JPS61200099A - Mirror scanning type biaxial earth sensor - Google Patents
Mirror scanning type biaxial earth sensorInfo
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- JPS61200099A JPS61200099A JP60041398A JP4139885A JPS61200099A JP S61200099 A JPS61200099 A JP S61200099A JP 60041398 A JP60041398 A JP 60041398A JP 4139885 A JP4139885 A JP 4139885A JP S61200099 A JPS61200099 A JP S61200099A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、地球周回軌道上の人工衛星に搭載され、l系
統の赤外線ペンシルビーム視野(以下、「赤外線ペンシ
ルビームFOVJ 、!:いつ)により地球方向をスキ
ャンさせることにより人工衛星の所定軸(ヨー軸)方向
の地球中心方向からの2次元的なズレ角を高精度に検出
することができるミラースキャン形二軸地球センサに関
する。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention is installed on an artificial satellite in orbit around the earth, and uses an infrared pencil beam field of view (hereinafter referred to as "infrared pencil beam FOVJ, !: when") The present invention relates to a mirror scan type two-axis earth sensor that can detect with high precision the two-dimensional deviation angle of a predetermined axis (yaw axis) of an artificial satellite from the direction of the earth's center by scanning the earth direction.
(従来の技術)
最初に、本発明の説明で用いる「光」、「反射光」の概
念には赤外線も含むものとする。(Prior Art) First, the concepts of "light" and "reflected light" used in the description of the present invention include infrared rays.
従来、人工衛星の所定軸の地球中心方向からのズレ角を
2次元的に検出する2軸地球センサには、ミラースキャ
ン形の他に静的熱輻射平衡形、コニカルスキャン形およ
び機械チョッピング形の3種類の方式が考えられていた
。このうち静的熱輻射平衡形センサは地球からの赤外線
輻射量の微妙な変動に対して敏感に反応し検出精度の劣
化を来たし易いこと、および検出器部の熱制御を精密に
行う必要があるため熱制御系に大きな負担がかかると云
う欠点がある。コ二カルスキャン形はベアリングを必要
とするため長寿命が要求されるミッションに対して寿命
上の問題が残されていると云う欠点がある。また、機械
チョッピング形は地球の赤外線輻射変動に対して敏感に
反応するため高精度化が困難であると云う欠点がある。Conventionally, two-axis earth sensors that two-dimensionally detect the deviation angle of a predetermined axis of an artificial satellite from the center of the earth direction include a mirror scan type, a static thermal radiation balance type, a conical scan type, and a mechanical chopping type. Three types of methods were considered. Among these, static thermal radiation balanced type sensors are sensitive to subtle fluctuations in the amount of infrared radiation from the earth, which tends to cause deterioration in detection accuracy, and it is necessary to precisely control the heat of the detector part. Therefore, there is a drawback that a large burden is placed on the thermal control system. The conical scan type requires bearings, so it has the disadvantage that there remains a problem with the service life for missions that require a long service life. Furthermore, the mechanical chopping type has the disadvantage that it is difficult to achieve high accuracy because it responds sensitively to fluctuations in the earth's infrared radiation.
このような理由から、特に長寿命、高精度姿勢計測が要
求される静止三軸衛星では上記3種類の方式は用いられ
ずミラースキャン形の二軸地球センサが多用されている
。For these reasons, especially for geostationary three-axis satellites that require long life and high-precision attitude measurement, the above three types of systems are not used, and mirror scan type two-axis earth sensors are often used.
従来のミラースキャン形二軸地球センサを第2図および
第3図に示す。A conventional mirror scan type two-axis earth sensor is shown in FIGS. 2 and 3.
第2図(a)は2個の赤外線検出素子を用いたミラース
キャン形であシ、第3図(a)は4個の赤外線検出素子
を用いたものである。両図において、1はセンサ筐体で
あり、この中にトーションバー5によって往復揚動させ
られるスキャンミラー4と、スキャンミラー4からの走
査光を集光する赤外線レンズ系3と、赤外線レンズ系3
から出射すれる赤外線ペンシルビームFOVの赤外線を
検出する赤外線検出素子2が配置されている。FIG. 2(a) shows a mirror scan type using two infrared detecting elements, and FIG. 3(a) uses four infrared detecting elements. In both figures, 1 is a sensor housing, and inside this is a scan mirror 4 that is reciprocated by a torsion bar 5, an infrared lens system 3 that condenses the scanning light from the scan mirror 4, and an infrared lens system 3.
