(57)【要約】【課題】人工衛星を軽量化することができる、姿勢検知装置、姿勢検知方法、及び姿勢検知プログラムを提供すること。【解決手段】姿勢検知装置は、人工衛星から太陽又は地球を向く方向を第１方向として検出するように構成された、方向検出部と、人工衛星に搭載された撮像装置を介して太陽又は地球を撮像し、撮像データを取得するように構成された、撮像部と、撮像データに基づいて、人工衛星と、太陽又は地球とを結ぶ軸周りにおける人工衛星の回転角度を検出するように構成された、回転角度検出部とを備える。【選択図】図２
2015074382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星から太陽又は地球を向く方向を第１方向として検出するように構成された、方向検出部と、
前記人工衛星に搭載された撮像装置を介して太陽又は地球を撮像し、撮像データを取得するように構成された、撮像部と、
前記撮像データに基づいて、前記人工衛星と、太陽又は地球とを結ぶ軸周りにおける前記人工衛星の回転角度を検出するように構成された、回転角度検出部と、
を具備する
姿勢検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載された姿勢検知装置であって、
前記回転角度検出部は、前記撮像データと、予め用意された太陽又は地球を示す照合用データとを比較することにより、前記回転角度を検出するように構成されている
姿勢検知装置。
【請求項３】
請求項２に記載された姿勢検知装置であって、
前記撮像部は、太陽を撮像するように構成され、
前記照合用データは、太陽を示すデータであり、
前記回転角度検出部は、前記撮像データにおける太陽の黒点位置と、前記照合用データにおける太陽の黒点位置とを比較することにより、前記回転角度を検出するように構成されている
姿勢検知装置。
【請求項４】
請求項３に記載された姿勢検知装置であって、
更に、
前記人工衛星に搭載され、地上から前記照合用データを受信するように構成された、受信部、
を具備する
姿勢検知装置。
【請求項５】
請求項１に記載された姿勢検知装置であって、
前記撮像部は、太陽を撮像するように構成され、
前記回転角度検出部は、前記撮像データに基づいて、太陽の長軸及び短軸の少なくとも一方の方向を識別し、識別結果に基づいて前記回転角度を検出するように構成されている
姿勢検知装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された姿勢検知装置であって、
前記撮像装置は、
撮像素子と、
太陽又は地球の像を前記撮像素子に結像させるように構成された、結像部材とを備え、
前記方向検出部は、前記撮像素子上における太陽又は地球の像の位置に基づいて、前記第１方向を検出するように構成されている
姿勢検知装置。
【請求項７】
人工衛星に搭載された撮像装置を介して太陽又は地球を撮像し、撮像データを取得するステップと、
前記人工衛星から太陽又は地球を向く方向を第１方向として検出するステップと、
前記撮像データに基づいて、前記人工衛星と、太陽又は地球とを結ぶ軸周りにおける前記人工衛星の回転角度を検出するステップと、
を具備する
姿勢検知方法。
【請求項８】
請求項７に記載された姿勢検知方法であって、
前記回転角度を検出するステップは、前記撮像データと、予め用意された太陽又は地球を示す照合用データとを比較することにより、前記回転角度を検出するステップを含んでいる
姿勢検知方法。
【請求項９】
請求項８に記載された姿勢検知方法であって、
前記照合用データは、太陽を示すデータであり、
前記撮像データを取得するステップは、太陽を撮像するステップを含み、
前記回転角度を検出するステップは、前記撮像データにおける太陽の黒点位置と、前記照合用データにおける太陽の黒点位置とを比較することにより、前記回転角度を検出するステップを含んでいる
姿勢検知方法。
【請求項１０】
請求項７に記載された姿勢検知方法であって、
前記撮像データを取得するステップは、太陽を撮像するステップを含み、
前記回転角度を検出するステップは、前記撮像データに基づいて、太陽の長軸及び短軸の少なくとも一方の方向を識別し、識別結果に基づいて前記回転角度を検出するステップを含んでいる
姿勢検知方法。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれかに記載された姿勢検知方法をコンピュータに実行させるための、姿勢検知プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、姿勢検知装置、姿勢検知方法、及び姿勢検知プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星には、姿勢制御などを行うために、姿勢センサが搭載される。
【０００３】
姿勢センサとして、太陽センサが用いられる場合がある。図１Ａは、太陽センサの一例を示す概略図である。この太陽センサは、本体１０１及び複数の温度センサ１０２を有している。複数の温度センサ１０２は、本体１０１内に配置されている。本体１０１には、太陽光を温度センサ１０２に導くための入射口１０３が設けられている。この太陽センサでは、太陽光が入射口１０３を介して温度センサ１０２に到達し、温度センサ１０２が温度上昇を検知する。温度上昇を検知した温度センサ１０２の位置に基づいて、太陽光の入射角度が検出される。
