JPH10319107A - 静止衛星追跡用簡易型測角システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測精度を向上でき、安価でかつ容易にシス
テムを構築する。 【解決手段】 主系では、主系大型空中線４で受信した
受信搬送波信号をダウンコンバータ９ａによって周波数
変換した後、追尾受信装置５で主系受信搬送波の位相を
捕捉し、それを基準位相（ωｔ）として同期した信号を
得る。一方、副系では、副系小型空中線３で受信した、
位相（ωｔ＋φ）を持つ受信搬送波信号をダウンコンバ
ータ９ｂで周波数変換する。位相差計測装置１０は、上
記追尾基準位相信号をｓｉｎ成分とｃｏｓ成分に分離
し、それぞれを副系からの上記ＩＦ信号と乗算した後、
積算処理を施す。位相計測部１４は、上記ｓｉｎ成分と
ｃｏｓ成分の信号に対してｔａｎ^-1を計算し、主系と副
系における受信搬送波の位相差φを計測する。計算機１
５は、空中線指向角度読み取り装置の角度データおよび
位相差φに基づいて地上局から見た静止衛星方向の角度
θを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電波干渉計の背
景技術を利用した高精度な測角システムに係り、衛星通
信産業の需要増加に伴う静止軌道上の人工衛星の過密化
に対して近接静止衛星の接近や衝突を事前に回避するた
めに、地上局から見た静止衛星方向の角度計測を行う静
止衛星追跡用簡易型測角システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】地上局から見た静止衛星の仰角および方
位角の角度情報を得る場合、２通りの手法がある。第１
の手法では、静止衛星が地上局に向けて送信する電波の
空中線に対する入線方向と、空中線の静止衛星に対する
追尾指向中心とが一致するように追尾した時、空中線マ
ウント部の仰角および方位角の回転軸に取り付けられて
いる空中線指向角度読み取り装置によって計測を行う。
第２の手法では、静止衛星の送信電波の入線方向に対す
る水平および垂直方向を基線として小口径の空中線を配
置して、電波干渉計の原理により主系および副系におけ
る静止衛星送信電波の到達位相差を求め、各空中線の基
線長に対する電波の到来角度の計測を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記第１の
手法では、地上局の追尾用空中線に設置される指向角度
読み取り装置を用いて高精度な測角を行う場合、空中線
における受信系および駆動系の機械的なたわみや歯車系
の回転制御の誤差により、空中線の回転軸に付帯する指
向角度読み取り装置が外乱を受ける。このため、測定精
度を損なうことから、機械性能に制限され測定精度は自
ずと限界に達するという問題がある。ここで、上記の各
部機械的誤差要因を軽減するために既設設備を改造した
り新規装置を入れ替えたりして、現状よりも高精度な測
角を行うことを想定しても、部品の交換、装置の改修、
設置に伴う工事、および用地確保などの煩雑な作業を伴
うとともに、算用の面においても多大な負担となるとい
う問題がある。

【０００４】また、上記第２の手法では、主系および副
系の双方に小口径の空中線を配置しなければならない。
しかしながら、計測精度は空中線口径の大きさに依存す
る受信搬送波対雑音比Ｃ／Ｎｏで決定するため、従来方
式の小口径空中線では測定精度に限界があるという問題
があった。

【０００５】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、計測精度を向上でき、安価で、かつ容易にシス
テムを構築できる静止衛星追跡用簡易型測角システムを
提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、請求項１記載の発明では、地上局から見た静
止衛星方向の角度計測を行う静止衛星追跡用簡易型測角
システムにおいて、静止衛星の送信搬送波信号を受信す
る大型空中線と、前記大型空中線に所定の距離を隔てて
配設され、前記静止衛星の送信搬送波信号を受信する小
型空中線と、前記大型空中線の受信搬送波と前記小型空
中線の受信搬送波との位相差を求める位相差計測手段
と、前記位相差計測手段により計測された位相差に基づ
いて、静止衛星の送信搬送波信号の到来角を演算する演
算手段と具備することを特徴とする。

