JP2697872B2 - Angular velocity measuring device for artificial satellite - Google Patents
Angular velocity measuring device for artificial satelliteInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、人工衛星用角速度測定装置に関し、人工衛
星の地球周回軌道上の移動による、角速度測定装置の内
部、および外部の温度変化が原因となって生ずる、角速
度検出信号の誤差を補正し、人工衛星の角速度値を正確
に求め、人工衛星の姿勢制御精度を向上させる、人工衛
星搭載用の角速度測定装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity measuring device for a satellite, which is caused by temperature changes inside and outside the angular velocity measuring device due to the movement of the satellite in orbit around the earth. The present invention relates to an angular velocity measuring device mounted on an artificial satellite, which corrects an error of an angular velocity detection signal generated as a result, accurately obtains the angular velocity value of the artificial satellite, and improves the attitude control accuracy of the artificial satellite.
近年、人工衛星の姿勢制御方式は、スピン安定による
制御方式から３軸姿勢制御方式に向かいつつある。地球
周回の人工衛星は大きく分けて静止軌道上を航行するい
わゆる静止衛星と、高度数100km程度を航行する軌道衛
星、若しくは観測衛星とがあるが、これら両者の衛星と
も３軸制御における衛星固定の座標軸は第８図のように
定義される。すなわち軌道上速度ベクトルの方向をロー
ル軸（Ｘ）、地球を向いた軸をヨー軸（Ｚ）とし、残り
のピッチ軸（Ｙ）方向はX,Y,Zが右手直交系を成すよう
に定義される。そして、ロール、ピッチ、ヨー軸のまわ
りの正の回転角度、すなわち基準状態からの変化量、を
それぞれ，θ，ψと表す。３軸姿勢制御方式とはこの
衛星の３つの軸が所定の方向を向くように制御する方式
であり、放送、通信、地球観測など、各衛星によって異
なるミッションを遂行するために、例えばヨー軸（Ｚ）
についていえばレーダアンテナを地球方向に向けること
等、正規の運用状態では基準状態にあり、，θ，ψい
ずれもゼロになる様に制御するのが普通である。In recent years, the attitude control method of an artificial satellite has been moving from a control method based on spin stability to a three-axis attitude control method. Artificial satellites orbiting the earth are roughly divided into so-called geostationary satellites that travel in geosynchronous orbit, and orbiting satellites or observation satellites that navigate at altitudes of about 100 km. Both of these satellites are fixed by three-axis control. The coordinate axes are defined as shown in FIG. That is, the direction of the on-orbit velocity vector is defined as the roll axis (X), the axis facing the earth is defined as the yaw axis (Z), and the remaining pitch axes (Y) are defined so that X, Y, Z form a right-handed orthogonal system. Is done. The positive rotation angle around the roll, pitch, and yaw axes, that is, the amount of change from the reference state, is represented by θ and ψ, respectively. The three-axis attitude control method is a method of controlling the three axes of the satellite to point in a predetermined direction. For performing different missions for each satellite such as broadcasting, communication, and earth observation, for example, a yaw axis ( Z)
For example, in a normal operation state, such as pointing the radar antenna toward the earth, it is in a reference state, and it is usual to control so that θ, ψ become zero.
このような３軸制御を行うには当然のことながら，
θ，ψの角度を何らかの方法で測定して、通常はゼロで
ある基準値との偏差を検出し、この偏差をなくするよう
衛星３軸まわりにトルクを発生することになる。トルク
を発生するアクチエータにはフライホイールやガスジェ
ット、そして場合によっては地球磁気を利用した磁気ト
ルカが使用される。Of course, to perform such three-axis control,
The angles θ and ψ are measured by some method, a deviation from a reference value which is normally zero is detected, and torque is generated around the three axes of the satellite so as to eliminate the deviation. Flywheels, gas jets, and, in some cases, magnetic torquers using terrestrial magnetism are used as actuators that generate torque.
また，，θ，ψの角度の検出方法は大きく分けて２
つある。すなわち地球センサ、太陽センサ等の各光学セ
ンサを使用して直接求める方式と、ジャイロを組み込ん
だ角速度測定装置によりロール、ピッチ、ヨー軸まわり
の角速度値を時間的に連続して検出し、それを積分して
いくことによって、，θ，ψの角度を求めていく方式
とである。従来は光学センサのみによる方式が一般的で
あったが、近年は、或る範囲の衛星については、衛星３
軸まわりの角速度アナログ信号 が直接得られるため高級な姿勢制御アルゴリズムが採用
できること、マイクロプロセッサ等の小型で信頼性のあ
るオンボード、リアルタイム計算処理技術の向上により
角速度値の積分による直接の姿勢計算が容易になったこ
と、等の理由により、ジャイロからの出力をもとに姿勢
計算を行う方法へと移行しつつある。そしてその適用範
囲は従来さらに拡大することが予想される。The methods of detecting the angles θ and ψ are roughly divided into two methods.
