(57)【要約】【課題】  ２系の冗長系を成す衛星搭載用制御システムであって、主系の衛星搭載機器から従系の衛星搭載機器への切り替え時において、サービスの質を維持する。【解決手段】  機器のコンフィギュレーション等の設定に関係するコマンドについては、コマンド内に識別できるフラグを立ててコマンドフォーマットで送信する。これらのコマンドは、地上装置、もしくは、衛星搭載のデータ処理装置において、冗長構成をとっている機器のうち主系である機器に対して実行されると同時に、OFF状態となっている従系に対してはデータ処理装置内のメモリに一時的に保存される。なお、メモリ領域は衛星に搭載される各機器毎に用意される。また、データ処理部は各機器の切替状況を監視し、切替が発生したと判断した場合には、データ処理装置内のメモリに保存していたコマンドを読み出し、新たに主系となった機器に送信を行い、設定を行う。【選択図】  図１
2009220767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星に搭載され、主系と従系の機器と、前記主系の機器で異常を検知した時に前記主系の機器から前記従系の機器へ系の切替えを行う処理計算機と、を備えた２系の冗長系を成す衛星搭載用制御システムであって、
前記処理計算機は、地上から前記衛星に伝送されるコマンドを受信し前記コマンドを処理するコマンド処理部と、前記コマンドを保存するメモリと、前記主系の機器から異常検知の情報を受ける検知部とを備え、
前記コマンド処理部は、前記コマンドが前記メモリに保存するコマンドであるか否かを判別する判別手段を備え、判別の結果前記メモリに保存するコマンドでなければ前記コマンドを前記主系の機器に配信し、前記判別の結果前記メモリに保存するコマンドであれば前記コマンドを前記メモリに保存するとともに前記コマンドを前記主系の機器に配信し、
前記コマンド処理部は、前記主系の機器から前記異常検知の情報を受けると前記メモリから当該コマンドを取出し前記従系の機器に配信することを特徴とする衛星搭載用制御システム。
【請求項２】
前記コマンドはプライマリヘッダ領域とユーザコマンドメッセージ領域とからなり、前記ユーザコマンドメッセージ領域は、更に、上記機器に対する指示である機器コマンド領域と前記機器コマンドが保存対象であるか否かを表す保存要否領域からなり、
前記コマンド処理部は前記保存要否領域の情報に基づき、受信したコマンドの保存の要否を判別することを特徴とする請求項１記載の衛星搭載用制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、衛星の制御を行うために冗長系で構成された衛星搭載用制御システムに関するものである。より詳しくは、衛星に搭載された機器の冗長系切替を行う衛星搭載用制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
衛星に搭載された各機器は、地上局から衛星に伝送されるコマンド信号により各種設定がなされる。一方、衛星搭載機器が収集した収集情報や各種設定情報はテレメトリ信号により衛星から地上局に伝送される。
図６に示すように、地上局から衛星に伝送されるコマンド、すなわちＣＬＴＵ（Ｃｏｍｍａｎｄ  Ｌｉｎｋ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｕｎｉｔ）は地上局の変調機によって変調された電波となって衛星へ到達し、衛星の復調機によって電気信号レベルのＣＬＴＵに復調される。衛星搭載のデータ処理装置はＣＬＴＵの正当性を確認し、パケットデータへと再変換して衛星内の各機器に送出する。衛星内の各機器が生成するテレメトリは、衛星搭載のデータ処理装置が収集し、ＰＣＡ ＰＤＵ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｃｃｅｓｓ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）へと変換され、変調機/復調機を通じて地上局のデータ処理装置を介して地上局の各機器（各ユーザ）に送られる。
【０００３】
一般に、人工衛星は高信頼性を要求されるため、同じ機器を２つ以上組み合わせて構成される冗長構成をとっている。１つの系は主として使用され（以後、主系という）、それ以外の系はバックアップとして位置付けられており、主系を使用している際には機能が無効な状態にされており、主系において異常が発生して使用不能となった場合に使用される（以後、従系と呼ぶ）。
【０００４】
冗長構成としては、待機冗長、動作冗長の２種類に大別される。
