JP2001180600A - Satellite position observation device - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 目標衛星に対し特別なリフレクタを装着する
ことなく、また、目標衛星に対する接近方向に制限を設
けることなく、衛星への接近制御、衛星周囲の周回制御
等の実施に必要な、目標衛星、接近宇宙機間の相対位
置、相対速度計測値を得ることができる衛星観測装置を
得ることを目的とする。
【解決手段】 接近する宇宙機側に搭載されたレンズ倍
率の一定な単一の画像センサにより、接近目標となる衛
星を観測し、目標衛星画像を定期的に取得し、画像セン
サによる観測画像取得後、2値化処理を実施し、周囲に
比べ輝度の高い、目標衛星部分を抽出し、その後、目標
衛星部分に相当する2値化画像の面積を計算し、実際の
衛星の大きさ、レンズ倍率を基に観測画像上の衛星2値
化画像の面積より画像センサに対する目標衛星の距離及
び距離変化率を計算する。
(57) [Summary] [Problem] Implementation of approach control to a satellite, orbit control around a satellite without mounting a special reflector on the target satellite and without limiting the approach direction to the target satellite It is an object of the present invention to obtain a satellite observation device capable of obtaining a measured value of a relative position and a relative velocity between a target satellite and an approaching spacecraft necessary for the satellite. SOLUTION: A single image sensor with a constant lens magnification mounted on an approaching spacecraft side observes a satellite as an approaching target, periodically acquires a target satellite image, and acquires an observation image by the image sensor. Thereafter, a binarization process is performed to extract a target satellite portion having a higher luminance than the surroundings, and thereafter, the area of the binarized image corresponding to the target satellite portion is calculated, and the actual satellite size and lens The distance of the target satellite to the image sensor and the distance change rate are calculated from the area of the satellite binary image on the observation image based on the magnification.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば宇宙機に
搭載され、搭載機器、燃料等の貨物の輸送、または故障
箇所のインスペクション、修理等を目的とし、軌道上を
周回する一般衛星及び、故障した衛星近傍へのランデブ
ーを実施する際に必要となる目標衛星間との距離、距離
変化率、相対位置、相対速度、及び目標衛星の絶対位
置、絶対速度を計測するための衛星位置観測装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a general satellite orbiting an orbit for, for example, transporting cargo such as onboard equipment and fuel, or inspecting and repairing a fault location, which is mounted on a spacecraft, and Satellite position observing device for measuring the distance between target satellites, the distance change rate, the relative position, the relative speed, and the absolute position and absolute speed of the target satellite required when performing a rendezvous to the vicinity of the selected satellite Things.
【0002】[0002]
【従来の技術】まず、従来のこの種の衛星位置観測装置
について説明する。図4は、従来の衛星位置観測装置を
示す図で、図において1は衛星位置観測装置を示し、衛
星位置観測装置1は目標衛星9に装備されるターゲット
リフレクタ2と、接近する宇宙機14に装備される観測
装置ヘッド部3、観測装置電子回路部4より構成されて
いる。ここで、ターゲットリフレクタ2は光の入射方向
と同一方向に光を反射する再帰反射特性を有するコーナ
キューブレフレクタであり、観測対象となる目標衛星9
に事前に装着することが必要である。また、観測装置ヘ
ッド部3は、ターゲットリフレクタ2を照射するための
レーザ光照射装置5、及びターゲットリフレクタ2から
のレーザ反射光より見込み角及び、距離を求めるための
画像センサ6、位相計測装置7より構成されている。2. Description of the Related Art First, a conventional satellite position observation apparatus of this type will be described. FIG. 4 is a diagram showing a conventional satellite position observing device. In the figure, reference numeral 1 denotes a satellite position observing device, and the satellite position observing device 1 includes a target reflector 2 mounted on a target satellite 9 and a spacecraft 14 approaching. It comprises an observation device head unit 3 and an observation device electronic circuit unit 4 to be equipped. Here, the target reflector 2 is a corner cube reflector having a retroreflection characteristic of reflecting light in the same direction as the incident direction of light, and is a target satellite 9 to be observed.
