JPH03277918A - 突抜走査型地球センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は突抜走査型地球センサに関し、特に特定の検出
範囲のみを対象として地球のエツジを地球の赤外線にも
とづいて検出するための、中低高度向は地球センサとし
ての突抜走査型地球センサに関する。

〔従来の技術〕

第５図に、従来の静止衛星用の突抜走査型地球センサの
構成図を示す。第５図において、１はゲルマニウムの光
学レンズを備えた赤外検出器である。この赤外線検出器
１には、走査線の確保のため、２つの赤外検出素子が配
置されている。２は赤外検出素子の視野を走査するため
の反射ミラーであり、矢印で示した方向に往復する振動
運動を与え、この反射ミラー２により地球を東西方向に
走査する。

３は赤外信号処理部であり、プリアンプ、バンドパスフ
ィルタ、コンパレークなとで構成され、赤外線検出器１
の赤外検出素子で捕捉された微弱な地球のエツジを示す
微分信号を増幅し、最終的にパルス信号に変換し地球検
出信号として出力変換する。４は反射ミラー２を振動さ
せるためのミラー駆動部であり、反射ミラー２の支持棒
に配設され小型の磁石とその動きを検出するピックアッ
プコイルとともに一種の共振回路を構成し、反射ミラー
支持部の固有捩り振動数で反射ミラー２を振動させ、振
幅を一定に制御し振動に対応した周期のスキャンパルス
を出力している。５は光学式エンコーダ部であり、エン
コーダディスクと発光用ＬＥＤ、受光用ＰＰＤ及びプリ
アンプ、コンパレータで構成され、地球センサの視野の
中心方向を示すリファレンスパルスと、ミラーの振れ角
の増分を示すインクリメンタルパルスとを発生する。

６は姿勢角計測部であり、赤外信号処理部３の出力する
地球検出信号、ミラー駆動部４の出力するスキャンパル
ス、光学エンコーダ部５の出力するリファレンスパルス
、インクリメンタルパルスを使らてピッチ角計測カウン
タおよびロール角計測カウンタによりピッチ角計測、ロ
ール角計測を行なう、コマンド信号は、この地球センサ
の動作モードを設定するためのものであり、例えば、ミ
ラー２の振れ角を±１２°と±２５°で切替えるコマン
ドがある。そのコマンドに応じて振幅制御信号を切替え
てミラー駆動部４に供給している。

第６図は、静止衛星用の突抜走査型地球センサの赤外視
野が、地球を走査する様子を示す説明図である。７は地
球を示し、Ｅ−Ｗ−Ｓ−Ｎはそれぞれ東西南北を示す。

直交する一点鎖線で示す中心線は、地球センサの視野の
座標軸を示し、紙面に垂直な方向がヨー軸で左右がピッ
チ軸、また上下がロール軸を示す、第６図において、例
えば地球７の位置が地球センサに対して右側にずれてい
る時には、ピッチ姿勢角出力は負のデータとなる。

８は、赤外線検出器１の北側の赤外検出素子による北側
赤外線検出素子視野走査線を示し、９は南側検出素子に
よる南側の赤外線検出素子視野走査線を示している。こ
れらの２つの走査線は、地球センサの視野中心から３．
８゛程度離れた部分を走査するよう設定されている。

第７図は第５図の地球センサの主要信号とピッチおよび
ロール角計測のタイミングとを対比して示すタイミング
チャートである。

スキャンパルスは、ミラー駆動部４によって反射ミラー
２に提供されるミラー駆動信号によって反射ミラー２が
動作する往復運動の周期に対応した周期を有し、リファ
レンスパルスは、このスキャンパルスのロウ（Ｌ　ｏ　
ｗ　）レベルの中心からハイ（Ｈｉｇｈ）レベル中心ま
でのＨｉｇｈレベルとそれ以外のＬｏｗレベル区間のパ
ルスとして形成され、地球センサの中心方向を示す基準
信号となる。地球検出信号に示すＮ、Ｓはそれぞれ地球
のＮ、Ｓ極を、またＬは地球検出信号による地球エツジ
検出支始点のリーディング（Ｌｅａｄｉｎｇ）エツジを
、またＴは地球エツジ検出終点のトレイリング（Ｔｒａ
ｉ　ｌｉｎｇ）エツジを示す。

