(57)【要約】【課題】人工衛星に搭載された複数台のホイールを制御する回路規模が小さく且つホイール回転数計測範囲で行える人工衛星搭載用ホイール制御方法および装置を提供すること。【解決手段】タコパルス１〜４を検出して各ホイールが１回転する毎にラッチタイミングを生成するホイール台数に応じて複数個設けられた１回転判定回路３１、エンドレスに計数（カウントアップ）動作する共通カウンタ３３、１回転判定回路３１のラッチタイミングでカウンタ３３のカウント値をラッチするラッチ回路３２および各種タイミング信号７〜９を受け取りラッチ回路３２およびカウンタ３３を制御するタイミング発生回路３０により構成される。【選択図】      図１
2005022504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星に搭載された複数のホイールの回転速度を求めて前記人工衛星の姿勢制御等を行う人工衛星搭載用ホイール制御方法において、
前記各ホイールが１回転したことを検出することと、前記各ホイールの１回転検出時点を求めることと、前記ホイール毎の前回の１回転検出時点と今回の検出時点との差を求めて前記複数のホイールの回転速度を計算することとよりなることを特徴とする人工衛星搭載ホイール制御方法。
【請求項２】
前記各ホイールの１回転検出時点は、連続して動作する共通カウンタのカウント値により求めることを特徴とする請求項１に記載の人工衛星搭載用ホイール制御方法。
【請求項３】
前記前回および今回の１回転検出時点の差による前記ホイールの回転速度の計算は、ＣＰＵにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の人工衛星搭載用ホイール制御方法。
【請求項４】
前記ＣＰＵの最大測定時間内に前記各ホイールが複数回転する場合に、その回数を求め、前記ホイールの回転速度の計算に反映させることを特徴とする請求項３に記載の人工衛星搭載用ホイール制御方法。
【請求項５】
各種タイミング信号およびクロックを受けタイミング信号を発生するタイミング発生回路と、該タイミング発生回路からのタイミング信号により制御されるカウンタと、該カウンタのカウント値を前記タイミング発生回路により制御されてラッチするラッチ回路を含み、人工衛星に搭載された複数台のホイールの回転速度を求めて前記人工衛星の姿勢制御等を行う人工衛星搭載用ホイール制御装置において、
前記ホイールからのタコパルスを受け１回転したことを判定する複数の１回転判定回路を設け、該１回転判定回路が１回転を判定する毎にラッチタイミング信号を前記ラッチ回路へ出力して前記カウンタのカウント値をラッチすることを特徴とする人工衛星搭載用ホイール制御装置。
【請求項６】
前記ラッチ回路がラッチした前記各ホイールの前回の値と今回の値との差に基づきＣＰＵにて前記各ホイールの回転速度を計測することを特徴とする請求項５に記載の人工衛星搭載用ホイール制御装置。
【請求項７】
前記カウンタは、連続してカウントアップ動作することを特徴とする請求項５又は６に記載の人工衛星搭載用ホイール制御装置。
【請求項８】
前記各１回転判定回路には、１回転カウンタが付加され、回転速度計測周期内における前記ホイールの回転回数を検出することを特徴とする請求項５、６又は７に記載の人工衛星搭載用ホイール制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人工衛星制御方法および装置に関し、特に人工衛星に搭載された複数のホイールの回転速度を算出して人工衛星の姿勢制御等を行う人工衛星搭載ホイール制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信、放送、監視又は観測等の目的で、軌道上に打ち上げられた人工衛星の利用が近年、急速に普及している。斯かる人工衛星と地上局との間で良好な通信を維持するために、人工衛星の姿勢を正確に制御し、例えばアンテナ等を正確に所定方向に指向させることが必須である。そのために、人工衛星には、複数のホイールを使用するのが一般的である。
【０００３】
斯かる技術分野における従来技術は、ホイールの回転周期計測回路等に開示されている（例えば、特許文献１参照。）。斯かる従来技術を、図３および図４を参照して簡単に説明する。図３および図４は、４個のホイールを使用する場合のホイール制御回路又はホイールの回転周期計測回路の構成を示すブロック図である。図３はホイール毎に個別の制御回路を設ける例であり、図４は複数（４個）のホイールの回転周期を１系統の回路で計測する例を示す。
【０００４】
