JP7724695B2 - 衛星情報伝送システム、および、静止衛星 - Google Patents

Description

本開示は、衛星情報伝送システム、静止衛星、および、地上設備に関する。

静止軌道においては、地上との通信が許可されている軌道位置、通信可能な周波数帯、および、通信可能な伝送容量が限定されている。このため、静止軌道近傍の監視衛星が直接地上と通信できる場所と通信性能が限定され、緊急対応ができない場合がある。

特許文献１では、静止衛星軌道上のスペースデブリを観測するための方法が開示されている。

特開２０１１－２１８８３４号公報

特許文献１では、静止衛星上の宇宙物体を監視する監視衛星について、監視衛星と地上設備との間の通信が許可される領域が限定される可能性があるという課題がある。

本開示は、静止軌道近傍の監視衛星が、地上設備との間の通信が許可されている静止衛星を経由して衛星情報を地上に伝送する。これにより、常時、監視衛星と地上との通信授受を可能とすることを目的とする。

本開示に係る衛星情報伝送システムは、
静止軌道近傍を経度方向に移動しながら地球ないし宇宙物体を監視する監視衛星と、
前記監視衛星と衛星情報を授受する地上設備と、
静止軌道を飛翔し、前記監視衛星と前記地上設備の間の衛星情報の通信を中継する複数の静止衛星と
を備える衛星情報伝送システムであって、
前記複数の静止衛星の間を１．０μｍ帯の光通信をし、
前記監視衛星と前記複数の静止衛星の各静止衛星との間を１．５μｍ帯の光通信をし、
前記複数の静止衛星の各静止衛星と前記地上設備との間を電波通信する。

本開示に係る衛星情報伝送システムでは、静止軌道近傍の監視衛星が、地上設備との間の通信が許可されている静止衛星を経由して衛星情報を地上に伝送する。また、複数の静止衛星の間の通信は１．０μｍ帯の光通信とし、監視衛星と各静止衛星との間の通信は１．５μｍ帯の光通信とする。よって、本開示に係る衛星情報伝送システムによれば、低コストで、常時、監視衛星と地上設備との通信授受を可能とするという効果がある。

実施の形態１に係る衛星情報伝送システムの構成例を示す図。 実施の形態１に係る監視衛星の構成例を示す図。 実施の形態１に係る地上設備のハードウェア構成例を示す図。 実施の形態１に係る衛星情報伝送システムの実施例１の構成例を示す図。 実施の形態１に係る衛星情報伝送システムの実施例１において、高高度からの西方移動時監視を示す図。 実施の形態１に係る衛星情報伝送システムの実施例１において、低高度からの東方移動時監視を示す図。 実施の形態１に係る静止衛星であるデータ中継衛星の構成例を示す図。 実施の形態１に係る衛星情報伝送システムの実施例２において、高高度からの西方移動時監視を示す図。 実施の形態１に係る衛星情報伝送システムの実施例２において、低高度からの東方移動時監視を示す図。 実施の形態１に係る衛星情報伝送システムにおける監視衛星の通信視野の例を示す図。 実施の形態１に係る衛星情報伝送システムにおける通信例を示す図。 実施の形態１に係る衛星情報伝送システムにおける通信例を示す図。 実施の形態１に係る衛星情報伝送システムにおける静止衛星の通信視野の例を示す図。 実施の形態２に係る光通信装置の構成例を示す図。 実施の形態２に係る静止衛星の例である通信衛星における光アンテナの開口から送受信する通信光の光軸を示す図。 実施の形態２に係る静止衛星の構成例１を示す図。 実施の形態２に係る静止衛星の構成例２を示す図。

以下、本開示の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。また、以下の図面では各構成の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向あるいは位置が示されている場合がある。それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、あるいは部品といった構成の配置および向きを限定するものではない。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、本実施の形態に係る衛星情報伝送システム５００の構成例を示す図である。

衛星情報伝送システム５００は、監視衛星３００と、複数の静止衛星４００と、地上設備７００とを備える。

監視衛星３００は、静止軌道近傍を経度方向に移動しながら地球ないし宇宙物体を監視する。
地上設備７００は、地上に設けられた設備である。地上設備７００は、監視衛星３００と衛星情報２００を授受する。
静止衛星４００は、静止軌道を飛翔し、監視衛星３００と地上設備７００の間の衛星情報２００の通信を中継する。
衛星情報２００は、監視衛星３００と地上設備７００の間で授受される情報である。