There are two. In other words, the method of directly obtaining using each optical sensor such as the earth sensor and the sun sensor and the angular velocity measuring device incorporating the gyro are used to detect the angular velocity values around the roll, pitch and yaw axes successively in time, and detect it. This is a method in which the angles θ, ψ are obtained by integrating. Conventionally, a system using only an optical sensor has been generally used, but recently, for a certain range of satellites, a satellite 3 is used.
Angular velocity analog signal around axis That high-quality attitude control algorithms can be adopted because they can be obtained directly, small and reliable on-board such as microprocessors, and improvement of real-time calculation processing technology facilitates direct attitude calculation by integrating angular velocity values. For the reasons described above, the method is shifting to a method of calculating the attitude based on the output from the gyro. And its application range is expected to be further expanded conventionally.
しかしこの方法の場合においても、光学センサと組み
合わせて、定期的に光学センサからの出力、すなわち衛
星姿勢角の直接の測定値をもとにジャイロの角速度のド
リフトを修正していく方法がとられている。However, even in this method, in combination with the optical sensor, a method of periodically correcting the drift of the gyro angular velocity based on the output from the optical sensor, that is, the direct measurement value of the satellite attitude angle is used. ing.
本発明は、このジャイロを使用した角速度測定装置に
より衛星の姿勢角を求めていく方式に関するものであ
る。この方式の場合、ジャイロの角速度入力軸は、定常
の運用状態での、ロール、ピッチ、ヨーの方向を向くよ
うに、すなわち衛星座標軸の方向を向くように、角速度
測定装置そのものが衛星に取りつけられる。The present invention relates to a method for determining the attitude angle of a satellite using an angular velocity measuring device using the gyro. In this method, the angular velocity measuring device itself is attached to the satellite so that the angular velocity input axis of the gyro faces the direction of roll, pitch, and yaw in a steady operation state, that is, the direction of the satellite coordinate axis. .
ジャイロを組み込んだ角速度測定装置によって衛星３
軸まわりの各速度を計測する場合には、下記のような技
法が用いられる。すなわちロール、ピッチ、ヨー角軸に
ついての角速度値 は当然のことながら、各検出軸の出力からそれぞれ基準
角速度値からのドリフト値を差し引いたものとなる。姿
勢制御が行われているとき、ロール、及びヨー軸まわり
の角速度値は殆どゼロとなり、一方ピッチ軸まわりには
衛星の軌道角速度（軌道レート）（deg/hr）が加わる。
したがって，ψについての計測エラーは殆ど角速度ド
リフト変動そのものとなり、θについてはこの角速度ド
リフト変動の他にジャイロそのものの角速度検出信号の
変動（スケールファクタの変動）も加わる。角速度ドリ
フト値は光学センサによって定期的に更新することがで
きる。一方、スケールファクタの更新は衛星軌道上では
一般には困難であるが、ピッチ軸の場合検出される軌道
レートは常に一定であるため、スケールファクタが変動
した場合、その変動分を見かけ上角速度ドリフトの変動
分とみなして以後の角速度計測を行うことができる。こ
のような技法を用いても衛星の姿勢制御上は特に問題は
ない。Satellite 3 using an angular velocity measuring device incorporating a gyro
When measuring the speeds around the axis, the following technique is used. That is, the angular velocity values for the roll, pitch, and yaw angle axes Is naturally obtained by subtracting the drift value from the reference angular velocity value from the output of each detection axis. When the attitude control is performed, the angular velocity values around the roll and yaw axes are almost zero, while the orbital angular velocity (orbit rate) (deg / hr) of the satellite is added around the pitch axis.
Therefore, the measurement error for ψ becomes almost the angular velocity drift itself, and for θ, in addition to the angular velocity drift fluctuation, the fluctuation of the angular velocity detection signal (scale factor fluctuation) of the gyro itself is added. The angular velocity drift value can be updated periodically by the optical sensor. On the other hand, updating the scale factor is generally difficult in the satellite orbit, but the detected orbital rate is always constant in the case of the pitch axis. The subsequent angular velocity measurement can be performed by regarding the variation. Even if such a technique is used, there is no particular problem in attitude control of the satellite.