Must be installed in advance. Further, the observation device head unit 3 includes a laser beam irradiation device 5 for irradiating the target reflector 2, an image sensor 6 for obtaining a prospective angle and a distance from the laser reflected light from the target reflector 2, and a phase measurement device 7. It is composed of
【0003】レーザ光照射装置5より照射されたレーザ
光8はターゲットリフレクタ2により反射され、反射光
は画像センサ6、位相計測装置7により観測される。距
離の計測はレーザ光照射装置5より照射した変調信号の
送信時の位相とターゲットリフレクタ2による反射光の
受信時の位相との差を位相計測装置7にて計測すること
により実施する。見込み角の測定はレーザ光照射装置5
より照射したレーザの反射光を画像センサ6の画像セン
サ撮像面10にて観測し、観測視野内の位置、即ち見込
み角に相当する画像位置を観測装置電子回路部4にて計
算し、出力する。観測装置ヘッド部3の動作は、観測装
置電子回路部4にて制御され、観測装置ヘッド部3に対
する、ターゲットリフレクタ2の距離、見込み角が出力
される。観測装置電子回路部4より出力された距離、見
込み角の情報は、宇宙機14の姿勢制御装置16に送ら
れ、距離情報の時間的変化より距離変化率を算出する。
また、宇宙機14自体の姿勢情報と観測装置電子回路部
4より出力された距離、見込み角の情報を組み合わせる
ことにより目標衛星9と宇宙機14間の相対位置及び、
相対速度を算出する。これらの情報は宇宙機14の目標
衛星9への接近制御に使用される。A laser beam 8 emitted from a laser beam irradiation device 5 is reflected by a target reflector 2, and the reflected light is observed by an image sensor 6 and a phase measurement device 7. The distance is measured by measuring the difference between the phase at the time of transmitting the modulated signal irradiated from the laser beam irradiation device 5 and the phase at the time of receiving the reflected light by the target reflector 2 by the phase measuring device 7. Measurement of the expected angle is performed by the laser beam irradiation device 5
The reflected light of the irradiated laser is observed on the image sensor imaging surface 10 of the image sensor 6, and the position in the observation field, that is, the image position corresponding to the expected angle is calculated by the observation device electronic circuit unit 4 and output. . The operation of the observation device head unit 3 is controlled by the observation device electronic circuit unit 4, and the distance and the estimated angle of the target reflector 2 with respect to the observation device head unit 3 are output. The information on the distance and the estimated angle output from the observation device electronic circuit unit 4 is sent to the attitude control device 16 of the spacecraft 14, and the distance change rate is calculated from the temporal change of the distance information.
Further, by combining the attitude information of the spacecraft 14 itself and the information of the distance and the expected angle output from the observation device electronic circuit section 4, the relative position between the target satellite 9 and the spacecraft 14 and
Calculate the relative speed. These pieces of information are used for controlling the approach of the spacecraft 14 to the target satellite 9.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般の目標
衛星に対し、実験機材、燃料等の貨物の輸送、または故
障箇所のインスペクション、修理等を実施する場合、目
標衛星自体が必ずしもランデブによる接近を目的に開発
されたものとは限らないこと、目標衛星故障時には姿勢
制御が不能となり、目標衛星が自然に回転している可能
性があること等の理由により、目標衛星に対し特別な装
置の装着を必要とせず、また、目標衛星の姿勢によらず
衛星位置観測装置を使用できることが望ましい。しかし
ながら、従来の衛星位置観測装置には、次に述べるよう
な問題点がある。In the case of transporting cargo such as experimental equipment and fuel, or inspecting or repairing a malfunctioning part, etc., a general target satellite is not necessarily approached by a rendezvous. Attachment of special equipment to the target satellite for reasons such as that it is not necessarily developed for the purpose, attitude control becomes impossible when the target satellite fails, and the target satellite may be rotating naturally. It is desirable that the satellite position observation device can be used regardless of the attitude of the target satellite. However, the conventional satellite position observation device has the following problems.
