JPH1065620A

JPH1065620A - データ光通信システム

Info

Publication number: JPH1065620A
Application number: JP8213953A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Hosokawa; 哲夫細川; Kazumitsu Nakajima; 一光中島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、観測衛星が取得した多量の
観測データを天候等に左右されることなく短時間に、正
確にかつ安価に地上へ伝送できるようにしたデータ光通
信システムを提供する。【解決手段】観測衛星１からの観測データの受信を行
なうために複数地点に受信局２Ａ，２Ｂを設置する。中
央局３は各受信局設置点での気象情報等を参照して雲が
なくかつ長時間の光通信が可能な受信局を衛星１との交
信局に指定する。交信局に指定された受信局では、レー
ザ発振器２１（Ａ）からレーザを衛星へ向けて発射し、
衛星はこのレーザ光の到来方向を検知してその方向に観
測データを光で送信する。交信局では、これを受信して
中央局３へ伝送する。雲により光通信が遮られると、デ
ータ受信レベルが低下するので、その旨中央局３へ通知
して、中央局は次に光通信可能な受信局の一つを指定し
て、再度同様な処理を行い続くデータの送受信をなす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はデータ光通信システ
ムに関し、特に観測衛星と地上局との間において光通信
方式により観測データの送受信をなすデータ光通信シス
テムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地球観測衛星等が取得したデータは衛星
に搭載されている記憶装置に記録され、衛星が地上の受
信局と交信可能な範囲に来た時にまとめて地上に送信さ
れる。衛星が地上の受信局と交信可能な範囲は衛星の周
回毎に必ず存在する訳ではなく、地上局の上空付近を通
過する時に限られる。

【０００３】赤道に対して傾いた角度で打ち上げられた
衛星は、周回毎に一定量づつ地上局上空付近を通過する
経度がズレ、数回周回した後は、交信不可能な場所を通
過し、暫く周回した後に再び交信可能な範囲に回帰して
来る。交信可能な範囲に入っている間に、回帰までの間
に記録した全データを地上に送出するか、回収可能な衛
星では回収までの全データを衛星内部に蓄積しておかね
ばならない。

【０００４】電波は使用可能周波数帯域幅に限界があ
り、多量のデータを地上に送出することは出来ず、デー
タ圧縮等を行ったとしても限りがある。従って、観測衛
星のセンサとしては多量のデータ収集が可能であったと
しても、伝送容量の制限から活用可能なデータ量が限定
されてしまう。

【０００５】現在の観測衛星はパッシブ（受動的）なも
ののみであり、基本的には平面的なデータに限定される
ので、上記の問題点を有しつつも、不満足ながら実用的
データの取得が可能であった。

【０００６】しかしながら、将来アクティブ（能動的）
センサとして期待されているレーザレーダ（ライダ）に
て雪の分布やエアロゾルの分布を３次元的に（高さ情報
を加えて）観測する場合、データ量が飛躍的に増大する
が、伝送容量の制限からこれを全て地上に落とすことは
倒えデータ圧縮を行っても不可能に近くなる。

【０００７】大容量通信として期待されている光通信
も、地上で光ファイバを通して使用するものについては
実用化され、大いに活用されているが、空間伝播による
ものついては天候（視程等）の制約を受けるので、レー
ザが発明されて間もない頃には精力的に研究されたもの
の、現在では近距離通信用として使用されているに過ぎ
ない。

【０００８】衛星からの光通信のアイデアとして、特開
平５−２２７０６９号公報に示されるように、雲上を飛
翔する飛翔体と衛星の間を光通信で行い、その受信デー
タを電波で地上に送信しようというものも有るが、これ
は静止衛星からの信号受信を想定しているものであり、
急速に位置が変化する観測衛星をトラッキングするには
必ずしも適切ではない。また、衛星が回帰して来る度に
航空機等を飛ばすのも不経済であり、また電波を使用す
ることに対する制限もある（もっとも、本発明が目的と
する用途から考えると、航空機内に全データを蓄積し
て、着陸後にデータを地上の装置に転送することも可能
であるので、電波の使用云々は本質的問題ではない）。

