(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星制御システムであって、
ジンバルを有する制御モーメント・ジャイロスコープと、
前記ジンバルの角度を判定するように構成された少なくとも１つのジンバル角度センサであって、各々、前記判定された角度を出力するように構成された出力回路を有する、ジンバル角度センサと、
前記出力回路と機能的に同一の回路トポロジを有する信号コンディショナ回路と、
前記信号コンディショナに電気的に結合された共通モード・エラー補償回路であって、前記信号コンディショナ回路からの電圧出力に基づいて、前記ジンバル角度センサにおける共通モード・エラーを判定し、前記共通モード・エラーを補償するための信号を出力するように構成される、共通モード・エラー補償回路と、
を含み、
前記信号コンディショナと前記出力回路は接地面を共有する、
衛星制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の衛星制御システムにおいて、前記共通モード・エラー補償回路が、更に、
前記信号コンディショナに電気的に結合された絶対値回路であって、前記信号コンディショナ回路からの前記電圧出力をＤＣ電圧に変換するように構成される、絶対値回路と、
基準電圧を出力するように構成された基準電圧回路と、
前記絶対値回路および前記基準電圧回路に電気的に結合された差分回路であって、前記基準電圧と前記ＤＣ電圧との間の差に基づいて、前記共通モード・エラーを補償するための前記信号を出力するように構成される、差分回路と、
を含む、衛星制御システム。
【請求項３】
請求項２記載の衛星制御システムであって、更に、
レゾルバ回路であって、一次巻線と二次巻線とを含む、レゾルバ回路を含み、
前記共通モード・エラー補償回路が、前記レゾルバ回路の一次巻線に電気的に結合される、衛星制御システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
連邦支援研究または開発に関する言明
[0001]  本発明は、秘密である(Classified)外部資金によって与えられた秘密契約番号の下において政府支援によって行われた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
技術分野
[0002]  本開示は、一般的には衛星に関し、更に特定すれば、衛星制御システムにおける共通モード・エラーの低減に関する。
【０００２】
[0003]  衛星および他の宇宙船のような、空間におけるビヒクル(vehicle)は、広く変動する温度および空間における放射線を受ける可能性がある。放射線は、例えば、望ましくない接地ループ電流(ground loop current)を生ずる可能性があり、この接地ループ電流はビヒクルにおけるある種のシステムにエラーを混入させる可能性がある。また、温度変動は、それぞれのシステムにおけるある種の回路エレメントが温度に感応する可能性があるので、ビヒクルにおけるシステムにエラーを混入させる可能性がある。ビヒクルにおける特定のシステムに混入されたエラーは、ビヒクルにおける他のシステムにおけるエラーと一貫する場合もあり、したがって、共通モード・エラーと一般に呼ばれる。しかしながら、ビヒクルにおける各システムは同じ共通モード・エラーを受けることもあり得るので、共通モード・エラーは、検出し除去するのが難しい可能性がある。
【発明の概要】
【０００３】
[0004]  一実施形態では、例えば、衛星制御システムを提供する。衛星制御システムは、ジンバルを有する制御モーメント・ジャイロスコープと、ジンバルの角度を判定するように構成された少なくとも１つのジンバル角度センサであって、各々、判定された角度を出力するように構成された出力回路を有する、ジンバル角度センサと、出力回路と実質的に同一の回路トポロジを有する信号コンディショナ回路と、信号コンディショナに電気的に接続された共通モード・エラー補償回路とを含むことができるが、これらに限定されるのではない。共通モード・エラー補償回路は、信号コンディショナ回路からの電圧出力に基づいてジンバル角度センサにおいて共通モード・エラーを判定し、この共通モード・エラーを補償するために信号を出力するように構成される。
【０００４】
[0005]  他の実施形態では、ビヒクルを提供する。このビヒクルは、第１回路トポロジを有する第１回路であって、共通モード・エラーを受ける、第１回路と、第１回路トポロジを実質的に有する第２回路であって、実質的に同様の共通モード・エラーを受ける、第２回路と、第２回路に電気的に結合された共通モード・エラー補償回路であって、第２回路からの出力される電圧に基づいて第１回路における共通モード・エラーを判定し、共通モード・エラーを補償するための信号を第１回路に出力するように構成される、共通モード・エラー補償回路とを含むことができるが、これらに限定されるのではない。
【０００５】
[0006]  更に他の実施形態では、衛星制御システムを共通モード・エラーに対して補償する方法を提供する。この方法は、信号コンディショナ回路によって出力される電圧に基づいて、制御モーメント・ジャイロスコープにおけるジンバル角度センサの出力回路において共通モード・エラーを判定するステップであって、信号コンディショニング回路が出力回路と実質的に同様の回路トポロジを有する、ステップと、共通モード・エラー補償回路によって、判定された共通モード・エラーに基づいてジンバル角度センサを補償するステップとを含むことができるが、これらに限定されるのではない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
[0007]  これより、以下の図面と共に、詳細な説明を行う。図面では、同様の番号は同様のエレメントを示す。
【図１】図１は、実施形態による衛星制御システムの一例のブロック図である。
【図２】図２は、実施形態による他の衛星制御システムの一例のブロック図である。