ところで、以上に述べてきたジャイロによる角速度計
測方法には、重大な問題がある。それは、衛星が軌道上
を航行するのに従って角速度測定装置の内部、外部にわ
たって温度変動が生じ、それにより角速度ドリフト値そ
のものが変化するということである。前述したように角
速度計測装置の角速度ドリフトは光学センサの助けをか
りて更新が可能である。しかし、このように更新された
値であっても温度変動によって角速度ドリフト値そのも
のが変わってしまい、そのために衛星の角速度計測に誤
差が生じ、衛星の姿勢制御精度が低下する。またロール
軸、ピッチ軸においては常時地球センサからの出力が得
られるため角速度ドリフトの更新はかなりひんぱんに可
能であるが、ヨー軸については太陽センサしか角速度ド
リフト更新の基準には使用できない。そして太陽センサ
が使用できる衛星軌道上の領域、すなわち太陽そのもの
が太陽センサの視野に入る範囲、は限定されるため、角
速度ドリフト更新のできる軌道上の領域はおのずから制
限を受ける。したがって角速度ドリフトの更新と更新の
間の時間は必然的に長くなり、この間の温度変動によっ
て角速度ドリフトの値そのものが変化し、角速度出力そ
のものに誤差を生ずる。この温度変動による誤差の様子
は第９図に示すとおりである。By the way, the angular velocity measuring method using the gyro described above has a serious problem. That is, as the satellite travels in orbit, a temperature fluctuation occurs inside and outside the angular velocity measuring device, and thereby the angular velocity drift value itself changes. As described above, the angular velocity drift of the angular velocity measuring device can be updated with the help of the optical sensor. However, even if the value is updated in this manner, the angular velocity drift value itself changes due to the temperature fluctuation, and an error occurs in the angular velocity measurement of the satellite, and the attitude control accuracy of the satellite decreases. Further, since the output from the earth sensor is always obtained on the roll axis and the pitch axis, the angular velocity drift can be updated quite frequently. However, for the yaw axis, only the sun sensor can be used as a reference for updating the angular velocity drift. Since the area on the satellite orbit where the sun sensor can be used, that is, the range where the sun itself is in the field of view of the sun sensor is limited, the area on the orbit where the angular velocity drift can be updated is naturally limited. Therefore, the time between updates of the angular velocity drift is inevitably long, and the value of the angular velocity drift itself changes due to temperature fluctuations during this time, causing an error in the angular velocity output itself. The state of the error due to the temperature fluctuation is as shown in FIG.
この点に関し従来、温度と角速度ドリフトとの間には
或る一定の関係があるため、事前にこの関係を地上での
試験において測定し温度対角速度ドリフトの曲線を求め
ておき、この曲線にもとづく補正量が与えられるような
例えばアナログ補正回路を付加することにより補正する
対処方法が提案されている。しかしこの補正方法には次
のような問題点がある。Conventionally, there is a certain relationship between the temperature and the angular velocity drift in this regard. Therefore, this relationship is measured in advance in a test on the ground to obtain a curve of temperature versus angular velocity drift, and based on this curve. A countermeasure has been proposed in which correction is performed by adding, for example, an analog correction circuit that gives a correction amount. However, this correction method has the following problems.
（１）衛星打ち上げ後、角速度測定装置内部のジャイロ
や、付属電気回路部分のドリフトの温度依存性を規定す
る関係、いわゆるドリフト温度係数といわれるものが、
数ヶ月あるいは数年の期間で変化していった場合、地上
で求めた温度と角速度ドリフトとの関係からのずれが生
じ、補正の役割を果たさない。(1) After launching the satellite, the relationship that defines the temperature dependence of the drift of the gyro inside the angular velocity measuring device and the attached electric circuit, the so-called drift temperature coefficient,
If it changes over a period of several months or years, it will deviate from the relationship between the temperature found on the ground and the angular velocity drift, and will not serve as a correction.
（２）アナログ補正回路を構成する能動、受動素子その
もののパラメータも、数ヶ月、数年の期間では変化して
いくことも考えられ、したがって補正量そのものが変化
してしまうことになり、（１）と同様に補正の効果がな
くなる。(2) It is conceivable that the parameters of the active and passive elements that constitute the analog correction circuit change over a period of several months or years, and thus the correction amount itself changes. As in the case of (1), the effect of correction is lost.
（３）電気的なアナログ補正回路として構成できるもの
は、直線特性（１次特性）程度のものである。２次以上
の特性の補正回路も技術的には可能であるが、回路素子
の増加による信頼性の低下、補正量そのもののばらつき
の増加等の可能性が考えられ、望ましくない。(3) What can be configured as an electric analog correction circuit has approximately linear characteristics (primary characteristics). Although a correction circuit having second-order or higher characteristics is technically possible, it is not desirable because the possibility of a decrease in reliability due to an increase in circuit elements and an increase in variation in the correction amount itself is considered.
