JP2740920B2 - 走査による天体観測並びに宇宙航空機の角速度の測定のための方法、それを実行するための観測装置およびその観測装置を備えた宇宙航空機 - Google Patents

走査による天体観測並びに宇宙航空機の角速度の測定のための方法、それを実行するための観測装置およびその観測装置を備えた宇宙航空機

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、地球または他の天体の映像を映し出すため
の機器を備えた、観測のためにその対象物と向かい合う
ように設置された衛星または他の宇宙航空機の所定の軸
のまわりでの瞬間的な角速度（例えば、ピッチングのず
れ）の正確な測定に関する。
この瞬間角速度の測定は、とりわけこの宇宙航空機の
姿勢制御に利用することができる。
衛星の姿勢に関する情報を得る方法は少なくとも３つ
ある。すなわち、太陽、星、地球それぞれの観測のため
の特定のセンサーの供給またはジャイロ計量タイプの慣
性誘導方式である。これの実施例がベルギー特許第854,
714号、フランス特許第2,319,150号、アメリカ特許第3,
535,521号、アメリカ特許第3,641,347号、アメリカ特許
第3,992,106号、アメリカ特許第4,628,206号、W087/006
53などに開示されている。
地上で探知する場合は、すでに多くの簡単な特定のセ
ンサーがあるが、これらの精度はそれらのサイズ、容
量、重量などによって増大する。最近、イメージ負荷を
効果的に示す十分な精度の検出器にはこの光学機器と同
じサイズの光学装置が装備されている。
本発明はこれらの光学機器の重複をなくし、かつ特定
なセンサーを設けなくてもようようにし、衛星の姿勢の
変動成分の一つを正確に測定することだけを目的として
いる。
こういったような趣旨で、単一の器具を使って２つの
機能をさせる。すなわち、地球（または他の惑星または
天体）の映像を得るための器具に手を加えて、地上を走
査する線の厚さ（または段）を衛星から見る角度と等し
い、それよりも高い精度でもって走査線の軸と平行の軸
のまわりにある衛星の角速度も測定するような器具とし
た。
本発明の一つの実施例において修正された点は、光学
走査機器の焦点平面に通常設けられる検出器以外にもう
２つの検出器を加えたことである。すなわち、 −光軸上の一方の検出器を置き、 −一方の線からもう一方の線へ連続的に通過する方向と
は逆の方向に向かって値ｄだけ光学装置を開くことによ
って走査線と垂直な軸から適度に離れたところにもう一
方の検出器を置く。
最初の補充検出器は、もし機能上通常の焦点面用の検
出器の一つで代用できる場合は、除いてもよい。
値ｄとは、各瞬間において、第２の検出器が地上で狙
った点が地上の２つの線の間にある距離ｅだけ第１の検
出器が地上で狙った点より離れている時の値である。
実際は、走査による観測を行う公知の装置は東−西に
向いた線によって北−南の走査を行う。本発明では、こ
のような場合には、観測衛星のピッチングのずれを観測
することができる。
線走査の間、第２検出器が供給する信号は、次の線を
走査する時に第１検出器が供給する信号と同じものであ
る。但し、これらの検出器が正確に較正されること、ま
た観測対象物が線と線との間を移動しないか、またはほ
んのわずかしか移動しないことが条件とされる。従っ
て、地球の丸さや大気の状態または厚さはこの信号の繰
り返しになんの影響も及ぼさない。
例えば、宇宙空間と地球との間の転移（大気を通過す
る際）またはイメージにおいて非常に異なる２つの光帯
の間の転移に対応する固定しきい値だけ検出器からの信
号が通過する瞬間を測定する場合、次の線を走査する時
に第１検出器上でも繰り返す信号が第２検出器のために
得られる。この繰り返しによって走査軸のまわりの姿勢
のずれを永久に追跡でき、ひいては例えば、衛星のジャ
イロメータのリセッチングが可能となる。
本説明は、各線の走査が瞬間的にまたは十分に素早く
行われるので、走査中は大気の動き（観測対象物におけ
る動く要素）は無視できるといったようなケースに応用
できる。
出力信号の平均をとる、または重複の目的で、２つの
検出器の代わりに２グループの検出器を組合せて、較正
誤差を減らしたり、そして／または姿勢の角度ずれにつ
いてのさらに正確な情報を得るようにしてもよい。
また、第１検出器またはセンサーを光軸上に調整しな
ければないということは全く必要ではないが、２つのセ