【0005】すなわち、従来の衛星位置観測装置1にお
いては、レーザ光照射装置5により照射されたレーザ光
8を目標衛星9上に装着されたターゲットリフレクタ2
により反射させることにより距離、見込み角を計測する
ため、目標衛星9上にターゲットリフレクタ2が装着さ
れていることが利用の前提となる。即ち、目標衛星に対
し特別な装置の装着が必要となり、一般の衛星への接近
に適用することは不可能である。また、レーザ光照射装
置5より照射されるレーザ光8のビーム幅、レーザ光8
を反射するターゲットリフレクタ2の反射可能角度範
囲、及びレーザ光8を観測する画像センサ6のレンズ視
野範囲の制限より、目標衛星9上に装着されたターゲッ
トリフレクタ2に対し、あらかじめ規定された相対姿
勢、及び見込み角範囲内でのみ計測が可能となる。即
ち、目標衛星9の姿勢を把握し、ターゲットリフレクタ
2に対し、規定された角度範囲内より接近を行う必要が
あり、接近方向によらず従来の衛星位置観測装置1を使
用することは不可能である。That is, in the conventional satellite position observing apparatus 1, the laser beam 8 radiated by the laser beam irradiating device 5 is applied to the target reflector 2 mounted on the target satellite 9.
In order to measure the distance and the estimated angle by reflecting the light, it is assumed that the target reflector 2 is mounted on the target satellite 9. That is, it is necessary to mount a special device on the target satellite, and it is impossible to apply the approach to a general satellite. Further, the beam width of the laser light 8 irradiated from the laser light irradiation device 5 and the laser light 8
Relative to the target reflector 2 mounted on the target satellite 9 because of the range of the angle of reflection of the target reflector 2 that reflects light and the range of the lens field of view of the image sensor 6 that observes the laser light 8. , And can be measured only within the expected angle range. That is, it is necessary to grasp the attitude of the target satellite 9 and approach the target reflector 2 from within a specified angle range, and it is impossible to use the conventional satellite position observation device 1 regardless of the approach direction. It is.
【0006】この発明は、このような従来の衛星位置観
測装置における課題を解決するためになされたものであ
り、以下に詳述する。The present invention has been made to solve the problems in such a conventional satellite position observation device, and will be described in detail below.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】第1の発明は、接近する
宇宙機側に搭載されたレンズ倍率の一定な単一の画像セ
ンサにより、接近目標となる衛星を観測し、目標衛星画
像を定期的に取得し、画像センサによる観測画像取得
後、2値化処理を実施し、周囲に比べ輝度の高い、目標
衛星部分を抽出し、その後、目標衛星部分に相当する2
値化画像の面積を計算し、実際の衛星の大きさ、レンズ
倍率を基に観測画像上の衛星2値化画像の面積より画像
センサに対する目標衛星の距離及び距離変化率を計算
し、出力することで達成される。According to a first aspect of the present invention, a single image sensor with a constant lens magnification mounted on the approaching spacecraft observes a satellite as an approaching target and periodically outputs a target satellite image. After obtaining the observation image by the image sensor, a binarization process is performed to extract a target satellite portion having a higher luminance than the surroundings, and thereafter, the target satellite portion 2 corresponding to the target satellite portion is extracted.
The area of the binarized image is calculated, the distance of the target satellite to the image sensor and the rate of change in distance are calculated and output from the area of the satellite binarized image on the observed image based on the actual satellite size and lens magnification. Is achieved by
【0008】第2の発明は、第1の発明による衛星位置
観測装置を、円軌道を周回する目標衛星に対し接近する
宇宙機に搭載し、衛星位置観測装置により計測された接
近する宇宙機と目標衛星間の距離、距離変化率情報を、
慣性飛行中の接近する宇宙機と目標衛星間の相対運動を
記述するヒル方程式を使用した軌道推定装置によりフィ
ルタリング処理することにより、目標衛星と接近する宇
宙機間の相対位置、及び相対速度を推定することで達成
される。According to a second aspect of the present invention, the satellite position observing device according to the first aspect of the present invention is mounted on a spacecraft approaching a target satellite orbiting in a circular orbit, and the approaching spacecraft measured by the satellite position observing device is provided. The distance between the target satellites and the distance change rate information
Estimate the relative position and relative speed between the target satellite and the approaching spacecraft by filtering using an orbit estimator using the Hill equation that describes the relative motion between the approaching spacecraft and the target satellite during inertial flight It is achieved by doing.