一方角速度ドリフト値そのものは温度に対して完全に
１次の関係だけで規定できるというわけではなく、補正
の効果をさらに上げるためにはもっと高次の項も含んで
補正する必要があるのも事実である。On the other hand, the angular velocity drift value itself cannot be completely defined only by a first-order relation to temperature, but it is necessary to correct even higher order terms in order to further improve the effect of correction. It is.
この角速度ドリフト温度係数、及び、補正回路パラメ
ータの長期変動による測定誤差の様子が第10図に示され
る。FIG. 10 shows a state of the measurement error due to the long-term variation of the angular velocity drift temperature coefficient and the correction circuit parameter.
本発明の目的は、以上に述べたところの温度変動によ
る角速度値のドリフト変化による角速度算出の誤差およ
びこの温度依存特性の長期における変動による角速度算
出の誤差を効果的に補正し、衛星の長期使用期間にわた
り正確な角速度値を得る装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to effectively correct an angular velocity calculation error due to a change in angular velocity value due to a temperature fluctuation and an angular velocity calculation error due to a long-term fluctuation of this temperature-dependent characteristic, as described above, and to use the satellite for a long time. It is an object of the present invention to provide a device for obtaining an accurate angular velocity value over a period.
本発明においては、ジャイロを有する人工衛星に用い
られる角速度測定装置であって、 角速度検出部、温度検出部、および、演算処理装置を
具備し、 該角速度検出部による角速度検出信号と該温度検出部
による温度信号が、該人工衛星に対向する地球の周回の
期間において該演算処理装置に供給され、 該演算処理装置における演算処理が行われ、 該角速度検出信号と該温度信号の間の最小自乗法が適
用される誤差補正のための関係式が求められ、 該求められた関係式にもとづいて該角速度検出信号の
温度変動による誤差分の補正が行われ、それにより周回
中の人工衛星の誤差補正された角速度値が導出されるよ
うになっている、 ことを特徴とする人工衛星用角速度測定装置、が提供
される。According to the present invention, there is provided an angular velocity measuring device used for an artificial satellite having a gyro, comprising an angular velocity detecting unit, a temperature detecting unit, and an arithmetic processing unit, wherein the angular velocity detecting signal by the angular velocity detecting unit and the temperature detecting unit Is supplied to the arithmetic processing unit during a period of orbit around the earth facing the artificial satellite, arithmetic processing is performed in the arithmetic processing unit, and a least square method between the angular velocity detection signal and the temperature signal is provided. A relational expression for error correction to which is applied is obtained, and an error due to temperature fluctuation of the angular velocity detection signal is corrected based on the obtained relational expression, thereby correcting the error of the satellite during orbit. An angular velocity measuring device for an artificial satellite, wherein the angular velocity value obtained is derived.
本発明による装置においては、角速度ドリフトとそれ
に関係する温度値との関係が衛星軌道上においてそのつ
ど一義的に求められ、以後或る期間の温度変動に対しこ
の関係を用いて角速度出力を補正することにより、正確
な角速度が検出でき、衛星の姿勢計算及び姿勢制御を効
果的に行うことができる。In the device according to the invention, the relationship between the angular velocity drift and the associated temperature value is uniquely determined in each satellite orbit and the angular velocity output is corrected using this relationship for temperature fluctuations over a certain period thereafter. Thus, an accurate angular velocity can be detected, and the attitude calculation and attitude control of the satellite can be effectively performed.
本発明の一実施例としての人工衛星用角速度測定装置
の概略構成が第１図に示される。この角速度計測装置に
おいては、機械的ジャイロの一種としてのチューンド・
ドライ・ジャイロと、付属電気回路としての追従回路
（リバランス回路）とが制御ループを構成し、衛星に３
軸まわりの回転運動が生ずると、チューンド・ドライ・
ジャイロのロータをこの衛星の回転運動に追従させるよ
うに制御ループが働く。そしてこのときジャイロにおけ
るトルク発生装置には、この追従トルクを生起させるた
めの電流が流れる。この電流値が衛星の３軸まわりの回
転運動の角速度値に比例する。電流値は電圧値に変換さ
れる。電気・周波数変換器はこの電流値に比例した周波
数をもつパルスを発生する。今日では衛星側姿勢制御エ
レクトロニクスとのインタフェース条件等の理由で、角
速度計測装置の出力はこのような角度増分パルスになっ
ているのが普通である。FIG. 1 shows a schematic configuration of an angular velocity measuring device for a satellite as one embodiment of the present invention. In this angular velocity measuring device, a tuned type of mechanical gyro is used.