図２は、本実施の形態に係る監視衛星３００の構成例を示す図である。
監視衛星３００は、地球あるいは宇宙物体といった監視対象を監視する。
図１に示すように、監視衛星３００が監視する監視対象には、静止軌道上の静止衛星４００、あるいは、準天頂軌道（ＱＺＯ）上の測位衛星が含まれていてもよい。ＱＺＯは、Ｑｕａｓｉ－Ｚｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｏｒｂｉｔの略語である。

監視衛星３００は、衛星通信装置３１と、監視装置３２と、推進装置３３と、姿勢制御装置３４と、衛星制御装置３５と、電源装置３６とを備える。

衛星通信装置３１は、地上設備７００と通信するための通信装置である。例えば、衛星通信装置３１は、地上設備７００から各種コマンドを受信する。また、衛星通信装置３１は、監視装置３２によって得られる監視データを地上設備７００に送信する。
各種コマンドおよび監視データは、衛星情報２００の例である。

監視装置３２は、地球あるいは宇宙物体といった監視対象を監視するための装置であり、監視データを生成する。本実施の形態では、監視対象を飛翔体と呼称する場合がある。監視装置３２は、赤外線を利用する赤外監視装置である。例えば、監視装置３２は、地球周縁を指向する赤外監視装置である。
監視衛星３００は、視線方向を飛翔体へ向けるためのポインティング機能を有する。

監視データは、飛翔体が映った画像に相当するデータであり、監視装置３２の視野（監視範囲）における飛翔体の位置を示す。
監視データは、時刻情報、位置情報、視線情報および視野情報などを含んでもよい。時刻情報は、監視が行われた時刻（監視時刻）を示す。位置情報は、監視衛星３００の座標値を示す。視線情報は、監視装置３２の視線方向を示す。視野情報は、監視装置３２の視野を示す。

推進装置３３は、監視衛星３００に推進力を与える装置であり、監視衛星３００の速度を変化させる。具体的には、推進装置３３は電気推進機である。例えば、推進装置３３は、イオンエンジンまたはホールスラスタである。

姿勢制御装置３４は、監視衛星３００の姿勢と監視衛星３００の角速度といった姿勢要素を制御するための装置である。
姿勢制御装置３４は、各姿勢要素を所望の方向に変化させる。もしくは、姿勢制御装置３４は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置３４は、姿勢センサとアクチュエータとコントローラとを備える。姿勢センサは、ジャイロスコープ、地球センサ、太陽センサ、スター・トラッカ、スラスタおよび磁気センサなどである。アクチュエータは、姿勢制御スラスタ、モーメンタムホイール、リアクションホイールおよびコントロール・モーメント・ジャイロである。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地上設備７００からの各種コマンドにしたがって、アクチュエータを制御する。
姿勢制御装置３４は、監視装置３２の視野方向を変更するための装置（視野方向変更装置）として使用することができる。監視装置３２の視野方向は、監視装置３２の視線方向に相当する。監視装置３２の視線方向を中心とする範囲（視野）が監視範囲となる。

衛星制御装置３５は、監視衛星３００の各装置を制御するコンピュータであり、処理回路を備える。例えば、衛星制御装置３５は、地上設備７００から送信される各種コマンドにしたがって、各装置を制御する。

電源装置３６は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置などを備え、監視衛星３００の各装置に電力を供給する。

図１に示すように、静止軌道を飛翔する静止衛星４００は、具体的には、通信衛星４０１、測位衛星４０２、データ中継衛星４０３、気象衛星４０４、および、観測衛星４０５といった衛星である。
これらの静止衛星４００の構成は、上述した監視衛星３００と同様であるが、監視装置３２に替えて、各々のミッションを実施するミッション機器を備えている。例えば、気象衛星４０４であれば、衛星通信装置３１と推進装置３３と姿勢制御装置３４と衛星制御装置３５と電源装置３６に加え、地球の気象を観測する気象観測機器を備えている。

図３は、本実施の形態に係る地上設備７００のハードウェア構成例を示す図である。
地上設備７００を例にして、コンピュータが備えるハードウェアについて説明する。

プロセッサ９１０は、地上設備７００の機能を実現するプログラムを実行する装置である。
プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣである。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ、ＤＳＰ、およびＧＰＵである。ＩＣは、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＣＰＵは、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略語である。ＤＳＰは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒの略語である。ＧＰＵは、Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略語である。

メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ、あるいはＤＲＡＭである。ＳＲＡＭは、Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略語である。ＤＲＡＭは、Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略語である。

補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤである。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣＦ、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬の記憶媒体であってもよい。ＨＤＤは、Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅの略語である。ＳＤ（登録商標）は、Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌの略語である。ＣＦは、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）の略語である。ＤＶＤは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋの略語である。

入力インタフェース９３０は、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース９３０は、具体的には、ＵＳＢ端子である。なお、入力インタフェース９３０は、ＬＡＮと接続されるポートであってもよい。ＵＳＢは、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓの略語である。ＬＡＮは、Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋの略語である。
出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった表示機器９４１のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース９４０は、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤである。ＨＤＭＩ（登録商標）は、Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅの略語である。ＬＣＤは、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙの略語である。

通信装置９５０は、レシーバとトランスミッタを有する。通信装置９５０は、具体的には、通信チップまたはＮＩＣである。ＮＩＣは、Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄの略語である。

地上設備７００の機能を実現するプログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、プログラムだけでなく、ＯＳも記憶されている。ＯＳは、Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略語である。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、プログラムを実行する。プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置９２２に記憶されていてもよい。補助記憶装置９２２に記憶されているプログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、地上設備７００の機能を実現するプログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。

地上設備７００は、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、プログラムを実行する装置である。

プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。

地上設備７００の各部の「部」を「処理」、「手順」、「手段」、「段階」、「サーキットリ」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また、地上設備７００の各部の「部」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体」に読み替えてもよい。「処理」、「手順」、「手段」、「段階」、「サーキットリ」あるいは「工程」は、互いに読み換えが可能である。

地上設備７００は、例えば、各監視衛星３００を制御するため、各監視衛星３００に対する各種コマンドを生成する。また、地上設備７００は、各監視衛星３００から得られる監視データを解析して、監視対象である飛翔体の情報（例えば位置情報）を生成する。
通信装置９５０は、各監視衛星３００と通信を行う。具体的には、通信装置９５０は、各種コマンドを各監視衛星３００へ送信する。また、通信装置９５０は、各監視衛星３００から送信される監視データを受信する。
本実施の形態では、通信装置９５０は、静止衛星４００を経由して、各監視衛星３００と通信を行う。

地上設備７００と衛星制御装置３５とのそれぞれに備わる処理回路について説明する。
処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、上述したようにメモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
処理回路において、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。
専用のハードウェアは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたはこれらの組み合わせである。
ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。
ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略称である。

衛星高度および軌道傾斜角の調整について説明する。
監視衛星３００の軌道面の法線を北極側から見た相対角度は、衛星高度と軌道傾斜角との相関で成立する。
１日当たりの衛星周回数を維持する高度条件において、適切な軌道傾斜角を微調整することにより、軌道面間の相対角度を維持したまま、衛星コンステレーションの運用が可能となる。
地上設備７００は、各監視衛星３００の高度を制御するためのコマンドを生成する。また、地上設備７００は、各監視衛星３００の軌道傾斜角を制御するためのコマンドを生成する。そして、地上設備７００は、これらコマンドを各監視衛星３００へ送信する。
各監視衛星３００において、衛星制御装置３５は、これらのコマンドにしたがって、衛星高度と軌道傾斜角とのそれぞれを調整する。具体的には、衛星制御装置３５は、これらのコマンドにしたがって、推進装置３３を制御する。推進装置３３が衛星速度を変えることにより、衛星高度と軌道傾斜角とを調整することができる。
監視衛星３００の飛行速度が増速すると、監視衛星３００の高度が上昇する。そして、監視衛星３００の高度が上昇すると、監視衛星３００の対地速度が減速する。
監視衛星３００の飛行速度が減速すると、監視衛星３００の高度が下降する。そして、監視衛星３００の高度が下降すると、監視衛星３００の対地速度が増速する。
監視衛星３００が赤道上空を横切る地点（分点）において推進装置３３が軌道面と直交する方向へ推力を発生させれば、効果的に軌道傾斜角を微調整することができる。

＊＊＊衛星情報伝送システム５００の機能＊＊＊
図１において、実線で表された通信は光通信である。また、点線で表された通信は電波通信である。
複数の静止衛星の静止衛星４００同士では、１．０μｍ帯の光通信により情報授受が行われる。
監視衛星３００と複数の静止衛星の各静止衛星４００との間は、１．５μｍ帯の光通信により情報授受が行われる。
複数の静止衛星の各静止衛星４００と地上設備７００との間は、電波通信により情報授受が行われる。