先ず、図３に示すホイール回転周期計測回路では、各ホイールに対して、タイミング発生回路１０、カウンタ１１、ラッチ回路１２、ＣＰＵ（中央処理装置）バスインタフェース１３およびテレメトリバスインタフェース１４を有するカードが設けられている。各カードのタイミング発生回路１０には、ＣＰＵに必要なサンプルタイミング信号７、テレメトリ出力に必要なサンプルタイミング信号８および周期計測用クロック９が入力される。カウンタ１１には、タイミング発生回路１０の出力とカード毎にタコパルス１〜４が入力される。ラッチ回路１２には、タイミング発生回路１０およびカウンタ１１の出力が入力される。ラッチ回路１２の出力は、ＣＰＵバスインタフェース１３およびテレメトリバスインタフェース１４に入力される。
【０００５】
ここで、タイミング発生回路１０は、上述した信号７〜９に基づいて、カウンタ１１のリセット信号およびラッチ回路１２のラッチ信号を出力する。タコパルス１〜４は、各ホイールが出力する回転周期を示すパルスであり、それぞれのカウンタ１１に入力される。このカウンタ１１は、上述したリセット信号間に入力されるタコパルス１〜４の間隔を計測する。この計測値は、例えば２０数ビットのカウント値（計測データ）であり、上述したラッチ信号に基づいてラッチ回路１２に保持される。この保持された計測値は、ＣＰＵバスインタフェース１３およびテレメトリバスインタフェース１４を介して、それぞれＣＰＵバスおよびテレメトリバスへ送出される。
【０００６】
一方、図４に示す従来技術では、複数台のホイールの回転数を１台１台個別の計測回路で計測する構成ではなく、計測ラインにスイッチを入れ、計測ラインを切り替えて１つの回路で全てのホイール回転数を計測する構成とし、計測回路を削減し回路規模を小さくしている。即ち、タイミング発生回路２０、タコパルス選択回路２１、カウンタ２２、ラッチ回路２３、選択信号付加回路２４、オーバーフロー処理回路２５、ＣＰＵバスインタフェース２６およびテレメトリインタフェース２７により構成される。これらの回路は、例えば１枚のカード（又は回路基板）に形成されている。
【０００７】
タイミング発生回路２０には、ＣＰＵ制御に必要なサンプルタイミング信号７、テレメトリ出力に必要なサンプルタイミング信号８および周期計測用クロック９が入力される。タコパルス選択回路２１には、タコパルス１〜４が入力されると共にタイミング発生回路２０の出力信号が入力される。カウンタ２２には、タコパルス選択回路２１およびタイミング発生回路２０の出力信号が入力される。ラッチ回路２３には、タイミング発生回路２０、カウンタ２２、選択信号付加回路２４およびオーバーフロー処理回路２５の出力が入力される。選択信号付加回路２４には、カウンタ２２およびタイミング発生回路２０の出力が入力される。また、ＣＰＵバスインタフェース２６およびテレメトリバスインタフェース２７には、ラッチ回路２３の出力である計測データが入力され、それぞれ計測データをＣＰＵバス２８およびテレメトリバス２９に出力する。
【０００８】
図４に示すホイールの回転周期計測回路では、複数のホイールそれぞれからのタコパルス１〜４の中の１つのタコパルスをタコパルス選択回路２１で選択する。選択されたタコパルス１〜４の間隔をカウンタ２２で計測し、所定ビット数のカウント値を得る。このカウント値に、選択信号付加回路２４にて識別コードおよびフラグ信号を付加した計測データを、ラッチ回路２３で保持し、それぞれＣＰＵバスインタフェース２６およびテレメトリバスインタフェース２７を介してＣＰＵバス２８およびテレメトリバス２９に送出する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−５８３９９号公報（第２−３図、第１図、第２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図４に示す従来技術により、図３に示す従来技術の回路規模を小さくすることは可能である。しかし、「姿勢制御に必要な各ホイール間の同時性を考慮した時間分割タイミング」が必要であり、このタイミングにより以下の如き課題を生じる。
【００１１】
即ち、従来のホイール１台に対して１つの計測回路を有する場合の各ホイール間の測定時間の同時性をＴ時間とする。このＴ時間が意味することは、この時間内に全てのホイール計測を終了することである。このＴ時間を満足するタイミングを考えると、Ｔ／Ｍ（Ｍ：ホイール台数）時間で１台ずつホイール計測を行わなければならない。ホイール１台当たりに計測できる時間が短くなることは、低回転数測定の限界値が上がることを意味する。従来のホイール１台ずつ計測時の低回転数計測限界値をＮとすると、次の（式１）で表される。