The dry gyro and a follow-up circuit (rebalance circuit) as an attached electric circuit constitute a control loop,
When rotational movement occurs around the axis, the tuned dry
A control loop operates to cause the gyro rotor to follow the rotational motion of the satellite. At this time, a current for generating the following torque flows through the torque generating device in the gyro. This current value is proportional to the angular velocity value of the rotational motion of the satellite about three axes. The current value is converted to a voltage value. The electric / frequency converter generates a pulse having a frequency proportional to the current value. Nowadays, the output of the angular velocity measuring device is usually such an angle increment pulse due to interface conditions with the satellite-side attitude control electronics.
さてこの角速度計測装置の角速度ドリフトは、前述し
たように、装置内部の各ユニット例えばジャイロ、リバ
ランス回路、電圧・周波数変換器の温度値と何らかの定
量的関係を有している。第１図の場合この温度値とし
て、チューンド・ドライ・ジャイロ温度、リバランス回
路温度、電圧・周波数変換器温度を考えることができ
る。そして装置の出力角速度ドリフトｙは一般的に次の
ような関係式 （１）で表すことにより、温度との関係を規定すること
ができる。As described above, the angular velocity drift of this angular velocity measuring device has some quantitative relationship with the temperature of each unit inside the device, such as a gyro, a rebalance circuit, and a voltage / frequency converter. In the case of FIG. 1, the tuned / dry gyro temperature, the rebalance circuit temperature, and the voltage / frequency converter temperature can be considered as the temperature value. In general, the output angular velocity drift y of the apparatus can be defined by the following relational expression (1) to define the relation with the temperature.
ｙ＝a0＋a1T1＋a2T1 2＋… ＋b0＋b1T2＋b2T2 2＋… ＋c0＋c1T3＋c2T3 2＋… …関係式（１） ここにｙは出力角速度ドリフト値、T1はチューンド・
ドライ・ジャイロ温度、T2はリバランス回路温度、T3は
電圧・周波数変換器温度、a0,a1,a2,…は関係式（１）
を規定する定数、すなわち各ユニットの温度についての
ドリフト温度係数である。関係式（１）は、より一般的
に次のような関係式（２）で規定することができる。す
なわち出力角速度ドリフト値ｙはｎ個の温度点に依存し
た関係を有し、また各ユニットの温度については、任意
の次数の温度係数まで式に含めて規定するというもので
ある。 y = a 0 + a 1 T 1 + a 2 T 1 2 + ... + b 0 + b 1 T 2 + b 2 T 2 2 + ... + c 0 + c 1 T 3 + c 2 T 3 2 + ... ... equation (1) where y Is the output angular velocity drift value, T 1 is tuned
Dry gyro temperature, T 2 is the rebalance circuit temperature, T 3 is the voltage / frequency converter temperature, and a 0 , a 1 , a 2 , ... are relational expressions (1)
, That is, a drift temperature coefficient for the temperature of each unit. The relational expression (1) can be more generally defined by the following relational expression (2). That is, the output angular velocity drift value y has a relationship depending on n temperature points, and the temperature of each unit is defined by including the temperature coefficient of an arbitrary order in the equation.
ここに、Ｃi,jはｉ番目のユニットのｊ次の温度係
数、▲Ｔj i▼はｉ番目のユニット温度値のｊ乗、ｍは次
数である。 Here, C i, j is the j- th temperature coefficient of the i-th unit, ＴT j i ▼ is the j-th power of the i-th unit temperature value, and m is the order.
本発明による装置の意図するところは、温度変動から
くるドリフト変化による角速度計測誤差を補正すること
であるから、この目的のためには関係式（２）で規定さ
れる、ドリフトと温度との間の関係式が求められればよ
いことになる。関係式（２）における係数Ｃを求めるこ
とが必要である。Since the intention of the device according to the invention is to correct the angular velocity measurement error due to drift changes due to temperature fluctuations, for this purpose the difference between the drift and the temperature, defined by equation (2), is obtained. It suffices if the relational expression of is obtained. It is necessary to find the coefficient C in the relational expression (2).
このことを達成するために最小２乗法の原理を使用す
るが、この原理を使った関係式（２）の中の温度係数Ｃ
i,jを求める。1,2,…を角速度回帰値とすると関係
式（３）の形に表現することができる。In order to achieve this, the principle of the method of least squares is used, and the temperature coefficient C in the relational expression (2) using this principle is used.
Find i, j . If 1 , 2 , ... are angular velocity regression values, they can be expressed in the form of relational expression (3).
衛星の周回により角速度測定装置内部の各ユニットの
温度値も変化していき、それにともない出力ドリフト値
も変化していくため、一定時間間隔ごとに角速度検出値
と各ユニットの温度値とを測定してそのデータを集積し
ていくことができる。 Since the temperature value of each unit inside the angular velocity measurement device changes with the orbit of the satellite, and the output drift value also changes accordingly, the angular velocity detection value and the temperature value of each unit are measured at regular time intervals. The data can be accumulated.