監視衛星３００は、経度方向に移動して地球ないし宇宙物体を監視する。このとき、監視衛星３００では、地上設備７００との間の通信が許可される領域が限定される。
図１に示すように、本実施の形態では、監視衛星３００は、常に、地上設備７００との間の通信が許可されている静止衛星４００を経由して衛星情報２００を伝送する。これにより、監視衛星３００と地上設備７００との通信授受が常時可能になるという効果がある。

衛星間の通信手段として光通信と電波通信が選択できる。
光通信では大容量通信できるというメリットと、秘匿通信を実現できるというメリットがある。一方、光通信では送信側と受信側の光軸を高精度に一致させる必要があるため、通信装置を搭載する衛星の高精度指向方向制御と、高精度指向安定度を実現する必要がある。さらに、光通信では光軸ずれの原因となる擾乱抑制が必要不可欠となる。
１機の衛星が同時に複数の通信相手と光通信をする場合は、高精度指向方向制御を同時に複数の通信相手と実施する必要がある。また、通信中の指向安定度を高精度に維持する必要があるため、衛星を整備して運用する技術難度が高く、高コストになるという課題がある。さらに、光軸がずれると通信が途絶し、再度光軸合わせの運用をし直す必要があるため、通信途絶するリスクがあり、復旧に時間を要するという課題がある。

複数の静止衛星の間の通信では、静止衛星の相対位置が維持されるので、高精度指向方向制御をして指向安定度を高度に維持することが容易である。
一方、相対的に移動する監視衛星と静止衛星の間の通信では、光軸を一致させたまま指向方向を変更する必要がある。
また、静止衛星と地上設備の間の通信において光通信を採用する場合は、雲があると通信が途絶するという課題があり、被雲率の高い地上設備設置領域においては通信途絶リスクが高いという課題がある。

＜衛星情報伝送システム５００の実施例１＞
図４は、本実施の形態に係る衛星情報伝送システム５００の実施例１の構成例を示す図である。
図４に示すように、複数の静止衛星４００同士の間では、１．０μｍ帯の光通信により情報授受が行われる。例えば、図４では、データ中継衛星と気象衛星Ａの間、および、気象衛星Ａと気象衛星Ｂの間の各通信は、１．０μｍ帯の光通信である。

監視衛星３００と静止衛星４００との間では、１．５μｍ帯の光通信により情報授受が行われる。例えば、図４では、監視衛星とデータ中継衛星の間、監視衛星と気象衛星Ａの間、および、監視衛星と気象衛星Ｂの間の各通信は、１．５μｍ帯の光通信である。

複数の静止衛星の各静止衛星４００と各地上設備７００の間の通信は、電波通信である。
図４では、移動体、固定地上局、監視情報センター、および、気象情報センターといった地上設備７００が記載されている。
データ中継衛星といった静止衛星４００と、移動体、固定地上局、および、監視情報センターとの各地上設備７００は、衛星情報を電波通信により授受している。
気象衛星Ａ，Ｂといった静止衛星４００と、監視情報センターといった地上設備７００は、衛星情報２００を電波通信により授受している。また、気象衛星Ａ，Ｂといった静止衛星４００と、気象情報センターといった地上設備７００は、気象情報を電波通信により授受している。

静止衛星４００は、地上設備７００と情報授受する電波通信装置４１と、複数の静止衛星の間で情報授受するとともに監視衛星３００と情報授受する光通信装置４２とを具備する。

図４における光通信装置４２の表記である光通信装置（監視衛星－ＧＥＯ）は、監視衛星と静止衛星の間で用いられる光通信装置であることを表している。また、光通信装置（ＧＥＯ－監視衛星，ＧＥＯ－ＧＥＯ）は、監視衛星と静止衛星の間と、静止軌道（ＧＥＯ）を飛翔する静止衛星同士とで用いられる光通信装置であることを表している。ＧＥＯは、Ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ｏｒｂｉｔの略語である。
また、図４における電波通信装置４１の表記には、電波通信装置（ＧＥＯ－地上）、および、電波通信装置（地上－ＧＥＯ）が含まれる。電波通信装置（ＧＥＯ－地上）と電波通信装置（地上－ＧＥＯ）は、静止衛星と地上設備との間の電波通信に用いられる通信装置である。

