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JPH0478519B2 - - Google Patents
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JPH0478519B2 - - Google Patents

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JPH0478519B2
JPH0478519B2 JP58118708A JP11870883A JPH0478519B2 JP H0478519 B2 JPH0478519 B2 JP H0478519B2 JP 58118708 A JP58118708 A JP 58118708A JP 11870883 A JP11870883 A JP 11870883A JP H0478519 B2 JPH0478519 B2 JP H0478519B2
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JP
Japan
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attitude
calculation device
control
satellite
output signal
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JP58118708A
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Japanese (ja)
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Kiichiro Izumida
Koitaro Kasai
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は人工衛星の姿勢制御方式に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to an attitude control method for an artificial satellite.

人工衛星の姿勢制御精度を向上させるために、
恒星センサを用いた姿勢決定と、軌道情報を用い
た目標姿勢状態の決定に基づく人工衛星の姿勢制
御方式を開発することが必要となると考えられ
る。
To improve the accuracy of satellite attitude control,
It is considered necessary to develop a satellite attitude control method based on attitude determination using stellar sensors and target attitude state determination using orbit information.

ところで、従来開発されているこの種の姿勢制
御方式は第1図に示すように地球センサの二つの
視野方向を回転させて地球中心方向と衛星機軸方
向との相対的な偏差(φ,θ)を検出し、さらに
詳しくはロール偏差φはセンサ視野1,2による
地球走査巾の差から、またピツチ偏差θは基準パ
ルスの走査パルス中心からのズレから検出し、こ
の偏差が零となるように制御するものであつた。
しかしながら、前記した従来の方法では衆知のよ
うに、地球大気の輻射変動のため地球センサによ
る偏差の検出精度が劣り、このため人工衛星の姿
勢を高い精度で制御することが困難であつた。ま
た、従来の姿勢制御方式では姿勢の偏差だけを制
御補償の対象とした制御方式であるので、姿勢の
変化速度を同時に目標値と一致するように制御す
るのは困難である。などの欠点があつた。
By the way, this type of attitude control method that has been developed so far rotates the two viewing directions of the earth sensor and calculates the relative deviation (φ, θ) between the earth center direction and the satellite axis direction, as shown in Figure 1. More specifically, the roll deviation φ is detected from the difference in earth scanning width between the sensor fields of view 1 and 2, and the pitch deviation θ is detected from the deviation of the reference pulse from the center of the scanning pulse. It was something to control.
However, as is well known, in the conventional method described above, the accuracy of detecting deviations by the earth sensor is poor due to radiation fluctuations in the earth's atmosphere, and therefore it is difficult to control the attitude of the artificial satellite with high precision. Furthermore, since the conventional attitude control method is a control method in which only the attitude deviation is subject to control compensation, it is difficult to control the attitude change rate so that it coincides with the target value at the same time. There were drawbacks such as:

この発明は、将来開発が予測される高精度三軸
姿勢制御衛星を実現するために必要となる人工衛
星の姿勢制御方式に関し、恒星センサを用いて慣
性空間座標に対する人工衛星の姿勢を決定し、こ
れと地上局コマンドによる軌道情報を用いて計算
した目標姿勢状態に基づいて、姿勢状態を所望の
状態に制御するように構成した人工衛星の姿勢制
御方式を提供しようとするものである。
This invention relates to an attitude control method for an artificial satellite that will be necessary to realize a high-precision three-axis attitude control satellite that is expected to be developed in the future. The present invention attempts to provide an attitude control method for an artificial satellite configured to control the attitude state to a desired state based on this and a target attitude state calculated using orbit information from ground station commands.

以下この発明の一実施例を図面により詳述す
る。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第2図はホイールを用いた姿勢制御の一般的概
念を示す図である。この図において人工衛星1は
衛星機軸座標XB,YB,ZB方向にそれぞれホイー
ル2をトルク発生器として搭載しており、このホ
イール2に加える電圧あるいは電流を増加又は減
少させると、ホイル2の回転速度が増加又は減少
する。このとき生じる電磁気力による反作用を利
用して人工衛星1をXB,YB,ZB軸回りに制御す
ることができる。
FIG. 2 is a diagram showing the general concept of attitude control using wheels. In this figure, the artificial satellite 1 is equipped with wheels 2 as torque generators in the satellite axis coordinates X B , Y B , and Z B directions, and when the voltage or current applied to the wheels 2 is increased or decreased, the wheels 2 The rotation speed of increases or decreases. The artificial satellite 1 can be controlled around the X B , Y B , and Z B axes by using the reaction caused by the electromagnetic force generated at this time.

第3図はこの発明による姿勢制御方式の概念を
示す図である。図において3は恒星センサ、4は
慣性センサ、5は姿勢決定装置、6は目標姿勢計
算装置、7は姿勢制御装置、8は計算機、9はア
クチユエータ制御回路である。
FIG. 3 is a diagram showing the concept of the attitude control system according to the present invention. In the figure, 3 is a star sensor, 4 is an inertial sensor, 5 is an attitude determination device, 6 is a target attitude calculation device, 7 is an attitude control device, 8 is a computer, and 9 is an actuator control circuit.

このような構成において、恒星センサ3からの
データと慣性センサ4からのデータを入力とし
て、姿勢決定装置5は人工衛星の姿勢を計算し出
力する。目標姿勢計算装置6は地上局からのコマ
ンド信号として定期的に伝送される軌道情報をス
イツチSWを閉じて読込み、これと姿勢制御装置
7から入力される二次推進系、例えばスジエツト
などの動作情報とを用いて、目標姿勢状態例えば
衛星に対する地球中心方向の単位ベクトルとその
変化速度を計算し出力する。姿勢制御装置7は上
記姿勢決定装置5で与えられる現時点の姿勢状態
と上記目標姿勢計算装置6で与えられる未来時点
の目標姿勢状態とアクチユエータ制御回路9から
の出力であるホイール回転角速度とを入力とし
て、姿勢制御のための操作量を計算し出力する。
このように構成された制御用計算機の出力信号を
入力として、以下アクチユエータ制御回路9にお
いて入力信号に対応したアナログ電圧を発生しこ
れをホイールに印加してホイールの回転角速度を
制御することにより人工衛星の姿勢制御を実現さ
せるものである。
In such a configuration, the attitude determining device 5 receives data from the stellar sensor 3 and data from the inertial sensor 4 as input, and calculates and outputs the attitude of the artificial satellite. The target attitude calculation device 6 reads the orbit information periodically transmitted as a command signal from the ground station by closing the switch SW, and reads this and the operation information of the secondary propulsion system, such as the jet, which is input from the attitude control device 7. Using this, the target attitude state, for example, the unit vector in the direction of the earth's center with respect to the satellite and its rate of change are calculated and output. The attitude control device 7 receives as input the current attitude state given by the attitude determination device 5, the future target attitude state given by the target attitude calculation device 6, and the wheel rotation angular velocity which is the output from the actuator control circuit 9. , calculates and outputs the operation amount for attitude control.
Using the output signal of the control computer configured as described above as input, the actuator control circuit 9 generates an analog voltage corresponding to the input signal and applies this to the wheel to control the rotational angular velocity of the wheel. This system realizes posture control.

