JPH10271070A - 衛星を経由した光情報伝送方法および装置 - Google Patents

衛星を経由した光情報伝送方法および装置

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JPH10271070A
JPH10271070A JP10056949A JP5694998A JPH10271070A JP H10271070 A JPH10271070 A JP H10271070A JP 10056949 A JP10056949 A JP 10056949A JP 5694998 A JP5694998 A JP 5694998A JP H10271070 A JPH10271070 A JP H10271070A
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JP10056949A
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Reinhard Hanno Czichy
ラインハルト・ハンノ・クツィヒィ
Manfred Wittig
マンフレート・ヴィティヒ
Edgar Fischer
エドガー・フィッシャー
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Oerlikon Contraves AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光衛星通信の実現化のため軽量、かつ、小型
で信頼性の高い通信方法および装置を提供する。 【解決手段】 本発明は広帯域光変調および受信技術を
用いて衛星間の光学情報伝送を行う為、光学ユニットと
レーザユニットと制御および電力供給の装置ならびに監
視ユニットを備えて構成される。実施例においてはこれ
らの端末は１.５Ｇｂｉｔ／ｓのデータレートと１２０
０ｋｍ以上の伝送距離を持ち、重量は８ｋｇ以下となる
ように設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広帯域光変調およ
び受信技術による、衛星を用いた光情報伝送方法に関す
る。本発明は、また、この方法を実行する装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】情報信号の伝送のため衛星間の直結リン
クは約２０年前に始まり、今日に至るまでラジオ周波数
（ＲＦ）がほぼ専用的に採用されてきた。ＩＲＩＤＩＵ
Ｍ（イリジウムインク．）、ＴＥＬＥＤＥＳＩＣ（テレ
デシックカンパニイ）、ＳＰＡＣＥ−ＷＡＹ／ＧＡＬＡ
ＸＹ（ヒュージス）その他の多衛星プログラムによる商
業的衛星企業の発展は、これまで見られなかった領域の
技術革新、とりわけ移動電波通信における技術革新をも
たらしている。宇宙空間内における数千の中継衛星の設
置がこの関連において計画されている。規則として６０
ＧＨｚのＲＦリングが計画されているが、レーザ技術を
用いたテストも知られるに至っている。
【０００３】ガラスファイバに関する技術的習熟および
商業的に汎用されている光通信に対照的に、衛星レーザ
通信は依然研究と開発の段階にある。ＲＦ通信に対する
レーザ通信の利点は、以下の通りである。 ＊数Ｇbit範囲に達する高い伝送能力 これは、レーザ光の周波数がマイクロ波に比べて約４０
倍であることによる、 ＊高耐干渉性、 ＊電波数スペクトルの重複についてのＲＦの問題に対す
る解決、 ＊小さいアンテナ、 ＊集積された干渉光学装置、コンパクトなレーザ光源お
よびレーザアレイによる、小さくコンパクトなオンボー
ド光端末と小型化の可能性、 ＊低電力要求。
【０００４】これらの利点にもかかわらず、オンボード
端末の操作のデモンストレーションはいまだ成功してい
ない。レーザ伝送は伝送能力についての急速な増大の要
求に対する成功的な解決を与える可能性をもっている。
１９６０年における最初のレーザの実現以来、数多くの
光衛星通信リンケージが開始されたが、技術的に満足で
きる成果を達成したものはない。［ジェームズ・イー・
フライデル(James E.Freidell)「商業的企画対政府プロ
グラムが自由空間レーザ通信におけるレーザ通信の将来
を加速する」VIII,ジイ・ステファン・マシュール(G.St
ephen Mecherle)編,Proc.SPIE2699,pp2-9,1996］。
【０００５】現在まで、多くの重要な宇宙期間が、低軌
道にある衛星（ＬＥＯ）や静止衛星（ＧＥＯ）間の通信
の種々の態様を研究するために企画されたレーザリンク
および地上局と飛行機との間のリンケージについてもデ
モンストレーション計画を実行してきた。例えば、アメ
リカ宇宙期間ＮＡＳＡは６０年代以来、相当数の企画を
発注してきたが、そのいずれもが技術的困難さのために
運転状態に達することはできなかった。現在、最も重要
な試みはレーザ通信（ＬＣＤＳ）のデモンストレーショ
ンシステム（ＬＣＤＳ）であり、これはＬＥＯ、ＧＥ
Ｏ、地上局および飛行機端末間の光情報通信についても
実用的な可能性追求である［ディ・エル・ベグレイ等著
（D.L.Begley et.al.)「宇宙空間レーザ通信における近
期間ＩＧｂｐｓ宇宙空間通信デモンストレーションシス
テムの提案」VIII，ジイ・ステファン・マシェール編,P
roc.SPIE2699,pp24-37,1966］。
【０００６】ＬＣＤＳはＲＦ技術に対するレーザリンク
の利点即ち大きさ、重量、ＩＧbit/sに達する高いビッ
トレートにおける出力とコストを検証するために企画さ
れた。これらの考えにしたがえば、レーザ端末の重量は
４０ｋｇ以下で１００Ｗ以下の電力要求に制限されてい
る。８１０から８６０ｎｍの範囲の波長と約１．２Ｗの
光出力をもったモノリシックなレーザダイオードアレイ
が光学発振器において使用されており、相手の衛星を指
向、捕捉および追跡する。受光系は、ＣＣＤ（電荷結合
素子）アレイと指向、捕捉および追跡のための４分円ア
バランシェ（ａｖａｌａｎｃｈｅ）ホトダイオード検出
器（ＡＰＤ）および広帯域情報信号を受信するためのさ
らなるＡＰＤ検出器を含んでいる。
【０００７】上記アメリカの試みにしたがえば、この考
えは古典的なレーザダイオード技術に基づいており、ネ
オジウムレーザ光源或いはコヒーレント通信のより効率
的な方法を考慮していないため、現在のレーザ技術の可
能性が十分に発揮されていないという不利がある。
【０００８】日本のＥＴＳVI衛星は、予定された静止軌
道を脱れ、大きな楕円軌道に入っているが、１．０２４
Ｍbit/sのダウンリンクのためのレーザダイオード（波
長８０ｎｍ）を使用した２２ｋｇのレーザ端末を搭載し
ており、直径７．５ｃｍの遠望鏡とＣＣＤセンサと４分
円検出器とが装備されており、光受信のためのアベラン
シェホトダイオードが用いられている［ケイ・アラキ等
著「宇宙空間レーザ通信におけるＥＴＳ−VI衛星のオン
ボードレーザ通信設備の性能評価」ジイ・ステファン・
マシェール編,Proc.SPIE2699,pp52-59,1996］。
【０００９】伝送方式はＩＭ−ＤＤの古典的な原理に基
づいている。東京の地上局は５１４.５ｎｍの１０Ｗア
ルゴンイオンレーザと１．０２４Ｍbit/sのＮＲＺ方式
の変調ビットレートを用いている。
【００１０】１９９８年に計画されているいま一つの衛
星（ＯＩＣＥＴＳ）はこの時期に完成する改良されたレ
ーザ端末を搭載することが予定されている。この考えは
日本の衛星と計画された衛星ＡＲＴＥＭＩＳ（静止衛
星）とＳＰＯＴ−４（低軌道衛星）を備えたヨーロッパ
光ＳＩＬＥＸ実験との間の接続リンクを提供することに
ある。この端末は、８５０ｎｍと平均光変調出力１００
ｍＷ、ＮＲＺ方式の４９Ｍbit/sのビットレートの２つ
の重複ダイオードレーザとＡＰＤ受信機を搭載し、強度
変調直接検出方式を採用することが企画されている。端
末の光学部分は重量１００ｋｇ、関連する電子部分は４
０ｋｇで、捕捉位相の間（０．３秒）の要求光出力４８
０Ｗ、通信位相の間３００Ｗの光出力が企画されてい
る。この実験の目的は、衛星の指向、捕捉および追跡並
びにデータ通信のための光衛星間リンク（ＩＳＬ）の実
際的な利用性をテストすることである。
【００１１】この日本の試みは、実際に実行されたとし
ても問題設定が限られており、古典的な光および光電素
子と変調方法だけを採用しているに過ぎないという事実
は、この関連において不利であり、何らの革新的なステ
ップがない。この理由のため、伝送能力は限られ、光ハ
ードウェアを用いた光通信の利点を示すのは困難であろ