【0009】第3の発明は、第2の発明による衛星位置
観測装置を、目標衛星に対し接近するGPSを有する宇
宙機に搭載し、GPSにより取得される絶対航法情報
(地球固定座標系に対する宇宙機の位置、速度を計測す
る)と衛星位置観測装置により取得された目標衛星と接
近する宇宙機間の相対位置、相対速度情報を使用するこ
とにより、地球固定座標系における目標衛星の絶対位置
を算出することで達成される。According to a third aspect of the present invention, a satellite position observing device according to the second aspect of the present invention is mounted on a spacecraft having a GPS approaching a target satellite, and absolute navigation information (space with respect to a fixed earth coordinate system) acquired by the GPS is installed. By using the relative position and relative speed information between the target satellite and the approaching spacecraft acquired by the satellite position observation device, the absolute position of the target satellite in the earth's fixed coordinate system can be determined. It is achieved by calculating.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施形態を図を用いて説明する。図1はこの発明の衛星
位置観測装置を示す構成図である。図1で1、3、4、
6、9、10は図3と同じものである。11は画像前処
理部、12は画像メモリ、13は画像計測処理部であ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a satellite position observation device of the present invention. In FIG. 1, 1, 3, 4,
6, 9, and 10 are the same as those in FIG. 11 is an image preprocessing unit, 12 is an image memory, and 13 is an image measurement processing unit.
【0011】画像前処理部11においては、画像センサ
6により取得した画像を画像メモリ12に転送する。図
3に画像前処理部11内の画像メモリ12の状態を示
す。画像メモリ12上の画像データは輝度に対応した数
値にて記録されるが、図3に示す通り、目標衛星9への
接近を日照時に選ぶことにより、太陽により照射されて
いる目標衛星9の撮像部分に対応する画像データは周囲
の宇宙空間に対し、高輝度を有することとなる。このた
め、図3に示す通り、画像前処理部11において、一定
の閾値以上の輝度を有する画像メモリ12上の画素デー
タを1、その他を0とする2値化処理を実施することに
より、目標衛星9の撮像画像部分を抽出することができ
る。即ち、2値化処理により抽出された目標衛星9の部
分は1、その他の部分は0となる。ここで、画像メモリ
12上の1の個数を合計することにより目標衛星9の撮
像面上の面積を求めることができる。この面積をS1と
する。The image preprocessing section 11 transfers an image obtained by the image sensor 6 to an image memory 12. FIG. 3 shows a state of the image memory 12 in the image preprocessing unit 11. The image data on the image memory 12 is recorded as a numerical value corresponding to the luminance. As shown in FIG. 3, by selecting the approach to the target satellite 9 during sunshine, the image of the target satellite 9 illuminated by the sun is captured. The image data corresponding to the portion has high brightness with respect to the surrounding outer space. Therefore, as shown in FIG. 3, the image pre-processing unit 11 performs a binarization process in which pixel data on the image memory 12 having a luminance equal to or higher than a certain threshold value is set to 1 and the others are set to 0, thereby achieving a target. The captured image portion of the satellite 9 can be extracted. That is, the portion of the target satellite 9 extracted by the binarization process is 1 and the other portions are 0. Here, the area of the target satellite 9 on the imaging surface can be obtained by summing the number of 1s in the image memory 12. This area is defined as S1.
【0012】ここで、目標衛星9を画像センサ6により
規定距離X0m離れた点より観測した場合の画像センサ
6の画像メモリ12上における平均的投影面積をS0と
すると、目標衛星9の撮像面上の面積がS1である場合
の目標衛星9間との距離Rは数1の通りとなる。Here, assuming that the average projection area on the image memory 12 of the image sensor 6 when the target satellite 9 is observed from the point separated by the specified distance X0 m by the image sensor 6 is S0, Is equal to the distance R between the target satellites 9 when the area of the target satellite is S1.