次に、上記発明の各装置の更に具体的な構成の
一実施例について説明する。
Next, an example of a more specific configuration of each device of the above invention will be described.

第4図はこの発明による姿勢制御方式の構成を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the attitude control system according to the present invention.

図において姿勢決定装置5は恒星ベクトル計算
装置10、データベース11、サブカタログ編集
装置12、恒星同定処理装置13、姿勢変位計算
装置14、および姿勢計算装置15から構成され
る。また、姿勢制御装置7は予測姿勢状態計算装
置16、制御パラメータ計算装置17、および制
御変数計算装置18から構成される。このような
構成において、姿勢決定装置5は恒星センサ3に
よつて観測したセンサ視野内の恒星座標(yi
zi)、〔但しiは観測恒星の番号〕を入力として、
恒星ベクトル計算装置10は衛星機軸座標に対す
る恒星方向の単位ベクトルSi(t0)を計算する。
サブカタログ編集装置12はデータベース11中
の恒星カタログを入力としてサブカタログSj a
(jはカタログ恒星番号)を編集する。このとき
姿勢情報が必要となるが、第一回目の処理では例
えばデータベース11中に予め設定しておいた姿
勢の予測値を用いる。恒星同定処理装置13は上
記のSi(t)に対応するカタログ恒星Si a jを決定する。
姿勢変位計算装置14は慣性センサ4によつて測
定した衛星機軸回りの角速度ωl(t)(但しl=1,
2,3)を入力として、恒星観測時刻t0から現時
点(これを例えばt0+Tとする)までの人工衛星
の姿勢の変化分〔〓CBTを計算する。姿勢計算装
置15は上記(Si(t0),Sij a)および〔CBTを入力
として現時点t=(t0+T)での姿勢〔BCItを計
算し出力する。また、第2回目(即ちt=t0
2T)以降の姿勢計算では上記姿勢計算装置15
で計算した姿勢〔BCItを上記サブカタログ編集
装置12へフイードバツクして姿勢情報を与える
ように構成されている。
In the figure, the attitude determination device 5 includes a stellar vector calculation device 10, a database 11, a subcatalog editing device 12, a star identification processing device 13, an attitude displacement calculation device 14, and an attitude calculation device 15. Further, the attitude control device 7 includes a predicted attitude state calculation device 16, a control parameter calculation device 17, and a control variable calculation device 18. In such a configuration, the attitude determining device 5 determines the stellar coordinates (y i ,
z i ), [where i is the number of the observed star] as input,
The stellar vector calculation device 10 calculates a unit vector S i (t 0 ) in the stellar direction with respect to the satellite axis coordinate.
The subcatalog editing device 12 inputs the stellar catalog in the database 11 and edits the subcatalog S j a
Edit (j is the catalog star number). At this time, posture information is required, and in the first processing, for example, a predicted value of the posture set in advance in the database 11 is used. The star identification processing device 13 determines the catalog star S i a j corresponding to the above S i (t).
The attitude displacement calculation device 14 calculates the angular velocity ω l (t) around the satellite axis measured by the inertial sensor 4 (where l=1,
2, 3) as input, calculate the change in attitude of the artificial satellite [〓C B ] T from the fixed star observation time t 0 to the present time (for example, let this be t 0 +T). The posture calculation device 15 inputs the above-mentioned (S i (t 0 ), S ij a ) and [C B ] T , calculates and outputs the posture [ B C I ] t at the current moment t=(t 0 +T). Also, for the second time (i.e. t=t 0 +
2T) For posture calculations after that, the above posture calculation device 15 is used.
The configuration is such that the posture [ B C I ] t calculated in is fed back to the sub-catalog editing device 12 to provide posture information.

このように構成された姿勢決定装置5は、恒星
同定に基づき得られる恒星観測時刻(k−1)T
での姿勢を、姿勢変位計算装置14で得られる
(k−1)TからT時間の姿勢変化分で補正する
ので、現時点kT(但し、t0=0と置く)での姿勢
を精度良く決定するシステムを実現させるもので
ある。
The attitude determination device 5 configured in this manner is configured to determine the star observation time (k-1)T obtained based on star identification.
Since the attitude at the time is corrected by the attitude change from (k-1)T to T time obtained by the attitude displacement calculation device 14, the attitude at the current moment kT (however, t 0 = 0) is determined with high accuracy. This is to realize a system that

次に、姿勢決定装置5を構成する各装置の詳細
について、第5図,第6図,第7図を用いて説明
する。
Next, details of each device constituting the attitude determining device 5 will be explained using FIGS. 5, 6, and 7.

第5図は恒星センサ座標(Xs,Ys,Zs)と衛
星機軸座標(XB,YB,ZB)の関係を示す図であ
る。この実施例では恒星センサ1の搭載個数を2
としている。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between stellar sensor coordinates (X s , Y s , Z s ) and satellite axis coordinates (X B , Y B , Z B ). In this example, the number of installed star sensors 1 is 2.
It is said that

図において(α1,δ1),(α1,δ2)はそれぞれ恒
星センサ、(α2,δ2)はそれぞれ恒星センサ1の
光軸方向Xsの(方位角、仰角)である。このよ
うな関係において恒星センサ座標と衛星機軸座標
の関係を与える座標変換行列〔BCS1,〔BCS2
次式で与えられる。
In the figure, (α 1 , δ 1 ) and (α 1 , δ 2 ) are the respective stellar sensors, and (α 2 , δ 2 ) are the (azimuth angle, elevation angle) of the optical axis direction X s of the stellar sensor 1, respectively. In such a relationship, the coordinate transformation matrices [ B C S ] 1 and [ B C S ] 2 that provide the relationship between the stellar sensor coordinates and the satellite axis coordinates are given by the following equations.

BCS1=cosα1 sinα1 sinδ1 cosδ1 cosδ1 −sinα1 cosα1 0 −cosα1 −sinα1 cosδ1 sinδ1 sinδ1 (1) 〔BCS2=−sinα2 cosα2 sinδ2 cosδ2 cosδ2 cosα2 −sinα2 sinα2 −cosα2 cosδ2 sinδ2 sinδ2 (2) 第6図は衛星機軸座標に対する恒星方向の単位
ベクトルSi(t)の観測概念を示す図である。
[ B C S ] 1 = cosα 1 sinα 1 sinδ 1 cosδ 1 cosδ 1 −sinα 1 cosα 1 0 −cosα 1 −sinα 1 cosδ 1 sinδ 1 sinδ 1 ( 1) [ B C S ] 2 = −sinα 2 cosα 2 sinδ 2 cosδ 2 cosδ 2 cosα 2 −sinα 2 sinα 2 −cosα 2 cosδ 2 sinδ 2 sinδ 2 (2) Figure 6 is a diagram showing the observation concept of the unit vector S i (t) in the stellar direction with respect to the satellite axis coordinate. be.