An infrared detection element 2 is arranged to detect infrared rays of the infrared pencil beam FOV emitted from the infrared pencil beam FOV.
第2図(a)および第3図(a)の各センサで地球ディ
スクを走査した場合を第2図(b)および第3図(b3
にそれぞれ示す。両図において、7は地球ディスクで、
9がピッチ軸方向、10がロール軸方向である。センサ
は地球方向を向いており、第2図(b)の場合、スキャ
ンミラー4によって地球ディスクの北半分を左右にスキ
ャンした赤外線ペンシルビームFOV6 aが筐体下部
に配置された赤外線検出素子2aによって、地球ディス
クの南半分を左右にスキャンした赤外線ペンシルビーム
FOVabが筐体上部に配置され元赤外線検出素子2b
によってそれぞれ検出される。Figure 2 (b) and Figure 3 (b3
are shown respectively. In both figures, 7 is the Earth disk;
9 is the pitch axis direction, and 10 is the roll axis direction. The sensor faces toward the earth, and in the case of Fig. 2(b), an infrared pencil beam FOV 6a scanned left and right over the northern half of the earth's disk by a scanning mirror 4 is detected by an infrared detection element 2a placed at the bottom of the housing. , an infrared pencil beam FOVab that scans the southern half of the Earth's disk left and right is placed at the top of the housing, and the former infrared detection element 2b
are detected respectively.
第3図(b)の場合、スキャンミラー4によって地球デ
ィスクの北側左半分を左右にスキャンした赤外線ペンシ
ルビームFOV6atが筐体下部に配置された赤外線検
出素子2alによって、地球ディスクの北側右半分を左
右にスキャンした赤外線ペンシルビーム6azが、赤外
線検出素子2azによって、地球ディスクの南側左半分
を左右にスキャンした赤外線ペンシルビーム6bxが赤
外線検出素子2btによって1.地球ディスクの南側右
半分を左右にスキャンした赤外線ペンシルビーム6bz
が赤外線検出素子2b2によってそれぞれ検出される。In the case of Fig. 3(b), an infrared pencil beam FOV 6at scanned left and right on the northern left half of the earth disk by the scanning mirror 4 is transmitted to the left and right on the north right half of the earth disk by an infrared detection element 2al arranged at the bottom of the housing. The infrared pencil beam 6az scanned by the infrared detecting element 2az is transmitted by the infrared detecting element 2az, and the infrared pencil beam 6bx which scanned the southern left half of the Earth's disk left and right is transmitted by the infrared detecting element 2bt. Infrared pencil beam 6bz scanning the southern right half of the Earth's disk from side to side
are respectively detected by the infrared detection element 2b2.
これにより地球の4隅11,12.13および14がス
キャンされ下記の(1)式、(2)式によシニ軸(ロー
ル軸およびピッチ軸)まわりの誤差角Δθ几。As a result, the four corners 11, 12, 13, and 14 of the earth are scanned, and the error angle Δθ around the secondary axis (roll axis and pitch axis) is calculated by the following equations (1) and (2).
Δθpが計測できる。Δθp can be measured.
ΔθR−−(Δθ3+Δθ4−Δθ1−Δθ2)・・・
・・・(1)4tanγ
Δθ 、、 杏(Δθ2−Δθl)又はi(Δθ4−Δ
θす・・・・・・・・・(2)
ただし、Δθ1.Δθ2.Δθ3.Δθ4;スキャン点
1.2,3.4における地球エツジ検出角のノミナル角
からの増加角
γ;スキャン点の半頂角
(発明が解決しようとする問題点)
これ等のセンサに卦いては上記説明から明らかなように
赤外線検出素子を2個または4個使用しているのでこれ
に対応する信号処理系が2系統または4系統必要と々る
ため、系の複雑化を招き、重量増および信頼性の低下を
来たすという欠点があった。また赤外線レンズ系に非球
面レンズを使用する必要があるため、その設計、製作に
際し、多くの労力を必要とすること、および各素子およ
び信号処理系間に存在する特性のバラツキによシ誤差角
検出精度が劣化すると云う欠点があった。ΔθR−−(Δθ3+Δθ4−Δθ1−Δθ2)...