う。この計画の利点は光学端末が軌道上に既に存在し、
最初の測定が行われるという事実であろう。
【００１２】先に述べたＳＩＬＥＸ実験は、ヨーロッパ
宇宙期間（ＥＳＡ）のいま一つの企画であり、その目的
は衛星についてのレーザ通信伝送システムの実施とテス
トである。この企画の実施は今世紀の終わりに行われる
ものと期待されている［トニイ・トルカー・ニールセン
(Toni Tolker Nielsen)「宇宙空間レーザ通信システム
のための指向、捕捉および追跡システム」Proc.SPIE238
1,pp194-205,1995］。
【００１３】ＳＩＬＥＸ光端末は、８００〜８５０ｎｍ
の範囲の波長のレーザダイオードを用い、２．０４８の
ビットレート、送信返信接続について５０Ｍbit/sであ
る。この端末は約４５，０００ｋｍの伝送が可能で、１
６０及至１８０Ｗの範囲の電力要求を有する。この端末
の比較的大きな容積と大きな重量は、ＥＳＡをして小さ
な光学端末（ＳＯＵＴ）を発注させ、ＬＥＯ衛星内に搭
載することができ、ＧＥＯ衛星との通信が行えるように
することが企画されている。種々のビットレートがテス
ト中であり、新規な高出力レーザダイオードの十分長い
使用寿命を保証することができるならば、５０ｍＷから
１Ｗの範囲にあるレーザダイオードの出力に依存するル
ールとして検討されている。この種のダイオードを用い
る場合、ＮＲＺ通信方式におけるビットレートは数Ｍbi
t/sであるべきである。いずれにしろ、ＳＯＵＴは４０
Ｗの出力で２５ｋｇ以下の重量を有すると期待され、こ
れは、初代のＳＩＬＥＸ端末に対して明瞭な改良となっ
ている。しかし、ＳＯＴＴのさらなる開発仕様が既にテ
スト中であり、これは数Ｍbit/sのビットレートにおけ
る静止衛星間のリンクを企画されている。
【００１４】昨年の間における光学要素およびレーザ光
源の分野における技術的発展は、幾つかの問題を解決
し、その結果、レーザ端末の特性について連続的な改善
が期待し得るようになっている。高出力のモノモードレ
ーザダイオードおよびレーザアレイの出現は、約１イン
チの直径の望遠鏡をもったコンパクトな端末の設計を可
能にした。回折型光学装置および現代的な光学設計によ
り、光学要素の全体の数は著しく減少され、その結果、
重量、容積および耐久性に関し、明確な改善が得られて
いる。［マンフレッド・ウィッティヒ（Manfred Witti
g）「宇宙空間の光通信：小型の光学端末の第２世代の
実現方法」IOS Press,Space Communications,pp.55-89,
1994］。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】この提案された端末装
置では、レーザダイオードが通信および相手の衛星を指
向、捕捉および追跡（ＰＡＴ）するために採用されてい
る。このＰＡＴサブシステムは光学衛星リンクの中心要
素である。ＰＡＴの複雑さは数千キロ離れた衛星の位置
を一つの衛星から数ミリの発散径のビームを用いて特定
しなければならないという要求に基づいている。発信器
の機械的な振動および背景複写によるノイズはビットエ
ラーレート（ＢＥＲ）を増大し、それ故、正確さと信頼
性を減少させる。新しい開発は、大きな動的範囲を達成
するため、２段階指向機構を見通している。約５ｍｍの
直径の小さな望遠鏡を通して案内光線の形で上記レーザ
ビームが案内されるとすると、数ワットの出力のいま一
つのダイオードレーザビームが検出の役割を分担するこ
とができ、その望遠鏡は主の望遠鏡の隣に装着される。
追跡機構は、背景複写、例えば太陽光による干渉に対し
て、高い不感性を有する必要がある。ＰＡＴについて信
頼性のある機能的な光機構構造体を実現するための挑戦
は、極めて低い振動の光学機構装置を開発することであ
り、そのことは同時に極めて軽量で小型であり、かつ、
光学装置を制御し、電子的に信号を処理するために、ご
く低い電気出力を必要とするものでなければならない。
【００１６】上で述べたような種々の問題や注意点から
分かるように、通信衛星の次の世代は原理的に簡単なリ
レー技術を用いたに過ぎない。現在の技術とは対照的に
オンボードでの広帯域デジタル信号の処理を必要とす
る。さらに、徴調整可能な光学装置に基づく解決手段が
不足している。また、高い複写出力を持つ小さくて、ハ
ンディなレーザ光源、例えば、ダイオード注入型ネオジ
ュウムＹＡＧレーザを採用した解決手段は未だ知られて
いない。ＥＳＡによるこの分野の最新の仕事は近代技術
によって上記の如き問題を処理することを試みることに
ある。しかしながら、上で述べた如き従来の光源を用い
る場合、ＬＥＯもしくはＧＥＯ衛星と地上局との間のレ
ーザ通信リンクを発展させるための試みは、この分野に
おいて主流であるＲＦ技術に関して実際に新しい技術を
体言した製品と地点を示すような全体的な解決を示すも
のではない。［ステファン・ジー・ランバートおよびウ
ィリアム・エル・カセイ（Stephen G.Lanbert,William
L.Casey）「宇宙空間におけるレーザ通信」（Artech Ho
use 1995,pp.279-294）］。
【００１７】それ故、本発明の目的は従来の種々の問題
点を克服すること、および衛星を介しての光情報伝送の
方法と装置を提供することにあり、ここでは、宇宙通信
について極めて信頼度の高い効率的な衛星が使用され、
必要な重複性と最も低い電力要求の両方が実現され得る
ようになっている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は以下の装置を備える光学端末装置によって実現され
る； ・コヒーレントな重畳受信および指向、捕捉および追跡
のためのタイオードレーザと、 ・伝送および受信ビームをアライメントのための２段指
向およびアライメント装置を構成する、２枚鏡を用いた
光学系と、 ・ハイブリッド光学要素、回折エレメント並びに屈折／
反射要素の組合せとを用いて、 ・コヒーレント重畳受信による光アライメントの制御を
なし、 ・半導体増幅器による光位相変調を行い、 ・少なくとも１００Ｍbit/sから好ましくは１.５Ｇbit/
sまでの伝送ビットレートおよび少なくとも５００ｍか
ら４,５００ｋｍ、好ましくは１,２００ｋｍの伝送距離
である光情報伝送方法。
【００１９】本発明による光学端末装置は新規で軽く小
さく、かつ、コンパクトで信頼性のある光衛星端末の総
合的な考え方に基づいている。その構造は現在のレーザ
技術および光学並びに広帯域のデジタル光変調および受
信技術を総合することで得られた。
【００２０】多チャンネル操作のためのモノモード変調
レーザ光の発信および受信のための光学開口は４０ない
し５０ｍｍ以下で好ましくは５０ｍｍであり、相手の端
末装置のほぼ半円球の範囲の指向および追跡のための粗
／密調整手段を備えた２つのミラー装置、操作の為に必
要な全ての光学および光電要素を収容するほぼ担体の光
学ベンチおよび通信と端末装置の制御の為の個別の電子
ユニットからなる。
【００２１】光学ベンチは光学要素の特性の温度変化に
関係する変化を保証する膨張率の小さいセラミックガラ
ス材もしくはその他の材料を使用することによって、温
度的に安定している。端末装置内の屈折もしくは反射要
素を持つ、あるいは持たない回折光学要素は伝送された
ビーム、もしくは受信光の整形する光学端末それ自身は
指向センサと受信器のハイブリッドな組み合わせを含ん
でいる。本発明は図１から１５に示された実施形態によ
って詳細に説明される。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明に係る光情報伝送および装置の実施形態について説明
する。
【００２３】図１から図５は、衛星レーザ通信による宇
宙空間における世界中の開発を反映する発展形態とその
傾向を示している。個々のシステム（ＬＣＤＳ，ＬＣＥ
およびＳＩＬＥＸ）が発展的に考察されるとともに、こ
れらのシステムの不都合がもたらされている。とりわ
け、衛星と地上局との間での伝送データ量におけるボリ
ュームの間断なき増加、および明らかになりつつある伝
送能力における種々の要求は、例えば、可動ラジオの場
合のように、世界中のエリアをカバーするような通信チ
ャネルをもたらす多数の衛星を用いることによっての
み、解決が可能であるということを示している。
【００２４】本発明にかかるレーザ情報伝送は、衛星通
信における極めて大きい応用の可能性を含んだ技術であ
る。この技術は、従来技術を支配していたラジオ周波数
技術（ＲＦ）に対して、明らかな利点を有するが、従来
技術がこれらの利点を実際の技術的実現にまで至ること
