(57)【要約】【課題】  地上からの制御を介さずに、人工衛星の軌道誤差を任意の許容限界内に収める。【解決手段】  人工衛星の軌道を観測する航法センサ１０１と、人工衛星の軌道の基準値を供給する軌道基準値供給部１０２と、人工衛星の軌道誤差許容限界値を供給する軌道誤差許容限界値供給部１０４と、人工衛星を現在の軌道から基準値まで制御するのに必要な制御タイミングと軌道制御量基準値を計算する基準軌道制御量計算部１０３と、人工衛星の軌道を軌道誤差許容限界値内に収めるのに必要な軌道制御量目標値を計算する目標軌道制御量計算部１０５と、軌道制御量基準値に軌道制御量目標値を加えて得られる全軌道制御量から、人工衛星の軌道制御に必要な増速度量を算出する軌道制御指令値計算部１０６と、増速度量に基づいて、人工衛星の軌道制御を実行するスラスタ１０７を備える。【選択図】        図１
2005247205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道上の人工衛星を観測する航法センサと、
上記人工衛星の軌道の基準値を供給する軌道基準値供給部と、
上記人工衛星の軌道誤差許容限界値を供給する軌道誤差許容限界値供給部と、
上記人工衛星を現在の軌道から上記基準値まで制御するのに必要な制御タイミングと軌道制御量基準値を計算する基準軌道制御量計算部と、
上記人工衛星の軌道を上記軌道誤差許容限界値内に収めるのに必要な軌道制御量目標値を計算する目標軌道制御量計算部と、
上記軌道制御量基準値に上記軌道制御量目標値を加えて得られる全軌道制御量から、上記人工衛星の軌道制御に用いる衛星速度の変化量を算出する軌道制御指令値計算部と、
上記衛星速度の変化量に基づいて、上記人工衛星の軌道制御を実行するスラスタを備えた人工衛星の軌道制御装置。
【請求項２】
目標軌道制御量計算部は、前回の軌道制御後の人工衛星の軌道誤差に基づいて軌道長半径の変化率を推定し、その変化率を用いて軌道制御量目標値を算出することを特徴とする請求項１記載の人工衛星の軌道制御装置。
【請求項３】
目標軌道制御量計算部は、軌道長半径の変化率を制御入力として、前回の軌道制御後の人工衛星の軌道誤差に基づいて決定し、その変化率を用いて軌道制御量目標値を算出することを特徴とする請求項１記載の人工衛星の軌道制御装置。
【請求項４】
軌道上の人工衛星を観測する航法センサと、
上記人工衛星の軌道の基準値を供給する軌道基準値供給部と、
上記人工衛星の軌道誤差許容限界値を供給する軌道誤差許容限界値供給部と、
上記人工衛星を現在の軌道から上記基準値まで制御するのに必要な軌道制御量基準値を計算する基準軌道制御量計算部と、
上記人工衛星の軌道を上記軌道誤差許容限界値内に収めるのに必要な軌道制御量目標値と軌道制御周期を計算する目標軌道制御量計算部と、
上記軌道制御量基準値に上記軌道制御量目標値を加えて得られる全軌道制御量から、上記人工衛星の軌道制御に用いる衛星速度の変化量を算出する軌道制御指令値計算部と、
上記衛星速度の変化量に基づいて、上記人工衛星の軌道制御を実行するスラスタを備えた人工衛星の軌道制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星の軌道制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の人工衛星の軌道制御装置の例として、特許文献１に開示された人工衛星の軌道制御装置がある。特許文献１に記載された人工衛星の軌道制御装置は、衛星に搭載された自律航法センサによって昇交点通過時刻を観測する。この昇交点通過時刻の観測値と昇交点通過時刻の基準値の差を、昇交点通過時刻観測誤差とする。この観測誤差を軌道誤差とみなし、観測誤差が負の値となる場合は、衛星の軌道高度が基準高度より低いので、観測誤差に比例制御ゲインを乗じて軌道制御量を算出し、軌道誤差をゼロとするように軌道制御を実行する。逆に観測誤差が正の値となる場合は、衛星の軌道高度が基準高度より高いので、大気抵抗の影響による軌道高度の減少を見込んで軌道制御を行わず、推薬の消費量を抑える。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５６８７０８４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