【0013】[0013]
【数1】 (Equation 1)
【0014】また、ΔT時間の間隔を得て取得した目標
衛星9間との距離情報R(t)及び、R(t+ΔT)よ
り距離変化率は数2の通りとなる。From the distance information R (t) and R (t + ΔT) between the target satellites 9 obtained by obtaining the ΔT time interval, the distance change rate is as shown in Expression 2.
【0015】[0015]
【数2】 (Equation 2)
【0016】即ち、数1、2に従った演算を画像計測処
理部12により実施することにより、目標衛星9に対す
る、距離、距離変化率を計測、出力することができる。That is, by performing the calculations in accordance with Equations 1 and 2 by the image measurement processing unit 12, the distance and the rate of change of distance to the target satellite 9 can be measured and output.
【0017】本実施形態においては、画像情報を使用し
た場合に関し記述したが、画像情報に代わり目標衛星か
らの表面反射波を利用したレーザーレーダ、及び電波セ
ンサにおいても反射光の広がり、反射波の強度を基に、
同様の処理により距離、距離変化率の計測、出力が可能
であることはいうまでもない。In this embodiment, the case where image information is used has been described. However, in a laser radar and a radio wave sensor using a surface reflected wave from a target satellite instead of image information, the spread of reflected light and the reflected wave Based on strength
It goes without saying that the distance and the rate of change of distance can be measured and output by the same processing.
【0018】実施の形態2.図1はこの発明の実施の形
態2を示す衛星観測装置の構成図である。実施の形態2
による衛星位置観測装置1は、前項の実施の形態1によ
る衛星位置観測装置1を図1に示すように、目標衛星9
に対し接近する宇宙機14上に搭載する。ここで目標衛
星9は地球周囲の円軌道上を周回しているものとし、宇
宙機14も離心率のほぼ同一な円軌道上を周回しつつ、
目標衛星9に慣性飛行により接近しているものとする。Embodiment 2 FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of a satellite observation device according to a second embodiment of the present invention. Embodiment 2
As shown in FIG. 1, the satellite position observation device 1 according to the first embodiment described above
Is mounted on the spacecraft 14 approaching. Here, it is assumed that the target satellite 9 orbits a circular orbit around the earth, and the spacecraft 14 also orbits a circular orbit having substantially the same eccentricity.
It is assumed that the target satellite 9 is approached by inertial flight.
【0019】ここで、実施形態1による衛星位置観測装
置1にて目標衛星9を宇宙機14から観測する。ここ
で、衛星位置観測装置1からΔT秒毎に目標衛星9と接
近する宇宙機14間の距離、距離変化率情報が出力され
るものとする。ここで、目標衛星9と慣性飛行により接
近する宇宙機14間の相対運動は数3に示すヒル方程式
により記載することができる。Here, the target satellite 9 is observed from the spacecraft 14 by the satellite position observation device 1 according to the first embodiment. Here, it is assumed that the distance between the target satellite 9 and the approaching spacecraft 14 and the distance change rate information are output from the satellite position observation device 1 every ΔT seconds. Here, the relative motion between the target satellite 9 and the spacecraft 14 approaching by inertial flight can be described by the Hill equation shown in Equation 3.
【0020】[0020]
【数3】 (Equation 3)
【0021】ここで、推定状態量x=(Xp,Yp,Z
p,Xv,Yv,Zv)(Xp,Yp,Zp:ヒル座標
系における相対位置、Xv,Yv,Zv:ヒル座標系に
おける相対速度)とすると、数3にて表現される相対運
動のダイナミクスを使用することにより、目標衛星9及
び接近する宇宙機14の間のダイナミクス、dx/dt
=f(x(t),t)は数4の通りとなる。Here, the estimated state quantity x = (Xp, Yp, Z
Assuming that p, Xv, Yv, Zv) (Xp, Yp, Zp: relative position in Hill coordinate system, Xv, Yv, Zv: relative velocity in Hill coordinate system), the dynamics of relative motion expressed by Equation 3 is by using the dynamics between the target satellite 9 and proximity to spacecraft 14, d x / dt
= F (x (t), t) is as shown in Expression 4.