【０００７】また、請求項２の発明では、請求項１記載
の静止衛星追跡用簡易型測角システムにおいて、前記位
相差計測手段は、前記基準位相信号のｓｉｎ成分とｃｏ
ｓ成分を分離する分配手段と、前記分配手段によって分
離された前記ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分を、前記小型空中
線で受信した送信搬送信号から得られた搬送波ＩＦ信号
と乗算する乗算手段と、前記乗算手段からの２つの信号
成分に対し、ｔａｎ^-1演算を行うことにより、前記大型
空中線の受信搬送波と前記小型空中線の受信搬送波との
位相差を算出する位相差算出手段とを具備することを特
徴とする。

【０００８】また、請求項３記載の発明では、請求項２
記載の静止衛星追跡用簡易型測角システムにおいて、前
記位相差計測手段は、前記受信搬送波位相差を計測する
際、前記基準位相信号のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の
信号と、前記小型空中線で受信した送信搬送信号から得
られた搬送波ＩＦ信号とを前記乗算手段によって乗算し
た後、２つの成分の信号に対し積分処理を施す積分手段
を具備することを特徴とする。

【０００９】また、請求項４記載の発明では、請求項１
ないし３のいずれかに記載の静止衛星追跡用簡易型測角
システムにおいて、前記大型空中線は、前記静止衛星の
送信搬送波信号の位相を基準位相として前記静止衛星を
追尾する追尾装置を備え、前記演算手段は、前記位相差
計測手段により計測された位相差および前記追尾装置に
より得られる空中線指向角度に基づいて、前記静止衛星
の送信搬送波信号の到来角を演算することを特徴とす
る。

【００１０】本発明では、既設装置に対して大規模な改
造を行わず、手軽に持ち運びができる小型空中線を施設
内の適切な場所に追加設置することで、既設大型空中線
と小型空中線とともに地上局と静止衛星に対する絶対測
角を行ない、既設の空中線設備における元来の測角精度
を向上させる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に図面を参照してこの発明の実
施形態について説明する。 Ａ．本発明の原理 本発明の測角方式は、電波干渉計による計測を背景技術
として、既設の大型空中線を主系、新たに設置する小型
空中線を副系として用いて、静止衛星から送信される搬
送波信号を主系及び副系の各空中線で受信して、それぞ
れの系における受信信号の到着時刻差より生じる受信搬
送波の位相差を計測し、それを電波到達時間差に換算し
て地上局から静止衛星を見た時の角度を計測するもので
ある。

【００１２】本発明では、測定精度の向上を図る目的
で、主系空中線として対静止衛星通信用の大型空中線
（ＴＴＣ用）を想定する。空中線利得は、開口半径の二
乗に比例することから、例えば、口径が従来の小口径に
比べて１０倍とすると、受信搬送波対雑音比Ｃ／Ｎｏは
理論上２０ｄＢの向上となる。また、上記大型空中線に
は、衛星の運動に対する搬送波信号の変動を追尾する能
力を有することから、指向ポインチィング損失などによ
る受信搬送波対雑音比Ｃ／Ｎｏの劣化は軽減される。計
測精度向上について具体的に説明する。受信搬送波対雑
音比をＣ／Ｎｏ、追尾捕捉ループ内等価雑音帯域幅を
Ｂ、受信雑損失をＬｏとすると、追尾捕捉ループ内信号
対雑音比Ｓ／Ｎは次のようになる。 Ｓ／Ｎ＝Ｃ／Ｎｏ−１０ｌｏｇ（２Ｂ）−Ｌｏ