【０００９】本質的問題は、飛翔体を飛ばすことの経済
性と高速で移動する観測衛星のトラッキングに限定して
よいであろう。

【００１０】上空の大気密度は低くなり、視程を悪化さ
せるようなある程度以上濃厚なエアロゾル等は存在しな
いので、地上の視程悪化の場合でも、衛星との間の通信
を行う場合の滅衰は比較的少ないが、雲がかかる場合は
全く通信が行えなくなる。

【００１１】従って、光は衛星地上間の通信では補助手
段としてはともかく、主通信手段としては回線信頼度の
面から敬遠されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、雲の
存在等に左右されずにデータを送受信できる電波による
通信には、伝送容量に限界が有り取得データが限定され
るという点である。

【００１３】その理由は、周波数に応じて伝送帯域が決
まり、周波数が低い電波では伝送帯域に限界があること
と、指向性に限界があるために同一周波数を同時に使用
することに対する制限があることと、多くのユーザが電
波使用を希望する関係で、デー夕伝送に必要なだけの周
波数帯域を確保することが出来ないことである。

【００１４】第２の問題点は、伝送帯域が十分に取れる
光通信では、雪やその他の妨害物により通信が不可とな
ることである。その理由は、光は雪の水滴やエアロゾル
により吸収又は散乱され、通信が出来なくなることであ
り、雲が発生する頻度との関係で高品質の回線が維持出
来ないことである。

【００１５】第３の問題点は、雪の影響を受けない高空
に飛翔体を飛ばすことを想定した場合の、衛星に対する
トラッキングの実現性である。その理由は、地上設置の
ように装置の位置が不変で、装置の姿勢が変化する恐れ
が無いものであれば、トラッキングは衛星の位置データ
のみを用いて行えるが、飛翔体に搭載されたトラッキン
グ装置は、自己の位置と姿勢が常に変化し、これを検出
しつつ衛星との相対関係を計算してトラッキングを行う
必要があり、技術的に不可能ではないが、高速応答や安
定な動作を要求されるため高価なものとならざるを得な
い。また広い範囲からの光を受光しようとして大きな窓
を開けようとすると、機体の構造上の問題も生ずる。

【００１６】第４の問題点は、経済的或いは飛翔体の安
全運行に関するものである。その理由は、衛星が回帰し
て来てデータ受信が可能となる度に飛翔体を飛ばすには
多大な経費がかかることであり、回帰してくる時間の関
係で、夜間飛行や荒天での離着陸を行わねばならぬ場合
もあるからである。

【００１７】本発明の目的は、観測衛星が取得した多量
の観測データを天候等に左右されることなく短時間に、
正確にかつ安価に地上へ伝送できるようにしたデータ光
通信システムを提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によるデータ光通
信システムは、観測衛星と、この観測衛星に対する追尾
用のトラッキング機能を有し前記衛星からの観測データ
を受信しかつ互いに異なる地点に設置された複数の受信
局と、これ等複数の受信局とデータリンクで夫々接続さ
れこれ等各受信局からの前記データリンクを介して送出
されてくるデータを受信処理する中央局とを含み、前記
中央局は、複数の前記受信局のうち前記観測衛星との交
信局となる局を択一的に指定制御する制御手段を有し、
前記受信局の各々は、前記中央局からの交信局の指定に
応答して前記観測衛星へ向けてレーザ光を照射するレー
ザ発振手段を有し、前記観測衛星は、前記レーザ光を検
出してその到来方向へ指向制御するトラッキング手段
と、この指向制御後に前記観測データを送信する送信手
段とを有することを特徴とする。

【００１９】そして、前記中央局の前記制御手段は、前
記受信局の各々から通知される受信局設置地点の気象情
報に従って前記交信局となる局を択一的に指定制御する
よう構成されていることを特徴としており、前記交信局
である受信局は、更に、前記観測衛星からのデータ受信
状態を検出して前記中央局へ通知する手段を有し、前記
中央局の前記制御手段は、前記データ受信状態に応じて
交信局の指定を変更制御するよう構成されていることを
特徴としている。

【００２０】更にはまた、前記観測衛星の前記トラッキ
ング手段は、前記レーザ光の到来方向が変化したときに
指向制御を再度実行するようにしたことを特徴としてお
り、前記観測衛星の前記送信手段は、前記指向制御の再
実行後に送信データを一部重複してデータ再送を行なう
ようにしたことを特徴としている。