に成功しなかった空間内の端末における深刻な結果の改
良に導くことができる。
【００２５】従来技術の本質的な欠点は、現在に至るま
でレーザ通信の採用におけるごく部分的な特徴が取り扱
われるに過ぎなかったことである。このことは、提案さ
れた解決策は問題の全体的な複雑さを考慮することを許
容することができず、ＲＦ技術との関係におけるレーザ
技術の種々の利点が明確には達成されていない。以下の
図６から図１４に示されるように、本発明にかかる端末
装置は衛星リンケージのためのレーザ通信の採用におけ
る完全な解決策を開示しており、光学技術における全て
の利点を実際に伴っている。このことは、適当な信号処
理方法との組み合わせにおいて新規な光学デザインおよ
び光学的、機械的および光子的要素の採用における意図
された最適化のために可能となったものである。
【００２６】本質的な特徴は以下の通りである： ビットレート＞１００Ｍbit/sから１.５Ｇbit/s、好ま
しくは１.５Ｇbit/s； 光学ヘッドの重量 約８ｋｇ； 光学ヘッドの寸法 約４１５×２３０×１８１ｍｍ； 伝送距離＞５００ｍから４５００ｋｍ、好ましくは１２
００ｋｍ； 使用電力４０Ｗ以下、サービス寿命１０年以上。
【００２７】この端末は、低重量でかつ小さな寸法に対
してＧbit/s領域において極めて大きな伝送容量を有
し、その結果宇宙空間での応用に極めて優れている。そ
れ故、未来の通信衛星に関係して、その設置および操作
にとりわけ優れた能力が存在する。
【００２８】高デジタル変調レートはスイス特許出願２
３０７／９６において明瞭に説明したようにコヒーレン
ト伝送の原理を適用することによって達成される。この
タイプの変調は光学受信器の受信感度の著しい増大によ
って明確に識別されるとともに、極めて遠く離れたパー
トナーの衛星からの低いビットエラーレート（ＢＥＲ）
の弱い光信号を確実に受信するとともに処理することを
可能にする。
【００２９】上記小さな寸法と低重量は個々の要素の熱
的分離について新規に開発されたコンセプトの結果的な
応用によって達成された。更に、このコンセプトはハイ
ブリッド光学要素、回折要素並びに屈折／反射要素のよ
く考えた組み合わせを採用しており、これらの全ては堅
固な光学ベンチ上に取付け調整される。このため、光学
要素の数は減少する一方、極めてコンパクトな光学ヘッ
ドが実現され、その光学ヘッドは振動に不感で、相互的
に機能し、衛星内に容易に組み込むことができ、かつ、
高い耐久性を保証する。
【００３０】図６は、端末装置からの光学伝送ビームを
対向する端末装置からの光学受信ビームとデータの交換
が行えるように結合することができるようアラインする
のに使用される光学端末装置の指向またはアライメント
装置を示す。指向又は各アライメントプロセスは２つの
部分プロセスにおいて生じ、第１の部分プロセスでは対
向する端末装置によって容易に検出され得るような強い
ビームが発信され、それと同時に対向する端末装置から
の対応する強いビームが検出もしくは指向の粗い設定の
実行によって捕捉され、もしくは、アライメント装置に
よって言わばリンクが第１次近似で達成される。次い
で、対向端末装置との端末装置のリンケージは徴調整装
置を動作することによって、調整され、追跡される。こ
のようにして、全体の指向及びアライメント装置は、多
重ないし複合指向装置とも呼ぶことができ、前記スイス
特許出願２９８８／９６の実施例に詳細に例示されてい
る。
【００３１】捕捉位相の間、端末装置から強いビームを
射出するレーザ発信器およびその強い信号を捕捉するた
めの対向端末装置の捕捉センサ（ＡＳ）は、アクティブ
である。実際のリンケージの間、信号の射出のためのレ
ーザ発信器および追跡センサもしくは各々の受信または
受付のコンビネーションはアクティブである。
【００３２】粗い調整のため、全体の指向または個々の
アライメント装置は方位軸Ａの周りで回転し、更に、実
際の発信および受信要素は垂直軸Ｂの周りで回転する。
方位軸Ａはリンケージの間、発信および受信ビームの方
向に平行に伸び、各方位角はαで示され、上記方位軸Ａ
はαベアリング内に着座している。垂直軸Ｂは方位軸Ａ
に対して垂直に向いており、各垂直軸周りの角度はβで
示され、垂直軸Ｂはβベアリング内に着座している。
【００３３】図１１を参照して、光学ベンチの一例を以
下に説明する。光学ベンチは、受信ビームの平行に伸び
る軸に沿った、または上記軸Ａの方向にそれぞれ向いて
いる個々の光学ユニットを含む。上記指向もしくは個々
のアライメント装置の上記構成は方位軸Ａの周りの回転
は３６０°であり、垂直軸Ｂの周りの回転は１８０°で
あるので、一つの半球にほぼ等しい極めて大きな立体角
度の範囲内で調節することができる。
【００３４】粗いアライメントのプロセスが終了する
と、徴調整アライメントが外部ミラーユニットの助けを
かりて行われる。実際のミラーはある量だけ傾動し得る
ように懸架されており、垂直軸Ｎの幾何学位置はその元
々の垂直軸Ｎｏを中心とした極めて小さい開口角を持っ
た円錐を形成するようになっており、そのことは徴調整
可能な立体角度に対応する。したがって、わずかな質
量、すなわち第２ミラーユニットのみがこの徴調整アラ
イメントに伴って動かされ、したがって、比較的迅速か
つ、低い動力で実行することができる。
【００３５】更に、望遠鏡の後部レンズと前部レンズは
上記指向もしくは各アライメント装置内に配置されてい
る。加えて、変更ビームスプリッタはレンズ発信器のビ
ームパス内に配置されており、レーザビームに対して横
向きの、すなわち方向Ｓを向いた付加的なレーザビーム
を射出することを可能にする。更に、いま一つのビーム
スプリッタが第１と第２の逆転方向の間に配列されてい
る。
【００３６】図７に示すように、端末装置は小型化され
た光学ヘッドおよびそれに接続される電子ユニットから
なる。光学ヘッドの構成は以下のユニットと配置構造を
含む； レーザおよび光変調器 光増幅器 光学ユニット 指向センサ（ＰＡＳ） 捕捉センサ（ＡＳ）および 追跡センサ（ＴＳ）受信ユニットに追跡センサが結合さ
れた第１の電子センサ評価装置を含むＰＡＴ 指向装置（ＰＡＡ）および受信ミラー（ＦＲＭ）のため
のＰＡＴアクチュエータ 電子プレ増幅装置を備えた受信器入力 熱制御のための装置。
【００３７】ＰＡＴアクチュエータは前記スイス特許出
願２９８７／９６において、詳細に記述され、実施例と
して示されている。光学ヘッドはモジュールとして設計
され、それ自身において閉じられているレーザユニッ
ト、および分離された光学結合要素およびファイバ、光
学および光電要素を備えた安定な光学ベンチおよび上記
の電子プレ増幅装置を含んでいる光学ベンチはガラス製
の全面板によって閉じられており（これに関し、図１１
も参照のこと）、それ自身は移行プレートに固定されて
いる。受信開口は４０及至５０ｍｍより小さく保たれて
いる。起こり得る機械的な構造変化の影響は極小化さ
れ、センサＰＡＳ，ＡＳおよびＲＦＥ並びにＰＡＡ及び
ＦＲＭ要素は光学ベンチに直接に取り付けられている。
レーザ光源と変調器は衛星構造にとって良好な熱伝導を
補償し得るように垂直な壁に取り付けられている。電子
プレ増幅装置は、同様に垂直壁に固定されるが、レーザ
光源および変調器からは最大限熱的に独立となるように
配置されている。全体のシステムはハウジング内に設置
され、そのハウジング内にはラウンチロック機構が設け
られ、その機構により、全体の端末装置は衛星から分離
できるようになっている。
【００３８】しかしながら、システムが力学的に平衡化
されている場合にはこのロック機構は省略することがで
きる。送信器（Ｔｘ）のレーザ光源および局部発信器
（Ｌｏ）はそれら自身の論理ユニット内に結合されてお
り、図８に示すように、当該ユニットは光電変調器、光
学遮蔽器、光ビーム成形装置および偏光保持光ファイバ
を有している。
【００３９】レーザユニットは、コンパクトな小型化さ
れた設計において、例えば、射出波長１０６４ｎｍのレ
ーザ注入型ネオジウム−ＹＡＧレーザについて既に検証
済である信頼性を有する光学技術を含むので、本発明に
よる解法はそれ自身有効である。光ファイバの採用はシ
ステムの効率性を向上し、設計上の自由度を増大し、信
頼性を保証する。
【００４０】更に、本発明にかかるいま一つの本質的な
要素は、スイス特許出願３１４６／９６に詳細に記述さ
れた光増幅器の使用であり、輻射レーザ出力を要求レベ
ルまで増大することができる。
【００４１】図９は局部発信器に結合された送信レーザ
の図式的なブロック配線ダイヤグラムを示す。このブロ