これらの各速度測定値をy1,y2,…yl、とする。温度測
定値を、Ｔ1,1,T1,2，…Ｔ1,l,T2,1,T2,2，…Ｔ2,l，…
Ｔn,1,Tn,2，…Ｔn,lとする。ｋは測定点の時間的順
番、ｌは測定点の總数をあらわす。なお、Ｔi,kはｉ番
目のユニットの、時間的にｋ番目の温度測定値を示す。
時間が経過することによる測定回数はｌ個となる。関係
式（２）は、最小２乗法の原理を使って求めるべき、多
元、多次元の回帰方程式である。関係式（２）の中の係
数Ｃi,jは、上記温度測定値との間に関係式（３）の関
係を満足しなければならない。関係式（３）のＣi,jの
値を求めるための条件は、角速度測定値y1,y2,…ylを使
い、最小２乗法の原理から次の関係式（４）のように与
えられる。すなわち Ｕ＝Σ(yｉ−ｉ)２＝(y1−１)２＋(y2−２)２＋…＋(yl−ｌ)２＝min の条件より が要求される。These speed measurement values are defined as y 1 , y 2 ,..., Y l . Temperature measurements, T 1,1, T 1,2, ... T 1, l, T 2,1, T 2,2, ... T 2, l, ...
T n, 1 , T n, 2 ,... T n, l . k represents the time order of the measurement points, and l represents the total number of the measurement points. Note that T i, k indicates the k-th temperature measurement value of the i-th unit with respect to time.
The number of measurements due to the passage of time becomes l. The relational expression (2) is a multi-dimensional, multi-dimensional regression equation to be obtained using the principle of the least squares method. The coefficient C i, j in the relational expression (2) must satisfy the relation of the relational expression (3) with the measured temperature value. C i, conditions for determining the value of j in equation (3) is the angular velocity measured value y 1, y 2, ... use y l, as the least squares principle following relational expression (4) Given. That U = sigma than - (l y l) 2 = min condition (y i - i) 2 = (y 1 - - 1) 2 + (y 2 2) 2 + ... + Is required.
関係式（３）を用いると関係式（４）はＣi,jについ
て次のような多元連立一次方程式の形の関係式（５）と
なり、Ｃi,jはこれを解くことによって得られる。 Equation (3) using the relational expression (4) is C i, the form of the equation of multiple simultaneous linear equations as follows for j (5) next, C i, j is obtained by solving this.
時間的な測定点の数ｌは、求めるべき温度係数Ｃの総
数、すなわち関係式（５）の多元連立一次方程式の未知
数の数より多くせねばならぬ。 The number l of the time measurement points must be larger than the total number of temperature coefficients C to be obtained, that is, the number of unknowns in the multiple simultaneous linear equation of the relational expression (5).
このようにして求めたＣi,jにより、関係式（２）を
一義的に定めることができ、これが角速度値に対する補
正式となる。The relational expression (2) can be univocally determined from C i, j obtained in this manner, and this is a correction expression for the angular velocity value.
前述の説明に関連して、温度点を与えるユニットの個
数と、各温度点に対する温度係数の次数を定めた具体例
を以下に示す。In connection with the above description, a specific example in which the number of units providing the temperature points and the order of the temperature coefficient for each temperature point are determined will be described below.
第２図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、実験結果
として得られた、第１図に示すような、チューンド・ド
ライ・ジャイロと関連エレクトロニクスから構成された
角速度測定装置において、周囲温度を変えていったとき
の出力ドリフトと各ユニットの温度変化とを時間的にプ
ロットしたものである。2 (a), 2 (b), 2 (c), 2 (d) show angular velocity measuring devices obtained from experimental results and composed of a tuned dry gyro and related electronics as shown in FIG. In FIG. 7, the output drift and the temperature change of each unit when the ambient temperature is changed are plotted over time.
第２図（ａ）は出力としての角速度ドリフト値の時間
に対する変化を、第２図（ｂ）はチューンド・ドライ・
ジャイロ温度の時間に対する変化を、第２図（ｃ）はリ
バランス回路温度の時間に対する変化を、第２図（ｄ）
は電圧・周波数変換器温度の時間に対する変化を、それ
ぞれあらわす。FIG. 2 (a) shows a change in the angular velocity drift value as an output with respect to time, and FIG. 2 (b) shows a tuned dry
FIG. 2C shows the change of the gyro temperature with respect to time, and FIG. 2D shows the change of the gyro temperature with time.
Represents the change of the voltage / frequency converter temperature with respect to time, respectively.
