JPH04369934A - ドップラ周波数補償方法 - Google Patents

ドップラ周波数補償方法

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JPH04369934A
JPH04369934A JP17193091A JP17193091A JPH04369934A JP H04369934 A JPH04369934 A JP H04369934A JP 17193091 A JP17193091 A JP 17193091A JP 17193091 A JP17193091 A JP 17193091A JP H04369934 A JPH04369934 A JP H04369934A
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frequency
ground station
doppler
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changeover
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Tomohiro Fujiwara
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、追跡管制システムに
て通信衛星が地上局に対して視線速度を有する場合に、
そのドップラ周波数を補償するドップラ周波数補償方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は従来のドップラ周波数補償方法に
おける周波数の掃引波形を示す説明図であり、図7はそ
の地上局の受信周波数の変化を示す説明図である。また
、図5はこの発明および従来のドップラ周波数補償方式
が適用される追跡管制システムの送受信装置を示すブロ
ック図である。
【0003】図5において、1は地球上に設置された地
上局であり、2は地球を周回する楕円軌道上に打ち上げ
られ、前記地上局1と通信する通信衛星である。
【0004】地上局1内において、10は当該地上局1
の送信信号の周波数を掃引する掃引回路であり、11は
掃引回路10にて決定された周波数の搬送波をコマンド
信号などによって変調する変調器である。
【0005】12はこの変調器11の出力周波数を当該
衛星通信方式で規定されているRF周波数に変換する送
信周波数変換器であり、13はこの送信周波数変換器1
2の出力を増幅する大電力増幅器である。14は通信衛
星2との間で送受信を行う、この地上局1の地上局アン
テナである。
【0006】通信衛星2内において、20は上り回線で
ドップラ周波数偏移を受けた地上局1の送信信号を受信
する衛星受信アンテナである。21は衛星受信アンテナ
20の受信信号の周波数を規定の逓倍比(この場合には
240/221倍)で逓倍するとともに、その入力と出
力との同期/非同期情報を出力する周波数逓倍器で、地
上局1からの送信周波数に同期する外部同期形発振器と
して作用している。
【0007】22は所定の周波数を固定的に発振してい
る通信衛星2の固定発振器であり、23はこの固定発振
器22の発振周波数と前記周波数逓倍器21の出力周波
数の一方を、地上局1からのコマンドに従って選択する
切替スイッチである。24は切替スイッチ23にて選択
された信号を下り回線に送信する衛星送信アンテナであ
る。
【0008】再び、地上局1内において、15は下り回
線でドップラ周波数偏移を受けて地上局アンテナ14で
受信された通信衛星2の送信信号を増幅する低雑音増幅
器であり、16は低雑音増幅器15から出力されるRF
周波数を、後述する受信器に適したIF周波数に変換す
る受信周波数変換器である。
【0009】17はIF周波数に変換された受信信号に
基づいて、追尾、復調、復号を行って、通信衛星2の同
期/非同期情報を掃引回路10に送る受信器である。1
8は軌道情報に基づいて地上局アンテナ14の受信信号
におけるドップラ周波数を予測計算し、結果を受信器に
与えるドップラ周波数演算回路である。
【0010】次に動作について説明する。このように構
成された追尾管制システムでは、通信衛星2が地上局1
に対して視線速度を持つとき、地上局1における受信信
号の周波数はドップラ周波数偏移を持つことになる。こ
の場合、切替スイッチ23を切り替えて周波数逓倍器2