【0022】[0022]
【数4】 (Equation 4)
【0023】また、衛星観測装置1からの距離、距離変
化率情報を観測値ベクトルzをz=(ρ,dρ/dt)
(ρ:目標衛星と接近宇宙機間の距離、dρ/dt:目
標衛星と接近宇宙機間の距離変化率)とすると、観測値
ベクトルzは推定状態量を使用し、数5の通りとなる。Further, the distance from the satellite observation device 1 and the distance change rate information are converted into the observation value vector z by z = (ρ, dρ / dt).
Assuming that (ρ: distance between the target satellite and the approaching spacecraft, dρ / dt: rate of change in distance between the target satellite and the approaching spacecraft), the observation value vector z is as shown in Equation 5 using the estimated state quantity. .
【0024】[0024]
【数5】 (Equation 5)
【0025】数4、数5にて表現される相対運動のダイ
ナミクス及び、観測方程式を使用することにより、数6
に示す通り、逐次入力データからの最適状態推定方式で
あるカルマンフィルターを使用することにより、相対位
置、相対速度である状態量xの最適推定値を取得するこ
とができる。(数6は「Applied Optima
l Estimation,Gelb,1974」によ
る)By using the dynamics of the relative motion expressed by the equations (4) and (5) and the observation equation, the equation (6) is obtained.
As shown in (1), by using a Kalman filter which is an optimal state estimation method from sequential input data, it is possible to obtain an optimal estimated value of a state quantity x which is a relative position and a relative speed. (Equation 6 is “Applied Optima
l Estimation, Gelb, 1974.)
【0026】[0026]
【数6】 (Equation 6)
【0027】数6に示したカルマンフィルターによる処
理を接近する宇宙機14に搭載された衛星位置観測装置
1中の画像計測処理部13内のソフトウェアにより実施
することにより、目標衛星1と接近する宇宙機14間の
相対位置、速度を推定することができる。The processing by the Kalman filter shown in Equation 6 is performed by software in the image measurement processing unit 13 in the satellite position observation apparatus 1 mounted on the approaching spacecraft 14, so that the space approaching the target satellite 1 is obtained. The relative position and speed between the machines 14 can be estimated.
【0028】本実施形態においては、画像情報を使用し
た場合に関し記述したが、画像情報に代わり目標衛星か
らの表面反射波を利用したレーザーレーダ、及び電波セ
ンサにより計測される距離、距離変化率の計測情報を基
に、同一処理により目標衛星1と接近する宇宙機14間
の相対位置、相対速度が推定可能であることはいうまで
もない。In this embodiment, the case where image information is used has been described. However, instead of image information, a laser radar using a surface reflected wave from a target satellite and a distance and a rate of change in distance measured by a radio wave sensor are used. It is needless to say that the relative position and relative speed between the target satellite 1 and the approaching spacecraft 14 can be estimated by the same processing based on the measurement information.
【0029】実施の形態3.図2はこの発明の実施の形
態3を示す衛星位置観測装置の構成図である。Embodiment 3 FIG. 2 is a configuration diagram of a satellite position observation device according to a third embodiment of the present invention.
【0030】実施の形態3による衛星位置観測装置1
は、前項の実施の形態2による衛星位置観測装置1を図
2に示すように、目標衛星9に対し接近する宇宙機14
上に搭載する。また、図2に示した通り、接近する宇宙
機14にはGPS受信機15が搭載されており、地球固
定座標系における絶対位置((XA,YA,ZA)とす
る)の計測が可能である。A satellite position observation device 1 according to the third embodiment
As shown in FIG. 2, the spacecraft 14 approaching the target satellite 9 uses the satellite position observation device 1 according to the second embodiment.
Mount on top. As shown in FIG. 2, a GPS receiver 15 is mounted on the approaching spacecraft 14, and can measure an absolute position (referred to as (XA, YA, ZA)) in the earth fixed coordinate system. .
