JPH05238495A - 人工衛星上の磁気擾乱トルクを補償する方法および装置 - Google Patents
人工衛星上の磁気擾乱トルクを補償する方法および装置Info
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- JPH05238495A JPH05238495A JP4318738A JP31873892A JPH05238495A JP H05238495 A JPH05238495 A JP H05238495A JP 4318738 A JP4318738 A JP 4318738A JP 31873892 A JP31873892 A JP 31873892A JP H05238495 A JPH05238495 A JP H05238495A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、人工衛星内の回路の電流ループに
地球磁界によって発生される人工衛星姿勢の擾乱を補償
する装置を得ることを目的とする。 【構成】 特定の人工衛星姿勢補償制御信号に応答して
予め定められた人工衛星軸で人工衛星を付勢する付勢手
段38と、この軸に関して付勢手段38に補償制御信号を供
給し、センサから人工衛星姿勢測定信号を受信する制御
手段36と、この軸で評価された磁気トルク擾乱信号を電
流ループを流れる電流を電流測定装置42によって測定し
スケール装置44，46で係数を乗算して計算する磁気トル
ク補償装置34とを具備し、この磁気トルク補償装置34か
ら人工衛星上の磁気擾乱を補償するために付勢手段38に
評価された磁気トルク擾乱制御信号を供給することを特
徴とする。
地球磁界によって発生される人工衛星姿勢の擾乱を補償
する装置を得ることを目的とする。 【構成】 特定の人工衛星姿勢補償制御信号に応答して
予め定められた人工衛星軸で人工衛星を付勢する付勢手
段38と、この軸に関して付勢手段38に補償制御信号を供
給し、センサから人工衛星姿勢測定信号を受信する制御
手段36と、この軸で評価された磁気トルク擾乱信号を電
流ループを流れる電流を電流測定装置42によって測定し
スケール装置44，46で係数を乗算して計算する磁気トル
ク補償装置34とを具備し、この磁気トルク補償装置34か
ら人工衛星上の磁気擾乱を補償するために付勢手段38に
評価された磁気トルク擾乱制御信号を供給することを特
徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に軌道に乗っている
人工衛星の指向方向が固定されることを維持する方法、
特に地球軌道中の人工衛星上に与えられた磁気擾乱トル
クを補償する方法に関する。
人工衛星の指向方向が固定されることを維持する方法、
特に地球軌道中の人工衛星上に与えられた磁気擾乱トル
クを補償する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】技術的に知られているような静止地球軌
道は、人工衛星または宇宙船が地球上の特定の位置の上
方に固定された状態で静止している地球を中心にした軌
道である。この軌道は地球の上方にほぼ22,400マイルの
距離にある。この軌道において、人工衛星からの通信ビ
ームのようなビームは、特定の国のような地球上の所望
の領域にわたって維持され、したがってビームを受取る
領域を設定することができる。静止軌道に残っているた
めに、人工衛星は所望の距離で実質的に地球の赤道平面
内付近の軌道上にあり、人工衛星の姿勢がこの平面に垂
直に方位付けされることが必要である。人工衛星を地球
上のボアサイト位置からアンテナを外らせる任意のずれ
または擾乱は、ビームのカバー領域に影響を与える傾向
があり、したがって望ましくない結果を生じさせる。人
工衛星のアンテナ指向方向を変化させる傾向がある多数
の異なる力が人工衛星に影響している。
道は、人工衛星または宇宙船が地球上の特定の位置の上
方に固定された状態で静止している地球を中心にした軌
道である。この軌道は地球の上方にほぼ22,400マイルの
距離にある。この軌道において、人工衛星からの通信ビ
ームのようなビームは、特定の国のような地球上の所望
の領域にわたって維持され、したがってビームを受取る
領域を設定することができる。静止軌道に残っているた
めに、人工衛星は所望の距離で実質的に地球の赤道平面
内付近の軌道上にあり、人工衛星の姿勢がこの平面に垂
直に方位付けされることが必要である。人工衛星を地球
上のボアサイト位置からアンテナを外らせる任意のずれ
または擾乱は、ビームのカバー領域に影響を与える傾向
があり、したがって望ましくない結果を生じさせる。人
工衛星のアンテナ指向方向を変化させる傾向がある多数
の異なる力が人工衛星に影響している。
【０００３】人工衛星に作用している異なる力の影響を
打消す第１の方法として、バイアスモーメント軸に対し
て横断方向の外力による人工衛星の方位の変化を阻止す
る角度的バイアスモーメントを与えることによって人工
衛星の姿勢を安定させることが知られている。この技術
を使用した人工衛星は一般に“モーメントバイアス”人
工衛星と呼ばれている。角度的モーメントバイアスは通
常人工衛星の少なくとも一部分で回転する多数のモーメ
ントまたはリアクションホイールによって与えられる。
モーメントホイールの回転によって設定されたバイアス
軸は一般に人工衛星の軌道の方向に対して垂直である。
バイアスモーメントはバイアスモーメント軸に対して横
断方向の人工衛星の方位の変化を阻止するが、バイアス
軸に沿った人工衛星の方位の変化を補正するために制御
を行うことが依然として必要である。フィードバックル
ープのような人工衛星の姿勢を制御する異なる方法が技
術的に知られている。
打消す第１の方法として、バイアスモーメント軸に対し
て横断方向の外力による人工衛星の方位の変化を阻止す
る角度的バイアスモーメントを与えることによって人工
衛星の姿勢を安定させることが知られている。この技術
を使用した人工衛星は一般に“モーメントバイアス”人
工衛星と呼ばれている。角度的モーメントバイアスは通
常人工衛星の少なくとも一部分で回転する多数のモーメ
ントまたはリアクションホイールによって与えられる。