人工衛星の軌道制御装置は、人工衛星の位置誤差を決められた許容限界内に収める必要がある。この許容限界は、例えば昇交点通過時刻基準値、あるいは特許文献１に記載の観測誤差がゼロとなる点を中心とした帯状の領域で与えられる。
【０００５】
人工衛星は、搭載した自律航法センサにより位置誤差を監視し、それが許容限界を超えた時に軌道制御を実行する。特許文献１に記載された人工衛星の軌道制御装置では、観測誤差が許容限界内の負の値である場合、軌道制御量は観測誤差に比例制御ゲインを乗じて算出される。従って、観測誤差が負の値である場合は許容限界を常に満たすことになる。軌道制御後は軌道高度が上昇し、観測誤差は正の値に遷移するが、その時の衛星の位置は比例制御ゲインの大きさにより決定されるため、比例制御ゲインの選び方次第では、正の値の許容限界内に収まらない場合があるという問題があった。
【０００６】
また、軌道制御量は観測誤差に比例制御ゲインを乗じたフィードバック制御のみであり、軌道制御後の過渡応答は初期観測誤差の値に敏感になるため、初期観測誤差が大きい場合には決められた許容限界を満足できないという問題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、地上からの制御を介さず、人工衛星の軌道誤差を任意の許容限界内に収めることができる人工衛星の軌道制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る人工衛星の軌道制御装置は、軌道上の人工衛星を観測する航法センサと、人工衛星の軌道の基準値を供給する軌道基準値供給部と、人工衛星の軌道誤差許容限界値を供給する軌道誤差許容限界値供給部と、人工衛星を現在の軌道から基準値まで制御するのに必要な制御タイミングと軌道制御量基準値を計算する基準軌道制御量計算部と、人工衛星の軌道を軌道誤差許容限界値内に収めるのに必要な軌道制御量目標値を計算する目標軌道制御量計算部と、軌道制御量基準値に軌道制御量目標値を加えて得られる全軌道制御量から、人工衛星の軌道制御に用いる衛星速度の変化量を算出する軌道制御指令値計算部と、衛星速度の変化量に基づいて、人工衛星の軌道制御を実行するスラスタを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、人工衛星の軌道制御を、地上からの制御によらずに衛星側で自律的に行うことができると共に、軌道制御量を軌道制御量基準値と軌道制御量目標値の和にすることにより、人工衛星の軌道誤差を任意の許容上限値と許容下限値の間に収めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の様々な形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による、人工衛星の軌道制御装置１００の構成を示すブロック図である。図に示すように、軌道制御装置１００は、航法センサ１０１、軌道基準値供給部１０２、基準軌道制御量計算部１０３、軌道誤差許容限界値供給部１０４、目標軌道制御量計算部１０５、軌道制御指令値計算部１０６、スラスタ１０７を備えている。
【００１１】
航法センサ１０１は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信機のように、人工衛星の位置を観測する装置である。
【００１２】
軌道基準値供給部１０２、軌道誤差許容限界値供給部１０４は、軌道制御装置１００に搭載されたメモリ等の記憶装置であり、軌道基準値供給部１０２は、人工衛星の正確な軌道の基準値を保持している。ここでは、軌道の基準値として人工衛星の降交点通過周期と降交点通過経度の基準値を用いる。
また、軌道誤差許容限界値供給部１０４は、人工衛星の軌道誤差の許容限界値を保持している。軌道基準値供給部１０２および軌道誤差許容限界値供給部１０４は、それらの値を基準軌道制御量計算部１０３および目標軌道制御量計算部１０５に供給する。
【００１３】
基準軌道制御量計算部１０３、目標軌道制御量計算部１０５、および軌道制御指令値計算部１０６は、軌道制御装置１００に搭載された演算処理装置の一部を構成するものであり、ここでは、当該演算処理装置を動作させるための機能モジュールに従って便宜的に分割している。