1あるいは固定発振器22の一方を選択することにより
、ドップラ周波数偏移を補償している。
【0011】まず、通信衛星2において切替スイッチ2
3が固定発振器22側を選択している状態から説明する
。この状態を片方向(One−way)ドップラ計測モ
ードという。この場合、地上局1で受信される周波数は
通信衛星2からの下り回線一方のみなので片方向と呼ば
れる。
【0012】今、通信衛星2の固定発振器22の周波数
が規定値(ノミナル周波数)fN1RXから、経時変化
・温度変化・設定誤差などによって△fN1RXだけず
れると、△fN1RXがあたかもドップラ周波数のよう
に地上では見えるため距離変化率の誤差となる事が特徴
である。その周波数関係を図7に示す。
【0013】この状態で双方(Two−way)ドップ
ラ計測モードに変更することを考える。まず掃引回路1
0を動作させて送信周波数を掃引し、通信衛星2の周波
数逓倍器21を位相同期させる。その時の周波数の掃引
波形を図6に示す。
【0014】なお、周波数逓倍器21の同期引き込み周
波数範囲は狭く、掃引回路10は地上局1に配置されて
通信衛星2には搭載されていないため、地上局1から掃
引する必要がある。従って、この同期情報を地上局1側
で判断するまでには、通信衛星2と地上局1との間の伝
送時間や伝送方式のビットシートやフレーム構成により
待ち時間があるため、図6に示すように三角形による掃
引の終了後Tw秒のあいだ、通信衛星2からの同期情報
をまつ。
【0015】ここで、図6(a)に示すように(+)側
周波数で同期していれば、以後の掃引は行わない。また
、図6(b)のごとく(+)側周波数で同期しないとき
には、前記Tw秒経過後に(−)側周波数でも掃引を行
う。
【0016】この掃引波形は、ここでは三角形を例示し
ているが台形波など他の波形を用いてもよい。ただ、掃
引終了後は、ドップラ計測を正確にするため規定の周波
数fN1TXになることが必要である。
【0017】このように、掃引によって上り回線が周波
数逓倍器21の同期とともに確立すると、地上局1から
通信衛星2に指令(コマンド)を送信することが可能と
なり、通信衛星2の切替スイッチ23を周波数逓倍器2
1側に切り替えることが、地上局1側から制御できるよ
うになる。
【0018】このように切替スイッチ23を切り替える
ときの地上局1での受信周波数の変化の様子を図7に示
す。この図7は通信衛星2までの距離R′(つまりドッ
プラ周波数fのf′)が変化している場合を示しており
、周波数が右上りになっている。また、図の下側には、
ドップラ計測モードと切替スイッチ23の動作も併記し
てある。
【0019】時間tX のタイミングで切替スイッチ2
3を切り替えて、ドップラ計測モードを双方向モードと
し、周波数の基準の発振源を通信衛星2の固定発振器2
2から地上局1の高安定発振源に基づく周波数逓倍器2
1側に切り替える。この地上局1の高安定発振源の安定
度(△f/f)は1×10−11 程度あり、ドップラ
計測精度として極めて小さい。
【0020】この切替スイッチ23の切り替えによって
、受信周波数は切り替え前においては下記数1に示す■
式となり、切り替え後においては同じく■式となる。
【0021】
【数1】   切り替え前:fDOWN・DOP(tX)+ △f
N1RX(tX)                 
     …■  切り替え後:2・fDOWN・DO
P(tX)+ fDOWN・DOP−DOP(tX) 
           …■fDOWN・DOP(tX
)    ;時間tXの下り回線ドップラ周波数偏移量 fDOWN・DOP−DOP(tX);時間tXの上り
回線ドップラ偏移周波数相当の片道ドップラの受信周波
数偏移
【0022】ここで、例えば、送信周波数が21
20MHzで距離変化率10Km/secのときには、
fDOWN・DOPは約76.8KHz、2fDOWN
・DOPは約53.6KHz、fDOWN・DOP・D
OPは約5Hzとなり、また、△fN1RXは約3KH
z以下となる。
【0023】従って、切り替え前の受信周波数79.8
KHz、切り替え後の受信周波数は153.6KHzと
なって、切替スイッチ23の切り替え動作の瞬間には約
70KHzの周波数不連続が発生する。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】従来のドップラ周波数