ック配線ダイヤグラムから分かるように、光学システム
設計は、最高の性能、小型化、長期の安定性、インター
フェースの数の最小化、モジュラー化、交換性および効
率的な製作に関して最適化されている。
【００４２】図１０は端末装置の電子ユニットを光学ヘ
ッドのブロックダイヤグラムとともに示している。この
ユニットは通信用の実際の電子装置を含んでおり、該装
置はレーザ送信器の信号処理および相手の衛星から受信
した信号の処理を行う。
【００４３】通信用の新しい衛星世代は従来の中継技術
とは対照的に、広帯域の信号の変調および復調をオンボ
ードで実行することを要求している。ここで、本発明に
したがった設計はコヒーレントなホモダイン受信技術の
採用によって重要な一歩を刻むこととなり、入力信号用
およびネオジウム−ＹＡＧレーザ局部発信器用の光ファ
イバは互いに重畳され検出器へと導かれる。この手段に
より、光担体によって伝送された情報はベース帯域へと
混合される。使用される位相シフト変調（ＢＰＳＫ）
は、光伝送技術において習慣的ではない直接検出法と比
較してＧbit/sのビットレートにおいて感度のゲインが
１０ｄＢ以上向上し、衛星通信の場合にはＢＥＲ又は個
々の保証する通信距離に関して好ましい効果をもたら
す。
【００４４】図１１に示された光学ベンチ１００は、ス
イス特許出願２８９７／９６に付帯的に詳細に記述され
ており、複数の光学ユニット、即ち、捕捉センサＲＦ
Ｅ、Ｔｘビームエキスパンダおよびビームコリメータを
有する。これら光学ユニットはベンチ構造１０１上に配
置される。
【００４５】これら光学ユニットの各々はベンチ構造１
０１の容器要素１０２内の端部（図１１の頂部）に受合
わされており、捕捉センサ，ＲＦＥ、ビーコンコリメー
タおよびＴｘビームエキスパンダの軸は夫々平行になっ
ており、光学ベンチ１００は平行化された輻射を処理す
るのに適した構造となっている。光学ユニットは受容容
器要素１０２とベンチ構造１０１とを介して互いに接続
されているだけであるが、図１１の下方に位置する下端
部は、ベンチ構造１０１から独立に突出している。
【００４６】既述したように、ベンチ構造１０１は受容
容器要素１０２を有する。これら要素はベンチ構造１０
１の薄いプレート１０３上に配置され、該プレートは上
記光学ユニットの平行軸に関して水平向きに配置されて
いる。
【００４７】全体の光学ベンチを簡単化する目的で、変
形例では、光学ベンチ内にそれを着座させる代わりにビ
ーコンを直接に昇降機構に取り付けることができる。
【００４８】リブ１０４（そのうちの１つだけを見るこ
とができる）はプレート１０３から離れて突出し、全て
が１０２で示される受容容器要素間に伸びている。
【００４９】図１１においては、輻射シールドプレート
１０５がプレート１０３の光学ユニットに対向する面上
に配置されていることが示され、輻射シールドプレート
１０５は上記プレート１０３と平行に伸び、したがっ
て、光学ユニットの平行軸に関して直交しており、その
下側に配置された光学ユニットの配置領域を覆って、そ
れらを高エネルギー輻射からシールドする。
【００５０】以下の説明は、光学ベンチの上述した例に
応用することができるだけでなく、本発明の技術的範囲
において採用しうる種々の光学ベンチに一般的に関係す
る。この種の光学ベンチは、光学ユニットが比較的短い
端部のベンチ構造に関連してそのための受容容器要素内
に受容されるだけであり、それらユニットの残りの全長
に渡って相互の接続はなく、それらは個々にベンチ構造
から横向きに突出する。この場合、光学ユニットは曲が
りが制限されているため、受容容器要素から始まって、
互いに独立に伸び、本発明の技術的範囲内における光学
ユニットを採用する場合には当然であるが、軸の平行性
と向きの不変性が十分に保証される。
【００５１】ベンチ構造自身は種々の形状を取ることが
できるが、ベンチ構造は、温度勾配、したがって熱の流
れ、もしくは熱膨張がベンチ構造内においてのみ、即
ち、主たる熱膨張方向において、したがって光学ユニッ
トの軸に対して横向きにのみ生成するような方法で設計
されることが肝要である。それ故、光学ユニット相互の
距離は僅かに変化させられるが、これら軸の平行性は維
持されるという条件が満たされるべきである。
【００５２】ベンチ構造における薄い実質的に２次元の
プレートは高熱伝導性の材料で製造される。好ましい実
施例では、プレートの厚さは５−２０ｍｍの範囲内であ
る。かかるプレートは厚さ方向のいかなる位置でも同じ
温度であることが必要で、温度勾配、熱の流れおよび膨
張は、プレートレベルそれ自身でのみ発生し、したがっ
てプレートの曲げ、およびそれによる光学ユニットの傾
動が阻止されるようになっていなければならない。
【００５３】このほぼ２次元のプレートは、好ましくは
剛体ヒンジ手段（簡単のため図示せず）によってアライ
メントユニットにヒンジ付できるように用意される。
【００５４】アルミニュウムや適当なアルミニュウム合
金は比較的高い熱伝導性、低重量、処理の容易さ、比較
的低コストであることから、ベンチ構造にとって好まし
い材料である。
【００５５】輻射シールドプレートは、高エネルギー輻
射をシールドするために設けられるものであって、方向
が固定された光学ユニットの軸の平行配置を妨げてはな
らず、したがって、熱的に惹起されうるプレート面に対
する光学ユニットの傾きがなくベンチ構造に対する相互
の角度位置やそれらユニットの軸方向が維持されるよう
な方法で取り付けられなければならない。
【００５６】この目的のため、輻射シールドプレートと
ベンチ構造との相互の締結は、弾性的な締結であるが、
必要とあらば、輻射シールドプレートは、ベンチ構造に
向かう方向において予想されるプレートの最大の傾きに
少なくとも対応した距離だけベンチ構造から離して配置
されるべきである。ベンチ構造と輻射シールドプレート
との好適な締結はシリコンのようなせん断力が吸収され
るような粘着性弾性材料を用いることである。
【００５７】とりわけ、平行化され、一致した入射およ
び出射光ビームのため輻射シールドプレート上にさらに
別の光学ユニットが配置される場合、入射ビームと出射
ビームの一致性が維持されるためシールドプレートが傾
いたとしても自動的な補正が行われるような方法で配置
することが好ましい。
【００５８】光学ベンチの個々の構成要素およびその接
続部材の寸法緒元に関連して、宇宙空間での実際の稼動
状態のみならず、担体ロケットの始動位置の間に作用す
るストレスを考慮する必要がある。
【００５９】全体の光学システムは図１２に示されてい
る（スイス特許出願２９０５／９６を参照のこと）。
【００６０】光ビームＲxin又はＢinは対向局によって
２つのミラーＣＰＭ１およびＣＰＭ２の最初のミラーに
投射され、これら２つのミラーは互いに斜め平行に配置
され、電子サーボモータによって回転される結果、全半
球からの光ビームをとらえることができる。対向局の方
向に伝送されるべき光ビームＴxoutおよびＢoutの粗い
アライメントは上記ミラー装置によって行われる。対向
局から受信した光ビームの制御のため、並びに対向局へ
伝送される光ビームの制御のためミラーＣＰＭ２は高い
精度で動かすことができる。２つのミラーＣＰＭ１およ
びＣＰＭ２の後、光ビームＲxinまたはＢinは指示体と
しての水晶ガラスプレートＦＷに施された光フィルタＦ
１を通過する。この前面配置の光フィルタＦ１のため、
水晶ガラスプレートＦＷは光ビームＲxinまたはＢinの
波長範囲においてビームに対して透明である。光ビーム
ＲxinまたはＢinの伝播経路に配置されたいま一つのミ
ラーＢＳ２のスクリーン効果によって入射光の光出力は
弱められる。１／４波長板ＱＷＰ２を通るビーム経路
は、光ビームＲxin又はＢinの円偏光を所定の方向の直
線偏光に変換するために用いられる。集光レンズＴ１１
はこの光をビームスプリッタＢＳ３の方向に結像し、こ
のビームスプリッタはＲxin、ＢinをレンズＴ１２およ
びＴ１３の方向の２つのビームに波長にしたがって分割
する。レンズＴ１２はこの光学要素がケプラ望遠鏡の様
式で動作する場合には、集光レンズが用いられる。レン
ズＴ１３を通過したのち、光ビームＢinは光感知要素の
平面配置ＡＳに投射され、その平面配置は入射光の正確
な実際の状態を関連する制御システムに与えるととも
に、この手段によって、捕捉位相の間にアクチュエータ
としてのミラーＣＰＭ１およびＣＰＭ２によって自動的
な補正を行わせる。ビームスプリッタＢＳ３で偏向され
た光ビームＲxinは散乱レンズＴ１２、偏光フィルタＰ
ＯＬ２および１／２波長板ＨＷＰ（簡単な構成では最後