【００１４】
スラスタ１０７は、軌道制御指令値計算部１０６から供給される指令に従って、人工衛星に推進力を与え、位置制御を行う装置である。
【００１５】
また、図２は、目標軌道制御量計算部１０５の詳細な構成を示すブロック図である。図に示すように、目標軌道制御量計算部１０５は、第１軌道長半径変化率推定部１０８、第２軌道長半径変化率推定部１０９、目標制御量計算部１１０を備えている。
【００１６】
次に、動作について説明する。
航法センサ１０１は、軌道上の人工衛星の現在位置を観測し、観測時刻と現在位置を出力する。
【００１７】
軌道基準値供給部１０２は、人工衛星の正確な軌道の基準値、すなわち、降交点通過周期基準値と降交点通過経度基準値を出力する。
航法センサ１０１によって供給された人工衛星の現在位置と、軌道基準値供給部１０２から供給される軌道基準値の差分（以下、軌道誤差と記す。）は基準軌道制御量計算部１０３に供給される。基準軌道制御量計算部１０３は、この軌道誤差に基づいて軌道制御タイミングと軌道制御量基準値を算出する。以下、基準軌道制御量計算部１０３の動作について説明する。
【００１８】
図３は、基準軌道制御量計算部１０３の動作を説明するための図である。ここで、軌道誤差のうち、航法センサ１０１から供給された現時点での降交点通過周期観測値と軌道基準値供給部１０２から供給された降交点通過周期基準値の誤差をΔΦ、航法センサ１０１から供給された現時点での降交点通過経度観測値と軌道基準値供給部１０２から供給された降交点通過経度基準値の誤差をΔλとする。この時、１周期後の降交点通過経度誤差Δλ’は、式（１）で表される。
【００１９】
Δλ’＝Δλ＋２π・ΔΦ／Ｔｅ  （１）
ここで、Ｔｅは地球の自転周期である。
【００２０】
軌道誤差許容限界値供給部１０４は、降交点通過経度誤差の許容限界値を基準軌道制御量計算部１０３に供給する。ここでは、許容限界値の上限値をΔλＵＬ、下限値をΔλＬＬとする。
【００２１】
基準軌道制御量計算部１０３は、式（１）によって求めたΔλ’と上限値ΔλＵＬを比較し、Δλ’がΔλＵＬより大きい場合には、１周期後に軌道誤差が許容限界を超えることが予想されると判断し、軌道制御を実行する。一方、Δλ’がΔλＵＬより小さい場合には、軌道制御は行わない。
【００２２】
基準軌道制御量計算部１０３は、軌道制御を実行する場合には、軌道長半径ａの軌道制御量基準値ΔａＦＢを式（２）により算出する。
【００２３】
ΔａＦＢ＝ＫΔΦ  （２）
ただし、
【数１】
2005247205.tif 000003
【００２４】
ここで、ａｒｅｆは軌道長半径ａの基準値、μは地球重力定数である。
【００２５】
目標軌道制御量計算部１０５は、軌道誤差許容限界値供給部１０４から取得した許容限界値の上限値ΔλＵＬおよび下限値ΔλＬＬと、航法センサ１０１から取得した降交点通過周期観測値、および降交点通過経度観測値と降交点通過経度基準値の誤差Δλから、軌道制御量目標値ΔａＦＦを計算する。以下、図２を用いて目標軌道制御量計算部１０５の動作について説明する。
【００２６】
目標軌道制御量計算部１０５の第１軌道長半径変化率推定部１０８は、航法センサ１０１から現時点での降交点通過周期観測値を取得する。
また、第２軌道長半径変化率推定部１０９は、航法センサ１０１から供給された現時点での降交点通過経度観測値と軌道基準値供給部１０２から供給された降交点通過経度基準値の誤差Δλを取得する。
さらに、第２軌道長半径変化率推定部１０９は、軌道誤差許容限界値供給部１０４から軌道誤差の許容範囲の上限値ΔλＵＬおよび下限値ΔλＬＬを取得する。
【００２７】
ここで、降交点通過経度誤差Δλを−ΔλＬＬ≦Δλ≦ΔλＵＬの範囲に収めるためには、人工衛星の軌道長半径をΔλＬＬに応じて決められる目標値まで上昇させる必要がある。
【００２８】
目標制御量計算部１１０は、軌道長半径基準値ａｒｅｆから目標値までの軌道制御量目標値ΔａＦＦを式（４）により算出する。
【００２９】
【数２】
2005247205.tif 000004
【００３０】
ここで、｜ｄａ／ｄｔ｜は、軌道長半径ａの変化率推定値である。変化率推定値｜ｄａ／ｄｔ｜は、式（５）により求められる。
【００３１】