【図３】図３は、実施形態による、信号コンディショナおよび共通モード・エラー補償回路の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、実施形態による信号コンディショナの一例の回路図である。
【図５】図５は、実施形態による絶対値回路の回路図である。
【図６】図６は、実施形態によるフィルタ機能付き差分回路(filtered difference circuit)の一例の回路図である。
【図７】図７は、実施形態によるドライバの回路図である。
【図８】図８は、実施形態にしたがって、衛星制御システムを制御する方法の一例を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0016]  以下の詳細な説明は、性質上単なる一例であり、本発明、または本発明の用途や使用を限定することは意図していない。本明細書において使用する場合、「一例の」(exemplary)という単語は、「一例(example)、実例(instance)、または例示(illustration)として役割を果たす」ことを意味する。つまり、本明細書において「一例」として説明される実施形態はいずれも、他の実施形態よりも好ましい、または有利であるとは必ずしも解釈されることはない。本明細書において説明する実施形態の全ては、実施形態例であり、当業者が本発明を行うまたは使用することを可能にするために提供されるのであって、特許請求の範囲によって定められる発明の範囲を限定するために提供されるのではない。更に、先の技術分野、背景、端的な摘要、または以下の詳細な説明において提示される理論の表現や含意によっても拘束される意図は全くない。
【０００８】
[0017]  一実施形態によれば、衛星制御システムを提供する。以下で更に詳しく論ずるが、この衛星制御システムは、信号コンディショニング回路と、共通モード・エラーを検出し衛星制御システムから除去するための共通モード・エラー補償回路とを含む。
【０００９】
[0018]  図１は、実施形態による制御システムの一例１００のブロック図である。制御システム１００は、共通モード・エラーの影響を受けるおそれがあるハードウェア１１０を含む。言い換えると、ハードウェア１１０の多数のコンポーネントが、その内部において同様の量のエラーを生ずる、共通のエラー源を有するおそれがある。一実施形態では、例えば、ハードウェア１１０は、衛星のようなビヒクル１５０内にある制御モーメント・ジャイロスコープにおけるジンバル角度センサであってもよい。しかしながら、温度変化、またはその他の変化誘発現象による重大なばらつきに直面するセンサ・システムのための複合信号コンディショニング回路であればいずれでも、本明細書において論ずる技法を利用することができる。
【００１０】
[0019]  以後、制御システム１００を衛星制御システム１００と呼ぶ。しかしながら、本明細書において説明するシステムおよび方法は、種々の他のビヒクル（例えば、航空機システム、宇宙船システム）においても実現できることは、当業者であれば認められよう。
【００１１】
[0020]  共通モード・エラーとは、この名称が示唆するように、システムに混入され、このシステムの多数のエレメントに共通であるエラーのことである。共通モード・エラーは、温度変動、接地ループ電流、回路の他の部分からの磁気結合、またはモータ、容量性結合等のような強力なノイズ源によって混入される可能性がある。温度は、種々の様態(way)でハードウェア１１０に影響を及ぼす可能性がある。一般に、一定の材料は周囲温度に基づいて膨張および収縮する。この膨張／収縮は、抵抗のばらつきを生ずる可能性があり、種々のシステムによって出力される電圧の変化を生ずる可能性がある。接地ループ電流は、多数の回路エレメントに共通である接地面上における望ましくない電流である。接地ループ電流は、種々の様態でエラーをハードウェアに混入させる可能性がある。例えば、回路が入力電圧を接地と比較するように構成される場合、接地ループ電流による接地面上の電流がこの比較を狂わせる(alter)。外部または内部ノイズ源の誘導性結合または容量性結合も、システム精度を低下させる。以下で更に詳しく論ずるが、基準回路に対する結合の類似性を利用して、多数の同様の回路からのこのような結合を除去する。先に論じたジンバル角度センサの例では、ジンバル角度センサは、制御モーメント・ジャイロスコープのジンバルの角度を精度高く測定するためには、レゾルバ回路に対して非常に厳しい(tight)制御を必要とする場合がある。言い換えると、ジンバル角度センサの精度は、レゾルバ回路の一次巻線において非常に精度が高く一貫性のある電圧を受けるレゾルバ回路に依存すると考えられる。システムにおける共通モード・エラーは、レゾルバ回路の一次巻線において受ける電圧を狂わせることによって、ジンバル角度センサの精度を落とす可能性がある。本明細書において説明するシステムは、精度要件を満たすにはノイズが多すぎるソースによって、多数の同様の複合コンディショニング回路が供給を受ける場合に有利である。本明細書において説明する技法は、多数のコンディショニング回路が受ける殆どの共通ノイズ源をこれらの回路から除去してノイズを低減するように、同様の回路を補正ループ内に挿入することによって、制御モーメント・ジャイロスコープにおいてエラーを低減する。
【００１２】
