JP2009074902A - 衛星搭載アンテナパタン測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のアンテナパタン測定方法は、衛星姿勢制御の回数が非常に多くなり、多大な測定時間を要し、さらに複数の地球局設備の特性ばらつきや、衛星姿勢制御誤差による測定誤差がある。
【解決手段】人工衛星から一定電力の信号を衛星搭載アンテナより出力し、衛星搭載アンテナのロール軸周りの角度を一定値に設定し、ピッチ軸周りの角度を走査し、衛星搭載アンテナの出力信号を地球局設備にて受信電力レベルを測定し、人工衛星のロール軸の設定角度および地球局設備の設置位置から、人工衛星からの仰角オフセット量の異なる方位角カットパタンを地球局設備と同数個生成し、人工衛星のロール軸の設定角度を複数の地球局設備の何れか２つを人工衛星から見込んだ仰角差で順次変え、前記生成を繰り返すことにより、複数の方位角カットパタンを生成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、人工衛星搭載アンテナにおけるアンテナパタン測定方法に関するものである。より詳細には、複数の地球局設備を使用することで、衛星姿勢制御回数を大幅に削減すると共に、姿勢制御誤差に伴う角度誤差の校正および地球局設備の校正を実現し、精度の高いアンテナパタン測定を実現する方法に関する。

従来の技術１における衛星搭載アンテナのアンテナパタン測定方法は、非特許文献１に記載されているとおり、衛星からの一定の電力を送信した状態で、搭載アンテナの出力信号を単一の地球局設備にて受信電力レベルを測定し、仰角オフセット量の異なる方位角カットパタンを生成し、図１に示すようにロール軸の設定角度を一定の増減分で順次変え、複数の方位角カットパタンを取得することを繰り返し、２次元アンテナパタンを測定している。この場合、衛星の姿勢制御回数が非常に多くなると共に、測定時間を要する。さらに、後述する従来の技術２と同様、衛星姿勢制御誤差の影響も挙げられる。

一方、従来の技術２における衛星搭載アンテナのアンテナパタン測定方法は、非特許文献２に記載されているように、図２に示すように複数の地球局設備を用い、より少ない衛星の姿勢制御回数で２次元アンテナパタンを測定する方法が述べられている。しかしながら、誤差要因として地球局設備の特性ばらつき、衛星姿勢制御誤差が挙げられる。

「通信衛星３号ａ（ＣＳ−３ａ）通信系軌道上初期機能確認試験結果、昭和６３年電子情報通信学会秋季全国大会」、坂本他，Ｂ−８３，ｐ．Ｂ−１−８３ 「技術試験衛星VIII型搭載アンテナパタン測定評価に関する検討、電子情報通信学会技術報告」、鈴木他，ＳＡＴ２００６−５９，ｐｐ．７−１０，Ｆｅｂ．，２００７

従来の技術１の課題は、衛星姿勢制御の回数が非常に多くなり、多大な測定時間を要することである。従来の技術２の課題は、従来の技術１の衛星姿勢制御の回数および測定時間の課題が解決されているが、複数の地球局設備の特性ばらつきや、衛星姿勢制御誤差による測定誤差が挙げられる。

本発明は従来の技術１および２の課題を解決し、衛星姿勢制御回数の削減、姿勢制御誤差に伴う角度誤差の補償、地球局設備の特性差の校正を実現して、精度の高い衛星搭載アンテナパタンの測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため本発明による方法は、複数の地球局設備を用いて衛星搭載アンテナの２次元アンテナパタンを測定する方法において、人工衛星から一定電力の信号を該衛星搭載アンテナより出力し、該衛星搭載アンテナのロール軸周りの角度を一定値に設定し、ピッチ軸周りの角度を走査し、該衛星搭載アンテナの出力信号を該地球局設備にて受信電力レベルを測定し、該人工衛星のロール軸の設定角度および地球局設備の設置位置から、該人工衛星からの仰角オフセット量の異なる方位角カットパタンを該地球局設備と同数個生成する第１の生成ステップと、該人工衛星のロール軸の設定角度を一定の増減分で順次変え、前記第１の生成ステップを繰り返すことにより、複数の方位角カットパタンを生成する第２の生成ステップとを有し、前記一定の増減分と、該複数の地球局設備の何れか２つの該人工衛星からの仰角差が等しい角度である。