【００２１】全国各地に設置された受信局は、受信望遠
鏡の視野とレーザの指向方向を合致させたものをトラッ
キング装置に装着して、コンピュータ制御により軌道デ
ータをもとに衛星を常に追尾する。

【００２２】気象情報、現地での目視により衛星と交信
の時間が最も長い局を選別し、その局のみレーザを発射
する。

【００２３】レーザを受光した衛星は、その到来方向に
光通信を行うための装置の光軸を指向すると共にデータ
を地上に向けて送信する。選別されレーザを発射した受
信局は、衛星との交信局となって衛星からのデータを受
信する。受信したデータはデータリンクを経由して中央
局へ転送する。

【００２４】視界が良好で雲に遮られずに全データを１
局で受信出来れば問題ないが、途中で交信不能となった
場合は、その時点で衛星との交信が可能な位置にある他
の局がレーザを発射して交信を引き継ぐ。

【００２５】衛星はレーザの到来方向が変化したのを検
出して、送信光学系の軸を向け直すと共に、地上に送信
したデータを一部重複させる形で新しい到来方向即ち交
信を引き継いだ局の方向に向けて送信する。交信を引き
継いだ受信局は受信データを中央局へ転送する。中央局
は各受信局から転送されたデータを処理し、重複部分を
除去して原データを復原する。

【００２６】交信する局の選定、交代の指示は次のよう
な方法で中央局が指示して行う。

【００２７】各受信局から、衛星が通過する方向に雲
が有るか否か等の情報を中央局に伝える。

【００２８】中央局は、原則として交信可能と考えら
れる受信局のうち初めに交信可能となる局を選択する
が、途中のデータリンク回線の品質や信頼性を考慮して
決定することもある。１局が交信中も常に第２，第３の
候補を選択し、これは時間と共に変化する位置関係に応
じて更新する。

【００２９】交信中の受信局の受信レベルが低下した
場合、第２の候補である受信局に交信を引き継がせる。

【００３０】これを衛星に伝えかつ指向方向を変更させ
る方法は以下による。即ち、交信中の局はレーザ発射を
停止する。新たに交信する局は衛星に向けてレーザを発
射する。そして、衛星は交信中の局からのレーザ光が到
来しなくなった場合にサーチモードに入り、別の方向か
ら到来するであろうレーザ光を検知する作業を行う。

【００３１】別の方向からのレーザ光を検知した場
合、その方向へ送信光学系の軸を向けると共に、残りの
データを送信する。その際一部のデータは最初の受信局
で受信出来ていないことも考えられるので、ある程度の
量のデータを重複して送信する。

【００３２】重複分の送信を含め全データを送信し終
わっても、何れかの受信局と交信可能であれば、データ
を再送する等より信頼度を増すことも考える。

【００３３】特に気象条件の悪い場合は、交信可能な
範囲内で全データを送信出来ないことも考えられるの
で、データの重要度に応じて送出順を変更する等の方策
も必要となる。

【００３４】衛星に対してデータ送出の指示、重要デ
ータのみの送出の指示等は、受信局からの大出力パルス
レーザの発射間隔を変えることにより可能となるが、こ
のような簡単な指示は敢えて光を用いず、電波による通
信でも何ら支障がない

【００３５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して詳細に説明する。

【００３６】図１は本発明のシステムの全体を概念的に
示すシステムブロック図である。図１を参照すると、全
国各地（場合によっては海外も含めて）に多数設置され
た受信局２Ａ，２Ｂ（図では、簡単化のために２個の受
信局のみを示すものとする）は、衛星１の軌道データを
もとに常に衛星を追尾するトラッキング装置２３Ａ，２
３Ｂと、このトラッキング装置２３Ａ，２３Ｂに夫々取
付けられた望違鏡２２Ａ，２２Ｂと、この望遠鏡２２
Ａ，２２Ｂによる衛星１からの光送信データを受光する
光検出器２４Ａ，２４Ｂと、衛星１へ向けてレーザ光を
照射するレーザ発振器２１Ａ，２１Ｂ等と共に、データ
リンク４Ａ，４Ｂを夫々形成している。