【００１３】また、基準位相における位相雑音δφは次
式のようになる。 δφ＝１／（Ｓ／Ｎ）^1/2 上記の説明より、主系大型空中線における受信搬送波対
雑音比Ｃ／Ｎｏは高く、上記等価雑音帯域幅Ｂと受信雑
損失Ｌｏを定数として扱うと、主系空中線の後段の追尾
受信装置では、衛星送信搬送波信号の追尾捕捉ループ内
信号対雑音比Ｓ／Ｎは従来のものより高くなる。したが
って、上式より追尾基準位相の位相雑音δφが低下する
ためシステム全体の高精度化を図ることができる。

【００１４】また、簡便なシステムの構築を行う目的
で、主系の大型空中線では大規模な拡張工事を必要とせ
ず受信搬送波信号を授受するための信号伝送路を確保す
る改造のみを施し、副系では従来のものより口径の小さ
い、手軽に持ち運びができる汎用の小型空中線を用い
る。但し、上記副系空中線の小型化に伴う位相精度の劣
化を防ぐため、積分器を挿入して受信搬送波信号の位相
情報を保護する。

【００１５】Ｂ．実施形態の構成 図１は本発明に係わる追尾受信部と位相差計測部の構成
を示すブロック図である。また、図２は本発明に関する
測角システムの全体構成を示すブロック図であり、図３
は上空より見た各空中線の配置である。なお、各図にお
いて、対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略
する。

【００１６】まず、図１を参照して具体的に説明する。
図において、副系小型空中線３および主系大型空中線４
は、静止軌道上に位置し、空中線の指向対象となる静止
衛星（図示略）が送信する静止衛星送信搬送波信号を受
信する。副系小型空中線３は、主系大型空中線４が受信
する位相（ωｔ）を持つ静止衛星送信搬送波信号に対
し、電波到達時刻差よる位相差φを含んだ位相（ωｔ＋
φ）を持つ静止衛星送信搬送波信号（受信搬送波信号）
を受信する。

【００１７】副系小型空中線３は、手軽に持ち運びがで
きる小型軽量の空中線であり、図３に示すように、静止
衛星の送信搬送波の入線方向に対して、水平方向と垂直
方向にそれぞれ配置され、この時の主系大型空中線４と
の間隔は要求測角精度に基づいた数十ｍの基線長とな
る。ここで１つの基線長において副系小型空中線３を１
基だけ配置した場合には、計測位相角ωｔ＋２ｎπ（ｎ
＝１，２・・・）において、２ｎπの位相差不確定性が
生じる。このため、一般に電波干渉計の原理を応用した
測角システムでは、主系大型空中線４と副系小型空中線
３の他に上記位相差不確定性の除去のための副系小型空
中線３をさらに１基、主系大型空中線４の近傍に設置す
る。但し、本発明では、既設の大型空中線が元々追尾受
信する機能を有しており、指向角度読み取り装置の計測
角度情報より位相差不確定性を除去することができるこ
とから、特に位相差不確定性除去用の空中線は必要とし
ない。なお、位相差不確定性の補助計測を目的として本
発明の測距方式に具備することは可能である。主系大型
空中線４は、ＴＴＣ用の既設の大型アンテナであり、既
存のφ１．２ｍパラボラアンテナに比べて、５倍〜１０
倍の直径を有し、１５〜２０ｄＢの利得向上を有する。

【００１８】主系において、ダウンコンバータ９ａは、
主系大型空中線４によって受信された受信搬送波信号を
周波数変換した後、追尾受信装置５に供給する。追尾受
信機５は、位相検波器６、低域通過ろ波器７および電圧
制御発振器８から成る。この３つの機器で構成される位
相同期ループは、入力信号の位相と同期するようにルー
プ内位相を制御するため、上記主系大型空中線４から入
力される受信搬送波信号の位相は上記ループ内で捕捉さ
れる。追尾受信装置５は、基準位相（ωｔ）として同期
した信号を後段の位相差計測装置１０に供給する。