ンサーの間の発散は先に定義した距離“d"（あるいは距
離の完全な倍数）と等しくなければならない。本発明の
好ましい態様においては、センサーを２つのグループに
分け、各グループは全体として光軸に対して変位して、
極点で水平線を検出することにより生ずる問題（コント
ラストの欠如）をなくす。
本発明は、走査軸に基づいて走査するための観測装置
を備えた宇宙航空機から天体を走査する観測方法におい
て、所定の走査方向に向かって同じ地表帯域を走査する
ことに対応して２つの信号を連続的に形成し、この地表
帯域の同じ特性点を示す特性転移をこれらの信号のそれ
ぞれにおいて検出し、これらの信号におけるこれらの転
移の相対位置を捕らえ、これらの各転移がこれらの信号
に現れた瞬間を分離する時間差を考慮に入れて、これら
の相対位置の間に差異があればその差異から宇宙航空機
の角速度を確認することを特徴とする観測方法を提案す
る。
従って、この方法によれば、同じ観測装置を用いて、
宇宙航空機から地球のような天体を走査観測し、かつこ
の天体に対する走査軸のまわりの宇宙航空機の角速度を
測定することができる。これによって信頼性、簡単、容
積、重量などにおいて評価できるものが得られ従って、
質量も有効なものが得られる。
本発明はまた、走査軸に基づいて１線ごとに天体を精
査する光学式走査装置と、この光学装置の焦点平面内に
あり、かつ光学装置の光軸に沿った検出グループと、こ
の検出グループに接続されたイメージ形成処理装置とか
らなる、本観測方法を実施する宇宙の天体を観測する観
測装置において、走査軸と平行に焦点平面内に設置さ
れ、かつ天体を分解する２つの連続する、または隣接す
る走査線の間の距離を光学装置により見る角度の完全な
倍数、少なくとも１に等しい倍数と等しい角度から光学
装置により見る距離だけ変位する第１及び第２検出素子
と、天体上で走査された同じ地表帯域を示す信号（これ
らの信号は地表帯域に沿った全く同一の所定の方向系列
に対応するように処理される）を検出するこれらの検出
素子を交互に用いて連続的に読み取る回路と、 地表帯域の同じ特性点を示す特性転移を各信号の中で
検出する回路と、 各転移の相対位置をそれを含む信号との関連において
読み取る回路と、 前記特性転移が読み取られた瞬間を分割する時間間隔
を考慮に入れて、走査軸と平行な軸のまわりの宇宙航空
機の各速度の相対をこれらの相対位置同士に差があれば
その差から決定する計算回路とから成る、前記各検出素
子に接続された角速度処理測定装置とを備えた前記観測
装置を提案する。
最後に、本発明は、この観測装置と、この観測装置の
走査軸と垂直の軸のまわりの宇宙航空機の角度ずれのみ
を検出する角速度検出器とを備えた宇宙航空機を提案す
る。
姿勢測定と撮像操作と結び合わせることは、例えばア
メリカ特許第4,682,300号、アメリカ特許第4,688,091
号、アメリカ特許第4,688,092号、フランス特許第2,55
6,159号から公知であるが、この結合は姿勢のずれがあ
ればそれによってイメージに影響する動揺を補償するた
めのものであることが分かるであろう。
さらに、観測装置により姿勢のずれをモニターする方
法はフランス特許第2,551,201号から公知であるが、電
荷検出器を平行に並べて走査するという本発明の所謂走
査をしないでイメージを形成するという全く異なる方法
を利用することは全く異なる解決策である。
本発明の目的、特徴、利点についてはこれからの説明
の中で添付図面と関連させて述べるが、これらは限定さ
れたものではない。
第１図は、本発明の装置とその実施原理を示した図、 第２図は、地球の縁部を検出する原理を示した図、 第３図は、２対の検出器の実施を示した図、 第４図は、赤外線検出器と可視光線の検出とにより得
られる対応する信号を示した図、 第５図は、所定の地表帯域を検出するための検出素子
により観測される信号を示した図。
以下述べる実施例はとくに気象観測衛星に関する。
衛星Ｓは観測装置10、すなわち地球ＴのイメージＩと
その周囲の空間の一部とを走査するイメジャーをそなえ
ている。
走査線Lnは東−西に向いており、線飛び越し（Ln−Ln
＋１）は北−南方向に向かってされる。従って、走査軸
Ｘ−Ｘは北−南に向いている。撮像中の姿勢の動きは極
めて正確に測定しなければならない。
走査軸の垂直成分を従来からある光学センサー（太陽
又は星）11によって従来方法で測定する。
観測装置またはイメジャー10は、走査軸Ｘ−Ｘにもと
