JPH08178689A - 地球センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人工衛星に搭載された地球センサが姿勢制御
用ホイール等の機械的振動源と共振することを避け、機
体姿勢誤差検出を正常に行う機能を持たせ、衛星運用に
対する柔軟性を向上させることを目的としている。 【構成】 姿勢制御用計算機１９から送られるホイール
回転速と温度制御装置８からの走査鏡面部１の温度セン
サデータに基づき、共振を回避させる制御信号を温度制
御装置８に対して送信する共振回避計算機２０を有す
る。 【効果】 共振回避計算機２０により共振の有無が判断
され、温度制御装置８への制御信号が出力される。これ
により地球センサの温度は共振を避けるように制御され
る。したがって、地球センサの温度変動により起こる共
振や姿勢制御用ホイールの回転速を変化させた場合に起
こる共振を避けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、人工衛星の姿勢制御
系において機体姿勢誤差検出用センサとして用いられる
地球センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は一般的な地球センサの走査鏡面部
を含む構成を示したものである。図８において１は走査
鏡面部、２は鏡面部駆動系、３は集光レンズ、４は光学
フィルタ、５は検出器、１０は地球からの光、２２は増
幅器、２３は閣値検出器、２４はディジタルプロセッ
サ、２５は姿勢誤差出力を表す。図９は図８の走査鏡面
部１の詳細図であり、１１は鏡面、１２は鏡面支持棒、
１３は外部ケースである。

【０００３】次に動作について説明する。図８におい
て、走査鏡面部１は鏡面部駆動系２により一定周波数で
地球表面を走査する。鏡面により反射した地球からの光
１０は集光レンズ３で集められ、光学フィルタ４におい
て必要な波長光のみ透過され、検出器５において、ある
波長光が検出され、図１０（ｂ）に示すような出力を得
る。この検出器５からの出力は増幅器２２で増幅され、
閣値検出器２３により、立ち上がりと立ち下がりが図１
０（ｃ）に示すように検出され、地球周縁部が検出され
る。これはディジタルプロセッサ２４により処理され、
姿勢誤差が図１０（ｄ）に示すように出力される。地球
表面を走査する走査鏡面部１は鏡面１１、鏡面１１を支
える鏡面支持棒１２、鏡面支持棒１２を支持する外部ケ
ース１３からなる。鏡面部駆動系２による駆動トルクは
鏡面支持棒１２を介して一定周波数で鏡面１１を振動さ
せ、走査を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】地球センサの走査鏡面
部１は一定の周波数で鏡面１１と鏡面支持棒１２が振動
するため、外部の機械的な外乱振動により、鏡面支持棒
１２が共振を起こすという現象が生じる。共振を起こす
原因は人工衛星に搭載された姿勢制御用ホイールの回転
による機械的振動であり、ホイールの回転速を振動周波
数に変換した値が鏡面支持棒１２の共振点と一致したと
きに共振が起こる。また鏡面支持棒１２の共振点は支持
棒の引張力により変化することがわかっており、その特
性は図１１で示される。さらに引張力は支持棒の温度に
より変化することがわかっており、その特性は図１２で
示される。地球センサ温度はある温度範囲内を日変動す
る。したがって、共振点も図１３（ａ）（ｂ）に示すよ
うにある帯域内を日変動することになる。従来の地球セ
ンサにおいては、定常衛星運用状態でのホイール回転速
時の共振を避けるように予め地上での試験段階で鏡面支
持棒１２の引張力を調整していた。しかし、人工衛星に
対する、様々な状況に応じた柔軟な運用要求から、軌道
上での運用時にホイールの回転速を変化させる場合があ
る。この場合、ホイール回転速変化のため機械的外乱振
動源であるホイール回転周波数が共振帯域にかかり、鏡
面支持棒１２が共振を起こして、地球表面走査が正常に
行われず、正確な機体姿勢誤差が検出されないという問
題が生じていた。