【００１９】副系において、ダウンコンバータ９ｂは、
副系小型空中線３によって受信された位相（ωｔ＋φ）
を持つ受信搬送波信号を周波数変換し、その出力ＩＦ信
号を位相差計測装置１０に供給する。位相差計測装置１
０は、積分器１１ａ，１１ｂ、乗算器１２ａ，１２ｂ、
ｓｉｎ／ｃｏｓ分配部１３、位相計測部１４からなる。
ｓｉｎ／ｃｏｓ分配部１３は、主系からの上記追尾基準
位相信号をｓｉｎ成分とｃｏｓ成分に分離する。乗算器
１２ａ，１２ｂは、ｓｉｎ／ｃｏｓ分配部１３で分離さ
れたｓｉｎ成分とｃｏｓ成分のそれぞれの信号を、ダウ
ンコンバータ９ｂからの上記ＩＦ信号と乗算して積分器
１１に供給する。積分器１１は、それぞれの信号に対し
て積算処理を施す。該積分器１１ａ，１１ｂは、積算に
よって副系小型空中線３の小型化に伴う位相精度劣化を
軽減し、搬送波の位相情報の保護する役割を果たす。位
相計測部１４は、上記ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分の信号に
対して「ｔａｎ^-1」を計算し、主系と副系における受信
搬送波の位相差φを計測し、後段の計算機１５に出力す
る。

【００２０】図２に示す計算機１５は、搬送波入射方向
に対する水平方向及び垂直方向の基線より計測される２
つの位相差データの他に、位相差不確定性除去を目的と
した主系大型空中線４に付帯の空中線指向角度読み取り
装置の計測値（角度データ）１６を収集し、これらデー
タに対して時刻装置で時刻付けをし、地上局から見た静
止衛星方向の角度θを算出する。

【００２１】図２を参照して上記角度θの算出を具体的
に説明する。地上局から見た衛星方向角度をθ、基線長
をＢ、電波到達時間差をτ、光速度をｃ、搬送波の波長
をλとすると、計測位相差φは次のようになる。但し、
位相差不確定性は上記空中線指向角度読み取り装置の角
度データにより除去できてといるものとする。 τ＝Ｂ・ｃｏｓθ／ｃ φ＝２π・ｃ・τ／λ ＝２π・Ｂ・ｃｏｓθ／λ 従って、角度θは次のように求まる。 θ＝ｃｏｓ^-1｛φ・λ／（２π・Ｂ）｝

【００２２】Ｃ．実施形態の動作 次に、本実施形態による静止衛星追跡用簡易型測角シス
テムの動作について説明する。主系では、主系大型空中
線４で受信した受信搬送波信号をダウンコンバータ９ａ
によって周波数変換した後、追尾受信装置５によって主
系受信搬送波の位相を捕捉し、それを基準位相（ωｔ）
として同期した信号を後段の位相差計測装置１０へ出力
する。

【００２３】一方、副系では、副系小型空中線３で受信
した、位相（ωｔ＋φ）を持つ受信搬送波信号をダウン
コンバータ９ｂで周波数変換し、その出力ＩＦ信号を位
相差計測装置１０に入力する。位相差計測装置１０で
は、主系からの上記追尾基準位相信号をｓｉｎ／ｃｏｓ
分配部１３によってｓｉｎ成分とｃｏｓ成分に分離し、
それぞれの信号を乗算器１２ａ，１２ｂによって副系か
らの上記ＩＦ信号と乗算し、さらにそれぞれを積分器１
１ａ，１１ｂによって積算処理を施す。さらに、位相計
測部１４で上記ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分の信号に対して
ｔａｎ^-1を計算し、主系と副系における受信搬送波の位
相差φを計測し、後段の計算機１５に出力する。