図において(yi,zi)は恒星センサ視野内の恒
星座標で恒星センサ1による観測値である。(αl
δl)は恒星センサ番号l(l=1,2)の光軸方
向の(方位角、仰角)である。
In the figure, (y i , z i ) are stellar coordinates within the field of view of the stellar sensor, and are values observed by the stellar sensor 1. (α l ,
δ l ) is the (azimuth angle, elevation angle) of the star sensor number l (l=1, 2) in the optical axis direction.

このような関係において、恒星ベクトル計算装
置2は衛星機軸座標に対する恒星方向の単位ベク
トルSi(t)を次式で計算する。
In this relationship, the stellar vector calculation device 2 calculates a unit vector S i (t) in the stellar direction with respect to the satellite axis coordinate using the following equation.

Si(t)=〔BCSlcosyi coszi sinyi coszi sinzi l=1,2 i=1,2,3 (3) 但し、この実施例では2個の恒星センサ1によ
る複数個の観測値の中から、合計3個すなわちS1
(t)S2(t),S3(t)を選定して以下の処理に用いること
とする。
S i (t)=[ B C S ] l cosyi cosz i siny i cosz i sinz i l=1,2 i=1,2,3 (3) However, in this embodiment, multiple Out of the observed values, a total of 3, i.e. S 1
(t) S 2 (t) and S 3 (t) are selected and used in the following processing.

一方、サブカタログ編集装置12はデータベー
ス11と姿勢計算装置15から与えられる〔BCI
t(但し初回の処理のみ、例えばデータベース中
に予め設定しておいた〔BCI0)を入力として、
以下の方法でサブカタログSj aを編集する。
On the other hand, the sub-catalog editing device 12 is provided with the data from the database 11 and the attitude calculation device 15 [ B C I ]
t (However, only for the first processing, for example, [ B C I ] 0 set in advance in the database) as input,
Edit subcatalog S j a using the following method.

まず、恒星センサの光軸方向の単位ベクトルiSl
(t)を次式により計算する。
First, the unit vector i Sl in the optical axis direction of the stellar sensor
Calculate (t) using the following formula.

iSl(t)=〔SCBlBCIt〔1,0,0〕T,l=1,

(4) つぎに、データベース4中の恒星カタログa
から以下の条件式により、恒星センサ視野内に存
在すると予測される恒星 j aを選出する。
i Sl (t)=[ S C B ] l [ B C I ] t [1,0,0] T , l=1,
2
(4) Next, the stellar catalog a in database 4
From the following conditional expression, select a star j a that is predicted to exist within the field of view of the star sensor.

Sj a∈〔a|cos-1a・isl}|<ε1〕 (5) 但しε1は恒星センサの視野の大きさなどを考慮
して一定の値に設定する。
S j a ∈ [ a | cos -1 { a・i sl } | < ε 1 ] (5) However, ε 1 is set to a constant value taking into account the size of the field of view of the stellar sensor.

恒星同定処理装置13は上記式(3)で与えられる
Si(t),i=1,2,3と式(5)で与えられる恒星カ
タログ値Sj aを用いて以下の同定処理を行う。
The star identification processing device 13 is given by the above formula (3)
The following identification process is performed using S i (t), i=1, 2, 3 and the stellar catalog value S j a given by equation (5).

a1=S1(t)・S2(t) a2=S2(t)・S3(t) (6) a3=S3(t)・S1(t) を計算する。 a 1 = S 1 (t)・S 2 (t) a 2 = S 2 (t)・S 3 (t) (6) Calculate a 3 = S 3 (t)・S 1 (t).

つぎに、サブカタログから1個の恒星S1 aを取
出し、サブカタログ内の残りのj−1個の恒星に
対しあらかじめ設定した定数ε2を用いて S1 a,Sj-1 a−ai>cosε2,i=1,2,3 (7) を満足する組合せが1組でも存在するか否かをテ
ストする。もし一組でも存在すればその恒星1 a
同定候補として残す。また、一組も存在しない場
合はその恒星をサブカタログから除去する。この
操作をサブカタログ内の全て恒星についてくり返
す。ε2は十分小さく設定すれば、これによつてサ
ブカタログ内にa1,a2,a3に対応するカタログ恒
星の組S1j a,S2j a,S2j a,S3j a,S3j a,S1j aが残る。
したがつて、S1のカタログ値はS1j a,S2のカタロ
グ値はS2j a,S3のカタログ恒星はS3j aであるとし
て同定が完了する。
Next, take one star S 1 a from the subcatalog and use the preset constant ε 2 for the remaining j−1 stars in the subcatalog to calculate S 1 a , S j−1 a −a It is tested whether there is even one combination that satisfies i > cosε 2 , i=1, 2, 3 (7). If even one pair exists , that star 1a is left as an identification candidate. Also, if no pair exists, that star is removed from the subcatalog. Repeat this operation for all stars in the subcatalog. If ε 2 is set small enough, this will result in a set of catalog stars S 1j a , S 2j a , S 2j a , S 3j a , S 3j corresponding to a 1 , a 2 , a 3 in the subcatalog. a , S 1j a remains.
Therefore, the catalog value of S 1 is S 1j a , the catalog value of S 2 is S 2j a , and the catalog star of S 3 is S 3j a , and the identification is completed.

第7図は恒星センサ1による恒星観測時刻t0
t0=0として、時刻(n−1)τと時刻nτでの人
工衛星の姿勢の相対的関係を示している。但しτ
は恒星観測のサンプリング時間とする。図におい
て、(iBo-1,jBo-1,kBo-1)は時刻(n−1)τで
の衛星機軸方向の単位ベクトル、(iBo,jBo,kBo
は時刻nτでの衛星機軸方向の単位ベクトルであ
り、(ΔΨo,Δφo,Δθo)はオイラ角、(ω1o-1
ω2o-1,ω3o-1),(ω1o,ω2o,ω3o)はそれぞれ衛
星機軸回りの回転角速度である。
Figure 7 shows the star observation time t 0 by star sensor 1.
Assuming that t 0 =0, the relative relationship between the attitude of the artificial satellite at time (n-1)τ and time nτ is shown. However, τ
is the sampling time of stellar observation. In the figure, (i Bo-1 , j Bo-1 , k Bo-1 ) is a unit vector in the satellite axis direction at time (n-1)τ, (i Bo , j Bo , k Bo )
is the unit vector in the satellite axis direction at time nτ, (ΔΨ o , Δφ o , Δθ o ) are the Euler angles, and (ω 1o-1 ,
ω 2o-1 , ω 3o-1 ) and (ω 1o , ω 2o , ω 3o ) are rotational angular velocities around the satellite axis, respectively.

このような関係において、姿勢変位計算装置7
は時刻t0から現時点t=nτまでの姿勢の変化分
〔ΔCB〕を以下の式で計算する。
In such a relationship, the posture displacement calculation device 7
calculates the change in attitude [ ΔC B] from time t 0 to current time t=nτ using the following formula.

