(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶対ターゲット・システムであって、
絶対位置が正確に知られている既知の輝星のグループをリストに記載した星表を有するスター・センサ（４）と、
指定された既知の輝星の相対位置を正確に決定できる手段を有し、宇宙空間の衛星の相対的な位置を決定し、測定精度を示すことができる光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）と
を備え、
前記スター・センサ（４）と前記光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）が、前記星表における既知の輝星（Ｓ）に相当する目標方向に該光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）をおおよそ向けるため、該スター・センサ（４）が使用され得るように協力し、
前記光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）が前記既知の輝星（Ｓ）の方向を、前記衛星の座標系において正確に決定し、目標方向をカタログ精度の許容誤差内で、該光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）の測定精度に相当する最適化された絶対精度で知り得るようにする
ことを特徴とする、絶対ターゲット・システム。
【請求項２】
既知の輝星（Ｓ）が３、４、５又は６であり得る等級を示すことを特徴とする、請求項１に記載の絶対ターゲット・システム。
【請求項３】
光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）が１組のＣＣＤ、ＣＭＯＳ、又はＡＰＳタイプの検出器（ＣＣＤ）を備えることを特徴とする、請求項１あるいは２のいずれか一項に記載の絶対ターゲット・システム。
【請求項４】
光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）が、２０ｍに対して約１０μｍ以内で目標物体の相対位置を決定することを可能にする精度を示し、その結果として弧の約０．１秒以下の目標の角度精度を達成し得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絶対ターゲット・システム。
【請求項５】
光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）の較正が、ミリワット程度の出力を有する非干渉性のファイバー接続された光源を用いて、全て地上で行なわれ得ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の絶対ターゲット・システム。
【請求項６】
観測機器を天体の方に正確に向けることの出来る、請求項１〜５のいずれか一項に記載の絶対ターゲット・システムを組み込んでいることを特徴とする、観測機器を備えた衛星。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の絶対ターゲット・システムを用いる絶対指向法であって、前記スター・センサ（４）が広い視野（８）を提示し、そして光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）が検出領域（９Ｎ、９Ｒ）及び目標軸（Ｘ−Ｘ’）を提示する絶対指向法において：
・最初にスター・センサ（４）が、目標方向（７）として選ばれた既知の輝星（Ｓ）を、前記絶対ターゲット・システムの任意の変位制御及び適用手段により、光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）の検出領域（９Ｎ、９Ｒ）へと導き、さもなくば前記スター・センサ（４）及び光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）の適切な設備により、重なり合うスター・センサ（４）の広い視野（８）及び光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）の検出領域（９Ｎ、９Ｒ）へと導き、
・次に、光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）がそれ自体の座標系において目標方向（７）を測定することを特徴とし、
光学式計測センサ（５Ｎ、５Ｒ）の座標系における前記既知の輝星（Ｓ）に相当する目標方向（７）の正確な知識と、そして星表のおかげによる前記既知の輝星（Ｓ）の絶対位置の正確な知識とが、絶対目標方向（７）を正確に推定することを最終的に可能とする絶対指向法。