動作冗長の構成では、主系および従系の両系で同時に処理を行う。しかし、１５年以上の寿命を要求される衛星放送や衛星通信用の人工衛星では、恒常的な通電による部品の劣化および部品の劣化に伴う信頼性の低下が発生する可能性の高い動作冗長の構成は採用が難しい。
【０００５】
一方、待機冗長の構成では、主系では全ての機能が有効な状態にあるが、従系では機器の電源をＯＦＦとするなどして、その全機能あるいは特定の機能を無効な状態としている。このため、地上局から衛星に伝送されるコマンドによる設定は、主系では設定が実行されるが、従系では機能を無効な状態としているために設定が実行されない。
このため主系の機器で故障が発生した時には、主系で設定した設定情報を主系から従系に引き継ぐ必要がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】茂原正道著「宇宙システム概論」培風館（１９９５年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、系の切り替えにおいては、誤制御を防ぐため、系の切り替え時に従系が主系の電源を切断する構成を取ることが一般的である。例えば衛星搭載の撮像機器の撮像条件等に関して言えば、系の切り替え時に主系の電源が切断されるとこれらの条件の情報も失われてしまう。
従って従系の機器に対しては立ち上がり後（起動後）、マニュアル操作で地上局からコマンドを送出し、衛星搭載のデータ処理装置を経由して従系の機器に対して設定条件等を再設定する必要があった。
【０００８】
このため、主系から従系への系の切替えに相当の時間を要し、また、系の切替えをマニュアル操作で行わなければならない、などの課題があった。また、系の切替えの間は衛星における放送や通信などの衛星のミッション機能に依存したサービスの質が低下し、最悪の場合、サービスが中断する、などの事態が発生するという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、主系の衛星搭載機器から従系の衛星搭載機器への切り替え時においてサービスを中断することなく、サービスの質を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による衛星搭載用制御システムは、衛星に搭載され、主系と従系の機器と、前記主系の機器で異常を検知した時に前記主系の機器から前記従系の機器へ系の切替えを行う処理計算機と、を備えた２系の冗長系を成す衛星搭載用制御システムであって、前記処理計算機は、地上から前記衛星に伝送されるコマンドを受信し前記コマンドを処理するコマンド処理部と、前記コマンドを保存するメモリと、前記主系の機器から異常検知の情報を受ける検知部とを備え、前記コマンド処理部は、前記コマンドが前記メモリに保存するコマンドであるか否かを判別する判別手段を備え、判別の結果前記メモリに保存するコマンドでなければ前記コマンドを前記主系の機器に配信し、前記判別の結果前記メモリに保存するコマンドであれば前記コマンドを前記メモリに保存するとともに前記コマンドを前記主系の機器に配信し、前記コマンド処理部は、前記主系の機器から前記異常検知の情報を受けると前記メモリから当該コマンドを取出し前記従系の機器に配信する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、主系から従系への移行時に従系における機器の設定情報の取得が容易となり、主系の故障により系の移行を行わなければならない場合であっても、衛星通信や衛星放送などのサービスの中断や、質の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、図を参照しながら本発明に係る実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態における制御システムのデータ処理装置ＤＨＵ（Ｄａｔａ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）の構成を示す図である。
図１において、データ処理装置ＤＨＵ１００は保存コマンド判別部１０１、コマンド保存処理部１０２、コマンド保存メモリ１０３、各機器切替有無検知部１０４、コマンド出力制御部１０５を備える。保存コマンド判別部１０１は、地上からコマンドを受信するとそのコマンドをメモリに保存するか否を判別する。なお、保存コマンド判別部やコマンド保存処理部はコマンド処理部の一例である。
【００１３】
