(57)【要約】【課題】  待機冗長系の空間飛行体において、主系の制御器で故障等が発生した場合、従系の制御器に切り替わる。しかし従系への切り替わりの際に、主系で用いていた制御用データが従系に引き継がれないため、空間飛行体の姿勢や軌道が安定状態に復帰するまでに数時間から数日の時間を要するという問題があった。【解決手段】  従系の制御器に例えばフラッシュタイプのメモリを搭載し、主系の制御器が有するメモリに記憶されている制御用データ等を任意のタイミングで出力し、従系のメモリに保存する。主系から従系への切り替え時に、主系の制御器の電源をオフにしてから、従系のメモリに書き込まれた制御用データをもとに姿勢及び軌道を制御する。【選択図】  図１
2009012646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間飛行体の姿勢及び軌道を制御し、主系のメモリを有する主系の制御器と従系のメモリを有する従系の制御器とを備える制御装置において、
上記主系のメモリに格納されている上記空間飛行体の制御用データを任意のタイミングで出力する主系の制御器と、
上記主系の制御器より受信した制御用データを上記従系のメモリに書き込み、上記主系の制御器から上記従系の制御器に動作を切り替える場合、上記主系の制御器の電源がオフとなってから、上記従系のメモリに書き込まれた制御用データをもとに姿勢及び軌道を制御する上記従系の制御器と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
上記従系の制御器は、上記主系の制御器より出力された制御用データを上記従系のメモリに書き込む場合にのみ、上記従系のメモリの電源をオンにし、上記制御用データが上記従系のメモリに正しく書き込まれたことを確認して上記従系のメモリの電源をオフにすることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
上記主系の制御器はカウンタを有し、上記主系のメモリに格納されている制御用データを一定時間ごとに出力することを特徴とする請求項１または２記載の制御装置。
【請求項４】
上記主系の制御器は上記主系のメモリと異なる主系のメモリを有し、
上記従系の制御器から上記主系の制御器に動作を切り替える場合、上記主系の制御器の電源をオンにし、上記従系の制御器は上記空間飛行体の制御用データを出力し、上記異なる主系のメモリに上記制御用データを書き込み、上記従系の制御器の電源をオフにして、上記異なる主系のメモリに書き込まれた制御用データをもとに上記主系の制御器が姿勢及び軌道を制御することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、放送や通信などのサービスを実施する空間飛行体に搭載される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間飛行体である例えば人工衛星などは、自らの姿勢制御を行うため、常に自身の姿勢や軌道を特定し、所定の姿勢を保つ必要がある（例えば、非特許文献１参照）。そのために、センサから取得した最新データ、例えば位置や角度や角速度により自らの姿勢や軌道を求め、求めた姿勢情報や軌道情報をもとにアクチュエータを制御するための制御情報を算出しアクチュエータを制御する、衛星制御器と呼ばれる制御装置を備えている。
【０００３】
衛星制御器は、一つ故障しても人工衛星の運用に支障をきたさないように、通常主従の冗長系を持つ構成となっている。冗長系の構成としては、待機冗長型と動作冗長型に大別される。このうち待機冗長型は、通常主系が稼動しており、何らかの原因で系の切り替わりが必要となった場合、従系の電源を投入し、従系を稼動させる方式である。
【０００４】
従来の待機冗長型の衛星制御器においては、主系に異常が発生した場合に従系を立ち上げ、その後制御に必要なパラメータ、例えばセンサから出力されるデータを補正するための補正データ等を地上からアップロードしていた。
【０００５】
【非特許文献１】茂原正道著「宇宙システム概論」培風館、１９９５年１０月３０日、Ｐ．２１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
