JP2009523648A - 編隊を組む宇宙船グループ内の一宇宙船用の、出力測定による相対位置制御装置 - Google Patents

Abstract

選ばれた編隊を組んで移動するように意図されたグループの宇宙船の、１つの宇宙船用の制御装置（Ｄ）は、
ｉ）その宇宙船の少なくとも三つの異なる向きの面上に設置され、無線周波数信号を発信／受信するために適した、少なくとも三つの発信／受信アンテナ（Ａ１〜Ａ３）の集合体と、ｉｉ）アンテナ（Ａ１〜Ａ３）の各々により受信された信号の出力を決定し、そして各々がグループの他の宇宙船の一つに関係する出力の集合を届ける任務を負う、第一の測定手段（Ｍ１）と、（ｉｉｉ）選ばれた伝送方向に応じて、アンテナ（Ａ１〜Ａ３）の各々により受信された信号の正規化された出力を各々が表わす、マッピング・データの集合を記憶する任務を負う記憶手段（ＢＤ）と、そして（ｉｖ）それらの宇宙船に対して結び付けられた座標系に関して、グループの他の宇宙船により発信された信号の各伝送方向を推算するために、第一の測定手段（Ｍ１）により届けられた出力の各集合を、記憶されたマッピング・データの集合と比較する任務を負う、処理手段（ＭＴ）とを備える。

Description

本発明は任務を集団的に実行するために、編隊を組んで動くように意図された例えば人工衛星のような宇宙船のグループに関し、より正確にはこれらの宇宙船の互いに対する相対位置の制御に関する。

当業者に知られているように、例えば人工衛星のような或る宇宙船のグループは任務を集団的に実行するために、互いに対して一定の精度で位置調整されなければならない。この位置調整は任務の開始時、例えば該衛星を軌道に置く時に実行されねばならない。しかしながら、それはグループの部分的又は全体的な再配置を行なうため、あるいは１つ以上の宇宙船に影響する技術的故障（又は設備故障）を緩和するために、任務中にも実行され得る。

そのような位置調整を可能にするため、少なくとも、第一に、宇宙船の様々な向きの面に設置され、無線周波数信号（ＲＦ）を発信／受信する任務を負う、受信アンテナで必要に応じて補完される発信／受信アンテナと、第二に、複数のアンテナの間で受信された信号の経路長の差を算定する任務を負う、特に第一の測定手段を含む「ＲＦセンサ」と、そして第三に、該グループの他の宇宙船により発信された信号の（一般に「視軸」と呼ばれる）伝送方向を、受信した信号の出力から推算する任務を負う処理手段とを含む制御装置を、各宇宙船（又は少なくともその任務に対して最も重要な宇宙船）に装備することが提案されている。

そのような制御装置は又、アンテナにより受信された信号、及び該グループの他の宇宙船により発信され、測定装置をそれらの宇宙船から隔てている個別の距離を表わす補助信号に基づき、該グループの他の宇宙船の１つからそれらの宇宙船を隔てている各距離を推算する任務を負う、第二の測定装置を含むことができる。この場合、推算された距離及び推算された視軸に基づき、該処理手段は選ばれた座標系に関して該グループの宇宙船の相対位置を決定できる。

最後に、該制御装置が解析手段を含む場合、それは宇宙船間の衝突の危険性を、決定された相対位置から検出することができ、或いはこれらの相対位置に応じて、その宇宙船の回避操作を提案することさえも可能であり、そして一旦故障及び衝突の危険性が克服されたならば、必要に応じて全体の構成を再配置することができる。

アンテナが（例えば多経路を制限するために）良く選ばれた位置に設置され、そして第一の測定手段が、経路長差の測定の不明瞭さを緩和する確固とした方法を用いる場合、約数ｍｍの経路長の差を得ることが可能であり、それゆえ伝送方向は約１°のの精度を有する。

全方向に動作することができ、従ってあらゆる相対位置を決定できる制御装置に対して、各宇宙船は多くの面上に三つ組のアンテナ（１つの発信／受信アンテナ及び２つの受信アンテナ）を装備しなければならない。ところで、第一に宇宙船へのアンテナ設置は難しく、第二に多数のアンテナは制御装置を複雑にし、そして第三に経路長の差に関する不明瞭さを緩和することは、堅牢性及び、衝突検知のために必要な反応時間と両立させるのが難しい、複雑なプロセスである。

宇宙船の任意の相対位置を推算するための他の技術、例えばＬＩＤＡＲ（ライダー）又はＲＡＤＡＲ（レーダー）を用いることは、疑いなく可能であるが、それらの技術は高価で複雑であり、又は宇宙船、とりわけ衛星上に設置することは難しい。

任意の相対位置を推算するために、相対的ＧＰＳ（全地球測位システム、Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に基づく技術を用いることは同様に可能である。しかしながら、この解決策は、該任務の高度がＧＰＳ集団の高度に対して高すぎるため、或いは補足又は独立の位置調整手段が必要とされるため、必ずしも編隊飛行の任務に適合しない。