図２は、地上局から送信されるコマンドのコマンドフォーマット３００の一例である。コマンドフォーマット３００の中で、ユーザコマンドメッセージ３２０が衛星上の機器が必要とするソースコマンドである。このユーザコマンドメッセージ３２０の他、プライマリヘッダ（ＰＨ）３１０のオーバヘッドが付加され、さらに図示しないＢＣＨチェックビットを付加されて地上局から衛星に向けてされる。
【００１４】
ユーザコマンドメッセージ３２０は、機器指定コマンド３２１、保存要否ビット３２２、機器コマンド３２３からなる。機器指定コマンド３２１は衛星に搭載された複数の機器のうちコマンドを送信する相手を指定するものでありビット列で指定される。保存要否ビット３２２は、このあとに続く機器コマンド３２３をコマンド保存メモリに１０３に保存するものであるか否かを識別するための情報である。例えば、この保存要否ビット３２２が「１」である場合には、この保存要否ビットに続く機器コマンド３２３が保存対象であることを示す。一方、保存要否ビット３２２が「０」である場合には、次に続く機器コマンド３２３はメモリへの保存が不要であることを示す。機器コマンド３２３は、指定された機器に対する指示内容を示す。
【００１５】
保存要否ビット３２２は地上局のコマンド作成者により付与される。先にも説明した通り、主系の機器が故障などにより主系の機器から従系の機器に切り替える際、一般には主系の電源が切断されるため主系の機器で設定されていた設定情報は失われてしまう。このため地上局のコマンド作成者はコマンド作成時に、メモリに保存すべきコマンドと保存が必要でないコマンドとを予め区別し、保存すべきコマンドに対しては送信するコマンドフォーマットの保存要否ビット３２２に識別用の符号（本実施の形態では「１」）を付与する。
保存するコマンドとしては、例えば対象となる機器が撮像装置であれば、その姿勢角や、姿勢角の誤差を補正するための補正パラメータ、撮像タイミング、撮像装置から出力されるデータを補正するための補正データ、撮像条件などが挙げられる。
なお、保存要否ビット３２２への識別用符号の付与については、コマンド作成者が自身の判断に基づき付与するようにしてもよいし、あるいは、機器コマンドの種類に応じて装置側で自動で判断して付与するようにしてもよい。
【００１６】
次に、図を用いて本実施の形態の衛星搭載用制御システムの動作を説明する。図３は、データ処理装置１００が実行するデータ処理のフロー図である。
データ処理装置１００の保存コマンド判別部１０１は、地上局よりコマンドを受信する（図３のステップＳ０１）と、保存コマンド判別部１０１はユーザコマンドメッセージ３２０の保存要否ビットを抽出する（Ｓ０２）。
保存要否ビットに識別フラグが立っていた場合（保存要否ビットに「１」が立っていた場合、Ｓ０３）、保存コマンド判別部１０１は、ユーザコマンドメッセージ３２０から機器指定コマンドを抽出し、指定機器を判別する（Ｓ０４）。保存コマンド判別部１０１は、機器指定コマンド３２１と機器コマンド３２３をコマンド保存処理部１０２に出力する。保存コマンド判別部１０１から機器指定コマンド３２１と機器コマンド３２３を受けたコマンド保存処理部１０２は、コマンド保存メモリ１０３内で機器対応で区分されているメモリ領域にアクセスし、機器指定コマンド３２１で指定された機器のメモリ領域に、機器コマンド３２３を保存する（Ｓ０５）。次に、保存コマンド判別部１０１は機器コマンド３２３を機器指定コマンド３２１で指定された機器に向けて機器コマンド３２３を出力する。
一方、保存要否ビットに識別フラグが立っていない場合（保存要否ビットに「１」が立っていない場合、Ｓ０３）、保存コマンド判別部１０１はユーザコマンドメッセージから抽出した機器コマンド３２３を、機器指定コマンド３２１で指定された機器に向けて機器コマンド３２３を出力する。
【００１７】
このようにして、コマンド保存メモリ１０３の各機器用メモリには、機器毎に対応してコマンド作成者が作成したコマンドで保存すべきコマンドが保存されることになる。なお、時系列でみたときに同一種類のコマンドがあった場合には、後から保存されたコマンドにより先のコマンドを上書きするようにし、最新のコマンドが保存されるようにする。
【００１８】
次に、主系の機器から従系の機器に切替える切替え動作について説明する。図４は、切替え時におけるデータ処理装置１００が実行するデータ処理のフロー図である。
図４において、データ処理装置内の切替有無検知部１０４は、主系の機器から異常となる信号（ＯＦＦ情報）を受信すると（図４のステップＳ１１）、系を切替える切替情報をコマンド出力制御部１０５に出力する。コマンド出力制御部１０５は、ＯＦＦ信号を受けた主系機器に対応した従系機器の電源を入れ、動作状態とする。