モーメントホイールの回転によって設定されたバイアス
軸は一般に人工衛星の軌道の方向に対して垂直である。
バイアスモーメントはバイアスモーメント軸に対して横
断方向の人工衛星の方位の変化を阻止するが、バイアス
軸に沿った人工衛星の方位の変化を補正するために制御
を行うことが依然として必要である。フィードバックル
ープのような人工衛星の姿勢を制御する異なる方法が技
術的に知られている。
【０００４】大部分のバイアスモーメント人工衛星にお
いて、人工衛星搭載部すなわち少なくともアンテナを支
持している人工衛星部分はモーメントホイールと異なる
方位を有している。したがって、モーメント姿勢の方位
に関して搭載部の方位を補正する手段を提供する必要が
ある。典型的に、人工衛星の搭載部はヨー、ロールおよ
びピッチ軸と呼ばれる３つの軸によって限定される。人
工衛星が静止軌道にある場合、技術的に良く知られてい
るように人工衛星の進行方向においてヨー軸は一般に人
工衛星から地球の中心に向けられ、ピッチ軸は一般に人
工衛星の軌道の平面に対して垂直に向けられ、ロール軸
は一般にヨーおよびピッチ軸に垂直である。
いて、人工衛星搭載部すなわち少なくともアンテナを支
持している人工衛星部分はモーメントホイールと異なる
方位を有している。したがって、モーメント姿勢の方位
に関して搭載部の方位を補正する手段を提供する必要が
ある。典型的に、人工衛星の搭載部はヨー、ロールおよ
びピッチ軸と呼ばれる３つの軸によって限定される。人
工衛星が静止軌道にある場合、技術的に良く知られてい
るように人工衛星の進行方向においてヨー軸は一般に人
工衛星から地球の中心に向けられ、ピッチ軸は一般に人
工衛星の軌道の平面に対して垂直に向けられ、ロール軸
は一般にヨーおよびピッチ軸に垂直である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記に論じられたよう
に、異なる力または擾乱が軌道上の人工衛星に作用して
所望のボアサイト位置から人工衛星の方位を外らせる。
これらの力の１つは地球の磁界によって発生させられ
る。磁気嵐がない場合、静止軌道における地球の磁界は
地球のＮ極に沿って方位付けされた約 110ナノテスラで
ある。地球の磁界は人工衛星上で電流ループと相互作用
して人工衛星の姿勢に対する偏向トルクを生成する。あ
る人工衛星ワイヤハーネス設計は、人工衛星が地球によ
って太陽を遮られたときに人工衛星の光検出器の食（遮
蔽）期間中に発生するような特にバッテリィ放電期間中
に人工衛星上の大きい電流ループを生じさせる。例え
ば、ヨー方向のほぼ0.2 °の指向エラーは１時間の食期
間中に人工衛星に与えられたヨー方向における60μＮｍ
の擾乱トルクのために発生する。このようなトルクはほ
ぼ200 Ａ回転ｍ2 の人工衛星上のロール方向における電
流ループから生じる。結果的に、著しい指向エラーがヨ
ー方向で発生し、人工衛星のボアサイト位置を変化す
る。したがって、人工衛星における配線上の地球の磁界
の力によって発生させられた人工衛星の姿勢におけるず
れを補償する方法が必要とされている。
に、異なる力または擾乱が軌道上の人工衛星に作用して
所望のボアサイト位置から人工衛星の方位を外らせる。
これらの力の１つは地球の磁界によって発生させられ
る。磁気嵐がない場合、静止軌道における地球の磁界は
地球のＮ極に沿って方位付けされた約 110ナノテスラで
ある。地球の磁界は人工衛星上で電流ループと相互作用
して人工衛星の姿勢に対する偏向トルクを生成する。あ
る人工衛星ワイヤハーネス設計は、人工衛星が地球によ
って太陽を遮られたときに人工衛星の光検出器の食（遮
蔽）期間中に発生するような特にバッテリィ放電期間中
に人工衛星上の大きい電流ループを生じさせる。例え
ば、ヨー方向のほぼ0.2 °の指向エラーは１時間の食期
間中に人工衛星に与えられたヨー方向における60μＮｍ
の擾乱トルクのために発生する。このようなトルクはほ
ぼ200 Ａ回転ｍ2 の人工衛星上のロール方向における電
流ループから生じる。結果的に、著しい指向エラーがヨ
ー方向で発生し、人工衛星のボアサイト位置を変化す
る。したがって、人工衛星における配線上の地球の磁界
の力によって発生させられた人工衛星の姿勢におけるず
れを補償する方法が必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、軌道に乗って
いる人工衛星内の電流ループ上の地球の磁界の擾乱影響
を補償する方法を提供する。これを行うために、人工衛
星内において特定方向に流れる主要なまたは重要な電流
ループを通過する電流を測定する。典型的に、これらの
方向は人工衛星のヨーおよびロール軸に沿っている。測
定された電流はこれらの軸で予測される擾乱トルクを得
るためにスケール係数で乗算される。予測される擾乱ト
ルクは、人工衛星の制御トルクを発生させる人工衛星の
姿勢制御システムに供給される。これらの制御システム
は典型的に姿勢オフセットを測定するセンサによって得
られ、フィルタ処理された慣性測定値に基づいて制御ト
ルクを計算する。その後、予測された磁気擾乱トルクに
等しく逆の制御トルクが人工衛星の別の制御トルクに付
加される。合計された制御トルクは特定の方向における
人工衛星の姿勢を制御する付勢装置に与えられる。
いる人工衛星内の電流ループ上の地球の磁界の擾乱影響
を補償する方法を提供する。これを行うために、人工衛
星内において特定方向に流れる主要なまたは重要な電流
ループを通過する電流を測定する。典型的に、これらの
方向は人工衛星のヨーおよびロール軸に沿っている。測
定された電流はこれらの軸で予測される擾乱トルクを得
るためにスケール係数で乗算される。予測される擾乱ト
ルクは、人工衛星の制御トルクを発生させる人工衛星の
姿勢制御システムに供給される。これらの制御システム
は典型的に姿勢オフセットを測定するセンサによって得
られ、フィルタ処理された慣性測定値に基づいて制御ト
ルクを計算する。その後、予測された磁気擾乱トルクに
等しく逆の制御トルクが人工衛星の別の制御トルクに付
加される。合計された制御トルクは特定の方向における
人工衛星の姿勢を制御する付勢装置に与えられる。
【０００７】１つの特有の態様において、制御付勢はモ
