JPH0812237B2

JPH0812237B2 - 周期軌道型測位方式

Info

Publication number: JPH0812237B2
Application number: JP23910986A
Authority: JP
Inventors: 盛森本; 安正久田; 康之伊東
Original assignee: 宇宙開発事業団
Priority date: 1986-10-09
Filing date: 1986-10-09
Publication date: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPS6394178A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、同期軌道を有する人工衛星を利用した電
波源の位置を検出する同期軌道型測位方式に関する。

〔従来の技術〕

従来、救難ブイに設置されたビーコン等の特定の電波
源の位置を捜索する捜索・救難（サーチアンドレスキュ
ー）システムとしては次のようなものが知られている。
すなわち第６図に示すように、500〜2000kmの低高度衛
星21に受信機を搭載して、救難ブイ等の電波源22から発
射される救難用ビーコン波等の電波23を受信し、該受信
信号のドップラ偏移データから電波源22を特定する方式
がある。また、第７図（Ａ）に示すように、静止軌道上
の静止衛星24に、２つの直交するアレイアンテナ25,26
を備えた受信機を搭載し、第７図（Ｂ）に示すように、
該アレイアンテナ25,26のファンビーム27,28をそれぞれ
電気的にスキャンして、地球上の電波源29を特定する方
式が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、前者の方式では特定地域の常時監視ができ
ず、ある時点における観測後、次回の同一地域の観測ま
でには低高度衛星の地球周回時間（１〜２時間）を要
し、海難救助システム等として連続して用いる場合に
は、時間がかかりすぎ、捜索・救助システムとして機能
しないという問題点がある。一方、後者の方式は静止軌
道上に設置されているため、所定地域の常時監視は可能
であるが、２つの直交するアレイアンテナが巨大なもの
になり、衛星搭載上実現困難であった。

本発明は、従来の捜索・救難システム等として知られ
ている測位方式の上記問題点を解決するためなされたも
ので、常時監視が可能で且つ衛星への搭載を容易にする
測位方式を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

上記問題点を解決するため、本発明は、軌道傾斜角及
び又は離心率を変化させて地球上よりみた軌跡が往復運
動形となる同期軌道を有する人工衛星に、コヒーレンシ
ーを有する電波を放射する電波源からの異なる時間の各
受信信号に対して自己相関処理を施す受動型合成開口機
能と、ファンビームのスキャニングによる前記電波源の
観測機能をもつ受信装置を搭載し、地球上よりみて前記
受信装置の往復運動方向を受動型合成開口法で、それと
直交する方向をファンビーム・スキャニング法により測
定し、電波源の位置を検出するものである。

このように構成した同期軌道形測位方式においては、
同期軌道を有する人工衛星を利用しているため所定区域
の常時観測を行うことができ、またファンビーム・スキ
ャニングを行うアレイアンテナは一本だけですむので、
人工衛星への搭載の容易化を計ることができる。

〔実施例〕

以下、実施例について説明する。本発明において用い
る受動型合成開口機能とファンビーム・スキャニング機
能とを備える受信装置は、同期軌道を有する人工衛星に
搭載されるものであるが、同期軌道は人工衛星の周期が
地球の自転周期と一致する軌道で、衛星軌道要素のう
ち、軌道傾斜角又は離心率の一方もしくは両方を変化さ
せることにより得られる。

本発明では、軌道傾斜角ｉ又は離心率ｅのいずれか一
方もしくは両方を変化させ、地球上よりみた軌跡が往復
運動形となる同期軌道に乗せた人工衛星を用いるもので
ある。第１図に示すように、軌道傾斜角ｉを変化させ
て、軌道傾斜角ｉ≠０で且つ離心率ｅ＝０とした同期軌
道上の人工衛星１は、地球２の地軸Ｏと人工衛星１との
距離をR_Gとすると、地表からみると南北方向に２・R_G・
ｉの範囲で地表に対して相対的に往復運動する。なお第
１図において、３は赤道面、Ｎは北極、Ｓは南極を示し
ている。

また第２図（Ａ），（Ｂ）に示すように、離心率ｅ≠
０で且つ斜視軌道角ｉ＝０とした同期軌道上の人工衛星
１は、地表からみると東西方向に、4R_G・ｅの範囲で地
表に対して相対的に往復運動する。なお図において、Ｅ
は東、Ｗは西を示し、Ｐは軌道傾斜角ｉ＝0,離心率ｅ＝
０とした場合の人工衛星１の静止位置を示している。