【００２４】計算機１５では、位相差不確定性除去を目
的とした主系大型空中線に付帯の空中線指向角度読み取
り装置の角度データを収集し、これらデータに対して時
刻装置で時刻付けを行い、前述した数式に従って、地上
局から見た静止衛星方向の角度θを算出する。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、主系に大型空中線を用いて追尾基準位相精度の向上
を図るとともに、副系でも積分器の積算処理によって位
相精度を良好に保持する工夫により、従来の空中線指向
角度読み取り装置のみの計測や電波干渉計の原理に基づ
く小口径空中線群による計測と比べて計測精度を向上さ
せることができるという利点が得られる。また、本発明
のシステムによれば、大規模な改造を必要とせずに既設
設備を効率良く利用でき、追加設置となる副系空中線は
手軽に持ち運びできる程度の比較的安い小型空中線を用
いるため、システム構築の簡便さとともに価格面におい
ても安価なシステムとして取りまとめることができると
いう利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる追尾受信部と位相差計測部の
構成を示すブロック図である。

【図２】 本実施形態による測角システムの構成を示す
図である。

【図３】 本実施形態による各空中線の配置の俯瞰図で
ある。

【符号の説明】

１ 静止衛星送信搬送波 ２ 基線長 ３ 副系小型空中線 ４ 主系大型空中線 ５ 追尾受信装置 ６ 位相検波器 ７ 低域通過ろ波器 ８ 電圧制御発振器 ９ａ，９ｂ ダウンコンバータ １０ 位相差計測装置（位相差計測手段） １１ａ，１１ｂ 積分器（積分手段） １２ａ，１２ｂ 乗算器（乗算手段） １３ ｓｉｎ／ｃｏｓ分配部（分配手段） １４ 位相計測部（位相差算出手段） １５ 計算機（演算手段） １７ 静止衛星

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地上局から見た静止衛星方向の角度計測
   を行う静止衛星追跡用簡易型測角システムにおいて、 前記静止衛星の送信搬送波信号を受信する大型空中線
   と、 前記大型空中線に所定の距離を隔てて配設され、前記静
   止衛星の送信搬送波信号を受信する小型空中線と、 前記大型空中線の受信搬送波と前記小型空中線の受信搬
   送波との位相差を求める位相差計測手段と、 前記位相差計測手段により計測された位相差に基づい
   て、静止衛星の送信搬送波信号の到来角を演算する演算
   手段とを具備することを特徴とする静止衛星追跡用簡易
   型測角システム。
2. 【請求項２】 前記位相差計測手段は、 前記基準位相信号のｓｉｎ成分とｃｏｓ成分を分離する
   分配手段と、 前記分配手段によって分離された前記ｓｉｎ成分とｃｏ
   ｓ成分を、前記小型空中線で受信した送信搬送信号から
   得られた搬送波ＩＦ信号と乗算する乗算手段と、 前記乗算手段からの２つの信号成分に対し、ｔａｎ^-1演
   算を行うことにより、前記大型空中線の受信搬送波と前
   記小型空中線の受信搬送波との位相差を算出する位相差
   算出手段とを具備することを特徴とする請求項１記載の
   静止衛星追跡用簡易型測角システム。
3. 【請求項３】 前記位相差計測手段は、前記受信搬送波
   位相差を計測する際、前記基準位相信号のｓｉｎ成分お
   よびｃｏｓ成分の信号と、前記小型空中線で受信した送
   信搬送信号から得られた搬送波ＩＦ信号とを前記乗算手
   段によって乗算した後、２つの成分の信号に対し積分処
   理を施す積分手段を具備することを特徴とする請求項２
   記載の静止衛星追跡用簡易型測角システム。
4. 【請求項４】 前記大型空中線は、前記静止衛星の送信
   搬送波信号の位相を基準位相として前記静止衛星を追尾
   する追尾装置を備え、 前記演算手段は、前記位相差計測手段により計測された
   位相差および前記追尾装置により得られる空中線指向角
   度に基づいて、前記静止衛星の送信搬送波信号の到来角
   を演算することを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   かに記載の静止衛星追跡用簡易型測角システム。