【請求項８】
前記絶対ターゲット・システムに組み込まれた星表のカタログ精度よりも高い精度を有する星表が地上にあり、そして絶対目標方向（７）の精度を増すように、前記既知の輝星（Ｓ）の座標知識に関する絶対精度を高めるため、前記地上における星表が参照されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は天体観測衛星に組み込まれることを意図している絶対ターゲット・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの宇宙ミッション、そしてとりわけ幾つかの衛星の編隊における飛行を必要とするミッションにおいて、必要な絶対指向精度は非常に高い。衛星に搭載された観測機器の絶対指向を行なうために、ステラ・センサとも呼ばれるスター・センサが今日使用される。これら従来のスター・センサは、それらの絶対位置が非常に高い精度で知られている星表を有する。しかしながら、スター・センサは既知の輝星に向かって、弧のおよそ数秒の精度で近似的にのみ指し示すことを可能にする。
【０００３】
従って、最新技術の絶対ターゲット・システムに関し、それが最新であっても、その要求精度が弧のおよそ１０分の１秒の精度である、現在想定されるミッションに対して必要な絶対指向精度を達成することは不可能である。
【０００４】
さらに、このタイプの機器を較正することは特に困難である：組込み及び発射、ならびに熱的環境により誘起される機械的及び熱弾性的な偏りは、実質的に較正することが不可能である。
【０００５】
その結果、一般的に求められる解決策は：
・必要な精度、すなわち弧の１秒未満、を有する新たなスター・センサの開発にある。しかし、これは大きな投資を必要とする。その上、そのような解決策が必要な絶対精度を有するスター・センサの開発をもたらす場合、これは特に宇宙用途に対して望ましくない、大きな追加的費用と重量を生み出すであろう。
・あるいは、誘起された偏りを正確に測定するための探求にある。しかし、これは非常に困難であり、その残余はいずれの場合も一般に弧の数秒と推定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、とりわけ上記の欠点を克服することである。従って、最高の精度を備える絶対ターゲット・システムを作り出すため、本発明はスター・センサを光学式計測センサと連結することを提案する。これら２つのアイテムの装置は特に編成飛行ミッションに対して、通常は既に衛星に搭載されているため、この解決策は追加の重量又は費用を加えない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このために、本発明の主題は既知の輝星、すなわちその絶対位置がカタログの精度で知られている星のグループを、リストに記載した星表を有するスター・センサを備え、
それが更に、測定精度を示し、それに座標系が組み合わされた、相対位置を正確に決定することができる光学式計測センサを備え、前記光学式計測センサがさらに絶対的な星の環境に関する知識を持たず、前記スター・センサと前記光学式計測センサが、星表における既知の輝星に相当する目標方向に光学式計測センサをおおよそ向けるため、スター・センサが使用され得るように協力し、光学式計測センサが次に前記既知の輝星の方向を、それ自体の座標系において正確に決定し、従って目標方向をカタログ精度の許容誤差内で、光学式計測センサの測定精度にほぼ相当する最適化された絶対精度で知り得るようにすることを特徴とする、絶対ターゲット・システムである。
【０００８】
既知の輝星は３、４、５又は６であり得る等級を示すことが有利である。
【０００９】
光学式計測センサは１組のＣＣＤ、ＣＭＯＳ、又はＡＰＳタイプの検出器を含むことが有利である。
【００１０】
光学式計測センサは、２０ｍに対して約１０μｍ以内で目標物体の相対位置を決定することを可能にする精度を示し、その結果として弧の約０．１秒以下の目標の角度精度を達成し得ることが有利である。
【００１１】
光学式計測センサの較正は、ミリワット程度の出力を有する非干渉性のファイバー接続された光源を用いて、全て地上で行なわれ得ることが有利である。
【００１２】
有利なことに、衛星は観測機器を天体の方に正確に向けることを可能にする、本発明による絶対ターゲット・システムを組み込むことができる。
【００１３】
有利なことに絶対指向法は、本発明による絶対ターゲット・システムを用いることができ、前記スター・センサが広い視野を提示し、そして光学式計測センサが検出領域及び目標軸を提示し：