｜ｄａ／ｄｔ｜＝α｜ｄａ／ｄｔ｜ｅ＋（１−α）｜ｄａ／ｄｔ｜ｍ  （５）
【００３２】
｜ｄａ／ｄｔ｜ｅは、第２軌道長半径変化率推定部１０９において式（６）により求められる。
【００３３】
【数３】
2005247205.tif 000005
【００３４】
｜ｄａ／ｄｔ｜ｐｒｅｖｉｏｕｓは、前回の軌道制御の際に用いた軌道長半径ａの変化率推定値である。また、Δλｍｉｎは、前回の軌道制御によって実現された衛星の降交点通過経度誤差の最小値である。
【００３５】
また、式（５）において、｜ｄａ／ｄｔ｜ｍは、第１軌道長半径変化率推定部１０８が航法センサ１０１から取得した降交点通過周期の変化率より算出した、軌道長半径ａの変化率推定値である。
【００３６】
また、式（５）において、αは０≦α≦１を満たす係数である。式（５）に示すように、変化率推定値｜ｄａ／ｄｔ｜は、第２軌道長半径変化率推定部１０９から出力される｜ｄａ／ｄｔ｜ｅと第１軌道長半径変化率推定部１０８から出力される｜ｄａ／ｄｔ｜ｍの加重和により得られる。
【００３７】
なお、初回の軌道制御時は、前回の軌道制御結果が存在しないのでαを０とする。２回目の軌道制御時以降は、αを０≦α≦１を満たす正の定数として、｜ｄａ／ｄｔ｜を算出する。
【００３８】
目標制御量計算部１１０は、以上のようにして得られた軌道長半径ａの変化率推定値｜ｄａ／ｄｔ｜を用いて、式（４）により軌道制御量目標値ΔａＦＦを算出する。
【００３９】
軌道長半径ａを目標値まで大きくするのに必要な全軌道制御量ΔａＣは、式（７）で与えられる。
【００４０】
ΔａＣ＝ΔａＦＢ＋ΔａＦＦ  （７）
【００４１】
ΔａＣを実現する軌道制御としては、例えば離心率維持を考慮した２回の近地点噴射と遠地点噴射がある。軌道制御指令値計算部１０６は、ΔａＣをスラスタ１０７への指令値となる増速度量に変換する。近地点噴射および遠地点噴射における増速度量をそれぞれΔｖａ、Δｖｐとすると、Δｖａ、Δｖｐは式（８）により求められる。
【００４２】
Δｖａ＝Δｖｐ＝ωｒｅｆ・ΔａＣ／４  （８）
ここでωｒｅｆは軌道角速度の基準値である。
【００４３】
図４は、軌道制御直後から次の軌道制御直前までの降交点通過経度誤差Δλと軌道長半径ａの関係を示したものである。
図に示すように、軌道制御直後から、軌道長半径ａは大気抵抗により一様に減少する。それとともに、降交点通過経度誤差Δλも許容限界上限値ΔλＵＬから徐々に減少していく。軌道長半径ａが基準値に近づくと、降交点通過経度誤差Δλは許容限界下限値−ΔλＬＬに近づき、さらに軌道長半径ａが減少すると、降交点通過経度誤差Δλは増加していく。降交点通過経度誤差Δλが増加し、許容限界値の上限値ΔλＵＬを超えると予想される時点で軌道制御が実行され、軌道長半径ａを増加させる。これを繰り返すことにより、降交点通過経度誤差Δλが許容限界上限値ΔλＵＬを超えることを防ぐとともに、許容限界下限値−ΔλＬＬを下回らないようにすることができる。
【００４４】
以上のように、実施の形態１によれば、人工衛星の軌道制御装置１００は、航法センサ１０１、軌道基準値供給部１０２、基準軌道制御量計算部１０３、軌道誤差許容限界値供給部１０４、目標軌道制御量計算部１０５、軌道制御指令値計算部１０６を備えるので、衛星の軌道制御を、地上からの制御によらずに衛星上で自律的に行うことができる。
【００４５】
また、全軌道制御量ΔａＣを、軌道制御量基準値ΔａＦＢと軌道制御量目標値ΔａＦＦの和にしたため、人工衛星の軌道誤差を任意の許容上限値と許容下限値の間に収めることができる。
【００４６】
また、前回の軌道制御結果を利用して推定した、軌道長半径ａの変化率を用いて軌道制御量目標値を算出するようにしたので、航法センサ１０１より得られる降交点通過周期観測値やスラスタ１０７の推力に不確定性がある場合でも、その影響を軽減し、人工衛星の軌道誤差を任意の許容上限値と許容下限値の間に収めることができる。
【００４７】
実施の形態２．
実施の形態１では、軌道制御量基準値ΔａＦＢは、降交点通過周期の誤差ΔΦを用いて式（２）により算出したが、実施の形態２では、軌道制御量基準値ΔａＦＢを他の方法により算出する。
【００４８】
実施の形態２による軌道制御装置の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４９】