Ｎ  ＝６０／最大測定時間（ｒｐｍ）・・・（式１）
ここで、ｒｐｍは、１分当りの回転数を示す単位である。例示すると、最大測定時間は４秒、カウンタは２４ビットおよびカウンタのクロックは４ＭＨｚである。          この場合には、１５ｒｐｍ以上の回転が計測可能である。
【００１２】
ホイール台数がＭ台の場合には、最大測定時間が１／Ｍとなるため、低回転数測定限界値がＭ倍となる。衛星搭載用のホイールは、回転数をコントロールすることにより衛星に力（トルク）を発生させることにより衛星の姿勢を制御するものである。この制御範囲（ホイール回転数制御範囲）を広げると、ホイールから発生する力の大きさの範囲が広がるため、衛星の姿勢制御が行い易くなるという利点がある。制御範囲を広げるためには、ホイールの回転数計測範囲を広げる必要性がある。上述の如く、図４に示す従来技術では、回路規模が小さくすることが可能であるが、低回転数計測限界値が上がるため、ホイール回転数計測範囲が狭くなり制御範囲が狭くなる。このため、衛星の姿勢制御に対し制限を設けることとなるので、回転数計測範囲を変えずに個別回路を設ける場合に比較して回路規模を小さくする別の手段が必要となる。
【００１３】
【発明の目的】
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、複数台のホイールを制御する回路を従来構成（個別計測回路構成）の回路規模より小さい回路規模で且つ個別計測回路構成と同様のホイール回転数計測範囲で行える人工衛星搭載用ホイール制御方法および装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明による人工衛星搭載用ホイール制御方法および装置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１５】
（１）人工衛星に搭載された複数のホイールの回転速度を求めて前記人工衛星の姿勢制御等を行う人工衛星搭載用ホイール制御方法において、
前記各ホイールが１回転したことを検出することと、前記各ホイールの１回転検出時点を求めることと、前記ホイール毎の前回の１回転検出時点と今回の検出時点との差を求めて前記複数のホイールの回転速度を計算することとよりなる人工衛星搭載ホイール制御方法。
【００１６】
（２）前記各ホイールの１回転検出時点は、連続して動作する共通カウンタのカウント値により求める上記（１）の人工衛星搭載用ホイール制御方法。
【００１７】
（３）前記前回および今回の１回転検出時点の差による前記ホイールの回転速度の計算は、ＣＰＵにより行う上記（１）又は（２）の人工衛星搭載用ホイール制御方法。
【００１８】
（４）前記ＣＰＵの最大測定時間内に前記各ホイールが複数回転する場合に、その回数を求め、前記ホイールの回転速度の計算に反映させる上記（３）の人工衛星搭載ホイール制御方法。
【００１９】
（５）各種タイミング信号およびクロックを受けタイミング信号を発生するタイミング発生回路と、該タイミング発生回路からのタイミング信号により制御されるカウンタと、該カウンタのカウント値を前記タイミング発生回路により制御されてラッチするラッチ回路を含み、人工衛星に搭載された複数台のホイールの回転速度を求めて前記人工衛星の姿勢制御等を行う人工衛星搭載用ホイール制御装置において、
前記ホイールからのタコパルスを受け１回転したことを判定する複数の１回転判定回路を設け、該１回転判定回路が１回転を判定する毎にラッチタイミング信号を前記ラッチ回路へ出力して前記カウンタのカウント値をラッチする人工衛星搭載用ホイール制御装置。
【００２０】
（６）前記ラッチ回路がラッチした前記各ホイールの前回の値と今回の値との差に基づきＣＰＵにて前記各ホイールの回転速度を計測する上記（５）の人工衛星搭載用ホイール制御装置。
【００２１】
（７）前記カウンタは、連続してカウントアップ動作する上記（５）又は（６）の人工衛星搭載用ホイール制御装置。
【００２２】
（８）前記各１回転判定回路には、１回転カウンタが付加され、回転速度計測周期内における前記ホイールの回転回数を検出する上記（５）、（６）又は（７）の人工衛星搭載用ホイール制御装置。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による人工衛星搭載用ホイール制御方法および装置の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
先ず、図１は、本発明による人工衛星搭載用ホイール制御装置の好適実施形態の構成を示すブロック図である。この人口衛星搭載用ホイール制御装置は、タイミング発生回路３０、複数の１回転判定回路３１、ラッチ回路３２、カウンタ３３、ＣＰＵバスインタフェース３４およびテレメトリバスインタフェース３５により構成される。