ずいて地球Ｔを一線一線精査するようになっている、公
知の光学式走査装置12から成っている。この光学装置12
の焦点平面Ｐには、光学装置の光軸Ｚ−Ｚに沿って、適
当な公知タイプの検出グループ13を設置しているが、こ
の検出グループは地表における各点毎に信号値とその日
付とを読み取る、公知のイメージ形成処理装置14と連動
する。
焦点平面Ｐには、適当な公知タイプで同一の第一およ
び第二電磁検出素子１と２も設けられている（これらの
素子は同じスペクトル特徴の入射線）、とくに可視光線
そして／または赤外線に対して反応するようになってい
る。）。
第１図の実施例では、これらの検出素子１と２は検出
グループとは異なっており、これらの素子のうちの一つ
１は抗軸Ｚ−Ｚ上に位置している。これらの素子は、例
えば、それぞれ検出器によって構成されている。
検出素子は、走査軸Ｚ−Ｚと平行に距離ｄだけ互いに
離れているが、これは光学装置12によって角度αの完全
倍数に等しい、少なくとも１に等しい角度βから見られ
る。この光学装置によれば天体Ｔを横断する２つの隣接
する線LnとLn＋ｉとの間の距離ｅは角度βで見られる。
角度αとβは、例えば互いに等しい（第１図では角度β
は図面を見えやすいように不自然に拡大してある）。
検出素子１と２は、角速度を処理測定するための装置
に連結されている。この装置は以下の部材からなってい
る。すなわち。
これらの検出素子により連続的に読み取られる信号Ａ
とＢ（第５図参照）（その他これらを構成する各点の日
付）を形成しかつ選択するようになっている回路16（地
球Ｔ上で走査される地上Ｔの一定の帯域に対して、これ
らの信号は必要ならばこの帯域に沿って同じ方向の直列
に対応するように処理する（東−西または西−東））； これらの信号ＡとＢのそれぞれにおいて、検討中の地
上帯域の一定の特性点を示す特性転移A1およびB1（例え
ば、海洋から陸上への転移、または川、または渓谷など
のようなマークされるコントラストを生ずる境界空間／
大気圏そして／または地球、またはその他の地理上の詳
細）を検出する回路17; 信号ＡまたはＢに対する（例えば、各信号の左端に関
して）各転移A1またはB1の相対的位置を読み取る回路1
8; これらの相対的位置の間に発散Δ１があった場合、不
連続A1とB1とをそれぞれ読み取った場合、各瞬間に存在
する時間を考慮しながら、衛星の角速度ωを決定する計
算回路19。
これらの回路の構成は当業者にとってはなんら問題で
ないので、ここではこれ以上詳細に述べない。
実際、αとβとが等しい場合、また所定の地表帯域を
２つの隣接線を連続的に走査している際に検出素子１と
２により観察するという目下考慮中のケースの場合、例
えば、宇宙空間と地球の間の転移（大気通過）、または
一般にはイメージにおける２つの非常に異なる光束帯の
間を移動することに対応する固定しきい値Ｖにより検出
器１と２からの信号の通過の瞬間を測定する場合は、第
二検出器２の時は、続く線Ｌ（ｎ＋１）を走査する時に
第一検出器で信号（Ｂ）に対して「演繹的」に繰り返す
信号（Ａ）を各線において得る。この繰り返しによって
走査軸のまわりの姿勢のずれを絶えず追跡することがで
き、これによりジャイロメータを再調整する、すなわ
ち、例えば、衛星のジャイロメータの場合、測定された
ずれをなくすことができる。
本発明は、線走査を瞬間的にまたは十分に早急に行
い、この走査時においては大気の移動（観測対象物の移
動要素）が無視できない場合に応用できる。
大気を不規則の線ATMにより部分的に示した第２図で
は、縦方向の矢印は地上A1またはB1の縁部の検出や、検
出器１が隣線を精査する間、検出器２が読み取るＡ′１
をも表している。
各極の近傍における明確なしきい値、つまり急勾配が
なくならないように、検出器１と２を２対に分け（第３
図の１、２と１′、２′）、各対は北または南に向かう
光軸に対する焦点平面内のその残留偏差全体にあるが、
これは視線をオフセットする効果もある。このようにし
て、イメージの北の走査を開始すると、南に向かってオ
フセットされた、または調整された視線を有する一組は
北極から南極までの宇宙空間／地上の交差点を十分に検
出することにより、その変化が明確になる。
同じようにして、イメージの北極を走査する時は、北
極に向けて調整された視線を有する２つの検出器を用い
る。
イメージの近傍では、一方の対の検出器からもう一方
の検出器へと連続的にとっかえひっかえするが、使用す