また、ピッチ角計測カウンタおよびロール角計測カウン
タにおけるＵＰ、ＤＯＷＮはそれぞれ、姿勢角計測部６
のピッチ角計測カウンタおよびロール角計測カウンタに
おけるアップカウント、ダランカウント期間を示す。

なお、第５図に示す光学式エンコーダ部５の出力するイ
ンクリメンタルパルスは、例えば０．００５°ごとの走
査角度増加に応じて１つのパルスが発生するという角度
増分信号である。このインクリメンタルパルスは、ピッ
チおよびロール角計測カウンタの計測クロックとして利
用される。

また、上述した地球センサの他に、突抜走査型地球セン
サの振れ角を大きくすることなく、２台の地球センサを
使い、それぞれに地球の東側と西側のエツジを走査させ
るエツジトラック型の地球センサが提案された例もある
。その場合の地球と、赤外視野の走査状態を第８図に示
す、第８図において、７は地球を示し、１０と１２は西
側センサの北側視野の走査線、１１と１３は東側センサ
の南側視野走査線を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の静止衛星用の突抜走査型地球センサは、
東西方向の走査角が比較的小さいため、中低高度用では
使用できないという欠点がある。

また、検出視野を拡大すべく反射ミラーの振れ角を大き
くすると、反射ミラーの振動に利用するねじり振動用の
支持棒に疲労が蓄積され、センサの寿命が著しく損なわ
れるという欠点がある。

さらに、２台の地球センサを用いたエツジトラック型の
地球センサは、重量が重くなるということと、計測デー
タの同期について何らかの対策が必要になるという欠点
がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の地球センサは、静止衛星に搭載し中低高度から
地球の赤外線を走査して地球のエツジを特定の計測範囲
のみを対象として計測する突抜走査型地球センサであっ
て、地球の赤外線を検出する赤外線検出器と、支軸を中
心として所定の振れ角で往復運動し前記赤外線検出器の
検出視野を東西方向に走査する視野走査用の反射ミラー
と、前記反射ミラーの往復運動によって確保される前記
赤外線検出器の視野の周辺領域を拡大するための走査角
拡大用プリズムと、前記赤外線検出器の出力を処理して
地球のエツジを示す地球検出信号を出力する赤外信号処
理部と、前記反射ミラーを所定の振れ角で往復運動させ
るように駆動するとともに前記往復運動に対応した周期
のスキャンパルスを出力するミラー駆動部と、前記反射
ミラーと結合し地球視野の中心方向を示す第１のリファ
レンスパルスとあらかじめ限定した地球エツジ計測範囲
に関する情報を示す第２のリファレンスパルスとを出力
する光学式エンコーダ部と、外部から受ける動作モード
設定用のコマンドによって前記反射ミラーの運動振幅を
一定にコマンドによつて前記反射ミラー駆動部に供給す
るとともに前記地球検出信号と前記スキャンパルスにも
とづいて静止衛星の姿勢制御用のピッチ角ならびにロー
ル角に関する姿勢角データを出力する姿勢角計測部と、
前記スキャンパルスならびに前記第１および第２のリフ
ァレンスパルスにもとづいて前記姿勢角計測部に前記あ
らかじめ限定した地球エツジ計測範囲のみを対象として
前記姿勢角データの計測を行なわしめる計測制御部とを
備えて構成される。

〔実施例〕

次に、図面を参照して本発明を説明する。

第１図は本発明による突抜走査型地球センサの一実施例
の構成図である。第１図において、１４は赤外検出器を
示す。この場合の赤外線検出器１５の内蔵する南側・北
側の赤外検出素子の配置は、第５図に示す従来の静止衛
星用（±３．８°付近）とは異なり、特定する南北の検
出範囲に対応する±３０°〜４５°に設定しロール計測
の感度を上げるようにしである。１５は視野走査用の反
射ミラーであり、振れ角は±１２°程度としている。