【００３７】そして、これ等受信局２Ａ，２Ｂに共通の
中央局３が設置されており、この中央局３と各受信局２
Ａ，２Ｂとはデータリンク４Ａ，４Ｂを夫々介して接続
されており、各受信局２Ａ，２Ｂによる受信データは当
該中央局３へ全て伝送されるようになっている。

【００３８】図２は観測衛星１の通信関連の構成を示す
ブロック図である。図２を参照すると、光通信用のレー
ザ発振器１１と、送信光学系１２と、受信局２Ａ，２Ｂ
のレーザ発振器２１Ａ，２１Ｂからのレーザ光を検出し
てその到来方向へ送信光学系１２の光軸の指向制御を行
なうトラッキング装置１３と、このトラッキング制御の
ために受信局からのレーザ光を受光する４象限検知方式
の受光素子１４ａ〜１４ｄ（図８参照のこと、詳細は後
述）と、これ等受光素子１４ａ〜１４ｄの出力に基きレ
ーザ光の到来方向を識別する到来方向識別回路１５と、
光変調器１６と、信号処理部１７と、記憶装置１８と、
観測用センサ１９とを有する。

【００３９】次に、図３の衛星１の動作フローチャート
と図４の受信局及び中央局の動作ロフローチャートを参
照しつつ、本発明の実施例の動作につき詳述する。

【００４０】各受信局２Ａ〜２Ｃは衛星の軌道データを
もとに装置を観測衛星１の方向に常に向けるような動作
を行う（ステップＳ２０１：以下、“ステップ”は省略
する）。各受信局は、気象データや現地での目視によ
り、衛星１の方向における雲の有無を判定し（Ｓ２０
２）、雲で交信が不可能な局は交信局とはならない旨の
違絡を中央局に行う（Ｓ２０３）。また交信可能な局は
その旨を中央局３に違絡し、中央局３は交信が可能な受
信局２のうち長い間交信が可能である等の条件を入れて
判断し、そのうちの１局を交信局に決定する（Ｓ２０
４）。

【００４１】具体的な決定の基準は、雲等により交信が
遮断される可能性が少ない局、衛星と最も早く交信出来
る局、中央局と高速かつ高品質のデータリンクで結ばれ
た局等他より優位さを有する局とする。各種条件を総合
的に判断して、その時点で最も相応しい局を交信局とす
る。

【００４２】各局は交信局に指定されたか否かの判定を
行い（Ｓ２０５）、指定されなかった局は待機し（Ｓ２
０６）、交信局として決定された受信局２（ｎ番目の
局、仮にＡ局とする）は、観測衛星１が見通し範囲に入
る前に、レーザ発振器２１からレーザを発射する（Ｓ２
０７）。

【００４３】軌道計算の誤差、トラッキングの精度その
他を考慮して、レーザビームの拡がり角を広くするの
で、レーザ出力の強いもの（パルスレーザ等）を用い
る。これは衛星側のトラッキングに用いるので発振繰り
返しは遅いものでも良い。

【００４４】観測衛星１は見通し範囲に入る前に交信準
備を済ませ（Ｓ１０１）、受光素子１４にレーザ光が入
射したか否かを判定し（Ｓ１０２）、レーザ光が受光出
来ない場合は機器等のチェックを行う（Ｓ１０３）。受
光した場合は、レーザ光の到来方向に送信光学系１２の
光軸を指向させる（Ｓ１０４）。

【００４５】この方法の１例は、受光素子１４ａ〜１４
ｄ（複数少なくとも３台は必要、或いは２次元の位置検
出素子）を適切に配置しておくと、到来方向によって各
素子に入射する光量の割合が異なり、到来方向識別回路
１５により、レーザ光の到来方向を検出（算出）するこ
とが出来ることを利用したものであり、詳細は後述す
る。

【００４６】トラッキング装置１３を用いて、検出され
た到来方向に送信光学系１２の光軸を指向させ続け、記
憶装置１８に蓄積して置いたセンサ１９にて取得したデ
ータをレーザ光を発射した受光局２（Ａ）に順次送信す
る（Ｓ１０５）。