監視衛星３００は、静止衛星４００と光通信する光通信装置（監視衛星－ＧＥＯ）を備える。
データ中継衛星４０３は、監視衛星３００および静止衛星４００と光通信する光通信装置（ＧＥＯ－監視衛星，ＧＥＯ－ＧＥＯ）と、地上設備７００と電波通信する電波通信装置（ＧＥＯ－地上）を備える。
気象衛星４０４は、光通信装置（ＧＥＯ－監視衛星，ＧＥＯ－ＧＥＯ）と、電波通信装置（ＧＥＯ－地上）と、気象観測機器といった気象ミッション機器を備える。
地上設備７００は、静止衛星４００と電波通信する電波通信装置（地上－ＧＥＯ）を備える。

地上設備７００には、固定基地局、監視情報センター、および、気象情報センターといった地上設備がある。
また、地上設備７００に移動体６００が含まれていてもよい。
静止衛星４００と地上設備７００の間の通信において、地上設備７００が移動体６００であってもよい。例えば、地上設備７００は、緊急対応を必要とする場合に、直接対処行動をする移動体である。地上設備７００がこのような移動体６００であれば、監視衛星３００が緊急対応を必要とする情報を伝送する場合に、移動体６００に対して遅延時間なくリアルタイムで情報授受できるという効果がある。
これにより、緊急事態が発生した場合に、即応型デブリ除去衛星の打上など緊急対処行動が迅速に実施できるという効果がある。緊急事態の例として、デブリといった不審物体が自国衛星へ接近するといった事態がある。

図５は、本実施の形態に係る衛星情報伝送システム５００の実施例１において、高高度からの西方移動時監視を示す図である。
図６は、本実施の形態に係る衛星情報伝送システム５００の実施例１において、低高度からの東方移動時監視を示す図である。

衛星情報伝送システム５００の実施例１では、複数の静止衛星４００は２機の気象衛星と２機のデータ中継衛星により構成されている。

衛星情報伝送システム５００の実施例１では、静止衛星４００と監視衛星３００の間の光通信と、静止衛星４００と静止衛星４００の間の光通信を時分割的に交互に実施する。そして、静止衛星４００と地上設備７００との通信は電波通信とする。これにより、同時に高精度指向制御を実現する対象を１式に限定している。

また、静止衛星４００が、１．０μｍ帯送受信装置と１．５μｍ帯送受信装置とを具備することにより、衛星情報伝送システム５００は国際互換性を有するシステムとなる。１．０μｍ帯送受信装置は、１．０μｍ帯の静止データ中継衛星との互換性を確保する。また、１．５μｍ帯送受信装置は、１．５μｍ帯の地球観測衛星との互換性を確保する。
１．０μｍ帯の静止データ中継衛星は、欧州で整備が進んでいる。また、１．５μｍ帯の地球観測衛星は日本で整備が進んでいる。

衛星情報伝送システム５００の実施例１では、１．０μｍ帯の光通信は静止衛星４００間の通信手段に限定する。
例えば、図５では、データ中継衛星Ａと気象衛星Ｂの間、気象衛星Ａと気象衛星Ｂの間、および、気象衛星Ｂとデータ中継衛星Ａの間の各通信は、１．０μｍ帯の光通信である。
また、図６では、データ中継衛星Ａとデータ中継衛星Ｂの間、気象衛星Ａと気象衛星Ｂの間、および、気象衛星Ｂとデータ中継衛星Ａの間の各通信は、１．０μｍ帯の光通信である。

監視衛星３００と静止衛星４００の間は１．５μｍ帯の光通信とする。
例えば、図５では、データ中継衛星Ａと監視衛星３００の間、気象衛星Ａと監視衛星３００の間、気象衛星Ｂと監視衛星３００の間、および、データ中継衛星Ｂと監視衛星３００の間の各通信は、１．５μｍ帯の光通信である。
また、図６では、データ中継衛星Ａと監視衛星３００の間、気象衛星Ａと監視衛星３００の間、気象衛星Ｂと監視衛星３００の間、および、データ中継衛星Ｂと監視衛星３００の間の各通信は、１．５μｍ帯の光通信である。

