記ロール角の検出原理を用いた従
来の姿勢決定装置のブロック図を示すものであり、図に
おいて、６は地球センサ、１２は宇宙飛翔体のロール角
速度を検出するための角速度センサ、１３は地球センサ
のロール出力とロール推定角との差をとるための比較
器、１４はロール更新データサンプル／ホールド処理
部、１５は補償要素、１６は角速度センサの出力と補償
要素の出力を加算するための加算器、１７は加算器１３
の出力を積分してロール推定角を作りだすための積分
器、１８は宇宙飛翔体の軌道上での位置を表す緯度引数
を計算するための緯度引数計算部、１９はロール更新位
置を計算するためのロール更新位置緯度引数計算部、２
０は緯度引数計算部の出力とロール更新位置緯度引数計
算部の出力をもとに、ロール更新位置通過をチェックし
ロール更新指令信号を出力するための、ロール更新位置
通過チェック部である。

【０００５】ロール更新位置緯度引数計算部１９では、
図４に示した太陽方向ベクトル１０と地心方向ベクトル
１１が直交するような緯度引数を計算し、その緯度引数
をロール更新位置緯度引数として出力する。一方、緯度
引数計算部１８では、軌道計算を行い宇宙飛翔体の軌道
上での位置を緯度引数として出力する。次にロール更新
位置通過チェック部２０では、緯度引数計算部１８の出
力とロール更新位置緯度引数計算部１９の出力との差を
とり、その値がゼロまたは、一つ前の値と比較して極性
が反転するところをロール更新位置と判断し、ロール更
新指令信号を出力する。

【０００６】ロール更新データサンプル／ホールド処理
部１４は、ロール更新位置通過チェック部２０の出力で
あるロール更新指令信号により地球センサのロール出力
とロール推定角との差である比較器１３の出力信号をサ
ンプルし一定期間ホルドする機能を有し、その出力信号
が補償要素１５の入力となっている。補償要素１５とし
ては通常、比例要素と積分要素とで構成されるものを使
用する。

【０００７】以上のように姿勢決定系を構成すること
で、ロール更新位置以外では角速度センサの出力を積分
することにより、またロール更新位置では地球センサの
ロール出力と、ロール推定角とを比較することによりロ
ール角の推定値を求めている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の姿勢決定装置では、ロール更新位置を緯度引数計算
部の出力とロール更新位置緯度引数計算部の出力との差
信号により求めるため、空気抗力等の要因により緯度引
数計算部の出力が直の緯度引数からずれると、ロール更
新位置もそれに伴いずれ、この更新位置のずれが、地球
センサロール出力のゼロ点誤差になり、推定誤差が大き
くなるという問題点があった。

【０００９】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、地球センサのロール出力によるデ
ータ更新を正しい軌道位置で実施し、ロール更新位置の
ずれによる推定誤差を小さくすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる宇宙飛
翔体の姿勢決定装置は地球センサの第２の出力であるピ
ッチ出力のゼロクロスをチェックするためのピッチ出力
ゼロクロスチェック部を設けたものである。

【００１１】

【作用】この発明における宇宙飛翔体の姿勢決定装置
は、ピッチ出力ゼロクロスチェック部で、地球センサピ
ッチ出力のゼロクロスを判断し、ピッチ出力ゼロクロス
のタイミングでロール更新指令信号を出力することによ
り、正しい軌道位置でロール更新を実行するようにす
る。

【００１２】

【実施例】

実施例１．図１は、この発明による宇宙飛翔体の姿勢決
定装置の一実施例を示すブロック図であり、図中６及び
１２〜１７は従来の姿勢決定方式のブロック図（図５）
の対応するものと全く同一のものである。この発明で
は、ロール更新指令信号を出力するために、ピッチ出力
ゼロクロスチェック部２１を設けたところが、従来の姿
勢決定装置と異なるところである。

【００１３】以下、ピッチ出力ゼロクロスチェック部２
１によってロール更新位置が決まる原理について説明す
る。図４のロール角検出原理図からわかるように、姿勢
が完全に制御されている場合、ロール更新位置でヨー軸
４と地心方向ベクトル１１が一致し、ロール更新位置の
前後で地心方向ベクトル１１はロール軸２の方向の成分
をもつ。地心方向ベクトル１１は宇宙飛翔体が軌道上を
移動するにつれて軌道面垂直軸まわりに回転するので、
ロール更新位置の前後で地心方向ベクトルのロール軸成
分は負から正に変化する。

【００１４】ところが、地心方向ベクトル１１が負のロ
ール軸成分をもつ時地球センサのピッチ出力は正、地心
方向ベクトル１１が正のロール軸成分をもつ時地球セン
サのピッチ出力は負となるので、ピッチ出力がゼロを通
過する時とロール更新位置を通過する時が一致すること
になる。