〔〓CB〕=Δρ1 2−Δρ2 2−Δρ3 2+Δρ4 22(−Δρ4
Δρ3+Δρ1Δρ2) 2(Δρ4Δρ2+Δρ1Δρ2) 2(Δρ4Δρ2+Δρ1Δρ2) 2(Δρ4Δρ3+Δρ1Δρ2)−Δρ1 2+Δρ2 2+Δρ
3 2+Δρ4 2 2(−Δρ4Δρ1+Δρ2Δρ3) 2(−Δρ4Δρ1+Δρ2Δρ3) 2(−Δρ4Δρ2+Δρ1Δρ3)2(Δρ4Δρ1+Δρ
2Δρ3) −Δρ1 2−Δρ2 2+Δρ3 2+Δρ4 2 (8) 但し Δρ1 Δρ2 Δρ3 Δρ4o=Δq4−Δq3 Δq2 Δq1 Δq3 Δq4 Δq1 Δq2 −Δq2 Δq1 Δq4 Δq3 −Δq1−Δq2−Δq3 Δq4Δρ1 Δρ2 Δρ3 Δρ4o-1 (9) Δq1=sinΔθo/2cosΔφn/2sinΔΨn/2−co
sΔθn/2sinΔφn/2cosΔΨn/2 Δq2=−sinΔθn/2cosΔφn/2cosΔΨn/2−
cosΔθn/2sinΔφn/2sinΔΨn/2 Δq3=sinΔθn/2cosΔφn/2cosΔΨn/2−co
sΔθn/2cosΔφn/2sinΔΨn/2 Δq4=cosΔθn/2cosΔφn/2cosΔΨn/2−si
nΔθn/2sinΔφn/2sinΔΨn/2 ここで未知量となつているのはオイラ角(Δφ,
Δθ,ΔΨ)oであるが、時刻t=0での初期値Δφ0
=Δθ0=ΔΨ0=とし、慣性センサ(2)で測定した衛
星機軸回りの回転角速度ωuo(u=1,2,3)
を周期τで読込み、次式で計算する。
[〓C B ]=Δρ 1 2 −Δρ 2 2 −Δρ 3 2 +Δρ 4 2 2 (−Δρ 4
Δρ 3 +Δρ 1 Δρ 2 ) 2(Δρ 4 Δρ 2 +Δρ 1 Δρ 2 ) 2(Δρ 4 Δρ 2 +Δρ 1 Δρ 2 ) 2(Δρ 4 Δρ 3 +Δρ 1 Δρ 2 )−Δρ 1 2 +Δρ 2 2 +Δρ
3 2 +Δρ 4 2 2 (−Δρ 4 Δρ 1 +Δρ 2 Δρ 3 ) 2 (−Δρ 4 Δρ 1 +Δρ 2 Δρ 3 ) 2 (−Δρ 4 Δρ 2 +Δρ 1 Δρ 3 ) 2 (Δρ 4 Δρ 1 +Δρ
2 Δρ 3 ) −Δρ 1 2 −Δρ 2 2 +Δρ 3 2 +Δρ 4 2 (8) However , Δρ 1 Δρ 2 Δρ 3 Δρ 4o = Δq 4 −Δq 3 Δq 2 Δq 1 Δq 3 Δq 4 Δq 1 Δq 2 −Δq 2 Δq 1 Δq 4 Δq 3 −Δq 1 −Δq 2 −Δq 3 Δq 4 Δρ 1 Δρ 2 Δρ 3 Δρ 4o-1 (9) Δq 1 = sinΔθ o /2cosΔφn/2sinΔΨn/2−co
sΔθn/2sinΔφn/2cosΔΨn/2 Δq 2 =−sinΔθn/2cosΔφn/2cosΔΨn/2−
cosΔθn/2sinΔφn/2sinΔΨn/2 Δq 3 = sinΔθn/2cosΔφn/2cosΔΨn/2−co
sΔθn/2cosΔφn/2sinΔΨn/2 Δq 4 =cosΔθn/2cosΔφn/2cosΔΨn/2−si
nΔθn/2sinΔφn/2sinΔΨn/2 The unknown quantity here is the Euler angle (Δφ,
Δθ, ΔΨ) o , but the initial value Δφ 0 at time t=0
= Δθ 0 = ΔΨ 0 =, and the rotational angular velocity around the satellite axis measured by the inertial sensor (2) ω uo (u=1, 2, 3)
is read with a period τ and calculated using the following formula.

Δφo=1/6(d1+2d2+2d3+d4) Δθo=1/6(η1+2η2+2η3+η4) (11) ΔΨo=1/6(f1+2f2+2f3+f4) 但し、 d1=τω1o η1=τω2o f1=τω3o d2=τ{ω1ocos(ω2oτ/2)+ω3osin(ω2oτ/
2)} η2=τ{ω1otan(ω1oτ/2)sin(ω2oτ/2)+
ω2o −ω3otan(ω1oτ/2)cos(ω2oτ/2)} f2=τ{−ω1osin(ω2oτ/2)/cos(ω1oτ/
2)+ ω3ocos(ω2oτ/2)/cos(ω1oτ/2)} d3=τ{ω1ocos(η2/2)+ω3osin(η2/2)} η3=τ{ω1otan(d2/2)sin(η2/2)+ω2o− ω3otan(d2/2)cos(η2/2)} f3=τ{−ω1osin(η2/2)/cos(d2/2)+ ω3ocos(η2/2)/cos(d2/2)} d4=τ{ω1ocosη3+ω3osinη3} η4=τ{ω1otand3sinη3+ω2o−ω3otand3cosη3} f4=τ{−ω1osinη3/cosd3+ω3ocosη3/cosd3} なお、 〔Δρ1,Δρ2,Δρ3,Δρ40 T=〔0,0,0,1
0 T
(12) と設定する。
Δφ o = 1/6 (d 1 +2d 2 +2d 3 +d 4 ) Δθ o = 1/6 (η 1 +2η 2 +2η 34 ) (11) ΔΨ o = 1/6 (f 1 +2f 2 +2f 3 +f 4 ) However, d 1 = τω 1o η 1 = τω 2o f 1 = τω 3o d 2 = τ{ω 1o cos(ω 2o τ/2) + ω 3o sin(ω 2o τ/
2)} η 2 = τ{ω 1o tan (ω 1o τ/2) sin (ω 2o τ/2) +
ω 2o −ω 3o tan (ω 1o τ/2) cos (ω 2o τ/2)} f 2 = τ{−ω 1o sin (ω 2o τ/2)/cos (ω 1o τ/
2) + ω 3o cos (ω 2o τ/2)/cos (ω 1o τ/2)} d 3 = τ{ω 1o cos (η 2 /2) + ω 3o sin (η 2 /2)} η 3 = τ{ω 1o tan (d 2 /2) sin (η 2 /2) + ω 2o − ω 3o tan (d 2 /2) cos (η 2 /2)} f 3 = τ{−ω 1o sin (η 2 /2) /cos (d 2 /2) + ω 3o cos (η 2 /2) / cos (d 2 /2)} d 4 = τ{ω 1o cosη 33o sinη 3 } η 4 = τ{ω 1o tand 3 sinη 32o −ω 3o tand 3 cosη 3 } f 4 =τ{−ω 1o sinη 3 /cosd 33o cosη 3 /cosd 3 } In addition, [Δρ 1 , Δρ 2 , Δρ 3 , Δρ 4 ] 0 T = [0,0,0,1
] 0 T
(12).