静止衛星４００と地上設備７００の間は電波通信とする。
例えば、図５では、データ中継衛星Ａと地上設備７００の間、および、データ中継衛星Ｂと地上設備７００の間の各通信は、電波通信である。
また、図６では、データ中継衛星Ａと地上設備７００の間、気象観測Ａと地上設備７００の間、および、データ中継衛星Ｂと地上設備７００の間の各通信は、電波通信である。
なお、気象衛星Ａ，Ｂの各衛星と、気象情報センターである地上設備７００との通信は、気象情報を授受する電波通信である。

図７は、本実施の形態に係る静止衛星４００であるデータ中継衛星４０３の構成例を示す図である。

静止衛星４００は、光通信装置を備える。
静止衛星４００の光通信装置は、送受切替装置を具備する１．０μｍ帯の送受信装置と、送受切替装置を具備する１．５μｍ帯の送受信装置と、共用光アンテナとを備える。また、静止衛星４００の光通信装置は、粗精度２軸指向変更装置と、精精度２軸指向変更装置と、１．０μｍ帯と１．５μｍ帯とを切り替える切替装置とを備える。
静止衛星４００は、監視衛星３００との１．５μｍ帯の光通信をした後に、切替装置を動作して１．０μｍ帯と１．５μｍ帯の送受信装置を切替え、静止衛星４００との１．０μｍ帯の光通信をする。

図８は、本実施の形態に係る衛星情報伝送システム５００の実施例２において、高高度からの西方移動時監視を示す図である。
図９は、本実施の形態に係る衛星情報伝送システム５００の実施例２において、低高度からの東方移動時監視を示す図である。

図９では、監視衛星３００は、静止軌道に対して低高度からの東方移動時に静止軌道の宇宙物体を監視する。このとき、静止衛星４００の地球指向面側を飛翔する。よって、監視衛星３００と静止衛星４００の間の通信装置は静止衛星４００の地球指向面側に通信視野を確保する必要がある。
また、図８では、監視衛星３００が静止軌道に対して高高度からの西方移動時に静止軌道の宇宙物体、または日照の地球表面を監視する。このとき、監視衛星３００は静止衛星４００の地球指向面と反対側を飛翔するので、監視衛星３００と静止衛星４００の間の通信装置は静止衛星４００の反地球指向面側に通信視野を確保する必要がある。
また、監視衛星３００が静止衛星４００の東側を飛翔する場合と、監視衛星３００が静止衛星４００の西側を飛翔する場合のいずれの場合も通信ができる必要がある。

光通信では、静止衛星４００における構体、太陽電池パドル、あるいはアンテナといった遮蔽物があると通信は途絶してしまう。よって、高高度、低高度、東側、および、西側の光通信視野を確保するためには、４式以上の光通信装置を具備する必要があり、コストが非常に高くなるという課題がある。
光通信装置を長いブームの先端に配置して大角度に視野変更する機能を具備すれば、通信装置の数量を減らすことができる。しかし、長いブームの先端では高精度の指向精度と安定度を実現するのが難しいという課題がある。

上述したような光通信の課題に対して、静止衛星４００の東面と西面にそれぞれ１式ずつ、合計２式の光通信装置を配置する。それぞれの光通信装置の具備する粗精度指向変更装置は南北軸周りに大角度の指向方向変更することで、高度方向の指向方向を変更可能とする。
また技術難度が高く、高コストな光アンテナ、粗精度指向変更装置、および、精精度指向変更装置を共用化して、１．０μｍ帯と１．５μｍ帯で切替えて利用する。これにより、衛星情報伝送システム５００を低コスト化できるというメリットがある。

図１０は、本実施の形態に係る衛星情報伝送システム５００における監視衛星３００の通信視野の例を示す図である。
図１１は、本実施の形態に係る衛星情報伝送システム５００における通信例を示す図である。

監視衛星３００は、監視装置３２を具備する。
また、監視衛星３００は、監視装置３２の視線ベクトルが地心方向を向けて飛翔する状態において、東方向から南北軸（Ｙ軸）回りに±８０ｄｅｇの通信視野範囲を持つ光通信装置を具備する。
また、監視衛星３００は、西方向から南北軸（Ｙ軸）回りに±８０ｄｅｇの通信視野範囲を持つ光通信装置を具備する。

図１１では、監視衛星３００は、東方移動しながら監視装置３２を動作中に、静止衛星４００を経由して地上設備７００と通信する。

図１２は、本実施の形態に係る衛星情報伝送システム５００における通信例を示す図である。
図１２では、監視衛星３００は、西方移動しながら監視装置３２を動作中に、静止衛星４００を経由して地上設備７００と通信する。
なお、図１１および図１２では、通信衛星が静止衛星４００の例である。