既知の解決策のいずれも完全な満足をもたらすことがなく、本発明の１つの目的は従ってこの状況を改善することである。

このために、本発明は一方で、前記宇宙船の少なくとも３つの異なる向きの面上に設置され、無線周波数信号を発信／受信することができる、少なくとも３つの発信／受信アンテナの集合体と、他方で、前記アンテナにより受信された前記信号に基づき、該グループの他の宇宙船により発信された信号の伝送方向を推算する任務を負う処理手段とを備えた制御装置であって、
―一方で、前記各アンテナにより受信された信号の出力を決定し、そして各々が該グループの前記の他の宇宙船の１つと関連する、出力の（測定値の）集合を届ける任務を負う第一の測定手段と、他方で、選ばれた伝送方向に応じて前記各アンテナにより受信された信号の出力をそれぞれが表わす、マッピング・データの集合を記憶する任務を負う記憶手段とを備え、
―そして前記処理手段が、前記宇宙船に対し結び付けられた座標系に関して、該グループの他の宇宙船により発信された信号の各伝送方向を推算するため、（前記第一の測定手段により届けられた）出力の各集合を、前記記憶されたマッピング・データの集合と比較する任務を負うこと
を特徴とする、選ばれた編隊を組んで移動するように意図された、宇宙船グループの１つの宇宙船用の制御装置を提案する。

本発明の装置は個別に又は組合せで、他の特徴を有することができ、とりわけ、
―その第一の測定手段は、それらの出力を決定するために、受信した各信号に対する信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比の測定を行なう任務を負うことができ、
―それは、選ばれた計画に従って、該グループの各宇宙船に対する（相互補完的な）発信期間と受信期間の割り当ての際に、それらの宇宙船に割り当てられた発信及び受信期間を、各々がそれらの宇宙船の発信／受信アンテナの数に等しい、発信の部分的期間と受信の部分的期間へと分割すること、及び第一の選ばれたスケジューリングに従って、発信の部分的期間を各発信／受信アンテナに割り当て、第二の選ばれたスケジューリングに従って、受信の部分的期間を各発信／受信アンテナに割り当てる任務を負う、制御装置を備えることができる。各発信／受信アンテナは次に、それに割り当てられた発信の部分的期間中に発信し、それに割り当てられた受信の部分的期間中に受信するために許可を得る。その上、（第一の測定手段により届けられた）各出力の集合は、それらの個別の受信の部分的期間中に発信／受信アンテナにより受信された信号に関連し、
該制御手段は第一の選ばれたスケジューリング及び／又は、第二の選ばれたスケジューリングを変える任務を負うことができ、
―それは、少なくとも各アンテナにより受信された信号に基づいて、該グループの他の宇宙船の中の１つから、それらの宇宙船を隔てている各距離を推算する任務を負う、第二の測定手段を備えることができる。この場合、その処理手段は推算された距離及び推算された信号伝送方向に基づき、選ばれた座標系に関して該グループの宇宙船の相対位置を決定する任務を負うことができ、
その第二の測定手段は、各アンテナにより受信された信号と、該グループの他の宇宙船により伝送され、そしてそれらの側において行なった対応する距離測定を表わす補助信号とに基づき、該グループの他の宇宙船の中の１つから、それらの宇宙船を隔てている各距離を推算する任務を負うことができ、
―その記憶手段は基準レベルに関して正規化された出力を表わすマッピング・データの集合を記憶できる。この場合、該処理手段は例えば、（そのとき測定用の基準出力（又はレベル）となる）それらの各々における最大出力を決定するために、第一の測定手段により届けられた出力の各集合の（測定された）出力を解析すること、及び選ばれた期間中に（同じ宇宙船から）受信した信号に、基準出力（又はレベル）に関して受信した信号の出力を正規化するために選んだゲインを加えることの任務を負い、
それは該グループの宇宙船の相対位置からの衝突危険性を検出する任務を負う、解析手段を含むことができ、
・該解析手段は衝突の危険性を検出する際に、該グループの他の宇宙船の相対位置に応じて、それら宇宙船のための回避操作を決定する任務を負うことができ、
それは衝突の回避操作後、及び全ての宇宙船を健全な状態に戻した後に得られる幾何学的及び運動学的状態から始まる、編隊を公称の配置に戻す制御の任務を負う制御手段を含むことができ、
―該発信／受信アンテナは、選ばれた擬似ランダムコードによって変調された搬送波の形をとる、無線周波数信号を発信及び／又は受信する任務を負うことができ、
―該発信／受信アンテナは、Ｓ、ＳＨＦ、及びＥＨＦ帯域を含むグループにおいて、選ばれた周波数帯域に属する周波数で、搬送波を発信／受信する任務を負うことができる。