[0021]  衛星制御システム１００から精度高く共通モード・エラーを除去するために、信号コンディショナ１２０および共通モード・エラー補償回路１３０が使用される。信号コンディショナ１２０は、ハードウェア１１０と同じまたは実質的に同じ共通モード・エラーを信号コンディショナ１２０が受けるように配置される。例えば、信号コンディショナ１２０は、ハードウェア１１０と同じまたは同様の周囲温度を受けるように配置されるもでもよく、そしてある実施形態では、ハードウェア１１０と同じ接地面を共有することもできる。一実施形態では、例えば、信号コンディショナ１２０は、ハードウェア１１０と実質的に同じ回路トポロジを有してもよい。言い換えると、ハードウェア１１０が、ジンバル角度センサにおけるレゾルバの二次巻線上で差動電圧を測定する回路であり、ある種の回路レイアウトに配置されたある数の回路エレメントを有する場合、信号コンディショナ１２０は、ハードウェア１１０の回路エレメントそのもの、または実質的にそのものを有し、ハードウェア１１０と同じまたは実質的に同じレイアウトに配置されてもよい。尚、当業者であれば、ハードウェア１１０と信号コンディショナ１２０との間に些細な相違または無関係な相違があっても、信号コンディショナ１２０は実質的にハードウェア１１０と同様になることが認められよう。
【００１３】
[0022]  共通モード・エラー補償回路１３０は、信号コンディショナ１２０に電気的に結合されている。共通モード・エラー補償回路１３０は、信号コンディショナ１２０によって出力される電圧を基準電圧と比較して、エラー信号を生成する。一実施形態では、例えば、基準電圧は、絶対電圧基準チップによって生成され、この絶対電圧基準チップは、温度補償され、これを利用する(serve)いずれのものよりも遙かに小さなエラーを有するように設計される。信号コンディショナ１２０によって出力された電圧が共通モード・エラーのために変動するとき、衛星制御システム１００を共通モード・エラーに対して補償するために、エラー信号を使用することができる。
【００１４】
[0023]  一実施形態では、例えば、共通モード・エラー補償回路１３０は、補償信号を直接ハードウェア１１０に出力して、共通モード・エラーを補償することができる。他の実施形態では、例えば、共通モード・エラー補償回路１３０は、プロセッサ１４０に結合されてもよい。プロセッサ１４０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、物理処理ユニット（ＰＰＵ）、グラフィクス処理ユニット（ＧＰＵ）、フィールド・プログラマブル論理アレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロコントローラ、あるいは任意の他の論理デバイスまたはその組み合わせを含むがこれらに限定されない、任意の論理デバイスであってもよい。プロセッサ１４０は、例えば、共通モード・エラー補償回路１３０の出力に基づいて、ハードウェア１１０によって出力される信号をオフセットさせて、ハードウェア１１０が受ける共通モード・エラーを補償することができる。
【００１５】
[0024]  図２は、実施形態による衛星制御システム１００の他の例のブロック図である。衛星制御システム１００は、制御モーメント・ジャイロスコープ２１０を含む。制御モーメント・ジャイロスコープ２１０は、高度制御デバイスである。制御モーメント・ジャイロスコープ２１０の構成は、様々に異なることもあるが、通常では、回転ロータと１つ以上の電動(motorized)ジンバル（図示せず）を含めばよい。電動ジンバルは、ロータの角モーメントを衛星に転移させる(transfer)。ロータが傾くと、角モーメントが変化することによって、ジャイロスコープ・トルクが発生して衛星を回転させる。本明細書における図２に関する説明は、衛星の文脈で論じられるが、本明細書において論じられる制御モーメント・ジャイロスコープ２１０および制御システムは、宇宙船、航空機、または多数の複合角度測定を伴うあらゆるシステムを含むがこれらに限定されない、任意のビヒクルにおいて実現できることは、当業者であれば認められよう。
【００１６】
[0025]  制御モーメント・ジャイロスコープ２１０は、制御モーメント・ジャイロスコープ２１０のジンバルの角度を判定するために、多数のジンバル角度センサ２２０を含む。各ジンバル角度センサ２２０には、入力回路２３０から信号が供給される。入力回路２３０は、制御モーメント・ジャイロスコープのジンバルの角度を判定するためにジンバル角度センサ２２０によって使用される信号を出力する。入力回路２３０によって出力される信号の振幅は、ジンバル角度センサ２１０における共通モード・エラーによる影響を受ける(effect)可能性がある。入力回路２３０は、レゾルバ２５０の一次巻線２４０に結合されている。実質的に同様の出力回路２６０が、レゾルバ２５０の二次巻線２７０の各々に結合されている。出力回路２６０の各々は実質的に同様であり、同じ入力回路２３０によって供給されるので、出力回路２６０の各々に影響を及ぼす共通モード・エラーは実質的に同様である。ある場合には、例えば、制御モーメント・ジャイロスコープ２５０内には２０個までまたはそれ以上の出力回路２６０がある可能性があり、各々が、実質的に同様の様態で共通モード・エラーによる影響を受ける。一実施形態では、例えば、各出力回路２６０がプロセッサ１４０に結合されてもよく、プロセッサ１４０は、決定されたジンバルの角度に基づいて、制御モーメント・ジャイロスコープ２１０を制御する。
【００１７】
[0026]  制御モーメント・ジャイロスコープ２１０は共通モード・エラーを受けるおそれがあるので、衛星制御システム１００は、更に、信号コンディショナ１２０と、共通モード・エラー補償回路１３０とを含む。信号コンディショナ１２０は、制御モーメント・ジャイロスコープ２１０のコンポーネントと同じ周囲温度を信号コンディショナ１２０が受けるように配置され、ある実施形態では、制御モーメント・ジャイロスコープ２１０のコンポーネントと同じ接地面を共有することもできる。
【００１８】