第２図から10時間の間での温度変化によりドリフト値
が0.2deg/hr変化していることがわかる。第３図〜第７
図は、本発明を適用した実験結果としての第２図でのド
リフト値と各ユニットの温度値をもとに回帰方程式とし
ての関係式（２）を求め、これにより角速度出力を補正
した結果を示したもので、温度点として選択した各ユニ
ットと各温度点で選択した温度係数の次数は次のように
なっている。From FIG. 2, it can be seen that the drift value changes by 0.2 deg / hr due to the temperature change during 10 hours. Figures 3 to 7
The figure shows the relational expression (2) as a regression equation based on the drift value in FIG. 2 as an experimental result to which the present invention is applied and the temperature value of each unit, thereby correcting the angular velocity output. In the drawing, each unit selected as a temperature point and the order of the temperature coefficient selected at each temperature point are as follows.
第３図において、チューンド・ドライ・ジャイロ温度
は１次、リバランス回路温度は１次である。In FIG. 3, the tuned dry gyro temperature is primary and the rebalance circuit temperature is primary.
第４図において、チューンド・ドライ・ジャイロ温度
は１次、リバランス回路温度は１次、電圧・周波数変換
器温度は１次である。すなわち第３図、第４図において
は温度は１次だけを考慮する。In FIG. 4, the tuned dry gyro temperature is primary, the rebalance circuit temperature is primary, and the voltage / frequency converter temperature is primary. That is, in FIGS. 3 and 4, only the primary temperature is considered.
第５図において、チューンド・ドライ・ジャイロ温度
は２次、リバランス回路温度は２次、 第６図において、チューンド・ドライ・ジャイロ温度
は２次、リバランス回路温度は２次、電圧・周波数変換
器温度は２次である。すなわち第５図、第６図において
は温度は２次までを考慮する。In FIG. 5, the tuned dry gyro temperature is secondary, the rebalance circuit temperature is secondary, and in FIG. 6, the tuned dry gyro temperature is secondary, the rebalance circuit temperature is secondary, and the voltage / frequency conversion is performed. The vessel temperature is secondary. That is, in FIGS. 5 and 6, the temperature up to the second order is considered.
第７図において、チューンド・ドライ・ジャイロ温度
は３次、リバランス回路温度は３次である。In FIG. 7, the tuned dry gyro temperature is third order, and the rebalance circuit temperature is third order.
すなわち第７図においては温度は３次までを考慮す
る。That is, in FIG. 7, the temperatures up to the third order are considered.
第３図においては、標準偏差をσとするとき、１σ＝
0.00454deg/hrである。第４図においては１σ＝0.00449
deg/hrである。第５図においては１σ＝0.00192deg/hr
である。第６図においては１σ＝0.00191deg/hrであ
る。第７図においては１σ＝0.00186deg/hrである。In FIG. 3, when the standard deviation is σ, 1σ =
0.00454deg / hr. In FIG. 4, 1σ = 0.00449
deg / hr. In FIG. 5, 1σ = 0.00192deg / hr
It is. In FIG. 6, 1σ = 0.00191 deg / hr. In FIG. 7, 1σ = 0.00186 deg / hr.
第３図、第４図の結果から、１次の温度係数を選んだ
場合の角速度計測の誤差は１σで約0.0045deg/hr、第５
図〜第７図の結果から、２次以上の温度係数を選択した
場合は、１σで約0.0019deg/hrの誤差となっており、第
１図の装置においては、特に２次以上の回帰方程式で補
正することにより角速度計測の精度が格段に向上するこ
とがわかる。From the results in FIGS. 3 and 4, when the first-order temperature coefficient is selected, the error of the angular velocity measurement is about 0.0045 deg / hr in 1σ, and
From the results in FIGS. To 7, when a second-order or higher-order temperature coefficient is selected, an error of about 0.0019 deg / hr at 1σ is obtained. In the apparatus shown in FIG. It can be seen that the accuracy of the angular velocity measurement is significantly improved by the correction.
本発明によれば、温度変動による角速度値のドリフト
変化による角速度算出の誤差およびこの温度依存特性の
長期における変動による角速度算出の誤差が効果的に補
正され、衛星の長期使用期間にわたり正確な角速度値を
得ることができる。According to the present invention, the error of the angular velocity calculation due to the drift change of the angular velocity value due to the temperature fluctuation and the error of the angular velocity calculation due to the long-term fluctuation of the temperature-dependent characteristic are effectively corrected, and the accurate angular velocity value is obtained over the long-term use of the satellite. Can be obtained.