姿勢計算装置15は上記恒星同定処理装置13
の出力すなわち、(S1,S2,S3)と、(S1j a,S2j a
S3j a)を用いて、まず、時刻t=0での衛星の姿
勢、すなわち衛星機軸座標(XB,YB,ZB)と姿
勢基準座標としての慣性空間座標(XI,YI,ZI
との関係〔BCIt=0を次式により計算する。
The attitude calculation device 15 is the above-mentioned star identification processing device 13.
That is, (S 1 , S 2 , S 3 ) and (S 1j a , S 2j a ,
S 3j a ), first, the attitude of the satellite at time t=0, that is, the satellite axis coordinates (X B , Y B , Z B ) and the inertial space coordinates (X I , Y I , ZI )
The relationship with [ B C I ] t=0 is calculated using the following formula.

BCIt=0=S1 S2 S3〔S1j a,S2j a,S3j a〕 (13) つぎに、式(13)と式(8)を用いて、現時点の姿
勢〔BCIt=o〓を次式により計算する。
[ B C I ] t=0 = S 1 S 2 S 3 [S 1j a , S 2j a , S 3j a ] (13) Next, using equations (13) and (8), calculate the current posture. [ B C I ] t=o 〓 is calculated using the following formula.

BCIt=o〓=〔〓CB〕〔BCIt=0 (14) 姿勢計算装置15はT時間後に再び姿勢初期値
が更新されるまでの期間、上記式(14)の計算結
果を初期値として、以下の式により姿勢を計算し
出力する。
[ B C I ] t=o = [〓C B ] [ B C I ] t=0 (14) The attitude calculation device 15 calculates the above equation (14) until the attitude initial value is updated again after T time. ) is used as the initial value, the attitude is calculated and output using the following formula.

ここで、姿勢初期値の更新時刻t=nτをあら
ためてt=0とすると、衛星の姿勢〔iB,jB,kB
tkは 〔iB,jB,kBtk=〔BCItk〔iI,jI,kI〕 (15) 〔BCItk=〔〓CB〕〔BCItK-1 (16) で与えられる。
Here, if the update time t=nτ of the attitude initial value is set to t=0 again, the attitude of the satellite [i B , j B , k B ]
tk is [i B , j B , k B ] tk = [ B C I ] tk [i I , j I , k I ] (15) [ B C I ] tk = [〓C B ] [ B C I ] It is given by tK-1 (16).

但し〔BCI0は式(14)の計算結果を用いる。
また〔〓CB〕は時間τ=tk−tk-1毎に慣性センサー
データωl(l=1,2,3)を読み込み、式(11),
(12)によりオイラ角Δφ,Δθ,ΔΨを計算し、これ
を式(16)に代入し、式(9),式(10)からオイラパラ
メータ(Δρ1,Δρ2,Δρ3,Δρ4)を計算し、これ
を式(8)の右辺に代入して逐次的に〔〓CB〕を計算
する。
However, for [ B C I ] 0 , the calculation result of equation (14) is used.
In addition, [〓C B ] reads inertial sensor data ω l (l = 1, 2, 3) every time τ = t k - t k-1 , and formula (11),
Calculate Euler angles Δφ, Δθ, ΔΨ using (12), substitute them into equation (16), and obtain Euler parameters (Δρ 1 , Δρ 2 , Δρ 3 , Δρ 4 ) from equations (9) and (10). is calculated and substituted into the right-hand side of equation (8) to sequentially calculate [〓C B ].

つぎに、姿勢制御装置(7)について説明すると、
姿勢制御装置(7)はアクチユエータ制御回路(9)から
の出力であるホイール回転角速度δ(0)を入力
として予測姿勢状態計算装置(16)は各制御区間
〔0,tf〕の終端時刻tfでの人工衛星の姿勢θ^(tf
および姿勢の変化速度ω^(tf)を計算し出力する。
目標姿勢状態発生装置6は終端時刻tfで到達させ
たい目標の姿勢θ゜(tf)および姿勢の変化速度ω゜
(tf)出力する。制御パラメータ計算装置17は
上記のω^(tf),θ^(tf)およびω゜(tf),θ゜(
tf)を入力
として、ホイール印加電圧の2乗和が最小となる
ように制御変数を決定するための中間パラメータ
λ1,λ2を計算し出力する。制御変数計算装置18
は上記λ1,λ2を入力としてホイール操作のための
制御変数Vj(j=1,2,…,m)を計算し出力
する。このように構成された姿勢制御装置7の出
力信号を入力として、以下従来と同じ方法でアク
チユエータ制御回路9においてホイールの回転角
速度を制御することにより人工衛星の姿勢制御を
実現させるものである。
Next, the attitude control device (7) will be explained.
The attitude control device (7) inputs the wheel rotation angular velocity δ(0) which is the output from the actuator control circuit (9), and the predicted attitude state calculation device (16) calculates the end time t of each control interval [0, t f ]. Satellite attitude θ^(t f ) at f
and the attitude change speed ω^(t f ) are calculated and output.
The target attitude state generator 6 outputs the target attitude θ° (t f ) to be reached at the terminal time t f and the attitude change rate ω° (t f ). The control parameter calculation device 17 calculates the above ω^(t f ), θ^(t f ) and ω゜(t f ), θ゜(
t f ) as input, intermediate parameters λ 1 and λ 2 for determining control variables are calculated and output so that the sum of squares of wheel applied voltages is minimized. Control variable calculation device 18
calculates and outputs a control variable V j (j=1, 2, . . . , m) for wheel operation using the above λ 1 and λ 2 as input. Using the output signal of the attitude control device 7 configured as described above as input, the actuator control circuit 9 controls the rotational angular velocity of the wheel in the same manner as the conventional method, thereby realizing attitude control of the artificial satellite.

以下、姿勢制御装置を構成する各装置の詳細に
ついて第8図を用いて説明する。
Hereinafter, details of each device constituting the attitude control device will be explained using FIG. 8.

ホイールとして第8図aに示す直流プラシレス
モータを想定する。図においてVは電圧、Rは抵
抗、Lはコイル、iは電流、19は回転子、20
は磁石である。いま、各制御区間〔0,tf〕をm
分割し、第8図bに示すように各小区間で大きさ
が一定となるようなステツプ状に変化する電圧V
(t)による制御を考慮する。予測姿勢状態計算装置
16は初期時刻0におけるホイール速度δ(0)
を入力として、次式により終端時刻tfでの姿勢状
態の予測値θ^(tf),ω^(tf)を与える定数パラメー
タaj(j=1,2,…,m),bj(j=1,2,…,
m)およびΩ1,Ω2を計算する。
Assume that the wheel is a DC plasticless motor shown in FIG. 8a. In the figure, V is voltage, R is resistance, L is coil, i is current, 19 is rotor, 20
is a magnet. Now, each control interval [0, t f ] is defined as m
The voltage V changes in steps such that the magnitude is constant in each small section as shown in FIG. 8b.
Consider control by (t). The predicted attitude state calculation device 16 calculates the wheel speed δ(0) at the initial time 0.
As input, the constant parameters a j (j=1, 2,..., m), b that give the predicted values θ^(t f ), ω^(t f ) of the posture state at the terminal time t f using the following equations: j (j=1, 2,...,
m) and Ω 1 , Ω 2 .