２つの要素は省略できる。）を通過し、次いで、ミラー
ＦＲＭによって更に偏向され、そのミラーの角度は高い
精度と速い速度で調整することができ、ミラーＣＰＭ２
に加えて受信光ビームＲxinの微細なアライメントのた
めのいま一つの手段を構成する。光ビームは更にいま一
つのビームスプリッタＢＳ４を通過し、そのビームスプ
リッタからビームスプリッタＢＳ４に入射する光ビーム
のそれぞれ１／２の光出力を持つ２つのビームになる。
これらのビームは一方は直接に、他方はいま一つの固定
ミラーＭ２によって偏向された後、集光レンズＲＯ１お
よびＲＯ２を通り、互いに平行な２つの二重検出器ＲＦ
ＥＳ１およびＲＦＥＳ２上に投射される。
【００６１】光路長補償は平行板ＰＰによって行われ
る。この補償は群速度Ｌωに関連して行われる。
【００６２】二重検出器ＲＦＥＳ１およびＲＦＥＳ２上
に受信光ビームＲxinによって、投射されたのと同じ光
周波数の偏光保持光学ガイドＰＦＭ２からの光は集光レ
ンズＣ３によって平行化され、偏光フィルタＰＯＬ３を
通過した後、固定ミラーＭ３およびビームスプリッタＢ
Ｓ４を介して受信ビームに同じ偏光方向で重畳された状
態で上記２つの二重検出器ＲＦＥＳ１およびＲＦＥＳ２
上に投射される。光フィルタＦ３およびＦ２は、ビーム
スプリッタＢＳ３から出て来る部分ビームに配置し得る
ことをここで付言しておく。
【００６３】いま一つの光ガイドＰＦＭ３を介して供給
される高出力光源からの光は集光レンズＣ１によって平
行化され、水晶ガラスプレートＦＷの穴を通して光ビー
ムＢoutとしてビームスプリッタＢＳ１に導かれ、この
ビームスプリッタは理想的にはその特定の波長のため、
光ビームＢoutを完全に偏向させる。水晶ガラスプレー
トＦＷの穴は、受信光ビームＲxin又はＢinの経路内に
散乱光が広がってそれを通して複写することを防止する
ために必要とされる。ビームスプリッタＢＳ２は光ビー
ムＢoutをミラーＣＴＭ２およびＣＴＭ１からなる斜め
平行配置構造の方向に完全に偏向させる。平行化された
光ビームＴxoutとして光送信器から供給される光はレン
ズＴ２０およびＴ３０からなる配置構造によってまず拡
張され、偏光フィルタＰＯＬ１を通して直線から円偏光
への変換を行い、１／４波長板ＱＷＴ１の位置に送られ
る。水晶ガラスプレートＦＷ内のいま一つの穴を通し
て、受信光ビームＲxin又はＢinとは結合されていない
光ビームＴxoutは固定ミラーＭ４に達し、ミラーはそれ
をビームスプリッタＢＳ１の方向に反射する。光ビーム
Ｔxoutはその特定の波長の故にビームスプリッタＢＳ１
を僅かな損失で直通し、ビームスプリッタＢＳ２によっ
て偏向され、その大部分がミラーＣＰＭ２及びＣＰＭ１
からなる斜め平行配置構造の方向に向けられる。この光
ビームの光出力の僅かな部分はビームスプリッタＢＳ２
を直線的に通過して、ミラーＭ１の方向に向かい、ミラ
ーＭ１は光ビームをテレホトシステムＴ２に向かわせ
る。このテレホトシステムは集光レンズ並びに光感知セ
ンサの平面配置構造ＰＡＳ上に投射するための散乱レン
ズから成る。これらの配置は対向局へ伝送される光ビー
ムの走行時間の組み合わされた効果、すなわちその角速
度を保証するため、受信光ビームＲxinの方向に反して
光ビームＴxoutが複写されなければならないリーディン
グ角度の実際の値を検出する役割を有する。
【００６４】初期の状態を含む衛星の寿命全体に亙って
種々の段階の要求が本発明にかかる端末装置の種々の作
動モードによって達成される。
【００６５】２つの光ビームＲxin，Ｂinの変わりに単
一の光ビームＩnPを用いる変形例も考えられる。
【００６６】図１３において、これらモードに関するソ
フトウェアのコンセプトが相互の関係及びその効果を示
している。これらは最大の動作の信頼性、高い自由度お
よびホスト宇宙空間物体との最適な共同性を見ることが
できる。これらのモードは、光学装置との組み合わせで
相手の衛星の正確な位置の特定および通信チャネルの活
用を可能にする。ハードウェアとソフトウェアとは実際
の動作コマンドをいかなる時にも理解し、実行する事を
可能にするとともに、これら全てを最小の要求電力で行
うことができるように設計されている。
【００６７】端末装置の作動モードは、とりわけ、サブ
システムの作動モードを設計する基礎を構成する。
【００６８】監視プログラムが種々の作動モードの背景
として機能する。監視プログラムは端末装置の全てのサ
ブシステムの車道を監視するとともに、個々のサブシス
テムでは処理できない誤った出力パラメータや誤動作を
検出する。更に、対向端末装置の所定の機能が監視さ
れ、例えば、その軌道特性の変化や捕捉の間の挙動や信
号強度変化などを検出する。
【００６９】監視結果は評価され、監視データファイル
に格納される。以下に記述するように、この監視データ
ファイルは端末装置がパラメータ追跡モードにあるとき
に呼び出される。
【００７０】エラーマーカーは端末装置の致命的なエラ
ーや衛星中心ネットワークの致命的なエラーをもたらす
ような誤動作若しくは不動作パラメータの欠陥が見いだ
されたとき端末装置のデータフロー中に記される。この
マーカーに続いて完全なエラーメッセージが記述され
る。対向端末装置の特定の挙動は地上からのコマンドに
よって承認される、もしくは阻止される自動的な再構成
を惹起することができる。種々の動作形態、即ち光学端
末装置の個々のモードは図１３を参照して以下に詳細に
説明される。個々の動作の、もしくは、個々のモードは
ラウンチ位相を含む宇宙空間でのサービス機関の種々の
位相の間に端末装置に要求される種々の要求に対応して
いる。これらのモード、モード間の与えられた切り替え
の可能性並びに外部コマンドによるモードの実行の可能
性は図１３のブロックダイヤグラムに示されている。こ
の場合、各モードは楕円形のブロックで示されており、
各外部コマンドは円のブロックで示されており、モード
間の矢印はモードの変更が生じる方向を示しており、外
部コマンドからモードへの矢印はコマンドが受信され、
実行され得ることを示している。端末装置がより大きな
中心ネットワークの１要素である場合、外部コマンドは
個々のネットワーク機能の制御を実行するネットワーク
システムによって出されるか、あるいは地上コマンド局
から衛星ＴＭ／ＴＣサブシステムを介して送られる外部
コマンドである。
【００７１】図１３において、端末装置が担体ロケット
のラウンチの機関の間、ラウンチモードにある場合、次
の位相は担体ロケットの軌道上での位置決めと担体ロケ
ットの分離である。この時間の間、担体ロケットの主な
線に端末装置が接続されることはない。担体ロケットの
熱制御システムは端末装置が実際に使用されない場合に
必要な温度範囲内の温度に端末装置を保持しなければな
らない。指向ユニットのラウンチロック装置は指向ユニ
ットがある特定の位置に維持されるようにロックされ
る。この位置で指向ユニットの入力は、通常、カバーさ
れ、光学システムの開口は対応口に直接さらされないよ
うになっており、それらは担体ロケット、もしくはラウ
ンチシステムから生ずる粒子や他の粉塵などの汚染から
保護される。端末装置はある任意の時間の間、ラウンチ
モードに留まることができる。システムがスイッチオン
されると、端末装置は始動モードに移行し、このモード
ではラウンチロック装置の係合を解除する外部コマンド
を発行する準備がなされる。ラウンチモードへの復帰
は、始動モードもしくは他のいかなるモードからは不可
能である。
【００７２】ターミナルが現在ある軌道モードの詳細な
説明に先立って、ドーマントモードについてまず説明す
る。ドーマントモードでは端末装置は衛星の主ラインに
接続されていない予定されたスイッチオフが発生する
と、指向ユニットはラウンチモードの間と同じ位置にあ
るが、ロック装置は解除される。衛星の熱制御システム
は端末が実際に使用されていない状態である場合の温度
範囲内の温度に端末装置を維持しなけれがならない。
【００７３】図１３にしたがって、端末装置は以下に詳
細に述べるセーフモードからある特定の状況においてな
んらの問題なしにドーマントモードに復帰でき、指向ユ
ニットが上述の固定位置にあること、および所定のシス
テムの遮断が生じていることを保証することができる。
特定の状況にない場合には、端末装置が実際にパワーダ
ウンされることなしに遮断されると指向装置はその固定
位置になく、したがって、対応口がその開口に入射する
可能性があることを示している。光学端末装置は、特に
制限されない期間の間ドーマントモードにとどまること
ができる。
【００７４】軌道モードにおいて、担体ロケットのラウ