ーメントホイールプラットフォーム装置によって行われ
る。さらに、制御付勢は観察装置・制御装置フォーマッ
トで実行でき、擾乱トルクは明確に評価されることがで
きる。この場合、磁気擾乱トルクの補償は評価された擾
乱トルクを調節することによって達成されることができ
る。本発明の付加的な目的、利点および特徴は以下の説
明、添付された特許請求の範囲および図面から明らかに
なるであろう。
ーメントホイールプラットフォーム装置によって行われ
る。さらに、制御付勢は観察装置・制御装置フォーマッ
トで実行でき、擾乱トルクは明確に評価されることがで
きる。この場合、磁気擾乱トルクの補償は評価された擾
乱トルクを調節することによって達成されることができ
る。本発明の付加的な目的、利点および特徴は以下の説
明、添付された特許請求の範囲および図面から明らかに
なるであろう。
【０００８】
【実施例】人工衛星の姿勢の磁気擾乱補償の好ましい実
施例の以下の論議は単なる例示であって、本発明または
その適応或は使用方法を限定するものではない。
施例の以下の論議は単なる例示であって、本発明または
その適応或は使用方法を限定するものではない。
【０００９】本発明の特徴を述べる前に、本発明を含む
人工衛星の概要を知ることが有効である。これを理解す
るために、最初に図１を参照する。図１において、地球
20の軌道に乗っているモーメントバイアス人工衛星10の
太陽22に関する関係が示されている。人工衛星10は人工
衛星中心本体12を含み、ここでは立方体として示されて
いる。立方体として人工衛星10の本体12を表すことによ
って、人工衛星のヨー、ロールおよびピッチ軸の座標を
視覚化することが容易になる。上記に論じられたよう
に、ヨー軸は人工衛星本体12の姿勢から地球20の中心に
向けられた軸であり、ピッチ軸は人工衛星10の軌道に垂
直に、またヨー軸に垂直に向けられ、ロール軸は人工衛
星10の進路方向においてヨーおよびピッチ軸に垂直であ
る。これらの各軸は図１において方向的な方法で示され
ている。
人工衛星の概要を知ることが有効である。これを理解す
るために、最初に図１を参照する。図１において、地球
20の軌道に乗っているモーメントバイアス人工衛星10の
太陽22に関する関係が示されている。人工衛星10は人工
衛星中心本体12を含み、ここでは立方体として示されて
いる。立方体として人工衛星10の本体12を表すことによ
って、人工衛星のヨー、ロールおよびピッチ軸の座標を
視覚化することが容易になる。上記に論じられたよう
に、ヨー軸は人工衛星本体12の姿勢から地球20の中心に
向けられた軸であり、ピッチ軸は人工衛星10の軌道に垂
直に、またヨー軸に垂直に向けられ、ロール軸は人工衛
星10の進路方向においてヨーおよびピッチ軸に垂直であ
る。これらの各軸は図１において方向的な方法で示され
ている。
【００１０】人工衛星10はその軌道において人工衛星10
を安定させるために示されているように特定の方向、こ
こでは時計方向に回転するモーメントホイール14を含
む。モーメントホイール14の回転軸は人工衛星の本体12
のピッチ軸にほぼ平行である。モーメントホイール14は
典型的に人工衛星本体12の基準から分離して方位付けさ
れている。一実施例において、モーメントホイール14の
方位は２軸ジンバル上にある。この例において、モーメ
ントホイール14は人工衛星の姿勢を調節して維持する付
勢装置である。ピッチ軸およびモーメント軸は、人工衛
星10が静止軌道にあるならば実質的に地球20の赤道線上
の平面に対して垂直に方位付けされている。
を安定させるために示されているように特定の方向、こ
こでは時計方向に回転するモーメントホイール14を含
む。モーメントホイール14の回転軸は人工衛星の本体12
のピッチ軸にほぼ平行である。モーメントホイール14は
典型的に人工衛星本体12の基準から分離して方位付けさ
れている。一実施例において、モーメントホイール14の
方位は２軸ジンバル上にある。この例において、モーメ
ントホイール14は人工衛星の姿勢を調節して維持する付
勢装置である。ピッチ軸およびモーメント軸は、人工衛
星10が静止軌道にあるならば実質的に地球20の赤道線上
の平面に対して垂直に方位付けされている。
【００１１】人工衛星10はさらに積分ジャイロ18および
熱電対列の地球センサ24のアレイを含む。積分ジャイロ
は一般に技術的に知られているように人工衛星10がその
静止軌道高度に達したときに、所望の構成で人工衛星10
を方位付けするために使用される。人工衛星10の通常の
動作において、積分ジャイロ18は使用されない。しばし
ば水平センサと呼ばれる地球センサ24は、人工衛星10の
適切な方位付けのために慣性基準フレームを設定するた
めに地球の水平線を感知する。地球センサ10は典型的に
ロールおよびピッチ方向で人工衛星の方位を測定する。
スターセンサ、太陽センサ、ジャイロおよび地上ビーコ
ンセンサを含む別のタイプのセンサはまた必要な人工衛
星の姿勢を感知するが、それらに制限されない。人工衛
星本体12から、ここでは切取られたフォーマットで示さ
れた二個の太陽翼16および17が突出している。太陽翼16
および17は、人工衛星10上の電気システムに必要な電力
を供給するために太陽光線に対して垂直に向けられる。
熱電対列の地球センサ24のアレイを含む。積分ジャイロ
は一般に技術的に知られているように人工衛星10がその
静止軌道高度に達したときに、所望の構成で人工衛星10
を方位付けするために使用される。人工衛星10の通常の
動作において、積分ジャイロ18は使用されない。しばし
ば水平センサと呼ばれる地球センサ24は、人工衛星10の
適切な方位付けのために慣性基準フレームを設定するた
めに地球の水平線を感知する。地球センサ10は典型的に
ロールおよびピッチ方向で人工衛星の方位を測定する。
スターセンサ、太陽センサ、ジャイロおよび地上ビーコ
ンセンサを含む別のタイプのセンサはまた必要な人工衛
星の姿勢を感知するが、それらに制限されない。人工衛
星本体12から、ここでは切取られたフォーマットで示さ
れた二個の太陽翼16および17が突出している。太陽翼16
および17は、人工衛星10上の電気システムに必要な電力
を供給するために太陽光線に対して垂直に向けられる。