【００４７】レーザ発振器１１から出る光を利用してデ
ータ送信するためには、変調器１６を用いてレーザ光を
変調するが、変調器１６は必ずしも外部変調器である必
要はなく、半導体レーザを用いる場合等では、ドライブ
電流を変調すればよい。また変調はアナログ変調とは限
らず、ＰＣＭ等ノイズに強くかつ蓄積したデータの型式
とマッチしたものが良い。

【００４８】衛星１からの観測データで変調されたレー
ザ光を受信局２（Ａ）では望遠鏡２２で集光し、光検出
器２４で受光する（Ｓ２０８）。

【００４９】受光したデータ（当然復調等を行う）は、
データリンク４により、中央局３に転送される（以下に
述べるように転送タイミングは一定でないので、フロー
チャートでは省略）。

【００５０】転送は必ずしもリアルタイム性を要求され
ないので高速でなくともよい。しかし、後述するように
交信不能となった時は他の局に交信を交代させる必要が
あるので、データを確実に受信したか否かの情報はリア
ルタイムで伝送する必要がある（Ｓ２１２）。

【００５１】受信局２Ａで全てのデータを受信出来れば
問題は無いが、天空の一部に雲がかかり、全データを受
信する前に交信不能となることが考えられる。本発明の
主目的はこのような場合のデータ取得にある。

【００５２】図５は受信局２Ａのみで全てのデータが取
得（衛星から降ろす）出来る場合のタイミング図であ
る。受信局２Ａからのレーザ光を受光した観測衛星１が
到来方向識別回路１５とトラッキング装置１３により送
信光学系１２の光軸をレーザ光の到来方向即ち受信局２
Ａの方向に指向し、トラッキングがロックオンした後に
観測データａ〜ｚを送信する。時間に余裕が有れば、予
備として再度データを送信する。受信局２Ａは受信した
データを中央局３に転送する。

【００５３】図６は受信局２Ａのみでは受信しきれず、
他の局に受信を引き継ぐ場合のタイミング図である。受
信局２Ａがｊまでのデータを確実に取得した後、雲等に
遮られて受信レベルが低下したと仮定する（Ｓ２０
９）。

【００５４】この受信レベル低下情報が中央局３に送ら
れると、中央局３は受信局２Ａにレーザ発射停止を指示
すると共に、次の交信局として予定している受信局２Ｂ
にレーザ発射を指令する。受信局２Ａは中央局３の指示
を待たずに独自の判断でレーザ光の発射を停止する場合
もある（Ｓ２１２，Ｓ２１３）。

【００５５】観測衛星１は、受信局２Ａからのレーザ光
が途切れると共に別の方向即ち受信局２Ｂの方向からの
レーザ光の到来を検知し、データ送信を停止する。その
間の時間遅れによりデータはｎまで送られてしまう。

【００５６】観測衛星１が受信局２Ｂの方向に指向しロ
ックオンするまでに何発かのレーザ光を受光することに
なる。ロックオン後に受信局２Ｂに対して観測データを
送信するが、切り替え中の受信ミス等を考慮して、受信
局２Ａで完全に受信出来たデータｊ以前のデータである
ｇから送信を行う（Ｓ１０６〜Ｓ１１２）。

【００５７】これは受信局２Ａで完全に受信したデータ
がｊであることが判明するのはデータ処理後の場合もあ
り、この時点では受信レベルの低下のみを判断基準とし
て切り替えているからである。

【００５８】受信局２Ｂでその後のデータの全てが受信
出来ればよいが、仮にｔまで受信した後に受信レベル低
下があったとすると、先ほどと同様に中央局３の指示に
より、受信局２Ｂはレーザ発射を停止すると共に次の交
信局である受信局２Ｃがレーザを発射する（Ｓ１１３で
データ送信完了の判定を行う。受信局側はＳ２１３〜Ｓ
２２０の動作を行う）。

【００５９】観測衛星１は同様に受信局２Ｃにロックオ
ンした後に観測データをｑから送信する。最後のデータ
ｚを送信し終わっても交信が可能な場合には、予備とし
て再度同じデータを送信する。中央局３は各受信局２
Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…から転送されたデータを処理し、原
データを復原する。