【０００４】
上記に関連して、特許文献１（特開平１１−１８３１６１号公報）には、太陽光導入空間を有する本体と、本体に固定された複数の温度センサと、太陽光導入空間を覆うとともに、本体に対して相対移動可能な遮光カバーと、遮光カバーに設けられ、太陽光を温度センサに導く為の入射口で構成されることを特徴とする太陽センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８３１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１Ａ及び特許文献１に記載される太陽センサを人工衛星に搭載した場合、人工衛星から太陽を向く方向を検出することはできる。しかしながら、人工衛星と太陽とを結ぶ軸周りにおける人工衛星の回転角度については、検出することはできない。図１Ｂ及び図１Ｃは、この点を説明するための図である。図１Ｂ及び図１Ｃに示される例においては、人工衛星１０４に、太陽センサ１０１が搭載されている。図１Ｂ及び図１Ｃにおいては、太陽と人工衛星とを結ぶ軸Ｃに直交する平面内に、基準線が設定されている。図１Ｂに示される例では、人工衛星１０４は、基準線に沿っている。一方、図１Ｃに示される例では、人工衛星１０４が沿う方向は、基準線に対して９０°だけ、ずれている。すなわち、図１Ｂに示される状態と図１Ｃに示される状態とでは、軸Ｃ回りにおける回転角度が９０°だけ異なっている。上述の図１Ａ及び特許文献１に記載された太陽センサでは、図１Ｂに示される姿勢と及び図１Ｃに示される姿勢を区別することができない。そのため、人工衛星の３軸姿勢を検知するためには、他の姿勢センサを組み合わせる必要があり、人工衛星１０４が大型化してしまう。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、人工衛星を軽量化することができる、姿勢検知装置、姿勢検知方法、及び姿勢検知プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る姿勢検知装置は、人工衛星から太陽又は地球を向く方向を第１方向として検出するように構成された、方向検出部と、人工衛星に搭載された撮像装置を介して太陽又は地球を撮像し、撮像データを取得するように構成された、撮像部と、撮像データに基づいて、人工衛星と、太陽又は地球とを結ぶ軸周りにおける人工衛星の回転角度を検出するように構成された、回転角度検出部とを備える。
【０００９】
本発明に係る姿勢検知方法は、人工衛星に搭載された撮像装置を介して太陽又は地球を撮像し、撮像データを取得するステップと、人工衛星から太陽又は地球を向く方向を第１方向として検出するステップと、撮像データに基づいて、人工衛星と、太陽又は地球とを結ぶ軸周りにおける前記人工衛星の回転角度を検出するステップとを備える。
【００１０】
本発明に係る姿勢検知プログラムは、上述の姿勢検知方法をコンピュータに実行させるための、プログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、人工衛星を軽量化することができる、姿勢検知装置、姿勢検知方法、及び姿勢検知プログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、太陽センサの一例を示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、人工衛星の回転角度を説明する為の図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、人工衛星の回転角度を説明する為の図である。
【図２】図２は、人工衛星の概要を示す図である。
【図３】図３は、姿勢センサを示す概略構成図である。
【図４】図４は、姿勢検知装置のハードウェア構成の一例を示す概略図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る姿勢センサを示す概略構成図である。
【図６】図６は、撮像装置を示す概略図である。
【図７】図７は、姿勢検知方法を示すフローチャートである。
【図８】図８は、姿勢検知方法を説明する為の概念図である。
【図９】図９は、第２の実施形態に係る姿勢センサを示す概略構成図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に係る姿勢検知方法を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、姿勢検知方法を説明する為の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
【００１４】
（概要）
まず、実施形態の概要について説明する。図２は、人工衛星１の概要を示す図である。人工衛星１には、姿勢センサ２が搭載されている。姿勢センサ２は、人工衛星１の姿勢を検出するように構成されている。具体的には、姿勢センサ２は、人工衛星１から見た太陽又は地球の方向を、第１方向として検出する。また、姿勢センサ２は、軸Ｃ周りにおける人工衛星１の回転角度を検出する。軸Ｃは、人工衛星１と、太陽又は地球とを結ぶ軸である。
