JPH11255200A - Ｌｅｏネットワ―ク衛星の軌道位置確定方法 - Google Patents

Ｌｅｏネットワ―ク衛星の軌道位置確定方法

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JPH11255200A
JPH11255200A JP11007468A JP746899A JPH11255200A JP H11255200 A JPH11255200 A JP H11255200A JP 11007468 A JP11007468 A JP 11007468A JP 746899 A JP746899 A JP 746899A JP H11255200 A JPH11255200 A JP H11255200A
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Thomas Dreischer
トーマス・ドライシャー
Johann Kellermeier
ヨハン・ケラーマイアー
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Oerlikon Contraves AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置された環状配列を持つＬＥＯ（低高度地
球軌道）ネットワークの衛星が稼動状態にある間、その
軌道を確定し維持する経費を大幅に削減にする。 【解決手段】 配列内の個々の衛星の正確な軌道位置の
厳密な計算に絡んで地上で必要とされる費用のかなりの
低減を達成するため、まず、特別な編隊として実施され
たサブ・グループの衛星の好ましくは中心にあるマスタ
ー衛星の正確な軌道位置が確定される。この計算は、地
上から支援される通例の測定により、もしくはＧＰＳ，
ＭＡＮＳなどの手段をそれぞれ用いて衛星内で自立的に
実施される。その後、同じ編隊内の他の全衛星の正確な
位置が、各ＩＳ（衛星間）リンクターミナルにより提供
される距離及び方位データから確定される。これらの方
位データは、前記衛星間リンクが構築された後は明確に
され、継続的に更新される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、環状に配列された
ＬＥＯ（低高度地球軌道：Ｌｏｗ ＥａｒｔｈＯｒｂｉ
ｔ）ネットワークの衛星の軌道位置確定方法に関する。
本発明に係る方法は、ＬＥＯ衛星ネットワークの幾何学
配列を有する軌道内のどこででも使用することができ
る。前記「ＬＥＯ」とは、以下、単数もしくは複数を問
わず、いかなる軌道高度のものをも含めるものとし、す
なわち低高度地球軌道のみでなく、「ＭＥＯ」をも包含
するものとする。
【０００２】
【従来の技術】低高度地球軌道（ＬＥＯ）を回り、グロ
ーバル通信ネットワークと呼ばれる通信衛星システムに
関連して、システムの個々の衛星を「空中のネットワー
ク」状態に結びつけるために衛星間リンクが利用されて
いる。既に多くの衛星システムが計画されており、ある
ものは設置段階にまで進んでいる。中でもデータ、音
声、映像のリアルタイム送信を行なう衛星は、「ビッグ
ＬＥＯｓ」として知られており、本発明にとって特に重
要である。このような例としては、当初モトローラによ
り導入されたＩＲＩＤＩＵＭやＣＥＬＥＳＴＲＩシステ
ムと呼ばれるもの、マイクロソフト及びマッコウ社のＴ
ＥＬＥＤＩＳＣシステムと呼ばれるもの、などがある。
これらのシステムは、２００５年ごろの稼動が予定され
ている。
【０００３】通例の地球リンク（ダウン・リンク及びア
ップ・リンク、すなわち衛星から地球へ又はその逆のリ
ンク）の外に、衛星間リンク（ＩＳＬ）を使用する点
で、前述のＬＥＯシステムは、たとえばＧＬＯＢＡＬＳ
ＴＡＲ（グローバルスター・テレコム社）などの他のシ
ステムと区別される。
【０００４】グローバルでリアルタイムの衛星通信ネッ
トワークの主目的は、必要な時に世界中のどの場所に対
しても可変時間依拠送信能力を保証することにある。こ
のようなダイナミックな通信ネットワークには、リアル
タイムな管理が必要となる。加えて、例えばＩＲＩＤＩ
ＵＭのケースのように、ワイヤレスのアクセスが提唱さ
れている場合には、普遍性のある容易なネットワークへ
のアクセスが要求される。全ての衛星の正確な軌道位置
決定は、地上ステーションによって行なわれている。
【０００５】通常、衛星の軌道維持と制御は、地上から
制御される。必要な軌道修正が地上ステーションで計算
され、一連の指令が発せられて衛星にアップ・リンクさ