ンチ位相の間有効であるロック装置の解除が、システム
が初めてスイッチオンされ、初期化されると地上局によ
る制御下において、ラウンチロック解除なる外部コマン
ド信号によって行われる。このラウンチロック解除コマ
ンドは、端末装置がラウンチモードから軌道モードに移
行した時にのみ発せられる。その理由は、ドーマントモ
ードから軌道モードへの移行が行われた場合には、ロッ
ク解除は既になされているからである。上に述べたよう
に、担体ロケットのラウンチモードの間有効であるロッ
ク装置の解除の後においては、ラウンチモードからの他
のいかなるモードへの復帰が不可能となる。端末制御
は、軌道モードにおいて活性化され、システムが初期化
されるとともに、自己テスト機能が実行される。
【００７５】光学端末装置がラウンチモードから軌道モ
ードに移行した場合、端末制御はラウンチロックを解除
するためのラウンチロック解除コマンドがホストシステ
ムから受信されるまで、軌道モードに止まっていなけれ
ばならない。このコマンドの到着と実行に続けて、端末
制御はセーフモードに移る。
【００７６】端末装置がドーマントモードから軌道モー
ドに移行した場合、初期化および自己テスト機構が完了
した後、セーフモードへの直接の移行がなされる。
【００７７】セーフモードから軌道モードへの復帰はい
かなる場合においても、ドーマントモードを通る経路を
介してのみ可能である。
【００７８】セーフモードでは端末装置、即ち、光学お
よび電子ユニットの熱制御が熱制御手段によって実行さ
れ、端末装置の温度は軌道モードの温度範囲に保たれ
る。端末装置は指向ユニットＣＭＰＡがそのセーフ位置
にあることを保証する。
【００７９】セーフモードは低出力モードであり、端末
装置は制限されない期間の間、このモードにとどまるこ
とができる。
【００８０】セーフモードでは、端末装置は“スタンバ
イ”外部コマンドを受信して実行することができ、この
コマンドによって端末装置はスタンバイモードに切り換
わる。
【００８１】端末装置が軌道モードからセーフモードに
切り替えられない場合、制御はシステムの状態が低出力
状態になっているかどうかをチェックする。いずれかの
モードからシステムの特定のシャットオフを実行するた
めには、いずれの場合も端末装置がセーフモードになっ
ていることが必要であり、そのことによって固定条件が
端末装置内において固定条件が実現されていることを保
証する。
【００８２】衛星の電力供給がセーフモードにおいてス
イッチオフされた場合、端末装置はドーマントモードに
復帰する。
【００８３】端末装置がセーフモードにある間、ソフト
ウェアの更新が外部コマンドによって実行される。一般
的なプログラムの実行がソフトウェアの更新の間は停止
されなければならないのでシステムは各ソフトウェアの
更新の間、固定された状態に維持されなければならな
い。
【００８４】ソフトウェア更新のための外部コマンドが
発せられると端末装置は最初にセーフモードからスタン
バイモードに切り替えられる。端末制御のソフトウェア
ならびにＰＡＴ制御のソフトウェアの両方が更新でき
る。新しいソフトウェアのルーチンもしくはブロックは
地上局から外部衛星のインターフェースを介してロード
され、端末装置の元々のソフトウェアのルーチンが置き
換えられる。一つもしくはその他のソフトウェアの置き
換えが完了する同時に端末装置はソフトウェア更新モー
ドからセーフモードへ復帰する。
【００８５】システムの動作を更新されたソフトウェア
で実行させるため、端末機能のテストが実行される。こ
の目的のため、セーフモードからスタンバイモードへ切
り替えるとともに更にスタンバイモードからテストモー
ドへ切り替えるためのコマンドが発せられる。テストの
終了に続いて端末装置はテストモードからスタンバイモ
ードに復帰し、そこで次の外部コマンドを待つ。
【００８６】既に述べたスタンバイモードは種々の他の
モードから移行することができる。端末装置のサブシス
テムはスタンバイモードにおいて活性化されるととも
に、外部コマンドを受信し、かつ実行する用意をする。
各ユニットおよびレーザの両方の熱制御が実行され、通
信用のレーザ光源がそのスタンバイ温度に保持され、そ
れ故使用可能な状態になる。指向ユニットＣＭＰＡは固
定位置にあり、全てのアクチュエータは初期化され、捕
捉プロセスが直ちに実行され得る状態となる。セーフモ
ードからスタンバイモードに移行した場合、システムは
スタンバイモードの要求に適合する前に軌道位相を通過
する。
【００８７】セーフモード以外の他のモードからスタン
バイモードに移行した場合、指向ユニットＣＭＰＡは固
定位置に達し、システムは所望のモードに移行するのに
十分な量だけパワーダウンされる。このパワーダウンの
プロセスはレーザ強度を最小限まで減少することを含
む。
【００８８】光学端末装置はスタンバイモードに制限さ
れない時間の間とどまることができる。
【００８９】図１３に示すように、他のモードに切り替
えるための４つの可能なコマンドの一つが発せられると
スタンバイモードから移行する。これらの外部コマンド
はセーフモードへの切り替えのための“セーフ”コマン
ド、テストモードへの切り替えのための“テスト”コマ
ンド、指向モードへの切り替えのための“指向＋デー
タ”コマンドおよびパラメータ更新モードへの切り替え
のための“パラメータ更新”コマンドである。
【００９０】指向モードは“指向＋データ”コマンドが
発せられたときに、ソフトウェア更新モードからのみ移
行できる。上記の“指向＋データ”の外部コマンドと同
時に、端末装置は以下のデータセットを受信する： １．担体物体の方位状態を示すパラメータ、 ２．担体物体の追跡要素、 ３．対向端末の追跡要素、 ４．接続時間、および ５．同期信号による実時間。
【００９１】コマンドの受信に続いて、ビーコンレーザ
および２つの接続レーザ、即ち、送器機および局部発信
器がスイッチオンされ、捕捉に必要な安定した作動条件
に保持される。
【００９２】外部コマンド“指向＋データ”と同時に受
信した値からＰＡＴプロセッサは指向ユニットＣＭＰＡ
について、接続時間ｔを予測する方位および仰角の計算
を開始するとともに、更に、ターゲットを追跡するため
の角度の値およびリードの要求角度が計算される。指向
ユニットＣＭＰＡは開口端末装置の計算された位置に目
標を定め、計算から求められた角度の値によって対向端
末を追従することを開始する。端末装置がこの状態に達
するや否や指向モードから捕捉モードへの自動切り替え
が行われる。この指向プロセスは“指向＋データ”外部
コマンドの受信ののち２０秒以下の所定の時間内に完了
される。
【００９３】端末装置は指向モードにある間、“スタン
バイ”外部コマンドによってスタンバイモードに復帰さ
せることができ、また、“セーフ”外部コマンドによっ
てセーフモードに復帰させることができる。セーフモー
ドへの復帰のコマンドによって端末装置はそれがセーフ
モードに切り替えられる以前にスタンバイモードの状態
までまずパワーダウンされる。
【００９４】捕捉モードに入ると、端末装置はビーコン
レーザと通信レーザによって対向端末の特定の軌跡を追
従する。端末装置は対向端末装置の捕捉を以下の連続ス
テップにおいて実行する： １．捕捉センサＡＳにより対向端末装置からのビーコン
信号の検出、ここでビーコンは必要ならばサーチ移動を
実行するこができる； ２．指向ユニットＣＭＰＡによる粗い視野ラインアライ
メント； ３．捕捉センサＡＳによる対向端末装置のビーコン信号
の追跡； ４．指向ユニットＣＭＰＡによる微細視野ラインアライ
メント； ５．捕捉センサＡＳによる対向端末装置からのビーコン
信号の連続追跡と受信センサＲＦＥＳ１およびＲＦＥＳ
２による通信信号の空間的な捕捉； ６．指向ユニットＣＭＰＡと受信器ミラーＦＲＭを用い
た微細視野ラインアライメントの続行と接続信号の周波
数捕捉； ７．ビーコン信号のスイッチオフ。 これら７つのステップが実行された後、端末装置は捕捉
モードから通信モードは自動的に切り替えられる。
【００９５】接続構成に依存して、対向端末装置を捕捉
する上記の各ステップの実行は、外部コマンドの受信後
１５秒以内の所定の時間内で終了する。もし、最初のサ
イクルで捕捉が成功裡に実行できなかった場合には、第
２回目の捕捉サイクルが開始される。第２回目の捕捉サ
イクルが成功しなかった場合、端末装置は捕捉モードか
らスタンバイモードへ戻り、衛星にエラー信号を発す
る。
【００９６】端末装置が捕捉モードにある間、衛星は端
末装置に対し、捕捉モードからスタンバイモードへ復帰
するために“スタンバイ”コマンドまたはセーフモード