【００６０】前述の例では、受信局２Ａからはデータａ
〜ｊ、受信局２Ｂからはデータｇ〜ｔ、受信局２Ｃから
はデータｑ〜ｚ及び再送されたデータが送られてくる。
このデータから重複した部分を除いて原データａ〜ｚを
復原する。

【００６１】具体的実現性について詳しく評価した結果
を説明する。本発明のシステムで高価となる原因と考え
られるものに、多数の受信局を設置するという問題があ
る。精密なトラッキング装置に搭載された望違鏡は高価
であり、これを多数配置することは適当ではないが、市
販品として容易に入手可能な望遠鏡でもコンピュー夕制
御により特定の星を追尾し続けることが可能であり、こ
れに観測衛星の軌道データを付加することにより衛星を
視野内に入れて追尾することは十分に可能であるのでこ
れを使用する。

【００６２】但し、極めて精密に追尾することには間題
も有るので、レーザビームは大きな拡がり角で発射する
必要がある。従って大出力のパルスレーザを使用するこ
とになる。

【００６３】大出力のレーザビームを拡げて発射するこ
とにより、観測衛星にレーザ光は確実に当たり、衛星の
到来方向検知、光軸の指向と言う点では問題ないが、衛
星を精密に追尾せずレーザビームを拡げることによりビ
ーム内に衛星を捉える方式を採用したことにより、望遠
鏡の受信視野の中心を衛星方向と合致させることは出来
なくなる。これを解決するには視野絞りを大きくする必
要性があり、太陽光の散乱されたものが多く入射して昼
間の通信に不利となる。また、光検出器も視野の不確定
さに応じて大きなものとせざるを得なくなる。

【００６４】この問題点を解決するための手段として、
観測衛星側にコーナキューブ等の光反射器を装備し、レ
ーザ光がこれに当たって戻って来たものを利用して、光
による精密トラッキングを併用することが考えられる。

【００６５】光による精密トラッキングは、後述のよう
な４象限検知器と称する４分割された光検出器等を使用
して容易に行うことが出来るので特に問題はない。衛星
に搭載する、到来方向識別回路１５については、別の分
野でレーザ光の到来方向を検出する装置が実用化されて
おり、宇宙空間で使用するために部品を厳選すること以
外に特に問題は無い。

【００６６】図７、図８を用いて光の到来方向を識別す
る方法の１例を説明する。図７はθ方向から到来する光
がレンズによりどの様な位置に集光されるかを示す図で
ある。レンズの焦点距離をｆとすると、集光点Ｘは軸方
向から到来する光の集光点Ｏに対し、ｆ・θだけ離れ
る。従って、到来方向の僅かな変化に対して感度良く検
出するには、出来るだけ長い焦点距離のレンズを使用す
る方が有利である。逆に広い範囲の到来光を検出する場
合は、短い焦点距離のレンズが都合がよい。

【００６７】図８は４象限検知器と呼ばれている「４つ
の光検出素子１４ａ〜１４ｄを一つの検出器としてまと
めていたもの」を図７で示した集光点の位置に置いた時
の状態を示している。Ｏが中心に来るように配置した場
合、小検出素子１４ａ〜１４ｄに当たる光のスポットは
夫々均等の面積を有するので、各小素子からの出力は等
しい。

【００６８】光がθ方向から到来してスポットの中心が
Ｘとなる位置になった場合、小素子１４ａ及び１４ｄに
は光が当たるが１４ｂ及び１４ｃには光が当たらない。
即ち素子１４ａ及び１４ｄのみ出力があることになる。
θが小さい場合には、素子１４ｂ及び１４ｃにも僅かに
光が当たり、少ないが出力が得られる。よって、各小素
子１４ａ〜１４ｄの出力の多寡を比較することにより、
光のスポットがどの位置に有るかを算出出来、これから
到来方向θを求められる。

【００６９】到来方向識別回路１５では、トラッキング
装置１３を動かして、集光されるスポット位置を変え、
各小素子１４ａ〜１４ｄの出力が均等になるようにすれ
ば、この光軸が光の到来方向を向いたことになる。