次に、コマンド出力制御部１０５は、コマンド保存メモリ１０３内の異常となった機器に対応するメモリ領域から、保存されているコマンドを抽出する（Ｓ１３）。
コマンド出力制御部１０５は、メモリ領域から抽出したコマンドを従系機器に対して出力する（Ｓ１４）。
【００１９】
従系の機器はメモリ領域から抽出されたコマンドに基づき各種設定を行う。このようにして、主系機器から従系機器への系の切替えが行われる。
【００２０】
以上のように、本実施の形態では、衛星が地上局から受信するコマンドフォーマットに、コマンドを保存する要否を表すデータ欄を設けた。衛星のデータ処理装置１００は受信したコマンドの当該データ欄に保存要を意味する識別フラグが立っていた場合、コマンド保存メモリ１０３の該当するメモリ領域にコマンドを保存する。そして、主系機器の異常発生等を原因として、使用機器を主系機器から従系機器に切替える際に、データ処理装置はメモリ領域に保存していたコマンドを取り出し、当該コマンドを従系機器に配信するようにした。
【００２１】
これにより従来、主系から従系への系の切替え時においては、撮像装置であれば撮像条件等の主系機器の情報が失われてしまい、地上局からのコマンドを待ってこれらの機器の再設定をせざるをえないためにその間のサービスの質が低下するという課題がなくなり、系の切り替え時においてもサービスの質を維持することができる。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態１では、地上局の各ユーザが使用する撮像機器等の衛星搭載機器を対象とした実施の形態について説明をしたが、実施の形態２では、衛星の姿勢制御装置を対象とし、系の切り替え時においても継続的な姿勢制御が可能な実施の形態について説明する。
【００２３】
人工衛星は、衛星の姿勢および軌道の制御を行うためＡＯＣＥ（Ａｔｔｉｔｕｄｅ  ａｎｄ  Ｏｒｂｉｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）と呼ばれる制御装置を備えている。ＡＯＣＥは、センサから取得した最新のデータ（例えば自身の位置、角度、角速度等の最新データ）により自らの姿勢情報や軌道情報を求め、これらの情報をもとに制御情報を算出してアクチュエータ等を制御することで、衛星の姿勢および軌道の制御を行う。
【００２４】
このＡＯＣＥ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、稼動中の系（主系）とバックアップ系（従系）の２系の冗長構成を取る。主系の装置で故障が検出された場合、主系の装置から従系の装置に切り替えが行われる。
このＡＯＣＥの系の切り替えにおいては、誤制御を防ぐため、系の切り替え時に従系が主系の電源を切断する構成を取ることが一般的である。センサから取得した情報を処理して得た人工衛星の姿勢制御情報は、揮発性メモリを使用しているメモリーエリアに保持される。このため、系の切り替え時に主系の電源が切断されると、これらの情報は失われる。衛星の姿勢を回復する為には地上より送信される衛星の現在位置に関する情報が必要となるが、衛星の現在位置に関する情報は地上より常時送信されているわけではない。このため、姿勢を回復するまで相当の時間を要するという課題がある。
【００２５】
以下、図を参照しながら、実施の形態２について説明する。図５は、本実施の形態における制御システムの構成例である。
図４において、制御装置ＡＯＣＥとして、同じ構成を有する主系ＡＯＣＥ１００と従系ＡＣＯＥ２００を備える。また、ＡＯＣＥ４００とＡＣＯＥ４００ｂと接続し、地上からのコマンドを入力して、データ処理を行うデータ処理装置ＤＨＵ（Ｄａｔａ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１００を備える。なお、実施の形態１と同等の構成には同一番号を付してその説明を省略する。
【００２６】
ＡＯＣＥ４００は、軌道を算出し軌道上の自己位置に関する情報（軌道情報という）を取得するプログラムの他、各種プログラムを保持するプログラムメモリ４０２と、プログラムメモリ４０２に保持されている各種プログラムを実行するＣＰＵ４０１とを備える。また、ＡＯＣＥ４００は、衛星に搭載された外部のセンサ１１１および外部のアクチュエータ４１０との間で情報の授受を行うインターフェースであるＩ/Ｏ４０３と、データ処理装置１００との間でデータを授受するためのインターフェースであるＩ/Ｏ４０４と、ＣＰＵ１０１の処理情報や各Ｉ/Ｏとの間の入出力情報を読み書きするためのワーク領域であり揮発性メモリから成るメモリーエリアＡ４０５と、を備える。