[0027]  信号コンディショナ１２０は、出力回路２６０と実質的に同じ回路トポロジを有する。言い換えると、信号コンディショナ１２０は、出力回路２６０の回路エレメントそのもの、または実質的にそのものを有するのでもよく、これらは出力回路２６０と同じまたは実質的に同じレイアウトで配置される。以下で更に詳しく論ずるが、信号コンディショナ１２０からの電圧出力から、共通モード・エラー補償回路１３０によってエラー信号が生成される(develop)。図２に示すように、エラー信号は、入力回路２３０を共通モード・エラーに対して補償するために使用される。共通モード・エラー補償回路１３０は、図２に示すように入力回路２３０に、および／またはプロセッサ２８０にフィードバックを供給して、ジンバル角度センサ２２０における共通モード・エラーを補償することができる。例えば、共通のエラー源（例えば、温度）がレゾルバの二次出力信号コンディショナの出力をｘボルトの値だけ上昇させる場合がある。ｘボルトの値は、一緒に動作するコンディショナにおける全ての部分の応答の複合関数となる。ｘボルトが、角度情報をディジタル形態に変換するために割り当てられた出力回路に入力することが許容されると、ｘボルトは容認できないエラー源となる。この共通エラーそのものが、信号コンディショナ１２０にも現れる。しかしながら、本システムはレゾルバの一次サーボ・フィードバック・ループにおいて信号コンディショナ１２０および共通モード・エラー補償回路を利用するので、制御システム１００は、その振幅基準値を満たすために、ｘボルトとは逆方向にｘボルトを補償してその出力を修正することができる。言い換えると、ｘボルトの値は実際の励起出力から来たのではないので、共通モード・エラー補償回路の出力は、エラーの検出に応答して、ｘだけ逆方向に変化させられる。したがって、共通モード・エラー補償回路１３０から出力されるエラー打ち消し効果が、レゾルバの二次の全てを通ってそれらの出力回路２６０まで進み、これらの回路によって生成される同じ共通エラーを相殺する。
【００１９】
[0028]  図３は、実施形態による信号コンディショナ１２０および共通モード・エラー補償回路１３０の一例を示すブロック図３００である。以下で更に詳しく論ずるが、信号コンディショナ１２０は、衛星制御システム１００における共通モード・エラーに基づいて変化する電圧を、共通モード・エラー補償回路１３０に出力する。
【００２０】
[0029]  一実施形態では、例えば、信号コンディショナ１２０からの電圧出力は、最初に変換バッファ３１０に入力することができる。変換バッファ３１０は、固定量だけ、信号コンディショナ１２０からの電圧出力をずらすことができる。一実施形態では、例えば、オフセット電圧は２．５ボルトとしてもよい。しかしながら、オフセット電圧は、共通モード・エラー補償回路１３０に対する必要性に応じて異なってもよいことは、当業者であれば認められよう。オフセット電圧の値は、レゾルバの信号をディジタル変換器の集積回路に合わせてずらすように選択されてもよい。何故なら、これらの集積回路は、そのアナログ入力が０から５ボルトまでの範囲を取り、２．５ボルトが０ボルトであるかのように扱うこともあるからである。したがって、変換バッファ３１０の値は、レゾルバの信号を集積回路の要件に合わせるように選択することができる。更に、オフセット電圧は、ある種の実施形態では必要でない場合もあることは、当業者であれば認められよう。何故なら、電圧は下流側のプロセッサの要件に合わせて生成され、下流側のプロセッサの要件はシステム毎に異なる可能性があるからである。言い換えると、下流側のプロセッサが正しく動作するためにオフセットを必要としない場合、それを供給する必要はない。
【００２１】
[0030]  図３に示す実施形態では、変換バッファ３１０からの電圧出力が、または変換バッファがない実施形態では信号コンディショナ１２０からの電圧出力が、絶対値回路３２０に入力される。図２に示したレゾルバ回路２５０の二次巻線２７０からの出力は、正弦波状である。したがって、絶対値回路３２０は、信号コンディショナからの正弦波状電圧出力を、レゾルバ励起正弦波の振幅に比例する近ＤＣ電圧(near DC voltage)に変換する。
【００２２】
[0031]  絶対値回路３２０からのＤＣ電圧出力は、フィルタ機能付き差分回路(filtered difference circuit)３３０に入力される。フィルタ機能付き差分回路３３０は、絶対値回路３２０からのＤＣ電圧出力を、基準電圧回路３４０からの既知の基準電圧出力と比較して、２つの（制御ループ）間の差に対応するエラー信号を作成しつつ、同時に衛星制御システム１００における信号コンディショナの共通モード・エラーを除去する。一実施形態では、例えば、基準電圧回路３４０は、絶対電圧基準チップによって生成され、この絶対電圧基準チップは、温度補償され、これを利用する(serve)いずれのものよりも遙かに小さなエラーを有するように設計される。言い換えると、基準電圧回路３４０は、システムの残りが受ける共通モード・エラーから実質的に分離される。したがって、信号コンディショナからの出力がシステムにおける共通モード・エラーに基づいて変化するに連れて、共通モード・エラー補償回路１３０のフィルタ機能付き差分回路３３０は、その出力を、共通モード・エラーが分離された基準電圧回路３４０と比較することによって、共通モード・エラーを取り込むことができる。
【００２３】
[0032]  図３は、フィルタ機能付き差分回路からの出力がドライバ回路３６０に出力されることを示すが、代わりに、フィルタ機能付き差分回路からの出力を、図１および図２に示したプロセッサ１４０に、またはプロセッサ１４０およびドライバ回路３６０の双方に送信することもできる。
【００２４】
[0033]  一実施形態では、例えば、共通モード・エラー補償回路１３０は、起動コントローラ３５０を含むこともできる。フィルタ機能付き差分回路３３０および基準電圧回路３４０は、例えば、フィードバックに基づく回路であってもよい。言い換えると、フィルタ機能付き差分回路３３０および基準電圧回路３４０は、入力信号に基づいて、これらそれぞれの出力の基準を形成する(base)のでもよい。したがって、起動コントローラ３５０は、フィードバック・サイクルを定めるために、デフォルトの初期値を、フィルタ機能付き差分回路３３０および基準電圧回路３４０のフィードバック経路上に置くこともできる。