れ、その後チェックのため再びダウン・リンクされる。
最終的に地上ステーションがその制御指令を開始する指
令を発し、衛星は自ら行なう一連の操作によりこれを実
行する。衛星はしばしば地上ステーションの視界から外
れるため、このような手順が衛星を通信エラーから守
る。
【０００６】最近では自律ナビゲーション・システムが
軌道の自主的維持を可能にし、効率化し、信頼性を増す
のに貢献している。こられのシステムは、ＧＰＳにより
支援されるか、もしくは完全に独立して作動することも
できる（マイクロコスムのＭＡＮＳ）。ＬＥＯ通信ネッ
トワークに関連し、多数の衛星（数百個に昇る）を同時
に制御せねばならないことから、軌道と配列を維持する
ことの経済的観点も、決定的な重要事項である。
【０００７】軌道の修正は、始めは各衛星上にて計算さ
れるが、地上ステーションによるチェックの後にのみ実
施されるという、いわばチェック式自律が軌道維持にお
けるリスクを軽減し、自律を活用するためのメカニズム
である。
【０００８】上述のＬＥＯ衛星ネットワークの多くは、
地球の回り全てで同一高度にあるいくつかの軌道面から
成っている。一般にＬＥＯネットワークの全軌道は、赤
道に対して同一の傾斜角を持っている。各軌道面には、
同数の衛星が、相互に等間隔をおいて配置されている。
このような配列は、「歩行者（ウォーカ）」軌道と呼ば
れる。衛星の合計数と、それに加えて軌道面数及び軌道
面の傾斜角が、現存する全てのＬＥＯネットワークコン
セプトの間を区別する特性となる。
【０００９】一つの衛星ネットワーク内にはサブグルー
プがあり、その各々は、前記通信目的のために相互に連
結された予め定められた数（４から８の間）の衛星を持
つ。そのようなサブグループの中心にある衛星から見る
と、衛星間リンクの二つの形式を識別することができ
る。「軌道面内衛星間リンク」、すなわち先行もしくは
後続はするがしかし同一の軌道面内にある衛星とのリン
クと、「軌道面間衛星間リンク」、すなわち隣接する軌
道面、もしくは更にそれに隣接する軌道面にある衛星と
のリンク、の二つである。各衛星ネットワークの追加の
特性は、「軌道面間の位相」と呼ばれる角度変位で表さ
れ、これはあるサブグループの中心の衛星と、直ぐ隣り
の軌道面にある隣接衛星との間で常時形成されている。
【００１０】固定した「軌道面間の位相」で稼動する各
リアルタイムＬＥＯ衛星ネットワークで通常生ずる重要
な問題は、同一サブグループの衛星がお互いに常に同一
の相対関係にあることを保証することである。この要求
は、カバーすべき地上の領域をオーバラップさせる必要
性からきている。
【００１１】ＬＥＯネットワーク内の多数の衛星を監視
するために地上から実施又は支援するナビゲーション方
法を採用するということは、設置された衛星ネットワー
クが稼動状態にある間、その軌道を維持するための関連
コスト要素が発生することを意味する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、冒頭に述べた形式の方法を生み出すことであり、
その方法は、設置された衛星ネットワークが稼動状態に
ある間、その軌道を維持する経費をより少なくするもの
である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１の
特徴部分に表示された特性を有する方法により達成され
る。すなわち；選択された環状配列から一つの衛星をマ
スター衛星として指定し、このマスター衛星と、前記選
択された環状配列、及び他の２つの環状配列の、それぞ
れ少なくとも各一つづつの更なる衛星とで、衛星の編隊
が形成され、前記マスター衛星は、地上ステーションと
の間に双方向の交信が行なわれ、小型光学ターミナルを
介して、前記マスター衛星には光学的に前記編隊のその
他の衛星との双方向の交信が、中断のない衛星間リンク
手段により形成され、そして、この編隊の衛星の軌道位
置を確定する情報データを得るために、少なくとも前記
マスター衛星が地上ステーションの計算を支援するため
の搭載コンピュータを持っていること、を特徴とする方
法により、本目的が達成される。
【００１４】この発明による有利な実施態様は、従属請
求項に示されている。本発明を、図面を用いて以下によ
り詳細に説明する。
【００１５】
【発明の実施の形態】図1には、軌道の線Ｐ１からＰ６
のそれぞれ６つの軌道が示されている。各軌道面には、
ほぼ均一な間隔を置いて、いくつかの衛星が順次移動す
ることができる。これら多くの衛星の中からその一部の
みを図1に表示したもので、すなわち軌道Ｐ１上の衛星