待機冗長型は、システム全体としては寿命が長く保たれる等の利点があるものの、上記のとおり、従系への切り替わりの際に、主系に搭載された計算機で保持している制御パラメータなどの情報を、系の切り替わり後に従系の計算機に引き継がれなかった。このため、系の切り替え後に再度制御パラメータを地上からアップロードする必要があり、衛星が安定状態に復帰するまでに数時間から数日の時間を要するため、例えば商用衛星においては、この間サービスが中断してしまうという問題があった。
【０００７】
この発明はかかる問題を解決するためになされたもので、衛星制御器の搭載計算機にＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のフラッシュメモリを搭載し、主系のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）領域の一部に格納された制御パラメータを従系のフラッシュメモリに保存して、系切り替わり時に従系の衛星制御器は、主系の制御パラメータ等を用いることで、通信や放送などのサービスを中断することなく提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る制御装置は、
空間飛行体の姿勢及び軌道を制御し、主系のメモリを有する主系の制御器と従系のメモリを有する従系の制御器とを備える制御装置であり、
上記主系のメモリに格納されている上記空間飛行体の制御用データを任意のタイミングで出力する主系の制御器と、
上記主系の制御器より受信した制御用データを上記従系のメモリに書き込み、上記主系の制御器から上記従系の制御器に動作を切り替える場合、上記主系の制御器の電源がオフとなってから、上記従系のメモリに書き込まれた制御用データをもとに姿勢及び軌道を制御する上記従系の制御器と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このように、従系は、主系から受けた制御パラメータなどのデータを、従系の立ち上り後即座に使用して、空間飛行体、例えば人工衛星自らの姿勢制御を開始することができるため、人工衛星は安定状態を継続することができ、商用衛星においては、主系の衛星制御器と従系の衛星制御器の切り替えによる通信や放送などのサービスをほとんど中断することなく提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における衛星制御器のハードウェア構成図を示すものであり、主系の衛星制御器１がオン、従系の衛星制御器１１がオフの状態を表している。図１において、主系の衛星制御器１にはプログラムを処理する主系のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：中央処理装置）２と、各種の制御用プログラムを格納する主系のＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３と、制御パラメータを格納したりプログラムのワークエリアとして使用する主系のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４と、センサからのデータ入力やアクチュエータへのデータ出力用である主系のデータ入出力用インタフェース５を有する。
【００１１】
また主系の衛星制御器１は、主系のＲＡＭ４から制御パラメータ等のデータを読み出して従系に出力するために、主系の書き込み用インタフェース６を有する。
【００１２】
従系の衛星制御器１１も主系と同じ構成であり、プログラムを処理する従系のＣＰＵ１２と、各種の制御用プログラムを格納する従系のＲＯＭ１３と、制御パラメータを格納したりプログラムのワークエリアとして使用する従系のＲＡＭ１４と、センサからのデータ入力やアクチュエータへのデータ出力用の従系のデータ入出力用インタフェース１５を有する。
【００１３】
加えて、主系の書き込み用インタフェース６より出力されたデータを受信する従系の受信用インタフェース１７と、主系より受信したデータを書き込み保存するための従系のフラッシュメモリ１８と、従系のフラッシュメモリ１８に書き込まれたデータを従系のＲＡＭ１４に展開するための従系のバスインタフェース１９を有する。