【００１５】
図３は、姿勢センサ２を示す概略構成図である。姿勢センサ２は、姿勢検知装置３及び撮像装置４を備えている。撮像装置４は、太陽又は地球を撮像するように構成されている。姿勢検知装置３は、方向検出部５、撮像部６、及び回転角度検出部７を備えている。
【００１６】
撮像部６は、撮像装置４を介して太陽又は地球を撮像し、撮像データを取得するように構成されている。
【００１７】
方向検出部５は、撮像データに基づき、人工衛星１から太陽又は地球を向く方向を第１方向として検出し、第１方向を示す第１方向データを生成するように構成されている。
【００１８】
回転角度検出部７は、撮像データに基づいて、軸Ｃ周りにおける人工衛星１の回転角度を検出し、検出結果を示す回転角度データを生成するように構成されている。
【００１９】
上述の第１方向データ及び回転角度データは、人工衛星１の３軸姿勢を示す姿勢データとして出力される。このような構成によれば、撮像データに基づいて、人工衛星１から見た太陽又は地球の方向（第１方向）、及び軸Ｃ回りの人工衛星１の回転角度を検出することができる。従って、他の姿勢センサを用いる必要がなく、人工衛星１を軽量化することが可能である。
【００２０】
尚、上述の姿勢検知装置３は、例えば、コンピュータにより実現することが可能である。図４は、姿勢検知装置３のハードウェア構成の一例を示す概略図である。この例では、姿勢検知装置３は、演算装置１８、記憶装置１０、及び入出力インターフェース９を備える。演算装置1８は、ＣＰＵなどに例示される。記憶装置１０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及びハードディスクなどに例示される。記憶装置１０には、姿勢検知プログラムが格納される。たとえば、演算装置1８が姿勢検知プログラムを実行することにより、上述の姿勢検知装置３が実現される。
【００２１】
以下、実施形態について、詳細に説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。
【００２３】
図５は、本実施形態に係る姿勢センサ２を示す概略構成図である。図５に示されるように、姿勢センサ２は、撮像装置４、受信装置１１（例えば、アンテナ）、及び姿勢検知装置３を備えている。
【００２４】
撮像装置４は、太陽を撮像するように構成されている。図６は、撮像装置４を示す概略図である。図６に示されるように、撮像装置４は、筐体１４、撮像素子１２、及び結像部材１３を備えている。撮像素子１２は、筐体１４内に配置されている。撮像素子１２としては、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）素子などを用いることができる。結像部材１３は、太陽の像を撮像素子１２に結像させるように構成されている。結像部材１３は、支持部材１５によって支持されている。結像部材１３としては、例えば、レンズ、及び反射鏡などを用いることができる。撮像素子１２に結像された像は、撮像データとして、姿勢検知装置３に通知される。
【００２５】
一方、図５に示されるように、姿勢検知装置３は、方向検出部５、撮像部６、回転角度検出部７、及び受信部８を備えている。
【００２６】
撮像部６は、撮像装置４から撮像データを取得する機能を有している。
【００２７】
方向検出部５は、撮像データに基づいて、人工衛星１から見た太陽の方向（第１方向）を検出する機能を有している。
【００２８】
回転角度検出部７は、撮像データと照合用データとを比較することにより、回転角度を検出する機能を有している。ここで、照合用データは、予め用意されたデータである。
【００２９】
受信部８は、予め、受信装置１１を介して照合用データを地上から受信し、格納する機能を有している。ここで、照合用データは、地上から太陽を撮像したときのデータである。照合用データには、太陽の黒点位置を示すデータが含まれている。太陽の黒点位置は、変動する場合がある。そこで、受信部８は、例えば、半月に１回の頻度で、照合用データを取得する。
【００３０】
続いて、本実施形態に係る姿勢検知方法について説明する。図７は、姿勢検知方法を示すフローチャートである。また、図８は、姿勢検知方法を説明する為の概念図である。
【００３１】
ステップＳ１：撮像
まず、撮像部６が、撮像装置４を介して、太陽を撮像し、撮像データを取得する。
【００３２】
ステップＳ２：第１方向の検出
次いで、方向検出部５が、撮像データに基づき、第１方向を検出する。具体的には、図８に示されるように、方向検出部５は、撮像素子上における太陽の像１７の位置（ピクセル座標）を検知する。図６に示した撮像装置４において、撮像素子１２上に結像した太陽の像１７の位置は、人工衛星１から見た太陽の方向に依存している。従って、方向検出部５は、検出した太陽の像１７の位置に基づいて、第１方向を検出する。方向検出部５は、検出した第１方向を示す第１方向データを生成する。
【００３３】
ステップＳ３：照合