ω^(tf)=a1V1+a2V2+…+anVn+Ω1 (17) θ^(tf)=b1V1+b2V2+…bnVn+Ω2 (18) 但し Ω1=−μe-c1tmδ(0)+f(tf) (20) Ω2=−μ1/C1〔1−e-c1tf〕δ(0)+F(tf)(2
2) C1=K1K2/RIf,C2=K2/RIf,μ=If/Iy (23) If:ホイールの慣性モーメント K1:逆起電力 K2:トルク定数 Iy:衛星の機軸YB回りの慣性モーメント f(tf):外乱トルクの積分値 F(tf)=∫0 tff(τ)dτ (24) μ=If/Iy (25) 目標姿勢状態発生装置6は人工衛星毎に固有な制
御目標発生関数を組込むが、その出力はいずれも
各制御区間〔0,tf〕の終端で到達させたい目標
の姿勢θ゜(tf)および姿勢の変化速度ω゜(tf)であ
る。
ω^(t f )=a 1 V 1 +a 2 V 2 +…+a n V n1 (17) θ^(t f )=b 1 V 1 +b 2 V 2 +…b n V n2 ( 18) However Ω 1 = −μe -c 1 t mδ(0) + f(t f ) (20) Ω 2 =-μ1/C 1 [1-e -c 1 t f] δ(0)+F(t f )(2
2) C 1 = K 1 K 2 /RI f , C 2 = K 2 /RI f , μ = I f /I y (23) I f : Moment of inertia of wheel K 1 : Back electromotive force K 2 : Torque constant I y : Moment of inertia about the satellite axis Y B (t f ): Integral value of disturbance torque F (t f )=∫ 0 tf f (τ) dτ (24) μ=I f /I y (25) The target attitude state generator 6 incorporates a control target generation function unique to each artificial satellite, and its output is the attitude θ゜(t f ) of the target to be reached at the end of each control interval [0, t f ]. and the attitude change speed ω゜(t f ).

制御パラメータ計算装置17は式(19)〜
(25)で計算された値およびω゜(tf),θ゜(tf)を

力として、制御の中間パラメータλ1,λ2を次式に
より計算する。
The control parameter calculation device 17 uses equation (19) ~
Using the values calculated in (25) and ω° (t f ) and θ° (t f ) as input, the control intermediate parameters λ 1 and λ 2 are calculated using the following equations.

λ1=−2{(ωy 0(tf)−Ω1)(b1 2+b2 2+ …+bn 2) −(θy 0(tf)−Ω2)(a1b1+a2b2+… +anbn)}/ {(a1 2+a2 2+…+an 2)(b1 2+b2 2+…+bn 2) −(a1b1+a2b2+anbn2} (26) λ2=2{(ωy 0(tf)−Ω1)(a1b1+a2b2+… +anbn)−(θy 0(tf)−Ω2)a1 2+a2 2+…+an
)}/ {(a1 2+a2 2+…an 2)(b1 2+b2 2+b2 2+ …+bn 2)−(a1b1+a2b2+…+anbn2}(27) 制御変数計算装置18は上記(26)式、(27)
式の値を入力として次式によりVjを計算する。
λ 1 = −2 {(ω y 0 (t f ) − Ω 1 ) (b 1 2 + b 2 2 + …+b n 2 ) −(θ y 0 (t f )−Ω 2 ) (a 1 b 1 + a 2 b 2 +… +a n b n )}/ {(a 1 2 +a 2 2 +…+a n 2 )(b 1 2 +b 2 2 +…+b n 2 ) −(a 1 b 1 +a 2 b 2 +a n b n ) 2 } (26) λ 2 = 2 {(ω y 0 (t f )−Ω 1 ) (a 1 b 1 +a 2 b 2 +… +a n b n )−(θ y 0 (t f )−Ω 2 )a 1 2 +a 2 2 +…+a n
2 )}/ {(a 1 2 +a 2 2 +…a n 2 )(b 1 2 +b 2 2 +b 2 2 +…+b n 2 )−(a 1 b 1 +a 2 b 2 +…+a n b n ) 2 }(27) The control variable calculation device 18 uses the above equation (26), (27)
V j is calculated using the following formula using the value of the formula as input.

Vj=−1/2(λ1aj+λ2bj),j=1,2,…,m (28) なお、この式(28)は式(17)、式(18)を満
足するVjのうち、 V1 2+V2 2+…+Vn 2 (29) を最小にする条件式、即ち F=nj=1 Vj 2+λ1nj=1 ajVj+Ω1−ω゜(tf)) +λ2nj=1 bjVj+Ω2−θ゜(tf)) (30) とおき、最小となるための条件 ∂F/∂Vj=0,j=1,2,…,m (31) ∂F/∂λ1=0,i=1,2 より導かれる。
V j = -1/2 (λ 1 a j + λ 2 b j ), j = 1, 2,..., m (28) Note that this equation (28) satisfies equations (17) and (18) Conditional expression that minimizes V 1 2 +V 2 2 +…+V n 2 (29) out of V j , that is, F= nj=1 V j 21 ( nj=1 a j V j1 −ω゜(t f )) +λ 2 ( nj=1 b j V j2 −θ゜(t f )) (30), and the condition for the minimum is ∂F/∂V j = It is derived from 0,j=1,2,...,m (31) ∂F/∂λ 1 =0,i=1,2.

尚上記(17)〜(31)式は一個のホイールを対
象として制御操作量の計算式を示したものである
が、他の2軸方向に取付けたホイールに対する制
御操作量の計算式も上記と全く同じ方法で与えら
れることは言うまでもない。
Equations (17) to (31) above show the calculation formula for the control operation amount for one wheel, but the calculation formula for the control operation amount for wheels mounted in two other axes is also the same as above. Needless to say, they are given in exactly the same way.

最後に、目標姿勢計算装置6として地球中心指
向静止三軸衛星の場合の一実施例について、第9
図を用いて説明する。
Finally, the ninth section describes an example in which the target attitude calculation device 6 is a geostationary three-axis satellite pointing to the center of the earth.
This will be explained using figures.