実施の形態２では、基準軌道制御量計算部１０３は、軌道制御量基準値ΔａＦＢを現時点での降交点通過経度の誤差をΔλと、１周期前の降交点通過経度誤差Δλｐｒｅｖｉｏｕｓを用いて式（９）により算出する。
【００５０】
【数４】
2005247205.tif 000006
【００５１】
その他の動作は実施の形態１と同様である。
【００５２】
以上のように、式（９）によって算出される軌道制御量基準値ΔａＦＢを用いても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５３】
実施の形態３．
実施の形態１では、目標軌道制御量計算部１０５の第２軌道長半径変化率推定部１０９において、軌道長半径ａの変化率推定値｜ｄａ／ｄｔ｜ｅを式（６）を用いて算出したが、軌道制御結果における制御誤差が小さいものとして線形化できる場合には、式（１０）を用いて算出してもよい。
【００５４】
【数５】
2005247205.tif 000007
【００５５】
なお、実施の形態３による軌道制御装置の構成およびその他の動作は実施の形態１と同様である。
【００５６】
以上のように、式（１０）によって算出される｜ｄａ／ｄｔ｜ｅを用いて軌道制御量目標値ΔａＦＦを算出しても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５７】
実施の形態４．
実施の形態１では、軌道制御量目標値ΔａＦＦの算出に用いる軌道長半径ａの変化率｜ｄａ／ｄｔ｜を、式（５）によって得られる推定値としたが、実施の形態３では変化率｜ｄａ／ｄｔ｜を制御入力とする。
【００５８】
図５は、実施の形態４による、目標軌道制御量計算部１０５の構成を示すブロック図である。図２と同一の符号は同一の構成要素を表している。
【００５９】
ここで、軌道長半径ａの変化率のｋ回目の制御入力をｕｋとすると、ｋ＋１回目の制御入力ｕｋ＋１は、ｕｋを用いて式（１１）によって表される。
【００６０】
ｕｋ＋１＝ｕｋ＋β（ΔλＬＬ−｜Δλｍｉｎ｜ｋ）  （１１）
【００６１】
ここで、｜Δλｍｉｎ｜ｋは、ｋ回目の軌道制御によって実現された降交点通過経度誤差の最小値である。したがって式（１１）右辺の括弧内は、降交点通過時の制御誤差を表していると考えることができる。βはフィードバックゲインであり、式（１２）の条件を満たす値に設定する。
【００６２】
０＜β＜２｜ｄａ／ｄｔ｜／（ΔλＵＬ＋ΔλＬＬ）  （１２）
【００６３】
式（１１）によって得られた制御入力ｕｋ＋１をｋ＋１回目の軌道制御における軌道長半径ａの変化率推定値｜ｄａ／ｄｔ｜として、目標制御量計算部１１０において式（４）により、軌道長半径ａの基準値から目標値までの軌道制御量目標値ΔａＦＦを求める。
【００６４】
なお最初の軌道制御の時は、軌道制御結果｜Δλｍｉｎ｜が存在しないので、第１軌道長半径変化率推定部１０８において、航法センサ１０１による降交点通過周期観測値から軌道長半径ａの変化率推定値を求め、それを初期制御入力とする。なお、その他の動作は実施の形態１と同様である。
【００６５】
以上のように、軌道長半径ａの変化率｜ｄａ／ｄｔ｜を制御入力としても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００６６】
また、目標軌道制御量計算部１０５における制御入力を、前回の軌道制御結果を用いて決定するようにしたので、航法センサ１０１より得られる降交点通過周期観測値やスラスタ１０７の推力に不確定性がある場合でも、その影響が軽減され、人工衛星の軌道誤差を任意の許容上限値と許容下限値の間にほぼ収めることができる。
【００６７】
実施の形態５．
実施の形態１では、軌道制御を行うタイミングは、基準軌道制御量計算部１０３において決定した。すなわち、１周期後の降交点通過経度誤差を推定し、これが許容限界値を超える場合に軌道制御を実行していた。従って、軌道制御を行う周期は一般に一定ではない。実施の形態５では、軌道制御を一定の周期で行う。
【００６８】
図６は、実施の形態５による人工衛星の軌道制御装置２００の構成を示すブロック図である。図１と同一の符号は、同一の構成要素を表している。
【００６９】