１と２、軌道Ｐ２上の衛星３，４，５、軌道Ｐ３上の衛
星６，７，８、軌道Ｐ４上の衛星９と１０、軌道Ｐ５上
の衛星１１，１２，１３、そして軌道Ｐ６上の衛星１４
と１５、を表している。
【００１６】前記衛星の１から５，及び７と８は、個別
に図２に表示されている。中央に位置する衛星４は、本
発明の定義でマスター衛星として選択されるもので、地
球リンクを介して地上ステーションと、ＩＳリンクを介
して他の衛星とそれぞれ双方向で連結されている。
【００１７】したがって、衛星1と２は第1環状配列を、
衛星３，４，５は第2環状配列を、衛星７と８は第３環
状配列を形成する。一般に、本発明に係る１つの衛星ネ
ットワークは、全ての軌道が同一軌道高度にある少なく
とも２つの環状配列から形成され、そして１つの環状配
列は、ほとんどの場合円形の同一軌道を、定められた固
定角度偏差を相互に設けて回る少なくとも２つの衛星か
らなる。
【００１８】前記第２環状配列の衛星３，４，５は、Ｉ
Ｓリンクを介して相互に結合されているので、その軌道
内で一種の通信リングを形成している。とりわけ本発明
は、小型化した光学ターミナルが、衛星に搭載された独
特の通信装置（スイス特許出願第１１５３／９７号）と
の組合せにより、同一軌道内の衛星間のみならずマスタ
ー衛星と他の隣接する環状配列の個々の衛星との間でも
途切れのない衛星間の通信を可能にする、との知識に基
づいている。本発明の定義付けでは、一つの環状配列の
個々の衛星と、他の隣接する環状配列の個々の衛星との
間のリンクは「編隊」と考えられる。この編隊は、実際
の通信目的に加えて、各編隊の全ての衛星のコース位置
に関する非常に廉価で、恒久的で、常時更新される情報
の実現化が可能になる、という利点を生む。更にこの情
報は、編隊内の全ての衛星の「軌道面間の位相」を正確
に維持するためにも使用することができる。
【００１９】上述したような継続した衛星間通信を使用
すると、前記配列の各衛星の正確な軌道位置を厳密に計
算するために地上で必要となる費用を大幅に削減するた
めに、前記マスター衛星内で実行する計算により衛星間
リンクを支援することが可能となる。
【００２０】この目的を達成するため、まず好ましくは
編隊の中心にあるマスター衛星の正確な軌道位置が確定
されるが、これは地上からの支援による通例の測定手段
を用いてマスター衛星内で自立的に行なわれるか、もし
くはＧＰＳ，ＭＡＮＳの手段を各々用いて行なわれる。
その後同じ編隊内のその他の全衛星の正確な位置が、各
ＩＳリンク・ターミナル（図２）により提供される距
離、及び方位データにより確定される。これらの方位デ
ータは、衛星間リンクを設置した後は明確になり、継続
的に更新される。
【００２１】ネットワークの少なくとも一つの衛星が常
に地上ステーションと接触しているので、このネットワ
ーク内の各衛星に関するいかなる必要な情報でも、各種
の衛星間リンクを介して形成される適切なルートを通し
て入手可能であり、これは関心のある衛星がたとえ地上
ステーションの視野内にないときでも同様である。
【００２２】
【実施例】図1は、一つの衛星ネットワークがいくつか
の編隊からなり、そしてこれらが共同で全体のネットワ
ークを構成すると見ることができることを示している。
全ての衛星は同じように表示が可能であるが、図1で
は、第１編隊の衛星は小さな四辺形で、第２編隊の衛星
は同様に三角形で、第３編隊の衛星は円で表示されてい
る。
【００２３】このように、図から明らかな通り衛星３，
４，７，８は第１及び第２の両編隊に加わり、衛星９と
１０は第２及び第３編隊の構成要素となる。この例で
は、衛星４，７，１２をマスター衛星に選択することが
実際的である。編隊のマスター衛星の軌道位置確定は、
地上から従来方法を使用し、もしくはＧＰＳ又はＭＡＮ
Ｓを各々用いることにより行なわれる。
【００２４】前記編隊の中心にあるマスター衛星とこの
編隊内の関心のある衛星との間の各衛星間リンクを通し
て情報を利用することができるよう、編隊内の全衛星の
正確な軌道位置が確定される。通例ではこの衛星間情報
は、距離情報、距離比率情報、そして方位の角度情報
（方位角及び仰角）からなる。もしマスター衛星の衛星
間ターミナルと関心のある衛星との間の実際の角度が分
れば、これによりマスター衛星から関心のある衛星への
方位ベクトルを決定することができる。
【００２５】特に、衛星間の距離情報は、たとえばＩＲ
ＩＤＩＵＭまたはＣＥＬＬＥＳＴＲＩなどの固定衛星間
位相を持つＬＥＯネットワークに関連して極めて有用で
ある。衛星間リンクの距離情報を監視することにより、
編隊内の衛星がお互いに固定された状況にあるか、それ