・最初にスター・センサが、目標方向として選ばれた既知の輝星を、前記絶対ターゲット・システムの任意の変位制御及び適用手段により、光学式計測センサの検出領域へと導き、さもなくば前記スター・センサ及び光学式計測センサの適切な設備により、重なり合うスター・センサの広い視野及び光学式計測センサの検出領域へと導き、
・次に、光学式計測センサがそれ自体の座標系において目標方向を測定することを特徴とし、
光学式計測センサの座標系における既知の輝星に相当する目標方向の正確な知識と、そして星表のおかげによる前記既知の輝星の絶対位置の正確な知識とは、絶対目標方向を正確に推定することを最終的に可能とする。
【００１４】
有利なことに、前述の絶対ターゲット・システムに組み込まれた星表のカタログ精度よりも高い精度で、地上において星表を持つことにより、絶対目標方向の精度を増すように前記既知の輝星の座標知識に関する絶対精度を高めるため、そこで前記地上における星表が参照される、絶対指向法を実行することが可能である。
【００１５】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面の観点から与えられる、以下に続く説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は輝星Ｓの方向７への、衛星１ａに搭載された任意の宇宙機器６ａの絶対指向を例示する単純な図である。この衛星１ａはサービスモジュール３ａ及び、ミッションのために必要な全てのエネルギーを供給するために差し向けられる、太陽パネル２ａを備える。
【００１７】
従って、この図において４つの「ヘッド」を備えるスター・センサ又はステラ・センサ４は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳタイプのデジタルセンサ、及び短い焦点距離と天空においてほぼ星座に相当する、約２０°の比較的広い領域の焦点調節光学系を用いて、天空の一部分のマップを作り出す。
【００１８】
このマップに続いて、ステラ・センサは、それが検出した全ての星を記憶及びデジタル化し、次に統合されたコンピュータは、認識アルゴリズム及び、天空における輝星の絶対位置を記載している星表を用いて、その３つの座標を計算することにより、前記ステラ・センサの目標軸を決定する。必要ならば、さらに正確な地上のカタログを用いることもまた可能である。
【００１９】
一般に、使用される星は２等星〜５等星であり、３つ又は４つの星はアルゴリズムが収束するためには大抵十分である。さらに、アルゴリズムは一般にノイズの最小化及び「誤った星」の除去のための処理動作を含む。その決定精度は弧のおよそ１０〜２０秒であり、これらの値は製作者及び用いられる技術によって変化する平均の値である。
【００２０】
しかしながら、最も改良されていたとしても、最近のスター・センサにより達成されている精度は、現在想定されている一定の宇宙ミッションに要求される精度には達しない。その結果、本発明は前述のステラ・センサを、相対位置を正確に決定することができる光学式計測センサ５Ｎと連結することを提案する。
【００２１】
この光学式計測センサ５Ｎは同一のセンサ５Ｒによりバックアップされる。正確な光学式計測センサの特定の動作は、そのようなセンサの一例を表わす図３を用いて説明されよう。
【００２２】
図２はサービスモジュール３ｂ及び積載荷重６ｂを含む衛星１ｂに搭載された、本発明による絶対ターゲット・システムの一例を表わす。その原理は従って、その４つの「ヘッド」を有する従来のスター・センサ４を、センサ５Ｒによりバックアップされる正確な光学式計測センサ５Ｎに連結することである。この例において、４つのステラ・センサ４の視界は円錐８で表わされ、その頂点における角度は約２０°である。この広い視界８は、スター・センサが参照できる星表の中にその絶対座標が現われる、数多くの既知の輝星を検出することを可能にする。
【００２３】
正確な光学式計測センサ５Ｎは、スター・センサが既知の輝星Ｓを視界９Ｎ（９Ｒはセンサ５Ｒ用）に相当する、その検出円錐内へ導いたときに利用される。光学式計測センサ５Ｎは次に既知の輝星Ｓを最高の精度で、その焦点面に置くことができる。従って最初に、輝星Ｓはスター・センサ４のおかげで識別される。それは既知でありその座標は星表の中に現われる。スター・センサ４を介して、それはスター・センサの不完全さに起因する平均精度で、典型的には最良でも弧の数秒で絶対的に置かれる。
【００２４】
次に、前記輝星Ｓは光学式計測センサ５Ｎを用いて、観測機器６ｂの座標系内で正確かつ相対的に置かれる。その結果、スター・センサ４と光学式計測センサ５Ｎとの連結は、典型的には弧の０．１秒の最高絶対指向精度を衛星にもたらすことを可能にする。その誤差は衛星の座標系内で光学式計測センサ５Ｎにより標的とされた輝星Ｓの相対位置に関する誤差と、星表の中に現われる標的とされた輝星Ｓの絶対座標に関する誤差との合計に限定される。