本発明はまた、同じタイプの宇宙船のグループにおいて、編隊を組んで移動するように意図され、上述のタイプの制御装置を含む宇宙船を提案する。

本発明は人工衛星又は航空機のような宇宙船に特に適しているが、その専用ではない。

本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を読み、そして添付図を調べることによって明らかになるであろう。

添付図は、必要に応じて本発明の定義に貢献すると同様に、本発明の説明の一部分を構成する。

本発明の１つの目的は、編隊を組んで移動している宇宙船のグループの集合体の、１つの宇宙船に設置された制御装置によって、視軸及び、必要に応じて宇宙船の相対位置、或いは回避操作に結び付く衝突危険性の決定を可能にし、更に必要に応じて公称の再配置を可能にすることである。

これ以降、制限されない例として該グループの宇宙船は、宇宙又は地球の遠隔検出任務を行なうために、編隊を組んで移動している（又は移動するように意図される）遠隔検出の人工衛星であると考えられる。

本発明はしかしながらこのタイプの宇宙船に限定されない。本発明は（必要に応じて変更可能な）選ばれた配置において、編隊を組んで飛行するように意図される全ての宇宙船に関する。

最初に、本発明が適用され得る宇宙船（衛星）のグループを示す図１及び２を参照する。

図１には編隊を組んで飛行している３つの衛星Ｓｉ（ｉ＝１〜３）が表わされている。本発明は３つの宇宙船を含むグループに限定されないことに注意するのが重要である。本発明は２つ以上の宇宙船を含むあらゆるグループに関する。

そのようなグループの中で、衛星Ｓｉ（Ｓ１〜Ｓ３）の少なくとも１つは本発明の制御装置Ｄを含む。しかしながら、グループ（又は集団）の各衛星がそれ自身の装置Ｄを有することが有利である。

本発明の制御装置Ｄは、それを装備する衛星Ｓｉの、異なる向きを有する少なくとも３つの面上の選ばれた位置に設置された、少なくとも３つの発信／受信アンテナＡｊから成る、少なくとも１つの集合体を備える。図１及び２に示す例において、各装置Ｄは３つだけのアンテナＡｊ（ｊ＝１〜３）を有する。しかしながら、１つの集合体は３つよりも多くのアンテナを含んでもよい。これは特に、衛星Ｓ１の６つの面上に設置された６つのアンテナ（ｊ＝１〜６）を含む、図４に示す集合体の場合である。例えば、集合体の各アンテナＡｊは殆ど、１つの衛星の面Ｓｉの中央に設置される。しかしながら、これは必須ではない。

各アンテナＡｊは選ばれた周波数ｆ１において、無線周波数（ＲＦ）信号を発信及び受信できる。

これらのＲＦ信号は、選ばれた擬似ランダムコードにより変調された搬送波の形をとることが好ましい。

周波数ｆ１はＳ帯域内にあることが好ましい。しかしながら、これは必須ではない。それはまた、ＳＨＦ帯域又はＥＨＦ帯域内にあることも可能である。

これ以降、周波数ｆ１はＳ帯域内にあるものと考える。例えば、ｆ１＝２．１ＧＨｚである。

制御装置Ｄは、その衛星Ｓｉの面の少なくとも１つの上に設置され、周波数ｆ１におけるＲＦ信号を専用に受信するために充当される、少なくとも１つの補足アンテナを含むことができる。例えば、衛星Ｓｉの一つ以上の面に、一つの発信／受信アンテナＡｊ及び、一つか２つの補足の受信アンテナを装備することが想定され得る。

本発明によれば、各制御装置Ｄはまた測定モジュールＭＭ、記憶手段ＢＤ、及び処理モジュールＭＴを含む。

第一の測定モジュールＭＭは、データの各集合が衛星Ｓｉ自身の属するグループの他の衛星Ｓｉ’の一つと結び付けられている、これらの出力測定値を表わすデータの集合を届けるために、各アンテナＡｊ（及び、必要に応じて補足アンテナ）により受信された信号の出力を決定する、第一の測定サブモジュールＭ１を含む。

例えば、第一の測定モジュールＭＭは、アンテナＡｊにより受信された各信号の出力を、その信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を測定することにより決定でき、ノイズレベルが比較的良く知られているならば、それは処理の連続により導入されるゲイン（増幅／減衰）の正しい値に対する必要性を取り除く。

信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比は、当業者に知られている任意の技術により測定され得る。例えば、そのエネルギーは信号を含む周波数帯域、及び信号を含まない隣接する周波数帯域において測定され得る。

その任務が（該宇宙船が近いか遠く離れているかによって）様々な宇宙船から受信した出力の広いダイナミックレンジを含む場合、特に出力測定に関し、制御装置Ｄは測定モジュールＭＭの上流側に設置され、それに連結されているゲイン制御モジュールＭＣＧを含み得る。このゲイン制御モジュールＭＣＧは、より正確には信号をアナログ／デジタル変換段階により処理されたレベルに適合するレベルまで減衰／増幅するための、自動ゲイン制御ループである。別のアンテナ又は他の衛星を通じた受信に対応する１つの期間から別の期間へ、受信した出力レベルは大幅に変化する可能性があり、従ってゲイン制御モジュールＭＣＧにより導入されたゲインを変え得る。測定モジュールＭＭは、ＭＣＧモジュールの上流側において受信した出力を計算するとき、このゲインを考慮に入れるために、それを知らなければならない。ＭＣＧモジュールは従ってモジュールＭＭに対し、各期間にそれが用いたゲインの値を供給する。