【００７０】説明の便宜上４象限検知器を用いる例とし
たが、２次元位置検出素子と称する単一の素子でスポッ
トの位置をＸ，Ｙ座標として示せるものもあり、４象限
検知器では不可避の「十字線状の不感部分」が無いこと
や「スポットが小さくなると１つの素子のみにしか光が
当たらず事実上位置検出が出来なくなる」等の欠点を補
うことも出来る。

【００７１】４象限検知器に比べ２次元位置検出素子は
一般的に応答時間がかかる等の問題もあるので、短い時
間のみ到来するレーザパルスに対する時間応答等も考慮
してそれぞれの項目を比較し、適した検出素子を選別す
ればよい。更により高速化，高感度化を考えると単一の
受光素子（光検出器）を使用するのが有利であり、ピラ
ミッド型（多角錐）の鏡を用いて光を４方向に分岐して
各々を単一受光素子で検出することにより４象限検出器
と同様な効果が得られるので、これを使用することも考
えられる。

【００７２】光検出器の大きさの制限と分解能の限界等
により、焦点距離ｆの長いレンズで集光し精度を上げよ
うとするとトラッキング出来る範囲が狭まり、焦点距離
の短いレンズを使用して、より広い範囲のトラッキング
を行おうとすると十分なトラッキング精度が得られない
という問題もあるので、一つのレンズと検出素子の組合
わせのみで対処するのではなく、短い焦点距離のレンズ
を利用したトラッキング範囲の広いもので概略位置のト
ラッキングを行い、しかる後に長い焦点距離のレンズを
使用したもので正確に受信局２の方向に指向する等の方
策を講ずる必要もある。

【００７３】データリンク４Ａ，４Ｂは、高速の光フア
イバによる回線が構築されていれば問題ないが、全国各
地に置いた受信局全てにそれを要求することは困難であ
る。しかしながら、一旦地上に降ろしたデータは高速で
収集する必要はなく、受信レベル低下の情報とレーザ発
射や停止の指令が送受信出来ればよい。また、この情報
は次のレーザの発射までに伝送出来れば十分であるので
特に高速を要しない。

【００７４】受信局の設置場所として、建物や山に遮ら
れない所が望ましく、敷地の広いことも必要条件にな
る。３次元のデータを必要とするレーザレーダ搭載の観
測衛星のデータを活用するのは、気象の分野が主流とな
ることと直接の関係者以外が常に雲を観測していること
等を勘案すると、測候所等に設置するのもよいであろ
う。

【００７５】観測衛星１が取得するデータ量が増えた場
合、気象条件によっては本発明の方法を用いても、全デ
ータを上空通過時に送信出来ないことも考えられるの
で、データの必要度に応じて順位を付け、重要なデータ
から先に送信するとか、順位の低いデータはオーバラッ
プ部分を減らす等の対策を行うことも考えられる。

【００７６】

【発明の効果】第１の効果は、観測衛星が取得した多量
の計測データを短時間で地上に伝送出来ることである。
その理由は電波と異なり広い伝送帯域を有する光通信を
使用していることである。

【００７７】第２の効果は光通信にも拘わらず天候に左
右されずにデータを受信でき、回線の信頼度が高いこと
である。その理由は全国各地に設置された受信局の何れ
かの上空で衛星との見通し方向に雲等が無ければ、その
局を使用してデータ受信が行え、かつ必ずしも全データ
を取得する間交信を継続し続ける必要がないということ
である。

【００７８】第３の効果は航空機等を適宜飛ばして雲上
で受信する方法に比べて運用経費を低減出来ることであ
る。その理由は、受信局は装置が比較的安価に構成出来
ることと、設置場所として測候所等従来からの観測施設
を利用することである。安価になった結果、多数の局の
設置が可能であり、何れかの地点ではデータ受信が可能
となるといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステムを概念的に示す図である。

【図２】観測衛星の光通信関連部分の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】観測衛星の動作を示すフローチャートである。