【0031】ここで、実施形態2による衛星位置観測装
置1にて目標衛星9を接近する宇宙機14から観測す
る。この場合、目標衛星9と接近する宇宙機14の相対
位置、相対速度((Xp,Yp,Zpp)、(Xv,Y
v,Zv)とする)は実施形態2の手法により計測され
ているため、目標衛星9の地球固定座標系における絶対
位置は、接近する宇宙機14の地球固定座標系における
絶対位置、速度と、目標衛星9と接近する宇宙機14間
の相対位置、速度の和をとることにより求めることがで
きる。Here, the target satellite 9 is observed from the approaching spacecraft 14 by the satellite position observation device 1 according to the second embodiment. In this case, the relative position and relative speed ((Xp, Yp, Zpp), (Xv, Y) of the spacecraft 14 approaching the target satellite 9
v, Zv)) are measured by the method of the second embodiment, the absolute position of the target satellite 9 in the earth fixed coordinate system is determined by the absolute position and velocity of the approaching spacecraft 14 in the earth fixed coordinate system, It can be obtained by taking the sum of the relative position and speed between the target satellite 9 and the approaching spacecraft 14.
【0032】[0032]
【発明の効果】第1の発明によれば、目標衛星に対し特
別なリフレクタを装着することなく、また、目標衛星に
対する接近方向に制限を設けることなく、衛星への接
近、衛星周囲の周回制御等の実施に必要な、目標衛星、
接近宇宙機間の距離、距離変化率計測値を得ることがで
きる。According to the first aspect, the approach to the satellite and the orbiting around the satellite can be performed without mounting a special reflector on the target satellite and without limiting the approach direction to the target satellite. Target satellites necessary for the implementation of
The distance between the approaching spacecraft and the distance change rate measurement value can be obtained.
【0033】第2の発明によれば、目標衛星に対し特別
なリフレクタを装着することなく、また、目標衛星に対
する接近方向に制限を設けることなく、衛星への接近、
衛星周囲の周回制御等の実施に必要な、目標衛星、接近
宇宙機間の相対位置、相対速度計測値を得ることができ
る。According to the second aspect, the approach to the satellite can be performed without mounting a special reflector on the target satellite and without limiting the approach direction to the target satellite.
It is possible to obtain the measured values of the relative position and the relative velocity between the target satellite and the approaching spacecraft, which are necessary for the orbit control around the satellite.
【0034】第3の発明によれば、目標衛星に対し特別
なリフレクタを装着することなく、また、目標衛星に対
する接近方向に制限を設けることなく、接近宇宙機側に
GPSを搭載し、目標衛星と接近宇宙機間の相対位置、
速度を第2の発明の手法に基づき取得することにより、
衛星への接近制御、衛星周囲の周回制御等の実施に必要
な、目標衛星の絶対位置、速度計測値を得ることができ
る。According to the third aspect of the present invention, the GPS is mounted on the approaching spacecraft without mounting a special reflector on the target satellite and without limiting the approach direction to the target satellite. Relative position between the approaching spacecraft and
By acquiring the speed based on the method of the second invention,
It is possible to obtain the absolute position and velocity measurement values of the target satellite, which are necessary for controlling the approach to the satellite, controlling the orbit around the satellite, and the like.
【図1】 この発明による衛星位置観測装置の実施の形
態1、2を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing Embodiments 1 and 2 of a satellite position observation device according to the present invention.
【図2】 この発明による衛星位置観測装置の実施の形
態3を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a third embodiment of the satellite position observation device according to the present invention.
【図3】 画像メモリの構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an image memory.
【図4】 従来の衛星位置観測装置を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a conventional satellite position observation device.