この場合、第一の測定サブモジュールＭ１は、デジタル化された信号の測定出力と、アナログの前処理モジュールにおいてそれに加えられるゲインとに応じて、アンテナＡｊにより受信された各信号の出力を決定することが好ましい。

図２に図式的に示されるように、ゲイン制御モジュールＭＣＧは、例えば（特に、適用されるゲイン制御を制御するための）受信した信号を処理し、第一の測定モジュールＭＭに供給するためにそれらをデジタル信号に変換する任務を負う、アナログ／デジタル前処理モジュールＭＰの一部である。

例えば、このアナログ／デジタル前処理モジュールＭＰは、第一のスイッチング・モジュールＣ１及び第二のスイッチング・モジュールＣ２を通じて、集合体のアンテナＡｊに（及び任意の補足アンテナに）結合される。

第一のスイッチング・モジュールＣ１は、制御モジュールＭＣから来る指示に応じて、１つ又は他のアンテナとの結合を確保する（以下参照）。

第二のスイッチング・モジュールＣ２は第一のスイッチング・モジュールＣ１の入力／出力に接続され、一方でアナログ／デジタル前処理モジュールＭＰの入力に、そして他方で（他の衛星Ｓｉ’宛てのＲＦ信号の伝送部分用）ＲＦ信号形成モジュールＭＦの出力に接続される。従って、制御装置Ｄは処理モジュールＭＴから来る指示に応じて、信号受信モード或いは信号発信モードで動作できる。

制御装置Ｄはその構成要素の少なくとも幾つかの動作に必要な、そして特に発信及び受信の制御に必要なクロック信号を供給する、クロックＨを含む。

記憶手段ＢＤは、選ばれた伝送方向に応じて各アンテナＡｊ（及び任意の補足アンテナ）により受信された、各々が予め定められ、正規化された信号の出力を表わすマッピング・データの集合を記憶する任務を負う。正規化は、衛星間の距離に無関係に視軸をそれらだけが表わす、測定された出力に関してのみ考慮することを可能にする。後で見られるように、制御されるべき宇宙船のアンテナに対して行なわれた測定値の集合を用いて、記憶手段ＢＤにおいて作表された大きさを比較できるように、処理モジュールＭＴにおいて全く同一の正規化を行なうことは重要である。

マッピング・データの出力は、例えば無響タイプのＲＦ試験室の中で、又は様々なアンテナの個別の位置、それらの環境、及びそれらの特性、とりわけそれらの放射特性を表わすモデルによりローディングされるシミュレーション・ソフトによって、事前のマッピング解析の間に予め決定される。

図３はその法線Ｚに対する入射角の関数としての、全方向アンテナにより受信された出力ＰＭの線図の一例の、図式的な極形式の表現である。

又、図５〜８は上昇を表わす角度Ψの４つのそれぞれ異なる値に関して、図４に例として示す、衛星Ｓｉに設置されているアンテナ集合体のそれぞれの６つのアンテナＡｊにより受信された、出力ＰＭｊ（ｊ＝１〜６）の６つの線図の集合の、４つの例を図式的に示す。

より正確には、図５Ａ〜５Ｆは方位角を表わす角度φの関数として、及び座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＸ軸に対して０に等しい角度Ψに関し、６つのアンテナＡ１〜Ａ６により受信された、出力（ＰＭ１〜ＰＭ６）の６つの線図をそれぞれ示す。図６Ａ〜６Ｆは角度φの関数として、及び座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＸ軸に対してπ／４に等しい角度Ψに関し、６つのアンテナＡ１〜Ａ６により受信された、出力（ＰＭ１〜ＰＭ６）の６つの線図をそれぞれ示す。図７Ａ〜７Ｆは角度φの関数として、及び座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＸ軸に対してπ／２に等しい角度Ψに関し、６つのアンテナＡ１〜Ａ６により受信された、出力（ＰＭ１〜ＰＭ６）の６つの線図をそれぞれ示す。図８Ａ〜８Ｆは角度φの関数として、及び座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＸ軸に対してπに等しい角度Ψに関し、６つのアンテナＡ１〜Ａ６により受信された、出力（ＰＭ１〜ＰＭ６）の６つの線図をそれぞれ示す。