とも相対的な移動が起こっているかを予測することがで
きる。したがって、この衛星間距離情報を監視すること
で、衛星間相互の相対移動の補正が可能になる。このよ
うな長期的な移動は、主に太陽、月、及び恐らく大気な
どの影響に基づくものである。このような予測は非常に
微妙なものなので、位置誤差が累積されないうちに衛星
の駆動ジェット手段により微調整をすることができる。
【００２６】図３は、ＣＥＬＥＳＴＲＩ ＬＥＯネット
ワークのいくつかの編隊を示す。この図から、幾何学的
衛星ネットワークが環状配列に構築され、通信ネットワ
ークが重複した環状配列の編隊からなることを見ること
ができる。
【００２７】図４は、ＣＥＬＥＳＴＲＩの例を用いて、
編隊内の継続的なＩＳＬ接続は軌道面が交叉していても
可能であることを示している。マスターの衛星間リンク
の全方位データを長期的に監視することは、所定の誤差
限界を超えたときに軌道修正をするための制御信号を各
衛星間リンクの衛星に対して発信するためにも使用する
ことができる。
【００２８】
【発明の効果】ｋ個の衛星から成るネットワーク内にｐ
個の編隊を使用するときは、ｋ個全ての衛星の正確な位
置を確定するために地上ステーションで実施しなければ
ならない測定のための費用は、本発明により理論的には
ｋ／ｐ分の１だけ低減できることが分った。各ネットワ
ークには、そのネットワークの境界を形成し、そのため
幾何学的な障害となる角部を持っているので、上記値を
実際に得ることはできない。したがって、配列内の衛星
位置を確定するためにはいくつかの追加の衛星間リンク
が必要になり、これはその角部近くに配置される。
【００２９】編隊のマスターの全衛星間ターミナルの方
位（整合）データに関する追加情報（距離、角度及びそ
の時間に基づく微分ｄ／ｄｔおよびｄ2／ｄｔ2の値を含
む）は、全ての方位データの重ね合わせにより、ある１
つの及びその同一位置測定値の正確度を向上させること
ができる。概して編隊は５個から９個の衛星を有する。
位置確定に絡むn個の方位データセットにより係数ｎだ
け改善するとの基準に基づき、２．２から３倍までの正
確度の改善がもたらされる。
【００３０】ＬＥＯネットワークの全衛星形式内に搭載
コンピュータが存在することが、好ましくは作業の少な
い間又はそれぞれ他の衛星サブシステムからの負荷が少
ない間に、その衛星をして自立的にその位置及び方位デ
ータを継続して更新し及び記憶することを可能にしてい
る。
【００３１】編隊内のある衛星の作動が停止したときで
も、他の全ての衛星の位置を確定することが可能であ
る。例え編隊内の中心の衛星が不能に陥っても、その隣
接する衛星の一つから新たなマスターを選択することが
可能である。
【００３２】各衛星は、他の隣接する衛星と通常一つ以
上の衛星間リンクで結ばれているので、その結果固有の
衛星ネットワークの重複が生まれる。したがって全ての
衛星間リンクは、介在する１つのマスターを通して衛星
の正確な位置を確定することができる。ネットワーク内
の全衛星の構造類似性から、要求に応じてどの衛星でも
編隊のマスターとして選択することができる。したがっ
て、編隊の全衛星の重複した環状配列の継続連結という
巧妙な方法により、編隊内の全衛星の正確な位置の確定
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る個々の衛星編隊間の相互リンク
を表す該略図である。
【図２】 地上ステーションと交信するマスター衛星を
持つ、本発明に係る衛星編隊を表す概略図である。
【図３】 ＣＥＬＥＳＴＲＩシステムを例とする、本発
明に係る個々の衛星編隊を表す概略図である。
【図４】 ＣＥＬＥＳＴＲＩシステムを例とする、軌道
面が交叉する間に継続してＩＳＬ連結をする、本発明に
係る衛星編隊を表す概略図である。
【符号の説明】
１−１５ ：衛星 Ｐ１−Ｐ６：軌道面

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 環状配列を持つＬＥＯ（低高度地球軌
    道）ネットワーク内の衛星の軌道位置を確定する方法で
    あって、 選択された環状配列から一つの衛星をマスター衛星とし
    て指定し、 このマスター衛星と、前記選択された環状配列、及び他
    の２つの環状配列のそれぞれ少なくとも各一つづつの更
    なる衛星とにより、衛星の編隊が形成され、 前記マスター衛星は、地上ステーションとの間に双方向
    の交信が行なわれ、 小型光学ターミナルを介して、前記マスター衛星には光
    学的に前記編隊のその他の衛星との双方向の交信が中断