【００２５】
[0034]  一実施形態では、例えば、エラー信号はドライバ回路３６０に入力される。図２に示すように、ドライバ回路３６０は入力回路２３０に結合されている。以下で更に詳しく論ずるが、ドライバ回路３６０は、システムにおける共通モード・エラーに基づいて入力回路２３０を補償して、できるだけ完全に近い振幅正弦波をレゾルバ２５０に供給する。ドライバ回路３６０は、入力回路２３０によって出力される励起波を、システム全体における高いレベルの共通ノイズに対抗して補償するために、位相制御された正弦波信号を出力する。
【００２６】
[0035]  図４は、実施形態による信号コンディショナ１２０の一例の回路図４００である。図２に示した信号コンディショナ１２０は抵抗器４０５を含む。抵抗器４０５の第１端は二次巻線２７０の内第１のものに結合されている。第２抵抗器４１０の第１端は、二次巻線２７０の内第２のものに結合されている。先に論じたように、二次巻線２７０は、制御モーメント・ジャイロスコープ２１０のジンバルの角度に対応する正弦波差信号を出力することができる。
【００２７】
[0036]  キャパシタ４１５が、抵抗器４０５および４１５の第２端間に並列に結合されている。また、抵抗器４２０の第１端が、抵抗器４０５の第２端に結合されている。同様に、抵抗器４２５の第１端が、抵抗器４１０の第２端に結合されている。キャパシタ４３０が、抵抗器４２０および４２５の第２端間に並列に結合されている。また、抵抗器４３５の第１端が、抵抗器４２０の第２端に結合されている。同様に、抵抗器４４０の第１端が、抵抗器４２５の第２端に結合されている。抵抗器４３５の第２端は、演算増幅器４４５への負入力に結合されている。抵抗器４４０の第２端は、演算増幅器４４５の正入力に結合されている。抵抗器４５０が、抵抗器４５０の第２端と接地面との間に結合されている。先に論じたように、接地面は、信号コンディショナ１２０が、ジンバル角度センサ２２０が受けるあらゆる接地ループ電流を取り込むように、信号コンディショナ１２０およびジンバル角度センサ２２０によって共有されることが可能である。キャパシタ４５５が、接地面と、演算増幅器４４５の正入力との間に結合されている。抵抗器４６０が、抵抗器４２０の第２端と演算増幅器４４５の出力との間に結合されている。キャパシタ４６５が、演算増幅器４４５の入力とこの演算増幅器の出力との間に結合されている。コンポーネント４１５〜４６５は、レゾルバ２５０のノイズ性能に肝要である主要(key)折点周波数において、ロー・パス・フィルタ、ハイ・パス・フィルタ、およびノッチ・フィルタの役割を果たす。
【００２８】
[0037]  演算増幅器４４５は、正電源ＶＳおよび負電源−ＶＳによって給電される。抵抗器４７０が、負電源−ＶＳと演算増幅器４４５との間に結合されている。キャパシタ４７５が、抵抗器４７０と接地面との間に結合されている。同様に、抵抗器４８０が、正電源ＶＳと演算増幅器４４５との間に結合されている。キャパシタ４８５が、抵抗器４８０と接地面との間に結合されている。
【００２９】
[0038]  演算増幅器４４５によって出力される電圧は、変換バッファ３１０または絶対値回路３２０のいずれかに電気的に結合される。演算増幅器４４５によって出力される電圧は、衛星制御システム１００が受ける共通モード・エラーのレベルに対応し、更に二次レゾルバ出力に対するデコーディング基準(decoding reference)として出力回路２６０によって使用される信号に対応する。
【００３０】
[0039]  図５は、実施形態による絶対値回路３２０の回路図５００である。絶対値回路３２０は、図５に示したような信号コンディショナ１２０、または先に論じたような変換バッファ３１０のいずれかから入力を受ける。抵抗器５０５が、絶対値回路３２０への入力と、演算増幅器５１０への負入力との間に結合されている。この演算増幅器の正入力は、接地面に結合されている。演算増幅器５１０は、正電源ＶＳおよび負電源−ＶＳによって給電される。抵抗器５２０が、正電源ＶＳと演算増幅器５１０との間に結合されている。キャパシタ５１５が、抵抗器５２０と接地面との間に結合されている。同様に、抵抗器５２５が、負電源−ＶＳと演算増幅器５１０との間に結合されている。キャパシタ５３０が、抵抗器５２５と接地面との間に結合されている。ダイオード５３５の第１端が、演算増幅器５１０の出力に結合されている。ダイオード５３５の第２端は、演算増幅器５１０の入力に結合されている。このダイオードは、演算増幅器５１０の出力と演算増幅器５１０の入力との間に電流を流すように配置されている。
【００３１】
[0040]  抵抗器５４０が、絶対値回路３２０への入力に結合されている。抵抗器５４０の第２端は、抵抗器５４５の第１端に結合されている。抵抗器５４５の第２端は、抵抗器５０５の第２端に結合されている。抵抗器５４５の第２端は、ダイオード５５０の第１端に結合されている。ダイオード５５０の第２端は、ダイオード５３５の第１端に結合されている。ダイオード５５０は、ダイオード５５０の第１端からダイオード５５０の第２端に電流を流すように配置されている。回路コンポーネント５０５〜５５０は、受けた正弦波入力電圧の負電圧成分を正電圧に反転させるように機能する。
【００３２】
[0041]  更に、絶対値回路３２０は演算増幅器５５５を含む。演算増幅器５５５の負入力は、抵抗器５４０の第２端に結合されている。この演算増幅器の正入力は、接地面に結合されている。演算増幅器５５５は、正電源ＶＳおよび負電源−ＶＳによって給電される。抵抗器５７０が、負電源−ＶＳと演算増幅器５５５との間に結合されている。キャパシタ５７５が、抵抗器５７０と接地面との間に結合されている。同様に、抵抗器５８５が、正電源ＶＳと演算増幅器５５５との間に結合されている。キャパシタ５８０が、抵抗器５８５と接地面との間に結合されている。キャパシタ５６５が、演算増幅器５５５の負入力と演算増幅器５５５の出力との間に結合されている。また、抵抗器５６０も演算増幅器５５５の負入力と演算増幅器５５５の出力との間に結合されている。回路コンポーネント５５５〜５８５は、反転された正弦波電圧をフィルタリングするように機能し、絶対値回路の出力が、実質的に、衛星制御システム１００における共通モード・エラーを、レゾルバ励起正弦波（即ち、入力回路２３０から出力される信号）の振幅に追加したものに対応するＤＣ値となるようにする。図５に示すように、絶対値回路３２０の出力は、フィルタ機能付き差分回路３３０の入力に結合されている。