【００１２】上記において簡単に論じられたように、磁
気嵐がない場合静止軌道における地球の磁界は地球のＮ
極に沿って方向付けられたほぼ一定の 110ナノテスラで
ある。この磁界は軌道に乗っている人工衛星上で特定の
電流ループと相互作用し、以下の式にしたがって擾乱ト
ルクを生成する。 Ｔ＝Ｉ×Ｂ
気嵐がない場合静止軌道における地球の磁界は地球のＮ
極に沿って方向付けられたほぼ一定の 110ナノテスラで
ある。この磁界は軌道に乗っている人工衛星上で特定の
電流ループと相互作用し、以下の式にしたがって擾乱ト
ルクを生成する。 Ｔ＝Ｉ×Ｂ
【００１３】ここで、Ｔ，ＩおよびＢはそれぞれ擾乱ト
ルク、人工衛星の電流ループのベクトル合計および地球
の磁界を表すベクトル量である。人工衛星のピッチ、ロ
ールおよびヨーの３つの軸における電流ループが測定さ
れることができるならば、これらの方向における擾乱ト
ルクはこの式にしたがって予測されることができる。地
球の磁界は赤道静止軌道で地球の極と整列されているた
め、主な擾乱トルクは人工衛星のロールおよびヨー軸に
存在し、ピッチ軸は実質的に磁界ラインと整列されてい
るため、人工衛星のロールおよびヨー軸の電流ループに
よってそれぞれ発生させられる。さらに、モーメントバ
イアス衛星においてロールおよびヨー軸はより制御し難
い軸であり、したがって既知の擾乱トルクの補償におい
てさらに重要なものである。
ルク、人工衛星の電流ループのベクトル合計および地球
の磁界を表すベクトル量である。人工衛星のピッチ、ロ
ールおよびヨーの３つの軸における電流ループが測定さ
れることができるならば、これらの方向における擾乱ト
ルクはこの式にしたがって予測されることができる。地
球の磁界は赤道静止軌道で地球の極と整列されているた
め、主な擾乱トルクは人工衛星のロールおよびヨー軸に
存在し、ピッチ軸は実質的に磁界ラインと整列されてい
るため、人工衛星のロールおよびヨー軸の電流ループに
よってそれぞれ発生させられる。さらに、モーメントバ
イアス衛星においてロールおよびヨー軸はより制御し難
い軸であり、したがって既知の擾乱トルクの補償におい
てさらに重要なものである。
【００１４】好ましい１実施例によると、本発明は人工
衛星のロールおよびヨー軸中を進む主電流ループを通過
する電流を測定する装置を提供することを提案する。そ
の後、測定された電流は以下の式にしたがって人工衛星
のロールおよびヨー軸においてこれらの電流ループ中の
電流から地球の磁界によってそれぞれ発生させられる擾
乱トルクと実質的に同じ予測トルクを得るためにスケー
ル係数で乗算される： ［Ｔr ］m ＝Ｋr Ｉy ［Ｔy ］m ＝Ｋy Ｉr
衛星のロールおよびヨー軸中を進む主電流ループを通過
する電流を測定する装置を提供することを提案する。そ
の後、測定された電流は以下の式にしたがって人工衛星
のロールおよびヨー軸においてこれらの電流ループ中の
電流から地球の磁界によってそれぞれ発生させられる擾
乱トルクと実質的に同じ予測トルクを得るためにスケー
ル係数で乗算される： ［Ｔr ］m ＝Ｋr Ｉy ［Ｔy ］m ＝Ｋy Ｉr
【００１５】ここで、［Ｔr ］m および［Ｔy ］m はそ
れぞれ予測されたロールおよびヨー磁気擾乱トルクであ
り、Ｉr およびＩy はそれぞれロールおよびヨー電流ル
ープ中で測定された電流であり、Ｋr およびＫy はそれ
ぞれ上記の擾乱トルク式のロールおよびヨー成分を構成
するために計算された予め定められたスケール係数であ
る。
れぞれ予測されたロールおよびヨー磁気擾乱トルクであ
り、Ｉr およびＩy はそれぞれロールおよびヨー電流ル
ープ中で測定された電流であり、Ｋr およびＫy はそれ
ぞれ上記の擾乱トルク式のロールおよびヨー成分を構成
するために計算された予め定められたスケール係数であ
る。
【００１６】図２は磁気トルク擾乱を補償する本発明の
好ましい実施例による１形態を示す。特に、図２は示さ
れたように接続された衛星ダイナミックス32、磁気トル
ク補償装置34、ロール／ヨー制御アルゴリズム36、ロー
ル／ヨー付勢装置38および姿勢センサ40を含むブロック
図フォーマットで表されたシステム30を示す。衛星ダイ
ナミックス32は説明するように異なる力および擾乱トル
クによって作用されているときの人工衛星自身を表す。
磁気トルク補償装置34は予測磁気擾乱トルクを計算す
る。ロール／ヨー制御アルゴリズム36は上記に論じられ
たような地球センサ、太陽センサ、スターセンサ等のセ
ンサ40からのフィルタ処理された慣性測定値に基づいて
制御トルクを計算する。
好ましい実施例による１形態を示す。特に、図２は示さ
れたように接続された衛星ダイナミックス32、磁気トル
ク補償装置34、ロール／ヨー制御アルゴリズム36、ロー
ル／ヨー付勢装置38および姿勢センサ40を含むブロック
図フォーマットで表されたシステム30を示す。衛星ダイ
ナミックス32は説明するように異なる力および擾乱トル
クによって作用されているときの人工衛星自身を表す。
磁気トルク補償装置34は予測磁気擾乱トルクを計算す
る。ロール／ヨー制御アルゴリズム36は上記に論じられ
たような地球センサ、太陽センサ、スターセンサ等のセ
ンサ40からのフィルタ処理された慣性測定値に基づいて
制御トルクを計算する。
【００１７】異なる擾乱トルクは人工衛星ダイナミック
ス32に作用する。太陽応力の擾乱トルク、磁気擾乱およ
びスラスタ擾乱がここに示されている。別の擾乱トルク
もまた存在しているため、これは包括的なリストではな
い。この例において、人工衛星ダイナミックス32に作用
するロールおよびヨー方向の擾乱トルクＴr d およびＴ
y d が最も人工衛星の指向性を損なわせるものなので、
それらだけがそれぞれ示されている。これらの擾乱トル
クが人工衛星ダイナミックス32に与える影響を補償する
ために、人工衛星の姿勢は姿勢センサ40によって固定さ
れた慣性フレームに関して感知される。姿勢センサ40
は、示されたように人工衛星のロールおよびヨー軸のφ
およびψの角度を感知する。これらの角度は、擾乱トル
クによって発生させられた所望の人工衛星姿勢における
ずれを補償するために必要な制御トルクを計算するため
にロールおよびヨー測定値Ｒm およびＹm を提供するよ