【００１４】
例えば、主系の衛星制御器１は、以下のように動作する。実際の姿勢や軌道情報は、人工衛星のセンサ（図示はしていない）から取得した最新のデータを主系のデータ入出力用インタフェース５を介して、主系のＲＡＭ４に一時記憶される。主系のＣＰＵ２は、主系のＲＯＭ３に格納されているプログラムと、主系のＲＡＭ４に記憶されているセンサからのデータを読出し、プログラムを用いて自らの姿勢と軌道計算を行う。また主系のＣＰＵ２は、上記姿勢と軌道に基づき、人工衛星自らの姿勢と軌道に関する補正データを計算する。
【００１５】
そしてその計算結果は、主系のＲＡＭ４に記憶される。その後、主系のＲＡＭ４に記憶された補正データは、主系のデータ入出力用インタフェース５を介してアクチュエータ（図示はしていない）に出力され、アクチュエータを用いて、人工衛星自らの姿勢と軌道位置が補正される。
【００１６】
このように構成された主系の衛星制御器１においては、主系のＲＡＭ４に格納されている制御パラメータや、計算結果である現在の姿勢や軌道情報などのデータを、主系のＣＰＵ２に命令を与えることにより従系のフラッシュメモリ１８に書き込むことができる。
【００１７】
例えば主系のＣＰＵ２は、地上からのコマンド等を受けたら、まず従系のフラッシュメモリの電源領域２０に対して、主系の衛星制御器１より電力３１を供給する。なお従系のフラッシュメモリの電源領域２０は、従系の衛星制御器１１における他の構成要素の電源領域と独立に動作させてもよい。
【００１８】
電力３１の供給を受けた従系のフラッシュメモリ１８は、主系より出力されるデータのリード及びライトが可能な状態となる。次に、主系のＣＰＵ２は、主系のＲＡＭ４から制御パラメータなどのデータ３２を主系の書き込み用インタフェース６に転送する。
【００１９】
主系の書き込み用インタフェース６は、データ３２を出力可能なデータフォーマット、例えば、パラレル／シリアル変換等を行い、書き込み用データ３３を出力する。従系の受信用インタフェース１７は、主系の衛星制御器１より出力された書き込み用データ３３を受信する。ここで従系の受信用インタフェース１７には、例えばシリアル／パラレル変換機能、ドライバレシーバ機能、メモリリードライト機能などを備えている。
【００２０】
主系の書き込み用インタフェース６より書き込み用データ３３の出力が完了した後、従系のフラッシュメモリ１８に正しく書き込みがなされていることを確認するため、従系のフラッシュメモリ１８から読み出し用データ３４を読み出し、主系のＣＰＵ２がチェックを実行する。
【００２１】
従系のフラッシュメモリ１８に正しくデータが書き込まれていることが確認できれば、主系の衛星制御器１より電力３１の供給を止め、従系のフラッシュメモリの電源領域２０をオフとし、処理を終了する。もしデータが誤っていた場合は、再度書き込みを実行する。
【００２２】
主系のＣＰＵ２は、何らかの異常を検出した場合に、主系の衛星制御器１より従系立ち上げのための従系オン信号５１を出力する。また従系の衛星制御器１１は、従系が立ち上がった後に、主系の衛星制御器１をオフするための主系オフ信号５２を出力する。
【００２３】
ここで、主系のＣＰＵ２が検出する異常の例としては、センサから出力されるデータにリミットが設定されており、センサよりリミット以上の値が出力されることで異常を検出する場合、また、主系の衛星制御器１にあるデバイスが故障することにより、出力信号の異常が検出される場合などが考えられる。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１における衛星制御器のハードウェア構成図を示すものであり、主系の衛星制御器１がオフ、従系の衛星制御器１１がオンの状態を表す図である。従系の衛星制御器１１は、主系の衛星制御器１の電源を立ち下げた後、従系のフラッシュメモリ１８から制御パラメータなどのデータ３５を読み出し、従系のバスインタフェース１９を介して従系のＲＡＭ１４にデータ３５を展開して衛星の姿勢制御を開始する。
【００２５】
このように、従系は、主系から受けた制御パラメータなどのデータを、従系の立ち上り後即座に使用して人工衛星自らの姿勢制御を開始することができるため、人工衛星は安定状態を継続することができる。従って、例えば商用衛星においては、主系の衛星制御器と従系の衛星制御器の切り替えによる通信や放送などのサービスをほとんど中断することなく提供することができる。