これは、視野の走査角にして倍の±２４°程度に相当す
る。１６は頂角１０”のゲルマニウムのプリズムを利用
する走査角拡大用プリズムであり、走査角を拡大するた
めに使われる。１７は赤外信号処理部、１８はミラー駆
動部、１９は光学式エンコーダ部を示す、２０は姿勢角
計測部であり、機能は従来の静止衛星用地球センサと同
じであるが、内蔵計測カウンタのオン／オフおよびアッ
プ／ダウンは、２１の計測制御部がら提供される姿勢力
計測制御信号に基づいて実行される。計測制御部２１は
、ミラー駆動部１８の出力するスキャンパルスと、光学
式エンコーダ部１９の出力するリファレンスパルス１お
よびリファレンスパルス２を取得しつつ姿勢角計測部２
０に対し姿勢角計測制御信号を送出する。

次に、第１図の実施例の動作について説明する。

第３図は第１図の実施例における姿勢角計測に利用する
主要信号のタイミングチャートである。

第３図において、東行走査期間は西から東への、また凶
行走査期間は東から西への走査期間を示し、これに対応
してスキャンパルスが発生し、このスキャンパルスのＬ
ｏｗレベルとＨｉｇｈレベルの中間点をＨｉｇｈレベル
とするリファレンスパルス１を発生、またリファレンス
パルスの東行および凶行走査期間のＬｏｗレベル、Ｈｉ
ｇｈレベル区間で限定された検出範囲に対応する所定の
タイミングでリファレンスパルス２が発生する。地球検
出信号Ｎ−Ｌ、Ｎ−Ｔ、Ｓ−Ｌ、Ｓ−Ｔはそれぞれ第３
図に示す示す如く、リファレンスパルス２に対応したタ
イミングで、地球を検出し始めたタイミングと検出し終
ったタイミングで発生される。

前述したリファレンスパルス２は、光学式エンコーダ部
１９のエンコーダディスクに付与したパターンにより、
反射ミラー１５の触れ角が予め設定する領域、本実施例
では第２図に示す計測範囲に対応して発生されるパルス
である。また、リファレンスパルス１は、前述した如く
地球センサの中心方向を示す基準信号である。

さて、本実施例による中低高度用の突抜走査型地球セン
サの特徴とするところは、第１図の走査角拡大用プリズ
ム１６として占めずように断面が模型の２つのプリズム
を左右に配置して接合したような形状を付与したプリズ
ムであり、中心部を除いた東西の両端部の走査角度を拡
大し、中低高度時の地球の視角が大きな場合でも地球の
縁を捕捉できるようにし、かつこの場合、走査角拡大用
プリズムの中央部でセンサの視線の走査が不連続になる
領域については計測範囲から除き、第２図りに示す如く
非計測範囲として東西の両端近傍の計測範囲Ｃのみで計
測を行なうためのエンコーダパターンを有し、リファレ
ンスパルス１とリファレンスパルス２を出力する光学式
エンコーダ部１９と、ミラー駆動部１８が反射ミラー１
５の往復運動に対応して発生するスキャンパルスと、前
述したリファレンスパルス１，２にもとづいて姿勢角計
測部２０の姿勢角計測の際に、計測範囲と非計測範囲の
制御を行なう姿勢角計測制御信号を供給する計測制御部
とを備えた点にある。

姿勢角計測部２０の内蔵する計測カウンタのオン／オフ
ならびにアップ／ダウンは姿勢角計測制御信号にもとづ
いて行なわれ、内蔵する計測カウンタのためのクロック
としてはＩＭＨｚ前後のクロックを用いている。

また、計測カウンタとしては、ピッチ計測用にはピッチ
用カウンタ１，２の２つを用意し、これとロール計測用
カウンタによって計測カウントを行なっている。これら
カウンタに対するアップカウント、ダウンカウントの制
御は第４図に示すとおりである。ピッチ姿勢角は、南（
Ｓ）側、北（Ｎ）側赤外検出素子の一方だけで計測が可
能であり、Ｎ側の信号によるピッチ計測カウンタをピッ
チ計測カウンタ１．Ｓ側の信号によるピッチ計測カウン
タをピッチ計測カウンタ２として、それぞれのアップカ
ウント期間Ｐとダウンカウント期間Ｑを第４図に示しな
、これらのアップカウントおよびダウンカウントによる
ピッチ計測は、基本的には走査線の地球エツジからの左
の部分でダウンカウントを行ない、右側の部分でアップ
カウントを行うものとしている。