監視衛星３００は、送受切替装置を具備する１．５μｍ帯の送受信装置と、粗精度２軸指向変更装置と、精精度２軸指向変更装置とを具備する光通信装置を具備する。
監視衛星３００は、静止衛星４００との間で１．５μｍ帯の光通信をする。

図１３は、本実施の形態に係る衛星情報伝送システム５００における静止衛星４００の通信視野の例を示す図である。

静止衛星４００は、地上設備７００と通信する電波通信装置を具備する。
また、静止衛星４００は、東方向から南北軸（Ｙ軸）回りに±８０ｄｅｇの通信視野範囲を持つ光通信装置と、西方向から南北軸（Ｙ軸）回りに±８０ｄｅｇの通信視野範囲を持つ光通信装置とを具備する。

実施の形態２．
本実施の形態では、主に、実施の形態１と異なる点および実施の形態１に追加する点について説明する。
本実施の形態において、実施の形態１と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１４は、本実施の形態に係る光通信装置の構成例を示す図である。
光通信装置は、送受切替装置を具備する１．０μｍ帯の送受信装置と、送受切替装置を具備する１．５μｍ帯の送受信装置と、共用光アンテナと具備する。また、光通信装置は、粗精度２軸指向変更装置と、精精度２軸指向変更装置と、１．０μｍ帯と１．５μｍ帯の切替装置を具備する。

図１５は、本実施の形態に係る静止衛星４００の例である通信衛星における光アンテナの開口から送受信する通信光の光軸を示す図である。
光アンテナの開口から送受信する通信光の光軸は、粗精度２軸指向変更装置により大角度に変更可能であり、２軸の構成はＡｚｉｍｕｔｈとＥｌｅｖａｔｉｏｎの２軸回転でもよいし、Ｘ軸回りとＹ軸回りの２軸回転でもよい。

図１６は、本実施の形態に係る静止衛星４００の構成例１を示す図である。
監視衛星が高度方向に高高度と低高度の変化がある。よって、静止衛星４００の構成例１のように、静止衛星の南北軸回りに大角度に指向方向変更装置を具備することにより、１式の光通信装置により何れの高度の場合も通信可能となる。

図１７は、本実施の形態に係る静止衛星４００の構成例２を示す図である。
赤道上空を飛翔する静止衛星に対して、監視衛星が軌道傾斜角のついた軌道を飛翔する場合がある。あるいはその逆に、赤道上空を飛翔する監視衛星に対して、静止衛星が軌道傾斜角のついた軌道を飛翔する場合かある。このような場合には、静止衛星４００の構成例２のように、地球指向軸回りに大角度の指向方向変更装置を具備する。これにより、１式の光通信装置で、軌道傾斜角に＋方向あるいは－方向の相違がある場合も通信可能となる。

粗精度２軸指向変更装置により、光軸がターゲットの方向を粗精度で指向した後に、精精度２軸指向変更装置により光軸微調整を実施して光通信可能な軸合わせを実施する。
１．０μｍと１．５μｍの切替装置は、通信光に対して切替ミラーの角度を変更することで実現できる。
１．０μｍと１．５μｍのそれぞれの送受信装置は、レーザ送信光を発する送信器と、光検知器を具備する受信器を具備する。そして、１．０μｍと１．５μｍのそれぞれの送受信装置は、送受切替装置により、時分割的に送信と受信を交互に実施する。

監視衛星と静止衛星の光通信装置は、静止衛星から監視衛星にコマンドの送信を開始するタイミングと、監視衛星から静止衛星に監視情報とテレメトリの送信を開始するタイミングを同期させて送受切替装置を動作させる。
送信信号と受信信号の偏波を区別することもできる。

本実施の形態により、静止衛星と監視衛星の間の光通信と、静止衛星と静止衛星の間の光通信を時分割的に交互に実施し、静止衛星と地上設備と通信は電波通信とすることで、同時に高精度指向制御を実現する対象を１式に限定できる。よって、本実施の形態によれば、技術的難度を実現可能な範囲として、低コスト化ができるという効果がある。