【００２６】
なお、主系側にフラッシュメモリを搭載し、予め制御パラメータなどのデータを書き込んでおき、主系故障時には従系を立ち上げ、従系は主系のフラッシュメモリのデータを読み込み、主系を立ち下げるという方法も考えられる。しかし上記技術では、主系の電源故障時など、主系が従系より先に立ち下がるような故障時には、主系のフラッシュメモリのデータを読み出すことができなくなる。
【００２７】
一方本発明では、従系内部にフラッシュメモリを搭載することで、上記のような故障が発生した場合でも、予め従系のフラッシュメモリ１８にデータを書き込んでいるため、主系が従系より先に立ち下がるような故障が発生しても、制御パラメータなどのデータを読み出すことができる。
【００２８】
また上述では、主系の衛星制御器１から従系の衛星制御器１１への切り替えにおいて、主系の衛星制御器１より従系オン信号５１を、従系の衛星制御器１１より主系オフ信号５２を出力するようにしたが、地上からのコマンドにより、主系の衛星制御器１と従系の衛星制御器１１のオンオフを制御させてもよい。
【００２９】
また上述では、主系のＣＰＵ２は地上からのコマンド等を受けたら、従系のフラッシュメモリの電源領域２０に対して電力３１を供給するようにしたが、主系の衛星制御器１内部にカウンタを備え、一定時間おきに従系のフラッシュメモリの電源領域２０に電力３１を供給させ、制御パラメータ等のデータを書き込むようにしてもよい。
【００３０】
また上述では、主系の制御パラメータ等を従系に記憶させるものとして、フラッシュメモリを用いたが、ＲＡＭでもよい。
【００３１】
フラッシュメモリの場合は、上述のように主系より電力３１を供給し、従系のフラッシュメモリの電源領域２０に対してオンオフ制御を行っていた。しかし、フラッシュメモリの代わりにＲＡＭを用いる場合、ＲＡＭを搭載した電源領域は常時電源をオンにする必要があるため、例えば、従系から電源を供給するようにしてもよい。
【００３２】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２における衛星制御器のハードウェア構成図を示すものであり、主系の衛星制御器１がオフ、従系の衛星制御器１１がオンの状態を表している。実施の形態１と同様の構成および動作については、説明を省略する。
【００３３】
実施の形態２における従系の衛星制御器１１には、実施の形態１の構成に加え、従系のＲＡＭ１４から制御パラメータ等のデータを読み出して主系に出力するための従系の書き込み用インタフェース１６を有する。
【００３４】
また実施の形態２における主系の衛星制御器１には、実施の形態１の構成に加え、従系の書き込み用インタフェース１６より出力されたデータを受信する主系の受信用インタフェース７と、従系より受信したデータを書き込み保存するための主系のフラッシュメモリ８と、主系のフラッシュメモリ８に書き込まれたデータを主系のＲＡＭ４に展開するための主系のバスインタフェース９を有する。
【００３５】
次に、実施の形態２の動作について説明する。主系が故障ではなく、例えば誤ったコマンドを受信した場合などで、主系から従系に切り替わった場合を考える。この場合、実施の形態１に記載した動作により、従系の衛星制御器１１は、従系のフラッシュメモリ１８より従系のＲＡＭ１４に制御パラメータ等が展開されている。人工衛星の運用において、人為的なミスでの主系から従系への切り替わりは、故障とは考えない。従って通常は、速やかに主系に処理を戻し、主系で再び処理を行う。
【００３６】
そこで、従系のＲＡＭ１４に記憶されている制御パラメータ等を主系の衛星制御器１に戻すため、従系のＣＰＵ１２に命令を与えることにより主系のフラッシュメモリ８に書き込むようにする。例えば従系のＣＰＵ１２は、地上からのコマンド等を受けたら、主系の衛星制御器１の電源をオンにする。この場合、従系の衛星制御器１１より主系オン信号５３を出力させてもよいし、地上からのコマンドにより主系の衛星制御器１の電源をオンとするようにしてもよい。
【００３７】