【符号の説明】 1 衛星位置観測装置、2 ターゲットリフレクタ、3
観測装置ヘッド部、4 観測装置電子回路部、5 レ
ーザ光照射装置、6 画像センサ、7 位相計測装置、
8 レーザ光、9 目標衛星、10 画像センサ撮像
面、11 画像前処理部、12 画像メモリ、13 画
像計測処理部、14 接近する宇宙機、15 GPS受
信機、16 姿勢制御装置。[Description of Signs] 1 satellite position observation device, 2 target reflector, 3
Observation device head unit, 4 observation device electronic circuit unit, 5 laser beam irradiation device, 6 image sensor, 7 phase measurement device,
8 laser beam, 9 target satellite, 10 image sensor imaging surface, 11 image preprocessing unit, 12 image memory, 13 image measurement processing unit, 14 approaching spacecraft, 15 GPS receiver, 16 attitude control device.
Claims (3)
れ、接近目標対象となる衛星を観測し目標衛星画像を定
期的に取得するレンズ倍率の一定な単一の画像センサ
と、この画像センサの出力から周囲に比べ輝度の高い目
標衛星部分を抽出する2値化処理手段と、目標衛星部分
に相当する2値化画像の面積及び、接近目標衛星の大き
さ、レンズ倍率を基に観測画像上の衛星2値化画像の面
積より画像センサに対する目標衛星迄の距離及び、距離
変化率を計算する手段とを具備したことを特徴とする衛
星位置観測装置。1. A single image sensor having a constant lens magnification and provided on a spacecraft approaching a target satellite and observing a satellite to be the target of the approach and periodically acquiring a target satellite image, and the image sensor Binarization processing means for extracting a target satellite portion having a higher luminance than the surroundings from the output of the target, and an observation image based on the area of the binarized image corresponding to the target satellite portion, the size of the approaching target satellite, and the lens magnification. Means for calculating a distance from the area of the binary image to the target satellite to the image sensor and a distance change rate.
て、慣性飛行により目標衛星に接近する宇宙機に設けら
れた請求項1の衛星位置観測装置と、この衛星位置観測
装置により計測された接近する宇宙機と目標衛星間の距
離、距離変化率情報より慣性飛行中の接近する宇宙機と
目標衛星間の相対運動を記述するヒル方程式を使用した
軌道推定装置を使用することにより、目標衛星に対する
接近する宇宙機の相対位置、相対速度を計測する手段を
具備したことを特徴とする衛星位置観測装置。2. The satellite position observation device according to claim 1, which is provided in a spacecraft approaching the target satellite by inertial flight in the vicinity of the target satellite orbiting in a circular orbit, and the approach position measured by the satellite position observation device. Based on the distance between the spacecraft and the target satellite and the rate of change of distance, the trajectory estimator using the Hill equation that describes the relative motion between the approaching spacecraft and the target satellite during inertial flight is used to approach the target satellite. A satellite position observing apparatus comprising means for measuring a relative position and a relative velocity of a spacecraft to be operated.
て、慣性飛行により目標衛星に接近するGPS(Glo
bal Positioning System)を有
する宇宙機に設けられ、請求項2の衛星位置観測装置に
より目標衛星に対する相対位置、速度を計測する手段
と、GPSを使用した絶対航法により接近する宇宙機の
絶対位置を検出する手段と、目標衛星に対する相対位
置、速度情報とGPSによる接近する宇宙機の絶対位置
情報を基に地球固定座標系における目標衛星の絶対位置
を計測する手段とを具備したことを特徴とする衛星位置
観測装置。3. A GPS (Global Positioning System) approaching a target satellite by inertial flight near a target satellite orbiting a circular orbit.
means for measuring a relative position and a speed with respect to a target satellite by the satellite position observation device according to claim 2, and detecting an absolute position of the approaching spacecraft by absolute navigation using a GPS, provided in a spacecraft having a bal Positioning System. And means for measuring the absolute position of the target satellite in the earth fixed coordinate system based on the relative position and speed information with respect to the target satellite and the absolute position information of the approaching spacecraft by GPS. Position observation device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36652499A JP2001180600A (en) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | Satellite position observation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36652499A JP2001180600A (en) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | Satellite position observation device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001180600A true JP2001180600A (en) | 2001-07-03 |
Family
ID=18487008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36652499A Pending JP2001180600A (en) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | Satellite position observation device |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001180600A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-12-24 JP JP36652499A patent/JP2001180600A/en active Pending
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