...(1) 4tanγ Δθ,, An (Δθ2−Δθl) or i(Δθ4−Δ
θsu・・・・・・(2) However, Δθ1. Δθ2. Δθ3. Δθ4: Angle of increase from the nominal angle of the earth edge detection angle at scan points 1.2 and 3.4 γ: Half apex angle of the scan point (problem to be solved by the invention) These sensors are described above. As is clear from the explanation, since two or four infrared detection elements are used, two or four corresponding signal processing systems are required, which increases the complexity of the system, increases weight, and reduces reliability. It had the disadvantage of causing a decline in sexuality. In addition, since it is necessary to use an aspherical lens in the infrared lens system, a lot of effort is required to design and manufacture it, and variations in characteristics between each element and signal processing system may cause error angles. There was a drawback that detection accuracy deteriorated.
本発明の目的は、これ等の欠点を除去するためのもので
1つの赤外線検出素子とこれに対応する赤外線光学系お
よび信号処理系のみを用いて二軸まわυの誤差角を計測
するようにしたミラースキャン形二軸地球センサを提供
することにある。The purpose of the present invention is to eliminate these drawbacks, and to measure the error angle of rotation around two axes υ using only one infrared detection element and the corresponding infrared optical system and signal processing system. The object of the present invention is to provide a mirror scan type two-axis earth sensor.
(問題点を解決するための手段)
前記目的を達成するために本発明によるミラースギキン
形二軸地球センサは地球ディスクの上半分と下半分をそ
れぞれスキャン可能なように配置された分割ミラーと、
前記分割ミラーの反射光を受け、地球ディスクの上半分
と下半分を左右に往復スキャンするスキャンミラーと、
前記スキャンミラーでスキャンした光を集光し赤外線ペ
ンシルビームFOVI与える赤外線レンズ系と、前記赤
外線レンズ系から射出される赤外線ペンシルビームFO
Vi検出する1ケの赤外線検出素子と、前記赤外線検出
素子の出力信号を処理する信号処理回路とを含み構成さ
れている。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the mirror sugikin type two-axis earth sensor according to the present invention includes a divided mirror arranged so as to be able to scan the upper half and the lower half of the earth disk, respectively;
a scanning mirror that receives the reflected light from the split mirror and scans the upper and lower halves of the earth disk back and forth from side to side;
an infrared lens system that collects the light scanned by the scan mirror and provides an infrared pencil beam FOVI; and an infrared pencil beam FO that is emitted from the infrared lens system.
It is configured to include one infrared detection element that detects Vi, and a signal processing circuit that processes the output signal of the infrared detection element.
(作 用)
前記構成によれば、赤外線検出素子は1ケ年であるため
系の単純化を図るとともに信頼性を向上させることがで
き、赤外線レンズ系には球面レンズが使用できるので、
その設計、製作に際し、従来はど労力を必要とせず、各
素子と信号処理系の間に存在するバラツキも少なくでき
る。(Function) According to the above configuration, since the infrared detection element is only one year old, the system can be simplified and reliability can be improved, and a spherical lens can be used in the infrared lens system, so
The design and manufacture of the device does not require the same effort as in the past, and the variations that exist between each element and the signal processing system can be reduced.
(実施例) 以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
第3図は本発明の詳細な説明するための概略図で、第3
図(a)はセンサ筐体を、第3図(b)は地球ディスク
上の赤外線ペンシルビームFOVのスキャン状態をそれ
ぞれ示している。図において18はセンサ筐体、22は
赤外線検出素子、19はスキャンミラー、20はトーシ
ョンバー、6は赤外線ペンシルビームFOV、7は地球
ディスク、8は赤外線ペンシルビームFOVのスキャン
パス、9は衛星のロール軸方向、10はピッチ軸方向、
11はスキャン点−1112はスキャン点−2,13は
スキャン点−3,14はスキャン点−4,15は分割ミ
ラー、16は信号処理部、17は信号出力である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the present invention in detail.