【００１５】そこで、図１に示すように、地球センサ６
のピッチ出力をピッチ出力ゼロクロスチェック部２１に
入力し、ピッチ出力がゼロを通過する時、ゼロクロスチ
ェック部２１から、ロール更新データサンプル／ホール
ド処理部１４に対してロール更新指令信号を出力するよ
うにすれば、正しい軌道位置でロール更新が実行される
ようになる。ピッチ出力ゼロクロスチェック部２１の処
理としては入力値がゼロまたは１つ前の入力値と比較し
て新しい入力値の極性が反転するところをロール更新位
置と判断し、ロール更新指令信号を出力するようにさせ
る。

【００１６】実施例２．図２は、この発明による宇宙飛
翔体の姿勢決定装置のもう一つの実施例を示すブロック
図であり、図１の姿勢決定系にさらに緯度引数計算部１
８、ロール更新位置緯度引数計算部１９、ロール更新イ
ネーブル信号発生部２２及びＡＮＤ処理部２３を追加し
たものである。図において、緯度引数計算部１８とロー
ル更新位置緯度引数計算部１９は図５に示した従来の姿
勢決定方式のものと同一のものである。

【００１７】ロール更新イネーブル信号発生部２２は緯
度引数計算部１８の出力とロール更新位置緯度引数計算
部１９の出力の差をとり、その絶対値があらかじめ設定
しておいた値以下の時、Ｈｉｇｈ信号を、それ以外の時
Ｌｏｗ信号を出力するようになっている。ＡＮＤ処理部
２３は、ロール更新イネーブル信号発生部２２の出力が
Ｈｉｇｈの時のみピッチ出力ゼロクロスチェック部２１
の出力であるロール更新指令信号をロール更新データサ
ンプル／ホールド処理部１４に出力するためのものであ
る。

【００１８】この追加されたロール更新イネーブル／デ
ィスエーブル機能は、宇宙飛翔体がロール更新位置から
離れた軌道位置にある時、地球センサの線形領域外の特
性により、ピッチ出力ゼロクロスチェック部２１で誤っ
たロール更新指令信号を出力することがないようにする
ためのものである。ロール更新イネーブル信号発生部２
２の出力がＨｉｇｈとなる領域をロール更新位置の近傍
で適切な範囲に制限すると、地球センサの線形領域外の
特性によらず、確実にロール更新位置でロール更新を実
行するようになる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この発明によればピッチ
出力ゼロクロスチェック部を設け、地球センサのピッチ
出力がゼロを通過するタイミングでロール更新を実行す
るようにしたもので、ロール更新位置のずれによる推定
誤差を小さくおさえることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】この発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。

【図３】センサ配置と宇宙飛翔体の機体軸との関係を示
す図である。

【図４】ロール角検出の原理を示す図である。

【図５】従来の宇宙飛翔体の姿勢決定装置を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

６ 地球センサ １２ 角速度センサ １３ 比較器 １４ ロール更新データサンプル／ホールド処理部 １５ 補償要素 １６ 加算器 １７ 積分器 １８ 緯度引数計算部 １９ ロール更新位置緯度引数計算部 ２１ ピッチ出力ゼロクロスチェック部 ２２ ロール更新イネーブル信号発生部 ２３ ＡＮＤ処理部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ある特定の軸を太陽方向に指向させると
   同時に、その軸まわりの姿勢角を制御することが要求さ
   れる宇宙飛翔体の姿勢決定装置において、上記太陽指向
   軸まわりの角速度を検出する角速度センサと、その軸ま
   わりの姿勢角を軌道上の特定の位置で検出するように配
   置した地球センサと、この地球センサのもう一方の出力
   信号のゼロクロスをチェックするための、ゼロクロスチ
   ェック部と、上記角速度センサ及び地球センサの出力信
   号をもとに角度を推定するためのフィルタ処理部とで構
   成され、地球センサの第２の出力信号がゼロを通過する
   タイミングを上記ゼロクロスチェック部で判断し、その
   タイミングで太陽指向軸まわりの姿勢角に対応する地球
   センサの第一の出力信号でフィルタを更新するようにし
   たことを特徴とする宇宙飛翔体の姿勢決定装置。
2. 【請求項２】 宇宙飛翔体の軌道上での位置を計算する
   ための緯度引数計算部と、フィルタを更新する軌道上の
   位置を計算するためのフィルタ更新位置緯度引数計算部
   と、上記２つの緯度引数信号をもとにフィルタ更新イネ
   ーブル信号を発生するためのフィルタ更新イネーブル信
   号発生部とを設け、ゼロクロスチェック部の出力とフィ
   ルタ更新イネーブル信号がともにＨｉｇｈ状態の時にの
   みフィルタ更新を実施するようにしたことを特徴とする
   請求項１記載の宇宙飛翔体の姿勢決定装置。