また、軌道傾斜角ｉ及び離心率ｅを共に変化させると
（ｉ≠0,e≠０）、円や８字形などの軌跡を示すが、８
字形などの東西又は南北方向に往復運動形の軌跡を示す
同期軌道上の人工衛星も、本発明では利用しうるもので
ある。

このように、目的に応じて軌道傾斜角ｉ及び又は離心
率ｅを適宜変化させた同期軌道に人工衛星１を乗せる
と、この人工衛星１に搭載される機器は、特定地域の地
表に対して南北又は東西方向に相対的に往復運動を行わ
せることができる。

第３図（Ａ）は、軌道傾斜角ｉ≠0,離心率ｅ＝0,周期
≒24時間とした第１図に示した同期軌道を有する人工衛
星を利用した本発明の実施例を説明する図である。図に
おいて、11は軌道傾斜角を変化させた軌道上の人工衛星
で、該衛星11には東西方向に向けて配置したアレイアン
テナ12と受信機等からなる受信装置が搭載されており、
そのアレイアンテナ12のファンビーム13を、第３図
（Ｂ）に示すように、東西方向にスキャンすることによ
り、電波源14の東西方向の位置を高精度で検出するよう
にしている。

一方、人工衛星11に搭載されている受信装置が地球か
らみて南北方向に往復運動することを利用して、後で詳
述する受動型合成開口法により、南北方向に広がるファ
ンビームをデータ処理により等価的に狭くして、電波源
14の南北方向の位置を高精度で検出するようにしてい
る。

人工衛星に搭載する受信装置は、第４図に示すよう
に、前記一本のアレイアンテナ12と、該アンテナ12のフ
ァンビームを電子的に又は機械的にスキャニングする受
信ビーム方向制御器15と、受信機16と、受信信号に自己
相関処理などの処理を行うデータ処理装置17とで構成さ
れる。

本発明で用いる合成開口法は、受信機能のみで従来の
合成開口レーダと同等の機能を実現する受動型合成開口
法である。一般の送・受信機を備えた合成開口レーダ
は、第５図（Ａ）に示すように、受信信号に送信波を参
照信号とする相互相関処理を施すことにより、高分解能
の画像を得るものであるが、受動型合成開口法では、こ
の送信波を参照信号とする相互相関処理の代わりに、時
間的に異なった受信信号同志の自己相関処理という相互
相関処理とは異なるデータ処理を行い、高分解能を得る
ものである。

従来、人工衛星等で観測された観測データに対して、
自己相関処理を施すことは行われていない。これは、人
工衛星等による観測は地球観測等の目的で行われ、観測
対象物は主として海洋や陸域などの自然生成物や自然現
象を対象としているため、それらから得られる受信信号
はコヒーレンシーのないランダムな雑音信号であり、し
たがって、異なる時間の受信信号の自己相関をとってみ
ても、信号自体に元々相関性がないために、結果として
雑音が得られるのみで、無意味だとみられていたからで
ある。

本発明者は、この点を見直し、人工的な電波源、例え
ば救難ブイのビーコンからの信号電波や狭い地域の自然
対象物からのマイクロ波等、時間的なコヒーレンシーを
有する信号に限って処理対象とするならば、それらの信
号の時間的変化に対しては、強い自己相関性が存在する
ので、自己相関処理が有効になることに着眼し、この自
己相関処理を行う受動型合成開口法を南北方向に往復運
動する人工衛星に搭載した受信装置に利用し、上記のよ
うに南北方向の電波源の位置を高精度で検出するもので
ある。

本発明において用いる受動型合成開口法で施す自己相
関処理自体は、新たな手段による処理ではなく、従来か
ら信号処理や数学の分野では周知のありふれた手段を用
いるものである。すなわち、自己相関関数は、時間に関
する不規則変量をＸ（ｔ）とするとき、τ時間たった２
つの変動の積の平均値Ｃ（t,τ）で定義される統計的関
数であり、次式で示されることは、よく知られている。

Ｃ（t,τ）＝Ｅ［Ｘ（ｔ）・Ｘ（ｔ＋τ）］したがって、本来の求めるコヒーレンシー信号成分と
その他の雑音成分が混じり合っている一般的な観測（受
信）信号に対して、このような自己相関関数を求める自
己相関処理を施すと、求めるコヒーレンシー信号成分だ
けは、その相関性によって平均化すると、重なり合って
強調され（積分効果）、雑音成分については相関性がな
いので、平均すると互いに打ち消され、低減されること
になる。