うにセンサ40によって測定される。Ｒm およびＹm の測
定値はロール／ヨー制御アルゴリズム36に与えられる。
ロール／ヨー制御アルゴリズム36は、姿勢センサ40によ
って感知されたときに所望の姿勢から人工衛星姿勢がオ
フセットされた量を補償するためにロールおよびヨー方
向の制御トルクＴr c およびＴy c を生成する。磁気擾
乱が人工衛星ダイナミックス32に与える影響を補償する
ために、磁気トルク補償装置34が使用される。補償装置
34から予測されたロールおよびヨートルク［Ｔc ］m お
よび［Ｔy ］m は、ロール／ヨー制御アルゴリズム36か
らのロールおよびヨー制御トルクＴr c およびＴy c に
付加される。これらのトルクの組合せはロール／ヨー付
勢装置38に与えられる。ロール／ヨー付勢装置38は上記
の実施例中ではモーメントホイール14であるか、或はそ
れはリアクションホイール、スラスタ、制御モーメント
ジャイロ等の任意の別の適切な付勢装置であることがで
きる。ロールおよびヨー軸に対する付勢装置38からの出
力トルクＴr a およびＴy a はそれぞれ人工衛星ダイナ
ミックス32に与えられる。この点において、擾乱トルク
Ｔr d およびＴy d は人工衛星姿勢が所望の方向で維持
されるように補償される。
ス32に作用する。太陽応力の擾乱トルク、磁気擾乱およ
びスラスタ擾乱がここに示されている。別の擾乱トルク
もまた存在しているため、これは包括的なリストではな
い。この例において、人工衛星ダイナミックス32に作用
するロールおよびヨー方向の擾乱トルクＴr d およびＴ
y d が最も人工衛星の指向性を損なわせるものなので、
それらだけがそれぞれ示されている。これらの擾乱トル
クが人工衛星ダイナミックス32に与える影響を補償する
ために、人工衛星の姿勢は姿勢センサ40によって固定さ
れた慣性フレームに関して感知される。姿勢センサ40
は、示されたように人工衛星のロールおよびヨー軸のφ
およびψの角度を感知する。これらの角度は、擾乱トル
クによって発生させられた所望の人工衛星姿勢における
ずれを補償するために必要な制御トルクを計算するため
にロールおよびヨー測定値Ｒm およびＹm を提供するよ
うにセンサ40によって測定される。Ｒm およびＹm の測
定値はロール／ヨー制御アルゴリズム36に与えられる。
ロール／ヨー制御アルゴリズム36は、姿勢センサ40によ
って感知されたときに所望の姿勢から人工衛星姿勢がオ
フセットされた量を補償するためにロールおよびヨー方
向の制御トルクＴr c およびＴy c を生成する。磁気擾
乱が人工衛星ダイナミックス32に与える影響を補償する
ために、磁気トルク補償装置34が使用される。補償装置
34から予測されたロールおよびヨートルク［Ｔc ］m お
よび［Ｔy ］m は、ロール／ヨー制御アルゴリズム36か
らのロールおよびヨー制御トルクＴr c およびＴy c に
付加される。これらのトルクの組合せはロール／ヨー付
勢装置38に与えられる。ロール／ヨー付勢装置38は上記
の実施例中ではモーメントホイール14であるか、或はそ
れはリアクションホイール、スラスタ、制御モーメント
ジャイロ等の任意の別の適切な付勢装置であることがで
きる。ロールおよびヨー軸に対する付勢装置38からの出
力トルクＴr a およびＴy a はそれぞれ人工衛星ダイナ
ミックス32に与えられる。この点において、擾乱トルク
Ｔr d およびＴy d は人工衛星姿勢が所望の方向で維持
されるように補償される。
【００１８】磁気トルク補償装置34はこの実施例におい
て本発明の概念を提供する。磁気トルク補償装置34は、
示されているように電流測定装置42およびスケール係数
素子44および46を含む。電流測定装置42は技術的に知ら
れた任意の適応可能な電流測定装置であることができ
る。電流測定装置42は人工衛星を通っている予め定めら
れた電流ループを流れる電流を測定する。これらのルー
プから測定された電流はamp−回転−ｍ2 で測定された
ヨーおよびロール電流のそれぞれに対する電流出力Ｉy
およびＩr として与えられる。Ｉy のヨー軸電流ループ
測定値はスケール係数素子44に与えられる。スケール係
数Ｋr は評価されたロール擾乱として［Ｔr ］m を生成
させるために電流Ｉy に与えられる。Ｉr のロール軸電
流ループ測定値はスケール係数素子46に与えられる。ス
ケール係数素子46はヨー方向において評価されたトルク
擾乱［Ｔy ］m を生成させるためにロール電流Ｉr にス
ケール係数Ｋy を与える。スケール係数Ｋr およびＫy
は、磁界強度が電流ループに与える予測された影響に基
づいて予め定められた係数である。上記に論じられたよ
うに、［Ｔr ］m および［Ｔy ］m は、付勢装置38に対
して与えられる制御トルクを生成するために制御トルク
Ｔr c およびＴy c と共に合計装置に供給される。
て本発明の概念を提供する。磁気トルク補償装置34は、
示されているように電流測定装置42およびスケール係数
素子44および46を含む。電流測定装置42は技術的に知ら
れた任意の適応可能な電流測定装置であることができ
る。電流測定装置42は人工衛星を通っている予め定めら
れた電流ループを流れる電流を測定する。これらのルー
プから測定された電流はamp−回転−ｍ2 で測定された
ヨーおよびロール電流のそれぞれに対する電流出力Ｉy
およびＩr として与えられる。Ｉy のヨー軸電流ループ
測定値はスケール係数素子44に与えられる。スケール係
数Ｋr は評価されたロール擾乱として［Ｔr ］m を生成
させるために電流Ｉy に与えられる。Ｉr のロール軸電
流ループ測定値はスケール係数素子46に与えられる。ス
ケール係数素子46はヨー方向において評価されたトルク
擾乱［Ｔy ］m を生成させるためにロール電流Ｉr にス
ケール係数Ｋy を与える。スケール係数Ｋr およびＫy
は、磁界強度が電流ループに与える予測された影響に基
づいて予め定められた係数である。上記に論じられたよ
うに、［Ｔr ］m および［Ｔy ］m は、付勢装置38に対
して与えられる制御トルクを生成するために制御トルク
Ｔr c およびＴy c と共に合計装置に供給される。