補償方法は以上のように構成されているので、片方向ド
ップラ計測モードと双方ドップラ計測モードとを切り替
えるとき、受信周波数が大幅にジャップして周波数不連
続が発生し、受信器17が同期外れになることがあると
いう問題点があった。
【0025】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ドップラ計測モード切り替え時
の周波数の不連続を小さく抑えて、受信器の同期外れが
起こりにくいドップラ周波数補償方法を得ることを目的
とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
係るドップラ周波数補償方法は、通信衛星にて切替スイ
ッチによる固定発振器と外部同期形発振器との切り替え
を行う前に、地上局からの送信周波数を制御して固定発
振器と外部同期形発振器の周波数を一致させるものであ
る。
【0027】また、請求項2に記載の発明に係るドップ
ラ周波数補償方法は、さらに、切替スイッチを切り替え
た後の周波数を掃引するものであり、請求項3に記載の
ドップラ周波数補償方法は、その周波数の掃引を三角波
状に行うものである。
【0028】
【作用】請求項1記載の発明におけるドップラ周波数補
償方法は、ドップラ周波数の片方向相当分と双方向相当
分の差を、切替スイッチの切り替えより前に補正してお
くことにより、ドップラ計測モード切り替え時の周波数
の不連続を小さく抑えて、受信器の同期外れが起こりに
くいドップラ周波数補償方法が実現する。
【0029】また、請求項2および3に記載の発明にお
けるドップラ周波数補償方法は、さらに、切替スイッチ
を切り替えた後の周波数を掃引することにより、地上局
の受信器で同期外れが発生した場合の再捕捉が容易なド
ップラ周波数補償方法を実現する。
【0030】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図1は請求項1に記載の発明の一実施例における周
波数の掃引波形を示す説明図であり、図2はその地上局
1の受信周波数の変化を示す説明図である。なお、この
発明によるドップラ周波数補償方法は、従来の場合と同
様に、図5に示す追跡管制システムの送受信装置などに
適用される。
【0031】この実施例においては、切替スイッチ23
の切り替えを行う周波数を従来のノミナル周波数fN1
RXではなく、片方向ドップラ計測モードと双方向ドッ
プラ計測モードの差〔fDOWN・DOP(tN)−△
fN1RX(tN)〕・221/240の周波数を地上
局1側で補正し、その後に切替スイッチ23の切り替え
を行う。
【0032】この切替スイッチ23が切り替えられた後
、周波数を連続的にノミナル周波数にもどしノミナル周
波数に設定した後に双方向ドップラ計測モードを開始す
る。
【0033】なお、通信衛星2の発振器22の周波数偏
移量は、運用のデータから知ることができる。そのこと
から、片方向のドップラ周波数が測定できる。
【0034】また、通信衛星2の軌道予測データからド
ップラ周波数が計算できるので、上記の補正ができる。 ここで、二重のドップラ偏移量fDOWN・DOP・D
OPは5Hz程度なので、地上局1の受信器17の受信
帯域幅に比べて無視できる。
【0035】この図1に示す周波数の掃引波形と切り替
えタイミングによれば、地上局1の受信周波数の変化は
図2に示すようになる。ここで、周波数逓倍器21の周
波数と固定発振器22の周波数とは、切替スイッチ23
の切り替え前に一致させておく。
【0036】それによって、切替スイッチ23の切り替
え前の周波数は下記数2に示す■式となり、切り替え後
の周波数は同じく■式となる。
【0037】
【数2】   切り替え前;fNIRX(tN)+fDOWN・D
OP(tN)+△fN1RX(tN)        
         …■  切り替え後;fNIRX(
tN)+△fNIRX(tN)+2fDOWN・DOP
(tN)+fDOWN・DOP−DOP(tN)   
                    −[f′D
OWN・DOP(tN)+ △f ′NRX(tN)]
          …■            =
 fNIRX(tN)+fDOWN・DOP(tN) 
            +[{ △fNIRX(tN
)−△f ′NRX(tN)}           
   +{fDOWN・DOP(tN)−f ′DOW