【００２５】
ここで、詳細は後述する如く、１回転判定回路３１は、ホイール（図示せず）からのタコパルスを検出し、ホイールが１回転する毎にラッチタイミング信号を生成する。タイミング発生回路３０は、各種タイミング信号を受け取り、ラッチ回路３２にそのタイミングを知らせると共に、周期計測用のクロックを受け取り、カウンタ３３にクロックを供給する。カウンタ３３は、連続して（エンドレスで）計数（カウントアップ）動作を行う。ラッチ回路３２は、１回転判定回路３１から出力されるラッチタイミング信号にてカウンタ３３のカウント値をラッチして、ＣＰＵバスインタフェース３４およびテレメトリバスインタフェース３５のデータ形式に加工する。ＣＰＵバスインタフェース３４およびテレメトリバスインタフェース３５は、それぞれＣＰＵバス３６に接続されたＣＰＵ（中央演算処理装置）およびテレメトリバス３７に接続されたテレメトリとのインタフェース回路である。
【００２６】
タイミング発生回路３０には、上述した従来技術と同様に、ＣＰＵ制御に必要なサンプルタイミング信号７、テレメトリ出力に必要なサンプルタイミング信号８および周期計測用クロック９が入力される。このタイミング発生回路３０は、カウンタ３３にクロックを出力すると共に、ラッチ回路３２にラッチさせるタイミング信号を出力する。１回転判定回路３１は、人工衛星に搭載されたホイールの台数に応じた複数個（この特定例では４個である）設けられ、それぞれにホイール計測タコパルス１〜４が入力される。各１回転判定回路３１の出力およびカウンタ３３の出力は、ラッチ回路３２に入力して保存される。そして、保存されたラッチ回路３２からの計測データは、それぞれＣＰＵバスインタフェース３４およびテレメトリバスインタフェース３５を介してＣＰＵバス３６およびテレメトリバス３７に送出される。
【００２７】
ホイール（図示せず）よりタコパルス１〜４が出力される。これらのタコパルス１〜４に対応した１回転判定回路３１がタコパルスを検出する。そして、カウンタ３３のデータ（カウント値）をラッチさせるタイミング信号をラッチ回路３２に出力する。タイミング発生回路３０は、周期計測用クロック９を受け取り、カウンタ３３へクロックを供給する。また、ＣＰＵ（図示せず）制御に必要なサンプル（又はサンプリング）タイミング信号７、テレメトリ出力に必要なサンプルタイミング信号８を受け取り、ラッチ回路３２へそれぞれのタイミングを知らせる。ラッチ回路３２は、ＣＰＵバスインタフェース３４およびテレメトリバスインタフェース３５に出力できる形式にデータを加工し、タイミング発生回路３０から来るタイミングにより、それぞれへデータを転送する。ＣＰＵバスインタフェース３４は、ラッチ回路３２から転送されてきたデータを保持し、ＣＰＵバス３６に送出する。同様に、テレメトリバスインタフェース３５もラッチ回路３２から転送されてきたデータを保持し、テレメトリバス３７へ送出する。
【００２８】
人工衛星に備えられたＣＰＵは、サンプリングタイミング毎にＣＰＵバス３６上のデータを読み取り、各ホイールの回転数を計算する。これにより、上述した従来技術の課題を解決することが可能である。即ち、図３に示す如くホイール毎に個別のカウンタを使用することなく、１個のカウンタを共通使用して複数のホイールの回転数を計測することが可能である。換言すると、カウンタ３３には連続して計数動作を行わせ、各ホイールが１回転したときのカウンタ３３のカウント値をラッチ回路３２でラッチし、前にラッチした値との差分をＣＰＵで計算することにより、ホイールの回転数を計測可能にする。
【００２９】
次に、図２を参照して、本発明による人口衛星搭載用ホイール制御装置の他の実施形態を説明する。図２は、その構成を示すブロック図であり、図１に示す好適又は第１実施形態の構成要素に対応する構成要素には、説明の便宜上、同様の参照符号を使用する。以下、好適実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３０】
図２に示す人工衛星搭載用ホイール制御装置は、タイミング発生回路３０、複数の１回転判定回路３１および１回転カウンタ３８、ラッチ回路３２、カウンタ３３、ＣＰＵバスインタフェース３４およびテレメトリバスインタフェース３５により構成される。図１および図２を対比すれば明らかな如く、この実施形態では、各１回転判定回路３１に１回転カウンタ３８が一体的に設けられていることを特徴とする。
【００３１】