【００１９】図３は、人工衛星上の搭載されたコンピュ
ータによって擾乱トルクを評価するために観察装置・制
御装置フォーマットが使用される上記の磁気トルク補償
システムを含んでいる一実施例を示す。図３は上記の磁
気トルク補償装置34と同一の磁気トルク補償装置52およ
びロール／ヨー制御アルゴリズム58を含むシステム50を
示す。この形態において、上記に論じられたように姿勢
センサ40からの姿勢センサ40からのロールおよびヨーセ
ンサ測定値Ｒm およびＹm は、以下の微分方程式から人
工衛星姿勢を決定するロール／ヨー姿勢評価装置回路54
に与えられる： ［ｘ］´＝Ａ［ｘ］＋Ｂｕ＋Ｌ［ｄ］＋Ｋ0 x （ｙm −
Ｃ［ｘ］） この微分方程式は、人工衛星の発射前に予め計算された
マトリクスのスキムを含む既知の関数である。特に、ｘ
は評価回路においてモデル化されたような人工衛星ダイ
ナミックスの瞬間的な状態を表す状態ベクトルである：
［ｘ］はｘの評価値である：［ｘ］´は［ｘ］の時間導
関数である：ｕは人工衛星ダイナミックスに対する制御
入力である：［ｄ］は人工衛星ダイナミックスに作用し
た擾乱の評価値である：Ｋ0 x は評価装置利得マトリク
スである：Ａ，Ｂ，ＣおよびＬは観察装置においてモデ
ル化された人工衛星ダイナミックスを表す。
ータによって擾乱トルクを評価するために観察装置・制
御装置フォーマットが使用される上記の磁気トルク補償
システムを含んでいる一実施例を示す。図３は上記の磁
気トルク補償装置34と同一の磁気トルク補償装置52およ
びロール／ヨー制御アルゴリズム58を含むシステム50を
示す。この形態において、上記に論じられたように姿勢
センサ40からの姿勢センサ40からのロールおよびヨーセ
ンサ測定値Ｒm およびＹm は、以下の微分方程式から人
工衛星姿勢を決定するロール／ヨー姿勢評価装置回路54
に与えられる： ［ｘ］´＝Ａ［ｘ］＋Ｂｕ＋Ｌ［ｄ］＋Ｋ0 x （ｙm −
Ｃ［ｘ］） この微分方程式は、人工衛星の発射前に予め計算された
マトリクスのスキムを含む既知の関数である。特に、ｘ
は評価回路においてモデル化されたような人工衛星ダイ
ナミックスの瞬間的な状態を表す状態ベクトルである：
［ｘ］はｘの評価値である：［ｘ］´は［ｘ］の時間導
関数である：ｕは人工衛星ダイナミックスに対する制御
入力である：［ｄ］は人工衛星ダイナミックスに作用し
た擾乱の評価値である：Ｋ0 x は評価装置利得マトリク
スである：Ａ，Ｂ，ＣおよびＬは観察装置においてモデ
ル化された人工衛星ダイナミックスを表す。
【００２０】上記の式から得られたエラー関数ｅ＝ｙm
−Ｃ［ｘ］は、ロール／ヨー擾乱トルク評価装置56に与
えられる。ロール／ヨー擾乱トルク評価装置56はアルゴ
リズム：［Ｉ］´＝Ａl ［ｌ］＋Ｋ0 l （ｙm −Ｃ
［ｘ］）である。このアルゴリズムにおいて、ｌ´は素
子が磁気トルク補償装置52によって特定してモデル化さ
れない全ての擾乱トルクの評価値を含むベクトルであ
る。これは、予測された磁気トルク［Ｔr ］m および
［Ｔy ］m と実際の磁気トルクとの間の残留エラー並び
に太陽トルクのような無磁気源の擾乱トルクを含む。
−Ｃ［ｘ］は、ロール／ヨー擾乱トルク評価装置56に与
えられる。ロール／ヨー擾乱トルク評価装置56はアルゴ
リズム：［Ｉ］´＝Ａl ［ｌ］＋Ｋ0 l （ｙm −Ｃ
［ｘ］）である。このアルゴリズムにおいて、ｌ´は素
子が磁気トルク補償装置52によって特定してモデル化さ
れない全ての擾乱トルクの評価値を含むベクトルであ
る。これは、予測された磁気トルク［Ｔr ］m および
［Ｔy ］m と実際の磁気トルクとの間の残留エラー並び
に太陽トルクのような無磁気源の擾乱トルクを含む。
【００２１】ロール／ヨー擾乱トルク評価装置56の評価
装置アルゴリズムの結果は、ロール／ヨー軸の評価され
た擾乱値［ｄr ］および［ｄy ］をそれぞれ生成するよ
うに磁気トルク評価装置52からの評価された磁気擾乱ト
ルク［Ｔr ］m および［Ｔy］m と共に評価された擾乱
トルクと同じ値の［Ｉr ］および［Ｉy ］として与えら
れる。これらの評価された擾乱値［ｄr ］および
［ｄy ］は、人工衛星の姿勢を更新するために上記のロ
ール／ヨー制御アルゴリズム36と類似したロール／ヨー
制御アルゴリズム58およびロール／ヨー姿勢評価装置54
に与えられる。ロール／ヨー姿勢評価装置54からの姿勢
評価もまたロール／ヨー制御アルゴリズム58に与えられ
る。姿勢評価値［ｘr ］および［ｘy ］並びに評価され
た擾乱トルク［ｄr ］および［ｄy ］は関数Ｕ＝−Ｋc
［ｘ］−［ｄ］によって計算され、人工衛星ダイナミッ
クス32を補償するために上記に論じられたようにロール
／ヨー付勢装置38によって与えられる。
装置アルゴリズムの結果は、ロール／ヨー軸の評価され
た擾乱値［ｄr ］および［ｄy ］をそれぞれ生成するよ
うに磁気トルク評価装置52からの評価された磁気擾乱ト
ルク［Ｔr ］m および［Ｔy］m と共に評価された擾乱
トルクと同じ値の［Ｉr ］および［Ｉy ］として与えら
れる。これらの評価された擾乱値［ｄr ］および
［ｄy ］は、人工衛星の姿勢を更新するために上記のロ
ール／ヨー制御アルゴリズム36と類似したロール／ヨー
制御アルゴリズム58およびロール／ヨー姿勢評価装置54
に与えられる。ロール／ヨー姿勢評価装置54からの姿勢
評価もまたロール／ヨー制御アルゴリズム58に与えられ
る。姿勢評価値［ｘr ］および［ｘy ］並びに評価され
た擾乱トルク［ｄr ］および［ｄy ］は関数Ｕ＝−Ｋc
［ｘ］−［ｄ］によって計算され、人工衛星ダイナミッ
クス32を補償するために上記に論じられたようにロール
／ヨー付勢装置38によって与えられる。
【００２２】上記のシステムは、磁気トルクを連続的に
測定する磁気トルク補償スキムに向けられる。これらの
システムの簡単化された変形において、日食期間のよう
に、すなわち軌道に乗っている人工衛星が地球によって
太陽から少なくとも部分的に遮られた場合にのみ周期的
に磁気擾乱トルクを測定することが可能である。この適
用において、日食期間に急速に変化する磁気トルクが結
果的に可成の人工衛星の指向方向の過渡現象を生じるた
め、最も重要な磁気擾乱だけが日食期間に生じるような