図において21は軌道計算装置、22は地球方
向単位ベクトル計算装置、23は目標制御量計算
装置である。このような構成において、地上コマ
ンドによつて定期的に与えられる軌道情報と制御
変数計算装置18の出力信号を入力として、軌道
計算装置21により、任意時刻での衛星位置ベク
トルと速度ベクトルの予測値を計算する。地球方
向単位ベクトル計算装置22は上記軌道計算装置
21からの出力信号を入力として、衛星から見た
地球中心方向の単位ベクトルを計算する。目標制
御量計算装置23は上記地球方向単位ベクトル計
算装置22と姿勢計算装置15からの出力信号を
入力として、式(17)、式(18)で用いるω^(tf),
θ^(tf)を計算し出力する。
In the figure, 21 is an orbit calculation device, 22 is an earth direction unit vector calculation device, and 23 is a target control amount calculation device. In such a configuration, the orbit calculation device 21 calculates predicted values of the satellite position vector and velocity vector at any time by inputting orbit information periodically given by ground commands and the output signal of the control variable calculation device 18. Calculate. The earth direction unit vector calculation device 22 receives the output signal from the orbit calculation device 21 and calculates a unit vector in the direction of the earth center as seen from the satellite. The target control amount calculation device 23 inputs the output signals from the earth direction unit vector calculation device 22 and the attitude calculation device 15, and calculates ω^(t f ), used in equations (17) and (18),
Calculate and output θ^(t f ).

以下、目標姿勢計算装置6を構成する各装置の
詳細について第10図を用いて説明する。
The details of each device constituting the target posture calculation device 6 will be explained below using FIG. 10.

第10図は静止衛星の場合の衛星位置計算のた
めの数学的概念を示す図である。地上コマンドに
よる軌道情報として昇交点赤経Ω、軌道傾斜i、
周期Tおよび時刻t0での昇交点離角f0を想定す
る。時刻t0を0時として任意時間tでの衛星の位
置(RA,DI)は以下のように与えられる。
FIG. 10 is a diagram showing the mathematical concept for satellite position calculation in the case of a geostationary satellite. Orbital information provided by ground commands includes ascending node right ascension Ω, orbital inclination i,
Assume period T and ascending node elongation f 0 at time t 0 . The position (RA, DI) of the satellite at an arbitrary time t is given as follows, with time t 0 being 0 o'clock.

sinDI=sin i sinωt 但し ω=2π/T (32) RA=Ω+α 但し (33) cosα=cosωt/cosDI 衛星中心から地球中心方向への単位ベクトルeは
式(32),(33)で計算されるRA,DIを用いて次
式で与えられる。
sinDI=sin i sinωt where ω=2π/T (32) RA=Ω+α where (33) cosα=cosωt/cosDI The unit vector e from the satellite center to the earth center is calculated using equations (32) and (33) It is given by the following formula using RA and DI.

e=cos(−DI)cos(RAS+180゜) cos(−DI)sin(RAS+180゜) sin(−DI) (34) ここで、例えば機軸YB方向を地球中心方向に
制御する場について述べると、式(15)で与えら
れる現時点t=tkの姿勢と、式(34)で与えられ
る時刻tf=tk+τでの単位ベクトルeを用いて、
目標の姿勢は次式で与えられる。
e=cos(-DI)cos(RAS+180°) cos(-DI)sin(RAS+180°) sin(-DI) (34) Here, for example, let's talk about the field that controls the machine axis YB direction toward the center of the earth. Using the attitude at the current time t = t k given by equation (15) and the unit vector e at time t f = t k + τ given by equation (34),
The target attitude is given by the following equation.

XB軸回りの制御目標 θ゜X(tf),ω゜X(tf)は ZB軸回りの制御目標θ゜Z(tf),ωZ(tf)は で与えられる。なお、中、低高度を飛翔する人工
衛星の場合は特殊摂動法などによる軌道計算が必
要であるが、このような計算法を用いても本発明
の効果を防げるものではない。
The control targets around the X B axis θ゜X (t f ), ω゜X (t f ) are The control target θ゜Z (t f ), ω Z (t f ) around the Z B axis is is given by Note that for artificial satellites flying at medium or low altitudes, orbit calculations using special perturbation methods or the like are required, but even if such calculation methods are used, the effects of the present invention cannot be prevented.