【０００５】この発明はホイール回転速を変化させた場
合においても、鏡面支持棒の引張力を変化させることに
より、地球センサの共振を避け、正確な機体姿勢誤差を
検出できる機能を持たせることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明による地球セン
サは走査鏡面部に温度制御装置を有し、かつ走査鏡面部
にヒータと温度センサを持ち、閉ループにより鏡面支持
棒温度の制御を行う。鏡面支持棒温度は衛星の軌道上位
置により変化するため、決まった日変動を示す。このた
め、共振が起こる時間帯はほぼ変化しないので、タイマ
ーによりその時間帯のみ鏡面支持棒温度をコントロール
し、鏡面支持棒の共振点がホイールによる機械振動周波
数と一致しないようにしたものである。

【０００７】また、この温度制御装置を地上からコマン
ドにより温度設定できるような装置を設け、地上からの
モニタとコマンド送信により共振を避けることを可能に
する。この場合、地上からのコマンドを解読し、温度制
御装置を制御するコマンド解読装置を有する。

【０００８】また、人工衛星が自律的に共振を避けるた
めに、姿勢制御用ホイールの回転速と走査鏡面部の温度
をモニタし、回転速が共振帯域内に入ってきた場合に共
振を避けるため、走査鏡面部の温度制御装置の温度設定
を変更する信号を出力する共振回避計算機を有する。

【０００９】また、走査鏡面部の鏡面支持棒の引張力を
違えた２つの走査鏡面部を有する地球センサで、それぞ
れの鏡面支持棒の共振帯域がずれているため、常時どち
らか一方は共振のない姿勢誤差を出力できるようにした
ものである。

【００１０】

【作用】この発明における地球センサは鏡面支持棒温度
がタイマー機能により、共振が起こりうる時間帯におい
て、温度制御装置により制御される。共振点は鏡面支持
棒の引張力により変動し、さらに引張力は温度により変
動するため、温度を制御することにより共振点を制御で
きる。地球センサ温度、ホイール回転速は決まった日変
動をするため、共振が起こる時間帯はほぼ一定してい
る。タイマー機能により、一日のある時間帯のみ温度制
御を行い、鏡面支持棒の共振点がホイール回転による機
械振動周波数と一致しないようにする。

【００１１】また、この発明は、地上においてホイール
回転速をモニタし、地球センサの共振帯域にかかりそう
な場合に、走査鏡面部の温度を変更させるコマンドを地
上から送信することにより、鏡面支持棒の温度を変え、
共振を避ける。この場合、地上からの温度設定コマンド
はコマンド解読装置により解読され、温度制御装置への
制御信号が出力される。

【００１２】この発明は人工衛星に搭載された姿勢制御
用計算機により姿勢制御用ホイールの回転速がモニタさ
れており、その値と走査鏡面部の温度センサからの温度
データを用い共振回避計算機により地球センサの共振の
有無を判断し、走査鏡面部の温度制御装置への制御信号
が出力される。これにより鏡面支持棒の温度が変化し、
共振を避けることができる。

【００１３】また、この発明は鏡面支持棒の引張力を違
えた２つの走査鏡面部を有するため、それぞれの共振帯
域が離れるように引張力を設定しておくと、どちらか一
方の走査鏡面部が共振を起こしても、他方の走査鏡面部
の共振帯域は共振を起こしている帯域から離れているた
め、正常な走査が行われ正確な姿勢誤差が検出される。

【００１４】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の一実施例を示す図であり、
走査鏡面部にタイマー機能をもった温度制御装置を有す
る地球センサである。図において、１は地球表面を一定
周波数で走査する走査鏡面部、２は走査鏡面部１を駆動
する鏡面部駆動系、３は鏡面により反射した地球からの
光１０を集める集光レンズ、４は地球からの光１０のう
ち必要な波長光のみ透過する光学フィルタ、５はある波
長光を検出する検出器である。６はヒータ、７は温度セ
ンサであり、走査鏡面部１に取り付けられる。８は温度
センサ７からの出力によりヒータ６の制御を行う温度制
御装置、９は温度制御装置８が機能する時間を制御する
タイマーを表す。また、図２は走査鏡面部１の詳細図で
あり、１１は地球表面を走査し、地球からの光を反射す
る鏡面、１２は鏡面１１が取り付けられる鏡面支持棒、
１３は鏡面支持棒１２を支える外部ケースであり、ここ
にヒータ６、温度センサ７が取り付けられている。