【００３３】
[0042]  図５は、絶対値回路３２０の一例を示すが、回路トポロジおよびレイアウトは、同じ目的を達成することに変わりなく変更できることは、当業者であれば認められよう。
【００３４】
[0043]  図６は、実施形態によるフィルタ機能付き差分回路３３０の一例の回路図である。先に論じたように、フィルタ機能付き差分回路３３０は、絶対値回路３２０からの入力電圧、および基準電圧回路３４０を受け、衛星制御システム１００における共通モード・エラーを示す、２つの入力信号間の差と、他のエラー源からの励起正弦波振幅におけるエラーとを加算した値を出力する。一実施形態では、例えば、基準電圧回路３４０は、約−３ボルトの固定電圧を出力することができる。しかしながら、基準電圧回路３４０の電圧は、個々のシステムの要望に応じて異なることが可能であることは、当業者であれば認められよう。
【００３５】
[0044]  絶対値回路３２０および基準電圧回路３４０からの出力双方が、演算増幅器６０２の正入力に接続されている。演算増幅器６０２の負入力は、抵抗器６０４を介して、接地面に結合されている。演算増幅器６０２は、正電源ＶＳおよび負電源−ＶＳによって給電される。抵抗器６０６が、負電源−ＶＳと演算増幅器６０２との間に結合されている。キャパシタ６０８が、抵抗器６０６と接地面との間に結合されている。同様に、抵抗器６１０が、正電源ＶＳと演算増幅器６０２との間に結合されている。キャパシタ６１２が、抵抗器６１０と接地面との間に結合されている。キャパシタ６１４が、演算増幅器６０２への入力と演算増幅器６０２の出力との間に結合されている。回路エレメント６０２〜６１４は、衛星制御システム１００における共通モード・エラーに、他の非共通エラー源からの励起正弦波の振幅エラーを加えた値に対応する電圧を出力するように機能する。基準電圧と絶対値回路３２０の出力との間の差は、入力回路２３０から出力される励起正弦波の振幅を規制する。励起信号コンディショニング回路とレゾルバ信号コンディショニング回路との間の、ノイズに対する共通モード応答の差も、同様に差ブロック動作によって（同時に）除去される。
【００３６】
[0045]  演算増幅器の出力は、抵抗器６１６の第１端に結合されている。抵抗器６１６の第２端は、抵抗器６１８の第１端に結合されている。抵抗器６１８の第２端は、キャパシタ６２０の第１端に結合されている。キャパシタ６２０の第２端は、抵抗器６２２の第１端に結合されている。抵抗器６２２の第２端は、抵抗器６２４の第１端に結合されている。図６に示す実施形態では、抵抗器６２４の第２端はドライバ３６０に結合されている。以下で更に詳しく論ずるが、ドライバ３６０は、図２に示したレゾルバ２５０の一次巻線に電圧を送り込む。しかしながら、他の実施形態では、差動回路(differentiator)３３０によって出力された電圧がプロセッサ１４０に出力されてもよく、プロセッサ１４０は衛星制御システム１００によって出力される信号を補償する。
【００３７】
[0046]  フィルタ機能付き差分回路３３０は、更に、トランジスタ６２６を含む。トランジスタ６２６のコレクタは、抵抗器６１６の第２端に結合されている。ダイオード６２８が、トランジスタ６２６のベースとトランジスタ６２６のエミッタとの間に結合されている。このダイオードは、トランジスタ６２６のベースとトランジスタ６２６のエミッタとの間に電流の通過(flow)を許すように構成されている。抵抗器６３０の第１端もトランジスタ６２６のベースに結合されている。抵抗器６３０の第２端は、電源ＶＤＣに結合されている。一実施形態では、例えば、電源ＶＤＣは５ボルトにするとよい。しかしながら、この電圧はシステムの要望に応じて異なることが可能であることは、当業者であれば認められよう。抵抗器６３２の第１端も電源ＶＤＣに結合されている。抵抗器６３２の第２端は、トランジスタ６２６のエミッタに結合されている。
【００３８】
[0047]  フィルタ機能付き差分回路は、更に、トランジスタ６３４を含む。トランジスタ６３４のソースは、トランジスタ６２６のエミッタに結合されている。トランジスタ６３４のゲートは、トランジスタ６２６のコレクタに結合されている。トランジスタ６３４のドレインは、キャパシタ６２０の第２端に結合されている。トランジスタ６３４のドレインは、キャパシタ６３６の第１端にも結合されている。キャパシタ６３６の第２端は、演算増幅器６０２の正入力に結合されている。抵抗器６３８が、トランジスタ６３４のドレインと接地との間に結合されている。トランジスタ６３４は、フィルタ機能付き差分回路３３０において受けたエラーに基づいて、ドライバ３６０への電力電圧を規制する。駆動正弦波振幅は、この電力電圧に比例する。また、トランジスタ６３４は、増幅器６０２の入力が機能的に逆転されるように、フィルタ機能付き差分回路３３０の出力を反転させ、このようにして、励起回路における共通エラーは、レゾルバの一次入力（励起信号がレゾルバに入力するところ）からレゾルバを通過して、同様のレゾルバ二次信号コンディショナの全ての共通エラーから減算される。
【００３９】