このとき得られるカットパタンを図３に示す。ロール軸の設定角度の増減分と地球局設備の何れか２つの人工衛星からの仰角差が同一であるため、一部のカットパタンが重複する点が特徴である。このとき衛星姿勢誤差に伴う角度誤差が生じる場合、図４に示すように従来の技術２では角度誤差の検出ができないが、本発明においては、同一仰角のカットパタンが一致するように角度補正を行えばよいため、相対的な角度誤差を補償することができる。また、これら２つのカットパタンの受信レベルの差は、地球局設備の特性差であり、これについても補償することが可能となる。

しかしながら、本手法では取得した全てのカットパタンに対して相対的な方位角誤差を補償することが可能であるが、地球局設備の特性差については、該人工衛星からの仰角差が同一である２局についてのみの補償に限定される。

そこで、前述の衛星搭載アンテナパタン測定方法に、該衛星搭載アンテナのピッチ軸周りの角度を一定値に設定し、ロール軸周りの角度を走査し、該衛星搭載アンテナの出力信号を該地球局設備にて受信電力レベルを測定し、該人工衛星のピッチ軸の設定角度および地球局設備の設置位置から、該人工衛星からの方位角オフセット量の異なる仰角カットパタンを該地球局設備と同数個生成する第３の生成ステップをさらに加えることにより、地球局設備の校正を実施することが可能となる。このときに得られるカットパタンの一部を図５に示す。

ここで、図中△で示した箇所は、図中中央部の地球局設備で取得される仰角カットパタンと図中右上部の地球局設備で取得される方位角カットパタンの交点であるため、本来は同一の値となる。しかしながら、地球局設備の特性に差が生じる場合、この差に応じて受信レベルに差が生じる。そこで、このレベル差を打ち消すようにすることで、２つの地球局設備の特性を校正することが可能となり、カットパタンの交点の一部および全てを利用することで、全ての地球局設備の校正が可能となる。

また、上記目的を実現するため本発明による方法は、複数の地球局設備を用いて衛星搭載アンテナの２次元アンテナパタンを測定する方法において、人工衛星から一定電力の信号を該衛星搭載アンテナより出力し、該衛星搭載アンテナのピッチ軸周りの角度を一定値に設定し、ロール軸周りの角度を走査し、該衛星搭載アンテナの出力信号を該地球局設備にて受信電力レベルを測定し、該人工衛星のピッチ軸の設定角度および地球局設備の設置位置から、該人工衛星からの方位角オフセット量の異なる仰角カットパタンを該地球局設備と同数個生成する第１の生成ステップと、該人工衛星のピッチ軸の設定角度を一定の増減分で順次変え、前記第１の生成ステップを繰り返すことにより、複数の仰角カットパタンを生成する第２の生成ステップと、有し、前記一定の増減分と、該複数の地球局設備の何れか２つの該人工衛星からの方位角差が等しい角度でもある。

この場合も、該衛星搭載アンテナのロール軸周りの角度を一定値に設定し、ピッチ軸周りの角度を走査し、該衛星搭載アンテナの出力信号を該地球局設備にて受信電力レベルを測定し、該人工衛星のロール軸の設定角度および地球局設備の設置位置から、該人工衛星からの仰角オフセット量の異なる方位角カットパタンを該地球局設備と同数個生成する第３の生成ステップをさらに加えることにより、地球局設備の校正を実施することが可能となる。

また、前記第１の生成ステップの受信電力レベル測定は、該複数の地球局設備から一定電力の信号を該人工衛星に向けて送信し、該人工衛星の搭載アンテナによって受信した電力レベルの測定であることも好ましい。

本発明の衛星搭載アンテナパタン測定方法は、複数の地球局設備を使用して、衛星姿勢制御の回数を大幅に削減すること共に、ロール軸（またはピッチ軸）の設定角度の増減分と地球局設備の何れか２つの該人工衛星からの仰角差（または方位角差）を同一とすることにより、衛星姿勢誤差の補償、地球局設備の特性偏差の校正を実現し、高精度のアンテナパタン測定を実現する。

本発明の第１の実施形態に係る衛星搭載アンテナパタン測定方法の概念図を図６に示す。静止軌道上における人工衛星ａから一定電力の信号を搭載アンテナより出力した状態で、該人工衛星ａのロール軸を所定の角度に設定し、ピッチ軸周りに角度走査するように制御を行い、該衛星搭載アンテナの出力信号を２以上の異なる地点に設置した地球局設備ｂ１〜ｂｎにて受信電力レベルを測定し、該人工衛星のロール軸の設定角度および地球局設備ｂ１〜ｂｎの設置位置から、該人工衛星からの仰角オフセット量の異なる方位角カットパタンｃ１−１〜ｃｎ−１を地球局設備ｂ１〜ｂｎと同数個生成し、ロール軸の設定角度を一定の増減分で順次変え、複数の方位角カットパタンｃ１−２〜ｃｎ−２，〜，ｃ１−ｍ〜ｃｎ−ｍを生成することを（ｍ−１）回繰り返し、２次元アンテナパタンを測定する方法であって、ロール軸の設定角度の増減分と該地球局設備ｂ１〜ｂｎの何れか２つの該人工衛星ａからの仰角差が同一である衛星搭載アンテナパタン測定方法である。