これを第５図（Ｂ）に基づいて説明すると、時点t₀に
おける受信信号と時点（t₀＋ｔ）における受信信号とに
対し、すなわち時間的に異なる受信信号同志に対して自
己相関処理を行うと、受信波が、ビーコン等の人口的な
電波源からの電波の場合には、コヒーレンシー（可干渉
性）があるので、時間軸上、ひいては空間的に積算重畳
され、得られるビーム幅は狭くなり、すなわち圧縮処理
される。合成開口処理あるいは相互相関処理又は自己相
関処理と同義で通常用いられているこの圧縮処理は、画
像処理等におけるデータのサンプリング処理（間引き）
を意味する圧縮処理とは意味を異にし、文言通りに仮想
上のビーム幅の狭小化する処理を表しており、したがっ
て、この圧縮処理により、高精度で南北移動方法におけ
る電波源の位置を特定することができる。

なお上記自己相関処理を行わせる手段についても、従
来から周知の構成のものを用いることができ、その基本
的な構成は、時々刻々の信号Ｘ（ｔ）と、それを一度遅
延回路を通して得られるτ時間だけ遅らせた信号Ｘ（ｔ
−τ）とを、乗算回路に入れて、その出力の平均値を取
り出す構成となっている。

上記実施例では、データ処理装置を含めた受信装置を
同期軌道の人工衛星に搭載したものを示したが、受信デ
ータを地上に伝送させ、そのデータ処理は地上で行わせ
るように構成することもできる。

また上記実施例は、軌道傾斜角を変えた同期軌道上の
人工衛星を利用したものを示したが、離心率を変えた同
期軌道上の人工衛星を利用する場合は、南北方向にアレ
イアンテナを配置し、南北方向の位置はファンビームの
スキャニング法により、また東西方向の位置は受動型合
成開口法によりそれぞれ測定することにより、上記実施
例と同様に電波源の位置を高精度で検出することができ
る。

更にまた、軌道傾斜角及び離心率を共に変え、軌跡が
往復運動形を示す同期軌道上の人工衛星を利用した場合
も、同様に受動型合成開口法及びファンビームのスキャ
ニング法により、電波源の位置を高精度で検出すること
が可能である。

〔発明の効果〕

以上実施例で説明したように、本発明によれば、一方
向の位置は受動型合成開口法により、これと直交する方
向の位置はファンビームのスキャニング法により測定す
るように構成したので、高精度でコヒーレンシーを有す
る電波を放射する電源源の位置を検出することができ
る。

また同期軌道を有する人工衛星を利用しているので、
特定地域の常時監視が可能であり、更にアレイアンテナ
は一本のみですむので、本方式による装置の人工衛星へ
の搭載が容易になる等の利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、軌道傾斜角を変化させた同期軌道の説明図、
第２図（Ａ）は、離心率を変化させた同期軌道の説明
図、第２図（Ｂ）は、第２図（Ａ）に示した同期軌道上
の人工衛星の、地表からみたときの相対的軌跡を示す説
明図、第３図（Ａ）は、本発明の一実施例の説明図、第
３図（Ｂ）は、そのアレイアンテナのファンビームのス
キャニングの態様を示す図、第４図は、受信装置の一例
を示すブロック構成図、第５図（Ａ）は、一般の合成開
口レーダにおけるデータ処理方法を示すブロック図、第
５図（Ｂ）は、受動型合成開口法におけるデータ処理方
法を示すブロック図、第６図は、低高度衛星を用いた従
来の測位方法を示す説明図、第７図（Ａ），（Ｂ）は、
静止衛星を用いた従来の測位方法を示す説明図である。図において、１は人工衛星、２は地球、３は赤道面、11
は人工衛星、12はアレイアンテナ、13はファンビーム、
14は電波源、15は受信ビーム方向制御器、16は受信機、
17はデータ処理装置を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軌道傾斜角及び又は離心率を変化させて地
球上よりみた軌跡が往復運動形となる同期軌道を有する
人工衛星に、コヒーレンシーを有する電波を放射する電
波源からの異なる時間の各受信信号に対して自己相関処
理を施すことにより電波源を観測する受動型合成開口機
能と、ファンビームのスキャニングによる前記電波源の
観測機能をもつ受信装置を搭載し、地球上よりみて前記
受信装置の往復運動方向の位置を受動型合成開口法で、
それと直交する方向における位置をファンビーム・スキ
ャニング法により測定し電波源の位置を検出することを
特徴とする同期軌道型測位方式。