[0048]  差動回路は、更に、インダクタ６４０を含む。このインダクタの第１端は、抵抗器６２２の第２端に結合されている。抵抗器６４２の第１端は、インダクタ６４０の第２端に結合されている。抵抗器６４２の第２端は、演算増幅器６０２の正入力に結合されている。抵抗器６４４の第１端は、抵抗器６２２の第２端に結合されている。抵抗器６４４の第２端は、インダクタ６４０の第２端に結合されている。キャパシタ６４６の第１端も、抵抗器６２２の第２端に結合されている。キャパシタ６４６の第２端は、抵抗器６４８の第１端に結合されている。抵抗器６４８の第２端は、接地に結合されている。抵抗器６５０が、キャパシタ６４６の第１端と接地との間に結合されている。フィルタ機能付き差分回路３３０は、更に、キャパシタ６５２を含む。キャパシタ６５２は、抵抗器６２４の第１端と接地との間に結合されている。
【００４０】
[0049]  フィルタ機能付き差分回路３３０が信号コンディショナ１２０からの出力を基準電圧回路３４０からの電圧出力と比較するので、フィルタ機能付き差分回路３３０は、衛星制御システム１００内に存在するあらゆる共通モード・エラーを精度高く取り込むことができる。
【００４１】
[0050]  図６はフィルタ機能付き差分回路３３０の一例を示すが、回路トポロジおよびレイアウトは、同じ目的を達成することに変わりなく変更できることは、当業者であれば認められよう。
【００４２】
[0051]  図７は、実施形態によるドライバ３６０の回路図である。先に論じたように、ドライバ回路３６０への入力は、フィルタ機能付き差分回路３３０の出力であり、レゾルバ２５０の一次から二次を通じて駆動される。フィルタ機能付き差分回路３３０からの入力は、ライン・ドライバ７０２〜７０８に結合されている。ライン・ドライバ７０２〜７０８の各々は、制御ループによって管理される動作範囲において差動方形波信号を出力するように構成されている。この方形波は、レゾルバ２５０を通過して一次巻線から二次巻線に行く途中で正弦波に変換される。差動正弦波信号の電圧範囲の特定的な振幅が、フィルタ機能付き差分回路３３０によって出力されるエラー信号に基づいて制御される。ライン・ドライバ７０２〜７０８の全ては、制御モーメント・ジャイロスコープ２１０のデジタル・セクションからの方形波入力に応答して、同時に動作する。この正弦波入力の周波数および位相は、プロセッサ１４０によって厳密に規制される。先に論じたように、２０個以上ものジンバル角度センサがある可能性もあり、つまり、これらを全て駆動するのに十分な電流を供給するためには、多数のライン・ドライバが必要とされることもあり得る。ライン・ドライバ７２０〜７０８の動作電圧は、２．３から５．５Ｖまで変化することができ、入力回路２３０によって出力される励起正弦波の振幅を制御する。この振幅は、図２に示したループを通って、信号コンディショナ１２０によって測定される。
【００４３】
[0052]  更に、ドライバ回路３６０は抵抗器７１０を含む。抵抗器７１０の第１端は、フィルタ機能付き差分回路３３０の出力に結合されている。抵抗器７１０の第２端は、トランジスタ７１２のコレクタに結合されている。トランジスタ７１２のベースは、抵抗器７１４の第１端に結合されている。抵抗器７１４の第２端は、周期的電圧源７１６に結合されている。一実施形態では、例えば、周期的電圧源７１６は変調電圧を出力することができる。この変調電圧は、０ボルトから５ボルトまでの範囲を取る振幅、約１００マイクロ秒のパルス幅、および約２００マイクロ秒の周期を有する。しかしながら、周期的電圧源７１６の周期および電圧は変更できることは、当業者であれば認められよう。周期的電圧源７１６の周波数および位相は、ドライバ回路３６０の出力の周波数および位相を正確に決定し、つまりレゾルバの一次巻線２４０に送信される励起波の周波数および位相を正確に決定する。
【００４４】
[0053]  また、抵抗器７１８の第１端も周期的電圧源７１６の出力に結合されている。抵抗器７１８の第２端は、トランジスタ７２０のベースに結合されている。トランジスタ７２０のエミッタは接地に結合されている。トランジスタ７２０のエミッタは、トランジスタ７１２のエミッタにも結合されている。トランジスタ７２０のコレクタは、抵抗器７２２の第１端に結合されている。抵抗器７２２の第２端は、微分器３３０の出力に結合されている。抵抗器７２４の第１端は、周期的電圧源７１６の出力および抵抗器７１８の第１端に結合されている。抵抗器７２４の第２端は、抵抗器７２６の第１端に結合されている。抵抗器７２６の第２端は、抵抗器７１４の第２端、および周期的電圧源７１６の出力に結合されている。抵抗器７２６の第１端は、インダクタ７２８の第１端にも結合されている。インダクタ７２８の第２端は、抵抗器７３０の第１端にも結合されている。抵抗器７３０の第２端は、電源ＶＤＣに結合されている。一実施形態では、例えば、電源ＶＤＣは５ボルトにするとよい。しかしながら、この電圧はシステムの要望に応じて異なることが可能であることは、当業者であれば認められよう。抵抗器７３２の第１端も、インダクタ７２８の第１端に結合されている。キャパシタ７３４が、抵抗器７３２の第２端と接地との間に結合されている。キャパシタ７３６が、インダクタ７２８の第１端と接地との間に結合されている。トランジスタ７１２および７２０は、周期的電圧源からのロジックを変換する一意の可変ロジック変換段の役割を果たす。一実施形態では、例えば、ロジックは、差分回路３３０によってドライバに供給される電力電圧に比例する。このロジックは、３．９＋／−４１％ロジック供給範囲にわたる正しいディジタル・スイッチングを保証する。共通コレクタ回路は、フィルタ機能付き差分回路３３０によって出力される電圧と共に増減し(scale)、そして可変論理反転器およびドライバ・チップの保証されたトリガ高および低要件に従う電圧を出力する。ドライバ回路３６０は、標準的な固定ロジック変換回路の代わりに、連続サーボに適した大きな範囲の論理値にわたって、レベル変換器(level translator)が増減することを可能にする。
【００４５】