主系の衛星制御器１がオン状態となった場合、主系のフラッシュメモリ８は従系より出力されるデータのリード及びライトが可能な状態となる。次に従系のＣＰＵ１２は、従系のＲＡＭ１４から制御パラメータなどのデータ４１を従系の書き込み用インタフェース１６に転送する。
【００３８】
従系の書き込み用インタフェース１６は、データ４１を出力可能なデータフォーマット、例えば、パラレル／シリアル変換等を行い、書き込み用データ４２を出力する。主系の受信用インタフェース７は、従系の衛星制御器１１より出力された書き込み用データ４２を受信する。ここで主系の受信用インタフェース７には、例えばシリアル／パラレル変換機能、ドライバレシーバ機能、メモリリードライト機能などを備えている。
【００３９】
従系の書き込み用インタフェース１６より書き込み用データ４２の出力が完了した後、主系のフラッシュメモリ８に正しく書き込みがなされていることを確認するため、主系のフラッシュメモリ８から読み出し用データ４３を読み出し、従系のＣＰＵ１２がチェックを実行する。
【００４０】
主系のフラッシュメモリ８に正しくデータが書き込まれていることが確認できれば、処理を終了する。もしデータが誤っていた場合は、再度書き込みを実行する。
【００４１】
その後、従系の衛星制御器１１は、地上より従系をオフするコマンドを受けたら、従系をオフとする。もしくは、主系の衛星制御器１は、従系に対し従系オフ信号５４を出力し、従系をオフ状態としてもよい。
【００４２】
図４は、この発明の実施の形態２における衛星制御器のハードウェア構成図を示すものであり、主系の衛星制御器１がオン、従系の衛星制御器１１がオフの状態を表す図である。主系の衛星制御器１は、従系の衛星制御器１１の電源が立ち下がった後、主系のフラッシュメモリ８から制御パラメータなどのデータ４４を読み出し、主系のバスインタフェース９を介して主系のＲＡＭ４に展開して衛星の姿勢制御を開始する。
【００４３】
このように、主系が故障ではなく、誤ったコマンドを受信した場合などで主系から従系に切り替わった場合に、再度処理を主系に戻すことで、従系から主系に切り替える際にもデータを引き継ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１における衛星制御器のハードウェア構成図を示すものであり、主系の衛星制御器１がオン、従系の衛星制御器１１がオフの状態を表す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における衛星制御器のハードウェア構成図を示すものであり、主系の衛星制御器１がオフ、従系の衛星制御器１１がオンの状態を表す図である。
【図３】この発明の実施の形態２における衛星制御器のハードウェア構成図を示すものであり、主系の衛星制御器１がオフ、従系の衛星制御器１１がオンの状態を表す図である。
【図４】この発明の実施の形態２における衛星制御器のハードウェア構成図を示すものであり、主系の衛星制御器１がオン、従系の衛星制御器１１がオフの状態を表す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１．  主系の衛星制御器
２．  主系のＣＰＵ
３．  主系のＲＯＭ
４．  主系のＲＡＭ
５．  主系のデータ入出力用インタフェース
６．  主系の書き込み用インタフェース
７．  主系の受信用インタフェース
８．  主系のフラッシュメモリ
９．  主系のバスインタフェース
１１．従系の衛星制御器
１２．従系のＣＰＵ
１３．従系のＲＯＭ
１４．従系のＲＡＭ
１５．従系のデータ入出力用インタフェース
１６．従系の書き込み用インタフェース
１７．従系の受信用インタフェース
１８．従系のフラッシュメモリ
１９．従系のバスインタフェース
２０．従系のフラッシュメモリの電源領域
３１．電力
３２．データ
３３．書き込み用データ
３４．読み出し用データ
３５．データ
４１．データ
４２．書き込み用データ
４３．読み出し用データ
４４．データ
５１．従系オン信号
５２．主系オフ信号
５３．主系オン信号
５４．従系オフ信号
【図１】
2009012646.tif 000003
【図２】
2009012646.tif 000004
【図３】
2009012646.tif 000005
【図４】
2009012646.tif 000006