ＡＯＣＥ４００ｂについては、ＡＯＣＥ４００と同一構成であるので、上述したとおり詳細な記載及び図示を省略する。
【００２７】
データ処理装置ＤＨＵ１００は保存コマンド判別部１０１、コマンド保存処理部１０２、コマンド保存メモリ１０３、各機器切替有無検知部１０４、コマンド出力制御部１０５を備える。データ処理装置ＤＨＵ１００は、地上からのコマンドに基づきＡＯＣＥ４００にコマンドを配信する。ＡＯＣＥ４００は、配信されたアクチュエータの目標回転角度、アクチュエータの目標角速度などのコマンドに基づき、アクチュエータ４１０を動作させて姿勢制御を行う。
【００２８】
地上局から送信されるコマンドのコマンドフォーマットを図２に示す（実施の形態１と同じ）。コマンドフォーマット３００は、実施の形態１と同じくプライマリヘッド（ＰＨ）３１０とユーザコマンドメッセージ３２０からなり、ユーザコマンドメッセージ３２０は機器指定コマンド３２１、保存要否ビット３２２、ＡＯＣＥ用コマンド３２３を備える。機器指定コマンド３２１は、ＡＯＣＥを指定する。
【００２９】
地上局のコマンド作成者は姿勢制御用のコマンドを作成する際、メモリに保持すべきコマンドと保持が必要でないコマンドとを予め区別し、保持すべきコマンドに対しては送信するコマンドフォーマットの保存要否ビット３２２に識別用の符号（本実施の形態では「１」）を付与する。すなわち、主系ＡＯＣＥ４００から従系ＡＯＣＥ４００ｂに系の切替えを行う際に必要となるコマンドに対しては識別用の符号を付与する。
【００３０】
データ処理装置の保存コマンド判別部１０１は、受信したコマンドの保存要否ビット３２２の欄に保存要を意味する識別用の符号が立っていた場合、コマンド保存メモリ１０３の該当するメモリ領域にコマンドを保存する。
そして、主系ＡＯＣＥ４００の故障等により、主系４００から従系４００ｂに系の切替えを行う際は、コマンド保存メモリ１０３から保存されていたコマンドを取り出し、従系ＡＯＣＥ４００ｂに対して配信する。
【００３１】
以上のように、本実施の形態では、衛星が地上局から受信する姿勢制御用コマンドのコマンドフォーマットに、コマンドの保存の要否を示すデータ欄を設けた。衛星のデータ処理装置１００は受信した衛星の姿勢制御用コマンドの当該データ欄に保存要を意味する識別フラグが立っていた場合、コマンド保存メモリ１０３の該当するメモリ領域にコマンドを保存する。主系ＡＯＣＥの異常発生等を原因として主系ＡＯＣＥから従系ＡＯＣＥに切替える際には、データ処理装置はメモリ領域に保存していたコマンドを取り出し、当該コマンドを従系ＡＯＣＥに配信するようにした。
【００３２】
これにより、従来、系の切り替え時に、衛星の姿勢情報が失われ地上局からのコマンドを待って姿勢の再設定をするために姿勢制御までに相当の時間を要するという問題を解消して、系の切り替え時においても衛星の姿勢制御を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態１におけるデータ処理装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１におけるデータ処理装置が受信するコマンドのフォーマットの一例である。
【図３】実施の形態１におけるデータ処理装置の実行フローを説明する図である。
【図４】実施の形態１におけるデータ処理装置の系切替え時における実行フローを説明する図である。
【図５】実施の形態２における姿勢制御システムの構成を示す図である。
【図６】従来の地上局と衛星間のデータ送受の構成例を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００  データ処理装置、１０１  保存コマンド判別部、１０２  コマンド保存処理部、１０３  コマンド保存メモリ、１０４  切替有無検知部、１０５  コマンド出力制御部、３００  コマンドフォーマット、３１０  プライマリヘッダ（ＰＨ）、３２０  ユーザコマンドメッセージ、３２１  機器指定コマンド、３２２  保存要否ビット、３２３  機器コマンド、４００  主系ＡＯＣＥ、４００ｂ  従系ＡＯＣＥ、４０１  ＣＰＵ、４０２  プログラムメモリ、４０３、４０４  Ｉ/Ｏ、４０５  メモリエリア、４１０  アクチュエータ、４１１  センサ
【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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