また、図８に示されるように、回転角度検出部７が、撮像データにおける太陽の黒点位置を、照合用データに示される太陽の黒点位置と比較（照合）する。
【００３４】
ステップＳ４：回転角度の検出
比較結果に基づき、回転角度検出部７は、照合データにより示される太陽を基準として、撮像データに写された太陽の回転角度を検出する。回転角度検出部７は、検出した回転角度を示すデータを、人工衛星１の軸Ｃ回りの回転角度を示す回転角度データとして生成する。
【００３５】
以上のステップＳ１乃至Ｓ４による動作により、第１方向データ及び回転角度データが生成される。第１方向データ及び回転角度データは、人工衛星１の姿勢を示す姿勢データとして出力され、人工衛星１の姿勢制御などに用いられる。
【００３６】
本実施形態によれば、撮像装置４により得られる撮像データに基づいて、人工衛星１と太陽とを結ぶ軸Ｃ周りにおける人工衛星１の回転角度を求めることができる。従って、回転角度を求める為に他の姿勢センサを用いる必要がなく、人工衛星１を軽量化することが可能となる。
【００３７】
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、太陽の黒点位置を利用して回転角度が求められる場合について説明した。これに対して、本実施形態では、太陽が正確には楕円形状であることを利用し、太陽の長軸又は短軸を検出することにより、回転角度が求められる。尚、以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、説明が省略される。
【００３８】
図９は、本実施形態に係る姿勢センサ２を示す概略構成図である。本実施形態では、姿勢検知装置３が、方向検出部５、撮像部６及び回転角度検出部７を有している。但し、受信部８及び受信装置１１（図５参照）は、必ずしも必要はない。
【００３９】
図１０は、本実施形態に係る姿勢検知方法を示すフローチャートである。また、図１１は、姿勢検知方法を説明する為の図である。
【００４０】
ステップＳ１１、１２：撮像データの取得、第１方向の検出
まず、第１の実施形態と同様に、撮像部６が撮像データを取得し、方向検出部５が第１方向を検出する。
【００４１】
ステップＳ１３：回転角度検出部
また、回転角度検出部７が、回転角度を検出する。この際、回転角度検出部７は、図１１に示されるように、撮像データに基づいて、太陽の長軸及び短軸の少なくとも一方の方向を、識別する。回転角度検出部７は、予め設定された基準線と識別した方向との間の角度を算出し、算出結果を示すデータを回転角度データとして生成する。
【００４２】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、回転角度を求める為に他の姿勢センサを用いる必要がなく、人工衛星１を軽量化することが可能となる。
【００４３】
加えて、本実施形態では、地上から送られてくる照合用データを必要としない。従って、姿勢センサ２の構成をより単純化することが可能である。
【００４４】
尚、本実施形態では、太陽の撮像データが用いられる場合について説明した。但し、太陽の代わりに、地球が撮像されてもよい。この場合、方向検出部５が、人工衛星１から見た地球の方向を第１方向として検出する。また、回転角度検出部７は、撮像データを、予め用意された地球の地形データ等と比較することにより、人工衛星１の回転角度（人工衛星１と地球とを結ぶ軸周りの回転角度）を検出する。このような構成を採用した場合であっても、他の姿勢センサを組み合わせることなく、人工衛星１の３軸姿勢を検出することが可能となり、人工衛星１を軽量化することができる。
【００４５】
以上、本発明について、第１及び第２の実施形態を用いて説明した。尚、これらの実施形態は独立するものではなく、矛盾のない範囲内で組み合わせて用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  人工衛星
２  姿勢センサ
３  姿勢検知装置
４  撮像装置
５  太陽方向検出部
６  撮像部
７  回転角度検出部
８  演算装置
９  入出力インターフェース
１０  記憶装置
１１  受信装置
１２  撮像素子
１３  結像部材
１４  筐体
１５  支持部材
１６  太陽
１７  像
１８  演算装置
１０１  本体
１０２  温度センサ
１０３  入射口
１０４  人工衛星
【図１Ａ】
2015074382.tif 000003
【図１Ｂ】
2015074382.tif 000004
【図１Ｃ】
2015074382.tif 000005
【図２】
2015074382.tif 000006
【図３】
2015074382.tif 000007
【図４】
2015074382.tif 000008
【図５】
2015074382.tif 000009
【図６】
2015074382.tif 000010
【図７】
2015074382.tif 000011
【図８】
2015074382.tif 000012
【図９】
2015074382.tif 000013
【図１０】
2015074382.tif 000014
【図１１】
2015074382.tif 000015