天文観測用科学衛星の姿勢決定系におけるカルマンフィルタ

概要

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本報告書は, 宇宙科学研究所のこれまでおよび近い将来の天文観測用科学衛星の姿勢決定系に採用されてきたカルマンフィルタに関して, そのアルゴリズムおよび実用上の工夫を中心に記述する。宇宙科学研究所の天文観測用科学衛星で, 姿勢決定にカルマンフィルタがはじめて適用されたひ"ぎんが"の打ち上げ(1987年2月)から10年以上が経過した。この間に打ち上げられた天文観測衛星の飛翔ごとに, その経験にもとづいてカルマンフィルタにおいても実用上の工夫が取り入れられてきた。一方, 観測ミッションの達成に必要な姿勢制御精度/姿勢決定精度はますます厳しくなり, カルマンフィルタを用いる場合にも, より厳密なアルゴリズムを適用することが必要となってきた。以上の背景を基に, 本報告書では, これまで用いてきたカルマンフィルタの設計や適用の方法をまとめておくことを通じて, 今後の衛星への確実な技術継承を図ることを目的としている。本報告書の構成は, 以下の通りである。第1章では, 宇宙科学研究所の天文観測用科学衛星における姿勢決定系の開発の流れを示す。第2章では, 姿勢決定系におけるカルマンフィルタのアルゴリズムを, 付録 A に示した一般的定式化を基に記述する。第3章では, カルマンフィルタの性能を定めるパラメータと性能との関係を明らかにし, カルマンフィルタの設計指針を与える。第4章では, これまでの天文観測用科学衛星におけるカルマンフィルタの適用方法を, 実際の衛星を対象として具体的に説明する。付録 A には, カルマンフィルタの一般的定式化をまとめて記載しておく。なお, 付録 B 以下では, 姿勢決定系カルマンフィルタの定式化を図る上で不可欠であるオイラーパラメータ, それに基づく姿勢運動の方程式の記述, カルマンフィルタの状態変数を決定する上で必要となる可観測性の検証方法についてまとめておく。
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天文観測用科学衛星の姿勢決定系におけるカルマンフィルタ

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