第１図は本発明の一実施例としての人工衛星用角速度測
定装置の概略を示す図、第２図（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）は角速度測定装置の、周囲温度が変化す
るときの出力ドリフトおよび各ユニットの温度変化を示
す波形図、第３図、第４図、第５図、第６図および第７
図は、出力ドリフト値と各ユニットの温度値をもとに回
帰方程式を用いて角速度出力を補正した結果を示す波形
図、第８図は第１図装置が適用されるべき地球周回３軸
姿勢制御人工衛星の座標軸を示す図、第９図は角速度測
定装置の温度変動による角速度出力値の変化を示す波形
図、第10図は電気的な温度補正回路を付加した角速度測
定装置の、ドリフト温度係数および補正回路パラメータ
の長期変動による角速度出力の変動を示す波形図であ
る。 １……リバランス制御ループ、 11……ジャイロ、 12……リバランス回路、 ２……電圧・周波数変換器、 ３……計算装置、 31……温度信号、角速度信号検出部、 32……温度データ、角速度データ記憶部、 33……多元連立１次方程式演算部、 34……角速度補正演算部。FIG. 1 is a view schematically showing an angular velocity measuring device for a satellite as one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a), (b),
(C) and (d) are waveform diagrams showing the output drift and the temperature change of each unit of the angular velocity measuring device when the ambient temperature changes, and FIGS. 3, 4, 5, 6, and 7
Fig. 8 is a waveform diagram showing the result of correcting the angular velocity output using a regression equation based on the output drift value and the temperature value of each unit. Fig. 8 is the three-axis orbit around the earth to which the Fig. 1 apparatus should be applied. FIG. 9 shows a coordinate axis of a control satellite, FIG. 9 is a waveform diagram showing a change in an angular velocity output value due to a temperature change of the angular velocity measuring apparatus, and FIG. 10 is a drift temperature of the angular velocity measuring apparatus to which an electric temperature correction circuit is added. FIG. 9 is a waveform diagram showing a change in an angular velocity output due to a long-term change in a coefficient and a correction circuit parameter. 1 ... Rebalance control loop, 11 ... Gyro, 12 ... Rebalance circuit, 2 ... Voltage / frequency converter, 3 ... Calculator, 31 ... Temperature signal, angular velocity signal detector, 32 ... Temperature Data, angular velocity data storage unit, 33: Multiple simultaneous linear equation computing unit, 34: angular velocity correction computing unit.
Claims (3)
速度測定装置であって、 角速度検出部、温度検出部、および、演算処理装置を具
備し、 該角速度検出部による角速度検出信号と該温度検出部に
よる温度信号が、該人工衛星に対向する地球の周回の期
間において該演算処理装置に供給され、 該演算処理装置における演算処理が行われ、 該角速度検出信号と該温度信号の間の最小２乗法が適用
される誤差補正のための関係式が求められ、 該求められた関係式にもとづいて該角速度検出信号の温
度変動による誤差分の補正が行われ、それにより周回中
の人工衛星の誤差補正された角速度値が導出されるよう
になっている、 ことを特徴とする人工衛星用角速度測定装置。An angular velocity measuring device used for an artificial satellite having a gyro, comprising: an angular velocity detecting unit, a temperature detecting unit, and an arithmetic processing unit, wherein the angular velocity detecting unit detects an angular velocity signal and the temperature detecting unit. Is supplied to the arithmetic processing unit during a period of orbit around the earth facing the artificial satellite, arithmetic processing is performed in the arithmetic processing unit, and a least square method between the angular velocity detection signal and the temperature signal is provided. A relational expression for error correction to which is applied is obtained, and an error due to temperature fluctuation of the angular velocity detection signal is corrected based on the obtained relational expression, thereby correcting the error of the satellite during orbit. An angular velocity measurement device for an artificial satellite, wherein the determined angular velocity value is derived.
み込まれた計算装置からなる、 請求項１記載の装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein said arithmetic processing unit comprises a calculating device incorporated in said angular velocity measuring device.
ものである、 請求項２記載の装置。3. The device according to claim 2, wherein said computing device is of the microcomputer type.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63237501A JP2697872B2 (en) | 1988-09-24 | 1988-09-24 | Angular velocity measuring device for artificial satellite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63237501A JP2697872B2 (en) | 1988-09-24 | 1988-09-24 | Angular velocity measuring device for artificial satellite |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0287010A JPH0287010A (en) | 1990-03-27 |
| JP2697872B2 true JP2697872B2 (en) | 1998-01-14 |
Family
ID=17016252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63237501A Expired - Fee Related JP2697872B2 (en) | 1988-09-24 | 1988-09-24 | Angular velocity measuring device for artificial satellite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2697872B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6415285B2 (en) * | 2014-12-08 | 2018-10-31 | セイコーＮｐｃ株式会社 | Temperature voltage sensor |
-
1988
- 1988-09-24 JP JP63237501A patent/JP2697872B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0287010A (en) | 1990-03-27 |
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