る検出器は以下のものである。
１と２（公称構成） つぎに１と２′（転移段階：検出器１のしきい値と前
の線の検出器２′のしきい値とを比較する）。
次に１′と２′（他の公称形状、検出器１′のしきい
値を前線上の検出器のしきい値と比較する）。
検出器１、２、１′、２′に使用される波長は赤外線
に近いのが好ましく、これによって地球が太陽に照らさ
れていない場合でも強いコントラストの地上／宇宙空間
を得る。実際面では、使用する波長は通常広い分光帯か
ら選択してもよい。
最後に、事実、各対の検出器は２つのグループの検出
器から構成されていて、これらの機能の冗長性が確保さ
れる。
第４図の強さ−距離の曲線はMETEOSTATからのイメー
ジデータを用いた刺激を示している。
ここでは、赤外線検出器の場合は、地球／宇宙空間の
転移A1またはB1、そして可視波長検出器の場合はＡ″１
またはＢ″１を明確に区別できるが、夜は効果が薄い。
光学器10を用いれば、公知の解決策にあるような第２
の光学的特性やその他のセンサー（太陽、星）がなくて
も、軸Ｘ−Ｘまわりの角速度を測定する同じ機能を満た
すことができる。２つの検出器を組合せると地上の丸さ
や大気の変動とに左右されることはない。
これまで述べてきたことは限定的な例として提言した
ものでなく、また本発明の枠組から逸脱することがなけ
れば、当業者が手を加えたものを多く提案してもよいこ
とは言うまでもない。
そこで、例えば、第５図について開陳された論拠は、
信号Ａ次に信号Ｂを構成するために考慮に入れた地表帯
を走査する方向とは無関係であることは分かるであろう
が、これは一方向毎に走査することと両立するものであ
る。
別の場合、角度αをβの偶然倍数、例えば２と等しい
角度とすると、連続線の走査方向がどのようであって
も、時間分離転移A1とB1が理論上、角速度がない場合、
各線の走査時間の倍数であることが予測できる。
さらに、検出素子１と２の位置を逆にしてもよい。こ
の場合は、信号ＡとＢの順番を逆にすることであり、こ
のようなことは本発明の原理を実質的に変えるものでは
ない。
処理装置15により発せられる速度信号を非常に様々な
目的、とくに、衛星の姿勢をこのような趣旨で利用され
る公知の古典的手段（ノズル）によって制御することに
使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の装置とその実施原理を示した図、 第２図は、地球の縁部を検出する原理を示した図、 第３図は、２対の検出器の実施を示した図、 第４図は、赤外線検出器と可視光線の検出とにより得ら
れる対応する信号を示した図、 第５図は、所定の地表帯域を検出するための検出素子に
より観測される信号を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−30300（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−263407（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−13300（ＪＰ，Ａ) 特表 昭62−502296（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−29075（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許3641347（ＵＳ，Ａ) 米国特許4628206（ＵＳ，Ａ) 米国特許3576999（ＵＳ，Ａ) 米国特許4328421（ＵＳ，Ａ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】走査軸（Ｘ−Ｙ）に基づいて走査するため
    の観測装置を備えた宇宙航空機Ｓから天体（Ｔ）を走査
    する観測方法において、 地上（DT）における所定の帯域を所定の走査方向におい
    て走査することに対応して２つの信号（A,B）を連続的
    に形成し（16）、 地表における前記帯域上の同じ所定の特性点を示す特性
    転移（A1,B1）を、これらの信号のそれぞれにおいて、
    検出し（17）、 これらの信号におけるこれらの転移の相対位置を読み取
    り（18）、 これらの相対位置の間に差異があれば、前記の各転移が
    前記信号に現れる瞬間を分離する時間を考慮してその差