【００１５】この実施例について、動作を説明する。走
査鏡面部１は鏡面駆動系２により一定周波数で地球表面
を走査するが、このため外部の機械的な外乱振動により
共振を起こす。共振点は鏡面支持棒１２の引張力により
変化し、また、この引張力は鏡面支持棒１２の温度によ
り変化する。鏡面支持棒温度は衛星の軌道上位置の影響
を受けるため決まった日変動を示す。したがって、一日
のある時間帯のみ共振が起こり得るので、タイマー９に
より、この時間帯に温度制御装置８を機能させる。共振
が起こり得る時間帯は鏡面支持棒温度の日変動とホイー
ル回転速によるが、共振が起こらないようにホイール回
転速を設定するため、鏡面支持棒の高温時もしくは低温
時の数時間である。温度制御装置８は温度センサ７から
の鏡面支持棒温度により、ヒータ６の制御を行い、鏡面
支持棒温度を共振が起こり得る温度に達しないように制
御する。こうして鏡面支持棒の共振点がホイール回転に
よる機械的振動周波数と一致しないようにして共振を避
ける。

【００１６】実施例２．図３はこの発明の実施例２を示
す図であり、地上からのコマンドにより温度制御装置８
の設定温度を変更できる機能を有した地球センサであ
る。図において１４は衛星に搭載されたテレメトリ送信
装置、１５は人工衛星から送られるテレメトリ、１６は
ホイール回転速、地球センサ温度をモニタする地上局、
１７は地上局１６から人工衛星に送信されるコマンド、
１８はコマンド１７を解読し、温度制御装置８に制御信
号を出力するコマンド解読装置を示す。

【００１７】この実施例２について動作を説明する。地
球センサにおよぶ機械的外乱振動の周波数はホイール回
転速を周波数表示したものと同一であり、共振有無の判
断はホイール回転速をモニタすればよい。地上局１６に
おいて、ホイール回転速および地球センサ温度がテレメ
トリ送信装置１４からのテレメトリ１５によりモニタさ
れる。ホイール回転速が地球センサ共振帯域にかかりそ
うな場合に鏡面支持棒１２の温度を変更するコマンド１
７を地上から送信し、共振を避ける。共振周波数、すな
わち共振を起こすホイール回転速は鏡面支持棒１２の温
度が上がると低くなり、温度が下がると高くなるため、
ホイール回転速の変化の傾向を地上で判断し、鏡面支持
棒１２の温度を上げるか下げるか決定する。地上からの
温度設定コマンド１７はコマンド解読装置１８により解
読され、温度制御装置８への制御信号が出力される。

【００１８】実施例３．図４はこの発明の実施例３を示
す図である。この図において１９は衛星に搭載された姿
勢制御用計算機であり、ここに衛星の姿勢に関するデー
タが集められる。２０は共振回避計算機であり、姿勢制
御用計算機１９から送られるホイール回転速と温度制御
装置８からの温度センサデータに基づき、温度制御装置
８に対して制御信号を送る。

【００１９】この実施例３について動作を説明する。姿
勢制御用計算機１９には姿勢制御に必要なセンサ出力な
どが入力されるが、それらのデータのうち、ホイール回
転速が共振回避計算機２０に送られる。このホイール回
転速データと温度制御装置８からの走査鏡面部温度デー
タにより、共振回避計算機２０において共振の有無が判
断され、温度制御装置８への制御信号が出力される。こ
れにより走査鏡面部１の温度が変化し、共振を避けるこ
とができる。共振の有無は共振回避計算機２０に記憶さ
れている、共振を起こすホイール回転速と走査鏡面部温
度を対応させた表を用いて判断される。共振周波数は鏡
面支持棒１２の温度が上がると低くなり、温度下がると
高くなるため、ホイール回転速の変化の傾向を共振回避
計算機２０が判断し、温度制御装置８へ鏡面支持棒１２
の温度の上昇、低下の制御信号が送られる。