N・DOP(tN)}             + 
fDOWN・DOP−DOP(tN)]       
                         
  …■
【0038】ここで、上記数2に示す■式は■
式を変形したものである。この■式中の大括弧でくくっ
た部分は誤差周波数成分であり、当該誤差周波数成分を
受信器17の帯域(3000Hz〜300Hz程度)よ
り小さくすれば、受信器17の同期外れを防止すること
ができる。
【0039】実施例2.なお、上記実施例では、図1に
“A”で示した切り替え後の補正周波数を直線状の波形
としたものを示したが、この部分をさらに掃引するよう
にしてもよい。図3は請求項2および3に記載した発明
の一実施例における周波数の掃引波形を示す説明図であ
り、図2はその地上局1の受信周波数の変化を示す説明
図である。
【0040】この実施例では両図に“B”で示すように
、切替スイッチ23の切り替えを行った後の周波数の掃
引を三角波状に行っている。このように切り替え後の周
波数を掃引することによって、最悪の条件下で地上局1
の受信器17の周期が外れてしまった場合でも、同期の
再捕捉を容易に行うことができる。
【0041】
【発明の効果】以上のように、請求項1に記載の発明の
よれば、ドップラ周波端数の片方向相当分と双方向相当
分の差を切替スイッチの切り替え前に補正するように構
成したので、ドップラ計測モード切り替え時の周波数の
不連続を小さく抑えることが可能となり、受信器の同期
外れが起こりにくいドップラ周波数補償方法が得られる
効果がある。
【0042】また、請求項2および3に記載の発明のよ
れば、さらに、切替スイッチ切り替え後の周波数を、例
えば三角波状に掃引するように構成したので、容易に同
期の再捕捉をとることができるドップラ周波数補償方法
が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載の発明の一実施例によるドップ
ラ周波数補償方法における周波数の掃引波形を示す説明
図である。
【図2】その地上局における受信周波数の変化を示す説
明図である。
【図3】請求項2および3に記載の発明の一実施例にお
ける周波数掃引波形を示す説明図である。
【図4】その地上局における受信周波数の変化を示す説
明図である。
【図5】この発明および従来のドップラ周波数補償方法
が適用される追跡管制システムの送受信装置を示すブロ
ック図である。
【図6】従来のドップラ周波数補償方法における周波数
の掃引波形を示す説明図である。
【図7】その地上局における受信周波数の変化を示す説
明図である。
【符号の説明】
1  地上局 2  通信衛星 21  外部同期形発振器(周波数逓倍器)22  固
定発振器 23  切替スイッチ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  通信衛星に、定められた周波数を発振
    する固定発振器と、地上局からの送信周波数に同期する
    外部同期形発振器を備えた追跡管制システムにて、前記
    通信衛星が前記地上局に対して視線速度を持つとき、前
    記通信衛星の固定発振器と外部同期形発振器とを、前記
    地上局からのコマンドよって動作する切替スイッチで切
    り替えることによって、前記地上局の受信周波数が持つ
    ドップラ周波数偏移を補償するドップラ周波数補償方法
    において、前記切替スイッチの切り替えを行う前に、前
    記地上局からの送信周波数を制御して、前記固定発振器
    と外部同期形発振器の周波数を一致させることを特徴と
    するドップラ周波数補償方法。
  2. 【請求項2】  前記切替スイッチを切り替えた後の周
    波数を掃引することを特徴とする請求項1に記載のドッ
    プラ周波数補償方法。
  3. 【請求項3】  前記切替スイッチを切り替えた後の周
    波数の掃引を三角波状に行うことを特徴とする請求項2
    に記載のドップラ周波数補償方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112269198A (zh) * 2020-12-14 2021-01-26 中国人民解放军国防科技大学 基于多普勒效应的卫星确定方法及装置
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