図５〜８において、６つの線図の集合は角度φとΨの値に関係なく、同じ集合の（６つの）アンテナＡｊにより受信された出力ＰＭｊの最大値を表わす、選ばれた基準レベルＰ_ｍａｘに関して正規化される。別の可能な正規化は、例えば、各アンテナにおいて測定された出力のベクトルのノルム２を決定し、そして測定された出力ベクトルのノルム２の値により、生の出力測定値（すなわち、受信したが処理されていない測定値）を分割することである。この場合、各アンテナにおいて測定され、次に処理モジュールＭＴによって正規化された受信出力のベクトル、及び視軸の関数として記憶手段ＢＤにおいて作表された受信出力のベクトルは、そのとき全て１に等しいノルム２を有する。

記憶手段ＢＤ内に記憶されたマッピング・データの各集合は、図５〜８に示すタイプの出力線図の（予め決定された）集合から構築される。正規化された出力の存在下で、マッピング・データの各集合は、例えば基準レベルＰ_Ｍａｘに関して、又は（上記に示すように）出力ベクトルのノルム２に関して正規化された出力を表わす。

あらゆるタイプの記憶手段ＢＤ、とりわけメモリ又はデータベースが想定され得る。

更に、図２に示す制限されない例において、記憶手段ＢＤは処理モジュールＭＴ内に設置されている。しかしながらこれは必須ではない。

処理モジュールＭＴは、第一の測定サブモジュールＭ１により届けられた出力測定値の各集合を、記憶手段ＢＤ内に記憶されたマッピング・データの集合と比較する任務を負う。この比較は図４に示すタイプの、衛星Ｓｉに結び付けられた座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に関して、該グループの他の衛星Ｓｉ’からの、アンテナＡｊにより受信された信号の各伝送方向（又は視軸）ＡＶｉ’を推算するように意図されている。この座標系は、例えば衛星Ｓｉの重心Ｏに対して結び付けられているが、しかしこれは必須ではない。

実際、処理モジュールＭＴが第一の測定サブモジュールＭ１から、出力測定値の集合を受け取るその都度、マッピング・データを計算し、記憶するときに使用されるものと同一の技術を用いて、受信した集合の測定出力を正規化することにより、それは始まる。

より正確には、処理モジュールＭＴは、例えばその集合内の最大出力を決定するために、第一の測定サブモジュールＭ１により届けられた出力の各集合の出力測定を解析する。その最大出力は、そのとき測定に対する基準出力（又はレベル）として考えられる。その後で処理モジュールＭＴは、選ばれた期間の間に（同じ宇宙船から）受信した信号に、基準レベルに対して受信した信号の出力を正規化するために選ばれたゲインを加える。

処理モジュールＭＴは次に、受信した集合に最も良く合うデータに関して、マッピング・データの記憶された集合を検索する。それは次に、そこから視軸ＡＶｉ’の座標の概算を推定するために、マッピング・データの集合の中へ、正規化された受信出力測定値の集合を内挿するか、又は該正規化された受信出力測定値の集合に最も近いマッピング・データにおいて作表された受信出力ベクトルを特定する。このようにして、処理モジュールＭＴはその衛星Ｓｉに対して、各々の遠く離れた衛星Ｓｉ’に対応する視軸ＡＶｉ’を決定する。

様々な遠く離れた衛星Ｓｉ’により発信された信号間の識別のために、２つの解決策が想定される。

第一の解決策は、グループの各衛星Ｓｉにそれ自身の発信周波数を割り当て、各衛星に多周波アンテナＡｊを装備する。周波数分割多重化に対応するこの場合、各々の第一の測定サブモジュールＭ１は、集合体のアンテナＡｊから来る、そして（１つの遠く離れた衛星Ｓｉ’に関連する）同じ周波数を示す信号をグループ化することにより、出力の測定値の各集合を構成する。

第二の解決策は各宇宙船Ｓｉにそれ自身の擬似ランダムコードを割り当てる。符号分割多重方式に対応するこの場合、各々の第一の測定サブモジュールＭ１は、集合体のアンテナＡｊから来る、そして（１つの遠く離れた衛星Ｓｉ’に関連する）同じ符号を示す信号をグループ化することにより、出力の測定値の各集合を構成する。

第三の解決策は衛星Ｓｉのグループ内で時分割多重化を用いる。より正確には、各衛星Ｓｉは、選ばれた計画に従って、その間にＲＦ信号を他の衛星に発信することを、それが単独で認められている期間を割り当てられる。例えば、３つの衛星Ｓ１〜Ｓ３の存在下で、第一の発信期間ＴＥ１が第一の衛星Ｓ１に割り当てられ、該第一の発信期間ＴＥ１のすぐ後に来る、第二の発信期間ＴＥ２が第二の衛星Ｓ２に割り当てられ、第二の発信期間ＴＥ２のすぐ後で次の期間の第一の発信期間ＴＥ１の直前に来る、第三の発信期間ＴＥ３が第三の衛星Ｓ３に割り当てられる。