    異から宇宙航空機のいかなる角速度（ω）の値も確認す
    る（19） ことを特徴とする前記観測方法。
  2. 【請求項２】前記角度差または前記角速度を用いて、前
    記測定差または速度を無効にすることにより走査軸のま
    わりの前記宇宙航空機の姿勢を制御することを特徴とす
    る請求項１記載の観測方法。
  3. 【請求項３】走査軸（Ｘ−Ｙ）に基づいて１線毎に前記
    天体を精査する光学式走査装置（12）と、この光学装置
    の焦点平面（Ｐ）内にあり、かつ光学装置の光軸に沿っ
    た検出グループ（13）と、この検出グループに接続され
    たイメージ形成処理装置（14）とからなる、天体（Ｔ）
    と向かい合った宇宙航空機（Ｓ）のための観測装置にお
    いて、 天体（Ｔ）を分割する２つの隣接する走査線（Ｌ
    （ｎ）,L（ｎ＋１））の間の距離（ｅ）を光学装置によ
    り見る角度（α）の完全な倍数、少なくとも１に等しい
    倍数と等しい角度（β）をもって光学装置（12）により
    見る距離（ｄ）だけ走査軸（Ｘ−Ｘ）と平行にずれて焦
    点平面内に置かれた、同一の分光特性を有する第１およ
    び第２検出素子（1:1、１′）と（2:2、２′）と、 並びに前記検出素子の各々に接続され角速度の測定と処
    理のための装置（15）とを備え、これは 天体上の走査された地上の所定の帯域を示す信号（A,
    B）を、これらの信号は前記地表の帯域に沿った全く同
    一の所定の方向系列に対応するように処理して、検出す
    るこれらの検出素子を交互に用いて連続的に読み取る回
    路（16）と、 前記地上帯域の所定の点特性を示す特性転移（A1,B1）
    を各信号（A,B）の中で検出する回路（17）と、 各転移の相対位置をそれを含む前記信号との関連におい
    て読み取る回路（18）と、 前記特性転移が読み取られた瞬間を分割する間隔を考慮
    に入れて、走査軸と平行な軸のまわりの宇宙航空機の角
    速度の値を、前記相対位置同士に差があればその差から
    決定する計算回路（19）とから成る、 ことを特徴とする天体（Ｔ）と向かい合った宇宙航空機
    用観測装置（10）。
  4. 【請求項４】前記第１検出素子（１）は前記光学式走査
    装置の光軸（Ｚ−Ｚ）上にあることを特徴とする請求項
    ３記載の装置。
  5. 【請求項５】前記第１検出素子は前記検出グループ（1
    3）の一部であることを特徴とする請求項３または４記
    載の装置。
  6. 【請求項６】各検出素子は走査軸と平行にずれた２つの
    副素子（１、２、１′、２′）に分けられ、各副素子は
    走査軸と平行の光軸に対する焦点平面でその全オフセッ
    ト内にあることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか
    一項に記載の装置。
  7. 【請求項７】本装置から検出素子（１、２）間の距離を
    見る角度と、２つの隣接する走査線の間の距離を見る角
    度とは等しいことを特徴とする請求項３乃至６のいずれ
    か一項に記載の装置。
  8. 【請求項８】検出素子間の距離を光学装置で見る角度
    （α）が２つの隣接する走査線間の距離を光学装置で見
    る角度（β）の偶数倍数であり、特性転移間の差が特性
    転移を分離する時間間隔と各線の走査時間の所定の倍数
    との間の差により形成されることを特徴とする請求項３
    乃至６のいずれか一項に記載の装置。
  9. 【請求項９】検出素子（１、２）は赤外線放射に感ずる
    ことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一項に記載
    の装置。
  10. 【請求項１０】請求項３乃至９のいずれか一項に記載の
    観測装置と、走査軸の回転軸の垂直軸に対応する角度度
    検出器とを備えた宇宙航空機。
JP1111895A 1988-04-28 1989-04-28 走査による天体観測並びに宇宙航空機の角速度の測定のための方法、それを実行するための観測装置およびその観測装置を備えた宇宙航空機 Expired - Lifetime JP2740920B2 (ja)

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