以上述べたことから明らかなように、この発明
による姿勢制御方式は、恒星センサおよび慣性セ
ンサを用いて慣性空間座標に対する人工衛星の姿
勢決定と機軸回りの回転角速度の測定を行ない、
これと地上局コマンドによる軌道情報を用いて計
算した目標姿勢状態とを入力として、衛星の姿勢
および姿勢の変化速度が同時に目標状態へ一致す
るように制御できる。地球センサを用いないで、
地球中心指向三軸姿勢制御が実現できる。などの
利点を有する。
As is clear from the above description, the attitude control method according to the present invention uses a stellar sensor and an inertial sensor to determine the attitude of an artificial satellite with respect to inertial space coordinates and measure the rotational angular velocity around the axis.
Using this and the target attitude state calculated using orbit information from ground station commands as input, it is possible to control the attitude of the satellite and the rate of change of attitude so that they simultaneously match the target state. without using an earth sensor,
Earth-centered three-axis attitude control can be realized. It has the following advantages.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の方式による地球指向三軸姿勢制
御の概念を示す図、第2図は衛星機軸座標とホイ
ール搭載の概念を示す図、第3図はこの発明によ
る姿勢制御方式の概念を示す図、第4図はこの発
明の具体的な一実施例を示す姿勢制御系の構成概
念図、第5図は恒星センサ座標と衛星機軸座標の
関係を示す図、第6図は恒星センサによる恒星観
測の概念を示す図、第7図は逐次的姿勢決定にお
ける前段階姿勢と現時点の姿勢の関係を示す図、
第8図aは直流ブラシレスモータ構成図、第8図
bは制御変数計算装置で与えられるホイール制御
電圧の概念図、第9図は制御目標計算装置の構成
概念を示す図、第10図は衛星位置計算のための
数学モデルの一例を示す図であり、1は人工衛
星、2はホイール、3は恒星センサ、4は慣性セ
ンサ、5は姿勢決定装置、6は目標姿勢計算装
置、7は姿勢制御装置、8は計算機、9はアクチ
ユエータ制御回路、10は恒星ベクトル計算装
置、11はデータベース、12はサブカタログ編
集装置、13は恒星同定処理装置、14は姿勢変
位計算装置、15は姿勢計算装置、16は予測姿
勢状態計算装置、17は制御パラメータ計算装
置、18は制御変数計算装置、19は回転子、2
0は磁石、21は軌道計算装置、22は地球方向
単位ベクトル計算装置、23は目標制御量計算装
置である。なお図中同一あるいは相当部分には同
一符号を付して示してある。
Fig. 1 is a diagram showing the concept of earth-oriented three-axis attitude control using the conventional method, Fig. 2 is a diagram showing the concept of satellite axis coordinates and wheel mounting, and Fig. 3 is a diagram showing the concept of the attitude control method according to the present invention. 4 is a conceptual diagram of the configuration of an attitude control system showing a specific embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between star sensor coordinates and satellite axis coordinates, and FIG. 6 is a diagram showing the relationship between star sensor coordinates and satellite axis coordinates. A diagram showing the concept of observation, Figure 7 is a diagram showing the relationship between the previous stage posture and the current posture in sequential posture determination,
Figure 8a is a configuration diagram of a DC brushless motor, Figure 8b is a conceptual diagram of the wheel control voltage given by the control variable calculation device, Figure 9 is a diagram showing the configuration concept of the control target calculation device, and Figure 10 is a satellite diagram. It is a diagram showing an example of a mathematical model for position calculation, in which 1 is an artificial satellite, 2 is a wheel, 3 is a stellar sensor, 4 is an inertial sensor, 5 is an attitude determination device, 6 is a target attitude calculation device, and 7 is an attitude. Control device, 8 is a computer, 9 is an actuator control circuit, 10 is a stellar vector calculation device, 11 is a database, 12 is a subcatalog editing device, 13 is a star identification processing device, 14 is an attitude displacement calculation device, 15 is an attitude calculation device , 16 is a predicted attitude state calculation device, 17 is a control parameter calculation device, 18 is a control variable calculation device, 19 is a rotor, 2
0 is a magnet, 21 is an orbit calculation device, 22 is an earth direction unit vector calculation device, and 23 is a target control amount calculation device. Note that the same or corresponding parts in the figures are indicated by the same reference numerals.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 恒星センサと慣性センサからの出力を入力し
て人工衛星の姿勢状態を決定する姿勢決定手段
と、アクチユエータ制御回路からのホイール回転
角度情報を入力して姿勢制御のための操作量を計
算する姿勢制御手段と、地上局からのコマンド信
号として送信された軌道情報と上記姿勢制御手段
からの出力信号および上記姿勢決定手段からの出
力信号を入力して未来のある時刻において到達さ
せたい人工衛星の姿勢状態を計算する目標姿勢計
算手段とを備えた計算機を人工衛星に搭載し、上
記計算機から出力される制御操作信号によつて人
工衛星の姿勢及び姿勢の変化速度を目標の姿勢及
び姿勢の変化速度へ到達するように制御すること
を特徴とする人工衛星の姿勢制御方式。 2 姿勢決定手段を恒星センサからの出力信号を
入力として衛星機軸座標に対する恒星方向の単位
ベクトルを計算する恒星ベクトル計算装置と、恒
星カタログ及び姿勢決定結果が得られる前の段階
で用いる姿勢の予測値をデータベースから読み込
んで恒星センサの視野範囲にあると予測される恒
星のカタログを編集するサブカタログ編集装置
と、上記恒星ベクトル計算装置及びサブカタログ
編集装置の出力信号を入力して観測恒星に対応す
るカタログ恒星を同定する固定処理装置、衛星機
軸回りの角速度を測定する慣性センサからの出力
信号を入力として恒星センサによる恒星観測時刻
から現時点までの人工衛星の姿勢の変化分を計算
する姿勢変位計算装置と、上記同定処理装置およ
び上記姿勢変位計算装置の出力信号を入力して現
時点の人工衛星の姿勢を計算する姿勢計算装置と
により構成し、また姿勢制御手段を制御の各区間
〔0,tf〕の初期時刻0でのホイールの回転角速
度を入力として、制御区間の終端時刻tfでの人工
衛星の姿勢状態の予測値を計算する予測姿勢状態
計算装置と地上局から定期的にコマンドデータと
して送信される任意時刻での軌道情報及び制御変
数計算装置からの出力信号及び上記姿勢計算装置
からの出力信号を入力して、制御区間の終端時刻
tfで到達させたい姿勢状態の目標値を計算する目
標姿勢計算装置と、上記予測姿勢状態計算装置及
び目標姿勢計算装置の出力信号を入力して、制御
操作量の2乗和が最小となる条件を満足するよう
に制御の中間パラメータを決定する制御パラメー
タ計算装置および上記制御変数計算装置の出力信
号を入力して、姿勢制御のための操作量を計算す
る制御変数計算装置とにより構成したことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の人工衛星の姿
勢制御方式。 3 上記姿勢計算装置の出力信号を上記サブカタ
ログ編集装置へ、また上記アクチユエータ制御回
路の出力信号を上記予測姿勢状態計算装置へフイ
ードバツクさせるとともに上記制御変数計算装置
の出力信号を上記目標姿勢計算装置へフイーバツ
クさせるように構成したことを特徴とする特許請
求の範囲第1項あるいは第2項記載の人工衛星の
姿勢制御方式。
[Claims] 1. Attitude determining means for determining the attitude state of the satellite by inputting outputs from a stellar sensor and an inertial sensor, and an attitude determining means for inputting wheel rotation angle information from an actuator control circuit for attitude control. An attitude control means for calculating the amount of operation, orbit information transmitted as a command signal from the ground station, an output signal from the attitude control means, and an output signal from the attitude determination means to arrive at a certain time in the future. A computer equipped with a target attitude calculation means for calculating the desired attitude state of the artificial satellite is mounted on the artificial satellite, and a control operation signal outputted from the computer is used to calculate the attitude and attitude change rate of the artificial satellite to the target. An attitude control method for an artificial satellite, which is characterized by controlling the attitude and the speed of attitude change. 2. The attitude determining means is a stellar vector calculation device that calculates a unit vector in the stellar direction with respect to the satellite axis coordinates by inputting the output signal from the stellar sensor, and a predicted attitude value used at a stage before obtaining the stellar catalog and attitude determination results. a sub-catalog editing device that reads the information from the database and edits a catalog of stars predicted to be within the field of view of the star sensor, and inputs the output signals of the above-mentioned stellar vector calculation device and sub-catalog editing device to correspond to the observed stars. A fixed processing device that identifies catalog stars, and an attitude displacement calculation device that calculates the change in the satellite's attitude from the time when the star was observed by the star sensor to the current moment by inputting the output signal from the inertial sensor that measures the angular velocity around the satellite's axis. and an attitude calculation device that calculates the current attitude of the artificial satellite by inputting the output signals of the identification processing device and the attitude displacement calculation device, and the attitude control means is configured to calculate the attitude of the satellite at each control period [0, t f ] The rotational angular velocity of the wheel at the initial time 0 is input, and the predicted attitude state calculation device calculates the predicted value of the attitude state of the satellite at the end time t f of the control interval, and periodically as command data from the ground station. The end time of the control section is determined by inputting the transmitted orbit information at an arbitrary time, the output signal from the control variable calculation device, and the output signal from the attitude calculation device.
By inputting the output signals of the target attitude calculation device that calculates the target value of the attitude state that you want to reach at t f , the predicted attitude state calculation device, and the target attitude calculation device, the sum of squares of the control operation amount is minimized. A control parameter calculation device that determines intermediate parameters for control so as to satisfy conditions, and a control variable calculation device that inputs the output signal of the control variable calculation device and calculates a manipulated variable for attitude control. An attitude control system for an artificial satellite according to claim 1, characterized in that: 3 Feedback the output signal of the attitude calculation device to the sub-catalog editing device, the output signal of the actuator control circuit to the predicted attitude state calculation device, and the output signal of the control variable calculation device to the target attitude calculation device. An attitude control system for an artificial satellite according to claim 1 or 2, characterized in that the system is configured to perform feedback.
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