その間に衛星Ｓｉが発信しない発信期間ＴＥｉ’の間、それは他の衛星Ｓｉ’の発信期間ＴＥｉ’の合計に等しい受信期間ＴＲｉを有する。

（時分割多重化を用いる）この実施形態において、制御装置Ｄが第一に、その衛星Ｓｉに割り当てられた発信期間ＴＥｉ及び受信期間ＴＲｉを、各々がその衛星Ｓｉの発信／受信アンテナＡｊ（及び場合によりあり得る補足アンテナ）の数に等しい、発信の部分的期間ＴＥｉｊと受信の部分的期間ＴＲｉｊの数Ｎｉｊへと分割する任務を負う、制御モジュールＭＣを含むことは有利である。

制御モジュールＭＣは次に、一方で第一の選択されたスケジューリングに応じて、発信の部分的期間ＴＥｉｊをその制御装置Ｄの各発信／受信アンテナＡｊに割り当てる任務を負い、他方で第二の選択されたスケジューリングに応じて、受信の部分的期間ＴＲｉｊを各発信／受信アンテナ（及び場合によりあり得る補足の受信アンテナ）に割り当てる任務を負う。

従って、各発信／受信アンテナＡｊは、一方でそれに割り当てられた発信の部分的期間ＴＥｉｊの間に発信し、他方でそれに割り当てられた受信の部分的期間ＴＲｉｊの間に受信することを許可される。その結果、第一の測定サブモジュールＭ１により届けられた出力の各集合は、様々なアンテナＡｊによって、それら各自の受信の部分的期間ＴＲｉｊの間に受信された信号に関係する。

制御モジュールＭＣは、発信の部分的期間ＴＥｉｊと受信の部分的期間ＴＲｉｊの第一と第二のスケジューリングを最終的に設定できる。

これは各宇宙船Ｓｉがその全てのアンテナを通じて同時に発信する、発信時間の配分計画に対して非常に適している。

しかしながら、多数のアンテナによる同時発信は、アンテナが完全に専用ではない放射線図を有する場合、或る視軸の方向を劣化させ得る。この問題を回避するために、各宇宙船Ｓｉがその様々なアンテナを通じて連続的に発信する、発信時間の配分計画を選ぶことが可能である。

この場合、宇宙船Ｓｉの様々なアンテナにより受信され、他の宇宙船Ｓｉ’の同じアンテナにより発信される出力を同時に測定することは不可能である。そのＮｏ．１アンテナを通じて発信するために第二の宇宙船に割り当てられた部分的期間が、そのＮｏ．１アンテナを通じて受信するために第一の宇宙船に割り当てられた部分的期間と一致する場合、それは別の受信アンテナに対して第一の宇宙船に割り当てられた部分的期間とは一致出来ない。その別の受信アンテナは第二の宇宙船の別のアンテナの部分的期間と一致する部分的期間を有する。従って、全ての出力測定値を順次的に収集するために、宇宙船の様々な受信アンテナに割り当てられた部分的期間のスケジューリングを、時間と共に進めることは有利である。

各スケジューリングは例えば５〜１０秒毎に、周期的に変えることができる。

処理モジュールＭＴが視軸ＡＶｉ’の座標を有する時、それは該視軸ＡＶｉ’上でその衛星Ｓｉを衛星Ｓｉ’から隔てている距離を決定することができる。

このため、制御装置Ｄは好ましくは、その第一の測定モジュールＭＭにおいて、第二の測定サブモジュールＭ２を含まなければならない。これはより正確には、各アンテナＡｊにより受信された、他の衛星Ｓｉ’から来るＲＦ信号に少なくとも基づいて、その衛星Ｓｉを同じグループの他の衛星Ｓｉ’から隔てている、各距離を推算する任務を負う。

グループの衛星ＳｉのクロックＨ同士間の、高度に正確な同期がないことにより導入される時間の偏りのため、各第二の測定サブモジュールＭ２は、その距離推算が各アンテナＡｊにより受信された、他の衛星Ｓｉ’から来るＲＦ信号に基づくだけでなく、該他の衛星Ｓｉ’により発信された補助信号にも基づくことが好ましい。

これらの補助信号は発信された信号が、発信する宇宙船Ｓｉ’のローカル時間のイメージであるように、そして該信号の観察が、受信する宇宙船Ｓｉに擬似距離測定を得させることができるように、選ばれた擬似ランダムコードによる、そして場合によっては情報データによる、信号の搬送波の変調から成ることが好ましい。

それ自身の擬似距離測定を、補助信号における情報データの形で宇宙船（例えばＳ２）により発信されたものと比較することにより、他の宇宙船（例えばＳ１）の第二の測定サブモジュールＭ２は、クロックの偏りを分離し、そして宇宙船間の距離ｄ（Ｓ１、Ｓ２）を決定することができる。真の距離は宇宙船Ｓ２により発信された第一の信号から、宇宙船Ｓ１により測定された擬似距離と、宇宙船Ｓ１により発信された第一の信号から、宇宙船Ｓ２により測定された擬似距離との合計の半分に等しい。