【００２５】
星表、そして特に輝星表は非常に高い精度を有するため、このシステムの絶対精度は、ステラ・センサ４のような標準スター・センサの絶対精度よりも、少なくとも従来１０倍優れている、光学式計測センサ５Ｎの相対精度にほぼ等しい。
【００２６】
本発明による絶対ターゲット・システムの好適な一実施例において、光学式計測センサとして、仏国特許出願第２９０２８９４号明細書に記述されているタイプの装置を用いることが従って可能である。この特許出願は、宇宙において衛星を相対的に配置することを可能にする、衛星の編隊飛行用の計測システムを説明している。
【００２７】
一般に、編隊における衛星の飛行の範囲内で、衛星の相対位置の測定は、ちょうど衛星の絶対指向測定の如く、星のような慣性方向に対して必要とされる。衛星間の相対位置測定に対して、光学式計測センサが使用される。絶対指向測定に対して、スター・センサが使用される。相対位置計測センサの測定精度は、一般にスター・センサの絶対測定よりも遥かに優れている。他方で、計測センサは絶対的な星の環境に関する知識を持たない。本発明の目的は、機上に余分なセンサを何ら追加することなく、おおむね衛星間相対測定精度の絶対測定精度を提供するために、これら二つの測定値及び二つのタイプのセンサからの情報を組み合わせることである。
【００２８】
図３はそのような光学式計測センサ５Ｎの動作の、高度に単純化された表現である。上述の特許出願において、一次衛星に搭載された光源は、一次衛星に向かって光線を反射する、二次衛星に向かって光線を放射する。一次衛星は、その上に反射された光線が集束させられる一組の検出器を備える。一次衛星に対する二次衛星の相対位置を知ることを可能にするのは、検出器のグループ上で得られる光点位置の測定である。本発明の範囲内での使用に対し、輝星Ｓはミラーにより反射される光源に取って代わる。前記輝星Ｓから得られる光は、レンズＬ及びミラーＭを用いて、光学式計測センサ５ＮのＣＣＤ検出器のグループ上の点Ｐにおいて集束させられる。従って、点ＰからＣＣＤ検出器マトリックスの中心Ｒ迄の距離は正確に測定され、そして輝星Ｓがある方向は、そこから、光学式計測センサ５Ｎの特定の座標系における、従ってセンサが搭載されている衛星の、又は衛星グループの座標系における、前記センサ５Ｎの目標軸Ｘ−Ｘ’に対して推定される。そのような光学式計測センサ５Ｎを用いて、本発明によるシステムの絶対指向精度は弧の約０．１秒に達することができる。
【００２９】
その上、そのような光学式計測センサ５Ｎは地上で完全に較正されることができる。実際、光学式計測センサ５Ｎの較正を地上で行なうために、星Ｓに取って代わるであろう光源が使用され得る。そのようなセンサの地上におけるこの較正は、弧のおよそ１０分の１秒の目標軸における精度に十分相当する、光源の位置における２０ｍにつき約１０μｍ程度の精度を達成することを可能にする。
【００３０】
要約すると、本発明の主な利点は、現在及び将来の宇宙観測ミッションに対して求められる精度に適合する、最高の精度を示す絶対ターゲット・システムの実施を可能にすることである。さらに、この結果を達成するため、本発明は天体観測衛星に通常は系統的に組み込まれている１つだけのスター・センサと、あらゆる編成飛行ミッションに必須の光学式計測システムとを要する。本特許出願において提案されている解決策は、従って組み込むことが容易であり、装置の重量及び費用に関して潜在的に無関係である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による装置を用いて、輝星に向けた衛星の絶対指向の第１例の図示である。
【図２】本特許出願による装置の活用プロセスを詳細に述べることを可能にする、本発明による絶対ターゲット・システムの第２例の原理図である。
【図３】本特許出願の適用を可能にする、本発明による装置における光学式計測センサの一例の図式的表現である。
【符号の説明】
【００３２】
１ａ  衛星
１ｂ  衛星
２ａ  太陽パネル
３ａ  サービスモジュール
３ｂ  サービスモジュール
４  スター・センサ、ステラ・センサ
５Ｎ  光学式計測センサ
５Ｒ  光学式計測センサ
６ａ  宇宙機器
６ｂ  積載荷重、観測機器
７  目標方向、輝星Ｓの方向
８  広い視野、円錐
９Ｎ  検出領域、視界
９Ｒ  検出領域、視界
Ｓ  輝星
Ｍ  ミラー
Ｌ  レンズ
ＣＣＤ  検出器
Ｐ  ＣＣＤ検出器のグループ上の点
Ｒ  ＣＣＤ検出器マトリックスの中心
Ｘ−Ｘ’目標軸
【図１】
0005552696.tif 000002
【図２】
0005552696.tif 000003
【図３】
0005552696.tif 000004