そして、複数の１回転判定回路３１には、複数のホイールからのタコパルス１〜４が入力され、対応する１回転カウンタ３８の出力がラッチ回路３２に入力される。タイミング発生回路３０には、ＣＰＵ制御に必要なサンプルタイミング信号７、テレメトリ出力に必要なサンプルタイミング信号８および周期計測用クロック９が入力される。タイミング発生回路３０の出力は、ラッチ回路３２およびカウンタ３３に入力される。カウンタ３３のカウント値は、ラッチ回路３２に入力される。また、ラッチ回路３２の出力は、それぞれＣＰＵバスインタフェース３４およびテレメトリバスインタフェース３５を介してＣＰＵバス３６およびテレメトリバス３７に送出される。
【００３２】
この実施形態は、ＣＰＵのサンプリングタイミングよりホイールの回転数が早い場合（即ち、サンプリングタイミング間にホイールが２回転以上する場合）に適用される。ホイールが１回転した際にカウンタ３３のデータをラッチ回路３２にラッチさせるタイミング信号を生成するのと同時に、ホイールが１回転したことをカウントする１回転カウンタ３８をカウントアップさせるように構成している。このホイール１回転毎にカウントアップさせる１回転カウンタ３８のカウンタ長（ＫＬ）は、次式（式２）で決まる。
ＫＬ≧Ｌｏｇ２［計測最大（ｒｐｍ）／（６０×サンプリングタイミング（Ｈｚ））］・・・・（式２）
この１回転カウンタ回路３８の規模は、図３のカウンタ１１＞図２の１回転カウンタ３８である。１回転カウンタ３８のデータは、ラッチ回路３２にてカウンタ３３のデータと共にＣＰＵバス３６およびテレメトリバス３７に渡せるデータ形式に変換される。
【００３３】
ＣＰＵは、サンプリングタイミング毎に、カウンタ３３のデータと１回転カウンタ３８のデータを受け取り、各ホイールの回転数を計算する。ホイールが１回転に要した時間は、次式（式３）で与えられる。
１回転に要した時間＝
カウンタ３３のデータの前回と今回の差分／１回転カウンタ３８データの前回と今回の差分・・・・（式３）
ＣＰＵは、式３で与えられる各ホイールが１回転に要した時間に基づいて、各ホイールの回転数を計算する。
【００３４】
以上、本発明による人口衛星搭載用ホイール制御方法および装置の複数の実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな如く、本発明の人口衛星搭載用ホイール制御方法および装置によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、従来の計測回路規模より小さい回路規模で、複数台のホイールの回転数計測を従来計測と同じ計測範囲で行える。その理由は、ホイール毎に例えば２４ビットの専用カウンタ回路が必要であったが、本発明では単一のカウンタで複数のホイール回転数計測が可能になるためである。
【００３６】
また、ＣＰＵのサンプリングクロック間にホイールが複数回転する高速回転の場合には、各１回転判定回路に例えば４ビットの１回転カウンタを設けることにより、ホイール毎に個別の例えば２４ビットのカウンタを設ける場合に比較して、簡単且つ安価に所定の機能を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による人工衛星搭載用ホイール制御装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による人工衛星搭載用ホイール制御装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】従来の一般的な人工衛星搭載用ホイール制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】共通カウンタを使用する従来の人工衛星搭載用ホイール制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１〜４  ：タコパルス
７      ：ＣＰＵ制御に必要なサンプリングタイミング信号
８      ：テレメトリ出力に必要なサンプリングタイミング信号
９      ：周期計測用クロック
３０    ：タイミング発生回路
３１    ：１回転判定回路
３２    ：ラッチ回路カウンタ
３３    ：カウンタ
３４    ：ＣＰＵバスインタフェース
３５    ：テレメトリバスインタフェース
３６    ：ＣＰＵバス
３７    ：テレメトリバス
３８    ：１回転カウンタ
【図１】
2005022504.tif 000003
【図２】
2005022504.tif 000004
【図３】
2005022504.tif 000005
【図４】
2005022504.tif 000006