衛星Ｓｉの第二の測定サブモジュールＭ２は、次に宇宙船間の距離ｄ（Ｓｉ、Ｓｉ’）から決定された値を処理モジュールＭＴに伝送する。

衛星間距離ｄ（Ｓｉ、Ｓｉ’）及び対応する視軸ＡＶｉ’の推算を知ることにより、処理モジュールＭＴは次に、選ばれた座標系、例えば衛星Ｓｉに関して結び付けられた（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標系（又は他の任意の座標系）に対する、関係する２つの衛星（ＳｉとＳｉ’）の相対位置を決定できる。

従って各処理モジュールＭＴはその衛星Ｓｉに対する、該グループの各衛星Ｓｉ’の相対位置を決定することができる。

第二の測定サブモジュールＭ２は、前記衛星Ｓｉに対する各衛星Ｓｉ’の相対位置から、そこにフィルター機能が設置されている該衛星Ｓｉに対する、他の衛星Ｓｉ’の相対速度を決定できるように意図されたフィルター機能を、必要に応じて実施することができる。

制限されない例として図２に示すように、制御装置Ｄは事前に決定された衛星Ｓｉ’の相対位置から、該グループの他の衛星Ｓｉ’との衝突危険性を検出する任務を負う、解析モジュールＭＡを同様に備えることができる。当業者に知られている任意のタイプの衝突危険性検出がこの段階において使用可能である。

衝突危険性を検出する都度、該解析モジュールＭＡは同様に、そして場合によって該グループの他の衛星Ｓｉ’の相対位置に応じ、その衛星Ｓｉに対する回避操作を決定できる。この場合、該解析モジュールＭＡは衛星Ｓｉの位置調整に関する任務を負う、該衛星Ｓｉの制御モジュールＭＤに、この回避操作を定義する指示を送る。これは衛星の姿勢及び軌道を制御するための、例えば１つ以上の噴流管、又は任意の他のアクチュエータであり得る。

解析モジュールＭＡ又は追加の制御モジュールは又、衝突回避操作の後及び、全ての衛星が健全な状態に戻った後に得られる幾何学的及び運動学的な条件から始まる、公称の配置に編隊を戻す制御に適合し得る。

本発明の制御装置Ｄ、及び特にその処理モジュールＭＴ、その測定モジュールＭＭ、及び必要に応じてその制御モジュールＭＣと、解析モジュールＭＡは、電子回路、ソフトウェア（又は電子データ処理）モジュール、又は回路とソフトウェアの組合せの形で生産され得る。

制御装置Ｄの中で、測定モジュールＭＭ、スイッチング・モジュールＣ１とＣ２、前処理モジュールＭＰ、ビーム形成モジュールＭＦ、及び必要に応じて制御モジュールＭＣは、センサＳＲを構成する実体へ結合され得る。

本発明は単に例として上記に説明されている制御装置及び宇宙船の実施形態には限定されず、特許請求の範囲内で当業者が想定し得る全ての変形を包含する。

各々が本発明の制御装置を組み込んでいる、編隊を組む３つの衛星のグループを非常に図式的に示す。 本発明の制御装置の一実施形態を非常に図式的及び機能的に示す。 全方向性アンテナ用の受信出力（ＰＭ）線図の一例を、その法線（Ｚ）に対する入射角の関数としての半球形状線図と共に、極形式の表現で図式的に示す。 衛星の面におけるアンテナの集合体の、６つのアンテナの位置決めと、視軸の座標の決定に関連する主要パラメータの一例を非常に図式的に示す。 角度φの関数として、及び角度Ψが（Ｘ軸に対して）０に等しい時の、図４からの集合体の６つのアンテナそれぞれに対する、受信した出力線図の例である。 角度φの関数として、及び角度Ψが（Ｘ軸に対して）π／４に等しい時の、図４からの集合体の６つのアンテナそれぞれに対する、受信した出力線図の例である。 角度φの関数として、及び角度Ψが（Ｘ軸に対して）π／２に等しい時の、図４からの集合体の６つのアンテナそれぞれに対する、受信した出力線図の例である。 角度φの関数として、及び角度Ψが（Ｘ軸に対して）πに等しい時の、図４からの集合体の６つのアンテナそれぞれに対する、受信した出力線図の例である。

Claims (14)