【図４】受信局と中央局との動作を示すフローチャート
である。

【図５】本発明のシステムのデータ送受信を時間的に示
すタイミング図であり、１局で全データを受信出来る場
合のタイミング図である。

【図６】本発明のシステムのデータ送受信を時間的に示
すタイミング図であり、１局では受信出来ず次々に交信
局を変更する場合のタイミング図である。

【図７】光の到来方向を識別する原理を簡単に示す図で
あり、レンズで集光された場合入射方向が異なる光はど
の様な位置に集光されるかを示す図である。

【図８】４象限光検出器の受光面上に集光された時の、
到来方向による集光スポットの位置関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１観測衛星２Ａ，２Ｂ受信局３中央局４Ａ，４Ｂデーリンク１１，２１Ａ，２１Ｂレーザ発振器１２送信光学系１３，２３Ａ，２３Ｂトラッキング装置１４ａ〜１４ｄ受光素子１５到来方向識別回路１６変調器１７信号処理部１８記憶装置１９センサ２２Ａ，２２Ｂ望遠鏡２４Ａ，２４Ｂ光検出器

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【手続補正書】

【提出日】平成８年８月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】しかしながら、将来アクティブ（能動的）
センサとして期待されているレーザレーダ（ライダ）に
て雲の分布やエアロゾルの分布を３次元的に（高さ情報
を加えて）観測する場合、データ量が飛躍的に増大する
が、伝送容量の制限からこれを全て地上に落とすことは
たとえデータ圧縮を行っても不可能に近くなる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】第２の問題点は、伝送帯域が十分に取れる
光通信では、雲やその他の妨害物により通信が不可とな
ることである。その理由は、光は雲の水滴やエアロゾル
により吸収又は散乱され、通信が出来なくなることであ
り、雲が発生する頻度との関係で高品質の回線が維持出
来ないことである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】第３の問題点は、雲の影響を受けない高空
に飛翔体を飛ばすことを想定した場合の、衛星に対する
トラッキングの実現性である。その理由は、地上設置の
ように装置の位置が不変で、装置の姿勢が変化する恐れ
が無いものであれば、トラッキングは衛星の位置データ
のみを用いて行えるが、飛翔体に搭載されたトラッキン
グ装置は、自己の位置と姿勢が常に変化し、これを検出
しつつ衛星との相対関係を計算してトラッキングを行う
必要があり、技術的に不可能ではないが、高速応答や安
定な動作を要求されるため高価なものとならざるを得な
い。また広い範囲からの光を受光しようとして大きな窓
を開けようとすると、機体の構造上の問題も生ずる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/26 10/14 10/04 10/06 17/00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観測衛星と、この観測衛星に対する追尾
用のトラッキング機能を有し前記衛星からの観測データ
を受信しかつ互いに異なる地点に設置された複数の受信
局と、これ等複数の受信局とデータリンクで夫々接続さ
れこれ等各受信局からの前記データリンクを介して送出
されてくるデータを受信処理する中央局とを含み、前記中央局は、複数の前記受信局のうち前記観測衛星と
の交信局となる局を択一的に指定制御する制御手段を有
し、前記受信局の各々は、前記中央局からの交信局の指定に
応答して前記観測衛星へ向けてレーザ光を照射するレー
ザ発振手段を有し、前記観測衛星は、前記レーザ光を検出してその到来方向
へ指向制御するトラッキング手段と、この指向制御後に
前記観測データを送信する送信手段とを有することを特
徴とするデータ光通信システム。
【請求項２】前記中央局の前記制御手段は、前記受信
局の各々から通知される受信局設置地点の気象情報に従
って前記交信局となる局を択一的に指定制御するよう構
成されていることを特徴とする請求項１記載のデータ光
通信システム。
【請求項３】前記交信局である受信局は、更に、前記
観測衛星からのデータ受信状態を検出して前記中央局へ
通知する手段を有し、前記中央局の前記制御手段は、前記データ受信状態に応
じて交信局の指定を変更制御するよう構成されているこ
とを特徴とする請求項２記載のデータ光通信システム。
【請求項４】前記観測衛星の前記トラッキング手段
は、前記レーザ光の到来方向が変化したときに指向制御
を再度実行するようにしたことを特徴とする請求項３記
載のデータ光通信システム。
【請求項５】前記観測衛星の前記送信手段は、前記指
向制御の再実行後に送信データを一部重複してデータ再
送を行なうようにしたことを特徴とする請求項４記載の
データ光通信システム。