バッテリィ充電から放電の切替え中に測定される。この
態様において、日食は人工衛星と関連したバッテリィ放
電制御装置の動作を観察することによって検出されるこ
とができる。この簡単化は、予測された磁気トルク擾乱
［Ｔr ］m および［Ｔy ］m が２つの値：日食期間に対
する値およびその他全ての時間に対する値だけを有して
いることによって実現されることができる。バッテリィ
放電制御装置は日食が進んで、［Ｔr ］m および
［Ｔy ］m がそれらの日食の値に切替えられたことを示
す。
測定する磁気トルク補償スキムに向けられる。これらの
システムの簡単化された変形において、日食期間のよう
に、すなわち軌道に乗っている人工衛星が地球によって
太陽から少なくとも部分的に遮られた場合にのみ周期的
に磁気擾乱トルクを測定することが可能である。この適
用において、日食期間に急速に変化する磁気トルクが結
果的に可成の人工衛星の指向方向の過渡現象を生じるた
め、最も重要な磁気擾乱だけが日食期間に生じるような
バッテリィ充電から放電の切替え中に測定される。この
態様において、日食は人工衛星と関連したバッテリィ放
電制御装置の動作を観察することによって検出されるこ
とができる。この簡単化は、予測された磁気トルク擾乱
［Ｔr ］m および［Ｔy ］m が２つの値：日食期間に対
する値およびその他全ての時間に対する値だけを有して
いることによって実現されることができる。バッテリィ
放電制御装置は日食が進んで、［Ｔr ］m および
［Ｔy ］m がそれらの日食の値に切替えられたことを示
す。
【００２３】上記の論議は、静止軌道の人工衛星がロー
ルおよびヨー方向において著しい磁気擾乱を示す可能性
が高いためロールおよびヨー軸を特に参照していること
に留意すべきである。しかしながら、システムはこれら
の軸に限定される必要はなく、全ての人工衛星の軸を含
むように内蔵されることができる。さらに、このシステ
ムは任意の軌道の人工衛星に構成されることができる。
さらに、人工衛星が軌道にある間に人工衛星搭載ソフト
ウェアにより人工衛星パラメータをプログラムし、調節
することが可能である。
ルおよびヨー方向において著しい磁気擾乱を示す可能性
が高いためロールおよびヨー軸を特に参照していること
に留意すべきである。しかしながら、システムはこれら
の軸に限定される必要はなく、全ての人工衛星の軸を含
むように内蔵されることができる。さらに、このシステ
ムは任意の軌道の人工衛星に構成されることができる。
さらに、人工衛星が軌道にある間に人工衛星搭載ソフト
ウェアにより人工衛星パラメータをプログラムし、調節
することが可能である。
【００２４】上記の論議は本発明の一実施例を説明した
に過ぎない。当業者は、以下の特許請求の範囲に限定さ
れるように本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々
の変化、修正および変形が行われることができることを
容易に認識するであろう。
に過ぎない。当業者は、以下の特許請求の範囲に限定さ
れるように本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々
の変化、修正および変形が行われることができることを
容易に認識するであろう。
【図１】本発明による姿勢補償システムを含む地球軌道
に乗っているモーメントバイアス衛星の概略図。
に乗っているモーメントバイアス衛星の概略図。
【図２】本発明の好ましい１実施例にしたがって本発明
を表した概略的なブロック図。
を表した概略的なブロック図。
【図３】本発明の好ましい１実施例による観察装置・制
御装置フォーマットで本発明を表した概略的なブロック
図。
御装置フォーマットで本発明を表した概略的なブロック
図。
フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・エフ・ハンメル、ジュニア アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90056、ロサンゼルス、コーニング・アベ ニュー 5134
Claims (10)
- 【請求項１】 特定の人工衛星姿勢補償制御信号に応答
して少なくとも１つの予め定められた人工衛星軸におい
て人工衛星を付勢する付勢手段と、 前記少なくとも１つの予め定められた軸において付勢手
段に補償制御信号を供給し、センサから人工衛星姿勢測
定信号を受信する制御手段と、 前記少なくとも１つの予め定められた軸における評価さ
れた磁気トルク擾乱信号を計算し、人工衛星上の磁気擾
乱を補償するために付勢手段に評価された磁気トルク擾
乱制御信号を供給する磁気トルク補償装置とを具備して
いることを特徴とする軌道に乗っている人工衛星上の擾
乱を補償する装置。 - 【請求項２】 磁気トルク補償装置は人工衛星における
特定の電流ループ中の電流を測定する電流測定手段し、
評価された磁気トルク擾乱信号を計算するために電流ル
ープ中の測定された電流にスケール係数を適用するスケ
ール手段とを含んでいる請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 センサは地球センサ、スターセンサ、太
陽センサ、地上ビーコンセンサおよびジャイロからなる
グループから選択された慣性センサであり、前記慣性セ
ンサは予め定められた少なくとも１つの軸に沿った人工
衛星姿勢に関する人工衛星姿勢の角度を測定し、制御手
段にこれらの角度を表す信号を出力する請求項１記載の
装置。 - 【請求項４】 制御手段はセンサ姿勢信号から人工衛星
の姿勢を評価する姿勢評価手段を含み、前記姿勢評価手
段は姿勢評価装置、擾乱トルク評価装置および制御アル
ゴリズムを含み、姿勢評価装置はセンサ姿勢信号を受信
し、擾乱トルク評価装置にエラー信号を、および制御ア
ルゴリズムに姿勢評価値を供給し、前記エラー信号は所
望の人工衛星姿勢と実際の人工衛星姿勢との間の差であ
り、擾乱トルク評価装置はエラー信号から擾乱トルク評
価値を発生し、姿勢評価装置および制御アルゴリズムに
擾乱トルク評価値を与え、制御アルゴリズムは擾乱トル
ク評価装置から擾乱トルク評価値を、および姿勢評価装
置から姿勢評価値を受信し、付勢手段に与えられる実際