なお、図６の場合は、ｎ＝３（地球局設備は３つ）、ｍ＝３（方位角カットパタンの取得回数は３回）であり、地球局設備ｂ１とｂ３の該人工衛星ａからの仰角差が同一になっている。

このときカットパタンｃ３−１とｃ１−２、ｃ３−２とｃ１−３は、同一の仰角オフセット量を有するため、衛星姿勢制御誤差が零であれば一致する。測定したカットパタンの一例を図７に示すが、衛星姿勢制御誤差および地球局設備ｂ１，ｂ３の特性差により両者は一致していないことが確認できる。ここでの角度誤差は方位角誤差に相当し、レベル差は地球局設備の特性差に相当しているため、図８に示すように方位角の相対誤差および受信レベル差を打ち消すようにオフセットさせることで、角度誤差とレベル差を補償することができる。

本発明の第２の実施形態に係る衛星搭載アンテナパタン測定方法の概念図を図９に示す。第１の実施形態の衛星搭載アンテナパタン測定方法において、該人工衛星ａのピッチ軸を所定の角度に設定し、ロール軸周りに角度走査するように制御を行い、該搭載アンテナの出力信号を２以上の異なる地点に設置した地球局設備ｂ１〜ｂｎにて受信電力レベルを測定し、該人工衛星ａのピッチ軸の設定角度および地球局設備ｂ１〜ｂｎの設置位置から、衛星からの方位角オフセット量の異なる仰角カットパタンｄ１〜ｄｎを地球局設備ｂ１〜ｂｎと同数個生成し、取得したカットパタンｃ１−１〜ｃｎ−１，〜，ｃ１−ｍ〜ｃｎ−ｍ、ｄ１〜ｄｎの交点の受信レベルを比較することにより該地球局設備ｂ１〜ｂｎの受信特性を校正する衛星搭載アンテナパタン測定方法である。

図９の場合は、図６と同様にｎ＝３（地球局設備は３つ）、ｍ＝３（方位角カットパタンの取得回数は３回）であり、地球局設備ｂ１とｂ３の該人工衛星ａからの仰角差が同一になっている。

第１の実施形態の測定方法においては、取得した全てのカットパタンｃ１−１〜ｃｎ−１，〜，ｃ１−ｍ〜ｃｎ−ｍに対して相対的な方位角誤差を補償することが可能であるが、地球局設備ｂ１〜ｂｎの特性差については、該人工衛星ａからの仰角差が同一である２局についてのみの補償に限定される。そこで第２の実施形態の測定方法において、図９に示す△で示したカットパタンｃ３−１，ｃ１−２，ｄ２の交点において、受信レベルは同一になるため、地球局設備ｂ１，ｂ２，ｂ３の特性を補償することが可能となる。測定した仰角カットパタンｃ１−２および方位角カットパタンｄ２を図１０に示す。図中の△がそれぞれのｃ１−２およびｄ２の交点に対応する角度であり、これらの受信レベル差を打ち消すことで地球局設備ｂ１，ｂ２の特性を補償することが可能となる。

本発明の第３および第４の実施形態に係る衛星搭載アンテナ測定方法は、本発明の第１および第２の実施形態に係る搭載アンテナ測定方法において、互いに直交するピッチ軸とロール軸および仰角と方位角を入れ替えたものである。

また、本発明の第１の実施形態および第３の実施形態の方法を実施し、両者の測定結果の平均を取ることによって、方位角誤差と仰角誤差の双方を補償することもできる。

本発明の第５の実施形態に係る衛星搭載アンテナパタン測定方法は、受信アンテナの測定方法を実現する。そのため、信号の方向を変え、地球局設備ｂ１〜ｂｎから送信し、人工衛星ａにて受信レベルを測定するものである。この場合、地球局設備ｂ１〜ｂｎで異なる周波数で信号を送信する必要があるが、衛星搭載アンテナの動作周波数帯はマイクロ波・ミリ波帯（ＧＨｚオ−ダ）であり、一方、分離可能な周波数帯は隣接ｃｈ間の周波数帯であるｋｈｚオ−ダであるため、評価の際の周波数特性は無視しても構わないレベルと言える。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