【００２０】実施例４．図５はこの発明の実施例４を示
す図である。図に示されるように第１、第２の走査鏡面
部１ａ、１ｂから構成される。この２つの走査鏡面部の
詳細図は図６で示され、この図において、１１ａ、１１
ｂは地球からの光を反射する第１、第２の鏡面、１２
ａ、１２ｂは鏡面１１ａ、１１ｂを支持する第１、第２
の鏡面支持棒、１３は２つの鏡面支持棒１２ａ、１２ｂ
を支持する外部ケースである。なお鏡面支持棒１２ａ、
１２ｂはそれぞれ引張力を違えて構成してある。

【００２１】この実施例４について動作を説明する。２
つの走査鏡面部１ａ、１ｂはそれぞれ独立に動作する
が、それぞれの鏡面支持棒１２ａ、１２ｂの引張力が異
なるため、図７に示すように共振周波数帯域も異なる。
鏡面支持棒の引張力を違えるには製造・試験段階におい
て、ある範囲内で可変であるため適当な値に設定でき
る。あるホイール回転速で共振が起こったとしても、２
つある走査鏡面部１ａ、１ｂのどちらか一方であり、も
う一方の走査鏡面部１は共振のない正常な動作をするた
め、機体姿勢角データとしては共振を起こしていない走
査鏡面部１からのデータを用いる。共振が起きると出力
される姿勢角データのノイズによる振幅が正常なデータ
に比較して大きくなるため、地上でのモニタにより、共
振の有無は判断できる。２系統ある走査鏡面部の出力は
ともにテレメトリにより地上でモニタされており、２系
統の出力のうち姿勢データとして姿勢制御に用いるもの
の選択はスイッチの切換を地上からのコマンドにより行
う。

【００２２】

【発明の効果】この発明では以上のように地球センサを
構成したので、以下に示すような効果が得られる。

【００２３】地球センサの鏡面支持棒の温度を共振が起
こり得る時間帯のみ、タイマー機能を有した温度制御装
置により制御することで共振を避ける。また、一日の限
られた時間帯のみ温度制御装置が機能するため効率的で
ある。

【００２４】温度制御装置を地上からのコマンドにより
制御できるようにした場合、ホイール回転速に応じて鏡
面支持棒の温度をコマンドにより変更できるので、共振
回避を柔軟に行うことが可能であり、様々な運用要求に
対応できる。

【００２５】ホイール回転速のデータと鏡面支持棒の温
度データにより、自動で温度制御装置の設定温度を変更
する共振回避計算機を衛星に搭載することにより、ホイ
ール回転速に応じて、自動で共振を回避でき、地上での
運用の負担が減る。

【００２６】引張力を違えた鏡面支持棒を有する走査鏡
面部を２つ有することにより、一方が共振を起こしても
他方から正常なデータが出力されるため、共振の影響を
回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１を示す地球センサの図で
ある。