のトルクを発生する請求項１記載の装置。 - 【請求項５】 制御信号は付勢手段に供給される前に評
価された磁気擾乱トルク信号に付加される請求項１記載
の装置。 - 【請求項６】 人工衛星が少なくとも部分的に太陽から
遮蔽されているとき検出する日食検出手段を含み、日食
検出手段は評価された磁気トルク擾乱値を計算するため
に日食が検出された時点で磁気トルク補償装置に信号を
供給する請求項１記載の装置。 - 【請求項７】 少なくとも１つの予め定められた軸に関
する衛星の姿勢の角度を測定し、 この少なくとも１つの予め定められた軸の測定された角
度を制御システムに与え、 予め定められた所望の人工衛星姿勢位置に前記少なくと
も１つの予め定められた軸における人工衛星の姿勢を補
正するために前記少なくとも１つの予め定められた軸に
おける補償制御トルクを計算し、 人工衛星上の評価された磁気トルク擾乱値を決定し、 人工衛星付勢装置に制御トルクを与え、 付勢装置に評価された磁気トルクを与え、 制御トルクおよび評価された磁気トルクに応答して人工
衛星を付勢するステップを含んでいる人工衛星における
電流ループ上の磁界によって発生させられた擾乱トルク
に抗して予め定められた人工衛星姿勢で軌道上の人工衛
星を維持する方法。 - 【請求項８】 評価された磁気トルク擾乱値を決定する
ステップは人工衛星中の特定の電流ループを通して電流
を測定し、評価された擾乱トルクを計算するためにスケ
ール係数に測定された電流を適用するステップを含んで
いる請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 補償制御トルクを計算するステップは所
望の姿勢角度に関する姿勢角度を決定するために姿勢評
価装置に人工衛星の姿勢の角度の測定値を与え、人工衛
星の姿勢と所望の人工衛星姿勢との間の差の結果として
姿勢評価装置からのエラー信号を擾乱トルク評価装置に
供給し、擾乱トルク評価装置によってエラー信号から評
価された擾乱トルクを計算し、制御アルゴリズムおよび
姿勢評価装置に評価された擾乱トルクを与え、姿勢評価
装置から姿勢評価を受信する制御アルゴリズムによって
制御トルクを計算するステップを含んでいる請求項７記
載の方法。 - 【請求項１０】 さらに、人工衛星が少なくとも部分的
に太陽から遮蔽されている時を検出し、日食期間に評価
された磁気トルク擾乱を計算するために日食が検出され
た時に磁気トルク補償装置に信号を供給するステップを
含んでいる請求項９記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US80077691A | 1991-11-27 | 1991-11-27 | |
| US800776 | 1991-11-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05238495A true JPH05238495A (ja) | 1993-09-17 |
Family
ID=25179331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4318738A Pending JPH05238495A (ja) | 1991-11-27 | 1992-11-27 | 人工衛星上の磁気擾乱トルクを補償する方法および装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5540405A (ja) |
| EP (1) | EP0544242B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05238495A (ja) |
| CA (1) | CA2080612A1 (ja) |
| DE (1) | DE69218728T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8498186B2 (en) | 2006-02-24 | 2013-07-30 | Marvell World Trade Ltd. | Circuits, architectures, apparatuses, systems, algorithms and methods and software for timing calibration for optical disc recording |
| US8811134B1 (en) | 2006-02-24 | 2014-08-19 | Marvell International Ltd. | Circuits, architectures, apparatuses, systems, algorithms and methods and software for optimum power calibration for optical disc recording |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2717149B1 (fr) * | 1994-03-11 | 1996-05-31 | Aerospatiale | Procédé adaptatif de contrôle d'attitude pour stabiliser magnétiquement un satellite au moins en roulis-lacet. |
| DE4432265C2 (de) * | 1994-09-10 | 1996-12-12 | Daimler Benz Aerospace Ag | Verfahren zur Bestimmung des Drehimpulsvektors eines Satelliten |
| DE19520410A1 (de) * | 1995-06-09 | 1996-12-12 | Daimler Benz Aerospace Ag | Erdorientierter Satellit und Verfahren zur Lage-, Nutations- und Raddrallregelung |
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