へ復帰するための“セーフ”コマンドを発する。セーフ
モードへの復帰のための“セーフ”コマンドが受信され
ると、端末装置はセーフモードに切り換わる前にまずス
タンバイモードへパワーダウンする。
【００９７】通信モードへ入った後、端末装置は対向端
末装置との相互接続のための動作を開始する。追跡は実
際には受信信号に基づいて徴調整用受信器ミラーと協動
して指向ユニットの微細アライメントユニットにより実
行される。
【００９８】対向端末装置の動作に依存して端末装置は
制限されない時間の間、通信モードにとどまることがで
きる。
【００９９】端末装置が通信モードにある間、衛星は端
末装置に対し通信モードからスタンバイモードへ復帰す
るための“スタンバイ”コマンドもしくはセーフモード
へ復帰するための“セーフ”コマンド、またはパラメー
タ更新モードへ切り替えるための“パラメータ更新”コ
マンドを発することができる。セーフモードへの復帰の
ための“セーフ”コマンドが出されると、端末装置はセ
ーフモードへ切り換わる前にまずスタンバイモードへパ
ワーダウンされる。
【０１００】監視プログラムが受信信号の強度経過、も
しくはエラー数の増加等の接続異常を検出すると異常の
形態を記述したメッセージを対向端末装置に送る。
【０１０１】それによって接続状態が改善された場合、
対応する信号が対向端末装置に送信される。所定の進出
が再び達成された場合には、このことが対向端末装置に
報告され、接続は連続的に行われる。
【０１０２】端末装置が光学接続を介して対向端末装置
から接続の悪化が生じたことを示すメッセージを受け取
ると、端末装置は最適化ルーチンを開始する。
【０１０３】この最適化ルーチンは、最適化サイクルの
間、発散的な最適化の結果としての接続ロスを防ぐため
送信強度における増大で始まる。最適化ルーチンはリー
ディング角の修正ルーチンで続行される。最適化ルーチ
ンは対向端末装置から受信した状態報告に従う。接続状
態が所定の値まで改善されたというメッセージが到着す
るやいなや、最適化ルーチンは停止され、レーザの強度
は所定の値に再び低下される。測定された偏差パラメー
タはＰＡＴアルゴリズムを更新するのに使用される。
【０１０４】接続を断つべきときは、端末装置はビーコ
ンレーザを起動し、通信モードから捕捉モードに切り換
え、それによって捕捉ルーチンが開始される。この捕捉
モードにおいて、対向端末装置を再び捕捉することが可
能でないならば、端末装置は捕捉モードからスタンバイ
モードに切り換え、衛星にメッセージを送り、衛星から
の次のコマンドを待つ。
【０１０５】端末装置の全ての機能についての自己テス
トがテストモードにおいて行われるが、このテストモー
ドはスタンバイモードからのみ移行できる。この自己テ
ストは種々の異なるテストを含むことができる。
【０１０６】個別テストの第１のグループは端末装置の
制御に関するものである、即ち： １ａ：ビット状（bit-wise）ＲＡＭテスト； １ｂ：ＲＯＭについてのコントロールサム（control su
m）テスト； １ｃ：タイマーテスト； １ｄ：ＣＰＵテスト； １ｅ：Ｓ／Ｃインターフェーステスト； １ｆ：支持設備（例えば、各要素に対する熱制御システ
ム、電力変換器）の機能および性能テスト； １ｇ：ＰＡＴおよび接続Ｓ／Ｓの自己テストシーケンス
の初期化。
【０１０７】個別テストの第２のグループはＰＡＴサブ
システムを対象とし、以下のものを含む； ２ａ：ビット状ＲＡＭテスト； ２ｂ：ＲＯＭについてのコントロールサムテスト； ２ｃ：タイマーテスト； ２ｄ：ＣＰＵテスト； ２ｅ：ＣＭＰＡ，ＦＲＡ，ＰＡＡ，ＰＡＳ，ＡＳの機能
および性能テスト； ２ｆ：コーダーの初期化； ２ｇ：ＡＳの暗電荷較正； ２ｈ：ビーコンレーザの機能および性能テスト。
【０１０８】個別テストの第３のグループは通信サブシ
ステムのテストに関するもので、 ３ａ：レーザ動作パラメータ； ３ｂ：文字発生および分析のテスト。
【０１０９】既に述べたように、テストモードにはスタ
ンバイモードからのみ、外部コマンド“テスト”によっ
て移行される。
【０１１０】レーザはテストモードの間に所定のレベル
に調整される。全体のテストプロセスは約１２０秒の間
に行われる。テスト結果は、テストデータファイルに格
納され、そのファイルへのアクセスは、テスト結果を分
析し、必要とあらば、必要な処理を行う外部装置により
なされる。テストモードの終了に当たっては、端末装置
は再びスタンバイモードに復帰する。
【０１１１】パラメータ更新モードは、外部コマンド
“パラメータ更新”によって、実際には常にスタンバイ
モードから移行される。外部コマンド“パラメータ更
新”が発行された時に、端末装置がスタンバイモードに
なく通信モードにある場合、スタンバイモードへの中間
的な切り換えが行われる。ルーチンの内的最適化はパラ
メータ更新モードにおいて実行される。
【０１１２】端末装置は、上記したように監視プログラ
ムによって決定され、先に述べた監視データファイルに
格納されている数値を評価する。パラメータ更新テーブ
ルが、この評価結果に基づいて作成される。このパラメ
ータ更新テーブルは承認のため外部インターフェースに
送られる。新しいパラメータのセットは外部の承認を受
領したのちにロードされる。
【０１１３】パラメータ更新が完了すると、端末装置は
パラメータ更新モードからスタンバイモードに復帰す
る。新しいパラメータを使用するに際して全体のシステ
ムの効果をテストするため、テストを実行することがで
き、この目的のため、外部コマンド“テスト”が発行さ
れ、端末装置はテストモードに切り換えられる。テスト
が完了すると、端末装置はテストモードからスタンバイ
モードへ復帰する。
【０１１４】時に光学ヘッドとも呼ばれる集合光学ユニ
ット１４１は図１４に示されており、図１５に示すよう
に、光学ユニット１４２、支持ユニット１４３および光
学サスペンション１４４からなり、光学サスペンション
１４４は光学ユニット１４２と支持ユニット１４３との
間の接続を構成している。
【０１１５】光学ユニット１４２自身は、図１１に関連
して説明した如き光学ベンチ１４５を含む。光学ベンチ
はベンチ構造１４７上に固定された平行な軸を持つ複数
の個別光学ユニット１４６を有している。ケース１４８
は光学ベンチ１４５の上側に位置し、その内部には指向
装置、又は個別アライメント装置並びに位置決めされた
センサ類およびレーザが配置されている。指向装置又は
個別アライメント装置は方位角および仰角を設定し、或
は個々に変化させることを可能にする。方位角を変化さ
せる場合、図１４および図１５では鉛直に向けられてお
り、個々の光学ユニット１４６の軸と平行となっている
軸１４９の廻りで光学バンク（opticalbank）を回転さ
せる。この方位角の調整は、仰角の設定と同様、図６に
関連して既に詳細に説明している。指向装置の相対回転
のための駆動装置もケース内に配置されている。
【０１１６】さらに、ロック装置が設けられており、担
体ロケットのラウンチおよび位置決め位相の間、相対回
転がブロックされる。
【０１１７】支持ユニット１４３は図７に関連して詳細
に説明したように、光学サスペンション１４４を介して
光学ユニット１４２に結合されている。支持ユニット１
４３は４つの縦壁と底部（構造板）とを有する略直方体
のハウジングから構成されている。このハウジングは電
子装置とレーザ装置を収納しており、それらはハウジン
グ内においてある距離をおいて配置されており、とりわ
け、電子装置をレーザ装置によって惹起される有害な温
度変動から保護するよう配慮されている。組立てられた
状態では、光学ベンチの個々の光学ユニットはハウジン
グ内に突出している。底部、即ち、構造板は高い熱伝導
性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 衛星通信における従来技術の発展を示すダイ
ヤグラムである。
【図２】 ＬＣＤＳシステム構成とＲＦ技術との間の比
較を表わすダイヤグラムである。
【図３】 従来技術の光学端末装置の光学指向構造を示
す。
【図４】 従来技術に従ったＬＣＥシステムのブロック
ダイヤグラムである。
【図５】 ヨーロッパＳＩＬＥＸの構想を示す。
【図６】 本発明に従った光学端末装置の図式的な構造
を示す。
【図７】 本発明にしたがって使用される光学ヘッドの
図式的な構造を示す。
【図８】 本発明に従ったレーザユニットの図式的なブ
ロックダイヤグラムである。
【図９】 局部発信器を備えた送信レーザの図式的な回
路ダイヤグラムである。
【図１０】 光学ヘッドと電子ユニットのブロックダイ