1. 宇宙船（Ｓｉ）用の制御装置（Ｄ）であって、
   前記宇宙船（Ｓｉ）の少なくとも３つの異なる向きの面上に設置され、無線周波数信号を発信／受信することに適した、少なくとも３つの発信／受信アンテナ（Ａｊ）の集合体と、前記アンテナ（Ａｊ）により受信された前記信号に基づき、該グループの他の宇宙船（Ｓｉ’）により発信された信号の伝送方向を推算するために構成される処理手段（ＭＴ）とを備えた制御装置（Ｄ）において、
   前記各アンテナ（Ａｊ）により受信された信号の出力を決定し、そして各々が該グループの前記の他の宇宙船（Ｓｉ’）の１つと関連する、出力の集合を届けるために構成される第一の測定手段（Ｍ１）と、選ばれた伝送方向に応じて前記各アンテナ（Ａｊ）により受信された信号の出力をそれぞれが表わす、マッピング・データの集合を記憶することに適した記憶手段（ＢＤ）とを備え、
   そして前記処理手段（ＭＴ）が、前記宇宙船（Ｓｉ’）に対し結び付けられた座標系に関して、該グループの他の宇宙船（Ｓｉ’）により発信された信号の各伝送方向を推算するため、前記第一の測定手段（Ｍ１）により届けられた出力の各集合を、前記記憶されたマッピング・データの集合と比較するために構成されること
   を特徴とする、選ばれた編隊を組んで移動するように意図された、宇宙船グループの１つの宇宙船（Ｓｉ）用の制御装置。
2. 前記記憶手段（ＢＤ）が基準レベルに関して正規化された出力を表わすマッピング・データの集合を記憶するように構成され、そして前記処理手段（ＭＴ）が基準出力を決定するために、前記第一の測定手段（Ｍ１）により届けられた出力の各集合の前記出力を解析し、そして選ばれた期間中に同じ宇宙船（Ｓｉ’）から受信した信号に、前記基準出力に関して受信した前記信号の出力を正規化するために選んだゲインを加えるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記第一の測定手段（Ｍ１）が、各受信信号の出力を決定するために、前記各受信信号に関して信号対雑音比の測定を行なうために構成されることを特徴とする、請求項１及び２のいずれか一項に記載の装置。
4. 選ばれた計画に従って、前記グループの各宇宙船に対する発信期間と補完的な受信期間の割り当ての際に、それらの宇宙船（Ｓｉ）に割り当てられた発信及び受信期間を、各々がそれらの宇宙船（Ｓｉ）の発信／受信アンテナ（Ａｊ）の数に等しい、発信の部分的期間と受信の部分的期間へと分割するため、及び第一の選ばれたスケジューリングに従って、発信の部分的期間を各々の前記発信／受信アンテナ（Ａｊ）に割り当て、第二の選ばれたスケジューリングに従って、受信の部分的期間を各々の前記発信／受信アンテナ（Ａｊ）に割り当てるために構成される制御装置（ＭＣ）を備え、各々の発信／受信アンテナ（Ａｊ）が次に、それに割り当てられた発信の部分的期間中に発信し、それに割り当てられた受信の部分的期間中に受信するために許可を得、そして届けられた各出力の集合が、それらの個別の受信の部分的期間中に前記発信／受信アンテナ（Ａｊ）により受信された信号に関連することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記制御手段（ＭＣ）が、前記第一の選ばれたスケジューリング及び／又は前記第二の選ばれたスケジューリングを変えるように構成されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 少なくとも各々の前記アンテナ（Ａｊ）により受信された前記信号に基づいて、それらの宇宙船を該グループの他の前記宇宙船（Ｓｉ’）の１つから隔てている、各距離を推算するために構成される第二の測定手段（Ｍ２）を備え、そして前記処理手段（ＭＴ）が前記推算された距離、及び前記推算された信号伝送方向に基づいて、選ばれた座標系に関して前記グループの宇宙船の相対位置を決定するために構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記第二の測定手段（Ｍ２）が、各々の前記アンテナ（Ａｊ）により受信された前記信号と、該グループの他の前記宇宙船（Ｓｉ’）により伝送され、それら（Ｓｉ’）と前記宇宙船（Ｓｉ）との間の対応する距離測定を表わす補助信号とに基づき、該グループの他の前記宇宙船（Ｓｉ’）の中の１つから、それらの宇宙船（Ｓｉ）を隔てている各距離を推算するために構成されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記グループの宇宙船の前記相対位置から、衝突危険性を検出するために構成される解析手段（ＭＡ）を備えることを特徴とする、請求項６及び７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記解析手段（ＭＡ）が、衝突危険性を検出した際に前記グループの他の宇宙船（Ｓｉ’）の前記相対位置に応じて、前記宇宙船（Ｓｉ）の回避操作を決定することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 衝突回避操作の後に、前記グループの宇宙船（Ｓｉ）に対して、前記衝突回避操作後のそれらの相対位置に応じ、公称の再配置の操作を決定するために構成される制御手段を含むことを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 前記発信／受信アンテナ（Ａｊ）が、選ばれた擬似ランダムコードにより変調された搬送波の形をとる無線周波数信号を、発信及び／又は受信するために適していることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記発信／受信アンテナ（Ａｊ）が、Ｓ、ＳＨＦ、及びＥＨＦ帯域を含むグループにおいて、選ばれた周波数帯域に属する、或る周波数を示す搬送波を発信／受信するために構成されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記周波数帯域がＳ帯域であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の制御装置（Ｄ）を含むことを特徴とする、同じタイプの宇宙船のグループにおいて編隊を組んで移動するように意図された宇宙船（Ｓｉ）。

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