    のない衛星間リンク手段により行なわれ、そして、 この編隊の衛星の軌道位置を確定する情報データを得る
    ために、少なくとも前記マスター衛星が地上ステーショ
    ンの計算を支援するための搭載コンピュータを持ってい
    ること、を特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 少なくとも一つの衛星を共有する少なく
    とも２つの前記編隊が形成され、これによって前記一つ
    の編隊の衛星の軌道位置を確定する情報データを、前記
    他の編隊のマスター衛星に提供するための中断のない交
    信通路がこの２つのマスター衛星間に構築されることを
    特徴とする、請求項1に係る方法。
  3. 【請求項３】 少なくとも一つのマスター衛星が、常に
    地上ステーションと交信する状態に保たれることを特徴
    とする、請求項1もしくは２に係る方法。
  4. 【請求項４】 前記情報データが、距離情報、方位デー
    タ情報、及び方位の角度情報（方位角及び仰角）を含む
    衛星間リンク情報が含まれていることを特徴とする、請
    求項1から３のいずれかに係る方法。
  5. 【請求項５】 前記編隊のマスター衛星の正確な軌道位
    置が、地上からの支援による測定手段によってまず確定
    され、 その後、同じ編隊の他の全ての衛星の正確な位置が、各
    ＩＳ（衛星間）リンク・ターミナルにより提供される距
    離及び方位データから確定されることを特徴とする、請
    求項1から４のいずれかに係る方法。
  6. 【請求項６】 所定の誤差限界値を超える位置誤差が蓄
    積されているかを特定するために、前記衛星リンクの距
    離情報がマスター衛星によって監視され、もし限界値を
    超えていれば、この監視にしたがって前記マスター衛星
    が、その衛星の位置を修正するために、衛星の駆動装置
    を作動させる制御信号を提供することを特徴とする、請
    求項1から５のいずれかに係る方法。
  7. 【請求項７】 前記位置確定の正確度を向上させるた
    め、前記衛星の位置が、異なるルートを介する、そして
    ／もしくは逐次的に入手されるいくつかの異なる方位デ
    ータのセットからの平均値を用いて確定されることを特
    徴とする、請求項２から６のいずれかに係る方法。
  8. 【請求項８】 編隊の全衛星の搭載コンピュータが、好
    ましくは稼動の少ない時もしくは他の衛星サブ・システ
    ムによる負荷が低い時に、位置及び位置データセットを
    含む情報データの継続した更新及び記憶を行なうことを
    特徴とする、請求項２から７のいずれかに係る方法。
  9. 【請求項９】 各編隊が、４個から１２個の衛星より成
    る、請求項２から８のいずれかに係る方法。
  10. 【請求項１０】 軌道面の交叉の間も、各編隊内の継続
    したＩＳＬ接続が維持されることを特徴とする、請求項
    ２から９のいずれかに係る方法。
JP11007468A 1998-02-16 1999-01-14 Ｌｅｏネットワ―ク衛星の軌道位置確定方法 Withdrawn JPH11255200A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH37098 1998-02-16
CH19980370/98 1998-02-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11255200A true JPH11255200A (ja) 1999-09-21

Family

ID=4185483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11007468A Withdrawn JPH11255200A (ja) 1998-02-16 1999-01-14 Ｌｅｏネットワ―ク衛星の軌道位置確定方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6219617B1 (ja)
EP (1) EP0887656B1 (ja)
JP (1) JPH11255200A (ja)
CA (1) CA2255127A1 (ja)
DE (1) DE59800354D1 (ja)

Cited By (4)

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