また、本実施の形態では、光通信装置が、欧州で整備の進む１．０μｍ帯の静止データ中継衛星との互換性を確保する１．０μｍ帯送受信装置と、日本で整備の進む１．５μｍ帯の地球観測衛星との互換性を確保する１．５μｍ帯送受信装置を具備する。これにより、本実施の形態によれば、国際互換性を確保できるという効果がある。
また、本実施の形態によれば、監視衛星が１．０μｍ帯の光通信装置を採用する場合にも、通信できるという効果がある。

以上の実施の形態１，２では、衛星情報伝送システムおよび各衛星といった各システムおよび各装置の構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。各システムおよび各装置の構成は、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。
また、実施の形態１，２のうち、複数の部分あるいは実施例を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つの部分あるいは実施例を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
すなわち、実施の形態１，２では、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示の範囲、本開示の適用物の範囲、および本開示の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。

２００ 衛星情報、３００ 監視衛星、３１ 衛星通信装置、３２ 監視装置、３３ 推進装置、３４ 姿勢制御装置、３５ 衛星制御装置、３６ 電源装置、４００ 静止衛星、４０１ 通信衛星、４０２ 測位衛星、４０３ データ中継衛星、４０４ 気象衛星、４０５ 観測衛星、４１ 電波通信装置、４２ 光通信装置、５００ 衛星情報伝送システム、６００ 移動体、７００ 地上設備、９１０ プロセッサ、９２１ メモリ、９２２ 補助記憶装置、９３０ 入力インタフェース、９４０ 出力インタフェース、９４１ 表示機器、９５０ 通信装置。

Claims (5)

1. 静止軌道近傍を経度方向に移動しながら地球ないし宇宙物体を監視する監視衛星と、
   前記監視衛星と衛星情報を授受する地上設備と、
   静止軌道を飛翔し、前記監視衛星と前記地上設備の間の衛星情報の通信を中継する複数の静止衛星と
   を備える衛星情報伝送システムであって、
   前記複数の静止衛星の間を１．０μｍ帯の光通信をし、
   前記監視衛星と前記複数の静止衛星の各静止衛星との間を１．５μｍ帯の光通信をし、
   前記複数の静止衛星の各静止衛星と前記地上設備との間を電波通信し、
   前記複数の静止衛星の各静止衛星が、
   送受切替装置を具備する１．０μｍ帯の送受信装置と、
   送受切替装置を具備する１．５μｍ帯の送受信装置と、
   共用光アンテナと、
   粗精度２軸指向変更装置と、
   精精度２軸指向変更装置と、
   １．０μｍ帯と１．５μｍ帯とを切り替える切替装置と
   を具備する光通信装置を具備し、
   前記監視衛星との１．５μｍ帯の光通信をした後に、前記切替装置を動作して１．０μｍ帯と１．５μｍ帯の送受信装置を切替え、前記静止衛星との１．０μｍ帯の光通信をする衛星情報伝送システム。
2. 前記監視衛星が、監視装置を具備し、前記監視装置の視線ベクトルが地心方向を向けて飛翔する状態において、
   東方向から南北軸（Ｙ軸）回りに±８０ｄｅｇの通信視野範囲を持つ光通信装置と、
   西方向から南北軸（Ｙ軸）回りに±８０ｄｅｇの通信視野範囲を持つ光通信装置を具備し、東方移動しながら前記監視装置を動作中に前記静止衛星を経由して前記地上設備と通信する請求項１に記載の衛星情報伝送システム。
3. 前記監視衛星が、監視装置を具備し、前記監視装置の視線ベクトルが地心方向を向けて飛翔する状態において、
   東方向から南北軸（Ｙ軸）回りに±８０ｄｅｇの通信視野範囲を持つ光通信装置と、
   西方向から南北軸（Ｙ軸）回りに±８０ｄｅｇの通信視野範囲を持つ光通信装置を具備し、西方移動しながら前記監視装置を動作中に前記静止衛星を経由して前記地上設備と通信する請求項１に記載の衛星情報伝送システム。
4. 前記静止衛星が、
   前記地上設備と通信する電波通信装置と、
   東方向から南北軸（Ｙ軸）回りに±８０ｄｅｇの通信視野範囲を持つ光通信装置と、
   西方向から南北軸（Ｙ軸）回りに±８０ｄｅｇの通信視野範囲を持つ光通信装置とを具備する請求項１に記載の衛星情報伝送システム。
5. 請求項１に記載の衛星情報伝送システムを構成する静止衛星。