[0054]  トランジスタ７１２のコレクタは、シュミット・トリガ７３８の入力に結合されている。シュミット・トリガ７３８の出力は、ライン・ドライバ７０２およびライン・ドライバ７０４に入力される。シュミット・トリガ７３８の出力は、シュミット・トリガ７４０の入力にも結合されている。シュミット・トリガ７４０の出力もライン・ドライバ７０２およびライン・ドライバ７０４に入力される。トランジスタ７２０のコレクタは、シュミット・トリガ７４２の入力に結合さている。シュミット・トリガ７４２の出力は、ライン・ドライバ７０６およびライン・ドライバ７０８に入力される。シュミット・トリガ７４２の出力は、シュミット・トリガ７４４の入力にも結合されている。シュミット・トリガ７４４の出力も、ライン・ドライバ７０６およびライン・ドライバ７０８に入力される。シュミット・トリガ７３８〜７４４は、共通モード、および差分回路３３０から出力される総合振幅制御エラー信号に基づく振幅によって、ライン・ドライバ７０２〜７０８の全てを半分ハイ、および半分ローに作動させる(activate)。シュミット・トリガ７３８〜７４４のロジック・トリップ・レベル(logic trip level)は、ドライバに印加される（差分回路３３０からの）電力電圧に比例して変化する。
【００４６】
[0055]  先に論じたように、ジンバル角度センサ２２０は、一貫性のある信号がレゾルバ２５０の一次巻線２４０に送信されることを必要とする。しかしながら、先に論じたように、共通モード・エラーが固定の正弦波信号における振幅ばらつきを生じさせる可能性がある。したがって、差分回路３３０から受ける共通モード・エラー信号に基づいてドライバ７０２〜７０８の振幅を制御することによって、ドライバ３６０は、衛星制御システム１００（具体的には、同様の信号コンディショナである出力回路２６０）における共通モード・エラーが補償された信号を、レゾルバ２５０の一次巻線２４０に出力することができ、現在のシステムよりも遙かに一貫性がある電圧を供給する。本明細書において説明したシステムは、ジンバル角度センサにおけるエラーを２５％まで低減し、制御モーメント・ジャイロスコープ２１０における角度エラーを８分弧(arcminute)から６．２分弧に低減することが分かっている。
【００４７】
[0056]  並列なドライバ７０２〜７０８と、図２に示したように、並列に配線されてもよいレゾルバの一次インダクタの間に、インピーダンス整合ネットワーク７４６が結合されている。
【００４８】
[0057]  図８は、実施形態にしたがって衛星制御システム１００を制御する方法８００の一例を示す流れ図である。方法８００は、信号コンディショニング回路によって出力される電圧に基づいて、制御モーメント・ジャイロスコープにおけるジンバル角度センサの出力回路において共通モード・エラーを判定するステップ（ステップ８１０）を含み、信号コンディショニング回路は、出力回路と実質的に同様の回路トポロジを有する。先に論じたように、信号コンディショニング回路１２０は、出力回路２６０と実質的に同じ回路トポロジを有するので、出力回路が受ける共通モード・エラーを信号コンディショニング回路によって取り込むことができる。フィードバック・ループ（信号コンディショナ１２０および共通モード・エラー補償回路１３０）は、共通エラーが入力回路２３０に入るときにこれを反転させ、出力回路２６０が入力回路２３０からの駆動信号をレゾルバ２５０を介して受ける(encounter)ときに、正味の結果がゼロの共通モード・エラーとなるように、入力回路２３０を調節する。先に論じたように、衛星制御システム１００における共通モード・エラーは、励起フィードバック信号コンディショニング回路によって出力された電圧を近ＤＣ振幅値に変換し、二次信号コンディショニング回路において同じ値を減算することによって判定することができる。これが行われるのは、励起制御ループの一次機能(primary function)が電圧基準設定点に対して励起振幅を保持し続けている間である。
【００４９】
[0058]  この方法は、更に、共通モード・エラー補償回路１３０によって、判定した共通モード・エラーに基づいてジンバル角度センサ２２０を補償するステップ（ステップ８２０）を含む。この共通エラーは、励起サーボ正弦波振幅フィードバック・ループにおいて判定され、次いで、レゾルバ二次電子回路間で信号コンディショニング電子回路内において、発生することが可能になる前に、励起振幅から減算され、そしてレゾルバからプロセッサ１４０によって実行されるディジタル変換プロセスに進む。この結果、角度測定における共通エラーがゼロになり、総合的なエラーが大幅に減少する。先に論じたように、一実施形態では、ジンバル角度の出力を補償するために、補償信号をプロセッサに送信することができる。他の実施形態では、例えば、共通モード・エラーが補償された電圧を、判定された共通モード・エラーに基づいて、複数のレゾルバ回路の一次巻線に、例えば、先に論じたドライバ回路３６０を使用して送信することができる。先に論じたように、共通モード・エラーが補償された電圧をジンバル角度センサのレゾルバの一次巻線に送信することによって、エラーが付加される前にそれを減算することによって（その結果共通エラーがゼロになる）、ジンバル角度センサの精度を劇的に改善することができる。
【００５０】
[0059]  以上の本発明の詳細な説明では少なくとも１つの実施形態例を紹介したが、大多数の変形が存在することは認められてしかるべきである。また、以上の１つまたは複数の実施形態例は、例に過ぎず、本発明の範囲、適用可能性、更に構成を限定することは全く意図していないことも認められてしかるべきである。逆に、以上の詳細な説明は、当業者に、本発明の実施形態例を実現するための便利な工程表を提供する。添付する請求項において明記される本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態例において説明されたエレメントの機能および配置において、種々の変更が行われてもよいことは理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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