Figure 3(a) shows the sensor housing, and Figure 3(b) shows the scanning state of the infrared pencil beam FOV on the earth disk. In the figure, 18 is a sensor housing, 22 is an infrared detection element, 19 is a scan mirror, 20 is a torsion bar, 6 is an infrared pencil beam FOV, 7 is an earth disk, 8 is a scan path of the infrared pencil beam FOV, and 9 is a satellite roll axis direction, 10 is pitch axis direction,
11 is a scan point -1112 is a scan point -2, 13 is a scan point -3, 14 is a scan point -4, 15 is a split mirror, 16 is a signal processing section, and 17 is a signal output.
スキャンミラー19ヲトーシヨンバー軸2oまわシに揺
動させることによシ赤外線ペンシルビームFOVを分割
ミラー15の上にスキャンサセル。The infrared pencil beam FOV is scanned onto the split mirror 15 by swinging the scan mirror 19 around the shaft 2o.
分割ミラー15は左右2個に分割されたミラー15a、
15bからなり、スキャンミラー19が一方のミラー1
5bの上をスキャンする場合には地球ディスクの北半球
側を東西にスキャンし、他方のミラー15a上をスキャ
ンする場合には南半球側を東西にスキャンするようにチ
ルトして固定されている。The split mirror 15 is a mirror 15a that is split into two left and right parts,
15b, with scan mirror 19 as one mirror 1
5b, the northern hemisphere side of the earth disk is scanned east-west, and when scanning the other mirror 15a, the southern hemisphere side is tilted and fixed so as to be scanned east-west.
したがって、トーションバー軸20まわりに往復振動す
るスキャンミラー19により地球ディスクの南半球と北
半球を交互に往復スキャンした赤外線ペンシルビームF
OVは赤外線レンズ系21よυ射出される。このような
構造になっているので1つの赤外線検出素子22.1系
統の赤外線レンズ系21および1系統の赤外線信号処理
回路16により、地球ディスク7上の4つのスキャン点
11 、12.13.14 ’t”スキャンすることが
でき、これ等のスキャン点における地球エツジスキャン
角のノミナル値からのズレ角Δθ1〜Δθ4を(1)式
および(2)式に代入することにより衛星のロールおよ
びピッチ誤差角Δθa及びΔθp?生成することができ
る。これ等の一連の信号処理はセンサ信号処理部16に
おいて行われ、その結果得られるロールおよびピッチ誤
差角がセンサ出力端17よシ出力される。Therefore, the infrared pencil beam F scans the southern hemisphere and the northern hemisphere of the earth disk alternately by the scanning mirror 19 that vibrates back and forth around the torsion bar axis 20.
The OV is emitted from the infrared lens system 21. With this structure, one infrared detection element 22, one infrared lens system 21, and one infrared signal processing circuit 16 can scan four scanning points 11, 12, 13, 14 on the earth disk 7. 't' scan, and by substituting deviation angles Δθ1 to Δθ4 from the nominal value of the earth edge scan angle at these scan points into equations (1) and (2), the roll and pitch errors of the satellite can be calculated. The angles Δθa and Δθp? can be generated.A series of these signal processings is performed in the sensor signal processing section 16, and the resulting roll and pitch error angles are outputted from the sensor output terminal 17.
(発明の効果)
以上、説明したように本発明によれば1個の赤外線検出
素子、l系統の赤外線レンズ系および1系統の赤外線信
号処理系を用いることによりロールおよびピッチ軸まわ
シの誤差角を生成することができるので系が簡単化し、
信頼性の向上につながる。また赤外線レンズ系に球面レ
ンズを使用することができるので設計、製作の簡単化が
可能となる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, by using one infrared detection element, one system of infrared lens systems, and one system of infrared signal processing system, the error angle of roll and pitch axis rotation can be reduced. The system is simplified because it can generate
Leads to improved reliability. Furthermore, since a spherical lens can be used in the infrared lens system, design and manufacturing can be simplified.
さらに複数の素子および信号処理系の特性のバラツキに
よる計測精度の劣化を防止することができるという種々
の利点を有する。Furthermore, it has various advantages in that it is possible to prevent deterioration of measurement accuracy due to variations in characteristics of a plurality of elements and a signal processing system.