また、図７は、目標軌道制御量計算部２０５の詳細な構成を示すブロック図である。図２と同一の符号は同一の構成要素を表している。図に示すように、目標軌道制御量計算部２０５は、軌道制御周期算出部１１１、目標経度算出部１１２、目標制御量計算部２２０を備えている。
【００７０】
次に、動作について説明する。
図８は、基準軌道制御量計算部２０３の動作を説明する図である。ここでは実施の形態１と同様に、軌道基準値として衛星の降交点通過周期基準値と降交点通過経度基準値を用いる。航法センサ１０１から供給された現時点での降交点通過周期観測値と軌道基準値供給部１０２から供給された降交点通過周期基準値の誤差をΔΦとする。
基準軌道制御量計算部２０３は、軌道長半径ａの現在値から基準値までの軌道制御量基準値ΔａＦＢを式（２）により算出する。
【００７１】
目標軌道制御量計算部２０５の第１軌道長半径変化率推定部１０８は、航法センサ１０１によって観測された降交点通過周期の変化率から軌道長半径ａの変化率推定値｜ｄａ／ｄｔ｜を求める。
【００７２】
また、軌道制御周期算出部１１１は、軌道誤差許容限界値供給部１０４から供給される許容限界上限値ΔλＵＬおよび下限値ΔλＬＬと、第１軌道長半径変化率推定部１０８から供給される変化率推定値｜ｄａ／ｄｔ｜を用いて、軌道制御周期Ｎを決定する。軌道制御周期Ｎは、式（１３）の条件を満たすように決定される。
【００７３】
【数６】
2005247205.tif 000008
【００７４】
ここでＴｅは地球自転周期、ωｒｅｆは軌道角速度の基準値である。
軌道制御周期Ｎが決定されると、それに応じて実現される軌道誤差の許容限界幅ΔλＷが式（１４）によって求められる。
【００７５】
ΔλＷ＝３π３Ｎ２｜ｄａ／ｄｔ｜／２Ｔｅωｒｅｆ２ａｒｅｆ  （１４）
【００７６】
目標経度算出部１１２は、この許容限界幅ΔλＷを用いて、軌道制御における降交点通過経度の誤差の目標値Δλｒｅｆを式（１５）により求める。
【００７７】
Δλｒｅｆ＝ΔλＷ／２                          （１５）
【００７８】
軌道基準値供給部１０２から供給される降交点通過経度基準値と航法センサ１０１から供給される降交点通過経度観測値の誤差をΔλとすると、軌道制御誤差ｅは式（１６）により与えられる。
【００７９】
ｅ＝Δλｒｅｆ−Δλ                  （１６）
【００８０】
ｋ回目の軌道制御誤差をｅｋとすると、目標制御量計算部２２０は、軌道制御誤差ｅｋを用いて、軌道制御量目標値ΔａＦＦに相当するｋ＋１回目の制御入力ｕｋ＋１を式（１７）により算出する。
【００８１】
ｕｋ＋１＝（Ｎπ｜ｄａ／ｄｔ｜／ωｒｅｆ）−ＫＰｅｋ−ＫＩｓｋ＋１  （１７）
【００８２】
ただし、
ｓｋ＋１＝ｓｋ＋ｅｋ      （１８）
【００８３】
ここで、ＫＰ、ＫＩは、それぞれ比例制御ゲイン（正の定数）および積分制御ゲイン（正の定数）であり、式（１９）の条件を満足するように与えられる。
【００８４】
２ＫＰ＋ＫＩ＜４／γ      （１９）
【００８５】
ただし、
γ＝６π２Ｎ／ａｒｅｆＴｅωｒｅｆ  （２０）
【００８６】
式（１７）により得られた制御入力ｕｋ＋１をｋ＋１回目の軌道制御における軌道長半径の基準値から目標値までの軌道制御量目標値ΔａＦＦとする。
【００８７】
軌道長半径を現在値から目標値まで大きくするのに必要な全軌道制御量ΔａＣは、実施の形態１と同様にΔａＦＢとΔａＦＦの和で与えられる。以降の処理は、実施の形態１と同様である。
【００８８】
以上のように、実施の形態５によれば、人工衛星の軌道制御装置２００は、航法センサ１０１、軌道基準値供給部１０２、基準軌道制御量計算部２０３、軌道誤差許容限界値供給部１０４、目標軌道制御量計算部２０５、軌道制御指令値計算部１０６を備えるので、衛星の軌道制御を、地上からの制御によらずに衛星上で自律的に行うことができる。
【００８９】
また、全軌道制御量ΔａＣを、軌道制御量基準値ΔａＦＢと軌道制御量目標値ΔａＦＦの和にしたため、人工衛星の軌道誤差を任意の許容上限値と許容下限値の間に収めることができる。
【００９０】
また、実施の形態５では、軌道制御を行うタイミングを、一定の軌道制御周期で行うことができる。
【００９１】