ヤグラムである。
【図１１】 光学ベンチの斜視図である。
【図１２】 光学ベンチの動作モードの図式的な構成を
示す。
【図１３】 本発明に従った端末装置の動作モードのフ
ローチャートである。
【図１４】 本発明に従った光学端末装置の全体斜視図
である。
【図１５】 図１４に示す光学端末装置の分解斜視図で
ある。
【符号の説明】
１０，１０１，１４７ ベンチ構造 １００，１４５ 光学ベンチ １０３ 受け合いプレート １０５ 複写シールドプレート １４１，１４２，１４６ 光学ユニット １４３ ハウジング ＡＳ 補足センサ ＣＰＭ１，ＣＰＭ２ ミラー ＦＲＭ 受信（検出）ミラー ＰＡＡ 指向装置 ＰＡＳ 指向センサ ＲＥＦ 受信入力 ＲＦＥＳ１，ＲＦＥＳ２ 二重検出器 ＴＳ 追跡センサ Ｔｘ 伝送レーザ。
フロントページの続き (72)発明者 マンフレート・ヴィティヒ オランダ、エヌエル−2162カーエル・リ セ、アンケ・セルバス・ストラート19番 (72)発明者 エドガー・フィッシャー スイス、ツェーハー−8555ミュールハイ ム・ドルフ、クロイツリンガーシュトラー セ43アー番

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 広帯域光変調および受信技術による衛星
    を介した光情報伝送方法は、 コヒーレントな重畳受信および指向、捕捉および追跡の
    ためのタイオードレーザと、 伝送および受信ビームをアライメントのための２段指向
    およびアライメント装置を構成する、２枚鏡を用いた光
    学系と、 ハイブリッド光学要素、回折エレメント並びに屈折／反
    射要素の組合せとを用いて、 コヒーレント重畳受信による光アライメントの制御をな
    し、 半導体増幅器による光位相変調を行い、 少なくとも１００Ｍbit/sから好ましくは１.５Ｇbit/s
    までの伝送ビットレートおよび少なくとも５００ｍから
    ４,５００ｋｍ、好ましくは１,２００ｋｍの伝送距離で
    ある光情報伝送方法。
  2. 【請求項２】 ビーコンレーザが光アライメントのため
    に設けられ、捕捉位相で走査移動を実行することを特徴
    とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の方法を実行する
    光端末としての装置は、 伝送された光の生成と局所発振器の両方のためのポンプ
    注入型固体レーザ、 単一モード変調レーザ光の送信および受信のための直径
    ５０ｍｍ未満の光学開口、 光アライメントを制御するための捕捉、追跡および受信
    センサと通信および端末の制御を行うための分離された
    電子ユニットとを備えており、 上記光学系は操作のために必要な全ての光および光電要
    素を備える準モノリシックなベンチ上に配置されている
    ことを特徴とする、光端末装置。
  4. 【請求項４】 上記光学端末装置はレーザユニットおよ
    び光変調器、 光増幅器、 光学ユニットをもつ光学系、 指向（ＰＡＳ）、捕捉（ＡＳ）、および追跡（ＴＳ）セ
    ンサ、 電子プレ増幅器を備えたＰＡＴ電子装置、ここで追跡セ
    ンサ（ＴＳ）は受信入力（ＲＦＥ）に結合されている、 指向装置（ＰＡＡ）および受信ミラー（ＦＲＭ）のアラ
    イメントのためのＰＡＴアクチュエータ、および電子制
    御および監視装置を備えることを特徴とする、請求項１
    から３のいずれか一つに記載の光学端末装置。
  5. 【請求項５】 上記レーザユニットは、伝送レーザ（Ｔ
    ｘ）および局部発振器、光電変調器、光学遮断器、光ビ
    ーム整形手段並びに偏光保持光ファイバからなることを
    特徴とする、請求項４記載の光学端末装置。
  6. 【請求項６】 光増幅器は、ゲイン生成媒体を含み、そ
    れによって繰り返し経路が増幅サイクルのフレームワー
    ク内で形成されることを特徴とする、請求項４又は５に
    記載の光学端末装置。
  7. 【請求項７】 光学光増幅器は半導体増幅器であり、そ
    の増幅手段は断面積が変化する光学的ウエーブガイドに
    位置することを特徴とする、請求項４又は５に記載の光
    学端末装置。
  8. 【請求項８】 光増幅器は半導体増幅器であり、ファイ
    バ増幅器として実装されていることを特徴とする、請求
    項４または５に記載の光学端末装置。
  9. 【請求項９】 上記光学ユニットは、複数の光学ユニッ
    トを備える光学ベンチ（１００，１４５）を有し、それ
    らのうち捕捉センサ（ＡＳ）、受信入力（ＲＥＦ）、伝
    送された光の出力（ｔｘビームエキスパンダ）および指
    向光伝送器（ビーコンコリメータ）はベンチ構造（１０
    １，１４７）上に光学ユニットの垂直軸が薄い受け合い
    プレート（１０３）と直交し、かつ、光学ユニットと平
    行に伸びるように配置されていることを特徴とする、請
    求項３から８のいずれか一に記載の光学端末装置。
  10. 【請求項１０】 複写シールドプレート（１０５）は軸
    平行に配置された光学ユニット（１４６）に関して直交
    するように設けられ、複写シールドプレートの下側に配
    置された光学ユニット（１４６）の領域を覆い、高エネ
    ルギー複写から光学ユニットをシールドすることを特徴
    とする、請求項９記載の光学端末装置。
  11. 【請求項１１】 ベンチ構造（１０）は高熱伝導性と低
    比重の材料、とりわけ、アルミニウムもしくはアルミニ
    ウム合金からなることを特徴とする、請求項９または１
    ０記載の光学端末装置。
  12. 【請求項１２】 光学系は２つのミラー（ＣＰＭ１，Ｃ
    ＰＭ２）を有し、それら２つのミラーは互いにペリスコ
    ーピックに配置されており、それによって対向端末の伝
    送ビームが一方で受信されるとともに、他方で、それ自
    信の伝送ビームが対向端末に指向されることを特徴とす
    る、請求項４記載の光学端末装置。
  13. 【請求項１３】 検出ミラー（ＦＲＭ）が第２ミラー
    （ＣＰＭ２）の下流側に結合されており、受信ビームか
    らの伝送ビームのズレは互いに直交配列された２つの２
    重検出器（ＲＦＥＳ１，ＲＦＥＳ２）を有する系を介し
    て検出されることを特徴とする、請求項１２記載の光学
    端末装置。
  14. 【請求項１４】 群速度Ｌωに関する光路長補償を行う
    平行プレート（ＰＰ）が一方の２重検出器（ＲＦＥＳ
    １）の正面に設けられていることを特徴とする、請求項
    １３記載の光学端末装置。
  15. 【請求項１５】 検出ミラー（ＦＲＭ）の機能は第１の
    ミラー（ＣＰＭ１）に同様に転送されることを特徴とす
    る、請求項１３または１４に記載の光学端末装置。
  16. 【請求項１６】 電子制御および監視ユニットはソフト
    ウェアプログラムを有し、とりわけ、サブシステムにお
    ける種々の操作モードに対する作動コマンドを最小の電
    力要求が保証されるような方法でトリガすることを特徴
    とする、請求項４から１５のいずれかに記載の光学端末
    装置。
  17. 【請求項１７】 光学監視ユニットは、対向カウンタに
    おける軌道特性の変化、捕捉挙動および信号強度変化な
    どの機能が検出できる手段を有することを特徴とする、
    請求項１６記載の光学端末装置。
  18. 【請求項１８】 給紙モード、ブラウンチモード、スタ
    ートアップモード、セーフモード、スタンバイモード、
    指向モード、捕捉モード、通信モード、ソフトウェア更
    新モード、パラメータ更新モード、テストモードの操作
    モードを選択することができることを特徴とする、請求
    項１５記載の光学端末装置。
  19. 【請求項１９】 端末（１４１）はハウジング（１４
    ３）を有し、ハウジング内において光学ユニット（１４
    ２）、レーザユニットおよび電子制御および監視ユニッ
    トが互いに熱的に分離されていることを特徴とする、請
    求項４記載の光学端末装置。
  20. 【請求項２０】 光学ユニット（１４１）は上記アライ
    メントユニットにフランジ取付けするための固体ヒンジ
    を有することを特徴とする、請求項４記載の光学端末装
    置。
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