一方、ロール計測は、Ｓ側の赤外線検出素子が地球を見
ている期間から、Ｎ側の赤外線検出素子が地球を見てい
る期間を減じるという操作を行っている。そして、視野
の走査の１往復の完了するタイミング、すなわちスキャ
ンパルスの立下りのタイミングで、これらのピッチ、ロ
ール計測カウンタの値を取り出し、ピッチ、ロールに関
する姿勢角データとして出力する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、突抜走査型地球センサの
駆動ミラーの前にプリズムを配置して視野走査角を拡大
し、更に、地球のエツジ近傍の計測範囲のみを検知する
ためのエンコーダパターンを有することにより、中低高
度における視野を拡大したうえ、プリズムを使用したた
めのセンサ視野中心方向付近の光学的な不連続性の影響
を除去でき、中低高度用地球センサとしての機能を高精
度に確保できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の突抜走査型地球センサの一実施例の構
成図、第２図は第１図の実施例の計測範囲の説明図、第
３図は第１図の実施例の主要信号のタイミングチャート
、第４図は第１図の実施例のピッチおよび計測のタイミ
ングを説明するためのタイミングタート、第５図は従来
の突抜走査型地球センサの構成図、第６図は第５図の地
球センサの視野走査線と地球の関係を示す説明図、第７
図は第５図の地球センサの主要信号とピッチおよびロー
ル角計測のタイミングとを対比して示すタイミングチャ
ート、第８図は従来のエツジトラック方式の中低高度用
の地球センサの視野走査線と地球の関係を示す説明図で
ある。 １・・・赤外検出器、２・・・反射ミラー、３・・・赤
外信号処理部、４・・・ミラー駆動部、５・・・光学式
エンコーダ部、６・・・姿勢角計測部、７・・・地球、
８・・・北側赤外線検出素子視野走査線、９・・・南側
赤外線検出素子視野走査線、１０．１２・・・西側セン
サの北側の視野走査線、１１．１３・・・東側センサの
北側視野走査線、１４・・・赤外検出器、１５・・・反
射ミラー１６・・・走査角拡大用プリズム、１７・・・
赤外信号処理部、１８・・・ミラー駆動部、１９・・・
光学式エンコーダ部、２０・・・姿勢角計測部、２１・
・・計測制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　静止衛星に搭載し中低高度から地球の赤外線を走査し
   て地球のエッジを特定の計測範囲のみを対象として計測
   する突抜走査型地球センサであって、地球の赤外線を検
   出する赤外線検出器と、支軸を中心として所定の振れ角
   で往復運動し前記赤外線検出器の検出視野を東西方向に
   走査する視野走査用の反射ミラーと、前記反射ミラーの
   往復運動によって確保される前記赤外線検出器の視野の
   周辺領域を拡大するための走査角拡大用プリズムと、前
   記赤外線検出器の出力を処理して地球のエッジを示す地
   球検出信号を出力する赤外信号処理部と、前記反射ミラ
   ーを所定の振れ角で往復運動させるように駆動するとと
   もに前記往復運動に対応した周期のスキャンパルスを出
   力するミラー駆動部と、前記反射ミラーと結合し地球視
   野の中心方向を示す第１のリファレンスパルスとあらか
   じめ限定した地球エッジ計測範囲に関する情報を示す第
   ２のリファレンスパルスとを出力する光学式エンコーダ
   部と、外部から受ける動作モード設定用のコマンドによ
   って前記反射ミラーの運動振幅を一定に制御する振幅制
   御信号を前記ミラー駆動部に供給するとともに前記地球
   検出信号と前記スキャンパルスにもとづいて静止衛星の
   姿勢制御用のピッチ角ならびにロール角に関する姿勢角
   データを出力する姿勢角計測部と、前記スキャンパルス
   ならびに前記第１および第２のリファレンスパルスにも
   とづいて前記姿勢角計測部に前記あらかじめ限定した地
   球エッジ計測範囲のみを対象として前記姿勢角データの
   計測を行なわしめる計測制御部とを備えて成ることを特
   徴とする突抜走査型地球センサ。