【図２】 この発明の実施例１を示すヒータ６と温度セ
ンサ７を有する地球センサの走査鏡面部１の詳細図であ
る。

【図３】 この発明の実施例２を示す地球センサの図で
ある。

【図４】 この発明の実施例３を示す地球センサの構成
図である。

【図５】 この発明の実施例４を示す地球センサの構成
図である。

【図６】 この発明の実施例４を示す引張力を違えた２
つの鏡面支持棒１２と鏡面支持棒２１を有する地球セン
サの走査鏡面部１の詳細図である。

【図７】 引張力が異なる場合に共振周波数帯域が異な
る様子を示した図である。

【図８】 従来の地球センサの構成を表す図である。

【図９】 従来の地球センサの走査鏡面部１の詳細を表
す図である。

【図１０】 地球センサが地球表面を走査した時の各部
での出力信号を表した図である。

【図１１】 地球センサ鏡面支持棒の引張力と共振周波
数の関係を表した図である。

【図１２】 地球センサ鏡面支持棒の温度と引張力の関
係を表した図である。

【図１３】 鏡面支持棒温度の日変動による共振周波数
の日変動を表した図である。

【符号の説明】

１ 走査鏡面部、２ 鏡面部駆動系、３ 集光レンズ、
４ 光学フィルタ、５検出器、６ ヒータ、７ 温度セ
ンサ、８ 温度制御装置、９ タイマー、１０ 光、１
１ 鏡面、１２ 鏡面支持棒、１３ 外部ケース、１４
テレメトリ送信装置、１５ テレメトリデータ、１６
地上局、１７ コマンド、１８ コマンド解読装置、
１９ 姿勢制御用計算機、２０ 共振回避装置、２１
鏡面支持棒、２２ 増幅器、２３ 閣値検出器、２４
ディジタルプロセッサ、２５姿勢誤差出力。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人工衛星の機体姿勢角検出に用いられる
   地球センサにおいて、鏡面とこの鏡面を支持する鏡面支
   持棒とを有し、上記鏡面が地球周縁部検出のために地球
   表面を一定周波数で走査する走査鏡面部と、上記走査鏡
   面部を駆動する駆動手段と、上記走査鏡面部の温度調節
   のため上記走査鏡面部に取り付けられたヒータ及び温度
   センサと、上記温度センサからの出力により上記ヒータ
   の制御を行い、温度調整する温度制御装置と、上記鏡面
   支持棒の共振が生じる時間帯を予め設定し、その時間帯
   にのみ上記温度制御装置を動作させるタイマーとを具備
   したことを特徴とする地球センサ。
2. 【請求項２】 人工衛星の機体姿勢角検出に用いられる
   地球センサにおいて、鏡面とこの鏡面を支持する鏡面支
   持棒とを有し、上記鏡面が地球周縁部検出のために地球
   表面を一定周波数で走査する走査鏡面部と、上記走査鏡
   面部を駆動する駆動手段と、上記走査鏡面部の温度調節
   のため上記走査鏡面部に取り付けられたヒータ及び温度
   センサと、上記温度センサからの出力により上記ヒータ
   の制御を行い、温度調整する温度制御装置と、地上に設
   けられ、上記温度センサデータおよび衛星姿勢制御ホイ
   ールの回転速データを衛星搭載のテレメトリ送信装置に
   介して受信し、ホイールの回転速の変化により上記鏡面
   支持棒の共振有無を判断するとともに、その判断結果に
   より上記温度制御装置へ温度制御信号を発生する手段と
   を具備したことを特徴とする地球センサ。
3. 【請求項３】 人工衛星の機体姿勢角検出に用いられる
   地球センサにおいて、鏡面とこの鏡面を支持する鏡面支
   持棒とを有し、上記鏡面が地球周縁部検出のために地球
   表面を一定周波数で走査する走査鏡面部と、上記走査鏡
   面部を駆動する駆動手段と、上記走査鏡面部の温度調節
   のため上記走査鏡面部に取り付けられたヒータ及び温度
   センサと、上記温度センサからの出力により上記ヒータ
   の制御を行い、温度調整する温度制御装置と、上記温度
   センサデータと衛星姿勢制御ホイールの回転速データに
   基づいて鏡面支持棒の共振有無を判断し、その判断結果
   により上記温度制御装置へ温度制御信号を出力する手段
   とを具備した地球センサ。
4. 【請求項４】 人工衛星の機体姿勢角検出に用いられる
   地球センサにおいて、第１の鏡面とこの鏡面を支持する
   第１の鏡面支持棒とを有し、上記第１の鏡面が地球周縁
   部検出のために地球表面を一定周波数で走査する第１の
   走査鏡面部と、上記第１の鏡面と並設された第２の鏡面
   とこの第２の鏡面を支持し、かつ引張力が上記第１の鏡
   面支持棒と異なる第２の鏡面支持棒とを有し、上記第２
   の鏡面が地球周縁部検出のために地球表面を一定周波数
   で走査する第２の走査鏡面部とを具備したことを特徴と
   する地球センサ。