また、目標軌道制御量計算部２０５における制御入力を、前回の軌道制御結果を用いて決定するようにしたので、航法センサ１０１より得られる降交点通過周期観測値やスラスタ１０７の推力に不確定性がある場合でも、その影響が軽減され、人工衛星の軌道誤差を任意の許容上限値と許容下限値の間にほぼ収めることができる。
【００９２】
実施の形態６．
実施の形態５では、軌道制御における降交点通過経度誤差の目標値を式（１５）により算出した。式（１５）によれば、降交点通過経度誤差の許容限界は、降交点通過経度基準値を中心とした両端に等しい幅の限界値となる。
【００９３】
一般に、降交点通過経度の誤差の目標値Δλｒｅｆは、式（２１）によって表すことができる。
【００９４】
Δλｒｅｆ＝ηΔλＷ              （２１）
【００９５】
この場合、降交点通過経度誤差Δλは、式（２２）を満たすように軌道制御される。
【００９６】
−（１−η）ΔλＷ≦Δλ≦ηΔλＷ  （２２）
【００９７】
ここで、ηは０＜η＜１を満たす定数である。これは、すなわち軌道誤差許容限界の上限値をηΔλＷ、下限値を−（１−η）ΔλＷに設定することに相当している。
【００９８】
実施の形態６による軌道制御装置の構成とその他の動作は、実施の形態５と同様である。
【００９９】
以上のように、降交点通過経度誤差の目標値を式（２１）で表す任意の値に設定することにより、式（２２）で示される許容値内に収めることができる。この場合にも、実施の形態５と同様の効果が得られる。
【０１００】
実施の形態７．
実施の形態５では、軌道制御量基準値ΔａＦＢは、降交点通過周期の誤差ΔΦを用いて式（２）により算出したが、実施の形態７では、軌道制御量基準値ΔａＦＢを他の方法により算出する。
【０１０１】
実施の形態７による軌道制御装置の構成は、実施の形態５と同様である。
【０１０２】
実施の形態７では、基準軌道制御量計算部２０３は、軌道制御量基準値ΔａＦＢを、実施の形態２と同様に、現時点での降交点通過経度の誤差をΔλと、１周期前の降交点通過経度誤差Δλｐｒｅｖｉｏｕｓを用いて式（９）により算出する。その他の動作は実施の形態５と同様である。
【０１０３】
以上のように、式（９）によって算出される軌道制御量基準値ΔａＦＢを用いても、実施の形態５と同様の効果が得られる。また、実施の形態７による軌道制御量基準値ΔａＦＢの算出方法を実施の形態６に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】この発明の実施の形態１による、人工衛星の軌道制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による、目標軌道制御量計算部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１による、基準軌道制御量計算部の動作を説明する図である。
【図４】軌道制御直後から軌道制御直前までの１周期の降交点通過経度誤差Δλと軌道長半径ａの関係を示した図である。
【図５】この発明の実施の形態４による、目標軌道制御量計算部の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態５による、人工衛星の軌道制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態５による、目標軌道制御量計算部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態５による、基準軌道制御量計算部の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１００，２００  軌道制御装置、１０１  航法センサ、１０２  軌道基準値供給部、１０３，２０３  基準軌道制御量計算部、１０４  軌道誤差許容限界値供給部、１０５，２０５  目標軌道制御量計算部、１０６  軌道制御指令値計算部、１０７  スラスタ、１０８  第１軌道長半径変化率推定部、１０９  第２軌道長半径変化率推定部、１１０，２２０  目標制御量計算部、１１１  軌道制御周期算出部、１１２  目標経度算出部。
【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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