従来技術１のアンテナパタン測定方法における地球局設備と取得するカットパタンの関係である。 従来技術２のアンテナパタン測定方法における地球局設備と取得するカットパタンの関係である。 従来技術の課題を解決するアンテナパタン測定方法における地球局設備と取得するカットパタンの関係である。 角度誤差補償の概念図（左：従来、右：本発明）である。 異なる地球局設備校正の概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る衛星搭載アンテナパタン測定方法の概念図である。 測定したカットパタンの一例である。 角度補償・受信レベル補償を行ったカットパタンの一例である。 本発明の第２の実施形態に係る衛星搭載アンテナパタン測定方法の概念図である。 測定した仰角および方位角カットパタンの一例である。

符号の説明

ａ 人工衛星
ｂ１〜ｂｎ 地球局設備
ｃ１−１〜ｃ１−ｍ 地球局設備ｂ１にて得られるロール角設定時の方位角カットパタン
ｃｎ−１〜ｃｎ−ｍ 地球局設備ｂｎにて得られるロール角設定時の方位角カットパタン
ｄ１〜ｄｎ 地球局設備ｂ１〜ｂｎにて得られる仰角カットパタン

Claims (5)

1. 複数の地球局設備を用いて衛星搭載アンテナの２次元アンテナパタンを測定する方法において、
   人工衛星から一定電力の信号を該衛星搭載アンテナより出力し、該衛星搭載アンテナのロール軸周りの角度を一定値に設定し、ピッチ軸周りの角度を走査し、該衛星搭載アンテナの出力信号を該地球局設備にて受信電力レベルを測定し、該人工衛星のロール軸の設定角度および地球局設備の設置位置から、該人工衛星からの仰角オフセット量の異なる方位角カットパタンを該地球局設備と同数個生成する第１の生成ステップと、
   該人工衛星のロール軸の設定角度を一定の増減分で順次変え、前記第１の生成ステップを繰り返すことにより、複数の方位角カットパタンを生成する第２の生成ステップと、
   を有し、前記一定の増減分と、該複数の地球局設備の何れか２つの該人工衛星からの仰角差が等しい角度であることを特徴とする衛星搭載アンテナパタン測定方法。
2. 該衛星搭載アンテナのピッチ軸周りの角度を一定値に設定し、ロール軸周りの角度を走査し、該衛星搭載アンテナの出力信号を該地球局設備にて受信電力レベルを測定し、該人工衛星のピッチ軸の設定角度および地球局設備の設置位置から、該人工衛星からの方位角オフセット量の異なる仰角カットパタンを該地球局設備と同数個生成する第３の生成ステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の衛星搭載アンテナパタン測定方法。
3. 複数の地球局設備を用いて衛星搭載アンテナの２次元アンテナパタンを測定する方法において、
   人工衛星から一定電力の信号を該衛星搭載アンテナより出力し、該衛星搭載アンテナのピッチ軸周りの角度を一定値に設定し、ロール軸周りの角度を走査し、該衛星搭載アンテナの出力信号を該地球局設備にて受信電力レベルを測定し、該人工衛星のピッチ軸の設定角度および地球局設備の設置位置から、該人工衛星からの方位角オフセット量の異なる仰角カットパタンを該地球局設備と同数個生成する第１の生成ステップと、
   該人工衛星のピッチ軸の設定角度を一定の増減分で順次変え、前記第１の生成ステップを繰り返すことにより、複数の仰角カットパタンを生成する第２の生成ステップと、
   を有し、前記一定の増減分と、該複数の地球局設備の何れか２つの該人工衛星からの方位角差が等しい角度であることを特徴とする衛星搭載アンテナパタン測定方法。
4. 該衛星搭載アンテナのロール軸周りの角度を一定値に設定し、ピッチ軸周りの角度を走査し、該衛星搭載アンテナの出力信号を該地球局設備にて受信電力レベルを測定し、該人工衛星のロール軸の設定角度および地球局設備の設置位置から、該人工衛星からの仰角オフセット量の異なる方位角カットパタンを該地球局設備と同数個生成する第３の生成ステップをさらに有することを特徴とする請求項３に記載の衛星搭載アンテナパタン測定方法。
5. 前記第１の生成ステップの受信電力レベル測定は、該複数の地球局設備から一定電力の信号を該人工衛星に向けて送信し、該人工衛星の搭載アンテナによって受信した電力レベルの測定であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の衛星搭載アンテナパタン測定方法。