第1図は本発明によるミラースキャン形二軸地球センサ
の実施例を示す概略口、第2更および第3図は従来のミ
ラースキャン形二軸地球センサの構成を説明するための
概略図で、第2図は赤外線検出素子が2個の場合、第3
図は赤外線検出素子が4個の場合をそれぞれ示している
。
1.18・・・センサ筐体
2.22・・・赤外線検出素子
3,21・・・赤外線レンズ系
4.19・・・スキャンミラー
5.20・・・トーションバー
6・・・赤外線ペンシルビームFOV
7・・・衛星から見た地球ディスク
8・・・赤外線ペンシルビームFOVスキャンパス9・
・・衛星ロール軸方向
10・・・衛星−ピッチ軸方向
11・・・地球エツジスキャン点−1
12・・・地球エツジスキャン点−2
13・・・地球エツジスキャン点−3
14・・・地球エツジスキャン点−4
15・・・分割ミラー 16・・・信号処理部17・
・・センサ出力
特許出願人 日本電気株式会社
代理人 弁理士 井 ノ ロ 壽”trl mFIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a mirror scan type two-axis earth sensor according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams for explaining the configuration of a conventional mirror scan type two-axis earth sensor. Figure 2 shows that when there are two infrared detection elements, the third
The figures each show a case where there are four infrared detecting elements. 1.18...Sensor housing 2.22...Infrared detection element 3, 21...Infrared lens system 4.19...Scan mirror 5.20...Torsion bar 6...Infrared pencil beam FOV 7...Earth disk as seen from the satellite 8...Infrared pencil beam FOV scan path 9.
...Satellite roll axis direction 10...Satellite-pitch axis direction 11...Earth edge scan point -1 12...Earth edge scan point -2 13...Earth edge scan point -3 14...Earth Edge scan point -4 15... Divided mirror 16... Signal processing section 17.
...Sensor output patent applicant NEC Co., Ltd. agent Patent attorney Hisashi Inoro" trl m
Claims (1)
なように配置された分割ミラーと、前記分割ミラーの反
射光を受け、地球ディスクの上半分と下半分を左右に往
復スキャンするスキャンミラーと、前記スキャンミラー
でスキャンした光を集光し赤外線ペンシルビームFOV
を与える赤外線レンズ系と、前記赤外線レンズ系から射
出される赤外線ペンシルビームFOVを検出する1ケの
赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子の出力信号を処
理する信号処理回路とを有することを特徴とするミラー
スキャン形二軸地球センサ。a split mirror disposed so as to be able to scan the upper and lower halves of the earth disk, respectively; a scanning mirror that receives reflected light from the split mirror and scans the upper and lower halves of the earth disk back and forth from side to side; Infrared pencil beam FOV by concentrating the light scanned by a scan mirror
an infrared lens system that provides an infrared lens system, one infrared detection element that detects an infrared pencil beam FOV emitted from the infrared lens system, and a signal processing circuit that processes an output signal of the infrared detection element. A mirror scan type two-axis earth sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60041398A JPS61200099A (en) | 1985-03-01 | 1985-03-01 | Mirror scanning type biaxial earth sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60041398A JPS61200099A (en) | 1985-03-01 | 1985-03-01 | Mirror scanning type biaxial earth sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61200099A true JPS61200099A (en) | 1986-09-04 |
Family
ID=12607275
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60041398A Pending JPS61200099A (en) | 1985-03-01 | 1985-03-01 | Mirror scanning type biaxial earth sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61200099A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63212812A (en) * | 1987-03-02 | 1988-09-05 | Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> | Detecting system of attitude in globe sensor |
EP0909939A2 (en) | 1997-10-14 | 1999-04-21 | Nec Corporation | Earth sensor |
JP2008126041A (en) * | 2006-11-21 | 2008-06-05 | Shuichi Tsuda | Constituent member of doll, toy robot, or the like |
-
1985
- 1985-03-01 JP JP60041398A patent/JPS61200099A/en active Pending
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US6246056B1 (en) | 1997-10-14 | 2001-06-12 | Nec Corporation | Earth sensor |
JP2008126041A (en) * | 2006-11-21 | 2008-06-05 | Shuichi Tsuda | Constituent member of doll, toy robot, or the like |
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